CN116981528A - 结合固体的制造方法 - Google Patents

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CN116981528A
CN116981528A CN202180095798.0A CN202180095798A CN116981528A CN 116981528 A CN116981528 A CN 116981528A CN 202180095798 A CN202180095798 A CN 202180095798A CN 116981528 A CN116981528 A CN 116981528A
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CN
China
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metal
producing
metal powder
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point material
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西冈和彦
景山宏治
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Sun Meitarong Co ltd
Original Assignee
Sun Meitarong Co ltd
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Abstract

本发明提供一种结合固体的制造方法,其包括:在固体上配置金属粉末的步骤;利用熔点比金属粉末的熔点高的高熔点材料覆盖金属粉末的周围的至少一部分;以及对周围的至少一部分被高熔点材料覆盖的金属粉末照射微波来加热金属粉末,使该金属粉末烧结或熔融固化,在固体上形成金属固体的步骤。

Description

结合固体的制造方法
技术领域
本发明涉及一种结合固体的制造方法。
背景技术
以往,日用品、家用电器和工作母机等中使用的金属固体部件是对铸锭和/或金属钢片等进行加工而制造的。对铸锭和/或金属钢片进行加工的工艺包括多种工序,是复杂的。另外,对铸锭和/或金属钢片进行加工的工艺还存在多种加工业者经手的情况。因此,有时对铸锭和/或金属钢片进行加工的工艺在这期间还包括物流搬送。因此,加工铸锭和/或金属钢片的工艺成本高。另外,在对铸锭和/或金属钢片进行加工的工艺中,如果一个工序停滞,则下游工序全部停滞。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-158790号公报;
专利文献2:日本特开2017-145151号公报;
专利文献3:日本特开2009-035776号公报;
专利文献4:日本特开2013-216943号公报;
专利文献5:日本特开2017-145151号公报。
发明内容
技术问题
本发明的目的之一是提供一种能够容易地制造金属固体的金属固体的制造方法。另外,本发明的目的之一是提供一种能够容易地使金属固体与固体结合的结合固体的制造方法,以及能够容易地使固体彼此连接的结合固体的制造方法。
技术方案
根据本发明的方式,提供一种金属固体的制造方法,其包括:利用熔点比金属粉末的熔点高的高熔点材料覆盖金属粉末的周围的至少一部分的步骤;以及对周围的至少一部分被高熔点材料覆盖的金属粉末照射微波来加热金属粉末,使该金属粉末烧结或熔融固化的步骤。
在上述金属固体的制造方法中,可以重复进行利用高熔点材料覆盖金属粉末的周围的至少一部分的步骤、以及使金属粉末烧结或熔融固化的步骤。
在上述金属固体的制造方法中,可以形成层叠而成的金属固体。
在上述金属固体的制造方法中,高熔点材料可以含有吸收微波的程度低于金属粉末的绝热材料。
在上述金属固体的制造方法中,高熔点材料可以含有吸收材料,所述吸收材料在至少一部分低于金属粉末吸收微波的温度带的温度带吸收微波的吸收材料。
在上述金属固体的制造方法中,高熔点材料可以含有吸收微波的程度低于金属粉末的绝热材料、以及在至少一部分低于金属粉末吸收微波的温度带的温度带吸收微波的吸收材料。
在上述金属固体的制造方法中,高熔点材料可以含有1质量%至70质量%的吸收材料。
在上述金属固体的制造方法中,绝热材料可以含有氧化物。
在上述金属固体的制造方法中,绝热材料可以含有从氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆和氧化钛所组成的组中选择的至少一种。
在上述金属固体的制造方法中,吸收材料可以含有碳材料。
在上述金属固体的制造方法中,吸收材料可以含有从碳、石墨、碳化硅、碳树脂和金属碳化物所组成的组中选择的至少一种。
在上述金属固体的制造方法中,金属粉末可以含有金属。
在上述金属固体的制造方法中,金属粉末可以含有从铁、镍、铜、金、银、铝和钴所组成的组中选择的至少一种。
在上述金属固体的制造方法中,金属粉末可以含有金属化合物。
在上述金属固体的制造方法中,金属粉末可以含有从铁、镍、铜、金、银、铝和钴所组成的组中选择的至少一种的化合物。
在上述金属固体的制造方法中,金属粉末可以还含有合金成分。
在上述金属固体的制造方法中,合金成分可以含有从硅、锰、铬、镍、碳、硼、铜、铝、钛、铌、钒、锌和硫所组成的组中选择的至少一种。
在上述金属固体的制造方法中,金属粉末的平均粒径可以为200μm以下。
在上述金属固体的制造方法中,可以是金属粉末含有金属氧化物,在对金属粉末照射微波的期间,金属粉末被还原。
在上述金属固体的制造方法中,可以是金属粉末含有金属氧化物,在对金属粉末照射微波的期间,金属粉末被烧结。
在上述金属固体的制造方法中,高熔点材料可以形成模具或容器。
在上述金属固体的制造方法中,金属粉末可以形成压粉体。
上述金属固体的制造方法可以在对金属粉末照射微波前,还包括对金属粉末施加压力的步骤。
在上述金属固体的制造方法中,压力可以为0.1MPa至2000MPa。
上述金属固体的制造方法可以在对金属粉末照射微波的期间,还包括对金属粉末施加压力的步骤。
在上述金属固体的制造方法中,压力可以为0.1MPa至2000MPa。
上述金属固体的制造方法可以在对金属粉末照射微波之后,还包括对金属粉末施加压力的步骤。
在上述金属固体的制造方法中,压力可以为0.1MPa至2000MPa。
在上述金属固体的制造方法中,可以在非活性气体环境下进行对金属粉末照射微波的步骤。
在上述金属固体的制造方法中,可以在还原环境下进行对金属粉末照射微波的步骤。
在上述金属固体的制造方法中,可以是金属粉末含有金属氧化物,在对金属粉末照射微波前,还包括将金属氧化物还原的步骤。
在上述金属固体的制造方法中,利用熔点比金属粉末的熔点高的高熔点材料覆盖金属粉末的周围的至少一部分的步骤包括:形成高熔点材料的层的步骤;在高熔点材料的层形成凹部的步骤;以及在凹部装入金属粉末的步骤。
在上述金属固体的制造方法中,在高熔点材料的层形成凹部的步骤包括:使高熔点材料的层的一部分固化的步骤;以及去除高熔点材料的层的未固化部分的步骤。
在上述金属固体的制造方法中,使高熔点材料的层的一部分固化的步骤包括使高熔点材料的层的一部分含有固化性材料的步骤。
在上述金属固体的制造方法中,可以使固化性材料含浸于高熔点材料的层的一部分。
在上述金属固体的制造方法中,可以通过光照射使高熔点材料的层的一部分固化。
另外,根据本发明的方式,提供一种金属固体的制造装置,其具备:载物台,用于配置金属粉末和覆盖金属粉末的周围的至少一部分且熔点比金属粉末的熔点高的高熔点材料;以及微波照射部,用于对周围的至少一部分被高熔点材料覆盖的金属粉末照射微波来加热金属粉末,使该金属粉末烧结或熔融固化。
上述金属固体的制造装置可以还具备用于在载物台上配置高熔点材料的高熔点材料配置部。
在上述金属固体的制造装置中,高熔点材料配置部可以在载物台上涂布高熔点材料。
在上述金属固体的制造装置中,高熔点材料配置部可以在载物台上层叠高熔点材料的层。
上述金属固体的制造装置可以还具备用于向高熔点材料的至少一部分添加固化性材料的固化性材料添加部。
上述金属固体的制造装置可以还具备用于使高熔点材料的至少一部分固化的固化装置。
上述金属固体的制造装置可以还具备用于去除未固化的高熔点材料的未固化材料去除部。
上述金属固体的制造装置可以还具备用于在载物台上配置金属粉末的金属粉末配置部。
在上述金属固体的制造装置中,金属粉末配置部可以在载物台上涂布金属粉末。
在上述金属固体的制造装置中,金属粉末配置部可以在高熔点材料的凹部配置金属粉末。
上述金属固体的制造装置可以还具备用于对配置在载物台上的金属粉末施加压力的加压部。
在上述金属固体的制造装置中,在微波照射部对金属粉末照射微波前,加压部可以对金属粉末施加压力。
在上述金属固体的制造装置中,加压部可以在微波照射部对金属粉末照射微波的期间,对金属粉末施加压力。
在上述金属固体的制造装置中,在微波照射部对金属粉末照射了微波后,加压部可以对金属粉末施加压力。
上述金属固体的制造装置可以还具备用于向金属粉末供给非活性气体的非活性气体供给部。
上述金属固体的制造装置还具备用于向金属粉末供给还原气体的还原气体供给部。
上述金属固体的制造装置可以还具备:高熔点材料配置部,用于在载物台上配置高熔点材料;以及金属粉末配置部,用于在载物台上配置金属粉末,(1)高熔点材料配置部和金属粉末配置部在载物台上配置被高熔点材料包围的金属粉末,(2)微波照射部使金属粉末烧结或熔融固化。该金属固体的制造装置可以重复(1)和(2)的组合。
