CN113165065A - 层叠造形用铜粉末、层叠造形用铜粉末的制造方法、层叠造形物的制造方法及层叠造形物 - Google Patents

层叠造形用铜粉末、层叠造形用铜粉末的制造方法、层叠造形物的制造方法及层叠造形物 Download PDF

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Abstract

本发明关于层叠造形用铜粉末等，要解决的技术问题为提供一种可充分提高机械性强度及导电率的层叠造形用铜粉末。用以解决本发明的上述技术问题的方式为一种平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜的层叠造形用铜粉末等。

Description

层叠造形用铜粉末、层叠造形用铜粉末的制造方法、层叠造形 物的制造方法及层叠造形物
技术领域
本发明有关层叠造形用铜粉末、层叠造形用铜粉末的制造方法、层叠造形物的制造方法及层叠造形物。
背景技术
三维层叠造形技术可制作出原本在切削加工等现有的加工技术中为不可能的形状复杂的制品，被期待在各种领域的应用。近年来，有关使用金属粉末的层叠造形法也进行各种研究。
要求机械性强度及高导电率的构件较多使用铜，并要求使用铜的层叠造形技术的开发。
包含层叠造形用的铜的金属粉末已揭示于例如专利文献1及专利文献2。
在专利文献1揭示包含铬或硅的层叠造形用的铜合金粉末。专利文献2揭示一种对表面照射激光而形成氧化膜的层叠造形用的铜粉末。
但是，使用铜粉末的层叠造形物容易产生空隙且难以提高机械性强度。另外，若相比于纯铜的导电率，层叠造形物的导电率变成相当低。因此，难以充分提高使用铜粉末的层叠造形物的机械性强度及导电率。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2016－211062号公报
[专利文献2]日本特开2017－141505号公报。
发明内容
(发明欲解决的技术问题)
本发明有鉴于如前述的现有技术的问题点而研创，其目的在于提供一种可充分提高层叠造形物的机械性强度及导电率的层叠造形用铜粉末及其制造方法。
而且，其另一目的在于提供一种机械性强度及导电率非常高的层叠造形物及其制造方法。
(用以解决技术问题的手段)
有关层叠造形用铜粉末的本发明，平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜。
本发明中，对于波长1070nm的光的反射率可为65％以下。
本发明中，静止角可为50度以下。
本发明可包含氧化铜(I)(Cu2O)0.5质量％以上9.4质量％以下。
本发明中，氧化铜(II)(CuO)的含量可为1.7质量％以下。
本发明中，氧化铜(I)(Cu2O)的含量可为1.3质量％以上9.4质量％以下、且氧化铜(II)(CuO)的含量可为1.7质量％以下。
本发明中，比表面积变化率可为50％以下。
本发明中，被膜剥离率可为未达80％。
有关层叠造形用铜粉末的制造方法的本发明，包含下列步骤:在温度100℃以上500℃以下烧制铜粉末0.1小时以上72小时以下，以使该铜粉末成为平均粒径为1μm以上150μm以下的粉末且该粉末包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜的方式进行。
在有关层叠造形用铜粉末的制造方法的本发明中，在前述步骤中，可以成为比表面积变化率为50％以下的粉末的方式进行。
在有关层叠造形用铜粉末的制造方法的本发明中，被膜剥离率可为未达80％。
有关层叠造形物的制造方法的本发明，包含下列步骤：
造形步骤，对层叠造形用铜粉末的既定位置照射能量而使其固化以形成造形层，该层叠造形用铜粉末的平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜；
层叠步骤，反复进行前述造形步骤而将前述造形层予以层叠。
有关另一层叠造形物的制造方法的本发明，包含下列步骤：
造形步骤，将层叠造形用铜粉末一边供给至既定位置一边进行加热熔融而使其固化以形成造形层，该层叠造形用铜粉末的平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜；
层叠步骤，反复进行前述造形步骤而将前述造形层予以层叠。
有关层叠造形物的制造方法的本发明，可更包含粉末制作步骤，在温度100℃以上500℃以下烧制铜粉末0.1小时以上72小时以下而制作前述层叠造形用铜粉末。
