JP7187082B2

JP7187082B2 - 選択的通電焼結装置

Info

Publication number: JP7187082B2
Application number: JP2021535865A
Authority: JP
Inventors: ジョンフンリュウ; チャンパク; ミヨンキム; フンナムハン; ジュンヨンチョ; ウチャンジン
Original assignee: Seoul National University R&DB Foundation
Current assignee: SNU R&DB Foundation
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2022-12-12
Anticipated expiration: 2039-11-05
Also published as: JP2022519008A; KR102024680B1; WO2020130336A1; US20220072608A1

Description

本発明は、焼結装置に関し、より詳細には、焼結しようとする材料によって選択的に通電又は非通電焼結を行わせる焼結装置に関する。

通電加圧焼結は、焼結しようとする材料の粉末を、導電性材料から構成された金型に装入した後、金型を加圧するとともに電流を通電させ、金型及び圧粉体材料の通電電流量を制御することによるジュール熱（Ｊｏｕｌｅ’ｓｈｅａｔ）を発生させることにより、目的とする焼結温度まで加熱する焼結方法である。

但し、上記のような通電加圧焼結方法は、焼結しようとする材料の固有抵抗値によって緻密性の偏差が大きく、特に、セラミック材料の場合、通電電流が金型に集中されて、焼結体の外部温度が内部温度よりも高くなり得る。

また、焼結しようとする材料に絶縁物を塗布して、通電焼結を行おうとする場合、部分的な漏洩電流まで完壁に遮断することができず、絶縁層との化学的反応が発生するおそれがあって、使用不可能な材料群が多くなり得る。

関連する先行文献として、韓国公開特許公報１０－２０１６－００９３９６８に公開されたプラズマ焼結装置及びその方法がある。上記先行文献は、具体的には、被加工粉末を充填する炭化ケイ素（ＳｉＣ）金型；前記被加工粉末を加圧するための上部及び下部パンチ；前記上部及び下部パンチを動作させる上部電極及び下部電極；前記炭化ケイ素（ＳｉＣ）金型温度を測定する温度測定部；前記温度測定部によって測定された炭化ケイ素（ＳｉＣ）金型温度に基づいて加熱電圧を制御する制御部；及び前記制御部の制御に従って、前記上部電極及び下部電極に供給する直流電源を可変する直流電源供給部を含むことを特徴とする、プラズマ焼結装置を提供している。

本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、焼結しようとする材料によって選択的に通電又は非通電焼結を可能にし、特有な構造のヒータを備えて、焼結時に温度偏差を最小化し、通電以外の変数が発生しないようにする選択的通電焼結装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するために本発明の一様態は、目的物を収容する空間が設けられた金型；前記金型の空間を一軸加圧するパンチ；前記パンチの加圧反対方向の末端に備えられる通電制御部；前記通電制御部に接する電極部；及び前記電極部から延びて、前記金型を加熱するヒータ；を含み、前記金型及びパンチは、伝導体から構成される選択的通電焼結装置を提供する。

本発明の一様態によれば、焼結しようとする材料が導電性材料である場合、通電、外部ヒータを介して加熱して、加圧焼結を行うことができる。

また、焼結しようとする材料が非導電性材料である場合、金型が通電しないようにし、導電性材料の焼結条件と同様、外部ヒータを介して加熱して、加圧焼結を行うことができる。

本発明の効果は、上記の効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明又は特許請求の範囲に記載した発明の構成から推論可能なあらゆる効果を含むと理解しなければならない。

本発明の一実施形態による選択的通電焼結装置の一例を示した概略図。本発明の一実施形態による選択的通電焼結装置のヒータ及び伝導性部材の一例を示した斜視図。本発明の一実施形態による選択的通電焼結装置のヒータ及び伝導性部材の一例を示した斜視図。本発明の一実施形態による選択的通電焼結装置のヒータ及び伝導性部材が結合した一例を示した斜視図。選択的通電焼結装置の加圧の前の金型、ヒータ、伝導性部材及びカバーの一例を示した斜視図。

発明を実施するための最善の形態

本発明による選択的通電焼結装置は、目的物を収容する空間が設けられた金型；前記金型の空間を一軸加圧するパンチ；前記パンチの加圧反対方向の末端に備えられる通電制御部；前記通電制御部に接する電極部；及び前記電極部から延びて、前記金型を加熱するヒータ；を含み、前記金型及びパンチは、伝導体から構成されることを特徴とする。

以下では、添付の図面を参照しながら、本発明による好ましい実施形態を詳説する。

本発明の利点及び特徴、そしてそれを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になる。

しかし、本発明は、以下に開示される実施形態によって限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態に具現することができる。但し、本実施形態は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。また、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。

さらに、本発明の説明において、関連する公知技術などが本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合には、それに関する詳説は省略する。

