JP6959790B2 - Sintering method and manufacturing method of sintered product - Google Patents
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Description
本発明は、焼結用セラミックスの焼結方法、及び、これを利用した焼結物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for sintering ceramics for sintering, and a method for producing a sintered product using the same.
例えば、板状のセラミックス焼結体を製造する場合、セラミックス粒子と、高分子バインダーを媒体に溶解したバインダー溶液とを混合して調製した、スラリー、ペースト又は粉体を、プレス成形、スラリーの鋳込み、射出成形、押出成形、スクリーン印刷等に供した後、焼成処理を行う方法が適用される。これらのうち、基材の上でセラミックス焼結体を製造する方法は、特許文献1に開示されており、シート状セラミックの製造方法として、水溶性バインダーと、セラミック粉末と、水とを含み、体積固形分比率が2%以上5%未満であるセラミックスラリー組成物を支持体上に流延してシート状に成形し、セラミックスラリーの乾燥、脱脂及び焼成を行う方法が記載されている。 For example, in the case of producing a plate-shaped ceramic sintered body, a slurry, paste or powder prepared by mixing ceramic particles and a binder solution in which a polymer binder is dissolved in a medium is press-molded and the slurry is cast. , Injection molding, extrusion molding, screen printing, etc., and then firing treatment is applied. Among these, a method for producing a ceramic sintered body on a base material is disclosed in Patent Document 1, and as a method for producing a sheet-shaped ceramic, a water-soluble binder, a ceramic powder, and water are included. A method of casting a ceramic slurry composition having a volume solid content ratio of 2% or more and less than 5% on a support to form a sheet, and drying, degreasing, and firing the ceramic slurry is described.
焼結用セラミックスに、直接、レーザーを照射すると、十分に焼結することができず、例えば、焼結用セラミックス板の表面にレーザーを照射して、十分に粒成長させようとする場合、長時間の照射が不可欠であった。そこで、本発明者らは、焼結用セラミックス板の表面に炭素粉末を含む層を形成し、レーザーを照射して焼結の促進が可能かどうか検討を進めてきた。
本発明の目的は、焼結用セラミックスを効率よく焼結する方法、及び、焼結用セラミックスからなる非焼結部を備える物品(以下、「原料物品」ともいう)における、該非焼結部の所望の部分を焼結部とした物品(以下、焼結部が一部であっても、全体であっても「焼結物」ともいう)を効率よく製造する方法を提供することである。
When the ceramics for sintering are directly irradiated with a laser, they cannot be sufficiently sintered. For example, when the surface of a ceramic plate for sintering is irradiated with a laser to sufficiently grow grains, the length is long. Irradiation for hours was essential. Therefore, the present inventors have been studying whether it is possible to form a layer containing carbon powder on the surface of a ceramic plate for sintering and irradiate it with a laser to promote sintering.
An object of the present invention is a method for efficiently sintering ceramics for sintering, and an article having a non-sintered portion made of ceramics for sintering (hereinafter, also referred to as "raw material article"). It is an object of the present invention to provide a method for efficiently producing an article having a desired portion as a sintered portion (hereinafter, also referred to as a "sintered product" whether the sintered portion is a part or the whole).
また、薄い板又は層を構成する焼結用セラミックス部に炭素粉末を含む層を形成した状態でレーザーを照射した場合、熱衝撃で亀裂や割れが発生することがあった。本発明の他の目的は、亀裂、割れ等の不具合を発生させずに、焼結する方法及び焼結物の製造方法を提供することである。 Further, when a laser is irradiated with a layer containing carbon powder formed on a thin plate or a ceramic part for sintering which constitutes a layer, cracks or cracks may occur due to thermal shock. Another object of the present invention is to provide a method for sintering and a method for producing a sintered product without causing defects such as cracks and cracks.
