JP3097751B2 - 成形用セラミック組成物および微小な直径のセラミック繊維の製造方法 - Google Patents
成形用セラミック組成物および微小な直径のセラミック繊維の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は粒子状セラミック組成物の熱可塑性押出技術
に関するものである。更に詳しく言えば、本発明は粒子
状セラミック材料の熱可塑性押出しによって繊維を形成
するための熱可塑性結合剤に関する。
に関するものである。更に詳しく言えば、本発明は粒子
状セラミック材料の熱可塑性押出しによって繊維を形成
するための熱可塑性結合剤に関する。
発明の背景 セラミック粉末用の熱可塑性成形技術としては、たと
えば、射出成形、吹込成形、圧縮成形、トランスファ成
形、延伸、圧延および押出しが挙げられる。熱可塑性セ
ラミック押出しに際しては、セラミック粉末と熱可塑性
結合剤との加熱混合物をダイから押出すことにより、
板、棒、管または繊維のごとき形状の物体が形成され
る。上記の熱可塑性結合剤は、セラミック粉末に対する
ビヒクルとして適しており、押出物の形状を維持し、か
つ押出物から容易に除去されて粉末成形体を与えるよう
なものでなければならない。結合剤の除去は、熱分解に
よって行われるのが通例である。結合剤の除去後、粉末
成形体を熱処理してセラミック粉末を焼結することによ
って高密度化物体が得られる。このようなセラミック粉
末と熱可塑性結合剤との混合物は、本明細書中において
は「熱可塑性セラミック成形組成物」と呼ばれる。
えば、射出成形、吹込成形、圧縮成形、トランスファ成
形、延伸、圧延および押出しが挙げられる。熱可塑性セ
ラミック押出しに際しては、セラミック粉末と熱可塑性
結合剤との加熱混合物をダイから押出すことにより、
板、棒、管または繊維のごとき形状の物体が形成され
る。上記の熱可塑性結合剤は、セラミック粉末に対する
ビヒクルとして適しており、押出物の形状を維持し、か
つ押出物から容易に除去されて粉末成形体を与えるよう
なものでなければならない。結合剤の除去は、熱分解に
よって行われるのが通例である。結合剤の除去後、粉末
成形体を熱処理してセラミック粉末を焼結することによ
って高密度化物体が得られる。このようなセラミック粉
末と熱可塑性結合剤との混合物は、本明細書中において
は「熱可塑性セラミック成形組成物」と呼ばれる。
熱可塑性セラミック成形組成物用の結合剤に関する大
きな問題点の１つは、熱分解によって粉末成形体から結
合剤を除去した場合、一般にひび割れ、ピットおよびボ
イドのごとき欠陥が焼結セラミック物体中に導入される
ことである。米国特許第4571414および4551496号明細書
中には、焼結性セラミック粉末を有機酸および熱可塑性
のエチレン／酢酸ビニル共重合体と混合して成る熱可塑
性セラミック成形組成物が開示されている。米国特許第
4571414および4551496号の熱可塑性セラミック成形組成
物を上記のごとき技術に従って成形すれば、ガスタービ
ン翼、るつぼ、薄肉の中空管、長い棒、球体およびノズ
ルのごとき多結晶質セラミック製品を製造することがで
きる。上記のごとき結合剤は、用途の制限するひび割
れ、ボイドまたはその他の欠陥をセラミック物体中に生
じることなく熱分解によって除去することができるので
ある。
きな問題点の１つは、熱分解によって粉末成形体から結
合剤を除去した場合、一般にひび割れ、ピットおよびボ
イドのごとき欠陥が焼結セラミック物体中に導入される
ことである。米国特許第4571414および4551496号明細書
中には、焼結性セラミック粉末を有機酸および熱可塑性
のエチレン／酢酸ビニル共重合体と混合して成る熱可塑
性セラミック成形組成物が開示されている。米国特許第
4571414および4551496号の熱可塑性セラミック成形組成
物を上記のごとき技術に従って成形すれば、ガスタービ
ン翼、るつぼ、薄肉の中空管、長い棒、球体およびノズ
ルのごとき多結晶質セラミック製品を製造することがで
きる。上記のごとき結合剤は、用途の制限するひび割
れ、ボイドまたはその他の欠陥をセラミック物体中に生
じることなく熱分解によって除去することができるので
ある。
セラミック繊維は、セラミック複合物および金属母材
複合物の靱性、強度、耐熱衝撃性、耐衝撃性およびその
他の望ましい性質を向上させるために益々多く使用され
るようになっている。場合によっては、微小な直径の連
続セラミック繊維またはフィラメントがかかる複合物の
強度、靱性またはその他の望ましい性質をより顕著に向
上させることが理論的に証明されている。セラミック繊
維の直径が減少するのに伴い、熱可塑性押出しによって
それを形成することは益々困難になる。その結果、実際
問題として、熱可塑性押出しによって形成し得るセラミ
ック繊維の最小直径は約250ミクロンに制限されること
になる。
複合物の靱性、強度、耐熱衝撃性、耐衝撃性およびその
他の望ましい性質を向上させるために益々多く使用され
るようになっている。場合によっては、微小な直径の連
続セラミック繊維またはフィラメントがかかる複合物の
強度、靱性またはその他の望ましい性質をより顕著に向
上させることが理論的に証明されている。セラミック繊
維の直径が減少するのに伴い、熱可塑性押出しによって
それを形成することは益々困難になる。その結果、実際
問題として、熱可塑性押出しによって形成し得るセラミ
ック繊維の最小直径は約250ミクロンに制限されること
になる。
従来、各種複合物の強度および靱性を向上させるため
にセラミックホイスカが効果的に使用されてきた。セラ
ミックホイスカは0.1ミクロンという微小な直径を有す
る単結晶フィラメントであって、通例は約10〜100ミク
ロンの極めて小さい長さを有している。
にセラミックホイスカが効果的に使用されてきた。セラ
ミックホイスカは0.1ミクロンという微小な直径を有す
る単結晶フィラメントであって、通例は約10〜100ミク
ロンの極めて小さい長さを有している。
微小な直径を有する単結晶または多結晶質の連続セラ
ミック繊維は、強度、靱性、充填繊維の体積分率、繊維
の整列度およびその他の望ましい性質を一層向上させる
ことができるばかりでなく、複合物および繊維の製造方
法の改良をもたらすこともできる。しかしながら、現在
のところ、特定のセラミック材料から微小な直径のセラ
ミック繊維またはフィラメントを製造する方法は極めて
僅かしか知られていない。一例を挙げれば、アルミナ溶
融物からフィラメントをゆっくりと引取ることによって
単結晶のサファイヤフィラメントを形成し得ることが知
られている。
ミック繊維は、強度、靱性、充填繊維の体積分率、繊維
の整列度およびその他の望ましい性質を一層向上させる
ことができるばかりでなく、複合物および繊維の製造方
法の改良をもたらすこともできる。しかしながら、現在
のところ、特定のセラミック材料から微小な直径のセラ
ミック繊維またはフィラメントを製造する方法は極めて
僅かしか知られていない。一例を挙げれば、アルミナ溶
融物からフィラメントをゆっくりと引取ることによって
単結晶のサファイヤフィラメントを形成し得ることが知
られている。
それ故に本発明の目的の１つは、広範囲の連続セラミ
ック繊維の製造に適した結合剤系並びに微小な直径の連
続セラミック繊維またはフィラメントを提供することに
ある。ここで言う「連続繊維」とは、必ずしも無限の長
さの繊維ばかりでなく、複合物のごとき各種の製品中に
おいて使用するのに適した長さの繊維をも指している。
ック繊維の製造に適した結合剤系並びに微小な直径の連
続セラミック繊維またはフィラメントを提供することに
ある。ここで言う「連続繊維」とは、必ずしも無限の長
さの繊維ばかりでなく、複合物のごとき各種の製品中に
おいて使用するのに適した長さの繊維をも指している。
また、押出しによって細長いセラミック物体を形成す
るために適すると共に、熱分解によって該セラミック物
体から実質的に除去し得る結合剤を含有する結果、結合
剤の分解によって生じることのあるひび割れ、ピットま
たはボイドを実質的に含まない焼結セラミック物体を与
え得る熱可塑性セラミック成形組成物を提供することも
本発明の目的の１つである。
るために適すると共に、熱分解によって該セラミック物
体から実質的に除去し得る結合剤を含有する結果、結合
剤の分解によって生じることのあるひび割れ、ピットま
たはボイドを実質的に含まない焼結セラミック物体を与
え得る熱可塑性セラミック成形組成物を提供することも
本発明の目的の１つである。
更にまた、連続した細長いセラミック物体を形成する
ための押出方法を提供することも本発明の目的の１つで
ある。
ための押出方法を提供することも本発明の目的の１つで
ある。
更にまた、熱可塑性セラミック押出しのみによって形
成されたものよりも微小な直径を有する連続セラミック
繊維またはフィラメントを形成するための方法を提供す
ることも本発明の目的の１つである。
成されたものよりも微小な直径を有する連続セラミック
繊維またはフィラメントを形成するための方法を提供す
ることも本発明の目的の１つである。
更にまた、熱可塑性セラミック成形組成物から形成さ
れ、かつ横断面の直径が25ミクロンに減少するまで一様
に引伸ばすことのできる細長いセラミック物体を提供す
ることも本発明の目的の１つである。
れ、かつ横断面の直径が25ミクロンに減少するまで一様
に引伸ばすことのできる細長いセラミック物体を提供す
ることも本発明の目的の１つである。
発明の要約 本発明に従えば、押出しによって細長いセラミック物
体を形成することができ、かかる細長いセラミック物体
中に欠陥を生じることなく加熱によって結合剤を除去す
ることができ、かつ微小な直径の連続セラミック繊維を
製造するために使用することができるような熱可塑性セ
ラミック成形組成物が提供される。本発明に従えばま
た、上記のごとき熱可塑性セラミック成形組成物から細
長いセラミック物体を形成するための押出方法、および
上記のごとき熱可塑性セラミック成形組成物から微小な
直径の連続繊維またはフィラメントを形成するための方
法も提供される。本発明の熱可塑性セラミック成形組成
物は繊維のごとき横断面の小さい製品を製造するために
