(57)【要約】【課題】既存または新しい低延性高温材料を加工して、航空機外板として使用するのに適している、または他のアプリケーションで使用するのに適しているシート形態にできる加工法を提供すること。【解決手段】金属粉末集合体を一時的熱可塑性バインダと混合して、射出成形可能混合物（４８）を形成し、その後、射出成形可能混合物（４８）を射出成形してシート先駆物質を形成することによりシート（５８）を製造する。シート先駆物質を、実質的に１００パーセントの相対密度に圧密してシート（５８）を形成し、その後熱処理する。最終シート（５８）は、約３０体積パーセントを超えるガンマプライム相を有するニッケルベースの超合金、またはチタンアルミナイドなどの金属間化合物であるのが好ましい。【選択図】図１
2007051375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート組成を有するシート（５８）を製造する方法であって、
併せて前記シート組成を有している金属粉末の集合体を提供する工程と、
前記金属粉末を一時的熱可塑性バインダと混合し、射出成形可能混合物（４８）を形成する工程と、
その後、前記射出成形可能混合物（４８）を前記熱可塑性バインダの熱可塑性温度よりも高い射出成形温度で射出成形して射出成形シート先駆物質（５４）を形成する工程と、  その後、前記射出成形シート先駆物質（５４）を圧密して実質的に１００％の相対密度にして前記シート組成を有するシート（５８）を形成し、前記圧密する間に前記一時的熱可塑性バインダを除去する、圧密工程と、
前記シート（５８）を熱処理する工程とを含む方法。
【請求項２】
前記金属粉末集合体を提供する前記工程は、実質的にニッケルベースの超合金である金属組成物を提供する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記金属粉末集合体を提供する前記工程は、実質的にニッケルベースの超合金である金属組成物を提供する工程を含み、
熱処理の工程は、前記金属組成物を熱処理し、約３０体積パーセントを超えるガンマプライム相を生成する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記金属粉末集合体を提供する前記工程は、実質的に金属間化合物合金である金属組成物を提供する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
提供する前記工程は、４５から４９原子パーセントのアルミニウムと、４８から５０．５原子パーセントのチタンと、残部の合金元素及び不純物元素とからなる公称シート組成を有する前記金属粉末集合体を提供する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記提供する工程は、金属粉末と混合された非金属粒子を提供する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前期圧密する工程は、前記射出成形シート先駆物質（５４）を焼結する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記圧密する工程は、前記射出成形シート先駆物質（５４）を熱間静水圧プレスする工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記射出成形の工程の後に且つ前記圧密の工程の前に、過剰な熱可塑性バインダを前記射出成形シート先駆物質（５４）から取り除く追加の工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
射出成形する前記工程は、
射出ノズル（４４）を備える射出ヘッド（４２）と、前記射出ノズル（４４）から流れ出る前記射出成形可能混合物（４８）を受け取るように配置された可動受取器（５０）とを備える射出成形装置（４０）を提供する工程と、
射出成形可能混合物（４８）を射出ヘッド（４２）内に充填する工程と、
前記射出成形可能混合物（４８）を射出ノズル（４４）から前記可動受取器（５０）上に強制的に出すと共に、前記可動受取器（５０）を、前記射出成形可能混合物（４８）が前記射出ノズル（４４）から強制的に出されるのと同じ線形速度で前記射出ノズル（４４）から離す工程と、