本発明は、以下に示される。
1.焼結用セラミックスからなる物品の表面に、炭素粉末を含む層を形成し、次いで、不活性ガス雰囲気又は真空の条件下において、得られた積層物における上記炭素粉末含有層にレーザーを照射することを特徴とする、焼結用セラミックスの焼結方法。
2.上記焼結用セラミックスが、酸化物、窒化物及び酸窒化物から選ばれた少なくとも1種である上記項1に記載の焼結方法。
3.上記レーザーの波長が400nm〜11μmである上記項1又は2に記載の焼結方法。
4.上記炭素粉末含有層の表面にレーザー透過部材を載置する上記項1乃至3のいずれか一項に記載の焼結方法。
5.上記レーザー透過部材が石英ガラスを含む上記項4に記載の焼結方法。
6.焼結用セラミックスからなる非焼結部を備える物品の該非焼結部の表面に、炭素粉末を含む層を形成する工程と、不活性ガス雰囲気又は真空の条件下において、得られた積層物における上記炭素粉末含有層にレーザーを照射して、照射部の下地側に位置する焼結用セラミックスを焼結させる工程とを、順次、備えることを特徴とする、焼結部を有する物品の製造方法。
7.上記焼結用セラミックスが、酸化物、窒化物及び酸窒化物から選ばれた少なくとも1種である上記項6に記載の製造方法。
8.上記レーザーの波長が400nm〜11μmである上記項6又は7に記載の製造方法。
9.上記炭素粉末含有層の表面にレーザー透過部材を載置する上記項6乃至8のいずれか一項に記載の製造方法。
10.上記レーザー透過部材が石英ガラスを含む上記項9に記載の製造方法。
The present invention is shown below.
1. 1. A layer containing carbon powder is formed on the surface of an article made of ceramics for sintering, and then the carbon powder-containing layer in the obtained laminate is irradiated with a laser under an inert gas atmosphere or vacuum conditions. A method for sintering ceramics for sintering, which comprises.
2. Item 2. The sintering method according to Item 1, wherein the sintering ceramic is at least one selected from oxides, nitrides and oxynitrides.
3. 3. Item 2. The sintering method according to Item 1 or 2, wherein the wavelength of the laser is 400 nm to 11 μm.
4. The sintering method according to any one of Items 1 to 3, wherein a laser transmitting member is placed on the surface of the carbon powder-containing layer.
5. Item 4. The sintering method according to Item 4, wherein the laser transmitting member contains quartz glass.
6. In the step of forming a layer containing carbon powder on the surface of the non-sintered portion of the article provided with the non-sintered portion made of ceramics for sintering, and in the obtained laminate under the condition of an inert gas atmosphere or vacuum. A method for manufacturing an article having a sintered portion, which comprises sequentially providing a step of irradiating the carbon powder-containing layer with a laser to sinter the ceramics for sintering located on the base side of the irradiated portion. ..
7. Item 6. The production method according to Item 6, wherein the sintering ceramic is at least one selected from oxides, nitrides and oxynitrides.
8. Item 6. The production method according to Item 6 or 7, wherein the wavelength of the laser is 400 nm to 11 μm.
9. The production method according to any one of Items 6 to 8 above, wherein the laser transmitting member is placed on the surface of the carbon powder-containing layer.
10. Item 9. The manufacturing method according to Item 9, wherein the laser transmitting member includes quartz glass.
本発明の焼結方法によれば、より短時間で焼結用セラミックスを焼結することができる。また、本発明の焼結方法によれば、酸素ガスを含む雰囲気において、焼結用セラミックスの表面に形成された炭素粉末含有層に、レーザーを照射する場合に比べて、表面から深さ方向に十分に粒成長された焼結物を得ることができる。
また、薄い板又は層を構成する焼結用セラミックス部にレーザーを照射する場合に、炭素粉末含有層の表面にレーザー透過部材を載置しておくことにより、レーザー照射による亀裂、割れ等の発生を抑制することができる。
According to the sintering method of the present invention, the ceramics for sintering can be sintered in a shorter time. Further, according to the sintering method of the present invention, in an atmosphere containing oxygen gas, the carbon powder-containing layer formed on the surface of the ceramics for sintering is irradiated in the depth direction from the surface as compared with the case of irradiating the laser. A fully grown sintered product can be obtained.
