JPH0692732A - 自己保持性セラミック複合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は自己保持性セラミック複合体に関し、
多孔性で不均質なミクロ構造を生ずる等の従来の技術の
欠点を解消することを目的とする。 【構成】 (a)充填材と (b)該充填材を埋封含有するセラ
ミックマトリックスとを含んでなり、前記セラミックマ
トリックスが、チタン、ハフニウム及びジルコニウムか
らなる群から選択された金属の少なくとも１種の炭化物
を有してなるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チタン、ハフニウム及
びジルコニウムから成る群から選択された金属の炭化物
を含んでいる自己保持性セラミック複合体に係る。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】種々の工
業的、電気的及び構造的応用にセラミック及びセラミッ
ク複合体を使用することに関心が高まっている。硬度、
耐熱性、熱絶縁性、電気絶縁性、耐浸食性及び耐侵食性
のようなこれらの材料の多くの性質は最終用途に関係し
て有利に利用され得る。また、セラミック及びセラミッ
ク複合体は多くの既存の目的に対して金属への有利な代
替物を提供すると共に金属又は他の材料が適していない
新しい構成要素の開発を可能にする。

【０００３】しかし、金属をセラミックで置換するのに
はいくつかの制限が存在し、またハイテクノロジー用の
セラミック構成要素の開発及び製造は問題を伴う。セラ
ミック構成要素を製造する公知の方法は、最も典型的に
は高温圧縮、反応焼結、反応高温圧縮のような高められ
た温度及び圧力での粉末ベースの製造を含んでいる。セ
ラミック複合体を製造するためのこの方法には多くの欠
点がある。これらの制限又は欠点は、例えばスケーリン
グ・バーサティリティ、複雑な形状の製造可能性、焼結
可能な粉末の高いコスト、粉末の性質のバッチごとの再
現性の欠如及び焼結時の実質的な収縮を含んでいる。本
発明は、これらの制限又は欠点を克服し、また耐熱性金
属炭化物複合体を高い信頼性をもって提供するものであ
る。

【０００４】セラミック炭化物はよく知られており、ま
たセラミック産業で広く研究されている。また、通常の
粉末処理技術により製造されるこれらの材料の構成要素
は制限された商業的成功を達成している。種々のプロセ
スが自己結合セラミック体を形成する炭化ケイ素の製造
のために開発されてきた。ＲＥＦＥＬプロセスとして知
られているこのようなプロセスでは、溶融ケイ素が炭素
及び炭化ケイ素の多孔性プレフォームに浸透させられ
る。溶融ケイ素は炭素と反応して、プレフォームの間隙
を部分的に満たす追加的な炭化ケイ素を形成する。その
結果として得られるセラミック構成要素は、比較的稠密
でありまた延性が低く、炭化ケイ素及びケイ素から成っ
ている。このプロセスはよく知られるようになってお
り、また多くの特許があるけれども、ＲＥＦＥＬプロセ
ス又は他の関連するプロセスが他の元素又は金属に応用
可能であることの示唆はない。実際、ケイ素は溶融元素
と炭素との反応によりセラミック炭化物を形成する周期
表のIVＡ族の唯一の元素であり、従って他の金属が類似
のプロセスで使用され得ると信ずる理由は存在しない。
（周期表については“化学及び物理ハンドブック”、第
６６版、1985〜1986、ＣＲＣプレス・インコーポレイシ
ョン、以前のＩＵＰＡＣフォーム参照。）高温に耐える
物品は米国特許第3,288,573 号明細書に開示されてい
る。この明細書には、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム、バナジウム、ニッケル、タンタル、クロム、モリブ
デン、タングステン及びケイ素を含んでいる炭素形成材
料の包被により囲まれている黒鉛粒子から成る複合体が
開示されている。この特許のプロセスによれば、予備加
熱された多孔性黒鉛物体が、各粒子の周りに炭化物包被
を形成するべく黒鉛粒子と部分的に反応するケイ素又は
他のアイデンティファイされた金属の溶融した塊により
浸透される。その結果として得られる製品は自由炭素を
含んでいるので、製品は黒鉛の特定の品質、特に熱衝撃
抵抗性を呈する。