を含む、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、シート材料の製造に関するものであり、より具体的には、射出成形により低延性および他の種類のシート材料を製造することに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機外板は、航空機の外装の全部または一部を覆う薄板である。航空機外板は、航空機が空中を飛行するときに気流と直接接触し、気流と外板材料との間の摩擦により熱せられる。比較的遅い速度で飛行する航空機の場合、摩擦熱は高くないが、飛行速度が上がると、最高外板温度はそれに応じて上昇する。航空機外板を形成する材料は、局所的最高外板温度で許容される特性を持たなければならず、また外板材料の使用温度は、航空機設計において考慮すべき潜在的制限要因の１つである。
【０００３】
歴史的に、航空機外板は、アルミニウム合金製であり、これは、短時間に遅い速度または速い速度で飛行する航空機に適している。近年、一部の航空機外板は、室温またはそれよりわずかに高い温度で、アルミニウム合金よりも単位質量当たりの機械的特性に優れる複合材料で作られてきた。航空機外板は、使用温度がアルミニウム合金および複合材料の使用温度よりも高いチタン合金でも作られ、これにより、航空機はアルミニウムまたは複合材料の航空機外板を持つものよりも高い外板温度で、したがって高い持続速度で運航することができる。
【０００４】
さらにより先進的な航空機では、極超音速飛行が可能であり、航空機外板またはその一部は、現在利用可能な最も先進的なチタン合金航空機外板を使用することで許される温度よりもなおいっそう高い温度に熱せられる。これらの先進的な航空機の航空機外板要件を満たすために使用可能な合金および金属間化合物が知られているが、これらの合金および金属間化合物は、既存の技術を使用したのでは、必要なシート形態に加工することができない。シート材料は、通常、材料を溶融し、材料のインゴットを鋳造し、次いで、材料を圧延してシートの形態にすることにより作られる。先進的な航空機のシート外板の特性要件を満たしうる金属合金および金属間化合物は、商業的に実現可能な運転でシート形態に圧延できるようにするために必要な延性を示さない。その結果、これらの低延性材料は、この時点では航空機外板などの薄板アプリケーションの候補とはいえない。
【特許文献１】出願第１０／９００，８０３号
【特許文献２】米国特許第４，４２６，４２８号公報
【特許文献３】米国特許第４，６２４，７０６号公報
【特許文献４】米国特許第５，６８２，６６５号公報
【特許文献５】米国特許第６，５９６，９６３Ｂ２号公報
【特許文献６】米国特許第６，７５０，４３０Ｂ２号公報
【特許文献７】米国特許第２００３／００４１４３６Ａ１号公報
【特許文献８】米国特許第２００３／００４２２３３Ａ１号公報
【特許文献９】米国特許第２００４／０１１８２４５Ａ１号公報
【特許文献１０】米国特許第６，５５５，０５１Ｂ１号公報
【特許文献１１】米国特許第４，８４６，８８５号公報
【特許文献１２】米国特許第６，４８２，３５２号公報
【特許文献１３】米国特許第６，４６５，７５５号公報
【特許文献１４】米国特許第６，３００，５８８号公報
【特許文献１５】米国特許第５，３３２，６２８号公報
【特許文献１６】米国特許第５，０５１，１１２号公報
【特許文献１７】米国特許第４，６７３，１２３号公報
【特許文献１８】米国特許第４，２１３，０２６号公報
【特許文献１９】米国特許第４，１２９，４６２号公報
