JP2003528979A - 金属部材を完成させる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、金属化合物粒子を結合剤と混合し、成形部材に圧縮し、その後に結合剤を除去し、より高い温度で還元ガスを通気することにより金属化合物を金属に還元させることによって、金属体を製造する方法に関し、この場合還元は、還元された金属化合物の焼結温度未満の温度で実施され、したがって形成された還元された成形体は、元来の幾何学的寸法を十分に維持しながら、使用された金属化合物未満の密度を有する。こうして得られた金属マトリックスは、機械的力を使用することによって後圧縮されることができる。圧縮後に通常の焼結温度で焼結された場合には、極めて僅かな残留多孔度および高い幾何学的許容差を有する高度に堅固な鋼部材を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、金属部材を製造するための粉末冶金法に関する。

【０００２】 粉末冶金により完成された金属部材は、なかんずく自動車工業、電気機器産業
および鍵産業において著しい規模で使用されている。この場合、本質的には、２
つの完成法は、区別することができる：焼結鍛造の特殊な場合を有する古典的な
圧縮焼結技術(PM)および金属粉末射出成形法（MIM）。

【０００３】 古典的なＰＭ法により得ることができる部材は、処理に応じて簡単な幾何学的
形状を示し、この幾何学的形状は、比較的に粗大な粉末から一方向に圧縮され、
薄手のウェブ、狭い穿孔ならびに傾斜およびアンダーカットが回避される。典型
的な部材質量は、自動車の範囲（例えば、油ポンプ羽根車、チェーンホイール、
ＡＢＳセンサー）において、数グラム（例えば、鍵産業における）ないし約１キ
ログラムに達する。このような部材の製造費は、僅かである。前述した形状の制
限と共に、殊に古典的なＰＭ部材の僅かな機械的負荷可能性は欠点である。即ち
、この機械的負荷可能性は、一般に７ｇ／ｃｍ^３未満の密度を有し、それによっ
て著しい細孔容積を有する。これは、強いノッチ感度を生じ、このノッチ感度は
、交互に負荷される使用（例えば、変速機中の高速回転する歯車）において古典
的なＰＭ部材の使用を可能にしない。実際に、二重圧縮焼結（Doppelpresssinte
rn）の技術によって、密度を７〜７．２ｇ／ｃｍ^３の範囲内の値に上昇させるこ
とに成功するが、しかし、７．４ｇ／ｃｍ^３を上廻る材料密度を有し、ほぼ細孔
を有しないマトリックスは、費用のかかる焼結鍛造によってのみ達成される。

【０００４】 更に、古典的なＰＭ部材の不十分な材料密度を高める目的で、焼結活性を改善
させるために粗大なＰＭ粉末に微粒状の金属粉末（例えば、カルボニル鉄粉末）
を混入させることが試みられた。高い原料費および分離の問題と共に、前記の発
明の動機は、これまでにラムとマトリックスとの間の間隙中に微粒状の粉末粒子
を侵入させることによって、圧縮工具に高い摩耗性を付与することに失敗した。

【０００５】 原理的な打開策は、金属粉末射出成形の方法（MIM方法）に提示されており、
この方法は、最近の１０年間において幾何学的に複雑な金属部材を量産するため
にますます工業的な重要性を達成した。７．４ｇ／ｃｍ^３を上廻る材料密度およ
びそれに付随して現れる良好な機械的強度にも拘わらず、この部材の使用は、こ
れまで制限されていた。この制限の理由は、最初に必要とされる最も微粒状の金
属粉末に対する高い原料費にあり、この場合この金属粉末は、同時完成法に関連
して経済的限界を約５０ｇ未満の部材質量に制限する。その上、ＭＩＭ部材は、
製造過程の間に著しく収縮し、したがって最大に抑制可能な部材の大きさが生じ
る。これは、約５０ｍｍの直径の場合に通常の許容基準値が考慮されている。記
載された理由から、典型的なＭＩＭ部材は、約２〜２０ｇの質量を有し、製造費
の点で明らかに古典的な圧縮焼結部材の価格水準を上廻っている。

【０００６】 金属粉末射出成形の方法の場合には、微粒状の金属粉末（粒径、典型的には２
２μ未満、９０％の点）は、結合剤と一緒に均質な物質に混練される。この場合
、結合剤含分は、粒子密度および形態に依存して一般に５〜１５質量％である。
固有の最終製品（焼結された鋼部材）中でもはや発生しない結合剤は、処理の経
過中に金属粒子を被覆し、この物質を云うに値する程の分離なしに均質に流動性
にするという課題を引き受ける。多くの場合に工業的に使用される結合剤は、以
下に記載されているように、次の３つの成分の複合作用に基づく：除去可能な成
分（Ｋ１）、ポリマー（Ｋ２）および表面活性助剤（Ｋ３）。

【０００７】 充填された熱可塑性樹脂の流動性を有する前記原料は、常用の射出成形機上で
成形体（生成形体）に加工され、この場合この方法の部分工程は、プラスチック
の射出成形の成形原理に相当し、それによって完成は、幾何学的に複雑な成形体
を可能にする。成分Ｋ１を用いる次の処理工程において、前記方法の生成形体か
ら、結合剤の主要含分は除去され、この場合には、外側の幾何学的寸法が実際に
生成形体の幾何学的寸法に一致し、形状がポリマー（成分Ｋ２）によって一体に
されている多孔質部材が得られる（褐色体）。成分Ｋ１を除去することによって
、ポリマー骨格の次の熱分解の際に形成される熱分解ガスが内部圧力の形成なし
に（即ち、気泡および亀裂による構造部材の損傷なしに）外向きに出ることがで
きる細孔が得られる。この場合には、Ｋ２とＫ１が均質に互いに可溶性である結
合剤混合物ならびに冷却後に２つの離散した相を形成する結合剤混合物が公知で
ある／Ｌｉｔ５／。

【０００８】 成分Ｋ１の除去は、熱的、化学的、微生物学的にかまたは溶剤を基礎にして行
なうことができる。例えば、成分Ｋ２が次の種類：ポリオレフィン、ポリスチロ
ール、ポリアミド、アクリレート、酢酸セルロース、ポリアセタールを含むよう
な方法が記載されている。

【０００９】 原料を噴射する際に結合剤と粒子相との間の分離を十分に抑制するために、流
動改善剤としての結合剤には、しばしば界面活性特性を有する他の成分Ｋ３が添
加され、こうして金属粒子の表面のできるだけ均質な湿潤が可能になる。

【００１０】 引続き、得られた褐色体は、Ｈ_２、Ｈ_２／Ｎ_２混合物の存在下または真空中で
合金の融点を下廻る温度で焼結される。この場合には、最初に成分Ｋ２およびＫ
３が分解し、褐色体は、結合剤の元来の体積含分だけ内部圧縮下に収縮する。こ
の場合、ｘ、ｙ、ｚ軸方向への収縮は、ほぼ等方性であり、結合剤含分および組
成に応じて約１３〜２０％である。それに応じて、焼結体の所定の幾何学的寸法
のためには、生成形体は、ｘ、ｙ、ｚ軸方向にＳＦ＝１．１３〜１．２０の長さ
の上積み分を有するように設計することができる。

【００１１】 この概念の原点は、１９３７年にセラミック点火プラグの製造を記載したK. S
chwarzwalder、ならびにウラン増殖プラントのための構造部材の完成が有機結合
剤によりニッケル粉末の成形を基礎とした１９４０年代の書物に帰因する／Ｌｉ
ｔ２／。しかし、この概念は、最初１９７０年代の終わりにRiver /Lit3/および Wiech /Lit4/の特許で採り上げられ、工業的に実施された。射出成形された金
属粉末またはセラミック粉末を有機結合剤により形成させるという完成の概念に
関する基本特許の期限が切れているかまたはその概念が早期の書物に予め記載さ
れているので、この特許の立場は、自由なものと見なすことができる。それに応
じて、そうこうしている間に市場では種々の提供者によって商業的に完成された
結合剤混合物が提供されている。

【００１２】 この場合には、工業的に実施される多数の方法の例として、可能性が記載され
る、３つの概念が挙げられる。

【００１３】 欧州特許第１２５９１２号明細書には、上記の熱可塑性樹脂の１つＫ２をロウ
Ｋ１を用いて加工する１つの方法が記載されている。

【００１４】 欧州特許第０４６５９４０号明細書Ｂ１には、成分Ｋ２がポリオレフィンであ
り、成分Ｋ１がポリオキシメチレンである熱可塑性材料が記載されており、この
場合Ｋ１は、酸触媒反応によって除去され、引続きＫ２は、熱分解により搬出さ
れる。

