JP2505209B2 - 自己支持セラミック塊及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、自己支持セラミック塊の金属成分を修正す
る方法及び修正された製品に係わり、更に詳細には親金
属の酸化反応生成物として形成され酸化反応後の工程に
於て修正された互いに接続された金属含有成分を有する
自己支持セラミック塊及びかかる自己支持セラミック塊
を製造する方法に係わる。
る方法及び修正された製品に係わり、更に詳細には親金
属の酸化反応生成物として形成され酸化反応後の工程に
於て修正された互いに接続された金属含有成分を有する
自己支持セラミック塊及びかかる自己支持セラミック塊
を製造する方法に係わる。
従来の技術 本願の主題は、1984年３月16日付けの米国特許出願第
591,392号の一部継続出願である1985年２月26日付けの
米国特許出願第705,787号の一部継続出願である1985年
９月17日付けの米国特許出願第776,964号の一部継続出
願である1986年１月15日付けにて出願され本願出願人と
同一の譲受人に譲渡された米国特許出願第818,943号に
関連している。これらの米国特許出願には親金属前駆体
より酸化反応生成物として成長する自己支持セラミック
塊を製造する方法が記載されている。溶融親金属は気相
酸化剤と反応せしめられて酸化反応生成物が形成され、
溶融親金属は酸化反応生成物を経て酸化剤へ向けて移行
し、これにより互いに接続された金属含有成分を含む多
結晶セラミック塊が連続的に形成される。このプロセス
は、親金属としてのアルミニウムが空気中にて酸化され
る如き場合には、合金化されたドーパントを使用するこ
とにより向上される。この方法は、1984年７日20日付け
の米国特許出願第632,636号の一部継続出願である1985
年６月25日付けの米国特許出願第747,788号の一部継続
出願である1985年９月17日付けの米国特許出願第776,96
5号の一部継続出願であり、1986年１月27日付けにて出
願され本願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特許
出願第822,999号に記載されている如く、金属前駆体の
表面に適用される外的ドーパントを使用することにより
改善された。
591,392号の一部継続出願である1985年２月26日付けの
米国特許出願第705,787号の一部継続出願である1985年
９月17日付けの米国特許出願第776,964号の一部継続出
願である1986年１月15日付けにて出願され本願出願人と
同一の譲受人に譲渡された米国特許出願第818,943号に
関連している。これらの米国特許出願には親金属前駆体
より酸化反応生成物として成長する自己支持セラミック
塊を製造する方法が記載されている。溶融親金属は気相
酸化剤と反応せしめられて酸化反応生成物が形成され、
溶融親金属は酸化反応生成物を経て酸化剤へ向けて移行
し、これにより互いに接続された金属含有成分を含む多
結晶セラミック塊が連続的に形成される。このプロセス
は、親金属としてのアルミニウムが空気中にて酸化され
る如き場合には、合金化されたドーパントを使用するこ
とにより向上される。この方法は、1984年７日20日付け
の米国特許出願第632,636号の一部継続出願である1985
年６月25日付けの米国特許出願第747,788号の一部継続
出願である1985年９月17日付けの米国特許出願第776,96
5号の一部継続出願であり、1986年１月27日付けにて出
願され本願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特許
出願第822,999号に記載されている如く、金属前駆体の
表面に適用される外的ドーパントを使用することにより
改善された。
また本願の主題は、1985年２月４日付けの米国特許出
願第697,876号の一部継続出願であり、1986年１月17日
付けにて出願され本願出願人と同一の譲受人に譲渡され
た米国特許出願第819,397号にも関連している。これら
の米国特許出願には、酸化反応生成物を親金属より充填
材の浸透可能な塊中へ成長させ、これにより充填材をセ
ラミックマトリックスにて浸透させることにより自己支
持セラミック複合材を製造する新規な方法が記載されて
いる。
願第697,876号の一部継続出願であり、1986年１月17日
付けにて出願され本願出願人と同一の譲受人に譲渡され
た米国特許出願第819,397号にも関連している。これら
の米国特許出願には、酸化反応生成物を親金属より充填
材の浸透可能な塊中へ成長させ、これにより充填材をセ
ラミックマトリックスにて浸透させることにより自己支
持セラミック複合材を製造する新規な方法が記載されて
いる。
金属ホウ化物と金属成分と随意の不活性充填材とを含
む複合材が、1986年３月７日付けにて出願され本願出願
人と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願第837,448
号に記載されている。この発明によれば、溶融親金属が
不活性充填材と混合された状態にあってよいボロン供給
源の塊に浸透し、ボロン供給源と反応し、これにより親
金属のホウ化物を形成する。条件は種々の体積パーセン
トのセラミック及び金属を含有する複合塊を形成するよ
う制御される。
む複合材が、1986年３月７日付けにて出願され本願出願
人と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願第837,448
号に記載されている。この発明によれば、溶融親金属が
不活性充填材と混合された状態にあってよいボロン供給
源の塊に浸透し、ボロン供給源と反応し、これにより親
金属のホウ化物を形成する。条件は種々の体積パーセン
トのセラミック及び金属を含有する複合塊を形成するよ
う制御される。
上述の全ての本願出願人と同一の譲受人に譲渡された
米国特許出願に記載された内容が参照により本願に組込
まれたものとする。
米国特許出願に記載された内容が参照により本願に組込
まれたものとする。
上述の本願出願人と同一の譲受人に譲渡された各米国
特許出願に共通の事柄は、一次元又はそれ以上の次元
（通常三次元）に互いに接続された酸化反応生成物と一
種又はそれ以上の金属成分とを含むセラミック塊の実施
例が記載されているということである。典型的には親金
属の酸化されていない成分若しくは酸化剤又は充填材よ
り還元された金属を含む金属の体積は、酸化反応生成物
が形成される温度、酸化反応が行なわれる時間、親金属
の組成、ドーパント材の存在、酸化剤又は充填材の還元
された成分の存在の如き因子に依存する。金属成分の一
部は隔離された状態、即ちセラミックにより囲繞された
状態にあってよいが、かなりの体積パーセントの金属が
互いに接続され、セラミック塊の外面より近接可能であ
ることが多い。かかるセラミック塊に於ては、かくして
互いに接続された金属含有成分は、例えばホウ化物複合
材の場合には約１〜40vol％又はそれ以上になることが
あることが認られている。
特許出願に共通の事柄は、一次元又はそれ以上の次元
（通常三次元）に互いに接続された酸化反応生成物と一
種又はそれ以上の金属成分とを含むセラミック塊の実施
例が記載されているということである。典型的には親金
属の酸化されていない成分若しくは酸化剤又は充填材よ
り還元された金属を含む金属の体積は、酸化反応生成物
が形成される温度、酸化反応が行なわれる時間、親金属
の組成、ドーパント材の存在、酸化剤又は充填材の還元
された成分の存在の如き因子に依存する。金属成分の一
部は隔離された状態、即ちセラミックにより囲繞された
状態にあってよいが、かなりの体積パーセントの金属が
互いに接続され、セラミック塊の外面より近接可能であ
ることが多い。かかるセラミック塊に於ては、かくして
互いに接続された金属含有成分は、例えばホウ化物複合
材の場合には約１〜40vol％又はそれ以上になることが
あることが認られている。
互いに接続された金属含有成分を有するセラミック塊
の多くの用途に於ては、金属成分はセラミック塊の特性
に寄与し、これを向上させる。特に互いに接続された成
分はその延性が高いことによりセラミック塊の靱性、即
ち耐破壊性に寄与する。同様に金属成分はセラミック塊
に制御された程度の導電性を付与するのに有用であるこ
とがある。
の多くの用途に於ては、金属成分はセラミック塊の特性
に寄与し、これを向上させる。特に互いに接続された成
分はその延性が高いことによりセラミック塊の靱性、即
ち耐破壊性に寄与する。同様に金属成分はセラミック塊
に制御された程度の導電性を付与するのに有用であるこ
とがある。
しかし用途によっては、互いに接続された金属含有成
分は所期の使用に最適の特性を付与せず、場合によって
はセラミック塊の性能を損ねることがあることも解って
いる。例えばアルミナのセラミック塊の製造に使用され
る親金属が主としてアルミニウムであり、その場合生じ
る互いに接続された金属が実質的にアルミニウム又はア
ルミニウム合金である場合には、通常の条件下にて機能
するセラミック塊は良好な破壊靱性や耐摩耗性を呈する
が、約660℃のアルミニウムの比較的低い融点よりも高
い温度に曝されることにより、又はアルミニウム成分を
腐食する酸又はアルカリの水溶液の環境に曝されること
により劣化することがあることが解っている。また互い
に接続された金属がかくして劣化せしめられると、セラ
ミック塊の幾つかの特性、例えば破壊靱性、強度、耐摩
耗性が悪影響を受けることが解っている。同様にかかる
セラミック塊の他の用途に於ては、互いに接続された金
属含有成分は導電性、マイクロ硬さなどの如き所期の用
途に最適の特性を付与しないことが解っている。
分は所期の使用に最適の特性を付与せず、場合によって
はセラミック塊の性能を損ねることがあることも解って
いる。例えばアルミナのセラミック塊の製造に使用され
る親金属が主としてアルミニウムであり、その場合生じ
る互いに接続された金属が実質的にアルミニウム又はア
ルミニウム合金である場合には、通常の条件下にて機能
するセラミック塊は良好な破壊靱性や耐摩耗性を呈する
が、約660℃のアルミニウムの比較的低い融点よりも高
い温度に曝されることにより、又はアルミニウム成分を
腐食する酸又はアルカリの水溶液の環境に曝されること
により劣化することがあることが解っている。また互い
に接続された金属がかくして劣化せしめられると、セラ
ミック塊の幾つかの特性、例えば破壊靱性、強度、耐摩
耗性が悪影響を受けることが解っている。同様にかかる
セラミック塊の他の用途に於ては、互いに接続された金
属含有成分は導電性、マイクロ硬さなどの如き所期の用