在有关层叠造形物的制造方法的本发明中，前述层叠造形用铜粉末的比表面积变化率可为50％以下。
在有关层叠造形物的制造方法的本发明中，层叠造形用铜粉末的被膜剥离率可为未达80％。
有关层叠造形物的本发明中，含有铜90质量％以上，且相对密度为94％以上，导电率为50％IACS以上。
有关层叠造形物的本发明中，从剖面观察所求出的空隙率可为15％以下。
在有关层叠造形物的本发明中，可包含氧化铜(I)(Cu2O)0.1质量％以上6.0质量％以下。
在有关层叠造形物的本发明中，导电率也可为60％IACS以上。
(发明的效果)
若依据本发明，可提供一种能够充分提高造形物的机械性强度及导电率的层叠造形用铜粉末。
而且，若依据本发明，可提供一种机械性强度及导电率非常高的层叠造形物及其制造方法。
附图说明
图1表示铜粉末的反射率的图表。
图2表示铜粉末的反射率的图表。
图3表示铜粉末的反射率的图表。
图4表示铜粉末的反射率的图表。
具体实施方式
以下，说明有关本发明的层叠造形用铜粉末(以下，也仅称为铜粉末)及其制造方法、层叠造形物及其制造方法(以下，也仅称为制造方法)的实施方式。
(层叠造形用铜粉末)
本实施方式的铜粉末的平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜。
另外，在本实施方式所称的”铜”意指包含纯铜及铜90质量％以上的铜合金。另外，在本实施方式所称的”铜粉末”意指铜以外的金属成分为未达10质量％的粉末。
本实施方式的铜粉末的平均粒径为1μm以上150μm以下，而且可举出2.5μm以上120μm以下、5μm以上90μm以下等。
通过铜粉末的平均粒径为上述范围，可改善粉末的流动性，同时并可提升层叠造形物的密度及导电率。
另外，在本实施方式中，粉末的平均粒径意指从通过激光绕射式粒度分布测定装置所计测的粒径分布而求出的中位粒径。
本实施方式的铜粉末的每单位表面积的氧化铜浓度为0.10g/m2以上7.0g/m2以下，而且可举出例如为0.15g/m2以上6.0g/m2以下，进一步可举出0.20g/m2以上5.0g/m2以下等。
通过铜粉末的每单位表面积的氧化铜浓度为上述范围，可提高层叠造形物的密度及导电率。
所谓每单位表面积的氧化铜浓度意指将铜粉末表面的被膜中的氧化铜浓度(质量％)除以铜粉末的比表面积(m2/g)再除以100后的值，具体而言，以在实施例所示的方法所测定的值。
每单位表面积的氧化铜浓度也可依据铜粉末的平均粒径而有不同的较优选范围。
可举出例如，平均粒径为未达5μm的情形，氧化铜浓度为0.10g/m2以上0.70g/m2以下，平均粒径为5μm以上且未达15μm的情形，氧化铜浓度为0.15g/m2以上1.3g/m2以下，平均粒径为15μm以上且未达25μm的情形，氧化铜浓度为0.3g/m2以上2.3g/m2以下，平均粒径为25μm以上且未达60μm的情形，氧化铜浓度为0.5g/m2以上4.8g/m2以下，平均粒径为60μm以上的情形，氧化铜浓度为0.8g/m2以上7.0g/m2以下等。
本实施方式的层叠造形用铜粉末可举出包含每单位质量为下述范围的氧化铜：0.5质量％以上9.4质量％以下、或0.5质量％以上9.0质量％以下、或0.5质量％以上8.0质量％以下、或1.3质量％以上9.4质量％以下、或1.3质量％以上9.0质量％以下、或1.3质量％以上8.0质量％以下。
另外，氧化铜浓度为以酸溶解法所测定(算出)的值，具体而言，以实施例所示的方法所测定的值。
本实施方式的层叠造形用铜粉末可包含氧化铜(I)(Cu2O)、氧化铜(II)(CuO)的任一者作为氧化铜，也可包含两者作为氧化铜。
包含氧化铜(I)(Cu2O)的情形，可举出包含：0.5质量％以上9.4质量％以下、或0.5质量％以上9.0质量％以下、或0.5质量％以上8.0质量％以下、或1.3质量％以上9.4质量％以下、或、1.3质量％以上9.0质量％以下、或1.3质量％以上8.0质量％以下。
通过包含上述浓度范围的氧化铜(I)(Cu2O)作为氧化铜，可提高层叠造形物的密度及导电率。
另外，氧化铜(I)浓度为以在酸溶解法所测定的值作为基础所算出的值，具体而言为以实施例所示的方法所测定的值。
本实施方式的铜粉末若氧化铜浓度为上述范围，则能以氧化铜被膜的形式存在于表面的方式含有包含氧化铜(I)的氧化铜，也可于铜粉末的整体中含有包含氧化铜(I)的氧化铜。
