KR20160147716A - 복합 구성성분을 형성하는 방법 - Google Patents

Abstract

열의 적용에 의해 다수의 공급 물질로부터 복합 구성성분을 형성하는 방법이 개시되어 진다. 네거티브 몰드(102)는 형성되어 지는 구성성분의 기하학을 한정하여 수득되어 진다. 제일 공급 물질(104) 및 제이 공급 물질(104)가 몰드 안으로 배포되어 진다. 분말로 된 공급 물질을 몰드 내에서 용융되도록 하기 위해 온도는 가열 단계 동안 공급 물질의 용융점 이상으로 되는 제일 온도로 증가된다. 몰드의 온도는 냉각 단계 동안 감소되어 공급물질을 고형화 하여 고형 구성성분을 형성한다.

Description

복합 구성성분을 형성하는 방법{Forming a composite component}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 본 발명 및 대상물에 관한 특허에 대한 첫 번째 출원이다.

본 발명은 다수의 공급 물질이 처음에는 분말로 된 상태이고 그리고 열의 적용에 의해 고체 구성성분이 형성되는, 복합 구성성분을 형성하는 방법에 대한 것이다.

본 발명은 또한 다수의 공급 물질이 처음에는 분말로 된 상태이고 그리고 열의 적용에 의해 고체 구성성분이 형성되는, 복합 구성성분을 형성하는 장치에 대한 것이다.

복합 구성성분은 개개의 구성 재료와 다른 특징을 갖는 단일 구조를 생산하기 위해 통합되어 지는 둘 또는 그 이상의 이질 물질로부터 만들어진 구성성분 부분이다. 복합 구조가, 예를 들어 단단한 외부 표면을 갖지만, 낮은 밀도, 경량의 내부를 갖는 다층 구성성분을 만드는데 있어, 많은 이유에 있어 바람직할 수 있다.

하드 페이싱 또는 레이저 클래딩과 같은 하나 또는 그 이상의 이질 물질을 포함하는 다층 구성성분을 생산하기 위한 다양한 방법이 공지되어 있다.

그러나, 이들 공지된 방법은 많은 문제를 유발한다. 첫째로, 완성된 구성성분을 만들기 위해 요구된 다수의 별개의 공정에서 단점이 경험되었다. 둘째로, 고체 대상물의 외부에 물질의 층을 적용하는 이러한 기술은 두 가지 물질의 비-분리 결합을 초래하여, 내면에 구조적 약점을 가져온다.

본 발명은 다수의 공급 물질이 처음에는 분말로 된 상태이고 그리고 열의 적용에 의해 고체 구성성분이 형성되는, 복합 구성성분을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제일 측면에 따르면, 몰드의 제일 영역과 연계된 제일 개구 및 몰드의 제이 영역과 연계된 제이 개구를 한정하는 구성성분의 네거티브 세라믹 몰드를 얻는 단계; 제일 개구를 통해 네거티브 몰드의 상기 제일 영역 안으로 제일 분말 공급물질을 그리고 제이 개구를 통해 네거티브 몰드의 상기 제이 영역 안으로 제이 분말 공급물질을 배포하는 단계; 및 상기 제일 공급 물질이 가열 단계 동안 용융되도록 하는 제일 온도로 상기 네거티브 몰드 내에 온도를 상승하는 단계를 포함하는 다수의 이질 분말화된 공급물질로부터 복합 구성성분을 형성하는 방법이 제공된다.

본 발명의 제이 측면에 따르면, 몰드의 제일 영역과 연계된 제일 개구 및 몰드의 제이 영역과 연계된 제이 개구를 한정하는 구성성분의 네거티브 세라믹 몰드를 포함하는 다수의 이질 분말화된 공급물질로부터 복합 구성성분을 형성하는 장치가 제공되고; 여기서 상기 제일 개구는 몰드의 상기 제일 영역 안으로 제일 분말 공급물질의 주입을 위해 구성되고 그리고 상기 제이 개구는 몰드의 제이 영역 안으로 제이 분말 공급물질의 주입을 위해 구성되고; 그리고 네거티브 세라믹 몰드는 가열 단계 동안 제일 온도로 가열하기에 적절하다.

