JPS5888177A - 熱間静水圧プレスにおける付着ガラス除去方法 - Google Patents

熱間静水圧プレスにおける付着ガラス除去方法

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JPS5888177A
JPS5888177A JP56185119A JP18511981A JPS5888177A JP S5888177 A JPS5888177 A JP S5888177A JP 56185119 A JP56185119 A JP 56185119A JP 18511981 A JP18511981 A JP 18511981A JP S5888177 A JPS5888177 A JP S5888177A
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glass
hot isostatic
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pressure
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正人 守時
隆男 藤川
宮永 順一
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱間静水圧プレス処理法、特にガラスをシール
材として用いる前記熱間静水圧プレス処理法において、
処理後に製品に付着したガラスを除去するための効果的
な付着ガラス除去方法に関する。
ガラスをシール材として用いる熱間静水圧プレス(以下
、HIPと略記する0)処理法は、異形成形が可能であ
ること、通常、カプセル材として用いられる銅、鋼など
が使用できない高温下でも充分HIP可能である等の利
点があり、特に地上に比較的豊富に原料が存在し、高温
下で充分な強度を有し、化学的に安定で熱衝撃にも強い
としてその開発が望まれているセラミックスの成形加工
法として強く実用化が進められており、ガラスカプセル
法(特公昭46−2731号公報等参照)、被処理成形
体をガラス粒中に埋設する方法(特開昭55−8940
5号公報等参照)等が公知である。しかしながらこのH
IP処理法は、HIP処理後、製品に該ガラスが不可避
的に付着し、しかも強固に付着するため除去が困難であ
ることが多い。現在、/%ンマー叩打など機械的外力が
加えらているが、相当の力が必要であり、とくに成形体
を処理する際には成形体表面の凹凸部に付着したガラス
の除去は非常に難しいという欠点がある。
とりわけ、ガラスカプセルを用いた場合、HIP後の降
温過程で成形体とガラスの熱膨張係数の差で、ガラスが
割れてはがれ、ガラスの除去は極めて容易との説がある
が、実際には加圧力によシガラスが却って成形体ボアに
苧・シ込まれたシ、ガラスと被処理粉末であるS i3
N4などが反応したりすることもあって除去は非常に困
難であるばかりか、熱膨張係数の差によシ成形体の薄肉
部や角部が破損することも多い。とくにこの傾向はシリ
カガラスの場合には顕著である。
勿論、シリカガラスの場合には、冷却速度をコントロー
ルすることによって結晶化させ、これにより除去は一応
容易となるが、成形体との反応を伴なう場合には、成形
体表面から0.1〜0.2 mmは結晶化しないことが
多く、このガラス層の除去は前記同様困難である。
本発明は上述の如き実状に即応し、それら従前の欠点を
排除すべく、ガラスシール材に圧力媒体ガスが溶は込む
材料を選定し、HIP処理後の製品付着ガラスを容易に
除去し得る手段を提供せんとするもので、前記ガラス材
料として硼珪酸ガラスを使用し、HIP処理による成形
体の焼結が終了した後、ガラスに溶解した圧力媒体を再
び気化させ、ガラスを発泡状態となししかる後、該発泡
状態のまま冷却して焼結体表面に付着した発泡ガラスを
除去することを特徴とするものである0ここに前記硼珪