在上述金属固体的制造装置中,可以是金属粉末含有金属氧化物,上述金属固体的制造装置还具备还原装置,所述还原装置在微波照射部对金属粉末照射微波前,使金属氧化物还原。
根据本发明的方式,提供一种结合固体的制造方法,包括:在固体上配置金属粉末;利用熔点比金属粉末的熔点高的高熔点材料覆盖金属粉末的周围的至少一部分;以及对周围的至少一部分被高熔点材料覆盖的金属粉末照射微波来加热金属粉末,使该金属粉末烧结或熔融固化,在固体上形成金属固体。
上述结合固体的制造方法可以还包括:在金属固体上配置金属粉末的步骤;利用高熔点材料覆盖金属固体上的金属粉末的周围的至少一部分的部分;以及对周围的至少一部分被高熔点材料覆盖的金属固体上的金属粉末照射微波来加热金属粉末,使该金属粉末烧结或熔融固化,在金属固体上形成追加的金属固体。
在上述结合固体的制造方法中,可以形成层叠的金属固体。
在上述结合固体的制造方法中,高熔点材料可以含有吸收微波的程度低于金属粉末的绝热材料。
在上述结合固体的制造方法中,高熔点材料可以含有吸收材料,该吸收材料在至少一部分低于金属粉末吸收微波的温度带的温度带吸收微波。
在上述结合固体的制造方法中,高熔点材料可以含有吸收微波的程度低于金属粉末的绝热材料、以及在至少一部分低于金属粉末吸收微波的温度带的温度带吸收微波的吸收材料。
在上述结合固体的制造方法中,高熔点材料可以含有1质量%至70质量%的吸收材料。
在上述结合固体的制造方法中,绝热材料可以含有氧化物。
在上述结合固体的制造方法中,绝热材料可以含有从氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆和氧化钛所组成的组中选择的至少一种。
吸收材料可以含有碳材料。
在上述结合固体的制造方法中,吸收材料可以含有从碳、石墨、碳化硅、碳树脂和金属碳化物所组成的组中选择的至少一种。
在上述结合固体的制造方法中,金属粉末可以含有金属。
在上述结合固体的制造方法中,金属粉末可以含有从铁、镍、铜、金、银、铝和钴所组成的组中选择的至少一种。
在上述结合固体的制造方法中,金属粉末可以含有金属化合物。
在上述结合固体的制造方法中,金属粉末可以含有从铁、镍、铜、金、银、铝和钴所组成的组中选择的至少一种的化合物。
在上述结合固体的制造方法中,金属粉末可以还含有合金成分。
在上述结合固体的制造方法中,合金成分可以含有从硅、锰、铬、镍、碳、硼、铜、铝、钛、铌、钒、锌和硫所组成的组中选择的至少一种。
在上述结合固体的制造方法中,金属粉末的平均粒径可以为200μm以下。
在上述结合固体的制造方法中,金属粉末可以含有金属氧化物,在对金属粉末照射微波的期间,金属粉末被还原。
在上述结合固体的制造方法中,金属粉末可以含有金属氧化物,在对金属粉末照射微波的期间,金属粉末被烧结。
在上述结合固体的制造方法中,高熔点材料可以形成模具或容器。
在上述结合固体的制造方法中,金属粉末可以形成压粉体。
上述结合固体的制造方法可以在对金属粉末照射微波前,还包括对金属粉末施加压力的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,压力可以为0.1MPa至2000MPa。
在上述结合固体的制造方法中,可以是在对金属粉末照射微波的期间,还包括对金属粉末施加压力。
在上述结合固体的制造方法中,压力可以为0.1MPa至2000MPa。
上述结合固体的制造方法可以在对金属粉末照射微波之后,还包括对金属粉末施加压力的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,压力可以为0.1MPa至2000MPa。
在上述结合固体的制造方法中,可以在非活性气体环境下进行对金属粉末照射微波的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,可以在还原环境下进行对金属粉末照射微波的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,金属粉末可以含有金属氧化物,在对金属粉末照射微波前,还包括将金属氧化物还原的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,利用熔点比金属粉末的熔点高的高熔点材料覆盖金属粉末的周围的至少一部分的步骤可以包括:形成高熔点材料的层的步骤;在高熔点材料的层形成凹部的步骤;以及在凹部装入固体和金属粉末的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,在高熔点材料的层形成凹部的步骤可以包括:使高熔点材料的层的一部分固化的步骤;以及去除高熔点材料的层的未固化部分的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,使高熔点材料的层的一部分固化的步骤可以包括使高熔点材料的层的一部分含有固化性材料的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,可以使固化性材料含浸于高熔点材料的层的一部分。
在上述结合固体的制造方法中,可以通过光照射使高熔点材料的层的一部分固化。
根据本发明的方式,提供一种结合固体的制造方法,其包括:在第一固体与第二固体之间配置结合用金属的步骤;利用熔点比结合用金属的熔点高的高熔点材料覆盖结合用金属的周围的至少一部分的步骤;以及对周围的至少一部分被高熔点材料覆盖的结合用金属照射微波来加热结合用金属,使该结合用金属烧结或熔融固化,使第一固体和第二固体结合的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,结合用金属可以为粉末。
在上述结合固体的制造方法中,结合用金属可以为固体。
在上述结合固体的制造方法中,结合用金属可以为液体。
在上述结合固体的制造方法中,高熔点材料可以含有吸收微波的程度低于结合用金属的绝热材料。
在上述结合固体的制造方法中,高熔点材料可以含有吸收材料,该吸收材料在至少一部分低于结合用金属吸收微波的温度带的温度带吸收微波。
在上述结合固体的制造方法中,高熔点材料可以含有吸收微波的程度低于结合用金属的绝热材料、以及在至少一部分低于结合用金属吸收微波的温度带的温度带吸收微波的吸收材料。
在上述结合固体的制造方法中,高熔点材料可以含有1质量%至70质量%的吸收材料。
在上述结合固体的制造方法中,绝热材料可以含有氧化物。
在上述结合固体的制造方法中,绝热材料可以含有从氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆和氧化钛所组成的组中选择的至少一种。
在上述结合固体的制造方法中,吸收材料可以含有碳材料。
在上述结合固体的制造方法中,吸收材料可以含有从碳、石墨、碳化硅、碳树脂和金属碳化物所组成的组中选择的至少一种。
在上述结合固体的制造方法中,结合用金属可以含有金属。
在上述结合固体的制造方法中,结合用金属可以含有从铁、镍、铜、金、银、铝和钴所组成的组中选择的至少一种。
在上述结合固体的制造方法中,结合用金属可以含有金属化合物。
在上述结合固体的制造方法中,结合用金属可以含有从铁、镍、铜、金、银、铝和钴所组成的组中选择的至少一种的化合物。
在上述结合固体的制造方法中,结合用金属可以还含有合金成分。
在上述结合固体的制造方法中,合金成分可以含有从硅、锰、铬、镍、碳、硼、铜、铝、钛、铌、钒、锌和硫所组成的组中选择的至少一种。
在上述结合固体的制造方法中,可以是结合用金属为粉末,结合用金属的平均粒径为200μm以下。
在上述结合固体的制造方法中,可以是结合用金属含有金属氧化物,在对结合用金属照射微波的期间,结合用金属被还原。
在上述结合固体的制造方法中,可以是结合用金属含有金属氧化物,在对结合用金属照射微波的期间,结合用金属被烧结。
在上述结合固体的制造方法中,高熔点材料可以形成模具或容器。
在上述结合固体的制造方法中,结合用金属可以形成压粉体。
上述结合固体的制造方法可以在对结合用金属照射微波前,还包括对结合用金属施加压力的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,压力可以为0.1MPa至2000MPa。
上述结合固体的制造方法可以在对金属粉末照射微波的期间,还包括对金属粉末施加压力的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,压力可以为0.1MPa至2000MPa。
上述结合固体的制造方法可以在对结合用金属照射微波之后,还包括对结合用金属施加压力的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,压力可以为0.1MPa至2000MPa。
