(57)【要約】第１粉末化金属組成からの粉末化金属構成成分を形成すること、重合体フォームを準備すること、前記重合体フォームを第２粉末金属組成物で被覆して、被覆化重合体フォームを形成すること、被覆化重合体を粉末化金属構成成分と接触させて配置し複合体を形成すること、この複合体を熱処理して重合体フォームを揮発させて、粉末化金属構成成分を固化すること、から構成される金属物品を同時形成する方法。粉末化金属構成成分の粉末化金属組成物は重合体フォームを被覆するために使用する粉末化金属組成物と同じであっても異なっていてもよい。得られた同時形成金属物品は非制限的に金属チューブの内側または外側面に配置された金属フォームおよび金属プレートの１つまたはそれ以上の面に配置された金属フォームを包含する種々の形状が可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の（ａ）〜（ｅ）の工程を含んで構成される金属物品を同時形成する方法：
（ａ）第１粉末化金属組成物から粉末化金属構成成分を形成する工程；
（ｂ）重合体フォームを準備する工程；
（ｃ）前記重合体フォームを第２粉末化金属組成物で被覆して被覆化重合体フォームを形成する工程；
（ｄ）前記被覆化重合体フォームを前記粉末化金属構成成分と接触させて配置し複合体を形成する工程；および
（ｅ）前記複合体を熱処理して前記重合体フォームを揮発させおよび前記粉末化金属構成成分と前記被覆体を固化する工程。
【請求項２】
前記第１粉末化金属組成物が前記第２粉末化金属組成物と同じである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記重合体フォームが網状化有機フォームである、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記網状化有機フォームがポリウレタンである、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第１粉末化金属組成物が鉄、スチール、スチール合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ＦｅＣｒＡｌＹ、銅、黄銅、青銅、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、白金、パラジウム、銀、鉛、スズ、およびジルコニウムからなる群から選択される金属を含んで構成される、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第２粉末化金属組成物が鉄、スチール、スチール合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ＦｅＣｒＡｌＹ、銅、黄銅、青銅、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、白金、パラジウム、銀、鉛、スズ、およびジルコニウムからなる群から選択される金属を含んで構成される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記複合体を乾燥した後熱処理する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記被覆が、前記重合体フォームを含浸させるかまたはダスティングすることにより行われる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
下記の（ａ）〜（ｆ）の工程を含んで構成される金属物品を同時形成する方法：
（ａ）第１粉末化金属組成物から粉末化金属構成成分を形成する工程；
（ｂ）重合体フォームを準備する工程；
（ｃ）前記重合体フォームに第２粉末化金属組成物を含んで構成されるスラリーを含浸させて含浸化重合体フォームを形成する工程；
（ｄ）過剰の前記スラリーを前記含浸化重合体フォームから除去する工程；
（ｅ）前記含浸化重合体フォームを前記粉末化金属構成成分に接触させて配置し複合体を形成する工程；および
（ｆ）前記複合体を熱処理して前記重合体フォームを揮発させおよび前記粉末化金属構成成分と前記被覆体を焼結する工程。
【請求項１０】
前記第１粉末化金属組成物が前記第２粉末化金属組成物と同じである、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記重合体フォームが網状化有機フォームである、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記網状化有機フォームがポリウレタンである、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第１粉末化金属組成物が鉄、スチール、スチール合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ＦｅＣｒＡｌＹ、銅、黄銅、青銅、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、白金、パラジウム、銀、鉛、スズ、およびジルコニウムからなる群から選択される金属を含んで構成される、請求項９記載の方法。
