JPS5947303A - 焼結炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）技術分野 本発明は粉末冶金用焼結炉、特に効率の良い焼結炉に関
する。

（ロ）背景技術 従来この分野における焼結法としては、抵抗発熱による
もの、誘導加熱によるもの、ホットプレス等が通常採用
されている。

これ等はその焼結サイクルが１０４〜ＩＯ５砂てあり、
焼結以外の工程例えばプレス工程が１（）０沙であるの
に較べて極めて長い時間を要するものである。

更にまた上述の従来の焼結炉ではその炉体が焼結される
成型体の大きさに較べて過大であり加熱効率が極めて悪
く数％に過ぎない。また炉体（１１，７成部材として断
熱材等鍾々の材料で構成され特に高温で使用する場合は
被焼結体にとって好ましくない雰囲気を形成することが
あり、高品質の焼結体を得るためには種々の工夫が必要
であり、設備コストが過大となる。

上記の問題のうち、焼結サイクルに関しては被焼結体で
ある成型体に直接通電して発熱する通電加熱法が提案さ
れているが、これは）、’７．電性４４利にのみ適応さ
れ七ラミックのような絶縁物には応用できず、さらに表
面と内部の組織が不均一になる欠点があり超硬合金の如
く組織によって９１１が著しく影響される製品には適用
されない。

本発明はか＼る従来の焼結炉の問題を解消するもので０
速で焼結でき、しかも高品質の焼結体を得ることのでき
る焼結炉を提供するのが目的である。

第１図は粉末冶金の一般的な製造工程を示す図であり、
数１．００　／ｌから０．１μ　の範囲の原料粉末を所
定組成に配合し、これに潤滑材、有機結合剤を２〜ＪＯ
％添加混合、粉砕したものを所定寸法の金型に充填し、
０，５〜８　ｔ　７ｃｍ２　　の圧力でプレス成型する
。次に４・００〜８００°Ｃの温度で上記潤滑材、結合
剤を除去する脱バインダ一工程を経て焼結し、必要によ
って所定寸法に加工として製品とする。

最近の粉末冶金製品はセラミック、サーメット、超硬合
金、ダイヤモンド等種々広範な工業用途に梓及しており
量産性が重要視され自動化、連続化が進んでいるが前述
の如くこれらの王、程のうち焼結工程が１〜ｌＯ時間の
サイクルで行われており最も遅れていると云わざるを得
ない。

本発明はこの焼結と光エネルギーを利用し、短時間に行
うものである。従来光エネルギーの利用としては太陽エ
ネルギーをパラボラ集光板により１点に集中して加熱す
る方法か知られているが、上記の粉末冶金製品の焼結に
は雰囲気調整、（ｉｉ−産性の点で実用的でない。、 （ハ）発明の開示 本発明は赤外線ランプ等の光源を密閉炉体の所定箇所に
設置し、炉体内壁は断面放物線法のＡｇまたは金の反則
板となって、ｔｏ・す、−１−記ランプの光が炉体中心
に全て集光し、中心に焼結すぺぎ成型体を照射し急速加
熱することによって焼結を短時間に完了せしめるもので
ある。

そして本発明のもう一つの特徴は被１．尭結体が炉体外
の駆動装置によって、駆動される支持装置にＪこって回
転自在に取り付けられ、昇ｉ’ｌａから冷却サイクルの
間回転されるようになっていることである。

これによって反射板から反則集中する光線が破Ｊ３’Ｌ
結体を全体均一に昇温せしめ変形の極め少い焼結が可能
となる。

第２図は本発明の焼結に用い′る焼結炉の一例の正断面
図であり、第３図はその中心部の横断面図である。被焼
結体６は炉体１の中央部に石英板１３′“、グーの４−
に設置し、光源ランプ１６の光は反射板】５に反則し１
７で示す光線に示す如く全て被焼結体（３に集光し、被
焼結物は製品の大きさ、材料によって異るが、１〜ＪＯ
分で昇温焼結が完了する。

