JPH11508201A - 被覆の方法、セラミック−金属構造物の製造方法、接着方法、及びそれらにより形成された構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基材の表面上に、流動化可能材料により湿潤性である粉末粒子の層を付着させること、；粉末粒子の層に流動化可能材料を接触させること；並びに、流動化可能材料を粉末粒子の間に浸透させ、そして基材の表面に接触させること、を含む、流動化可能材料を、流動化可能材料により湿潤性でない基材の表面上に被覆させる方法、並びにそれにより形成される構造物。もう一つの態様は、非湿潤性のセラミック粉末の層を固体成型物上に付着させること；非湿潤性のセラミック粉末の層上に湿潤性粉末の層を付着させること；湿潤性粉末の層に金属を接触させること；金属を、金属が熔融して、湿潤性粉末の層を通過して浸透するような温度に加熱すること；並びに、金属浸透構造物を冷却して金属を固化させることを含む、セラミック−金属テープを製造する方法である。もう一つの態様は、セラミック体同士及びそれらから形成された層状構造物を接着させる方法である。該方法は、第１のセラミック体の表面を非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子で被覆すること；第２のセラミック体の表面を、第１のセラミック体の被覆された表面に隣接させること；第１のセラミック体と第２のセラミック体の間の被膜を金属と接触させること；並びに、金属が粉末粒子を通って浸透するように金属を加熱すること、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 被覆の方法、セラミック−金属構造物の製造方法、接着方法、及びそれらにより 形成された構造物 本発明は、概括的に、基材への非湿潤性材料の被覆法、テープのようなセラミ ック−金属構造物の製造法、２種のセラミック体相互の接着法、及びそれらの方 法により形成された構造物、に関する。 改善された材料に対する今日の増加する要望により、靭性、変形性、電気伝導 性、熱伝導性、及び溶接能のような金属の性状並びに、セラミックの強度及び剛 性を有する材料をもつことが望ましいような時がしばしばある。このような混成 材料を達成する一つの方法は、セラミック基材上に金属を被覆させることにより 、金属とセラミックを層状にすることであろう。生成される層状材料は、通常の 装置を製造するために使用することができるであろうが、しかしその材料は金属 の利点をセラミックの利点と組み合わせるであろうため、その装置はこれまでの 材料で出来た装置よりもより小型で、従ってより軽量に製造されるだろうが、し かし目的の用途のためには同様に有効のままであろう。 しかし選択された金属及びセラミックの間の湿潤性が湿潤に対して貢献的でな いため、選択された金属が選択されたセラミック上にを十分に被覆しないことが しばしば認められる。 更に、金属酸化物は、しばしば、伝導性及び強度に有害なため、セラミックの 基材上に非湿潤性の金属を被覆させそして、層状の製品中に最低量の金属酸化物 をもたらすことが、望ましいであろう。 更に、被覆される材料と基材材料の間の湿潤性の特徴が湿潤に対して 貢献的でないので、その材料が室温で固体であろうと流体であろうと、選択され た基材上へ材料を被覆させることが困難な、無数のその他の場合も存在する。 セラミック−金属テープ製造の、より具体的な分野において、使用される最も 一般的な方法は、テープ注型（casting）法である。この方法はしばしば、結合 剤の取り外しがしばしば困難なため、注型テープ中に、望ましくない高含量の結 合剤を必要とする。テープ注型法はまたしばしば、テープを注型するために有機 溶媒の使用を必要とする。しかし、有機溶媒の使用は環境的に望ましくない。 最近のテープの注型法に伴うもう１つの問題は、セラミック及び金属粉末の両 者に対して適宜な調製物を開発することが容易な作業ではないことである。更に 、最近の方法により形成されたテープの厚さを調節することは困難である。最近 のテープ注型法に伴うその他の問題は、形成されたテープが多孔質で、高温にお ける圧縮時に全次元に収縮し、そして具体的には工程に、望ましくないような高 温を要する。 セラミック産業においては、２種のセラミック体を相互に接着させる改善され た方法もまた必要とされる。しばしば、２種のセラミック体を、もう１種のセラ ミックと相互に接着させる。このようにして形成されたセラミック結合物は良好 な強度をもつが、一旦結合が破壊されると、それは破局的な動態で分離する。２ 種のセラミック体を相互に接着させるために金属結合物を使用する場合、金属接 合物は具体的に、セラミック接合物よりも弱い強度をもつが、緩徐な亀裂の生長 を伴って変形することができ、従ってセラミック結合物よりも破局的な破壊性が 少ない。従ってセラミック結合物の高い強度のみならずまた、金属結合物の、特 徴的 に破局的な破壊度の少ないという利点を持つ、２種のセラミック体を相互に接着 させる方法を開発することが望ましい。 従って、固体の基材上への非湿潤性材料の構造物及びその製法を提供すること が、本発明の一つの目的である。 更に、その方法が、結合剤又は有機溶媒をほとんどもしくは全く必要とせず、 多数の異なったセラミック−金属調製物に応用可能で、テープの厚さの調節が容 易で、高温における圧縮時に収縮がほとんどもしくは全く起こらないようなかな り稠密な（dense）テープを形成し、そして望ましくないほどの高い処理温度を 必要としないような、テープのようなセラミック−金属構造物の製造方法を提供 することも本発明のもう一つの目的である。 更に、高度な接着強度及び緩徐な亀裂の生長を有する、互いに接着された２種 のセラミック体の構造物、並びに２種のセラミック体を互いに接着させる方法を 提供することも、本発明のもう一つの目的である。 前記の目的を達成するための、本発明の一つの態様は、非湿潤性の流動化可能 材料により、非湿潤性か又はごくわずかに湿潤性である、基材の表面上を非湿潤 性の流動化可能材料を被覆させる方法である。その方法は、（ａ）基材の表面上 に、非湿潤性の流動化可能材料により湿潤性である粉末粒子の層を付着させるこ と；（ｂ）非湿潤性の流動化可能材料を粉末粒子の層に接触させること；並びに （ｃ）非湿潤性の流動化可能材料を、層中の粉末粒子の間に浸透させ、そして基 材の表面に接触させ、それにより非湿潤性流動化材料で、基材の表面を被覆させ ること、を含む。 より具体的には、非湿潤性流動化可能材料は有機流体、無機流体、ポ リマー材料、ガラス、又は金属から形成されることができ、基材は、金属、ガラ ス、セラミック、又はセラミックと金属の複合物から形成されることができそし て、粉末粒子は金属、セラミック、又はそれらの混合物か形成されることができ る。好ましくは、粉末粒子は１から２５マイクロメーターの厚さ及び５０から９ ０パーセントの多孔度をもつ層状で付着しており、そして粉末粒子は０．１マイ クロメーターから５０マイクロメーターの平均粉末度をもつ。好都合には、非湿 潤性流動化可能材料の被膜は、粉末粒子の層により被覆された基材表面の少なく とも約５０パーセントと接触することができる。 直前に記載された方法により形成された層状構造物は、固体基材、固体基材の 表面に接着された、非湿潤性の流動化可能材料の被膜、並びに非湿潤性流動化可 能材料の被膜中に分散された粉末粒子、を含む。好ましくは、該層状構造物中で は、非湿潤性流動化可能材料は、固体基材表面上に実質的に連続的に被覆されて いる。「実質的に連続的に被覆されている」の術語は、本明細書に使用される場 合は、非湿潤性流動化可能材料が、それに被覆されている固体基材表面の少なく とも約５０パーセントに接触していることを意味する。 