(57)【要約】加熱により複数の供給材料から複合成分を形成する方法が開示されている。形成される該成分の形状を画定するネガティブセラミック鋳型（１０２）が得られる。まず、第１の供給材料（１０４）と第２の供給材料（１０４）が該鋳型中に展開される。粉末供給材料が該鋳型内で熔融するように、加熱段階中、原料の融点を超える第１の温度に温度を上昇させる。冷却段階中、該鋳型の温度が冷却すると、固体成分を形成する供給材料が凝固する。【選択図】図１
2017512138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異種粉末供給材料から複合部品を形成する方法であって：
当該鋳型の第１の領域に関連する第１の開口部と当該鋳型の第２の領域に関連する第２の開口部を画定する１成分のネガティブセラミック鋳型を得る；
前記第１の開口部を経由して前記ネガティブ鋳型の前記第１の領域中に第１の粉末供給材料を、前記第２の開口部を経由して前記ネガティブ鋳型の前記第２の領域中に第２の粉末供給材料を展開する；そして
加熱段階中に前記第１の供給材料の熔融を引き起こす第１の温度に前記ネガティブ鋳型内の温度を上昇させる
ステップを含む方法。
【請求項２】
前記第１の領域と前記第２の領域が隔壁によって分離されている請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記加熱段階中に前記ネガティブ鋳型の温度が前記第１の温度に上昇したとき前記隔壁が熔融する請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記加熱段階中に前記第２の供給材料が熔融する請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記加熱段階中に前記第１の粉末供給材料が前記第２の粉末供給材料と拡散し、前記第１及び第２の供給材料が合流する請求項１ないし４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記第１の供給材料及び前記第２の供給材料が金属である請求項１ないし５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記加熱段階中に粒子の拡散によって前記第１の供給材料が前記第２の供給材料と合流し、界面で合金領域に渡って前記第１及び第２の材料を合金にする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記ネガティブ鋳型内の温度を前記第１の温度より低い温度まで下げ、冷却段階中に前記第１の供給材料が凝固するステップを更に含む請求項１ないし７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記ネガティブ鋳型内の材料が収縮するとき、冷却段階中に前記ネガティブ鋳型に液状材料を追加して供給するステップを更に含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記加熱段階が大気圧以外の圧力下で行われる請求項１ないし９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記冷却段階が大気圧以外の圧力下で行われる請求項８ないし１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記加熱段階中に前記鋳型内の温度が前記第２の温度に上昇する請求項１ないし１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
複数の異種粉末供給材料から複合部品を形成する装置であって：
当該鋳型の第１の領域に関連する第１の開口部と当該鋳型の第２の領域に関連する第２の開口部を画定するネガティブセラミック鋳型を含み；
前記第１の開口部が前記鋳型の前記第１の領域中に第１の粉末供給材料を挿入するように構成され、前記第２の開口部が前記鋳型の前記第２の領域中に第２の粉末供給材料を挿入するように構成され；そして
前記ネガティブセラミック鋳型が加熱段階中に第１の温度に加熱するのに適している装置。
【請求項１４】
前記ネガティブセラミック鋳型が、更に前記第１及び第２の領域を分離する隔壁を有する請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記ネガティブセラミック鋳型が使用中大気を透過させるように構成されている請求項１３又は請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
実質的に本明細書に添付の図面を参照して説明した複合成分を形成する方法。
【請求項１７】
実質的に本明細書に添付の図面を参照して説明した複合成分を形成する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、発明と主題に関する最初の特許出願を示す。
【０００２】
［発明の背景］
１．発明の分野
本発明は、複合成分を形成する方法に関し、複数の供給材料が最初粉末状態であり、固形成分が熱の作用によって形成される。
本発明は、複合成分を形成する装置にも関し、その種の複合成分は、複数の供給材料が最初粉末状態であり、固形成分が熱の作用によって形成される。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術の説明
