JP2002512882A

JP2002512882A - 硬質表面形成性材料を基体に施用する方法

Info

Publication number: JP2002512882A
Application number: JP2000545654A
Authority: JP
Inventors: アイアコッカ、ロナルド、ジー; シバラマン、カルティク; ラル、アナンド; ジャーマン、ランドール、エム
Original assignee: ペンステイトリサーチファウンデイション
Priority date: 1998-04-25
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2002-05-08
Also published as: AU3862599A; EP1082180A4; WO1999055470A1; US6436470B1; EP1082180A1

Abstract

(57)【要約】基体に粒子状材料を施用する改良された方法は、広義には、基体の表面から不純物を除去し、結合用材料及び少なくとも一種の粒子状材料を有する被覆性組成物を形成し、前記被覆性組成物を前記基体表面に施用し、そして前記基体と、結合用材料及び粒子状材料との間に拡散結合を生じさせ、前記基体と粒子状材料との間の機械的諸特性の変化が前記基体表面の面に対し直角な方向に起きるように前記基体表面と粒子状材料との間に連続界面を形成し、それにより前記基体と粒子状材料との間の残留歪み及び熱膨張係数不整合を最小にし、前記粒子状材料の個々の粒子の表面が前記結合用材料により化学的に濡らされており、それにより前記粒子状材料と前記結合用材料とが前記基体表面上の層を構成する、工程からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、一般には硬質表面形成性(hard-facing)被覆；一層詳しくは基体に
被覆層を施用するための改良された方法；に関する。

【０００２】（背景技術）油圧シリンダーの寿命及び信頼性は、屡々シリンダー孔の内部表面上の硬化耐
摩耗性被覆を有することに依存する。この被覆は耐摩耗性を与え、ピストンヘッ
ド及びシールのための耐久能力を与える。ピストンロッドは、使用中かなりの側
面負荷を受け、屡々孔壁とピストンヘッドとの間の動的金属対金属接触を引き起
こす。更に、摩耗粒子がピストンシール中に蓄積する。ピストンが何百万回も往
復すると、これらの取り込まれた粒子が孔表面仕上げをひどく劣化し、それが内
部漏洩を増大し、摩耗を加速する働きをする。孔壁に硬化保護被覆を与えること
により、作動装置の寿命を劇的に増大することができる。

【０００３】そのような硬化被覆を与える一般的方法は、シリンダー孔にクロムを電着する
ことである。クロムは希望の機械的耐摩耗性を与えるが、その使用に伴う数多く
の問題が存在する。第一に、電気メッキ法は基体の水素脆化を起こし、それが表
面材料の疲労強度を低下する。第二に、必要な寿命を与える点まで応力レベルを
減少させるのに必要な肉厚の増大は、部品の重量をかなり増大する。第三に、ク
ロム処理は環境問題を与えることが認識されている。米国では環境保護局がメッ
キ工場での排水処理に対する規制を強化しつつある。このことはメッキコストを
増大する結果になっている。政府は別の被覆材料を開発することを目的とした活
動も開始している。第四に、クロムメッキの使用は、作動装置の製造業者に大き
な循環コストを与えている。被覆は均一に施用されないので、クロムの蓄積が過
剰の厚さを、特に縁及び角に与えることがあり、それは除去されなければならな
い。これらの過剰の蓄積物を研磨除去するのにかなりの費用がかかる。更に別の
因子は、電気メッキ工程による疲労損傷を特徴付け、許容可能な目標応力レベル
を決定することに向けて現在努力が払われていることである。

【０００４】従って、これらの問題を克服したやり方で、シリンダー孔壁のような基体上に
硬質表面被覆を与える改良された方法を与えることが一般に望ましいであろう。

【０００５】（発明の開示）本発明は、限定のためではなく、単なる例示のために記載する態様（単数又は
複数）の対応する部品、部分又は表面に関し、粒子状物質を基体に施用する改良
された方法を与える。この改良された方法は、広義には、基体の表面から不純物
を除去し、結合用材料及び少なくとも一種の粒子状材料を有する被覆性組成物を
形成し、前記被覆性組成物を前記基体表面に施用し、そして前記基体と、結合用
材料及び粒子状材料との間に拡散結合を生じさせ、前記基体と粒子状材料との間
の機械的諸特性の変化が前記基体表面の面に対し直角な方向に起きるように前記
基体表面と粒子状材料との間に連続界面を形成し、それにより前記基体と粒子状
材料との間の残留歪み及び熱膨張係数不整合を最小にし、前記粒子状材料の個々
の粒子の表面が前記結合材料により化学的に濡らされており、それにより前記粒
子状材料と前記結合用材料とが前記基体表面上に層を構成する、工程からなる。

【０００６】不純物は、基体表面から、熱分解、化学的分解、電解分解、イオンによる流れ
（オブレーション, oblation)、特に高エネルギービーム、超音波、溶解(fluxin
g)による流れ、又は或る他の特定化しない手段又は方法により除去することがで
きる。

【０００７】被覆性組成物は、基体表面に、噴霧、浸漬、施用、テープ注型(tape-casting)
、又はある他の特定化しない技術により施用する。

【０００８】被覆性組成物は、有機結合剤を含有していてもよく、粒子状材料は、炭化タン
グステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、二硼化チ
タン（ＴｉＢ₂）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、炭化モリブデン（Ｍｏ₂Ｃ、Ｍｏ
Ｃ、Ｍ₃Ｃ₂）、硼化クロム（ＣｒＢ₂）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンド、
二硼化ハフニウム（ＨｆＢ₂）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、及び炭化タンタ
ル（ＴａＣ）からなる群から選択された材料を含んでいてもよい。

【０００９】基体と粒子状材料との間の機械的諸特性は、界面の平面に対し直角な方向に沿
って非急激的に滑らかで連続的に変化しているのが好ましい。

【００１０】基体は、インコネル、１５−５ＰＨステンレス鋼、又は他の材料からなってい
てもよい。

【００１１】従って、本発明の一般的目的は、基体に粒子状材料を施用する改良された方法
を与えることにある。

【００１２】別の目的は、基体に硬質表面形成性材料を施用する改良された方法を与えるこ
とにある。

【００１３】別の目的は、そのような方法で用いるための改良された被覆性組成物を与える
ことにある。

【００１４】これら及び他の目的及び利点は、前述したこと、これから記載する明細書本文
、図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

【００１５】（好ましい態様についての説明）最初に、幾つかの図面全体に亙って同じ構造部材、部分又は表面を首尾一貫し
て指示するために、同じ参照番号を用いていることを明確に理解すべきであり、
そのような部材、部分又は表面は本明細書全体に亙って更に記載又は説明されて
おり、この詳細な説明はそれと一体になった部分である。別に指示しない限り、
図面（例えば、陰影部分、部品の配列、割合、度数等）は明細書と一緒に読み取
るべきものであり、本発明の全記載の一部分と考えられるべきものである。次の
記載中に用いられる用語「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、及び「
下」、の外、それらの形容詞及び副詞的用語（例えば、「水平的に」、「右方向
に」、「上方に」、等）は、特定の図面を読者の方から見て、例示した構造の位
置方向を単に指している。同様に、用語「内側に」及び「外側に」は、一般に適
当に長手方向の軸、又は回転軸に対し、表面の位置方向を指している。また、同
等の記号を完全化学名を短縮した表現として用いている。

【００１６】粉末射出成形（ＰＩＮ）は、複雑な幾何学的形態を有する大きな体積の部品を
製造するための確立された製造方法である。材料の可撓性、優れた機械的諸特性
、及びＰＩＮの正確な表面仕上げは、それを多くの用途に充分適したものにして
いる。製造操作の複雑性のためこの進歩した技術を必要としない場合、重合体／
粉末混合物は他の成形方法で用いることができる。

【００１７】粉末射出成形のような結合剤を補助とした成形方法は、型空洞を満たすために
圧力を必要とする操作に重点が置かれている。しかし、射出成形により与えられ
る程の精度は与えないが、結合剤補助成形の概念を借りた他の方法が開発されて
きた。そのような方法には、硬質表面を形成する用途のためのテープ注型、及び
簡単な幾何学的形態のものを形成するための遠心成形が含まれる。

【００１８】テープ注型は、超合金基体上に炭化タングステンの厚い単一層を付着させるた
めに開発され、この場合２．５ｍｍの厚さで被覆面積は１５５０ｃｍ２を越えて
いる。遠心成形は航空機エンジン修理のためのろう(braze)前成形体を形成する
のに用いられる型圧縮プロトコルを拡張するために開発された。施用するために
用いられている型圧縮プレスは、５００，００ｋｇ（５５０ｔ）の最大能力を有
する。航空機エンジン設計者により開発された部品はこの能力を越えることがあ
る。従って、それに代わる成形方法が求められていた。この方法は現在存在する
方法と両立できなければならないので、合金化学は一定にしてある。最終目的は
、同様な密度を有する両立可能な未焼成部品を製造することである。粉末前成形
体は、高融点ニッケルベース(nickel-based)粉末及び低融点ニッケルベース材料
から構成されている。