本発明のもう一つの態様は、セラミック−金属テープの製法である。この方法 は、（ａ）固体成型物上に非湿潤性のセラミック粉末の層を付着させること；（ ｂ）非湿潤性のセラミック粉末の層上に湿潤性粉末の層を付着させること；（ｃ ）湿潤性粉末の層に金属を接触させること；（ｄ）金属が熔融し、そして、湿潤 性粉末の層を通って、そして非湿潤性のセラミック粉末の層と接触している湿潤 性粉末の個々の粒子の周囲に浸透して、金属浸透構造物を形成するような温度に 、金属を加熱する こと、そして（ｅ）金属浸透構造物を冷却して金属を固化させること、それによ り固体成型物上にセラミック金属テープを形成すること、を含む。この態様にお いては、非湿潤性セラミック粉末は、熔融金属により湿潤性でなくそして湿潤性 粉末は熔融金属により湿潤性である。 こうして形成されたセラミック−金属テープは、一緒に層状にすることができ そして、層状構造物を、層状にしたセラミック−金属テープを、互いに接着させ てセラミック−金属構造物を形成させるような温度に加熱することができる。 本発明の更にもう一つの態様は、セラミック体同士の接着法である。この方法 は、（ａ）第１のセラミック体の表面を、非反応性の粉末粒子及び反応性粉末粒 子で被覆させること；（ｂ）第１のセラミック体の被覆された表面に、第２のセ ラミック体の表面を隣接させること；（ｃ）第１のセラミック体及び第２のセラ ミック体の間の被膜を金属と接触させること；（ｄ）金属が、個々の粉末粒子の 周囲の、粉末粒子被膜を通過して浸透し、そして２種のセラミック体に接触する ような温度で、十分な時間をかけて、金属を加熱すること；並びに（ｅ）金属が 固化するまで浸透した金属を冷却し、それにより２種のセラミック体を相互に接 着させること、を含む。非反応性粉末粒子は、浸透する金属と非反応性であり、 そして反応性粉末粒子は浸透する金属と反応性である。 直前に記載の方法により形成された層状構造物は、（ａ）第１のセラミック体 ；（ｂ）第１のセラミック体に接着された金属浸透層；及び（ｃ）金属浸透層に 接着された第２のセラミック体、を含む。金属浸透層は、反応性材料、非反応性 材料、及び金属を含有し、ただし、反応性材料は金属に反応性でありそして非反 応性材料は金属に非反応性である。 本発明のその他の目的、特徴及び利点は、付記された図面に関連して採られた 下記の記載を読むので、より良く理解されることが容易に認識されるであろう。 図１は、流動化可能材料が、基材上に付着された粉末粒子層に接触している、 本発明の一つの態様の方法の一段階を示している。 図２は、図１に部分的に示された方法により形成された層状構造物を示してい る。 図３は、金属がセラミック成型物上の湿潤性粉末層に接触している、本発明の もう一つの態様の方法の一段階を示している。 図４は、図３に示された態様の方法のもう一つの段階を示している。 図５は、図３及び図４で示された方法から形成されたセラミック−金属テープ を示している。 本発明の第１の態様は、非湿潤性の流動化可能材料により非湿潤性であるかご く僅かに湿潤性である基材上に、非湿潤性の流動化可能材料を被覆させるための 方法である。この方法は概括的に、（ａ）基材の表面に、非湿潤性の流動化可能 材料により湿潤性である粉末粒子の層を付着させること、（ｂ）粉末粒子の層に 、流動化可能材料を接触させること、並びに（ｃ）粉末粒子の間に流動化可能材 料を浸透させ、そして基材表面に接触させ、それにより基材上に実質的に連続的 な被膜を形成すること、の段階を含む。 基材はどんな形態をもっても良く、そして例えば、金属、ガラス、セラミック 、又はセラミック−金属複合物の形態でもよい。基材を形成することができる具 体的なセラミックは、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、及びＢ₄Ｃを含む 。基材はスリップ成型、プレス成型、テープ 成型、押し出し、又は射出成型のようなどんな適宜な技術により成型されてもよ い。高密度の基材が要請される場合は、焼結、熱圧、熱等圧圧縮、又は基材への 金属浸透等の技術により未処理物質（greenware）を圧縮することができる。 被覆される流動化可能材料は、どんな流動化可能材料、即ち、流体であるか又 は、例えば熔融により流体化されることができるどんな材料でもよい。被覆され る流動化可能材料が熔融可能ならば、該熔融可能材料は、基材又は粉末粒子が熔 融するか、又は互いに著しく反応するような温度よりは低い温度で熔融しなけれ ばならない。流動化可能材料の被膜は、化学的又は物理的相互作用のどちらかに より基材に付着させることができることが好ましい。 流動化可能材料の具体的な例は、有機又は無機の流体、ガラス、ポリマー材料 、及び、金属合金を含む金属、である。ポリマー材料は熱可塑性樹脂及びポリマ ー性流体を含む。具体的な金属はアルミナム、銅、マグネシウム、コバルト、鉄 、モリブデン、及びニッケルを含む。具体的な金属合金は、モリブデン−ニッケ ルである。 本発明の第１の態様の方法は、流体及び固体が、非湿潤性の動態を特徴とする 時に、固体上に流体を被覆させる性能を提供する。材料（Ａ）がある具体的な雰 囲気中で、材料（Ｂ）により湿潤性か否かは、選択された雰囲気における材料（ Ａ）の稠密な物体上における、材料（Ｂ）の流体又は液体化された液滴の接触角 度を測定することにより、決定することができる。材料（Ｂ）が室温で固体であ る場合は、その接触角度を測定するためには、材料（Ｂ）を融点まで加熱しなけ ればならない。接触角度は、流体−気体の界面及び流体−固体の界面の間の角度 である。 接触角度が９０°未満の場合に、材料（Ａ）は材料（Ｂ）により湿潤性である と考えられる。湿潤性の組み合わせ物が望ましい場合は、接触角度が４５°未満 であり、そしてより好ましくは２５°未満であることが好ましい。材料（Ａ）は 、接触角度が９０°以上である時に、材料（Ｂ）により湿潤性でないと考えられ る。 基材の表面上に付着される粉末粒子は、流動化可能材料により湿潤性でなけれ ばならない。粉末粒子の組成は、流動化可能材料が流動化され、そして粉末粒子 の層と接触する時、流動化可能材料が毛細管作用により粉末粒子間を流動するよ うに選択される。粉末粒子は基材に化学的又は機械的に接着可能である必要はな い。本発明の方法の条件に暴露された後に、しばしば、粉末粒子が基材に接着し ないか又はごく弱くのみ接着することが望まれることがある。 粉末粒子を形成することができる具体的な材料は、金属、セラミック、及びそ れらの混合物を含む。粉末粒子及び流動化可能材料のための物質の組み合わせ物 の幾つかの例は：Ｗ及びＣｕ、Ｔｉ及びＭｇ、ＷＣ及びＣｏ、ＴｉＣ及びＣｏ、 ＷＣ及びＦｅ、ＭｏＳｉ₂及びＡｌ、ＴｉＣ及びＭｏ、Ｂ₄Ｃ及びＡｌ、ＴｉＢ₂ 及びＡｌ、ＴｉＣ及びＡｌ、ＳｉＢ₄及びＡｌ、ＴｉＢ₂及びＮｉ、並びにＴｉＣ 及びＭｏ−Ｎｉ、を含む。 粉末粒子は０．１から５０マイクロメーター、より好ましくは１から２５マイ クロメーター、そして最も好ましくは、１から５マイクロメーターの粉末度を有 することが好ましい。 粉末粒子は多数の方法により基材の表面上に付着させることができる。例えば 、粉末粒子は流体中に分散させそして、例えば噴霧、ブラシで塗ること又は印刷 により付着させることができる。印刷法は基材上に粉末 粒子を模様を付けて付着させることができる。化学蒸着法、プラズマに高めた溶 射法又はイオン光線スパッター法のような方法も使用することができる。粉末粒 子が分散物として付着される場合、粉末粒子の層は好ましくは金属を浸透させる 前に乾燥される。 