JP4853750B2 - 耐火性かつ耐熱性の複合材料「ｒｅｆｓｉｃ」 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、１９００度以上の温度で操作される高温電気ヒーター、部品、センサーおよびツールの製造を含む高温の酸化性媒体における使用のために意図される材料に関する。
【０００２】
背景技術
当該技術において公知であるものは、ＳｉＣ繊維で補強された二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ₂ ）由来のマトリックスを有する粉末冶金技術により製造される耐火複合材料である。この場合の全シリコンカーバイド濃度は４０体積％を超えない。シリコンカーバイド繊維の優れた特性を維持するために、二ケイ化モリブデンとシリコンカーバイドとの間の拡散相互作用の温度は１４００℃に限定される。
【０００３】
この材料の欠点は、大きな多孔性および特に温度サイクル後にクラック形成が生成しやすいことである。さらに、１３７５℃で、１から１．５時間の間、２８から２４０ＭＰａの圧力でホットプレスするためのコスト高の装置を用いる必要がある。この材料の優れた機械的特性は、１４００℃を超えない温度でのみ維持される（Ｍ．Ｊ．マロニー（Ｍａｌｏｎｅｙ）、Ｒ．Ｊ．ヘヘト（Ｈｅｃｈｔ）、連続繊維補強ＭｏＳｉ₂ 系複合材料の開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ＭｏＳｉ₂ −ｂａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）、マテリアルズ・サイエンス・アンド・エンジニアリング、ｖ．Ａ１５５、１９９２年、１９〜３１ページ）。
【０００４】
ここで提案される発明に最も関連性のある先行技術は、粉末冶金技術により製造され、二ケイ化モリブデンマトリックス中に１５から４５体積％のシリコンカーバイドを含む高温複合材料である。そのような材料は多孔性が小さい（Ｒ．Ｍ．エイキン（Ａｉｋｉｎ），Ｊｒ．、高温での不連続繊維補強ＭｏＳｉ₂ 複合材料の強化（Ｓｔｒｅｎｔｈｅｎｉｎｇ ｏｆ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ＭｏＳｉ₂ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ）、マテリアル・サイエンス・アンド・エンジニアリング、ｖｏｌ．Ａ１５５、１９９２年、１２１〜１３３ページ）。
【０００５】
その材料の主たる欠点は、特に急な温度変化（熱ショック）の場合の温度サイクル（反復する稼動温度への加熱および操作後の冷却）の際のその不十分な大きさの安定性および耐熱性の不十分な大きさのレベルである。入り組んだ形態と大きなサイズの製品を作る際に含まれる労力の注力と消費は増大する。というのは、二ケイ化モリブデンとシリコンカーバイドを含む公知の材料は、出発材料の微粉末と繊維の調製、その混合、ならびに、真空中または３１０ＭＰａまでの圧力の下での保護雰囲気における１〜１０時間の１３００〜１８００℃での高価で技術的に複雑なホットプレスを用いることを要求する粉末冶金技術により製造されるからである。
【０００６】
発明の本質
本発明の目的は、大きな耐熱性、熱ショックに対する抵抗性および熱安定性を有する材料を提供することであり、このことは、異なる構造（相の相互配列、その大きさと形態、結晶学的配向など）を有する、したがって、示される有用な特性の異なる組み合わせを有する、異なる比の主相（高温溶融金属のケイ化物、シリコンカーバイドおよび炭素）を有する材料を得ることにより、異なる組成と異なる量のケイ化物を材料に導入することにより保証される。
【０００７】
前記目的は、シリコンカーバイドと、（Ｍｏ，Ｗ） ₅ Ｓｉ ₃ および／または（Ｍｏ，Ｗ） ₅ Ｓｉ ₃ Ｃと、（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ ₂ を含む耐火性で耐熱性の複合材料であって、体積％で、以下の成分比：
（Ｍｏ，Ｗ）₅Ｓｉ₃および／または（Ｍｏ，Ｗ）₅Ｓｉ₃Ｃ：１５〜８５％、
シリコンカーバイド：２〜８５％、