【特許文献２０】米国特許第３，７０１，４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、最高動作温度に曝される航空機外板に適しているシートの生産を可能にする材料と処理の組合せが必要である。本発明はこの必要条件を満たし、さらに関連する利点をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、既存または新しい低延性高温材料を加工して、航空機外板として使用するのに適している、または他のアプリケーションで使用するのに適しているシート形態にできる加工法を提供する。本発明の方法は、薄板圧延に必要な材料延性を必要としない。したがって、航空機外板および他の高温シートアプリケーションに他の何らかの形で適している多くの異なる低延性金属合金および金属間化合物のシートを加工するために使用できる。本発明は、そのような低延性金属合金および金属間化合物のシートを作ることに関して現時点で最高に役立つが、用途はそれに限られているわけではない。粉体出発原料の使用に技術的および／または経済的メリットがある場合に、高延性金属などの他の材料のシートの加工に使用できる。
【０００７】
シート組成を有するシートの製造方法は、複数の金属粉末からなり該複数の金属粉末を併せると前記シート組成となる金属粉末集合体を提供する工程と、該金属粉末を一時的熱可塑性バインダと混合し射出成形可能混合物を形成する工程と、その後の、熱可塑性バインダの熱可塑性温度よりも高い射出成形温度で射出成形可能混合物を射出成形して射出成形シート先駆物質を形成する工程と、その後の、過剰な熱可塑性バインダを射出成形シート先駆物質から取り除く工程と、を含む。この方法は、さらに、射出成形シート先駆物質を圧密して実質的に１００％の相対密度にし、前記シート組成を有するシートを形成することを含み、一時的熱可塑性バインダは、圧密工程で除去され、その後シートの熱処理をする。
【０００８】
金属粉末集合体は、好ましくは、プレアロイ粉として提供されるのが好ましいが、処理により非プレアロイ粉の十分な相互拡散が可能であれば、元素または他の非プレアロイ粉を使用することができる。
【０００９】
正味の金属組成物は、ニッケルベースの超合金、好ましくは約３０体積パーセントを超える、最も好ましくは約４０体積パーセントを超える、ガンマプライム相（合金修飾ガンマプライム相などの関連する相を含む）を生成するように熱処理されたニッケルベースの超合金とすることができる。正味の金属組成物は、その代わりに、チタンアルミナイド金属間化合物合金などの金属間化合物合金とすることができる。好ましいチタンアルミナイド金属中間化合物合金は、原子百分率で約４５から約４９パーセントのアルミニウムと、約４８から約５０.５パーセントのチタンと、例えばクロム、ニオブ、タングステン、マンガン、鉄、ニッケル、タンタル、炭素、ホウ素、およびケイ素などの他の合金化元素および不純物元素のバランスと、からなる公称シート組成を有する。他の合金は、本発明の方法により作製することもでき、これは、シート材料の延性が比較的低いが、より高い延性の材料のシートを加工するためにも使用できる場合に、最も有益に利用される。シート組成が何であれ、粉末と混合される無反応非金属粒子がありえる。
【００１０】
最も好ましいのは、混合の工程において、金属粉末および一時的熱可塑性バインダを、熱可塑性バインダの熱可塑性温度よりも高い温度で混合することである。
【００１１】
射出成形は、シートの断面を定める射出ノズルを持つ射出ヘッド、および射出ノズルから流れ出る射出成形可能混合物を受け取るように配置された可動受取器を含む射出成形装置を備えることにより行うのが好ましい。射出成形可能混合物は、射出ヘッド内に充填され、射出成形可能混合物は、射出ノズルから可動受取器に強制的に送り出される。可動受取器は、射出成形可能混合物が射出ノズルから強制的に出されるのと同じ線形速度で射出ノズルから離れて行く。
【００１２】
圧密工程は、射出成形シート先駆物質の焼結および／または射出成形シート先駆物質の熱間静水圧プレスを含むことができる。圧密工程は、射出成形シート先駆物質の焼結、およびその後の射出成形シート先駆物質の熱間静水圧プレスを含むのが最も好ましい。
【００１３】
熱処理は、選択された材料に適切なように選択される。好ましいニッケルベースの超合金の場合、金属合金に対し溶液処理および時効処理が行われ、材料を強化するガンマプライム相を生成する。
【００１４】
