WO2022196681A1

WO2022196681A1 - 金属固体の製造方法

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Publication number: WO2022196681A1
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Inventors: 和彦西岡; 宏治景山
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Filing date: 2022-03-15
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Abstract

容易に金属固体を製造可能である金属固体の製造方法を提供する。金属粉末の周囲の少なくとも一部を金属粉末の融点より融点が高い高融点材料で覆うことと、周囲の少なくとも一部が高融点材料で覆われた金属粉末にマイクロ波を照射して金属粉末を加熱し、当該金属粉末を焼結又は溶融固化することと、を含む、金属固体の製造方法。

Description

金属固体の製造方法

本発明は、金属固体の製造方法に関する。

　従来、日用品、家電製品、及び工作機械等に用いられる金属固体部品は、鋳塊や金属鋼片などを加工して製造されている。鋳塊や金属鋼片を加工するプロセスは、様々な工程を含み、複雑である。また、鋳塊や金属鋼片を加工するプロセスは、様々な加工業者にまたがることもある。そのため、鋳塊や金属鋼片を加工するプロセスは、間に、物流による搬送が含まれることがある。したがって、鋳塊や金属鋼片を加工するプロセスは、コストが高い。また、鋳塊や金属鋼片を加工するプロセスにおいて、一つの工程が滞ると、下流の工程が全て滞ることがある。

特開２０１２－１５８７９０号公報特開２０１７－１４５１５１号公報特開２００９－０３５７７６号公報特開２０１３－２１６９４３号公報特開２０１７－１４５１５１号公報

　本発明は、容易に金属固体を製造可能である金属固体の製造方法を提供することを目的の一つとする。

　本発明の態様によれば、金属粉末の周囲の少なくとも一部を金属粉末の融点より融点が高い高融点材料で覆うことと、周囲の少なくとも一部が高融点材料で覆われた金属粉末にマイクロ波を照射して金属粉末を加熱し、当該金属粉末を焼結又は溶融固化することと、を含む、金属固体の製造方法が提供される。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末の周囲の少なくとも一部を高融点材料で覆うことと、金属粉末を焼結又は溶融固化することと、を繰り返してもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、積層された金属固体が形成されてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、高融点材料が、金属粉末よりマイクロ波を吸収する程度が低い断熱材料を含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、高融点材料が、金属粉末がマイクロ波を吸収する温度帯より少なくとも一部が低い温度帯でマイクロ波を吸収する吸収材料を含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、高融点材料が、金属粉末よりマイクロ波を吸収する程度が低い断熱材料と、金属粉末がマイクロ波を吸収する温度帯より少なくとも一部が低い温度帯でマイクロ波を吸収する吸収材料と、を含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、高融点材料が、１質量％から７０質量％の吸収材料を含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、断熱材料が、酸化物を含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、断熱材料が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、及び酸化チタンからなる群から選択される少なくとも１つを含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、吸収材料が、炭素材料を含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、吸収材料が、炭素、黒鉛、炭化ケイ素、炭素樹脂、及び金属炭化物からなる群から選択される少なくとも１つを含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末が、金属を含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末が、鉄、ニッケル、銅、金、銀、アルミニウム、及びコバルトからなる群から選択される少なくとも１つを含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末が、金属化合物を含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末が、鉄、ニッケル、銅、金、銀、アルミニウム、及びコバルトからなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末が、合金成分をさらに含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、合金成分が、ケイ素、マンガン、クロム、ニッケル、炭素、ホウ素、銅、アルミニウム、チタン、ニオブ、バナジウム、亜鉛及び硫黄からからなる群から選択される少なくとも１つを含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末の平均粒子径が２００μｍ以下であってもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末が金属酸化物を含み、金属粉末にマイクロ波を照射することにおいて、金属粉末が還元されてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末が金属酸化物を含み、金属粉末にマイクロ波を照射することにおいて、金属粉末が焼結されてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、高融点材料が型又は容器をなしていてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末が圧粉体をなしていてもよい。

　上記の金属固体の製造方法が、金属粉末にマイクロ波を照射することの前に、金属粉末に圧力を加えることをさらに含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、圧力が１ＭＰａから２０００ＭＰａであってもよい。

　上記の金属固体の製造方法が、金属粉末にマイクロ波を照射することの後に、金属粉末に圧力を加えることをさらに含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末にマイクロ波を照射することが、不活性ガス雰囲気下で行われてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末にマイクロ波を照射することが、還元雰囲気下で行われてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末が金属酸化物を含み、金属粉末にマイクロ波を照射する前に、金属酸化物を還元することをさらに含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、金属粉末の周囲の少なくとも一部を金属粉末の融点より融点が高い高融点材料で覆うことが、高融点材料の層を形成することと、高融点材料の層に凹部を形成することと、凹部に金属粉末を入れることと、を含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、高融点材料の層に凹部を形成することが、高融点材料の層の一部を硬化することと、高融点材料の層の未硬化部分を除去することと、を含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、高融点材料の層の一部を硬化することが、高融点材料の層の一部に硬化性材料を含めることを含んでいてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、高融点材料の層の一部に硬化性材料を含侵させてもよい。

　上記の金属固体の製造方法において、光照射により、高融点材料の層の一部を硬化させてもよい。

　また、本発明の態様によれば、金属粉末と、金属粉末の周囲の少なくとも一部を覆う、金属粉末の融点より融点が高い高融点材料と、が配置されるためのステージと、周囲の少なくとも一部が高融点材料で覆われた金属粉末にマイクロ波を照射して金属粉末を加熱し、当該金属粉末を焼結又は溶融固化するためのマイクロ波照射部と、を備える、金属固体の製造装置が提供される。

　上記の金属固体の製造装置が、ステージ上に高融点材料を配置するための高融点材料配置部をさらに備えていてもよい。

　上記の金属固体の製造装置において、高融点材料配置部が、ステージ上に高融点材料を塗布してもよい。

　上記の金属固体の製造装置において、高融点材料配置部が、ステージ上に、高融点材料の層を積層してもよい。

　上記の金属固体の製造装置が、高融点材料の少なくとも一部に硬化性材料を添加するための硬化性材料添加部をさらに備えていてもよい。

　上記の金属固体の製造装置が、高融点材料の少なくとも一部を硬化するための硬化装置をさらに備えていてもよい。

　上記の金属固体の製造装置が、未硬化の高融点材料を除去するための未硬化材料除去部をさらに備えていてもよい。

　上記の金属固体の製造装置が、ステージ上に金属粉末を配置するための金属粉末配置部をさらに備えていてもよい。

　上記の金属固体の製造装置において、金属粉末配置部が、ステージ上に金属粉末を塗布してもよい。

　上記の金属固体の製造装置において、金属粉末配置部が、高融点材料の凹部に金属粉末を配置してもよい。

　上記の金属固体の製造装置が、ステージ上に配置された金属粉末に圧力を加えるための加圧部をさらに備えていてもよい。

　上記の金属固体の製造装置において、加圧部が、マイクロ波照射部が金属粉末にマイクロ波を照射する前に、金属粉末に圧力を加えてもよい。

　上記の金属固体の製造装置において、加圧部が、マイクロ波照射部が金属粉末にマイクロ波を照射した後に、金属粉末に圧力を加えてもよい。

　上記の金属固体の製造装置が、金属粉末に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給部をさらに備えていてもよい。

　上記の金属固体の製造装置が、金属粉末に還元ガスを供給するための還元ガス供給部をさらに備えていてもよい。

　上記の金属固体の製造装置が、ステージ上に高融点材料を配置するための高融点材料配置部と、ステージ上に金属粉末を配置するための金属粉末配置部と、をさらに備え、（１）高融点材料配置部と金属粉末配置部が、ステージ上に、高融点材料で囲まれた金属粉末を配置し、（２）マイクロ波照射部が金属粉末を焼結又は溶融固化してもよい。当該金属固体の製造装置が、（１）と（２）の組み合わせを繰り返してもよい。

