JP2010527894A - 付着による耐熱性セラミックと金属との接合方法 - Google Patents

Abstract

金属部品をセラミック材料に機械的に接合する方法が開示されており、この方法は、金属部品の一表面の少なくとも第１部分にアンカー材を固着し、次いで、上記金属部品の一表面の少なくとも第１部分に対し、上記セラミック材料を、このセラミック材料が凝固した後に上記アンカー材が上記セラミック材料の少なくとも一部に実質的に埋め込まれる態様で施し、これにより、上記金属部品と上記セラミック材料とが上記アンカー材を介して機械的な接合を形成することを含む。金属部品と、この金属部品の一表面の少なくとも第１部分に固着されたアンカー材を介して上記金属部品に機械的に接合されたセラミック材料とを備えた物品も開示されている。

Description

関連出願の説明

本願は、２００７年５月２２日付けで提出された米国特許出願第１１／８０５,０８１号の優先件を主張した出願であり、その内容の全ては本明細書に引用され、組み入れられる。

本発明は、耐熱性セラミックに関し、特にガラス形成／供給システムに用いるための耐熱性セラミックに関するものである。

フュージョン法は、ガラスシートを製造するために用いられる基本的な方法の一つであり、例えばフロート法およびスロット・ドローン法等の他の方法によって製造されたガラスシートに比較して，卓越した平坦性および平滑性を備えた表面を有するガラスシートを製造することができる。その結果、フュージョン法は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の発光表示装置の製造に用いられるガラス基板の製造において効果的に使用できることが判明している。

フュージョン法、特にオーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法は、アイソパイプとして知られている耐火物本体内に形成された収集トラフに溶融ガラスを提供するガラス供給パイプを備えている。オーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法においては、溶融ガラスが上記供給パイプから上記トラフへ流入し、次いで上記トラフの両側壁の頂面をオーバーフローしてアイソパイプの外表面に沿って下方へ流れ、次いで内方へ流れる２条のガラスシートを形成する。

溶融ガラスに接触するガラス形成／供給システムの表面は、一般に白金等の貴金属からなる。ガラス供給パイプおよびその他の部品の安定性は、材料および構築技術に左右される。１０００℃以上の動作温度に曝された場合に、従来の材料は、サグ（垂れ下がり）、クリープ、および／または変形する可能性があり、システムおよび／または部品が不良となる結果を招く。

ガラス形成および／または供給システムならびに従来のガラス形成および／または供給システムのための構成要素を作製するための従来の方法に付随する問題およびその他の欠点に対処する必要性がある。これらおよびその他の必要性は、本発明の方法および物品によって満足される。

本発明は、耐熱性セラミックに関し、具体的には、ガラス形成／供給システムに用いるための耐熱性セラミックに関する。

第１の態様において、本発明は、金属部品をセラミック材料に機械的に接合する方法を提供するものであり、この方法は、上記金属部品の一表面の少なくとも第１部分にアンカー材を固着し、次いで、上記金属部品の一表面の少なくとも第１部分に対し、上記セラミック材料が凝固した後には上記アンカー材が上記セラミック材料の少なくとも一部内に実質的に埋め込まれる態様で、上記セラミック材料を施し、これにより、前記金属部品と前記セラミック材料とが上記アンカー材を介して機械的な接合を形成することを含む。

第２の態様において、本発明は、上述の方法によって製造された物品を提供するものである。

第３の態様において、本発明は、金属部品、この金属部品の少なくとも一部分に固着されたアンカー材、および上記金属部品の外表面の少なくとも一部分上に配置されかつ上記アンカー材の少なくとも一部分に接触するセラミック材料を備えた物品が提供され、この場合、上記アンカー材の少なくとも一部分は上記セラミック材料の少なくとも一部分内に実質的に埋め込まれている。

本発明のさらなる態様および効果は、下記の詳細な説明、図面および請求項に或る程度説明されており、一部は詳細な説明から導き出され、あるいは本発明の実施によって認識されるであろう。下記の効果は、添付の請求項において特に指摘されている要素および組合せによって実現されかつ達成されるであろう。上述の概略的な説明および後述の詳細な説明は、例示および説明のためのみのものであって、開示された発明を限定するものではない。

本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明のいくつかの態様を示すもので、記述内容とともに本発明の原理の限定を伴わない説明に資するものである。全図を通じて類似の符号は同じ要素を表す。

セラミック材料が、複数の金属粒子を用いたアンカー材を組み込んで金属部品に接合されている本発明の態様を示す断面図である。 セラミック材料が、金網を用いたアンカー材を組み込んで金属部品に接合されている本発明の態様を示す断面図である。 本発明の種々の態様による、セラミック層と酸素不浸透性障壁層とからなる交互層によって白金製ガラス供給パイプが覆われて状態を示す断面図である。

以下の詳細な説明、図面、実施例および請求項、ならびに前述のおよび以下の記載を参照することにより、本発明をより容易に理解することができる。しかしながら、本発明の組成物、物品、装置および方法が開示されかつ説明されるのに先立って、開示された特定の組成、物品、装置および方法は、それ自体、当然のことながら変えることができるため、指定されない限り、本発明は、具体的な組成、物品、装置および方法に限定されないものと理解されるべきである。また、本明細書で用いる用語は、特定の態様を説明するためのみのものであって、限定を意図するものではないと理解されるべきである。