【０００５】特定の構成要素に対する優れた性質を潜在
的に有する材料としてIVＡ族金属、すなわちチタン、ジ
ルコニウム及びハフニウムの炭化物がある。金属及び炭
素の粉末混合物が局部的加熱により強熱され、燃焼フロ
ントが混合物を通って走り、金属炭化物を生成する自己
伝播高温合成として知られている方法によりチタン、ジ
ルコニウム及びハフニウムの炭化物を製造することは知
られている。しかし、この方法には、主な欠点として、
吸着された汚染物の燃焼時に大量の気体が放出されて多
孔性で不均質なミクロ構造を生ずるという欠点がある。
多孔性は強い反応熱での反応生成物の溶融及びその後の
凝固時の収縮によっても惹起される。或る場合には、燃
焼中に圧力をあたえることによりミクロ構造の改良が達
成され得る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、(a)(i)チタ
ン、ハフニウム及びジルコニウムから成る群から選択さ
れた親金属の少なくとも１種の炭化物及び(ii)溶融せる
親金属に対して実質的に不活性でありかつ反応生成物を
形成する材料から成る群から選択された充填材と、(b)
前記充填材を埋封含有するセラミックマトリックスとを
含んでなり、その際、前記セラミックマトリックスが、
チタン、ハフニウム及びジルコニウムから成る群から選
択された金属の少なくとも１種の炭化物を有しており、
かつ前記反応生成物が、前記親金属の１つと前駆物質炭
素源とが未反応の炭素を残さない化学量論的量で反応し
て生成したものであること、を特徴とする自己保持性セ
ラミック複合体にある。

【０００７】本発明は、広い意味で、IVＡ族金属炭化物
材料を含んでいるセラミック体を製造するための新規に
して改良された方法を提供するものである。この広い意
味で、本発明は、チタン、ハフニウム及びジルコニウム
（IVＡ族金属）から成る群から選択された溶融親金属の
物体を、溶融金属の炭化物を形成するべく溶融金属と反
応させるため、充填材及び炭素源を含んでいる透過性の
塊と表面接触させる過程を含んでいる。炭素源の炭素部
分又はモイエティは、実質的にすべての炭素が反応され
るように、IVＡ族金属に対して相対的に化学量論的量で
存在している。充填材材料は少なくとも一つのIVＡ族金
属炭化物又は他の比較的不活性の充填材又はそれらの組
み合わせを含んでいる。

【０００８】粒子形態の金属炭化物充填材は望ましくは
プレフォームとして形作られている透過性の塊又は床を
形成するべく炭素源と混合される。加えて、床又はプレ
フォームは１種もしくはそれ以上の金属酸化物、炭化
物、窒化物、ホウ化物などのような実質的に不活性又は
非反応性の充填材を補強剤として含んでいる。充填材材
料は炭素−金属反応の発熱特性を制御するべく希釈剤と
しての役割もする。好都合に、炭素源は例えば多孔性の
床又はプレフォームを構成する充填材と混合された黒鉛
粒子のような元素炭素であってよい。所望であれば、炭
素源は炭化モリブデンのような還元可能な金属炭化物で
あってよく、またその結果として得られる製品は親金属
炭化物及びモリブデン及びオプションとしての不反応の
親金属ならびに充填材を含んでいる。