複合成分は、個々の構成材料とは異なる特性を有する単一構造を生成するために連結された２以上の異なる材料から作られた成分部分である。複合構造は、例えば、内部が低密度で軽量であるが、硬い外表面を有する多層成分を生成することが多くの理由で好ましいであろう。
【０００４】
ハードフェーシングやレーザクラッディングのような、１又はそれ以上の異なる材料を含む多層成分を製造する種々の方法が知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら公知の方法では多くの問題が生じる。まず、最終成分を生成するために必要な独立したプロセスの数に見られる。次に、堅い物質の外部に材料層を適用する技術は、２つの材料の分別のない結合を引き起こし、界面が構造的に弱くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［発明の簡単な要約］
本発明の第１の観点によれば、複数の異種粉末供給材料から複合部品を形成する方法であって：当該鋳型の第１の領域に関連する第１の開口部と当該鋳型の第２の領域に関連する第２の開口部を画定する１成分のネガティブセラミック鋳型を得る；前記第１の開口部を経由して前記ネガティブ鋳型の前記第１の領域中に第１の粉末供給材料を、前記第２の開口部を経由して前記ネガティブ鋳型の前記第２の領域中に第２の粉末供給材料を展開する；そして、前記加熱段階中に前記第１の供給材料の熔融を引き起こす第１の温度にネガティブ鋳型内の温度を上昇させるステップを含む方法が提供される。
【０００７】
本発明の第２の観点によれば、複数の異種粉末供給材料から複合部品を形成する装置であって：当該鋳型の第１の領域に関連する第１の開口部と当該鋳型の第２の領域に関連する第２の開口部を画定するネガティブセラミック鋳型を含み；前記第１の開口部が前記鋳型の前記第１の領域中に第１の粉末供給材料を挿入するように構成され、前記第２の開口部が前記鋳型の前記第２の領域中に第２の粉末供給材料を挿入するように構成され；そして、前記ネガティブセラミック鋳型が加熱段階中に第１の温度に加熱するのに適している装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、粉末供給材料から複合成分を形成する方法を示し；
【図２】図２は、ネガティブ鋳型の生成手順を示し；
【図３】図３は、図２の鋳型内で供給材料が一緒になる展開を示し；
【図４】図４は、ネガティブ鋳型の供給部を示し；
【図５】図５は、凝固後の図４のネガティブ鋳型を示し；
【図６】図６は、２領域と別々に挿入された２供給材料を備える鋳型を示し；
【図７】図７は、供給材料を合流させるために加熱された後の図６の鋳型を示し；
【図８】図８は、隔壁を備える第１の鋳型の断面を示し；
【図９】図９は、隔壁を備える第２の鋳型の断面を示し；
【図１０】図１０は、プロセス装置を示し；
【図１１】図１１は、図８のプロセスについて温度−時間グラフを示し；
【図１２】図１２は、図９のプロセスについて温度−時間グラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施形態の詳細な説明］
（図１）
図１は、粉末供給材料から複合成分を形成する方法を示す。図１に示すように、固体成分は、加熱によって複数の異なる供給材料から形成される。
ステップ１０１で、製造する成分の輪郭を画定するネガティブ鋳型１０２が得られる。ステップ１０３では、粉末供給材料、第１の供給材料１０４及び第２の供給材料１０５、がネガティブ鋳型内に配置される。ステップ１０６で、前記鋳型が加熱されると、粉末供給材料の温度が上昇し、加熱段階中に、粉末供給材料の熔融を引き起こす。ステップ１０７で、第１の供給材料１０４と第２の供給材料１０５の温度が拡散するのに必要な温度で維持される。ステップ１０８で、温度が低下し、冷却段階中に、熔融した供給材料が凝固する。
【００１０】
（図２）
ステップ１０１を参照して論じたように、ネガティブ鋳型が１成分のポジティブモデルから得られる。
図２は、ネガティブ鋳型の生成手順を示す。ポジティブモデル２０１は、所望の成分の形状を画定する、ラピッド・プロトタプ材料、ポリスチレン又はワックスのような適切な媒体から生成される。
【００１１】
次に、ネガティブ鋳型１０２が、ポジティブモデルの周囲に形成され、その成分のネガティブ形状を画定する。第１の実施形態では、ネガティブ鋳型は、非常に高温のセラミック材料のような、第１の供給材料１０４及び第２の供給材料１０５の融点よりも高い融点を有する材料の層を含む。必要な壁の厚さが達成されるまで、セラミックシェルがポジティブモデルの外部にセラミックスラリーの層を複数適用することによって生成される。
次に、犠牲ポジティブモデル材料２０１は、熱及び／又は溶媒の適用のような、適切な除去技術を用いて、開口部２０２を介してネガティブ鋳型１０２から取り除かれる。これによって、成分の外側表面を画定する空洞２０３を残す。
【００１２】
（図３）
図３は、供給材料を展開するステップ１０３を示す。図２を参照して既に説明したように、犠牲ポジティブモデル２０１は取り除かれ、供給装置３０１内に入った第１の供給材料１０４及び第２の供給材料１０５のような供給材料を受け入れる準備ができているネガティブ鋳型１０２が残っている。第１の実施形態では、ネガティブ鋳型１０２の充填は、鋳型の振動によって促進され、粉末供給材料が安定するのを助長する。ネガティブ鋳型１０２は、それ自体が安定したベース部材３０３により支持された振動テーブル３０２の上に置かれる。このように、粉末供給材料が鋳型に導入されると、それは重力によって圧縮されがちである。