本発明の以下の説明は、現在知られている態様において本発明の教示を可能にするものとして提供されるものである。このため、当業者であれば、本発明の有益な結果を得ながら、本明細書に記載されている本発明の様々な態様に対し変更を行なうことができることを認識しかつ理解するであろう。本発明の望ましい利益のいくつかは、他の特徴を利用せずに、本発明の特徴のいくつかを選択することにより得られることも明白である。したがって、当業者であれば、本発明の多くの修正および適用が可能であり、或る種の環境においてはそれが望ましくさえあり、それも本発明の一部であると認識するであろう。それ故に、以下の説明は、本発明の原理の例示として提供されるものであって、本発明を限定するものではない。

開示された方法および組成物に用いることができる、関連して用いることができる、または製品である材料、化合物、組成物および部品が開示されている。これらおよびその他の材料がここに開示されており、これらの材料の組合せ、サブセット、相互作用、族等が開示されているときは、それぞれの様々な個々および集合的な組合せおよびこれら化合物の置換の具体的な指示が明白に開示されていなくても、それぞれが具体的に予期され、本明細書に記載されているものと理解すべきである。したがって、もし置換基Ａ、ＢおよびＣの部類と、置換基Ｄ、ＥおよびＦの部類とが開示され、かつ組み合わせ態様Ａ−Ｄが開示されている場合には、それぞれが個々におよび集合的に予期される。したがって、この例において、Ａ、ＢおよびＣ、Ｄ、ＥおよびＦ、ならびに組合せ例Ａ−Ｄの開示から、Ａ−Ｅ、Ａ−Ｆ、Ｂ−Ｄ、Ｂ−Ｅ、Ｂ−Ｆ、Ｃ−Ｄ、Ｃ−ＥおよびＣ−Ｆの組合せのそれぞれが具体的に予期され、かつ開示されていると考えるべきである。同様に、これらのサブセットまたは組合せもまた、具体的に予期されかつ開示されている。したがって、例えば、Ａ、ＢおよびＣ、Ｄ、ＥおよびＦ、ならびに組合せ例Ａ−Ｄの開示から、Ａ−Ｅ、Ｂ−ＦおよびＣ−Ｅのサブグループが具体的に予期され、開示されていると考えるべきである。この概念は、組成物の如何なる成分ならびに開示された組成物を製造および使用する方法における如何なる工程をも含むがこれらに限定されない本開示内容の全ての態様に適用される。したがって、もし実施可能な様々な追加の工程がある場合には、これらの追加の工程のそれぞれが、開示された方法の具体的な態様または態様の組み合わせで実施することができ、かつこれらの組み合せのそれぞれが、具体的に意図され、開示されているものと考えるべきである。

本明細書および後に続く請求項においては、数多くの用語が言及されており、以下の意味を有するものと定義される。

本明細書で用いる単数形（ａ、ａｎおよびｔｈｅ）には、文脈上明らかに単数でない限り、複数の対象も含まれる。例えば、「成分」に言及したときには、文脈上明らかに単数でない限り、２つ以上のかかる成分を有する態様が含まれる。

「任意の」または「随意的に」とは、後に続く記載の事象または状況が生じ得る、または生じ得ないこと、そして、その記載には、事象または状況が生じた場合と生じなかった場合が含まれることを意味する。例えば、「任意の成分」とは、成分が存在し得る、またはし得ないこと、そして、その記載には、その成分を含む場合と含まない場合の本発明の両方の態様が含まれることを意味する。

範囲は、「約」ある特定の値から、および／または「約」他の特定の値までとして表わすことができる。かかる範囲を表わすとき、他の態様には、ある特定の値から、および／または他の特定の値まで含まれる。同様に、値が、頭に「約」をつけて、近似で表わされるときも、特定の値が他の態様を形成するものと考えられる。さらに、範囲の各終点は、他方の終点に関連するのと、他方の終点からは独立の両方について意味があるものと考えられる。

本明細書で用いる、成分の「重量％」は、特に断りのない限り、パーセンテージで表わされる成分が含まれる組成物の総重量に対する成分の重量比を指す。

上述に簡潔に紹介されているように、本発明は、例えばガラス形成システムの供給パイプ等における金属部品とセラミック材料とを機械的に接合する方法を提供するものである。下記に図面を参照して詳細に説明されている他の多くの態様の中で、本発明の方法は、金属部品２０、セラミック材料４０、および金属部品２０とセラミック材料４０とを機械的に強固に接合するための、例えば１枚の金網３４または複数の金属粒子３２等のアンカー材を用いることを含む。

本発明の方法は特定の用途に限定される意図はないが、これらの方法は、ガラス形成／供給システムにおける部品のサグ（垂れ下がり）の軽減または排除に用いることができる。ガラス形成／供給システムに用いられる従来の材料は、一般に動作温度における機械的強度がその部品自体の重量を支えるのには不十分なために、使用中に実質的に垂れ下がる可能性がある。本発明は、金属部品に対するセラミックの接合を手助けするためにアンカー材を採用することによって、ガラス形成／供給部品の強度および耐久性を改善する方法を提供するものである。

