JPH03109249A - セラミック体およびセラミック複合体の製造法 - Google Patents
セラミック体およびセラミック複合体の製造法Info
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- JPH03109249A JPH03109249A JP2176489A JP17648990A JPH03109249A JP H03109249 A JPH03109249 A JP H03109249A JP 2176489 A JP2176489 A JP 2176489A JP 17648990 A JP17648990 A JP 17648990A JP H03109249 A JPH03109249 A JP H03109249A
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- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/87—Ceramics
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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。
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、バッチ方法、半連続的方法および連続的方法
により、自己支持性のセラミックマトリックスおよびセ
ラミックマトリックス複合体を製造する方法に関する。
により、自己支持性のセラミックマトリックスおよびセ
ラミックマトリックス複合体を製造する方法に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕近年、
歴史的に金属により供給される構造的用途のためのセラ
ミックの使用において関心が増加してきている。この関
心のための刺激は、金属と比較したときの、ある種の性
質、例えば、腐食抵抗、硬度、弾性率および耐火能力に
関するセラミックの優越性であった。
歴史的に金属により供給される構造的用途のためのセラ
ミックの使用において関心が増加してきている。この関
心のための刺激は、金属と比較したときの、ある種の性
質、例えば、腐食抵抗、硬度、弾性率および耐火能力に
関するセラミックの優越性であった。
より高い、より信頼性のある、より強靭なセラミック物
品を製造する現在の努力は、主として(1)一体のセラ
ミックを加工する改良された方法の開発および(2)新
しい材料の組成、顕著にはセラミックマトリックスの複
合体の開発に集中されている。複合構造体は、その所望
の性質を達成するために緊密に一緒にされる、2または
それ以上の異なる材料からなるものである。例えば、2
つの異なる材料は、一方を他方の中に埋め込むことによ
って、緊密に一緒にすることができる。
品を製造する現在の努力は、主として(1)一体のセラ
ミックを加工する改良された方法の開発および(2)新
しい材料の組成、顕著にはセラミックマトリックスの複
合体の開発に集中されている。複合構造体は、その所望
の性質を達成するために緊密に一緒にされる、2または
それ以上の異なる材料からなるものである。例えば、2
つの異なる材料は、一方を他方の中に埋め込むことによ
って、緊密に一緒にすることができる。
セラミックマトリックス複合構造体は、典型的には、1
種または2種以上の種々の型の充填材、例えば、粒子、
繊維、棒などを含むセラミックマトリックスからなる。
種または2種以上の種々の型の充填材、例えば、粒子、
繊維、棒などを含むセラミックマトリックスからなる。
金属の代わりにセラミックを使用するときの、いくつか
の既知の制限または困難、例えば、スケーリングの融通
性、複雑な形状の生成の可能性、最終用途に要求される
性質を満足にすること、およびコストが存在する。本出
願人に係る何件かの特許出願および発行された特許(以
後、時には[本出願人に係る特許出願および特許」と呼
ぶ)は、これらの制限または困難を克服し、そして複合
体を包含する、セラミック材料を信頼性をもって新規な
方法を提供する。この方決は、一般に、本出願人に係る
米国特許第4,713,360号(1987年12月1
5日発行、Marcs、Newkirk et al、
、「新規なセラミック材料およびそれを製造する方法」
)に記載されている。この特許は、蒸気相のオキシダン