【００１５】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８０８１２３号明細書には、結合剤がＫ２
＝ポリエチレンおよびＫ１＝オレイン酸デシルエステルからなる１つの方法が記
載されており、この場合金属粒子と結合剤との間の付着補助のための添加剤とし
てエチレン−アクリル酸コポリマーが添加される。Ｋ１は、溶剤、例えばアルコ
ールおよび／または塩素化炭化水素によって褐色体から溶解される。

【００１６】 炭素含有結合剤成分（Ｋ１またはＫ３）の熱分解の際に、殊に肉厚が厚い場合
には、しばしば金属粒子のマトリックス中への炭素の制御できない導入が生じる
。鉄を基礎とする合金において、約０．９質量％を上廻るＣ含量により機械的性
質が明らかに劣悪になるので、Ｏ．Ｚ．００５０／４０７３６には、”射出成形
された金属部材の性質を脱ロウおよび改善する特殊な方法”が記載されている。
本明細書中には、１０〜１２０ｍ^２／ｇ、有利に７０〜１１０ｍ^２／ｇの比表面
積を有する、高度に表面積に富んだカルボニル鉄酸化物２〜３０質量％、有利に
４〜１０質量％の添加量が記載されており、この場合このカルボニル鉄酸化物は
、金属粉末と一緒に強力に粉砕され結合剤に添加される。この結果、前記特許の
記載によれば、酸化物が結合剤の熱分解によって形成された炭素含分を減少させ
ることにより、金属マトリックス中への炭素の導入が減少される。

【００１７】 金属粉末射出成形の方法が多岐にわたって工業的な可能性を開いてくれるとし
ても、同時完成法と比較して比較的に高い原料費は、部材質量が増加するにつれ
てますます経済性を制限する。即ち、例えば約２０ｇからの質量を有する部材は
、一般にインベストメント鋳造により安価に入手することができる。それという
のも、このインベストメント鋳造の原料費（金属融液の費用）は、ＭＩＭ方法の
際に必要とされる微粒状粉末の高い費用よりも明らかに少ないからである。前記
の金属粉末射出成形の欠点は、なおＭＩＭ法の場合に系に内在している収縮が殊
に大きな部材の際に最終的な限度の部分的に不満足な統計をまねき、ひいては増
大された傷物を計算に入れなければならないことを考慮した場合には、重大な結
果をまねくことになる。

【００１８】 米国特許第４４４５９３６号明細書または米国特許第４４０４１６６号明細書
には、ＭＩＭ部材を２１５０゜Ｆ（１１７７℃）での焼結後に焼結の際に形成さ
れた金属マトリックスの可塑変形下に圧縮マトリックス中への挿入によって後圧
縮することにより、ＭＩＭ部材の精度を上昇させる方法が記載されている。記載
された較正過程の際に、上記米国特許明細書の記載により亀裂の形成なしに高い
精度が達成され、この場合密度は、焼結された部材と比較して最小になるように
高められる。その際、酸化物を原料の成分として使用する場合には、焼結の際に
水素の下で約１２００℃（２１５０゜Ｆ）でハンマーを用いて”変形可能な”部
材を得ることができ、この場合この部材の体積は、元来形成された出発幾何学的
寸法と比較して著しく収縮されている。専ら、最初に焼結され、次に較正される
成形体、即ち、最終製品は、その幾何学的寸法が較正された形の幾何学的寸法に
正確に相応する、較正された焼結体であることが特許として保護が請求され、記
載されている。

【００１９】 ＭＩＭ法の高い原料費のために、安価な金属粉末、殊に水により気化されかつ
機械的に粉砕された金属粉末を基礎原料として使用することの試みは、欠かせな
かった／Ｌｉｔ６／。しかし、ＭＩＭ法は、当該の処理工程のために良好なレオ
ロジー（原料の噴射可能性）および高い焼結活性（高い最終密度）を有する、微
粒状粉末を必要とし、これとは異なり記載された安価は粉末は粗大粒子（４０μ
を上廻る）であり、その上、不規則な構造を有するので、粗大粒子の粉末の添加
は、常に微粒状の粉末を使用しながら完成された比較可能な粒子と比較して機械
的な性質の劣化を生じる。この関係は、文献において十分に試みられた／Ｌｉｔ
３／。

【００２０】 前接続された処理工程における相応する金属化合物（殊にその安価な酸化物）
の粉末の還元による微粒状金属粉末の合成を考えることができるであろう。しか
し、この場合には、熱動的理由から前記酸化物の殆んど完全な変換に、こうして
製造された金属粉末が既に著しい焼結活性を有するような温度が必要とされるこ
とは、欠点である。まさに他面、ＭＩＭ法においてこのような微粒状の粉末の使
用のための理由の１つである前記の高い焼結活性は、一次粒子が不規則に形成さ
れた凝集物への還元の際に粒子限界で既に同時溶融することを生じる。前記形態
のために、前接続された還元により対応する、完成された原料の金属化合物のレ
オロジー特性は、不満足なものであり、したがってこの原料は、正しいと認める
ことができない高い結合剤量の添加下でのみ専ら噴射可能である。しかし、この
高い結合剤含分は、多数の欠点を有し、なかんずく焼結された最終部材中で崩壊
位置、流動継目および密度の不均一性をまねく、生成形体中での分離を生じる。
実際に還元工程の際の温度の低下により、一次粒子の同時溶融は最小化されうる
が、しかし、この場合には、定義された金属粉末の代わりに金属粉末と出発化合
物とからなる相互の混合物を得ることができ、この混合物は、ＭＩＭ法における
他の使用の際に焼結の場合の部材の定義されていない収縮挙動を生じる。

【００２１】 前記問題を回避するために、変換の範囲内で必要とされる温度（約５５０〜７
５０℃）で一次粒子の同時溶融を抑制する目的で、僅かな濃度で金属化合物に還
元前に混入される化合物の添加が考えられるであろう。その際、還元温度を上廻
って熱的または化学的に破壊される化合物を使用する場合には、この化合物の作
用は、粉末完成の処理工程に制限され、この場合には、高められた温度で進行す
る、ＭＩＭ法の後接続された焼結工程を損なうことはない。勿論、この前接続さ
れた処理工程は、粉末の完成のために付加的な投資を必要とし、したがってこの
場合も原料費は、実際に明らかに僅かであるが、しかし、それにも拘わらず、な
お無視することはできない。その上、この粉末の取り扱いは、工業的規模で広範
囲に亘る安全の予防対策を必要とする。それというのも、こうして完成された粉
末は、その高い比表面積のために既に室温で空気に接して自己引火する傾向にあ
る。

【００２２】 従って、本発明の課題は、これまでに必要とされた、高価な微粒状金属粉末の
代わりに安価な出発精製物を使用し、同時に焼結の際に収縮を明らかに減少させ
ることにより、工業的／経済的に制限された、ＭＩＭ部材のための構造部材の上
限を明らかに拡大する方法を提供することであった。

【００２３】 この課題の解決は、微粒状金属粉末の代わりに対応する未還元の金属化合物（
例えば、安価な酸化物として）を結合剤中に混入し、この結合剤を生成形体の成
形部に接続して初めて出発幾何学的寸法を十分に維持しながら還元ガスで高めら
れた温度ではあるが全ての場合に焼結温度未満で金属に還元することによって成
功する。必要とされる最小温度は、当該陽イオンのレドックス電位に依存し、こ
の温度は、金属の卑金属特性が、例えばＣｕ（約２７０℃）からＮｉ（約６５０
℃）を経てＦｅ（約７００℃）に増加するに伴なって上昇する。

【００２４】 還元された成形体は、高度に正確に制御された多孔性および相応する僅かな密
度を有する。この成形体は、簡単な原理で狭い幾何学的許容差内で安価に完成さ
せることができる。

【００２５】 原則的に、任意に還元可能な金属陽イオンは、遊離した形で使用されるかまた
は還元条件下で揮発性かまたは支障のない任意の無機または有機の最終製品を形
成する陰イオン、例えば酸化物、水酸化物、硫化物、硝酸塩、炭酸塩、蟻酸塩、
蓚酸塩、酢酸塩またはメタレート（パラタングステン酸塩）ならびにこのような
化合物の混合物と複雑に結合した形で使用される。経済的理由および生態学的理
由から、好ましくは酸化物または種々の酸化物の混合物ならびにアンモニウムメ
タレートが使用され、その上、これらの使用された金属化合物の出発体積に制限
された金属含分は、比較的高い。

【００２６】 結合剤成分が加工温度の際に金属化合物粒子との制御できない際を生じること
を除外して、結合剤の組成は、工業的制限を受けない。従って、この結合剤の組
成は、商業的に使用可能な結合剤系に遡及されることができ、この場合には、殊
に結合剤を簡単に除去可能な（例えば、抽出可能な）成分から分解可能なポリマ
ーとの組合せで構成するという、ＭＩＭ技術から十分に工程の原理を使用するこ
とができる。金属粒子は、酸化物の形で結合剤中に混入されるので、腐食の問題
なしに抽出可能な水性結合剤系を使用することができる。

