(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質金属物品を製造する方法であって、
バルク金属ガラスからのブランクを、ガラス状態から、バルク凝固非晶質合金の結晶の開始を示す温度である結晶化温度Ｔxより高いがバルク凝固非晶質合金の液相線温度である溶融温度Ｔmより低い加工温度まで加熱するステップと、
成形工具内で前記ブランクに成形圧力を印加するステップであって、厚さに対する長さの比が少なくとも１００である高アスペクト比及び全軸において少なくとも０．５ｍｍの寸法を有する非晶質金属物品を形成する、圧力を印加するステップと、
前記物品を、前記物品が少なくとも５０体積％の非晶質相を維持する冷却速度で冷却するステップと、
を含み、
前記バルク金属ガラスは、前記バルク金属ガラスの粘度が１Ｐａ・秒から１０5Ｐａ・秒までの間である前記加工温度まで加熱されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記バルク金属ガラスは、流れのウェーバー数と流れのレイノルズ数との積が１未満である加工温度まで加熱されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加工温度は、４００℃から７５０℃までの間であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記加工温度は、前記バルク凝固非晶質合金のガラス転移温度Ｔgより少なくとも１００℃高く、前記溶融温度Ｔmより少なくとも１００℃低いことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記加熱するステップは、前記バルク金属ガラスの臨界加熱速度を超える加熱速度で実施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記加熱速度は、少なくとも１００℃／秒であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記成形圧力は、１００ＭＰａ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記成形圧力は、１０ＭＰａから５０ＭＰａまでであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記バルク金属ガラスの前記成形工具内への前記流速は、１ｍ／秒未満であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記成形物品は、０．１ｍｍの公差を有する少なくとも１つの幾何学的構造部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記加熱するステップ及び前記圧力を印加するステップは、５０ｍ秒以内に行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記物品は、全軸において少なくとも１ｍｍの寸法を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記加工温度は、前記成形工具の焼き戻し温度より少なくとも５０℃低いことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記成形工具は、少なくとも１０6の成形物品で形成するサイクル寿命を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記物品の外面は、可視欠陥なしに形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記バルク金属ガラスの選択はΔＴに依存せず、前記ΔＴは前記バルク金属ガラスのＴxとＴgとの差であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記バルク金属ガラスは、金属ガラス形成合金であるＴｉベース、Ｃｕベース、Ｚｒベース、Ａｕベース、Ｐｄベース、Ｐｔベース、Ｎｉベース、Ｃｏベース、及びＦｅベースの合金からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記物品は、携帯電話、ＰＤＡ、ポータブル・コンピュータ、及びデジタルカメラからなる群から選択されるデバイスのための電子機器ケースの形態であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記物品は、後処理を必要としないように最終形状に製造されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記物品は、流れ線、ガス包含、異物片及び荒れからなる群のうちの少なくとも１つを含む欠陥がない状態で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記加熱するステップは、前記ブランクを通して電流の急速放電によって行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にバルク金属ガラスから形成される物品に関し、より具体的には、高アスペクト比を有するバルク金属ガラス製部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部品の製造において長い間認識されている課題は、いかにして高精度／高アスペクト比（即ち、厚さに対する長さの高い比を有する物品）の構造体及び機械部品を経済的な方法で形成するかである。この種の物品を製造することが特に難しい理由は、それらが機械的又は構造用部品としての使用を目的とするものであるために、適切な強度、剛性、及び靭性を発揮することが必要だからである。しかしながら、それらが高アスペクト比を有するので、即ち、その厚さが長さに比べて小さいので、材料の性能及び製造能力に課せられる要求が非常に高い。
【０００３】
高アスペクト比の構造部品を必要とする多くの産業があるが、１つの明らかな例は家電（ＣＥ）産業である。ＣＥ製造業者は、携帯電話、ラップトップ・コンピュータ、デジタルカメラ、ＰＤＡ、テレビジョンなどの製品を製造する必要があり、これらの製品は、一般に、集積回路、ディスプレイ、及びデジタル記憶媒体から成り、かつ、例えば図１に示すような、フレーム組立体、並びに、ヒンジ、慴動バー又は機械的及び構造的機能の両方を有する他のハードウェアなどの複雑な機能部品を含むことが多いケーシング内に詰められる。さらに、ますます小さなＣＥ製品に対する消費者中心の要求が、ますます大きなアスペクト比及びより優れた機械的性能を有するよりに薄い構造用部品（例えば、ケーシング及びフレーム）に対する要求を出す。
【０００４】
