JPH062010A - 粉末成形体の焼結方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 焼結性の粉末で構成される粉末成形体表面に
該成形体と反応しない材料からなる被膜を形成し、該被
膜を有する成形体を焼結型内に充填した導電性粉末中に
埋設し、該導電性粉末を加圧すると共に、前記導電性粉
末に電圧を印加して発熱させ、前記成形体を焼結する。 【効果】 通電焼結により被膜と粉末成形体とが反応す
ることがないので、焼結後、被膜を除去すれば、表面に
導電性粉末が付着していない粉末成形体の焼結品を得る
ことができる。従って、種々の焼結性の金属等からなる
複雑な形状の粉末成形体を、短時間で高密度に焼結する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属、セラミックス等
の焼結性の粉末で予め成形した粉末成形体を、焼結型内
に充填した導電性粉末中に埋設し、当該導電性粉末を加
圧すると共に、前記導電性粉末に電圧を印加して発熱さ
せ、前記粉末成形体を焼結する焼結方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】焼結性の粉末で構成される粉末成形体を
導電性粉末を用いて焼結する焼結方法には、図３に示す
ような装置を用いた方法がある。この装置は、1989年に
発行された「The Minerals,Metals ＆Materials societ
y 」の387 〜396 頁に記載されている。

【０００３】この方法は、黒鉛製の焼結型１に充填した
粒状の導電性粉末２中に、炭化物あるいは金属製の粉末
成形体３を埋設し、焼結型１を導電性のプランジャー４
で圧縮しつつ、軸方向に電流を流して導電性粉末２を発
熱させ、当該熱により粉末成形体３を焼結する方法であ
る。上記方法において、導電性粉末２としては、高弾性
率で破壊強度が高く、かつ粒自体の結合性がほとんどな
いもの、例えば、球状の黒鉛状炭素であるCarbon-9400
(Superior Graphite 社の商品名）が用いられる。ま
た、加圧操作の間、粉末成形体３や圧力媒体である導電
性粉末２の酸化を防止するために、窒素等の不活性ガス
５を焼結型１内にフローさせている。

【０００４】このような方法により、炭化ケイ素粉末成
形体、ネオジミウム−鉄−ホウ素粉末成形体を焼結した
ことが報告されている。炭化ケイ素粉末成形体を用いた
場合、内径２インチの焼結型で、４０００ｐｓｉの加圧
圧力、１３Ｖ、１７２０Ａで４分間通電して、相対密度
９５．０％の焼結体が得られた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記方法により高密度
の焼結体が得られるが、粉末成形体３と圧力媒体たる導
電性粉末２が接触しているために、粉末成形体３を構成
する粉末材料と導電性粉末２の材料との組合せによって
は、両者が反応して炭化物を生じたり、ときには共晶反
応により溶融してしまうなどの問題があった。

【０００６】特に、凹凸を有する複雑な形状の粉末成形
体では、成形体の凹部に侵入した導電性粉末と成形体を
構成する粉末とが反応して成形体表面に付着してしまう
と、当該導電性粉末を焼結後に除去することは実質的に
不可能である。本発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、導電性粉末
が粉末成形体と反応したり、粉末成形体に焼結付着した
りすることがない粉末成形体の焼結方法を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の粉末成形体の焼
結方法は、焼結性の粉末で構成される粉末成形体表面に
該成形体と反応しない材料からなる被膜を形成し、該被
膜を有する成形体を焼結型内に充填した導電性粉末中に
埋設し、該導電性粉末を加圧すると共に、前記導電性粉
末に電圧を印加して発熱させ、前記成形体を焼結する。

【０００８】

【作用】導電性粉末が通電加圧されることにより発熱
し、そのジュール熱によって、粉末成形体は焼結され
る。このとき、粉末成形体の表面に形成された被膜は、
導電性粉末が粉末成形体表面と直接接触するのを防止す
る。一方、被膜は粉末成形体を構成する粉末と反応しな
いので、通電焼結により、被膜が粉末成形体表面に除去
不能となる程にまで付着することはない。

【０００９】よって、焼結後、導電性粉末中から焼結さ
れた粉末成形体を取り出し、粉末成形体表面の被膜を除
去すると、表面に導電性粉末が付着していない粉末成形
体の焼結品が得られる。

【００１０】

【実施例】本発明の粉末成形体に用いられる焼結性の粉
末としては、例えば、ステンレス鋼、工具鋼などの鉄系
合金、アルミニウム及びその合金、チタミウム及びその
合金、モリブデンなどの高融点金属等の焼結性の金属粉
末；電気導電性及び電気絶縁性のセラミックス粉末；超
硬合金、サーメット等のセラミックス系複合材料粉末；
及び粒子分散型又はウイスカー分散型の複合材料粉末等
が挙げられる。これらの粉末を、射出成形、冷間成形方
法等により成形して粉末成形体が構成される。粉末成形
体を焼結するのに際して、該成形体表面に被膜を形成す
る。