本発明の一様態は、
目的物を収容する空間が設けられた金型１０５；
前記金型の空間を一軸加圧するパンチ１０４ａ、１０４ｂ；
前記パンチの加圧反対方向の末端に備えられる通電制御部１０３ａ、１０３ｂ；
前記通電制御部に接する電極部；及び、
前記電極部から延びて、前記金型を加熱するヒータ１０２；を含み、
前記金型及びパンチは、伝導体から構成される選択的通電焼結装置１００を提供する。

以下では、本発明の一様態による選択的通電焼結装置１００及び各構成について詳説する。

前記パンチ１０４ａ、１０４ｂは、前記金型１０５の空間の一方向を加圧する第１パンチ１０４ａ；及び前記金型の空間の他方向を加圧する第２パンチ１０４ｂを含んでいてもよい。前記金型の空間に目的物を装入した後、前記パンチによって一軸加圧することができる。また、目的物の通電焼結を行う場合、前記パンチによって電流が流れるように、前記パンチは、伝導体から構成されてもよい。

前記パンチ１０４ａ、１０４ｂは、図１に示したように、上下に金型内の空間に装入された目的物を加圧することができる。

前記金型１０５は、焼結しようとする目的物を収容することができる空間が設けられ、前記パンチによって前記空間の加圧が行われるようにする。前記金型は、前記パンチと同様、伝導体から構成されてもよい。

前記通電制御部１０３ａ、１０３ｂは、前記パンチ１０４ａ、１０４ｂの加圧反対方向の末端に備えられてもよい。具体的には、前記パンチが、既述したように、第１パンチ１０４ａ及び第２パンチ１０４ｂから構成される場合、前記第１パンチの加圧反対方向の末端に第１の通電制御部１０３ａを備えることができ、前記第２パンチの加圧反対方向の末端に第２の通電制御部１０３ｂを備えることができる。

前記通電制御部１０３ａ、１０３ｂは、上記目的物の通電又は非通電焼結を行えるように、前記電極部から金型への電流の流れを遮断するか許容するように制御することができる。上記目的物が伝導性材料である場合、前記金型１０５と電極部が通電するように、前記通電制御部は伝導体から構成されてもよく、上記目的物が非伝導性材料である場合、前記金型と電極部が非通電するように、前記通電制御部は絶縁体から構成されてもよい。

前記通電制御部１０３ａ、１０３ｂは、パンチ及び電極部から着脱及び付着が可能であるように備えることができる。

前記通電制御部１０３ａ、１０３ｂは、電流遮断スイッチを備えることができ、スイッチの操作に従って、前記電極部又はパンチと接触する素材が伝導体又は絶縁体に変更されるようにして、選択的通電が可能であるようにすることができる。

前記通電制御部の一部（１０３ａ又は１０３ｂ）は、前記金型１０５の加圧の前、前記電極部と脱離した状態であってもよく、金型の加圧を行いながら電極部に接することができる。

前記電極部は、前記通電制御部に接する伝導性部材と、前記伝導性部材と連結された電極を含んでいてもよい。具体的には、前記電極部は、前記第１の通電制御部１０３ａ及び第２の通電制御部１０３ｂにそれぞれ接する第１の伝導性部材１０１ａ；及び第２の伝導性部材１０１ｂ；を含んでいてもよい。また、前記電極部は、前記第１の伝導性部材及び第２の伝導性部材とそれぞれ電気的に連結された第１電極１０６ａ；及び第２電極１０６ｂ；を含んでいてもよい。

前記選択的通電焼結装置１００は、前記電極部にパルス電流を加え、前記ヒータを駆動させる電源２０１をさらに含んでいてもよい。また、前記電極部は、前記パンチ１０４ａ、１０４ｂの一軸加圧駆動力を発生させる加圧部（未図示）を含んでいてもよく、前記選択的通電焼結装置は、前記電源部及び加圧部と連結されて、加圧部の圧力を制御する制御部（未図示）を含んでいてもよい。

前記電源２０１は、前記ヒータ１０２、金型１０５及び金型内目的物の電流量を制御して、焼結温度を調節することができる。

前記ヒータ１０２は、図２を参照すれば、前記第１の伝導性部材１０１ａから前記第１パンチ１０４ａの加圧方向に延びた第１ヒータ１０２ａ；及び前記第２の伝導性部材１０１ｂから前記第２パンチ１０４ｂの加圧方向に延びた第２ヒータ１０２ｂ；を含んでいてもよい。このとき、前記選択的通電焼結装置１００の加圧を行う際、第１ヒータの一側及び第２ヒータの一側が結合されうる。具体的には、前記第１及び第２ヒータは、四角状の凹部又は凹部が形成されて、結合時に噛み合わせるようにすることができる。このとき、前記第１ヒータ及び第２ヒータが結合するとき、図４に示したように、所定の隙間１０２ｃが形成されるようにして、高温高圧焼結時にも、前記ヒータのクラックが発生しないようにすることができる。さらに、前記第１及び第２ヒータが結合時に接触される部分は、グラフェンフィルムなどを付着して、熱損失を最小化にすることができる。