（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ₂ ：０．８〜５５％
を有し、
該材料の中の高融点金属の全質量におけるモリブデンとタングステンの比が、重量％で、
Ｍｏ：７〜８０％、
Ｗ：２０〜９３％
の範囲内にあることを特徴とする耐火性で耐熱性の複合材料により達成される。
【０００８】
複合材料はまた、材料の中のモリブデンとタングステンの全含有量の０．５〜２０原子％の量を置換してレニウムも含みうる。
【０００９】
加えて、複合材料は、さらに、高温溶融金属のケイ化物により占められない体積の５〜８０体積％の量で、部分的にシリコンカーバイドを置換するグラファイト繊維および／または炭素繊維をも含みうる。
【００１０】
さらに、複合材料は多層状にも作られうるものであり、その内層は、グラファイトおよび／または高温でコンパクト化された炭素布帛（ｐｙｒｏ−ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆａｂｒｉｃ）または他の緻密な炭素もしくはシリコンカーバイド材料の層からなる。
【００１１】
さらに、複合材料は、重量％で、モリブデンとタングステンの全質量に対して以下の成分の比で、すなわち、Ｔａ，０．１〜１８；Ｎｂ，０．１〜８；Ｔｉ，０．０５〜１０；Ｚｒ，０．０５〜８；Ｈｆ，０．１〜１６で置換して、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウムからなる群の少なくとも１種の元素をケイ化物相中に含みうる。
【００１２】
さらに、複合材料は、材料の体積の１５〜７８％を占める気孔（ｐｏｒｅ）を含みうる。
【００１３】
複合材料は、また、０．１〜２重量％の量で酸素と活性的に結合する元素、すなわち、ホウ素、ゲルマニウム、アルミニウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、イットリウム、スカンジウムおよび希土類元素（ランタノイド）の少なくとも１種もその組成に含みうる。
【００１４】
本発明の本質はまた、電気的な高温ヒーターが本発明による複合材料からも作られることであり、そのヒーターにおいてはヒーターの異なる部分は複合材料の組成または構造の異なる変形物（バリアント）から作られうる。前記電気的な高温ヒーターは、前記材料から全部が作られうるかまたは、電気ヒーターの作動部分のみについて作られうるかまたは、電流のリード線のもっとも高温の部分が前記材料から作られる。
【００１５】
本発明の本質はまた、高温で作動する構造的部品が本発明の複合材料から完全に作られうることでもあり、前記部品の異なる部分はその組成または構造の異なるバリアントから作られる。前記部品は前記材料から全部が作られうるかまたは前記部品のもっとも高温の部分のみが前記材料から作られうる。
【００１６】
固体形態でのその存在の温度間隔（インターバル）全体にわたって複合材料の組成に入る相の熱膨張率の比較的近い値、（３〜１０）×１０⁶ ／ｄｅｇ、１１００℃を超える温度でのケイ化物相における顕著な可塑性の外観は、もし相が特許請求の範囲において示される比で用いられるならば、複合材料を調製するときおよびその温度サイクルの間の両方でクラックの形成を軽減させることを可能とする。それらのすべての相は１８５０℃未満の温度で互いに化学的に相容性であり、主要成分についての温度についての相互の溶解性の変化は顕著でなく、このことはまた、その温度サイクルの間の本発明の材料の耐熱性および安定性にも寄与する。
【００１７】
１９００℃を超える温度での共融混合物タイプの組成物ＭｅＳｉ₂ −Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ の使用は、ケイ化物の溶融物で広い範囲の炭素およびシリコンカーバイド材料を処理することを可能とする。それらの溶融物は、炭素およびシリコンカーバイド材料の両方を適切にぬらし、その中のすべてのボイド、すなわち、気孔、クラック、ヘアシームなどに毛管力の影響の下で貫通する。結果として、得られる材料の気孔率は、概して、１０体積％を超えず、通常は３〜５％である。
【００１８】
たとえば、材料の電気抵抗の増加または熱伝導度の減少の観点から多孔性が有用であるならば、それは特許請求の範囲に示される制御された限界の範囲内で特別に与えられうる。