今日、そのようなケーシング、フレーム、及び構造用部品は、主として金属合金又はプラスチックから製造される。プラスチック部品は、一般に、低原料コスト及び費用効率の高い製造プロセスのために非常に安価である。製造の観点から、プラスチックは、高い精度及び公差、優れた表面仕上げ、並びに望ましい表面的外観を有する複雑な３次元最終形状に成形し易い。例えば、射出成形、吹込み成形、及び他の熱可塑性材料成形法などの多くの優れた大量生産技術があり、これらは、プラスチック加工に必要な典型的な温度（１００−４００℃）及び圧力（１０−１００ＭＰａ）において高効率で費用効率が高い。プラスチック・ハードウェアの低い製造コストは、部分的に、最終形状プラスチック部品の低コスト加工要件によってもたらされる。しかし、プラスチック加工における製造コストの節減の相当な部分は非常に長い金型の寿命により生じる。非常に低い加工圧力及び温度は、非常に長い工具寿命、典型的には数百万サイクルの寿命をもたらし、それにより、部品当たりの金型諸経費を著しく減らす。他方、プラスチックは限られた剛性（弾性係数）、比較的低い強度及び硬度を有し、限られた靭性及び損傷許容度を有する。その結果、多くの構造的用途におけるように機械的性能が重要な場合には、プラスチック部品は芳しくない選択枝であることが多い。例えば、プラスチック製のケーシング及びフレームは、曲げ又は衝撃に対して非常に破損し易く、傷付き及び摩耗し易く、構造的フレームワークとしては限られた剛性及び安定性しかもたらさない。
【０００５】
対照的に、金属及び金属合金は、遥かに高い剛直性及び剛性、強度、硬度、靭性、衝撃抵抗性、及び損傷許容度を有し、これにより、高アスペクト比を有する高精度部品の構造的用途に対して優れた選択肢となる。しかし、精密な最終形状金属ハードウェアは、通常、鋳造、型成形／鍛造、又は機械加工によって製造される。例えば、恒久（多用途）金型によるダイカストは、大量生産低価格金属ハードウェアを製造するのに用いられることが多いが、例えば、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛など比較的低融点の合金（７００℃未満の溶融温度）に限定される。これは、典型的な工具鋼金型が７００℃未満の温度で焼き戻しされることが多く、焼き戻し温度を越えると、金型が急速に劣化するからである。低融点金属合金のダイカストにおける典型的な工具寿命は、数億サイクルの程度であり、即ち、プラスチック加工におけるより、およそ一桁低い。鋼及びチタン合金等の高溶融温度を有する高耐熱性、高剛性／強度の合金の場合には、ダイカストの溶融温度（多くの場合＞１５００℃）が鋼工具の典型的な動作温度を遥かに越える。さらに、最終形状を鋳造するのに必要なダイカスト圧力は一般に高い（数十乃至数百ＭＰａ）。従って、工具寿命がコストを限定する主要な課題となる。さらに、金属合金のダイカストにおいて、溶融粘度が非常に低く（典型的には１０-5Ｐａ・秒から１０-3Ｐａ・秒までの範囲）、それゆえに溶融流れは、高い流れ慣性及び限定的流れ安定性によって特徴付けられる。従って、金型は、高速度（典型的には＞１ｍ／秒）で移動する溶融金属で急速に充填され、金属が多くの場合霧状になり金型内に噴霧され、流れ線、表面的欠陥、及び品質及び完全性が限定された最終部品をもたらす。従って、ダイカストは、チタン合金、鋼、又は他の高耐熱金属合金には商業的に適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，２８８，３４４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３２５，８６８号明細書
【特許文献３】特願２０００−１２６２７７号（特開Ｐ２００１−３０３２１８Ａ号）明細書
【特許文献４】米国特許第５，８８６，２５４号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５６７，２５１号明細書
【特許文献６】米国特許第７，７９４，５５３号明細書
【特許文献７】米国特許第７，０１７，６４５号明細書
【特許文献８】米国特許第６，０２７，５８６号明細書
【特許文献９】米国特許第５，９５０，７０４号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，８９６，６４２号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，７１１，３６３号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，３２４，３６８号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，３０６，４６３号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，７７１，４９０号明細書
【特許文献１５】米国特許出願第２００９／０２３６０１７号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊ．Ｓｃｈｒｏｅｒｓ著、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２１、１−３２頁、２００９年
【非特許文献２】Ｍａｓｕｈｒ他著、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８２、２２９０−２２９３頁、１９９９年
【非特許文献３】Ｍｕｋｈｅｒｊｅｅ他著、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８６、０１４１０４頁、２００５年
【非特許文献４】Ｐａｎ及びＳｕｇａ著、Ｐｈｙｓ．Ｆｌｕｉｄｓ、１８、０５２１０１頁、２００６年
【非特許文献５】Ｓ．Ｂ．Ｌｅｅ及びＬ．Ｊ．Ｋｉｍ著、Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．Ａ４０４、１５３−１５８頁、２００５年
【非特許文献６】Ｊ．Ｓｃｈｒｏｅｒｓ他著、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ６０、１１８５５−１１８５８頁、１９９９年
【非特許文献７】Ａ．Ｗｉｅｓｔ他著、Ｓｃｒｉｐｔａ  Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ、６０、１６０−１６３頁、２００９年
【非特許文献８】Ｍａｔｔｅｒｎ他著、Ｊ．Ｎｏｎ．Ｃｒｙｓｔ．Ｓｏｌ．３４５＆３４６、７５８−７６１頁、２００４年
【非特許文献９】Ａ．Ｉｎｏｕｅ他著、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７１巻、４６４頁、１９９７年
【非特許文献１０】Ｓｈｅｎ他著、Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．ＪＩＭ、４２巻、２１３６頁、２００１年
【非特許文献１１】Ｃ．Ｃ．Ｈａｙｓ他著、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、８４巻、２９０１頁、２０００年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