In addition, when irradiating a thin plate or a ceramic part for sintering that constitutes a layer with a laser, by placing a laser transmitting member on the surface of the carbon powder-containing layer, cracks, cracks, etc. occur due to the laser irradiation. Can be suppressed.
本発明の焼結方法は、焼結用セラミックスからなる物品の表面に、炭素粉末を含む層を形成し、次いで、不活性ガス雰囲気又は真空の条件下において、得られた積層物における炭素粉末含有層にレーザーを照射することを特徴とする。 In the sintering method of the present invention, a layer containing carbon powder is formed on the surface of an article made of ceramics for sintering, and then the carbon powder is contained in the obtained laminate under an inert gas atmosphere or vacuum conditions. It is characterized by irradiating the layer with a laser.
図1(A)は、不活性ガス雰囲気又は真空の条件下としたチャンバー20内において、焼結用セラミックスからなる物品12の表面に形成された炭素粉末含有層14の所定位置にレーザーを照射する説明図であり、図1(B)及び(C)は、レーザー照射により、炭素粉末含有層14におけるレーザー照射部の下地側の焼結用セラミックスが焼結されて、焼結部16が形成されたことを示す説明図である。上記物品12及び炭素粉末含有層14からなる積層物10における炭素粉末含有層14にレーザーを照射すると、レーザー照射部では、炭素粉末がレーザーのエネルギーを吸収して発熱するが、不活性ガス雰囲気又は真空の条件下でレーザー照射を行うため、消失することはない。そして、熱源となった炭素粉末含有層14は、下地側の焼結用セラミックスを800℃以上(推定温度)に加熱して粒子の結晶成長を促進して、焼結部16を形成する。尚、物品12の厚さ、レーザーの照射条件等により、焼結深さを調節することができ、例えば、図1(B)又は(C)に示す焼結部16が得られる。
FIG. 1A shows a laser irradiating a predetermined position of a carbon powder-containing
上記物品12を構成する焼結用セラミックスは、好ましくは、酸化物、窒化物、酸窒化物等であり、これらのうち、1種のみであってよいし、2種以上であってもよい。
酸化物としては、酸化アルミニウム、ムライト、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化鉄、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム等を用いることができる。
窒化物としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒化鉄等を用いることができる。
酸窒化物としては、サイアロン、酸窒化珪素等を用いることができる。
The sintering ceramics constituting the
As the oxide, aluminum oxide, murite, magnesium oxide, zinc oxide, titanium oxide, iron oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, barium titanate and the like can be used.
As the nitride, silicon nitride, aluminum nitride, titanium nitride, zirconium nitride, tantalum nitride, iron nitride and the like can be used.
As the oxynitride, sialon, silicon oxynitride and the like can be used.
上記物品12は、焼結用セラミックス粒子の集合体からなることが好ましい。この場合、粒子の形状及び大きさは、特に限定されない。粒子形状は、いずれも中実体の、球状、楕円球状、多面体状、線状、板状、不定形状等とすることができる。粒子の平均粒子径は、好ましくは10nm〜100μm、より好ましくは100nm〜10μmである。上記物品12に含まれる粒子の密度は、形成される焼結部の強度、焼結時間等の観点から、好ましくは40体積%以上、より好ましくは70体積%以上である。