【００２７】 結合剤の除去は、自他公知の任意の方法で行なうことができ、この場合還元に
よって形成された成形体の寸法の維持のために、通常のＭＩＭ法とは異なり、空
気中または水蒸気含有雰囲気中での酸化条件下でほぼ４００〜９５０℃の温度で
分解可能な結合剤含分を除去することは、有利であることが証明された。この方
法によって、体積の収縮の下で進行する、高度の多孔質のマトリックスの部分焼
結は、膨脹下で進行する炭化と同様に回避され、したがって還元によって形成さ
れた多孔質マトリックスは、寸法が維持された部材を供給する。

【００２８】 多孔質成形体の狭い幾何学的許容差を調節するために、体積の収縮下に進行す
る引続く制御できない、形成された高度に多孔質のマトリックスの焼結を阻止す
る目的で、還元を等量点の付近で中断することは、好ましいことが証明された。
更に、寸法が維持された部材を達成するために、還元された金属マトリックスの
制御できない焼結を進行する還元の際に阻止する目的で、金属マトリックスを表
面での還元の開始時に異質原子の組み込みよって変形させることは、好ましいこ
とが証明された。この焼結の抑制は、簡単な方法で炭素含有ガスの使用によって
可能になり、この場合には、還元によって新たに形成される金属表面上での亀裂
形成を回避させるための温度は、ブードアール分解を上廻る温度であるが、しか
し、焼結温度を下廻る。この場合、金属表面の制御できない炭化を回避させるた
めに、炭素含有還元ガスにアンモニアを添加することは、好ましいことが証明さ
れた。

【００２９】 ２段階の還元は、簡単に、第１の部分工程（炭素含有雰囲気下での還元）で反
応器中で低分子量の有機化合物、例えば低級アルコールをアンモニア水溶液の添
加下に供給し、一定の（構造部材に依存する）部分変換率の達成後に初めて水素
で還元することによって可能になる。

【００３０】 還元によって製造された高度に多孔質の金属マトリックスの性質を試験する場
合には、意外なことに、このマトリックスは、焼結されていない状態で機械的力
の作用で圧縮方向に対して横方向に延性の流動挙動を示すことが見い出された。
この並外れた挙動は、圧力の使用によって分割された圧縮ラムを用いなくとも均
一な成形下に圧縮を強制することを可能にし、この場合には、こうして圧縮され
たマトリックス内で構造部材の幾何学的形状が複雑である場合でもほぼ均一な密
度分布が構造部材中に起こる。こうして製造された材料は、引続く焼結後に卓越
した機械的特性値を有するので、この方法は、費用のかかる添加工程なしに粉末
冶金の成形法を著しく拡大する。

【００３１】 還元によって形成された多孔質の成形体は、 ・ 僅かな密度のために、直接に独立気泡の金属フォーム（触媒、衝撃吸収体）
として使用されることができ、 ・ 一貫した多孔質構造体のために、浸潤またはＣＶＤ法によってｘ、ｙ、ｚ軸
の幾何学的寸法を維持しながら減少された多孔度および完全に新規種類の材料特
性を有する鋼部材に変換されることができ、 ・ 延性の流動挙動のために、ｘ−ｙの幾何学的寸法を維持しながら次の工程で
焼結前にｚ軸方向に圧縮され、引続き最終密度で焼結され、 ・ 高い焼結活性のために、ｘ、ｙ、ｚ軸方向への収縮下に常用のＭＩＭ法と同
様に焼結されることができる。

【００３２】 従って、本発明は、公知技術水準の記載されて欠点を回避し、ＭＩＭ法の原料
費を無視することができる割合に減少させ、その際付加的な僅かな投資のみを必
要とする方法を記載するものである。これは、原料の基礎成分として高価な微粒
状金属粉末の代わりに卑金属の金属化合物（例えば、安価な酸化物として）を使
用し、この金属化合物を生成形体の成形部への接続で初めて金属に還元させるこ
とにより達成される。

【００３３】 この方法は、特殊な結合剤に制限されず、以下に例示的に商業的に使用可能な
結合剤組成物（金属結合剤）につき記載される。この場合、好ましいのは、水溶
性結合剤を使用する方法である。それというのも、本明細書中で、酸化物の粒子
マトリックスは、決して腐食の問題を引き起こさないからである。

【００３４】 例１： ＭＩＭ法で常用の結合剤成分：ポリマー（Ｋ２＝ポリアミド）、除去可能な成
分（Ｋ１＝長鎖状エステル）および助剤（Ｋ３＝脂肪酸）からなる、商業的に使
用可能な混合物（TEKON社: Markheidenfeld在）を、市販の酸化鉄（９９．５％
の純度および６〜８ｍｙの平均粒径を有する、粉砕されかつ浮遊選鉱されたＦｅ_３ Ｏ_４鉱石）と一緒に非連続二重−Ｚ型−混練機中で１７５℃で混練によって原
料に加工する。更に、結合剤にカルボニル−ニッケル粉末５．９２質量％（INCO
123）（Fe_３O_４＋Niに対して）を添加する。加工に必要とされる結合剤含分は
、全質量に対して９．３質量％である。

【００３５】 前記原料から常用の射出成形機上で１０．４９ｇの部分質量を有する生成形体
を噴射する。成分Ｋ１の除去後、アセトン中での成分Ｋ１の１２時間の抽出によ
って、褐色体を水素または水素含有ガスの存在で数時間に亘って５５０〜１２５
０℃の温度で維持し、こうして多孔質のマトリックスに変換する。

【００３６】 元来の金属酸化物（５．１ｇ／ｃｍ^３）と還元によって形成された鉄（７．８
６ｇ／ｃｍ^３）との間の密度差のために、酸化物マトリックスの変換の際に部分
的内部で付加的に自由体積が形成される。外側寸法を維持しながら変換を行った
場合には、理論的に約６５体積％の細孔の割合が予想され、これは、酸化物の還
元に由来する細孔体積約３２体積％を加算した、除去された結合剤の細孔３３体
積％から明らかである。しかし、約６５０℃を上廻る温度の場合には、酸化物マ
トリックスの変換は、既に高度の反応性の金属粒子の部分焼結によって重なり合
うので、この最大の細孔含分は、達成されない。

【００３７】 この収縮工程の程度は、本質的に還元温度、還元の時間、ガス組成および特殊
なガス供給量（ｌ Ｈ_２／ｈ褐色体）に依存する。この場合、ＳＦ値として表わ
される全収縮率に対する典型的な値は、ＳＦ＝１．０３（６００℃未満の変換温
度Ｔ_ｍａｘ）とＳＦ＝１．２０（Ｔ_ｍａｘ＝８００℃）との間にある。以下、生
成形体において実際に観察される長さと属する初期長さとの商は、ＳＦ値と呼称
される。

【００３８】 変換温度を６００℃未満に維持した場合には、前焼成体は、極めて抵抗力がな
い。それというのも、この温度でなお僅かな表面拡散のために殆んど焼結過程が
進行しないからである。それに応じて、金属粒子からなる形成される三次元網状
組織は、極めて弱い力によってのみ維持される。

【００３９】 金属化合物の還元の際の温度プロフィールは、部材の幾何学的寸法に適合させ
ることができ、この場合厚い肉厚は、早期には、できるだけ均一な変換をマトリ
ックス内で達成させるために温度の緩徐な上昇を必要とする。温度を急速すぎる
程度に高める場合には、反応速度は、外側領域内で極めて高く、一方、部材内部
への水素の比較的に緩徐な拡散および反対方向への形成された水蒸気の拡散によ
り、なお十分に元来の出発マトリックスが、殆んど完全に還元された、壁面に隣
接した部材領域に部材内部で対向することを生じる。まさに、使用される焼結過
程のために三次元粒子網状組織を最初に収縮させる高い温度（９００℃を上廻る
）の場合には、出発生成物と最終製品との間の異なる密度により、部材中に応力
を生じ、この応力は、前焼結体中で亀裂または歪みとして示される。ＭＩＭ法で
通常の幾何学的寸法および肉厚を有する部材には、温度が最初の５５０℃から３
〜８時間で８００℃に上昇される温度プロフィールが有効であることが証明され
た。

【００４０】 金属酸化物の還元は、平衡反応であるので、水素の過剰量での変換の際に運転
し、反応の際に形成される水を循環路中で分離することは、重要である。使用さ
れる酸化物の完全な変換率を達成するために、できるだけ高い最終温度を選択す
ることができる。