【０００９】親金属は、溶融金属の物体を形成するべく
その融点よりも高い温度で実質的に不活性の雰囲気中で
加熱される。温度及び表面接触は、透過性の塊のなかへ
溶融金属の漸進的浸透を生じさせ、また親金属炭化物を
形成するべく金属と炭素源との反応を許し又は生じさせ
るのに十分な時間にわたり保たれる。浸透／反応は炭化
物形成反応を少なくとも実質的に完了するのに十分な時
間にわたり継続される。冷却時に、溶融金属と炭素源の
炭素との間の浸透反応により元の場所で形成された炭化
チタン、炭化ジルコニウム又は炭化ハフニウムにより埋
封含有せしめられた充填材を含んでいるものとして自己
保持性セラミック複合体が製造される。別の実施例で
は、もし炭素の化学量論的量に対して過剰の親金属が使
用されるならば、複合体は不反応の親金属を含んでい
る。

【００１０】一つの態様では、充填材は親金属に一致す
る金属の炭化物であってよい。すなわち、もし親金属が
チタンであれば、充填材としての金属炭化物は炭化チタ
ンであってよい。その場合、最終製品は反応生成物とし
て形成された炭化チタンを含んでいる。本発明の好まし
い態様では、（炭素源に追加しての）充填材としてのIV
Ａ族金属炭化物は親金属以外のIVＡ族金属の炭化物であ
る。もし充填材としての金属炭化物が親金属のそれと異
なるならば、炭素及び（又は）不活性充填材及び二つの
金属の間の三元系の固溶体が形成されている。別の態様
では、充填材は炭化物以外の金属酸化物、ホウ化物、窒
化素などのような比較的不活性の化合物である。充填
材、炭化物及び非炭化物の混合物も使用され得る。充填
材材料の選択は、後で一層詳細に説明するように、結果
として得られる複合体の性質を調整することを可能にす
る。

【００１１】本発明により製造されるセラミック製品
は、炭素源に対して相対的な親金属の量、充填材のタイ
プ及び炭素源のタイプのような因子に関係して、(a) 溶
融親金属と炭素源との反応生成物、(b) 金属炭化物充填
材及び（又は）不活性充填材、三元炭化物固溶体、又は
双方、及び(c) オプションとして自由な親金属及び（又
は）炭素源からの還元された金属を含んでいるIVＡ族金
属炭化物材料の複合体を含んでいる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施にあたっては、IVＡ族の親金属
と炭素及び充填材材料を含んでいる透過性の塊とが、溶
融親金属が塊に浸透するように表面接触して互いに相対
的に配置される。チタン、ハフニウム及びジルコニウム
から成る群から選択された親金属は純粋な金属又は比較
的純粋な金属、不純物又は合金化成分を有する商業的に
入手可能な金属、又は指定された親金属が主成分である
合金であってよい。親金属及び透過性塊のこの互いに相
対的な配置はいくつかの仕方のいずれか一つで成就され
得る。例えば、親金属の物体が図１に示されているよう
に塊のなかに埋められてよいし、又は親金属の物体がこ
のような充填材材料の床又は他の組立体に隣接して置か
れてよい。

【００１３】望ましくはプレフォームとして形作られて
いる透過性の塊又は床は少なくとも１種の充填材と、溶
融親金属の炭化物を形成するべく溶融親金属と反応する
ための炭素源とを含んでいる。炭素源は元素炭素又は溶
融親金属により還元可能な金属炭化物であってよく、ま
た浸透物としての親金属の量は炭素源の炭素部分の実質
的に完全な反応のために化学量論的に必要とされる量で
ある。炭素源の炭素部分の実質的に全てが反応させられ
なければならない。なぜならば、不反応の炭素は材料の
硬度及び恐らくは他の重要な性質を低下させる傾向があ
るからである。もし元素炭素が炭素源として使用される
ならば、炭素は理想的には比較的純粋でなければならな
い。なぜならば、炭素と典型的に結び付けられる多くの
不純物、例えば水素又は炭化水素は処理温度に於いて気
体として放出され、セラミック製品のなかに多孔性を生
じさせるからである。適当な元素炭素は例えば黒鉛、カ
ーボンブラック及び石油コークスを含んでおり、また炭
素は無定形又は結晶性であってよい。炭素は粉末、粒
子、繊維又はフレークなどのような任意の適当な形態で
あってよく、また−３２５Tyler メッシュから−２０Ty
ler メッシュまで、一層好ましくは約＋１００Tyler メ
ッシュから−４８Tyler メッシュまでの寸法にわたって
いてよい。