【００１９】一つの目的は、インコネル６００基体のための炭化タングステン・ニッケルろ
う複合体被覆を開発することであった。全体的計画は５段階の研究に分割された
：（ａ）文献調査、（ｂ）実験計画、（ｃ）テープ注型シート製造、（ｄ）結合
方法の最適化、及び（ｅ）硬質表面材料の腐食及び摩耗性についての評価。

【００２０】背景炭化タングステンは、硬度及び耐摩耗性が大きいため、工具工業で広範に開発
されてきた（参考文献Ｎｏ．１）。しかし、炭化タングステンの処理は困難であ
る。なぜなら、それは耐熱性材料であり、高温での固体焼結により緻密化するこ
とができないからである。従って、低温で材料の緻密化を促進するため、ベース
中に結合剤相を混入する。その複合体の固化は、結合剤相の融点より高く粉末を
加熱することにより達成される。大きな体積分率の炭化タングステンを含む完全
に緻密化した焼結炭化物(超硬合金, cemented carbide)を得るために加圧補助焼
結が用いられている。炭化タングステンの溶解を防ぐため、液体形成温度は充分
低くすべきである。

【００２１】結合剤相を使用することは緻密化法に限定されるものではない。炭化物の性質
は、結合剤相の性質及び組成によって調整することができる（参考文献Ｎｏ．１
、２）。結合剤相は、複合体の靭性、展性、硬度及び耐摩耗性に影響を与える（
参考文献Ｎｏ．１〜３）。結合剤相の適合性は、最終的焼結炭化物に望まれる機
械的諸特性により左右される。

【００２２】従来の焼結炭化物は、屡々結合剤相としてコバルトを含有する。なぜなら、そ
れは希望の性質要件を満たすからである。結合剤は必要な靭性及び展性を与え、
炭化物の融点よりも遥かに低い温度で焼結炭化物の生成を促進する（参考文献Ｎ
ｏ．３）。しかし、コバルトは戦略的な材料であり、従って高価で比較的稀であ
る。結合剤相としてのコバルトの代替物を見出す初期の試み（参考文献Ｎｏ．４
）にも拘わらず、製造は実験室的規模の試作に大きく限定されてきた。

【００２３】代替材料を使用することについての主な制約は、不適切な機械的諸特性が生ず
ることに起因する。硼素及び珪素のような低融点成分と一緒にした鉄及びニッケ
ルが、結合剤相のための主な候補材料である。コバルト焼結炭化物に匹敵する機
械的諸特性が、Ｆｅ／Ｎｉ合金及びコバルトと組合せたその合金で達成された（
参考文献Ｎｏ．３、４）。実現された付加的利点は、結合剤相が加熱処理できる
ことである。しかし、低融点成分（例えば、硼素）を添加することが、低温での
液相焼結を促進するために必要であると思われていた。

【００２４】アロンソン(Aronsson)その他（参考文献Ｎｏ．１）は、粉砕中、炭化タングス
テン粒子間のＮｉベース結合剤の分布が悪く、低い緻密化及び大きな多孔度を与
える結果になることを報告している。結合剤の均一な分布は、個々の炭化タング
ステン粒子の間で結合剤が溶融して液体膜を形成するのを促進し、それが緻密化
を促進するので望ましい（参考文献Ｎｏ．６）。この問題は、結合剤相の重量分
率が低い時に、現在のプロジェクトでは一層顕著になる。初期混合物中に結合剤
相の凝集物が存在すると有害であり、低い分布と同様な効果を与える（参考文献
Ｎｏ．７）。比較的粗い結合剤粉末を利用できることはこの問題を打ち消すであ
ろう。しかし、良好な初期充填密度を与えるためには、炭化物粉末と一緒にする
粒径を調節しなければならない。

【００２５】上の節で、コバルトに対する可能性のある代替物である結合剤相を要約して述
べた。これらのベースの利点は、それらが安価で容易に入手することができるこ
とである。種々のベースについて得られた微細構造は、結合剤と炭化物相との間
の優れた結合を示している（参考文献Ｎｏ．１〜５、１０）。

【００２６】レーバック(Roebuck)その他により、機械的諸特性及び耐酸化性を改良するた
めの炭化タングステン焼結炭化物中のコバルトの代替物としてＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ
が研究された（参考文献Ｎｏ．１４）。Ｍｏを存在させると、同等の炭化タング
ステン／コバルト焼結炭化物と比較して、与えられた硬度で増大した靭性と共に
、酸性及びアルカリ性の両方の媒体中での腐食抵抗を改良する結果を与える。Ｍ
ｏは、炭化タングステンと結合剤相（ニッケル相）の両方に分配されることが観
察されている。初期の文献（参考文献Ｎｏ．１５）では、同じ著者が溶浸法を用
い、Ｃｏ及びＮｉ合金結合剤を用いて炭化タングステン硬質合金を製造すること
を論じている。その方法は、合金元素を既に緻密化した焼結炭化物中へ、その合
金添加剤を表面上に置いて１５００℃で０．５時間浸透させることにより配合す
ることを含んでいる。このやり方で結合剤について種々の組成を持つ溶浸炭化物
を生成させることができる。結合剤に必要な性質は、液相焼結で必要なものと同
様であり、即ち結合剤は液体で、溶浸温度で炭化物を濡らすべきである。この方
法は、結合剤相として種々のＣｏ及びＮｉ合金を用いて炭化タングステンの合理
的に均一な微細構造を得るのに成功している。研究した結合剤相には、純粋Ｎｉ
、Ｎｉ−Ｗ−Ｃ合金、Ｎｉ₃Ａｌ、Ａｌ₃Ｎｉ、及びＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ
、Ｃ及びＡｌとの合金が含まれている。表１には、そのような３種類のＮｉ合金
溶浸硬質合金の結合剤組成、結合剤含有量、及び硬度を列挙してある。

【００２７】

【００２８】比較のため幾つかの標準的組成物についての情報が表２に与えられており、炭
化タングステンの粒径の減少及び結合剤含有量の減少が硬度の増大をもたらす効
果も示されている。

【００２９】

【００３０】レーバックその他（参考文献Ｎｏ．１５）は、複雑なニッケルベース合金結合
剤相を有する硬質合金を製造することができることを明確に示している。彼らは
Ｎｉ、Ｃｒ、及びＡｌを含有する結合剤相中にγ′析出物（即ち、Ｎｉ₃Ａｌ）
が存在することを検出している。これら析出物は機械的諸特性にとって有利であ
る。更に、高い溶浸温度にも拘わらず、高度に合金化した結合剤相を有する試料
中には炭化タングステンの過度の粒子成長は見られなかった。このことは、恐ら
く結合剤中のＷＣイオンの溶解度が限定されているために、合金用添加剤が粒子
成長を阻止していることを意味している。アロンソン及びパスター(Pastor)（参
考文献Ｎｏ．１）は、Ｃｒ−Ｎｉに富む結合剤相を、良好な耐食性のため屡々用
いたことを報告している。更に、彼らは、ニッケルベース焼結炭化物と同様な組
成物も試験し、満足すべき結果が得られたことを報告している。

【００３１】耐摩耗性及び耐食性を向上させるため、ニッケルベース合金を粉末状で使用し
、種々の硬質表面形成性法により施用した（参考文献Ｎｏ．１６）。これらの合
金は典型的には、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｂ、Ｓｉを含み、屡々少量のＣ及びＦｅも含んで
いた。Ｂ及びＳｉの両方は、ニッケル又はニッケル固溶体と低融点共融物を形成
する。慣用的焼結炭化物に対し、これら合金の低い融点は、加工し易くするため
利点になっている。硼素及び珪素は脱酸剤として働き、被覆材料の性質を改良し
、基体への結合性を改良する外、共融液体の形成によりＮｉ及びＣｒのための溶
融温度降下剤として働く。両方共、被覆工程中、基体中に拡散すると予想されて
いる。

【００３２】ニッケルベース合金（それらの組成及び溶融範囲は表３に与えられている）と
、炭化タングステン、ＴｉＣ、及び（Ｗ、Ｔｉ）Ｃとの混合物を鋼試料上に付着
し、真空炉中で処理して被覆にした。それらは比較的高い結合剤含有量（５０〜
７０重量％）を用いていた。なぜなら、その中の結合剤の摩耗抵抗が極めて良好
であると予想されたからである。

【００３３】

【００３４】ノテック(Knotek)その他（参考文献Ｎｏ．１６）は、大きな炭化物含有量、低
い処理温度、及びその処理温度での短い保持時間で、最良の硬度及び耐摩耗性を
得ている。温度を上昇し、保持時間を長くすると、η炭化物（即ち、Ｎｉ₂Ｗ₄Ｃ
及び微量のＦｅ₃Ｗ₃Ｃ）の狭い層が炭化物の表面上に形成された。更に、基体か
らのＦｅもマトリックス相中に拡散した。炭化物粒子の周りのη炭化物層の形成
は、結合剤と炭化物との間に脆い破壊を起こした。

