JPH11158507A - 通電焼結機における改良された電極および通電焼結機 - Google Patents

通電焼結機における改良された電極および通電焼結機

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JPH11158507A
JPH11158507A JP32460797A JP32460797A JPH11158507A JP H11158507 A JPH11158507 A JP H11158507A JP 32460797 A JP32460797 A JP 32460797A JP 32460797 A JP32460797 A JP 32460797A JP H11158507 A JPH11158507 A JP H11158507A
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JP
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electrode
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sintering
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sintering machine
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JP32460797A
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Kozo Ishizaki
幸三 石▲崎▼
Atsushi Takada
篤 高田
Kazuyuki Kumeta
和幸 粂田
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SHINANO TECHNOLOGY KK
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SHINANO TECHNOLOGY KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭化物の析出を防ぎ、電極または黒鉛スペー
サーの消耗を抑え通電焼結機の効率を改善すること。ま
た電極の溶解を防止すること。 【解決手段】 通電焼結機用の電極であって、少なくと
もその表面がスペーサーと反応せず、電極付近の温度よ
り高い融点をもつ材料でできていることを特徴とする電
極。通電焼結機用の電極であって、電極ともスペーサー
とも反応せず、かつ、電極付近の温度より高い融点をも
つ材料の層を電極とスペーサーの間に設けていることを
特徴とする電極および該電極を具備する通電焼結機。上
記スペーサーと反応せず、電極付近の温度より高い融点
をもつ材料は、それぞれ電極付近の温度が1080℃以
下の時、銅、1080℃〜1450℃の時、ニッケル、
1450℃〜1880℃の時、ジルコン、1880℃〜
3387℃の時、タングステンである。上記電極を具備
することを特徴とする通電焼結機。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業の属する技術分野】本発明は近年、利用度が盛ん
になって来ている通電焼結〔例えば、パルス通電焼結
(Pulse Electric Current S
intering)法、スパークプラズマ焼結(Spa
rk Plasma Sintering)法、PAS
(Plasma)法、直流通電法など〕における電極の
改良に関するものであり、セラミックスをはじめ傾斜機
能材料、電子材料、金属間化合物、高分子材料、複合材
料などの焼結効率を高める手段に関するものである。
【0002】
【従来の技術】次世代の焼結技術として注目される、パ
ルス通電焼結法は、図3に示すように、大電流パルス通
電により発生する熱を利用し、材料の焼結を行うもので
ある。一般には放電プラズマ焼結機、プラズマ活性化焼
結装置などの通電焼結機といわれる。材料を詰める型に
は高温では黒鉛(グラファイト)、低温では各種金属型
が使用されている。また、電極からパンチまでの間はで
きるだけ電気抵抗の低い材質が必要とされ、一般には黒
鉛などのスペーサーが用いられている。通電焼結機にお
いて現在使用されている電極はステンレスや銅である。
低温使用する場合はステンレス、銅、共に問題ないが電
極付近の温度が高温になればステンレスは黒鉛との接触
面において炭化物が発生し、それを除去するために電極
を加工する必要がある。また、銅の場合は黒鉛と反応す
ることはないが、電極がその融点(1084℃)以上に
なるような高温での焼結条件では使用できない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ステンレスに炭化物が
付着するのはステンレス(SUS304)が高温になる
と、Cr236の析出反応が起こるからであり、粒界腐
食および粒界腐食割れを起こすことにつながる。また、
電極に銅が使用されている場合は、銅の融点が1084
℃であることから、電極付近の温度がそれ以上になるよ
うな場合は使用できない。また、銅の強度が他の金属よ
り低いことから使用に際して制限がある。現在の電極は
水冷循環により冷却されているものもあるが、事故等に
より、冷却水が停止した場合電極の溶解につながる。本
発明は炭化物の析出を防ぎ、電極または黒鉛スペーサー
の消耗を抑え通電焼結機の効率を改善すること、また電
極の溶解防止を目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、通電焼結機用
の電極であって、少なくともその表面がスペーサーと反
応せず、電極付近の温度より高い融点をもつ材料ででき
