(57)【要約】合体融合によってセラミック物体を製造する方法は、ａ）予備加圧型を、粉末、ペレット及び粒などの形状のセラミック材料で充填する工程、ｂ）上記材料を少なくとも１回の予備加圧成形する工程、ｃ）圧縮型内で上記材料を少なくとも１回のストロークで圧縮して、上記圧縮型に挿入した上記材料を打撃するさいに、打撃装置が前記物体を形成するために充分な運動エネルギを放出して、上記材料の合体融合をもたらす工程、を含む。合体融合によりセラミック物体を製造する方法は、少なくとも１回のストロークで、圧縮型内で、固形セラミック物体の形状に上記材料を圧縮することを含み、打撃装置は、上記物体内で上記材料の合体融合をもたらすために、充分な運動エネルギを放出する。生成物は本発明の方法によって製造される。
2004504195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）予備加圧型を、粉末、ペレット及び粒などの形状のセラミック材料で充填する工程、
ｂ）前記材料を少なくとも１回の予備加圧成形する工程、及び
ｃ）圧縮型内で前記材料を少なくとも１回のストロークで圧縮して、前記圧縮型に挿入した前記材料を打撃する際に、打撃装置が前記物体を形成するために充分な運動エネルギを放出して、前記材料の合体融合をもたらす工程、
を含み合体融合によりセラミック物体を製造する方法。
【請求項２】
前記予備加圧型及び前記圧縮型が、同一の型であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記材料を、少なくとも約０．２５×１０８Ｎ／ｍ２の圧力で空気中及び室温で予備加圧することを特徴とするハイドロキシアパタイトの物体を製造するための請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記材料を、少なくとも約０．６×１０８Ｎ／ｍ２の圧力で予備加圧することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記方法が、少なくとも２回の材料を予備加圧する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
材料を固形のセラミック物体の形状に圧縮型内で少なくとも１回のストロークで圧縮して、打撃装置が充分なエネルギを放出して、前記物体内で材料の合体融合をもたらすことを特徴とする合体融合によってセラミック物体を製造する方法。
【請求項７】
空気中及び室温で７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内において、圧縮ストロークが、少なくとも１００Ｎｍに相当する全エネルギを放出することを特徴とする請求項１〜５及び６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内において、圧縮ストロークが、少なくとも３００Ｎｍに相当する全エネルギを放出することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内において、圧縮ストロークが、少なくとも６００Ｎｍに相当する全エネルギを放出することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内において、圧縮ストロークが、少なくとも１０００Ｎｍに相当する全エネルギを放出することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内において、圧縮ストロークが、少なくとも２０００Ｎｍに相当する全エネルギを放出することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
空気中及び室温で７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内において、圧縮ストロークが、少なくとも５Ｎｍ／ｇに相当する質量当たりのエネルギを放出することを特徴とする請求項１〜５及び６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内において、圧縮ストロークが、少なくとも２０Ｎｍ／ｇに相当する質量当たりのエネルギを放出することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内において、圧縮ストロークが、少なくとも１００Ｎｍ／ｇに相当する質量当たりのエネルギを放出することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内において、圧縮ストロークが、少なくとも２５０Ｎｍ／ｇに相当する質量当たりのエネルギを放出することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内において、圧縮ストロークが、少なくとも３５０Ｎｍ／ｇに相当する質量当たりのエネルギを放出することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記セラミックは少なくとも４５％好ましくは５０％の相対密度に圧縮されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記セラミックは少なくとも５５％好ましくは６０％の相対密度に圧縮されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記セラミックは少なくとも７０％好ましくは８０％、特に少なくとも９０％好ましくは１００％の相対密度に圧縮されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法が、前記圧縮される工程の後に少なくとも１回の後圧縮工程を含むことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記セラミックを、鉱物、酸化物、炭化物、窒化物からなる群から選ぶことを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記セラミックを、アルミナ、シリカ、珪素、窒化珪素、ジルコニア、炭化珪素及びハイドロキシアパタイトからなる群から選ぶことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
製造された前記物体が、骨格または歯補充物のような医療インプラントであることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記方法が、前記圧縮工程または後圧縮工程後に前記物体を後加熱及び／または焼結する工程を含むことを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
製造された前記物体が、グリーン物体であることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記方法が、また前記グリーン物体を焼結する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記材料が、医療的に容認可能である材料であることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記材料が潤滑剤及び／または焼結助剤を含むことを特徴とする請求項１〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前期方法が、また前記物体を変形することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項３０】
請求項１〜３０のいずれか１項に記載の方法により製造される生成物。
【請求項３１】
医療装置または医療器具であることを特徴とする請求項３１記載の方法によって得られる生成物。
【請求項３２】
医療装置以外である請求項３１に記載の生成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、合体融合によってセラミック物体を製造する方法、並びに製造されたセラミック物体に関する。
【０００２】
技術状態
国際出願Ａ１−９７００７５１号には衝撃装置とこの装置に切削棒を備えた方法を記載する。また、この文献には金属材料を変形する方法を記載する。この方法は上記文献に記載された装置を使用して、粒、ペレットなどの固体形状または粉末形状のいずれかの金属材料を、成形型、ホルダなどに好ましく固定し、且つこの材料を、衝撃ラム、または液体によってもたらせるラムとの移動のような打撃装置によって断熱的に合体融合させられる。この装置は、上記国際出願に十分に説明されている。
【０００３】
国際出願Ａ１−９７００７５１号には、球形のような組成物を成形することが記載される。金属粉末を二つの部位に分割される工具に供給し、この粉末は接続管によって供給される。金属粉末は好ましくはガス噴射する。接続管を貫通する棒は、球形の成形型に封入した材料に影響を及ぼすために、衝撃装置から衝撃を受ける。しかしながら。この実施例においては、物体がどの様にこの方法に従って製造されるかを具体的に因子を示さない。
【０００４】
この文献にしたがうか圧工程は、幾つかの工程例えば３工程で実施される。これらの工程は、非常にすばやく実施され３回のストロークは以下に記載するように実施される。
【０００５】
ストローク１：極度に軽いストローク、これは粉末からほとんど空気を追い出し、且つ大きな不規則性を存在させないことを確実にするために粉末粒子を配列する。
【０００６】
ストローク２：粉末粒子が極度に高密度まで互いに加圧されるように、粉末粒子の局部的な断熱合体融合のために非常に高エネルギ密度と高衝撃速度を有するストロークである。各粒の局部温度上昇は、ストロークの際の変形程度に依存する。
【０００７】
ストローク３：実質的に緻密な材料物体の最終成形のために、高接続エネルギでもって中−高エネルギを有するストロークである。この緻密にした物体はその後焼結される。
【０００８】
スウェーデン特許第９８０３９５６−３号には、材料物体の変形のための方法と装置が記載される。これは実質的に国際出願Ａ１−９７００７５１号に記載される発明の改良である。スウェーデン出願にしたがう方法では、打撃装置に少なくとも１回の反発打撃が発生し、この反発打撃が反作用することによってすくなことも１回のストロークが発生するような速度を材料にもたらす。
【０００９】
この国際出願の方法にしたがうストロークは、材料に局部的に非常に大きな温度上昇が与えられ、このことが加熱または冷却の際に材料中に相変化を起こす。反発打撃の反作用を使用するとき、及び少なくとも１回さらにストロークが発生するとき、このストロークは前後に進む波の原因となり、最初のストロークの運動エネルギによって発生し、長い期間処理しつづける。これは、反作用のない必要とするより低い衝撃で材料に変形をもたらす。上述する文献の装置はこのように十分作用しないことが分かった。例えば、文献が記載するストロークの時間間隔は、達成することは不可能である。さらに、この文献は、物体が形成されることを示すいずれの実施態様も含んでいない。
【００１０】
発明の目的
本発明の目的は、セラミック生成物の有効な製造方法を低価格で達成することである。これらの生成物は、医療用インプラント、整形手術の骨セメント、診断装置及び器具、または工具のような非医療用装置、絶縁物用途、坩堝、吹き付けノズル、チューブ、切刃、継手リング、ボールベアリング、及びエンジン部品のような双方の医療用の機器である。別の目的は記載される種類のセラミック生成物である。
【００１１】
また、上記文献に記載される方法より遅い速度で新しい方法を実施することができることである。さらに、この方法は、上記装置を使用することに限定する必要はない。
【００１２】
発明の概要
請求項１に規定する新しい方法にしたがい、種々のセラミックを圧縮することが可能であるという驚くべきことが判明した。例えば、この材料は、粉末、ペレット、粒などであり、成形型に充填されて予備加圧され、そして少なくとも１回のストロークで圧縮される。本発明に使用するための装置は、国際出願Ａ１−９７００７５１号及びスウェーデン特許第９８０３９５６−３号に記載される装置でも良い。
【００１３】
本発明の方法は、国際出願Ａ１−９７００７５１号及びスウェーデン特許第９８０３９５６−３号に利用される装置でも良くて衝撃装置に液圧を利用する。この装置に純液圧手段を使用するとき、この打撃装置は、圧縮するため材料に衝撃あたえるときに、達成する合体融合に対して十分なエネルギを十分な速度で放出するような運動を与えることができる。この合体融合は断熱的である。ストロークは素早く実施し、幾つかの材料に対しては、材料中の波は５〜１５ｍｓの間で減衰する。また、液圧の使用は、優れた連続制御と、圧縮空気の使用に比べて少ない操業費用とが得られる。スプリング作動衝撃装置は操作が複雑と成り、調整時間が長くなり、且つ成形品を他の装置に組み込む場合に柔軟性に劣る。すなわち、本発明の方法は、費用が少なく簡単に実施できる。最適な装置は、予備加圧と後加圧とに対して大きな圧力が可能で高速度の小さな装置である。このような構成にしたがう装置は、したがってその用途が注目される。また、いろいろの装置が、予備加圧及び後加圧或いは圧縮に使用できる。
【００１４】
発明の詳細な説明
本発明は、合体融合によりセラミック物体を製造する方法に関し、この方法は次の工程を含む。すなわち、
ａ）予備加圧型を、粉末、ペレット及び粒などの形状のセラミック材料で充填する工程、
ｂ）前記材料を少なくとも１回の予備加圧成形する工程、及び
ｃ）圧縮型内で前記材料を少なくとも１回のストロークで圧縮して、前記圧縮成形型に挿入した前記材料を打撃する際に、打撃装置が前記物体を形成するために充分な運動エネルギを放出して、材料の合体融合をもたらす工程。
【００１５】
