JPH11131106A - Method for producing sintered body by combustion synthesis and apparatus therefor - Google Patents
Method for producing sintered body by combustion synthesis and apparatus thereforInfo
- Publication number
- JPH11131106A JPH11131106A JP9330785A JP33078597A JPH11131106A JP H11131106 A JPH11131106 A JP H11131106A JP 9330785 A JP9330785 A JP 9330785A JP 33078597 A JP33078597 A JP 33078597A JP H11131106 A JPH11131106 A JP H11131106A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction
- combustion synthesis
- pressurizing
- synthesis reaction
- composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃焼合成反応に基づく焼結体製造工程におい
て、系外から高精度の熱入力を行い、以て反応を開始さ
せるだけでなく、加圧下において、反応前の予熱、反応
中の熱補給乃至補償、また反応後に反応生成物の徐冷を
可能にした構成を提供する。
【解決手段】 本発明の装置は、燃焼合成反応を生起し
得る組成物を収容しかつ加圧するための、電気絶縁・耐
火性材料で限定された軸状空間を有する押型、押型の周
囲に配置した上記組成物加熱用の誘導コイル、上記組成
物を軸方向の加圧により加圧圧縮するための加圧装置、
を構成要素として含む。また効果的な製造方法は次の各
工程を含む:(1)目標化合物を形成すべく組成された
燃焼合成反応用原料粉末混合物と、ダイヤモンド粉末と
を含む出発材料を、電気絶縁性の押型内へ装填する工
程、(2)上記出発材料を加圧する工程、(3)押型の
周囲に配置した誘導加熱コイルに通電することにより、
化合物原料に着火し燃焼合成反応を開始する工程、及び
(4)燃焼合成反応生成物を加圧する工程。
(57) [Summary] In a sintered body production process based on a combustion synthesis reaction, a high-precision heat input is performed from outside the system to not only start the reaction, but also to preheat the reaction before pressurization under pressure. The present invention provides a constitution which makes it possible to supplement or compensate for heat during the reaction and to gradually cool the reaction product after the reaction. SOLUTION: The apparatus of the present invention includes a mold having an axial space limited by an electrically insulating and refractory material for accommodating and pressurizing a composition capable of causing a combustion synthesis reaction, and disposed around the mold. An induction coil for heating the composition, a pressurizing device for pressurizing and compressing the composition by axial pressurization,
Is included as a component. Also, an effective manufacturing method includes the following steps: (1) A starting material containing a mixture of raw material powders for combustion synthesis reaction formed to form a target compound and diamond powder is placed in an electrically insulating mold. (2) pressurizing the starting material, (3) energizing an induction heating coil arranged around the pressing die,
A step of igniting the compound raw material to start a combustion synthesis reaction, and (4) a step of pressurizing the combustion synthesis reaction product.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は燃焼合成による焼
結体の製法、特に及びそのための装置に関する。[0001] The present invention relates to a method for producing a sintered body by combustion synthesis, and particularly to an apparatus therefor.
【0002】[0002]
【従来の技術】高融点化合物の形成や、急速冷却を必要
とする化合物の形成を目的とした合成方法として、燃焼
合成法が用いられている。燃焼合成反応においては、局
部的には通常2000℃を超える高温が生じ、このた
め、外部加熱による高温反応では合成することが困難な
物質を含む材料の作製に特に適している。2. Description of the Related Art A combustion synthesis method is used as a synthesis method for forming a high melting point compound or a compound requiring rapid cooling. In the combustion synthesis reaction, a high temperature locally exceeding usually 2000 ° C. is generated, and therefore, it is particularly suitable for producing a material containing a substance which is difficult to synthesize by a high-temperature reaction by external heating.
【0003】これまでに提案されている燃焼合成反応で
は、成分元素の粉末混合物を押し固めた圧粉体試料を用
意し、該試料の一端に着火することにより反応を開始す
る。粉末混合物内においては、燃焼波の伝播によって、
連鎖的に反応が進行すると共に、自己発熱により合成反
応が維持され、秒単位の短時間で化合物の形成が行われ
る。[0003] In the combustion synthesis reaction proposed so far, a green compact sample obtained by compacting a powder mixture of component elements is prepared, and the reaction is started by igniting one end of the sample. In the powder mixture, by the propagation of the combustion wave,
As the reaction progresses in a chain, the synthesis reaction is maintained by self-heating, and the compound is formed in a short time in seconds.
【0004】このように、燃焼合成法では、ごく短時間
のうちに各種のセラミックスや金属間化合物を合成する
ことが可能であるが、生成物が各種の機能材料や構造材
料として利用できるようにするためには、反応生成物に
外部から圧力を加えて緻密化する必要がある。[0004] As described above, in the combustion synthesis method, various ceramics and intermetallic compounds can be synthesized in a very short time, but the products are used as various functional materials and structural materials. To do so, it is necessary to densify the reaction product by applying external pressure.
【0005】一方この技術の欠点として、生成反応熱が
小さい原料の組み合わせによる合成反応、例えば炭化ケ
イ素、炭化ホウ素、炭化タングステンなどを合成する系
では、反応の開始、継続が困難であることが挙げられて
いる。On the other hand, a disadvantage of this technique is that it is difficult to start and continue the reaction in a synthesis reaction using a combination of raw materials having a low heat of formation reaction, for example, in a system for synthesizing silicon carbide, boron carbide, tungsten carbide, or the like. Have been.
