JP2505211B2 - 自己支持セラミック構造及びその製造方法 - Google Patents
自己支持セラミック構造及びその製造方法Info
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- JP2505211B2 JP2505211B2 JP62209118A JP20911887A JP2505211B2 JP 2505211 B2 JP2505211 B2 JP 2505211B2 JP 62209118 A JP62209118 A JP 62209118A JP 20911887 A JP20911887 A JP 20911887A JP 2505211 B2 JP2505211 B2 JP 2505211B2
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
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- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
- C04B35/652—Directional oxidation or solidification, e.g. Lanxide process
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/12—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on oxides
Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、新規な自己支持セラミック物体と、一体の
第一領域及び終端領域を有し、後者の領域が前者の領域
よりも細かいクリスタライト構造を呈する多結晶性材料
を形成するべく溶融親金属の酸化により新規な自己支持
セラミック物体を製造するための方法とに係る。
第一領域及び終端領域を有し、後者の領域が前者の領域
よりも細かいクリスタライト構造を呈する多結晶性材料
を形成するべく溶融親金属の酸化により新規な自己支持
セラミック物体を製造するための方法とに係る。
本願の譲受人に譲渡された特許出願及び従来の技術説明 本願の対象は、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡さ
れたいずれも“新規なセラミック材料及びその製造方
法”という名称の昭和60年３月15日付け特願昭60−0521
70号の一部継続出願である1985年９月17日付け米国特許
出願第776,964号の一部継続出願である1986年１月15日
付け米国特許出願第818,943号明細書に一般的に開示さ
れている。これらの特許出願明細書には、親金属前駆物
質から酸化反応生成物として成長させられた自己支持セ
ラミック物体を製造する方法が開示されている。溶融親
金属が、酸化反応生成物を形成するべく、気相酸化体と
反応させられ、また金属が酸化体に向けて酸化反応生成
物を通じて移行し、それにより、相互結合された金属成
分及び（又は）相互結合された多孔性を有するものとし
て製造され得るセラミック多結晶性物体を連続的に成長
させる。プロセスは、空気中で酸化されるアルミニウム
の場合のように、合金化されたドーパントの使用により
高められ得る。この方法は、“自己支持セラミック材料
の製造方法”という名称の1984年７月20日付け米国特許
出願第632,636号の一部継続出願である本願の譲受人と
同一の譲受人に譲渡された昭和60年７月19日付け特願昭
60−158441号明細書に開示されているように前駆物質金
属の表面に施された外部ドーパントの使用により改良さ
れた。
れたいずれも“新規なセラミック材料及びその製造方
法”という名称の昭和60年３月15日付け特願昭60−0521
70号の一部継続出願である1985年９月17日付け米国特許
出願第776,964号の一部継続出願である1986年１月15日
付け米国特許出願第818,943号明細書に一般的に開示さ
れている。これらの特許出願明細書には、親金属前駆物
質から酸化反応生成物として成長させられた自己支持セ
ラミック物体を製造する方法が開示されている。溶融親
金属が、酸化反応生成物を形成するべく、気相酸化体と
反応させられ、また金属が酸化体に向けて酸化反応生成
物を通じて移行し、それにより、相互結合された金属成
分及び（又は）相互結合された多孔性を有するものとし
て製造され得るセラミック多結晶性物体を連続的に成長
させる。プロセスは、空気中で酸化されるアルミニウム
の場合のように、合金化されたドーパントの使用により
高められ得る。この方法は、“自己支持セラミック材料
の製造方法”という名称の1984年７月20日付け米国特許
出願第632,636号の一部継続出願である本願の譲受人と
同一の譲受人に譲渡された昭和60年７月19日付け特願昭
60−158441号明細書に開示されているように前駆物質金
属の表面に施された外部ドーパントの使用により改良さ
れた。
本願の対象は、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡さ
れた“複合セラミック物品及びその製造方法”という名
称の昭和61年２月４日付け特願昭61−022784号の対象に
も係る。この明細書には、充填剤の透過性の塊の中へ親
金属から酸化反応生成物を成長させることにより自己支
持セラミック複合物を製造するための新規な方法が開示
されている。
れた“複合セラミック物品及びその製造方法”という名
称の昭和61年２月４日付け特願昭61−022784号の対象に
も係る。この明細書には、充填剤の透過性の塊の中へ親
金属から酸化反応生成物を成長させることにより自己支
持セラミック複合物を製造するための新規な方法が開示
されている。
本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された米国特許出
願第861,024号明細書に開示されているように、バリヤ
ー手段が、気相酸化体がセラミック構造の生成に使用さ
れる時にバリヤーを越える酸化反応生成物の成長を禁止
するべく、充填剤材料又はプレフォームと組み合わせて
使用され得る。このバリヤーは郭定された境界を有する
セラミック構造の生成を容易にする。適当なバリヤー手
段は、本発明のプロセス条件のもとに或る程度の不変性
を保ち、揮発性でなく、また好ましくは気相酸化体に対
して透過性であり、他方に於いて酸化反応生成物の成長
の継続を局所的に禁止、妨害、停止又は阻止し得る任意
の材料、化合物、元素、複合物などであってよい。アル
ミニウム親金属と共に使用するための適当なバリヤー
は、典型的に充填剤材料の表面にスラリー又はペースト
として施され得る硫酸カルシウム（パリーのプラスタ
ー）、ケイ酸カルシウム及びポートランドセメント及び
それらの混合物を含んでいる。これらのバリヤー手段
は、バリヤー手段の多孔性及び透過性を増すため、加熱
時に消去される適当な可燃性又は揮発性材料又は加熱時
に分解する材料を含んでいてよい。さらに、バリヤー手
段は、さもなければプロセスの間に生起し得る収縮又は
ひび割れを減ずる適当な耐熱性粒子を含んでいてよい。
充填剤のそれと実質的に同一の熱膨張係数を有するこの
ような粒子は特に望ましい。例えば、もしプレフォーム
がアルミニウムを含んでおり、また結果として得られる
セラミックがアルミナを含んでいるならば、バリヤー
は、望ましくは約20〜1000のメッシュ寸法のアルミナ粒
子（もっと細かくてもよい）を混合され得る。他の適当
なバリヤーは、気相酸化体が床を透過して溶融前駆物質
金属と接触するのを許すべく少なくとも一端で開いてい
る耐熱性セラミックス又は金属シースを含んでいる。
願第861,024号明細書に開示されているように、バリヤ
ー手段が、気相酸化体がセラミック構造の生成に使用さ
れる時にバリヤーを越える酸化反応生成物の成長を禁止
するべく、充填剤材料又はプレフォームと組み合わせて
使用され得る。このバリヤーは郭定された境界を有する
セラミック構造の生成を容易にする。適当なバリヤー手
段は、本発明のプロセス条件のもとに或る程度の不変性
を保ち、揮発性でなく、また好ましくは気相酸化体に対
して透過性であり、他方に於いて酸化反応生成物の成長
の継続を局所的に禁止、妨害、停止又は阻止し得る任意
の材料、化合物、元素、複合物などであってよい。アル
ミニウム親金属と共に使用するための適当なバリヤー
は、典型的に充填剤材料の表面にスラリー又はペースト
として施され得る硫酸カルシウム（パリーのプラスタ
ー）、ケイ酸カルシウム及びポートランドセメント及び
それらの混合物を含んでいる。これらのバリヤー手段
は、バリヤー手段の多孔性及び透過性を増すため、加熱
時に消去される適当な可燃性又は揮発性材料又は加熱時
に分解する材料を含んでいてよい。さらに、バリヤー手
段は、さもなければプロセスの間に生起し得る収縮又は
ひび割れを減ずる適当な耐熱性粒子を含んでいてよい。
充填剤のそれと実質的に同一の熱膨張係数を有するこの
ような粒子は特に望ましい。例えば、もしプレフォーム
がアルミニウムを含んでおり、また結果として得られる
セラミックがアルミナを含んでいるならば、バリヤー
は、望ましくは約20〜1000のメッシュ寸法のアルミナ粒
子（もっと細かくてもよい）を混合され得る。他の適当
なバリヤーは、気相酸化体が床を透過して溶融前駆物質
金属と接触するのを許すべく少なくとも一端で開いてい
る耐熱性セラミックス又は金属シースを含んでいる。
本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された前記の特許
出願の明細書のすべての開示内容を参照によりここに組
み入れたものとする。
出願の明細書のすべての開示内容を参照によりここに組
み入れたものとする。
本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡されたこれらの特
許出願明細書の各々に共通なことは、酸化反応生成物
と、オプションとして、親金属前駆物質の一つ又はそれ
以上の非酸化成分又は空隙又はこれらの双方とを含んで
いるセラミック構造の実施例が開示されていることであ
る。酸化反応生成物は、金属相の部分的又はほぼ完全な