トと反応させて酸化反応生成物を形成する溶融した前駆
体母金属の酸化反応生成物として、成長した自己支持性
のセラミック物体を製造する方法を開示している。溶融
した金属は形成した酸化反応生成物を通して移動してオ
キダントと反応し、これによりセラミック多結晶質物体
を連続的に発生させ、この物体は、必要に応じて、相互
に接続した金属の成分を包含することができる。この方
法は母金属と合金した1種または2種以上のバーバント
の使用により増強することができる。例えば、空気中で
アルミニウムを酸化する場合、マグネシウムおよびケイ
素をアルミニウムと合金してアルファーアルミナのセラ
ミック構造体を生成することが望ましい。この方法は、
次の本出願人に係る特許に記載されているように、ドー
パント材料を母金属の表面に適用することによって改良
することができる:米国特許筒4,853,352号、
■989年8月1日発行、米国特許出願筒220.93
5号、1988年6月23日提出、これは1986年1
月27日提出の米国特許出願筒822.999号(現在
放棄した)の一部継続出願であり、これは1985年9
月17日提出の米国特許出願筒776.965号(現在
放棄した)の一部継続出願であり、これは1985年6
月25日提出の米国特許出願筒747.788号(現在
放棄した)の一部継続出願であり、これは198年4月
7日20提出の米国特許出願筒632.636号(現在
放棄した)の一部継続出願であり、すべてにおいて発明
者はS、ニューカーク(lJcvkirk) らであ
り、そして発明の名称は「自己支持性のセラミック材料
を作る方法」であった。前述の米国特許出願筒747,
788号は欧州特許出願第85305107.6号に相
当し、後者は1986年1月22日に欧州特許出願公開
第0169067号として公開された。
の既知の制限または困難、例えば、スケーリングの融通
性、複雑な形状の生成の可能性、最終用途に要求される
性質を満足にすること、およびコストが存在する。本出
願人に係る何件かの特許出願および発行された特許(以
後、時には[本出願人に係る特許出願および特許」と呼
ぶ)は、これらの制限または困難を克服し、そして複合
体を包含する、セラミック材料を信頼性をもって新規な
方法を提供する。この方決は、一般に、本出願人に係る
米国特許第4,713,360号(1987年12月1
5日発行、Marcs、Newkirk et al、
、「新規なセラミック材料およびそれを製造する方法」
)に記載されている。この特許は、蒸気相のオキシダン
トと反応させて酸化反応生成物を形成する溶融した前駆
体母金属の酸化反応生成物として、成長した自己支持性
のセラミック物体を製造する方法を開示している。溶融
した金属は形成した酸化反応生成物を通して移動してオ
キダントと反応し、これによりセラミック多結晶質物体
を連続的に発生させ、この物体は、必要に応じて、相互
に接続した金属の成分を包含することができる。この方
法は母金属と合金した1種または2種以上のバーバント
の使用により増強することができる。例えば、空気中で
アルミニウムを酸化する場合、マグネシウムおよびケイ
素をアルミニウムと合金してアルファーアルミナのセラ
ミック構造体を生成することが望ましい。この方法は、
次の本出願人に係る特許に記載されているように、ドー
パント材料を母金属の表面に適用することによって改良
することができる:米国特許筒4,853,352号、
■989年8月1日発行、米国特許出願筒220.93
5号、1988年6月23日提出、これは1986年1
月27日提出の米国特許出願筒822.999号(現在
放棄した)の一部継続出願であり、これは1985年9
月17日提出の米国特許出願筒776.965号(現在
放棄した)の一部継続出願であり、これは1985年6
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放棄した)の一部継続出願であり、これは198年4月
7日20提出の米国特許出願筒632.636号(現在
放棄した)の一部継続出願であり、すべてにおいて発明
者はS、ニューカーク(lJcvkirk) らであ
り、そして発明の名称は「自己支持性のセラミック材料
を作る方法」であった。前述の米国特許出願筒747,
788号は欧州特許出願第85305107.6号に相
当し、後者は1986年1月22日に欧州特許出願公開
第0169067号として公開された。
同様ム酸化の現象を、次の本出願人に係る特許に記載さ