氧化铜被膜存在于铜粉末的表面的情形，可改质铜粉末表面，其结果，可提高层叠造形物的密度并提高机械性强度。另一方面，可于铜粉末的内部预先以高浓度保持铜，其结果，可形成导电率高的状态的层叠造形物。
本实施方式的层叠造形用铜粉末以氧化铜(II)(CuO)的含量较少为优选，较优选为实质上不含氧化铜(II)。
另外，所谓不含氧化铜(II)意指在后述的实施例记载的方法进行分析时未检测出CuO的情形。
本实施方式的层叠造形用铜粉末中，氧化铜(I)(Cu2O)的含量可为1.3质量％以上9.4质量％以下、且氧化铜(II)(CuO)的含量可为1.7质量％以下。
铜粉末的形状并无特别限定，可为球状、片状、板状、针状、不定形等。通过后述的粉床熔融成型(powder bed fusion)进行层叠造形的情形，当形成粉末层时，因将粉末间的间隙填铺成较少，故以球状或长宽比为2以下的略球状为较优选。于金属粉末的表面可形成凹凸。另外，于金属粉末的表面也可析出二次粒子。
铜粉末的对于波长1070nm的光的反射率可举出例如65％以下，更优选为60％以下，再更优选为55％以下等。由于以前述反射率使金属粉末熔融固化进行照射的激光等能量的利用效率得到提高，故可成为密度更高、且机械性强度及导电率更高的层叠造形物的材料。
另外，在本实施方式所谓的波长较优选为在激光层叠造形中为主流的Yb(镱)光纤激光光的波长。
铜粉末的静止角可举出例如50度以下，甚至45度以下，进一步为40度以下等。通过铜粉体的静止角为上述范围，铜粉体的流动性得到提升，制造层叠造形物时可以致密的状态形成粉末层，并可使铜粉体熔融固化。因而，可成为密度、机械性强度及导电率更高的层叠造形物的材料。
在本实施方式所称的静止角是指以后述的实施例记载的方法所测定的值。
本实施方式的铜粉末可举出比表面积变化率为50％以下、或45％以下，进一步为43％以下。
通过比表面积变化率为上述范围，可提高层叠造形物的密度及导电率。
另外，在本实施方式所谓的比表面积变化率是指以既定的方法除去铜粉末表面的氧化铜被膜，比较除去前的铜粉末的比表面积、及除去后的铜粉末的比表面积，将差异以％表示而作为变化率的值，具体而言，是指在实施例表示的方法所测定的值。
本实施方式的铜粉末中，被膜剥离率可举出未达80％、或77％以下，甚至70％以下，进一步为45％以下。
通过被膜剥离率为上述范围，可提高层叠造形物的密度及导电率。
另外，在本实施方式所谓的被膜剥离率具体而言是指以实施例所示的方法所测定的值。
(层叠造形用铜粉末的制造方法：粉末制作步骤)
本实施方式的铜粉末的制造方法并无特别限定，可使具有既定的组成的材料进行粉末化，也可对原料粉末施予表面处理来进行调整。
作为原料铜粉末可无限制地使用通过机械性手法、化学性手法、雾化法等所形成的铜粉末。为了获得球状或略球状的粉末，较优选为气体雾化法、水雾化法、圆盘式雾化法(disc atomizing)、等离子体旋转电极法、热等离子体法等。由于一般在表面处理的前后粒径几乎无变化，故原料铜粉末较优选为具有与层叠造形物用铜粉末的粒径同等的粒径。
表面处理可举出通过烧制、激光光照射所进行的原料铜粉末的加热处理、通过使原料铜粉末接触表面处理液所进行的表面处理等。
进行与表面处理液接触的表面处理的情形，可列举将在原料铜粉末的表面形成氧化被膜的溶液通过喷涂等形成雾状而接触的方法、或使原料粉末浸渍于溶液中的方法等。处理时的温度或处理时间等处理条件可依照原料粉末的形状或粒径、表面处理液的组成等而适当选择。
通过烧制将铜粉处理铜粉末而可制造如上述的本实施方式的层叠造形物用铜粉末。
以下，说明有关通过烧制所得的本发明的层叠造形物用铜粉末的制造方法。
本实施方式的层叠造形用铜粉末的制造方法包含下列步骤：在温度100℃以上500℃以下烧制铜粉末0.1小时以上72小时以下，以成为平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜的粉末的方式进行。
在本实施方式使用的铜粉末可无限制地使用通过如上述的机械性手法、化学性手法、雾化法等所形成的铜粉末等。
另外，作为铜粉末的粒径也如上述，较优选为具有与层叠造形物用铜粉末的粒径同等的粒径。
本实施方式的烧制条件可举出在100℃以上500℃以下，甚至110℃以上400℃以下或120℃以上300℃以下等温度，以0.1小时以上72小时以下，甚至0.25小时以上48小时以下或0.5小时以上24小时以下等的条件进行烧制等。