【００１３】
図３に示した実施形態では、第１の供給材料１０４及び第２の供給材料１０５は、鋳型に導入される前に、供給装置３０１中で粉末の形状で混合する。凝集の前に非常に正確な材料の配合と均一な粒子の分散が達成されるので、この種の粉末調合は有利である。第１の供給材料１０４は第１の融点を有する金属熔融粉末を含み、第２の供給材料１０５は第１供給材料１０４のそれよりもはるかに高い融点を有するセラミック物質を含む。
【００１４】
このように、説明した実施形態では、第１供給材料１０４及び第２供給材料１０５は、ともに、ネガティブ鋳型１０２内の空洞２０３を満たすように開口部２０２を介して鋳型内に配置される。そして、ステップ１０６で示したように、加熱段階中、加熱される。ネガティブ鋳型１０２を加熱して、第１供給材料１０４の融点とほぼ等しい第１の温度まで温度が上昇すると、第１供給材料１０４が熔融する。しかし、第１の温度よりもはるかに高い融点を有する第２の供給材料１０５は熔融せず、固体粒子の形状のままである。
【００１５】
代替実施形態では、上述の加熱段階は、１バールの大気圧以外の圧力に圧力制御された環境で行われる。第１の実施形態では、圧力制御された環境から空気を除去することにより、圧力を大気圧より低する。第２の実施形態では、適用される圧力を大気圧を超えるレベルまで高くする。同様に、加熱段階は時間−圧力放出条件下で行うことができる。
【００１６】
（図４）
図４は、図３のネガティブ鋳型１０２と実質的に同様であり、展開段階１０３と加熱段階１０６後のネガティブ鋳型４０１の部分断面を示す。図３を参照して説明したように、ネガティブ鋳型４０１が第１の温度まで加熱されることによって、第１の供給材料１０４が熔融するが、第２の供給材料１０５は熔融していないで、空洞中に均一に分散された状態で残る。本実施形態では、鋳型４０１は、成分部４０２と供給部４０３を含む。供給部４０３は、ほぼ円筒形の通路４０４を画定し、第１の開放端４０５から延び、開口部４０７を経由して第２の端部４０６で成分部４０２に入る。 
【００１７】
供給部４０３は、冷却段階１０８中にネガティブ鋳型４０１内の熔融材料が体積を縮小するとき、ネガティブ鋳型４０１に液化材料を追加して供給する。材料がその熔融液相から冷却するとき、それが固体になる点まで温度が低下するにつれて、その体積が減少する。したがって、供給部４０３は、液化材料を提供するために、さもなければ、空洞の内部に１又はそれ以上の熱中心に形成されるであろう収縮空洞を補うためために使用される。したがって、供給部４０３内の液化材料の量は、冷却時の材料体積減少を補うために提供するのに十分な液体材料の必要量によって決定される。凝固時の材料の体積減少は典型的には約７％であり、結果として等量の液化材料が供給部から成分部に入る。
【００１８】
供給部４０３の効率は、それが保持している液化材料の量とその垂直の高さから生じるフィーダ内の静圧に影響される。静圧ヘッドは、液化材料が冷却すると空洞内に液化材料を強制的に供給するのを助ける。好ましい実施の形態に係る鋳型では、複合成分の製造中に、フィーダ内の液化物の高さが鋳型の成分部の最も高い部分より上に残るほど十分高い１又はそれ以上のフィーダを有する。このことによって、鋳型によって画定される任意の細かい形状が再生成されることを保証するのに十分な圧力が鋳型内の熔融材料に作用することが可能となる。
【００１９】
（図５）
図４を参照して上述したように、一実施形態では、第１の供給材料１０４だけが熔融される一方、第２の供給材料１０５は固体形状で残る。図５は、冷却段階１０８後のネガティブ鋳型４０１を示す。ここでは、鋳型内の温度が、供給材料の凝固が起こる第１の温度より下がり、供給部の熔融材料の体積がレベル５０１に減少する。したがって、冷却段階１０８後、熔融した第１の供給材料１０４が、構造的な閉じ込み（locking）を提供するバルク鋳造内で第２の供給材料粒子１０５を統合して凝固する。このようにして、均一な組成の成分と比較して、改良された引っ張りと衝撃の強さを示す複合成分が製造される。
【００２０】
従来技術のネガティブ鋳型装置と違って、図示の実施形態では、ネガティブ鋳型４０１は、加熱段階１０６及び冷却段階１０８の間に密封して封印されていない。従来技術の鋳型は、温度変化の間、塑性変形によって供給原料の体積の減少を補う。一実施形態では、ネガティブ鋳型４０１は実質的に剛性であり、加熱段階１０６及び冷却段階１０８の間、変形しないように非圧縮性に構成されている。温度変化時のネガティブ鋳型内の材料の体積変動を考慮するために、ネガティブ鋳型４０１は、使用時に大気を透過させるように構成される。したがって、ネガティブ鋳型４０１は開口部４０７と供給部４０３を介して大気と体積の交換をする。しかしながら、一代替実施形態では、ネガティブ鋳型４０１は、大気との交流を防ぐために供給部４０３に蓋をすることによって、展開段階１０３後及び加熱段階１０６前には密封して封印されている。
【００２１】
代替実施形態では、冷却段階は大気圧以外の圧力条件下で処理され、又は、作用圧力が時間の関数として変化するかもしれない。材料が凝固する圧力を変化させることによって、鋳造の結晶構造に影響を与えることができる。加圧圧力条件下で冷却段階中に凝固することは、より高密度で構造的により均一な鋳造をもたらし、成分の耐衝撃性を高める。
【００２２】
（図６）
図１ないし５を参照して説明したネガティブ鋳型１０２及び４０１は、鋳型内に供給材料の展開を可能にする第１の開口部とそれに対応する供給部を１つだけ有する。しかしながら、代替の実施形態では、鋳型の異なる領域に別々に供給材料を導入するための開口部を１つより多く有する鋳型が提供される。
