JPH07330446A - Sintering method and device therefor - Google Patents

Sintering method and device therefor

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JPH07330446A
JPH07330446A JP6141089A JP14108994A JPH07330446A JP H07330446 A JPH07330446 A JP H07330446A JP 6141089 A JP6141089 A JP 6141089A JP 14108994 A JP14108994 A JP 14108994A JP H07330446 A JPH07330446 A JP H07330446A
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JP
Japan
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sintering
powder material
mold
punch
die
Prior art date
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Pending
Application number
JP6141089A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Sunamoto
健市 砂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Akane Co Ltd
Original Assignee
Akane Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Akane Co Ltd filed Critical Akane Co Ltd
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Publication of JPH07330446A publication Critical patent/JPH07330446A/en
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Abstract

PURPOSE:To suppress dissipation due to oxidation in dies or the like and to reduce the cycle time of sintering when a powder material is sintered with an electric current under pressure. CONSTITUTION:An electric current is applied on side faces of dies 25 to supply heat to the powder material 28, while the powder material 28 in the dies 25 is pressed in the vertical direction by ceramic upper and lower punches 26 and 27. Thus, large pressing force is given to the powder material 28 so that the sintering temp. is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、焼結方法及びその装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sintering method and an apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来技術】焼結方法には、粉体材料を加圧しつつ通電
して焼結(通電焼結)するものがある。この焼結方法
は、具体的には、図11に示すように、粉体材料101
を収納する筒状の型102(例えばカ−ボン(黒鉛)ダ
イ)と、該型102に対して変位動可能に設けられ該型
102内の粉体材料101を加圧する導電性パンチ10
3(例えばカ−ボン製)と、該導電性パンチ103に電
流を供給して前記粉体材料にジュ−ル熱を付与する電流
供給手段(電源)104とを備える焼結装置105によ
り実施されることになっており、これにより、粉体材料
101は焼結体に形成される。
2. Description of the Related Art As a sintering method, there is a method in which a powder material is pressed and energized to be sintered (current sintering). Specifically, as shown in FIG. 11, this sintering method is performed by the powder material 101.
A cylindrical mold 102 (for example, a carbon (graphite) die) for accommodating a mold, and a conductive punch 10 that is displaceably movable with respect to the mold 102 and presses the powder material 101 in the mold 102.
3 (for example, made of carbon) and a current supply means (power source) 104 for supplying an electric current to the conductive punch 103 to apply the Jule heat to the powder material. As a result, the powder material 101 is formed into a sintered body.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記焼結装置
においては、上記のように、パンチ103を介して粉体
材料101に電流を供給する必要上、パンチ103を導
体としなければならないことから、パンチ103に強度
的に強いものを用いることができず、粉体材料101に
対する加圧力を充分に高めることはできないでおり、こ
れに伴って、粉体材料101に対する加圧力が高められ
ない分だけ、焼結温度が高められている。このため、パ
ンチ103、型102等の酸化消耗抑制の観点から、こ
のような焼結装置による焼結処理は、真空装置内で行わ
れるものの、完全な真空状態が得られないことから、上
記焼結温度が型102等の酸化消耗に大きな影響を及ぼ
している。しかも、上記装置において、焼結後、直ちに
真空装置を開放すれば、残存熱量により型等の酸化消耗
が著しく促進されることになることから、真空装置は、
焼結後、酸化消耗速度が問題にならない程度まで型等を
冷却しなければ、開放することができず、これに伴っ
て、サイクルタイム(一回の焼結工程が要する時間)は
長くならざる得ない。本発明は上記実情を鑑みてなされ
たもので、その目的は、粉体材料を加圧しつつ通電して
焼結する場合において、型等における酸化消耗を抑える
と共に焼結処理のサイクルタイムを短縮することにあ
る。
However, in the above sintering apparatus, the punch 103 must be a conductor because it is necessary to supply an electric current to the powder material 101 through the punch 103 as described above. Since it is not possible to use a punch having a strong strength, it is not possible to sufficiently increase the pressure applied to the powder material 101, and accordingly, the pressure applied to the powder material 101 cannot be increased. Only the sintering temperature is increased. Therefore, from the viewpoint of suppressing the oxidative consumption of the punch 103, the mold 102, etc., although the sintering process by such a sintering device is performed in a vacuum device, a complete vacuum state cannot be obtained. The binding temperature has a great influence on the oxidative consumption of the mold 102 and the like. Moreover, in the above apparatus, if the vacuum apparatus is opened immediately after sintering, the amount of residual heat will significantly accelerate the oxidative consumption of the mold and the like.
After sintering, it cannot be opened unless the mold is cooled to such an extent that the oxidation consumption rate does not matter, and the cycle time (time required for one sintering step) must be lengthened accordingly. I don't get it. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to suppress oxidation consumption in a mold or the like and shorten the cycle time of the sintering process in the case of sintering by applying electricity while pressing a powder material. Especially.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段、作用】上記目的を達成す
るために請求項1の発明にあっては、粉体材料を加圧し
つつ通電して焼結する焼結方法において、前記加圧を、
高強度材料を用いたパンチにより行い、前記通電を、前
記パンチの加圧方向の側方から、該パンチを介さずに行
う、構成としてある。上述の構成により、いままで通
り、通電により熱を粉体材料に供給できる一方、パンチ
による通電(導体としなければならないこと)を考慮す
ることなく、粉体材料に対する加圧を、高強度材料を用
いたパンチにより行うことから、いままで以上に、粉体
材料に対する加圧力を高めることができることになり、
これに伴って、焼結温度を低下させることができること
になる。このため、酸化消耗速度に対する焼結温度の影
響を低めることができると共に、焼結後、酸化消耗速度
が問題にならない程度まで型等を冷却する時間を短縮で
きることになる。この結果、型等における酸化消耗を抑
えると共に焼結処理のサイクルタイムを短縮することが
できることになる。
In order to achieve the above object, according to the invention of claim 1, in a sintering method in which a powder material is pressed and energized to sinter, the pressing is applied. ,
The punch is made of a high-strength material, and the energization is performed from the side in the pressing direction of the punch without passing through the punch. With the above configuration, heat can be supplied to the powder material by energization as usual, while pressing the powder material with a high strength material without considering the energization by the punch (which must be a conductor). Since it is performed by the punch used, it is possible to increase the pressing force on the powder material more than ever,
Along with this, the sintering temperature can be lowered. Therefore, the influence of the sintering temperature on the oxidation consumption rate can be reduced, and the time for cooling the mold or the like after sintering can be shortened to such an extent that the oxidation consumption rate does not matter. As a result, it is possible to suppress the oxidation consumption of the mold and the like and to shorten the cycle time of the sintering process.