【0006】上記した状況下において、燃焼合成法を実
用化するために、合成・同時焼結による緻密生成物の作
製方法、並びに不足する反応熱の補給方法に関して、幾
つかの提案がなされている。Under the circumstances described above, several proposals have been made regarding a method for producing a dense product by synthesis and simultaneous sintering, and a method for replenishing insufficient reaction heat in order to put the combustion synthesis method into practical use. .
【0007】材料の緻密化方法としては、反応と同時あ
るいは直後に加圧操作を併用するために、HIP中での
燃焼合成や、燃焼合成反応直後のフォージングが試みら
れている。As a method for densifying the material, combustion synthesis in HIP or forging immediately after the combustion synthesis reaction has been attempted in order to use a pressurizing operation simultaneously with or immediately after the reaction.
【0008】しかし前者の方法については、加圧下にお
ける長時間の加熱は可能であるが、反面、燃焼反応が短
時間で終わるという利点を活かすことができず、また装
置やランニングコストが高いという欠点がある。一方後
者の方法は、反応時間が短いという利点は活かせるもの
の、加圧速度・時期や冷却過程の制御あるいは反応熱の
小さい系に適用できないことが欠点として拳げられる。[0008] However, the former method is capable of heating for a long time under pressure, but cannot take advantage of the fact that the combustion reaction is completed in a short time, and has the disadvantage of high equipment and running costs. There is. The latter method, on the other hand, can take advantage of the short reaction time, but is disadvantageous in that it cannot be applied to the control of the pressurization speed / timing, the cooling process, or a system having a small reaction heat.
【0009】不足する反応熱の補給方法に関しては、短
時間反応の特徴を生かすために、燃焼の際に大きな熱量
を放出する元素の組み合わせからなる混合粉末、いわゆ
るケミカルオーブンの使用が有効である。しかし化学反
応の発生熱によるこの加熱法では、精度の高い熱量制御
は困難である。Regarding the method of replenishing the insufficient reaction heat, it is effective to use a mixed powder composed of a combination of elements that emit a large amount of heat upon combustion, that is, a so-called chemical oven, in order to make use of the characteristic of the short-time reaction. However, with this heating method using heat generated by a chemical reaction, it is difficult to control the amount of heat with high accuracy.
【0010】一方、ホットプレス装置において、誘導加
熱によりワークを加熱することは公知である。ただし利
用可能なワークは、原料の軟化、または液相の出現が期
待できる構成のものに限られ、上記のような燃焼合成工
程で有効に利用できる構成は知られていなかった。[0010] On the other hand, it is known to heat a work by induction heating in a hot press apparatus. However, usable works are limited to those in which softening of the raw material or appearance of a liquid phase can be expected, and a structure that can be effectively used in the above-described combustion synthesis process has not been known.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】 本発明は燃焼合成反
応工程において、系外から高精度の熱入力を行い、以て
反応を開始させるだけでなく、加圧下において、反応前
の予熱、反応中の熱補給乃至補償、また反応後に反応生
成物の徐冷を可能にした構成を提供するものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention not only starts the reaction in the combustion synthesis reaction step by performing high-precision heat input from outside the system, but also performs preheating before the reaction under pressure and during the reaction. It is intended to provide a constitution which makes it possible to replenish or compensate for the heat of the reaction and to allow the reaction product to be gradually cooled after the reaction.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明の第一の側面は、
上記の課題を効果的に解決する反応装置に関するもの
で、これは燃焼合成反応を生起し得る組成物を収容しか
つ加圧するための、電気絶縁・耐火性材料で限定された
軸状空間を有する押型、押型の周囲に配置した上記組成
物加熱用の誘導コイル、上記組成物を軸方向の加圧によ
り加圧圧縮するための加圧装置、を構成要素として含
む、燃焼合成・加圧装置を要旨とする。SUMMARY OF THE INVENTION A first aspect of the present invention is as follows.
The present invention relates to a reactor which effectively solves the above-mentioned problem, and has a shaft-shaped space for containing and pressurizing a composition capable of causing a combustion synthesis reaction and limited by an electrically insulating and refractory material. Pressing die, an induction coil for heating the composition disposed around the pressing die, a pressurizing device for pressurizing and compressing the composition by axial pressing, as components, a combustion synthesis and pressurizing device. Make a summary.
【0013】上記装置は、ダイヤモンド粒子を含有する
焼結体の製造に効果的に適用できる。従って本発明の第
二の側面は、次の各工程からなる、かかる焼結体の製造
方法を要旨とする。 (1)目標化合物を形成すべく組成された燃焼合成反応
用原料粉末混合物と、ダイヤモンド粉末とを含む出発材
料を、電気絶縁性の押型内へ装填する工程、(2)上記
出発材判を加圧する工程、(3)押型の周囲に配置した
誘導加熱コイルに通電することにより、化合物原料に着
火し燃焼合成反応を開始する工程、及び(4)燃焼合成
反応生成物を加圧する工程。The above apparatus can be effectively applied to the production of a sintered body containing diamond particles. Accordingly, a second aspect of the present invention is directed to a method for manufacturing such a sintered body, comprising the following steps. (1) A step of loading a starting material containing a raw material powder for combustion synthesis reaction formed to form a target compound and a diamond powder into an electrically insulating mold; (2) adding the starting material Pressurizing, (3) a step of igniting a compound raw material by energizing an induction heating coil disposed around a pressing die to start a combustion synthesis reaction, and (4) a step of pressurizing a combustion synthesis reaction product.
