專利名稱：摻合粉末的固相－超固相線液相燒結(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金領(lǐng)域。更具體的，本發(fā)明涉及包括將一種相對(duì)較細(xì)的金屬粉末與一種相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末摻合制成一種混和物的方法，這種混和物與該相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末相比具有更寬的燒結(jié)溫度范圍。本發(fā)明還涉及由這些粉末混和物制成的制品。
背景技術(shù)：
制造和使用金屬粉末的科學(xué)和工業(yè)被稱為粉末冶金。粉末金屬組合物包括元素金屬和金屬合金以及化合物。制造金屬粉末可以用很多方法，例如，化學(xué)或者電解析出，含有金屬的化合物的局部蒸發(fā)，以及從熔融金屬流中噴霧形成的金屬液滴的固化。金屬粉末顆粒的形狀受粉末制造方法的影響，從球狀到不規(guī)則形狀。金屬粉末顆粒的尺寸范圍從亞微米到幾百個(gè)微米。顆粒尺寸由球狀粉末的直徑或者非球狀粉末的有效直徑測(cè)定。
有很多技術(shù)通過(guò)采用施加壓力和/或高溫來(lái)將金屬粉末顆粒固結(jié)成有用的金屬制品。一般通過(guò)用至少一種約束機(jī)制比如容器壁，短效粘結(jié)劑材料，或者采用模壓用高壓將金屬粉末顆粒壓到一起而產(chǎn)生的機(jī)械互鎖，來(lái)將待固結(jié)的金屬粉末在室溫下成型并固定。具體的成型方法的例子包括粉末容器化(containerization)，固相自由成型逐層堆疊技術(shù)(例如，三維印刷(3DP)和選擇性激光燒結(jié)(SLS))，金屬注射成型(MIM)和金屬粉末模壓成型。這里用“生坯”一詞來(lái)稱呼通過(guò)這一步固結(jié)工藝而制得的具有一定形狀的金屬粉末制品。然后，將這些生坯加熱到一個(gè)或者多個(gè)高的溫度，此時(shí)，由于燒結(jié)，原子擴(kuò)散和表面張力機(jī)制變活躍，使金屬粉末固結(jié)。這里，用“燒結(jié)體”一詞來(lái)稱呼此步固結(jié)工藝制得的固結(jié)在一起的金屬粉末制品。盡管在生坯被加熱時(shí)的溫度范圍內(nèi)，燒結(jié)在某些程度上都會(huì)產(chǎn)生，但通常將生坯被加熱到的峰值溫度稱為“燒結(jié)溫度”。通常，將生坯在燒結(jié)溫度下保持一段從幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間，時(shí)間的長(zhǎng)短依賴于多種與工藝和冶金系統(tǒng)有關(guān)的因素。
生坯的加熱在一種受控的氣氛或者真空中完成，以保護(hù)金屬粉末，防止其與氣氛組成發(fā)生不希望的反應(yīng)。還要控制加熱，以去除生坯中的所有短效粘結(jié)劑。將生坯固結(jié)成燒結(jié)體一般在大概大氣壓下或者在真空下完成。然而，一些具體的技術(shù)，比如熱等靜壓，熱單軸壓制，以及熱擠制，在生坯是熱的時(shí)向其施加壓力以輔助固結(jié)。在一些方法中，比如，在3DP和SLS的一些實(shí)施方案中，固結(jié)是通過(guò)浸滲方法實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)毛細(xì)作用，將液相金屬?gòu)纳魍獠康脑粗凶⑷氲缴髦械目字小?br> 在金屬粉末從生坯到燒結(jié)體的固結(jié)過(guò)程中，由于其中的孔隙被部分或者全部去除，制品的密度增大。此種情況下，密度可以定義為“絕對(duì)密度”，其是單位體積的制品質(zhì)量。絕對(duì)密度可以用比如克每立方厘米表示。密度也可以定義為“相對(duì)密度”，其是金屬粉末制品的絕對(duì)密度與該制品如果不含孔隙所具有的密度之比。相對(duì)密度以百分?jǐn)?shù)表示，具有高孔隙率的制品具有低的相對(duì)密度，沒(méi)有孔隙率的制品相對(duì)密度為100％。生坯的相對(duì)密度依賴于很多的因素，并對(duì)成型生坯所用的方法敏感。生坯的密度通常在大約50-90％的范圍。燒結(jié)體的相對(duì)密度還依賴于包括燒結(jié)工藝參數(shù)的很多因素。燒結(jié)體的相對(duì)密度一般在75-95％的范圍。對(duì)于其中燒結(jié)體的機(jī)械強(qiáng)度重要的應(yīng)用來(lái)講，通常需要高的相對(duì)密度。這里，將從生坯階段到燒結(jié)體階段，相對(duì)密度的提高稱為“致密化”。
致密化可以通過(guò)“固相燒結(jié)”進(jìn)行，該詞描述的是這樣的現(xiàn)象，固相顆粒通過(guò)接觸顆粒之間的原子擴(kuò)散，在接觸點(diǎn)連接到一起。對(duì)于給定體積的粉末，接觸點(diǎn)的數(shù)量和表面積與顆粒體積的比隨著金屬粉末顆粒尺寸的降低而增加，結(jié)果金屬粉末越細(xì)，固相燒結(jié)越容易，并且比大金屬粉末顆粒所需要的溫度低。
在生坯中存在液相，這在燒結(jié)過(guò)程中可以提高生坯的致密化。這種提高的原因是，與固相相比，通過(guò)液相的原子擴(kuò)散速度高，并且液相的表面張力會(huì)將固相顆粒拉到一起。存在液相而導(dǎo)致的燒結(jié)稱為“液相燒結(jié)”。在一些粉末冶金系統(tǒng)中，在生坯中的金屬粉末中包括小體積分?jǐn)?shù)的熔點(diǎn)相對(duì)低的金屬粉末和大體積分?jǐn)?shù)的在燒結(jié)溫度下仍然保持固相的金屬粉末。例如，碳化鎢-鈷生坯，可以包括小體積分?jǐn)?shù)的在燒結(jié)溫度下是液相的鈷粉末，和大體積分?jǐn)?shù)的碳化鎢粉末，其在燒結(jié)溫度下仍保持固相。
一種重要的液相燒結(jié)的變形是超固相線液相燒結(jié)。如果預(yù)合金化的金屬粉末通過(guò)加熱可以經(jīng)歷固相加液相的狀態(tài)，則超固相線液相燒結(jié)是可能的。參照

圖1，其描繪的是由金屬Y和金屬Z構(gòu)成的合金系統(tǒng)的理想的溫度-組成平衡相圖1的一部分，橫軸2指的是組成，其左端4代表純金屬Y。沿橫軸2向右，合金組成中金屬Z的重量百分比線性增加。縱軸6代表溫度，沿向上的方向溫度增加。相圖1包括兩個(gè)相邊界線，液相線8和固相線10，其將相圖1的所示部分分成三個(gè)相區(qū)在液相線8之上的液相區(qū)12，在液相線8和固相線10之間的固相加液相區(qū)14，以及在固相線10之下的固相區(qū)16。純的金屬，比如金屬Y從其是固相的溫度開始加熱，仍然保持固相，直到其達(dá)到了熔點(diǎn)溫度Tm18，此時(shí)開始熔融，在高于Tm18的溫度下是液相的。相反，組成為X20的Y-Z合金，從固相區(qū)16開始沿著點(diǎn)線22加熱，仍保持完全的固相，直到其在固相線溫度Ts24時(shí)通過(guò)了固相線10，進(jìn)入了固相加液相區(qū)14。在這個(gè)區(qū)域里，合金部分是固相的，部分是液相的。繼續(xù)加熱，固相部分減少，液相部分增加，直到溫度在合金的液相線溫度T126處經(jīng)過(guò)了液相線8，進(jìn)入了液相區(qū)12，此時(shí)，合金完全以液相存在。當(dāng)冷卻時(shí)，過(guò)程相反，經(jīng)過(guò)液相線8時(shí)，液相轉(zhuǎn)變成液相加固相的漿料(slush)，其中的液相逐漸減少，直到經(jīng)過(guò)了固相線10，合金再一次完全變成固相。
這里所用的“超固相線液相燒結(jié)”指的是液相燒結(jié)發(fā)生的溫度處在特定的合金組成的固相線溫度和液相線溫度之間。超固相線液相燒結(jié)利用了兩相的優(yōu)點(diǎn)，固相加液相區(qū)14作為給液相燒結(jié)提供液相的方式。例如，如果超固相線液相燒結(jié)在溫度Ts28下完成，組成為X20的Y-Z合金處在固相加液相區(qū)14中，部分由固相組成Xs30構(gòu)成，部分由液相組成X132構(gòu)成。存在的液相分?jǐn)?shù)等于燒結(jié)溫度點(diǎn)線34在其與固相線10的交點(diǎn)38和其與組成X點(diǎn)線22的交點(diǎn)36之間的長(zhǎng)度除以燒結(jié)溫度點(diǎn)線34在其與固相線10的交點(diǎn)38和其與液相線8的交點(diǎn)40之間的長(zhǎng)度。對(duì)于一種預(yù)合金化，如果存在一個(gè)燒結(jié)溫度使其可通過(guò)超固相線液相燒結(jié)致密化而不塌陷，則該預(yù)合金化的金屬粉末適合于超固相線液相燒結(jié)。塌陷指的是在液相燒結(jié)過(guò)程中，生坯會(huì)有相當(dāng)顯著的因重力而引起的變形，結(jié)果使所得燒結(jié)體的尺寸超出了它們各自尺寸的容許范圍。然而，在微重力條件下，塌陷指的是由表面張力引起的變形，而不是由重力引起的。
圖2A-C所示的是金屬粉末的超固相線液相燒結(jié)。圖2A所示的是放大了的在加熱之前的生坯的小部分42。小部分42包括對(duì)應(yīng)于上面提到的組成X 20的Y-Z合金的金屬粉末顆粒44，還包括孔隙46，其指的是金屬粉末顆粒44之間的空缺區(qū)域。金屬粉末顆粒44每個(gè)都含有晶粒48。
參照?qǐng)D2B，生坯的小部分42的溫度已經(jīng)升到了燒結(jié)溫度Ts28，其處于圖1中所示的相圖1中的固相加液相區(qū)14。在金屬粉末顆粒44的晶粒48之間和周圍已形成了液相50。液相50已開始將金屬粉末顆粒44拉到一起而使孔隙46收縮。與圖2A相比，隨著液相50的形成，晶粒48已經(jīng)開始變形，開始發(fā)生溶解和再析出過(guò)程。
參照?qǐng)D2C，生坯的小部分42的溫度仍處于燒結(jié)溫度Ts28，但超固相線液相燒結(jié)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了足夠的時(shí)間，到了已經(jīng)去除了孔隙46的那一點(diǎn)。晶粒48中的一些已經(jīng)重新排布，尺寸和形狀已從它們的初始狀態(tài)發(fā)生了變化。盡管液相50的數(shù)量仍和在圖2B中的相同，但也發(fā)生了重新分布。燒結(jié)的結(jié)果，生坯變致密了。