　上記の金属固体の製造装置において、金属粉末が金属酸化物を含み、マイクロ波照射部が金属粉末にマイクロ波を照射する前に、金属酸化物を還元する還元装置をさらに備えていてもよい。

本発明によれば、容易に金属固体を製造可能である金属固体の製造方法を提供可能である。

図１は、実施形態に係る金属固体の製造装置の模式的斜視図である。図２は、実施形態に係る金属固体の製造方法の模式的工程図である。図３は、実施形態に係る金属固体の製造方法の模式的工程図である。図４は、実施形態に係る金属固体の製造方法の模式的工程図である。図５は、実施形態に係る金属固体の製造方法の模式的工程図である。図６は、実施形態に係る金属固体の製造方法の模式的工程図である。図７は、実施形態に係る金属固体の製造方法の模式的工程図である。図８は、実施形態に係る金属固体の製造装置の模式的斜視図である。図９は、実施形態に係る金属固体の製造装置の模式的斜視図である。図１０は、実施形態に係る金属固体の製造装置の模式的斜視図である。図１１は、実施例１で得られた金属固体の写真である。図１２は、実施例２で得られた金属固体の写真である。図１３は、実施例３で得られた金属固体の写真である。図１４は、実施例４で得られた金属固体の写真である。図１５は、実施例５に係る樹脂型の写真である。図１６は、実施例５に係る金属金型から樹脂型を取り出す際の写真である。図１７は、実施例５で得られた金属固体の写真である。図１８は、実施例６で得られた金属固体の写真である。図１９は、実施例７で得られた金属固体の写真である。図２０は、実施例８で得られた金属固体の写真である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

　実施形態に係る金属固体の製造方法は、金属粉末の周囲の少なくとも一部を金属粉末の融点より融点が高い高融点材料で覆うことと、周囲の少なくとも一部が高融点材料で覆われた金属粉末にマイクロ波を照射して金属粉末を加熱し、当該金属粉末を焼結又は溶融固化することと、を含む。マイクロ波は、例えば周波数が３００ＭＨｚ以上３０ＧＨｚ以下の電磁波である。金属粉末の高融点材料で覆われている部分において、金属粉末と高融点材料が密着していることが好ましい。

　金属粉末の材料は、金属単体を含んでいてもよいし、合金等の金属化合物を含んでいてもよい。金属の例としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、スズ（Ｓｎ）、セリウム（Ｃｅ）、鉛（Ｐｂ）、水銀（Ｈｇ）、ナトリウム（Ｎａ）、ビスマス（Ｂｉ）、及びガリウム（Ｇａ）が挙げられる。鉄（Ｆｅ）の焼結温度は例えば１２００℃である。鉄（Ｆｅ）の融点は１５３８℃である。ニッケル（Ｎｉ）の焼結温度は例えば１２００℃である。ニッケル（Ｎｉ）の融点は１４９５℃である。銅（Ｃｕ）の焼結温度は例えば８００℃である。銅（Ｃｕ）の融点は１０８５℃である。金（Ａｕ）の焼結温度は例えば８００℃である。金（Ａｕ）の融点は１０６４℃である。銀（Ａｇ）の焼結温度は例えば７５０℃である。銀（Ａｇ）の融点は９６２℃である。アルミニウム（Ａｌ）の焼結温度は例えば５００℃である。アルミニウム（Ａｌ）の融点は６６０℃である。コバルト（Ｃｏ）の焼結温度は例えば１１００℃である。コバルト（Ｃｏ）の融点は１４５５℃である。

　金属粉末の材料は、１種類の金属を含んでいてもよいし、複数種類の金属を含んでいてもよい。金属化合物の例としては、複数の金属元素からなる合金、金属元素と非金属元素からなる合金、金属の酸化物、金属の水酸化物、金属の塩化物、金属の炭化物、金属のホウ化物、及び金属の硫化物が挙げられるが、特に限定されない。金属粉末は、合金成分として、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、ランタン（Ｌａ）、金（Ａｕ）、カリウム（Ｋ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び硫黄（Ｓ）等を含んでいてもよい。金属粉末の材料は、周囲の高融点材料よりもマイクロ波の吸収特性に優れることが好ましい。これにより、金属粉末が周囲の高融点材料よりもマイクロ波で加熱されやすくなる。

　金属粉末の平均粒子径は、例えば２００μｍ以下、１９０μｍ以下、あるいは１８０μｍ以下である。金属粉末の平均粒子径は、例えば、レーザー回折・散乱法により測定された、体積基準における累積粒度分布におけるメディアン径Ｄ_５０を指す。好ましくは、金属粉末の粒度分布は、Ｄ_１０／Ｄ_５０＞０．５かつＤ_５０／Ｄ_９０＞０．５である。金属粉末の平均粒子径が２００μｍ以下であると、金属粉末がマイクロ波を吸収しやすい傾向にある。

　高融点材料は、金属粉末よりマイクロ波の透過性が高く、金属粉末よりマイクロ波を吸収する程度が低い断熱材料を含んでいてもよい。断熱材料は、金属粉末の融点より高い融点を有する。断熱材料は、マイクロ波を吸収する程度が低いことにより、マイクロ波を照射されても発熱の程度が低く、断熱効果を発揮する。また、断熱材料は、金属粉末より融点が高いため、マイクロ波を照射されても、形状が安定する。そのため、マイクロ波を照射された金属粉末が、焼結又は溶融している間も、断熱材料を含む高融点材料は、形状が安定し得る。断熱材料は、金属粉末周囲を覆う粉末として提供されてもよい。あるいは、断熱材料は、固体として提供されてもよい。固体の断熱材量は、金属粉末周囲を覆う形状を有していてもよい。断熱材料を含む固体は、板状であってもよいし、シート状であってもよい。

　断熱材料は、金属の酸化物を含んでいてもよいし、半金属の酸化物を含んでいてもよい。金属及び半金属の酸化物の例としては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、及び酸化チタン（ＴｉＯ_２）が挙げられるが、特に限定されない。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の融点は２０７２℃である。酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の融点は１７１０℃である。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の融点は２８５２℃である。断熱材料は、これらの化合物であってもよい。

　高融点材料は、金属粉末がマイクロ波を吸収する温度帯より少なくとも一部が低い温度帯でマイクロ波を吸収する吸収材料を含んでいてもよい。吸収材料は、金属粉末の融点より高い融点を有する。吸収材料がマイクロ波を吸収する温度帯の少なくも一部は、金属粉末がマイクロ波を吸収する温度帯より低い。金属粉末がマイクロ波を吸収する温度帯は、例えば、３００℃以上１２００℃以下、４５０℃以上１１００℃以下、あるいは６００℃以上８００℃以下である。吸収材料がマイクロ波を吸収する温度帯は、例えば、１００℃以上１０００℃以下、２５０℃以上９００℃以下、あるいは４００℃以上６００℃以下である。