在上述结合固体的制造方法中,可以在非活性气体环境下进行对结合用金属照射微波的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,可以在还原环境下进行对结合用金属照射微波的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,可以是结合用金属含有金属氧化物,在对结合用金属照射微波前,还包括将金属氧化物还原的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,利用熔点比结合用金属的熔点高的高熔点材料覆盖结合用金属的周围的至少一部分的步骤可以包括:形成高熔点材料的层的步骤;在高熔点材料的层形成凹部的步骤;以及在凹部装入第一固体、第二固体和结合用金属的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,在高熔点材料的层形成凹部的步骤可以包括:使高熔点材料的层的一部分固化的步骤;以及去除高熔点材料的层的未固化部分的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,使高熔点材料的层的一部分固化的步骤可以包括使高熔点材料的层的一部分含有固化性材料的步骤。
在上述结合固体的制造方法中,可以使固化性材料含浸于高熔点材料的层的一部分。
在上述结合固体的制造方法中,可以通过光照射使高熔点材料的层的一部分固化。
技术效果
根据本发明,能够提供一种能够容易地制造金属固体的金属固体的制造方法。另外,根据本发明,能够提供一种能够容易地使金属固体与固体结合的结合固体的制造方法、以及能够容易地使固体彼此连接的结合固体的制造方法。
附图说明
图1是第一实施方式的金属固体的制造装置的示意性立体图。
图2是第一实施方式的金属固体的制造方法的示意性工序图。
图3是第一实施方式的金属固体的制造方法的示意性工序图。
图4是第一实施方式的金属固体的制造方法的示意性工序图。
图5是第一实施方式的金属固体的制造方法的示意性工序图。
图6是第一实施方式的金属固体的制造方法的示意性工序图。
图7是第一实施方式的金属固体的制造方法的示意性工序图。
图8是第一实施方式的金属固体的制造装置的示意性立体图。
图9是第一实施方式的金属固体的制造装置的示意性立体图。
图10是第一实施方式的金属固体的制造装置的示意性立体图。
图11是实施例1中获得的金属固体的照片。
图12是实施例2中获得的金属固体的照片。
图13是实施例3中获得的金属固体的照片。
图14是实施例4中获得的金属固体的照片。
图15是实施例5中获得的被金属膜包覆的固体的照片。
图16是实施例6中获得的被金属膜包覆的固体的照片。
图17是实施例7中获得的被金属膜包覆的固体的照片。
图18是实施例8中获得的结合固体的照片。
图19是实施例10中获得的结合固体的照片。
符号说明
10···载物台、20···微波照射部、31···高熔点材料配置部、32···固化性材料添加部、33···金属粉末配置部、40···固化装置、50···未固化材料去除部、60···加压部、101···层、102···部分、103···凹部、200···金属粉末
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式。在以下附图的记载中,相同或相似的部分由相同或相似的符号表示。但是,附图是示意性的。因此,具体的尺寸等应当对照以下说明进行判断。另外,附图之间当然也包括彼此的尺寸的关系、比率不同的部分。
(第一实施方式)
第一实施方式的金属固体的制造方法包括:利用熔点比金属粉末的熔点高的高熔点材料覆盖金属粉末的周围的至少一部分;以及对周围的至少一部分被高熔点材料覆盖的金属粉末照射微波而加热金属粉末,使该金属粉末烧结或熔融固化。微波例如是频率在300MHz以上且30GHz以下的电磁波。在金属粉末被高熔点材料覆盖的部分,优选金属粉末与高熔点材料紧贴。
金属粉末的材料可以含有金属单质,也可以含有合金等金属化合物。作为金属的例子,可列举出铁(Fe)、镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、铝(Al)和钴(Co)。铁(Fe)的烧结温度例如为1200℃。铁(Fe)的熔点为1538℃。镍(Ni)的烧结温度例如为1200℃。镍(Ni)的熔点为1495℃。铜(Cu)的烧结温度例如为800℃。铜(Cu)的熔点为1085℃。金(Au)的烧结温度例如为800℃。金(Au)的熔点为1064℃。银(Ag)的烧结温度例如为750℃。银(Ag)的熔点为962℃。铝(Al)的烧结温度例如为500℃。铝(Al)的熔点为660℃。钴(Co)的烧结温度例如为1100℃。钴(Co)的熔点为1455℃。
金属粉末的材料可以含有一种金属,也可以含有多种金属。作为金属化合物的例子,可列举出由多个金属元素构成的合金、由金属元素和非金属元素构成的合金、金属的氧化物、金属的氢氧化物、金属的氯化物、金属的碳化物、金属的硼化物和金属的硫化物,但未被特别限定。金属粉末作为合金成分,例如,可以含有硅(Si)、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、碳(C)、硼(B)、铜(Cu)、铝(Al)、钛(Ti)、铌(Nb)、钒(V)、锌(Zn)和硫(S)等。金属粉末的材料优选微波的吸收特性比周围的高熔点材料优异。由此,金属粉末比周围的高熔点材料更容易被微波加热。
金属粉末的平均粒径例如在200μm以下、190μm以下或180μm以下。金属粉末的平均粒径例如是指通过激光衍射-散射法测定出的、体积基准下的累积粒度分布中的中值粒径D50。优选地,金属粉末的粒度分布为D10/D 50>0.5且D 50/D 90>0.5。如果金属粉末的平均粒径在200μm以下,则存在金属粉末容易吸收微波的倾向。
高熔点材料可以含有微波的透过性高于金属粉末且吸收微波的程度低于金属粉末的绝热材料。绝热材料具有比金属粉末的熔点高的熔点。由于绝热材料的吸收微波的程度低,所以即使照射微波,放热的程度也低,发挥绝热效果。另外,由于绝热材料的熔点高于金属粉末的熔点,所以即使照射微波,形状也稳定。因此,在照射了微波的金属粉末烧结或熔融的期间,含有绝热材料的高熔点材料的形状也能够稳定。
绝热材料可以含有金属的氧化物,也可以含有准金属的氧化物。作为金属和准金属的氧化物的例子,可列举出氧化铝(Al 2O 3)、氧化硅(SiO 2)、氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO2)和氧化钛(TiO 2),但未被特别限定。例如,氧化铝(Al 2O 3)的熔点为2072℃。氧化硅(SiO2)的熔点为1710℃。氧化镁(MgO)的熔点为2852℃。绝热材料可以为这些化合物。
高熔点材料可以含有在温度带吸收微波的吸收材料,所述温度带的至少一部分低于金属粉末吸收微波的温度带。吸收材料具有比金属粉末的熔点高的熔点。吸收材料吸收微波的温度带的至少一部分低于金属粉末吸收微波的温度带。金属粉末吸收微波的温度带例如为300℃以上且1200℃以下、450℃以上且1100℃以下、或者600℃以上且800℃以下。吸收材料吸收微波的温度带例如为100℃以上且1000℃以下、250℃以上且900℃以下、或者400℃以上且600℃以下。
优选吸收材料吸收微波的温度带的至少一部分与金属粉末吸收微波的温度带重叠。由于吸收材料在至少一部分低于金属粉末吸收微波的温度带的温度带吸收微波,所以比金属粉末更快地放热。因此,吸收材料能够加热金属粉末直至达到金属粉末吸收微波的温度带。因此,如果高熔点材料含有吸收材料,则金属粉末的温度达到吸收微波的温度带变快,能够缩短金属粉末的加热时间。另外,由于吸收材料在至少一部分低于金属粉末吸收微波的温度带的温度带吸收微波,所以能够抑制高熔点材料被加热到所需以上。因此,在照射了微波的金属粉末烧结或熔融期间,含有吸收材料的高熔点材料的形状也能够稳定。
吸收材料例如含有碳材料。作为碳材料的例子,可列举出炭黑、非晶质碳、石墨、碳化硅、碳树脂和金属碳化物,但未被特别限定。吸收材料可以为这些的化合物。吸收材料优选不含挥发成分。由于吸收材料不含挥发成分,因此能够避免微波被挥发成分吸收。
高熔点材料可以含有使金属粉末还原的还原材料。还原材料具有比金属粉末的熔点高的熔点。作为还原材料的例子,可列举出碳和碳化硅。被用作吸收材料的碳材料还能够作为还原材料而发挥功能。
高熔点材料可以仅由绝热材料构成,可以仅由吸收材料构成,也可以仅由还原材料构成,还可以含有这些材料的组合。另外,绝热材料、吸收材料和还原材料存在彼此的性质和功能重复的情况。例如,碳材料既可以作为吸收材料而发挥功能,也可以作为还原材料而发挥功能。
在高熔点材料含有绝热材料和吸收材料的情况下,优选绝热材料和吸收材料的质量比例为1:1、或绝热材料的质量比例大于吸收材料的质量比例。例如,高熔点材料中的吸收材料的质量比例在1质量%以上、2质量%以上或5质量%以上且在70质量%以下、50质量%以下、40质量%以下、30质量%以下、20质量%以下或10质量%以下。通过使高熔点材料中的吸收材料的质量比例为50质量%以下,能够确保微波在高熔点材料中的透透过性,并且能够使金属粉末的烧结或熔融固化的速度适当。
在被微波照射的金属粉末为压粉体的情况下,高熔点材料可以为固体粉末等且具有流动性。在使金属粉末以所期望的三维形状成形为压粉体之后,利用高熔点材料覆盖压粉体的至少一部分,此后,通过对被高熔点材料覆盖的压粉体照射微波,从而使压粉体烧结,通过冶金制造出所期望的形状的金属固体。或者,通过对被高熔点材料覆盖的压粉体照射微波后进行冷却,从而使压粉体熔融固化,制造出所期望的形状的金属固体。压粉体的整个周围可以被高熔点材料覆盖。覆盖住压粉体的高熔点材料的厚度、体积等能够基于微波的透过性而适当地设定。
在将金属粉末成形成压粉体时,可以对金属粉末施加例如0.1MPa以上、1MPa以上、100MPa以上或200MPa以上且2000MPa以下、1900MPa以下或1800MPa以下的压力。通过加压,存在制造的金属固体变得致密的倾向。作为加压方法,可列举出单轴成型、冷等静压加压(CIP)成型、热等静压加压法(HIP)成型和辊压等。