予備加圧成形型は、圧縮成形型と同一でよく、このことは材料が工程ｂ）及びｃ）の間を移動する必要がない。また、異なる成形型を使用すること、及び予備加圧成形型から圧縮成形型まで工程ｂ）と工程ｃ）との間を移動することも可能である。これは、物体が予備加圧工程で材料を成形する場合のみに使用することができる。
【００１６】
図１の装置は、打撃装置２を含む。図１の材料は、粉末、ペレット、粒などのの形である。この装置は、打撃装置３が配置されて強力な衝撃でもって材料物体１に直接相当する大きな変形を与える。また、本発明は以下に記載する物体の圧縮について述べる。このような場合に、固形物体１は、固形の均一セラミック物体であり、成形型内に配置される。
【００１７】
打撃装置２は、それらに作用する重力の影響のもとで、重力が材料１に対して加速するように配置する。打撃装置２の質量は、好ましくは材料１の質量より実質的に大きい。それによって、打撃装置２の高衝撃速度の必要性が幾分減少できる。打撃装置２は材料１を打ち付けることが可能であり、打撃装置２は圧縮成形型内の材料を打撃するときに物体を加圧して成形するための運動エネルギを放出し、これが局部合体融合の原因となり、それによって、材料１の連続変形が達成される。この材料１の変形は、塑性変形であり結果として永久変形となる。波または振動が、打撃装置２の衝撃方向の方向に材料１内に発生する。これらの波または振動は、大きな運動エネルギであり材料のすべり面に作用し、粉末の粒の相対変位を生じる。合体融合は断熱合体融合することができる。温度の局部的増加が、密度を増加させる材料に点溶接（粒内溶融）を発達させる。
【００１８】
予備加圧は非常に重要な工程である。これは、材料内の空気を排出し粒子を配向するために行われる。予備加圧は、圧縮工程より遅くて、したがって空気の排出が容易である。非常に素早く実施する圧縮工程は、空気を排出するため同様の可能性を持たない。この場合には、空気は製造された物体内に封じ込まれ、これは欠点となる。予備加圧は、粒子を最大に密集するために十分である最小の圧力で実施する。これは材料に依存し材料の軟化点及び融点に依存する。
【００１９】
実施例の予備加圧工程は、約１１７６８０Ｎの軸方向の荷重で加圧することによって実施された。これは予備加圧成形型または最終成形型内で行われた。この記載の実施例にしたがい、これは環状の成形型内で行われ、成形型は工具の一部であり、円形断面は直径３０ｍｍであり、この断面の面積は約７ｃｍ２である。約１．７×１０８Ｎ／ｍ２の圧力が使用された。ハイドロキシアパタイトに対しては、材料少なくとも約０．２６×１０８Ｎ／ｍ２の圧力で、好ましくは少なくとも約０．６×１０８Ｎ／ｍ２の圧力で予備加圧することができる。必要ならばまたは好ましくは、用いられる予備加圧は材料に依存し、軟らかいセラミックに対しては、約２０００Ｎ／ｍ２の圧力で十分加圧することができる。別の可能な値は、１．０×１０８Ｎ／ｍ２、１．５×１０８Ｎ／ｍ２である。この明細書で行った調査は、空気中室温で行った。真空、または加熱した材料を使用する場合はさらに低い圧力を使用することができる。シリンダの高さは、６０ｍｍである。特許請求の範囲では、打撃面積について述べるが、この面積は、成形型内の材料に作用する打撃装置の円形断面の面積である。この場合打撃面積は横断面積である。
【００２０】
特許請求の範囲では、また、実施例に使用した環状の成形型について述べる。この成形型では、打撃面積と環状の成形型の面積は同一である。しかしながら、別の成形型の構成は、球形成形型のようなものを使用することができる。このような成形型では、打撃面積は、球形成形型の断面積より少ない。
【００２１】
さらに、本発明は合体融合によってセラミック物体を製造する方法を含み、この方法は固形セラミック物体の形状に材料を加圧することを含み、すなわち、物体は特別な適用の目標密度が圧縮成形型内で少なくとも１回のストロークで達成され、打撃装置は物体内の材料の合体融合を起こすために十分なエネルギを放出する。大きな局部的な温度上昇が材料内でおこる際に、滑り面が活動して、それによってこの変形が達成される。この方法は物体の変形を含む。
【００２２】
本発明の方法は、以下のように記載することができる。
【００２３】
１）粉末はグリーン物体に加圧され、この物体は衝撃によって固形物体に加圧され、その後エネルギの蓄積が後加圧によって物体内に達成される。これらの工程は、Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｏｒｇｉｎｇ Ｉｍｐａｃｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ （ＤＦＩＥＲ）に記載され、三つの主工程を含む。
【００２４】
ａ）圧縮工程
圧縮工程は冷間と熱間との圧縮工程に非常に似ている。本発明は粉末からグリーン物体を得ることである。それが、粉末に二つの圧縮を実行することが最も有益になる。１回だけの加圧は、粉末を二つの連続加圧するよりも約２〜３％低い密度となる。この工程は、空気の排気による粉末準備と、有益な方法による粉末粒子配列とである。グリーン物体の密度の値は、通常の冷間及び熱間の圧縮工程より大きいか小さいかまたは同じである。
【００２５】
ｂ）衝撃
衝撃工程は実際に高速工程であり、打撃装置は規定された面積で粉末を打撃する。材料の波が粉末に発生して粒子間溶融が粉末粒間で発生する。打撃装置の速度は、初期の非常に短時間の間のみが重要な役目を有する。粉末の質量と材料の性質とが発生する広範囲の粒子間溶融を決定する。
【００２６】
ｃ）エネルギ蓄積
エネルギ蓄積工程は、製造される固形物体内に送られたエネルギを保持する働きをする。それは粉末の予備加圧のような少なくとも同一の圧縮ともなう物理的圧縮である。この結果は、約１〜２％の製造された物体の密度の増加である。加圧後固形物体の所定の位置にある打撃装置を動かせて予備加圧と少なくとも同じ圧力で圧縮すること、または衝撃工程後に開放することによって実施する。この考えは、粉末の移動が製造される物体で行われることである。
【００２７】
この方法にしたがい、圧縮ストロークが、空気中の室温で７ｃｍ２の打撃面積を有する環状工具内で１００Ｎｍに相当する合計エネルギを放出する。他のエネルギ水準は、少なくとも３００、６００、１０００、１５００、２０００、２５００、３０００及び３５００Ｎｍでもよい。また、少なくとも１００００，２００００Ｎｍのエネルギ水準を用いても良い。新しい装置があり、この装置は１回のストロークで６００００Ｎｍでもって打撃する能力を備える。当然、このような高い値を使用しても良い。このような打撃を数回用いた場合、エネルギの合計量は、数１００００００Ｎｍに到達する。エネルギ水準は使用する材料に依存する。この適用において、製造された物体が使用される。１種の材料に対する種々のエネルギ水準が、種々の相対密度の材料物体を提供する高工エネルギ水準はさらに緻密な材料が得られる。同一の密度を得るために、異なる材料には異なるエネルギ水準を必要とする。これは、例えば、材料の型さ及び材料の融点に依存する。
【００２８】
この方法にしたがい、圧縮ストロークが、空気中の室温で７ｃｍ２の打撃面積を有する環状工具内で少なくとも５Ｎｍ／ｇに相当する質量当たりのエネルギを放出する。他のエネルギ水準は、少なくとも２０Ｎｍ／ｇ、５０Ｎｍ／ｇ、１００Ｎｍ／ｇ、１５０Ｎｍ／ｇ、２００Ｎｍ／ｇ、２５０Ｎｍ／ｇ、３５０Ｎｍ／ｇ及び４５０Ｎｍ／ｇでもよい。
【００２９】
サンプルの質量と、所定の相対密度を達成するに必要なエネルギとの間には線形関係があると考えられる。これが、実施例２のハイドロキシアパタイトに対する質量因子の調査に示され、且つ相対密度を質量当たりの衝撃エネルギの関数として、図１３に図示することができる。相対密度を合計衝撃エネルギの関数として、図１４に図示することができる。
【００３０】
質量因子の調査において実施例で試験したサンプルに対する結果を次に示す。圧縮ストロークに対する質量当たりの同一合計エネルギでは、製造された物体に対してほぼ同一の密度が得られる。すなわち、測定された重量間隔に対して、ハイドロキシアパタイトの合計エネルギは、質量に実質的に線形で依存する。
【００３１】
これらの値はどの材料が使用されるかに依存して変化する。当業者は、どのような値で質量依存性が変化するか、及び質量独立性がある場合を試験することができる。
【００３２】
エネルギ水準は、成形型の形状及び構造にあわせて変更または適合させる必要がある。例えば、成形型が球形の場合、他のエネルギ水準が必要となる。当業者は、上記に与えられた値の助けと傾向で持って、どのようなエネルギ水準が球形の形状に必要であるかを試験することができる。このエネルギ水準はどんな物体が、成形型の幾何学的型序及び材料の特性に用いられるか、例えばどんな相対密度を所望するかに依存する。打撃装置は、圧縮成形型内に挿入された材料を打撃するとき物体を形成するに充分な運動エネルギを放出する必要がある。ストロークの高速度によって、もっと高い振動、粒子間の増加した摩擦、増加した局部加熱、及び材料の増加した粒子間溶融が、達成される。もっと大きなストローク面積がもっと高い振動を達成する。大きなエネルギが材料よりも工具に送られる制限がある。したがって材料の高さ対しては最適がある。
【００３３】
セラミックの粉末が成形型に挿入されたとき、且つ材料が打撃装置で打撃されたときに、合体融合が粉末材料中で達成され、且つこの材料が浮遊する。材料の合体融合は、打撃装置が材料物体または成形型内の材料から反発するとき、運動の前後で発生する波で生じることが、確かな説明である。これらの波は、材料物体内の運動エネルギを引き起こす。エネルギ伝達によって、温度の局部上昇が発生し、粒子の軟化及び変形を可能にして、粒子表面を溶融する。粒子間溶融が粒子を互いに再凝固することを可能にし、そして緻密な材料を得ることができる。また、これは物体表面の滑らかさに影響する。多くの材料が合体融合技術によって圧縮され、滑らかな面が得られる。材料及び表面の多孔性この方法によって影響される。多孔質の表面または材料が望ましい場合は、多孔性の表面または物体が少なくなるほど圧縮してはならない。
【００３４】
個々のストロークが、材料の配向、空気の排出、予備成形、合体融合、工具充填及び最終補正に影響する。前後する波が打撃装置のストローク方向に実質的に伝播する。すなわち、打撃装置で打たれる材料物体の表面から、成形型の底及びその後方に対向して配置する面まで伝播する。
【００３５】
エネルギ伝播と波の発生に関する上述したことは固形物体について言及する。本発明においては、固形物体は具体的な適用に目標密度が達成された物体である。
【００３６】
好ましい打撃装置は、必要な衝撃水準の衝撃を与えるために、ストロークの際に、少なくとも０．１ｍ／ｓまたは少なくとも１．５ｍ／ｓの速度を有する。先行技術においては遅い速度がほとんど使われていた。この速度は、エネルギが望まれる打撃装置の重量に依存する。圧縮工程の合計エネルギ水準は少なくとも１００〜４０００Ｎｍである。しかし多くは高エネルギ水準が使用される。合計エネルギは、一緒に加えられる全てのストロークのエネルギ水準を意味する。打撃装置は少なくとも１回のストロークまたは多数の連続するストロークをすることができる。実施例に従うストロークの間隔は、０．４〜０．８秒である。例えば、少なくとも２回の打撃が使用される。実施例にしたがい、１回のストロークが有望な結果を示した。これらの実施例は空気中の室温で実施された。例えば、真空および加熱または別の改良された処理方法が使用され、おそらくさらに低いエネルギが良好な相対密度を得るために使用できる。
【００３７】
セラミックは、相対密度４５％、好ましくは５０％まで圧縮することができる。さらに望ましい相対密度は５５％及び６０％でもある。別の好ましい密度は７０及び８０％である。少なくとも９０及び１００％までの密度が特に好ましい。しかしながら、別の相対密度も可能である。グリーン物体を製造する場合は、約４０〜６０％の相対密度で十分である。低級の支持インプラントは９０及び１００％までの密度が望ましく、幾つかの生体材料においては、少しの多孔晴は望ましい。５％またはそれ以下の多孔性が得られる場合は、十分でなく、この処理はさらに焼結のような処理を続けることが必要である。幾つかの製造工程が、この場合従来の製造方法に比較して省略することができる。
【００３８】
またこの方法は、材料を少なくとも２回の予備加圧することを含む。このことは、同じ合計エネルギを１回の予備加圧を用いるストロークと比較して、より高い相対密度を得るために有利であることが示された。２回の加圧は、用いられる材料に依存する１回の加圧に比較して約１〜５％高い密度が得られる。この増加は、幾つかの材料に対してはさらに多くなる。予備加圧を２回する場合、加圧工程は約５秒のような短い間隔で実施する。ほぼ同じ圧力を第２回目の予備加圧に使用しても良い。
【００３９】
さらに、この方法は、加圧行程の後少なくとも１回の材料を加圧する工程を含む。これは非常に良好な結果を与えることが示された。後加圧は、予備加圧圧力すなわち０．２５×１０８Ｎ／ｍ２と少なくとも同じ圧力で行うべきである。別の可能な値は、１．０×１０８Ｎ／ｍ２である。さらに高い後加圧圧力は、予備加圧圧力の２回の圧力と同じ圧力が望ましい。ハイドロキシアパタイトに対しては、この加圧圧力は少なくとも約０．２５×１０８Ｎ／ｍ２にすべきであり、これはハイドロキシアパタイトに対する最も低い可能性の後加圧圧力である。予備加圧圧力の値は全ての材料に対して試験する必要がある。後加圧は、予備加圧とは異なるサンプルをもたらす。ストロークによって粉末粒子間の局部温度を上昇させるこの伝達エネルギは、長い間保存され、そしてストローク後に、長期間サンプルの合体融合をもたらす。このエネルギは、製造された固形物体内に保持される。おそらくサンプルの材料の波に対する「寿命」は増加し、そしてこれが長い間サンプルに影響を及ぼして、さらに粒子を互いに溶融することを可能にする。この後の加圧すなわち後加圧は、固形物体の適所にある打撃装置を働かせることによって実施し、衝撃後に、予備加圧時と少なくとも同一の圧力で、例えば、ハイドロキシアパタイトに対して少なくとも約０．２５×１０８Ｎ／ｍ２で圧縮する。さらに粉末の変化が製造された物体内で起こる。この結果が、約１〜４％までの製造した物体の密度増加である。また、この増加可能性は材料に依存する。
