JP2023506020A

JP2023506020A - セラミック複合材料

Info

Publication number: JP2023506020A
Application number: JP2022535819A
Authority: JP
Inventors: ラフシューン，ジョシュ; ブロックウェイ，ランス・アール; ウォルサー，デビッド・シー
Original assignee: ネルンボ・インコーポレイテッド
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2023-02-14
Also published as: US20230002960A1; WO2021119371A1; WO2021119518A1; WO2021119372A1; CN115087630A; CN115151417A; EP4073019A1; EP4072852A1; US20230031778A1; TW202136178A; US20230031173A1; WO2021119373A1; US20230001667A1; CN115087708A; JP2023506018A; JP2023506022A; TW202136179A; EP4073455A1; JP2023506021A; WO2021119514A1

Abstract

多孔質で結合剤不含のセラミック表面改質剤、及びそれらの用途が記載される。上記セラミック表面材料は、基材上の多孔質セラミック材料の相互連結したネットワークの形態である。上記セラミック材料は、基材表面上で、金属酸化物、金属水酸化物、及び／もしくはそれらの水和物、または金属炭酸塩または金属リン酸塩を含んでいてもよい。上記基材は、金属もしくはポリマーの粒子、粉末、押出物、またはフレークの形態であってよい。【選択図】図１Ｂ

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１２月１２日に出願したＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０６５９７８号の優先権を主張しており、かつ、２０２０年３月１３日に出願した米国仮出願第６２／９８９，０９２号、２０２０年３月１３日に出願した米国仮出願第６２／９８９，１５０号、２０２０年６月１２日に出願した第６３／０３８，６４２号、２０２０年６月１２日に出願した第６３／０３８，６９３号、及び２０２０年６月１６日に出願した第６３／０３９，９６５号の利益を主張するものであって、それらの全内容を、本明細書に援用する。

発明の分野
本発明は、基材の表面上に固定化された、金属酸化物セラミック、金属水酸化物セラミック、金属炭酸塩セラミック、金属チタン酸塩セラミック、または金属リン酸塩セラミックなどの、セラミックの相互連結したネットワークを含む多孔質セラミック材料に関する。

化成皮膜は、多くの金属及び合金上に機能層を付加するための一般的な方法であり、接着性や腐食防止などの機能的特性を与える。これらのコーティングは、金属表面上の自然酸化膜層及び／または自然水酸化膜層を別の物質に転化させるように作用する。一般的な化成皮膜としては、クロム酸塩及びリン酸塩の化成処理、青焼法（ｂｌｕｉｎｇ）、及び陽極酸化が挙げられる。これらのプロセスはすべて、下にある金属に保護コーティングを付加する。他の種類のコーティングとしては、塗料、乾性油、または他のポリマーなどのように、表面上に積層させる場合がある。これらのコーティングは一般に、プライマーを必要とするか、または接着性に問題があり、使用温度に制限があり、且つＵＶ耐性に欠ける。これらの既存の技術の両方の利点を提供する新規な材料が望まれている。

本明細書では、セラミックで表面を改質した基材及びそれらの用途が提供される。

一態様において、基材と接触する相互連結したネットワークセラミック材料を含む多孔質セラミック材料を含む組成物が提供される。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料の少なくとも約２０質量％、３０質量％、４０質量％、５０質量％、５５質量％、６０質量％、６５質量％、７０質量％、７５質量％、８０質量％、８５質量％、９０質量％、または９５質量％が相互連結している。いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料は結合剤不含である。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料の相互連結したネットワークの少なくとも一部、大部分、または実質的にすべては、上記基材と直接接触する。他の実施形態において、上記セラミックネットワーク材料の相互連結したネットワークは、上記基材と間接的に接触していてもよく、例えば、上記基材の表面の表面改質剤または表面処理剤と接触していてもよい。

いくつかの実施形態において、上記基材及び上記セラミック材料はそれぞれ一次金属を含み、上記セラミック材料中の一次金属は上記基材中の一次金属とは異なる。

いくつかの実施形態において、上記基材上の上記セラミック材料の厚さは、約１マイクロメートル～約１００マイクロメートルである。

さまざまな実施形態において、上記セラミック材料は、希土類元素、遷移金属元素、アルカリ土類金属元素、またはアルミニウムを含む。特定の実施形態において、上記セラミック材料は、酸化物、水酸化物、または層状複水酸化物を含む。例えば、上記酸化物、水酸化物、または層状複水酸化物は、鉄、アルミニウム、マグネシウム、セリウム、亜鉛、マンガン、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、銅、銀、タンタル、タングステン、ケイ素、リン、カルシウム、バリウム、スズ、及びユーロピウムの１種以上を含んでいてもよい。特定の実施形態において、上記セラミック材料は、リン酸塩、炭酸塩、チタン酸塩、アルミン酸塩、ジルコン酸塩、フルオロアルミン酸塩、ケイ酸塩、硫化物、バナジン酸塩、タングステン酸塩、スズ酸塩、または硫酸塩を含む。

上記基材は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鋼合金、ニッケル合金、チタン合金、ポリマー、セルロース系材料（木材、レーヨン、もしくは綿など、但しこれらに限定されない）、多糖、例えばデンプン（例えば、熱可塑性デンプン、アミロース、もしくはアミロペクチン）、ヘミセルロース、カラギーナン、多糖、またはガラスを含んでいてもよい。例えば、上記基材は、粒子、粉末、押出物、フレーク、または切れ込みのある葉状の（ｌｏｂｅｄ）構造であってよい。いくつかの実施形態において、上記基材は、約５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、５００ミクロン、２５０ミクロン、または１００ミクロンのいずれか未満である最大寸法を含む。

いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料は主として結晶性である。いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料は、基材の投影面積の平方メートル当り約１０ｍ^２～約１５００ｍ^２の表面積を含む。いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料は、セラミック材料のグラム当り約１５ｍ^２～約１５００ｍ^２の表面積を含む。いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料は約２ｎｍ～約２０ｎｍの平均細孔径を含む。いくつかの実施形態において、細孔径分布。いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料は最大で約５０マイクロメートルの厚さ、例えば、約０．２マイクロメートル～約２５マイクロメートルの厚さを含む。いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料は、約１０％を超える空隙率、例えば、約３０％～約９５％の空隙率を含む。いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料は、水銀圧入ポロシメトリーによって測定して、約１００ｍｍ^３／ｇ～約７５００ｍｍ^３／ｇの空隙容積を含む。

いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料は、気体物質、液体物質、もしくは固体物質、またはそれらの組み合わせが部分的または完全に充填された細孔を含む。例えば、上記多孔質セラミック材料は、第２のセラミック材料が部分的または完全に充填された細孔を含み、上記第２のセラミック材料は、上記基材と接触する上記相互連結したセラミックネットワークとは、組成が同一であるかまたは異なる。特定の実施形態において、上記相互連結したセラミックネットワーク及び上記第２のセラミック材料は、異なる組成を含む一方で、上記相互連結したセラミックネットワークは、水酸化物、酸化物、または層状複水酸化物を含み、上記第２のセラミック材料は、リン酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、タングステン酸塩、ジルコン酸塩、バナジン酸塩、スズ酸塩、亜鉛酸塩、またはアルミン酸塩を含む。いくつかの実施形態において、上記相互連結したセラミックネットワークと第２のセラミック材料はそれぞれ一次金属を含み、上記相互連結したセラミックネットワークの一次金属と上記第２のセラミック材料の一次金属とは同一であるかまたは異なる。いくつかの実施形態において、上記相互連結したセラミックネットワークと第２のセラミック材料との間の界面は、勾配、例えば組成の勾配、例えば、リン、炭素、ケイ素、硫黄、タングステン、チタン、バナジウム、マンガン、マグネシウム、亜鉛、スズ、ジルコニウム、またはアルミニウムの勾配を含む。一実施形態において、上記相互連結したセラミックネットワークは、金属酸化物及び／または金属水酸化物（例えば、酸化マグネシウム及び／または水酸化マグネシウム）を含み、上記第２のセラミック材料は組成が異なり（例えば、炭酸マグネシウムまたはリン酸マグネシウム）、上記界面における上記2つの組成の間の勾配、例えば、上記界面における炭素またはリンの勾配が存在する。

別の態様において、金属－セラミック複合材料またはポリマー－セラミック複合材料が提供される。上記金属－セラミック複合材料またはポリマー－セラミック複合材料は、本明細書に記載のセラミックで改質された基材の「アセンブリ」、すなわち、上記基材と接触する、多孔質セラミック材料の相互連結したネットワーク、任意選択で、結合剤不含の多孔質セラミック材料の相互連結したネットワークで改質された基材を含んでいてもよい。例えば、複数の上記改質基材が（例えば、焼結、鋳造、もしくは成型により）金属－セラミック複合材料またはポリマー－セラミック複合材料へと加工されてもよい。特定の実施形態において、上記複数の、セラミックで改質された基材には、例えば、それぞれが約５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、５００ミクロン、２５０ミクロン、または１００ミクロンのいずれか未満である最大寸法を含む粒子、粉末、フレーク、または押出物が含まれる。

別の態様において、製造方法が提供される。上記方法は、結合剤不含の多孔質セラミック材料の相互連結したネットワークを、金属もしくはポリマーの粒子、粉末、押出物、またはフレークの形態である金属基材あるいはポリマー基材上に積層し、それによって表面改質金属基材または表面改質ポリマー基材を製造することを含む。上記表面改質金属基材または表面改質ポリマー基材は、モノリシックな形状もしくは網状の形状のセラミック部品または金属－セラミック複合材部品またはポリマー－セラミック複合材部品へと成型、鋳造、あるいは焼結される。金属基材またはポリマー基材のコアは、上記多孔質セラミック材料の相互連結したネットワークよりも低い融点を含み、上記セラミックは、加工（例えば、成型、鋳造、焼結）中に上記コアの溶融した金属またはポリマーのウィッキングを起こす、及び／または溶融した金属またはポリマーと反応するのに十分に多孔質である。いくつかの実施形態において、上記金属粒子、粉末、押出物、またはフレークは、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金、カルシウム、またはカルシウム合金を含む。いくつかの実施形態において、上記ポリマー粒子、粉末、押出物、またはフレークは、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリアミド、熱可塑性デンプン、アクリル系、またはポリカーボナートを含む。いくつかの実施形態において、上記セラミックは、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、シリカ、または炭酸カルシウムを含む。

Ａは、アルキルホスホン酸単分子層による細孔の部分的充填の前のセラミック表面を示す図である。より大きな細孔は維持され、細孔の部分的な充填に起因して小さな細孔径にわずかにシフトするが、約２．７ｎｍ未満の細孔径は充填され、ＢＪＨ吸着／脱着によって測定されなくなる。注：約５０オングストロームで観察される効果は、非平衡条件下で細孔内に凝縮した液体窒素プローブが急速に蒸発する実験的アーチファクトに対応する。Ｂは、アルキルホスホン酸単分子層による細孔の部分的充填の後のセラミック表面を示す図である。より大きな細孔は維持され、細孔の部分的な充填に起因して小さな細孔径にわずかにシフトするが、約２．７ｎｍ未満の細孔径は充填され、ＢＪＨ吸着／脱着によって測定されなくなる。注：約５０オングストロームで観察される効果は、非平衡条件下で細孔内に凝縮した液体窒素プローブが急速に蒸発する実験的アーチファクトに対応する。

本発明は、基材上に積層された、合成によるセラミックの相互連結したネットワーク（例えば、金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、またはリン酸塩）を提供し、これは、改善された腐食性能及び／または改変された電気伝導度などの望ましい機能的特性を提供する。いくつかの実施形態において、上記セラミックは結合剤不含である（例えば、表面に固定化されている）。基材上に積層される第１のセラミックは、第２のセラミック（例えば、金属酸化物セラミック、金属水酸化物セラミック、金属炭酸塩セラミック、もしくは金属リン酸塩セラミック）が部分的にまたは完全に充填されたアクセス可能な細孔容積を含んでいてもよく、あるいは第１のセラミックは、部分的にまたは完全に第２のセラミック（例えば、金属酸化物セラミック、金属水酸化物セラミック、金属炭酸塩セラミック、もしくは金属リン酸塩セラミック）へと転化されるか、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。得られたセラミック材料は、腐食や汚れを最小限に抑えるための、電気絶縁体としての、高温バリアコーティングとしての、ＵＶ耐性コーティングとしての、及び／またはコンデンセートや流体を操作するための、熱交換器や船舶の表面上などの金属表面のコーティングなど、但しこれらに限定されない多くの用途において有用である。