在被照射微波的金属粉末具有流动性的情况下,高熔点材料可以形成模具或容器等固体。例如,被照射微波的金属粉末整体可以为粉末,也可以是金属粉末的一部分为压粉体。将金属粉末装入由高熔点材料形成且与所期望的三维形状相对应的模具或容器的凹部,利用由高熔点材料形成的模具或容器覆盖金属粉末的至少一部分,此后,通过对被由高熔点材料形成的模具或容器覆盖的金属粉末照射微波,从而使金属粉末烧结,制造出所期望的形状的金属固体。需要说明的是,本发明中,凹部包括贯通孔。或者,对被高熔点材料覆盖的金属粉末照射微波,之后进行冷却,从而压粉体熔融固化,制造出所期望的形状的金属固体。金属粉末可以被由高熔点材料形成的模具或容器覆盖整个周围。能够基于微波的透过性,适当地设定覆盖压粉体的由高熔点材料形成的模具或容器的厚度、体积等。装入由高熔点材料形成的模具或容器的金属粉末可以根据位置的不同而改变组成。例如,也可以根据位置而改变形成金属粉体的金属种类、金属粉体的合金成分。
在将金属粉末装入由高熔点材料形成的模具或容器后,在照射微波前,可以对金属粉末施加例如0.1MPa以上、1MPa以上、100MPa以上或200MPa以上且2000MPa以下、1900MPa以下或1800MPa以下的压力。通过加压,存在制造的金属固体变得致密的倾向。作为加压方法,可列举出单轴成型、冷等静压加压(CIP)成型、热等静压加压法(HIP)成型和辊压等。
在将高熔点材料设为模具或容器等固体时,可以使光固化性树脂等固化性材料分散在高熔点材料,对高熔点材料和光固化性树脂的混合物照射光,使高熔点材料和光固化性树脂的混合物固化。在光固化性树脂为紫外线固化性树脂的情况下,对高熔点材料和光固化性树脂的混合物照射紫外线。光的照射时间例如为1小时以上、2小时以上或3小时以上。高熔点材料和光固化性树脂的混合物中光固化性树脂的质量比例,例如为1%以上、2%以上或3%以上且10%以下、9%以下或8%以下。通过使高熔点材料和光固化性树脂的混合物中光固化性树脂的质量比例在1%以上且10%以下,能够确保硬度并确保微波的透过性。固化性材料也可以是热固性的。在这种情况下,可以加热高熔点材料和热固性材料的混合物,使高熔点材料和热固性材料的混合物固化。
在被微波照射的金属粉末和高熔点材料这两者为粉末的情况下,可以层叠金属粉末和高熔点材料,此后,对层叠的金属粉末和高熔点材料照射微波。可以在层叠了金属粉末和高熔点材料之后,在照射微波之前,对层叠的金属粉末和高熔点材料施加例如0.1MPa以上、1MPa以上、100MPa以上或200MPa以上且2000MPa以下、1900MPa以下或者1800MPa以下的压力。通过加压,存在制造的金属固体变得致密的倾向。作为加压方法,可列举出单轴成型、冷等静压加压(CIP)成型、热等静压加压法(HIP)成型和辊压等。
在对金属粉末照射微波的期间,可以向金属粉末施加压力。施加的压力例如为0.1MPa以上、1MPa以上、100MPa以上或200MPa以上且2000MPa以下、1900MPa以下或1800MPa以下。
可以在使金属粉体烧结或熔融固化后,对形成的金属固体施加压力。在这种情况下,优选在金属固体具有热且在冷却到环境温度之前,在温度高于环境温度的状态下施加压力。施加的压力例如为0.1MPa、1MPa以上、100MPa以上或200MPa以上且2000MPa以下、1900MPa以下或1800MPa以下。存在因加压所以制造出的金属固体变得致密的倾向。作为加压方法,可列举出单轴成型、冷等静压加压(CIP)成型、热等静压加压法(HIP)成型和辊压等。
在金属粉体含有金属氧化物的情况下,通过对被含有还原材料的高熔点材料覆盖的金属粉体照射微波,金属氧化物被还原。如果将金属粉体加热到烧结温度以上且熔点附近,则容易获得致密的烧结体。因此,也可以通过微波将金属粉体加热到1400℃以上或1500℃以上。在使金属粉体熔融固化的情况下,只要将金属粉末加热到熔点以上即可。需要说明的是,可以在对金属粉体照射微波前,预先还原该金属的氧化物粉体。例如,通过混合金属氧化物粉体和碳粉体,并加热金属氧化物粉体和碳粉体的混合物,从而能够将金属氧化物粉体还原。被还原的金属粉体例如能够利用磁石而与碳粉体分离。
加热金属粉末可以在非活性气体环境下进行。作为非活性气体的例子,可列举出氩(Ar)和氦(He)。另外,加热金属粉末可以在中性气体环境下进行。作为中性气体的例子,可列举出氮(N 2)、干燥氢(H 2)和氨(NH 3)。另外,加热金属粉末可以在还原环境下进行。作为提供还原环境的还原性气体,可列举出氢(H 2)、一氧化碳(CO)和碳化氢气体(CH 4、C 3H8、C 4H 10等)。在高熔点材料形成模具或容器的情况下,可以向由高熔点材料形成的模具或容器的内部供给非活性气体或中性气体或还原性气体。
可以重复进行上述利用高熔点材料覆盖金属粉末的周围的至少一部分的步骤、以及使金属粉末烧结或熔融固化的步骤,形成层叠的金属固体。另外,可以研磨通过上述方法获得的金属固体。另外,可以重复进行将通过上述方法获得的金属固体例如作为芯而在周围配置金属粉体,进一步在金属粉体周围配置高熔点材料而照射微波的步骤。由此,能够扩大金属固体。另外,可以每次照射微波都改变金属粉体和高熔点材料各自的组成。例如,可以每次照射微波都改变金属粉体的合金成分。
如图1所示,第一实施方式的金属固体的制造装置具备:载物台10,其配置有金属粉末、覆盖金属粉末的周围的至少一部分且熔点比金属粉末的熔点高的高熔点材料;以及微波照射部20,其用于对周围的至少一部分被高熔点材料覆盖的金属粉末照射微波而加热金属粉末,使该金属粉末烧结或熔融固化。第一实施方式的金属固体的制造装置例如能够实施上述第一实施方式的金属固体的制造方法。
载物台10只要能够配置金属粉末和高熔点材料,就不被特别限定。载物台10可以沿相互垂直的三个轴向移动。例如,载物台10可以沿重力方向和水平方向移动。
第一实施方式的金属固体的制造装置可以还具备在载物台10上配置高熔点材料的高熔点材料配置部31。高熔点材料配置部31可以在载物台10上涂布高熔点材料。高熔点材料配置部31可以在载物台10上形成高熔点材料的层。高熔点材料配置部31可以沿相互垂直的三个轴向移动。例如,高熔点材料配置部31可以沿重力方向和水平方向移动。例如,如图2的(a)至图2的(c)所示,高熔点材料配置部31可以在载物台10上移动的同时在载物台10上涂布粉体的高熔点材料,在载物台10上形成高熔点材料的层101。
如图1所示,第一实施方式的金属固体的制造装置可以进一步具备向高熔点材料的至少一部分添加固化性材料的固化性材料添加部32。固化性材料添加部32在高熔点材料的固化的部分添加固化性材料,在高熔点材料的不固化的部分不添加固化性材料。固化性材料例如为液体,固化性材料添加部32可以使固化性材料含浸于高熔点材料的固化的部分。固化性材料添加部32可以沿相互垂直的三个轴向移动。例如,固化性材料添加部32可以沿重力方向和水平方向移动。例如,如图3的(a)和图3的(b)所示,固化性材料添加部32可以在载物台10上的高熔点材料的层101上移动的同时,使固化性材料在高熔点材料的层101一边形成图案一边进行涂布,在高熔点材料的层101的不固化的部分102不添加固化性材料,在高熔点材料的层101的固化的部分添加固化性材料。固化性材料添加部32例如可以具备喷墨喷嘴,以粘合剂喷射方式向高熔点材料添加固化性材料。
高熔点材料配置部31和固化性材料添加部32可以成为一体。
如图1所示,第一实施方式的金属固体的制造装置可以还具备使高熔点材料的至少一部分固化的固化装置40。在高熔点材料含有光固化性材料的情况下,固化装置40为光源。在高熔点材料含有热固性材料的情况下,固化装置40为热源。固化装置40可以沿相互垂直的三个轴向移动。例如,固化装置40可以沿重力方向和水平方向移动。如图3的(c)所示,固化装置40对高熔点材料的层101照射固化性材料的固化所需的能量,使高熔点材料的层101的至少一部分固化。固化装置40可以对高熔点材料的层101的整个面一并照射能量,也可以在扫描高熔点材料的层101的同时照射能量。
如图1所示,第一实施方式的金属固体的制造装置可以还具备去除未固化的高熔点材料的未固化材料去除部50。例如,如图4的(a)和图4的(b)所示,未固化材料去除部50可以对高熔点材料的层101的未固化且为粉体的部分102施加风压,从高熔点材料的层101去除未固化且为粉体的部分102,在高熔点材料的层101形成凹部103。
如图1所示,第一实施方式的金属固体的制造装置可以还具备在载物台10上配置金属粉末的金属粉末配置部33。作为金属粉末配置部33,能够使用复涂器。金属粉末配置部33可以在载物台10上涂布金属粉末。金属粉末配置部33可以沿相互垂直的三个轴向移动。例如,金属粉末配置部33可以沿重力方向和水平方向移动。例如,如图5的(a)和图5的(b)所示,金属粉末配置部33可以在载物台10上的高熔点材料的层101的凹部103配置金属粉末200。可以利用辊、刷等去除在载物台10上的高熔点材料的层101的未形成凹部103的部分的表面配置的金属粉末。
高熔点材料配置部31和金属粉末配置部33可以成为一体。固化性材料添加部32和金属粉末配置部33可以成为一体。高熔点材料配置部31、固化性材料添加部32和金属粉末配置部33可以成为一体。
如图1所示,第一实施方式的金属固体的制造装置可以还具备对配置在载物台10上的金属粉末施加压力的加压部60。如图5的(c)所示,加压部60向照射微波前的金属粉末200施加压力。作为加压方法,可列举出单轴成型、冷等静压加压(CIP)成型、热等静压加压法(HIP)成型和辊压等。在辊压的情况下,可以选择如下加压方法:加压部60的加压前端为辊式,在使辊向载物台10加压的状态下,使载物台10滑动。