れているように、利用して、酸化反応生成物を充填材料
中に成長させてセラミックの複合体を生成した:米国特
許出願第265,835号、1988年11月1日提出
、現在米国特許第4,916.113号、これは199
0年4月10日に発行され、そして米国特許出願筒81
9,397号の一部継続出願であり、後者の出願は現在
米国特許第4.851,375号、1989年7月25
日発行、そして1985年2月4日提出の米国特許出願
筒697.876号(現在放棄した)の一部継続出願で
あった。すべてにおいて発明者はS、二ニーカーク(N
ewk i rk)らであり、そして発明の名称は「複
合セラミック物品およびそれを製造する方法」であった
。しかしながら、米国特許第4,851,375号は発
明の名称「埋め込まれた充填材料を有する複合セラミッ
ク物品を製造する方法」で発行され、そして米国特許第
4,916.113号は発明の名称「複合セラミック物
品を製造する方法」で発行された。
れているように、利用して、酸化反応生成物を充填材料
中に成長させてセラミックの複合体を生成した:米国特
許出願第265,835号、1988年11月1日提出
、現在米国特許第4,916.113号、これは199
0年4月10日に発行され、そして米国特許出願筒81
9,397号の一部継続出願であり、後者の出願は現在
米国特許第4.851,375号、1989年7月25
日発行、そして1985年2月4日提出の米国特許出願
筒697.876号(現在放棄した)の一部継続出願で
あった。すべてにおいて発明者はS、二ニーカーク(N
ewk i rk)らであり、そして発明の名称は「複
合セラミック物品およびそれを製造する方法」であった
。しかしながら、米国特許第4,851,375号は発
明の名称「埋め込まれた充填材料を有する複合セラミッ
ク物品を製造する方法」で発行され、そして米国特許第
4,916.113号は発明の名称「複合セラミック物
品を製造する方法」で発行された。
前述の米国特許出願筒819,397号は欧州特許出願
第86300739.9号に相当し、そして後者は19
86年9月3日に欧州特許出願公開第0193292号
として公開された。すぐ上に記載した特許出願および特
許は、母金属からの酸化反応生成物を透過性充填材料(
例えば、炭化ケイ素粒状充填材料)中に成長させ、これ
により充填材料にセラミックマトリックスを浸透させる
ことによって、自己支持性のセラミック複合体を製造す
る新規な方法を開示している。しかしながら、生ずる複
合体は明確なまたは前以て決定した形状寸法、形状また
は立体配置をもたない。
第86300739.9号に相当し、そして後者は19
86年9月3日に欧州特許出願公開第0193292号
として公開された。すぐ上に記載した特許出願および特
許は、母金属からの酸化反応生成物を透過性充填材料(
例えば、炭化ケイ素粒状充填材料)中に成長させ、これ
により充填材料にセラミックマトリックスを浸透させる
ことによって、自己支持性のセラミック複合体を製造す
る新規な方法を開示している。しかしながら、生ずる複
合体は明確なまたは前以て決定した形状寸法、形状また
は立体配置をもたない。
前以て決定した寸法または形状を有するセラミック複合
体を製造する方法は、本出願人に係る同時継続米国特許
出願第861.025号、1989年4月14日提出、
これは米国特許出願筒861,025号、1986年5
月8日提出(現在放棄した)の継続出願であり、両者と
も発明者はマーク(Marc) S 、 ニヤーカー
ク(Newkirk)らである、に記載されている。こ
の米国特許出19J1における方法に従い、発生する酸
化反応生成物は充填材料の透過性プレフォーム(例えば
、炭化ケイ素のプレフォーム材料)を定められた表面境
界に向かう方向に浸透する。前述の米国特許出願第86
1,025号は欧州特許出願第87630075、7号
に相当し、後者は1987年11月11日に欧州特許出
願公開第0245192号として公開された。
体を製造する方法は、本出願人に係る同時継続米国特許
出願第861.025号、1989年4月14日提出、
これは米国特許出願筒861,025号、1986年5
月8日提出(現在放棄した)の継続出願であり、両者と
も発明者はマーク(Marc) S 、 ニヤーカー
ク(Newkirk)らである、に記載されている。こ
の米国特許出19J1における方法に従い、発生する酸
化反応生成物は充填材料の透過性プレフォーム(例えば