途に最適の特性を付与しないことが解っている。
黒鉛繊維のヤーンの幾つかの特性を改善すべく黒鉛繊
維のヤーンが金属マトリックスにて含浸されてよいこと
が知られており、米国特許第3,770,488号には黒鉛繊維
のヤーンをアルミニウムやマグネシウムのマトリックス
にて含浸する一つの方法が記載されている。黒鉛繊維の
ヤーンが所望の金属と良好に濡れるよう、ヤーンはまず
他の金属にて浸透せしめられる。次いでかくして浸透さ
れたヤーンは所望の含浸用金属の溶融浴と接触せしめら
れ、これにより浸透されていた金属が溶出せしめられ、
これによりヤーンが所望の金属マトリックスにて充填さ
れた複合材料が形成される。しかしこの米国特許は黒鉛
繊維のヤーンに限定されるものであり、互いに接続され
た残留金属を有する多結晶セラミック塊が後の工程に於
て修正されてよいことを示唆してはいない。
維のヤーンが金属マトリックスにて含浸されてよいこと
が知られており、米国特許第3,770,488号には黒鉛繊維
のヤーンをアルミニウムやマグネシウムのマトリックス
にて含浸する一つの方法が記載されている。黒鉛繊維の
ヤーンが所望の金属と良好に濡れるよう、ヤーンはまず
他の金属にて浸透せしめられる。次いでかくして浸透さ
れたヤーンは所望の含浸用金属の溶融浴と接触せしめら
れ、これにより浸透されていた金属が溶出せしめられ、
これによりヤーンが所望の金属マトリックスにて充填さ
れた複合材料が形成される。しかしこの米国特許は黒鉛
繊維のヤーンに限定されるものであり、互いに接続され
た残留金属を有する多結晶セラミック塊が後の工程に於
て修正されてよいことを示唆してはいない。
発明の概要 端的に言えば、本発明はセラミック塊中にその形成時
に組込まれた実質的な量の互いに接続された金属成分を
後の工程中に異種金属、即ち第二の金属と置換える方法
に関するものである。異種金属はセラミック塊の所期の
最終使用に合せて先に形成されたセラミック塊の特性を
修正するよう選定される。本発明の方法によれば、前述
の本願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願
に記載されている如く、親金属前駆体が酸化剤と酸化反
応することによりセラミック塊が形成される。セラミッ
ク塊は互いに接続された金属含有成分を有し、該金属含
有成分は一次元又はそれ以上の次元にてセラミック塊の
少なくとも一部に分散され、セラミック塊の少なくとも
一つの外面に少なくとも部分的に現われ又は少なくとも
一つの外面より少なくとも部分的に近接可能である。セ
ラミック塊は、互いに接続された金属成分とは異なる組
成を有し互いに接続された金属成分と相互拡散され得る
外的供給源よりの或る量の異種金属と上述の如き外面に
て接触せしめられる。
に組込まれた実質的な量の互いに接続された金属成分を
後の工程中に異種金属、即ち第二の金属と置換える方法
に関するものである。異種金属はセラミック塊の所期の
最終使用に合せて先に形成されたセラミック塊の特性を
修正するよう選定される。本発明の方法によれば、前述
の本願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願
に記載されている如く、親金属前駆体が酸化剤と酸化反
応することによりセラミック塊が形成される。セラミッ
ク塊は互いに接続された金属含有成分を有し、該金属含
有成分は一次元又はそれ以上の次元にてセラミック塊の
少なくとも一部に分散され、セラミック塊の少なくとも
一つの外面に少なくとも部分的に現われ又は少なくとも
一つの外面より少なくとも部分的に近接可能である。セ
ラミック塊は、互いに接続された金属成分とは異なる組
成を有し互いに接続された金属成分と相互拡散され得る
外的供給源よりの或る量の異種金属と上述の如き外面に
て接触せしめられる。
かかる二種類の金属の相互拡散、即ちセラミック塊中
に元々存在していた金属含有成分の外方への拡散と異種
金属の内方への拡散とが発生する。金属の相互拡散を促
進するためには、一方又は両方の金属成分が溶融状態に
あることが好ましい。二種類の金属の所望量の相互拡散
が生じ得るよう、異種金属の体積、異種金属との接触面
積、温度範囲、セラミック塊が異種金属と接触した状態
に維持される時間が選定される。セラミック塊中に元々
存在していた金属含有成分の実質的な部分が異種金属の
一種又はそれ以上の成分に少なくとも部分的に置換えら
れ、異種金属はセラミック塊と一体的になる。これによ
りセラミック塊の金属成分、従ってその特性の幾つかが
修正される。
に元々存在していた金属含有成分の外方への拡散と異種
金属の内方への拡散とが発生する。金属の相互拡散を促
進するためには、一方又は両方の金属成分が溶融状態に
あることが好ましい。二種類の金属の所望量の相互拡散
が生じ得るよう、異種金属の体積、異種金属との接触面
積、温度範囲、セラミック塊が異種金属と接触した状態
に維持される時間が選定される。セラミック塊中に元々
存在していた金属含有成分の実質的な部分が異種金属の
一種又はそれ以上の成分に少なくとも部分的に置換えら
れ、異種金属はセラミック塊と一体的になる。これによ
りセラミック塊の金属成分、従ってその特性の幾つかが
修正される。
本発明の自己支持セラミック塊は、（ａ）溶融親金属
が酸化剤と酸化反応することにより形成された互いに接
続された反応生成物のクリスタライトと、（ｂ）セラミ
ック塊の表面より少なくとも部分的に近接可能な互いに
接続された金属含有成分とを有する多結晶酸化反応生成
物を含んでいる。金属含有成分の少なくとも一部は元々
存在している互いに接続された金属成分とは組成の点で
（即ち成分やその比率）の点で異なる或る量の異種金属
に置換えられ、これにより酸化剤と金属との酸化反応に
より形成されたセラミック塊の一つ又はそれ以上の特性
が修正される。
が酸化剤と酸化反応することにより形成された互いに接
続された反応生成物のクリスタライトと、（ｂ）セラミ
ック塊の表面より少なくとも部分的に近接可能な互いに
接続された金属含有成分とを有する多結晶酸化反応生成
物を含んでいる。金属含有成分の少なくとも一部は元々
存在している互いに接続された金属成分とは組成の点で
（即ち成分やその比率）の点で異なる或る量の異種金属
に置換えられ、これにより酸化剤と金属との酸化反応に
より形成されたセラミック塊の一つ又はそれ以上の特性
が修正される。
本明細書に於て使用されている次の各用語はそれぞれ
下記の意味を有している。
下記の意味を有している。
「セラミック」とは、古典的な意味、即ち非金属及び
無機質材のみよりなっているという意味でのセラミック
塊に限定されるものとして狭義に解釈されるべきもので
はなく、親金属から誘導され又はドーパントにより生成
された一種又はそれ以上の金属成分を少量又は実質的な
量（最も典型的には約１〜40vol％の範囲内であるが、
更に高い含有量であってもよい）含んでいるとしても、
組成又は主たる特性に関し優勢的にセラミック的である
塊を指している。
無機質材のみよりなっているという意味でのセラミック
塊に限定されるものとして狭義に解釈されるべきもので
はなく、親金属から誘導され又はドーパントにより生成
された一種又はそれ以上の金属成分を少量又は実質的な
量（最も典型的には約１〜40vol％の範囲内であるが、
更に高い含有量であってもよい）含んでいるとしても、
組成又は主たる特性に関し優勢的にセラミック的である
塊を指している。
「酸化反応生成物」とは、金属が電子を他の元素、化
合物又はそれらの組合せに与え又はそれらと共有した任
意の酸化された状態での一種又はそれ以上の金属を意味
する。従ってこの定義に於ける「酸化反応生成物」は、
酸化剤と親金属アルミニウムとの反応生成物を含むもの
である。
合物又はそれらの組合せに与え又はそれらと共有した任
意の酸化された状態での一種又はそれ以上の金属を意味
する。従ってこの定義に於ける「酸化反応生成物」は、
酸化剤と親金属アルミニウムとの反応生成物を含むもの
である。
「酸化剤」とは一種又はそれ以上の適当な電子受容体
又は電子分担元素を意味し、プロセス条件に於て固体、
液体、ガス（蒸気）、又はこれらの組合せ（例えば固体
とガス）であってよい。
又は電子分担元素を意味し、プロセス条件に於て固体、
液体、ガス（蒸気）、又はこれらの組合せ（例えば固体
とガス）であってよい。
「親金属」及び「異種金属」なる用語に使用されてい
る「金属」は、比較的純粋の金属、不純物若しくは合金
成分を含む市販の金属、合金、及び金属間化合物を指す
ものである。或る特定の金属が言及される場合には、そ
の金属は特に断わらない限り上述の定義にて解釈されば
ければならない。例えばアルミニウムが親金属である場
合には、アルミニウムは比較的純粋の金属（例えば純度
99.7％の市販のアルミニウム）、又は約1wt％のケイ素
及び鉄の通常の不純物を含む1100アルミニウム、例えば
5052の如きアルミニウム合金であってよい。
る「金属」は、比較的純粋の金属、不純物若しくは合金
成分を含む市販の金属、合金、及び金属間化合物を指す
ものである。或る特定の金属が言及される場合には、そ
の金属は特に断わらない限り上述の定義にて解釈されば
ければならない。例えばアルミニウムが親金属である場
合には、アルミニウムは比較的純粋の金属（例えば純度
99.7％の市販のアルミニウム）、又は約1wt％のケイ素
及び鉄の通常の不純物を含む1100アルミニウム、例えば
5052の如きアルミニウム合金であってよい。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
実施例 本発明の方法によれば、少なくとも部分的に外面より
近接可能である互いに接続された金属成分を有する自己
支持セラミック塊が異種金属と接触せしめられ、これに
より濃度勾配が形成される。典型的にはセラミック塊及
び異種金属は、セラミック塊中の互いに接続された金属
又は異種金属又はそれらの両方の融点よりも高い温度に
加熱される。濃度勾配が存在するので金属成分と異種金
属との間に相互拡散が発生する。実質的な量の金属含有
成分が異種金属に置換えられ、異種金属は最終のセラミ
ック塊と一体になり、これによりセラミック塊の特性を
修正又は変更する。これより本発明を親金属としてアル
ミニウムが使用される実施例について説明するが、ケイ
素、チタニウム、スズ、ジルコニウム、ハフニウムの如
き他の親金属が使用されてもよいことに留意されたい。
近接可能である互いに接続された金属成分を有する自己
支持セラミック塊が異種金属と接触せしめられ、これに
より濃度勾配が形成される。典型的にはセラミック塊及
び異種金属は、セラミック塊中の互いに接続された金属
又は異種金属又はそれらの両方の融点よりも高い温度に
加熱される。濃度勾配が存在するので金属成分と異種金
