(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
急速コンデンサ放電を用いて金属ガラスを急速に加熱および成形する方法であって、
金属ガラス形成合金から形成されていて、実質的に均一の断面を有する金属ガラスのサンプルを提供する工程と、
前記金属ガラスのガラス転移温度と前記金属ガラス形成合金の平衡融点との間の加工温度まで前記サンプルを均一に加熱するために、前記サンプル全体に均一に電気エネルギー量を放電させる工程および、加熱された前記サンプルを物品に成形するために、変形力を付与する工程と、
前記物品を、前記金属ガラスのガラス転移温度以下の温度まで冷却する工程とを含む、
方法。
【請求項２】
前記金属ガラスは、温度と共に上昇しない抵抗率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記サンプルの温度は、少なくとも５００Ｋ／秒の速度で上昇する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属ガラスは、１×１０-4℃-1の温度変化（Ｓ）の単位当たりの抵抗率の相対的な変化、および８０〜３００μΩ−ｃｍの間の室温における抵抗率（ρ0）を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電気エネルギー量は、少なくとも１００ジュールであり、かつ１０μｓから１０ｍｓの間の放電時定数である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記加工温度は、前記金属ガラスのガラス転移温度と、前記金属ガラス形成合金の平衡融点との間の中間である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
加熱された前記サンプルの粘度が１〜１０4Ｐａｓ−秒であるような加工温度である、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記サンプルは欠陥がない、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記金属ガラス形成合金は、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、およびＣｕからなる群より選択される元素金属に基づいた合金である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記電気エネルギー量を放電する工程は、前記サンプルの対向する両端部に連結された少なくとも２つの電極を介して生じ、前記サンプル内に電場を生成し、生成された動的電場の電磁気の表皮深さは、チャージの半径、幅、厚さ、および長さと比較して大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記サンプルは、前記電極の降伏力と等しいかそれよりも大きい電極／サンプル接触面における圧力を生成するために、前記エネルギーを放電する工程の前に、前記電極の間に、先立って負荷が加えられる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記成形する工程は、射出成形、動的鍛造、型鍛造、および吹き込み成形からなる群より選択される成形手段を用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記成形手段は、前記金属ガラスのガラス転移温度又は該ガラス転移温度未満の温度まで加熱される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記サンプルの加熱および成形は、１００μｓ〜１ｓの間の時間において完了する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記エネルギーを放電するのに先立って、前記サンプルにおいてプレパルスを生成する工程をさらに含み、前記プレパルスのエネルギーは、前記金属ガラスのガラス転移温度より上まで電極／サンプル接触面において前記サンプルの温度を上昇させるのに十分である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記変形力は、均一の断面のワイヤまたはファイバを形成するために、前記エネルギーの放電の間、前記サンプルに加えられた張力による変形力である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
ヘリウムのストリームが、前記冷却する工程を容易にするために、引かれた前記ワイヤまたはファイバに吹き付けられる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
金属ガラスを急速に加熱および成形するための、急速コンデンサ放電装置であって、
金属ガラス形成合金から形成され、実質的に均一の断面を有する金属ガラスのサンプルと、
電気エネルギーのソースと、
前記電気エネルギーのソースを、前記金属ガラスのサンプルに相互連結させる少なくとも２つの電極であって、実質的に均一の連結が前記電極と前記サンプルとの間に形成されるように、前記サンプルに取り付けられる、少なくとも２つの電極と、
前記サンプルを形成する関係において配置される成形手段と、
を備え、
前記電気エネルギーのソースは、前記サンプルを、前記金属ガラスのガラス転移温度と前記金属ガラス形成合金の平衡融点との間の加工温度まで、均一に加熱するのに十分な電気エネルギー量を生成することができ、
前記成形手段は、前記加熱されたサンプルをネットシェイプ物品に形成するのに十分な変形力を付与することができる、装置。
【請求項１９】
前記成形手段は、射出成形、動的鍛造、型鍛造、および吹き込み成形からなる群より選択される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記成形手段は、前記電極の少なくとも１つから少なくとも部分的に形成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記成形手段は、当該手段を、前記金属ガラスのガラス転移温度又は該ガラス転移温度未満の温度まで加熱するための温度制御された加熱素子をさらに備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記変形力を前記サンプルに付与するために、前記成形手段と作動関係にある空圧駆動システムまたは磁気駆動システムの１つをさらに備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２３】
前記金属ガラスは、温度と共に上昇しない抵抗率を有する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２４】
前記サンプルの温度は、少なくとも５００Ｋ／秒の速度で上昇する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２５】
前記金属ガラスは、１×１０-4℃-1の温度変化（Ｓ）の単位当たりの抵抗率の相対的な変化、および８０〜３００μΩ−ｃｍの間の室温における抵抗率（ρ0）を有する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２６】
前記電気エネルギー量は、少なくとも１００ジュールであり、かつ１０μｓから１０ｍｓの間の時定数である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２７】
前記加工温度は、前記金属ガラスのガラス転移温度と、前記合金の平衡融点との間の中間である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２８】
加熱された前記金属ガラスの粘度が１〜１０4Ｐａｓ−秒であるような加工温度である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２９】
前記サンプルは欠陥がない、請求項１８に記載の装置。
【請求項３０】
前記サンプルの接触表面は、平坦かつ並行である、請求項１８に記載の装置。
【請求項３１】
前記金属ガラスは、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、
およびＣｕからなる群より選択される元素金属に基づいた合金である、請求項１８に記載の装置。
【請求項３２】
前記電極の材料は、Ｃｕ、Ａｇ、またはＮｉからなる群、あるいは、Ｃｕ、Ａｇ、またはＮｉのうちの１つを、少なくとも９５原子％含む合金より選択される、請求項１８に記載の装置。
【請求項３３】
前記サンプルは、前記電極の材料の降伏力と等しい電極／サンプルの接触面における圧力を生成するために、前記エネルギーを放電する工程の前に、前記電極の間に、先立って負荷が加えられる、請求項１８に記載の装置。
【請求項３４】
前記エネルギーを放電するのに先立って、前記サンプルにおいてプレパルスが生成され、前記プレパルスのエネルギーは、前記金属ガラスのガラス転移温度より上まで電極／サンプル接触面において前記サンプルの温度を上昇させるのに十分である、請求項１８に記載の装置。
【請求項３５】
前記成形手段は前記電極から独立している、請求項１８に記載の装置。
【請求項３６】
前記装置は、１００μｓから１ｓの時間内で、室温の前記サンプルから物品を形成することができる、請求項１８に記載の装置。
【請求項３７】
前記電気エネルギーのソースは、前記サンプル内に電場を生成し、さらに、生成された動的電場の電磁気の表皮深さは、チャージの半径、幅、厚さ、および長さと比較して大きい、請求項１８に記載の装置。
【請求項３８】
急速放電コンデンサを用いる測定装置であって、
金属ガラス形成合金から形成され、実質的に均一の断面を有する金属ガラスのサンプルと、
電気エネルギーのソースと、
前記電気エネルギーのソースを、前記サンプルに相互連結させる少なくとも２つの電極であって、実質的に均一の連結が前記電極と前記サンプルとの間に形成されるように、前記サンプルに取り付けられる、少なくとも２つの電極と、
前記サンプルと係合関係にて配置される、変形圧力を付与するための手段であって、前記電気エネルギーのソースは、前記サンプルを、前記金属ガラスのガラス転移温度と前記金属ガラス形成合金の平衡融点との間の均一な加工温度まで、均一に加熱するのに十分な電気エネルギー量を生成することができる、手段と、
変形の間、前記サンプルの少なくとも１つの特性を測定するための少なくとも１つのセンサと、
を備える、装置。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの特性は、温度、粘度、熱容量、およびエンタルピー量からなる群より選択される、請求項３８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して金属ガラスの形成の新規な方法に関し、より詳細には、急速コンデンサ放電加熱を用いて金属ガラスを形成するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
アモルファス材料は、新種の工学材料であり、高強度、高柔軟性、高耐食性、および融解状態からの加工可能性の独特な組み合わせを有する。アモルファス材料は、それらの原子構造が、従来の結晶質合金の原子構造の通常の長期の秩序だったパターンを欠くという点において従来の結晶質合金と異なる。アモルファス材料は一般に、結晶相の融解温度より上（すなわち熱力学における融解温度）から、「十分に急速な」冷却速度で、アモルファス相の「ガラス転移温度」以下まで、溶融合金を冷却することによって加工および形成され、その結果、結晶合金の核生成および成長が回避される。このようにして、アモルファス合金の加工方法は常に、アモルファス相の形成を確実にするために、「臨界冷却速度」とも呼ばれる「十分に急速な冷却速度」を定量化することに関与する。
【０００３】
初期のアモルファス材料のこの「臨界冷却速度」は極端に高く、約１０６℃／秒であった。このように、従来の鋳造法はこのような高い冷却速度に対しては適切ではなく、融解紡糸および平面流鋳造（ｐｌａｎａｒ  ｆｌｏｗ  ｃａｓｔｉｎｇ）等の特別な鋳造プロセスが開発された。これらの初期の合金の結晶化動力学が実質的に急速であるので、溶融合金からの熱除去のための極端に短い時間（約１０−３秒以下）が結晶化を回避するために必要とされ、このようにして、初期のアモルファス合金はまた、少なくとも１つの寸法におけるサイズに制限があった。例えば、非常に薄い箔およびリボン（厚さ約２５ミクロン）のみが、これらの従来の技術を用いて首尾良く生成された。これらのアモルファス合金に対する臨界冷却速度の要件は、アモルファス合金からできた部分のサイズを大幅に制限したので、バルク体およびバルク品としての初期のアモルファス合金の使用は限られていた。
【０００４】
長年、「臨界冷却速度」は、アモルファス合金の化学組成に強く依存すると決定されていた。従って、調査の大部分は、非常に低い臨界冷却速度を有する新規の合金組成を開発することに焦点が当てられていた。これらの合金の例は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４において与えられており、これらの文献の各々は参照により本明細書に援用される。これらのアモルファス合金系（バルク金属ガラス、すなわちＢＭＧとも呼ばれる）は、従来達成可能であったものよりもはるかに大きなバルクアモルファス相の対象物を加工および形成することができる、数℃／秒程度の低さの臨界冷却速度によって特徴付けられる。
【０００５】
低い「臨界冷却速度」のＢＭＧの有効性を用いて、アモルファス相を有するバルク品を形成するために、従来の鋳造プロセスを適用することができるようになった。過去数年にわたり、ＬｉｑｕｉｄＭｅｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ等を含む多くの企業は、ＢＭＧより製造されるネットシェイプの金属部品の製造のための商用の製造技術を開発するための努力を払ってきた。例えば、加熱された金型への永久鋳型ダイカストおよび射出鋳造等の製造方法が現在、標準の消費家電製品（例えば、携帯電話およびハンドヘルド無線デバイス等）、ヒンジ、ファスナ、医療機器、および他の高付加価値の製品等のための電子部品のケースなどの商用の金属製品および部品を製造するために用いられている。しかしながら、バルク凝固（ｂｕｌｋ−ｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇ）のアモルファス合金は、上述のように、鋳造凝固の基本的な欠点に対する、特に、ダイカストおよび永久鋳型鋳造プロセスに対するいくつかの改善法を提供しても、取り組むべき問題がいまだに存在する。何よりも先ず、より広い範囲の合金組成物から、これらのバルク体を作製する必要性が存在する。例えば、大きなバルクアモルファス体を作製することができる大きな臨界鋳造寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｃａｓｔｉｎｇ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を有する現在利用可能なＢＭＧは、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、およびＢｅを加えたＺｒベースの合金、ならびに、Ｎｉ、Ｃｕ、およびＰを加えたＰｄベースの合金（これらは工学的観点またはコストの観点のいずれかから観て、必ずしも最適であるわけではない）を含む、金属の非常に狭い選択に基づいた合金組成物のいくつかの群に限定される。
【０００６】
加えて、現在の加工技術では、適切な加工条件が生成されることを保証するために、かなり高価な機械装置を必要とする。例えば、殆どの成形プロセスでは、高真空または制御下での不活性ガス環境、るつぼ内の物質の誘導溶解、ショットスリーブへの金属の鋳込み、およびショットスリーブを介して、より精巧な鋳型アセンブリのゲーティング（ｇａｔｉｎｇ）およびキャビティへの空圧式インジェクション（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）を必要とする。これらの改良されたダイカスト機械は、一台につき数百ドルから数千ドルも費用がかかる。さらに、これまで、ＢＭＧを加熱することはこれらの従来の緩慢な熱処理を介して達成される必要があったので、バルク凝固のアモルファス合金の従来技術の処理および形成は常に、熱力学的な融解温度より上からガラス転移温度以下まで溶融合金を冷却することに焦点を置いていた。この冷却は、単一工程の単調な冷却操作または複数工程の加工のいずれかを用いて実現される。例えば、金型（銅、鋼鉄、タングステン、モリブデン、それらの複合材料、または他の高伝導材料からなる）は、周囲温度で、溶融合金からの熱除去を容易にかつ促進するために利用される。「臨界鋳造寸法」は臨界冷却速度に相関するので、これらの従来の加工は、より広い範囲のバルク凝固のアモルファス合金のより大きなバルク体およびバルク品を形成するのには適していない。さらに、十分な合金材料が、特に複雑で高精度の部品の製造において、合金が凝固する前に、ダイに導入されることを保証するために、溶融合金を、高速で、高圧力下でダイに注入する必要がしばしばある。金属は、例えば高圧鋳造法等において、高圧力下かつ高速でダイに供給されるので、溶融金属の流れは、レイリー・テイラー不安定性となる傾向にある。この流れの不安定性は、高ウェーバー数によって特徴付けられ、流れの前方部（ｆｌｏｗ  ｆｒｏｎｔ）の崩壊が付随し、これにより、鋳造部分における表面上および構造中の微細な欠陥となって現れる、突き出た継ぎ目および気泡の形成を生じさせてしまう。また、ガラス化していない液体が、ガラス化した金属の固体のシェル内に閉じ込められた場合、ダイカストの鋳型の中心線に沿って収縮孔または多孔を形成する傾向がある。
【０００７】
平衡融点より上からガラス転移以下まで材料を急速に冷却することに付随する問題を改善するための試みは、その殆どが、過冷却液体の動力学的安定性および粘性流の特徴を利用することに焦点を当ててきた。ガラスが粘性のある過冷却液体へと弛緩するガラス転移より上までガラス原料を加熱すること、加圧して過冷却液体を形成すること、およびその後に、結晶化する前にガラス転移以下まで冷却することを含む複数の方法が提案されている。これらの魅力的な方法は、実質的には、プラスチックを加工するために用いられる方法に非常に類似する。しかしながら、極端に長期間の間、軟化転移より上にて、結晶化に対して安定したままであるプラスチックとは対照的に、金属の過冷却液体は、ガラス転移においていったん弛緩すると、むしろ急速に結晶化する。その結果、金属ガラスが従来の加熱速度（２０℃／分）で加熱された場合、結晶化に対して安定している温度範囲がむしろ小さく（ガラス転移より５０℃から１００℃上）、その範囲内の液粘度はむしろ高い（１０９〜１０７Ｐａ  ｓ）。これらの高い粘性のおかげで、これらの液体を所望の形状に形成するために必要とされる圧力は膨大であり、多くの金属ガラス合金にとっては、従来の高強度の手段によって達成可能であった圧力を超えてしまい得る（＜１ＧＰａ）。金属ガラス合金は、近年、相当に高い温度（ガラス転移より１６５℃高い）まで従来の加熱速度で加熱した場合に結晶化に対して安定した金属ガラス合金が開発されている。これらの合金の例は、特許文献５、非特許文献１、および非特許文献２の文献に与えられており、これらの文献の各々は参照することにより本明細書において援用される。結晶化に対するこれらの高い安定性のおかげで、１０５Ｐａ−ｓ程度の低い加工粘度が利用可能となり、これは、これらの合金が、従来の金属ガラスよりも過冷却された液体状態における加工に対してより適していることを示唆する。しかしながら、これらの粘性は、典型的には１０から１０００Ｐａ−ｓの間の範囲であるプラスチックの加工粘度よりもまだ実質的に高い。このような低い粘度を達成するためには、金属ガラス合金は、従来の加熱により加熱された場合、あるいは、安定性の温度範囲を広げ、熱可塑性プラスチックを加工することにおいて用いられるものの典型的な値にまで加工粘度を下げる従来にない高加熱速度によって加熱された場合のいずれにおいても、結晶化に対してさらにより高い安定性を示すはずである。
【０００８】
成型に十分な温度までＢＭＧを瞬時に加熱し、それにより、上述の問題の多くを回避し、同時に成型可能なアモルファス材料の種類を広げる方法を作り出すためのいくつかの試みがなされている。例えば、特許文献６、特許文献７、非特許文献３、非特許文献４、および非特許文献５の文献、これらの文献の各々の開示は、参照することにより援用され、それら全ては、ジュール加熱を用いて成型温度まで材料を瞬時に加熱するために、アモルファス材料特有の伝導性を利用する。しかしながら、今までのところ、これらの技術は、例えば局所的な形成のみ、例えばそのような部分の接合（例えばスポット溶接）、または表面特性の形成を可能にするために、ＢＭＧサンプルの局所的な加熱に焦点を置いてきた。これらの従来技術の方法のいずれも、広範囲の形成を行うことができるように、ＢＭＧのサンプル体積全体を均一に加熱する方法を教示していない。その代わりに、全てのそれらの従来技術の方法は、加熱時の温度勾配を予測するものであり、これらの温度勾配が局所的な形成にどのような影響を与え得るのかを検討している。例えば非特許文献３は、以下のように書いている。「電極と接触するかまたは成型チャンバ内の周囲（不活性）ガスと接触して成型されたＢＭＧサンプルの外部表面は、その流れによって生成された熱が伝導、伝達、または放射によってサンプルから消散するので、その内側よりも僅かに冷たい。他方では、伝導、伝達、または放射によって加熱されたサンプルの外側表面はその内側よりもわずかに熱い。これは、結晶化および／または金属ガラスの酸化がまず外側表面および接触面で始まるので、本方法にとって重要な利点であり、それらがバルクの温度より僅かに下である場合、そのような所望されない表面結晶形成はさらに容易に回避され得る。」
【０００９】
ガラス転移より上での、結晶化に対するＢＭＧの限定された安定性の別の弱点は、熱力学的特性および輸送特性、例えば準安定状態の過冷却液体の温度範囲全体に亘る熱容量および粘性を測定することができないことである。示差走査熱量計、熱機械分析計、およびクエット粘度計等の通常の測定機器は、従来の加熱器具、例えば、電熱器および誘導加熱器等に依存しており、従って、従来考慮されるサンプル加熱速度（通常＜１００℃／分）を達成することができる。上述のように、金属の過冷却液体は、従来の加熱速度にて加熱された場合に限定された温度範囲に亘って結晶化に対して安定可能であり、従って、測定可能な熱力学的特性および輸送特性は、利用可能な温度範囲内に限定される。その結果、結晶化に対して非常に安定し、それらの熱力学的な特性および輸送特性が準安定状態の範囲全体に亘って測定可能である重合体および有機液体とは異なり、金属の過冷却液体の特性は、ガラス転移の少し上から融点の少し下の狭い温度範囲内でのみ測定可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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５，３６８，６５９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，６１８，３５９号明細書
【特許文献４】米国特許第５，７３５，９７５号明細書
【特許文献５】米国特許出願第２００８０１３５１３８号明細書
【特許文献６】米国特許第４，１１５，６８２号明細書
【特許文献７】米国特許第５，００５，４５６号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｇ．  Ｄｕａｎら、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  １９  （２００７年）  ４２７２ページ
【非特許文献２】Ａ．Ｗｉｅｓｔ  Ａｃｔａ  Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ，  ５６  （２００８年）  ２５２５−２６３０ページ
【非特許文献３】Ａ．Ｒ．Ｙａｖａｒｉ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，  ６４４  （２００１年）  Ｌ１２−２０−１
【非特許文献４】Ａ．Ｒ．Ｙａｖａｒｉ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ａ，  ３７５−３７７  （２００４年）  ２２７−２３４ページ
【非特許文献５】Ａ．Ｒ．Ｙａｖａｒｉ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ８１  （９）  （２００２年）  １６０６−１６０８ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、ＢＭＧサンプル体積全体を瞬時にかつ均一に加熱し、アモルファス金属の全体の成型を可能にする新規のアプローチを見出す必要性が存在する。さらに、科学的見地から、金属の過冷却液体のこれらの熱力学的特性および輸送特性を利用し、かつ測定する新規のアプローチを見出す必要性もまた存在する。
【００１３】
従って、本発明に従い、急速コンデンサ放電加熱（ＲＣＤＦ：ｒａｐｉｄ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｈｅａｔｉｎｇ）を用いて、アモルファス材料を成型するための方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一実施形態において、本発明は、急速コンデンサ放電を用いてアモルファス材料を急速に加熱かつ成形する方法に関し、ここで、アモルファス相のガラス転移温度と合金の平衡融点との間の加工温度まで、サンプル全体を急速かつ均一に加熱するために、電気エネルギー量が、実質的に均一の断面を有する、実質的に欠陥がないサンプル全体に均一に放電され、ならびに、同時に、そのサンプルをアモルファス物品に成形および次いで冷却する方法に関する。１つのこのような実施形態において、サンプルは、好ましくは、少なくとも５００Ｋ／秒の速度の加工温度で加熱される。別のこのような実施形態において、上述の成形する工程は、従来の形成技術、例えば、射出成形、動的鍛造、型鍛造、吹き込み成形等を使用する。
【００１５】
別の実施形態において、アモルファス材料は、約１×１０−４℃−１程度の温度変化（Ｓ）の単位当たりの抵抗率の相対的変化で選択される。１つのこのような実施形態において、アモルファス材料は、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、およびＣｕからなる群より選択される元素金属に基づいた合金である。
【００１６】
さらに別の実施形態において、上述の電気エネルギー量は、その電気エネルギーがサンプルに均一に導入されるように、サンプルの対向する両端部に連結される少なくとも２つの電極を介して、そのサンプル内に放電される。１つのこのような実施形態において、この方法は、少なくとも１００ジュールの電気エネルギー量を用いる。
【００１７】
さらに別の実施形態において、加工温度は、アモルファス材料のガラス転移温度と合金の平衡融点との間の約中間である。１つのこのような実施形態において、その加工温度は、アモルファス材料のガラス転移温度よりも、少なくとも２００Ｋ上である。１つのこのような実施形態において、加熱されたアモルファス材料の粘度が、約１〜１０４Ｐａｓ−秒であるような加工温度である。
【００１８】
さらなる別の実施形態において、サンプルを成形するために用いられる形成圧力は、そのサンプルが高ウェーバー数の流れを回避するのに十分に緩慢な速度で変形されるように制御される。
【００１９】
さらなる別の実施形態において、サンプルを成形するために用いられる変形速度は、そのサンプルが高ウェーバー数の流れを回避するのに十分に緩慢な速度で変形されるように制御される。
【００２０】
さらなる別の実施形態において、初期のアモルファス金属サンプル（原料）は、例えば、円筒形、薄片形、四角形、および長方形の固体等、均一な断面を有する任意の形状であってもよい。
【００２１】
さらなる別の実施形態において、アモルファス金属サンプルの接触表面は、電極接触表面と十分な接触を確実にするために、並行に切断され、平坦となるように磨かれる。
【００２２】
さらなる別の実施形態において、本発明は、アモルファス材料を成形するための急速コンデンサ放電装置に関する。１つのこのような実施形態において、アモルファス材料のサンプルは、実質的に均一の断面を有する。別のこのような実施形態において、少なくとも２つの電極は、電気エネルギーのソースをアモルファス材料のサンプルに連結する。このような実施形態において、実質的に均一な連結が電極とサンプルとの間で形成されるように、電極はサンプルに取り付けられる。さらなる別のこのような実施形態において、動的電場の電磁気の表皮深さは、チャージの半径、幅、厚さ、および長さと比較して大きい。
【００２３】
さらなる別の実施形態において、電極の材料は、低い降伏力および高い熱伝導性および電気導電性を有する金属、例えば、銅、銀、またはニッケル、あるいは、銅、銀、またはニッケルで少なくとも９５原子％が形成された合金が選択される。
【００２４】
さらなる別の実施形態において、「着座」圧力は、サンプルの接触表面の微細な特徴に適合するように、電極／サンプルの接触面において電極の接触表面を塑性的に変形させるために、電極と初期のアモルファスサンプルとの間に加えられる。
【００２５】
さらなる別の実施形態において、低電流の「着座」電気的パルスは、電極の接触表面において、アモルファスサンプルの任意の非接触領域を局所的に柔軟にするために、電極と初期のアモルファスサンプルとの間に加えられ、このようにして、電極の接触表面の微細な特徴に適合する。
さらなる別の実施形態において、サンプルの加熱および成形は、約１００μｓ〜１ｓの間の時間において完了する。
【００２６】
装置のさらなる別の実施形態において、電気エネルギーのソースは、サンプルの全体を、少なくとも５００Ｋ／秒の速度で、アモルファス相のガラス転移温度と合金の平衡融点との間の加工温度まで、均一に加熱するのに十分な電気エネルギー量を生成することができる。この装置のこのような実施形態において、電気エネルギーのソースは、熱輸送および熱勾配の発生を回避し、サンプルの均一な加熱を促進するために、サンプルが断熱的に加熱される、すなわち、アモルファス金属サンプルの熱的緩和速度よりもはるかに高い速度にて、断熱的に加熱されるような速度にて放電される。
【００２７】
この装置のさらなる別の実施形態において、この装置において用いられる成形手段は、射出成形、動的鍛造、型鍛造、および吹き込み成形からなる群より選択され、この加熱されたサンプルを形成するのに十分な変形張力を与えることができる。１つのこのような実施形態において、成形手段は、電極の少なくとも１つから少なくとも部分的に形成される。代替的なこのような実施形態において、成形手段は電極から独立している。
【００２８】
この装置のさらなる別の実施形態において、空圧駆動システムまたは磁気駆動システムが、サンプルに変形力を付与するために提供される。このようなシステムにおいて、変形力または変形速度は、加熱されたアモルファス材料が、高ウェーバー数の流れを回避するのに十分に緩慢な速度で変形されるように制御可能である。
【００２９】
この装置のさらなる別の実施形態において、成形手段は、さらに、好ましくは、アモルファス材料のガラス転移温度付近の温度までその手段を加熱するための加熱素子を備える。このような実施形態において、形成された液体の表面は、さらに緩慢に冷却され、これにより、形成される物品の表面仕上げを改善する。
この装置のさらなる別の実施形態において、加熱されたサンプルが、高ウェーバー数の流れを回避するのに十分に緩慢な速度で変形されるように、放電の間、表面のチャージの歪み速度または変位速度を制御するための制御器をさらに備える。
この装置のさらなる別の実施形態において、装置は、約１００μｓから約１ｓの時間内で、室温の前記サンプルから物品を形成することができる。
【００３０】
さらなる別の実施形態において、張力による変形力は、均一の断面のワイヤまたはファイバを引くために、エネルギーの放電の間、十分に把持された（ｇｒｉｐｐｅｄ）サンプル上に適用される。
【００３１】
さらなる別の実施形態において、張力による変形力は、材料の流れがニュートン系であり、ネッキングによる欠陥が回避されるように制御される。
【００３２】
さらなる別の実施形態において、張力による変形速度は、材料の流れがニュートン系であり、ネッキングによる欠陥が回避されるように制御される。
【００３３】
さらなる別の実施形態において、低温ヘリウムのストリームは、ガラス転移以下に冷却する工程を容易にするために、引かれたワイヤまたはファイバに吹き付けられる。
【００３４】
さらなる別の実施形態において、本発明は、過冷却液体を、その準安定性での範囲全体に亘って、熱力学的特性および輸送特性を測定するための、急速コンデンサ放電装置に関する。１つのこのような実施形態において、高分解能および高速熱探知カメラが、アモルファス金属のサンプルについて、同時に、均一の加熱および均一の変形を記録するために用いられる。時間（ｔｅｍｐｏｒａｌ）、熱、および変形のデータは、時間（ｔｉｍｅ）、温度、および張力のデータに変換可能であり、他方で、入力電力および負荷圧力は、内部エネルギーおよび負荷応力に変換可能であり、それにより、サンプルの温度、温度依存粘度、熱容量、およびエンタルピーに関する情報を生成する。
【００３５】
本記載は、以下の図面およびデータグラフを参照してさらに完全に理解され、それらの図面およびデータグラフは、本発明の例示的な実施形態として提示され、本発明の範囲の完全な引用として解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明に従った例示的な、急速コンデンサ放電による形成方法のフローチャートを提供する。
【図２】図２は、本発明に従った、急速コンデンサ放電による形成方法の例示的な実施形態の略図を提供する。
【図３】図３は、本発明に従った、急速コンデンサ放電による形成方法の別の例示的な実施形態の略図を提供する。
【図４】図４は、本発明に従った、急速コンデンサ放電による形成方法のさらに別の例示的な実施形態の略図を提供する。
【図５】図５は、本発明に従った、急速コンデンサ放電による形成方法のさらなる別の例示的な実施形態の略図を示す。
【図６】図６は、本発明に従った、急速コンデンサ放電による形成方法のさらなる別の例示的な実施形態の略図を示す。
【図７】図７は、本発明に従った、熱探知カメラと組み合わせた、急速コンデンサ放電による形成方法の例示的な実施形態の略図を提供する。
【図８】図８ａから図８ｄは、本発明に従った、例示的な、急速コンデンサ放電による形成方法を用いて得られた実験結果の一連の写真による画像を提供する。
【図９】図９は、本発明に従った、例示的な、急速コンデンサ放電による形成方法を用いて得られた実験結果の一連の写真による画像を提供する。
【図１０】図１０は、本発明に従った、例示的な、急速コンデンサ放電による形成方法を用いて得られた実験結果を要約したデータプロットを提供する。
【図１１】図１１ａから図１１ｅは、本発明に従った、例示的な、急速コンデンサ放電装置の一組の略図を提供する。
【図１２】図１２ａおよび図１２ｂは、図１１ａから図１１ｅにおいて示された装置を用いてなされた成型品の写真による画像を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明は、急速に金属ガラスを、均一に加熱し、流動学的に柔軟にし、および熱可塑性的に形成（通常は、ジュール加熱により、押出工具または金型を利用して、１秒未満の加工時間で、ネットシェイプ物品に）する方法に関する。より詳細には、本方法は、金属ガラス合金のサンプルまたはチャージ（必要分量）を、数ミリ秒以下の時間スケールにて、アモルファス材料のガラス転移温度と合金の平衡融点との間の約中間の所定の「加工温度」まで、均一にかつ急速に加熱するために、コンデンサに蓄えられた電気エネルギー（通常、１００ジュールから１００Ｋジュール）の放電を利用する。これを以下において急速コンデンサ放電形成（ＲＣＤＦ：ｒａｐｉｄ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｆｏｒｍｉｎｇ）と呼ぶ。本発明のＲＣＤＦプロセスは、金属ガラスが、凍結された液体の状態であるため、相対的に低い電気抵抗率を有し、その結果、サンプルが放電の適切な適用を用いて断熱的に加熱されるような速度にて、高散逸かつ効果的で、均一に材料を加熱することができるという観測から生じる。
【００３８】
ＢＭＧを急速にかつ均一に加熱することによって、このＲＣＤＦ法は、ガラス転移温度よりも実質的に高い温度にまで、結晶化に対する過冷却液体の安定性を広げ、それにより、サンプル体積全体を、形成に最適である加工粘度に利用される状態にする。ＲＣＤＦプロセスはまた、準安定性の過冷却液体によって与えられる粘度範囲全体への利用を提供し、この範囲は、安定した結晶相の形成によって、もはや制限されない。要するに、このプロセスは、形成される部品の質の強化、利用可能な部品の収率の増加、材料および加工のコストの削減、利用可能なＢＭＧ材料の範囲の拡大、改善されたエネルギー効率、およびより低い資本コストでの製造機械を可能にする。さらに、このＲＣＤＦ法において達成可能である瞬時かつ均一の加熱のおかげで、液体準安定性の範囲全体に亘る熱力学的特性および輸送特性が、測定可能となる。それゆえ、さらなる標準の器具（例えば、温度および歪み測定器具など）を、急速コンデンサ放電のセットに組み込むことによって、粘性、加熱性能、およびエンタルピー等の特性が、ガラス転移と融点との間の温度範囲全体において測定可能である。
【００３９】
本発明のＲＣＤＦ技術のシンプルなフローチャートを図１に提供する。図に示すように、本プロセスは、金属ガラス合金のサンプル塊またはチャージへの、コンデンサに蓄えられた電気エネルギー（通常、１００ジュールから１００Ｋジュール）の放電により開始する。本発明によれば、電気エネルギーの適用は、合金のガラス転移温度より上の所定の「加工温度」まで、より詳細には、アモルファス材料のガラス転移温度と合金の平衡融点（Ｔｇより、約２００から３００Ｋ上）との間の約中間の加工温度まで、数マイクロ秒から数ミリ秒以下の時間スケールにて、サンプルを急速にかつ均一に加熱するために用いられてもよく、その結果、そのアモルファス材料は、成型を容易にするのに十分な加工粘度を有する（約１から１０４Ｐａｓ−ｓ以下）。
【００４０】
いったんサンプルが均一に加熱され、サンプル塊全体が十分に低い加工粘度を有すると、例えば、射出成形、動的鍛造（ｄｙｎａｍｉｃ  ｆｏｒｇｉｎｇ）、型鍛造、吹き込み成形等の任意の数の技術を介して、高品質のアモルファスバルク物品に成形され得る。しかしながら、金属ガラスのチャージを形成するための能力は、そのチャージの加熱がサンプル塊全体に亘って急速かつ均一であることを保証することに完全に依存する。均一な加熱が達成されない場合、サンプルは代わりに局所的な加熱を被り、このような局所的な加熱は一部の技術、例えば、部分を共に接合またはスポット溶接、あるいはサンプルの特定の領域を成形するのに役立ち得るが、このような局所的な加熱は、サンプルのバルク成形を行うために用いられず、また用いることもできない。同様に、サンプルの加熱が十分に急速でない場合（通常、約５００〜１０５Ｋ／ｓ）、形成された材料は、そのアモルファス特性を失うか、または、その成形技術が、優れた加工可能性の特徴（すなわち、結晶化に対する過冷却液体の高安定性）を有するそれらのアモルファス材料に限られるかのいずれかであり、再びそのプロセスの有用性を低減させる。
【００４１】
本発明のこのＲＣＤＦ法は、サンプルの急速で均一の加熱を保証するものである。しかしながら、ＲＣＤＦを使用して金属ガラスサンプルの急速で均一な加熱を得るために必要な基準を理解するために、まず、どのようにして金属材料のジュール加熱が生じるのかを理解する必要がある。金属の電気抵抗率の温度依存は、温度変化係数Ｓの単位ごとの抵抗率の相対的な変化に関して定量化でき、ここでＳは以下のように規定される。
【数１】
0005775447.tif 000002
ここでＳは、（１／℃）の単位であり、ρ０は、室温Ｔｏでの金属の抵抗率（Ω−ｃｍ）であり、［ｄρ／ｄＴ］Ｔｏは、線形に取られた室温における抵抗率（Ω−ｃｍ／Ｃ）の温度の微分係数である。通常のアモルファス材料は、大きなρ０（８０μΩ−ｃｍ＜ρ０＜３００μΩ−ｃｍ）であるが、Ｓ（−１×１０−４＜Ｓ＜＋１×１０−４）の非常に小さい（およびしばしば負の）値を有する。
【００４２】
アモルファス合金において見出されるこの小さなＳの値について、均一な電流密度を被る均一な断面のサンプルは、空間的に均一に、抵抗加熱され、サンプルは、周囲温度Ｔｏから最終的な温度ＴＦまで急速に加熱されるが、これはコンデンサの総エネルギーに依存しており、下記の式
【数２】
0005775447.tif 000003
およびサンプルのチャージの全熱容量Ｃｓ（ジュール／Ｃ）によって与えられる。ＴＦは以下の式によって与えられる。
【数３】
0005775447.tif 000004
次に、加熱時間が、容量放電の、時定数τＲＣ＝ＲＣによって決定される。ここでＲは、サンプル（および容量放電回路の出力抵抗）の総抵抗である。従って、理論上、金属ガラスの通常の加熱速度は以下の式によって与えられ得る。
【数４】
0005775447.tif 000005
【００４３】
対照的に、通常の結晶性金属は、より低いρ０（１〜３０μΩ−ｃｍ）およびより高いＳ、約０．０１から０．１の値を有する。これは、挙動において著しい違いをもたらす。例えば、銅合金、アルミニウム、または合金鋼等の通常の結晶性金属に対しては、ρ０は、より小さく（１〜２０μΩ−ｃｍ）、他方でＳはより大きい（通常、Ｓは約０．０１から０．１）。結晶性金属におけるより小さいρ０の値は、（電極と比較して）サンプルにおいてより小さい放散をもたらし、かつコンデンサのエネルギーのサンプルへの結合の効率を悪くする。さらに、結晶性金属が溶解すると、ρ（Ｔ）は一般に、２倍以上増加し、固体金属から溶解金属へと移行する。通常の結晶性金属の溶解に対する抵抗率の増加に伴う大きなＳの値は、均一の電流密度において極端な均一でないオーム加熱をもたらす。結晶性サンプルは、常に局所的に、典型的には、高電圧電極付近またはサンプル内の他の接触面付近にて溶解する。次に、結晶性ロッドを介したエネルギーのコンデンサ放電は、初期抵抗が最大である場所はどこでも（通常は接触面において）、加熱の空間的局所性および局所的な溶融をもたらす。実際には、これは、結晶性金属の容量放電溶接（スポット溶接、プロジェクション溶接、「スタッド溶接」等）の基本であり、ここで局所的な溶融プールが、電極／サンプルの接触面または溶接される部品内の他の内部接触面付近に作製される。
【００４４】
背景技術の項で検討したように、従来技術のシステムはまた、アモルファス材料の固有の伝導特性を認識するが、しかしながら、サンプル全体の均一した加熱を確実にすることは、これまで認識されておらず、加熱サンプル内でのエネルギー散逸において空間的な不均一性の動的な進行を回避する必要がある。本発明のＲＣＤＦ法は、このような不均一性の進行を回避し、チャージの均一な加熱を確実にするために、満たされなければならない２つの基準を説明する。
・サンプル内での電流の均一性、および
・動的加熱の間の電力消失における不均一性の進行に対してのサンプルの安定性。
【００４５】
これらの基準は比較的単純のようにみえるが、それらは、複数の物理的および技術的制約を、加熱時に使用される電荷、サンプルに使用される材料、サンプルの形状、および、その電荷を導入するために用いられる電極とサンプルとの間の接触面に、課している。例えば、円筒形のチャージの長さＬおよび面積Ａ＝πＲ２（Ｒ＝サンプルの半径）に対して、以下の要件が存在する。
【００４６】
コンデンサ放電の間のシリンダー内の電流の均一性は、動的電場の電磁気の表皮深さ、Λが、サンプルの関連する寸法的特徴（半径、長さ、幅、または厚さ）と比較して大きいことを必要とする。シリンダーの例において、関連する特徴的な寸法は、明らかにチャージの半径および深さ、ＲおよびＬである。この条件は、Λ＝［ρ０τ／μ０］１／２＞Ｒ、Ｌの場合に満たされる。ここで、τは、コンデンサおよびサンプル系の「ＲＣ」時定数であり、μ０＝４π×１０−７（ヘンリー／メートル）は自由空間の誘電率である。ＲおよびＬが約１ｃｍの場合、これは、τ＞１０〜１００μｓを示す。目的の通常の寸法およびアモルファス合金の抵抗率の値を使用すると、これは、適切に大きさが調節されたコンデンサ（通常は、約１０，０００μＦ以上の容量）を必要とする。
【００４７】
動的加熱の間の電力散逸における不均一性の進行に対するサンプルの安定性は、フーリエの方程式によって制御される電流および熱流量による、オームの法則に従った「ジュール」加熱を含む安定性解析法を実行することによって理解可能である。温度（すなわち正のＳ）とともに上昇する抵抗率を有するサンプルのために、サンプルのシリンダーの軸に沿った局所的温度変化が局所的な加熱を上昇させ、これはさらに、局所的な抵抗および熱放散を上昇させる。十分に高い電力のために、これはシリンダーに沿った熱の「局所化」をもたらす。結晶性材料にとっては、これは局所的な溶解となる。部品間の接触面に沿って局所的な溶解を生成したい場合、この挙動は溶接において有用である一方、この挙動は、アモルファス材料を均一に加熱したい場合、極めて望まれないものである。本発明は、均一の加熱を確実にするための重要な基準を提供する。上述のＳを用いて、発明者らは下記の場合に加熱が均一であろうことを見出す。
【数５】
0005775447.tif 000006
ここで、Ｄは、アモルファス材料の熱拡散率（ｍ２／ｓ）であり、Ｃｓはサンプルの総熱容量であり、Ｒ０はサンプルの全抵抗である。金属ガラスに特有のＤおよびＣｓの値を用い、長さ（Ｌ約１ｃｍ）、および本発明に通常必要とされる入力電力Ｉ２Ｒ０約１０６ワットを想定すると、Ｓｃｒｉｔ約１０−４〜１０−５を得ることができる。均一な加熱のためのこの基準は、多くの金属ガラスに対して満たされるはずである（上述のＳの値を参照）。特に、多くの金属ガラスはＳ＜０を有する。このような材料（すなわち、Ｓ＜０で）は、常に、加熱における均一性に対するこの要件を満たす。この基準を満たす例示的な材料は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、および特許文献４に説明されており、それらの開示は参照することにより本明細書において援用される。
【００４８】
適用されるチャージおよび使用されるアモルファス材料の基本的な物理的基準以外に、チャージがサンプルに対してできる限り均一に適用されることを確実にするための技術的要件も存在する。例えば、サンプルが、実質的に欠陥がなく、均一な断面で形成されていることが重要である。これらの条件が満たされていない場合、熱はサンプル全体にわたって均一に消散せず、局所的な加熱が生じる。特に、サンプル塊に不連続または欠陥が存在する場合、上述の物理定数（すなわちＤおよびＣｓ）は、それらの点において異なり、異なる加熱速度をもたらす。さらに、サンプルの熱特性はまた、物品（すなわちＬ）の寸法に依存しているので、物品の断面が変化した場合、サンプル塊に沿って局所的に熱いスポットが存在する。さらに、サンプルの接触面が十分に平坦で並行していない場合、接触面の接触抵抗は電極／サンプル接触面に存在する。従って、一実施形態において、サンプル塊は、それが実質的に欠陥がなく、実質的に均一の断面を有しているように形成される。サンプル塊の断面が均一であるべきだが、この要件が満たされる限り、その塊の形状に設けられる固有の制約はないことは理解されるべきである。例えば、この塊は、例えばシート、塊、シリンダー等の任意の適切な形状的に均一の形状をなしていてもよい。別の実施形態においては、サンプル接触面は、電極と十分な接触を確実にするために、並行に切断され、平坦なように磨かれている。
【００４９】
さらに、電極とサンプルとの間に接触面の接触抵抗が生じないことが重要である。これを達成するために、電極／サンプル接触面は、電荷が均一に適用され、すなわち均一な密度で適用され、「熱い部分」が接触面に生じないことを確実にするように設計される必要がある。例えば、電極の異なる部分がサンプルとの異なる伝導接触を提供する場合、加熱の空間的な局所性および局所的な融解が、初期抵抗が最も大きい場所に生じる。これは、次いで放電溶接をもたらし、局所的な溶融プールが、電極／サンプルの接触面、またはサンプル内の他の内部接触面付近に生成される。均一の電流密度のこの要件を考慮すると、本発明の一実施形態において、電極は、サンプルとの十分な接触を確実にするために平坦かつ並行に磨かれる。本発明の別の実施形態において、電極は軟質金属でできており、その接触面において電極材料の降伏強度を上回る均一な「着座（ｓｅａｔｉｎｇ）」圧力が加えられるが、しかし電極の座屈強度ではないので、電極は、接触面全体に対して、座屈せずに、正に加圧され、その接触面における任意の非接触領域は塑性的に変形される。本発明のさらに別の実施形態において、電極の接触表面におけるアモルファスのサンプルの任意の非接触領域の温度を、そのアモルファス材料のガラス転移温度の僅かに上まで上昇させるのにわずかに十分である、均一の低エネルギーの「着座」パルスが付与され、このようにして、アモルファスのサンプルが、電極の接触表面の微細な特徴に合致することができる。加えて、さらに別の実施形態において、電極は、正および負の電極がサンプル全体に亘って対称的な電流経路を提供するように配置される。電極の材料のための一部の適切な金属は、Ｃｕ、Ａｇ、およびＮｉ、ならびに、Ｃｕ、Ａｇ、およびＮｉから実質的になる合金（すなわち、少なくとも９５％がこれらの材料を含む）である。
【００５０】
最後に、電気エネルギーが首尾良くサンプルに均一に放電されるならば、より温度の低い周囲および電極に向かう熱輸送が効果的に回避される場合、すなわち、断熱加熱が達成される場合、サンプルは均一に加熱する。断熱加熱状態を生じるために、熱輸送による熱勾配がサンプル内で生じないことを確実にするために、ｄＴ／ｄｔは、十分に高い必要があり、または、τＲＣは十分に小さい必要がある。この基準を定量化するために、τＲＣの大きさは、アモルファス金属のサンプルの熱緩和時間よりも相当に小さくあるべきであり、τｔｈは、以下の等式により与えられる。
【数６】
0005775447.tif 000007
ｋｓおよびＣｓはアモルファス金属の熱伝導率および特定の熱容量であり、Ｒはアモルファス金属サンプルの特徴的な長さ尺度（例えば円筒形のサンプルの半径）である。Ｚｒベースのガラスのための概略値を表すｋｓ約１０Ｗ／（ｍ  Ｋ）およびＣｓ約５×１０６Ｊ／（ｍ３  Ｋ）、ならびにＲ約１×１０−３ｍを取ると、発明者らはτｔｈ約０．５ｓを得る。それゆえ、０．５ｓより相当に小さいτＲＣを有するコンデンサが、均一な加熱を確実にするために用いられるべきである。
【００５１】
成形方法自体に目を向けると、本発明のＲＣＤＦ法に従った例示的な成形手段の略図が図２に提供される。図に示されるように、基本的なＲＣＤＦ成形手段は、電気エネルギーのソース（１０）および２つの電極（１２）を備える。電極は、均一な加熱を確実にするために、均一な電気エネルギーを、十分に低いＳｃｒｉｔの値および十分に高いρ０の値を有するアモルファス材料でできた均一な断面のサンプル塊（１４）に適用するために用いられる。均一な電気エネルギーは、数ミリ秒以下の時間スケールにおいて、合金のガラス転移温度より上の所定の「加工温度」まで、サンプルを均一に加熱するために用いられる。このようにして形成された粘性の液体は、一秒未満の時間スケールにて物品を形成するために、例えば、射出成形、動的鍛造（ｄｙｎａｍｉｃ  ｆｏｒｇｉｎｇ）、型鍛造、吹き込み成形等を含む好ましい成形方法に従って同時に成形される。
【００５２】
所定の加工温度までサンプル塊を急速かつ均一に加熱するために、均一な密度の十分なエネルギーを供給するのに適した電気エネルギーの任意のソース、例えば、１０μ秒から１０ミリ秒の放電の時定数を有するコンデンサが用いられてもよいことは理解されるべきである。さらに、サンプル塊全体に亘る均一な接触を提供するのに適した任意の電極は、電気エネルギーを伝送するために用いられてもよい。上述のように、１つの好ましい実施形態において、電極は、軟性金属、例えば、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、または少なくとも９５原子％がＮｉ、Ａｇ、およびＣｕを用いてできた合金で形成され、サンプル塊の接触表面の微細な特徴に適合するように、電極／サンプルの接触面において電極の接触表面を塑性的に変形させるのに十分な圧力下でサンプル塊に対して保持される。
【００５３】
上述は概してＲＣＤＦ法に焦点を当てているが、本発明はまた、アモルファス材料のサンプル塊を成形するための装置に関する。１つの好ましい実施形態において、図２に概略的に示されるように、射出成形装置がＲＣＤＦ法と共に、組み込まれていてもよい。このような実施形態において、加熱されたアモルファス材料の粘性の液体は、金属ガラスのネットシェイプ部品を形成するために、機械的負荷がかけられたプランジャーを用いて、周囲温度にて保持された金型（１８）に射出される。図２に示される方法の例において、チャージは、電気絶縁性の「バレル」または「ショットスリーブ」内に配置され、高電気伝導性および熱伝導性の両方を有する導電材料（例えば、銅または銀など）でできた円筒形のプランジャーにより、射出圧力（通常は、１〜１００ＭＰａ）で事前に負荷を加えてある。このプランジャーはシステムの１つの電極の役割を果たす。サンプルのチャージは、電気的に接地されたベース電極の上にある。コンデンサの蓄えられたエネルギーは、上述の特定の基準が満たされる場合、円筒形の金属ガラスのサンプルのチャージに、均一に放電される。負荷がかけられたプランジャーは次いで加熱された粘性の溶解物をネットシェイプ金型に移動させる。
【００５４】
射出成形技術は上述したが、任意の適切な成形技術が用いられてもよい。ＲＣＤＦ技術に従って用いられてもよい他の成形方法の一部の代替的な例示的実施形態を図３から図５に提供し、以下で検討する。図３に示されるように、例えば、一実施形態において、動的鍛造による成形方法が用いられてもよい。このような実施形態において、電極（２２）の、サンプルとの接触部分（２０）は、それ自体が、ダイ工具（ｄｉｅ  ｔｏｏｌ）を形成する。本実施形態において、冷たいサンプル塊（２４）は、電極間の圧縮応力下に保持され、電気エネルギーが放電されると、サンプル塊は十分に粘性となり、電極同士を所定の圧力下で押圧でき、それにより、サンプル塊のアモルファス材料をダイ（２０）の形に適合させる。
【００５５】
別の実施形態において、図４に概略的に示されるように、型鍛造による成形方法が提案される。本実施形態において、電極（３０）は、いずれかの端部において電極間でサンプル塊（３２）を固定（クランプ）し、あるいはサンプル塊（３２）を保持する。この概略図において、薄板状のアモルファス材料が用いられているが、この技術は、任意の適切なサンプルの形状を用いて稼動するように変更されてもよいことは理解されるべきである。サンプル塊を介して電気エネルギーを放電すると、図に示されるように、対向するモールドまたは型（スタンプ）の表面（３６）を備える、成形手段またはスタンプ（３４）が、それらの間に保持されたサンプルの一部に対する所定の圧縮力と共に集められて、それにより、最終的な所望の形状にサンプル塊をスタンピングする。
【００５６】
図５に概略的に示されるさらに別の例示的な実施形態において、吹き込み成形による成形技術が利用可能である。再び、本実施形態において、電極（４０）は、いずれかの端部において、電極の間にサンプル塊（４２）を固定（クランプ）するか、または保持する。好ましい実施形態において、サンプル塊は薄板状の材料を備えるが、任意の適切な形状が用いられてもよい。その初期の形状にかかわらず、例示的な技術において、サンプル塊は、実質的に気密の閉塞部分（ｓｅａｌ）を形成するために、モールド（４５）全体に亘るフレーム（４４）内に配置され、その結果、サンプル塊（すなわち、モールドに面する側およびモールドから離れた側に面する側）の対向する側面（４６および４８）は、異なる圧力に対して、すなわち、ガスの正圧、または負の真空に対して、露出できる。サンプル塊にわたって電気エネルギーを放電すると、サンプルは粘性となり、異なる圧力の応力下で変形されてモールドの輪郭に適合し、それにより、最終的な所望の形状にサンプル塊を形成する。
【００５７】
図６に概略的に示される、さらに別の例示的な実施形態において、ファイバ線引き技術（ｆｉｂｅｒ−ｄｒａｗｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が利用可能である。再び、本実施形態において、電極（４９）は、サンプル塊（５０）のいずれかの端部付近で、サンプル塊５０と十分な接触状態にあり、他方で張力がサンプルのいずれかの端部に加えられる。ガラス転移以下まで冷却することを容易にするために、低温ヘリウム（５１）のストリームが、引かれたワイヤまたはファイバ上に吹き付けられる。好ましい実施形態において、サンプル塊は円筒形状のロッドを備えるが、任意の適切な形状が用いられてもよい。サンプル塊を介して電気エネルギーを放電すると、サンプルは粘性となり、張力の応力下で均一に延ばされて、それによりサンプル塊を均一な断面のワイヤまたはファイバ上に引く。
【００５８】
図７に概略的に示される、さらなる別の実施形態において、本発明は、過冷却液体の熱力学的特性および輸送特性を測定するための、急速コンデンサ放電装置に関する。１つのこのような実施形態において、サンプル（５２）は、２つのパドル状の電極（５３）の間に、圧縮応力下で保持され、他方で熱探知カメラ（５４）がサンプルに焦点を合わせている。電気エネルギーが放電されると、カメラが起動し、サンプル塊が同時に充電される。サンプルが十分に粘性となった後、電極は、サンプルを変形するために、所定の圧力下で共に押圧する。カメラが必要とされる分解能および速度を有する場合、同時の加熱および変形の工程が、一連の熱探知によってキャプチャされてもよい。このデータを用い、一時的な熱および変形のデータが、時間、温度、および張力のデータに変換可能であり、他方で、入力電力およびかけられた圧力は、内部エネルギーおよび負荷応力に変換可能であり、それにより、サンプルの温度、温度に依存した粘度、熱容量、およびエンタルピーの情報を生成する。
【００５９】
上述は複数の例示的な成形技術の基本的な特徴に焦点を当ててきたが、他の成形技術も、本発明のＲＣＤＦ法、例えば押出またはダイカスト等と共に利用されてもよい。さらに、追加の要素が、最終物品の品質を改善するためにこれらの技術に追加されてもよい。例えば、上述の成形方法のいずれかに従って形成された物品の表面の仕上げを改善するために、モールドまたはスタンプが、アモルファス材料のガラス転移温度付近まで、またはその温度のすぐ下まで加熱されてよく、それにより表面の欠陥を平滑化する。さらに、より良い表面仕上げまたはネットシェイプ部品を有する物品を達成するために、上述の成形技術のいずれかの圧縮力、および射出成形技術の場合には、圧縮スピードが、高い「ウェーバー数」の流れから生じる溶解物の前方部（ｍｅｌｔ  ｆｒｏｎｔ）の不安定性を回避するために、すなわち、噴霧化、吹き付け、流れ線等を回避するために、制御されてもよい。
【００６０】
上述のＲＣＤＦ成形技術および代替の実施形態は、例えば、電子機器、取り付け用金具（ブラケット）、筐体、ファスナ、ヒンジ、ハードウェア、時計部品、医療機器、カメラおよび光学部品、宝石類等のためのケーシング等の、小さく、複雑な、ネットシェイプの、高性能な金属部品の製造に適用可能である。ＲＣＤＦ法はまた、ＲＣＤＦ加熱および射出系と併せて用いられる様々なタイプの押出ダイを介して動的に押し出され得る、小さい薄板、管、パネル等を製造するために利用可能である。
【００６１】
要するに、本発明のＲＣＤＦ技術は、広範なアモルファス材料の急速かつ均一な加熱を可能にし、相対的に安価でエネルギー効率の良い、アモルファス合金の成形方法を提供する。ＲＣＤＦシステムの利点は以下において詳細に記載される。
【００６２】
（急速かつ均一な加熱が熱可塑性物質の加工可能性を向上する）
ＢＭＧの熱可塑性の鋳造および形成は、ＢＭＧのガラス転移温度Ｔｇより上まで加熱された場合に結晶化するＢＭＧの傾向によって多大に制限される。Ｔｇより上の過冷却液体中の結晶形成および結晶成長の速度は、温度と共に急速に上昇するが、他方でその液体の粘度は下がる。約２０Ｃ／ｍｉｎの従来の加熱速度において、ＢＭＧが、ΔＴ＝３０〜１５０℃で、Ｔ９を超える温度まで加熱された場合、結晶化が生じる。このΔＴは、液体が熱可塑的に加工可能である最高温度および最低粘度を決定する。実際には、粘性は、約１０４Ｐａ−ｓよりも大きく、より典型的には、１０５〜１０７Ｐａ−ｓに制限され、これらの温度は、ネットシェイプ形成を多大に限定する。ＲＣＤＦを用いると、アモルファス材料のサンプルは、１０４〜１０７Ｃ／ｓの範囲の加熱速度で、均一に加熱され同時に形成できる（数ミリ秒の必要とされる総加工時間）。次に、サンプルは、より大きなΔＴを用いて、かつその結果、１〜１０４Ｐａ−ｓの範囲（これはプラスチックの加工において用いられる粘度の範囲である）のはるかに低い加工粘度を用いて、ネットシェイプで熱可塑的に形成できる。これは、非常に低い適用負荷、より短いサイクル時間を必要とし、その結果、はるかに良い工具寿命となる。
【００６３】
（ＲＣＤＦは、はるかに広い範囲のＢＭＧ材料の加工を可能にする）
ΔＴの著しい拡大および数ミリ秒への加工時間の著しい低減により、非常に広範の加工されるガラス形成合金が可能となる。特に、小さなΔＴを有する合金、または非常に急速な結晶化動力を有するが今度は非常に乏しいガラス形成能力を有する合金が、ＲＣＤＦを用いることによって加工可能である。例えば、より安価で、さもなければより所望される、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、およびＣｕ、ならびに他の安価な金属をベースにした合金は、小さいΔＴだとより乏しいガラス形成物であり、強い結晶化傾向を有する。これらの「マージナルなガラス形成」合金は、現在実施されている方法のいずれを用いても熱可塑的に加工できないが、本発明のＲＣＤＦ法を用いて容易に使用可能である。
【００６４】
（ＲＣＤＦは非常に材料効率が良い）
ダイカスト等のバルクアモルファス物品を形成するために現在用いられている従来のプロセスは、鋳造される部分の体積をはるかに超えた原料の材料体積の使用を必要とする。これは、湯口（ゲート）、湯道（ランナー）、湯口（ｓｐｒｕｅ）（またはビスケット部）、およびフラッシュ（ｆｌａｓｈ）（これら全ては金型に対して溶解した金属が通過するために必要である）を含む鋳造に加えて、ダイの放出される含有量全体のためである。対照的に、ＲＣＤＦでの放出された含有量は、殆どの場合、部分のみを含み、射出成形装置の場合、ダイカストと比較して、より短い湯道およびより薄いビスケット部である。ＲＣＤＦ法は、それゆえ、アモルファス金属宝石の加工等、高コストのアモルファス材料の加工を含む応用に対して特に魅力的である。
【００６５】
（ＲＣＤＦは非常にエネルギー効率が良い）
ダイカスト、永久モールド鋳造、インベストメント鋳造、および金属粉末射出成形（ＰＩＭ）等の競合する製造技術は、本質的に、はるかにエネルギー効率が悪い。ＲＣＤＦにおいて、消費されるエネルギーは、所望の加工温度までサンプルを加熱するのに必要とされるエネルギーよりも僅かに多いだけである。熱いるつぼ、ＲＦ誘導溶融系等は必要とされない。さらに、１つの容器から別の容器へと溶融合金を注ぐ必要がなく、それにより、必要とされる加工工程を減らし、および材料の汚染および材料のロスの可能性を低減する。
【００６６】
（ＲＣＤＦは相対的に小さく、コンパクトで、容易に自動化される技術を提供する）
他の製造技術と比較すると、ＲＣＤＦ製造装置は、小さく、コンパクトかつ汚染されておらず、最小限の可動部を用いて容易に自動化するのに役立ち、かつ実質的に全ての「電子」処理に役に立つ。
【００６７】
（周囲の気圧制御を必要としない）
ＲＣＤＦによりサンプルを処理するのに必要とされるミリ秒の時間スケールは、加熱されたサンプルの周囲空気への露出を最小限にする。このようにして、この処理は、延長した空気の露出が、溶融金属および最終の部分に深刻な酸化を生じる現在の処理方法とは対照的に、周囲環境において実行可能である。
【実施例】
【００６８】
（例示的実施形態）
本発明に係るさらなる実施形態が、前述の包括的な開示の範囲内であるとみなされ、いかなる意味においても、前述の非限定的な例によって権利の放棄は意図されていないことを当業者は理解する。
【００６９】
（実施例１：オーム加熱の研究）
ＢＭＧにとって、円筒形のサンプルにおけるオーム熱放散での容量放電が均一かつ急速なサンプル加熱を与えるという基本原理を証明するために、シンプルな研究施設にあるスポット溶接機械を、実証用成形手段として用いた。この機械、Ｕｎｉｔｅｋ  １０４８  Ｂ  ｓｐｏｔ  ｗｅｌｄｅｒは、約１０μＦのコンデンサにおいて、１００ジュールのエネルギーまで保存する。保存されたエネルギーは、正確に制御可能である。ＲＣ時定数は、ほぼ１００μｓ程度である。サンプルのシリンダーを制限するために、２つのパドル形状の電極を、平坦で並行した表面に提供する。スポット溶接機械は、上部電極への約８０ニュートンの力までの軸荷重の付与を可能にする、バネ仕掛けの上部電極を有する。これは、約２０ＭＰａまでの範囲の一定の圧縮応力を、サンプルのシリンダーに適用することができる。
【００７０】
いくつかのＢＭＧ材料の小さい直円柱（シリンダー）を、１〜２ｍｍの直径および２〜３ｍｍの高さで製造した。サンプル塊は約４０ｍｇから約１７０ｍｇの範囲であり、特定のＢＭＧのガラス転移温度を優に上回ってＴＦを得るように選択された。ＢＭＧ材料は、Ｚｒ−ＴｉベースのＢＭＧ（Ｖｉｔｒｅｌｏｙ  １、Ｚｒ−Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−ＢｅのＢＭＧ）、ＰｄベースのＢＭＧ（Ｐｄ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐ合金）、およびＦｅベースのＢＭＧ（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｐ−Ｃ）であり、各々がそれぞれ３４０℃、３００℃、４３０℃にてガラス転移（Ｔ９）を有する。これらの金属ガラスの全ては、Ｓ約−１×１０−４＜＜Ｓｃｒｉｔを有する。
【００７１】
図８ａから図８ｄは、２ｍｍの半径および２ｍｍの高さのＰｄ合金のシリンダーへの一連のテストの結果を示す。この合金の抵抗率は、ρ０＝１９０μΩ−ｃｍであり、他方でＳ約−１×１０−４（Ｃ−１）である。エネルギーＥ＝５０（８ｂ）、７５（８ｃ）、および１００（８ｄ）ジュールがコンデンサのバンクに蓄えられ、約２０ＭＰａの圧縮応力下で保持されるサンプルに放電される。ＢＭＧにおける塑性流動の程度は、加工されたサンプルの最初および最後の高さを測定することによって定量化される。サンプルは、加工中に、銅電極に結合されないことが観察されることに留意することが特に重要である。これは、ＢＭＧに比べた場合の銅の高い導電性および熱伝導性に起因し得る。要するに、銅は、加工の時間スケールの間（約数ミリ秒）、「溶融した」ＢＭＧによって湿潤することを可能にする十分に高い温度に到達しない。さらに、電極表面には殆どまたは全く損傷がないことに留意されたい。最終加工サンプルは、加工の後、銅電極から自由に除去され、図９において、長さ尺度参照を用いて示される。
【００７２】
初期および最終のシリンダーの高さは、それが負荷下で変形されるときに、サンプル中において生じた総圧縮歪みを決定するために用いた。工学的な「歪み」は、Ｈ０／Ｈによって与えられ、Ｈ０およびＨは各々サンプルのシリンダーの初期（最終）の高さである。実際の歪みはｌｎ（Ｈ０／Ｈ）によって与えられる。この結果は、図１０におけるプロットされたエネルギー対放電エネルギーである。これらの結果は、実際の歪みが、コンデンサによって放電されたエネルギーの、おおよその直線増加関数として表れる。
【００７３】
これらのテストの結果は、ＢＭＧのサンプルブランクの塑性変形が、コンデンサによって放電されたエネルギーの明確な関数であることを示す。このタイプの多数のテストを受けて、（所定のサンプル形状のために）サンプルの塑性流動が、図１０に明らかに示されているように、エネルギー入力の非常に明確な関数であることを決定することができる。要するに、ＲＣＤＦ技術を使用して、プラスチック加工は入力エネルギーによって正確に制御可能である。さらに、その流れの特徴は、質量的および定量的に、増加するエネルギーと共に変化する。約８０ニュートンの付与された圧縮荷重下では、増加するＥと共に、流動作用における明らかな展開が観察可能である。特に、ＰＤ合金については、Ｅ＝５０ジュールの流れは、ｌｎ（Ｈ０／ＨＦ）約１の歪みに限定される。この流れは、比較的安定しているが、一部のシヤスィニング（ｓｈｅａｒ  ｔｈｉｎｎｉｎｇ）（例えば非ニュートン流体挙動）の証拠が存在する。Ｅ＝７５ジュールに対しては、さらに拡大した流れが、ｌｎ（Ｈ０／ＨＦ）約２を用いて得られる。このレジームにおいて、流れは「モールド」全体を移動する平滑かつ安定した溶解物の前方部を有して、ニュートン系かつ均質である。Ｅ＝１００ジュールに対しては、非常に大きな変形が、０．１２ｃｍの厚さおよび実際の歪み約３の最終サンプルで得られた。高い「ウェーバー数」の流れを特徴とした流れの崩壊、流れ線、および液体の跳ね返り（ｓｐｌａｓｈｉｎｇ）の明らかな証拠が存在する。要するに、「モールド」内で移動する、溶解物の前方部分の安定状態から不安定状態へかけて、明らかな転移が観察可能である。従って、ＲＣＤＦを用いて、塑性流動の質量的な特徴および範囲は、付与された荷重およびサンプルへ放電されたエネルギーのシンプルな調節によって、体系的にかつ制御可能に変更可能である。
【００７４】
（実施例２：射出成形装置）
別の例において、実用試作機のＲＣＤＦ射出装置が構成される。デバイスの略図は図１１ａから図１１ｅに提供される。成形装置を用いて行った実験は、数グラムのチャージを、１秒未満で、ネットシェイプ物品に射出成形するために用いることができることが証明された。図に示すこのシステムは、約６Ｋジュールの電気エネルギーを蓄えることができ、より小さいネットシェイプのＢＭＧ部分を生成するよう用いられるために、約１００ＭＰａまでの制御下の加工圧力を適用することができる。
【００７５】
機械全体は、電気エネルギー電荷生成システム、制御された処理圧力システム、およびモールドアセンブリを含むいくつかの独立したシステムから構成される。電気エネルギー電荷生成システムは、コンデンサのバンク、電圧制御パネル、および電圧制御器を備え、これら全ては、一連の導線（６２）および電極（６４）を介してモールドアセンブリ（６０）に相互連結されているので、放電は、電極を介してサンプルブランクに適用されてもよい。制御された処理圧力システム（６６）は、空気供給部、ピストンレギュレータ、および、空圧式ピストンを備え、これら全ては制御回路を介して相互連結されているので、約１００ＭＰａまでの制御された処理圧力は、成形の間、サンプルに適用されてもよい。最後に、この成形装置はまた、モールドアセンブリ（６０）を含んでおり、このモールドアセンブリ（６０）は、以下でさらに記載されるが、これは、この図において、電極プランジャー（６８）が十分に奥寄りに配置されて示されている。
【００７６】
モールドアセンブリ全体は、図１１ｂにおいて、より大きい装置から取り外されて示されている。図に示されるように、モールドアセンブリ全体は、上下のモールドブロック（７０ａおよび７０ｂ）、割型上下部分（７２ａおよび７２ｂ）、電流をモールドカートリッジ加熱器（７６）に搬送するための導線（７４）、絶縁スペーサ（７８）、ならびに、この図において、「全体がくぼんだ」位置において示されている電極プランジャーアセンブリ（６８）を備える。
【００７７】
図１１ｃおよび図１１ｄに示されるように、動作の間、アモルファス材料（８０）のサンプル塊は、ゲートから割型（８２）の上で、絶縁スリーブ（７８）の内側に配置される。このアセンブリは、それ自体、モールドアセンブリ（６０）の上側のブロック（７２ａ）内に配置される。電極プランジャー（図示されず）は、次いで、サンプル塊（８０）と接触して配置され、制御された圧力は空圧式ピストンアセンブリを介して適用される。
【００７８】
サンプル塊がいったん適切な位置に置かれ、電極と正の接触をすると、サンプル塊はＲＣＤＦ法を介して加熱される。この加熱されたサンプルは粘性となり、プランジャーの圧力下では、ゲート（８４）を介してモールド（７２）に制御可能に促される。図１０ｅに示されるように、この例示的な実施形態において、割型（６０）は、リング（８６）の形を取る。本発明の例示的なＲＣＤＦ装置を用いて形成されたＰｄ４３Ｎｉ１０Ｃｕ２７Ｐ２０のアモルファス材料からなるサンプルリングは、図１２ａおよび図１２ｂにおいて示される。
【００７９】
この実験は、複合のネットシェイプ部品が、本発明のＲＣＤＦ技術を用いて形成され得ることの証拠を提供する。このモールドは本実施形態においてリングの形に形成されるが、この技術は、例えば、電子機器、取り付け用金具（ブラケット）、筐体、ファスナ、ヒンジ、ハードウェア、時計部品、医療機器、カメラおよび光学部品、宝石類等のためのケーシング等の、小さく、複雑な、ネットシェイプの、高性能な金属部品を含む、広範な物品に等しく適用可能であることを当業者は理解するであろう。
【００８０】
（均等論）
本発明の前述の例および様々な好ましい実施形態の記載は、全体として本発明の単なる例示であり、本発明の複数の工程および様々な部品における変形は、本発明の趣旨および範囲内でなされてもよいことを当業者は理解する。例えば、さらなる処理工程または代替的な構成は、本発明の、急速コンデンサ放電での形成方法／装置の改良された特性に影響をあたえず、または、その意図された目的に対して方法／装置を不適切にしないことは当業者には明らかであろう。従って、本発明は、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されず、むしろ、添付の特許請求の範囲の範囲によって規定される。
【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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【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１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１１ｅ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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