JP2911938B2 - 自己支持体の製造方法及びそれにより製造された製品 - Google Patents
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- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/632—Organic additives
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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、一般的に言えば、自己支持体の新規な製造
方法及びそれにより製造された新規な製品に関する。更
に具体的に言えば、本発明は、窒化ホウ素及び場合にっ
て１種又はそれ以上の不活性フィラーを含有する床（be
d）又は素材（mass）中への溶融母材金属の反応的浸透
により、１種又はそれ以上のホウ素含有化合物、例えば
ホウ化物又はホウ化物と窒化物とからなる自己支持体
（self−supporting body）を製造する方法に関する。
方法及びそれにより製造された新規な製品に関する。更
に具体的に言えば、本発明は、窒化ホウ素及び場合にっ
て１種又はそれ以上の不活性フィラーを含有する床（be
d）又は素材（mass）中への溶融母材金属の反応的浸透
により、１種又はそれ以上のホウ素含有化合物、例えば
ホウ化物又はホウ化物と窒化物とからなる自己支持体
（self−supporting body）を製造する方法に関する。
近年、従来は金属が用いられていた構造物用途にセラ
ミックスを用いることに対して関心が増大している。こ
の関心の原動力は、耐食性、硬度、耐摩耗性、弾性率及
び耐火性が金属よりもセラミックスの方が優れているこ
とであった。
ミックスを用いることに対して関心が増大している。こ
の関心の原動力は、耐食性、硬度、耐摩耗性、弾性率及
び耐火性が金属よりもセラミックスの方が優れているこ
とであった。
しかしながら、このような用途におけるセラミックス
の使用の主な制約として所望のセラミックス構造物を製
造することの実際の可能性とコストの問題がある。。例
えば、ホウ化物セラミック体の製造方法として、ホット
プレス、反応焼結、反応性ホットプレスが知られてい
る。反応性ホットプレスは、例えば、ホウ素又は金属ホ
ウ化物と適当な金属含有粉とを高温高圧下で圧縮する。
米国特許第3,937,619号（Clougherty）は金属粉と二ホ
ウ化物粉の混合物をホットプレスしてホウ化物体を製造
することを、また米国特許第4,512,946号（Brun）はセ
ラミック粉末とホウ素及び金属水素化物とをホットプレ
スしてホウ化物複合体を製造することを記載している。
の使用の主な制約として所望のセラミックス構造物を製
造することの実際の可能性とコストの問題がある。。例
えば、ホウ化物セラミック体の製造方法として、ホット
プレス、反応焼結、反応性ホットプレスが知られてい
る。反応性ホットプレスは、例えば、ホウ素又は金属ホ
ウ化物と適当な金属含有粉とを高温高圧下で圧縮する。
米国特許第3,937,619号（Clougherty）は金属粉と二ホ
ウ化物粉の混合物をホットプレスしてホウ化物体を製造
することを、また米国特許第4,512,946号（Brun）はセ
ラミック粉末とホウ素及び金属水素化物とをホットプレ
スしてホウ化物複合体を製造することを記載している。
しかしながら、これらのホットプレス法は、特別の取
扱いと高価な特殊な装置を必要とし、製造されるセラミ
ック部分の寸法と形状が限定され、そして典型的には生
産性が低く、製造コストが高い。
扱いと高価な特殊な装置を必要とし、製造されるセラミ
ック部分の寸法と形状が限定され、そして典型的には生
産性が低く、製造コストが高い。
セラミックスを構造物用途に用いることに対する第２
の主な制約は、セラミックスが一般に靱性（即ち、破損
強さあるいは破壊抵抗）を欠くことにある。この特性の
ために、セラミックスはそれほどでない引張応力を伴な
う用途において突然に容易に激しく破壊する傾向を示
す。この靱性の欠如は特にモノリスのホウ化物セラミッ
ク体においてよく見られる。
の主な制約は、セラミックスが一般に靱性（即ち、破損
強さあるいは破壊抵抗）を欠くことにある。この特性の
ために、セラミックスはそれほどでない引張応力を伴な
う用途において突然に容易に激しく破壊する傾向を示
す。この靱性の欠如は特にモノリスのホウ化物セラミッ
ク体においてよく見られる。
上記の問題を解決するために試みられている方法の１
つは、例えばサーメット又は金属マトリックス複合体の
ように、セラミックスを金属と共に用いることである。
この公知の方法の目的は、セラミックスの最良の特性
（例えば、硬度及び／又は剛性）と金属の最良の特性
（例えば、延性）の両方を組合せて得ることである。米
国特許第4,585,618号（Fresenelら）は、反応して自己
支持性焼結セラミック体を生成する粒状反応体のバルク
反応混合物が溶融金属と接触しながら反応するサーメリ
ットの製造方法を開示する。溶融金属は得られるセラミ
ック体の少なくとも一部分に浸透する。このような反応
混合物の例はチタン、アルミニウム及び酸化ホウ素（す
べて粒状）を含むもので、それは溶融アルミニウムのプ
ールと接触されながら加熱される。このように、この方
法ではアルミニウムは反応混合物において特に還元剤と
して用いられる。さらに、溶融金属のプールはホウ化物
生成反応のための前駆体金属源として用いられるのでは
なく、得られるセラミック組織中の空孔を満たす手段と
して使用されている。これは溶融アルミニウムに抵抗性
かつ湿潤性のサーメットを生成する。これらのサーメッ
トはアルミニウム製造セルにおいて生成する溶融アルミ
ニウムと接触する成分として特に有用であるが、溶融氷
晶石と接触しないことが好ましい。この方法ではこれ以
上ホウ化炭素を用いることはない。
つは、例えばサーメット又は金属マトリックス複合体の
ように、セラミックスを金属と共に用いることである。
この公知の方法の目的は、セラミックスの最良の特性
（例えば、硬度及び／又は剛性）と金属の最良の特性
（例えば、延性）の両方を組合せて得ることである。米
国特許第4,585,618号（Fresenelら）は、反応して自己
支持性焼結セラミック体を生成する粒状反応体のバルク
反応混合物が溶融金属と接触しながら反応するサーメリ
ットの製造方法を開示する。溶融金属は得られるセラミ
ック体の少なくとも一部分に浸透する。このような反応
混合物の例はチタン、アルミニウム及び酸化ホウ素（す
べて粒状）を含むもので、それは溶融アルミニウムのプ
ールと接触されながら加熱される。このように、この方
法ではアルミニウムは反応混合物において特に還元剤と
して用いられる。さらに、溶融金属のプールはホウ化物
生成反応のための前駆体金属源として用いられるのでは
なく、得られるセラミック組織中の空孔を満たす手段と
して使用されている。これは溶融アルミニウムに抵抗性
かつ湿潤性のサーメットを生成する。これらのサーメッ
トはアルミニウム製造セルにおいて生成する溶融アルミ
ニウムと接触する成分として特に有用であるが、溶融氷
晶石と接触しないことが好ましい。この方法ではこれ以
上ホウ化炭素を用いることはない。
Reeveらの欧州特許出願第0,113,249号は、溶融金属相
中にその中にセラミック粉末分散相を生成した後、この
溶融条件を充分な時間保持して内部にセラミックスのネ
ットワークを形成させることによってサーメットを製造
する方法を開示する。セラミック相の形成は、アルミニ
ウムなどの溶融金属中でチタン塩とホウ素塩を反応させ
ることによると説明されている。ホウ化物セラミックス
がその場で生成し、体内成長したネットワークになる。
しかしながら、ここでは浸透はなく、またホウ化物は溶
融金属中で沈積物として形成される。この出願の２つの
実施例は両方ともTiAl3，AlB2又はAlB12の粒は生成せ
ず、TiB2が生成したことを明記しており、これは明らか
にアルミニウムがホウ化物の金属前駆体でないことを示
している。また、炭化ホウ素を前駆体材料として用いる
ことも示唆されていない。
中にその中にセラミック粉末分散相を生成した後、この
溶融条件を充分な時間保持して内部にセラミックスのネ
ットワークを形成させることによってサーメットを製造
する方法を開示する。セラミック相の形成は、アルミニ
ウムなどの溶融金属中でチタン塩とホウ素塩を反応させ
ることによると説明されている。ホウ化物セラミックス
がその場で生成し、体内成長したネットワークになる。
しかしながら、ここでは浸透はなく、またホウ化物は溶
融金属中で沈積物として形成される。この出願の２つの
実施例は両方ともTiAl3，AlB2又はAlB12の粒は生成せ
ず、TiB2が生成したことを明記しており、これは明らか
にアルミニウムがホウ化物の金属前駆体でないことを示
している。また、炭化ホウ素を前駆体材料として用いる
ことも示唆されていない。
米国特許第3,864,154号（Gazzaら）は浸透により製造
したセラミック−金属系を開示している。真空下でAlB
12圧縮成形体に溶融アルミニウムを含浸してこれらの成
分の系を得ている。同様にしてSiB6−Al,B−Al;B4C−Al
/Si;及びAlB12−Ｂ−Alが製造されている。しかしなが
ら、反応に関する示唆は全くなく、浸透材料との反応を
伴なう複合体、あるいは不活性フィラーを充填した反応
生成物、又はそれを複合体の一部とする製品については
全く示唆するところがない。
したセラミック−金属系を開示している。真空下でAlB
12圧縮成形体に溶融アルミニウムを含浸してこれらの成
分の系を得ている。同様にしてSiB6−Al,B−Al;B4C−Al
/Si;及びAlB12−Ｂ−Alが製造されている。しかしなが
ら、反応に関する示唆は全くなく、浸透材料との反応を
伴なう複合体、あるいは不活性フィラーを充填した反応
生成物、又はそれを複合体の一部とする製品については
全く示唆するところがない。
米国特許第4,605,440号（Halversonら）はB4C−Al複
合体を得るためにB4C−Al圧縮成形体（B4C粉とAl粉の均
一混合物を常温プレスして作成）を真空下又はアルゴン
雰囲気中で焼成することを開示する。溶融前駆体金属の
プール又は物体（body）からプレフォームへの溶融金属
の浸透は起らない。更にフィラーの好適な特性を利用す
る複合体を得るために不活性フィラーを充填した反応生
成物については全く示唆するところがない。
合体を得るためにB4C−Al圧縮成形体（B4C粉とAl粉の均
一混合物を常温プレスして作成）を真空下又はアルゴン
雰囲気中で焼成することを開示する。溶融前駆体金属の
プール又は物体（body）からプレフォームへの溶融金属
の浸透は起らない。更にフィラーの好適な特性を利用す
る複合体を得るために不活性フィラーを充填した反応生
成物については全く示唆するところがない。
サーメット材料を製造するこれらの方法はいくつかの
場合には有望な成果をもたらしたが、ホウ素含有材料を
製造するより有効かつ経済的な方法に対して需要が一般
的に存在する。
場合には有望な成果をもたらしたが、ホウ素含有材料を
製造するより有効かつ経済的な方法に対して需要が一般
的に存在する。
ホウ化物含有材料の製造に伴なう上記の問題の多くは
米国特許出願第73,533号（1987年７月15日出願、発明者
Danny R.White,Michael K.Aghajanian及びT.Dennis Cla
ar、発明の名称“Process for Preparing Self−Suppor
ting Bodies and Products Made Thereby"、対応日本特