結果として、高精度、複雑な最終形状、高品質、高アスペクト比の高耐熱金属ハードウェアが、家電フレーム、ケーシング、及び構造部品における構造的用途に必要な場合、殆どの製造者は、その部品の機械加工に頼る。例えば、鋼及びチタン合金の機械加工は、それら高アスペクト比の電子機器ケーシング及びフレームに対する機能的要件、表面的要件、及び性能要件を満たすことができる一方で、時間がかかり、非効率であり、大量の材料の無駄をもたらし、結果として非常に高価なハードウェアとなる。従って、家電産業において、高精度構造ハードウェアを、現在プラスチック・ハードウェアを製造するのに用いられている工程に匹敵する費用効率が高い加工技術を用いて、高耐熱金属の剛性、強度、靭性、硬度、及び全体的機械的性能に匹敵するか又は勝る材料で製造する必要性が高まっている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、バルクであり、高アスペクト比を有し、かつ実質的に欠陥がない非晶質構造金属物品及びその製造方法に向けられる。
【００１０】
別の実施形態において、本発明は非晶質構造金属物品を製造するための、
バルク金属ガラスからブランク（ｂｌａｎｋ）を準備するステップと、
ブランクをガラス状態から、バルク凝固非晶質合金の結晶化温度Ｔxより高いが溶融温度Ｔmより低い加工温度まで加熱するステップと、
成形工具内でブランクに成形圧力を印加して、高アスペクト比及び全軸において少なくとも０．５ｍｍの寸法を有する非晶質金属物品を形成するステップと、
物品を、物品が非晶質相を維持するのを保証するのに十分な冷却速度で急冷するステップと、
を含む方法に向けられる。
【００１１】
１つのそうした実施形態において、加工温度は、バルク金属ガラスの粘度が１Ｐａ・秒から１０5Ｐａ・秒までの範囲である温度である。
別のそうした実施形態において、バルク金属ガラスは、流れウェーバー数と流れレイノルズ数の積が１未満となる加工温度まで加熱される。
さらに別のそうした実施形態において、加工温度は４００℃から７５０℃までの間である。
【００１２】
さらに別のそうした実施形態において、加工温度は、バルク凝固非晶質合金のガラス転移温度Ｔgより少なくとも１００℃高く、かつ、ガラス転移温度Ｔmより少なくとも１００℃低い。
【００１３】
さらに別のそうした実施形態において、加熱は、バルク金属ガラスの臨界加熱速度を越える加熱速度で実施される。
さらに別のそうした実施形態において、加熱速度は少なくとも１００℃／秒である。
さらに別のそうした実施形態において、成形圧力は１００ＭＰａ以下である。
さらに別のそうした実施形態において、成形圧力は１０ＭＰａから５０ＭＰａまでである。
さらに別のそうした実施形態において、バルク金属ガラスの成形工具内への流速は１ｍ／秒未満である。
さらに別のそうした実施形態において、成形物品は、０．１ｍｍの公差を有する少なくとも１つの幾何学的構造部を含む。
【００１４】
さらに別のそうした実施形態において、全体の成形ステップは５０ｍ秒以内に行われる。
さらに別のそうした実施形態において、物品は全軸において少なくとも１ｍｍの寸法を有する。
さらに別のそうした実施形態において、加工温度は、成形工具の焼き戻し温度より少なくとも５０℃低い。
さらに別のそうした実施形態において、成形工具は、少なくとも１０6の成形物品サイクル寿命を有する。
さらに別のそうした実施形態において、物品の外側表面は可視の欠陥なしに形成される。
さらに別のそうした実施形態において、バルク金属ガラスの選択はΔＴに依存しない。
【００１５】
さらに別のそうした実施形態において、バルク金属ガラスは、金属ガラス形成合金であるＴｉベース、Ｃｕベース、Ｚｒベース、Ａｕベース、Ｐｄベース、Ｐｔベース、Ｎｉベース、Ｃｏベース、及びＦｅベースの合金からなる群から選択される。
さらに別のそうした実施形態において、物品は、携帯電話、ＰＤＡ、ポータブル・コンピュータ、及びデジタルカメラからなる群から選択されるデバイスのための電子機器ケースの形態である。
さらに別のそうした実施形態において、加熱はブランクを通した電流の急速放電によって行われる。
【００１６】
さらに別のそうした実施形態において、物品は、実質的に後処理を必要としないように最終形状に作成される。
さらに別のそうした実施形態において、物品は、流れ線、ガス包含（ｇａｓ  ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ）、異物片及び荒れ（ｒｏｕｇｈｔｎｉｎｇ）からなる群のうちの少なくとも１つを含む欠陥が実質的にないように形成される。
【００１７】
本発明はまた、上記の加工実施形態から製造される物品に向けられる。
【００１８】
本発明のこれらの及び他の特徴と利点は、以下の詳細な説明を添付図面及びデータと共に考慮されるときに参照することにより、よく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】例示的なＣＥ機器のケーシングの写真を示す（その開示が引用により本明細書に組み入れられる非特許文献１から引用）。
【図２】Ｖｉｔｒｅｌｏｙ−１バルク金属ガラスの粘度対温度のプロットを示すデータグラフを示す（ガラス成形領域のデータは非特許文献２から引用され、溶融鋳造領域のデータは非特許文献３から引用され、これらの開示は引用により本明細書に組み入れられる）。
【図３】層流の途切れを示すプロットである（その開示が引用により本明細書に組み入れられる非特許文献４から引用）。
【図４】従来の溶融鋳造技術及び本来の熱可塑鋳造の、射出圧力及び溶融温度に対する工具寿命のプロットを示す。
【図５】Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１の連続冷却変態プロット（温度対時間）を示す（その開示が引用により本明細書に組み入れられる非特許文献５から引用されたデータ）。
【図６】Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１の連続加熱変態プロット（温度対時間）を示す（その開示が引用により本明細書に組み入れられる非特許文献６から引用されたデータ）。
【図７】従来のガラス成形技術、従来の溶融鋳造技術、及び、本来の熱可塑鋳造の、射出圧力及び溶融温度に対する工具寿命のプロットを示す。
【図８】種々の温度においてガラス成形された部品の写真を示す（その開示が引用により本明細書に組み入れられる非特許文献７から引用）。
【図９】本発明による高アスペクト比形成領域を強調した、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ−１バルク金属ガラスの粘度対温度のプロットを示すデータグラフである（ガラス成形領域のデータは非特許文献２から引用され、溶融鋳造領域のデータは非特許文献３から引用され、これらの開示は引用により本明細書に組み入れられる）。
【図１０】本発明の高アスペクト比形成技術、従来のガラス成形技術、従来の溶融鋳造技術、及び本来の熱可塑鋳造の、射出圧力及び溶融温度に対する工具寿命のプロットを示す。
【図１１】Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１の連続加熱変態プロット（温度対時間）を示す（その開示が引用により本明細書に組み入れられる非特許文献６から引用されたデータ）。
【図１２】従来のＲＤＦＨ機構の概略図を示す。