図６は、このような鋳型の１例の断面図を示す。鋳型６０１は、第１の領域６０２と該第１の領域６０２と関連付けられた第１の開口部６０３、及び第２の領域６０５と関連付けられた第２の開口部６０４を有する。鋳型１０２と同様、鋳型６０１は、それぞれの開口部から延びる供給部６０６及び６０７を含む。 
【００２３】
第１の供給材料６０８は、第１の開口部６０３と供給部６０６を介して、第１の領域６０２に展開される。第２の供給材料６０９は、第２の開口部６０４と供給部６０７を介して、第２の領域６０５内の第１の供給材料６０８に別固に展開される。これによって、結果として、成分の異なる領域に局在した異なる材料の鋳造が生じる。供給材料は、ほぼ同じ速度で、それぞれの領域に配置される。したがって、それらは、第１の開口部６０３及び第２の開口部６０４の間にほぼ等距離にある界面６１０で出会う。
【００２４】
（図７）
図７は、加熱の間における、上述の図６を参照して説明したネガティブ鋳型6０１を示す。本実施形態では、第１の供給材料６０８と第２の供給材料６０９は、両者とも金属の熔融粉末であるので、鋳型６０１の温度が各融点に上昇したとき、熔融する。
第１の供給材料６０８は、７００°Ｃの融点を有する金属粉末であり、第２の供給材料６０９は、１０００°Ｃの融解温度を有する異なる金属粉末である。
【００２５】
矢印で示すように、その温度を第１の供給材料６０８の融点とほぼ等しい第１の温度に上げるように、ネガティブ鋳型6０１が加熱される。したがって、第１の供給材料６０８は第１の領域６０２内で熔融する。温度が、更に、第２の供給原料６０９の融点とほぼ等しい第２の温度に上がると、第２の供給材料６０９が熔融する。
一実施形態では、第１の供給材料６０８は、粒子の固相拡散を介しての選択的合金によって、第２の供給材料６０９と合流する。
【００２６】
この時点では、第１の供給材料６０８と第２の供給材料６０９は両者とも熔融液体状態であるため、拡散は、粒子のブラウン運動の結果として発生する。界面６１０において、第１の領域６０２に展開した第１の供給材料６０８の粒子の一部は、第２の領域６０５中に右方向に横滑りする。同様に、第２の供給材料の粒子は、第２の領域６０５から第１の領域６０２へ左方向に横滑りする。このことによって、界面６１０について合金領域７０１を横切って第１の供給材料６０８が第２の供給材料６０９と合金となる。
第１の供給材料６０８が第２の供給材料６０９と合金となる度合は、合金領域７０１の直径ｄによって制御される。合金領域７０１の直径ｄは、粒子が隣接する領域中に拡散することができる距離によって決定される。これは、粒子のエネルギー、それ自体温度の関数及び供給材料が熔融状態にある期間に依存する。
【００２７】
図示された実施形態では、直径ｄの合金領域に渡って粒子が拡散することができるように、ステップ１０７の間、第２の温度が１０秒間維持される。合金が所望の程度達成されたとき、ネガティブ鋳型６０１の温度が供給材料の融点より低く下がり、熔融材料の過度の拡散を防止する。
したがって、一旦凝固すると、成分がその長さに沿って、材料の異なる領域の間、分別ある（discreet）界面と、不均一な冶金を用いて製造される。このように、成分は、第１の供給材料６０８及び第２の供給材料６０９の両者の機能的なメリットを享受し、一方で、単一鋳造の構造特性を維持する。 
【００２８】
（図８）
本発明によって具体化されたプロセスによって製造される成分の一例の断面を図８に図示する。図８は、図６及び７のネガティブ鋳型６０１と構成において同様なネガティブ鋳型８０１を示す。この中で、鋳型がそれぞれ開口部８０４及び８０５によってアクセスできる、第１の領域８０２と第２の領域８０３を含む成分によって画定される、第１の領域８０２は、チタン粉末である、第１の供給材料８０６で充填され、第２の領域８０３は、炭化チタン粉末である、第２の供給材料８０７で充填されている。
【００２９】
更に、ネガティブ鋳型８０１は、第１の領域８０２と第２の領域を分割する隔壁８０８含む。隔壁８０８は、厚さが約２ミリメートルのチタン被覆であり、第１の領域８０２と第２の領域を完全に分割する。
粉末プレス技術を用いてより複雑な成分を製造するとき、供給材料の位置を維持する観点から、熔融前に粉末相で重力沈降又は偶発的分散を防止することの問題を経験している。隔壁８０８を有することによって、第１の領域８０２に第１の供給材料８０６が第２の領域８０３へ移行することが、及び、隔壁８０８が熔融するまで、第２の供給材料８０７と拡散することが防止される。
【００３０】
本実施形態では、生成される目的物は、歯付状小歯車ギアの回転運動を溝が付けられたラックの直線運動に変換するために使用される、ラックと小歯車の構成に対応するラック成分である。ラック成分の溝が付けられた表面は、繰り返し小歯車ギアによってトルクが与えられる；したがって、材料の劣化に耐えるように、極めて堅牢でなければならない。しかしながら、加えて、該成分は比較的軽量でなければならない。
したがって、該成分の第１の領域は、チタンのように十分に軽量な物質からなるが、駆動スプラインは、例えば炭化チタンの粉末を用いることにより、増大した表面硬度を有することが望ましい。 
【００３１】
図示した実施形態では、第１の供給材料８０６、第２の供給材料８０７、及び隔壁８０８は、それぞれ第１の温度に対応した融点を有する。したがって、ステップ１０６及び図７を参照して説明したように、第１の温度まで熱を与える時、第１の供給材料８０６、第２の供給材料８０７及び隔壁８０８は熔融する。それによって、反対する領域内の熔融供給材料の相互作用が可能となる。
