(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形システムであって、
前記システムに、溶融されていない材料を装入するための材料投入装置と、
内部に受容した前記溶融されていない材料を溶融して溶融した材料にし、且つ前記溶融した材料を内部に保持するように構成された溶融ゾーンと、
前記溶融されていない材料を溶融するように構成され、前記溶融ゾーン内に配置された誘導源と、
前記溶融した材料を前記溶融ゾーンから金型内に射出するように構成されたプランジャロッドと、
少なくとも前記溶融ゾーン及び前記金型を減圧するように構成される、少なくとも１つの真空源と、を備え、
前記金型は、前記溶融ゾーンの下流に前記誘導源から離間して配置されており、
前記プランジャロッド、前記溶融ゾーン及び前記金型は、インラインかつ水平軸上に設けられ、これにより前記プランジャロッドは前記溶融ゾーンを通って水平方向に沿ってインラインに移動し、前記溶融した材料を前記誘導源から離間した位置にある前記金型内に水平方向に移動させ、バルクアモルファス合金を含む成形物品を形成する、射出成形システム。
【請求項２】
前記溶融ゾーンが、前記溶融されていない材料を受容するための本体を有する容器を含み、前記本体が、前記溶融した材料を移動させるために、内部を通じて水平方向に前記プランジャロッドを受容するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記容器が、該容器の温度を調節するために、液体を内部で流すように構成された１本以上の温度調節管を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
内部を通じて前記溶融した材料を受容するように構成され、前記溶融ゾーンと前記金型との間の移送スリーブを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
射出成形システムであって、
溶融される材料を受容し、前記材料を内部で溶融し、かつ前記溶融された材料を内部に保持するように構成された本体を含む容器と、
前記溶融される材料を溶融するように構成され、前記容器に隣接して配置された誘導源と、
前記溶融した材料を前記容器から移動させるように構成されたプランジャロッドと、
前記容器と通じている移送スリーブと、
バルクアモルファス合金を含む成形物品を形成するための金型と、
少なくとも前記容器及び前記金型を減圧するように構成される、少なくとも１つの真空源と、を備え
前記金型は、前記移送スリーブの下流に前記誘導源から離間して配置されており、
前記プランジャロッド、前記容器、前記移送スリーブ及び前記金型は、インライン上かつ水平軸上に設けられ、これにより前記プランジャロッドは前記容器を通って水平方向に移動し、前記溶融した材料を前記水平方向に沿ってインラインに前記移送スリーブ内に及びインラインに前記金型内に移動させる、射出成形システム。
【請求項６】
前記容器が、前記容器の温度を調節するために、液体を内部で流すように構成された１本以上の温度調節管を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
射出成形システムであって、
溶融されるアモルファス合金材料を提供するための装入ポートと、
前記アモルファス合金材料を内部で保持するための本体を含む、温度調節された容器であって、前記容器は、該容器の温度を調節するために、液体を内部で流すように構成された１本以上の温度調節管を含む、温度調節された容器と、
前記容器を加熱し及び前記内部に保持された前記アモルファス合金材料を溶融するために、前記温度調節された容器に隣接して配置された誘導源と、
前記溶融ゾーンの下流に前記誘導源から離間して配置されており、前記溶融したアモルファス合金を、入口を介して受容するように構成され、かつ前記溶融したアモルファス合金材料を減圧下で成形するように構成された、真空金型と、
バルクアモルファス合金を含む成形物品を形成するために、前記温度調節された容器の前記本体から前記真空金型内に、前記溶融したアモルファス合金材料を射出するためのプランジャロッドと、
少なくとも前記温度調節された容器及び前記金型を減圧するように構成される、少なくとも１つの真空源と、を備え、
前記温度調節された容器、前記真空金型の前記入口、及び前記プランジャロッドは、インラインかつ水平軸上に設けられ、これにより前記プランジャロッドは、前記温度調節された容器の前記本体を通って水平方向に沿ってインラインに移動し、前記溶融した材料を、前記温度調節された容器から、前記入口を介して前記誘導源から離間した位置にある前記真空金型内に前記水平方向で射出し、
前記容器は、前記溶融したアモルファス合金材料が前記本体から前記真空金型内に射出されるまで、前記溶融したアモルファス合金材料を前記容器の内部に保持する、射出成形システム。
【請求項８】
内部を通じて前記溶融した材料を受容するように構成され、前記温度調節された容器と前記金型との間の移送スリーブを更に備える、請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体としてアモルファス合金を含む溶融可能材料の溶融及び成形のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属材料の成形には、様々な方法が使用されている。例えば、ダイカストは一般に、高圧下で溶融金属を金型に注入することを含む。溶融金属を金型に注入するのに使用される典型的な方法には、コールドチャンバとホットチャンバの２つがある。ホットチャンバ方法では、低融点合金をグースネック供給システム内で使用し、注入機構は溶融金属槽に浸漬される。一方、コールドチャンバ方法では、高融点合金（例えばアルミニウム合金）を使用することができ、るつぼ中で溶融させてから、コールドチャンバに注入することができる。コールドチャンバの幾つかのバリエーションとしては、高圧鋳造法及び半溶融鋳造法が挙げられる。
【０００３】
材料を形成及び鋳造する別の方法は、「金属射出成形」、すなわちＭＩＭと呼ばれ、この方法では特定の金属の顆粒を結合剤と混合し、成形してから、結合剤を取り除き、焼結させる。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様は、内部に受容した溶融可能材料を溶融させるように構成された溶融ゾーンと、溶融した材料をその溶融ゾーンから金型内に射出するように構成されたプランジャロッドと、を有する射出成形システムを提供し、このプランジャロッドと溶融ゾーンは、インラインかつ水平軸上に設けられ、これによりプランジャロッドは溶融ゾーンを通って水平方向に移動し、溶融した材料を金型内に移動させる。
【０００５】
本開示の別の一態様は、溶融可能材料を受容し、かつ材料を内部で溶融するように構成された本体を有する容器と、溶融した材料を容器から、移送スリーブを通って金型内に移動させるように構成されたプランジャロッドと、を有する射出成形システムを提供し、このプランジャロッド、容器、及び移送スリーブは、インラインかつ水平軸上に設けられ、これによりプランジャロッドは容器を通って水平方向に移動し、溶融した材料を移送スリーブに移動させる。
【０００６】
本開示の更に別の一態様は、温度調節された容器、誘導源、真空金型、及びプランジャロッドを有する射出成形システムを提供する。この温度調節された容器は、内部でアモルファス合金材料を受容し、かつアモルファス合金材料を内部で溶融させるように構成された本体を有し、並びに、その容器の温度を調節するために、液体を内部で流すように構成された１本以上の温度調節管を有する。誘導源は、温度調節された容器に隣接して配置され、アモルファス合金材料を溶融するように構成される。真空金型は、入口を介して溶融アモルファス合金を受容するように構成され、かつ溶融アモルファス合金材料を減圧下で成形するように構成される。プランジャロッドは、温度調節された容器の本体から真空金型内に、溶融アモルファス合金材料を射出するように構成される。温度調節された容器、真空金型の入口、及びプランジャロッドは、インラインかつ水平軸上に設けられ、これによりプランジャロッドは、温度調節された容器の本体を通って水平方向に移動し、溶融した材料を、温度調節された容器から、入口を介して真空金型内に射出する。
【０００７】
本開示の他の特徴及び利点は、下記の「発明を実施するための形態」、それに伴う図面、及び添付の請求項から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態による例示的射出成形システムの概略図である。
【０００９】
【図２】一実施形態による図１のシステムの溶融ゾーンに使用できる容器及び誘導源である。
【００１０】
【図３】一実施形態による図１のシステムと共に使用できる真空金型の平面図である。
【図４】一実施形態による図１のシステムと共に使用できる真空金型の断面図（図３の線４−４に沿った断面）である。
【００１１】
【図５】例示的なバルク凝固アモルファス合金の温度−粘度図である。
【００１２】