【００１９】
提案される複合材料が炭素含有出発材料から調製されるとき、置換反応が用いられる（Ｍｅ＝Ｍｏ，Ｗ）、すなわち、
５ＭｅＳｉ₂ ＋７Ｃ⇒Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ ＋７ＳｉＣ （１）
５ＭｏＳｉ₂ ＋８Ｃ⇒Ｍｏ₅ Ｓｉ₃ Ｃ＋７ＳｉＣ （２）。
【００２０】
このことは、炭素材料とケイ化物の溶融物の拡散相互作用により、この目的のためにブランクの中に含まれる炭素、二ケイ化モリブデンおよび二ケイ化タングステンを用いての溶融物によるその処理の前に、ブランクの組成と比較して、得られる複合材料におけるシリコンカーバイド体積部分を増加させることを可能とする。そのような場合において、炭素層の表面上にシリコンカーバイド層を与え、完全にまたは部分的に炭素繊維をシリコンカーバイド繊維に、そして炭素布帛層をシリコンカーバイド由来の骨格に変化させることが可能である。
【００２１】
シリコンカーバイドのブランクが用いられる場合において、そのような骨格は、シリコンカーバイドの部分的な再結晶化によりケイ化物の溶融物との相互作用の後に変化するようになる。
【００２２】
組成物に入り、ケイ化物相ＭｅＳｉ₂ およびＭｅＳｉ₅ Ｓｉ₃ において互いに同形に置換する主要な高融点金属、モリブデンとタングステンとの間の最適比についての特に実践的な課題を解決するための選択は、得られる材料の最終特性に対するその異なる効果と結びついている。タングステンを少なくしてモリブデンの濃度を増加させることは、１５００℃までの空気中でのより大きな耐熱性を有するより軽量の材料を得ることを可能とする。モリブデンを少なくしてタングステンの相対含有量を増加させることは、耐熱性、熱ショックに対する抵抗を大きくし、炭素とシリコンカーバイド成分を有する耐火性で耐熱性の複合材料の場合において、温度サイクルの際にその炭素とシリコンカーバイド部分についての材料のケイ化物成分の相容性を向上させる。特許請求の範囲に示される高濃度のケイ化物合金化元素はまた、そのような材料の強度を高め、電気抵抗を大きくすることを可能とする。炭素フィラメントおよび炭素布帛層から形成されたシリコンカーバイド材料層を含む炭素フィラメントおよび炭素布帛層ならびにグラファイトまたは炭素と炭素の層間は、材料により大きな破壊靭性を与え、耐火性で耐熱性の材料の密度を減少させることを可能とする。Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ および／またはＭｅ₅ Ｓｉ₃ Ｃ相および／またはＭｅＳｉ₂ 相を有する（式中ＭｅはＷおよび／またはＭｏ）相の導入は、電気ヒーターの電気抵抗を変化させることを可能とし、したがって、１９００〜２０００℃までの広い範囲の温度で大きな耐熱性および熱ショックに対する抵抗を提供して比較的広い範囲で製造される。
【００２３】
特許請求の範囲に示される範囲のケイ化物Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ およびＭｅＳｉ₂ におけるモリブデンを置換するためのタングステンおよび／またはレニウムの使用は、モリブデンのみの使用と比較して材料の耐熱性を本質的に高めることを可能とする。ケイ化物中のモリブデンおよび／またはレニウムは、広い範囲の温度で大きな耐熱性を与えることを可能とする。モリブデンを少なくしてケイ化物におけるその含有量が増加するとき、タングステンおよび／またはレニウムは、熱ショックに対する抵抗の増加を提供する。特許請求の範囲で示される上限に近い量でのレニウムによる合金化は、ＲｅＳｉ系相の形成に導きうる。
【００２４】
高温での稼動のために複合材料を強化する主相は、ケイ化物の溶融物で処理されるカーバイドまたはシリコンカーバイドブランクの中にあらかじめ存在していたかまたは耐火性で耐熱性の複合材料を調製する間に反応（１，２）により形成するかのいずれかであったシリコンカーバイドである。ケイ化物の溶融物による処理の結果として、シリコンカーバイドは、立方相β−ＳｉＣを含む異なる変形（モディフィケーション）でブランクの中で再結晶化しうる。断面で１０〜３０μｍ以下のシリコンカーバイド微結晶を得ることは、複合材料の機械的特性にとってもっとも好ましい。溶融物とケイ化物との相互作用の結果として維持された高強度炭素繊維もまた提案された複合材料における強化相として機能しうる。