置換であってよい相互結合された多孔性を呈する。相互
結合された多孔性は、酸化反応生成物が形成される温
度、酸化反応が進行を許される時間、親金属の成分、ド
ーパント材料の存在などのような因子に大きく関係す
る。相互結合された多孔性のいくつかはセラミック構造
の外側表面から近接可能であってよく、又は機械加工、
切断、研削、破断などのようなプロセス後の加工により
近接可能にされている。
許出願明細書の各々に共通なことは、酸化反応生成物
と、オプションとして、親金属前駆物質の一つ又はそれ
以上の非酸化成分又は空隙又はこれらの双方とを含んで
いるセラミック構造の実施例が開示されていることであ
る。酸化反応生成物は、金属相の部分的又はほぼ完全な
置換であってよい相互結合された多孔性を呈する。相互
結合された多孔性は、酸化反応生成物が形成される温
度、酸化反応が進行を許される時間、親金属の成分、ド
ーパント材料の存在などのような因子に大きく関係す
る。相互結合された多孔性のいくつかはセラミック構造
の外側表面から近接可能であってよく、又は機械加工、
切断、研削、破断などのようなプロセス後の加工により
近接可能にされている。
発明の概要 本発明は、新たに形成された多結晶性材料及び酸化体
の界面に於ける酸化反応領域への溶融金属の供給の減衰
又は中断という表面上望ましくない条件が、酸化可能な
親金属の適当な供給が酸化反応領域のなかに維持されて
いさえすれば、二領域の多結晶性材料を形成するのに利
用され得るという認識を含んでいる。
の界面に於ける酸化反応領域への溶融金属の供給の減衰
又は中断という表面上望ましくない条件が、酸化可能な
親金属の適当な供給が酸化反応領域のなかに維持されて
いさえすれば、二領域の多結晶性材料を形成するのに利
用され得るという認識を含んでいる。
こうして、本発明の一つの局面によれば、第一領域
と、前記第一領域と一体であるが組成及びミクロ構造の
一方又は双方に関して前記第一領域と異なっている終端
領域とから成る、多結晶性材料、例えばαアルミナ、を
含んでいる自己支持セラミック構造の製造方法が提案さ
れる。この方法は下記の過程により実行される。溶融親
金属の物体を形成するべく、親金属の融点よりも高く但
し酸化反応生成物の融点よりも低い温度範囲に親金属が
加熱される。その温度範囲内で、酸化反応生成物を形成
するべく、溶融親金属の物体が酸化体と反応させられ、
また、物体から酸化反応生成物を通じてまた酸化体に向
けて溶融親金属を漸進的に輸送するべく、最初に酸化反
応生成物の少なくとも一部分が、溶融親金属の物体及び
酸化体と接触し且つそれらの間に位置する状態に保たれ
る。こうして、酸化反応生成物が酸化体と先に形成され
た酸化反応生成物との間の界面に形成し続け、それによ
り最初は相互結合された親金属を含んでいる酸化反応生
成物の漸進的に厚みを増す第一領域を形成する。物体か
らの溶融親金属の上記の輸送が減衰又は中断され、また
その後に、終端領域として表面上に酸化反応生成物を形
成するべく、相互結合された溶融親金属を前記第一領域
からその表面に向けて輸送するのに十分な時間にわた
り、上記温度範囲内で反応が継続される。
と、前記第一領域と一体であるが組成及びミクロ構造の
一方又は双方に関して前記第一領域と異なっている終端
領域とから成る、多結晶性材料、例えばαアルミナ、を
含んでいる自己支持セラミック構造の製造方法が提案さ
れる。この方法は下記の過程により実行される。溶融親
金属の物体を形成するべく、親金属の融点よりも高く但
し酸化反応生成物の融点よりも低い温度範囲に親金属が
加熱される。その温度範囲内で、酸化反応生成物を形成
するべく、溶融親金属の物体が酸化体と反応させられ、
また、物体から酸化反応生成物を通じてまた酸化体に向
けて溶融親金属を漸進的に輸送するべく、最初に酸化反
応生成物の少なくとも一部分が、溶融親金属の物体及び
酸化体と接触し且つそれらの間に位置する状態に保たれ
る。こうして、酸化反応生成物が酸化体と先に形成され
た酸化反応生成物との間の界面に形成し続け、それによ
り最初は相互結合された親金属を含んでいる酸化反応生
成物の漸進的に厚みを増す第一領域を形成する。物体か
らの溶融親金属の上記の輸送が減衰又は中断され、また
その後に、終端領域として表面上に酸化反応生成物を形
成するべく、相互結合された溶融親金属を前記第一領域
からその表面に向けて輸送するのに十分な時間にわた
り、上記温度範囲内で反応が継続される。
本発明の他の局面では、反応は少なくとも溶融親金属
が消耗するまで継続される。
が消耗するまで継続される。
本発明の他の局面では、第一領域の少なくとも一部分
が第一反応段階で形成される。反応は次いで、第一領域
材料が親金属の物体から隔てられる中間段階の間、中断
される。中間段階の後に、終端領域が第二反応段階で形
成される。
が第一反応段階で形成される。反応は次いで、第一領域
材料が親金属の物体から隔てられる中間段階の間、中断
される。中間段階の後に、終端領域が第二反応段階で形
成される。
本発明の他の局面では、充填剤の塊と親金属及び結果
として得られた多結晶性材料の一方又は双方とは、多結
晶性材料が充填剤に向かってまたその中へ成長するよう
に、互いに相対的に向けられる。こうして、充填剤の少
なくとも一部分が、セラミック複合物物体としてセラミ
ック構造を形成するべく、多結晶性材料により埋め込ま
れる。
として得られた多結晶性材料の一方又は双方とは、多結
晶性材料が充填剤に向かってまたその中へ成長するよう
に、互いに相対的に向けられる。こうして、充填剤の少
なくとも一部分が、セラミック複合物物体としてセラミ
ック構造を形成するべく、多結晶性材料により埋め込ま
れる。
また、本発明によれば、第一領域及びそれと一体の終
端領域を有する、多結晶性材料、例えばαアルミナを含
んでいる自己支持セラミック構造が提案される。終端領
域は組成及びミクロ構造の一方又は双方に関して第一領
域と異なっている。
端領域を有する、多結晶性材料、例えばαアルミナを含
んでいる自己支持セラミック構造が提案される。終端領
域は組成及びミクロ構造の一方又は双方に関して第一領
域と異なっている。
本発明の一つの局面では、終端領域は表皮層を含んで
おり、また第一領域は、第一領域よりも細かいミクロ構
造を有していてよい終端領域により覆われている基体を
含んでいる。
おり、また第一領域は、第一領域よりも細かいミクロ構
造を有していてよい終端領域により覆われている基体を
含んでいる。
本発明の他の局面では、第一領域及び終端領域の少な
くとも一方は充填剤を埋め込んでいる。例えば、第一領
域及び終端領域の各々が充填剤を埋め込んでいてよく、
またこのような場合には、オプションとして、第一領域
は第一充填剤を埋め込んでいてよく、また終端領域は第
一充填剤と異なる第二充填剤を埋め込んでいてよい。
くとも一方は充填剤を埋め込んでいる。例えば、第一領
域及び終端領域の各々が充填剤を埋め込んでいてよく、
またこのような場合には、オプションとして、第一領域
は第一充填剤を埋め込んでいてよく、また終端領域は第
一充填剤と異なる第二充填剤を埋め込んでいてよい。
本発明の他の局面は、本発明及びその好ましい実施例
についての以下の詳細な説明から明らかになろう。
についての以下の詳細な説明から明らかになろう。
本明細書中で使用される下記の用語は下記のように定
義されている。
義されている。
“セラミック”とは、古典的な意味、すなわち完全に
非金属又は無機材料から成っているという意味でのセラ
ミック物体に限定されるものとして不当に解釈されるべ
きではなく、親金属から誘導された、又は酸化体から又
はドーパントにより生成された一つ又はそれ以上の金属
成分を少量又は実質的な量で、最も典型的に約１〜40％
（体積百分率）の範囲内で又はさらに大きな割合を含ん
でいるとしても、組成又は支配的特性に関して優勢にセ
ラミックである物体を指している。
非金属又は無機材料から成っているという意味でのセラ
ミック物体に限定されるものとして不当に解釈されるべ
きではなく、親金属から誘導された、又は酸化体から又
はドーパントにより生成された一つ又はそれ以上の金属
成分を少量又は実質的な量で、最も典型的に約１〜40％
（体積百分率）の範囲内で又はさらに大きな割合を含ん
でいるとしても、組成又は支配的特性に関して優勢にセ
ラミックである物体を指している。
“酸化反応生成物”とは、一般的に、金属が電子を他
の元素、化合物又はそれらの組合わせに供与し又はそれ
らと共有した任意の酸化状態での一つ又はそれ以上の金
属を意味する。従って、この定義による“酸化反応生成
物”は酸化体による一つ又はそれ以上の金属の反応の生
成物を含んでいる。
の元素、化合物又はそれらの組合わせに供与し又はそれ
らと共有した任意の酸化状態での一つ又はそれ以上の金
属を意味する。従って、この定義による“酸化反応生成
物”は酸化体による一つ又はそれ以上の金属の反応の生
成物を含んでいる。
“酸化体”とは、一つ又はそれ以上の適当な電子受容
体又は電子共有体を意味し、またセラミック成長のため
のプロセス条件に於いて固体、液体又は気体（蒸気）又
はこれらのいくつかの組み合わせ（例えば固体及び気
体）であってよい。
体又は電子共有体を意味し、またセラミック成長のため
のプロセス条件に於いて固体、液体又は気体（蒸気）又
はこれらのいくつかの組み合わせ（例えば固体及び気
体）であってよい。
“親金属”とは、多結晶性反応生成物に対する前駆物
質である金属、例えばアルミニウムを指し、また比較的
純粋な金属、不純物及び（又は）合金化成分を含有する
商業的に入手可能な金属としてその金属、又はその金属
前駆物質が主成分である合金を含んでいる。また特定の
金属が親金属、例えばアルミニウムとして述べられる
時、アイデイティファイされた金属が、それとは別に文
脈中で指示されないかぎり、この定義で解されるべきで
ある。例えば、アルミニウムが親金属である時、アルミ
ニウムは比較的純粋な金属（例えば市販品として入手可
能な99.7％純度のアルミニウム）又は重量百分率で約１
％のシリコン＋鉄の公称不純物を有する1100アルミニウ
ム又は例えば5052のようなアルミニウム合金であってよ
い。
質である金属、例えばアルミニウムを指し、また比較的
純粋な金属、不純物及び（又は）合金化成分を含有する
商業的に入手可能な金属としてその金属、又はその金属
前駆物質が主成分である合金を含んでいる。また特定の
