JPH07316609A - 高密度の粉末プレス加工品の製造方法 - Google Patents
高密度の粉末プレス加工品の製造方法Info
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Classifications
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- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高度のほぼ理論密度に近い導電性粉末材料か
らなる量産部品用プレス加工品を粉末粒子には焼結を生
じることなく高いサイクル周期で製造することのできる
方法を提供する。 【構成】 粉末の充填されたプレス型にまず当該材料の
静的プレスにとって通常以下の軸方向プレス圧を加え、
５×１０-5〜５×１０-2ｓの持続時間並びにプレス素材
１ｃｍ3 について２０Ａｓ以上の電荷及び上部及び下部
ダイス間の電圧３０Ｖ以下でパルス電流を１〜３回印加
することによりプレス素材内に急激な容量収縮及び粉末
圧縮を行い、９６％以上の理論密度を達成し、プレス素
材に急激に生じる容量の収縮をプレスラムの昇降方向に
遅延なく追従する装置により助成する。
らなる量産部品用プレス加工品を粉末粒子には焼結を生
じることなく高いサイクル周期で製造することのできる
方法を提供する。 【構成】 粉末の充填されたプレス型にまず当該材料の
静的プレスにとって通常以下の軸方向プレス圧を加え、
５×１０-5〜５×１０-2ｓの持続時間並びにプレス素材
１ｃｍ3 について２０Ａｓ以上の電荷及び上部及び下部
ダイス間の電圧３０Ｖ以下でパルス電流を１〜３回印加
することによりプレス素材内に急激な容量収縮及び粉末
圧縮を行い、９６％以上の理論密度を達成し、プレス素
材に急激に生じる容量の収縮をプレスラムの昇降方向に
遅延なく追従する装置により助成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、側壁部分が非導電性材
料からなる鋳型及び導電性材料からなる１個又は複数個
の上部及び／又は下部ラムを有し、プレス工程中に電流
パルスを印加されるプレス型内で導電性粉末又は予備プ
レスされた粉末を圧縮密度の高い焼結成形部品にプレス
するための方法に関する。
料からなる鋳型及び導電性材料からなる１個又は複数個
の上部及び／又は下部ラムを有し、プレス工程中に電流
パルスを印加されるプレス型内で導電性粉末又は予備プ
レスされた粉末を圧縮密度の高い焼結成形部品にプレス
するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】粉末冶金及びセラミック構造部品の開発
及びこの種の完成構造部品の使用分野の拡大は圧縮密度
を一層高めることと密接な関係を有する。それにより製
造される焼結成形部品の密度及び機械的強度は結果とし
てより高いものとなる。この理由から今日粉末の静的圧
縮時にプレス圧は工具鋼及びその他の使用されている工
具材料の限界値まで加えられる。しかし静的圧縮では殆
ど気孔のない緻密なプレス加工品が得られないことが知
られている。例えば鉄及び鋼の粉末に対して達成し得る
最大プレス密度は理論密度の約９０％である。それとい
うのも圧縮工程中閉じられた工具内にある粉末粒子は益
々互に支え合い、それにより一層の圧縮に必要となるプ
レス圧が漸近的に上昇し、そのため実質上の圧縮限度に
すぐに達してしまうからである。
及びこの種の完成構造部品の使用分野の拡大は圧縮密度
を一層高めることと密接な関係を有する。それにより製
造される焼結成形部品の密度及び機械的強度は結果とし
てより高いものとなる。この理由から今日粉末の静的圧
縮時にプレス圧は工具鋼及びその他の使用されている工
具材料の限界値まで加えられる。しかし静的圧縮では殆
ど気孔のない緻密なプレス加工品が得られないことが知
られている。例えば鉄及び鋼の粉末に対して達成し得る
最大プレス密度は理論密度の約９０％である。それとい
うのも圧縮工程中閉じられた工具内にある粉末粒子は益
々互に支え合い、それにより一層の圧縮に必要となるプ
レス圧が漸近的に上昇し、そのため実質上の圧縮限度に
すぐに達してしまうからである。
【０００３】プレスされた粉末の密度を更に上昇させる
ことのできる方法としては例えばホットプレスがあり、
その場合粉末の塑性流動を利用して高度の圧縮及び焼結
が達成される。欧州特許出願公開第０３７５４６９号明
細書は例えばこの種の方法が記載されている。それによ
るとプレス工具内の材料を予め圧縮し、引続き適当に絶
縁さているプレスラムに直接直流電流を通して更に圧縮
及び焼結する。
ことのできる方法としては例えばホットプレスがあり、
その場合粉末の塑性流動を利用して高度の圧縮及び焼結
が達成される。欧州特許出願公開第０３７５４６９号明
細書は例えばこの種の方法が記載されている。それによ
るとプレス工具内の材料を予め圧縮し、引続き適当に絶
縁さているプレスラムに直接直流電流を通して更に圧縮
及び焼結する。
【０００４】他の方法は“動的圧縮”の概念のもとにま
とめることができる。この方法の場合プレス力は点状又
は線状に一時的にスエリング状態で加えられる。このよ
うな方法はとりわけより複雑な型のプレス加工品におい
ては材料の不均一性をもたらし、無視し得ない程度の亀
裂形成の原因となる。