本实施方式的制造方法包含下列步骤：从如此的烧制条件的范围中进行适当调整，以成为平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜的粉末的方式进行。
另外，如此的层叠造形用铜粉末的制造方法也可作为后述的层叠造形物的制造方法中的一步骤而实施，也可作为铜粉末的制造步骤而与层叠造形物的制造分别实施。
本实施方式的层叠造形用铜粉末的制造方法中，也可在前述步骤中以比表面积变化率为50％以下的粉末的方式进行。
将比表面积变化率调整成上述范围的手法并无特别限定，但可举出例如于铜粉末表面形成氧化铜被膜，且调整其量等。更具体的可举出通过适当调整上述步骤中的烧制温度、烧制时间等，将比表面积变化率调整成上述范围等。
或者，也可举出通过适当调整烧制时的粉末的分散状态，将比表面积变化率调整成上述范围等。由于在铜粉末彼此进行接触的状态及分散的状态中氧化铜被膜的形成制程有所变化，故例如通过将烧制时以气体进行分散等分散状态进行调整，也可调整比表面积变化率。
在本实施方式的层叠造形用铜粉末的制造方法中，也可在前述步骤中以成为被膜剥离率未达80％的粉末来进行。
将被膜剥离率调整成上述范围的手段并无特别限定，但可举出例如通过适当调整上述步骤中的烧制温度、烧制时间、铜粉末的分散状态等，将被膜剥离率调整至上述范围等。
(层叠造形物的制造方法)
说明有关使用本实施方式的铜粉末而制造层叠造形物的方法。
使用铜粉末的层叠造形方法可采用使用金属粉末(铜粉末)而制造层叠造形物的一般的方法。
例如，适合对金属粉末赋予高密度的能量而使其熔融固化的方法。用以使金属粉末熔融固化的能量源可举出激光、电子束、等离子体等。其中，由于可局部地赋予高密度的能量而使金属粉末熔融，故较优选为使用激光的方法。使用激光的金属粉末的层叠造形法可举出粉床熔融成型及金属沉积方式。
粉床熔融成型将金属粉末配置成层状而形成粉末层，对粉末层的既定位置照射能量而使金属粉末熔融固化以形成造形层。通过反复进行粉末层的形成及通过能量照射所进行的造形层的形成，可制作任意形状的三维层叠造形物。
金属沉积方式是通过激光等能量加热既定位置，供给金属粉末而在既定位置进行固化，形成造形层。通过反复进行造形层的形成，可制作三维层叠造形物。尤其，粉床熔融成型具有可形成加工精度高且高密度的造形物的优点。
粉床熔融成型适于制造试验品或独一品的造形物，金属沉积方式适于既存的母材或构件的表面的涂布或补修。
在以下说明有关通过粉床熔融成型所进行的层叠造形方法。
在层叠造形中，首先依据造形物的三维形状数据，制作层叠造形用的切片数据。例如，将通过3D－CAD等制作出的三维形状数据，以采用有限要素法的要素分割转换成STL(Stereolithography)数据，从STL数据制作切片数据。切片数据为将造形物的STL数据沿着高度方向(造形方向)而进行N分割，且包含第一层至第N层的各造形层的形状数据(xy座标)。切片厚度d为10至150μm左右。该切片厚度d对应于层叠造形中的1层的层叠厚度。
依据切片数据而进行层叠造形。为了抑制造形物的氧化，层叠造形较优选为在氮、氩、氦等非活性气体环境下、或减压环境下实施。
[粉末层形成步骤]
在可升降的桌台上的既定区域，铺填上述的金属粉末，形成既定的厚度(d)的粉末层。粉末层除了上述的金属粉末之外，也可含有激光吸收剂等。粉末层的表面也可依需要通过刮刀等进行平滑化。
[造形步骤]
依据切片数据，对粉末层的既定位置照射能量。如前述，进行照射的能量可举出激光、电子束、等离子体等，以激光为特别优选。也可在通过激光等进行能量照射之前，预先加热粉末层。能量照射区域的金属粉末经过熔融或烧结而固化，形成造形层。未照射能量的区域的金属粉末未固化而以粉末状态残留。
激光是使用光纤激光、YAG激光、二氧化碳气体激光、半导体激光等等。激光输出以50至1000W左右为较优选。激光的扫描速度例如为1至5000mm/秒左右。激光的扫描间距为10至500μm左右。激光的能量密度例如在50至1000J/mm3的范围调整。激光的能量密度E係以E＝P/v·s·d表示。P为激光的输出，v为扫描速度，s为扫描间距，d为切片厚度(层叠厚度)。
通过上述的粉末层形成步骤及造形步骤，形成对应于切片数据的第一层的造形层。其后，仅使桌台下降切片厚度d。通过使激光光源上升取代使桌台下降，也可调整粉末层与激光光源的相对位置关系。在造形层形成后的第一层上铺填金属粉末而形成第二层的粉末层，依据第二层的切片数据，对粉末层的既定位置照射激光，形成造形层。