粉末粒子は基材上に、１から５００マイクロメーター、より好ましくは３から １５０マイクロメーター、そして最も好ましくは５から１００マイクロメーター の乾燥した厚さで付着させることが好ましい。具体的には粉末粒子は１から２０ 単層（monolayer）の厚さ、好ましくは、少なくとも２単層の厚さで付着させる 。 乾燥粉末粒子の層は好ましくは、５０から９０パーセント、より好ましくは、 ６０から８０パーセント、そして最も好ましくは、７０から８０パーセントの多 孔度をもつ。粉末粒子層の多孔度により、粉末粒子層は基材表面上で不連続的で ある。 基材上に一旦乾燥粉末−粒子層が付着されたら、粉末−粒子層は、粉末−粒子 層上に直接流動化可能材料を置くか又は、粉末−粒子層の一部に流動化可能材料 を単に接触させるかのどちらかにより、流動化可能材料と接触させられる。 図１は、流動化可能材料１０（金属として示されている）のブロックが、基材 １４の表面上に付着された、粉末粒子層１２（これも金属として示されている） 上に置かれている、方法のこの段階を示している。示されたように、粉末粒子層 １２は多孔性で、基材１４に不連続的に接触している。 流動化可能材料が室温で流体である場合は、流動化可能材料は粉末粒子の間及 びその周囲に浸透して、次第に基材表面に接触させられる。更 に、流動化可能材料は基材表面に隣接する粉末粒子の下方に流入することができ 、それにより、流動化可能材料と基材の間の接触面積の量を増加させることが望 ましい。接触面積の増加は、基材に対する流動化可能材料の被膜の付着性を改善 する補助になる。 流動化可能材料が室温で固体の場合は、流動化可能材料が熔融して粉末粒子間 に、そして好ましくは、少なくとも、粉末粒子の幾つかと基材表面の間に浸透す るような高温に、そしてそれに十分な時間、流動化可能材料を加熱する。流動化 可能材料の加熱は、具体的には真空下で実施される。 流動化可能材料の浸透化の終結後、流動化可能材料は好ましくは、粉末粒子の 周囲を流動し、そして、粉末粒子が元来付着していた基材表面の、少なくとも５ ０パーセント、より好ましくは少なくとも８０パーセント、最も好ましくは少な くとも９５パーセントに接触する。基材表面上への流動化可能材料の被覆の結果 として、粉末−粒子層は基材表面上で、不連続性のままであるか又はそれに接触 しないかである。生成された流動化可能−材料の被膜は、実質的に、流動化可能 材料の連続層により囲まれた孤立した粉末粒子からなる。流動化可能材料は、そ うでなければ流動化可能材料により湿潤性でない基材表面に直接接触している。 粉末粒子層をもたずに実施された同様な実験は、基材上における流動化可能材料 の弱い湿潤性のために、流動化可能材料が基材上で広がることができないので、 基材上の連続的被膜の欠乏をもたらす。 図２は、本発明の第１の態様の方法により形成された層状構造物を示している 。金属１０は、それが基材表面１４と連続的に接触するまで、粉末粒子の層１２ 中及び個々の粉末粒子の周囲に浸透した。 粉末粒子／流動化可能材料複合物の層中の粉末粒子の含量は、具体的には複合 物の層の重量の５から２５重量パーセントにすることができる。 流動化可能材料が金属である場合は、この方法の一つの利点は、生成される基 材−被膜の界面が、望ましくない金属酸化物の最低量を含有する点である。本方 法は、被覆化過程中、流体金属が流動性で、それが粉末粒子層中に浸透する時に 、酸化された表面層を残していくので、基材−流動化可能材料の界面に少量の金 属酸化物をもたらす。従って、この界面には、金属フォイル又は粒子を使用する その他の方法により製造される製品において典型的に含有される、表面の酸化物 がない。基材表面と接触している、新鮮で清浄な金属表面をもつことは、金属及 び基材間の化学的拡散を増加させる補助になり、それにより２種の物質間の付着 及び接着を改善させる。 層構造物の金属−浸透層は、熱伝導体、電気伝導体、強化遮断層、又は溶接帯 として使用することができるか、あるいは反応させるか酸化されて、化学的及び ／又は機械的−遮蔽層を形成することができる。 本発明の第２の態様は、セラミック−金属テープを製造するための方法である 。この方法は、（ａ）付形された固体の成型物上に非湿潤性セラミック粉末の層 を付着させること；（ｂ）非湿潤性のセラミック粉末の層上に湿潤性の粉末層を 付着させること；（ｃ）湿潤性粉末の層に金属を接触させること；（ｄ）金属が 、湿潤性粉末層の粒子間に浸透して、非湿潤性のセラミック粉末層に接触して金 属−浸透構造物を形成するような温度に金属を加熱すること、そして（ｅ）金属 −浸透構造物を冷却して、金属を固化させ、そして固体成型物上のセラミック− 金属テープを形成させること、の段階を含む。非湿潤性のセラミック粉末は金属 流 動を停止させ、それが、浸透及び冷却が終結するとき、固体の成型物からテープ を分離させる。 第２の態様の方法は、第１の態様の方法を使用する。第１の態様において、流 動化可能材料は、基材の表面上の粉末粒子間及びその周囲に浸透させられる。第 ２の態様においては、流動化可能材料は熔融金属であり、基材はその上に非湿潤 性のセラミック粉末層をもつ固体成型物である。 本発明の第２の態様に使用される固体成型物は、平坦な表面か起伏をもった面 にすることができ、具体的にはセラミックで形成される。固体成型物が型表面と して使用され、後に除去される場合は、該固体成型物は好ましくは、本方法の条 件（温度及び圧力）に暴露した後に非湿潤性セラミック粉末に非接着性の材料か ら形成される。更に、固体成型物を取り外す場合、固体成型物は本方法における 具体的な金属により湿潤性でない材料から形成されることが好ましい。 固体成型物が最終的構造物の一部に留まる場合は、固体成型物は、本発明の第 ２の態様の条件（温度及び圧力）に暴露される時に、非湿潤性セラミック粉末に 接着する材料から形成されることが好ましい。 固体成型物とその他の材料間の接着性、非接着性、及び湿潤性相互作用は経験 的に決定することができる。 前記のように、非湿潤性のセラミック粉末は本方法で使用される金属により非 湿潤性である。非湿潤性の定義は、本発明の第１の態様で考察されたものと同様 である。非湿潤性セラミック粉末は金属を固体成型物に接触させることを遮蔽す ることにより、遮蔽層として作用するために含有される。 好ましくは、非湿潤性セラミック粉末は０．０１から１００マイクロメーター 、より好ましくは、０．０１から１０マイクロメーター、そして最も好ましくは 、０．０１から１マイクロメーターの粉末度をもつ。 非湿潤性セラミック粉末層は前記の本発明の第１の態様の粉末粒子について提 唱されたものと同様の方法により付着させることができる。非湿潤性セラミック 粉末層が分散物として適用される場合は、その層は乾燥される。 非湿潤性セラミック粉末の乾燥層は０．１から１００マイクロメーター、より 好ましくは１から５０マイクロメーター、そして最も好ましくは１から２５マイ クロメーターの厚さを有することが好ましい。具体的には非湿潤性セラミック粉 末層は１から１０単層の厚さである。 非湿潤性セラミック粉末の乾燥層は４０から８０パーセント、より好ましくは 、４０から７０パーセント、そして最も好ましくは４０から６０パーセントの多 孔度を有することが好ましい。前記のように、湿潤性粉末粒子は、その間に浸透 される金属により湿潤性である。湿潤性及び好ましい接触角度の定義は、本発明 の第１の態様で考察されたものと同様である。湿潤性粉末の組成は、金属が熔融 されそして湿潤性粉末と接触させられる場合に、熔融金属が、毛細管作用により 湿潤性粉末の粒子間を流動するように選択される。湿潤性粉末は基材に化学的又 は機械的に接着可能である必要はない。具体的には湿潤性粉末はセラミック又は 金属から形成される。 