[发明专利]纳米精密烧结系统

说明书

技术领域

本发明涉及制造具有纳米大小的粒子和/或晶体结构的烧结体的纳米精密烧结系统，更详细地说涉及利用脉冲通电加压烧结法来抑制纳米大小的起始原料粉末的晶粒长大而进行烧结，从而制造具有纳米大小的粒子和/或晶体结构的烧结体的纳米精密烧结系统。

背景技术

近年来在各个领域都进行了关于纳米结构材料的研究，在粉末烧结的领域中也对使用纳米大小的起始原料粉末来制造烧结体(例如金属类或陶瓷类的纳米相材料、纳米复合材料等)的技术进行了研究、开发。在以往的所谓进行单纯加热和加压的烧结法中，在烧结时会花费很多时间，即便使用纳米大小的起始原料粉末进行烧结，在烧结过程中也会产生晶粒长大，从而从得到的烧结体的晶体直径来看，要比起始原料的纳米大小有所长大。因此，需要一种控制细微组织结构的烧结技术或抑制晶粒长大的烧结技术，并且还必须在短时间内进行烧结。

本发明者常年致力于放电等离子烧结或等离子活性烧结这样的所谓脉冲通电加压烧结法、以及能够实施该烧结法的烧结装置和系统的开发，发现对于使用纳米大小的原料粉末(在此纳米大小的原料粉末是指粉末自身的大小是纳米级的粉末、以及粉末大小是微米级但是其晶体构造是纳米级的粉末)的烧结来说，脉冲通电加压烧结法是极其有效的。但是，发现对于通过烧结不含杂质的纳米大小的粉末材料来制造纯度高、且具有纳米大小的晶体粒径结构的超精密且高性能的烧结体，仅使用以往所知的脉冲通电加压烧结装置来抑制晶粒长大是不行的。这是因为：已知纳米大小的粉末较之通常的微米级粉末其比表面大且粒子表面的活性度高、从而通过与大气接触而容易形成氧化膜，因此存在的缺点是在材料的合成过程中因该氧化物在晶粒边界析出或分散到内部而得不到所希望的特性。

专利文献1：日本特开2000-345208号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种对纳米大小的起始原料粉末进行烧结来制造具有纳米大小的晶体粒径结构的精密且高性能的烧结体的纳米精密烧结系统。

本发明的另一目的在于，提供一种纳米精密烧结系统，该系统防止纳米大小的起始原料粉末被大气氧化、被灰尘、尘埃或吸附水分污染，在纯净的起始原料粉末的状态下通过脉冲通电加压烧结法进行烧结。

本发明的另一目的在于，提供一种纳米精密烧结系统，该系统将可使烧结环境成为大致真空状态的真空腔室收纳在可进行所希望的环境控制的手套箱内，在防止被大气氧化、被灰尘或吸附水分污染的状态下将原料粉末填充到烧结模内，并可在真空状态下进行烧结，由此制造出精密的纳米烧结体。

技术方案1的本发明提供一种纳米精密烧结系统，其通过脉冲通电加压烧结法对纳米大小的原料粉末进行烧结，从而得到纯度高且具有纳米大小的粒子结构的烧结体，其特征在于，该系统具有：

至少一个前工序腔室，其由至少一个密闭式外壳划定且可控制成规定的环境；

烧结工序腔室，其由密闭式外壳划定且可控制成规定的环境；

隔断装置，其设置在将上述前工序腔室和上述烧结工序腔室连通的通路中，可以选择性地以气密状态阻止上述两个腔室的连通；和

脉冲通电加压烧结机，其具有可在真空环境或惰性气体环境下进行上述烧结的真空腔室；

并且，上述真空腔室被配置成在上述烧结工序腔室内可与该烧结工序腔室隔离；

在上述前工序腔室内可进行对原料粉末的称量、将原料粉末填充到烧结模内、将上冲压件插入烧结模内、对烧结模内的原料粉末的加压；

能够在上述烧结工序腔室内的规定环境下、不与外部气体接触地将填充有上述原料粉末的烧结模设置到烧结机中。

根据上述本发明，能够维持起始原料粉末调制时的表面性质，从而可没有氧化、污染地制造出纯度高的纳米晶粒直径的烧结体。

技术方案2的发明提供一种纳米精密烧结系统，在上述的纳米精密烧结系统中，与上述前工序腔室邻接地将原料装入腔室配置成可相对于外部气体密闭、且可选择性地与上述前工序腔室保持着气密状态而隔离，并且上述原料装入腔室内可控制成规定的环境。

根据本发明，由于设置有装入原料的腔室且该腔室内也可进行环境控制，所以能够得到更高纯度的烧结体。