JPH11512698A - Ceramic body and its manufacturing method - Google Patents

Ceramic body and its manufacturing method

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JPH11512698A
JPH11512698A JP9514471A JP51447197A JPH11512698A JP H11512698 A JPH11512698 A JP H11512698A JP 9514471 A JP9514471 A JP 9514471A JP 51447197 A JP51447197 A JP 51447197A JP H11512698 A JPH11512698 A JP H11512698A
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metal
ceramic
composition
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リー ケン マツモト,ロジャー
エドワード ガーニアー,ジョン
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ランキサイド テクノロジー カンパニー,リミティド パートナーシップ
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Abstract

(57)【要約】 薄い構造体の作成技術と金属酸化プロセスを組み合わせてセラミック体を調製することができる。具体的には、少なくとも1種の親金属、少なくとも1種の有機又は無機繊維、及び随意の1種以上の無機フィラー材料を含む薄い成形体が提供される。薄い成形体に、次いでポリユリアシラザンのような液体又は可融性組成物を接触させ、薄い形状物の可撓性や成形適性を高めることができる。次いで薄い形状物は、個々に又は組み合わせて付形又は成形され、硬化され、例えば、自己支持構造に形成される。次いで薄い形状物は、親金属の融点を超える温度に加熱され、その場で溶融親金属を反応させ、少なくとも部分的に3次元で相互に接続された酸化反応生成物を生成させ、所望の形状又は構造の薄いセラミック体を作成することができる。   (57) [Summary] The ceramic body can be prepared by combining techniques for making thin structures with metal oxidation processes. Specifically, a thin compact is provided that includes at least one parent metal, at least one organic or inorganic fiber, and optionally one or more inorganic filler materials. Then, a liquid or a fusible composition such as polyureasilazane is brought into contact with the thin molded article to increase the flexibility and moldability of the thin molded article. The thin features are then shaped or molded, individually or in combination, cured and formed, for example, into a self-supporting structure. The thin profile is then heated to a temperature above the melting point of the parent metal, causing the molten parent metal to react in situ, producing an oxidation reaction product that is at least partially interconnected in three dimensions and has the desired shape. Alternatively, a ceramic body having a thin structure can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】 セラミック体とその製造方法 技術分野 本発明は、広くは、新規な薄いセラミック体とその製造方法に関するものであ り、本新規な薄いセラミック体は、従来の又は公知の薄いセラミック体に比較し て優れた特性を有する。具体的には、本発明は、良好な寸法安定性、高温での低 い熱膨張率、及びコントロールされた気孔率のような特徴を有する、高いグリー ン強度と改良された成形適性を有する薄い形状物から製造される高強度で薄いセ ラミック体の製造方法に関するものである。本発明は、とりわけ、少なくとも1 種の親金属、少なくとも1種の有機又は無機繊維、及び所望による少なくとも1 種の無機フィラー材料を含む少なくとも1種の薄い形状物を提供し、その少なく とも1つの形状物の少なくとも一部に少なくとも1種の液体又は可融性組成物を 接触させ、粘着性、成形適性、及び強度のような特徴を与えることを含む、薄い セラミック体の製造技術に関する。少なくとも1つの薄い形状物は、加熱され、 金属酸化プロセスによって緻密化され、所望の形状の薄いセラミック体を形成す る。また、本発明は、このような薄い形状物から作成される複雑な成形体の製造 にも関係する。 背景技術 近年、これまで金属が使われてきた構造材用途にセラミックを使用することに 関心が高まっている。超合金や耐熱金属の例えばモリブデンのような多くの耐熱 金属が、タービン翼、ファン、ジェットエンジン用ノズル、ガスタービン、ロケ ットなどに使用されている が、こうした材料は、負わせられる必要な温度が高い点で、こうした構造体に与 えられる厳しい要求に十分には合致していない。これらの材料は、高い運転温度 で軟化し易く、酸化に対する保護コーティングを必要とし、一般に精密形状に機 械加工することが難しい。これらの用途に提案されているその他の材料の例えば グラファイト、炭化ケイ素、金属酸化物は、同様な欠点に加え、脆性のようなそ の他の欠点も問題である。 従来金属によって支配されてきた分野をセラミックが代替することを提案する 理由は、厳しい環境条件下における、金属の機能と比較したときの耐蝕性、硬度 、弾性率、耐熱性のようなセラミックの優れた特性である。このような代替目標 とされているものの例には、エンジン部品、熱交換器、切削工具、ベアリング、 耐磨耗面、ポンプ、海洋材料などが挙げられる。 また、セラミックは、金属よりも広い温度範囲にわたって寸法安定性と低熱膨 張率の点でより望ましい特性を示す。最近、熱交換器のような用途に使用するた め、高温で良好な寸法安定性を有することができ且つ低い熱膨張率を呈するセラ ミック体を製造することに関心が高まっている。一般に、従来技術のセラミック 熱交換器は、スリップキャスティング、等圧プレス、冷間一軸プレス又は押出、 セラミックスリップによる波形ペーパーの含浸などの通常方法により製造されて きた。上記のプロセスによって得られる構造体は、高い熱膨張率、熱サイクルの 間のクラックの発生、セラミック体の形状複雑性を制限する乏しいグリーン強度 などの欠点が問題である。テープキャスティングや製紙技術のようなこの他の技 術によっても成形セラミック体が製造された。しかしながら、これらの方法によ って得られるグリーン体は多くは脆く、取扱いが難しい。さらに、より高強度な グリーン体を形成するために多量の有機材料を混和す ることが多いこれらの方法によると、緻密なセラミックを形成することが難しい 。 また、セラミック体は、従来、良好な構造的安全性、耐熱衝撃性、耐蝕性のよ うな特性を材料が保有することが必要なある厳しい環境で有用性が制限されてき た。十分に緻密なセラミック材料はこれらの要件のいくつかを満たすことができ ようが、特に複雑形状の十分に緻密なセラミックを製造することは、低コストと 高生産性が必要とされる場合は困難である。 一体の成形体か複合体かによらず、緻密なセラミック部品を製造する検討にお いて得られた成功は限られている。例えば、金属前駆体と空気酸化を用いてセラ ミックを製造する検討がTalsmaの米国特許第3255027号に開示され ており、この特許は、約15%〜約95%の気孔率を有する耐熱体の製造を教示 している。この生産品は、粒状のアルミニウム又はアルミニウム合金に金属酸化 物の融剤を混合し、さらに粒状の耐熱性フィラーを添加してもよいプロセスによ って製造される。少なくとも11重量%のアルミニウムが酸化され、結晶質の耐 熱材の実質的に連続した一体の骨格を形成するまで、酸素含有雰囲気中の少なく とも400℃の温度でグリーン体が加熱される。内部空隙を有する構造体として 特徴づけられる全体的に多孔質の構造体が、本質的に低い強度特性を有して得ら れる。 Oberlinの米国特許第3493938号は、Talsmaの問題点を解 決することを提案し、アルミナのブリッジを形成するアルミナ含有薄肉耐熱構造 体を教示している。この薄肉耐熱構造体は、600℃を上回る融点を有するバナ ジウム化合物、及びアルカリ金属ケイ酸とアルカリ土類ケイ酸塩から選択された 融剤、及び耐熱金属又はその前駆体を含む組成物で薄いアルミニウム部分をコー ティングすることによって製造される。コーティングされた構造体は、600〜 900℃の温度の酸素雰囲気中で加熱され、次いで900℃から構造体融点より 若干低い温度の酸素雰囲気中で加熱される。 Hareの米国特許第3299002号は、アルミニウムとアルミニウム合金 の粒子、融剤(アルカリ金属やアルカリ土類金属のような金属の酸化物)、及び 耐熱フィラーを混合することを含むプロセスにより、少なくとも20%の気孔率 を有する硬質の非酸化物耐熱体を製造することを教示している。この混合物は成 形され、600℃と耐熱フィラーの融点の間の温度で、アルミニウムの少なくと も90%を酸化させるのに十分な時間にわたり、酸化性雰囲気中で加熱される。 TalsmaとHareはいずれも、酸化反応生成物を溶解又は破壊し、表面の 酸化を促進するため、混合物中のフラックスと金属粉末、及び他の粒子を使用し 、それによって、本質的に多孔質で低強度のセラミックを生成させることを教示 している。 米国特許第3262763号において、Bechtoldは、窒化物と金属成 分を含む固体の連続マトリックス構造を有する耐熱体の製造を教示している。こ れらの材料の基本的成分は、アルミニウム、ホウ素、窒素、及びケイ素である。 耐熱体は、700℃〜1500℃の温度の窒素又は酸素含有雰囲気中で、アルミ ニウム、窒化ケイ素、及びホウ素を含む圧密体を加熱することにより製造される 。得られた耐熱体は導電性又は絶縁性であり、ある程度の気孔率と少なくとも5 %のアルミニウム又はケイ素を含む。 Bawaらの米国特許第3421863号は、高温で電気絶縁性のサーメット 材の製造方法を教示している。このサーメットは、アルミニウム粉末とケイ酸ア ルミニウムを含む混合物を圧縮成形し、酸化性雰囲気中でその成形体を約100 0℃〜約1400℃の温度 に加熱することによって得られる。 上記の方法には、乏しい強度と可撓性を有するグリーン体の生成、限られた成 形体生産能力、連続的な得策又は経済的プロセスに適さない高価で複雑なセット アップなど、現状のセラミック体製造技術に固有な欠点が問題としてある。さら に、前駆体金属のその場での酸化によるセラミック物品の製造に用いられる方法 は、一般に、乏しい接触磨耗と耐浸蝕性を有する構造的完全性に不足する物品を 生成する。 本出願人の米国特許及び米国特許出願の説明 本出願の課題とする事項は、本出願人の米国特許出願及び米国特許のいくつか とある程度関連する。具体的には、そのような米国特許出願及び米国特許は、特 に、セラミックマトリックス複合材料とその製造方法(以降、「本出願人のセラ ミックマトリックス複合材料の米国特許及び米国特許出願」と称する)、新規な 無機ポリマーと無機/有機ポリマー組成物及びその製造方法(以降、「本出願人 の無機/有機ポリマーの特許と特許出願」と称す)を記載している。本出願人の セラミックマトリックス複合材料と無機/有機ポリマーの特許と特許出願の全開 示事項は、本願においても特に取り入れている。 米国における本出願は、米国特許出願第60/004913号(1995年1 0月6日出願、発明の名称:Ceramic Bodies and Methods for Making the Same )の一部継続出願である。 本出願人の米国特許第4851375号(発明者はNewkirkら)は、埋封され たフィラーを有する自己支持性のセラミック複合構造体の製造方法を教示してい る。このセラミック複合材料は、親金属を酸化させ、フィラー材料の通気性材料 の中に含浸する多結晶酸化 反応生成物を形成させることによって得られる。親金属(所望により、金属の中 に又はそれに接触させてドーパントを提供する)が、フィラーの通気性材料に隣 接して配置されて加熱され、酸化反応生成物の生成をもたらす適切な酸化剤に接 触する溶融親金属体を提供する。溶融した親金属は、先に生成した酸化反応生成 物の中を通って移動し、酸化剤と接触し、酸化反応生成物を継続的に成長させ、 それによってフィラー材料を埋封し、セラミック複合構造体を提供する。 本出願人の米国特許出願第08/451581号(1995年5月26日出願 、発明者はMarc S.Newkirkら)は、米国特許第4851375号に関連する。 いろいろな開示事項のうち、この特許出願は、特に、親金属が微細に分割された 形態で提供されることができ、好ましくは、少なくとも1種のフィラー材料を含 む通気性材料と混合されることを教示している。即ち、溶融親金属の方向性酸化 が、「その場で」行われることができる。得られた物体は一般に多孔質であり、 気孔は親金属体が酸化された箇所に位置し、その気孔は、酸化前の親金属体の物 理的形状の少なくとも一部を複写する。即ち、この特許出願は、気孔のサイズ、 形状、分布がある程度可能な多孔質セラミック体の製造技術もまた教示している 。 本出願人の米国特許第5017526号(発明者はNewkirkら)は、親金属の 酸化によって得られた酸化反応生成物を含む多結晶マトリックス材料で通気性成 形プレフォームを浸透させることにより所望形状の自己支持性セラミック複合体 を製造する方法を教示している。成形された複合体は、溶融親金属体(所望によ り、プロセスのある間に金属の中又は接触したドーパントを含む)に自己支持性 プレフォームのゾーンを接触させ、金属に適切な酸化剤を反応させ、酸化反応生 成物を形成させることにより得られる。溶融親金属は 、酸化剤と接触して酸化反応生成物の中を移動し、付形プレフォームの中に成長 し、それにより、所望の形状の複合構造体を提供する。 本出願人の米国特許第4929704号(発明者はSchwark)は、特に、ポリ シラザン付加ポリマーの調製に関するものであり、このポリマーは、アンモニア と1種以上のハロゲン化ケイ素化合物を反応させて環状シラザンアンモノリシス 生成物を合成し、さらにシラザンアンモノリシス生成物を含む金属−窒素ポリマ ーに、0.1〜30重量%のイソシアネート、イソチオシアネート、ケテン、チ オケテン、カルボジイミド、又は二硫化炭素を反応させることにより調製される 。アルケニル又はアルキニル基を含むポリシラザン付加ポリマーは、フリーラジ カルを発生するエネルギーを与えることにより硬化させることができる。この特 許は、さらに、ポリマー粘度が調節可能なポリシラザン付加ポリマーの調製方法 を開示している。このポリマー粘度は、特定の目的とする末端用途に適するよう に調整することができる。例えば、繊維の製造には高い粘度が望ましく、多孔質 セラミック体を含浸する又は薄い形状物を製造するポリマーには低い粘度が望ま しい。米国特許第5001090号(発明者はSchwark、米国特許第49297 04号の分割出願に対応)は、特に、硬化又は未硬化のポリシラザン付加ポリマ ーの熱分解によって得られる窒化ケイ素セラミックに関するものである。 また、本出願人の米国特許第5021533号(発明者はSchwark)は、有機 イソシアネートとSi−H結合含有ポリシラザンの反応によって調製されるポリ (チオ)ユリアシラザン組成物において、イソシアネートとポリシラザンのケイ 素−窒素結合を反応させ、粘度が調節可能で以降で架橋反応をすることができる 組成物を教示している。この架橋は、ポリマーの所望の末端用途に適する値の粘 度を生じるのに十分な時間で、300℃以下の温度に昇温することにより、部分 的に開始させることができる。硬化又は未硬化ポリ(チオ)ユリアシラザンは、 熱分解して窒化ケイ素を含むセラミック材料を生成することができる。また、米 国特許第5032649号と米国特許第5155181号(発明者はいずれもSc hwark)は、有機アミド改質シラザンポリマーの調製を開示しており、この調製 は、例えば、先ず約30重量%未満の有機アミドにSi−H結合含有ポリシラザ ンを反応させ、イソシアネートとケイ素−窒素結合の反応を生じさせ、次いで副 生物が水素の架橋反応をさせることによる。 本出願人の米国特許出願第08/223294号(1994年4月4日出願、 PCT公開番号WO95/12630、1993年11月5日出願の米国特許出 願第08/148044号の一部継続出願、発明者はいずれもBeckerら)は、特 に、少なくとも1種の有機モノマー、オリゴマー、又はポリマーを含有し、これ らが、複数の有機親電子置換基と金属−窒素ポリマーを含む少なくとも1種の金 属含有ポリマーを含む、未架橋反応混合物を含む組成物に関する。またこの組成 物に関する本出願人の特許出願は、少なくとも1種の有機モノマー、オリゴマー 、又はポリマーを含有する反応混合物に関するものであり、それらが、複数の有 機親電子置換基、及び(a)ケイ素−窒素ポリマー、(b)アルミニウム−窒素ポリマ ー、(c)ホウ素−窒素ポリマー、及び(d)それらの混合ポリマーを含み、そのポリ マーは多数の順次に結合した繰り返し単位を有し、その組成物は反応混合物の反 応生成物を含み、その組成物は反応混合物の反応生成物の架橋によって得られる 。架橋は、熱に基づく、照射に基づく、フリーラジカルに基く、又はイオンに基 づく架橋メカニズムによってもたらされる。この組成物は、種々の方法によって 多数の 有用な物品に成形・付形される。また、この組成物は、こうした物品の性能を高 めるため、コーティングや接着などの種々の技術によって多数の物品に施すこと ができる。 発明の要旨 本発明は、成形技術と金属酸化技術の組み合わせを利用して製造される薄い自 己支持性のセラミック体に関する。具体的には、少なくとも1種の親金属、少な くとも1種の有機又は無機繊維、及び随意の1種以上の無機フィラー材料を含む 薄い形状物が提供される。1つの態様において、薄い形状物は、次いで液体又は 可融性組成物と接触され、高められた可撓性、成形適性、強度のような望ましい 物理的特性を付与され、次いで望ましい形状又は構造に成形され、当該技術で公 知の方法によって硬化され、薄い形状物が自己支持性にされる。もう1つの態様 において、親金属の融点より高い温度まで薄い形状物が加熱され、マトリックス 金属を溶融させ且つ少なくとも部分的に酸化させ、それによって、所望の酸化反 応生成物を作成する。酸化反応生成物は、少なくとも部分的に3次元的に相互接 続され、高強度で薄いセラミック体を生成する。また、グリーン体を形成するの に使用される材料の中に逃散性物質を混入することにより、親金属の酸化反応に よって生成する気孔率を高めることが望ましいことがある。逃散性物質には、例 えば、ポリマーペレット、おがくず、コーンスターチ、ヤシ穀活性炭、木材パル プなどが挙げられる。これらの物質は、本発明にしたがって加熱されると、揮発 又は焼失する。また、本発明の薄い形状物を使用し、複雑な成形体が製造可能で ある。 薄い形状物は、例えば、スラッシ成形、ブロー成形、スリップキャスティング 、テープキャスティング、製造法のような当該技術で 公知の任意の方法で製造可能である。本発明の好ましい態様において、薄い形状 物は、例えば製紙法のような薄い形状物の作成が容易で経済的な連続加工技術を 用いて製造される。本発明に適する親金属には、例えば、アルミニウム、チタン 、ケイ素、ジルコニウム、ハフニウム、錫、亜鉛、モリブデンから選択された少 なくとも1種の金属又は合金が挙げられ、例えば、線材、繊維、微粒子、球、粉 末などの少なくとも1種の望ましい形態で存在することができる。本発明のもう 1つの態様において、親金属がセラミックに酸化するのを促進するため、1種以 上のドーパントが提供されることもできる。例えば、成形適性を付与するために 少なくとも1種の液体又は可融性組成物が薄い形状物に接触するさらに好ましい 態様において、この組成物は、親金属がセラミックに酸化するのを促進し、別な ドーパント物質を用意する必要なしに、優れた強度特性を有する薄いセラミック 体を生成する。 本発明の好ましい態様において、少なくとも1種の可融性又は液体の組成物が 、セラミック材料に熱分解され得る液体ポリマーを含み、このポリマーは、場合 により「プレセラミックポリマー」又は「セラマー」と称され、ドライな(未だ グリーン状態)薄い形状物の上又は中に接触、堆積コーティング、敷設、含浸な どされる。もう1つの態様において、少なくとも1種の液体又は可融性組成物が 、少なくとも1種の親金属、少なくとも1種の繊維、又は随意の少なくとも1種 の無機フィラー材料と混合される。少なくとも1種の液体又は可融性組成物を含 む少なくとも1つの薄い形状物は、成形加工性、接着性、強度のような特性を有 し、このため、少なくとも1つの薄い形状物は、例えば切削や鋳造によって成形 され、次いで硬化されて、所望の形状又は構造の少なくとも1つの薄い形状物を 自己支持性にすることができる。液体又は可融性組成物が例えば架 橋性プレセラミックポリマーを含む場合、その薄い形状物は、加熱と酸化プロセ スの全体を通じて自己支持性を維持することができ、このため、構造体の崩れや 変形を防ぐことができる。また、少なくとも1種の液体又は可融性組成物がプレ セラミックポリマーを含む場合、その組成物は加熱により分解し、付加的なセラ ミック材料を生成し、より緻密な薄いセラミック体を形成し、それにより強度を 付加する。 本発明のもう1つの態様において、少なくとも1つの薄い形状物が、同一又は 少なくとも1つの別な薄い形状物に継ぎ合わされ又は接合され又は結合され、複 雑な成形体を形成する。具体的には、本発明の少なくとも1つの薄い形状物が、 少なくとも1つの重なり合ったエッジ又は共通のエッジにそって同一又は少なく とも1つの別な薄い形状物に接触されることができる。その得られた薄いセラミ ック体は、金属酸化プロセスを開始するのに十分な温度まで加熱されると、少な くとも1つの重なり合ったエッジ又は共通の継目にそって互いに結合することが できる。 本発明のもう1つの態様において、薄い形状物は、ラミネートのように重ねら れる。例えば、プレセラミックポリマーのような少なくとも1種の液体又は可融 性組成物が、薄い形状物に施され、粘着性、ドレープ適性、強度のような特性を 与えることができ、その結果、形状物は重ねられることができ、複雑な形状の3 次元のラミネート体に成形することができる。さらに、本発明の薄い成形体は、 別な組成の材料と重ねられ、いろいろな組成の層を含む不均質なラミネート構造 体を形成することもできる。さらにまた、ある機械化された製紙技術は、ペーパ ーをロール処理又は引張処理によって繊維配列させることにより、得られた薄い 形状物の特性に方向性を与える傾向にある。また、本発明の薄い成形可能な形状 物は、例えば 、繊維トウ又は柔軟な織物若しくはメッシュと交互にされ、強度のような特性を 付加させることができ、あるいは、以降で高温において加熱除去され、内部チャ ンバー又はチャンネルを有する層状の複雑形状の三次元構造の構造にすることも できる。 定義 「アルミニウム」 本質的に純粋な金属(例えば、比較的純粋で商業的に入手できる非合金アルミ ニウム)、あるいは不純物及び/又は合金成分例えば鉄、シリコン、銅、マグネ シウム、マンガン、クロム、亜鉛等をその中に有する市販の金属のような他のグ レードの金属及び金属合金を含めて意味する。この定義の意図するアルミニウム 合金はアルミニウムが主な成分である合金又は金属間化合物である。 「残余の非酸化性ガス」 主成分ガス又は気相酸化剤などの酸化性ガス(使用されれば)の他に存在する 任意のガスを意味し、プロセス条件下で実質的に親金属と反応しない不活性又は 還元性ガスである。使用されるガスに不純物として存在する酸化性ガスは、プロ セス条件下で有意な程度に親金属を酸化するのに不十分なはずである。 「バリヤ」又は「バリヤ手段」 プロセス条件下である保全性を維持し、実質的に揮発性でなく(即ち、バリヤ 材料はバリヤとして機能しなくする程度に揮発性ではない)、好ましくは、気相 酸化剤(使用されれば)に対して通気性であり、酸化反応生成物の継続した成長 を局所的に妨げ、阻害し、停止させ、妨害する任意の材料、化合物、元素、組成 物などを意味する。 「セラミック」 旧来の意味におけるセラミックス物体、即ち全てが非金属と非有 機材料で構成されるといった意味に限定されるように不当に解釈すべきでなく、 組成又は支配的な性質のどちらかについて主としてセラミックである物体を言う 。ここでその物体は、母金属に由来するか、又は酸化剤あるいはドーパントが還 元された1種又は2種以上の金属成分(孤立及び/又は内部接続、物体を形成す るために用いた加工条件による)の少量又はかなりの量を含むことがあり、最も 一般的には約1〜40体積%の金属を含み、更に多くの金属を含むことがある。 「セラミックマトリックス複合材料」又は「CMC」又は「セラミック複合体」 プリフォーム又はフィラー材料を埋封し、2次元又は3次元で内部接続したセ ラミックマトリックスを含む材料を意味し、さらに、多くは、2次元又は3次元 で相互に接続した網状構造でその中に埋設された親金属相を含む。セラミックマ トリックスは、特に所望の微細構造、特に所望の機械的・物理的・化学的特性を 、得られたセラミックマトリックス複合材料に提供する種々のドーパント成分を 含むことができる。 「ドーパント」 親金属と併用した場合、酸化反応プロセスに好適に影響又は促進し及び/又は 成長プロセスを改良し、生成物の形態や微細構造及び/又は特性を変化させる材 料(親金属の成分、又はフィラーの中又は上に混合及び/又は混和され、又は酸 化剤と混合される成分)を意味する。ドーパントの機能についての特定の理論や 説明に限定される意図はないが、いくつかのドーパントは、親金属とその酸化反 応生成物の間の適切な表面エネルギー関係が酸化反応生成物の生成を本質的に促 進するものでない場合、その生成を促進するのに有用と思われる。 その他のドーパントは、酸化反応生成物の成長の成核や均一性を高めることに よって組成物の形態を改良する、又はその微細構造を改良することによってセラ ミックマトリックス複合材料の物理的・化学的・機械的特性を改良することがで きる。ドーパントはフィラー材料に添加することができ、それらは、プロセス条 件下でガス、固体、又は液体状であることができ、親金属の成分として含めるこ とができ、又は酸化反応生成物の生成に必要な成分の1つに添加することもでき る。ドーパントは、(1)溶融親金属による酸化反応生成物の濡れを高める又は引 き起こすのに適切な表面エネルギー関係を形成し、及び/又は(2)(a)保護的で密 着性の酸化反応生成物層の生成を抑制する、(b)溶融親金属中の酸化剤の溶解性 (即ち、通気性)を高める、及び/又は(c)酸化性雰囲気から酸化剤が前駆体酸 化物層を通って移動し、次いで溶融親金属と結合し、別な酸化反応生成物を形成 することを可能にする「前駆体層」を、合金、酸化剤、及び/又はフィラーとの 反応によって成長面に形成する、及び/又は(3)酸化反応生成物の微細構造をそ の生成時又は後に改良する及び/又はそのような酸化反応生成物の金属成分組成 や特性を変化させる、及び/又は(4)酸化反応生成物の成長核と均一成長を促進 させることができる。 「フィラー」又は「フィラー材料」 親金属及び/又は酸化反応生成物と実質的に非反応性及び/又はそれらに溶解 性が限られた単一成分又は混合成分であり、単一相又は多相であってよい。フィ ラーは粉末、フレーク、板、微小球(中空と中実の両方)、ウィスカー、気泡等 のような様々な形態で提供されることができ、緻密又は多孔質のいずれでもよい 。また、「フィラー」には、セラミックフィラーの例えばアルミナ、炭化ケイ素 の繊維、粒子、ウィスカー、気泡、球、繊維マット、3次元織物構 造体、及びそれらの混合物、あるいは、例えば溶融アルミニウム親金属による攻 撃から炭素を保護するためにセラミックコーティングフィラーのようなコーティ ングフィラーの例えばアルミナや炭化ケイ素でコーティングされた炭素繊維など がある。また、フィラーは金属であることもできる。例えば、タングステン、タ ンタル、モリブデンのような耐熱金属もフィラーとして使用可能である。 「グリーン」 フィラー材料やプレフォームについて述べた場合、フィラー材料やプレフォー ムの中に酸化反応生成物が成長する前のフィラー材料やプレフォームを言う。即 ち、高温に加熱されたフィラー材料やプレフォーム(例えば、バインダーを揮発 させるため)は、フィラー材料やプレフォームが親金属又は酸化反応生成物で浸 透されていなければ、「グリーン」と考えるべきである。 「成長合金」 プロセスの初期又はある時点で、それから酸化反応生成物が成長するのに必要 な十分な量の成分を含む任意の合金を意味する。成長合金は、親金属に存在しな い成分を成長合金が含む点で親金属と異なるが、その成分は成長途中に溶融合金 の中に取り込まれてもよい。 「液相酸化剤」又は「液体酸化剤」 指称される液体が、プロセス条件下で親金属又は前駆体金属の単独の、支配的 な又は少なくとも有意な酸化剤である酸化剤を意味する。 液体酸化剤とは、プロセス条件下で液体であることを表す。したがって、液体 酸化剤は、酸化反応条件で溶融する塩のような固体前駆体を含んでもよい。ある いは、液体酸化剤は、フィラーの一部又は全部を含浸し、酸化反応条件で溶融又 は分解して適切な酸化剤成 分を提供する液体前駆体(即ち、物質の溶液)であってもよい。本願で定義する 液体酸化剤の例には低融点ガスも挙げられる。 液体酸化剤が、親金属やフィラーと併用される場合、一般に、所望のセラミッ クマトリックス複合体の中に埋封されるべきフィラーの全床又はフィラーの一部 が酸化剤で含浸される(例えば、酸化剤をコーティングする又はそれに浸す)。 「窒素含有ガス酸化剤」 使用される酸化性雰囲気に存在し、プロセス条件下で、窒素が単独の、支配的 な又は少なくとも有意な酸化剤である特定のガス又は蒸気を意味する。窒素は分 子の窒素(N2)でよく、又はNH3のように化合物に含まれてもよい。 「酸化剤」 1種以上の電子受容体又は共有体を意味し、酸化反応条件下で固体、液体、又 は気体、あるいはこれらの混合(例えば、固体と気体)であってもよい。典型的 な酸化剤には、限定されるものではないが、酸素、窒素、ハロゲン又はこられの 組み合わせ、硫黄、燐、砒素、炭素、ホウ素、セレン、テルル、又はこれらの化 合物若しくは組み合わせ、例えば、シリカ又はシリケート(酸素源として)、メ タン、エタン、プロパン、アセチレン、エチレン、プロピレン(炭素源としての 炭化水素)、及びこれらの混合物の例えば空気、H2/H2O、CO/CO2(酸 素源として)が挙げられる。後者の2つ(即ち、H2/H2O、CO/CO2)が 、雰囲気の酸素活性を抑えるのに有用である。 「酸化」 酸化剤が親金属と反応し、その親金属が酸化剤に電子を与える又はそれと電子 を共有する化学反応を意味する。 「酸化反応生成物」 金属が他の元素、化合物、又はその組み合わせに電子を与え又は共有した酸化 状態の1種以上の金属を意味するしたがって、この定義の「酸化反応生成物」は 、1種以上の金属と1種以上の酸化剤の反応による生成物を含む。 「酸素含有ガス酸化剤」 使用される酸化性雰囲気に存在し、プロセス条件下で、酸素が単独の、支配的 な又は少なくとも有意な酸化剤である特定のガス又は蒸気を意味する。 「親金属」 多結晶酸化反応生成物の前駆体である金属を意味し(例えば、アルミニウム、 ケイ素、ハフニウム、モリブデン、チタン、錫、亜鉛、及び/又はジルコニウム )、本質的に純粋な金属、不純物及び/又は合金成分を含む市販の金属、又は金 属前駆体が主成分である合金が挙げられる。特定の金属が親金属又は前駆体金属 (例えば、アルミニウムなど)と指称された場合、その特定の金属は、特に明記 がない限り、この定義にしたがって解釈すべきである。 「プレセラミックポリマー」又は「セラマー」 高温で熱分解し、化学的にセラミック材料(結晶質、アモルファス、又はこれ らの混合のいずれでもよい)に変化するポリマー材料を意味する。 「プレフォーム」又は「通気性プレフォーム」 マトリックス材料を浸透させるための境界を本質的に画定する少なくとも1つ の表面境界を有して作成された少なくとも1種のフィラー又は強化材の多孔質材 料(mass)を意味し、その多孔質体は、マトリックスによって浸透される前に寸法 の忠実度を与えるように十分な形状保全性とグリーン強度を有する。この材料は 、(1)気相酸化剤がプレフォームに浸透して親金属と接触できる(気相酸化剤が 使用されるならば)ため、及び(2)酸化反応生成物の生成又は成長を受け入れる ために、十分に多孔質又は通気性であることが必要である。プレフォームは、一 般に、フィラー又は強化材の束にされた列又は配列であり、均質又は不均質でよ く、任意の適切な材料でよい(例、鉱物及び/又はセラミック及び/又はポリマ ー及び/又は金属及び/又は複合粒子、粉末、繊維、ウィスカーなど、及びそれ らの任意な組み合わせ)。プレフォームは単一なものとして又は複数で存在して よい。 「還元性物質」 溶融親金属及び/又は酸化反応生成物と相互反応する元素又は化合物を意味す る(例えば、親金属及び/又は酸化反応生成物によって還元され、親金属の組成 を改質する及び/又は酸化反応生成物を生成させるための酸化剤を提供する)。 「液体酸化剤」と「固体酸化剤」もまた参照されたい。 「固相酸化剤」又は「固体酸化剤」 指称される固体が、プロセス条件下で親金属又は前駆体金属の単独の、支配的 な又は少なくとも有意な酸化剤であることを意味する。