開平01−103945号公報）明細書に記載されている。
米国特許出願第73,533号（1987年７月15日出願、発明者
Danny R.White,Michael K.Aghajanian及びT.Dennis Cla
ar、発明の名称“Process for Preparing Self−Suppor
ting Bodies and Products Made Thereby"、対応日本特
開平01−103945号公報）明細書に記載されている。
米国特許出願第73,533号の開示を簡単に要約すると、
炭化ホウ素の存在における母材金属の浸透反応方法（in
filtration and reaction process）〔即ち、反応浸透
（reactive infiltration）〕を利用して自己支持体（s
elf−supporting）セラミック体が製造される。とりわ
け、炭化ホウ素の床又は素材（mass）が溶融母材金属に
より浸透及び反応され、この床は完全に炭化ホウ素のみ
からなることができ、それによって１種又は２種以上の
母材金属のホウ素含有化合物からなる自己支持体が得ら
れる。このホウ素含有化合物は母材金属ホウ化物、もし
くは母材金属ホウ素化合物、又はその両方を含み、典型
的には母材金属炭化物もまた含む。また、浸透されるべ
き炭化ホウ素素材は１種又は２種以上の不活性フィラー
を炭化ホウ素と混合して含んでいてもよいと開示されて
いる。従って、不活性フィラーを用いることによって母
材金属の反応浸透による生成物をマトリックスとする複
合体が得られる。このマトリックスは少なくとも１種の
ホウ素含有化合物を含み、また同様に母材金属炭化物を
含んでもよく、そしてこのマトリックス中に不活性フィ
ラーが充填されている。さらに、上記の態様（即ち、フ
ィラー含有または不含有）の最終複合体生成物は出発母
材金属の少なくとも１種の金属成分を残留金属として含
むことができる旨が掲載されている。
炭化ホウ素の存在における母材金属の浸透反応方法（in
filtration and reaction process）〔即ち、反応浸透
（reactive infiltration）〕を利用して自己支持体（s
elf−supporting）セラミック体が製造される。とりわ
け、炭化ホウ素の床又は素材（mass）が溶融母材金属に
より浸透及び反応され、この床は完全に炭化ホウ素のみ
からなることができ、それによって１種又は２種以上の
母材金属のホウ素含有化合物からなる自己支持体が得ら
れる。このホウ素含有化合物は母材金属ホウ化物、もし
くは母材金属ホウ素化合物、又はその両方を含み、典型
的には母材金属炭化物もまた含む。また、浸透されるべ
き炭化ホウ素素材は１種又は２種以上の不活性フィラー
を炭化ホウ素と混合して含んでいてもよいと開示されて
いる。従って、不活性フィラーを用いることによって母
材金属の反応浸透による生成物をマトリックスとする複
合体が得られる。このマトリックスは少なくとも１種の
ホウ素含有化合物を含み、また同様に母材金属炭化物を
含んでもよく、そしてこのマトリックス中に不活性フィ
ラーが充填されている。さらに、上記の態様（即ち、フ
ィラー含有または不含有）の最終複合体生成物は出発母
材金属の少なくとも１種の金属成分を残留金属として含
むことができる旨が掲載されている。
広く、米国特許出願第73,533号に開示された方法で
は、炭化ホウ素素材を特定の温度範囲内の実質的に不活
性な雰囲気中で溶融した金属又は合金の溶融体と隣接又
は接触させる。溶融金属は炭化ホウ素素材に浸透し、炭
化ホウ素と反応して少なくとも１種の反応生成物を生成
する。炭化ホウ素は母材金属により少なくとも部分的に
還元可能であることにより母材金属ホウ素含有化合物
（即ち、反応の温度条件下で母材金属のホウ化物及び／
又はホウ素化合物）を生成する。典型的には、母材金属
炭化物も生成し、場合によっては母材金属ホウ炭化物
（boro carbide）が生成する。反応生成物の少なくとも
１部分は溶融金属との接触が維持され、溶融金属は吸引
又は毛管作用により未反応炭化ホウ素に向って吸引又は
輸送される。この輸送された金属は新たに母材金属のホ
ウ化物、炭化物及び／又はホウ炭化物を生成し、そして
母材金属又は炭化ホウ素の一方が消費し尽されるか又は
反応温度が前記反応温度範囲外にされるまでセラミック
体の形成又は成長が続く。得られる組織は母材金属ホウ
化物、母材金属ホウ素化合物、母材金属炭化物、金属
（米国特許出願第73,533号に記載されているように合金
及び金属間化合物を含む）の１種又は２種以上、又は空
孔（ボイド）、又はこれらの組合せからなる。また、こ
れらのいくつかの相はセラミック体の全体にわたって１
次元的に又は２次元又は３次元的に連続していてもよ
く、あるいは連続していなくてもよい。ホウ素含有化合
物相（即ち、ホウ化物相及びホウ素化合物相）、炭素含
有化合物相、及び金属相の最終体積分率及び連続性の程
度は炭化ホウ素体の初期密度、炭化ホウ素と母材金属、
母材金属の合金の相対量、炭化ホウ素のフィラーによる
希釈、温度、時間などの条件の１つ又は２以上を変更し
て制御することが可能である。炭化ホウ素の母材金属ホ
ウ化物、母材金属ホウ素化合物及び母材金属炭化物への
変換が少なくとも約50％であることが好ましく、最も好
ましくは少なくとも90％である。
は、炭化ホウ素素材を特定の温度範囲内の実質的に不活
性な雰囲気中で溶融した金属又は合金の溶融体と隣接又
は接触させる。溶融金属は炭化ホウ素素材に浸透し、炭
化ホウ素と反応して少なくとも１種の反応生成物を生成
する。炭化ホウ素は母材金属により少なくとも部分的に
還元可能であることにより母材金属ホウ素含有化合物
（即ち、反応の温度条件下で母材金属のホウ化物及び／
又はホウ素化合物）を生成する。典型的には、母材金属
炭化物も生成し、場合によっては母材金属ホウ炭化物
（boro carbide）が生成する。反応生成物の少なくとも
１部分は溶融金属との接触が維持され、溶融金属は吸引
又は毛管作用により未反応炭化ホウ素に向って吸引又は
輸送される。この輸送された金属は新たに母材金属のホ
ウ化物、炭化物及び／又はホウ炭化物を生成し、そして
母材金属又は炭化ホウ素の一方が消費し尽されるか又は
反応温度が前記反応温度範囲外にされるまでセラミック
体の形成又は成長が続く。得られる組織は母材金属ホウ
化物、母材金属ホウ素化合物、母材金属炭化物、金属
（米国特許出願第73,533号に記載されているように合金
及び金属間化合物を含む）の１種又は２種以上、又は空
孔（ボイド）、又はこれらの組合せからなる。また、こ
れらのいくつかの相はセラミック体の全体にわたって１
次元的に又は２次元又は３次元的に連続していてもよ
く、あるいは連続していなくてもよい。ホウ素含有化合
物相（即ち、ホウ化物相及びホウ素化合物相）、炭素含
有化合物相、及び金属相の最終体積分率及び連続性の程
度は炭化ホウ素体の初期密度、炭化ホウ素と母材金属、
母材金属の合金の相対量、炭化ホウ素のフィラーによる
希釈、温度、時間などの条件の１つ又は２以上を変更し
て制御することが可能である。炭化ホウ素の母材金属ホ
ウ化物、母材金属ホウ素化合物及び母材金属炭化物への
変換が少なくとも約50％であることが好ましく、最も好
ましくは少なくとも90％である。
米国特許出願第73,533号で用いられた典型的な環境又
は雰囲気は処理条件下で比較的不活性又は非反応性のも
のであった。特に、例えば、アルゴンガス又は真空が好
適な処理雰囲気であると記載されている。さらにまた、
ジルコニウムを母材金属として用いた場合、得られる複
合体は二ホン化ジルコニウム、炭化ジルコニウム及び残
留ジルコニウム金属からなっていたと記載されている。
また、アルミニウムを母材金属として用いた処理では、
Al3B48C2，AlB12C2及び／又はAlB24C4などのホウ炭化ア
ルミニウムとアルミニウムその他の母材金属の未反応非
酸化成分の残留分からなるものが得られたと記載されて
いる。このような処理条件下で用いるのに適当なその他
の母材金属としてはケイ素、チタン、ハフニウム、ラン
タン、鉄、カルシウム、バナジウム、ニオブ、マグネシ
ウム及びベリリウムが記載されている。
は雰囲気は処理条件下で比較的不活性又は非反応性のも
のであった。特に、例えば、アルゴンガス又は真空が好
適な処理雰囲気であると記載されている。さらにまた、
ジルコニウムを母材金属として用いた場合、得られる複
合体は二ホン化ジルコニウム、炭化ジルコニウム及び残
留ジルコニウム金属からなっていたと記載されている。
また、アルミニウムを母材金属として用いた処理では、
Al3B48C2，AlB12C2及び／又はAlB24C4などのホウ炭化ア
ルミニウムとアルミニウムその他の母材金属の未反応非
酸化成分の残留分からなるものが得られたと記載されて
いる。このような処理条件下で用いるのに適当なその他
の母材金属としてはケイ素、チタン、ハフニウム、ラン
タン、鉄、カルシウム、バナジウム、ニオブ、マグネシ
ウム及びベリリウムが記載されている。
米国特許出願第137,044号（1987年12月23日に米国特
許出願第73,533号の一部継続出願として出願、発明者Te
rry Dennis Claar,Steven Michael Mason,Kevin Peter
Pochopien及びDanny Ray White、発明の名称“Process
for Preparing Self−Supporting Bodies and Products
Made Therby"、対応欧州特許出願公開EP−A2−32233
6）は、場合により、溶融母材金属により浸透されるべ
き炭化ホウ素の床又は素材に炭素供給材料（carbon don
er material、即ち、炭素含有化合物）を添加すること
が望ましいことを開示する。具体的には、炭素供給材料
は母材金属と反応して母材金属−炭化物相を生成し、こ
れが得られる複合体の機械的特性を炭素供給材料を用い
ないで生成した複合体の特性よりも優れたものとするこ
とを可能にすることが開示されている。このようにし
て、反応体濃度及び処理条件を変更又は制御してセラミ
ック化合物、金属及び／又は空孔率をいろいな体積パー
セントで含む複合体を得ることができることが開示され
ている。例えば、炭化ホウ素素材に炭素供給材料（例え
ば、グラファイト粉又はカーボンブラック）を添加して
母材金属−ホウ化物／母材金属−炭化物の比を調整でき
る。特に、ジルコニウムを母材金属として用いた場合、
ZrB2/ZrCの比を低下させることができる（即ち、炭化ホ
ウ素材料に炭素供給材料を添加することにより、より多
くのZrCを生成することができる）。
許出願第73,533号の一部継続出願として出願、発明者Te
rry Dennis Claar,Steven Michael Mason,Kevin Peter
Pochopien及びDanny Ray White、発明の名称“Process
for Preparing Self−Supporting Bodies and Products
Made Therby"、対応欧州特許出願公開EP−A2−32233
6）は、場合により、溶融母材金属により浸透されるべ
き炭化ホウ素の床又は素材に炭素供給材料（carbon don
er material、即ち、炭素含有化合物）を添加すること
が望ましいことを開示する。具体的には、炭素供給材料
は母材金属と反応して母材金属−炭化物相を生成し、こ
れが得られる複合体の機械的特性を炭素供給材料を用い
ないで生成した複合体の特性よりも優れたものとするこ
とを可能にすることが開示されている。このようにし
て、反応体濃度及び処理条件を変更又は制御してセラミ
ック化合物、金属及び／又は空孔率をいろいな体積パー