【００３５】合金ＨＦＡ２は、ＨＦＡ１よりも大きなＢ及びＳｉ含有量を持っている。この
合金は、合金ＨＦＡ１と比較して、炭化物を一層溶解し、Ｎｉ₂Ｗ₄Ｃの形成を起
こした。更に、一般にそれら両方の合金について、処理温度及び時間を増大する
ことにより炭化物の形成が加速された。両方の合金との混合物に同じ熱処理を与
えると、ＨＦＡ１では、多量の炭化タングステンが残り、η炭化物は殆ど形成さ
れなかった。一方、ＨＦＡ２では、炭化タングステンは殆ど完全に溶解し、Ｎｉ ₂ Ｗ₄Ｃを形成した。

【００３６】Ｎｉ（及びニッケルベース合金）と炭化タングステンとの間の濡れは、極めて
良好である。二つの間の接触角が００であることは、ノテックその他（参考文献
Ｎｏ．１６）により、炭化タングステンとＮｉとの合金化に起因するものとされ
た。更に、彼らは、凝離を防ぐため（Ｗ、Ｔｉ）Ｃ組成物を使用することも示し
ている。純粋な炭化タングステンは下方に沈降する傾向があるのに対し、純粋な
ＴｉＣは浮く傾向がある。

【００３７】炭素の存在は、焼結炭化物の開発にとって、第一に重要なことである。炭素含
有量が不充分であると、脆いη相の形成をもたらす。η相は二重炭化物であり、
その組成は用いた結合剤相に依存する（例えば、Ｃｏ結合剤の場合にはＣｏ₃Ｗ₃ Ｃ、鉄ベース結合剤の場合にはＦｅ₃Ｗ₃Ｃ）。その存在は機械的諸特性に悪影響
を与え、脆弱な性質の原因になる。η相の形成は、低炭素オーステナイトの存在
で炭化タングステンが不安定になることによって起きる。炭化タングステンは破
壊され、オーステナイトと反応してη相を形成する。硬度は、炭化タングステン
の形成だけをもたらすＣ含有量のため最大になる。過剰の炭素は遊離黒鉛を存在
させる結果になり、それは炭化物の強度及び硬度を低下する。モスコウィッ(Mos
kowitz)（参考文献Ｎｏ．４）は、彼のＦｅ／Ｎｉ結合剤ベースについて最適炭
素含有量が４．９％であることを見出している。希望の炭素含有量は、化学分析
により全炭素、タングステン及び鉄の含有量を計算することにより確かめること
ができる。Ｎｉが存在すると、η形成を防ぐのに必要な炭素必要量を減少する。
この効果について著者は何も理由を与えていないが、Ｎｉがマトリックスと炭化
物との反応を妨ぐことを仮定することができる。ＴａＣ及びＶＣを添加すると、
材料の硬度及び耐摩耗性を増大する。それらの効果は、低い結合剤含有量に対し
て一層顕著になる（参考文献Ｎｏ．５）。

【００３８】充填金属を用いて基体にセラミック又は炭化物をろう付けすることが屡々異な
った用途のために用いられている。適切なろう付け操作についての情報は、有効
な技術及び適当な充填材料の完全な意味を与えるために含まれている。ろう付け
方法では、セラミックと金属との異なった膨張及び収縮、及び接合部の性質に対
して得られる影響が、主な関心事になっている。

【００３９】ロバーツ(Roberts)（参考文献Ｎｏ１７）は、ドリル工具に施用するために炭
化タングステン（Ｃｏ焼結）と鋼との充分にろう付けした接合部を製造するのに
必要な基準を与えている。ろう付けは、炭化物とその支持用鋼物体とを接合する
好ましい方法であることが報告されている。更に、銀ベース合金は、それらの低
い溶融温度、優れた濡れ性、及び良好な機械的諸特性のため最も普及しているこ
とが報告されている。これらの合金は、一般にＣｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｎｉ及びＭｎ
を含み、６４０〜８４０℃の範囲の温度で機能する。銀の価格が高いことを考慮
して、銅ベースろう合金も用いられている。これらの合金は、典型的にはＣｕ、
Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＺｎを含んでおり、８７０〜１１００℃の温度で機能する
。ろう充填剤の必要条件の一つは、鋼と炭化タングステンとの膨張係数の差によ
り生ずる応力を吸収することができるように充分厚いことである。銀ベース合金
、Ａｇ₇₁Ｃｕ₂₇Ｔｉ₂も、Ｓｉ₃Ｎ₄とインコネル６００とをろう付けするために
充填金属としてチェン(Chen)等により用いられている（参考文献Ｎｏ．１８）。
彼らの研究はインコネルと充填金属との間の界面に集中している。それら二つの
間の結合機構は、Ａｇ及びＣｕ合金がインコネル６００の粒子界面中へ拡散し、
機械的に固定される結果になることに起因する。他の研究として、カング(Kang)
等の（参考文献Ｎｏ．１９）は、Ｓｉ₃Ｎ₄ベースセラミックと、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金を結合するためにろう合金としてＡｕ−１８％Ｎｉ、及びＡｇ−２８重量
％Ｃｕを、それらの展性及び耐酸化性のために用いている。ろう付けされた接合
部の機械的諸特性は、適度なものであることが報告されている。

【００４０】マクダーミット(McDermid)等の（参考文献Ｎｏ．２０）は、ニッケルベースろ
う合金ＢＮｉ−５（Ｎｉ−１９Ｃｒ−１０Ｓｉ）を用いて、新型熱機関に施用す
るためにインコネル６００に反応結合ＳｉＣを接合することに関して研究を行な
った。銀ベース及び銅ベースろう合金は、それらの融点が低いために、含まれる
高温を考慮すると、そのような用途には不適切であった。著者等は直接ろう付け
及び複合体中間層接合の両方を用いた。冷却中に発生するセラミックと金属との
間の熱膨張係数（ＣＴＥ）不整合による応力を減少させるため、α−ＳｉＣ及び
ＢＮｉ−５の粉末混合物からなる複合体中間層を用いた。両方の方法で、液体充
填金属は反応結合ＳｉＣの遊離Ｓｉと反応し、Ｎｉ−Ｓｉ液体を形成した。この
液体が、今度は反応結合ＳｉＣとインコネル６００との両方の劣化を起こす結果
になった。更に、その複合体中間層を用いると、溶融充填金属がα−ＳｉＣ粉末
を分解し、Ｎｉ−Ｓｉ液体を形成し、それが反応結合ＳｉＣとインコネル６００
層と反応する。これにより、ニッケルベースろう合金とこの場合のセラミックと
の反応のため、反応結合ＳｉＣとインコネル６００とを接合するのにそれを用い
てはならないことが結論された。

【００４１】表４は、上の節で論じた種々の結合剤相の性質を要約したものである。

【００４２】

【００４３】焼結した性質は、結合剤相組成によって影響され、その結合剤相が今度は最終
的微細構造及び多孔度の大きさに影響を与える。鉄ニッケル合金は処理温度を低
下する働きをし、炭化タングステンとは反応しない。ニッケルはマルテンサイト
相を安定化し、開発された炭化物の耐食性を改良するのに必須である（参考文献
Ｎｏ．５）。更に、鉄の存在は結合剤ベースを熱処理可能にする。Ｆｅ−Ｎｉ結
合剤は炭化物粒子の粗大化を防ぎ、炭化タングステン−コバルトと比較して微細
な粒子を与え、優れた機械的諸特性を生ずる結果になる（参考文献Ｎｏ．３）。
ステンレス鋼焼結炭化物は、Ｆｅ−Ｃ−ＮｉＭｏＢベース合金よりも微細な粒径
を示す。従って、ステンレス鋼焼結炭化物では一層大きな密度が達成される（参
考文献Ｎｏ．１０）。ファルーク(Farooq)及びデイビース(Davies)（参考文献Ｎ
ｏ．１１、１２）は、更に結合剤相の粒径範囲が狭いことが、最終的焼結密度を
改良することを見出している。ステンレス鋼を使用することは材料の焼結密度、
機械的諸特性、及び耐食性を改良するのに役立つ。唯一の欠点は、高い焼結温度
が必要になることに伴われている（参考文献Ｎｏ．１０〜１２）。

【００４４】一般に、結合剤含有量を増大すると、材料の靭性及び抗折力を改良するが、硬
度及び耐摩耗性を低下する。

【００４５】表５は、種々の合金添加剤を含む修正結合剤に伴われる性質を列挙したもので
ある。

【００４６】

【００４７】ビシュワンダム(Vishwandham)その他（参考文献Ｎｏ．１３）は、Ｎｉベース
結合剤合金にＡｌ添加を行なった。これは、マトリックスに分散硬化を与えるγ
相の析出により優れた性質を生ずる結果になった。従って、硬度及び耐摩耗性の
増大が得られた。プラカッシュ(Prakash)その他（参考文献Ｎｏ．３）は、その
ベースの合金にＭｏ及びＴｉを添加した場合について同じ効果が観察されること
を見出している。Ｍｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金にコバルトを添加すると、Ｆｅ−Ｎｉ中
のＭｏの溶解度を低下し、それにより分散相の量が増大することにより機械的諸
特性が更に改良された。Ｍｏ₂Ｃ及びＣｒ₃Ｃ₂は、材料の粒径を減少することに
より焼結炭化物の硬度を増大する。同様な効果は、結合剤合金にＶＣ添加をした
場合にも観察されている（参考文献Ｎｏ．２）。

