JPH0130787B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は熱間静水圧プレス法、特に高密度でバ
ラツキの少ない均質なセラミツク高密度焼結体を
製造するに好適な熱間静水圧プレス法に関するも
のである。

（従来の技術） セラミツクスは粉末原料を焼き固めて作られる
ため不可避的に残留空孔を含み、かつ信頼性に乏
しい。そのため残留空孔を除去し、高密度化を達
成するため熱間静水圧プレス（以下、HIPと略記
する。）処理することが従来より試みられている。

この方法は、例えば(a)粉末成形体を気密性のカ
プセル内に封入してHIP処理する方法、(b)相対密
度95％以上、即ち、残留空孔が閉鎖状態になるま
で焼結した後、そのままHIP処理する方法であ
る。

このうち、前者(a)の方法は焼結助剤が少なくて
よい、大型の焼結体の製造が可能であるなどの利
点を有するのでその用途が期待されているが、
1400℃以上の高温でのHIP処理を必要とする窒化
ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニアなどのセラミツ
クスについては適当なカプセル材料が限定される
という問題がある。

しかし、この方法は上述の利点を有することか
ら焼結助剤を含まないセラミツクスの物性を測定
するための研究などを目的としてカプセル材料の
検討が進められ、種々のガラス材料を用いてHIP
処理することが試みられて、例えば特公昭46−
2731号公報、特公昭52−43761号公報などにその
一端が開示されている。

この場合、ガラスカプセルの形状としては第３
図、第４図に図示する如きものが用いられるが、
第３図に示すカプセルは元来、直径数mm〜20mm程
度の小さな焼結体を製造するのに最もよく用いら
れているもので一端を封じたガラス管１２に中子
１３，１３を用いて成形体１１をBN粉末１４内
に挿入配置した後、他端より真空引きしながら脱
気部１５を封着するものであり、大型の成形体を
封入するにはガラスの封着が困難であるという難
点があつて、大型成形体のHIP処理には適当でな
い。一方、第４図に図示するカプセルは広口の開
口部１６ａを有するガラス製容器１６に例えば
BN成形体からなるスペーサー１３′，１３′を介
装して成形体１１′を挿入し、これに脱気用の細
径のガラス管１８を有する蓋１７を融着した後、
脱気用ガラス管１８を通じて真空引きしつつガラ
ス管１８根元部を加熱封着し、HIP処理するが、
容器底部の形状には平底もしくは外側に凸状をな
す丸底形状が用いられている。しかし、平底の場
合にせよ、外側に凸状の丸底の場合であるにせよ
底部は第４図イの如くバーナ１９等により加熱し
て太いパイプを絞り、変形融着するため融着部２
０近傍に融着部の熱による残留応力が生じ易く、
かつ外圧により底部に生じる曲で応力の緩和がで
きず、底部の強度が不足してHIP処理工程の初期
の十分に加熱されていないときに注入される圧媒
ガスの圧力で割れを生じ、カプセルの機能を損な
うことが多く、また、ガラス製容器１６と蓋１７
の封着代も大きくとることが困難で、この融着部
２０′近傍にも同様、融着部の熱による残留応力
が生じ易くHIP処理時の初期の加圧による破損す
ることが多い問題がある。

従つて、このように従来試みられている各種ガ
ラスカプセルは直径が30mm以下の小径で、テスト
ピースを作製するような場合には十分に使用が可
能であるが、工業生産に使用するには大きなもの
が必要であり、到底、適用することは出来ないと
いう問題を残し、その研究が望まれている。

（発明が解決しようとする問題点） かくて、本発明は上述の如き実状に対処し、従
来のガラスカプセルの難点を排除しつつ、適切な
形状のガラスカプセルを見出し、これを使用する
ことによつてHIP処理により焼結助剤の量を低減
したセラミツク焼結体の工業生産を可能ならしめ
ようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 即ち、上記目的を達成する本発明の特徴とする
ところは、セラミツク成形体をガラス製カプセル
内に封入した後、HIP処理して高密度焼結体を製
造する方法において、ガラス製の管よりなる脱気
部を有し、かつ他方に広口の開口部を有するガラ
ス製容器と、該ガラス容器の前記開口部を蓋止す
る内部に凸状をなす底蓋からなるガラスカプセル
を使用し、その広口の開口部から脱気孔をもつス
ペーサーを介してセラミツク成形体を挿入し、内
側に凸状をなす底蓋で該開口部を蓋止した後、前
記ガラス製の管から脱気しつつ前記容器と底蓋の
接触部分を火炎により加熱融着し、次いで全体を
炉中に収容し、炉内で加熱しながら脱気して脱気
部を更に火炎にて加熱して封着し、その後、これ
をHIP処理して成形体を高密度の焼結体とするこ
とにある。

