JP2546873B2 - セラミック複合材料の製造方法とそのための組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はセラミック複合材料構造体の製造に使用され
る組立体及び該組立体を使用してセラミック複合材料構
造体を製造する方法に係る。本発明の組立体はセグメン
トに分割されたコンテナ内に配置された浸透可能な充填
材の塊に対し所定の方向に配向された親金属の塊を含
み、加熱されることにより親金属が溶融され、酸化剤の
存在下に於て溶融親金属が酸化され、これにより充填材
を埋め込むセラミックマトリックスが形成される。

従来の技術 本願の主題は1985年２月４日付にて出願された米国特
許出願第697,876号の一部継続出願である1986年１月17
日付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号の主題に関連している。こ
の米国特許出願には、親金属より充填材の浸透可能な塊
中へ酸化反応生成物を成長させることにより自己支持複
合材料を製造する新規な方法が記載されている。

親金属前駆体を酸化させることにより自己支持セラミ
ック塊を製造する方法が、1984年３月16日付にて出願さ
れた米国特許出第591,392号の一部継続出願である1985
年２月26日付にて出願された米国特許出願705,787号の
一部継続出願である1985年９月17日付にて出願された米
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818,943号に包括的に記載されてい
る。この発明は、親金属中に合金化された一種又はそれ
以上のドーパントを使用することにより酸化現象を利用
して、親金属前駆体の酸化反応生成物として成長せしめ
られた所望の寸法の自己支持セラミック塊を製造するも
のである。

1984年７月20付にて出願された米国特許出願第632,63
6号の一部継続出願である1985年６月25日付にて出願さ
れた米国特許出願第747,788号の一部継続出願である198
5年９月17日付にて出願された米国特許出願第776,965号
の一部継続出願である1986年１月27日付にて出願され本
願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願第82
2,999号に記載されている如く、上述の方法は親金属前
駆体の表面に適用された一種又はそれ以上の外的ドーパ
ントを使用することにより改善された。

1986年１月27日付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823,542号に記載され
ている如く、上述の方法を更に発展させることにより、
特定の条件下に於て自己接合性を有する変形可能な充填
材の床内に埋め込まれた所定形状の親金属前駆体の凸の
鋳型のジオメトリーを逆に複製する一つ又はそれ以上の
キャビティを含む自己支持セラミック構造体を製造する
ことが可能になる。

また1986年８月13日付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896,157号に記載
されている如く、上述の方法を更に発展させることによ
り、充填材の塊に当接して配置された親金属前駆体の凸
のパターンを逆に複製する凹のパターンを有する自己支
持セラミック塊を形成することが可能になる。

上述の方法を更に発展させることには、セラミック複
合材料の塊よりも大きい熱膨張率を有するインコネルの
如き材料よりなるコンテナ又は収容部材内に於てセラミ
ック複合材料塊を形成する方法であって、多結晶のセラ
ミック塊及び収容部材が冷却されると、収容部材がセラ
ミック複合材料塊の周りにて収縮によって締り、これに
より複合材料塊に対し圧縮応力が与えられる方法が含ま
れる。この方法は1986年９月16日付にて出願された米国
特許出願第908,073号に記載されている。

上述の本願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特
許出願及び後述の米国特許出願の全ての記載内容が参照
により本願に組込まれたものとする。

従来の技術 近年沿革的には金属により行われていた構造材として
の用途にセラミックを使用する関心が高まってきてい
る。かかる関心は、耐食性、硬度、弾性係数、耐火能力
の如き幾つかの特性の点でセラミックが金属に比して優
れていることに起因する。

高強度で信頼性が高く強靭なセラミック物品を製造す
ることに対する現在の努力は、大まかに見て（１）モノ
リスセラミックを製造する改善された方法の開発、
（２）新たな材料組成、特にセラミックマトリックス複
合材の開発に焦点が置かれている。複合材料構造体は複
合的な材料、即ち複合材の所望の特性を得るために互い
に密に組合された二種又はそれ以上の互いに異なる材料
にて形成された材料や物品を含んでいる。例えば一方を
他方のマトリックス中に埋め込むことにより二種類の互
いに異なる材料が密に組合されてよい。セラミックマト
リックス複合材料構造体は典型的には粒子、繊維、棒体
などの如き一種又はそれ以上の種々の充填材を取囲むセ
ラミックマトリックスを含んでいる。

本願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願
には、圧縮や焼結の如き方法により複合材料を製造する
従来のセラミック製造方法の問題や制限の幾つかを解決
する新規な方法が記載されている。

上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発明の幾つかの点に於て使用されて
よい一つの典型的な組立体は、適当な容器又はコンテナ
内に配置された浸透可能な充填材の塊と接触した状態に
親金属の塊を配置することを含んでいる。容器やコンテ
ナは反応条件に耐え得るものでなければならず、またそ
の構造的一体性を維持するものでなければならず、従っ
てインコネル、ステンレス鋼等の如き耐熱材料にて形成
される。しかしコンテナの熱膨張率が充填材の床の熱膨
張率よりもかなり大きい場合には、組立体が先ず加熱さ
れて親金属が溶融されると、コンテナが充填材に床より
も迅速に膨張する。その結果膨張するコンテナが充填材
の床より離れる方向へ変位することにより、充填材の床
内に好ましからざる割れ、空隙、又は不連続部が発生す
ることがある。

本発明は上述の本願出願人と同一の譲受人に譲渡され
た米国特許出願の方法を追加の新規な概念と組合わせ、
これにより酸化反応現象によってセラミック複合材料構
造体を製造するものである。

発明の概要 本発明によれば、親金属前駆体と酸化剤との酸化反応
生成物と随意の一種又はそれ以上の金属成分とを含む多
結晶セラミックマトリックスにより埋め込まれた充填材
を含む自己支持セラミック複合材料構造体を製造する際
に使用される組立体が得られる。本発明の組立体はセグ
メントに分割されたコンテナを含み、コンテナは金属ス
クリーン、例えばステンレス鋼製のスクリーンの如き有
孔ライナー手段にて随意にライニングされ、また多数の
小孔が設けられる。セグメントに分割されたコンテナは
円筒体の長手方向に延在するセグメントを含んでいてよ
く、該コンテナ内に充填材の浸透可能な塊及びこれに接
触した状態で親金属の塊が配置される。例えば親金属の
塊が充填材の塊内に埋め込まれてよい。セグメントに分
割されたコンテナは充填材の塊の熱膨張率よりも大きい
熱膨張率を有する一つ又はそれ以上のセグメントにて形
成され、セグメントはそれらの間に一つ又はそれ以上の
膨張ジョイントを形成する寸法及び形状にて形成され
る。膨張ジョイントは周方向の膨張によってセグメント
の熱膨張を受け入れ、これによりコンテナの容積が増大
することを低減するようセグメントの半径方向の膨張を
防止するよう機能する。セグメントに分割されたコンテ
ナは任意の好適な支持手段により支持されてよい。