湿潤性粉末は本発明の第１の態様における粉末粒子の被覆化に対して記載のも のと同様の方法により付着させることができる。 湿潤性粉末の好ましい粉末度、及び厚さ及び多孔度のような湿潤性粉 末層の好ましい性状は、所望のテープの性状に左右される。具体的には、湿潤性 粉末の粉末度は、０．１から５０マイクロメーターであり、湿潤性粉末層の固体 含量は、１０から５０パーセント（すなわち、湿潤性粉末層の多孔度が５０から ９０パーセントである）であり、そしてテープの厚さは５から１０００マイクロ メーターの範囲にある。 湿潤性粉末の粒子間に浸透される金属は、元素金属、合金、又はそれらの混合 物でよい。粒子間に金属を浸透させるために、金属を最初に湿潤性粉末層に接触 させる。接触方法は重要ではない。例えば、金属は湿潤性粉末層上に全体的に置 くこともできるし、又は湿潤性粉末層の一部にのみ接触させることもできる。 図３は、その中で、金属２０が、順次、セラミック成型物２６上に付着された 非湿潤性の粉末の被膜２４上に付着された、湿潤性粉末の被膜２２上に存在する ような、湿潤性粉末の被膜に金属を接触させることを示している。 湿潤性粉末に金属を接触させた後、図４に示されるように、金属が非湿潤性セ ラミック粉末に接触するまで、金属が湿潤性粉末の間及び周囲に浸透するような 温度に金属を加熱する。金属は概括的に、非湿潤性セラミック粉末の粒子間には 浸透しない。第２の態様の加熱段階は具体的には真空下又は不活性気体雰囲気中 で実施される。 金属を加熱し、そして所望のように、粒子間にそれを浸透させた後に、固体成 型物、固体成型物の表面上に付着された非湿潤性セラミック粉末層、金属の連続 的母材により囲まれた湿潤性粉末層、を含む層状構造物を冷却させて金属を固化 させる。固体成型物及び非湿潤性セラミック粉末の組成が、その２種がその方法 の過程中接着しないように選択された 場合は、固体成型物は、非湿潤性セラミックからなる第１の層及び、金属で浸透 された湿潤性粉末からなる第２の層、を有する層構造物からなる構造物の残りか ら取り外すことができる。非湿潤性セラミック粉末の層は、機械的粉砕又はブラ ッシかけを含む幾つかの方法により、金属に浸透された湿潤性粉末の層から容易 に取り外すことができる。金属で浸透された湿潤性粉末は図５に示されるような 、セラミック−金属テープと考えることができる。 セラミック−金属テープ中のセラミックの量は、セラミック粉末の付着法及び セラミック粉末の粉末度に左右されるが、具体的にはテープの重量の１０から５ ０重量パーセントの間で変動させることができる。 このようにして形成されたセラミック−金属テープは具体的には、理論的最大 密度の少なくとも約９５パーセントの密度を有する。固体成型物の形状に応じて 、テープは平坦でも複雑な幾何学的形態をもってもよい。 このようにして形成されたセラミック−金属テープは相互に層状にすることが でき、そして層状にされたテープを、そのテープを相互に接着させるような温度 に加熱することができる。接着の温度は、金属の熔融温度より低いが、圧力下で 金属を変形可能にさせるに十分高い、金属変形温度にすることができる。その他 の様態においては、２種のテープを互いに接着させる温度は、金属を隣接セラミ ック層中に拡散させるに十分に高い温度である拡散焼結温度にすることができる 。セラミック−金属テープの層は２種類以上の層を巻き込むことができそして、 異なった組成の層を巻き込むことができる。 固体成型物を加熱過程後に取り外すことができる材料の具体的組み合 わせ物は次の表に示されている。 本発明の第２の態様の方法により形成された、１本のテープ及び数本のテープ の複合物は電子基材及びハードディスクドライブ部品のための電子産業において 使用することができる。テープ及び複合体はまた、軽量の自動車ブレーキ、ロボ ットの腕、及びクラッチのような構造的用途に使用することもできる。 本発明の第３の態様は概括的に、反応性粉末、非反応性粉末、及び金属を使用 することによる、セラミック体の相互の接着方法である。その方法は、第１に、 反応性粉末粒子及び非反応性粉末粒子による、第１のセラミック体の表面の被覆 を含む。場合によっては、第２のセラミック体の表面も被覆することができる。 反応性粉末粒子は、選択された具体的な金属と化学的に反応性であり、そして非 反応性粉末粒子は選択された金属と化学的に非反応性である。次いで第２のセラ ミック体の表面を、第１のセラミック体の被覆された表面に対して隣接させる。 ２種のセラ ミック体間の被膜が接着領域を区画する。次いで第１のセラミック体及び第２の セラミック体間の被膜を金属と接触させ、そして、その金属が被膜を通って、そ して被膜の個々の粒子の周囲に浸透して、最後に２種のセラミック体と接触する ような温度に、十分の時間にわたり、金属を加熱する。金属を冷却し固化させる と、２種のセラミック体は互いに接着される。 互いに接着されるセラミック体は、ほとんどもしくは全く金属を含まないセラ ミックで形成されても、又はセラミック−金属複合物で形成されていてもよい。 セラミック体はどんな大きさでも形状でもよい。セラミック体は浸透金属により 湿潤性でも非湿潤性でもよい。更に、セラミック体は浸透金属と化学的に反応性 でも化学的に非反応性でもよい。記載のように、反応性の粉末粒子は接着領域へ 浸透する金属と化学的に反応性である。すなわち、本発明において使用される反 応性粉末粒子は、浸透性金属と新規な材料相（material phase）を形成するもの である。それに対して、本発明において使用される、非反応性の粉末粒子は、浸 透性金属と新規な材料相を形成しないものである。 反応性及び非反応性粉末粒子の両者が、本発明の第１の態様に対して前記のよ うな湿潤性としての定義に従う、浸透性金属により湿潤性でなければならない。 前記の好ましい接触角度もまた本発明のこの第３の態様にも適用される。 反応性及び非反応性の粉末粒子は好ましくは、０．１から１０マイクロメータ ーそして、より好ましくは、０．５から５マイクロメーターの粉末度を有する。 具体的には反応性及び非反応性粉末粒子はセラミック又はセラミック混合物であ る。 セラミック体もしくはセラミック体類への反応性及び非反応性粉末粒子の被覆 は、幾つかの方法のどれによって実施されてもよい。一つの被覆方法としては、 ２種のセラミック体を最初に、反応性粉末粒子の層で被覆し、そしてその後に非 反応性粉末粒子の層で被覆する。次いで２種の物体を、互いに接着させるために 、それらの被覆された表面を隣接させることができる。この被覆方法においては 、反応性粉末粒子の層は０．５から１５マイクロメーター、より好ましくは１か ら１５マイクロメーターの厚さを有することが好ましく、そして非反応性粉末粒 子の２層は１から５０マイクロメーター、より好ましくは１から１０マイクロメ ーターの合計の厚さを有することが好ましい。非反応性粉末粒子の層は個々には 、好ましくは、０．５か２５マイクロメーター、そしてより好ましくは、０．５ から５マイクロメーターの厚さを有する。 被覆の第２の方法としては、第１のセラミック体を始めに、反応性粉末粒子の 層で被覆しそして次に非反応性粉末粒子層で被覆し、そして第２のセラミック体 を反応性粉末粒子層のみで被覆することができる。次いで２種の物体を、互いに 接着させるために、それらの被覆された表面を隣接させることができる。この被 覆方法では、反応性粉末粒子の層はそれぞれ、０．５から５０マイクロメーター 、より好ましくは、１から５マイクロメーターの厚さを有し、そして非反応性粉 末粒子の層は１から２５マイクロメーターの厚さを有することが好ましい。 被覆の第３の方法として、第１のセラミック体を最初に、反応性粉末粒子の層 で被覆し、その後反応性粉末粒子及び非反応性粉末粒子の混合物の層で被覆し、 そして第２のセラミック体を反応性粉末粒子のみの層で被覆することができる。 