金属が親金属、例えばアルミニウムとして述べられる
時、アイデイティファイされた金属が、それとは別に文
脈中で指示されないかぎり、この定義で解されるべきで
ある。例えば、アルミニウムが親金属である時、アルミ
ニウムは比較的純粋な金属（例えば市販品として入手可
能な99.7％純度のアルミニウム）又は重量百分率で約１
％のシリコン＋鉄の公称不純物を有する1100アルミニウ
ム又は例えば5052のようなアルミニウム合金であってよ
い。
発明及び好ましい実施例の詳細な説明 本発明の方法によれば、自己支持セラミック構造は第
一領域と、組成のクリスタライト構造の一方又は双方に
関して第一領域と異なる終端領域とを有するものとして
製造される。例えば、終端領域は第一領域にくらべて、
たとい両領域の組成が類似又は実質的に同一である場合
にも、高いロックウル硬度及び細かいクリスタライトの
ミクロ構造を有し得る。第一領域と終端領域との間の差
は、本発明に従って製造されたセラミック構造の断面を
検査することにより明白に識別可能である。終端領域
は、肉眼により又は拡大して容易に観察可能なように、
第一領域に対して対照的な別の領域として見える。終端
領域は、終端領域にくらべて大きいクリスタライト粒子
寸法及び大きい空隙又は金属混在物又はこれらの双方を
呈する第一領域よりも大きい密度の外観を与える（実際
にもそうであり得る）。第一領域は、比較的粒子が細か
くまた外観が密である終端領域にくらべて一般にり粗
い、開いた構造を有する。セラミック構造の断面で、終
端領域は通常、第一領域のコア又は基体の上の密な表面
層として見える。
一領域と、組成のクリスタライト構造の一方又は双方に
関して第一領域と異なる終端領域とを有するものとして
製造される。例えば、終端領域は第一領域にくらべて、
たとい両領域の組成が類似又は実質的に同一である場合
にも、高いロックウル硬度及び細かいクリスタライトの
ミクロ構造を有し得る。第一領域と終端領域との間の差
は、本発明に従って製造されたセラミック構造の断面を
検査することにより明白に識別可能である。終端領域
は、肉眼により又は拡大して容易に観察可能なように、
第一領域に対して対照的な別の領域として見える。終端
領域は、終端領域にくらべて大きいクリスタライト粒子
寸法及び大きい空隙又は金属混在物又はこれらの双方を
呈する第一領域よりも大きい密度の外観を与える（実際
にもそうであり得る）。第一領域は、比較的粒子が細か
くまた外観が密である終端領域にくらべて一般にり粗
い、開いた構造を有する。セラミック構造の断面で、終
端領域は通常、第一領域のコア又は基体の上の密な表面
層として見える。
終端領域が形成される条件は、先に形成された多結晶
性材料の表面上に追加的な多結晶性材料を酸化体との酸
化反応により形成するべく多結晶性材料を通じて引かれ
るのに利用可能な溶融親金属の供給が成長減速レベルと
呼ばれ得る或るレベルまで（又はそれ以下に）減衰され
又は完全に中断される時に生ずる。
性材料の表面上に追加的な多結晶性材料を酸化体との酸
化反応により形成するべく多結晶性材料を通じて引かれ
るのに利用可能な溶融親金属の供給が成長減速レベルと
呼ばれ得る或るレベルまで（又はそれ以下に）減衰され
又は完全に中断される時に生ずる。
成長減速レベルが第一領域の所与の帯域で到達される
時点は、溶融親金属の物体からその帯域への溶融親金属
の供給が、溶融親金属の物体からその帯域への移動の経
路の中断もしくは溶融親金属の物体の消耗又は除去によ
り絶たれる時点であると信ぜられる。この時、溶融親金
属を酸化体との界面へ輸送する毛管力は減ぜられ、ま
た、もしさらに多結晶性材料の成長が生ずるならば、そ
の成長は、比較的少ない酸化可能な親金属が酸化反応生
成物の所与の範囲を湿潤させるのに利用可能である低エ
ネルギー条件のもとに生ずると推定される。従って、酸
化反応生成物はより密な、より細かい粒子の多結晶性材
料として生成する傾向を有し、このような多結晶性材料
のなかでは、酸化体との界面へ溶融親金属を輸送するた
めの流路が第一領域中の流路よりも小さい断面積を有す
る。流路の断面積が減ぜられれば、弱められた毛管力に
よっても流路を通じての金属の輸送が許される。
時点は、溶融親金属の物体からその帯域への溶融親金属
の供給が、溶融親金属の物体からその帯域への移動の経
路の中断もしくは溶融親金属の物体の消耗又は除去によ
り絶たれる時点であると信ぜられる。この時、溶融親金
属を酸化体との界面へ輸送する毛管力は減ぜられ、ま
た、もしさらに多結晶性材料の成長が生ずるならば、そ
の成長は、比較的少ない酸化可能な親金属が酸化反応生
成物の所与の範囲を湿潤させるのに利用可能である低エ
ネルギー条件のもとに生ずると推定される。従って、酸
化反応生成物はより密な、より細かい粒子の多結晶性材
料として生成する傾向を有し、このような多結晶性材料
のなかでは、酸化体との界面へ溶融親金属を輸送するた
めの流路が第一領域中の流路よりも小さい断面積を有す
る。流路の断面積が減ぜられれば、弱められた毛管力に
よっても流路を通じての金属の輸送が許される。
終端領域が第一領域からの鮮明な境界を示すという事
実は、第一領域の材料の形成から終端領域の多結晶性材
料の形成へ転換させる（成長を減速させる）反応条件の
変化が突変的に生ずることを示唆する。このような変化
が突変的に生ずることは、溶融親金属の連続的輸送の減
衰又は中断が成長を減速させる反応条件の変化であると
いう推論と矛盾しない。なぜならば、このような減衰又
は中断は突然に生ずると考えられるからである。例え
ば、溶融親金属の物体の消耗は自動車に於ける燃料の使
い尽くしに類似している。作動は燃料供給が消滅するま
で又はエンジンへの燃料供給が突然に中断されるほど低
くなるまでは正常又はほぼ正常である。溶融金属の連続
的供給の突然の中断は、溶融親金属の物体の消耗なし
に、溶融親金属の物体から酸化体界面への溶融金属の移
動経路の閉塞によっても生じ得る。これは、溶融親金属
の物体が、たとえ消耗していなくても、枯渇化されてお
り、また少なくともその一部分が、成長している多結晶
性材料と接触している状態から外れて沈下する時に生じ
得る。例えば、沈下している溶融親金属の物体は、周縁
に於いてのみ該物体と接触している状態に留まっている
多結晶性材料のアーチから離れ得る。その結果として多
結晶性材料と親金属の物体との間の接触面積が減少する
と、溶融金属の供給が減衰し得る。
実は、第一領域の材料の形成から終端領域の多結晶性材
料の形成へ転換させる（成長を減速させる）反応条件の
変化が突変的に生ずることを示唆する。このような変化
が突変的に生ずることは、溶融親金属の連続的輸送の減
衰又は中断が成長を減速させる反応条件の変化であると
いう推論と矛盾しない。なぜならば、このような減衰又
は中断は突然に生ずると考えられるからである。例え
ば、溶融親金属の物体の消耗は自動車に於ける燃料の使
い尽くしに類似している。作動は燃料供給が消滅するま
で又はエンジンへの燃料供給が突然に中断されるほど低
くなるまでは正常又はほぼ正常である。溶融金属の連続
的供給の突然の中断は、溶融親金属の物体の消耗なし
に、溶融親金属の物体から酸化体界面への溶融金属の移
動経路の閉塞によっても生じ得る。これは、溶融親金属
の物体が、たとえ消耗していなくても、枯渇化されてお
り、また少なくともその一部分が、成長している多結晶
性材料と接触している状態から外れて沈下する時に生じ
得る。例えば、沈下している溶融親金属の物体は、周縁
に於いてのみ該物体と接触している状態に留まっている
多結晶性材料のアーチから離れ得る。その結果として多
結晶性材料と親金属の物体との間の接触面積が減少する
と、溶融金属の供給が減衰し得る。
こうして第一領域への親金属輸送の減衰又は中断は溶
融親金属の物体の消耗又は枯渇により生じ得る。また、
これはいくつかの場合には、セラミック構造の上に熱的
領域を形成する満足な方法であり得る。しかし、所望の
量の第一領域の多結晶性材料の形成の後に、但し親金属
の物体の消耗又は（成長を減速する）枯渇化の前に、酸
化反応を中断することにより本プロセスの優れた制御を
行う好ましい作動方法がある。例えば、プロセスの第一
の反応段階の間に、所望の寸法の第一領域が成長し終わ
っているが溶融親金属の十分な供給がまだ溶融金属の物
体から第一領域へ連続的に行われるている時に、炉温度
が反応温度よりも低い温度に下げられ（例えば安全に遮
断され）、また親金属及び第一領域の多結晶性材料の組
立体が冷却を許され得る。再凝固した親金属の物体は次
いで第一領域の多結晶性材料から離され、また後者が次
いで酸化体の存在下にプロセス温度に再加熱される。こ
うして第一領域がその前駆物質親金属から離されると、
そのなかに含まれている相互結合された親金属は、前記
のように、終端領域を形成するべく酸化体と反応する。
この段階的な仕方（第一反応段階、中間段階及び第二反
応段階）でプロセスを進行させることにより、多結晶性
材料の成長の所望の段階で溶融金属の輸送を減衰又は中
断させるのに最初に用意しなければならない親金属の量
を正確に計算しようと試みる必要性が避けられる。さら
に、この段階的な作動の仕方により、終端領域を形成す
るべく反応する第二段階に先立って所望の寸法及び形状
に第一領域の多結晶性材料の切断、研削、機械加工又は
他の形状付与を行うことが可能にされる。
融親金属の物体の消耗又は枯渇により生じ得る。また、
これはいくつかの場合には、セラミック構造の上に熱的
領域を形成する満足な方法であり得る。しかし、所望の
量の第一領域の多結晶性材料の形成の後に、但し親金属
の物体の消耗又は（成長を減速する）枯渇化の前に、酸
化反応を中断することにより本プロセスの優れた制御を
行う好ましい作動方法がある。例えば、プロセスの第一
の反応段階の間に、所望の寸法の第一領域が成長し終わ
っているが溶融親金属の十分な供給がまだ溶融金属の物
体から第一領域へ連続的に行われるている時に、炉温度
が反応温度よりも低い温度に下げられ（例えば安全に遮
断され）、また親金属及び第一領域の多結晶性材料の組
立体が冷却を許され得る。再凝固した親金属の物体は次
いで第一領域の多結晶性材料から離され、また後者が次
いで酸化体の存在下にプロセス温度に再加熱される。こ
うして第一領域がその前駆物質親金属から離されると、
そのなかに含まれている相互結合された親金属は、前記