【００２５】
提案された複合材料は、高温での酸化に対する異なる炭素またはシリコンカーバイド材料上の保護コーティングとして用いられうる。
【００２６】
金属タイプの伝導性を有するケイ化物相は、耐熱性および導電性のような複合材料の特性を決定する。シリコンカーバイドは典型的な半導体であり、その特性は得られる材料の特性に十分強力に効力を持ちうる。材料、その体積比および構造を構成する相の異なる組み合わせ（空間中の相の「充填の方法」）を用いて、本発明による複合材料から作られるヒーターの電気抵抗の定量的に異なるタイプの温度依存性を得ることが可能である。
【００２７】
相Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ −ＭｅＳｉ₂ の共融混合物の存在の比較的広い濃度間隔（インターバル）の存在は、反応（１，２）が起こる合金で処理するために異なる組成物を用いることを可能とする。炭素系材料のケイ素化の後に残るケイ素もまたケイ化物共融組成物に容易に入り込み、二ケイ化タングステンおよび二ケイ化モリブデンへの結晶化の後に相平衡をシフトさせる。それゆえ、ケイ素化された炭素材料は、本発明による材料を得るために用いられるブランクの形態の１つである。
【００２８】
得られる製品の形態と大きさは、合金で処理される複合材料由来のブランクの形態と大きさに依存する。ケイ化物の溶融物で溶融しないかまたは単に部分的に相互作用する相は、緻密グラファイト、炭素強化炭素複合材料、シリコンカーバイド強化シリコンカーバイド複合材料、炭素繊維、炭素布帛またはシリコンカーバイド材料である。
【００２９】
緻密炭素材料は、炭素材料の表面上に直接形成される（５０μｍまでの厚さを有する）間にある任意のシリコンカーバイド下部層を有する本発明の複合材料に基づく保護層でコートされうる。炭素材料上の下部層として存在する場合を含むシリコンカーバイドは耐熱性を保証し、一方、高温酸化からの保護はそのようなコーティングの外部層において多くを占めるタングステン系およびモリブデン系ケイ化物により提供される。
【００３０】
複合材料は多層でありうるものであり、軽量で熱ショックに対して安定であるグラファイトの層または他の濃密な炭素材料の層を含み、それらの層のそれぞれはケイ化物相が多い複合材料由来の外部層により酸化に対して保護され、くわえて、置換反応により形成されるシリコンカーバイドにより表面から補強される。それにより、耐熱性および熱安定性の増加に加えて、濃密炭素材料を含む内部層により、密度の増加および材料の破壊靭性の増加が提供される。置換反応の結果として炭素布帛層から形成されるものを含むシリコンカーバイド材料の内部層の存在は、全体として複合材料の耐熱性の増加を可能とする。
【００３１】
緻密な炭素繊維、粉末からなるブランクまたは緻密な粒の大きいグラファイトを含むブランクの粉末からなる成分が用いられるとき、材料において含まれる炭素のほぼ５〜８０％は完全には反応しえず、シリコンカーバイドを生成する。複合材料の耐熱性および温度サイクルに対するその安定性は実際には悪化しない。前記限定を超える遊離炭素の濃度の増加は、強度および耐熱性の減少に導く。
【００３２】
ケイ化物相に、特許請求の範囲に示される量でタンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ならびに０．１〜２重量％の総量で下記元素、すなわちホウ素、ゲルマニウム、アルミニウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、イットリウム、スカンジウムまたは希土類元素（ランタノイド）の少なくとも１種を導入することが可能である。それにより、耐熱性、クリープ抵抗のような複合材料の特性を改善することが可能である。ある程度から別の程度まで、それらのすべての材料は、シリコンカーバイドとケイ化物の境界からの酸素の除去に寄与する脱酸素剤である。それらはまた、粒子の精製（ｒｅｆｉｎｉｎｇ）がＭｅ₅ Ｓｉ₃ −ＭｅＳｉ₃ 共融混合物のコロニーにおいてその作用の下で生じるところの変性剤でもある。