ていることを特徴とする電極を要旨としている。本発明
の通電焼結機用電極は、電極全体が、スペーサーと反応
せず、電極付近の温度より高い融点をもつ材料でできて
いる態様、スペーサーと反応せず、焼結温度以上の融点
で伝導性がありかつ加圧力に耐えられる強度を持つ材料
でできている態様を包含している。
【0005】本発明は、現在使用されている装置の簡易
な改良手段として、現在の電極かつスペーサーともに反
応せずかつ電極付近の温度が融点以下である材料を電極
とスペーサーの間に挟む手段であり、通電焼結機用の電
極であって、電極ともスペーサーとも反応せず、かつ、
電極付近の温度より高い融点をもつ材料の層を電極とス
ペーサーの間に設けていることを特徴とする電極を要旨
としている。上記材料の層として2種類以上の複合材料
の層を用いる態様を包含している。また、本発明の通電
焼結機用電極は、焼結温度以上の融点で電気伝導性があ
りかつ加圧力に耐えられる強度を持つがスペーサーと反
応してしまう材料でできており、その表面がスペーサー
と反応せず、電極付近の温度より高い融点をもつ材料で
コーティングされている態様を包含している。
【0006】上記スペーサーと反応せず、電極付近の温
度より高い融点をもつ材料が、それぞれ電極付近の温度
が1080℃以下の時、銅、1080℃〜1450℃の
時、ニッケル、1450℃〜1880℃の時、ジルコ
ン、1880℃〜3387℃の時、タングステンであ
り、したがって、スペーサーと反応せず、電極付近の温
度より高い融点をもつ材料でできている通電焼結機用電
極の具体例は、電極表面の温度が1080℃以下の時、
銅電極、1080℃〜1450℃の時、Ni電極、14
50℃〜1880℃の時、Zr電極、1880℃〜33
87℃の時、W電極となり、スペーサーと反応せず、電
極付近の温度より高い融点をもつ材料でその表面がコー
ティングされている通電焼結機用電極の具体例は、電極
表面の温度が1080℃以下の時、電極に銅をコーティ
ング、1080℃〜1450℃の時、電極にNiをコー
ティング、1450℃〜1880℃の時、電極にZrを
コーティング、1880℃〜3387℃の時、電極にW
をコーティングしたものである。
【0007】さらにまた、本発明は上記電極を具備する
ことを特徴とする通電焼結機を要旨としている。本発明
の通電焼結機は、スペーサーと反応せず、電極付近の温
度より高い融点をもつ材料でできている電極、またはス
ペーサーと反応せず、焼結温度以上の融点で伝導性があ
りかつ加圧力に耐えられる強度を持つ材料でできている
電極、それと同質の材料で作製した型およびスペーサー
をを具備することを特徴とする通電焼結機を要旨として
いる。
【0008】
【発明の実施の形態】現在電極にはステンレスや銅が使
用されている。これらを改良する手段を以下に示す。通
電焼結機の一つである通電焼結機は、その名が示すとお
り大電流パルスを通電し焼結を行う。そのため伝導性の
ある金属が電極となっている。現在、国産の通電焼結機
の電極はステンレスまたは銅である。電極の材質を選ぶ
上での条件は伝導性があること。電極付近の温度がその
金属の融点以下であること。黒鉛などのスペーサーと反
応しないことなどである。電極がステンレスの場合、黒
鉛との反応が起こるためステンレスの使用は望ましくな
い。
【0009】そこで伝導性があり、電極付近の温度が融
点以下でありかつスペーサーと反応しない材料を電極と
することが望ましい。また、焼結時に圧力をかける場合
は電極にも加圧に耐えられるだけの強度が必要となる。
高温での使用(高温での焼結)時は電極付近も高温にな
ることが考えられる。現在の装置では水冷循環等により
電極付近も冷却されているが高融点の金属を使用すれば
冷却の必要がなくなり装置の簡略化またランニングコス
トの削減にもつながる。さらに事故などにより冷却装置
が停止した場合でも電極が熔解することを避けることが
できる。
【0010】通電焼結機の特性上、電極に加圧力が加わ
る。そこで強度が必要とされる時、強度はあるがスペー
サーと反応してしまう金属があることが考えられる。そ
こで電極表面の温度が融点以下である金属膜を電極にコ
ーティングすることによりスペーサーとの反応を抑える
ことができかつ焼結に必要な加圧力にも耐えられる電極
を得ることができる。
【0011】現在すでに使用されている装置の簡易な改
良法として、電極付近の温度が融点以下であり、電極な
らびにスペーサーとの両方に反応しない材料の板を電極
とスペーサーの間に介在させることにより、現在の電極
がスペーサーと反応することにより発生する付着物を除
去する必要がなくなる。現在電極に炭化物等が付着した
場合、電極を取り外し研削等の加工を行っている。ま
た、スペーサーの方も電極との反応により部分的に消耗
するため加工が必要であり、スペーサーの寿命を短くし
ている。現在すでに使用されているステンレス電極は電
極付近の温度が600℃を越えると炭化物が付着する現
象が起きる。このため電極、黒鉛スペーサーともに平面
を得るための加工が必要であり、装置のランニングコス
トを上げさらに装置の効率を下げている。電極ならびに
スペーサーとの両方に反応しない材料の板、例えば金属
板を介在させるという方法は非常に簡易であり有効な手
段である。
【0012】電極とスペーサーが反応するのを避けるた
めの手段として電極、スペーサー、型すべてを同質の材
料にし焼結温度以上の融点を持つ材料にする手段があ
る。材料を選定する場合、加圧力に耐えられる強度、伝
導性、融点を考慮すればよい。この手段により電極とス
ペーサーの反応による消耗を解消することができる。
【0013】
【実施例】本願発明の詳細を実施例で説明する。本願発
明はこれら実施例によって何ら限定されるものではな
い。
【0014】実施例1図1に一般的な通電焼結機の概略
図を示した。電極板とスペーサーは平面で接触してい