【0014】従って上記の本発明装置では、短時間プロ
セスである燃焼合成の特徴を保持しながら、反応熱の小
さい系にも熱を供給して反応を誘起、継続できる利点が
ある。また燃焼合成反応において、反応生成物には表面
の耐摩耗性を向上させたり、或いは特別の機能を付与す
るために、ダイヤモンドのような超砥粒を含有させるこ
とが望まれる場合があるが、この際ダイヤモンドは本質
的に希釈材として作用するので、高濃度の含有はしばし
ば所要熱量の不足をもたらし、結局従来の燃焼合成工程
では反応の持続が困難なことがあった。本発明の誘導加
熱による熱量補給は、このようなダイヤモンド濃度の高
い焼結体形成において、特に有効である。Therefore, the above-mentioned apparatus of the present invention has an advantage that the reaction can be induced and continued by supplying heat to a system having a small reaction heat while maintaining the characteristics of combustion synthesis which is a short-time process. In addition, in the combustion synthesis reaction, to improve the wear resistance of the surface of the reaction product, or to impart a special function, it may be desirable to contain super abrasive grains such as diamond, At this time, since diamond essentially acts as a diluent, its high concentration often results in a shortage of required calorific value, and in the end, the conventional combustion synthesis process sometimes makes it difficult to maintain the reaction. The heat supply by induction heating according to the present invention is particularly effective in forming such a sintered body having a high diamond concentration.
【0015】その上、加圧状態下において燃焼合成反応
を行う本発明の装置においては、従来の方法に比してよ
り緻密な焼結体の形成が可能である。即ち従来の燃焼合
成装置を用いた着火・加圧方式においては、反応熱の放
散を制限し、燃焼波を伝播させるために、緻密な圧粉体
を用いることができなかったが、本装置では反応中にも
外部から熱を補給することができるので、CIP成型品
のような緻密な圧粉体でも燃焼合成に供することができ
る。In addition, in the apparatus of the present invention in which a combustion synthesis reaction is performed under a pressurized state, a denser sintered body can be formed as compared with the conventional method. That is, in the ignition and pressurization method using the conventional combustion synthesis apparatus, it was not possible to use a dense green compact in order to limit the dissipation of the reaction heat and propagate the combustion wave. Since heat can be supplied from the outside even during the reaction, even a compact compact such as a CIP molded product can be subjected to combustion synthesis.
【0016】また先述したように、燃焼合成法において
は、反応が秒単位の短時間で完結することから、ダイヤ
モンドのように、常圧下で準安定な物質の焼結に最適で
ある。As described above, in the combustion synthesis method, since the reaction is completed in a short time of the order of seconds, it is most suitable for sintering a metastable substance under normal pressure such as diamond.
【0017】本発明の反応装置においては、試料の加熱
に誘導加熱方式を用いたことにより、従来の燃焼合成装
置においては不可避であった試料室へ通じる電気着火用
の配線や、ヒーターが不要となり、この点において加圧
型の組立が容易となった。そのうえ、次のように反応系
を外気から遮断する構成を採ることも容易であり、これ
によって、反応を不活性気体雰囲気中や、減圧雰囲気中
で行うことができる。In the reactor of the present invention, the induction heating method is used for heating the sample, so that there is no need for a wiring for electric ignition and a heater which are inevitable in the conventional combustion synthesis apparatus and lead to the sample chamber. In this regard, the assembly of the pressurized mold has been facilitated. Moreover, it is easy to adopt a configuration in which the reaction system is shut off from the outside air as described below, whereby the reaction can be performed in an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere.
【0018】例えば本発明においては、窒化物を形成
し、或いは副生する酸化物の形成を阻止するために反応
を窒素雰囲気中で行ったり、燃焼合成反応の際に放出さ
れるガスを速やかに除去するために減圧下で皮応を行う
ことができるが、この場合、加圧型の周囲を、石英ガラ
スなどの絶縁材製の密閉容器で包囲し、加圧用のピスト
ンとの摺動部を、例えばOリングによる真空シールとす
ることで、容易に外部の雰囲気から切り離すことができ
る。For example, in the present invention, the reaction is carried out in a nitrogen atmosphere in order to prevent the formation of nitrides or oxides by-produced, or the gas released during the combustion synthesis reaction is rapidly reduced. Skin removal can be performed under reduced pressure for removal.In this case, the periphery of the pressurized mold is surrounded by a sealed container made of insulating material such as quartz glass, and the sliding portion with the pressurizing piston is For example, a vacuum seal using an O-ring can be easily separated from the external atmosphere.
【0019】また従来から行われている、燃焼合成反応
直後のフォージングによる緻密化工程が不要であるの
で、加圧装置としては、ごく普通の加圧プレスで十分で
ある。In addition, since a densification step by forging immediately after the combustion synthesis reaction, which has been conventionally performed, is not required, an ordinary pressure press is sufficient as a pressure device.
