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JPH06182731A - Consolidation method for preformed workpiece - Google Patents

Consolidation method for preformed workpiece

Info

Publication number
JPH06182731A
JPH06182731A JP3350752A JP35075291A JPH06182731A JP H06182731 A JPH06182731 A JP H06182731A JP 3350752 A JP3350752 A JP 3350752A JP 35075291 A JP35075291 A JP 35075291A JP H06182731 A JPH06182731 A JP H06182731A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particles
silicon carbide
resistivity
carbonaceous material
layer
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
Application number
JP3350752A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3342882B2 (en
Inventor
William M Goldberger
エム. ゴールドベルガー ウィリアム
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SUUPERIA GURAFUAITO CO
Superior Graphite Co
Original Assignee
SUUPERIA GURAFUAITO CO
Superior Graphite Co
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US07/544,046 external-priority patent/US5294382A/en
Application filed by SUUPERIA GURAFUAITO CO, Superior Graphite Co filed Critical SUUPERIA GURAFUAITO CO
Publication of JPH06182731A publication Critical patent/JPH06182731A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3342882B2 publication Critical patent/JP3342882B2/en
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  • Resistance Heating (AREA)
  • Press-Shaping Or Shaping Using Conveyers (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

PURPOSE: To obtain a pressed part which is low in porosity, damageless, and has ultrafine particle structure by correcting the resistivity of conductive fluid particles by taking up a second substance having properties different from those of the particles onto the particles. CONSTITUTION: A layer of conductive fluid particles having controlled surface properties is formed to control resistivity, and the particles are arranged in a zone in a container. Next, a pre-molded processing piece is positioned in the layer. Appropriate processing is done in order to consider the proper electric contact of the layer particles. After that, an enough quantity of electric energy to heat the layer to the press temperature of the processing piece is applied to the fluid particles in the layer. Finally, enough pressure to induce the substantial pressing of the processing piece is applied to the layer of the fluid particles. In this way, in order to control electric properties such as resistivity, a reaction with a selected element is made possible.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、粒状金属、セラミック
材料またはかかる材料の組合せ物を多孔性の非常に低い
成形品に圧密する(consolidating)関連
方法において抵抗率を制御する方法に向けられている。
詳言すれば、本発明は、従前の技術と比較して極めて迅
速な加工速度で実質的に完全なち密化を達成するため、
圧密される材料の焼結温度範囲内の温度で高い圧縮圧を
適用する手段と関連して制御された抵抗率を与える。さ
らに、本発明は一般に“装填抵抗器(charge−r
esistor)”加熱と呼ばれる電熱加熱法を使用す
るので、本発明方法によって得ることのできる温度は、
多くの耐火物およびこれまでち密化することの困難な材
料、即ち多種多様の金属および炭化ケイ素、炭化ホウ素
のようなセラミック材料および他の非常に高融点材料に
必要とされるものよりも十分に高い。
FIELD OF THE INVENTION The present invention is directed to a method of controlling resistivity in a related method of consolidating particulate metal, ceramic materials or combinations of such materials into molded articles of very low porosity. There is.
Specifically, the present invention achieves substantially complete densification at extremely fast processing speeds as compared to the prior art,
It provides a controlled resistivity in connection with the means of applying a high compression pressure at temperatures within the sintering temperature range of the material to be consolidated. In addition, the present invention is generally directed to "charge resistors.
Since an electrothermal heating method called "esistor)" heating is used, the temperature obtainable by the method of the present invention is
Many refractories and materials that have been difficult to densify in the past, i.e., well beyond those required for a wide variety of metals and ceramic materials such as silicon carbide, boron carbide and other very high melting point materials. high.

【0002】[0002]

【従来の技術】ち密な金属および/またはセラミックの
物品をそれらの粉末から製造する方法は、先行技術の工
業的実地において十分に確立されている。たとえば“ホ
ットプレス(hot pressing)”として公知
の方法により、粉末をピストンよりも僅かに大きい直径
を有するシリンダ状室内に収容されている2つのシリン
ダ状ピストン間に置くことが可能であり、粉末に直接に
熱および圧力を適用することによって粉末を高度にち密
な円筒形ビレットに成形することができる。この方法は
外圧を直接材料にその焼結温度またはそれに近い温度で
適用するので、ホットプレスは、粉末材料を無加圧焼結
によってち密化する場合よりも高い密度の圧密製品を生
じる。ホットプレスは、本質的に完全なち密化を達成す
るための比較的簡単な先行技術の方法であり、現在商業
的用途における多数の物品を製造するのに広く使用され
ている。しかし、高融点の金属合金粉末および最近開発
された高性能のセラッミク材料を圧密するのに高い温度
が必要であるので、ホットプレスに使用されるダイおよ
びプランジャは要求される温度に耐えうる材料で製造し
なければならない。黒鉛は最も実際的な材料であり、セ
ラミックの工業的ホットプレスに普通に使用される。黒
鉛工具の酸化をさけるために、ホットプレス装置は制御
された雰囲気室内に収容しかつ不活性ガスによって遮蔽
しなければならない。しばしば、材料の加熱の間に発生
しうる反応性ガスの除去を考慮するため、ホットプレス
装置を収容する室に真空をかける。
BACKGROUND OF THE INVENTION Methods for making dense metal and / or ceramic articles from their powders are well established in the prior art industrial practice. It is possible, for example by means of what is known as "hot pressing", to place the powder between two cylindrical pistons housed in a cylindrical chamber having a diameter slightly larger than the piston, The powder can be formed into highly dense cylindrical billets by direct application of heat and pressure. Since this method applies external pressure directly to the material at or near its sintering temperature, hot pressing results in a denser consolidated product than if the powder material was consolidated by pressureless sintering. Hot pressing is a relatively simple prior art method for achieving essentially complete densification and is now widely used to make numerous articles in commercial applications. However, because of the high temperatures required to consolidate high melting metal alloy powders and recently developed high performance ceramic materials, the dies and plungers used in hot pressing are materials that can withstand the required temperatures. Must be manufactured. Graphite is the most practical material and is commonly used in industrial hot pressing of ceramics. To avoid oxidation of graphite tools, hot pressing equipment must be housed in a controlled atmosphere chamber and shielded by an inert gas. Often, a vacuum is applied to the chamber containing the hot pressing equipment to allow for the removal of reactive gases that may occur during heating of the material.

【0003】この圧密法の主要な欠点は、ホットプレス
のサイクル時間が温度と共に増加し、方法が非常に高い
温度では遅くなることである。もう1つの欠点は、ホッ
トプレス炉中で利用しうるスペースを有効に利用するた
めには、一連の部品を“スタック(stack)”に集
成することが必要であるということである。この作業は
複雑で、容易に自動化生産に適合させることができな
い。
The main drawback of this consolidation method is that the cycle time of hot pressing increases with temperature and the method slows down at very high temperatures. Another drawback is that it is necessary to assemble a series of parts into a "stack" to make effective use of the space available in the hot press furnace. This task is complicated and cannot easily be adapted for automated production.

【0004】高性能の構造セラミックの商業生産の観点
からさらに不利なのは、複雑な形の部品を製造するため
に簡単な一軸ホットプレスを使用するのが不可能である
ことである。たとえば、複雑な湾曲した形および厚さに
実質的な変化を有するタービンロータはホットプレスす
ることができない。
A further disadvantage in terms of commercial production of high performance structural ceramics is the inability to use a simple uniaxial hot press to produce complex shaped parts. For example, turbine rotors with complex curved shapes and substantial changes in thickness cannot be hot pressed.

【0005】複雑な形の物品を製造するために、一般に
使用される加工法は粉末を完成部品の所望の形を有する
部分的にち密化された物品に“予備成形(prefor
ming)”し、次いで第2工程で予備成形物をさらに
圧密することを包含する。予備成形物をつくるために普
通に使用される方法は、加圧成形、スリップキャステイ
ング、射出成形および押出しを包含する。次いで、予備
成形物は、常温アイソスタチックプレス、ホットプレ
ス、熱間アイソスタチックプレス(HIPing)、常
温および熱間鍛造、熱間押出しおよび無加圧焼結を包含
する作業のいずれかまたはそれらの組合せによって圧縮
硬化することができる。
To produce articles of complex shape, commonly used processing methods "preform" the powder into a partially densified article having the desired shape of the finished part.
Ming) "and then further compacting the preform in a second step. Commonly used methods for making preforms include pressure molding, slip casting, injection molding and extrusion. Then, the preform is any one of operations including room temperature isostatic pressing, hot pressing, hot isostatic pressing (HIPing), room temperature and hot forging, hot extrusion and pressureless sintering. Or they can be compression-hardened by a combination thereof.

【0006】熱間アイソスタチックプレスまたはHIP
ingは、予備成形物を排気したフレキシブルな容器中
に密封し、この密封された部品を加熱室中へ装入し、焼
結温度に加熱することを包含する。容器は、溶接、排気
および密封することのできる薄い金属のシースであって
もよい。金属被覆材料を適当に選択すれば、該材料は予
備成形物の形に変形し、圧力を圧密される部品に均一か
つアイソスタチックに伝達する。圧力は、該部品を取囲
む室内のガスの圧縮によって適用される。圧密を達成す
るために非常に高い温度を必要とするセラミック成分、
たとえば炭化ケイ素部品に対しては、金属シースは実際
的でなく、ガラス組成物中に部品を封入する手段が開発
された。
Hot isostatic press or HIP
Ing involves sealing the preform in an evacuated flexible container, loading the sealed part into a heating chamber, and heating to the sintering temperature. The container may be a thin metal sheath that can be welded, evacuated and sealed. With the proper choice of metallization material, it transforms into the form of a preform, transferring pressure uniformly and isostatically to the parts to be consolidated. The pressure is applied by the compression of gas in the chamber surrounding the part. Ceramic components, which require very high temperatures to achieve consolidation
For silicon carbide parts, for example, metal sheaths are not practical and means have been developed to encapsulate the parts in glass compositions.

【0007】熱間アイソスタチックプレスは、金属およ
びセラミック予備成形物を複雑な形のち密な物品に圧密
するための手段を提供し、粉末状金属部品およセラミッ
ク成分の商業生産におけるHIPingの使用が増大す
る。しかし、HIPの主要な使用は、鋳物金属をち密化
および粉末金属部品を圧密することである。HIP技術
は炭化ケイ素のような高温非酸化物セラミックを包含す
るセラミック材料に適用することができるが、コストは
非常に高い。約2812kg/cm2(30000ps
i)以上の圧力で2000℃を超える温度が必要であ
る。ホットプレスにおけるように、HIPingは長い
サイクル時間を必要とする。高圧装置およびシステムの
費用はホットプレスの費用よりも高いので、HIPin
gはより費用がかかる。それ故、低い費用で複雑な形の
セラミック成分の製造を許容する他の方法に興味が増加
した。
Hot isostatic pressing provides a means for compacting metal and ceramic preforms into complex shaped, compact articles, using HIPing in the commercial production of powdered metal parts and ceramic components. Will increase. However, the main use of HIP is to compact cast metal and compact powder metal parts. HIP technology can be applied to ceramic materials including high temperature non-oxide ceramics such as silicon carbide, but the cost is very high. About 2812kg / cm 2 (30000ps
i) The temperature above 2000 ° C. is required at the above pressure. As in hot pressing, HIPing requires long cycle times. The cost of high pressure equipment and systems is higher than that of hot pressing, so HIPin
g is more expensive. Therefore, there has been increased interest in other methods that allow the production of complex shaped ceramic components at low cost.

【0008】さらに、製陶業者による広範な研究を受入
れる1つの方法は無加圧焼結である。無加圧焼結は、超
微粒の焼結活性のセラミック粉末から、たとえば射出成
形または常温アイソスタチックプレスにより予備成形物
をつくり、次いで予備成形物を焼結すべき材料の融点に
近接する温度に加熱し、所望の最終的寸法および形に収
縮および圧密することを包含する。無加圧焼結は複雑で
こみ入った形の部品を圧密することができるだけでな
く、大量生産の低コストで連続的かつ自動化された生産
に適合する明白な利点を提供する。
In addition, one method that has received extensive research by potters is pressureless sintering. Pressureless sintering is the process of making a preform from ultrafine sinter-active ceramic powder, for example by injection molding or cold isostatic pressing, and then making the preform close to the melting point of the material to be sintered. Heating and shrinking and compacting to the desired final size and shape. Pressureless sintering is not only capable of compacting complex, indented shaped parts, but also offers the distinct advantage of being compatible with low cost continuous and automated production of mass production.