【図１３】液体／ガラス及び結晶状態におけるＢＭＧ合金Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１０６の抵抗率対温度のプロットを示す（その開示が引用により本明細書に組み入れられる非特許文献８から引用）。
【図１４】本発明によって作成されたＰｄベースのＢＭＧ製の例示的高アスペクト比部品（Ａ）及び工具鋼金型（Ｂ）の画像である。
【図１５】本発明によって作成されたＺｒベースのＢＭＧ製の例示的高アスペクト比部品の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
当業者であれば、本発明による付加的な実施形態が前述の一般的開示の範囲に入るものとして想到され、上記の非限定的な例によって、決して権利放棄（ｄｉｓｃｌａｉｍｅｒ）を意図していないことを認識するであろう。
【００２１】
金属から製造される物品は、それらの機能及びそれらの製造手段及び方法に関連する、寸法、形状、厚さ、長さ、複雑さ等の多くの異なる基準によって特徴付けることができる。さらに、材料及び製造方法の選択に基づいて、種々の側面が制限要因となる。高アスペクト比を有する高精度部品の製造に関する主要な制限要因の１つは、それら部品を工業的規模で効率的に作成することができる材料と費用効率の高い製造方法の組み合わせを見出すことである。最近、バルク金属ガラス（ＢＭＧ）が、通常の工業用金属よりも優れた機械的特性及びプラスチック加工に匹敵する製造可能性により、上記用途の魅力的な候補材料として出現した。具体的には、ＢＭＧは、構造的及び／又は機械的機能を果たす高精度高アスペクト比部品に理想的な多くの物理的特性（強度、靭性、弾性限界）を組み合せたものとして識別されている。残念ながら、これらの種類の物品の製造に対しては、これまでＢＭＧ材料の適切な製造方法は特定されていない。特に、そうした高精度高アスペクト比部品をＢＭＧから形成するのに利用できる現在の技術は、費用がかかり、非効率で、容認できないレベルの製造欠陥を有する最終部品を作成しがちである。
【００２２】
本発明は、大量生産に最適で、流れ線、気泡形成及び荒れなどの製造欠陥が実質的にない加工条件においてバルク金属ガラスから形成される、薄厚及び高アスペクト比を有する高精度最終形状物品、及びそうした物品を生産するための製造方法に向けられる。
【００２３】
定義
「バルク金属物品」とは、本発明の目的に関して、全軸において少なくとも０．５ｍｍの寸法を有し、非晶質相を維持する物品である。
【００２４】
「非晶質」とは、本発明の目的に関して、Ｘ線回折法、走査電子顕微鏡法、透過電子顕微鏡法、及び示差走査熱量測定法のうちの何れかの技術によって求められる場合に、少なくとも５０体積％の非晶質相、好ましくは少なくとも８０体積％の非晶質相、最も好ましくは少なくとも９０体積％の非晶質相を含む任意の材料である。
【００２５】
「高アスペクト比」とは、本発明の目的に関して、少なくとも１つの寸法において１００付近又はそれを超える（高アスペクト比）、厚さに対する長さの比を有する物品である。
【００２６】
「最終形状（ｎｅ−ｓｈａｐｅｄ）」とは、本発明の目的に関して、製造の最初の成形ステップにおいてほぼ完全な幾何学的構造部を有するように形成され、例えば機械加工、研削、平滑化又は研磨などの実質的な後処理ステップを必要としない物品である。
【００２７】
「高精度」又は「複雑」とは、本発明の目的に関して、０．１ｍｍを超えないオーダーの公差を必要とする構造要素を有する物品である。
【００２８】
Ｔgで表される「ガラス転移温度」とは、本発明の目的に関して、鋳放しの金属ガラスを毎分２０℃の速度で加熱したときの弛緩の開始を示す温度である。
【００２９】
Ｔxで表される「結晶化温度」とは、本発明の目的に関して、鋳放しの金属ガラスを毎分２０℃の速度で加熱したときの結晶化の開始を示す温度である。
【００３０】
Ｔmで表される「溶融温度」とは、本発明の目的に関して、バルク凝固非晶質合金の液相線温度である。
【００３１】
バルク金属ガラスの概要
バルク金属ガラス（ＢＭＧ）は、Ｔｉ合金及び鋼と同程度の又はそれらより優れた機械的性能（強度、弾性、硬度）を有し、バルク部品、即ち、全軸において０．５ｍｍを上回る寸法を有し、比強度、比弾性率、及び弾性限界が長所の重要な数値である構造的要素に用いることができるバルク部品の製造を可能にする、高強度金属合金の種類である。これがなぜ重要であるかを理解するために、金属ガラスの結晶化に対する耐性は、溶融状態からの冷却の際に結晶化を飛び越してガラスを形成するのに必要な冷却速度（臨界冷却速度）に関連づけることができることを認識されたい。臨界冷却速度は、１０3Ｋ／秒を超えないオーダーであることが望ましく、又は好ましくは１Ｋ／秒又はこれを下回る。臨界冷却速度が減少すると、熱除去速度についての寸法的制約が緩和され、非晶質相を有する大きい断面積の部品を製造できるようになる。
【００３２】
臨界鋳造厚は、フーリエ熱流式を用いて、合金の臨界冷却速度に形式的に関連させることができる。例えば、結晶化による潜熱が含まれない場合、凝固液体の中心における平均冷却速度Ｒは、最小金型寸法Ｌの逆二乗に近似的に比例し、即ち、
【数１】
0005894599.tif 000002
（Ｌはｃｍ単位、ＲはＫ／秒単位）であり、ここで因子αは液体の熱拡散率及び凝固温度に関連し（例えば、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１のＺｒ41.2Ｔｉ13.8Ｃｕ12.5Ｎｉ10Ｂｅ22.5ガラスに対してα〜１５Ｋ・ｃｍ2／秒）。従って、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１を用いて０．５ｍｍの鋳造細片の形成に関係付けられる冷却速度は、１０3〜１０4Ｋ／秒のオーダーとなる。
【００３３】
バルク金属ガラスの一例を上述したが、過去２０年にわたり、いくつものバルク金属ガラス組成物が発見されている（例えば、全て引用により本明細書に組み入れられる特許文献１、特許文献２、非特許文献９、非特許文献１０、特許文献３、及び非特許文献１１を参照されたい）。これらのモノリシックなバルク金属ガラスに加えて、ＳｉＣ、ダイヤモンド、炭素繊維及びモリブデンのような金属などを組み込んだ粒子状強化材又は樹枝状相強化材を有する、多くの複雑なバルク金属ガラス材料も発見されている（例えば、引用によりその開示が本明細書に組み入れられる特許文献４及び特許文献５を参照されたい）。本出願の文脈において、これらのバルク金属組成物のいずれかを用いて、本明細書で開示されるバルク高アスペクト比部品を形成できることを理解すべきである。
【００３４】
従来の製造方法
殆ど例外なく、バルク金属ガラス（ＢＭＧ）は、温度と粘度との間に非常に予測可能な依存性を有する。そうした依存性の例示的なプロットを、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１ＢＭＧ材料について図２に示す。この曲線において、２つの興味深い現象を見ることができる。第１に、ＢＭＧの粘度はガラス状態（Ｔg未満）から溶融状態（Ｔmより上）まで大きさが約１５桁低下し、このことは、ＢＭＧを成形するのに必要な形成条件（圧力及び時間）が、ＢＭＧが形成される温度に多大に依存することを意味する。見ることができる第２の興味深い観察は、この曲線に沿って、流動実験を行ってＢＭＧの粘度を測定することができる２つの到達可能な領域が、１つはＴgとＴxの間、１つは溶融温度（Ｔm）の上及び直ぐ下に存在することである。