【請求項１４】
前記第１粉末化金属組成物がスチール合金を含んで構成される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記第２粉末化金属組成物が鉄、スチール、スチール合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ＦｅＣｒＡｌＹ、銅、黄銅、青銅、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、白金、パラジウム、銀、鉛、スズ、およびジルコニウムからなる群から選択される金属を含んで構成される、請求項９記載の方法。
【請求項１６】
前記第２粉末化金属組成物がスチール合金を含んで構成される、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記複合体を乾燥した後熱処理する、請求項９記載の方法。
【請求項１８】
下記の（ａ）〜（ｅ）の工程を含んで構成される、金属フォームおよび金属チューブから構成される金属物品を同時形成する方法：
（ａ）第１粉末化金属組成物から内側面および外側面を有する粉末化金属チューブを形成する工程；
（ｂ）重合体フォームを準備する工程；
（ｃ）前記重合体フォームを第２粉末化金属組成物で被覆して被覆化重合体フォームを形成する工程；
（ｄ）前記被覆化重合体フォームを前記チューブの前記内側面または前記外側面と接触させて配置し複合体を形成する工程；および
（ｅ）前記複合体を熱処理して前記重合体フォームを揮発させおよび前記粉末化金属チューブと前記被覆体を固化する工程。
【請求項１９】
前記第１粉末化金属組成物が前記第２粉末化金属組成物と同じである、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記重合体フォームが網状化有機フォームである、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記網状化有機フォームがポリウレタンである、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記第１粉末化金属組成物が鉄、スチール、スチール合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ＦｅＣｒＡｌＹ、銅、黄銅、青銅、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、白金、パラジウム、銀、鉛、スズ、およびジルコニウムからなる群から選択される金属を含んで構成される、請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
前記第１粉末化金属組成物がスチール合金を含んで構成される請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記第２粉末化金属組成物が鉄、スチール、スチール合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ＦｅＣｒＡｌＹ、銅、黄銅、青銅、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、白金、パラジウム、銀、鉛、スズ、およびジルコニウムからなる群から選択される金属を含んで構成される、請求項１８記載の方法。
【請求項２５】
前記第２粉末化金属組成物がスチール合金を含んで構成される、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記複合体を乾燥した後熱処理する、請求項１８記載の方法。
【請求項２７】
下記の（ａ）〜（ｅ）の工程を含んで構成される、金属シートの１つまたはそれ以上の面上に配置される金属フォームから構成される金属物品を同時形成する方法：
（ａ）第１粉末化金属組成物から１つまたはそれ以上の面を有する粉末化金属シートを形成する工程；
（ｂ）重合体フォームを準備する工程；
（ｃ）前記重合体フォームを第２粉末化金属組成物で被覆して被覆化重合体フォームを形成する工程；
（ｄ）前記被覆化重合体フォームを前記粉末化金属シートの１つまたはそれ以上面と接触させて配置し複合体を形成する工程；および
（ｅ）前記複合体を熱処理して前記重合体フォームを揮発させおよび前記粉末化金属シートと前記被覆体を固化する工程。
【請求項２８】
前記第１粉末化金属組成物が前記第２粉末化金属組成物と同じである、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記重合体フォームが網状化有機フォームである、請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