【0009】無加圧焼結法の既述した利点にも拘らず、
技術的フアクターにより、特定の粉末状セラミック材料
から特定の高性能の構造セラミック成分を製造するため
この方法の利用性が制限されうる。これは、窒化物、炭
化物およびホウ化物のような高融点の非酸化物型セラミ
ック材料の場合にとくに真である。たとえば、炭化ケイ
素粉末の無加圧焼結によって近理論密度の部品を得るた
めには、全部が1〜2μの粒径よりも実質的に低くかつ
含有されている酸素、炭素および痕跡元素に関する化学
的特性値に近似する炭化ケイ素粉末を使用するのが必須
である。
Despite the advantages already mentioned of the pressureless sintering method,
Technical factors may limit the utility of this method for producing certain high performance structural ceramic components from certain powdered ceramic materials. This is especially true for refractory non-oxide ceramic materials such as nitrides, carbides and borides. For example, in order to obtain parts of near theoretical density by pressureless sintering of silicon carbide powder, the chemistry for oxygen, carbon and trace elements, all of which is substantially lower than the particle size of 1-2 μ. It is essential to use silicon carbide powder that approximates the characteristic values.

【0010】これらの特性値からの偏奇は、航空機また
は自動車のエンジンタービンのロータに必要な高い強さ
特性を得るのに絶対に必要な、大体において細孔を有せ
ず、均一な無傷の構造を得るのに失敗する。こうして、
無加圧焼結に対する厳しい要求を満足する適当に品質制
限された粉末の遂行は、複雑で慎重な制御を包含し、こ
れにより出発原料粉末のコストが比較的高くなる。さら
に、粉末の製造の間極めて慎重に制御した場合でも、高
温における無加圧焼結は、十分な収縮およびち密化を考
慮に入れるために、予備成形された粉末の圧縮が、焼結
温度において存続しなければならない有限時間を必要と
する。焼結法には、最高の材料強度を提供する理想化さ
れた超微粒の等アクスド(equi−axed)微細構
造からの偏奇を惹起する粒子成長の傾向が固有である。
焼結温度またはそれに近い温度で結晶相転移を受ける粉
末は、粒子成長にとくに影響され易く、強さ特性の減少
をもたらす。この効果は、焼結温度における滞留時間の
増加と共に一そう明瞭になる。
Deviations from these characteristic values are essentially pore-free, uniform, intact structures that are absolutely necessary to obtain the high strength characteristics required for aircraft or automobile engine turbine rotors. Fail to get. Thus
The performance of properly qualified powders that meet the stringent requirements for pressureless sintering involves complex and careful control, which results in a relatively high cost of the starting powder. Furthermore, even if very carefully controlled during the manufacture of the powder, pressureless sintering at high temperature allows compression of the preformed powder at the sintering temperature in order to take into account sufficient shrinkage and densification. It requires a finite amount of time to survive. Intrinsic to the sintering process is the tendency for grain growth to cause anomalies from the idealized ultrafine equi-axed microstructure that provides the highest material strength.
Powders that undergo a crystalline phase transition at or near the sintering temperature are particularly susceptible to grain growth, resulting in reduced strength properties. This effect becomes more pronounced with increasing residence time at the sintering temperature.

【0011】高性能のエンジン成分に対し推奨される材
料を焼結するためには非常に高い温度が必要であること
を認めることができる。上述したように、炭化ケイ素
は、無加圧焼結により高度のち密化を達成するためには
2000℃以上の温度が必要とする。粒子成長を最小に
する観点からは予備成形物を焼結温度に迅速に加熱し、
この温度にとどめる時間を数分よりも長くなく、できれ
ば数秒よりも長くない滞留時間に制限することが極めて
望ましいが、これを無加圧焼結法によって行なうために
は多数の実際的な制限がある。第一に、慣用設計の焼結
炉は、焼結される材料の迅速な装入または取出しに簡単
に適合されない。しかし、より重要なのは、予備成形物
から加熱の間、脱離、分解および化学反応の組合せのた
め、ガスが発生すると思われるという事実である。過度
に迅速な加熱速度および関連したガス排出速度は機械的
応力を惹起し、部品が破壊する。第三に、過度に迅速な
加熱および/または冷却も、“熱衝撃”と呼ばれる異な
る膨脹または収縮による破壊を惹起しうる。無加圧焼結
の間の温度上昇速度および冷却速度の範囲は、異なる材
料に対して異なり、加工される特殊な材料および部品の
寸法および形によて指示される。
It can be appreciated that very high temperatures are required to sinter the materials recommended for high performance engine components. As mentioned above, silicon carbide requires temperatures above 2000 ° C. in order to achieve a high degree of densification by pressureless sintering. From the point of view of minimizing grain growth, the preform is heated rapidly to the sintering temperature,
It is highly desirable to limit this temperature to a residence time no longer than a few minutes and preferably no more than a few seconds, but there are a number of practical limits to doing this by pressureless sintering. is there. First, conventional design sintering furnaces are not easily adapted for rapid loading or unloading of the material to be sintered. But more important is the fact that during heating from the preform gas is likely to evolve due to a combination of desorption, decomposition and chemical reactions. Overly rapid heating rates and associated outgassing rates cause mechanical stresses and component failure. Third, overly rapid heating and / or cooling can also cause failure due to different expansions or contractions called "thermal shock". The range of temperature rise and cooling rates during pressureless sintering are different for different materials and are dictated by the particular material and the size and shape of the part being processed.

【0012】しかし、温度上昇速度および焼結サイクル
速度の範囲に関して、材料がたとえばホットプレスにお
けるように圧力を受ける場合には、実質的により高いサ
イクル速度が可能であることを認めるべきである。圧力
はガス発生によるひび割れを最小にし、ち密化サイクル
の間維持した場合には、無加圧焼結によるよりも実質的
により適切な理論的密度を達成する手段を与える。
However, with respect to the range of temperature rise rates and sintering cycle rates, it should be appreciated that substantially higher cycle rates are possible when the material is under pressure, such as in a hot press. The pressure minimizes gassing cracking and, when maintained during the densification cycle, provides a means of achieving a substantially more reasonable theoretical density than by pressureless sintering.

【0013】それで現在の技術状態は次のように要約す
ることができる:粉末から圧密により進歩した材料を製
造するため、とくに高性能セラミックを製造するための
無加圧焼結法は高真空・低コスト生産の観点からは最も
魅力のある方法である。しかし、無加圧焼結した材料に
得られる機械的性質は、一般にホットプレスおよび/ま
たはHIPした製品の場合のように焼結の間圧力の適用
によって製造した材料における程度には良好でない。し
かしこれら後者の方法は、複雑な形の部品の製造には不
適当でありおよび/または容易または完全に自動化する
のができず;こうしてこれらの方法は非常に費用がかか
る。
The current state of the art can then be summarized as follows: a pressureless sintering process for producing advanced materials by compaction from powders, in particular high pressure ceramics for producing high performance ceramics. It is the most attractive method from the viewpoint of low cost production. However, the mechanical properties obtained for pressureless sintered materials are generally not as good as those for materials produced by the application of pressure during sintering, as is the case for hot pressed and / or HIPed products. However, these latter methods are unsuitable for the production of complex shaped parts and / or cannot be easily or completely automated; thus these methods are very expensive.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】それ故、本発明の1つ
の重要な目的は、先行技術の方法の多数の難点を克服
し、とくに低多孔性で、無傷で超微粒の粒子構造を有す
る圧密された部品を得るため、加圧下に極めて迅速に焼
結するための制御されかつ制御可能な手段を提供するこ
とである。
Therefore, one important object of the present invention is to overcome many of the drawbacks of the prior art methods, in particular consolidation with a low porosity, intact and ultrafine grain structure. To provide a controlled and controllable means for sintering very rapidly under pressure to obtain a controlled part.

【0015】本発明のもう1つの目的は、2100℃以
上の温度を必要とする材料でさえ、これら基本的目的を
達成できるようにすることである。
Another object of the invention is to be able to achieve these basic objects even for materials which require temperatures above 2100.degree.

【0016】本発明のさらに他の目的は、50℃/se
cを超える温度上昇速度を使用し数秒内に上記目的を達
成することである。
Still another object of the present invention is 50 ° C./se.
Achieving the above objective within a few seconds using a temperature rise rate exceeding c.

【0017】さらに、アイソスタチックの圧縮条件に近
い圧縮圧下に複雑な形の予備成形した材料を圧密するこ
とも本発明の目的である。さらに、本発明の目的は構造
および操作が簡単でありかつ自動化され、制御された連
続的な高度の量産に容易に適合させることのできる比較
的費用のかからない装置を使用してこれらの課題を達成
することである。
It is a further object of the present invention to consolidate complex shaped preformed materials under compression pressures close to isostatic compression conditions. Furthermore, the object of the invention is to achieve these objects by using a relatively inexpensive device which is simple in construction and operation and which can be easily adapted to automated, controlled and continuous high-volume production. It is to be.

【0018】本発明の上記課題の若干は、特定のセクト
では従前の研究者によって取上げられていることが認め
られる。この点で、粉末の圧密による部品の製造におけ
る改良として意図された方法の記述は、技術文献および
従前に発行された特許に記載されている。例は、リシチ
(Lichti)およびホフスタッター(Hofsta
tter)の特許(米国特許第4539175号および
第4640711号)である。これら研究者は、ホット
プレスにおいて使用されるものに類似の簡単な装置を、
複雑な形の物品を圧密するために、まず物品を、過度の
破損なしに高い圧縮圧下の変形に対し十分なレジリエン
スを有する球状の粒状媒体によって取囲み、これによっ
て圧縮圧を近似アイソスタチックに、圧密される部品に
伝達することにより実際に使用することができることを
証明した。リシチ・ホフスタッターの特許(米国特許第
4539175号および米国特許第4640711号)
は、望ましい圧力伝達粒状媒体としてスペリオル・グラ
ファイト社(Superior Graphite C
o.)の球状黒鉛質炭素製品(9400シリーズ)を使
用することによって提供される利点を記載している。
It will be appreciated that some of the above problems of the present invention have been addressed by previous researchers in a particular sect. In this respect, a description of methods intended as improvements in the production of parts by powder compaction is given in the technical literature and in previously issued patents. Examples are Lichti and Hofstater (Hofsta).
tter) patents (US Pat. Nos. 4,539,175 and 4,640,711). These researchers used a simple device similar to that used in hot presses.
In order to consolidate articles of complex shape, the article is first surrounded by a spherical granular medium with sufficient resilience to deformation under high compression pressure without undue failure, which makes the compression pressure approximately isostatic. Proved that it can actually be used by transmitting to the parts to be consolidated. Lissich Hofstatter patents (US Pat. No. 4,539,175 and US Pat. No. 4,640,711)
Is the preferred pressure-transmitting granular medium of Superior Graphite C
o. 1) describes the advantages provided by using the spheroidal graphitic carbon product (9400 series).

【0019】リシチおよびホフスタッターの圧密法は理
論的には予備成形した物品の圧密においては重要な利点
を与えることができるが、実地において、圧密に非常に
高い温度を必要とする材料、たとえばち密化を達成する
ために1500℃(2732F゜)以上に加熱しなけれ
ばならない材料に対し、所望の方法を適用しかつ制御す
るのが極めて困難であることが判明した。リシチ等の米
国特許第4539175号は、加熱された予備成形物を
あらかじめ加熱された炭素質粒子の層に入れた後に圧密
法が行なわれることを記載している(第4欄第35行以
降)。さらに、黒鉛粒子は2204℃(4000F°)
に誘導加熱することができるが、酸化は約426.7℃
(800F°)以上では重大であることも記載されてい
る。この故に、2204℃(4000F°)に近い温度
での作業工程は極めて困難になることとなる。米国特許
第4539175号は、必要な温度への加熱は圧縮前に
行なわれることを明確に記載している。
While the Lysich and Hofstatter consolidation methods can theoretically provide significant advantages in consolidation of preformed articles, in practice materials that require very high temperatures for consolidation, such as consolidation, are used. It has been found that it is extremely difficult to apply and control the desired method for materials that must be heated above 1500 ° C. (2732 F °) to achieve U.S. Pat. No. 4,539,175 to Lishić et al. Describes that the compaction method is carried out after placing the heated preform into a layer of preheated carbonaceous particles (col. 4, line 35 et seq.). . Furthermore, the graphite particles are 2204 ° C (4000F °)
Can be induction heated to about 426.7 ° C
It is also described that it is significant above (800 F °). Therefore, the working process at a temperature close to 2204 ° C. (4000 F °) becomes extremely difficult. U.S. Pat. No. 4,539,175 expressly states that heating to the required temperature occurs before compression.

