JPH07500873A

JPH07500873A - 合金移動焼結方法

Info

Publication number: JPH07500873A
Application number: JP5507872A
Authority: JP
Inventors: フェルドステイン，ロバート・エス．
Original assignee: デラフェ，リミテッド
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1992-10-20
Publication date: 1995-01-26
Also published as: EP0612277A1; AU3054792A; AU657383B2; CA2122061A1; CA2122061C; US5248475A; WO1993007978A1; EP0612277A4

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】合金移動焼結方法発明の分野本発明は、好適な合金剤の表面被膜と合された非焼結性材料からなる焼結固体エレメントを形成する合金移動（ｍｉｇｒａｔ　１ｏｎ）焼結方法に関する。本発明は、少なからずバッテリー用電極として用いられる非焼結性材料の種々の固体エレメントを製造する方法を提供する。

発明の背景共晶組成物の融解はよく知られた現象である。融解は本質的には溶融を意味し、共晶溶解は２つの材料の、片方の材料の融点よりかなり低い略正確に規定された温度での化合現象を言う。従って、第１の材料の融点は、第２の材料をいくらか添加するにつれて、共晶点と呼ばれるある温度まで減少し、該共晶点とは特定の組成物に対する最小融点である。その後、２つのエレメント（ｅｌｅｍｅｎｔ）の比率が第２のエレメントの方を選んで増大するにつれて、融点は再び上昇しはじめる。

最小融点が得られる組成物は共晶組成物であり、合金化される２つのエレメントまたは材料の割合に関して表現される。

典型的カリ非常によく知られた共晶組成物は、本発明が特にその主用途において用いるものである。それは錫と鉛の共晶組成物であり、鉛３７％と錫６３％を混合する時に得られる。その共晶点は３６１°Ｆである。

多くの他のエレメントや材料が存在するが、共晶組成物はこれらの材料と好適な合金剤とから調製される。該材料としては、ニッケルバナジウム鋼等の多くの鉄材料、耐火物、ある種のセラミックス等が挙げられる。

ある材料と合金剤の共晶組成物の共晶点は該材料またはその合金剤の融点より低い温度で生じるため、該材料と合金剤とからなる組成物は温度が上昇するにつれて、共晶温度に達して、材料と合金剤の混合物が溶融する。混合物が溶融すると、ぬれるようになり、ある量の溶融共晶組成物の流れが生じると考えられる。

本発明を特に認識するのはこれらの特徴であり、これらの特徴をまったく予想もしない方法で適用することにより、主に第１の材料またはエレメントと、第］の材料用の合金剤である少量の他の材料またはニレメン）・とからなる固体組成物が適切かつ制御可能な条件下で製造される。

本発明は、特に、一般に非焼結性の材料であってその材料の焼結固体エレメントの製造が望まれる材料に関するものである。焼結材料から調製された固体エレメントは、一般に脆く、非常に高い多孔度および高い有効表面積を有する。これは、鉛蓄電池用陰極板としての目的および条件に特に有用である。鉛蓄電池の陰極板は、有効分として元素鉛を有し、もちろん陽極板は有効分として酸化鉛を有し、酸性電解液の存在中で両極板間の電気的結合が行われる。

本発明の他の目的は、ある材料と合金剤から共晶組成物が調製でき、かつ、液状であるため、隣接するぬれたまたは溶融した領域が互いに接合するような方法で共晶点でのぬれた共晶混合物を利用できるいかなる種類の状況をも包含する。

共晶組成物の性質によって、共晶組成物のぬれた溶融領域の温度が共晶点より僅かに高い温度に維持されて合金剤が材料内に拡散し続けると、合金剤ど材料の比率は、溶融領域内に残る合金剤の量が少なくなるにつれて変化する。これにより、該比率を有する組成物の融点が高くなり、該組成物は、今や融点より低いために、「凍結」または「再凝固Ｊする。もちろん、本明細書中の「凍結」または「再凝固」なる用語は、室温と比べて比較的高温の状態にある組成物に適用される。