例如如图6所示,微波照射部20对在载物台10上的高熔点材料的层101的凹部103配置的金属粉末200照射微波。微波照射部20可以对金属粉末200的整个面一并照射微波,也可以在扫描金属粉末200的同时照射微波。第一实施方式的金属固体的制造装置可以还具备向金属粉末供给非活性气体的非活性气体供给部。非活性气体供给部至少在对金属粉末200照射微波的期间,向金属粉末200的周围供给非活性气体。第一实施方式的金属固体的制造装置可以还具备向金属粉末供给还原气体的还原气体供给部。还原气体供给部至少在对金属粉末200照射微波的期间,向金属粉末200的周围供给还原气体。第一实施方式的金属固体的制造装置可以还具备向金属粉末供给还原气体的中性气体供给部。中性气体供给部至少在对金属粉末200照射微波的期间,向金属粉末200的周围供给中性气体。非活性气体供给部和还原气体供给部可以成为一体。非活性气体供给部和中性气体供给部可以成为一体。还原气体供给部和中性气体供给部可以成为一体。
如图1所示,第一实施方式的金属固体的制造装置可以具备测量配置在载物台10上的金属粉末的温度的温度计71。作为温度计71,能够使用辐射温度计。辐射温度计基于金属粉末的材料的辐射率,测量金属粉末的温度。温度计71也可以测量高熔点材料的温度。可以基于由温度计71测量的金属粉末的温度,控制微波照射部20照射的微波。另外,第一实施方式的金属固体的制造装置可以具备检测微波照射部20照射的微波的微波检测器72。可以基于由微波检测器72检测的微波的特性,控制微波照射部20照射的微波。
图1所示的加压部60可以在金属粉末200被照射了微波后,对金属粉末200施加压力。作为加压方法,可列举出单轴成型、冷等静压加压(CIP)成型、热等静压加压法(HIP)成型和辊压等。在辊压的情况下,可以选择以下加压方法:加压部60的加压前端为辊式,在使辊向载物台10加压的状态下,使载物台10滑动。
配置于图6所示的载物台10上的高熔点材料的层101的凹部103且被照射了微波的金属粉末200在此后被冷却、烧结或熔融固化,成为金属固体。需要说明的是,高熔点材料的层101的凹部103的边缘部分附近的金属粉末200存在容易被加热的倾向。因此,在凹部103的边缘部分附近,可以使高熔点材料所含的吸收材料的质量比例低于其他部分。
第一实施方式的金属固体的制造装置的载物台10和微波照射部20等可以收纳于壳体。
第一实施方式的金属固体的制造装置可以重复进行在烧结或熔融固化了的金属固体和包围金属固体的高熔点材料的层101上形成包围金属粉体的高熔点材料的层101,并使金属粉体烧结或熔融固化的步骤。由此,即使通过一次微波照射形成的金属固体的厚度薄,也能够层叠金属固体,制造出有厚度的金属固体。通过每次形成包围金属粉体的高熔点材料的层101时都改变在高熔点材料的层101形成的凹部的形状,能够制造具有复杂的三维形状的金属固体。
即,如图7所示,在载物台10上形成第一层高熔点材料的层101A,在高熔点材料的层101A的凹部配置金属粉体200A。接着,对金属粉体200A照射微波,将金属粉体200A设为第一层金属固体201A。接着,在第一层高熔点材料的层101A上形成第二层高熔点材料的层101B,在高熔点材料的层101B的凹部配置金属粉体200B。在此,第一层金属固体201A从高熔点材料的层101B的凹部露出,金属粉体200B与第一层金属固体201A的表面接触。接着,对金属粉体200B照射微波,将金属粉体200B设为第二层金属固体201B。此时,第二层金属固体201B固定在第一层金属固体201A上。此后,通过重复进行相同的工序,使金属固体层叠。
(第二实施方式)
第二实施方式的结合固体的制造方法包括:在固体上配置金属粉末;利用熔点比金属粉末的熔点高的高熔点材料覆盖金属粉末的周围的至少一部分;以及对周围的至少一部分被高熔点材料覆盖的金属粉末照射微波来加热金属粉末,使该金属粉末烧结或熔融固化,在固体上形成金属固体。
固体的材料未被特别限定,但优选熔点高于金属粉末的材料。作为固体的材料的例子,可列举出熔点高于金属粉末的金属。固体的形状未被特别限定。作为固体的形状的例子,可列举出平板、长方体和圆柱。例如,固体可以具有平坦的表面,也可以具有弯曲的表面。
金属粉末和高熔点材料能够与第一实施方式相同。金属粉末和高熔点材料的配置方法能够与第一实施方式相同。金属粉末和高熔点材料的相对的配置能够与第一实施方式相同。另外,微波的照射条件能够与第一实施方式相同。
在固体上配置金属粉末的方法未被特别限定。可以使用复涂器在固体上配置金属粉末。可以在固体的多个表面的至少一部分之上配置金属粉末。可以以覆盖整个固体的方式配置金属粉末。在固体上配置的金属粉末的层的厚度根据形成的金属固体的厚度而适当地设定。在固体上配置的金属粉末的层的厚度例如是一定的。可以在配置于载物台上的高熔点材料的层设置凹部,在高熔点材料的层的凹部之中配置固体,在固体上配置金属粉末。或者,可以在固体上配置金属粉末后,至少在金属粉末的周围配置高熔点材料。
可以在照射微波前向固体上的金属粉末施加压力。加压方法能够与第一实施方式相同。可以在金属粉末被照射微波后,向金属粉末施加压力。
通过使固体上的金属粉末烧结或熔融固化,在固体上形成金属固体。由此,金属固体与固体结合。形成的金属固体可以为膜状。以固体的包覆为目的,可以在固体上形成金属固体。
可以重复进行在形成于固体上的金属固体上进一步形成金属固体的步骤。金属固体可以为膜状,并且在固体上形成多层膜。
第二实施方式的结合固体的制造方法可以通过在第一实施方式中说明的金属固体的制造装置来实施。
(第三实施方式)
第三实施方式的结合固体的制造方法包括:在第一固体和第二固体之间配置结合用金属的步骤;利用熔点比结合用金属的熔点高的高熔点材料覆盖结合用金属的周围的至少一部分的步骤;以及对周围的至少一部分被高熔点材料覆盖的结合用金属照射微波来加热结合用金属,使该结合用金属烧结或熔融固化,使第一固体和第二固体结合的步骤。
第一固体和第二固体的材料未被特别限定,但优选熔点高于金属粉末的材料。作为第一固体和第二固体的材料的例子,可列举出熔点高于金属粉末的金属。第一固体和第二固体各自的形状未被特别限定。第一固体和第二固体可以具有彼此能接触的表面。第一固体可以具有能够与第二固体嵌合的形状。第一固体可以具有能够插入到第二固体的形状。
结合用金属可以为粉末,也可以为固体,还可以为液体。在结合用金属为固体的情况下,结合用金属能够具有可以插入到第一固体的接合面与第二固体的接合面之间的形状。在结合用金属为液体的情况下,液体可以具有粘性。也可以将粉末或固体的结合用金属加热成液体。
结合用金属的材料能够与在第一实施方式中说明的金属粉末相同。高熔点材料能够与第一实施方式相同。在第一固体的接合面与第二固体的接合面之间配置结合用金属,至少在结合用金属的周围配置高熔点材料的配置。高熔点材料的配置方法能够与第一实施方式相同。结合用金属和高熔点材料的相对的配置能够与第一实施方式中的金属粉末和高熔点材料的相对的配置相同。需要说明的是,可以在结合用金属和高熔点材料之间配置第一固体或第二固体。微波的照射条件能够与第一实施方式相同。
在第一固体和第二固体之间配置结合用金属的方法未被特别限定。在结合用金属为粉末或液体的情况下,可以向第一固体的接合面与第二固体的接合面之间注入结合用金属。在结合用金属为固体的情况下,可以在第一固体的接合面与第二固体的接合面之间插入结合用金属。或者,即使结合用金属为粉末、液体、固体中的任一种,也可以在第一固体的接合面上配置结合用金属后,使第二固体的接合面与结合用金属上接触。
可以在配置于载物台上的高熔点材料的层设置凹部,在高熔点材料的层的凹部之中配置第一固体,在第一固体上依次配置结合用金属和第二固体。或者,可以在第一固体与第二固体之间配置结合用金属后,至少在结合用金属的周围配置高熔点材料。
可以在照射微波前,向配置在第一固体与第二固体之间的结合用金属施加压力。例如,可以向第一固体和第二固体中的至少一者施加压力,并向结合用金属施加压力。可以在结合用金属被照射微波后,向结合用金属施加压力。
通过使第一固体与第二固体之间的结合用金属烧结或熔融固化,使第一固体和第二固体结合。
第三实施方式的结合固体的制造方法可以由第一实施方式中说明的金属固体的制造装置实施。
如上所述,虽然由实施方式记载了本发明,但不应理解为构成本发明的一部分的记述和附图限定本发明。本领域技术人员理应从本发明知晓多种代替实施方式、实施例和运用技术。例如,图1所示的加压部60可以对配置的金属粉末200的整个面进行加压。或者,如图8所示,具有比配置的金属粉末200的表面积小的接触面积的加压部60可以在移动的同时连续地对金属粉末200加压。作为加压方法,可列举出单轴成型、冷等静压加压(CIP)成型、热等静压加压法(HIP)成型和辊压等。在辊压的情况下,如图9所示,可以选择如下加压方法:加压部60具备辊,在使辊向载物台10加压的状态下,使辊在载物台10上移动或使载物台10滑动。另外,例如,如图10所示,实施方式的金属固体的制造装置可以具备在金属粉体被微波照射前使金属粉体还原的还原装置80。还原装置80例如为加热装置,加热金属粉体而使金属粉体还原。由此,应当理解本发明包括此处未记载的多种实施方式等。
实施例1
(实施例1)