后续，从第三层至第N层为止，反复进行粉末层形成步骤、及依据第n层(n≤N)的切片数据而通过能量照射所进行的造形层形成步骤。最后，通过除去未照射能量的区域的未固化金属粉末，完成层叠造形物。层叠造形物也可施予后处理。后处理可举出例如加热。通过进行加热等后处理，有提高层叠造形物的机械性强度或导电率的情形。
以上说明通过粉床熔融成型所进行的层叠造形物的制造方法，但使用本实施方式的铜粉末而制造层叠造形物的一般的层叠造形方法不限定于此，例如，也可采用以金属沉积方式进行的层叠造形方法。
以金属沉积方式进行的造形方法并不将金属粉末配置成层状而形成粉末层，取而代之，从喷嘴喷射金属粉末，同时照射激光，一边将金属粉末供给至既定位置一边进行加热熔融，而使其固化进行造形的方法。通过一边移动喷嘴或既定位置(形成层叠物的台阶等)一边进行喷射，可获得所希望的形状的造形物。
另外，该方式具有也可容易进行在各种既存的造形物(母材或构件)的所希望处追加形成造形物，并进行涂布或补修的优点。
如上述任意的一般的层叠造形物的制造方法中，可使用本实施方式的层叠造形用铜粉末。
例如，本实施方式的层叠造形物的制造方法可举出一种层叠造形物的制造方法，包含下列步骤:造形步骤，对层叠造形用铜粉末的既定位置照射能量而使其固化以形成造形层，该层叠造形用铜粉末平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜；层叠步骤，反复进行前述造形步骤并将前述造形层予以层叠。
或者，可举出一种层叠造形物的制造方法，包含下列步骤:造形步骤，将层叠造形用铜粉末一边供给至既定位置一边进行加热熔融而使其固化以形成造形层，该层叠造形用铜粉末平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜；层叠步骤，反复进行前述造形步骤并将前述造形层予以层叠。
(层叠造形物)
本实施方式的层叠造形物含有铜90质量％以上，且相对密度为94％以上，导电率为50％IACS以上。
通过层叠造形所制作的造形物可具有通过切削加工无法实现的复杂形状。本发明因使用铜粉末作为层叠造形材料，故所得的层叠造形物以铜作为主成分。
另外，层叠造形物的组成可与原料的铜粉末相同或相异。
另外，在层叠造形物中的氧化铜的含量有比铜粉末中的含量更小的倾向。层叠造形物也可含有不可避免的杂质。
层叠造形物中的铜的含量可举出90质量％以上，甚至95质量％以上，进一步为97质量％以上。
通过铜的含量为上述范围，可成为高导电率。
层叠造形物中的相对密度较优选为94％以上，更优选95％以上，进一步更优选为96％以上。通过层叠造形物的相对密度为上述范围，提高机械性强度。
另外，在本实施方式所谓的相对密度为通过阿基米德法所测定的相对密度，具体而言，指以后述的实施例记载的测定方法所测定的密度。
本实施方式的层叠造形物中的导电率为50％IACS以上，甚至60％IACS以上，进一步为69％IACS以上，更进一步为70％IACS以上，又进一步为80％以上为特优选。另外，所谓IACS％以退火铜标准(International Annealed Copper Standard:IACS)的导电率(1.7241×10-20μΩ·m)设为100％IACS而规定的导电率。
使用层叠造形物作为电气材料的情形，导电率以高为较优选，通过为上述范围，成为可充分使用作为电性材料的层叠造形物。
另外，通过导电率为上述范围，依据维德曼-夫兰兹定律(Wiedemann–Franz Law)(κ/σ＝LT、κ：导热率、σ：导电率、T：绝对温度、L：罗伦斯数(Lorentz number)2.31×10-8Js-1ΩK-2)，成为也可充分作为导热材料的层叠造形物。
在本实施方式的层叠造形物中，较优选为从剖面观察所求出的空隙率较优选为15％以下，更优选为10％以下，又更优选7％以下，再更优选为5％以下，进一步更优选为3％以下。
层叠造形物的空隙率愈小，有提高机械性强度及导电率的倾向。
通过使用有关上述的本实施方式的铜粉末作为层叠造形物的材料，比使用一般的铜粉末的情形，更可形成空隙率小且高密度的层叠造形物。
本实施方式的层叠造形物可含有例如0.1质量％以上6.0质量％以下，甚至0.3质量％以上5.7质量％以下的氧化铜(I)(Cu2O)。
通过层叠造形物的氧化铜(I)浓度为上述范围，可获得高的导电率及机械性强度。
本实施方式的层叠造形用铜粉末、层叠造形用铜粉末的制造方法、层叠造形物的制造方法及层叠造形物应分别独立地解释。因此，不只是将本实施方式的层叠造形物用铜粉末使用于层叠造形物的制造方法而实施本实施方式的层叠造形物，当然也可通过与其它技术组合而实施各实施方式。