本発明はまた、基材上への非酸化物セラミックコーティングの塗布方法を提供する。例えば、金属基材（例えば、アルミニウム）上に積層されたセラミック金属酸化物（例えば、酸化マグネシウム）膜または層を、金属化合物（例えば、金属リン酸塩または金属炭酸塩）膜または層へと転化することができる。添加された膜または層は、当初のセラミック金属酸化物膜または層の基本構造の構造的アーチファクトを保持することができる。

定義
本明細書で提供する数値範囲は、その範囲を定義する数字を含む。

「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈で明確に指示されていない限り、複数形の対象を含む。

本明細書及び特許請求の範囲で使用する句「及び／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、そのように結合した要素、すなわち、そのように結合した「いずれか、または、両方（ｅｉｔｈｅｒｏｒｂｏｔｈ）」、すなわち、これら要素が、ある事例では、コンジュケートしており、そして、その他の事例では、コンジュケートしていない、と意味することを理解するべきである。文脈で明確に指示されていない限り、それら要素が特異的に定めたものと関連していても、または、関連していなくとも、句「及び／または（ａｎｄ／ｏｒ）」で明確に示した要素以外は、その他の要素は任意に存在する。したがって、「Ａ及び／またはＢ」の記載は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などのオープンエンド言語と組み合わせて使用すると、いくつかの実施形態において、Ｂが無い状態のＡ（Ｂ以外の要素を任意に含む）；別の実施形態では、Ａが無い状態のＢ（Ａ以外の要素を任意に含む）；なおも別の実施形態では、Ａ及びＢ（その他の要素を任意に含む）を指す、などがあるが、これらに限定されない。

「結合剤（Ｂｉｎｄｅｒ）」または結合剤（ｂｉｎｄｉｎｇａｇｅｎｔ）は、その他の材料を一緒に保持して、または引き寄せて、全体を機械的、化学的に接着して形成するあらゆる材料または物質である。

「結合剤不含」とは、特に、有機結合剤または樹脂（ポリマー、接着剤（ｇｌｕｅｓ）、接着剤（ａｄｈｅｓｉｖｅｓ）、アスファルトなど）、または無機結合剤（石灰、セメントガラス、石膏など）に関して、構造的完全性を改善するために、一次材料に外因的に添加できる結合剤がないことを意味する。

「キャピラリークライム」とは、多孔質基材が故に、液体の自由表面と接触させることで、試料を押し上げる液体の表面張力（キャピラリークライムは、重力による力（ベクトル）の方向と平行であり、かつ、反対である）を指す。

「セルロース系」材料とは、セルロースもしくはセルロースの誘導体、例えば、セルロースのエーテルもしくはエステルで構成されているか、またはそれを含む材料を指す。

「セラミック」または「セラミック材料」は、金属または半金属の無機化合物、及びイオン結合または共有結合を有する非金属を含む固体材料を指す。「非金属」は、酸素（酸化物セラミック）、または炭素（炭化物）、または窒素（窒化物）（非酸化物セラミック）を含み得る。「金属」として、周期表の第１族の非水素元素、周期表の第２～１２族の元素、またはｐブロックの元素（周期表の第１２～１７族）、例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＴＩ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、またはそれらの組み合わせがある。「メタロイド」として、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、またはＰｏ、またはそれらの組み合わせがある。

「接触角」とは、液体によって測定される、接触面における表面と気液界面との間の角度を指す。

「隣接する（Ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ）」または「隣接（ｃｏｎｔｉｇｕｉｔｙ）」とは、互いに直接に接触する壁及び特徴を含む、または個々の細孔または構造に対して大きな領域または寸法において共通の壁を共有する細孔及び構造のことを指す。

「加工塗膜」とは、反応物が、処理する表面と化学的に反応して、基材または、セラミックなどの（例えば、金属酸化物及び／または金属水酸化物）その上の塗装を別の化合物に転化する表面層を指す。このプロセスは、一般的に、付加的すなわち積層ではなく、わずかな質量変化を招き得る。

「第１四分位細孔径」とは、細孔径が大きくなる方向において決定する累積細孔表面積が、ＢＪＨガスの吸着/脱着測定で決定する総累積細孔表面積の２５％に相当する細孔径の値を指す。

「機能性材料層」とは、周囲の環境と相互作用する最上部の表面層として機能する、または、後続の材料の界面層（その他の２つの材料層での中間層）として機能する材料の層を指す。機能性材料層は、下方にある基材、及び／またはその上に上記機能性材料層が積層された材料に１種以上の望ましい機能的特性を付与する。

「勾配」とは、本明細書では、材料を配置または固定化する基材表面に沿って、ある点から別の点に空間的に通過させる、そして、材料上または材料を通るデカルト座標のｘ、ｙ、またはｚ方向を変化させて認められる、材料の１種以上の物理的または化学的特性の量的増加または減少のことを指している。勾配特性の非限定的な例として、厚み、密度、硬度、延性、細孔サイズ、細孔サイズ分布、細孔充填率、または、化学的または物理的組成があり、例えば、酸化状態、金属濃度、または架橋密度があり、その結果、等電点、電気伝導率、熱伝導率、静電容量などが変動するが、これらに限定されない。

「親水性」とは、水との親和性が高い表面を指す。接触角は非常に小さく（例えば、空気の存在下で、液体の水を介して表面から測定して３０度未満）、及び／または測定不可能である。

「連続セラミックネットワーク」または「セラミック材料の連続ネットワーク」または「セラミックの相互連結したネットワーク」とは、セラミック材料のネットワークまたはマトリクスであって、上記ネットワーク中のセラミック材料が、該ネットワーク中の他のセラミック材料と物理的に接触している（結合している）上記ネットワークまたはマトリクスを指す。すなわち、セラミック材料の大部分は他のセラミック材料に隣接しており、自立型であるかまたは基材上で支持されるかのいずれかの足場構造となる。本明細書に記載の相互連結したセラミックネットワークは、巨視的な面積または容積にわたる連続セラミック相であり、例えば、別のセラミックなどの、但しこれに限定されない別の材料が充填されていてもよい、または部分的に充填されていてもよい、アクセス可能な細孔容積を有する細孔（開放空間）を含んでいてもよい。

「層状複水酸化物」とは、一般的な配列［ＡｃＢＺＡｃＢ］_ｎの層状構造を特徴とするイオン性固体のクラスのことを指しており、式中、ｃは、金属カチオンの層である、ＡとＢは水酸化物アニオンの層である、及び、Ｚは、その他の陰イオン及び／または中性分子（水など）の層である。層状複水酸化物は、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０５２１２０号にも記載されており、この文献は、参照により、その全内容を本明細書で援用する。

「マクロボイド（ｍａｃｒｏｖｏｉｄ）」とは、個々の細孔または特徴（例えば、膜厚）の特徴的寸法よりも実質的に大きな特徴的寸法、例えば、特徴的寸法よりも、少なくとも約５倍～約１０倍、または約１０倍～約１００倍を有する固体内部の幾何学的空間を指す。

「平均」とは、算術的平均（ｍｅａｎ）または平均（ａｖｅｒａｇｅ）を指す。

「平均細孔径」は、Ｂａｒｒｅｔｔ－Ｊｏｙｎｅｒ－Ｈａｌｅｎｄａ（ＢＪＨ）吸着／脱着法で求めた総表面積と総容積の測定値を使用して、円筒形の細孔とみなして、４倍の総細孔容積を総細孔表面積で割って（４Ｖ／Ａ）計算する。

「多峰性」とは、複数の異なるピークとして出現する複数の異なるモードを含む分布を指す。

流体力学における「透過性」とは、多孔質材料が流体を通過させる能力の尺度である。媒体の透過性は、多孔性のみならず、媒体の細孔の形状と、それらの連結性のレベルにも関係する。

「細孔径分布」とは、水銀圧入ポロシメトリー（ＭＩＰ）、Ｗａｓｈｂｕｒｎの式で決定するそれぞれの細孔径または範囲または細孔径の相対的な存在量を指す。

「空隙率」とは、材料内の空隙（つまり「空である」）空間の尺度であり、また、空隙の容積の割合は、０と１との間、または、０％～１００％の間の総容積を超える、すなわち、マクロ空隙である。本明細書に開示した空隙率は、水銀圧入ポロシメトリーで測定した。

「多孔質」とは、固体材料内の空間、穴、または空隙を指す。

「超疎水性」とは、非常に濡れにくい表面を指す。本明細書に記載した超疎水性表面での超疎水性材料の水滴の接触角とは、液滴接触角＞１５０°を指す。疎水性の大きな接触角は、＞１２０°である。本明細書に記載の接触角は、液体を介して表面間に形成される角度のことである。

「対象とする基材面積の平方メートルあたりの表面積」とは、実際に測定した表面積のことを指しており、通常は、平方メートルで測定をしており、原子的に滑らかであれば（粗くなければ）、通常は、平方メートルで基材の表面積で除算する。

「相乗効果（Ｓｙｎｅｒｇｙ）」または「相乗的な（ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃ）」とは、２つ以上の物質、材料、または作用物質の間の相互作用または相互連携のことを指しており、それらの個々の個別の効果の合計よりも大きい（正の相乗効果）、または小さい（負の相乗効果）複合効果を生み出す。

「膜厚」は、基材の表面と、表面改質剤（例えば、セラミック）の頂部との間の長さを指す。

「第３四分位細孔径」とは、細孔径が大きくなる方向において決定する累積細孔表面積が、ＢＪＨガスの吸着／脱着測定で決定する総累積細孔表面積の７５％に相当する細孔径の値を指す。

「屈曲度」とは、多孔質構造Δｌを通る最短経路の割合と、その経路Δｘの始点と終点の間のユークリッド距離を指す。

「調節可能」とは、材料の機能、特性、または品質を、変更または修正する能力を指す。

構造化セラミック材料
本明細書に記載の、連続した、もしくは離間したコーティングまたは表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワークを含む多孔質セラミック材料）は、構造化セラミック、例えば、結晶化度が約２０％超の結合剤不含セラミック、例えば、セラミック材料の相互連結したネットワークなどの結合剤不含（例えば、表面固定化）セラミックであってもよい。いくつかの実施形態において、上記構造化セラミックは多孔質の、例えば、多孔質セラミック材料の相互連結したネットワークである。非限定的なセラミック材料の例はＰＣＴ／ＵＳ１９／６５９７８に提示されており、上記出願はその全体が本明細書に援用される。

上記セラミック材料の相互連結したネットワークは、金属酸化物セラミック、及び／または金属水酸化物セラミック、例えば、単一金属または混合金属の酸化物セラミック、及び／または水酸化物セラミックを含み得る。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料の相互連結したネットワークは、金属酸化物セラミック、及び／または金属水酸化物セラミック、例えば、単一の金属、または混合金属の酸化物セラミック、及び／または水酸化物セラミックを含む。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料の相互連結したネットワークは、金属酸化物セラミック及び金属水酸化物セラミックを含み、上記金属酸化物及び金属水酸化物は、同一または異なる単一の金属または混合金属を含む。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料の相互連結したネットワークは、金属酸化物セラミック及び／または金属水酸化物セラミックを含み、上記基材は、水またはその他の化合物で水和しており、その結果、表面エネルギー、及び潜在的には上記セラミックの金属水酸化物組成に対する金属酸化物の比率が変化する。いくつかの実施形態において、当該セラミック材料の相互連結したネットワークは、金属水酸化物を含み、また、当該金属水酸化物の少なくとも一部は、層状複水酸化物の形態である、例えば、少なくとも約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、または９５％の金属水酸化物が層状複水酸化物である。

いくつかの実施形態において、「金属酸化物」または「金属水酸化物」は、それぞれ、金属酸化物または金属水酸化物の水和物の形態とし得る、または金属酸化物または金属水酸化物の一部は、それぞれ、金属酸化物または金属水酸化物の水和物の形態とし得る。

混合金属酸化物または混合金属水酸化物は、例えば、それぞれ２つ以上の金属の酸化物または水酸化物を含み得る、また、当該金属は、鉄、コバルト、ニッケル、銅、マンガン、クロム、チタン、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、亜鉛、鉛、スズ、タングステン、セリウム、プラセオジミウム、サマリウム、ガドリニウム、ランタン、マグネシウム、アルミニウム、またはカルシウムがあるが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態において、上記セラミック材料の相互連結したネットワークは結合剤不含セラミック材料である、すなわち、結合剤を使用せずに基材上に積層される。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料の相互連結したネットワークは基材上に固定化される。