　吸収材料がマイクロ波を吸収する温度帯の少なくも一部は、金属粉末がマイクロ波を吸収する温度帯と重なっていることが好ましい。吸収材料は、金属粉末がマイクロ波を吸収する温度帯より少なくとも一部が低い温度帯でマイクロ波を吸収するため、金属粉末より早く発熱する。そのため、吸収材料は、金属粉末がマイクロ波を吸収する温度帯に達するまでに、金属粉末を加熱することが可能である。したがって、高融点材料が吸収材料を含むと、金属粉末の温度がマイクロ波を吸収する温度帯に達するのが速くなり、金属粉末の加熱時間を短縮することが可能である。また、吸収材料は、金属粉末がマイクロ波を吸収する温度帯より少なくとも一部が低い温度帯でマイクロ波を吸収するため、高融点材料が必要以上に加熱されることを抑制することが可能である。そのため、マイクロ波を照射された金属粉末が、焼結又は溶融している間も、吸収材料を含む高融点材料は、形状が安定し得る。ここで、吸収材料は、金属粉末周囲を覆う粉末として提供されてもよい。あるいは、吸収材料は、固体として提供されてもよい。固体の吸収材料は、金属粉末周囲を覆う形状を有していてもよい。上述したように、断熱材料が固体として提供される場合、固体の断熱材料で覆われた金属粉末の周囲に吸収材料を配置してもよい。吸収材料が固体として提供される場合、固体の吸収材料で覆われた金属粉末の周囲に断熱材量を配置してもよい。吸収材料と断熱材料の両方が固体であってもよい。

　吸収材料は、例えば、炭素材料を含む。炭素材料の例としては、カーボンブラック、非晶質カーボン、黒鉛、炭化ケイ素、炭素樹脂、及び金属炭化物が挙げられるが、特に限定されない。吸収材料は、焼結又は溶融固化対象の金属粉末がマイクロ波を吸収する温度帯より少なくとも一部が低い温度帯でマイクロ波を吸収する金属粉末、金属窒化物、金属酸化物、及び金属硼化物等を含んでいてもよい。吸収材料は、これらの化合物であってもよい。吸収材料は、揮発成分を含まないことが好ましい。吸収材料が揮発成分を含まないことにより、マイクロ波が揮発成分に吸収されることを回避することが可能である。

　高融点材料は、金属粉末を還元する還元材料を含んでいてもよい。還元材料は、金属粉末の融点より高い融点を有する。還元材料の例としては、炭素、及び炭化ケイ素が挙げられる。吸収材料として使用される炭素材料が、還元材料としても機能し得る。

　高融点材料は、断熱材料のみからなっていてもよいし、吸収材料のみからなっていてもよいし、還元材料のみからなっていてもよいし、これらの組み合わせを含んでいてもよい。また、断熱材料、吸収材料、及び還元材料は、それぞれ、性質及び機能が重複する場合がある。例えば、炭素材料は、吸収材料としても機能するし、還元材料としても機能する。

　高融点材料が、断熱材料及び吸収材料を含む場合、断熱材料と吸収材料の質量割合は、１：１か、断熱材料の質量割合が吸収材料の質量割合より大きいことが好ましい。例えば、高融点材料における吸収材料の質量割合は、１質量％以上、２質量％以上、あるいは５質量％以上であり、７０質量％以下、５０質量％以下、４０質量％以下、３０質量％以下、２０質量％以下、あるいは１０質量％以下である。高融点材料における吸収材料の質量割合を７０質量％以下、あるいは５０質量％以下にすることにより、高融点材料におけるマイクロ波の透過性を確保すること、及び金属粉末の焼結又は溶融固化の速度を適切にすることが可能となる。

　マイクロ波を照射される金属粉末が圧粉体である場合、高融点材料は、固体粉末等であって、流動性を有していてもよい。所望の３次元形状に圧粉体に金属粉末を成形したのち、圧粉体の少なくとも一部を高融点材料で覆い、その後、高融点材料で覆われた圧粉体にマイクロ波を照射することにより、圧粉体が焼結し、冶金により、所望の形状の金属固体が製造される。あるいは、高融点材料で覆われた圧粉体にマイクロ波を照射し、その後、冷却することにより、圧粉体が溶融固化し、所望の形状の金属固体が製造される。圧粉体は周囲の全体を高融点材料で覆われてもよい。圧粉体を覆う高融点材料の厚み、体積等は、マイクロ波の透過性に基づいて、適当に設定することが可能である。

　金属粉末を圧粉体に成形する際には、金属粉末に、例えば、１ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、あるいは２００ＭＰａ以上であり、２０００ＭＰａ以下、１９００ＭＰａ以下、あるいは１８００ＭＰａ以下の圧力を加えてもよい。加圧することにより、製造される金属固体が緻密になる傾向にある。加圧方法としては、一軸成型、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）成型、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）成型、及びローラー加圧などが挙げられる。

　マイクロ波を照射される金属粉末が流動性を有する場合、高融点材料が型又は容器等の固体をなしていてもよい。例えば、マイクロ波を照射される金属粉末全体が粉末であってもよいし、金属粉末の一部が圧粉体であってもよい。高融点材料がなす、所望の３次元形状に対応する型又は容器の凹部に金属粉末を入れて、金属粉末の少なくとも一部を高融点材料がなす型又は容器で覆い、その後、高融点材料がなす型又は容器で覆われた金属粉末にマイクロ波を照射することにより、金属粉末が焼結し、所望の形状の金属固体が製造される。あるいは、高融点材料で覆われた金属粉末にマイクロ波を照射し、その後、冷却することにより、圧粉体が溶融固化し、所望の形状の金属固体が製造される。金属粉末は周囲の全体を高融点材料がなす型又は容器で覆われてもよい。圧粉体を覆う高融点材料がなす型又は容器の厚み、体積等は、マイクロ波の透過性に基づいて、適当に設定することが可能である。高融点材料がなす型又は容器に入れられる金属粉末は、位置により、組成を変えてもよい。例えば、位置により、金属粉体をなす金属の種類や、金属粉体の合金成分を変更してもよい。

　高融点材料がなす型又は容器に金属粉末を入れた後、マイクロ波を照射する前に、金属粉末に、例えば、１ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、あるいは２００ＭＰａ以上であり、２０００ＭＰａ以下、１９００ＭＰａ以下、あるいは１８００ＭＰａ以下の圧力を加えてもよい。加圧することにより、製造される金属固体が緻密になる傾向にある。加圧方法としては、一軸成型、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）成型、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）成型、及びローラー加圧などが挙げられる。

　高融点材料を型又は容器等の固体にする際には、高融点材料に光硬化性樹脂等の硬化性材料を分散させ、高融点材料と光硬化性樹脂の混合物に光を照射して、高融点材料と光硬化性樹脂の混合物を硬化してもよい。光硬化性樹脂が紫外線硬化性樹脂である場合、高融点材料と光硬化性樹脂の混合物に紫外線を照射する。光の照射時間は、例えば、１時間以上、２時間以上、あるいは３時間以上である。高融点材料と光硬化性樹脂の混合物における光硬化性樹脂の質量割合は、例えば、１％以上、２％以上、あるいは３％以上であり、１０％以下、９％以下、あるいは８％以下である。高融点材料と光硬化性樹脂の混合物における光硬化性樹脂の質量割合を１％以上１０％以下にすることにより、硬度を確保し、かつ、マイクロ波の透過性を確保することが可能となり得る。硬化性材料は、熱硬化性であってもよい。この場合、高融点材料と熱硬化性材料の混合物を加熱して、高融点材料と熱硬化性材料の混合物を硬化してもよい。

　マイクロ波を照射される金属粉末と高融点材料の両方が粉末である場合、金属粉末と高融点材料を積層し、その後、積層された金属粉末と高融点材料にマイクロ波を照射してもよい。金属粉末と高融点材料を積層した後、マイクロ波を照射する前に、積層された金属粉末と高融点材料に、例えば、１ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、あるいは２００ＭＰａ以上であり、２０００ＭＰａ以下、１９００ＭＰａ以下、あるいは１８００ＭＰａ以下の圧力を加えてもよい。加圧することにより、製造される金属固体が緻密になる傾向にある。加圧方法としては、一軸成型、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）成型、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）成型、及びローラー加圧などが挙げられる。