【0020】米国特許第4640741号は、再び圧密
法を記載し、圧力伝達媒体として非黒鉛質球状炭素およ
び黒鉛と非黒鉛質球状炭素の混合物および球状炭素およ
び/または球状黒鉛質炭素の混合物およびセラミック粒
子の使用を記載している。米国特許第4640741号
は再び、予備成形物および粒子の層は加圧前に高めた温
度であるべきことを明確に記述している。こうして、リ
シチおよびホフスタッターの特許方法は、粒状媒体およ
び予備成形物の双方を独立に予備加熱し、次いで個々に
圧縮装置に、予備成形物を圧縮に先立ち媒体内に浸漬で
きるように運搬することを要求する。加熱後の材料のか
かる移送は、炭化ケイ素のような非酸化物型セラミック
を圧密するのに必要な温度(1990°〜2150℃)
では極めて困難となり、移送を達成するための装置は複
雑で費用がかかりかつエネルギーを浪費する。
US Pat. No. 4,640,741 again describes the consolidation method, wherein non-graphitic spherical carbon and mixtures of graphite and non-graphitic spherical carbon and spherical carbon and / or mixtures of spherical graphitic carbon and ceramics are used as pressure transmission media. It describes the use of particles. US Pat. No. 4,640,741 again clearly states that the layer of preform and particles should be at elevated temperature prior to pressing. Thus, the Lissith and Hofstatter patented method involves independently preheating both the granular media and the preform and then individually transporting the preform to the compression apparatus so that the preform can be immersed in the medium prior to compression. Request. Such transfer of material after heating is at a temperature (1990 ° -2150 ° C.) required to consolidate a non-oxide type ceramic such as silicon carbide.
Would be extremely difficult, and the equipment to accomplish the transfer would be complex, expensive and energy consuming.

【0021】さらに、テキサス大学のエリーツア(El
iezer)および協同研究者によって、層を通さない
で、むしろ直接に、予備成形物に圧縮圧を適用する間、
予備成形物に対し非常に高エネルギーの放電を利用する
高エネルギー・高速圧密法(High−Energy,
High−Rate Consolidation)と
呼ばれる方法が報告されていることも認められる。この
方法においては、電気エネルギーが直接に圧密される材
料を通して伝達され、こうして十分な導電率を有するこ
れらの材料を圧密するためにしか使用することができな
い。本発明は、適当に導電性の粒状媒体を使用すること
によって、このような制限がなく、導電性を有しない材
料を本発明方法によって圧密することができる。なおさ
らに、エリーツア等により記載された方法はホットプレ
スに類似の方法で行なわれるので、複雑な形の成分を製
造するためには、ホットプレスよりも適当ではない。
In addition, the University of Texas
and the collaborators, while applying compression pressure to the preform, rather than through the bed, rather directly.
High-energy, high-speed consolidation method using high-energy discharge for preforms (High-Energy,
It is also acknowledged that a method called High-Rate Consolidation) has been reported. In this way, electrical energy is transferred directly through the materials to be consolidated and thus can only be used to compact those materials with sufficient conductivity. The present invention, without the use of such limitations and the ability to consolidate non-conductive materials by the method of the present invention, by using a suitably conductive particulate medium. Still further, the method described by Elitzer et al. Is performed in a manner similar to hot pressing and is thus less suitable than hot pressing for producing complex shaped components.

【0022】リシチ・ホフスタッターおよびエリーツア
等の方法を考慮して、本発明のなお他の目的は、近似ア
イソスタチック圧力伝達体として自由流動性の固体粒状
媒体を圧縮することによる圧密の原理を利用するが、迅
速、有利でエネルギー的に有効な手段によって加熱およ
び圧縮を実質的に同時に達成することである。本発明の
もう1つの目的は、先行技術の厳密な特殊の層材料に制
限されない層材料を利用する実施形を包含することであ
る。
Still another object of the present invention, taking into account the methods of Lichtsch-Hoffstatter and Elitzer, utilizes the principle of consolidation by compressing a free-flowing solid granular medium as an approximate isostatic pressure transmitter. However, it is to achieve heating and compression substantially simultaneously by rapid, advantageous and energetically effective means. Another object of the invention is to include implementations that utilize layer materials that are not limited to the strictly specialized layer materials of the prior art.

【0023】次の原理により本発明の電気圧密法(El
ectroconsolidation)において使用
する層材料の抵抗率を制御することも本発明の目的であ
る。
The electric consolidation method (El according to the present invention is based on the following principle.
It is also an object of the present invention to control the resistivity of the layer material used in the electrocondensation.

【0024】媒体の固有抵抗を制御する手段を開発する
重要な目的は、任意の特別な適用に対する条件の最適化
に関する。特定の実施形における電気に関する系は、実
質的に比較的抵抗の低い系である。つまり、与えられた
電力適用(つまり、10kW、100kW等)に対して
は、適用される電圧は低く、電流は高い。この現象の理
由は、装置の抵抗加熱をさけ、生じる温度制御のロスお
よび外部電力ロスをさけるために、抵抗の非常に低い材
料(たとえば黒鉛、銅等)からなる、電流を通す構造
物、殊に上部および下部のプランジャの材料を有するこ
とが望ましいからである。それで、系の主要電気抵抗は
加圧媒体の電気抵抗である。
An important objective of developing means to control the resistivity of the medium is to optimize the conditions for any particular application. The electrical system in a particular implementation is a substantially relatively low resistance system. That is, for a given power application (ie, 10 kW, 100 kW, etc.), the applied voltage is low and the current is high. The reason for this phenomenon is that current-carrying structures made of very low resistance materials (e.g. graphite, copper, etc.), especially in order to avoid resistive heating of the device and the resulting loss of temperature control and external power loss. This is because it is desirable to have the upper and lower plunger materials in. So the main electrical resistance of the system is that of the pressurized medium.

【0025】1つの望ましい加圧媒体は、イリノイ州シ
カゴ在スペリオル・グラファィト社(Superior
Graphite Co.)によって製造される、ス
ペリオイル・グラファィト・スペシャル・グラファィト
・カーボングレード9400のような黒鉛質炭素であ
る。この材料は所望のすぐれた流動特性および弾性率
(レジリエンス)および類似アイソスタチック圧力伝達
媒体として働くための不活性特性を有する。しかし、黒
鉛質炭素であれば、その抵抗率は比較的低い(0.03
〜0.05オーム・cm)。系の低い抵抗は、電気の抵
抗加熱により電気エネルギーの熱への必要な電熱変換を
生じるのに比較的高い電流が必要であるという欠点を有
する。それ故装置は、高い電流定格の接続ケーブルを必
要とする高電流でまたはできれば水冷を使用して運転で
きるように設計しなければならない。このため、装置の
費用が著しく増加する。確立された電気系の関係式か
ら、所望の時間周期内に予備成形物の温度を焼結温度に
上げるのに必要な電熱変換エネルギー放出を達成するた
めに媒体を通過しなければならない電流の量は容易に計
算される。たとえばたんに2.0×10-3オームの抵抗
を生じる系で50kWのエネルギー放出を達成するため
には装置に5000アンペアを通すことが必要であり、
必要とされる電流は補助的装置の母線および接続ケーブ
ルの電流定格を相応に低下することによって2500ア
ンペアに減少することができる。それ故一般に、比較的
高い抵抗率を有する通過媒体を有することが望まれる。
実際に、粒状材料の充填層の抵抗は、特殊な形に切断す
ることのできる中実材料の場合のように直接には測定で
きず、粒状材料の全密度または理論密度で測定される。
粒状物の充填層の抵抗率は適用される圧力に強く依存す
る。それで粒状媒体の報告された抵抗率は、殊に適用さ
れる圧力および該材料の粒度分布(双方の条件は材料の
充填度に影響を与えるので)の測定方法によって規定さ
れる。
One preferred pressurizing medium is the Superior Graphite Company of Chicago, Illinois.
Graphite Co. ), A graphitic carbon such as Superiyl Graphite Special Graphite Carbon Grade 9400. This material possesses the desired excellent flow and elastic properties (resilience) and inert properties to act as a similar isostatic pressure transfer medium. However, the resistivity of graphitic carbon is relatively low (0.03
~ 0.05 ohm-cm). The low resistance of the system has the disadvantage that a relatively high current is required to produce the necessary electrothermal conversion of electrical energy into heat by resistive heating of electricity. Therefore, the equipment must be designed so that it can be operated at high currents requiring connection cables with high current ratings or preferably using water cooling. This significantly increases the cost of the device. From the established electrical system relations, the amount of current that must pass through the medium to achieve the electrothermal conversion energy release necessary to raise the temperature of the preform to the sintering temperature within the desired time period. Is easily calculated. For example, in order to achieve a 50 kW energy release in a system that only produces a resistance of 2.0 × 10 -3 ohms, it is necessary to pass 5000 amps through the device,
The required current can be reduced to 2500 amps by correspondingly reducing the current rating of the auxiliary equipment busbars and connecting cables. Therefore, it is generally desirable to have a passage medium that has a relatively high resistivity.
In fact, the resistance of a packed bed of particulate material cannot be measured directly, as is the case for solid materials that can be cut into special shapes, but is measured at the total or theoretical density of the particulate material.
The resistivity of the packed bed of granules depends strongly on the applied pressure. The reported resistivity of the granular medium is then defined in particular by the applied pressure and the method of measuring the particle size distribution of the material (because both conditions influence the packing degree of the material).

【0026】粒状炭素材料の電気抵抗を測定するための
種々の方法は先行技術において公知である。先行技術に
おいて、粒状炭素の抵抗率が炭素の層に適用される圧力
に強く依存することを認めることもできる“カーボ
ン”、第24巻、第337頁〜第341頁(1986
年)“炭素の電気的性質---粉末材料の抵抗”参照)。
それで、電気圧密法において、系の抵抗は多少は適用さ
れる圧力によて調節することができる。しかし、最高度
のち密化を達成するためには、できるだけ高い圧力を適
用するのが望ましく、それ故系の抵抗を増加する手段と
しての圧力の使用は実際に該目的に対する可能な方法を
形成しえない。それ故、本発明の実地および原理によ
り、粒状媒体材料の抵抗率を増加することが必要であ
る。
Various methods for measuring the electrical resistance of granular carbon materials are known in the prior art. It can also be seen in the prior art that the resistivity of granular carbon is strongly dependent on the pressure applied to the layer of carbon, "Carbon", 24, 337-341 (1986).
Year) “Electrical properties of carbon --- resistance of powder materials”).
Thus, in the electroconsolidation method, the resistance of the system can be adjusted somewhat by the applied pressure. However, in order to achieve the highest degree of densification, it is desirable to apply as high a pressure as possible, and therefore the use of pressure as a means of increasing the resistance of the system does indeed form a possible method for that purpose. I can't. Therefore, in accordance with the practice and principles of the present invention, it is necessary to increase the resistivity of particulate media materials.

【0027】充填される材料の抵抗率は粒子対粒子の接
触度に依存して決定され、該接触度が実際の粒子間接触
域を決定する。こうして、充填層に対する圧力の適用
は、粒子を互いに圧縮することにより主として粒子間接
触面の増加に役立つ。これは殊に黒鉛質炭素のような軟
かく、より弾性の材料において真である。
The resistivity of the filled material depends on the degree of particle-to-particle contact, which determines the actual interparticle contact area. Thus, the application of pressure to the packed bed serves primarily to increase the interparticle contact surface by compressing the particles together. This is especially true for softer, more elastic materials such as graphitic carbon.

【0028】さらに、表面硬度も、丁度かさ高固体材料
間の接触抵抗におけるように、粒子の充填層中の粒子対
粒子の電気抵抗における重要なフアクターである。たと
えば、固形黒鉛と高伝導性の固形銅との間の接触抵抗
は、黒鉛の抵抗率が銅の抵抗率の1000倍以上であっ
ても、固形の黒鉛と黒鉛との間のほとんど2倍である。
これは、黒鉛が圧力下にはるかに容易に変形する比較的
軟かい材料であって、より高度に有効な接触面をもたら
すからである。さらに、表面の清浄度および表面の皮膜
も接触抵抗に重大な影響を与えうる。
In addition, surface hardness is also an important factor in particle-to-particle electrical resistance in a packed bed of particles, just as in contact resistance between bulky solid materials. For example, the contact resistance between solid graphite and highly conductive solid copper is almost twice that between solid graphite and graphite even if the resistivity of graphite is 1000 times or more that of copper. is there.
This is because graphite is a relatively soft material that deforms much more easily under pressure, providing a more highly effective contact surface. In addition, surface cleanliness and surface coatings can also have a significant impact on contact resistance.

