JP2003531287A - 金属製小型中空形状体およびその製造方法 - Google Patents
金属製小型中空形状体およびその製造方法Info
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Abstract
Description
する方法に関するものである。
た。しかし、業務上の利用は、長い間、実際には不可能であった。最近になって
、その基本的な目的が、再び、ますます、より重要になってきた。
壊吸収、熱絶縁、および音吸収を有する軽量構造体に見られる。
が形成される。
良好に用いることができる。この結果、中空ボールはそのままであるが、中空形
状体はそれぞれに用いられる支持体の形態で利用し得る。本明細書では、従来技
術の説明が本質的にボールに関するとしても、中空ボールと中空形状体とは、原
理的には均等物として理解すべきである。
包囲層を焼結することが知られている。この場合に、支持要素は、焼きしまり温
度に達する直前に熱分解され、夫々の物質は包囲層を通して放出される。焼結後
、中空の形状体はきわめて軽量になり、且つ比較的高強度を有する。
びベリリウムから作られた中空の球状粒子が記載され、これらは、孔およびシー
ムがなく、それらの外形は、約4.5mmより小さく、この場合に、壁の厚さは約0
.2mmより小さい。このような粒子を形成するために、材料は、芯(コア)とこ
の芯上に設けられた粉末被覆との形態に形成される。この場合に、芯は回転容器
の中に収容され、この容器内に計量された量の粉末被覆材料が配置される。
デヒドから成っている。続いて、この芯は、長期間に亘って真空の中に置かれて
被覆を通して気体が除去される。最後に、例えば、アルミニウム製の残余の中空
ボールが700℃乃至800℃の範囲の温度で酸化される。この結果、夫々に用いられ
る開始材のセラミックシェルが形成される。
びジルコニウムオキサイドのグループの酸化金属から作られた高精度の多孔性中
空酸化金属ボールの製造方法が記載されている。これによって、例えば、2mm
乃至4mmの外径を有するエポキシ樹脂ボールが、水酸化アンモニウムを有する
上記金属の酸化可能塩溶液に浸漬される。
る。その後、このような方法で処理されたボールは酸化雰囲気中で処理され、こ
の雰囲気では、樹脂が分解によって放出され、同様に、カーボンが酸化により放
出され、また、所定の金属酸化物が形成される。これら金属酸化ボールは全て多
孔性構造を有する。
ボール合成物の製造方法が記載されている。この場合に、発泡ポリマーの芯およ
び5乃至20μmの金属壁厚さを有する金属製球状軽量体粒子に更に層が積層され
る。これら金属製球状軽量体粒子は微粒金属部分、その酸化物、微粒セラミック
部分または耐熱材料の拡散によって被覆される。この層の厚味は、15乃至500μ
mにすべきである。被覆された軽量体粒子は、乾燥され、ポリマーの芯が400℃
で熱分解され、次いで、900乃至1400℃で焼結される。この結果、孔のない密な
又は多孔性の壁を有する中空ボールは、非金属材料の粒子寸法、形式、および高
密温度によって形成される。焼結がモールド内で行われるとき、焼結金属または
セラミック中空ボールから作られた中空ボール化合物が、直ちに形成される。15
乃至500μmの範囲の壁の厚さを有する細胞壁は、高強度を有するように考えら
れる。
に固体層が積層され、被覆されたポリマー芯が熱分解されるようにした金属また
はセラミック製中空ボールを製造する方法が記載されている。球状粒子は水性の
懸濁液で処理され、この懸濁液は溶解され懸濁された結合剤および金属および/
またはセラミック粉末粒子を含む。被覆され乾燥された粒子は400乃至500℃で熱
分解され、1000乃至1500℃の温度で焼結される。
作ることができる。このような中空ボールによって、完全に焼結された構造また
は実際に利用可能な形状部分を作ることができ、その質量を、夫々用いられる大
きな質量の材料に対して、3%、好ましくは、1%減少することができる。
空ボールおよびそれから作られる構造体の強度と軽量さとの比は、実質的に、ボ
ールの径とボール壁の厚さとの比によって決定される。中空ボールの最適の壁の
厚さは、外側のボール径の約0.5乃至3%にすべきである。多くの場合に、壁の厚
さは、約1%である。5mmの外径を有する中空のボールは、それに従って、約50
μmの壁厚さを有し、1mmのボール径で、なお、10乃至20μmだけの厚さがあ
り、且つボールが0.5mmの直径を有するとき、最大の壁厚さで、なお5乃至15μ
mの厚さのみがある。
ボールの最小寸法は、約0.8mmに限定される。より小さいスチロールボールは
形成できない。球状体でない他の支持材料でも関係は同じである。スチロールボ
ールを被覆することによって、その外径は予期できるように更に増大させる。0.