とにかく、前述の現象を利用して、表面処理および溶接または表面接合（ある種の環境における半田付けとして識別される）が達成される手段を提供する。

かくして、本発明は、本質的に自己不変性（ｓｅｌｆ　ｓｔａｎｄｉｎｇ）であるが脆い焼結固体エレメントを提供する。しかし、通常、本発明は、ある種の支持構造に固定される焼結固体エレメントを提供するのに利用される。本発明は、焼結固体エレメントを制限体積（ｂｏｕｎｄｅｄ　ｖｏｌｕｍｅ）内に形成して、互いに該制限体積内に突出する２つの他の表面を接合できるような方法で利用することができる。典型例としては、まったく価値がないもの（ｔｉｎｋｅｒ’ ｓ　ｄａｍ）という意味で、好適な体積制限剤（ｖｏｌｕｍｅ　ｂｏｕｎｄｉｎｇ　ａｇｅｎｔ）を用いて２つの対向面または２つのワイヤの対向端を互いに結合することが挙げられる。

ある点では、本明細書中の非焼結性材料用の合金剤をドーパントとして考えることも好都合である。しかし、該合金剤は、ドープされる樹脂状品抑制剤等の材料の機能特性がそれによって変化する改質剤の意味でのドーパントの目的を果たすが、ぬれた溶融領域の融点がそれによって変化する融点改質剤としての目的を果たさない。従って、非焼結性材料からの固体焼結エレメントの製造は本発明によって行われる。かくして、Ｘ線管内のターゲット電極等として用いられる耐火材料が製造されるが、これらの耐火材料は焼結性ではな（、少量の合金剤の存在によってＸ線管動作を損なわず、かえって増大させることに注目すべきである。

詳説つぎに、本発明を用いる方法の種々の典型例を具体的に参照しながら本発明の詳細な説明する。

鉛蓄電池用極板、特に陰極板の製造において、多孔性金属構造を形成するのが望ましい。これにより、広い有効極板面積が得られ、電極に対する暴露が大きくなる。もちろん、あらゆる環境下で、望ましい特定の固体一孔分布が得られ、特に有効な孔径が得られる。これらのことは本発明の範囲以外のものである。しかし、本発明から明らかなように、適切な粒径の選択および製造される固体エレメントの材料と合金剤の比率の選択によって矛盾ない再現可能な結果が得られる。

特に、元素鉛で作製される鉛蓄電池の陰極板のような環境において、高程度の空隙−空隙相互連結を有する好適な固体一孔（または空隙）比が達成される。

もちろん、本発明を実施するために鉛板外の材料を用いても良いが、鉛蓄電池の陰極板の鉛有効層によって本発明の詳細な説明が行われる。

鉛等の多くの材料は容易に焼結されないため、多孔性金属マトリックスカ熔易に製造されない。例えば、鉛は広い温度領域にわたって融点未満て熱可塑性領域を有し、圧粉された鉛粉末の焼結を試みてもうまくいかないことがよく知られている。もちろん、固体鉛となるために、鉛粉末の融点は存在しない。従って、鉛は本質的に非焼結性である。

通常の製造行程のように鉛結晶粒を金壓内に置くと、該結晶粒間の初期空隙は、鉛の融点未満の塑性変形領域中に鉛粉末がスランプ（Ｓｌｕｍｐ）するにつれて充填されるまたはその大きさが減少する。

しかし、個々の鉛粉末粒子が、該鉛結晶粒の径に比へて比較的小さいまたは薄い錫の被膜を用いて錫のような合金剤で被覆されると、温度上昇および拡散の結果として得られる錫６３％と鉛３７％からなる溶融共晶半田は、錫と、共晶点および共晶組成物に到達するのに必要な適量の鉛および錫とからなる比較的小さい溶融表面体積を有する共晶表面を形成する。従って、被覆結晶粒を一緒に置き、加熱すると（もちろん、熱源は被覆結晶粒の外側にあり、該結晶粒は熱源に対して暴露される）、個々の被覆鎖結晶粒内に温度または熱勾配が生じる。それにより、エネルギー人力は錫と鉛の共晶組成物を相変化させ、その時点で、共晶組成物からなる相転移層内の融解熱によって液温か安定化される。熱に暴露し続けると、さらに溶融が生しるにつれてかなり低い温度の上昇速度のみが増大し、錫と鉛の共晶組成物からなるシステムは本質的に恒温となる。その時点で、錫枯渇が生じるまで拡散は続き、共晶層は厚くなる。