【００４０】
予備加圧および／または後加圧を用いるときは、軽いストローク及び高い予備加圧及び／または後加圧を使用することができ、低いエネルギ水準で使用するので工具の節約をもたらす。これは意図する用途と、材料を何に使用するかに依存する。また、これはさらに高い相対密度を得るための方法である。
【００４１】
改良された相対密度を得るために、また、処理前に材料に予備処理をすることができる。粉末は前加熱する材料のタイプに依存して例えば〜２００〜３００℃に予備加熱することができる。この粉末は、材料の溶融温度に近い温度まで予備加熱することができる。予備加熱する適切な方法は、オーブンで粉末を普通に加熱するような方法を使用できる。さらに緻密な材料を得るために、予備加圧行程の際に、真空または不活性ガスを使用できる。これは、空気が処理の際に同程度まで材料中に含まれない効果を有する。
【００４２】
本発明の別の実施態様にしたがう物体は、加圧または後加圧の後に所定時間の加熱及び／または焼結される。後加熱は材料中の結合剤を緩和するために使用する（増加する結合歪によって得られる）。加圧された物体は、別のタイプの粉末組成によって得られた加圧よりも高い密度を有するために、より低い焼結温度が使用できる。これは、より高い温度が構成する材料の分解また変態を引き起こすので有利である。製造した物体は、またＨＩＰ（熱間静水圧圧縮）のような別の方法で後処理しても良い。
【００４３】
さらに、製造された物体はグリーン物体でもあり、この方法はグリーン物体を焼結する次の工程を含むことができる。本発明のグリーン物体は、さらにいずれの添加剤を含まない互いに密着した完全な物体を与える。すなわち、グリーン物体は、貯蔵したり、取り扱ったり、または加工したり、例えば磨いたり切断することもできる。焼結をすることなく最終生成物としてグリーン物体を使用することも可能である。これは、物体が骨インプラントまたはインプラントが骨の中に吸収される代替品である場合である。
【００４４】
処理する前に、セラミックは、添加剤と均一混合することができる。微細粒の予備乾燥は、原材料の水分含有量を減少させるために用いられる。あるセラミックは湿気を吸収しないが、別のセラミックは容易に湿気を吸収し、湿気は材料の処理を妨害し、高い湿気割合は材料中の蒸気泡を上昇するために、加工された材料の均一性を減少する。
【００４５】
このセラミックは、鉱物、酸化物、炭化物、窒化物を含む群から選択される。実例として、アルミナ、シリカ、窒化珪素、ジルコニア、炭化珪素及びハイドロキシアパタイトを上げることができる。
【００４６】
圧縮ストロークは、酸化物に対しては、７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内で、少なくとも１００Ｎｍに相当する合計エネルギを放出する必要がある。この加圧ストロークは、セラミックに対しては、７ｃｍ２の打撃面積を有する環状の工具内で、少なくとも５Ｎｍに相当する質量あたりのエネルギを放出する必要がある。
【００４７】
優れた結果が、不規則な粒子形態を有する粉末で得られたことを初めに示した。粒子サイズの分布はおそらく広い。小さな粒子が大きな粒子の間の空隙を充填することができる。
【００４８】
セラミック材料は潤滑剤及び／または焼結助剤を含むことができる。潤滑剤は材料の混合に有効である。時には、物体を容易に取り外すために、成形型内に潤滑剤を必要とする。幾つかの場合においては、潤滑材を材料に使用する場合は、潤滑剤が成形型内から物体の取り出しを容易にするために選ぶことができる。
【００４９】
潤滑剤は冷却され、場所をとりそして材料粒子を潤滑する。これはプラスとマイナスの双方となる。
【００５０】
粒子が適切に容易にすべることによって物体を高度に加圧するので、内部潤滑が良好となる。純加圧に対して良好である。内部潤滑が粒子間の摩擦を減少することによって、エネルギの放出が劣り、その結果粒子間溶融が少なくなる。高い密度を達成するための加圧にはよくなくて、潤滑剤は例えば焼結で除去する必要がある。外側潤滑が材料に入るエネルギ量を増加することによって、工具への荷重を間接的に減少する。その結果は、材料中の高い振動、エネルギの増加、及び粒子間溶融の上昇である。材料の成形型への付着が少なくなり、物体を押出すことが容易である。加圧及び圧縮の双方に良好である。
【００５１】
潤滑剤の実例は、Ａｃｒａｗａｘ　Ｃであるが、他の従来の潤滑材も使用できる。材料が医療用物体に使用される場合、潤滑剤は医療用に適応させる必要があり、または処理する際にいずれかの方法で取り除く必要がある。
【００５２】
工具の磨き及び洗浄は、工具が潤滑された場合及び粉末が予備加熱された場合回避することができる。
【００５３】
また、焼結助剤を材料に含有させることができる。この焼結助剤は、焼結工程のような後処理工程に有効である。しかしながら、幾つかの場合における焼結工程を含まない実施態様の方法の際には有効でない。焼結助剤は、イットリア酸化物、アルミナまたはマグネシア、または従来の焼結助剤であってよい。潤滑剤と同様に、医療用の物体に使用する場合には、医療用に適合させるかまたは除去する必要がある。
【００５４】
幾つかの場合、潤滑剤と焼結助剤の双方を使用することが有効である。これは、使用する方法、使用する材料及び製造した物体の意図する用途に依存する。
【００５５】
幾つかの場合において、物体を容易に取り外すために、潤滑剤を使用することを必要とする。成形型に被覆することもできる。例えば、この被膜はＴｉＮＡｌまたはＢａｌｉｎｉｔ　Ｈａｒｄｌｕｂｅで作られる。工具が最適被膜を備える場合、材料が工具部品に付着せず、粉末に供給されるエネルギを増加させる挿供エネルギ部を減少させる。時間のかかる潤滑は、成形された物体から除去することが困難である場合に必要ない。
【００５６】
実施例３において、幾つかの外側潤滑剤が試験された。テフロングリース及びモリブデン硫化物が例えばオイルより優れた効果を示した。
【００５７】
材料に依存する非常に緻密な材料、硬質材料が、セラミック材料が合体融合によって製造された場合に達成される。材料の表面は非常に滑らかであり、これは幾つかの適用において重要である。
【００５８】
幾つかのストロークを用いた場合、このストロークは連続して実行するか、或いは種々の間隔がストロークの間に入れられることによって、ストロークに関して広範囲の振動を与えられる。
【００５９】
例えば、約６回のストロークあたり１回でも良い。エネルギ水準は全てのストロークで同一にすることができ、エネルギは増加することもまたは減少することもできる。ストロークの組は、同一のエネルギ水準で少なくとも二つのストロークで開始してよく、最後のストロークは２倍のエネルギである。その反対を使用することができる。連続する種々のタイプのストローク調査が一つの実施例で実施される。
【００６０】
最も高い密度は１回のストロークで合計エネルギを供給することによって得られた。挿入されるエネルギが数回のストロークで供給される場合、さらに低い相対密度となるが、工具は守られる。多ストロークは、したがって最大密度を必要としない適用に用いられる。
【００６１】
素早い衝撃の組を介して、材料物体は運動エネルギを連続的に供給され、この運動エネルギは活動する前後に動く波を保持することに寄与する。これが材料の変形の発生を支持し、同時に新しい衝撃がさらに材料の塑性永久変形を発生する。
【００６２】
本発明の別の実施態様にしたがい、打撃装置が材料物体を打ち付ける衝撃は、１組のストロークで各ストロークに対し減少する。好ましくは、この差は、第１と第２のストロークの間で大きい。このような短い期間の間に第１の衝撃より小さな衝撃を第２のストロークで達成することは、例えば、跳ね返り打撃の効果的な減少によって達成することが容易である。しかしながら、必要ならば、第１のまたは先行するストロークよりも大きな衝撃を適用することも可能である。
【００６３】
本発明にしたがい、種々の加圧を使用することができる。次のストロークに小さな衝撃を使用するために、打撃装置の反作用を使用することは必要ない。他の振動を使用することができ、例えば、衝撃が次のストロークで増加するか、または高低の衝撃を１回のストロークで与えるかである。幾つかの異なる衝撃の組が使用でき、衝撃の間に異なる時間間隔を有する。
【００６４】
本発明にしたがう方法によって製造されるセラミック物体は、医療用のインプラントまたは整形外科用の骨セラミック、診断用の器具または装置のような医療用の器具に使用することができる。このようなインプラントは、例えば、人工の骨格または歯である。
【００６５】
本発明にしたがう材料は医療用に容認できる。このような材料は、例えば、ハイドロキシアパタイト及びジルコニアのような適切なセラミックである。
【００６６】
インプラントに使用するための材料は、生体適応性及び血液適応性であること、ならびハイドロキシアパタイト、ジルコニア及び他の適切なセラミックのような機械的耐久性を必要とする。
【００６７】
また、本発明の方法に従って製造された物体は、工具、絶縁物適用、坩堝、スプレーノズル、チューブ、切刃、継手リング、ボール軸受及びエンジン部品のような非医療用の生成物でもある。
【００６８】
この材料の幾つかの用途は次のとおりである。窒化珪素の用途は、坩堝、スプレーノズル、チューブ、切刃、継手リング、ボール軸受及びエンジン部品である。アルミナは良好な電気絶縁体であり、同時に容認できる熱伝導率を有するので、したがって、電気部品を装着する基材、点火プラグの絶縁材及び高張力領域の絶縁材に使用される。また、アルミナは整形外科用のインプラントの一般的なタイプの材料であり、例えば、腰人工補充物の大腿骨頭である。ハイドロキシアパタイトは、整形外科に広く使用される最も重要な生体材料のひとつである。ジルコニアの一般な用途は、切削工具、断熱エンジンの構造物であり、また整形外科用のインプラントの一般的な材料であり、例えば、腰人工補充物の大腿骨頭である。すなわち、本発明は、本発明にしたがう生成物を製造するために広い適用範囲を有する。
【００６９】
成形型に挿入される材料は合体融合に曝されるときに、形成された物体に硬質で緻密な表面を達成する。これは物体の重要な特徴である。硬質表面はこの物体に大きな耐磨耗性と耐引っ掻き性のような優れた機械的性質を与える。滑らかで緻密な表面はこの材料に例えば耐食性を備える。穴のない大きな強度は、生成物に達成される。これは、開口した孔及び孔の数が引き合いに出される。従来の方法においては、目標は、開口する穴は焼結によって減少することができなかったので、開口している穴の数を減少することであった。
【００７０】
最適な性質を有する物体を得るために、可能な限り均一になるまで、粉末混合物を混合することが重要であった。
【００７１】
また、被膜は、本発明の方法に従って製造することができる。例えば、一つのセラミック被膜は、他のセラミックまたは幾つかの他の物質のセラミックエレメントの表面に形成される。被覆されたエレメントが製造されるとき、このエレメントは成形型に収容され、従来の方法でその中に固着される。例えばガス噴射法でエレメントを回りに被覆した成形型に被覆される材料が挿入され、その後被膜が合体融合によって形成される。被覆されたエレメントは本発明に従って形成された材料であるか、または従来の方法で形成されたエレメントでも良い。このような被膜は、エレメントに特別な性質を与えるので好都合である。
【００７２】
被膜は、デップコート及びスプレーコートのような従来の方法で本発明に従って製造された物体に添付される。
【００７３】
少なくとも一回のストロークによって第１の成形型内で材料を第１の圧縮をすることが可能である。その後、この材料は別の大きな成形型に移されさらにセラミック材料がこの成形型に挿入され、材料はその後少なくとも１回のストロークで第１の圧縮される材料の上部または側面を圧縮する。ストロークのエネルギの選択及び材料の選択における多くの難しい組合せが可能になる。
【００７４】
また、本発明は上記の方法で得られた生成物に関する。
【００７５】
本発明にしたがう方法は、圧縮に比較して幾つかの利点を有する。圧縮方法は、焼結助剤を含有する粉末からグリーン物体を形成する第１の工程を含む。グリーン物体は第２の工程で焼結され、そこで焼結助剤を燃焼するかまたは次の工程で燃焼させる。また、圧縮方法は、表面が機械的な加工をすることを必要とするので、製造された物体の最終加工を必要とする。本発明にしたがい、物体に必要とする表面を機械加工することなく一工程または２工程で物体を製造することができる。
【００７６】
本発明の方法を用いて、一体の大きな物体を製造することが可能である。現在使用されている方法においては、使用前に互いに組み合せるためにいくつかの部品に意図する物体を製造する必要がある。この部品は、例えば、ネジまたは接着剤或いはそれらの組合せを用いて組み立てられる。
【００７７】
本発明の方法は、チャージを中和するために粉末を処理することなく、粒子を反発するチャージにした粉末を用いることが利点である。この方法は、粉末粒子の電気的なチャージまたは表面張力に依存せずに実施することができる。しかしながら、反対にチャージする粉末または添加物の使用の可能性を除外しない。本発明の使用によって、製造された物体の表面張力を制御することができる。幾つかの事例において、液体フィルムを必要とする摩耗表面に対するよううに小さな表面張力が望まれ、別の事例では大きな表面張力が望まれる。
【００７８】
入手したままの粉末の前処理
いずれの予備処理もしない入手したままの粉末の使用とは、圧縮助剤または焼結助剤のいずれの添加も除外する。また、このことは、流動特性が非常に劣るので、圧縮工具の自動充填を除外する。
【００７９】
ボール粉砕の後に続いて、
ａ．凍結粒状化と凍結乾燥、または
ｂ．スプレー乾燥、または
ｃ．ブリック乾燥とふるい粒状化、または
ｄ．回転蒸発とふるい乾燥