8mmより小さい金属中空ボールが作られる場合には、未発泡のプラスチックボ
ールが用いられるべきである。従って、熱分解されるべきプラスチックが高強度
であっても、ボールの芯の材料を放出することは、経済的および環境改善状態を
考慮すると、不可能である。
空ボール壁の厚さよりも著しく小さい外形寸法を有するように用いられるべきで
ある。他方、粉末粒子は、壁構造内の僅かな横方向接触点にのみ互いに焼結する
ようにされている。一般には、粉末粒子の中間寸法は、球状壁の厚さの10%より
大きくすべきでない。
mの中間粒子寸法を有するようにすることが必要であることを意味する。このよ
うな金属粉末は、少なくとも鉄や銅の如き比較的低価格の金属から作られなけれ
ば、業務上利用することはできない。しかし、明らかなことは、ナノメータの範
囲の粒子寸法を有する金属粒子の製造は、不可能であり、又、これら粉末は、消
費が多く、この結果、費用がかかるだけである。更に、これら粉末は、これから
作られる材料が高価格であるという理由のため大きい寸法のものに適用し難い。
の範囲の中間粒子寸法を有し、且つ20μmより大きい壁厚さの製造に適合するだ
けである。2乃至4mmの範囲の金属中空ボールは、カルボニル鉄粉末の高価格の
ために、高価になり、従って、それらは、他の軽量構造に比べて使用することが
できない。より小さい中空ボールは、実際に文献に述べられているが、従来技術
に基づいて形成することができない。
適用することによって、中空ボール構造体の均一性が、中空ボールの寸法によっ
て実質的に決定される。従って、実際に形成できる圧力抵抗および焼結される中
空ボール化合物の性質の均一性は、利用可能な最小の中空ボールの寸法によって
限定される。明らかに、中空ボール化合物の圧力抵抗は突き固めることによって
増大するが、中空ボール化合物の密度も殆ど好ましくない状態に増大し、且つ原
理的に必要とされる軽量構造の高価は、再び失われる。
適合し得る金属製小型中空形状体を提供することにある。
ことにある。
述べられた特徴によって達成される。
よって達成される。
態の説明と共に以下に一層詳細に示される。
ボールのみ必要とされ、且つ1500℃以下、好ましくは、1200℃以下の温度で水素
またはカーボンを含む雰囲気中でそれぞれの金属化合物から還元され得る少なく
とも一つの重金属から構成されていることにある。鉄、ニッケル、コバルト、錫
、モリブデン、クロム、銅、銀、パラジウムおよびタングステンが重金属として
用いられる。この金属製形状体は、0.05乃至0.5mmの範囲の外径と、0.5乃至3
%の範囲の直径と壁厚さとの比を有する。
、および/または形状体の壁は、同種または異種の材料から構成することができ
る。使用時、金属製小型中空形状体は、形状体化合物において焼結せしめられて
構造部材又は半加工構造部材になる。
形状体化合物は、きわめて均一であり、圧力に対し、きわめて高い抵抗を有する
。形状体化合物を、金属切断において、および切断することなく、良好に加工す
ることができ、均一性の構造のために、ねじの取付けやくぎ打ちの如き方法を良
好に併用することができる。
の比によれば、形状体化合物の密度を従来技術に比べて更に大きくすることがで
きる。形状体化合物の面は、低粗面である。
て、新規な金属製小型中空形状体の製造のために本発明に係る新規な方法が述べ
られる。
、請求項7の前提部分に従って、用いられ、この前提部分において、実質的に、
還元可能な金属化合物、好ましくは、酸化金属、水酸化金属、金属カーボネート
、または有機金属化合物(例えば、アセテート、フォーミエート、オキシレート
、アセチルアセトネート)が包囲層を支持要素上に形成する開始材として選択さ
れる。
されるように、還元雰囲気で熱処理中、被覆された支持要素は、例えば、少なく