【００４１】 更に、予め記載された方法で得ることができる前焼結体は、古典的なＭＩＭ法
と同様に別々の処理工程でかまたは直接にさらに温度上昇によって最終製品に焼
結させることができる。この場合には、殊に肉厚の部材の場合に最終焼結体に水
素の下で利点を与えることができる。それというのも、この場合には、高い温度
で酸化物の完全な変換が達成されるからである。

【００４２】 本方法の場合には、８５０℃で還元された褐色体を１２８０℃の温度で真空中
で３０分間に亘って焼結させた。達成された最終密度は、７．５５ｇ／ｃｍ^３で
ＭＩＭ法の場合の通常のものに相当した。

【００４３】 既に約ＳＦ＝１．１３〜１．２０の比較的僅かな収縮により、殊に大きな部材
の際に公知の問題が明らかになるような通常のＭＩＭ法とは異なり、本発明によ
る方法の場合には、なお付加的に変換の収縮が起こる。従って、全体的に例１か
らに部材については、理論的に約ＳＦ＝１．５の極めて高い全収縮が算出される
。この高い全収縮は、殊に異なる肉厚を有する部材で、外側からの水素の攻撃が
行なわれ、それによって部材中での内部応力が予めプログラミングされている場
合には、制御不可能である。

【００４４】 高度な収縮と関連した、目的の寸法の遅滞および高度な制御の問題は、例２の
記載と同様に処理工程の順序を変えた場合に著しく最小化することができる。

【００４５】 例２： 更に、例１の化学的に正確に定義された褐色体から、最初に還元ガスの添加な
しに焼結体（以下、転化焼結体と呼称する）を製造する。そのために、Ｆｅ_３Ｏ_４ 褐色体を窒素の下または真空下で８００〜１３６０℃に加熱する（最大温度で
３０分間の保持時間）。この場合には、結合剤成分の熱分解に引き続いて約３５
０〜５００℃の温度範囲内で、約７５０℃を上廻って褐色体からの分解された残
留ポリマーとＦｅ_３Ｏ_４との反応によってガスの発生が観察される。この反応は
、質量損失をまねき、この質量損失は、分解された残留ポリマーがＦｅ_３Ｏ_４の
一部分をＦｅＯ／Ｆｅに還元することに帰因する。この反応に帰因すべき変換率
は、転化焼結体の温度および調節されたガス雰囲気に依存し、例えば真空中で最
大の温度に応じて、約４％（８５０℃）および２８％（１３６０℃）である。不
活性ガス（例えば、Ｎ_２）を使用する場合には、変換率は、若干低くなる。

【００４６】 それに応じて、転化焼結体は、本質的に焼結された出発生成物（この場合には
、Ｎｉを有するＦｅ_３Ｏ_４）からなり、この出発生成物は、転化焼結体の最大温
度に応じて、約８体積％（１３６０℃）〜約３２体積％（８５０℃）の残留多孔
度を有する。転化焼結体は、殊により高い焼結温度（約９００℃から）の場合に
機械的に顕著に安定性であり、比較的に高い肉厚にも拘わらず、歪みまたは亀裂
を全く有しない。

【００４７】 ＳＦ値は、焼結温度に応じて１．０１（８００℃）〜１．１５（１３６０℃）
の間にある（図３参照）。同じ量産物の中の異なる部材に対する寸法の統計的分
布は、平均値の最大で＋／−０．４％で著しく狭い。独立気泡の構造体の微細密
度は、Ｆｅ_３Ｏ_４の同時に進行する部分還元のために、転化焼結体温度が５．２
ｇ／ｃｍ^３（転化焼結体温度７００℃）から５．５ｇ／ｃｍ^３（転化焼結体温度
１３６０℃）に上昇するに伴ない上昇し、マクロ密度は、同じ方向で３．６ｇ／
ｃｍ^３から５．１ｇ／ｃｍ^３に増加する。

【００４８】 転化焼結体は、引続く工程で例１と同様に鉄に還元される。この場合、Ｈ_２／
Ｎ_２混合物中での約９００℃の際の変換は、有利であることが判明した。この場
合、必要とされる反応時間は、部材の肉厚に左右され、通常、約３〜７時間であ
る。

【００４９】 例１に記載の方法とは異なり、転化焼結体の還元の際に外向きに発生する収縮
は、１０００℃未満の温度で比較的僅かである。即ち、転化焼結体と褐色体との
間のＳＦ値は、覆われている最大温度に応じて約１．００５〜１．０３０にすぎ
ない。これは、変換されていないＦｅ_３Ｏ_４褐色体（転化焼結体）の先行する焼
結の際に、使用される温度に応じて約８〜３２体積％である、内部残留多孔度を
有する機械的に安定な骨格構造体が形成されることに帰因する。従って、酸化物
の変換により生じる収縮は、例１とは異なり外向きに表わされるのではなく、外
側の形状を維持しながら、内部多孔度が約３２体積％だけ上昇し、それによって
（先行した転化焼結体の温度に応じて）還元が行なわれた後に４３〜６５体積％
である。例１からなる還元された褐色体とは異なり、変換された転化焼結体は、
記載された骨格構造体のために比較的に僅かな変換温度の場合でも十分に亀裂を
有していないし、歪みも有していない。

【００５０】 還元された転化焼結体のマクロ密度は、変換条件に応じて約２．６〜４．２ｇ
／ｃｍ^３であった。微細密度は、転化焼結体温度に依存せずに理論的にできるだ
け理論的な値に近い約７．５〜７．７ｇ／ｃｍ^３である。

【００５１】 還元された（変換された）転化焼結体の引張強さは、ほぼプラスチックの引張
強さに相当するが、しかし、弾性含分なしの破壊挙動に相当する。引張強さは、
転化焼結体温度の上昇の伴ない増加し、１３４５℃（転化焼結体温度）でＨ_２流
中での還元後（９００℃；３時間）に約７０Ｎ／ｍｍ^２の典型的な値を達成する
。しかし、僅かな熱安定性および僅かな熱伝導性により構造的な問題が提供され
うるという理由から、プラスチックが実際に必要とされる機械的剛性を有する場
合には、この部材は、高い多孔性にも拘わらず、既に独立の部材ファミリーとし
て構造的課題を引き受けることができる。引張強さは、多孔質構造体に例えばイ
ソシアネートとポリオールとからなる混合物の重合可能なモノマーがポリウレタ
ンの形成下に浸潤する場合には、僅かに上昇する。

【００５２】 変換された転化焼結体を次の工程でより高い温度（例えば、真空中で１３２０
℃で１時間に亘って）で後焼結させる場合には、部材の強度は、約５．３ｇ／ｃ
ｍ^３のマクロ密度の際に約３００Ｎ／ｍｍ^２に上昇する。この部材の残留多孔度
は、約２５％である。

【００５３】 例３： 例２とは異なり、前記概念において、転化焼結および還元の時間的分離および
空間的分離は、破棄され、それによって中間冷却を欠くために、比較的に僅かな
転化焼結体温度および変換温度は、亀裂なしに制御可能のままである。

【００５４】 そのために、例２と同様に、１５０部からなる、例１の褐色体の装填量をＮ_２ 流中で熱いコンベヤー型炉中に搬入する。この場合には、炉の工業的寸法、５個
の加熱帯域（３００／６００／９００／９００／９００℃）の調節された温度お
よびコンベヤー速度から、約２０℃／分の加熱速度が算出される。第４の加熱帯
域（９００℃）の達成後、コンベヤーの前運転のスイッチが切り、３０分間Ｎ_２ 下で維持し、引続きこの温度で１．５ Ｎｍ^３ Ｈ_２／ｈの添加によって褐色体
の酸化物成分を２時間で鉄に還元した。この場合、循環路形式で形成された水の
同時の分離下での水素と窒素とからなる混合は、有利であることが判明した。

【００５５】 得られた部材、以下、ＤＩ焼結体と呼称する（直接転化）、は、９００℃の温
度で使用された褐色体とほぼ同じ幾何学的寸法を示し、この場合ＳＦ値は、相応
するガス導管およびプロセスの実施によって或る一定の範囲内で亀裂なしに制御
されることができる。この場合、最適なプロセスの実施は、部材の幾何学的寸法
（殊に、比表面積）、炉のユニットロードおよび炉内で調節された水蒸気濃度に
依存し、また、種々の別の処理パラメーター、例えばガス通過量および炉体積か
ら判明する。意外なことに、相当する高い負荷密度の場合には、むしろ使用され
た褐色体（ＳＦ＝０．８９までの値が見い出された）よりも大きいＤＩ焼結体を
得ることができる。

【００５６】 これまでの結合剤成分の体積および変換収縮率（Ｆｅ_３Ｏ_４からＦｅへの変換
）から生じる細孔体積は、６０〜７０体積％の範囲内にあり、即ち結合剤の除去
および変換は、相当するプロセスの実施の場合に外側の幾何学的寸法の十分な維
持下に同時に均一に分布された高度な内部細孔度を形成する際に行なわれる。