固体酸化剤が親金属及び フィラーと併用される場合、一般に、酸化反応生成物が成長するフィラーの全床 又は床の一部の隅々まで分散され、固体酸化剤は、例えば、フィラーと混合され た微粒子又はフィラー粒子上のコーティングである。ホウ素や炭素のような元素 、又は還元性化合物の二酸化ケイ素、あるいは、親金属のホウ化反応生成物より も熱力学的安定性が低い特定のホウ化物などの適切な固体酸化剤が使用される。 例えば、ホウ素又は還元性ホウ素がアルミニウム親金属の固体酸化剤として使用 される場合、得られる酸化反応生成物はホウ化アルミニウムを含む。 「気相酸化剤」 特定の気体又は蒸気を含有又は含む酸化剤を意味し、また、指称されるガス又 は蒸気が、使用される酸化性雰囲気に存在し、プロセス条件下で親金属又は前駆 体金属の単独の、支配的な又は少なくとも有意な酸化剤であることを意味する。 例えば、空気の主成分は窒素であるが、酸素は窒素よりもかなり強い酸化剤であ るため、空気の酸素成分が親金属の唯一の酸化剤である。したがって、空気は、 本明細書及び請求の範囲での用語としての「酸素含有ガス酸化剤」の定義に含ま れるが、「窒素含有ガス酸化剤」(「窒素含有ガス」酸化剤の例には、一般に約 96体積%の窒素と約4体積%の水素を含む形成ガス(forming gas)がある)の 定義に含まれない。 「コポリマー」 異なる繰り返し単位に対応する2種以上のモノマー、オリゴマー、又はポリマ ーから作成され、その異なる繰り返し単位が同じポリマー分子又は鎖の中に組み 込まれたポリマーを意味する。コポリマーにはジブロックコポリマー、マルチブ ロックコポリマー、交互コポリマー、グラフトコポリマー、有機コポリマー、無 機コポリマー、混成コポリマー(例、有機と無機の両方が主鎖を形成するコポリ マー)、有機グラフトコポリマー、無機グラフトコポリマー、混成グラフトコポ リマー(例、同じコポリマーに有機グラフトと無機グラフトの両方がある)、タ ーポリマーがある。 「混成ポリマー(hybrid polymer)」又は「セラマー(ceramer)」 複数の金属含有セグメントと複数の有機セグメントを有するオリゴマー、ポリ マー、ポリマーアロイを意味する。混成ポリマー又はセラマーは、少なくとも1 種のコポリマー又はポリマーのアロイであることができる。混成ポリマー又はセ ラマーには、ランダムコポリマー、ジブロックコポリマー、マルチブロックコポ リマー、交互コポリマー、グラフトコポリマー、ターポリマーなどを挙げること ができる。 「液体又は可融性組成物」 例えば、接着性、可撓性、成形性、ドレープ適性のようないくつかの望ましい 物理的特性を付与する又は高めるためにグリーンの薄いセラミック体(例えば、 プレフォーム)に接触させる物質を意味する。本願において、このような組成物 には、ポリマーやゾルの例えばテトラオルトシリケートが挙げられる。 「モノマー」 オリゴマー及び/又はポリマー分子又はマクロ分子が生成する仕方で同じ及び /又は別なモノマー、オリゴマー又はポリマーと化学結合を本来形成し得る1つ の繰り返し単位を有する分子又は化合物を意味する。モノマーには、全体として 有機、全体として無機、又は混成(即ち、有機と無機)の分子又は化合物がある 。 「オリゴマー」 本願明細書で用いた場合、複数の繰り返し単位、一般に約2〜10の繰り返し 単位を有する分子又は化合物を意味する。オリゴマーは、同じ及び/又は別なモ ノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマーと、総体的有機物、総体的無機 物、又は混成物(即ち、有機物であり且つ無機物)である分子又は化合物である ポリマー分子又はマクロ分子が生成する仕方で、化学的結合を生成する固有な能 力を有する。 「ポリマー」 本願明細書で用いた場合、多数の繰り返し単位、一般に約10以上の繰り返し 単位を有する分子又は化合物を意味する。ポリマーには、熱硬化性ポリマー、熱 可塑性ポリマー、エラストマー、アモルファス質ポリマー、結晶質ポリマー、半 結晶質ポリマー、ホモポリマー、ヘテロポリマー、コポリマー、ポリマーアロイ 、線状又は未 枝分かれポリマー、枝分かれポリマーの例えば長い枝分かれや短い枝分かれ又は 長い枝分かれと短い枝分かれの混合したポリマー、架橋可能なポリマー、架橋し たポリマー、高分子網状ポリマー、透入高分子網状構造ポリマー、それらの組み 合わせなどがある。また、ポリマーは総体的有機物、総体的無機物、又は混成物 (即ち、有機物であり且つ無機物)化学的マクロ分子を含む。 図1の簡単な説明 図1は、例26において得られた薄いセラミック体の写真である。 本発明と好ましい態様の詳細な説明 本発明は、特には、良好な寸法安定性と高温での低い熱膨張率を有する薄い自 己支持性のセラミック体に関する。本発明の薄いセラミック体は、薄い構造体の 作成技術と金属酸化技術の任意の組み合わせを用いて製造される。具体的には、 少なくとも1種の親金属、少なくとも1種の有機又は無機繊維、及び、所望によ る少なくとも1種の無機フィラーがまとめられて薄い形状物にされる。1つの好 ましい態様において、薄い形状物の例えば接着性、可撓性、成形適性、ドレープ 適性を高めるため、薄い形状物が液体又は可融性組成物と接触される。本発明の もう1つの好ましい態様において、薄い形状物が親金属の融点を上回る温度に加 熱され、マトリックス金属を溶融させ且つ少なくとも部分的に酸化させ、それに より、所望の酸化反応を生成物を生成させ、高強度で薄いセラミック体を得る。 さらに好ましい態様において、このような薄い形状物を事実上任意の数の形状体 と組み合わせで統合することにより、複雑な成形体が作成されることができる。 少なくとも1種の親金属、少なくとも1種の有機又は無機繊維、及び随意の少 なくとも1種の無機フィラー材料を含む薄い形状物は、当該技術で公知の任意の 作成方法によって形成されることができる。薄い形状物は、例えば、スラッシ成 形、スリップキャスティング、テープキャスティング、ブロー成形、製紙法、及 びその他の薄物成形体を製造する同様な技術など、当該技術で公知の任意の方法 によって作成されることができる。好ましい態様において、薄い形状物は、例え ば、製紙法のような実施が容易で経済的な連続プロセス技術を用いて製造される ことができる。形状物の厚さは、作成技術、繊維やフィラー材料の量と組成のよ うな因子によって決まる。上記の技術などの任意の薄物構造形成法によって得ら れた形状物は、単一又は複数の形状物から簡単又は複雑な形状に成形されること ができる。 本発明の好ましい態様において、少なくとも1つの薄い形状物の少なくとも一 部が、少なくとも1種の液体又は可融性組成物と接触され、粘着性、接着性、ド レープ適性、可撓性、強度などの望ましい特性を付与することができる。少なく とも1種の液体又は可融性組成物を施された薄い形状物は、例えば、望ましい形 状に切削、曲げ、折り、付形、又は成形するための高められたドレープ適性又は 成形適性、例えば、多成分構造体やラミネートを作成するにおいて他の形状物と 接合させるための粘着性や接着性を有することができる。少なくとも1種の液体 又は可融性組成物は、限定されるものではないが、塗布、スプレー、ディッピン グ、浸漬、ブラシがけ、散布(例えば、組成物が可融性の固体材料として施され る場合)などの当該技術で公知の任意の仕方で薄い形状物に施されることができ る。本発明のもう1つの態様において、少なくとも1種の液体又は可融性組成物 が、その組成物に少なくとも1種の親金属、少なくと も1種の繊維、及び随意の少なくとも1種の無機フィラー材料を混合することに より、薄い形状物に取り入れられる。さらに別な態様において、少なくとも1種 の無機又は有機組成物が、薄い形状物の調製に使用される例えば少なくとも1種 の繊維又はフィラー材料のような粒状材料を含む分散系をさらに含むことができ る。 少なくとも1種の液体又は可融性組成物と接触され、特定の構造に成形又は付 形された薄い形状物は、次いで、例えば、乾燥又は加熱によって組成物を乾燥さ せることにより、その構造又は形状に硬化させることができる。1つの態様にお いて、薄い形状物が架橋性の液体又は可融性組成物に接触され、その形状物を硬 化させてその形状物を自己支持性にするのに十分な程度で、当該技術で公知の任 意の方法によってその組成物が架橋される。例えば、少なくとも1種の液体又は 可融性組成物が架橋性ポリマーの場合、組成物は、例えば、照射、化学的又は熱 的手段によって架橋させることができる。架橋性ポリマーの使用は、例えば、加 熱によって薄い形状物を自己支持性にするのを可能にし、このため、加熱の際に 崩れや変形を発生させることなく、薄い成形体を以降の加熱工程に供することを 可能にする。 好ましい態様において、微細に分割された形態で提供された少なくとも1種の 親金属(例えば、多数の小物体として提供)、少なくとも1種の有機又は無機繊 維、及び随意の少なくとも1種の無機フィラーを含む本発明のプロセスによって 得られた薄い形状物は、親金属の融点を上回る温度に加熱され、溶融親金属の酸 化を開始させ、酸化反応生成物を生成させることができる。 また、グリーン体を形成するのに使用される材料の中に逃散性材料を含めるこ とにより、親金属の酸化反応によって生じる気孔率を高めることが望ましいこと がある。逃散性材料には、ポリマーペレ ット、おが屑、コーンスターチ、ヤシ殻活性炭、木材パルプなどが挙げられる。 これらの材料は、本発明において加熱されると、蒸発又は焼失することができる 。ポリマーの逃散性材料は、例えば、オレフィン、ビニル、スチレン、アクリロ ニトリル、アクリル、ポリエステル、イミド、及びセルロース系の逃散性材料の ようなプラスチックや有機ポリマーなどの有機又は無機ポリマーフィラー材料を 含むことができる。 酸化プロセスの説明に関し、この説明に限定されるものではないが、溶融金属 は、酸化反応生成物相のある高エネルギーのグレイン境界のチャンネルにそって 輸送される。同じ物質の2つの隣接した結晶又はグレインの間の境界の格子不整 の程度により、多結晶物質はある範囲の粒界エネルギー(表面自由エネルギー) を有することが広く理解されている。一般に、低角度の不整の粒界は低い表面エ ネルギーを呈する一方で、高角度の粒界は高い表面エネルギーを有するが、その 関係は角度についての簡単な単調増加関数ではないことがあり、これは、中間角 度でより安定な原子配列が場合により起こり得るからである。同様に、3つのグ レインの交差にそった線は、一般に、多結晶微細構造において高エネルギーの特 徴を呈する。 前述した本出願人のセラミックマトリックスに関する特許及び特許出願でも説 明したように、また、それらの説明に限定されるものではないが、親金属と酸化 剤は、溶融親金属との関係においてある表面自由エネルギーを有する適切な多結 晶酸化反応生成物を形成し、親金属が溶融する温度範囲の一部において、多結晶 酸化反応生成物のグレイン交差箇所(即ち、粒界又は粒界交差箇所)の少なくと も一部が、溶融金属の平面状又は線状チャンネルに置き代わるように思われる。 例えば、2つの実質的に幾何学的に同等の結晶/溶融金属の境界の選択し得る構 造よりも高い表面エネルギーを有する粒 界を考える。これらの場合、このような高エネルギーの粒界は、生成しないか、 又は2つの結晶/金属界面によって束縛される溶融金属の平面状チャンネルを指 向するように自然発生的に消失するであろう。溶融金属が酸化性雰囲気中の有効 な温度領域部分に保持された場合、溶融金属は、酸化剤の方向にそのチャンネル にそって吸引又は輸送される。より詳しくは、この現象は、(1)液体金属が結晶 質の酸化反応生成物相を湿らせる(即ち、γsl<γsg、ここでγslは結晶/溶融 金属の境界の表面自由エネルギーを示し、γsgは結晶/蒸気の境界の表面自由エ ネルギーを示す)、及び(2)一部の粒界のエネルギーγbが、結晶/液体金属の界 面エネルギーの2倍を上回り、即ち、γmax>γgslであり、γbmaxは多結晶材料 の最大粒界エネルギーである。線状性の溶融金属チャンネルは、金属が材料の粒 界交差箇所の一部又は全部を置換すれば、同様な仕方で生成され得る。 チャンネルは少なくとも部分的に相互接続するため(即ち、多結晶材料の粒界 が相互に接続する)、溶融金属は、多結晶酸化反応生成物の中を通ってその表面 まで輸送され、酸化性雰囲気に接触し、そこで金属は酸化され、酸化反応生成物 の連続的な成長をもたらす。また、チャンネルにそった溶融金属の吸い上げは、 最も普通の酸化現象のイオン伝導メカニズムよりもはるかに速い輸送プロセスで あるため、この酸化プロセスにおける酸化反応生成物で観察される成長速度は、 酸化現象で一般に観察されるものよりもはるかに速い。 本発明の酸化反応生成物は、高エネルギーのグレイン交差箇所にそって金属に より内部含浸されるため、多結晶酸化反応生成物の相は、そのものが1以上の次 元、好ましくは3次元でγb>2γslの基準に合致しない、割合に低角度の粒界 にそって内部接続される。 このように、本発明の複合材料のセラミックマトリックスは、旧来のセラミック の多くの望ましい特性を示す(即ち、硬度、耐熱性、耐磨耗性など)一方で、分 配された金属層の存在による付加的な長所を呈する。 セラミックマトリックス体が生成する本発明の態様において、セラミックマト リックス(溶融親金属が気相酸化剤によって酸化され、多結晶の酸化反応生成物 を生成することによって得られる)は、本質的に単一相の多結晶酸化反応生成物 と分散された金属若しくは空隙又はその双方を特徴とし、また、隣接した結晶の 間に位置する平面状の金属チャンネル若しくは平面状空隙又はその双方を有する 隣接した酸化反応生成物結晶の間の格子不整よりも小さい酸化反応生成物の結晶 粒界での結晶格子不整を特徴とする。ある態様において、その酸化反応生成物相 の実質的に全ての粒界が、隣の格子と約5°未満の角度の不一致を有する。 1種以上の酸化剤が本発明のプロセスに使用可能である。一般に、気相酸化剤 が使用され、気相酸化剤は通常気体であり、又は少なくともプロセス条件下で気 体である。気相酸化剤は、雰囲気の空気のように酸化性雰囲気を提供する。一般 的な気相酸化剤には、例えば、揮発性又は蒸発性の元素、化合物、化合物の成分 、又はそれらの組み合わせなどであり、酸素、窒素、ハロゲン、硫黄、燐、砒素 、炭素、ホウ素、セレン、テルル、メタン、プロパン、アセチレン、エチレン、 プロピレン(炭素源としての炭化水素)、及び混合物の空気、H2/H2OやCO /CO2が挙げられ、後者の2つ(即ち、H2/H2OとCO/CO2)は、プレフ ォームの望ましい酸化性成分に対して雰囲気の酸素活性を抑えるのに有用である 。酸素又は含酸素混合ガス(空気など)は、適切な気相酸化剤であり、空気が、 経済的であるという明らかな理由により一般に好ましい。気 相酸化剤が特定の気体又は蒸気を含む又は含有すると説明された場合、このこと は、使用される酸化性雰囲気で得られる条件下で親金属の単独の又は支配的な又 は少なくとも有意な酸化剤である気相酸化剤を意味する。例えば、空気の主成分 は窒素であるが、空気の酸素成分は、使用される酸化性雰囲気で得られる条件下 で親金属の唯一の酸化剤である。従って、空気は、「酸素含有ガス」酸化剤の定 義の中に収まり、「窒素含有ガス」酸化剤の定義の中には収まらない。本願にお ける「窒素含有ガス」酸化剤の例は、一般に約96体積%の窒素と約4体積%の 水素を含む「形成ガス(forming gas)」である。窒素は、親金属が微細に分割さ れたアルミニウムを含んで通気性材料のセラミックフィラーと混合される多孔質 の窒化アルミニウムマトリックス複合材料を製造するための特に好ましい気相酸 化剤である。アルゴンガスは、窒素の気相酸化剤の分圧と活性を抑える有用な不 活性ガスであることが見出されている。 プロセス条件で固体又は液体の酸化剤が、気相酸化剤と併用又は独立に使用さ れることもできる。このような付加的な酸化剤は、親金属の表面の周りではなく 通気性材料の中で優先的に親金属の酸化を高めるのに特に有用なことがある。即 ち、こうした液体又は固体酸化剤の使用は、通気性材料の外側の環境よりも通気 性材料の中に、親金属の酸化反応により適する環境を形成することができる。こ の高められた雰囲気は、通気性材料の中で境界までのマトリックス成長を促進し 、過度の成長を抑えるのに有益である。固体酸化剤が使用される場合、全体の通 気性材料にわたって又は通気性材料の一部にて粒子状の形態で通気性材料と混合 されるか、又は通気性材料の粒子の上にコーティングとして使用されることもで きる。気相酸化剤との適合性に応じ、任意の固体酸化剤が使用されることができ る。このような固体酸化剤は、ホウ素や炭素のような適切な元素、 二酸化ケイ素(酸素源として)や窒化ケイ素(窒素源として)、又は親金属の酸 化反応生成物よりも低い熱力学的安定性のある種のホウ化物が挙げられる。 ある場合において、親金属の固体酸化剤との酸化反応が非常に速く進行し、プ ロセスの発熱によって酸化反応生成物が溶解することがある。このようなことが 生じると、得られるセラミックマトリックス又はセラミックマトリックス複合体 の微細構造の均一性を損なうことがある。このような迅速な発熱反応は、過剰の 熱を吸収する割合に不活性のフィラーを組成物の中に混ぜることによって緩和す ることもできる。適切な不活性フィラーの例は、酸化反応生成物についてのもの と同じ又は実質的に同じである。 液体酸化剤が使用される場合、液体酸化剤は、通気性材料の全体にわたって分 散され、あるいは、気相酸化剤(使用されるならば)が溶融親金属に接近するこ とを液体酸化剤が妨げなければ、溶融金属に近い部分に配置される。液体酸化剤 とは、酸化反応条件下で液体のものを意味し、したがって、液体酸化剤は、酸化 反応条件下で溶融する又は液体である塩のような固体前駆体であることもできる 。あるいは、液体酸化剤は、例えば、材料の溶液のような液体前駆体であること もでき、通気性材料の多孔質表面の一部又は全部をコーティングするために使用 され、プロセス条件下で溶融又は分解して適切な酸化剤成分を提供する。本願に おける液体酸化剤の例には、低融点ガラスが挙げられる。 親金属が微細に分割された形態で通気性材料の全体にわたって分散される態様 において、通気性材料は炉に装填され、酸化剤を供給され、成形可能で柔軟なプ レフォームから自己支持性構造材料に変化させるのに適切な温度まで加熱される 。親金属に対するフィラーの反応性により、加熱サイクルは変化する。本発明の 好ましい態様 において、通気性材料が、反応温度まで予め加熱された炉に装填される。ドーパ ントが使用される場合、通気性材料の中に含められ又は親金属と合金にされ、あ るいはその双方で使用される。親金属は、好ましくは、通気性材料の寸法的完全 性が全く損なわれることなく溶融されるが、その温度は、酸化反応生成物とフィ ラーの融点より低い温度に維持される。溶融親金属は酸化剤と反応し、酸化反応 生成物を生成する。通気性材料の気孔率は、通気性材料を実質的に害することな く又はその境界を変形されることなく、酸化反応生成物を収容するのに十分であ る。溶融親金属を酸化性雰囲気に継続して暴露すると、酸化反応生成物の中を通 る溶融金属の移動を引き起こし、徐々に溶融金属を酸化反応生成物の中を通して 酸化剤の方に引き込み、多結晶酸化反応生成物の漸次の成長をもたらす。酸化反 応生成物は、通気性材料の隙間スペースの中に成長する。同時に、溶融金属の移 動や輸送によって空隙が生成し、これらの空隙は、最初の微細に分割された親金 属の片のサイズと形状を複写する。親金属の体積割合が過度に少ないと、得られ た構造は、より高い体積割合の金属を使用して得られた物体よりも弱いことがあ る。他方で、過剰の親金属は、最終的な生成物が最終用途について多過ぎる金属 を含む点で望ましくない。 溶融金属から酸化反応生成物が初期に成長すると、それは、上記のように、通 気性材料の粒子間気孔の少なくとも一部を満たし、気孔を生成させる。酸化反応 プロセスを継続すると、酸化反応生成物の中を通って外側に残存溶融金属が連続 的に移動することを促進する。通気性材料の外側表面に接触するバルク金属の場 合のように、酸化は、親金属又は酸化剤が消費され尽くす、温度が酸化プロセス の「窓(window)」の範囲外になる、生成する反応生成物がバリヤ材料と接触する まで継続する。 得られた多結晶材料は、1種以上の金属相を部分的に又はほぼ完全に置換した 気孔を呈することがあるが、空隙の体積割合は、温度、時間、親金属の種類、ド ーパント濃度のような条件によってほぼ決まることを理解すべきである。一般に 、多結晶セラミック構造において、酸化反応生成物のクリスタリットは、2次元 以上、好ましくは3次元で相互に接続され、金属は少なくとも部分的に相互接続 される。バリヤ手段のおかげで、セラミック生成物は、金属の体積割合又は気孔 によらず、一般に十分に画定された境界を有する。 本発明のバリヤ手段は、酸化反応生成物の成長又は生成を抑制する、妨害する 、又は停止させる任意の適切な手段であることができる。適切なバリヤ手段はい ろいろな物質、化合物、元素、組成物などであり、本発明のプロセス条件下であ る保全性を維持し、揮発性でなく、好ましくは、気相酸化剤に対して通気性があ り、酸化反応生成物の継続的成長を局所的に抑制、阻害、終了、妨害、防止など することができる。 バリヤ手段の1つの基準は、輸送される溶融親金属によって実質的に濡れない 材料の部類である。このタイプのバリヤは、溶融金属に対して実質的に親和性が なく、バリヤ手段によって成長が終了又は停止される。その他のバリヤとして、 輸送される溶融親金属と反応し、輸送される金属の中に溶解し又はそれを極度に 希釈し、又は溶融金属の輸送プロセスを妨げる固体の反応生成物の例えば金属間 化合物を生成することにより、さらなる成長を抑制する。このタイプのバリヤは 、金属又は金属合金であることができ、それに変化する任意の適切な前駆体の例 えば酸化物、還元性金属化合物、又は緻密なセラミックなどが挙げられる。この タイプのバリヤの成長抑制性又は妨害プロセスのため、成長は、成長が停止する までに、ある程度バリヤの中に又はそれを越えて及ぶことがある。しかしながら 、バリヤは、生成物に必要な最終的な機械加工や研削を軽減する。前述のように 、バリヤ材料は通気性又は多孔質であることが好ましく、したがって、固体で非 通気性の壁が使用される場合、気相酸化剤(使用されるならば)が溶融親金属に 接触することを可能にするように、バリヤは少なくとも1つのゾーン又は一方若 しくは両方の端部を開口すべきである。 アルミニウム親金属を使用する場合、本発明において特に有用な適切なバリヤ は、例えば、硫酸カルシウムとケイ酸カルシウムであり、これらは、輸送される 溶融親金属に本質的に湿れ性がなく、また、ケイ素親金属を使用する場合、適切 なバリヤには、例えば、窒化ホウ素、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化アル ミニウムが挙げられ、窒化ホウ素が最も好ましい。こうしたバリヤは、一般に、 好ましくはプレフォームに予備成形されたフィラー床の表面にスラリー又はペー ストとして施されることができる。また、バリヤ手段は、バリヤ手段の気孔率と 通気性を高めるため、加熱されると除去される適当な燃焼性又は揮発性物質や加 熱すると分解する物質を含むことができる。さらにまた、バリヤ手段は、プロセ スの際に生じることがある収縮やクラックを抑えるため、適切な耐熱性粒子を含 むこともできる。フィラー床と実質的に同じ熱膨張率を有する粒子が本質的に望 ましい。例えば、プレフォームがアルミナを含む場合、得られたセラミックはア ルミナを含み、バリヤは、望ましくは約20〜1000メッシュのサイズを有す るアルミナ粒子を混合されることができる。アルミナ粒子は、例えば、硫酸カル シウムと約10:1〜1:10の比、好ましくは約1:1の比で混合される。本 発明の1つの好ましい態様において、バリヤ手段は、硫酸カルシウム(即ち、焼 石膏)とポルトランドセメントの混合物を含む。ポルトランドセメントは、焼石 膏と10:1〜1:10の比で混合され 、約1:3のポルトランドセメント:焼石膏の比が好ましい。所望により、ポル トランドセメントは単独でバリヤ材料として使用される。 もう1つの好ましい態様において、アルミニウム親金属を使用する場合、化学 量論比でシリカと混合された焼石膏を含み、ここで、過剰な焼石膏が存在しても よい。プロセスの際、焼石膏とシリカは反応してケイ酸カルシウムを生成し、こ れは亀裂を実質的に生じない点で特に有益なバリヤをもたらす。さらにもう1つ の態様において、焼石膏は、約25〜40重量%の炭酸カルシウムと混合される 。加熱すると、炭酸カルシウムは分解し、二酸化炭素を放出し、それによってバ リヤ手段の気孔率を高める。 バリヤ手段は、任意の適切な形態、サイズ、形状に作成又は形成され、好まし くは、気相酸化剤に対して通気性である。バリヤ手段は、膜、ペースト、スラリ ー、透過性又は不透過性シート又はプレート、又は網状又は有孔性ウェブの例え ばメッシュやセラミックスクリーンやクロス、又はそれらの組み合わせとして適 用又は利用されることができる。また、バリヤ手段は、ある種のフィラー及び/ 又はバインダーを含むこともできる。 セラミック複合材料の生成において殆ど又は全く多結晶材料を過度に成長させ ないためには、バリヤ手段は、フィラー床又はプレフォームの画定した表面境界 の上に配置し又は隣接して位置させる。床やプレフォームの画定した表面境界の 上にバリヤ手段を配置することは、画定した表面境界にバリヤ手段を敷設するな どの任意の適切な仕方によって行うことができる。このようなバリヤ手段の層は 、塗布、浸漬、スクリーン印刷その他により液体,スラリー、ペースト状のバリ ヤ手段を施す、又は蒸発性バリヤ手段をスパッタリングする、又は固体粒子のバ リヤ手段の層を単に堆積させる、又は画 定した表面境界にバリヤ手段の固体の薄いシート又はフィルムを施すことにより 適用することができる。バリヤ手段が適所にあると、多結晶酸化反応生成物の成 長は、プレフォームの画定表面境界に到達して接触したときに停止する。 本発明の好ましい態様において、通気性の成形プレフォーム(以降で詳細に説 明する)が、少なくとも一つの画定表面境界を有し、バリヤ手段を有する又は載 置された少なくとも一部の画定表面境界を備えて作成される。用語「プレフォー ム」とは、最終的に一体の複合材料に結合される別々なプレフォームのアセンブ リーを含むと理解すべきである。通気性プレフォームは、レイアップの一部であ り、炉の中で加熱すると、親金属とプレフォームは、気相酸化剤(固体又は液体 酸化剤を併用してもよい)に曝され又は包囲される。反応プロセスは、酸化反応 生成物がプレフォームを浸透し、バリヤ手段を有する又は載置された画定表面境 界に接触するまで継続する。最も一般的には、プレフォームと多結晶マトリック スの境界は実質的に一致するが、プレフォーム表面の個々の成分は露出し又はマ トリックスから現れ、したがって、マトリックスによってプレフォームを完全に 囲む又は包むかどうかについては、浸透と埋封は完全ではないことがある。バリ ヤ手段は、そのバリヤ手段と接触すると成長を抑制又は停止させ、多結晶材料の 「過剰成長」は実質的に生じない。 得られたセラミック複合生成物は、本質的に親金属と酸化剤の酸化反応生成物 からなる多結晶材料を含む(所望により、親金属又は還元性物質の還元された成 分又はその双方の酸化されていない成分のような1種以上の金属成分を含む)セ ラミックマトリックスよってその境界まで浸透された通気性材料を含んでなる。 また、空隙は微細に分割された親金属の部分的又は本質的に完全な置換によって 形成されるが、空隙の体積割合は温度、時間、親金属の種類、親金属の体積割合 、ドーパント濃度などの条件に大きく依存することを理解すべきである。一般に 、一部の空隙は完全に孤立する(閉じる)が、その他のものは物体の外に開口す る網状構造の一部であることができる。一般に、これらの多結晶セラミック構造 において、酸化反応生成物のクリスタリットは、2以上の次元、好ましくは3次 元で相互に接続し、溶融親金属の輸送により得られる金属成分は、少なくとも部 分的に相互に接続することができる。本発明のセラミック複合材料生成物は、一 般に、十分に画定された境界を有し、元の通気性材料に近い寸法と幾何学的構造 を保持する。この多結晶セラミック複合材料は、酸化されていない親金属のよう な金属成分を含むことができ、その量は、プロセス条件、親金属中の合金性成分 、ドーパントによって決まるが、場合により金属を実質的に全く含まないことも ある。金属の体積割合は、生成物の所望の最終特性に見合うように調整すること ができ、エンジン部品のようないくつかの用途においては、仕上部品において約 5〜10%又はそれ以下の金属含有率を有することが望ましいことがある。この 好ましい態様によると、フィラーは、プロセス条件下で親金属と本質的に非反応 性であることが認められよう。また、本発明は、本明細書において主としてアル ミニウムを強調し、アルミニウム親金属の特定の態様を説明しているが、この説 明は例示の目的に過ぎなく、その他の金属も本発明の範囲に含まれるようにドー ピングすることができると理解すべきである。 本発明の薄い形状物に取り入れられるのに適切な親金属は、少なくとも1種の 割合に純粋な金属、不純物及び/又は合金用成分を含む市販の金属、金属前駆体 が主成分である合金、金属間化合物を含むことができる。本発明の実施に適する 親金属には、例えば、アル ミニウム、チタン、ケイ素、ジルコニウム、ハフニウム、錫、モリブデンなどの 金属とそれらの合金を挙げることができる。本発明の目的に関し、用語「金属」 は、メタロイドや半金属の例えばケイ素などを含むものとする。本発明の1つの 態様において、例えば、親金属が酸化されて酸化反応生成物を形成する場合、親 金属は、酸化して親金属の形状を逆に複製する空隙を形成するような適切なサイ ズと形状であって、それによって、例えば所望の熱的又は構造的特性に寄与させ ることもできる。親金属は、例えば、金属シート、ワイヤー、ウィスカー、微粒 子、球、微細分割の金属粉末などの少なくとも1種の形態であることができる。 本発明の好ましい態様において、親金属は、アルミニウム粉末のように、酸化反 応生成物を生成することができる微細分割の親金属を含む。 通気性材料の少なくとも一部に取り込まれる微細分割の親金属物体は、金属の 移動の後に逆複写によって空隙を形成するのに適切なサイズであるべきである。 理想的には、空隙は、セラミック特性を高めるように十分に数多いが、生成物の 構造的完全性に悪影響を及ぼす程には大き過ぎる又は多過ぎるべきでない。また 、過度に微細に分割された粒子は、そのような粒子の大きい表面積/体積の比で 十分な濃度で空中に浮遊すると、爆発の危険を生じさせるといった、安全の大き な危険性を負わせる。このため、約50〜500グリット(500〜171μm )、好ましくは約100〜280グリット(173〜40μm)の親金属の粒子 サイズが有用である。フィラーに関する用語「微粒子」又は「粒子」は、粉末、 繊維、ウィスカー、球、小板、凝集物などを含んで広く用いられる。 温度と酸化性雰囲気の特定の条件下のある種の親金属は、特殊な付加や改質を せずに、本発明の酸化現象に必要な基準を満たす。しかしながら、前述の本出願 人のセラミックマトリックスに関する特 許と特許出願に記載したように、親金属と併用するドーパント物質が、酸化反応 プロセスを好適に影響する又は促進することができる。ドーパントの役割につい ての特定の理論や説明に束縛される意図はないが、親金属とその酸化反応生成物 の間に適当な表面エネルギーの関係が本質的に存在しない場合、それらのいくつ かが有用であるように思われる。即ち、本発明のプロセスに必要なように、固体 /液体の界面エネルギーを低下させるあるドーパント又は組み合わせのドーパン トが、金属の酸化によって生じた多結晶構造を溶融金属の移動用チャンネルを含 むものに形成することを促進又は加速する傾向にある。ドーパント物質のもう1 つの機能は、安定な酸化生成物のクリスタリットの生成の成核剤としての役割に よって、又はある仕方で最初の不動態的酸化生成物層を破壊する、又はその双方 によってセラミック成長現象を開始させることと思われる。この後者のドーパン トの部類は、本発明のセラミック成長現象を形成するのに必要でないかも知れな いが、このようなドーパントは、ある親金属系について、そのような成長の開始 待ち期間を商業的に実施できる制約の中に収めるのに重要なことがある。ドーパ ントのさらにもう1つの役割は、酸化反応生成物の生成速度をコントロールする ことである。例えば、上記のドーパントに加え、酸化反応速度を加速又は減速し 、例えば、生成物の形態及び/又は均一性を改良するためにある種のドーパント を使用することもできる。これらのドーパントは、ネットシェイプ又はニアネッ トシェイプを得ることを助長することができる。 ドーパント物質の1種以上の機能は、ドーパント物質そのもの以外のいくつか の因子によって決まることがある。これらの因子には、例えば、使用される特定 の親金属、所望の最終生成物、2種以上のドーパントが使用されるときのドーパ ントの特定の組み合わせ、 合金にされたドーパントと組み合わされて外的に施されるドーパントの使用、使 用される酸化性雰囲気、及びプロセス条件が挙げられる。 1種以上のドーパントは、(1)親金属の合金用成分として提供されることがで き、(2)親金属の表面の少なくとも一部に施されることができ、(3)フィラー又は フィラー床の一部に施されるあるいはそれらによって提供されることができ、又 はこれらの(1)、(2)、(3)の2つ以上の組み合わせが採用されることもできる。 例えば、合金にされたドーパントは、外的に施されたドーパントと組み合わせて 使用することができる。1種以上のドーパントがフィラーに施される方法(3)の 場合、その適用は任意の適切な仕方で行うことができ、例えば、微細な液滴又は 微粒子状でフィラーの一部又は全体にわたってドーパントを分散させ、好ましく は、親金属に隣接したフィラー床の一部に分散させる。フィラーにドーパントを 施すことは、床に又はその中に1種以上のドーパント物質の層を施すことによっ て行うことができ、例えば、フィラーを通気性にするその内部開口部、隙間、通 路、介在空間に施す。ドーパントの源は、ドーパントを含有する固い物体を親金 属表面の少なくとも一部とフィラー床にドーパントを接触させ又はその間に配置 することによって提供することができる。例えば、ケイ素ドーパントが必要な場 合、ケイ素含有ガラス又は他の材料の薄いシートを親金属の表面上に配置するこ とができる。ケイ素含有物質を載置された親金属は、酸化性雰囲気中で溶融する と(例えば、空気中のアルミニウムの場合、約850℃〜約1450℃、好まし くは約900℃〜約1350℃)、通気性フィラーの中で多結晶セラミック材料 が成長する。ドーパントが親金属の表面の少なくとも一部に外的に施された場合 、多結晶酸化物構造は、一般に、実質的にドーパント層を越えて通気性フィ ラーの中に成長する(即ち、施されたドーパント層の深さを越える)。