在任何類型的液相燒結(jié)(包括超固相線液相燒結(jié))過(guò)程中，存在的液相的體積分?jǐn)?shù)是非常重要的。液相數(shù)量不足不能有效的得到所希望的致密化程度。反過(guò)來(lái)，液相過(guò)量會(huì)導(dǎo)致制品的塌陷。在液相燒結(jié)過(guò)程中，當(dāng)剩余的固相晶?；蛘叻勰╊w粒全部或者絕大多數(shù)被液相包圍時(shí)，生坯的形狀靠表面張力保持，其使這種液-固結(jié)合具有高的粘度。當(dāng)液相的體積分?jǐn)?shù)低于閾值水平時(shí)，這種粘度高到足以使燒結(jié)中的生坯在燒結(jié)溫度下保持它的形狀足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以得到所希望程度的致密化。在該閾值水平之上，在得到所希望程度的致密化之前，重力引起的變形會(huì)超過(guò)所能容許的水平。在液相燒結(jié)過(guò)程中，所能容許的液相的最大數(shù)量的變化復(fù)雜而寬范，必須靠經(jīng)驗(yàn)確定。
將制品在燒結(jié)溫度下保持的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也會(huì)導(dǎo)致塌陷，因?yàn)椋词乖跓Y(jié)溫度下存在的液相的量使得粘度很高，重力引起的粘性流動(dòng)仍以一個(gè)低的，但確定的速率進(jìn)行。另外，會(huì)因固相晶?；蛘哳w粒的粗化而發(fā)生與時(shí)間有關(guān)的塌陷，因?yàn)檫@種粗化引起它們與液相接觸的表面積的凈減少，相應(yīng)的引起晶粒之間液相層厚度的增加，結(jié)果降低了粘度。
對(duì)于特定的合金，在燒結(jié)溫度附近，超固相線液相燒結(jié)基本上受液相體積分?jǐn)?shù)相對(duì)于溫度的改變速率的影響。如果液相體積隨溫度迅速增加，則認(rèn)為這種合金對(duì)燒結(jié)溫度非常敏感。在某些情況下，爐溫相對(duì)于設(shè)定溫度的偏離(在工業(yè)爐中，能夠達(dá)到幾十?dāng)z氏度的量級(jí))會(huì)超出在合金中存在合適的液相分?jǐn)?shù)的溫度范圍。往爐溫偏離范圍的低溫度端的溫度偏離會(huì)使致密化不充分，而往溫度范圍的高端的偏離會(huì)導(dǎo)致塌陷。高精度的溫度控制通常帶來(lái)成本，使生產(chǎn)能力變低，設(shè)備價(jià)格升高。
另外，在爐子的工作區(qū)內(nèi)，溫度會(huì)隨位置的變化而改變。位置與加熱元件接近的程度，與裝載和固定件有關(guān)的對(duì)輻射熱源的屏蔽，以及氣流方式的變化都屬于相關(guān)因素。在工藝過(guò)程中，在生坯內(nèi)部還會(huì)發(fā)生溫度變化，因?yàn)橹破返耐獠勘人膬?nèi)部加熱的要早。這種制品內(nèi)部的溫度變化受爐溫升高到燒結(jié)溫度的速度的影響。例如，快速升溫會(huì)引起生坯外部和內(nèi)部的溫度之間有巨大的差異，而更適中的升溫速率允許生坯內(nèi)有時(shí)間達(dá)到更好的溫度平衡。
要燒結(jié)特定的生坯，上述任何與工藝有關(guān)的溫度變化因素都會(huì)使其變困難或者不實(shí)用。在某些情況下，盡管對(duì)特定的生坯進(jìn)行超固相線液相燒結(jié)是實(shí)用的，但為了避免塌陷，與工藝相關(guān)的溫度變化使其必須采用較低的處于固相線/液相線溫度范圍之內(nèi)的燒結(jié)溫度，相應(yīng)的需要更長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間。這還有使?fàn)t子的生產(chǎn)能力降低的不利影響。
本技術(shù)領(lǐng)域需要的是這樣的一種方法，其能使燒結(jié)溫度范圍擴(kuò)寬，并在其中將生坯燒結(jié)到可以接受的密度。燒結(jié)溫度范圍的擴(kuò)寬將使生坯的燒結(jié)對(duì)與工藝有關(guān)的溫度變化的敏感度降低。這就轉(zhuǎn)化成這樣的能力，可以在更廉價(jià)的爐子中燒結(jié)生坯，并且具有更高的產(chǎn)率。
發(fā)明描述本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，包括A-B粉末混和物的生坯可以在一個(gè)擴(kuò)寬了的溫度范圍內(nèi)燒結(jié)而不塌陷。這種A-B粉末混和物由小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A與余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B混和而成，A具有的熔融溫度或者固相線溫度充分超過(guò)燒結(jié)包含該粉末的粉末混和物燒結(jié)時(shí)所用的燒結(jié)溫度，B是一種適合于超固相線液相燒結(jié)的合金。包括A-B粉末混和物的生坯可以燒結(jié)成固態(tài)制品而不塌陷，其燒結(jié)溫度所處的溫度范圍比相應(yīng)的不包含一定體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A的制品的燒結(jié)溫度范圍更寬?！跋鄬?duì)較細(xì)”和“相對(duì)較粗”指的是所選用的金屬粉末A和B的平均顆粒尺寸的比率大約為1∶5或者更高，也就是說(shuō)，金屬粉末B的平均顆粒尺寸至少比金屬粉末A的平均顆粒尺寸大5倍。金屬粉末A和B可以是任何形狀。
對(duì)于給定的粉末，“體積分?jǐn)?shù)”一詞指的是粉末混和物中，被特定粉末實(shí)際占據(jù)的體積部分。例如，在占有100cc體積的粉末混和物中，30cc被粉末A占據(jù)，70cc被粉末B占據(jù)，則粉末A的體積分?jǐn)?shù)是30％，粉末B的體積分?jǐn)?shù)是70％。在確定特定成分的體積分?jǐn)?shù)時(shí)，沒(méi)有考慮那些可能加入到特定成分的粉末混和物中的任何的易揮發(fā)性或者活性添加劑的體積。這樣，往由30cc粉末A和70cc粉末B構(gòu)成的A-B粉末混和物中加入5cc的易揮發(fā)性添加劑，比如聚合物粘結(jié)劑，或者活性添加劑，比如碳，不會(huì)影響在混和物中的粉末A的體積分?jǐn)?shù)確定為30％，粉末B的體積分?jǐn)?shù)為70％。
當(dāng)生坯可以在一段合理的時(shí)間內(nèi)燒結(jié)得到所希望的相對(duì)密度時(shí)，如果沒(méi)有塌陷發(fā)生，就說(shuō)這種生坯“可以被燒結(jié)而不會(huì)塌陷”。無(wú)謂的延長(zhǎng)在燒結(jié)溫度下的暴露時(shí)間會(huì)因與時(shí)間有關(guān)的效應(yīng)而產(chǎn)生塌陷。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道通過(guò)燒結(jié)可得到的相對(duì)密度存在，這使得能夠合理得到的相對(duì)密度有一個(gè)上限。
用這些A-B金屬粉末混和物制成的生坯，與相應(yīng)的由相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B制成，而不含一定體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A的生坯相比，可以在更低的燒結(jié)溫度下進(jìn)行明顯的致密化而得到所給定的相對(duì)密度。而且，與相應(yīng)的由相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B制成，而不含一定體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A的生坯相比，由這些粉末混和物制成的生坯可以在處于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的固相線/液相線溫度范圍內(nèi)的更高可測(cè)溫度下燒結(jié)。這樣，就有效擴(kuò)寬了生坯的燒結(jié)溫度范圍，使其對(duì)在工藝爐中遇到的溫度變化的有害效應(yīng)的敏感度降低。
在包括這樣的A-B粉末混和物的生坯中，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A的顆粒占據(jù)了相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的顆粒之間的間隙。粉末混和物中的這種顆粒填充提高了生坯的相對(duì)密度。相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B在固態(tài)下難以燒結(jié)，而相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A通過(guò)固相燒結(jié)相對(duì)容易致密化。與只由相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B構(gòu)成的生坯相比，使用較細(xì)粉末的好處是，隨著加熱的進(jìn)行，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A的固相燒結(jié)會(huì)使生坯在較低的溫度下致密化到更高的密度。進(jìn)一步將燒結(jié)溫度提高到相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的固相線溫度以上，但低于它的液相線溫度，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的顆粒會(huì)通過(guò)這些顆粒之間形成的液相浸滲到它們的晶粒邊界而發(fā)生軟化。液相的形成還會(huì)加速致密化，這是典型的超固相線液相燒結(jié)。將相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A的固相燒結(jié)的貢獻(xiàn)與相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的超固相線液相燒結(jié)的貢獻(xiàn)結(jié)合到一起，帶來(lái)了這種摻合的粉末混和物的燒結(jié)，可以稱為固相-超固相線液相燒結(jié)。而且，一定體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A在該固相-超固相線液相燒結(jié)過(guò)程中可使該生坯保持尺度上的穩(wěn)定，這樣，與相應(yīng)的只由相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B構(gòu)成的生坯相比，可以使用更高的燒結(jié)溫度而不會(huì)塌陷。