ここで、本発明の基本となる点は、そのガラス
カプセルの形状にあり、とりわけ底蓋を内側に凸
出する形状となした点にあるが、セラミツク成形
体の挿入に際しては少くとも脱気部に連なる容器
内に脱気部のガラス管側の容器形状に合致した、
例えば容器がガラス管側に凸となつた丸味をもつ
形状の場合には同様にガラス管側に凸となつた丸
味を帯びたスペーサーを介装することが好適であ
る。

このスペーサーは、これを通じて真空引きされ
ることから脱気用の孔を有していることが必要
で、通常、ガラス管に連なる貫通孔が設けられて
いるが、スペーサーに石英粉末の成形体を用いる
場合にはポーラスであることから必らずしも貫通
孔は必要でなく、そのポーラスな空孔を利用して
脱気孔とする。

以下、更に添付図面を参照しつつ本発明方法を
詳説する。

第１図イ〜ニは本発明方法におけるカプセル封
入からHIP処理までの工程を模式的に示した説明
図であり、カプセルＡはイに示す如く一方にガラ
ス管からなる脱気パイプ２ａを有し、他方に広口
の開口部２ｂを有するガラス製の容気２と、該ガ
ラス製容器２の前記広口開口部２ｂに嵌入し、該
開口部を蓋止する底蓋３との両部分からなつてお
り、脱気バイプ２ａを有するガラス製容器２にそ
の広口開口部２ｂよりガラスもしくはセラミツク
ス製のスペーサー４、成形体１を順次挿入し、最
後に内側に凸となるようにガラス製の底蓋３を嵌
入しセツトする。

次に、上記セツトしたガラスカプセルＡを回転
台（図示せず）上に載せて脱気パイプ２ａから若
干真空引きをしながらガラス容器２と底蓋３の接
触する嵌入接合部分をロ図の如くガスバーナー５
により加熱する。

このとき、加熱されたガラス容器２の底縁部は
内側の圧力が低いこと、及び火炎の圧力により内
側に変形し、底蓋３に融着せしめられる。次いで
脱気パイプ２ａ部分に図示していないが、ゴム管
等を介して油回転ポンプを接続し、全体を加熱炉
内に挿入しヒータ６で加熱する。そして内部の揮
発成分等が十分に除去されたことを確認し、ガス
バーナー５により脱気パイプ２ａの根元近傍を加
熱し封着する。（第１図ハ参照） この場合、加熱温度は成形体１の種類等により
適宜選択が可能であるが、HIP処理工程における
初期圧力（数Kgｆ／cm²〜30Kgｆ／cm²）にて破損し
難くするため、ガラス容器２がある程度軟化して
内部の成形体と接する状態になし得る温度が好ま
しい。但し、完全に密着すると場合によつては、
成形体１とガラスの熱膨張係数の差により封入後
の冷却過程でガスが割れることがあるので注意を
要する。

かくして、前記封着されたガラスカプセルは黒
鉛ルツボ７内に、例えばBN粉末８を充填した状
態で配置し、HIP処理に付す。（第１図ニ参照） BN粉末８は軟化したガラスがルツボ７に融着
するのを防止する効果を有すると同時に、ガラス
の粘度が10²ポアズ以下の如き低粘度となるよう
な温度でHIP処理を行なう場合にガラスがルツボ
底部に流れ落ちて成形体１のシールが不完全とな
ることを防止する効果をも併せ有する。

本発明方法は叙上の如き工程を経て高密度焼結
体を製造するが、上記方法を実施するに際し、更
に次のような手段を併用することも可能であり、
かつ有用である。

即ち、その１つは、成形体とガラスの反応もし
くはガラスの融着を防ぐために両者の間に第２図
の如くバリア材１０を介在させることである。た
とえばBNの如き安定なセラミツク物質、炭素、
金属などが適宜使用される。付与の仕方は、粉末
であればスリツプのスプレーコーテイングや刷毛
塗り、CIP法による加圧形成等が利用でき、金属
であれば蒸着のような密着性のよい方法や、箔で
成形体を包む等の方法が用いられる。

又、他の手段としては、成形体１とガラス製容
器２との間に通常、間隙が残るため、これをスペ
ーサー４により埋めることである。このスペーサ
ー４は成形体１と底蓋３との間にも必要に応じ充
填されるが、ガラス製容器２とガラス製底蓋３の
融着時の熱により成形体１が変質するのを防止す
る効果を有する。

スペーサー４としてはガラス製容器、ガラス製
底蓋と同材質のガラスブロツクや粉末を成形した
ものが好適であるが、BNなどセラミツク粉末を
成形したものも使用可能である。

なお、小さな間隙が成形体１とガラス製容器２
との間に残存する場合には、成形体１にガラスウ
ールなどを巻き付けてガタを生じないようにする
ことも振動による成形体１の破損防止の点から有
効である。