【図６】例示的なバルク凝固アモルファス合金に関する、時間−温度−変態（ＴＴＴ）図の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書に記述される方法、技法、及び装置は、記述されている実施形態を限定することを意図したものではない。本明細書に引用される全ての刊行物、特許、及び特許出願は、その全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
【００１４】
冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、本明細書では、１つ又は２つ以上（すなわち、少なくとも１つ）の、その冠詞の文法的対象語を指すために使用される。例として、「ポリマー樹脂（a polymer resin）」は、１つのポリマー樹脂又は２つ以上のポリマー樹脂を意味する。本明細書に記載されるいずれの範囲も、包括的である。本明細書の全体を通して使用される、用語「実質的に」及び「約」は、小規模な変動を記述及び説明するために使用される。例えば、それらの用語は、±２％以下など、±１％以下など、±０．５％以下など、±０．２％以下など、±０．１％以下など、±０．０５％以下などの、±５％以下を指すことができる。
【００１５】
本明細書に開示されるように、システム（又は装置若しくは機械）は、材料（例えばアモルファス合金）の射出成形を実施するように構成される。このシステムは、高融解温度で溶融させてから、その溶融した材料を金型に注入してダイカストを行うことにより、そのような材料又は合金を加工するように構成される。下記で詳しく述べられるように、このシステムの部品は互いにインラインに配置される。幾つかの実施形態により、このシステムの部品（又はこのシステムへのアクセス）は、水平軸に沿っている。
【００１６】
図１は、そのような例示的システムの概略図を示す。より具体的には、図１は射出成形システム１０を示す。一実施形態により、射出成形システム１０は、内部に受容した溶融可能材料を溶融するように構成された溶融ゾーン１２と、溶融した材料を溶融ゾーン１２から金型１６内に射出するように構成された少なくとも１本のプランジャロッド１４と、を有する。少なくとも、プランジャロッド１４及び溶融ゾーン１２はインラインかつ水平軸（例えばＸ軸）上に設けられ、これによりプランジャロッド１４は実質的に溶融ゾーン１２を通って水平方向に（例えばＸ軸に沿って）移動し、溶融材料を金型１６内に移動させる。この金型は、溶融ゾーンに隣接して配置され得る。
【００１７】
溶融可能材料は、任意の数の形態で溶融ゾーンに受容され得る。例えば、溶融可能材料は、インゴット（固体状態）、半溶融状態、予熱されたスラリー、粉末、ペレットなどの形態で溶融ゾーン１２に供給されてもよい。幾つかの実施形態において、装入ポート（例えばインゴット装入ポート１８の図示例）が、射出成形システム１０の一部として設けられてもよい。装入ポート１８は、任意の数の場所で装置内に設けられた別々の開口部又は領域であってもよい。一実施形態において、装入ポート１８は、装置の１つ以上の部分を通過する経路であり得る。例えば、材料（例えばインゴット）は、プランジャ１４によって容器２０内に水平方向に挿入することができ、あるいは、射出システム１０の金型側から水平方向に挿入することができる（例えば、金型１６を通って、及び／又は移送スリーブ３０を通って、容器２０内へ）。他の実施形態において、溶融可能材料は、他の方法及び／又は他の装置を用いて（例えば射出システムの反対側を通して）溶融ゾーン１２内に供給することができる。
【００１８】
溶融ゾーン１２は、溶融可能材料を受容し、かつその材料が溶融状態に加熱された際にそれを保持するように構成された溶融機構を有する。溶融機構は、例えば容器２０の形態であってよく、これは溶融可能材料を受容し、かつ材料を内部で溶融させるように構成された本体２２を有し得る。図２は、溶融可能材料を内部で溶融させるための本体２２（又はベース）を含む容器２０の例示的概略図を示す。本開示全体で使用されている容器は、物質を高温に加熱するために採用された材料で製造された容器である。例えば、一実施形態において、この容器はるつぼであってよく、例えばボート形るつぼ、又はスカルるつぼであり得る。一実施形態において、容器２０は、減圧下（例えば真空装置３８又はポンプによってかけられる）で溶融可能材料用に利用できるように構成される低温炉床溶融装置である。一実施形態において、下記に詳しく述べられるように、この容器は温度調節された容器である。
【００１９】
容器２０はまた、本体の受容部分又は溶融部分２４内に材料（例えば原材料）を投入するための入口も有し得る。図２に示される実施形態において、容器２０の本体２２は、実質的にＵ字形の構造を含む。ただし、この図示されている形状は、限定を意味するものではない。容器２０は、任意の数の形状又は構成を含み得る。容器の本体２２は、ある長さを有し、長手かつ水平方向に延在していてよく、これにより溶融した材料がプランジャ１４を用いてここから水平方向に移送される。例えば、この本体は、そこから垂直に延在する側壁を備えた底部を含み得る。加熱又は溶融のための材料は、容器の溶融部分２４に受容することができる。溶融部分２４は、溶融される溶融可能材料を内部に受容するように構成される。例えば、溶融部分２４は材料を受容するための表面を有する。容器２０は、送達のための射出システムの１つ以上の装置（例えば装入ポート及びプランジャ）を使用して溶融部分２４内に材料（例えばインゴットの形態）を受容することができる。
【００２０】
一実施形態において、本体２２及び／又はその溶融部分２４は、実質的に丸みのある及び／又は滑らかな表面を有し得る。例えば、溶融部分２４の表面は、円弧形状に形成することができる。ただし、本体２２の形状及び／又は表面は、限定を意味したものではない。本体２２は、一体型構造であってよく、又は一緒に接合若しくは機械加工された別個の部品から形成されていてもよい。本体２２は、任意の数の材料（例えば銅、銀）から形成されてもよく、これには１つ以上のコーティング、及び／又は構成若しくは設計が挙げられる。一実施形態において、容器２０の本体２２は、溶融可能材料／溶融した材料に混入物を放出又は移行させない材料で形成される。例えば、１つ以上の表面は、内部に凹部又は溝を有してもよい。
【００２１】
容器２０の本体２２は、溶融した材料を移動させるために、プランジャロッドを、内部を通じて水平方向に受容するように構成され得る。すなわち、一実施形態において、溶融機構はプランジャロッドと同じ軸上にあり、本体は、このプランジャロッドの少なくとも一部分を受容するような構成及び／又は寸法にすることができる。よって、プランジャロッド１４は、実質的に容器２０内を通じて移動することにより、溶融した材料（加熱／溶融後）を容器から金型１６内に移動させるように構成することができる。図１に図示されているシステム１０の実施形態を参照し、例えば、プランジャロッド１４は、容器２０の本体２２を通じて、右から左に向かって水平方向に動き、溶融した材料を金型１６に向かって移動させ押し出す。
【００２２】
溶融ゾーン１２を加熱して、容器２０に受容した溶融可能材料を溶融させるために、射出システム１０には、その溶融可能材料を加熱し、溶融するのに使用する熱源も含まれる。本体２２自体の実質的に全体ではなくとも、少なくとも容器の溶融部分２４は、内部に受容した材料を溶融させるべく、加熱されるように構成される。加熱は、例えば、溶融可能材料を溶融するように構成された、溶融ゾーン１２内に配置された誘導源２６を使用して達成される。一実施形態において、誘導源２６は容器２０の本体２２に隣接して配置される。例えば、図２に示されるように、誘導源２６は、実質的に、本体２２の一定の長さにわたってその周囲に、螺旋状に配置されたコイルの形状であり得る。したがって、容器２０は、電源供給又は電源２８を用いて、誘導源／コイル２６に電力を供給することにより、溶融部分２４内の溶融可能材料（例えば挿入されたインゴット）を電磁誘導により溶融させるように構成される。誘導コイル２６は、容器２０を溶融させて濡らすことなしに、容器２０に収容されている任意の材料を加熱し、溶融させるように構成される。誘導コイル２６は容器２０に対して無線周波数（ＲＦ）波を放射する。図示されているように、本体２２と、容器２０を取り巻くコイル２６は、水平軸（例えばＸ軸）に沿って水平方向に配置されるように構成され得る。
【００２３】