本発明の方法により製造されるシートは、約０．０３０インチから約０．０６０インチまでの厚さを有するのが好ましい。シートの幅寸法は、厚さ寸法の約５０倍以上大きく、長さ寸法は、厚さ寸法の１００倍大きいのが好ましい。本発明の方法を使用することで、幅寸法が０．６１ｍ（２フィート）以上、長さ寸法が１．２２ｍ（４フィート）以上の非常に大きなシートを作製することができる。このサイズのシートピースは、航空機の外板パネルとして使用できる。比較により、従来の射出成形技術は、最大寸法で数インチのオーダーの断片に制限される。
【００１５】
本発明の方法では、シート材料の圧延処理の通常の意味で全体的熱機械処理または全体的金属加工を行う必要なしに最終シートが製造される。シート組成は、粉末として与えられ、これは、シート先駆物質の形態に加工される。シート先駆物質は、最終シートに類似しているが、それよりも厚く、相対密度が低い。その後の処理で取り除かれるバインダが存在する。シート先駆物質は、好ましくは、焼結および熱間静水圧プレスにより圧密し、粉末粒子を結合してまとめて、相対密度を実質的に１００パーセントまで高める。「実質的に１００パーセント」とは、存在する空隙の量が約０．２５パーセント以下、より好ましくは０．１パーセント以下、最も好ましくはゼロであることを意味する。相対密度が低いシートだと、必要な機械強度が得られない。
【００１６】
したがって、本発明の方法では、延性が制限されている材料の場合には可能でない、材料の全体的変形を行うことなくシートが製造される。後から圧密および熱処理を行う本発明の射出成形法は、商業的に実現可能であり、既存の、および将来の両方の低延性合金と共に使用することができる。また、これを使用することで、技術的な考慮点および／またはプロセスの経済性から、粉末出発原料からシートを加工することが望ましい場合に、より高い延性の合金からシートを作製することができる。本発明の方法により製造されるシートは、平坦でも湾曲していてもよい。本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例により説明している、付属の図面と共に、好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むと明らかになる。ただし、本発明の範囲は、この好ましい実施形態に限られない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、シート組成を有するシートを製造する方法のいくつかの工程を示している。工程２０で、金属粉末集合体が用意される。まとめられた複数の金属粉末の集合体はシート組成を有する。金属粉末は、プレアロイされるのが好ましい。つまり、それぞれの粉末粒子が、金属元素に関する正味のシート組成を有するものである。注目している組成についてのプレアロイ金属粉末は、市販されているか、または知られている技術により特に製造することができる。その代わりに、粉末粒子は、異なる組成であってもよいが、まとめられた粉末粒子すべての正味の組成が関連するシート組成であるように選択することができる。
【００１８】
本発明の方法は、広範囲にわたるシート組成物を生成するように運用可能である。プレアロイ粉または組成物を組み合わせて注目する組成物を定めることができる粉末が利用可能である限り、本発明の方法を使用することができる。しかし、いくつかのシート組成が特に注目すべきであるが、それは、従来の金属加工技術では製造が困難であるか、または不可能であるからである。好ましい板金の１つは、約３０体積パーセントを超えるガンマプライム相、より好ましくは約４０体積パーセントを超えるガンマプライム相を生成するために熱処理可能なニッケルベースの超合金である。このクラスの材料加工品の部材は、速く硬化し、延性に制限があるため、圧延、または所望のシート形態を形成するために材料の全体的変形を必要とする他の金属加工技術により製造するのは困難である。このような高ガンマプライムニッケルベースの超合金の例には、質量パーセントによる公称組成がクロム約１４．６パーセント、コバルト約１５．０パーセント、モリブデン約４．２パーセント、アルミニウム約４．３パーセント、チタン約３．３パーセント、炭素約０．０７パーセント、ホウ素約０．０１６パーセント、ジルコニウム約０．０４パーセントを有し、残部がニッケルおよび微量元素であるＲｅｎｅ（商標）７７、質量パーセントによる公称組成がコバルト約９．