とめることができる。この方法の場合プレス力は点状又
は線状に一時的にスエリング状態で加えられる。このよ
うな方法はとりわけより複雑な型のプレス加工品におい
ては材料の不均一性をもたらし、無視し得ない程度の亀
裂形成の原因となる。
【０００５】粉末圧縮法の特殊な部類のものには超音波
法及び爆発法の概念のもとにまとめられるものがある。
超音波法は粉末圧縮の初期段階にのみ個々の粉末粒子に
高密度の充填状態を可能にする。しかし真に緻密なプレ
ス加工品を実際に製造することはできない。音波及び焼
結による圧縮の組み合わせはドイツ連邦共和国特許出願
公開第３１３８２２３号明細書に記載されている。爆発
法は実際には取り扱いが困難である。この種の方法によ
っては粉末から単に緻密な構造成形部品が製造できるに
過ぎない。より一般的には比較的薄い粉末層が爆発法を
使用して緻密な成形体に圧縮される。このような方法は
爆発圧縮によりほぼ理論密度に近い粉末プレス加工品を
得られるのでなければ、量産部品に使用するには適して
いない。このような方法の一例はドイツ連邦共和国特許
出願公開第２７３８６７４号明細書に記載されている。
法及び爆発法の概念のもとにまとめられるものがある。
超音波法は粉末圧縮の初期段階にのみ個々の粉末粒子に
高密度の充填状態を可能にする。しかし真に緻密なプレ
ス加工品を実際に製造することはできない。音波及び焼
結による圧縮の組み合わせはドイツ連邦共和国特許出願
公開第３１３８２２３号明細書に記載されている。爆発
法は実際には取り扱いが困難である。この種の方法によ
っては粉末から単に緻密な構造成形部品が製造できるに
過ぎない。より一般的には比較的薄い粉末層が爆発法を
使用して緻密な成形体に圧縮される。このような方法は
爆発圧縮によりほぼ理論密度に近い粉末プレス加工品を
得られるのでなければ、量産部品に使用するには適して
いない。このような方法の一例はドイツ連邦共和国特許
出願公開第２７３８６７４号明細書に記載されている。
【０００６】上述のホットプレス法を更に発展させて今
日導電性粉末材料をまず静的に予備プレスし、次いで電
流パルスにより更にプレス型内で更に圧縮し、同時に焼
結することが行われている。実際に使用されるパルス条
件により極めて様々にこの方法を実施することが可能で
ある。その一変形では長い時間をかけて製造すべき部品
をパルス状に通電させる直接焼結工程が記載されてい
る。ドイツ連邦共和国特許出願公開第２７５５８５５号
明細書にはプレス素材中に強い電流パルスが誘導的に形
成される方法が記載されている。プラズマ焼結として知
られるようになったこの変形方法では個々の粉末粒子間
に残留空間のある予備圧縮された粉末において放電プラ
ズマ、即ち高温でイオン化された粒子が形成されるよう
なパルス状態がつくられる。これは粉末粒子に局部的溶
融、塑性流動及びそれにより緻密な焼結を来す。重要な
副次的問題としてこの方法の場合粉末粒子の酸化薄膜及
び汚染表面が破れ、それにより普通には焼結し難い粉末
粒子の共焼結が可能となる。この方法の詳細な記載は例
えば１９９３年の粉末冶金世界大会（於大阪）の議事録
中のイシヤマ（Ｍ．Ｉｓｈｉｙａｍａ）の学術論文「プ
ラズマ活性化焼結システム（Ｐｌａｓｍａ ａｃｔｉｖ
ａｔｅｄ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ（ＰＡＳ）ｓｙｓｔｅ
ｍ）」に見られる。これに相応する方法は例えば欧州特
許第０４５１９６９号明細書に記載されている。これら
全ての方法においては成形部品をプレス型内で高温焼結
することが行われている。この焼結方法は従来の予備圧
縮された成形部品の焼結方法を著しく簡略化するが、製
造すべき焼結体を通常の焼結温度ではプレス型及びパル
ス発生機からなる装置に約５〜１０分間入れて置かなけ
ればならず、従ってこの方法は経済的に焼結部品を量産
製造するには適していない。
日導電性粉末材料をまず静的に予備プレスし、次いで電
流パルスにより更にプレス型内で更に圧縮し、同時に焼
結することが行われている。実際に使用されるパルス条
件により極めて様々にこの方法を実施することが可能で
ある。その一変形では長い時間をかけて製造すべき部品
をパルス状に通電させる直接焼結工程が記載されてい
る。ドイツ連邦共和国特許出願公開第２７５５８５５号
明細書にはプレス素材中に強い電流パルスが誘導的に形
成される方法が記載されている。プラズマ焼結として知
られるようになったこの変形方法では個々の粉末粒子間
に残留空間のある予備圧縮された粉末において放電プラ
ズマ、即ち高温でイオン化された粒子が形成されるよう
なパルス状態がつくられる。これは粉末粒子に局部的溶
融、塑性流動及びそれにより緻密な焼結を来す。重要な
副次的問題としてこの方法の場合粉末粒子の酸化薄膜及
び汚染表面が破れ、それにより普通には焼結し難い粉末
粒子の共焼結が可能となる。この方法の詳細な記載は例
えば１９９３年の粉末冶金世界大会（於大阪）の議事録
中のイシヤマ（Ｍ．Ｉｓｈｉｙａｍａ）の学術論文「プ
ラズマ活性化焼結システム（Ｐｌａｓｍａ ａｃｔｉｖ
ａｔｅｄ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ（ＰＡＳ）ｓｙｓｔｅ
ｍ）」に見られる。これに相応する方法は例えば欧州特
許第０４５１９６９号明細書に記載されている。これら
全ての方法においては成形部品をプレス型内で高温焼結