いずれの 場合も、1種以上のドーパントを親金属表面及び/又はフィラーの通気性床に外 的に施すことができる。また、親金属の中に合金にされたドーパント及び/又は 親金属に外的に施されたドーパントが、フィラー床に施された1種以上のドーパ ントによって補充されることができる。即ち、親金属の中で合金にされた及び/ 又は親金属に外的に施されたドーパントの濃度不足は、フィラー床の施された1 種以上のドーパントのそれぞれの付加的量によって補われることができ、また、 その逆も成り立つ。 アルミニウムを主成分とする親金属系で多結晶酸化反応生成物の成長を促進す るのに有効なその他のドーパントは、特にマグネシウム又は亜鉛が併用された場 合、例えば、ケイ素、ゲルマニウム、錫、鉛である。1種以上のその他のドーパ ント又はそれらの適切な源は、全合金の約0.5〜約15重量%のそれぞれの濃 度でアルミニウム親金属系の中に合金にされることができるが、より望ましい成 長機構と成長形態は、全親金属合金の約1〜10重量%のドーパント濃度で得ら れる。ドーパントとしての鉛は、一般に、アルミニウム中の低い溶解性を許容す るように、少なくとも1000℃の温度でアルミニウム主成分の親金属の中に合 金にされるが、錫のようなその他の合金用成分の添加が、一般に、鉛の溶解性を 高め、より低い温度で合金用物質が添加されることを可能にする。 1種以上のドーパントは、上記の説明したように条件に応じて使用されること ができる。例えば、親金属がアルミニウムを含んで酸化剤が空気を含む系におい て、特に有用なドーパントの組み合わせは、(a)マグネシウムとケイ素、又は(b) マグネシウム、亜鉛、及びケイ素である。このような例において、好ましいマグ ネシウム濃度は、アルミニウム親金属の約0.1〜約3重量%の範囲にあり、 亜鉛についてはアルミニウム親金属の約1〜約6重量%、ケイ素についてはアル ミニウム親金属の約1〜約10重量%である。いずれのドーパントの濃度範囲も 、ドーパントの組み合わせやプロセス温度のような因子によって決まるであろう 。上記の範囲内の濃度は、酸化反応生成物の成長を開始させ、金属の移動を促進 し、得られる酸化反応生成物の成長形態に好結果を与えるように観察される。 アルミニウム親金属と併用されるドーパント物質のその他の例には、ナトリウ ム、リチウム、カルシウム、ホウ素、燐、イットリウム、バリウム、ストロンチ ウム、ジルコニウム、ガリウム、ランタン、チタン、クロム、セリウム、及びニ ッケルが挙げられ、これらは、酸化剤とプロセス条件に応じ、独立して又は1種 以上の他のドーパントと組み合わせて使用することができる。ナトリウムとリチ ウムは、ppmのレベルの非常に少量で使用でき、一般に、約100〜200p pmであり、それぞれが単独で又は併用して、あるいは別な1種以上のドーパン トと組み合わせて使用することができる。希土類元素の例えばセリウム、ランタ ン、プラセオジウム、ネオジム、及びサマリウムもまた有用なドーパントであり 、やはり特にその他のドーパントと併用されることもできる。1種以上のドーパ ントの正確な機能は、使用されるプロセス条件によって異なることがあり、どの 親金属が使用される、どの酸化剤が使用される、存在し得る別なドーパントなど である。例えば、ある条件の組み合わせにおいて、特定のドーパントは成長を開 始させ得るが、異なる条件の組み合わせでは、同じドーパントが酸化反応生成物 の生成速度をコントロールすることができる。即ち、いずれか特定のドーパント の機能を完全に分類することは難しいことがある。 本発明の実施に適切な液体又は可融性組成物は、少なくとも1種の無機又は有 機のモノマー、オリゴマー、又はポリマー組成物を含 む。好ましい態様において、少なくとも1種の液体又は可融性組成物は、例えば 、テトラエチルオルトシリケートのようなケイ素含有化合物を含む。さらに好ま しい態様において、少なくとも1種の液体又は可融性組成物は、少なくとも1種 のポリマーを含み、特に好ましい態様において、少なくとも1種のポリマーは、 プレセラミックポリマー組成物の例えばポリシロキサン、ポリカルボシラン、ポ リユリアシラザンを含む。組成物が固体の可融性組成物である場合、その組成物 は溶融性であるか、又はその組成物は、薄い形状物に接触する前に水溶液又は有 機溶液の中に分散又は溶解させることができる。 驚くべきことに、少なくとも1種の液体又は可融性組成物がプレセラミック組 成物を含む場合、液体又は可融性組成物が酸化反応生成物の生成を容易にし、し たがって、通常のドーパントのような付加的な組成物の必要をなくするといった 好適な特性が付与されることが見出された。特に好ましくは、例えば、形状の形 成と親金属の酸化の双方に寄与する液体又は可融性組成物であり、例えば、ケイ 素含有プレセラミックポリマー組成物が挙げられる。また、驚くベきことに、ケ イ素含有プレセラミックポリマーの液体又は可融性組成物のような液体又は可融 性組成物と組み合わせて薄い形状物にドーパントを使用すると、酸化反応を促進 する好適な特性が付与され、それによって、液体又は可融性組成物が存在せずに ドーパントのみを使用した場合よりも高強度でより凝集性の物体が得られること が見出された。理論に束縛される意図はないが、通常のドーパントが提供されず に、ケイ素含有液体又は可融性ポリマーが提供された場合、液体又は可融性組成 物は少なくともある程度のドーピング特性を呈し、酸化反応生成物の生成を促進 すると考えられる。また、少なくとも1種の繊維又は無機フィラー材料の表面の 濡れ性を高め 、少なくとも1種の繊維又はフィラー材料の表面上又はその近くの酸化反応生成 物の生成を促進することにより、酸化反応生成物の生成を高めることができると 考えられる。 本発明の実施に適切な繊維は、有機と無機の繊維からなる群より選択された少 なくとも1種の繊維を含む。有機繊維には、例えば、硬質木材パルプや軟質木材 パルプのようなパルプ、ポリマーパルプの例えばポリオレフィンパルプ、綿繊維 、炭素繊維などが挙げられる。無機繊維には、例えば、セラミック、ガラス、金 属繊維が挙げられる。繊維は、例えば、独立した繊維、繊維マット、織物、メッ シュ、一軸配列の繊維トウ、短く切った繊維などとして存在することができる。 特に好ましい態様において、無機繊維は、セラミック材料の機械的負荷の過程で のクラックの分岐や繊維の剥離/抜けのような1種以上のセラミック強靭化メカ ニズムを提供するように、少なくとも1種の剥離(debond)層でコーティングされ ることができる。繊維の少なくとも一部が有機繊維である例としてのもう1つの 態様において、繊維は、例えば、親金属の酸化の際に薄い形状物を加熱するとき 、繊維の少なくとも一部が消失することによって所望のレベルの気孔率を得るよ うに、特定の寸法と特定の量で添加されることができる。 本発明の薄いセラミック体に使用するのに望ましい無機繊維は、局所的なプロ セス条件下で1種以上の物質と本質的に反応性であるが、そのような繊維の化学 的攻撃に関して最も問題なのは親金属の特にアルミニウム親金属である。溶融ア ルミニウムの存在下のそのような繊維の使用は、一般に、繊維が残存することを 望むならば、アルミニウムの腐食作用に耐えるコーティングを必要とする。アル ミニウムのような溶融親金属の酸化を隣接通気性材料の中に導くことの経験から 、CVDのSiCコーティングは、例えば、基材繊維 の十分な保護であり得るが、コロイド状アルミナの浴の中で繊維を処理するよう なコーティングプロセスは、有効性が劣ることを示している。ここで、方向性金 属酸化が「その場(in-situ)」で行われると、即ち、親金属が通気性材料の全体 にわたって分配された多数の小片又は網状構造の形態であれば、そのような「反 応性」フィラーを腐食する親金属の傾向はかなり小さい。したがって、Jaco bsonの米国特許第5165996号(この特許の開示事項の全体を本願でも 参考にして取り入れている)に教示のような大体積で低コストのコーティング技 術は、別な仕方では溶融親金属と反応するであろうフィラーを保護し、「その場 の方向性金属酸化」の条件下で満足できる。 下記の例22において得られたセラミック材料の室温強度の測定は、マトリッ クスから繊維が剥離して抜けるといったある程度の強靭化挙動を示した。この結 果は、剥離コーティングの意図的適用により、剥離/抜けのメカニズムによる強 靭化の程度やレベルが調整可能であることを示唆する。 また、本発明の範囲の中で、そうしなければ反応性又は不安定な無機繊維を、 剥離及び保護の双方を与えることも可能なはずである。例えば、Kennedy らの米国特許第5389450号は、複合材料に使用される二重コーティング系 を教示している。この本出願人の米国特許(この開示事項は本願でも参考にして 取り入れられている)によると、1種以上の外側コーティングが、下地の基材を 化学的分解から保護し、1種以上の剥離コーティングが、基材と保護コーティン グの間に施され、強化材の抜けが機械的負荷下で起きることを可能にする。 本発明のプロセスに適切なフィラー材料には、例えば、少なくとも1種のガラ ス、セラミック、金属、炭素繊維材料が挙げられる。 セラミックフィラー材料は、例えば、少なくとも1種のホウ化物、酸化物、炭化 物、窒化物を含むことができる。本発明に適切なセラミックフィラーの例には、 例えば、クレー、酸化物セラミックと非酸化物セラミックの例えばアルミナ、炭 化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、酸化ジルコニウム、ホウ化ジルコニウム、 窒化ジルコニウム、酸化チタンなどが挙げられる。金属フィラー材料には、IU PACの1〜12族の金属とメタロイド、ランタン系金属、IUPACの13〜 14族の金属とメタロイド(ホウ素とケイ素を含む)が挙げられる。フィラー材 料は、例えば、粉末、繊維、繊維マット、線材、ウィスカー、フレーク、小板状 、気泡体、球、微粒子のような少なくとも1種の形状を有することができる。少 なくとも1種のフィラー材料は、さらに、反応性又は非反応性のフィラー材料を 含むことができる。1つの態様において、例えば、高強度で薄いセラミック体が 望まれる場合、タングステンワイヤーのような線材が薄い形状物に添加され、付 加的な構造支持を提供することもできる。ある態様において、例えば、薄い形状 物の製造に製紙法が利用される場合、例えば、セラミック粉末の形態のセラミッ クが特に好ましいフィラー材料である。また、製紙法によって薄い形状物が提供 される場合、カチオン系の湿り強度樹脂のような付加的なフィラー材料(シート 形成における強度のため)やアニオン系ポリマー(フロック形成のため)が添加 されることもできる。別な態様において、緻密なセラミック生成物が望ましい場 合、焼結助剤を含むフィラー材料が混合物に添加されることもできる。使用され る焼結助剤は、使用されるセラミックフィラー材料によって決まるであろう。例 えば、アルミナとイットリアは、窒化ケイ素粉末を含有する形状物の好ましい焼 結助剤であることができ、CaO、MgO、SiO2がアルミナ粉末と併用され ることが多い。 少なくとも1種の液体又は可融性組成物に接触させる本発明のプロセスによっ て得られた薄い形状物は、一般に、従来技術の方法によって形成したグリーン体 よりも、特に湿り時により高強度でより可撓性である。例えば、プレセラミック ポリマーでコーティング又は含浸された薄い形状物は、未加熱状態で貯蔵するこ とができる。貯蔵した薄い形状物は、その後、切削や型入れによって単一層の複 雑な形状物にすることができ、又は連続した1つの薄い形状物又は複数の薄い形 状物を使用し、重ねや巻き加工をしてラミネート、チューブ、ハニカムなどの成 形体を作成することもできる。ポリマーのような液体又は可融性組成物が、粘着 性表面を形成するように薄い形状物に施された場合、接着剤を適用する別な工程 を必要とせずに(多くの従来技術の方法は必要とする)、薄い形状物を重ねるこ とによって多層構造が作成可能である。 もう1つの態様において、本発明の薄い形状物は、同じ組成物の別な層に重ね られ、均一なラミネート構造を形成することができ、又は薄い形状体と反応性、 非反応性又は部分的反応の異なる組成の層と重ねられ、異なる組成の層を有する 不均一なラミネート構造を形成することができる。例えば、本発明の薄い形状物 は、例えば、本発明のプロセスによって調製された別な薄い形状物の組成物、あ るいは、繊維トウ又は柔軟な織物又はメッシュ(以降で高温で少なくとも部分的 に焼失する)と交互にされ、ある組成物の全部又は一部が焼失したいろいろな組 成や気孔率又は内部チャンバー又はチャンネルの層を有する多層で複雑形状の3 次元構造組成物を形成することができる。 さらにまた、ある機械化された製紙法(例えば、移動するベルト上にパルプを 注ぎ、脱水する)は、紙状物の生成物の1種以上の特性に方向性を付与すること もできる。 この方向性は、経時的操作の後にも残存することができる。この方向性の現れ は、ペーパーパルプ又はウェットペーパーの走行方向の薄い形状物の繊維成分の 少なくとも部分的な配向である。 もう1つの例において、薄い形状物は、その場で酸化することができて高い強 度を得るために薄い形状物の層の中に浸透することができる金属トウと交互にす ることができる。重ねた薄い形状物を、金属の酸化が開始するのに十分な温度ま で加熱し、隣接層を結合させ、層間に強い結合を提供することができる。さらに 、バリヤ材料を、特定の箇所における酸化物の成長を抑制するため、層間に選択 的に配置することができる。もう1つの態様において、層間にスペーサーや支柱 を設け、薄いセラミック体の層間の空気又は液体の移動用の支持又はチャンネル を形成することもできる。スペーサーや支柱を形成する材料は、層間に十分な間 隔を提供して製造プロセスに適合する任意の材料でよく、例えば、セラミック、 金属、ポリマー、ガラスが挙げられ、例えば、粘着性液体又は可融性組成物に接 触させることにより、層間に導入することができる。あるいは、薄い形状物の層 とスペース用材料の間に酸化反応生成物を生成させることによってスペーサーを 結合させることもできる。 本発明のもう1つの態様において、1つ以上の薄い形状物を継ぎ合わす又は接 合する又は結合することにより、薄いセラミック体にすることができる。具体的 には、本発明の薄い形状物を、重なり合った又は共通のエッジにそって互いに接 触させることができる。1つの態様において、少なくとも1つの薄い形状物の重 なり合ったエッジを、少なくとも1種の液体又は可融性組成物に接触させて粘着 性表面を作成することにより、互いに保持することができる。親金属の酸化を開 始させるのに十分な温度まで加熱し、得られた薄いセラミック体を共通エッジに そって互いに結合させることができる。 また、生成する酸化反応生成物は2つの物体間の境界を橋渡し、それによって、 液体又は可融性組成物の結合作用により物体の周りの結合強度を付加することが できる。 以下の例は、本発明の態様のいくつかを例証するものであるが、本発明に制限 するものではない。 例1 次の例は、アルミナと炭化ケイ素を含む薄いセラミック体を、アルミニウム合 金粉末(380M合金、約8.5〜7.5重量%のSi、4.0〜3.0重量% のCu、3.5〜2.7重量%のZn、0.30〜0.20重量%のMg、1. 0〜0.7重量%のFe、残余アルミニウム、カナダ国のモントリオールにある アルカン社)、炭化ケイ素(マサチューセッツ州のウォルセスターにあるノート ン社)、及び硬質木材パルプ(バージニア州のリッチモンドにあるジェームスリ バー社)を含む混合物から作成することを例証する。アルミニウム合金粉末(約 220gの380M合金)、炭化ケイ素(約99gの220グリット、約55g の500グリット、約33gの800グリット、及び約33gの1200グリッ ト)、及び硬質パルプ(水中に10重量%の2800gの木材パルプ)を含む水 系混合物を水と混合し、約16リットルの体積にした。得られたスラリーの1リ ットルを約1リットルの水で希釈し、撹拌した。約3 デラウェア州のウィルミントンにあるHercules社)と約3 のウィルミントンにあるHercules社)をそのスラリーに添加し、フロッ クの形成を起こさせた。スラリーを固まらせ、ハンドシート作成器に入れた。水 を落とし、減圧にしてさらに水を除去し 、薄い構造体を残存させた。薄い構造体を2枚のフェルト間に配置し、絞り器を 通し、構造体から過剰の水を絞り取り、スクリーンから取り出した。この薄い構 造体を約250°Fで約3〜4分間乾燥させ、加熱プレスし、完全に乾燥させた 。 乾燥した薄い構造体に、CERASETTMSN無機ポリマー(デラウェア州の ニューアークにあるランキサイドパホーマンスマテリアルズ社から入手したシラ ザン主成分のプレセラミックポリマー)を含みさらに硬化剤として約1%のジク ミルペルオキシド(デラウェア州のウィルミントンにあるHercules社) を含む液体組成物を、その構造体にブラシがけ又は浸漬することにより接触させ た。過剰の液体を、薄い構造体の表面からふき取った。このコーティングした構 造体を加熱型(約150℃の温度の空気中)に入れ、所望の外形にし、液体ポリ マー混合物を架橋させ、硬い構造体を作成した。この構造体を空気中で950℃ で約2〜5時間加熱することにより、木材パルプを焼失させ、薄い構造体をセラ ミックに転化させた。 例2〜12 次の例2〜12は、例1の方法に実質的にしたがって作成した、アルミナと炭 化ケイ素を含む薄いセラミック体の製造を例証する。例2〜12において、表1 に示したように、金属/合金、繊維、フィラーの材料組成を変え、本発明のプロ セスによって得られる薄い形状物の組成を変化させ得ることを例証する。例2〜 12の薄いセラミック体を製造するのに次の材料を使用した。 アルミニウム合金粉末(380M合金、約8.5〜7.5重量%のSi、4. 0〜3.0重量%のCu、3.5〜2.7重量%のZn、0.30〜0.20重 量%のMg、1.0〜0.7重量%のFe、残余アルミニウム、カナダ国のモン トリオールにあるアルカン 社) アルミニウム合金粉末(3%のSr、1%のSi、4%のNi、残余アルミニ ウム、カリフォルニア州のストックトンにあるバリメット社) アルミニウム粉末(純度99.97%のアルミニウム、グレード120L、テ キサス州のロックデールにあるアルコアスペシャリティメタルズ社) 炭化ケイ素(全てグリットサイズ、マサチューセッツ州のウォルセスターにあ るノートン社) 硬質木材及び軟質木材パルプ(ビクトリア州のリッチモンドにあるジェームス リバー社) ジア州のオーガスタにあるサーマルセラミック社) 、ニューヨーク州のナイアガラフォールズにあるカーボランダム社) ミントンにあるHercules社) ィルミントンにあるHercules社) インダストリアル社、Ranson and Randolph) CERASETTMSN無機ポリマー(デラウェア州のニューアークにあるラン キサイドパホーマンスマテリアルズ社) 1)380Mアルミニウム合金(カナダ国のモントリオールにあるアルコア社) 2)硬質木材パルプ、硬質木材パルプ:軟質木材パルプの混合物、及び軟質木材 パルプは水中の10重量%の木材パルプ 3)アルミニウム合金(カリホルニア州のストックトンにあるValimet社 ) 4)アルミニウム合金粉末(テキサス州のロックデールにあるアルコアスペシャ リティメタルズ) *)例12:1リットルのスラリーを1リットルの水で希釈する前に、アルミニウ ム金属粉末の 例13〜14 次の例13〜14は、例12の方法に実質的にしたがって作成した、アルミナ と炭化ケイ素を含む薄いセラミック体の製造を例証する。例12、13、14に おいて、1リットルの水で希釈したスラリーの体積を表2に示すように変え、薄 いセラミック体の厚さを変化させ得ることを実証した。また、スラリーを固まら せるのに添加 ルミントンにあるHercules社)の量を、表2に示したように変化させた 。例13〜14の薄いセラミック体を製造するのに次の材料を使用した。 アルミニウム金属(純度99.97%のアルミニウム、グレード120L、テ キサス州のロックデールにあるアルコアスペシャリティメタルズ社) 軟質木材パルプ(ビクトリア州のリッチモンドにあるジェームスリバー社) 500グリットの炭化ケイ素(マサチューセッツ州のウォルセスターにあるノ ートン社) ミントンにあるHercules社) ィルミントンにあるHercules社) インダストリアル社、Ranson and Randolph) CERASETTMSN無機ポリマー(デラウェア州のニューアークにあるラン キサイドパホーマンスマテリアルズ社) 例15〜18 次の例15〜18は、特に、(1)方向性金属酸化プロセスを開始させるための ドーパント又は開始剤が存在しないことが、最終的な焼成体の中に3次元で相互 に接続されたアルミナマトリックスを形成しないこと、(2)CERASETTMS N無機ポリマーが、局所的プロセス条件下でドーパントとして機能すること、を 例証する。例1で説明した方法に実質的にしたがって4つの薄いセラミック体を 作成した。また、原材料の比は例1に記載したと実質的に同様であるが、特定の 原材料1,2は例1で使用したものと異なり、実際に使用した特定の原材料は表3 に示す。例15と17のセラミック体は、約4時間保持した約900℃の温度で の加熱の前に、CERASETTMSN無機ポリマーに浸さなかった。また、表3 は、セラミック体の最初と最後の厚さ、及び加熱後のセラミック体の外観の概説 を記す。各々の例においてモノリシック(例えば、自己支持性)の物体が得られ たが、例17においては、弱く結合した酸化アルミニウム粉末が得られた。即ち 、この一連の例は、出発組成物が親金属に合金化するマグネシウムや亜鉛のよう なドーパントを含む又は形状物がCERASETTMSN無機ポリマーを含む場合 に自己支持性セラミック体が得られることを実証する。このように、局所的プロ セス条件下で、CERASETTMSNは、方向性金属酸化を開始するドーパント として実質的に機能する。この結果は重要であり、と いうのは、微粒化した親金属粉末がドーパント元素を取り入れるのに特に調整さ れる必要がなく、市販の(例えば、割合に安価な)微粒化した商業的な純アルミ ニウムが、良好な結果を与える親金属として使用できるからである。 1)例1と同じ比で製紙用原材料が存在 2)フィラーは500グリットSiC(ノートン社) 例19 次の例は、アルミニウム粉末(純度99.97%のアルミニウム、グレード1 20L、テキサス州のロックデールにあるアルコアスペシャリティメタルズ社) 、炭化ケイ素(全てグリットサイズ、マサチューセッツ州のウォルセスターにあ るノートン社)、及び硬質木材及び軟質木材パルプ(ビクトリア州のリッチモン ドにあるジェームスリバー社)を含む混合物より、アルミナと炭化ケイ素を含む 薄いセラミック体を作成することを例証する。炭化ケイ素(500グリットの約 660g)、軟質木材パルプ(水中の10重量%の約 州のマウミー、デンツプライインダストリアル社、Ranson and Ra ndolph)を十分に分散するまで混合し、次いで デラウェア州のウィルミントンにあるHercules社)を添加して十分に分 散するまで混合し、次いでアルミニウム粉末(約660g)を配合した。この混 合物に水を加え、約16リットルの体積にした。得られたスラリーの約900m lを約1リットルの水で希 ェア州のウィルミントンにあるHercules社)の0.1%溶液の約30m lをこのスラリーに添加し、フロックを生じさせた。スラリーをフロックにし、 ハンドシート作成器に入れた。水を落とし、減圧にしてさらに水を除去し、薄い 構造体を残存させた。薄い構造体を2枚のフェルト間に配置し、絞り器を通し、 構造体から過剰の水を絞り取り、スクリーンから取り出した。この薄い構造体を 約250°Fで約3〜4分間乾燥させ、加熱プレスし、完全に乾燥させた。 寸法が約1インチ×4インチ×0.055インチ(約2.54cm×10.1 6cm×0.14cm)の乾燥した薄い構造体を、約10gのトルエン(ウィス コンシン州のミルウォーキーにあるアルドリッチ社)に溶かした約2gのポリカ ルボシラン(ニカロンポリカルボシラン、#X9−6349、ダウコーニング社 )を含む液体ポリマー混合物溶液の溶液中にその構造体を浸すことにより、繰り 返して接触させた。その溶液でコーティングした薄い構造体の形を整え、通風乾 燥し、構造体を硬化させた。その構造体の中に約1.5gのポリカルボシランが 吸収された。この構造体を空気中でさらに約100℃/hの速度で約950℃に 加熱し、約4時間保持し、アルミニウム金属を酸化させ、木材パルプを焼失させ た。 このように、この例は、特に、CERASETTMSN無機ポリマー以外のシラ ザン主成分ポリマーもまた、局所的プロセス条件下で 方向性金属酸化ドーパント性を有することを実証する。 例20 この例は、特に、長手エッジにそってシールされた2つの薄い角形の形状物を 有し且つその2つの角形形状物の間のキャビティを有し、それによりキャビティ を形成するスペース用材料によって互いに形状物が隔てられた、複雑なアーチ形 状の角形セラミック体の作成を例証する。 2つの角形形状物(一方は他方より若干小さい横寸法を有する)を薄い形状物 のロールより厚さ約0.045インチ(1.1mm)×幅約24インチ(61c m)×長さ数100フィート(数10メートル)の寸法に切断し、次いで完全に 乾燥させた。約10フィート/分(3メートル/分)のベルト速度で運転するF ourdriner製紙機でこのセラミックペーパーのロールを製造した。親金 属、木材パルプ、セラミックフィラーの比率は、例12と実質的に同じとした。 また、これらの材料組成は、例12の材料と同じであるが、但し、炭化ケイ素粒 子の重量でグレードA−10アルミナ(アルカンサス州のボーキサイトにあるア ルコア社の工業化学部門、2〜3μmの平均粒子径)で置き換えた。本例で使用 したグレード101L微粒化アルミニウム(アルコアスペシャリティメタルズ) は、粒子サイズがやや小さい他、例12で使用したグレード120Lアルミニウ ムと同じ化学組成であった。バッチのサイズは、約170kgの微粒化アルミニ ウム金属の量を基準にした。約9重量%の固形分に調節するため、この製紙スラ リーに十分な水を加えた。 2つの乾燥した角形形状物に、CERASETTMSN無機ポリマー(デラウェ ア州のニューアークにあるランキサイドパホーマンスマテリアルズ社)と1%の ジクミルペルオキシド(デラウェア州のウィルミントンにあるHercules 社)を含む液体組成物を含 浸させた。 約30重量%の金属合金、約30重量%のフィラー材料、及びペースト稠度を 得るための例4の液体組成物の約40重量%を含むスペース用材料を調製した。 含浸した形状物を、別な成形型の中に入れた。適当な量のスペース用材料を1つ の型の規定間隔の窪みの中に入れ、型の中に角形形状物を入れると、スペース用 材料が1つの型の凹面に接触し、且つそのスペース用材料が割合に小さい横寸法 を有する型の凸面に接触するようにした。型の温度が約150℃に上がるのに十 分な時間にわたって約150℃で型を加熱し、約150℃に約10分間保持し、 液体組成物を硬化させ、こうして角形形状物を付形・硬化させ、スペース用材料 をそれに接着させた。小さい寸法を有するアーチ形の角形形状物を、他の形状物 よりもやや小さい半径を有するアーチに成形した。硬い角形形状物を型から取り 出し、2つのセクションの間に配置したスペース用材料とともに重ね、キャビテ ィを作成した。2つの角形形状物の2つの長手エッジにそって液体組成物を接触 させ、その液体組成物を硬化させるのに十分な時間にわたって約150℃に加熱 することによりシールを形成した。硬化したアセンブリーう約950℃で約4時 間加熱し、親金属を作成させ、複雑に成形されたセラミック体を作成した。 このように、この例は、炭化ケイ素の代替としてのアルミナ、グラムからキロ グラムのレベルへのシート作成プロセスのスケールアップ、1つの人手によるシ ートから数平方メートルを超えるセラミック材料のロールの半自動化した加工な どの、いくつかの重要な結果を実証する。 例21〜23 次の例は、特に、無機繊維材料のとりわけシリカを取り入れた、本発明による 薄いセラミック形状物の製造を例証する。 例20と実質的に同じプロセスにより、表4に掲げた成分を用いて薄いセラミ ック形状物を製造した。各スラリーを、約9重量%の固形分を得るに足る水で希 釈した。例22と23において、シリカ繊維を、前述の米国特許第516599 6号に記載の方法により、コロイド状アルミナ(例えば、ベーマイト)でコーテ ィングした。各処方物をその場で十分に酸化させ、薄くて硬い自己支持性のセラ ミック体を作成した。例21のシリカ繊維成分は、熱プロセスの際にアルミニウ ム親金属と実質的に反応し、例22と23のコーティングされたシリカ繊維はこ れよりもかなり低い程度で反応した。 1)軟質木材パルプ(バージニア州のリッチモンドにあるジェームスリバー社) 2)Silfa(デラウェア州のウィルミントンにあるAmetak社のHav eg3)コーティングなし 4)米国特許第5165996号にしたがってコーティング 5)グレートA−10、2〜3μmの平均粒子サイズ(アルカンサス州のボーキ サイにあるアルコア社の工業化学部門) 6)グレード101L(テキサス州のロックデールにあるアルコア社の特殊金属 部門7)オハイオ州のマウニーにあるデンツプラ イインターテショナル社、Ransom and Randolph 8)デラウェア州のウィルミントンにあるHercules社 9)デラウェア州のウィルミントンにあるHercules社 例24 この例は、複雑なアーチ形セラミック体を製造する別な技術を例証する。 例20に記載の方法を実質的に踏襲した。結合されるべき薄い曲がったペアの シートの間にスラリー状のスペース用材料を配置する代わりに、アーチ形セクシ ョンを作成するのに使用したセラミックペーパーの同じロールよりスペーサーを 切り出した。アーチ形セクションとスペーサーストリップを型の中で組み合わせ 、例20と実質的に同じくして熱処理した。得られた複雑な物体は、それぞれ長 さ約65cm×幅約10cmで幅寸法が約50cmの半径で曲がった対応(align ed)ペアのセラミック板の形状を有した。約4つのスペーサー材料のストリップ (それぞれ長さ約65cm×幅約3mmの寸法)が板を互いに結合し、2つの間 に約1mmのスペースを与えた。 例25 この例は、中にキャビティを有するセラミック板の対応ペアを作成するもう1 つの態様を例証する。 対応するセラミック板を例24と実質的に同じく作成し、但し、スペーサー材 料を、型のアーチ型セクションに入れる前に、例4の親金属と例4のフィラー材 料と同じ重量割合を有し、さらにほぼ家庭用ペイントとほぼ同じ粘度をスラリー に与えるのに足るCERASETTMSN無機ポリマーの組成を有するスラリーに 浸した。また、アーチ形セクションは、約20cmの幅を有し、約40〜65c mのいろいろな長さを有するスペーサー材料の薄い約6つのストリップを用い、 アーチ形のペアの角形形状物の内部領域を支持するのに使った。 例26 この例は本発明のもう1つの態様を例証する。セラミックペーパーのロールを 、例20と実質的に同じくして作成し、CERASETTMSN無機ポリマー/1 %ジクミルペルオキシド溶液に浸した。過剰の液体をはらい落とした後、計算上 の位置に曲げを形成することによりセラミックペーパーを手で付形した。この手 で付形したセラミックペーパーを、次いで例20の方法にしたがって熱処理した 。得られた物体の写真を図1に示す。 以上の例は本発明の例示の目的に過ぎなく、当業者に理解され請求の範囲に規 定する本発明の範囲を制限するものではない。