도 1은 분말로 된 공급 물질로부터 복합 구성성분을 형성하는 방법을 도시한다;
도 2는 네거티브 몰드의 제조를 위한 과정을 도시한다;
도 3은 도 2의 몰드 내에 함께 공급물질의 배포를 도시한다;
도 4는 네거티브 몰드의 공급자 영역을 도시한다;
도 5는 고형화 후 도 4의 네거티브 몰드를 도시한다;
도 6은 두 영역을 갖는 몰드를 도시하고 두 공급물질은 별도로 삽입된다;
도 7은 공급물질을 조합하기 위해 가열 후 도 6의 몰드를 도시한다;
도 8은 구획을 갖는 제일 몰드의 단면도를 도시한다;
도 9는 구획을 갖는 제이 몰드를 단면도로 도시한다;
도 10은 공정 장치를 도시한다;
도 11은 도 8의 공정에 대한 온도-시간 그래프를 도시한다;
도 12는 도 9의 공정에 대한 온도-시간 그래프를 도시한다;

도 1

분말로 된 공급 물질로부터 복합 구성성분를 형성하는 방법이 도 1에 도시되어 지고, 여기서 고형 구성성분은 열의 적용에 의해 다수의 이질 분말 공급물질로부터 형성된다.

단계 101에서, 생산되어 지는 구성성분의 윤곽이 규정되어 지는 네거티브 몰드 102가 얻어진다. 단계 103에서, 분말로 된 공급물질, 제일 공급 물질 104 및 제이 공급 물질 105가 네거티브 몰드 안으로 배포되어 진다. 단계 106에서, 온도를 증가하고 그리고 가열 단계 동안에 분말로 된 공급물질을 용융되도록 하는 열이 몰드에 적용된다. 단계 107에서 온도는 제이 공급 물질 105로 제일 공급 물질 104의 확산을 가능하도록 하기에 필요한 장소에서 유지된다. 단계 108에서 온도가 감소되어, 용융된 공급물질이 냉각 단계 동안 고형화되도록 한다.

도 2

단계 101에 대해 참고로 기술된 바와 같이 네거티브 몰드는 구성성분의 포지티브 몰드로부터 얻어진다.

네거티브 몰드를 얻는 방법이 도 2에 도시되어 졌다. 포지티브 몰드 201은 원하는 구성성분의 기하형을 한정하는, 폴리스티렌 또는 왁스, 빠른 원형 물질과 같은 적절한 배지로부터 만들어 진다.

네거티브 몰드 102는 그런 다음 포지티브 몰드 주변에 형성되어 구성성분의 음각 윤곽을 한정한다.

제일 실시형태에 있어서, 네거티브 몰드는 극 고온 세라믹 물질과 같은 제일 공급 물질 104 및 제이 공급 물질 105의 것보다 높은 용융점을 갖는 물질 층을 포함한다. 세라믹 쉘은 원하는 벽 두께가 달성되어 질 때까지, 포지티브 몰드의 외부에 세라믹 슬러리의 다수 층을 적용함에 의해 형성되어 진다.

전기방식용 포지티브 몰드 물질 201은 그런 다음 적절한 제거 기술을 사용하여 개구 202를 통해 네거티브 몰드 102로부터 소거된다. 이것은 구성성분의 외부 표면을 한정하는 동공 203을 남긴다.

도 3

공급물질을 배포하는 단계 103이 도 3에 도시되어 진다. 포지티브 전기방식용 모델 201은 도 2를 참고로 이미 도시된 바와 같이 제거되어, 네거티브 몰드 102가 공급 장치 301 내에 포함된 제일 공급 물질 104 및 제이 공급 물질 105와 같은 공급 물질를 바로 수용하도록 한다. 실시형태에서, 네거티브 몰드 102의 충진은 몰드의 진동에 의해 용이하게 되어 분말화된 공급물질을 정착하게 한다. 네거티브 몰드 102는 그 자체가 안정한 기재 부재 303에 의해 지지된 진동 테이블 302 상에 위치된다. 이 방식에서, 분말화된 공급물질이 몰드에 도입되기 때문에 이들은 중력 하에서 밀집하는 경향이 있다.

도 3에 도시된 실시형태에 있어서, 제일 공급 물질 104 및 제이 공급 물질 105는 몰드에 도입에 앞서 공급 장치 301 안에서 분말 형태로 조합된다. 이 타입의 분말 제조는 이것이 응집 전에 아주 정확한 물질 조성과 일정한 입자의 분산을 가능하게 하기 때문에 유익하다. 제일 공급 물질 104는 제일 용융점을 갖는 금속 용융 분말을 포함하고 그리고 제이 공급 물질 105는 제일 공급 물질 104의 것보다 어주 높은 용융점을 갖는 세라믹 기질을 포함한다.

따라서, 기술된 실시형태에서, 제일 공급 물질 104 및 제이 공급 물질 105는 네거티브 몰드 102 내에 동공 203을 채우기 위해 개구 202를 통해 함께 몰드 안으로 전개되고 그런 다음 가열 단계 동안 단계 106과 같이 가열된다. 온도는 대략적으로 제일 공급 물질 104의 용융점과 동등한 제일 온도로 네거티브 몰드 102를 가열함에 의해 증가되고, 이에 의해 제일 공급 물질 104가 용융되도록 한다. 그러나, 제일 온도의 것보다 아주 높은 융융점을 가지는 제이 공급 물질 105는 용융되지 않고 그리고 고체 입자 형태로 남는다.

