JPH04224606A - 粉末から任意の部品を成形する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属材料またはセラミ
ック材料から複雑な部品を製作する方法に関する。この
場合、出発材料としては粉末が使用される。収縮の観点
から、焼結と高温静水圧のプレスが問題である。

【０００２】本発明は、比較的に複雑な型によって部品
を製造するための粉末冶金的製作方法を、発展、改善お
よび簡単化することに係わる。この場合、焼結時の収縮
の問題が重要となる。適用分野は特にタービン装置の部
品の範囲である。

【０００３】本発明は狭い意味では、粉末または粉末混
合物から出発して、金属材料およびまたはセラミック材
料から任意の部品を成形するための方法に関する。この
場合、粉末は型の中に弛く充填され、そして焼結プロセ
スを受ける。

【０００４】

【従来の技術】冶金工業およびセラミック工業の多くの
製作方法の場合、粉末から出発している。粉末冶金の方
法は、実際に任意の形状を得ることができるという利点
がある。高い加工コストを部分的にまたは全面的に節約
できるようにするために、部品を粉末冶金で完成部品と
して作る計画がある。部品の正味の形状またはほぼ正味
の形状を得るための公知の方法はすべて、結合剤を使用
して、溶媒内に粉末を沈澱（スリップ、ペースト）させ
ることから出発している。粉末混合物の添加物として次
のものが使用される。 −　　水＋結合剤＋添加剤（スリップ鋳込み、冷凍乾燥
）−　　水＋セルロース〔リバース（Ｒｉｖｅｒｓ）プ
ロセスによる金属−粉末−射出成形（ＭＩＭ）〕 −　　熱可塑性物質（金属−粉末−射出成形）このすべ
ての湿式機械方法の場合には、質、形状の自由度、再生
産可能性および組成の選択について、多くの難点がある
。 −　　粉末と結合剤および溶媒に混合する際に、気泡を
発生する。 −　　部品の壁厚が制限される（例えばＭＩＭの場合最
大５〜１０ｍｍ）。なぜなら、結合剤をもはや完全に除
去できないからである。 −　　結合剤残渣（例えば炭素）が発生する。この残渣
は結合剤の燃焼の後でも部品内にとどまり、その組成に
悪影響を与える。 −　　異なる形状およびまたは組成の部品を移行すると
きに、結合剤を新たに選択／新たに開発する必要がある
。

【０００５】技術水準として次の刊行物が挙げられる。 −　　英国特許出願第２０８８４１４号明細書−　　ヨ
ーロッパ特許出願第０１９１４０９号明細書−　　Ｒ．
Ｂｉｌｌｅｔ著、”　塑性金属：　射出成形Ｐ／Ｍ　材
料についてのフィクションから真実まで（Ｆｒｏｍ　Ｆ
ｉｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｒｅａｌｉｔｙ　ｗｉｔｈ　Ｉｎ
ｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｌｄｅｄ　Ｐ／Ｍ　Ｍａｔｅｒｉ
ａｌｓ）”Ｐａｒｍａｔｅｃｈ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ　，　Ｓａｎ　Ｒａｆａｅｌ　，　Ｃａｌｉｆｏｒｎ
ｉａ　，　Ｐ／Ｍ−８２ｉｎ　Ｅｕｒｏｐｅｉｎｔ．　
ＰＭ−Ｃｏｎｆ．　Ｆｌｏｒｅｎｃｅ　Ｉ　１９８２　
。−　　Ｇｏｅｒａｎ　Ｓｊｏｅｂｅｒｇ　著、“粉末
鋳造および金属射出成形（Ｐｏｗｄｅｒ　Ｃａｓｔｉｎ
ｇ　ａｎｄＭｅｔａｌ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｕｌ
ｄｉｎｇ　）”Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ　ｓｕｂｍｉｔｔ
ｅｄ　ｔｏ　Ｍｅｔａｌ　ＰｏｗｄｅｒＲｅｐｏｒｔ　
１９８７　年９　月。

【０００６】この公知の方法は改めるべき点がある。従
って、粉末冶金／粉末セラミック的な製作方法の改良と
開発が要求されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課
題は、金属粉末またはセラミック粉末から出発し、比較
的に複雑な形状をしていて横断面形状が任意で、壁厚が
制限されない部品を製作することができる方法を提供す
ることである。この方法は再現可能な製作結果をもたら
し、このようにして製作された物はもはや加工しなくて
もよいかまたは少しだけ加工すればよい。粉末加工の場
合、気泡や不所望な有害残渣を回避すべきである。方法
は、製作すべき部品の形状や組成の選択に関して、最大
の自由度および普遍性を保証すべきである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題は冒頭に述べた
方法において、型として、外力を受けて変形するセラミ
ック体が使用され、このセラミック体が、温度上昇時お
よび焼結時の膨張または収縮による引張り力およびまた
は圧縮力によって生じる応力を受けて、弾性的およびま
たは塑性的に変形し、およびまたは適切に設けられた予
定破壊個所で割れ、その際、焼結体として製作される部
品の高い形状精度を保証するために、型の強度と形状不
変性が温度範囲全体でおよび方法経過全体にわたって、
かなり充分な高さにあることによって解決される。