拡散が継続するにつれて、溶融表面は増加量の鉛と混合するようになり、鉛含量は共晶量の３７％に近ずき、それにより、鉛の全共晶表面と錫の溶融が生じる。

その時点て、隣接ぬれ拡散領域の混合による粒内ぬれおよび結合が生じる。

しかし、さらに拡散が起こると、表面での錫含量が減少し、局所ぬれ領域の融点が増大する。その後に再凝固または凍結が生じる。

昇温速度を制御することにより、共晶点を越える温度、温度が共晶点の僅かに上で維持される時間、降温速度および製造された焼結固体エレメント内の錫濃度分布が制御できる。

以上に従うことにより、高価な共晶合金剤、すなわち、錫の最適分布を有する焼結鉛マトリックスまたは構造が達成され、製造コストをできる限り低く維持することができる。さらに、鉛蓄電池の機能に対して有利な錫の表面濃度が、現在の錫の実質的な量のコストなしに制御できる。

本発明に従って焼結固体エレメントが製造される非焼結性材料は、錫被覆鉛結晶粒に関して上述したように、粒状以外の形態で用いても良い。最も広い意味で、本発明は、好適な共晶合金剤で被覆された非焼結性材料の離散片の使用を必要とする。

該離散片は非焼結性材料の粒子または結晶粒であっても良い。また、それらは非焼結性材料の繊維またはワイヤ片であってもよ（、それらの繊維またはワイヤ片は繊維またはワイヤの細断片あるいは一定長さのワイヤ、小板、円板等であってもよい。例えば、チタン等の非焼結性材料製のワイヤはニオブの非常に薄い被膜で被覆され、ニッケルバナジウム鋼製ワイヤはニッケルの薄い被膜でメッキされた後、被覆ワイヤは短く細かい断片に細断される。また、ワイヤはメツシュに織ることもでき、その後に押し潰すあるいはプレスして、被覆ワイヤの個々のストランドが互いに交差する箇所で被覆ワイヤが少なくとも互いに押し潰されるまたはプレスされる。細断ワイヤを用いる場合、細断する前後に共晶合金剤で被覆してもよい。また、メッキ、浸漬、混練等、いずれの好適な手段を用いて、離散片または粒子（それらが非焼結性材料の結晶粒、ワイヤの細断片、一定長さのワイヤ、けん縮繊維、押出断片であっても）上に被膜を設けてもよい。

以上から、本発明の方法の主な行程では、非焼結性材料の合金が合金剤を用いて調製でき、非焼結性材料の塑性変形が生じる温度より低い第１の温度で合金剤の非焼結性材料内への拡散が生じる特性を有する非焼結性材料から焼結固体エレメントが製造される。該非焼結性材料は、さらに、非焼結性材料と合金剤の共晶点が非焼結性材料の塑性変形領域より低い温度（すなわち、そのスランプ温度、あるいはある種のセラミックスの場合には、その構造破損温度）で存在する特性を有する。本発明は、その基本的な形態において、以下の行程を有する＝（ａ）該非焼結性材料の離散片を該合金剤の薄い被膜で被覆し；（ｂ）該離散片をある位Ｉｔ（制限体積あるいは裏および支持構造の上、例えば、そこで被覆結晶粒は焼結されて、焼結固体ゴルメントが形成される）に充填し；（Ｃ）該離散片を熱源に暴露して少なくとも該合金剤被膜および該合金剤被膜のすぐ下の該離散片の領域を、下層の非焼結性材料の塑性変形が生じる第１の温度（スランプ温度）までゆっくりと昇温することにより、該合金剤の該非焼結性材料の離散片肉への拡散が生じ、それにより、該合金剤被膜と該非焼結性材料の間の界面で拡散領域を形成すると共に、該合金剤と該非焼結性材料の共晶組成物が該拡散領域内で生じ；（ｄ）その後、該非焼結性材料の離散片を、該離散片の少なくとも該拡散領域が該共晶点より僅かに高い第２の温度に昇温するのに十分な熱にさらに暴露することにより、該拡散領域の局部溶融および濃縮が生じて、融解熱によって安定化されかつ熱吸収によってさらに濃縮された実質的な恒温共晶組成物からなる該離散仕上の溶融表面を形成し、それにより、隣接結晶粒が局部溶融領域を共有しはじめると共に互いにぬれ：（ｅ）該第２の温度を実質的に一定に維持して該合金剤を拡散させ続けることにより、該溶融表面中の該合金剤の濃度を下げると共にその融点を上げて、該溶融表面を再凝固させ、ぬれた溶融領域が凍結して該非焼結性材料の隣接離散片が互いに結合し、それにより、非焼結性材料の焼結固体エレメントを形成し；（ｆ）その後、該焼結固体エレメントおよび該熱源を互いに遠ざけて、あるいは該焼結固体エレメントから熱を取り除いて、該焼結固体エレメントを冷却させる。

