(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料を含む原料粉末から成形された成形体と電極との間に、シート状で一方の面が該電極と接触するとともに他方の面が該成形体の表面形状に応じて変形可能な導電性をもつ導電性緩衝層を介在させて、前記成形体を一対の前記電極で挟持し、該電極に電力を供給して該成形体に通電して焼結する焼結体の製造方法であって、
前記導電性緩衝層は、導電性をもつシートが複数枚積層された積層シートであることを特徴とする焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記導電性緩衝層は、少なくとも厚さ方向に変形することで前記電極および前記成形体と接触する請求項１記載の焼結体の製造方法。
【請求項３】
導電性をもつ前記シートは、炭素材料からなる炭素材料シートである請求項１記載の焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記炭素材料シートは、炭素繊維の織布または不織布である請求項３記載の焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記導電性緩衝層は、前記織布と前記不織布とが互いに積層された積層シートであって、前記成形体と該織布とが当接するように介在される請求項４記載の焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記成形体は、隔壁で区画され所定の方向に貫通する複数のセルを有するハニカム形状成形体である請求項１記載の焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、あらかじめ所望の形状に成形された成形体に通電して、成形体を加熱して焼結体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料粉末を成形することにより所定の形状とした成形体を焼結する方法のひとつとして、通電加熱が用いられている。通電加熱とは、成形体に通電した時に、成形体を構成する材料固有の電気抵抗により発熱するジュール熱を利用して焼結を行う方法である。
【０００３】
通電加熱は、電源と一対の電極とからなる簡単な構成の装置で、迅速で均一な加熱を行えるため、成形体の焼結に限らず幅広い分野で利用されており、さらに効率よく加熱が行えるように、様々な改良がなされている。たとえば、特許文献１では、通電加熱により成形体を焼結する加熱装置において、サイドヒーターによる外部加熱を補助的に行っている。
【０００４】
通電加熱では、成形体を一対の電極で挟持して成形体に通電するため、電極と成形体との接触状態が、電流の流れに影響を及ぼす。成形体の形状が、電極間の距離や電極の形状に合致する場合には、両者は良好に接触するため、所望の加熱処理を施すことができる。ところが、成形体の成形で生じる、製品の性能上では問題がない程度の僅かな突出や凹み、面の傾斜などにより、通電加熱時に成形体と電極との接触面積が狭くなり、所望の加熱処理が行えないという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−５２６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、成形体と電極とを良好に接触させた状態で、成形体に通電して焼結することができる新規な焼結体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の焼結体の製造方法は、導電性材料を含む原料粉末から成形された成形体と電極との間に、シート状で一方の面が該電極と接触するとともに他方の面が該成形体の表面形状に応じて変形可能な導電性をもつ導電性緩衝層を介在させて、前記成形体を一対の前記電極で挟持し、該電極に電力を供給して該成形体に通電して焼結する焼結体の製造方法であって、
前記導電性緩衝層は、導電性をもつシートが複数枚積層された積層シートであることを特徴とする。
【０００７】