一実施形態において、容器２０は温度調節された容器である。そのような容器は、１本以上の温度調節管（例えば図２に示されている冷却管２５）を含み得、これは、容器の温度を調節する（例えば容器を強制的に冷やす）ために、液体（例えば水又はその他の流体）を内部に流すように構成される。そのような強制冷却されたるつぼはまた、プランジャロッドと同じ軸上に設けられてもよい。冷却管２５は、容器２０の本体１２自体が過剰に加熱して溶融するのを防ぐのに役立つ。冷却管２５は、溶融している／溶融した材料（例えば溶融したアモルファス合金）の濡れを抑える温度に、この容器を維持するのに役立つ。冷却管は、容器内の液体の流れを誘導するように構成された冷却システムに接続することができる。冷却管２５は、液体又は流体がその内部を通じて流れるための１つ以上の入口及び出口を含み得る。この冷却管の入口及び出口は、任意の数の方法で構成することができ、限定を意味したものではない。例えば、冷却管２５は、中の材料が溶融して容器温度が調節されるように（すなわち、熱が吸収され、かつ容器が冷却されるように）、溶融部分２４に対して配置されてもよい。例えば、図２に図示されている実施形態において、ある長さを有し、長手方向に延在するボート形又はるつぼ型の容器について、その溶融部分２４もまた長手方向に延在し得る。一実施形態により、冷却管２５は、溶融部分２４に対して長手方向に配置され得る。例えば、冷却管２５は、本体２２の底部（例えば材料受容表面の下方）に配置することができる。別の一実施形態において、冷却管２５は、水平方向又は横方向に配置され得る。冷却管２５の数、配置及び／又は方向は限定されるべきではない。冷却液体又は冷却流体は、誘導源２６が通電されているときに、溶融可能材料の溶融中に冷却管２５を流れるように構成されてもよい。
【００２４】
材料が容器２０内で溶融された、プランジャ１４を使用して、その溶融した材料を、物体、部品又は構成片へと成形するために、容器２０から金型１６内に押し出すことができる。溶融可能材料が合金（例えばアモルファス合金）である場合において、金型１６は、成形されたバルクアモルファス合金の物体、部品又は構成片を形成するように構成される。金型１６は、それを通じて溶融した材料を受容するための入口を有する。容器２０の出口と金型１６の入口は、インラインかつ水平軸上に設けることができ、これによりプランジャロッド１４は、容器の本体２２を通って水平方向に移動し、溶融した材料を、金型１６の入口を介して金型内に射出する。
【００２５】
前述のように、金属又は合金などの材料を成形するのに使用される射出成形システム１０などのシステムは、金型又はダイキャビティ内に溶融した材料を押し出す際に、真空を利用することができる。射出成形システム１０は、少なくとも溶融ゾーン１２及び金型１６を減圧するように構成される、少なくとも１つの真空源３８又はポンプを更に含み得る。材料を内部で溶融し、移動又は移送し、かつ成形するのに使用される、射出成形システム１０の少なくとも部分を減圧してもよい。例えば容器２０、移送スリーブ３０、及びプランジャロッド１４は、すべて減圧下であってよく、及び／又は真空チャンバ内で密閉されていてもよい。
【００２６】
一実施形態において、金型１６は、材料を成形する際に内部の減圧を（例えば弁３３により）調節するように構成された密閉構造である真空金型である。図３及び４は、射出成形システム１０と共に使用可能な真空金型１６の一実施形態を示す。例えば、一実施形態において、真空金型１６は、互いに隣接して（それぞれ）配置された、第１プレート３２（「Ａ」金型又は「Ａ」プレートとも呼ばれる）、第２プレート３４（「Ｂ」金型又は「Ｂ」プレートとも呼ばれる）、及び真空イジェクタボックス３６を含む。第１プレート３２及び第２プレート３４はそれぞれ、それらの間で溶融した材料を成形するために、それぞれに伴う金型キャビティ４２及び４４を有する。図３の代表的な断面図に示されているように、金型キャビティ４２及び４４は、注入スリーブ３０又は移送スリーブを介してその間に受容される溶融した材料を成形するように構成される。金型キャビティ４２及び４４には、内部で部品を形成及び鋳造するための部品金型キャビティが含まれ得る。
【００２７】
一般に、第１プレート３２は、移送スリーブ３０に接続することができる。一実施形態によると、プランジャロッド１４は、溶融した材料を、容器２０から、移送スリーブ２０を介して、金型１６内に移動させるように構成される。移送スリーブ３０（当該技術分野においてコールドスリーブ又は注入スリーブと呼ばれる場合がある）が、溶融ゾーン１２と金型１６との間に設けられる。移送スリーブ３０は開口部を有し、この開口部は、これを通じて溶融した材料を受容し、かつ（プランジャ１４を用いて）金型１６内に移送するように構成される。その開口部は、水平軸（例えばＸ軸）に沿って水平方向に設けられてもよい。移送スリーブは、コールドチャンバである必要はない。一実施形態において、少なくともプランジャロッド１４、容器２０（例えばその受容部分又は溶融部分）、及び移送スリーブ３０の開口部は、インラインかつ水平軸上に設けられ、これによりプランジャロッド１４は、溶融した材料を移送スリーブ３０の開口部内に移動させる（及び、その後通過させる）ために、容器２０を通って水平方向に移動できる。
【００２８】
図３及び４を参照して、第１プレート３２は、溶融した材料が内部に挿入され得るように、金型１６の入口を有してもよい。溶融した材料は、移送スリーブ３０を通って水平方向に押され、第１プレート３２と第２プレート３４との間の入口を介して金型キャビティ内に入る。材料の成形中、少なくとも第１プレート３２及び第２プレート３４は、その間にある材料（例えばアモルファス合金）が少なくとも酸素及び窒素に実質的に暴露しないように構成される。具体的には、プレート３２及び３４並びに金型キャビティ４２及び４４内から、大気空気が実質的に排除されるよう減圧される。真空ラインに接続された少なくとも１つの真空源３２を使用して、真空金型１６の内部を減圧する。例えば、システムの減圧又は減圧レベルは、溶融及びその後の成形サイクル中において、１３．３〜０．０１３Ｐａ（１×１０-1〜１×１０-4Ｔｏｒｒ）に維持され得る。別の一実施形態において、この減圧レベルは、溶融及び成形プロセス中において、１．３３〜０．０１３Ｐａ（１×１０-2〜約１×１０-4Ｔｏｒｒ）に維持される。当然、他の圧力レベル又は範囲、例えば、０．１３μＰａ（１×１０-9Ｔｏｒｒ）〜約０．１３Ｐａ（１×１０-3Ｔｏｒｒ）、及び／又は０．１３Ｐａ（１×１０-3Ｔｏｒｒ）〜約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）も使用することができる。
【００２９】
真空イジェクタボックス３６は、少なくとも第１プレート３２及び第２プレート３４に隣接して配置される。一実施形態において、イジェクタボックスは密閉され、真空源３８（ポンプ）からの減圧により真空シールされているように構成される。一実施形態において、密閉された真空イジェクタボックス３６には、少なくとも第１プレート３２及び第２プレート３４の間の金型キャビティから、成形した（アモルファス合金）材料を外すように構成されたイジェクタ機構４６が含まれる。イジェクタ機構４６は、密閉された真空イジェクタボックス３６、及びボックス３６の開放面とシールされたいずれかの隣接するプレート又は境界面の内部で真空シールすることができる。イジェクタ機構４６は、一実施形態により、イジェクタプレート６６を含み得る。イジェクタプレートは、密閉されたイジェクタボックス内で動き、成形された材料を金型１６から外すように構成される。より具体的には、イジェクタプレート６６は、それ自体から直線方向に延びる１本以上（複数）のイジェクタピン（図示なし）を有してもよい。イジェクタプレート６６が移動すると、イジェクタピンも相対的に移動し、成形された材料を金型１６の金型キャビティから外す。このイジェクタ機構は、成形された材料又は部品を外すために作動するように構成される作動機構（図示なし）に関連付けられるか、又は接続される（例えば、プレート３２と３４との間の減圧が解除された後、第１部品３２及び第２部品３４が互いからに離れるよう水平方向に移動した後に）。イジェクタピンは、例えば、成形された材料を金型キャビティ４４から押し出すように構成することができる。
【００３０】
図３及び４に示されている金型１６は、射出成形システム１０と共に使用することができる金型１６の一例である。別のタイプの金型も採用可能であることが理解されよう。例えば、任意の数の追加プレートを、第１プレートと第２プレートとの間及び／又はこれらに隣接するように設けて、金型を形成することができる。例えば「Ａ」シリーズ、「Ｂ」シリーズ、及び／又は「Ｘ」シリーズの金型として知られる金型を、射出成形システム１０に取り付けることができる。
【００３１】