のように、終端領域を形成するべく酸化体と反応する。
この段階的な仕方（第一反応段階、中間段階及び第二反
応段階）でプロセスを進行させることにより、多結晶性
材料の成長の所望の段階で溶融金属の輸送を減衰又は中
断させるのに最初に用意しなければならない親金属の量
を正確に計算しようと試みる必要性が避けられる。さら
に、この段階的な作動の仕方により、終端領域を形成す
るべく反応する第二段階に先立って所望の寸法及び形状
に第一領域の多結晶性材料の切断、研削、機械加工又は
他の形状付与を行うことが可能にされる。
バリヤー手段は、オプションによる形状及び寸法を有
する第一領域の多結晶性材料の表面の選択された部分に
施され得る。前記のように、バリヤー手段は、それが施
されている範囲内で終端領域の生成を妨げる。従って、
パリーのプラスター又はポートランドセメントなどの層
のようなバリヤー手段は第一領域の多結晶性材料に所望
のパターンで施され、それにより形成される終端領域の
パターンを制御し得る。代替的に、終端領域が第一領域
の多結晶性材料の全表面を実質的に覆って形成され得
る。
する第一領域の多結晶性材料の表面の選択された部分に
施され得る。前記のように、バリヤー手段は、それが施
されている範囲内で終端領域の生成を妨げる。従って、
パリーのプラスター又はポートランドセメントなどの層
のようなバリヤー手段は第一領域の多結晶性材料に所望
のパターンで施され、それにより形成される終端領域の
パターンを制御し得る。代替的に、終端領域が第一領域
の多結晶性材料の全表面を実質的に覆って形成され得
る。
第一領域の材料又はその一部分は切断、研削、のこ引
き、破断又は任意の他の適当あ仕方で親金属から離され
得る。離された第一領域の材料は第二反応段階の開始前
に任意の所望の形状又はジオメトリに形状付与され得
る。本明細書中で使用されている第一領域の多結晶性材
料の“形状付与”という用語は、限定なしに、切断、研
削、のこ引き、たがね加工、ドリル加工、機械加工又は
研磨又はそれらの任意の組み合わせを含む任意の手段に
よる形状付与を含んでいる。もちろん、第一領域の多結
晶性材料は、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された
特許出願のいくつか、例えば前記の米国特許出願第861,
024号（バリヤー手段）、第823,542号（逆形状複製）又
は第896,157号（表面形状複製）に開示されている方法
の一つ又はそれ以上の使用により所望の形状に最初に成
長させられ得る。このような場合には、上記の方法の一
つ又はそれ以上により所望の予め選定されたジオメトリ
に成長させられている第一領域の多結晶性材料は、補足
的な形状付与を必要としない。代替的に、このような制
御された輪郭を有する第一領域の材料は上記のように一
つ又はそれ以上の形状付与加工により仕上げ又は修正さ
れ得る。
き、破断又は任意の他の適当あ仕方で親金属から離され
得る。離された第一領域の材料は第二反応段階の開始前
に任意の所望の形状又はジオメトリに形状付与され得
る。本明細書中で使用されている第一領域の多結晶性材
料の“形状付与”という用語は、限定なしに、切断、研
削、のこ引き、たがね加工、ドリル加工、機械加工又は
研磨又はそれらの任意の組み合わせを含む任意の手段に
よる形状付与を含んでいる。もちろん、第一領域の多結
晶性材料は、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された
特許出願のいくつか、例えば前記の米国特許出願第861,
024号（バリヤー手段）、第823,542号（逆形状複製）又
は第896,157号（表面形状複製）に開示されている方法
の一つ又はそれ以上の使用により所望の形状に最初に成
長させられ得る。このような場合には、上記の方法の一
つ又はそれ以上により所望の予め選定されたジオメトリ
に成長させられている第一領域の多結晶性材料は、補足
的な形状付与を必要としない。代替的に、このような制
御された輪郭を有する第一領域の材料は上記のように一
つ又はそれ以上の形状付与加工により仕上げ又は修正さ
れ得る。
本発明は以下に特に親金属としてアルミニウムを使用
するものとして説明されているが、シリコン、チタン、
スズ、ジルコニウム及びハフニウムのような他の親金属
も応用可能であることは理解されよう。
するものとして説明されているが、シリコン、チタン、
スズ、ジルコニウム及びハフニウムのような他の親金属
も応用可能であることは理解されよう。
本発明の特徴及び利点は以下の例から一層明らかにな
ろう。なお以下の例は例示に過ぎず、それによって本発
明の範囲が限定されるものではない。また、すべての部
及び百分率は、別に記載されていないかぎり、重量に関
するものである。
ろう。なお以下の例は例示に過ぎず、それによって本発
明の範囲が限定されるものではない。また、すべての部
及び百分率は、別に記載されていないかぎり、重量に関
するものである。
例１ 直径１インチ（2.54cm）、高さ7/8インチ（2.22cm）
のBelmont Metals,Inc.から市販品として入手可能な3.8
％の銅、１％の鉄、0.10％以下のマグネシウム、0.41％
のマンガン、0.029％のニッケル、8.41％のシリコン及
び2.28％の亜鉛を公称組成として含んでいる380.1アル
ミニウム合金の円筒状インゴットがアルミナ（Norton C
o.からのE1アランダム、90メッシュ）の床のなかに、イ
ンゴットの円筒状頂面が大気に露出され且つ床と実質的
に同一面となるように埋められた。合金は空気雰囲気中
で48時間にわたり1100℃の設定温度で加熱された。
のBelmont Metals,Inc.から市販品として入手可能な3.8
％の銅、１％の鉄、0.10％以下のマグネシウム、0.41％
のマンガン、0.029％のニッケル、8.41％のシリコン及
び2.28％の亜鉛を公称組成として含んでいる380.1アル
ミニウム合金の円筒状インゴットがアルミナ（Norton C
o.からのE1アランダム、90メッシュ）の床のなかに、イ
ンゴットの円筒状頂面が大気に露出され且つ床と実質的
に同一面となるように埋められた。合金は空気雰囲気中
で48時間にわたり1100℃の設定温度で加熱された。
上記のような酸化反応時のインゴットに対する百分率
重量利得は158％であった。
重量利得は158％であった。
多結晶性材料の酸化反応生成物（αアルミナ）が形成
されたが、得られた生成物を切断し、切断面を機械的に
研磨した面を検査したところ、第一領域の材料の上に終
端領域の表皮層の生成は認められなかった。表皮層が存
在しないことの確認は顕微鏡写真（第１図）により行わ
れた。
されたが、得られた生成物を切断し、切断面を機械的に
研磨した面を検査したところ、第一領域の材料の上に終
端領域の表皮層の生成は認められなかった。表皮層が存
在しないことの確認は顕微鏡写真（第１図）により行わ
れた。
例２ 直径１インチ（2.54cm）、高さ7/8インチ（2.22cm）
の10％のシリコン及び３％のマグネシウムをアルミニウ
ム合金の円筒状インゴットがアルミナ（E1アランダム、
90メッシュ）の床のなかに、インゴットの円筒状頂面が
大気に露出され且つ床と実質的に同一面となるように埋
められた。合金は空気雰囲気中で48時間にわたり1200℃
の設定温度で加熱された。
の10％のシリコン及び３％のマグネシウムをアルミニウ
ム合金の円筒状インゴットがアルミナ（E1アランダム、
90メッシュ）の床のなかに、インゴットの円筒状頂面が
大気に露出され且つ床と実質的に同一面となるように埋
められた。合金は空気雰囲気中で48時間にわたり1200℃
の設定温度で加熱された。
上記のような酸化反応時のインゴットに対する百分率
重量利得は141％であった。
重量利得は141％であった。
多結晶性材料の酸化反応生成物（αアルミナ）が形成
されたが、得られた生成物を切断し、切断面を機械的に
研磨した面を検査したところ、第一領域の材料の上に終
端領域の表皮層の生成は認められなかった。表皮層が存
在しないことの確認は光学顕微鏡写真（第２図）により
行われた。
されたが、得られた生成物を切断し、切断面を機械的に
研磨した面を検査したところ、第一領域の材料の上に終
端領域の表皮層の生成は認められなかった。表皮層が存
在しないことの確認は光学顕微鏡写真（第２図）により
行われた。
例３ （公称成分として10.3％のシリコン、0.5％の鉄、0.2
5％の銅、0.1％のマンガン、0.6％のマグネシウム、0.4
〜0.6％のクロム、５〜6.3％の亜鉛及び0.15〜0.25％の
を含有するアルミニウム合金を生ずる）追加的な
10％のシリコンによりさらに合金化された市販品として
入手可能な712アルミニウム合金の円筒状インゴットが
アルミナ（Norton Co.からのE1アランダム、90メッシ
ュ）の床のなかに、インゴットの円筒状頂面が大気に露
出され且つ床と実質的に同一面となるように埋められ
た。合金は空気雰囲気中で48時間にわたり1200℃の設定
温度で加熱された。
5％の銅、0.1％のマンガン、0.6％のマグネシウム、0.4
〜0.6％のクロム、５〜6.3％の亜鉛及び0.15〜0.25％の
を含有するアルミニウム合金を生ずる）追加的な
10％のシリコンによりさらに合金化された市販品として
入手可能な712アルミニウム合金の円筒状インゴットが
アルミナ（Norton Co.からのE1アランダム、90メッシ
ュ）の床のなかに、インゴットの円筒状頂面が大気に露
出され且つ床と実質的に同一面となるように埋められ
た。合金は空気雰囲気中で48時間にわたり1200℃の設定
温度で加熱された。
上記のような酸化反応時のインゴットに対する百分率
重量利得は177％であった。
重量利得は177％であった。
多結晶性材料の酸化反応生成物（αアルミナ）が形成
されたが、得られた生成物を切断し、切断面を機械的に
研磨した面を検査したところ、終端領域の材料の表皮層
の生成は認められなかった。第一領域の材料の上に終端
領域が存在しないことの確認は顕微鏡写真（第３図）に
より行われた。
されたが、得られた生成物を切断し、切断面を機械的に
研磨した面を検査したところ、終端領域の材料の表皮層
の生成は認められなかった。第一領域の材料の上に終端
領域が存在しないことの確認は顕微鏡写真（第３図）に
より行われた。