することが行われている。この焼結方法は従来の予備圧
縮された成形部品の焼結方法を著しく簡略化するが、製
造すべき焼結体を通常の焼結温度ではプレス型及びパル
ス発生機からなる装置に約５〜１０分間入れて置かなけ
ればならず、従ってこの方法は経済的に焼結部品を量産
製造するには適していない。
【０００７】欧州特許第０４５１９６９号明細書に記載
されている方法はその図３に概略が示されている。プレ
ス工具はその内側に電気絶縁層を有するプレス鋳型から
なる。鋳型はプレス工具の側壁を構成する。鋳型内に充
填された粉末は下部及び上部金属製プレスラムの軸方向
の昇降により通常の条件下に圧縮される。上部及び下部
プレスラムはパルス放電装置のコンデンサと接続されて
いる。短絡スイッチを閉成することによって高電圧が上
部及び下部ラム間に印加され、プレス素材を通ってラム
間に放電を可能とする。放電は圧縮工程及びそれと同時
に行われる焼結工程に対して何回も繰り返される。放電
を繰り返すことにより生じる熱によってプレス材は溶融
され、焼結結合される。
されている方法はその図３に概略が示されている。プレ
ス工具はその内側に電気絶縁層を有するプレス鋳型から
なる。鋳型はプレス工具の側壁を構成する。鋳型内に充
填された粉末は下部及び上部金属製プレスラムの軸方向
の昇降により通常の条件下に圧縮される。上部及び下部
プレスラムはパルス放電装置のコンデンサと接続されて
いる。短絡スイッチを閉成することによって高電圧が上
部及び下部ラム間に印加され、プレス素材を通ってラム
間に放電を可能とする。放電は圧縮工程及びそれと同時
に行われる焼結工程に対して何回も繰り返される。放電
を繰り返すことにより生じる熱によってプレス材は溶融
され、焼結結合される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高度
のほぼ理論圧縮密度を有する導電性粉末材料からなる量
産部品用プレス加工品を高いサイクル周期で製造するこ
とのできる方法を提供することにある。サイクル時間は
静圧、例えば液圧プレスで成形部品を普通に粉末圧縮す
る場合のそれに匹敵するものでなければならない。この
ようにして圧縮された成形体は引続き通常の方法により
焼結体に仕上げ加工することができなければならない。
この方法は特に導電性の悪い基礎材料又は非導電性材料
との複合材料からなる成形部品の製造にも使用可能でな
ければならない。
のほぼ理論圧縮密度を有する導電性粉末材料からなる量
産部品用プレス加工品を高いサイクル周期で製造するこ
とのできる方法を提供することにある。サイクル時間は
静圧、例えば液圧プレスで成形部品を普通に粉末圧縮す
る場合のそれに匹敵するものでなければならない。この
ようにして圧縮された成形体は引続き通常の方法により
焼結体に仕上げ加工することができなければならない。
この方法は特に導電性の悪い基礎材料又は非導電性材料
との複合材料からなる成形部品の製造にも使用可能でな
ければならない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、粉末を充填されたプレス型にまず当該材料の静的プ
レスにとって通常以下の軸方向のプレス圧を加え、５×
１０-5〜５×１０-2ｓの持続時間並びにプレス素材１ｃ
ｍ3 について２０Ａｓ以上の電荷及び上部及び下部ラム
間の電圧３０Ｖ以下で電流パルスを１〜３回印加するこ
とにより圧力を加えた状態でプレス素材内に急激な容量
の収縮及び粉末圧縮を行って理論密度の９６％以上を達
成し、プレス素材に急激に生じる容量の収縮をプレスラ
ムの昇降方向に遅延なく追従する装置により助成するこ
とにより解決される。
り、粉末を充填されたプレス型にまず当該材料の静的プ
レスにとって通常以下の軸方向のプレス圧を加え、５×
１０-5〜５×１０-2ｓの持続時間並びにプレス素材１ｃ
ｍ3 について２０Ａｓ以上の電荷及び上部及び下部ラム
間の電圧３０Ｖ以下で電流パルスを１〜３回印加するこ
とにより圧力を加えた状態でプレス素材内に急激な容量
の収縮及び粉末圧縮を行って理論密度の９６％以上を達
成し、プレス素材に急激に生じる容量の収縮をプレスラ
ムの昇降方向に遅延なく追従する装置により助成するこ
とにより解決される。
【００１０】従って本発明方法の主たる利点は粉末を高
密度の従って一般にほぼ理論密度のプレス加工品に圧縮
することにある。この種の密度は粉末の静的圧縮のみに
よっては決して得られるものではない。例えば通常の方
法による鉄材からなる粉末では理論密度の約９０％のプ
レス加工品が得られるにすぎないが、本発明方法では理
論密度の９９％以上までのプレス加工品が得られる。圧
縮すべき粉末は導電性でなければならない。更に粉末の
十分な静的予備圧縮及びラムとプレス素材との良好な接
触によりプレス素材及びプレス工具のオーム抵抗はその
上限を下回っていなければならない。
密度の従って一般にほぼ理論密度のプレス加工品に圧縮
することにある。この種の密度は粉末の静的圧縮のみに
よっては決して得られるものではない。例えば通常の方
法による鉄材からなる粉末では理論密度の約９０％のプ
レス加工品が得られるにすぎないが、本発明方法では理
論密度の９９％以上までのプレス加工品が得られる。圧
縮すべき粉末は導電性でなければならない。更に粉末の
十分な静的予備圧縮及びラムとプレス素材との良好な接