セントで含む複合体を得ることができることが開示され
ている。例えば、炭化ホウ素素材に炭素供給材料（例え
ば、グラファイト粉又はカーボンブラック）を添加して
母材金属−ホウ化物／母材金属−炭化物の比を調整でき
る。特に、ジルコニウムを母材金属として用いた場合、
ZrB2/ZrCの比を低下させることができる（即ち、炭化ホ
ウ素材料に炭素供給材料を添加することにより、より多
くのZrCを生成することができる）。
また、米国特許出願第137,044号は適当な数の貫通孔
を特定の寸法、形状及び位置に有するグラファイト型を
用いることを開示している。この貫通孔は、母材金属の
反応浸透の先端がプレフォームに浸透するとき、例え
ば、プレフォーム又はフィラー中にトラップされていた
気体が逃れることを可能にするベント手段として作用す
る。
を特定の寸法、形状及び位置に有するグラファイト型を
用いることを開示している。この貫通孔は、母材金属の
反応浸透の先端がプレフォームに浸透するとき、例え
ば、プレフォーム又はフィラー中にトラップされていた
気体が逃れることを可能にするベント手段として作用す
る。
もう１つの関連する出願である米国特許第137,382号
（1987年12月23日出願、発明者Terry Claar及びGerhard
Hans Schiroky、発明の名称“A Method of Modifying
Ceramic Composite Bodies By a Carburization Proces
s and Articles Made Thereby"、対応日本特開平01−22
4255号公報）にさらなる改良方法が開示されている。具
体的には、米国特許出願第137,382号は米国特許出願第7
3,533号の方法に従って作成したセラミック複合体を気
体状与炭剤（gaseous carbulizing species）に暴露す
ることによって改質できることを開示する。このような
気体状与炭剤は、例えば、複合体をグラファイト床中に
埋めて制御された雰囲気の炉中でグラファイト床の少な
くとも一部を水蒸気又は酸素と反応させて生成すること
ができる。しかしながら、炉内雰囲気は典型的には主と
してアルゴンの如く非反応性ガスからなるべきである。
アルゴンガス中に存在する不純物が与炭剤を生成するの
に必要な炭素を供給するのか、それともアルゴンガスは
グラファイト床又は複合体中の成分のある種の気化によ
って発生する不純物を含むビーヒクルとして働くだけな
のかは明らかでない。さらに、気体状与炭剤は複合体の
加熱中に制御雰囲気炉中に直接に導入することができ
る。
（1987年12月23日出願、発明者Terry Claar及びGerhard
Hans Schiroky、発明の名称“A Method of Modifying
Ceramic Composite Bodies By a Carburization Proces
s and Articles Made Thereby"、対応日本特開平01−22
4255号公報）にさらなる改良方法が開示されている。具
体的には、米国特許出願第137,382号は米国特許出願第7
3,533号の方法に従って作成したセラミック複合体を気
体状与炭剤（gaseous carbulizing species）に暴露す
ることによって改質できることを開示する。このような
気体状与炭剤は、例えば、複合体をグラファイト床中に
埋めて制御された雰囲気の炉中でグラファイト床の少な
くとも一部を水蒸気又は酸素と反応させて生成すること
ができる。しかしながら、炉内雰囲気は典型的には主と
してアルゴンの如く非反応性ガスからなるべきである。
アルゴンガス中に存在する不純物が与炭剤を生成するの
に必要な炭素を供給するのか、それともアルゴンガスは
グラファイト床又は複合体中の成分のある種の気化によ
って発生する不純物を含むビーヒクルとして働くだけな
のかは明らかでない。さらに、気体状与炭剤は複合体の
加熱中に制御雰囲気炉中に直接に導入することができ
る。
炉は、雰囲気制御炉中に気体状与炭剤が導入されたと
き、粗に充填されたグラファイト粉中に埋められた複数
体の表面の少なくとも一部分と与炭剤が接触することが
可能なように構成されるべきである。与炭剤中の炭素又
はグラファイト床中の炭素は連続炭化ジルコニウム相中
に溶解し、それからこの相がその溶解した炭素を空孔拡
散（vacancy diffusion）により、所望であれば実質的
に複合体の全体に輸送する。さらに、米国特許出願、13
7,382号は時間、与炭剤に対する複合体の暴露、及び／
又は与炭プロセスが起きる温度を制御することにより、
複合体の表面に与炭化帯域又は層が形成される。このよ
うな処理により、高金属含分及び高破壊靱性を有する複
合体のコアの周囲に高硬度耐摩耗性表面を提供すること
ができる。
き、粗に充填されたグラファイト粉中に埋められた複数
体の表面の少なくとも一部分と与炭剤が接触することが
可能なように構成されるべきである。与炭剤中の炭素又
はグラファイト床中の炭素は連続炭化ジルコニウム相中
に溶解し、それからこの相がその溶解した炭素を空孔拡
散（vacancy diffusion）により、所望であれば実質的
に複合体の全体に輸送する。さらに、米国特許出願、13
7,382号は時間、与炭剤に対する複合体の暴露、及び／
又は与炭プロセスが起きる温度を制御することにより、
複合体の表面に与炭化帯域又は層が形成される。このよ
うな処理により、高金属含分及び高破壊靱性を有する複
合体のコアの周囲に高硬度耐摩耗性表面を提供すること
ができる。
こうして、例えば約５〜30体積％の残留母材金属相を
有する複合体が作成された場合、このような複合体をポ
スト炭化処理によって改質して複合体中に残留する母材
金属を約０〜２体積％、典型的には約1/2〜２体積％に
することができる。
有する複合体が作成された場合、このような複合体をポ
スト炭化処理によって改質して複合体中に残留する母材
金属を約０〜２体積％、典型的には約1/2〜２体積％に
することができる。
我々の上記各出願の開示は本明細書に引用することに
よって本明細書の開示として含ませるものである。
よって本明細書の開示として含ませるものである。
本発明に従って、自己支持セラミック体が、窒素ホウ
素の存在下で母材金属浸透及び反応方法（即ち、反応浸
透）を利用して製造される。窒化ホウ素の床又は素材は
溶融母材金属により浸透され、この床は完全に窒化ホウ
素からなり、１種又は２種以上の母材金属ホウ素含有化
合物からなる自己支持体が得られ、この化合物には母材
金属ホウ化物又は母材金属窒化物、又はその両者が含ま
れる。また、浸透されるべき素材には、反応浸透により
複合体を製造するために窒化ホウ素と混合した１種又は
２種以上の不活性フィラーを含んでもよく、この複合体
は、１種又は２種以上のホウ素含有化合物のマトリック
スからなっており、また母材金属窒化物及び残留する母
材金属の未反応又は未酸化成分を含んでいてもよい。本
発明のある態様に於いて、フィラー材料は、母材金属ホ
ウ素含有化合物、母材金属窒素含有化合物及び未反応又
は未酸化母材金属からなるマトリックスにより埋め込ま
れていてもよい。両方の態様に於いて、最終製品には母
材金属の１種又はそれ以上の金属成分として金属が含ま
れていてもよい。更に、ある場合には窒化ホウ素に炭素
供給材料（即ち、炭素含有化合物）を添加することが望
ましく、この炭素供給材料は母材金属と反応して母材金
属−炭化物層を形成することができ、それにより複合体
の得られる機械的性質を修正できる。反応剤濃度及び工
程条件は、セラミック化合物、金属及び／又は空孔度の
種々の体積パーセントを含む物体を生成するために、変
えたり制御することができる。
素の存在下で母材金属浸透及び反応方法（即ち、反応浸
透）を利用して製造される。窒化ホウ素の床又は素材は
溶融母材金属により浸透され、この床は完全に窒化ホウ
素からなり、１種又は２種以上の母材金属ホウ素含有化
合物からなる自己支持体が得られ、この化合物には母材
金属ホウ化物又は母材金属窒化物、又はその両者が含ま
れる。また、浸透されるべき素材には、反応浸透により
複合体を製造するために窒化ホウ素と混合した１種又は
２種以上の不活性フィラーを含んでもよく、この複合体
は、１種又は２種以上のホウ素含有化合物のマトリック
スからなっており、また母材金属窒化物及び残留する母
材金属の未反応又は未酸化成分を含んでいてもよい。本
発明のある態様に於いて、フィラー材料は、母材金属ホ
ウ素含有化合物、母材金属窒素含有化合物及び未反応又
は未酸化母材金属からなるマトリックスにより埋め込ま
れていてもよい。両方の態様に於いて、最終製品には母
材金属の１種又はそれ以上の金属成分として金属が含ま
れていてもよい。更に、ある場合には窒化ホウ素に炭素
供給材料（即ち、炭素含有化合物）を添加することが望
ましく、この炭素供給材料は母材金属と反応して母材金
属−炭化物層を形成することができ、それにより複合体
の得られる機械的性質を修正できる。反応剤濃度及び工
程条件は、セラミック化合物、金属及び／又は空孔度の
種々の体積パーセントを含む物体を生成するために、変
えたり制御することができる。
概して、本発明の方法において、窒化ホウ素からなる
素材は、特定の温度周囲（enrelope）内で実質的に不活
性の環境下に溶融している溶融金属又は金属合金の物体
に隣接して、又は物体と接触して配置される。この溶融
金属は素材に浸透し、窒化ホウ素と反応して１種又は２
種以上の反応生成物を形成する。窒化ホウ素はこの工程
の温度条件下で溶融母材金属により少なくとも部分的に
還元でき、母材金属ホウ素含有化合物、例えば、母材金
属ホウ化物及び／又はホウ素化合物を形成する。典型的
に母材金属窒化物も製造される。少なくとも一部の反応
生成物は、金属と接触状態に維持され、溶融金属は吸引
（wicking）又は毛管作用により未反応の窒化ホウ素の
方に吸引されるか又は輸送される。この輸送された金属
は、追加の母材金属ホウ化物及び窒化物を形成し、セラ
ミック体の形成又は成長は、母材金属又は窒化ホウ素が
消費されるまで、又は反応温度が前記反応温度範囲外に
変わるまで続く。得られた組織は、母材金属ホウ化物、
母材金属ホウ化化合物、母材金属窒化物、金属（本明細
書に於いて使用するとき、合金及び金属間化合物を含め
る）の１種又は２種以上、又は空孔、又はそれらの組合
せからなり、これらの幾つかの相は１次元的に、又は２
次元的に、又は３次元的に連続していてもよく、或いは
連続していなくてもよい。ホウ素含有化合物（即ち、ホ
ウ化物及びホウ素化合物）、窒素含有化合物、並びに金
属相の最終体積分率、並びに連続性の程度は、窒化ホウ
素の初期密度、窒化ホウ素と母材金属との相対量、母材
金属の合金化、フィラーによる窒化ホウ素の希釈、温度
及び時間のような条件の１個又は２個以上を変更するこ
とにより制御できる。
素材は、特定の温度周囲（enrelope）内で実質的に不活
性の環境下に溶融している溶融金属又は金属合金の物体
に隣接して、又は物体と接触して配置される。この溶融
金属は素材に浸透し、窒化ホウ素と反応して１種又は２
種以上の反応生成物を形成する。窒化ホウ素はこの工程
の温度条件下で溶融母材金属により少なくとも部分的に
還元でき、母材金属ホウ素含有化合物、例えば、母材金
属ホウ化物及び／又はホウ素化合物を形成する。典型的
に母材金属窒化物も製造される。少なくとも一部の反応
生成物は、金属と接触状態に維持され、溶融金属は吸引
（wicking）又は毛管作用により未反応の窒化ホウ素の
方に吸引されるか又は輸送される。この輸送された金属
は、追加の母材金属ホウ化物及び窒化物を形成し、セラ
ミック体の形成又は成長は、母材金属又は窒化ホウ素が