前記導電性緩衝層は、炭素材料からなる炭素材料シートであるのが好ましい。この際、前記導電性緩衝層は、炭素材料シートが複数枚積層された積層シートであるのが好ましい。また、前記炭素材料シートは、炭素繊維の織布または不織布であるのが好ましく、この際、前記導電性緩衝層は、前記織布と前記不織布とが互いに積層された積層シートであって、前記成形体と該織布とが当接するように介在されるのが望ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の焼結体の製造方法では、通電加熱において、成形体と電極との間にシート状で一方の面が該電極と接触するとともに他方の面が該成形体の表面形状に応じて変形可能な導電性をもつ導電性緩衝層を介在させる。導電性緩衝層は、その電極側では電極と接触し、成形体側では成形体の表面形状に応じて変形する。そのため、成形体と電極とを直接当接させると非接触の部分が生じる場合でも、導電性緩衝層の緩衝作用により、成形体と電極とが導電性緩衝層を介して良好に接触するようになる。また、接触状態が良好となるように電極を成形体に押しつけても、導電性緩衝層の緩衝作用により、成形体の破損を防ぐことができる。
【０００９】
導電性緩衝層は、炭素材料シートであるのが好ましく、複数枚積層して用いることで、緩衝作用が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の焼結体の製造方法（以下、「本発明の焼結方法」と略記）を実施するための最良の形態を説明する。
【００１１】
本発明の焼結方法は、導電性材料を含む原料粉末から成形された成形体を一対の電極で挟持し、その電極に電力を供給して成形体に通電して焼結する、いわゆる、通電加熱による焼結方法である。
【００１２】
なお、本発明の焼結方法には、主として一対の電極から構成される一般的な通電加熱装置を用いることができる。すなわち、電源装置に接続された一対の電極をもち、焼結させたい成形体を挟持できる構成であれば、いずれの通電加熱装置であっても使用可能である。
【００１３】
電極の形状や材質については、成形体の形状や材質に応じて適宜選択すればよいが、電極の材質については、カーボン、炭化珪素、珪化モリブデン、金属などの導電性材料を使用することができる。この際、電極の発熱を抑制するため、成形体よりも熱容量を大きくすることが好ましい。
【００１４】
また、通電加熱装置は、電源装置に接続された電極のほか、加熱雰囲気を調整する排気装置や、補助的な加熱を行うサイドヒータや電極の位置を調節する位置調節装置や、加熱温度を制御する制御装置などを装備してもよい。
【００１５】
焼結される成形体としては、導電性材料を含む原料粉末から成形された成形体であれば特に限定はなく、金属粉末やセラミックス粉末、それらの混合粉末など、得られる焼結体の用途に応じて選択すればよい。また、その形状についても、得られる焼結体の用途に応じて選択すればよいが、本発明の焼結方法は、円柱形状や角柱形状をもつ柱状体あるいは板状体であると、特に効果的である。柱状体や板状体は、通常、略平行な端面（柱状体）や表裏面（板状体）等の平坦な面において、同様に平坦な面を有する電極により成形体を平行に挟持する（図１参照）。そのため、成形体の表面に僅かな凹凸があったり、面が僅かに傾いていたりすると、電極と成形体との接触面積が小さくなるという問題があるからである。
【００１６】
そこで、本発明の焼結方法では、成形体と電極との間に、シート状で一方の面が電極と接触するとともに他方の面が成形体の表面形状に応じて変形可能な導電性をもつ導電性緩衝層を用いた。導電性緩衝層は、一方の面では電極との接触を保ちつつ他方の面で成形体の面に応じて変形するため、緩衝作用により電極との接触面積を確保することができる。すなわち、本発明の焼結方法では、成形体と電極との間に導電性緩衝層を介在させて、成形体に通電して焼結する。
【００１７】