前記網状化有機フォームがポリウレタンである、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記第１粉末化金属組成物が鉄、スチール、スチール合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ＦｅＣｒＡｌＹ、銅、黄銅、青銅、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、白金、パラジウム、銀、鉛、スズ、およびジルコニウムからなる群から選択される金属を含んで構成される、請求項２７記載の方法。
【請求項３２】
前記第１粉末化金属組成物がスチール合金を含んで構成される請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記第２粉末化金属組成物が鉄、スチール、スチール合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ＦｅＣｒＡｌＹ、銅、黄銅、青銅、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、白金、パラジウム、銀、鉛、スズ、およびジルコニウムからなる群から選択される金属を含んで構成される、請求項２７記載の方法。
【請求項３４】
前記第２粉末化金属組成物がスチール合金を含んで構成される、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記複合体を乾燥した後熱処理する、請求項２７記載の方法。
【請求項３６】
請求項１記載の方法により製造される同時形成された金属物品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明が属する技術分野）
本発明は金属フォームおよび粉末化金属構成成分から物品を同時形成する方法に関する。さらに、本発明はかかる方法により形成された同時形成金属フォーム物品に関する。本発明の物品は熱および物質移動の増強ならびに化学反応促進を包含する多くの目的に対して適する。
【０００２】
（従来の技術）
金属フォームおよび金属構成成分から金属物品を形成するための、多くの方法が知られている。しかし、これらの多くの方法では、金属構成成分は、金属フォームに接触または結合される前に、押出、圧延、鍛造および鋳造等の従来の金属形成法により既に形成され固化されている。例えば、幾つかの既知の方法では、粉末化金属のスラリー被覆物に含浸した重合体フォームのシリンダを、チューブ等の固体金属構成成分内に挿入する。この被覆された重合体フォーム単位を「グリーン」アセンブリという。その後、前記グリーンアセンブリを焼結炉に入れ、熱処理して重合体フォームを揮発させて金属フォームを焼結する。その後、前記金属フォームを、前記金属構成成分に、蝋付け、溶接、はんだ付けおよび圧接等の従来の結合法により接触または結合させる。金属構成成分が金属フォームに接触または結合される前に従来の金属形成法により既に形成および固化されている、これらの方法の例を以下に説明する。
【０００３】
米国特許第５，９４３，５４３号明細書は熱移動効率を改良可能な熱伝達部材に関し、該部材は金属パイプまたは金属プレートのいずれかから構成される。
特開昭６０─０５０３９５号明細書はパイプを金属フォームで覆ったラジエータ形成法を開示する。
米国特許第５，９４３，５４３号明細書は接着剤で被覆可能なポリウレタンフォーム等の発泡合成樹脂構造の調製を開示する。従来の金属形成法により既に製造された金属パイプまたは金属プレートをポリウレタンフォームの１つまたはそれ以上の面に隣接して配置して、前記フォームおよび前記金属パイプまたは金属プレートが前記ポリウレタンフォームに接触するように配置する。その後、前記ポリウレタンフォームおよび前記金属パイプまたは金属プレートを適当な温度に加熱することにより、ポリウレタンフォームを燃やし尽くして、金属材料が金属パイプまたは金属プレートの１つまたはそれ以上の表面に固定されて単一にされるようにする。
【０００４】
米国特許第６，０８５，９６５号明細書は、従来の金属形成法により既に製造された面シートを加圧接合することにより低密度コア金属部品を多孔質フォーム金属コアに形成しおよび同時に前記コアを高密度化する方法を開示する。多孔質フォーム金属コアを準備する工程、第１および第２固体金属面シートを直接前記コアの対向面に同時に加圧接合する工程、ならびに熱および一軸鍛造圧力を第１および第２面シートおよびコアに所定時間適用することによりコアを高密度化する工程を含む。
しかし、これらの既知の方法から、非常に重大な問題がもたらされる。フォームには収縮が起こるが、金属プレートまたは金属チューブ等の金属構成成分には収縮は殆どあるいは全く生じない。これにより、金属フォームおよび金属プレートまたは金属チューブの間にギャップまたはスペースが形成される。このギャップにより、例えば熱移動効率の低下等、多くの問題が生じる。したがって、これまでは、収縮からもたらされる問題を克服する金属フォームから物品を形成する方法に対する必要性があった。本発明の方法は驚くべきことにこの問題を解決する。