消費されるまで、又は反応温度が前記反応温度範囲外に
変わるまで続く。得られた組織は、母材金属ホウ化物、
母材金属ホウ化化合物、母材金属窒化物、金属（本明細
書に於いて使用するとき、合金及び金属間化合物を含め
る）の１種又は２種以上、又は空孔、又はそれらの組合
せからなり、これらの幾つかの相は１次元的に、又は２
次元的に、又は３次元的に連続していてもよく、或いは
連続していなくてもよい。ホウ素含有化合物（即ち、ホ
ウ化物及びホウ素化合物）、窒素含有化合物、並びに金
属相の最終体積分率、並びに連続性の程度は、窒化ホウ
素の初期密度、窒化ホウ素と母材金属との相対量、母材
金属の合金化、フィラーによる窒化ホウ素の希釈、温度
及び時間のような条件の１個又は２個以上を変更するこ
とにより制御できる。
更に、炭素供給材料（例えば、グラファイト粉末又は
カーボンブラック）を窒化ホウ素に添加することによっ
て、最終体の１個又は２個以上の性質を修正又は増強で
きる母材金属炭化物を形成できる。
カーボンブラック）を窒化ホウ素に添加することによっ
て、最終体の１個又は２個以上の性質を修正又は増強で
きる母材金属炭化物を形成できる。
典型的には、窒化ホウ素の素材は、反応生成物を通し
て反応生成物を吸引するほど少なくとも幾らか多孔質で
ある。吸引は明らかに、反応の際のどのような体積変化
も母材金属が吸引し続けることができる孔を完全には閉
ざさないために、又は、反応生成物が、その粒子境界の
少なくとも幾らかを母材金属に対して浸透できるように
する表面エネルギー状態のような要因のために、溶融金
属に対し浸透できるようにしておくために、生じる。
て反応生成物を吸引するほど少なくとも幾らか多孔質で
ある。吸引は明らかに、反応の際のどのような体積変化
も母材金属が吸引し続けることができる孔を完全には閉
ざさないために、又は、反応生成物が、その粒子境界の
少なくとも幾らかを母材金属に対して浸透できるように
する表面エネルギー状態のような要因のために、溶融金
属に対し浸透できるようにしておくために、生じる。
他の態様に於いて、複合体は、１種又は２種以上の内
部フィラー材料と混合された窒化ホウ素の床中への溶融
母材金属の輸送により製造される。この態様に於いて、
窒化ホウ素は適当なフィラー材料中に含有され、これは
次いで溶融母材金属に隣接して又は接触して置かれる。
この組立体（setup）は、処理条件下で溶融金属に実質
的に非濡れ性であるか又は非反応性である別の床の上か
又は中に支持され得る。溶融金属は窒化ホウ素−フィラ
ー混合物に浸透し、窒化ホウ素と反応して１種又は２種
以上のホウ素含有化合物を形成する。得られた自己支持
性セラミック−金属複合体は、典型的に、ホウ素含有化
合物（単複）からなるマトリックスにより埋め込まれた
フィラーからなり、また実質的量の窒化物及び金属を含
有し得る高密度のミツロ構造体である。反応浸透方法を
促進するためにほんの少量の窒化ホウ素が必要である。
かくして、得られるマトリックスは、主として金属成分
からなりそれにより母材金属の特徴を示すある種の性質
を示すものから、方法に於いて高濃度の窒化ホウ素が使
用された場合、それにより有意のホウ素含有化合物（単
複）相、又は有意の窒素含有化合物（単複）相、又はそ
の両者を作り、マトリックスの性質が優勢であるものま
で、含量を変えることができる。フィラーは複合体の性
質を増強し、複合体の原料コストを低下させ、又はホウ
素含有化合物（単複）及び／又は窒素含有化合物（単
複）の生成反応の動力学ー並びに熱発生の関連速度を緩
和するよう機能することができる。
部フィラー材料と混合された窒化ホウ素の床中への溶融
母材金属の輸送により製造される。この態様に於いて、
窒化ホウ素は適当なフィラー材料中に含有され、これは
次いで溶融母材金属に隣接して又は接触して置かれる。
この組立体（setup）は、処理条件下で溶融金属に実質
的に非濡れ性であるか又は非反応性である別の床の上か
又は中に支持され得る。溶融金属は窒化ホウ素−フィラ
ー混合物に浸透し、窒化ホウ素と反応して１種又は２種
以上のホウ素含有化合物を形成する。得られた自己支持
性セラミック−金属複合体は、典型的に、ホウ素含有化
合物（単複）からなるマトリックスにより埋め込まれた
フィラーからなり、また実質的量の窒化物及び金属を含
有し得る高密度のミツロ構造体である。反応浸透方法を
促進するためにほんの少量の窒化ホウ素が必要である。
かくして、得られるマトリックスは、主として金属成分
からなりそれにより母材金属の特徴を示すある種の性質
を示すものから、方法に於いて高濃度の窒化ホウ素が使
用された場合、それにより有意のホウ素含有化合物（単
複）相、又は有意の窒素含有化合物（単複）相、又はそ
の両者を作り、マトリックスの性質が優勢であるものま
で、含量を変えることができる。フィラーは複合体の性
質を増強し、複合体の原料コストを低下させ、又はホウ
素含有化合物（単複）及び／又は窒素含有化合物（単
複）の生成反応の動力学ー並びに熱発生の関連速度を緩
和するよう機能することができる。
更に他の態様に於いて、浸透されるべき材料は、所望
の最終複合体の形状に対応するプレフォームに成形され
る。これに続く溶融母材金属によるプレフォームの反応
浸透の結果、プレフォームの正味の形状又は正味に近い
形状を有する複合体になり、それによって高価な最終機
械加工又は仕上げ操作を最少にする。更に、最終機械加
工又は仕上げ操作の量を減少することを助けるために、
バリヤー物質でプレフォームを取り囲むことができる。
例えば、炭化ホウ素、窒化ホウ素、ホウ素及び炭素から
作られたプレフォームと組み合わせて使用するとき、ジ
ルコニウム、チタン、又はハフニウムのような母材金属
のためのバリヤーとして、グラファイト型を使用するこ
とが特に有用である。更に、上記グラファイト型内に特
定のサイズ及び形状を有する適当な数の貫通孔を設ける
ことにより、本発明により製造された複合体中に典型的
に発生する多孔の量が減少する。典型的には、複数の孔
が型の底部、又は反応浸透が生じる方向の型の部分に設
けられる。孔は、例えば、母材金属反応浸透前面がプレ
フォームに浸透するとき、プレフォームに捕捉された例
えばアルゴンを除去するベント手段として機能する。
の最終複合体の形状に対応するプレフォームに成形され
る。これに続く溶融母材金属によるプレフォームの反応
浸透の結果、プレフォームの正味の形状又は正味に近い
形状を有する複合体になり、それによって高価な最終機
械加工又は仕上げ操作を最少にする。更に、最終機械加
工又は仕上げ操作の量を減少することを助けるために、
バリヤー物質でプレフォームを取り囲むことができる。
例えば、炭化ホウ素、窒化ホウ素、ホウ素及び炭素から
作られたプレフォームと組み合わせて使用するとき、ジ
ルコニウム、チタン、又はハフニウムのような母材金属
のためのバリヤーとして、グラファイト型を使用するこ
とが特に有用である。更に、上記グラファイト型内に特
定のサイズ及び形状を有する適当な数の貫通孔を設ける
ことにより、本発明により製造された複合体中に典型的
に発生する多孔の量が減少する。典型的には、複数の孔
が型の底部、又は反応浸透が生じる方向の型の部分に設
けられる。孔は、例えば、母材金属反応浸透前面がプレ
フォームに浸透するとき、プレフォームに捕捉された例
えばアルゴンを除去するベント手段として機能する。
更になお、前記方法が、本発明に於いて応用できる。
本明細書で使用する用語は以下のように定義する。
母材金属は、多結晶質酸化反応生成物、即ち、母材金
属ホウ化物、母材金属窒化物、又は他の母材金属化合物
の前駆体である金属（例えば、ジルコニウム）を指称
し、純粋な金属、比較的純粋な金属、不純物及び／又は
合金成分を含む市販の金属、並びに主成分として金属前
駆体を含む合金としての上記金属の何れをも含むもので
ある。そして、特定の金属（例、ジルコニウム）が母材
金属として記載されている場合、その金属は本文中に特
に断られない限り、上記の定義を参照して読まれるべき
ものである。
属ホウ化物、母材金属窒化物、又は他の母材金属化合物
の前駆体である金属（例えば、ジルコニウム）を指称
し、純粋な金属、比較的純粋な金属、不純物及び／又は
合金成分を含む市販の金属、並びに主成分として金属前
駆体を含む合金としての上記金属の何れをも含むもので
ある。そして、特定の金属（例、ジルコニウム）が母材
金属として記載されている場合、その金属は本文中に特
に断られない限り、上記の定義を参照して読まれるべき
ものである。
「母材金属ホウ化物」及び「母材金属ホウ素化合物」
は、炭化ホウ素と母材金属の反応により生成するホウ素
含有反応生成物を意味し、ホウ素と母材金属との２元化
合物と共に３元又は更に高次の化合物をも含む。
は、炭化ホウ素と母材金属の反応により生成するホウ素
含有反応生成物を意味し、ホウ素と母材金属との２元化
合物と共に３元又は更に高次の化合物をも含む。
「母材金属窒化物」は、窒化ホウ素と母材金属との反
応により生成する窒素含有反応生成物を意味する。
応により生成する窒素含有反応生成物を意味する。
「母材金属炭化物」は、炭素源と母材金属の反応によ
り生成する炭素含有反応生成物を意味する。
り生成する炭素含有反応生成物を意味する。
本発明により、自己支持体は、窒化ホウ素から、なる
素材中への溶融母材金属の反応浸透により製造され、母
材金属と窒化ホウ素との反応生成物（単複）からなる多
結晶セラミック含有体を形成し、母材金属の１種又は２
種以上の成分をも含む。典型的にはプロセス温度で固体
である窒化ホウ素は好ましくは微粒子状又は粉末状であ
る。プロセスの環境又は雰囲気は、プロセス条件下で比
較的不活性又は非反応性であるように選択される。例え
ば、アルゴン又は真空が適当な工程雰囲気である。得ら
れた生成物は、（ａ）母材金属ホウ化物、（ｂ）ホウ素
化合物、（ｃ）母材金属炭化物、及び（ｄ）金属の１種
又は２種以上からなる。生成物中の成分及び比率は、母
材金属の選択及び組成並びに反応条件に大きく依存して
いる。また、製造された自己支持体は多孔性又は空洞を
示す。
素材中への溶融母材金属の反応浸透により製造され、母
材金属と窒化ホウ素との反応生成物（単複）からなる多
結晶セラミック含有体を形成し、母材金属の１種又は２
種以上の成分をも含む。典型的にはプロセス温度で固体
である窒化ホウ素は好ましくは微粒子状又は粉末状であ
る。プロセスの環境又は雰囲気は、プロセス条件下で比
較的不活性又は非反応性であるように選択される。例え
ば、アルゴン又は真空が適当な工程雰囲気である。得ら
れた生成物は、（ａ）母材金属ホウ化物、（ｂ）ホウ素
化合物、（ｃ）母材金属炭化物、及び（ｄ）金属の１種
又は２種以上からなる。生成物中の成分及び比率は、母
材金属の選択及び組成並びに反応条件に大きく依存して
いる。また、製造された自己支持体は多孔性又は空洞を
示す。
本発明の好ましい実施態様に於いて、母材金属及び窒
化ホウ素の素材又は床は、反応浸透が床の内部の方へ向
かっているように、互いに隣接して配置されている。予
備成形してもよい床は、工程条件の下で実質的に不活性
である。強化フィラーのようなフィラー材料を含んでい
てもよい。このフィラー材料は、普通母材金属と窒化ホ
ウ素との反応から形成される反応生成物からなるマトリ
ックスにより埋め込まれ、マトリックスはまた、母材金
属の非酸化又は未反応成分を含有してもよい。反応生成
物は、床を実質的に乱したり置き換えることなく床の内
部に成長できる。かくして、床の再配置を損傷したり、
乱したりする恐れのある外部力は必要ではなく、面倒あ
るか又は費用の高い高温、高圧工程及び熟練は反応生成
物を作るために必要ではない。好ましくは、微粒子又は
粉末状である窒化ホウ素を含有するフィラー材料の素材