　金属粉体を焼結又は溶融固化した後、形成された金属固体に圧力を加えてもよい。この場合、金属固体が熱を有し、雰囲気温度まで冷却される前であって、雰囲気温度より温度が高い状態で圧力を加えることが好ましい。加えられる圧力は、例えば、１ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、あるいは２００ＭＰａ以上であり、２０００ＭＰａ以下、１９００ＭＰａ以下、あるいは１８００ＭＰａ以下である。加圧することにより、製造される金属固体が緻密になる傾向にある。加圧方法としては、一軸成型、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）成型、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）成型、及びローラー加圧などが挙げられる。

　金属粉体が金属酸化物を含む場合、還元材料を含む高融点材料で覆われた金属粉体にマイクロ波を照射することにより、金属酸化物は還元される。金属粉体を焼結温度以上であって、融点の付近まで加熱すると、ち密な焼結体が得られやすい。したがって、金属粉体を、マイクロ波によって、１４００℃以上、あるいは１５００℃以上まで加熱してもよい。金属粉体を溶融固化する場合は、金属粉末を、融点以上まで加熱すればよい。なお、金属粉体にマイクロ波を照射する前に、当該金属の酸化物粉体を予め還元してもよい。例えば、金属酸化物粉体と炭素粉体を混合し、金属酸化物粉体と炭素粉体の混合物を加熱することにより、金属酸化物粉体を還元することが可能である。還元された金属粉体は、例えば、磁石によって、炭素粉体から分離することが可能である。

　金属粉末を加熱することは、不活性ガス雰囲気下で行われてもよい。不活性ガスの例としては、アルゴン（Ａｒ）、及びヘリウム（Ｈｅ）が挙げられる。また、金属粉末を加熱することは、中性ガス雰囲気下で行われてもよい。中性ガスの例としては、窒素（Ｎ_２）、乾燥水素（Ｈ_２）、及びアンモニア（ＮＨ_３）が挙げられる。また、金属粉末を加熱することは、還元雰囲気下で行われてもよい。還元雰囲気を供する還元性ガスとしては、水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び炭化水素ガス（ＣＨ_４、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_４Ｈ_１０など）が挙げられる。高融点材料が型又は容器をなしている場合、高融点材料がなす型又は容器の内部に、不活性ガス、中性ガス、あるいは還元性ガスを供給してもよい。

　上記の金属粉末の周囲の少なくとも一部を高融点材料で覆うことと、金属粉末を焼結又は溶融固化することと、を繰り返し、積層された金属固体を形成してもよい。また、上記の方法で得られた金属固体を、研磨してもよい。また、上記の方法で得らえた金属固体を、例えばコアにして、周囲に金属粉体を配置し、さらに金属粉体の周囲に高融点材料を配置して、マイクロ波を照射することを繰り返してもよい。これにより、金属固体をスケールアップすることが可能である。また、マイクロ波を照射する毎に、金属粉体及び高融点材料のそれぞれの組成を変更してもよい。例えば、マイクロ波を照射する毎に、金属粉体の合金成分を変更してもよい。

　実施形態に係る金属固体の製造装置は、図１に示すように、金属粉末と、金属粉末の周囲の少なくとも一部を覆う、金属粉末の融点より融点が高い高融点材料と、が配置されるステージ１０と、周囲の少なくとも一部が高融点材料で覆われた金属粉末にマイクロ波を照射して金属粉末を加熱し、当該金属粉末を焼結又は溶融固化するためのマイクロ波照射部２０と、を備える。実施形態に係る金属固体の製造装置は、例えば、上述した実施形態に係る金属固体の製造方法を実施可能である。

　ステージ１０は、金属粉末と、高融点材料と、を配置可能であれば、特に限定されない。ステージ１０は、互いに垂直な３軸方向に移動可能であってもよい。例えば、ステージ１０は、重力方向及び水平方向に移動可能であってもよい。

　実施形態に係る金属固体の製造装置は、ステージ１０上に高融点材料を配置する高融点材料配置部３１をさらに備えていてもよい。高融点材料配置部３１は、ステージ１０上に高融点材料を塗布してもよい。高融点材料配置部３１は、ステージ１０上に高融点材料の層を形成してよい。高融点材料配置部３１は、互いに垂直な３軸方向に移動可能であってもよい。例えば、高融点材料配置部３１は、重力方向及び水平方向に移動可能であってもよい。例えば、図２（ａ）から図２（ｃ）に示すように、高融点材料配置部３１は、ステージ１０上を移動しながら粉体の高融点材料をステージ１０上に塗布し、高融点材料の層１０１をステージ１０上に形成してもよい。

　図１に示すように、実施形態に係る金属固体の製造装置は、高融点材料の少なくとも一部に硬化性材料を添加する硬化性材料添加部３２をさらに備えていてもよい。硬化性材料添加部３２は、高融点材料の硬化させる部分に、硬化性材料を添加し、高融点材料の硬化させない部分には、硬化性材料を添加しない。硬化性材料は、例えば液体であり、硬化性材料添加部３２は、高融点材料の硬化させる部分に、硬化性材料を含侵させてもよい。硬化性材料添加部３２は、互いに垂直な３軸方向に移動可能であってもよい。例えば、硬化性材料添加部３２は、重力方向及び水平方向に移動可能であってもよい。例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、硬化性材料添加部３２は、ステージ１０上の高融点材料の層１０１上を移動しながら、高融点材料の層１０１に硬化性材料をパターニングしながら塗布し、高融点材料の層１０１の硬化させない部分１０２に硬化性材料を添加せず、高融点材料の層１０１の硬化させる部分に硬化性材料を添加してもよい。硬化性材料添加部３２は、例えばインクジェットノズルを備え、バインダージェッティング方式で、硬化性材料を高融点材料に添加してもよい。

　高融点材料配置部３１と、硬化性材料添加部３２と、は、一体化していてもよい。

　図１に示すように、実施形態に係る金属固体の製造装置は、高融点材料の少なくとも一部を硬化する硬化装置４０をさらに備えていてもよい。高融点材料が光硬化性材料を含む場合、硬化装置４０は光源である。高融点材料が熱硬化性材料を含む場合、硬化装置４０は熱源である。硬化装置４０は、互いに垂直な３軸方向に移動可能であってもよい。例えば、硬化装置４０は、重力方向及び水平方向に移動可能であってもよい。図３（ｃ）に示すように、硬化装置４０は、硬化性材料の硬化に必要なエネルギーを高融点材料の層１０１に照射して、高融点材料の層１０１の少なくとも一部を硬化する。硬化装置４０は、高融点材料の層１０１の全面に一括してエネルギーを照射してもよいし、高融点材料の層１０１をスキャンしながらエネルギーを照射してもよい。

　図１に示すように、実施形態に係る金属固体の製造装置は、未硬化の高融点材料を除去する未硬化材料除去部５０をさらに備えていてもよい。例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、未硬化材料除去部５０は、高融点材料の層１０１の未硬化で粉体の部分１０２に風圧を加えて、未硬化で粉体の部分１０２を高融点材料の層１０１から除去し、高融点材料の層１０１に凹部１０３を形成させてもよい。

　図１に示すように、実施形態に係る金属固体の製造装置は、ステージ１０上に金属粉末を配置する金属粉末配置部３３をさらに備えていてもよい。金属粉末配置部３３としては、リコータが使用可能である。金属粉末配置部３３は、ステージ１０上に金属粉末を塗布してもよい。金属粉末配置部３３は、互いに垂直な３軸方向に移動可能であってもよい。例えば、金属粉末配置部３３は、重力方向及び水平方向に移動可能であってもよい。例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、金属粉末配置部３３は、ステージ１０上の高融点材料の層１０１の凹部１０３に金属粉末２００を配置してもよい。ステージ１０上の高融点材料の層１０１の凹部１０３が形成されていない部分の表面に配置された金属粉末は、ローラーやブラシ等で除去してもよい。