酸ガラスは所謂ノ(イレツクスガラスと呼ばれるもので
あり、その代表的な組成は8i0280.6チ、B2O
33,32%、 A/2032.0チ、Na2O38チ
を含む組成である。
このガラスはHIP処理の圧力媒体として使用されるA
r又はN2ガスが溶は込み、従って処理後、発泡状態化
が容易であり、かかる圧力媒体が溶は込む材料をガラス
シール材として使用することが本発明の基本的な特色で
ある。
シリカガラスの場合にはその除去が困難であるとしても
、前述した通シであシ、本発明を適用することは適当で
ない。又、)くイコールガラスの場合には本発明同様A
rガスを圧力媒体ガスとしてHIPすればArガスが該
ガラスに溶は込みHIP処理後、ガラスに覆われた成形
体を大気圧下で加熱すると、圧力媒体ガスが気化し、発
泡する傾向力;認められるが、発泡させるには1600
℃以上に加熱する必要があると考えられ、余シ工業的で
はない。しかし1600℃以上で加熱し、影響を受けな
いような成形体の場合には利用することは充分可能であ
る。
かくして本発明は、前述の如きパイレックスガラスを用
いて被処理粉末体をHIP処理することから出発する。
本発明方法において処理される被処理粉末は、金属粉末
又はセラミックス粉末であり、就中、窒化珪素(Si3
N4)、炭化珪素(8iCり、炭化硼素(B4C)を主
成分とするものは、耐熱性材料として好適であり、頗る
有用である。
そして本発明は、これら粉末または焼結助剤を含む前記
粉末を成形した予備成形体又はこれを予備焼結した予備
焼結体をパイレックスガラスでシールしてHIP処理を
行なうものであるが、ガラスで被覆する手段としては前
記粉末成形体を予め容器状に形成されている所謂HIP
用ガラスカブ七ルに封入する方法と、ガラス粉粒体中に
前記粉末成形体を埋設してこれをガラスの軟化点以上に
加熱することによシ被覆する方法があり、何れの方法を
も使用することができるが、前者の場合には封入時に残
留空気の影響を避けるため脱気密封するにあたり、脱気
部分がカプセル内のみとなるので脱気が比較的簡単であ
るのに対し、後者の場合には加熱炉内全体を脱気する必
要がある点で多少異なる。しかし何れの場合においても
パイレックスガラスと成形体との反応、ガラスの成形体
ボア中への喰込みを防ぐため離型剤を成形体とガラスの
界面に配置することが好ましく、例えば8i3N4の場
合には前記予備成形体又は予備焼結体をBN粉末中に埋
設し、共に加圧成形する0この場合BN離型剤層の厚さ
は0.3 mm以上とするのが好適である。
HIP処理は前記のようにして離型剤を介してその全外
面をパイレックスが2スで被覆された成形体をHIP用
高温高圧炉中に装入して行なうがHI P時におけるガ
ラスの流動によfiHIP炉が損傷あるいは汚染されな
いようにこれらをルツボに入れて装入することもある。
HIP炉内では、通常、Ar、N2ガス等の雰囲気ガス
が一次圧力媒体として送入されておシ、これらガスを昇
温昇圧して等方圧縮処理を及ぼすが、昇温昇圧の関係は
極めて微妙であシ、昇圧速度が早すぎるとガラスカプセ
ルの場合には、ガラスに局部的に歪が生じて破損する場
合があり、また、ガラス粉末粒体を用いる場合にはガラ
ス粉粒体が相互に融着して前記ブロック外面に緻密なガ
ラス層が形成される前に、被処理体内に高圧ガスが侵入
してHIP処理を不可能ならしめる場合がある。
従って、雰囲気圧力が100気圧以下の状態で先ず温度
をガラスの軟化点以上に昇温してガラスが容易に塑性流
動できる様になし且つガラス粉粒体を用いる場合にはガ
ラス粒子同志が融着してブロック外周面に緻密なガラス
層を形成させておき、続いて所定のHIP温度、圧力に
昇温昇圧する。
HIP温度としては1500℃以上、好ましくは160
0〜1900℃であるが、HIP温度は当然Si、N4
等被処理粉末の分解温度化下でなければならず、この分
解温度もHIP圧力の上昇と共に高くなるが、少くとも
そのHIP処理時の圧力における分解温度よシも100