の中への及びそれとの母材金属の反応浸透は、典型的に
フィラー材料及び母材金属ホウ化物及び母材金属窒化物
からなる複合体を形成する。フィラー材料に加えて母材
金属としてアルミニウムを使用すると、生成物はアルミ
ニウムのホウ化物又は窒化物からなり、また、未反応母
材金属（例えば、アルミニウム）、及び多分母材金属の
他の未反応又は未酸化の成分を含むかも知れない。ジル
コニウムが母材金属である場合には、得られる複合体
は、フィラー材料に加えて、ジルコニウムのホウ化物又
は炭化物からなり、また、未反応若しくは未酸化母材金
属又は母材金属の成分を含んでいてもよい。
化ホウ素の素材又は床は、反応浸透が床の内部の方へ向
かっているように、互いに隣接して配置されている。予
備成形してもよい床は、工程条件の下で実質的に不活性
である。強化フィラーのようなフィラー材料を含んでい
てもよい。このフィラー材料は、普通母材金属と窒化ホ
ウ素との反応から形成される反応生成物からなるマトリ
ックスにより埋め込まれ、マトリックスはまた、母材金
属の非酸化又は未反応成分を含有してもよい。反応生成
物は、床を実質的に乱したり置き換えることなく床の内
部に成長できる。かくして、床の再配置を損傷したり、
乱したりする恐れのある外部力は必要ではなく、面倒あ
るか又は費用の高い高温、高圧工程及び熟練は反応生成
物を作るために必要ではない。好ましくは、微粒子又は
粉末状である窒化ホウ素を含有するフィラー材料の素材
の中への及びそれとの母材金属の反応浸透は、典型的に
フィラー材料及び母材金属ホウ化物及び母材金属窒化物
からなる複合体を形成する。フィラー材料に加えて母材
金属としてアルミニウムを使用すると、生成物はアルミ
ニウムのホウ化物又は窒化物からなり、また、未反応母
材金属（例えば、アルミニウム）、及び多分母材金属の
他の未反応又は未酸化の成分を含むかも知れない。ジル
コニウムが母材金属である場合には、得られる複合体
は、フィラー材料に加えて、ジルコニウムのホウ化物又
は炭化物からなり、また、未反応若しくは未酸化母材金
属又は母材金属の成分を含んでいてもよい。
以下、本発明を、母材金属がジルコニウム又はアルミ
ニウムである好ましい態様について具体的に説明する
が、これは例示の目的であるに過ぎない。シリコン、チ
タン、ハフニウム、ランタン、鉄、カルシウム、バナジ
ウム、ニオブ、マグネシウム、タンタル、クロム、モリ
ブデン、タングステン及びベリリウムのような他の母材
金属も使用でき、このような母材金属の幾つかの例を下
記に挙げる。
ニウムである好ましい態様について具体的に説明する
が、これは例示の目的であるに過ぎない。シリコン、チ
タン、ハフニウム、ランタン、鉄、カルシウム、バナジ
ウム、ニオブ、マグネシウム、タンタル、クロム、モリ
ブデン、タングステン及びベリリウムのような他の母材
金属も使用でき、このような母材金属の幾つかの例を下
記に挙げる。
第１図に於いて、前駆体として母材金属10（例えば、
ジルコニウム）は、インゴット、ビレット、棒、板、又
は類似物に形成されている。金属は少なくとも部分的に
特定の窒化ホウ素12中に埋め込まれている。この組立体
は、典型的には、工程条件下で溶融金属により濡れない
ような、そして溶融金属と反応しないような特定の形状
で、不活性材料14により取り囲まれている。坩堝16又は
他の耐火容器内に入れられている。母材金属の上面18は
露出させることができ、又は、母材金属は窒化ホウ素に
完全に埋め込むかそれにより取り囲むことができ、そし
てまた不活性床14を除くことができる。この組立体を炉
内に置き、好ましくはアルゴンのような不活性雰囲気中
で、母材金属の融点より高いが好ましくは所望の反応生
成物の融点よりも低い温度で加熱し、そうして溶融金属
のかたまり（body）又はプールを形成する。運転可能な
温度範囲又は好ましい温度は、この全範囲を超えないで
あろうことが理解されるべきである。この温度範囲は、
母材金属の組成及び得られる複合体の所望の相のような
要因に大きく依存するであろう。溶融金属が窒化ホウ素
と接触し、そして母材金属ホウ化物（例えば、二ホウ化
ジルコニウム）及び／又は母材金属窒化物（例えば、窒
化ジルコニウム）が、反応生成物として生成する。窒化
ホウ素に連続して露出している際に、残留する溶融金属
は、反応生成物を通して窒化ホウ素を含有する素材の方
向に及び素材中に漸進的に下降して、溶融金属と窒化ホ
ウ素との間の界面で反応生成物が連続して生成する。こ
の方法により製造された生成物は、母材金属と窒化ホウ
素との反応生成物（単複）からなるか、又は、更に１種
又は２種以上の母材金属の未反応又は未酸化成分を含む
ためのセラミック−金属複合体から成っていてもよい。
窒化ホウ素の相当の量が反応生成物（単複）を生成する
ために反応し、この量は好ましくは少なくとも約25％で
ある。この方法による反応生成物として生成されるセラ
ミック微結晶は、連続していても又は連続していなくて
もよいが、好ましくは、三次元的に連続しており、生成
物中の金属相及び全ての空洞が、通常少なくとも部分的
に連続している。全ての多孔は、（化学量論的反応剤又
は過剰の窒化ホウ素が少なくとも化学量論的量で存在す
る場合のように）追加の反応生成物の生成に有利な母材
金属相の部分的又はほぼ完全な消耗の結果である傾向に
あるが、空洞の体積パーセントは温度、時間、母材金属
の種類、及び窒化ホウ素の素材の多孔度のような要因に
依存するであろう。
ジルコニウム）は、インゴット、ビレット、棒、板、又
は類似物に形成されている。金属は少なくとも部分的に
特定の窒化ホウ素12中に埋め込まれている。この組立体
は、典型的には、工程条件下で溶融金属により濡れない
ような、そして溶融金属と反応しないような特定の形状
で、不活性材料14により取り囲まれている。坩堝16又は
他の耐火容器内に入れられている。母材金属の上面18は
露出させることができ、又は、母材金属は窒化ホウ素に
完全に埋め込むかそれにより取り囲むことができ、そし
てまた不活性床14を除くことができる。この組立体を炉
内に置き、好ましくはアルゴンのような不活性雰囲気中
で、母材金属の融点より高いが好ましくは所望の反応生
成物の融点よりも低い温度で加熱し、そうして溶融金属
のかたまり（body）又はプールを形成する。運転可能な
温度範囲又は好ましい温度は、この全範囲を超えないで
あろうことが理解されるべきである。この温度範囲は、
母材金属の組成及び得られる複合体の所望の相のような
要因に大きく依存するであろう。溶融金属が窒化ホウ素
と接触し、そして母材金属ホウ化物（例えば、二ホウ化
ジルコニウム）及び／又は母材金属窒化物（例えば、窒
化ジルコニウム）が、反応生成物として生成する。窒化
ホウ素に連続して露出している際に、残留する溶融金属
は、反応生成物を通して窒化ホウ素を含有する素材の方
向に及び素材中に漸進的に下降して、溶融金属と窒化ホ
ウ素との間の界面で反応生成物が連続して生成する。こ
の方法により製造された生成物は、母材金属と窒化ホウ
素との反応生成物（単複）からなるか、又は、更に１種
又は２種以上の母材金属の未反応又は未酸化成分を含む
ためのセラミック−金属複合体から成っていてもよい。
窒化ホウ素の相当の量が反応生成物（単複）を生成する
ために反応し、この量は好ましくは少なくとも約25％で
ある。この方法による反応生成物として生成されるセラ
ミック微結晶は、連続していても又は連続していなくて
もよいが、好ましくは、三次元的に連続しており、生成
物中の金属相及び全ての空洞が、通常少なくとも部分的
に連続している。全ての多孔は、（化学量論的反応剤又
は過剰の窒化ホウ素が少なくとも化学量論的量で存在す
る場合のように）追加の反応生成物の生成に有利な母材
金属相の部分的又はほぼ完全な消耗の結果である傾向に
あるが、空洞の体積パーセントは温度、時間、母材金属
の種類、及び窒化ホウ素の素材の多孔度のような要因に
依存するであろう。
母材金属としてジルコニウム、チタン及びハフニウム
を使用して本発明により作られた生成物は、小板様構造
（platelet−like structure）により特徴づけられる母
材金属ホウ化物を形成することが観察された。これらの
小板は、典型的には整列していないか又はランダムに配
向しており、亀裂歪及び／又は引き抜き（pull−out）
機構のために、素材の破壊強靱度を増大させるであろ
う。
を使用して本発明により作られた生成物は、小板様構造
（platelet−like structure）により特徴づけられる母
材金属ホウ化物を形成することが観察された。これらの
小板は、典型的には整列していないか又はランダムに配
向しており、亀裂歪及び／又は引き抜き（pull−out）
機構のために、素材の破壊強靱度を増大させるであろ
う。
本発明の他の面に於いて、複合体を含み、反応生成物
のマトリックス及び任意に金属成分からなり、実質的に
不活性のフィラーを埋め込んだ自己支持体が提供され
る。このマトリックスは、窒化ホウ素と密接に混合され
たフィラーとの床又は素材中への母材金属の反応浸透に
より形成される。フィラー材料はどのようなサイズ又は
形状であってもよく、そして母材金属に関して、反応生
成物の成長の方向がそれを実質的に乱したり又は置き換
えることなくフィラーの少なくとも一部の方に向かって
おり、それを包み込む限りどのような方法でも配向でき
る。フィラーは、セラミック及び／若しくは金属の繊
維、ウイスカー、微粒子、粉末、棒、ワイヤー、ワイヤ
ー布、耐火布、板、小板、網状泡構造、中実若しくは中
空球、等々のような、如何なる適当な物質からなってい
てもよい。特に有用なフィラーはアルミナであるが、他
の酸化物及びセラミックフィラーが、出発物質及び所望
の最終性質に依存して使用できる。フィラー材料の体積
は緩やかな又は密着した配置であってよく、その配置
は、フィラーを溶融母材金属の浸透に対し浸透できるよ
うにするために、間隙、開口、介在空間、又は類似のも
のを有する。更に、フィラー材料は均一でも不均一でも
よい。所望ならば、これらの材料は、本発明の反応を妨
害しない、又は最終複合体製品中にどのような望ましく
ない残留副生物も残さない、適当な結合剤（例えば、FM
C Co.のAvicil PH 105）で結合してもよい。処理の間に
窒化ホウ素又は溶融金属と過剰に反応する傾向のあるフ
ィラーは、フィラーを処理環境に不活性するために被覆
することができる。例えば、炭素繊維は、母材金属とし
てのアルミニウムと一緒にフィラーとして使用される場
合には、溶融アルミニウムと反応する傾向にあるが、こ
の反応は炭素繊維を最初に、例えば、アルミナで被覆す
る場合には、避けることができる。
のマトリックス及び任意に金属成分からなり、実質的に
不活性のフィラーを埋め込んだ自己支持体が提供され
る。このマトリックスは、窒化ホウ素と密接に混合され
たフィラーとの床又は素材中への母材金属の反応浸透に
より形成される。フィラー材料はどのようなサイズ又は
形状であってもよく、そして母材金属に関して、反応生
成物の成長の方向がそれを実質的に乱したり又は置き換
えることなくフィラーの少なくとも一部の方に向かって
おり、それを包み込む限りどのような方法でも配向でき
る。フィラーは、セラミック及び／若しくは金属の繊
維、ウイスカー、微粒子、粉末、棒、ワイヤー、ワイヤ
ー布、耐火布、板、小板、網状泡構造、中実若しくは中
空球、等々のような、如何なる適当な物質からなってい
てもよい。特に有用なフィラーはアルミナであるが、他
の酸化物及びセラミックフィラーが、出発物質及び所望
の最終性質に依存して使用できる。フィラー材料の体積
は緩やかな又は密着した配置であってよく、その配置
は、フィラーを溶融母材金属の浸透に対し浸透できるよ
うにするために、間隙、開口、介在空間、又は類似のも