本発明は、セラミック材料と金属とを機械的に接合する新規な対処方法を提供するものである。本発明は、金属部品にアンカー材を固着し、次いで金属部品上にまたは金属部品の周りにセラミック材料を施す方法を提供するものである。このセラミック材料は、金属部品に対する支持手段を提供することができ、これにより金属部品の寿命を伸ばす。セラミック支持材料を使用することはまた、金族部品に対する構造的支持手段を提供して、金属部品をより薄くすることができる。金属部品が貴金属からなるガラス形成システム等の用途において、より薄い金属部品の使用は、かなりのコスト節減を招来することができる。

金属部品
本発明の金属部品は、セラミック材料への機械的接合に適した如何なる部品であってもよい。ここに説明されている態様は、ガラス形成／供給システムに関するものであるが、本発明は、セラミック材料に対して金属部品が機械的に接合されることができる如何なる用途にも有用であり、かつ本発明は、ガラス形成／供給システムに限定されることを意図するものではない。一つの態様において、上記金属部品は、ガラス形成システムにおいては一般的である高温に曝されて変形し得る金属部品である。一つの実施の形態において、この金属部品はガラス形成システムの一部である。別の態様においては、上記金属部品は、ガラス供給パイプの金属部分である。他の実施の形態において、上記金属部品は、ガラス形成／供給システムの一部分に作り込まれることができるシート等の部品である。金属部品の具体的な寸法および／または幾何学的形状は、目的とする用途に応じて変えることができる。一つの態様においては、金属部品の厚さが約０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）から約０．１２５インチ（３．１８ｍｍ）以上まで、例えば厚さが約０．０１，０．０１５，０．０２，０．０２５，０．０３，０．０３５，０．０４，０．０５，０．０６，０．０８，０．０９，０．１または０．１２５インチ（０．２５，０．３２，０．５１，０．６４，０．７６，０．８９，１．０２，１．２７，１．５２，２．０３，２．２９，２．５４，３．１８ｍｍ）である。一つの具体的な実施の形態においては、金属部品の厚さが約０．０４０インチ（１．０２ｍｍ）である。別の実施の形態においては、金属部品の厚さが約０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）である。他の多くの実施の形態においては、金属部品の厚さが０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）未満または０．１２５インチ（３．１８ｍｍ）を超えるが、本発明は特定の厚さに限定する意図はない。１個または複数個の金属部品の厚さが変えられること、および個々の金属部品の厚さはその金属部品の種々の部分において異ならせることができることを理解すべきである。

本発明の金属部品は、例えばガラス形成システム等の目的とする用途に適した如何なる金属をも含ませることができる。多くの態様において、上記金属部品は、少なくとも一種類の貴金属および／または貴金属合金、少なくとも一種類の白金族金属および／または白金族金属合金、またはそれらの組合せを含ませることができる。一つの態様において、上記金属部品は、金、銀、タンタル、白金、パラジウム、またはロジウム等の貴金属を含む。別の態様において、上記金属部品は、ルテニウム、ロジウム、白金、パラジウム、オスミウム、またはイリジウム等の白金族金属を含む。他の態様において、上記金属部品は、例えばタングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、レニウム、およびそれらの合金等の耐熱性金属を含む。多くの具体的な態様において、金属部品は、白金および／または９０／１０重量％または８０／２０重量％の白金／ロジウム合金等の白金／ロジウム合金を含む。金属部品および金属部品の作製のための材料は市場で入手可能であり、当業者であれば適当な金属部品を容易に選択することが可能であろう。

アンカー材
本発明のアンカー材は、金属部品の少なくとも一部に固着することができ、かつセラミック材料の少なくとも一部分と機械的な接合部を形成することが可能な表面を提供することができる。本発明のアンカー材は、金属とセラミックを接合させる用途に用いるのに適しておりかつ金属部品に固着することが可能な材料であれば如何なる材料であってもよい。このアンカー材は、金属部品に固着することが可能でかつそれに固着されるセラミック材料と機械的な接合を形成するものであれば如何なる幾何学的形状を備えたものであってもよい。一つの態様において、上記アンカー材は、例えば金網、複数の金属粒子、シートメタル構造、またはそれらの組合せを含むことができる。