例４ 直径１インチ（2.54cm）、高さ7/8インチ（2.22cm）
の市販品として入手可能な712アルミニウム合金（0.3％
のシリコンを含有することを除けば、例３で使用された
合金と同一の合金）の円筒状インゴットがアルミナ（No
rton Co.からのE1アランダム、90メッシュ）の床のなか
に、インゴットの円筒状頂面が大気に露出され且つ床と
実質的に同一面となるように埋められた。合金は空気雰
囲気中で48時間にわたり1200℃の設定温度で加熱され
た。
の市販品として入手可能な712アルミニウム合金（0.3％
のシリコンを含有することを除けば、例３で使用された
合金と同一の合金）の円筒状インゴットがアルミナ（No
rton Co.からのE1アランダム、90メッシュ）の床のなか
に、インゴットの円筒状頂面が大気に露出され且つ床と
実質的に同一面となるように埋められた。合金は空気雰
囲気中で48時間にわたり1200℃の設定温度で加熱され
た。
上記のような酸化反応時のインゴットに対する百分率
重量利得は80％であった。
重量利得は80％であった。
得られた生成物を切断し、切断面を機械的に研磨した
面を検査したところ、第一領域の材料の上に密な終端領
域の層の生成が認めらた。生成の確認は顕微鏡写真（第
４図）により行われた。
面を検査したところ、第一領域の材料の上に密な終端領
域の層の生成が認めらた。生成の確認は顕微鏡写真（第
４図）により行われた。
例５ 直径１インチ（2.54cm）、高さ7/8インチ（2.22cm）
の市販品として入手可能な5052合金（0.1％の銅、0.4％
の鉄、2.2〜2.8％のマグネシウム、0.1％のマンガン、
0.25％のシリコン、0.1％の亜鉛及び0.15〜0.35％のク
ロムを含んでいるアルミニウム合金）の円筒状インゴッ
トがアルミニウム（E1アランダム、90メッシュ）の床の
なかに、インゴットの円筒状頂面が大気に露出され且つ
床と実質的に同一面となるように埋められた。合金は空
気雰囲気中で48時間にわたり1200℃の設定温度で加熱さ
れた。
の市販品として入手可能な5052合金（0.1％の銅、0.4％
の鉄、2.2〜2.8％のマグネシウム、0.1％のマンガン、
0.25％のシリコン、0.1％の亜鉛及び0.15〜0.35％のク
ロムを含んでいるアルミニウム合金）の円筒状インゴッ
トがアルミニウム（E1アランダム、90メッシュ）の床の
なかに、インゴットの円筒状頂面が大気に露出され且つ
床と実質的に同一面となるように埋められた。合金は空
気雰囲気中で48時間にわたり1200℃の設定温度で加熱さ
れた。
上記のような酸化反応時のインゴットに対する百分率
重量利得は44％であった。
重量利得は44％であった。
得られた生成物を切断し、切断面を機械的に研磨した
面を検査したところ、密な終端領域の層の生成が認めら
れた。生成の確認は顕微鏡写真（第５図）により行われ
た。
面を検査したところ、密な終端領域の層の生成が認めら
れた。生成の確認は顕微鏡写真（第５図）により行われ
た。
例６ 直径１インチ（2.54cm）、高さ7/8インチ（2.22cm）
の市販品として入手可能な6061合金（0.15％の銅、0.7
％の鉄、0.8〜１％のマグネシウム、0.15％のマンガ
ン、0.4〜0.6％のシリコン、0.15％の亜鉛及び0.15〜0.
35％のクロムを含んでいるアルミニウム合金）の円筒状
インゴットがアルミナ（E1アランダム、90メッシュ）の
床のなかに、インゴットの円筒状頂面が大気に露出され
且つ床と実質的に同一面となるように埋められた。合金
は空気雰囲気中で48時間にわたり1100℃の設定温度で加
熱された。
の市販品として入手可能な6061合金（0.15％の銅、0.7
％の鉄、0.8〜１％のマグネシウム、0.15％のマンガ
ン、0.4〜0.6％のシリコン、0.15％の亜鉛及び0.15〜0.
35％のクロムを含んでいるアルミニウム合金）の円筒状
インゴットがアルミナ（E1アランダム、90メッシュ）の
床のなかに、インゴットの円筒状頂面が大気に露出され
且つ床と実質的に同一面となるように埋められた。合金
は空気雰囲気中で48時間にわたり1100℃の設定温度で加
熱された。
上記のような酸化反応時のインゴットに対する百分率
重量利得は23％であった。
重量利得は23％であった。
得られた生成物を切断し、切断面を機械的に研磨した
面を検査したところ、第一領域である基体の上に密な終
端領域の層の生成が認めらた。生成の確認は顕微鏡写真
（第６図）により行われた。
面を検査したところ、第一領域である基体の上に密な終
端領域の層の生成が認めらた。生成の確認は顕微鏡写真
（第６図）により行われた。
例７ 終端領域層の生成への時間の影響を知るため、市販品
として入手可能な5052アルミニウム合金の長さ９インチ
（22.86cm）、幅２インチ（5.08cm）、厚み1/2インチ
（1.27cm）の７本の棒（試料１〜７）がアルミナ（E1ア
ランダム、90メッシュ）の別々の床のなかに、棒の９×
12インチの面が大気に露出され且つ床と実質的に同一面
となるように埋められた。それぞれの棒はは空気雰囲気
中で、時間を変えて、125℃の反応設定温度で加熱され
た。
として入手可能な5052アルミニウム合金の長さ９インチ
（22.86cm）、幅２インチ（5.08cm）、厚み1/2インチ
（1.27cm）の７本の棒（試料１〜７）がアルミナ（E1ア
ランダム、90メッシュ）の別々の床のなかに、棒の９×
12インチの面が大気に露出され且つ床と実質的に同一面
となるように埋められた。それぞれの棒はは空気雰囲気
中で、時間を変えて、125℃の反応設定温度で加熱され
た。
試料１〜７の各々からの反応生成物を切断し、切断面
を機械的に研磨した面の写真をとった（第７図〜第13
図）。各試料について、終端層が存在するか否かを検査
し、また存在する場合にはその厚みを測定した。検査及
び測定の結果は第１表にまとめられている。第１表中
に、密な終端領域である表皮層終端層は単に密な層とし
て記入されている。
を機械的に研磨した面の写真をとった（第７図〜第13
図）。各試料について、終端層が存在するか否かを検査
し、また存在する場合にはその厚みを測定した。検査及
び測定の結果は第１表にまとめられている。第１表中
に、密な終端領域である表皮層終端層は単に密な層とし
て記入されている。
密な終端領域である表皮層の厚みの第１表中に示され
ている測定値は、密な表皮層を示す対向矢印の先端の間
の間隔として第９図〜第13図の光学顕微鏡写真の物理的
測定により得られた。これは、溶融親金属の供給が多結
晶性材料の第一領域中で減衰されるにつれて溶融親金属
中のシリコンの濃度の増大と結び付けられて利用される
反応条件のもとでのシリコンの酸化抵抗に起因するもの
と信ぜられる。利用された条件のもとで認められる程度
には酸化されなかったシリコンの濃度は明白に、エネル
ギー条件が（前記のように）識別可能な終端領域を生成
させるのに十分に低くなる前に、溶融親金属残留物を酸
化反応に対して耐熱性にするのに十分に大きくなった。
理論的考察はともかくとして、得られた結果がこれによ
って満足に説明される。従って、終端領域を得るために
は、溶融親金属の減少された供給が、たとえ終端領域を
形成するための低エネルギー条件を産み出すべく十分に
減少されているとしても、それにもかかわらず、終端領
域の多結晶性材料を形成するべく酸化体と反応するのに
十分な酸化可能な溶融親金属を含んでいなければならな
い。従って、使用される反応条件のもとで酸化可能でな
い親金属成分の有意義な量を親金属のなかに又はそれと
組み合わせて使用することは、たとえさもなければ終端
領域の生成、例えば第一領域への溶融親金属の供給の減
少に通ずる条件が生ずるとしても、終端領域の生成を排
除するのに役立ち得る。
ている測定値は、密な表皮層を示す対向矢印の先端の間
の間隔として第９図〜第13図の光学顕微鏡写真の物理的
測定により得られた。これは、溶融親金属の供給が多結
晶性材料の第一領域中で減衰されるにつれて溶融親金属
中のシリコンの濃度の増大と結び付けられて利用される
反応条件のもとでのシリコンの酸化抵抗に起因するもの
と信ぜられる。利用された条件のもとで認められる程度
には酸化されなかったシリコンの濃度は明白に、エネル
ギー条件が（前記のように）識別可能な終端領域を生成
させるのに十分に低くなる前に、溶融親金属残留物を酸
化反応に対して耐熱性にするのに十分に大きくなった。
理論的考察はともかくとして、得られた結果がこれによ
って満足に説明される。従って、終端領域を得るために
は、溶融親金属の減少された供給が、たとえ終端領域を
形成するための低エネルギー条件を産み出すべく十分に
減少されているとしても、それにもかかわらず、終端領
域の多結晶性材料を形成するべく酸化体と反応するのに
十分な酸化可能な溶融親金属を含んでいなければならな
い。従って、使用される反応条件のもとで酸化可能でな
い親金属成分の有意義な量を親金属のなかに又はそれと
組み合わせて使用することは、たとえさもなければ終端
領域の生成、例えば第一領域への溶融親金属の供給の減
少に通ずる条件が生ずるとしても、終端領域の生成を排
除するのに役立ち得る。
例８ 溶融親金属の物体から離れた位置に於ける終端領域の
成長の後に溶融親金属の物体に隣接する第一領域の部分
がそれ自体の終端領域を成長させるのに使用され得るか
否かを知るための実験が行われた。それぞれ長さ９イン
チ（22.86cm）、幅２インチ（5.08cm）、厚み1/2インチ
（1.27cm）の寸法の市販品として入手可能な5052アルミ
ニウム合金の二つの棒がそれぞれの２インチ×９インチ
の面の中央部分に0.3gのSiO2をドープされた。SiO2は棒
の縁から間隔をおいて棒の中央に約4.5平方インチ（29c
m2）の長方形範囲にドープされた。棒のドープされた表
面は、棒が（Norton Co.により供給される）90グリット
のE1ランダムの床のなかに置かれたときに露出状態に留
められた。その結果として得られたレイアップが120時
間にわたり1175℃で第一反応段階で空気中で加熱され、
第一領域材料の基体及び終端領域材料の厚い表皮を有す
る厚いローフ状の多結晶性材料の物体を形成した。周囲
温度への冷却の後に材料を検査した結果、おびただしい
量のアルミニウム親金属が上記の過程の後に終端領域か
ら離れた第一領域の側面に留まっていることが見られ