本発明の他の一つの局面によれば、各セグメントは、
両端に長手方向エッジを有する本体部と、（ｉ）半径方
向に延在する肩部により本体部に接続され、（ii）本体
部より半径方向にオフセットされ且本体部より肩部を越
えて周方向に延在し且本体部より半径方向にオフセット
された長手方向エッジにて終わり、これによりオフセッ
トされた長手方向エッジを含む少なくとも一つの長手方
向に延在する縁部リップとを含んでいる。かかる構成に
よれば、肩部とオフセットされた長手方向エッジとの間
に周方向のクリアランス空間が与えられる。コンテナの
一つのセグメントのオフセットされた長手方向エッジ
は、周方向のクリアランス空間に於てセグメントの熱膨
張の少なくとも一部が受け入れられるよう、隣接するセ
グメントの長手方向エッジに隣接して配置される。

セグメントに分割されたコンテナは任意の好適な材料
にて形成されていてよいが、本発明の特定の実施例に於
ては、セグメントに分割されたコンテナはニッケル基耐
熱合金及び鉄基耐熱合金よりなる群、例えばステンレス
鋼、インコネル、フェクラル合金、ハステロイ合金、イ
ンコロイ合金（インコネル、フェクラル、ハステロイ、
インコロイはニッケル又は鉄をベースとする耐熱合金の
種々の製造業者の商標である）よりなる群より選択され
た金属を含んでいることが好ましい。

また本発明によれば、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との関連で既に説明した如
きセラミック複合材料塊を製造する方法が提供される。
本質的には本発明の方法は、酸化剤の存在下にて或る反
応温度範囲に親金属を加熱して広い範囲に亙り充填材の
塊と面接触した状態にて溶融親金属の塊を形成し、その
反応温度範囲に於て溶融親金属を酸化剤と反応させて酸
化反応生成物を形成することを含んでいる。反応温度範
囲は親金属の融点よりも高く且酸化反応生成物の融点よ
りも低い温度範囲である。形成される酸化反応生成物は
溶融親金属の塊及び酸化剤に接触し且これらの間に延在
し、温度は親金属を溶融状態に維持し、溶融親金属を酸
化反応生成物を経て酸化剤へ向けて充填材の塊内へ徐々
に吸引し得るよう維持され、これにより充填材の塊内に
於て酸化反応生成物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。反
応は充填材の塊を充填し、これにより酸化反応生成物を
含むセラミック複合材料構造体を製造するに十分な時間
に亙り継続される。本発明の方法は、上述の先の提案に
かかる方法に対する改良として、上述の如く充填材の塊
をセグメントに分割されたコンテナ内に配置することを
含んでいる。

本明細書に於ける以下の用語は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酸化剤やドーパントよ
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
質的に量（最も典型的には約１〜40vol％の範囲内であ
るが、更に大き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」は本
明細書に記載された酸化剤の如き酸化剤と一種又はそれ
以上の金属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好適な電子受容
体又は電子分担体を意味し、プロセス条件に於て固体、
液体、又はガス（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」とは、多結晶の酸化反応生成物のための前
駆体である例えばアルミニウムの如き金属を意味し、比
較的純粋の金属、不純物若しくは合金成分を含有する商
業的に入手可能な金属、又はその金属前駆体が主成分で
ある合金を含んでいる。またアルミニウムの如き或る特
定の金属が親金属と呼ばれる場合には、その金属は特に
断わらない限りこの定義にて解釈されなければならな
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。

実施例 添付の図に於て、第１図はセグメントに分割されたコ
ンテナ12を含む組立体10を示しており、コンテナ12は実
質的に円筒形をなし、第1B図に最も良く示されている如
く三つのセグメント12a、12b、12cよりなっている。各
セグメント12a、12b、12cはそれぞれ一対の両端の長手
方向エッジ16a、16a′、16b、16b′、16c、16c′にて終
っている。セグメントに分割されたコンテナ12は小孔を
備えた構造をなしており、各セグメント12a、12b、12c
は或る規則的なパターンの小孔14を有している。各セグ
メント12a、12b、12cはセグメントに分割されたコンテ
ナ12の実質的に円筒状の内部空間を郭定するよう互いに
他に対し配列されており、内部空間内に浸透可能な充填
材の床、即ち塊18が配置されている。

第1B図及び第２図に最も良く示されている如く、セグ
メントに分割されたコンテナ12のセグメント12a、12b、
12cは第1B図に図示の如く互い違いに、即ち「ピンホイ
ール」の配列にて配置されており、エッジ16c及び16aの
如く互いに隣接する長手方向エッジの間に膨張ジョイン
トが形成されるよう、長手方向エッジ16a、16a′、16
b、16b′、16c、16c′はそれぞれ互いに隣接するエッジ
に対し半径方向内外の位置にオフセットされた状態にて
配列されている。即ち互いに隣接する長手方向エッジは
互いに他に対し半径方向にオフセットされている。本明
細書に於て方向や寸法等に関する「半径方向」及び「半
径方向に」という言葉は、セグメントに分割されたコン
テナの周面を横切る方向に延在する方向を意味し、例え
ば第1B図に於ては、セグメント12a、12b、12cによりほ
ぼ郭定される円の半径に沿う方向又は寸法を意味する。
これに対し「周方向」又は「周方向に」という言葉はセ
グメントに分割されたコンテナの周面に沿う方向又は寸
法を意味する。例えば第1B図に於て、周方向又は周方向
の寸法とはセグメント12a、12b、12cの上端縁によりほ
ぼ郭定される円に沿う方向又は寸法を意味する。