【００１４】本発明のプロセス条件のもとに、反応は発
熱性である傾向があり、また炭素の或る等級、形式及び
寸法は過度に反応性でありセラミック製品にひび割れを
惹起する可能性がある。その理由で、過度に微細な無定
形炭素又は炭素粉末は過度に反応性であり、従って、反
応が例えば適当な充填材の使用により緩和されない限
り、炭素源として適当でない。一層結晶性の炭素は反応
性が低い傾向があり、また黒鉛、特に大きいフレークは
カーボンブラックのようには反応性でない。反応を緩和
するため、より大きい寸法で高度に反応性の炭素を使用
することが一般により適している。また、床又はプレフ
ォームのなかへ組み入れられた充填材は反応を緩和する
と共に、後で一層詳細に説明されるように仕上がり製品
に対する充填材としての役割をする。

【００１５】所望であれば、炭素源は溶融親金属により
還元可能な一つ又はそれ以上の金属炭化物であってよ
い。金属炭化物は元素炭素と組み合わせて使用され得る
が、存在する全炭素源は炭素源の炭素の実質的に完全な
反応のために必要とされる化学量論的量よりも多くはな
い。適当な金属炭化物は炭化モリブデン、炭化クロム、
炭化コバルト、炭化鉄、炭化ニッケル及び炭化バナジウ
ムを含んでいる。親金属と異なるIVＡ族金属炭化物が親
金属により還元され得るが、非常に有用であるには過度
に遅いことが認識されている。例えば、もし炭化鉄又は
炭化モリブデンがチタン親金属と組み合わせて充填材と
して使用されるならば、結果として得られる複合体は炭
化チタン及び鉄又はモリブデンを含んでいる。こうし
て、複合体のミクロ構造及び性質を調整するフレキシビ
リティを与える第二の金属成分、例えば鉄又はモリブデ
ンが仕上がり製品のなかに導入される。このような場
合、モリブデンはより高い融点を有し、またチタンより
も延性が高く、従って、モリブデンの存在に帰する一つ
又はそれ以上の性質を有する製品を得るためミクロ構造
中にモリブデン金属を含有するチタン炭化物セラミック
を製造することが望ましい。他の利点として、親金属に
よる炭素との直接反応に比較して、還元可能な金属炭化
物は発熱性である傾向を有する反応プロセスを緩和し、
従ってまた代替的に又は元素炭素と組み合わせて使用さ
れる還元可能な金属炭化物は、炭素の比較的高い反応性
が金属炭化物により緩和される点で特に有利である。