【００３５】
当然、この曲線はまた、ＢＭＧを従来通りに加工することができる２つのウィンドウ、即ち「ガラス成形領域」及び「溶融鋳造領域」も定める。これらの異なるウィンドウに基づいて、ＢＭＧを加工する２つの基本的方法、即ち、１）溶融物から冷却の際に加工する方法、及び２）ガラスから過冷却液体領域への加熱を介して加工する方法、が開発されている（これらの基本的な方法に基づく従来技術の例は、引用により本明細書に組み入れられる特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３に記載されている）。しかしながら、これらの方法の全ては、形成することができる物品のタイプ及び幾何学的形状、そこから形成される物品の品質及び完全性、並びに加工条件の好ましさに重大な制約をもたらす、深刻な欠陥を有する。
【００３６】
従来の溶融鋳造
ダイカストは、図２に示す「溶融鋳造領域」においてＢＭＧから高性能電子機器ケーシング及び機能部品を製造するのに用いられる（上記で引用した特許文献１３を参照されたい）。ダイカスト・プロセスにおいては、ＢＭＧ合金が溶融され（液相線温度より、典型的には、２００乃至５００℃高い温度で、これはＶｉｔｒｅｌｏｙ１に対しては９００−１２００℃に相当する）溶融され、ショット・スリーブに注ぎ込まれ、１００乃至５００ＭＰａの典型的な圧力下で高速（数メートル／秒）で恒久性金型キャビティ内に射出される。この技術は、例えば、携帯電話のケース、ヒンジ、ブラケット、及び家電製品の他の機能部品などの複雑な高アスペクト比部品を製造するための現在の方法であり、そうあり続けている。しかしながら、ダイカストによって製造されるＢＭＧハードウェアは、典型的には欠陥及び表面的な欠陥によって特徴付けられ、鋳造収率は比較的低く、通常、実質的な後処理が必要とされる。より重要なことに、典型的な工具鋼の使用温度の上限を表す加工溶融温度が７００℃より相当に高いので、金型寿命が比較的短い（典型的な工具鋼金型の場合、典型的には数千サイクルのオーダー）。全てのこれらの問題（低収率、実質的な後処理作業、及び短い金型寿命）の結果、ダイカストにより製造される部品は高価となる。
【００３７】
これらの欠点の原因は、「溶融鋳造領域」において加工される際に、部品が適切に形成されかつ非晶質相を維持することを保証するために満たす必要がある加工条件を調べることにより、理解することができる。第１の最も問題のある課題は、ＢＭＧ材料の溶融鋳造中に、物品、特に高アスペクト比物品に鋳造欠陥（例えば、気泡形成、荒れ、及び流れ線など）が一貫して形成されることである。これらの欠陥が形成される理由は、例えばダイカストによって溶融物を加工するのに必要な流れ条件に直接関連する。図３に示すように、ダイカスト物品の欠陥は、ＢＭＧ溶融物の鋳型内への層流の途切れから生じる。ＢＭＧの鋳型内ヘの流れが層流のままであり、安定しているかどうかは、流れを特徴付ける２つの基本的な次元数、即ち、１）表面張力に対する慣性力を測る、
【数２】
0005894599.tif 000003
で与えられるウェーバー数（Ｗｅ）と、２）粘性力に対する慣性力を測る、
【数３】
0005894599.tif 000004
で与えられるレイノルズ数（Ｒｅ）と、によって予測することができ、ここでＬは部品の厚さ、Ｖは流速、ρは密度、σは表面張力、及びηは粘度である。金型又は鋳型内への液体の流入中に不安定性が発生しないことを保証するためには、ウェーバー数とレイノルズ数の積を１未満にする必要がある。
ＷｅＲｅ＜１      （式３）
要約すれば、式３は、流れの慣性力が表面張力を超えない場合、流頭の不安定性は生じず、流れの慣性力が粘性力を超えない場合、流頭の不安定性は成長しないことを示す。要するに、流頭の不安定性が生じ得ないか又は成長できなければ、層状かつ安定した流れが確保される。
【００３８】
これらの式を用いると、標準的な条件の下で、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１などの従来のＢＭＧをダイカストする際の、流れの不安定性の発生確率を計算することが可能になる。Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１を用いて１ｍｍ厚のＢＭＧ部品（Ｌ＝０．００１ｍ）をダイカストするための物理条件を、以下の表１に示す。
【表１】
0005894599.tif 000005
【００３９】
これらの値を上の式１及び式２に挿入すると、約４５００の流れ安定度数（ＷｅＲｅ）が得られる。要するに、ダイカストの問題は、ＢＭＧ合金の低粘度のため、射出中の流体慣性が、比較的薄い部品に対しても、表面張力及び粘性力の両方を超えるのに十分に大きいことである。従って、流入中に不安定性が不可避的に発生し、最終物品内に空洞、気泡、荒れたスポット及び流れ線をもたらす。
【００４０】
ＢＭＧのダイカストに伴う別の問題は、必要な温度及び圧力が工具寿命は劇的な短くなることである。このことは、図４にグラフで示し、作業温度及び圧力が減少すると、工具寿命が長くなる（矢印の方向）することが分かる。プロットにみられるように、「理想的な」金型寿命をもたらす方法は、（プラスチック加工で行われるような）本来の熱可塑鋳造法である。圧力及び温度の両方に対する工具寿命の依存性の原因は、通常、金型は、特定の温度で焼き戻しされる工具鋼で製造されており、それゆえ、金型が動作するよう設計された鋳造温度に上限を有することである。典型的な工具鋼の焼き戻し温度は６００℃付近である。これらの工具をこの動作基準より高い温度又は高圧にさらすと、工具が損傷を受け、その寿命が短くなる。図４から分かるように、ＢＭＧのダイカストは、非常に高い圧力を必要としないが、非常に高い温度を必要とする。具体的には、加工温度（典型的なＢＭＧ材料の溶融温度）は鋼又はＴｉ合金の加工温度より低いが、それらは依然として、典型的なＡｌ合金、Ｍｇ合金、又はＺｎ合金をダイカストするのに用いられる温度（５００乃至７００℃）よりもはるかに高い。その結果、ＢＭＧ材料のダイカストは、典型的な工具鋼金型の工具寿命を、プラスチックの加工において達成される数百万サイクル、又は低融点金属合金の加工において達成される数十万サイクルから、わずか数千サイクルに減らし得る。典型的な市販の金型の非常に高い価格（典型的には数万米ドル）は、部品当たりの製造コスト（部品当たり数米ドル）の増加に直接つながる。
【００４１】
従来のダイカスト・プロセスを用いることに伴う最後の問題は、部品を非晶質にするための加工要件であり、典型的なＢＭＧ材料の冷却曲線を検証することによって示される。この場合の、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１の例示的な連続冷却変態曲線を図５に示す。このプロットは、ＢＭＧを溶融状態から連続的に冷却する場合の（ＢＭＧのダイカストにおいておよそ遭遇する）溶融状態からの冷却「経路」を示す。図から分かるように、「臨界冷却速度」より下では合金が結晶化するが、冷却速度が臨界速度より高い限り結晶化が避けられる。