非焼結性材料が、鉛、鉄金属、鉄合金、非焼結性セラミックス、非焼結性耐火物、ニッケルバナジウム鋼および鉛カルシウム合金よりなる群から選択されるのが特に好都合である。

しかし、それに限定するわけではないが、本発明では特に、鉛、鉄金属および合金、ニッケルバナジウム鋼、鉛カルシウム合金並びにコバルトおよびチタン基合金に注目しており、共晶組成物が形成される好適な合金剤としては、錫、カルシウム、ニッケル、銀、ニオブ、金および希土類が挙げられる。特に、宇宙船の大気再突入用の高エネルギー導波管または熱シールド、Ｘ線管およびクライストロン用アノード等の用途に使用される好適なセラミックスおよび耐火材料と好適な合金剤からなる非焼結性セラミックスおよび耐火物も、本発明の製造方法の範囲内に含まれる。

もちろん、鉛蓄電池用のバッテリー板を製造する場合のように非焼結性材料が鉛である時、合金剤は、通常、錫である。鉛はカルシウムまたはアンチモン添加剤を含有してもよいが、鉛合金と錫の共晶組成物は、鉛または錫の融点よりも低い特異な共晶温度を有する。

ある例では、イオン衝撃、プラズマ溶射、電気メッキ、圧力被覆、溶射等によるイオン注入としての表面処理行程によって、非焼結性材料のイオンを基材に注入した後、イオン注入面の少なくとも一部分または全体を焼結することができる。

その後、もしあれば、離散片または粒子の残量を用いて最初の分と共に焼結することによって焼結固体エレメントを製造する。従って、本発明の合金移動技術を用いて、適当な表面調製により、非焼結性材料を表面および焼結構造内のそれ自身に結合させる。

一般に、非焼結性材料の被覆離散片または粒子の少なくとも一部分を基材上に配置し、非焼結性材料の被覆離散片または粒子の一部分を基材に加熱結合した後、さらに非焼結性材料の残量を配置することによって、行程（ｂ）中で製造がまず先行する。この時点で存在する第１の焼結層は、その上に被覆またはメッキされた追加量の合金剤を含有する。さらに、多くの材料のｒ常温流れ」が該材料の塑性流れ領域の下限が接近するにつれて、より効果的になるため、加熱結合は加熱加圧結合でもよい。

例えば、上述のように、２つの対向面あるいはワイヤの２つの対向端を溶接または接合することが望ましい場合、適当な境界を設けて、焼結プロセスまたは固体エレメントの製造中に非焼結性材料の被覆離散片または粒子を含有させることにより、２つの隣接面またはワイヤの端部は互いに効果的に溶接される。従って、未硬化または焼成セラミック等の好適な材料で調製することが効果的であり、非焼結性材料の被覆離散片は制限体積内に配置かに本発明の行程が実施される。

例えば、プラズマ溶射のような表面処理の後に本発明の合金移動技術を用いることにより、制御可能な勾配を有する特別なタイプの傾斜接合溶接を形成し、それにより、表面間および粒子間で予想可能な特性が得られる。