【００１６】本発明の一つの実施例では、充填材として
使用される金属炭化物は親金属に一致する金属の炭化物
であってよいし、一層好ましくは異なる金属の炭化物で
あってよい。いずれの場合にも、金属炭化物充填材は最
終製品のなかの充填材としての役割をする。例えば、チ
タン炭化物と（炭素源をも含んでいる）床又はプレフォ
ームに対する充填材としてのチタン炭化物とのレイアッ
プのなかで、最終製品は炭化物すなわち床又はプレフォ
ームのなかに最初に存在する金属炭化物と、親金属と炭
素源との間の反応により形成された金属炭化物との双方
を含んでいる。充填材としての金属炭化物はその非反応
性及び顕熱の吸収により反応の緩和を助ける。このこと
は一層高度に反応性の炭素すなわち無定形カーボンブラ
ックを使用する時に特に有利である。加えて、IVＡ族金
属炭化物はそれらの間の広範囲の三元固溶体、例えば
（Zr_x Ti_1-x ）Ｃ、（Hf_x Ti_1-x ）Ｃ及び（Zr_x H
f_1-x ）Ｃを形成する。従って、本発明の一つの実施例
によれば、IVＡ族金属が親金属とは異なるIVＡ族金属炭
化物を含んでいる床又はプレフォームを浸透する時、こ
のような固溶体は容易に形成される。さらに、IVＡ族金
属炭化物に追加して金属炭化物が、他の金属炭化物が炭
素源及び溶融親金属との接触時に安定である限りは反応
を緩和する充填材及び希釈剤として使用され得る。この
ような金属炭化物は例えば炭化ケイ素、炭化タンタル及
び炭化タングステンを含んでいる。こうして、単独にも
しくは他の充填材材料と組み合わせてIVＡ族金属炭化物
の選択により、化学的性質及びミクロ構造、従ってまた
製品の性質を調整する有利な方法も得られることが観察
されている。詳細には、熱伝導度が実質的に抑制され、
電気抵抗が高められ、また硬度が固溶体の生成により高
められる。固溶体のなかの二つ又はそれ以上の構成要素
の相対的比率は金属物体の合金化により、もしくは多孔
性のプレフォーム又は床のなかに粉末化された炭化物の
混合物を与えることにより制御され得る。所望であれ
ば、両炭化物が同一の金属から成っていてよいし、一つ
よりも多い金属炭化物が充填材として使用されてよい
し、又は最終製品に対して必要とされる性質に基づいて
予め定められ得る充填材材料の混合物が使用されてよ
い。

【００１７】炭素源と組み合わせて使用される充填材材
料はプロセス条件のもとに安定性を保つのに十分に高い
融点を有していなければならない。典型的には、充填材
の融点は親金属の融点及びプロセス温度よりも高いよう
に選定される。プロセス温度は純粋な親金属よりも低い
融点を有する親金属の合金を利用することにより若干下
げられ得るし、また次いで相応により低い融点を有する
充填材がプロセスに使用され得る。

【００１８】本発明によれば、親金属の溶融物体がその
表面又は帯域に沿って充填材及び炭素源を含んでいる透
過性の塊又は床と密に接触して置かれる。床は、金属浸
透の方向及び反応生成物の成長が床の少なくとも一部分
に向かっており且つそれを実質的に擾乱又は変位するこ
となくそれを包む限り任意の仕方で、親金属に対して相
対的に配置される。所望であれば、プロセス条件のもと
に実質的に不活性又は非反応性である一つ又はそれ以上
の充填材が床又はプレフォームのなかへ組み入れられ得
る。適当な不活性充填材が金属アルミニウム、チタン、
ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、セリウム、スカ
ンジウム、トリウム、ウラン及びイットリウムの酸化
物、ホウ化物、窒化物及び炭化物から選択され得る。こ
れらの不活性充填材は複合体構造の所望の最終的性質を
与えるのに有用であり得る。床に使用される充填材材料
のいずれもセラミックス又は金属繊維、ウィスカー、粒
子、粉末、棒、耐熱布、網状セラミックスフォーム、
板、小板、中実球及び中空球を含んでいてよい。さら
に、充填材材料の床又はプレフォームは均質又は不均質
であってよい。