図示の実施例に於ては、セグメントに分割されたコン
テナは実質的に円筒形をなしており、それぞれ約120゜
の円弧に亙り延在する三つのセグメントが設けられてい
る。この場合三つ以上又は三つ以下のセグメントが使用
されてよいことは明らかである。第1C図は、周方向の上
端縁19bと周方向の下端縁21bとの間にそれぞれ延在する
長手方向エッジ16b及び16b′を示すセグメント12bのみ
の斜視図である。

それぞれ図示のセグメントを郭定する長手方向エッジ
は、セグメントに分割されたコンテナの長手方向軸線に
平行に延在する直線状のエッジである。しかしコンテナ
の周方向の上端縁と下端縁との間に延在する螺旋状や他
の湾曲した長手方向エッジの如く、他の形状の長手方向
エッジが採用されてもよい。更にセグメントに分割され
たコンテナは全体に亙り一定の断面寸法のものである必
要はなく、実質的に円錘形、球、半球、又は他の所望の
形状を郭定するものであってよい。更にセグメントに分
割されたコンテナは円筒形である必要はなく、楕円形又
は多角形の断面形状の筒体であってもよい。例えば断面
正方形又は長方形の筒体の側面が平坦なセグメントより
なり、各セグメントが互いに隣接するセグメントの間に
膨張ジョイントを郭定していてよい。またコンテナのセ
グメントを所定の位置に保持するための固定手段（図示
せず）が使用されてもよい。例えば加熱されると燃焼又
は蒸発する有機重合材料よりなる帯材が、セグメントに
分割されたコンテナ内が充填され、円筒形の容器32及び
破砕片36を含む支持手段30がコンテナの周りに配置され
る間セグメントを所定の位置に一時的に保持するために
使用されてよい。シム、スペーサ、装着クリップの如き
他の適当な手段が、それらがセグメントに分割されたコ
ンテナの各セグメントの所望の横方向の膨張に干渉しな
い限り、セグメントを適正な整合状態に保持するために
使用されてよい。セグメントのエッジ、即ち図示の実施
例の膨張ジョイントを郭定する周方向両端のエッジは、
セグメントの上端より下端まで実質的にセグメントに分
割されたコンテナの長手方向に延在している。

親金属の供給体20（以下単に親金属体という）が実質
的に断面円形の円柱形をなしており、一対のディスク形
の突起22及び24を有している。同一の親金属よりなるリ
ザーバ体26（以下単にリザーバという）が親金属体20上
に配置され且これと一体をなしている。リザーバ26は特
定の障壁材料の床28内に収容されており、床28は例えば
アルミニウム合金（10％Si、３％Mg）の親金属が1250℃
にて空気中に於て酸化される場合に於けるE1 Alundum
粒子（Norton Company）より販売されているアルミナ
粒子）の床の如く、プロセス条件下に於て多結晶の酸化
反応生成物が該床を貫通して成長することを実質的に阻
止する。アルミナ粒子は90グリットの如く任意の好適な
グリット寸法のものであってよい。かくして、セグメン
トに分割されたコンテナ12内に於ては、浸透可能な充填
材の床18がコンテナ12の下端の周方向エッジ21より第１
図に於て平面Ｘ−Ｘにより示されたレベルまで延在して
おり、障壁材料の床28が平面Ｘ−Ｘよりコンテナ12の上
端の周方向エッジ19まで延在している。ステンレス鋼板
の如き物理的な障壁が充填材の床18を障壁材料の床28よ
り分離すべく平面Ｘ−Ｘに随意に配置されてよい。もし
かかる物理的障壁が使用される場合には、リザーバ26よ
り溶融親金属が親金属体20へ通過し得るよう、その障壁
には孔が設けられる。

支持手段が符号30にて全体的に示されており（第１
図、第1B図、第２図）、下端を閉ざす底壁32a（第１
図）と一連の小孔34が形成された垂直壁とを有する円筒
形の容器32を含んでいる。容器32はもし必要ならば充填
材の床18の熱膨張率と同一又はそれに近い熱膨張率を有
するセラミック材料の如き材料にて形成されていてよ
い。容器32はセグメントに分割されたコンテナ12よりも
大きい直径を有し、従って容器12の外周縁と容器32の内
周縁との間には環状空間が形成され、該空間はセラミッ
ク材料の大きい破砕片36にて充填されている。破砕片36
は容器32及び充填材の床18の熱膨張率と同一又はこれに
近い熱膨張率を有する材料を含んでいることが理想的で
ある。セラミック材料の破砕片36は個々の破砕片の間に
十分な介在空間が形成されるに十分な程大きく且不規則
な形状を有している。かくして、空気の如き気相酸化剤
が容易に小孔34、破砕片36の間の介在空間、コンテナ12
の小孔14、浸透可能な充填材の床18を経て容易に流れ得
るようになっている。

図示の実施例に於ては、ステンレス鋼のメッシュスク
リーン38（第1A図及び第1B図に最も良く示されている）
を含むライナー手段がコンテナ12の内面をライニングし
ており、充填材の床18の小さい粒子がコンテナ12に形成
された小孔14を経て落下することを防止している。

一つの典型的な実施例に於ては、親金属体20及びリザ
ーバ26はそれぞれ親金属としてのアルミニウムを含み、
浸透可能な充填材の床18は本明細書の他の部分に於て記
載されている如き任意の好適な充填材を含んでいる。セ
グメントに分割されたコンテナ12は例えばインコネル、
ハステロイ、インコロイの如きニッケル又は鉄をベース
とする耐熱合金、ステンレス鋼又は任意の他の好適な金
属や合金を含んでいる。典型的にはかかる合金は充填材
の床18及び溶融親金属の酸化により形成される多結晶セ
ラミック材料の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有してい
る。第１図に示されている如き組立体は、空気が炉内に
循環し気相酸化剤として作用するよう大気に開放された
炉内に配置される。組立体は例えば親金属アルミニウム
の融点よりも高く且親金属と空気中の酸素との酸化反応
生成物の融点よりも低い所望の温度範囲内の温度に加熱
される。コンテナ12のセグメント12a、12b、12cは、上
述の如き温度に加熱されると床18よりもかなり大きく膨
張する。

