JP2008012922A - セラミック−金属構造物の製造方法、接着方法、及びそれらにより形成された構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミック金属テープの製法の提供。
【解決手段】 非湿潤性のセラミック粉末の層を固体成型物上に付着させること；非湿潤性のセラミック粉末の層上に湿潤性粉末の層を付着させること；湿潤性粉末の層に金属を接触させること；金属を、金属が熔融して、湿潤性粉末の層を通過して浸透するような温度に加熱すること；並びに、金属浸透構造物を冷却して金属を固化させることを含む方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、概括的に、基材への非湿潤性材料の被覆法、テープのようなセラミック−金属構造物の製造法、２種のセラミック体相互の接着法、及びそれらの方法により形成された構造物、に関する。

改善された材料に対する今日の増加する要望により、靭性、変形性、電気伝導性、熱伝導性、及び溶接能のような金属の性状並びに、セラミックの強度及び剛性を有する材料をもつことが望ましいような時がしばしばある。このような混成材料を達成する一つの方法は、セラミック基材上に金属を被覆させることにより、金属とセラミックを層状にすることであろう。生成される層状材料は、通常の装置を製造するために使用することができるであろうが、しかしその材料は金属の利点をセラミックの利点と組み合わせるであろうため、その装置はこれまでの材料で出来た装置よりもより小型で、従ってより軽量に製造されるだろうが、しかし目的の用途のためには同様に有効のままであろう。

しかし選択された金属及びセラミックの間の湿潤性が湿潤に対して貢献的でないため、選択された金属が選択されたセラミック上にを十分に被覆しないことがしばしば認められる。

更に、金属酸化物は、しばしば、伝導性及び強度に有害なため、セラミックの基材上に非湿潤性の金属を被覆させそして、層状の製品中に最低量の金属酸化物をもたらすことが、望ましいであろう。

更に、被覆される材料と基材材料の間の湿潤性の特徴が湿潤に対して貢献的でないので、その材料が室温で固体であろうと流体であろうと、選択された基材上へ材料を被覆させることが困難な、無数のその他の場合も存在する。

セラミック−金属テープ製造の、より具体的な分野において、使用される最も一般的な方法は、テープ注型（casting）法である。この方法はしばしば、結合剤の取り外しがしばしば困難なため、注型テープ中に、望ましくない高含量の結合剤を必要とする。テープ注型法はまたしばしば、テープを注型するために有機溶媒の使用を必要とする。しかし、有機溶媒の使用は環境的に望ましくない。

最近のテープの注型法に伴うもう１つの問題は、セラミック及び金属粉末の両者に対して適宜な調製物を開発することが容易な作業ではないことである。更に、最近の方法により形成されたテープの厚さを調節することは困難である。最近のテープ注型法に伴うその他の問題は、形成されたテープが多孔質で、高温における圧縮時に全次元に収縮し、そして具体的には工程に、望ましくないような高温を要する。

セラミック産業においては、２種のセラミック体を相互に接着させる改善された方法もまた必要とされる。しばしば、２種のセラミック体を、もう１種のセラミックと相互に接着させる。このようにして形成されたセラミック結合物は良好な強度をもつが、一旦結合が破壊されると、それは破局的な動態で分離する。２種のセラミック体を相互に接着させるために金属結合物を使用する場合、金属接合物は具体的に、セラミック接合物よりも弱い強度をもつが、緩徐な亀裂の生長を伴って変形することができ、従ってセラミック結合物よりも破局的な破壊性が少ない。従ってセラミック結合物の高い強度のみならずまた、
金属結合物の、特徴的に破局的な破壊度の少ないという利点を持つ、２種のセラミック体を相互に接着させる方法を開発することが望ましい。

従って、固体の基材上への非湿潤性材料の構造物及びその製法を提供することが、本発明の一つの目的である。

更に、その方法が、結合剤又は有機溶媒をほとんどもしくは全く必要とせず、多数の異なったセラミック−金属調製物に応用可能で、テープの厚さの調節が容易で、高温における圧縮時に収縮がほとんどもしくは全く起こらないようなかなり稠密な（dense）テープを形成し、そして望ましくないほどの高い処理温度を必要としないような、テープのようなセラミック−金属構造物の製造方法を提供することも本発明のもう一つの目的である。

更に、高度な接着強度及び緩徐な亀裂の生長を有する、互いに接着された２種のセラミック体の構造物、並びに２種のセラミック体を互いに接着させる方法を提供することも、本発明のもう一つの目的である。

前記の目的を達成するための、本発明の一つの態様は、非湿潤性の流動化可能材料により、非湿潤性か又はごくわずかに湿潤性である、基材の表面上を非湿潤性の流動化可能材料を被覆させる方法である。その方法は、（ａ）基材の表面上に、非湿潤性の流動化可能材料により湿潤性である粉末粒子の層を付着させること；（ｂ）非湿潤性の流動化可能材料を粉末粒子の層に接触させること；並びに（ｃ）非湿潤性の流動化可能材料を、層中の粉末粒子の間に浸透させ、そして基材の表面に接触させ、それにより非湿潤性流動化材料で、基材の表面を被覆させること、を含む。

より具体的には、非湿潤性流動化可能材料は有機流体、無機流体、ポリマー材料、ガラス、又は金属から形成されることができ、基材は、金属、ガラス、セラミック、又はセラミックと金属の複合物から形成されることができそして、粉末粒子は金属、セラミック、又はそれらの混合物か形成されることができる。好ましくは、粉末粒子は１から２５マイクロメーターの厚さ及び５０から９０パーセントの多孔度をもつ層状で付着しており、そして粉末粒子は０．１マイクロメーターから５０マイクロメーターの平均粉末度をもつ。好都合には、非湿潤性流動化可能材料の被膜は、粉末粒子の層により被覆された基材表面の少なくとも約５０パーセントと接触することができる。

直前に記載された方法により形成された層状構造物は、固体基材、固体基材の表面に接着された、非湿潤性の流動化可能材料の被膜、並びに非湿潤性流動化可能材料の被膜中に分散された粉末粒子、を含む。好ましくは、該層状構造物中では、非湿潤性流動化可能材料は、固体基材表面上に実質的に連続的に被覆されている。「実質的に連続的に被覆されている」の術語は、本明細書に使用される場合は、非湿潤性流動化可能材料が、それに被覆されている固体基材表面の少なくとも約５０パーセントに接触していることを意味する。

本発明のもう一つの態様は、セラミック−金属テープの製法である。この方法は、（ａ）固体成型物上に非湿潤性のセラミック粉末の層を付着させること；（ｂ）非湿潤性のセラミック粉末の層上に湿潤性粉末の層を付着させること；（ｃ）湿潤性粉末の層に金属を接触させること；（ｄ）金属が熔融し、そして、湿潤性粉末の層を通って、そして非湿潤性のセラミック粉末の層と接触している湿潤性粉末の個々の粒子の周囲に浸透して、金属浸透構造物を形成するような温度に、金属を加熱すること、そして（ｅ）金属浸透構造物を冷却して金属を固化させること、それにより固体成型物上にセラミック金属テープを形成すること、を含む。この態様においては、非湿潤性セラミック粉末は、熔融金属により湿潤性でなくそして湿潤性粉末は熔融金属により湿潤性である。

こうして形成されたセラミック−金属テープは、一緒に層状にすることができそして、層状構造物を、層状にしたセラミック−金属テープを、互いに接着させてセラミック−金属構造物を形成させるような温度に加熱することができる。

本発明の更にもう一つの態様は、セラミック体同士の接着法である。この方法は、（ａ）第１のセラミック体の表面を、非反応性の粉末粒子及び反応性粉末粒子で被覆させること；（ｂ）第１のセラミック体の被覆された表面に、第２のセラミック体の表面を隣接させること；（ｃ）第１のセラミック体及び第２のセラミック体の間の被膜を金属と接触させること；（ｄ）金属が、個々の粉末粒子の周囲の、粉末粒子被膜を通過して浸透し、そして２種のセラミック体に接触するような温度で、十分な時間をかけて、金属を加熱すること；並びに（ｅ）金属が固化するまで浸透した金属を冷却し、それにより２種のセラミック体を相互に接着させること、を含む。非反応性粉末粒子は、浸透する金属と非反応性であり、そして反応性粉末粒子は浸透する金属と反応性である。