非焼結性材料の離散片または粒子上の被膜の深さを正しく測定することにより、製造された焼結固体エレメント中に存在する合金剤の量を綿密に制御できる。従って、錫／鉛化合物の場合、効果的には、錫６３％および鉛３７％の共晶錫／鉛半田であり、３６１０Ｆの共晶点を有する。また１、製造された全焼結固体エレメントにおける錫と鉛の最終比は１：１０〜１　：　１０００あるいはｌ：１ｏｏｏ０００の範囲となるように制御される。合金剤の表面濃度は、制御された濃度の深さ分布を有する相対的に高い値を有する。従って、例えば、鉛に対する合金移動焼結剤として高価な錫を用いることは非常に効果的であるが、錫の使用量は焼結固体エレメントを製造する際にコストの増大が生じない十分に少ない量である。

表面錫濃度が十分であるため、樹技状品抑制の最初の手助けとなる。

本発明は、非焼結性材料からの焼結固体エレメントの製造を単純化する以外に多くの他の目的を存する。例えば、表面被覆を行って合金剤と共晶混合物を形成する金属を結合し、処理表面上に合金剤をメッキするまたは配置する行程、およびその後の結合金属を基材内に拡散させて、外金属と合金剤の共晶組成物を形成する行程により、「肌焼（すなわち、肌被覆）Ｊと同様の結果が基材の材料全体に得られる。

本発明の原理を利用して、例えば、繊維がカーボンベースであるカーボンベースの補強繊維を有する金属エレメントを製造してもよい。該カーボン繊維は、グラファイト、熱分解グラファイトおよびカーボンよりなる群から選択され、金属は、基材（この場合、カーボン繊維）上にイオン注入される特性を有しなければならない。また、金属は合金剤と共晶混合物を形成しなければならない。

その場合、該金属はカーボン繊維の表面の薄層内にイオン注入された後、合金剤の薄い被膜がイオン注入金属の上に設けられる（メッキ等によって）。このようにして処理されたカーボン繊維は、製造される金属エレメントの形態を有するある量の離散片に暴露されるまたは離散片で充填される。処理されたカーボン繊維は小片に切断または細断され、ある量の金属の離散粒子と混合され、得られる金属エレメントは鋳造エレメントである。特異な例はカーボン繊維で補強された鋳造鉛電極である。このようにして得られた金属エレメントは多孔性を有する、あるいは固体（非多孔性）である。

その後、通常の行程に従って、カーボン繊維基材上の該金属、該合金剤および該イオン注入金属を熱源に暴露して第１の温度までゆっくりと昇温することにより、該合金剤の該イオン注入金属およびカーボン繊維の周囲に充填された該金属の該離散片または粒子内への拡散が生じ、それにより、該イオン注入金属および該離散片または粒子と該合金剤の間の界面で拡散領域を形成する。該金属と該合金剤の共晶組成物が該拡散領域内で生じる。その後、得られた構造を、少なくとも該拡散領域を該共晶点より僅かに高い第２の温度に昇温するのに十分な熱にさらに暴露することにより、該拡散領域の局部溶融が生じて実質的な恒温共晶組成物からなる溶融領域を形成する。従って、金属の隣接離散片または粒子およびカーボン繊維上のイオン注入金属が局部溶融領域を共有しはじめると共に互いにぬれる。

その後、上述したように、該第２の温度を実質的に一定に維持して該合金剤を該金属の該離散片およびカーボン繊維基材上の該イオン注入金属内に拡散させ続けることにより、該溶融領域中の該合金剤の濃度を下げると共にその融点を上げる。もはや共晶混合物ではないからである。該溶融領域を再凝固させ、それにより、繊維補強金属構造が得られる。

、Ｌ述のように、金属はカーボン繊維内、あるいはその表面上に、１５０原７− まで、典型的には約１０−２０原子の深さまでイオン注入し、その厚さはカーボン繊維または処理表面上′７？１・〜３３原子程である。合金剤は金属の１−４に容易にメッキできる。

１ａ維捕強構造体の製造札７．対する他のアブに】−チにおいて、繊維（細断繊維でもよい）は金属の液体浴に単純（、′添加され、それから該構造が製造される。液体金属浴の金属用の共晶合金剤で該繊維を、メッキしてもよく、共晶合金剤から繊維自体をＶ造し２てもよく、繊維が共晶合金剤を含んでもよい、１繊維はホウ素ベースの繊維でもよく、チタ／〜ウラン合金等の超合金繊維でもよい。