一つの態様において、上記アンカー材は金網等の網である。金網のアンカー材は、セラミック材料がそこを通って流れることができる複数の開口部を有する。一つの態様において、上記セラミック材料は、上記開口部の少なくとも一部を満たしかつ凝固し、金属部品と凝固したセラミック材料との間の機械的な接合を形成する。金網のアンカー材は、金属部品に固着可能でかつセラミック材料の少なくとも一部分と咬み合うことが可能なものであれば如何なる金網であってもよい。多くの実施の形態において、金網は、例えば約３メッシュから約８０メッシュまで、例えば、約３，４，５，８，１０，１２，１４，１８，２０，２２，２４，２８，３０，３６，４０，４４，４８，５０，５２，５６，５８，６０，６２，６４，６８，７０，７２，７４，７８または８０メッシュ；約１０メッシュから約４０メッシュまで、例えば、１０，１２，１４，１８，２０，２２，２４，２８，３０，３６，３８または４０メッシュ；または約１０メッシュから約２５メッシュまで、例えば、１０，１２，１４，１８，２０，２２，２４または２５メッシュのメッシュサイズを有することができる。ここで用いられている「メッシュサイズ」とは、材料の直線１インチ（２５．４ｍｍ）当たりの開口部の数である。一つの態様において、金網は２０メッシュのスクリーンである。別の態様において、金網が１０メッシュのスクリーンである。別の多くの態様において、金網が３未満または８０を超えるメッシュサイズを有し、金網がセラミック材料の通り抜けを許容し、および／または金網の開口部の少なくとも一部を満たしかつ凝固し、金属部品と凝固したセラミック材料との間の機械的な接合を形成するものであれば、本発明は特定のメッシュサイズに限定される意図は有しない。一つの態様において、アンカー材はセラミック材料の少なくとも一部分内に埋め込まれ、または実質的に埋め込まれることができる。

多くの態様において、金網は、例えば約０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）から約０．０６０インチ（１．５２ｍｍ）まで、例えば、０．００３，０．００６，０．００９，０．０１２，０．０１５，０．０１８，０．０２０，０．０２５，０．０３０，０．０３６，０．０４０，０．０４４，０．０５０，０．０５８，または０．０６０インチ（０．０７６，０．１５２，０．２２９，０．３０５，０．３８１，０．４５７，０．５０８，０．６３５，０．７６２，０．９１４，１．０２，１．１８，１．２７，１．４７または１．５２ｍｍ）；または約０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）から約０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）まで、例えば、０．００５，０．００８，０．０１０，０．０１２，０．０１８，または０．０２０インチ（０．１２７，０．２０３，０．２５４，０．３０５，０．４５７または０．５０８ｍｍ）の呼び径を有するワイヤから構成することができる。一つの態様において、上記金網は０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）の呼び径を有するワイヤから構成することができる。多くの態様において、上記金網は０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）未満または０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）を超える呼び径を有するワイヤから構成することができるが、本発明は特定のワイヤ径に限定される意図は有しない。金網は、例えば、織られ、編まれ、またはその他の物理的形態とすることができるが、本発明は特定の金網の形態に限定される意図は有しない。一つの態様において、金網は織られたものである。例えば。金網のメッシュサイズは、金網がセラミック材料の通り抜けを許容し、および／または金網の開口部の少なくとも一部を満たしかつ凝固し、金属部品と凝固したセラミック材料との間の機械的な接合部を形成する場合には、セラミック材料の所望の粒子のサイズおよび寸法ならびに特性（例えば流動学的特性）に応じて変えることができる。一つの態様において、金網は、それに施されたセラミック材料の少なくとも一部分と連結または埋込みが可能である。別の態様において、少なくとも一部のセラミック材料が通り抜けおよび／または金網の開口部の少なくとも一部を満たすことが可能なほど十分に低い粘度を有する注型可能な液状セラミック材料が施される場合には、小さいメッシュサイズを有する金網が用いられる。他の態様において、より高い粘度を有するセラミック材料が施される場合には、大きなメッシュサイズを有する金網が用いられる。金網のメッシュサイズおよびワイヤ径は、例えば動作条件下での特定の応力に耐えるように選択される。

本発明のアンカー材には、金属部品に固着され得る金属粒子をも含ませることができる。このアンカー材は、金属部品の少なくとも一つの表面上に分散された複数の金属粒子含ませることができる。もし、アンカー材が金属粒子を含むとすれば、アンカー材の金属粒子は、規則的、不規則的および／または種々の形状を有することができる。金属粒子が特定の形状を有すること、または金属粒子の全てが同一形状を有することは必ずしも必要ではない。複数の金属粒子の少なくとも一部が、それらに施されるセラミック材料を機械的に接合させる形状を有していることが好ましい。一つの態様において、複数の金属粒子は、セラミック材料が複数の金属粒子の少なくとも一部の周りに流れかつ凝固して機械的接合を形成するように固着されかつ配置される。別の態様において、複数の金属粒子は、それらに施されるセラミック材料と連結しまたは咬み合う。多くの態様において、アンカー材の金属粒子は、例えば約０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）から約０．０６０インチ（１．５２ｍｍ）まで、例えば０．００３，０．００６，０．００９，０．０１２，０．０１５，０．０１８，０．０２０，０．０２４，０．０３０，０．０３６，０．０４０，０．０４８，０．０５０，０．０５８，または０．０６０インチ（０．０７６，０．１５２，０．２２９，０．３０５，０．３８１，０．４５７，０．５０８，０．６１０，０．７６２，０．９１４，１．０２，１．１８，１．２７，１．３２または１．５２ｍｍ）；または約０．００８インチ（０．２０３ｍｍ）から約０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）まで、例えば、０．００８，０．０１０，０．０１２，０．０１８，または０．０２０インチ（０．２０３，０．２５４，０．３０５，０．４５７または０．５０８ｍｍ）の粒径を有することができる。一つの態様において、金属粒子は約０．０１６インチ（０．４０６ｍｍ）の粒径を有する。他の多くの態様においては、金属粒子は０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）未満または０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）を超える粒径を有する。ここで用いられている「粒径」とは、例えば金属粒子のメジアン粒径を意味する。金属粒子のサイズおよび形状は変えることができ、かつこれらは一般に分布特性であることを理解すべきである。例えば粒子サイズの分布において、分布範囲の両端点は上述の範囲の上または下であり得る。したがって、約０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）のメジアン粒径は、約０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）から約０．０２５インチ（０．６４５ｍｍ）までの範囲であり得る。

