离心烧结装置制造方法及图纸

一种离心烧结装置的陶瓷构件，其是在由陶瓷或金属粉体组成的成型体、或陶瓷前体膜上附加离心力场及温度场的离心烧结装置所使用的转子、转轴或者试样架组成的构件，用陶瓷构成使试样架旋转的转子、转轴或者试样架，即使在３００～１２００℃的环境温度条件下附加１０～７００，０００Ｇ的离心力，也不发生热变形，不会因为热应力而破损。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术有关通过在离心场干燥以及/或者烧结由陶瓷或金属粉体组成的成型体或陶瓷前体膜，以得到陶瓷或金属的烧结体、或者陶瓷膜的离心烧结装置，更详细的是有关通过使试样台高速旋转，让由陶瓷或金属粉体组成的成型体或陶瓷前体膜产生离心力，同时通过对它们进行干燥以及/或者烧结，可得到陶瓷或金属的致密烧结体、或者致密陶瓷膜的离心烧结装置用陶瓷构件及装配了该陶瓷构件的离心烧结装置。本专利技术有助于提供为在离心烧结装置中使用的、使试样架高温高速旋转的转子、转轴以及试样架。
技术介绍
一般，作为产生离心力的装置，代表性的有离心分离装置，它已被实用化。此外，作为以烧结为前提的高温加热手段，可利用真空及气体置换等控制环境条件，具有快速加热手段的高频感应加热及介质加热手段被实用化。进而，近年作为在高温环境下使用的超精密旋转体代表性部件的燃气轮机的叶片等的材料，开始积极地应用热膨胀小，机械强度、耐热性及耐磨耗性优异，并且比重小，可实现轻量化的陶瓷等。另一方面，还提案了使试样产生离心力并对该试样进行加热烧制制作烧结体的烧结方法及装置(参照特开2002-193680号公报)。一般，在这种方法中，试样发生的离心力由转子的转数、距试样的半径以及试样的比重决定，可用以下公式表示。CF＝11.18×(N/1000)2×R (1-1)式中，CF为发生的离心力(G)；N为每分钟的转数(min-1)；R为从转子的中心到试样的距离。鉴于离心力与转数的平方、从转子的中心到试样的距离成正比，所以转子其转数越大，则发生的离心力就会越来越大，转子自身发生的内部应力也增大，那样转子自身可能会破坏。表1所示的是例如从转子中心到试样的距离为8cm时的转数和离心力的关系。由这些关系可知，作为旋转转子部，关键是开发可与高速旋转对应的驱动部，以及开发从转子的中心到试样的距离比较长，即半径较大的转子，为此，开发使这些开发成为可能的新的构件将非常重要。表1 此外，为了使旋转轴高速旋转，有以下2种方式(1)尽可能高地设定旋转轴的弯曲临界速度，并在该弯曲临界速度以下使用旋转轴的刚性轴方式；(2)在旋转轴的弯曲临界速度以上使用旋转轴的弹性轴方式。这其中，对于刚性轴方式而言，为了提高旋转轴的弯曲刚性，需要加粗该旋转轴的外径等。但是，把旋转轴加大的话，轴承的线速度增加，其润滑条件有限。另一方面，在弹性轴方式中，为了使旋转轴的弯曲临界速度处于较低速范围而把旋转轴做成具有细径部的结构，不控制弯曲地提高旋转，以通过临界速度，使旋转轴在弯曲临界速度以上的高速旋转范围内使用。上述烧结装置的旋转轴，由于在高温环境下使用，所以即使希望采用陶瓷轴，由于陶瓷材料是脆性材料，使其旋转轴的转速超过其弯曲临界速度进行上升，与刚性轴方式的情况相同，材料上的挠曲容许值较小，所以比较困难。为此，这个方式中存在旋转轴的转速被限制在弯曲临界速度以下的问题。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述现有技术诸问题和上述情况而进行的，其目的是根据上述各种问题，提供可以让由陶瓷或金属粉体组成的成型体或陶瓷前体膜产生离心力场及温度场的装置所使用的转子、转轴或者试样架组成的构件，其中使试样架旋转的转子及转轴在1200℃水平的环境温度条件下具有耐久性的离心烧结装置的陶瓷构件，以及提供使用感应加热手段或介质加热手段可间接加热试样的离心烧结装置。为了解决上述课题，本专利技术由以下的技术手段构成。