いくつかの実施形態において、上記セラミック材料の相互連結したネットワークは、金属リン酸塩、金属炭酸塩、金属硫酸塩、金属ホウ酸塩、金属タングステン酸塩、金属モリブデン酸塩、金属チタン酸塩、金属スズ酸塩、金属ケイ酸塩、及び金属バナジン酸塩、またはそれらの組み合わせの形態であってよい。いくつかの実施形態において、上記材料は、鉄、コバルト、ニッケル、銅、マンガン、クロム、チタン、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、亜鉛、鉛、スズ、タングステン、セリウム、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウム、ランタン、マグネシウム、アルミニウム、バリウム、またはカルシウムを含んでいてもよいが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態において、上記セラミック材料の相互連結したネットワークは、例えば：１時間で、表面張力が小さい（例えば、イソプロパノールでは約２５ｍＮ／ｍ未満）液体を、密閉容器内で重力に逆らって表面を約５ｍｍ以上より上にまで持ち上げる毛管上昇を起こす能力；約０．１ｍ^２／ｇ～約１０，０００ｍ^２／ｇの表面積；約１０ｎｍ～約１０００ｎｍ、または約１ｎｍ～約１０００ｎｍの平均孔径；約０～約１ｃｃ／ｇの水銀（Ｈｇ）侵入ポロシメトリーで測定した細孔容積；及び、最短距離までの流体経路の長さである「アークコード比」で定義する約１～約１０００の屈曲度、及び／または、約１～約１０，０００ミリダルシーの透過性の１つ以上を特徴とする連続気泡多孔質構造を有する。

上記セラミック材料は多孔質であり、その空隙率は約５％～約９５％であってよい。いくつかの実施形態において、上記空隙率は、少なくとも約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、もしくは９５％のいずれか、または上記のいずれかを超える。いくつかの実施形態において、上記空隙率は、約１０％～約９０％、約３０％～約９０％、約４０％～約８０％、または約５０％～約７０％である。

いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料は、約１～１０，０００ミリダルシーの透過性を有する。いくつかの実施形態において、上記透過性は、少なくとも約１、１０、１００、５００、１０００、５０００、または１０，０００ミリダルシーのいずれかとし得る。いくつかの実施形態において、上記透過性は、約１～約１００，約５０～約２５０、約１００～約５００、約２５０～約７５０、約５００～約１０００、約７５０～約２０００、約１０００～約２５００、約２０００～約５０００、約３０００～約７５００、約５０００～約１０，０００、約１～約１０００、約１０００～約５０００、または約５０００～約１０，０００ミリダルシーである。

いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料は、水銀圧入ポロシメトリーで測定して、約１００ｍｍ^３／ｇ～約７５００ｍｍ^３／ｇの空隙容積を含む。いくつかの実施形態において、上記空隙容積は、少なくとも約１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１５００、２０００、２５００、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、５５００、６０００、６５００、７０００、または７５００ｍｍ^３／ｇのいずれかである。いくつかの実施形態において、空隙容積は、約１００～約５００、約２００～約１０００、約４００～約８００、約５００～約１０００、約８００～約１５００、約１０００～約２０００、約１５００～約３０００、約２０００～約５０００、約３０００～約７５００、約２５０～約５０００、約３５０～約４０００、約４００～約３０００、約２５０～約１０００、約２５０～約２５００、約２５００～約５０００、または約５００～約４０００ｍｍ^３／ｇのいずれかである。

本明細書に開示の多孔質セラミック材料は、液体材料との相互作用で特徴決定し得る。先述したように、当該セラミック材料は、１時間で、表面張力が小さい（例えば、イソプロパノールでは約２５ｍＮ／ｍ未満）液体を、密閉容器内で重力に逆らって表面を約５ｍｍより上まで持ち上げる毛管上昇させる能力を特徴とし得る。２０℃での表面張力が約２５ｍＮ／ｍ未満のその他の溶媒として：ペルフルオロヘキサン、ペルフルオロヘプタン、ペルフルオロオクタン、ｎ－ヘキサン（ＨＥＸ）、ポリジメチルシロキサン（ＢａｙｓｉｌｏｎｅＭ５）、ｔｅｒｔ－ブチルクロリド、ｎ－ヘプタン、ｎ－オクタン（ＯＣＴ）、イソブチルクロリド、エタノール、メタノール、イソプロパノール、１－クロロブタン、イソアミルクロリド、プロパノール、ｎ－デカン（ＤＥＣ）、エチルブロミド、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、ｎ－ウンデカン、シクロヘキサンがあるが、これらに限定されない。２０℃での表面張力が２５ｍＮ／ｍ超のその他の溶媒として：アセトン（２－プロパン）、ｎ－ドデカン（ＤＤＥＣ）、イソバレロニトリル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジクロロメタン、ｎ－テトラデカン（ＴＤＥＣ）、ｓｙｍ－テトラクロロメタン、ｎ－ヘキサデカン（ＨＤＥＣ）、クロロホルム、１－オクタノール、ブチロニトリル、ｐ－シメン、イソプロピルベンゼン、トルエン、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、１－デカノール、エチレングリコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）、１，３，５－トリメチルベンゼン（メシチレン）、ベンゼン、ｍ－キシレン、ｎ－プロピルベンゼン、エチルベンゼン、ｎ－ブチルベンゼン、１－ニトロプロパン、ｏ－キシレン、ドデシルベンゼン、フマル酸ジエチルエステル、デカリン、ニトロエタン、二硫化炭素、シクロペンタノール、１，４－ジオキサン、１，２－ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジプロピレングリコール、シクロヘキサノール、ヘキサクロロブタジエン、ブロモベンゼン、ピロール（ＰＹ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）、ニトロメタン、フタル酸ジエチルエステル、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ピリジン、メチルナフタレン、ベンジルアルコール、アントラニル酸エチルエステル、ヨードベンゼン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、リン酸トリクレジル（ＴＣＰ）、ｍ－ニトロトルエン、ブロモホルム、ｏ－ニトロトルエン、フェニルイソチオシアネート、ａ－クロロナフタレン、フルフラール（２－フルアルデヒド）、キノリン、１，５－ペンタンジオール、アニリン（ＡＮ）、ポリエチレングリコール２００（ＰＥＧ）、アントラニル酸メチルエステル、ニトロベンゼン、ａ－ブロモナフタレン（ＢＮ）、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、１，２，３－トリブロモプロパン、安息香酸ベンジル（ＢＮＢＺ）、１，３－ジヨードプロパン、３－ピリジルカルビノール（ＰＹＣ）、エチレングリコール（ＥＧ）、２－アミノエタノール、ｓｙｍ－テトラブロモエタン、ジヨードメタン（ＤＩ）、チオジグリコール（２，２’－チオビスエタノール）（ＴＤＧ）、ホルムアミド（ＦＡ）、グリセロール（ＧＬＹ）、水（ＷＡ）、及び水銀がある。

上記多孔質セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）は、様々な温度で、水の毛管上昇を招く能力を有し得る。これらの材料は、エタノール－水、酢酸エチル－エタノール、またはブタノール－水などの混和性材料と二成分共沸混合物とを分離して、三成分共沸混合物を破壊する、あるいは、エタノールと水を含む混合物からアミルアルコールを除去する能力を有し得る。

上記多孔質セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）の細孔は、１種以上の気体が充填されたオープンセルを含んでいてもよく、一部が充填された（例えば、１種以上の固体材料（複数可）が一部充填された）セルを含んでいてもよく、または完全に、もしくは実質的に充填され（例えば、１種以上の液体及び／または固体材料（複数可）が完全に、または実質的に充填された）セルを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、上記細孔は、部分的に、実質的に、または完全に、気体、液体、または固体の物質、あるいはそれらの組み合わせが充填される。

いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料のアクセス可能な細孔容積に、第１の材料が部分的に充填され、次に、第２の材料が部分的に、または完全に充填される。いくつかの実施形態において、第２の材料は、部分的に充填された細孔を覆う材料の層として添加される。いくつかの実施形態において、第１の材料は、気体、固体、または液体、あるいは気体、液体、及び／または固体の物質（複数可）の組み合わせである。いくつかの実施形態において、第２の材料は、気体、固体、及び／または液体物質（複数可）、または雰囲気（例えば、空気）である。例として、空隙率、ウィッキング、撥水性、及び／または濡れ挙動の変化が付与する機能；耐摩耗性、硬度、靭性、触感、弾性率、降伏強度、降伏応力、ヤング率、表面（圧縮または引張）応力、及び／または弾性などの機械的特性に変化を与える電気的／誘電的特性を変える複合材料（多孔質材料と第２の材料を含む）の変化；熱拡散率、伝導率、熱膨張係数、熱界面応力、及び／または熱異方性などの熱特性の変化；放射率、色彩、反射率、及び／または吸収係数などの光学特性の変化；腐蝕、触媒作用、反応性、不活性、相溶性、ファウリング耐性、イオンポンプブロッキング、微生物耐性、及び／または微生物適合性などの化学的特性の変化；及び／または生体触媒作用の基質がある。

いくつかの実施形態において、第１の材料は、正または負の相乗的方法で第２の材料と相互作用して、湿潤性、硬度、弾性、機械的性質、電気的性質、圧電的性質、光学的性質、接着性、または熱的特性、微生物に対する親和性または耐性、バイオフィルム成長の変化、触媒活性、透過性、美的外観、撥水性、及び／または耐蝕性などの、但しこれらに限定されないセラミック材料の１つ以上の機能的特徴を変える。

細孔を部分的または完全に充填するために使用可能な限定を意図しない材料として、頭部基と尾部基とを有する分子など、表面に結合することができる分子があり、当該頭部基として、シラン、ホスホネート、またはホスホン酸、カルボン酸、ビニル、水酸化物、チオール、またはアンモニウム化合物がある。尾部基として、炭化水素、フルオロカーボン、ビニル基、フェニル基、及び／または第４級アンモニウム基などのあらあらゆる官能基がある。その他のセラミック材料（第２のセラミック材料）も、部分的または完全に細孔に積層することができる。また、ポリマーを、部分的または完全に細孔に積層することができる。第２のセラミック材料は、例えば、亜鉛、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、セリウム、ガドリニウム、及びコバルトの１種以上の酸化物を含んでいてもよい。加えて、セラミック材料は、例えば、粘土、シリカ、ガラスなどの金属、非金属、またはメタロイド原子の無機化合物など、主にイオン結合及び共有結合で保持されている表面改質剤に添加することができる固体材料を含んでいてもよい。他のセラミック（第２のセラミック材料）は、金属リン酸塩、金属炭酸塩、金属硫酸塩、金属ホウ酸塩、金属タングステン酸塩、金属モリブデン酸塩、金属チタン酸塩、金属スズ酸塩、金属ケイ酸塩、金属バナジン酸塩、または金属亜鉛酸塩を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、第２のセラミック材料は、鉄、コバルト、ニッケル、銅、マンガン、クロム、チタン、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、亜鉛、鉛、スズ、タングステン、セリウム、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウム、ランタン、マグネシウム、アルミニウム、バリウム、またはカルシウムを含んでいてもよいが、これらに限定はされない。ポリマーは、例えば、麻、シェラック、アンバー、羊毛、絹、天然ゴム、セルロース、及びその他の天然繊維、糖類、ヘミセルロース及びホロセルロース、多糖類、及び細胞外タンパク質などの生物学的に誘導した材料、ＤＮＡ、キチンなどの天然高分子材料を含んでいてもよい。合成ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルクロリド、合成ゴム、フェノールホルムアルデヒド樹脂（または、Ｂａｋｅｌｉｔｅ）、ネオプレン、ナイロン、ポリアクリロニトリル、ＰＶＢ、シリコーン、ポリイソブチレン、ＰＥＥＫ、ＰＭＭＡ、及びＰＴＦＥを含むポリマー及びコポリマーが挙げられる。

いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料のアクセス可能な細孔容積は、薄い複合ポリマー層で部分的に充填され、当該ポリマーによって付与される空隙率及び機能性を有する表面改質剤を生成する。その他の実施形態において、細孔が厚いポリマー層で完全に充填されて、多孔質のベース材料と上記ポリマー層との複合特性を有する厚いポリマー層を備えた表面改質剤を生成する。本明細書の組成物中に記載されるポリマーはコポリマーを含む。

いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料のアクセス可能な細孔容積には、表面改質剤の表面上に積層される材料の層が部分的または完全に充填される。いくつかの実施形態において、限定を意図するものではないが、アンモニウム基（例えば、第４級アンモニウム基）、アルキル基、ペルフルオロアルキル基、フルオロアルキル基などの、但しこれらに限定されない、１種以上の官能基（複数可）を表面改質剤材料に付加した材料の層が積層される。いくつかの実施形態において、ポリマーまたはセラミック層が積層される。いくつかの実施形態において、基材上の結合剤不含多孔質セラミック材料のセラミックと同一または異なるセラミックであるセラミックの最上表面層が積層される。官能基（複数可）及びそれによって付与される機能の例としては、抗菌機能を呈する第４級アンモニウム基、撥水性及び炭化水素親和性を呈するアルキル鎖、撥水性及び撥油性機能を呈するペルフルオロアルキル基、機械的機能を呈するポリマー、審美的機能、光電子機能、または防食機能を呈するその他のセラミックが挙げられる。

いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料のアクセス可能な細孔容積には、気体、液体、もしくは固体物質、またはそれらの組み合わせが部分的にあるいは完全に充填されており、この組成物は、セラミック材料の上に最上表面材の層をさらに備えており、この最上表面材は、これらに限定されないが、１種以上の機能、例えば、液体による湿潤性、及び／または液体での化合物の選択的分離などの機能を奏する。特定の実施形態において、上面に置いた材料は、細孔を、部分的に、実質的に、または完全に満たす物質とは別の材料であり、それ自体が細孔を充填する、または、そこに侵入することはない。いくつかの実施形態において、上記最上表面材は、細孔内の物質（複数可）と相互作用する。例えば、上記最上表面材は、細孔内の物質（複数可）と相互作用して、熱管理、電気化学反応性の調節、及び／または機械的特性の調節などの、但しこれらに限定されない、１種以上の機能を提供することができる。特定の実施形態において、上記最上表面材は、結合剤不含多孔質セラミック材料が接触している周囲環境である。

いくつかの実施形態において、上記多孔質セラミック材料のアクセス可能な細孔容積には、実質的にもしくは完全にポリマーまたはセラミック材料が充填されている。

いくつかの実施形態において、細孔内の材料は、セラミック材料と相互作用する。そのような物質の例と、それが奏する機能の例として、周囲の液体または蒸気による表面改質剤の酸化、微量成分（例えば、環境汚染物質）の凝縮、環境空気からのＣＯまたはＨ_２Ｓなどの有害な環境材料の捕捉または酸化、及び／または環境でのそれら物質の回収と保持がある。

いくつかの実施形態において、環境での水分または細孔に添加した水分は、細孔内の材料と相互作用して、細孔内の材料または表面改質剤を改質する。そのような物質と、同物質が奏する機能の例として、湿潤挙動の変化、光学特性の変化、酸化状態または反応性の変化、蒸発速度の変化、霜降り現象、着氷、または凝縮がある。

いくつかの実施形態において、細孔内の材料は、セラミック材料と相互作用して、表面全体の特性を「調整」するようにデザインし得る。調整可能な特性の例として、湿潤性、硬度、微生物耐性、触媒活性、耐蝕性、色彩、及び／または光化学的活性があるが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態において、セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）及び細孔内の材料は、相乗的に相互作用して、例えば、表面改質剤、及び／または細孔内の材料だけの機能性と比較して、表面改質剤、及び／または細孔内の材料の少なくとも１つの機能性を高める、または低下させる。いくつかの実施形態において、細孔内の２つ以上の材料は相乗的に相互作用して、例えば、その材料だけが奏する機能性と比較して、細孔内の少なくとも１つの材料の少なくとも１つの機能性を高める、または低下させる。

いくつかの実施形態において、セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）は非対称な細孔形態である、例えば、球形、円筒形、立方体、またはその他の方法で明確に定義した、比較的に一定した、体積に対する表面積の正規分布を有するように秩序化しており、結合剤不含セラミック表面改質の膜厚の機能に応じて第３四分位細孔径に対する第１四分位細孔径の比率を特徴決定する。特に、細孔形態は、球形、円筒形、または立方体の構造と比較すると、その中心に関して非対称である。非限定的な非対称細孔の例は、ＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１９／３９７４３に示しており、この文献は、その全体が本明細書に援用される。

多孔質セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）は、基材からの距離に応じて変化する広範な細孔径分布を特徴とし得る。特に、基材から所与の距離での細孔構造は、例えば、本明細書に記載したように、局所的に特徴決定することができ、また、距離に応じて異なる特徴を有する。結果として生じる非対称性は、基材、イオン移動度、それに、温度、圧力、及び濃度などの処理条件の組み合わせであり、インサイチュで決定する。非対称性の程度は、混合、攪拌、電場調節、及びタンク濾過などのバルク手段、または剪断速度、衝突流、または表面電荷の変更と調節などの表面配向プロセス手段でさらに調節することができる。非対称性は、エッチング、トラックエッチング、イオンビームミリング、酸化、光触媒などの様々な手段、またはさらなる手段で、エクスサイチュで決定することができる。これらの手法は、ゼオライト、トラックエッチングした膜、または拡張したＰＴＦＥ膜など、膜厚及び／または細孔の深さを備えた、狭い、または対称的な細孔構造を有する材料のことを指す。

いくつかの実施形態において、多孔質セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）は、約２ｎｍ～約５０ｎｍの範囲のメソ多孔質平均細孔サイズを含む。その他の実施形態において、平均細孔サイズは、約５０ｎｍ～約１０００ｎｍの範囲である。いくつかの実施形態において、結合剤不含多孔質セラミック材料は、約２ｎｍ～約２０ｎｍの平均細孔径を含む。いくつかの実施形態において、平均細孔径は、少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または２０ｎｍのいずれかである。いくつかの実施形態において、平均細孔径は、約２～約５、約４～約９、約５～約１０、約７～約１２、約９～約１５、約１２～約１８、約１５～約２０、約４～約１１、約５～約９、約４～約８、または約７～約１１ｎｍのいずれかである。

セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）は、１種以上の金属酸化物、及び／または金属水酸化物（及び／または、その水和物）を含み得る。限定を意図するものではないが、本明細書に開示したセラミック組成物が含み得る金属の例として：亜鉛、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、セリウム、銅、ガドリニウム、タングステン、スズ、鉛、及びコバルトがある。いくつかの実施形態において、セラミック材料として、遷移金属、第ＩＩ族元素、希土類元素（例えば、ランタナム、セリウムガドリニウム、プラセオジム、スカンジウム、イットリウム、サマリウム、またはネオジム）、アルミニウム、スズ、または鉛がある。いくつかの実施形態において、セラミック材料として、限定を意図するものではないが、亜鉛、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、セリウム、プラセオジム、及びコバルトなどの２つ以上の金属酸化物（例えば、混合金属酸化物）を含む。

いくつかの実施形態において、セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）として：亜鉛とアルミニウム酸化物及び／または水酸化物との混合物；ＺｎＯとＡｌ_２Ｏ_３、及びＺｎ－アルミン酸塩の混合物；Ｚｎ、Ａｌ、及び酸素を含むあらゆる／すべての相を含む材料の混合物；マンガンとマグネシウム酸化物及び／または水酸化物の混合物；マンガン酸化物；アルミニウム酸化物；混合金属マンガン酸化物及び／または水酸化物；マグネシウムとアルミニウム酸化物及び／または水酸化物との混合物；マグネシウム、セリウム、及びアルミニウム酸化物及び／または水酸化物の混合物；亜鉛、ガドリニウム、及びアルミニウム酸化物及び／または水酸化物の混合物；コバルトと、アルミニウム酸化物及び／または水酸化物との混合物；マンガンと、アルミニウム酸化物及び／または水酸化物との混合物；セリウムと、アルミニウム酸化物及び／または水酸化物との混合物；鉄と、アルミニウム酸化物及び／または水酸化物との混合物；タングステンと、アルミニウム酸化物及び／または水酸化物との混合物；スズとアルミニウム酸化物との混合物；タングステン酸化物及び／または水酸化物；マグネシウム酸化物及び／または水酸化物；マンガン酸化物及び／または水酸化物；スズ酸化物及び／または水酸化物；または、亜鉛酸化物及び／または水酸化物がある。

いくつかの実施形態において、セラミック材料の相互連結したネットワーク中の少なくとも１種の金属は、２^＋酸化状態にある。

いくつかの実施形態において、セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）は、亜鉛、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、セリウム、ガドリニウム、及びコバルトの１種以上の酸化物及び／または水酸化物を含み、そして、基材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である。

いくつかの実施形態において、セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）は、超疎水性である。いくつかの実施形態において、表面改質剤材料は、高度の疎水性である。いくつかの実施形態において、表面改質剤は、セラミック材料を含まない基材と比較して、湿潤性、硬度、弾性、機械的性質、電気的性質、圧電的性質、電磁気的性質、光学的性質、接着性、または熱的特性、微生物親和性または抵抗性、バイオフィルム成長の変化、触媒活性、透過性、美的外観、及び耐蝕性から選択する１種以上の機能特性を含む。

いくつかの実施形態において、機能性材料層（例えば、材料の最上層）が、セラミック材料の相互連結したネットワークの上に積層される。そのような材料の例として、抗菌機能のための第４級アンモニウム基、撥水性及び炭化水素親和性のためのアルキル鎖、撥水性及び撥油性機能のためのペルフルオロアルキル基、機械的特性機能のためのポリマー、美的機能、光電子機能、または防食機能のためのその他のセラミックがあるが、これらに限定されない。このような材料が付与する機能の例として、限定を意図するものではないが、空隙率、ウィッキング、撥水性、及び／または濡れ挙動；耐摩耗性、硬度、靭性、触感、弾性率、降伏強度、降伏応力、ヤング率、表面（圧縮または引張）応力、張強度、圧縮強度、及び／または弾性などの機械的特性に変化を与える電気的／誘電的特性を変える複合材料（多孔質材料と第２の材料を含む）の変化；熱拡散率、伝導率、熱膨張係数、熱界面応力、熱異方性などの熱特性の変化；放射率、色彩、反射率、及び／または吸収係数などの光学特性の変化；腐蝕、触媒作用、反応性、不活性、適合性、ファウリング耐性、イオンポンプブロッキング、微生物耐性、及び／または微生物適合性などの化学的特性の変化；後続の材料層の接着性の促進及び／または生体触媒作用の基質がある。

いくつかの実施形態において、セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）は、ポリマーまたは本明細書に開示したあらゆる基材材料などの基材材料と比較して、紫外線による劣化に対して耐性がある。

いくつかの実施形態において、セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）は、約０．５マイクロメートル～約２０マイクロメートルの膜厚を含む。いくつかの実施形態において、セラミック材料は、約０．２マイクロメートル～約２５マイクロメートルの膜厚を含む。いくつかの実施形態において、膜厚は、少なくとも約０．２、０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、または２５マイクロメートルのいずれかである。いくつかの実施形態において、膜厚は、約０．２～約０．５、約０．５～約１、約１～約５、約３～約７、約５～約１０、約７～約１５、約１０～約１５、約１２～約１８、約１５～約２０、約１８～約２５、約０．５～約１５、約２～約１０、約１～約１０、約３～約１３、約０．５～約１５、約０．５～約５、約０．５～約１０、または約５～約１５マイクロメートルのいずれかである。

いくつかの実施形態において、セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）は、約０°～約１８０°の水接触角を特徴とする。その他の実施形態において、水接触角は、約３０度未満である。その他の実施形態において、水接触角は、約１５０度より大きい。

いくつかの実施形態において、セラミック表面改質剤（セラミックの相互連結したネットワーク）は、対象とする基材面積の平方メートルあたり約１．１ｍ^２～約１００ｍ^２の表面積を含む。いくつかの実施形態において、セラミック材料は、対象とする基材面積の平方メートルあたり、約１０ｍ^２～約１５００ｍ^２の表面積を含む。いくつかの実施形態において、表面積は、対象とする基材面積の平方メートルあたり、少なくとも約１０、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０、１０００、１０５０、１１００、１１５０、１２００、１２５０、１３００、１３５０、１４００、１４５０、または１５００ｍ^２のいずれかである。いくつかの実施形態において、表面積は、対象とする基材面積の平方メートルあたり、約１０～約１００、約５０～約２５０、約１５０～約５００、約２５０～約７５０、約５００～約１０００、約７５０～約１２００、約１０００～約１５００、約７０～約１０００、約１５０～約８００、約５００～約９００、または約５００～約１０００ｍ^２のいずれかである。