次いで２種の物体を、互いに接着させるため に、それらの被覆された表面を隣接させることができる。反応性及び非反応性粉 末粒子の混合物は、所望の接着特性に応じて、非反応性粉末粒子に対する反応性 粉末粒子の種々の比率をもつことができる。好ましくは、非反応性粉末粒子に対 する反応性粉末粒子の比率は、７５：２５から２５：７５、より好ましくは、５ ０：５０から２５：７５である。この被覆方法においては、反応性粉末粒子の層 それぞれは、１から１０マイクロメーター、より好ましくは、１か５マイクロメ ーターの厚さを有し、そして、反応性及び非反応性粉末粒子の混合物の層は５か ら５０マイクロメーター、より好ましくは、１０から２０マイクロメーターの厚 さを有することが好ましい。 第４のしかしそれほど好ましくはない被覆法として、第１のセラミック体を反 応性粉末粒子及び非反応性粉末粒子の混合物の層で被覆することができる。この 混合物は好ましくは、７５：２５から２５：７５の、そしてより好ましくは、５ ０：５０から２５：７５の非反応性粉末粒子に対す反応性粉末粒子の比率を有す る。次いで２種の物体を互いに接着させるために、第２のセラミック体を第１の セラミック体の被覆された表面に隣接させることができる。この被覆法において 、反応性及び非反応性粉末粒子の混合物の層は、１から５０マイクロメーター、 より好ましくは、５から２０マイクロメーターの厚さを有することが好ましい。 反応性粉末粒子の層は好ましくは、５０から９０パーセント、そしてより好ま しくは、７５から８５パーセントの多孔度を有する。非反応性粉末粒子の層は好 ましくは、６０から９０パーセント、そしてより好ましくは、７０から８５パー セントの多孔度を有する。反応性及び非反応性粉末粒子の混合物の層は好ましく は５０から９０パーセント、そして より好ましくは７０から８５パーセントの多孔度を有する。 反応性及び非反応性粉末粒子は、多数の方法によりセラミック体上に被覆させ ることができる。例えば、粉末粒子を水に分散させ、そして例えば、噴霧、ブラ ッシで塗ること、又は印刷により付着させることができる。更に、化学的蒸着、 プラズマ溶射付着法又はイオン光線スパッター法のような方法も使用することが できる。粉末粒子を分散物として付着させる場合、粉末粒子の層は好ましくは、 金属を浸透させる前に乾燥させる。 反応性及び非反応性粉末粒子を一旦適宜なセラミック体上に被覆させた後、セ ラミック体を接着させる表面を互いに隣接させる。次いで、第１のセラミック体 と第２のセラミック体の間の被膜を金属に接触させる。金属は元素金属でも金属 合金でもよい。接触過程は例えば、被覆された表面の間に金属を置くこと、又は 粉末粒子被膜の外側部分に単に接触させることにより実施することができる。 次いで、接触された金属を、その金属が、被膜を通って、そして被膜の個々の 粒子の周囲に浸透し、そして最後に２種のセラミック体に接触するような温度に 、十分な時間にわたり加熱する。その加熱過程の間に、金属は接着領域中に浸透 するが、セラミック体中に浸透する必要はない。セラミック体が稠密でありそし て／又は金属により非湿潤性である場合は、金属は概括的にセラミック体中に浸 透しないであろう。 移動する熔融金属は最低量の金属酸化物を含むので、末梢から接着領域中へ金 属を誘導する方法は、最終接着製品中の金属酸化物の量を最小にするので、通常 、粉末粒子被膜の末梢部分を浸透金属と単に接触させることが好ましい。それに 対し、金属及びそれに伴う金属酸化物が被膜 により挟まれる場合は、金属酸化物は最終接着製品の一部として残留する。 具体的には、金属がアルミナム又はアルミナム合金である場合は、浸透温度は １０００℃から１２００℃であり、そして十分な時間は５から４５分間である。 好ましくは、加熱過程は真空下で実施される。代替的には不活性気体の雰囲気を 使用することができる。 加熱過程後、セラミック体構造物を、具体的には室温に冷却させ、それにより 金属を固化させそしてセラミック体を互いにに接着させる。冷却後、接着された セラミック体をせいぜい約８００℃に加熱することにより熱−処理することがで きる。 第３の態様において使用することができる材料類の具体的組み合わせ物は：セ ラミック体を形成する材料としてＢ₄Ｃ−Ａｌ、反応性粉末粒子としてＢ₄Ｃ粉末 、非反応性粉末粒子としてＴｉＢ₂粉末、及び金属としてアルミナム又はアルミ ナム合金、である。この組み合わせ物においては、セラミック体（Ｂ₄Ｃ−Ａｌ ）は金属（アルミナム又はアルミナム合金）により湿潤性であると考えられる。 第３の態様のための材料の代替的組み合わせ物は、セラミック体が窒化アルミ ナムから形成されることを除いて、前記の組み合わせ物と同様である。この組み 合わせ物において、セラミック体（ＡｌＮ）は金属（アルミナム又はアルミナム 合金）により非湿潤性であると考えられる。 このように形成された製品は、第１のセラミック体、第１のセラミック体に接 着された金属の浸透された層、及び金属の浸透された層に更に接着された第２の セラミック体、を含む層状構造物である。金属の浸透した層は反応性材料、非反 応性材料、及び浸透された金属を含有する。 反応性材料は、反応性粉末粒子及び浸透された金属から形成され、そして非反応 性材料は非反応性粉末粒子から形成される。 反応性及び非反応性粉末粒子の被覆法に応じて、層状構造物の金属浸透層は、 異なった材料の傾度曲線（gradient）を有する可能性がある。例えば、反応性粉 末粒子が最初にセラミック体上に付着される場合は、金属浸透層はセラミック体 の近辺において、非反応性材料に比してより高い濃度の反応性材料を含むであろ う。より高い濃度の反応性材料を含むこの部分は、高濃度反応性材料層と称する ことができる。高濃度反応性材料層は、存在する場合は、０．５から１００マイ クロメーター、しかし好ましくは０．５から１５マイクロメーターの厚さである 可能性がある。 層状構造物において、反応性粉末粒子により形成された材料は強力な接着性及 び界面強度を提供し、金属は亀裂の生長反応に対する延性の経路（ductile path ）を提供し、そして非反応性粉末粒子により形成された材料は反応に対する遮蔽 層を提供する。層状構造物における亀裂は、具体的には、反応性粉末粒子及び金 属により形成される脆弱な界面において開始するであろう。次いで亀裂は、非反 応性粉末粒子／金属複合物の、より弱い、しかしより延性の層を通って生長させ られ、そして金属中の亀裂に類似の動態を示す。 第３の態様の方法を使用することによる２種のセラミック体の相互の接着の利 点は、界面の強度及び、典型的に発生する破断の種類を、より良く調節できる点 である。更に、接着された製品は、セラミックの有効な特性と金属の有効な特性 の融合をもたらすであろう。 従って、本発明は通常、非湿潤性材料により通常は湿潤性でない固体 の基材上に被覆された非湿潤性材料から形成された新規な構造物、並びにそれら を製造する方法、を提供する。本発明はまた、ほとんどもしくは全く結合剤もし くは有機溶媒を必要とせず、多数の異なったセラミック−金属調製物に適用でき 、テープの厚さの容易な調節を可能にし、焼結時にほとんどもしくは全く収縮が 起こらないようなかなり稠密なテープを形成し、そして、望ましくないほど高い 処理温度を必要としない、テープのようなセラミック−金属構造物を製造する方 法を提供する。更に、本発明は、強力な接着強度及び緩徐な亀裂生長を有する、 互いに接着された２種のセラミック体の構造物、並びにこのような構造物の形成 方法、を提供する。 下記の実施例は、例示的目的のみのためのものであり、そして本明細書又は請 求の範囲の、範囲を限定するものと解釈してはならない。