The
上記物品12の形状は、特に限定されず、平板状、曲板状、棒状、筒状、塊状、又は、これらの組み合わせ若しくはこれらの変形形状とすることができる。レーザーが照射される部分は、凹部又は凸部を有してもよい。
上記物品12は、溶射法、電子ビーム物理蒸着法、レーザー化学蒸着法、コールドスプレー法、焼結用セラミックス粒子、分散媒及び必要に応じて用いられる高分子バインダーを含むスラリーを塗布した後、乾燥を行い、更に脱脂する方法等の、従来、公知の方法で得られたものとすることができる。
The shape of the
The
上記物品12の表面への炭素粉末含有層14の形成方法は、特に限定されない。炭素粉末のみ、又は、炭素粉末と、バインダーとを含有する組成物、又は、炭素粉末と、有機溶剤とを含有する組成物を用いて、スプレー等による散布法、スクリーン印刷等の印刷法、ドクターブレード法、スピンコート法、カーテンコーター法等の塗布法等により、上記物品12の表面における所望の位置(一部又は全面)に炭素粉末含有層14を形成することができる。炭素粉末含有層14を形成する場合の雰囲気は、空気及び不活性ガスのいずれでもよい。
上記炭素粉末含有層14に含まれる炭素粉末の含有割合は、円滑な焼結性の観点から、好ましくは50質量%以上、より好ましくは80質量%以上である。
The method for forming the carbon powder-containing
The content ratio of the carbon powder contained in the carbon powder-containing
上記炭素粉末含有層14の厚さは、特に限定されないが、円滑な焼結性の観点から、好ましくは5nm〜30μm、より好ましくは100nm〜10μmである。
The thickness of the carbon powder-containing
上記炭素粉末含有層14にレーザーを照射する場合、円滑な焼結性の観点から、500nm〜11μmの波長のレーザーを用いることが好ましい。例えば、Nd:YAGレーザー、Nd:YVOレーザー、Nd:YLFレーザー、チタンサファイアレーザー、炭酸ガスレーザー等を用いることができる。
When irradiating the carbon powder-containing
レーザーの照射条件は、焼結用セラミックスの種類、焼結面積、焼結深さ等により、適宜、選択される。レーザー出力は、円滑な焼結性の観点から、好ましくは50〜2000W/cm2、より好ましくは100〜500W/cm2である。また、照射時間は、好ましくは1秒間〜60分間、より好ましくは5秒間〜30分間である。
本発明において、上記炭素粉末含有層14にレーザーを照射する場合の雰囲気は、酸素ガスの含有を限りなく抑制した不活性ガス雰囲気又は真空である。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げられる。
レーザーを照射する場合、照射前の上記物品12又は炭素粉末含有層14に対して、予熱しておいてもよい。予熱する場合、その温度は、好ましくは300℃以上、より好ましくは400℃以上であり、上限は、通常、焼結用セラミックスの融点より200℃以上低い温度である。予熱方法は、特に限定されず、赤外線ランプ、ハロゲンランプ、抵抗加熱、高周波誘導加熱、マイクロ波加熱等とすることができる。
積層物10における炭素粉末含有層14の全面にレーザー照射を行った場合には、炭素粉末含有層14におけるレーザー照射部の下地側の全面を焼結部16とすることができるので、上記物品12に対して大面積の焼結を行う場合、積層物10を固定した状態でレーザーをスキャンさせながら若しくは光拡散レンズを介して光路を変化させながら照射する方法、又は、積層物10を移動させながら、光路を固定したレーザーを照射する方法を適用することができる。
The laser irradiation conditions are appropriately selected depending on the type of ceramics for sintering, the sintering area, the sintering depth, and the like. Laser power, in terms of smooth sinterability, preferably 50~2000W / cm 2, more preferably 100 to 500 W / cm 2. The irradiation time is preferably 1 second to 60 minutes, more preferably 5 seconds to 30 minutes.