のを有する。更に、フィラー材料は均一でも不均一でも
よい。所望ならば、これらの材料は、本発明の反応を妨
害しない、又は最終複合体製品中にどのような望ましく
ない残留副生物も残さない、適当な結合剤（例えば、FM
C Co.のAvicil PH 105）で結合してもよい。処理の間に
窒化ホウ素又は溶融金属と過剰に反応する傾向のあるフ
ィラーは、フィラーを処理環境に不活性するために被覆
することができる。例えば、炭素繊維は、母材金属とし
てのアルミニウムと一緒にフィラーとして使用される場
合には、溶融アルミニウムと反応する傾向にあるが、こ
の反応は炭素繊維を最初に、例えば、アルミナで被覆す
る場合には、避けることができる。
適当に配向した混合窒化ホウ素と共に母材金属とフィ
ラーの床又は塊（volume）を保持し、母材金属のフィラ
ー床中への反応浸透と複合体の適当な成長を許容する適
当な耐火性容器を、炉の中に入れ、この組み合わせ（la
y−up）を母材金属の融点よりも高い温度に加熱する。
これらの高い温度で、溶融母材金属は吸引方法（wickin
g process）により浸透性フィラーに浸透し、そして窒
化ホウ素と反応し、それによって所望のセラミック又は
セラミック−金属複合体を生成する。更に、最終機械加
工及び仕上げ操作の量を減少することを助けるために、
バリヤー物質でプレフォームを取り囲むことができる。
例えば、炭化ホウ素、窒化ホウ素、ホウ素及び炭素から
作られたプレフォームと組み合わせて使用するとき、ジ
ルコニウム、チタン、又はハフニウムのような母材金属
のためのバリヤーとして、グラファイト型使用すること
が特に有用である。更に、上記グラファイト型内に特定
のサイズ及び形状を有する適当な数の貫通孔を設けるこ
とにより、本発明により製造された複合体中に典型的に
発生する多孔の量が減少する。典型的に、複数の孔が型
の底部、又は反応浸透が生じる方向の型の部分に設けら
れる。孔は、例えば、母材金属反応浸透前面がプレフォ
ームに浸透するとき、プレフォームに捕捉されたアルゴ
ンを除去するベント手段として機能する。第３図及び第
４図は、母材金属インゴット41と接触しているプレフォ
ーム42を示し、この両者はグラファイト耐火容器41内に
入れられている。グラファイト耐火容器41は、ベント手
段として機能する複数個の貫通孔45を有する底部44を有
している。貫通孔45は、母材金属反応浸透前面がプレフ
ォームに浸透する場合（即ち、反応浸透前面が第３図に
於いて矢印Ａの方向にプレフォームに浸透する場合）
に、プレフォームに捕捉されたどのようなガス（例え
ば、アルゴン）も逃がす。かくして、形成された複合体
の孔度を減少させることができる。
ラーの床又は塊（volume）を保持し、母材金属のフィラ
ー床中への反応浸透と複合体の適当な成長を許容する適
当な耐火性容器を、炉の中に入れ、この組み合わせ（la
y−up）を母材金属の融点よりも高い温度に加熱する。
これらの高い温度で、溶融母材金属は吸引方法（wickin
g process）により浸透性フィラーに浸透し、そして窒
化ホウ素と反応し、それによって所望のセラミック又は
セラミック−金属複合体を生成する。更に、最終機械加
工及び仕上げ操作の量を減少することを助けるために、
バリヤー物質でプレフォームを取り囲むことができる。
例えば、炭化ホウ素、窒化ホウ素、ホウ素及び炭素から
作られたプレフォームと組み合わせて使用するとき、ジ
ルコニウム、チタン、又はハフニウムのような母材金属
のためのバリヤーとして、グラファイト型使用すること
が特に有用である。更に、上記グラファイト型内に特定
のサイズ及び形状を有する適当な数の貫通孔を設けるこ
とにより、本発明により製造された複合体中に典型的に
発生する多孔の量が減少する。典型的に、複数の孔が型
の底部、又は反応浸透が生じる方向の型の部分に設けら
れる。孔は、例えば、母材金属反応浸透前面がプレフォ
ームに浸透するとき、プレフォームに捕捉されたアルゴ
ンを除去するベント手段として機能する。第３図及び第
４図は、母材金属インゴット41と接触しているプレフォ
ーム42を示し、この両者はグラファイト耐火容器41内に
入れられている。グラファイト耐火容器41は、ベント手
段として機能する複数個の貫通孔45を有する底部44を有
している。貫通孔45は、母材金属反応浸透前面がプレフ
ォームに浸透する場合（即ち、反応浸透前面が第３図に
於いて矢印Ａの方向にプレフォームに浸透する場合）
に、プレフォームに捕捉されたどのようなガス（例え
ば、アルゴン）も逃がす。かくして、形成された複合体
の孔度を減少させることができる。
本発明の物体を製造するために使用できる組立体を第
２図に示す。全ての所望の不活性フィラー材料と一緒に
窒化ホウ素が、最終複合体の所望の形状に対応する形状
でプレフォームに作られる。プレフォーム20は母材金属
10と重ねられ、組立体は坩堝16内に含まれる不活性材料
14により取り囲まれている。母材金属の上面18は露出し
ていてもよく露出していなくてもよい。プレフォーム20
は、フィラーの特性に依存して、（単軸加圧成形、静水
圧（均衡）加圧成形、流し込み成形、沈降鋳込み成形、
テープキャスティング（tape casting）、射出成形、繊
維材料のためのフィラメント巻き付けのような）広範囲
の公知のセラミック体成形方法の何れによっても製造で
きる。反応浸透の前の、フィラー粒子、ウイスカー、繊
維、又は類似物の最初の結合又は接合は、光焼結を通し
て、又は、工程を妨害しないか又は最終物質に望ましく
ない副生物を与えない種々の有機又は無機結合剤を使用
することにより得ることができる。プレフォーム20は、
十分な形状保持性及びグリーン強度を有するように製造
され、溶融金属の輸送のために浸透性でなくてはなら
ず、好ましくは約５体積％と90体積％との間の、更に好
ましくは約25体積％と75体積％との間の多孔度を有す
る。アルミニウム母材金属の場合に、適当なフィラー材
料には、例えば、炭化珪素、二ホウ化チタン、アルミナ
及び（特に）12ホウ化アルミニウムが、典型的に約14〜
1000メッシュ（約12〜1200ミクロン）のサイズを有する
微粒子として含まれるが、フィラー材料及びメッシュサ
イズのどのような混合物も使用できる。次いでプレフォ
ーム20をその１個又は２個以上の表面上で、プレフォー
ムの表面境界へのマトリックスの浸透を完結するに十分
な時間、溶融母材金属と接触させる。このプレフォーム
方法の結果、セラミック−金属複合体は、最終製品に所
望される形状を近接して又は正確に表す形状となり、か
くして高価な最終機械加工又は研摩操作を最少にするか
又は除くことができる。
２図に示す。全ての所望の不活性フィラー材料と一緒に
窒化ホウ素が、最終複合体の所望の形状に対応する形状
でプレフォームに作られる。プレフォーム20は母材金属
10と重ねられ、組立体は坩堝16内に含まれる不活性材料
14により取り囲まれている。母材金属の上面18は露出し
ていてもよく露出していなくてもよい。プレフォーム20
は、フィラーの特性に依存して、（単軸加圧成形、静水
圧（均衡）加圧成形、流し込み成形、沈降鋳込み成形、
テープキャスティング（tape casting）、射出成形、繊
維材料のためのフィラメント巻き付けのような）広範囲
の公知のセラミック体成形方法の何れによっても製造で
きる。反応浸透の前の、フィラー粒子、ウイスカー、繊
維、又は類似物の最初の結合又は接合は、光焼結を通し
て、又は、工程を妨害しないか又は最終物質に望ましく
ない副生物を与えない種々の有機又は無機結合剤を使用
することにより得ることができる。プレフォーム20は、
十分な形状保持性及びグリーン強度を有するように製造
され、溶融金属の輸送のために浸透性でなくてはなら
ず、好ましくは約５体積％と90体積％との間の、更に好
ましくは約25体積％と75体積％との間の多孔度を有す
る。アルミニウム母材金属の場合に、適当なフィラー材
料には、例えば、炭化珪素、二ホウ化チタン、アルミナ
及び（特に）12ホウ化アルミニウムが、典型的に約14〜
1000メッシュ（約12〜1200ミクロン）のサイズを有する
微粒子として含まれるが、フィラー材料及びメッシュサ
イズのどのような混合物も使用できる。次いでプレフォ
ーム20をその１個又は２個以上の表面上で、プレフォー
ムの表面境界へのマトリックスの浸透を完結するに十分
な時間、溶融母材金属と接触させる。このプレフォーム
方法の結果、セラミック−金属複合体は、最終製品に所
望される形状を近接して又は正確に表す形状となり、か
くして高価な最終機械加工又は研摩操作を最少にするか
又は除くことができる。
広範囲の種々の窒化ホウ素濃度をフィラーに与えるこ
とができるが、窒化ホウ素の濃度が低くなるほどマトリ
ックス中の金属の体積パーセントは高くなる。非常に少
量の窒化ホウ素が使用されるとき、得られるマトリック
スは連続した金属と金属中に分散した限定された量の母
材金属ホウ化物と母材金属窒化物である。窒化ホウ素が
存在しないと、フィラーの反応浸透は生じないで、金属
をフィラー中に賦勢するために圧力を適用するよな、特
別の操作をすることなく、浸透は可能ではない。
とができるが、窒化ホウ素の濃度が低くなるほどマトリ
ックス中の金属の体積パーセントは高くなる。非常に少
量の窒化ホウ素が使用されるとき、得られるマトリック
スは連続した金属と金属中に分散した限定された量の母
材金属ホウ化物と母材金属窒化物である。窒化ホウ素が
存在しないと、フィラーの反応浸透は生じないで、金属
をフィラー中に賦勢するために圧力を適用するよな、特
別の操作をすることなく、浸透は可能ではない。
本発明の方法においては、フィラー中の広範囲の窒化
ホウ素濃度が使用できるので、窒化ホウ素の濃度及び／
又は床の組成を変えることにより完成製品の性質を制御
又は修正することができる。素材が低濃度の窒化ホウ素
からなるような母材金属の量に対して少量の窒化ホウ素
しか存在しない場合には、複合体又はマトリックスの性
質は、マトリックスが優勢的に金属であるために、母材
金属の性質、最も典型的には延性及び強靱性が支配的で
ある。このような製品は、低又は中範囲の温度応用に有
利である。例えば、窒化ホウ素粒子を有する化合物（単
複）がフィラー材料の周りに高濃度で充填されている
か、又はフィラーの成分の間の空間の高いパーセントを
占めるときのように、多量の窒化ホウ素が使用されると
き、得られる物体又はマトリックス性質は、母材金属ホ
ウ化物及び全ての母材金属窒化物により支配される傾向
にあり、物体又はマトリックスはより硬くなるか、又は
延性が少くなるか、又は靱性が少くなる。化学量論が母
材金属の実質的に完全を転化を達成するように近づけて
制御される場合には、得られる生成物は金属を少量含む
か又は全く含まず、生成物の高温適用に有利である。ま
た、ホウ化物反応生成物は、窒化ホウ素が生成物中に存
在する残留する又は未酸化の金属（例えばアルミニウ
ム）と反応する傾向にある窒化ホウ素よりも安定である
ので、母材金属の実質的に完全な転換は、幾らか高い温
度応用に於いて特に著しい。
ホウ素濃度が使用できるので、窒化ホウ素の濃度及び／
又は床の組成を変えることにより完成製品の性質を制御
又は修正することができる。素材が低濃度の窒化ホウ素
からなるような母材金属の量に対して少量の窒化ホウ素
しか存在しない場合には、複合体又はマトリックスの性
質は、マトリックスが優勢的に金属であるために、母材
金属の性質、最も典型的には延性及び強靱性が支配的で
ある。このような製品は、低又は中範囲の温度応用に有
利である。例えば、窒化ホウ素粒子を有する化合物（単
複）がフィラー材料の周りに高濃度で充填されている
か、又はフィラーの成分の間の空間の高いパーセントを