一般に、射出成形システム１０は、次の方法で操作することができる：射出成形システム１０を減圧する。減圧を維持したまま、溶融可能材料（例えばアモルファス合金又はＢＭＧ）を供給機構（例えば装入ポート１８）に装入し、単一のインゴット（原材料）を装入し、挿入し、容器２０の溶融ゾーン１２（これは誘導コイル２６で取り囲まれている）に受容させる。射出成形装置の「ノズル」ストローク又はプランジャ１４を使用して、この材料を、必要に応じて、容器２０の溶融部分２４内に移動させる。この材料を、誘導プロセスによって加熱する。一実施形態において、射出成形装置は、閉ループシステムを介して温度を制御し、これにより（例えば、温度センサとコントローラを使用して）材料を特定の温度で安定させる。別の一実施形態において、射出成形装置は、開ループシステムを介して温度を制御する。加熱／溶融中に、冷却システムを起動して、容器２０の冷却管内に（冷却）液を流すことができる。溶融可能材料を溶融させるための温度に到達し、維持されると、装置は次に、溶融した材料を、容器２０から移送スリーブ２０を通って真空金型１６内に、水平軸に沿って水平方向に（右から左へ）移動させることにより、注入を開始する。これは、プランジャ１４を使用して制御可能であり、これはサーボ駆動ドライブ又は水圧駆動を用いて作動させることができる。金型１６は、溶融した材料を入口を介して受容するように構成され、かつ、減圧下でその溶融した材料を成形するように構成される。すなわち、溶融した材料は、少なくとも第１プレートと第２プレートとの間の金型キャビティ内に注入されて、金型１６で部品を成形する。金型キャビティが充填され始めたら、減圧（真空ライン及び真空源３８を介して）を所定の圧力に保持して、溶融した材料を金型キャビティ内の残りの空洞領域に「詰め」、材料を成形することができる。成形プロセスの後（例えば約１０〜１５秒後）、金型１６への減圧を解除する。例えば、この圧力は、真空破壊弁３３及び／又は真空ポートを使用して解除することができる。次に金型１６を開けて圧力を解除し、部品を大気に暴露する。イジェクタ機構４６を作動させて、固化した成形物品を、金型１６の少なくとも第１プレートと第２プレートとの間から外す（イジェクタプレート６６が、作動装置を介して水平かつ直線方向に動かされ（例えば右に向かって）、金型キャビティから部品を外すのをイジェクタピンが支援する）。この後、プロセスを再び開始することができる。金型１６は、少なくとも第１及び第２プレートを互いに近づくように移動させることによって閉じ、これによって第１及び第２プレートを互いに隣接させることができる。プランジャ１４を装入位置に引き戻した後、より多くの材料を挿入及び溶融し、別の部品を成形するために、溶融ゾーン１２及び金型１６は、真空源を介して排気される。
【００３２】
したがって、本明細書に開示される実施形態は、水平軸に沿って少なくとも１本のプランジャロッドとインラインの溶融システムを有する例示的な射出システムを示す。このシステムは、既知のシステムのような、金属を溶融し、その溶融金属をプランジャ空洞／コールドスリーブに注入するための別のチャンバを使用する必要がない。このシステムは、溶融金属槽にプランジャシステムを浸漬する必要がなく、また還元が短縮されるか、又は焼結を必要としない。更に、原材料／挿入された材料及び最終成形部品の体積をより正確に制御し、熱損失を低減する。システム１０は、低酸素及び低窒素（減圧による）で混じりけのない溶融物から形成されるため、実質的に混入物を含まない材料成形を可能にする。更に、一実施形態によると、溶融可能材料は、混入物を放出しない表面を含む容器内で溶融されるように構成されるため、この材料は実質的に混入物を含まない（例えば、既知の黒鉛るつぼは、カルビン粒子を溶融物にもたらし得る）。システム１０は、その成形物のより効率的な送達方法を更に提供する。
【００３３】
開示されているシステムは、物品の射出成形を、プラスチック射出成形技法よりも速い体積流量で実施することを可能にする（ただし、従来のダイカスト機よりは遅い可能性がある）。例えば、本明細書に記述されるシステムを使用した鋳造の流量は、約０〜１，０００ｃｍ3で実施することができる。
【００３４】
詳しくは記述されていないが、本開示の射出システムは、１つ以上のセンサ、流量計など（例えば温度、冷却水流量などをモニタするため）、及び／又は１つ以上のコントローラを含むがこれらに限定されない追加部品を含み得る。更に、減圧下にあるとき、顕著な空気曝露又は漏れを実質的に制限又は排除することにより、溶融した材料の一部の溶融及び形成を支援するため、任意の数の部品に、又はそれに隣接して、封止部が設けられてもよい。例えば、封止部はＯリングの形態であり得る。封止部は、任意の材料で製造することができ、封止される部品間を物質（例えば空気）が移動するのを停止させる装置として定義される。射出システムは、内部に溶融可能材料を挿入し、減圧し、加熱し、注入し、材料を成形して部品を形成するための、自動又は半自動プロセスを実施し得る。
【００３５】
本明細書に開示される射出システムの任意の実施形態を用いて成形される（及び／又は溶融される）材料には、任意の数の材料が含まれてもよく、限定されるべきではない。一実施形態において、本開示の射出成形システム１０を用いて成形される材料はアモルファス合金であり、これは、プラスチックのような挙動を示し得る金属、あるいは液体原子構造を備えた合金である。
【００３６】
バルク凝固アモルファス合金、すなわちバルク金属ガラス（「ＢＭＧ」）は、最近開発された部類の金属材料である。これらの合金は、比較的穏やかな速度で、凝固及び冷却させることができ、それらは、アモルファスの、非晶質（すなわち、ガラス質）状態を、室温で保持する。アモルファス合金は、それらの結晶性の対応物よりも、多くの優れた特性を有する。しかしながら、冷却速度が十分に高速ではない場合には、冷却の間に、その合金の内部で結晶が形成される恐れがあり、そのため、アモルファス状態の利益が失われる恐れがある。例えば、バルクアモルファス合金部品の製造に伴う１つの重要な課題は、徐冷又は合金原料中の不純物のいずれかによる、それらの部品の部分的な結晶化である。ＢＭＧ部品内では、高い程度のアモルファス化度（また反対に、低い程度の結晶化度）が望ましいため、制御された量のアモルファス化度を有するＢＭＧ部品を鋳造するための方法を、開発する必要性がある。
【００３７】
図５（米国特許第７，５７５，０４０号より入手）は、Ｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙによって製造されたＺｒ−−Ｔｉ−−Ｎｉ−−Ｃｕ−−ＢｅファミリーのＶＩＴ−００１シリーズからの、例示的なバルク凝固アモルファス合金の粘度−温度グラフを示す。アモルファス固体の形成の間、バルク凝固アモルファス金属に関しては、明確な液体／固体変態が存在しないことに留意するべきである。この溶融合金は、ガラス転移温度近傍で固体形態に近づくまで、過冷却の増大と共に、ますます粘稠になる。したがって、バルク凝固アモルファス合金に関する凝固前面の温度は、ガラス転移温度近傍であり得、その温度近傍で、この合金は、急冷アモルファスシート製品を引き抜く目的のため、実際に固体として作用する。
【００３８】
図６（米国特許第７，５７５，０４０号より入手）は、例示的なバルク凝固アモルファス合金の時間−温度−変態（ＴＴＴ）冷却曲線、すなわちＴＴＴ図を示す。バルク凝固アモルファス金属は、従来型金属と同様に、冷却時に液体／固体の結晶化変態を起こさない。その代わりに、高温で（「融解温度」Ｔｍ近傍で）観察される、流動性の高い、非晶質形態の金属は、温度が低減されるにつれて（ガラス転移温度Ｔｇ近傍まで）、より粘稠になり、最終的に従来型の固体の外面的な物理的特性を呈する。
【００３９】
バルク凝固アモルファス金属に関しては、液体／結晶化変態は存在しないにも関わらず、対応する結晶相の熱力学的液相温度として、「融解温度」Ｔｍを定義することができる。この体系の下では、バルク凝固アモルファス合金の融解温度での粘度は、約０．１ポアズ〜約１０，０００ポアズの範囲に、更に場合によっては、０．０１ポアズ未満にあることが可能である。この「融解温度」でのより低い粘度は、ＢＭＧ部品を成形するためのバルク凝固アモルファス金属による、シェル／金型の複雑な部分のより速く完全な充填をもたらす。更には、ＢＭＧ部品を成形するための溶融金属の冷却速度は、冷却の間の時間−温度プロファイルが、図６のＴＴＴ図内の結晶化領域を境界付けるノーズ形状領域を横断しないようなものでなければならない。図６では、Ｔノーズは、結晶化が最も急速であり、かつ最短の時間スケールで生じる、臨界結晶化温度Ｔｘである。
【００４０】
過冷却液体領域である、Ｔｇ〜Ｔｘの温度領域は、バルク凝固合金の結晶化に対する、極度の安定性を明示するものである。この温度領域内では、バルク凝固合金は、高粘度の液体として存在し得る。この過冷却液体領域内でのバルク凝固合金の粘度は、ガラス転移温度での１０12Ｐａ・ｓから、結晶化温度である過冷却液体領域の高温限界での１０5Ｐａ・ｓに至るまでの間で、変化し得る。そのような粘度を有する液体は、加圧力の下で、実質的な塑性歪みを経験し得る。本明細書の実施形態は、成形及び分離方法として、この過冷却液体領域内での、大きい塑性成形性を利用する。
【００４１】
Ｔｘについて明確にする必要がある。技術的には、ＴＴＴ図に示されるノーズ形状の曲線は、Ｔｘを温度及び時間の関数として説明する。それゆえ、金属合金を加熱又は冷却する間に辿る軌跡とは関係なく、このＴＴＴ曲線に当る場合に、Ｔｘに到達している。図５（ｂ）では、Ｔｘは破線として示されるが、これは、Ｔｍの近位からＴｇの近位まで、Ｔｘが変化し得るためである。
【００４２】