ステップ１０７で一定時間温度が維持されるので、十分な直径の拡散層において第１の供給材料８０６と第２の供給材料８０８の間に離散界面が生成することが許容され、形成される。
【００３２】
合金領域を形成する拡散層が所望の直径であるとき、温度が第１の温度より下がり、冷却段階の間、鋳造が凝固を生じる。 
自然な速度で冷却することは、いくつかの材料に適しているかもしれないが、他のものは加速冷却を必要とし得る。一実施形態では、ネガティブ鋳型８０１の上を流れるように、アルゴンやヘリウムの不活性ガスを強制することによって鋳型の温度が急速に低下する。
【００３３】
（図９）
図９は、本発明によって具体化された鋳型の第５の例を示す。ガスタービン翼成分を製造するための鋳型９０１を図示し、隔壁９０３と最も外側の第２の領域９０４内に包含された最も内側の第１の領域９０２を含む。
図８と同様に、第１の領域９０２には第１の供給部９０５から第１の開口部９０６を通って供給され、第２の領域９０４には第２供給部９０７から第２の開口部９０８を通って供給される。 
鋳型の組立中に図２を参照して示したように、本発明の一実施態様では、隔壁９０３は成分の正のワックス・モデルの中に注ぎ込まれる。したがって、ポジティブモデルを形成する犠牲材料が除去されると、隔壁９０３は、供給部９０５で支持されたネガティブ鋳型９０１の内部に残っている。 
【００３４】
図示した実施形態では、第１の領域９０２内の第１の供給材料９０９及び第２の領域９０４内の第２の領域９１０は金属粉末である。第１の供給材料９０９は、優れた熱伝導特性を有するアルミニウムなどの低密度金属粉末であるが、他方、第２の供給材料９１０は、強い表面硬度を有する鋼などの高密度金属である。第１の供給材料９０９及び第２の供給材料９１０は、両者とも第１の温度に対応した融点を有する。
隔壁９０３は、合金プロセスに有益であるニッケルなどの第３の材料を含み、第１の温度より高い第２の温度に対応する融点を有する。 
【００３５】
したがって、鋳型９０１の温度が第１の温度に上昇すると、第１の供給材料９０９及び第２の供給材料９１０は、両者共熔融する。しかしながら、両者は、固体形状で残っている隔壁９０３によって分離されている。更に、ネガティブ鋳型８０１の温度を第２の温度に上昇させると、第１の供給材料９０９が第２の供給材料９１０と拡散可能になり、両者の第１の供給材料のアルミニウム粒子と第２の供給材料の鋼粒子と隔壁材料のニッケル粒子を含む合金領域が生成される。
【００３６】
隔壁９０３を生成するために使用される材料の組成を変えることにより、種々の供給材料の融点及び合金温度に影響を与えることができる。 
一実施形態では、隔壁９０３は、供給材料の融点よりはるかに高い融点を有するセラミック材料で形成される。したがって、合金プロセスは、非常に高い温度で行われるので、より均一な結晶構造を有する合金領域が得られる。
【００３７】
本実施形態によって、２つだけの粉末供給材料を用いた発明を説明したが、代替実施形態において、いかなる数の異なる供給材料も使用できることが理解できるであろう。 
同様に、成分は、供給材料を挿入するための任意の数の開口部によってアクセスされる、任意の数の異なる材料の異なる局所領域で生成することができる。実際に、本発明の更に別の実施形態では、多数コア棒成分は、異なる供給材料が配置された９つの隔壁で区切られた１０個の領域を含んで形成される。
【００３８】
（図１０）
図１０は、粉末供給材料を含む、ネガティブ鋳型９０１のような鋳型が複合成分を形成するために処理される本願発明を具体化するプロセス方法を実施するための装置を示す。
装置１００１は、真空炉１００２を含み、該真空炉は、真空気密室００３を生成し、チャンバ１００３への搬入と搬出を可能にするドア１００４を含む。
一実施形態では、真空炉中１００２は、その中の温度と圧力を変化させる手段を含む。真空炉１００２は、電源１００６に接続された抵抗発熱体１００５などの放射熱を生成するための熱源を有する。
【００３９】
装置１００１は、また、チャンバ内の圧力を大気圧未満に減圧することができるように、チャンバ１００３から空気を排気するためのチャンバ１００３に接続された真空ポンプ１００７を含む。更に、チャンバ１００３内の圧力が大気圧より高くすることができるように、圧縮機１００８も備える。
電子制御装置１００９は、温度センサ１０１０、圧力センサ１０１１及び関連する配線を含んで備えられている。温度センサ１０１０は、チャンバ１００３内に位置し、チャンバ１００３内の実際の温度を指示する信号を提供するように構成される。同様に、圧力センサ１０１１は、チャンバ１００３内の空気の圧力を指示するように構成される。
【００４０】
電子制御装置１００９は、温度センサ１０１０と圧力センサ１０１１からの信号を受信し、それに応じて、抵抗発熱体１００５、真空ポンプ１００７と、圧縮機１００８への電源１００６を変調するように構成される。一実施形態では、制御装置１００９は、プログラムされたコンピュータ・システム又はマイクロコントローラである。
本発明の一実施形態では、冷却段階が熔融供給材料の温度を加速して低下させ、より迅速に凝固させるのが好ましい。したがって、圧縮機１００８は、真空チャンバ１００３内に窒素などの不活性ガスを強制的に送るのに使用され、他方、使用済みのガスは排気される、このことによって、ネガティブ鋳型９０１上に冷却対流の流れが形成される。
【００４１】
（図１１）