、炭化ケイ素のプレフォーム材料)を定められた表面境
界に向かう方向に浸透する。前述の米国特許出願第86
1,025号は欧州特許出願第87630075、7号
に相当し、後者は1987年11月11日に欧州特許出
願公開第0245192号として公開された。
高い形状の忠実度は、次の本出願人に係る特許に開示さ
れているように、プレフォームにバリヤー手段を設ける
ことによって、より容易に達成される:米国特許出願第
295.488号、1989年1月10口提出、これは
米国特許出願第861,024号、1986年5月8日
提出(現在放棄した)の継続出願であり、後者は現在米
国特許第4,923.832号、1990年5月8日発
行、であり、すべてにおいて発明者はマーク(Marc
) S 、 ニューカーク(Newkirk) ら
である。この方法は、母金属の酸化反応生成物を境界ま
たは表面を確立するための金属から間隔を置いて位置す
るバリヤー手段に対して成長させることによって、造形
したセラミック複合体を包含する、造形した自己支持性
の複合体を生成する。前述の米国特許出願第861,0
24号は欧州特許出願第87630076.5号に相当
し、後者は1987年11月110に欧州特許出願公開
第0245193号として公開された。
れているように、プレフォームにバリヤー手段を設ける
ことによって、より容易に達成される:米国特許出願第
295.488号、1989年1月10口提出、これは
米国特許出願第861,024号、1986年5月8日
提出(現在放棄した)の継続出願であり、後者は現在米
国特許第4,923.832号、1990年5月8日発
行、であり、すべてにおいて発明者はマーク(Marc
) S 、 ニューカーク(Newkirk) ら
である。この方法は、母金属の酸化反応生成物を境界ま
たは表面を確立するための金属から間隔を置いて位置す
るバリヤー手段に対して成長させることによって、造形
したセラミック複合体を包含する、造形した自己支持性
の複合体を生成する。前述の米国特許出願第861,0
24号は欧州特許出願第87630076.5号に相当
し、後者は1987年11月110に欧州特許出願公開
第0245193号として公開された。
陽型またはパターンの形状を逆に複製する内部の形状寸
法をもつキャビティを有するセラミック複合体は、次の
本出願人に係る特許に開示されている:米国特許出願第
329.794号、1989年3月28日提出、これは
米国特許出願第823.542号、1986年1月27
日提出の分割出願であり、後者は現在米国特許第4,8
28,785号、1989年5月9日発行であり、すべ
てにおいて発明者はマーク(Marc) S 、ニュー
カーク(Newkirk) らであり、そして米国特許
出願第896.157号、1989年8月13日からの
米国特許第4.859,640号、1989年8月22
日発行、この特許の発明者はマーク(Marc) S
、 = ニーカーク(Newkirk)である。前述の
米国特許出願第823,542号は欧州特許出願第87
300409.7号に相当し、後者は1987年9月2
日に欧州特許出願公開第0234704号として公開さ
れた。前述の米国特許出願第896.157号は欧州特
許出願第87630109.4号に相当し、後者は19
88年3月9日に欧州特許出願公開第0259239号
として公開された。
法をもつキャビティを有するセラミック複合体は、次の
本出願人に係る特許に開示されている:米国特許出願第
329.794号、1989年3月28日提出、これは
米国特許出願第823.542号、1986年1月27
日提出の分割出願であり、後者は現在米国特許第4,8
28,785号、1989年5月9日発行であり、すべ
てにおいて発明者はマーク(Marc) S 、ニュー
カーク(Newkirk) らであり、そして米国特許
出願第896.157号、1989年8月13日からの
米国特許第4.859,640号、1989年8月22
日発行、この特許の発明者はマーク(Marc) S
、 = ニーカーク(Newkirk)である。前述の
米国特許出願第823,542号は欧州特許出願第87
300409.7号に相当し、後者は1987年9月2
日に欧州特許出願公開第0234704号として公開さ
れた。前述の米国特許出願第896.157号は欧州特
許出願第87630109.4号に相当し、後者は19
88年3月9日に欧州特許出願公開第0259239号
として公開された。
追加の溶融母金属を溜から所期の溶融した金属へ供給す