【０００５】
（発明の概要）
本発明は金属構成成分に結合された金属フォームから構成される物品を製造する方法に関する。特に、本発明は金属物品を形成するために、粉末化金属構成成分および被覆した重合体フォームを同時形成する方法に関する。この方法では、粉末化金属構成成分を粉末化金属組成物から形成する。また、この方法では、重合体フォームを粉末化金属組成物で被覆する。この粉末化金属組成物は、前記粉末化金属構成成分の組成物と同じである場合もまたは異なる場合もある。被覆化重合体フォームは前記粉末化金属構成成分に接触して配置されて複合体を形成し、この複合体を熱処理する。この熱処理は重合体フォームを揮発させ、かつ同時形成された金属物品を形成するように粉末化金属構成成分および被覆体を固化する。本発明の方法の利点は、粉末化金属構成成分が金属フォームと一緒に収縮できることにより、金属フォームの収縮に関連するギャップまたはスペースが生じないことである。結果として、良好な連続した結合が金属フォームおよび粉末化金属構成成分間に形成される。
【０００６】
（好ましい態様の説明）
本発明は、第１粉末化金属組成物から粉末化金属構成成分を形成する工程；重合体フォームを準備する工程；前記重合体フォームを第２粉末化金属組成物で被覆して被覆化重合体フォームを形成する工程；前記被覆化重合体フォームを前記粉末化金属構成成分と接触させて配置し複合体を形成する工程；および前記複合体を熱処理して前記被覆化重合体フォームの前記重合体フォームを揮発させおよび前記粉末化金属構成成分と前記被覆体を固化する工程、を含んで構成される金属物品を同時形成する方法に関する。この方法は被覆した重合体フォームまたは粉末化金属構成成分が調製される順序に依存しない。
本発明において使用される「同時形成する」は、被覆された重合体フォームに接触して粉末化金属構成成分を熱処理することにより金属物品を製造する方法についていう。ここで、前記重合体フォームは粉末化金属組成物で被覆されている。本発明で使用される「同時形成された」は、本発明の前記同時形成する方法により形成された物品についていう。
【０００７】
本発明で使用される「粉末化金属構成成分」は、「粉末化金属組成物」から調製される構成成分についていい、既知の方法によって種々の形態に形成される。これらの既知の方法としては、非制限的に、乾式プレス、押出、スリップキャスティング、射出成形、自由型成形加工および金型プレス等の従来の方法を包含する。粉末化金属構成成分の形態は、非制限的に、プレートおよびチューブである。粉末化金属構成成分は、本発明の実施例１において説明するようなスリーブ状の形態に形成可能である。
【０００８】
本発明で使用される「粉末化金属組成物」は、粉末化金属から構成される組成物についていう。粉末化金属は、粉末化形態にある金属である。粉末化金属はいかなる形状または粒径であってもよい。本発明の粉末化金属組成物において使用するのに適した金属は、非制限的に、鉄、スチール、ステンレススチールを含むスチール合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ＦｅＣｒＡｌＹ、銅、黄銅、青銅、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、白金、パラジウム、銀、鉛、スズ、およびジルコニウムを包含する。本発明の組成物において使用可能な粉末化金属は、非制限的に、ロードアイランド州の「Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｐｏｗｄｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ」、オハイオ州シンシナティの「Ｐｏｗｄｅｒ Ａｌｌｏｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ」、インディアナ州ゴーシュの「Ｓｔｅｌｌｉｔｅ Ｐｏｗｄｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ」から市販される粉末化金属を包含する。
【０００９】
粉末化金属組成物は、結合剤、液体および収縮助剤等の、粉末化金属以外の添加剤および成分から構成される。適当な結合剤の例としては、非制限的に、有機接着剤、スターチ、ポリビニルアルコール、アクリルバインダ、キサンタンガム、メチルセルロースおよびフェノールバインダを包含する。適切な液体の例としては、非制限的に、水および溶媒である。収縮助剤は熱処理の際に除去可能でありかつ収縮が生じるより多くの余地を与える粉末化金属構成成分のグリーン密度を低下する材料をいう。ポリマーは例えば収縮助剤である。
【００１０】