【０００９】

【実施例】図に示した実施例に基づいて本発明を詳しく
説明する。

【００１０】図１には、弾性的／可塑的に撓む型を使用
する方法のフローチャート（ブロック線図）が示してあ
る。この線図は他の説明を必要としない。型は可撓性の
材料からなり、そして裂け目ができたり破壊したりせず
に、製作すべき焼結体の運動に追随するように形成され
ている。

【００１１】図２は予定（目標）破壊個所を有する撓む
型を使用する方法のフローチャート（ブロック線図）を
示している。この線図も、それ以上の説明は不要である
。型は、焼結すべき本体が充分な固有安定性を有するや
否やある個所で破壊する材料からなっている。このよう
にして破壊したまたは裂け目のあいた型は、硬化する焼
結体に対してそれほどの抵抗を与えないので、焼結体は
、強く妨げられずに、あらゆる方向に膨張または収縮可
能である。ここで、材料の焼結の最中で型が多少不可逆
の変化を受けるすべての変形は、型実施形のこのカテゴ
リに入ることに注意すべきである。型は例えば裂けたり
、割れたり、崩れ落ちたりし、少なくとも局所的に粉砕
される。その際、型は必ずしも、正確に予備配列した、
刻み目、溝等としての予定破壊個所を備えていなくても
よい。“予定破壊個所”は、材料の強度を上回るどこか
の場所で任意に生じるようにしてもよい。焼結プロセス
の終了後、破壊した型はすぐには再使用できない。

【００１２】図３は、収縮時の型可撓性の原理をデモン
ストレーションするための、粉末を充填した可撓性の分
割型の概略縦断面図である。焼結体と型は収縮の前の状
態にある。１は部品のための充填粉末（注入粉末）であ
る。２は部品が収縮前の状態（熱処理、焼結プロセス）
にある、セラミック材料からなる分割された可撓性型を
示している。

【００１３】図４は、収縮時の型可撓性の原理をデモン
ストレーションするために、焼結体と共に、可撓性の分
割型を概略的に示す縦断面図である。焼結体と型は収縮
中の状態にある（焼結工程時の収縮プロセスの終了後の
状態でもある）。３は粉末によって形成され硬化された
焼結体（部品、加工品）である。４はセラミック材料か
らなる可撓性の分割型の、部品の収縮中および後の状態
を示している。見易くするため、収縮は主−縦軸方向に
のみ記入されている。一方、横方向の収縮は考慮されて
いない。部品の収縮プロセス時の運動方向は、反対方向
に向いている垂直方向の矢印によって示してある。この
矢印は同時に、セラミック型に作用する縦方向圧縮力を
示している。すなわち、この場合、型は圧縮される。５
は部品の収縮前の（図３参照）撓む型の元の輪郭（点線
）である。

【００１４】図５には、収縮時の型可撓性の原理をデモ
ンストレーションするために、撓む分割型と、完成した
焼結体の概略縦断面が示してある。この場合、充填した
型を取り外した後の状態を示す。３は焼結体を示し、６
は取り外した後のセラミック材料からなる分割された型
を示している。応力を取り去った後で、弾性的な型（本
例の場合、二つの半部）はその元の形にほぼ戻る。矢印
は、加工品から型を取り外すときの型部品の移動方向を
示している。

【００１５】図６には、収縮時の予定破壊個所の原理を
デモンストレーションするために、撓む型の一部を概略
的に示す縦断面図である。７はセラミック材料からなる
撓む型の任意の部分である。この様式化した例は、突出
する頭部と基部を有するタービン羽根の側方の画成に容
易に転用可能である。８は撓む型の膨張部分（膨出部、
隆起部）である。この部分は力（圧力ｐ）を案内する働
きと、予定破壊個所９に曲げモーメント（Ｍｂ）を発生
させる働きをする。この予定破壊個所は部品の収縮時に
、曲げ応力を受ける。更に、このような膨出部により、
部品の収縮によって生じる型の運動のためのスペースが
形成される。

【００１６】図７は、予定破壊個所と充填粉末を有する
撓む型の縦断面図である。この場合、収縮の前の状態を
示している。１は部品のための充填粉末である。１０は
部品の収縮の前の状態にある、予定破壊個所を有するセ
ラミック材料製の分割されていない撓む型である。８は
、刻み目（溝）１１の形をした予定破壊個所９を有する
放物線状の膨出部の形をした膨張部分である。膨張部分
８によって囲まれた空間は、フリースまたはフェルトの
ような弾性−可塑性のセラミックシール１２によって、
加工品側に対して閉鎖されている。

【００１７】図８は、破壊された予定破壊個所と焼結体
と共に、撓む型を概略的に示す縦断面図である。この場
合、焼結の際の収縮状態を示している。３は、充填粉末
１（図７）に対して縦方向に収縮した焼結体である。９
はそれぞれ予定破壊個所である（型は既に破壊されてい
る）。１３は部品の収縮中および収縮後の、分割されて
いない撓んだセラミック材料製型の一部を示す。１２は
弾性−可塑性セラミックシールである。このセラミック
シールはここでは、一部が叩くことによって、供される
空間内に押し潰されている。１４は部品の収縮中および
収縮後の、セラミック材料製型の一部に形成された割れ
を示している。本例の場合、曲げモーメントが強いので
、割れ１４がこの個所に形成される。強い収縮の場合に
は、突出する膨張部分（図７の８）が完全に破壊される
かまたは砕かれる。