組立体が加熱される場合には、セグメント12a、12b、
12cの熱膨張の大部分は、第４図に示されている如く、
各セグメント12a、12b、12cの周方向の膨張（第４図に
於て破線により示されている）によって吸収される。従
って第４図（第５図及び第７図）に於て、セグメントに
分割されたコンテナの各セグメントはそれらが周囲温度
状態にある場合については実線にて示されており、組立
体がプロセスの反応温度範囲に加熱された後に於ける熱
膨張した状態については破線にて示されている。第４
図、第５図、第７図に於て破線にて示された熱膨張の量
は任意の特定のスケールにて描かれているわけではな
く、説明を明瞭にする目的で幾分か誇張されている。第
４図に於て、図示の配列によれば破線により示された形
態になるまで周方向の膨張によって各セグメントの熱膨
張が受入れられ、これによりセグメントの半径方向の膨
張が防止されてコンテナ12の容積が増大することが低減
される。

かくして各セグメントの間に膨張ジョイントを有する
セグメントに分割されたコンテナの形態をなすコンテナ
を使用することにより、個々のセグメントが熱膨張する
際のコンテナの容積の増大が低減される。これに対しセ
グメントに分割されたコンテナ12がセグメントに分解さ
れていない単純な円筒形のスリーブの形態にて用意され
ると、プロセスに採用される高温度に加熱された場合に
コンテナが受ける熱膨張により、コンテナは半径方向外
方へ膨張によって拡径し、これによりコンテナの容積が
増大する。コンテナを複数個のセグメントに分割し、例
えば第1B図及び第４図に示されている如く各セグメント
の間に膨張ジョイントを設けることにより、コンテナ12
の容積の増大が低減され、従って加熱された場合に床18
内に発生する空隙、割れ、又は他の不連続部が低減され
又は実質的に排除される。

第５図は本発明に於て使用されてよい膨張ジョイント
の他の一つの実施例を示しており、この実施例に於て
は、セグメント23c及び23bはそれぞれ互いに隣接して配
置された長手方向エッジ25c′及び25bを有しているが、
これらのエッジは第４図の実施例の対応する長手方向エ
ッジ16c′及び16bよりも更に大きく隔置されている。セ
グメント23c及び23bと同一の範囲に亙り長手方向に延在
する延在片17が溶接又は他の方法によりセグメント23c
に接合されており、その長手方向エッジ25c′を越えて
横方向に延在し、長手方向エッジ25bとほぼ周方向に整
合した位置にて終っている。延在片17は長手方向エッジ
25c′と25bとの間に形成された比較的大きい周方向のジ
ョイントを覆う作用をなし、これにより随意に採用され
るスクリーン又は他のライニング手段を支持することを
補助し、またセグメントに分割されたコンテナ23内に充
填材粒子を保持することを補助するようになっている。
セグメントに分割されたコンテナ23の各セグメントが熱
膨張すると、それらのセグメント及び延在片17は実線に
て示された周囲温度の状態より第５図に於て破線にて示
された熱膨張した状態まで膨張する。

第１図の組立体は、溶融親金属を酸化させて多結晶の
酸化反応生成物を形成し、該酸化反応生成物が充填材18
に浸透しこれを埋め込んで所望のセラミック複合材料を
形成するに十分な時間に亙り適当な反応温度に維持され
る。親金属体20が消費されると、親金属はリザーバ26よ
り供給される親金属によって補充され、反応は所望の時
間に亙り、一般には成長する多結晶のセラミック材料が
セグメントに分割されたコンテナ12をライニングするス
クリーン38よりなるライナー手段により与えられた障壁
に係合するまで継続される。この時点に於て温度が低下
され、組立体は冷却される。

セグメントに分割されたコンテナ12は支持手段30より
取出され、セラミック複合材料の塊40（第３図）がコン
テナより分離される。セラミック複合材料の塊40は形成
された複合材料を平面Ｘ−Ｘ（第１図）に沿って又は平
面Ｘ−Ｘよりも僅かに下方の平面に沿って切断し、親金
属20の形状を逆に複製する内面を有する実質的に円筒形
のセラミック複合材料の塊40を形成することにより得ら
れる。かくしてセラミック複合材料の塊40は大きい室2
2′及び24′を含む中央キャビィティ20′を有し、この
キャビィティは反応が完了するまでこれらの空間が溶融
親金属にて充填された状態に維持されるに十分な程親金
属が補充される場合には再度凝固した親金属にて充填さ
れている。もし必要ならば凝固した親金属、即ち凝固し
たアルミニウムを穿孔及び化学的エッチングによりセラ
ミック複合材料の塊40より除去し、これにより中央に延
在するキャビィティ20′に対応し大きい中空の室22′及
び24′を含む中空ボアを有するセラミック複合材料の塊
40が形成されてよい。

第６図及び第７図には、本発明の他の一つの実施例が
図示されており、この実施例に於ては、セグメントに分
割されたコンテナ42は三つのセグメント42a、42b、42c
よりなっており、各セグメントはそれぞれ両端に長手方
向エッジ44a、44a′、44b、44b′、44c、44c′を有して
いる。各上端縁45a、45b、45c及び各下端縁47a、47c
が、第６図に示されている（セグメント42bの下端縁は
第６図に於ては隠れている）。第６図に於ては、セグメ
ント42aはそのセグメントの全面に亙り複数個の小孔49
が互いに隔置された状態にて設けられているものとして
図示されている。但し作図上の関係から小孔は一部省略
されている。セグメント42b及び42cは説明の目的で小孔
を有しない構造のものとして図示されている。一般に十
分に小孔が設けられたコンテナ又は小孔が設けられてい
ないコンテナを与えるべく、コンテナの全てのセグメン
トが小孔を有していても良く、また小孔を有していなく
てもよい。

ライナー手段46がステンレス鋼製のメッシュスクリー
ンを含んでおり、セグメントに分割されたコンテナ42の
内面のためのライナーを構成している（ライナー手段46
は明瞭化の目的で第６図に於ては省略されている）。こ
の実施例に於ては、各セグメント42a、42b、42cはそれ
ぞれ対応する本体部50a、50b、50cの半径方向外方に配
置された縁部リップ48a、48b、48cを有しており、これ
らのリップは円筒面内に存在し、図示の実施例に於ては
円弧形をなしている。縁部リップ48a、48b、48cと対応
する本体部50a、50b、50cとの接続部にはそれぞれ肩部5
2a、52b、52cが形成されており、対応するリップと本体
部との間に半径方向に延在している。縁部リップはそれ
ぞれ対応する長手方向エッジ44a、44b、44cにて終って
おり、それぞれ隣接して配置された長手方向エッジ44
a′、44b′、44c′が対応する長手方向エッジ44a、44
b、44cの半径方向内方に配置されている。第６図及び第
７図に示された実施例に於ては、延在片17が各膨張ジョ
イントを横切って溶接されるのではなく、縁部リップ48
が例えばスタンピング等により各セグメントの本体部と
一体的に形成されている点を除き、形成されるジョイン
ト構造は第５図の構造と同様である。