粉末化金属組成物それ自体の選択は、粉末化金属構成成分および金属フォームの両方に対して選択された金属または金属合金のみならず同時形成された物品の最終的な形状にも依存する。例えば、グリーン構成成分製造の方法が異なれば、各組立法に正に適した、異なる材料組成物特性、結合剤、粉末粒径、形状が要求される。しかし、典型的な粉末化金属組成物は約０．１〜１５重量％の結合剤、０〜４０重量％の液体、０〜５重量％の収縮助剤を含んで構成され、重量％が組成物の全重量％に基づいて１００％になるように、その組成物の残部は金属粉末である。しかし、重合体フォームを被覆するために使用される粉末化金属組成物は、粉末化金属構成成分を形成するために使用される粉末化金属組成物と同じでもあるいは異なってもよいことに注目することが重要である。
【００１１】
本発明で使用される「重合体フォーム」は、ポリマーから構成されるフォームをいう。本発明で使用するのに適した重合体フォームは、非制限的に、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテル、セルロース、および他の網状（オープンセル）有機フォームから構成されるフォームを包含する。好ましい重合体フォームはポリウレタンフォームである。重合体フォームは「Ｃｒｅｓｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ」等の製造業者から市販されている。
【００１２】
本発明で使用される「被覆」は、粉末化金属組成物を重合体フォームに塗布する方法、または粉末化金属組成物を重合体フォームに結合する方法をいう。当業界において知られている被覆法を使用できる。しかし、少なくとも２種の好ましい被覆法がある。これらの好ましい方法は、含浸およびダスティングである。含浸法では、粉末化金属組成物から形成されるスラリーは高速ミキサー中で混合される。重合体フォームの空のキャビティはスラリーで満たされる（すなわち、含浸される）。その後、過剰のスラリーはローラーで圧搾するかまたは遠心機を用いて重合体フォームから除去または抽出される。ダスティング法では、重合体フォームは接着剤で処理されるかまたは接着剤含有スラリーで含浸され、その後、粉末化金属組成物でダスティングされる。過剰のスラリーはローラーで圧搾するかまたは遠心機を用いて重合体フォームから除去または抽出される。
【００１３】
本発明で使用する「接触して」は、被覆された重合体フォームの少なくとも一部が粉末化金属構成成分に触れるかまたは隣接していることをいう。得られる同時形成物品の結合ジオメトリーおよび形状は被覆化重合体フォームが粉末化金属構成成分に接触し最終的に結合して配置される様式を規定する。例えば粉末化金属構成成分がチューブ形状である場合、被覆された重合体フォームはチューブの内側面または外側面に接触し得る。粉末化金属構成成分がプレート形状である場合、被覆化重合体フォームはプレートの１つまたはそれ以上の面に接触し得る。本発明の方法にしたがって被覆化重合体フォームを粉末化金属構成成分に接触する際に多くの形状が可能である。本発明の同時形成法に可能な形状の例は、非制限的に、１）粉末化金属チューブと同時形成される金属フォーム、ここで金属フォームがチューブの外径上にある；２）粉末化金属チューブと同時形成される金属フォーム、ここで金属フォームがチューブの内径上にある；３）非平面で非円筒形状の粉末化金属と同時形成される金属フォーム；４）サンドイッチまたは繰り返し構造（すなわち各材料の多シートまたは層）；および５）多面を有する箱状構造等の三次元形状；を包含する。
【００１４】
本発明で使用される「熱処理」は、所定時間の間制御下の大気中で目的物の融点近傍の温度に目的物を昇温する方法をいう。「制御下の大気」とは、環境を監視して、存在する薬品の型および量、圧力および温度等の変数を制御して所望の環境を維持することを意味する。この制御下の大気は、例えば真空炉、レトルト炉、または制御大気炉中に在る。任意に、熱処理の前に、対流乾燥機等の従来の方法を利用して組成物を乾燥して、過剰の液体を除去することができる。乾燥温度および乾燥時間の長さ等、乾燥条件は重要ではなく、当業者により容易に決定できる。
【００１５】
使用される熱処理の方法は、得られる同時形成物品の形状等、多くの要因に依存する。熱処理で達成される重要な目的は、粉末化金属構成成分を固体部品に固化して重合体フォームおよび粉末化金属組成物中の有機物または結合剤を揮発させることである。焼結により固化することが好ましい。特定の熱処理条件は、同時形成法により組み立てられる同時形成物品および金属または金属合金の最終的な形状に依存する。これらの場合における最適化は所定の粉末化金属構成成分に対する最良の熱処理条件を発見するために必要であり、粉末化金属構成成分の形状および得られる粉末化金属構成成分が固体であるか多孔質であるか等の要因に依存する。所定の粉末化金属組成物および被覆体を固化し、熱処理工程中に重合体フォームを揮発させるのに必要な温度は典型的にはその金属の融点より僅かに低い温度である。しかし、所定の粉末化金属組成物および被覆体を固化し、熱処理工程中で重合体フォームを揮発させるのに必要な正確な温度および時間は当業者には明らかである。例えば、粉末化金属構成成分が大きくて非平面形状のために外部の支持が必要な場合、焼結温度を調整する必要がある場合がある。