【００１８】図９には、破壊された予定破壊個所と完成
した焼結体と共に、撓む型を縦断面図で概略的に示して
いる。この場合、割れた型の一部を取り外した後の状態
である。３は焼結体であり、１２は弾性−可塑性セラミ
ックシールであり、１５は取り外した後の撓むセラミッ
ク材料製型の一部である。１６は型の予定破壊個所にあ
る不均一の破壊面である。一部の割れ１４は曲げモーメ
ントを除去した後閉じている。これに対して、下側の部
分１５は完全に破断されている。破壊された型のすべて
の変形が生じる。矢印は出来上がった部品から部分１５
を除去する際の部分１５の移動方向を示している。

【００１９】図１０は、予定破壊個所としての多数の刻
み目と、充填粉末を有する薄壁状の撓む型の概略縦断面
図である。この型は収縮前の状態にある。基本的に、図
中符号は図７の図中符号と同じである。型１０の壁の厚
さは図５よりも薄くなっている。予定破壊個所の刻み目
１１は放物線状の形をし、主として型１０の肉厚の角に
設けられている。それによって、収縮時に、皿状の型１
０を破開する曲げモーメントが生じる。

【００２０】図１１は、複数のセラミック層からなる型
と焼結体との概略部分断面図である。焼結体３は長方形
の横断面を有するリブの個所が詳細に示してある。型は
本例の場合、異なる層からなる皿状の本体である。１７
はセラミック材料からなる型の滑らかな内皮である。そ
のために通常は微細粒の物質、例えばペースト（スリッ
プ等）が使用される。１８は、中間の細かさの粒からな
り、実質的に形状を決める、セラミック材料製型の内側
層（殻）である。比較的に密に堆積したこの層の粒は多
少微球体状の粒子として描いてある。１９は型の大粒の
中間層（殻）である。２０は骨組状に構成された、型の
粗孔状外側層である。この層の構造は細長い、小棒状の
粒子によって示してある。勿論実際には、他の層順序、
殻の他の粒組織、構造および組成でもよい。詳細は、製
作すべき部品の種類、型、合金等によって決められ、任
意に変更可能である。

【００２１】図１２は、多孔性の発泡セラミック層と、
機械的な硬いガラスセラミック層とからなる型と、焼結
体の部分断面を概略的に示している。この場合、型は、
焼結中、割れが生じる前の状態にある。型の内面、すな
わち焼結体３の方へ向いた面には、セラミック材料から
なる滑らかな内皮１７が存在する。２１は多孔性発泡セ
ラミックスからなる型の内側の層（殻）である。発泡セ
ラミックスは連続した粗い孔２２を備えている。２３は
ガラスセラミックス（繊維補強された）製の型の外側層
（殻）を示している。

【００２２】図１３は、多孔性の発泡セラミック層とガ
ラスセラミック層とからなる型と、焼結体の部分断面を
概略的に示している。この場合、型は割れて砕けた後の
状態にある。参照符号３，１７，２１，２２，２３は図
１２の参照符号と全く同じである。２４は型の発泡セラ
ミックス内の割れである。この割れは加工品表面（焼結
体３）に対してほぼ垂直に延びている。割れ２４は一部
がこの層２１の孔２２をたどっている。２５は型のガラ
スセラミックス内の対応する割れである。層２１，２３
内に引張り応力および曲げ応力が発生する場合に現れる
。

【００２３】図１４は、充填粉末と共に、可延性のセラ
ミックシートからなる撓む型の概略的な縦断面図である
。この型は収縮の前の状態にある。１は部品を製造する
ための充填粉末である。２６は薄い可延性のセラミック
シートである。このセラミックシートは未加工状態また
は半乾燥状態または一部を熱処理した状態で使用される
。セラミックシートは予備型（プリフォーム）に入れら
れ、強化のために熱処理されるかまたはほかの何らかの
方法で硬化プロセスを受ける。粉末は充填口２７から充
填される。２８はセラミックシートの閉鎖部（接着接合
部）である。

【００２４】図１５は焼結されたセラミックシートから
なる撓む型と、焼結体を示す概略縦断面図である。この
場合、型は一緒の焼結によって収縮した後の状態にある
。３は焼結体であり、２０は焼結されたセラミックシー
トからなる殻である。矢印は部品の収縮プロセスの際の
移動方向を示している。殻２９が同時に収縮するので、
殻２９と焼結体３の間の界面には、力の差だけ作用する
。この力は、部品の収縮量または型の収縮量のどちらが
多いかに応じて、正または負となる。部品の収縮量が多
い場合には、型（殻２９）に押圧力が発生し、型の収縮
量が多い場合には引張り力が発生する。それぞれ関与す
る３と２９の材料を選択することによって、収縮量を互
いに調和させると有利である。特殊な場合には、両収縮
量が同じ場合がある。そのときには、力が伝達されない
。

【００２５】撓む（すなわち弾性−塑性的に可撓性であ
るか裂ける）型の製造は、鋳物−型技術や合成樹脂−型
技術および関連する技術の公知の従来の方法に従って行
われる。従って、型の製作はほとんどひな型を介して行
われる。このひな型の寸法は部品を製作するために、粉
末の焼結の際の後の収縮を考慮に入れる。