特に適したものであって、ガスタービン翼のごとき横断
面の大きい製品を製造するためには適しないことが判明
している。
体を形成することができ、かかる細長いセラミック物体
中に欠陥を生じることなく加熱によって結合剤を除去す
ることができ、かつ微小な直径の連続セラミック繊維を
製造するために使用することができるような熱可塑性セ
ラミック成形組成物が提供される。本発明に従えばま
た、上記のごとき熱可塑性セラミック成形組成物から細
長いセラミック物体を形成するための押出方法、および
上記のごとき熱可塑性セラミック成形組成物から微小な
直径の連続繊維またはフィラメントを形成するための方
法も提供される。本発明の熱可塑性セラミック成形組成
物は繊維のごとき横断面の小さい製品を製造するために
特に適したものであって、ガスタービン翼のごとき横断
面の大きい製品を製造するためには適しないことが判明
している。
本発明の熱可塑性セラミック成形組成物は、約10ミク
ロン未満の平均粒度を有する高密度化可能な粒子状セラ
ミック材料を熱可塑性結合剤中に均一に分散させたもの
から成っている。かかる成形組成物の約40〜70容量％を
占める熱可塑性結合剤は、１分子当り12〜26個の炭素原
子を含有しかつ約44〜約88℃の融点を有する約20〜50重
量％の有機酸と、ポリイソブチレン重合体を含有してい
る。本発明の結合剤中において使用するのに適したポリ
イソブチレン重合体は、8700のシュタウジンガー平均分
子量を持った極めて粘稠な液体から、135000の平均分子
量を持った強靭なゴム状固体にまでわたるパラフィン系
炭化水素の高重合体である。粘稠な液体からゴム状固体
への移行は、約15000〜30000の平均分子量範囲内におい
て起こる。なお、本発明の結合剤中において使用される
ポリイソブチレン重合体は64000〜117000のシュタウジ
ンガー平均分子量を有することが好ましい。とは言え、
本発明の結合剤は約8700〜135000の平均分子量を有する
任意のポリイソブチレン重合体またはそれらの混合物を
用いて調製することができる。なお、高密度化可能な粒
子状セラミック材料は成形組成物の約30〜約60容量％を
占める。
ロン未満の平均粒度を有する高密度化可能な粒子状セラ
ミック材料を熱可塑性結合剤中に均一に分散させたもの
から成っている。かかる成形組成物の約40〜70容量％を
占める熱可塑性結合剤は、１分子当り12〜26個の炭素原
子を含有しかつ約44〜約88℃の融点を有する約20〜50重
量％の有機酸と、ポリイソブチレン重合体を含有してい
る。本発明の結合剤中において使用するのに適したポリ
イソブチレン重合体は、8700のシュタウジンガー平均分
子量を持った極めて粘稠な液体から、135000の平均分子
量を持った強靭なゴム状固体にまでわたるパラフィン系
炭化水素の高重合体である。粘稠な液体からゴム状固体
への移行は、約15000〜30000の平均分子量範囲内におい
て起こる。なお、本発明の結合剤中において使用される
ポリイソブチレン重合体は64000〜117000のシュタウジ
ンガー平均分子量を有することが好ましい。とは言え、
本発明の結合剤は約8700〜135000の平均分子量を有する
任意のポリイソブチレン重合体またはそれらの混合物を
用いて調製することができる。なお、高密度化可能な粒
子状セラミック材料は成形組成物の約30〜約60容量％を
占める。
所望ならば、結合剤の望ましい熱分解特性および延伸
特性を損なわないような重合体および溶剤をポリイソブ
チレン重合体の約20重量％までの量でポリイソブチレン
重合体に添加することができる。添加し得る重合体は、
約20重量％までの量でポリイソブチレン重合体中に可溶
であり、かつポリイソブチレン重合体の熱分解に顕著な
悪影響を及ぼさないようなものである。その実例として
は、イソプレン、エチレン、ビニルアセテート、ポリエ
チレン、ポリエチレン−ビニルアセテートおよびそれら
の混合物が挙げられる。また、添加し得る溶剤は、ポリ
イソブチレン重合体を溶解し得る無極性炭化水素溶剤、
脂肪族炭化水素溶剤、二硫化炭素およびハロゲン化溶剤
である。かかる溶剤としては、Ｎ−ヘキサンやケロシン
のごときパラフィン類、ジイソブチレンやシクロヘキサ
ンのごときオレフィン類およびナフテン類、ベンゼンや
トルエンやキシレンのごとき芳香族炭化水素、四塩化炭
素やトリクロロエチレンのごとき塩素化炭化水素、ヘプ
タデカノールや酢酸ブチルやオレイン酸メチルのごとき
アルコール、エーテルおよびエステル、並びにそれらの
混合物が挙げられる。
特性を損なわないような重合体および溶剤をポリイソブ
チレン重合体の約20重量％までの量でポリイソブチレン
重合体に添加することができる。添加し得る重合体は、
約20重量％までの量でポリイソブチレン重合体中に可溶
であり、かつポリイソブチレン重合体の熱分解に顕著な
悪影響を及ぼさないようなものである。その実例として
は、イソプレン、エチレン、ビニルアセテート、ポリエ
チレン、ポリエチレン−ビニルアセテートおよびそれら
の混合物が挙げられる。また、添加し得る溶剤は、ポリ
イソブチレン重合体を溶解し得る無極性炭化水素溶剤、
脂肪族炭化水素溶剤、二硫化炭素およびハロゲン化溶剤
である。かかる溶剤としては、Ｎ−ヘキサンやケロシン
のごときパラフィン類、ジイソブチレンやシクロヘキサ
ンのごときオレフィン類およびナフテン類、ベンゼンや
トルエンやキシレンのごとき芳香族炭化水素、四塩化炭
素やトリクロロエチレンのごとき塩素化炭化水素、ヘプ
タデカノールや酢酸ブチルやオレイン酸メチルのごとき
アルコール、エーテルおよびエステル、並びにそれらの
混合物が挙げられる。
本発明の別の側面に従えば、熱可塑性セラミック成形
組成物から連続した細長いセラミック物体または繊維を
形成するための方法が提供される。かかる方法によれ
ば、加圧下で成形組成物が少なくとも押出ダイを通って
流れるためには十分であるが、結合剤が劣化し始まる温
度を越えることはないような温度にまで上記の熱可塑性
セラミック成形組成物が加熱される。このような温度は
約70〜150℃の範囲内にある。こうして加熱された成形
組成物の熱可塑性押出しによって細長いセラミック物体
が形成される。
組成物から連続した細長いセラミック物体または繊維を
形成するための方法が提供される。かかる方法によれ
ば、加圧下で成形組成物が少なくとも押出ダイを通って
流れるためには十分であるが、結合剤が劣化し始まる温
度を越えることはないような温度にまで上記の熱可塑性
セラミック成形組成物が加熱される。このような温度は
約70〜150℃の範囲内にある。こうして加熱された成形
組成物の熱可塑性押出しによって細長いセラミック物体
が形成される。
次に、押出された細長いセラミック物体を熱処理する
ことによって結合剤が分解される。かかる熱処理は、セ
ラミック物体中にボイドまたはその他の欠陥を生じるこ
となしに分解生成物がセラミック物体から拡散し得るよ
うな加熱速度を使用しながら、結合剤の実質的に完全な
分解をもたらす温度にまでセラミック物体を加熱するこ
とによって行われる。かかる熱処理はまた、セラミック
粉末と反応することなしに分解生成物を除去し得る雰囲
気中において行われる。セラミック粉末の種類に応じ、
空気、水素、ヘリウム、アルゴンまたは真空のごとき雰
囲気を使用することができる。次いで、熱処理済みのセ
ラミック物体を焼結してセラミック粒子を高密度化する
ことにより、20容量％未満の気孔率を有する細長いセラ
ミック物体が形成される。構造用途のためには、細長い
セラミック物体を焼結してセラミック粒子を高密度化す
ることにより、10容量％未満の気孔率を有する細長いセ
ラミック物体を形成することが好ましい。
ことによって結合剤が分解される。かかる熱処理は、セ
ラミック物体中にボイドまたはその他の欠陥を生じるこ
となしに分解生成物がセラミック物体から拡散し得るよ
うな加熱速度を使用しながら、結合剤の実質的に完全な
分解をもたらす温度にまでセラミック物体を加熱するこ
とによって行われる。かかる熱処理はまた、セラミック
粉末と反応することなしに分解生成物を除去し得る雰囲
気中において行われる。セラミック粉末の種類に応じ、
空気、水素、ヘリウム、アルゴンまたは真空のごとき雰
囲気を使用することができる。次いで、熱処理済みのセ
ラミック物体を焼結してセラミック粒子を高密度化する
ことにより、20容量％未満の気孔率を有する細長いセラ
ミック物体が形成される。構造用途のためには、細長い
セラミック物体を焼結してセラミック粒子を高密度化す
ることにより、10容量％未満の気孔率を有する細長いセ
ラミック物体を形成することが好ましい。
本発明の更に別の側面に従えば、熱可塑性セラミック
成形組成物を繊維として押出し、次いでかかる繊維から
微小な直径のフィラメントを形成する方法が提供され
る。このようにして微小な直径のフィラメントを形成す
る方法は、押出された成形組成物を一様に延伸し得ると
いう意外な発見の結果として開発されたものである。押
出された成形組成物は、押出しの直後においてそれがま
だ加熱状態にある内に延伸してもよいし、あるいはそれ
が室温にまで放冷された後に延伸してもよい。延伸の結
果として繊維は引伸ばされ、それに伴って繊維の直径は
減少する。最初は繊維の小領域のみが引伸ばされること
があるが、延伸を継続すれば繊維は一様に引伸ばされ、
その結果として繊維の横断面は繊維の全長にわたって実
質的に一様な直径にまで減少することになる。なお、繊
維を延伸した直後には、多少のスプリングバックが起こ
ることがあり、その結果として延伸直後の直径および長
さの約30％までの直径増大および長さ減少が生じること
がある。
成形組成物を繊維として押出し、次いでかかる繊維から
微小な直径のフィラメントを形成する方法が提供され
る。このようにして微小な直径のフィラメントを形成す
る方法は、押出された成形組成物を一様に延伸し得ると
いう意外な発見の結果として開発されたものである。押
出された成形組成物は、押出しの直後においてそれがま
だ加熱状態にある内に延伸してもよいし、あるいはそれ
が室温にまで放冷された後に延伸してもよい。延伸の結