これらの予備処理は、圧縮助剤と焼結助剤の添加、並びに自動工具充填を考慮に入れる。適切な懸濁特性を達成するために（高粒子濃度での低粘性）、分散剤またはｐＨ調整が必要となる。また、圧縮助剤なしに自動工具充填を使用することが可能である。
【００８０】
次の工程による予備形成加工、
ａ．スリップ鋳造、
ｂ．遠心鋳造
ｃ．圧力鋳造、及び
ｄ．フィルター圧縮
全ての方法が分散剤を必要とし、且つそれらが焼結助剤の添加を可能にする。また、グリーンの強度を維持するためにバインダーを添加することを可能にする。機械内でプレフォーム物体を負荷することは、手動で行なうこともできる。別の方法では、この物体をパンチに静かに配置する特別な配置を使用する必要がある。
【００８１】
１軸方向の予備成形加工、これは、機械内で作業手順として使用される。湿潤または乾燥ＣＩＰ（冷間等圧圧縮法）による予備成形加工、これは、合体融合機械の前に、一つの作業手順として用いることができる。
【００８２】
圧縮助剤及び焼結助剤
圧縮助剤に関しては多くの選択肢がある。従来の圧縮においては、２種類のコンパンドの混合物を一般的に使用する。１種はバインダとして作用できるポリマーであり、例えばＰＶＡ、ＰＥＧまたはラテックスである。別のコンパンドは、可塑剤として作用できかつ圧縮作業を促進させる低ＭＷポリマー（ＰＥＧ）または脂肪酸（グリセロールまたは類似物）である。ＰＥＧは、多くの場合に、軟化剤として優れた選択肢であるのは、グリセロールはさらに水中透視性があり、かつ圧縮特性を変化させるからである。このバインダは充分なグリーン強度を得るために使用されるが、しかしながら、本発明の方法が使用される場合は、このバインダは、少なくとも部分的に分解しかつ充分な堅さが高エネルギ圧縮によって達成されるので、ほとんどの場合除くことができる。バインダは、脆さが無くてグリーンの機械加工を可能にするグリーン物体を作るために、また時には、スリップ鋳造において使用される。しかしながら、スリップ鋳造した物体のほとんどは、バインダ無しに取り扱いに十分な強度を備える。また、バインダの添加は、より遅い鋳造速度でスリップ鋳造方法に影響を及ぼす。このバインダは、型の表面に向かって偏析する。
【００８３】
焼結助剤に関しては、アルミナを外側に慣用的に焼結することができる。しかしながら、ほとんどは少量のＭｇＯ（０．０５ｗｔ％）が使用され、完全に高密度化することができ、また臨界的な粒成長を抑止する。また、ＣａＯ及びＹ２Ｏ３等のその他の酸化物が使用されるが、しかし大量である。何れの焼結助剤の必要性は、どのように材料がその方法と後焼結との必要性によって緻密化されるかに依存する。またこの添加は、生命材料の適用に対する必要性を満たすために必要である。
【００８４】
Ｓｉ３Ｎ４に対しては、広い焼結助剤の変化は、焼結技術と適用とに依存する。その量は、粉末にもとに２〜１０ｗｔ％の範囲にある。さらに強力な焼結（ＨＰ及びＨＩＰ）及び高温適用は、少量を必要とする。通常の焼結助剤は、種々の部分に組合せにおいてはＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ及びＹｂ２Ｏ３である。Ｓｉ３Ｎ４は、焼成の際に液体相の形成に加わる粒子表面（焼成によって増加することができる）に、すでに少しのＳｉＯ２を含有することに注目する。ここでは、生体材料用の要求を考慮することが必要である。
【００８５】
別の態様は、焼結助剤の状態である。それは微細粉末としてあり、しかし塩またはゾルとしてでもある。ゾルは、粒子表面に吸着されかつ分散する薬剤として作用する極端に小さな粒子（１０〜１００ｎｍ）の安定な分散剤である。ゾルは、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及びＳｉＯ２のような幾つかの酸化物に対してだけ使用される。ゾルを使用する利点は、任意に達成される焼結助剤の均一分布である。これは、焼結性能に対する添加の量を減少することを可能にする。同じことは塩に対しても可能であるが、高イオン濃度が考慮しなければならない粉末の懸濁の安定性を減少させる。
【００８６】
機械配置および加圧条件
粉末の予備加熱、加圧物支持のための工具、及びエネルギ投入の減少：
温度水準は、示されたどの圧縮助剤に対しても、分解することなく或いはその性能を欠落することの無いように、適合させることが必要であることを注釈する。この考え方は金属粉末に対して都合よく使用できるだけでなく、セラミックに対しても使用可能である。金属粒子は軟化してそしてこの温度が融点から離れていても容易に変形すると考えられる。セラミックに対する主な利点は、エネルギ投入を減少する可能性である。何れの軟化することが生じると考えることは理にかなったことでない。
【００８７】
工具に対する真空の適用：
これは支持すべきであり、空気を取り除くことによって完全な緻密化を可能にし、かつ有機添加物を分解する。しかしながら、これは価格を上昇させる。また、との雰囲気の適用も可能である。
【００８８】
グリースの成形型表面への適用：
このことは、粉末に対するように完全或いは部分的に添加することの必要性を減少できる。粉末に対して添加する圧縮助剤の必要性は、セラミックに対してはさらに臨界的になると考えられる。
【００８９】
異なる工具材料の使用：
特に、摩擦及び／または摩耗を減少するために、表面層の表面処理または蒸着（ＣＶＤ、ＰＶＤまたはプラズマスプレー）を使用することが可能である。
【００９０】
後熱処理
機械作業の後の加熱処理は、セラミックに対してはほとんど必要である。後焼結は、十分な緻密化を可能にする。最も通常の焼結／緻密化方法は、すなわち、
ａ．圧縮なし焼結工程（ＰＳ）
ｂ．気体圧縮焼結工程（ＧＰＳ）
ｃ．高温圧縮工程（ＨＰ）
ｄ．ガラスに封入した高温静水圧工程（ガラスＨＩＰ）
ｅ．圧縮なし焼結工程、及び後ＨＩＰ（後ＨＩＰ）
ｆ．正電流焼結工程（ＰＥＣＳ）
特別なセラミックに対する従来の圧縮無し焼結工程計画は、ほとんど適切である。しかしながら、この計画は、装置内で達成される加圧程度に依存する。
【００９１】
本発明を説明する幾つかの実施例を次に示す。
【００９２】
実施例
本発明に４種のセラミックを選んだ。このセラミックは、全てのタイプのセラミック材料を示すために選ばれ、すなわち、非酸化、酸化及び水生セラミックである。また、それらは、固体相（アルミナ、ジルコニア）及び液体相（窒化珪素）の焼結セラミックを含む。
【００９３】
全てのタイプのセラミックは、インプラント工業内では一般的であるが、他の適用分野、例えば工具、エンジン、絶縁物の適用においても一般的である。窒化珪素及びアルミナが４つの異なるバッチで試験された。「バッチ１」は凍結乾燥粒状化純粉末（窒化珪素）または非粒状化粉末（アルミナ）であり「バッチ２」は、処理添加物を有する凍結乾燥粒状化粉末であり、「バッチ３」は焼結助剤を有する凍結乾燥粒状化粉末であり、かつ「バッチ４」は処理添加物と焼結助剤を有する凍結乾燥粉末である。二つの別のセラミックが、何れの前処理も無く試験のみを行なった。
【００９４】
実施例１の調査の主目的は、相対密度＞９５％を達成することであった。この場合、所望の材料特性はさらに後処理することなくおそらく達成されることができる。この製造工程後に相対密度＞９５％が達成された場合、１００％達成するまで後処理を続け所望の材料特性を達成することができる。幾つかの製造工程が従来の製造方法に比較して削減される。
【００９５】
実施例２においてパラメータの調査が成された。種々のパラメータを変化させて、それらが所望の生成品に依存して最良の結果を達成するためにどのように使われる調査した。重量の調査（Ａ）、速度の調査（Ｂ）、エネルギの調査（Ｃ）、工程数の調査（Ｄ）、時間間隔の調査（Ｅ）および加熱の調査（Ｆ）が実施されたが、二つの選ばれた材料タイプ、ハイドロキシアパタイト（Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ）及び窒化珪素（Ｃ、Ｆ）に対してだけであり、このグループのセラミックに対する結果にこのパラメータの影響が示される。この調査の目的は、種々の因子がその結果にどのように影響するかを決定すること、及びこのパラメータが材料特性にどのように影響するかについての知識を得ることであった。
【００９６】
実施例１と２において、成形型は、すべての場合において、潤滑剤Ａｃｒａｗａｘ、Ｃで処理された。実施例３においては、他の潤滑剤で加圧された試料に関しての影響が試験された。ハイドロキシアパタイトは異なる潤滑剤を試験するために使用された。
【００９７】
粉末の準備
この準備は、他に何も示さない場合は、全てのセラミックに対して同一であった。
【００９８】
セラミック粉末は、混合前に分散剤または懸濁液を形成するために、粉にする必要がある。懸濁液を使用する主目的は、粉末粒子間の引力が失われないことであり、これは、粉末粒子を分離すること及び懸濁液中の凝集を分解することが容易であることを意味する。懸濁液は異なる粒状化工程の前にふるいにかけられる。この粒子懸濁液は、分散添加物をこの懸濁液に添加することによってさらに制御することができる。分散添加物は表面活性元素であり、これは粒子上に吸着されかつ粒子間に反発力を生じる。通常の粉末圧縮における焼結の際成される懸濁液には、約０．２〜０．３ｗｔ％の分散添加物が存在する。
【００９９】
微細セラミック粉末は、充分に圧縮するために粒状化する必要がある。微細粒子間の引力すなわちファン・ディア・バールス力が、粒状化無しで難しい圧縮型への均一な充填をする。凍結乾燥は、セラミック及び金属に粉末の粒状化のために使用できる粒状化のひとつの方法である。この技術は、粒子、高分子、圧縮助剤及び他の添加物の均一分布を有する高品質微粒を確実にする。
【０１００】
この粉末は、結合剤及び分散剤を含有する懸濁液中でこの粉末を粉砕することによって、粒状化用に準備される。結合剤の不足は微粒の強度を減少する。この懸濁液とともに容器は、ポンプと浮動窒素を含有する別の容器とに集められる。双方の容器は磁気混合器を備える。懸濁液は懸濁容器から圧縮空気によってくみ上げられ、浮動窒素を有する容器へと吹きつけられる。この窒素は、この液体が凍結する間に消滅する。凍結は早くて、小滴の周りに形成されるガスの泡が、壁及び他の小滴の双方から反発される。液体の移動は凍結粒状化の際には起こらない。この小滴は急激に凍結し、凍結した液体は、凍結乾燥の際に蒸気として運ばれる。
【０１０１】
速い冷却が、懸濁液から微粒へと粉末粒子の均一構造を保持する。スプレーのずるに形成される小滴の初期サイズは、この工程の間ずっと維持される。懸濁液の固体成分が、微粒の密度を全体的に制御する。微粒の密度は懸濁液の固体濃度の変更によって制御することができ、球状微粒構造に影響を及ぼさない。
【０１０２】
この微粒は加圧の際に粉砕される。従来の粉末圧縮から得られた顕微鏡組織は、大きな粒子間穴が取り除かれることを示す。懸濁液の添加剤が均一に分散され、焼結性能を高める。微粒中の粒子配列の均一性、及び微粒の良好な浮き上がり特性は、セラミック粉末の容易な合体融合におそらく寄与することができる。
【０１０３】
また、凍結乾燥は、少量の粉末を粒状化することができるので、種々の粉末を試験するための良好な代替案である。
【０１０４】
粒状化後に、微粒は、凍結乾燥行程の前にフリーザ中に貯蔵される。凍結乾燥機はこの粉末を乾燥して、微粒を処理するために用意される。同時に種々の粉末タイプを凍結乾燥することが可能である。この工程は時間の消費であり、凍結した液体の容積及び粉末の初期温度に依存する。一つのバッチの時間は２４時間までと見積もられる。
【０１０５】
説明
４つ全てのバッチにおけるエネルギと添加物との調査に含まれる第１のサンプルは、軸方向の１１７６８０Ｎの荷重での１回の予備加圧である。次のサンプルは第１の予備加圧であり、したがって１回の衝撃加圧ストロークでもって加圧された。この組の加圧エネルギは、１５０〜４０５０Ｎｍの間であり（幾つかのバッチは低い加圧エネルギで止めた）、各加圧エネルギのステップ間隔は、バッチ数に依存して１５０Ｎｍまたは３００Ｎｍであった。
【０１０６】
Ａ（重量の調査）においては、加圧エネルギ間隔は、３００Ｎｍ加圧ステップ間隔で３００から３０００Ｎｍまでであった。変化させた唯一の因子はサンプルの重量であった。質量あたり種々の加圧エネルギを与える。
【０１０７】
Ｂ（速度の調査）においては、加圧エネルギ間隔は、３００Ｎｍ加圧ステップ間隔で３００から３０００Ｎｍまでであった。しかしここでは種々のストロークユニットが、種々の最大化圧速度が達成するために使用された。
【０１０８】
Ｃ（エネルギの調査）においては、粉末は各ストロークに対して２４００Ｎｍで１〜６回打撃され、且つストロークの間の時間間隔は０．４ｓの一定であった。
【０１０９】
ＤとＥ（時間間隔の調査とストローク数の調査）においては、合計加圧エネルギ水準は１２００Ｎｍまたは２４００Ｎｍのいずれかであった。２から６のストロークの手順は、１１７６８０Ｎの静的軸方向荷重を使用した。一つの手順におけるストトークの時間間隔は０．４または０．８ｓであった。加圧ストローク手順の前に、試験片は予備加圧された。
【０１１０】
Ｆ（加熱調査）においては、サンプルは２１０℃まで予備加熱され、その後１回３００から３０００Ｎｍの加圧エネルギ間隔で、３００Ｎｍの加圧ステップ間隔で打撃された。
【０１１１】
各サンプルが製造された後に、全ての工具部品が取り外され、サンプルが取り出された。直径と厚みを電気マイクロメーターで測定して、物体の容積を決めた。したがって、重量はデジタル目盛りで示された。マイクロメーター及び目盛りからの全ての入力値は自動的に記録され、それぞれのバッチの文書に保管された。これらの結果の出力をもとに、密度１は重量を体積で除することによって求めた。
【０１１２】
次のサンプルを連続させることを可能にするため、工具をアセトンだけで洗浄するか、またはエメリ布で工具表面を磨くことのいずれかが必要であり、工具上の材料残部の除去をする。
【０１１３】
製造したサンプルの状態を簡単に見極めるために、３種の目視指数を用いた。目視指数１は粉末サンプルに相当し、目視指数２は脆性サンプルに相当し、且つ目視指数３は固形サンプルに相当する。