【0020】本発明の誘導加熱は、燃焼合成を生ずべく
組成された混合粉末が目的化合物を生成する際に生じる
反応熱を利用する工程に対して適用され、かかる反応の
開始(粉末への着火)、及び反応の持続に不足する熱量
の補給用の熱源として、使用される。熱的に中性の混合
粉末の焼結温度への加熱は、本発明の目的とするところ
ではない。The induction heating of the present invention is applied to a process utilizing heat of reaction generated when a mixed powder formed to produce combustion synthesis produces a target compound, and the reaction is started (the powder is not heated). Ignition), and as a heat source for replenishing the amount of heat insufficient for maintaining the reaction. Heating the thermally neutral mixed powder to the sintering temperature is not the object of the present invention.
【0021】[0021]
【発明の実施形態】 本発明においては燃焼合成による
焼結体製造のために、出発材料の圧粉体が収容される押
型を電気絶縁材で構成し、その周囲に誘導加熱(例えば
高周波)コイルを配置して、圧粉体への着火または予熱
に供する。この際電流の誘導を可能、または向上させる
ために、必要に応じて、上記圧粉体の周りを黒鉛シート
あるいは黒鉛粉体で覆い固めたり、圧粉体に接して金属
材料を配置することができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, in order to manufacture a sintered body by combustion synthesis, a pressing die for accommodating a green compact of a starting material is formed of an electrically insulating material, and an induction heating (for example, high frequency) coil is formed around the pressing die. And ignite or preheat the green compact. At this time, in order to enable or improve the current induction, if necessary, the surroundings of the green compact may be covered with a graphite sheet or graphite powder, or a metal material may be disposed in contact with the green compact. it can.
【0022】擬等方加圧を必要とする場合には、円筒状
耐圧耐熱絶縁体容器(例えば焼結アルミナのようなセラ
ミックス焼結体)内に絶縁性粒状固体(例えば鋳物砂)
を充填し、その中へ、組立てた試料を配置する構成が簡
便である。この粒状の固体圧媒体を介した加圧下で、高
周波誘導加熱により着火して、燃焼合成反応をスタート
させる。この場合には試料は、最も効率よく高周波電流
を流せる位置に配置される。When quasi-isostatic pressing is required, an insulating granular solid (eg, molding sand) is placed in a cylindrical pressure-resistant and heat-resistant insulating container (eg, a ceramic sintered body such as sintered alumina).
, And the assembled sample is disposed therein. Under high pressure through the granular solid pressure medium, ignition is performed by high-frequency induction heating to start a combustion synthesis reaction. In this case, the sample is arranged at a position where the high-frequency current can flow most efficiently.
【0023】上記において、圧粉体試料の周囲に配置し
た黒鉛シートは、試料の誘導加熱に有効なだけでなく、
さらに、形成された反応生成物の押型からの取り出しの
容易化、擬等方加圧に用いる粒状の固体圧媒体との高温
における化学反応による汚染や、圧媒体粒子の噛み込み
などによる機械的な汚染など、反応生成物の汚染の防止
にも効果的である。In the above, the graphite sheet placed around the green compact sample is not only effective for induction heating of the sample, but also
In addition, the formed reaction product is easily removed from the pressing die, contamination by a high-temperature chemical reaction with a granular solid pressure medium used for quasi-isotropic pressing, and mechanical reaction due to biting of the pressure medium particles. It is also effective in preventing reaction products such as contamination.
【0024】さらに、黒鉛シートの内側には反応の際に
還元性の雰囲気が形成されることから、この構成は、酸
化されやすい遷移金属元索を扱う場合や、熱力学的に準
安定なダイヤモンドの加熱焼結を行う場合に、特に好適
である。Furthermore, since a reducing atmosphere is formed inside the graphite sheet during the reaction, this structure is suitable for handling a transition metal source which is easily oxidized, or for a thermodynamically metastable diamond. It is particularly suitable when performing heat sintering of
【0025】試料の加圧は、通常一軸加圧の油圧プレス
によるのが適している。但し加圧用のピストンの先端部
には、電気絶縁性確保のために、周囲に電気絶縁性の材
料を配置するか、または少なくともピストンのこの部分
を絶縁材で構成する。また必要に応じて、水冷装置を設
けることにより、誘導加熱によってピストンが強熱さ
れ、強度が低下することを防止する。The pressurization of the sample is usually suitably performed by a uniaxial pressurized hydraulic press. However, in order to ensure electrical insulation, an electrically insulating material is disposed around the distal end of the pressurizing piston, or at least this portion of the piston is made of an insulating material. In addition, by providing a water cooling device as needed, it is possible to prevent the piston from being ignited by the induction heating and the strength from being reduced.
【0026】本発明の装置は、多品種少量生産のための
小規模製造設備として利用できるが、この場合に組み合
わされる適当な加圧・加熱装置の例としては次のものを
拳げることができる。即ち加圧用プレスの仕様として、
作業テーブル寸法350×700mm、ピストンのスト
ローク300mm、ピストンの降下速度:高速時30m
m/秒、低速時5mm/秒、加圧荷重30トン、高周波
電源の仕様としては、周波数60〜120Hz、出力電
圧50〜200V、出力電流100〜200A程度の可
変電源が適切である。Although the apparatus of the present invention can be used as a small-scale production facility for high-mix low-volume production, the following can be used as an example of a suitable pressurizing / heating apparatus combined in this case. it can. That is, as the specification of the press for pressing,
Work table size 350 × 700mm, piston stroke 300mm, piston descending speed: 30m at high speed
m / s, 5 mm / s at low speed, 30 tons of pressurizing load, and a variable power supply with a frequency of 60 to 120 Hz, an output voltage of 50 to 200 V, and an output current of 100 to 200 A are suitable as specifications of the high frequency power supply.