果として繊維は引伸ばされ、それに伴って繊維の直径は
減少する。最初は繊維の小領域のみが引伸ばされること
があるが、延伸を継続すれば繊維は一様に引伸ばされ、
その結果として繊維の横断面は繊維の全長にわたって実
質的に一様な直径にまで減少することになる。なお、繊
維を延伸した直後には、多少のスプリングバックが起こ
ることがあり、その結果として延伸直後の直径および長
さの約30％までの直径増大および長さ減少が生じること
がある。
押出された熱可塑性セラミック成形組成物を延伸する
ことにより、繊維中への実質的な欠陥の導入または繊維
の切断を生じることなしに原長の約３倍の長さまで繊維
を一様に引伸ばすことができる。延伸後、緩和アニール
を施すことにより、成形組成物を以前の塑性状態に戻す
ことができる。かかる緩和アニールは室温下で約24時間
にわたって行ってもよいし、あるいは結合剤の分解温度
よりも低い高温下でより短い時間にわたって行ってもよ
い。かかる緩和アニールの後、成形組成物は最初に押出
された繊維と実質的に同じ程度にまで一様に引伸ばすこ
とができる。このような延伸およびそれに続くアニール
を何回も繰返すことにより、25ミクロン以下の微小な直
径を有するフィラメントを形成することができる。繊維
の延伸の程度およびその結果として生じる繊維の直径ま
たは横断面の減少は、成形組成物中に存在するセラミッ
ク粒子の粒度によって制限される。焼結繊維を形成する
ためには、繊維の横断面中に少なくとも一定数のセラミ
ック粒子が存在することが望ましい。それ故に成形組成
物の延伸は、セラミック物体の最終横断面が焼結可能な
量のセラミック粒子を含むように実施しなければならな
いのである。なお、セラミック物体はそれ以上に引伸ば
すことも可能である。緩和アニールは繊維にある程度の
回復をもたらすことがある結果、緩和アニール直前にお
ける繊維の直径および長さの10％までの直径増加および
長さ減少が生じることがある。最後に、延伸された繊維
を上記のごとくにして熱処理することにより、結合剤の
熱分解およびセラミック粉末の焼結が行われる。
ことにより、繊維中への実質的な欠陥の導入または繊維
の切断を生じることなしに原長の約３倍の長さまで繊維
を一様に引伸ばすことができる。延伸後、緩和アニール
を施すことにより、成形組成物を以前の塑性状態に戻す
ことができる。かかる緩和アニールは室温下で約24時間
にわたって行ってもよいし、あるいは結合剤の分解温度
よりも低い高温下でより短い時間にわたって行ってもよ
い。かかる緩和アニールの後、成形組成物は最初に押出
された繊維と実質的に同じ程度にまで一様に引伸ばすこ
とができる。このような延伸およびそれに続くアニール
を何回も繰返すことにより、25ミクロン以下の微小な直
径を有するフィラメントを形成することができる。繊維
の延伸の程度およびその結果として生じる繊維の直径ま
たは横断面の減少は、成形組成物中に存在するセラミッ
ク粒子の粒度によって制限される。焼結繊維を形成する
ためには、繊維の横断面中に少なくとも一定数のセラミ
ック粒子が存在することが望ましい。それ故に成形組成
物の延伸は、セラミック物体の最終横断面が焼結可能な
量のセラミック粒子を含むように実施しなければならな
いのである。なお、セラミック物体はそれ以上に引伸ば
すことも可能である。緩和アニールは繊維にある程度の
回復をもたらすことがある結果、緩和アニール直前にお
ける繊維の直径および長さの10％までの直径増加および
長さ減少が生じることがある。最後に、延伸された繊維
を上記のごとくにして熱処理することにより、結合剤の
熱分解およびセラミック粉末の焼結が行われる。
同様にして、小径のセラミック管を形成することもで
きる。そのためには、熱可塑性セラミック成形組成物か
ら管状の細長いセラミック物体を形成し、次いで上記の
ごとき延伸および緩和アニール操作によって該セラミッ
ク物体を延伸すればよい。
きる。そのためには、熱可塑性セラミック成形組成物か
ら管状の細長いセラミック物体を形成し、次いで上記の
ごとき延伸および緩和アニール操作によって該セラミッ
ク物体を延伸すればよい。
発明の詳細な説明 本発明に従えば、セラミック粉末を押出して細長いセ
ラミック物体を形成するために役立つ熱可塑性セラミッ
ク成形組成物、およびかかる熱可塑性セラミック成形組
成物から細長いセラミック物体を形成し、次いで該セラ
ミック物体を熱処理することによって熱可塑性結合剤を
除去しかつ残留したセラミック粒子を焼結して多結晶質
セラミック物体を得るための方法が提供される。本発明
のもう１つの方法に従えば、熱可塑性セラミック成形組
成物を押出して繊維を形成した後、かかる繊維を延伸す
ることによって微小な直径のフィラメントが得られる。
本発明において使用される熱可塑性結合剤は、焼結セラ
ミック物体中にボイドまたはその他の欠陥を生じること
なく、繊維、管または棒のごとき横断面の小さい物体か
ら熱分解によって除去することができる。
ラミック物体を形成するために役立つ熱可塑性セラミッ
ク成形組成物、およびかかる熱可塑性セラミック成形組
成物から細長いセラミック物体を形成し、次いで該セラ
ミック物体を熱処理することによって熱可塑性結合剤を
除去しかつ残留したセラミック粒子を焼結して多結晶質
セラミック物体を得るための方法が提供される。本発明
のもう１つの方法に従えば、熱可塑性セラミック成形組
成物を押出して繊維を形成した後、かかる繊維を延伸す
ることによって微小な直径のフィラメントが得られる。
本発明において使用される熱可塑性結合剤は、焼結セラ
ミック物体中にボイドまたはその他の欠陥を生じること
なく、繊維、管または棒のごとき横断面の小さい物体か
ら熱分解によって除去することができる。
本発明の熱可塑性セラミック成形組成物は、セラミッ
ク粉末と結合剤との均一もしくは実質的に均一な混合物
（たとえば、均質もしくは実質的に均質な分散物）から
成っている。更に詳しく述べれば、かかる熱可塑性セラ
ミック成形組成物は均質もしくは実質的に均質な分散物
としてセラミック粉末を含有している。
ク粉末と結合剤との均一もしくは実質的に均一な混合物
（たとえば、均質もしくは実質的に均質な分散物）から
成っている。更に詳しく述べれば、かかる熱可塑性セラ
ミック成形組成物は均質もしくは実質的に均質な分散物
としてセラミック粉末を含有している。
本発明の結合剤は室温下で極めて高い粘度を示す熱可
塑性物質であり、それ故に実際問題としては室温下で固
体を成すと見なすことができる。結合剤の粘度は温度の
上昇に伴って低下する。かかる結合剤は、有機酸と、好
ましくは64000〜117000のシュタウジンガー平均分子量
を有するポリイソブチレン重合体とから成っている。と
は言え、最低8700までの小さい平均分子量を有するポリ
イソブチレン重合体、最高13500までの大きい平均分子
量を有するポリイソブチレン重合体、あるいはそれらの
混合物を使用することもできる。約8700〜30000の平均
分子量を有する低分子量のポリイソブチレン重合体を用
いて調製された結合剤は押出しが容易であるが、得られ
た押出物は約64000〜117000の平均分子量を有する好適
なポリイソブチレン重合体を用いて調製された結合剤か
ら得られた押出物ほど良好に延伸することができない。
他方、約118000〜135000の平均分子量を有する高分子量
のポリイソブチレン重合体を用いて調製された結合剤は
押出しが困難であり、また得られた押出物は上記のごと
き好適なポリイソブチレン重合体を用いて調製された結
合剤から得られた押出物ほど良好に延伸することができ
ない。
塑性物質であり、それ故に実際問題としては室温下で固
体を成すと見なすことができる。結合剤の粘度は温度の
上昇に伴って低下する。かかる結合剤は、有機酸と、好
ましくは64000〜117000のシュタウジンガー平均分子量
を有するポリイソブチレン重合体とから成っている。と
は言え、最低8700までの小さい平均分子量を有するポリ
イソブチレン重合体、最高13500までの大きい平均分子
量を有するポリイソブチレン重合体、あるいはそれらの
混合物を使用することもできる。約8700〜30000の平均
分子量を有する低分子量のポリイソブチレン重合体を用
いて調製された結合剤は押出しが容易であるが、得られ
た押出物は約64000〜117000の平均分子量を有する好適
なポリイソブチレン重合体を用いて調製された結合剤か
ら得られた押出物ほど良好に延伸することができない。
他方、約118000〜135000の平均分子量を有する高分子量
のポリイソブチレン重合体を用いて調製された結合剤は
押出しが困難であり、また得られた押出物は上記のごと
き好適なポリイソブチレン重合体を用いて調製された結
合剤から得られた押出物ほど良好に延伸することができ
ない。
本発明の結合剤中において使用するのに適した商業的
に入手可能なポリイソブチレン重合体の実例としては、
「ビスタネックス（Vistanex）」という商品名で販売さ
れているものが挙げられる。かかるポリイソブチレン重
合体は結合剤の約50〜80重量％を占める。なお、かかる
ポリイソブチレン重合体は結合剤の約70重量％を占める
ことが好ましい。
に入手可能なポリイソブチレン重合体の実例としては、
「ビスタネックス（Vistanex）」という商品名で販売さ
れているものが挙げられる。かかるポリイソブチレン重
合体は結合剤の約50〜80重量％を占める。なお、かかる
ポリイソブチレン重合体は結合剤の約70重量％を占める
ことが好ましい。
所望ならば、結合剤の望ましい熱分解特性および延伸
特性を損なわないような重合体および溶剤をポリイソブ
チレン重合体の約20重量％までの量でポリイソブチレン
重合体に添加することができる。添加し得る重合体は、
約20重量％までの量でポリイソブチレン重合体中に可溶
であり、かつ焼結セラミック物体に顕著な悪影響を及ぼ
すことなしに熱分解し得るようなものである。その実例
としては、イソプレン、エチレン、ビニルアセテート、
ポリエチレン、ポリエチレン−ビニルアセテートおよび
それらの混合物が挙げられる。また、添加し得る溶剤
は、ポリイソブチレン重合体を溶解し得る無極性炭化水
素溶剤、脂肪族炭化水素溶剤、二硫化炭素およびハロゲ