図１１、図８で図示した本願発明の一態様を具体化したステップ１０６−１０８のプロセスの第１の例を示すグラフである。グラフ１１０１は、時間（ｔ）の関数としての温度（Ｔ）をプロットして示す。 
最初に、時間１１０２で、真空炉１００２のチャンバは周囲温度で１１０３である。次に、時間１１０４に電力が抵抗加熱コイルに供給され、時間１１０５まで、チャンバ内の温度を第１の温度１１０６、第１の供給材料８０６、第２の供給材料８０７及び隔壁８０８の融点以上、に上昇させる。このことによって、鋳型８０１内に熔融液ができる。 
【００４２】
時間１１０５と１１０７の間、上昇した温度１１０６が安定的に維持されるので、供給材料は熔融した状態で維持され、界面における拡散範囲を有効にする。
経過時間が十分長くて、第１の供給材料８０６と第２の供給材料８０７の間で拡散の量が適切で所望の直径の合金領域を形成することができるとき、抵抗コイルへの電源が中断され、加熱が停止される。 
時間１１０７に電力が切断され、チャンバは、時間１１０８で温度が周囲の温度１１０３に戻るまでに、鋳物が凝固し、チャンバから取り出すことができる。
【００４３】
（図１２）
図１２のグラフ１２０１は、図９で図示した本発明の一態様を具体化したステップ１０６−１０８のプロセスの第２の例を示すグラフである。
再度時間１１０２で真空炉室は周囲温度１１０３である。時間１１０４で、加熱段階が始まると、チャンバの温度が上昇し、チャンバの温度は、時間１１０５で第１の温度１１０６まで上昇する。この段階で、第１の温度１１０６より低い融点を有する第１の供給材料９０９及び第２の供給材料９１０は熔融し、熔融状態にある。 
【００４４】
しかしながら、図９を参照して説明したように、隔壁９０３は、第１の供給材料９０９又は第２の供給材料９１０のいずれかよりも高い融点であるので、固相が残る。したがって、本実施形態では、温度が第２の温度１２０３に上昇し、隔壁が熔融する時間１２０２まで、加熱は更なる時間継続する。この段階で第１の供給材料９０９及び第２の供給材料９１０の両者と隔壁９０３は、熔融状態にあり、界面で拡散が始まる。本実施形態では、粒子の拡散によって生成した合金領域は、図１１に示す方法によって生じた合金領域より、直径が比較的大きいことが好ましい。したがって、上昇した温度が、時間１２０２から時間１２０３まで、長期間維持される。それによって粒子拡散がより大きくなることが可能になる。時間１２０３で、合金領域が適切な直径であり、よって加熱コイルへの電力が遮断され、冷却が始まる。
【００４５】
本実施形態において、冷却段階を加速することが好ましい。したがって、時間１２０３で圧縮機１００８と真空１００７は、図１０を参照して説明したように、冷却段階１０８中、ネガティブ鋳型９０１上の対流を強制するように構成される。これによって、雌型９０１内の温度が急速に下がり、その結果、熔融した供給材料の凝固が急速に生じる。時間１２０４でチャンバ内の温度は、周囲温度１００３に戻る。そして、鋳型がチャンバから取り除かれ、更に必要に応じた処理することができる。
【図１】
2017512138.tif 000003
【図２】
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【図３】
2017512138.tif 000005
【図４】
2017512138.tif 000006
【図５】
2017512138.tif 000007
【図６】
2017512138.tif 000008
【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１１−１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年10月26日(2015.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異種粉末供給材料から複合部品を形成する方法であって：
当該鋳型の第１の領域（６０２，８０２，９０２）に関連する第１の開口部（６０３，８０４，９０６）と当該鋳型の第２の領域（６０５，８０３，９０４）に関連する第２の開口部（６０４，８０５，９０８）を画定する１成分のネガティブセラミック鋳型（１０２，４０１，６０１，８０１，９０１）を得る；
前記第１の開口部を経由して前記ネガティブ鋳型の前記第１の領域中に第１の粉末供給材料（１０４，６０８，８０６，９０９）を、前記第２の開口部を経由して前記ネガティブ鋳型の前記第２の領域中に第２の粉末供給材料（１０５，６０９，８０７，９１０）を展開する；
前記第１の領域と前記第２の領域を分離する隔壁（８０８，９０３）によって前記第１の供給材料が前記第２の供給材料と拡散するのを防止する；
加熱段階（１０６）中に前記第１の供給材料の熔融を引き起こす第１の温度（１１０６）に前記ネガティブ鋳型内の温度を上昇させる；そして
前記隔壁を熔融させ、前記第１の供給材料を前記第２の供給材料と拡散させる
ステップを含む方法。
【請求項２】