In the present invention, the atmosphere when the carbon powder-containing
When irradiating the laser, the
When the entire surface of the carbon powder-containing
積層物10における炭素粉末含有層14にだけでなく、炭素粉末含有層が形成されていない焼結用セラミックスに対して、レーザーを照射すると、そのエネルギー積算量が高いほど、深さ方向に十分な焼結を進めることができる。しかしながら、表面から、例えば、10μm以上の深さまでの表面層、又は、炭素粉末含有層における照射部の下地側であって、1面側から他面側に渡る断面部分全体において、十分に粒成長された焼結物を得るための照射時間は、大きく異なる。本発明の方法は、炭素粉末含有層が形成されていない焼結用セラミックスに対して、レーザーを照射する方法、及び、炭素粉末含有層14を備える積層物10に、酸素ガスを含む雰囲気において、レーザーを照射する方法よりも、短時間化が可能であり、有用である。
When the laser is applied not only to the carbon powder-containing
尚、上記のレーザー照射条件を、例えば、平板状の積層物10に適用した場合、表面から300μm程度の深さまでの焼結を効率よく行うことができる。従って、積層物10を固定した状態でレーザーをスキャンさせながら若しくは光拡散レンズを介して光路を変化させながら照射する方法、又は、積層物10を移動させながら、光路を固定したレーザーを照射する方法においても、特定の部分において、表面から所望の深さまでの焼結を行うことができる。
When the above laser irradiation conditions are applied to, for example, the flat plate-shaped
上記のように、物品12は、種々の形状を有するものとすることができるが、例えば、厚さが0.1mm以下の薄肉部にレーザーを照射した場合、レーザー照射部に亀裂又は割れが発生することがある。このような不具合を抑制するため、図2に示すように、積層物10における炭素粉末含有層14の表面にレーザー透過部材40を載置することが好ましい。そして、物品12の形状保持のため、レーザーが照射される物品12の表面形状に関わらず、凸部又は凹部を有する場合であっても、物品12の表面形状に沿った構造を有するレーザー透過部材40を用いることが特に好ましい。
As described above, the
上記レーザー透過部材40の構成材料は、特に限定されないが、石英ガラスが好ましい。
The constituent material of the
本発明の焼結物の製造方法は、焼結用セラミックスからなる非焼結部を備える物品(原料物品)の該非焼結部の表面に、炭素粉末を含む層を形成する工程と、不活性ガス雰囲気又は真空の条件下において、得られた積層物における炭素粉末含有層にレーザーを照射して、照射部の下地側に位置する焼結用セラミックスを焼結させる工程とを、順次、備える。原料物品における非焼結部を構成する焼結用セラミックスは、上記のように、酸化物、窒化物、酸窒化物等とすることができる。また、原料物品における非焼結部の表面に炭素粉末含有層を形成する方法、及び、レーザーの照射方法(レーザーの種類、波長、照射条件、雰囲気等)もまた、上記の通りである。 The method for producing a sintered product of the present invention includes a step of forming a layer containing carbon powder on the surface of the non-sintered portion of an article (raw material article) including a non-sintered portion made of ceramics for sintering, and an inertness. A step of irradiating a carbon powder-containing layer in the obtained laminate under a gas atmosphere or a vacuum condition to sinter the ceramics for sintering located on the base side of the irradiation portion is sequentially provided. As described above, the sintering ceramics constituting the non-sintered portion of the raw material article can be oxides, nitrides, oxynitrides and the like. The method of forming a carbon powder-containing layer on the surface of the non-sintered portion of the raw material article and the laser irradiation method (laser type, wavelength, irradiation conditions, atmosphere, etc.) are also as described above.
以上のように、本発明により、表面から深さ方向に十分に粒成長された焼結物を製造することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to produce a sintered product in which grains are sufficiently grown from the surface in the depth direction.
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
比較例1
粒子径が1〜5μmの範囲にあるα型酸化アルミニウム粒子を加圧成形し、直径10mm及び厚さ2mmの円板状焼結用セラミックスを得た。その後、この円板状焼結用セラミックスの表面に、日本船舶工具有限会社製エアゾール乾性黒鉛皮膜形成潤滑剤「DGFスプレー」(商品名)の吹き付けを約1秒間行った。そして、これを、30秒間放置して、厚さが約5μmの炭素粉末含有層を備える積層物を得た。
次に、図1(A)に示すように、積層物(10)を、SUS304からなる台座(25)の上に載置した。そして、チャンバー(20)の内部を大気雰囲気とし、積層物(10)の真上に配置したNd:YAGレーザーの光源(30)から、波長1064nm、出力300Wのレーザーを、積層物(10)の表面に対して、ビーム径が1000μmとなるように、且つ、図3の矢印方向に速度500mm/秒で、40秒間に渡って、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)・・・の順にスキャンさせながら照射した。尚、(A)及び(B)の間隔(他も同じ)は0.1mmであり、照射面積は3mm×3mmである。
その後、チャンバー(20)から積層物を回収し、炭素粉末含有層を除去したところ、焼結物のレーザー照射部に小さな亀裂が見られた。
レーザー照射部における亀裂のない焼結部を破断させ、焼結部の表面層のSEM観察を行った(図4参照)。図4の画像によれば、レーザー照射部は、酸化アルミニウムは焼結されているものの、結晶が明瞭でないことが分かる。
また、レーザー照射部のXRD測定を行った(図5参照)。図5のX線回折像を解析したところ、無配向性を示すα−アルミナであることが分かった。
Comparative Example 1
Α-type aluminum oxide particles having a particle diameter in the range of 1 to 5 μm were pressure-molded to obtain disc-shaped sintering ceramics having a diameter of 10 mm and a thickness of 2 mm. Then, the aerosol dry graphite film forming lubricant "DGF Spray" (trade name) manufactured by Nippon Ship Tools Co., Ltd. was sprayed on the surface of the disk-shaped sintering ceramics for about 1 second. Then, this was left to stand for 30 seconds to obtain a laminate having a carbon powder-containing layer having a thickness of about 5 μm.