【００５７】 こうして得られたＤＩ焼結体は、実際に予想通りに約１０〜２０Ｎ／ｍｍ^２の
僅かな引張力を示すが、しかし、約２．６ｇ／ｃｍ^３の僅かなマクロ密度に関連
して、有望な代表例は、金属フォーム（例えば、熱ガスフィルター；分解吸収剤
）への使用に点について論議されている。

【００５８】 この金属フォームは、これまで鋼から得ることができたのではなく、処理に応
じて単に比較的に僅かな融点を有する合金から得ることができた（例えば、Ｔｉ
ＨｘおよびＺｎ融液の分解）。

【００５９】 例４： 例３により完成されたＤＩ焼結体を高い温度（例えば、真空中で１時間に亘っ
て１３２０℃）で焼結させた。この場合、部材は、予想通りに収縮し、マクロ密
度は、約７ｇ／ｃｍ^３に上昇する。同時に、達成可能な引張強さは、約４００Ｎ
／ｍｍ^２に上昇する。

【００６０】 意外なことに、１．３を上廻る収縮ファクターにも拘わらず、最終的に焼結さ
れた部材の許容差を比較的狭い範囲内で調節することに成功する。即ち、＋／−
０．７％を有する寸法の統計は、本質的により高い収縮にも拘わらず、通常のＭ
ＩＭ法の場合よりも劣悪ではない。

【００６１】 例５： 例１の原料から完成された、直径２７ｍｍおよび高さ２５ｍｍを有するペレッ
トを脱結合し、こうして得られた褐色体をＮ_２／Ｈ_２の下で例３の記載と同様に
高度に多孔質のＤＩ焼結体に変換した。（反応時間５時間；Ｔ＝９００℃）。こ
うして得られたＤＩ焼結体（密度２．７４ｇ／ｃｍ^３）は、生成形体と比較して
実際に収縮されておらず、２６．８５ｍｍの直径および２５．０の高さを有して
いた。この焼結体を圧縮マトリックス（直径２７ｍｍ）中に挿入し、上側ラムお
よび下側ラムで所定のプレス圧力で圧縮した。得られた成形体、以下、ＰＤＩと
呼称される（直接の倒置後に圧縮した）、は、プレス圧力が上昇するに伴なって
増加する密度を有していた。

【００６２】 引続き、このＰＤＩを真空中で焼結させた（１０℃／分；１時間に亘って１３
２０℃；真空）。

【００６３】 こうして得られた焼結体の評価は、ＰＤＩの密度、ひいてはプレス圧力により
上昇する焼結密度を示す。粉末冶金において通常使用される、最大で６ｔ／ｃｍ
^２の圧力を考慮しながら、約６．４ｇ／ｃｍ^３のＰＤＩの圧縮密度は、焼結の際
に７．５ｇ／ｃｍ^３の最終密度を生じる。高い圧力（１５ｔ／ｃｍ^２）を使用し
た場合には、７．１４のＰＤＩ中の密度を得ることができ、この密度により７．
６２の焼結密度が生じた。実験により観察された密度が高いプレス圧力を使用し
た場合でも形成されたＦｅＮｉ_８合金の理論的密度（約７．９ｇ／ｃｍ^３）より
も低い７．６２ｇ／ｃｍ^３であるという事実は、鉱山労働者により要求された出
発材料（９９．５％を上廻るＦｅ_３Ｏ_４含量）の僅かな汚染によって理由付けら
れる。鉱石中に含有されている前記脈石は、焼結体のカット面中で不純物として
目視することができ、マイクロゾンデにおいて燐酸塩および珪酸塩であることが
証明される。この均質に分布された含有物の直径は、極めて僅かであるので、（
通常、約１ｍｙ、例外の場合に約１０ｍｙまで）この直径は、材料の性質に影響
を及ぼさない。即ち、材料の試料について、２００を上廻るＨＢ値の際に約６５
０〜７２０Ｎ／ｍｍ^２の引張強さが測定された。これは、注目すべきことである
。それというのも、材料は、その前歴に相応して実際に炭素を含有していないか
らである。この部材の金属組織試験は、材料の金属マトリックスが極めて微粒状
であり、絶対に均質であり、かつ細孔を有しないことを証明する。

【００６４】 引続き、焼結体を炭化下に硬化させ、焼き戻す場合には、５２ＨＲＣに対する
硬度は、引張強さの同時に増加の際に１０００Ｎ／ｍｍ^２を上廻る程度に上昇す
る。

【００６５】 合成による沈殿酸化鉄（市販のBayferrox（登録商標））を用いた場合には、
予想通りに含有物を含まない金属マトリックスを得ることができた。いずれにせ
よ、鉱山労働者により要求された酸化物を基礎にして得ることができた、極めて
高い機械的強度に関連して、本発明による方法の場合には、費用の理由から一般
に高純度の出発材料の使用を断念することができる。

【００６６】 例５により完成された材料の靭性およびノッチ付衝撃強さは、高い。ＰＤＩの
際に使用されるプレス圧力が２．６ｔ／ｃｍ^２にすぎず、それに応じて焼結体密
度として約６．９５ｇ／ｃｍ^３のみを得ることができる場合であっても、引張強
さは、５００Ｎ／ｍｍ^２を上廻る。比較可能な密度を有する常用のＰＭ材料とは
異なり、この部材の場合には、明らかに高い引張強さおよび極めて微粒状の組織
に帰因する本質的に僅かなノッチ付衝撃強さが得られることは驚異的なことであ
る 。それによって、本発明による方法により、比較的僅かな圧力の場合にも、比較
可能なプレス圧力を使用しながら得られた常用のＰＭ部材よりも明らかに卓越し
ている材料特性を達成させることができる。従って、所定の圧力効率の際に、本
発明による方法によれば、古典的なＰＭの場合に可能である部材よりも明らかに
大きな部材を製造することができる。

【００６７】 圧縮マトリックスを保護するために、硬度に多孔質のＤＩを圧縮前に少なくと
も部分的に市販の油で含浸させることは、有利であることが判明した。この低粘
稠な油は、引続く圧縮の際にマトリックスから発生し、圧縮体中で均一な密度分
布を生じる。古典的な圧縮焼結技術とは異なり、本発明による方法の圧縮工程に
ついては、粉末ではなく、含浸可能な多孔質成形体が関与しているので、この簡
単な方法によって圧縮金型の可使時間は、著しく高められ、この場合には、金型
の次の充填過程の際にべとべとするペーストが形成されることはない。

【００６８】 ＰＤＩの密度が上昇するにつれて（即ち、プレス圧力が上昇するにつれて）、
ＤＩ焼結体の多孔性は、Ｚ軸方向への圧縮によって次第に消去される。圧縮後に
成形体中に残存する多孔性は、焼結の際に消滅して最終密度となり、この場合に
は、第１の近似法でｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向に均一に発生する焼結収縮を生じ
る。技術的に制御可能な圧縮力（約６ｔ／ｃｍ^２）を考慮しながら、約６．４ｇ
／ｃｍ^３への前圧縮が達成され、したがってｘ軸およびｙ軸方向への残存する焼
結収縮は、約５．５％（ＳＦ＝１．０５５）である。この値は、同じ材料の種類
の際にＭＩＭ法で考慮することができるＳＦ値（約ＳＦ（ＭＩＭ）＝１．１７５
）よりも低い。従って、所定の完成許容差内で、本発明による方法により、明ら
かに大きな構造部材の幾何学的寸法を技術的に制御することができる。この方法
の精度は、構造部材の幾何学的寸法および焼結前の前記構造部材の前圧縮に依存
する。約６．４ｇ／ｃｍ^３に圧縮した場合には、目的の寸法に対して０．３％未
満の許容差を作業工程にとって安全に制御することができる。従って、一般に付
加的な較正工程は、省略することができる。

【００６９】 例６： 古典的な圧縮焼結技術において、”一方向に高さを有する”成形体、即ちｚ軸
方向のみに１つの高さを有する幾何学的寸法を有する成形体（例えば、例５のペ
レット）の圧縮は簡単である。これとは異なり、種々の高さを有する部材を完成
させる場合には、理論的に全ての高さは、密度の勾配なしに観察されたＸ、Ｙ軸
の範囲内でＺ軸方向への個別的な圧縮を可能にするために、固有のラム前駆動を
必要とする。この問題は、古典的なＰＭにおいて複数の方向に高さを有する部材
の場合に複数の個別的に制御可能なラムの必要性を生じる。それに応じて、基礎
となるプレス機および金型は、極めて費用がかかり、相応して高価である。特に
、二方向に高さを有するかまたは三方向に高さを有する成形部材の代わりに、高
さの連続的な変化または圧縮方向でのアンダーカットを有する幾何学的形状体を
完成させることは、重要である。即ち、古典的なＰＭにおいて、このような幾何
学的形状体は、これまで極めて費用のかかる金型を用いてのみ完成させることが
できたかまたは相応する生成形体の機械的後処理により完成させることができた
。

