TW201334891A - 燒結機器及製造燒結體之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種燒結機器，其包含：一模具，其經組態以容納一加工物件且具有自該模具之一外側表面朝向該模具之內側延伸之一孔；一加壓部件，其經組態以對該模具中之該加工物件施加一壓力；及一加熱區段，其經組態以加熱該模具中之該加工物件。
Description
本發明係關於一種將一加工物件置於一模具中以透過加壓及加熱(熱壓)來煅燒該加工物件之燒結機器以及一種使用此一燒結機器來製造一燒結體之方法。
一熱壓機器(加壓加熱爐)將一加工物件置於一模具(模具或模型)中以加熱此一加工物件同時使用一加壓部件(衝壓機)對該加工物件施加壓力。用於一熱壓機器之方法分類成數個類型，且作為分類方法中之一者，存在於一真空或惰性氣體氛圍中執行一加壓加熱之一密封型(封閉型)及於一大氣空氣中執行一加壓加熱之一開放型。當需要在一種氧化或惰性氣體氛圍中煅燒時，通常使用密封型。此外，亦採用密封型來防止由於氧化而消耗一模具，此乃因在諸多情形中使用碳作為一模具之一材料。相反，開放型准許由於一大氣空氣中之氧氣所致之一模具之消耗之進展，但此類型達成高生產率，此乃因可能在完成煅燒之同時實施一模具(亦即，已經煅燒之一加工物件，及諸如此類)之替換。
作為用於一熱壓機器之一加熱方法，在諸多情形中通常使用使用一外部加熱器之一間接加熱(舉例而言，參見第2797576號日本專利(圖1))。當待煅燒之一材料係導電的時，在某些情形中可使用一衝壓導電型(舉例而言，參見第4163394號日本專利(圖1))。此外，開放型亦具有使用一
高頻感應線圈對一模具之一外圓周區域執行感應加熱之一方法。
在對一熱壓機器中之一加工物件之溫度控制中，已難以直接量測一模具內之一加工物件之溫度，此乃因一模具充當一等壓器皿。因此，已選用一種使用一熱電偶或一輻射溫度計來量測一模具之一外表面上之溫度或一模具與一外部加熱器之間的大氣溫度從而控制經量測溫度之方法。此外，在闡述於第4163394號日本專利中之導電加熱方法之情形中，已選用一種使用一輻射溫度計來量測安裝於一衝壓機上方及下方之間隔物之側表面上之溫度之方法。
然而，在開放型之情形中，已發生一模具之一外表面由於氧化而劣化之一缺點，從而導致溫度量測不穩定。此涉及用以在加熱期間視情況清潔一模具之一表面之一程序，此迫使頻繁地中斷加熱。
應注意，為參考起見，第4427846號日本專利闡述亦存在其中可能使用一帶護套熱電偶替代一輻射溫度計之一情形。然而，舉例而言，當選用高頻感應加熱作為一加熱方法時，高頻波疊加於一熱電偶上，此使得難以使用一帶護套熱電偶。
可期望提供一種減小一模具之一外表面之一品質改變之影響藉此允許執行一穩定溫度量測之燒結機器，及一種使用此一燒結機器來製造一燒結體之方法。
根據本發明之一實施例之一燒結機器包含：一模具，其
經組態以容納一加工物件且具有自該模具之一外側表面朝向該模具之內側延伸之一孔；一加壓部件，其經組態以對該模具中之該加工物件施加一壓力；及一加熱區段，其經組態以加熱該模具中之該加工物件。
在根據本發明之上文所闡述實施例之燒結機器中，該模具中之該加工物件藉由該加壓部件而加壓，同時藉由該加熱區段而加熱。在此機器中，沿自該模具之該外側表面朝向該模具之該內側之一方向設置該孔，此允許量測該孔之一最內部凹部中之一端部表面上之一溫度。
根據本發明之一實施例之製造一燒結體之一方法允許一加工物件容納於一模具中且藉由對該模具中之該加工物件施加一壓力及加熱來燒結該加工物件。該方法包含：量測自該模具之一外側表面朝向該模具之內側延伸之一孔之一最內部凹部中之一端部表面上之一第一溫度。根據本發明之另一實施例之製造一燒結體之一方法允許一加工物件容納於一模具中且藉由對該模具中之該加工物件施加一壓力及加熱來燒結該加工物件。該方法包含：製備一第一感測器；及使用該第一感測器來量測自該模具之一外側表面朝向該模具之內側延伸之一孔中之一最內部凹部中之一端部表面上之一第一溫度。
在根據本發明之上文所闡述實施例中之每一者之製造燒結體之方法中，沿自該模具之該外側表面朝向該模具之該內側之一方向設置該孔，且量測該孔之該最內部凹部中之該端部表面上之該第一溫度。因此，不同於其中量測一模
具之一外側表面上之一溫度或該模具與一外部加熱器之間的一大氣溫度之一現有方法，可能減小該模具之一外表面之一品質改變之影響，藉此允許執行一穩定溫度量測。
在根據本發明之上文所闡述實施例之燒結機器中，沿自該模具之該外側表面朝向該模具之該內側之一方向設置該孔，此允許容易地實施根據本發明之上文所闡述實施例中之每一者之製造燒結體之方法。
應理解，前述一般說明及以下詳細說明兩者皆係例示性的，且意欲提供對所主張之技術之進一步闡釋。
隨附圖式意欲提供對本發明之一進一步理解，且併入於本說明書中並構成本說明書之一部分。該等圖式圖解說明各實施例且與說明書一起用來闡釋本技術之原理。
下文中，參考該等圖式詳細地闡述本發明之某些實施例。應注意，按以下給出之次序提供說明。
1.第一實施例(其中設置自一模具之一外側表面朝向內側行進之一孔之實例)