(1)一种离心烧结装置的陶瓷构件，其是在由陶瓷或金属粉体组成的成型体或陶瓷前体膜附加离心力场及温度场的离心烧结装置所使用的转子、转轴或者试样架组成的构件，用陶瓷构成使试样架旋转的转子、转轴或者试样架，即使在300～1200℃的环境温度条件下附加10～700,000G的离心力，它们也不发生热变形，不会因为热应力而破损。(2)本专利技术第(1)方面所述的陶瓷构件，其特征在于，用氮化硅或炭化硅陶瓷构成使上述试样架旋转的转子及转轴。(3)本专利技术第(1)或(2)方面所述的陶瓷构件，其特征在于，用导电性炭化硅陶瓷构成使上述试样架旋转的转子，并使用感应加热手段通过选择性地只使转子自己发热而间接加热试样。(4)本专利技术第(1)或(2)方面所述的陶瓷构件，其特征在于，用介质损耗大的材料构成上述试样架，使用介质加热手段通过选择性地只使试样架发热而间接加热试样。(5)本专利技术第(4)方面所述的陶瓷构件，其特征在于，用导电性炭化硅陶瓷构成上述试样架。(6)一种离心烧结装置，其特征在于，作为构成要素包含上述(1)至(5)中任意一项所述的陶瓷构件。以下，就本专利技术进行更详细的说明。本专利技术，如上所述，其是在由陶瓷或金属粉体组成的成型体或陶瓷前体膜附加离心力场及温度场的离心烧结装置所使用的转子、转轴或者试样架组成的构件，用陶瓷构成使试样架旋转的转子、转轴或者试样架，即使在300～1200℃的环境温度条件下附加10～700,000G的离心力，它们也不发生热变形，不会因为热应力而破损。根据本专利技术人等分析的结果，在高温环境下高速旋转的装置需要满足以下的条件，即需要(1)作为转子的材质，应该是热膨胀小，机械强度及耐热性优异，并且比重小，可实现轻量化的材质；(2)转子应该是可与高速旋转对应的空气阻力小的圆盘形状，以及从转子的中心到试样的距离较长，即半径较大的转子；(3)作为转轴，应该热膨胀小，机械强度及耐热性优异，热传导率小，隔热性优异的材质；(4)应该采用可尽可能高地设定轴的弯曲临界速度，并在该弯曲临界速度以下使用的刚性轴方式；(5)作为加热手段，利用高频感应加热以及介质加热方式可有效地进行快速加热，特别是转子及试样架的材质应该是可进行选择性局部加热的材质。因此，为解决这些课题，进行了分析及研究，由其结果可知，采用以下的构成是很重要的。即关键是(1)作为转子的材料，应使用在1200℃水平以下的环境温度条件下高温强度高，并且比重小的材质，以实现转子的轻量化；(2)作为转轴材料，应使用在1200℃水平以下的环境温度条件下高温强度高，并且热传导率小的材质，以确保转子和轴承的隔热性；(3)作为加热手段优异的材料，应该是可以用具有导电性的材质进行感应加热、或者可以用介质损耗大的材质进行介质加热的材料；(4)作为流体力学上空气阻力小的转子形状，应该是没有突起的圆盘形状；(5)作为可进行有效的加热和冷却，并容易装卸操作的结构，应该使用试样架内置在圆盘中，并且可以只对试样架进行选择加热那样的材质。综合考虑这些要件后发现，作为具体的材质，最合适是例如通过高温高速旋转的转子及试样架采用炭化硅陶瓷，以及转轴采用氮化硅陶瓷，以此可以解决在1200℃水平的环境下耐久性优异的上述课题。也就是说，本专利技术的特征在于，为了使高温高速旋转的转子及转轴即使在300～1200℃的环境温度条件下产生10～700,000G的离心力，也不发生热变形，不会因为热应力而破损，用氮化硅或者炭化硅陶瓷构成它们。此外，本专利技术特征还在于，使用炭化硅陶瓷构成高温高速旋转的转子及试样架，用氮化硅陶瓷构成转轴，使用感应加热手段或者介质加热手段，通过使转子或者试样保持架自己发热而选择性地加热试样。作为本专利技术使用的氮化硅陶瓷，例如，例示添加了氧化铝、氧化钇等烧结辅助剂的氮化硅烧结体，添加了氧化铝、氮化铝等的SiAlON烧结体等。此外，同样作为炭化硅陶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：渡利广司，杵鞭义明，内村胜次，石黑裕之，森光英树，
申请(专利权)人：独立行政法人产业技术综合研究所，新东VCERAX株式会社，
类型：发明
国别省市：