【０１１４】
理論密度は、製造業者により与えられるか、または個々の材料の百分率に基づき全ての含有材料を計量することによって計算のいずれかで求めた。相対密度はそれぞれのサンプルに対して求められた密度を理論密度で除することによって求められる。
【０１１５】
浮力法で測定された密度２は、窒化珪素とハイドロキシアパタイトとのサンプルで実行した。各サンプルは３回測定され３種の密度が求められた。これらの密度をもとに、中心密度を求め各表に示した。最初に、全てのサンプルは、含有する水を蒸発させるために、オーブンにおいて１１０℃で３時間乾燥した。サンプルは冷却された後に、サンプルの乾燥された重量（ｍ０）が決定された。水浸透工程が続けられ、サンプルは真空中と水の中に保持され、２滴の湿潤剤を水に添加した。真空が最終的な水を取り除き、穴が水で充填された。１時間後サンプルの重量を水中（ｍ２）と空気中（ｍ１）との双方で測定した。ｍ０とｍ２とｍ３と、水の温度でもって、密度２を決定した。
【０１１６】
アルミナとジルコニアに対する密度２は、短時間の浮力法で測定した。各サンプルは１回測定した。初めは空気中（ｍ１）でその後は水中（ｍ２）であった。密度２は、（ｍ１）を（ｍ１）−（ｍ２）で除することで求めた。
【０１１７】
試料寸法
これらの試験で製造されたサンプルの寸法は、直径〜３０．０ｍｍと高さ５〜１０ｍｍの盤状である。高さは得られた相対密度に依存する。１００％の相対密度が達成されるならば、厚みは全てのセラミックのタイプに対して５．００ｍｍと成るであろう。
【０１１８】
成形型（工具の一部）ないで、３０．００ｍｍの直径の穴があけられる。高さは６０ｍｍである。二つのスタンプ型（これも工具の一部）が使用される。下側のスタンプ型は成形型の下側部分に配置される。粉末が、成形型と下側スタンプ型の間に作られる空隙に充填される。したがって、加圧スタンプ方は成形型の上側部分に配置され、且つ工具がストロークを実行するために用意される。
【０１１９】
実施例１
表１は、使用した種々のタイプのセラミックの諸性質を示す。
【０１２０】
【表１】
2004504195.tif 000003
【０１２１】
Ａｃｒａｗａｘ Ｃを有する外側潤滑剤が全てのバッチに対して使用された。さらに窒化珪素とアルミニウムに対しては、１．５ｖｏ％のＰＥＧ４００（可塑剤）と、５ｖｏｌ％のＰＶＡ（バインダ）と、０．２５ｗｔ％のＰＡＡ（分散剤）とが、潤滑剤／添加剤として使用された。ジルコニアに対しては、３ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３（安定剤）が使用された。使用した焼結助剤は、６ｗｔ％のＹ２Ｏ３（窒化珪素）と、２ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３（窒化珪素）と、０．０５のＭｇＯ（アルミナ）であった。
【０１２２】
表２は、得られたサンプルの試験結果と、試験をした材料の相対密度と溶融温度とを示す。
【０１２３】
【表２】
2004504195.tif 000004
【０１２４】
窒化珪素ＳＮＥ１０（宇部から）
窒化珪素は４種の異なるバッチにおいて試験された。
【０１２５】
固体窒化珪素は非酸化セラミックであり、かつ液体相の焼結によって完全に緻密化された材料に従来と同様に製造できる。窒化珪素は、硬質材料であり、耐熱性と耐食性であり、高破壊靭性を備える。また、窒化珪素は、摩耗と摩滅に対して優れた耐性を有する。１０００〜１１００℃に昇温された温度で強度と耐酸性が維持される。
【０１２６】
通常の適用は、坩堝、スプレーノズル、管、切刃、継手リング、ボールベアリング及びエンジン部品である。
【０１２７】
以前の試験結果は、金属粉末に比較してセラミックを高速成形することは困難であることを示していた。得られた材料物体は脆くて、密度水準は６８％に達した。純窒化珪素粉末の目標は、９９％を超える相対密度を備える固形材料を得ることである。
【０１２８】
４種の異なるバッチからの結果を比較する。第１のバッチは純粉末であり、第２のバッチは処理添加剤を有する粉末であり、第３のバッチは焼結助剤を含み、かつ第４のバッチは処理添加剤と焼結助剤を含む。
【０１２９】
４種のバッチ全ての粉末は、純窒化珪素粉末の微粒化によって予備処理を施した。
【０１３０】
各バッチの第１のサンプルは、１１７６８０Ｎの軸方向荷重で予備加圧だけが施された。各バッチにおいて次のサンプル、２６、１６、１１及び１５のそれぞれが、第１の予備加圧を施し、その後１ストロークで加圧を施した。
【０１３１】
表１に示した粉末を使用した。
【０１３２】
図２〜４は、合計加圧エネルギ、質量当たりの加圧エネルギおよび加圧速度の関数として相対密度を示す。
【０１３３】
４種のバッチから得られた全てのサンプルは脆くて、目視指数２であった。サンプルの幾つかは、取り出した後に直ちに崩壊し、密度１は測定することができなかったので、密度２を調べる必要があった。何れのサンプルにおいても顕著な相変化は無く、それらの全ては粉末が加圧されたものであった。顕著な相違は、処理添加剤を含有するバッチ２と４のサンプルであり、サンプルはバッチ１及び３のサンプルに比較して優れたグリーン強度を有していた。
【０１３４】
純粉末のバッチは４０５０Ｎｍ（３６５Ｎｍ／ｇ、４．８ｍ／ｓ）まで打撃された。全ての曲線は滑らかであり、０〜３１０Ｎｍ／ｇと０〜４．４ｍ／ｓとのそれぞれに相当する相対密度４９．２〜６４．２％から僅かに増加する。その後この曲線の傾きは減少し、相対密度は最も高い加圧エネルギ水準の４０５０Ｎｍ（３６５Ｎｍ／ｇ、４．８１ｍ／ｓ）に対し６５．１％である。
【０１３５】
処理添加剤を含有するバッチは、４０５０Ｎｍ（３５３Ｎｍ／ｇ、４．８ｍ／ｓ）まで打撃された。全ての曲線は滑らかであり、０〜２１００Ｎｍ、０〜１８７Ｎｍ／ｇと０〜３．２ｍ／ｓとのそれぞれに相当する相対密度の４９．０〜６４．６％から僅かに増加する。その後この曲線の傾きは減少し、相対密度は加圧エネルギ水準の３１５０Ｎｍ（２７９Ｎｍ／ｇ、４．１ｍ／ｓ）に対し６５．６％である。
【０１３６】
バッチ３は焼結助剤を含有し、かつ３０００Ｎｍまで打撃された。全ての曲線はここでは同様に滑らかであり、０〜２１００Ｎｍ、０〜１０５Ｎｍ／ｇと０〜２．６ｍ／ｓとのそれぞれに相当する相対密度の４５．７〜６１．０％から僅かに増加する。２４００から３３００までの密度２の曲線は不規則であり、おそらく密度２を測定する際のサンプルの脆さのためである。この曲線は、３３００Ｎｍ（２８７Ｎｍ／ｇ、４．３ｍ／ｓ）の最も高いエネルギ水準で達成される６４、５％の相対密度まで増加する。
【０１３７】
処理添加剤と焼結助剤を含有する粉末が最も高い相対密度と最も微細なサンプルとを達成した。この曲線は滑らかであり、０〜１５００Ｎｍ、０〜１３７Ｎｍ／ｇと０〜２．６ｍ／ｓとのそれぞれに相当する相対密度の５２．７〜６５．１％から僅かに増加する。その後この傾きは減少し、最も高い相対密度は７０．１％であり、これは最も高い加圧エネルギ水準４０５０Ｎｍ（３６９Ｎｍ／ｇ、４．７ｍ／ｓ）で得られる。
【０１３８】
この図において相対密度は、４５．７％（焼結助剤を有するバッチ）と７０．１％（処理添加剤と焼結助剤を有するバッチ）の間である。
【０１３９】
サンプルが粉末からサンプルに遷移する加圧エネルギ範囲はいずれのバッチに対しても決定することができない。
【０１４０】
これらの結果によって、相対密度の最終ピーク決定できなかった。バッチ１、２及び４の曲線は最も高い加圧エネルギ水準でそれらの最も高い相対密度に達した。
【０１４１】
住友からのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）
固体アルミナは酸化セラミックであり、かつ固体相焼結によって完全に緻密化された材料に従来と同様に製造することができる。アルミナは化学的に不活性であり、種々の環境において安定である。アルミナは耐食性があり、高強度で磁器より耐磨耗性があるが、例えば炭化珪素及び窒化珪素より劣る。アルミナは良好な電気絶縁体であり、同時に受け入れられる熱伝導率を有する。その電気絶縁性質によって、この材料は、点火プラグ用の絶縁材及び高張力領域の絶縁材に取り付けられる電気部品の基材を製造するために使用される。アルミナは、整形プラントにおける一般的なタイプの材料であり、例えば腰骨の人口骨である。
【０１４２】
純アルミナ粉末の目標は９９％を超える相対密度を備える固形材料物体を達成することである。
【０１４３】
４種の異なるバッチの結果を比較する。第１のバッチは純粉末であり、第２のバッチは処理添加剤を有する粉末であり、第３のバッチは焼結助剤を含み、かつ第４のバッチは処理添加剤と焼結助剤を含む。
【０１４４】
バッチ１に使用した粉末は原料粉末であり、加圧処理前に予備処理をしなかった。バッチ２〜４の粉末は純アルミナ粉末の微粒化によって予備処理された。微粒化処理は凍結微粒化であった。
【０１４５】
各バッチの第１のサンプルは、１１７６８０Ｎの軸方向荷重で予備加圧だけを行なった。４種のバッチの次のそれぞれのサンプル１９、１３、１６及び１６は、第１の予備加圧を施し、その後１回のストロークで加圧された。
【０１４６】
試験されたアルミナ粉末は表１に示す性質を有した。
【０１４７】
表５と６は、相対密度を合計加圧エネルギと質量あたりの加圧エネルギの関数として示す。
【０１４８】
４種のバッチから得られた全てのサンプルは脆くて、バッチ１、３及び４からの全てのサンプルは目視指数１であり、一方バッチ２の予備加圧したサンプルを除き全てのサンプルは目視指数２であると考察した。顕著な相違は、処理添加剤を含有するバッチ２と４のサンプルが、バッチ１と３のサンプルと比較して優れたグリーン強度を備えた。
【０１４９】
バッチ２と４のサンプルはバッチ１と３のサンプルと比較して簡単に崩壊しないので、そのため密度１をバッチ２と４に対して測定することができた。何れのサンプルにおいても顕著に相は変化しな９、それらは全て粉末が加圧されたものであると思われる。
【０１５０】
純粉末のサンプルは３０００Ｎｍ（２１５Ｎｍ／ｇ、４．１ｍ／ｓ）まで打撃した。全ての曲線は不規則であり、最も高くなった相対密度は２２５０Ｎｍ（１６１Ｎｍ／ｇ、３．６）に対する４１％である。この理由は、低い密度が水を吸収しかつ密度２を測定する際に割れを生じることである。この現象は、全ての密度２想定と全てのバッチで出現する。密度２の全ての値は、そのためほぼ考慮する必要がある。
【０１５１】
処理添加剤を含有するバッチは、４０５０Ｎｍ（２９０Ｎｍ／ｇ、４．８ｍ／ｓ）まで打撃した。密度１の曲線は、得られた相対密度が〜１５％高く、密度２曲線と比較してさらに滑らかな曲線を示した。二つの曲線が平行であり、密度２の測定の困難性を示した。密度１の曲線は、したがって、この場合密度２の変わりに示された曲線である。密度１の曲線は滑らかであり、かつ４０５０Ｎｍ（０〜２９０Ｎｍ／ｇ、０〜４．８ｍ／ｓ）まで予備加圧することで６０．９％から７２．４％までゆっくり増加した。４０５０で、４種の全てのバッチで７２．４％の最も高い相対密度が達成される。
【０１５２】
焼結助剤のみを含有するバッチ３が、４０５０Ｎｍ（３２１Ｎｍ／ｇ、５．１ｍ／ｓ）まで打撃された。全てのサンプルは工具から取り出した後に崩壊したので、適切に測定することができなかった。
【０１５３】
密度２の曲線は全く規則的であり、相対密度は高い衝撃エネルギでも増加しなかった。サンプル第１３及び第１４の相対密度の増加は、おそらく測定の失敗による。
【０１５４】
処理添加剤と焼結助剤を含有する粉末が、４２００Ｎｍ（３００Ｎｍ／ｇ、４．９ｍ／ｓ）まで打撃された。密度１に対する曲線が曲線で示され、粉末を予備加圧することによって達成される５６、９％の相対密度から３９００Ｎｍ（２７８Ｎｍ／ｇ、４．７ｍ／ｓ）に相当する７１．６％まで増加する。
【０１５５】
サンプルが粉末からサンプルに遷移する衝撃エネルギ範囲は、全てのバッチで決定できなかった。
【０１５６】
バッチ１と３の全ての値は、測定値の不安定性のために曲線を表わせない。
【０１５７】
これらの結果によって、決められた相対密度の最終ピークは無かった。
【０１５８】
Ｍｅｒｃｋ ｅｕｒｏｌｂからのハイドロキシアパタイトＣａ２（ＰＯ４）３ＯＨ（ＨＡ）
固体ＨＡは水ベースのセラミック材料であり、種々の焼結技術によって固形材料に普通に製造される。ＨＡは、整形外科において高範囲に使用される最も重要な生体材料である。これは、鉱物組織と同様の化学組成を有し、骨と直接結合することができる。このため、ＨＡで作られたインプラントは、骨組織と組合せることができる。しかしながら、この材料を製造するときに幾つかの困難なことがあり、これが、従来の焼結技術で緻密化が起こる１２００℃より高温度で容易に分解させる。すなわち、ＨＡの機械的強度の低さが、負荷を支持するインプラントのような使用の障害となる。この開発はその強度を改良することに焦点が当てられ、他のセラミック粉末または繊維を使用すること及び高分子及び金属を使用することにより、この材料を強化する。
【０１５９】
初期の試験結果は、金属粉末と比較してセラミック粉末を高速成形することはさらに困難であることを示していた。得られた材料物体は脆くて、達成される密度水準は８０％であった。純ＨＡの目標は、９９％を超える相対密度を備える個体材料物体を得ることである。この成形は不活性雰囲気において実施できないため、１００％の相対密度を達成することはできない。しかしながら、ＨＡ材料の多孔性は、ＨＡは骨の置換として使用され多孔性がこの材料内への骨の内部成長を可能にするため、欠点となることは無い。
【０１６０】
純ＨＡはインプラント用途に使用するために加圧され、この材料物体に有害な影響を与える何れの種類の材料を添加することなく試験をした。
【０１６１】
使用した粉末は、予備処理をしなかった。この性質を表１に示す。粉末の製造は、湿潤化学析出と微粒化であった。
【０１６２】