５パーセント、クロム約８．３５パーセント、モリブデン約０．５パーセント、タングステン約９．５パーセント、タンタル約３パーセント、チタン約０．７５パーセント、アルミニウム約５．５パーセント、ハフニウム約１．５パーセント、炭素約０．０９パーセント、ホウ素約０．０１５パーセント、ジルコニウム約０．０１パーセントを有し、残部がニッケルおよび微量元素であるＲｅｎｅ（商標）１０８、質量パーセントによる公称組成がコバルト約１２．０パーセント、クロム約６．８パーセント、モリブデン約１．５パーセント、タングステン約４．９パーセント、レニウム約２．８パーセント、タンタル約６．３５パーセント、アルミニウム約６．１５パーセント、ハフニウム約１．５パーセント、炭素約０．１２パーセント、ホウ素約０．０１５パーセントを有し、残部がニッケルおよび微量元素であるＲｅｎｅ（商標）１４２、および質量パーセントによる公称組成がコバルト約７．５パーセント、クロム約７．０パーセント、モリブデン約１．５パーセント、タングステン約５パーセント、レニウム約３パーセント、タンタル約６．５パーセント、アルミニウム約６．２パーセント、ハフニウム約０．１５パーセント、炭素約０．０５パーセント、ホウ素約０．００４パーセント、イットリウム約０．０１パーセントを有し、残部がニッケルおよび微量元素であるＲｅｎｅ（商標）Ｎ５が含まれる。
【００１９】
他の好ましいシート材料は、チタン−アルミニウムベースの金属間化合物合金などの金属間化合物合金であり、これは、高い加工硬化率および制限された延性も有し、したがって全体的変形プロセスによりシートに圧延することが困難であるか、または不可能である。チタンアルミナイドは一例である。このようなクラスのチタンアルミナイドシートの１つは、原子百分率約で４５から約４９パーセントのアルミニウムと、約４８から約５０．５パーセントのチタンと、クロム、ニオブ、タングステン、マンガン、鉄、ニッケル、タンタル、炭素、ホウ素、及びケイ素などの他の合金化元素及び不純物元素とからなる組成を有する。
【００２０】
注目する他のいくつかの合金は、加工硬化率が高く室温での圧延が困難であるため、シートとして製造するのが困難である。これらの材料に対するシート加工の従来の方法は、圧延およびアニールの複数の工程を必要とし、したがって生産コストが高くつく。本発明の方法では、このような材料の生産をかなり経済的に行える。例には、質量パーセントによる公称組成がコバルト１３．０パーセント、炭素０．０４パーセント、アルミニウム１．５パーセント、チタン３．０パーセント、クロム１９．０パーセント、モリブデン４．３パーセントを有し、残部がニッケルであるＷａｓｐａｌｌｏｙ、質量パーセントによる公称組成がアルミニウム６パーセント、バナジウム４パーセントを有し、残部がチタンであるＴｉ−６４、質量パーセントによる公称組成がニッケル２４〜２７パーセント、クロム１３．５〜１６パーセント、チタン１．９〜２．３５パーセント、モリブデン１．０〜１．５パーセント、バナジウム０．１〜０．５パーセント、炭素最大０．０８パーセント、マンガン最大２．０パーセント、ケイ素最大１．０パーセント、アルミニウム最大０．３５パーセント、硫黄最大０．０３０パーセント、ホウ素０．００１〜０．０１パーセントを有し、残部が鉄であるＡ２８６、および質量パーセントによる公称組成がニッケル約５０から約５５パーセント、クロム約１７から約２１パーセント、コロンビウム＋タンタル約４．７５から約５．５０パーセント、モリブデン約２．８から約３．３パーセント、チタン約０．６５から約１．１５パーセント、アルミニウム約０．２０から約０．８０パーセント、コバルト１．０パーセント、および残部の鉄で、合計１００質量パーセントになる合金７１８が含まれる。
【００２１】
本発明の方法は、工作しにくい材料のシートの加工に限定されない。延性の高い、工作しやすい金属および非金属組成物のシートも、本発明の方法により作製できる。従来の圧延技術により作製できるとしても、本発明の方法によりそのような材料のシートを加工するのが好ましいことに対する技術的または経済的理由がありえる。例えば、鋳造出発原料よりはむしろ粉末出発原料からシートを加工するのが技術的または経済的に好ましいと考えられる。