Next, as shown in FIG. 1 (A), the laminate (10) was placed on a pedestal (25) made of SUS304. Then, the inside of the chamber (20) is made into an atmospheric atmosphere, and a laser having a wavelength of 1064 nm and an output of 300 W is emitted from the light source (30) of the Nd: YAG laser arranged directly above the laminate (10). (A), (B), (C), (D), so that the beam diameter is 1000 μm with respect to the surface and at a speed of 500 mm / sec in the direction of the arrow in FIG. 3 for 40 seconds. Irradiation was performed while scanning in the order of (E) .... The distance between (A) and (B) (the same applies to the others) is 0.1 mm, and the irradiation area is 3 mm × 3 mm.
Then, when the laminate was recovered from the chamber (20) and the carbon powder-containing layer was removed, small cracks were observed in the laser-irradiated portion of the sintered body.
The crack-free sintered portion in the laser-irradiated portion was broken, and the surface layer of the sintered portion was observed by SEM (see FIG. 4). According to the image of FIG. 4, it can be seen that in the laser irradiation portion, although aluminum oxide is sintered, the crystals are not clear.
In addition, XRD measurement of the laser irradiation section was performed (see FIG. 5). When the X-ray diffraction image of FIG. 5 was analyzed, it was found that it was α-alumina showing non-orientation.
実施例1
チャンバー(20)の内部をアルゴンガス雰囲気とした以外は、比較例1と同じ操作を行った。
その後、チャンバー(20)から積層物を回収し、炭素粉末含有層を除去したところ、焼結物のレーザー照射部に小さな亀裂が見られた。
レーザー照射部における亀裂のない焼結部を破断させ、焼結部の表面層のSEM観察を行った(図6参照)。図6の画像によれば、レーザー照射部は、粒成長が十分に進行し、柱状晶で緻密化されていることが分かる。
また、レーザー照射部のXRD測定(線源:Cu Kα、スキャン速度:2°/分、温度:25℃)を行った(図5参照)。図5のX線回折像を解析したところ、(104)面に配向性を示すα−アルミナであることが分かった。
Example 1
The same operation as in Comparative Example 1 was performed except that the inside of the chamber (20) was made to have an argon gas atmosphere.
Then, when the laminate was recovered from the chamber (20) and the carbon powder-containing layer was removed, small cracks were observed in the laser-irradiated portion of the sintered body.
The crack-free sintered portion in the laser-irradiated portion was broken, and the surface layer of the sintered portion was observed by SEM (see FIG. 6). According to the image of FIG. 6, it can be seen that the laser irradiation portion has sufficiently progressed grain growth and is densified with columnar crystals.
In addition, XRD measurement of the laser irradiation unit (radioactive source: Cu Kα, scanning speed: 2 ° / min, temperature: 25 ° C.) was performed (see FIG. 5). When the X-ray diffraction image of FIG. 5 was analyzed, it was found that it was α-alumina showing orientation on the (104) plane.