應(yīng)該明白，本發(fā)明并不局限在包括雙峰粉末分布的生坯和方法上。同樣也考慮到了更高級(jí)的多峰粉末分布，例如，三峰分布。這些分布中包含大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B，其適合于超固相線液相燒結(jié)，以及余量的小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬A，其由子部分(sub-fraction)構(gòu)成，比如子部分A1，A2和A3。相對(duì)較細(xì)的金屬粉末子部分A1，A2和A3中的每種的熔融溫度或者固相線溫度都比該A-B粉末混和物可燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度要高。金屬粉末A1和B的平均顆粒尺寸的比率大約為1∶5或者更高，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末中，每個(gè)依次的逐對(duì)組合比如A1和A2，A2和A3的平均顆粒尺寸的比率大約為1∶5或者更高。這些尺寸比率使得較細(xì)的粉末可以填塞在較粗粉末中的間隙里。
還應(yīng)明白，在所有情況下，在燒結(jié)溫度下，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A必須保持基本上為固態(tài)?！盎旧蠟楣虘B(tài)”指，平均而言，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A的顆粒在燒結(jié)溫度下必須保持足夠的結(jié)構(gòu)完整性和物理尺寸，以對(duì)相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的顆?；蛘呔Я５囊苿?dòng)起到物理阻隔的作用。這樣，允許金屬粉末A的顆粒在燒結(jié)溫度或者以下有一些溶解，在金屬粉末A的顆粒內(nèi)容形成小量的內(nèi)部液相。也允許金屬粉末A的顆粒與金屬粉末B的顆粒發(fā)生反應(yīng)，甚至生成小量的液相，只要能夠滿足結(jié)構(gòu)完整性和尺寸上的標(biāo)準(zhǔn)。在采用更高級(jí)的多峰分布的實(shí)施方案中，每個(gè)相對(duì)較細(xì)的金屬粉末的子部分都必須在燒結(jié)溫度下是基本固態(tài)的。
還應(yīng)該明白相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A可以由一種或者多種元素金屬或者合金構(gòu)成。例如，定義為相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A的粉末體積分?jǐn)?shù)可以由第一種體積的金屬C子部分和第二種體積的金屬D子部分構(gòu)成。在使用更高級(jí)的多峰分布的實(shí)施方案中，每種相對(duì)較細(xì)的金屬粉末子部分，例如A1，A2和A3，可以由一種或者多種元素金屬或者合金構(gòu)成，其與其它體積子部分的可以是相同的或者不同的。相對(duì)較粗的預(yù)合金化的粉末B也可以由一種或者多種合金構(gòu)成。
還考慮了包括含有小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的粉末金屬混和物的生坯。在這些實(shí)施方案中，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A是元素金屬或者合金，其熔化溫度或者固相線溫度比這種A-B粉末混和物可以燒結(jié)但不塌陷的最高燒結(jié)溫度要高，且較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B是一種適合于超固相線液相燒結(jié)的合金。
還考慮了制備具有提高了的燒結(jié)溫度范圍的生坯的方法。該方法包括步驟將小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B混和到一起制成A-B金屬粉末混和物，用所述A-B金屬粉末混和物成型生坯，其中相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A是元素金屬或者合金，其熔融溫度或者固相線溫度比這種A-B粉末混和物可以燒結(jié)但不塌陷的最高燒結(jié)溫度高，較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B是一種適合于超固相線液相燒結(jié)的合金。
還考慮了將生坯致密化的方法。該方法包括步驟將小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B混和到一起制成A-B金屬粉末混和物，用所述的A-B金屬粉末混和物成型生坯，將生坯加熱到低于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的液相線溫度的燒結(jié)溫度，使生坯燒結(jié)致密化，其中，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A是元素金屬或者合金，其熔融溫度或者固相線溫度比這種A-B粉末混和物可以燒結(jié)但不塌陷的最高燒結(jié)溫度高，且其中較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B是一種適合于超固相線液相燒結(jié)的合金。其中，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B由多于一種合金構(gòu)成，燒結(jié)溫度低于每種不同的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的合金的液相線溫度。在這種方法中，燒結(jié)溫度可以，但不必需是，高于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的固相線溫度，或者，其中，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B由多于一種合金構(gòu)成，燒結(jié)溫度可以，但不必需是，超過(guò)任何這些合金的固相線溫度。
還考慮了固相-超固相線液相燒結(jié)生坯的方法。該方法包括步驟將小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B混和到一起制成A-B金屬粉末混和物，用所述A-B金屬粉末混和物成型生坯，將生坯加熱到介于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的固相線和液相線溫度之間的燒結(jié)溫度，其中，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A是元素金屬或者合金，其熔融溫度或者固相線溫度比這種A-B粉末混和物可以燒結(jié)但不塌陷的最高燒結(jié)溫度高，且其中較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B是適合于超固相線液相燒結(jié)的合金。其中，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B由多于一種合金構(gòu)成，燒結(jié)溫度高于每種不同的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的合金的固相線溫度，低于每種不同的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的合金的液相線溫度。
還要特別理解的是，還考慮了與包括更高級(jí)的多峰粉末分布的方法和相應(yīng)的生坯有關(guān)的實(shí)施方案。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，通過(guò)下面給出的對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述和附圖，本主題所包括的其它的固有特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。
附圖簡(jiǎn)述參照附圖，將能更好的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)狀況。但應(yīng)明白，這些附圖的目的只是為了說(shuō)明，而不是給本發(fā)明設(shè)定限制。
圖1是二元金屬體系Y-Z的理想的溫度-組成平衡相圖的一部分。
圖2A-C是一系列示意圖，其以放大倍數(shù)示意的是組成為X的金屬合金粉末制成的生坯的一小部分在現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)超固相線液相燒結(jié)工藝過(guò)程中逐漸致密化的過(guò)程。
圖2A是這一小部分在加熱之前的示意圖。
圖2B是圖2A所示的小部分在加熱到介于組成X的固相線和液相線溫度之間的燒結(jié)溫度Ts時(shí)的示意圖。
圖2C是圖2B中所示的小部分在燒結(jié)溫度Ts下經(jīng)歷了足夠的時(shí)間去除了粉末顆粒之間的孔隙后的示意圖。
圖3A-B是一系列示意圖，其以放大倍數(shù)所示的是本發(fā)明中的一個(gè)生坯的實(shí)施方案的一小部分在固相-超固相線液相燒結(jié)過(guò)程中逐漸致密化的過(guò)程，其中，該生坯中較粗的粉末B部分是一種組成為X的合金。