【００４８】実験計画材料の実際的使用中の炭化タングステン剥離を防ぐために、炭化タングステン
とニッケルろうとの間に良好な界面結合が行われていることが望ましい。前に述
べたように、その問題に対する鍵は良好な濡れ性である。濡れ性は、炭化タング
ステン−ニッケルろう混合物圧縮物をろう合金の液相温度より高い温度で焼結す
ることにより試験することができる（この場合ニッケルろう合金は、液相として
のみ存在する）。濡れ性が悪いと圧縮物の膨張を引き起こし、圧縮物から液体が
滲出する結果になる。滲出した液体は圧縮物の表面に小さな球状のボールとして
表われる。この処理工程は、更に処理するのに適したろう合金を分離するのに役
立つ。

【００４９】炭化タングステン−ニッケルろう複合体は、二つの異なったやり方で開発する
ことができる。第一の方法は、炭化タングステン−ニッケルろう混合物をニッケ
ルろうの液相温度より高い温度で焼結し、液体相の存在下でその材料を緻密化す
ることができることを含んでいる。この方法の限界は、ニッケルろうと炭化タン
グステンとの相対的粒度及び密度の影響が、混合及び溶浸中に顕著になることで
ある。ニッケルろう粉末は、機械的諸特性を向上させるのに一層微細な粒径であ
るのが好ましい炭化タングステンとは反対に、比較的粗い粒径範囲で一般に利用
される。このことは、混合中に凝離をもたらすことがある。一層重要なことは、
粉末粒径に伴われる焼結問題である。溶融した時、ニッケルろうは大きな孔（そ
れが最初に占めていた部位）を後に残し、一層小さな孔を埋めることがある。こ
のことは焼結工程の完了時に低い緻密化をもたらすであろう。

【００５０】他の方法は、ニッケルろう液体による炭化タングステン多孔質前成形体を選択
的に溶浸することにより炭化タングステン・ニッケルろう複合体を製造すること
を含んでいる。テープ注型シートの形のニッケルろう及び炭化タングステンは、
互いに積み重ねられており、ニッケルろうの液相温度より高い温度で焼結されて
いる。炭化タングステンシート中へのニッケルろう液体の毛細管及び重力により
引き起こされる溶浸により緻密化が達成される。この方法は、ニッケルろう粒子
の大きさによって限定されるものではない。なぜなら、それは溶浸前に液体にな
っているからである。この方法による別の利点は、炭化タングステンテープ注型
シートの気孔孔径を調節することにより、均質な複合体を生成させることができ
ることである。

【００５１】結合工程は、インコネル基体と炭化タングステンとの間の結合剤としてニッケ
ルろう合金を必要とする。ろう合金と基体との間の界面接合部の液体は、界面亀
裂を与えることがある弱い領域の発生を少なくするため最低限にすべきである。
三つの概略的構成が、図１〜３に描かれている。図１では、予め形成された炭化
タングステン・ニッケルろう複合体をインコネル基体上に置き、ニッケルろう液
相温度より高く加熱する。複合体中のニッケルろうとインコネルとの間の反応に
より結合が達成される。図２には、頂部に炭化タングステン、底部にインコネル
を有する中間層としてのニッケルろうが描かれている。液相温度より高く加熱す
ると、ニッケルろうが溶融し、インコネルを濡らし、炭化タングステン層中へ浸
透する。そのような構成の限界は、界面での液体の量を調節することができない
ことである。図３は、前の構造に対する別の構成を示し、この場合、炭化タング
ステンが頂部のニッケルろうと底部のインコネルを有する中間層を形成する。こ
の積層方法では、重力が溶浸過程で働き、過剰の液体が頂部に残る。上記方法の
両方共、１回の操作で複合体及び硬質表面形成性インコネルを生ずる。次の点に
は注目する必要がある：（１）この方法は、ニッケルろう合金を溶融することを
含む、（２）結合は、ろう合金とインコネルとの間の共融液体の形成により達成
される、（３）ニッケルろう液体の炭化タングステンへの溶浸は、毛細管作用及
び（又は）重力により行われる。

【００５２】開発段階では、粉末の選択から始まって、硬質表面形成性工程のための加熱サ
イクルを最適にするまで、手近かな問題の連続的分析を含んでいた。

【００５３】粉末選択の条件には、形、大きさ、密度、流動性、相容性等のような、粉末に
対して行われる操作に敏感な特性の評価が含まれる。異なった粒径範囲の粉末を
、それらの処理（例えば、テープ注型シートの製造、充填、焼結等）の容易さに
ついて評価した。Ｎｉろう粉末の選択は、溶融温度範囲及びそれらのＷＣ粉末に
対する濡れ性に基づいている。

【００５４】炭化タングステン粉末試料は、ケナメタル(Kennametal)、オスラム・シルバニ
ア(Osram Sylvania)、及びダウ(Dow)から得たが、ニッケルろう合金は、プラク
セアー(Praxair)及びアムドリー(Amdry)から得た。粉末は、それらの粒径、形、
及び密度について、利用できる標準的装置を用いて特徴を調べた。これらの処理
の各々について、簡単な記載を下に与える。

【００５５】粉末の粒径は、粒子の飛行時間を用いて等価球状直径を与えるエアロサイザー
(aerosizer)を用いて測定した。表６は、二種類のニッケルろう合金の組成を示
している。

【００５６】

【００５７】表７には、粉末の粒径が報告されている。オスラム及びダウは、凝集物を含ん
でいた。会社から得られたデーターは、粉末がサブミクロンの粒径を持つことを
示していた。

【００５８】

【００５９】粒子の形は、走査電子顕微鏡で観察した。粉末の顕微鏡写真を図４〜９に示す
。ニッケルろう粉末は、それらがガス噴霧されているので球状の粒形をしていた
。ケナメタル炭化タングステン粉末は、角のある不規則な形をしていた。他の炭
化タングステン粉末は微細な粒径のため凝集していた。これらの粉末は、それら
の製造方法により熱的に結合していた。凝集物はロッドミル又はボールミルによ
り粉砕することができた。

【００６０】粉末密度は、ヘリウム比重瓶を用いて測定した。この計器により粉末の真の体
積が測定される。質量を測定体積で割ることにより密度を計算することができる
。この計算値は、粉末の理論密度に近くなるべきである。存在する開口気孔は、
その装置によっては測定されない。既知の体積Ｖ_sの試料容器中で、質量は既知
であるが、粉末体積Ｖ_pは未知である粉末中の気孔体積を測定するために、加圧
ヘリウムを用いた。容器を圧力Ｐに加圧し、次に既知の体積Ｖ_cを持つセル中で
ガスを膨張させることにより減圧にする。圧力の低下を記録し、理想気体の法則
を用いて粉末体積を得、従って、粉末の密度を得る。表８に、粉末の比重瓶によ
る密度を報告する。

【００６１】

【００６２】複合体の製造は、前に述べた二つの方法により進行させた。炭化タングステン
とニッケルろう粉末とを、実験の第一方式で一緒に混合した。しかし、ニッケル
ろうと炭化タングステンとの間に良好な濡れ性は観察されたが、得られた最終密
度は、ニッケルろうと炭化タングステンとの間の混合が悪く、粒径差（ニッケル
ろう−７８μｍ、炭化タングステン−１７μｍ）による凝離効果のため、低かっ
た。炭化タングステンとニッケルろうとの間の良好な緊密な接触を促進するため
、粉末を長時間（４時間）ロッドミルにかけ、焼結した。混合の場合と同様な密
度が得られた。このことは、粒径差の影響が大きいことを説明しており、その後
の処理のためにはこの方法を中止した。

【００６３】簡単なテープ注型積層方式を用いた第二の実験方式は、効果的であることが判
明し、その後の実験に用いた。次の節では、実験のこの部分の処理計画を、テー
プ注型シートの製造及びそれに伴われる重要なパラメーターに重点を置いて概略
説明する。

【００６４】テープ注型製造は、三つの主要な段階を通って進行させた。第一段階は、粉末
と相容性があり、可撓性の均質なシートを生ずる適当な結合剤ベースの選択を含
んでいた。第二段階では、シートの可撓性及び均一性を犠牲にすることなく、最
大固体含有量（即ち、炭化タングステンの体積分率）を可能にするシートの組成
及び製造経路が考察された。最終段階では、テープ注型シートの均一性を考慮し
て、種々の混合経路が研究された。次の節では、夫々の段階を個々に簡単に論ず
る。

【００６５】テープ注型シートを製造するための添加剤ベースは、主に結合剤、可塑剤、溶
媒、及び表面活性剤（必要な場合）からなっていた。結合剤は、室温での取扱い
をし易くする粉末粒子の間の必要な結合を与える。僅かな曲率を有する基体に一
致させることを可能にする可撓性をシートに与えるため、可塑剤を用いた。弱い
ファン・デル・ワールス力又は水分の存在により接着していた凝集物を分散させ
るため、表面活性剤を添加した。添加剤ベースの一つの重要な特徴は、残留灰分
含有量が低くなる必要があることである。このことは、精密な炭素調節を必要と
する、炭化タングステンのようなベースにとっては一層重要になる。このベース
に特定の付加的条件は、水性結合剤ベースの選択である。