本発明のアンカー材にはシート金属構造体をも含ませることができる。シート金属構造体は、例えば、金属部品に固着することができ、かつセラミック材料を受け入れかつ連結させることができる波形の金属片または成形金属片を含ませることができる。一つの実施の形態において、シート金属構造体は、少なくともその一部分をセラミック材料が流れ通り、周りを流れ、および／または上を流れ、かつ凝固して、機械的接合を形成するように構成されかつ配置される。

本発明のアンカー材は、例えばガラス形成システム等の目的に使用するのに適した如何なる金属をも含ませることができる。多くの態様において、上記アンカー材は、少なくとも一種類の貴金属および／または貴金属合金、少なくとも一種類の白金族金属および／または白金族金属合金、少なくとも一種類の耐熱性金属および／または耐熱性金属合金、またはそれらの組合せを含ませることができる。一つの態様において、上記アンカー材は、金、銀、タンタル、白金、パラジウム、またはロジウム等の貴金属を含む。別の態様において、上記アンカー材は、ルテニウム、ロジウム、白金、パラジウム、オスミウム、またはイリジウム等の白金族金属を含む。他の態様において、上記アンカー材は、例えばタングステン、モリブデン、ニオブ、タンタルまたはレニウム等の耐熱性金属を含む。多くの態様において、上記アンカー材は、白金および／または白金／ロジウム合金を含む。一つの具体的な態様において、上記アンカー材は白金である。別の具体的な態様において、上記アンカー材は、白金／ロジウム（８０／２０）合金である。さらに別の具体的な態様において、上記アンカー材は、白金／ロジウム（９０／１０）合金である。上記アンカー材は一種類のまたは多種類の金属とすることができる。さらに、もし上記アンカー材が、例えば複数の金属粒子、１個または複数個の金網、またはそれらの組合せ等の多種類の部材を含むものであれば、個々の部材は同一または異なる組成を有する。上記アンカー材が上記金属部品に固着され得るものであれば、特定のアンカー材の組成は、金属部品の組成と同一であっても、あるいは異なるものであってもよい。具体的な態様において、上記アンカー材は、呼び径が約０．００８インチ（０．２０ｍｍ）の白金／ロジウム（９０／１０）合金からなるワイヤで構成された２０メッシュの篩サイズを有する金網である。たとえば、白金製金網および白金粒子は市場で入手可能であり（例えば、米国マサチューセッツ州ウォードヒル所在のＡｌｆａ Ａｅｓａｒ社）、当業者であれば適当なアンカー材を容易に選択することが可能であろう。

アンカー材の固着
本発明のアンカー材は、金属部品の一表面の少なくとも一部分に固着されることが可能である。アンカー材は、セラミック材料の少なくとも一部分と機械的な接合を形成するのに十分な量および位置を必要とするのみなので、アンカー材が金属部品を完全に覆う必要はない。一つの態様において、アンカー材は、金属部品の少なくとも一部分に対し、アンカー材が連続した層では存在しないように不連続な態様で固着される。

例えば白金合金製シート等の金属部品は、随意的に固着作業に先立って、油およびその他の表面汚染材料ならびに不純物を除去するために清浄化され得る。このような清浄化ステップは、例えば通常の洗剤、界面活性剤および／または溶剤を用いて行なわれる。

金属部品の表面は、随意的に固着作業に先立って、化学的および／または機械的方法を用いて粗面にされる。一つの態様において、アンカー材が固着されるべき金属部品の表面は、サンドブラストおよび／またはビードブラストによって粗面にされ得る。別の態様において、アンカー材が固着されるべき金属部品の表面は、化学エッチング法によって粗面にされ得る。固着作業に先立って行なわれる清浄化および粗面化ステップは必ずしも必要ではない。

本発明のアンカー材は、金属部品の一表面の少なくとも一部分上に分布され得る。一つの態様において、アンカー材は金属部品の一表面の少なくとも一部分上の複数の離れた部位に配置され得る。例えば、金網からなるアンカー材は、金属部品の一表面上に配置された１枚の金網または複数枚の金網とすることができる。このようにアンカー材を離れて配置することは、下に横たわる例えばセラミック、アンカー材、および／または金属部品の熱膨張係数の差異から生じ得る応力を解放するのに必要な変形（例えば皺）を許容することができる。一つの態様において、１枚の金網は、金属部品のサイズおよび形状に類似および／または合致したサイズおよび形状に切断され得る。別の態様において、１枚の金網は金属部品よりも小型であり得る。金属粒子からなるアンカー材は、金属部品の一表面上に不規則な模様をなして、あるいは一様に分布せしめられることができる。一つの態様において、金属粒子からなるアンカー材は、セラミック材料が施されるべき金属部品の一表面上の一部分に亘って一様に分布せしめられる。別の態様において、金属粒子からなるアンカー材は、接合を高めるために、したがって接合された物品の特定の高応力領域における強度を高めるために、所定のパターンに分布せしめられる。