圖3A是該小部分在加熱之前的示意圖。
圖3B是圖3A中所示的小部分在固相-超固相線液相燒結(jié)溫度Tss下經(jīng)歷了足夠的時(shí)間，通過(guò)固相-超固相線液相燒結(jié)致密化后的示意圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方案在本部分中，對(duì)一些給出的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行充分詳細(xì)的描述，使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)施本發(fā)明。
在這些實(shí)施方案中所用的金屬粉末可以是任何形狀的。然而，給出的討論一般是針對(duì)球形粉末的，因?yàn)榍驙罘勰┍容^直觀，便于討論。為了簡(jiǎn)化討論，除了在為了清楚而使用全稱的地方，還將“相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A”和“相對(duì)較粗的預(yù)合金化的粉末B”分別簡(jiǎn)寫為“細(xì)粉A”和“粗粉B”，有時(shí)僅僅分別寫為“粉末A”和“粉末B”。
在這些實(shí)施方案中，最基本的粉末混和物由小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B構(gòu)成?？梢哉{(diào)節(jié)這些體積分?jǐn)?shù)，使所得到的混和物具有的相對(duì)密度和流動(dòng)性對(duì)于將此A-B混和物成型成生坯的成型操作進(jìn)行優(yōu)化。調(diào)節(jié)細(xì)粉A的體積分?jǐn)?shù)，使粗粉B的顆粒之間的間隙被細(xì)粉A的顆粒填充，得到最高的相對(duì)密度。然而，細(xì)粉不能像粗粉那樣流動(dòng)。這樣，在例如3DP和SLS的高的流動(dòng)性是重要的操作中，優(yōu)選的細(xì)粉A的體積分?jǐn)?shù)低于可給出最高的相對(duì)體積分?jǐn)?shù)的水平。在其它流動(dòng)性不是決定性的操作中，比如簡(jiǎn)單形狀的模壓成型中，可以將體積分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)到使粉末混和物接近或者具有最高的相對(duì)密度。
盡管這里所考慮這些實(shí)施方案中可以使用任何尺寸的粉末，實(shí)際上，將具有平均尺寸大于160微米的顆粒的生坯致密化是很困難的。而且，由于細(xì)粉流動(dòng)性差，并且相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A的平均顆粒尺寸的選擇與相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的平均顆粒尺寸有關(guān)，優(yōu)選的，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末B的平均顆粒尺寸的下限是大約30微米。更優(yōu)選的，為了提供好的可燒結(jié)性和流動(dòng)性，粉末B的平均顆粒尺寸要在45-60微米之間的范圍。顆粒尺寸可以用任何的能夠從中得到平均顆粒尺寸的傳統(tǒng)方法進(jìn)行測(cè)量，例如，激光衍射法。
相對(duì)較細(xì)的金屬粉末A的平均顆粒尺寸依賴于所用金屬粉末B的平均尺寸。細(xì)粉A和粗粉B的平均顆粒尺寸之比至少為大約1∶5，以使粗粉B的顆粒之間的間隙能夠很好的被細(xì)粉A的顆粒填充。更優(yōu)選的，該比率至少為1∶7。這樣，當(dāng)粗粉B的平均直徑是30微米時(shí)，細(xì)粉A的平均顆粒尺寸不超過(guò)大約6微米，優(yōu)選的小于大約4微米。當(dāng)粗粉B的平均顆粒尺寸是160微米時(shí)，細(xì)粉A的平均顆粒尺寸不超過(guò)大約32微米，優(yōu)選的小于大約2 3微米。當(dāng)粗粉B的平均顆粒尺寸是45微米時(shí)，細(xì)粉A的平均顆粒尺寸不超過(guò)大約9微米，優(yōu)選的小于大約7微米。相似的，當(dāng)粗粉B的平均顆粒尺寸是60微米時(shí)，細(xì)粉A的平均顆粒尺寸不超過(guò)大約12微米，優(yōu)選的小于大約8微米。
在更復(fù)雜的粉末混和物中，可以采用比二元更高的多峰粉末分布。這些混和物包括大體積分?jǐn)?shù)的粗粉B和余量的小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的粉末A，其由兩種或者更多逐漸更細(xì)的子部分構(gòu)成，例如子部分A1，A2和A3。粗粉B具有與簡(jiǎn)單的雙峰分布混和物中的粗粉B相同的特征。每個(gè)細(xì)粉的子部分都具有與簡(jiǎn)單的雙峰分布混和物中的細(xì)粉A相同的特征，除了和粉末B之間的平均顆粒尺寸比率關(guān)系是針對(duì)子部分中尺寸最大的那個(gè)。在這種更高級(jí)的多峰混和物情況下，細(xì)金屬粉末A1和粗粉B之間的平均顆粒尺寸比率至少為1∶5或者更優(yōu)選的至少為1∶7。每個(gè)逐對(duì)組合，A1和A2，A2和A3等之間的平均顆粒尺寸之間的比率至少為1∶5，或者更優(yōu)選的至少為1∶7。例如，對(duì)于三模粉末分布，其中粉末B的平均顆粒尺寸為4 9微米，粉末B和子部分粉末A1之間，以及子部分粉末A1和A2之間的平均顆粒尺寸之比為1∶7，那么粉末A1和A2的平均顆粒尺寸分別為7微米和1微米。
對(duì)于粉末組成，粉末混和物中為相對(duì)較細(xì)的粉末A的體積分?jǐn)?shù)可由一種或者多種元素金屬或者合金構(gòu)成。元素金屬的例子包括鐵，銅和鎳。合金的例子包括鋼，不銹鋼，鎳基合金和銅基合金。構(gòu)成粉末A的這些元素或者合金中的每種在由A-B粉末混和物制成的生坯所采用的燒結(jié)溫度下必須基本上是固態(tài)的。在使用更高級(jí)的多峰分布的實(shí)施方案中，每種子部分都可由這樣一種或者多種元素金屬或者合金組成，并且同一種元素金屬或者合金可以存在于多于一種子部分中。
無(wú)論A-B粉末混和物具有雙峰還是更高級(jí)的多峰分布，粗粉B的體積分?jǐn)?shù)可包括一種或者多種合金。構(gòu)成在粉末B的這些合金中的每種必須是適合于超固相線液相燒結(jié)的。這些合金的例子包括Inconel 625，Stellite，Haynes合金613，以及Tribaloy 800。
在將粉末混和物成型成生坯時(shí)或者之前，可以往粉末混和物中加入易揮發(fā)性或者活性添加劑。在確定細(xì)粉A和粗粉B的體積分?jǐn)?shù)時(shí)，可以不考慮這些添加劑的體積。易揮發(fā)性的添加劑的例子包括聚合物粘結(jié)劑和潤(rùn)滑劑，比如蠟，硬脂酸鹽，橡膠，纖維素和丙烯酸類樹酯?；钚蕴砑觿┑睦影ㄌ挤郏鸱?，以及其它的數(shù)量在1wt％以下的在固結(jié)過(guò)程中調(diào)節(jié)粉末混和物的一種或者多種成分組成的添加劑。
粉末混和物可用傳統(tǒng)的混和或者攪拌技術(shù)制備，例如通過(guò)在V型攪拌器或者雙錐型攪拌器中翻動(dòng)細(xì)粉A和粗粉B。優(yōu)選的，將細(xì)粉A和粗粉B混和或者摻合直到得到均勻的混和物為止?；旌瓦^(guò)度或者不足會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)體的局部變形。也可以在剛開始將粉末A和B混和的過(guò)程中，或者之后，加入揮發(fā)性的液體，例如丙酮或者乙醇，將粉末混和物制成一種漿料。這樣的揮發(fā)性液體可以在將粉末混和物成型成生坯的過(guò)程中或者之前通過(guò)蒸發(fā)而去除。
可以采用傳統(tǒng)的工序，通過(guò)粉末容器化，固態(tài)自由成型逐層堆疊技術(shù)，金屬注射成型或者模壓成型，將A-B粉末混和物制成生坯。這些生坯可以是由這些成型工藝一般能得到的任何形狀，從非常簡(jiǎn)單的到非常復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)?？梢允褂玫膬?yōu)選的固態(tài)自由成型逐層堆疊技術(shù)是3DP和SLS。
生坯可在任何類型的傳統(tǒng)的燒結(jié)爐中用傳統(tǒng)的加熱速率和氣氛來(lái)燒結(jié)。當(dāng)生坯中含有短效粘結(jié)劑時(shí)，可以采用傳統(tǒng)的去粘接(de-binding)條件來(lái)去除這些短效粘結(jié)劑。
加熱和燒結(jié)生坯的實(shí)際條件要根據(jù)情況確定，正如在粉末混和物中具體的粉末組成和所用的細(xì)粉A和粗粉B的粉末分?jǐn)?shù)所需要的。而且相關(guān)的還有生坯所特有的因素，比如粘結(jié)劑的含量和種類，相對(duì)密度，密度梯度，尺寸，幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及燒結(jié)制品所希望得到的燒結(jié)后的相對(duì)密度。“燒結(jié)后的相對(duì)密度”指的是燒結(jié)體的相對(duì)密度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知道，對(duì)于任何特定的生坯，需要一些實(shí)驗(yàn)來(lái)確定其最優(yōu)的加熱和燒結(jié)條件。
依賴于所希望的燒結(jié)后的相對(duì)密度，可以將生坯在粗粉B的固相線溫度以上或者以下燒結(jié)。通常，在固相線溫度以下燒結(jié)會(huì)產(chǎn)生顯著低的燒結(jié)后的相對(duì)密度。無(wú)論怎樣，當(dāng)燒結(jié)溫度低于粉末B的固相線溫度時(shí)，與不存在粉末分?jǐn)?shù)A時(shí)相比，細(xì)粉A的存在會(huì)通過(guò)固態(tài)燒結(jié)使生坯致密化到一個(gè)更高的燒結(jié)后的相對(duì)密度。這樣，本發(fā)明使得生坯的燒結(jié)窗口的低溫端降低。