る技術は、次の出願および本出願人に係る米国特許出願
に開示している:米国特許出願第478.845号、1
990年2月12日提出、これは米国特許出願第168
,358号、1988年3月15日提出の継続出願であ
り、後者は現在米国特許第4.918.034号、19
90年4月17日発行であり、そして1986年9月1
6日提出の米国特許出願第908,067号の一部継続
出願であり、後者は現在米国特許第4.900.699
号、1990年2月13日発行である。この節に記載さ
れている特許出願および特許のすべての発明の名称は、
「セラミック複合構造体を作る溜供給方法およびそれに
より作られた構造体」であった。米国特許出願第478
.845号および米国特許出願第168.358号の両
者の発明者は、ウニインスティン(Weinstein
)らであった米国特許出願第908.067号の発明者
は、ニューカーク(Newk 1rk)らであった。前
述の米国特許出願第908.067号は欧州特許出願第
87630176.3号に相当し、後者は1988年3
月30日に欧州特許出願公開第0262075号として
公開された。前述の溜供給方法は首尾よく適用されて、
セラミックマトリックスまたはセラミックマトリックス
の複合構造体を形成された。この発明の方法においζ、
製造されるセラミックマトリックスまたはセラミックマ
トリックスの複合体は、多結晶質材料を形成する母金属
とオキシダントとの酸化反応により得られたセラミック
マトリックスを包含する、自己支持性のセラミックマト
リックスの複合構造体からなる生成物である。セラミッ
クマトリックスの複合体が製造されるこの方法の実施態
様において、母金属の物体および充填材料の透過性の塊
またはプレフォームは互いに対して向けられ、こうして
酸化反応生成物の形成は充填材料に向かいかつその中へ
の方向に起こるであろう。母金属は第1gとしておよび
溜として存在すると記載されており、金属の溜は、例え
ば、重力流れのために第1源と連絡する。溶融母金属の
第1源はオキシダントと反応して、酸化反応生成物の形
成を開始する。溶融母金属の第1源が消費されると、そ
れは、好ましくは容器手段により、母金属の溜から補充
される。この母金属の第1源の補充は、酸化反応生成物
の成長は充填材料に浸透するとき、連続する。
る技術は、次の出願および本出願人に係る米国特許出願
に開示している:米国特許出願第478.845号、1
990年2月12日提出、これは米国特許出願第168
,358号、1988年3月15日提出の継続出願であ
り、後者は現在米国特許第4.918.034号、19
90年4月17日発行であり、そして1986年9月1
6日提出の米国特許出願第908,067号の一部継続
出願であり、後者は現在米国特許第4.900.699
号、1990年2月13日発行である。この節に記載さ
れている特許出願および特許のすべての発明の名称は、
「セラミック複合構造体を作る溜供給方法およびそれに
より作られた構造体」であった。米国特許出願第478
.845号および米国特許出願第168.358号の両
者の発明者は、ウニインスティン(Weinstein
)らであった米国特許出願第908.067号の発明者
は、ニューカーク(Newk 1rk)らであった。前
述の米国特許出願第908.067号は欧州特許出願第
87630176.3号に相当し、後者は1988年3
月30日に欧州特許出願公開第0262075号として
公開された。前述の溜供給方法は首尾よく適用されて、
セラミックマトリックスまたはセラミックマトリックス
の複合構造体を形成された。この発明の方法においζ、
製造されるセラミックマトリックスまたはセラミックマ
トリックスの複合体は、多結晶質材料を形成する母金属
とオキシダントとの酸化反応により得られたセラミック
マトリックスを包含する、自己支持性のセラミックマト
リックスの複合構造体からなる生成物である。セラミッ
クマトリックスの複合体が製造されるこの方法の実施態
様において、母金属の物体および充填材料の透過性の塊
またはプレフォームは互いに対して向けられ、こうして
酸化反応生成物の形成は充填材料に向かいかつその中へ
の方向に起こるであろう。母金属は第1gとしておよび
溜として存在すると記載されており、金属の溜は、例え
ば、重力流れのために第1源と連絡する。溶融母金属の
第1源はオキシダントと反応して、酸化反応生成物の形
成を開始する。溶融母金属の第1源が消費されると、そ