属との間に相互拡散が発生する。実質的な量の金属含有
成分が異種金属に置換えられ、異種金属は最終のセラミ
ック塊と一体になり、これによりセラミック塊の特性を
修正又は変更する。これより本発明を親金属としてアル
ミニウムが使用される実施例について説明するが、ケイ
素、チタニウム、スズ、ジルコニウム、ハフニウムの如
き他の親金属が使用されてもよいことに留意されたい。
第１図に於て、まず自己支持セラミック塊10が用意さ
れる。自己支持セラミック塊は例えば前述の本願出願人
と同一の出願人に譲渡された米国特許出願に記載された
何れかの方法により形成されたものであってよい。従っ
て後に詳細に説明する如くドープされていてよい例えば
アルミニウムの如き親金属が酸化反応生成物のための前
駆体として用意される。親金属は酸化雰囲気中又は酸化
雰囲気に直接隣接して適当な温度包囲体内にて溶融され
る。この温度又はこの温度範囲内に於ては、溶融金属は
酸化剤と反応し、多結晶の酸化反応生成物を形成する。
酸化反応生成物の少なくとも一部が溶融金属と酸化剤と
の間にてこれらに接触した状態に維持され、これにより
溶融金属が酸化反応生成物を経て酸化剤と接触する状態
に吸引され、これにより酸化剤と先に形成された酸化反
応生成物との間の界面に酸化反応生成物が連続的に形成
される。酸化反応は、実質的に酸化反応生成物12と多結
晶のセラミック塊の一部又は実質的に全てに分散された
互いに接続された金属含有成分14とよりなる多結晶のセ
ラミック塊を形成するに十分な時間継続される。多結晶
の酸化反応生成物の形成中にその場に於て形成される金
属成分は、セラミック塊の少なくとも一つの表面、例え
ば表面15より少なくとも部分的に近接可能である。多結
晶セラミック塊は或る程度の隔離された金属や互いに接
続された金属成分の一部に置換った空孔（図示せず）を
有していてよいが、金属（互いに接続された金属及び隔
離された金属）及び空孔の体積率は温度、時間、ドーパ
ント、親金属の種類の如き条件に大きく依存している。
れる。自己支持セラミック塊は例えば前述の本願出願人
と同一の出願人に譲渡された米国特許出願に記載された
何れかの方法により形成されたものであってよい。従っ
て後に詳細に説明する如くドープされていてよい例えば
アルミニウムの如き親金属が酸化反応生成物のための前
駆体として用意される。親金属は酸化雰囲気中又は酸化
雰囲気に直接隣接して適当な温度包囲体内にて溶融され
る。この温度又はこの温度範囲内に於ては、溶融金属は
酸化剤と反応し、多結晶の酸化反応生成物を形成する。
酸化反応生成物の少なくとも一部が溶融金属と酸化剤と
の間にてこれらに接触した状態に維持され、これにより
溶融金属が酸化反応生成物を経て酸化剤と接触する状態
に吸引され、これにより酸化剤と先に形成された酸化反
応生成物との間の界面に酸化反応生成物が連続的に形成
される。酸化反応は、実質的に酸化反応生成物12と多結
晶のセラミック塊の一部又は実質的に全てに分散された
互いに接続された金属含有成分14とよりなる多結晶のセ
ラミック塊を形成するに十分な時間継続される。多結晶
の酸化反応生成物の形成中にその場に於て形成される金
属成分は、セラミック塊の少なくとも一つの表面、例え
ば表面15より少なくとも部分的に近接可能である。多結
晶セラミック塊は或る程度の隔離された金属や互いに接
続された金属成分の一部に置換った空孔（図示せず）を
有していてよいが、金属（互いに接続された金属及び隔
離された金属）及び空孔の体積率は温度、時間、ドーパ
ント、親金属の種類の如き条件に大きく依存している。
しかる後セラミック塊はその一つ又はそれ以上の表面
15に於て、外的供給源より誘導された第二の金属、即ち
異種金属16と接触せしめられる。この場合セラミック塊
及び異種金属は適当な容器18内に収容されてよく、これ
により相互拡散が発生する（第２図参照）。多結晶酸化
反応生成物の形成時にその場に於て形成される金属成分
と外的供給源よりの金属との間の相互拡散は、固定−固
体、固体−液体、液体−固体、又は液体−液体（ハイフ
ンの前側は異種金属の状態を指し、ハイフンの後側はセ
ラミック塊の金属成分を指す）であってよいことに留意
されたい。液体−液体の組合せが一般に好ましい。何故
ならば、かかる系によれば比較的短い時間の内に有益に
変更された最終製品が得られるからである。固体−固体
の相互拡散の場合にも、相互拡散温度が共晶系の場合の
如く組合される金属の最も低い融点よりも高い場合には
液相移送が生じる。比較的純粋の金属、合金、又は金属
間化合物であってよい異種金属は、互いに接続された金
属含有成分の組成を変更し、これにより最終のセラミッ
ク製品の特性を修正するよう選定される。典型的には修
正される特性として、例えば破壊靱性、硬さ、耐摩耗
性、導電性、熱伝導性、又は化学的安定性（即ち耐食性
や耐酸化性など）がある。特定の異種金属を選定するこ
とによって何れの特性が修正され最適化されるべきであ
るかは、セラミック塊が適用される特定の用途により決
定される。
15に於て、外的供給源より誘導された第二の金属、即ち
異種金属16と接触せしめられる。この場合セラミック塊
及び異種金属は適当な容器18内に収容されてよく、これ
により相互拡散が発生する（第２図参照）。多結晶酸化
反応生成物の形成時にその場に於て形成される金属成分
と外的供給源よりの金属との間の相互拡散は、固定−固
体、固体−液体、液体−固体、又は液体−液体（ハイフ
ンの前側は異種金属の状態を指し、ハイフンの後側はセ
ラミック塊の金属成分を指す）であってよいことに留意
されたい。液体−液体の組合せが一般に好ましい。何故
ならば、かかる系によれば比較的短い時間の内に有益に
変更された最終製品が得られるからである。固体−固体
の相互拡散の場合にも、相互拡散温度が共晶系の場合の
如く組合される金属の最も低い融点よりも高い場合には
液相移送が生じる。比較的純粋の金属、合金、又は金属
間化合物であってよい異種金属は、互いに接続された金
属含有成分の組成を変更し、これにより最終のセラミッ
ク製品の特性を修正するよう選定される。典型的には修
正される特性として、例えば破壊靱性、硬さ、耐摩耗
性、導電性、熱伝導性、又は化学的安定性（即ち耐食性
や耐酸化性など）がある。特定の異種金属を選定するこ
とによって何れの特性が修正され最適化されるべきであ
るかは、セラミック塊が適用される特定の用途により決
定される。
選定される異種金属は希求される最終的な特性に大き
く依存しており、また後に詳細に説明する如く、温度、
時間、混和性などの如き他の幾つかの因子に依存してい
る。互いに接続された金属（合金及び金属間化合物を含
む）に置換わるに適した異種金属として、例えばニッケ
ル、銀、鉄、チタニウム、銅、ウラン、クロム、コバル
ト、バナジウム、ケイ素、モリブデン、タングステン、
ゲルマニウム、スズ、マグネシウム、イットリウム、ジ
ルコニウム、ハフニウム、ニオブ、モリブデン、マンガ
ン、プラチナ、パラジウム、銀、亜鉛、アルミニウム、
及び鉛の如き金属、ステンレス鋼や炭素鋼の如き合金や
金属間化合物、インコネル（Inconel）（登録商標）、
ハステロイ（Hastelloy）（登録商標）、ワスパロイ（W
aspalloy）（登録商標）、モネル（Monel）（登録商
標）、ステライト（Stellite）（登録商標）の如き特殊
な目的の合金がある。
く依存しており、また後に詳細に説明する如く、温度、
時間、混和性などの如き他の幾つかの因子に依存してい
る。互いに接続された金属（合金及び金属間化合物を含
む）に置換わるに適した異種金属として、例えばニッケ
ル、銀、鉄、チタニウム、銅、ウラン、クロム、コバル
ト、バナジウム、ケイ素、モリブデン、タングステン、
ゲルマニウム、スズ、マグネシウム、イットリウム、ジ
ルコニウム、ハフニウム、ニオブ、モリブデン、マンガ
ン、プラチナ、パラジウム、銀、亜鉛、アルミニウム、
及び鉛の如き金属、ステンレス鋼や炭素鋼の如き合金や
金属間化合物、インコネル（Inconel）（登録商標）、
ハステロイ（Hastelloy）（登録商標）、ワスパロイ（W
aspalloy）（登録商標）、モネル（Monel）（登録商
標）、ステライト（Stellite）（登録商標）の如き特殊
な目的の合金がある。
第１図及び第２図に示されている如き好ましい実施例
に於ては、セラミック塊19は容器18内に収容された溶融
異種金属16のプール中に浸漬される。もし必要ならば、
セラミック塊内に於ける金属の置換え深さを制限すべ
く、特にかかる置換えを表面に又は表面に近接した領域
に制限すべく、セラミック塊は溶融異種金属のプール中
に部分的に浸漬されてもよい。例えば異種金属がセラミ
ック塊の耐食性や硬度を改善すべくセラミック塊中に組
込まれる場合には、セラミック塊の表面のみを修正する
ことが必要であり又は望ましい。異種金属16の体積は典
型的にはセラミック塊10に元々存在する表面より近接可
能な互いに接続された金属含有成分の体積よりも大き
い。かくして金属含有成分の異種金属との最大又は最適
の置換えがより一層容易に行なわれる。即ち平衡状態に
到達すると、元の金属含有成分の全体としての濃度が異
種金属の濃度よりも実質的に小さく、これにより元の金
属成分が異種金属により完全に置換えられるよう、十分
な量の異種金属を使用することが好ましい。異種金属の
体積は互いに接続された金属成分の体積又は互いに接続
された金属の少なくとも置換えられるべき部分の体積よ
りも典型的には５〜50倍大きく、更に大きい値であって
もよい。かかる体積差は必要とされる置換え率、セラミ
ック塊内に必要とされる置換え深さの如き因子に依存す
る。例えばアルミニウム親金属が空気によって酸化され
ることにより形成され、ニッケルにより置換えられるべ
き実質的な量のアルミニウム含有成分を有するα−アル
ミナのセラミック塊の場合には、元の互いに接続された
アルミニウム含有成分の約95vol％を置換えるべく、体
積で少なくとも20倍以上の異種金属としてのニッケルを
使用し、これにより最終のセラミック塊の靱性や耐食性
を向上させることが好ましい。もし必要ならば、元の金
属含有成分の少量の部分を置換える必要がある場合、即
ちセラミック塊中にかなりの量の元の金属含有成分を故
意に残存させる必要がある場合には、置換えプロセスに
於て比較的少量の異種金属が使用されてよい。かかる結
果は、例えば異種金属と元の金属成分との間に合金を形
成する場合に好ましく、その合金は元の金属成分又は異
種金属とは異なっており且これらよりも優れた特性を有
している。
に於ては、セラミック塊19は容器18内に収容された溶融
異種金属16のプール中に浸漬される。もし必要ならば、
セラミック塊内に於ける金属の置換え深さを制限すべ
く、特にかかる置換えを表面に又は表面に近接した領域