【００２６】一体の中空の型を製作する場合には、蝋、
低温金属および合金の溶出方法、塩または尿素の洗い落
とし方法、発泡合成物質の燃焼方法等が実践される。型
のために必要なセラミック材料は浸漬方法、ペースト方
法、鋳込み方法噴射方法によってひな型に塗布される。

【００２７】複数の部材からなる型は通常は、ひな型、
母型、プリフォーム等を使用して製作される。

【００２８】破壊できない弾性−塑性的に撓む型は通常
は、薄壁状の多孔性殻として形成され、この殻はほとん
ど複数の層からなっている。破壊可能な型は予め決めた
所定の予定破壊個所を備えているかあるいは薄い殻から
なっている。この殻は発生した力を受けて、網状の多角
形の割れを形成するかあるいはモザイク状の部分に破壊
される。この力はプロセスの態様（温度、化学反応、組
織転移）によっても起こり得る。

【００２９】実施例Ｉ： 部品として、回転する熱機械用の羽根、本例ではアキシ
ャル式圧縮機用の羽根が製作された。翼形横断面を有す
る羽根は次の最終寸法であった。

【００３０】 長さ　　　　　　＝　　１１５ｍｍ 幅　　　　　　　　＝　　　　２５ｍｍ最大厚さ　　＝
　　　　３．６ｍｍ 横断面高さ＝　　　　６．５ｍｍ 材料としては、ドイツの表示ＤＩＮ　Ｘ２０ＣｒＭｏＶ
１２　１による次の組成のＣｒ鋼が選ばれた。

【００３１】 Ｃｒ　　＝　　１２　　重量％ Ｍｏ　　＝　　　　１　　重量％ Ｖ　　　　＝　　０．３重量％ Ｓｉ　　＝　　０．３重量％ Ｍｎ　　＝　　０．６重量％ Ｃ　　　　＝　　０．２０重量％ Ｆｅ　　＝　　残量 羽根を製作するために、ガス流噴霧によって発生する、
最大粒子大きさが５０μｍの粉末から出発した。粉末を
乾燥し、いかなる結合剤を用いないで、内部寸法が約１
０％線形に大きくなった撓むセラミック型に充填し、そ
して振動によって室温予備圧縮した。

【００３２】型の製造は次のように行われた。

【００３３】先ず、中空型としての製作すべき部品を形
どる、縮み代１０％だけ大きくなった、二つの部材から
なるセラミック型用の予備型（母型）を２個製作した。 この母型に、ドイツ連邦共和国Ｋａｇｅｒ　　ＧｍｂＨ
社のＤｕｒａｐｏｔ８１４の商品名の、珪酸ジルコニウ
ムをベースとしたセラミック鋳造コンパウンドが充填さ
れ、スタンプで後圧縮された。

【００３４】活性化剤／水−添加物を有する予備鋳造コ
ンパウンドである。このコンパウンドは室温で、短い乾
燥時間の後（１０分）、２４時間で硬化する。このよう
にして出来上がった薄壁状（壁厚約３ｍｍ）の両セラミ
ック半割り部材（半殻）が、分離接合部を精密機械で加
工され、ＳｉＯ２　をベースとした高温接着剤によって
、付き合わせ接着接合し、約１２０℃の温度で２時間後
乾燥する。型はそれ以上燃焼しなかった。すなわち、型
の特別な焼結を省略することができる。

【００３５】充填し、冷間で予備圧縮した鋼粉末の焼結
は、真空（残余圧力１０−７バール）で行われた。真空
炉は部品と一緒に、先ず２０℃／分の速度で１０００℃
まで加熱され、そして５℃／分の速度で１２００℃まで
加熱された。対応する加熱時間の間に、鋼粉末は、部品
が既に充分な固有不変性を有し、その際それほどの収縮
を受けないように焼結する機会を得た。そして、焼結す
べき部品は１３６０℃の焼結温度まで更に加熱され、６
時間仕上げ焼結された。その際、同時に焼結された鋳造
コンパウンドからなる撓むセラミック型が得られ、この
型は製作すべき鋼部品の収縮のために実際には抵抗を示
さなかったがその得ようとする形状がほぼ保たれた。そ
して、炉内全体が約２５０℃まで冷却された。この場合
、殻状のセラミック型は熱膨張係数が異なるので、割れ
を生じ、個々の殻部分は既に砕けていた。炉から取り出
した後で、部品は型の付着する殻部分と共に、冷たい水
で急冷され、殻部分は全部はげ落ちた。部品はガラス玉
の噴射によって洗浄された。それによって、きれいで滑
らかな表面が得られた。

【００３６】実施例ＩＩ： 部品として、実施例Ｉと同じ羽根が製作された。この羽
根は、Ｃｒ鋼のＸ２０ＣｒＭｏＶ１２　１からなり、同
じ寸法を有する。型として、実施例Ｉで記載したように
、分割された金属製予備型（母型）が使用された。

【００３７】母型には、ほぼ乾燥した粒状の脆いセラミ
ック物質（顆粒）が押し込まれた。このセラミック物質
は、ドイツ規格ステアタイトＫＥＲ２２１　ＤＩＮ４０
６８５　に対応して、ステアタイト（Ｍｇ／Ａｌ−珪酸
塩）　、すなわちドイツ連邦共和国、Ｎｅｕｓｔａｄｔ
　　のＨｕｔｓｃｈｅｎｒｅｕｔｅｒ　社の物質７１１
　をベースとする。この物質は次の塑性を有していた。