대안적인 실시형태들에 있어서, 상기에 기술된 가열 단계는 1 bar의 대기 압력이외의 압력으로 압력 조절된 환경에서 수행되어 진다. 이 제일 실시형태에 있어서 압력은 압력 조절된 환경으로부터 공기를 제거함에 의해 대기압 아래로 감소된다. 제이 실시형태에 있어서 적용된 압력은 대기압 이상의 준위로 증가된다. 동등하게, 가열 단계는 시간-전개 압력 조건 하에서 수행되어 질 수 있다.

도 4

도 3의 네거티브 몰드 102에 실질적으로 유사한 네거티브 몰드 401이 배포 단계 103 및 가열 단계 106 후 도 4에서 부분 단면도로 도시되어 진다. 도 3을 참고로 이미 기술된 바와 같이, 네거티브 몰드 401은 제일 온도로 가열되고 이에 의해 제일 공급 물질 104를 용융하는 반면 제이 공급 물질 105는 용융되지 않고 주조를 통해 일정하게 분산되어 진다. 이 실시형태에 있어서 몰드 401은 구성성분 구획 402 및 공급자 구획 403을 포함한다. 공급자 구획 403은 제일 개구 말단 405로부터 신장하고 그리고 개구 407을 통해 제이 말단 406에서 구성성분 구획 402로 도입하는 일반적으로 실린더형 통로를 한정한다.

공급자 구획 403은 네거티브 몰드 401 내에 포함된 용융된 물질이 부피에서 수축하기 때문에 냉각 단계 108 동안에 네거티브 몰드 401 안으로 액체화된 물질을 부가적으로 공급한다. 물질이 이들의 용융된 액체 상으로부터 냉각될 때, 이들의 부피는 이들이 고체로 되는 점에서 온도가 감소하는 것과 같이 감소한다. 따라서 공급자는 주조의 내부에 하나 또는 그 이상의 열적 중심에서 그렇지 않으면 형성되는 수축 동공을 보성하기 위한 액체화된 물질을 제공하기 위해 사용된다. 따라서 공급자 구획 403 내의 액체화된 물질의 부피는 이것이 냉각되면서 물질의 부피 감소에 대해 보상하기 위해 제공되어 지는 충분한 액체 물질에 대한 필요성에 의해 결정되어 진다. 고형화 동안 물질은 전형적으로 약 7 부피%로 수축하고 그리고 결과적으로는 동등한 부피의 액체화된 물질이 공급자 구획으로부터 구성성분 구획으로 도입된다.

공급자 구획 403의 효능성은 공급자 내의 정압에 의해 영향을 받아, 이것이 담지하는 액체화된 물질의 양과 그의 수직 높이로 된다. 정압 헤드는 이것이 냉각되므로 액체화된 물질이 주조로 되도록 하는데 보조한다. 본 바람직한 실시형태에 따른 몰드는 복합 구성성분의 생산 동안에 공급자 내에 액체화된 물질의 높이가 몰드의 구성성분 구획의 가장 큰 부분 이상으로 되도록 충분하게 큰 하나 또는 그 이상의 공급자를 갖는다. 이것은 몰드에 의해 한정된 어떤 미세한 형상이 재현되는 것을 공고히 하기 위한 것으로 몰드 내에 용융된 물질 상에 충분한 압력이 발현되어 지는 것을 가능하게 한다.

도 5

도 4를 참고로 이미 기술되어 진 바와 같이, 이 실시형태에 있어서 단지 제일 공급 물질 104는 용융되는 반면 제이 공급 물질 105는 그의 고체 형태로 남아있다. 도 5는 냉각 단계 108 후의 네거티브 몰드 401을 도시하는 것으로, 여기서 몰드 내의 온도는 상기 제일 공급 물질이 고형화되도록 하는 제일 온도 아래로 감소되고 그리고 공급자 구획 내의 액체화된 물질의 부피는 준위 501로 감소된다. 따라서 냉각 단계 108 후, 용융된 제일 공급 물질 104는 고형화하여 구조적 잠금을 제공하는 벌크 주조 내에 상기 제이 공급 물질 입자 105를 병합한다. 이 방식에 있어서 일정한 조성분을 갖는 구성성분들의 것에 비해 개선된 인장 및 충격 강도를 나타내는 복합 구성성분이 생산되어 질 수 있다.