図６の概略的なＴＴＴ図は、時間−温度の軌跡（例示的軌跡として、（１）として示す）がＴＴＴ曲線に当ることがない、Ｔｍ以上〜Ｔｇ未満のダイカストの加工処理方法を示す。ダイカストの間、この成形は、軌跡がＴＴＴ曲線に当ることを回避するために、実質的に急速冷却と同時に行われる。時間−温度の軌跡（例示的軌跡として、（２）、（３）及び（４）として示す）がＴＴＴ曲線に当ることがない、Ｔｇ以下からＴｍ未満までの超塑性成形（ＳＰＦ）に関する加工処理方法。ＳＰＦでは、アモルファスＢＭＧは、過冷却液体領域内へと再加熱され、利用可能な加工処理ウインドウは、ダイカストよりも遙かに大きく、より良好なプロセスの可制御性をもたらすことが可能である。ＳＰＦプロセスは、冷却の間の結晶化を回避するために、急速冷却を必要としない。また、例示的軌跡（２）、（３）、及び（４）によって示されるように、ＳＰＦの間の最高温度が、Ｔノーズ超又はＴノーズ未満、最大約Ｔｍとなる状態で、ＳＰＦを実施することができる。一個のアモルファス合金を昇温させるが、ＴＴＴ曲線に当ることを回避するように管理する場合には、「Ｔｇ〜Ｔｍ」に加熱しても、Ｔｘには到達していない。
【００４３】
２０℃／分の加熱速度で得られる、バルク凝固アモルファス合金の典型的な示差走査熱量計（ＤＳＣ）加熱曲線は、大部分は、ＴＴＴデータを横切る具体的な軌跡を説明するものであり、特定温度でのＴｇと、ＤＳＣ加熱傾斜がＴＴＴ結晶化開始と交差する場合のＴｘと、最終的に、同じ軌跡が融解に関する温度範囲と交差する場合の融解ピークとが認められるであろう。図６の軌跡（２）、（３）、及び（４）の上り傾斜部分によって示されるような急速な加熱速度で、バルク凝固アモルファス合金を加熱する場合には、ＴＴＴ曲線を完全に回避することが可能であり、ＤＳＣデータは、加熱の際、ガラス転移を示すが、Ｔｘは示さない。このことについての別の考察方法は、軌跡（２）、（３）、及び（４）は、結晶化曲線に当らない限り、ＴＴＴ曲線のノーズ（及び更にその上方）〜Ｔｇ線の温度内の、いずれの場所にも収まることができる点である。そのことは、加工処理温度が上昇するにつれて、軌跡内の水平な平坦部が遙かに短くなり得ることを単に意味する。
【００４４】
相
本明細書での用語「相」は、熱力学状態図内で見出すことができるものを指すことができる。相は、その全体にわたって、材料の全ての物理的特性が本質的に均一である、空間の領域（例えば、熱力学系）である。物理的特性の例としては、密度、屈折率、化学組成、及び格子周期性が挙げられる。相の単純な説明は、化学的に均一であり、物理的にまったく別であり、及び／又は機械的に分離可能な材料の領域である。例えば、ガラスジャー内の、氷及び水からなる系では、その角氷が１つの相であり、水が第２の相であり、その水の上の湿り空気が第３の相である。ジャーのガラスは、別の分離相である。相は、金属間化合物などの、２成分、３成分、４成分以上の溶体又は化合物とすることができる、固溶体を指すことができる。別の例としては、アモルファス相は、結晶相とはまったく別である。
【００４５】
金属、遷移金属、及び非金属
用語「金属」は、電気陽性の化学元素を指す。本明細書での用語「元素」は、全般的には、周期表に見出すことができる元素を指す。物理的には、基底状態の金属原子は、占有状態に近い、空状態を有する部分的充満帯を含む。用語「遷移金属」とは、不完全な内部電子殻を有し、一連の元素内の、最も電気陽性のものと最も電気陽性ではないものとの間の遷移リンクとして役立つ、周期表の第３族〜第１２族の範囲内の金属元素のうちのいずれかである。遷移金属は、複数の原子価、着色化合物、及び安定な錯イオンを形成する能力によって特徴付けられる。用語「非金属」は、電子を失って陽イオンを形成する能力を有さない化学元素を指す。
【００４６】
用途に応じて、任意の好適な非金属元素、又はそれらの組み合わせを使用することができる。合金（又は「合金組成物」）は、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つ以上の非金属元素などの、複数の非金属元素を含み得る。非金属元素は、周期表内の第１３族〜第１７族内に見出される、いずれかの元素とすることができる。例えば、非金属元素は、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＢのうちのいずれか１つとすることができる。場合により、非金属元素は、第１３族〜第１７族内の特定の半金属（例えば、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｔｅ、及びＰｏ）を指すことできる。一実施形態では、非金属元素としては、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ｐ、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。したがって、例えば、その合金は、ホウ化物若しくは炭化物、又は双方を含み得る。
【００４７】
遷移金属元素は、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、ラザホージウム、ドブニウム、シーボーギウム、ボーリウム、ハッシウム、マイトネリウム、ウンウンニリウム、ウンウンウニウム、及びウンウンビウムのうちのいずれかとすることができる。一実施形態では、遷移金属元素含有ＢＭＧは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、及びＨｇのうちの少なくとも１つを有し得る。用途に応じて、任意の好適な遷移金属元素、又はそれらの組み合わせを使用することができる。合金組成物は、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つ以上の遷移金属元素などの、複数の遷移金属元素を含み得る。
【００４８】
本明細書で説明される、合金又は合金「サンプル」又は「試料」合金は、任意の形状又はサイズを有し得る。例えば、合金は、球形、楕円、ワイヤ状、ロッド状、シート状、フレーク状、又は不規則形状などの形状を有し得る、微粒子の形状を有し得る。この微粒子は、任意のサイズを有し得る。例えば、その微粒子は、約５マイクロメートル〜約８０マイクロメートルなど、約１０マイクロメートル〜約６０マイクロメートルなど、約１５マイクロメートル〜約５０マイクロメートルなど、約１５マイクロメートル〜約４５マイクロメートルなど、約２０マイクロメートル〜約４０マイクロメートルなど、約２５マイクロメートル〜約３５マイクロメートルなどの、約１マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの平均直径を有し得る。例えば、一実施形態では、微粒子の平均直径は、約２５マイクロメートル〜約４４マイクロメートルである。一部の実施形態では、ナノメートルの範囲のものなどの、より小さい微粒子、又は１００マイクロメートルよりも大きいものなどの、より大型の微粒子を使用することができる。
【００４９】
合金のサンプル又は試料はまた、遙かに大きい寸法のものにすることもできる。例えば、インゴットなどのバルク構造構成要素、電子機器の筺体／ケーシング、又は更にミリメートル、センチメートル、又はメートルの範囲の寸法を有する構造的構成要素の一部分とすることができる。
【００５０】
固溶体
用語「固溶体」は、溶体の固体形態を指す。用語「溶体」は、固体、液体、気体、又はこれらの組み合わせとすることができる、２種以上の物質の混合物を指す。この混合物は、均質又は不均質とすることができる。用語「混合物」とは、互いに組み合わされ、一般的には分離することが可能である、２種以上の物質の組成物である。一般的には、それらの２種以上の物質は、互いに化合されない。
【００５１】
合金
一部の実施形態では、本明細書で説明される合金組成物は、完全に合金化することができる。一実施形態では、「合金」とは、一方の原子が他方の原子に置き換わるか、又は原子間の格子間位置を占有する、２種以上の金属の均質な混合物又は固溶体を指すものであり、例えば、黄銅は、亜鉛及び銅の合金である合金とは、複合材料とは対照的に、金属マトリックス中の１種以上の化合物などの、金属マトリックス中の１種以上の元素の部分的又は完全な固溶体を指すことができる。本明細書での合金という用語は、単一の固相の微細構造を呈し得る全率固溶合金、及び２つ以上の相を呈し得る部分的溶体の双方を指すことができる。本明細書で説明される合金組成物は、合金を含むもの、又は合金含有複合材料を含むものを指すことができる。
【００５２】
それゆえ、完全に合金化した合金は、固溶体相であれ、化合物相であれ、又は双方であれ、その構成成分の均質な分布を有し得る。本明細書で使用される用語「完全に合金化した」は、許容誤差範囲内の僅かな変異を説明することができる。例えば、その用語は、少なくとも９５％の合金化など、少なくとも９９％の合金化など、少なくとも９９．５％の合金化など、少なくとも９９．９％の合金化などの、少なくとも９０％の合金化を指すことができる。本明細書での百分率は、文脈に応じて、体積百分率又は重量百分率のいずれかを指すことができる。これらの百分率は、合金の部分ではない組成又は相の観点によるものとすることができる、不純物によって均衡させることができる。
【００５３】
アモルファス又は非晶質固体