２つの対向面を互いに接合した後、本発明の行程に従うことによって構造体を製造してもよく、それにより、２つの対向面は互いに本質的に「半田付け」または「ロウ付げ」または溶接される。この行程は、金属を用いて対向面に結合し、合金剤と共晶組成物を形成する点て」−述の行程とほとんと同じである。上述のように、金属と合金剤の共晶組成物が存在しなければならず、該共晶組成物は、接合さ第１る表面の材料の塑性変形または損傷（または構造破損）領域より低い温度で共晶点を有する。このような表面は、ポリマー、特に非等方性または異方性導電性ポリマーからなる。

ここで、接合金属として用いられる金属は対向面の各面に結合された後、接合されるべき対向面の各面に結合された金属の一トに、合金剤剤の薄い被膜が（メッキ等により）設（Ｊられる。該対向面は互いに密着して配置されて１．互いにぴったりと合わされ、第１にあるいは接合金属の結合および合金剤の配置の行程後に幾らかデコボコになる場合、少な（とも相補的な合わせ形態（ｎｍｔｉｎｇ　ｔｏｐｏｌｏ（＜１ｅｓ）を有しなければならない。また、中間の粒状被覆粉末層を用いてもよい。

その後、少なくとも該対向面を熱源に暴露して少なくとも金属および合金剤を共晶点まてゆっくりと４温することにより、該合金剤の該金属内への拡散が生し、それにより、拡散領域を形成する。もちろん、該接合金属と該合金剤の共晶組成物が該拡散領域内で生じる。その後、上述のように、該対向面、該接合金属および該合金剤を、少なくとも該拡散領域を該共晶点より僅かに高い第２の温度に昇温するのに十分な熱に暴露する。従って、該拡散領域の局部溶融が生じて実質的な恒温共晶組成物からなる溶融領域を形成し、それ（−より、該対向面が局部溶融領域を共有しはじめると共に互いにぬイする。その後、該第２の温度を実質的に一定に維持して該合金剤を該接合金属内（：拡散させ続けろ、二とにより、該溶融領域中の該合金剤の濃度を下げると共にその融点を上げる。それにより、上述のように、溶融領域が再凝固される。そのため、該対向面は互いじ二結合されて、互いに永久接合される。もちろん、永久接合面および熱源は互いに遠ざりられ、永久接合面から形成された単一構造およびそれらと合された下灘構匙は冷却される。

用いられる該金属は、鉛、鉄金属、畝る金、セ′−）′：、ックス、耐火物、ニラう−ルバナジウム鋼、鉛カルシウム合金、鉛アンチモン合金、コバル斗基合金およびチタン基合金よりなる群から選択される。従って、合金剤は、錫、カルンウノ６、ニッケル、銀、ニオブ、金および希土類よりなる群から選択されるいずれか１つのものである。

該金属は、イオン衝撃、プラズマ溶射、１気メッキ、圧力被覆および溶射等の表面処理によって、接合されるべき表面に結合される。注目されるべきは、金属を対向面の各面にイオン注入する場合、１５０原子、典型的には１０〜２０原子の深さて行われ、その厚さは表面上で１−＝　３原子程度であり、その後に合金剤をイオン注入金属の上にメッキすることである。

結合される面自体が共晶合金剤と共晶混合物を形成する場合、合せ面の」−に共晶合金剤を配置し２該面を互いに合オ）せた後、上述のよう（７、本発明の加熱および浸漬行程を行うことが必要である。この方法では、対向面の共晶［結合Ｊま１．＝は「溶接」が達成される。１：れらの行程は、特に鉄表面の際に有用である。

本発明の範囲を添付の請求の範囲によって明確にする。

フロントページの続き（５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号Ｃ２２Ｃ１１１０６７１４１−４ＫＣ２３Ｃ１４１５８Ａ　８５２０−４Ｋ（８１）指定回　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３゜ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ，ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ、ＵＳＩ