【００２２】
場合によっては、無反応非金属粉末を金属粉末と混合することができる。非金属粉末は、典型的には、炭化物、ホウ化物、または分散強化によりシートを強化するために存在するものなどの硬い金属間化合物である。
【００２３】
工程２２で、粉末を熱可塑性バインダと混合し、射出成形可能混合物を形成する。熱可塑性バインダは、後の工程で除去され、最終シート内には存在しないという意味で、一時的である。熱可塑性バインダは、焼結作業に適している操作可能な熱可塑性バインダ、好ましくは有機または炭化水素熱可塑性バインダとすることができる。例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、パラフィンろうまたはカルナバろうなどのろう、およびポリスチレンが含まれる。十分な量の熱可塑性バインダを使用して、混合物に熱可塑性バインダの熱可塑性温度よりも高い温度での凝集性および柔軟性を与える。これらの粉末とバインダとの混合は、熱可塑性バインダの熱可塑性温度よりも高い混合温度で実行するのが好ましく、この温度は、典型的には９３．３℃（２００°Ｆ）以上であるが、使用される特定の熱可塑性バインダ材料に依存する。熱可塑性バインダ材料は、熱可塑性温度以上で流動性を持つようになる、つまり「溶融」するようになり、混合を助ける。この混合温度での混合により、熱可塑性温度以上で流動性を有し、射出成形可能であるが、熱可塑性温度よりも低い温度では比較的柔軟性を欠く、硬い混合物が得られる。
【００２４】
射出成形可能混合物は、不純物として少量の水が存在する場合があるが、添加水を含まないのが好ましい。かなりの水が存在する場合、水は注目する典型的合金の成分と化学反応を起こすことがある。また著しい量の水が存在すると、射出成形し焼結した後に中心線に孔ができることもある。中心線に孔が存在する場合、合金が可鍛性を有する場合にその後の圧密により孔を取り除くことができる。しかし、中心線の孔を取り除くと製品のコストが増えるが、コストは本発明の方法で回避される。さらに、このような全体的機械的圧密変形プロセスは、金属間化合物合金および高ガンマプライムニッケルベースの超合金など、延性が制限されているため本発明の方法ではシートにできる多くの材料と共に容易に使用することはできない。熱間静水圧プレスは、一般に、内部孔隙を閉じるために使用することはできない。したがって、最も重要な多数の材料のシートを製造するために、中心線に孔を発生する方法を使用することはできない。本発明の実質的に水なし、添加水なし、熱可塑性バインダの使用、および高温射出成形の組合せで、中心線に孔の生じるのを回避しやすくなる。したがって、熱可塑性バインダは、実質的に非水性であること、水を射出成形可能混合物と混合しないこと、および過剰な熱可塑性バインダを除去する後の工程で水を使用しないことが好ましい。
【００２５】
工程２４で、金属粉末および熱可塑性バインダの射出成形可能混合物は、この後、射出成形され、射出成形シート先駆物質を形成する。射出成形工程２４は、熱可塑性バインダの熱可塑性温度よりも高い射出成形温度で射出成形可能混合物と共に実行される。したがって、熱可塑性バインダは、流動性を有し、射出成形時に射出ノズルとの摩擦が低減される。
【００２６】
射出成形工程２４を実行するために、動作可能な射出成形装置であればどのような種類のものでも使用できる。好ましい種類の射出成形装置４０が、図２に例示されている。射出成形装置４０は、室の形態で射出ヘッド４２を含み、射出ノズル４４はこの室の出口となっている。移動可能ピストン４６は、射出ヘッド４２の室内に含まれる射出成形可能混合物４８を強制的に射出ノズル４４に通す。射出ヘッド４２は、射出成形可能混合物４８を射出成形温度まで加熱する制御可能加熱装置４９（電気抵抗巻線として表されているが、動作可能であればどのような種類のものでもよい）を含む。射出ノズル４４は、シートの断面形状を定めるため図２に示されている平面に垂直な方向に細長い断面形状を有するのが好ましい。
【００２７】