有关本实施方式的层叠造形用铜粉末、层叠造形用铜粉末的制造方法、层叠造形物的制造方法及层叠造形物如上述，但应认为本次所揭示的实施方式全部仅为示例，而非加以限制。本发明的范围由权利要求所表示，而非前述说明，且意指包含与权利要求均等的意义及范围内的所有变更。
(实施例)
以下，显示实施例而更具体说明本发明，但本发明不受这些实施例限定。
(试验1)
[铜粉末的调制]
准备平均粒径相异(10μm、20μm、46μm、80μm)的纯铜的雾化粉末作为原料，将各粒径的纯铜粉末使用烧制炉而以表1中所示的烧制时间及烧制温度进行烧制，获得各铜粉末。
另外，将各个未处理的纯铜粉末设为未处理A至D。
将下述铜粉末以网目52μm及125μm的筛进行分级，并以激光绕射式粒度分布测定装置(岛津制作所公司制SALD-2300)进行粒度分布测定，确认到中位粒径为80μm。
10μm：未处理铜粉末A Cu-HWQ10(纯铜)
20μm：未处理铜粉末B Cu-HWQ20(纯铜)
46μm：未处理铜粉末C Cu-At-200At2(纯铜)
80μm：未处理铜粉末D Cu-At-100(纯铜)
[表1]
Figure BDA0003096856940000131
[层叠造形物]
使用未处理铜粉末A、B及铜粉末1至13制作层叠造形物。
使用德国EOS制“EOSINT M280”，在氮气流环境(残留氧浓度约0.5％)以下述的条件下制作直径8mm、高度约12mm的圆柱形状的造形物。
激光输出：370W
扫描速度：200至1200mm/秒
扫描间距：0.1mm
层叠厚度：0.04mm
扫描速度以各表所示的速度进行。
[评估]
＜层叠造形物的相对密度＞
层叠造形物的相对密度是依据JIS Z2501：2000，使用水作为液体以阿基米德法进行测定，算出相对于铜的密度(8.94g/cm3)的比率。
＜层叠造形物的空隙率＞
将所得的层叠造形物(圆柱：高度12mm、直径8mm)通过截面进行剖面研磨。以光学显微镜(倍率50倍)观察剖面(圆的中心附近)，使用VHX(Kyence公司制，数码微探针)附属的计测软件，依据亮度使倍率50倍的图像进行二进制化，并从观察图像内的空隙面积算出：
空隙率(％)＝100×(空隙面积)÷(观察面积)
＜层叠造形物的导电率＞
使用涡电流式导电率计，测定层叠造形物的导电率(％IACS)。
＜Cu2O浓度＞
将所得到的层叠造形物的剖面以X射线绕射装置(Rigaku公司制，SmartLab9kW)以Cu管球、管电压45kV、管电流200mA、扫描速度20°/分钟、取样间隔0.01°的条件进行分析。预先以同一X射线绕射装置分析出既知浓度的Cu2O，并使用以其结果作为基础而作成的校正曲线，算出铜粉末试料的Cu2O及浓度。
将各结果表示于表2至表16。
[表2]
未处理A
Figure BDA0003096856940000151
[表3]
铜粉末1
Figure BDA0003096856940000152
[表4]
铜粉末2
Figure BDA0003096856940000153
[表5]
未处理B
Figure BDA0003096856940000161
[表6]
铜粉末3
Figure BDA0003096856940000162
[表7]
铜粉末4
Figure BDA0003096856940000163
[表8]
铜粉末5
Figure BDA0003096856940000164
[表9]
铜粉末6
Figure BDA0003096856940000171
[表10]
铜粉末7
Figure BDA0003096856940000172
[表11]
铜粉末8
Figure BDA0003096856940000173
[表12]
铜粉末9
Figure BDA0003096856940000181
[表13]
铜粉末10
Figure BDA0003096856940000182
[表14]
铜粉末11
Figure BDA0003096856940000183
[表15]
铜粉末12
Figure BDA0003096856940000184
[表16]
铜粉末13
Figure BDA0003096856940000191
(试验2)
除了上述铜粉末以外，尚使用未处理C及D，进行各测定。
<静止角>
测定未处理的铜粉末A至D、铜粉末1至13的静止角。