た。第一領域の多結晶性材料の長方形部分はアルミニウ
ム親金属の物体に隣接するその部分から切断され、平ら
な表面を生ずるように研削され、また端でアルミナボー
トのなかに立てられた。第二反応段階で、この試料は流
れている空気中で1175℃で24時間にわたり管炉のなかで
加熱された。炉から取り出して冷却した後、試料はアル
ミナボートと接触しなかった材料の縁から切断され、破
断され、また写真をとられた。終端領域の生成は第14図
中に示されている。第14図中に終端領域は“新しい成
長”と記されており、また第一領域は“アルミニウム枯
渇”と記されている。第14図は1000倍の倍率での写真で
あり、寸法線は終端領域表皮層がほぼ３ミル（0.007c
m）の厚みであることを示している。終端表皮層は、第
一領域である基体に比較して密な非常に細かいミクロ構
造を有するものとして明白に示されている。
成長の後に溶融親金属の物体に隣接する第一領域の部分
がそれ自体の終端領域を成長させるのに使用され得るか
否かを知るための実験が行われた。それぞれ長さ９イン
チ（22.86cm）、幅２インチ（5.08cm）、厚み1/2インチ
（1.27cm）の寸法の市販品として入手可能な5052アルミ
ニウム合金の二つの棒がそれぞれの２インチ×９インチ
の面の中央部分に0.3gのSiO2をドープされた。SiO2は棒
の縁から間隔をおいて棒の中央に約4.5平方インチ（29c
m2）の長方形範囲にドープされた。棒のドープされた表
面は、棒が（Norton Co.により供給される）90グリット
のE1ランダムの床のなかに置かれたときに露出状態に留
められた。その結果として得られたレイアップが120時
間にわたり1175℃で第一反応段階で空気中で加熱され、
第一領域材料の基体及び終端領域材料の厚い表皮を有す
る厚いローフ状の多結晶性材料の物体を形成した。周囲
温度への冷却の後に材料を検査した結果、おびただしい
量のアルミニウム親金属が上記の過程の後に終端領域か
ら離れた第一領域の側面に留まっていることが見られ
た。第一領域の多結晶性材料の長方形部分はアルミニウ
ム親金属の物体に隣接するその部分から切断され、平ら
な表面を生ずるように研削され、また端でアルミナボー
トのなかに立てられた。第二反応段階で、この試料は流
れている空気中で1175℃で24時間にわたり管炉のなかで
加熱された。炉から取り出して冷却した後、試料はアル
ミナボートと接触しなかった材料の縁から切断され、破
断され、また写真をとられた。終端領域の生成は第14図
中に示されている。第14図中に終端領域は“新しい成
長”と記されており、また第一領域は“アルミニウム枯
渇”と記されている。第14図は1000倍の倍率での写真で
あり、寸法線は終端領域表皮層がほぼ３ミル（0.007c
m）の厚みであることを示している。終端表皮層は、第
一領域である基体に比較して密な非常に細かいミクロ構
造を有するものとして明白に示されている。
例８は、第一領域の一つの帯域が終端領域を形成する
べく十分に交代された親金属の供給を有し得ること、他
方に於いて溶融親金属の物体に実質的に近い第一領域の
他の帯域がそれ自体の、すなわち他の終端領域を形成す
るのに（溶融親金属の物体からの分離後に）使用され得
ることを示す。また例８は段階的反応の例を示す。すな
わち、第一帯域の多結晶性材料が第一反応段階で形成さ
れ、また反応が中間段階で中断され、中間段階で第一領
域材料、一層詳細には第一領域材料の選択された部分
が、周囲温度へのセラミック構造の冷却の後に、親金属
物体から分離された。切断された部分は中間段階で研削
によりその表面を平らに形作られた。その後に、第二反
応段階で終端領域が第一領域材料の分離され且つ形作ら
れた部分の上で研削された。終端領域が第一領域材料か
ら離れた位置で於いて第一反応段階で成長させられ、第
一領域材料から形作られた試料が第二反応段階のために
切断されたという事実は単にこの特定の工程での条件を
反映するものである。終端領域材料が第一反応段階で形
成することは不可欠でも不可避でもない。
べく十分に交代された親金属の供給を有し得ること、他
方に於いて溶融親金属の物体に実質的に近い第一領域の
他の帯域がそれ自体の、すなわち他の終端領域を形成す
るのに（溶融親金属の物体からの分離後に）使用され得
ることを示す。また例８は段階的反応の例を示す。すな
わち、第一帯域の多結晶性材料が第一反応段階で形成さ
れ、また反応が中間段階で中断され、中間段階で第一領
域材料、一層詳細には第一領域材料の選択された部分
が、周囲温度へのセラミック構造の冷却の後に、親金属
物体から分離された。切断された部分は中間段階で研削
によりその表面を平らに形作られた。その後に、第二反
応段階で終端領域が第一領域材料の分離され且つ形作ら
れた部分の上で研削された。終端領域が第一領域材料か
ら離れた位置で於いて第一反応段階で成長させられ、第
一領域材料から形作られた試料が第二反応段階のために
切断されたという事実は単にこの特定の工程での条件を
反映するものである。終端領域材料が第一反応段階で形
成することは不可欠でも不可避でもない。
前記のように、セラミック物体は本願の譲受人と同一
の譲受人に譲渡された特許出願明細書に開示されている
プロセスに従って適当な親金属から製造される。一つの
好ましい実施例では、複合物が、親金属に隣接し且つそ
れと接触する状態に置かれた充填剤材料の塊を利用する
ことにより製造され、またプロセスは、酸化反応生成物
が充填剤材料の床を適当なバリヤー手段により郭定され
得るその境界まで浸透し終わるまで継続される。好まし
くはプレフォームとして形作られている充填剤の塊は、
気相酸化体の場合に酸化体が充填剤を透過して金属と接
触するのを許すべく、また充填剤のなかの酸化反応生成
物の成長に適合するべく十分に多孔性又は透過性であ
る。代替的に酸化体は充填剤のなかに含まれていてよい
し、又は充填剤を含んでいてよい。充填剤は典型的にセ
ラミック材料である粒子、粉末、プレートレット、中空
体、球、ファイバ、ウィスカーなどのような任意の適当
な材料を含んでいてよい。金属粒子又は金属ファイバの
ような金属充填剤材料が、もし外部金属との相互拡散か
ら被覆により保護されているならば、又はもし外部金属
との相互拡散により充填剤の性質を変えることが望まし
いならば、使用され得る。さらに、充填剤の床は強化ロ
ッド、板又はワイヤーの格子を含んでいてよい。典型的
に、セラミック複合物を含んでいるこれらの多結晶性セ
ラミック構造のなかで、酸化反応生成物クリスタライト
は相互結合さており、また金属含有成分は少なくとも部
分的に相互結合さており、またセラミック物体の外側表
面から近接可能である。
の譲受人に譲渡された特許出願明細書に開示されている
プロセスに従って適当な親金属から製造される。一つの
好ましい実施例では、複合物が、親金属に隣接し且つそ
れと接触する状態に置かれた充填剤材料の塊を利用する
ことにより製造され、またプロセスは、酸化反応生成物
が充填剤材料の床を適当なバリヤー手段により郭定され
得るその境界まで浸透し終わるまで継続される。好まし
くはプレフォームとして形作られている充填剤の塊は、
気相酸化体の場合に酸化体が充填剤を透過して金属と接
触するのを許すべく、また充填剤のなかの酸化反応生成
物の成長に適合するべく十分に多孔性又は透過性であ
る。代替的に酸化体は充填剤のなかに含まれていてよい
し、又は充填剤を含んでいてよい。充填剤は典型的にセ
ラミック材料である粒子、粉末、プレートレット、中空
体、球、ファイバ、ウィスカーなどのような任意の適当
な材料を含んでいてよい。金属粒子又は金属ファイバの
ような金属充填剤材料が、もし外部金属との相互拡散か
ら被覆により保護されているならば、又はもし外部金属
との相互拡散により充填剤の性質を変えることが望まし
いならば、使用され得る。さらに、充填剤の床は強化ロ
ッド、板又はワイヤーの格子を含んでいてよい。典型的
に、セラミック複合物を含んでいるこれらの多結晶性セ
ラミック構造のなかで、酸化反応生成物クリスタライト
は相互結合さており、また金属含有成分は少なくとも部
分的に相互結合さており、またセラミック物体の外側表
面から近接可能である。
本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された特許出願明
細書に説明されているように、親金属と結び付けて使用
されるドーパント材料は、いくつかの場合には、特に親
金属としてアルミニウムを使用する形で酸化反応プロセ
スに有利に影響し得る。ドーパント材料の機能はドーパ
ント材料自体のほかに多数の因子に関係する。これらの
因子は、例えば、二つ又はそれ以上のドーパントが使用
される時のドーパントの特定の組み合わせ、親金属と合
金化されたドーパントと組み合わせて外部から与えられ
るドーパントの使用、ドーパントの濃度、酸化環境及び
プロセス条件を含んでいる。
細書に説明されているように、親金属と結び付けて使用
されるドーパント材料は、いくつかの場合には、特に親
金属としてアルミニウムを使用する形で酸化反応プロセ
スに有利に影響し得る。ドーパント材料の機能はドーパ
ント材料自体のほかに多数の因子に関係する。これらの
因子は、例えば、二つ又はそれ以上のドーパントが使用
される時のドーパントの特定の組み合わせ、親金属と合
金化されたドーパントと組み合わせて外部から与えられ
るドーパントの使用、ドーパントの濃度、酸化環境及び
プロセス条件を含んでいる。
親金属と組み合わせて使用されるドーパントは（１）
親金属の合金化成分として与えられてよいし、（２）親
金属の表面の少なくとも一部分に与えられてよいし、
（３）充填剤材料又はプレフォームの部分又は全部の中
へ与えられ又は組み入れられてよい。また、（１）、
（２）又は（３）の方法の二つ又はそれ以上の任意の組
み合わせが用いられてよい。例えば、合金化されたドー
パントが外部から与えられる第二のドーパントと組み合
わせて使用され得る。追加的ドーパントが充填剤材料に
与えられる方法（３）の場合には、その供給は本願の譲
受人と同一の譲受人に譲渡された特許出願明細書に記載
されているような任意の適当な仕方で行われ得る。
親金属の合金化成分として与えられてよいし、（２）親
金属の表面の少なくとも一部分に与えられてよいし、
（３）充填剤材料又はプレフォームの部分又は全部の中
へ与えられ又は組み入れられてよい。また、（１）、