いくつかの実施形態において、セラミック材料（セラミックの相互連結したネットワーク）は、１グラムのセラミック材料あたり、約１５ｍ^２～約１５００ｍ^２の表面積を含む。いくつかの実施形態において、表面積は、１グラムのセラミック材料あたり、少なくとも約１５、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０、１０００、１０５０、１１００、１１５０、１２００、１２５０、１３００、１３５０、１４００、１４５０、または１５００ｍ^２のいずれかである。いくつかの実施形態において、表面積は、１グラムのセラミック材料あたり、約１５～約１００、約５０～約２５０、約１５０～約５００、約２５０～約７５０、約５００～約１０００、約７５０～約１２００、約１０００～約１５００、約５０～約７００、約７５～約６００、約１５０～約６５０、または約２５０～約７００ｍ^２のいずれかである。

基材
本明細書に記載のセラミックの相互連結したネットワークを含む多孔質セラミック材料が塗布または積層される基材は、構造的または機能的特性に適したあらゆる材料で構成し得る、または、例えば、熱交換器などの装置での使用の機能的用途に適したあらゆる材料で構成し得る。いくつかの実施形態において、基材は、アルミニウムである、またはアルミニウムを含み（例えば、アルミニウム合金）、鉄合金、亜鉛、亜鉛合金、銅、銅合金、ニッケル合金、ニッケル、チタン合金、チタン、コバルト－クロム含有合金、ガラス、ポリマー、コポリマー、天然材料（例えば、セルロースを含む天然材料）、またはプラスチックである。

いくつかの実施形態において、基材は金属を含み、本明細書に記載したセラミック表面改質剤の一次金属は、基材の一次金属とは異なる。一次金属は、例えば、原子金属をベースとしたＸ線回折で決定をして、基材またはセラミック材料での全金属の少なくとも約５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、または９５％を占める金属である。基材の一次金属の例として、アルミニウム、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、チタン、及びマグネシウムがあるが、これらに限定されない。セラミック一次金属の例として、亜鉛、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、セリウム、銅、ガドリニウム、タングステン、スズ、鉛、及びコバルトがあるが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態において、基材は、基材金属の局所溶解を可能にする反応条件下で反応する（例えば、溶解する）ことができる金属を含み、そして、基材金属は、セラミック材料、例えば、結合剤不含の多孔質セラミック材料などの基材改質剤に取り込ませる。例えば、アルミニウム基材は、セラミック材料が基材上に積層されたセラミック材料に取り込まれるアルミニウム（例えば、Ａｌ^２＋）を提供し得る。

いくつかの実施形態において、上記基材は、粒子、粉末、押出物、ペレット、フレーク、または切れ込みのある葉状の（例えば、２つの裂片の葉状（ｂｉｌｏｂｅ）、３つの裂片の葉状（ｔｒｉｌｏｂｅ）、４つの裂片の葉状（ｑｕａｄｒｉｌｏｂｅ）など）構造である。いくつかの実施形態において、上記基材は、金属の粒子、粉末、押出物、ペレット、フレーク、または切れ込みのある葉状構造であり、これらにおいて、積層された結合剤不含のセラミックの相互連結したネットワークが上記基材の表面上に積層される。

いくつかの実施形態において、上記基材はセラミック材料である。いくつかの実施形態において、上記基材はセラミック材料を含む。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料は、酸化物セラミック、非酸化物セラミック、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料は、酸化物セラミック、非酸化物セラミック、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料は、１種以上の酸化物セラミック、１種以上の非酸化物セラミック、またはそれらの組み合わせからなる。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料は、１種以上の酸化物セラミックからなる。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料は、１種以上の非酸化物セラミックからなる。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料は酸化物セラミックを含む。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、酸化物、水酸化物、混合酸化物／水酸化物、アルミン酸塩、ケイ酸塩、チタン酸塩、ジルコン酸塩、タングステン酸塩、またはそれらの混合物である。上記酸化物セラミックが混合酸化物／水酸化物であるいくつかの実施形態において、酸化物：水酸化物の比は、混合酸化物／水酸化物の水和度の関数である。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化ケイ素（シリカ）、シリカ－アルミナ、酸化セリウム（セリア）、酸化イットリウム（イットリア）、酸化チタン（チタニア）、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化ハフニウム（ハフニア）、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化スズ、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、アルミナ、シリカ、またはシリカ－アルミナである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックはアルミナである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックはシリカである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックはシリカ－アルミナである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、チタニア、ジルコニア、ハフニア、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックはチタニアである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックはジルコニアである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、アルカリ金属酸化物／水酸化物、アルカリ土類金属酸化物／水酸化物、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、酸化ナトリウム／水酸化ナトリウムまたは酸化カリウム／水酸化カリウムを含む。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは酸化二カリウムを含む。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、酸化二ナトリウムを含む。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、酸化マグネシウム（マグネシア）または酸化カルシウムである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは酸化マグネシウムである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、アルミン酸マグネシウムまたはアルミン酸カルシウムである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、アルカリ金属ケイ酸塩、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、チタン酸マグネシウムまたはチタン酸アルミニウムである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、ジルコン酸アルミニウム、ジルコン酸マグネシウム、またはジルコン酸カルシウムである。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックはゼオライトである。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料は非酸化物セラミックを含む。いくつかの実施形態において、上記非酸化物セラミックは、炭化物、窒化物、または酸窒化物である。いくつかの実施形態において、上記非酸化物セラミックは、窒化物セラミック、または炭化物セラミックである。いくつかの実施形態において、上記非酸化物セラミックは、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化モリブデン、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態において、上記非酸化物セラミックは酸窒化ケイ素アルミニウムである。

いくつかの実施形態において、上記基材はセラミック材料を含む。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料は酸化物セラミックを含む。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは硫酸化酸化物を含む。いくつかの実施形態において、上記硫酸化酸化物は、硫酸化チタニア、硫酸化ジルコニア、または硫酸化酸化スズである。

いくつかの実施形態において、上記基材はセラミック材料を含む。いくつかの実施形態において、上記セラミック材料は酸化物セラミックを含む。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは、塩化ナトリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、上記酸化物セラミックは塩化マグネシウムを含む。

いくつかの実施形態において、上記基材は形成される。いくつかの実施形態において、上記基材は形成されたセラミック材料である。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料は、ペレット、球、環、円筒、ハニカム、３つの裂片の葉状、または４つの裂片の葉状の形態である。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料はペレットの形態である。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料は球の形態である。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料は環の形態である。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料は円筒の形態である。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料はハニカムの形態である。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料は３つの裂片の葉状の形態である。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料は４つの裂片の葉状の形態である。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料は押出物である。いくつかの実施形態において、上記押出物は直径約０．５ｍｍ～約５ｍｍ、直径約０．５ｍｍ～約４ｍｍ、直径約０．５ｍｍ～約３ｍｍ、直径約０．５ｍｍ～約２ｍｍ、直径約０．５～約１ｍｍ、直径約１ｍｍ～約５ｍｍ、直径約１ｍｍ～約４ｍｍ、直径約１ｍｍ～約３ｍｍ、または直径約１ｍｍ～約２ｍｍである。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料は、鞍型、ヘリパック、もしくはラシヒリングなどのランダムまたは緩充填の形状である。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料はメッシュ形状である。いくつかの実施形態において、上記形成されたセラミック材料は構造化された充填形状である。

金属酸化物の転化
本明細書では、セラミック表面改質剤（例えば、多孔質金属酸化物及び／または水酸化物セラミック表面改質剤、例えば、多孔質金属酸化物及び／または水酸化物セラミックの相互連結したネットワーク）の化学的転化の結果として形成される生成物が提供される。本明細書に記載される転化生成物によって、上記基材に１種以上の特性が付与され、該特性は、当初のセラミック表面修改質剤によって付与される特性（複数可）と同一であってもまたは異なっていてもよい。転化生成物によって提供される利点には幅広い適応性がある。上記形成される生成物は、金属酸化物／水酸化物、金属リン酸塩、金属炭酸塩、金属硫酸塩、金属ホウ酸塩、金属タングステン酸塩、金属モリブデン酸塩、金属チタン酸塩、金属スズ酸塩、金属ケイ酸塩、または金属バナジン酸塩を含む、但しこれらに限定されない、当初の金属酸化物及び／または水酸化物セラミック材料の改変物である。

いくつかの実施形態において、上記転化によって、該転化を含まない同一のセラミック材料と比較して、さらなる耐食性を付与する；表面の等電点もしくはゼロ電荷点のシフトさせる；酸もしくは塩基に対して保護する；異なる周波数で吸収、反射、もしくは発光するように、光学特性を調節する；血漿膜ＡＴＰアーゼを阻害する；強誘電特性を付与する；静電容量を増加させるもしくは誘電性能を向上させる；抵抗の温度係数を調節する；熱安定性を向上させる；圧電特性を付与する；表面積を増加させる；吸着を促進させる；特定の化学反応により色調を変化させる；紫外線（ＵＶ）耐性を向上させる；及び／または疑似容量特性を付与することが可能になる。

一実施形態において、上記転化により腐食に対する基材の感受性が低下する。非限定的な例において、上記基材は、不活性金属リン酸塩または金属炭酸塩バリアによって、腐食性の環境及び／または化学物質から保護される。この保護層は、２つの主たる経路で作用して、基材の腐食及び／または導電性の低下を防ぐ可能性がある。一次的な保護は物理的であり、不活性バリアが、腐食性の種が基材を攻撃すること及び導電性を低下させることを防ぐ。上記金属リン酸塩層の二次的な機能は、基材の代わりに腐食性の種と反応する犠牲要素として機能することである。

用途
いくつかの実施形態において、改質された基材はコーティングされた物品であり、コーティングされたままの状態で、または熱交換器、反応器、もしくは蒸留塔などのシステム中に取り付けられた後に使用される。他の実施形態において、上記コーティングされた基材は、例えば、放熱グリスまたはポリマー－セラミック複合材料中の、改質粒子、粉末、押出物、またはフレークなどの添加剤として使用することもできる。他の実施形態において、上記改質された基材は、コーティングされた基材もしくはコーティングされた基材の複合材料の焼結（例えば、レーザー焼結）、溶融鋳造、射出成型、または３Ｄ印刷（例えば、熱溶融積層造形法（ＦＤＭ）３Ｄ印刷）によるなどして、大きさのある部品へと加工することもできる。いくつかの実施形態において、上記コーティングされた基材は、表面が改質されたセラミック粒子、粉末、押出物、ペレット、フレーク、または切れ込みのある葉状構造であり、これが互いに焼結されると（例えば、レーザー焼結を使用して）、金属－セラミック複合材料が生成する。反応器または蒸留の充填物などのいくつかの実施形態において、上記改質された基材は、鞍型などの、但しこれに限定されない構造用形鋼に形成され、その後、システムにおいて使用されるより大きな部品へと接合（例えば、焼結）されてもよい。いくつかの実施形態において、上記改質された基材は、システムにおいて使用されるより大きな部品用の充填するための型として使用される構造用形鋼へと形成されてもよい。いくつかの実施形態において、この金属－セラミック複合材料は、酸化マグネシウム及び酸化アルミニウムを含む。他の実施形態において、改質された粒子、粉末、押出物、ペレット、またはフレークを焼結（例えば、レーザー焼結、一軸熱間プレス、熱間静水圧プレス）、溶融鋳造、または射出成型することにより、セラミックモノリスが得られる。いくつかの実施形態において、このセラミックモノリスは、理論密度の約８０％を超える、約９０％を超える、または約９５％を超える密度を有する。いくつかの実施形態において、このセラミックモノリスは、マグネシウム－アルミニウムスピネル、チタン酸アルミニウム、亜鉛－アルミニウムスピネルを含むか、またはケイ素、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、もしくはカルシウムを含む。

いくつかの実施形態において、セラミックで改質された金属の粒子、粉末、押出物、ペレット、またはフレークを後加工することによって、光学的に透明なモノリスが生成する。いくつかの実施形態において、このモノリスは、スクリーンまたは窓として使用することができる。いくつかの実施形態において、セラミックで改質された金属の粒子、粉末、押出物、ペレット、またはフレークを後加工することによって、上記セラミックを含まない中実の金属と比較して、降伏強度、靭性、及び／または硬度が増加した金属－セラミック複合材料が生成する。

いくつかの実施形態において、上記後加工したセラミック－金属複合材料内で、上記セラミックは、モノリシック固体全体にわたって相互連結したネットワークを形成する。いくつかの実施形態において、焼結（例えば、レーザー焼結）、鋳造（例えば、溶融鋳造）、または成型（例えば、射出成型）中に、上記金属基材の粒子、粉末、押出物、またはフレークが溶融し、上記多孔質の相互連結したセラミックコーティング内をまたは該コーティングを通して流動し、忠実な物体が生成する。いくつかの実施形態において、この後加工によって網状の形状の部品を製造することができる。他の実施形態において、上記コーティングされた粒子、粉末、または押出物を膜に溶融鋳造することができる。いくつかの実施形態において、上記膜は光学的に透明である。