ン化溶剤である。かかる溶剤としては、Ｎ−ヘキサンや
ケロシンのごときパラフィン類、ジイソブチレンやシク
ロヘキサンのごときオレフィン類およびナフテン類、ベ
ンゼンやトルエンやキシレンのごとき芳香族炭化水素、
四塩化炭素やトリクロロエチレンのごとき塩素化炭化水
素、ヘプタデカノールや酢酸ブチルやオレイン酸メチル
のごときアルコール、エーテルおよびエステル、並びに
それらの混合物が挙げられる。たとえば、ポリイソブチ
レン重合体の約20重量％までの量でトルエンを添加する
ことが好ましい。かかるトルエンはポリイソブチレン重
合体中に吸収されて結合剤の延伸特性を向上させ、それ
によって延伸後におけるスプリングバックをほとんど生
じることなしに押出物（たとえば繊維）のより良好な延
伸を可能にする。
特性を損なわないような重合体および溶剤をポリイソブ
チレン重合体の約20重量％までの量でポリイソブチレン
重合体に添加することができる。添加し得る重合体は、
約20重量％までの量でポリイソブチレン重合体中に可溶
であり、かつ焼結セラミック物体に顕著な悪影響を及ぼ
すことなしに熱分解し得るようなものである。その実例
としては、イソプレン、エチレン、ビニルアセテート、
ポリエチレン、ポリエチレン−ビニルアセテートおよび
それらの混合物が挙げられる。また、添加し得る溶剤
は、ポリイソブチレン重合体を溶解し得る無極性炭化水
素溶剤、脂肪族炭化水素溶剤、二硫化炭素およびハロゲ
ン化溶剤である。かかる溶剤としては、Ｎ−ヘキサンや
ケロシンのごときパラフィン類、ジイソブチレンやシク
ロヘキサンのごときオレフィン類およびナフテン類、ベ
ンゼンやトルエンやキシレンのごとき芳香族炭化水素、
四塩化炭素やトリクロロエチレンのごとき塩素化炭化水
素、ヘプタデカノールや酢酸ブチルやオレイン酸メチル
のごときアルコール、エーテルおよびエステル、並びに
それらの混合物が挙げられる。たとえば、ポリイソブチ
レン重合体の約20重量％までの量でトルエンを添加する
ことが好ましい。かかるトルエンはポリイソブチレン重
合体中に吸収されて結合剤の延伸特性を向上させ、それ
によって延伸後におけるスプリングバックをほとんど生
じることなしに押出物（たとえば繊維）のより良好な延
伸を可能にする。
本発明の有機酸は、１分子当り12〜26個の炭素原子を
含有しかつ約44〜約88℃の融点を有するものである。な
お、かかる有機酸はラウリン酸（融点〜44℃）、ステア
リン酸（融点〜70℃）、セロチン酸（融点〜88℃）、パ
ルミチン酸（融点〜63℃）およびそれらの混合物から成
る群より選ばれることが好ましく、またステアリン酸で
あれば最も好ましい。市販のステアリン酸のほとんどは
パルミチン酸、ステアリン酸およびオレイン酸の混合物
であって、それらは本発明において使用するのに適して
いる。とは言え、後述の実施例においては、約95％の純
度を有する試薬用ステアリン酸が使用された。
含有しかつ約44〜約88℃の融点を有するものである。な
お、かかる有機酸はラウリン酸（融点〜44℃）、ステア
リン酸（融点〜70℃）、セロチン酸（融点〜88℃）、パ
ルミチン酸（融点〜63℃）およびそれらの混合物から成
る群より選ばれることが好ましく、またステアリン酸で
あれば最も好ましい。市販のステアリン酸のほとんどは
パルミチン酸、ステアリン酸およびオレイン酸の混合物
であって、それらは本発明において使用するのに適して
いる。とは言え、後述の実施例においては、約95％の純
度を有する試薬用ステアリン酸が使用された。
本発明の有機酸は、熱処理に際し、ポリイソブチレン
重合体の有益な成形特性を犠牲にすることなしに結合剤
を適度の時間で熱分解することを可能にする。本発明の
有機酸の使用量範囲は、結合剤全体の約20〜50重量％で
ある。有機酸の使用量が結合剤の約20重量％よりも少な
くなるに従い、結合剤は単独のポリイソブチレン重合体
に似た挙動を益々示すようになる。すなわち、単独のポ
リイソブチレン重合体を熱処理した場合には、粉末成形
体中に欠陥を生じることなしにそれを熱分解し得ないこ
とが判明している。他方、有機酸の使用量が結合剤の約
50重量％よりも多くなるに従い、結合剤は益々脆性挙動
を示すようになり、そして低分子量のポリイソブチレン
重合体を使用した場合と同様に用途を制限する欠陥を生
じ易くなる。なお、本発明の有機酸は結合剤の約25〜約
35重量％の範囲内の量で使用することが好ましく、また
結合剤の約30重量％の量で使用することが最も好まし
い。
重合体の有益な成形特性を犠牲にすることなしに結合剤
を適度の時間で熱分解することを可能にする。本発明の
有機酸の使用量範囲は、結合剤全体の約20〜50重量％で
ある。有機酸の使用量が結合剤の約20重量％よりも少な
くなるに従い、結合剤は単独のポリイソブチレン重合体
に似た挙動を益々示すようになる。すなわち、単独のポ
リイソブチレン重合体を熱処理した場合には、粉末成形
体中に欠陥を生じることなしにそれを熱分解し得ないこ
とが判明している。他方、有機酸の使用量が結合剤の約
50重量％よりも多くなるに従い、結合剤は益々脆性挙動
を示すようになり、そして低分子量のポリイソブチレン
重合体を使用した場合と同様に用途を制限する欠陥を生
じ易くなる。なお、本発明の有機酸は結合剤の約25〜約
35重量％の範囲内の量で使用することが好ましく、また
結合剤の約30重量％の量で使用することが最も好まし
い。
本発明のセラミック粉末は、高密度化可能な粉末、す
なわち高密度化によって本発明の多結晶質セラミック物
体を形成し得るような粉末である。更に詳しく述べれば
本発明のセラミック粉末は、熱処理済みのセラミック物
体に成形された場合、機械的圧力の存在または不存在下
で高密度化を施すことによって約20容量％未満の気孔率
を有する多結晶質セラミック物体を形成し得るような粒
子状セラミック材料である。熱処理済みのセラミック物
体に施される高密度化技術の実例としては、真空または
気体雰囲気中における該セラミック物体の焼結または焼
成、該セラミック物体の反応結合、およびガスによる該
セラミック物体の高温等圧圧縮が挙げられる。
なわち高密度化によって本発明の多結晶質セラミック物
体を形成し得るような粉末である。更に詳しく述べれば
本発明のセラミック粉末は、熱処理済みのセラミック物
体に成形された場合、機械的圧力の存在または不存在下
で高密度化を施すことによって約20容量％未満の気孔率
を有する多結晶質セラミック物体を形成し得るような粒
子状セラミック材料である。熱処理済みのセラミック物
体に施される高密度化技術の実例としては、真空または
気体雰囲気中における該セラミック物体の焼結または焼
成、該セラミック物体の反応結合、およびガスによる該
セラミック物体の高温等圧圧縮が挙げられる。
本発明のセラミック粉末は、たとえば、焼結性炭化ケ
イ素粉末、焼結性窒化ケイ素粉末、焼結性ムライト、焼
結性窒化アルミニウム粉末、焼結性アルミナ粉末および
その他適宜の焼結性セラミック酸化物であればよい。焼
結性炭化ケイ素粉末は、たとえば、炭化ケイ素と適当な
焼結助剤（たとえば、ホウ素と遊離炭素との混合物）と
から成っている。焼結性窒化ケイ素粉末は、たとえば、
窒化ケイ素と適当な焼結助剤（たとえば、酸化マグネシ
ウム）とから成っている。焼結性ムライト粉末は焼結助
剤を含有する場合も含有しない場合もある。焼結性窒化
アルミニウム粉末は、たとえば、窒化アルミニウムと適
当な焼結助剤（たとえば、Y2O3または酸化カルシウム）
とから成っている。焼結性アルミナ粉末は焼結助剤を含
有する場合も含有しない場合もあるが、有用な焼結助剤
は酸化マグネシウムである。一般に、焼結性セラミック
粉末は該粉末の約５重量％までの量で焼結助剤を含有し
ている。焼結性セラミック粉末から成る熱処理済みのセ
ラミック物体の焼結は、該セラミック物体に顕著な悪影
響を及ぼさないガスまたは真空中において高温下で実施
され、それによって本発明の多結晶質セラミック物体が
形成される。
イ素粉末、焼結性窒化ケイ素粉末、焼結性ムライト、焼
結性窒化アルミニウム粉末、焼結性アルミナ粉末および
その他適宜の焼結性セラミック酸化物であればよい。焼
結性炭化ケイ素粉末は、たとえば、炭化ケイ素と適当な
焼結助剤（たとえば、ホウ素と遊離炭素との混合物）と
から成っている。焼結性窒化ケイ素粉末は、たとえば、
窒化ケイ素と適当な焼結助剤（たとえば、酸化マグネシ
ウム）とから成っている。焼結性ムライト粉末は焼結助
剤を含有する場合も含有しない場合もある。焼結性窒化
アルミニウム粉末は、たとえば、窒化アルミニウムと適
当な焼結助剤（たとえば、Y2O3または酸化カルシウム）
とから成っている。焼結性アルミナ粉末は焼結助剤を含
有する場合も含有しない場合もあるが、有用な焼結助剤
は酸化マグネシウムである。一般に、焼結性セラミック
粉末は該粉末の約５重量％までの量で焼結助剤を含有し
ている。焼結性セラミック粉末から成る熱処理済みのセ
ラミック物体の焼結は、該セラミック物体に顕著な悪影
響を及ぼさないガスまたは真空中において高温下で実施
され、それによって本発明の多結晶質セラミック物体が
形成される。
本発明において使用し得るセラミック粉末の実例、お
よび本発明の多結晶質セラミック物体を形成するための
高密度化技術は、いずれも本発明の場合と同じ譲受人に
譲渡された米国特許第4004034、4041117、4119475、422
5356および4017319号の明細書中に開示されている。
よび本発明の多結晶質セラミック物体を形成するための
高密度化技術は、いずれも本発明の場合と同じ譲受人に
譲渡された米国特許第4004034、4041117、4119475、422
5356および4017319号の明細書中に開示されている。
プロチャズカ（Prochazka）の米国特許第4004034およ
び4041117号明細書中には、炭化ケイ素とホウ素−炭素
焼結助剤とから成る焼結性セラミック粉末（すなわち、
焼結性炭化ケイ素粉末）、並びにかかる焼結性セラミッ
ク粉末から成る物体をほぼ大気圧またはそれより低い圧
力下で焼結することによって約20容量％未満の気孔率を
有する多結晶質炭化ケイ素物体を形成する方法が開示さ
れている。