実施例2
粒子径が1〜5μmの範囲にあるα型酸化アルミニウム粒子を加圧成形し、直径10mm及び厚さ約1mmの円板状焼結用セラミックスを得た。その後、この円板状焼結用セラミックスの表面に、日本船舶工具有限会社製エアゾール乾性黒鉛皮膜形成潤滑剤「DGFスプレー」(商品名)の吹き付けを約1秒間行った。そして、これを、30秒間放置して、厚さが約5μmの炭素粉末含有層を備える積層物を得た。
次に、図2(A)に示すように、積層物(10)を、SUS304からなる台座(25)の上に載置し、厚さ3mmの石英ガラス板(レーザー透過部材)を積層物(10)の上に載置した。そして、チャンバー(20)の内部をアルゴンガス雰囲気とし、積層物(10)の真上に配置したNd:YAGレーザーの光源(30)から、波長1064nm、出力300Wのレーザーを、積層物(10)の表面に対して、ビーム径が1000μmとなるように、且つ、図3の矢印方向に速度500mm/秒で、45秒間に渡って、実施例1と同様にしてスキャンさせながら照射した。
その後、チャンバー(20)から積層物を回収し、炭素粉末含有層を除去したところ、焼結物のレーザー照射部に亀裂及び割れは見られなかった。
焼結物のレーザー照射部(焼結部)の表面のSEM観察を行った(図7参照)。図7の画像によれば、十分に焼結されたことが分かる。
また、焼結物のレーザー照射部(焼結部)を破断させ、焼結部の表面層のSEM観察を行った(図8参照)。図8の画像によれば、表面から深さ約300μmまでの範囲において、粒成長が十分に進行し、柱状晶で緻密化されていることが分かる。
Example 2
Α-type aluminum oxide particles having a particle diameter in the range of 1 to 5 μm were pressure-molded to obtain a disk-shaped sintering ceramic having a diameter of 10 mm and a thickness of about 1 mm. Then, the aerosol dry graphite film forming lubricant "DGF Spray" (trade name) manufactured by Nippon Ship Tools Co., Ltd. was sprayed on the surface of the disk-shaped sintering ceramics for about 1 second. Then, this was left to stand for 30 seconds to obtain a laminate having a carbon powder-containing layer having a thickness of about 5 μm.
Next, as shown in FIG. 2A, the laminate (10) is placed on a pedestal (25) made of SUS304, and a quartz glass plate (laser transmission member) having a thickness of 3 mm is placed on the laminate (laser transmission member). It was placed on top of 10). Then, the inside of the chamber (20) is made into an argon gas atmosphere, and a laser having a wavelength of 1064 nm and an output of 300 W is emitted from the light source (30) of the Nd: YAG laser arranged directly above the laminate (10). The surface of the surface was irradiated with a beam diameter of 1000 μm and in the direction of the arrow in FIG. 3 at a speed of 500 mm / sec for 45 seconds while scanning in the same manner as in Example 1.
Then, when the laminate was recovered from the chamber (20) and the carbon powder-containing layer was removed, no cracks or cracks were observed in the laser-irradiated portion of the sintered body.
SEM observation was performed on the surface of the laser-irradiated portion (sintered portion) of the sintered material (see FIG. 7). According to the image of FIG. 7, it can be seen that it is sufficiently sintered.
Further, the laser irradiation portion (sintered portion) of the sintered material was broken, and the surface layer of the sintered portion was observed by SEM (see FIG. 8). According to the image of FIG. 8, it can be seen that the grain growth sufficiently progresses in the range from the surface to a depth of about 300 μm, and the particles are densified with columnar crystals.