【0005】前述の目的を達成するために請求項2の発
明にあっては、請求項1において、前記高強度材料が絶
縁体である、構成としてある。上述の構成により、絶縁
体の性質としての強い強度を利用して、前記請求項1と
同様の作用を生じることになる。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 2 has a constitution in which the high-strength material is an insulator. With the above configuration, the same strength as that of the insulator is utilized to produce the same effect as that of the first aspect.

【0006】前述の目的を達成するために請求項3の発
明にあっては、請求項1又は2において、前記高強度材
料がセラミックスである、構成としてある。上述の構成
により、粉体材料に対する加圧力を高めることにより焼
結温度が下がることと、低温側から一定温度範囲で高い
強度を示すセラミックスの性質とが相俟って、セラミッ
クスを有効に利用することにより、前記請求項1又は2
と同様の作用を生じることになる。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 3 is the structure of claim 1 or 2, wherein the high-strength material is ceramics. With the above configuration, the sintering temperature is lowered by increasing the pressure applied to the powder material, and the properties of the ceramic showing high strength in a certain temperature range from the low temperature side are combined, and the ceramic is effectively used. According to claim 1 or 2
Will produce the same effect as.

【0007】前述の目的を達成するために請求項4の発
明にあっては、請求項1〜3のいずれかにおいて、前記
粉体材料と前記パンチを複数組用意して、該各粉体材料
を加圧しつつ、該各組に対して通電を行って焼結を行
う、構成としてある。上述の構成により、前述の請求項
1〜3のいずれかと同様の作用を生じる他に、パンチを
介して粉体材料に電流を供給しなくてもよいことから、
共通の導伝性の押圧手段により各パンチが押圧される場
合に、一部のパンチに多少のがた等を生じても、電流が
流れないことに基づいて温度分布が不均一になることを
抑制できることになる。このため、径方向における温度
分布に関し、均一性のとれた複数の焼結体を得ることが
できることになる。
In order to achieve the above-mentioned object, in the invention of claim 4, according to any one of claims 1 to 3, a plurality of sets of the powder material and the punch are prepared, and each powder material is prepared. While pressurizing, each set is energized to perform sintering. With the above configuration, in addition to producing the same effect as in any one of claims 1 to 3 described above, it is not necessary to supply an electric current to the powder material through the punch,
When each punch is pressed by the common conductive pressing means, even if some of the punches have some rattling, it is possible that the temperature distribution becomes non-uniform because no current flows. It can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain a plurality of sintered bodies having a uniform temperature distribution in the radial direction.

【0008】前述の目的を達成するために請求項5の発
明にあっては、粉体材料を収納する筒状の型と、該型に
対して変位動可能に設けられ該型内の粉体材料を加圧す
るパンチと、前記粉体材料にジュ−ル熱を付与する電流
供給手段とを備える焼結装置において、前記型が導体と
され、前記電流供給手段が前記型に電流を供給するよう
に設定され、前記パンチが高強度材料で形成されてい
る、構成としてある。上述の構成により、型を介して電
流が供給されることから、いままで通り、粉体材料に熱
が供給できる一方、パンチによる通電(導体としなけれ
ばならないこと)を考慮する必要がなくなり、粉体材料
に対する加圧を、絶縁体等の高強度材料を用いたパンチ
により行うことができ、前述の請求項1の発明と同様、
いままで以上に、粉体材料に対する加圧力を高めて、焼
結温度を低下させることができることになる。このた
め、酸化消耗速度に対する焼結温度の影響を低めること
ができると共に、焼結後、酸化消耗速度が問題にならな
い程度まで型等を冷却する時間を短縮できることにな
り、型等における酸化消耗を抑えると共に焼結処理のサ
イクルタイムを短縮することができることになる。
In order to achieve the above-mentioned object, according to the invention of claim 5, a cylindrical mold for containing the powder material, and a powder in the mold provided so as to be displaceable with respect to the mold. In a sintering apparatus comprising a punch for pressing a material and an electric current supply means for applying a Jule heat to the powder material, the mold is a conductor, and the electric current supply means supplies electric current to the mold. And the punch is made of a high-strength material. With the above configuration, since current is supplied through the mold, heat can be supplied to the powder material as before, but there is no need to consider the energization by the punch (must be a conductor). The pressing of the body material can be performed by a punch using a high-strength material such as an insulator, and like the invention of claim 1 described above.
It is possible to increase the pressure applied to the powder material and lower the sintering temperature more than ever. For this reason, the influence of the sintering temperature on the oxidation consumption rate can be reduced, and the time for cooling the mold etc. after sintering to the extent that the oxidation consumption rate does not become a problem can be shortened, and the oxidation consumption in the mold etc. can be reduced. The cycle time of the sintering process can be shortened as well as suppressed.