【００６６】用いた結合剤ベースは、炭化タングステン粉末と混合して、均質なテープ注型
シートを与える必要がある。それらの要件に基づき、予備的試験の後、３種類の
結合剤を最終的に選択した。その予備的試験は、結合剤ベースと粉末とを手で混
合し、懸濁物の流動性を調べることを含んでいた。更に、熱重量分析器中で結合
剤をアルゴン中で燃焼させ、残留灰分含有量を記録した。予備的試験の後に選択
された結合剤は、ローム・アンド・ハースから得られたデュラマックス(Duramax
)Ｂ−１００７、及びＢＡＳＦ社から両方共得られたルパゾール(Lupasol)ＰＳ及
びルパゾールＳＫＡであった。それら結合剤の最初の評価により得られた結果を
表９に報告する。

【００６７】

【００６８】上の表に示したように、デュラマックス及びルパゾールＰＳは、注型シート製
造で使用するのに最もよい性質を示した。それらは低い残留灰分含有量をもち、
奇麗に焼尽されることを示していた。それらは均一なテープ注型シートも生じた
。図１０及び１１は、テープ注型シートの粉末結合剤分布の走査電子顕微鏡写真
を示している。デュラマックスを使用することはその後止めた。

【００６９】テープ注型シートの予備的製造は、手による混合を用いて行なった。これは、
結合剤相の、金属粉末と共に分散する適合性を試験するために行なった。そのよ
うな操作に必要な時間は本質的に長く、不均質な注型シートを与える結果になっ
た。起きる主要な問題の一つは、混合中に気泡が形成され、それが大きな気泡領
域を与える結果になることであった。これは最終的複合体に影響を与え、それら
の部位に隔離された液体プールを生じた。

【００７０】別の効果的な混合方法は、真空混合してテープ注型のためのスラリーを製造す
ることである。この種の混合は、回転軸に取付けたパドルを有するプラスチック
ボール（容量３００ｍｌ）を有するホイップ・ミキサー(Whip Mixer)（商標名）
で行うことができる。ボールは結合剤・粉末ベースを保持し、真空に接続するこ
とができる。全混合工程は約３０〜６０秒必要とし、それは気泡と他のガス状汚
染物との混合物を放出する。そのような混合の利点は二つある：第一に、真空を
用いることにより混合中に形成された気泡が除去されることであり、第二にスラ
リーの量に従い混合時間が１〜２分に著しく短縮されることである。混合中の重
要な問題は、結合剤と粉末との密度差及び結合剤の粘度である。真空中での混合
は、粉末と結合剤の密度による分離を起こす結果になる。これは混合工程、従っ
て適当なスラリーの形成に悪影響を与える。この問題は、真空中で粉末と共に効
果的に分散しない低粘度結合剤の場合に最も顕著になる。低い粘度を有するデュ
ラマックスは、真空誘導混合中に分離する傾向を有する。この問題は、手で混合
していた時には明らかではなく、従ってデュラマックスの使用は後で中止された
。

【００７１】テープ注型シートの製造で用いられた結合剤組成物を、表１０に列挙する。

【００７２】

【００７３】スラリー中の粉末・結合剤混合物の組成を、表１１に示す。

【００７４】

【００７５】注型基体は、それがテープ注型シートの表面仕上げ及び厚さを定めるので、極
めて重要である。これは、最終複合体の表面円滑性を本質的に定める。注型表面
はガラス状の仕上げを持つべきであり、乾燥した時にシートが容易に剥離するよ
うに、スラリーに対し低い濡れ性を示すべきである。多孔質基体を使用すること
は乾燥を助け、乾燥時の再配列により固体含有量の増大にも寄与する。これは、
乾燥時間を著しく短縮し、炭化タングステンの一層大きな体積分率を達成するこ
とができる。

【００７６】予備的研究は、テープ注型シートの厚さを調節するスライドを取付けたガラス
基体を用いて行われた。テープ注型シートは長い乾燥時間を有し、型剥離問題は
明白であった。重合体シートは後で基体として用い、それは型剥離問題を解決し
たが、乾燥時間は依然として長かった。多くの多孔質シートを、注型用基体とし
てのそれらの適合性を決定するため研究した。

【００７７】ウルトラカル(Ultracal)（商標名）は、ガラス繊維により補強されたコンクリ
ート材料である。ペン・ステート大学で、粉末・水混合物を用いて基体を注型し
た。注型物質は滑らかな表面仕上げを持っていた。しかし、調節するのが困難で
あったため、気孔孔径は不均一であった。この基体上にテープ注型したシートは
短い乾燥時間、増大した固体含有量、及び滑らかな表面仕上げを持っていた。こ
の基体についての制約は、それが示す型剥離が悪いことであった。その理由は、
ウルトラカル基体中に大きな気孔が存在し、それが乾燥中に水と共に粉末を吸引
することに伴われるものである（気孔孔径は粉末の粒径よりも大きい）。ウルト
ラカルは、注型シート上に微量のものを残す傾向があった。外部からの不純物は
許容できない。シートの表面を効果的な結合のために清浄にする必要があるから
である。従って、この基体を使用することは中止しなければならなかった。注型
のために研究した次の代替物は、多孔質アルミナ基体であった。これらのアルミ
ナシートは市販されているものであり、テープ注型法を変更したスリップ注型の
ために使用した。アルミナシートを、ウルトラカルと同様に注型し、次に予め焼
結してシートに充分な強度を与えた。これは、剥がした時にテープ注型シート上
に、どのような微量の傷でも残らないようにすることができる。この基体を用い
ることにより型剥離問題は起きなかった。しかし、これらシートでは気孔孔径の
制御が非常に悪く、その注型中に形成される気泡のため、大きな気孔が存在した
。炭化タングステンテープ注型シートを注型するための良好な気孔孔径制御がそ
の使用を限定する。

【００７８】親水性ポリエチレンシートは市販されており、微細な孔径の気孔を持つ重合体
シートである。気孔孔径は１５〜４５μｍの範囲にある。それらは優れた表面仕
上げを持ち、精密に気孔孔径が調節される。その名前自体が示唆するように、そ
の重合体シートは親水性（即ち、水収着性）である。ポリエチレンそれ自体は疎
水性（即ち、撥水性）であり、表面活性剤で処理して親水性の特性を生じさせる
。重合体であることにより、シートは良好な型剥離性を示し、注型されたものの
上に微量の残留物を残さない。水の吸収は実質的に瞬間的であり、従って、スラ
リーは、一度び注げば、それが成形される前でも乾燥する。このシートは、アル
ミナシートと比較して値段が高いが、遥かによい表面仕上げ、気孔の均一性、及
び良好な型剥離を与える。炭化タングステンテープ注型シートを注型するために
、この基体が最終的に選択された。

【００７９】表１２は、用いた種々の基体の特性を要約したものである。

【００８０】

【００８１】親水性ポリエチレンシートの上でテープ注型シートを製造した。シートの厚さ
は２枚のプレクシグラス(plexigalss)スライドにより調節した。それらのスライ
ドは基体の幅の間隔で、長手方向に沿って平行に伸びる両側の縁の上に取付けら
れていた。これは、実際にスラリーを保持する空洞を形成した。ドクターブレー
ドを、基体上に取付けたガラススライドの上に乗せながら、スラリー上を動かし
た。図１２に概略示したように、シートの厚さはガラススライドの厚さによって
調節された。処理を一層簡単にするため、親水性シートを予め水で処理し、テー
プ注型シートを注型しながら背圧を加えた。これにより乾燥することなく、スラ
リーが注型される充分な時間を与えた。基体中に存在する気孔は、毛細管作用に
より水を除去し、その結果粒子再配列により固体含有量を増大した。

【００８２】完全に緻密な炭化タングステン複合体及び欠陥のない界面を与えるためには、
クリーニング法、加熱サイクル、試料設計、及びアニーリング処理を最適にしな
ければならないので、結合研究が最も広範に行われた。この特別な節は、この研
究段階で行われた試みについて記述する。

【００８３】炭化タングステン・ニッケルろう複合体とインコネルとの間に適切な結合を確
実に与えるためには、インコネルの表面が酸化物或は汚染物を含まないことが必
須である。インコネルを熱処理にかけて揮発性成分を燃焼し、酸化物を還元した
。インコネルを水素中で１０℃／分の加熱速度で１０００℃まで加熱し、１時間
滞留させた。温度は、その材料中に存在する酸化物を全て還元するのに充分であ
った。熱処理後、インコネルを結合工程前にアセトンで清浄にした。

【００８４】ニッケルろうを、結合工程前に予め緻密化した。これを行う理由は、ニッケル
ろう合金が不純物に非常に敏感で、それが液相温度を一層高い温度へ変動させる
傾向があることによる。炭化タングステンテープ注型シート中に存在する結合剤
は、ニッケルろうテープ注型シート中の気孔に侵入する傾向があり、その融点を
一層高い温度へ変動させる。従って、予め緻密化することは、適切な溶融及び複
合体形成のために望ましい。