【００３８】 ＳｉＯ２　　　　＝　　６０．４　　重量％Ａｌ２Ｏ３
　　　＝　　５．６２　　重量％ＴｉＯ２　　　　＝　
　０．１８　　重量％Ｆｅ２Ｏ３　　　＝　　０．９５
　　重量％ＣａＯ　　　　　＝　　１．８２　　重量％
ＭｇＯ　　　　　＝　　２７．０　　重量％Ｈ２Ｏ　　
　　　＝　　０．２３　　重量％Ｎａ２Ｏ　　　　＝　
　０．０６　　重量％残留湿気（Ｈ２Ｏ　含有量）は約
２．５　〜３　重量％であった。 ６３０　μｍの粒子を有する物質には、珪酸塩をベース
とした結合剤が０．５　重量％混合された。この結合剤
はベルギー国ブリュッセルのモンサント社の商品名”Ｓ
ｉｌｅｓｔｅｒ　Ｘ１５”の結合剤である。このように
して得られた未加工品は、乾燥取扱いのために、充分な
固有強度を有する。結合剤成分の硬化は、化学的な反応
により、ＮＨ３　を含む雰囲気で処理（アンモニア硬化
）することによって、５分で達成される。続いて、セラ
ミック型が３０分間空気で乾燥された。乾燥時間は型の
寸法に応じて約１０〜６０分である。この時間は、殻か
らなる撓むセラミック型に、Ｃｒ鋼の粉末を充填するた
めに利用される。本例では、セラミック型の特別な燃焼
が省略可能である。充填れた型は真空炉に入れられ、加
熱され、そして製作される部品の粉末と同時に焼結され
る。型の結合剤成分が少ないので、炉雰囲気の汚染は無
視できるほどである。この熱処理の場合、型がかなり収
縮し、それによって型がいつでも、部品の鋼粒子を充分
に支持するので、部品がその本来の収縮を妨害されるこ
とがない。時間／温度のプログラムは、部品と型の収縮
がほぼ同じ速度および同じ寸法で行われるように組まれ
た。本例の場合、全体が先ず、約１０℃／分の速度で１
１００℃まで加熱され、この温度に３０分保持され（型
と部品の収縮の介し）、そして１２８０℃にもたらされ
、この温度に６０分間保持された。冷却は炉内で約０．
５　℃／分の速度で行われた。このプログラムの場合に
は、あらゆる時点で、型と部品の収縮／熱膨張がほぼ均
衡している。ここで、セラミック型の線形収縮は約１３
〜１４％、製作すべき部品（Ｃｒ鋼）は約１０〜１２％
であった。従って、型は部品表面に対して常に、ある程
度の押圧力を加えている。 型壁の引張り応力が型強度を超える場所では、型が簡単
にひび割れする。しかし、本発明では、ひび割れは“撓
む（外力を受けて変形する）型”の概念によれば、望ま
しいものではあるか少なくとも邪魔にならない。結果は
、部品のひずみが非常に小さく、かつ表面が滑らかで緊
密であった。この表面は、容器を用いない高温静水圧プ
レスによる部品の後圧縮に適している。

【００３９】実施例ＩＩＩ　： 次の寸法の翼形横断面を有するタービン羽根を製作した
。

【００４０】 長さ　　　　　　＝　　１５５ｍｍ 幅　　　　　　　　＝　　　　２９ｍｍ最大厚さ　　＝
　　４．８ｍｍ 横断面高さ＝　　９．５ｍｍ 材料としては、ドイツ規格Ｘ３ＣｒＮｉＭｏＶ１７．１
２．２に対応するＡＩＳＩ３１６　のＣｒ／Ｎｉ−鋼が
用いられた。この材料の組成は次の通りである。

【００４１】 Ｃｒ　　＝　　１７　　重量％ Ｍｏ　　＝　　２．２重量％ Ｎｉ　　＝　　１２　　重量％ Ｍｎ　　＝　　　　２　　重量％ Ｓｉ　　＝　　　　１　　重量％ Ｃ　　　　＝　　０．０８重量％ Ｆｅ　　＝　　残量 使用された粉末は、ガス流噴霧によって生じ、３０μｍ
の最大粒子大きさを有していた。

【００４２】先ず、二つの殻からなる、ＳｉＯ２をベー
スとした撓むセラミック型が作られた。その際、多相混
合物を形成する特殊珪酸ガラスの成分分解の原理が関与
させられる（ｓｐｉｎｏｄａｌｅ　の成分分解参照）。 次の組成のホウ珪酸ガラスから出発した。

【００４３】 ＳｉＯ２　　　　＝　　７０　　　　重量％Ｂ２Ｏ３　
　　　＝　　２０　　　　重量％Ｎａ２Ｏ　　　　＝　
　２０　　　　重量％ホウ珪酸ガラスから、母型によっ
て厚さ３ｍｍの殻を型として製作され、接着接合し、こ
のようにして形成しれ型を熱処理した。その際、ホウ珪
酸塩はほとんど純粋の不溶性のＳｉＯ２相と、局部的な
ナトリウムホウ酸塩相に成分分解された。ナトリウムホ
ウ酸塩が３−ｎ硫酸によって溶出したので、型の形状を
保持する微孔性のＳｉＯ２骨格が残った。この型には、
Ｃｒ／Ｎｉ−鋼粉末が充填され、全体が１０００℃まで
加熱された。その際、鋼粉末は９００℃から連続して焼
結し、既に充分な固有強度を得た。同時に型の海綿状骨
格が１５〜２０％線形に収縮した。その際、型は部分的
に砕け、他の部分は軟化した。型がこの状態に達する直
前に、部品の表面に垂直な押圧力が部品に加えられ、こ
の方面の局部的なシールを行う。この作用は望ましいも
のである。なぜなら、部品をシールするからである。