に制限すべく、セラミック塊は溶融異種金属のプール中
に部分的に浸漬されてもよい。例えば異種金属がセラミ
ック塊の耐食性や硬度を改善すべくセラミック塊中に組
込まれる場合には、セラミック塊の表面のみを修正する
ことが必要であり又は望ましい。異種金属16の体積は典
型的にはセラミック塊10に元々存在する表面より近接可
能な互いに接続された金属含有成分の体積よりも大き
い。かくして金属含有成分の異種金属との最大又は最適
の置換えがより一層容易に行なわれる。即ち平衡状態に
到達すると、元の金属含有成分の全体としての濃度が異
種金属の濃度よりも実質的に小さく、これにより元の金
属成分が異種金属により完全に置換えられるよう、十分
な量の異種金属を使用することが好ましい。異種金属の
体積は互いに接続された金属成分の体積又は互いに接続
された金属の少なくとも置換えられるべき部分の体積よ
りも典型的には５〜50倍大きく、更に大きい値であって
もよい。かかる体積差は必要とされる置換え率、セラミ
ック塊内に必要とされる置換え深さの如き因子に依存す
る。例えばアルミニウム親金属が空気によって酸化され
ることにより形成され、ニッケルにより置換えられるべ
き実質的な量のアルミニウム含有成分を有するα−アル
ミナのセラミック塊の場合には、元の互いに接続された
アルミニウム含有成分の約95vol％を置換えるべく、体
積で少なくとも20倍以上の異種金属としてのニッケルを
使用し、これにより最終のセラミック塊の靱性や耐食性
を向上させることが好ましい。もし必要ならば、元の金
属含有成分の少量の部分を置換える必要がある場合、即
ちセラミック塊中にかなりの量の元の金属含有成分を故
意に残存させる必要がある場合には、置換えプロセスに
於て比較的少量の異種金属が使用されてよい。かかる結
果は、例えば異種金属と元の金属成分との間に合金を形
成する場合に好ましく、その合金は元の金属成分又は異
種金属とは異なっており且これらよりも優れた特性を有
している。
体積比に関し置換えを決定する他の一つの因子は異種
金属の金属含有成分との溶解性又は混和性である。かく
して一方の金属の他方の金属に対する拡散及び置換えは
溶解性又は混和性の増大と共に増大する。
金属の金属含有成分との溶解性又は混和性である。かく
して一方の金属の他方の金属に対する拡散及び置換えは
溶解性又は混和性の増大と共に増大する。
相互拡散の量又は程度は、セラミック塊が異種金属と
接触した状態に置かれる時間により制御されてよい。接
触時間は置換えがセラミック塊の表面又はその近傍に於
てのみ生じる必要のある実施例については比較的短い時
間である。即ちセラミック塊の表面の金属含有成分が異
種金属と置換えられ、これによりセラミック塊の残りの
部分、即ち内部は実質的に変更されない状態に維持され
る。
接触した状態に置かれる時間により制御されてよい。接
触時間は置換えがセラミック塊の表面又はその近傍に於
てのみ生じる必要のある実施例については比較的短い時
間である。即ちセラミック塊の表面の金属含有成分が異
種金属と置換えられ、これによりセラミック塊の残りの
部分、即ち内部は実質的に変更されない状態に維持され
る。
温度及び時間は、相互拡散の深さ及び相互拡散が生じ
る速度を制御するよう選定される。例えば固体−固体の
相互拡散、又は固体−液体の相互拡散（これらは一般に
液体−液体の相互拡散よりも遅い）を行なわせるべく、
温度は一方又は両方の金属の融点よりも低い値に維持さ
れてよい。置換えがセラミック塊全体に対してではな
く、セラミック塊の表面又はその近傍に於てのみ行なわ
れる必要がある場合には、比較的低い温度が有用であ
る。更に温度は金属の粘性若しくは混和性を変化（増
減）し、これにより相互拡散の速度を変化させるよう選
定されてよい。また最終製品中に特定の合金又は金属間
化合物が存在するよう温度が選定されてもよい。
る速度を制御するよう選定される。例えば固体−固体の
相互拡散、又は固体−液体の相互拡散（これらは一般に
液体−液体の相互拡散よりも遅い）を行なわせるべく、
温度は一方又は両方の金属の融点よりも低い値に維持さ
れてよい。置換えがセラミック塊全体に対してではな
く、セラミック塊の表面又はその近傍に於てのみ行なわ
れる必要がある場合には、比較的低い温度が有用であ
る。更に温度は金属の粘性若しくは混和性を変化（増
減）し、これにより相互拡散の速度を変化させるよう選
定されてよい。また最終製品中に特定の合金又は金属間
化合物が存在するよう温度が選定されてもよい。
かくして置換えプロセスが行なわれる温度及び時間は
セラミック塊中に元々存在する金属含有成分の組成、異
種金属の組成、必要とされる相互拡散量、セラミック塊
に必要とされる置換え深さの如き多数の因子に依存して
いる。大抵の場合、採用される温度は両方の金属の少な
くとも一方の融点よりも高い値でなければならず、より
一層好ましくは両方の金属の融点よりも高い値でなけれ
ばならない。更に相互拡散が生じる速度を増大させるべ
く更に高い温度が選定されてもよい。アルミニウムの親
金属及び空気を用いてα−アルミナのセラミック塊が形
成され、これによりアルミニウム含有成分が残存し、異
種金属としてニッケルが使用される実施例に於ては、液
体−液体の相互拡散を行なわせるに好ましい温度は約16
50℃であり、この温度はニッケル、アルミニウム、及び
置換えプロセル中に形成される金属間化合物の融点と同
一又はこれよりも僅かに高い温度である。また金属含有
成分に対するアルミニウムの体積比が約20:1である場合
には、約0.100〜0.125inch（0.254〜0.318cm）の厚さを
有し互いに接続された金属を有するサンプルについて
は、約55〜75時間又はそれ以下の時間中に約95％の金属
含有成分がニッケルに置換えられる。しかし上述の体積
比、時間、及び温度の条件は例示的なものであり、これ
らのプロセス条件は修正されてもよい。固体−液体の相
互拡散はニッケルの融点よりも低く且アルミニウムの融
点よりも高い温度に於て行なわれるが、その場合の相互
拡散速度は遅い。更に置換えプロセスは固体−固体の相
互拡散を行なわせるべく高い温度であるがアルミニウム
の融点よりも低い温度にて行なわれてもよく、かかる相
互拡散は置換えがセラミック塊の表面より非常に小さい
深さの範囲に限られる場合に好ましい。
セラミック塊中に元々存在する金属含有成分の組成、異
種金属の組成、必要とされる相互拡散量、セラミック塊
に必要とされる置換え深さの如き多数の因子に依存して
いる。大抵の場合、採用される温度は両方の金属の少な
くとも一方の融点よりも高い値でなければならず、より
一層好ましくは両方の金属の融点よりも高い値でなけれ
ばならない。更に相互拡散が生じる速度を増大させるべ
く更に高い温度が選定されてもよい。アルミニウムの親
金属及び空気を用いてα−アルミナのセラミック塊が形
成され、これによりアルミニウム含有成分が残存し、異
種金属としてニッケルが使用される実施例に於ては、液
体−液体の相互拡散を行なわせるに好ましい温度は約16
50℃であり、この温度はニッケル、アルミニウム、及び
置換えプロセル中に形成される金属間化合物の融点と同
一又はこれよりも僅かに高い温度である。また金属含有
成分に対するアルミニウムの体積比が約20:1である場合
には、約0.100〜0.125inch（0.254〜0.318cm）の厚さを
有し互いに接続された金属を有するサンプルについて
は、約55〜75時間又はそれ以下の時間中に約95％の金属
含有成分がニッケルに置換えられる。しかし上述の体積
比、時間、及び温度の条件は例示的なものであり、これ
らのプロセス条件は修正されてもよい。固体−液体の相
互拡散はニッケルの融点よりも低く且アルミニウムの融
点よりも高い温度に於て行なわれるが、その場合の相互
拡散速度は遅い。更に置換えプロセスは固体−固体の相
互拡散を行なわせるべく高い温度であるがアルミニウム
の融点よりも低い温度にて行なわれてもよく、かかる相
互拡散は置換えがセラミック塊の表面より非常に小さい
深さの範囲に限られる場合に好ましい。
もし必要ならば、セラミック塊若しくは異種金属の塊
の系が、それらを混合して相互拡散プロセスを向上させ
るべく撹拌され又は振動せしめられてよい。特に超音波
エネルギがセラミック塊及び異種金属を保持する容器に
適用され、これにより相互拡散が進行する速度が増大さ
れてよい。或いは容器又はセラミック塊が置換えプロセ
スの全体又は一部に亙り機械的にシェーキング又は撹拌
されてもよい。
の系が、それらを混合して相互拡散プロセスを向上させ
るべく撹拌され又は振動せしめられてよい。特に超音波
エネルギがセラミック塊及び異種金属を保持する容器に
適用され、これにより相互拡散が進行する速度が増大さ
れてよい。或いは容器又はセラミック塊が置換えプロセ
スの全体又は一部に亙り機械的にシェーキング又は撹拌
されてもよい。
液体−液体の相互拡散を利用する好ましい実施例に於
ては、セラミック塊は異種金属が溶融状態にある間に容
器より取り出される。過剰の金属はセラミック塊の表面
により排除される。濡れ性若しくは毛細管作用は通常修
正された金属含有成分をセラミック塊内に保持するに十
分であることが解っている。セラミック塊の表面は研
削、機械加工、グリットブラスティング、エッチングな
どにより仕上げ又は清浄化されてよく、或いはそのまま
の状態に放置されてもよい。
ては、セラミック塊は異種金属が溶融状態にある間に容
器より取り出される。過剰の金属はセラミック塊の表面
により排除される。濡れ性若しくは毛細管作用は通常修
正された金属含有成分をセラミック塊内に保持するに十
分であることが解っている。セラミック塊の表面は研
削、機械加工、グリットブラスティング、エッチングな
どにより仕上げ又は清浄化されてよく、或いはそのまま
の状態に放置されてもよい。
前述の如く、セラミック塊は前述の本願出願人と同一
の譲受人に譲渡された米国特許出願に記載された方法に
従って適当な親金属より製造される。本発明の一つの好
ましい実施例に於ては、親金属の表面に隣接し接触した
状態に配置された充填材の塊を使用することにより複合
材が製造され、製造プロセスは酸化反応生成物が適当な
障壁手段により郭定された境界まで充填材の床に浸透す
るまで継続される。プリフォームとして成形されている
ことが好ましい充填材の塊は、酸化剤が気相酸化剤であ
る場合には、酸化剤が充填材に浸透し金属に接触するこ
とができ、充填材内に於て酸化反応生成物が成長し得る
に十分なほど多孔質であり、又は浸透可能である。或い
は酸化剤は充填材中に収容され又は充填材を含んでいて
よい。充填材は典型的にはセラミックよりなる粒子、粉
末、平板状小片、中空体、球、繊維、ホイスカなどの如
き任意の適当な材料であってよい。金属製の充填材が被