第１のサンプルは１１７６８０Ｎの軸方向荷重で予備加圧のみを施した。引き続き１９のサンプルは、はじめに予備加圧を施しその後１回の衝撃ストロークで加圧した。この組の衝撃エネルギは、１５０〜３０００Ｎｍの１５０Ｎｍの衝撃工程間隔であった。
【０１６３】
図７と図８は、試験された全ての４種のセラミックに対して、相対密度を合計衝撃エネルギと質量あたりの衝撃エネルギの関数として示す。次に記載する現象はＨＡを示す全ての曲線に見ることができる。
【０１６４】
予備加圧と３０００Ｎｍ（２５７Ｎｍ／ｇ、４．１ｍ／ｓ）との間で全てのサンプルは目視指数２を有した。
【０１６５】
全てのサンプルはそれらが成形型から取り外すときに脆かったので、密度１を測定することは困難であった。サンプルの幾つかは、取り外した後に直ちに崩壊したので、密度１は測定することはできなかった。全てのサンプルが相に変化を示した。サンプルの色は、衝撃エネルギ水準が増加したときにグリーン／ブルーの色調に変化した。
【０１６６】
図７及び８を観察すると、曲線は、３９．０％相対密度から（予備加圧）、この傾斜が減少するところの２２５０Ｎｍ（２０３Ｎｍ／ｇ、３．６ｍ／ｓ）までなだらかに傾斜する。最も高くなった相対密度、７０．６％は２７００Ｎｍで達成された。
【０１６７】
Ｔｏｓｏｈからのジルコニア（ＺｒＯ２）
固体ジルコニアは酸化セラミックであり、固体相焼結によって完全に緻密化した材料へと従来と同様に製造することができる。部分安定化ジルコニアは、酸化セラミックで予期できるよりも高い破壊靭性値と、強度と、耐磨耗性とを有する。ジルコニアは高い熱伝導率を有する。イットリウムで安定化したジルコニアは、存在する最も強いセラミック材料の１種である。しかしながら、温度の上昇中にこの高い強度値が減少する。この強度は３００℃を超える温度ですでに減少し始める。イットリウム安定化ジルコニアは、約２５０℃の温度の湿度に対して敏感でもある。マグネシウム安定化ジルコニアは、低い強度を有するが、湿度に対しても８００℃以下の温度でも敏感性を示さない。
【０１６８】
ジルコニアの一般的なようとは、金属工具、鋏、断熱エンジン部品及び整形外科用インプラントたとえな義骨腰の人口骨頭である。
【０１６９】
純ジルコニアの目的は、９９％を超える相対密度を有する固形材料物体を達成することである。成形することが不活性雰囲気で実施できないので、１００％の相対密度を達成することができない。
【０１７０】
純ジルコニアはインプラント用途に用いるために加圧され、そのために材料物体に有毒な影響を有する何れの材料を添加することなく、試験がされた。
【０１７１】
使用した粉末を表１に示す。それは原材料であり、加圧工程以前に予備処理を行なわない。
【０１７２】
第１のサンプルは１１７６８０Ｎの軸方向荷重で予備加圧のみを施した。引き続き１０のサンプルは、はじめに予備加圧を施しその後１回の衝撃ストロークで加圧した。この組の衝撃エネルギは、３００〜３０００Ｎｍの３００Ｎｍの衝撃工程間隔であった。
【０１７３】
図７と図８は、試験された全ての４種のセラミックに対して、相対密度を合計衝撃エネルギと質量あたりの衝撃エネルギの関数として示す。次に記載する現象はジルコニアを示す全ての曲線に見ることができる。
【０１７４】
予備加圧と３０００Ｎｍ（２８９Ｎｍ／ｇ、４．１ｍ／ｓ）との間で全てのサンプルは目視指数１を有した。
【０１７５】
全てのサンプルはそれらを工具からの取り外し後直ちに崩壊したので、密度１を測定することはできなかった。何れのサンプルでも顕著な相変化は無く、それらは全て加圧されて粉末とみなされる。
【０１７６】
密度２は図７〜８の曲線に示される。全ての曲線は不規則であり、達成された最も高い相対密度は、３００Ｎｍ（２８Ｎｍ／ｇ、１．３）に対して８７．７％である。この理由は低密度のサンプルは水を吸収し密度２を測定する際に割れることである。密度２の全ての値は、そのためほぼ考慮する必要がある。
【０１７７】
実施例２
次の因子における窒化珪素とＨＡ付いて行なった調査を記載する。
【０１７８】
窒化窒素の複数のストロークの順序因子の調査（Ｃ〜Ｅ）
窒化珪素は、２回から６回のストローク範囲の種々の複数ストローク順序で、２４００から１８０００Ｎｍの合計エネルギ水準で、加圧された。この調査は二つの部分に分割された。第１の調査は、合計衝撃エネルギとしてのサンプルの密度がストロークの回数の追加によって増加することである。個々のストロークエネルギは３０００Ｎｍであり、２回から６回のストロークを実施した。すなわち合計衝撃エネルギは３０００から１８０００Ｎｍの範囲であった。追加順序は、２回のストローク順序に対して、１２００，２４００，３３００及び６６００の個々のストロークエネルギで実施した。
【０１７９】
その結果を図９〜１２に示す。
【０１８０】
図９に、相対密度が、３０００Ｎｍの個々の衝撃エネルギで、１回から６回のストロークに対して、この組の合計衝撃エネルギの関数として図示されている。合計衝撃エネルギは、一つのストロークの組の個々の衝撃エネルギの総計である。図１０は、質量当たりの合計エネルギの関数として図示した同一の試験の組を示す。
【０１８１】
この結果は、ほとんどの加圧が予備加圧でかつ３０００Ｎｍまでに生ずることを示す。予備加圧から３０００Ｎｍまでの密度の増加が３３％である。このエネルギ範囲は、実施例１で調査された。３０００Ｎｍを超える合計エネルギ水準は、単に小さな密度増加を与える。３０００と１８０００の間の密度増加は、エネルギの６倍の増加に対して１０％である。
【０１８２】
合計衝撃エネルギの半分の個々のストロークエネルギでもっての２回のストロークの調査は、同一の挙動を示す。この密度増加は、２４００から７２００までのエネルギの増加すなわち２倍のエネルギに対して６％である。図１１及び１２を参照する。
【０１８３】
このサンプルを検査して、全てのサンプルは非常に脆くて、工具からサンプルを取り外すときに、小片に崩れる。しかしながら、このサンプルは、バラバラになる前には、非常に滑らかで光沢のある表面を有する。このサンプルは、エネルギが増加したとき、ベージュ色の黒い陰に変わる。製造されたサンプルのグラフに示された密度は密度２の方法を用いて計算される。
【０１８４】
ハイドロキシアパタイトの質量因子の調査（Ａ）
ハイドロキシアパタイトの粉末は、２．８、５．６及び１１．１ｇの３種の異なるサンプルを用いて加圧した。１１．１ｇのサンプルの組は、実施例１に記載した比較例の組である。２．８と５．６ｇのサンプルは、４．２ｇのサンプルの４分の１及び２分の１に相当する。この組は単一ストロークで実施された。１１．１ｇのサンプルの組は、予備加圧から衝撃エネルギの最大３０００Ｎｍまでの範囲では、３００Ｎｍの段刻みで増加させた。４分の１の重量と、２分の１の重量の各組は、３００から３０００Ｎｍまでは、３００Ｎｍの範囲の段刻みでエネルギ水準を増加させて実施した。全てのサンプルは衝撃ストローク前に予備加圧した。
【０１８５】
図１３と１４に３種の試験の組を図示した。このグラフは、相対密度を質量当たりの衝撃エネルギと合計衝撃エネルギとの関数として示す。示された全ての相対密度の結果は、１１．１ｇの組を除き密度１の測定方法から計算された。達成された最大相対密度と、相当エネルギ水準と、エネルギ範囲とが表３に示されている。
【０１８６】
図１３を調査すると、３種の曲線は互いに追従し、これは所定の密度が、重量あたりの衝撃エネルギに関係する試験片形状を問題にすることなく、得られることを意味することが明らかである。また、このことが図１４に示されていて、合計エネルギの関数として密度が図示されている。この曲線は、より低いサンプル質量については、図表の左側へと移動する。また、１１．１ｇのサンプルの比較的高い密度は、２．８と５．５ｇのサンプルで示されるような水平状態の密度に決して到達しないことを注目することができる。その結果は、サンプルの質量が、合計衝撃エネルギに関係する密度に影響を及ぼすことを示した。すなわち、大きなサンプル質量は、所定の密度を得るためにさらにエネルギを必要とすることを示す。また、この結果は、図１３を参照すると、少なくとも２７１Ｎｍ／ｇまでは質量当たりの衝撃エネルギに関して、質量と密度との間に線形関係があることが示された。さらに、１１．１ｇのサンプルでは、他の２種のサンプルが４８％の予備加圧密度に到達するのに対して、３９％の低い予備加圧密度になった。
【０１８７】
【表３】
2004504195.tif 000005
【０１８８】
このサンプルは、エネルギが増加したときに、淡いしろっぽいグリーンから暗い陰影に変化した。また、サンプルの中間は、外側部分よりさらに暗い陰影のグリーであった。このサンプルは、エネルギが増加したときにさらに脆くなり、ほとんどが、サンプルを工具から取り外すときにバラバラな小片になった。
【０１８９】
ハイドロキシアパタイト（ＨＡ）の衝撃速度因子の調査（Ａ）
ハイドロキシアパタイト粉末は、５組の試験が５種の衝撃ラムでもって、ＨＹＰ３５−１８と、ＨＹＰ３６−６０と、高速衝撃装置とを使用して加圧した。高速衝撃装置では、衝撃ラム重量は交換することが可能で、３種の質量が使用され７、５と、１４．０と２０．６ｋｇであった。ＨＹＰ３５−６０の衝撃ラム重量は１２００ｋｇであり、ＨＹＰ３５−１８のそれは３５０ｋｇであった。ＨＹＰ３５−１８の装置で実行されたサンプルの組は実施例１に記載される。全てのサンプルは、単一ストロークと１１．１ｇのサンプル質量で実施された。この組は、最大３０００Ｎｍの予備加圧の範囲で、３００Ｎｍの段刻みで増加させたエネルギで実施された。また、全てのサンプルは、衝撃ストローク前に軸方向荷重で予備加圧された。ＨＹＰ３５−１８の予備加圧力は１３５ｋＮであり、ＨＹＰ３５−６０の予備加圧力は２６０ｋＮであり、かつ高速衝撃装置では１８ｋＮであった。２８．３ｍ／ｓの最も高い衝撃速度は７．５ｋｇの衝撃ラムで得られ、かつ２．２ｍ／ｓの最も遅い衝撃速度は、１２００ｋｇの衝撃ラム質量でＨＹＰ３５−６０の装置であり３０００Ｎｍの最大エネルギ水準で得られた。
【０１９０】
その結果を図１５〜１８に示す。
【０１９１】
図１５に五つの試験の組は、質量当たりのエネルギ水準の関数として相対密度を図示されている。図１６は相対密度を合計エネルギの関数として図示し、かつ図１７は相対密度を衝撃速度の関数として図示する。その結果を表４に集められている。
【０１９２】
【表４】
2004504195.tif 000006
【０１９３】
７．５、１４．０及び２０．６ｋｇの衝撃ラム、並びに３５０と１２００ｋｇの衝撃ラムの予備加圧した試料は、固形に変化しなくて簡単に破損しやすくかつ脆い物体であり、目視指数２とされた。１８ｋＮの予備か圧力で製造したサンプルの密度は、相対密度が３４、４％であった。１３５ｋＮと２６０ｋＮとの予備加圧力に対しては、その密度はそれぞれ３９．０と５３．２％とまで増加した。予備加圧時の相対密度は、静的圧力に広範囲に依存し、かつ材料の合計加圧結果に対して、予備加圧因子の重要性を示した。この結果は、より高い密度は衝撃ラム質量が増加されるとき、または同様により高い密度は衝撃速度が所定のエネルギ水準に減少されたときに、得られることを示す。この効果は、エネルギ水準の減少とともに増加する。
【０１９４】
図１８は、相対密度を３種の異なる衝撃エネルギ水準、３０００，２１００及び１８００Ｎｍでの衝撃速度の関数として示す。表５の衝撃値を参照。この結果は、より高い密度が、高速度衝撃装置を使用した三つの衝撃ラムと比較して、二つのより重い衝撃ラム３５０ｋｇと１２００ｋｇで得られることを示す。例えば、密度は、３０００Ｎｍの合計衝撃水準で１２００ｋｇの衝撃ラムで７．５ｋｇの衝撃ラムを使用して作ったサンプルと比較して１３％まで増加する。同時に衝撃速度は２８．５から２．２ｍ／ｓまで減少された。三つの衝撃ラム重量、７．５、１４．０及び２０．６ｋｇを比較して、３０００Ｎｍのエネルギ水準に対して密度の増加はほとんど認めることができない。しかしながら、１５００Ｎｍに対する傾向は、衝撃速度の減少に対してさらに高い密度が得られることが分かる。
【０１９５】
図１５と図１６の密度―エネルギ曲線は、より大きい衝撃ラム重量が低い衝撃重量に対してよりも大きな初期勾配を有することを示す。結果として、低い衝撃速度が、同一エネルギ水準での速い衝撃速度と比較して速く密度増加を与える。より高いエネルギ水準で、各曲線の間の間隔は減少する。また、このことが、２１００と１５００Ｎｍのエネルギ水準と比べて３０００Ｎｍのエネルギ水準に対して、より小さな勾配を有する曲線のように、図１８に示すことができる。
【０１９６】
サンプルを検査して、サンプルは衝撃ラム速度及び衝撃速度に依存して形状と色が異なることを示すことができる。一般的に、全ての異なる衝撃ラムに対して、サンプルは色が、予備加圧したサンプルの薄いグリーンでしろっぽい色調から、衝撃エネルギが増加したときの暗いグリーンの陰影に変化した。さらに、予備加圧したサンプルは、より大きなエネルギ水準で製造したサンプルよりも互いに保持しあう傾向があった。このサンプルはこのエネルギが増加するときさらに脆くなる。より重い衝撃ラム、または所定のエネルギ水準に対して遅い衝撃速度で製造されたサンプルは、さらに脆くなりかつ軽い質量の衝撃ラムを用いたより速い衝撃速度で製造したサンプルに対してよりもさらにグリーンに変わった。
【０１９７】
１２００ｋｇの衝撃ラムで製造したサンプルで得られた密度は、密度１の方法を用いて計算される。この理由は、これらのサンプルは非常に脆くて、密度２の操作の際にバラバラになり、より低いエネルギでの初めの五つのサンプルのみが測定することができた。６１１Ｎｍでの一つの測定点が、密度２の結果を使用するのは、得られた物体が不規則でありマイクロメーターを用いて測定することができないためである。他の組に対しては、密度は密度２の方法をもとに求められた。
【０１９８】
【表５】
2004504195.tif 000007
【０１９９】
窒化窒素の衝撃速度因子の調査（Ｂ）