図示の構造によれば、互いに隣接するセグメントの間
に周方向のクリアランス空間が与えられる。例えば肩部
52cと長手方向エッジ44b′との間に周方向のクリアラン
ス空間が形成され、かかる周方向のクリアランス空間は
第７図に於て破線にて示されている如くセグメント42
a、42b、42cの周方向の熱膨張を受入れ、これによりセ
グメントに分割されたコンテナ42の容積が増大すること
を防止し、又はこれを実質的に排除する。

以下の例は本発明の一つの実施例を説明するものであ
る。

例 組立体 第１図に示された組立体と実質的に同様の組立体であ
って、22ゲージの小孔が形成され円筒体の長手方向中心
軸線に平行に三つの同一寸法のセグメントに分割された
304合金ステンレス鋼製の円筒体よりなり、各セグメン
トは120゜の円弧に亙り延在する円弧体である組立体が
形成された。ステンレス鋼製のセグメントは中心間距離
が3/32インチ（2.4mm）にて配列され直径が0.0625イン
チ（1.59mm）である規則的なパターンの小孔を有してい
た。また304合金ステンレス鋼にて形成されたアングル
強化ブレースがセグメントの外面に溶接され、セグメン
トの長手方向に延在していた。セグメントは三つのセグ
メントの間に膨張ジョイントを形成するよう、第1B図及
び第２図に示されている如く「ピンホイール」の形態に
て配列された。アングルブレースはセグメントの周方向
の熱膨張に干渉することがないよう膨張ジョイントを郭
定する長手方向エッジより離れた位置に配置された。セ
グメントに分割されたコンテナは約7.5インチ（19cm）
の内径を有していた。

親金属の円柱体がその長手方向中心軸線がセグメント
に分割されたコンテナと同軸をなすよう、後述の如くケ
イ素ドーパントが与えられた38Alundum（Norton Compan
y、90グリッド）よりなる充填材の床（第１図の床18に
対応する）内に配置され該床内に埋設された。また第１
図のリザーバ26に対応する親金属リザーバが親金属体上
にこれに当接して配置され、ドーピングされていない38
Alundum（90グリット）の床（第１図の床28に対応す
る）内に埋設された。即ちリザーバ体を埋込むAlundum
粒子の床はドーパントにて処理されていなかった。これ
らの親金属体は10wt％のケイ素と3wt％のマグネシウム
（内部ドーパントとして作用する）とを含有するアルミ
ニウム合金であった。セグメントに分割されたコンテナ
組立体及びその内容物は第１図に示された型式の支持構
造体内に支持され、この場合支持構造体は無作為なパタ
ーンにて形成された直径0.75インチ（1.9cm）の空気孔
（第１図の孔34に対応する）を有する円筒形の容器（第
１図の容器32に対応する）を含んでいた。容器はAP Gre
en Corp.より販売されているAP Greencast 94の如き鋳
造可能な耐火アルミナよりなり12.5インチ（31.8cm）の
内径を有するセラミック体であった。セグメントに分割
された円筒形のコンテナと円筒形の支持容器との間の環
状空間は、支持容器を構成するセラミック材料と同一の
不規則な形状の鋳造されたままのセラミック材料よりな
る大きい破砕片（第１図の破砕片36に対応する）にて充
填された。

第１図及び第1B図のライナー手段38に対応するライナ
ー手段が、セグメントに分割されたコンテナの内面を26
ゲージの304ステンレス鋼メッシュにてライニグするこ
とにより形成された。

充填材のドーピング 97重量部の38Alundum粒子（90グリッド）が３重量部
の市販のNewport ＃１乾燥砂（その88wt％は100メッシ
ュ又はそれ以下の粒子よりなていた）と混合された。こ
の混合粒子は24時間に亙りボールミル内に於て混合さ
れ、次いで24時間に亙り1250〜1425℃の温度に大気中に
於て加熱された。砂（シリカ）は非晶質になりアルミナ
粒子に結合した。次いで得られた集合状態の材料が粉砕
され、これにより微細な粒子材料が形成され、浸透可能
な充填材の塊として使用された。

セラミック複合材料の形成 上述の如く組立られた組立体が大気を循環させるべく
換気される炉内に配置され、10時間かけて周囲温度より
1250℃の温度に加熱され、次いで225時間に亙り1250℃
に維持され、30時間かけて周囲温度に冷却された。

溶融親金属と空気中の酸素との多結晶酸化反応生成物
を含むセラミック複合材料塊が形成され、ドープされた
充填材を埋込んでいた。形成されたセラミック複合材料
塊が組立体より回収され、セラミック複合材料塊の内部
は消費されずに再度凝固し元の親金属供給体の形状をな
す親金属アルミニウムの残りの部分にて充填されてい
た。セグメントに分割されたコンテナは、それがプロセ
ス中に実質的に酸化され強度が低下することにより、複
合材料塊の表面より破壊によって容易に除去される。

本発明の方法は本明細書に記載された一つ又はそれ以
上の特徴を有する組立体を用いて実施されてよい。親金
属、酸化剤、及び親金属との関連で使用される随意の一
種又はそれ以上の適当なドーパント材の任意の好適な組
合せを用いて組立体が形成され、本発明の方法が実施さ
れてよい。例えば親金属はアルミニウム、ケイ素、チタ
ニウム、スズ、ジルコニウム、ハフニウムよりなる群よ
り選択されてよい。親金属はアルミニウムであり、酸素
を含有するガスを含む気相酸化剤が使用されることが好
ましい。例えば本発明の一つの実施例に於ては、酸化剤
は空気を含み、酸化反応生成物はアルミナを含み、温度
範囲は約850〜1450℃である。融点が比較的高い親金属
が使用される場合には、コンテナに選定される金属も融
点が比較的高いものでなければならない。

