JPH02275764A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、−船釣に言えば、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よっ
て１種又はそれ以上の不活性フィラーを含有する床（ｂ
ｅｄ）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ヒからなる自己支
持体（ｓｅｎｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｂｏｄいを製造す
る方法に関する。

〔従来の技術〕

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。

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
金属粉とニ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・ン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。

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靭性（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。

この靭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（Ｆｒｅｓｎｅｌ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らの欧州特許出願筒０．１１３，２４９号は
、溶融全屈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（、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ＴｒＡ　ｌ　５ｒＡ
ＩＢ２又は／ｌＢ、□の粒は生成せず、Ｔｉｎ２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。

米国特許筒３，８６４，１５４号（Ｇａｚｚａら）は浸
透により製造したセラミックー金属系を開示している。

真空下でＡｆＢ＋ｚ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５ｉＢ
６−Ａ７！　、　Ｂ−ＡＮ　　ｉ　　Ｂ４Ｃ−＾ｊ！／
Ｓｉ；及びＡ＃　Ｂ＋ｚ−Ｂ−ＡＺ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。

米国特許筒４，６０５，４４０号（Ｈａｌｖｅｒｓｏｎ
ら）はＢ、Ｃ−ｉ複合体を得るためにＢ４Ｃ−Ａ　ｆｆ
ｉ圧縮成形体（８４Ｃ粉とＡＰ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。

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
国特許出願筒７３．５３３号（１９８７年７月１５日出
願、発明者Ｄａｎｎｙ　Ｒ，Ｗｈｉｔｅ、　Ｍｉｃｈａ
ｅｌ　Ｋ、八ｇｈａｊａｎｊａｎ及びＴ、　Ｄｅｎｎｉ
ｓ　Ｃ１ａａｒ　、発明の名称”Ｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒ
　Ｐｒｅｐａｒｉｎｇ　Ｓｅｌｆ−５ｕｐｐｏｒｔｉｎ
ｇ　Ｂｏｄｉｅｓ　ａｎｄＰｒｏｄｕｃｔｓ　Ｍａｄｅ
　Ｔｈｅｒｅｂｙ’、対応日本特開平０１１０３９４５
号公報）明細書に記載されている。

米国特許出願筒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
（ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｏ
ｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ）〔即ち、反応浸透（ｒｅａｃｔｉ
ｖｅ　１ｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ））を利用して自己支
持性（ｓｅｌｆ−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（ｍ
ａｓｓ）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。このホウ素含存化合物
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種のホウ素含存化合物を含み、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（即ぢ、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　ｃａｒｂｉｄ
ｅ）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
筒７３，５３３号に記載されているように合金及び全居
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。

米国特許出願筒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、Ａ　ｌ　３Ｂａｎｃｚ　、八１Ｂ＋ｚＣｚ及び／又
はＡ　Ｉ　ＢＺ４Ｃ４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。

米国特許出願筒１３７，０４４号（１９８７年１２月２
３日に米国特許出願筒７３，５３３号の一部継続出願と
して出願、発明者Ｔｅｒｒｙ　Ｄｅｎｎｉｓ　Ｃ１ａａ
ｒ、　５ｔｅｖｅｎ　ＭｉｃｈａｅｌＭａｓｏｎ、　Ｋ
ｅｖｉｎ　Ｐｅｔｅｒ　Ｐｏｃｈｏｐｉｅｎ及びＤａｎ
ｎｙ　ＲａｙＷｈｉｔ、ｅ、発明の名称”Ｐｒｏｃｅｓ
ｓ　ｆｏｒ　ＰｒｅｐａｒｉｎｇＳｅｌｆ−Ｓｕｐｐｏ
ｒｔｉｎｇ　　Ｂｏｄｉｅｓ　　ａｎｄ　　Ｐｒｏｄｕ
ｃｔｓ　　ＭａｄｅＴ　ｈ　ｅ　ｒ　ｌ）ｙ　”　、対
応欧州特許出願公開ＥＰ−Ａ２−３２２３３６　）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　ｄｏ
ｎｅｒ　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
ろ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、ＺｒＢ。

／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。

もう１つの関連する出願である米国特許第１３７．３８
２号（１９８７年１２月２３日出願、発明者Ｔｅｒｒｙ
Ｃ１ａａｒ及びＧｅｒｈａｒｄ　Ｈａｎｓ　５ｃｈｉｒ
ｏｋｙ、発明の名称“八　Ｍｅｔｈｏｄ　　ｏｆ　　Ｍ
ｏｄｉｆｙｉｎｇ　　Ｃｅｒａｍｉｃ　　Ｃｏｍｐｏｓ
ｉｔｅＢｏｄｉｅｓ　Ｂｙ　ａ　Ｃａｒｂｕｒｉｚａｔ
ｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ＡｒｔｉｃｌｅｓＭ
ａｄｅ　Ｔｈｅｒｅｂｙ’　、対応日本特開平０１−２
２４’２５５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７３，５３３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　ｃ
ａｒｂｕｌｉｚｉｎｇｓｐｅｃｉｅｓ）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
な酸素を供給するのか、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合体
の表面の少な（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
（ｖａｃａｎｃｙｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）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
特許第１３７，３８２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
靭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体禎％
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。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に従って、自己支持セラミンク体が、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
がらなり、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１１！１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、本発明の方法に於いて、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、母材金属ホウ素化合物、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（、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
ーボンブランク）を窒化ホウ素の素材に添加することに
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
母材金属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ー金属複合体は、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クロ構造体である
。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
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。