【００１１】被膜は、前記粉末形成体と反応しない材料
で構成される。被膜の構成材料は、粉末成形体と反応し
ないものであることの他、通電加熱時に粉末成形体にま
で電流が流れないように電気絶縁性であることが好まし
い。さらに、焼結後の粉末成形品の取り出し、被膜除去
等の観点から、導電性粉末とも反応せず、粉末成形体に
対して離型性を有する材料が好ましい。このような要件
を満足する材料としては、例えば窒化ホウ素又は窒化ホ
ウ素と他の酸化物系セラミックスとの混合物が好ましく
用いられる。

【００１２】被膜形成方法としては、上記材料で被膜を
形成できる方法であれば特に限定しないが、スプレー
法、ディップ法などが簡便かつ経済的である。被膜の厚
みは、被膜形成方法にもよるが、０．１〜０．３ｍｍ程
度が一般的である。上記被膜を有する粉末成形体を、通
電焼結装置の焼結型内に充填した導電性粉末中に埋設す
る。導電性粉末としては、高弾性率、高強度で、かつ粒
子自体に結合性がないものが好ましく用いられる。

【００１３】焼結方法は、従来の粉末成形体の焼結方法
と同様であるが、焼結型をパンチで加圧する一軸加圧方
式で、且つ加圧方向と通電方向が同一方向とする方法が
一般的である。図１に、本発明の焼結方法を実施する一
軸加圧方式の通電焼結装置の一実施例を示す。

【００１４】図１において、１１は絶縁物からなる焼結
型で、該焼結型１１内には圧力媒体たる導電性粉末１２
が充填され、該導電性粉末１２中には粉末成形体１３が
埋設されている。粉末成形体１３表面には、被膜１４が
形成されている。焼結型１１の上下には、上部電極１５
と下部電極１６が設けられている。下部電極１６は断熱
体１７を介してプレスベース１９上の取り付け台１８に
固定され、上部電極１４は断熱体２１を介してパンチ２
２に固定され、パンチ２２は押さえリング２３により絶
縁体２４を介して油圧ラム２５に結合されている。

【００１５】また、焼結型１１の周囲を支持しているサ
ポートリング２６には、その周面に、非接触で焼結型内
部の温度を測定できる光学的測温センサ３２の光が通過
するための透光窓２８が開設されている。そして、焼結
型１１において透光窓２８に対応する部分は、電気絶縁
性及び透光性に優れた物質（例えば、石英）で構成され
ている。図１中、３０及び３１はそれぞれプレスベース
１９及びパンチ２２に取り付けられた電極端子であり、
加圧方向に電流が流れるようにしている。

【００１６】以上のような構成を有する通電焼結装置に
おいて、上部電極１５を具備したパンチ２２を油圧ラム
２５で焼結型１１に押し込んで、導電性粉末１２を加圧
すると共に、電極端子３０、３１に電圧を印加して、前
記導電性粉末１２に電流を流して発熱させる。導電性粉
末１２が発熱したことによるジュール熱により粉末成形
体１３は加熱され、しかもパンチ２２により加圧され
る。一方、被膜１４の介在により導電性粉末が粉末成形
体と直接反応したり、表面に付着したりするのを防止で
きる。また、被膜１４は粉末成形体１３と反応しない材
料からなるので、被膜１４が通電加熱により成形体１３
表面に焼結付着することはほとんどない。

【００１７】通電加熱における印加電圧、電流の大き
さ、及び通電時間は、粉末成形体１３の構成材料、焼結
温度等により適宜選択される。図１に示す装置において
は、光学的測温センサ２９を焼結型１１の透光窓２８に
面するように設置して、導電性粉末１２の発熱に応じて
印加電圧及び通電時間を調節することができる。なお、
導電性粉末として、例えば、カーボンのように酸化され
やすい導電性粉末を用いる場合には、従来の通電焼結装
置（図３）のように、不活性ガスを焼結型内にフローし
てもよい。

【００１８】所定時間通電加熱した後、パンチ２２を引
き上げて、焼結型１１から粉末成形体１３を取り出す。
取り出された粉末成形体１３は焼結されて、高密度の焼
結体となっている。なお、被膜材料が、導電性粉末と反
応せず、離型性に優れている場合には、容易に焼結後の
粉末成形体から被膜を除去できる。導電性粉末が粉末成
形体表面の凹部に被膜とともに付着しているときには、
サンドブラスト等により除去すればよい。