　高融点材料配置部３１と、金属粉末配置部３３と、は、一体化していてもよい。硬化性材料添加部３２と、金属粉末配置部３３と、は、一体化していてもよい。高融点材料配置部３１と、硬化性材料添加部３２と、金属粉末配置部３３と、は、一体化していてもよい。

　図１に示すように、実施形態に係る金属固体の製造装置は、ステージ１０上に配置された金属粉末に圧力を加える加圧部６０をさらに備えていてもよい。図５（ｃ）に示すように、加圧部６０は、マイクロ波を照射される前の金属粉末２００に圧力を加える。加圧方法としては、一軸成型、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）成型、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）成型、及びローラー加圧などが挙げられる。ローラー加圧の場合、加圧部６０の加圧先端がローラー式で、ローラーをステージ１０に加圧させた状態で、ステージ１０をスライドさせるような、加圧手法を選択してもよい。

　例えば図６に示すように、マイクロ波照射部２０は、ステージ１０上の高融点材料の層１０１の凹部１０３に配置された金属粉末２００に、マイクロ波を照射する。マイクロ波照射部２０は、金属粉末２００の全面に一括してマイクロ波を照射してもよいし、金属粉末２００をスキャンしながらマイクロ波を照射してもよい。実施形態に係る金属固体の製造装置は、金属粉末に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部をさらに備えていてもよい。不活性ガス供給部は、金属粉末２００が少なくともマイクロ波に照射されている間、金属粉末２００の周囲に不活性ガスを供給する。実施形態に係る金属固体の製造装置は、金属粉末に還元ガスを供給する還元ガス供給部をさらに備えていてもよい。還元ガス供給部は、金属粉末２００が少なくともマイクロ波に照射されている間、金属粉末２００の周囲に還元ガスを供給する。実施形態に係る金属固体の製造装置は、金属粉末に還元ガスを供給する中性ガス供給部をさらに備えていてもよい。中性ガス供給部は、金属粉末２００が少なくともマイクロ波に照射されている間、金属粉末２００の周囲に中性ガスを供給する。不活性ガス供給部と、還元ガス供給部と、は、一体化していてもよい。不活性ガス供給部と、中性ガス供給部と、は、一体化していてもよい。還元ガス供給部と、中性ガス供給部と、は、一体化していてもよい。

　図１に示すように、実施形態に係る金属固体の製造装置は、ステージ１０上に配置された金属粉末の温度を計測する温度計７１を備えていてもよい。温度計７１としては、放射温度計が利用可能である。放射温度計は、金属粉末の材料の放射率に基づき、金属粉末の温度を計測する。温度計７１は、高融点材料の温度も計測してもよい。温度計７１で計測される金属粉末の温度に基づいて、マイクロ波照射部２０が照射するマイクロ波を制御してもよい。また、実施形態に係る金属固体の製造装置は、マイクロ波照射部２０が照射するマイクロ波を検出するマイクロ波検出器７２を備えていてもよい。マイクロ波検出器７２で検出されるマイクロ波の特性に基づいて、マイクロ波照射部２０が照射するマイクロ波を制御してもよい。

　図１に示す加圧部６０は、金属粉末２００がマイクロ波に照射された後、金属粉末２００に圧力を加えてもよい。加圧方法としては、一軸成型、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）成型、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）成型、及びローラー加圧などが挙げられる。ローラー加圧の場合、加圧部６０の加圧先端がローラー式で、ローラーをステージ１０に加圧させた状態で、ステージ１０をスライドさせるような、加圧手法を選択してもよい。

　図６に示すステージ１０上の高融点材料の層１０１の凹部１０３に配置され、マイクロ波を照射された金属粉末２００は、その後、冷却され、焼結又は溶融固化し、金属固体となる。なお、高融点材料の層１０１の凹部１０３のエッジの部分の近傍の金属粉末２００は、加熱されやすい傾向にある。そのため、凹部１０３のエッジの部分の近傍においては、高融点材料に含まれる吸収材料の質量割合を、他の部分より低くしてもよい。

　実施形態に係る金属固体の製造装置のステージ１０及びマイクロ波照射部２０等は、筐体に収納されていてもよい。

　実施形態に係る金属固体の製造装置は、焼結又は溶融固化した金属固体と、金属固体を囲む高融点材料の層１０１の上に、金属粉体を囲む高融点材料の層１０１を形成し、金属粉体を焼結又は溶融固化することを繰り返してもよい。これにより、１回のマイクロ波の照射で形成される金属固体の厚みが薄くても、金属固体が積層され、厚みのある金属固体を製造することが可能である。金属粉体を囲む高融点材料の層１０１を形成する毎に、高融点材料の層１０１に形成される凹部の形状を変えることで、複雑な三次元形状を有する金属固体を製造することが可能である。

　すなわち、図７に示すように、ステージ１０上に１層目の高融点材料の層１０１Ａを形成し、高融点材料の層１０１Ａの凹部に、金属粉体２００Ａを配置する。次に、金属粉体２００Ａにマイクロ波を照射し、金属粉体２００Ａを１層目の金属固体２０１Ａにする。次に、１層目の高融点材料の層１０１Ａの上に２層目の高融点材料の層１０１Ｂを形成し、高融点材料の層１０１Ｂの凹部に、金属粉体２００Ｂを配置する。ここで、高融点材料の層１０１Ｂの凹部からは、１層目の金属固体２０１Ａが露出しており、金属粉体２００Ｂは、１層目の金属固体２０１Ａの表面と接触する。次に、金属粉体２００Ｂにマイクロ波を照射し、金属粉体２００Ｂを２層目の金属固体２０１Ｂにする。この際、２層目の金属固体２０１Ｂは、１層目の金属固体２０１Ａに固着する。以後、同様の工程を繰り返すことにより、金属固体が積層される。

　上記のように本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１に示す加圧部６０は、配置された金属粉末２００の全面に加圧してもよい。あるいは、図８に示すように、配置された金属粉末２００の表面積より小さい接触面積を有する加圧部６０が、移動しながら金属粉末２００に連続的に加圧してもよい。加圧方法としては、一軸成型、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）成型、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）成型、及びローラー加圧などが挙げられる。ローラー加圧の場合、図９に示すように、加圧部６０がローラーを備え、ローラーをステージ１０に加圧させた状態で、ローラーをステージ１０上で移動させる、あるいはステージ１０をスライドさせるような、加圧手法を選択してもよい。また、例えば、図１０に示すように、実施形態に係る金属固体の製造装置は、金属粉体がマイクロ波を照射される前に金属粉体を還元する還元装置８０を備えていてもよい。還元装置８０は、例えば加熱装置であり、金属粉体を加熱して、金属粉体を還元する。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。

　（実施例１）
　高融点材料の層を形成した。高融点材料は９３質量％の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉体と７質量％の炭素（Ｃ）の粉体からなっていた。高融点材料の層の表面の凹部が設けられる部分を円形のアルミ板で覆い、高融点材料の層の表面に硬化性材料を噴射し、高融点材料の層のアルミ板で覆われていない部分に、硬化性材料を浸透させた。硬化性材料は、５０質量％のＵＶ硬化性樹脂（ＡＭＺＬＡＢ　ＧｍｂＨ製　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ　Ｒｅｓｉｎ）と５０質量％のエタノールを含んでいた。その後、高融点材料の層にＵＶ光を照射し、高融点材料の層に浸透した硬化性樹脂を硬化させた。アルミ板で覆われ、硬化されなかった高融点材料は、エアシャワーにより除去した。これにより、高融点材料の層に、円柱状の凹部が形成された。円柱状の凹部の底面の直径は７．０ｍｍ、深さは４．０ｍｍであった。