び4041117号明細書中には、炭化ケイ素とホウ素−炭素
焼結助剤とから成る焼結性セラミック粉末（すなわち、
焼結性炭化ケイ素粉末）、並びにかかる焼結性セラミッ
ク粉末から成る物体をほぼ大気圧またはそれより低い圧
力下で焼結することによって約20容量％未満の気孔率を
有する多結晶質炭化ケイ素物体を形成する方法が開示さ
れている。
プロチャズカ（Prochazka）等の米国特許第4119475号
明細書中には、窒化ケイ素とベリリウム−マグネシウム
焼結助剤とから成る焼結性セラミック粉末（すなわち、
焼結性窒化ケイ素粉末）、並びにかかる焼結性セラミッ
ク粉末から成る物体を大気圧より高い圧力の窒素中にお
いて約1800〜約2200℃で焼結することによって約20容量
％未満の気孔率を有する多結晶質窒化ケイ素物体を形成
する方法が開示されている。
明細書中には、窒化ケイ素とベリリウム−マグネシウム
焼結助剤とから成る焼結性セラミック粉末（すなわち、
焼結性窒化ケイ素粉末）、並びにかかる焼結性セラミッ
ク粉末から成る物体を大気圧より高い圧力の窒素中にお
いて約1800〜約2200℃で焼結することによって約20容量
％未満の気孔率を有する多結晶質窒化ケイ素物体を形成
する方法が開示されている。
プロチャズカ（Prochazka）等の米国特許第4225356号
明細書中には、窒化ケイ素とベリリウム焼結助剤とから
成る焼結性セラミック粉末、並びにかかる焼結性セラミ
ック粉末から成る物体を大気圧より高い圧力の窒素中に
おいて約1900〜約2200℃で焼結することによって約20容
量％未満の気孔率を有する多結晶質窒化ケイ素物体を形
成する方法が開示されている。
明細書中には、窒化ケイ素とベリリウム焼結助剤とから
成る焼結性セラミック粉末、並びにかかる焼結性セラミ
ック粉末から成る物体を大気圧より高い圧力の窒素中に
おいて約1900〜約2200℃で焼結することによって約20容
量％未満の気孔率を有する多結晶質窒化ケイ素物体を形
成する方法が開示されている。
グレスコビッチ（Greskovich）等の米国特許第401731
9号明細書中には、ホウ素添加剤を含有したケイ素から
成る反応結合用のセラミック粉末、並びにかかるセラミ
ック粉末から成る物体を65〜75％の範囲内の密度にまで
焼結した後、窒素雰囲気中において1100℃からケイ素の
融点未満までの温度下で焼結物体に窒化反応を行わせる
ことによって約20容量％未満の気孔率を有する多結晶質
物体を形成する方法が開示されている。
9号明細書中には、ホウ素添加剤を含有したケイ素から
成る反応結合用のセラミック粉末、並びにかかるセラミ
ック粉末から成る物体を65〜75％の範囲内の密度にまで
焼結した後、窒素雰囲気中において1100℃からケイ素の
融点未満までの温度下で焼結物体に窒化反応を行わせる
ことによって約20容量％未満の気孔率を有する多結晶質
物体を形成する方法が開示されている。
反応結合による高密度化操作の一例を述べれば、ほぼ
等量の炭化ケイ素および遊離炭素から成るセラミック粉
末を調製し、かかるセラミック粉末から成る物体中に液
体状または気体状のケイ素を浸透させ、次いで炭素とケ
イ素とを反応させることにより、20容量％未満の気孔率
を有しかつ約85％の炭化ケイ素と残部の遊離ケイ素とか
ら成る多結晶質物体が形成される。一般的に述べれば反
応結合は、成形されかつ熱処理されたセラミック物体を
高温下でそれと反応する液体またはガスに接触させ、そ
れによって高密度化された多結晶質セラミック物体を形
成することから成っている。
等量の炭化ケイ素および遊離炭素から成るセラミック粉
末を調製し、かかるセラミック粉末から成る物体中に液
体状または気体状のケイ素を浸透させ、次いで炭素とケ
イ素とを反応させることにより、20容量％未満の気孔率
を有しかつ約85％の炭化ケイ素と残部の遊離ケイ素とか
ら成る多結晶質物体が形成される。一般的に述べれば反
応結合は、成形されかつ熱処理されたセラミック物体を
高温下でそれと反応する液体またはガスに接触させ、そ
れによって高密度化された多結晶質セラミック物体を形
成することから成っている。
更にまた、高温等圧圧縮によって焼結を促進すること
もできる。高温等圧圧縮の実施に際しては、熱処理済み
のセラミック物体を気体不透過性にし、次いで大気圧よ
り高いガス圧および該セラミック物体に顕著な悪影響を
及ぼさない高温の下で高温等圧圧縮を施すことにより、
20容量％未満の気孔率を有する多結晶質セラミック物体
が形成される。使用するガス圧は主として最終製品にお
ける所望の密度に依存し、また使用する温度は主として
セラミック物体の組成に依存すると共に、それに顕著な
悪影響を及ぼさないことが必要である。一般的に述べれ
ば、高温等圧圧縮は約５〜約100MPaの範囲内の圧力およ
び約1400〜約2200℃の範囲内の温度の下で実施される。
高温等圧圧縮用のガスはセラミック物体に対して顕著な
悪影響を及ぼさないことが必要であって、有用なガスの
実例としてはアルゴン、ヘリウム、窒素およびそれらの
混合物が挙げられる。
もできる。高温等圧圧縮の実施に際しては、熱処理済み
のセラミック物体を気体不透過性にし、次いで大気圧よ
り高いガス圧および該セラミック物体に顕著な悪影響を
及ぼさない高温の下で高温等圧圧縮を施すことにより、
20容量％未満の気孔率を有する多結晶質セラミック物体
が形成される。使用するガス圧は主として最終製品にお
ける所望の密度に依存し、また使用する温度は主として
セラミック物体の組成に依存すると共に、それに顕著な
悪影響を及ぼさないことが必要である。一般的に述べれ
ば、高温等圧圧縮は約５〜約100MPaの範囲内の圧力およ
び約1400〜約2200℃の範囲内の温度の下で実施される。
高温等圧圧縮用のガスはセラミック物体に対して顕著な
悪影響を及ぼさないことが必要であって、有用なガスの
実例としてはアルゴン、ヘリウム、窒素およびそれらの
混合物が挙げられる。
熱処理済みのセラミック物体を気体不透過性にするた
めには、主としてそれの組成に応じて各種の技術を使用
することができる。たとえば、表面気孔を閉鎖するのに
十分な程度だけセラミック物体を焼結することによって
それを気体不透過性にすることができる。実例を述べれ
ば、ムライトから成る熱処理済みのセラミック物体を酸
素中において約1500〜1675℃の温度および常圧の下で焼
成して表面気孔を閉鎖した後、得られた気体不透過性の
セラミック物体に対して約10000psiの圧力および約1500
〜約1700℃の温度の下でアルゴンによる高温等圧圧縮を
施すことにより、約20容量％未満の気孔率を有する多結
晶質セラミック物体が形成される。
めには、主としてそれの組成に応じて各種の技術を使用
することができる。たとえば、表面気孔を閉鎖するのに
十分な程度だけセラミック物体を焼結することによって
それを気体不透過性にすることができる。実例を述べれ
ば、ムライトから成る熱処理済みのセラミック物体を酸
素中において約1500〜1675℃の温度および常圧の下で焼
成して表面気孔を閉鎖した後、得られた気体不透過性の
セラミック物体に対して約10000psiの圧力および約1500
〜約1700℃の温度の下でアルゴンによる高温等圧圧縮を
施すことにより、約20容量％未満の気孔率を有する多結
晶質セラミック物体が形成される。
熱処理済みのセラミック物体を気体不透過性にするた
めにはまた、それに顕著な悪影響を及ぼさない物質の被
膜で該セラミック物体を被覆してもよい。たとえば、熱
処理済みのセラミック物体をガラス小球のスラリーで完
全に被覆した後、ガラスを融解するのに十分であるがセ
ラミック粉末の焼結、結合または分解温度よりは低い温
度にまで該セラミック物体を真空中において加熱するこ
とによってそれを気体不透過性のガラス被膜で包囲すれ
ば、被覆後のセラミック物体に対してガスによる高温等
圧圧縮を施すことができる。実例を述べれば、窒化ケイ
素と適当な焼結助剤（たとえば、Y2O3、Al2O3またはMg
O）とから成る熱処理済みのセラミック物体をガラス小
球のスラリーで被覆し、被覆後のセラミック物体を真空
中において窒化ケイ素の分解温度より低い温度にまで加
熱することによりガラスを融解して該セラミック物体を
ガラス被膜で包囲し、次いで気体不透過性となったセラ
ミック物体に対して約15MPaの圧力および約1600〜約200
0℃の温度の下で窒素による高温等圧圧縮を施せばよ
い。
めにはまた、それに顕著な悪影響を及ぼさない物質の被
膜で該セラミック物体を被覆してもよい。たとえば、熱
処理済みのセラミック物体をガラス小球のスラリーで完
全に被覆した後、ガラスを融解するのに十分であるがセ
ラミック粉末の焼結、結合または分解温度よりは低い温
度にまで該セラミック物体を真空中において加熱するこ
とによってそれを気体不透過性のガラス被膜で包囲すれ
ば、被覆後のセラミック物体に対してガスによる高温等
圧圧縮を施すことができる。実例を述べれば、窒化ケイ
素と適当な焼結助剤（たとえば、Y2O3、Al2O3またはMg
O）とから成る熱処理済みのセラミック物体をガラス小
球のスラリーで被覆し、被覆後のセラミック物体を真空
中において窒化ケイ素の分解温度より低い温度にまで加
熱することによりガラスを融解して該セラミック物体を
ガラス被膜で包囲し、次いで気体不透過性となったセラ
ミック物体に対して約15MPaの圧力および約1600〜約200
0℃の温度の下で窒素による高温等圧圧縮を施せばよ
い。
本発明のセラミック粉末は約10ミクロンまでの平均粒
度を有するが、この平均粒度はセラミック物体の所望の
最終寸法および使用する高密度化技術に主として依存す
る。反応結合を行う場合には大きい粒度を使用し得る一
方、粉末成形体を焼結する場合には小さい粒度が使用さ
れる。小さい粒度のセラミック粉末から調製された成形
組成物の場合、押出された繊維はより微小な直径のフィ
ラメントに引伸ばすことができる。とは言え、本発明の
セラミック粉末は１ミクロン未満の平均粒度を有するこ
とが好ましく、また約0.05〜約１ミクロンの範囲内の平
均粒度を有することが最も好ましい。
度を有するが、この平均粒度はセラミック物体の所望の
最終寸法および使用する高密度化技術に主として依存す