Claims

【特許請求の範囲】

１．非焼結性材料の合金が合金剤を用いて調製でき、非焼結性材料の塑性変形が生じる温度より低い第１の温度で合金剤の非焼結性材料内への拡散が生じる特性を有すると共に、共晶組成物、すなわち、非焼結性材料と合金剤の共晶点が非焼結性材料の塑性変形領域より低い温度で存在する特性を有する非焼結性材料から焼結固体エレメントを製造する方法であって；（ａ）該非焼結性材料の離散片を該合金剤の薄い被膜で被覆し；（ｂ）焼結されて焼結固体エレメントを形成する位置に該離散片を充填し；（ｃ）該離散片を熱源に暴露して少なくとも該合金剤被膜および該合金剤被膜のすぐ下の該離散片の領域を該第１の温度までゆっくりと昇温することにより、該合金剤の非焼結性材料の離散片内への拡散が生じ、それにより、該合金剤被膜と該非焼結性材料の間の界面で拡散領域を形成すると共に、該非焼結性材料と該合金剤の共晶組成物が該拡散領域内で生じ；（ｄ）その後、該非焼結性材料の該被覆離散片を、該離散片の少なくとも該拡散領域が該共晶点より僅かに高い第２の温度に昇温するのに十分な熱にさらに暴露することにより、該拡散領域の局部溶融および濃縮が生じて該離散片の実質的な恒温共晶組成物からなる溶融表面を形成し、それにより、隣接離散片が局部溶融領域を共有しはじめると共に互いにぬれ；（ｅ）該第２の温度を実質的に一定に維持して該合金剤を拡散させ続けることにより、該溶融表面中の該合金剤の濃度を下げると共にその融点を上げて、該溶融表面を再凝固させ、それにより、該非焼結性材料の隣接離散片を結合して焼結固体エレメントを形成し；（ｆ）その後、該焼結固体エレメントおよび該熱源を互いに遠ざけて、該焼結固体エレメントを冷却させる行程を有してなることを特徴とする方法。
２．該被覆離散片が、該非焼結性材料の粒子、結晶粒、繊維、ワイヤの細断片、一定長さのワイヤ、小板および円板よりなる群から選択される請求項１記載の方法。
３．該非焼結性材料が、鉛、鉄金属、鉄合金、セラミックス、耐火物、ニッケルバナジウム鋼、鉛カルシウム合金、鉛アンチモン合金、コバルト基合金およびチタン基合金よりなる群から選択される請求項２記載の方法。
４．行程（ｂ）の必須の第１の部分として、該非焼結性材料の該被覆離散片の少なくとも一部分が基材に対して加熱加圧結合され、次に行程（ｂ）において、該焼結固体エレメントを製造するのに使用されるべき該非焼結性材料の残量を配置する請求項３記載の方法。
５．該離散片が錫で被覆された鉛であり、該共晶組成物が共晶点３６１°Ｆを存する錫６３％および鉛３７％からなる共晶錫／鉛半田であり、それによって形成される焼結固体エレメントの錫と鉛の最終比が１：１０〜１：１００００００である請求項４記載の方法。
６．すべてが行程（ｂ）の必須の第１の部分としての次行程（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）において、該非焼結性材料の該被覆離散片の少なくとも一部分が、その表面が該非焼結性材料のイオン注入によって予め表面処理された基材に対して結合された後、該被覆離散片の少なくとも一部分をイオン注入された非焼結性材料に焼結し、次に行程（ｂ）において、該焼結固体エレメントを製造するのに使用される該非焼結性材料の残量を配置する請求項３記載の方法。