【００４２】
Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１の場合、この要件は、既に空洞内にある溶融物の温度がＴm又はそれより高いとき、鋳物からの熱除去速度は、約２Ｋ／秒又はそれを上回る冷却速度と関連付ける必要があると定める。これは、言い換えると、数ミリメートルのオーダーの厚さの比較的厚い部品である。しかしながら、１０3Ｋ／秒又はそれを上回る臨界冷却速度を有する、より限界的なガラス形成体の場合、この要件は、言い換えると１ミリメートル又はそれを下回る厚さの遥かに薄い部品である。臨界冷却速度要件は、結果として、ＢＭＧ合金の選択が、最大のガラス形成能力を有するものだけに厳しく限定することになる。
【００４３】
従来のガラス成形
図２に示す粘度曲線の反対にガラス成形領域がある。この領域において、ＢＭＧ原材料が、ガラス転移温度（Ｔg）と結晶化温度（Ｔx）の間の材料特有のガラス転移温度範囲に加熱され、ついで金型又は鋳型を用いて成形される。（例示的なプロセスの説明は、その開示が引用により本明細書に組み入れられる特許文献８及び特許文献７に見出すことができる）。このガラス成形プロセスは本来的に、単にＢＭＧの粘度が遥かに高い（８乃至１５桁の）ことで、より良い品質の部品を生産する。この非常に高い粘度の結果、流れの慣性は、非常に大きい粘性力を超えることが不可能となり、従って、式１乃至式３に関連して上述した、あらゆる流れ不安定性の成長を効果的に妨げる。しかし、ガラス形成領域においてＢＭＧを成形することは、溶融鋳造領域内での成形に関連する問題の１つを解決するが、従来のガラス成形技術は、短い工具寿命及び制限の多い組成要件を含む、多くの類似の問題点を有する。さらに、新しい複雑さ、即ち、物理的に達成可能な圧力を用いて高アスペクト比の部品を得ることは困難であるという複雑さがもたらされる。
【００４４】
これらの制限を理解するためには、ガラス成形を実行するのに必要な条件を理解する必要がある。ガラス形成領域の温度範囲のグラフ図を図６に示す。図から分かるように、ガラス原材料が、ＴgとＴxの間の、Ｔgより上まで加熱され、次いで成形のためにその領域に保持される。第１に、原理的に、結晶化を完全に防ぐために十分速く（図６に示すように、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１の場合には２００Ｋ／秒以上）材料をＴgの上まで均一に加熱する必要があることを理解されたい。しかしながら、典型的には熱が材料の境界に加えられる従来の加熱技術（例えば、炉加熱、誘導加熱、レーザー加熱など）を用いると、そうした瞬間的で均一な加熱は実行可能でない。簡単な熱流計算により、原材料の端部は中心部よりも急速に加熱され、この問題は原材料の厚さが増すにつれて拡大する一方であることが分かる。さらに、温度が成形前の原材料全体において実質的に均一でないと、原材料の粘度は非常に不均一となり、そのため、端部近くの高温の流体領域に対しては十分な成形圧力が、中央付近の低温の粘性領域に対しては不十分な場合がある。従って、流れ及び成形は失速する。
【００４５】
従って、これらの従来技術においては、ＢＭＧをゆっくり加熱して全体に均一な温度を保証する必要がある。その結果、図６に示すように、これらの従来のガラス成形技術においては、成形プロセスは、ＴgとＴxの間の非常に狭い温度ウィンドウ内に制限される。このウィンドウ内で、粘度は、結晶化に対するガラス安定性に応じて、Ｔgにおける１０12Ｐａ・秒からＴxにおける１０6又は１０5Ｐａ・秒まで低下する。この領域内での加工温度が高いほど、所与のアスペクト比の部品に対する（即ち所与のひずみに対する）圧力要件が低くなる。このことはまた、ダイカストの場合と同様に、用いるＢＭＧ合金は、この遅い加熱速度におけるＴgとＴxの間の差（ΔＴ）が可能な限り大きくなるように、結晶化に対する優れた安定性を有する必要がある。しかし、最も安定したＢＭＧ合金に対して報告されているΔＴの最大値においても、高アスペクト比部品を形成するための圧力は、同じ部品を、本来の熱可塑鋳造法によってプラスチック材料から加工するのに必要な圧力より著しく高い。
【００４６】
後者は、工具寿命が短くなり、高アスペクト比の部品をガラス成形領域内で得ることが不可能ではないにしても困難であることの理由である。再度、この技術に必要とされる加工条件を調べることが必要である。具体的には、前述のように、ガラス成形は非常に低い温度で起る。これは、必然的に、工具寿命に対して有益である。しかし、図２に示すように、このことはＢＭＧ材料の粘度が極めて高いことを意味し、これは図７に示すように、ＢＭＧを金型又は鋳型内に射出するのに用いる圧力を比例して高くする必要があることを意味する。この高い射出圧力は、工具の小さな構造部（隅又は縁等）に大きな局部応力を発生させ、本来の熱可塑技術と比べると、その耐用期間内に実行できるサイクルの数を減らす。
【００４７】
この高い粘度も、ガラス成形法を用いて高アスペクト比部品を形成することが何故それほど難しいのかを説明する。要するに、ＢＭＧを金型全体に可能な時間内に押し込むか又は移動させるためには、ますます高い射出圧力が必要である。このことの図による説明を図８に示すが、これはＡ．Ｗｉｅｓｔ他による非特許文献７から引用したものであり、温度２１０℃及び圧力３５ＭＰａで加工された鋳造プラスチック（ポリプロピレン）部品を、ＢＭＧ材料を用いて複製する試みを示す。図から分かるように、プラスチック製品の出来の良い複製に近づくためにさえ、従来のガラス成形条件は約１０倍の射出圧力（３００ＭＰａ）を必要とし、その場合でも、そのプラスチック部品の全長をＢＭＧ材料で複製することは不可能である。
【００４８】
本発明の技術
電子機器ケース等の複雑な、バルクの、高アスペクト比、最終形状部品をバルク金属ガラスから形成する着想は、新しいものではない。例えば、引用によりその開示が本明細書に組み入れられる特許文献１４は、ある特定の弾性特性を有するバルク金属ガラスから形成された電子機器ケースを開示する。この特許文献１４は、複雑なデバイスが有する必要のある、多くの重要な特徴、例えば、そのデバイスが壁、開口及び他の支持構造体を有すること、及び、これらが特定の用途に必要な数、寸法、形状及び性質であること、を含む多数の重要な側面を識別する。その場合、例えば、ＰＤＡ及びノートブック・コンピュータなどのデータ記憶及び操作デバイス、デジタルカメラ及びビデオカメラなどのマルチメディア記録デバイス、ＣＤ及びＤＶＤプレーヤなどのマルチメディア・プレーヤ、ポケットベル及び携帯電話などの通信機器、などの電子機器を入れるためのフレームに焦点が当てられた。
【００４９】