在黄铜制圆柱试料台(高度5mm、Φ10mm)使用刮勺将各铜粉末安静地堆积直到从试料台溢出掉落为止，以数码摄影机进行摄影。将其图像使用图像解析软件ImageJ测定静止角。
＜每单位质量的Cu2O浓度＞
首先，在将0.2mol/L盐酸及99.5％甲醇以体积比1：1混合而成的溶液200ml中，添加辛基胺0.1g，一边以搅拌子进行搅拌，一边以氮气体进行脱氧处理10分钟。另外，一边使氮气体流入一边投入铜粉末试料200mg。进行搅拌处理直到滤液的铜浓度饱和为止之后，使用ADVANTECH制滤纸4A进行过滤。将滤液稀释50倍，以ICP发光分光分析装置(日立公司制，PS3520UVDDII)测定铜浓度。
另外，各铜粉末以X射线绕射装置(RIGAKU公司制，SmartLab9kW)在以Cu管球、管电压45kV、管电流200mA、扫描速度20°/分钟、取样间隔0.01°的条件进行分析。未检测出CuO的情形时，所测定的铜浓度是算出氧化铜及氧浓度作为全部源自Cu2O的铜的浓度。
＜CuO浓度＞
以上述的X射线绕射装置分析铜粉末试料，除了Cu2O以外，尚检测出CuO的情形时，预先将Cu2O及CuO以既知的质量比混合，使用以同一X射线绕射装置分析出的结果作为基础而作成的校正曲线，算出铜粉末试料的Cu2O及CuO的质量比。继而，从通过酸溶解法测定出的氧化铜浓度的测定结果及CuO的质量比率算出CuO浓度。
另外，通过上述CuO浓度的测定方法中可测定的浓度是超过1.7质量％的浓度。也就是，预先准备已知浓度的试料(1.0质量％、1.2质量％、1.4质量％、1.5质量％、1，7质量％及1.9质量％)，以上述测定方法测定这些的试料，结果，仅1.9质量％的试料可测定浓度，其它的试料无法检测出CuO。因而，在本实施例中，若CuO的含量为1.7质量％以下，则实质上不含CuO，也就是设为CuO浓度为0％的铜粉末。
＜比表面积＞
测定各铜粉末的比表面积。
[除去氧化铜后的比表面积]
在将1.0mol/L盐酸及99.5％甲醇以体积比3：1混合而成的溶液2L中添加辛基胺0.7g，一边以搅拌子搅拌，一边投入铜粉末试料。此时投入的铜粉末试料量，在氧化铜浓度未达4.0质量％时设为150g，在4.0质量％以上时设为75g。在前述＜每单位质量的氧化铜Cu2O浓度＞的试料的调整方法中投入铜粉末试料之后，进行搅拌处理直到与已饱和时的铜浓度同等为止后，使用ADVANTECH制滤纸5C进行过滤，获得已除去氧化铜被膜的铜粉末。另外，在过滤前的溶液的调整中，将盐酸浓度与辛基胺的量调整成可溶解氧化铜被膜且滤液的铜浓度达到饱和的程度而作为上述浓度及量。将所得到的铜粉末进行真空干燥及筛选后，将所得到的铜粉末作为比表面积测定用的试料。中位粒径10μm的铜粉末使用网目40μm的筛网，中位粒径20μm的铜粉末使用网目90μm的筛网，中位粒径45μm及80μm的铜粉末使用网目125μm的筛网。通过布兰氏(Blane)空气穿透粉末度测定器(东京理化精机制作所制)进行比表面积测定。
[除去氧化铜前的比表面积]
对各铜粉末予以筛选。筛选时，中位粒径10μm的铜粉末使用网目40μm的筛网，中位粒径20μm的铜粉末使用网目90μm的筛网，中位粒径45μm及80μm的铜粉末使用网目125μm的筛网。通过布兰氏空气穿透粉末度测定器(东京理化精机制作所制)进行比表面积测定。
[比表面积变化率]
各铜粉末的比表面积变化率依下述式算出。单位是[％]。
[(除去氧化铜前的比表面积÷除去氧化铜后的比表面积)－1]×100
＜每单位表面积的氧化铜浓度＞
各铜粉末的每单位表面积的氧化铜浓度是依下述式算出。单位是[g/m2]。
Cu2O浓度÷比表面积÷100
＜被膜剥离率＞
依以下的方法测定算出各铜粉末的被膜剥离率。
拍摄铜粉末的SEM图像，以SEM图像作为基础，从可完全确认轮廓的铜粉末100个中，计数氧化铜被膜经剥离的粉末数，算出氧化铜被膜经剥离的粉末的比率。单位为[％]。
氧化铜被膜剥离率[％]＝剥离粉末数/100个×100
将结果表示于表17中。
[表17]
Figure BDA0003096856940000221
<反射率>
对于波长1070nm的光的上述各铜粉末的反射率以紫外可见光近红外分光光度计(岛津制作所制，SolidSpec-3700)进行测定，将结果表示于表18中。
[表18]
未处理A 铜粉末1 铜粉末2
反射率[％] 70.9 62.8 40.4
未处理B 铜粉末3 铜粉末4 铜粉末5 铜粉末6
反射率[％] 66.9 40.7 34.3 39.3 32.2