【0009】前述の目的を達成するために請求項6の発
明にあっては、請求項5において、前記パンチがセラミ
ックスとされている、構成としてある。上述の構成によ
り、パンチに、セラミックスの性質としての強い強度を
利用して、前述の請求項2の発明と同様の作用を生じる
ことになる。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 6 provides the structure according to claim 5, wherein the punch is made of ceramics. With the above configuration, the punch has the same strength as the properties of ceramics, so that the same effect as that of the second aspect of the invention can be obtained.

【0010】前述の目的を達成するために請求項7の発
明にあっては、請求項5又は6において、前記型の内周
面が絶縁被覆されている、構成としてある。上述の構成
により、請求項5又は6と同様の作用を生じる他に、型
から熱だけが該型内部の粉体材料に供給されることにな
り、これにより、粉体材料が導電、非導電材料にかかわ
りなく、粉体材料の径方向中央部より熱を該粉体材料の
径方向外方に供給する場合(従来の場合)のように、該
粉体材料の径方向外方側部分が外部へ放熱し易い状態と
なることが避けられ、粉体材料に関し、放熱現象を生じ
にくくすることができることになる。このため、焼結体
(粉体材料)の径方向における温度分布が不均一になる
ことを抑制できることになる。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 7 is the structure according to claim 5 or 6, wherein the inner peripheral surface of the mold is covered with an insulating coating. With the above configuration, in addition to producing the same effect as in claim 5 or 6, only heat is supplied from the mold to the powder material inside the mold, whereby the powder material is conductive or non-conductive. Regardless of the material, as in the case of supplying heat from the radial center of the powder material to the radial outside of the powder material (conventional case), the radial outside portion of the powder material is It is possible to prevent the heat from being radiated to the outside, and it is possible to prevent the heat radiation phenomenon from occurring in the powder material. Therefore, it is possible to prevent the temperature distribution in the radial direction of the sintered body (powder material) from becoming non-uniform.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。先ず、本発明に係る焼結方法を説明する前に、そ
の焼結方法を使用する焼結装置について説明する。図1
において、1は枠体で、該枠体1の下部には下部受台2
が設けられており、該下部受台2にはシリンダ装置3が
固定されている。このシリンダ装置3には、下部受台2
の上方側において型リフト棒4が連結されており、型リ
フト棒4は、シリンダ装置3の伸縮動に基づき上下方向
に変位動することになっている。この型リフト棒4の外
周には、図1に示すように、筒状のストッパ5が嵌合さ
れている。このストッパ5の外周には支持板6が取付け
られており、その支持板6は枠体1の側方フレ−ム1a
に嵌合保持(固定)されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, before describing the sintering method according to the present invention, a sintering apparatus using the sintering method will be described. Figure 1
In the figure, 1 is a frame, and a lower pedestal 2 is provided at the bottom of the frame 1.
Is provided, and the cylinder device 3 is fixed to the lower pedestal 2. This cylinder device 3 includes a lower pedestal 2
The mold lift bar 4 is connected on the upper side of the mold lift bar 4, and the mold lift bar 4 is vertically displaced based on the expansion and contraction of the cylinder device 3. As shown in FIG. 1, a cylindrical stopper 5 is fitted around the die lift rod 4. A support plate 6 is attached to the outer periphery of the stopper 5, and the support plate 6 is a side frame 1 a of the frame body 1.
Is fitted and held (fixed).

【0012】前記ストッパ5上には、図1〜図3に示す
ように、真空チャンバ7が載置されている。この真空チ
ャンバ7は、チャンバ本体8と、蓋体9とからなってお
り、該真空チャンバ7内は、図外の真空ポンプにより真
空引きされることになっている。この真空チャンバ7の
チャンバ本体8内には前記型リフト棒4が該チャンバ本
体8の下部から変位動可能に進入されており、この型リ
フト棒4とチャンバ本体8との間は気密性が保持されて
いる。
A vacuum chamber 7 is mounted on the stopper 5, as shown in FIGS. The vacuum chamber 7 is composed of a chamber body 8 and a lid 9, and the inside of the vacuum chamber 7 is evacuated by a vacuum pump (not shown). The die lift rod 4 is inserted into the chamber body 8 of the vacuum chamber 7 from the lower portion of the chamber body 8 so that the die lift rod 4 can be displaced. The airtightness is maintained between the die lift rod 4 and the chamber body 8. Has been done.