2.第二實施例(其中沿一模具之一高度方向在不同於一加工物件之一位置處設置一孔之實例)
(燒結機器)
圖1展示根據本發明之一第一實施例之一燒結機器之一剖面組態，且圖2展示圖1中所圖解說明之燒結機器之自上方觀看之一平面組態。此燒結機器1係一單軸熱壓機器，
其包含：一模具20，其經組態以容納一加工物件10(亦即，待燒結之粉末)；一衝壓機(加壓部件)30，其經組態以對模具20內之加工物件10施加壓力；及一加熱區段40，其經組態以加熱模具20內之加工物件10。舉例而言，加工物件10係粉末，該粉末係用於一基於陶瓷之材料或其一經煅燒材料(燒結體)之一濺鍍靶標之一原材料。
舉例而言，模具20具有經組態以定義一模具(外部模具)22中之加工物件10之一平面形狀之一***模具(內部模具)21。模具22(舉例而言，其係一圓柱形部件)充當一等壓器皿以保持容器中之由衝壓機30施加之一壓力。***模具21由以一可附接-可移除方式配合至模具22中之複數個部件之一組合構成，且可根據加工物件10之形狀及尺寸而利用各種類型之形狀及尺寸。舉例而言，***模具21及模具22由碳構成。
衝壓機30具有配合至模具20之***模具21中之一下部衝壓機31及一上部衝壓機32，且加工物件10插置於此等衝壓機之間以被沿一垂直方向(圖1及圖2中之z軸方向)加壓。正如模具20，下部衝壓機31及上部衝壓機32由(舉例而言)碳構成。下部衝壓機31放置於一基座33上。在上部衝壓機32上，設置有一推料活塞(pressure ram)34。
舉例而言，加熱區段40具有一高頻感應線圈41用於對模具20上之模具22之一外側表面20A之感應加熱。換言之，燒結機器1係一大氣煅燒感應加熱方法之一開放型熱壓機器。
在燒結機器1中，沿自模具20之外側表面20A朝向內側之一方向設置用於溫度量測之一孔23。因此，在燒結機器1中，藉由使用諸如一輻射溫度計51之一感測器來量測此孔23之最內部凹部中之一端部表面23A上之第一溫度T1，可能減小模具20之一外表面之一品質改變之影響，藉此允許執行一穩定溫度量測。
換言之，可期望在較接近於加工物件10之一位置處作出一溫度量測，但難以作出對可藉由額外壓力移動之部件(諸如衝壓機30及***模具21)之一固定點量測。此外，針對一開放型熱壓機器，模具22之外側表面20A上之頂部面或周邊區域之一狀態由於氧化而變化，且因此需要一較穩定量測位置。出於此一原因，可期望在模具22上鑽出孔23，且在模具20內側且在最接近***模具21之一位置處作出一溫度量測。更特定而言，較佳地，設置孔23以允許量測曝露於孔23中之***模具21之一外側表面21A上之溫度。然而，當相對於模具22沿一壓力方向(z軸方向)設置孔23時，孔23之一長度(深度)增加，此帶來強度上之一缺點。此外，由於沿模具22之一垂直方向存在諸多結構，因此在使用輻射溫度計51之一量測期間需要用於折射一量測光軸路徑的諸如一反射鏡及諸如此類之一結構。因此，可能一機器組態將係複雜的，且亦可出現量測準確度之一問題。。因此，自經簡化之機器組態、模具22之經保持長度及經改良之溫度量測準確度之任何觀點，沿垂直(或實質上垂直)於自模具20之外側表面20A朝向其一中心之一壓力
方向(z軸方向)之一方向(模具20之直徑方向)在模具20之一厚度方向之一部分處設置孔23係有利的。
具體而言，較佳地，自模具22之外側表面20A至一內側表面20B設置孔23。換言之，較佳地，孔23直接穿過模具22，但其將不與模具22及***模具21連通。此乃因可能在孔23直接完全穿過模具20時，可與壓力之施加相關聯地自孔23取出加工物件10。此外，作為另一原因，當孔23與模具22及***模具21連通時，可能在壓力之施加期間模具22內側之孔23與***模具21內側之孔23可未對準。
應注意，並未特別指定沿一圓周方向的孔23之一位置，但較佳地(舉例而言)在***模具21上之一相對較厚位置處設置該孔。
此外，燒結機器1具有一封端管24，其在一第一端處具有一封端表面24A，其中一第二端開放。封端管24配合至孔23中，其中使封端表面24A與***模具21之外側表面21A接觸。其一個原因如下。針對一密封型，在一真空或惰性氣體中執行燒結，且因此可能使用輻射溫度計51來量測孔23之最內部凹部中之端部表面23A上之第一溫度T1。相反，針對一開放型，可能將由於每次執行燒結時之一空氣氛圍而將孔23之一最外部圓周部分(一入口附近)擴大或將孔23本身擴大。將封端管24配合至孔23中防止孔23之內側由於氧化而劣化，藉此允許實施一長期穩定溫度量測。
較佳地，孔23或封端管24之一直徑r與一深度(長度)d之一比率係(舉例而言)通常不小於1：10。此允許將孔23或封
端管24之內側視為一假黑體腔，此使得可能改良溫度量測之絕對值準確度。應注意，圖1及圖2中之一直徑r及一深度d表示為封端管24之直徑r及深度d。
較佳地，此一封端管24由具有耐氧化性之任何材料構成。具體而言，用於封端管24之構成材料之實例包含(但不限於)氧化鋁(礬土)、氧化鋯(鋯土)、氧化鉿(二氧化鉿)或其複合材料(諸如塞隆(sialon)及堇青石(cordierite))及碳化矽。此外，亦可准許用上文所闡述材料塗佈或覆蓋碳石墨之任何材料。