【００７０】 理論的には、この問題は、例５からのＤＩを圧縮させる場合にも予想すること
ができるであろう。しかし、意外なことに、ＤＩの高度に多孔質のマトリックス
は、圧縮の場合に延性の性質を有し、密度差を補償するために、ｘ軸およびｙ軸
方向のある一定の範囲内で材料をプレス方向に対して横方向に移動させる能力を
有することが見い出された。この延性の挙動を利用しながら、上側ラムと下側ラ
ムとからなる簡単な二つ割型のプレス成形用金型により、６ｔｏ／ｃｍ^２のプレ
ス圧力で弾性率０．７６およびＤ＝５３ｍｍの直径を有する、傾斜して噛み合う
かさ歯車を完成させた。異なる高さ（外縁部で２ｍｍ、中心部で６ｍｍ）にも拘
わらず、焼結された歯車の全横断面に亘って（１３２０℃；１時間；真空）７．
４８ｇ／ｃｍ^３の密度を得ることができた。表面の高度は、単一に２０９〜２１
２ＨＢ１８７／２．５であった。焼結された歯車における直径の制御は、＋／−
０．０６ｍｍで極めて僅かであった。

【００７１】 例７ 古典的な圧縮焼結技術とは異なり、本方法で粉末の堆積物なしに、幾何学的に
狭く定義された均一な成形体をプレス成形用金型内に挿入するという事実と組み
合わされた前記流動挙動は、ある一定の範囲内で構成部材の外縁部と比較してプ
レス成形用金型の成形体分離平面を後方に置くことを可能にする。連続して噛み
合わされる歯車を考慮した場合には、古典的な圧縮焼結技術において、成形体の
分離は、強制的に構造部材の外縁部で進行し、その結果、この歯車は、ＰＭ部材
としてしばしば許容できない鋭利な稜線部の形成を作業フランジに有し、その上
、この稜線部は、許容できない高い点状の力を構造部材中に導入する。本方法の
場合、これは、簡単に、圧縮ラムの分離を歯車の縁部で進行させずに、数１／１
０ｍｍ構造部材中に進入させることによって阻止されることができる。更に、歯
車の縁部それ自体は、丸みを持って形成されていてもよい。それによって、圧縮
方向に生じるアンダーカットにも拘わらず、延性の横方向の流れのために、アン
ダーカット内に存在する部分輪郭は、圧縮され、正確な設計の際に云うに値する
ほどの密度の差および強度の差は、焼結された構造部材中で生じない。成形体の
離型は、圧縮工程の際に閉鎖された第２の分離平面上で圧縮マトリックス中で行
なわれる。

【００７２】 例８ 例７に記載された延性の流動挙動は、一定の範囲内で圧縮マトリックスが当該
の部分輪郭が金型内に挿入された多孔質成形体中で前形成されないような成形体
輪郭を材料で充填することを可能にする。即ち、多孔質成形体は、強制的に圧縮
された成形体の圧縮方向に発泡された形であってはならない。

【００７３】 それによって、古典的な圧縮焼結技術と比較して明らかに拡大された成形の可
能性が明らかになる。即ち、この流動挙動の利用下で最も簡単な方法で２つの材
料間の形状結合による結合を得ることができる。

【００７４】 そのために、例５と同様に製造されたＰＤＩ（嵌め込み部材Ａ、圧縮密度６．
４ｇ／ｃｍ^３）を完成させ、嵌め込み部材として圧縮マトリックス中に挿入する
。引続き、このＰＤＩ上で例３により完成された多孔質ＤＩを載置し、延性の流
動挙動の利用下に圧縮方向に対して横方向に嵌め込み部材Ａとの形状結合により
圧縮する。次に、圧縮技術により結合された２つの部材を一緒に焼結させる。２
つの部分幾何学的形状物（同様に前圧縮を前提条件とした）は、焼結の際に一致
するように収縮されているので、部分複合体は剛体となり、この場合元来の分離
個所は、微粒状の粉末の高い前圧縮率および高い焼結活性のために焼結の際に完
全に消滅する。これは、技術的な方法の豊富さを明らかに拡大する。それという
も、古典的な圧縮焼結技術においては、大きな構造部材の場合に強制的に必要と
される高い圧縮力は、利用可能な粒径を約１００ｃｍ^２（投影された圧縮面積）
に制限するからである。連続的な圧縮は、古典的なＰＭにおいては不可能である
。それというのも、互いに圧縮された面積は、云うに値するほどの焼結複合体を
生ぜず、粉末粒子を用いてのプレス成形用金型の均一な充填は、嵌め込まれた輪
郭の周囲で一般に不可能であるからである。

【００７５】 この場合、高い空間充填物を有する部材または破損個所を有する部材を互いに
垂直に立つ平面内で、圧縮すべき個々の幾何学的形状物がそれぞれ圧縮技術的に
最適に形成されるように構成することができることは、好ましい。更に、この概
念は、２つの材料について焼結パラメーターで重なり合う状況を見出すことがで
きる限り、異なる材料からなる複合体部材に対する簡単な理解を提供してくれる
。

【００７６】 例９ 例８に示されているように、ＰＤＩおよび多孔質の成形体ＤＩは、必然的に幾
何学的に類似しておらず、単にｚ軸方向に圧縮された物体である。ＤＩの延性の
流動特性は、圧縮方向に対して横方向に材料に移動を可能にするので、流動性の
移行部を有する幾何学的に複雑な成形体（多方向に高さを有する部材）を簡単に
形成されたプレス成形用金型内で、基本的な幾何学的寸法の点で同一の多孔質の
形成体を後方のシャフト内でラムの形状で圧縮の際に必要とされる補足体積分だ
け延長されることによって、完成させることが可能である。この場合、この補足
体積分は、圧縮に必要とされる、目的の幾何学的寸法の材料が貯蔵されるように
設計することができる。この結果、仮に妨害されない圧縮（即ち、この場合には
、例えば６ｔｏ／ｃｍ^２の際に６．４ｇ／ｃｍ^３）は、例３に記載されたＤＩ（
２．５４ｇ／ｃｍ^３）の場合に理論的に圧縮すべき目的体積の約２．５２倍であ
ろう。

【００７７】 この方法は、殊に当該構造部材において幾何学的に簡単に圧縮すべき（例えば
、一方向に高さを有する）基礎幾何学的形状物と共に付加的に金銀線細工の多方
向に高さを有する輪郭が存在する場合に、比較的に簡単に形成された圧縮成形体
を生じる。

【００７８】 この原理の使用は、幾何学的に類似した部材の完成のために高い融通性を可能
にする。それというのも、簡単な方法で最初になお幾何学的に区別されない質量
含分（例えば、例３により完成された鍵生成形体）は、次の圧縮工程でコード化
により調節可能なプレス成形用金型により部分的な特殊な最終輪郭に変換される
ことができる。

【００７９】 勿論、複雑な幾何学的構造体の場合に横方向への圧縮によって達成される、Ｐ
ＤＩ中での密度が、幾何学的に簡単なペレットの圧縮の際に達成される均一性を
達成することができないとしても、顕著な材料特性のために、圧縮の際に完全に
は圧縮されないような範囲内で焼結後に極めて良好な引張強さおよびノッチ付衝
撃強さが観察される。即ち、本実施例で設定された材料ＦｅＮｉ_８の場合にこの
部分領域内でも焼結後に６．９ｇの密度を達成するために、臨界的に圧縮すべき
部分領域内で既に約５ｇ／ｃｍ^３への比較的に僅かな前圧縮で十分である。これ
は、焼結後に約５００Ｎ／ｍｍ^２の引張強さを生じる。

【００８０】 全体的に本方法は、比較可能な材料特性の際に常用の金属粉末射出成形と比較
して明らかに市場競争での優勢を提供する。この場合、僅かな原料費および明ら
かに僅かな焼結体の収縮は、古典的なＭＩＭ部材の焼結の際に制御することがで
きない、はるかに突き出した幾何学的形状物の完成を可能にする。即ち、支持幾
何学的形状物を有する基礎裏張り上に、この突き出した部分構造体を焼結の際に
安定化し、この支持骨格を事後に機械的に除去することは、可能である。この概
念は、古典的なＭＩＭ法の場合に禁止された高い原料費のために一般に非経済的
である。