℃低い温度以下で行うことが好ましい。
次にHIP圧力は500気圧以上がよ<、500気圧以
下ではHIP処理に長時間を要すると共に、8i3N4
等の分解反応量が時間に比例して大きくなるため焼結体
の重量減少を招くのみならず、高密度化自体が達成し難
くなる。従ってHIP圧力は少くとも500気圧、好ま
しくは700気圧以上にする。
一方、HIP圧力は高ければ高い程、被処理成形体の分
解反応が抑止され高密度化が達成され易いが、昇圧に時
間がかかり、かつ、昇圧用のコンプレッサをはじめ本体
圧力容器などHIP処理装置が大型化するので実用的で
なくなる。従って実用的には2500気圧までの圧力で
HIP処理することが望ましい。
またHIP処理時間は通常、20分〜5時間の範囲で処
理する。
なお二次圧媒となるBN粉末はHIP処理後、簡単な手
段で容易に除去できる。
上記の如くしてHIP処理が施されたSi3N、焼結体
はBNでブロック化されているから、その表面にガラス
との反応層が生成することがなく、かつ被処理体とガラ
スとの熱膨張係数の差にもとづく焼結体角部の欠落や亀
裂の発生等がなく、相対密度98%以上の高密度焼結体
となる。
ところで、上記の如く、パイレックスガラスを用いて、
被処理粉末成形体のHIP処理が行われるが、この場合
パイレックスガラスではAr ガス等の圧力媒体ガスが
該パイレックスガラスに溶は込む傾向が認められる。し
かしHIP処理本来の効果を損なう程のシールの不完全
は認められない。
そこで、この傾向を利用し、本発明は前述した如く、そ
の要部をなすHIP処理後のガラスシールの除去を行う
即ち、上記HIP処理により昇温昇圧した前記被処理成
形体の外面はパイレックスガラスで覆われているが、こ
の中には圧力媒体ガスが溶は込んでおり、このガスはそ
の後の機会を得て再び気化される。気化する機会として
は前記HIP装置、即ちHIP炉内部で高圧のまま冷却
を行って取シ出し、大気圧下、例えば電気炉内等で再び
加熱する場合、HIP処理による焼結終了後、同炉内で
高温のまま圧力を低下させる場合があり、勿論、何れの
場合も同様であるが実用上からは前者の方式が有利であ
る。
前者の場合、再び加熱する場合は取シ出したガラスで覆
われた成形体を大気圧下で1000℃〜1100℃位に
加熱する。又、後者の場合、圧力の低下による気化の状
況を適確に把握する必要があシ、これによって圧力低下
度を決める。しかし成形体の取り出しのためには一旦冷
却しなけhばならないので、前者よシネ利を免れない。
気化したガスは、これによってガラスに発泡状態をもた
らし、そのまま冷却すると、小さな機械的力を加えるだ
けで容易にガラスを除去することが可能となる。
なお、気化の状況によシガラス発泡状態に多少の変動は
あるとしても1発泡状態はガラスに脆化性を与え、従っ
てガラスの除去は大した力を要することなくでき、製品
の取出しは頗る楽である。
かくして本発明方法によれば、従来の懸案の1つであっ
たHIP処理後のがラスシール材の除去作業において、
焼結体製品に亀部の欠落や亀裂の発生などの損傷を与え
ることなく容易にガラス除去を可能となし、HIP処理
の作業合理化に寄与し、該処理の工業化推進にその役割
か期待されるところである。
以下、更に本発明方法の具体的実施例を説明する0 (実施例1) 平均粒径約1μm、α相約70%のSi3N4粉末を、
5000 kgf/c%の圧力で静水圧プレス成形し、
相対密度62チの成形体を得た。この成形体表面にBN
を0.5 mmの厚さで塗布し、ゲラファイトルツボ中
に、パイレックスガラス粉に埋設して配置し、HIP装
置に挿入した。次いで、脱気しArガスでHIP装置内
を置換した後、10kgf/cntの圧力で1200℃
に昇温保持し、更に1750℃、1000 kgf/c
niまで昇温昇圧した。HIP処理処理圧力を1000
 kgf/cdに保持したまま、500℃まで降温し、
次いで減圧し、放冷した。ルツボからガラスに覆われた