【0013】前記枠体1の上部には上部受台10が設け
られており、該上部受台10の下面にはシリンダ装置1
1が固定されている。このシリンダ装置11には、該シ
リンダ装置11の下方側において型加圧棒12が連結さ
れており、型加圧棒12は、シリンダ装置11の伸縮動
に基づき上下方向に変位動することになっている。この
型加圧棒12の外周には、図1、図2に示すように、筒
状の摺動筒13が摺動可能に嵌合されている。この摺動
筒13の下部には、前記真空チャンバ7の蓋体9が固定
されており、この蓋体9内には前記型加圧棒12が気密
性を担保しつつ変位動可能に進入されている。上記摺動
筒13の外周には上記蓋体9よりも上方側において支持
板14が取付けられており、その支持板14は枠体1の
側方フレ−ム1aに摺動可能に嵌合されている。この支
持板14の上面には、複数のガイドロッド15が、その
各一端部において固定されており、その各他端側は、前
記上部受台10を貫通して上方に延び、その各他端部は
連結板16により連結されている。この連結板16に
は、上部受台10に固定されているシリンダ装置17が
連結されており、これにより、そのシリンダ装置17の
伸縮動により、ガイドロッド15、支持板14を介し
て、蓋体9がチャンバ本体8に対して接近離間動(開閉
動)することになっている。
An upper pedestal 10 is provided on the upper portion of the frame 1, and a cylinder device 1 is provided on the lower surface of the upper pedestal 10.
1 is fixed. A die pressure rod 12 is connected to the cylinder device 11 on the lower side of the cylinder device 11, and the die pressure rod 12 is displaced in the vertical direction based on the expansion and contraction of the cylinder device 11. ing. As shown in FIGS. 1 and 2, a cylindrical sliding cylinder 13 is slidably fitted around the outer periphery of the die pressure rod 12. A lid 9 of the vacuum chamber 7 is fixed to a lower portion of the sliding cylinder 13, and the die pressure bar 12 is movably inserted into the lid 9 while ensuring airtightness. ing. A support plate 14 is attached to the outer periphery of the sliding cylinder 13 above the lid body 9, and the support plate 14 is slidably fitted to the side frame 1a of the frame body 1. ing. A plurality of guide rods 15 are fixed to the upper surface of the support plate 14 at their one ends, and the other ends of the guide rods 15 extend upward through the upper pedestal 10 and the other ends thereof. The parts are connected by a connecting plate 16. A cylinder device 17 fixed to the upper pedestal 10 is connected to the connecting plate 16, so that the expansion and contraction of the cylinder device 17 causes the lid body to pass through the guide rod 15 and the support plate 14. 9 moves toward and away from the chamber body 8 (opens and closes).

【0014】前記真空チャンバ7の側部には、図1〜図
3に示すように、該真空チャンバ7内に連通する挿入口
18が対向するようにして2つ設けられており、その各
挿入口18には、電極19と冷却棒20とが気密性を担
保しつつ変位動可能に挿入されている。上記各電極19
は、先端部(図3中、左端部)に黒鉛部21が設けら
れ、その各基端部(図3中、右端部)には、本実施例に
おいては直流電源22が接続されていて、その電極19
は、図外の固定手段に固定されたシリンダ装置23によ
り変位動されることになっている。一方、上記冷却棒2
0は、その内部が中空とされ、その内部には冷却水が供
給されることになっており、この冷却棒20は、前記電
極用シリンダ装置23と同様、図外の固定手段に固定さ
れたシリンダ装置24により変位動されることになって
いる。
As shown in FIGS. 1 to 3, two insertion ports 18 communicating with the inside of the vacuum chamber 7 are provided on the side of the vacuum chamber 7 so as to face each other. An electrode 19 and a cooling rod 20 are movably inserted into the opening 18 while ensuring airtightness. Each electrode 19
Is provided with a graphite part 21 at the tip (left end in FIG. 3), and a DC power supply 22 is connected to each base end (right end in FIG. 3) in this embodiment, The electrode 19
Is to be displaced by a cylinder device 23 fixed to a fixing means (not shown). On the other hand, the cooling rod 2
In No. 0, the inside thereof is hollow, and cooling water is to be supplied to the inside thereof. Like the electrode cylinder device 23, this cooling rod 20 is fixed to a fixing means (not shown). It is supposed to be displaced by the cylinder device 24.