【００８１】 例５以降に記載されているように、多孔質の成形体は、圧縮のために金型内に
挿入されなければならない。この付加的な工程の費用を最小化するために、数秒
の作業周期時間が必要とされる。この場合、圧縮工程それ自体は、一般に１秒未
満の範囲にあり、保持時間を全く必要としない。従って、速度により定められる
工程は、部材をプレス成形用金型に供給することにあり、この場合このプレス成
形用金型は、費用を最少にするために自動化して行なわれる。これは、多孔質の
成形体が比較的に狭い許容差内で完成され、ひいては許容差の問題なしに所定の
圧縮キャビティー内に挿入されうる場合には、この多孔質の成形体の高い安定性
のために、問題なしに可能である。

【００８２】 これは、簡単な構造部材の幾何学的形状の場合に問題なしに可能である。それ
というのも、寸法不足の成形体を挿入する場合には、実際にプレス成形用金型と
形成体との間の間隙はそのまま維持されるが、しかし、プレス成形の場合には、
材料の横方向の移動によって満たされるからである。同様に、プレス成形用金型
が導入傾斜を有し、こうして材料の切れ味の悪い剪断が成形体の縁部で阻止され
る場合には、或る程度の過剰寸法は、許容される。

【００８３】 しかし、成形体の挿入の際に内径パスを維持することは、重要なことである。
それというのも、高度に多孔質の材料は、実際に問題なしに圧縮力を吸収しうる
が、しかし、約１０〜２０Ｎ／ｍｍ^２で極めて僅かな程度にのみ引張力を吸収し
うるからである。例えば、成形体を”８”の幾何学的寸法で圧縮する場合には、
この成形体は、プレス成形用金型内への挿入の際に２つの立っているボルト上に
載置されなければならない。部材上に糸で結合する際に引張応力が発揮されるよ
うに目的寸法が偏差を有する場合（即ち、観察した場合には、多孔質”８”の小
すぎる結果となる）には、部材は引き裂かれ、この場合形成された破壊口（Bruc
hpforte）は、互いに除去される。この破壊口の周囲において部分的に特殊に十
分に材料が存在する場合には、この破壊口は、圧縮の際に完全に補修される。そ
れというのも、延性の流動挙動のために部材の残りの部分から材料が後流出され
るからである。この材料は、高い焼結活性のために焼結後に均一になり、完全に
補修された破壊口には、残りのマトリックスと同様に高い引張強さが存在するこ
とになる。

【００８４】 しかし、材料の断面積が”８” の節点で小さい場合、破壊口の間で不足する
材料を隣接した僅かな流動断面を通じて固有の圧力勾配に対して垂直方向に運搬
するためには、延性の流動挙動は不十分である。この場合には、焼結後にも構造
部材の損傷は残存する。

【００８５】 記載された理由から、多くの場合の構造部材の場合にｘ／ｙ軸で多孔質の構造
体の比較的に狭い許容差を維持することが必要とされる。この場合、大きさの程
度としては、＋／−１．５％の偏差を設定することができる。

【００８６】 酸化物構造部材マトリックスの還元は、構造部材深部中への還元性ガス（例え
ば、Ｈ_２）の拡散を必要とするので、純粋な水を使用する場合には、金銀線細工
の部分的な幾何学的形状物が既に完全に変換されており、一面で、厚い肉厚を有
する部分的な幾何学的形状物が中心部でなお云うに値する程度に酸化物含量を含
有することを生じる。この金属酸化物と十分に還元された金属マトリックスとの
間の拡散フロントは、しばしば裸眼で明らかに認めることができる。また、例１
と例２の記載と同様に、完全に還元された材料は、通常の焼結温度未満で既に或
る程度の焼結体活性を有する。この結果、金銀線細工の部分的な幾何学的形状物
は、既に著しく収縮する傾向にあり、一方で、材料は、コンパクトな部分的な幾
何学的形状物中でなお完全な変換率を示さないことを生じる。広範囲にわたる試
験により、重要な構造部材の場合、即ち変化する肉厚および維持すべき縫い幅の
寸法を有する構造部材の場合には、純粋な水素を使用しながら、寸法の満足なプ
ロセス統計、即ち単一の再現可能なＳＦ値を全構造部材に亘って保証するという
処理パラメーターを見出すことは、困難であることが示された。この問題は、工
業的に関連のある装入量の大きさで工業的装置のガス導入における不均一性につ
いての記載された問題を生じる場合になお増強されており、したがって考慮され
た全装入量によっても異なるＳＦ値が生じる。

【００８７】 この場合、気化された粗大な粒子を原料混合物に混入させることによって、し
ばしば焼結体活性は、前記の薄肉の幾何学的形状物が容認できない程に収縮され
るのではなく、一般に材料特性の劣化およびプレス圧力の上昇を伴う程度に減少
されうる。

【００８８】 例１０ 例１の原料から完成された、１０．５ｇの生成形体質量、直径ＤＸ＝２５．４
２；ＤＹ＝２５．４２および高さＨ＝１２．９６を有する褐色体２９部を、ガス
循環路および排ガス灯火を備えた気密な炉内で２０℃／分を有する穿孔板上で９
００℃に加熱し、引続き下方から貫流させながら前記温度で０．６ Ｎｍ^３／ｈ
で還元した。

【００８９】 ２時間の反応時間後、部材の質量は、酸化物の還元によって７．１ｇに減少し
た。この部材は、明るい灰色のメタリックな外観を有し、薄肉の外側湾曲部（肉
厚１．１＊０．９ｍｍ）の範囲内で１／１．０５〜１／１．０９だけ収縮し；こ
れとは異なり、厚肉の中心部の範囲内でＳＦ＝１／０．９８〜１／１．０１５だ
け収縮した。この部材をプレス成形用金型内に手で挿入した場合、薄手の外側湾
曲部は、亀裂を生じる。こうして圧縮された構造部材中には、明らかに毛髪状の
亀裂を認めることができ、この亀裂は、引続き焼結された部材の穿孔試験におい
て、構成部材の故障をまねく。

【００９０】 同一の装置で、第２の試験において２９部をＨ_２／Ｎ_２を用いて貫流させる代
わりに、ＣＯ／Ｈ_２／ＣＨ_４（３０／６５／５体積％）からなるガス混合物を用
いて貫流させた。２時間の反応時間後、部材の質量は、酸化物の還元によって７
．２〜７．４ｇに減少した。この部材は、暗白色のメタリックな外観を有し、Ｘ
軸およびＹ軸方向に単一に０．９８５〜１．０１５％だけ収縮した。若干の部材
の表面上には、殊に角部および薄肉の幾何学的形状物の範囲内で炭素の付着物を
認めることができ、この場合この付着物は、新たに形成された鉄表面でのＣＯの
ブードアール分解に帰因しうる。同時に、この薄手の幾何学的形状物は、２５．
４２ｍｍから２６．４ｍｍに膨脹していた。

【００９１】 例１１： 例１０からの試験を、ブードアール分解の抑制下にＮＨ_３５体積％を添加しな
がら繰返し、この場合には、同時にＯ：Ｃ含分を上昇させるための系に水を添加
した。部材は、０．９７５〜１．０２のＳＦ値の際に炭素の付着を全く示さなか
った。

【００９２】 例１２： 例７に記載の褐色体１５０部を気密な空気循環炉内で２０ ｌ Ｎ_２／分の供
給下に９００℃に加熱した。引続き、この炉内で２時間アンモニア性エタノール
溶液５００ｇ／ｈを供給した（２５％のＮＨ_３水溶液１３０ｇ中の９６％のエタ
ノール８７０ｇ）。発生するガスを焼き払った。２時間後、Ｎ_２流中で冷却した
。部材は、メタリック的な灰色を示し、７．１５〜７．３５ｇの単一な質量を示
した。部材は、表面で目視可能な炭素付着物を全く示さなかった。部材の収縮は
、単一にＳＦ＝０．９７〜１．０２で２．７％の傷物の際に全部材に及んだ。従
って、部材の寸法は、＋／０．４−０．２のばらつき幅内で元来使用された褐色
体の寸法に相当した。部材は、プレス成形用金型に自動的に供給されることがで
きた。真空中で１２８０℃で前記部材を焼結した後、若干の部材において許容で
きない高いＣ含量が確認され、このＣ含量は、部分的な溶融をまねいた。

【００９３】 例１３： 例７に記載の褐色体３００部を気密な空気循環炉内で２０ ｌ Ｎ_２／分の供
給下に９００℃に加熱した。引続き、この炉内で１時間アンモニア性エタノール
溶液１．１ｋｇ／ｈを供給した（２５％のＮＨ_３水溶液１３０ｇ中の９６％のエ
タノール８７０ｇ）。発生するガスを焼き払った。１時間後、さらに２時間水素
（２ｍ^３／ｈ）の下で還元した。引続き、Ｎ_２流中で冷却した。部材は、メタリ
ック的な灰色を示し、７．１２ｇの単一な質量を示した。この部材は、約０．７
５％のＣ含量を有し、全部材に亘って０．９９〜１．０１の単一な収縮率を有し
ていた。