いくつかの実施形態において、後加工した部分中のセラミックに対する金属の比率を決定するように、上記基材の粒子径を選択することができる。いくつかの実施形態において、これにより金属－セラミック複合材料を得ることができる。他の実施形態において、これによりセラミックを得ることができる。他の実施形態において、上記後加工した部品において、セラミックは約１０％を超える、セラミックは約２０％を超える、セラミックは約３０％を超える、セラミックは約４０％を超える、セラミックは約５０％を超える、セラミックは約６０％を超える、セラミックは約７０％を超える、セラミックは約８０％を超える、セラミックは約９０％を超える、セラミックは約９５％を超える、セラミックは約９９％を超える。

いくつかの実施形態において、上記セラミック表面改質剤を含む部品は、他の製造技法よりも低い温度で加工することができる。いくつかの処理技法において、上記基材が溶融し、上記多孔質セラミックコーティングと反応する。いくつかの実施形態において、この反応により耐火材料が形成される。いくつかの実施形態において、上記セラミックコーティングは、上記基材の光学特性を調節し、その結果、後加工が改善される。

以下の実施例は本発明を説明することを意図しており、本発明を限定することを意図するものではない。

以下の例に記載する多孔質セラミック材料を塗布する基材またはアセンブリは、通常、（ａ）表面の事前準備または洗浄から始まり、それに続く（ｂ）構造化セラミックの積層、及び（ｃ）別のセラミック層の積層または積層した構造化セラミック層の転化のプロセスを経る。

（ａ）表面の事前準備及び洗浄ステップ：以下の例では、表面を次のようにして事前準備した。金属基材またはアセンブリを、容器中で洗浄するか、またはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）及びタオルで拭って、残存油分をすべて除去した。次に、表面が暗色になるまで、または約１５分間、２０℃の公称室温で、ｐＨ＞１０の苛性エッチング浴中に上記部品を浸漬した。次いで、上記基材またはアセンブリを水ですすいで、残留する苛性溶液または軽く付着したものをすべて除去した。次に、これらの部品を、ｐＨ３未満、及び温度２０℃の硝酸溶液に浸漬して、汚れ、エッチング反応生成物、金属間化合物、及び表面酸化物を除去するか、または、基材を酸洗浄して清浄な表面を露出させた。清浄な表面が得られるその他の表面事前準備の技法が好適であり、且つ利用可能である。ポリマー基材及びセルロース系基材を容器中で洗浄するか、またはイソプロピルアルコールを含ませたタオルで拭って、残留物を全て除去した。

（ｂ）構造化セラミックの積層：以下の例における構造化セラミックの積層は、別段の記載がない限り連続的であると見なす。選択的な被覆を、一部分の化学物質への暴露及び／またはマスキング剤の使用によって実施した。次に、上記基材またはアセンブリを、２０～５００ｍＭの金属硝酸塩と同様の量のアミン（エチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミン、または尿素など）が入った構造化セラミックを積層するための浴中に入れ、３０℃～９０℃の反応温度で、基材を挿入する前に反応させた。濁度が１００ＮＴＵを下回るまで、または約５分～約９０分間、アセンブリを浴中に保持した。基材またはアセンブリを取り出し、水気を切り、すすぎ、オーブン中に載置し、約１００℃～８００℃で、数時間、乾燥及び／または焼成した。次に、これらの部品を室温まで冷却した

（ｃ）第２のセラミックの積層または積層した構造化セラミックの転化：別段の指示がない限り、（ｂ）で作製した構造化セラミックを、積層したセラミックの転化または第２のセラミックの積層であって、第２の材料を上記多孔質の相互連結したセラミックネットワークに部分的にもしくは完全に充填する上記積層などの後加工ステップの前に乾燥した。別段の記載がない限り、塗布とその後の加工までの加工時間は２４時間未満であった。

例１
上記のようにして基材板上に調製した、金属（マグネシウム）酸化物の相互連結したセラミック表面改質剤を転化させることによって、リン酸塩系腐食防食層を作製した。酸化マグネシウムの構造化セラミック表面剤（硝酸マグネシウム及びヘキサメチレンテトラミンを使用）で事前に改質した３００３アルミニウム合金基材を、リン酸塩水溶液転化浴中に浸漬した。リン酸塩の転化は５０℃～９０℃に加熱した水溶液中で生じた。この溶液は３種の主要な成分、すなわち、Ａ＝リン酸塩源、Ｂ＝緩衝種、Ｃ＝触媒を必要とする。成分Ａは、０．２５０Ｍ以下の濃度のリン酸またはアルカリリン酸塩であってよい。成分Ｂは、酢酸及びその共役塩基の塩、またはクエン酸及びその共役塩基の塩などの、０．１５０Ｍ以下の濃度の適宜の緩衝剤であってよい。成分Ｃは、０．１Ｍ以下の濃度のヘキサヒドロスズ酸塩などのスズ酸塩である。ｐＨが６～８．５になるように、成分Ａ、Ｂ、及びＣの適宜の組み合わせを選択する必要がある。

これらの板の電気化学的インピーダンスを中性の３．５％ＮａＣｌ溶液中で試験したところ、インピーダンスは、転化させていない表面改質剤のインピーダンスよりも平均して１桁高いことが判明した。試料を転化させていない試料と共に、ＡＳＴＭＧ８５Ａ３に準拠した酸性塩水噴霧試験で９４時間評価した。リン酸塩の試料上で観察された孔食の量は、転化させていない表面改質試料と比較して低下している。蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）によって観測した転化後の化学組成は、リン含有量が０％から３０±７％に増加し、スズ含有量が０％から０．５±０．２％に増加したことを示した。フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光法は、Ｐ－Ｏ結合が存在することを示唆している。

例２
上記のようにして基材板上に調製した、金属酸化物の相互連結したセラミック表面改質剤を転化させることによって、炭酸塩系腐食防食層を作製した。酸化マグネシウムの構造化セラミックで事前に改質したアルミニウム合金基材を、炭酸塩水溶液転化浴中に浸漬した。炭酸塩の転化は５０℃～９０℃に加熱した水溶液中で生じた。この溶液は炭酸塩源を構成する１種の成分を必要とする。この成分は、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素アンモニウムなどの炭酸塩、またはバブリングした二酸化炭素などの、溶液中に炭酸を生成させるための供給源であってよい。炭酸塩の濃度は０．０１Ｍ～１Ｍであり、最適な浸漬時間は６００～１５００分である。

特定の１つのケースにおいて、１２５ｍＭのＮａＨＣＯ_３の炭酸化脱イオン（ＤＩ）水溶液を調製し、これを８０℃に加熱して１時間平衡化した。酸化マグネシウムの構造化積層物を有する基材を上記炭酸化溶液中に１６時間浸漬し、水を加えて液面を維持した。この試料を取り出して乾燥した。

ＳＥＭを使用して、炭酸塩に基づく転化による表面構造の変化を観測した。表面上に炭酸塩化合物が存在することが、１４０８ｃｍ^－１の強いＩＲ吸光度のピークによって確認された。

試料を転化させていない試料と共に、ＡＳＴＭＧ８５Ａ３に準拠した酸性塩水噴霧試験で９４時間評価した。観察された孔食の量は、剥き出しの板の基材材料と比較して低下した。

Ｘ線回折（ＸＲＤ）を使用して上記試料を分析したところ、試料中の化合物には、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、及び炭酸塩含有鉱物ハイドロタルサイトが含まれていた。

例３
上記のようにして基材上に調製した、相互連結した金属酸化物セラミックの構造化セラミックをリン酸カルシウムの形態に転化させることによって、ヒドロキシアパタイト、リン酸八カルシウム、リン酸三カルシウムの防食層を作製する。上記表面改質した基材を、塩化カルシウムまたは硝酸カルシウムなどのカルシウム塩、リン酸水素カリウムなどのリン酸塩、及び尿素、ヘキサメチレンテトラミン、またはエチレンジアミン四酢酸などのキレート化／錯化剤を含む水溶液浴中に浸漬する。すべての成分の濃度は０．０１Ｍ～１Ｍの範囲である。転化を５０℃～９０℃の加熱水溶液中で行い、浸漬時間は６０～１５００分である。浸漬に続いて、２００℃～６００℃の温度で６０～１５００分間、熱間アニーリングを行う。

例４
リン酸カルシウムを含む相互連結したセラミックを基材に直接積層することによって、ヒドロキシアパタイト、リン酸八カルシウム、リン酸三カルシウムの防食層を作製する。この基材を、塩化カルシウムまたは硝酸カルシウムなどのカルシウム塩、リン酸水素カリウムなどのリン酸塩、及び尿素、ヘキサメチレンテトラミン、またはエチレンジアミン四酢酸などのキレート化／錯化剤を含む水溶液浴中に浸漬する。すべての成分の濃度は０．０２５Ｍ～１Ｍの範囲である。転化を５０℃～９０℃の加熱水溶液中で行い、浸漬時間は６０～１５００分である。浸漬に続いて、２００℃～６００℃の温度で６０～１５００分間、熱間アニーリングを行う。

例５
上記のようにして基材上に調製した、相互連結した金属酸化物の構造化セラミックを転化させることによって、混合金属セラミック表面改質剤を作製する。上記表面改質した基材を水溶液転化浴中に浸漬して、アニオンの形態の別の金属を導入する。上記アニオンは腐食抑制剤の供給源として機能する。アニオン源は、スズ酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウムなどの特定のオキシアニオンの塩、またはホスホタングステン酸ナトリウムもしくはホスホモリブデン酸ナトリウムなどのホスホリルオキシアニオン塩である。上記水溶液は、溶液中で上記イオン及び表面修飾剤を安定化するための緩衝剤を含んでいてもよい。上記緩衝剤としては、クエン酸系、リン酸系、炭酸系、酢酸系、またはトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン（Ｔｒｉｓ）もしくは３－（Ｎ－モルホリノ）プロパンスルホン酸（ＭＯＰＳ）などの一般的な生物学的緩衝剤を挙げることができる。上記溶液の成分の濃度は０．０１Ｍ～１Ｍである。浸漬は、５０℃～９０℃の温度、５～１５００分の浸漬時間で行う。浸漬後に、２００℃～６００℃の温度で６０～１５００分間、熱間アニーリングを行う。

例６
上記のようにして基材上に調製した、相互連結した酸化マグネシウムセラミックの表面改質剤を転化させることによって、混合金属セラミック表面改質剤を作製した。上記表面改質した基材を、モリブデン酸ナトリウムを含む水溶液転化浴中に浸漬して、アニオン型のモリブデンを導入した。モリブデン酸ナトリウムは、セラミックマトリクス内に注入されると防食剤として機能する。モリブデン酸ナトリウムは、上記溶液中に０．０１Ｍ～５００ｍＭ、通常は約１００ｍＭの濃度で存在し、この溶液を２０℃～９０℃の範囲、通常は約２０℃の温度に維持した。浸漬時間は６０～１５００分、通常は約１２０分であった。転化ステップの後に、上記試料を脱イオン水を流しながら十分にすすぎ、表面から溶液をすべて除去した。次いでこの試料を２０℃～１０５℃の温度で乾燥した。２０℃及び８０℃の両方の転化浴温度で転化を行った後に実施したＥＤＳ及びＸＲＦの測定により、この材料の表面上にモリブデンが存在することが明らかになった。上記相互連結した酸化マグネシウム表面改質剤と相互連結したモリブデンで転化させた酸化マグネシウム表面改質剤の構造は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって調べたところ類似していた。

例７
上記のようにして基材上に調製した、酸化マグネシウムの相互連結したセラミック表面改質剤を転化させることによって、混合金属セラミック表面改質剤を作製した。上記表面改質した基材をモリブデン酸ナトリウムを含む水溶液転化浴に浸漬して、アニオン型のモリブデンを導入した。モリブデン酸ナトリウムは、セラミックマトリクス内に注入されると防食剤として機能する。モリブデン酸ナトリウムは、上記溶液中に０．０１Ｍ～５００ｍＭ、通常は約１００ｍＭの濃度で存在し、この溶液を２０℃～９０℃の範囲、通常は約２０℃の温度に維持した。浸漬時間は６０～１５００分、通常は約１２０分であった。転化ステップの後に、上記試料を脱イオン水を流しながら十分にすすぎ、表面から溶液をすべて除去した。次いでこの試料を、４００℃～６００℃の温度で６０～１５００分間、通常は約１２０分間、熱間アニーリングした。２０℃での転化及び８０℃での転化の両方の後に実施したＥＤＳ及びＸＲＦの測定により、この材料の表面上にモリブデンが存在することが明らかになった。上記酸化マグネシウム表面改質剤と、上記相互連結したモリブデンで転化させた酸化マグネシウム表面改質剤の相互連結した構造は、ＳＥＭによって調べたところ類似していた。