生坯可通過(guò)固相-超固相線液相燒結(jié)來(lái)燒結(jié)。參照?qǐng)D3A和3B，這里所描畫的生坯實(shí)施方案所進(jìn)行的固相-超固相線液相燒結(jié)與圖2A-C所描畫的有些不同。參照?qǐng)D3A，用放大表示的是加熱之前的生坯實(shí)施方案的一小部分60。小部分60包括細(xì)粉A的顆粒62和粗粉B的顆粒64。在細(xì)粉顆粒62和粗粉顆粒64之間的區(qū)域里的陰影表示的是顆粒之間的孔隙66。粗粉B的顆粒64被表示出每個(gè)都含有晶粒68。
參照?qǐng)D3B，生坯的小部分60的溫度已經(jīng)升高到了固相-超固相線液相燒結(jié)的溫度Tss，并在此溫度下保持了足夠的時(shí)間，使得因固相-超固相線液相燒結(jié)而發(fā)生了致密化。粗粉B的顆粒64部分熔融形成了液相70，其通過(guò)毛細(xì)作用進(jìn)入顆粒之間的區(qū)域，并將粗粉B的顆粒64拉近到一起。盡管不必將生坯中的孔隙全部都去除，小部分60中的孔隙66已經(jīng)被去除了，生坯已經(jīng)致密化。然而，在粗粉B的顆粒64之間的間隙中細(xì)粉顆粒62的存在，干擾了粗粉B的顆粒的晶粒68的運(yùn)動(dòng)，由此穩(wěn)定了整個(gè)生坯的結(jié)構(gòu)，甚至在Tss或許高于圖2C所示的情況中的Ts時(shí)，都阻礙了重力引起的產(chǎn)生塌陷的粘性流動(dòng)。
粗粉B可包含多于一種合金。這些情況下，可以通過(guò)將燒結(jié)溫度保持在粉末B的組元合金的最低固相線溫度以下，只通過(guò)固相燒結(jié)來(lái)使生坯致密化。固相-超固相線液相燒結(jié)可以在高于粉末B的組元合金的最低固相線溫度，而低于粉末B的組元合金的最低液相線溫度的溫度下進(jìn)行。更優(yōu)選的，固相-超固相線液相燒結(jié)可以在粉末B的每種組元合金的固相線/液相線溫度之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，這樣，每種這樣的合金都能為生坯的致密化提供液相。
細(xì)粉A也可以包括多于一種金屬或者合金。粉末A的每種金屬或者合金成分在燒結(jié)溫度下都基本上是固態(tài)的。
在燒結(jié)后，可通過(guò)傳統(tǒng)的方法對(duì)燒結(jié)體做進(jìn)一步的處理。例如，可以對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行熱等靜壓以得到進(jìn)一步的致密化。
實(shí)施例給出下面的非限定性的實(shí)施例，是為了進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡釋，而不是為了限定它的范圍。
實(shí)施例1用純銅粉(供應(yīng)商等級(jí)標(biāo)示，2000；純度99.0％)作相對(duì)較細(xì)的粉末A，用青銅合金(供應(yīng)商等級(jí)標(biāo)示，40P)作相對(duì)較粗的粉末B，制得A-B粉末混和物。該青銅合金的組成按重量百分比為9.23％的錫，0.0496％的磷，其余的為銅。這些銅粉和青銅粉都是球形粉末，從AcuPowder International，LLC，of Union，New Jersey，U.S.得到。用激光衍射顆粒尺寸分析儀測(cè)得的銅粉的平均顆粒尺寸大約為5微米，青銅粉的平均顆粒尺寸大約為118微米。所以，A-B粉的顆粒尺寸比為23.6。差示掃描量熱法測(cè)量表明青銅粉的固相線溫度為850℃，液相線溫度為1016℃。銅粉的熔點(diǎn)取作純銅的熔點(diǎn)，即大約為1083℃，其比青銅粉的液相線溫度超過(guò)了67℃。
采用12種不同的粉末混和物制成上端開放的容器化的生坯樣品，其中的銅粉和青銅粉的體積分?jǐn)?shù)的變化如表1中所示。
對(duì)于每種樣品，用實(shí)驗(yàn)天平稱取所需體積分?jǐn)?shù)等級(jí)的銅粉和青銅粉來(lái)制備。用Turbula攪拌器將這些粉末一起攪拌30分鐘。將這些粉末混和物倒入一個(gè)20ml的氧化鋁坩堝中輕叩(tapping)20下，從而容器化。這些開放式容器化了的粉末樣品就是實(shí)施例中的生坯。用質(zhì)量除以體積的方法測(cè)得生坯的絕對(duì)密度，由此計(jì)算出生坯的相對(duì)密度。對(duì)于每個(gè)樣品，這些值都在表1中列出。生坯相對(duì)密度隨著銅粉末積分?jǐn)?shù)的增加而增加，直到在銅粉的體積分?jǐn)?shù)為31％時(shí)達(dá)到峰值73.2％，然后再隨體積分?jǐn)?shù)的增加而降低。這些數(shù)據(jù)表明用摻合物2-6制成的生坯樣品具有的相對(duì)密度要顯著的高于現(xiàn)有技術(shù)的用摻合物1制得的生坯的相對(duì)密度，其只由不添加銅粉的青銅粉制成。
將這些樣品放入一個(gè)管式爐中，在由80％的氮?dú)夂?0％的氫氣構(gòu)成的氣氛中以5℃每分鐘的速度加熱到燒結(jié)溫度，并在此燒結(jié)溫度下保持30分鐘，然后冷卻到室溫。每個(gè)樣品燒結(jié)體的絕對(duì)密度用Archimedes法測(cè)量，由此計(jì)算出燒結(jié)體的相對(duì)密度?；趶较虺叽绲臏y(cè)量，計(jì)算出樣品燒結(jié)后的線性收縮率。
在700℃進(jìn)行的是低于青銅粉固相線溫度的固相燒結(jié)。表1中的數(shù)據(jù)表明燒結(jié)體的相對(duì)密度通常隨著細(xì)銅粉的體積分?jǐn)?shù)的增加而增加。表2中的數(shù)據(jù)表明燒結(jié)后的樣品的線性收縮率通常隨著細(xì)銅粉末積分?jǐn)?shù)的增加而增加。這表明一定體積分?jǐn)?shù)的細(xì)銅粉的加入提高了固相燒結(jié)的量。
將類似制備好的樣品在920℃下燒結(jié)。表1中的數(shù)據(jù)再次表明燒結(jié)后的樣品的相對(duì)密度通常隨著細(xì)銅粉的體積分?jǐn)?shù)的增加而增加。表2中的數(shù)據(jù)表明樣品的線性收縮率開始時(shí)隨著細(xì)銅粉末積分?jǐn)?shù)的增加而減小，直到在細(xì)銅粉的體積分?jǐn)?shù)為20％時(shí)達(dá)到大約為7.6％的最小值。在更高的細(xì)銅粉末積分?jǐn)?shù)下，收縮率通常隨著細(xì)銅粉末積分?jǐn)?shù)的增加而增加。這與固相燒結(jié)行為相比，所得到的未預(yù)料到的結(jié)果是在大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的青銅粉中加入了小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的銅粉，在固相-超固相線液相燒結(jié)過(guò)程中穩(wěn)定了生坯的尺寸，改善了致密化。
表1

表2

實(shí)施例2在實(shí)施例1中，在所測(cè)試的摻合物中，確定31％體積百分比的銅粉和69％體積百分比的青銅粉的粉末混和物(摻合物5)得到最高的生坯相對(duì)密度。在本實(shí)施例中，按照實(shí)施例1中描述的方法，用這種摻合物5的粉末混和物并使用青銅粉(摻合物1)制備了另外的生坯樣品。將這些樣品在從550℃到960℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，以確定其燒結(jié)溫度的敏感度。在燒結(jié)后對(duì)這些樣品的密度進(jìn)行測(cè)量，并列在表3中。
結(jié)果表明，在每個(gè)燒結(jié)溫度下，銅-青銅粉末混和物的樣品比青銅粉樣品燒結(jié)到更高的密度。這表明用摻合物5的樣品，可以在較低的溫度下得到所希望的相對(duì)密度。例如，對(duì)于青銅粉樣品，要得到80％的相對(duì)密度，需要930℃的燒結(jié)溫度，而銅-青銅粉混和物要得到這一密度只需在860℃下燒結(jié)。
這些結(jié)果表明，銅-青銅粉末混和物在比只含青銅粉末的樣品發(fā)生塌陷的溫度高20℃的溫度下，可以進(jìn)行固相-超固相線液相燒結(jié)而不會(huì)塌陷。因此，本實(shí)施例表明，通過(guò)讓生坯中含有細(xì)金屬粉/粗預(yù)合金化金屬粉的混和物(該粉末混合物要燒結(jié)到所希望的相對(duì)密度而不塌陷)，與只用粗的預(yù)合金化金屬粉制成的生坯的燒結(jié)溫度相比，在高溫和低溫端都擴(kuò)寬了。
表3

實(shí)施例3
用商業(yè)純鎳粉(羰基衍生的鎳粉)作相對(duì)較細(xì)的金屬粉A，用鎳合金(供應(yīng)商等級(jí)標(biāo)示Superbond 625)作相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉B。將它們制備成A-B粉末混和物。這種鎳合金是球形的，其組成按重量百分比為21％的鉻，9％的鉬，4％的鈮(columbium)，0.1％的碳，其余的為鎳，從ANVAL Inc.，of Rutherford，New Jersey，U.S.得到。純的鎳合金是球狀顆粒的，從Chemalloy Company，Inc.，of Bryn Mawr，Pennsylvania，U.S.得到。用激光衍射顆粒尺寸分析儀測(cè)得的純鎳粉的平均顆粒尺寸為大約10微米，鎳合金粉的平均顆粒尺寸大約為79微米。所以，A-B粉末的顆粒尺寸比大約為1∶8。差示掃描量熱法測(cè)量表明鎳合金粉的固相線溫度為1270℃，液相線溫度為1368℃。純鎳粉的熔點(diǎn)取作純鎳的熔點(diǎn)，即大約1453℃，其比鎳合金粉的液相線溫度高了85℃。
采用與實(shí)施例1中所描述的相同的方式，用17.3％的體積分?jǐn)?shù)為純鎳粉，82.7％的體積分?jǐn)?shù)為鎳合金粉的摻合混和物制成樣品。同樣也制備了只含有純的鎳合金粉的樣品。該摻合混和物的樣品的生坯相對(duì)密度為62.3％，而鎳合金粉樣品的僅為58.6％。
將這些樣品在管式爐中燒結(jié)。在氬氣和氫氣的混和氣氛下將其以5℃每分鐘的速度加熱到燒結(jié)溫度，并在此燒結(jié)溫度下保持30分鐘，然后冷卻到室溫。燒結(jié)溫度在1216℃到1365℃的范圍內(nèi)。用Archimedes法測(cè)量每個(gè)樣品燒結(jié)后的絕對(duì)密度，由此計(jì)算出燒結(jié)體的相對(duì)密度。數(shù)據(jù)在表4中列出。