【００８５】加熱サイクルは、結合温度及び保持時間に関して最適にした。ニッケルろう合
金の液相温度に基づいて、結合温度を固定した。ニッケルろう合金は、９３０〜
９７０℃の溶融温度範囲を示した。温度と共に指数関数的に減少するニッケルろ
う粘度を低下するため、過熱した。これら温度に基づき、結合温度を１１００℃
に固定した。結合温度での保持時間も、最適限界が必要なので臨界的である。与
えられる時間は、ニッケルろう液体による炭化タングステンシートの完全な溶浸
に充分なものであるべきである。しかし、インコネルとニッケルろう液体との間
の反応を、過度の液体形成を防ぐため、界面で制御すべきである。インコネルと
ニッケルろうとの間に形成される共融物による液体形成は拡散制御され、界面の
厚さは時間の平方根に従って変化する。かくして保持時間が最適にされた。

【００８６】試料設計方式を図１及び２に例示する。前述のように、頂部にニッケルろう液
体を保持することにより、界面での液体の量を制御することができ、従って、イ
ンコネルとの反応量を制御することができる。設計方式と加熱サイクルとの組合
せを用いて、無欠陥界面を生ずる最良の結合条件に到達した。

【００８７】結合工程のために用いた雰囲気は、硬質表面形成性材料の性質に関する限り、
非常に重要である。結合工程前に、種々の雰囲気の効果を評価した。炭化タング
ステンは６．７％の炭素を含んだ。雰囲気として空気又は水素を使用することは
、炭化タングステンを脱炭し、その性質を広く損なう。一方、窒素を使用するこ
とは、それがろう合金中の硼素と反応し、窒素中に見出される微量の酸素がイン
コネルを酸化する傾向を持つので、やはり不適切である。従って、不活性雰囲気
（アルゴン）又は真空を使用することが、そのような系については推奨される。
この研究での実験は、全て真空中で行われた。なぜなら、アルゴンのような高純
度不活性雰囲気は、得るのに困難であり、コストが掛かるからである。

【００８８】結合結果第一の実験方式では、図１に概略示すように、Ｎｉろうが中間層を形成した。
加熱サイクルの調節は、結合操作で得られる結果に基づき行った。図１３は、イ
ンコネルへ硬質面が向いた炭化タングステン・ニッケルろう複合体の断面の微細
構造を示す。試料は、材料を１０℃／分の加熱速度で１１００℃へ加熱し、３０
分間保持することにより調製した。次に試料を室温へ冷却した。炭化タングステ
ン・ニッケルろう複合体被覆が完全に緻密であっても、亀裂が界面全体に亙って
存続する。界面に過剰のニッケルろう液体が存在することも観察された。

【００８９】界面に存在する過剰の液体は、冷却操作中、剥離を起こさせる。冷却中、炭化
タングステン−ニッケルろう複合体、過剰の液体、及びインコネルは、収縮を受
ける。収縮速度は、炭化タングステンの存在により、過剰の液体と比較して被覆
の方が小さい。この限定された収縮は、制限収縮と呼ばれている。これは、複合
体被覆と過剰のニッケルろう液体との界面で亀裂が起きるのに影響を与え、剥離
を生ずることになる。この現象の概略は、図１４に例示されている。

【００９０】共融物の形成をもたらすニッケルろうとインコネルとの間の相互作用を減少す
る試みとして保持時間を短縮した。図１５は、短縮した保持時間（例えば１０分
）で結合された試料の断面を示す。界面での過剰の液体の量は減少する。しかし
、剥離を防ぐのには不充分である。熱応力の蓄積を減少させるため、冷却速度も
２℃／分に低下した。しかし、図１６に示す通り、依然として亀裂が存在した。
これらの観察に基づき界面での過剰の液体を制御するため、設計方式を変えた。

【００９１】好ましい試料配列が図２に描かれている。この型の構成の背後にある基本的概
念は、溶浸後に存在する過剰の液体を頂部に残し、除去し、再使用することがで
きるようにすることにある。ニッケルろうは、溶融時の液体貯槽として働く。ニ
ッケルろう液体の溶浸は、毛細管力及び重力によって促進される。一度び完全な
溶浸が達成されたならば、ニッケルろう液体はインコネルと反応して界面結合を
与える。この型の構成の更に別の利点は、一度び完全な溶浸が達成され、界面で
の反応が開始されたならば、液体の一層の浸透を防ぐ背圧を液体が発生すること
である。このことは実際に界面での過剰の液体量を制御し、それによって界面亀
裂の発生機会を最小にする。

【００９２】図１７は、上記設計に従い試料を加熱することにより得られた試料を例示して
いる。構成体を真空中で１０℃／分で１１００℃へ加熱し、１５分間加熱した。
用いた冷却速度は７００℃まで５℃／分で、保持時間は１時間であった。これは
、室温へ冷却する前に応力解放処理を与えるために必須であった。この後に、室
温へ炉のまま冷却した。欠陥のない界面を持つインコネルへ結合された完全に緻
密化された複合体被覆が図１７で観察される。炭化タングステン・ニッケルろう
複合体被覆の微細構造が、図１８に示されている。最終炭化タングステン含有量
は、画像解析を用いて決定され、約７５体積％（８５重量％）であった。結合後
の複合体被覆の最大厚さは、約２．２８６ｍｍ（０．０９インチ）であった。結
合工程に続き、ダイヤモンド砥石車を用いて試料を機械加工した。他の砥石車を
使用することは勧められない。なぜなら、それは炭化タングステンの剥離をもた
らすことがあるからである。

【００９３】本計画は、インコネル６００へ炭化タングステン・ニッケルろう複合体被覆を
形成することを目的としていた。１回の操作で非加圧焼結を用いて同時に複合体
形成とインコネルへの結合とを行う全く新しい概念を達成するのに成功した。こ
の方法は、ニッケルろう液体を、インコネルと被覆との間の結合剤としてのみな
らず、炭化タングステンを緻密化するための結合剤としても用いている。この方
法は商業的に実施可能であり、化学蒸着、レーザークラッディング、高圧拡散結
合等のような他の硬質表面形成性法と比較して安価である。本方法は、多孔度が
調節された炭化タングステンテープ注型シートのニッケルろう液体による溶浸及
び続くニッケルろうとインコネルとの界面結合を与える反応を利用している。結
合工程は、真空中で１５分の保持時間と共に、１１００℃の（即ち、ニッケルろ
うの液相温度より高い）温度を用いている。７００℃で１時間の保持は、冷却工
程中、熱応力を解放するために与えられている。この方法は、欠陥のない界面を
持つインコネルへ結合された完全に緻密な被覆を生ずる。

【００９４】参考文献次の参考文献は、前記本文中、（）の中で言及されたものである。Ｎｏ．表題

【００９５】修正本発明は、変更及び修正を行えることも考慮に入れてある。例えば、特定の基
体材料は、インコネル又は１５−５ＰＨステンレス鋼に限定されるものではない
。実際、基体材料は容易に変えることができる。同様に、被覆性組成物は、硬質
表面形成性粒子材料、結合剤、可塑剤、及び溶剤のような数多くの成分を含むこ
とができる。これらの種々の成分は、典型的には真空中で混合され、親水性ポリ
エチレンシート上に注型し、３０時間空気中で乾燥し、次に結合剤を除去(debin
d)し、緻密化する。

【００９６】被覆性組成物を基体に施用するやり方は容易に変えることができ、ここで述べ
た特定の方法に限定されるものではない。

【００９７】従って、改良された方法を実施する好ましい工程を示し、記述し、それらの幾
つかの修正を論じてきたが、当業者には、特許請求の範囲に規定し、区別したよ
うな本発明の本質から離れることなく、種々の付加的変更及び修正を行えること
は容易に認められるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】中間層を形成するＮｉろうを用い焼結結合する間の試料配列の概略図である。