特記されない限り、す べての部及び百分率は重量に基づいている。 実施例として、種々の基材上の種々の金属の接触角度を測定した。ＡｌＮ、Ｂ₄ Ｃ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＢ₂及びＷの稠密な基材を１ミクロンの表面仕上げに研磨し た。種々の金属の０．５グラムのサンプルを仕上げ表面の１ｃｍ²面積上に置い た。金属／基材組み立て物を、タングステンの加熱装置、組み立て物を観察する 顕微鏡、及び組み立て物を撮影することができる撮影機器、を設置した炉内に置 いた。炉内に組み立て物を設置後、炉内を１０⁴トル（Torr）真空下に維持し、 そして２０℃／分の速度で、１２００℃まで加熱した。１２００℃で１０分間維 持後、基材上の金属の接触角度を、組み立て物を撮影した写真から測定した。基 材上の金属の接触角度は下表に示されている。最初の３種の組み合わせ物は非湿 潤性動態を示しそして後の３種の組み合わせ物は湿潤性の動態 を示している。 実施例 実施例１ 約３マイクロメーターの平均粉末度を有する、規格１５００の、Elektroschem eltzwerk Kempten，Munich，German社により製造された炭化ホウ素粉末を、１４ ００℃のアルゴン雰囲気内で焼結して、炭化ホウ素の表面を不動態化させそして アルミナムと化学的に相容性にさせた。焼結された炭化ホウ素を、ＮＨ₄ＯＨの 添加により調節されたｐＨ７をもつ水中に、２５重量パーセントの固体に分散さ せた。 ＡｌＮ基材の表面に、幹から伸びている３本の枝をもつ木の形状に、炭化ホウ 素粉末の分散物を噴霧被覆させた。次いでＡｌＮ基材上の噴霧被膜を乾燥させた 。噴霧被膜は約１０マイクロメーターの厚さを有した。アルミナム金属を木の形 状の炭化ホウ素被覆表面の底部で噴霧被膜に接触させ、次いでアルミナムに接触 されたＡｌＮ基材を真空下で１１６０℃に加熱した。温度を１２分間１１６０℃ に維持した。この実験では、 熔融金属は窒化アルミナムを典型的には湿潤化させないが、木の形状の炭化ホウ 素被覆面全体が、窒化アルミナムに十分に接着されたアルミナムの薄い層を有し た。被覆基材の研磨された切断面は、窒化アルミナム基材に接着された炭化ホウ 素−アルミナム複合物の実質的な連続層を示した。アルミナムの、窒化アルミナ ムとの直接的接触面積は７５パーセントを越えることが観察された。実施例２ 約４マイクロメーターの平均粉末度を有する、ドイツのHerman Starck社によ り製造された、ホウ化チタン粉末を、２５重量パーセントの固体含量になるよう にメタノールに分散させた。熱圧縮窒化ケイ素のブロックを、ホウ化チタン分散 物で噴霧被覆させた。次いでホウ化チタンの層を乾燥させると、それは約１５０ マイクロメーターの乾燥厚さを有した。アルミナム金属を、ホウ化チタン層と接 触して置き、そして該構造物を真空下で、毎時５４０℃の割合で１１６０℃まで 加熱し、そして温度を３０分間１１６０℃に維持した。通常、アルミナムは窒化 ケイ素を湿潤化させずそして１２００℃未満の接触角度は９０°より大きい。し かし本実験においては、アルミナムは大部分の窒化ケイ素を湿潤化させ、十分な ホウ化チタンで被覆されていない僅かな点のみを残した。窒化ケイ素とのアルミ ナムの直接的接触面積は約８０パーセントであることが認められた。実施例３ タングステン粉末のスラリーを、１５重量パーセントの固体含量になるように ヘプタンに、１から３マイクロメーターの平均粉末度をもつタングステン粉末を 分散させることにより調製した。 ２種の熱圧した炭化ホウ素の基材を、それぞれの１表面を機械で平滑にした。 第１の炭化ホウ素基材の、機械処理した面にタングステン粉末スラリーを噴霧し た。次いで、タングステン被膜を乾燥させると約２５マイクロメーターの厚さを 有した。第２の炭化ホウ素基材の機械処理した面はタングステンで被覆しなかっ た。次いで炭化ホウ素基材それぞれの上部に銅金属を置き、その構造物を加熱し 、３０分間１１６０℃で維持した。タングステンで被覆された炭化ホウ素の表面 上の銅は、１１６０℃で６０°の接触角度をもつ半球を形成し、炭化ホウ素を湿 潤化させた。それに対して、被覆されなかった炭化ホウ素の表面上の銅は、１１ ６０℃で１３５°の接触角度をもつ球を形成し、そして炭化ホウ素を湿潤化させ なかった。実施例４ ホウ化チタン粉末のスラリーを、２０重量パーセントの固体含量になるように メタノール中で調製した。使用されたホウ化チタン粉末は、約４マイクロメータ ーの平均粉末度を有した。窒化アルミナムの２種の基材のそれぞれの一方の面に 、ホウ化チタンスラリーを噴霧被覆させた。次いで、ホウ化チタン被膜を乾燥さ せると、１０から２５マイクロメーターの厚さを有した。次いで２種の被覆され た窒化アルミナムの基材を、ホウ化チタン層が互いに直接接触するようにサンド イッチ状に挟んだ。次いでＡｌＮ−ＴｉＢ₂−ＡｌＮサンドイッチを、ＴｉＢ₂被 膜においてアルミナムと接触させて１１６０℃に加熱した。１１６０℃において 、熔融されたアルミナムが多孔性のＴｉＢ₂層に浸透して、アルミナム−ＴｉＢ₂ 及びＡｌＮ間に強力な界面結合を形成した。実施例５ 窒化アルミナム粉末及びホウ化チタン粉末のスラリーを、２５重量パーセント の固体含量に、メタノール中で調製した。窒化アルミナムの基材を、窒化アルミ ナム基材が、窒化アルミナム粉末の１層、並びに、窒化アルミナム粉末の層の上 のホウ化チタン粉末の２層、を有するように、スラリーを噴霧被覆させた。窒化 アルミナム粉末は３から４マイクロメーターの粉末度を有し、ホウ化チタン粉末 は４から６マイクロメーターの粉末度を有した。被覆された基材を乾燥させた。 乾燥した窒化アルミナム層の厚さは約１０マイクロメーターであり、そして乾燥 したホウ化チタン層の全体の厚さは約１２５マイクロメーターであった。ホウ化 チタン層をアルミナムと接触させ、そして該構造物を真空下で１１６０℃に加熱 し、そして１８分間その温度で維持した。１１６０℃において、熔融アルミナム はホウ化チタン層に浸透して、窒化アルミナム−被覆された窒化アルミナム基材 の上部に、１４０から１８０マイクロメーターの厚さを有する、薄い、平坦なテ ープを形成した。アルミナム金属は窒化アルミナム粉末層に浸透しなかった。そ の結果、アルミナムは窒化アルミナム基材に接着しなかった。テープは約２０容 量パーセントのホウ化チタン含量を有した。ホウ化チタン−アルミナムのテープ は窒化アルミナム基材から容易に剥がれた。実施例６ 窒化アルミナム粉末のスラリーをメタノール中で調製し、そして炭化ホウ素粉 末のスラリーをＮＨ₄ＯＨの添加により調節されたｐＨ７をもつ水中で調製した 。窒化アルミナム粉末は約１マイクロメーターの平均粉末度をもち、そして炭化 ホウ素粉末は約３マイクロメーターの平均粉末度を有した。窒化アルミナム基材 を最初に、窒化アルミナム粉末のス ラリーで、そしてその後に炭化ホウ素粉末のスラリーで噴霧被覆させた。次いで 被覆された窒化アルミナム基材を乾燥させた。乾燥された被膜は約１８０マイク ロメーターの全体的な、乾燥の厚さを有した。炭化ホウ素粉末層をアルミナムと 接触させそして次いで該構造物を真空下で１１６０℃に加熱しそして３０分間そ の温度で維持した。冷却後、炭化ホウ素／アルミナムのテープは、テープと基材 間の熱膨張の差により窒化アルミナム基材から分離した。テープは１６０から２ ００マイクロメーターの厚さを有し、そしてテープのセラミック含量は１５から ２０重量パーセントであった。 実施例７及び７Ｃにおいて、セラミック体の間の界面の引っ張り強さを、０． ００２インチ／分のクロスヘッド速度及び１０，０００ポンドの負荷セルを有す る、Instron、１１２５型を使用する、引っ張りテストにより測定した。