【００４４】変形例では、できるだけ緊密な部品を得る
完全な焼結が省略され、全体の熱処理が過早に中断され
た（予備焼結）。部品とガラス筒としての型を含む全部
が冷却され、適当な装置内で高温静水圧プレスによって
完成部品まで圧縮される。その際、ガラスと時間／温度
−プログラムが予め互いに合うように調和され、それに
よってＳｉＯ２転移における応力による破壊や再結晶を
危惧する必要がない。

【００４５】実施例ＩＶ： 実施例ＩＩと同じ羽根がＡＩＳＩ３１６　のＣｒ／Ｎｉ
−鋼で作られた。寸法は実施例ＩＩＩ　と全く同じであ
った。更に、同じ母型が使用された。

【００４６】先ず、ナトリウムメタシリケートをベース
とした、発泡するセラミック材料のペースト状物質が、
噴霧／噴射によってその都度の母型の正の型部分に塗布
される。これにより生じた薄い両殻０．５ｍｍ　の壁厚
を有する。殻は撓むセラミック型を形成するための接着
され、そしてＣｒ／Ｎｉ−鋼粉末が充填される。型と充
填粉末からなる処理物全体を一つの箱内に砂床と共に置
き、四方を砂で囲み、そして６００℃の温度まで加熱し
た。加熱の途中で、型のセラミック物質が発泡を介しし
た。この場合、多孔性の泡状形成物が生じ、この形成物
はその容積だけ砂床の砂を押しのける。その際、型の発
泡していない皮状の内壁は、内側へ向かって、鋼粉末に
支持される。更に加熱して部品の焼結温度に達すると、
脆い発泡セラミックスは収縮プロセスによって表面近く
の領域に押し込められた。この場合しかし、部品の部分
的に破壊した骨格はそれほど抵抗を生じない。比較的に
滑らかな表面を有する部品が得られた。

【００４７】実施例Ｖ： 炭化珪素からなるガス状媒体のための高温熱交換器が作
られた。外側と内側のリブを備え、多数の長方形の通路
を有し、横断面が長方形の箱状の物体である。寸法は次
の通りであった。

【００４８】 流れ方向の長さ　　　　　　＝　　４００ｍｍ幅　　　
　　　　　　　　　　　　　　　＝　　２００ｍｍ高さ
　　　　　　　　　　　　　　　　＝　　　　６０ｍｍ
壁の厚さ　　　　　　　　　　　　＝　　　　　　４ｍ
ｍリブの壁厚　　　　　　　　　　＝　　２．５ｍｍ部
品のほぼ最終形状を有する複数の部材からなる金属製母
型は、外側から火炎噴射によって、外側の型殻としての
約０．８ｍｍの厚さのＡｌ２Ｏ３　層で被覆された。リ
ブのための溝を備えた、通路のための長方形のプリズム
状コアが形成された。そのために、粉末直径が２００〜
３００μｍの、粗い粒の形をした粉末状ムライト（３Ａ
ｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）が使用された。この材料には、
結合剤として、若干の重量％の石英（ＳｉＯ２）が混合
された。複数のＡｌ２Ｏ３−殻部分とムライトコアから
なる撓むセラミック型には、振動を受けて、粒子大きさ
が３０〜８０μｍ　のＳｉＣ　粉末が充填され、全部が
時間的にプログラミングされた熱処理を受ける。先ず、
乾燥のため、および揮発性の不純物やガスを圧出するた
めに、１００℃／時間の速度で３００℃まで加熱され、
この値に約１／２時間保持される。更に、２００℃／時
間の速度で１０００℃までの加熱され、そして２０℃／
時間の遅い速度で１１００℃まで加熱される。それによ
って、期待される転移（ＳｉＯ２の位相、変化等）　、
それによって関与する材料の容積の変更をゆっくり行う
ことができる。従って、ジルコニウムカーバイドからな
る製作すべき部品の収縮が、焼結プロセス開始時に妨害
されない。これは１６００℃の温度で、８時間行われる
。その際、コアが一緒に収縮し、型（Ａｌ２Ｏ３）　の
外側の殻はそのままであった。焼結プロセスの終了後、
比較的に迅速に冷却（急冷）される。この場合、型の外
側の殻は破裂し、コアは砕かれた。この実施例により、
本方法に従って比較的に複雑な部品を、セラミック材料
で経済的に作ることができることが判った。