とも一つの金属化合物、即ち、未加工体(所謂、グリーンコンパクト)を含む包
囲層で焼結される。一つの包囲層においては、少なくとも二つの異なる重金属の
化合物を含むことができ、これら化合物は、還元状態の下に焼結中、合金を形成
する。
合物または異なる金属化合物を個々の層に含むことができる。
。液体、好ましくは、水に溶解された金属化合物の一部を用いることもできる。
開始材としての還元可能な金属化合物の中間粒子寸法は、5μm以下にすべきで
あるが、可能なら、ある液体のコロイド形態内に含まれる。
の如き開始材は、度々、金属粉末よりも実質的により低価格で利用し得る。
販され得る。金属について、複数の金属化合物は、きわめて破壊し易く、このた
めこれらをボールミルで1μmの範囲の中間粒子寸法に安価に粉状化することが
できる。これは、金属ではその展性のために不可能である。
できない。
が通常に用いられる。未加工体(グリーンコンパクト)の熱処理中、初めに、支
持要素の材料が熱分解されて周知の態様でボールから放出される。還元雰囲気中
で焼結中、金属化合物は夫々に用いられる金属化合物に基づく金属に変換される
。焼結中、水素、熱分解されたアンモニウムガス、発熱雰囲気又は吸熱雰囲気の
如き還元的に作用する防護雰囲気を用いることが有利である。従って、熱分解中
、良好に形成される酸化物を金属に還元することができる。
て、形状体および形状体化合物の収縮が、還元中にそれぞれの物質を放出するこ
とによって開始する。
材料の粒子寸法を小さく、収縮を大きくするように焼結されるべきである。この
点についても、金属化合物の小さい粒子寸法は、小型化の好ましい結果をもたら
す。
の結果は、金属化合物が比較的低い密度を有し、従って、それ自身金属より大き
い体積を占めることである。
0cm3のFe2O3から、46cm3の鉄のみが還元によって形成される。水酸化ニッケ
ルは、4.15g/cm3の密度を有する。これは、ニッケルの63%重量から成る。10
0cm3の水酸化ニッケルから約29cm3の金属ニッケルが還元によって形成され
る。
きる。
ある。構造体又は構造部材の面の粗さが実質的に減少されることである。従って
、面を円滑な面として常時形成することができる。
り均一になり、機械的性質は改善される。この形状体化合物を金属切断において
および切断することなく容易に加工することができる。例えば、くぎおよびねじ
を良好に挿入することができる。
トルのスチレン発泡ボールに形成される。この包囲層の厚さは約20μmである。
このような態様で被覆されたスチレン発泡ボールはグリーンコンパクト(未加工
体)として示される。
から約1.1リットルに約10%増大される。約1150℃の温度の水素雰囲気で熱処理
後、グリーンコンパクトの有機成分が燃焼される。酸化鉄が還元され、焼結され
た中空ボールが形成される。
製中空鉄ボールを生じ、このボールは約0.3mmの中間径と約10μmの壁厚さと
を有する。 実施例II この方法によれば、結合剤およびニッケルアセテートが良好に溶解された
液体と、約500μmの中間粒子を有する水酸化ニッケルの粉末とを含む懸濁液か
ら成る包囲層が、0.5mmの中間厚さを有する1リットルのスチレン発泡ボールに
形成される。包囲層の厚さは、約15μmである。グリーンコンパクトの直径は約
0.53mmであり、その体積は、1リットルから約1.2リットルに増大される。イナ
ートガス中で400℃で熱処理後、グリーンコンパクトの有機および他の揮発性成
分が燃焼され、続いて、1120℃の温度で水素雰囲気中で熱処理すると、生じた酸
化ニッケルが還元され、ニッケルの焼結中空ボールが形成される。
ケルの金属製中空ボールが形成され、このボールは0.1mmの中間径と約2μmの
壁厚さとを有する。
は0.5mmより大きい外径の中空ボールを製造するために本発明の方法を用いる