【0015】前記真空チャンバ7内には、図1〜図3に
示すように、型25および上下パンチ26、27が収納
されることになっている(図1〜図3においては、上下
パンチ26、27は省略)。上記型25は、焼結体の材
料として粉体材料(例えば、銅、アルミニウム、超硬用
粉末(WC−10CO))28を収納する機能を有して
おり、このため、該型25は、図5、図6に示すよう
に、筒状(例えば円筒状)とされている。そして、この
型25は、本実施例においては、その外周部が黒鉛によ
り形成される黒鉛部29とされ、その内周部がセラミッ
クスにより形成されるセラミックス部30とされてい
て、真空チャンバ7内においては、型25は、その軸心
が上下方向を向くように配設されることになっている。
このため、前記電極19の先端部が接触されて、電流が
型25に供給されたときには、該電流は、図3、図6に
おいて点線で示すように、黒鉛部29を通って、一方の
電極19から他方の電極19に流れることになってい
る。一方、上記上パンチ26は、上記型25の内周に上
方側から液密性を担保しつつ変位動可能に嵌合され、上
記下パンチ27は、上記型25の内周に下方側から液密
性を担保しつつ変位動可能に嵌合されることになってい
る(図5参照)。そして、真空チャンバ7内において
は、上記型25は、下パンチ27を介して前記型リフト
棒4上にセットされ、上パンチ26に対しては前記型加
圧棒12が加圧力を付与することになっている。この上
下両パンチ26、27は、本実施例においては、絶縁体
としてのセラミックスにより形成されている。このセラ
ミックスとしては、主成分がそれぞれアルミナ(Al3
2 )、ジルコニア(ZrO)、窒化珪素(Si3
4 )、炭化珪素(SiC)等であるものが用いられ、耐
熱衝撃性の観点から、窒化珪素を主成分としたものが好
ましい。このセラミックス(主成分が窒化珪素であるも
のを例にとる)の強度は、曲げ強度に関しては、図8に
示すように、1000℃位までの温度において、黒鉛が
2〜4(Kgf/mm2 )であるのに対して、60〜8
0(Kgf/mm2 )であり、圧縮強度に関しては、黒
鉛が3〜9(Kgf/mm2 )であるのに対して、セラ
ミックスが200(Kgf/mm2 )以上である。この
場合、圧縮強度の他に曲げ強度を重視するのは、現実問
題として、パンチ26(27)による加圧動に伴って、
型25内周とパンチ26(27)外周との摩擦に基づ
き、パンチ26(27)の径方向中央部とパンチ26
(27)の外周部との間で撓みを生じさせようとする力
が生じ、それが無視できないからである。
As shown in FIGS. 1 to 3, a mold 25 and upper and lower punches 26 and 27 are to be housed in the vacuum chamber 7 (in FIGS. 1 to 3, the upper and lower punches 26 are arranged). , 27 are omitted). The mold 25 has a function of accommodating a powder material (for example, copper, aluminum, powder for cemented carbide (WC-10CO)) 28 as a material of the sintered body, and therefore the mold 25 is As shown in FIGS. 5 and 6, it has a tubular shape (for example, a cylindrical shape). In the present embodiment, the mold 25 has a graphite portion 29 formed of graphite on the outer peripheral portion and a ceramic portion 30 formed of ceramics on the inner peripheral portion thereof. In the above, the mold 25 is arranged so that its axis is oriented in the vertical direction.
Therefore, when the tip portion of the electrode 19 is contacted and a current is supplied to the mold 25, the current passes through the graphite portion 29 as shown by a dotted line in FIGS. It is supposed to flow from 19 to the other electrode 19. On the other hand, the upper punch 26 is fitted to the inner periphery of the die 25 so as to be displaceably movable from the upper side while ensuring liquid tightness, and the lower punch 27 is fluidly fitted to the inner periphery of the die 25 from the lower side. It is supposed to be fitted so as to be displaceable while ensuring tightness (see FIG. 5). In the vacuum chamber 7, the die 25 is set on the die lift rod 4 via the lower punch 27, and the die pressure rod 12 applies a pressure to the upper punch 26. It has become. The upper and lower punches 26 and 27 are made of ceramics as an insulator in this embodiment. The main components of this ceramic are alumina (Al 3
O 2 ), zirconia (ZrO), silicon nitride (Si 3 N
4 ), silicon carbide (SiC), etc. are used, and those containing silicon nitride as a main component are preferable from the viewpoint of thermal shock resistance. Regarding the strength of this ceramics (for example, the one whose main component is silicon nitride), as for the bending strength, as shown in FIG. 8, when the temperature is up to about 1000 ° C., graphite is 2 to 4 (Kgf / mm 2). ), While 60 to 8
It is 0 (Kgf / mm 2 ), and regarding the compressive strength, graphite is 3 to 9 (Kgf / mm 2 ), while ceramics is 200 (Kgf / mm 2 ) or more. In this case, the fact that the bending strength is emphasized in addition to the compressive strength is, as a practical matter, due to the pressurization movement by the punch 26 (27),
Based on the friction between the inner periphery of the die 25 and the outer periphery of the punch 26 (27), the center portion of the punch 26 (27) in the radial direction and the punch 26 (27).
This is because a force that causes bending is generated between the outer peripheral portion of (27) and it cannot be ignored.

【0016】次に、本発明に係る方法について、上記焼
結装置の作用と共に説明する。先ず、図5に示すよう
に、型25内に粉体材料28(本実施例においては、銅
粉末を用いた)を充填し、該粉体材料28を型25内に
おいて上下パンチ26、27間に収納されるようにす
る。次に、図3に示すように、真空チャンバ7内におい
て、型リフト棒4と型加圧棒12とにより上述の型25
を上下パンチ26、27を介して挟持すると共に該型2
5側面に電極19を当接させ、これにより、焼結処理の
セットを終了する。
Next, the method according to the present invention will be described together with the operation of the above-mentioned sintering apparatus. First, as shown in FIG. 5, a powder material 28 (copper powder is used in this embodiment) is filled in a die 25, and the powder material 28 is placed in the die 25 between upper and lower punches 26, 27. To be stored in. Next, as shown in FIG. 3, in the vacuum chamber 7, the above-mentioned mold 25 is moved by the mold lift bar 4 and the mold pressure bar 12.
The upper and lower punches 26, 27 and the mold 2
The electrode 19 is brought into contact with the five side surfaces, and the setting of the sintering process is completed.