　高融点材料の層に設けられた凹部に、金属粉末（平均粒子径４５μｍ）を充填した。金属粉末は、１００％の鉄（Ｆｅ）からなっていた。プレス機を用いて、金属粉末と、金属粉末を取り囲む高融点材料に、２５０ＭＰａの圧力をかけた。空気雰囲気下で、高融点材料と金属粉末に、７００Ｗのマイクロ波を１８０秒照射し、金属粉末を１３５０℃（推定値）まで加熱した。金属粉末が焼結して得られた金属固体の写真を図１１に示す。得られた金属固体は、円柱状であり、底面の直径は７．０ｍｍ、高さは４．０ｍｍであった。得られた金属固体の密度は４．５ｇ／ｃｍ^２であり、相対密度（＝密度／真密度）は５８％であった。

　（実施例２）
　高融点材料の第１層を形成した。高融点材料は９３質量％の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉体と７質量％の炭素（Ｃ）の粉体からなっていた。高融点材料の第１層の表面の凹部が設けられる部分を円形のアルミ板で覆い、高融点材料の第１層の表面に硬化性材料を噴射し、高融点材料の第１層のアルミ板で覆われていない部分に、硬化性材料を浸透させた。硬化性材料は、５０質量％のＵＶ硬化性樹脂（ＡＭＺＬＡＢ　ＧｍｂＨ製　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ　Ｒｅｓｉｎ）と５０質量％のエタノールを含んでいた。その後、高融点材料の第１層にＵＶ光を照射し、高融点材料の第１層に浸透した硬化性樹脂を硬化させた。アルミ板で覆われ、硬化されなかった高融点材料は、エアシャワーにより除去した。これにより、高融点材料の第１層に、円柱状の凹部が形成された。円柱状の凹部の底面の直径は７．０ｍｍ、深さは４．２ｍｍであった。

　高融点材料の第１層に設けられた凹部に、金属粉末を充填した。金属粉末は、１００％の鉄（Ｆｅ）からなっていた。プレス機を用いて、金属粉末と、金属粉末を取り囲む高融点材料に、２５０ＭＰａの圧力をかけた。空気雰囲気下で、高融点材料と金属粉末に、７００Ｗのマイクロ波を１８０秒照射し、金属粉末を１３５０℃（推定値）まで加熱し、円柱状の金属固体を得た。

　高融点材料の第１層の上に、高融点材料の第２層を形成した。高融点材料は９３質量％の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）と７質量％の炭素（Ｃ）からなっていた。高融点材料の第２層の表面の凹部が設けられる部分であって、高融点材料の第１層で取り囲まれている金属固体の真上を円形のアルミ板で覆い、高融点材料の第２層の表面に硬化性材料を噴射し、高融点材料の第２層のアルミ板で覆われていない部分に、硬化性材料を浸透させた。硬化性材料は、５０質量％のＵＶ硬化性樹脂（ＡＭＺＬＡＢ　ＧｍｂＨ製　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ　Ｒｅｓｉｎ）と５０質量％のエタノールを含んでいた。その後、高融点材料の第２層にＵＶ光を照射し、高融点材料の第２層に浸透した硬化性樹脂を硬化させた。アルミ板で覆われ、硬化されなかった高融点材料は、エアシャワーにより除去した。これにより、高融点材料の第２層に、円柱状の凹部が形成された。円柱状の凹部の底面の直径は７．０ｍｍ、深さは２．４ｍｍであった。高融点材料の第２層に設けられた凹部から、高融点材料の第１層で取り囲まれている金属固体の上面が露出した。

　高融点材料の第２層に設けられた凹部に、金属粉末を充填した。金属粉末は、１００％の鉄（Ｆｅ）からなっていた。プレス機を用いて、金属粉末と、金属粉末を取り囲む高融点材料に、２５０ＭＰａの圧力をかけた。空気雰囲気下で、高融点材料と金属粉末に、７００Ｗのマイクロ波を１８０秒照射し、金属粉末を１３５０℃（推定値）まで加熱し、円柱状の金属固体を得た。この際、高融点材料の第１層で取り囲まれている金属固体と、高融点材料の第２層で取り囲まれている金属固体と、は、結合した。

　金属粉末が焼結して得られた金属固体の写真を図１２に示す。得られた金属固体は、円柱状であり、底面の直径は７．０ｍｍ、高さは６．６ｍｍであった。得られた金属固体の密度は４．１ｇ／ｃｍ^２であり、相対密度は５２％であった。

　（実施例３）
　高融点材料の層を形成した。高融点材料は９３質量％の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉体と７質量％の炭素（Ｃ）の粉体からなっていた。高融点材料の層の表面の凹部が設けられる部分を三角形のアルミ板で覆い、高融点材料の層の表面に硬化性材料を噴射し、高融点材料の層のアルミ板で覆われていない部分に、硬化性材料を浸透させた。硬化性材料は、５０質量％のＵＶ硬化性樹脂（ＡＭＺＬＡＢ　ＧｍｂＨ製　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ　Ｒｅｓｉｎ）と５０質量％のエタノールを含んでいた。その後、高融点材料の層にＵＶ光を照射し、高融点材料の層に浸透した硬化性樹脂を硬化させた。アルミ板で覆われ、硬化されなかった高融点材料は、エアシャワーにより除去した。これにより、高融点材料の層に、三角柱状の凹部が形成された。三角柱状の凹部の底面の底辺の長さは８．０ｍｍ、深さは１．４ｍｍであった。

　高融点材料の層に設けられた凹部に、金属粉末を充填した。金属粉末は、１００％の鉄（Ｆｅ）からなっていた。プレス機を用いて、金属粉末と、金属粉末を取り囲む高融点材料に、２５０ＭＰａの圧力をかけた。空気雰囲気下で、高融点材料と金属粉末に、５００Ｗのマイクロ波を７０秒照射し、金属粉末を１２５０℃（推定値）まで加熱した。金属粉末が焼結して得られた金属固体の写真を図１３に示す。得られた金属固体は、三角柱状であり、底面の底辺の長さは８．０ｍｍ、高さは１．４ｍｍであった。得られた金属固体の密度は４．５ｇ／ｃｍ^２であり、相対密度は５８％であった。

　（実施例４）
　高融点材料の層を形成した。高融点材料は９３質量％の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉体と７質量％の炭素（Ｃ）の粉体からなっていた。高融点材料の層の表面の凹部が設けられる部分を四角形のアルミ板で覆い、高融点材料の層の表面に硬化性材料を噴射し、高融点材料の層のアルミ板で覆われていない部分に、硬化性材料を浸透させた。硬化性材料は、５０質量％のＵＶ硬化性樹脂（ＡＭＺＬＡＢ　ＧｍｂＨ製　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ　Ｒｅｓｉｎ）と５０質量％のエタノールを含んでいた。その後、高融点材料の層にＵＶ光を照射し、高融点材料の層に浸透した硬化性樹脂を硬化させた。アルミ板で覆われ、硬化されなかった高融点材料は、エアシャワーにより除去した。これにより、高融点材料の層に、四角柱状の凹部が形成された。四角柱状の凹部の底面の１辺の長さは７．２ｍｍ、深さは１．９ｍｍであった。

　高融点材料の層に設けられた凹部に、金属粉末を充填した。金属粉末は、１００％の鉄（Ｆｅ）からなっていた。プレス機を用いて、金属粉末と、金属粉末を取り囲む高融点材料に、２５０ＭＰａの圧力をかけた。空気雰囲気下で、高融点材料と金属粉末に、５００Ｗのマイクロ波を７０秒照射し、金属粉末を１２５０℃（推定値）まで加熱した。金属粉末が焼結して得られた金属固体の写真を図１４に示す。得られた金属固体は、四角柱状であり、底面の１辺の長さは７．２ｍｍ、高さは１．９ｍｍであった。得られた金属固体の密度は４．５ｇ／ｃｍ^２であり、相対密度は５８％であった。