（２）又は（３）の方法の二つ又はそれ以上の任意の組
み合わせが用いられてよい。例えば、合金化されたドー
パントが外部から与えられる第二のドーパントと組み合
わせて使用され得る。追加的ドーパントが充填剤材料に
与えられる方法（３）の場合には、その供給は本願の譲
受人と同一の譲受人に譲渡された特許出願明細書に記載
されているような任意の適当な仕方で行われ得る。
特に酸化体として空気が使用される場合にアルミニウ
ム親金属に対して有用なドーパントは、例えば、単独で
もしくは互いに組み合わせて又は下記のような他のドー
パントと組み合わせて、マグネシウム、亜鉛及びシリコ
ンを含んでいる。これらの金属、又は金属の適当な源
は、結果として得られるドープされた金属の全重量に対
して重量百分率で約0.1〜10％の間の各々の濃度でアル
ミニウム主体の親金属の中へ合金化され得る。これらの
ドーパント材料又はその適当な源（例えばMgO、ZnO又は
SiO2）は親金属の外部に使用され得る。こうして、アル
ミナセラミック構造が、酸化されるべき親金属の1gあた
り0.0008gよりも多く且つMgOが着装される親金属表面の
1cm2あたり0.003gよりも多い量のMgOを表面ドーパント
として使用することによって、酸化体として空気を使用
する親金属としてのアルミニウム−シリコン合金に対し
て達成可能である。
ム親金属に対して有用なドーパントは、例えば、単独で
もしくは互いに組み合わせて又は下記のような他のドー
パントと組み合わせて、マグネシウム、亜鉛及びシリコ
ンを含んでいる。これらの金属、又は金属の適当な源
は、結果として得られるドープされた金属の全重量に対
して重量百分率で約0.1〜10％の間の各々の濃度でアル
ミニウム主体の親金属の中へ合金化され得る。これらの
ドーパント材料又はその適当な源（例えばMgO、ZnO又は
SiO2）は親金属の外部に使用され得る。こうして、アル
ミナセラミック構造が、酸化されるべき親金属の1gあた
り0.0008gよりも多く且つMgOが着装される親金属表面の
1cm2あたり0.003gよりも多い量のMgOを表面ドーパント
として使用することによって、酸化体として空気を使用
する親金属としてのアルミニウム−シリコン合金に対し
て達成可能である。
親金属がアルミニウムであり、また酸化体が空気であ
る場合に有効なドーパント材料の追加的な例はナトリウ
ム、ゲルマニウム、スズ、鉛、リチウム、カルシウム、
ホウ素、リン及びイットリウムを含んでおり、これらの
ドーパント材料は個々に、又は酸化体及びプロセス条件
に関係して一つ又はそれ以上の他のドーパントと組み合
わせて使用され得る。セリウム、ランタン、プラセオジ
ム、ネオジム及びサマリウムのような希土類元素も、特
に他のドーパントと組み合わせて使用される時、有用な
ドーパントである。本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡
された特許出願明細書に記載されているようなドーパン
ト材料の全てがアルミニウム主体の親金属システムに対
する多結晶性酸化反応生成物の成長を助長するのに有効
である。
る場合に有効なドーパント材料の追加的な例はナトリウ
ム、ゲルマニウム、スズ、鉛、リチウム、カルシウム、
ホウ素、リン及びイットリウムを含んでおり、これらの
ドーパント材料は個々に、又は酸化体及びプロセス条件
に関係して一つ又はそれ以上の他のドーパントと組み合
わせて使用され得る。セリウム、ランタン、プラセオジ
ム、ネオジム及びサマリウムのような希土類元素も、特
に他のドーパントと組み合わせて使用される時、有用な
ドーパントである。本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡
された特許出願明細書に記載されているようなドーパン
ト材料の全てがアルミニウム主体の親金属システムに対
する多結晶性酸化反応生成物の成長を助長するのに有効
である。
固体、液体又は気相酸化体、又はこのような酸化体の
組合わせが上記のように利用され得る。例えば、典型的
な酸化体は、制限なしに、酸素、窒素、ハロゲン、硫
黄、リン、ヒ素、炭素、ホウ素、セレン、テルル、及び
それらの化合物又は組み合わせ、例えば（酸素の源とし
ての）シリカ、メタン、エタン、プロパン、アセチレ
ン、エチレン、（炭素の源としての）プロピレン及び空
気、H2/H2O及びCO/CO2のような混合物を含んでおり、最
後の二つ（すなわちH2/H2O及びCO/CO2）は環境の酸素活
性を減ずるのに有用である。
組合わせが上記のように利用され得る。例えば、典型的
な酸化体は、制限なしに、酸素、窒素、ハロゲン、硫
黄、リン、ヒ素、炭素、ホウ素、セレン、テルル、及び
それらの化合物又は組み合わせ、例えば（酸素の源とし
ての）シリカ、メタン、エタン、プロパン、アセチレ
ン、エチレン、（炭素の源としての）プロピレン及び空
気、H2/H2O及びCO/CO2のような混合物を含んでおり、最
後の二つ（すなわちH2/H2O及びCO/CO2）は環境の酸素活
性を減ずるのに有用である。
任意の適当な酸化体が利用され得るが、以下に本発明
の特定の実施例は気相酸化体を使用するものとして説明
される。もし気体又は蒸気酸化体、例えば空気が気相酸
化体として充填剤と組み合わせて使用されるならば、充
填剤は、酸化体への充填剤の床の露出時に気相酸化体が
充填剤の床を透過してその中の溶融親金属と接触するよ
うに、気相酸化体に対して透過性である。“気相酸化
体”という用語は、好ましくは大気圧に於いて酸化性雰
囲気を生ずる気化された材料又は常時気体状の材料を意
味する。例えば、酸素又は酸素含有（空気を含む）気体
混合物は、親金属としてアルミニウムが使用される場合
の好ましい気相酸化体であり、通常は空気が経済上の明
らかな理由で好まれている。酸化体が特定の気体又は蒸
気を含有するものとしてアイデンティファイされる時、
これはアイデンティファイされた気体又は蒸気が、利用
される酸化環境の中で得られる条件のもとに親金属の唯
一、優勢又は少なくとも有意義な酸化剤である気相酸化
体を意味する。例えば、空気の主成分は窒素であるが、
空気に含有されている酸素は、窒素よりも著しく酸化性
が強いので、親金属の唯一又は優勢な酸化剤である。従
って、空気は“酸素含有気体”酸化体の定義に属し、
“酸素含有気体”酸化体の定義には属さない。本明細書
で使用される“窒素含有気体”酸化体の一例は、典型的
に約96％（体積百分率）の窒素及び約４％（体積百分
率）の水素を含有する“成形気体”である。
の特定の実施例は気相酸化体を使用するものとして説明
される。もし気体又は蒸気酸化体、例えば空気が気相酸
化体として充填剤と組み合わせて使用されるならば、充
填剤は、酸化体への充填剤の床の露出時に気相酸化体が
充填剤の床を透過してその中の溶融親金属と接触するよ
うに、気相酸化体に対して透過性である。“気相酸化
体”という用語は、好ましくは大気圧に於いて酸化性雰
囲気を生ずる気化された材料又は常時気体状の材料を意
味する。例えば、酸素又は酸素含有（空気を含む）気体
混合物は、親金属としてアルミニウムが使用される場合
の好ましい気相酸化体であり、通常は空気が経済上の明
らかな理由で好まれている。酸化体が特定の気体又は蒸
気を含有するものとしてアイデンティファイされる時、
これはアイデンティファイされた気体又は蒸気が、利用
される酸化環境の中で得られる条件のもとに親金属の唯
一、優勢又は少なくとも有意義な酸化剤である気相酸化
体を意味する。例えば、空気の主成分は窒素であるが、
空気に含有されている酸素は、窒素よりも著しく酸化性
が強いので、親金属の唯一又は優勢な酸化剤である。従
って、空気は“酸素含有気体”酸化体の定義に属し、
“酸素含有気体”酸化体の定義には属さない。本明細書
で使用される“窒素含有気体”酸化体の一例は、典型的
に約96％（体積百分率）の窒素及び約４％（体積百分
率）の水素を含有する“成形気体”である。
固体酸化体が利用される時には、固体酸化体は充填剤
の塊全体を通じて、又は親金属に隣接する充填剤の一部
分を通じて分散されてよい。酸化体は充填剤と混合され
た粒子形態で且つ（又は）充填剤粒子上への被覆として
利用されてよい。ホウ素又は炭素のような適当な元素、
又は二酸化シリコン、又は親金属のホウ化物反応生成物
よりも熱力学的安定性が低い特定のホウ化物のような適
当な還元可能な化合物を含む任意の適当な固体酸化体が
利用され得る。例えば、ホウ素又は還元可能なホウ化物
がアルミニウム親金属に対する固体酸化体として使用さ
れる時、結果として生ずる酸化反応生成物はホウ化アル
ミニウムである。
の塊全体を通じて、又は親金属に隣接する充填剤の一部
分を通じて分散されてよい。酸化体は充填剤と混合され
た粒子形態で且つ（又は）充填剤粒子上への被覆として
利用されてよい。ホウ素又は炭素のような適当な元素、
又は二酸化シリコン、又は親金属のホウ化物反応生成物
よりも熱力学的安定性が低い特定のホウ化物のような適
当な還元可能な化合物を含む任意の適当な固体酸化体が
利用され得る。例えば、ホウ素又は還元可能なホウ化物
がアルミニウム親金属に対する固体酸化体として使用さ
れる時、結果として生ずる酸化反応生成物はホウ化アル
ミニウムである。
いくつかの場合には、酸化反応は、酸化反応生成物が
プロセスの発熱性のために溶融する傾向を生ずるように
固体酸化体により急速に進行し得る。この溶融の生起は
セラミック物体のミクロ構造の均等性を劣化し得る。こ
の急速な発熱性反応は低い反応性を呈する比較的不活性
な充填材を複合物のなかに混合することにより回避又は
緩和され得る。このような適当な不活性充填材の例は意
図される酸化反応生成物と同一のものである。
プロセスの発熱性のために溶融する傾向を生ずるように
固体酸化体により急速に進行し得る。この溶融の生起は
セラミック物体のミクロ構造の均等性を劣化し得る。こ
の急速な発熱性反応は低い反応性を呈する比較的不活性
な充填材を複合物のなかに混合することにより回避又は
緩和され得る。このような適当な不活性充填材の例は意
図される酸化反応生成物と同一のものである。
もし液体酸化体が利用されるならば、充填材の塊全体
又は溶融金属と隣接するその一部分は酸化体により含浸
されている。充填剤は、例えば、充填材を含浸するべく
酸化体のなかに浸漬することにより被覆又はソークされ