射出ノズル４４から流れるときに射出成形可能混合物４８を受け取り整形するために、密閉金型を使用しないのが好ましい。作製されるシート形状のせいで、このような密閉金型は細長くしなければならないであろう。このような細長い中空金型に射出成形するのは、金型の壁と射出成形可能混合物との間の摩擦のため困難である。その代わりに、可動受取器５０は、射出ノズル４４から流れ出る射出成形可能混合物４８のシートを受け取るように配置される。可動受取器４８の受け取り面５２は、射出成形可能混合物４８が射出ノズル４４から流れ出る線形速度と同じになるように調整された線形速度で射出ノズル４４から離れて行く。この移動により、射出成形可能混合物４８は、滑らかに連続的に移動する受け取り面５２上に蒸着できる。射出成形可能混合物４８の形状は、この移動と金属粉末および熱可塑性バインダの混合物のコンシステンシーとの組合せにより維持される。図２では、可動受取器５０は、連続コンベヤとして示されているが、移動可能な板のような表面などの他の動作可能構造物とすることも可能であろう。
【００２８】
この好ましい射出成形装置４０を使用して射出成形工程２４を実行するために、射出成形可能混合物４８を射出ヘッド４２の内室に充填する。ピストン４６を動かして、射出成形可能混合物４８を射出ノズル４４から強制的に出し、可動受取器５０上に載せる。可動受取器５０の受取面５２は、射出成形可能混合物４８が射出ノズル４４から強制的に出されるのと同じ線形速度で射出ノズル４４から離れ、射出成形混合物が受け取り面５２上に蒸着し、射出成形シート先駆物質５４を形成する。射出成形可能混合物４８は、射出ノズル４４から現れてくるときには熱可塑性バインダの熱可塑性温度よりも高い温度になっている。射出成形可能混合物は、たちまち冷えて、射出ノズル４４から約２インチくらいの地点まで、射出成形可能混合物４８は熱可塑性材料の熱可塑性温度よりも低い温度となり、したがって、比較的剛性があり、硬い。その結果得られる射出成形シート先駆物質５４は、したがって、慎重に取りあげられ、処理されるようにできる。
【００２９】
粉末粒子を結合する必要がある以上に多い過剰な熱可塑性バインダがもしあれば、それ以降、工程２６で、外面５６を通じて射出成形シート先駆物質５４から場合によっては取り除かれる。過剰な熱可塑性バインダは、過剰な熱可塑性バインダ用の溶媒で容易に取り除かれる。溶媒は、外面５６と接触し、射出成形シート先駆物質５４の表面のところ、およびさらに表面の下にある過剰な熱可塑性バインダを溶解する。溶媒は、使用される特定の熱可塑性バインダに応じて選択する。溶媒は、水性でないのが好ましい。工程２６で、過剰なバインダを取り除くが、後の圧密工程において射出成形シート先駆物質５４内の粉末粒子を結合するための十分な量のバインダを残す。過剰なバインダを取り除くことで、圧密工程で蒸発または昇華により取り除かなければならないバインダの量が少なくなる。
【００３０】
射出成形シート先駆物質５４は、その後工程２７で圧密され、図３に例示されている最終シート５８を形成する。圧密は、焼結２８および／または熱間静水圧プレス３０を含むのが好ましく、両方を含むのが好ましい。焼結２８は、真空オーブン内で実行するのが好ましい。射出成形シート先駆物質５４の温度が上昇すると、残りの一時的熱可塑性バインダは蒸発して取り除かれ、好ましくは最終的なシート製品を後で汚染する可能性のある微量化学物質を残さない。焼結２８は、好ましくは固相焼結であり、そのため、シート組成物の融点よりも低い。
【００３１】
焼結工程２８では、典型的には、シート５８を相対密度９８パーセント以下に焼結する。「相対密度」は、到達する全密度のパーセンテージである。例えば、相対密度９８パーセントのシート５８の質量は、全密度である同じ体積および同じシートの質量の９８パーセントである。
【００３２】