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to a novel thin ceramic body and a method for producing the same, wherein the novel thin ceramic body comprises a conventional or known thin ceramic body. It has excellent properties compared to ceramic bodies. Specifically, the present invention relates to thin features having high green strength and improved formability, with features such as good dimensional stability, low coefficient of thermal expansion at elevated temperatures, and controlled porosity. The present invention relates to a method for producing a high-strength and thin ceramic body produced from the same. The present invention provides, inter alia, at least one thin shape comprising at least one parent metal, at least one organic or inorganic fiber, and optionally at least one inorganic filler material, wherein the at least one shape comprises The present invention relates to techniques for producing thin ceramic bodies, including contacting at least a portion of an article with at least one liquid or fusible composition to impart properties such as tack, formability, and strength. The at least one thin feature is heated and densified by a metal oxidation process to form a thin ceramic body of a desired shape. The invention also relates to the production of complex moldings made from such thin shapes. BACKGROUND ART In recent years, there has been increasing interest in using ceramics for structural material applications where metals have been used. Many refractory metals, such as superalloys and refractory metals, such as molybdenum, are used in turbine blades, fans, nozzles for jet engines, gas turbines, rockets, etc. At a high point, it does not adequately meet the stringent demands placed on such structures. These materials tend to soften at high operating temperatures, require protective coatings against oxidation, and are generally difficult to machine to precise shapes. Other materials proposed for these applications, such as graphite, silicon carbide, metal oxides, have similar drawbacks as well as other drawbacks such as brittleness. Reasons for suggesting that ceramics replace areas traditionally dominated by metals are the superior properties of ceramics, such as corrosion resistance, hardness, modulus, and heat resistance when compared to the function of metals under harsh environmental conditions. Characteristics. Examples of such alternative targets include engine components, heat exchangers, cutting tools, bearings, wear-resistant surfaces, pumps, and marine materials. Ceramics also exhibit more desirable properties in terms of dimensional stability and low coefficient of thermal expansion over a wider temperature range than metals. Recently, there has been increasing interest in producing ceramic bodies that can have good dimensional stability at high temperatures and exhibit a low coefficient of thermal expansion for use in applications such as heat exchangers. In general, prior art ceramic heat exchangers have been manufactured by conventional methods such as slip casting, isostatic pressing, cold uniaxial pressing or extrusion, impregnation of corrugated paper with ceramic slips, and the like. Structures obtained by the above process suffer from disadvantages such as high coefficient of thermal expansion, cracking during thermal cycling, and poor green strength which limits the shape complexity of the ceramic body. Other techniques, such as tape casting and papermaking techniques, have also produced molded ceramic bodies. However, green bodies obtained by these methods are often brittle and difficult to handle. Further, according to these methods, in which a large amount of an organic material is often mixed to form a green body having higher strength, it is difficult to form a dense ceramic. Also, ceramic bodies have traditionally been of limited utility in harsh environments where materials must possess properties such as good structural safety, thermal shock resistance, and corrosion resistance. A sufficiently dense ceramic material could meet some of these requirements, but producing sufficiently dense ceramics of complex shapes is difficult, especially when low cost and high productivity are required It is. Investigations into producing dense ceramic parts, whether integral or composite, have had limited success. For example, a discussion of making ceramics using metal precursors and air oxidation is disclosed in U.S. Pat. No. 3,255,027 to Talsma, which discloses the manufacture of a refractory body having a porosity of about 15% to about 95%. Is taught. This product is manufactured by a process in which a flux of a metal oxide is mixed with granular aluminum or an aluminum alloy, and a granular heat-resistant filler may be added. The green body is heated at a temperature of at least 400 ° C. in an oxygen-containing atmosphere until at least 11% by weight of the aluminum is oxidized to form a substantially continuous integral skeleton of crystalline refractory material. A generally porous structure, characterized as a structure with internal voids, is obtained with essentially low strength properties. U.S. Pat. No. 3,493,938 to Oberlin proposes solving the problem of Talsma and teaches an alumina-containing thin heat-resistant structure forming an alumina bridge. The thin-walled heat-resistant structure comprises a vanadium compound having a melting point above 600 ° C., a flux selected from alkali metal silicates and alkaline earth silicates, and a composition comprising a refractory metal or a precursor thereof. Manufactured by coating parts. The coated structure is heated in an oxygen atmosphere at a temperature of 600-900 ° C. and then in an oxygen atmosphere at a temperature from 900 ° C. to slightly below the melting point of the structure. Hare, U.S. Pat. No. 3,299,002 discloses a process that involves mixing aluminum and aluminum alloy particles, flux (oxides of metals such as alkali metals and alkaline earth metals), and refractory fillers by at least 20%. It teaches to produce a hard non-oxide refractory having a porosity of. The mixture is molded and heated in an oxidizing atmosphere at a temperature between 600 ° C. and the melting point of the refractory filler for a time sufficient to oxidize at least 90% of the aluminum. Both Talsma and Hare use fluxes and metal powders and other particles in a mixture to dissolve or destroy oxidation reaction products and promote surface oxidation, thereby providing an essentially porous, It teaches producing low strength ceramics. In U.S. Pat. No. 3,262,763, Bechold teaches the manufacture of a refractory having a solid, continuous matrix structure containing nitride and metal components. The basic components of these materials are aluminum, boron, nitrogen, and silicon. The heat-resistant body is manufactured by heating a compact including aluminum, silicon nitride, and boron in an atmosphere containing nitrogen or oxygen at a temperature of 700 ° C to 1500 ° C. The resulting refractory is conductive or insulating and contains some porosity and at least 5% aluminum or silicon. U.S. Pat. No. 3,421,863 to Bawa et al. Teaches a method of making a cermet material that is electrically insulating at high temperatures. This cermet is obtained by compression molding a mixture containing aluminum powder and aluminum silicate and heating the molded body to a temperature of about 1000 ° C. to about 1400 ° C. in an oxidizing atmosphere. The above methods involve the production of state-of-the-art ceramic bodies, such as the production of green bodies with poor strength and flexibility, limited green body production capacity, continuous strategies or expensive and complex setups that are not suitable for economical processes. There are drawbacks inherent in the technology. Further, the methods used to produce ceramic articles by in-situ oxidation of the precursor metal generally produce articles of poor structural integrity with poor contact wear and erosion resistance. Description of Applicants 'U.S. Patents and U.S. Patent Applications The subject matter of this application is, in part, related to some of Applicants' U.S. patent applications and U.S. patents. Specifically, such U.S. patent applications and U.S. patents include, inter alia, ceramic matrix composites and methods of making the same (hereinafter "Applicants' ceramic matrix composite U.S. patents and U.S. patent applications"), A novel inorganic polymer and inorganic / organic polymer composition and a method for producing the same (hereinafter referred to as “the applicant's inorganic / organic polymer patents and patent applications”) are described. The entire disclosures of Applicants' ceramic matrix composites and inorganic / organic polymer patents and patent applications are also specifically incorporated herein. This application in the United States is a continuation-in-part of U.S. Patent Application Serial No. 60/004913 (filed October 6, 1995, Title of Invention: Ceramic Bodies and Methods for Making the Same). Applicants' U.S. Pat. No. 4,851,375 (Newkirk et al.) Teaches a method of making a self-supporting ceramic composite structure with embedded filler. The ceramic composite is obtained by oxidizing the parent metal to form a polycrystalline oxidation reaction product that impregnates the air-permeable filler material. A parent metal (optionally providing a dopant in or in contact with the metal to provide the dopant) is heated adjacent to the filler permeable material to a suitable oxidizing agent that results in the formation of an oxidation reaction product. Provide a molten parent metal body in contact. The molten parent metal migrates through the previously formed oxidation reaction product and comes into contact with the oxidant, causing the oxidation reaction product to grow continuously, thereby embedding the filler material and embedding the ceramic composite. Provide a structure. Applicants' U.S. patent application Ser. No. 08 / 451,581 (filed May 26, 1995; Newkirk et al.) Are related to US Patent No. 4,851,375. Among various disclosures, this patent application is directed in particular that the parent metal can be provided in finely divided form, and is preferably mixed with a breathable material comprising at least one filler material Is taught. That is, directional oxidation of the molten parent metal can be performed "in situ." The resulting object is generally porous and the pores are located where the parent metal has been oxidized, the pores replicating at least a portion of the physical shape of the parent metal before oxidation. That is, the patent application also teaches a technique for making a porous ceramic body that allows for some degree of pore size, shape, and distribution. Applicant's U.S. Pat. No. 5,017,526 (Inventor Newkirk et al.) Discloses that a desired shape can be achieved by impregnating a gas-permeable molded preform with a polycrystalline matrix material containing an oxidation reaction product obtained by oxidation of a parent metal. A method for making a self-supporting ceramic composite is taught. The shaped composite is brought into contact with the zone of the self-supporting preform in contact with the molten parent metal (optionally including dopants in or in contact with the metal during the process) and reacts the metal with a suitable oxidizing agent. To form an oxidation reaction product. The molten parent metal migrates through the oxidation reaction product in contact with the oxidizing agent and grows into the shaped preform, thereby providing a composite structure of a desired shape. Applicant's U.S. Pat. No. 4,929,704 (Schwark) specifically relates to the preparation of polysilazane addition polymers, which are prepared by reacting ammonia with one or more silicon halide compounds to form a cyclic silazane anhydride. Monolithic products were synthesized and then added to metal-nitrogen polymers containing silazane ammonolysis products. It is prepared by reacting 1 to 30% by weight of isocyanate, isothiocyanate, ketene, thioketene, carbodiimide, or carbon disulfide. Polysilazane addition polymers containing alkenyl or alkynyl groups can be cured by providing the energy to generate free radicals. This patent further discloses a method for preparing a polysilazane addition polymer with adjustable polymer viscosity. The polymer viscosity can be adjusted to suit a particular intended end use. For example, high viscosities are desirable for the production of fibers, and low viscosities are desirable for polymers that impregnate porous ceramic bodies or produce thin profiles. U.S. Pat. No. 5,010,090 (corresponding to the divisional application of Schwark, U.S. Pat. No. 4,929,704) specifically relates to silicon nitride ceramics obtained by pyrolysis of a cured or uncured polysilazane addition polymer. Also, U.S. Pat. No. 5,021,533 (the inventors of the present invention, Schwark) discloses a poly (thio) ureasilazane composition prepared by a reaction between an organic isocyanate and a polysilazane containing an Si--H bond, and a silicon-containing polyisocyanate. It teaches a composition in which the nitrogen bond can be reacted, the viscosity can be adjusted and a crosslinking reaction can be performed later. This crosslinking can be partially initiated by raising the temperature to 300 ° C. or less for a time sufficient to produce a value of viscosity suitable for the desired end use of the polymer. Cured or uncured poly (thio) ureasilazane can be thermally decomposed to produce ceramic materials including silicon nitride. Also, U.S. Pat. Nos. 5,032,649 and 5,155,181 (both of which are Schwark) disclose the preparation of organic amide-modified silazane polymers, which can be prepared, for example, by first obtaining less than about 30% by weight. By reacting a polysilazane having a Si—H bond with an organic amide of the formula (1) to cause a reaction between an isocyanate and a silicon-nitrogen bond, and then a by-product causes a crosslinking reaction of hydrogen. Applicant's U.S. patent application Ser. No. 08 / 223,294 (filed Apr. 4, 1994, PCT Publication No. WO 95/12630, a continuation-in-part of U.S. patent application Ser. No. 08 / 148,044, filed Nov. 5, 1993; Inventors, both Becker et al., Specifically) include at least one organic monomer, oligomer, or polymer, which contains at least one organic electrophilic substituent and at least one metal-containing polymer including a metal-nitrogen polymer. A composition comprising an uncrosslinked reaction mixture comprising a polymer. Applicants' patent application for this composition also relates to a reaction mixture containing at least one organic monomer, oligomer or polymer, which comprises a plurality of organic electrophilic substituents, and A nitrogen polymer, (b) an aluminum-nitrogen polymer, (c) a boron-nitrogen polymer, and (d) a mixed polymer thereof, wherein the polymer has a large number of sequentially bonded repeating units, the composition of which comprises It comprises the reaction product of a reaction mixture, the composition of which is obtained by crosslinking the reaction product of the reaction mixture. Crosslinking may be provided by a heat-based, irradiation-based, free-radical-based, or ion-based crosslinking mechanism. The composition is formed and shaped into a number of useful articles by various methods. The composition can also be applied to numerous articles by various techniques, such as coating and bonding, to enhance the performance of such articles. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a thin, self-supporting ceramic body made using a combination of molding and metal oxidation techniques. Specifically, a thin profile is provided that includes at least one parent metal, at least one organic or inorganic fiber, and optionally one or more inorganic filler materials. In one embodiment, the thin shape is then contacted with a liquid or fusible composition to impart desired physical properties such as enhanced flexibility, moldability, strength, and then to the desired shape or structure. Molded and cured by methods known in the art to make the thin profile self-supporting. In another embodiment, the thin feature is heated to a temperature above the melting point of the parent metal to melt and at least partially oxidize the matrix metal, thereby creating the desired oxidation reaction product. The oxidation reaction products are at least partially interconnected three-dimensionally to produce a high strength, thin ceramic body. It may also be desirable to increase the porosity generated by the oxidation reaction of the parent metal by incorporating fugitive substances into the material used to form the green body. Examples of the fugitive substance include polymer pellets, sawdust, corn starch, coconut activated carbon, and wood pulp. These materials volatilize or burn off when heated according to the present invention. Further, a complicated molded article can be manufactured by using the thin shaped article of the present invention. Thin shapes can be manufactured by any method known in the art, such as, for example, slush molding, blow molding, slip casting, tape casting, and manufacturing methods. In a preferred embodiment of the present invention, the thin profile is manufactured using a continuous processing technique that is easy and economical to produce the thin profile, such as a papermaking method. Suitable parent metals for the present invention include, for example, at least one metal or alloy selected from aluminum, titanium, silicon, zirconium, hafnium, tin, zinc, molybdenum, for example, wires, fibers, fine particles, spheres , Powder and the like in at least one desired form. In another aspect of the present invention, one or more dopants may be provided to promote the oxidation of the parent metal to the ceramic. For example, in a more preferred embodiment, wherein at least one liquid or fusible composition contacts the thin feature to provide moldability, the composition promotes oxidation of the parent metal to ceramic, and It produces a thin ceramic body with excellent strength properties without having to provide a suitable dopant material. In a preferred embodiment of the invention, the at least one fusible or liquid composition comprises a liquid polymer that can be pyrolyzed into a ceramic material, which polymer is sometimes referred to as a "preceramic polymer" or "ceramer". And contacting, depositing, coating, laying, impregnating, etc. on or in dry (still green) thin features. In another embodiment, at least one liquid or fusible composition is mixed with at least one parent metal, at least one fiber, or at least one inorganic filler material. The at least one thin feature comprising at least one liquid or fusible composition has properties such as formability, adhesion, strength, so that the at least one thin feature may be, for example, a cutting material. Or by casting and then hardening to make at least one thin shape of the desired shape or structure self-supporting. If the liquid or fusible composition comprises, for example, a crosslinkable preceramic polymer, the thin features can remain self-supporting throughout the heating and oxidation process, thus causing the structure to collapse or deform. Can be prevented. Also, if the at least one liquid or fusible composition includes a preceramic polymer, the composition decomposes upon heating, producing additional ceramic material and forming a denser thin ceramic body, To add strength. In another aspect of the invention, at least one thin feature is seamed or joined or joined to the same or at least one other thin feature to form a complex compact. In particular, at least one thin feature of the present invention may be contacted with the same or at least one other thin feature along at least one overlapping edge or a common edge. The resulting thin ceramic bodies can bond together along at least one overlapping edge or common seam when heated to a temperature sufficient to initiate a metal oxidation process. In another aspect of the invention, the thin features are stacked like a laminate. For example, at least one liquid or fusible composition, such as a preceramic polymer, can be applied to a thin profile to impart properties such as tack, drapeability, strength, and the like, so that the profile Can be stacked and formed into a three-dimensional laminate of a complicated shape. In addition, the thin compacts of the present invention can be overlaid with materials of different compositions to form heterogeneous laminate structures containing layers of different compositions. Still further, some mechanized papermaking techniques tend to impart directionality to the properties of the resulting thin profile by aligning the paper with a fiber by rolling or stretching. Also, the thin moldable shapes of the present invention may be alternated with, for example, fiber tows or flexible fabrics or meshes to add properties such as strength, or subsequently heat removed at elevated temperatures, It can also be a layered, complex-shaped three-dimensional structure with internal chambers or channels. Definitions "Aluminum" An essentially pure metal (e.g., relatively pure and commercially available non-alloyed aluminum) or impurities and / or alloying components such as iron, silicon, copper, magnesium, manganese, chromium, zinc, etc. It is meant to include other grades of metals and metal alloys such as commercially available metals therein. The aluminum alloys contemplated by this definition are alloys or intermetallics in which aluminum is the main component. "Residual non-oxidizing gas" means any gas present other than an oxidizing gas (if used), such as a main component gas or a gas phase oxidant, which substantially reacts with the parent metal under process conditions Not an inert or reducing gas. The oxidizing gas present as an impurity in the gas used should be insufficient to oxidize the parent metal to a significant degree under process conditions. "Barrier" or "barrier means" Maintains integrity under process conditions and is not substantially volatile (ie, the barrier material is not volatile to the extent it does not function as a barrier), Any material, compound, element, composition, etc., that is gas permeable to the phase oxidant (if used) and locally prevents, inhibits, halts, and prevents the continued growth of oxidation reaction products Means "Ceramic" should not be unduly construed as being limited to the ceramic body in its traditional sense, i.e., consisting entirely of non-metallic and non-organic materials, and is primarily concerned with either composition or dominant properties. An object that is ceramic. Here, the object is derived from a base metal or one or more metal components in which an oxidizing agent or a dopant has been reduced (isolated and / or interconnected, depending on the processing conditions used to form the object). ) May contain small or significant amounts, most commonly about 1 to 40% by volume of metal, and even more. "Ceramic matrix composite" or "CMC" or "Ceramic composite" means a material comprising a ceramic matrix embedded in a preform or filler material and interconnected in two or three dimensions, and more often A three-dimensional or three-dimensional interconnected network comprising a parent metal phase embedded therein. The ceramic matrix can include various dopant components that provide the desired microstructure, particularly the desired mechanical, physical, and chemical properties, to the resulting ceramic matrix composite. "Dopant" When used in combination with a parent metal, a material that suitably affects or accelerates the oxidation reaction process and / or improves the growth process and changes the morphology or microstructure and / or properties of the product (components of the parent metal, Or a component that is mixed and / or mixed in or on the filler, or mixed with the oxidizing agent). While not intending to be limited to a particular theory or explanation of the function of the dopant, some dopants may have a suitable surface energy relationship between the parent metal and its oxidation reaction product that is essential for the formation of the oxidation reaction product. If not, it may be useful to promote its formation. Other dopants improve the morphology of the composition by increasing the nucleation and uniformity of the growth of the oxidation reaction product, or the physical, chemical, and mechanical properties of the ceramic matrix composite by improving its microstructure. Characteristic can be improved. Dopants can be added to the filler material, which can be gaseous, solid, or liquid under the process conditions, can be included as a component of the parent metal, or are required for the formation of oxidation reaction products. Can also be added to one of the components. The dopant may (1) form a suitable surface energy relationship to enhance or cause wetting of the oxidation reaction product by the molten parent metal and / or (2) (a) protect and adhere to the oxidation reaction product Inhibits formation of a layer, (b) increases the solubility (ie, gas permeability) of the oxidizing agent in the molten parent metal, and / or (c) allows the oxidizing agent to pass from the oxidizing atmosphere through the precursor oxide layer. Move and then form a “precursor layer” on the growth surface by reaction with the alloy, oxidant, and / or filler, which allows it to combine with the molten parent metal and form another oxidation reaction product. And / or (3) improving the microstructure of the oxidation reaction product during or after its formation and / or changing the metal component composition or properties of such oxidation reaction product; and / or (4) the oxidation reaction Product growth nuclei and uniform growth can be promoted. “Filler” or “filler material” is a single component or mixed component that is substantially non-reactive with and / or has limited solubility in the parent metal and / or oxidation reaction product, and is single-phase or multi-phase It may be. Fillers can be provided in various forms such as powders, flakes, plates, microspheres (both hollow and solid), whiskers, air bubbles, etc., and can be either dense or porous. The term “filler” includes ceramic fillers such as alumina, silicon carbide fibers, particles, whiskers, air bubbles, spheres, fiber mats, three-dimensional woven structures, and mixtures thereof, or, for example, attacks by molten aluminum parent metal. Coating fillers such as ceramic coating fillers to protect carbon from carbon include, for example, carbon fibers coated with alumina or silicon carbide. Also, the filler can be a metal. For example, refractory metals such as tungsten, tantalum and molybdenum can also be used as fillers. "Green" When referring to a filler material or preform, it refers to the filler material or preform before the oxidation reaction product has grown into the filler material or preform. That is, a filler material or preform that is heated to a high temperature (e.g., to volatilize a binder) should be considered "green" unless the filler material or preform is impregnated with a parent metal or oxidation reaction product. is there. "Growing alloy" means any alloy that contains a sufficient amount of components necessary to grow an oxidation reaction product at the beginning or at some point in the process. The growth alloy differs from the parent metal in that the growth alloy includes components not present in the parent metal, but the components may be incorporated into the molten alloy during growth. "Liquid phase oxidizer" or "liquid oxidizer" The liquid referred to means an oxidizer that is the sole, predominant or at least significant oxidizer of a parent metal or precursor metal under process conditions. A liquid oxidant refers to being liquid under process conditions. Thus, the liquid oxidizer may include a solid precursor such as a salt that melts under the oxidation reaction conditions. Alternatively, the liquid oxidant may be a liquid precursor (i.e., a solution of the substance) that impregnates some or all of the filler and melts or decomposes under oxidative reaction conditions to provide a suitable oxidant component. Examples of liquid oxidizers as defined herein include low melting gases. When a liquid oxidizer is used in combination with the parent metal or filler, generally the entire bed or a portion of the filler to be embedded in the desired ceramic matrix composite is impregnated with the oxidizer (e.g., Coating or soaking in oxidizing agent). "Nitrogen-containing gas oxidant" means a particular gas or vapor that is present in the oxidizing atmosphere used and under process conditions, nitrogen is the sole, predominant or at least significant oxidant. Nitrogen is the molecular nitrogen (N Two ) Or NH Three May be included in the compound. "Oxidizing agent" means one or more electron acceptors or unions, and may be a solid, liquid, or gas, or a mixture thereof (eg, a solid and a gas) under oxidation reaction conditions. Typical oxidants include, but are not limited to, oxygen, nitrogen, halogen or combinations thereof, sulfur, phosphorus, arsenic, carbon, boron, selenium, tellurium, or compounds or combinations thereof, such as, for example, Silica or silicate (as oxygen source), methane, ethane, propane, acetylene, ethylene, propylene (hydrocarbon as carbon source), and mixtures thereof such as air, H Two / H Two O, CO / CO Two (As an oxygen source). The latter two (ie, H Two / H Two O, CO / CO Two ) Is useful for suppressing the oxygen activity of the atmosphere. “Oxidation” means a chemical reaction in which an oxidizing agent reacts with a parent metal, which gives or shares an electron with the oxidizing agent. “Oxidation reaction product” means one or more metals in an oxidation state in which the metal has donated or shared an electron with another element, compound, or combination thereof. Includes products from the reaction of the above metals with one or more oxidants. "Oxygen-containing gas oxidant" means a particular gas or vapor that is present in the oxidizing atmosphere used and under process conditions, oxygen is the sole, predominant or at least significant oxidant. "Parent metal" means a metal that is the precursor of a polycrystalline oxidation reaction product (eg, aluminum, silicon, hafnium, molybdenum, titanium, tin, zinc, and / or zirconium), and is essentially a pure metal, impurity And / or commercially available metals containing alloy components, or alloys whose main component is a metal precursor. Where a particular metal is designated as a parent or precursor metal (eg, aluminum, etc.), that particular metal should be construed according to this definition unless otherwise indicated. "Preceramic polymer" or "ceramer" means a polymeric material that thermally decomposes at elevated temperatures and chemically changes to a ceramic material (which may be crystalline, amorphous, or a mixture thereof). "Preform" or "breathable preform" At least one filler or reinforcement porous material made with at least one surface boundary that essentially defines a boundary for infiltration of the matrix material ( mass), the porous body having sufficient shape integrity and green strength to provide dimensional fidelity before being permeated by the matrix. This material can be used to (1) allow the gas-phase oxidant to penetrate the preform and contact the parent metal (if a gas-phase oxidant is used); and (2) to produce or grow oxidation reaction products. It must be sufficiently porous or breathable to accept. A preform is generally a bundled array or array of fillers or reinforcements, which may be homogeneous or heterogeneous, and may be of any suitable material (e.g., mineral and / or ceramic and / or polymer and / or Metal and / or composite particles, powders, fibers, whiskers, etc., and any combination thereof). The preform may be present