る。反応結合を行う場合には大きい粒度を使用し得る一
方、粉末成形体を焼結する場合には小さい粒度が使用さ
れる。小さい粒度のセラミック粉末から調製された成形
組成物の場合、押出された繊維はより微小な直径のフィ
ラメントに引伸ばすことができる。とは言え、本発明の
セラミック粉末は１ミクロン未満の平均粒度を有するこ
とが好ましく、また約0.05〜約１ミクロンの範囲内の平
均粒度を有することが最も好ましい。
上記のごとき結合剤およびセラミック粉末は、結合剤
の熱可塑性挙動を維持し得ると共に、結合剤の除去後に
は重大な欠陥を含まない自立した粉末成形体を形成する
のに十分なだけのセラミック粉末を含有するような比率
で均一に混合される。こうして得られる熱可塑性セラミ
ック成形組成物は、約30〜約60容量％、好ましくは約35
〜約50容量％、そして最も好ましくは約50容量％のセラ
ミック粉末と残部の結合剤とから成っている。約30容量
％より少ない量または約60容量％より多い量のセラミッ
ク粉末を含有する成形組成物は、重大な欠陥を含まない
本発明の多結晶質セラミック物体を形成するためには有
用でない。
の熱可塑性挙動を維持し得ると共に、結合剤の除去後に
は重大な欠陥を含まない自立した粉末成形体を形成する
のに十分なだけのセラミック粉末を含有するような比率
で均一に混合される。こうして得られる熱可塑性セラミ
ック成形組成物は、約30〜約60容量％、好ましくは約35
〜約50容量％、そして最も好ましくは約50容量％のセラ
ミック粉末と残部の結合剤とから成っている。約30容量
％より少ない量または約60容量％より多い量のセラミッ
ク粉末を含有する成形組成物は、重大な欠陥を含まない
本発明の多結晶質セラミック物体を形成するためには有
用でない。
上記のごとき結合剤とセラミック粉末とを混合するこ
とによって均質な分散物が調製される。そのためには、
結合剤を融解するのに十分であるが結合剤の分解温度よ
りは低い温度（好ましくは約70〜約90℃の範囲内の温
度）下で結合剤とセラミック粉末とを混合すればよい。
その際には、ポリイソブチレン重合体を加熱して混練式
ミキサー内に装入した後、このポリイソブチレン重合体
にステアリン酸またはその他の有機酸をゆっくりと添加
すればよい。混練式ミキサーとは、ローラー、カム、バ
ンブリ羽根またはシグマ形羽根のごとき混合腕を有する
高剪断力ミキサーである。方法の一例を述べれば、先ず
最初にステアリン酸が過剰のトルエン中に溶解され、そ
してセラミック粉末がその中に均一に分散するまで混合
される。その後、トルエンを蒸発させれば、ステアリン
酸はセラミック粒子上に被膜として残留することにな
る。他方、ポリイソブチレン重合体が混練式ミキサー内
に装入され、そして約70〜90℃に加熱される。上記の被
覆されたセラミック粒子が混練中のポリイソブチレン重
合体にゆっくりと添加され、それによってポリイソブチ
レン重合体中に均一に分散させられる。なお、一層有用
な押出材料を得るため、こうして得られた成形組成物を
細かく破砕することが好ましい。
とによって均質な分散物が調製される。そのためには、
結合剤を融解するのに十分であるが結合剤の分解温度よ
りは低い温度（好ましくは約70〜約90℃の範囲内の温
度）下で結合剤とセラミック粉末とを混合すればよい。
その際には、ポリイソブチレン重合体を加熱して混練式
ミキサー内に装入した後、このポリイソブチレン重合体
にステアリン酸またはその他の有機酸をゆっくりと添加
すればよい。混練式ミキサーとは、ローラー、カム、バ
ンブリ羽根またはシグマ形羽根のごとき混合腕を有する
高剪断力ミキサーである。方法の一例を述べれば、先ず
最初にステアリン酸が過剰のトルエン中に溶解され、そ
してセラミック粉末がその中に均一に分散するまで混合
される。その後、トルエンを蒸発させれば、ステアリン
酸はセラミック粒子上に被膜として残留することにな
る。他方、ポリイソブチレン重合体が混練式ミキサー内
に装入され、そして約70〜90℃に加熱される。上記の被
覆されたセラミック粒子が混練中のポリイソブチレン重
合体にゆっくりと添加され、それによってポリイソブチ
レン重合体中に均一に分散させられる。なお、一層有用
な押出材料を得るため、こうして得られた成形組成物を
細かく破砕することが好ましい。
本発明の方法において使用される熱可塑性成形技術は
押出しである。その際には、成形組成物を所定の剪断速
度で押出ダイから押出すのに十分なだけの温度および圧
力が成形組成物に加えられる。詳しく述べれば、成形組
成物は結合剤の粘度が低下して結合剤が実質的に溶融状
態となるような温度にまで加熱される。一般的に述べれ
ば、成形組成物は約80〜約200℃の範囲内の温度に加熱
されると共に、使用する押出ダイおよび温度に応じて約
５〜約100MPaの範囲内の圧力下で押出される。押出温度
が低下するのに従い、あるいは押出ダイの横断面が小さ
くなるのに従い、より高い圧力が必要となる。押出装置
の種類によっては（たとえば、連続スクリュー押出機の
場合には）、過大な剪断速度が生じてポリイソブチレン
重合体を劣化させることがあるから、かかる過大な剪断
速度は回避すべきである。押出しの後、セラミック物体
は放冷によって硬化させられる。
押出しである。その際には、成形組成物を所定の剪断速
度で押出ダイから押出すのに十分なだけの温度および圧
力が成形組成物に加えられる。詳しく述べれば、成形組
成物は結合剤の粘度が低下して結合剤が実質的に溶融状
態となるような温度にまで加熱される。一般的に述べれ
ば、成形組成物は約80〜約200℃の範囲内の温度に加熱
されると共に、使用する押出ダイおよび温度に応じて約
５〜約100MPaの範囲内の圧力下で押出される。押出温度
が低下するのに従い、あるいは押出ダイの横断面が小さ
くなるのに従い、より高い圧力が必要となる。押出装置
の種類によっては（たとえば、連続スクリュー押出機の
場合には）、過大な剪断速度が生じてポリイソブチレン
重合体を劣化させることがあるから、かかる過大な剪断
速度は回避すべきである。押出しの後、セラミック物体
は放冷によって硬化させられる。
こうして得られたセラミック物体に熱処理を施すこと
により、実質的な量の結合剤が残留しなくなるまで（す
なわち、セラミック物体の高密度化操作またはそれによ
って得られた高密度化セラミック物体に対して顕著な悪
影響を及ぼすような量の結合剤が残留しなくなるまで）
結合剤が除去される。かかる熱処理の結果、セラミック
物体中には約２重量％未満の結合剤が残留するのが通例
であるが、結合剤の残留量は約１重量％未満であること
が好ましい。
により、実質的な量の結合剤が残留しなくなるまで（す
なわち、セラミック物体の高密度化操作またはそれによ
って得られた高密度化セラミック物体に対して顕著な悪
影響を及ぼすような量の結合剤が残留しなくなるまで）
結合剤が除去される。かかる熱処理の結果、セラミック
物体中には約２重量％未満の結合剤が残留するのが通例
であるが、結合剤の残留量は約１重量％未満であること
が好ましい。
セラミック物体の熱処理に際しては、該セラミック物
体中に重大な欠陥を生じることなしに結合剤を除去し得
るような加熱速度（または時間−温度スケジュール）を
使用しながら、約400℃の温度にまで加熱が行われる。
かかる熱処理中において、結合剤は蒸発もしくは熱分解
を受け、それにより主に蒸気として除去される。かかる
熱処理の結果、重大な欠陥（すなわち、ひび割れ、ボイ
ドおよびピットのごとき用途を制限する欠陥）が熱処理
後または焼結後のセラミック物体中に導入されてはなら
ない。セラミック物体の熱処理は、それに顕著な悪影響
を及ぼさない雰囲気または真空中において実施される。
体中に重大な欠陥を生じることなしに結合剤を除去し得
るような加熱速度（または時間−温度スケジュール）を
使用しながら、約400℃の温度にまで加熱が行われる。
かかる熱処理中において、結合剤は蒸発もしくは熱分解
を受け、それにより主に蒸気として除去される。かかる
熱処理の結果、重大な欠陥（すなわち、ひび割れ、ボイ
ドおよびピットのごとき用途を制限する欠陥）が熱処理
後または焼結後のセラミック物体中に導入されてはなら
ない。セラミック物体の熱処理は、それに顕著な悪影響
を及ぼさない雰囲気または真空中において実施される。
重大な欠陥を生じることなく結合剤を除去するために
使用し得る平均加熱速度は、セラミック物体の寸法およ
び形状（とりわけ最大横断面厚さ）、並びにセラミック
粉末の粒度、形状、凝集状態および体積分率に依存す
る。横断面厚さの小さいセラミック物体に対しては平均
加熱速度が大きくても差支えないが、横断面厚さの大き
いセラミック物体に対しては平均加熱速度が小さいこと
が必要である。一層詳しく述べれば、結合剤を除去する
ための平均加熱速度はセラミック物体の最大横断面厚さ
に逆比例もしくは実質的に逆比例する。それ故、商業的
に有用な広範囲の製品について述べれば、結合剤を除去
するための平均加熱速度は毎時約１℃から毎時約1000℃
までの範囲にわたるのである。
使用し得る平均加熱速度は、セラミック物体の寸法およ
び形状（とりわけ最大横断面厚さ）、並びにセラミック
粉末の粒度、形状、凝集状態および体積分率に依存す
る。横断面厚さの小さいセラミック物体に対しては平均
加熱速度が大きくても差支えないが、横断面厚さの大き
いセラミック物体に対しては平均加熱速度が小さいこと
が必要である。一層詳しく述べれば、結合剤を除去する
ための平均加熱速度はセラミック物体の最大横断面厚さ
に逆比例もしくは実質的に逆比例する。それ故、商業的
に有用な広範囲の製品について述べれば、結合剤を除去
するための平均加熱速度は毎時約１℃から毎時約1000℃
までの範囲にわたるのである。
所望ならば、熱処理済みのセラミック物体を更に加熱
することにより、それに追加の機械的強度を付与するこ
とができる。かかる強度付与のための加熱は、セラミッ
ク物体に顕著な悪影響を及ぼすものであってはならな
い。かかる強度付与のための加熱は、セラミック粒子の
焼結温度よりも低い温度下で行うことができる。
することにより、それに追加の機械的強度を付与するこ
とができる。かかる強度付与のための加熱は、セラミッ