【００１６】
本発明の方法により製造される同時形成物品に対して多くの応用がきく。例えば、金属結合は、固体チューブまたは他の材料を介して金属フォームの支柱に伝導移動を強化するのに役立つ新型の熱交換機としての使用がある。付加的な用途には、包装化における機械的強度および便利性の結合が包含される。本発明では、金属フォーム材料を、この複合体と他の材料や装置とを結合するために、溶接および第２の蝋付け操作の使用等、さらに処理および包装化を施すことが可能である。付加的な用途には、金属フォームを、化学反応を促進または可能にする触媒または触媒サポートとして使用する化学的な使用が包含される。付加的な用途には、この結合が、導電素子または他の物品間の良好な電気的接触をもたらすのに役立つ、電気的用途における使用が包含される。付加的な用途には、蒸気生成および化学的処理等における、燃料電池に対する電流コレクタや二極性プレートの形成における熱移動プロセスの強化が包含される。本発明の範囲内に、上記以外にも多くの他の用途がある。
【００１７】
本発明の方法は上記用途に対して優れた性能をもたらし、現在の技術に改良をもたらす。金属結合の特徴を具えた、金属フォームおよび粉末化金属構成成分の組み合わせは、熱交換の用途において熱移動速度を非常に高めることが可能であり、よりコンパクトな構成にし、より軽量な装置にすることができる。金属フォームは触媒反応および化学反応を高めることが可能であるため、金属フォーム構造およびパッケージとしての金属ホルダの組み合わせにより、使用に際しての便利性および容易性を非常に改良できる。さらに、このような包装化により、複合体の状態での、溶接および蝋付け等、以前は利用出来なかった付着機構の利用を可能にした。同時形成物品の使用により、高速の熱移動速度が望ましい、蒸気生成および熱交換等の方法に直接利用可能である。
【００１８】
（実施例）
実施例１
外側のステンレススチール粉末化金属スリーブに対して、焼結したスンレススチールフォームプラグの形態の同時形成物品を本発明の方法にしたがって調製した。
粉末化金属構成成分用の粉末化金属組成物を調製するために、ステンレススチール３１６Ｌ粉末（Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ Ｐｏｗｄｅｒｓ， Ｉｎｃ．製 −３２５メッシュ）を結合剤（５％濃度のＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ製メトセル（Ｍｅｔｈｏｃｅｌ） の水溶液）および収縮助剤（Ｐ．Ｑ． Ｃｏｒｐ．製２０％中空ポリマー球、５０〜８０μｍ、品番６５４５）と混合した。混合物の量は、組成物の全重量に基づく重量％において、ステンレススチール粉末９２．６５重量％、結合剤７．３重量％、収縮助剤０．０５重量％に相当する。これらの成分は、ベンチトップニーディングミキサーを使用してドウ様粘度に完全にブレンドされるまで混合した。
【００１９】
このドウを、手動で操作するアーバプレスからの圧力下でスチール型に圧入した。図５に示すスチール型は、外側ダイ１、中心ピン２、センタリングリング３、材料受け器４およびプレスプラグ５からなる。センタリングリング３は中心ピン２が中心にくるように外側ダイ１内に保持した後にダウを入れた。ダウを材料受け器４内に入れ、プレスプラグ５を入れた。ダウを、２トンの最大キャパシティのアーバプレスで、満たされるまで、外側ダイ１と中心ピン２の間の環状部に圧入した。加圧後、組み立て体を約１時間室温空気中に放置し、その後中心ピン２を除去した。
【００２０】
重合体フォームインサートは以下の手順にしたがって製造した。（Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ ＆ Ｌａｗｙｅｒ， Ｉｎｃ．）２５．４ｍｍ（１インチ）当たり２０ポア表示のオープンセル、網状ポリウレタンフォームを、ステンレススチールスラリー組成物と組み合わせて使用した。このスラリーは、−３２５メッシュのステンレススチール粉末（Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ Ｐｏｗｄｅｒｓ， Ｉｎｃ．）、ポリビニルアルコールの６％溶液（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａｉｒｖｏｌ １６５）、グリセリンおよび水を混合することにより製造した。これらの相対量は、組成物の全重量に対してそれぞれ８８重量％、９．８重量％、０．５重量％および１．７重量％であった。これらの成分を完全に混合して所望のスラリーを形成した。この重合体フォームを穿孔盤上の薄いブレードの穿孔機を使用して直径３１．７５ｍｍ、長さ２７９．４ｍｍ（直径１．２５インチ、長さ１１インチ）の寸法の円筒形に切断した。その後、重合体フォームをスラリーに浸漬し、重合体フォーム材料内に残っているスラリーの重量が円筒形形状に対する５％の理論密度のステンレススチールに相当するように、機械化ローラー下で過剰分を絞り出すことにより、重合体フォームにスラリーを含浸させて被覆した。この被覆手順に続いて、フォームシリンダを、中心ピン２が前もって除去されているスリーブの中心に挿入した。