singly or in multiples. “Reducing substance” means an element or compound that interacts with the molten parent metal and / or oxidation reaction product (eg, is reduced by the parent metal and / or oxidation reaction product to modify the composition of the parent metal and And / or providing an oxidizing agent for producing an oxidation reaction product). See also "liquid oxidizer" and "solid oxidizer". "Solid State Oxidant" or "Solid Oxidant" means that the solid referred to is the sole, predominant or at least significant oxidant of the parent metal or precursor metal under the process conditions. When a solid oxidizer is used in combination with the parent metal and the filler, the oxidation reaction product is generally dispersed throughout the entire bed or part of the bed of the growing filler, and the solid oxidizer is mixed with the filler, for example. Coating on fine particles or filler particles. Appropriate solid oxidizing agents are used, such as elements such as boron and carbon, or silicon dioxide as a reducing compound, or certain borides with lower thermodynamic stability than the borated reaction product of the parent metal. . For example, if boron or reducible boron is used as the solid oxidant of the aluminum parent metal, the resulting oxidation reaction product will include aluminum boride. "Gas phase oxidizer" means an oxidizer that contains or contains a specific gas or vapor, and the gas or vapor referred to is present in the oxidizing atmosphere used and is a parent metal or precursor under process conditions. It is meant to be the sole, predominant or at least significant oxidant of the metal. For example, the main component of air is nitrogen, but oxygen is a much stronger oxidant than nitrogen, so the oxygen component of air is the only oxidant of the parent metal. Thus, air is included in the definition of “oxygen-containing gas oxidizer” as a term in this specification and the claims, but “nitrogen-containing gas oxidizer” (examples of “nitrogen-containing gas” oxidizer) , Generally comprising a forming gas containing about 96% by volume of nitrogen and about 4% by volume of hydrogen). “Copolymer” means a polymer made from two or more monomers, oligomers, or polymers corresponding to different repeating units, wherein the different repeating units are incorporated into the same polymer molecule or chain. Copolymers include diblock copolymers, multiblock copolymers, alternating copolymers, graft copolymers, organic copolymers, inorganic copolymers, hybrid copolymers (eg, copolymers in which both organic and inorganic forms the backbone), organic graft copolymers, inorganic graft copolymers, There are hybrid graft copolymers (eg, both organic and inorganic grafts in the same copolymer), terpolymers. "Hybrid polymer" or "ceramer" means an oligomer, polymer or polymer alloy having a plurality of metal-containing segments and a plurality of organic segments. The hybrid polymer or ceramer can be an alloy of at least one copolymer or polymer. Hybrid polymers or ceramers can include random copolymers, diblock copolymers, multiblock copolymers, alternating copolymers, graft copolymers, terpolymers, and the like. "Liquid or fusible composition" A thin green ceramic body (eg, a preform) to impart or enhance some desirable physical properties such as, for example, adhesion, flexibility, moldability, drapeability ) Means the substance to be contacted. In the present application, such compositions include polymers and sols such as tetraorthosilicate. "Monomer" means a molecule or compound that has one repeating unit that can naturally form a chemical bond with the same and / or another monomer, oligomer or polymer in the way that oligomer and / or polymer molecules or macromolecules form. Monomers include wholly organic, wholly inorganic, or hybrid (ie, organic and inorganic) molecules or compounds. "Oligomer", as used herein, means a molecule or compound having a plurality of repeating units, generally about 2 to 10 repeating units. An oligomer is a polymer molecule that is a molecule or compound that is a total organic, general inorganic, or hybrid (ie, organic and inorganic) with the same and / or another monomer and / or oligomer and / or polymer. It has the inherent ability to create chemical bonds in the way macromolecules do. "Polymer", as used herein, means a molecule or compound having a large number of repeating units, generally about 10 or more. Polymers include thermoset polymers, thermoplastic polymers, elastomers, amorphous polymers, crystalline polymers, semi-crystalline polymers, homopolymers, heteropolymers, copolymers, polymer alloys, linear or unbranched polymers, branched polymers such as Examples include long-branched or short-branched or mixed long-branched and short-branched polymers, crosslinkable polymers, crosslinked polymers, polymeric networks, penetrating polymeric networks, combinations thereof, and the like. The polymer may also include general organic, general inorganic, or hybrid (i.e., organic and inorganic) chemical macromolecules. BRIEF DESCRIPTION OF FIG. 1 FIG. 1 is a photograph of the thin ceramic body obtained in Example 26. Detailed Description of the Invention and Preferred Embodiments The present invention is particularly directed to a thin, self-supporting ceramic body having good dimensional stability and low coefficient of thermal expansion at elevated temperatures. The thin ceramic body of the present invention is manufactured using any combination of thin structure fabrication techniques and metal oxidation techniques. Specifically, at least one parent metal, at least one organic or inorganic fiber, and optionally at least one inorganic filler are combined into a thin shape. In one preferred embodiment, the thin shape is contacted with a liquid or fusible composition to enhance the thin shape, eg, adhesion, flexibility, moldability, drapeability. In another preferred embodiment of the present invention, the thin feature is heated to a temperature above the melting point of the parent metal, causing the matrix metal to melt and at least partially oxidize, thereby producing the desired oxidation reaction and product. To obtain a thin ceramic body with high strength. In a further preferred embodiment, complex compacts can be made by combining such thin features in combination with virtually any number of features. The thin profile comprising at least one parent metal, at least one organic or inorganic fiber, and optionally at least one inorganic filler material can be formed by any method known in the art. Thin shapes can be made by any method known in the art, such as, for example, slush molding, slip casting, tape casting, blow molding, papermaking, and other similar techniques for producing thin molded articles. it can. In a preferred embodiment, the thin features can be manufactured using easy and economical continuous process techniques, such as, for example, papermaking. The thickness of the profile depends on factors such as the fabrication technique, the amount and composition of the fibers and filler materials. Shapes obtained by any thin structure forming method, such as the techniques described above, can be formed from single or multiple shapes into simple or complex shapes. In a preferred embodiment of the present invention, at least a portion of the at least one thin feature is contacted with at least one liquid or fusible composition to provide for adhesion, adhesion, drapeability, flexibility, strength, etc. Desirable characteristics can be imparted. Thin shapes provided with at least one liquid or fusible composition may have enhanced drapeability or moldability, e.g., for cutting, bending, folding, shaping, or shaping into a desired shape, e.g., It can have tackiness or adhesiveness for joining with other shapes in making a multi-component structure or laminate. The at least one liquid or fusible composition can be, but is not limited to, applied, sprayed, dipped, dipped, brushed, dusted (eg, when the composition is applied as a fusible solid material). ) Can be applied to thin features in any manner known in the art. In another aspect of the invention, the at least one liquid or fusible composition comprises the composition comprising at least one parent metal, at least one fiber, and optionally at least one inorganic filler material. By mixing, it is incorporated into thin shapes. In yet another aspect, the at least one inorganic or organic composition can further comprise a dispersion comprising a particulate material such as, for example, at least one fiber or filler material used to prepare the thin profile. . The thin shape, which has been contacted with at least one liquid or fusible composition and shaped or shaped into a particular structure, is then subjected to its structure or shape, for example by drying or heating the composition. Can be cured. In one embodiment, a thin feature is contacted with a cross-linkable liquid or fusible composition, and to an extent sufficient to cure the shape and render the shape self-supporting. The composition is crosslinked by any of the methods described above. For example, if the at least one liquid or fusible composition is a crosslinkable polymer, the composition can be crosslinked, for example, by irradiation, chemical or thermal means. The use of a cross-linkable polymer, for example, makes it possible to make a thin shape self-supporting by heating, so that a thin molded body can be used in subsequent heating steps without causing collapse or deformation during heating. To be offered. In a preferred embodiment, at least one parent metal provided in finely divided form (eg, provided as a number of small objects), at least one organic or inorganic fiber, and optionally at least one inorganic filler. The thin feature obtained by the process of the present invention can be heated to a temperature above the melting point of the parent metal to initiate oxidation of the molten parent metal and produce an oxidation reaction product. It may also be desirable to increase the porosity caused by the oxidation reaction of the parent metal by including a fugitive material in the material used to form the green body. Escaping materials include polymer pellets, sawdust, corn starch, coconut shell activated carbon, wood pulp, and the like. These materials can evaporate or burn off when heated in the present invention. Polymer fugitive materials can include, for example, organic or inorganic polymeric filler materials such as plastics and organic polymers such as olefins, vinyl, styrene, acrylonitrile, acrylic, polyester, imide, and cellulosic fugitive materials. . With reference to, but not limited to, the description of the oxidation process, the molten metal is transported along high energy grain boundary channels with the oxidation reaction product phase. It is widely understood that polycrystalline materials have a range of grain boundary energies (surface free energies), depending on the degree of lattice misalignment at the boundary between two adjacent crystals or grains of the same material. Generally, low-angle irregular grain boundaries exhibit low surface energy, while high-angle grain boundaries have high surface energy, but the relationship may not be a simple monotonically increasing function of angle, This is because a more stable atomic arrangement at an intermediate angle may possibly occur. Similarly, lines along the intersection of three grains generally exhibit high energy characteristics in the polycrystalline microstructure. As described in the applicant's patents and patent applications relating to ceramic matrices, and without being limited to those descriptions, the parent metal and the oxidizing agent may be surface free in the context of the molten parent metal. At least some of the grain intersections (ie, grain boundaries or grain boundary intersections) of the polycrystalline oxidation reaction product form a suitable polycrystalline oxidation reaction product having energy and in a portion of the temperature range in which the parent metal melts. Some appear to replace planar or linear channels of molten metal. For example, consider a grain boundary that has a higher surface energy than the selectable structure of two substantially geometrically equivalent crystal / molten metal boundaries. In these cases, such high energy grain boundaries will either not form or will disappear spontaneously to point to planar channels of molten metal bounded by two crystal / metal interfaces. When the molten metal is held in a portion of the effective temperature zone in an oxidizing atmosphere, the molten metal is suctioned or transported along the channel in the direction of the oxidant. More specifically, this phenomenon can be explained by (1) that the liquid metal wets the crystalline oxidation reaction product phase (ie, γ slsg , Where γ sl Denotes the surface free energy of the crystal / molten metal boundary, and γ sg Indicates the surface free energy of the crystal / vapor boundary), and (2) the energy γ of some grain boundaries b Exceeds twice the interfacial energy of the crystal / liquid metal, ie, γ max > Γ gsl And γ bmax Is the maximum grain boundary energy of the polycrystalline material. Linear molten metal channels can be created in a similar manner if the metal replaces some or all of the grain boundary intersections in the material. Because the channels are at least partially interconnected (i.e., the grain boundaries of the polycrystalline material are interconnected), the molten metal is transported through the polycrystalline oxidation reaction product to its surface and the oxidizing atmosphere , Where the metal is oxidized, resulting in continuous growth of oxidation reaction products. In addition, the uptake of molten metal along the channel is a much faster transport process than the ion conduction mechanism of the most common oxidation phenomena. Much faster than what is commonly observed at Since the oxidation reaction product of the present invention is internally impregnated with metal along the high-energy grain intersections, the phase of the polycrystalline oxidation reaction product is itself γ in one or more dimensions, preferably in three dimensions. b > 2γ sl Interconnected along relatively low angle grain boundaries that do not meet the criteria of Thus, the ceramic matrix of the composite material of the present invention exhibits many of the desirable properties of traditional ceramics (ie, hardness, heat resistance, abrasion resistance, etc.) while adding due to the presence of a distributed metal layer. Presents positive advantages. In embodiments of the present invention where a ceramic matrix body is formed, the ceramic matrix (obtained by oxidizing the molten parent metal with a gas phase oxidant to form a polycrystalline oxidation reaction product) is essentially a single phase Adjacent polycrystalline oxidation products characterized by dispersed metal and / or voids or both and having planar metal channels and / or planar voids located between adjacent crystals It is characterized by a crystal lattice irregularity at a crystal grain boundary of an oxidation reaction product smaller than a lattice irregularity between product crystals. In some embodiments, substantially