覆により異種金属との相互拡散が生じないよう保護され
ていれば、或いは異種金属との相互散によって充填材の
特性を修正することが必要とされる場合には、金属粒子
や繊維の如き金属製の充填材が使用されてよい。更に充
填材の床は強化棒、板、ワイヤの格子を含んでいてよ
い。セラミック複合材を含むかかる多結晶セラミック構
造体に於ては、一般に、酸化反応生成物クリスタライト
は互いに接続された状態にあり、金属含有成分は少くと
も部分的に互いに接続されたされた状態にあり、セラミ
ック塊の外面より近接可能である。
の譲受人に譲渡された米国特許出願に記載された方法に
従って適当な親金属より製造される。本発明の一つの好
ましい実施例に於ては、親金属の表面に隣接し接触した
状態に配置された充填材の塊を使用することにより複合
材が製造され、製造プロセスは酸化反応生成物が適当な
障壁手段により郭定された境界まで充填材の床に浸透す
るまで継続される。プリフォームとして成形されている
ことが好ましい充填材の塊は、酸化剤が気相酸化剤であ
る場合には、酸化剤が充填材に浸透し金属に接触するこ
とができ、充填材内に於て酸化反応生成物が成長し得る
に十分なほど多孔質であり、又は浸透可能である。或い
は酸化剤は充填材中に収容され又は充填材を含んでいて
よい。充填材は典型的にはセラミックよりなる粒子、粉
末、平板状小片、中空体、球、繊維、ホイスカなどの如
き任意の適当な材料であってよい。金属製の充填材が被
覆により異種金属との相互拡散が生じないよう保護され
ていれば、或いは異種金属との相互散によって充填材の
特性を修正することが必要とされる場合には、金属粒子
や繊維の如き金属製の充填材が使用されてよい。更に充
填材の床は強化棒、板、ワイヤの格子を含んでいてよ
い。セラミック複合材を含むかかる多結晶セラミック構
造体に於ては、一般に、酸化反応生成物クリスタライト
は互いに接続された状態にあり、金属含有成分は少くと
も部分的に互いに接続されたされた状態にあり、セラミ
ック塊の外面より近接可能である。
前述の本願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特
許出願に記載されている如く、親金属との関連で使用さ
れるドーパント材は場合によっては、特に親金属として
アルミニウムが使用される系に於ては、酸化反応プロセ
スに好ましく影響する。ドーパント材の機能はドーパン
ト材それ自身以外の多数の因子に依存する。例えばかか
る因子として、二種又はそれ以上のドーパントが使用さ
れる場合に於けるドーパントの組合せ、親金属と合金化
されるドーパントとの組合せにて外的に適用されるドー
パントを使用すること、ドーパントの濃度、酸化環境、
プロセス条件などがある。
許出願に記載されている如く、親金属との関連で使用さ
れるドーパント材は場合によっては、特に親金属として
アルミニウムが使用される系に於ては、酸化反応プロセ
スに好ましく影響する。ドーパント材の機能はドーパン
ト材それ自身以外の多数の因子に依存する。例えばかか
る因子として、二種又はそれ以上のドーパントが使用さ
れる場合に於けるドーパントの組合せ、親金属と合金化
されるドーパントとの組合せにて外的に適用されるドー
パントを使用すること、ドーパントの濃度、酸化環境、
プロセス条件などがある。
親金属との関連で使用されるドーパントは、（１）ア
ルミニウムの親金属の合金成分として与えられてよく、
（２）親金属の表面の少なくとも一部に適用されてもよ
く、（３）充填材又は充填材のプリフォームの一部又は
全てに適用され又は組込まれてよく、又はこれらの方法
（１）〜（３）の二つ又はそれ以上の任意の組合せが採
用されてもよい。例えば合金化されたドーパントがそれ
単独で又は外的に適用された第二のドーパントとの組合
せにて使用されてよい。上述の方法（３）の場合であっ
て、追加のドーパントが充填材に適用される場合には、
そのドーパントの適用は前述の本願出願人と同一の譲受
人に譲渡された米国特許出願に記載されている如く任意
の好適な態様にて行なわれてよい。
ルミニウムの親金属の合金成分として与えられてよく、
（２）親金属の表面の少なくとも一部に適用されてもよ
く、（３）充填材又は充填材のプリフォームの一部又は
全てに適用され又は組込まれてよく、又はこれらの方法
（１）〜（３）の二つ又はそれ以上の任意の組合せが採
用されてもよい。例えば合金化されたドーパントがそれ
単独で又は外的に適用された第二のドーパントとの組合
せにて使用されてよい。上述の方法（３）の場合であっ
て、追加のドーパントが充填材に適用される場合には、
そのドーパントの適用は前述の本願出願人と同一の譲受
人に譲渡された米国特許出願に記載されている如く任意
の好適な態様にて行なわれてよい。
親金属がアルミニウムであり、特に酸化剤として空気
が使用される場合に有用なドーパントとして、それぞれ
単独で、又は互いに組合された状態で、或いは後述の如
き他のドーパントとの組合せにて使用されれるマグネシ
ウム、亜鉛、ケイ素がある。これらの金属又はこれらの
金属の適当な供給源が、得られるドープされた金属の総
重量を基準に約0.1〜10wt％の濃度にてアルミニウムを
ベースとする親金属中に合金化されてよい。これらのド
ーパント材又はそれらの適当な供給源（例えばMgO、Zn
O、又はSiO2）は親金属に対し外的に適用されてもよ
い。かくして親金属1g当り約0.0008g以上の量又はMgOが
適用される親金属の表面の１cm2当り0.003g以上の量に
てMgOを表面ドーパントとして使用することにより、親
金属としてアルミニウム−ケイ素合金を使用し、酸化剤
として空気を使用してアルミナのセラミック構造体を製
造することができる。
が使用される場合に有用なドーパントとして、それぞれ
単独で、又は互いに組合された状態で、或いは後述の如
き他のドーパントとの組合せにて使用されれるマグネシ
ウム、亜鉛、ケイ素がある。これらの金属又はこれらの
金属の適当な供給源が、得られるドープされた金属の総
重量を基準に約0.1〜10wt％の濃度にてアルミニウムを
ベースとする親金属中に合金化されてよい。これらのド
ーパント材又はそれらの適当な供給源（例えばMgO、Zn
O、又はSiO2）は親金属に対し外的に適用されてもよ
い。かくして親金属1g当り約0.0008g以上の量又はMgOが
適用される親金属の表面の１cm2当り0.003g以上の量に
てMgOを表面ドーパントとして使用することにより、親
金属としてアルミニウム−ケイ素合金を使用し、酸化剤
として空気を使用してアルミナのセラミック構造体を製
造することができる。
空気により酸化される親金属としてのアルミニウムに
有効なドーパント材の他の例として、ナトリウム、ゲル
マニウム、スズ、鉛、リチウム、カルシウム、ボロン、
リン、イットリウムがあり、これらは使用される酸化剤
及びプロセス条件に応じて単独で又は一種又はそれ以上
の他のドーパントとの組合せにて使用されてよい。セリ
ウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム
の如き希土類元素も有用なドーパントであり、これらは
特に他のドーパントとの組合せにて使用される場合に有
用である。前述の本願出願人と同一の譲受人に譲渡され
た米国特許出願に記載されている如き全てのドーパント
材は、親金属がアルミニウムをベースとする合金である
場合に多結晶酸化反応生成物の成長を促進させる点に於
て有効である。
有効なドーパント材の他の例として、ナトリウム、ゲル
マニウム、スズ、鉛、リチウム、カルシウム、ボロン、
リン、イットリウムがあり、これらは使用される酸化剤
及びプロセス条件に応じて単独で又は一種又はそれ以上
の他のドーパントとの組合せにて使用されてよい。セリ
ウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム
の如き希土類元素も有用なドーパントであり、これらは
特に他のドーパントとの組合せにて使用される場合に有
用である。前述の本願出願人と同一の譲受人に譲渡され
た米国特許出願に記載されている如き全てのドーパント
材は、親金属がアルミニウムをベースとする合金である
場合に多結晶酸化反応生成物の成長を促進させる点に於
て有効である。
前述の如く、固体、液体、又は気体（ガス状）酸化剤
又はこれらの酸化剤の組合せが使用されてよい。例えば
典型的な酸化剤として、酸素、窒素、ハロゲン、イオ
ウ、リン、ヒ素、炭素、ボロン、セレン、テルル、及び
これらの化合物や組合せ、例えば酸素供給源としてのシ
リカ、炭素供給源としてのメタン、エタン、プロパン、
アセチレン、エチレン、プロピレン、空気、H2／H2O、C
O/CO2の如き混合物があり（これらに限定されるもので
はない）、後者の二つ（即ちH2／H2O及びCO/CO2）が雰
囲気の酸素活量を低減する点で有用である。
又はこれらの酸化剤の組合せが使用されてよい。例えば
典型的な酸化剤として、酸素、窒素、ハロゲン、イオ
ウ、リン、ヒ素、炭素、ボロン、セレン、テルル、及び
これらの化合物や組合せ、例えば酸素供給源としてのシ
リカ、炭素供給源としてのメタン、エタン、プロパン、
アセチレン、エチレン、プロピレン、空気、H2／H2O、C
O/CO2の如き混合物があり（これらに限定されるもので
はない）、後者の二つ（即ちH2／H2O及びCO/CO2）が雰
囲気の酸素活量を低減する点で有用である。
任意の適当な酸化剤が使用されてよいが、後に本発明
の実施例を気相酸化剤を使用する場合について説明す
る。気相酸化剤として空気の如きガス状又は蒸気の酸化
剤が充填材との関連で使用される場合には、充填材は気
相酸化剤に対し浸透生を有するものであり、従って充填
材の床が酸化剤に曝されると、気相酸化剤は充填材の床
に浸透し、これにより内部の溶融親金属と接触する。
「気相酸化剤」なる用語は、酸化雰囲気を与える蒸発さ
れた材料、即ち通常ガス状の材料を意味する。例えば酸
素又は酸素を含有するガス状混合物（例えば空気）は、
親金属がアルミニウムであるような場合には好ましい気
相酸化剤であり、一般に空気が経済性の理由から好まし
い。或る酸化剤が特定のガスや蒸気を含有するものと認
定される場合には、このことは認定されたガス又は蒸気
が使用される酸化環境中に於て得られる条件下に於て親
金属に対する唯一の主要な又は少なくとも重要な酸化手
段である酸化剤を意味する。例えば空気の主要な成分は
窒素であるが、空気の酸素成分は酸素が窒素よりもかな
り強力な酸化剤であるので、親金属に対する唯一の酸化
手段である。従って空気は「酸素含有ガス」の酸化剤の
範疇に属するが、「窒素含有ガス」の酸化剤の範疇には
属さない。本明細書に於ける「窒素含有ガス」の酸化剤
の一例は、約96vol％の窒素と約4vol％の水素とを含有