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、多結晶の酸化反応生成物は三次
元的に互いに接続されたクリスタライトを有している。
更に金属成分若しくは小孔がセラミック塊全体に亙り分
散されており、これらの金属成分や小孔はプロセス条
件、親金属、ドーパント等に応じて互いに接続されてい
てもいなくてもよい。

本発明の実施に於ては、プロセスは親金属の酸化によ
り形成される多結晶酸化反応生成物が所望の程度まで充
填材を充填しこれを埋込むまで酸化反応プロセスが継続
され、その程度は多結晶の酸化反応生成物をセグメント
に分割されたコンテナの内面又はそれをライニングする
ライナー手段に接触する位置まで成長させることにより
制御される。セグメントに分割されたコンテナ又はライ
ナー手段はそれ以上多結晶酸化反応生成物が成長するこ
とを阻止する障壁として作用し、従ってセラミック複合
材料の外面のジオメトリーを確定する障壁又は停止手段
として使用されてよい。

親金属は、1986年９月16日付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908,067号
に記載された方法に従って、充填材の塊と接触した親金
属供給源を補充する親金属のリザーバを与えるよう配列
されてもよい。親金属のリザーバは重力流動によって流
れ、これにより酸化反応プロセス中に消費される親金属
を補充し、これにより所望量の多結晶材料が酸化反応に
よって形成されるまで反応プロセスが継続するよう充分
な親金属が供給されることを確保する。

本発明の幾つかの実施例に於ては、形成されるセラミ
ック複合材料構造体に親金属体の形状やジオメトリーを
逆に複製する逆のパターン、即ち一つ又はそれ以上のキ
ャビティが形成されるよう、浸透可能な充填材の塊は該
充填材に係合して配置される所定形状の親金属に従って
変形せしめられる。例えば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823,542号に記載されている
如く所定形状の親金属体全体が浸透可能な充填材の塊中
に埋設されてよく、その場合には溶融親金属が酸化さ
れ、形成される酸化反応生成物が浸透可能な充填材の床
を充填すると、溶融親金属が移行することによってセラ
ミック複合材料塊中にキャビティが形成される。形成さ
れるキャビティは元々充填材中に埋設されていた所定形
状の親金属体のジオメトリーを逆に複製している。かか
る場合には、充填材中に形成される酸化反応生成物のシ
ェルを横切る差圧が形成されるので、浸透可能な充填材
の粒子又は少なくとも埋設された所定形状の親金属に間
近に隣接する充填材の支持ゾーンの粒子が適当な温度範
囲に於て焼結し又は他の態様にて自己結合しなければな
らない。かかる自己結合により、形成される酸化反応生
成物のシェルを横切る差圧に起因してシェルが崩壊する
ことを防止するに充分な機械的強度が初期の成長段階に
於て与えられる。酸化反応生成物が十分な厚さにまで成
長すると、該酸化反応生成物は差圧に対抗するに十分な
ほど強力になる。

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896,157号に記載されている如く、親金属体の一部が
所望の形状に成形され、親金属体の成形された部分が浸
透可能な充填材の塊中に埋設され、親金属体の残りの部
分が充填材中に埋込まれない状態に維持される。かかる
場合には、成長する酸化反応生成物が充填材に浸透しこ
れを埋込むので、溶融親金属が移行することによっては
大気より隔離され完全に密閉されたキャビティは形成さ
れない。従って差圧の問題は発生せず、自己結合性を有
する充填材は不要であるが、もちろん必要ならば自己結
合性の充填材が使用されてよい。

尚、本発明の実施に際しては、親金属体が所定形状の
形態をなし、その全て又は一部が浸透可能な充填材に逆
に複製される必要はないことに留意されたい。例えば溶
融親金属より形成された酸化反応生成物が充填材に浸透
しこれを埋込むよう、形状が重要でない親金属がただ単
に浸透可能な充填材の床上に配置され溶融されてよく、
或いは或る量の溶融親金属が充填材の床に接触せしめら
てよい。

親金属は一つ又はそれ以上の部分を含んでいてよく、
また親金属は単純な円柱体、棒、インゴット、ビレット
等であってよく、或いは例えば親金属を機械加工し、鋳
造し、成型し、又は他の方法により成形することにより
任意の適当な手段によって適宜に成形されてよい。かく
してセラミック複合材料塊に形成される負のパターン、
即ちキャビティは、処理後に構造体が冷却される際に再
度凝固する親金属を含み又は親金属にて充填される。再
度凝固した親金属は後に説明する如く負のパターンやキ
ャビティより随意に除去されてよい。形成される所定形
状のセラミック複合材料製品は多結晶のセラミックマト
リックスにより埋込まれ一つ又はそれ以上の収容部材に
嵌込まれた充填材を含んでいる。セラミックマトリック
スそれ自身は親金属の酸化されていない一種又はそれ以
上の成分又は空孔又はその両方を含んでいてよく、充填
材の床が配置されるコンテナの形状により確定される所
定形状の表面ジオメトリーを有している（セラミックマ
トリックス中に随意に分散される親金属の酸化されてい
ない成分は、充填材を埋込む親金属体により充填材の塊
に形成される負のパターン、即ちキャビティ内に残存す
る再凝固した親金属の塊と混同されてはならない）。

本明細書に於ては、好ましい親金属としてアルミニウ
ムについて本発明を説明するが、本発明の基準に適合す
る他の好適な親金属としてケイ素、チタニウム、スズ、
ジルコニウム、ハフニウムがある（これらに限定される
ものではない）。例えば本発明の特定の実施例に於て
は、親金属がアルミニウムである場合には酸化反応生成
物はα−アルミナや窒化アルミニウムであり、親金属が
チタニウムである場合には酸化反応生成物は窒化チタニ
ウムやホウ化チタニウムであり、親金属がケイ素である
場合には酸化反応生成物は炭化ケイ素、ホウ化ケイ素、
又は窒化ケイ素である。

固体酸化剤、液体酸化剤、又は気相酸化剤又はこれら
の酸化剤の組合せが使用されてよい。例えば典型的な気
相酸化剤として、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、CO/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。従って本発明のセ
ラミック構造体は一種又はそれ以上の酸化物、窒化物、
炭化物、ホウ化物、オキシ硝酸塩を含む酸化反応生成物
を含んでいてよい。より詳細には、酸化反応生成物は例
えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ
素、ホウ化アルミニウム、窒化チタニウム、窒化ジルコ
ニウム、ホウ化ジルコニウム、窒化ケイ素、ホウ化ハフ
ニウム、酸化スズの一種又はそれ以上であってよい。