他方で、ほとんどのアプリケーションでは、シート５８は、正常に機能するためにより高い相対密度を持たなければならない。さらに焼結を行って相対密度を高めないのが好ましいが、それは焼結時間がひどく長くなり、また焼結温度もひどく高くなるからである。その代わりに、相対密度を高めるために、射出成形シート先駆物質５４を適宜、工程３０で、熱間静水圧プレスなどのプロセスによりさらに高密度化するのが好ましい。ニッケルベースの超合金の場合の約１１４９℃（２１００°Ｆ）を超える温度、またはチタンアルミナイドの場合の約１１７７℃（２１５０°Ｆ）を超える温度、約１５，０００から約２５，０００ポンド／平方インチの圧力で、約１〜５時間熱間静水圧プレスを行うと、シート５８の相対密度は実質的に１００パーセントに上がる。シートの強度要件に適合する範囲で低レベルの空隙が存在してもよく、好ましくは０.２５パーセント以下の空隙、より好ましくは０.１パーセント以下の空隙が存在してもよい。相対密度が低いシートだと、必要な機械強度が得られない。
【００３３】
焼結３８および熱間静水圧プレス３０は、圧密２７を実行するための好ましい技術である。しかし、全体的変形を必要としない他の技術を、焼結および熱間静水圧プレスに加えて、またはそれらの代わりに使用することができる。
【００３４】
最終シート５８は、典型的には、その厚さ寸法Ｔは約０．０３０インチから約０．０６０インチまでである。最終シート５８の厚さに対する知られている絶対的制限はないが、圧密に先立って過剰なバインダを取り除くことは、シートの最大厚さに対し実用上の制限を課す可能性がある。シートが厚いほど、過剰なバインダを取り除くのに要する時間が長くなる。最終シート５８の幅および長さ寸法に対する知られている制限はない。さらに、最終シート５８の幅寸法Ｗは、厚さ寸法Ｔの少なくとも５０倍であり、長さ寸法Ｌは、厚さ寸法Ｔの少なくとも１００倍であるのが典型的である。いくつかの好ましいアプリケーションでは、幅寸法Ｗは少なくとも約０．６１ｍ（２フィート）であり、長さ寸法Ｌは少なくとも約１．２２ｍ（４フィート）である。このような大きなシートは、航空機の機体およびエンジン用の外板パネルとして使用するのに適している。これらの大きなシートは、流れる材料と金型壁との摩擦のため、従来の密閉金型射出成形を使用したのでは作製できないが、図２に示されている装置を使用すると作製できる。射出成形シート先駆物質５４は、圧密２７で生じる収縮を考慮して、最終シート５８の所望の寸法に関してわざとオーバーサイズにしてある。必要なオーバーサイズは、シート５８と同じ方法で処理される同じ材料の試験片から計算または決定できる。
【００３５】
最終シート５８は、そのまま使用できるか、または場合によっては、工程３４で仕上げ加工できる。仕上げ加工３４は、例えば、切断または切削、クリーニング、およびコーティングなどの処理を含むことができる。さらに、シート５８を、工程２０〜３２により最初に製造された形状以外の形状に整形することも含むことができる。整形は、高温でゆっくり曲げるなどの、操作可能な方法により行うことができる。熱処理３２および仕上げ加工３４の順序は、例示されているとおりであり、仕上げ加工３４は熱処理３２の後に行う。この順序を逆にして、仕上げ加工３４を熱処理３２の前に行うこともできるが、これは特に仕上げ加工３４が曲げなどによるシート５８の整形を伴う場合に行うことができる。２つの工程３２および３４の部分工程処理を間に散らすこともできる。
【００３６】
本発明の特定の実施形態は例示を目的として詳述されているが、本発明の精神および範囲を逸脱することなくさまざまな修正および機能強化を加えられる。したがって、本発明は、付属の請求項以外により限定されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態を実施するための方法のブロック流れ図である。
【図２】本発明の方法を実施するために使用できる射出成形装置の概略図である。
【図３】図１の方法により、図２の装置を使用して、製造されるシートの斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
４０  装置
４２  射出ヘッド
４４  射出ノズル
４６  ピストン
４８  射出成形可能混合物
４９  加熱装置
５０  可動受取器
５２  受け取り面
５４  射出成形シート先駆物質
５６  外面
５８  シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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