直前に記載の方法により形成された層状構造物は、（ａ）第１のセラミック体；（ｂ）第１のセラミック体に接着された金属浸透層；及び（ｃ）金属浸透層に接着された第２のセラミック体、を含む。金属浸透層は、反応性材料、非反応性材料、及び金属を含有し、ただし、反応性材料は金属に反応性でありそして非反応性材料は金属に非反応性である。

本発明の第１の態様は、非湿潤性の流動化可能材料により非湿潤性であるかごく僅かに湿潤性である基材上に、非湿潤性の流動化可能材料を被覆させるための方法である。この方法は概括的に、（ａ）基材の表面に、非湿潤性の流動化可能材料により湿潤性である粉末粒子の層を付着させること、（ｂ）粉末粒子の層に、流動化可能材料を接触させること、並びに（ｃ）粉末粒子の間に流動化可能材料を浸透させ、そして基材表面に接触させ、それにより基材上に実質的に連続的な被膜を形成すること、の段階を含む。

基材はどんな形態をもっても良く、そして例えば、金属、ガラス、セラミック、又はセラミック−金属複合物の形態でもよい。基材を形成することができる具体的なセラミックは、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、及びＢ_４Ｃを含む。基材はスリップ成型、プレス成型、テープ成型、押し出し、又は射出成型のようなどんな適宜な技術により成型されてもよい。高密度の基材が要請される場合は、焼結、熱圧、熱等圧圧縮、又は基材への金属浸透等の技術により未処理物質（greenware）を圧縮することができる。

被覆される流動化可能材料は、どんな流動化可能材料、即ち、流体であるか又は、例えば熔融により流体化されることができるどんな材料でもよい。被覆される流動化可能材料が熔融可能ならば、該熔融可能材料は、基材又は粉末粒子が熔融するか、又は互いに著しく反応するような温度よりは低い温度で熔融しなければならない。流動化可能材料の被膜は、化学的又は物理的相互作用のどちらかにより基材に付着させることができることが好ましい。

流動化可能材料の具体的な例は、有機又は無機の流体、ガラス、ポリマー材料、及び、金属合金を含む金属、である。ポリマー材料は熱可塑性樹脂及びポリマー性流体を含む。具体的な金属はアルミナム、銅、マグネシウム、コバルト、鉄、モリブデン、及びニッケルを含む。具体的な金属合金は、モリブデン−ニッケルである。

本発明の第１の態様の方法は、流体及び固体が、非湿潤性の動態を特徴とする時に、固体上に流体を被覆させる性能を提供する。材料（Ａ）がある具体的な雰囲気中で、材料（Ｂ）により湿潤性か否かは、選択された雰囲気における材料（Ａ）の稠密な物体上における、材料（Ｂ）の流体又は液体化された液滴の接触角度を測定することにより、決定することができる。材料（Ｂ）が室温で固体である場合は、その接触角度を測定するためには、材料（Ｂ）を融点まで加熱しなければならない。接触角度は、流体−気体の界面及び流体−固体の界面の間の角度である。

接触角度が９０゜未満の場合に、材料（Ａ）は材料（Ｂ）により湿潤性であると考えられる。湿潤性の組み合わせ物が望ましい場合は、接触角度が４５゜未満であり、そしてより好ましくは２５゜未満であることが好ましい。材料（Ａ）は、接触角度が９０゜以上である時に、材料（Ｂ）により湿潤性でないと考えられる。

基材の表面上に付着される粉末粒子は、流動化可能材料により湿潤性でなければならない。粉末粒子の組成は、流動化可能材料が流動化され、そして粉末粒子の層と接触する時、流動化可能材料が毛細管作用により粉末粒子間を流動するように選択される。粉末粒子は基材に化学的又は機械的に接着可能である必要はない。本発明の方法の条件に暴露された後に、しばしば、粉末粒子が基材に接着しないか又はごく弱くのみ接着することが望まれることがある。

粉末粒子を形成することができる具体的な材料は、金属、セラミック、及びそれらの混合物を含む。粉末粒子及び流動化可能材料のための物質の組み合わせ物の幾つかの例は：Ｗ及びＣｕ、Ｔｉ及びＭｇ、ＷＣ及びＣｏ、ＴｉＣ及びＣｏ、ＷＣ及びＦｅ、ＭｏＳｉ_２及びＡｌ、ＴｉＣ及びＭｏ、Ｂ_４Ｃ及びＡｌ、ＴｉＢ_２及びＡｌ、ＴｉＣ及びＡｌ、ＳｉＢ_４及びＡｌ、ＴｉＢ_２及びＮｉ、並びにＴｉＣ及びＭｏ−Ｎｉ、を含む。

粉末粒子は０．１から５０マイクロメーター、より好ましくは１から２５マイクロメーター、そして最も好ましくは、１から５マイクロメーターの粉末度を有することが好ましい。

粉末粒子は多数の方法により基材の表面上に付着させることができる。例えば、粉末粒子は流体中に分散させそして、例えば噴霧、ブラシで塗ること又は印刷により付着させることができる。印刷法は基材上に粉末粒子を模様を付けて付着させることができる。化学蒸着法、プラズマに高めた溶射法又はイオン光線スパッター法のような方法も使用することができる。粉末粒子が分散物として付着される場合、粉末粒子の層は好ましくは金属を浸透させる前に乾燥される。

粉末粒子は基材上に、１から５００マイクロメーター、より好ましくは３から１５０マイクロメーター、そして最も好ましくは５から１００マイクロメーターの乾燥した厚さで付着させることが好ましい。具体的には粉末粒子は１から２０単層（monolayer）の厚さ、好ましくは、少なくとも２単層の厚さで付着させる。

乾燥粉末粒子の層は好ましくは、５０から９０パーセント、より好ましくは、６０から８０パーセント、そして最も好ましくは、７０から８０パーセントの多孔度をもつ。粉末粒子層の多孔度により、粉末粒子層は基材表面上で不連続的である。

基材上に一旦乾燥粉末−粒子層が付着されたら、粉末−粒子層は、粉末−粒子層上に直接流動化可能材料を置くか又は、粉末−粒子層の一部に流動化可能材料を単に接触させるかのどちらかにより、流動化可能材料と接触させられる。

図１は、流動化可能材料１０（金属として示されている）のブロックが、基材１４の表面上に付着された、粉末粒子層１２（これも金属として示されている）上に置かれている、方法のこの段階を示している。示されたように、粉末粒子層１２は多孔性で、基材１４に不連続的に接触している。

流動化可能材料が室温で流体である場合は、流動化可能材料は粉末粒子の間及びその周囲に浸透して、次第に基材表面に接触させられる。更に、流動化可能材料は基材表面に隣接する粉末粒子の下方に流入することができ、それにより、流動化可能材料と基材の間の接触面積の量を増加させることが望ましい。接触面積の増加は、基材に対する流動化可能材料の被膜の付着性を改善する補助になる。

流動化可能材料が室温で固体の場合は、流動化可能材料が熔融して粉末粒子間に、そして好ましくは、少なくとも、粉末粒子の幾つかと基材表面の間に浸透するような高温に、そしてそれに十分な時間、流動化可能材料を加熱する。流動化可能材料の加熱は、具体的には真空下で実施される。

流動化可能材料の浸透化の終結後、流動化可能材料は好ましくは、粉末粒子の周囲を流動し、そして、粉末粒子が元来付着していた基材表面の、少なくとも５０パーセント、より好ましくは少なくとも８０パーセント、最も好ましくは少なくとも９５パーセントに接触する。基材表面上への流動化可能材料の被覆の結果として、粉末−粒子層は基材表面上で、不連続性のままであるか又はそれに接触しないかである。生成された流動化可能−材料の被膜は、実質的に、流動化可能材料の連続層により囲まれた孤立した粉末粒子からなる。流動化可能材料は、そうでなければ流動化可能材料により湿潤性でない基材表面に直接接触している。粉末粒子層をもたずに実施された同様な実験は、基材上における流動化可能材料の弱い湿潤性のために、流動化可能材料が基材上で広がることができないので、基材上の連続的被膜の欠乏をもたらす。

図２は、本発明の第１の態様の方法により形成された層状構造物を示している。金属１０は、それが基材表面１４と連続的に接触するまで、粉末粒子の層１２中及び個々の粉末粒子の周囲に浸透した。