金属部品の一部分にアンカー材を接触させた後、アンカー材は何れかの適当な方法を用いて金属部品に固着されることができる。一つの実施の形態において、金属部品およびアンカー材を、アンカー材の少なくとも一部を金属部品に融着するのに十分な時間および温度において加熱することによって、アンカー材が金属部品に固着されることができる。セラミック材料の接合を可能にする十分な量のアンカー材が融着されている限り、アンカー材が完全に金属部品に融着している必要はない。種々の態様において、接触せしめられたアンカー材と金属部品とは、少なくとも約１３００℃の温度、例えば１３００，１４００，１５００，１６００，１６５０，１７００℃またはそれを超える温度において、少なくとも約０．２５時間、例えば０．２５，０．５，０．７５，１，２，４，６，８，１０，１２，１６または２４時間；少なくとも約２時間、例えば約２，４、６，８，１０，１２，１６または２４時間；または少なくとも５時間、例えば５，６，７，８，９，１０、１２，１６，１８または２４時間等のアンカー材の少なくとも一部を金属部品の少なくとも一部に固着させるのに十分な時間加熱される。具体的な時間および温度は変えることができる。もし温度が、アンカー材の少なくとも一部を金属部品の少なくとも一部に固着させるのに十分なほど高ければ、例えば約２０分等のより短い加熱時間を採用することができる。一つの態様において、接触せしめられたアンカー材と金属部品とは、約１６５０℃において約２時間加熱される。別の実施の形態において、接触せしめられたアンカー材と金属部品とは、約１７００℃において約２０分加熱される。アンカー材および金属部品は、増大された加熱が材料および／またはそれらの融着およびセラミック材料の接合に悪影響を及ぼさない限り、より高い温度で、および／またはより長い期間加熱されることが可能である。アンカー材および金属部品は、アンカー材の少なくとも一部が金属部品の少なくとも一部に融着する限り、より低い温度で、および／またはより短い期間加熱されることが可能である。

加熱の間、例えば圧縮力等の圧力をアンカー材および金属部品に印加して、固着工程を促進および／または加速することが可能である。その場合、印加される圧力は、具体的な材料および加熱条件に応じて変えることができる。一つの態様において、加熱の間に、少なくとも１psi （６．９ｋＰａ）の圧力をアンカー材および金属部品に印加することができる。別の態様においては、加熱の間に、少なくとも１０psi （６９ｋＰａ）の圧力をアンカー材および金属部品に印加することができる。

金属部品が曝される温度において固着された材料が安定な方法であれば、例えば溶接法および／または接着法等の他の方法も採用することができる。一つまたはそれ以上の方法をアンカー材を金属部品に固着するのに用いることができる。金属融着技術は知られており、当業者であれば、アンカー材を金属部品に固着するための適当な方法および条件を容易に選択することが可能であろう。

もし金属部品が、目的とする用途に適合した形状で当初から提供されない場合には、固着工程に先立って、または固着工程と同時に、または固着工程の後に、所望の形状に随意的に形成される。別の態様において、白金シートが提供され、かつ固着工程の後にパイプに成形される。

セラミック材料
本発明のセラミック材料は、金属部品に対する接合に適した如何なるセラミックともすることができる。これらのセラミック材料は、例えばＺｒＯ_２，ＳｉＯ_２，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ａｌ_２Ｏ_３等の耐熱性酸化物、その他の耐熱性酸化物、および／またはそれらの混合物とすることができる。ここで用いられている「セラミック」または「セラミック材料」とは、例えば、セラミック成分のスラリーまたは混合物等の凝固していないセラミック材料を意味し、特に指定されていない限り、乾かされ、硬化され、焼成され、または凝固したセラミック材料を意味しない。これらのセラミック材料は、成分、粒径および相の異なる単一または多重のセラミック材料を含むことができる。これらのセラミック材料は、添加物および／または焼成助剤をも含むことができる。一つの態様において、これらのセラミック材料は、例えばセラミック材料の粘度等の流動学的特性を制御および／または調整するための少なくとも一種類の添加物を含むことができる。別の態様において、セラミック材料は、通常のガラス形成および／または供給システムと相性が良い。種々の態様において、セラミック材料は、例えば約１６００，１６５０または１７００℃以上までのガラス形成および／または供給システムの一般的な温度に耐えることができる。セラミック材料は市場から調達することができ、当業者であれば、特定の物品および／または用途に用いるのに適したセラミック材料を容易に選択することが可能であろう。