【0017】この後、本実施例においては、図7に示す
タイムチャ−トに基づいて焼結処理がなされる。すなわ
ち、先ず、真空チャンバ7内の真空引きが開始され、そ
の後、型加圧棒12がシリンダ装置11により下降さ
れ、セラミックス製上下パンチ26、27は粉体材料2
8を大きな加圧力をもって加圧し始める。次に、焼結処
理開始から所定時間経過(本実施例においては30秒)
すると、電源22がONとされ、電極19を介して型2
5に対して電流が供給される。これにより、ジュ−ル熱
が型25に付与され、その熱が加圧状態の粉体材料28
に供給されることになる。これにより、型温度(粉体材
料温度)は、図7に示すように、上昇し、該温度が所定
温度(本実施例においては800℃)にまで至ると、そ
の所定温度が一定時間保持されて、加圧粉体材料が溶け
る前で加熱され、焼結体を得ることになる。
Thereafter, in this embodiment, the sintering process is performed based on the time chart shown in FIG. That is, first, evacuation of the vacuum chamber 7 is started, then the die pressure rod 12 is lowered by the cylinder device 11, and the ceramic upper and lower punches 26, 27 are made into the powder material 2.
Start to pressurize 8 with a large pressure. Next, a predetermined time has elapsed from the start of the sintering process (30 seconds in this embodiment).
Then, the power supply 22 is turned on and the mold 2 is inserted through the electrode 19.
Current is supplied to 5. This gives the mold heat to the mold 25, and the heat is applied to the powder material 28 under pressure.
Will be supplied to. As a result, the mold temperature (powder material temperature) rises as shown in FIG. 7, and when the temperature reaches a predetermined temperature (800 ° C. in this embodiment), the predetermined temperature is held for a certain period of time. Then, the pressed powder material is heated before being melted to obtain a sintered body.

【0018】型温度が一定時間経過すると、電源22が
OFFされると共に電極19が型25から離間され、そ
れに代わって、冷却棒20が、図4に示すように、型2
5側面に当接され、該型25の強制冷却が行われる。そ
して、型温度が所定の取り出し温度(本実施例において
は200℃)まで冷却されると、上下パンチ26、27
による加圧が停止されると共に、シリンダ装置17によ
り真空チャンバ7の蓋体9が開けられ、型25が、図2
に示すように、型リフト棒4によりに真空チャンバ7外
へ取り出される。そしてこの後、製品としての焼結体が
型25外に取り出され、該型25は次の焼結処理のため
に待機される。
After the mold temperature has reached a certain time, the power source 22 is turned off and the electrode 19 is separated from the mold 25. Instead, the cooling rod 20 is replaced by the mold 2 as shown in FIG.
The mold 25 is forcedly cooled by being brought into contact with the five side surfaces. Then, when the die temperature is cooled to a predetermined take-out temperature (200 ° C. in this embodiment), the upper and lower punches 26, 27.
2 is stopped, the lid 9 of the vacuum chamber 7 is opened by the cylinder device 17, and the mold 25 is moved to the position shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the mold lift bar 4 removes it from the vacuum chamber 7. After that, the sintered body as a product is taken out of the mold 25, and the mold 25 is on standby for the next sintering process.

【0019】したがって、上記内容によれば、上下パン
チ26、27がセラミックス製とされ、その強度が、図
8に示すように、従来の人造黒鉛製パンチの強度よりも
大きいことから、その場合の粉体材料の加圧力を、従来
の人造黒鉛製パンチを用いた加圧力よりも大きくするこ
とができることになり、セラミックス製パンチを用いた
場合の焼結温度を、従来の人造黒鉛製パンチを用いた場
合の焼結温度よりも低くすることができることになる。
Therefore, according to the above contents, the upper and lower punches 26, 27 are made of ceramics, and the strength thereof is larger than that of the conventional artificial graphite punch as shown in FIG. The pressing force of the powder material can be made higher than the pressing force using the conventional artificial graphite punch, and the sintering temperature when the ceramic punch is used is the same as the conventional artificial graphite punch. If so, the sintering temperature can be lowered.

【0020】このことを裏付けるために、セラミックス
製ではない人造黒鉛製パンチを用いて、粉体材料の加圧
力をP1 (=0.91Kgf/mm2 )、P2 (=4.
55Kgf/mm2 )とした場合について、焼結温度が
どのようになるかを実験したところ、図9に示すよう
に、加圧力P1 の場合には、ある密度d1 における温度
がT1 、焼結終了点がT2 (=845℃)となる一方、
加圧力P2 の場合には、ある密度d1 における温度がT
3 、焼結終了点がT4 (=680℃)となり、加圧力P
2 の場合の方が、加圧力P1 の場合よりも165℃低く
することができた。したがって、人造黒鉛製パンチでは
なくセラミックス製パンチを用いて加圧力をより一層大
きくすることにすれば、それに伴って、焼結温度を低く
することが理解できる。
To support this, an artificial graphite punch that is not made of ceramics is used, and the pressing force of the powder material is P 1 (= 0.91 Kgf / mm 2 ), P 2 (= 4.
55 Kgf / mm 2 ), an experiment was conducted to find out what the sintering temperature would be. As shown in FIG. 9, when the pressure P 1 was applied, the temperature at a certain density d 1 was T 1 , While the sintering end point is T 2 (= 845 ° C),
In the case of the pressing force P 2 , the temperature at a certain density d 1 is T
3 , the sintering end point is T 4 (= 680 ° C), and the pressing force P
In the case of 2, the pressure could be lowered by 165 ° C. than in the case of the pressure P 1 . Therefore, it can be understood that if the ceramic punch is used instead of the artificial graphite punch to further increase the pressing force, the sintering temperature is lowered accordingly.