粉末粒子／流動化可能材料複合物の層中の粉末粒子の含量は、具体的には複合物の層の重量の５から２５重量パーセントにすることができる。

流動化可能材料が金属である場合は、この方法の一つの利点は、生成される基材−被膜の界面が、望ましくない金属酸化物の最低量を含有する点である。本方法は、被覆化過程中、流体金属が流動性で、それが粉末粒子層中に浸透する時に、酸化された表面層を残していくので、基材−流動化可能材料の界面に少量の金属酸化物をもたらす。従って、この界面には、金属フォイル又は粒子を使用するその他の方法により製造される製品において典型的に含有される、表面の酸化物がない。基材表面と接触している、新鮮で清浄な金属表面をもつことは、金属及び基材間の化学的拡散を増加させる補助になり、それにより２種の物質間の付着及び接着を改善させる。

層構造物の金属−浸透層は、熱伝導体、電気伝導体、強化遮断層、又は溶接帯として使用することができるか、あるいは反応させるか酸化されて、化学的及び／又は機械的−遮蔽層を形成することができる。

本発明の第２の態様は、セラミック−金属テープを製造するための方法である。この方法は、（ａ）付形された固体の成型物上に非湿潤性セラミック粉末の層を付着させること；（ｂ）非湿潤性のセラミック粉末の層上に湿潤性の粉末層を付着させること；（ｃ）湿潤性粉末の層に金属を接触させること；（ｄ）金属が、湿潤性粉末層の粒子間に浸透して、非湿潤性のセラミック粉末層に接触して金属−浸透構造物を形成するような温度に金属を加熱すること、そして（ｅ）金属−浸透構造物を冷却して、金属を固化させ、そして固体成型物上のセラミック−金属テープを形成させること、の段階を含む。非湿潤性のセラミック粉末は金属流動を停止させ、それが、浸透及び冷却が終結するとき、固体の成型物からテープを分離させる。

第２の態様の方法は、第１の態様の方法を使用する。第１の態様において、流動化可能材料は、基材の表面上の粉末粒子間及びその周囲に浸透させられる。第２の態様においては、流動化可能材料は熔融金属であり、基材はその上に非湿潤性のセラミック粉末層をもつ固体成型物である。

本発明の第２の態様に使用される固体成型物は、平坦な表面か起伏をもった面にすることができ、具体的にはセラミックで形成される。固体成型物が型表面として使用され、後に除去される場合は、該固体成型物は好ましくは、本方法の条件（温度及び圧力）に暴露した後に非湿潤性セラミック粉末に非接着性の材料から形成される。更に、固体成型物を取り外す場合、固体成型物は本方法における具体的な金属により湿潤性でない材料から形成されることが好ましい。

固体成型物が最終的構造物の一部に留まる場合は、固体成型物は、本発明の第２の態様の条件（温度及び圧力）に暴露される時に、非湿潤性セラミック粉末に接着する材料から形成されることが好ましい。

固体成型物とその他の材料間の接着性、非接着性、及び湿潤性相互作用は経験的に決定することができる。

前記のように、非湿潤性のセラミック粉末は本方法で使用される金属により非湿潤性である。非湿潤性の定義は、本発明の第１の態様で考察されたものと同様である。非湿潤性セラミック粉末は金属を固体成型物に接触させることを遮蔽することにより、遮蔽層として作用するために含有される。

好ましくは、非湿潤性セラミック粉末は０．０１から１００マイクロメーター、より好ましくは、０．０１から１０マイクロメーター、そして最も好ましくは、０．０１から１マイクロメーターの粉末度をもつ。

非湿潤性セラミック粉末層は前記の本発明の第１の態様の粉末粒子について提唱されたものと同様の方法により付着させることができる。非湿潤性セラミック粉末層が分散物として適用される場合は、その層は乾燥される。

非湿潤性セラミック粉末の乾燥層は０．１から１００マイクロメーター、より好ましくは１から５０マイクロメーター、そして最も好ましくは１から２５マイクロメーターの厚さを有することが好ましい。具体的には非湿潤性セラミック粉末層は１から１０単層の厚さである。

非湿潤性セラミック粉末の乾燥層は４０から８０パーセント、より好ましくは、４０から７０パーセント、そして最も好ましくは４０から６０パーセントの多孔度を有することが好ましい。前記のように、湿潤性粉末粒子は、その間に浸透される金属により湿潤性である。湿潤性及び好ましい接触角度の定義は、本発明の第１の態様で考察されたものと同様である。湿潤性粉末の組成は、金属が熔融されそして湿潤性粉末と接触させられる場合に、熔融金属が、毛細管作用により湿潤性粉末の粒子間を流動するように選択される。湿潤性粉末は基材に化学的又は機械的に接着可能である必要はない。具体的には湿潤性粉末はセラミック又は金属から形成される。

湿潤性粉末は本発明の第１の態様における粉末粒子の被覆化に対して記載のものと同様の方法により付着させることができる。

湿潤性粉末の好ましい粉末度、及び厚さ及び多孔度のような湿潤性粉末層の好ましい性状は、所望のテープの性状に左右される。具体的には、湿潤性粉末の粉末度は、０．１から５０マイクロメーターであり、湿潤性粉末層の固体含量は、１０から５０パーセント（すなわち、湿潤性粉末層の多孔度が５０から９０パーセントである）であり、そしてテープの厚さは５から１０００マイクロメーターの範囲にある。

湿潤性粉末の粒子間に浸透される金属は、元素金属、合金、又はそれらの混合物でよい。粒子間に金属を浸透させるために、金属を最初に湿潤性粉末層に接触させる。接触方法は重要ではない。例えば、金属は湿潤性粉末層上に全体的に置くこともできるし、又は湿潤性粉末層の一部にのみ接触させることもできる。

図３は、その中で、金属２０が、順次、セラミック成型物２６上に付着された非湿潤性の粉末の被膜２４上に付着された、湿潤性粉末の被膜２２上に存在するような、湿潤性粉末の被膜に金属を接触させることを示している。

湿潤性粉末に金属を接触させた後、図４に示されるように、金属が非湿潤性セラミック粉末に接触するまで、金属が湿潤性粉末の間及び周囲に浸透するような温度に金属を加熱する。金属は概括的に、非湿潤性セラミック粉末の粒子間には浸透しない。第２の態様の加熱段階は具体的には真空下又は不活性気体雰囲気中で実施される。

金属を加熱し、そして所望のように、粒子間にそれを浸透させた後に、固体成型物、固体成型物の表面上に付着された非湿潤性セラミック粉末層、金属の連続的母材により囲まれた湿潤性粉末層、を含む層状構造物を冷却させて金属を固化させる。固体成型物及び非湿潤性セラミック粉末の組成が、その２種がその方法の過程中接着しないように選択された場合は、固体成型物は、非湿潤性セラミックからなる第１の層及び、金属で浸透された湿潤性粉末からなる第２の層、を有する層構造物からなる構造物の残りから取り外すことができる。非湿潤性セラミック粉末の層は、機械的粉砕又はブラッシかけを含む幾つかの方法により、金属に浸透された湿潤性粉末の層から容易に取り外すことができる。金属で浸透された湿潤性粉末は図５に示されるような、セラミック−金属テープと考えることができる。

セラミック−金属テープ中のセラミックの量は、セラミック粉末の付着法及びセラミック粉末の粉末度に左右されるが、具体的にはテープの重量の１０から５０重量パーセントの間で変動させることができる。

このようにして形成されたセラミック−金属テープは具体的には、理論的最大密度の少なくとも約９５パーセントの密度を有する。固体成型物の形状に応じて、テープは平坦でも複雑な幾何学的形態をもってもよい。

このようにして形成されたセラミック−金属テープは相互に層状にすることができ、そして層状にされたテープを、そのテープを相互に接着させるような温度に加熱することができる。接着の温度は、金属の熔融温度より低いが、圧力下で金属を変形可能にさせるに十分高い、金属変形温度にすることができる。その他の様態においては、２種のテープを互いに接着させる温度は、金属を隣接セラミック層中に拡散させるに十分に高い温度である拡散焼結温度にすることができる。セラミック−金属テープの層は２種類以上の層を巻き込むことができそして、異なった組成の層を巻き込むことができる。

固体成型物を加熱過程後に取り外すことができる材料の具体的組み合わせ物は次の表に示されている。
組み合わせ物 セラミック成型物 非湿潤性粉末 湿潤性粉末 金属
I AlN AlN TiB₂ Al
II AlN AlN B₄C Al
III AlN AlN TiC Mo-Ni
IV Al₂O₃ Si₃N₄ WC Co
V Al₂O₃ AlN TiB Al
VI Al₂O₃ AlN Al₂O₃ Nd
VII AlN B₄C W Cu