するフォーミングガスである。
の実施例を気相酸化剤を使用する場合について説明す
る。気相酸化剤として空気の如きガス状又は蒸気の酸化
剤が充填材との関連で使用される場合には、充填材は気
相酸化剤に対し浸透生を有するものであり、従って充填
材の床が酸化剤に曝されると、気相酸化剤は充填材の床
に浸透し、これにより内部の溶融親金属と接触する。
「気相酸化剤」なる用語は、酸化雰囲気を与える蒸発さ
れた材料、即ち通常ガス状の材料を意味する。例えば酸
素又は酸素を含有するガス状混合物（例えば空気）は、
親金属がアルミニウムであるような場合には好ましい気
相酸化剤であり、一般に空気が経済性の理由から好まし
い。或る酸化剤が特定のガスや蒸気を含有するものと認
定される場合には、このことは認定されたガス又は蒸気
が使用される酸化環境中に於て得られる条件下に於て親
金属に対する唯一の主要な又は少なくとも重要な酸化手
段である酸化剤を意味する。例えば空気の主要な成分は
窒素であるが、空気の酸素成分は酸素が窒素よりもかな
り強力な酸化剤であるので、親金属に対する唯一の酸化
手段である。従って空気は「酸素含有ガス」の酸化剤の
範疇に属するが、「窒素含有ガス」の酸化剤の範疇には
属さない。本明細書に於ける「窒素含有ガス」の酸化剤
の一例は、約96vol％の窒素と約4vol％の水素とを含有
するフォーミングガスである。
固体酸化剤が使用される場合には、固体酸化剤は一般
に充填材と混合された粒子の形態にて充填材の床全体に
又は充填材の床のうち親金属に隣接する部分に分散さ
れ、或いは充填材の粒子に被覆として適用される。ボロ
ンや炭素の如き元素、二酸化ケイ素の如き還元可能な化
合物、又は親金属のホウ化反応生成物よりも熱力学的安
定性の低い幾つかのホウ化物を含む任意の好適な固定酸
化剤が使用されてよい。例えば親金属がアルミニウムで
ある場合に於て固体酸化剤としてボロン又は還元可能な
ホウ化物が使用される場合には、得られる酸化反応生成
物はホウ化アルミニウムである。
に充填材と混合された粒子の形態にて充填材の床全体に
又は充填材の床のうち親金属に隣接する部分に分散さ
れ、或いは充填材の粒子に被覆として適用される。ボロ
ンや炭素の如き元素、二酸化ケイ素の如き還元可能な化
合物、又は親金属のホウ化反応生成物よりも熱力学的安
定性の低い幾つかのホウ化物を含む任意の好適な固定酸
化剤が使用されてよい。例えば親金属がアルミニウムで
ある場合に於て固体酸化剤としてボロン又は還元可能な
ホウ化物が使用される場合には、得られる酸化反応生成
物はホウ化アルミニウムである。
場合によっては、固体酸化剤を用いる場合にも酸化反
応が迅速に進行し、酸化反応プロセスの発熱性に起因し
て酸化反応生成物が溶融することがある。かかる現象が
生じると、セラミック塊の微細組織の均一性が損われる
ことがある。反応性の低い比較的不活性の充填材を組成
物中の混合することにより、かかる急激な発熱反応を回
避することができる。かかる反応性は反応熱を吸収して
熱が拡散することによる影響を低減する。かかる好まし
い不活性の充填材の一例は、形成されるべき酸化反応生
成物と同一の充填材である。
応が迅速に進行し、酸化反応プロセスの発熱性に起因し
て酸化反応生成物が溶融することがある。かかる現象が
生じると、セラミック塊の微細組織の均一性が損われる
ことがある。反応性の低い比較的不活性の充填材を組成
物中の混合することにより、かかる急激な発熱反応を回
避することができる。かかる反応性は反応熱を吸収して
熱が拡散することによる影響を低減する。かかる好まし
い不活性の充填材の一例は、形成されるべき酸化反応生
成物と同一の充填材である。
液体酸化剤が使用される場合には、充填材の床全体又
はその溶融金属に隣接する部分が酸化剤にて含浸され
る。例えば充填材はそれを酸化剤にて含浸させるべく、
酸化剤にて被覆され又は酸化剤中に浸漬されてよい。液
体酸化剤とは酸化反応条件下に於て液体である酸化剤を
意味し、従って液体酸化剤は酸化反応条件に於て溶融状
態になる塩の如き固体前駆体を有していてよい。或いは
液体酸化剤は充填材の一部又は全てを含浸するために使
用され、適当な酸化剤を供給すべく酸化反応条件に於て
溶融又は分解する材料の溶液の如き液体前駆体であって
よい。
はその溶融金属に隣接する部分が酸化剤にて含浸され
る。例えば充填材はそれを酸化剤にて含浸させるべく、
酸化剤にて被覆され又は酸化剤中に浸漬されてよい。液
体酸化剤とは酸化反応条件下に於て液体である酸化剤を
意味し、従って液体酸化剤は酸化反応条件に於て溶融状
態になる塩の如き固体前駆体を有していてよい。或いは
液体酸化剤は充填材の一部又は全てを含浸するために使
用され、適当な酸化剤を供給すべく酸化反応条件に於て
溶融又は分解する材料の溶液の如き液体前駆体であって
よい。
気相酸化剤がセラミック塊の形成に使用される場合に
於て、酸化反応生成物が障壁手段を越えて成長すること
を防止すべく、充填材又は充填材プリフォームとの関連
で障壁手段が使用されてもよい。適当な障壁手段は、本
発明のプロセス条件下に於ても或る程度の一体性を維持
し、蒸発せず、気相酸化剤に対し浸透性を有し、しかも
酸化反応生成物がそれ以上継続的に成長することを局部
的に阻止し停止し干渉し又は阻害することのできる任意
の材料、化合物、元素、組成物などであってよい。親金
属がアルミニウムである場合に好適な障壁手段として、
硫化カルシウム（Plaster of Paris）、ケイ酸カルシウ
ム、ポートランドセメント、及びそれらの混合物があ
り、これらは典型的には充填材の表面にスラリー又はペ
ーストとして適用される。またこれらの障壁手段は加熱
されると消失する適当な可燃性材料又は揮発性材料を含
んでいてよく、又は障壁手段の多孔性及び浸透性を増大
させるべく加熱されると分解する材料を含んでいてよ
い。更に障壁手段はプロセス中に発生することがある収
縮や割れを低減すべく適当な耐火粒子を含んでいてよ
い。充填材の床又はプリフォームの熱膨張係数と実質的
に同一の熱膨張係数を有する粒子が特に好ましい。例え
ばプリフォームがアルミナを含み、得られるセラミック
がアルミナを含む場合には、障壁手段は好ましくは約20
〜1000のメッシュ寸法（これ以上細かくてもよい）を有
するアルミナ粒子と混合されてよい。他の好適な障壁手
段として、少なくとも一端に於て開口し気相酸化剤が充
填材の床に浸透し溶融親金属に接触することを許す耐火
セラミック又は金属製の容器がある。
於て、酸化反応生成物が障壁手段を越えて成長すること
を防止すべく、充填材又は充填材プリフォームとの関連
で障壁手段が使用されてもよい。適当な障壁手段は、本
発明のプロセス条件下に於ても或る程度の一体性を維持
し、蒸発せず、気相酸化剤に対し浸透性を有し、しかも
酸化反応生成物がそれ以上継続的に成長することを局部
的に阻止し停止し干渉し又は阻害することのできる任意
の材料、化合物、元素、組成物などであってよい。親金
属がアルミニウムである場合に好適な障壁手段として、
硫化カルシウム（Plaster of Paris）、ケイ酸カルシウ
ム、ポートランドセメント、及びそれらの混合物があ
り、これらは典型的には充填材の表面にスラリー又はペ
ーストとして適用される。またこれらの障壁手段は加熱
されると消失する適当な可燃性材料又は揮発性材料を含
んでいてよく、又は障壁手段の多孔性及び浸透性を増大
させるべく加熱されると分解する材料を含んでいてよ
い。更に障壁手段はプロセス中に発生することがある収
縮や割れを低減すべく適当な耐火粒子を含んでいてよ
い。充填材の床又はプリフォームの熱膨張係数と実質的
に同一の熱膨張係数を有する粒子が特に好ましい。例え
ばプリフォームがアルミナを含み、得られるセラミック
がアルミナを含む場合には、障壁手段は好ましくは約20
〜1000のメッシュ寸法（これ以上細かくてもよい）を有
するアルミナ粒子と混合されてよい。他の好適な障壁手
段として、少なくとも一端に於て開口し気相酸化剤が充
填材の床に浸透し溶融親金属に接触することを許す耐火
セラミック又は金属製の容器がある。
下記の例は本発明の幾つかの局面を示すものである。
上述の方法により親金属として5052アルミニウム合金
（公称で2.5wt％のMg及び約1wt％の他の元素を含有）を
空気中に於て酸化させることにより、下記の五つの例に
ついてα−アルミナ及び互いに接続されたアルミニウム
を含むセラミック塊が形成された。ドーパントとして二
酸化ケイ素（−140グリッド）が各金属インゴットの上
面に外的に適用され、各インゴットは成長面がアルミナ
耐火粒子の床の表面と同一平面をなし空気に直設露呈さ
れるよう、アルミナ耐火粒子（90グリッドのノートン・
カンパニー（Norton Co.）製のE1 Alundum）の床内に配
置された。各操作についてのプロセス条件が下記の表１
に示されている。得られるセラミック塊内に於ける種々
の相の元素の分布状態を求めるべくエネルギ分散スペク
トロメトリー（EDS）を使用するＸ線マッピング分析を
行なった所、金属アルミニウムが存在していることが確
認された。また導電性を測定することによりアルミニウ
ムが互いに接続されていることが認られた。同様のＸ線
EDS法が各金属成分を修正した後に操作１（例１）及び
操作３（例３）のセラミック塊にも採用された。これら
の分析により得られた光学顕微鏡写真及びコンピュータ
により強調処理された画像がそれぞれ第3A図〜第3D図及
び第4A図〜第4D図に示されている。
（公称で2.5wt％のMg及び約1wt％の他の元素を含有）を
空気中に於て酸化させることにより、下記の五つの例に
ついてα−アルミナ及び互いに接続されたアルミニウム
を含むセラミック塊が形成された。ドーパントとして二
酸化ケイ素（−140グリッド）が各金属インゴットの上
面に外的に適用され、各インゴットは成長面がアルミナ
耐火粒子の床の表面と同一平面をなし空気に直設露呈さ
れるよう、アルミナ耐火粒子（90グリッドのノートン・
カンパニー（Norton Co.）製のE1 Alundum）の床内に配
置された。各操作についてのプロセス条件が下記の表１
に示されている。得られるセラミック塊内に於ける種々
の相の元素の分布状態を求めるべくエネルギ分散スペク
トロメトリー（EDS）を使用するＸ線マッピング分析を
行なった所、金属アルミニウムが存在していることが確
認された。また導電性を測定することによりアルミニウ
ムが互いに接続されていることが認られた。同様のＸ線
EDS法が各金属成分を修正した後に操作１（例１）及び
操作３（例３）のセラミック塊にも採用された。これら
の分析により得られた光学顕微鏡写真及びコンピュータ
により強調処理された画像がそれぞれ第3A図〜第3D図及
び第4A図〜第4D図に示されている。