〔定　義］ 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、又は他の母材全屈化合物
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（例えば、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
、窒化ホウ素と母材金属と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元又は更に斉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。

「母材金属炭化物」は、炭素源と母材金属との反応によ
り生成する炭素含有反応生成物を意味する。

［態　様］ 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。

本発明の好ましい態様に於いて、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、面倒であるか又
は費用の高い高温、高圧工程及び熱線は反応生成物を作
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。

第１図に於いて、前駆体としての母材金属１０（例えば
、ジルコニウム）は、インゴント、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おり、坩堝
１６又は他の耐火容器内に入れられζ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が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）又はブー・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
全範囲を越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、ニ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７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・ンクー金冗複合体か
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、この星は好ましく
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−１ｉｋｅ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）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
壊強靭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全屈成分からなり、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、ウィ
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、ＦＭＣＣｏ、
の八ｖｉｃｉｌ　ｐＨ１０５）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にするた
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
（ｌａｙ−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
（ｗｉｃｋｉｎｇ　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ンク−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、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トキ、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、母材金属インゴツ
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
へ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１、に作られる。

プレフォーム２０は母材金属１ｏ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２ｏ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形成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、ウィスカー、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、ニホウ化チタン、アル
ミナ及び（特に）１２ホウ化アルミニウムが、典型的に
約１４〜１ｏｏｏのメツシュ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ツシュサイズのどの
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ｖ！：機械加工又は研に操作を最少にするが又は
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全屈窒化物である。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
フィラー中に敵勢するために外部圧力を適用するような
、特別の操作をすることなく、浸透は可能ではない。

本発明の方法に於いては、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
延性及び強靭性が支配的である。このような製品は、低
又は中和量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、又は延性が少なくなるか、又は靭性
が少なくなる。

化学量論が母材金属の実質的に完全な転化を達成するよ
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ＴｉＢｚ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、ＡＩＢ
ｒｚ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、ＡＩＢｒｚ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。

また、元素状ホウ素を（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
ムを使用した場合に、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な転化を
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なるで
あろう。このような複合体に於いて、多孔度は約１〜２
５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
。

〔実施例〕

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。

１星斑上 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。

直径１インチ（約２５ＩｎＩ１１）、長さ１．５インチ
（約３８＋ｎｍ）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°Ｃに加熱
し、約１７００’Ｃ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、ＴｉｚＮ　＋　ＴｉＢ及び多分子ｉＮ）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。

裏旅貫Ｉ 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。

直径１インチ（約２５ｍｍ）　、長さ１．５インチ（約
３８ｍｍ）の概略寸法を存する商業的に純粋なチタンの
円柱状インゴットを、１５０μｍの窒化ホウ素粉末的８
９．５ｇとアルミニウム粉末的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
ンガスを約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°Ｃに加
熱し、約１７００°Ｃ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、　ＴｉＢｚ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
の何れかと反応したことを示す、少なくとも微量のＡｌ
１１＋。

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。

実崖勇ｌ 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。

直径１インチ（約２５ｎ＋ｍＬ長さ１．５インチ（約３
８ｍｍ）の概略寸法をを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°Ｃに加熱
し、１９００°Ｃ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。

次国Ｌｌ 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。

直径５７８インチ（約１６ｍｍ）、長さ３７４インチ（
約１９ｍｍ）の概略寸法を有すＴｅｌｅｄｙｎｅ−Ｗａ
ｈ−Ｃｈａｎｇ−ＡｌｂａｎｙからのＧｒａｄｅ　７０
２ジルコニウム（八Ｉｂａｎｙ、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ｔｌｃＡＲＨＣ
Ｍ粒状窒化ホウ素（４８メツシユより小さく２００メツ
シユ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時間を要し
て約１９００”Ｃの温度に加熱し、次いで約１９９９”
Ｃで約１時間維持し７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？！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（ＺｒＢｚ）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。

実差−例Ｊ− 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。

直径１インチ（約２５ｍ）、長さ３７８インチ（約１０
ｍｍ）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メツシユ
より小さく１５０メツシユ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。窒化ホウ素層の裔密度化を
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５
００ｃｃ／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１７
５０°Ｃに加熱した。組立体を約１７５０°Ｃ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、Ｔｉ　、Ｎ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。

尖籐炎工 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。

直径５７８インチ（約１６ａｕｎ）、長さ３７４インチ
（約１９値）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（Ｕｎｉｏｎ　ＣａｒｂｉｄｅからのＵＣＡ
ＲＩＩｃＭ　ＢＮ、４８メツシユより小さく２００メツ
シユ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リツトル／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″Ｃに加熱し、その時点でアルゴンガスを、約
１リツトル／分で流す形成ガス（Ｎ２ガス約９６体積％
とＨ２ガス約４体積１％）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“Ｃ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。

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、ＴｉＢｚ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組織構造を示す
写真である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 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、溶融母材金属体を形成し、 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。
2. 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記載の方法。
3. 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、溶融母材金属体を形成し、 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。
4. 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記載の方法。
5. ５．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、溶融母材金属体を形成せしめ、 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
   ホウ素含有化合物及び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ホウ素含有化合物及び少なく
   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。
6. ６．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５記載の方法。