【0029】それ故、上記に基づき、黒鉛質炭素の充填
層の接触抵抗、従って抵抗率を、粒子の表面を被覆する
傾向のある皮膜形成材料を導入することによって増加し
うることが本発明のもう1つの態様である。詳言すれ
ば、本発明において記載したように、黒鉛よりも硬い黒
鉛質炭素粒子の表面に皮膜を形成しうる場合、これによ
りこの生成物の充填層の電気抵抗は黒鉛質炭素粒子の最
初の層の電気抵抗よりも実質的に大きくなる。さらに、
黒鉛質炭素の表面と反応して高い温度において安定な硬
い配合物を形成する材料は、本発明の電気圧密法におけ
る使用、とくに高い温度を必要とする圧密方法に対し特
殊な利点を有する。それで、本発明の皮膜形成化合物の
部類は、炭化物、ホウ化物、窒化物および関連する化学
的錯化物、たとえば炭素窒化物等のような硬い、高温安
定な化合物を包含し、その使用および組成は下記に詳述
する。
It is therefore based on the above that it is possible to increase the contact resistance, and thus the resistivity, of a packed bed of graphitic carbon by introducing a film-forming material which tends to coat the surface of the particles. This is another aspect. In detail, as described in the present invention, when a film can be formed on the surface of the graphitic carbon particles which is harder than graphite, the electric resistance of the packed bed of this product is thereby reduced to that of the graphite carbon particles It is substantially higher than the electrical resistance of the layer. further,
Materials that react with the surface of the graphitic carbon to form a hard formulation that is stable at high temperatures have particular advantages for use in the electroconsolidation process of the present invention, particularly for consolidation processes that require high temperatures. Thus, the class of film forming compounds of the present invention includes hard, high temperature stable compounds such as carbides, borides, nitrides and related chemical complex compounds such as carbon nitrides, the use and composition of which is Details are given below.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】本発明は、多種多様の金
属、セラミックおよび混合加工片、たとえば粒状、粉末
状、焼結、繊維状、スポンジ状材料または圧密しうる他
の固体含有材料を圧密する方法における抵抗率を制御す
る改良方法を包含する。かかる改良方法の工程は、導電
性の流動性粒子の層を容器内のゾーンに設ける工程を包
含する。次に、予備成形された加工片を、抵抗率が制御
された導電性の流動性粒子のかかる層中に位置決めす
る。次いで、良導電率に十分な、導電性媒体の圧縮を行
なう。その後、該層内の導電性の流動性粒子に、層を加
工片の圧密温度に加熱するのに十分な量の電気エネルギ
ーを適用する。最後に、導電性の流動性粒子の層に圧力
を、加工片の実質的圧密を惹起するのに十分な量適用す
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention consolidates a wide variety of metals, ceramics and mixed work pieces such as granular, powdered, sintered, fibrous, sponge-like materials or other solid-containing materials that can be consolidated. The improved method of controlling the resistivity in the method described above. The steps of such an improved method include the step of providing a layer of electrically conductive, flowable particles in a zone within the container. The preformed work piece is then positioned in such a layer of electrically conductive flowable particles having a controlled resistivity. Then, the conductive medium is compressed sufficiently to have good conductivity. The electrically conductive, flowable particles within the layer are then subjected to an amount of electrical energy sufficient to heat the layer to the consolidation temperature of the work piece. Finally, pressure is applied to the layer of electrically conductive, flowable particles in an amount sufficient to cause substantial consolidation of the work piece.

【0031】かかる導電性の流動性粒子の抵抗率は、下
記に詳述するように、その表面および/または内部多孔
の導電性および/または硬さの特性を変えることによっ
て制御される。とくに、かかる粒子の接触特性は、本発
明の望ましい実施形において、導電性の流動性粒子の表
面または細孔内を種々の物質で被覆することによって変
えられる。
The resistivity of such conductive flowable particles is controlled by altering the conductivity and / or hardness properties of its surface and / or internal porosity, as detailed below. In particular, the contact properties of such particles are modified in preferred embodiments of the invention by coating the surface or pores of the electrically conductive flowable particles with various substances.

【0032】本発明の改良方法の付加的詳細は、下記の
図面の広範な記載、望ましい実施形の詳細な記載、請求
の範囲および添付図面に関して良好に理解される。
Additional details of the improved method of the present invention are better understood with reference to the following extensive description of the drawings, detailed description of the preferred embodiments, the claims and the accompanying drawings.

【0033】本発明は一般に粒状、焼結、繊維状、スポ
ンジまたは他の固体包有圧密可能材料から予備成形した
加工片の圧密において使用するための導電性の流動性粒
子の抵抗率を制御する改良法を包含する。かかる改良方
法の工程は、抵抗率を制御するため制御された表面特性
を有する導電性の流動性粒子の層を設け、その後容器内
のゾーン中にかかる粒子を配置する。次に、予備成形し
た加工片を、かかる導電性の流動性粒子の層中に位置定
めする。層粒子の適切な電気的接触を考慮するため適当
な加工を行なう。その後、層内の導電性の流動性粒子
に、層を加工片の圧密温度に加熱するのに十分な量の電
気エネルギーを適用する。最後に、導電性の流動性粒子
の層に、加工片の実質的圧密を惹起するのに十分な量の
圧力を適用する。かかる圧力は、特定の望ましい実施形
において一軸的に適用することができる。
The present invention generally controls the resistivity of electrically conductive flowable particles for use in compacting work pieces preformed from granular, sintered, fibrous, sponge or other solid encapsulating compactible materials. Includes improved methods. The steps of such an improved method provide a layer of electrically conductive, flowable particles having controlled surface properties to control resistivity, and then place such particles in a zone within the container. The preformed work piece is then positioned in a layer of such electrically conductive flowable particles. Appropriate processing is performed to allow for proper electrical contact of the layer particles. Thereafter, a sufficient amount of electrical energy is applied to the electrically conductive, flowable particles within the layer to heat the layer to the consolidation temperature of the work piece. Finally, a sufficient amount of pressure is applied to the layer of electrically conductive, flowable particles to cause substantial consolidation of the work piece. Such pressure may be applied uniaxially in certain desirable implementations.

【0034】修正された表面および/または内部多孔の
特徴を有するかかる導電性の流動性粒子を使用する一般
的方法の若干の態様は最初に記載した。一般的方法の望
ましい実施形においては、層の導電性の流動性粒子は望
ましくは、第一にビーズの形の流動性でレジリエントに
圧縮可能な炭素質粒子からなり、該ビーズは外面に突出
するこぶを有しかつ少なくとも若干のビーズは表面の亀
裂を有していてもよい。
Some embodiments of the general method of using such electrically conductive flowable particles with modified surface and / or internal porosity characteristics were first described. In a preferred embodiment of the general method, the conductive, flowable particles of the layer desirably consist of first of all, flowable, resiliently compressible carbonaceous particles in the form of beads, the beads protruding to the outer surface. It may have bumps and at least some of the beads may have surface cracks.

【0035】特別の加工片は、炭化ケイ素、炭化ホウ
素、および/または他の炭化物の組合せ、および/また
は金属と結合してまたは金属自体を包含しうる。
The special work pieces may include combinations of silicon carbide, boron carbide, and / or other carbides, and / or in combination with the metal or the metal itself.

【0036】導電性の流動性粒子の層に適用される電気
エネルギーの量は望ましい実施形では、かかる層の温度
を、鉄系材料のような特定の使用に対しては約2200
℃を超える温度に上げるのに十分であり、これよりも低
い温度(たとえば約1000℃)は酸化物、粉末金属、
非鉄材料等のような他の材料に適当である。さらに、か
かる望ましい実施形は、約60秒以内のかかる温度上昇
を規定する。
In a preferred embodiment, the amount of electrical energy applied to the layer of electrically conductive flowable particles is such that the temperature of such layer is about 2200 for certain uses, such as ferrous materials.
Sufficient to raise the temperature to above 0 ° C, and lower temperatures (eg, about 1000 ° C) to oxides, powder metal,
Suitable for other materials such as non-ferrous materials and the like. Further, such preferred implementations define such temperature rise within about 60 seconds.

【0037】電気伝導性層は、望ましい実施形ではその
周囲から電気的に絶縁されている。かかる実施形におい
ても、不活性ガスの供給が入力され、層に電気エネルギ
ーを適用するに先立ちおよび適用の間、層内に維持され
る。
The electrically conductive layer is electrically isolated from its surroundings in the preferred embodiment. Also in such an embodiment, a supply of inert gas is input and maintained in the layer prior to and during the application of electrical energy to the layer.

【0038】層のかかる粒子は、炭化ケイ素球状黒鉛質
炭素を含有しうる。かかる炭化ケイ素球状黒鉛質炭素
は、実質的に約0.1mm〜0.8mmの直径を有する
球状粒子を包含しうる。かかる炭化ケイ素球状黒鉛質炭
素は、炭化ケイ素約50%を、遊離炭素からなる実質的
にその残分と共に含有しうる。しかし、かかる炭化ケイ
素球状黒鉛質炭素は、殊に炭化ケイ素加工片の圧密にお
いて焼結する若干の傾向を有する。しかし、それにも拘
らず、かかる炭化ケイ素材料は、殊に低温度適用におけ
るより正確な抵抗率の制御を含め、特定の適用において
一そう有利な性質を提供することができる。
Such particles of the layer may contain silicon carbide spheroidal graphitic carbon. Such silicon carbide spheroidal graphitic carbon can include spherical particles having a diameter of substantially about 0.1 mm to 0.8 mm. Such silicon carbide spheroidal graphitic carbon may contain about 50% silicon carbide with substantially the balance consisting of free carbon. However, such silicon carbide spheroidal graphitic carbon has some tendency to sinter, especially upon consolidation of silicon carbide work pieces. However, nevertheless, such silicon carbide materials can provide more advantageous properties in certain applications, including more precise resistivity control, especially in low temperature applications.

【0039】電気伝導性の流動性粒子は、若干の望まし
い実施形において、若干の特殊な使用に対し約0.01
2オーム/2.5cm(1in)の電気抵抗率を有しう
る。かかる粒子は同様に少なくとも約50%のレジリエ
ンスを有しうる。
The electrically conductive, flowable particles are, in some preferred embodiments, about 0.01 for some special uses.
It may have an electrical resistivity of 2 ohms / 2.5 cm (1 in). Such particles may also have a resilience of at least about 50%.

【0040】他の材料に加え、予備成形された加工片
は、結合剤としてフエノール樹脂結合剤を、熱分解後遊
離炭素約2%を生じるのに等しい量で含有しうる。約7
0.3kg/cm2(1000psi)の圧縮圧を利用
することができるが、より大きい圧力(たとえば14
0.6kg/cm2(2000psi)も他の実施形に
おいて有利に使用される。
In addition to other materials, the preformed work pieces may contain as binder a phenolic resin binder in an amount equal to yield about 2% free carbon after pyrolysis. About 7
Compression pressures of 0.3 kg / cm 2 (1000 psi) can be used, but higher pressures (eg 14
0.6 kg / cm 2 (2000 psi) is also advantageously used in other implementations.

【0041】利用される不活性ガスは窒素、アルゴンま
たは希ガスを包含しうる。
The inert gas utilized may include nitrogen, argon or noble gases.

【0042】適用される電気エネルギーは、装置および
加工片の寸法、加工片の形状および材料に依存し、若干
の系においては約30秒間800アンペアで15ボルト
(直流)を包含しうる。これらのパラメーター等は、通
常の当業者により不当な実験なしに調節することができ
る。
The electrical energy applied depends on the equipment and workpiece size, workpiece geometry and material, and in some systems can include 15 volts (DC) at 800 amps for about 30 seconds. These parameters and the like can be adjusted by one of ordinary skill in the art without undue experimentation.

【0043】かかる圧密法は、望ましい実施形において
は、ほぼ少なくとも80%のち密化を形成しうる。予備
成形された加工片は、それに電気エネルギーおよび圧力
を適用するに先立ち、望ましくは60%のち密化を有し
うる。かかる予備成形された加工片の密度は、望ましい
実施形においては、約2.01g/ccから約2.80
g/ccに増加することができる。
Such consolidation methods can, in the preferred embodiment, form a densification of approximately at least 80%. The preformed work piece may desirably have a 60% densification prior to applying electrical energy and pressure thereto. The density of such preformed work pieces, in preferred embodiments, is from about 2.01 g / cc to about 2.80.
It can be increased to g / cc.

【0044】ホウ素は、導電性流動層の粒子の構造中へ
導入することができ、望ましい実施形では導電性の流動
性粒子の1.75重量%を形成しうる。
Boron can be introduced into the structure of the particles of the electrically conductive fluidized bed and, in a preferred embodiment, can form 1.75% by weight of the electrically conductive, fluidized particles.