【図２】頂部に配置されたＮｉろうを用い焼結結合する間の試料配列の概略図である。

【図３】インコネル基体上に配置されたＷＣ−Ｎｉろう複合体を用いて焼結結合する間
の試料配列の概略図である。

【図４】ケナメタルから得られたＷＣ粉末の粒子構造を示す顕微鏡写真である。

【図５】オスラムから得られ、オスラム１として指定したＷＣ粉末の粒子構造を示す顕
微鏡写真である。

【図６】オスラムから得られ、オスラム２として指定したＷＣ粉末の粒子構造を示す顕
微鏡写真である。

【図７】ダウ・ケミカル社から得られたＷＣ粉末の粒子構造を示す顕微鏡写真である。

【図８】Ｎｉ−１６７ろう合金の粒子構造を示す顕微鏡写真である。

【図９】Ｎｉ−３６３−２ろう合金の粒子構造を示す顕微鏡写真である。

【図１０】ルパゾールＰＳを用いて製造したテープ注型シートの金属組織を示す顕微鏡写
真である。

【図１１】窒素雰囲気中で６５０℃で１時間結合剤除去したテープ注型シートの金属組織
を示す顕微鏡写真である。

【図１２】テープ注型製造方法を示す概略図である。

【図１３】インコネル基体に結合したＷＣ−ニッケルろう複合体の断面の金属組織を示す
顕微鏡写真である。

【図１４】制限収縮により亀裂の入った界面の金属組織を示す顕微鏡写真である。

【図１５】保持時間減少効果を示す試料断面の金属組織を示す顕微鏡写真である。

【図１６】冷却速度及び保持時間を減少した効果を示す試料断面の金属組織を示す顕微鏡
写真である。

【図１７】欠陥のない界面を示す試料断面の金属組織を示す顕微鏡写真である。

【図１８】インコネル６００基体上のＷＣ−ニッケルろう複合体被覆の金属組織を示す顕
微鏡写真である。

【図１９】ＷＣテープ注型物質を製造するのに含まれる概略的工程を示す工程図である。

【図２０】予め緻密化したニッケルろうを製造するのに含まれる概略的工程を示す工程図
である。

【図２１】被覆性組成物を施用する前に、基体を清浄化するのに含まれる概略的工程を示
す工程図である。

【図２２】インコネル６００基体上にＷＣテープ注型物質を製造するのに含まれる概略的
工程を示す工程図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年３月１４日（２０００．３．１４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】基体は、インコネル^TM、１５−５ＰＨステンレス鋼、又は他の材料からなって
いてもよい。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】ロバーツ(Roberts)（参考文献Ｎｏ１７）は、ドリル工具に施用するために炭
化タングステン（Ｃｏ焼結）と鋼との充分にろう付けした接合部を製造するのに
必要な基準を与えている。ろう付けは、炭化物とその支持用鋼物体とを接合する
好ましい方法であることが報告されている。更に、銀ベース合金は、それらの低
い溶融温度、優れた濡れ性、及び良好な機械的諸特性のため最も普及しているこ
とが報告されている。これらの合金は、一般にＣｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｎｉ及びＭｎ
を含み、６４０〜８４０℃の範囲の温度で機能する。銀の価格が高いことを考慮
して、銅ベースろう合金も用いられている。これらの合金は、典型的にはＣｕ、
Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＺｎを含んでおり、８７０〜１１００℃の温度で機能する
。ろう充填剤の必要条件の一つは、鋼と炭化タングステンとの膨張係数の差によ
り生ずる応力を吸収することができるように充分厚いことである。銀ベース合金
、Ａｇ₇₁Ｃｕ₂₇Ｔｉ₂も、Ｓｉ₃Ｎ₄とインコネル^TM６００とをろう付けするため
に充填金属としてチェン(Chen)等により用いられている（参考文献Ｎｏ．１８）
。彼らの研究はインコネル^TMと充填金属との間の界面に集中している。それら二
つの間の結合機構は、Ａｇ及びＣｕ合金がインコネル^TM６００の粒子界面中へ拡
散し、機械的に固定される結果になることに起因する。他の研究として、カング
(Kang)等の（参考文献Ｎｏ．１９）は、Ｓｉ₃Ｎ₄ベースセラミックと、Ｆｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金を結合するためにろう合金としてＡｕ−１８％Ｎｉ、及びＡｇ−２
８重量％Ｃｕを、それらの展性及び耐酸化性のために用いている。ろう付けされ
た接合部の機械的諸特性は、適度なものであることが報告されている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】マクダーミット(McDermid)等の（参考文献Ｎｏ．２０）は、ニッケルベースろ
う合金ＢＮｉ−５（Ｎｉ−１９Ｃｒ−１０Ｓｉ）を用いて、新型熱機関に施用す
るためにインコネル^TM６００に反応結合ＳｉＣを接合することに関して研究を行
なった。銀ベース及び銅ベースろう合金は、それらの融点が低いために、含まれ
る高温を考慮すると、そのような用途には不適切であった。著者等は直接ろう付
け及び複合体中間層接合の両方を用いた。冷却中に発生するセラミックと金属と
の間の熱膨張係数（ＣＴＥ）不整合による応力を減少させるため、α−ＳｉＣ及
びＢＮｉ−５の粉末混合物からなる複合体中間層を用いた。両方の方法で、液体
充填金属は反応結合ＳｉＣの遊離Ｓｉと反応し、Ｎｉ−Ｓｉ液体を形成した。こ
の液体が、今度は反応結合ＳｉＣとインコネル^TM６００との両方の劣化を起こす
結果になった。更に、その複合体中間層を用いると、溶融充填金属がα−ＳｉＣ
粉末を分解し、Ｎｉ−Ｓｉ液体を形成し、それが反応結合ＳｉＣとインコネル^TM ６００層と反応する。これにより、ニッケルベースろう合金とこの場合のセラミ
ックとの反応のため、反応結合ＳｉＣとインコネル^TM６００とを接合するのにそ
れを用いてはならないことが結論された。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５１】結合工程は、インコネル^TM基体と炭化タングステンとの間の結合剤としてニッ
ケルろう合金を必要とする。ろう合金と基体との間の界面接合部の液体は、界面
亀裂を与えることがある弱い領域の発生を少なくするため最低限にすべきである
。三つの概略的構成が、図１〜３に描かれている。図１では、予め形成された炭
化タングステン・ニッケルろう複合体をインコネル^TM基体上に置き、ニッケルろ
う液相温度より高く加熱する。複合体中のニッケルろうとインコネル^TMとの間の
反応により結合が達成される。図２には、頂部に炭化タングステン、底部にイン
コネル^TMを有する中間層としてのニッケルろうが描かれている。液相温度より高
く加熱すると、ニッケルろうが溶融し、インコネル^TMを濡らし、炭化タングステ
ン層中へ浸透する。そのような構成の限界は、界面での液体の量を調節すること
ができないことである。図３は、前の構造に対する別の構成を示し、この場合、
炭化タングステンが頂部のニッケルろうと底部のインコネル^TMを有する中間層を
形成する。この積層方法では、重力が溶浸過程で働き、過剰の液体が頂部に残る
。上記方法の両方共、１回の操作で複合体及び硬質表面形成性インコネル^TMを生
ずる。次の点には注目する必要がある：（１）この方法は、ニッケルろう合金を
溶融することを含む、（２）結合は、ろう合金とインコネル^TMとの間の共融液体
の形成により達成される、（３）ニッケルろう液体の炭化タングステンへの溶浸
は、毛細管作用及び（又は）重力により行われる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８３】炭化タングステン・ニッケルろう複合体とインコネル^TMとの間に適切な結合を
確実に与えるためには、インコネル^TMの表面が酸化物或は汚染物を含まないこと
が必須である。インコネル^TMを熱処理にかけて揮発性成分を燃焼し、酸化物を還
元した。インコネル^TMを水素中で１０℃／分の加熱速度で１０００℃まで加熱し
、１時間滞留させた。温度は、その材料中に存在する酸化物を全て還元するのに
充分であった。熱処理後、インコネル^TMを結合工程前にアセトンで清浄にした。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８５】加熱サイクルは、結合温度及び保持時間に関して最適にした。ニッケルろう合
金の液相温度に基づいて、結合温度を固定した。ニッケルろう合金は、９３０〜
９７０℃の溶融温度範囲を示した。温度と共に指数関数的に減少するニッケルろ
う粘度を低下するため、過熱した。これら温度に基づき、結合温度を１１００℃
に固定した。結合温度での保持時間も、最適限界が必要なので臨界的である。与
えられる時間は、ニッケルろう液体による炭化タングステンシートの完全な溶浸
に充分なものであるべきである。しかし、インコネル^TMとニッケルろう液体との
間の反応を、過度の液体形成を防ぐため、界面で制御すべきである。インコネル ^TM とニッケルろうとの間に形成される共融物による液体形成は拡散制御され、界
面の厚さは時間の平方根に従って変化する。かくして保持時間が最適にされた。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８６】試料設計方式を図１及び２に例示する。前述のように、頂部にニッケルろう液
体を保持することにより、界面での液体の量を制御することができ、従って、イ
ンコネル^TMとの反応量を制御することができる。設計方式と加熱サイクルとの組
合せを用いて、無欠陥界面を生ずる最良の結合条件に到達した。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８７】結合工程のために用いた雰囲気は、硬質表面形成性材料の性質に関する限り、
非常に重要である。結合工程前に、種々の雰囲気の効果を評価した。炭化タング
ステンは６．７％の炭素を含んだ。雰囲気として空気又は水素を使用することは
、炭化タングステンを脱炭し、その性質を広く損なう。一方、窒素を使用するこ
とは、それがろう合金中の硼素と反応し、窒素中に見出される微量の酸素がイン
コネル^TMを酸化する傾向を持つので、やはり不適切である。従って、不活性雰囲
気（アルゴン）又は真空を使用することが、そのような系については推奨される
。この研究での実験は、全て真空中で行われた。なぜなら、アルゴンのような高
純度不活性雰囲気は、得るのに困難であり、コストが掛かるからである。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８８】結合結果第一の実験方式では、図１に概略示すように、Ｎｉろうが中間層を形成した。
加熱サイクルの調節は、結合操作で得られる結果に基づき行った。図１３は、イ
ンコネル^TMへ硬質面が向いた炭化タングステン・ニッケルろう複合体の断面の微
細構造を示す。試料は、材料を１０℃／分の加熱速度で１１００℃へ加熱し、３
０分間保持することにより調製した。次に試料を室温へ冷却した。炭化タングス
テン・ニッケルろう複合体被覆が完全に緻密であっても、亀裂が界面全体に亙っ
て存続する。界面に過剰のニッケルろう液体が存在することも観察された。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８９】界面に存在する過剰の液体は、冷却操作中、剥離を起こさせる。冷却中、炭化
タングステン−ニッケルろう複合体、過剰の液体、及びインコネル^TMは、収縮を
受ける。収縮速度は、炭化タングステンの存在により、過剰の液体と比較して被
覆の方が小さい。この限定された収縮は、制限収縮と呼ばれている。これは、複
合体被覆と過剰のニッケルろう液体との界面で亀裂が起きるのに影響を与え、剥
離を生ずることになる。この現象の概略は、図１４に例示されている。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９０】共融物の形成をもたらすニッケルろうとインコネル^TMとの間の相互作用を減少
する試みとして保持時間を短縮した。図１５は、短縮した保持時間（例えば１０
分）で結合された試料の断面を示す。界面での過剰の液体の量は減少する。しか
し、剥離を防ぐのには不充分である。熱応力の蓄積を減少させるため、冷却速度
も２℃／分に低下した。しかし、図１６に示す通り、依然として亀裂が存在した
。これらの観察に基づき界面での過剰の液体を制御するため、設計方式を変えた
。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９１】好ましい試料配列が図２に描かれている。この型の構成の背後にある基本的概
念は、溶浸後に存在する過剰の液体を頂部に残し、除去し、再使用することがで
きるようにすることにある。ニッケルろうは、溶融時の液体貯槽として働く。ニ
ッケルろう液体の溶浸は、毛細管力及び重力によって促進される。一度び完全な
溶浸が達成されたならば、ニッケルろう液体はインコネル^TMと反応して界面結合
を与える。この型の構成の更に別の利点は、一度び完全な溶浸が達成され、界面
での反応が開始されたならば、液体の一層の浸透を防ぐ背圧を液体が発生するこ
とである。このことは実際に界面での過剰の液体量を制御し、それによって界面
亀裂の発生機会を最小にする。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９２】図１７は、上記設計に従い試料を加熱することにより得られた試料を例示して
いる。構成体を真空中で１０℃／分で１１００℃へ加熱し、１５分間加熱した。
用いた冷却速度は７００℃まで５℃／分で、保持時間は１時間であった。これは
、室温へ冷却する前に応力解放処理を与えるために必須であった。この後に、室
温へ炉のまま冷却した。欠陥のない界面を持つインコネル^TMへ結合された完全に
緻密化された複合体被覆が図１７で観察される。炭化タングステン・ニッケルろ
う複合体被覆の微細構造が、図１８に示されている。最終炭化タングステン含有
量は、画像解析を用いて決定され、約７５体積％（８５重量％）であった。結合
後の複合体被覆の最大厚さは、約２．２８６ｍｍ（０．０９インチ）であった。
結合工程に続き、ダイヤモンド砥石車を用いて試料を機械加工した。他の砥石車
を使用することは勧められない。なぜなら、それは炭化タングステンの剥離をも
たらすことがあるからである。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９３】本計画は、インコネル^TM６００へ炭化タングステン・ニッケルろう複合体被覆
を形成することを目的としていた。１回の操作で非加圧焼結を用いて同時に複合
体形成とインコネル^TMへの結合とを行う全く新しい概念を達成するのに成功した
。この方法は、ニッケルろう液体を、インコネル^TMと被覆との間の結合剤として
のみならず、炭化タングステンを緻密化するための結合剤としても用いている。
この方法は商業的に実施可能であり、化学蒸着、レーザークラッディング、高圧
拡散結合等のような他の硬質表面形成性法と比較して安価である。本方法は、多
孔度が調節された炭化タングステンテープ注型シートのニッケルろう液体による
溶浸及び続くニッケルろうとインコネル^TMとの界面結合を与える反応を利用して
いる。結合工程は、真空中で１５分の保持時間と共に、１１００℃の（即ち、ニ
ッケルろうの液相温度より高い）温度を用いている。７００℃で１時間の保持は
、冷却工程中、熱応力を解放するために与えられている。この方法は、欠陥のな
い界面を持つインコネル^TMへ結合された完全に緻密な被覆を生ずる。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９５】修正本発明は、変更及び修正を行えることも考慮に入れてある。例えば、特定の基
体材料は、インコネル^TM又は１５−５ＰＨステンレス鋼に限定されるものではな
い。実際、基体材料は容易に変えることができる。同様に、被覆性組成物は、硬
質表面形成性粒子材料、結合剤、可塑剤、及び溶剤のような数多くの成分を含む
ことができる。これらの種々の成分は、典型的には真空中で混合され、親水性ポ
リエチレンシート上に注型し、３０時間空気中で乾燥し、次に結合剤を除去(deb
ind)し、緻密化する。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図３】インコネル^TM基体上に配置されたＷＣ−Ｎｉろう複合体を有する焼結結合中の
試料配列の概略図である。