触によりプレス素材及びプレス工具のオーム抵抗はその
上限を下回っていなければならない。
【００１１】もちろん導電率に対するこれらの最低要件
を積極的に利用することも可能である。例えばプレス加
工品の導電率の異なる範囲に対してそれぞれの範囲に的
確に異なる最終密度を導き出すことができる。
を積極的に利用することも可能である。例えばプレス加
工品の導電率の異なる範囲に対してそれぞれの範囲に的
確に異なる最終密度を導き出すことができる。
【００１２】本発明方法の極めて重要な利点は、亀裂及
びその他の形状的不均一性を示しプレスにより残気孔率
１０〜１５％に予備圧縮された粉末が本発明方法により
十分に均質で亀裂のない最高密度のプレス加工品に仕上
げられることにある。
びその他の形状的不均一性を示しプレスにより残気孔率
１０〜１５％に予備圧縮された粉末が本発明方法により
十分に均質で亀裂のない最高密度のプレス加工品に仕上
げられることにある。
【００１３】この所望の成果を得るためには、圧縮を唯
一回の又は極く少数回の電流パルスを印加することによ
り行うだけで良い。従って本方法は量産部品を製造する
のに極めて適しており、その際鋳型内の粉末を通常の静
的圧縮のためのサイクル時間に相応するサイクル時間で
圧縮できる。
一回の又は極く少数回の電流パルスを印加することによ
り行うだけで良い。従って本方法は量産部品を製造する
のに極めて適しており、その際鋳型内の粉末を通常の静
的圧縮のためのサイクル時間に相応するサイクル時間で
圧縮できる。
【００１４】この成果は驚くべきことに、基本的に比較
可能の装置内で焼結物に対して何回も放電することによ
りプレス加工品用に緻密化される粉末を同時に適切に圧
縮するいわゆるプラズマ焼結法により加工する場合にも
得られる。その場合本発明方法との相異点は高い焼結温
度並びに本発明方法と比べてプレス工具内のプレス物に
対して長い滞留時間又は焼結時間を必要とする点であ
る。
可能の装置内で焼結物に対して何回も放電することによ
りプレス加工品用に緻密化される粉末を同時に適切に圧
縮するいわゆるプラズマ焼結法により加工する場合にも
得られる。その場合本発明方法との相異点は高い焼結温
度並びに本発明方法と比べてプレス工具内のプレス物に
対して長い滞留時間又は焼結時間を必要とする点であ
る。
【００１５】一方本発明による緻密にプレスされた成形
部品の金属組織についての実験ではプレス素材中の粉末
粒子に特筆すべき焼結が全く見られない。同様に電流パ
ルスにより惹起され、本発明方法によるプレス素材のそ
の十分に高い導電率により圧縮工程中何等特筆すべき加
熱を生じない。
部品の金属組織についての実験ではプレス素材中の粉末
粒子に特筆すべき焼結が全く見られない。同様に電流パ
ルスにより惹起され、本発明方法によるプレス素材のそ
の十分に高い導電率により圧縮工程中何等特筆すべき加
熱を生じない。
【００１６】プレスされた粉末の導電率は、材料自体の
導電率の大きさ及びその緻密化の程度によるばかりでな
く粉末の表面に付着する酸化物層及び／又はその他の固
体及び気体汚染物に依存するものであることが知られて
いる。この理由から２回又は３回の連続したパルス放電
により圧縮を行うと有利であることが判明している。そ
の際第１回の電流パルスを比較的小さいピーク電流と及
び大きなパルス持続時間でプレス素材に印加し、第２回
及び同時に第３回の電流パルスについては比較的大きな
ピーク電流と小さなパルス持続時間で印加すると有利で
ある。
導電率の大きさ及びその緻密化の程度によるばかりでな
く粉末の表面に付着する酸化物層及び／又はその他の固
体及び気体汚染物に依存するものであることが知られて
いる。この理由から２回又は３回の連続したパルス放電
により圧縮を行うと有利であることが判明している。そ
の際第１回の電流パルスを比較的小さいピーク電流と及
び大きなパルス持続時間でプレス素材に印加し、第２回
及び同時に第３回の電流パルスについては比較的大きな
ピーク電流と小さなパルス持続時間で印加すると有利で
ある。
【００１７】本発明方法は種々に成形されたプレス加工
品の多様性にも適していることが実証されている。比較
的プレス面が大きく高さが低いプレス加工品をプレス断
面が小さくかつ高いプレス加工品と同様に圧縮すること
ができた。もちろん印加すべき電流パルスに対する条件
は上述の範囲内の電圧、ピーク電流の大きさ、電荷量及
びパルス持続を各々のプレス型及びプレス素材の状態に
適合させることが可能である。
品の多様性にも適していることが実証されている。比較
的プレス面が大きく高さが低いプレス加工品をプレス断
面が小さくかつ高いプレス加工品と同様に圧縮すること
ができた。もちろん印加すべき電流パルスに対する条件
は上述の範囲内の電圧、ピーク電流の大きさ、電荷量及
びパルス持続を各々のプレス型及びプレス素材の状態に
適合させることが可能である。
【００１８】本方法は極めて多岐にわたる金属合金及び
他の導電性材料に使用することができる。磁性及び非磁
性材料も加工することができる。種類の異なる鉄及び銅
材の他に例えば銅、青銅及びクロムも圧縮可能である。
導電性を高める付加材としての黒鉛は例えば銅又はアル
ミニウムと同様に特に有効であることが実証されてい
る。
他の導電性材料に使用することができる。磁性及び非磁
性材料も加工することができる。種類の異なる鉄及び銅
材の他に例えば銅、青銅及びクロムも圧縮可能である。