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。ガス状又は蒸気の酸化剤、即ち気相酸化剤が使用さ
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。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。或る気相酸化剤
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。
「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体酸化剤が
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
物中に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。かかる液体酸化剤の例として低融点
ガラスがある。気相酸化剤ではなく液体酸化剤若しくは
固体酸化剤が使用される場合には、その酸化剤との関連
で使用されるセグメントに分割されたコンテナ及び支持
構造体は気相酸化剤がそれを通過し得るよう有孔構造の
ものである必要はない。

プロセス条件に於て液体又は固体である酸化剤が気相
酸化剤との組合せにて使用されてよい。かかる追加の酸
化剤は充填材の床の境界面を越えて親金属の酸化が進行
するのではなく、充填材の床内にて優先的に親金属が酸
化することを向上させる点に於て特に有用である。即ち
かかる追加の酸化剤を使用することにより、充填材の外
部の環境よりも充填材内に親金属の酸化反応により一層
好ましい環境が創成される。かかる向上された環境は充
填材内にその境界までマトリックスが形成されることを
促進し、その過剰成長を低減する点に於て有益である。

本発明の実施に於て使用される充填材は上述の目的に
達した広範囲の種々の材料の一種又はそれ以上であって
よい。充填材は変形可能な充填材であり、本明細書に於
て「変形可能な」とは、充填材がコンテナ内に配置され
得るものであり、コンテナの内部形状に従って変形する
ものであることを意味する。また変形可能な充填材は、
上述の如く、充填材内に埋込まれる金属供給体に一致し
て変形し、或いは充填材に形状が一致するよう係合した
状態に配置される。例えば充填材がアルミナの如く高融
点金属の酸化物の微細な粉粒体の如き粒状物質を含んで
いる場合には、充填材はそれが配置されるコンテナや収
容部材の内部形状に従って変形する。但し充填材は変形
可能な充填材であるよう微細な粉粒体である必要はな
い。例えば充填材はチョッピングされた短繊維の如き繊
維の形態や、例えばスチールウールに似たものの如く繊
維のウール状の材料の形態をなしていてもよい。また充
填材は上述の如き形態の二つ又はそれ以上の組合せ、即
ち小さい粒状体と繊維との組合せであってもよい。充填
材が本明細書に於ける如き変形可能な充填材を含むため
には、充填材の物理的形態がその充填材がそれが配置さ
れる障壁手段としてのコンテナ内を充填しその内面の形
状に従って変形し得るような形態でありさえすればよ
い。またかかる変形可能な充填材はその充填材の塊内に
埋込まれ又はその塊に一致して変形するよう係合された
親金属体の表面又はその一部にほぼ形状が正確に一致す
る。中空体、粒子、粉末、繊維、ホイスカ、球、中空
球、スチールウール、板、集合体、ワイヤ、ロッド、
棒、小板、ペレット、管、耐火繊維クロス、小管、それ
らの混合物の一つ又はそれ以上の如く任意の有用な形状
又は形状の組合せの充填材が使用されてよい。好適なセ
ラミック充填材の組成物として、アルミナ、炭化ケイ
素、チタニア、ハフニア、ジルコニア、二ホウ化チタニ
ウム、窒化アルミニウムの如き金属酸化物、金属炭化
物、金属窒化物、金属ホウ化物がある。

本願出願人と同一の譲受人に譲渡された前述の米国特
許出願第818,943号及び同第822,999号に記載されている
如く、溶融親金属より酸化反応生成物が成長することを
促進させるために一種又はそれ以上の好適なドーパント
が使用されてよい。一種又はそれ以上のドーパント金属
が親金属に合金化されておく（米国特許出願第818,943
号参照）、或いは一種又はそれ以上のドーパント又はそ
の供給源（例えば金属ドーパントの酸化物）が所定形状
の親金属の表面に又はそれに間近に近接した位置に外的
に適用されてよい（米国特許第822,999号参照）。或い
は成長する酸化反応生成物が第１図及び第２図に示され
た実施例の場合の如く充填材中に浸透せしめられる場合
には、一種又はそれ以上のドーパントが充填材それ自身
に適用されてもよく、或いは充填材がドーパントを含ん
でいてもよい。上述の方法の二つ又は三つの全てが組合
せにて使用されてもよい。本明細書に於て、「親金属と
の関連で使用される」ドーパントとは上述の方法の何れ
か又はそれらの任意の組合せを含むものである。好適な
ドーパントとして、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、ゲル
マニウム、スズ、鉛、ボロン、ナトリウム、リチウム、
カルシウム、リン、イットリウム、希土類金属の一種又
はそれ以上の供給源がある。土類金属はランタン、セリ
ウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウムよりなる群
より選択されることが好ましい。例えばマグネシウムと
ケイ素のドーパントの組合せは、それが酸化剤が空気で
ある場合に於ける親金属アルミニウムとの関連で使用さ
れる場合に特に有効なものであることがわかっている。

本発明の実施により得られるセラミック複合材料構造
体は一般に稠密で均質な塊であり、複合材料構造体の全
体積の約５〜98vol％は多結晶マトリックス材料中に埋
込まれた充填材の一種又はそれ以上の成分よりなってい
る。親金属がアルミニウムであり、空気又は酸素が酸化
剤である場合には、多結晶のマトリックス材料は一般に
約60〜98wt％（多結晶マトリックス材料に対する重量比
率）の互いに接続されたα−アルミナと、約１〜40wt％
の酸化されていない親金属成分とよりなっている。