実施例3
実施例2で作製した積層物(10)を用いた。図2(A)に示すように、この積層物(10)を、SUS304からなる台座(25)の上に載置し、厚さ3mmの石英ガラス板(レーザー透過部材)を積層物(10)の上に載置した。そして、チャンバー(20)の内部をアルゴンガス雰囲気とし、積層物(10)の真上に配置したNd:YAGレーザーの光源(30)から、波長1064nm、出力300Wのレーザーを、積層物(10)の表面の同じ位置に対して、ビーム径が10mmとなるように、30秒間に渡って、照射した。
その後、チャンバー(20)から積層物を回収し、炭素粉末含有層を除去したところ、焼結物のレーザー照射部に亀裂及び割れは見られなかった。
焼結物のレーザー照射部(焼結部)の表面のSEM観察を行った(図9参照)。図9の画像によれば、十分に焼結されたことが分かる。
また、焼結物のレーザー照射部(焼結部)を破断させ、焼結部の表面層のSEM観察を行った(図10参照)。図10の画像によれば、表面から深さ約100μmまでの範囲において、酸化アルミニウムが十分に焼結され、緻密化されていること、及び、深さ約100μmから300μmまでの範囲において、粒径約20μmの酸化アルミニウム粒子で構成される緻密焼結組織が見られることが分かる。
Example 3
The laminate (10) prepared in Example 2 was used. As shown in FIG. 2 (A), this laminate (10) is placed on a pedestal (25) made of SUS304, and a quartz glass plate (laser transmitting member) having a thickness of 3 mm is placed on the laminate (10). Placed on top. Then, the inside of the chamber (20) is made into an argon gas atmosphere, and a laser having a wavelength of 1064 nm and an output of 300 W is emitted from the light source (30) of the Nd: YAG laser arranged directly above the laminate (10). The same position on the surface of the surface was irradiated for 30 seconds so that the beam diameter was 10 mm.
Then, when the laminate was recovered from the chamber (20) and the carbon powder-containing layer was removed, no cracks or cracks were observed in the laser-irradiated portion of the sintered body.
SEM observation was performed on the surface of the laser-irradiated portion (sintered portion) of the sintered material (see FIG. 9). According to the image of FIG. 9, it can be seen that it was sufficiently sintered.
Further, the laser irradiation portion (sintered portion) of the sintered material was broken, and the surface layer of the sintered portion was observed by SEM (see FIG. 10). According to the image of FIG. 10, aluminum oxide is sufficiently sintered and densified in the range from the surface to a depth of about 100 μm, and the particle size is in the range of about 100 μm to 300 μm. It can be seen that a densely sintered structure composed of about 20 μm aluminum oxide particles can be seen.
本発明によれば、表面から深さ方向に十分に粒成長された焼結物を得ることができる。従って、高温部材(放熱部材、熱処理用容器、セッター、炉芯管、測温用保護管等)、絶縁部材、発光管等を効率よく製造することができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a sintered product in which grains are sufficiently grown in the depth direction from the surface. Therefore, high-temperature members (heat-dissipating members, heat-treating containers, setters, furnace core tubes, temperature-measuring protective tubes, etc.), insulating members, arc tubes, and the like can be efficiently manufactured.
10:積層物、12:焼結用セラミックスからなる物品、14:炭素粉末含有層、16:焼結部、20:チャンバー、25:焼結用セラミックス用台座、30:レーザー照射手段、40:レーザー透過部材、50:焼結部を有する物品(焼結物) 10: Laminate, 12: Article made of ceramics for sintering, 14: Carbon powder-containing layer, 16: Sintered part, 20: Chamber, 25: Pedestal for ceramics for sintering, 30: Laser irradiation means, 40: Laser Transmission member, 50: Article having a sintered portion (sintered product)
Claims (8)
前記炭素粉末含有層の表面にレーザー透過部材を載置することを特徴とする、焼結用セラミックスの焼結方法。 The surface of an article made of sintered ceramics, a layer containing a carbon powder, and then, is irradiated under the conditions of an inert gas atmosphere or vacuum, a laser to the carbon powder-containing layer of the obtained laminate baked In the method of sintering ceramics for connection,
A method for sintering ceramics for sintering, which comprises placing a laser-transmitting member on the surface of the carbon powder-containing layer.
前記炭素粉末含有層の表面にレーザー透過部材を載置することを特徴とする、焼結部を有する物品の製造方法。 In the step of forming a layer containing carbon powder on the surface of the non-sintered portion of the article provided with the non-sintered portion made of ceramics for sintering, and in the obtained laminate under the condition of an inert gas atmosphere or vacuum. In a method for manufacturing an article having a sintered portion , the step of irradiating the carbon powder-containing layer with a laser to sinter the ceramics for sintering located on the base side of the irradiated portion is sequentially provided.
A method for producing an article having a sintered portion, which comprises placing a laser-transmitting member on the surface of the carbon powder-containing layer.
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