占めるときのように、多量の窒化ホウ素が使用されると
き、得られる物体又はマトリックス性質は、母材金属ホ
ウ化物及び全ての母材金属窒化物により支配される傾向
にあり、物体又はマトリックスはより硬くなるか、又は
延性が少くなるか、又は靱性が少くなる。化学量論が母
材金属の実質的に完全を転化を達成するように近づけて
制御される場合には、得られる生成物は金属を少量含む
か又は全く含まず、生成物の高温適用に有利である。ま
た、ホウ化物反応生成物は、窒化ホウ素が生成物中に存
在する残留する又は未酸化の金属（例えばアルミニウ
ム）と反応する傾向にある窒化ホウ素よりも安定である
ので、母材金属の実質的に完全な転換は、幾らか高い温
度応用に於いて特に著しい。
本発明の一つの態様に於いて、高いホウ化物含量を有
する最終体を得るために、窒化ホウ素にTiB2が添加され
る。この技術は、最終体の性質に影響を与えるか又は増
強する他の化合物と共に使用できる。例えば、AlB12を
最終生成物中に更に母材金属ホウ化物を作るために窒化
ホウ素に添加でき、AlB12と母材金属との間の反応から
放出されたアルミニウム金属は、母材金属と合金を作る
か又は金属間化合物を形成し、そうして最終体の性質に
影響を与えるか又は増強する。
する最終体を得るために、窒化ホウ素にTiB2が添加され
る。この技術は、最終体の性質に影響を与えるか又は増
強する他の化合物と共に使用できる。例えば、AlB12を
最終生成物中に更に母材金属ホウ化物を作るために窒化
ホウ素に添加でき、AlB12と母材金属との間の反応から
放出されたアルミニウム金属は、母材金属と合金を作る
か又は金属間化合物を形成し、そうして最終体の性質に
影響を与えるか又は増強する。
本発明の他の態様に於いて、浸透を増強するために窒
化ホウ素床に固体酸化剤を添加できる。
化ホウ素床に固体酸化剤を添加できる。
また、元素上ホウ素を（フィラーを有する床を含む）
窒化ホウ素床と混合して、特に母材金属としてアルミニ
ウムを使用した場合ち、反応浸透が容易になることがで
きる。
窒化ホウ素床と混合して、特に母材金属としてアルミニ
ウムを使用した場合ち、反応浸透が容易になることがで
きる。
複合体の特徴及び性質に於ける更に別の変形は、浸透
条件を制御することにより作ることができる。操作でき
る変化要因には、窒化ホウ素物質の粒子の性質及びサイ
ズ、並びに浸透の温度及び時間が含まれる。例えば、大
きな窒化ホウ素粒子及び低温での最小露出時間を含む反
応浸透の結果、母材金属ホウ素含有化合物（単複）及び
母材金属窒素含有化合物（単複）への窒化ホウ素の部分
的転化になる。その結果、未反応の窒化ホウ素物質がミ
クロ構造中に残留し、ある目的のための最終物質に望ま
しい性質を与えることができる。窒化ホウ素粒子、高温
及び長い露出時間を含む浸透は（多分浸透が完結した後
に温度に維持した場合でさえも）、母材金属ホウ化物及
び窒化物への母材金属の実質的に完全を転化を有利にす
る傾向にある。好ましくは、母材金属ホウ化物及び母材
金属窒化物への窒化ホウ素の転化は、少なくとも約25％
である。高温での浸透（又はその後の高温処理）もま
た、焼結工程により複合体成分のあるものが高密度にな
る結果となる。更に、前記のように、母材金属ホウ化物
及び窒化物（単複）を形成し、材料中の得られる間隙を
充填するために必要なものよりも少ない、利用できる母
材金属の量の減少の結果、また有用な応用を有する多孔
質物体にてるであろう。このような複合体に於いて、多
孔度は約１〜25体積％に変えることができ、ある場合に
は上記の幾つかの要因又は条件に依存してより高くする
こともできる。
条件を制御することにより作ることができる。操作でき
る変化要因には、窒化ホウ素物質の粒子の性質及びサイ
ズ、並びに浸透の温度及び時間が含まれる。例えば、大
きな窒化ホウ素粒子及び低温での最小露出時間を含む反
応浸透の結果、母材金属ホウ素含有化合物（単複）及び
母材金属窒素含有化合物（単複）への窒化ホウ素の部分
的転化になる。その結果、未反応の窒化ホウ素物質がミ
クロ構造中に残留し、ある目的のための最終物質に望ま
しい性質を与えることができる。窒化ホウ素粒子、高温
及び長い露出時間を含む浸透は（多分浸透が完結した後
に温度に維持した場合でさえも）、母材金属ホウ化物及
び窒化物への母材金属の実質的に完全を転化を有利にす
る傾向にある。好ましくは、母材金属ホウ化物及び母材
金属窒化物への窒化ホウ素の転化は、少なくとも約25％
である。高温での浸透（又はその後の高温処理）もま
た、焼結工程により複合体成分のあるものが高密度にな
る結果となる。更に、前記のように、母材金属ホウ化物
及び窒化物（単複）を形成し、材料中の得られる間隙を
充填するために必要なものよりも少ない、利用できる母
材金属の量の減少の結果、また有用な応用を有する多孔
質物体にてるであろう。このような複合体に於いて、多
孔度は約１〜25体積％に変えることができ、ある場合に
は上記の幾つかの要因又は条件に依存してより高くする
こともできる。
下記の実施例は、本発明の新規な反応生成物及びその
製造方法を示す。しかしながら、これらの実施例は例示
するのみであり、特許請求の範囲に記載の本発明を限定
する意図のものではない。
製造方法を示す。しかしながら、これらの実施例は例示
するのみであり、特許請求の範囲に記載の本発明を限定
する意図のものではない。
実施例１ 下記実施例は窒化ホウ素床へのチタン母材金属の反応
浸透を示す。
浸透を示す。
直径１インチ（約25mm）、長さ1.5インチ（約38mm）
の概略寸法を有する商業的に純粋なチタンの円柱状イン
ゴットを、アルミナ坩堝の中に入れた粒状窒化ホウ素
（略粒子サイズ150μｍ）の集合体（mass）の中に埋め
込んだ。
の概略寸法を有する商業的に純粋なチタンの円柱状イン
ゴットを、アルミナ坩堝の中に入れた粒状窒化ホウ素
（略粒子サイズ150μｍ）の集合体（mass）の中に埋め
込んだ。
アルミナ坩堝及びその内容物からなる組立体を、アル
ゴンガスを300cc/分で流しながら供給した誘導炉中に置
いた。この組立体を室温から約1700℃に加熱し、約1700
℃で約30分間維持した。30分間加熱した後、炉の加熱を
切り、組立体を炉内で約１時間冷却し、炉から取り出し
た。
ゴンガスを300cc/分で流しながら供給した誘導炉中に置
いた。この組立体を室温から約1700℃に加熱し、約1700
℃で約30分間維持した。30分間加熱した後、炉の加熱を
切り、組立体を炉内で約１時間冷却し、炉から取り出し
た。
組立体の目視試験で、チタン母材金属が窒化ホウ素床
に反応浸透し、自己支持体を形成したことが示された。
自己支持体の内部の粉末試料をＸ線回折分析にかけて分
析したところ、チタンと窒素及びホウ素との化合物（例
えば、Ti2N,TiB及び多分TiN）の存在が示され、かくし
てチタン母材金属が窒化ホウ素床材料と反応したことが
確認された。
に反応浸透し、自己支持体を形成したことが示された。
自己支持体の内部の粉末試料をＸ線回折分析にかけて分
析したところ、チタンと窒素及びホウ素との化合物（例
えば、Ti2N,TiB及び多分TiN）の存在が示され、かくし
てチタン母材金属が窒化ホウ素床材料と反応したことが
確認された。
第５図は、本実施例で得られた自己支持体の断面の50
倍の顕微鏡写真である。第６図は、本実施例で得られた
自己支持体の断面の400倍の顕微鏡写真である。
倍の顕微鏡写真である。第６図は、本実施例で得られた
自己支持体の断面の400倍の顕微鏡写真である。
実施例２ 下記実施例は、アルミニウム粉末と混合した窒化ホウ
素床へのチタン母材金属の反応浸透を示す。
素床へのチタン母材金属の反応浸透を示す。
直径１インチ（約25mm）、長さ1.5インチ（約38mm）
の概略寸法を有する商業的に純粋なチタンの円柱状イン
ゴットを、150μｍの窒化ホウ素粉末約89.5gとアルミニ
ウム粉末約22.4gとからなる粒状床材料の中に埋め込ん
だ。この床材料をアルミナ坩堝の中に入れた。
の概略寸法を有する商業的に純粋なチタンの円柱状イン
ゴットを、150μｍの窒化ホウ素粉末約89.5gとアルミニ
ウム粉末約22.4gとからなる粒状床材料の中に埋め込ん
だ。この床材料をアルミナ坩堝の中に入れた。
アルミナ坩堝及びその内容物からなる組立体を、アル
ゴンガスを500cc/分で流しながら供給した誘導炉中に置
いた。この組立体を室温から約1700℃に加熱し、約1700
℃で約30分間維持した。30分間加熱した後、炉の加熱を
切り、組立体を炉内で約１時間冷却した。
ゴンガスを500cc/分で流しながら供給した誘導炉中に置
いた。この組立体を室温から約1700℃に加熱し、約1700
℃で約30分間維持した。30分間加熱した後、炉の加熱を
切り、組立体を炉内で約１時間冷却した。
組立体の目視試験で、チタン母材金属が窒化ホウ素／
アルミニウム混合物に反応浸透し、自己支持体を形成し
たことが示された。自己支持体の内部の粉末試料をＸ線
回折分析にかけた。この分析は、チタンと窒素及びホウ
素との化合物（例えば、TiN,Ti2N及びTiB）の存在を示
し、かくしてチタン母材金属が窒化ホウ素床材料と反応
したことが確認された。この分析はまた、床材料中のア
ルミニウムが窒化ホウ素又は分離したホウ素の何れかは
反応したことを示す、少なくとも微量のAlB10を示し
た。
アルミニウム混合物に反応浸透し、自己支持体を形成し
たことが示された。自己支持体の内部の粉末試料をＸ線
回折分析にかけた。この分析は、チタンと窒素及びホウ
素との化合物（例えば、TiN,Ti2N及びTiB）の存在を示
し、かくしてチタン母材金属が窒化ホウ素床材料と反応
したことが確認された。この分析はまた、床材料中のア
ルミニウムが窒化ホウ素又は分離したホウ素の何れかは
反応したことを示す、少なくとも微量のAlB10を示し
た。
第７図は、本実施例で得られた自己支持体の断面の40
0倍の顕微鏡写真である。
0倍の顕微鏡写真である。
実施例３ 下記実施例は、粒子状窒化ホウ素の床へのジルコニウ
ム母材金属の反応浸透を示す。
ム母材金属の反応浸透を示す。
直径１インチ（約25mm）、長さ1.5インチ（約38mm）
の概略寸法を有する商業的に純粋なジルコニウムの円柱
状インゴットを、アルミナ坩堝の中に入れた粒状窒化ホ
ウ素（略粒子サイズ150μｍ）の集合体の中に埋め込ん
だ。
の概略寸法を有する商業的に純粋なジルコニウムの円柱
状インゴットを、アルミナ坩堝の中に入れた粒状窒化ホ
ウ素（略粒子サイズ150μｍ）の集合体の中に埋め込ん
だ。
アルミナ坩堝及びその内容物からなる組立体を、アル
ゴンガスを500cc/分で流しながら供給した誘導炉中に置
いた。この組立体を室温から約1900℃に加熱し、約1900
℃で約１時間維持した。１時間加熱した後、炉の加熱を
切り、組立体を炉内で約１時間冷却した。
ゴンガスを500cc/分で流しながら供給した誘導炉中に置
いた。この組立体を室温から約1900℃に加熱し、約1900
℃で約１時間維持した。１時間加熱した後、炉の加熱を
切り、組立体を炉内で約１時間冷却した。
組立体の目視試験で、ジルコニウム金属が窒化ホウ素
床に反応浸透し、自己支持体を形成したことが示され
た。
床に反応浸透し、自己支持体を形成したことが示され
た。
実施例４ 下記実施例は、粒子状窒化ホウ素の床へのジルコニウ
ム母材金属の反応浸透を示す。
ム母材金属の反応浸透を示す。
直径5/8インチ（約16mm）、長さ3/4インチ（約19mm）
の概略寸法を有するTeledyne−Wah−Chang−Albanyから
のGrade 702 ジルコニウム（Albany,OR）の円柱状イン
ゴットを、グラファイト坩堝の中に入れたUCAR HCM粒状
窒化ホウ素（48メッシュ（約32ミクロン）より小さく20