る。電極と黒鉛スペーサーの間に銅板を介在させ焼結を
行った。 焼結条件 1500℃ 雰囲気 真空 加圧力 10MPa 保持 15分
【0015】《結果》従来では同条件で炭化物の付着が
見られたが銅板を介在させることにより焼結後電極に炭
化物は付着しなかった。XRD測定による測定でも電極
表面から炭化物は検出されなかった。また、スペーサー
の消耗も見られないので焼結後に加工を施す必要がなく
なった。
【0016】比較例 電極または電極付近を改良せずに通電焼結機を用いて以
下の条件において焼結を行った。 焼結条件 1800℃ 雰囲気 真空 加圧力 10MPa 保持 15分
【0017】《結果》焼結終了後、ステンレス電極表面
に黒鉛スペーサーとの反応物(Fe236,Cr236
が確認された。黒鉛スペーサー側は反応した部分に損傷
がみられた。このため連続的に装置の使用を行うことが
できず、ステンレス電極に対して加工を行わなければな
らなかった。またスペーサーについても消耗により平面
が失われ、平面が得られるまで加工を行った。
【0018】実施例2 図1のステンレス電極とスペーサーの間に、請求項6
の複合材料として黒鉛と銅を複合させた層を介在させた
場合において、焼結中の電極付近の温度を、
焼結温度が1000℃から1800℃まで200℃ずつ
測定をした。 焼結条件 1000〜1800℃ 雰囲気 真空 加圧力 10MPa 保持 15分
【0019】《結果》複合材料として用いた層は黒鉛と
銅の複合材料であるためステンレス電極と反応を防ぐこ
とができ、かつ黒鉛と複合されていることにより焼結中
の加圧力に耐えられる強度を持っていることが確認され
た。また実験中の電極付近温度の測定結果を図2に示
す。ダイスの焼結温度を1800℃まで上昇させてもス
テンレス電極、スペーサー共に介在させた材料とは反
応が見られなかった。この結果から請求項6の複合材料
の層を介在させることにより焼結後にステンレス電極ま
たはグラファイトスペーサーに加工を施す必要がなくな
った。
【0020】
【発明の効果】本発明により炭化物の発生を抑えれば使
用後に電極を加工する必要もなくなり、さらにグラファ
イトスペーサーの消耗もなくし、通電焼結機の効率を大
幅に改善することと同時にランニングコストを削減する
ことができる。また電極付近の温度が高くなっても問題
なく使用できる、つまりより高温での材料の焼結が可能
になるということである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の改良の対象となる電極を具備する一般
的な通電焼結機の概略を示す図面である。
【図2】図1の一般的な通電焼結機の電極を改良した場
合の焼結温度時における各スペーサーの温度を示す図面
である。
【図3】パルス通電加圧焼結法の概略を説明する図面で
ある。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通電焼結機用の電極であって、少なくと
    もその表面がスペーサーと反応せず、電極付近の温度よ
    り高い融点をもつ材料でできていることを特徴とする電
    極。
  2. 【請求項2】 電極全体が、上記材料でできている請求
    項1の電極。
  3. 【請求項3】 上記材料が、さらに焼結温度以上の融点
    で伝導性があり、かつ加圧力に耐えられる強度を持って
    いる材料である請求項2の電極。
  4. 【請求項4】 電極が、焼結温度以上の融点で伝導性が
    ありかつ加圧力に耐えられる強度を持つがスペーサーと
    反応してしまう材料でできており、その表面がスペーサ
    ーと反応せず、電極付近の温度より高い融点をもつ材料
    でコーティングされている請求項1の電極。
  5. 【請求項5】 通電焼結機用の電極であって、電極とも
    スペーサーとも反応せず、かつ、電極付近の温度より高
    い融点をもつ材料の層を電極とスペーサーの間に設けて
    いることを特徴とする電極。
  6. 【請求項6】 上記材料の層として2種類以上の複合材
    料の層を用いる請求項5の電極。
  7. 【請求項7】 上記スペーサーと反応せず、電極付近の
    温度より高い融点をもつ材料が、それぞれ電極付近の温
    度が1080℃以下の時、銅、1080℃〜1450℃
    の時、ニッケル、1450℃〜1880℃の時、ジルコ
    ン、1880℃〜3387℃の時、タングステンである
    請求項1ないし5のいずれかの電極。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし7のいずれかの電極を具
    備することを特徴とする通電焼結機。
  9. 【請求項9】 請求項2の電極、それと同質の材料で作
    製した型およびスペーサーをを具備することを特徴とす
    る通電焼結機。
  10. 【請求項10】 請求項3の電極、それと同質の材料で
    作製した型およびスペーサーを具備することを特徴とす
    る通電焼結機。
JP32460797A 1997-11-26 1997-11-26 通電焼結機における改良された電極および通電焼結機 Withdrawn JPH11158507A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016522313A (ja) * 2013-03-28 2016-07-28 ジェニコア スプウカ ス オルガニザツィーノン オトゥポビエジャルノシチョンGenicore Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia 粉末材料固化装置及び方法

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Effective date: 20050201