セラミック材料の被着
本発明のセラミック材料は、固着されたアンカー材と金属部品に対し、適当な方法を用いて施すことが可能である。一つの態様において、セラミック材料は、その少なくとも一部を、アンカー材の少なくとも一部を通して、少なくとも一部の周りに、および／または少なくとも一部の上に施される。別の態様において、セラミック材料は、固着されたアンカー材の少なくとも一部がセラミック材料の少なくとも一部内に埋め込まれるように、もしくは実質的に埋め込まれように施される。もし、一つまたは複数のアンカー材が、セラミック材料の少なくとも一部を金属部品の少なくとも一部に機械的に接合するのに必要な程度に埋め込まれるならば、アンカー材がセラミック材料内に完全に埋め込まれる必要はない。一つの態様において、少なくとも一つのアンカー材がセラミック材料内に完全に埋め込まれる。別の態様においては、少なくとも一つのアンカー材は、このアンカー材がセラミック材料と組み合うように、セラミック材料内に実質的に埋め込まれる。別の態様において、金網からなるアンカー材は、セラミック材料で満たされる網の目の少なくとも一部を有する。さらに別の態様において、複数の金属粒子の少なくとも一部は、セラミック材料の少なくとも一部によって少なくとも部分的に取り囲まれている。

セラミック材料の流動学的特性は、セラミック材料の少なくとも一部がアンカー材の少なくとも一部を通り抜けて、周りに、および／または上方を流れるように、添加物を用いて制御されおよび／または調節されることができる。セラミック材料は、アンカー材／金属部品結合体とセラミック材料との間に機械的接合が形成されるように凝固または硬化が許容され得る態様で施される。

一つの態様において、セラミック材料は注型される。このセラミック材料は、例えばガラス供給システムに組み込まれるのに先立って、または組み込まれた後に、固着された金属部品／アンカー材の一表面の少なくとも一部分に注型されることができる。一つの態様において、固着された金属部品／アンカー材は、ガラス供給パイプ内に形成され、かつこのパイプの周りにセラミック材料が注型されるのに先立って、従来のガラス供給システムの耐熱性囲い内に配置される。

一種類または複数種類のセラミック材料が、固着された金属部品／アンカー材に施されることができる。一つの態様において、一種類のセラミック材料が固着された部品上または部品の周りに注型される。別の態様において、組成の異なる複数種類のセラミック材料が固着された部品上または部品の周りに注型される。セラミック材料は、固着されたアンカー材を含む金属部品の一表面の一部に、または固着されたアンカー材を含む金属部品の全面に施されることができる。他の種々の態様において、セラミック材料は、例えば火炎溶射法またはプラズマ溶射法等の散布法を用いて施されることができる。

セラミック材料は、目的とする用途に適した如何なる量および／または厚さにも施されることができる。ガラス形成システムに用いられる場合には、種々の態様において、セラミック材料は、例えば約０．０５インチ（１．２７ｍｍ）から約０．５インチ（１２．７ｍｍ）まで、例えば約０．０５，０．１０，０．１２５，０．１５，０．２，０．２５，０．３，０．４，または０．５インチ（１．２７，２．５４，３．１８，５．０８，６．３５，７．６２，１０．２，または１２．７ｍｍ）の厚さに施されることができる。一つの態様において、セラミック材料は、０．１２５インチ（３．１８ｍｍ）の厚さに施されることができる。セラミック材料に関する被着方法は知られており、当業者であれば、本発明のセラミック材料に関する適当な被着方法を容易に選択することができるであろう。

被着後、セラミック材料は凝固される。一つの態様において、このような凝固は、付加的なステップを伴うことなく、乾燥、硬化および／またはキュアを許容することを含む。別の態様において、凝固は、施されたセラミック材料を加熱および／または焼成することを含む。一つの態様において、注型されたセラミック材料は、目的とする用途に対して十分な未焼成体強度を有し得る。一つの態様において、成型されたセラミック物品は、焼成に先立って約１０時間から約４８時間までの期間乾かされる。さらなる種々の態様において、セラミック物品は、次にガラス形成システムに対する正常な加熱スケジュールにおいて、または炉内で、またはこれらの組合せで焼成される。

酸素不浸透性障壁
本発明による金属部品、アンカー材、およびセラミック材料は、さらに酸素不浸透性障壁層を備えることができる。酸素不浸透性障壁層は、供給パイプ等のガラス供給システムの高温酸化を軽減および／または防止することができる。酸素不浸透性障壁層は、それが存在すると、接合された物品の外表面の一部または接合された物品の表面全体を覆うことができる。

酸素不浸透性障壁層は、障壁層を提供するのに適した如何なる材料をも含むことができる。種々の態様において、障壁層はガラスおよび／またはガラスセラミック材料を含むことができる。この酸素不浸透性障壁層の厚さは、障壁層の組成および目的とする用途に応じて変えることができる。

強度を改善しかつ酸化を制限するために、少なくとも１層の酸素不浸透性障壁層を備えた物品は、障壁材料および／またはセラミック材料からなるさらなる層を備えることができる。一つの態様において、物品は、酸素不浸透性障壁層およびセラミック材料からなる複数の別の層、例えば２，３，４，５またはそれ以上の層を備える。一つの態様において、図２に示されているように、アンカー材３４は金属部品２０に固着され、このアンカー材３４にセラミックからなる第１の層４０が施され、次いで４層の付加層、すなわち各２層のセラミック層４０およびガラスからなる酸素不浸透性障壁層５０が交互に施されている。図２に示された具体的な態様は、限定を目的とするものではなく、金属部品、アンカー材、セラミック材料および酸素不浸透性障壁層材料は、例えば組成、形状および被着方法を変えることができる。