導電性を高める付加材としての黒鉛は例えば銅又はアル
ミニウムと同様に特に有効であることが実証されてい
る。
【００１９】本発明方法を実施するにあたり加工される
粉末の粒子の形状、粒径又は表面に付着する汚染物に関
して何等特別な並外れた要求を課するものではない。
粉末の粒子の形状、粒径又は表面に付着する汚染物に関
して何等特別な並外れた要求を課するものではない。
【００２０】プレスラムに使用されている材料に応じて
プレス素材に極めて異なるパルス特性及び残気孔率が生
じることが実証されている。若干の鋼鉄類、硬質合金、
またモリブデンをベースとする特殊金属材料もラム材と
して適していることが判明している。ラム材としては磁
鉄鉱材も他の材料も使用されるが、磁鉄鉱材の場合には
充填されるプレス工具の高い全オーム抵抗が恐らく本発
明方法に悪影響を及ぼすであろう。
プレス素材に極めて異なるパルス特性及び残気孔率が生
じることが実証されている。若干の鋼鉄類、硬質合金、
またモリブデンをベースとする特殊金属材料もラム材と
して適していることが判明している。ラム材としては磁
鉄鉱材も他の材料も使用されるが、磁鉄鉱材の場合には
充填されるプレス工具の高い全オーム抵抗が恐らく本発
明方法に悪影響を及ぼすであろう。
【００２１】鋳型工具は非導電性、非磁性の材料から形
成すると有利である。しかし導電性鋳型の使用も考えら
れるが、これらは非導電性表面層をそのプレスラム及び
プレス素材に接する内側の面に有していることを前提と
するものである。
成すると有利である。しかし導電性鋳型の使用も考えら
れるが、これらは非導電性表面層をそのプレスラム及び
プレス素材に接する内側の面に有していることを前提と
するものである。
【００２２】本発明方法に使用するための基本設備とし
ては通常流れ作業式生産で成形部品を鋳型内で製造する
ような機械的及び液圧的駆動装置を有する静的プレスが
同様に適していることが実証されている。
ては通常流れ作業式生産で成形部品を鋳型内で製造する
ような機械的及び液圧的駆動装置を有する静的プレスが
同様に適していることが実証されている。
【００２３】プレスラムと他のプレス駆動装置との間に
ばね要素、例えば機械ばね要素を取り付けることは極め
て重要である。この目的のためにプラスチックブロック
を直接プレスラムに取り付けることが特に有利であるこ
とが実証されている。プラスチックブロックは静的プレ
ス工程中に圧縮され、従って予め応力をかけられ、電流
パルスを印加している間にプレス素材中の粉末粒子の相
応する位置及び形の変化に際してプレスラムの昇降方向
への遅れの少ない追従を可能にし、またそれによりもと
の静的プレスを急激に再生させることをこの圧縮工程中
のプレス素材に可能とする。
ばね要素、例えば機械ばね要素を取り付けることは極め
て重要である。この目的のためにプラスチックブロック
を直接プレスラムに取り付けることが特に有利であるこ
とが実証されている。プラスチックブロックは静的プレ
ス工程中に圧縮され、従って予め応力をかけられ、電流
パルスを印加している間にプレス素材中の粉末粒子の相
応する位置及び形の変化に際してプレスラムの昇降方向
への遅れの少ない追従を可能にし、またそれによりもと
の静的プレスを急激に再生させることをこの圧縮工程中
のプレス素材に可能とする。
【００２４】高い電流パルスをつくる装置としては出力
の大きいパルス発生機が適していることが実証されてい
る。
の大きいパルス発生機が適していることが実証されてい
る。
【００２５】本発明方法により製造される圧縮密度の高
い成形部品は引続き通常の構造様式の別個の焼結装置内
で剛性及び密度の高い焼結成形部品に更に加工すること
ができる。
い成形部品は引続き通常の構造様式の別個の焼結装置内
で剛性及び密度の高い焼結成形部品に更に加工すること
ができる。
【００２６】
【実施例】本発明方法を実施例に基づき以下にに詳述す
る。
る。
【００２７】例 １ 出発材料は製品番号ＷＰ２００、発売元マンネスマン・
アー・ゲー（Ｍａｎｎｅｓｍａｎｎ ＡＧ）社の鉄粉
（粒径＜１５０μｍ）である。プレス工具として通常の
液圧プレスを使用する。電流パルスは出力の大きい発電
機により作られる。プレスラムはモリブデン合金から製
造する。鋳型材料としては剛性の高いセラミック材を使
用する。円筒状の粉末プレス加工品は直径１０ｍｍ、圧
縮後の高さもやはり１０ｍｍである。鉄粉はまず５．０
ｔ／ｃｍ2 のラム圧で予備プレスされる。次いで持続時
間２．２５ｍｓの電流パルスを１回だけピーク電流８６
ｋＡで、従って約１９４Ａｓの電荷でプレス材及びプレ
スラムに印加する。電流パルス中にプレスラムにかかる
電圧は約１０Ｖである。最終的に得られた成形部品の圧
縮密度は理論値の９９．２％である。こうして製造され
た検体の顕微鏡検査では表面にも内部にも特記すべき不
均一性、特に亀裂は全く認められない。顕微鏡検査では
個々の緻密化された粉末粒子間に特記すべき焼結の徴候
を全く示さない。この種の圧縮成形部品の剛性は低く、
通常の方法で製造されたプレス加工品に近似するもので
ある。
アー・ゲー（Ｍａｎｎｅｓｍａｎｎ ＡＧ）社の鉄粉
（粒径＜１５０μｍ）である。プレス工具として通常の
液圧プレスを使用する。電流パルスは出力の大きい発電
機により作られる。プレスラムはモリブデン合金から製
造する。鋳型材料としては剛性の高いセラミック材を使