【００１９】本発明を実施するための特に有効な方法
は、最終複合体の所望のジオメトリに一致する形状を有
するプレフォームのなかへ炭素源及び充填材材料の床を
形成することを含んでいる。プレフォームは炭素源及び
充填材の特性に大きく関係して（一軸プレス、等圧プレ
ス、スリップ鋳込、析出鋳込、テープ鋳込、射出成形、
繊維状物質に対するフィラメント巻きのような）広範囲
の通常のセラミック体生成方法のいずれかにより準備さ
れ得る。反応性浸透以前の粒子又は繊維の最初の結合は
軽度の焼結により又はプロセスと干渉せずまた仕上がり
材料に望ましくない副生物を伴わない種々の有機又は無
機結合剤材料の使用により得られる。プレフォームは十
分な形状完全性及びグリーン強度を有するものとして製
造されており、また溶融金属の輸送に対して透過性でな
ければならない。プレフォームの好ましい多孔性は炭素
反応物と不活性充填材との比、親金属炭化物を形成する
べく反応する時の前記炭素の体積成長及び反応生成物中
に（場合によって）必要とされる多孔性の程度を含む種
々の因子に関係する。このような多孔性は、オプション
により、もし炭化物生成のための化学量論的量を超過し
て存在するならば溶融親金属により満たされてよい。好
ましいプレフォーム多孔性は体積百分率で約５％と約９
０％との間、一層好ましくは約３５％と約６０％との間
である。プレフォームは次いで、その表面境界までプレ
フォームを通じて延びているマトリックスを形成するべ
く、また反応生成物でプレフォームの間隙を実質的に満
たすべく親金属の反応性浸透を完了するのに十分な時間
にわたり、その表面の一つ又はそれ以上で溶融親金属と
接触させられる。その結果として、最終製品に望まれる
形状を密に又は正確に表す形状の複合体がが得られ、従
って費用のかかる最終機械加工又は研削加工が最小化又
は省略される。

【００２０】製品を製造するのに使用される炭素源の量
はそれと溶融親金属との実質的に完全な反応のために化
学量論的に必要とされる量よりも少なく又はそれと等し
い。炭素源の必要量に対して相対的な親金属の量は変更
され得るので、親金属の相対的量を変更することにより
完成複合体の性質を制御又は変更することが可能であ
る。親金属及び炭素源が化学量論的量である時、複合体
の性質は、物体又はマトリックスが、自由金属を含有す
る複合体に比較して、より少なく伝導性であり、より少
なく延性であり又はより少なくタフであるように、親金
属炭化物により支配される傾向がある。塊又は床を浸透
する溶融親金属の全ては反応させられないように過剰な
親金属が使用される時、マトリックスは自由金属を含ん
でおり、又は金属中で支配的であってよく、従ってまた
複合体又はマトリックスの性質、最も典型的には延性及
びタフネスは親金属の性質により影響又は支配される。
好ましくは、間隙孔体積に対して相対的な親金属の量及
び炭素源の含有量は、反応の完了時に孔体積が反応生成
炭化物及び（又は）不反応金属で完全に又はほぼ完全に
満たされるような量である。これは実質的に孔無しの
（稠密な）物体を製造する際に特に望ましい。

【００２１】本発明の態様を実施するにあたっては、親
金属前駆物質、例えばチタンがインゴット、ビレット、
棒、板などのなかへ形成される。金属は適当な炭素源、
例えば元素炭素、及び例えばIVＡ族金属炭化物のような
充填材のなかに少なくとも部分的に埋められている。オ
プションとして、床は代替的な充填材材料、例えばアル
ミナ、ジルコニアなどを含んでいてよい。このセットア
ップ又は組立体は、プロセス条件のもとに溶融金属によ
り湿潤され得ず且つそれと反応し得ない典型的に粒子形
態の不活性材料により囲まれ、またるつぼ又は他の耐熱
性容器のなかに入れられていてよい。親金属の頂表面は
露出されていてもよいし、親金属は炭素源及び充填材の
床により完全に埋められ又は囲まれていてもよいし、ま
た包囲する不活性床は省略されてもよい。この組立体は
炉のなかに置かれ、またアルゴンのような不活性雰囲気
中で、溶融金属の物体又はプールを形成するべく、親金
属の融点よりも高く但し所望の親金属炭化物の融点より
も低い温度に加熱される。使用可能な温度範囲又は好ま
しい温度がこの全間隔を越えてはならないことは理解さ
れよう。温度範囲は親金属の組成ならびに炭素源及び充
填材材料の選択のような因子に大きく関係する。溶融金
属は炭素源と接触し、また親金属炭化物が反応生成物と
して形成される。炭素源への継続露出時に、残留する溶
融金属が炭素源を含んでいる塊の方向にまたそのなかへ
漸進的に引かれて、反応生成物を継続的に生成する。こ
の方法により製造された複合体は親金属と炭素源及び充
填材との反応生成物を含んでいる。もし親金属が合金で
あれば、複合体は親金属の１つもしくはそれ以上の合金
化成分を反応又は不反応形態で含んでいる。また、複合
体は上記のような還元可能な金属炭化物、IVＡ族金属炭
化物又は追加的な充填材の使用の結果としての自由化さ
れた金属を含んでいる。