all of the grain boundaries of the oxidation reaction product phase have an angle mismatch of less than about 5 ° with an adjacent lattice. One or more oxidizing agents can be used in the process of the present invention. Generally, a gas phase oxidant is used, which is usually a gas, or at least a gas under process conditions. The gas phase oxidant provides an oxidizing atmosphere, such as ambient air. Common gas phase oxidizing agents include, for example, volatile or evaporable elements, compounds, components of compounds, or combinations thereof, such as oxygen, nitrogen, halogen, sulfur, phosphorus, arsenic, carbon, boron, Selenium, tellurium, methane, propane, acetylene, ethylene, propylene (hydrocarbons as carbon source) and mixtures of air, H Two / H Two O or CO / CO Two And the latter two (ie, H Two / H Two O and CO / CO Two ) Is useful in reducing the oxygen activity of the atmosphere relative to the desired oxidizing components of the preform. Oxygen or an oxygen-containing gas mixture (such as air) is a suitable gas-phase oxidant, and air is generally preferred for obvious reasons of economy. If the gas-phase oxidant is described as containing or containing a particular gas or vapor, this means that the sole or dominant or at least significant oxidation of the parent metal under the conditions available in the oxidizing atmosphere used. Means a gas phase oxidizing agent. For example, while the main component of air is nitrogen, the oxygen component of air is the only oxidant of the parent metal under the conditions available in the oxidizing atmosphere used. Thus, air falls within the definition of an "oxygen-containing gas" oxidant and not within the definition of a "nitrogen-containing gas" oxidant. An example of a "nitrogen-containing gas" oxidant herein is a "forming gas" generally comprising about 96% by volume of nitrogen and about 4% by volume of hydrogen. Nitrogen is a particularly preferred gas-phase oxidizing agent for producing a porous aluminum nitride matrix composite in which the parent metal contains finely divided aluminum and is mixed with a ceramic filler of a breathable material. Argon gas has been found to be a useful inert gas to reduce the partial pressure and activity of the gas phase oxidant of nitrogen. Solid or liquid oxidants at the process conditions can be used in conjunction with gas phase oxidants or independently. Such additional oxidizing agents may be particularly useful to enhance the oxidation of the parent metal preferentially in the breathable material rather than around the surface of the parent metal. That is, the use of such a liquid or solid oxidant can create an environment more suitable for the oxidation reaction of the parent metal in the gas permeable material than in the environment outside the gas permeable material. This enhanced atmosphere promotes matrix growth to the interface within the breathable material, and is beneficial in controlling excessive growth. If a solid oxidant is used, it is mixed with the breathable material in particulate form over the entire breathable material or in part of the breathable material, or used as a coating on the particles of the breathable material. It can be done. Any solid oxidizer can be used, depending on its compatibility with the gas phase oxidizer. Such solid oxidants may be of a suitable element, such as boron or carbon, silicon dioxide (as a source of oxygen) or silicon nitride (as a source of nitrogen), or have a lower thermodynamic stability than the oxidation reaction product of the parent metal. And certain borides. In some cases, the oxidation reaction of the parent metal with the solid oxidizer proceeds very quickly, and the heat of the process can dissolve the oxidation reaction product. If this occurs, the microstructure uniformity of the resulting ceramic matrix or ceramic matrix composite may be impaired. Such rapid exothermic reactions can also be mitigated by incorporating an inert filler into the composition at a rate that absorbs excess heat. Examples of suitable inert fillers are the same or substantially the same as for the oxidation reaction product. If a liquid oxidant is used, the liquid oxidant may be dispersed throughout the breathable material or the liquid oxidant may prevent the gas phase oxidant (if used) from approaching the molten parent metal. If not, it is arranged in a part close to the molten metal. By liquid oxidizing agent is meant that is liquid under the conditions of the oxidation reaction, and thus the liquid oxidizing agent can also be a solid precursor such as a salt that is molten or liquid under the conditions of the oxidation reaction. Alternatively, the liquid oxidizer can be a liquid precursor, such as, for example, a solution of the material, which is used to coat some or all of the porous surface of the breathable material, and which melts or melts under process conditions. Decomposes to provide a suitable oxidant component. Examples of the liquid oxidizing agent in the present application include low melting point glass. In embodiments where the parent metal is dispersed throughout the permeable material in a finely divided form, the permeable material is loaded into a furnace, supplied with an oxidizing agent, and formed from a moldable, flexible preform to a self-supporting structural material. To an appropriate temperature to change to The heating cycle varies depending on the reactivity of the filler with the parent metal. In a preferred embodiment of the invention, the permeable material is charged to a furnace that has been preheated to the reaction temperature. If a dopant is used, it is included in the breathable material and / or alloyed with the parent metal, or both. The parent metal is preferably melted without any loss of dimensional integrity of the breathable material, but the temperature is maintained below the melting point of the oxidation reaction product and the filler. The molten parent metal reacts with the oxidizing agent to produce an oxidation reaction product. The porosity of the breathable material is sufficient to contain the oxidation reaction product without substantially damaging the breathable material or deforming its boundaries. Continued exposure of the molten parent metal to an oxidizing atmosphere causes movement of the molten metal through the oxidation reaction product, gradually drawing the molten metal through the oxidation reaction product toward the oxidizing agent, resulting in polycrystalline Produces gradual growth of oxidation reaction products. The oxidation reaction products grow into the interstitial spaces of the breathable material. At the same time, voids are created by the movement and transport of the molten metal, and these voids duplicate the size and shape of the original finely divided piece of parent metal. If the volume fraction of the parent metal is too low, the resulting structure may be weaker than an object obtained using a higher volume fraction of the metal. On the other hand, excess parent metal is undesirable in that the final product contains too much metal for the end use. When the oxidation reaction product initially grows from the molten metal, it fills at least a portion of the interparticle pores of the gas permeable material and creates pores, as described above. Continuing the oxidation reaction process promotes a continuous movement of the residual molten metal through the oxidation reaction product to the outside. Oxidation, as in the case of bulk metal in contact with the outer surface of a breathable material, is a reaction that occurs when the parent metal or oxidant is exhausted and the temperature falls outside the "window" of the oxidation process. Continue until the product contacts the barrier material. The resulting polycrystalline material may exhibit pores in which one or more metal phases have been partially or almost completely replaced, but the volume fraction of voids depends on the temperature, time, type of parent metal, and dopant concentration. It should be understood that such conditions largely depend on such conditions. Generally, in a polycrystalline ceramic structure, the crystallites of the oxidation reaction product are interconnected in two or more dimensions, preferably three dimensions, and the metal is at least partially interconnected. Thanks to the barrier means, the ceramic products generally have well-defined boundaries, irrespective of the volume fraction or porosity of the metal. The barrier means of the present invention can be any suitable means for inhibiting, hindering, or stopping the growth or formation of oxidation reaction products. Suitable barrier means are a variety of substances, compounds, elements, compositions, etc., which maintain certain integrity under the process conditions of the present invention, are not volatile, and are preferably gas permeable to gas phase oxidants. It is possible to locally suppress, inhibit, terminate, hinder, prevent, etc. the continuous growth of the oxidation reaction product. One criterion for barrier means is the class of materials that are not substantially wetted by the molten parent metal being transported. This type of barrier has virtually no affinity for the molten metal and growth is terminated or stopped by the barrier means. Other barriers include solid reaction products, e.g., intermetallic compounds, that react with the molten parent metal being transported, dissolve in the metal being transported or dilute it excessively, or impede the molten metal transport process. By generating, further growth is suppressed. This type of barrier can be a metal or metal alloy, including any suitable precursors that change into it, such as oxides, reducing metal compounds, or dense ceramics. Due to the growth inhibiting or interfering processes of this type of barrier, growth may extend into and beyond the barrier to some extent before growth stops. However, the barrier reduces the final machining and grinding required for the product. As mentioned above, the barrier material is preferably breathable or porous, so that when solid, non-permeable walls are used, a gas phase oxidant (if used) is added to the molten parent metal. The barrier should open at least one zone or one or both ends to allow contact. When an aluminum parent metal is used, suitable barriers particularly useful in the present invention are, for example, calcium sulfate and calcium silicate, which are essentially wettable to the molten molten metal being transported, and When using a silicon parent metal, suitable barriers include, for example, boron nitride, titanium nitride, zirconium nitride, aluminum nitride, with boron nitride being most preferred. Such barriers can generally be applied as a slurry or paste to the surface of a filler bed, preferably preformed into a preform. The barrier means may also include suitable combustible or volatile materials that are removed when heated or materials that decompose when heated to enhance the porosity and air permeability of the barrier means. Still further, the barrier means may include suitable heat resistant particles to reduce shrinkage and cracking that may occur during the process. Particles having substantially the same coefficient of thermal expansion as the filler bed are essentially desirable. For example, if the preform includes alumina, the resulting ceramic will include alumina, and the barrier may be mixed with alumina particles, preferably having a size of about 20-1000 mesh. The alumina particles are mixed with, for example, calcium sulfate in a ratio of about 10: 1 to 1:10, preferably about 1: 1. In one preferred embodiment of the invention, the barrier means comprises a mixture of calcium sulfate (ie, calcined gypsum) and Portland cement. Portland cement is mixed with calcined gypsum in a ratio of 10: 1 to 1:10, with a ratio of about 1: 3 Portland cement: calcined gypsum being preferred. If desired, Portland cement is used alone as a barrier material. In another preferred embodiment, when an aluminum parent metal is used, it comprises calcined gypsum mixed in stoichiometric ratio with silica, where excess calcined gypsum may be present. During the process, calcined gypsum and silica react to form calcium silicate, which provides a barrier that is particularly beneficial in that it does not substantially crack. In yet another embodiment, calcined gypsum is mixed with about 25-40% by weight calcium carbonate. Upon heating, the calcium carbonate decomposes and releases carbon dioxide, thereby increasing the porosity of the barrier means. The barrier means is made or formed in any suitable form, size, shape, and is preferably breathable to a gas phase oxidant. The barrier means can be applied or utilized as a membrane, paste, slurry, permeable or impermeable sheet or plate, or reticulated or porous web, such as a mesh or ceramic screen or cloth, or a combination thereof. The barrier means may also include certain fillers and / or binders. In order to minimize the growth of little or no polycrystalline material in the production of the ceramic composite, the barrier means is located above or adjacent to the defined surface boundary of the filler bed or preform. Placing the barrier means over the defined surface boundaries of the floor or preform can be done in any suitable manner, such as laying the barrier means over the defined surface boundaries. Such a layer of barrier means may be a liquid, slurry, paste-like barrier means by coating, dipping, screen printing or the like, or sputtering an evaporative barrier means, or simply depositing a layer of solid particle barrier means. Alternatively, it can be applied by applying a solid thin sheet or film of barrier means to defined surface boundaries. With the barrier means in place, the growth of the polycrystalline oxidation reaction product stops when it reaches and contacts the defined surface boundary of the preform. In a preferred embodiment of the present invention, a breathable molded preform (described in detail below) has at least one defined surface boundary and has at least a portion of the defined surface boundary with or resting on barrier means. Created in preparation. The term "preform" should be understood to include an assembly of separate preforms that are ultimately joined to a unitary composite material. The breathable preform is part of the lay-up, and when heated in a furnace, the parent metal and the preform are exposed to or surrounded by a gas phase oxidant (which may be a solid or liquid oxidant). Is done. The reaction process continues until the oxidation reaction product penetrates the preform and contacts a defined surface boundary with or with barrier means. Most commonly, the boundary between the preform and the polycrystalline matrix substantially coincides, but the individual components of the preform surface are exposed or emerge from the matrix, and thus completely surround or wrap the preform with the matrix. Regarding, penetration and embedding may not be perfect. The barrier means suppresses or stops growth upon contact with the barrier means, and substantially no "overgrowth" of the polycrystalline material occurs. The resulting ceramic composite product comprises a polycrystalline material consisting essentially