【0045】予備成形された加工片は、望ましい実施形
では、常温圧縮を含む種々の技術によって成形すること
ができ、かかる常温圧縮は一軸的に適用することができ
る。
The preformed work piece can be formed by various techniques, including cold compression, in a preferred embodiment, and such cold compression can be applied uniaxially.

【0046】かかる予備成形された加工片は、熱分解に
先立ち、溶剤に溶解したフエノール樹脂の5%溶液約1
重量%を含有しうる。
Prior to pyrolysis, such preformed workpieces contained approximately 1% of a 5% solution of phenolic resin dissolved in a solvent.
It may contain wt%.

【0047】かかる加工片の圧密の間導電性の流動性粒
子に、望ましくは少なくとも約20kWの電気エネルギ
ーを適用することができる。
Electrical energy, preferably at least about 20 kW, can be applied to the conductive flowable particles during compaction of such work pieces.

【0048】本発明の目的を達成するために、粒状媒体
はリシチ・ホフスタッター(上記)に記載された所望の
圧縮度またはレジリエンス特性および温度安定性を与え
るためだけでなく、電流が圧縮集成体を通過するのを可
能にする適当な導電性材料であるようにし、これによっ
て圧縮サイクルの間媒体の直接電気抵抗加熱による加熱
を可能にするために選択される。かかる直接電熱加熱
は、装置内から、詳言すれば予備成形物が置かれている
圧縮プランジャ間のゾーン内部から起きる。それ故、予
備成形物または粒状媒体のいずれかを予熱するかまたは
別個の補助ヒーターからの熱い材料を圧縮装置に移す必
要もない。それ故、圧縮室の適当な設計および導電性で
レジリエントな粒状媒体の適当な選択で、極めて高いエ
ネルギー放出速度が可能であることが明らかである。実
際に、2200℃を超える本発明の温度は、記載された
タイプの装置において60秒以下の電流の流れで達成さ
れる。
To achieve the objects of the present invention, the particulate medium not only provides the desired degree of compression or resilience characteristics and temperature stability as described in the Lichsch-Hoffstatter (supra), but the current causes the compression assembly to It is a suitable electrically conductive material that allows passage therethrough, and is selected to allow heating by direct electrical resistance heating of the medium during the compression cycle. Such direct electrothermal heating occurs from within the device, specifically within the zone between the compression plungers in which the preform is placed. Therefore, there is no need to either preheat either the preform or the granular media or transfer the hot material from a separate auxiliary heater to the compression device. It is therefore clear that with a proper design of the compression chamber and a suitable choice of electrically conductive and resilient granular medium, very high energy release rates are possible. In fact, temperatures of the invention above 2200 ° C. are achieved with a current flow of less than 60 seconds in a device of the type described.

【0049】[0049]

【実施例】【Example】

例I 本発明の1つの適用例として、一般に図1に示したよう
な装置は、外径約0.06〜0.95cm(2/8〜3
/8in)、内径約2.54〜2.38cm(1〜15
/16in)を有する高さ約5.08cm(2in)の
シリンダ状垂直スリーブ10を包含して組立られた。こ
のスリーブ10は、中実の黒鉛棒材から機械加工され
た。スリーブ10の内面12を通る電気伝導を最小にす
るため、ZYPコーテイング社から得られる炭化ケイ素
含有塗料で内面を塗装することによってセラミック被膜
14を適用した。スリーブ10をプレナムチャンバー1
8を有する機械加工した黒鉛支持台16上に置き、該チ
ャンバー中へ不活性ガス(矢印A参照)は、垂直に穿孔
された小孔の配列からなるガス入口20を通りかつその
頂部からプレナム18を逃れ、矢印B,Cで示したよう
に、垂直なスリーブ10の外面22を外界空気による攻
撃から遮断することができた。
EXAMPLE I In one application of the present invention, a device such as that generally shown in FIG. 1 has an outer diameter of about 0.06 to 0.95 cm (2/8 to 3
/ 8 in), inner diameter of about 2.54 to 2.38 cm (1 to 15)
/ 16 in) and was assembled to include a cylindrical vertical sleeve 10 having a height of about 5.08 cm (2 in). The sleeve 10 was machined from a solid graphite rod. To minimize electrical conduction through the inner surface 12 of the sleeve 10, a ceramic coating 14 was applied by painting the inner surface with a silicon carbide containing paint obtained from ZYP Coatings. Sleeve 10 in plenum chamber 1
Placed on a machined graphite support 16 having eight, into the chamber an inert gas (see arrow A) is through a gas inlet 20 consisting of an array of vertically perforated stoma and from the top thereof a plenum 18. And was able to shield the vertical outer surface 22 of the sleeve 10 from attack by the ambient air, as indicated by arrows B and C.

【0050】全高約10.16cm(4in)の垂直な
黒鉛ピストン24は、約5〜1.9cm(2〜3/4i
n)のシリンダ状棒材から、第1図に示したように、垂
直スリーブ10中へ上方から挿入するため直径約2.5
4〜1.9cm(1〜3/4in)に機械加工された。
A vertical graphite piston 24 having a total height of about 10.16 cm (4 in) has a height of about 5 to 1.9 cm (2 to 3/4 i).
n) cylindrical rods, as shown in FIG. 1, have a diameter of approximately 2.5 for insertion into the vertical sleeve 10 from above.
Machined to 4-1.9 cm (1-3 / 4 in).

【0051】冷却水通路として使用される連結された穿
孔を有する厚さ約1.27cm(1/2in)の上部お
よび下部の銅板26,28は、ピストン24および下部
支持台34と直接接触するように位置定めされかつ電気
の接触器として使用された。また、これらの銅板は、そ
れぞれ36,38で示された容量600Kwの直流電力
供給線へのタップホールコネクタ30,32に取付けら
れた電気ケーブルによって接続された。
Approximately 1.27 cm (1/2 in) thick upper and lower copper plates 26, 28 with connected perforations used as cooling water passages are in direct contact with piston 24 and lower support 34. Located and used as an electrical contactor. Further, these copper plates were connected by electric cables attached to tap hole connectors 30 and 32 to the DC power supply lines having a capacity of 600 Kw indicated by 36 and 38, respectively.

【0052】上記組立体は水圧プレスのプレート40,
42の間に保持され、“グラスチック(glasti
c)”と呼ばれる組成物からなる絶縁板44,46によ
って電気的に絶縁された。下向きの通しボルト48は、
穴50により上部および下部組立体への圧縮力を与える
ために使用される。
The assembly is a hydraulic press plate 40,
Held between 42 and "Glastic (glasti
c) ″ electrically insulated by insulating plates 44, 46 of a composition referred to below.
The holes 50 are used to provide compressive force to the upper and lower assemblies.

【0053】例II 改良法によって炭化ケイ素を圧密する能力を決定するた
めに、一連の実験を行なった。実験は、スリーブ中へ炭
化ケイ素球状炭素からなる粒状媒体の装入物75gを導
入することにより実施した。この物質は、直径0.1〜
0.8mmの小球体であって、SiC約50%を遊離炭
素からなる残余と共に含有する。炭化ケイ素球状炭素
は、イリノイ州シカゴ在スペリオル・グラファィト社
(Superior Graphite Co.)から
入手でき、0.012オーム・in(2.54cm)の
抵抗率が測定され、52%と決定されたレジリエンスを
有していた。レジリエンスは、約703kg/cm
2(10000psi)の圧縮圧放出の際の試料の体積
増加率と定義される。
Example II A series of experiments were performed to determine the ability to compact silicon carbide by the improved method. The experiment was carried out by introducing into the sleeve 75 g of a granular medium charge of silicon carbide spherical carbon. This substance has a diameter of 0.1
0.8 mm spheres containing approximately 50% SiC with a balance consisting of free carbon. Silicon carbide spheroidal carbon is available from Superior Graphite Co., Chicago, Illinois, and has a resistivity of 0.012 ohm-in (2.54 cm) measured and a resilience determined to be 52%. Had. Resilience is about 703kg / cm
It is defined as the rate of volume increase of the sample upon compression pressure release of 2 (10000 psi).

【0054】加工片56の形の炭化ケイ素の直径2.5
4cm(1in)×厚さ0.3cm(1/8in)の予
備成形物を粒状物層中へ、それが水平に配列されている
ように入れた。予備成形物は、B4C約2重量%を含有
するスペリオル・グラファィト社の炭化ケイ素(タイプ
HSC 059)を用いて製造しかつ熱分解後に遊離炭
素約2%を与える相当量のフエノール樹脂結合剤を用い
常温圧縮によって成形された。
Silicon carbide diameter 2.5 in the form of a work piece 56
A 4 cm (1 in) by 0.3 cm (1/8 in) thick preform was placed in the granulate layer so that it was aligned horizontally. The preforms were made using Superior Graphite Silicon Carbide (Type HSC 059) containing about 2% by weight of B 4 C and a substantial amount of phenolic resin binder giving about 2% of free carbon after pyrolysis. Was molded by cold compression.

【0055】炭化ケイ素ペレットを装入した後、プラン
ジャをスリーブ中へ進入させ、約70.3kg/cm2
(1000psi)の圧縮圧を水圧シリンダ(図示せ
ず)により適用し、プレスの下部プレート42を上昇さ
せた(図1の大きい矢印D参照)。
After charging the silicon carbide pellets, the plunger was advanced into the sleeve, and about 70.3 kg / cm 2
A compression pressure of (1000 psi) was applied by a hydraulic cylinder (not shown) to raise the lower plate 42 of the press (see large arrow D in Figure 1).

【0056】窒素流を開始させ(矢印A)、直流15ボ
ルトおよび800アンペアの電力を30秒間維持した。
スリーブ10は、シリンダ状スリーブ10の上方に延び
ているプランジャ24の下部52と同様に赤熱しはじめ
る。
The nitrogen flow was started (arrow A) and a 15 volt DC and 800 amps power was maintained for 30 seconds.
The sleeve 10 begins to glow red, similar to the lower portion 52 of the plunger 24 extending above the cylindrical sleeve 10.

【0057】ペレットを冷却し、取出した後、炭化ケイ
素球状黒鉛質炭素は炭化ケイ素ペレットのまわりで部分
的に焼結されていることが認められた。ペレットを取出
し、秤量し、測定して、60%のち密な材料から80%
に圧密されたことが見出された。
After cooling and removing the pellets, it was found that the silicon carbide spheroidal graphitic carbon was partially sintered around the silicon carbide pellets. 80% from 60% dense material, taking out pellets, weighing and measuring
Was found to have been consolidated.

【0058】例III 例IIに記載したようにして製造したが、フエノール樹
脂結合剤を完全に熱分解するため実験室用炉中で150
0℃に予熱した、直径2.54cm(1in)の炭化ケ
イ素予備成形物を使用して、もう1つの実験を実施し
た。この実験において、約70.3kg/cm(100
0psi)の圧縮圧を維持して電流を適用し、入力12
kWで1分間維持した。実験後ペレットは、密度が2.
01g/ccから2.80g/ccに増加することが見
出されたが、これは炭化ケイ素の理論密度の60%から
炭化ケイ素の理論密度の87.2%への増加に相当す
る。
Example III Prepared as described in Example II, but 150 in a laboratory furnace for complete pyrolysis of the phenolic resin binder.
Another experiment was performed using a 2.54 cm (1 in) diameter silicon carbide preform preheated to 0 ° C. In this experiment, about 70.3 kg / cm (100
0 psi) compression pressure is maintained and current is applied, input 12
It was maintained at kW for 1 minute. After the experiment, the pellets have a density of 2.
It was found to increase from 01 g / cc to 2.80 g / cc, which corresponds to an increase in the theoretical density of silicon carbide from 60% to 87.2%.

【0059】こうして、例IIおよび例IIIのこれら
最初の実験が炭化ケイ素の完全な圧密を示さなかった
が、これらの実験は高温材料の圧密のために迅速高エネ
ルギー法の実施可能性を立証した。
Thus, while these initial experiments of Examples II and III did not show complete consolidation of silicon carbide, these experiments demonstrated the feasibility of the rapid high energy method for consolidation of high temperature materials. .

【0060】例IV 本発明の若干の実施例において使用した炭化ケイ素は、
イリノイ州シカゴ在スペリオル・グラファィト社から商
品名“HSC”で入手できる。かかるHSC炭化ケイ素
は、冶金の添加剤、耐火物、微細研磨粗粒を含む広範囲
の使用のためおよび高性能セラミックおよび特殊な耐熱
混合材料用に開発された。
Example IV The silicon carbide used in some examples of the invention was:
It is available under the trade name "HSC" from Superior Graphite, Inc. of Chicago, Illinois. Such HSC silicon carbide has been developed for a wide range of uses, including metallurgical additives, refractories, fine abrasive grit and for high performance ceramics and special refractory mix materials.