【0021】このように、真空チャンバ7内で真空下
(完全真空ではなく、例えば0.01Torr)で焼結
がおこなわれるものの、焼結温度を下げることが可能と
なったことから、図10の黒鉛の酸化速度と温度との関
係からも明らかなように、電極19の黒鉛部21はもと
より、型25の黒鉛部29の酸化速度が、より低減され
ることになり、その黒鉛の酸化消耗を従来の場合に比し
て抑制できることになる。本実施例においては、型25
内周面がセラミックス部30とされ、上下パンチ26、
27がセラミックス製とされ、これらについては黒鉛の
酸化消耗が問題とならず、液相焼結が問題なく行える
が、型25内周面にセラミックスによる被覆を行わない
場合においても、上述のように、焼結温度の低下に基づ
き、その型内周面の黒鉛の酸化消耗が抑制されることに
なるため、パンチ26(27)と型25内周面との間に
早期に隙間は生ぜず、液相焼結が行えることになる。
As described above, although the sintering is performed in the vacuum chamber 7 under vacuum (not completely vacuum, for example, 0.01 Torr), the sintering temperature can be lowered. As is clear from the relationship between the oxidation rate of graphite and the temperature, not only the graphite portion 21 of the electrode 19 but also the oxidation portion of the graphite portion 29 of the mold 25 is further reduced, and the oxidation consumption of the graphite is reduced. This can be suppressed compared to the conventional case. In this embodiment, the mold 25
The inner peripheral surface is the ceramic part 30, and the upper and lower punches 26,
No. 27 is made of ceramics. With respect to these, the oxidation consumption of graphite does not pose a problem, and liquid phase sintering can be performed without problems. However, even when the inner peripheral surface of the mold 25 is not coated with ceramics, as described above. As a result of the decrease in the sintering temperature, oxidation consumption of graphite on the inner peripheral surface of the die is suppressed, so that no gap is produced early between the punch 26 (27) and the inner peripheral surface of the die 25. Liquid phase sintering can be performed.

【0022】また、焼結温度を下げることが可能となっ
たことに基づき、冷却棒20に基づく冷却により型25
を所定の取り出し温度まで下げる時間が短縮されること
になり、従来10分程度必要であったサイクルタイム
が、2分程度のサイクルタイムに短縮されることにな
る。
Further, since the sintering temperature can be lowered, the mold 25 is cooled by the cooling rod 20.
The time required to lower the temperature to a predetermined take-out temperature is shortened, and the cycle time that was conventionally required for about 10 minutes is shortened to about 2 minutes.

【0023】さらに、本実施例においては、型25内周
面がセラミックスにより被覆されて熱のみが粉体材料2
8の外周面側から供給されることから、従来の粉体材料
の径方向中央部より熱を該粉体材料の径方向外方に向け
て供給する場合のように、該粉体材料の径方向外方側部
分が外部へ放熱し易い状態となることが避けられ、粉体
材料28に関し、放熱現象を生じにくくすることができ
ることになる。これにより、粉体材料28の径方向にお
いて温度分布が不均一になることが抑制されることにな
る。
Further, in this embodiment, the inner peripheral surface of the mold 25 is coated with ceramics, and only the heat is applied to the powder material 2.
Since it is supplied from the outer peripheral surface side of 8, the diameter of the powder material can be reduced as in the case of supplying heat from the central portion in the radial direction of the powder material to the outside in the radial direction of the powder material. It is possible to prevent the portion on the outer side in the direction from easily radiating heat to the outside, and it is possible to prevent the heat radiation phenomenon from occurring in the powder material 28. As a result, the temperature distribution in the radial direction of the powder material 28 is prevented from becoming non-uniform.

【0024】以上実施例について説明したが本発明にあ
っては、次のようなものを包含する。 粉体材料28が、導電性、非導電性材料のいずれであ
ってもよいこと。 粉体材料28として導電性材料を用い、該粉体材料2
8にも電流を流す場合には、型25内周面のセラミック
スによる被覆を省くこと。 型25に粉体材料28の充填孔を複数形成し、各充填
孔にパンチをそれぞれ嵌合し、その全てのパンチを型加
圧棒12により同時に押圧して、各充填孔内の粉体材料
28を加圧すること。 これにより、従来のようにパンチを介して粉体材料に電
流を流すことが行われないことから、各パンチと型加圧
棒との接触状態が異なることに基づいて、各焼結体(粉
体材料)毎に、温度分布が異なるものが形成されること
が抑制されることになる。
Although the embodiments have been described above, the present invention includes the following. The powder material 28 may be either a conductive material or a non-conductive material. A conductive material is used as the powder material 28, and the powder material 2
When a current is also applied to 8, the coating of the inner peripheral surface of the mold 25 with ceramics should be omitted. A plurality of filling holes for the powder material 28 are formed in the mold 25, punches are fitted in the respective filling holes, and all the punches are simultaneously pressed by the die pressure rod 12, so that the powder material in each filling hole is formed. Pressurize 28. As a result, no electric current is applied to the powder material through the punch as in the prior art. It is possible to suppress the formation of materials having different temperature distributions for each body material).