本発明の第２の態様の方法により形成された、１本のテープ及び数本のテープの複合物は電子基材及びハードディスクドライブ部品のための電子産業において使用することができる。テープ及び複合体はまた、軽量の自動車ブレーキ、ロボットの腕、及びクラッチのような構造的用途に使用することもできる。

本発明の第３の態様は概括的に、反応性粉末、非反応性粉末、及び金属を使用することによる、セラミック体の相互の接着方法である。その方法は、第１に、反応性粉末粒子及び非反応性粉末粒子による、第１のセラミック体の表面の被覆を含む。場合によっては、第２のセラミック体の表面も被覆することができる。反応性粉末粒子は、選択された具体的な金属と化学的に反応性であり、そして非反応性粉末粒子は選択された金属と化学的に非反応性である。次いで第２のセラミック体の表面を、第１のセラミック体の被覆された表面に対して隣接させる。２種のセラミック体間の被膜が接着領域を区画する。次いで第１のセラミック体及び第２のセラミック体間の被膜を金属と接触させ、そして、その金属が被膜を通って、そして被膜の個々の粒子の周囲に浸透して、最後に２種のセラミック体と接触するような温度に、十分の時間にわたり、金属を加熱する。金属を冷却し固化させると、２種のセラミック体は互いに接着される。

互いに接着されるセラミック体は、ほとんどもしくは全く金属を含まないセラミックで形成されても、又はセラミック−金属複合物で形成されていてもよい。セラミック体はどんな大きさでも形状でもよい。セラミック体は浸透金属により湿潤性でも非湿潤性でもよい。更に、セラミック体は浸透金属と化学的に反応性でも化学的に非反応性でもよい。記載のように、反応性の粉末粒子は接着領域へ浸透する金属と化学的に反応性である。すなわち、本発明において使用される反応性粉末粒子は、浸透性金属と新規な材料相（material phase）を形成するものである。それに対して、本発明において使用される、非反応性の粉末粒子は、浸透性金属と新規な材料相を形成しないものである。

反応性及び非反応性粉末粒子の両者が、本発明の第１の態様に対して前記のような湿潤性としての定義に従う、浸透性金属により湿潤性でなければならない。前記の好ましい接触角度もまた本発明のこの第３の態様にも適用される。

反応性及び非反応性の粉末粒子は好ましくは、０．１から１０マイクロメーターそして、より好ましくは、０．５から５マイクロメーターの粉末度を有する。具体的には反応性及び非反応性粉末粒子はセラミック又はセラミック混合物である。

セラミック体もしくはセラミック体類への反応性及び非反応性粉末粒子の被覆は、幾つかの方法のどれによって実施されてもよい。一つの被覆方法としては、２種のセラミック体を最初に、反応性粉末粒子の層で被覆し、そしてその後に非反応性粉末粒子の層で被覆する。次いで２種の物体を、互いに接着させるために、それらの被覆された表面を隣接させることができる。この被覆方法においては、反応性粉末粒子の層は０．５から１５マイ
クロメーター、より好ましくは１から１５マイクロメーターの厚さを有することが好ましく、そして非反応性粉末粒子の２層は１から５０マイクロメーター、より好ましくは１から１０マイクロメーターの合計の厚さを有することが好ましい。非反応性粉末粒子の層は個々には、好ましくは、０．５か２５マイクロメーター、そしてより好ましくは、０．５から５マイクロメーターの厚さを有する。

被覆の第２の方法としては、第１のセラミック体を始めに、反応性粉末粒子の層で被覆しそして次に非反応性粉末粒子層で被覆し、そして第２のセラミック体を反応性粉末粒子層のみで被覆することができる。次いで２種の物体を、互いに接着させるために、それらの被覆された表面を隣接させることができる。この被覆方法では、反応性粉末粒子の層はそれぞれ、０．５から５０マイクロメーター、より好ましくは、１から５マイクロメーターの厚さを有し、そして非反応性粉末粒子の層は１から２５マイクロメーターの厚さを有することが好ましい。

被覆の第３の方法として、第１のセラミック体を最初に、反応性粉末粒子の層で被覆し、その後反応性粉末粒子及び非反応性粉末粒子の混合物の層で被覆し、そして第２のセラミック体を反応性粉末粒子のみの層で被覆することができる。次いで２種の物体を、互いに接着させるために、それらの被覆された表面を隣接させることができる。反応性及び非反応性粉末粒子の混合物は、所望の接着特性に応じて、非反応性粉末粒子に対する反応性粉末粒子の種々の比率をもつことができる。好ましくは、非反応性粉末粒子に対する反応性粉末粒子の比率は、７５：２５から２５：７５、より好ましくは、５０：５０から２５：７５である。この被覆方法においては、反応性粉末粒子の層それぞれは、１から１０マイクロメーター、より好ましくは、１か５マイクロメーターの厚さを有し、そして、反応性及び非反応性粉末粒子の混合物の層は５から５０マイクロメーター、より好ましくは、１０から２０マイクロメーターの厚さを有することが好ましい。

第４のしかしそれほど好ましくはない被覆法として、第１のセラミック体を反応性粉末粒子及び非反応性粉末粒子の混合物の層で被覆することができる。この混合物は好ましくは、７５：２５から２５：７５の、そしてより好ましくは、５０：５０から２５：７５の非反応性粉末粒子に対す反応性粉末粒子の比率を有する。次いで２種の物体を互いに接着させるために、第２のセラミック体を第１のセラミック体の被覆された表面に隣接させることができる。この被覆法において、反応性及び非反応性粉末粒子の混合物の層は、１から５０マイクロメーター、より好ましくは、５から２０マイクロメーターの厚さを有することが好ましい。 反応性粉末粒子の層は好ましくは、５０から９０パーセント、そしてより好ましくは、７５から８５パーセントの多孔度を有する。非反応性粉末粒子の層は好ましくは、６０から９０パーセント、そしてより好ましくは、７０から８５パーセントの多孔度を有する。反応性及び非反応性粉末粒子の混合物の層は好ましくは５０から９０パーセント、そしてより好ましくは７０から８５パーセントの多孔度を有する。

反応性及び非反応性粉末粒子は、多数の方法によりセラミック体上に被覆させることができる。例えば、粉末粒子を水に分散させ、そして例えば、噴霧、ブラッシで塗ること、又は印刷により付着させることができる。更に、化学的蒸着、プラズマ溶射付着法又はイオン光線スパッター法のような方法も使用することができる。粉末粒子を分散物として付着させる場合、粉末粒子の層は好ましくは、金属を浸透させる前に乾燥させる。

反応性及び非反応性粉末粒子を一旦適宜なセラミック体上に被覆させた後、セラミック体を接着させる表面を互いに隣接させる。次いで、第１のセラミック体と第２のセラミック体の間の被膜を金属に接触させる。金属は元素金属でも金属合金でもよい。接触過程は例えば、被覆された表面の間に金属を置くこと、又は粉末粒子被膜の外側部分に単に接触させることにより実施することができる。

次いで、接触された金属を、その金属が、被膜を通って、そして被膜の個々の粒子の周囲に浸透し、そして最後に２種のセラミック体に接触するような温度に、十分な時間にわたり加熱する。その加熱過程の間に、金属は接着領域中に浸透するが、セラミック体中に浸透する必要はない。セラミック体が稠密でありそして／又は金属により非湿潤性である場合は、金属は概括的にセラミック体中に浸透しないであろう。

移動する熔融金属は最低量の金属酸化物を含むので、末梢から接着領域中へ金属を誘導する方法は、最終接着製品中の金属酸化物の量を最小にするので、通常、粉末粒子被膜の末梢部分を浸透金属と単に接触させることが好ましい。それに対し、金属及びそれに伴う金属酸化物が被膜により挟まれる場合は、金属酸化物は最終接着製品の一部として残留する。

具体的には、金属がアルミナム又はアルミナム合金である場合は、浸透温度は１０００℃から１２００℃であり、そして十分な時間は５から４５分間である。好ましくは、加熱過程は真空下で実施される。代替的には不活性気体の雰囲気を使用することができる。

加熱過程後、セラミック体構造物を、具体的には室温に冷却させ、それにより金属を固化させそしてセラミック体を互いにに接着させる。冷却後、接着されたセラミック体をせいぜい約８００℃に加熱することにより熱−処理することができる。