舉例而言，可按以下方式製造燒結機器1。
首先，設置自輻射溫度計51至***模具21之外側表面21A之一量測距離以判定封端管24之一大小。於此，將該量測距離設定至(舉例而言)約1 m。舉例而言，當針對輻射溫度計51使用購自位於日本東京都(Tokyo-to,Japan)之千野公司(Chino Corporation)之IR-SAS11N時，一量測區域變為約φ 10 mm。依據此結果考量少許區域邊限，選擇具有φ 13 mm之一內部直徑及φ 17 mm之一外部直徑之一經重新結晶礬土保護管PT-0(購自位於日本大阪府(Osaka-fu,Japan)之山口電器公司(Sanko Electric Co.,Ltd.))。
接下來，在模具22之外側表面20A上設置沿一直徑方向通過模具22之孔23。針對模具22、***模具21、下部衝壓機31及上部衝壓機32，較佳地自耐久性、導熱性及諸如此類之一觀點來選擇各向異性碳作為一材料。
當在模具22上設置孔23時，較佳地考量封端管24由於熱
膨脹而對模具22之一干涉。若封端管24在熱膨脹係數上大於模具22，則鑽出大小恰好超過那樣多之孔23係有利的。
假定由如上文所闡述之礬土製成之封端管24之熱膨脹係數係約7.6 ppm/攝氏度且一燒結溫度範圍高達約攝氏1300度，則孔23沿一直徑方向膨脹達約0.17 mm(在使用一經簡化批量轉換時)。因此，設置約0.2 mm之一邊限來形成約φ 17.2 mm之孔23。針對孔23之形成，可藉助一鑽孔機或諸如此類在典型模具22上鑽出一孔，但另一選擇係，在形成模具22時可事先設置一通孔。較佳地，封端管24之一長度可基本上等於模具22之一厚度，但在模具22之頂部表面覆蓋有一熱絕緣材料之情況下執行燒結時，可將封端管24製作得再長出此一熱絕緣材料之一厚度。
應注意，允許根據一量測點與輻射溫度計51之間的一距離以及輻射溫度計51之規格來最佳地設置封端管24及孔23之設計。
將封端管24***至以此一方式形成之模具22之孔23中。此等步驟完成圖1及圖2中所圖解說明之燒結機器1。
(製造一燒結體之方法)
接下來，提供關於一種使用燒結機器1來製造一燒結體之方法之說明。更特定而言，將加工物件10(亦即，待燒結之粉末)容納於模具20中，且然後將加工物件10插置於下部衝壓機31與上部衝壓機32之間以對其施加壓力。隨後，將一電流施加至高頻感應線圈41以開始對模具20之外側表面20A之感應加熱。一溫度上升速率可係約攝氏5度/
分鐘，且在達到一目標溫度之後執行控制以保持此溫度。
此時，使用輻射溫度計51來量測孔23之最內部凹部中之端部表面23A(在封端管24配合至孔23中時封端管24內側之封端表面24A)上之第一溫度T1。此外，基於量測結果而調整待施加至高頻感應線圈41之一高頻電流，藉此控制第一溫度T1。藉由以此一方式控制待施加至處於一閉合環路中之高頻感應線圈41之一電流，減小模具20上之外側表面20A之消耗之一狀態或程度之影響及諸如此類，此使得可能執行一穩定溫度量測以及實施具有高穩定性及優良可重複性之對加工物件10之一溫度控制。
相反，在過去，(舉例而言)如圖3中所展示，量測一模具122之一外頂部表面120A上之溫度T101，且因此針對一開放型，模具122之外頂部表面120A由於氧化而劣化，從而導致溫度量測不穩定。此涉及在加熱期間視情況清潔模具122之外頂部表面120A之一程序，此迫使頻繁地中斷加熱。應注意，在圖3中，與圖1及圖2中所展示之彼等組件部分相同之組件部分用相同元件符號外加一百來表示。
圖4展示使用圖3中所圖解說明之現有溫度量測方法對模具122之外頂部表面120A上之溫度T101執行之一量測之一結果。如自圖4中所見，由於模具122上之頂部表面之一狀態緊鄰一清潔程序之前及之後而不同，因此在一控制嘗試將用於指示之溫度保持在一恆定值時，真實溫度呈鋸齒形式。應注意，在其中選用感應加熱方法之情形中(如在本實施例及圖3中所圖解說明之實例中)不可選用使用闡述於
第4427846號日本專利中之一帶護套熱電偶之一溫度量測方法。
此外，在本發明之此實施例中，使用輻射溫度計51量測孔23之最內部凹部中之端部表面23A(在封端管24配合至孔23時封端管24內側之封端表面24A)上之第一溫度T1，此允許基於對較接近於加工物件10之一位置之一溫度量測結果而執行一溫度上升控制。因此，與用以量測如圖3中所展示之模具122之外頂部表面120A上之溫度之現有方法相比，模具20之內部溫度之上升特性得到改良。此允許第一溫度T1較快地達到設定溫度或飽和溫度。
另外，透過高頻感應對模具22之一外圓周區域之加熱取決於由下文給出之表達式1表示之一渦流穿透深度。
(表達式1)δ=5.03×(ρ/μf)
(在上文表達式中，δ係一電流穿透深度，ρ係模具22之一電阻率，μ係一相對磁導率且f係一頻率。)
因此，隨著模具22之外側表面20A上之氧化進展，表達式1中之ρ沿模具22之一直徑方向變化，從而致使出現一加熱位置之一內部進展。此已帶來一缺點：內部溫度(亦即，真實溫度)高於藉助輻射溫度計51在模具22之外側表面20A上所量測之溫度。