用する。円筒状の粉末プレス加工品は直径１０ｍｍ、圧
縮後の高さもやはり１０ｍｍである。鉄粉はまず５．０
ｔ／ｃｍ2 のラム圧で予備プレスされる。次いで持続時
間２．２５ｍｓの電流パルスを１回だけピーク電流８６
ｋＡで、従って約１９４Ａｓの電荷でプレス材及びプレ
スラムに印加する。電流パルス中にプレスラムにかかる
電圧は約１０Ｖである。最終的に得られた成形部品の圧
縮密度は理論値の９９．２％である。こうして製造され
た検体の顕微鏡検査では表面にも内部にも特記すべき不
均一性、特に亀裂は全く認められない。顕微鏡検査では
個々の緻密化された粉末粒子間に特記すべき焼結の徴候
を全く示さない。この種の圧縮成形部品の剛性は低く、
通常の方法で製造されたプレス加工品に近似するもので
ある。
【００２８】こうして仕上げられたプレス加工品は引続
き通常の方法によりかつ通常の条件下に焼結連続炉内で
寸法精度が高く残気孔率が最少の高剛性の焼結部品に仕
上げ加工される。
き通常の方法によりかつ通常の条件下に焼結連続炉内で
寸法精度が高く残気孔率が最少の高剛性の焼結部品に仕
上げ加工される。
【００２９】例 ２ 例１のようにして市販の鉄粉ＷＰ２００を予備プレスす
る。プレス機械、プレス工具及び電流パルスをつくる装
置は例１に相当するものを使用する。粉末を静圧で４．
３ｔ／ｃｍ2 の最終圧力までで予備プレスする。次いで
第１回の電流パルスを以下のパラメータでプレス型に印
加する。 プレスラム間の電圧： １２Ｖ ピーク電流： ６７ｋＡ 電荷： １４７Ａｓ 放電時間： 約２．２×１０-3ｓ こうして得られたプレス加工品の例えばオーム抵抗等の
種々の観察及び測定はこのプレス素材が満足のいく圧縮
状態ではないことを示す。従って同じプレス圧で第２回
の電流パルスを以下の条件で印加する。 ピーク電流： １００ｋＡ 電荷： ５００Ａｓ パルス持続時間： ５×１０-3ｓ こうして仕上げられたプレス加工品は理論密度のほぼ１
００％に近い。このプレス加工品は個々の粉末粒子間に
焼結が全くないか或はあっても極くわずかなであり、従
って通常の焼結条件下に“最終型に近い（ｎｅａｒ−ｎ
ｅｔ−ｓｈａｐｅ）”品質の完全な成形部品に焼結され
る。
る。プレス機械、プレス工具及び電流パルスをつくる装
置は例１に相当するものを使用する。粉末を静圧で４．
３ｔ／ｃｍ2 の最終圧力までで予備プレスする。次いで
第１回の電流パルスを以下のパラメータでプレス型に印
加する。 プレスラム間の電圧： １２Ｖ ピーク電流： ６７ｋＡ 電荷： １４７Ａｓ 放電時間： 約２．２×１０-3ｓ こうして得られたプレス加工品の例えばオーム抵抗等の
種々の観察及び測定はこのプレス素材が満足のいく圧縮
状態ではないことを示す。従って同じプレス圧で第２回
の電流パルスを以下の条件で印加する。 ピーク電流： １００ｋＡ 電荷： ５００Ａｓ パルス持続時間： ５×１０-3ｓ こうして仕上げられたプレス加工品は理論密度のほぼ１
００％に近い。このプレス加工品は個々の粉末粒子間に
焼結が全くないか或はあっても極くわずかなであり、従
って通常の焼結条件下に“最終型に近い（ｎｅａｒ−ｎ
ｅｔ−ｓｈａｐｅ）”品質の完全な成形部品に焼結され
る。
【００３０】例 ３ 使用される出発材料及び装置は例１に準ずる。しかし鉄
粉には粒径６３μｍ以下の銅粉２重量％を添加する。例
１、２とは異なりまず電流パルスを利用せずに通常の条
件に基づき理論密度の９０％のプレス加工品を製造し、
通常の焼結装置内で個々の粉末粒子間に焼結ブリッジの
形成が見られるまで予備焼結する。意図的に選択された
形状及びプレス条件に基づき予備焼結された部品はその
材料中に刻み目及び微かな亀裂を示す。その後予備焼結
されたプレス加工品の成形部品に補助的に個々に深さの
異なる表面の刻み目が施される。このように予備処理さ
れた成形部品を再びプレス工具又はプレス装置に収容
し、５．０ｔ／ｃｍ2 の静圧を加え、更に本発明に基づ
き電流パルスを以下の条件で印加する。 プレスラムの電圧： １２Ｖ ピーク電流： １３０ｋＡ 電荷： ３０７Ａｓ パルス持続時間： 約２．２×１０-3ｓ このように処理された成形部品は理論密度の９９％を有
する。成形部品の内部の微かな亀裂及び外部の刻み目は
完全に修復されるか又は顕微鏡でももはや検出できなく
なる。このプレス加工品を引続き通常の条件下に高剛性
の焼結成形部品に仕上げ加工する。
粉には粒径６３μｍ以下の銅粉２重量％を添加する。例
１、２とは異なりまず電流パルスを利用せずに通常の条
件に基づき理論密度の９０％のプレス加工品を製造し、
通常の焼結装置内で個々の粉末粒子間に焼結ブリッジの
形成が見られるまで予備焼結する。意図的に選択された
形状及びプレス条件に基づき予備焼結された部品はその
材料中に刻み目及び微かな亀裂を示す。その後予備焼結
されたプレス加工品の成形部品に補助的に個々に深さの
異なる表面の刻み目が施される。このように予備処理さ
れた成形部品を再びプレス工具又はプレス装置に収容
し、５．０ｔ／ｃｍ2 の静圧を加え、更に本発明に基づ
き電流パルスを以下の条件で印加する。 プレスラムの電圧： １２Ｖ ピーク電流： １３０ｋＡ 電荷： ３０７Ａｓ パルス持続時間： 約２．２×１０-3ｓ このように処理された成形部品は理論密度の９９％を有
する。成形部品の内部の微かな亀裂及び外部の刻み目は
完全に修復されるか又は顕微鏡でももはや検出できなく
なる。このプレス加工品を引続き通常の条件下に高剛性