ク物体に顕著な悪影響を及ぼすものであってはならな
い。かかる強度付与のための加熱は、セラミック粒子の
焼結温度よりも低い温度下で行うことができる。
本発明の多結晶質セラミック物体は、一般に該セラミ
ック物体の全体積の約20容量％未満、好ましくは約10容
量％未満、そして最も好ましくは約５容量％未満の気孔
率を有している。気孔率は多結晶質セラミック物体中に
おいて気孔が占める割合を容量百分率で表わした値であ
って、これは液体置換法および（または）金属組織学的
方法によって測定することができる。なお、かかる気孔
は多結晶質セラミック物体の全域にわたって分布してい
る。
ック物体の全体積の約20容量％未満、好ましくは約10容
量％未満、そして最も好ましくは約５容量％未満の気孔
率を有している。気孔率は多結晶質セラミック物体中に
おいて気孔が占める割合を容量百分率で表わした値であ
って、これは液体置換法および（または）金属組織学的
方法によって測定することができる。なお、かかる気孔
は多結晶質セラミック物体の全域にわたって分布してい
る。
本発明にとって不可欠なわけではないが、結合剤を除
去するための熱処理に際してセラミック物体の顕著に変
形が起こるのを防止するため、セラミック物体を支持粉
末中に包埋することができる。かかる包埋用粉末は、セ
ラミック物体に対して化学的適合性を有するもの、すな
わちセラミック物体に顕著な悪影響を及ぼさないもので
なければならない。適当な包埋用粉末の実例は木炭であ
る。かかる包埋用粉末は球状もしくは実質的に球状のも
のであることが好ましく、また約10〜約1000ミクロンの
範囲内の平均直径を有することが好ましい。炭化ケイ素
および窒化ケイ素から成るセラミック物体に対して有用
な包埋用粉末の代表例としては、木炭、炭化ケイ素の理
論密度の80％より高い密度を有する多結晶質炭化ケイ素
焼結体、炭素が黒鉛の理論密度の80％より高い密度を有
しかつ多結晶質炭化ケイ素が炭化ケイ素の理論密度の80
％より高い密度を有するような、非晶質または結晶質の
遊離炭素で被覆された多結晶質炭化ケイ素焼結体、黒鉛
の理論密度の80％より高い密度を有する非晶質または結
晶質の遊離炭素、およびそれらの混合物が挙げられる。
化学的適合性の点から見れば、窒化ケイ素から成るセラ
ミック物体に対する包埋用粉末としては窒化ケイ素粉末
が特に好適である。ムライトから成るセラミック物体に
対しては、Al2O3またはSiO2から成る包埋用粉末を使用
し得るが、好ましくはムライトから成る包埋用粉末が使
用される。
去するための熱処理に際してセラミック物体の顕著に変
形が起こるのを防止するため、セラミック物体を支持粉
末中に包埋することができる。かかる包埋用粉末は、セ
ラミック物体に対して化学的適合性を有するもの、すな
わちセラミック物体に顕著な悪影響を及ぼさないもので
なければならない。適当な包埋用粉末の実例は木炭であ
る。かかる包埋用粉末は球状もしくは実質的に球状のも
のであることが好ましく、また約10〜約1000ミクロンの
範囲内の平均直径を有することが好ましい。炭化ケイ素
および窒化ケイ素から成るセラミック物体に対して有用
な包埋用粉末の代表例としては、木炭、炭化ケイ素の理
論密度の80％より高い密度を有する多結晶質炭化ケイ素
焼結体、炭素が黒鉛の理論密度の80％より高い密度を有
しかつ多結晶質炭化ケイ素が炭化ケイ素の理論密度の80
％より高い密度を有するような、非晶質または結晶質の
遊離炭素で被覆された多結晶質炭化ケイ素焼結体、黒鉛
の理論密度の80％より高い密度を有する非晶質または結
晶質の遊離炭素、およびそれらの混合物が挙げられる。
化学的適合性の点から見れば、窒化ケイ素から成るセラ
ミック物体に対する包埋用粉末としては窒化ケイ素粉末
が特に好適である。ムライトから成るセラミック物体に
対しては、Al2O3またはSiO2から成る包埋用粉末を使用
し得るが、好ましくはムライトから成る包埋用粉末が使
用される。
結合剤の除去および焼結のための熱処理に際してセラ
ミック物体を支持するためのもう１つの方法は、該セラ
ミック物体と化学的に反応しない材料から作製された溝
付きの板上にセラミック物体を配置することである。た
とえば、押出された繊維よりも僅かに大きい寸法の溝を
有する板上に該繊維を配置することにより、熱処理時に
おける該繊維の変形、ゆがみまたはカールを抑制するこ
とができる。
ミック物体を支持するためのもう１つの方法は、該セラ
ミック物体と化学的に反応しない材料から作製された溝
付きの板上にセラミック物体を配置することである。た
とえば、押出された繊維よりも僅かに大きい寸法の溝を
有する板上に該繊維を配置することにより、熱処理時に
おける該繊維の変形、ゆがみまたはカールを抑制するこ
とができる。
本発明を一層詳しく説明するため、以下に実施例を示
す。下記の実施例中において使用されたポリイソブチレ
ン重合体は約81000〜99000のシュタウジンガー平均分子
量を有するものであって、エクソン・コーポレーション
（Exxon Corporation）から「ビスタネックスMM L−10
0」の商品名で販売されている。
す。下記の実施例中において使用されたポリイソブチレ
ン重合体は約81000〜99000のシュタウジンガー平均分子
量を有するものであって、エクソン・コーポレーション
（Exxon Corporation）から「ビスタネックスMM L−10
0」の商品名で販売されている。
実施例１ 95gのアルミナ粉末、15.4gのポリイソブチレンおよび
6.6gのステアリン酸から成る熱可塑性セラミック成形組
成物を調製した。この場合、アルミナ粉末は成形組成物
の約50容量％を占めていた。先ず最初に、ステアリン酸
をトルエンに溶解し、次いで溶解されたステアリン酸に
アルミナ粉末を混合した。トルエンを蒸発させたとこ
ろ、ステアリン酸で被覆されたアルミナ粉末が得られ
た。ローラー羽根を具備しかつ約10〜20rpmの速度で回
転する60cm3のブラベンダーミキサー内にポリイソブチ
レンを配置し、そして約70℃に加熱した。ステアリン酸
で被覆されたアルミナ粉末をミキサー内のポリイソブチ
レンにゆっくりと添加し、そして一様な稠度に達するま
で混合することによってアルミナ粉末を結合剤中に均一
に分散させた。こうして得られた成形組成物をミキサー
から取出し、そして細かく破砕した。また、上記の場合
と同じ混合手順に従って第２の成形組成物バッチを調製
した。
6.6gのステアリン酸から成る熱可塑性セラミック成形組
成物を調製した。この場合、アルミナ粉末は成形組成物
の約50容量％を占めていた。先ず最初に、ステアリン酸
をトルエンに溶解し、次いで溶解されたステアリン酸に
アルミナ粉末を混合した。トルエンを蒸発させたとこ
ろ、ステアリン酸で被覆されたアルミナ粉末が得られ
た。ローラー羽根を具備しかつ約10〜20rpmの速度で回
転する60cm3のブラベンダーミキサー内にポリイソブチ
レンを配置し、そして約70℃に加熱した。ステアリン酸
で被覆されたアルミナ粉末をミキサー内のポリイソブチ
レンにゆっくりと添加し、そして一様な稠度に達するま
で混合することによってアルミナ粉末を結合剤中に均一
に分散させた。こうして得られた成形組成物をミキサー
から取出し、そして細かく破砕した。また、上記の場合
と同じ混合手順に従って第２の成形組成物バッチを調製
した。
長さ対直径の比が25:1であるようなハーク（Haake）
の3/4インチスクリュー押出機を用いて上記の成形組成
物を押出すことにより、連続セラミック繊維を形成し
た。押出機のダイ開口の直径は約250ミクロンであっ
た。押出しは80〜100℃の温度および30〜40MPaの圧力の
下で実施された。
の3/4インチスクリュー押出機を用いて上記の成形組成
物を押出すことにより、連続セラミック繊維を形成し
た。押出機のダイ開口の直径は約250ミクロンであっ
た。押出しは80〜100℃の温度および30〜40MPaの圧力の
下で実施された。
押出された繊維が約300％まで延伸され、それに対応
して直径は約250ミクロンから約145ミクロンに減少し
た。押出し直後の繊維試料および延伸後の繊維試料に熱
処理を施して結合剤を除去した後、空気中において1550
℃に加熱することによって焼結した。その結果、10容量
％未満の気孔率を有する多結晶質アルミナ繊維が得られ
たが、結合剤の除去に原因する可視的な欠陥は認められ
なかった。
して直径は約250ミクロンから約145ミクロンに減少し
た。押出し直後の繊維試料および延伸後の繊維試料に熱
処理を施して結合剤を除去した後、空気中において1550
℃に加熱することによって焼結した。その結果、10容量
％未満の気孔率を有する多結晶質アルミナ繊維が得られ
たが、結合剤の除去に原因する可視的な欠陥は認められ
なかった。
実施例２ 77.7gの炭化ケイ素粉末、15.6gのポリイソブチレンお
よび6.7gのステアリン酸から成る熱可塑性セラミック成
形組成物を調製した。この場合、炭化ケイ素粉末は成形
組成物の約50容量％を占めていた。
よび6.7gのステアリン酸から成る熱可塑性セラミック成
形組成物を調製した。この場合、炭化ケイ素粉末は成形
組成物の約50容量％を占めていた。
先ず最初に、ローラー羽根を具備しかつ約10〜20rpm
の速度で回転する混練式ミキサー内にポリイソブチレン
を配置し、そして約70℃に加熱した。混練中のポリイソ
ブチレンにステアリン酸をゆっくりと添加し、そして両
者を十分に混合した。こうして得られたケイ素に炭化ケ
イ素粉末をゆっくりと添加し、それによって均質な分散
物を調製した。こうして得られた成形組成物をミキサー
から取出し、細かく破砕し、次いで実施例１に記載され
た押出技術に従って押出すことによって直径250ミクロ
ンの繊維を形成した。
の速度で回転する混練式ミキサー内にポリイソブチレン
を配置し、そして約70℃に加熱した。混練中のポリイソ
ブチレンにステアリン酸をゆっくりと添加し、そして両
者を十分に混合した。こうして得られたケイ素に炭化ケ
イ素粉末をゆっくりと添加し、それによって均質な分散
物を調製した。こうして得られた成形組成物をミキサー
から取出し、細かく破砕し、次いで実施例１に記載され