為解決此問題，在過去已竭盡全力地基於次數之經歷或控制而儘可能再現地執行煅燒，但難以滿足煅燒需求嚴格溫度及時間控制，從而導致成品之變化。
相反，在本發明之此實施例中，使用輻射溫度計51來量測孔23之最內部凹部中之端部表面23A(在封端管24配合至孔23時封端管24內側之封端表面24A)上之第一溫度T1。因此，即使針對加熱區段40選用一高頻感應加熱方法，亦可能執行較精確地反映模具20之內部溫度之一穩定且高精確度溫度量測而不受由於模具22之外側表面20A之一品質改變所致之一加熱位置之內部進展之影響。
圖5展示藉由使用如圖6中所圖解說明之一輻射溫度計52來對上部衝壓機32之一側表面30A上之第二溫度T2執行之一量測之一結果(圖5中之白色圓圈：對封端管之控制)，該量測與以上文所闡述之方式對第一溫度T1之量測及控制並行。另外，圖5亦展示藉由使用一輻射溫度計152來對一上部衝壓機132之一側表面130A上之溫度T102執行之一量測之一結果(圖5中之黑色菱形標記：對模具之外圓周區域之控制)，該量測與對如圖3中所圖解說明之一模具120之一外頂部表面120A上之溫度T101之量測及控制並行。應注意，在圖5中，沿一垂直線標記之一標度隨著其向上移動而指示較高溫度，且一個標度等於約攝氏10度。沿一水平線標記之一標度隨著其移動至右側而指示較高溫度，且一個標度等於約攝氏20度。
如自圖5中所見，當實施對模具120之外頂部表面120A上之溫度T101之量測及控制時，一溫度變化增加如此多以使得難以找到模具120之外頂部表面120A上之設定溫度與上部衝壓機132之側表面130A上之溫度T102之間的一相關
性。相反，當實施對封端管24內側之封端表面24A上之第一溫度T1之量測及控制時，獲得第一溫度T1之設定溫度與上部衝壓機32之側表面30A上之第二溫度T2之間的一相關性。
此外，當實施對封端管24內側之封端表面24A上之第一溫度T1之量測及控制時，與其中實施對模具120之外頂部表面120A上之溫度T101之量測及控制之一情形相比，溫度量測值通常更高。此係展示在實施對封端管24內側之封端表面24A上之第一溫度T1之量測及控制時量測及控制較接近於模具22之內側之一位置處之溫度之一結果。
換言之，發現，若設置自模具20之外側表面20A朝向內側行進之孔23且使用輻射溫度計51來量測孔23之最內部凹部中之端部表面23A上之第一溫度T1，則此使得可能減小模具20之外側表面20A上之消耗之一狀態或一程度之影響且執行一穩定溫度量測以及量測較接近於加工物件10之一位置處之溫度。
圖7展示自第一溫度T1達到一目標值(設定溫度)時之一時間點作為一起點藉由使用輻射溫度計52來對上部衝壓機32之側表面30A上之第二溫度T2執行之一量測之一結果(圖7中之實線：對封端管之內側之控制)。此外，圖7亦展示自模具120之外頂部表面120A上之溫度T101達到一目標值(設定溫度)時之一時間點作為一起點藉由使用輻射溫度計152對上部衝壓機132之側表面130A上之溫度T102執行之一量測之一結果(圖7中之虛線：對模具之外圓周區域之控
制)。應注意，在圖7中，沿一垂直線標記之一標度隨著其向上移動而指示較高溫度，且一個標度等於約攝氏10度。沿一水平線標記之一標度隨著其自左側移動至右側而指示逝去之一時間，且一個標度等於約20分鐘，其中第一溫度T1或模具120之外頂部表面120A上之溫度T101達到一目標值(設定溫度)時之一時間定義為0。
如自圖7中所見，當實施對封端管24內側之封端表面24A上之第一溫度T1之量測及控制時，上部衝壓機32之側表面30A上之第二溫度T2(亦即，內部溫度)迅速上升，且進一步地，一旦其達到一均衡狀態即維持在一恆定值處。此可能係由於溫度穩定性得以改良而不受模具20之外側表面20A上之頂部面之一狀態影響。
另一方面，當實施對模具120之外頂部表面120A上之溫度T101之量測及控制時，上部衝壓機132之側表面130A上之溫度T102緩慢上升，且甚至在達到飽和溫度之後亦發現一脈動。發生此脈動歸因於參考圖3及圖4所闡述之一鋸齒狀溫度變化之相同原因。
換言之，發現，若設置自模具20之外側表面20A朝向內側行進之孔23且使用輻射溫度計51來量測孔23之最內部凹部中之端部表面23A上之第一溫度T1，則此使得可能增強對溫度之可控制性及穩定性且改良模具之內側處(亦即，較接近於加工物件10之一位置)之溫度之一增加，此促成一燒結時間之減小。
另外，如圖6中所展示，在本發明之此實施例中，較佳
地使用諸如輻射溫度計52之一感測器來量測衝壓機30之側表面30A上之第二溫度T2以基於對第一溫度T1及第二溫度T2之一量測結果來控制對加工物件10之加壓及加熱。具體而言，在第一溫度T1達到一目標值之後，較佳地在其中第二溫度T2飽和之一狀態中執行至加工物件10上之額外壓力施加或一燒結時間之計數開始或其兩者。此使得可能改良加工物件10內部之溫度之均勻性。
於此，如圖6中所展示，可能量測衝壓機30之側表面30A上之第二溫度T2，或另一選擇係，亦可能量測模具20(更特定而言，***模具21)之頂部面或底部面上之第二溫度T2。