の焼結成形部品に仕上げ加工する。
【００３１】例 ４ ベーアーエスーエフ・アー・ゲー（ＢＡＳＦ ＡＧ）社
製の市販のカルボニル化鉄（ＣＳ）を加工する。平均粒
径は４〜５μｍである。本方法を実施するには例１の装
置を使用する。この粉末を４．３ｔ／ｃｍ2 の圧力で理
論密度の約７５％にプレスし、引続き検体を検査するた
めに中断しながら２回電流パルスを印加する。プレス型
に印加される電圧は両回共約１２Ｖである。第１回の電
流パルスに対するパラメータは以下の通りである。 ピーク電流： ７ｋＡ 電荷： １３Ａｓ パルス持続時間： ２×１０-3ｓ その後プレス加工品は理論密度の７６％で殆ど改善の見
られない密度を示す。上例と同じ圧力のもとに第２回の
電流パルスを以下のパラメータのもとに印加する。 ピーク電流： ７０ｋＡ 電荷： ４９０Ａｓ パルス持続時間： ７ｍｓ 圧縮された成形部品は実質的に理論密度の１００％を示
し、通常の装置内で通常の焼結条件下に高剛性の焼結成
形部品に仕上げ加工することができる。
製の市販のカルボニル化鉄（ＣＳ）を加工する。平均粒
径は４〜５μｍである。本方法を実施するには例１の装
置を使用する。この粉末を４．３ｔ／ｃｍ2 の圧力で理
論密度の約７５％にプレスし、引続き検体を検査するた
めに中断しながら２回電流パルスを印加する。プレス型
に印加される電圧は両回共約１２Ｖである。第１回の電
流パルスに対するパラメータは以下の通りである。 ピーク電流： ７ｋＡ 電荷： １３Ａｓ パルス持続時間： ２×１０-3ｓ その後プレス加工品は理論密度の７６％で殆ど改善の見
られない密度を示す。上例と同じ圧力のもとに第２回の
電流パルスを以下のパラメータのもとに印加する。 ピーク電流： ７０ｋＡ 電荷： ４９０Ａｓ パルス持続時間： ７ｍｓ 圧縮された成形部品は実質的に理論密度の１００％を示
し、通常の装置内で通常の焼結条件下に高剛性の焼結成
形部品に仕上げ加工することができる。
【００３２】上述の諸例は使用可能の装置及び特に加工
可能の材料に対する本発明方法の可能な実施態様の僅か
な代表例として選択された一例を示すに過ぎない。
可能の材料に対する本発明方法の可能な実施態様の僅か
な代表例として選択された一例を示すに過ぎない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マンフレート シユレンマー ドイツ連邦共和国 54133 エツセン グ ラースホフシユトラーセ 83
Claims (12)
- 【請求項１】 側壁部分が非導電性材料からなる鋳型及
び導電性材料からなる１個又は複数個の上部及び／又は
下部ラムを有し、プレス工程中に電流パルスを印加され
るプレス型内で、導電性粉末又は予備プレスされた粉末
を圧縮密度の高い焼結成形部品にプレスするための方法
において、 粉末を充填されたプレス型にまず当該材料の静的プレス
にとって通常以下の軸方向のプレス圧を加え、 ５×１０-5〜５×１０-2ｓの持続時間並びにプレス素材
１ｃｍ3 について２０Ａｓ以上の電荷及び上部及び下部
ラム間の電圧３０Ｖ以下で電流パルスを１〜３回印加す
ることにより圧力を加えた状態でプレス素材内に急激な
容量の収縮及び粉末圧縮を行って理論密度の９６％以上
を達成し、 プレス素材に急激に生じる容量の収縮をプレスラムの昇
降方向に遅延なく追従する装置により助成することを特
徴とする高密度の粉末プレス加工品の製造方法。 - 【請求項２】 ３〜７ｔ／ｃｍ2 のプレス圧を加えるこ
とを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 電荷１００〜４００Ａｓの電流パルスを
プレス型に印加することを特徴とする請求項２記載の方
法。 - 【請求項４】 １ｃｍ2 のプレス面について１０〜２０
０ｋＡのピーク電流の電流パルスを印加することを特徴
とする請求項１ないし３の１つに記載の方法。 - 【請求項５】 電流パルスの持続時間が５×１０-4〜５
×１０-2ｓであることを特徴とする請求項１ないし４の
１つに記載の方法。 - 【請求項６】 剛性が高く良導電性の非磁性又は弱磁性
材料からなるプレスラムを使用することを特徴とする請
求項１ないし５の１つに記載の方法。 - 【請求項７】 金属粉末をプレスすることを特徴とする
請求項１ないし６の１つに記載の方法。 - 【請求項８】 金属化粉末をプレスすることを特徴とす
る請求項１ないし７の１つに記載の方法。 - 【請求項９】 導電性材料を含む粉末混合物をプレスす
ることを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載の方
法。 - 【請求項１０】 銅、アルミニウム及び／又は黒鉛を粉
末混合物の良導電性材料として添加することを特徴とす
る請求項１ないし９の１つに記載の方法。 - 【請求項１１】 比較的ピーク電流が低くパルス持続時
間の長い第１回の電流パルスに続いてピーク電流が高く
持続時間の短い第２回の電流パルスを印加することを特
徴とする請求項１ないし１０の１つに記載の方法。 - 【請求項１２】 機械プレスを有し、プレスラムの昇降
方向への遅延のない追従を、プレスラムと機械プレス駆
動装置との間に配設されプレス圧により予め応力を与え
られているプラスチックブロックによって行うことを特
徴とする請求項１ないし１１の１つに記載の方法を実施