上記技術は、電子機器ケースの形成に使用するための理想的な弾性特性を特定するが、従来の加工技術に依拠する。上記の説明で強調したように、その結果、ＢＭＧを用いてバルク高アスペクト比物品を製造すること及び製造された最終部品の品質及び完全性を保証することの両方に関して、主要な課題、即ち、用いられる加工条件を誤認している。要約すれば、従来の技術は、バルクの高アスペクト比の最終形状ＢＭＧ部品を製造する際の最も重要な課題、即ち、そのような部品を形成するために、従来の形成技術では全く利用できない加工条件の組み合わせを必要とすることを認識していない。従って、バルクの高アスペクト比部品を安価で商業的な量だけ製造することができるＢＭＧ加工技術を提供すること、さらに、全軸におけるバルク寸法を含む固有の特性の組み合わせを有し、高アスペクト比を有し、かつ最終形状のＢＭＧ部品を提供することの必要性が存在する。
【００５０】
本発明のプロセス
従来技術は、電子機器フレーム・ケーシングを、ＢＭＧ材料から製造されることの利益を受ける品目として特定する。本発明の「複雑な」「高アスペクト比」の物品は確かにそれらの機器を包含するが、本発明は、より一般的に、例えば、腕時計ケース、歯科用及び医療用機器及びインプラント、回路コンポーネント、燃料電池又は他の触媒構造体、膜などの、あらゆる複雑な高アスペクト比物品に向けられる。要約すれば、本発明は、高アスペクト比を有し、構造的又は機械的性質の特徴を組み込んだ任意のバルク構造体に向けられる。
【００５１】
上記の説明から、そうした複雑な、バルクの、高アスペクト比の最終形状部品を形成するための製造プロセスに必要な特徴を特定することができる。そうした技術は、以下のパラメータ、即ち、（１）低い加工温度（４００乃至７５０℃）、（２）低い成形圧力（１０乃至５０ＭＰａ）、（３）適度な溶融物射出速度（約１ｍ／秒又はそれ未満）、（４）中程度のガラス形成能力及び小さいΔＴを有するものを含む広範囲のＢＭＧ合金を加工する能力、及び（５）向上した金型寿命、を組み合せる。
【００５２】
図９は、そうした技術が実施されるＶｉｔｒｅｌｏｙ１の粘度対温度曲線上の場所を地図で示す。図から分かるように、本発明のバルクの高アスペクト比部品を形成するための理想的な加工領域は、溶融鋳造領域とガラス成形領域の間の曲線のちょうど中間にある。この粘度において、小さい成形圧力（１００ＭＰａ未満）により、流れ慣性及び特に溶融物速度は低く（＜１ｍ／秒）とどまり、その結果、流れのＷｅ及びＲｅは、低くとどまって式３の流れ安定度基準を満たす。Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１等の標準的ＢＭＧのパラメータを式１乃至式３に代入すると（下の表２を参照されたい）、そうした技術を用いて１ｍｍ厚（Ｌ＝０．００１ｍ）の部品を生産する場合の典型的なＶｉｔｒｅｌｏｙ−１ＢＭＧのＷｅＲｅは１未満（ＷｅＲｅ〜０．０３）となり、ＢＭＧの流れが層状かつ安定することを示す。従って、ダイカストによく起る欠陥が発生せず、極めて高い耐性を有する構造的又は機能的機械構造体をもつ非常に複雑な物品の形成が可能になる。
【表２】
0005894599.tif 000006
【００５３】
さらに、低い加工温度（典型的には７００℃未満）と組み合せて低い射出圧力を用いると、そうした技術用の工具寿命は本来のプラスチック加工のほぼ理想的な範囲に（図１０に示すように）ほぼ重なり、従来の技術と比べると工具寿命を長くし、部品コストを下げる。
【００５４】
最後に、高アスペクト比部品を形成する能力を確保するために、加熱及び成形プロセス中に、結晶化を完全に防ぐ必要がある。図１１に示すように、従来の加熱速度においては、この「理想的」システムに必要な加工温度ウィンドウ（４００乃至７５０℃）は、ＢＭＧの溶融温度Ｔmより低いが、結晶化温度Ｔxより高い。換言すれば、任意の既知の加熱プロセスに対して、これは、ＢＭＧがその非晶質相を失う禁制ウィンドウである。実際に、試料を、従来の加熱条件（１乃至１００Ｋ／秒の速度）下で提案された加工温度に加熱すると、図１１に示すように、殆ど瞬間的な試料の結晶化が起る。従って、これを防ぐために、理想的な高アスペクト比を形成する方法では、結晶化曲線を完全に避けるために、従来の手段では達成できない高速（Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１の場合は２００Ｋ／秒を超える）で試料を均一に固体から４００乃至７５０℃に加熱する。
【００５５】
要約すれば、バルクの高アスペクト比部品を製造する理想的な方法は、以下の特徴を含む。
・安定した流頭（ＷｅＲｅ＜１）、
・高収率（低欠陥率）、
・低い印加圧力（＜１００ＭＰａ）、
・溶融温度より低く、かつ、結晶化温度より高い加工温度（４００乃至７５０℃）。
・長い工具寿命（＞１００，０００サイクル）
・超高速加熱プロセス（＜５０ｍ秒）、及び
・ΔＴ値に依存しない任意のＢＭＧの使用。
【００５６】
以上により、加工パラメータのこの独特な組み合わせが、バルクの高アスペクト比の最終形状ＢＭＧ部品を形成するために、理想的かつ必須であることが分かった。作業において、そうした方法は、少なくとも以下の：即ち、
・バルク金属ガラスのブランクを準備するステップと、
・バルク金属ガラスを、ＢＭＧの結晶化温度より高いが溶融温度より低い溶融温度まで加熱するステップと、
・結晶化を防ぐのに十分に短時間で成形圧力を印加するステップと、
・該物品が非晶質相を維持するのを保証するために、物品を、バルク金属ガラスの臨界冷却速度より速い速度でガラス転移温度より下に冷却するステップと、
を含む。
【００５７】
これらのパラメータを用いることにより、従来の溶融鋳造及びガラス成形技術と関連した製造上の困難さ（高い射出圧力／高温／高ΔＴ材料への限定）の全てを回避することが可能である。さらに、この高アスペクト比部品製造プロセスをさらに最適化するため、
・１００ＭＰａ未満の成形圧力を印加することと、
・流れのＷｅＲｅが１未満となるようにＢＭＧの粘度が十分に高い（例えば、１乃至１０5Ｐａ・秒）温度までＢＭＧを加熱することと、
・工具の過剰な摩耗を防ぐために、成形工具の焼き戻し温度より十分に低い（好ましくは、焼き戻し温度より少なくとも５０℃低い）温度まで、ＢＭＧを加熱することと、
・バルク金属ガラスの臨界加熱速度より高い速度でバルク金属ガラスを加熱することと、
を含む、幾つかの付加的なパラメータをさらに識別することができる。
【００５８】
これらのパラメータの各々は、随意的であるが、高精度、高アスペクト比の非晶質物品を製造するための最適条件をさらに精緻化する。
【００５９】
本発明の高アスペクト比物品
本発明は、上述のプロセスによって製造される、例えば、電子機器フレーム、ケーシング、ヒンジ、ブラケット等といった、バルクの高アスペクト比の最終形状ＢＭＧ物品にも向けられる。上記基準に従って形成された本発明の物品は、
・それらがバルクであること（これは、本発明の目的に関して、全軸において少なくとも０．５ｍｍの限界寸法を有することを意味する）、
・それらが高アスペクト比を有し得ること（これは、本発明の目的に関して、約１００又はそれを上回る、厚さに対する長手方向長さの比を有することを意味する）、
・それらが非晶質であること（これは、本発明の目的に関して、例えば、Ｘ線回折により判断されるとき、少なくとも５０体積％の非晶質相、好ましくは少なくとも８０体積％の非晶質相、最も好ましくは少なくとも９０体積％の非晶質相を有することを意味する）、