第３の態様において使用することができる材料類の具体的組み合わせ物は：セラミック体を形成する材料としてＢ_４Ｃ−Ａｌ、反応性粉末粒子としてＢ_４Ｃ粉末、非反応性粉末粒子としてＴｉＢ_２粉末、及び金属としてアルミナム又はアルミナム合金、である。この組み合わせ物においては、セラミック体（Ｂ_４Ｃ−Ａｌ）は金属（アルミナム又はアルミナム合金）により湿潤性であると考えられる。

第３の態様のための材料の代替的組み合わせ物は、セラミック体が窒化アルミナムから形成されることを除いて、前記の組み合わせ物と同様である。この組み合わせ物において、セラミック体（ＡｌＮ）は金属（アルミナム又はアルミナム合金）により非湿潤性であると考えられる。

このように形成された製品は、第１のセラミック体、第１のセラミック体に接着された金属の浸透された層、及び金属の浸透された層に更に接着された第２のセラミック体、を含む層状構造物である。金属の浸透した層は反応性材料、非反応性材料、及び浸透された金属を含有する。反応性材料は、反応性粉末粒子及び浸透された金属から形成され、そして非反応性材料は非反応性粉末粒子から形成される。

反応性及び非反応性粉末粒子の被覆法に応じて、層状構造物の金属浸透層は、異なった材料の傾度曲線（gradient）を有する可能性がある。例えば、反応性粉末粒子が最初にセラミック体上に付着される場合は、金属浸透層はセラミック体の近辺において、非反応性材料に比してより高い濃度の反応性材料を含むであろう。より高い濃度の反応性材料を含むこの部分は、高濃度反応性材料層と称することができる。高濃度反応性材料層は、存在する場合は、０．５から１００マイクロメーター、しかし好ましくは０．５から１５マイクロメーターの厚さである可能性がある。

層状構造物において、反応性粉末粒子により形成された材料は強力な接着性及び界面強度を提供し、金属は亀裂の生長反応に対する延性の経路（ductile path）を提供し、そして非反応性粉末粒子により形成された材料は反応に対する遮蔽層を提供する。層状構造物における亀裂は、具体的には、反応性粉末粒子及び金属により形成される脆弱な界面にお
いて開始するであろう。次いで亀裂は、非反応性粉末粒子／金属複合物の、より弱い、しかしより延性の層を通って生長させられ、そして金属中の亀裂に類似の動態を示す。

第３の態様の方法を使用することによる２種のセラミック体の相互の接着の利点は、界面の強度及び、典型的に発生する破断の種類を、より良く調節できる点である。更に、接着された製品は、セラミックの有効な特性と金属の有効な特性の融合をもたらすであろう。

従って、本発明は通常、非湿潤性材料により通常は湿潤性でない固体の基材上に被覆された非湿潤性材料から形成された新規な構造物、並びにそれらを製造する方法、を提供する。本発明はまた、ほとんどもしくは全く結合剤もしくは有機溶媒を必要とせず、多数の異なったセラミック−金属調製物に適用でき、テープの厚さの容易な調節を可能にし、焼結時にほとんどもしくは全く収縮が起こらないようなかなり稠密なテープを形成し、そして、望ましくないほど高い処理温度を必要としない、テープのようなセラミック−金属構造物を製造する方法を提供する。更に、本発明は、強力な接着強度及び緩徐な亀裂生長を有する、互いに接着された２種のセラミック体の構造物、並びにこのような構造物の形成方法、を提供する。

下記の実施例は、例示的目的のみのためのものであり、そして本明細書又は請求の範囲の、範囲を限定するものと解釈してはならない。特記されない限り、すべての部及び百分率は重量に基づいている。

実施例として、種々の基材上の種々の金属の接触角度を測定した。ＡｌＮ、Ｂ_４Ｃ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＢ_２及びＷの稠密な基材を１ミクロンの表面仕上げに研磨した。種々の金属の０．５グラムのサンプルを仕上げ表面の１ｃｍ^２面積上に置いた。金属／基材組み立て物を、タングステンの加熱装置、組み立て物を観察する顕微鏡、及び組み立て物を撮影することができる撮影機器、を設置した炉内に置いた。炉内に組み立て物を設置後、炉内を１０^４トル（Torr）真空下に維持し、そして２０℃／分の速度で、１２００℃まで加熱した。１２００℃で１０分間維持後、基材上の金属の接触角度を、組み立て物を撮影した写真から測定した。基材上の金属の接触角度は下表に示されている。最初の３種の組み合わせ物は非湿潤性動態を示しそして後の３種の組み合わせ物は湿潤性の動態を示している。
基材 金属 接触角度
ＡｌＮ Ａｌ １３０゜
Ｂ_４Ｃ Ｃｕ １３５゜
Ｓｉ_３Ｎ_４ Ａｌ １０５゜
ＴｉＢ_２ Ａｌ ２５゜
Ｂ_４Ｃ Ａｌ ２０゜
Ｗ Ｃｕ １０゜

実施例１
約３マイクロメーターの平均粉末度を有する、規格１５００の、Elektroschemeltzwerk
Kempten, Munich, German社により製造された炭化ホウ素粉末を、１４００℃のアルゴン雰囲気内で焼結して、炭化ホウ素の表面を不動態化させそしてアルミナムと化学的に相容性にさせた。焼結された炭化ホウ素を、ＮＨ_４ＯＨの添加により調節されたｐＨ７をもつ水中に、２５重量パーセントの固体に分散させた。

ＡｌＮ基材の表面に、幹から伸びている３本の枝をもつ木の形状に、炭化ホウ素粉末の分散物を噴霧被覆させた。次いでＡｌＮ基材上の噴霧被膜を乾燥させた。噴霧被膜は約１
０マイクロメーターの厚さを有した。アルミナム金属を木の形状の炭化ホウ素被覆表面の底部で噴霧被膜に接触させ、次いでアルミナムに接触されたＡｌＮ基材を真空下で１１６０℃に加熱した。温度を１２分間１１６０℃に維持した。この実験では、熔融金属は窒化アルミナムを典型的には湿潤化させないが、木の形状の炭化ホウ素被覆面全体が、窒化アルミナムに十分に接着されたアルミナムの薄い層を有した。被覆基材の研磨された切断面は、窒化アルミナム基材に接着された炭化ホウ素−アルミナム複合物の実質的な連続層を示した。アルミナムの、窒化アルミナムとの直接的接触面積は７５パーセントを越えることが観察された。

実施例２
約４マイクロメーターの平均粉末度を有する、ドイツのHerman Starck社により製造された、ホウ化チタン粉末を、２５重量パーセントの固体含量になるようにメタノールに分散させた。熱圧縮窒化ケイ素のブロックを、ホウ化チタン分散物で噴霧被覆させた。次いでホウ化チタンの層を乾燥させると、それは約１５０マイクロメーターの乾燥厚さを有した。アルミナム金属を、ホウ化チタン層と接触して置き、そして該構造物を真空下で、毎時５４０℃の割合で１１６０℃まで加熱し、そして温度を３０分間１１６０℃に維持した。通常、アルミナムは窒化ケイ素を湿潤化させずそして１２００℃未満の接触角度は９０゜より大きい。しかし本実験においては、アルミナムは大部分の窒化ケイ素を湿潤化させ、十分なホウ化チタンで被覆されていない僅かな点のみを残した。窒化ケイ素とのアルミナムの直接的接触面積は約８０パーセントであることが認められた。

実施例３
タングステン粉末のスラリーを、１５重量パーセントの固体含量になるようにヘプタンに、１から３マイクロメーターの平均粉末度をもつタングステン粉末を分散させることにより調製した。

２種の熱圧した炭化ホウ素の基材を、それぞれの１表面を機械で平滑にした。第１の炭化ホウ素基材の、機械処理した面にタングステン粉末スラリーを噴霧した。次いで、タングステン被膜を乾燥させると約２５マイクロメーターの厚さを有した。第２の炭化ホウ素基材の機械処理した面はタングステンで被覆しなかった。次いで炭化ホウ素基材それぞれの上部に銅金属を置き、その構造物を加熱し、３０分間１１６０℃で維持した。タングステンで被覆された炭化ホウ素の表面上の銅は、１１６０℃で６０゜の接触角度をもつ半球を形成し、炭化ホウ素を湿潤化させた。それに対して、被覆されなかった炭化ホウ素の表面上の銅は、１１６０℃で１３５゜の接触角度をもつ球を形成し、そして炭化ホウ素を湿潤化させなかった。