【0061】HSC 059グレードの炭化ケイ素は、
過剰の遊離炭素を除去するため炉出グレード(run−
of−furnace)の材料を加工することによって
製造した。この湿った、摩砕し化学的に精製した自由流
動性粉末は直接に、金属またはセラミックマトリックス
複合体、冶金および耐火物適用、ラツピングおよび微細
研摩粗粒、高純度炭化ケイ素を反応結合した、無加圧ま
たはHIPした焼結セラミックにおいて使用することが
できる。第1表は、かかる所望の材料の特性値を記載す
る。
HSC 059 grade silicon carbide is
Exhaust grade (run-) to remove excess free carbon
It was manufactured by processing a material of of-furnace). This moist, milled, chemically refined, free-flowing powder is directly applied to metal or ceramic matrix composites, metallurgical and refractory applications, lapping and finely ground grits, high purity silicon carbide reactively bonded, free It can be used in pressed or HIP sintered ceramics. Table 1 lists the characteristic values of such desired materials.

【0062】[0062]

【表1】 [Table 1]

【0063】例V スペリオル・グラファィト社は、他の実施形に適当な9
400シリーズの球状黒鉛質炭素も製造している。この
自由流動性の、高純度球状黒鉛質炭素製品は、圧縮荷重
下に極めて高い機械的強度を示す。
EXAMPLE V Superior Graphite Ltd. is suitable for other implementations.
We also manufacture 400 series spheroidal graphitic carbon. This free-flowing, high-purity spherical graphitic carbon product exhibits extremely high mechanical strength under compressive loading.

【0064】この9400黒鉛質炭素は酸化および化学
的腐蝕に対し高度に抵抗性でありかつ良好な成形特性を
有する。使用分野は、耐火物混合物、水圧破壊プロパン
ト(Proppant)、中子成形品(および特殊なシ
ヨットブラスト媒体として)を包含する。さらに、極め
て高度の耐酸化性を達成するために、構造中へ酸化防止
剤を組入れることができる。
The 9400 graphitic carbon is highly resistant to oxidation and chemical corrosion and has good forming properties. Fields of use include refractory mixtures, hydraulically broken proppants, core moldings (and as a special shell blasting medium). In addition, antioxidants can be incorporated into the structure to achieve a very high degree of oxidation resistance.

【0065】 第2表 9400シリーズの球状黒鉛質炭素の性質 代表的範囲 炭素含量、% 99.9〜99.9+ 硫黄含量、% 0.01〜0.03 粒径範囲、mm 0.10〜0.801 粒子密度2、g/cc 1.70〜1.85 電気抵抗率、ホーム・cm×102 3.80〜4.60 レジリエンス、%3 35 〜421 粒度範囲はタイラーの標準ふるい−20+150メ
ッシュである。
Table 2 Properties of 9400 series spheroidal graphitic carbon Typical range Carbon content,% 99.9-99.9 + Sulfur content,% 0.01-0.03 Particle size range, mm 0.10-0 .80 1 particle density 2, g / cc 1.70~1.85 electrical resistivity, home · cm × 10 2 3.80~4.60 resilience,% 3 35-42 1 size range are Tyler standard sieve - 20 + 150 mesh.

【0066】2 液体比重瓶によって測定した。 Two liquid pycnometers were used.

【0067】3 レジリエンスは約703.7kg/c
2(10000psi圧縮圧)の放出後の試料体積の
増加率である。
3 Resilience is about 703.7 kg / c
Percentage increase in sample volume after release of m 2 (10000 psi compression pressure).

【0068】例VI 40×140メッシュサイズの、ネオジム(Nd)、鉄
(Fe)およびホウ素(B)のブレンドからなる混合金
属粉末を、結合剤として作用するのに十分なフエノール
樹脂(“Varcum”)と混合した。次に、金属粉末
と樹脂の混合物を、厚さ約1.27cm(1/2in)
で約5.0g/ccのグリーン密度を有する直径2.5
4cm(1in)足らずのシリンダ状体に圧縮した。こ
れらの試料を乾燥し、樹脂を硬化させかつ良好な強さお
よび硬さを与えるため約250℃に加熱して金属の予備
成形物にした。次に、種々に圧縮したペレットは次表に
示したようであった: 第2A表 粉末金属予備成形物の密度 試料番号 適用電力(Kw) 時間(分) 最終密度(g/cc) 1 7.5 1 5.70 2 10.0 1 5.59 3 12.8 1 7.14 4 10.0 2 7.44 上記組成物の理論密度は7.55g/ccである。
Example VI 40 × 140 mesh size mixed metal powder consisting of a blend of neodymium (Nd), iron (Fe) and boron (B) sufficient phenol resin (“Varcum”) to act as a binder. ). Next, a mixture of the metal powder and the resin is formed to a thickness of about 1.27 cm (1/2 in).
2.5 with a green density of about 5.0 g / cc at
Compressed into cylinders of less than 4 cm (1 in). The samples were dried and heated to about 250 ° C. to give a metal preform to cure the resin and give good strength and hardness. The variously compressed pellets then appeared as shown in the following table: Table 2A Density of powder metal preforms Sample number Applied power (Kw) Time (min) Final density (g / cc) 1 7. 5 1 5.70 2 10.0 1 5.59 3 12.8 1 7.14 4 10.0 2 7.44 The theoretical density of the above composition is 7.55 g / cc.

【0069】例VII 炭化ケイ素からなる予備成形物の圧密を説明するため一
連の他の実験を行なった。使用した装置は図1に記載さ
れている。かかる実験における粒状媒体は、イリノイ州
シカゴ在のスペリオル・グラファィト社により製造され
かつ上記実施例に記載したような9400RGグレード
の球状炭素粒子であった。この材料は粒子構造中へ取込
まれたホウ素1.75%を含有し、“金属包有黒鉛質炭
素(Metal Bearing Graphitie
Carbons)”なる名称の米国特許第45604
02号により製造され、該特許の発明は引用により本明
細書の一部をなしている。
Example VII A series of other experiments were conducted to illustrate the consolidation of silicon carbide preforms. The equipment used is described in FIG. The particulate medium in such experiments was 9400RG grade spherical carbon particles manufactured by Superior Graphite of Chicago, Illinois and as described in the Examples above. This material contains 1.75% boron incorporated into the grain structure and is labeled "Metal Bearing Graphite Carbon".
Carbons) "US Patent No. 45604
No. 02, the invention of which is incorporated herein by reference.

【0070】9400RG製品は、その中のホウ素が焼
結助剤として働き、まわりの粒子中にその存在がち密化
法を増進するので、炭化ケイ素を圧密するための望まし
い材料である。しかし、反応温度において安定な他の炭
化物材料(たとえばチタン、タングステンおよび希土類
元素などの炭化物)を使用することができる。
The 9400RG product is a desirable material for compacting silicon carbide because the boron therein acts as a sintering aid and its presence in the surrounding particles enhances the densification process. However, other carbide materials that are stable at the reaction temperature (eg, carbides such as titanium, tungsten and rare earth elements) can be used.

【0071】予備成形物は、5μの炭化ホウ素110重
量%とアセトンに溶かしたフエノール樹脂5重量%と予
備混合した、スペリア・グラファィト社のHSC 05
9グレードの炭化ケイ素粉末を冷間−軸圧縮によって製
造した。ペレットは、直径2.54cm(1in)の鋼
製ダイ中、約1406kg/cm2(20000ps
i)で製造し、2.14g/ccのグリーン密度(炭化
ケイ素に対する理論密度66.6%に相当)を得た。こ
れらのペレットを100℃で8時間オーブン乾燥し、次
に電気圧密法の間の揮発分の生成を減少するため250
℃で30分焼成した。熱分解工程の間僅かな収縮が生じ
たが、相応する重量損失が小さいため、ペレットの密度
は大体において不変であった。
The preform was premixed with 110% by weight of 5μ boron carbide and 5% by weight of a phenolic resin dissolved in acetone, HSC 05 from Superior Graphite.
Nine grades of silicon carbide powder were produced by cold-axial compression. Pellets are approximately 1406 kg / cm 2 (20,000 ps) in a 2.54 cm (1 in) diameter steel die.
i) to obtain a green density of 2.14 g / cc (corresponding to a theoretical density of 66.6% with respect to silicon carbide). These pellets are oven dried at 100 ° C. for 8 hours and then 250 to reduce volatile formation during electroconsolidation.
It was baked at 30 ° C. for 30 minutes. A slight shrinkage occurred during the pyrolysis process, but the pellet density was largely unchanged due to the corresponding small weight loss.

【0072】実験条件および実験結果の表作成は第3表
に与えられかつ図2に図表で示されている。適用される
電力が約20kW以下では僅かなち密度化が生じたかま
たは全く生じなかったことが断定される。しかし、ち密
度化は適用される電力約20Kw以上では迅速で、数分
以内に炭化ケイ素の理論密度に近いペレット密度が得ら
れた。
A tabulation of the experimental conditions and experimental results is given in Table 3 and graphically shown in FIG. It is concluded that at applied powers below about 20 kW there was little or no densification. However, the densification was rapid at an applied electric power of about 20 Kw or more, and a pellet density close to the theoretical density of silicon carbide was obtained within a few minutes.

【0073】これらのデータは第一に、炭化ケイ素粉末
の予備成形物の迅速を圧密およびち密化が本発明方法に
よて達成されたことを説明するために存在することは明
らかである。炭化ケイ素および他の材料を最小の多孔性
およびすぐれた微細構造を達成するための最良の圧密条
件は、主要な方法の変数を最適なものにすることを要求
するが、これは当業者により本発明に基づいて不当な実
験なしに行なうことができる。これらの変数は次のもの
を包含する:圧密室の寸法、適用される電力のレベル、
適用さるべき圧力、圧密サイクル時間および粒状圧力伝
達媒体のタイプおよび電気的特性値、最適化された方法
条件の表も、圧密すべき材料のタイプおよび予備成形物
の寸法および形に依存する。また、加工片の形の特定の
タイプは、工程順序圧および/または圧縮圧の変化を必
要とする。
It is clear that these data are present, first of all, to explain the rapid compaction and densification of the silicon carbide powder preforms achieved by the process of the invention. The best consolidation conditions for silicon carbide and other materials to achieve minimal porosity and excellent microstructure require optimization of key process variables, which is well known to those skilled in the art. It can be carried out according to the invention without undue experimentation. These variables include: dimensions of the compaction chamber, level of applied power,
The table of pressures to be applied, consolidation cycle times and types and electrical properties of the granular pressure transmission medium, optimized process conditions also depend on the type of material to be consolidated and the size and shape of the preform. Also, certain types of work piece shapes require changes in process sequence pressure and / or compression pressure.

【0074】 第3表 炭化ケイ素粉末予備成形物の電気圧密 電 気 最終密度 実験番号 媒体の量 E.(ボルト) I.(アンペア) Kw (g/cc) (%) 実験時間2分間に適用された電力 1 100 8 960 7.68 2.14 66.7 2 125 10 1040 10.40 2.14 66.7 3 125 12 1360 16.32 2.14 66.7 4 125 12 1600 19.20 2.30 71.75 125 14 1840 25.76 3.00 93.5 実験時間4分間に適用された電力 8 120 8 1040 8.32 2.14 66.7 9 120 10 1200 12.00 2.14 66.7 10 120 11 1360 14.96 2.14 66.7 11 120 12 1520 18.24 2.24 69.8 12 120 13 1720 22.36 3.06 95.0 (1) 予備成形物はスペリオル・グラファィト社のH
SC 059の炭化ケイ素粉末を用いて製造した。
Table 3 Electroconsolidation of Silicon Carbide Powder Preforms Final Density Experiment Number Medium Amount E. (Volts) I. (Amps) Kw (g / cc) (%) Applied for 2 minutes experiment time Power 1 100 8 960 7.68 2.14 66.7 2 125 10 1040 10.40 2.14 66.7 3 125 12 1360 16.32 2.14 66.7 4 125 12 1600 19.20 2.30 71.75 125 14 1840 25.76 3.00 93.5 Power applied for 4 minutes of experiment time 8 120 8 1040 8.32 2.14 66.7 9 120 10 1200 12.00 2.14 66.7 10 120 11 1360 14.96 2.14 66.7 11 120 12 1520 18.24 2.24 69.8 12 120 13 1720 22.36 3.06 95.0 Note (1) The preform is H of Superior Graphite.
Manufactured using SC 059 silicon carbide powder.