・それらが最終形状で欠陥がないこと（これは、本発明の目的に関して、本質的に流れ線、同伴ガス包含、るつぼ内での溶融によりもたらされる異物片などの欠陥がなく、最小限の後処理しか必要としないことを意味する）、
・それらが高品質の表面的仕上げを有すること（これは、本発明の目的に関して、製造後、裸眼で可視の表面欠陥がなく、好ましくは顕微鏡的に鏡面仕上げであることを意味する）、
・それらを、ΔＴ値とは無関係に、種々様々なバルク金属ガラス形成合金（例えば、Ｔｉベース、Ｃｕベース、Ｆｅベース等のＢＭＧ合金）から製造できること、
を含む、以前には得ることができなかった特徴の組み合わせを有する。
【００６０】
要約すれば、本発明の方法は、基準の機械的性能及び表面的な表面仕上げを有する高品質かつ完全で、複雑な最終形状の、精密な、構造ハードウェアを可能にし、本発明の物品は、そうしたハードウェアのものである。さらに、低い温度、圧力及び射出速度が、それらのハードウェアの製造を可能にする一方、同じ低い加工温度、圧力、及び射出速度により劇的に向上された金型寿命をもたらす。従って、本発明に従って製造される高アスペクト比部品は、低価格、高品質かつ完全、優れた精度及び公差、並びに高収率によって特徴付けられる。
【００６１】
例示的な実施形態
本発明において説明した要件に適合する加工技術は、引用により本開示に組み入れられる特許文献１５に記載されている。この技術は、コンデンサ放電によるＢＭＧ合金の超高速加熱及び成形を利用して、非常に過冷却な液体状態における温度（関心のある典型的な合金の場合、約３５０℃から７５０℃まで）でミリ秒の時間尺度でＢＭＧを加工する。この技術の概略を図１２に示す。
【００６２】
この技術はＢＭＧの固有の電気抵抗率に依拠するものであり、この電気抵抗率は図１３に示すように関心のある成形温度範囲にわたってほぼ一定のままである。この結果、通常の結晶金属とは異なり、ＢＭＧを横切って電流が放電されると、ＢＭＧは均一かつ急速に加熱される。このことは、ＢＭＧは、厚い試料の場合でも、所望の加工温度まで数ミリ秒以内で均一に加熱できることを意味する。従って、このプロセスは、十分に速いので、ＦｅベースのＢＭＧ等の限界のガラス形成合金に適用する場合でも、加熱及び成形ステップ中に、ＢＭＧ形成液体の結晶化を防ぐことができる。さらに、本加工方法は極めて柔軟性があり、ＢＭＧ合金を、射出成形すること、吹き込み成形すること、又は、熱可塑性部品（例えば、ポリスチレン、ポリエチレン等）の形成に用いられるものと非常によく似た熱及び粘弾性条件下で圧縮成形することを可能にする。
【実施例】
【００６３】
実施例１：ＰｄベースのＢＭＧを用いた例示的ＲＤＦ高アスペクト比物品の形成
ＲＤＨＦ法によって製造されたバルク高アスペクト比ＢＭＧ構造部品の一例として、図１４Ａは、上述のＲＤＨＦ射出成形法を用いて製造された半ドーナッツ形状の最終成形部品を示す。図１４Ｂは部品を製造するのに用いられる金型を示す。この部品は、その後の仕上げを必要としない状態で金型から取り外された。部品の高精度最終形状、高品質表面仕上げ、及び細部は明白である。
【００６４】
この部品は、高ヤング率（〜１００ＧＰａ）、高降伏強度（１．６ＧＰａ）、高硬度（５００Ｋｇ／ｍｍ2、ビッカース硬度）を有するＰｄベース（Ｐｄ43Ｎｉ10Ｃｕ27Ｐ20）のＢＭＧから、加工温度約４５０℃、加工圧力約２０ＭＰａ、及び約５０ミリ秒の全加工時間（初めの棒状ＢＭＧ装填物の加熱時間＋最終成形部品を得るための成形時間）で、ＲＤＨＦ射出成形により製造した。
【００６５】
実施例２：ＺｒベースのＢＭＧを用いた例示的なＲＤＦ高アスペクト比物品の形成
ＲＤＨＦ法によって製造されたバルク高アスペクト比ＢＭＧ構造部品の別の例として、図１は、上述のＲＤＨＦ射出成形法を用いて製造された半環状最終成形部品を示す。この部品は、Ｚｒベース（Ｖｉｔｒｅｌｏｙ−１０５、Ｚｒ52.5Ｃｕ17.9Ｎｉ14.6Ｔｉ5Ａｌ10）のＢＭＧから、加工温度約５５０℃、加工圧力約２０ＭＰａ、及び約５０ミリ秒の全加工時間（初めの棒状ＢＭＧ装填物の加熱時間＋最終成形部品を得るための成形時間）で製造した。この部品を空気中で加工した結果である、表面上のはっきり分かる数個の軽度の酸化スポットを除けば、この部品は概ね、高精度最終形状、高品質表面仕上げ、及び詳細な構造部を示す。
【００６６】
Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１０５ＢＭＧは、溶融温度Ｔｍ約８２０℃、及びΔＴ約５０℃を有する。図１５に示す部品を従来のダイカスト法で製造された場合、初めの溶融物温度は、非晶質部品を成功裏に製造するために少なくとも１１００℃もの高温にする必要があったはずである。そうした高温は、典型的な工具鋼金型の焼き戻し温度より遥かに高く、金型を急速に劣化させ、工具寿命を非常に短くする。これとは対照的に、本発明においては、非晶質部品は、典型的な工具鋼金型の焼き戻し温度より低い５５０℃で製造され、従って、長い工具寿命を助長する。さらに、図１５に示す部品を、Ｔ＜Ｔxにおいて、従来のガラス成形法で製造した場合、成形圧力は、おそらく１ＧＰａに近い極めて高圧にする必要があったはずである。これは、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ１０５ＢＭＧが非常に限定されたΔＴを有するので、Ｔxより低い温度で粘度が非常に高い（少なくとも１０7Ｐａ・秒ほどの高さ）ためである。そうした高圧は金型を急速に劣化させ、工具寿命が非常に短くなると思われる。
【００６７】
上記では、部品の特定の実施例を準備し説明したが、例えば、ラップトップ・コンピュータ、電子リーダ、タブレットＰＣ、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、電子計測機器、電子医療機器、デジタル時計及び時間管理機器、メモリスティック及びフラッシュドライブ、テレビジョン、ＭＰ３プレーヤ、ビデオプレーヤ、ゲーム機、チェックアウトスキャナ等を含む、ＢＭＧ材料から形成される任意の高アスペクト比部品を、本発明に従って作製できることを理解すべきである。
【００６８】
均等論
本発明の説明は、例証及び説明の目的のために提示した。これは網羅的であること又は本発明を説明した通りの形態に限定することを意図したものではなく、上記の教示に照らして多くの修正及び改変が可能である。実施形態は、本発明の原理及びその実際的用途を最も良く説明するように選択された。この説明は、当業者が、特定の用途に適した種々の修正を伴う種々の実施形態において本発明を最も良く利用し実施できることを可能にするであろう。
【符号の説明】
【００６９】
Ｔg：ガラス転移温度
Ｔx：結晶化温度
Ｔm：溶融温度
ΔＴ：ＴgとＴxの差
【図１】
0005894599.tif 000007
【図２】
0005894599.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図５】
0005894599.tif 000019
【図６】
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【図１１】
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