【0027】次に本発明の実施例を、添付の図面によっ
て説明する。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
【0028】[0028]
【実施例1】 内径50mmの円筒形空間を有する成型
金型を用いて、WC−10%Coの超硬混合粉末を、厚
さ5mmの円板状ペレットに成型した。またこれとは別
に、質量比でTi:C:Co:10/20μmダイヤ=
48:12:5:35のダイヤモンド含有混合粉末を厚
さ10mmの円板状ペレットに成型した。これらのペレ
ットを用い、図1に概略示すような装置構成により、焼
結反応を行った。Example 1 Using a molding die having a cylindrical space with an inner diameter of 50 mm, a superhard mixed powder of WC-10% Co was molded into a disk-shaped pellet having a thickness of 5 mm. Separately, Ti: C: Co / 10/20 μm diamond =
The diamond-containing mixed powder of 48: 12: 5: 35 was molded into a disk-shaped pellet having a thickness of 10 mm. Using these pellets, a sintering reaction was carried out by an apparatus configuration as schematically shown in FIG.
【0029】上記超硬ペレット10とダイヤモンド含有
ペレット11とを重ねて一体品として、さらに周囲を厚
さ1mmの黒鉛シート12で2回巻いた。圧媒体(鋳物
砂)の付着を防止するために、ペレット集合体の上下面
にはそれぞれ、直径50mm、厚さ1mmの円板状黒鉛
シート13、14を配置して反応用集合体とした。The cemented carbide pellets 10 and the diamond-containing pellets 11 were stacked to form an integral product, and the periphery thereof was further wound twice with a graphite sheet 12 having a thickness of 1 mm. In order to prevent the pressurized medium (casting sand) from adhering, disc-like graphite sheets 13 and 14 each having a diameter of 50 mm and a thickness of 1 mm were respectively arranged on the upper and lower surfaces of the pellet aggregate to form a reaction aggregate.
【0030】この集合体を反応装置15に装填し、燃焼
合成・緻密化反応を行った。底盤16上に置いた内径6
5mmの焼結窒化ケイ素製の押型17内へ押台18を充
填し、油圧プレス(図示せず)によって、ムライト製の
押棒19から、圧媒体としての鋳物砂20を介して5ト
ンの荷重を加えた。This assembly was loaded into the reactor 15 and a combustion synthesis and densification reaction was performed. Inside diameter 6 placed on bottom 16
The press table 18 is filled into a 5 mm sintered silicon nitride mold 17, and a 5 ton load is applied from a mullite push rod 19 via a molding sand 20 as a pressure medium by a hydraulic press (not shown). added.
【0031】次いで高周波電源から約75kHz、約9
0V、約150Aの電力をコイル21に印加したとこ
ろ、試料周囲の被覆黒鉛シートなどに誘導電流が流れ、
黒鉛シートに接した試料周辺部の強熱による局部加熱に
よって燃焼反応が誘発され、燃焼波先端で起こる皮応が
中心に向かって伝播し、着火後0.5秒で約2000℃
に達したと推定された。この時点で高周波電源を切り、
30秒間加圧を続けた後、反応物を取り出した。Next, about 75 kHz, about 9
When an electric power of 0 V and about 150 A is applied to the coil 21, an induced current flows through the coated graphite sheet around the sample,
The combustion reaction is induced by the local heating due to the strong heat around the sample in contact with the graphite sheet, and the skin generated at the tip of the combustion wave propagates toward the center.
Was estimated to have been reached. Turn off the high frequency power at this point,
After the pressurization was continued for 30 seconds, the reaction product was removed.
【0032】得られた生成物は、TiC−Co系のマト
リックス中に、容積比で約40%のダイヤモンドが分散
した硬質層が、超硬合金基台上に焼き付けられた状態の
焼結体となっており、放電加工による切断、ダイヤモン
ド砥石による研磨を経て、木材加工用のルーターの刃に
仕上げた。The obtained product is a sintered body in which a hard layer in which about 40% by volume of diamond is dispersed in a TiC—Co matrix is baked on a cemented carbide base. After being cut by electric discharge machining and polished with a diamond whetstone, it was finished into a router blade for wood processing.
【0033】[0033]
【実施例2】 図2に示した、外径75mm、高さ70
mm、内径26mm、先端部の頂角60゜のアルミナ製
の押型25を用い、内壁部に接して厚さ0.25mmの
黒鉛シート26を取り付けた後、先端部にTi:B:N
i:30/40μmダイヤ=36:8:11:45(質
量比)の混合粉末27を8g充填した。次いで直径25
mmのレースセンター基台28(材質:SK−3)を填
め込んだ。基台28の底面に接して、直径25mmのセ
ラミックス製の押棒29を置き、油圧プレスにより1ト
ンの荷重を加えた。Embodiment 2 An outer diameter of 75 mm and a height of 70 shown in FIG.
A 0.25 mm-thick graphite sheet 26 was attached to the inner wall using an alumina pressing die 25 having an inner diameter of 26 mm and an apex angle of 60 ° at the tip, and then Ti: B: N at the tip.
i: 30/40 μm diamond = 36: 8: 11: 45 (mass ratio) 8 g of mixed powder 27 was filled. Then 25 in diameter
mm race center base 28 (material: SK-3). A ceramic push rod 29 having a diameter of 25 mm was placed in contact with the bottom surface of the base 28, and a load of 1 ton was applied by a hydraulic press.