例８
上記のようにして基材上に調製した、相互連結した酸化マグネシウムの構造化セラミック表面改質剤を転化させることによって、混合金属セラミック表面改質剤を作製した。上記表面改質した基材を水溶液転化浴中に浸漬し、アニオン型のスズを導入した。上記アニオンは腐食抑制剤の供給源として機能する。スズ酸ナトリウムを水溶液浴に添加した。上記溶液のｐＨを、１Ｍ硝酸を添加することにより、７～１３、通常は約８～９に制御した。上記溶液のｐＨを維持し、溶液中で上記イオンが安定化するのを補助するために、緩衝剤を必要に応じて添加した。上記溶液の成分の濃度は、０．０１Ｍ～１Ｍ、通常は約１００ｍＭの濃度である。浸漬は、２０℃～９０℃、通常は２０℃の温度、５～１５００分、通常は約９００分の浸漬時間で行った。浸漬後に、これらの試料を脱イオン水で十分にすすぎ、表面から水溶液をすべて除去した。上記試料を１５℃～１０５℃の温度で乾燥した。試料が乾燥した後に、これらをＥＤＳ及びＸＲＦで分析し、それによって、２０℃及び８０℃での転化浴への曝露に関して、セラミック構造中のスズが特定された。さらに、スズ酸ナトリウム浴中への浸漬の前後で、ＳＥＭを使用して撮像したところ、上記セラミック表面改質剤の相互連結した構造は同様であった。

例９
アルミニウム基材上の、相互連結した酸化マグネシウムの構造化セラミック表面改質剤を、アルミニウム基材上の、酸化スズと酸化マグネシウムが混合した表面改質剤に転化することによって、混合金属セラミック表面改質剤を作製した。相互連結した構造化酸化マグネシウムで表面改質した基材は上述のようにして調製した。このステップの終了時に、相互連結した酸化マグネシウムで表面改質したアルミニウム基材の表面は白く見えた。次に、相互連結したマグネシウムで表面改質した基材を、０．００５～１Ｍ、通常は約１００ｍＭのスズ酸ナトリウム溶液に浸漬した。この溶液のｐＨを、１Ｍ硝酸を添加することによって、７～１３、通常は約ｐＨ１２に制御した。上記溶液のｐＨを維持し、溶液中で上記イオンが安定化するのを補助するために、緩衝剤を必要に応じて添加した。上記溶液を１５℃～９０℃、通常は約２０℃の温度に制御し、浸漬時間は６０分～１５００分、通常は約１２０分であった。この試料を取り出した後に、脱イオン水で穏やかにすすいで、溶液の表面を清浄化した。任意選択の熱間アニーリングステップを、２００℃～６００℃、通常は約４００℃の温度で６０～１５００分間、通常は約１２０分間実施した。２０℃及び８０℃での両方の転化ステップの終了時に、混合金属セラミック表面改質剤の外観は銀色の金属様であった。熱間アニーリングステップの終了時には、表面の色は濃灰色になった。転化ステップ後に、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）による、２０℃で処理した上記試料の表面の原子組成は、１．３１％のＭｇ、１７．６５％のＳｎ、３．１７％のＡｌ、７７．５３％のＯ、及び微量のナトリウムであった。ＥＤＳによる、８０℃で処理した試料の表面の原子組成は、１４．１％のＳｎ、８５．０％のＯ、及び微量のＡｌ、Ｍｇ、及びＮａであった。両方の試料の表面は相互連結しており、ＳＥＭ撮像によって測定して、ナノスケールの粗さを示していた。

例１０
上記のようにして基材上に調製した、相互連結した酸化マグネシウムの構造化セラミック表面改質剤を転化させることによって、低温（＜１００℃）熱変色活性表面改質剤を作製した。上記酸化マグネシウム構造化表面改質剤の熱間アニーリングステップ後の色は白色であった。この表面改質した基材を水溶液転化浴中に浸漬して、当初のセラミック金属酸化物を、熱変色活性のある金属酸化物を含む混合金属酸化物へと転化させた。上記浸漬浴には、１０～２００ｍＭ、通常は約１００ｍＭの濃度のメタバナジン酸ナトリウムの水溶液が入っていた。上記水溶液のｐＨを１Ｍ硝酸の添加によって３～７に維持し、該水溶液は、必要に応じて、クエン酸系、リン酸系、炭酸系、酢酸系、またはｔｒｉｓもしくはＭＯＰＳなどの一般的な生物学的緩衝剤などの緩衝剤を含んでいた。ｐＨの調製後に、溶液の色が明橙色に変化し、デカバナジン酸イオンが存在することを示した。すべての成分の濃度は、０．０１Ｍ～２００ｍＭの範囲であった。転化を、２０℃～９０℃、通常は約２０℃に維持した水溶液中で行い、浸漬時間は６０～１５００分、通常は約１２０分であった。浸漬後に、試料を脱イオン水で十分にすすぎ、この試料を乾燥した。基材を２０℃及び８０℃の浸漬浴から取り出した後には、表面の色は黄橙色であり、表面にバナジウム化合物が存在することを示していた。ＥＤＳにより、２０℃で処理した表面の原子組成は、２３．７％のＡｌ、９．６％のＭｇ、１２．１％のＶ、及び５４．６％のＯであることが明らかになった。さらに、表面のＦＴＩＲ分析により、デカバナジン酸イオン（Ｖ_１０Ｏ_２８ ^６－）及びＶ_６Ｏ_１６ ^２－などのポリメリックアニオン［Ｖ_３Ｏ_８］_ｎ ^ｎ－が存在することが示された。デカバナジン酸アニオンの非対称伸縮振動が８１２ｃｍ^－１に観測され、デカバナジン酸イオンまたは末端ＶＯ_３単位の対称伸縮振動は９５７ｃｍ^－１、１０２５ｃｍ^－１に観測された。これらのＦＴＩＲピークは、バナジウム塩を含む浴中での処理の前に分析した試料には存在しなかった。ＳＥＭによって調べたところ、表面は、転化させていない相互連結した酸化マグネシウム構造化セラミックの構造と類似していた。

例１１
上記のようにして基材上に調製した、相互連結した酸化マグネシウムの構造化セラミック表面改質剤を転化させることによって、低温（＜１００℃）熱変色活性表面改質剤を作製した。上記酸化マグネシウム表面改質剤の熱間アニーリングステップ後の色は白色であった。この表面改質した基材を水溶液転化浴中に浸漬して、当初のセラミック金属酸化物を、熱変色活性のある金属酸化物を含む混合金属酸化物へと転化させた。上記浸漬浴には、塩化バナジウムまたはオルトバナジン酸ナトリウムなどの所望の金属の塩が含まれていた。上記水溶液のｐＨを１Ｍ硝酸の添加によって３～７に維持し、該水溶液は、必要に応じて、クエン酸系、リン酸系、炭酸系、酢酸系、またはｔｒｉｓもしくはＭＯＰＳなどの一般的な生物学的緩衝剤などの緩衝剤を含んでいた。ｐＨの調製後に、溶液の色が明橙色に変化し、デカバナジン酸イオンが存在することを示した。すべての成分の濃度は、０．０１Ｍ～１Ｍの範囲、通常は約１００ｍＭであった。転化を、２０℃～９０℃、通常は２０℃に維持した水溶液中で行い、浸漬時間は６０～１５００分、通常は約１２０分であった。浸漬後に、試料を脱イオン水で十分にすすぎ、この試料を４００℃で６０分間焼成した。基材を２０℃及び６０℃の浸漬浴から取り出した後には、表面の色は黄橙色であり、表面にバナジウム化合物が存在することを示していた。焼成ステップの後に、この試料には、当該材料の表面上にいまだ多少の橙色が残っており、表面にバナジウム化合物が存在することを示していた。ＸＲＦ分析により、この試料中にバナジウムが存在することが明らかになった。さらに、ＳＥＭ分析によりバナジウムで転化させた酸化マグネシウムの表面構造は、転化させていない酸化マグネシウムと類似している－両者の表面が共に相互連結していたことが明らかになった。

例１２
上記のようにして基材上に調製した、金属酸化物構造化セラミック表面改質剤を転化させることによって、発光性セラミック表面改質剤を作製する。上記表面改質した基材を水溶液転化浴中に浸漬し、発光を導入するか、または上記金属酸化物を発光性化合物へと転化させる。上記水溶液は硝酸ユーロピウムまたはキニーネなどの発光源を含んでいてよい。すべての成分の濃度は、０．０１Ｍ～１Ｍの範囲である。変換を、５０℃～９０℃の加熱水溶液中で行い、浸漬時間は６０～１５００分である。浸漬後に、１００℃～６００℃の温度で６０～１５００分間、熱間アニーリングを行う。

例１３
上記のようにして基材上に調製した、相互連結した金属酸化物構造化セラミック表面改質剤を転化させることによって、炭酸塩系防食層を作製した。予め相互連結した酸化マグネシウム構造化表面改質剤で改質したアルミニウム合金基材を、７０℃の、２９５～３４０ｎｍの光及び１～２Ｗ／ｍ^２／ｎｍの放射照度のＵＶ光源を収納したチャンバー中に浸漬し、保持した。上記チャンバー中には、周囲のＣＯ_２と平衡状態にある水が入っていた。上記試料をチャンバー中に５００時間保持した。

試料を転化させていない試料と共に、ＡＳＴＭＧ８５Ａ３に準拠した酸性塩水噴霧試験で９４時間評価した。観察された腐食孔食由来の欠陥の数は、転化させていない表面改質試料と比較して低下した。

例１４
酸化マグネシウムの相互連結した多孔質セラミックの表面改質剤を、上記のようにして、最大寸法が１ｃｍ未満のアルミニウム粒子、粉末、フレーク、または押出物に塗布する。コーティングの厚さと粒子径を、アルミニウムとマグネシウムの比が２対１より大きくなるように選択する。次いで、これらの粒子、粉末、フレーク、または押出物を、焼結、鋳造、または成型を使用し、アルミニウム基材を溶融し、それを上記多孔質セラミックコーティングを通して流動させることによって、モノリスまたは網形状の物体に後加工し、アルミニウムに比較して強度が向上したセラミック－金属複合材料を得る。

例１５
相互連結した酸化マグネシウムの構造化セラミック表面改質剤を、上記のようにして、最大寸法が１ｃｍ未満のアルミニウム粒子、粉末、フレーク、または押出物に塗布する。コーティングの厚さと粒子径を、アルミニウムとマグネシウムの比が約２対１になるように選択する。次いで、これらの粒子、粉末、フレーク、または押出物を、焼結、鋳造、または成型を使用し、アルミニウム基材を溶融し、それを上記多孔質セラミックコーティングを通して流動させることによって、モノリスまたは網形状の物体に後加工し、溶融アルミニウムの化学量論量の酸化マグネシウムとの反応によるスピネルモノリスを得る。このプロセスを、アルミニウム粒子上へのチタニアコーティングを使用して繰り返し、チタン酸アルミニウムを生成させる。

例１６
相互連結した酸化マグネシウムの多孔質セラミック表面改質剤を、上記のようにして、最大寸法が１ｃｍ未満のアルミニウム粒子、粉末、フレーク、または押出物に塗布する。酸化マグネシウム層によって、コーティングされていないアルミニウムと比較して、電気絶縁特性が付与される。次いで、この改質した粉末、フレーク、粒子、もしくは押出物を樹脂または結合剤に添加して、電気絶縁特性を有する熱伝導性ペーストを生成させる。

例１７
相互連結した酸化マグネシウムの多孔質セラミック表面改質剤を、ろう付けしたアルミニウム熱交換器に塗布した。次いで、この熱交換器を浴中に載置し、上記表面改質剤を部分的に炭酸塩系防食層に転化させた。上記防食層は、上記のようにして、熱交換器上に調製した構造化金属酸化物セラミック表面改質剤を転化させることによって生成した。予め構造化酸化マグネシウム表面改質剤で改質したろう付けアルミニウム熱交換器を、炭酸塩水溶液転化浴中に浸漬した。炭酸塩の転化を、５０℃～９０℃に加熱した水溶液中で行った。この溶液は炭酸塩源を構成する１種の成分を必要とする。上記成分は、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素アンモニウムなどの炭酸塩、またはバブリングした二酸化炭素などの、溶液中に炭酸を生成させるための供給源であってよい。炭酸塩の濃度は０．０１Ｍ～１Ｍ、通常は約１００ｍＭであり、最適な浸漬時間は６００～１５００分である。炭酸塩への転化が完了する前に熱交換器を取り出して、炭酸塩を含有するセラミックと金属水酸化物の両方を含む表面を生成した。次にこの熱交換器をＡＳＴＭＧ８５－Ａ３の塩水噴霧試験に供し、コーティングしていない熱交換器と比較して、１０００時間で、平均して表面の塩の堆積及び腐食生成物が少ないという結果になった。