【００２２】本発明の方法により製造される物体は金属
及び（又は）セラミックミクロ構造を呈する比較的稠密
な自己保持性物体である。製品の性質は、最終用途に関
係して、IVＡ族金属炭化物充填材の選択、他の不活性充
填材の選択及び金属対炭素比の選択などにより広範囲に
変更され得る。例えば、炭素及びチタン炭化物の床を過
剰なチタンで浸透することにより製造されたＴｉ／Ｔｉ
Ｃの製品は有用な摩耗部品であり得る。

【００２３】図１には、本発明を実施するための装置の
一つの実施例が示されている。この装置はチタン炭化物
の内側ライナー１１を設けられている円筒状の黒鉛るつ
ぼ１０を含んでいる。ライナーのなかのキャビティは、
IVＡ族金属炭化物のような比較的不活性の充填材材料及
び炭素源から成る透過性の床１４で部分的に満たされて
いる。炭化物形成親金属１２の固形物体が充填材のなか
に埋められている。

【００２４】黒鉛るつぼ及びその内容物は炉のなかに、
例えば誘導炉（図示せず）の黒鉛サスセプターのなかに
置かれる。このような場合、サスセプターからるつぼ外
壁への熱伝達は放射により支配される。るつぼ壁からそ
の内容物への熱伝達は主に伝導により行われる。光放射
高温計が炉温度の測定及び制御を可能にするべく装置の
垂直上方に置かれ、またるつぼの内部に焦点を合わされ
ている。

【００２５】上記の装置が下記の例に対して使用され
た。例１，2 及び３はチタン炭化物充填材のなかの炭素
との反応によるチタン金属からチタン炭化物への変換を
示す。例１ 0.354モルのチタンを組成する（モートン・サイオコー
ル社のアルファ・プロダクト・ディビジョンからの）9
9.7％純度のチタン金属の12.7mm直径、29.5mm高さの棒
から図１の親金属物体を構成した。充填材床は 0.354モ
ルの（−100 メッシュ黒鉛の形態の）炭素及び 0.023モ
ルの（上記供給会社からの）チタン炭化物粉末から成っ
ていた。

【００２６】るつぼ及びその内容物を下記の手順により
加熱した。 −５l/分のアルゴンの流れのもとに３０分間で1500℃へ
温度上昇 −１０分間にわたり1500℃で均熱 −１５分間で1700℃へ温度上昇 指示される温度が1590℃に達した時、温度上昇が2200℃
のピーク温度へ生起し、その後に1650℃へ低下した。

【００２７】−５分間にわたり1700℃に保持 −冷却 冷却後に、最初にＴi 棒により占められていた領域にキ
ャビティが形成したことが見出された。反応生成物をる
つぼから取り出し、またその構造を光学顕微鏡下で検査
した。チタン金属が充填材のなかへ浸透し、またそのな
かで完全に反応して新しいチタン炭化物を形成している
ことが明らかである。この新しいチタン炭化物はチタン
炭化物充填材粒子を埋めておりまた凝集した複合体を生
ずるマトリックスとして存在した。例２ 0.348モルのチタンを組成する99.7％純度のチタン金属
の12.7mm直径、29.0mm高さの棒をアセチレンブラックの
形態の0.24モルの炭素及び0.24モルのチタン炭化物充填
材から成る充填材床のなかに埋めた。