【0034】押型の外周に直径100mmの高周波コイ
ル30を配置し、出力10kWで1分間保持することに
より、基台を加熱して混合粉末に着火して燃焼合成皮応
を進行させ、TiC−Co系のマトリックス中にダイヤ
モンドを固定した作用層が、基台に接合されているレー
スセンターの素材を合成した。A high-frequency coil 30 having a diameter of 100 mm is arranged on the outer periphery of the pressing die, and is maintained at an output of 10 kW for 1 minute, thereby heating the base and igniting the mixed powder, thereby promoting the combustion and synthesis. The working layer, in which diamond was fixed in the matrix of the system, synthesized the material of the race center that was joined to the base.
【0035】[0035]
【実施例3】 図3に示すように、焼結アルミナ製の外
径200mm、高さ150mm、内径77mmの押型3
5、並びに直径75mm、長さ75mmの押棒36、同
じ直径で長さ25mmの押台37を1個宛用意した。押
型35の内壁に接して厚さ0.25mmの黒鉛シート3
8を取り付け、押台37を填め込んだ後、40μmのS
i粉、10μmのC粉、200メッシュダイヤモンド粉
末の、28:12:60(質量比)混合粉末の90gの
ペレット39を充填し、さらに直径75mm、長さ50
mmの超硬合金ブロック40を入れ、押棒36を填め込
んで、出発アセンブリとした。Embodiment 3 As shown in FIG. 3, a stamping die 3 made of sintered alumina having an outer diameter of 200 mm, a height of 150 mm, and an inner diameter of 77 mm.
5, a push rod 36 having a diameter of 75 mm and a length of 75 mm, and a push table 37 having the same diameter and a length of 25 mm were prepared. A graphite sheet 3 having a thickness of 0.25 mm in contact with the inner wall of the pressing die 35
8 and the push table 37 are inserted, and then a 40 μm S
90 g of pellets 39 of 28:12:60 (mass ratio) mixed powder of i powder, 10 μm C powder, and 200 mesh diamond powder were filled, and further, a diameter of 75 mm and a length of 50
The cemented carbide block 40 mm was put in, and the push rod 36 was filled in to form a starting assembly.
【0036】押型35の外周に直径250mmの高周波
コイル41を配置し、油圧プレスによって10トンの荷
重を加えておき、出力20kWで2分間保持することに
より、超硬合金ブロック40の加熱によるペレットへの
着火、合成品の加熱を行い、SiC−ダイヤモンド焼結
体製の作用層が、超硬合金基台に接合された、基礎杭孔
掘削用のビット素材を作製した。A high-frequency coil 41 having a diameter of 250 mm is arranged on the outer periphery of the pressing die 35, a load of 10 tons is applied by a hydraulic press, and the power is maintained at 20 kW for 2 minutes to form a pellet by heating the cemented carbide block 40. Was fired and the synthetic product was heated to produce a bit material for excavating a foundation pile hole in which a working layer made of a SiC-diamond sintered body was joined to a cemented carbide base.
【0037】[0037]
【実施例4】 図4に示す反応装置を用いた。気密反応
室45は内径200mmの中空内筒状耐熱ガラス製の側
壁46、及び支柱47により間隔を保って支持されたフ
レーム底盤48及び頂盤49にて限定される。押型50
は外径150mm、内径50mm、高さ75mmの円筒
状のアルミナ製、加圧用の押棒51は直径47mm、長
さ80mmのムライト製である。底盤52に載置した押
型50に押し台53を充填し、さらにその底面および内
壁面に、それぞれ厚さが1mmの、直径50mmの円板
状、及びスリーブ状の黒鉛シート54、55を配置し、
反応材料として直径47mm、厚さ10mmの円板状に
成型したSi:Co:20/30μmダイヤ=2:1:
2(質量比)のペレット56を入れ、押棒51との間に
も、厚さ1mmの黒鉛の円板57を配置した。Example 4 The reaction apparatus shown in FIG. 4 was used. The hermetic reaction chamber 45 is defined by a side wall 46 made of heat-resistant glass having a hollow inner cylinder with an inner diameter of 200 mm, and a frame bottom plate 48 and a top plate 49 supported at intervals by columns 47. Stamping die 50
Is made of cylindrical alumina having an outer diameter of 150 mm, an inner diameter of 50 mm, and a height of 75 mm. The pressing rod 51 for pressing is made of mullite having a diameter of 47 mm and a length of 80 mm. The pressing table 53 is filled in the pressing die 50 placed on the bottom plate 52, and further, disc-shaped and sleeve-shaped graphite sheets 54 and 55 each having a thickness of 1 mm and a diameter of 50 mm are arranged on the bottom surface and the inner wall surface. ,
Si: Co: 20/30 μm diamond molded into a disk shape having a diameter of 47 mm and a thickness of 10 mm as a reaction material = 2: 1:
2 (mass ratio) pellets 56 were placed, and a 1 mm-thick graphite disk 57 was also arranged between the pellets 56 and the push rod 51.