【００２１】
その後、ダウスリーブおよびその中に入っている内側重合体フォームを有する外側ダイ１を１２時間（４３２００秒）華氏２００°Ｆ（３６６ケルビン）の対流乾燥機内に入れ、ダウおよび被覆化重合体フォームを完全に乾燥した。その後、外れるまでプレスプラグ５を内部へアーバプレスで僅かに付勢することにより複合体を外側ダイ１から除去した。
その後、未焼結の複合体を真空炉内に入れ、以下のサイクルにしたがって熱処理した。すなわち、１）室温から２２５０°Ｆ（１５０５ケルビン）まで１０°Ｆ／分（４．３ケルビン／秒）で７５０ミクロンの水銀のアルゴン分圧に保持して加熱した；２）２２５０°Ｆ（１５０５ケルビン）で３０分間（１８００秒間）保持した；３）７５０ミクロンの水銀のアルゴン分圧で保持して、５°Ｆ／分で２３００°Ｆまで加熱した；４）２３００°Ｆで３０分間保持した；５）７５０ミクロンの水銀のアルゴン分圧下、１６００°Ｆに真空冷却した；６）−５インチＨｇゲージ圧のアルゴンにて内部ファンを使用して室温まで強制冷却した。
この同時形成物品を切断し、内部構造および内部のフォームとスリーブの結合の質を観察した。
【００２２】
実施例２
実施例１で説明したような、円筒形同時形成物品を調製し、外径を加工して、チューブ直径トレランスは０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）より良好でかつ１６マイクロインチの表面仕上げの、金属フォーム含有複合体チューブを製造した。標準のシャープな旋盤加工ツールをグリコール潤滑剤／冷却剤流体と共に使用して、同時形成物品を６０９．６ｍｍ（２４インチ）旋盤上で加工した。回転の旋盤速度および平行移動のツール速度は、それぞれ４００ｒｐｍおよび５０．８ｍｍ／分（２インチ／分）であった。仕上げ磨きは布やすりおよびスチールウールを使用して行い、１６マイクロインチ仕上げにした。
【００２３】
実施例３
本発明の方法にしたがって、外径３５ｍｍ、内径３２ｍｍ、および長さ２５ｍｍの、円筒状同時形成物品を調製した。ステンレススチール３１６Ｌ外部スリーブおよび２５．４ｍｍ（１インチ）当たり３〜５ポアのＦｅＣｒＡｌＹフォーム内部プラグを具える同時形成物品を調製した。使用した方法は、次の１）〜３）を除いて実施例１と同じであった；１）独特なダイセットを組み立てて所望の仕上げ物品寸法を達成した；２）外側スリーブを、その最終密度が完全に高密度にしたステンレススチール３１６Ｌの８０％より少ないように形成した；３）重合体フォーム材料をＦｅＣｒＡｌＹから製造した。この実施例におけるダウの粉末化金属組成物は９２．９重量％のステンレススチール粉末（Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ Ｐｏｗｄｅｒｓ， Ｉｎｃ．）、６．５５重量％のメトセル（Ｍｅｔｈｏｃｅｌ）、およびＰ． Ｑ． Ｃｏｒｐ．製の５０〜８０μｍ、品番６５４５のポリマー球０．５５重量％であった。ダウ混合および加圧手順は実施例１の記載と同じであった。ＦｅＣｒＡｌＹスラリー生成およびフォーム被覆手順はＳＳ─３１６Ｌスラリーに対する実施例１での記載と同じであった。重合体フォームに対するＦｅＣｒＡｌＹスラリーの組成物は、８７重量％のＦｅＣｒＡｌＹ粉末（Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ Ｐｏｗｄｅｒｓ， Ｉｎｃ．製、─３２５メッシュ）および１３重量％の６％ポリビニルアルコール溶液であった。実施例１におけるように、ピン除去に続いて、被覆化フォームを未焼結ステンレススチールスリーブ内に挿入し、複合体を１時間１５０°Ｆで対流乾燥した。
【００２４】
その後、下記の焼結サイクル下で熱処理した；１）室温から２３９２°Ｆまで１０°Ｆ／分で７５０ミクロンの水銀のアルゴン分圧下で加熱した；２）２３９２°Ｆで３０分間保持した；３）７５０ミクロンの水銀のアルゴン分圧下で１°Ｆ／分で２４０２°Ｆまで加熱した；４）７５０ミクロンの水銀のアルゴン分圧下で３０分間保持した；５）７５０ミクロンの水銀のアルゴン分圧下、１６００°Ｆに真空冷却した；６）−５インチＨｇゲージ圧のアルゴンにて内部ファンを使用して室温まで強制冷却した。この熱処理に続いて、この同時形成物品を仕上げた。
【００２５】
実施例４