前記加熱段階中に前記ネガティブ鋳型の温度が前記第１の温度に上昇したとき前記隔壁が熔融する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記加熱段階中に前記第２の供給材料が熔融する請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記加熱段階中に前記第１の粉末供給材料が前記第２の粉末供給材料と拡散し、前記第１及び第２の供給材料が合流する請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記第１の供給材料及び前記第２の供給材料が金属である請求項１ないし４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記加熱段階中に粒子の拡散によって前記第１の供給材料が前記第２の供給材料と合流し、界面（６１０）で合金領域（７０１）に渡って前記第１及び第２の材料を合金にする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ネガティブ鋳型内の温度を前記第１の温度より低い温度まで下げ、冷却段階（１０８）中に前記第１の供給材料が凝固するステップを更に含む請求項１ないし６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記ネガティブ鋳型内の材料が収縮するとき、冷却段階中に前記ネガティブ鋳型に液状材料を追加して供給するステップを更に含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記加熱段階が大気圧以外の圧力下で行われる請求項１ないし８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記冷却段階が大気圧以外の圧力下で行われる請求項７ないし９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記加熱段階中に前記鋳型内の温度が前記第２の温度（１２０３）に上昇する請求項１ないし１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記加熱段階中に前記ネガティブ鋳型の温度が前記第２の温度に上昇するとき、前記隔壁が熔融する請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
複数の異種粉末供給材料から複合部品を形成する装置であって：
当該鋳型の第１の領域（６０２，８０２，９０２）に関連する第１の開口部（６０３，８０４，９０６）と当該鋳型の第２の領域（６０５，８０３，９０４）に関連する第２の開口部（６０４，８０５，９０８）を画定するネガティブセラミック鋳型（１０２，４０１，６０１，８０１，９０１）を含み；
前記第１の開口部が前記鋳型の前記第１の領域中に第１の粉末供給材料（１０４，６０８，８０６，９０９）を挿入するように構成され、前記第２の開口部が前記鋳型の前記第２の領域中に第２の粉末供給材料（１０５，６０９，８０７，９１０）を挿入するように構成され；そして
前記ネガティブセラミック鋳型が加熱段階（１０６）中に第１の温度（１１０６）に加熱するのに適し：
前記ネガティブセラミック鋳型が更に前記第１の領域と前記第２の領域を分離する隔壁（８０８，９０３）を有し、前記隔壁が固体形状のとき前記第１の供給材料が前記第２の供給材料と拡散するのを防止するように構成され、更に、前記第１の供給材料が前記第２の供給材料と拡散できるように熔融するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記ネガティブセラミック鋳型が使用中を大気を透過させるように構成されている請求項１３記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１４年２月２８日提出の英国特許出願第１４０３５５７.０号に基づく優先権を主張するものであり、これはすべて参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
特開平０６−００７９１６号（株式会社キャディック・テクノロジ−・サ−ビス）は、２つの粉末材料の混合物が鋳型空洞内に加えられ、熔融と凝固、したがって最終成分のマイクロ構造を制御するため、該粉末混合物を熔融させるために誘導コイルが使用されるこの種の複合成分を生成する鋳造方法の一例を示す。
ハードフェーシングやレーザクラッディングのような、１又はそれ以上の異なる材料を含む多層成分を製造する種々の方法が知られている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
しかしながら、これら公知の方法では多くの問題が生じる。まず、最終成分を生成するために必要な独立したプロセスの数に見られる。次に、堅い物質の外部に材料層を適用する技術は、２つの材料の分別のない結合を引き起こし、界面が構造的に弱くなる。
ＵＳ  ２０１３／２９４９０１  Ａ１（ミロネッツ他）は、誘導炉内で熔融する前に空洞内に金属粉末を配置することを含む成分の形成方法を示す。更に、ＥＰ  １７２４４３８  Ａ２（ゼネラルエレクトロニック）は、２つの異なる粉末材料を分離する鋳造方法においてスリップケースが使用される方法を示す。その後、スリップケースを取り除くと、粉末材料が凝固前に混合される。
ＥＰ  ００７２１７５  Ａ１（モウィル）は、異なる粉末又は合金に対して２つの分離された領域を与えるために、囲いの中にバスケットが置かれるホット・アイソタティク・プロセスの１例である。バスケットでは、合金が熔融し始めると、２合金の拡散が許容される。一旦成分が形成され、又は熔融し蒸発すると、バスケットは取り除かれる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
［発明の簡単な要約］