0メッシュ（約74ミクロン）より大きい粒子サイズ）の
多孔質体の中に埋め込んだ。インゴットの上面は雰囲気
に露出させた。
の概略寸法を有するTeledyne−Wah−Chang−Albanyから
のGrade 702 ジルコニウム（Albany,OR）の円柱状イン
ゴットを、グラファイト坩堝の中に入れたUCAR HCM粒状
窒化ホウ素（48メッシュ（約32ミクロン）より小さく20
0メッシュ（約74ミクロン）より大きい粒子サイズ）の
多孔質体の中に埋め込んだ。インゴットの上面は雰囲気
に露出させた。
グラファイト坩堝及びその内容物からなる組立体を、
アルゴンガスを約500cc/分で流しながら供給した電気抵
抗加熱炉中に置いた。この組立体を約４時間要して約19
00℃の温度に加熱し、次いで約1999℃で約１時間維持し
た。炉から取り出す前に、組立体を炉内で約12時間冷却
した。
アルゴンガスを約500cc/分で流しながら供給した電気抵
抗加熱炉中に置いた。この組立体を約４時間要して約19
00℃の温度に加熱し、次いで約1999℃で約１時間維持し
た。炉から取り出す前に、組立体を炉内で約12時間冷却
した。
組立体の目視試験で、ジルコニウム金属が窒化ホウ素
床に反応浸透し、第８図に示すような、円柱状ジルコニ
ウムインゴットの形状を複製した内部空洞を有する自己
支持体を形成したことが示された。物体の内部の粉末試
料をＸ線回折分析にかけた。この分析は、ジルコニウム
とホウ素との少なくとも１種の化合物（ZrB2）の存在を
示し、かくしてジルコニウム母材金属が窒化ホウ素床材
料と反応したことが確認された。
床に反応浸透し、第８図に示すような、円柱状ジルコニ
ウムインゴットの形状を複製した内部空洞を有する自己
支持体を形成したことが示された。物体の内部の粉末試
料をＸ線回折分析にかけた。この分析は、ジルコニウム
とホウ素との少なくとも１種の化合物（ZrB2）の存在を
示し、かくしてジルコニウム母材金属が窒化ホウ素床材
料と反応したことが確認された。
実施例５ 下記実施例は、粒子状窒化ホウ素の床へのチタンの反
応浸透を示す。
応浸透を示す。
直径１インチ（約25mm）、長さ3/8インチ（約10mm）
の概略寸法を有すGrade 2チタンの円柱状インゴット
を、１インチの内径を有するグラファイト坩堝の中に入
れたHTP−40窒化ホウ素（40メッシュ（約420ミクロン）
より小さく150メッシュ（約320ミクロン）より大きい粒
子サイズ）の厚さ約1/2インチ（約13mm）、直径１イン
チ（約25mm）の円柱状プレフォームの上に置いた。この
プレフォームは、窒化ホウ素粒子の層をグラファイト坩
堝の中に置き、窒化ホウ素層を約２分間振動充填させる
ことによって形成した。窒化ホウ素層の高密度化を容易
にするために、充填操作を開始する前に、窒化ホウ素層
の上に小さい金属重石を置いた。プレフォームを作るた
めにバインダーは使用しなかった。グラファイト坩堝及
びその内容物からなる組立体を、アルゴンガスを500cc/
分で流しながら供給した電気抵抗加熱炉中に置いた。こ
の組立体を約３時間を要して室温から約1750℃に加熱し
た。組立体を約1750℃で約２時間維持した。この２時間
加熱の後、組立体を炉から取り出す前に、炉内で約12時
間冷却した。
の概略寸法を有すGrade 2チタンの円柱状インゴット
を、１インチの内径を有するグラファイト坩堝の中に入
れたHTP−40窒化ホウ素（40メッシュ（約420ミクロン）
より小さく150メッシュ（約320ミクロン）より大きい粒
子サイズ）の厚さ約1/2インチ（約13mm）、直径１イン
チ（約25mm）の円柱状プレフォームの上に置いた。この
プレフォームは、窒化ホウ素粒子の層をグラファイト坩
堝の中に置き、窒化ホウ素層を約２分間振動充填させる
ことによって形成した。窒化ホウ素層の高密度化を容易
にするために、充填操作を開始する前に、窒化ホウ素層
の上に小さい金属重石を置いた。プレフォームを作るた
めにバインダーは使用しなかった。グラファイト坩堝及
びその内容物からなる組立体を、アルゴンガスを500cc/
分で流しながら供給した電気抵抗加熱炉中に置いた。こ
の組立体を約３時間を要して室温から約1750℃に加熱し
た。組立体を約1750℃で約２時間維持した。この２時間
加熱の後、組立体を炉から取り出す前に、炉内で約12時
間冷却した。
組立体の目視試験で、チタン母材金属が窒化ホウ素プ
レフォームに反応浸透し、自己支持体を形成したことが
示された。物体の内部の粉末試料をＸ線回折分析にかけ
た。この分析は、チタンの窒素及びホウ素との化合物
（例えば、Ti2N及びTiB）の存在を示し、かくしてチタ
ン母材金属が窒化ホウ素床材料と反応したことが確認さ
れた。
レフォームに反応浸透し、自己支持体を形成したことが
示された。物体の内部の粉末試料をＸ線回折分析にかけ
た。この分析は、チタンの窒素及びホウ素との化合物
（例えば、Ti2N及びTiB）の存在を示し、かくしてチタ
ン母材金属が窒化ホウ素床材料と反応したことが確認さ
れた。
実施例６ 下記実施例は、粒子状窒化ホウ素の床中へのチタン母
材金属の反応浸透を示す。
材金属の反応浸透を示す。
直径5/8インチ（約16mm）、長さ3/4インチ（約19mm）
の概略寸法を有すGrade 2チタンの円柱状インゴット
を、アルミナ坩堝の中に入れた粒子状窒化ホウ素（Unio
n CarbideからのUCAR HCM BN、48メッシュ（約320ミク
ロン）より小さく200メッシュ（約74ミクロン）より大
きい粒子サイズ）の集合体の中に埋め込んだ。チタンイ
ンゴットの上面を雰囲気に露出ささせた。アルミナ坩堝
及びその内容物からなる組立体を、アルゴンガスを約１
リットル／分で流す形成ガスを約１リットル／分で流し
ながら供給した電気抵抗加熱炉中に置いた。この組立体
を約4.5時間を要して約1750℃に加熱し、その時点でア
ルゴンガスを、約１リットル／分で流す形成ガス（N2ガ
スを約96体積％とH2ガス約４体積％）で置き換えた。次
いで組立体を流通する形成ガスの中で約1750℃で約４時
間維持した。
の概略寸法を有すGrade 2チタンの円柱状インゴット
を、アルミナ坩堝の中に入れた粒子状窒化ホウ素（Unio
n CarbideからのUCAR HCM BN、48メッシュ（約320ミク
ロン）より小さく200メッシュ（約74ミクロン）より大
きい粒子サイズ）の集合体の中に埋め込んだ。チタンイ
ンゴットの上面を雰囲気に露出ささせた。アルミナ坩堝
及びその内容物からなる組立体を、アルゴンガスを約１
リットル／分で流す形成ガスを約１リットル／分で流し
ながら供給した電気抵抗加熱炉中に置いた。この組立体
を約4.5時間を要して約1750℃に加熱し、その時点でア
ルゴンガスを、約１リットル／分で流す形成ガス（N2ガ
スを約96体積％とH2ガス約４体積％）で置き換えた。次
いで組立体を流通する形成ガスの中で約1750℃で約４時
間維持した。
約12時間冷却した後、組立体を炉から取り出し、目視
で試験した。この試験で、チタン母材金属が窒化ホウ素
床に反応浸透し、第９図に示されるように、チタンの円
柱状インゴットの外表面をぴったり複製した内部空洞を
有する自己支持体を形成したことが示された。
で試験した。この試験で、チタン母材金属が窒化ホウ素
床に反応浸透し、第９図に示されるように、チタンの円
柱状インゴットの外表面をぴったり複製した内部空洞を
有する自己支持体を形成したことが示された。
物体の内部の粉末試料をＸ線回折分析にかけた。この
分析は、チタンの窒素及びホウ素との化合物（例えば、
TiB2及びTiN）の存在を示し、かくしてチタン母材金属
が窒化ホウ素床材料と反応したことが確認された。
分析は、チタンの窒素及びホウ素との化合物（例えば、
TiB2及びTiN）の存在を示し、かくしてチタン母材金属
が窒化ホウ素床材料と反応したことが確認された。
【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明により物体を形成するために使用され
る組立体（assembly）の断面図である。 第２図は、本発明により物体を形成するために使用され
る組立体の断面図である。 第３図及び第４図は、本発明で使用する新規なグラファ
イト型を示す。 第５図は、実施例１で製造された金属−セラミックス複
合体から成る自己支持体の組織断面の50倍の顕微鏡写真
である。 第６図は、実施例１で製造された金属−セラミックス複
合体から成る自己支持体の組織断面の400倍の顕微鏡写
真である。 第７図は、実施例２で製造された金属−セラミックス複
合体から成る自己支持体の組織断面の400倍の顕微鏡写
真である。 第８図は、実施例４で製造された金属−セラミックス複
合体から成る自己支持体の組織構造を示す写真である。 第９図は、実施例６で製造された金属−セラミックス複
合体から成る自己支持体の組織構造を示す写真である。
る組立体（assembly）の断面図である。 第２図は、本発明により物体を形成するために使用され
る組立体の断面図である。 第３図及び第４図は、本発明で使用する新規なグラファ
イト型を示す。 第５図は、実施例１で製造された金属−セラミックス複
合体から成る自己支持体の組織断面の50倍の顕微鏡写真
である。 第６図は、実施例１で製造された金属−セラミックス複
合体から成る自己支持体の組織断面の400倍の顕微鏡写
真である。 第７図は、実施例２で製造された金属−セラミックス複
合体から成る自己支持体の組織断面の400倍の顕微鏡写
真である。 第８図は、実施例４で製造された金属−セラミックス複
合体から成る自己支持体の組織構造を示す写真である。 第９図は、実施例６で製造された金属−セラミックス複
合体から成る自己支持体の組織構造を示す写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/58
Claims (4)
- 【請求項１】母材金属を選択し、 該母材金属を実質的に不活性な雰囲気中でその融点より
高い温度に加熱して、溶融母材金属を形成し、 該溶融母材金属体を窒化ホウ素からなる浸透性素材と接
触せしめ、 該浸透性素材中への溶融母材金属の浸透を起こさせ、且
つ、該溶融母材金属と該窒化ホウ素との反応を起こさせ
るのに十分な時間該温度を維持して、少なくとも一種の
ホウ素含有化合物を形成せしめ、そして、 少なくとも一種の母材金属ホウ素含有化合物を含む自己
支持体を製造するのに十分な時間、該浸透及び反応を継
続することを含んでなる、 自己支持体の製造方法。 - 【請求項２】該母材金属が、アルミニウム、チタン、ジ
ルコニウム、ハフニウム、バナジウム、クロム、ニオ
ブ、タンタル、モリブデン、及びタングステンからなる
金属の群から選択された金属からなる請求項１に記載の
方法。 - 【請求項３】母材金属を選択し、 該母材金属を実質的に不活性な雰囲気中でその融点より
高い温度に加熱して、溶融母材金属を形成し、 該溶融母材金属体を窒化ホウ素からなる浸透性素材と接
触せしめ、 該浸透性素材中への溶融母材金属の浸透を起こさせ、且
つ、該溶融母材金属と該窒化ホウ素との反応を起こさせ
るのに十分な時間該温度を維持して、少なくとも一種の
窒素含有化合物を形成せしめ、そして、 少なくとも一種の母材金属窒素含有化合物からなる自己
支持体を製造するのに十分な時間該浸透及び反応を継続
することを含んでなる、 自己支持体の製造方法。 - 【請求項４】該母材金属が、アルミニウム、チタン、ジ
ルコニウム、ハフニウム、バナジウム、クロム、ニオ
ブ、タンタル、モリブデン、及びタングステンからなる
金属の群から選択された金属からなる請求項３に記載の
方法。
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