た押出技術に従って押出すことによって直径250ミクロ
ンの繊維を形成した。
炭化ケイ素板を機械加工することにより、押出された
繊維より僅かに大きい深さおよび幅を有する溝を形成し
た。押出された繊維をかかる板の溝内に配置し、次いで
その上に平らな炭化ケイ素蓋板を配置することによって
繊維を溝内に保持した。毎分４℃の加熱速度を使用しな
がら、かかる板と繊維との集合体を約10mmHgの真空中に
おいて500℃にまで加熱した。次に、繊維を上記の溝内
に支持したまま、黒鉛抵抗炉内において繊維を約４時間
で2100℃まで加熱し、次いで30分間にわたってその温度
に保った。結合剤の除去および焼結に際して溝付き板お
よび蓋板が繊維を支持した結果、繊維は変形、ゆがみま
たはカールを生じなかった。なお、炭化ケイ素は2000℃
を越える温度下で分解するから、炭化ケイ素製の溝付き
板を使用するか、あるいは繊維に隣接して少量の消耗用
炭化ケイ素粉末を配置することによって炭化ケイ素分解
生成物の過圧を発生させることが好ましい。このような
焼結操作によって繊維が高密度化された結果、10容量％
未満の気孔率を有する多結晶質炭化ケイ素繊維が得られ
たが、結合剤の除去に原因する可視的な欠陥は認められ
なかった。
繊維より僅かに大きい深さおよび幅を有する溝を形成し
た。押出された繊維をかかる板の溝内に配置し、次いで
その上に平らな炭化ケイ素蓋板を配置することによって
繊維を溝内に保持した。毎分４℃の加熱速度を使用しな
がら、かかる板と繊維との集合体を約10mmHgの真空中に
おいて500℃にまで加熱した。次に、繊維を上記の溝内
に支持したまま、黒鉛抵抗炉内において繊維を約４時間
で2100℃まで加熱し、次いで30分間にわたってその温度
に保った。結合剤の除去および焼結に際して溝付き板お
よび蓋板が繊維を支持した結果、繊維は変形、ゆがみま
たはカールを生じなかった。なお、炭化ケイ素は2000℃
を越える温度下で分解するから、炭化ケイ素製の溝付き
板を使用するか、あるいは繊維に隣接して少量の消耗用
炭化ケイ素粉末を配置することによって炭化ケイ素分解
生成物の過圧を発生させることが好ましい。このような
焼結操作によって繊維が高密度化された結果、10容量％
未満の気孔率を有する多結晶質炭化ケイ素繊維が得られ
たが、結合剤の除去に原因する可視的な欠陥は認められ
なかった。
実施例３ シグマ形羽根および水ジャケットを具備した混練式ミ
キサー内に約187.2gのポリイソブチレンを配置した。こ
のポリイソブチレンに約200gのトルエンを添加し、そし
て重合体中にトルエンが吸収されるまで混合した。ミキ
サーの水ジャケット中に熱水を流すことによってミキサ
ーの温度を約70℃に上昇させた後、約80.4gのステアリ
ン酸を添加し、そしてポリイソブチレンと十分に混合し
た。次いで、混練中のポリイソブチレンに932.4gの焼結
性炭化ケイ素粉末をゆっくりと添加し、そして約60rpm
の速度で約20分間にわたり混合した。その後、混合物を
約50mmHgの真空に暴露しながら更に10分間にわたって混
合を行った。かかる混合操作中に混合物から一部のトル
エンが蒸発したが、混合物は約20重量％のトルエンを含
有していたと考えられる。かかる混合物をミキサーから
取出し、そして取扱いを容易にするために破砕した。
キサー内に約187.2gのポリイソブチレンを配置した。こ
のポリイソブチレンに約200gのトルエンを添加し、そし
て重合体中にトルエンが吸収されるまで混合した。ミキ
サーの水ジャケット中に熱水を流すことによってミキサ
ーの温度を約70℃に上昇させた後、約80.4gのステアリ
ン酸を添加し、そしてポリイソブチレンと十分に混合し
た。次いで、混練中のポリイソブチレンに932.4gの焼結
性炭化ケイ素粉末をゆっくりと添加し、そして約60rpm
の速度で約20分間にわたり混合した。その後、混合物を
約50mmHgの真空に暴露しながら更に10分間にわたって混
合を行った。かかる混合操作中に混合物から一部のトル
エンが蒸発したが、混合物は約20重量％のトルエンを含
有していたと考えられる。かかる混合物をミキサーから
取出し、そして取扱いを容易にするために破砕した。
プランジャ式押出機を用いて上記の熱可塑性セラミッ
ク成形組成物を約78℃で押出すことにより、約3mmの直
径を有する棒を形成した。かかる棒を長さ10インチの黒
鉛板上に配置した後、真空炉内において棒を毎分４℃の
加熱速度で500℃まで加熱することによって結合剤を除
去した。結合剤の除去後、棒を黒鉛炉内において2100℃
で焼結した。
ク成形組成物を約78℃で押出すことにより、約3mmの直
径を有する棒を形成した。かかる棒を長さ10インチの黒
鉛板上に配置した後、真空炉内において棒を毎分４℃の
加熱速度で500℃まで加熱することによって結合剤を除
去した。結合剤の除去後、棒を黒鉛炉内において2100℃
で焼結した。
他方、押出された棒の一部を手で約２倍の長さにまで
延伸した。かかる延伸に際し、繊維から一部のトルエン
が放出された。延伸後、得られた繊維に対して室温下で
約24時間にわたりアニールを施した。次いで、繊維を再
び延伸して直径を更に減少させた。このような延伸およ
びアニールを交互に繰返すことにより、繊維の直径を約
50ミクロンにまで減少させた。その後、延伸された繊維
を加熱することによって結合剤を除去し、次いで上記の
場合と同じ焼結操作に従って焼結した。その結果、20容
量％未満の気孔率を有する多結晶質炭化ケイ素繊維が得
られたが、結合剤の除去に原因する可視的な欠陥は認め
られなかった。
延伸した。かかる延伸に際し、繊維から一部のトルエン
が放出された。延伸後、得られた繊維に対して室温下で
約24時間にわたりアニールを施した。次いで、繊維を再
び延伸して直径を更に減少させた。このような延伸およ
びアニールを交互に繰返すことにより、繊維の直径を約
50ミクロンにまで減少させた。その後、延伸された繊維
を加熱することによって結合剤を除去し、次いで上記の
場合と同じ焼結操作に従って焼結した。その結果、20容
量％未満の気孔率を有する多結晶質炭化ケイ素繊維が得
られたが、結合剤の除去に原因する可視的な欠陥は認め
られなかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/00
Claims (3)
- 【請求項１】微小な直径の細長いセラミック体を形成す
るための方法であって、 （ａ）セラミック粉末約30〜60容量％及び１分子当たり
の炭素原子数が12〜26で融点が約44〜約88℃の有機酸約
20〜50重量％と平均分子量約8700〜135000のポリイソブ
チレン重合体約50〜80重量％とを含んでなる熱可塑性結
合剤約40〜70容量％を含んでなる熱可塑性成形組成物で
あって、上記セラミック粉末が上記熱可塑性結合剤中に
均一に分散して熱可塑性セラミック成形組成物を形成し
たものを調製する段階、 （ｂ）上記成形組成物を約70〜150℃の温度で押出して
細長いセラミック体を形成する段階、 （ｃ）細長いセラミック体を一様に引伸ばされた状態に
延伸する段階、 （ｄ）延伸したセラミック体に緩和アニールを施して以
前の塑性状態を回復する段階、及び （ｅ）延伸段階を繰り返して微小な直径の細長いセラミ
ック体を形成する段階 を含んでなる方法。 - 【請求項２】上記細長いセラミック体を、結合剤の分解
段階前に、支持する段階をさらに含んでなる、請求項１
記載の方法。 - 【請求項３】約20容量％未満の気孔率を有する多結晶質
セラミック体へと高密度化するのに適した微小な直径の
細長いセラミック体を形成するための方法であって、 （ａ）セラミック粉末約30〜60容量％及び１分子当たり
の炭素原子数が12〜26で融点が約44〜約88℃の有機酸約
20〜50重量％と平均分子量約8700〜135000のポリイソブ
チレン重合体約50〜80重量％とを含んでなる熱可塑性結
合剤約40〜70容量％を含んでなる熱可塑性成形組成物で
あって、上記セラミック粉末が上記熱可塑性結合剤中に
均一に分散して熱可塑性セラミック成形組成物を形成し
たものを調製する段階、 （ｂ）上記成形組成物を約70〜150℃の温度で押出して
細長いセラミック体を形成する段階、 （ｃ）細長いセラミック体を一様に引伸ばされた状態に
延伸する段階、 （ｄ）延伸したセラミック体に緩和アニールを施して以
前の塑性状態を回復する段階、 （ｅ）延伸段階を繰り返して微小な直径の細長いセラミ
ック体を形成する段階、及び （ｆ）上記微小な直径の細長いセラミック体を、該微小
な直径の細長いセラミック体に欠陥を生じないような加
熱速度で、上記結合剤が実質的に除去されて該セラミッ
ク体に多大な悪影響を及ぼすような量の結合剤が残留し
なくなる温度まで、加熱することによって上記結合剤を
分解する段階 を含んでなる方法。
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|---|---|
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-
1990
- 1990-05-10 CA CA002016457A patent/CA2016457C/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-08-22 EP EP90116062A patent/EP0419846B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-08-22 DE DE69004911T patent/DE69004911T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-25 AU AU63154/90A patent/AU639716B2/en not_active Ceased
- 1990-09-27 JP JP02255501A patent/JP3097751B2/ja not_active Expired - Fee Related
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