【0075】(2) 予備成形物の寸法直径約2.54
cm(1in)×厚さ0.6cm(1/4in)。圧縮
硬化前に密度2.14g/ccに1500℃で30分間
熱分解した。
(2) Dimension of preform diameter: about 2.54
cm (1 in) x thickness 0.6 cm (1/4 in). Prior to compression curing, it was pyrolyzed to a density of 2.14 g / cc at 1500 ° C. for 30 minutes.

【0076】(3) 圧力伝達媒体はスペリオル・グラ
ファィト社の9400RGの、ホウ素含有球状黒鉛粒子
である。
(3) The pressure transmission medium is 9400RG, boron-containing spherical graphite particles manufactured by Superior Graphite.

【0077】(4) 黒鉛シリンダ直径約5.08cm
(2in) (5) 適用された圧力281.2kg/cm2(40
00psi) 例VIII 圧密の間導電性の流動性粒子の抵抗率の制御は、本発明
の重要な特徴である。本発明方法の表面特性の修正に関
し、電気の抵抗率を増加するため黒鉛質炭素粒子上に硬
い炭化物表面を形成する着想は、黒鉛炭素粒子をケイ砂
とを、炭素に対するケイ砂の増加量を使用する一連の実
験において高温(1950℃)で反応させることによっ
て調べた。第4表に与えた結果は、(a)炭化ケイ素含
量(技術において公知の試験法による反応生成物の灼熱
減量試験による灰分として決定される)および(b)相
応する電気抵抗率の測定値を示す。これらのデータは図
3にプロットされている。
(4) Graphite cylinder diameter about 5.08 cm
(2 in) (5) Applied pressure 281.2 kg / cm 2 (40
00 psi) Example VIII Controlling the resistivity of flowable particles that are conductive during compaction is an important feature of the present invention. Regarding the modification of the surface characteristics of the method of the present invention, the idea of forming a hard carbide surface on the graphitic carbon particles in order to increase the electrical resistivity is to use graphite carbon particles with silica sand and increase the amount of silica sand with respect to carbon. It was investigated by reacting at elevated temperature (1950 ° C.) in the series of experiments used. The results given in Table 4 give the (a) silicon carbide content (determined as ash by the ignition loss test of the reaction product according to test methods known in the art) and (b) the corresponding measured electrical resistivity. Show. These data are plotted in FIG.

【0078】かかるデータは、炭化ケイ素約30%以下
では炭素材料の抵抗率は炭化ケイ素含量に関しほとんど
直線性であることを示し、従ってそれに基づき、約0.
03オーム・cmないし0.075オーム・cmの範囲
内の比抵抗率の圧力伝達媒体をつくることができる。約
30%以上の炭化ケイ素含量では、電気抵抗率が炭化ケ
イ素含量と共に迅速に増加し、粒子の抵抗率の正確な制
御は、その間の関係の非直線性のため、達成が一そう困
難である。
Such data show that below about 30% silicon carbide, the resistivity of the carbon material is almost linear with respect to the silicon carbide content, and accordingly, on the basis of this, about 0.
It is possible to create a pressure transmission medium with a resistivity in the range of 03 ohm-cm to 0.075 ohm-cm. Above about 30% silicon carbide content, electrical resistivity increases rapidly with silicon carbide content, and precise control of particle resistivity is more difficult to achieve due to the non-linear relationship between them. .

【0079】例IX 9400球状黒鉛質炭素粒子の抵抗率の変化も、粒子が
高温(2000℃)でホウ素との反応により増加するこ
とができ、ホウ素は酸化ホウ素(B23)として導入さ
れうる。酸化物と炭素の反応によりホウ素僅か3.0%
以下の添加で、第5表に示したように、非ホウ素添加の
出発材料と比較した電気抵抗率がほとんど10倍増加し
た製品が得られる。
Example IX The change in resistivity of 9400 spheroidal graphitic carbon particles can also be increased by reaction of the particles with boron at elevated temperature (2000 ° C.), which is introduced as boron oxide (B 2 O 3 ). sell. Only 3.0% boron due to the reaction of oxide and carbon
The following additions, as shown in Table 5, result in a product with an almost 10-fold increase in electrical resistivity compared to the non-boron added starting material.

【0080】 第5表 ホウ素添加の黒鉛質炭素粒子の 性質における測定された変化 B(%) 抵抗率[オーム・cm(オーム・in)] レジリエンス(%) 0 0.0383 (0.0151) 79 1.75 0.2972 (0.117) 52 炭素粒子の電気抵抗率を増加するための手段としてホウ
素を使用する場合には、ホウ素は可溶で、黒鉛の結晶格
子内で非常に可動性であり;添加されるホウ素の量が約
2.3%の溶解限度よりも少ないと、炭素表面にホウ素
含量の少ない被膜が形成され、黒鉛質炭素の電気的性質
に小さい変化が起きる。実際に、低効率は僅かに減少す
る。しかし、ローウエル(Lowell,C.E.,の
“黒鉛中のホウ素の固溶体”“Journ.Am.Ce
r.Soc.,第50巻、第3142頁(1967
年)]に記載されたように、ホウ素を黒鉛内に溶解限度
を超える量で添加すると、別個の相が形成し、第5表に
示したように、電気抵抗率が著しく増加した非常に硬い
表面が生じる。実施例に記載された1.75%のホウ素
含量は2.35%の溶解限度以下であるが、粒子表面に
局限された濃度は溶解限度を超える。
Table 5 Measured Changes in Properties of Boron-Added Graphitic Carbon Particles B (%) Resistivity [Ohm-cm (Ohm-in)] Resilience (%) 0 0.0383 (0.0151) 79 1.75 0.2972 (0.117) 52 When boron is used as a means to increase the electrical resistivity of carbon particles, it is soluble and very mobile within the graphite crystal lattice. Yes; if the amount of boron added is less than the solubility limit of about 2.3%, a film with a low boron content is formed on the carbon surface, causing a small change in the electrical properties of the graphitic carbon. In fact, the low efficiency is slightly reduced. However, Lowell, CE, "Solid Solution of Boron in Graphite,""Journ. Am. Ce.
r. Soc. , 50, 3142 (1967
)], And when boron is added in an amount exceeding the solubility limit into graphite, a separate phase is formed, and as shown in Table 5, the electrical resistivity is remarkably increased, and it is very hard. A surface is created. The boron content of 1.75% described in the examples is below the solubility limit of 2.35%, while the concentration localized on the surface of the particles exceeds the solubility limit.

【0081】黒鉛質炭素の表面に硬い炭化物、炭素窒化
物および他の反応生成物を形成する元素の添加は、材料
のレジリエンスならびに抵抗率に対して重大な効果を有
することを記載することが重要である。レジリエンス
は、制御された電気圧密法における粒子の有効使用に関
する重要な性質である。第5表に示したように、ホウ素
添加の場合には、材料のレジリエンスの増加によって抵
抗率の増加が達成される。この現象は、炭素表面が硬い
炭化物(たとえば炭素窒化物等)で被覆された場合に一
そう脆くなり、圧縮圧を受けたときに接触個所がより容
易に破れて、圧縮圧の放出後の体積膨脹度が減少するた
めに起きる。レジリエンスの損失は電気圧密の間に望ま
れる理想的アイソタクチックタイプの圧力伝達の発現に
対して有害であり、それ故黒鉛質炭素媒体の抵抗率特性
を増加または変更するための硬い皮膜形成元素の取込み
に対する実際の上限が存在する。一般に、媒体のレジリ
エンスは50%よりも大きくなければならない。黒鉛質
炭素のレジリエンスに影響を与えるフアクターは、ゴー
ルドバーガー(Goldbergev,W.M.)およ
びスローワー(Thrower.P.A.)の“球状黒
鉛質炭素のレジリエンス”(米国炭素学会の刊行物(1
987年)、炭素に関する第18回隔年会議の議事録、
1987年7月19日〜24日、マサチューセッツ州ウ
ースター)に記載されている。
It is important to note that the addition of elements that form hard carbides, carbon nitrides and other reaction products on the surface of graphitic carbon has a significant effect on the resilience as well as the resistivity of the material. Is. Resilience is an important property for effective use of particles in controlled electroconsolidation. As shown in Table 5, in the case of boron addition, an increase in resistivity is achieved by increasing the resilience of the material. This phenomenon becomes more brittle when the carbon surface is coated with hard carbides (such as carbonitride), the contact points are more easily broken when subjected to compression pressure, and the volume after the compression pressure is released. It occurs because the degree of expansion decreases. Loss of resilience is detrimental to the development of the ideal isotactic type pressure transfer desired during electroconsolidation and is therefore a hard film-forming element to increase or modify the resistivity properties of graphitic carbon media. There is an actual upper bound on the uptake of Generally, the resilience of the medium should be greater than 50%. Factors that influence the resilience of graphitic carbon are Goldberger (WM) and Thrower (PA), "Resilientity of Spherical Graphitic Carbon" (published by the American Carbon Society (1
987), minutes of the 18th Biennial Conference on Carbon,
July 19-24, 1987, Worcester, Mass.).

【0082】黒鉛質炭素上に硬い高温安定の皮膜を形成
するのに重要な元素の若干は、安定な炭化物、窒化物お
よび炭素窒化物を形成するものを包含する。これらは、
なかんずくケイ素、ホウ素、チタン、タングステンおよ
び希土類元素を包含する。これら生成物の多くは、米国
特許第4560409号(名称“Metal Bear
ing Graphitic Carbons”,イリ
ノイ州シカゴ在スペリオル・グラファィト社の譲受人に
より所有)に若干詳細に記載されている。
Some of the elements important in forming hard, high temperature stable coatings on graphitic carbon include those which form stable carbides, nitrides and carbonitrides. They are,
Above all, it includes silicon, boron, titanium, tungsten and rare earth elements. Many of these products are known from US Pat. No. 4,560,409 (named “Metal Bear”).
ing Graphic Carbons ", owned by the assignee of Superior Graphite of Chicago, Illinois).

【0083】上記の討論および米国特許第456040
9号における記載は、これら元素をそれらの酸化物のカ
ルボサーミック還元により添加する手段を記述している
が、かかる元素を添加する適当な手段、たとえばそれら
の揮発性化合物と黒鉛質炭素との蒸気相反応による添加
を利用することができる。1例は粒状黒鉛質炭素の存在
における四塩化ケイ素と水素との1400℃以上での反
応であり、適当な炭化ケイ素被膜を生じる。同様に、ホ
ウ素、チタン、タングステン等の塩化物も、被膜形成元
素を炭素表面との反応および導入のために使用すること
ができる。有機金属化合物の蒸気相熱分解、たとえばシ
リコーンの熱分解は、炭化ケイ素被膜を得るための実施
可能な手段である。
The above discussion and US Pat. No. 4,560,040.
The description in No. 9 describes means of adding these elements by carbothermic reduction of their oxides, but suitable means of adding such elements, eg vapors of their volatile compounds and graphitic carbon. Addition by phase reaction can be utilized. One example is the reaction of silicon tetrachloride with hydrogen in the presence of granular graphitic carbon at temperatures above 1400 ° C., which produces a suitable silicon carbide coating. Similarly, chlorides such as boron, titanium, tungsten, etc. can be used to react and introduce the film-forming elements with the carbon surface. Vapor phase pyrolysis of organometallic compounds, such as the pyrolysis of silicones, is a feasible means for obtaining silicon carbide coatings.

【0084】一般に、黒鉛質炭素および高い抵抗率を有
する圧力伝達媒体を有することが望ましいが、特定の場
合には低いレジリエンスを有する媒体を選択することも
可能である。これは、金属元素を、粒子表面よりもむし
ろ内部的に黒鉛質炭素の細孔構造内に形成する金属相と
して導入することによって達成することができる。たと
えば、ほぼ鉄の融点(1500〜1600℃)における
酸化鉄と黒鉛質炭素との反応は、金属鉄包有粒子構造を
生じる(図4参照)。X線回析図はこれらが金属鉄とし
て含まれていることを立証する。この鉄押込みの黒鉛質
炭素の性質は第6表に与えられている。
It is generally desirable to have a pressure-transmitting medium with graphitic carbon and a high resistivity, but in certain cases it is possible to choose a medium with low resilience. This can be accomplished by introducing the metal element internally as a metallic phase that forms within the pore structure of the graphitic carbon rather than on the surface of the particles. For example, the reaction of iron oxide with graphitic carbon at about the melting point of iron (1500 to 1600 ° C.) produces a metallic iron-encapsulating particle structure (see FIG. 4). The X-ray diffraction diagram proves that they are included as metallic iron. The properties of this iron-indented graphitic carbon are given in Table 6.