れは、好ましくは容器手段により、母金属の溜から補充
される。この母金属の第1源の補充は、酸化反応生成物
の成長は充填材料に浸透するとき、連続する。
こうして、酸化反応生成物が所望の程度に成長していま
うまで、このプロセスを続けるために十分な母金属の利
用をこの溜は保証する。
うまで、このプロセスを続けるために十分な母金属の利
用をこの溜は保証する。
Claims (16)
- 1.母金属の溶融プールを用意し、 充填材集合体及び少なくとも1つのプレフォームからな
る群より選んだ少なくとも1種の材料を、母金属の溶融
プールの少なくとも1部の表面と接触させ、 該母金属溶融プールからの溶融母金属をオキシダントと
反応させて酸化反応生成物を生成して、前記少なくとも
1種の材料の少なくとも1部中に成長しかつそれを埋め
込み、 前記母金属を該母金属の溶融温度よりは高いが前記酸化
反応生成物の溶融温度よりは低い温度に維持して、前記
母金属溶融プール及び前記オキシダントと接触しかつそ
の間に延在する追加の酸化反応生成物を生成し、 前記温度での前記反応を続けて、前記母金属溶融プール
からの母金属が漸進的に、予め生成している酸化反応生
成物を通して前記オキシダントに向いかつ前記少なくと
も1種の材料中に引かれるようにし、こうして新しい酸
化反応生成物が前記オキシダントと予め生成されている
酸化反応生成物の間の界面に生成し続け、これにより前
記酸化反応生成物の漸進的により厚い物体が形成され、
そしてこれにより前記少なくとも1種の材料の少なくと
も1部を埋め込み、そして 前記少なくとも1種の材料が前記酸化反応生成物により
少なくとも部分的に埋め込まれたとき、前記少なくとも
1種の材料を前記母金属溶融プールの表面から取り出し
、よって少なくとも1つの自己支持性セラミックマトリ
ックス複合体を形成する 工程からなる少なくとも1つの自己支持性セラミックマ
トリックス複合体の製造方法。 - 2.前記少なくとも1種の材料の少なくとも1つの表面
の少なくとも1部をバリヤー材料でカバーする請求項1
記載の方法。 - 3.前記酸化反応生成物が前記バリヤー材料のところま
で成長する請求項2記載の方法。 - 4.前記少なくとも1種の材料を浮遊カラーに取外し可
能に取り付ける請求項1記載の方法。 - 5.前記浮遊カラーがバリヤー材料としても作用する請
求項4記載の方法。 - 6.前記少なくとも1種の材料に少なくとも1種のオキ
シダントを供給して酸化反応生成物の生成を補助する外
部供給手段を設ける請求項1記載の方法。 - 7.前記接触工程が前記少なくとも1種の材料を前記母
金属溶融プールの前記表面を横断して連続して移動する
工程からなる請求項1記載の方法。 - 8.前記接触工程が前記少なくとも1種の材料の少なく
とも1部を前記母金属溶融プールの前記表面下に浸漬す
る工程からなる請求項1記載の方法。 - 9.前記浸漬工程が支持手段を用いて該浸漬を実現する
工程からなる請求項8記載の方法。 - 10.前記オキシダントが前記少なくとも1種の材料に
外部手段を介して供給される気相オキシダントである請
求項9記載の方法。 - 11.前記少なくとも1種の材料が内部にキャビティを
有するプレフォームからなり、該プレフォームの少なく
とも1つの壁面が気相オキシダントを通遇可能であり、
かつ該プレフォームを前記母金属溶融体中に浸漬しそし
て該キャビティーが気相オキシダントと連通する請求項
8記載の方法。 - 12.前記気相オキシダントが外部手段により提供され
る請求項11記載の方法。 - 13.前記気相オキシダントと前記母金属溶融体からの
母金属が酸化反応生成物を生成して前記プレフォームの
少なくとも1部の中に成長しかつそこを埋め込む請求項
12記載の方法。 - 14.前記少なくとも1種の材料を前記母金属溶融プー
ルの前記表面から取り出した後、少なくとも1つの新し
い前記少なくとも1種の材料を前記母金属溶融プールの
前記表面と接触させ、そして前記反応、維持、接触及び
取り出しの工程を繰り返す請求項1記載の方法。 - 15.前記外部手段の少なくとも1部が網状セラミック
からなり、前記気相オキシダントが前記キャビティー中
に実質的に均一に分散することを許容する請求項12記
載の方法。 - 16.前記母金属溶融プールの前記表面の少なくとも1
部を、酸化反応生成物が貫通して生成することを防止す
る材料でカバーする請求項1記載の方法。
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