[發明專利]利用離心力的燒結方法和設備

有效

• 申請號: 01130196.1
• 申請日: 2001-12-26
• 公開（公告）號: CN1363536A
• 公開（公告）日: 2002-08-14
• 發明（設計）人: 渡利広司;會澤守;內村勝次;石黑裕之;森光英樹
• 申請（專利權）人: 獨立行政法人產業技術綜合研究所;渡利広司;新東V－CERAX株式會社
• 主分類號: C04B35/64
• 分類號: C04B35/64;C04B35/645;B22F3/14
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王以平

技術領域

本發明涉及一種燒結方法和設備，利用這種方法和設備能夠生產出一種具有致密結構(密實結構)的燒結陶瓷壓塊或者陶瓷膜。

背景技術

通常，由陶瓷粒子材料制成的壓塊，由金屬粒子制成的壓塊或者陶瓷前體膜在任何一種環境氣體(任意的環境氣體)下通過高溫加熱而進行燒結，而不對所述壓塊或者薄膜施加額外的壓力。此外，為了使得材料更為致密并增強它的機械、電子、磁性和光學特性，已經研究出了一種燒結技術，在該技術中，通過氣體介質向用于生產由細微晶粒制成的燒結產品的材料施加一機械力或作用力。例如，眾所周知的加壓燒結方法和粉末冶金鍛造方法。兩種方法中的每一種方法均在燒結材料的同時，向材料施加一軸向機械力。在這些方法中，在燒結材料的同時，利用壓桿沿材料的軸向向材料施加壓力。

然而，在這些方法中，與壓桿或模具接觸的材料表面會被污染。從而，在燒結之后，需要對材料表面進行拋光或切削處理。因而，執行這樣的工藝需要較高的生產成本。

熱等靜壓(HIP)工藝是公知的方法，在該方法中，通過氣體介質向材料施加一作用力。此外，在這種工藝中還有兩種方法，也就是說，1)密封艙式HIP方法(the?capsule?HIP?method)，其中將材料壓塊密封在被抽成真空的密封艙內，隨后在高壓氣體下利用HIP工藝對材料進行加熱，2)非密封艙式HIP方法，其中在高壓氣體下，對密度等于或大于理論密度的90％的材料進行加熱。

密封艙式HIP方法的優點是，當在低溫下生產致密的燒結產品時，由于高壓氣體的作用，燒結后的產品具有細微的粒子。然而其存在的問題是它需要額外的成本和時間，用以將材料投入到密封艙中并在以后將材料從其中取出。此外，雖然非密封艙式HIP方法具有另外一個優點，也就是說能夠迅速使得大量材料的更為致密，但是它存在的問題是，必須利用額外的工序來使得材料密度等于或大于理論密度的90％，即需要一個兩步式的燒結工藝。

對于生產薄膜的方法來說，依照原始材料通常可以粗略地被分成兩種方法，也就是說液相方法和氣相方法。具有代表性的液相方法是溶膠-凝膠方法。在這種方法中，將酚鹽液體等混合到預定的成分，將由此獲得的混合溶液涂敷在一單晶基片上，例如Si、SrTiO₃等，在電加熱爐內對涂敷后的單晶基片進行加熱，形成陶瓷膜。諸如這種溶膠-凝膠方法的液相方法的優點是，在加熱之前的一個階段內，可以準確地控制前體膜的化學成分。然而，由于液相方法要求在高溫下進行加熱，以便使得陶瓷膜更為致密，因而由于前體膜內的化學成分蒸發，會導致陶瓷膜的化學成分發生變化。因而，希望研究出一種在低溫下能使得諸如前體膜等這樣的前體膜更為致密的燒結方法。

此外，除了上述問題之外，根據所生產薄膜的材料組分和基片類型(材料類型和基片的表面粗糙度)，當對其進行加熱時會在薄膜上產生裂紋等缺陷。這些在加熱期間在薄膜上所產生的缺陷被認為是由于基片表面上(X-Y平面)的巨大應力所造成的，而這些巨大應力則是在加熱期間由于材料體積的收縮所造成的。因此，目前的研究已經力圖通過控制加熱的速率等來生產致密(緊湊)的薄膜。雖然在此情況下，上述加壓燒結方法和HIP方法可以被用于使得薄膜更為致密，但是由于它涉及一些問題，比如對材料進行預處理和對材料表面進行切削，因此這種方法并不總是一種合適的制備致密薄膜的工藝。

因此，希望能夠研究出這樣一種燒結方法和設備，該方法和設備易于生產具有緊湊(致密)結構的燒結陶瓷壓塊和陶瓷膜，同時卻不會帶來所述的問題。

發明概述

本申請的發明人已經考慮到了上述問題，并且已經認識到，本發明的主要目的在于研究一種燒結方法，當燒結一種陶瓷粒子材料壓塊或金屬粒子材料壓塊，或者燒結一種陶瓷前體膜時，能夠沿預定的方向將應力施加在材料上，同時又不觸及到材料。經歷艱難的研究，本發明人發現，通過在對工件進行加熱和烘烤的同時，使得該工件高速旋轉而在工件上施加一離心力，可以生產出一種致密的燒結陶瓷壓塊、致密的燒結金屬壓塊或者致密的陶瓷膜，從而得到了本發明。

已經被想到用來解決上述問題的本發明是這樣一種方法，即通過在進行加熱和烘烤的同時向其施加離心力來對陶瓷或金屬粒子材料的壓塊或者陶瓷前體膜進行燒結。本發明還包括有一種用于進行燒結的設備，該設備包括有加熱爐；工件夾持部分，該夾持部分可旋轉地安裝在加熱爐中用于夾持住即將被燒結的材料，以及旋轉裝置，該旋轉裝置被連接在工件夾持部分上，用于使得工件夾持部分發生轉動，以便向該工件夾持部分中所夾持的材料上施加離心力。