換言之，在自模具22之一外圓周區域加熱之情形中之一個一般問題包含沿一直徑方向之一溫度分佈。此係由導熱性及熱容量導致之一現象，且在過去之諸多情形中，已按以下之一方式得到適當條件：根據經煅燒之一材料或煅燒量、大小及形狀而重複執行條件之確認以獲得一最佳煅燒結果，且調整溫度之上升速度、直至重新加壓之等特時間及諸如此類。另外，如同上文所闡述之第2797576號日本專利，亦存在其中基於利用進階計算之基本資料來實施建模以判定最佳條件之例項。然而，任何方法皆具有耗時之一缺點。
在持續研究之過程中，本技術之揭示方已發現：可利用衝壓機30或***模具21上之頂表面溫度之一改變狀態作為指示內部加工物件10之一溫度狀態之一指標。據認為，衝
壓機30與加工物件10直接接觸或在某些情形中與其間接接觸以反映加工物件10之一溫度狀態。此外，在衝壓機30之側表面30A上之溫度與第一溫度T1之間存在一相關性(參見圖5)。基於此等事宜，可能監視衝壓機30之側表面30A上之溫度或***模具21之頂部面或底部面上(作為一類似位置)之第二溫度T2，用於基於經監視溫度狀態而執行煅燒。
具體而言，當在一特定條件下將模具22、***模具21、衝壓機30及諸如此類之熱儲存及熱輻射置於一均衡狀態中時，將衝壓機30或***模具21之頂表面溫度置於一均衡狀態中。
即使加熱溫度係恆定的，衝壓機30之側表面30A上或者模具20(更特定而言，***模具21)之頂部面或底部面上之第二溫度T2亦取決於經燒結之一材料(其係加工物件10)、其裝載量以及衝壓機30及模具20之熱容量而變化，但由熱平衡之飽和導致之一溫度變化係約恆定的。
基於此事實，如圖6中所展示，除如上文所闡述之對第一溫度T1之量測及控制之外，添加用於量測衝壓機30之側表面30A上之第二溫度T2之輻射溫度計52，且一起實施對第一溫度T1之量測及控制以及對第二溫度T2之監視，且此後自第二溫度T2飽和之一時間點作為一基點實施用於額外壓力施加(重新加壓)或一燒結時間之計數開始或其兩者之計時之判定。此消除實施對條件之重複確認或進階計算之必要性，且解決如上文所闡述之沿一直徑方向之一溫度分
佈之一問題，從而允許改良加工物件10內部之溫度之均勻性。
圖8展示藉由使用輻射溫度計52來對上部衝壓機32之側表面30A上之第二溫度T2執行之一量測之一結果(圖8中之虛線：衝壓機之側表面上之溫度)連同透過如上文所闡述之對第一溫度T1之量測及控制而將第一溫度T1增加最高至預定溫度之一結果(圖8中之實線：封端管內部之溫度)。應注意，在圖8中，沿一垂直線標記之一標度隨著其向上移動而指示較高溫度，且一個標度等於約攝氏50度。沿一水平線標記之一標度隨著其自左側移動至右側而指示逝去之一時間，且一個標度等於約20分鐘。
自圖8所見，在第一溫度T1達到約攝氏1300度之一設定值時約20分鐘之一延遲之後使第二溫度T2飽和。上部衝壓機32之側表面30A上之溫度飽和指示使對加工物件10之加熱及來自上部衝壓機32之熱輻射平衡，且允許將此視為此系統中之一溫度飽和狀態。自達成此一熱平衡時之一時間點作為一觸發點，實施額外壓力施加或一燒結時間之計數開始或其兩者，此允許執行具有溫度分佈之優良可再現性之燒結。
舉例而言，在圖8中，在約10分鐘之後(舉例而言，在考量一邊限及諸如此類而達成熱平衡時)可實施額外壓力施加或一燒結時間之計數開始或其兩者，此允許執行具有溫度分佈之優良可再現性之燒結。應注意，並非完全移除溫度分佈。
如上文所闡述，加工物件10經燒結以按以下之一方式來形成一燒結體：使用加熱區段40之高頻感應線圈41加熱模具20內側之加工物件10且藉助衝壓機30對其加壓。
如上文所闡述，在本發明之此實施例中，使用輻射溫度計51來量測自模具20之外側表面20A朝向內側行進之孔23之最內部凹部中之端部表面23A上之第一溫度T1，且因此可能獲得下文給出(但不受限制)之有利效應。
(1)可能減小模具20之外頂部表面上之消耗之一狀態或程度之影響，從而允許執行一穩定溫度量測。此使得可能以高穩定性及優良可再現性對加工物件10執行一溫度控制。
(2)不需要針對模具20之外側表面20A之一加工程序，從而消除中斷加熱之必要性。
(3)可能基於較接近於加工物件10之一位置處之一溫度量測結果而執行一溫度上升控制，從而導致改良模具20內部之溫度之上升特性。此允許第一溫度T1較快地達到設定溫度或飽和溫度，此使得可能改良加工物件10之溫度上升特性。
(4)即使針對解熱區段40選用一高頻感應加熱方法，亦可能以更精確地反映模具20之內部溫度之高穩定性及高準確度來執行一溫度量測而不受由模具22之外側表面20A上之一品質改變導致之一加熱位置之內部進展影響。
此外，在本發明之此實施例中，使用輻射溫度計52來量測衝壓機30之側表面30A上或者模具20(更特定而言，插
入模具21)之頂部面或底部面上之第二溫度T2以基於對第一溫度T1及第二溫度T2之一量測結果來控制對加工物件10之加壓及加熱。具體而言，在第一溫度T1達到一目標值之後，可在其中第二溫度T2飽和之一狀態中實施至加工物件10上之額外壓力施加或一燒結時間之計數開始或其兩者。此消除對實施條件之重複確認或進階計算，且解決沿一直徑方向之一溫度分佈之一問題，從而允許改良加工物件10內部之溫度之均勻性。