成形体を取シ出し、電気炉中で1100℃まで昇温し、
30分保持した後、冷却した。成形体を覆っていたガラ
スは発泡ガラスとなっておシ、除去は極めて容易であっ
た。成形体は、相対密度98.5%の高密度焼結体とな
っていた。
(実施例2) 平均粒径約1μm1α相約70チのSi3N、粉末を、
5000kgf/cmlの圧力で静水圧プレス成形し、
相対密度62%の成形体を得た。この成形体表面にBN
を0.5価の厚さで塗布し、グラファイトルツボ中に、
パイレックスガラス粉に埋設して配置し、HIP装置に
挿入した。次いで、脱気しArラスでHIP装置内を置
換した後、10kgf/cdlの圧力で1200℃に昇
温保持し、更に1750℃、1000 kgf/c+a
 1 テ昇温昇圧Lりo HI P 処理后、温度を1
100℃まで下げた後、圧力を10kgf/c漬まで降
圧し、30分間保持した。成形体を覆っていたガラスは
発泡ガラスとなっており、その後、温度を低下させ、成
形体を取り出したがガラスの除去は極めて容易であった
成形体は実施例1同様、相対密度98.596の高密度
焼結体となっていた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■、被処理粉末成形体をガラスカプセルに封入また、は
    ガラス浴中に浸漬した状態で高温下、不活性ガスを圧力
    媒体として前記成形体を加圧焼結する熱間 間静水プレス方法において、前記、ガラス材料として硼
    珪酸ガラスを用い、熱間静水圧プレス処理による成形体
    の焼結体が終了した後、ガラスに溶解した圧力媒体を再
    び気化させ、ガラスを発泡状態となし、しかる後、該発
    泡状態の!ま冷却して焼結体表面に付着した発泡ガラス
    を除去することを特徴とする熱間静水圧プレスにおける
    付着ガラス除去方法。 2、硼珪酸ガラスが5in280.6係、 B2O38
    ,32チ、 Al12032.0%、 Na2O28,
    8%を含むパイレックス(登録商標)ガラスである特許
    請求の範囲第1項記載の熱間静水圧プレスにおける付着
    ガラス除去方法。 3、熱間静水圧プレス処理による焼結終了後、同プレス
    処理装置の内部で冷却してガラスに覆われた成形体を取
    り出し、以後、再び加熱してガラスを発泡させる特許請
    求の範囲第1項又は第2項記載の熱間静水圧プレスにお
    ける付着ガラス除去方法。 4熱間静水圧プレス処理による焼結終了後、同プレス処
    理装置の内部で高温のまま圧力を低下せしめてガラスを
    発泡させる特許請求の範囲第1項又は第2項記載の熱間
    静水圧プレスにおける付着ガラス除去方法。 5、圧力媒体ガスがArガスである特許請求の範囲第1
    項ないし第4項のいずれかに記載の熱間静水圧プレスに
    おける付着ガラス除去方法。 6、圧力媒体がN2ガスである特許請求の範囲第1項な
    いし第4項のいずれかに記載の熱間静水圧プレスにおけ
    る付着ガラス除去方法。 7、被処理粉末がセラミックス粉末である特許請求の範
    囲第1項ないし第6項のいずれかに記載の熱間静水圧プ
    レスにおける付着ガラス除去方法。 8、被処理セラミックス粉末が窒化珪素、炭化珪素、炭
    化硼素から選ばれたいずれかを主成分とする粉末である
    特許請求の範囲第7項記載の熱間静水圧プレスにおける
    付着ガラス除去方法。 9、被処理粉末が金属粉末である特許請求の範囲第1項
    ないし第6項のいずれかに記載の熱間静水圧プレスにお
    ける付着ガラス除去方法。 10、被処理粉末成形体と、ガラスの界面に離型剤を配
    置する特許請求の範囲第1項ないし第9項のいずれかに
    記載の熱間静水圧プレスにおける付着ガラス除去方法。
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