종래 기술의 네거티브 몰드 장치와 달리, 도시된 실시형태에서 네거티브 몰드 401은 가열 단계 106 및 냉각 단계 108 동안에 밀폐적으로 봉인되지 않는다. 종래의 몰드는 소성적으로 변형함에 의해 온도 변화 동안에 공급물질의 부피에 있어서의 감소를 보상한다. 이 실시형태에 있어서 네거티브 몰드 401은 가열 단계 106 및 냉각 단계 108 동안에 변형하지 않도록 실질적으로 단단하고 그리고 압축할 수 없도록 구성되어 진다. 온도 변화 동안에 네거티브 몰드 내의 물질의 부피에서 변동을 고려하기 위해, 네거티브 몰드 401은 사용 동안에 대기에 통하도록 구성되어 진다. 따라서 네거티브 몰드 401은 개구 407 및 공급자 구획 403을 통해 대기로 부피를 교환한다. 그러나, 대안적인 실시형태에서 네거티브 몰드 401는 대기와 상호 작용을 방지하기 위해 공급자 구획 403을 마개로 막음에 의해, 배포 단계 103 후 그리고 가열 단계 106 전에 기밀하게 밀봉되어 진다.

대안적인 실시형태에서 냉각 단계는 대기 압력 이외의 압력 조건하에서 수행되어 질 수 있거나 또는 적용된 압력이 시간의 작용으로 다변할 수 있다. 물질이 고형화하는 압력을 변화하는 것은 주조의 결정 표면에 영향을 미칠 수 있다. 증가된 압력 조건 하에서 냉각 단계 동안 고형화는 보다 조밀하고 그리고 보다 구조적으로 일정한 주조로 되기 쉬워, 구성성분의 충격 특성을 고양한다.

도 6

도 1 내지 5를 참고로 기술된 네거티브 몰드 102 및 401은 단지 몰드 안으로 공급물질을 배포하는 것을 가능하게 하기 위해 제일 개구 및 상으하는 공급자 구획을 가진다. 그러나 대안적인 실시형태에 있어서, 몰드의 다른 영역 안으로 별도로 공급물질의 배포를 위해 하나보다 많은 개구를 가지는 몰드가 제공된다.

이러한 몰드의 예는 도 6에 단면도로 도시된다. 몰드 601은 제일 영역 602 및 상기 제일 영역 602와 연계된 제일 개구 603, 그리고 제이 영역 605와 연계된 제이 개구 604를 포함한다. 몰드 102에 유사하게, 몰드 601 또한 각 개구로부터 신장하는 공급자 구획 606 및 607을 포함한다.

제일 공급 물질 608은 제일 개구 603 및 공급자 구획 606을 통해 제일 영역 602 안으로 배포된다. 제이 공급 물질 609는 제이 개구 604 및 공급자 구획 607을 통해 제이 영역 605 안으로 상기 제일 공급 물질 608에 대해 별도로 배포된다. 이것은 구성성분의 다른 영역에 국소화 된 다른 물질로 주조하는 것을 초래한다. 공급 물질은 대략적으로 동일한 비율로 이들의 각 영역 안으로 배포되어 지고 따라서 이들은 제일 개구 603과 제이 개구 604 사이에 대략적으로 등거리인 계면 610에서 만난다.

도 7

도 6을 참고로 이미 기술된 네거티브 몰드 601이 열의 적용 동안에 도 7에 도시되어 진다. 이 실시형태에 있어서 제일 공급 물질 608 및 제이 공급 물질 609는 양자 금속성 용융 분말이고, 따라서 몰드 601의 온도가 이들의 각각의 용융점으로 증가될 때 용융되어 진다.

제일 공급 물질 608은 700℃의 용융 온도를 갖는 금속 분말이고 제이 공급 물질 609는 1000℃의 용융 온도를 갖는 다른 금속 분말이다.

열은 그의 온도를 제일 공급 물질의 용융점에 대략적으로 동등한 제일 온도로 증가하기 위해 화살표에 의해 나타난 바와 같이 네거티브 몰드 601에 적용된다. 따라서, 제일 공급 물질 608은 제일 영역 602 내에서 용융된다. 온도는 제이 공급 물질 609의 용융점에 대략적으로 동등한 제이 온도로 더 증가되고, 이에 의해 제이 공급 물질 609가 용융된다.

실시형태에 있어서 상기 제일 공급 물질 608은 입자의 고체 상태 확산을 통해 선택적응로 합금됨에 의해 상기 제이 공급 물질 609에 결합된다.

이 점에서 제일 공급 물질 608 및 제이 공급 물질 609 양자는 이들의 용융된 액체 상태로 되고 따라서 확산이 입자의 브라운 운동의 결과로 일어난다. 계면 610에서 제일 영역 602 안에 배포된 제일 공급 물질 608의 몇몇 입자는 제이 영역 605 안으로 향하여 떠돈다. 유사하게, 제이 공급 물질 609의 입자는 제일 영역 602 안으로 제이 영역 605로부터 좌측으로 떠돌고, 이에 의해 계면 610에 대해 합금된 영역 701에 걸쳐 상기 제이 공급 물질 609에 상기 제일 공급 물질 608을 합금한다.