【００２８】るつぼ及びその内容物を下記の手順により
加熱した。 −３l/分のアルゴンの流れのもとに４０分間で1550℃へ
温度上昇 −１０分間にわたり1550℃で均熱 −1700℃へ温度上昇 −電力供給を遮断 温度は1890℃の最高温度へ上昇し続けた。

【００２９】−冷却 例１の場合のように、最初に金属により占められていた
領域にキャビティが形成した。反応生成物のミクロ構造
検査から、チタン金属が充填材のなかへ浸透し、またそ
のなかで完全に反応して新しいチタン炭化物を形成し、
チタン及びチタン炭化物の凝集した複合体を生じている
ことが明らかであった。例３ 0.363モルのチタンを組成する99.7％純度のチタン金属
の12.7mm直径、 300mm高さの棒を0.25モルの−２０メッ
シュ粒子の石油コークス及び0.25モルのチタン炭化物粉
末から成る充填材床のなかに埋めた。

【００３０】加熱条件は例２のそれと同一であった。類
似のキャビティがるつぼの冷却後に観察され、また類似
の製品及びミクロ構造が得られた。例４ 本例は、チタン炭化物充填材のなかでの炭素との反応に
よるジルコニウム炭化物へのジルコニウム金属の変換
と、チタン−ジルコニウム炭化物最終製品の生成とを示
す。

【００３１】互いに抱き合わされた全体で0.09モルのジ
ルコニウムの二つの片を図１のるつぼのなかに置き、ま
た0.09モルの炭素（黒鉛粒子、−100 メッシュ) 及び0.
09モルのＴｉＣ粉末を含んでいる床のなかに埋めた。る
つぼ及びその内容物をアルゴンが流れている雰囲気のも
とで2250℃に加熱し、またその温度で３分間にわたり保
持した。温度をついで2300℃に高め、また電力を遮断し
た。

【００３２】室温への冷却の後に、反応生成物である複
合体を取り出し、光学顕微鏡及びＸ線回折により検査し
た。（Ｚr _0.9 Ｔi _0.1)Ｃの組成を有する固溶体を含ん
でいる成分が、残留する不反応の金属と２〜３mmの厚み
の浸透された層としての炭素／チタン炭化物床との間の
界面に観察された。残留する金属は沈澱されたジルコニ
ウム炭化物を含んでいた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を説明するための断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…るつぼ １１…内側ライナー １２…親金属 １４…充填材床

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナラシマ・エス・ラグハヴァン カナダ国，オンタリオ州，キングストン, グレネア・ミューズ 24 (72)発明者 ダニー・アール・ホワイト アメリカ合衆国，デラウエア州，ニュー・ キャッスル，ベッツ・アヴェニュー 10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (a) (i)チタン、ハフニウム及びジルコニ
   ウムから成る群から選択された親金属の少なくとも１種
   の炭化物及び(ii)溶融せる親金属に対して実質的に不活
   性でありかつ反応生成物を形成する材料から成る群から
   選択された充填材と、 (b) 前記充填材を埋封含有するセラミックマトリックス
   とを含んでなり、その際、 前記セラミックマトリックスが、チタン、ハフニウム及
   びジルコニウムから成る群から選択された金属の少なく
   とも１種の炭化物を有しており、かつ前記反応生成物
   が、前記親金属の１つと前駆物質炭素源とが未反応の炭
   素を残さない化学量論的量で反応して生成したものであ
   ること、を特徴とする自己保持性セラミック複合体。
2. 【請求項２】 前記充填材が前記セラミックマトリック
   スの炭化物とは異なる金属炭化物を有しており、よっ
   て、該セラミック複合体が三元系の固溶体を構成してい
   る、請求項１に記載の自己保持性セラミック複合体。