未处理C 铜粉末7 铜粉末8 铜粉末9 铜粉末10
反射率[％] 65.2 29.0 31.3 29.6 31.0
未处理D 铜粉末11 铜粉末12 铜粉末13
反射率[％] 65.0 25.4 28.8 22.9
(考察)
由结果明显可知，使用平均粒径及氧化铜的含量(每单位表面积、每单位质量)为既定范围的铜粉末的层叠造形物相比于既定范围以外的铜粉末(未处理及铜粉末6)，容易获得空隙率低、或相对密度高、且导电率高的层叠造形物。
另外，显示这些铜粉末的静止角及反射率也为既定的范围。

Claims (19)

1.一种层叠造形用铜粉末，其平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜。
2.根据权利要求1所述的层叠造形用铜粉末，其中，对于波长1070nm的光的反射率为65％以下。
3.根据权利要求1或2所述的层叠造形用铜粉末，其中，静止角为50度以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠造形用铜粉末，包含氧化铜(I)(Cu2O)0.5质量％以上9.4质量％以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的层叠造形用铜粉末，其中，氧化铜(I)(Cu2O)的含量为1.3质量％以上9.4质量％以下，且氧化铜(II)(CuO)的含量为1.7质量％以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的层叠造形用铜粉末，其中，比表面积变化率为50％以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的层叠造形用铜粉末，其中，被膜剥离率为未达80％。
8.一种层叠造形用铜粉末的制造方法，包含下列步骤:在温度100℃以上500℃以下烧制铜粉末0.1小时以上72小时以下，以使该铜粉末成为平均粒径为1μm以上150μm以下的粉末且该粉末包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜的方式进行。
9.根据权利要求8所述的层叠造形用铜粉末的制造方法，其中，在前述步骤中，以成为比表面积变化率为50％以下的粉末的方式进行。
10.根据权利要求8或9所述的层叠造形用铜粉末的制造方法，其中，在前述步骤中，以成为被膜剥离率未达80％的粉末的方式进行。
11.一种层叠造形物的制造方法，包含下列步骤：
造形步骤，对层叠造形用铜粉末的既定位置照射能量而使其固化以形成造形层，该层叠造形用铜粉末的平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜；以及
层叠步骤，反复进行前述造形步骤而将前述造形层予以层叠。
12.一种层叠造形物的制造方法，包含:
造形步骤，将层叠造形用铜粉末一边供给至既定位置一边进行加热熔融而使其固化以形成造形层，该层叠造形用铜粉末的平均粒径为1μm以上150μm以下，并包含每单位表面积为0.10g/m2以上7.0g/m2以下、且每单位质量为0.5质量％以上9.4质量％以下的氧化铜；以及
层叠步骤，反复进行前述造形步骤而将前述造形层予以层叠。
13.根据权利要求11或12所述的层叠造形物的制造方法，更包含：粉末制作步骤，在温度100℃以上500℃以下烧制铜粉末0.1小时以上72小时以下而制作前述层叠造形用铜粉末。
14.根据权利要求11至13项中任一项所述的层叠造形物的制造方法，其中，前述层叠造形用铜粉末的比表面积变化率为50％以下。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的层叠造形物的制造方法，其中，前述层叠造形用铜粉末的被膜剥离率为未达80％。
16.一种层叠造形物，含有铜90质量％以上，且相对密度为94％以上，导电率为50％IACS以上。
17.根据权利要求16所述的层叠造形物，其从剖面观察所求出的空隙率为15％以下。
18.根据权利要求16或17所述的层叠造形物，包含氧化铜(I)(Cu2O)0.1质量％以上6.0质量％以下。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的层叠造形物，其导电率为60％IACS以上。
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