窒化珪素粉末を、ＨＹＰ３５−１８及び高速度衝撃装置を使用して、２０．６ｋｇの衝撃ラムで加圧した。ＨＹＰ３５−１８の衝撃ラムの重量は３５０ｋｇであった。ＨＹＰ３５−１８装置で実施したサンプルの組は実施例１に記載した。全てのサンプルは単一ストロークで１１．２ｇのサンプル質量で実施された。この組は、予備加圧から最大３０００Ｎｍまでの配意を３００Ｎｍの段刻みに増加させたエネルギで実施された。また、全てのサンプルは、衝撃ストローク以前に軸方向荷重で予備加圧された。ＨＹＰ３５−１８の予備加圧力は１３５ｋＮであり、高速度装置に対しては１８ｋＮであった。２０．６ｋｇの衝撃重量に対する最大衝撃速度は１７．１ｍ／ｓ及び４．１ｍ／ｓであり、これはＨＹＰ３５−１８の装置の衝撃ラム質量３５０ｋｇで、最大エネルギ水準３０００Ｎｍで得られた。
【０２００】
その結果を図１９〜２１に示す。
【０２０１】
図１９において、五つの試験の組が質量当たりの合計エネルギの関数として相対密度に対して図示される。図２０は、相対密度を衝撃速度の関数として示す。この結果を表２にまとめる。
【０２０２】
予備加圧されないサンプルを２０．６ｋｇのラムで作られた。作られた全てのサンプルは簡単に壊れやすくて脆く、目視指標２として記載された。その結果は、より高い密度が衝撃ラム質量を増加するか、または同等の高い密度は衝撃速度が与えられたエネルギ水準に対して減少するときに得られることを示す。より遅い速度で達成されたこの効果はエネルギ水準の増加とともに減少する。
【０２０３】
図２１は、相対密度を衝撃速度の関数として、三つの異なる合計エネルギ水準３０００、２１００及び１５００Ｎｍで示す。また、この密度の値については表７を参照する。この結果は、高い密度が、高速度衝撃装置を使用した２０．６ｋｇの衝撃ラムと比較して、より重い衝撃ラムの３５０ｋｇで達成される。例えば、この密度は、３０００Ｎｍの衝撃エネルギ水準で３５０ｋｇの衝撃ラムとともに２０．６ｋｇの衝撃ラムを用いて作った各サンプルを比べて、７％まで増加する。同時に、衝撃速度は１７．１から４．１ｍ／ｓまで減少した。
【０２０４】
【表６】
2004504195.tif 000008
【０２０５】
このサンプルを検査することで、このサンプルは衝撃エネルギが増加したときさらに脆くなることを示すことができる。さらに重い衝撃ラムまたは所定のエネルギ水準に対して遅くした衝撃速度で製造したサンプルは、さらに脆くて、且つ低い質量の衝撃ラムを用いることによりさらに速い衝撃速度で製造したサンプルに対するよりも、さらに暗く変化した。グラフに示された製造したサンプルの密度は、密度２の方法を用いて計算する。
【０２０６】
【表７】
2004504195.tif 000009
【０２０７】
窒化珪素及びアルミナの熱の調査（Ｆ）
二つの材料、炭化珪素とびアルミナとを、予備加熱調査について試験した。これらの粉末は、高密度まで適切に加圧することが困難であった。
【０２０８】
加熱試験の目的は、困難な材料の予備加熱が加圧工程と高密度とにどのように作用するかを評価することであった。
【０２０９】
粉末を均一温度にするために、この粉末を２１０℃に２時間先ず予備加熱した。その後、この粉末は室温に調整された成形型に入れ、その後粉末の温度を成形型への注ぎ込みの際に測定した。できるだけ素早く工具が取り付けられ、この粉末を１１７６８０Ｎの軸方向荷重と３００と３０００Ｎｍの間のストロークで予備加圧した。
【０２１０】
用いた粉末の性質を表１に示す。
【０２１１】
図２２と２３は、相対密度を、合計衝撃エネルギと質量当たりの衝撃エネルギとの関数として示す。また、得られた結果を表８に示す。
【０２１２】
この粉末は、加圧する前に１５０〜１８０℃の間の温度であった。
【０２１３】
二つの曲線は互いに追従し、予備加熱した粉末の相対密度は時には予備加熱しない粉末と比べて劣った。予備加熱した粉末で得られた最高の密度は、同じ衝撃エネルギと衝撃速度との予備加熱しないサンプルに対する６２．８％に比べて、２７００Ｎｍ（２４４Ｎｍ／ｇ、３．９ｍ／ｓ）で６２．４％であった。
【０２１４】
得られたサンプルの全てが、工具から取り外した後には脆くて、目視指数２であった。
【０２１５】
【表８】
2004504195.tif 000010
【０２１６】
また、アルミナを試験した。残念ながら、このアルミのサンプルの全てが密度２の想定の際に割れてしまって、再現可能な結果を得ることはできなかった。これは予備加熱しなかった試験のバッチに関しては同じ現象であった。
【０２１７】
予備加熱した窒化珪素またはアルミナ粉末を加圧した後、工具内の材料被覆は少なかった。
【０２１８】
工具の外側潤滑剤は、高分子分散剤のＡｃｒａｗａｘ　Ｃであり、これは〜１２０度の溶融温度を有する。加圧の際、この高分子が溶融して、成形型がプラスチック膜で被覆されるようになる。これが、おそらくセラミック材料を加圧した後の、工具内の材料被覆の減少理由であった。
【０２１９】
結論
溶融温度と粒子硬さとが、材料の分散程度に影響すると考えられる。例えば、ステンレス鋼粉末の溶融温度と粒子硬度とは、例えば窒化珪素の溶融温度と粒子硬度と比較してそれぞれ〜５００倍と、１０倍とであった。
【０２２０】
窒化珪素は２層材料であり、それは窒化珪素粉末粒子の表面がＳｉＯ２の薄い層を有し、この層は粒子硬度を減少し且つ粉末粒子を軟化させる。おそらくこの理由は、単層セラミックであるアルミナとジルコニアとのサンプルに比較して、窒化珪素の優れた条件のためである。
【０２２１】
セラミック材料の粒は、金属の粒と同じように塑性的に変形することができない。粒が塑性的に変形するならば、他の粒と緊密になり、粉末の外に空気を追い出す。
【０２２２】
窒化珪素は液相焼結セラミックであり、焼結する際にＳｉＯ２が溶液となり、この溶液は充分な空気が粉末から追い出され温度が所定の値に到達するならば形成される。微粒化した粉末のバインダが、このメルトを作り出す助けとなる。このメルトは、粉末の外に空気を追い出すための駆動力として作用する。このアルファ粒が溶液に入り込み、ベータ粒へと結晶する。このメルト無しに、アルファ粒をベータ粒にすることは不可能である。ＳｉＯ２とＹ２Ｏ３の双方が窒化珪素の焼結助剤として使用されるときは、このセラミックはＳｉＯ２と作用し、純粉末の場合、１８００℃の代わりに１３００℃でこのガラス相を形成する。粉末がＹ２Ｏ３のみを含む場合、焼結温度は１６００℃まで上昇する。ジルコニア粒は、他のセラミックに比べてより低い粒子硬さであるために、１１００￣１２００℃の温度で塑性的に変形することができる。
【０２２３】
アルミニウム粉末を１００％の密度に緻密化するとき、窒化珪素のようにグラス層を形成することができない。アルミナは固体相焼結セラミックであり、これは緻密化の際に材料の移動があることを意味する。粒子間において小さな粒が大きな粒の上に蒸発していく。小さな粒は比較的大きな表面活性を有し、これが初期の加圧工程において理想的であるそれらとの反応を容易にする。アルミナの焼結されたサンプルにおいて、粒の間での直接結合が見られるがほとんどが欠陥を有し、且つたとえ密度が１００％に到達しても、結合組織は完全でない。
【０２２４】
サンプルが臭いを放ち始めたときは、これは高衝撃エネルギで蒸発した高分子バインダのためである。
【０２２５】
他の３種の試験をしたセラミック（窒化珪素、アルミナ及びジルコニア）と比較して、ハイドロキシアパタイトが、相対密度が８０％を超えなくても、最良の結果を示した。ハイドロキシアパタイトは明確な相変化が見た目で気づく唯一のセラミックである。この理由はおそらくハイドロキシアパタイトが大量のイオン結合を有し、これは共有結合に比べて弱い結合であるためである。このサンプルは非常に脆くて、衝撃エネルギを増加することが、より高い密度に到達するための溶液であると考えられない。発生する唯一のことは、サンプルが小さくバラバラになることである。ハイドロキシアパタイト１６００℃の溶融温度と４５０Ｈｖの硬さとを有し、これは他の試験したセラミック例えばジルコニアと比較して低い（２０５０℃、１２５０〜１３５０ＨＶ）。しかしステンレス鋼と比較して大きい（１４２７℃、１６０〜１９０ＨＶ）。これはなぜハイドロキシアパタイトが他のセラミックに比較してさらに容易に加圧できるかを説明することができ、これが加圧程度に影響する溶融温度と粒子硬さとセオリーのサポートである。
【０２２６】
伝達されたエネルギによって、温度の局部的な上昇が発生して、粒子の軟化と変形が可能になり、そして粒子表面が溶融する。この相互の粒子の溶融が、粒子を互いに再凝固することを可能にして、緻密な材料を得ることを可能にする。
【０２２７】
粉末を加圧した場合の目的は、二つの粉末粒子への充分な衝撃エネルギが、相互粒子溶融として記載できた合体融合に到達させることである。この結果は、多くの粒子が固形材料物体を形成するときの、材料内の相変化である。従来の粉末処理においては、粒子全体が芯を含んで溶融する。高速度で加圧する際に、粒子は表面のみが溶融し、影響の無い粉末粒子をそのままの状態にしておく。粒子が溶融したとき、それらの間で化学的結合を得ることを可能にする。これは金属粒子が加圧されるときに起こることであるが、しかし「化学的結合」は、セラミック粉末の反応に関しては誤った判断を導く用語である。セラミック粒子は、酸化物層を有する金属と比較して、ガラス層の海中のようなところに存在し、最終的には粒子間で静止した生成物となり、これはセラミック粉末粒子間で化学的結合が無いことを意味する。小さな粒子のセラミック材料の加圧は、温度上昇のすばやい経過の際に、ほとんど容易である。粉末粒子が大きい場合は、その粒子は反応する代わりにさらに小さい粒子に割れることが起こり、その粒子のみが互いに溶融する。小さな粒は材料物体内に高強度を与えるが、破壊靭性値を減少する。
【０２２８】
二つのイオン間（例えば、ＳｉとＮｉ間で）で共有結合が存在する場合、分解工程を開始するために高エネルギ水準を必要とする。電子が二つのイオン間に無い。その代わりに、それらの電子がイオンの一つをさらに混乱させる。イオン結合（金属結合）があるならば、電子は二つのイオン間にあり、低いエネルギ水準を必要とする。したがって、窒化珪素と他のセラミック粉末とが、共有結合を有し、凝固することをさらに困難にする。
【０２２９】
高溶融温度とセラミックの硬さのために、固形材料物体を形成するために必要なエネルギを減少させる必要があり、これは粉末を予備加熱することによって可能になり、全加圧工程を約５００℃以上の温度に上げた雰囲気で処理し、このことは加熱の研究後に結論された。穴工程は上昇させた温度でする必要がある。また、予備加熱することは粉末の湿気を除去し、添加されたバインダを軟化させる。また、雰囲気例えば真空は、結果として材料内の空気の介在物を回避することを必要となる。
【０２３０】
純粉末の微細化は、セラミック粉末の加圧工程に対してプラスの効果を備えると考えられていた。このサンプルは脆くなったが、純粋に加圧した窒化珪素粉末と同様に簡単にバラバラにならなくて、これは初期の焼結試験で試験された。材料を強化するための処理添加剤と（バッチ２及び４）、さらに軟化させた構成物にするための軟化助剤とを含有する微粒化セラミックにバインダが存在する。この軟化が加圧工程の際に粒子のすべりを助けるバインダは、サンプルの相変化を作り出す代わりに粒子間を単にブルーにする作用をする。
【０２３１】
冷間静水圧圧縮で、〜７０％の相対密度が達成され、これは達成されたセラミック材料物体に関わり無く、加圧工程の後に、１００％または８０％の相対密度に到達し、この水準は従来のＰＭの後の密度と比較して高いことを意味する。８０％の緻密化材料での開始によって、収縮程度を減少させることが可能であり、焼結の際に寸法精度を増加させる。これは、最終生成物の大きさを制御することを容易にすることを意味する。通常は、セラミック材料は焼結の際に２０％収縮し、この技術でもって僅か１０％の収縮にすることができる。材料特性と密度の増加が達成される。
【０２３２】
しかしながら、素早い処理が種々の顕微鏡組織を引き起こす。粒子を如何に変形するかに依存して、粒子の形態は種々の方向に変化することができる。これは、材料が材料物体の種々の部分に種々の性質（電気的及び熱的な伝導率、摩耗特性など）を備えることを意味する。またこれは、種々の材料特性を備えた新規材料を創出可能なことを意味する。最も高い密度を達成するために、ＨＩＰ（熱間静水圧圧縮）技術が使用され、この技術は少ない圧縮をした焼結方法に比較して高価な方法である。
【０２３３】
処理添加剤と焼結助剤とを含有する微粉砕した粉末が、他の試験をした窒化珪素粉末と比較して、優れた効果が達成された。従来の焼結したセラミックサンプルは、処理添加剤と焼結助剤との双方を含有し、バッチ４のサンプルを焼結した場合、その結果は、バッチ１〜３のサンプルと比較して高い密度と優れた材料特性が達成される。
【０２３４】
金属粉末に対しては予備加圧工程を変化することによって、プラスの効果が得られるが、これはまたセラミック粉末の場合でも同じ可能性がある。幾つかの加圧段階が、加圧工程及び後加圧工程以前に、粉末から空気を押出すことを進め、これらの工程は打撃装置からの伝達エネルギを孤立させて、温度を局部的に上昇させて、長い期間粉末粒子に影響を及ぼす。
【０２３５】
実施例３
この試験はハイドロキシアパタイトで実施した。
【０２３６】
サンプルを製造するときは、工具からそれを自動的に素早く取り外す必要がある。その後、工具の表面を磨くなどの何れの準備をすることなく次のサンプルを製造する必要がある。上記試験において、使用した潤滑剤は、Ａｃｒａｗａｘ　Ｃであり、幾つかの材料の種類では高衝撃エネルギで工具表面に材料を残す傾向がある。
【０２３７】
また、種々の潤滑材が得られた相対密度にどのように影響するかについて試験される。文献によれば、工具壁面に対する摩擦が、移動ストローク装置からの圧力に低下を引き起こして、粉末の加圧と相当する密度も減少させる。
【０２３８】
種々の形式の潤滑剤を試験した。グラファイトの量と、グラフィとの種類と、グリース中の窒化ボロンの量と、速度との全てを試験して各因子の挙動を調べた。
【０２３９】
使用した粉末は予備処理をしなかった。
【０２４０】