【0038】押棒に荷重を加えない状態で反応室45内
を排気し、0.13MPaの窒素雰囲気とした後、反応
室45の外側に配置した高周波コイル58へ15kWの
出力で通電することにより、黒鉛シート54、55、5
7に誘導電流を誘起せしめ、ペレットを56加熱するこ
とによって反応を開始すると共に、押棒51に2トンの
荷重を加えてペレット56を圧縮し、1分間保持した
後、加熱・加圧を停止した。The inside of the reaction chamber 45 is evacuated without applying a load to the push rod, and after a nitrogen atmosphere of 0.13 MPa is applied, a high-frequency coil 58 disposed outside the reaction chamber 45 is energized with an output of 15 kW. Graphite sheets 54, 55, 5
7, an induced current was induced, the reaction was started by heating the pellet 56, and a 2 ton load was applied to the push rod 51 to compress the pellet 56. After the pellet 56 was held for 1 minute, the heating and pressurization were stopped. .
【0039】反応生成物は、Si3N4−Co系のマト
リックス中に、約33vol%のダイヤモンド粒子が分
散した組織となっており、切断、ろう付け、研磨の諸工
程を経て、FRP切断用の丸鋸として用いた。The reaction product has a structure in which about 33 vol% of diamond particles are dispersed in a Si 3 N 4 —Co-based matrix. Used as a circular saw.
【0040】[0040]
1.誘導加熱方式とすることにより、反応材料を加圧し
た状態で、燃焼合成反応を開始し、継続することができ
る。 2.誘導加熱出力を制御することにより、反応前、反応
中、反応後の試料温度を、黒鉛シートまたは芯金を通じ
て所要値に保つことができる。 3.誘導加熱方式であることから、試料の反応開始温度
の制御が可能であり、また反応熱の小さな系についても
燃焼合成を行うことができる。 4.反応容器を耐圧容器中に収容し、加圧気体下で反応
させることにより、従来からの燃焼合成法で用いられて
いる固体−固体反応系だけでなく、固体−気体の反応系
での燃焼合成反応にも用いることができる。1. By using the induction heating method, the combustion synthesis reaction can be started and continued while the reaction material is pressurized. 2. By controlling the induction heating output, the sample temperature before, during, and after the reaction can be maintained at a required value through a graphite sheet or a cored bar. 3. Because of the induction heating method, the reaction start temperature of the sample can be controlled, and combustion synthesis can be performed even for a system having a small reaction heat. 4. The reaction vessel is housed in a pressure-resistant vessel and reacted under a pressurized gas, so that combustion synthesis is performed not only in the solid-solid reaction system used in the conventional combustion synthesis method but also in the solid-gas reaction system. It can also be used for reactions.
【図1】 本発明の実施例1で用いた装置構成の縦断面
図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an apparatus configuration used in Embodiment 1 of the present invention.
【図2】 本発明の実施例2で用いた装置構成の縦断面
図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an apparatus configuration used in Embodiment 2 of the present invention.
【図3】 本発明の実施例3で用いた装置構成の縦断面
図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an apparatus configuration used in Embodiment 3 of the present invention.
【図4】 本発明の実施例4で用いた装置構成の縦断面
図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an apparatus configuration used in Embodiment 4 of the present invention.
10 超硬ペレット 11 ダイヤモンド含有ペレット 12 黒鉛シート 13、14 黒鉛シート 15 反応装置 16 底盤 17 押型 18 押台 19 押棒 20 鋳物砂 21 コイル 25 押型 26 黒鉛シート 27 混合粉末 28 レースセンター基台 29 押棒 30 高周波コイル 35 押型 36 押棒 37 押台 38 黒鉛シート 39 ペレット 40 超硬合金ブロック 41 高周波コイル 45 気密反応室 46 耐熱ガラス製側壁 47 支柱 48 フレーム底盤 49 フレーム頂盤 50 押型 51 押棒 52 底盤 53 押台 54、55 黒鉛シート 56 ペレット 57 黒鉛円板 REFERENCE SIGNS LIST 10 Carbide pellet 11 Diamond-containing pellet 12 Graphite sheet 13, 14 Graphite sheet 15 Reactor 16 Bottom plate 17 Press mold 18 Press table 19 Push rod 20 Foundry sand 21 Coil 25 Press mold 26 Graphite sheet 27 Mixed powder 28 Race center base 29 Push rod 30 High frequency Coil 35 Stamping die 36 Push rod 37 Pushing stand 38 Graphite sheet 39 Pellet 40 Cemented carbide block 41 High frequency coil 45 Airtight reaction chamber 46 Heat-resistant glass side wall 47 Support column 48 Frame bottom board 49 Frame top 50 Pushing mold 52 Pushing bar 52 Bottom board 53 Pushing table 54, 55 Graphite sheet 56 Pellets 57 Graphite disk
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 健嗣 栃木県河内郡南河内町緑2−8−10 (72)発明者 細見 暁 栃木県小山市稲葉郷138番地1 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kenji Goto 2-8-10, Midorikawachi-cho, Kawachi-gun, Tochigi Prefecture (72) Inventor Akira Hosomi 138-1 Inabago, Inabago, Oyama City, Tochigi Prefecture
Claims (4)
しかつ加圧するための、電気絶縁・耐火性材料で限定さ
れた軸状空間を有する押型、押型の周囲に配置した上記
組成物加熱用の誘導コイル、上記組成物を軸方向の加圧
により加圧圧縮するための加圧装置、を構成要素として
含む、燃焼合成・加圧装置。1. A mold having an axial space defined by an electrically insulating and refractory material, for accommodating and pressurizing a composition capable of causing a combustion synthesis reaction, and heating of the composition arranged around the mold. A combustion synthesis / pressurization apparatus comprising, as constituent elements, an induction coil for use in the present invention and a pressurizing apparatus for pressurizing and compressing the composition by axial pressing.