形成高熔点材料的层。高熔点材料由93质量%的氧化铝(Al 2O 3)的粉体和7质量%的碳(C)的粉体构成。利用圆形的铝板覆盖高熔点材料的层的表面的设置凹部的部分,向高熔点材料的层的表面喷射固化性材料,使固化性材料渗透到高熔点材料的层的未被铝板覆盖的部分。固化性材料含有50质量%的UV固化性树脂(AMZLAB GmbH制StandardPhotopolymer Resin:标准感光性树脂)和50质量%的乙醇。之后,对高熔点材料的层照射UV光,使渗透到高熔点材料的层的固化性树脂固化。被铝板覆盖且未被固化的高熔点材料通过风淋而去除。由此,在高熔点材料的层形成有圆柱状的凹部。圆柱状的凹部的底面的直径为7.0mm,深度为4.0mm。
在高熔点材料的层设置的凹部填充金属粉末(平均粒径45μm)。金属粉末由100%的铁(Fe)构成。利用冲压机,对金属粉末和包围金属粉末的高熔点材料施加250MPa的压力。在空气环境下,对高熔点材料和金属粉末照射180秒钟700W的微波,将金属粉末加热到1350℃(推定值)。将金属粉末烧结而获得的金属固体的照片示于图11。获得的金属固体为圆柱状,底面的直径为7.0mm,高度为4.0mm。获得的金属固体的密度为4.5g/cm 2,相对密度(=密度/真密度)为58%。
(实施例2)
形成高熔点材料的第一层。高熔点材料由93质量%的氧化铝(Al 2O 3)的粉体和7质量%的碳(C)的粉体构成。利用圆形的铝板覆盖高熔点材料的第一层的表面的设置凹部的部分,向高熔点材料的第一层的表面喷射固化性材料,使固化性材料渗透到高熔点材料的第一层的未被铝板覆盖的部分。固化性材料含有50质量%的UV固化性树脂(AMZLAB GmbH制Standard Photopolymer Resin:标准感光性树脂)和50质量%的乙醇。此后,对高熔点材料的第一层照射UV光,使渗透到高熔点材料的第一层的固化性树脂固化。被铝板覆盖且未被固化的高熔点材料通过风淋而去除。由此,在高熔点材料的第一层形成有圆柱状的凹部。圆柱状的凹部的底面的直径为7.0mm、深度为4.2mm。
在高熔点材料的第一层设置的凹部填充金属粉末。金属粉末由100%的铁(Fe)构成。利用冲压机,对金属粉末和包围金属粉末的高熔点材料施加250MPa的压力。在空气环境下,对高熔点材料和金属粉末照射180秒700W的微波,将金属粉末加热到1350℃(推定值),获得圆柱状的金属固体。
在高熔点材料的第一层上形成高熔点材料的第二层。高熔点材料由93质量%的氧化铝(Al 2O 3)和7质量%的碳(C)构成。利用圆形的铝板覆盖高熔点材料的第二层的表面的设置凹部的部分且被高熔点材料的第一层包围的金属固体的正上方,向高熔点材料的第二层的表面喷射固化性材料,使固化性材料渗透到高熔点材料的第二层的未被铝板覆盖的部分。固化性材料含有50质量%的UV固化性树脂(AMZLAB GmbH制Standard PhotopolymerResin:标准感光性树脂)和50质量%的乙醇。之后,对高熔点材料的第二层照射UV光,使渗透到高熔点材料的第二层的固化性树脂固化。被铝板覆盖且未被固化的高熔点材料通过风淋而去除。由此,在高熔点材料的第二层形成有圆柱状的凹部。圆柱状的凹部的底面的直径为7.0mm、深度为2.4mm。被高熔点材料的第一层包围的金属固体的上表面从设置于高熔点材料的第二层的凹部露出。
在设置于高熔点材料的第二层的凹部填充金属粉末。金属粉末由100%的铁(Fe)构成。利用冲压机,对金属粉末和包围金属粉末的高熔点材料施加250MPa的压力。在空气环境下,对高熔点材料和金属粉末照射180秒700W的微波,将金属粉末加热到1350℃(推定值),获得圆柱状的金属固体。此时,被高熔点材料的第一层包围的金属固体与被高熔点材料的第二层包围的金属固体结合。
将金属粉末烧结而获得的金属固体的照片示于图12。获得的金属固体为圆柱状,底面的直径为7.0mm、高度为6.6mm。获得的金属固体的密度为4.1g/cm 2,相对密度为52%。
(实施例3)
形成高熔点材料的层。高熔点材料由93质量%的氧化铝(Al 2O 3)的粉体和7质量%的碳(C)的粉体构成。利用三角形的铝板覆盖高熔点材料的层的表面的设置凹部的部分,向高熔点材料的层的表面喷射固化性材料,使固化性材料渗透到高熔点材料的层的未被铝板覆盖的部分。固化性材料含有50质量%的UV固化性树脂(AMZLAB GmbH制StandardPhotopolymer Resin:标准感光性树脂)和50质量%的乙醇。之后,对高熔点材料的层照射UV光,使渗透到高熔点材料的层的固化性树脂固化。被铝板覆盖且未被固化的高熔点材料通过风淋而去除。由此,在高熔点材料的层形成有三棱柱状的凹部。三棱柱状的凹部的底面的底边的长度为8.0mm、深度为1.4mm。
设置于高熔点材料的层的凹部填充金属粉末。金属粉末由100%的铁(Fe)构成。利用冲压机,对金属粉末和包围金属粉末的高熔点材料施加250MPa的压力。在空气环境下,对高熔点材料和金属粉末照射70秒500W的微波,将金属粉末加热到1250℃(推定值)。将金属粉末烧结而获得的金属固体的照片示于图13。获得的金属固体为三棱柱状,底面的底边的长度为8.0mm、高度为1.4mm。获得的金属固体的密度为4.5g/cm 2,相对密度为58%。
(实施例4)
形成高熔点材料的层。高熔点材料由93质量%的氧化铝(Al 2O 3)的粉体和7质量%的碳(C)的粉体构成。用四边形铝板覆盖高熔点材料的层的表面的设置凹部的部分,向高熔点材料的层的表面喷射固化性材料,使固化性材料渗透到高熔点材料的层的未被铝板覆盖的部分。固化性材料含有50质量%的UV固化性树脂(AMZLAB GmbH制StandardPhotopolymer Resin:标准感光性树脂)和50质量%的乙醇。之后,对高熔点材料的层照射UV光,使渗透到高熔点材料的层的固化性树脂固化。被铝板覆盖且未被固化的高熔点材料通过风淋而去除。由此,在高熔点材料的层形成四棱柱状的凹部。四棱柱状的凹部的底面一边的长度为7.2mm、深度为1.9mm。
在高熔点材料的层设置的凹部填充金属粉末。金属粉末由100%的铁(Fe)构成。使用压力机,对金属粉末和包围金属粉末的高熔点材料施加250MPa的压力。在空气环境下,对高熔点材料和金属粉末照射70秒500W的微波,将金属粉末加热到1250℃(推定值)。将金属粉末烧结而获得的金属固体的照片示于图14。获得的金属固体为四棱柱状,底面的一边的长度为7.2mm,高度为1.9mm。获得的金属固体的密度为4.5g/cm 2,相对密度为58%。
(实施例5)
准备由99.8%的铜(Cu)构成的圆柱状的固体。固体的直径为7mm,高度为10mm。在固体上配置对99.8%的铜(Cu)的粉体施加250MPa的压力而制造出的压粉体。压粉体的形状为圆柱状,直径为10mm,高度为2mm。以固体的中心与压粉体的中心一致的方式配置压粉体。
在固体和压粉体的周围形成高熔点材料的层。高熔点材料由93质量%的氧化铝(Al 2O 3)的粉体和7质量%的碳(C)的粉体构成。向高熔点材料的层的表面喷射固化性材料,使固化性材料渗透到高熔点材料。固化性材料含有50质量%的UV固化性树脂(AMZLABGmbH制Standard Photopolymer Resin)和50质量%的乙醇。此后,对高熔点材料的层照射UV光,使渗透到高熔点材料的层的固化性树脂固化。
对固体和压粉体施加20MPa的压力,同时对被高熔点材料覆盖的压粉体照射85秒700W的微波,将压粉体加热到800℃(推定值)。图15示出压粉体烧结而被铜的金属膜(金属固体)包覆的固体的照片。固体和金属膜坚固地结合。
(实施例6)
准备由工具钢钢材(SKD61)构成的圆柱状的固体。固体的直径为10mm,高度为4mm。在固体上配置对工具钢钢材(SKD61)的粉体施加1750MPa的压力而制造出的压粉体。压粉体的形状为圆柱状,直径为10mm,高度为4mm。以固体的中心与压粉体的中心一致的方式配置压粉体。
与实施例5相同地,在固体和压粉体的周围形成高熔点材料的层。
对固体和压粉体施加20MPa的压力,同时对被高熔点材料覆盖的压粉体照射1500秒400W的微波,将压粉体加热到1200℃(推定值)。图16示出压粉体烧结而被工具钢钢材的金属膜(金属固体)包覆的固体的照片。固体和金属膜坚固地结合。
(实施例7)
准备由碳钢钢材(S45C)构成的圆柱状的固体。固体的直径为10mm,高度为10mm。在固体之上配置对铝合金(A6061)的粉体施加250MPa的压力而制造出的压粉体。压粉体的形状为圆柱状,直径为10mm,高度为4mm。以固体的中心与压粉体的中心一致的方式配置压粉体。
与实施例5相同地,在固体和压粉体的周围形成高熔点材料的层。
对固体和压粉体施加20MPa的压力,同时对被高熔点材料覆盖的压粉体照射1500秒200W的微波,将压粉体加热到400℃(推定值)。图17示出压粉体烧结而被铝合金的金属膜(金属固体)包覆的固体的照片。固体和金属膜坚固地结合。
(实施例8)
准备由99.8%的铜(Cu)构成的圆柱状的第一固体。第一固体的直径为10mm,高度为10mm。将对99.8%的铜(Cu)的粉体施加250MPa的压力而制造出的压粉体作为结合用金属而配置在第一固体之上。压粉体的形状为圆柱状,直径为10mm,高度为3mm。以第一固体的中心与压粉体的中心一致的方式配置压粉体。在压粉体之上配置由99.8%的铜(Cu)构成的圆柱状的第二固体。第二固体的直径为10mm,高度为6mm。以压粉体的中心与第二固体的中心一致的方式配置第二固体。
与实施例5相同地,在第一固体、压粉体和第二固体的周围形成高熔点材料的层。
对被高熔点材料覆盖的压粉体照射135秒钟700W的微波,将压粉体加热到800℃(推定值)。图18示出压粉体烧结而与第一固体和第二固体结合的结合固体的照片。第一固体和第二固体坚固地结合。