本発明の第１の観点によれば、複数の異種粉末供給材料から複合部品を形成する方法であって；当該鋳型の第１の領域に関連する第１の開口部と当該鋳型の第２の領域に関連する第２の開口部を画定する１成分のネガティブセラミック鋳型を得る；前記第１の開口部を経由して前記ネガティブ鋳型の前記第１の領域中に第１の粉末供給材料を、前記第２の開口部を経由して前記ネガティブ鋳型の前記第２の領域中に第２の粉末供給材料を展開する；前記第１の領域と前記第２の領域を分離する隔壁によって前記第１の供給材料が前記第２の供給材料と拡散するのを防止する；加熱段階中に前記第１の供給材料の熔融を引き起こす第１の温度に前記ネガティブ鋳型内の温度を上昇させる；そして、前記隔壁を熔融させ、前記第１の供給材料を前記第２の供給材料と拡散させるステップを含む方法が提供される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の第２の観点によれば、複数の異種粉末供給材料から複合部品を形成する装置であって：当該鋳型の第１の領域に関連する第１の開口部と当該鋳型の第２の領域に関連する第２の開口部を画定するネガティブセラミック鋳型を含み；前記第１の開口部が前記鋳型の前記第１の領域中に第１の粉末供給材料を挿入するように構成され、前記第２の開口部が前記鋳型の前記第２の領域中に第２の粉末供給材料を挿入するように構成され；そして、前記ネガティブセラミック鋳型が加熱段階中に第１の温度に加熱するのに適し；前記ネガティブセラミック鋳型が更に前記第１の領域と前記第２の領域を分離する隔壁を有し、前記隔壁が固体形状のとき前記第１の供給材料が前記第２の供給材料と拡散するのを防止するように構成され、更に、前記第１の供給材料が前記第２の供給材料と拡散できるように熔融するように構成されていることを特徴とする装置が提供される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
［実施形態の詳細な説明］
（図１）
図１は、請求の範囲に係る発明の範囲外である粉末供給材料から複合成分を形成する方法を示す。図１に示すように、固体成分は、加熱によって複数の異なる供給材料から形成される。
ステップ１０１で、製造する成分の輪郭を画定するネガティブ鋳型１０２が得られる。ステップ１０３では、粉末供給材料、第１の供給材料１０４及び第２の供給材料１０５、がネガティブ鋳型内に配置される。ステップ１０６で、前記鋳型が加熱されると、粉末供給材料の温度が上昇し、加熱段階中に、粉末供給材料の熔融を引き起こす。ステップ１０７で、第１の供給材料１０４と第２の供給材料１０５の温度が拡散するのに必要な温度で維持される。ステップ１０８で、温度が低下し、冷却段階中に、熔融した供給材料が凝固する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
（図２）
図１の方法のステップ１０１を参照して論じたように、ネガティブ鋳型が１成分のポジティブモデルから得られる。
図２は、ネガティブ鋳型の生成手順を示す。ポジティブモデル２０１は、所望の成分の形状を画定する、ラピッド・プロトタプ材料、ポリスチレン又はワックスのような適切な媒体から生成される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
（図３）
図３は、供給材料を展開する図１の方法のステップ１０３を示す。犠牲ポジティブモデル２０１は、図２を参照して既に説明したように、ポジティブモデル材料２０１は取り除かれ、供給装置３０１内に入った第１の供給材料１０４及び第２の供給材料１０５のような供給材料を受け入れる準備ができているネガティブ鋳型１０２が残っている。第１の実施形態では、ネガティブ鋳型１０２の充填は、鋳型の振動によって促進され、粉末供給材料が安定するのを助長する。ネガティブ鋳型１０２は、それ自体は安定したベース部材３０３により支持された振動テーブル３０２の上に置かれる。このように、粉末供給材料が鋳型に導入されると、それは重力によって圧縮されがちである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
（図６）
図１ないし５を参照して説明したネガティブ鋳型１０２及び４０１は、鋳型内に供給材料の展開を可能にする第１の開口部とそれに対応する供給部を１つだけ有する。これらの実施形態は、本発明の範囲外である。しかしながら、本発明による代替の実施形態では、鋳型の異なる領域に別々に供給材料を導入するための開口部を１つより多く有する鋳型が提供される。
図６は、このような鋳型の１例の断面図を示す。鋳型６０１は、第１の領域６０２と該第１の領域６０２と関連付けられた第１の開口部６０３、及び第２の領域６０５と関連付けられた第２の開口部６０４を有する。鋳型１０２と同様、鋳型６０１は、それぞれの開口部から延びる供給部６０６及び６０７を含む。 
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図示した実施形態では、第１の供給材料８０６、第２の供給材料８０７、及び隔壁８０８は、それぞれ第１の温度に対応した融点を有する。したがって、ステップ１０６及び図７を参照して説明したように、第１の温度まで熱を与える時、第１の供給材料８０６、第２の供給材料８０７及び隔壁８０８は熔融する。それによって、反対する領域内の熔融供給材料の相互作用が可能となる。
ステップ１０７で一定時間温度が維持されるので、十分な直径の拡散層において第１の供給材料８０６と第２の供給材料８０７の間に離散界面が生成することが許容され、形成される。
【国際調査報告】
2017512138.tif 000014
2017512138.tif 000015