結果は 引っ張りテスト中にもたらされた、負荷に対する変位曲線から決定された。実施例７ Ｂ₄Ｃ−Ａｌの２種の稠密な物体それぞれの表面に最初、反応性粉末としてＢ₄ Ｃ粉末層を、そしてその後に非反応性粉末としてＴｉＢ₂粉末の層を噴霧した。 Ｂ₄Ｃ及びＴｉＢ₂粉末両者はメタノール中の分散物として噴霧した。Ｂ₄Ｃ粉末 は約３マイクロメーターの平均粉末度を有した。次いで被覆した層を乾燥させた 。Ｂ₄Ｃ粉末の乾燥した層は約１０マイクロメーターの厚さであり、理論密度の 約２０パーセントの密度（すなわち、約８０パーセントの多孔度）を有した。Ｔ ｉＢ₂粉末は約６マイクロメーターの平均粉末度を有した。ＴｉＢ₂粉末の乾燥さ れた層は約２０マイクロメーターの厚さを有し、理論密度の約２５パーセントの 密度（すなわち、約７５パーセントの多孔度）を有した。粉末層の密度（又は多 孔度）は、下記に考察するように、金属の浸透後に測定した。次いでセラミック 体の２種の被覆された表面の間にアルミナムフォイルを挟んだ。次いでサンドイ ッチ状のセラミック体を１１６０℃の温度に１５分間暴露させて、アルミナムを 浸透させて、２種のセラミック体を相互に接着させた。生成された接着強度は、 結合領域の脆弱な層、Ｂ−Ｃ−Ａｌで、亀裂が発生する点で、約１８３０psiで あると測定された。亀裂はＢ₄Ｃ−Ｂ₄Ｃ−Ａｌ界面を通って生長せずに、ＴｉＢ₂ −Ａｌ−Ａｌ界面を通って生長した。亀裂は、引っ張りテストからの、負荷に 対する変位の結果により示されたような、延性の態様で生長した。 セラミック体上の粉末層の密度（又は対応する多孔度）は、金属−に接着され たセラミック体の切断面を観察しそして粉末及び金属の表面積を測定することに より決定された。粉末層の密度（パーセント）は金属−粉末複合物の総表面積に より金属の表面積を割り、１００をかけることにより計算した。一方、粉末層の 多孔度（パーセント）は、金属−粉末複合物の総表面積により粉末の表面積を割 り、１００をかけることにより計算した。比較例７Ａ Ｂ₄Ｃ−Ａｌの２種の稠密な物体の間にアルミナムのフォイルを挟み、そのサ ンドイッチ構造物を１５分間１１６０℃に暴露させた。生成された接着強度は３ ５０から３７５psiと測定された。比較例７Ｂ Ｂ₄Ｃ−Ａｌの２種の稠密な物体を一緒に平坦な表面上に置き、そしてアルミ ナムフォイルを接合面の末端に接触させた。次いで構造物を１ ５分間、１１６０℃に暴露した。２種の物体間の界面中にアルミナムの浸透は見 られなかった。結果として、２種の物体間に接着は得られなかった。比較例７Ｃ Ｂ₄Ｃ−Ａｌの２種の稠密な物体の表面に、約６マイクロメーターの平均粉末 度を有する非反応性粉末として、ＴｉＢ₂の層を噴霧した。ＴｉＢ₂の層は約２０ マイクロメーターの厚さであり、理論密度の２０から２５パーセントの密度（す なわち、７５から８０パーセントの多孔度）を有した。次いで稠密な物体の被覆 面を隣接させ、そしてアルミナムを、隣接された表面の末端に接触させた。次い で該構造物を１５分間、１１６０℃の温度に暴露させると、アルミナムが毛細管 作用により被膜中に流入し、そして稠密な物体は互いに接着された。生成された 界面の強度は、亀裂が接着領域で発生した点で、約１８００psiであると測定さ れた。亀裂はセラミック−サーメット（ＴｉＢ₂−Ｂ₄Ｃ−Ａｌ）界面を通って自 然に生長した。亀裂は引っ張りテストからの、負荷に対する変位の結果により示 されるような、典型的な脆弱な動態で生長した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デシユムク，ユーデイ・ブイ アメリカ合衆国ミシガン州48640ミドラン ド・アボツトロード2602・アパートメント ビー−11 【要約の続き】 こと；第１のセラミック体と第２のセラミック体の間の 被膜を金属と接触させること；並びに、金属が粉末粒子 を通って浸透するように金属を加熱すること、を含む。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 非湿潤性の流動化可能材料により湿潤性でない、基材の表面上に、非湿 潤性の流動化可能材料を被覆させる方法であって、その方法は： （ａ）基材表面上に、非湿潤性の流動化可能材料により湿潤性である粉末粒子 の層を付着させること； （ｂ）粉末粒子の層に、非湿潤性の流動化可能材料を接触させること；並びに （ｃ）非湿潤性の流動化可能材料が、層中の粉末粒子の間に浸透しそして基材 の表面に接触することを可能にさせ、それにより基材の表面を、非湿潤性の流動 化可能材料で被覆させること、 を含んでなる。 ２． 非湿潤性の流動化可能材料が熔融可能材料であり、そして前記の方法が 更に、粉末粒子の層と接触している間に、熔融可能材料を加熱することを含んで なり、ただし該加熱が、熔融可能材料が粉末粒子間に浸透するような高温で、そ して十分な時間にわたり実施される、請求の範囲第１項の方法。 ３． 基材が金属、ガラス、セラミック、及びセラミックと金属の複合物から 選択される物質から形成されている、請求の範囲第１項の方法。 ４． 粉末粒子が、金属、セラミック及びそれらの混合物から選択された物質 から形成されている、請求の範囲第１項の方法。 ５． 粉末粒子の層が１から５００マイクロメーターの厚さを有する、請求の 範囲第１項の方法。 ６． 粉末粒子が、０．１マイクロメーターから５０マイクロメータ ーの平均粉末度を有する、請求の範囲第１項の方法。 ７． 粉末粒子の層が、５０から９０パーセントの多孔度を有する、請求の範 囲第１項の方法。 ８． 非湿潤性の流動化可能材料が有機流体、無機流体、ポリマー材料、ガラ ス、及び金属から選択される、請求の範囲第１項の方法。 ９． 非湿潤性流動化可能材料が流動化された時、それと、粉末粒子を形成し ている物質の稠密な物体（dense body）との間の接触角度が４５°未満である、 請求の範囲第１項の方法。 １０． 非湿潤性の流動化可能材料が、その上に非湿潤性流動化可能材料が被 覆されている基材の表面の、少なくとも５０パーセントと接触している、請求の 範囲第１項の方法。 １１． 非湿潤性金属により湿潤性でないセラミック基材の表面上に、非湿潤 性の金属を被覆させる方法であって、該方法は： （ａ）セラミック基材の表面上に、非湿潤性金属により湿潤性であり、０．１ マイクロメーターから５０マイクロメーターの平均粉末度を有し、そして、金属 、セラミック、及びそれらの混合物から選択される物質から形成されている粉末 粒子の層を、１から５００マイクロメーターの厚さで、５０から９０パーセント の多孔度で付着させること； （ｂ）粉末粒子層に非湿潤性金属を接触させること；並びに （ｃ）粉末粒子の層と接触させている間に、非湿潤性金属を加熱すること、た だし、該加熱は、非湿潤性金属が粉末粒子間に浸透して、セラミックの基材の表 面に接触し、それによりセラミック基材表面を非湿潤性金属で被覆させ、そして 非湿潤性金属が、粉末粒子層により被覆された基材表面の少なくとも５０パーセ ントに接触するような高温にそして 十分な期間にわたり実施される、 を含んでなる。 １２． 固体の基材上に、非湿潤性の流動化可能材料を含む層状構造物であっ て、該構造物は： （ａ）固体の基材； （ｂ）非湿潤性の流動化可能材料により湿潤性でない固体の基材の表面上に接 着された、非湿潤性流動化可能材料の被膜；並びに （ｃ）非湿潤性の流動化可能材料の被膜中に分散された、非湿潤性流動化可能 材料により湿潤性である粉末粒子、 を含んでなる。 １３． 非湿潤性の流動化可能材料が熔融可能な材料である、請求の範囲第１ ２項の構造物。 １４． 