結(jié)果表明，當(dāng)溫度低于鎳合金粉的固相線溫度1270℃時(shí)，兩種類型的樣品都進(jìn)行的是固相燒結(jié)。而摻合混和物樣品的相對(duì)密度要顯著高于鎳合金粉樣品的相對(duì)密度。
為了更好地理解本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的玻璃基體之間的區(qū)別，本實(shí)施例重現(xiàn)了WO98/31644公開文本第9頁(yè)第30～39行所公開的被稱作為“基質(zhì)”的水泥，即-煅燒高嶺粘土硅鋁酸鹽氧化物(Si2O5、Al2O2) 30份-硅酸鉀溶液(以重量計(jì))K2O26％，SiO221％，H2O53％25份-高爐爐渣(鈣蜜蠟石)平均晶粒尺寸8微米 27份-水31份現(xiàn)有技術(shù)的目的是原位制備二硅酸鈣Ca(H3SiO4)2，因此用電子顯微鏡檢查所得的水泥可能發(fā)現(xiàn)鈣蜜蠟石顆粒消失了，如在該公開文本的第7頁(yè)第13～20行可知“當(dāng)在顯微鏡(S.E.M.)下觀察用實(shí)施例1～10中描述的混合物所得到的水泥時(shí)，人們注意到，對(duì)于高爐爐渣來(lái)說(shuō)，大部分的爐渣晶粒消失了。人們只能看到它們由外殼包裹著的初始形狀的印跡，該外殼可能由不起反應(yīng)的鎂黃長(zhǎng)石構(gòu)成。該過(guò)程非常有規(guī)律，在室溫下可以在30分鐘內(nèi)完成。”該水泥的化學(xué)組成在表1中以氧化物的形式給出。表中特意省略了水的值。
表1

從氧化物摩爾值得出原子比Si∶Al1.65K∶Al 0.48Si∶K3.43Ca∶Al0.65Si∶Ca 2.53<p>實(shí)施例4在本實(shí)施例中，制備了700克的復(fù)雜形狀的燒結(jié)體。這種復(fù)雜形狀是含有旋曲(convoluted)的內(nèi)部通道的閥門。這種燒結(jié)閥的生坯前體通過(guò)3DP固相自由成型逐層堆疊技術(shù)制成，采用的是與實(shí)施例3中描述的相似的一種摻合粉末混和物，除了鎳粉的平均顆粒尺寸大約為8微米。這種粉末混和物用實(shí)施例3中描述的方法制備。
3DP(三維印刷)工藝可以直接用計(jì)算機(jī)模型制得生坯，不需要模具。該工藝通過(guò)逐層印刷的方法生成生坯，粉床支撐在一個(gè)可垂直定位的活塞上，在施加在粉床上的每個(gè)新粉層上，用計(jì)算機(jī)控制打印頭有選擇性的沉積短效粘結(jié)劑。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)模型采用斷層算法得到控制打印頭的信息。通過(guò)用打印頭往粉層上類似“噴墨”的打印粘結(jié)劑材料，將每個(gè)新施加的粉層各部分中的顆粒以及和前層中的粉末顆粒，有選擇性的連接到一起。當(dāng)打印頭有選擇性的掃描一遍后，粉床往下移，接著施加下一層并選擇性的打印粘結(jié)劑材料。重復(fù)該過(guò)程，直到制得完整的生坯形狀。在該工藝的最后，將生坯從剩余的粉床上分離下來(lái)，例如，通過(guò)倒掉松散的粉末。
在本實(shí)施例中，用來(lái)制備生坯的3DP系統(tǒng)是由Extrude HoneCorporation of Irwin，Pennsylvania，U.S.制造的RTP 300。使用了丙烯酸類聚合物粘結(jié)劑。生坯的相對(duì)密度測(cè)定為61.6％。
將生坯置于氣氛爐中。首先將生坯在由95％的氬氣和5％的氫氣組成的處理氣氛中，在500℃保持30分鐘，然后在950℃保持30分鐘，完成粘結(jié)劑去除和預(yù)燒結(jié)。然后將生坯在真空爐中以5℃每分鐘的速度加熱到燒結(jié)溫度1335℃，并在此溫度下保持45分鐘，然后冷卻到室溫。注意，所采用的1335℃的燒結(jié)溫度大約與實(shí)施例3中的鎳合金粉樣品發(fā)生塌陷時(shí)的溫度相同，參照表3。然而，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)體并沒(méi)有發(fā)生塌陷。燒結(jié)體的相對(duì)密度測(cè)定為大約92.5％。
將本實(shí)施例另外重復(fù)3次，每次得到的結(jié)構(gòu)基本相同。
本實(shí)施例所表明的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，沒(méi)有采用傳統(tǒng)的固相自由成型逐層堆疊技術(shù)常需要的浸滲操作，就得到了致密化。在這種浸滲操作中，將輔助的液態(tài)金屬由生坯外部的源通過(guò)毛細(xì)作用注入到生坯中的孔隙中。浸滲操作的免除，通過(guò)減少設(shè)備處理，時(shí)間和在爐中的時(shí)間，降低了總成本。還避免了技術(shù)困難以及困對(duì)生坯的打印骨架的浸滲腐蝕而帶來(lái)的廢棄成本。而且，最終制品的材料性能也不會(huì)由于浸滲劑的存在而折衷，因?yàn)楸景l(fā)明的實(shí)踐實(shí)施方案可以制得恰恰含有這種成分的粉末制品。
盡管該實(shí)施例是通過(guò)3DP方法進(jìn)行的，使用固相自由成型逐層堆疊技術(shù)的本發(fā)明的實(shí)施方案并不局限于此，而是包括所有已知的與使用金屬粉作為骨架構(gòu)筑顆粒相容的固相自由成型逐層堆疊技術(shù)。所以，實(shí)施方案包括，但不限于，如下的技術(shù)其中將光活化的光聚物粉末或者液體，含或者不含揮發(fā)性液體，混合或者噴到骨架構(gòu)筑顆粒上，然后將其以干的，噴涂的或者漿料的方式逐層淀積，以及可能的，在去除揮發(fā)性液體的中間步驟之后，接著通過(guò)選擇性的施加來(lái)自例如掃描激光器或者通過(guò)光波長(zhǎng)過(guò)濾掩模的光將其粘結(jié)在適當(dāng)?shù)奈恢米鳛樯鞔蛴」羌艿囊徊糠?，無(wú)論這些技術(shù)到此是否使用了金屬粉末作為骨架構(gòu)筑顆粒。然后可以將這些技術(shù)制得的生坯在合適的氣氛或者真空中加熱，以去除揮發(fā)性的粘結(jié)劑，然后燒結(jié)成致密的制品。
盡管僅僅給出和描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案，顯然，只要不脫離如下權(quán)利要求中所描述的本發(fā)明的主旨和范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做很多更改和完善。
權(quán)利要求
1.包括粉末金屬混和物的生坯，該混和物具有小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末，其中，該相對(duì)較細(xì)的金屬粉末在該生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下基本上是固態(tài)的，該相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末適合于超固相線液相燒結(jié)，且相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的平均顆粒尺寸比率至少為大約1∶5。
2.權(quán)利要求1中的生坯，其中，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末由兩種或者多種元素金屬或者金屬合金構(gòu)成，所述元素金屬或者金屬合金中的每種在該生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下都基本上是固態(tài)的。
3.權(quán)利要求1中的生坯，其中，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末由兩種或者多種金屬合金構(gòu)成，所述金屬合金中的每種都是適合于超固相線液相燒結(jié)的。
4.包括粉末金屬混和物的生坯，該混和物具有小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末，其中，所述的小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末由至少兩種平均顆粒尺寸逐級(jí)更小的子部分構(gòu)成，所述的這些逐級(jí)子部分中的每種都由在生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下仍基本上是固態(tài)的金屬粉末構(gòu)成，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末適合于超固相線液相燒結(jié)，這些逐級(jí)子部分中最粗的和相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的平均顆粒尺寸比率至少為大約1∶5，且每種較細(xì)的逐級(jí)子部分的平均顆粒尺寸與其之前挨著的較粗的逐級(jí)子部分的平均顆粒尺寸之間的比率至少為1∶5。
5.權(quán)利要求4中的生坯，其中，逐級(jí)子部分中至少一個(gè)由兩種或者多種元素金屬或者金屬合金構(gòu)成，所述元素金屬或者金屬合金中的每種在該生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下都基本上是固態(tài)的。
6.權(quán)利要求4中的生坯，其中，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末由兩種或者多種金屬合金構(gòu)成，所述金屬合金中的每種都是適合于超固相線液相燒結(jié)的。
7.一種制備具有擴(kuò)大了的燒結(jié)溫度范圍的生坯的方法，所述方法包括步驟a)將小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末混和到一起制成金屬粉末混和物；并b)由所述金屬粉末混和物成型生坯；其中相對(duì)較細(xì)的金屬在該生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下基本上是固態(tài)的，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末適合于超固相線液相燒結(jié)，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的平均顆粒尺寸比率至少為大約1∶5。