【００４９】本発明は実施例に限定されるものではない
。

【００５０】粉末が型内に充填され、そして焼結プロセ
スを受ける、粉末または粉末混合物から出発して、金属
およびまたはセラミック材料で任意の部品を成形するた
めの方法では、型として、外力を受けて変形するセラミ
ック体が使用され、このセラミック体が、温度上昇時お
よび焼結時の膨張または収縮による引張り力およびまた
は圧縮力によって生じる応力を受けて、弾性的およびま
たは塑性的に変形し、およびまたは適切に設けられた予
定破壊個所で割れ、その際、焼結体として製作される部
品の高い形状精度を保証するために、型の強度と形状不
変性が温度範囲全体でおよび方法経過全体にわたって、
かなり充分な高さにある。型としては、高い間隙率のＡ
ｌ２Ｏ３　，　　ＳｉＯ２　またはＭｇＯ　からなる一
つまたは複数の薄い可撓性セラミック殻、あるいは特殊
ガラス製の物体が使用される。部品の粉末混合物の焼結
温度に達したときに、この物体が網状に割れ、完全に破
裂や破壊することがない。

【００５１】特に型として、セラミック体が使用され、
このセラミック体が、焼結プロセス中に発生する最大引
張り応力の場所に、刻み目の形をした予定破壊個所を備
えている。更に、型として、セラミック殻が使用され、
このセラミック殻が部品の焼結時に割れ、任意のモザイ
ク状の破片に破壊される。

【００５２】他の変形例では、型として、薄くて可撓性
の、弾性的−塑性的セラミックシートが、未加工状態ま
たは部分的にのみ熱処理した状態で使用され、セラミッ
クシートが、加熱プロセスと焼結プロセスで初めて、部
品用の粉末と共に、化学的なプロセスおよび仕上げ焼結
によってその最終強度を得る。

【００５３】型として、未加工のセラミック物質が使用
され、このセラミック物質が、部品の焼結と同時に行わ
れる焼結プロセスおよび乾燥プロセスの際に初めて、そ
の最終形状と強度となり、それに関連する収縮プロセス
の際に、型と部品の異なる収縮によって生じる正または
負の力の差だけが受け止められると有利である。特に、
セラミック物質のために、型と部品の加熱と焼結による
収縮の際に、部品に使用される粉末の収縮よりも大きく
収縮する材料が使用され、焼結プロセスのときに部品に
押圧力が作用し、型の壁が引張り力を受けると非常に有
利である。

【００５４】特に粉末または粉末混合物が、焼結温度ま
で加熱される前に、あるいは下側の温度範囲における加
熱の最初の相で、撓む型への遠心力加速によって予備圧
縮される。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の方法は、金
属粉末またはセラミック粉末から出発し、比較的に複雑
な形状をしていて横断面形状が任意で、壁厚が制限され
ない部品を製作することができる。この方法によって製
作された物はもはや加工しなくてもよいかまたは少しだ
け加工すればよい。粉末加工の場合、気泡や不所望な有
害残渣が回避される。更に、製作すべき部品の形状や組
成の選択に関して、最大の自由度および普遍性が保証さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】弾性的／塑性的に撓む型を用いた方法のフロー
チャート（ブロック線図）である。