本発明のいくつかの態様が添付図面に示され、かつ詳細に説明されたが、本発明は、開示された態様に限定されるものではなく、ここに説明されかつ添付の請求項に定義された本発明の精神から離れることなしに、数々の再配列、修正および置換が可能なことが理解されるべきである。

本発明の原理をさらに説明するために、下記の実施例は、請求項に記載されている方法、物品および装置が如何にして実施されかつ評価されたかの完全な開示および説明を当業者に提供するものである。これらは純粋に本発明の例示を目的とするものであって、発明者等が彼らの発明の限定を意図したものではない。数値（例えば量、温度等）に関しては正確性を期するべく努力がなされているが、若干の誤差および偏差は計上されるべきである。特に指示されていない限り、温度は℃であり、周囲温度であり、圧力は大気圧またはその近傍である。製品品質および特性を最適化するために用いられ得る工程条件には多くの変動および組合せがある。このような工程条件を最適化するためには、妥当かつ日常的な実験のみが必要であろう。

実施例１：白金プレートへの白金金網の固着
第１の実施例において、呼び径が０．００８インチ（０．２０ｍｍ）の白金／ロジウム（９０／１０重量％）合金ワイヤからなる２０メッシュの金網が白金プレート上に固着された。金網片は、白金テストプレートと同一サイズに切断され、かつ白金プレートの上面上に配置された。次にこの金網／プレート組合せ体が炉内において１６５０℃の温度で１０時間加熱され、金網がプレート上に融着された。

実施例２：接合されたテスト物品の調製
第２の実施例においては、セラミック材料と、第１の実施例において調製された白金金網／プレート複合体とからなるテスト物品が調製された。第１の実施例において調製された白金金網／プレート複合体は、金網を上側にして小さい方形の箱内に配置された。ＺｒＯ_２セラミックが上記箱内において金網／プレート複合体上に０．５インチ（１２．７ｍｍ）の厚さに注型された。この組合せ体は乾かされかつ約１６５０℃で焼成された。

実施例３：接合された物品のサグ耐性
第２の実施例においては、テスト物品がサグ耐性に関して評価された。第２の実施例において調製された白金／ＺｒＯ_２接合物品と、アンカー材にもセラミック材料にも覆われていない自立している白金プレートとが、１４５０℃の炉内において支持ブロックの２本のアームの間に渡された。２４時間未満で、自立している白金プレートがサグ状態となり、支持ブロックの湾曲形状に従った。これに反して、白金／ＺｒＯ_２接合物品は、同じ条件において少なくとも６０時間はサグ状態にはならなかった。これらの実施例は、本発明の方法を用いると、強度が増大され、サグに対する耐性が得られることを示している。

本願を通して、種々の文献が引用されている。本明細書に記載されている組成、物品、および方法をより完全に説明するために、これらの文献の記載内容の全てが本明細書に引用される。

ここに記載されている組成、物品、および方法に対して、種々の変形および変更を行なうことが可能である。本明細書の検討ならびにここに記載されている組成、物品、および方法の実施から、ここに記載されているものとは別の態様の組成、物品、および方法が明らかになるであろう。本明細書および実施例は例示として判断されるべきものである。

２０ 金属部品
３２ 金属粒子
３４ 金網
４０ セラミック材料
５０ 酸素不浸透性障壁層

Claims (10)

1. 金属部品をセラミック材料に機械的に接合する方法であって、
   ａ）前記金属部品の一表面の少なくとも第１部分にアンカー材を固着し、
   ｂ）前記金属部品の一表面の少なくとも第１部分に対し前記セラミック材料を、該セラミック材料が凝固した後には前記アンカー材が前記セラミック材料の少なくとも一部に実質的に埋め込まれる態様で施し、これにより、前記金属部品と前記セラミック材料とが前記アンカー材を介して機械的な接合を形成する、
   各工程を有してなる方法。
2. 前記金属部品が、貴金属、白金族金属、耐熱性金属、またはそれらの組合せを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記アンカー材が、
   ａ）金網、または
   ｂ）複数の金属粒子、
   のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記アンカー材が、
   ａ）約３メッシュから約８０メッシュまでのメッシュサイズを有する金網、または
   ｂ）約０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）から約０．０６０インチ（１．５２ｍｍ）までの粒径を有する複数の金属粒子、
   を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記アンカー材が、前記金属部品の一表面の少なくとも一部分上に分布された複数の金属粒子を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
6. 前記固着が、
   ａ）前記金属部品の一表面の少なくとも一部分に前記アンカー材を接触させ、次いで
   ｂ）前記接触せしめられた金属部品およびアンカー材を、該アンカー材の少なくとも一部分が前記金属部品に融着するのに十分な温度および期間をもって加熱する、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 上記加熱が、少なくとも約１３００℃の温度において約１時間から約２４時間までの期間に亘ることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記アンカー材を固着するステップの後で、かつ前記セラミック材料を施すステップに先立って、前記金属部品を所望の形状に成形することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記セラミック材料が少なくとも約０．１０インチ（２．５４ｍｍ）の厚さに施されることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 前記セラミック材料を複数の層で覆うことを含み、該複数の層が、酸素不浸透性障壁層、ガラス、セラミック材料、またはそれらの組合せを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。

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