另外，在一第一端處具有封端表面24A之封端管24配合至孔23中，其中使封端表面24A與***模具21之外側表面21A接觸，此防止孔23之內側由於氧化而劣化，藉此允許實施一長期穩定溫度量測。
圖9展示根據本發明之一第二實施例之一燒結機器1A之一剖面組態。燒結機器1A具有與上文所闡述之第一實施例中之組態、操作及有利效應相同之組態操作及有利效應，惟在加工物件10容納於模具20中時沿模具20之一高度方向(z軸方向)在不同於加工物件10之一容納位置之一位置處設置孔23除外。因此對於相同組件部分，適當地省略說明。
如上文所闡述，當加工物件10容納於模具20中時，沿模具20之一高度方向(z軸方向)在自加工物件10之一容納位置移位之一位置處設置孔23。換言之，設置孔23以防止其存在於沿加工物件10之一直徑方向之一延伸線上。此乃因來自一應力模擬之一結果展示在加工物件10之燒結期間施加
於***模具21及模具22上之應力沿加工物件10之一直徑方向向外集中。在沿z軸方向不同於加工物件10之容納位置之一位置處設置孔23允許防止來自加工物件10之一應力直接施加於孔23上。
應注意，孔23可沿z軸方向設置於加工物件10之容納位置之下方(下部位置處)，如圖6中所展示，或可沿z軸方向設置於加工物件10之容納位置之上方(上部位置處)(圖中未展示)。
使用燒結機器1A來製造一燒結體之一方法與上文所闡述之第一實施例中之彼方法相同。
如上文所闡述，在本發明之此實施例中，當加工物件10容納於模具20中時，沿模具20之一高度方向在不同於加工物件10之容納位置之一位置處設置孔23，此允許防止來自加工物件10之一應力在燒結時直接施加於孔23上。
迄今參考上文所闡述實施例闡述本發明，但本發明並不限於此且可利用各種修改。舉例而言，在上文所闡述實施例中，提供關於其中加工物件10之裝載量係處於一單個級中之一情形之說明，但本發明並不限於其中以一單個級裝載加工物件10之一情形，而是亦可適用於其中以複數個級裝載加工物件10之一情形。在此情形中，可根據加工物件10之一裝載位置或一間距間隔而改變第二實施例中之孔23之一位置。
此外，在上文所闡述實施例中，提供關於其中下部衝壓機31及上部衝壓機32與加工物件10直接接觸之一情形之說
明，但碳紙、間隔物(板)或諸如此類可由可插置於加工物件10與下部衝壓機31或上部衝壓機32之間的一相同材料構成。
此外，在上文所闡述實施例中，提供關於其中對衝壓機30之側表面30A或其他位置執行對第二溫度T2之一量測之一情形之說明，但具有高導熱性及增強之強度之一部件(圖中未展示)可***於衝壓機30與推料活塞34之間，藉此量測此部件之側表面上之溫度。
另外，舉例而言，在上文所闡述實施例中，特定參考燒結機器1及1A之組態提供說明，但不必提供所有組件部分，或可進一步提供任何其他組件部分。
本發明尤其有利於(但不限於)一種用於一基於陶瓷之材料之一濺鍍靶標之燒結機器及一種使用此一燒結機器來製造一燒結體之方法，且一靶標材料並不受限。
因此，可能依據上文所闡述之實例性實施例及對本發明之修改達成至少以下組態。
(1)一種燒結機器，其包含：一模具，其經組態以容納一加工物件且具有自該模具之一外側表面朝向該模具之內側延伸之一孔；一加壓部件，其經組態以對該模具中之該加工物件施加一壓力；及一加熱區段，其經組態以加熱該模具中之該加工物件。
(2)如(1)中之燒結機器，其中在該加工物件容納於該模具中時沿該模具之一高度方向在不同於該加工物件之一容
納位置之一位置處設置該孔。
(3)如(1)或(2)之燒結機器，其中該模具包含一外部模具及設置於該外部模具中之一內部模具，該內部模具經組態以定義該加工物件之一平面形狀，且自該外部模具之一外側表面至該外部模具之一內側表面設置該孔，該外側表面充當該模具之該外側表面。
(4)如(3)之燒結機器，其中設置該孔以允許量測曝露於該孔中之該內部模具之一外側表面上之一溫度。
(5)如(3)或(4)之燒結機器，其進一步包含一封端管，在該封端管之一端處具有一封端表面，該封端管配合至該孔中，其中使該封端表面與該內部模具之一外側表面接觸。
(6)如(5)之燒結機器，其中該孔或該封端管之一直徑與一深度之一比率不小於1：10。
(7)如(5)或(6)之燒結機器，其中該封端管由選自由以下各項組成之群組之一材料製成：氧化鋁；氧化鋯；氧化鉿；該氧化鋁、該氧化鋯與該氧化鉿之任何組合之一複合材料；碳化矽；及用該氧化鋁、該氧化鋯、該氧化鉿、該複合材料或該碳化矽塗佈或覆蓋碳石墨之一材料。
(8)如(1)至(7)中任一項之燒結機器，其中該加熱區段包含對該模具之該外側表面執行感應加熱之一高頻感應線圈。
(9)一種製造一燒結體之方法，該方法允許一加工物件容納於一模具中且藉由對該模具中之該加工物件施加一壓
力及加熱而燒結該加工物件，該方法包含：量測自該模具之一外側表面朝向該模具之內側延伸之一孔之一最內部凹部中之一端部表面上之一第一溫度。
(10)如(9)之製造燒結體之方法，其中該模具包含一外部模具及設置於該外部模具中之一內部模具，該內部模具經組態以定義該加工物件之一平面形狀，且自該外部模具之一外側表面至該外部模具之一內側表面設置該孔，該外側表面充當該模具之該外側表面。