【００９４】 この多孔質部材を商業的に入手可能な鉱油で含浸させ、引続きプレス成形用金
型内で２８ｔｏの圧力を使用しながら圧縮した。得られたペレットは、７．５５
ｇ／ｃｍ^３のマクロ密度の際に６．３〜６．４ｇ／ｃｍ^３のマクロ密度を有して
いた。この部材の焼結は、１２８０℃で水素の下で行なわれた（７．５℃／分；
最大温度の際に１時間の保持時間）。この部材は、焼結後に単一で６．９８ｇの
質量、７．５ｇ／ｃｍ^３のマクロ密度を有し、衝撃作用下に延性に変形可能であ
る。この部材を９４０℃（ＨＲＣ＝５２）で硬化させかつ焼き戻しした後、この
部材は、定義された試験条件下で２．２ｋＮの引張強さを有し、この引張強さは
、観察された構造部材において約１１００Ｎ／ｍｍ^２の引張強さに相当した。直
径および高さにおける寸法のばらつきは、２４．２＋／−０．０８で狭い許容差
内にあった。

【００９５】 例１４： 部材を例１３と同様に完成させたが、しかし、多孔質の成形体を濃厚なアンモ
ニア性Ｃｕ[（ＮＨ_３）]_４ ^２−溶液での変換後に浸潤させ、水素の下で９００℃
でコンベヤー型炉（滞留時間全部で１．５時間）内でＣｕ^０に還元した。この部
材は、銅色をメタリックな灰色のマトリックス上で示し、この銅色は、均一に部
材中に進行した。この部材を例１３の記載と同様に圧縮し、焼結させ、硬化させ
、焼き戻しした。比較した場合には、引張強さは、Ｃｕの浸潤のない例１２から
の比較部材よりも約１０％高かった。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１０月２２日（２００２．１０．２２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項３】 成形体を低分子量有機化合物、例えば低級アルコールを用い
て、有利にアンモニアの存在でブードアール分解を上廻る温度で前還元する、請
求項１または２に記載の方法。

【請求項４】 前還元された成形体を水素を用いて約５５０℃を上廻る温度
で還元する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項５】 水素を用いての還元の際にこの還元をその際に発生される水
形成の終結時に中断させる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項６】 還元された成形体を最終製品に圧縮する、請求項１から５ま
でのいずれか１項に記載の方法。

【請求項７】 圧縮された成形体を焼結温度に加熱する、請求項６記載の方
法。

【請求項８】 還元によって発生された多孔質の成形体を金属化合物の還元
後に直接に焼結させる、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項９】 内容物の圧縮を圧縮方向に対して横方向で多孔質のマトリッ
クスの延性の流れによって行なうことにより、圧縮すべき物体が圧縮工程の内容
物の収縮分だけ補正された、焼結すべき生成形体の目的の幾何学的寸法に相当し
ない、請求項６記載の方法。

【請求項１０】 圧縮工程の際に滑剤（例えば、鉱油またはステアリン酸塩
）を添加するかまたは多孔質の成形体を圧縮前に少なくとも部分的にこのような
滑剤で含浸させる、請求項６または９記載の方法。

【請求項１１】 金属成分の還元によって発生された多孔質中間体段階また
はそれに属する褐色体を還元可能な金属化合物、例えばＣｕ［（ＮＨ_３）］_４ ^{２ −} 溶液の陽イオンで浸潤させる、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の
方法。

【請求項１２】 請求項１から１１までのいずれか１項の記載により得るこ
とができる成形体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4K018 AA24 AB01 AC01 CA08 CA29 DA03 DA14 DA21 DA31 JA09 KA22 KA63

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属化合物粒子を結合剤と混合し、成形部材に圧縮し、その
   後に結合剤を除去し、より高い温度で還元ガスを通気することにより金属化合物
   を金属に還元させることによって、定義された幾何学的寸法を有する可塑的に変
   形可能な金属体を製造する方法において、還元された金属化合物の焼結温度未満
   の温度で還元を実施することを特徴とする、可塑的に変形可能な金属体を製造す
   る方法。
2. 【請求項２】 金属化合物は、金属酸化物またはその混合物、殊に酸化鉄（
   例えば、マグネタイトまたはルトナーオキシド）および／または酸化ニッケルお
   よび／または酸化モリブデンである、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 還元をほぼ５５０〜１０５０℃の温度で実施する、請求項１
   または２記載の方法。
4. 【請求項４】 除去可能な例えば可溶性の成分と安定な例えば不溶性の成分
   との結合剤混合物を使用し、除去可能な成分を例えば溶剤を用いて溶解させ、引
   続き成形体を酸化雰囲気中、例えば空気および／または水蒸気の下でほぼ５５０
   〜９５０℃の温度で安定な結合剤含量の十分な移行下にガス状分解生成物、例え
   ばＣＯ／ＣＯ_２およびＨ_２／Ｈ_２Ｏに移行させ、成形体のマトリックスから除去
   する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 【請求項５】 成形体を低分子量有機化合物、例えば低級アルコールを用い
   て、有利にアンモニアの存在でブードアール分解を上廻る温度で前還元する、請
   求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 【請求項６】 前還元された成形体を水素を用いて約５５０℃を上廻る温度
   で還元する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 【請求項７】 水素を用いての還元の際にこの還元をその際に発生される水
   形成の終結時に中断させる、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 【請求項８】 還元された成形体を最終製品に圧縮する、請求項１から７ま
   でのいずれか１項に記載の方法。
9. 【請求項９】 圧縮された成形体を焼結温度に加熱する、請求項１から８ま
   でのいずれか１項に記載の方法。
10. 【請求項１０】 金属化合物の還元を褐色体中でのなお未変換の金属化合物
    の焼結に続いて初めて行なう、請求項１または２記載の方法。
11. 【請求項１１】 還元によって発生された多孔質の成形体を金属化合物の還
    元後に焼結させる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
12. 【請求項１２】 金属成分の還元によって発生された多孔質の成形体を焼結
    前に機械的力の作用によって圧縮させる、請求項４記載の方法。
13. 【請求項１３】 金属酸化物の使用された混合物が副成分として金属または
    合金粉末、例えばＣｒ、ＣｒＮｉ鋼またはフェロマンガンを含有する、請求項１
    から５までのいずれか１項に記載の方法。
14. 【請求項１４】 金属化合物がタングステン化合物である、請求項１から３
    までのいずれか１項に記載の方法。
15. 【請求項１５】 還元剤としてガス、有利にＨ_２含有ガスおよび／またはＣ
    Ｏ含有ガスもしくはＮＨ_３またはこれらのガスの混合物を使用する、請求項１か
    ら６までのいずれか１項に記載の方法。
16. 【請求項１６】 還元剤として使用されるガスが出発化合物の熱分解、殊に
    低級アルコールおよび／または炭化水素の添加によって、場合によっては水およ
    び／またはＮＨ_３の添加下に形成される、請求項９記載の方法。
17. 【請求項１７】 金属化合物の還元を最初に炭素含有ガスによって行ない、
    次の工程で水素含有ガスによって行なう、請求項９または１０記載の方法。
18. 【請求項１８】 内容物の圧縮を圧縮方向に対して横方向で多孔質のマトリ
    ックスの延性の流れによって行なうことにより、圧縮すべき物体が圧縮工程の内
    容物の収縮分だけ補正された、焼結すべき生成形体の目的の幾何学的寸法に必ず
    しも相応しない、請求項５記載の方法。
19. 【請求項１９】 圧縮の際に第２の成形部材との組合せで同じかまたは異な
    る材料からなる、形状結合による建築部材複合体を完成させる、請求項１１記載
    の方法。
20. 【請求項２０】 圧縮工程の際に滑剤（例えば、鉱油またはステアリン酸塩
    ）を添加するかまたは多孔質の成形体を圧縮前に少なくとも部分的にこのような
    滑剤で含浸させる、請求項５または１１記載の方法。
21. 【請求項２１】 原料に黒鉛および／または金属炭化物を添加する、請求項
    １から３までのいずれか１項に記載の方法。
22. 【請求項２２】 金属成分の還元によって発生された多孔質中間段階または
    それに属する褐色体を還元可能な金属化合物、例えばＣｕ［（ＮＨ_３）］_４ ^２− 溶液の陽イオンで浸潤させる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法
    。
23. 【請求項２３】 金属成分の還元によって発生された多孔質中間段階または
    それに属する褐色体の金属含量をＣＶＤ原理により（例えば、金属カルボニルの
    熱分解によって）増加させる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法
    。
24. 【請求項２４】 請求項１から９までのいずれか１項の記載により得ること
    ができる成形体。