【００１９】次に、本発明の焼結方法を実施する通電焼
結装置の他の実施例を、図２に基づいて説明する。図２
に示す通電焼結装置は、樹脂やゴム等の弾性材料からな
る焼結型３３を、該焼結型３３の周囲を通流する流体で
加圧する、いわゆる乾式の冷間等方加圧方法を利用した
ものである。加圧媒体たる流体が通流する加圧室３４
は、円筒容器３５と該円筒容器３５の内側にシール保持
部材（例えば、バックアップリング）３７で気密に装着
された弾性膜体３６とから画成される空間である。円筒
容器３５には、流体を加圧室３４内へ導入する流体導入
孔３８が貫通している。焼結型３３は弾性膜体３６の内
側に焼結型３３が嵌挿されている。焼結型３３の上下部
には、それぞれリング状蓋体３９、４０が設けられてい
る。各リング状蓋体３９、４０の穴には絶縁体４３、４
４を介して通電用電極プラグ４１、４２が嵌挿されてい
る。通電用電極プラグ４１、４２の焼結型３３側先端部
には、それぞれ通気性電極４５、４６がネジ構造等によ
り着脱自在に取り付けられていて、導電性粉末による摩
耗、あるいは通気性が低下した場合に取り替えできる。
上側の通電用電極プラグ４１には、通気孔４７が貫通し
ており、通電焼結過程で発生するガスを外部へ放出でき
るようになっている。図２中、４８は導電性粉末で、導
電性粉末４８中に被膜５０を有する粉末成形体４９が埋
設されている。

【００２０】以上のような構成を有する通電焼結装置に
おいて、加圧室３４を流通する流体の圧力により焼結型
３３を加圧すると共に電圧を印加して、導電性粉末４８
を発熱させる。導電性粉末４８の発熱により粉末成形体
４９は加熱され、しかも流体により加圧されて、粉末成
形体４９は焼結される。通電加熱における印加電圧、電
流の大きさ、及び通電時間は、粉末成形体４９の構成材
料、焼結温度等により適宜選択されるが、弾性材料で構
成される焼結型３３及び弾性膜体３６の焼損、通気性電
極４５、４６の損傷を招かない範囲で選択する。具体的
には、１〜３０秒間程度の通電時間で焼結を行うように
電流を制御することが好ましい。粉末成形体の種類によ
っては、導電性粉末の充填から粉末成形体の取り出しま
での１サイクルを約１〜６０秒間で行うことができる。
また、図２に示す装置を用いる方法は、焼結型３３の径
方向から加圧するので、軸方向に細長い粉末成形体を焼
結するのに適している。

【００２１】なお、図２に示す焼結装置において、焼結
型３３の内壁面にセラミックス製のフェルト、布等の断
熱体を貼付することにより、通電焼結時の焼結型３３の
焼損を防止することができる。また、焼結型内の温度を
非接触で測定できる測温センサを取り付け、当該温度に
応じて印加電圧及び通電時間を調節することもできる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の粉末成形体の焼結方法では、通
電焼結により被膜と粉末成形体とが反応することがない
ので、焼結後、被膜を除去すれば、表面に導電性粉末が
付着していない粉末成形体の焼結品を得ることができ
る。従って、種々の焼結性の金属、セラミックス、複合
材料粉末で構成された粉末成形体で、且つＭＩＭ（金属
射出成形法）で成形された凹凸を有する複雑な形状、細
長い棒状、筒状の成形体を、短時間で高密度に焼結する
ことができる。

【００２３】さらに、本発明の粉末成形体の焼結方法で
は、被膜の介在により、導電性粉末と粉末成形体との反
応、付着を防止できるので、使用する導電性粉末の選択
の幅が従来よりも広くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の粉末成形体の焼結方法を実施する通電
焼結装置の一実施例を示す図である。

【図２】本発明の粉末成形体の焼結方法を実施する通電
焼結装置の他の実施例を示す図である。

【図３】従来明の粉末成形体の焼結方法を実施する通電
焼結装置を示す図である。

【符号の説明】

１１ 焼結型 １２ 導電性粉末 １３ 粉末成形体 １４ 被膜 １５ 上部電極 １６ 下部電極 ３２ 測温センサ ３３ 焼結型 ３４ 加圧室 ４８ 導電性粉末 ４９ 粉末成形体 ５０ 被膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼結性の粉末で構成される粉末成形体表
   面に該成形体と反応しない材料からなる被膜を形成し、
   該被膜を有する成形体を焼結型内に充填した導電性粉末
   中に埋設し、該導電性粉末を加圧すると共に、前記導電
   性粉末に電圧を印加して発熱させ、前記成形体を焼結す
   ることを特徴とする粉末成形体の焼結方法。