상기 제일 공급 물질 608이 상기 제이 공급 물질 609에 합금하는 정도는 합금된 영역 701의 거리 d에 의해 조절되어 진다. 합금된 영역 701의 거리 d는 입자가 인접 영역 안으로 확산되도록 허용되는 거리에 의해 좌우된다. 이것은 입자의 에너지, 그 자체로 온도의 작용 및 공급물질이 이들의 용융된 상태로 있는 기간에 의존한다.

도시된 실시형태에 있어서 제이 온도는 거리 d의 합금된 영역 상에 입자의 확산을 허용하도록 하기 위해 단계 107 동안에 10초의 시간 동안 유지되어 진다. 원하는 정도의 합금이 달성될 때, 네거티브 몰드 601의 온도는 공급물질의 용융점 이하로 감소되고 이에 의해 용융된 물질의 과도한 확산이 방지된다.

따라서, 일단 고형화된 구성성분은 그의 길이를 따라 물질의 다른 영역 사이에 뚜렷한 계면을 갖는 불-균일한 야금학으로 생산된다. 이 방식에서 구성성분은 제일 공급 물질 608과 제이 공급 물질 609 양자의 기능적 이점을 향유하고, 반면 단일 주조의 구조적 특성을 보유한다.

도 8

본 발명을 구체화하는 과정에 의해 생산된 구성성분의 예가 도 8에 단면도로 도시되어 졌다. 도 8은 몰딩이 각각 개구 804 및 805에 의해 접근된, 제일 영역 802 및 제이 영역 803을 포함하는 구성성분을 한정한다는 점에서 도 6 및 7의 네거티브 몰드 601에 구성에 있어서 유사한 네거티브 몰드 801을 도시한다. 제일 영역 802는 티타늄 분말인 제일 공급 물질 806로 채워지고, 그리고 제이 영역 803은 티타늄 카바이드 분말인 제이 공급 물질 807로 채워진다.

부가적으로 네거티브 몰드 801은 구획 808을 포함하고, 이에 의해 제일 영역 802와 제이 영역 803을 분할한다. 구획 808은 두께가 대략적으로 2mm이고 그리고 제이 영역 803으로부터 제일 영역 802를 완전하게 분리하는 티타늄 공간이다.

분말 압축 기술을 사용하여 보다 복잡한 구성성분을 생산할 때 용융에 앞서 분말 상에서 중력에 의한 침전 또는 의도치 않은 분산을 방지하기 위해 공급물질의 위치를 유지하는 관점에서의 문제점이 경험되었다. 구획 808을 부가함에 의해 제일 영역 802 내 제일 공급 물질 806은 구획 808이 용융될 때까지 제이 영역 803 안으로 전이가 방지되고 그리고 제이 공급 물질 807로 확산이 방지된다.

이 실시형태에 있어서, 생산되어 지는 목적물은 치차 피니언 기어의 회전 운동을 스플라인 랙의 직선 운동으로 전환하기 위해 사용되는 랙과 피니언 배열에 상응하는 랙 구성성분이다. 랙 구성성분의 스플라인 표면은 피니언 기어에 의해 발휘된 토크를 반복적으로 받고; 따라서 물질의 분해에 견딜 수 있도록 극단적으로 단단하여야 한다. 그러나, 부가적으로 이 구성성분은 상대적으로 가벼운 중량이어야 한다.

따라서, 티타늄과 같이 충분하게 가벼운 중량이지만, 구동하는 경우 스플라인이 예를 들어 티타늄 카바이트 분말을 사용함에 의해 증가된 표면 경도를 가지는 표면으로 구성된 구성성분의 제일 영역을 가지는 것이 바람직하다.

도시된 실시형태에 있어서, 제일 공급 물질 806, 제이 공급 물질 807 및 구획 808 각각은 제일 온도에 상응하는 용융점을 가진다. 따라서, 단계 106에서 그리고 도 7을 참고로 기술된 바와 같이, 제일 온도로 열을 적용함에 의해, 제일 공급 물질 806, 제이 공급 물질 807 및 구획 808이 용융되고, 이에 의해 반대 영역으로 용융된 공급물질의 상호 작용을 가능하게 한다.

단계 107과 같이 온도는 형성되는 제일 공급 물질 806과 제이 공급 물질 808 사이에 명확한 계면을 형성하도록 하기 위해 충분한 직경의 확산 층을 가능하도록 일정 시간의 기간 동안 유지된다.