【図２】予定破壊個所を有する撓む型を用いた方法のフ
ローチャート（ブロック線図）である。

【図３】収縮時の型可撓性の原理を説明するための、収
縮の前の状態にある、粉末を充填した撓む分割型の概略
的な縦断面図である。

【図４】収縮時の型可撓性の原理を説明するための、収
縮中の状態にある、焼結体と共に、撓む分割型を示す概
略的な縦断面図である。

【図５】収縮時の型可撓性の原理を説明するための、分
割型の離型後の状態にある、撓む分割型と出来上がった
焼結体の概略的な縦断面図である。

【図６】予定破壊個所の原理を説明するための、収縮状
態の撓む型の概略的な縦断面図である。

【図７】予定破壊個所を有し、粉末を充填した、収縮前
の状態にある撓む型の概略的な縦断面図である。

【図８】破壊された予定破壊個所と焼結体を有する撓む
型の、焼結時の収縮中の状態を示す概略的な縦断面図で
ある。

【図９】破壊された予定破壊個所と出来上がった焼結体
を有し、割れた型の破片を取り外した後の状態を示す概
略的な縦断面図である。

【図１０】予定破壊個所としての多数の刻み目を有し、
粉末を充填した、収縮前の状態の薄壁状の型の概略的な
縦断面図である。

【図１１】複数のセラミック層製の型と焼結体との一部
の概略断面図である。

【図１２】多孔性発泡セラミック層と機械的に硬いガラ
スセラミック層とからなる型の一部と、焼結体の一部の
、割れる前および焼結中の状態を示す概略断面図である
。

【図１３】多孔性発泡セラミック層とガラスセラミック
層とからなる型の一部と、焼結体の一部の、割れて砕け
た後の状態を示す概略断面図である。

【図１４】可延性のセラミックシートからなる、粉末を
充填した撓む型の、収縮の前の状態を示す概略的な縦断
面図である。

【図１５】焼結体と共に、焼結したセラミックシートか
らなる撓む型の、一緒に焼結することによって収縮した
後の状態を示す概略縦断面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　部品用充填粉末（注入粉末）２
　　　　　　　　　　部品の収縮の前の、セラミック材
料からなる分割された撓む型 ３　　　　　　　　　　焼結体（部品）４　　　　　　
　　　　部品の収縮中および収縮後の、セラミック材料
からなる分割された撓む型 ５　　　　　　　　　　部品が収縮する前の、撓む型の
元の輪郭６　　　　　　　　　　離型後の、セラミック
材料からなる分割された撓む型 ７　　　　　　　　　　セラミック材料からなる分割さ
れた撓む型の一部 ８　　　　　　　　　　撓む型の膨張片（膨出部、隆起
部）９　　　　　　　　　　予定破壊個所（部品の収縮
時の曲げ応力部） １０　　　　　　　　　　部品が収縮する前の、予定破
壊個所を有するセラミック材料からなる分割された撓む
型１１　　　　　　　　　　予定破壊個所の刻み目（溝
）１２　　　　　　　　　　弾性−塑性的なセラミック
シール１３　　　　　　　　　　部品の収縮中および収
縮後の、セラミック材料からなる分割された撓む型の一
部１４　　　　　　　　　　部品の収縮中および収縮後
の、セラミック材料からなる型の一部のひび １５　　　　　　　　　　離型後の、セラミック材料か
らなる撓む型の一部 １６　　　　　　　　　　型の予定破壊個所の不規則な
破壊面１７　　　　　　　　　　セラミック材料からな
る型の滑らかな内皮 １８　　　　　　　　　　セラミック材料からなる型の
、形状を決定する中間の粒子状の内皮（殻） １９　　　　　　　　　　セラミック材料からなる型の
、粗粒子状の中間の層（殻） ２０　　　　　　　　　　セラミック材料からなる型の
、骨組み状に形成された粗孔状の外側の層 ２１　　　　　　　　　　多孔性の発泡セラミックスか
らなる型の内側の層（殻） ２２　　　　　　　　　　発泡セラミックスからなる内
側の層（殻）の連続する粗孔 ２３　　　　　　　　　　ガラスセラミックス（繊維強
化された）からなる型の外側の層（殻） ２４　　　　　　　　　　型の発泡セラミックス中のひ
び２５　　　　　　　　　　型のガラスセラミックス中
のひび２６　　　　　　　　　　薄い可延性セラミック
シート（未加工または部分的に熱処理されている） ２７　　　　　　　　　　セラミックシートにおける粉
末用充填口２８　　　　　　　　　　セラミックシート
における閉鎖部（接着接合部） ２９　　　　　　　　　　焼結されたセラミックシート
からなる殻Ｍｂ　　　　　　　　　　曲げモーメントＰ
　　　　　　　　　　　　押圧力

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　粉末が型内に充填され、そして焼結プ
   ロセスを受ける、粉末または粉末混合物から出発して、
   金属材料およびまたはセラミック材料から任意の部品を
   成形する方法において、型として、外力を受けて変形す
   るセラミック体が使用され、このセラミック体が、温度
   上昇時および焼結時の膨張または収縮による引張り力お
   よびまたは圧縮力によって生じる応力を受けて、弾性的
   およびまたは塑性的に変形し、およびまたは適切に設け
   られた予定破壊個所で割れ、その際、焼結体として製作
   される部品の高い形状精度を保証するために、型の強度
   と形状不変性が温度範囲全体でおよび方法経過全体にわ
   たって、かなり充分な高さにあることを特徴とする方法
   。
2. 【請求項２】　　型として、高い間隙率のＡｌ２Ｏ３　
   ，　　ＳｉＯ２　またはＭｇＯ　からなる一つまたは複
   数の薄い可撓性セラミック殻が使用されることを特徴と
   する請求項１の方法。
3. 【請求項３】　　型として、特殊ガラス製の物体が使用
   され、部品の粉末混合物の焼結温度に達したときに、こ
   の物体が網状に割れ、完全に破裂や破壊することがない
   ことを特徴とする請求項１の方法。
4. 【請求項４】　　型として、セラミック体が使用され、
   このセラミック体が、焼結プロセス中に発生する最大引
   張り応力の場所に、刻み目の形をした予定破壊個所を備
   えていることを特徴とする請求項１の方法。
5. 【請求項５】　　型として、セラミック殻が使用され、
   このセラミック殻が部品の焼結時に割れ、任意のモザイ
   ク状の破片に破壊されることを特徴とする請求項１の方
   法。
6. 【請求項６】　　型として、薄くて可撓性の、弾性的−
   塑性的セラミックシートが、未加工状態または部分的に
   のみ熱処理した状態で使用され、セラミックシートが、
   加熱プロセスと焼結プロセスで初めて、部品用の粉末と
   共に、化学的なプロセスおよび仕上げ焼結によってその
   最終強度を得ることを特徴とする請求項１の方法。
7. 【請求項７】　　型として、未加工のセラミック物質が
   使用され、このセラミック物質が、部品の焼結と同時に
   行われる焼結プロセスおよび乾燥プロセスの際に初めて
   、その最終形状と強度となり、それに関連する収縮プロ
   セスの際に、型と部品の異なる収縮によって生じる正ま
   たは負の力の差だけが受け止められることを特徴とする
   請求項２の方法。
8. 【請求項８】　　セラミック物質のために、型と部品の
   加熱と焼結による収縮の際に、部品に使用される粉末の
   収縮よりも大きく収縮する材料が使用され、焼結プロセ
   スのときに部品に押圧力が作用し、型の壁が引張り力を
   受けることを特徴とする請求項７の方法。
9. 【請求項９】　　粉末または粉末混合物が、焼結温度ま
   で加熱される前に、あるいは下側の温度範囲における加
   熱の最初の相で、撓む型への遠心力加速によって予備圧
   縮されることを特徴とする請求項１の方法。