(实施例9)
准备由工具钢钢材(SKD61)构成的圆柱状的第一固体。第一固体的直径为10mm,高度为10mm。将对工具钢钢材(SKD61)的粉体施加1750MPa的压力而制造出的压粉体作为结合用金属而配置在第一固体之上。压粉体的形状为圆柱状,直径为10mm,高度为3mm。以第一固体的中心与压粉体的中心一致的方式配置压粉体。在压粉体之上配置由工具钢钢材(SKD61)构成的圆柱状的第二固体。第二固体的直径为10mm,高度为6mm。以压粉体的中心与第二固体的中心一致的方式配置第二固体。
与实施例5相同地,在第一固体、压粉体和第二固体的周围形成高熔点材料的层。
不施加压力,而对被高熔点材料覆盖的压粉体照射2000秒400W的微波,将压粉体加热到1200℃(推定值)。第一固体和第二固体坚固地结合。
(实施例10)
准备由工具钢钢材(SKD61)构成的圆柱状的第一固体。第一固体的直径为10mm,高度为4mm。将工具钢钢材(SKD61)的固体作为结合用金属而配置在第一固体之上。结合用金属的形状为圆柱状,直径为10mm,高度为4mm。以第一固体的中心与结合用金属的中心一致的方式配置结合用金属。在结合用金属之上配置由工具钢钢材(SKD61)构成的圆柱状的第二固体。第二固体的直径为10mm,高度为4mm。以结合用金属的中心与第二固体的中心一致的方式配置第二固体。
与实施例5相同地,在第一固体、结合用金属和第二固体的周围形成高熔点材料的层。
对第一固体、结合用金属和第二固体施加20MPa的压力,同时对被高熔点材料覆盖的结合用金属照射2000秒400W的微波,将结合用金属加热到1200℃(推定值)。图19示出结合用金属熔融固化而与第一固体和第二固体结合的结合固体的照片。第一固体和第二固体坚固地结合。

Claims (73)

1.一种结合固体的制造方法,其特征在于,包括:
在固体上配置金属粉末的步骤;
利用熔点比所述金属粉末的熔点高的高熔点材料覆盖所述金属粉末的周围的至少一部分的步骤;以及
对所述周围的至少一部分被所述高熔点材料覆盖的所述金属粉末照射微波来加热所述金属粉末,使该金属粉末烧结或熔融固化,在所述固体上形成金属固体的步骤。
2.根据权利要求1所述的结合固体的制造方法,其特征在于,还包括:
在所述金属固体上配置所述金属粉末的步骤;
利用所述高熔点材料覆盖所述金属固体上的所述金属粉末的周围的至少一部分的步骤;以及
对所述周围的至少一部分被所述高熔点材料覆盖的所述金属固体上的所述金属粉末照射微波来加热所述金属粉末,使该金属粉末烧结或熔融固化,在所述金属固体上形成追加的金属固体的步骤。
3.根据权利要求2所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
形成层叠而成的所述金属固体。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述高熔点材料含有吸收所述微波的程度低于所述金属粉末的绝热材料。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述高熔点材料含有吸收材料,所述吸收材料在至少一部分低于所述金属粉末吸收所述微波的温度带的温度带吸收所述微波。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述高熔点材料含有:
绝热材料,吸收所述微波的程度低于所述金属粉末;以及
吸收材料,在至少一部分低于所述金属粉末吸收所述微波的温度带的温度带吸收所述微波。
7.根据权利要求6所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述高熔点材料含有1质量%至70质量%的所述吸收材料。
8.根据权利要求4、6和7中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述绝热材料含有氧化物。
9.根据权利要求4、6、7和8中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述绝热材料含有从氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆和氧化钛所组成的组中选择的至少一种。
10.根据权利要求5、6和7中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述吸收材料含有碳材料。
11.根据权利要求5、6、7和10中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述吸收材料含有从碳、石墨、碳化硅、碳树脂和金属碳化物所组成的组中选择的至少一种。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述金属粉末含有金属。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述金属粉末含有从铁、镍、铜、金、银、铝和钴所组成的组中选择的至少一种。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述金属粉末含有金属化合物。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述金属粉末含有从铁、镍、铜、金、银、铝和钴所组成的组中选择的至少一种的化合物。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述金属粉末还含有合金成分。
17.根据权利要求16所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述合金成分含有从硅、锰、铬、镍、碳、硼、铜、铝、钛、铌、钒、锌和硫所组成的组中选择的至少一种。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述金属粉末的平均粒径为200μm以下。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述金属粉末含有金属氧化物,在对所述金属粉末照射微波的期间,所述金属粉末被还原。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述金属粉末含有金属氧化物,在对所述金属粉末照射微波的期间,所述金属粉末被烧结。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述高熔点材料形成模具或容器。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述金属粉末形成压粉体。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在对所述金属粉末照射微波前,还包括对所述金属粉末施加压力的步骤。
24.根据权利要求23所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述压力为0.1MPa至2000MPa。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在对所述金属粉末照射微波的期间,还包括对所述金属粉末施加压力的步骤。
26.根据权利要求25所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述压力为0.1MPa至2000MPa。
27.根据权利要求1至26中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在对所述金属粉末照射微波之后,还包括对所述金属粉末施加压力的步骤。
28.根据权利要求27所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述压力为0.1MPa至2000MPa。
29.根据权利要求1至28中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在非活性气体环境下进行对所述金属粉末照射微波的步骤。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在还原环境下进行对所述金属粉末照射微波的步骤。
31.根据权利要求1至30中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述金属粉末含有金属氧化物,在对所述金属粉末照射微波前,还包括将所述金属氧化物还原的步骤。
32.根据权利要求1至31中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
利用熔点比所述金属粉末的熔点高的高熔点材料覆盖所述金属粉末的周围的至少一部分的步骤包括:
形成所述高熔点材料的层的步骤;
在所述高熔点材料的层形成凹部的步骤;以及
在所述凹部装入所述固体和所述金属粉末的步骤。
33.根据权利要求32所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在所述高熔点材料的层形成所述凹部的步骤包括:
使所述高熔点材料的层的一部分固化的步骤;以及
去除所述高熔点材料的层的未固化部分的步骤。
34.根据权利要求33所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