実施例４
ホウ化チタン粉末のスラリーを、２０重量パーセントの固体含量になるようにメタノール中で調製した。使用されたホウ化チタン粉末は、約４マイクロメーターの平均粉末度を有した。窒化アルミナムの２種の基材のそれぞれの一方の面に、ホウ化チタンスラリーを噴霧被覆させた。次いで、ホウ化チタン被膜を乾燥させると、１０から２５マイクロメーターの厚さを有した。次いで２種の被覆された窒化アルミナムの基材を、ホウ化チタン層が互いに直接接触するようにサンドイッチ状に挟んだ。次いでＡｌＮ−ＴｉＢ_２−ＡｌＮサンドイッチを、ＴｉＢ_２被膜においてアルミナムと接触させて１１６０℃に加熱した。１１６０℃において、熔融されたアルミナムが多孔性のＴｉＢ_２層に浸透して、アルミナム−ＴｉＢ_２及びＡｌＮ間に強力な界面結合を形成した。

実施例５
窒化アルミナム粉末及びホウ化チタン粉末のスラリーを、２５重量パーセントの固体含量に、メタノール中で調製した。窒化アルミナムの基材を、窒化アルミナム基材が、窒化
アルミナム粉末の１層、並びに、窒化アルミナム粉末の層の上のホウ化チタン粉末の２層、を有するように、スラリーを噴霧被覆させた。窒化アルミナム粉末は３から４マイクロメーターの粉末度を有し、ホウ化チタン粉末は４から６マイクロメーターの粉末度を有した。被覆された基材を乾燥させた。乾燥した窒化アルミナム層の厚さは約１０マイクロメーターであり、そして乾燥したホウ化チタン層の全体の厚さは約１２５マイクロメーターであった。ホウ化チタン層をアルミナムと接触させ、そして該構造物を真空下で１１６０℃に加熱し、そして１８分間その温度で維持した。１１６０℃において、熔融アルミナムはホウ化チタン層に浸透して、窒化アルミナム−被覆された窒化アルミナム基材の上部に、１４０から１８０マイクロメーターの厚さを有する、薄い、平坦なテープを形成した。アルミナム金属は窒化アルミナム粉末層に浸透しなかった。その結果、アルミナムは窒化アルミナム基材に接着しなかった。テープは約２０容量パーセントのホウ化チタン含量を有した。ホウ化チタン−アルミナムのテープは窒化アルミナム基材から容易に剥がれた。

実施例６
窒化アルミナム粉末のスラリーをメタノール中で調製し、そして炭化ホウ素粉末のスラリーをＮＨ_４ＯＨの添加により調節されたｐＨ７をもつ水中で調製した。窒化アルミナム粉末は約１マイクロメーターの平均粉末度をもち、そして炭化ホウ素粉末は約３マイクロメーターの平均粉末度を有した。窒化アルミナム基材を最初に、窒化アルミナム粉末のスラリーで、そしてその後に炭化ホウ素粉末のスラリーで噴霧被覆させた。次いで被覆された窒化アルミナム基材を乾燥させた。乾燥された被膜は約１８０マイクロメーターの全体的な、乾燥の厚さを有した。炭化ホウ素粉末層をアルミナムと接触させそして次いで該構造物を真空下で１１６０℃に加熱しそして３０分間その温度で維持した。冷却後、炭化ホウ素／アルミナムのテープは、テープと基材間の熱膨張の差により窒化アルミナム基材から分離した。テープは１６０から２００マイクロメーターの厚さを有し、そしてテープのセラミック含量は１５から２０重量パーセントであった。

実施例７及び７Ｃにおいて、セラミック体の間の界面の引っ張り強さを、０．００２インチ／分のクロスヘッド速度及び１０，０００ポンドの負荷セルを有する、Instron、１１２５型を使用する、引っ張りテストにより測定した。結果は引っ張りテスト中にもたらされた、負荷に対する変位曲線から決定された。

実施例７
Ｂ_４Ｃ−Ａｌの２種の稠密な物体それぞれの表面に最初、反応性粉末としてＢ_４Ｃ粉末層を、そしてその後に非反応性粉末としてＴｉＢ_２粉末の層を噴霧した。Ｂ_４Ｃ及びＴｉＢ_２粉末両者はメタノール中の分散物として噴霧した。Ｂ_４Ｃ粉末は約３マイクロメーターの平均粉末度を有した。次いで被覆した層を乾燥させた。Ｂ_４Ｃ粉末の乾燥した層は約１０マイクロメーターの厚さであり、理論密度の約２０パーセントの密度（すなわち、約８０パーセントの多孔度）を有した。ＴｉＢ_２粉末は約６マイクロメーターの平均粉末度を有した。ＴｉＢ_２粉末の乾燥された層は約２０マイクロメーターの厚さを有し、理論密度の約２５パーセントの密度（すなわち、約７５パーセントの多孔度）を有した。粉末層の密度（又は多孔度）は、下記に考察するように、金属の浸透後に測定した。次いでセラミック体の２種の被覆された表面の間にアルミナムフォイルを挟んだ。次いでサンドイッチ状のセラミック体を１１６０℃の温度に１５分間暴露させて、アルミナムを浸透させて、２種のセラミック体を相互に接着させた。生成された接着強度は、結合領域の脆弱な層、Ｂ−Ｃ−Ａｌで、亀裂が発生する点で、約１８３０psiであると測定された。亀裂はＢ_４Ｃ−Ｂ_４Ｃ−Ａｌ界面を通って生長せずに、ＴｉＢ_２−Ａｌ−Ａｌ界面を通って生長した。亀裂は、引っ張りテストからの、負荷に対する変位の結果により示されたような、延性の態様で生長した。

セラミック体上の粉末層の密度（又は対応する多孔度）は、金属−に接着されたセラミ
ック体の切断面を観察しそして粉末及び金属の表面積を測定することにより決定された。粉末層の密度（パーセント）は金属−粉末複合物の総表面積により金属の表面積を割り、１００をかけることにより計算した。一方、粉末層の多孔度（パーセント）は、金属−粉末複合物の総表面積により粉末の表面積を割り、１００をかけることにより計算した。

比較例７Ａ
Ｂ_４Ｃ−Ａｌの２種の稠密な物体の間にアルミナムのフォイルを挟み、そのサンドイッチ構造物を１５分間１１６０℃に暴露させた。生成された接着強度は３５０から３７５psiと測定された。

比較例７Ｂ
Ｂ_４Ｃ−Ａｌの２種の稠密な物体を一緒に平坦な表面上に置き、そしてアルミナムフォイルを接合面の末端に接触させた。次いで構造物を１５分間、１１６０℃に暴露した。２種の物体間の界面中にアルミナムの浸透は見られなかった。結果として、２種の物体間に接着は得られなかった。

比較例７Ｃ
Ｂ_４Ｃ−Ａｌの２種の稠密な物体の表面に、約６マイクロメーターの平均粉末度を有する非反応性粉末として、ＴｉＢ_２の層を噴霧した。ＴｉＢ_２の層は約２０マイクロメーターの厚さであり、理論密度の２０から２５パーセントの密度（すなわち、７５から８０パーセントの多孔度）を有した。次いで稠密な物体の被覆面を隣接させ、そしてアルミナムを、隣接された表面の末端に接触させた。次いで該構造物を１５分間、１１６０℃の温度に暴露させると、アルミナムが毛細管作用により被膜中に流入し、そして稠密な物体は互いに接着された。生成された界面の強度は、亀裂が接着領域で発生した点で、約１８００psiであると測定された。亀裂はセラミック−サーメット（ＴｉＢ_２−Ｂ_４Ｃ−Ａｌ）界面を通って自然に生長した。亀裂は引っ張りテストからの、負荷に対する変位の結果により示されるような、典型的な脆弱な動態で生長した。

以下に本発明の主な特徴と態様を列挙する。

１． 非湿潤性の流動化可能材料により湿潤性でない、基材の表面上に、非湿潤性の流動化可能材料を被覆させる方法であって、その方法は：
（ａ）基材表面上に、非湿潤性の流動化可能材料により湿潤性である粉末粒子の層を付着させること；
（ｂ）粉末粒子の層に、非湿潤性の流動化可能材料を接触させること；並びに
（ｃ）非湿潤性の流動化可能材料が、層中の粉末粒子の間に浸透しそして基材の表面に接触することを可能にさせ、それにより基材の表面を、非湿潤性の流動化可能材料で被覆させること、
を含んでなる。