8.權(quán)利要求7中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括粉末容器化。
9.權(quán)利要求7中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括自由成型逐層堆疊技術(shù)。
10.權(quán)利要求9中的方法，其中自由成型逐層堆疊技術(shù)是三維印刷。
11.權(quán)利要求9中的方法，其中自由成型逐層堆疊技術(shù)是選擇性激光燒結(jié)。
12.權(quán)利要求7中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括金屬注射成型。
13.權(quán)利要求7中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括模壓。
14.權(quán)利要求7中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較細(xì)的金屬粉末，其中該相對(duì)較細(xì)的金屬粉末由多于一種元素金屬或者金屬合金構(gòu)成，所述的元素金屬或者金屬合金中的每種在生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下仍基本上是固態(tài)的。
15.權(quán)利要求7中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末，其中該相對(duì)較粗的預(yù)合金化金屬粉末由多于一種金屬合金構(gòu)成，所述金屬合金中的每種都是適合于超固相線液相燒結(jié)的。
16.一種制備具有擴(kuò)大了的燒結(jié)溫度范圍的生坯的方法，所述方法包括步驟a)將小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末混和到一起制成金屬粉末混和物；并b)由所述金屬粉末混和物成型生坯；其中所述的小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末由至少兩種平均顆粒尺寸逐級(jí)更細(xì)的子部分構(gòu)成，所述的這些逐級(jí)子部分中的每種都由在生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下仍基本上是固態(tài)的金屬粉末構(gòu)成，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末適合于超固相線液相燒結(jié)，所述逐級(jí)子部分中最粗的和相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的平均顆粒尺寸比率至少為大約1∶5，且每種較細(xì)的逐級(jí)子部分的平均顆粒尺寸與其之前挨著的較粗的逐級(jí)子部分的平均顆粒尺寸之間的比率至少為1∶5。
17.權(quán)利要求16中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括粉末容器化。
18.權(quán)利要求16中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括自由成型逐層堆疊技術(shù)。
19.權(quán)利要求18中的方法，其中自由成型逐層堆疊技術(shù)是三維印刷。
20.權(quán)利要求18中的方法，其中自由成型逐層堆疊技術(shù)是選擇性激光燒結(jié)。
21.權(quán)利要求16中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括金屬注射成型。
22.權(quán)利要求16中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括模壓。
23.權(quán)利要求16中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較細(xì)的金屬粉末，其中該逐級(jí)子部分的至少一個(gè)由兩種或者多種元素金屬或者金屬合金構(gòu)成，所述的元素金屬或者金屬合金中的每種在生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下仍基本上是固態(tài)的。
24.權(quán)利要求16中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末，其中該相對(duì)較粗的預(yù)合金化粉末由多于一種金屬合金構(gòu)成，所述金屬合金中的每種都是適合于超固相線液相燒結(jié)的。
25.一種生坯致密化的方法，所述的方法包括步驟a)將小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末混和到一起制成金屬粉末混和物；b)由所述金屬粉末混和物成型生坯；c)將生坯加熱到低于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的液相線溫度的燒結(jié)溫度；并d)將生坯在所述的燒結(jié)溫度下保持一段足夠長(zhǎng)的時(shí)間使生坯致密化；其中，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末在該生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下基本上是固態(tài)的，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末適合于超固相線液相燒結(jié)，且相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的平均顆粒尺寸比率至少為大約1∶5。
26.權(quán)利要求25中的方法，其中將生坯加熱到燒結(jié)溫度的步驟包括將生坯加熱到低于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的固相線溫度的燒結(jié)溫度。
27.權(quán)利要求25中的方法，其中將生坯加熱到燒結(jié)溫度的步驟包括將生坯加熱到介于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的固相線溫度和液相線溫度之間的燒結(jié)溫度。
28.權(quán)利要求25中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末，其中該相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末由多于一種金屬合金構(gòu)成，所述金屬合金中的每種都是適合于超固相線液相燒結(jié)的，并且，所述的將生坯加熱到燒結(jié)溫度的步驟包括將生坯加熱到低于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的每種金屬合金的液相線溫度的燒結(jié)溫度。
29.權(quán)利要求28中的方法，其中將生坯加熱到燒結(jié)溫度的步驟包括將生坯加熱到低于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末中每種金屬合金的固相線溫度的燒結(jié)溫度。
30.權(quán)利要求28中的方法，其中，所述的將生坯加熱到燒結(jié)溫度的步驟包括將生坯加熱到高于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末中每種金屬合金的固相線溫度的燒結(jié)溫度。
31.權(quán)利要求25中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較細(xì)的金屬粉末，其中該相對(duì)較細(xì)的金屬粉末由多于一種元素金屬或者金屬合金構(gòu)成，所述的元素金屬或者金屬合金中的每種在生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下仍基本上是固態(tài)的。
32.權(quán)利要求25中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括粉末容器化。
33.權(quán)利要求25中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括自由成型逐層堆疊技術(shù)。
34.權(quán)利要求33中的方法，其中自由成型逐層堆疊技術(shù)是三維印刷。
35.權(quán)利要求33中的方法，其中自由成型逐層堆疊技術(shù)是選擇性激光燒結(jié)。
36.權(quán)利要求25中的方法，其中所述的生坯成型步驟進(jìn)一步包括金屬注射成型。
37.權(quán)利要求25中的方法，其中所述的生坯成型步驟進(jìn)一步包括模壓。
38.一種使生坯致密化的方法，所述的方法包括步驟a)將小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末混和到一起制成一種金屬粉末混和物；b)由所述金屬粉末混和物成型生坯；c)將生坯加熱到低于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的液相線溫度的燒結(jié)溫度；并d)將生坯在所述的燒結(jié)溫度下保持一段足夠長(zhǎng)的時(shí)間使生坯致密化；其中所述的小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末由至少兩種平均顆粒尺寸逐級(jí)更細(xì)的子部分構(gòu)成，所述的這些逐級(jí)子部分中的每種都由在生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下仍基本上是固態(tài)的金屬粉末構(gòu)成，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末適合于超固相線液相燒結(jié)，所述逐級(jí)子部分中最粗的和相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的平均顆粒尺寸比率至少為大約1∶5，且每種較細(xì)的逐級(jí)子部分的平均顆粒尺寸與其之前挨著的較粗的逐級(jí)子部分的平均顆粒尺寸之間的比率至少為1∶5。