例１８
相互連結した酸化亜鉛の多孔質セラミック表面改質を、上記のようにして、３００３Ａｌ基材上に積層した。次に、上記相互連結した酸化亜鉛で改質した３００３アルミニウム合金基材を、上記のように、硝酸マンガン塩及び錯化剤（ヘキサメチレンテトラミンなど）を含む第２の積層浴中に、約５０℃～８０℃温度で約１０分～約９０分間載置した。これにより、酸化マンガンが充填された酸化亜鉛多孔質セラミックネットワークが生成した。亜鉛及びマンガンの両方が存在することが、ＥＤＳによる分析により示され、相互連結した材料の表面に酸化亜鉛及び酸化マンガンの両方が含まれていることが示された。

例１９
上述の相互連結した構造化酸化マンガンで改質したアルミニウム板を作製する。次に、この改質した板に、スパッタリング、ＡＬＤ、または金属塩の溶液もしくは金属粒子の懸濁液を細孔中に流延することによって、別のセラミック材料を充填した。これにより、セラミックが充填された相互連結したセラミックネットワークが得られる。第１及び第２のセラミックは同一であるかまたは異なるセラミック材料であってよい。

例２０
清浄な４００６アルミフォイル基材を、酸化マグネシウム、酸化セリウム、及び酸化アルミニウムの混合物をベースとする相互連結した構造化セラミック表面剤でコーティングした。ＫｒｙｐｔｏｎＢＥＴ表面積測定によって、表面積が基材の投影表面積の平方メートル当り約２００平方メートルであることが示される。

例２１
清浄な４００６アルミフォイル基材を、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムの混合物をベースとする相互連結した構造化セラミック表面剤でコーティングした。次に、例１６の手順と同様に、表面を、ヘキサデシルホスホン酸のイソプロパノール希薄溶液を使用して官能化した。窒素ＢＥＴ表面積測定によって、表面積が基材の投影表面積の平方メートル当り３００～５００平方メートルであること、及び上記セラミック材料の質量に対する比表面積が１５０～２００ｍ^２／ｇであることが示された。水銀ポロシメトリーにより、細孔径が約５ｎｍと約３０ｎｍに集中している二峰性の細孔径分布があることが示された。ＢＪＨ測定により、径が２．７ｎｍ未満の細孔の容積が事実上ゼロであることが示される。これは、最小の細孔の径が２．７ｎｍであることを示している。上記部分的に充填する表面機能化の前後のＢＪＨ吸着測定によって測定した細孔径分布を図１Ａ及び１Ｂに示す。さらに、水銀ポロシメトリーによって、この材料がバルク酸化物材料と比較して５２％～６９％の多孔性であることが示される。

例２２－セラミック－セラミック複合材料
上記のようにして厚さ１ｍｍの３００３アルミニウム合金基材上に調製した、構造化酸化マグネシウムセラミック表面改質剤を転化させることによって、混合金属の相互連結したセラミック表面改質剤を作製した。次に、この基材を金網台上に載置し、６５０℃～１８００℃の熱処理条件に供した。これらの条件では、基材は溶融したが、セラミック表面改質剤は溶融しなかった。溶融した基材は、セラミック表面改質剤の細孔を通って金網台の下のドレイン受けに流れ込んだ。試料を冷却すると、２つのレジームが存在し、１つのレジームには表面改質剤のみが含まれ、このセラミック表面改質剤は相互連結しているために、このレジームはひとつにつながっていた。他のレジームには、表面改質剤と表面張力のために保持された固化した基材が含まれていた。基材が融点に達すると、セラミック表面改質剤の細孔に充填された。さらに加熱すると、基材は酸化アルミニウムに酸化され、相互連結した酸化マグネシウムと酸化アルミニウムの構造化セラミック材料を生成した。これにより、相互連結した酸化アルミニウム－酸化マグネシウム複合材料を生成した。

例２３
上記のようにして、酢酸セルロースなどのセルロース基材上に調製した、相互連結した構造化金属酸化物セラミック表面改質剤を転化することによって、混合金属セラミック表面改質剤を作製する。上記表面改質した基材を水溶液転化浴中に浸漬して、アニオン形態の別の金属を導入する。上記表面改質した基材を水溶液転化浴中に浸漬して、当初のセラミック金属酸化物を、熱変色活性のある金属酸化物を含む混合金属酸化物に転化させる。浸漬浴は、塩化バナジウムまたはオルトバナジン酸ナトリウムなどの所望の金属の塩を含む。上記水溶液のｐＨを１Ｍ硝酸の添加によって３～７に維持し、該水溶液は、クエン酸系、リン酸系、炭酸系、酢酸系、またはｔｒｉｓもしくはＭＯＰＳなどの一般的な生物学的緩衝剤などの緩衝剤を含んでいてもよい。すべての成分の濃度は、０．０１Ｍ～１Ｍの範囲、通常は約１００ｍＭである。転化を、２０℃～９０℃、通常は約７０℃に維持した水溶液中で行い、浸漬時間は６０～１５００分、通常は約９０分間である。浸漬ステップに続いて、上記溶液を脱イオン水で十分にすすぎ、乾燥した。

前出の発明は、理解を明確にする目的で例示及び実施例のレベルで詳細に説明はしているが、当業者であれば、特定の変更及び修正が、本発明の技術思想及び範囲から逸脱せずとも実施できることは自明である。したがって、詳細な説明をもってして、本発明の範囲を限定的に解釈すべではない。

本明細書で引用されるすべての刊行物、特許、及び特許出願は、本記述をもって、それらの全体が、参照により、すべての目的のために援用され、且つ、それぞれの個別の刊行物、特許、または特許出願が、参照により、そのように援用されることが具体的且つ個別に示されているのと同様の程度に援用される。

Claims

基材と接触するセラミックの相互連結したネットワークを含む多孔質セラミック材料を含む組成物。
前記多孔質セラミック材料が結合剤不含セラミック材料である、請求項１に記載の組成物。
前記基材及び前記セラミック材料がそれぞれ一次金属を含み、前記セラミック材料中の一次金属が前記基材中の一次金属とは異なる、請求項１に記載の組成物。
前記基材上の前記セラミックの相互連結したネットワークの厚さが、約１マイクロメートル～約１００マイクロメートルである、請求項１に記載の組成物。
セラミック含有量の少なくとも約２０質量％が相互連結している、請求項１に記載の組成物。
前記セラミックの相互連結したネットワークが約１０平方マイクロメートルよりも大きい、請求項１に記載の組成物。
前記基材と接触する複数のセラミックの相互連結したネットワークを含む、請求項１に記載の組成物。
前記複数のセラミックの相互連結したネットワーク内のセラミックの相互連結したネットワークのメジアン面積が約１０平方マイクロメートルを超える、請求項７に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が、希土類元素、遷移金属元素、アルカリ土類金属元素、またはアルミニウムを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が、酸化物、水酸化物、または層状複水酸化物を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の組成物。
前記酸化物、水酸化物、または層状複水酸化物が、鉄、アルミニウム、マグネシウム、セリウム、亜鉛、マンガン、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、銅、銀、タンタル、タングステン、ケイ素、リン、カルシウム、バリウム、スズ、またはユーロピウムを含む、請求項１０に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が、リン酸塩、炭酸塩、チタン酸塩、アルミン酸塩、ジルコン酸塩、フルオロアルミン酸塩、ケイ酸塩、硫化物、バナジン酸塩、タングステン酸塩、スズ酸塩、または硫酸塩を含む、請求項１１に記載の組成物。
前記基材が、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鋼合金、ニッケル合金、チタン合金、ポリマー、セルロース系材料、多糖、またはガラスを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の組成物。
前記基材が、木材、レーヨン、及び綿から選択されるセルロース系材料を含む、請求項１３に記載の組成物。
前記基材が、粒子、粉末、押出物、フレーク、または切れ込みのある葉状の構造である、請求項１４に記載の組成物。
前記基材が約５ｍｍ未満である最大寸法を含む、請求項１５に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が主として結晶性である、請求項１～８のいずれか１項に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が基材の投影面積の平方メートル当り約１０ｍ^２～約１５００ｍ^２の表面積を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料がセラミック材料のグラム当り約１５ｍ^２～約１５００ｍ^２の表面積を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が約２ｎｍ～約２０ｎｍの平均細孔径を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が細孔径分布が多峰性である細孔を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が最大で約５０マイクロメートルの厚さを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が約０．２マイクロメートル～約２５マイクロメートルの厚さを含む、請求項２２に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が約１０％を超える空隙率を含む、請求項２２に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が約３０％～約９５％の空隙率を含む、請求項２４に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が、水銀圧入ポロシメトリーによって測定して、約１００ｍｍ^３／ｇ～約７５００ｍｍ^３／ｇの空隙容積を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が、気体物質、液体物質、もしくは固体物質、またはそれらの組み合わせが部分的または完全に充填されたアクセス可能な細孔容積を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の組成物。
前記多孔質セラミック材料が、第２のセラミック材料が部分的または完全に充填された細孔を含む、請求項２７に記載の組成物。
前記第２のセラミック材料が、前記セラミックの相互連結したネットワーク中のセラミックとは組成が異なる、請求項２８に記載の組成物。
前記セラミックの相互連結したネットワークが、水酸化物、酸化物、または層状複水酸化物を含み、前記第２のセラミック材料が、リン酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、タングステン酸塩、ジルコン酸塩、バナジン酸塩、スズ酸塩、亜鉛酸塩、またはアルミン酸塩を含む、請求項２９に記載の組成物。
前記セラミックの相互連結したネットワークと第２のセラミック材料がそれぞれ一次金属を含み、前記セラミックの相互連結したネットワークの一次金属と前記第２のセラミック材料の一次金属とが同一である、請求項２８～３０のいずれか１項に記載の組成物。
前記相互連結したセラミックネットワークと第２のセラミック材料との間の界面を含み、前記界面が勾配を含む、請求項２８～３０のいずれか１項に記載の組成物。
前記勾配が、リン、炭素、ケイ素、硫黄、タングステン、チタン、バナジウム、マンガン、マグネシウム、亜鉛、スズ、ジルコニウム、またはアルミニウムの勾配を含む、請求項３２に記載の組成物。
複数の基材のアセンブリを含む金属－セラミック複合材料またはポリマー－セラミック複合材料であって、前記複数の基材のそれぞれが、前記基材と接触するセラミックの相互連結したネットワークを含む多孔質セラミック材料で改質されている、前記複合材料。
前記セラミック改質基材のアセンブリが、それぞれが約５ｍｍ未満の最大寸法を含む粒子、粉末、フレーク、または押出物を含む、請求項３４に記載の金属－セラミック複合材料またはポリマー－セラミック複合材料。
セラミックの相互連結したネットワークを含む多孔質セラミック材料が、金属もしくはポリマーの粒子、粉末、押出物、またはフレークの形態である金属基材あるいはポリマー基材上に積層され、それによって表面改質金属基材または表面改質ポリマー基材を製造し、
前記表面改質金属基材または表面改質ポリマー基材が、モノリシックな形状もしくは網状の形状のセラミック部品または金属－セラミック複合材部品またはポリマー－セラミック複合材部品へと成型、鋳造、あるいは焼結され、
金属基材またはポリマー基材のコアが、前記セラミックの相互連結したネットワークよりも低い融点を含み、前記セラミックが、溶融した金属またはポリマーのウィッキングを起こす、及び／または溶融した金属またはポリマーと反応するのに十分に多孔質である、
表面改質基材の製造方法。
前記金属粒子、粉末、押出物、またはフレークが、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金、カルシウム、またはカルシウム合金を含む、請求項３６に記載の製造方法。
前記ポリマー粒子、粉末、押出物、またはフレークが、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリアミド、熱可塑性デンプン、アクリル系、またはポリカーボナートを含む、請求項３６に記載の製造方法。
前記セラミックが、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、シリカ、または炭酸カルシウムを含む、請求項３７または３８に記載の製造方法。