　（実施例５）
　金属粉末（ＳＵＳ３１６Ｌ、粒径１００μｍ以下）を用意した。樹脂型の材料としてＰｏｌｙＣａｓｔ（登録商標、ｐｏｌｙｍａｋｅｒ）を用意した。ＰｏｌｙＣａｓｔの材質はポリビニルブチラル（＞８０％）であり、融点は１３５℃から２１０℃であり、分解点は＞２８０℃であり、発火点は３８０℃である。ＰｏｌｙＣａｓｔを用い、図１５に示す外径φ１０の樹脂型を３Ｄプリンター（ｐｏｌｙｍａｋｅｒ）で成型した。

　図１５に示したそれぞれ外径φ１０の２つの樹脂型を内径φ１０の金属金型へ挿入し、２つの樹脂型の間に金属粉末を充填した。次に、金属金型内部に２５０ＭＰａの圧力を加えた。その後、金属金型から図１６に示す金属粉末が充填された樹脂型を取り出し、１５０℃の炉内で、金属粉末が充填された樹脂型を３０分加熱した。これにより、樹脂型が溶融し、樹脂型の構造に対応する金属圧粉体が成型された。

　９３質量％の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉体と７質量％の炭素（Ｃ）の粉体からなる高融点材料を用意した。金属圧粉体を高融点材料で覆った。空気雰囲気下で、高融点材料と金属圧粉体に、４００Ｗのマイクロ波を４０分照射し、金属圧粉体を１２５０℃（推定値）まで加熱した。金属圧粉体が焼結して得られた金属固体の写真を図１７に示す。

　（実施例６）
　炭素鋼（Ｓ５０Ｃ）からなる金属粉体を用意し、５００ＭＰａの圧力により、角柱状の第１の金属圧粉体を成型した。酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉体と炭素（Ｃ）の粉体からなる高融点材料を用意した。第１の金属圧粉体を高融点材料で覆った。空気雰囲気下で、高融点材料と金属圧粉体に、２００Ｗのマイクロ波を４０分照射し、金属圧粉体を４００℃（推定値）まで加熱し、第１の金属固体を得た。

　アルミニウム合金（Ａ６０６１）からなる金属粉体を用意し、５００ＭＰａの圧力により、角柱状の第２の金属圧粉体を成型した。第１の金属固体上に第２の金属圧粉体を配置し、第１の金属固体と第２の金属圧粉体を高融点材料で覆った。空気雰囲気下で、５ＭＰａの圧力をかけながら、高融点材料と金属圧粉体に、２００Ｗのマイクロ波を照射し、圧力が低下した時点でマイクロ波の照射を停止した。これにより、第１の金属固体上で第２の金属圧粉体が焼結した第２の金属固体が得られた。第２の金属固体の写真を図１８に示す。第２の金属固体において、第１の金属圧粉体であった部分と、第２の金属圧粉体であった部分と、の境界面は、欠陥なく接合していることが確認された。

　第２の金属固体において、アルミニウム合金（Ａ６０６１）からなる部分は、表面が炭化され、炭化アルミニウム（Ａｌ_４Ｃ_３）になっていた。

　（実施例７）
　高融点材料が、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉体と炭化ケイ素（ＳｉＣ）の粉体からなる点以外は、実施例６と同様に、第２の金属固体を作製した。第２の金属固体の写真を図１９に示す。第２の金属固体において、第１の金属圧粉体であった部分と、第２の金属圧粉体であった部分と、の境界面は、欠陥なく接合していることが確認された。第２の金属固体において、アルミニウム合金（Ａ６０６１）からなる部分は、表面が炭化されていなかった。したがって、高融点材料に炭化ケイ素を含ませることにより、作製される金属固体表面が炭化されないことが示された。

　（実施例８）
　ダイス鋼（ＳＫＤ６１）からなる金属粉体を用意し、１７５０ＭＰａの圧力により、円柱状の第１の金属圧粉体を成型した。第１の金属圧粉体の密度は９４％であった。９３質量％の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の粉体と７質量％の炭素（Ｃ）の粉体からなる高融点材料を用意した。ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）からなる円柱状の支持用金属固体上に第１の金属圧粉体を配置し、支持用金属固体と第１の金属圧粉体を高融点材料で覆った。空気雰囲気下で、高融点材料と金属圧粉体に、５００Ｗのマイクロ波を３０分照射し、第１の金属圧粉体を１２００℃（推定値）まで加熱した。これにより、第１の金属圧粉体が焼結し、第１の金属固体が得られた。第１の金属固体の密度は９５％であった。

　第１の金属圧粉体と同じ方法により、第２の金属圧粉体を成型した。第２の金属圧粉体の密度は９３％であった。第１の金属固体上に第２の金属圧粉体を配置し、第１の金属固体と第２の金属圧粉体を高融点材料で覆った。空気雰囲気下で、高融点材料と金属圧粉体に、５００Ｗのマイクロ波を３０分照射し、第２の金属圧粉体を１２００℃（推定値）まで加熱した。これにより、第２の金属圧粉体が焼結し、第１の金属固体と一体化して、第２の金属固体が得られた。第２の金属固体において、第２の金属圧粉体であった部分の密度は９４％であった。

　第１の金属圧粉体と同じ方法により、第３の金属圧粉体を成型した。第３の金属圧粉体の密度は９２％であった。第２の金属固体上に第３の金属圧粉体を配置し、第２の金属固体と第３の金属圧粉体を高融点材料で覆った。空気雰囲気下で、高融点材料と金属圧粉体に、５００Ｗのマイクロ波を３０分照射し、第３の金属圧粉体を１２００℃（推定値）まで加熱した。これにより、第３の金属圧粉体が焼結し、第２の金属固体と一体化して、第３の金属固体が得られた。第３の金属固体において、第３の金属圧粉体であった部分の密度は９４％であった。

　第１の金属圧粉体と同じ方法により、第４の金属圧粉体を成型した。第４の金属圧粉体の密度は９３％であった。第３の金属固体上に第４の金属圧粉体を配置し、第３の金属固体と第４の金属圧粉体を高融点材料で覆った。空気雰囲気下で、高融点材料と金属圧粉体に、５００Ｗのマイクロ波を３０分照射し、第４の金属圧粉体を１２００℃（推定値）まで加熱した。これにより、第４の金属圧粉体が焼結し、第３の金属固体と一体化して、第４の金属固体が得られた。第４の金属固体において、第４の金属圧粉体であった部分の密度は９３％であった。

　第４の金属固体の写真を図２０に示す。第４の金属固体において、第１から第４の金属圧粉体であった部分は、強固に接合していた。第４の金属固体の接合強度を引張試験により評価した。第４の金属固体をゲージ径３ｍｍ、ゲージ長さ８ｍｍ、及び掴み部径６ｍｍに加工した引張試験片を用いて、サーボモータ式引張試験機により、１ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で引いて引張試験を行った。引張強度は１０５５ＭＰａ（理論強度：１２５０ＭＰａ）であることが確認された。

　１０・・・ステージ、２０・・・マイクロ波照射部、３１・・・高融点材料配置部、３２・・・硬化性材料添加部、３３・・・金属粉末配置部、４０・・・硬化装置、５０・・・未硬化材料除去部、６０・・・加圧部、１０１・・・層、１０２・・・部分、１０３・・・凹部、２００・・・金属粉末