エルビウムについては、この現象は、Ｍｏ₅ Ｓｉ₃ −ＭｏＳｉ₂ 共融混合物を例として、Ｒ．ギバラ（Ｇｉｂａｌａ）、Ａ．Ｋ．ゴーシュ（Ｇｈｏｓｈ）、Ｄ．Ｃ．バン・エーケン（Ｖａｎ Ａｋｅｎ）により、「ＭｏＳｉ₂ 系合金および複合材料の機械的挙動および界面設計（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＭｏＳｉ₂ −ｂａｓｅｄ ａｌｌｏｙｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）」、マテリアル・サイエンス・アンド・エンジニアリング、ｖ．Ａ１５５、１９９２年、１４７〜１５８ページにより指摘されていた。炭素との化学的相互作用についてのその大きな傾向により、特許請求の範囲で示された量で材料にタンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムを導入することは、ケイ化物の溶融物と炭素の反応の完全性を高めることを可能とし、それらの金属の炭化物の形成に導きうる。
【００３３】
ケイ化物相にモリブデンとタングステンに加えて、レニウム、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタルおよびニオブのような金属を導入することは、ケイ化物相の物理的特性および腐食特性を改良することを可能とする。
【００３４】
３５〜７８％の気孔体積部分を有する複合材料を用いると、１．２〜３倍まで提案される材料の電気抵抗を増加させ、熱伝導性を減少させることが可能である。制御可能な多孔性を有する材料は、高密度材料と比較して製品の比重について本質的な減少を可能とする。
【００３５】
部分によって異なる化学的な相組成および構造を有する製品、材料の異なる部分において不均質な電気ヒーターまたは高温で機能する部品における提案された複合材料の使用は、それらの部分において異なる特性を達成することを可能とする。
【００３６】
たとえば、リード・インワイヤは、シリコンカーバイドおよびボロンシリケートに基づく本文中に記載されているコーティングまたは他の公知のコーティングを有する、酸化に対して保護されたグラファイトから作られうるものであり、電気ヒーターの機能部分は、シリコンカーバイドおよびケイ化タングステンおよびケイ化モリブデンを含む本発明による多孔性または緻密材料「ＲＥＦＳＩＣ」から作られうる。
【００３７】
もし必要であれば、リード・インワイヤの高温部分またはすべてのリード・インワイヤは、完全にこの「ＲＥＦＳＩＣ」材料から作られうる。１３００℃を超えない温度に使用条件の下で加熱に供される本発明の材料「ＲＥＦＳＩＣ」から製造されるヒーターまたはその一部の全表面またはその表面のほんの一部は、長期の加熱の場合に腐食抵抗を促進する付加的な公知のシリコンカーバイドコーティングを備えうる。
【００３８】
ブランクを処理するために用いられる高融点金属のケイ化物に基づく溶融物は、その組成において、特許請求の範囲において記載される合金化元素および炭素を含みうる。
【００３９】
記載される複合材料は、きわめて広い範囲の特性を有する族（ファミリー）全体を構成し、それは解決されるべき特定の問題のための最適の組成および構造を選択することを可能とする。
【００４０】
本発明の例示の態様
例１、その形態およびサイズが電気ヒーターのものに近い、グラファイトから作られた部品の表面全体に糊付けされているものは、２層の、熱によりコンパクト化された炭素布帛である。それらの層は、（それぞれ８０％と２０％の材料中の高融点金属（Ｍｅ）についての重量比で）モリブデンおよびタングステン、および高融点金属の優勢な消失を許容して、グラファイト上の保護コーティングを作る耐火性かつ耐熱性材料の相の体積画分の以下の比、すなわち、シリコンカーバイド，２％、熱でコンパクト化された繊維のフィラメント，８％、Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ および／またはＭｅ₅ Ｓｉ₃ Ｃ相，３５％、およびＭｅＳｉ₂ 相，５５％を保証する量でケイ素を含む溶融物で覆われている。グラファイト上に形成される保護コーティングの厚さは約１．５ｍｍである。ここで、ならびに続く例において、相の体積画分は、ポアにより占められる体積（約５％）を考慮に入れずに示される。空気中での長時間の操作についてのヒーターの作動温度は１６５０℃までである。ヒーターは、急激な交互の加熱と冷却の周期に耐える。