例１ 重さ20.06gのニッケルブロックが、操作１に於て製造
され7.63gの重さを有し１−11/16×7/16×3/16in（4.29
×1.11×0.48cm）の寸法を有するセラミック塊上に配置
された。次いでニッケル及びセラミックよりなるこの組
立体が厚さ0.127mmのニッケルフォイル内に包装され
た。次いでその組立体が25cc/minの流量にて流れるアル
ゴンガス雰囲気中に於て69.5時間に亙り1200℃に加熱さ
れた。得られたセラミック塊は、Ｘ線EDS分析によれ
ば、約33.0〜48.3wt％Ni、51.2〜66.4wt％Al、微少量の
Siを含有するNi-Al相を含む互いに接続された金属含有
成分を有していた。第3A図は操作１のセラミック塊を10
00倍にて示す光学顕微鏡写真であり、第3B図はアルミニ
ウムの金属成分を示すべくこの製品のEDSによってコン
ピュータにより強調された画像である。第3C図は修正が
行なわれた後に於ける例１の最終製品を1000倍にて示す
光学顕微鏡写真であり、第3D図に於てはニッケルの分布
を示すべくこの製品のEDSによるコンピュータ強調画像
処理が採用された。これらの画像はアルミニウムの少な
くとも一部をニッケルに置換えることにより元の金属成
分が修正されていることを明瞭に示している。
され7.63gの重さを有し１−11/16×7/16×3/16in（4.29
×1.11×0.48cm）の寸法を有するセラミック塊上に配置
された。次いでニッケル及びセラミックよりなるこの組
立体が厚さ0.127mmのニッケルフォイル内に包装され
た。次いでその組立体が25cc/minの流量にて流れるアル
ゴンガス雰囲気中に於て69.5時間に亙り1200℃に加熱さ
れた。得られたセラミック塊は、Ｘ線EDS分析によれ
ば、約33.0〜48.3wt％Ni、51.2〜66.4wt％Al、微少量の
Siを含有するNi-Al相を含む互いに接続された金属含有
成分を有していた。第3A図は操作１のセラミック塊を10
00倍にて示す光学顕微鏡写真であり、第3B図はアルミニ
ウムの金属成分を示すべくこの製品のEDSによってコン
ピュータにより強調された画像である。第3C図は修正が
行なわれた後に於ける例１の最終製品を1000倍にて示す
光学顕微鏡写真であり、第3D図に於てはニッケルの分布
を示すべくこの製品のEDSによるコンピュータ強調画像
処理が採用された。これらの画像はアルミニウムの少な
くとも一部をニッケルに置換えることにより元の金属成
分が修正されていることを明瞭に示している。
例２ 重さ6.36gの操作２よりのセラミックブロック及び重
さ15.9gのニッケルブロックを使用して例１の手続が繰
返された。但しこの場合温度は1525℃であり、加熱時間
は66.5時間であった。最終製品中の互いに接続された金
属成分がＸ線EDS分析により分析され、約94.5wt％のニ
ッケル及び5.5wt％のアルミニウムを含んでいることが
認められた。
さ15.9gのニッケルブロックを使用して例１の手続が繰
返された。但しこの場合温度は1525℃であり、加熱時間
は66.5時間であった。最終製品中の互いに接続された金
属成分がＸ線EDS分析により分析され、約94.5wt％のニ
ッケル及び5.5wt％のアルミニウムを含んでいることが
認められた。
例３ 重さ2.70gの操作３よりのセラミック塊（15/16×3/8
×1/8in（2.38×0.95×0.32cm））がセラミック製の容
器内に配置され、39.90gの銅ショット（純度99.9％）に
て覆われた。操作３の製品を1000倍にて示す光学顕微鏡
写真が第4A図に示されており、これと同一の製品が金属
アルミニウムの存在を示すべく1000倍のEDSによるコン
ピュータ強調画像である第4B図に示されている。セラミ
ック塊が浮動することを防止すべく、ショット上に4.90
gのアルミナブロックが配置された。この組立体が５〜1
0cc/minの流量にて流れるアルゴン雰囲気中に於て1250
℃に24時間加熱された。最終のセラミック製品の互いに
接続された金属成分中の平均銅含有量は約41.2wt％であ
り、アルミニウム含有量は約57.8wt％であり、残部は微
少量のケイ素及びマグネシウムであった。第4C図は修正
された製品を100倍にて示す光学顕微鏡写真であり、第4
D図はＸ線EDS分析されコンピュータにより強調された画
像により銅の分布を示している。
×1/8in（2.38×0.95×0.32cm））がセラミック製の容
器内に配置され、39.90gの銅ショット（純度99.9％）に
て覆われた。操作３の製品を1000倍にて示す光学顕微鏡
写真が第4A図に示されており、これと同一の製品が金属
アルミニウムの存在を示すべく1000倍のEDSによるコン
ピュータ強調画像である第4B図に示されている。セラミ
ック塊が浮動することを防止すべく、ショット上に4.90
gのアルミナブロックが配置された。この組立体が５〜1
0cc/minの流量にて流れるアルゴン雰囲気中に於て1250
℃に24時間加熱された。最終のセラミック製品の互いに
接続された金属成分中の平均銅含有量は約41.2wt％であ
り、アルミニウム含有量は約57.8wt％であり、残部は微
少量のケイ素及びマグネシウムであった。第4C図は修正
された製品を100倍にて示す光学顕微鏡写真であり、第4
D図はＸ線EDS分析されコンピュータにより強調された画
像により銅の分布を示している。
例４ 操作４よりの1.92gのセラミック塊の標本（13/16×5/
16×1/8in（2.06×0.79×0.32cm））が蓋と共に1018鋼
製のコンテナ内に配置され（総重量19.53g）、セラミッ
ク製の容器内に於て1350℃に48.25時間加熱された。最
終のセラミック製品の金属成分は約66.1wt％のアルミニ
ウム及びかなりの量の1018鋼よりの鉄及びマンガンを含
んでおり、元の金属成分が部分的に異種金属に置換えら
れたことが解った。
16×1/8in（2.06×0.79×0.32cm））が蓋と共に1018鋼
製のコンテナ内に配置され（総重量19.53g）、セラミッ
ク製の容器内に於て1350℃に48.25時間加熱された。最
終のセラミック製品の金属成分は約66.1wt％のアルミニ
ウム及びかなりの量の1018鋼よりの鉄及びマンガンを含
んでおり、元の金属成分が部分的に異種金属に置換えら
れたことが解った。
例５ 1/2×1/10×3/8in（1.27×0.25×0.95cm）なる寸法を
有する操作５よりのセラミック塊がセラミック容器内に
配置され、125gの純銀製のショット（フィッシャー・サ
イエンティフィック・カンパニー（Fisher Scientific
Co.）よりのS-166）にて覆われた。容器のエッジに接着
されたクロスバーにより標本が浮動することが防止され
た。この組立体は空気中にて1000℃に16時間加熱され
た。分析により、最終製品の金属成分は約97wt％の銀と
約3wt％のアルミニウムとを含有していた。
有する操作５よりのセラミック塊がセラミック容器内に
配置され、125gの純銀製のショット（フィッシャー・サ
イエンティフィック・カンパニー（Fisher Scientific
Co.）よりのS-166）にて覆われた。容器のエッジに接着
されたクロスバーにより標本が浮動することが防止され
た。この組立体は空気中にて1000℃に16時間加熱され
た。分析により、最終製品の金属成分は約97wt％の銀と
約3wt％のアルミニウムとを含有していた。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
第１図は本発明の方法に従って処理されたセラミック塊
を示す解図である。 第２図は本発明の方法の一つの実施例を示す解図であ
る。 第3A図は操作１に於て製造されその金属成分の修正前に
例１に於て使用されたセラミック塊を1000倍にて示す光
学顕微鏡写真である。 第3B図は金属アルミニウムの存在を示すべくエネルギ分
散スペクトロメトリーが採用された第3A図のセラミック
塊を1000倍にて示すコンピュータにて強調されたＸ線分
析画像である。 第3C図は操作１に於て製造され例１に従って金属成分の
修正が行なわれた後に例１に於て使用されたセラミック
塊を1000にて示す光学顕微鏡写真である。 第3D図は金属ニッケルの存在を示すべくエネルギ分散ス
ペクトロメトリーが採用された第3C図のセラミック塊を
1000倍にて示すコンピュータにて強調されたＸ線分析画
像である。 第4A図は操作３に於て製造され金属成分の修正が行なわ
れる前に例３に於て使用されたセラミック塊を1000倍に
て示す光学顕微鏡写真である。 第4B図は金属アルミニウムの存在を示すべくエネルギ分
散スペクトロメトリーが採用された第4A図のセラミック
塊を1000倍にて示すコンピュータにて強調されたＸ線分
析画像である。 第4C図は操作３に於て製造され例３に従って金属成分の
修正が行なわれた後に例３に於て使用されたセラミック
塊を1000倍にて示す光学顕微鏡写真である。 第4D図は金属銅の存在を示すべくエネルギ分散スペクト
ロメトリーが採用された第4C図のセラミック塊を1000倍
にて示すコンピュータにて強調されたＸ線分析画像であ
る。 10……セラミック塊、12……酸化反応生成物、14……金
属含有成分、15……表面、16……異種金属、18……容器
を示す解図である。 第２図は本発明の方法の一つの実施例を示す解図であ
る。 第3A図は操作１に於て製造されその金属成分の修正前に
例１に於て使用されたセラミック塊を1000倍にて示す光
学顕微鏡写真である。 第3B図は金属アルミニウムの存在を示すべくエネルギ分
散スペクトロメトリーが採用された第3A図のセラミック
塊を1000倍にて示すコンピュータにて強調されたＸ線分
析画像である。 第3C図は操作１に於て製造され例１に従って金属成分の
修正が行なわれた後に例１に於て使用されたセラミック
塊を1000にて示す光学顕微鏡写真である。 第3D図は金属ニッケルの存在を示すべくエネルギ分散ス
ペクトロメトリーが採用された第3C図のセラミック塊を
1000倍にて示すコンピュータにて強調されたＸ線分析画
像である。 第4A図は操作３に於て製造され金属成分の修正が行なわ
れる前に例３に於て使用されたセラミック塊を1000倍に
て示す光学顕微鏡写真である。 第4B図は金属アルミニウムの存在を示すべくエネルギ分
散スペクトロメトリーが採用された第4A図のセラミック
塊を1000倍にて示すコンピュータにて強調されたＸ線分
析画像である。 第4C図は操作３に於て製造され例３に従って金属成分の
修正が行なわれた後に例３に於て使用されたセラミック
塊を1000倍にて示す光学顕微鏡写真である。 第4D図は金属銅の存在を示すべくエネルギ分散スペクト