ことが容易にできる。
よって、有利に製造され、この場合に、続いて、原型押出成型体が、分離される
。
Claims (15)
- 【請求項1】 1500℃以下の温度で相応する金属化合物から還元され得る少なくとも
一つの重金属から成り、0.05から0.5mmの範囲の外径および0.5から
3%の範囲の径と壁厚さとの比を有することを特徴とする金属製小型中空形状体
。 - 【請求項2】 1200℃以下の温度で相応する金属化合物から還元され得る少なくとも
一つの重金属から成ることを特徴とする請求項1記載の金属製小型中空形状体。 - 【請求項3】 Fe、Ni、Co、Sn、Mo、Cr、Cu、Ag、Pd、またはWから
成ることを特徴とする請求項1または2記載の金属製小型中空形状体。 - 【請求項4】 合金から成ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の金
属製小型中空形状体。 - 【請求項5】 前記金属製小型中空形状体の壁が多層状態で形成されることを特徴とする
請求項1乃至4のいずれか一つに記載の金属製小型中空形状体。 - 【請求項6】 前記金属製小型中空形状体が構造部材または半加工品に焼結されることを
特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の金属製小型中空形状体。 - 【請求項7】 開始材を任意の形状の支持要素上に包囲層として設置し、次いで、このよ
うに作られた未加工体(グリーンコンパクト)を、前記支持要素が熱分解され、
前記包囲層が実質的に熱分解され、且つ熱分解物が焼結されるように、熱処理す
る金属製小型中空形状体製造方法であって、 製造されるべき前記中空形状体より大きい外形寸法を有する支持要素を選
択し、 金属化合物、好ましくは、酸化金属、水酸化金属、炭酸金属、または有機
金属化合物を開始材として選択して1500℃以下の温度で還元し、 前記金属化合物が金属に実質的に還元され且つ該金属が焼結されるように
前記未加工体を水素および/または炭素を含む還元雰囲気内で加熱処理すること
を特徴とする金属製小型中空形状体製造方法。 - 【請求項8】 1200℃以下の温度還元することができる金属化合物を選択することを
特徴とする請求項7記載の金属製小型中空形状体製造方法。 - 【請求項9】 金属化合物として、Fe、Ni、Co、Sn、Mo、Cr、Cu、Ag、
PdまたはWの金属に基づく一つが選択されることを特徴とする請求項8または
9記載の方法。 - 【請求項10】 一つの金属合金を形成する少なくとも二つの金属化合物が選択されること
を特徴とする請求項7乃至9のいずれか一つに記載の金属製小型中空形状体製造
方法。 - 【請求項11】 粉末金属化合物が用いられることを特徴とする請求項7乃至10のいずれ
か一つに記載の金属製小型中空形状体製造方法。 - 【請求項12】 前記開始材がコロイド状態または溶解状態で少なくとも部分的に用いられ
ることを特徴とする請求項7乃至11のいずれか一つに記載の金属製小型中空形
状体製造方法。 - 【請求項13】 前記開始材が前記支持体に多層状態で積層されることを特徴とする請求項
7乃至12のいずれか一つに記載の金属製小型中空形状体製造方法。 - 【請求項14】 前記未加工体の前記熱処理は、構造部材または半加工構造部材を形成する
ためモールドで行われることを特徴とする請求項7乃至13のいずれか一つに記
載の金属製小型中空形状体製造方法。 - 【請求項15】 支持体として押出機によって形成されるものが選択され、最初の押出機成
形体が次いで分離されることを特徴とする請求項7乃至14のいずれか一つに記
載の金属製小型中空形状体製造方法。
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