７．該焼結固体エレメントがその中に埋設されたカーボンベースの補強繊維を含有し、該カーボン繊維が、グラファイト、熱分解グラファイトおよびカーボンよりなる群から選択され、該金属が基材上にイオン注入されかつ合金剤と共晶混合物を形成する特性を有し、該共晶混合物が該金属、該合金剤および該カーボン繊維の塑性変形領域より低い温度で共晶点を有し；行程（ａ）において、該カーボン繊維の表面に該金属の薄層をイオン注入した後、該イオン注入金属の上に該合金剤の薄い被膜を設け；行程（ｂ）において、製造される金属エレメントの形態を有するある量の該カーボン繊維のイオン注入表面の周囲に該金属の該離散片を充填し；行程（ｃ）において、該金属の該離散片、該合金剤および該イオン注入金属を熱源に暴露して第１の温度までゆっくりと昇温することにより、該合金剤の該イオン注入金属および該金属の該離散片内への拡散が生じ、それにより、該イオン注入金属および該離散片と該合金剤の間の界面で拡散領域を形成すると共に、該金属と該合金剤の共晶組成物が該拡散領域内で生じ；行程（ｄ）において、その後、該金属の該離散片、該合金剤および該イオン注入金属を、少なくとも該拡散領域を該共晶点より僅かに高い第２の温度に昇温するのに十分な熱にさらに暴露することにより、該拡散領域の局部溶融が生じて実質的な恒温共晶組成物からなる溶融領域を形成し、それにより、隣接離散片およびイオン注入金属が局部溶融領域を共有しはじめると共に互いにぬれ；行程（ｅ）において、該第２の温度を実質的に一定に維持して該合金剤を該離散片および該イオン注入金属内に拡散させ続けることにより、該溶融領域中の該合金剤の濃度を下げると共にその融点を上げて、該溶融領域を再凝固させ、それにより、該カーボン繊維と該離散片を結合して、その中に埋設されたカーボンベースの補強繊維を含有する固体金属エレメントを形成し；行程（ｆ）において、その後、該金属エレメントおよび該熱源を互いに遠ざけて、該固体金属エレメントを冷却させる請求項１記載の方法。
８．該被覆離散片が、該非焼結性材料の粒子、結晶粒、ワイヤの細断片および一定長さのワイヤ、小板および円板よりなる群から選択され、行程（ａ）の後であって行程（ｂ）ハの前に、該カーボン繊維を複数の短い断片に細断または切断し、該複数のカーボン繊維の短い断片をある量の該金属の離散片と混合することによって行程（ｂ）を行い、該金属エレメントが鋳造品である請求項７記載の方法。
９．該製造されたエレメントが、接合される表面の材料に結合して合金剤と共晶組成物を形成する特性を有する接合金属を用いることによって互いに永久接合される一対の対向面を有し、該接合金属と該合金剤の共晶組成物が、接合される表面の材料の塑性変形領域より低い温度で共晶点を有し；行程（ａ）において、互いに永久接合される該対向面の各面に該接合金属の被膜を結合し；行程（ｂ）において、接合される該対向面の各面上の該接合金属の上に該合金剤の薄い被膜を設け；行程（ｃ）において、該対向面を一緒に配置して、それらを互いにぴったりと合わせ、該対向面を熱源に暴露して少なくとも接合金属および合金剤を共晶点までゆっくりと昇温することにより、該合金剤の該接合金属内への拡散が生じ、それにより、該接合金属内で拡散領域を形成すると共に、該接合金属と該合金剤の共晶組成物が該拡散領域内で生じ；行程（ｄ）において、その後、該対向面、該接合金属および該合金剤を、少なくとも該拡散領域を該共晶点より僅かに高い第２の温度に昇温するのに十分な熱に暴露することにより、該拡散領域の局部溶融が生じて実質的な恒温共晶組成物からなる溶融領域を形成し、それにより、該対向面が局部溶融領域を共有しはじめると共に互いにぬれ；行程（ｅ）において、該第２の温度を実質的に一定に維持して該合金剤を該接合金属内に拡散させ続けることにより、該溶融領域中の該合金剤の濃度を下げると共にその融点を上げて、該溶融領域を再凝固させ、それにより、該対向面を結合して、それらを互いに永久接合させ；行程（ｆ）において、その後、該永久接合面および該熱源を互いに遠ざけて、該永久接合面によって形成された単一構造およびそれらと合された下層構造を冷却させる請求項１記載の方法。
１０．該被覆離散片が、該非焼結性材料の粒子、結晶粒、ワイヤの細断片および一定長さのワイヤ、小板および円板よりなる群から選択され、該対向面の少なくとも片方が行程（ａ）の前にデコボコであり、行程（ｂ）の後に該対向面が相補的な合わせ形態を有する請求項９記載の方法。