합금 영역을 형성하는 확산 층이 소정의 직경이 될 때, 온도는 상기 제일 온도 아래로 감소되어, 주조가 냉각 단계 동안 고형화하도록 한다.

비록 몇몇 물질에 대해서는 자연적인 비에서 냉각이 적절할 수 있지만, 다른 것은 가속된 냉각을 필요할 수 있다. 이 실시형태에 있어서 몰드의 온도는 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성 가스를 네거티브 몰드 801 위로 흐르도록 함에 의해 빠르게 감소되어 진다.

도 9

본 발명을 구현하는 몰드의 제오 실시예는 도 9에 도시된다. 구획 903 내에 포함된 가장 안쪽의 제일 영역 902 및 가장 외측에 제이 영역 904를 포함하는 가스 터빈 블레이트 구성성분을 생산하기 위한 몰드 901이 도시되어 졌다.

도 8에 유사하게, 제일 영역 902는 제일 개구 906으로 제일 공급자 구획 905를 통해 공급되어 지고 그리고 제이 영역 904는 제이 공급자 구획 907 및 제이 개구 908을 통해 공급되어 진다.

본 발명의 실시형태에 있어서 구획 903은 몰드 901의 구성 동안 도 2를 참고로 도시된 바와 같이, 구성성분 포지티브 왁스 모델 내에 투입되어 진다. 따라서, 포지티브 몰드를 형성하는 전기방식용 물질이 제거될 때 구획 903은 공급자 구획 905에 의해 지지된 네거티브 몰드 901 내측에 남는다.

도시된 실시형태에 있어서, 제일 영역 902 내 제일 공급 물질 909 및 제이 영역 904 내 제이 공급 물질 910은 금속성 분말이다. 제일 공급 물질 909는 보다 우수한 열적 전도도 특성을 갖는 알루미늄과 같은 저밀도 금속 분말이고, 반면 제이 공급 물질 910은 증가된 표면 경도를 갖는 강철과 같은 고밀도 금속이다. 제일 공급 물질 909 및 제이 공급 물질 910 양자는 제일 온도에 상응하는 용융점을 갖는다.

구획 903은 합금 공정에 유리하고 그리고 제일 온도보다 높은 제이 온도에 상응하는 용융점을 갖는 니켈과 같은 제삼의 물질을 포함한다.

따라서, 몰드 901의 온도가 제일 온도로 증가할 때, 제일 공급 물질 909 및 제이 공급 물질 910 양자는 용융되지만, 그러나 이들은 고체 형태로 남아 있는 구획 903에 의해 분리된다. 제이 온도로 네거티브 몰드 901의 온도를 더욱 증가함은 구획 903이 용융되도록 하고, 이에 의해 제이 공급 물질 910으로 제일 공급 물질 909의 확산을 가능하게 하여, 제일 공급 물질 알루미늄 입자, 제이 공급 물질 강철 입자 및 구획 물질 니켈 입자를 포함하는 합금 영역을 형성한다.

구획 903을 형성하기 위한 물질의 조성물을 변경함에 의해, 용융점에 영향을 주는 것을 가능하게 하고, 따라서 다양한 공급물질의 온도에서 합금한다.

이 실시형태에서, 구획 903은 공급물질의 용융점보다 아주 큰 용융점을 갖는 세라믹 물질로 형성된다. 따라서, 합금 공정은 크게 증가된 온도에서 수행되어 져, 합금된 영역의 보다 균일한 결정성 구조를 가져온다.

비록 본 발명은 단지 두 가지 분말화된 공급물질을 사용하여 제시된 실시형태에 의해 기술되었지만, 어떤 수의 이질 공급 분말이 대안적인 실시형태에서 사용되어 질 수 있는 것으로 인식되어 질 것이다.

동등하게 구성성분은 공급물질의 삽입을 위한 어떤 수의 개구에 의해 접근된 이질 물질의 어떤 수의 다른 국부화된 영역으로 만들어 질 수 있다. 실제로, 여전히 본 발명의 부가 실시형태에 있어서, 열 개 이질 공급물질이 그 안으로 배포되어 지는 아홉 구획에 의해 분리된 열 개의 영역을 포함하는 멀티-코어 로드 구성성분이 형성되어 진다.

도 10

분말화된 공급물질을 포함하는 네거티브 몰드 901과 같은 몰드가 복합 구성성분을 형성하기 위해 처리되어 지는 본 발명을 구현하는 가공 방법을 수행하는 장치가 도 10에 도시되어 진다.

장치 1001은 진공-기밀 챔버 1003을 형상하고 챔버 1003의 적하 및 하역을 가능하게 하는 도어 1004를 갖는 진공 로 1002를 포함한다.