２． 非湿潤性の流動化可能材料が熔融可能材料であり、そして前記の方法が更に、粉末粒子の層と接触している間に、熔融可能材料を加熱することを含んでなり、ただし該加熱が、熔融可能材料が粉末粒子間に浸透するような高温で、そして十分な時間にわたり実施される、１項の方法。

３． 基材が金属、ガラス、セラミック、及びセラミックと金属の複合物から選択される物質から形成されている、１項の方法。

４． 粉末粒子が、金属、セラミック及びそれらの混合物から選択された物質から形成されている、１項の方法。

５． 粉末粒子の層が１から５００マイクロメーターの厚さを有する、１項の方法。

６． 粉末粒子が、０．１マイクロメーターから５０マイクロメーターの平均粉末度を有する、１項の方法。

７． 粉末粒子の層が、５０から９０パーセントの多孔度を有する、１項の方法。

８． 非湿潤性の流動化可能材料が有機流体、無機流体、ポリマー材料、ガラス、及び金属から選択される、１項の方法。

９． 非湿潤性流動化可能材料が流動化された時、それと、粉末粒子を形成している物質の稠密な物体（dense body）との間の接触角度が４５゜未満である、１項の方法。

１０． 非湿潤性の流動化可能材料が、その上に非湿潤性流動化可能材料が被覆されている基材の表面の、少なくとも５０パーセントと接触している、１項の方法。

１１． 非湿潤性金属により湿潤性でないセラミック基材の表面上に、非湿潤性の金属を被覆させる方法であって、該方法は：
（ａ）セラミック基材の表面上に、非湿潤性金属により湿潤性であり、０．１マイクロメーターから５０マイクロメーターの平均粉末度を有し、そして、金属、セラミック、及びそれらの混合物から選択される物質から形成されている粉末粒子の層を、１から５００マイクロメーターの厚さで、５０から９０パーセントの多孔度で付着させること；
（ｂ）粉末粒子層に非湿潤性金属を接触させること；並びに
（ｃ）粉末粒子の層と接触させている間に、非湿潤性金属を加熱すること、ただし、該加熱は、非湿潤性金属が粉末粒子間に浸透して、セラミックの基材の表面に接触し、それによりセラミック基材表面を非湿潤性金属で被覆させ、そして非湿潤性金属が、粉末粒子層により被覆された基材表面の少なくとも５０パーセントに接触するような高温にそして十分な期間にわたり実施される、
を含んでなる。

１２． 固体の基材上に、非湿潤性の流動化可能材料を含む層状構造物であって、該構造物は：
（ａ）固体の基材；
（ｂ）非湿潤性の流動化可能材料により湿潤性でない固体の基材の表面上に接着された、非湿潤性流動化可能材料の被膜；並びに
（ｃ）非湿潤性の流動化可能材料の被膜中に分散された、非湿潤性流動化可能材料により湿潤性である粉末粒子、
を含んでなる。

１３． 非湿潤性の流動化可能材料が熔融可能な材料である、１２項の構造物。

１４． 固体基材が、金属、ガラス、セラミック、及び、セラミックと金属の複合物からなる群から選択される物質から形成されている、１２項の構造物。

１５． 粉末粒子が、金属、セラミック、及びそれらの混合物からなる群から選択される物質から形成されている、１２項の構造物。

１６． 分散粉末粒子が、１から５００マイクロメーターの厚さをもつ層状である、１２項の構造物。

１７． 粉末粒子が０．１マイクロメーターから５０マイクロメーターの平均粉末度を有する、１２項構造物。

１８． 非湿潤性流動化可能な材料が、有機流体、無機流体、ポリマー材料、ガラス、及び金属から選択される、１２項の構造物。

１９． 非湿潤性の流動化可能な材料が、流動化された場合、それと粉末粒子を形成している物質の稠密な物体との間の接触角度が４５゜未満である、１２項の構造物。

２０． 非湿潤性流動化可能な材料の層が、その上に非湿潤性流動化可能な材料が被覆されている固体基材の表面に、実質的に連続的に接触している、１２項の構造物。

２１． セラミック基材上に非湿潤性金属を含む層状構造物であって、該構造物が：
（ａ）セラミック基材；
（ｂ）非湿潤性の金属材料により湿潤性でない、セラミック基材の表面上に実質的に連続的に付着された非湿潤性の金属被膜；並びに
（ｃ）非湿潤性金属の被膜中に分散された、０．１マイクロメーターから５０マイクロメーターの平均粉末度を有し、非湿潤性流動化可能な材料により湿潤性であり、金属、セラミック、及びそれらの混合物から選択される物質から形成され、そして、１から５００マイクロメーターの厚さを有する層状になっている粉末粒子、
を含んでなる。

２２． セラミック−金属テープの製造方法であって：
（ａ）固体の成型物上に非湿潤性のセラミックの粉末粒子の層を付着させること；
（ｂ）非湿潤性セラミック粉末の層上に湿潤性の粉末の層を付着させること；
（ｃ）湿潤性粉末の層に金属を接触させること；
（ｄ）金属が熔融し、そして、湿潤性粉末の層を通過して、そして非湿潤性セラミック粉末の層に接触している湿潤性粉末の個々の粒子の周囲に浸透して、金属浸透構造物を形成するような温度に、金属を加熱すること；並びに
（ｅ）金属浸透構造物を冷却して金属を固化させ、それにより固体成型物上にセラミック−金属テープを形成させること、
を含んでなる方法であって、
ただし非湿潤性のセラミック粉末は熔融金属により湿潤性でなく、そして湿潤性粉末は熔解金属により湿潤性である。

２３． 加熱過程に暴露される時、非湿潤性セラミック粉末が固体成型物に接着しない、２２項の方法。

２４． 更に、
（ｆ）固体成型物からセラミック−金属テープを取り外す：
過程を含んでなる、２２項の方法。

２５． セラミック−金属構造物の製造方法であって、
（ａ）固体成型物上に、非湿潤性のセラミック粉末の層を付着させること；
（ｂ）非湿潤性のセラミック粉末の層上に湿潤性粉末の層を付着させること；
（ｃ）湿潤性粉末の層に金属を接触させること；
（ｄ）金属が熔融し、そして湿潤性粉末の層を通過して、そして非湿潤性のセラミック粉末の層に接触している湿潤性粉末の個々の粒子の周囲に浸透して、金属浸透構造物を形成するような温度に、金属を加熱すること；
（ｅ）金属浸透構造物を冷却して金属を固化させ、それにより固体成型物上にセラミック−金属テープを形成させること、ただし、非湿潤性セラミック粉末は熔融金属により湿潤性でなく、そして湿潤性粉末は熔融金属により湿潤性である；
（ｇ）少なくとも１種類のその他のセラミック−金属テープとともに、セラミック−金属テープを層状にすること；並びに
（ｈ）層状のセラミック−金属テープを互いに接着させそしてセラミック−金属構造物を形成させるような温度に、層状セラミック−金属テープを加熱すること；
を含んでなる方法。

２６． セラミック体を互いに接着させる方法であって：
（ａ）第１のセラミック体の表面を非反応性の粉末粒子及び反応性粉末粒子で被覆すること；
（ｂ）第２のセラミック体の表面を第１のセラミック体の被覆された表面に隣接させること；
（ｃ）第１のセラミック体及び第２にセラミック体の間の被膜を金属と接触させること、ただし、非反応性粉末粒子は金属と非反応性であり、そして反応性粉末粒子は金属と反応性である；
（ｄ）金属が、個々の粉末粒子の周囲の、粉末粒子の被膜を通過して浸透して、そして２種のセラミック体に接触するような温度に、十分な時間にわたり、金属を加熱すること；並びに
（ｅ）金属が固化するまで浸透金属を冷却し、それにより２種のセラミック体を互いに接着させること：
を含んでなる方法。

２７． 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の混合物である、２６項の方法。

２８． 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が、第１のセラミック体の表面に隣接する反応性粉末粒子の層、並びに、反応性粉末粒子の層上に被覆された非反応性粉末粒子の層、を含み、
該方法が更に、反応性粉末粒子の層で、第２のセラミック体の表面を被覆することを含んでなり、
第２のセラミック体の表面を、第１のセラミック体の被覆された表面と接触させる過程が、第２のセラミック体の被覆された表面を、第１のセラミック体の被覆された表面と接触させることを含む、２６項の方法。