【0085】 第6表 鉄包有黒鉛質炭素の物理的性質 Fe包量 かさ密度 粒子密度 表面積 抵抗率 レジリエンス (%) (kg/m3 (g/cc) (m2/g) (オーム・cm) (%) 0 686 1.59 0.44 0.0241 125 1.3 731 1.61 0.47 0.0211 116 4.7 789 1.72 0.57 0.0191 109 12.1 828 2.03 0.67 0.0145 95 この場合、金属イオンの存在は抵抗率を減少する。抵抗
率は鉄の存在によって減少することが認められる。ニッ
ケルを使用しても類似の結果が認められる。
Table 6 Physical properties of iron-encapsulated graphitic carbon Fe-encapsulation Bulk density Particle density Surface area Resistivity Resilience (%) (kg / m 3 ) (g / cc) (m 2 / g) (Ohm · cm) (%) 0 686 1.59 0.44 0.0241 125 1.3 731 1.61 0.47 0.0211 116 4.7 789 1.72 0.57 0.0191 109 12.1 828 2.03 0.67 0.0145 95 In this case, the presence of metal ions reduces the resistivity. It is noted that the resistivity is reduced by the presence of iron. Similar results are observed with the use of nickel.

【0086】要約すれば、本発明の電気圧密法の望まし
い圧力伝達媒体として使用される高度にレジリエントな
黒鉛質炭素粒子は、その抵抗率のような電気的性質の制
御を可能にするため、選択された元素と反応させること
ができる。炭素の表面に高温安定の炭化物および炭素窒
化物構造を形成する元素との反応は、抵抗率を増加する
1つの手段として望まれる。ホウ素は、レジリエンスの
減少を制限するため、望ましい実施形では約1.5%以
上、約5%以下の量で使用される高度に有効な、硬質皮
膜形成元素である。黒鉛質炭素への炭化ケイ素の添加範
囲では、炭化ケイ素30%までの添加で、高度に制御可
能なレジリエンスを有する材料が得られる。被膜を形成
する種々の手段は不活性または窒素雰囲気中でのカルボ
サーミック還元を包含するかまたは黒鉛質炭素の存在に
おける元素含有ガスの化学反応によって可能である。
In summary, the highly resilient graphitic carbon particles used as the preferred pressure transmission medium for the electroconsolidation method of the present invention are selected because they allow control of their electrical properties such as resistivity. Can react with the element. Reaction with elements that form high temperature stable carbide and carbon nitride structures on the surface of carbon is desired as one means of increasing resistivity. Boron is a highly effective hard film-forming element used in amounts of greater than or equal to about 1.5% and less than or equal to about 5% in preferred embodiments to limit resilience reduction. In the range of addition of silicon carbide to graphitic carbon, addition of up to 30% silicon carbide gives a material with highly controllable resilience. Various means of forming the coating include carbothermic reduction in an inert or nitrogen atmosphere or by chemical reaction of the element-containing gas in the presence of graphitic carbon.

【0087】黒鉛質炭素のレジリエンスは、金属の酸化
物または他の化合物と黒鉛質炭素とを、金属の融点に接
近する温度で反応させることにより、炭素構造中へ鉄お
よび/またはニッケルのような金属を押込むことによっ
て減少することができる。
The resilience of graphitic carbon is the reaction of iron oxide and / or other compounds with graphitic carbon at temperatures approaching the melting point of the metal, such as iron and / or nickel into the carbon structure. It can be reduced by pushing metal.

【0088】本発明の改良方法の基本的かつ新規な特徴
は、上記の記載から当業者によって容易に理解される。
本発明の改良方法の工程、範囲、パラメーターおよび条
件は、なかんずく上記に記載したように処理すべき材料
の性質を考慮して、本発明の思想および範囲を逸脱する
ことすることなく、種々の変化および修正を行なうこと
ができることは容易に明らかとなる。従って、上記に記
載した本発明の望ましい選択的実施形は、かかる思想お
よび範囲をどのようにしても制限することを意図するも
のではない。
The basic and novel features of the improved method of the present invention will be readily appreciated by those skilled in the art from the foregoing description.
The steps, ranges, parameters and conditions of the improved method of the present invention may be varied in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention, inter alia, taking into account the nature of the material to be treated as described above. And it will be readily apparent that modifications can be made. Therefore, the preferred alternative implementations of the invention described above are not intended to limit such ideas and scopes in any way.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】内面にセラミック被膜を有するシリンダ状の垂
直なスリーブを有し、該スリーブが、かかるスリーブの
粒状内容物を圧縮するため縦方向の移動のために配置さ
れた黒鉛ピストンの圧縮力を受ける、本発明方法を実施
するのに適当な装置の部分的縦断面図
1 shows a cylindrical vertical sleeve with a ceramic coating on its inner surface, which sleeve exerts the compressive force of a graphite piston arranged for longitudinal movement in order to compress the granular contents of such sleeve. A partial longitudinal section through a device suitable for carrying out the method according to the invention

【図2】適用された電力(kW)に対するペレット密度
(g/cc)および理論密度の%を示す線図
FIG. 2 is a plot showing pellet density (g / cc) and% theoretical density versus applied power (kW).

【図3】炭化ケイ素含量(SiO%)による黒鉛質炭素
の抵抗率(ホーム・cm)の変化を示す線図
FIG. 3 is a diagram showing changes in resistivity (home / cm) of graphitic carbon according to silicon carbide content (SiO%).

【図4】金属鉄包有物を有する黒鉛質炭素粒子の倍率5
00倍の顕微鏡写真
FIG. 4 is a magnification 5 of graphitic carbon particles having metallic iron inclusions.
00x micrograph

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9 10 スリーブ 12 内面 14 セラミック被膜 16 支持台 18 プレナムチャンバー 20 ガス入口 22 外面 24 プランジャ 26,28 銅板 30,32 タップホールコネクタ 36,38 直流電力供給線 40,42 プラテン 44,46 絶縁板 48 下向きの通しボルト 50 開き孔 52 プランジャの下部 54 粒状媒体 56 加工片 A,B,C,D 矢印 9 10 sleeve 12 inner surface 14 ceramic coating 16 support base 18 plenum chamber 20 gas inlet 22 outer surface 24 plunger 26, 28 copper plate 30, 32 tap hole connector 36, 38 DC power supply line 40, 42 platen 44, 46 insulating plate 48 downward Through bolt 50 Open hole 52 Lower part of plunger 54 Granular medium 56 Work piece A, B, C, D Arrow

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05B 3/14 B 7913−3K ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H05B 3/14 B 7913-3K

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導電性の流動性粒子の層内で予備成形さ
れた加工片を圧密する方法において、かかる導電性の流
動性粒子の抵抗率を、かかる粒子とは異なる特性を有す
る第2の物質を該粒子上に取込むことによって修正する
ことを特徴とする予備成形された加工片の圧密方法。
1. A method of compacting a preformed work piece in a layer of electrically conductive fluid particles, the method comprising the step of: adjusting the resistivity of such electrically conductive fluid particles to have a characteristic different from that of such particles. A method of consolidation of preformed workpieces, characterized in that the material is modified by incorporating it onto the particles.
【請求項2】 第2の物質が導電性の流動性粒子の表面
に取込まれることを特徴とする請求項1記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein the second substance is incorporated on the surface of the electrically conductive, flowable particles.
【請求項3】 導電性の流動性微粒子が表面に細孔を有
する炭素質材料からなることを特徴とする請求項1記載
の方法。
3. The method according to claim 1, wherein the conductive fluid particles are made of a carbonaceous material having pores on the surface.
【請求項4】 第2の物質を炭素質材料の細孔中へ注入
することを特徴とする請求項3記載の方法。
4. The method according to claim 3, wherein the second substance is injected into the pores of the carbonaceous material.
【請求項5】 第2の物質が、炭素質材料よりも大きい
表面硬さ特性を有することを特徴とする請求項3記載の
方法。
5. The method of claim 3, wherein the second material has greater surface hardness properties than the carbonaceous material.
【請求項6】 第2の物質を、炭化物、窒化物および炭
素窒化物かならる群から選択することを特徴とする請求
項3記載の方法。
6. The method of claim 3, wherein the second material is selected from the group consisting of carbides, nitrides and carbonitrides.
【請求項7】 該炭化物、窒化物および炭素窒化物を、
ケイ素、ホウ素、チタン、タングステンおよび希土類元
素からなる群の少なくとも1つのものから形成すること
を特徴とする請求項6記載の方法。
7. The carbide, nitride and carbonitride
7. The method of claim 6, wherein the method is formed from at least one of the group consisting of silicon, boron, titanium, tungsten and rare earth elements.
【請求項8】 第2の物質を、ホウ素、チタンおよび希
土類元素からなる群から選択された少なくとも1つの反
応物との反応によって炭素質材料の表面に導入すること
を特徴とする請求項3記載の方法。
8. The method of claim 3, wherein the second substance is introduced to the surface of the carbonaceous material by reaction with at least one reactant selected from the group consisting of boron, titanium and rare earth elements. the method of.
【請求項9】 第2の物質を、有機金属化合物の蒸気相
熱分解によって炭素質材料の表面に導入することを特徴
とする請求項3記載の方法。
9. The method according to claim 3, wherein the second substance is introduced onto the surface of the carbonaceous material by vapor phase pyrolysis of an organometallic compound.
【請求項10】 熱分解される有機金属化合物がシリコ
ーンであることを特徴とする請求項9記載の方法。
10. The method of claim 9 wherein the organometallic compound that is pyrolyzed is silicone.
【請求項11】 炭素質材料が黒鉛質炭素であることを
特徴とする請求項3記載の方法。
11. The method of claim 3, wherein the carbonaceous material is graphitic carbon.
【請求項12】 第2の物質が炭化ケイ素であり、黒鉛
質炭素の存在において約1400℃以上の温度で炭化ケ
イ素と水素との反応によって、炭素質材料に導入して、
黒鉛質炭素の表面に炭化ケイ素を設けることを特徴とす
る請求項11記載の方法。
12. The second substance is silicon carbide, which is introduced into the carbonaceous material by the reaction of silicon carbide and hydrogen at a temperature of about 1400 ° C. or higher in the presence of graphitic carbon,
The method according to claim 11, wherein silicon carbide is provided on the surface of the graphitic carbon.
【請求項13】 第2の物質が、炭素質材料よりも小さ
い表面硬さ特性を与える材料であることを特徴とする請
求項3記載の方法。
13. The method of claim 3, wherein the second material is a material that provides less surface hardness properties than the carbonaceous material.
【請求項14】 小さい表面硬さ特性を与えるための第
2の物質を、鉄およびニッケルの化合物からなる群の少
なくとも1つから選択することを特徴とする請求項13
記載の方法。
14. The second material for imparting low surface hardness properties is selected from at least one of the group consisting of iron and nickel compounds.
The method described.
【請求項15】 第2の材料が金属酸化物であり、これ
をほぼ該金属の融解温度で炭素質材料と反応させること
を特徴とする請求項3記載の方法。
15. The method of claim 3, wherein the second material is a metal oxide, which is reacted with the carbonaceous material at about the melting temperature of the metal.
【請求項16】 第2の材料が酸化鉄であり、これを約
1500〜1600℃の温度で反応させて炭素質材料の
細孔内に金属鉄包有物を有する粒状構造を形成すること
を特徴とする請求項13記載の方法。
16. The second material is iron oxide, which is reacted at a temperature of about 1500 to 1600 ° C. to form a granular structure having metallic iron inclusions in the pores of the carbonaceous material. 14. The method of claim 13 characterized.
【請求項17】 第2の物質がホウ素で、炭素質材料の
約1.5〜5重量%であることを特徴とする請求項3記
載の方法。
17. The method of claim 3, wherein the second material is boron and is about 1.5-5% by weight of the carbonaceous material.
【請求項18】 第2の物質を、不活性ガスおよび窒素
からなる群から選択された雰囲気内でのカルボサーミッ
ク反応によって反応させることを特徴とする請求項3記
載の方法。
18. The method according to claim 3, wherein the second substance is reacted by a carbothermic reaction in an atmosphere selected from the group consisting of an inert gas and nitrogen.
【請求項19】 第2の物質が伝導性粒子を有効に湿潤
することを特徴とする請求項3の記載の方法。
19. The method of claim 3, wherein the second material effectively wets the conductive particles.
【請求項20】 第2の物質を、伝導性粒子の細孔中へ
押込んで、導電性を減少させるためにそれと密接に接触
した金属相を形成することを特徴とする請求項19記載
の方法。
20. The method of claim 19, wherein the second material is forced into the pores of the conductive particles to form a metallic phase in intimate contact therewith to reduce conductivity. .
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