이 실시형태에 있어서 진공 로 1002는 그 안에 온도와 압력을 변화하기 위한 수단을 포함한다. 진공 로 1002는 전원 공급 1006에 연결된 저항성 가열 요소 1005와 같은 복사열을 생성하기 위한 열원을 가진다.

장치 1001은 또한 챔버 내의 압력이 대기압 아래로 감소될 수 있도록 챔버 1003으로부터 공기를 소거하기 위해 챔버 1003에 연결된 진공 펌프 1007을 포함한다. 부가적으로, 컴프레서 1008 또한 챔버 1003 내면의 압력이 대기압 이상으로 증가되도록 하기 위해 제공되어 진다.

전자 컨트롤러 1009는 온도 센서 1010 및 압력 센서 1011을 포함하여 제공되어 선으로 연계되어 진다. 온도 센서 1010은 챔버 1003 내에 위치되고 그리고 챔버 1003의 정확한 온도를 지시하는 신호를 제공하도록 구성된다. 유사하게, 압력 센서 1011은 챔버 1003 내에서 공기 압력의 표시를 제공하도록 구성된다.

전자 컨트롤러 1009는 온도 센서 1010 및 압력 센서 1011으로부터 신호를 수용하고, 그리고 따라서 저항성 가열 요소 1005, 진공 펌프 1007 및 컴프레서 1008에 대해 전원 공급 1006을 조정하도록 구성된다. 실시형태에 있어서, 컨트롤러 1009는 프로그램된 컴퓨터 시스템 또는 마이크로컨트롤러이다.

본 발명의 실시형태에 있어서, 냉각 단계가 가속되어 용융 공급물질이 온도에서 감소가 일어나고 그리고 보다 빠르게 고형화되는 것이 바람직하다. 따라서 컴프레서 1008은 진공 1007이 소비된 가스를 소거하면서 진공 챔버 1003 안으로 질소와 같은 불활성 가스를 주입하기 위해 사용되고, 이에 의해 네거티브 몰드 901 상으로 흐르는 냉각 대류가 형성된다.

도 11

도 8에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 측면을 체화하는 공정 단계 106-108의 예가 도 11의 그래프에 의해 묘사되어 진다. 그래프 1101은 시간(t)의 함수로 온도(T)의 플롯을 도시한다.

최초로 시간 1102에서 진공 로 1002의 챔버는 대류 온도 1103으로 된다. 전력이 그런 다음 시간 1104에서 시간 1105까지 저항성 가열 코일에 공급되어 챔버 내의 온도를 제일 공급 물질 806, 제이 공급 물질 807 및 구획 808의 용융점 이상인 제일 온도 1106로 상승하고, 이에 의해 몰드 801 내에 용융 액체를 확립한다.

증가된 온도 1106은 시간 1105와 1107 사이에서 안정하게 유지되고, 이에 의해 공급물질을 용융 상태로 유지하고 그리고 계면에서의 확산의 정도를 가능하게 한다.

경과된 시간의 기간이 제일 공급 물질 806과 제이 공급 물질 807 사이에 적절한 양의 확산을 가능하게 하기에 충분하게 길 때, 원하는 직경의 합금 영역을 형성하고, 저항성 코일에 전력이 중단되고 가열이 중지된다.

시점 1107에서, 전력은 단전되고 그리고 챔버는 시간 1108에서 온도가 대기 온도 1103으로 환원될 때까지 자연적으로 냉각되도록 되어, 주조가 고형화되고 그리고 지금 챔버로부터 제거될 수 있다.

도 12

도 9에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 측면을 체화하는 공정 단계 106-108의 제이 예가 도 12에서 그래프 1201에 의해 도시되어 진다.

다시 시간 1102에서 진공 로 챔버는 대류 온도 1103으로 된다. 시간 1104에서 가열 단계가 시작하고 챔버의 온도는 시간 1105에서 제일 온도 1106으로 될 때까지 증가한다. 이 단계에서 양자가 제일 온도 1106 이하의 용융 온도를 가지는, 제일 공급 물질 909 및 제이 공급 물질 910은 용융되어 지고 그리고 이들의 용융 상태로 있는다.

그러나, 도 9에 대해 참고로 기술된 바와 같이, 구획 903은 제일 공급 물질 909 또는 제이 공급 물질 910의 어느 하나보다 높은 용융점을 가지고, 따라서 그의 고체 상으로 남는다. 따라서 이 실시형태에서 가열은 온도가 제이 온도 1203로 증가하고 그리고 구획이 용융되는 때인 시간 1202까지 부가의 시간 동안 지속한다. 이 단계에서 양자 제일 공급 물질 909, 제이 공급 물질 910 및 구획 903은 용융 상태로 있고 그리고 계면에서 확산하기 시작한다. 이 실시형태에 있어서 입자의 확산에 의해 형성된 합금 영역이 도 11에 도시된 과정에서 형성된 합금 영역보다 직경에서 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 따라서 증가된 온도는 시간 1202로부터 시간 1203까지 보다 긴 시간의 기간 동안 유지되어, 이에 의해 보다 큰 입자 확산도를 허용한다. 시간 1203에서 합금 영역은 충분한 직경이고 따라서 가열 코일에 대한 전력은 중단되고 냉각이 시작된다.