同時形成金属物品を、２つの同時形成ステレルスチールプレートにより挟持したステンレススチールフォームスラブの形態で調製した。この同時形成物品を以下にようにして調製した。ダウを実施例１に記載したようにして調製し、平坦なプレート上で手動操作のアーバプレス下で厚さ１．７７８ｍｍ（０．０７インチ）に押圧した。加圧後、このシートを対流乾燥機内で乾燥した。第２シートを同じ方法で形成した。乾燥後、２つのシートを鋭利なナイフを使用して所望の寸法に切断して、２０３．２ｍｍ（８インチ）四方にした。その後、実施例１の手順の次に、２０３．２ｍｍ（８インチ）四方、厚さ２２．８６ｍｍ（０．９インチ）のフォームブランクを、５％の密度にＳＳ─３１６Ｌスラリーで含浸して被覆した。その後、スラリーの薄層を各乾燥ステンレススチールダウシートの内側面に塗布した。被覆化フォームおよびダウシート上のスラリー層の両方が未だ濡れている間に、２つのダウシート間に重合体フォームを挿入した。その後、得られる複合体を対流乾燥機内に入れ、十分に乾燥した（２００°Ｆで約２時間）。
その後、未焼結複合体を真空炉内に入れ、実施例１に記載の熱サイクルにしたがって熱処理し、同時形成物品を得た。この同時形成物品を調べて内部フォームとスラブ結合の質を観察した。観察によると、金属フォームは外側同時形成金属シートに十分に結合していた。
【００２６】
実施例５
図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃは本発明にかかる方法にしたがって調製した同時形成物品の断面図を示し、金属フォームおよび粉末化金属構成成分はステンレススチール製である。これらの図は、金属フォームおよびチューブ間にギャップのない嵌合を得る際における本発明の方法の効果を示す。図３Ｃは金属フォームが強制的に除去されており、チューブ内部のフォーム付着点を明らかにすることにより、結合効果を示す。金属フォームは例えば裂いたり研磨して除去された。
【００２７】
比較例１
この比較例は、従来の金属形成法により形成された金属フォームおよび金属構成成分から物品を形成する場合の収縮効果を示す。さらに、この比較例は本発明にかかる方法とこれにより形成された物品に関連する驚くべき結果を示す。
図１は、従来の金属形成法により形成された金属構成成分から構成される典型例である。金属チューブおよび金属フォーム間にギャップがあるので、収縮が見られる。問題は、焼結工程中金属フォームが数パーセントの一次収縮を受けることである。従来の金属形成法により形成された固体金属から形成されるチューブは金属フォームと一緒に収縮しない。したがって、ギャップが金属フォームと固体金属チューブの間に形成される。対照的に、図２は本発明の方法により製造された同時形成物品を示す。本発明では、従来の金属形成法により形成された固体金属チューブから出発するよりもむしろ、本発明の方法は粉末化金属組成物からのチューブを使用する。被覆化重合体フォームは粉末化金属チューブ内に挿入され、複合体は一緒に熱処理される。したがって、本発明では、図２に示すように、チューブはフォームと一緒に収縮し、良好な連続した結合を、金属フォームおよびチューブ壁間に形成する。
【００２８】
比較例２
この比較例は従来の結合法である蝋付けにより形成された金属物品およびこれに関連する問題を示す。この例では、蝋付けされた箔がステンレススチールフォームのプラグ周りを包み、複合体がステンレススチールチューブ内に圧入された。蝋付けサイクルが生じ結合された。図４がこの試みを示す。不均一な結合が得られた。フォーム材料はチューブ壁に接触せず、多くのギャップが生じた。
したがって、当業者には、本発明が広い利用性および用途を持っていることが容易に理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属チューブが従来の金属形成法により形成された場合の、金属チューブの内側に金属フォームを有する、金属チューブの断面図の写真である。
【図２】本発明の方法にしたがって製造された同時形成物品の写真である。
【図３Ａ】本発明の方法にしたがって製造された同時形成物品（金属チューブ内の金属フォーム）の写真である。
【図３Ｂ】同時形成物品の金属フォームが金属チューブの壁に接触していることを示す図３Ａに示す物品の断面図の写真である。
【図３Ｃ】切断した半分の金属フォームを除去し、同時形成物品における金属フォームと金属チューブの壁間の結合をしめす、図３Ａの同時形成物品の写真である。
【図４】蝋付け（すなわち溶融箔）が金属チューブの局部領域に集まり、金属チューブの他の領域で金属フォームと金属チューブ間にギャップが生じていることを示す、従来の金属形成法により形成された金属チューブの内部に蝋付けされた金属フォームの平面図の写真である。
【図５】本発明の態様を説明するために使用したスチール型のダイヤグラムである。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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