(11)如(10)之製造燒結體之方法，其中設置該孔以允許量測曝露於該孔中之該內部模具之一外側表面上之該第一溫度。
(12)如(10)或(11)之製造燒結體之方法，其中將在其一端處具有一封端表面之一封端管配合至該孔中，其中使該封端表面與該內部模具之一外側表面接觸，且量測該封端表面上之一溫度作為該第一溫度。
(13)如(9)至(12)中任一項之製造燒結體之方法，其進一步包含：量測經組態以將該壓力施加至該模具中之該加工物件之一加壓部件之一側表面上或者該模具之一頂部面或一底部面上之一第二溫度；及基於對該第一溫度及該第二溫度之一量測結果來控制對該加工物件之該壓力之該施加、該加熱或該壓力之該施加
及該加熱兩者。
(14)如(13)之製造燒結體之方法，其進一步包含：在該第一溫度達到一目標值之後，在其中該第二溫度飽和之一狀態中執行至該加工物件上之額外壓力施加、一燒結時間之計數開始或該額外壓力施加及該計數開始兩者。
(15)如(9)至(14)中任一項之製造燒結體之方法，其中在該加工物件容納於該模具中時沿該模具之一高度方向在不同於該加工物件之一容納位置之一位置處設置該孔。
(16)一種製造一燒結體之方法，該方法允許一加工物件容納於一模具中且藉由對該模具中之該加工物件施加一壓力及加熱來燒結該加工物件，該方法包含：製備一第一感測器；及使用該第一感測器來量測自該模具之一外側表面朝向該模具之內側延伸之一孔之一最內部凹部中之一端部表面上之一第一溫度。
(17)如(16)之製造燒結體之方法，其中該模具包含一外部模具及設置於該外部模具中之一內部模具，該內部模具經組態以定義該加工物件之一平面形狀，且自該外部模具之一外側表面至該外部模具之一內側表面設置該孔，該外側表面充當該模具之該外側表面。
(18)如(17)之製造燒結體之方法，其中設置該孔以允許量測曝露於該孔中之該內部模具之一外側表面上之該第一溫度。
(19)如(17)或(18)之製造燒結體之方法，其中將在其一端處具有一封端表面之一封端管配合至該孔中，其中使該封端表面與該內部模具之一外側表面接觸，且量測該封端表面上之一溫度作為該第一溫度。
(20)如(16)至(19)中任一項之製造燒結體之方法，其進一步包含：製備一第二感測器；使用該第二感測器來量測經組態以將該壓力施加至該模具中之該加工物件之一加壓部件之一側表面上或者該模具之一頂部面或一底部面上之一第二溫度；及基於對該第一溫度及該第二溫度之一量測結果來控制對該加工物件之該壓力之該施加、該加熱或該壓力之該施加及該加熱兩者。
(21)如(20)之製造燒結體之方法，其進一步包含：在該第一溫度達到一目標值之後，在其中該第二溫度飽和之一狀態中執行至該加工物件上之額外壓力施加、一燒結時間之計數開始或該額外壓力施加及該計數開始兩者。
(22)如(16)至(21)中之任一者之製造燒結體之方法，其中在該加工物件容納於該模具中時沿該模具之一高度方向在不同於該加工物件之一容納位置之一位置處設置該孔。
本發明含有與揭示於2011年12月20日在日本專利局提出申請之日本優先權專利申請案JP 2011-278267中之標的物相關之標的物，該申請案之全部內容藉此皆以引用方式併
入。
熟習此項技術者應理解，可取決於設計要求及其他因素作出各種修改、組合、子組合及變更，只要其歸屬於隨附申請專利範圍或其等效範圍之範疇內即可。
1‧‧‧燒結機器
1A‧‧‧燒結機器
10‧‧‧加工物件
20‧‧‧模具
20A‧‧‧外側表面
20B‧‧‧內側表面
21‧‧‧***模具/內部模具
21A‧‧‧外側表面
22‧‧‧模具/外部模具
23‧‧‧孔
23A‧‧‧端部表面
24‧‧‧封端管
24A‧‧‧封端表面
30‧‧‧衝壓機/加壓部件
30A‧‧‧側表面
31‧‧‧下部衝壓機
32‧‧‧上部衝壓機
33‧‧‧基座
34‧‧‧推料活塞
40‧‧‧加熱區段
41‧‧‧高頻感應線圈
51‧‧‧輻射溫度計
52‧‧‧輻射溫度計
120‧‧‧模具
120A‧‧‧外頂部表面
122‧‧‧模具
130A‧‧‧側表面
132‧‧‧上部衝壓機
152‧‧‧輻射溫度計
d‧‧‧深度/長度
r‧‧‧直徑
T1‧‧‧第一溫度
T2‧‧‧第二溫度
T101‧‧‧溫度
T102‧‧‧溫度
圖1係展示根據本發明之一第一實施例之一燒結機器之一組態之一剖面圖。
圖2係展示圖1中所圖解說明之燒結機器之自上方觀看之一組態之一平面圖。
圖3係用於闡釋一現有溫度量測方法之一剖面圖。
圖4係用於闡釋圖3中所圖解說明之現有溫度量測方法中所涉及之一問題之一圖式。
圖5係展示與其中量測及控制一模具之一外表面上之溫度之一情形相比其中量測及控制第一溫度之情形中之第二溫度之一狀態之一圖式。
圖6係用於闡釋對圖1中所圖解說明之燒結機器中之第二溫度之量測之一剖面圖。
圖7係展示與其中量測及控制一模具之一外表面上之溫度之一情形相比其中量測及控制第一溫度之情形中自第一溫度達到一目標值時之一時間點作為一起點之第二溫度之一狀態之一圖式。
圖8係展示在其中量測及控制第一溫度之情形中將第一溫度升高至約攝氏1300度時第二溫度之一狀態之一圖式。
圖9係展示根據本發明之一第二實施例之一燒結機器之
一組態之一剖面圖。
1‧‧‧燒結機器
10‧‧‧加工物件