【００４１】
例２、１４ｍｍの外径および７ｍｍの内径を有する自己結合シリコンカーバイドから作られたチューブが高融点金属（Ｍｅ、その７重量％がＭｏであり、９３重量％がＷである）、ケイ素および炭素を含む溶融物で含浸される。結晶化後、シリコンカーバイドの体積部分は７５％であり、Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ については１５％であり、ＭｅＳｉ₂ については１０％である。そのようなタイプの管状ヒーターは、急激な温度の周期変化に耐えて１８５０℃までの温度で空気中で及び炭化水素媒体中で短時間機能しうる。
【００４２】
例３、０．６ｇ／ｃｍ³ に近い密度を有するスクリーンの形態のプレスされ熱的に裂かれたグラファイトから製造された部品がＭｅ₅ Ｓｉ₃ ＋ＭｅＳｉ₂ の溶融物で処理され、その組成物は共融混合物に近く、高融点金属（Ｍｅ）として６９重量％のモリブデン、２０重量％のタングステンおよび１１重量％のレニウム（これはモリブデンとタングステンの全重量の１２．３％に達する）を含む。室温への冷却の後、部品形態の小さなゆがみが発生し、部品は急激な交互の過熱と冷却のサイクルに耐え、その圧縮強度は約１９００℃の温度まで１４ｋｇ／ｍｍ² を超え、相の体積画分は以下の通りである、すなわち、ＳｉＣ，１４．２％；Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ ，８５；ＭｅＳｉ₂ ，０．８％。
【００４３】
例４、炭素強化炭素複合材料は、１層の部分的に熱でコンパクト化された炭素布帛できつく打ち付けられ、ケイ素および高融点金属を含む共融混合物タイプのケイ化物Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ ＋ＭｅＳｉ₂ の溶融物で処理される。高融点金属の混合物として、８１重量％のタングステン、７重量％のモリブデンおよび１２重量％のタンタルが用いられる。溶融物による布帛の含浸と結晶化の後、コーティングは複合材料の表面上に形成され、コーティングは１９００℃までの温度において酸化から複合材料を保護する。部品は、空気中で作動する誘導炉の中の試料のための支持物として用いられうる。
【００４４】
例５、ストリップエレクトリックヒーターが、その組成が共融混合物に近い（高融点金属Ｍｅの使用が６５重量％のタングステン、３５重量％のモリブデンの混合物でなされるので）溶融物Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ ＋ＭｅＳｉ₂ できつく固められた４層の炭素布帛を含浸させることにより作られ、ブランクの２つの内層の熱コンパクト化の程度はその２つの外層のそれより大きい。含浸後の試料の中の相の比は（体積％で）、シリコンカーバイド，１２％；Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ ，５４％；ＭｅＳｉ₂ ，２８％；炭素繊維，６％である。ヒーターはわずかな弾性的な曲げに耐え、炉での１９００℃を超える温度について短時間の加熱に耐える。
【００４５】
例６、グラファイト系リード・インワイヤおよび多孔性材料由来の作動部分を有する電気ヒーターがＭｅ₅ Ｓｉ₃ ＋ＭｅＳｉ₂ 溶融物（２０体積％のタングステンと８０体積％のモリブデンを含む混合物が高融点金属として用いられる）で要求される形態を有するブランクを含浸することにより製造される。含浸されるブランクは、（５０〜６０μｍの平均粒子サイズを有する）多孔性（６５体積％）粉末シリコンカーバイドブランクをポリビニルアルコールに基づく有機バインダーでコンパクト化して結合させることにより調製され、グラファイトのリード・インワイヤは、その表面全体に１層の炭素布帛についてあらかじめ固く糊付けされている。含浸後の試料の作動部分の相の比は、４８体積％のポアの体積部分である。体積の残りの５２％において、相の相対的体積濃度は以下のとおりである、すなわち、シリコンカーバイド，８５％；Ｍｅ₅ Ｓｉ₃ ＋ＭｅＳｉ₂ ，１５％。シリコンカーバイドのすべての粒子はケイ化物相の保護層で覆われている。ヒーターは、小さな重量、大きな機械的強度および相対的に大きな抵抗について注目され、そしてそれは１７００℃の温度まで安定的に操作しうる。