（実施例） 以下、更に本発明の具体的な実施例を述べる。

実施例 １ 50〓mm×70mm^lの窒化ケイ素粉末成形体の表面に
CIP法によりBN粉末をコーテイングした後、外
寸を64〓mmに整形し、第２図の形状で内径65〓mmの
バイコールガラス製容器に加熱、真空封入した。
次いでこれをHIP装置中に第１図ニに示したよう
にルツボ内に配置して挿入し、2000℃、150MPa
でHIP処理を行ない、処理完了後、ルツボからガ
ラスに掩われた焼結体を取り出した。これを10回
くり返し、得られた各焼結体の密度を測定したと
ころ、すべて略真密度であつた。

一方、前記窒化ケイ素粉末成形体を同径の第４
図図示構造をもつバイコールガラス製容器に加
熱、真空封入し、同条件のHIP処理を行なつた。
取り出したガラスにより掩われた焼結体にはその
うち２個にガラス割れガ見られ、その焼結体の真
密度にむらが生じた。

実施例 ２ 100mm〓×80^lmmの窒化ケイ素粉末成形体の表面
にCIP法によりBN粉末をコートした後、外寸を
140〓mmに整形し、更にシリカガラスウールで包ん
で、第２図の如き形状とした後、内径145〓mmの石
英ガラスカプセルに加熱、真空封入した。

次に、これを実施例１と同じく第１図ニに示し
たようにルツボ内に配置してHIP装置内に挿入し
2000℃、150MPaでHIP処理を行ない処理完了
後、ガラスに掩われた焼結体を取り出した。

一方、第４図イのカプセルを使用する外は上記
と同様にしてHIP処理を行ない、同じくガラスに
掩われた焼結体を取り出した。

上記両操作を５回宛行ない、夫々の焼結体につ
いてその密度、ガラスの状態を対比したところ、
前者の本発明方法ではすべてがほぼ真密度である
ことが確認されたが、後者の対照例の場合にはそ
のうちの３個にガラスカプセルの破損の跡がみら
れた。

（発明の効果） 以上のように、本発明方法は、ガラスカプセル
の底蓋を内側に凸状をなす蓋とし、これをガラス
製容器底部に嵌入すると共に容器と蓋の接触部分
を加熱融着した後、全体を炉中で加熱しながら脱
気して更に脱気部を封着し、HIP処理を行なう方
法であり、太いパイプを変形させて絞る必要がな
いので、従来のガラスカプセルでは困難であつた
大形カプセルの製作を容易とし、大型成形体の
HIP処理を可能ならしめて同成形体の工業生産に
極めて顕著な効果を奏すると共に、とりわけ、凸
状をなす底蓋となしたことから外圧によりカプセ
ル底部に生じる曲げ応力が緩和され、カプセル強
度を高めてHIP処理時における破損を防止して円
滑なHIP処理を達成し、更にガラスカプセルを脱
気部をもつガラス容器と底蓋とで形成し、脱気部
をもつ上蓋と容器との融着部は存在しないため、
融着熱による残留応力も生ぜず、HIP処理時の加
圧による破損の懸念もなく大形の略真密度の高密
度焼結体を製造する方法として極めて工業生産
上、有用性に富む方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図イ〜ニは本発明方法に使用するカプセル
の分解斜視図及び工程順序説明図、第２図は本発
明方法における成形体のカプセル収納収態の他の
例を示す断面図、第３図及び第４図イ，ロは従来
における成形体のカプセル収納状態を示す断面説
明図である。 Ａ……ガラスカプセル、１……成形体、２……
ガラス製容器、２ａ……脱気パイプ（脱気部）、
２ｂ……広口開口部、３……底蓋、４……スペー
サー、５……ガスバーナー、１０……バリア材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク成形体をガラス製カプセル中に封
   入し、熱間静水圧プレスして高密度焼結体を製造
   する方法において、前記ガラス製カプセルとして
   ガラス製の管よりなる脱気部を有し、かつ広口の
   成形体挿入開口部を有するガラス製容器と、該容
   器の前記広口の開口部に嵌入し、該開口部を蓋止
   する内側に凸状をなすガラス製の底蓋からなるカ
   プセルを使用し、先ず、ガラス製容器の広口開口
   部から脱気孔をもつスペーサーを介してセラミツ
   ク成形体を挿入し、次いで該開口部に前記内側に
   凸状のガラス製底蓋を嵌入して、ガラス製の管か
   ら脱気しつつガラス製容器と底蓋との接触部分を
   火炎により加熱融着した後、全体を炉内に収納
   し、炉中で加熱しながら脱気して脱気部を更に加
   熱封着し、しかる後、これを熱間静水圧プレスし
   て成形体を高密度の焼結体とすることを特徴とす
   る熱間静水圧プレス法。 ２ スペーサーがガラスブロツクである特許請求
   の範囲第１項記載の熱間静水圧プレス法。 ３ スペーサーがBNなどのセラミツク粉末を成
   形してなる特許請求の範囲第１項記載の熱間静水
   圧プレス法。 ４ カブセル内に挿入する成形体に挿入に先立ち
   ガラスウールを巻き付けガタを生じないようする
   特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の
   熱間静水圧プレス法。