ストンの進行によって行う請求項1に記載の装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein the pressurization of the composition is performed by advancing a piston in the pressing die.
・加圧装置を用いたダイヤモンド含有焼結体の製造方
法: (1)目標化合物を形成すべく組成された燃焼合成反応
用原料粉末混合物と、ダイヤモンド粉末とを含む出発材
料を、電気絶縁性の押型内へ装填する工程、(2)上記
出発材料を加圧する工程、(3)押型の周囲に配置した
誘導加熱コイルに通電することにより、化合物原料に着
火し燃焼合成反応を開始する工程、及び(4)燃焼合成
反応生成物を加圧する工程。3. A method for producing a diamond-containing sintered body using a combustion synthesis / pressurization apparatus, comprising the following steps: (1) A raw material powder for combustion synthesis reaction formed to form a target compound Loading a starting material containing the mixture and diamond powder into an electrically insulating stamp, (2) pressing the starting material, and (3) energizing an induction heating coil arranged around the stamp. And (4) pressurizing the combustion synthesis reaction product by igniting the compound raw material and starting the combustion synthesis reaction.
後も引続き上記コイルに通電し、誘導加熱によって燃焼
合成反応の持続に必要な熱量を補完する、請求項3に記
載の方法。4. The method according to claim 3, wherein, in the third step, the coil is continuously energized even after the start of the combustion synthesis reaction, and the amount of heat required to maintain the combustion synthesis reaction is supplemented by induction heating.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33078597A JP3874221B2 (en) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | Method for producing diamond-containing sintered body and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33078597A JP3874221B2 (en) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | Method for producing diamond-containing sintered body and apparatus therefor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11131106A true JPH11131106A (en) | 1999-05-18 |
| JP3874221B2 JP3874221B2 (en) | 2007-01-31 |
Family
ID=18236529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33078597A Expired - Fee Related JP3874221B2 (en) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | Method for producing diamond-containing sintered body and apparatus therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3874221B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6955532B2 (en) | 2002-09-25 | 2005-10-18 | University Of Rochester | Method and apparatus for the manufacture of high temperature materials by combustion synthesis and semi-solid forming |
| RU2607115C1 (en) * | 2015-07-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Method of producing refractory materials |
| RU2607114C1 (en) * | 2015-07-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Method of producing articles from refractory materials |
-
1997
- 1997-10-23 JP JP33078597A patent/JP3874221B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6955532B2 (en) | 2002-09-25 | 2005-10-18 | University Of Rochester | Method and apparatus for the manufacture of high temperature materials by combustion synthesis and semi-solid forming |
| RU2607115C1 (en) * | 2015-07-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Method of producing refractory materials |
| RU2607114C1 (en) * | 2015-07-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Method of producing articles from refractory materials |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3874221B2 (en) | 2007-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4124401A (en) | Polycrystalline diamond body | |
| KR100522859B1 (en) | A method of manufacturing the heat sink material | |
| US4241135A (en) | Polycrystalline diamond body/silicon carbide substrate composite | |
| US4171339A (en) | Process for preparing a polycrystalline diamond body/silicon carbide substrate composite | |
| RU2135327C1 (en) | Composite containing high-abrasive particles and method of manufacturing thereof | |
| KR100260368B1 (en) | Composite material and process for producing the same | |
| US4168957A (en) | Process for preparing a silicon-bonded polycrystalline diamond body | |
| JPH03503663A (en) | Composite material manufacturing method | |
| US5164138A (en) | Material comprising silicon and process for its manufacture | |
| RU2146187C1 (en) | Composite product and method for making it | |
| JP3874221B2 (en) | Method for producing diamond-containing sintered body and apparatus therefor | |
| US3717694A (en) | Hot pressing a refractory article of complex shape in a mold of simple shape | |
| JP4156025B2 (en) | Composite material and its manufacturing method | |
| RU2733524C1 (en) | Method of producing ceramic-metal composite materials | |
| JP3998831B2 (en) | Cemented carbide manufacturing method | |
| US6099978A (en) | Molybdenum silicide-containing products with high emissivity | |
| JPWO1995008654A1 (en) | Composite materials and their manufacturing methods | |
| RU2184644C2 (en) | Diamond-containing laminate composition material and method for making such material | |
| JPH1046211A (en) | Pressure sintering method using core | |
| JP2803827B2 (en) | Manufacturing method of high density and high hardness ceramics sintered body | |
| JP2001049363A (en) | Manufacturing method of cemented carbide | |
| JP3839514B2 (en) | Silicon nitride sintered body and method for producing the same | |
| JP2000272972A (en) | Hot pressing and production of ceramics sintered compact | |
| US5114645A (en) | Fabrication of ceramics by shock compaction of materials prepared by combustion synthesis | |
| KR100424780B1 (en) | Method for one step synthesis and densification of tungsten carbide hard metal |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050729 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050809 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051011 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061017 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061019 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091102 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |