(57)【要約】【課題】内部に複雑な形状の空隙を備える金属成形体を容易に製造できる方法を提供する。【解決手段】第１の金属を含む粉末１１中に、第１の金属よりも融点の低い第２の金属からなり外力により変形容易な形状を備える成形体１を、第２の金属よりも融点が高く外力に抗して成形体１の形状を保持する支持体４に支持せしめて埋設し、成形体１を内包する粉末成形体１２を形成する。粉末成形体１２を、第１の金属の融点より低く、第２の金属の融点より高い温度で加熱し、第２の金属を溶融して、溶融した第２の金属を第１の金属を含む粉末１１の間隙に移動せしめ、第２の金属からなる成形体１が占めていた領域に空隙１３を形成する一方、第１の金属の粉末１１と、溶融した第２の金属と、支持体４とを焼結して固化せしめる。支持体４は、第１の金属と同一の金属からなる粉末圧粉体または細線編成体である。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属を含む粉末中に、第１の金属よりも融点の低い第２の金属からなり外力により変形容易な形状を備える成形体を、第２の金属よりも融点が高く外力に抗して該成形体の形状を保持する支持体に支持せしめて埋設し、該成形体を内包する粉末成形体を形成する工程と、
該粉末成形体を、第１の金属の融点より低く、第２の金属の融点より高い温度で加熱し、第２の金属を溶融して、溶融した第２の金属を第１の金属を含む粉末の間隙に移動せしめ、第２の金属からなる成形体が占めていた領域に空隙を形成する一方、第１の金属の粉末と溶融した第２の金属と該支持体とを焼結して固化せしめる工程とを備えることを特徴とする空隙を有する金属成形体の製造方法。
【請求項２】
前記支持体は、第１の金属と同一の金属からなる粉末圧粉体または細線編成体であることを特徴とする請求項１記載の空隙を有する金属成形体の製造方法。
【請求項３】
第１の金属と第２の金属とから生成した金属間化合物により、第２の金属が占めていた領域に形成される空隙の表面を被覆する被覆層を形成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の空隙を有する金属成形体の製造方法。
【請求項４】
第１の金属はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗまたはこれらの合金からなる群から選択される１種の金属であり、第２の金属はＡｌまたはＳｎであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の空隙を有する金属成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に微小な空隙を備える金属成形体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックの射出成形、金属の鋳造等に用いられる金型として、内部に冷却または加熱のための媒体が流通する管路を備えているものがある。
【０００３】
前記金型等のように、内部に前記管路等の空隙を備える金属成形体は、従来、金属粉末射出成形法（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）または精密鋳造法により形成されている。しかし、前記の方法は、いずれもそれ自体が金型を用いて製造する方法であるため、形成可能な空隙の形状と大きさとについて制約があり、複雑な形状の空隙または微小な空隙を形成することが難しいとの問題がある。
【０００４】
前記問題を解決するために、本発明者らは、既に、内部に微小な空隙を備える金属成形体の製造方法について特許出願している。前記製造方法は、図７，８に示すように、例えばニッケル、銅等の第１の金属からなる粉末１１中に、ニッケル、銅等よりも融点の低い、例えばアルミニウム、スズ等の第２の金属からなる成形体１を埋設して、成形体１を内包する粉末成形体１２を形成し、粉末成形体１２を、第１の金属の融点より低く、第２の金属の融点より高い温度で加熱するというものである。
【０００５】
このようにすると、第２の金属が溶融されて、第１の金属を含む粉末の間隙に移動し、図９，１０に示すように、第２の金属からなる成形体１が占めていた領域に空隙１３が形成される一方、第１の金属の粉末と溶融した第２の金属とが焼結されて固化して金属成形体１４が形成される。この結果、内部に空隙１３を備える金属成形体１４を得ることができる。また、第１の金属がニッケルであり、第２の金属がアルミニウムであるときには、空隙１３の表面に、ニッケルとアルミニウムとの金属間化合物であるニッケルアルミナイドからなる被覆層１５を形成することができる。
【０００６】
前記製造方法では、第２の金属からなる成形体１として、曲線状または折れ曲がって蛇行する形状を備える細線を用いることにより、内部に該成形体１の形状に対応する管路を備える金属成形体を得ることができ、該金属成形体を前記金型等として使用することができると考えられる。
【０００７】
しかしながら、前記アルミニウム、スズ等のように、前記第２の金属として用いられる金属は、前記ニッケル、銅等の第１の金属に比較して、柔らかいことが多い。このため、前記曲線状または折れ曲がって蛇行する形状等を備える細線を前記第１の金属の粉末中に埋設しようとする際の外力により該細線が変形し、前記形状を維持できないという不都合がある。また、細線の太さによっては、前記形状を付与しようとする際に該細線が自重で変形し、形状付与に困難を来す場合もある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２１９４７４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、内部に複雑な形状の空隙を備える金属成形体を容易に製造することができる方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の空隙を有する金属成形体の製造方法は、第１の金属を含む粉末中に、第１の金属よりも融点の低い第２の金属からなり外力により変形容易な形状を備える成形体を、第２の金属よりも融点が高く外力に抗して該成形体の形状を保持する支持体に支持せしめて埋設し、該成形体を内包する粉末成形体を形成する工程と、該粉末成形体を、第１の金属の融点より低く、第２の金属の融点より高い温度で加熱し、第２の金属を溶融して、溶融した第２の金属を第１の金属を含む粉末の間隙に移動せしめ、第２の金属からなる成形体が占めていた領域に空隙を形成する一方、第１の金属の粉末と溶融した第２の金属と該支持体とを焼結して固化せしめる工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の空隙を有する金属成形体の製造方法では、まず、第１の金属を含む粉末中に、第１の金属よりも融点の低い第２の金属からなる成形体を埋設する。前記粉末は、第１の金属の粉末の他、バインダ、他の金属、セラミックス等の粉末を含んでいてもよい。
【００１２】
前記第２の金属からなる成形体は、例えば、直径が微小な線材、棒材等からなり、曲線または折れ曲がって蛇行する形状のもの等を用いることができるが、前記第２の金属は前記第１の金属に比較して柔らかいことが多い。このため、前記形状を備える成形体は外力により容易に変形し、第１の金属に埋設したときに、前記形状を保持することが難しい。
【００１３】
そこで、本発明では、第２の金属からなる成形体を、第２の金属よりも融点が高く外力に抗して該成形体の形状を保持する支持体に支持せしめて、第１の金属を含む粉末中に埋設し、該成形体を内包する粉末成形体を形成する。この結果、前記成形体は、前記粉末成形体中で前記支持体に支持されて前記形状を保持することができる。
【００１４】
次に、前記粉末成形体を、第１の金属の融点より低く、第２の金属の融点より高い温度で加熱する。このようにすると、前記第２の金属が溶融せしめられ、溶融した第２の金属が、前記粉末成形体の前記第１の金属を含む粉末の粒子間に移動する。そして、第２の金属からなる成形体が占めていた領域に空隙が形成される。
【００１５】
そこで次に、第１の金属の粉末と、溶融した第２の金属と、前記支持体とを焼結して固化せしめることにより、内部に前記空隙を備える金属成形体を得ることができる。
【００１６】
本発明の空隙を有する金属成形体の製造方法において、前記支持体は、第１の金属と同一の金属からなる成形体を用いることにより、前記粉末成形体を形成している粉末と同化して前記金属成形体を形成することができる。前記支持体は、粉末圧粉体または細線を編成して網状とした細線編成体を用いることができる。
【００１７】
尚、前記支持体は、第１の金属と異なる金属またはセラミックス等の材料からなる成形体であってもよく、この場合には、前記金属成形体に代えて、該支持体を形成する材料と第１の金属との複合体からなる複合成形体を形成することができる。また、前記支持体を構成する材料と第１の金属との間の拡散反応が速やかに進行する場合には、該拡散反応による生成物を含む前記複合成形体が形成される。
【００１８】
また、本発明の空隙を有する金属成形体の製造方法によれば、第１の金属と第２の金属とから生成した金属間化合物により、第２の金属が占めていた領域に形成される空隙の表面を被覆する被覆層を形成することを特徴とする。
【００１９】
従来、反応により金属間化合物を形成する混合金属粉末を金属材料の表面に塗布して加熱することにより、該金属材料の表面に該混合金属粉末から生成した金属間化合物からなる被覆層を形成する方法が知られている（例えば、前記特許文献１参照。）。しかし、このような方法では、金属成形体の内部に形成された空隙の表面に、前記金属間化合物からなる被覆層を形成することは難しい。
【００２０】
この点、本発明の空隙を有する金属成形体の製造方法によれば、前記第１の金属を含む粉末に埋設された前記第２の金属からなる成形体を溶融せしめて、前記第１の金属を含む粉末の粒子間に移動させることができる。従って、第１の金属と第２の金属とから金属間化合物を生成させることにより、前記第２の金属が占めていた領域に形成される空隙の表面に、該金属間化合物からなる被覆層を容易に形成することができる。
【００２１】
このとき、前記第１の金属を含む粉末の粒子間に、溶融した第２の金属が浸透可能な間隙があり、第１の金属を含む粉末の粒子が、溶融した第２の金属により濡れやすいときには、溶融した第２の金属は、毛管現象により、前記第１の金属を含む粉末の粒子間に自発的に且つ速やかに浸透する。一方、前記第１の金属を含む粉末の粒子間に、溶融した第２の金属が浸透可能な間隙が無いときには、溶融した第２の金属は、専ら拡散によってのみ移動する。
【００２２】
従って、前記第１の金属を含む粉末の粒子間の空隙率を調整しておくことによって、溶融した第２の金属の浸透速度や、浸透する深さを制御することができ、前記金属間化合物からなる被覆層の厚さを自在に制御することができる。
【００２３】
前記第１の金属としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の遷移金属またはこれらの合金からなる群から選択される１種の金属を用いることができ、前記第２の金属としてはＡｌまたはＳｎを用いることができる。このようにするときには、前記金属間化合物として、種々の遷移金属アルミナイド、遷移金属チンナイド（遷移金属スズ金属間化合物）が生成される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本発明の一実施形態に用いる成形体を示す斜視図、図２は本発明の一実施形態に用いる支持体を示す斜視図、図３は図１示の成形体を図２示の支持体に支持せしめた状態を示す斜視図であり、図４は図３の成形体と支持体とを示す平面図、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図、図６は本発明の一実施形態に用いる成形体と支持体とを示す断面図である。また、図７乃至図１０は、本実施形態の製造工程を模式的に示す説明図である。
【００２５】
本実施形態の空隙を有する金属成形体の製造方法では、第１の金属としてニッケル（ｍ．ｐ．１４５５℃）を用い、第２の金属として、ニッケルより融点の低いアルミニウム（ｍ．ｐ．６６０．２℃）を用いる。
【００２６】
図１に示すように、アルミニウムからなる成形体１は、例えば直径１００μｍの細線からなり、所定長毎に折り曲げられて蛇行する形状の蛇行部２が接続部３を介して接続されて、複数段に積層された構成を備えている。蛇行部２と接続部３との接続等の成形体１の接続は、例えば、集積回路の製造においてアルミニウム線の接続に用いられる超音波ワイヤボンディング法により行うことができる。
【００２７】
一方、図２に示すように、支持体４は第１の金属と同一のニッケル粉末からなる粉末圧粉体であり、基部５から水平に突出して櫛歯状に複数の四角柱状腕部６が設けられ、さらに櫛歯状の四角柱状腕部６が複数段に積層された構成を備えている。
【００２８】
成形体１は、図３乃至図５に示すように、各段の蛇行部２が各段の櫛歯状の複数の腕部６上に、腕部６と直交するように配置される一方、接続部３が最外側の腕部６の側面に沿って配置されて、支持体４に支持される。
【００２９】
尚、支持体４の腕部６は、図６に示すように円柱状であってもよく、この場合には、成形体１を腕部６の円周面に巻き付けるようにして支持させることができる。
【００３０】
本実施形態の製造方法では、次に、図７，８に模式的に示すように、支持体４に支持された成形体１をニッケル粉末１１中に埋設し、粉末成形体１２を形成する。尚、図７，８では、支持体４を省略して示している。
【００３１】
このとき、成形体１は、周囲に充填されるニッケル粉末１１の動きにより外力を受ける。しかし、成形体１は、支持体４に支持されているので、前記外力に抗して変形を免れることができ、図１に示すような、蛇行部２が接続部３を介して複数段に積層された形状を保持することができる。
【００３２】
次に、一般的な粉末冶金に用いられる加熱装置を用いて、粉末成形体１２をニッケルの融点より低く、アルミニウムの融点より高い１０００℃の温度で１時間加熱する。このようにすると、成形体１が溶融してニッケル粉末１１中に浸透すると同時に、ニッケル粉末１１と溶融したアルミニウムとが焼結されて固化せしめられる。また、同時に、ニッケル粉末からなる粉末圧粉体である支持体４が焼結され、ニッケル粉末１１と同化して固化せしめられる。
【００３３】
この結果、図９及び図１０に示すように、成形体１が占めていた領域に、成形体１と同一形状の細管状の空隙１３を備える金属成形体１４を得ることができる。また、金属成形体１４では、空隙１３の表面にニッケルとアルミニウムとの金属間化合物であるニッケルアルミナイドからなる被覆層１５が形成されている。尚、図９，１０では、支持体４を省略して示している。
【００３４】
本実施形態では、支持体４として粉末圧粉体を用いているが、支持体４は細線を編成して網状とした細線編成体を用いてもよい。また、本実施形態では、支持体４として第１の金属と同一のニッケル粉末からなるものを用いているが、第１の金属と異なる金属またはセラミックス等の材料からなる成形体であってもよい。この場合には、金属成形体１４に代えて、支持体４を形成する材料とニッケルとの複合体からなる複合成形体を形成することができる。また、支持体４を構成する材料とニッケルとの間の拡散反応が速やかに進行する場合には、該拡散反応による生成物を含む前記複合成形体が形成することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、ニッケル粉末１を用いているが、ニッケル粉末１は、バインダ、他の金属、セラミックス等の粉末を含んでいてもよい。また、ニッケル粉末１に代えてＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の遷移金属またはこれらの合金からなる群から選択される１種の金属からなる粉末を用いてもよく、ニッケル合金からなる粉末を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に用いる成形体を示す斜視図。
【図２】本発明の一実施形態に用いる支持体を示す斜視図。
【図３】図１示の成形体を図２示の支持体に支持せしめた状態を示す斜視図。
【図４】図３の成形体と支持体とを示す平面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図。
【図６】本発明の他の実施形態に用いる成形体と支持体とを示す断面図。
【図７】本実施形態の製造方法を模式的に示す斜視図。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図。
【図９】本実施形態の製造方法を模式的に示す斜視図。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図。
【符号の説明】
１…第２の金属からなる成形体、  ４…支持体、  １１…第１の金属を含む粉末、  １２…粉末成形体、  １３…空隙、  １４…金属成形体、  １５…金属間化合物からなる被覆層。
【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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