上記の光源としては赤外線ランプが最も適する。

この赤外線ランプは透明石英ガラス管にタングステンフ
ィラメントを封入し、内部にハロゲンガスを入れて密閉
されたものであり、その放射波長はは＼’　］、、１’
５　ミクロンにピークをもつ近赤外線放射スペクトルを
もっている。従って輻射効率も高く、電力密度は１００
ワツト／ｃｍ２前後であり、従来の抵抗発熱体に較べ２
〜１０倍の電力密度をもっている。この赤外線ランプは
従来、主として熱分析熱的性能試ｊ倹や半導体の熱処理
等に使用されているが、本発明の如く粉末冶金の焼結に
用いた例は無い。本発明者らは種々の検討の結果粉末冶
金への実用をｉｉＪ能にしたものである。

第２図は−Ｉ−記光ビーム加熱方式を用いた焼結炉の１
実施例の全体の正断面図である。炉体１の中は脱バイン
ダ一部２と焼結部３とに分れており、各々」１下移動可
能なシャッター８．８′て遮断することができる。脱バ
インダ一部は電熱ピーク７によって２００〜８００°Ｃ
に加熱されバインダー留めＷに回収さｔする。焼結部で
は被焼結体６が石英管］２の中央に置かれ、前述の光ビ
ームを照射する光源部５によって急速加熱される。石英
管■２は外部から駆動される回転ローラードによって回
転するようになっている。Ｒは真空排気用ポンプ、９゜
］０はガス導入口、］■はガス排気［」であり、炉内を
真空、ガス雰囲気と任意に調整することができる。

光源部の汚染を防止するため、光源部と石英管内とは別
々にガスを導入すれば焼結炉の補修上有利である。

第４・図は本発明の焼結における焼結サイクルの一例で
あり、昇温６が２分、す３°１４結キープ７が１５分、
冷却が１．５分であり、従来１０４〜１０５秒であった
焼結工程は１０２秒に極端に短縮された。

本発明の場合、昇温速度は］　０’　゛Ｃ／秒以−１１
］、　５０°Ｃ／秒以下であり、焼結温度１２００〜１
６（］　Ｏ−Ｃの範囲のものがＩαも効率良く焼結され
、焼結ザイクルは２（）分以下で大抵の場合すんだ。し
かもこの焼結サイクル中被焼結体は回転しているために
光線シ）ｑ、中点がずれていたとしても全（トが均一に
昇’（Ｖａｔされるため（１０（めで変形の少い焼結体
が得られ、後工程の加［薯（が著しく少くなる。

本発明の効果はＱｉに）３％結時間の短縮のみでなくυ
１１１時間が短いことにより成型体の雰囲気による汚染
が少く、またもし一部が酸化していても初期段階で還元
除去されるため真空や特殊な雰囲気が不・冴となった。

また短時間で焼結されてしまうため特に焼結中に液相の
生ずるものについては高温での変形が少く、形状効果の
影響が少ないなどの効果があった。

−１，１°χに・焼結される１）ＩＪの成型体は多孔質
であり、熱伝導が悪いため、これに光エネルギーが投入
される熱を効率よく吸収し、成型体は急激に昇温するこ
とができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は粉末冶金の工程を示す工程図、第２図第３図は
本発明のわ°Ｌ結炉の実施例を示す図て、第２図は炉全
体の正１所而図、第３図は）、３゛ε結部の中・口・部
（黄断面図および第４・図は本発明の・１７ｉによる昇
温曲線の例である。 １；炉体、２；脱バインダー”；ｌＸ、　　：３　、う
′１“こ結ｊζ１（，４、；回転ローラー、５　＋５’
；光ｆ１１；一部、（＋　＋　（！’ｉ彼焼結体、７；
ヒータ、８．８’、シャック−１（）。 ｌＯ；ガス導入１」、１１；ガス排出１１、Ｒ；　−４
’％空ポンプ、Ｗ；バインダー留め、１２；イー１英管
、１３；敷板、１４．；熱断熱材、１５；反口・１仮、
１　（’＋　；光源、１７；光線。 、；ご草）１ぬ 代理人　弁１゛１゛±　　−１・４（哲　司副、昌ｆ７
１図 芳２図 ７３閏

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉体内壁が断面放物線状又は楕円状の反射板から
   なり、炉体中央の被焼結体に集中する位置が光源ランプ
   が複数個設けられており、該光源に電流を供給する電源
   をそなえ、かつ被焼結体は外部の駆動装置によってｊ駆
   動される支持装置によって回転自在に載置されており、
   電源からの通電により光源ランプの光線が反射板により
   被焼結体に集中し、被焼結体は回転しなから昇温焼結さ
   れることを特徴とする焼結炉。