ている。液体酸化体とは、酸化反応条件のもとに液体で
ある酸化体を意味し、従って液体酸化体は、酸化反応条
件に於いて溶融している塩のような固体前駆物質を有し
ていてよい。代替的に、液体酸化体は液体前駆物質、例
えば充填材の一部又は全部を含浸するのに使用されてお
り、また適当な酸化体モイエティを生ずるべく酸化反応
生成物に於いて溶融又は分解している材料の溶液であっ
てもよい。ここに定義されるような液体酸化体の例は低
融点ガラスを含んでいる。
又は溶融金属と隣接するその一部分は酸化体により含浸
されている。充填剤は、例えば、充填材を含浸するべく
酸化体のなかに浸漬することにより被覆又はソークされ
ている。液体酸化体とは、酸化反応条件のもとに液体で
ある酸化体を意味し、従って液体酸化体は、酸化反応条
件に於いて溶融している塩のような固体前駆物質を有し
ていてよい。代替的に、液体酸化体は液体前駆物質、例
えば充填材の一部又は全部を含浸するのに使用されてお
り、また適当な酸化体モイエティを生ずるべく酸化反応
生成物に於いて溶融又は分解している材料の溶液であっ
てもよい。ここに定義されるような液体酸化体の例は低
融点ガラスを含んでいる。
第１図は本明細書の例１に従って製造されたセラミック
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第２図は本明細書の例２に従って製造されたセラミック
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第３図は本明細書の例３に従って製造されたセラミック
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第４図は本明細書の例４に従って製造されたセラミック
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第５図は本明細書の例５に従って製造されたセラミック
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第６図は本明細書の例６に従って製造されたセラミック
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第７図ないし第13図は例７に従って製造されたセラミッ
ク構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真であり、密な
表面層の成長の種々の相を示している。 第14図は例８に従って製造されたセラミック物体のミク
ロ構造を示す光学顕微鏡写真である。
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第２図は本明細書の例２に従って製造されたセラミック
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第３図は本明細書の例３に従って製造されたセラミック
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第４図は本明細書の例４に従って製造されたセラミック
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第５図は本明細書の例５に従って製造されたセラミック
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第６図は本明細書の例６に従って製造されたセラミック
構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真である。 第７図ないし第13図は例７に従って製造されたセラミッ
ク構造のミクロ構造を示す光学顕微鏡写真であり、密な
表面層の成長の種々の相を示している。 第14図は例８に従って製造されたセラミック物体のミク
ロ構造を示す光学顕微鏡写真である。
Claims (22)
- 【請求項１】第１の領域と、該第１の領域と一体である
が組成及び微細組織の一方又は両方が該第１の領域と異
なる末端領域を有するセラミック体の製造方法であっ
て、 （１） ドーパントと共に用いられる、親金属を用意
し、 （２） 酸化剤を提供し、 （３） 該親金属を該ドーパントの存在において該親金
属の融点以上の温度に加熱して溶融親金属体を形成し、 （４） 該温度で ｉ）該溶融親金属と該ドーパントを反応させて酸化反応
生成物を生成させ、 ii）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、且つ上記反応を継
続して、酸化反応生成物を含みかつ初期には該酸化反応
生成物中に相互接続した親金属を含むセラミック複合材
料からなる第１の領域を得、 （５） 該溶融親金属体から該酸化剤へ向かう溶融親金
属の輸送を減衰又は停止させ、そして （６） 前記工程（５）の後に、前記温度において上記
反応を継続して、該第１の領域から該第１の領域の該表
面部へ前記相互接続した親金属の溶融物を輸送すること
により、該第１の領域の該表面部に酸化反応生成物を前
記末端領域として生成する工程を含むことを特徴とする
セラミック複合体の製造方法。 - 【請求項２】前記反応を、少なくとも前記溶融親金属体
が消失するまで継続する特許請求の範囲第１項記載の方
法。 - 【請求項３】充填材と、前記溶融親金属体及び前記酸化
反応生成物の前記第１の領域の一方又は両方とを、相互
に関して配向せしめて、前記酸化反応生成物が該充填材
に向かいかつ該充填材中に成長して該充填材の少なくと
も一部が該酸化反応生成物によって埋設されるように
し、よって得られるセラミック構造を前記セラミック複
合体とする特許請求の範囲第１又は２項記載の方法。 - 【請求項４】第１の反応段階で前記第１の領域の少なく
とも一部を形成し、次いで中間段階として前記第１の反
応段階を中断した後、第２の反応段階で前記末端領域を
形成する特許請求の範囲第1,2又は３項記載の方法。 - 【請求項５】前記中間段階が前記第１の領域の酸化反応
生成物を周囲温度まで冷却することを含む特許請求の範
囲第４項記載の方法。 - 【請求項６】前記第１の反応段階を前記溶融金属体の消
失以前に停止し、前記中間段階において前記第１の領域
の酸化反応生成物の少なくとも一部を前記溶融金属体か
ら分離した後、該溶融金属体との接触を断った状態の前
記第１の領域の前記少なくとも一部について前記第２の
反応を行なう特許請求の範囲第４又は５項記載の方法。 - 【請求項７】前記第２の反応段階を実施する前に前記分
離された第１の領域を成形する特許請求の範囲第６項記
載の方法。 - 【請求項８】第１の反応段階で前記第１の領域の少なく
とも一部を形成した後、充填材と前記第１の領域とを相
互に配向させることにより、第２の反応段階で前記末端
領域を形成するとき、該末端領域が該充填材に向かいか
つその中へ成長して、該充填材の少なくとも一部が該末
端領域により埋設され、そして前記セラミック体がセラ
ミック複合構造を有する特許請求の範囲第１項記載の方
法。 - 【請求項９】（１）前記親金属と充填材を相互に配向さ
せ、そして第１の反応段階で前記第１の領域を該充填材
に向かいかつその中に成長させて該充填材の少なくとも
一部をその中に埋設した後、（２）該工程（１）で得ら
れた該充填材を埋設した酸化反応生成物の該第１の領域
と、第２の充填材とを相互に配向させ、そして第２の反
応段階で、該第２の充填材に向かいかつその中に前記末
端領域を形成して該第２の充填材をその中に埋設する特
許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項１０】前記第１の充填材が前記第２の充填材と
異なる特許請求の範囲第９項記載の方法。 - 【請求項１１】前記酸化剤が気相酸化剤である特許請求
の範囲第１〜10項のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１２】前記親金属が市販純粋アルミニウム又は
市販アルミニウム合金から選ばれたアルミニウムである
特許請求の範囲第１〜11項のいずれか１項に記載の方
法。 - 【請求項１３】前記気相酸化剤が酸素含有気体であり、
前記酸化反応生成物がアルファアルミナを含み、かつ前
記アルミニウム親金属と組合せた少なくとも１種の適当
なドーパンドを使用する特許請求の範囲第11又は12項記
載の方法。 - 【請求項１４】前記酸化剤が空気であり、前記温度が85
0〜1450℃の範囲内である特許請求の範囲第13項記載の
方法。 - 【請求項１５】前記酸化反応生成物の生成経路の少なく
とも一部にバリヤ手段を介在させて該酸化反応生成物の
生成領域を制限し画定する特許請求の範囲第１〜14項の
いずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１６】多結晶材料を含み、該多結晶材料は第１
の領域をなす基材と、該第１の領域の基材と一体である
が組成又は微細組織の一方又は両方が異なり該第１の領
域の基材上に表面層として存在する末端領域とを有し、
かつ該多結晶材料は溶融親金属前駆体の酸化時に生成す
る酸化反応生成物の融点未満の温度で生成された相互接
続した結晶粒子構造を有することを特徴とする自己支持
セラミック体。 - 【請求項１７】前記第１の領域が１又は２以上の金属成
分を含む特許請求の範囲第16項記載の自己支持セラミッ
ク体。 - 【請求項１８】前記第１の領域が単離された分散物の状
態の１又は２以上の金属成分を含む特許請求の範囲第17
項記載の自己支持セラミック体。 - 【請求項１９】前記末端領域層が前記第１の領域より微
細な微細組織を有する特許請求の範囲第16,17又は18項
記載の自己支持セラミック体。 - 【請求項２０】前記末端領域が前記第１の領域より大き
いロックウェル硬度を有する特許請求の範囲第16〜19項
記載の自己支持セラミック体。 - 【請求項２１】前記第１の領域及び前記末端領域の少な
くとも一方が充填材を埋設している特許請求の範囲第16
〜20項記載の自己支持セラミック体。 - 【請求項２２】前記多結晶材料がアルファアルミナを含
み、前記１又は２以上の金属成分がアルミニウムを含む
特許請求の範囲第16〜21項記載の自己支持セラミック
体。
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