【0025】[0025]

【発明の効果】以上述べたように、請求項1〜4の発明
にあっては、粉体材料を加圧しつつ通電して焼結する場
合において、型等における酸化消耗を抑えると共に焼結
処理のサイクルタイムを短縮する焼結方法を提供でき
る。請求項4の発明にあっては、径方向における温度分
布に関し、均一性のとれた複数の焼結体を得ることがで
きる。請求項5〜7の発明にあっては、型等における酸
化消耗を抑えると共に焼結処理のサイクルタイムを短縮
する焼結装置を提供できる。請求項7の発明にあって
は、焼結体(粉体材料)の径方向における温度分布が不
均一になることを抑制できる。
As described above, according to the inventions of claims 1 to 4, when the powder material is pressed and energized to be sintered, oxidation consumption in the mold or the like is suppressed and the sintering treatment is performed. It is possible to provide a sintering method that shortens the cycle time. According to the invention of claim 4, it is possible to obtain a plurality of sintered bodies having a uniform temperature distribution in the radial direction. According to the inventions of claims 5 to 7, it is possible to provide a sintering apparatus which suppresses the oxidation consumption in the mold and the like and shortens the cycle time of the sintering process. According to the invention of claim 7, it is possible to prevent the temperature distribution in the radial direction of the sintered body (powder material) from becoming non-uniform.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例に係る焼結装置を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a sintering device according to an embodiment.

【図2】図1の焼結装置において、型等の挿入、取り出
しを説明する図。
FIG. 2 is a view for explaining insertion and removal of a mold and the like in the sintering machine of FIG.

【図3】図1の焼結装置の部分拡大説明図。FIG. 3 is a partially enlarged explanatory view of the sintering device of FIG.

【図4】図1の焼結装置における型の強制冷却を説明す
る図。
FIG. 4 is a view for explaining forced cooling of a mold in the sintering apparatus of FIG.

【図5】図1の焼結装置における型と上下パンチの関係
を示す図。
5 is a view showing a relationship between a die and upper and lower punches in the sintering machine of FIG.

【図6】図5の横断面図。6 is a cross-sectional view of FIG.

【図7】図1の焼結装置の作動を説明するタイムチャ−
ト。
7 is a time chart for explaining the operation of the sintering apparatus of FIG.
To.

【図8】セラミックスの強度と人造黒鉛の強度とを比較
する図。
FIG. 8 is a diagram comparing the strength of ceramics with the strength of artificial graphite.

【図9】粉体材料に対する加圧力が焼結温度に与える影
響を説明する図。
FIG. 9 is a diagram for explaining the influence of the pressure applied to the powder material on the sintering temperature.

【図10】黒鉛の酸化消耗と温度との関係を示す図。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the oxidation consumption of graphite and temperature.

【図11】従来に係る焼結装置を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory view showing a conventional sintering device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

19 電極 22 直流電源 25 型 26 上パンチ 27 下パンチ 28 粉体材料 29 黒鉛部 30 セラミックス部 19 Electrode 22 DC Power Supply 25 Type 26 Upper Punch 27 Lower Punch 28 Powder Material 29 Graphite Part 30 Ceramics Part

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 粉体材料を加圧しつつ通電して焼結する
焼結方法において、 前記加圧を、高強度材料を用いたパンチにより行い、 前記通電を、前記パンチの加圧方向の側方から、該パン
チを介さずに行う、ことを特徴とする焼結方法。
1. A sintering method in which a powder material is pressed and energized to sinter, and the pressing is performed by a punch using a high-strength material, and the energization is performed on the side in the pressing direction of the punch. From one side, the sintering method is performed without using the punch.
【請求項2】 請求項1において、 前記高強度材料が絶縁体である、ことを特徴とする焼結
方法。
2. The sintering method according to claim 1, wherein the high-strength material is an insulator.
【請求項3】 請求項1又は2において、 前記高強度材料がセラミックスである、ことを特徴とす
る焼結方法。
3. The sintering method according to claim 1, wherein the high-strength material is ceramics.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、 前記粉体材料と前記パンチを複数組用意して、該各粉体
材料を加圧しつつ、該各組に対して通電を行って焼結を
行う、ことを特徴とする焼結方法。
4. The burner according to claim 1, wherein a plurality of sets of the powder material and the punch are prepared, and each of the powder materials is pressurized while being energized. A sintering method characterized in that the sintering is performed.
【請求項5】 粉体材料を収納する筒状の型と、該型に
対して変位動可能に設けられ該型内の粉体材料を加圧す
るパンチと、前記粉体材料にジュ−ル熱を付与する電流
供給手段とを備える焼結装置において、 前記型が導体とされ、 前記電流供給手段が前記型に電流を供給するように設定
され、 前記パンチが高強度材料で形成されている、ことを特徴
とする焼結装置。
5. A cylindrical die for accommodating the powder material, a punch for displaceably moving with respect to the die for pressurizing the powder material in the die, and a die heat for the powder material. In a sintering apparatus comprising: a current supply means for imparting a current, the mold is a conductor, the current supply means is set to supply a current to the mold, the punch is formed of a high-strength material, A sintering machine characterized by the above.
【請求項6】 請求項5において、 前記パンチがセラミックスとされている、ことを特徴と
する焼結装置。
6. The sintering apparatus according to claim 5, wherein the punch is made of ceramics.
【請求項7】 請求項5又は6において、 前記型の内周面が絶縁被覆されている、ことを特徴とす
る焼結装置。
7. The sintering machine according to claim 5, wherein the inner peripheral surface of the mold is insulation-coated.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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