Claims

　金属粉末の周囲の少なくとも一部を前記金属粉末の融点より融点が高い高融点材料で覆うことと、
　前記周囲の少なくとも一部が前記高融点材料で覆われた前記金属粉末にマイクロ波を照射して前記金属粉末を加熱し、当該金属粉末を焼結又は溶融固化することと、
　を含む、金属固体の製造方法。
　前記金属粉末の周囲の少なくとも一部を前記高融点材料で覆うことと、前記金属粉末を焼結又は溶融固化することと、を繰り返す、請求項１に記載の金属固体の製造方法。
　積層された金属固体が形成される、請求項２に記載の金属固体の製造方法。
　前記高融点材料が、前記金属粉末より前記マイクロ波を吸収する程度が低い断熱材料を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記高融点材料が、前記金属粉末が前記マイクロ波を吸収する温度帯より少なくとも一部が低い温度帯で前記マイクロ波を吸収する吸収材料を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記高融点材料が、
　前記金属粉末より前記マイクロ波を吸収する程度が低い断熱材料と、
　前記金属粉末が前記マイクロ波を吸収する温度帯より少なくとも一部が低い温度帯で前記マイクロ波を吸収する吸収材料と、
　を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記高融点材料が、１質量％から７０質量％の前記吸収材料を含む、請求項６に記載の金属固体の製造方法。
　前記断熱材料が、酸化物を含む、請求項４、６及び７のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記断熱材料が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、及び酸化チタンからなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項４、６、７、及び８のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記吸収材料が、炭素材料を含む、請求項５、６、及び７のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記吸収材料が、炭素、黒鉛、炭化ケイ素、炭素樹脂、及び金属炭化物からなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項５、６、７、及び１０のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末が、金属を含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末が、鉄、ニッケル、銅、金、銀、アルミニウム、及びコバルトからなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１から１２のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末が、金属化合物を含む、請求項１から１３のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末が、鉄、ニッケル、銅、金、銀、アルミニウム、及びコバルトからなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含む、請求項１から１４のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末が、合金成分をさらに含む、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記合金成分が、ケイ素、マンガン、クロム、ニッケル、炭素、ホウ素、銅、アルミニウム、チタン、ニオブ、バナジウム、亜鉛及び硫黄からからなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末の平均粒子径が２００μｍ以下である、請求項１から１７のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末が金属酸化物を含み、前記金属粉末にマイクロ波を照射することにおいて、前記金属粉末が還元される、請求項１から１８のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末が金属酸化物を含み、前記金属粉末にマイクロ波を照射することにおいて、前記金属粉末が焼結される、請求項１から１９のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記高融点材料が型又は容器をなしている、請求項１から２０のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末が圧粉体をなしている、請求項１から２１のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末にマイクロ波を照射することの前に、前記金属粉末に圧力を加えることをさらに含む、請求項１から２２のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記圧力が１ＭＰａから２０００ＭＰａである、請求項２３に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末にマイクロ波を照射することの後に、前記金属粉末に圧力を加えることをさらに含む、請求項１から２４のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記圧力が１ＭＰａから２０００ＭＰａである、請求項２５に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末にマイクロ波を照射することが、不活性ガス雰囲気下で行われる、請求項１から２６のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末にマイクロ波を照射することが、還元雰囲気下で行われる、請求項１から２７のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記金属粉末が金属酸化物を含み、前記金属粉末にマイクロ波を照射する前に、前記金属酸化物を還元することをさらに含む、請求項１から２８のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　金属粉末の周囲の少なくとも一部を前記金属粉末の融点より融点が高い高融点材料で覆うことが、
　前記高融点材料の層を形成することと、
　前記高融点材料の層に凹部を形成することと、
　前記凹部に前記金属粉末を入れることと、
　を含む、請求項１から２９のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　前記高融点材料の層に前記凹部を形成することが、
　前記高融点材料の層の一部を硬化することと、
　前記高融点材料の層の未硬化部分を除去することと、
　を含む、請求項３０に記載の金属固体の製造方法。
　前記高融点材料の層の前記一部を硬化することが、前記高融点材料の層の前記一部に硬化性材料を含めることを含む、請求項３１に記載の金属固体の製造方法。
　前記高融点材料の層の前記一部に硬化性材料を含侵させる、請求項３２に記載の金属固体の製造方法。
　光照射により、前記高融点材料の層の前記一部を硬化する、請求項３１から３３のいずれか１項に記載の金属固体の製造方法。
　金属粉末と、前記金属粉末の周囲の少なくとも一部を覆う、前記金属粉末の融点より融点が高い高融点材料と、が配置されるためのステージと、
　前記周囲の少なくとも一部が前記高融点材料で覆われた前記金属粉末にマイクロ波を照射して前記金属粉末を加熱し、当該金属粉末を焼結又は溶融固化するためのマイクロ波照射部と、
　を備える、金属固体の製造装置。
　前記ステージ上に前記高融点材料を配置するための高融点材料配置部をさらに備える、請求項３５に記載の金属固体の製造装置。
　前記高融点材料配置部が、前記ステージ上に前記高融点材料を塗布する、請求項３６に記載の金属固体の製造装置。
　前記高融点材料配置部が、前記ステージ上に、前記高融点材料の層を積層する、請求項３６又は３７に記載の金属固体の製造装置。
　前記高融点材料の少なくとも一部に硬化性材料を添加するための硬化性材料添加部をさらに備える、請求項３５から３８のいずれか１項に記載の金属固体の製造装置。
　前記高融点材料の少なくとも一部を硬化するための硬化装置をさらに備える、請求項３５から３９のいずれか１項に記載の金属固体の製造装置。
　未硬化の前記高融点材料を除去するための未硬化材料除去部をさらに備える、請求項４０に記載の金属固体の製造装置。
　前記ステージ上に前記金属粉末を配置するための金属粉末配置部をさらに備える、請求項３５から４１のいずれか１項に記載の金属固体の製造装置。
　前記金属粉末配置部が、前記ステージ上に前記金属粉末を塗布する、請求項４２に記載の金属固体の製造装置。
　前記金属粉末配置部が、前記高融点材料の凹部に前記金属粉末を配置する、請求項４２又は４３に記載の金属固体の製造装置。
　前記ステージ上に配置された前記金属粉末に圧力を加えるための加圧部をさらに備える、請求項３５から４４のいずれか１項に記載の金属固体の製造装置。
　前記加圧部が、前記マイクロ波照射部が前記金属粉末にマイクロ波を照射する前に、前記金属粉末に圧力を加える、請求項４５に記載の金属固体の製造装置。
　前記加圧部が、前記マイクロ波照射部が前記金属粉末にマイクロ波を照射した後に、前記金属粉末に圧力を加える、請求項４５又は４６に記載の金属固体の製造装置。
　前記金属粉末に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給部をさらに備える、請求項３５から４７のいずれか１項に記載の金属固体の製造装置。
　前記金属粉末に還元ガスを供給するための還元ガス供給部をさらに備える、請求項３５から４８のいずれか１項に記載の金属固体の製造装置。
　前記ステージ上に前記高融点材料を配置するための高融点材料配置部と、
　前記ステージ上に前記金属粉末を配置するための金属粉末配置部と、
　をさらに備え、
　前記高融点材料配置部と前記金属粉末配置部が、前記ステージ上に、前記高融点材料で囲まれた前記金属粉末を配置し、前記マイクロ波照射部が前記金属粉末を焼結又は溶融固化することを繰り返す、
　請求項３５に記載の金属固体の製造装置。
　前記金属粉末が金属酸化物を含み、前記マイクロ波照射部が前記金属粉末にマイクロ波を照射する前に、前記金属酸化物を還元する還元装置をさらに備える、請求項３５から５０のいずれか１項に記載の金属固体の製造装置。