이 실시형태에서 냉각 단계가 가속되는 것이 바람직하다. 따라서 시간 1203에서 컴프레서 1008 및 진공 1007은 108의 냉각 단계 동안 도 10을 참고로 기술된 바와 같이, 네거티브 몰드 901 상으로 흐르는 냉각 대류를 가압하도록 구성된다. 이것은 네거티브 몰드 901의 온도에서 빠른 감소를 초래하고 결과적으로 용융 공급물질의 고형화가 재빠르게 일어난다. 시간 1204에서 챔버 내 온도가 대기 온도 1003으로 환원하고 그리고 몰드는 챔버로부터 제거될 수 있고 그리고 필요하면 부가로 가공될 수 있다.

Claims (17)

1. 몰드의 제일 영역과 연계된 제일 개구 및 몰드의 제이 영역과 연계된 제이 개구를 한정하는 구성성분의 네거티브 세라믹 몰드를 얻는 단계;
   제일 개구를 통해 네거티브 몰드의 상기 제일 영역 안으로 제일 분말 공급물질을 그리고 제이 개구를 통해 네거티브 몰드의 상기 제이 영역 안으로 제이 분말 공급물질을 배포하는 단계; 및
   상기 제일 공급 물질이 가열 단계 동안 용융되도록 하는 제일 온도로 상기 네거티브 몰드 내에 온도를 상승하는 단계를 포함하는 다수의 이질 분말로 된 공급물질로부터 복합 구성성분을 형성하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제일 영역 및 상기 제이 영역은 구획에 의해 분리된 것인 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 구획은 상기 네거티브 몰드의 온도가 상기 가열 단계 동안 상기 제일 온도까지 상승될 때 용융되는 것인 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제이 공급 물질은 상기 가열 단계 동안 용융되는 것인 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제일 분말 공급 물질은 상기 가열 단계 동안 상기 제이 분말 공급 물질로 확산되어 상기 제일 및 제이 분말 공급물질을 결합하는 것인 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제일 공급 물질 및 상기 제이 공급 물질이 용융되는 것인 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 제일 공급 금속이 상기 가열 단계 동안 입자의 확산에 의해 상기 제이 공급 금속에 결합되어 계면에서 합금 영역에 걸쳐 상기 제일 및 제이 금속을 합금하는 것인 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제일 공급 물질이 냉각 단계 동안 고형화하도록 하는 상기 제일 온도 아래로 상기 네거티브 몰드 내에 온도를 감소하는 단계를 더 포함하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 네거티브 몰드 내에 함유된 물질이 부피에서 수축함에 따라 상기 냉각 단계 동안 상기 네거티브 몰드 안으로 부가적인 액체화된 물질을 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 단계는 대기압 이외의 압력 하에서 수행되는 것인 방법.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 단계는 대기압 이외의 압력 하에서 수행되는 것인 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몰드 내 온도는 상기 가열 단계 동안 제이 온도로 증가되는 것인 방법.
13. 몰드의 제일 영역과 연계된 제일 개구 및 몰드의 제이 영역과 연계된 제이 개구를 한정하는 네거티브 세라믹 몰드를 포함하는 다수의 이질 분말로 된 공급물질로부터 복합 구성성분을 형성하는 장치로; 여기서;
    상기 제일 개구는 몰드의 상기 제일 영역 안으로 제일 분말 공급물질의 주입을 위해 구성되고 그리고 상기 제이 개구는 몰드의 제이 영역 안으로 제이 분말 공급물질의 주입을 위해 구성되고; 그리고
    상기 네거티브 세라믹 몰드는 가열 단계 동안 제일 온도로 가열하기에 적절한 것인 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 네거티브 세라믹 몰드는 상기 제일 및 상기 제이 영역을 분할하는 구획을 더 포함하는 장치.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 네거티브 세라믹 몰드는 사용 시 대기에 투과되도록 구성된 장치.
16. 첨부하는 도면을 참고로 여기서 기술된 것과 실질적으로 같은 복합 구성성분을 형성하는 방법.
17. 첨부하는 도면을 참고로 여기서 기술된 것과 실질적으로 같은, 복합 구성성분을 형성하는 장치.

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