２９． 反応性及び非反応性粉末粒子の粒子の大きさが０．１から１０マイクロメーターである、２６項の方法。

３０． 反応性及び非反応性粉末粒子がセラミックである、２６項の方法。

３１． 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が、第１のセラミック体の表面に隣接している反応性粉末粒子の層、及び、反応性粉末粒子の層上に被覆された非反応性粉末粒子の層、を含み、反応性粉末粒子の層が、０．５から１００マイクロメーターの厚さであり、そして非反応性粉末粒子の層が０．５から２５マイクロメーターの厚さである、２６項の方法。

３２． 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が、第１のセラミック体の表面に隣接する反応性粉末粒子の層、並びに反応性粉末粒子の層上に被覆された非反応性粉末粒子の層、を含み、反応性粉末粒子の層が、５０から９０パーセントの多孔度を有し、そし
て非反応性粉末粒子の層が６０から９０パーセントの多孔度を有する、２６項の方法。

３３． 金属の接触が、２種のセラミック体の間に金属を置くことにより実施される、２６項の方法。

３４． 金属の接触が、被膜の外側部分を金属と接触させることにより実施される、２６項の方法。

３５． 少なくとも２種のセラミックの物体を有する層状の構造物であって、該層状構造物が：
（ａ）第１のセラミック体；
（ｂ）第１のセラミック体に接着された、反応性材料、非反応性材料、及び金属を含有する金属浸透層；並びに
（ｃ）金属浸透層に接着された第２のセラミック体、
を含んでなり、
ただし、反応性材料は金属に反応性であり、そして非反応性材料は金属に非反応性である。

３６． 金属浸透層中で、セラミック体の近辺に、非反応性材料よりも、より高い濃度の反応性材料が存在する、３５項の層状構造物。

３７． 反応性及び非反応性材料がセラミックである、３５項の層状構造物。

３８． 金属浸透層が、セラミック体それぞれの近辺に、０．５から１００マイクロメーターの厚さの、反応性材料の高濃度層を含む、３５項の層状構造物。

本発明のその他の目的、特徴及び利点は、付記された図面に関連して採られた下記の記載を読むので、より良く理解されることが容易に認識されるであろう。

流動化可能材料が、基材上に付着された粉末粒子層に接触している、本発明の一つの態様の方法の一段階を示している。 図１に部分的に示された方法により形成された層状構造物を示している。 金属がセラミック成型物上の湿潤性粉末層に接触している、本発明のもう一つの態様の方法の一段階を示している。 図３に示された態様の方法のもう一つの段階を示している。 図３及び図４で示された方法から形成されたセラミック−金属テープを示している。

Claims (17)

1. セラミック−金属テープの製造方法であって：
   （ａ）固体の成型物上に非湿潤性のセラミックの粉末粒子の層を付着させること；
   （ｂ）非湿潤性セラミック粉末の層上に湿潤性の粉末の層を付着させること；
   （ｃ）湿潤性粉末の層に金属を接触させること；
   （ｄ）金属が熔融し、そして、湿潤性粉末の層を通過して、そして非湿潤性セラミック粉末の層に接触している湿潤性粉末の個々の粒子の周囲に浸透して、金属浸透構造物を形成するような温度に、金属を加熱すること；並びに
   （ｅ）金属浸透構造物を冷却して金属を固化させ、それにより固体成型物上にセラミック−金属テープを形成させること、
   を含んでなる方法であって、
   ただし非湿潤性のセラミック粉末は熔融金属により湿潤性でなく、そして湿潤性粉末は熔解金属により湿潤性である。
2. 加熱過程に暴露される時、非湿潤性セラミック粉末が固体成型物に接着しない、請求項１の方法。
3. 更に、
   （ｆ）固体成型物からセラミック−金属テープを取り外す：
   過程を含んでなる、請求項１の方法。
4. セラミック−金属構造物の製造方法であって、
   （ａ）固体成型物上に、非湿潤性のセラミック粉末の層を付着させること；
   （ｂ）非湿潤性のセラミック粉末の層上に湿潤性粉末の層を付着させること；
   （ｃ）湿潤性粉末の層に金属を接触させること；
   （ｄ）金属が熔融し、そして湿潤性粉末の層を通過して、そして非湿潤性のセラミック粉末の層に接触している湿潤性粉末の個々の粒子の周囲に浸透して、金属浸透構造物を形成するような温度に、金属を加熱すること；
   （ｅ）金属浸透構造物を冷却して金属を固化させ、それにより固体成型物上にセラミック−金属テープを形成させること、ただし、非湿潤性セラミック粉末は熔融金属により湿潤性でなく、そして湿潤性粉末は熔融金属により湿潤性である；
   （ｇ）少なくとも１種類のその他のセラミック−金属テープとともに、セラミック−金属テープを層状にすること；並びに
   （ｈ）層状のセラミック−金属テープを互いに接着させそしてセラミック−金属構造物を形成させるような温度に、層状セラミック−金属テープを加熱すること；
   を含んでなる方法。
5. セラミック体を互いに接着させる方法であって：
   （ａ）第１のセラミック体の表面を非反応性の粉末粒子及び反応性粉末粒子で被覆すること；
   （ｂ）第２のセラミック体の表面を第１のセラミック体の被覆された表面に隣接させること；
   （ｃ）第１のセラミック体及び第２にセラミック体の間の被膜を金属と接触させること、ただし、非反応性粉末粒子は金属と非反応性であり、そして反応性粉末粒子は金属と反応性である；
   （ｄ）金属が、個々の粉末粒子の周囲の、粉末粒子の被膜を通過して浸透して、そして２種のセラミック体に接触するような温度に、十分な時間にわたり、金属を加熱すること；並びに
   （ｅ）金属が固化するまで浸透金属を冷却し、それにより２種のセラミック体を互いに
   接着させること：
   を含んでなる方法。
6. 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の混合物である、請求項５の方法。
7. 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が、第１のセラミック体の表面に隣接する反応性粉末粒子の層、並びに、反応性粉末粒子の層上に被覆された非反応性粉末粒子の層、を含み、
   該方法が更に、反応性粉末粒子の層で、第２のセラミック体の表面を被覆することを含んでなり、
   第２のセラミック体の表面を、第１のセラミック体の被覆された表面と接触させる過程が、第２のセラミック体の被覆された表面を、第１のセラミック体の被覆された表面と接触させることを含む、請求項５の方法。
8. 反応性及び非反応性粉末粒子の粒子の大きさが０．１から１０マイクロメーターである、請求項５の方法。
9. 反応性及び非反応性粉末粒子がセラミックである、請求項５の方法。
10. 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が、第１のセラミック体の表面に隣接している反応性粉末粒子の層、及び、反応性粉末粒子の層上に被覆された非反応性粉末粒子の層、を含み、反応性粉末粒子の層が、０．５から１００マイクロメーターの厚さであり、そして非反応性粉末粒子の層が０．５から２５マイクロメーターの厚さである、請求項５の方法。
11. 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が、第１のセラミック体の表面に隣接する反応性粉末粒子の層、並びに反応性粉末粒子の層上に被覆された非反応性粉末粒子の層、を含み、反応性粉末粒子の層が、５０から９０パーセントの多孔度を有し、そして非反応性粉末粒子の層が６０から９０パーセントの多孔度を有する、請求項５の方法。
12. 金属の接触が、２種のセラミック体の間に金属を置くことにより実施される、請求項５の方法。
13. 金属の接触が、被膜の外側部分を金属と接触させることにより実施される、請求項５の方法。
14. 少なくとも２種のセラミックの物体を有する層状の構造物であって、該層状構造物が：
    （ａ）第１のセラミック体；
    （ｂ）第１のセラミック体に接着された、反応性材料、非反応性材料、及び金属を含有する金属浸透層；並びに
    （ｃ）金属浸透層に接着された第２のセラミック体、
    を含んでなり、
    ただし、反応性材料は金属に反応性であり、そして非反応性材料は金属に非反応性である。
15. 金属浸透層中で、セラミック体の近辺に、非反応性材料よりも、より高い濃度の反応性材料が存在する、請求項１４の層状構造物。
16. 反応性及び非反応性材料がセラミックである、請求項１４の層状構造物。
17. 金属浸透層が、セラミック体それぞれの近辺に、０．５から１００マイクロメーターの厚さの、反応性材料の高濃度層を含む、請求項１４の層状構造物。

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