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、本発明はかかる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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一つの実施例による組立体であって、
セグメントに分割されたコンテナを含む組立体の縦断面
図である。 第1A図は第１図の破線にて囲まれた領域を拡大して示す
部分断面図である。 第1B図は第１図の線Ｂ−Ｂに沿う拡大平断面図である。 第1C図は第１図及び第1B図に示されたセグメントに分割
されたコンテナの一つのセグメントを示す斜視図であ
る。 第２図は第１図の組立体を示す平面図である。 第３図は第１図の組立体を使用して形成された自己支持
セラミック複合材料構造体を一部破断して示す解図であ
る。 第４図は第１図及び第２図の組立体のセグメントに分割
されたコンテナの一つの膨張ジョイントを示す部分平断
面図であり、熱膨張した状態を破線にて示している。 第５図は膨張ジョイントの他の一つの実施例を示す第５
図に対応する部分平断面図である。 第６図は本発明によるセグメントに分割されたコンテナ
の他の一つの実施例を示す斜視図である。 第７図はセグメントに分割されたコンテナをライニング
する有孔ライナー手段を与えるステンレス鋼製のスクリ
ーンが装着された第５図のセグメントに分割されたコン
テナの平面図であり、セグメントに分割されたコンテナ
の熱膨張した状態を破線にて示している。 10……組立体,12……コンテナ,12a、12b、12c……セグ
メント,14……小孔,16a、16a′、16b、16b′、16c、16
c′……長手方向エッジ,18……浸透可能な充填材の塊,1
9……周方向上端縁,20……親金属の供給体（親金属
体）,21……周方向下端縁,22、24……突起,26……リザ
ーバ体（リザーバ）,28……障壁材料の床,30……支持手
段,32……容器,34……小孔,36……破砕片,38……スクリ
ーン,40……セラミック複合材料塊,42……コンテナ,42
a、42b、42c……セグメント,46……ライナー手段,48…
…縁部リップ,49……小孔

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（１）少なくとも１種のドーパントと共に
   親金属を、充填材の透過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
   の形成が該透過性充填材素材中に向かうように配向し、 （２）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、溶融親金属に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剤素
   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 （３）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 工程を含むセラミックス及び充填材含有複合体の製造方
   法において、 前記充填材素材を該充填材素材の熱膨張係数より大きい
   熱膨張係数を持つ少なくとも１個のセグメントを含むセ
   グメント式コンテナ中に配置し、該セグメントが該セグ
   メントの周方向の膨張を吸収しうる少なくとも１個の膨
   張ジョイトを構成する寸法及び形状を有するので、該セ
   グメントの半径方向（radial）の膨張を防止して該コン
   テナの体積膨張を低減することを特徴とするセラミック
   複合体の製造方法。
2. 【請求項２】前記コンテナが有孔体である特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】前記充填材が形状追従性を有する特許請求
   の範囲第１又は２項記載の方法。
4. 【請求項４】前記親金属と共に少なくとも１種のドーパ
   ントを用いる特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項
   に記載の方法。
5. 【請求項５】前記セグメント式コンテナが２個以上のセ
   グメントを含み、該２個以上のセグメントが（ｉ）該コ
   ンテナの軸線と共通の軸線の周りに該共通の軸線にもと
   づく筒状平面内に配置され、かつ（ii）該セグメントの
   各１対の端部が該セグメント間に前記膨張ジョイトの夫
   々を構成するように並置されて隣接するセグメント間に
   周方向の隙間を提供するようにす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。
6. 【請求項６】充填材と該充填材を埋設するセラミックマ
   トリックスと金属成分及び／又は空隙とを含み、該セラ
   ミックマトリックスは親金属の酸化による酸化反応生成
   物であるセラミック複合材料を製造するための組立体で
   あり、 ａ）セグメント式コンテナ、ｂ）該コンテナ中に配置さ
   れた充填材の透過性素材、及びｃ）該充填材素材と接触
   して配置された親金属体を含み、 該セグメント式コンテナが該充填材素材の熱膨張係数よ
   り大きい熱膨張係数を有する少なくとも１個のセグメン
   トを含み、該セグメントが該セグメントの周方向の膨張
   を吸収しうる少なくとも１個の膨張ジョイトを構成する
   寸法及び形状を有するので、該セグメントの半径方向
   （radial）の膨張を防止して該コンテナの体積膨張を低
   減することを特徴とする組立体。
7. 【請求項７】前記コンテナが有孔体である特許請求の範
   囲第６項記載の組立体。
8. 【請求項８】前記セグメント式コンテナが２個以上のセ
   グメントを含み、該２個以上のセグメントが（ｉ）該コ
   ンテナの軸線と共通の軸線の周りに該共通の軸線にもと
   づく筒状平面内に配置され、かつ（ii）該セグメントの
   各１対の端部が該セグメント間に前記膨張ジョイトの夫
   々を構成するように並置されて隣接するセグメント間に
   周方向の隙間を提供する特許請求の範囲第７又は８項に
   記載の組立体。
9. 【請求項９】前記各対の端部の長軸方向の一端が他端に
   対して半径方向にズレている特許請求の範囲第８項記載
   の組立体。
10. 【請求項１０】前記セグメントが対向する長軸方向端部
    を有する本体部分と少なくとも１個の縁リップ部を有
    し、該縁リップ部が、（ｉ）半径方向に延びる肩部によ
    って該本体部分に隣接し、（ii）該本体部分と半径方向
    にズレてそして該肩部を越えて周方向に延在し、かつ
    （iii）該本体部分から半径方向にズレた長軸方向端部
    により終端し、従って段違い長軸方向端部を有し、よっ
    て該肩部と該ズレた長軸方向端部の間に周方向のクリア
    ランス空間を有し、該コンテナの１つのセグメントの段
    違い長軸方向端部が隣接するセグメントの長軸方向端部
    と並置されて該セグメントの該周方向クリアランス空間
    の熱膨張の少なくとも一部を吸収する特許請求の範囲第
    ９項記載の組立体。
11. 【請求項１１】前記セグメント式コンテナがステンレス
    鋼、耐熱性ニッケル基合金、耐熱性鉄基合金から選ばれ
    た材料からなる特許請求の範囲第６〜10項のいずれか１
    項記載の組立体。
12. 【請求項１２】前記合金がインコネル合金、フェクラル
    合金、アステロイ、インコロイ合金から選ばれる特許請
    求の範囲第11項記載の組立体。
13. 【請求項１３】前記セグメント式コンテナが筒状スリー
    ブの長尺状セグメントを少なくとも１個有し、前記組立
    体が前記充填材と該セグメント式コンテナの間に少なく
    とも１個のライナをさらに有する特許請求の範囲第６〜
    12項記載の組立体。
14. 【請求項１４】前記ライナが有孔体である特許請求の範
    囲第13項記載の組立体。
15. 【請求項１５】前記コンテナの外側にそれと係合して配
    置された有孔容器を含む支持手段をさらに有する特許請
    求の範囲第７〜14項のいずれか１項に記載の組立体。