20‧‧‧模具
20A‧‧‧外側表面
20B‧‧‧內側表面
21‧‧‧***模具/內部模具
21A‧‧‧外側表面
22‧‧‧模具/外部模具
23‧‧‧孔
23A‧‧‧端部表面
24‧‧‧封端管
24A‧‧‧封端表面
30‧‧‧衝壓機/加壓部件
31‧‧‧下部衝壓機
32‧‧‧上部衝壓機
33‧‧‧基座
34‧‧‧推料活塞
40‧‧‧加熱區段
41‧‧‧高頻感應線圈
51‧‧‧輻射溫度計
d‧‧‧深度/長度
r‧‧‧直徑
T1‧‧‧第一溫度
Claims (20)
- 一種燒結機器，其包括：一模具，其經組態以容納一加工物件且具有自該模具之一外側表面朝向該模具之內側延伸之一孔；一加壓部件，其經組態以對該模具中之該加工物件施加一壓力；及一加熱區段，其經組態以加熱該模具中之該加工物件。
- 如請求項1之燒結機器，其中在該加工物件容納於該模具中時沿該模具之一高度方向在不同於該加工物件之一容納位置之一位置處設置該孔。
- 如請求項1之燒結機器，其中該模具包含一外部模具及設置於該外部模具中之一內部模具，該內部模具經組態以定義該加工物件之一平面形狀，且自該外部模具之一外側表面至該外部模具之一內側表面設置該孔，該外側表面充當該模具之該外側表面。
- 如請求項3之燒結機器，其中設置該孔以允許量測曝露於該孔中之該內部模具之一外側表面上之一溫度。
- 如請求項3之燒結機器，其進一步包括一封端管，在該封端管之一端處具有一封端表面，該封端管配合至該孔中，其中使該封端表面與該內部模具之一外側表面接觸。
- 如請求項5之燒結機器，其中該孔或該封端管之一直徑 與一深度之一比率不小於1：10。
- 如請求項5之燒結機器，其中該封端管由選自由以下各項組成之群組之一材料製成：氧化鋁；氧化鋯；氧化鉿；該氧化鋁、該氧化鋯與該氧化鉿之任何組合之一複合材料；碳化矽；及用於該氧化鋁、該氧化鋯、該氧化鉿、該複合材料或該碳化矽塗佈或覆蓋碳石墨之一材料。
- 如請求項1之燒結機器，其中該加熱區段包含執行對該模具之該外側表面之感應加熱之一高頻感應線圈。
- 一種製造一燒結體之方法，該方法允許一加工物件容納於一模具中且藉由對該模具中之該加工物件施加一壓力及加熱來燒結該加工物件，該方法包括：量測自該模具之一外側表面朝向該模具之內側延伸之一孔之一最內部凹部中之一端部表面上之一第一溫度。
- 如請求項9之製造該燒結體之方法，其中該模具包含一外部模具及設置於該外部模具中之一內部模具，該內部模具經組態以定義該加工物件之一平面形狀，且自該外部模具之一外側表面至該外部模具之一內側表面設置該孔，該外側表面充當該模具之該外側表面。
- 如請求項10之製造該燒結體之方法，其中設置該孔以允許量測曝露於該孔中之該內部模具之一外側表面上之該第一溫度。
- 如請求項10之製造該燒結體之方法，其中 將在其一端處具有一封端表面之一封端管配合至該孔中，其中使該封端表面與該內部模具之一外側表面接觸，且量測該封端表面上之一溫度作為該第一溫度。
- 如請求項9之製造該燒結體之方法，其進一步包括：量測經組態以將該壓力施加至該模具中之該加工物件之一加壓部件之一側表面上或者該模具之一頂部面或一底部面上之一第二溫度；及基於對該第一溫度及該第二溫度之一量測結果來控制對該加工物件之該壓力之該施加、該加熱或該壓力之該施加及該加熱兩者。
- 如請求項13之製造該燒結體之方法，其進一步包括：在該第一溫度達到一目標值之後，在其中該第二溫度飽和之一狀態中執行至該加工物件上之額外壓力施加、一燒結時間之計數開始或該額外壓力施加及該計數開始兩者。
- 如請求項9之製造該燒結體之方法，其中在該加工物件容納於該模具中時沿該模具之一高度方向在不同於該加工物件之一容納位置之一位置處設置該孔。
- 一種製造一燒結體之方法，該方法允許一加工物件容納於一模具中且藉由對該模具中之該加工物件施加一壓力及加熱來燒結該加工物件，該方法包括：製備一第一感測器；及使用該第一感測器來量測自該模具之一外側表面朝向 該模具之內側延伸之一孔之一最內部凹部中之一端部表面上之一第一溫度。
- 如請求項16之製造該燒結體之方法，其中該模具包含一外部模具及設置於該外部模具中之一內部模具，該內部模具經組態以定義該加工物件之一平面形狀，且自該外部模具之一外側表面至該外部模具之一內側表面設置該孔，該外側表面充當該模具之該外側表面。
- 如請求項17之製造該燒結體之方法，其中設置該孔以允許量測曝露於該孔中之該內部模具之一外側表面上之該第一溫度。
- 如請求項17之製造該燒結體之方法，其中將在其一端處具有一封端表面之一封端管配合至該孔中，其中使該封端表面與該內部模具之一外側表面接觸，且量測該封端表面上之一溫度作為該第一溫度。
- 如請求項16之製造該燒結體之方法，其進一步包括：製備一第二感測器；使用該第二感測器來量測經組態以將該壓力施加至該模具中之該加工物件之一加壓部件之一側表面上或者該模具之一頂部面或一底部面上之一第二溫度；及基於對該第一溫度及該第二溫度之一量測結果來控制對該加工物件之該壓力之該施加、該加熱或該壓力之該施加及該加熱兩者。
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