各種のタイプの潤滑剤を工具表面に適用した。幾つかのバッチにおいて第１のサンプルを軸方向の荷重１１７６８０Ｎｍで予備加圧し、幾つかはしなかった。引き続いてサンプルは初期予備加圧が成されて、その後１回の衝撃ストロークで加圧した。この組の衝撃エネルギは工具表面に残留する材料の量に種々依存した。各試験は３００で開始して３００Ｎｍの衝撃工程間隔で増加させた。
【０２４１】
工具の必要な正常な状態を簡単に確立するために、サンプルを製造した後に、６種の粘着指数を用いた。各粘着指数の説明を表９に記載する。
【０２４２】
【表９】
2004504195.tif 000011
【０２４３】
以下の全ての表において、いくつかの場合には、一回、２回または３回の測定値が示されるのは、サンプルが脆くて密度（１だけでなく２も）を示すことが不可能であった。しかし粘着指数を決めることはできた。
【０２４４】
種々の添加グラファイト量を有するＬｉ−ＣａＸ
図２４〜２５は、相対密度を合計衝撃エネルギと質量あたりの衝撃エネルギの関数として示す。次に記載する現象が全ての曲線で示された。図２６は、粘着指数を５本の曲線に対して合計衝撃エネルギの関数として示す。潤滑油としてＡｃｒａｗａｘ　Ｃを有する曲線は、種々のグラファイト量を有するＬｉ−ＣａＸグリースを添加した曲線に対する比較曲線である。
【０２４５】
全てのサンプルは目視指数２であった。
【０２４６】
Ａｃｒａｗａｘ　Ｃを有するサンプルでは、低い相対密度が得られた。代わりに、１０％のグラファイト量のＬｉ−ＣａＸグリースを有するサンプルでは、Ａｃｒａｗａｘ　Ｃよりも高くて最高の高さの相対密度〜６％が得られた。１０ｗｔ％のグラファイト量のＬｉ−ＣａＸグリースの後に、５ｗｔ％のグラファイト量のＬｉ−ＣａＸグリースその後に１５ｗｔ％のグラファイトと純Ｌｉ−ＣａＸが続いた。
【０２４７】
粘着指数に関連して、１０ｗｔ％のグラファイトを有するＬｉ−ＣａＸグリースを備えたサンプルで最も低い粘着指数を示した。その後５ｗｔ％のグラファイトを有するＬｉ−ＣａＸ、１５ｗｔ％のグラファイトを有するＬｉ−ＣａＸが続き、純Ｌｉ−ＣａＸが最も工具表面に粘着した。
【０２４８】
【表１０】
2004504195.tif 000012
【０２４９】
種々の粘性を有する油
図２７及び２８は、相対密度を合計衝撃エネルギと質量あたりの衝撃エネルギとの関数として示す。次に記載する現象が全ての曲線で示された。図２９は、粘着指数を５本の曲線に対して合計衝撃エネルギの関数として示す。潤滑油としてＡｃｒａｗａｘ　Ｃを有する曲線は、種々の粘性を有するオイルを使用した曲線に対する参照曲線である。
【０２５０】
全てのサンプルは目視指数２であった。
【０２５１】
６５０ＰａＳの粘性を有するオイルを含むサンプルが最も高い相対密度を達成し、Ａｃｒａｗａｘ　Ｃより高く２％であった。１８０ＰａＳの粘性を有するオイルを含む曲線が、６５０ＰａＳの粘性を有するオイルを含む曲線に続くが、この試験は低い加圧エネルギで停止された。その後に１０５０ＰａＳを有するオイル、さらに調理オイルを含むバッチが続く。この密度は、潤滑剤としての調理オイルで〜７５から〜５６％まで減少した。
【０２５２】
１０５０ＰａＳを有するオイルは３０００Ｎｍまで幅広く粘着指数０であった。１８０ＰａＳを有するオイルは０〜１２００Ｎｍを有し、その後６５０ＰａＳ及び調理オイル（６０ＰａＳ）が続く。
【０２５３】
種々の粘性を有するオイルの粘着指数の結果を表１１に示す。
【０２５４】
【表１１】
2004504195.tif 000013
【０２５５】
テフロンスプレー及びテフロングレース
図３１と３２は、相対密度を合計衝撃エネルギと質量あたりの衝撃エネルギとの関数として示す。次に記載する現象が全ての曲線で示された。図３２は、粘着指数を２本の曲線に対して合計衝撃エネルギの関数として示す。
【０２５６】
全てのサンプルは目視指数２であった。
【０２５７】
潤滑剤としてのテフロングリースが最も高い相対密度を与える。予備加圧した後すでに、相対密度はＡｃｒａｗａｘ　Ｃより４〜５％高かった。テフロンスプレーでもって、Ａｃｒａｗａｘ　Ｃと同じ相対密度が得られた。しかしこの試験は材料が工具表面に粘着したために、低い衝撃エネルギで停止させられた。
【０２５８】
テフロングリースで持って、粘着し数０が全部の試験の際に得られ、一方テフロンスプレーの粘着指数は予備加熱後すでに２で開始した。
【０２５９】
テフロンオイルそれぞれのグリースの粘着指数の結果を表１２に示す。
【０２６０】
【表１２】
2004504195.tif 000014
【０２６１】
添加ホワイト（合成）グラファイトを有するグレース
図３３と３４は、相対密度を合計衝撃エネルギと質量あたりの衝撃エネルギとの関数として示す。次に記載する現象が全ての曲線で示された。図３５は、粘着指数を２本の曲線に対して合計衝撃エネルギの関数として示す。
【０２６２】
全てのサンプルは目視指数２であった。
【０２６３】
添加された９ｗｔ％のグラファイトを含むグリースを有するバッチは、高衝撃エネルギに対する試験を実施しなかった。３ｗｔ％のグラファイトを含むグリースを有するＡｃｒａｗａｘ　Ｃと比較して、３ｗｔ％のグラファイトを含むグリースで相対密度が高かった。この潤滑剤でもって相対密度のピークは２１００Ｎｍで７８％であり、これはＡｃｒａｗａｘ　Ｃでの試験で得られたものより〜１０％高かった。しかし、３ｗｔ％のグリースを有するサンプルの相対密度は高いエネルギで減少することがもとで、Ａｃｒａｗａｘ　Ｃで製造されたサンプルは最大衝撃エネルギ３０００Ｎｍでより高い相対密度が得られた。
【０２６４】
３と９ｗｔ％のグリースを有する双方の潤滑剤タイプが、予備加圧後にすでにあまりにも高くなった粘着指数をしめした。
【０２６５】
異なる粘性を有するオイルの粘着指数の結果を表１３に示す。
【０２６６】
【表１３】
2004504195.tif 000015
【０２６７】
種々の組合せのタルクを有するグレース
図３６と３７は、相対密度を合計衝撃エネルギと質量あたりの衝撃エネルギとの関数として示す。次に記載する現象が全ての曲線で示すことができる。図３８は、粘着指数を４本の曲線に対して合計衝撃エネルギの関数として示す。
【０２６８】
全てのサンプルは目視指数２であった。
【０２６９】
このバッチの得られた相対密度は異なった。純タルクが工具表面で粉末になったサンプルでは、他のバッチに比較して低い相対密度が得られた。タルクが予めグリースを塗った工具表面に粉末になったサンプルは、最も大きな相対密度が示された。したがって、Ａｃｒａｗａｘ　Ｃが続いて、９ｗｔ％のタルクを含むグリースで最も低い相対密度が得られた。
【０２７０】
潤滑剤の全てのタイプが、予備加圧後すでに高すぎた粘着指数を示した。
【０２７１】
添加されたタルクの種々の量を含むグリースの粘着指数の結果を表１４に示す。
【０２７２】
【表１４】
2004504195.tif 000016
【０２７３】
種々の添加窒化ボロンを有するＬｉＸグリース
図３９と４０は、相対密度を合計衝撃エネルギと質量あたりの衝撃エネルギとの関数として示す。次に記載する現象が全ての曲線で示すことができる。図４１は、粘着指数を３本の曲線に対して合計衝撃エネルギの関数として示す。
【０２７４】
全てのサンプルは目視指数２であった。
【０２７５】
最も高い相対密度が、１５ｗｔ％の窒化ボロンを有するＬｉＸ（リチウムステアレート）で得られた。この試験は１８００Ｎｍで停止し、その点で衝撃エネルギ水準で密度はＡｃｒａｗａｘ　Ｃを有するサンプルより〜６％高かった。したがって、Ａｃｒａｗａｘ　Ｃ、５ｗｔ％の窒化ボロンを有するＬｉＸ、及び純ＬｉＸが続く。
【０２７６】
５ｗｔ％の窒化ボロンを有するＬｉＸの粘着指数は最も低い粘着指数を有し、したがって、１５ｗｔ％の窒化ボロンを有するＬｉＸが続く。純ＬｉＸが最も高い粘着指数を有した。
【０２７７】
添加された窒化ボロンの種々の量を含むＬｉＸグリースの粘着指数の結果を表１５に示す。
【０２７８】
【表１５】
2004504195.tif 000017
【０２７９】
潤滑材としての他のタイプのグレースと油
図４２と４３は、相対密度を合計衝撃エネルギと質量あたりの衝撃エネルギとの関数として示す。次に記載する現象が全ての曲線で示すことができる。図４４は、粘着指数を５本の曲線に対して合計衝撃エネルギの関数として示す。
【０２８０】
全てのサンプルは目視指数２であった。
【０２８１】
モータオイルを有するサンプルが、最も高い相対密度を低い衝撃エネルギで有したが、幾つかのサンプルだけを製造した。したがって、次のサンプルは潤滑油、チェーンソー油、Ａｃｒａｗａｘ　Ｃ、ＭｏＳ２及び潤滑グリースで製造された。
【０２８２】
ＭｏＳ２の粘着指数は、全試験の組の間０であった。したがって、潤滑グリース、チェーンソー油、潤滑油が続き、最も高い粘着指数はモータオイルで得られた。
【０２８３】
種々のグリースとオイルの粘着指数の結果を表１６に示す。
【０２８４】
【表１６】
2004504195.tif 000018
【０２８５】
幾つかの潤滑剤を乾燥ウエスでふき取る必要があった。しかし、使用した外側の潤滑剤に依存して、種々の量の残存する材料が工具表面に粘着する。別の方法で、成形する型及び衝撃型を良好な形状に継続させる。
【０２８６】
下側スタンプ（粉末と接触するサイドと、成形型と接触するサイドで）と、成形型と、衝撃スタンプ（粉末と接触するサイドと、成形型と接触するサイドとの双方）に、外側潤滑剤がペイントブラシで塗布される。これらのスタンプとサンプルとの容易な取り出しを可能にすることの全てが、工具上の粉末の残留を回避する。
【０２８７】
均一で滑らかな処理をするための関心を引く代わりのひとつは、成形型と衝撃スタンプとを、例えばＴｉＮＡｌまたはＢａｌｉｎｉｔ　Ｈａｒｄｌｕｂｅで被膜することができる。これは粉末と工具表面の間の摩擦を減少して、工具壁面に材料が付着しないことが見込まれる。このことは、外側潤滑剤を除外できてサンプル製造の所要時間を短縮し得ることを意味する。また、被膜は、各サンプルの後磨きを除くことを可能にする。工具を磨く必要のない場合、現在困難であるこの製造工程は自動化することができる。外側潤滑剤が被膜の組合せと同様に必要である場合、外側潤滑剤がきれいな表面を提供する。全材料タイプのうちの一つは、被膜のあるものとないものについて試験をし、外側潤滑剤がないにもかかわらず、被膜のあるものでその結果は優れていた。材料は全く工具表面に付着しなかった。
【０２８８】
この試験は、外側の潤滑剤が相対密度と工具表面の厚みとの双方に影響することを示す。幾つかの潤滑剤で、工具表面と粉末との間の摩擦を減少可能である。この場合は、さらに高い相対密度が、高い摩擦を有する潤滑剤と比較して得ることができる。低い摩擦でもってストローク装置は、設定された衝撃エネルギでそのストロークを実施することが可能であり、高い密度を得ることができる。
【０２８９】
工具表面を清浄にできる潤滑剤を明確にするためには、幾つかの因子は試験をすることが必要である。潤滑剤の支持容量はほとんどの場合重要である。粉末が潤滑剤を通り抜けてしまうなら、粉末が工具壁面に付着する。潤滑剤が高粘性を備えるならば、これはほとんどの場合高支持容量を意味し、粉末が工具壁面に付着することを回避できる。
【０２９０】
１０５０ＰａＳの粘性を有するオイルでは、粘着指数は全試験の組にわたって０であった。ほとんどの場合、高粘性は粉末と工具表面との距離を保つ点に必要であった。また、テフロングリースが、全ての試験の組にわたって粘着指数０にした。この場合に、オイルに比較してテフロングリースで優れた支持面となると考察する。最適組成とすることが今日の課題である。テフロンは支持面を増加し、その性質は、オイルと比較してグリースで十分に改良される。
【０２９１】
さらに新しい潤滑剤をテストした。Ｋｅｎｏｌｕｂｅとリチウムステアレートの混合（この試験では我々のＬｉＸ）で、優れた結果を得ることができる。双方の潤滑剤が存在する他の潤滑剤の組合せがある。
【０２９２】
本末名は、予備加圧工程と、幾つかの場合には材料に少なくとも１回のストロークで後加圧工程との二つからなる新しい方法である。この新しい方法は、非常に優れた結果を得られること提供し、且つ先行技術を超えた改良された方法である。
【０２９３】
本発明は上記の実施態様及び実施例に限定しない。本発明の方法は添加剤の使用を必要としないことが長所である。しかしながら、添加剤の使用は幾つかの実施態様において長所を立証することが可能である。同様に、加圧する材料物体の酸化を防止するために真空または不活性ガスを使用することが通常は必要でない。しかしながら、幾つかの材料は、極端に純度の高いまたは高密度の物体を製造するため、真空または不活性ガスを必要になる。すなわち、添加剤と、真空と不活性ガスの使用が本発明に従って必要でないとはいえ、それらの使用は除外できない。本発明の方法及び生成物の他の改良は、特許請求の範囲内で可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、粉末、ペレット、粒などの形状の材料を変形するための装置の断面を示す。
【図２〜４４】
図２〜４４は、実施例に示した実施態様において得た結果を示す。
【図２】
2004504195.tif 000019
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004504195.tif 000022
【図６】
2004504195.tif 000023
【図７】
2004504195.tif 000024
【図８】
2004504195.tif 000025
【図９】
2004504195.tif 000026
【図１０】
2004504195.tif 000027
【図１１】
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【図１２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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