前記第１及び第２ヒータ１０２ａ、１０２ｂは、結合後、焼結時に回転可能であるように、前記第１及び第２の伝導性部材１０１ａ、１０１ｂに前記ヒータ断面に対応する溝が形成されてもよく、前記ヒータは、円筒状に備えられてもよい。

前記ヒータ１０２の素材は、通常の焼結温度範囲で熱による変形がほとんど現われないで、熱伝導度、電気伝導度及び熱反射率に優れる素材を用いることができ、具体的には、黒煙などを用いることができる。

前記ヒータ１０２の昇温速度は、４００～６００℃／ｍｉｎであってもよい。

前記選択的焼結装置１００は、図５を参照すれば、前記ヒータ１０２の外周面を取り囲むカバー１０７をさらに含んでいてもよい。これによって、ヒータの熱及び選択的通電時に発生し得る熱損失を最小化することができる。

すなわち、本発明の一様態による選択的通電焼結装置１００は、目的物によって通電又は非通電焼結を行うものの、通電に係る変数を除いて、他の変数（加圧、気体雰囲気、ヒータの温度など）は、変動が発生しないようにすることができる利点がある。

今まで、本発明の一様態による選択的通電焼結装置に関する具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から外れない限り内では、様々な実施の変形が可能であることは自明である。

よって、本発明の範囲は、説明した実施形態に限って定めてはならず、後述する特許請求の範囲のみならず、この特許請求の範囲と均等なものなどによって定めるべきである。

すなわち、前述した実施形態は、全ての面において例示的なものであり、限定的なものではないと理解しれなければならず、本発明の範囲は、詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲によって示され、その特許請求の範囲の意味及び範囲、それから、その等価概念から想到するあらゆる変更又は変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈すべきである。

焼結しようとする材料が導電性材料である場合、通電、外部ヒータを介して加熱して、加圧焼結を行うことができ、焼結しようとする材料が非導電性材料である場合、金型が通電しないようにし、導電性材料の焼結条件と同様、外部ヒータを介して加熱して、加圧焼結を行える効果がある。

序列リストＦｒｅｅＴｅｘｔ

（なし）

Claims

目的物を収容する空間が設けられた金型；
前記金型の空間を一軸加圧する第１及び第２パンチ；
前記各パンチの加圧反対方向の末端に備えられる通電制御部；
前記通電制御部に接する電極部；及び、
前記電極部から延びて、前記金型を加熱するヒータ；を含み、
前記金型及びパンチは、伝導体から構成され、
前記通電制御部は、上記目的物の伝導性によって、前記電極部から金型への電流の流れを遮断するか許容するように制御し、
前記パンチは、
前記金型の空間の一方向及び他方向をそれぞれ加圧する第１パンチ；及び第２パンチ；
を含み、
前記通電制御部は、
前記第１パンチ及び第２パンチの加圧反対方向の末端にそれぞれ備えられる第１の通電制御部；及び第２の通電制御部；を含み、
前記電極部は、
前記第１の通電制御部及び第２の通電制御部にそれぞれ接する第１の伝導性部材；及び第２の伝導性部材；を含み、前記第１の伝導性部材及び第２の伝導性部材とそれぞれ連結された第１電極；及び第２電極；を含み、
前記ヒータは、
前記第１の伝導性部材から前記第１パンチの加圧方向に延びた第１ヒータ；及び前記第２の伝導性部材から前記第２パンチの加圧方向に延びた第２ヒータ；を含み、
前記第１及び第２パンチによって加圧を行う際、第１ヒータの一側及び第２ヒータの一側が結合することを特徴とする、
選択的通電焼結装置。
前記電極部は、
前記通電制御部に接する伝導性部材；及び、
前記伝導性部材と連結された電極；を含み、
前記ヒータは、前記伝導性部材から延びて、前記金型を加熱することを特徴とする、
請求項１に記載の選択的通電焼結装置。
前記通電制御部は、
上記目的物が非伝導性材料である場合、前記金型と電極部が非通電するように構成されることを特徴とする、
請求項１に記載の選択的通電焼結装置。
前記通電制御部は、
上記目的物が伝導性材料である場合、前記金型と電極部が通電するように構成されることを特徴とする、
請求項１に記載の選択的通電焼結装置。
前記第１ヒータ及び第２ヒータが結合するとき、所定の隙間が形成されることを特徴とする、
請求項１に記載の選択的通電焼結装置。
前記第１及び第２ヒータは、
四角状の凹部又は凹部が形成されて、結合時に噛み合わせることを特徴とする、
請求項１に記載の選択的通電焼結装置。
前記電極部にパルス電流を加えて、前記ヒータを駆動させる電源をさらに含むことを特徴とする、
請求項１に記載の選択的通電焼結装置。