「アモルファス」又は「非晶質固体」は、結晶に特徴的な格子周期性を欠く固体である。本明細書で使用するとき、「アモルファス固体」は、ガラス転移を通じて、加熱されると液体状の状態へと軟化及び変態するアモルファス固体である、「ガラス」を含む。一般的には、アモルファス材料は、結晶に特徴的な長距離秩序を欠くが、それらのアモルファス材料は、化学結合の性質による、原子の長さスケールでの何らかの短距離秩序を保有し得る。アモルファス固体と結晶性固体との区別は、Ｘ線回折及び透過型電子顕微鏡検査などの構造特性評価技術によって判定される、格子周期性に基づいて行なうことができる。
【００５４】
用語「秩序」及び「無秩序」とは、多粒子系内での何らかの対称性又は相関性の有無を指示する。用語「長距離秩序」及び「短距離秩序」は、長さスケールに基づいて、材料内の秩序を区別する。
【００５５】
固体内の秩序の、最も厳密な形態は、格子周期性である。特定のパターン（単位格子内の原子の配置構成）が何度も繰り返され、並進的に不変の、空間の充填を形成する。この格子周期性は、結晶の定義特性である。可能な対称性は、１４種のブラベー格子及び２３０種の空間群に分類されている。
【００５６】
格子周期性は、長距離秩序を示唆するものである。１つの単位格子のみが知られる場合には、その並進対称性によって、任意の距離での、全ての原子配置を正確に予測することが可能である。一般に逆も真であるが、ただし、例えば、完全に確定的な充填を有するが、格子周期性を保有しない、準結晶の場合は例外である。
【００５７】
長距離秩序は、同じサンプルの遠隔の部分が、相関する挙動を呈する、物理系を特徴付ける。この長距離秩序は、相関関数、すなわち次のスピン−スピン相関関数として表現することができる。
【数１】
0006040251.tif 000002
【００５８】
上記の関数では、ｓはスピン量子数であり、ｘは特定の系内の距離関数である。この関数は、ｘ＝ｘ’である場合、単位元に等しく、距離｜ｘ−ｘ’｜が増大するにつれて減少する。典型的には、この関数は、長距離で、指数関数的にゼロまで減衰し、その系は無秩序であると見なされる。しかしながら、この相関関数が、大きい｜ｘ−ｘ’｜で一定値へと減衰する場合には、その系は長距離秩序を保有すると述べることができる。この関数が、距離の累乗でゼロまで減衰する場合には、準長距離秩序と呼ぶことができる。大きい値の｜ｘ−ｘ’｜を構成するものは、相対的であることに留意されたい。
【００５９】
系は、その挙動を定義する一部のパラメータが、経時的に進展しないランダム変数である（すなわち、それらが急冷又は凍結される）場合、急冷無秩序、例えば、スピングラスを提示すると延べることができる。この急冷無秩序は、ランダム変数自体が進展することが可能な、焼鈍無秩序とは反対である。本明細書の実施形態は、急冷無秩序を含む系を包含する。
【００６０】
本明細書で説明される合金は、結晶性、部分結晶性、アモルファス、又は実質的アモルファスとすることができる。例えば、合金サンプル／試料は、少なくともある程度の結晶化度を含み得るものであり、結晶粒／結晶は、ナノメートル及び／又はマイクロメートルの範囲のサイズを有する。あるいは、合金は、十分にアモルファスであるなどの、実質的アモルファスとすることができる。一実施形態では、合金組成物は、完全に結晶性であるなど、実質的に結晶性であり、少なくとも実質的にアモルファスではない。
【００６１】
一実施形態では、他のアモルファス合金中の、１種の結晶又は複数種の結晶の存在は、その合金中の「結晶相」として解釈することができる。合金の結晶化度の程度（又は一部の実施形態では、略して「結晶化度」）とは、その合金中に存在する結晶相の量を指すことができる。その程度とは、例えば、合金中に存在する結晶の分率を指すことができる。この分率は、文脈に応じて、体積分率又は重量分率を指すことができる。アモルファス合金がどの程度「アモルファス」であるかの尺度を、アモルファス化度とすることができる。アモルファス化度は、結晶化度の程度の観点により測定することができる。例えば、一実施形態では、低い程度の結晶化度を有する合金は、高い程度のアモルファス化度を有すると述べることができる。一実施形態では、例えば、６０体積％の結晶相を有する合金は、４０体積％のアモルファス相を有し得る。
【００６２】
アモルファス合金又はアモルファス金属
「アモルファス合金」とは、５０体積％超のアモルファス含有量、好ましくは９０体積％超のアモルファス含有量、より好ましくは９５体積％超のアモルファス含有量、最も好ましくは９９体積％超〜ほぼ１００体積％のアモルファス含有量を有する合金である。上述のように、アモルファス化度が高い合金は、結晶化度の程度が同等に低いことに留意されたい。「アモルファス金属」とは、無秩序な原子スケール構造を有するアモルファス金属材料である。結晶性であることにより、高度に秩序化した原子配置を有する、殆どの金属とは対照的に、アモルファス合金は非晶質である。そのような無秩序構造が、冷却の間に液体状態から直接作り出される材料は、「ガラス」と称される場合がある。したがって、アモルファス金属は、一般に「金属ガラス」又は「ガラス金属」と称される。一実施形態では、バルク金属ガラス（「ＢＭＧ」）とは、その微細構造が少なくとも部分的にアモルファスである合金を指すことができる。しかしながら、アモルファス金属を作り出すためには、極度な急速冷却の他にも、物理蒸着、固相反応、イオン照射、メルトスピニング、及び機械的合金化を含めた、幾つかの方法が存在する。アモルファス合金は、それらが調製される方法とは関係なく、単一の部類の材料とすることができる。
【００６３】
アモルファス金属は、様々な急冷法を通じて作り出すことができる。例えば、アモルファス金属は、回転する金属ディスク上に溶融金属をスパッタリングすることによって、作り出すことができる。１秒当り約数百万度の急冷は、結晶が形成するには過度に高速である得るため、その金属は、ガラス状態で「固定」される。また、アモルファス金属／合金は、厚い層のアモルファス構造、例えば、バルク金属ガラスの形成を可能にするための、十分に低速な臨界冷却速度で作り出すこともできる。
【００６４】
用語「バルク金属ガラス」（「ＢＭＧ」）、バルクアモルファス合金（「ＢＡＡ」）、及びバルク凝固アモルファス合金は、本明細書で互換的に使用される。それらの用語は、少なくともミリメートルの範囲の最小寸法を有する、アモルファス合金を指す。例えば、その寸法は、少なくとも約１ｍｍなど、少なくとも約２ｍｍなど、少なくとも約４ｍｍなど、少なくとも約５ｍｍなど、少なくとも約６ｍｍなど、少なくとも約８ｍｍなど、少なくとも約１０ｍｍなど、少なくとも約１２ｍｍなどの、少なくとも約０．５ｍｍとすることができる。幾何学形状に応じて、その寸法は、直径、半径、厚さ、幅、長さなどを指すことができる。ＢＭＧはまた、少なくとも約１．０ｃｍなど、少なくとも約２．０ｃｍなど、少なくとも約５．０ｃｍなど、少なくとも約１０．０ｃｍなどの、センチメートルの範囲の少なくとも１つの寸法を有する、金属ガラスとすることもできる。一部の実施形態では、ＢＭＧは、少なくともメートルの範囲の、少なくとも１つの寸法を有し得る。ＢＭＧは、金属ガラスに関して、上述の形状又は形態のうちの、いずれかを呈することができる。したがって、本明細書で説明されるＢＭＧは、一部の実施形態では、重要な一態様での従来の堆積技術によって作製される薄膜とは異なるものとすることができ、前者のＢＭＧは、後者の薄膜よりも遙かに大きい寸法のものとすることができる。
【００６５】
アモルファス金属は、純金属ではなく、合金とすることができる。この合金は、著しく異なるサイズの原子を含有し得ることにより、溶融状態で、低い自由体積がもたらされる（またそれゆえ、他の金属及び合金よりも、桁違いとなるまでの高い粘度を有する）。この粘度は、原子が、規則格子を形成するために十分に移動することを防ぐ。この材料構造は、冷却の間の低収縮性、及び塑性変形に対する抵抗性をもたらし得る。一部の場合には結晶性材料の弱点である、この結晶粒界の非存在は、例えば、磨耗及び腐食に対する、より良好な抵抗性をもたらし得る。一実施形態では、技術的にはガラスであるが、アモルファス金属はまた、酸化物ガラス及びセラミックよりも遙かに強靭であり、脆性ではないものにすることもできる。
【００６６】
アモルファス材料の熱伝導率は、それらの結晶性対応物の熱伝導率よりも低いものにすることができる。より緩徐な冷却の間でも、アモルファス構造の形成を達成するために、３種以上の構成成分で合金を作製して、より高いポテンシャルエネルギー、及びより低い形成の確率を有する、複合結晶単位をもたらすことができる。アモルファス合金の形成は、以下の幾つかの因子：合金の構成成分の組成と、構成成分の原子半径（好ましくは、高い充填密度及び低い自由体積を達成するために、１２％超の有意差を有する）と、結晶核生成を阻止し、溶融金属が過冷却状態に留まる時間を延長する、構成成分の組み合わせの負の混合熱と、に応じて変化し得る。しかしながら、アモルファス合金の形成は、多種多様な変数に基づくものであるため、合金組成物がアモルファス合金を形成するか否かを事前に判定することは、困難な場合がある。
【００６７】
例えば、ホウ素、ケイ素、リン、及び他のガラス形成剤と、磁性金属（鉄、コバルト、ニッケル）とのアモルファス合金は、低い保磁力及び高い電気抵抗を有する、磁性のものとすることができる。この高い抵抗は、例えば、トランス用磁心として有用な特性である、交番磁界に晒された場合の渦電流による低損失をもたらす。