【００４６】
産業上の利用性
提案された複合材料およびそれから作られる製品は、工業的な高温装置として、たとえば、プロセスにおける利用可能な温度が２０００℃を超えるという条件付きで高融点酸化物または金属間化合物（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｄｅ）の配向のある結晶化のための装置として製造されうる。溶融される材料および溶融物で含浸されるブランクは、通常の粉末冶金技術により調製される。この文献において記載される方法を用いて、不均一構造および組成を有するものを含む炭素およびシリコンカーバイド材料の形態の技術的前駆体（ブランク）を調製することが可能である。

Claims (9)

1. シリコンカーバイドと、（Ｍｏ，Ｗ） ₅ Ｓｉ ₃ および／または（Ｍｏ，Ｗ） ₅ Ｓｉ ₃ Ｃと、（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ ₂ を含む耐火性で耐熱性の複合材料であって、体積％で、以下の成分比：
   （Ｍｏ，Ｗ）₅Ｓｉ₃および／または（Ｍｏ，Ｗ）₅Ｓｉ₃Ｃ：１５〜８５％、
   シリコンカーバイド：２〜８５％、
   （Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ₂ ：０．８〜５５％
   を有し、
   該材料の中の高融点金属の全質量におけるモリブデンとタングステンの比が、重量％で、
   Ｍｏ：７〜８０％、
   Ｗ：２０〜９３％
   の範囲内にあることを特徴とする耐火性で耐熱性の複合材料。
2. 材料の中のモリブデンおよびタングステンの全含有量に対して０．５〜２０原子％の量を置換してレニウムをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の複合材料。
3. 高融点金属のケイ化物により占められない体積の５〜８０％の量で部分的にシリコンカーバイドを置換するグラファイト繊維および／または炭素繊維をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の複合材料。
4. 請求項１に記載の複合材料からなる外部層と、グラファイトおよび／または熱でコンパクト化された炭素布帛および／または他の高密度炭素および／またはシリコンカーバイド材料の少なくとも１以上の内部層を含むことを特徴とする多層の複合材料。
5. モリブデンおよびタングステンの全含有量に対して以下の成分比（重量％で）：Ｔａ，０．１〜１８；Ｎｂ，０．１〜８；Ｔｉ，０．０５〜１０；Ｚｒ，０．０５〜８；Ｈｆ，０．１〜１６で置換して、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、ハフニウムからなる群の少なくとも１種の元素をケイ化物相中にさらに含むことを特徴とする請求項１記載の複合材料。
6. 材料の体積の１５〜７８％を占める気孔を含むことを特徴とする請求項１記載の複合材料。
7. 酸素と活性的に結合する以下の元素：ホウ素、ゲルマニウム、アルミニウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、イットリウム、スカンジウム、または希土類元素（ランタノイド）の少なくとも１種を含み、その全含有量が０．１〜２重量％であることを特徴とする請求項１記載の複合材料。
8. 高温電気ヒーターであって、請求項１記載の複合材料から製造され、異なる部分において前記材料の組成または構造の異なる変形（バリアント）が用いられ、該電気ヒーターは、その全部かもしくは単にその作動部分においてかまたはその作動部分と高温の作用に供される電流リード・インワイヤの部分においてかのいずれかで前記材料から製造されうることを特徴とする高温電気ヒーター。
9. 高温で機能する構造部品であって、請求項１記載の複合材料から製造され、異なる部分において前記材料の組成または構造の異なる変形が用いられ、前記部品は、その全部が前記材料から製造されうることを特徴とする構造部品。