【図１２】テープ注型製造方法を示す概略図である。

【図１３】インコネル^TM基体に結合したＷＣ−ニッケルろう複合体の断面の金属組織を示
す顕微鏡写真である。

【図１８】インコネル^TM６００基体上のＷＣ−ニッケルろう複合体被覆の金属組織を示す
顕微鏡写真である。

【図２２】インコネル^TM６００基体上にＷＣテープ注型物質を製造するのに含まれる概略
的工程を示す工程図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年３月１７日（２０００．３．１７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者シバラマン、カルティクアメリカ合衆国ペンシルバニア、ステートカレッジ、バイロビルディング 10、アパートメント 38ディ (72)発明者ラル、アナンドアメリカ合衆国ペンシルバニア、ステートカレッジ、プラザドライブ 3701 (72)発明者ジャーマン、ランドール、エムアメリカ合衆国ペンシルバニア、ステートカレッジ、アウタードライブ 1145 Ｆターム(参考） 4D075 AA01 AB01 AC41 BB13X BB28X BB41X BB61X BB65X BB81X CA02 CA03 CA33 CA47 DA06 DA23 DB01 DB31 DC13 DC16 EA06 EB01 EB13 EB31 EB35 EB53 EB56 EB57 EC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体に粒子状材料を施用する方法において、前記基体の表面から不純物を除去し、結合用材料と少なくとも一種の粒子状材料とを有する被覆性組成物を形成し、前記被覆性組成物を前記基体表面に施用し、次いで前記基体と、結合用材料及び粒子状材料との間に拡散結合を生じさせて、前記
の基体表面と粒子状材料との間の機械的諸特性の変化が前記基体表面の平面に対
し直角な方向に起きるように前記の基体表面と粒子状材料との間に連続界面を形
成し、それによって前記の基体と粒子状材料との間の残留歪み及び熱膨張係数不
整合を最小にし、前記粒子状材料の個々の粒子の表面が前記結合用材料により化
学的に濡らされる、諸工程を含み、それによって前記粒子状材料と前記結合用材料とが前記基体表面
上に層を構成する、上記方法。
【請求項２】不純物は、熱分解により基体表面から除去する、請求項１に
記載の方法。
【請求項３】不純物は、化学的に基体表面から除去する、請求項１に記載
の方法。
【請求項４】不純物は、電気分解により基体表面から除去する、請求項１
に記載の方法。
【請求項５】不純物は、イオンの流れによって基体表面から除去する、請
求項１に記載の方法。
【請求項６】不純物は、粒子の流れによって基体表面から除去する、請求
項１に記載の方法。
【請求項７】不純物は、高エネルギービームの流れによって基体表面から
除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】不純物は、超音波により基体から除去する、請求項１に記載
の方法。
【請求項９】不純物は、溶解により基体表面から除去する、請求項１に記
載の方法。
【請求項１０】被覆性組成物は、噴霧により基体表面に施用する、請求項
１に記載の方法。
【請求項１１】被覆性組成物は、基体表面を該被覆性組成物中に浸漬する
ことにより該基体表面に施用する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】被覆性組成物は、基体表面上に塗布する請求項１記載の方
法。
【請求項１３】被覆性組成物は、テープ注型により基体表面に施用する、
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】被覆性組成物は、有機結合剤を含有する請求項１記載の方
法。
【請求項１５】少なくとも一種の粒子状材料が、炭化タングステン、炭化
チタン、炭化バナジウム、二硼化チタン、酸化ジルコニウム、炭化ハフニウム、
炭化モリブデン、硼化クロム、炭化珪素、ダイヤモンド、二硼化ハフニウム、炭
化ジルコニウム、及び炭化タンタルからなる群から選択される、請求項１に記載
の方法。
【請求項１６】機械的諸特性が垂直方向に沿って滑らかに連続的に変化す
る、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】機械的諸特性が垂直方向に沿って非急激的に変化する、請
求項１に記載の方法。
【請求項１８】基体はインコネルから形成する、請求項１に記載の方法。