ロメトリーが採用された第4C図のセラミック塊を1000倍
にて示すコンピュータにて強調されたＸ線分析画像であ
る。 10……セラミック塊、12……酸化反応生成物、14……金
属含有成分、15……表面、16……異種金属、18……容器
Claims (17)
- 【請求項１】（１）（ｉ）少なくとも１種のドーパント
と共に親金属を、充填材の通気性素材に隣接して配置
し、かつ該親金属及び該充填材を相互に関して酸化反応
生成物体の形成が該通気性充填材素材中に向かうように
配向し、 （ii）該親金属を該親金属の融点より高いがその酸化反
応生成物の融点より低い温度に加熱して溶融した親金属
体を形成し、かつ該温度で前記溶融親金属体と酸化剤と
を反応させて酸化反応生成物体を形成し、かつ該温度で
該酸化反応生成物体の少なくとも一部を該溶融親金属体
及び該酸化剤と接触しかつその間にあるように維持せし
めて、溶融親金属を既に形成された酸化反応生成物体を
通して前記酸化剤に向かってかつ隣接する前記充填材素
材中に向かって引き込み、よって該充填材素材中の前記
酸化剤と前記予め形成された酸化反応生成物体の界面に
新鮮な酸化反応生成物を形成し、そして （iii）上記反応を継続して前記充填材素材の少なくと
も一部を、形成される酸化反応生成物体中に埋設するこ
とにより、相互連結した金属含有成分を有しかつ少なく
とも１表面から接近可能な初期セラミック複合体を形成
し、 （２）前記初期セラミック複合体の少なくとも１表面を
前記相互連結金属含有成分と異なる異種金属と充分な温
度で充分な時間接触させて、前記相互連結金属含有成分
と前記異種金属を相互拡散させ、よって前記相互連結金
属成分の少なくとも１部を前記異種金属で置換し、前記
セラミック複合体中に改質された相互連結金属含有成分
を形成し、そして （３）前記改質相互連結金属含有成分を有するセラミッ
ク複合体を回収する工程を含むことを特徴とするセラミ
ックス及び充填材を含有しかつ改質金属含有成分を有す
るセラミック複合体の製造方法。 - 【請求項２】前記親金属がアルミニウム、ケイ素、チタ
ン、スズ、ジルコニウム、ハフニウムから選ばれる金属
である特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項３】前記親金属がアルミニウムであり、かつ前
記相互連結金属含有成分がアルミニウムである特許請求
の範囲第１又は２項記載の方法。 - 【請求項４】前記異種金属がニッケル、鉄、銀、チタ
ン、バナジウム、銅、ウラン、コバルト、クロム、モリ
ブデン、ケイ素、タングステン、ゲルマニウム、スズ、
マグネシウム、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウ
ム、ニオブ、マンガン、白金、パラジウム、金、亜鉛、
アルミニウム、鉛、及びこれらの材料の合金、金属間化
合物、混合物の少なくとも１種である特許請求の範囲第
1,2又は３項記載の方法。 - 【請求項５】前記接触前に異種金属の体積が金属含有成
分の体積の少なくとも５倍である特許請求の範囲第１〜
４項のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項６】前記相互連結金属含有成分が前記セラミッ
ク複合体を前記異種金属と接触させる以前の前記セラミ
ック複合体の体積の１〜40体積％である特許請求の範囲
第１〜４項のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項７】前記接触及び相互拡散の間に、前記セラミ
ック複合体と前記異種金属の少なくとも１方を撹拌する
ことを含む特許請求の範囲第１〜６項のいずれか１項に
記載の方法。 - 【請求項８】前記接触工程の温度が前記異種金属、前記
相互連結金属含有成分、及び前記異種金属と相互連結金
属含有成分の或る組合せのうち少なくとも１種の融点よ
り高い特許請求の範囲第１〜７項のいずれか１項記載の
方法。 - 【請求項９】（１）（ｉ）酸化剤の存在下で親金属に少
なくとも１種のドーパントを合し、 （ii）該酸化剤の存在下に、該ドーパント含有親金属を
その融点以上に加熱し、かつ その温度で、 （iii）該親金属と該酸化剤とを反応させて酸化反応生
成物を生成させ、 （iv）該酸化反応生成物の少なくとも１部の表面が、該
酸化剤と接触しかつ該酸化剤と該溶融親金属との間に存
在する状態を維持し、よって該親金属が該酸化反応生成
物中を通して該酸化剤側に輸送されて新鮮な酸化反応生
成物が該酸化剤側に成長するようにし、そして （ｖ）上記反応を継続して、酸化反応生成物と金属を含
むセラミックス金属複合材料を得ることにより、相互連
結した金属含有成分を有しかつ少なくとも１表面から接
近可能な初期セラミック複合体を形成し、 （２）前記初期セラミック複合体の少なくとも１表面を
前記相互連結金属含有成分と異なる異種金属と充分な温
度で充分な時間接触させて、前記相互連結金属含有成分
と前記異種金属を相互拡散させ、よって前記相互連結金
属成分の少なくとも１部を前記異種金属で置換し、前記
セラミック複合体中に改質された相互連結金属含有成分
を形成し、そして （３）前記改質相互連結金属含有成分を有するセラミッ
ク複合体を回収する工程を含むことを特徴とする改質金
属含有成分を有するセラミック複合体の製造方法。 - 【請求項１０】前記親金属がアルミニウム、ケイ素、チ
タン、スズ、ジルコニウム、ハフニウムから選ばれる金
属である特許請求の範囲第９項記載の方法。 - 【請求項１１】前記親金属がアルミニウムであり、かつ
前記相互連結金属含有成分がアルミニウムである特許請
求の範囲第９又は10項記載の方法。 - 【請求項１２】前記異種金属がニッケル、鉄、銀、チタ
ン、バナジウム、銅、ウラン、コバルト、クロム、モリ
ブデン、ケイ素、タングステン、ゲルマニウム、スズ、
マグネシウム、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウ
ム、ニオブ、マンガン、白金、パラジウム、金、亜鉛、
アルミニウム、鉛、及びこれらの材料の合金、金属間化
合物、混合物の少なくとも１種である特許請求の範囲第
9,10又は11項記載の方法。 - 【請求項１３】前記接触前に異種金属の体積が金属含有
成分の体積の少なくとも５倍である特許請求の範囲第９
〜12項のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１４】前記相互連結金属含有成分が前記セラミ
ック複合体を前記異種金属と接触させる以前の前記セラ
ミック複合体の体積の１〜40体積％である特許請求の範
囲第９〜12項のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１５】前記接触及び相互拡散の間に、前記セラ
ミック複合体と前記異種金属の少なくとも１方を撹拌す
ることを含む特許請求の範囲第９〜14項のいずれか１項
に記載の方法。 - 【請求項１６】前記接触工程の温度が前記異種金属、前
記相互連結金属含有成分、及び前記異種金属と相互連結
金属含有成分の或る組合せのうち少なくとも１種の融点
より高い特許請求の範囲第９〜15項のいずれか１項記載
の方法。 - 【請求項１７】自己支持セラミック複合体にして、
（ａ）溶融金属前駆体が酸化剤と酸化反応することによ
り形成された多結晶酸化反応生成物と、（ｂ）前記セラ
ミック複合体の一つ又はそれ以上の表面に少なくとも部
分的に現れた互いに接続された金属含有成分であって、
その少なくとも一部は前記多結晶酸化反応生成物の形成
中に形成された第一の金属と外的供給源よりの第二の金
属との間に於て前記多結晶酸化反応生成物の形成後に生
じる相互拡散によって前記外的供給源より誘導された互
いに接続された金属含有成分とを含み、前記セラミック
複合体は前記酸化反応時に形成された特性により改質さ
れた一つ又はそれ以上の特性を有している自己支持セラ
ミック複合体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/896,481 US4868143A (en) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | Methods of making ceramic articles with a modified metal-containing component |
| US896481 | 1986-08-13 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6350360A JPS6350360A (ja) | 1988-03-03 |
| JP2505209B2 true JP2505209B2 (ja) | 1996-06-05 |
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ID=25406292
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62188708A Expired - Fee Related JP2505209B2 (ja) | 1986-08-13 | 1987-07-28 | 自己支持セラミック塊及びその製造方法 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0256963B1 (ja) |
| JP (1) | JP2505209B2 (ja) |
| KR (1) | KR950002337B1 (ja) |
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| BR (1) | BR8703516A (ja) |
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| CS (1) | CS275799B6 (ja) |
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| DK (1) | DK165502C (ja) |
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| GR (1) | GR3004021T3 (ja) |
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| NZ (1) | NZ220947A (ja) |
| PH (1) | PH25041A (ja) |
| PL (1) | PL155243B1 (ja) |
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