固体基材が、金属、ガラス、セラミック、及び、セラミックと金属の 複合物からなる群から選択される物質から形成されている、請求の範囲第１２項 の構造物。 １５． 粉末粒子が、金属、セラミック、及びそれらの混合物からなる群から 選択される物質から形成されている、請求の範囲第１２項の構造物。 １６． 分散粉末粒子が、１から５００マイクロメーターの厚さをもつ層状で ある、請求の範囲第１２項の構造物。 １７． 粉末粒子が０．１マイクロメーターから５０マイクロメーターの平均 粉末度を有する、請求の範囲第１２項構造物。 １８． 非湿潤性流動化可能な材料が、有機流体、無機流体、ポリマー材料、 ガラス、及び金属から選択される、請求の範囲第１２項の構造 物。 １９． 非湿潤性の流動化可能な材料が、流動化された場合、それと粉末粒子 を形成している物質の稠密な物体との間の接触角度が４５°未満である、請求の 範囲第１２項の構造物。 ２０． 非湿潤性流動化可能な材料の層が、その上に非湿潤性流動化可能な材 料が被覆されている固体基材の表面に、実質的に連続的に接触している、請求の 範囲第１２項の構造物。 ２１． セラミック基材上に非湿潤性金属を含む層状構造物であって、該構造 物が： （ａ）セラミック基材； （ｂ）非湿潤性の金属材料により湿潤性でない、セラミック基材の表面上に実 質的に連続的に付着された非湿潤性の金属被膜；並びに （ｃ）非湿潤性金属の被膜中に分散された、０．１マイクロメーターから５０ マイクロメーターの平均粉末度を有し、非湿潤性流動化可能な材料により湿潤性 であり、金属、セラミック、及びそれらの混合物から選択される物質から形成さ れ、そして、１から５００マイクロメーターの厚さを有する層状になっている粉 末粒子、 を含んでなる。 ２２． セラミック−金属テープの製造方法であって： （ａ）固体の成型物上に非湿潤性のセラミックの粉末粒子の層を付着させるこ と； （ｂ）非湿潤性セラミック粉末の層上に湿潤性の粉末の層を付着させること； （ｃ）湿潤性粉末の層に金属を接触させること； （ｄ）金属が熔融し、そして、湿潤性粉末の層を通過して、そして非湿潤性セ ラミック粉末の層に接触している湿潤性粉末の個々の粒子の周囲に浸透して、金 属浸透構造物を形成するような温度に、金属を加熱すること；並びに （ｅ）金属浸透構造物を冷却して金属を固化させ、それにより固体成型物上に セラミック−金属テープを形成させること、 を含んでなる方法であって、 ただし非湿潤性のセラミック粉末は熔融金属により湿潤性でなく、そして湿潤性 粉末は熔解金属により湿潤性である。 ２３． 加熱過程に暴露される時、非湿潤性セラミック粉末が固体成型物に接 着しない、請求の範囲第２２項の方法。 ２４． 更に、 （ｆ）固体成型物からセラミック−金属テープを取り外す： 過程を含んでなる、請求の範囲第２２項の方法。 ２５． セラミック−金属構造物の製造方法であって、 （ａ）固体成型物上に、非湿潤性のセラミック粉末の層を付着させること； （ｂ）非湿潤性のセラミック粉末の層上に湿潤性粉末の層を付着させること； （ｃ）湿潤性粉末の層に金属を接触させること； （ｄ）金属が熔融し、そして湿潤性粉末の層を通過して、そして非湿潤性のセ ラミック粉末の層に接触している湿潤性粉末の個々の粒子の周囲に浸透して、金 属浸透構造物を形成するような温度に、金属を加熱すること； （ｅ）金属浸透構造物を冷却して金属を固化させ、それにより固体成型物上に セラミック−金属テープを形成させること、ただし、非湿潤性セラミック粉末は 熔融金属により湿潤性でなく、そして湿潤性粉末は熔融金属により湿潤性である ； （ｇ）少なくとも１種類のその他のセラミック−金属テープとともに、セラミ ック−金属テープを層状にすること；並びに （ｈ）層状のセラミック−金属テープを互いに接着させそしてセラミック−金 属構造物を形成させるような温度に、層状セラミック−金属テープを加熱するこ と； を含んでなる方法。 ２６． セラミック体を互いに接着させる方法であって： （ａ）第１のセラミック体の表面を非反応性の粉末粒子及び反応性粉末粒子で 被覆すること； （ｂ）第２のセラミック体の表面を第１のセラミック体の被覆された表面に隣 接させること； （ｃ）第１のセラミック体及び第２にセラミック体の間の被膜を金属と接触さ せること、ただし、非反応性粉末粒子は金属と非反応性であり、そして反応性粉 末粒子は金属と反応性である； （ｄ）金属が、個々の粉末粒子の周囲の、粉末粒子の被膜を通過して浸透して 、そして２種のセラミック体に接触するような温度に、十分な時間にわたり、金 属を加熱すること；並びに （ｅ）金属が固化するまで浸透金属を冷却し、それにより２種のセラミック体 を互いに接着させること： を含んでなる方法。 ２７． 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が非反応性粉末粒子及び 反応性粉末粒子の混合物である、請求の範囲第２６項の方法。 ２８． 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が、第１のセラミック体 の表面に隣接する反応性粉末粒子の層、並びに、反応性粉末粒子の層上に被覆さ れた非反応性粉末粒子の層、を含み、 該方法が更に、反応性粉末粒子の層で、第２のセラミック体の表面を被覆する ことを含んでなり、 第２のセラミック体の表面を、第１のセラミック体の被覆された表面と接触さ せる過程が、第２のセラミック体の被覆された表面を、第１のセラミック体の被 覆された表面と接触させることを含む、請求の範囲第２６項の方法。 ２９． 反応性及び非反応性粉末粒子の粒子の大きさが０．１から１０マイク ロメーターである、請求の範囲第２６項の方法。 ３０． 反応性及び非反応性粉末粒子がセラミックである、請求の範囲第２６ 項の方法。 ３１． 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が、第１のセラミック体 の表面に隣接している反応性粉末粒子の層、及び、反応性粉末粒子の層上に被覆 された非反応性粉末粒子の層、を含み、反応性粉末粒子の層が、０．５から１０ ０マイクロメーターの厚さであり、そして非反応性粉末粒子の層が０．５から２ ５マイクロメーターの厚さである、請求の範囲第２６項の方法。 ３２． 非反応性粉末粒子及び反応性粉末粒子の被膜が、第１のセラミック体 の表面に隣接する反応性粉末粒子の層、並びに反応性粉末粒子の層上に被覆され た非反応性粉末粒子の層、を含み、反応性粉末粒子の 層が、５０から９０パーセントの多孔度を有し、そして非反応性粉末粒子の層が ６０から９０パーセントの多孔度を有する、請求の範囲第２６項の方法。 ３３． 金属の接触が、２種のセラミック体の間に金属を置くことにより実施 される、請求の範囲第２６項の方法。 ３４． 金属の接触が、被膜の外側部分を金属と接触させることにより実施さ れる、請求の範囲第２６項の方法。 ３５． 少なくとも２種のセラミックの物体を有する層状の構造物であって、 該層状構造物が： （ａ）第１のセラミック体； （ｂ）第１のセラミック体に接着された、反応性材料、非反応性材料、及び金 属を含有する金属浸透層；並びに （ｃ）金属浸透層に接着された第２のセラミック体、 を含んでなり、 ただし、反応性材料は金属に反応性であり、そして非反応性材料は金属に非反応 性である。 ３６． 金属浸透層中で、セラミック体の近辺に、非反応性材料よりも、より 高い濃度の反応性材料が存在する、請求の範囲第３５項の層状構造物。 ３７． 反応性及び非反応性材料がセラミックである、請求の範囲第３５項の 層状構造物。 ３８． 金属浸透層が、セラミック体それぞれの近辺に、０．５から１００マ イクロメーターの厚さの、反応性材料の高濃度層を含む、請求の範囲第３５項の 層状構造物。