39.權(quán)利要求38中的方法，其中將生坯加熱到燒結(jié)溫度的步驟包括將生坯加熱到低于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的固相線溫度的燒結(jié)溫度。
40.權(quán)利要求38中的方法，其中將生坯加熱到燒結(jié)溫度的步驟包括將生坯加熱到介于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的固相線溫度和液相線溫度之間的燒結(jié)溫度。
41.權(quán)利要求38中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末，其中該相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末由多于一種金屬合金構(gòu)成，所述金屬合金中的每種都是適合于超固相線液相燒結(jié)的，并且，所述的將生坯加熱到燒結(jié)溫度的步驟包括將生坯加熱到低于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的每種金屬合金的液相線溫度的燒結(jié)溫度。
42.權(quán)利要求41中的方法，其中將生坯加熱到燒結(jié)溫度的步驟包括將生坯加熱到低于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的每種金屬合金的固相線溫度的燒結(jié)溫度。
43.權(quán)利要求41中的方法，其中，所述的將生坯加熱到燒結(jié)溫度的步驟包括將生坯加熱到高于相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末中每種金屬合金的固相線溫度的燒結(jié)溫度。
44.權(quán)利要求38中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較細(xì)的金屬粉末，其中該逐級(jí)子部分中至少有一種由兩種或者多種元素金屬或者金屬合金構(gòu)成，所述的元素金屬或者金屬合金中的每種在生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下基本上是固態(tài)的。
45.權(quán)利要求38中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括粉末容器化。
46.權(quán)利要求38中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括自由成型逐層堆疊技術(shù)。
47.權(quán)利要求46中的方法，其中自由成型逐層堆疊技術(shù)是三維印刷。
48.權(quán)利要求46中的方法，其中自由成型逐層堆疊技術(shù)是選擇性激光燒結(jié)。
49.權(quán)利要求38中的方法，其中所述的成型生坯步驟進(jìn)一步包括金屬注射成型。
50.權(quán)利要求38中的方法，其中所述的生坯成型步驟進(jìn)一步包括模壓。
51.一種逐層自由成型生坯的方法，所述的方法包括步驟a)將小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末混和到一起制成金屬粉末混和物；b)將順序施加的一系列金屬粉末層的每個(gè)金屬粉末層中的金屬粉末混和物的金屬粉末顆粒選擇性地結(jié)合到一起，以成型生坯；其中，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末在該生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下基本上是固態(tài)的，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末適合于超固相線液相燒結(jié)，相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的平均顆粒尺寸比率至少為大約1∶5。
52.權(quán)利要求51中的方法，其中將金屬粉末顆粒選擇性的結(jié)合到一起的步驟包括向金屬粉末顆粒上選擇性噴射短效粘結(jié)劑。
53.權(quán)利要求51中的方法，其中將金屬粉末顆粒選擇性的結(jié)合到一起的步驟包括用激光束對(duì)金屬粉末顆粒作選擇性掃描。
54.權(quán)利要求51中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較細(xì)的金屬粉末，其中該相對(duì)較細(xì)的金屬粉末由多于一種元素金屬或者金屬合金構(gòu)成，所述的元素金屬或者金屬合金中的每種在生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下基本上是固態(tài)的。
55.權(quán)利要求51中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末，其中該相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末由多于一種金屬合金構(gòu)成，所述金屬合金中的每種都是適合于超固相線液相燒結(jié)的。
56.權(quán)利要求51中的方法，其中將金屬粉末顆粒有選擇性的粘結(jié)到一起的步驟包括使用掩模，使金屬粉末顆粒選擇性地曝露于光。
57.權(quán)利要求56中的方法，其中，混和步驟包括制備金屬粉末混和物和揮發(fā)性的液體的漿料，其中，所述的順續(xù)施加的一系列金屬粉末層中至少有一個(gè)金屬層是以該漿料的形式施加的。
58.一種逐層自由成型生坯的方法，所述的方法包括步驟a)將小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末混和到一起制成金屬粉末混和物；b)將順序施加的一系列金屬粉末層的每個(gè)金屬粉末層中的金屬粉末混和物的金屬粉末顆粒選擇性地結(jié)合到一起，以成型生坯；其中所述的小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的金屬粉末由至少兩種平均顆粒尺寸逐級(jí)更細(xì)的子部分構(gòu)成，所述的這些逐級(jí)子部分中的每種都由在生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下仍基本上是固態(tài)的金屬粉末構(gòu)成，相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末適合于超固相線液相燒結(jié)，所述逐級(jí)子部分中最粗的和相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末的平均顆粒尺寸比率至少為大約1∶5，且每種較細(xì)的逐級(jí)子部分的平均顆粒尺寸與其之前挨著的較粗的逐級(jí)子部分的平均顆粒尺寸之間的比率至少為1∶5。
59.權(quán)利要求58中的方法，其中將金屬粉末顆粒有選擇性的結(jié)合到一起的步驟包括往金屬粉末顆粒上選擇性噴射短效粘結(jié)劑。
60.權(quán)利要求58中的方法，其中將金屬粉末顆粒有選擇性的結(jié)合到一起的步驟包括用激光束對(duì)金屬粉末顆粒作選擇性掃描。
61.權(quán)利要求58中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較細(xì)的金屬粉末，其中這些逐級(jí)子部分中至少有一種是由兩種或者多種元素金屬或者金屬合金構(gòu)成，所述的元素金屬或者金屬合金中的每種在生坯可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度下基本上是固態(tài)的。
62.權(quán)利要求58中的方法，進(jìn)一步包括如下步驟，提供相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末，其中該相對(duì)較粗的預(yù)合金化的金屬粉末由多于一種金屬合金構(gòu)成，所述金屬合金中的每種都是適合于超固相線液相燒結(jié)的。
63.權(quán)利要求58中的方法，其中將金屬粉末顆粒有選擇性的結(jié)合到一起的步驟包括使用掩模，使金屬粉末顆粒選擇性的曝露于光。
64.權(quán)利要求63中的方法，其中，混和步驟包括用制備金屬粉末混和物和揮發(fā)性的液體的漿料，其中，所述的順續(xù)施加的一系列金屬粉末層中至少有一個(gè)金屬層是以該漿料的形式施加的。
全文摘要
公開了包括A－B粉末混和物的生坯，這種生坯的制造方法以及與其相應(yīng)的燒結(jié)體。A－B粉末混和物由小體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較細(xì)的粉末A(62)和余量的大體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)較粗的預(yù)合金化的粉末B(64)構(gòu)成，其中，A－B粉末的平均顆粒尺寸比率至少大約為1∶5。金屬粉末A由一種或者多種熔點(diǎn)或者固相線溫度高于該A－B粉末混和物可以燒結(jié)而不塌陷的最高燒結(jié)溫度的元素金屬或者合金構(gòu)成。預(yù)合金化的金屬粉末B由一種或者多種適合于超固相線液相燒結(jié)的合金構(gòu)成。由A－B粉末制成的生坯比單獨(dú)由預(yù)合金化的金屬粉末B制成的坯體具有更寬的燒結(jié)溫度范圍。
文檔編號(hào)B22F1/00GK1649688SQ02829489
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2002年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月12日
發(fā)明者劉建新, M·L·賴尼爾森 申請(qǐng)人:美國(guó)擠壓研磨公司