導電性緩衝層は、シート状で導電性をもつ材料からなれば特に限定はない。そのため、導電性緩衝層には、たとえば、各種金属材料や、炭素材料、導電性を有する樹脂、などからなるシートを用いることができるが、使用温度（焼結温度）の点から、金属材料シートや炭素材料シートを用いるのがよい。また、導電性緩衝層が一方の面が電極と接触するとともに他方の面が成形体の表面形状に応じて変形可能するためには、弾性や可撓性が必要である。たとえば、少なくとも厚さ方向に変形する導電性緩衝層であるのが望ましく、成形体と電極とを互いに押しつけることにより、両者を良好に接触させることができる。導電性や変形能の面からはもちろん耐熱性の面でも導電性緩衝層として最適であるのは、炭素材料からなる炭素材料シートである。
【００１８】
炭素材料シートや金属材料シートは、炭素繊維や金属繊維からなる織布や不織布であるのが好ましい。具体的には、金属材料シートであればシート状にしたスチールウール、スチールメッシュ、炭素材料シートであれば紡績された炭素繊維の長繊維からなる織布である織物や編物など、長繊維や短繊維からなる不織布であるフェルトやマット、また、カーボンペーパーやカーボンフィルム等の市販のカーボンシートなど、を用いることができる。なお、織布は、平織の他、綾織、朱子織などであっても構わない。
【００１９】
導電性緩衝層は、その厚さに特に限定はなく、成形体と電極とを当接させた場合に接触しない部分の間隙がごく僅かであれば薄くてもよい。成形体と電極との間にできる間隙よりも導電性緩衝層が厚ければ、緩衝作用が良好に発揮される。導電性緩衝層の厚さは、好ましくは０．１〜５．０ｍｍ、さらに好ましくは０．５〜２．０ｍｍである。そのため、炭素材料シート１枚では厚みが足りない場合は、複数枚積層した積層シートとしてもよい。積層シートとすれば、緩衝作用が向上するため好ましい。織布は、織物面の表面凹凸が細かいため、導電性緩衝層と当接する成形体の表面が粗くなるのを低減できる。また、フェルトなどの不織布は、織布よりも緩衝作用に優れる反面、織布に比べて表面が粗いため、得られる焼結体の表面状態に影響する。導電性緩衝層として織布と不織布とが互いに積層された積層シートを用い、成形体と織布とが当接するように介在させることにより、高い緩衝作用を維持しつつ、焼結体の表面粗さを低減させることができる。
【００２０】
導電性緩衝層は、その大きさに特に限定はないが、電極と当接する成形体の当接面の面積と同じであるか広い方がよい。また、導電性緩衝層の面積が成形体の当接面より広い場合には、その形状に特に限定はないが、当接面と同程度の面積であれば、当接面の形状と同じ形状をもつとよい。いずれにしても、導電性緩衝層は、成形体の当接面の全面と接触させるのが望ましい。
【００２１】
また、本発明の焼結方法は、成形体が、電極に挟持される表面に凹凸を有する場合に、電極との接触面積を増加させることができる。前述のように、導電性緩衝層は成形体の面に応じて変形するので、凹凸の程度にもよるが、導電性緩衝層が凹部に入り込んで接触面積が増加する。たとえば、成形体は、隔壁で区画され所定の方向に貫通する複数のセルを有するハニカム形状成形体であるのが好ましい。ハニカム形状成形体では、導電性緩衝層の変形により、セルの開口端部においてセルの内面にまで導電性緩衝層を接触させることができる。そのため、単に電極と端面で接触する場合よりも、広い範囲でより確実に接触されるため、通電状態が良好となる。なお、ハニカム構造体の「所定の方向」とは、ハニカム構造体の外周形状が円柱状や角柱状の柱状体であれば、ハニカム構造体の軸方向に相当し、排ガス浄化用触媒に用いられるのであれば、排ガスが流れる流路方向となる。
【００２２】
導電性緩衝層は、成形体と電極との間に介在されるが、一対の電極のうち少なくとも一方に介在させればよい。たとえば、互いに平行に対向する電極を用い、柱状体であって両端面が互いに僅かに平行でない成形体を焼結する場合には、一方の端面と電極との間に導電性緩衝層を介在させるだけでも両端面の接触状態が良好となる。
【００２３】
また、本発明は、通常の通電加熱装置の電極に導電性緩衝層を設けた通電加熱装置として捉えることも可能である。
【００２４】
以上、本発明の焼結体の製造方法の実施形態を説明したが、本発明の焼結方法は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【実施例】