するための装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4407593A DE4407593C1 (de) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | Verfahren zur Herstellung von Pulverpreßlingen hoher Dichte |
| DE4407593.6 | 1994-03-08 | ||
| US08/401,092 US5529746A (en) | 1994-03-08 | 1995-03-08 | Process for the manufacture of high-density powder compacts |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07316609A true JPH07316609A (ja) | 1995-12-05 |
| JP2918804B2 JP2918804B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=25934466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7070750A Expired - Fee Related JP2918804B2 (ja) | 1994-03-08 | 1995-03-03 | 高密度の粉末プレス加工品の製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5529746A (ja) |
| EP (1) | EP0671232B1 (ja) |
| JP (1) | JP2918804B2 (ja) |
| AT (1) | ATE189638T1 (ja) |
| DE (2) | DE4407593C1 (ja) |
| ES (1) | ES2143585T3 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008512259A (ja) * | 2004-09-10 | 2008-04-24 | エレメント シックス リミテッド | 高密度研磨材成形体 |
Families Citing this family (56)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6612826B1 (en) | 1997-10-15 | 2003-09-02 | Iap Research, Inc. | System for consolidating powders |
| US6001304A (en) * | 1998-12-31 | 1999-12-14 | Materials Modification, Inc. | Method of bonding a particle material to near theoretical density |
| US6187087B1 (en) | 1998-12-31 | 2001-02-13 | Materials Modification, Inc. | Method of bonding a particle material to near theoretical density |
| US5989487A (en) * | 1999-03-23 | 1999-11-23 | Materials Modification, Inc. | Apparatus for bonding a particle material to near theoretical density |
| DE19945592A1 (de) | 1999-09-23 | 2001-04-12 | Bosch Gmbh Robert | Weichmagnetischer Werkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung |
| FR2807521A1 (fr) * | 2000-04-07 | 2001-10-12 | Bp Chemicals Snc | Methode de mesure de compressibilite a chaud de poudre |
| DE10112434C1 (de) * | 2001-03-15 | 2002-08-29 | Bt Magnet Technologie | Verfahren zur Herstellung einer Vorform für Dentalerzeugnisse |
| US9682425B2 (en) | 2009-12-08 | 2017-06-20 | Baker Hughes Incorporated | Coated metallic powder and method of making the same |
| US9109429B2 (en) | 2002-12-08 | 2015-08-18 | Baker Hughes Incorporated | Engineered powder compact composite material |
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