使所述高熔点材料的层的所述一部分固化的步骤包括使所述高熔点材料的层的所述一部分含有固化性材料的步骤。
35.根据权利要求34所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
使固化性材料含浸于所述高熔点材料的层的所述一部分。
36.根据权利要求31至35中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
通过光照射使所述高熔点材料的层的所述一部分固化。
37.一种结合固体的制造方法,其特征在于,包括:
在第一固体与第二固体之间配置结合用金属的步骤;
利用熔点比所述结合用金属的熔点高的高熔点材料覆盖所述结合用金属的周围的至少一部分的步骤;以及
对所述周围的至少一部分被所述高熔点材料覆盖的所述结合用金属照射微波来加热所述结合用金属,使该结合用金属烧结或熔融固化,使所述第一固体和所述第二固体结合的步骤。
38.根据权利要求37所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属为粉末。
39.根据权利要求37所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属为固体。
40.根据权利要求37所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属为液体。
41.根据权利要求37至40中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述高熔点材料含有吸收所述微波的程度低于所述结合用金属的绝热材料。
42.根据权利要求37至40中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述高熔点材料含有吸收材料,所述吸收材料在至少一部分低于所述结合用金属吸收所述微波的温度带的温度带吸收所述微波。
43.根据权利要求37至40中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述高熔点材料含有:
绝热材料,吸收所述微波的程度低于所述结合用金属;以及
吸收材料,在至少一部分低于所述结合用金属吸收所述微波的温度带的温度带吸收所述微波。
44.根据权利要求43所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述高熔点材料含有1质量%至70质量%的所述吸收材料。
45.根据权利要求41、43和44中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述绝热材料含有氧化物。
46.根据权利要求41、43、44和45中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述绝热材料含有从氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆和氧化钛所组成的组中选择的至少一种。
47.根据权利要求42、43和44中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述吸收材料含有碳材料。
48.根据权利要求42、43、44和47中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述吸收材料含有从碳、石墨、碳化硅、碳树脂和金属碳化物所组成的组中选择的至少一种。
49.根据权利要求37至48中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属含有金属。
50.根据权利要求37至49中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属含有从铁、镍、铜、金、银、铝和钴所组成的组中选择的至少一种。
51.根据权利要求37至50中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属含有金属化合物。
52.根据权利要求37至51中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属含有从铁、镍、铜、金、银、铝和钴所组成的组中选择的至少一种的化合物。
53.根据权利要求49至52中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属还含有合金成分。
54.根据权利要求53所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述合金成分含有从硅、锰、铬、镍、碳、硼、铜、铝、钛、铌、钒、锌和硫所组成的组中选择的至少一种。
55.根据权利要求37至54中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属为粉末,所述结合用金属的平均粒径为200μm以下。
56.根据权利要求37至55中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属含有金属氧化物,在对所述结合用金属照射微波的期间,所述结合用金属被还原。
57.根据权利要求37至56中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属含有金属氧化物,在对所述结合用金属照射微波的期间,所述结合用金属被烧结。
58.根据权利要求37至57中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述高熔点材料形成模具或容器。
59.根据权利要求38或39所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属形成压粉体。
60.根据权利要求37至59中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在对所述结合用金属照射微波前,还包括对所述结合用金属施加压力的步骤。
61.根据权利要求60所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述压力为0.1MPa至2000MPa。
62.根据权利要求37至61中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在对所述结合用金属照射微波的期间,还包括对所述结合用金属施加压力的步骤。
63.根据权利要求62所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述压力为0.1MPa至2000MPa。
64.根据权利要求37至63中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在对所述结合用金属照射微波之后,还包括对所述结合用金属施加压力的步骤。
65.根据权利要求64所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述压力为0.1MPa至2000MPa。
66.根据权利要求37至65中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在非活性气体环境下进行对所述结合用金属照射微波的步骤。
67.根据权利要求37至66中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在还原环境下进行对所述结合用金属照射微波的步骤。
68.根据权利要求37至67中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
所述结合用金属含有金属氧化物,在对所述结合用金属照射微波前,还包括将所述金属氧化物还原的步骤。
69.根据权利要求37至68中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
利用熔点比所述结合用金属的熔点高的高熔点材料覆盖所述结合用金属的周围的至少一部分的步骤包括:
形成所述高熔点材料的层的步骤;
在所述高熔点材料的层形成凹部的步骤;以及
在所述凹部装入所述第一固体、所述第二固体和所述结合用金属的步骤。
70.根据权利要求69所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
在所述高熔点材料的层形成所述凹部的步骤包括:
使所述高熔点材料的层的一部分固化的步骤;以及
去除所述高熔点材料的层的未固化部分的步骤。
71.根据权利要求70所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
使所述高熔点材料的层的所述一部分固化的步骤包括使所述高熔点材料的层的所述一部分含有固化性材料的步骤。
72.根据权利要求71所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
使固化性材料含浸于所述高熔点材料的层的所述一部分。
73.根据权利要求70至72中任一项所述的结合固体的制造方法,其特征在于,
通过光照射使所述高熔点材料的层的所述一部分固化。
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