【００６８】
アモルファス合金は、潜在的に有用な、様々な特性を有し得る。具体的には、アモルファス合金は、同様の化学組成の結晶性合金よりも強固である傾向にあり、それらは、結晶性合金よりも大きい可逆性（「弾性」）変形に耐え得る。アモルファス金属は、それらの強度を、それらの非晶質構造から直接導き出すものであり、この非晶質構造は、結晶性合金の強度を制限する欠陥（転位などの）を全く有し得ない。例えば、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ（商標）として知られる、１つの最新のアモルファス金属は、高級チタンのほぼ２倍の引張り強さを有する。一部の実施形態では、室温での金属ガラスは延性ではなく、張力が負荷されると突然破損するが、このことは、差し迫った破壊が明白ではないため、信頼性が重要な用途での、その材料の適用性を制限する。それゆえ、この課題を克服するために、延性の結晶性金属の樹枝状の粒子又は繊維を含有する、金属ガラスマトリックスを有する、金属マトリックス複合材料を使用することができる。あるいは、深刻化を引き起こす傾向がある元素（例えば、Ｎｉ）が少ないＢＭＧを使用することができる。例えば、Ｎｉを含まないＢＭＧを使用することにより、そのＢＭＧの延性を改善することができる。
【００６９】
バルクアモルファス合金の別の有用な特性は、それらを真性のガラスとすることができる点であり、換言すれば、バルクアモルファス合金は、加熱されると、軟化して流動することができる。このことは、ポリマーと殆ど同じ方法での、射出成形などによる、容易な加工処理を可能にする。結果として、アモルファス合金は、スポーツ用品、医療用装置、電子部品及び電子装備、並びに薄膜を作製するために使用することができる。アモルファス金属の薄膜は、高速酸素燃料技術を介して、保護コーティングとして堆積させることができる。
【００７０】
材料は、アモルファス相、結晶相、又は双方を有し得る。これらのアモルファス相及び結晶相は、同じ化学組成を有し、微細構造のみが異なる（すなわち、一方はアモルファスであり、他方は結晶質である）ものとすることができる。一実施形態での微細構造は、２５Ｘ以上の倍率の顕微鏡によって明らかとなるような材料の構造を指す。あるいは、これらの２つの相は、異なる化学組成及び微細構造を有し得る。例えば、組成物は、部分的アモルファス、実質的アモルファス、又は完全アモルファスとすることができる。
【００７１】
上述のように、アモルファス化度の程度（また反対に結晶化度の程度）は、合金中に存在する結晶の分率によって測定することができる。その程度とは、合金中に存在する結晶相の体積分率又は重量分率を指すことができる。部分的アモルファス組成物とは、少なくとも約１０体積％など、少なくとも約２０体積％など、少なくとも約４０体積％など、少なくとも約６０体積％など、少なくとも約８０体積％など、少なくとも約９０体積％などの、少なくともその約５体積％がアモルファス相である組成物を指すことができる。用語「実質的に」及び「約」は、本明細書中の他の場所で定義されている。したがって、少なくとも実質的にアモルファスである組成物とは、少なくとも約９５体積％など、少なくとも約９８体積％など、少なくとも約９９体積％など、少なくとも約９９．５体積％など、少なくとも約９９．８体積％など、少なくとも約９９．９体積％などの、少なくともその約９０体積％がアモルファスであるものを指すことができる。一実施形態では、実質的アモルファス組成物は、その中に存在する何らかの付随的な少量の結晶相を有し得る。
【００７２】
一実施形態では、アモルファス合金組成物は、アモルファス相に関して均質とすることができる。組成が均一である物質は均質である。このことは、不均質である物質とは対照的である。用語「組成」とは、物質中の化学組成及び／又は微細構造を指す。物質は、その物質の体積を半分に分割して、両半分が実質的に同じ組成を有する場合に、均質である。例えば、微粒子懸濁液は、その微粒子懸濁液の体積を半分に分割して、両半分が実質的に同じ体積の粒子を有する場合に、均質である。しかしながら、顕微鏡下で個々の粒子を視認することが可能な場合もある。均質な物質の別の例は、空気であり、その空気中の種々の成分は等しく浮遊するが、空気中の粒子、気体、及び液体は、個別に分析することができ、又は空気から分離することもできる。
【００７３】
アモルファス合金に関して均質である組成とは、その微細構造の全体にわたって実質的に均一に分布するアモルファス相を有するものを指すことができる。換言すれば、その組成物は、組成物の全体にわたって実質的に均一に分布するアモルファス合金を巨視的に含む。代替の実施形態では、この組成は、非アモルファス相を内部に有する、アモルファス相を有する複合材料のものとすることができる。この非アモルファス相は、１つの結晶又は複数の結晶とすることができる。それらの結晶は、球形、楕円、ワイヤ状、ロッド状、シート状、フレーク状、又は不規則形状などの、任意の形状の微粒子の形態とすることができる。一実施形態では、結晶は、樹枝状形態を有し得る。例えば、少なくとも部分的にアモルファスの複合組成物は、アモルファス相マトリックス中に分散する樹枝状結晶の形状の結晶相を有し得るものであり、この分散は、均一又は不均一なものとすることができ、アモルファス相と結晶相とは、同じ化学組成又は異なる化学組成を有し得る一実施形態では、それらの相は実質的に同じ化学組成を有し得る。別の実施形態では、結晶相は、ＢＭＧ相よりも延性とすることができる。
【００７４】
本明細書で説明される方法は、任意のタイプのアモルファス合金に適用可能とすることができる。同様に、組成物又は物品の成分として、本明細書で説明されるアモルファス合金は、任意のタイプのものとすることができる。このアモルファス合金は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ａｕ、Ｌａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｂｅの元素、又はこれらの組み合わせを含み得る。すなわち、この合金は、その化学式又は化学組成中に、これらの元素のいずれかの組み合わせを含み得る。それらの元素は、種々の重量百分率又は体積百分率で存在し得る。例えば、鉄「ベース」合金とは、その中に存在する無視することができない重量百分率の鉄を有する、合金を指すことができ、その重量百分率は、例えば、少なくとも約４０重量％など、少なくとも約５０重量％など、少なくとも約６０重量％など、少なくとも約８０重量％などの、少なくとも約２０重量％などとすることができる。あるいは、一実施形態では、上述の百分率は、重量百分率の代わりに、体積百分率とすることができる。したがって、アモルファス合金は、ジルコニウムベース、チタンベース、白金ベース、パラジウムベース、金ベース、銀ベース、銅ベース、鉄ベース、ニッケルベース、アルミニウムベース、モリブデンベースなどとすることができる。この合金はまた、特定の目的に適合するように、上述の元素のうちのいずれかを含まない場合もある。例えば、一部の実施形態では、この合金、又はこの合金を含む組成物は、ニッケル、アルミニウム、チタン、ベリリウム、又はこれらの組み合わせを実質的に含まないものであり得る。一実施形態では、この合金又は複合材料は、ニッケル、アルミニウム、チタン、ベリリウム、又はこれらの組み合わせを、全く含まない。
【００７５】
例えば、このアモルファス合金は、式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ）b（Ｂｅ，Ａ１，Ｓｉ，Ｂ）cを有し得るものであり、式中、ａ、ｂ、及びｃはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは３０〜７５の範囲であり、ｂは５〜６０の範囲であり、ｃは０〜５０の範囲である。あるいは、このアモルファス合金は、式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ）b（Ｂｅ）cを有し得るものであり、式中、ａ、ｂ、及びｃはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは４０〜７５の範囲であり、ｂは５〜５０の範囲であり、ｃは５〜５０の範囲である。この合金はまた、式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ）b（Ｂｅ）cを有し得るものでもあり、式中、ａ、ｂ、及びｃはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは４５〜６５の範囲であり、ｂは７．５〜３５の範囲であり、ｃは１０〜３７．５の範囲である。あるいは、この合金は、式（Ｚｒ）a（Ｎｂ，Ｔｉ）b（Ｎｉ，Ｃｕ）c（Ａ１）dを有し得るものでもあり、式中、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは４５〜６５の範囲であり、ｂは０〜１０の範囲であり、ｃは２０〜４０の範囲であり、ｄは７．５〜１５の範囲である。上述の合金系の例示的一実施形態は、Ｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（ＣＡ，ＵＳＡ）によって製作されるような、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ−１及びＶｉｔｒｅｌｏｙ−１０１などの、商品名Ｖｉｔｒｅｌｏｙ（商標）の、Ｚｒ−Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｂｅベースのアモルファス合金である。種々の系のアモルファス合金の一部の実施例が、表１に記載される。