【００２５】
以下に、本発明の焼結体の製造方法の実施例を説明する。
【００２６】
［通電加熱装置］
以下に、本実施例で用いた通電加熱装置について、図１を用いて説明する。加熱装置１は、上下一対の電極１１，１２による通電加熱とサイドヒーター１３による外部加熱とを併用して被処理物を加熱処理するものである。
【００２７】
加熱装置１は、加熱処理室１０内に、被処理物（成形体２）を挟持し直接通電するための上部電極１１および下部電極１２からなる一対の電極と、被加熱物を側面から外部加熱するためのサイドヒーター１３と、が配置されている。電極１１，１２とサイドヒーター１３は、それぞれに所定量の電力を供給する電力制御装置を含む電源装置１５に接続されている。また、下部電極１２は、図示しない電極昇降装置により昇降する。
【００２８】
加熱の際には、被加熱物は、下部電極１２に載置され、電極昇降装置により下部電極が上昇し、被処理物の上端面が上部電極に押し付けられて通電される。電源装置１５では、被処理物の温度に応じて、電極１１，１２やサイドヒータ１３への供給電力が制御される。
【００２９】
［実施例１］
炭化珪素粉末（平均粒径５μｍ）１００重量部に対し、水２０重量部、バインダーとしてメチルセルロース１０重量部を配合し、ヘンシェル混合機で１０分間混合して混練物を調製した。次いで、この混練物を真空押出成形機を用い、成形圧力８０ｋｇ／ｃｍ2 の条件で、外径寸法□１００ｍｍ、セル寸法２．０ｍｍ、壁厚０．４ｍｍのハニカム形状に押出成形してから、長さ１００ｍｍに切断し、ハニカム形状成形体２を得た。得られた成形体２を乾燥後、窒素雰囲気中、４５０℃で１時間の脱脂を行った。
【００３０】
乾燥・脱脂後の成形体２を加熱装置１内に配置した。はじめに、下部電極１２の中央部に厚さ１．５ｍｍの下部カーボンフェルト３２ｆを載置し、さらにその上に厚さ０．５ｍｍで平織の下部カーボンクロス３２ｃを積層させた（導電性緩衝層３：厚さ２．０ｍｍ）。次に、導電性緩衝層３上に成形体２をその一端面が下部カーボンクロス３２ｃと接触するように載置した後、成形体２の他端面に、上部カーボンクロス３１ｃ、上部カーボンフェルト３１ｆ、の順に成形体２の下部と同様の導電性緩衝層３を載置した。この状態で、下部電極１２を上昇させ、成形体２の両端面を導電性緩衝層３を介して電極１１，１２で挟持した。成形体２の両端は、１００ｇ／ｃｍ2 で押圧された。なお、導電性緩衝層３は、成形体２の断面よりも一回り大きな形状とした。
【００３１】
その後、電源装置１５を操作して、加熱処理室１を窒素雰囲気とし、通電加熱による焼結を行った。成形体２の軸方向に最大２０００Ａの電流を流し、５０℃／分の昇温速度で１６５０℃まで昇温し、２分間保持した。得られた焼結体は、大気中９００℃で３時間の酸化処理を行い残存する黒鉛を焼失させてハニカム形状をもつ焼結体を得た。
【００３２】
本実施例では、成形体２に所望の値の電流を良好に印加して所望の昇温速度、到達温度で均一に焼結を行うことができた。そのため、本実施例では、成形体２と電極１１，１２とが導電性緩衝層３により、確実に接触していたと推測できる。
【００３３】
［比較例１］
導電性緩衝層３を用いない他は、実施例１と同様にして、ハニカム形状成形体２を焼結して焼結体を得た。得られた焼結体は、局部的に加熱されて焼結されたため、密度の不均一な焼結体となった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の焼結体の製造方法を実施した場合の通電加熱装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１：通電加熱装置      ２：成形体      ３：導電性緩衝層
１０：加熱室
１１：上部電極
１２：下部電極
１３：サイドヒータ
１５：電源装置
３１ｃ：上部カーボンクロス
３１ｆ：上部カーボンフェルト
３２ｃ：下部カーボンクロス
３２ｆ：下部カーボンフェルト
【図１】
0004599271.tif 000002