【００７６】
これらのアモルファス合金はまた、（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ）ベース合金などの、鉄合金とすることもできる。そのような組成物の例は、米国特許第６，３２５，８６８号、同第５，２８８，３４４号、同第５，３６８，６５９号、同第５，６１８，３５９号、及び同第５，７３５，９７５号（Ｉｎｏｕｅ  ｅｔ  ａｌ．）、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌｕｍｅ  ７１，ｐ  ４６４（１９９７）（Ｓｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ．）、Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．，ＪＩＭ，Ｖｏｌｕｍｅ  ４２，ｐ  ２１３６（２００１）、及び日本特許出願第２００１２６２７７号（公開番号第２００１３０３２１８Ａ号）に開示されている。１つの例示的な組成物は、Ｆｅ72Ａ１5Ｇａ2ＰllＣ6Ｂ4である。別の実施例は、Ｆｅ72Ａ１7Ｚｒ10Ｍｏ5Ｗ2Ｂ15である。本明細書でのコーティングに使用することができる、別の鉄ベース合金系が、米国特許出願公開第２０１０／００８４０５２号で開示されており、そのアモルファス金属は、例えば、括弧内に記される組成の範囲で、マンガン（１〜３原子％）、イットリウム（０．１〜１０原子％）、及びケイ素（０．３〜３．１原子％）を含有し、また括弧内に記される組成の指定範囲で以下の元素：クロム（１５〜２０原子％）、モリブデン（２〜１５原子％）タングステン（１〜３原子％）、ホウ素（５〜１６原子％）、炭素（３〜１６原子％）、及び残部の鉄を含有する。
【００７７】
上述のアモルファス合金系は、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、及びＣｏを含めた添加遷移金属元素などの、添加元素を更に含み得る。これらの添加元素は、約２０重量％以下など、約１０重量％以下など、約５重量％など、約３０重量％以下で存在し得る。一実施形態では、この任意選択の添加元素は、コバルト、マンガン、ジルコニウム、タンタル、ニオブ、タングステン、イットリウム、チタン、バナジウム、及びハフニウムのうちの少なくとも１つであり、炭化物を形成して、耐摩耗性及び耐食性を更に改善する。更なる任意選択の元素としては、融点を低下させるための、合計で最大約２％の、好ましくは１％未満の、リン、ゲルマニウム、及びヒ素を挙げることができる。他の少量の不純物は、約２％未満、好ましくは０．５％未満とするべきである。
【表１】
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【００７８】
一部の実施形態では、アモルファス合金を有する組成物は少量の不純物を含み得る。不純物元素を意図的に添加することにより、機械的特性（例えば、硬度、強度、破壊機構など）の改善、及び／又は耐食性の改善などの、その組成物の特性を修正することができる。あるいは、それらの不純物は、加工処理及び製造の副生成物として得られるもののような、不可避の付随的な不純物として存在し得る。この不純物は、約５重量％以下など、約２重量％以下など、約１重量％以下など、約０．５重量％以下など、約０．１重量％以下などの、約１０重量％以下とすることができる。一部の実施形態では、これらの百分率は、重量百分率の代わりに、体積百分率とすることができる。一実施形態では、この合金サンプル／組成物は、アモルファス合金から本質的になる（少量の付随的不純物のみを有する）。別の実施形態では、この組成物はアモルファス合金を含む（観察可能な微量の不純物を全く有さない）。
【００７９】
一実施形態では、最終部品は、バルク凝固アモルファス合金の臨界鋳造厚さを超過するものであった。
【００８０】
本明細書の実施形態では、バルク凝固アモルファス合金が高粘度の液体として存在することができる、過冷却液体領域の存在により、超塑性成形が可能となる。大きな塑性変形を得ることができる。過冷却液体領域内で大きく塑性変形する能力は、成形プロセス及び／又は切断プロセスに使用される可能性がある。固体とは対照的に、この液体のバルク凝固合金は、局所的に変形し、このことが、切断及び成形のために必要とされるエネルギーを、大幅に低下させる。切断及び成形の容易性は、合金、金型、及び切断工具の温度に応じて変化する。温度が高くなるにつれて、粘度が低下し、その結果として、切断及び成形が容易になる。
【００８１】
本明細書の実施形態は、例えば、Ｔｇ〜Ｔｘで実施される、アモルファス合金を使用する熱可塑性成形プロセスを、利用することができる。本明細書では、Ｔｘ及びＴｇは、結晶化の開始の温度、及びガラス転移の開始の温度として、典型的な加熱速度（例えば、２０℃／分）での標準的なＤＳＣ測定から決定される。
【００８２】
アモルファス合金構成要素は、臨界鋳造厚さを有し得るものであり、最終部品は、その臨界鋳造厚さよりも厚い厚さを有し得る。更には、加熱及び整形操作の時間並びに温度は、アモルファス合金の弾性歪み限界が、１．０％以上、好ましくは１．５％以上に、実質的に維持し得るように選択される。本明細書の実施形態との関連では、ガラス転移近傍の温度とは、成形温度がガラス転移温度未満、ガラス転移温度若しくはガラス転位温度近傍、及びガラス転移温度超とすることができることを意味するが、結晶化温度Ｔｘより低い温度であることが好ましい。冷却工程は、加熱工程での加熱速度と同様の速度で、好ましくは、加熱工程での加熱速度を超える速度で実施される。冷却工程はまた、好ましくは、成形荷重及び整形荷重が依然として維持されている間にも、達成される。
【００８３】
上述の射出成形システム１０の実施形態は、ＢＭＧ（又はアモルファス合金）の使用を含む製造装置及び／又はプロセスに使用することができる。ＢＭＧの優れた特性から、ＢＭＧは、様々な物品、装置及び部品におけるバルクアモルファス合金の構成部品を製造することができる。１つのそのようなタイプの装置が、電子機器である。
【００８４】
電子機器
本明細書に記載の実施形態は、ＢＭＧを用いた電子機器の作成で、価値のあるものとすることができる。本明細書での電子機器とは、当該技術分野において既知の任意の電子機器を指すことができる。例えば、この電子機器は、携帯電話及び固定電話などの電話、あるいは、例えばｉＰｈｏｎｅ（商標）を含めたスマートフォン、及び電子ｅメール送信／受信機器などの、任意の通信機器とすることができる。この電子機器は、デジタルディスプレイ、ＴＶモニタ、電子ブックリーダ、携帯ウェブブラウザ（例えば、ｉＰａｄ（商標））、及びコンピュータモニタなどの、ディスプレイの一部とすることができる。この電子機器はまた、携帯ＤＶＤプレーヤ、従来型ＤＶＤプレーヤ、ブルーレイディスクプレーヤ、ビデオゲームコンソール、携帯音楽プレーヤ（例えば、ｉＰｏｄ（商標））などの音楽プレーヤなどを含めた、娯楽用機器とすることもできる。この電子機器はまた、画像、ビデオ、音声のストリーミングを制御することなどの、制御を提供する機器（例えば、Ａｐｐｌｅ  ＴＶ（商標））の一部とすることもでき、又は電子機器用の遠隔制御装置とすることができる。この電子機器は、コンピュータ、あるいはハードディスクドライブのタワーの筺体若しくはケーシング、ラップトップ筺体、ラップトップキーボード、ラップトップトラックパッド、デスクトップキーボード、マウス、及びスピーカなどの、コンピュータ付属品の一部とすることができる。この物品はまた、腕時計又は時計などの機器にも適用することができる。
【００８５】
本開示の原理は、上述の例示的実施形態において明確にされているが、本開示の実施に使用される構造、配置、割合、要素、材料、及び構成部品に対して様々な改変が行われ得ることが、当業者には明らかであろう。
【００８６】
上述並びにその他の様々な特徴及び機能、又はそれらの代替物は、数多くの他の異なるシステム／装置又は用途に好適に組み合わせ得ることが理解されよう。これらにおける現在予想できない又は予測されない様々な代替物、変更、バリエーション、又は改善が、続いて当業者によりなされる可能性があり、これも下記の請求項の範囲に包含されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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