of the oxidation reaction product of the parent metal and the oxidizing agent (optionally, the oxidized product of the parent metal and / or the reduced component of the reducing substance). (Comprising one or more metal components such as non-metal components) comprising a permeable material that has been impregnated to its boundaries by a ceramic matrix. In addition, the voids are formed by partial or essentially complete replacement of the finely divided parent metal, but the volume ratio of the voids includes temperature, time, type of parent metal, volume ratio of parent metal, dopant concentration, etc. It should be understood that the above condition is greatly dependent on the conditions. In general, some voids are completely isolated (closed), while others can be part of a network that opens out of the object. Generally, in these polycrystalline ceramic structures, the crystallites of the oxidation reaction products are interconnected in two or more dimensions, preferably three dimensions, and the metal component obtained by transport of the molten parent metal is at least partially Can be interconnected. The ceramic composite products of the present invention generally have well-defined boundaries and retain dimensions and geometric structure close to the original breathable material. The polycrystalline ceramic composite can include a metal component, such as a non-oxidized parent metal, the amount of which depends on the process conditions, the alloying components in the parent metal, and the dopant, but in some cases the metal is substantially removed. May not be included at all. The volume fraction of metal can be adjusted to meet the desired final properties of the product, and in some applications, such as engine parts, metal content of about 5-10% or less in finished parts It may be desirable to have According to this preferred embodiment, it will be appreciated that the filler is essentially non-reactive with the parent metal under the process conditions. In addition, although the present invention mainly emphasizes aluminum in the present specification and describes a specific embodiment of an aluminum parent metal, this description is merely an example and other metals are included in the scope of the present invention. It should be understood that they can be doped as described. Suitable parent metals for incorporation into the thin features of the present invention include pure metals, commercially available metals containing impurities and / or alloying components in at least one proportion, alloys based on metal precursors, An intermetallic compound can be included. Suitable parent metals for the practice of the present invention include, for example, metals such as aluminum, titanium, silicon, zirconium, hafnium, tin, molybdenum, and alloys thereof. For the purposes of the present invention, the term "metal" shall include metalloids and metalloids such as silicon. In one aspect of the invention, for example, where the parent metal is oxidized to form an oxidation reaction product, the parent metal is suitably sized to form a void that oxidizes and reverses the shape of the parent metal. And shape, which may, for example, contribute to the desired thermal or structural properties. The parent metal can be in at least one form, for example, a metal sheet, wire, whisker, microparticle, sphere, finely divided metal powder, and the like. In a preferred embodiment of the present invention, the parent metal comprises a finely divided parent metal capable of producing an oxidation reaction product, such as aluminum powder. The finely divided parent metal body incorporated into at least a portion of the breathable material should be of a size appropriate to create voids by reverse copying after metal movement. Ideally, the porosity is large enough to enhance the ceramic properties, but should not be too large or too large to adversely affect the structural integrity of the product. Also, excessively finely divided particles pose a significant safety risk, such as causing an explosion hazard if suspended in the air at a sufficient concentration at a large surface area / volume ratio of such particles. For this reason, a particle size of the parent metal of about 50 to 500 grit (500 to 171 μm), preferably about 100 to 280 grit (173 to 40 μm) is useful. The term “fine particles” or “particles” with respect to fillers is widely used, including powders, fibers, whiskers, spheres, platelets, aggregates, and the like. Certain parent metals under certain conditions of temperature and oxidizing atmosphere meet the criteria required for the oxidation phenomenon of the present invention without special addition or modification. However, as described in Applicants' ceramic matrix patents and patent applications mentioned above, the dopant material used in combination with the parent metal can advantageously influence or accelerate the oxidation reaction process. Without intending to be bound by any particular theory or explanation of the role of the dopant, some of them may be useful if there is essentially no suitable surface energy relationship between the parent metal and its oxidation reaction products. It seems to be. That is, as necessary for the process of the present invention, one or a combination of dopants that reduce the solid / liquid interfacial energy forms a polycrystalline structure resulting from the oxidation of the metal into one that includes a channel for transport of the molten metal. Tend to promote or accelerate Another function of the dopant material is to provide a stable oxidation product by acting as a nucleating agent in the formation of crystallites, and / or by destroying the first passivated oxidation product layer in some way, or both. It seems to start the growth phenomenon. While this latter class of dopants may not be necessary to form the ceramic growth phenomena of the present invention, such dopants may commercially delay the onset of such growth for certain parent metal systems. It is important to stay within the constraints that can be enforced. Yet another role of the dopant is to control the rate of oxidation reaction product formation. For example, in addition to the above-mentioned dopants, certain dopants may be used to increase or decrease the rate of the oxidation reaction, for example, to improve product morphology and / or uniformity. These dopants can help to obtain a net shape or near net shape. The function of one or more of the dopant materials may depend on several factors other than the dopant materials themselves. These factors include, for example, the particular parent metal used, the desired end product, the particular combination of dopants when two or more dopants are used, the external , The oxidizing atmosphere used, and the process conditions. The one or more dopants can be (1) provided as a component for the alloy of the parent metal, (2) applied to at least a portion of the surface of the parent metal, (3) a filler or filler bed. Or a combination thereof, or a combination of two or more of (1), (2) and (3) may be employed. For example, alloyed dopants can be used in combination with externally applied dopants. In the case of the method (3) in which one or more dopants are applied to the filler, the application can be carried out in any suitable way, for example, in the form of fine droplets or fine particles, And preferably on a portion of the filler bed adjacent to the parent metal. Applying dopant to the filler can be performed by applying a layer of one or more dopant materials to or in the floor, for example, its internal openings, gaps, passages, intervening spaces that render the filler gas permeable. Apply to The source of the dopant can be provided by placing a solid body containing the dopant in contact with or located between at least a portion of the parent metal surface and the filler bed. For example, if a silicon dopant is required, a thin sheet of silicon-containing glass or other material can be placed on the surface of the parent metal. When the parent metal bearing the silicon-containing material is melted in an oxidizing atmosphere (eg, about 850 ° C. to about 1450 ° C., and preferably about 900 ° C. to about 1350 ° C. for aluminum in air), it becomes permeable. A polycrystalline ceramic material grows in the filler. When the dopant is applied externally to at least a portion of the surface of the parent metal, the polycrystalline oxide structure generally grows substantially beyond the dopant layer into the permeable filler (ie, the applied Beyond the depth of the dopant layer). In each case, one or more dopants can be applied externally to the parent metal surface and / or the permeable floor of the filler. Also, dopants alloyed into the parent metal and / or dopants externally applied to the parent metal can be supplemented by one or more dopants applied to the filler bed. That is, the lack of concentration of dopants alloyed in the parent metal and / or applied externally to the parent metal is compensated by the respective additional amounts of one or more dopants applied to the filler bed. And vice versa. Other dopants that are effective in promoting the growth of polycrystalline oxidation reaction products in the parent metal system based on aluminum are silicon, germanium, tin, and lead, especially when magnesium or zinc is used in combination. is there. One or more other dopants or suitable sources thereof may comprise about 0.5% of the total alloy. Although each may be alloyed into the aluminum parent metal system at a concentration of from about 5 to about 15% by weight, a more desirable growth mechanism and morphology is a dopant concentration of about 1 to 10% by weight of the total parent metal alloy. Is obtained. Lead as a dopant is generally alloyed into the parent metal of the aluminum main component at a temperature of at least 1000 ° C to allow for low solubility in aluminum, but other alloying components such as tin Addition generally increases the solubility of lead and allows the alloying material to be added at lower temperatures. One or more dopants can be used depending on the conditions as described above. For example, in systems where the parent metal comprises aluminum and the oxidant comprises air, particularly useful dopant combinations are (a) magnesium and silicon or (b) magnesium, zinc, and silicon. In such an example, the preferred magnesium concentration is about 0,0 of the aluminum parent metal. In the range of 1 to about 3% by weight; for zinc about 1 to about 6% by weight of the aluminum parent metal; for silicon about 1 to about 10% by weight of the aluminum parent metal. The concentration range of any dopant will depend on factors such as dopant combination and process temperature. Concentrations within the above ranges are observed to initiate the growth of the oxidation reaction product, promote metal transfer, and favor the growth morphology of the resulting oxidation reaction product. Other examples of dopant materials used with aluminum parent metals include sodium, lithium, calcium, boron, phosphorus, yttrium, barium, strontium, zirconium, gallium, lanthanum, titanium, chromium, cerium, and nickel; These can be used independently or in combination with one or more other dopants, depending on the oxidizing agent and the process conditions. Sodium and lithium can be used in very small amounts, on the order of ppm, generally between about 100 and 200 ppm, each of which can be used alone or in combination, or in combination with another one or more dopants. it can. Rare earth elements such as cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium, and samarium are also useful dopants, and may also be used, in particular, with other dopants. The exact function of one or more dopants may depend on the process conditions used, such as which parent metal is used, which oxidizer is used, and which other dopants may be present. For example, in certain combinations of conditions, certain dopants may initiate growth, but in different combinations of conditions, the same dopant may control the rate of oxidation reaction product formation. That is, it may be difficult to completely classify the function of any particular dopant. Liquid or fusible compositions suitable for the practice of the present invention include at least one inorganic or organic monomer, oligomer, or polymer composition. In a preferred embodiment, the at least one liquid or fusible composition comprises a silicon-containing compound such as, for example, tetraethylorthosilicate. In a further preferred embodiment, the at least one liquid or fusible composition comprises at least one polymer; in a particularly preferred embodiment, the at least one polymer comprises a preceramic polymer composition such as a polysiloxane, a polycarbohydrate. Including silane and polyureasilazane. If the composition is a solid fusible composition, the composition is meltable, or the composition is dispersed or dissolved in an aqueous or organic solution before contacting the thin feature Can be. Surprisingly, when the at least one liquid or fusible composition comprises a preceramic composition, the liquid or fusible composition facilitates the formation of oxidation reaction products, and thus, like the usual dopants It has been found that suitable properties are imparted, such as eliminating the need for additional compositions. Particularly preferred are, for example, liquid or fusible compositions that contribute to both shape formation and oxidation of the parent metal, such as silicon-containing preceramic polymer compositions. Also, surprisingly, the use of dopants in thin features in combination with liquids or fusible compositions, such as liquids or fusible compositions of silicon-containing preceramic polymers, is suitable for promoting oxidation reactions. It has been found that properties are imparted, which results in a higher strength and more cohesive body than when only the dopant is used without the presence of a liquid or fusible composition. Without intending to be bound by theory, when the silicon-containing liquid or fusible polymer is provided without the usual dopant being provided, the liquid or fusible composition will exhibit at least some doping properties and oxidize. It is believed that the formation of reaction products is promoted. Also, by increasing the wettability of the surface of at least one fiber or inorganic filler material and promoting the formation of oxidation reaction products on or near the surface of at least one fiber or filler material, the oxidation reaction product It is believed that the generation of Suitable fibers for the practice of the present invention include at least one fiber selected from the group consisting of organic and inorganic fibers. Examples of the organic fiber include pulp such as hard wood pulp and soft wood pulp, and polymer pulp such as polyolefin pulp, cotton fiber, and carbon fiber. Examples of the inorganic fibers include ceramic, glass, and metal fibers. The fibers can be present, for example, as individual fibers, fiber mats, fabrics, meshes, uniaxially aligned fiber tows, short cut fibers, and the like. In a particularly preferred embodiment, the inorganic fibers are provided with at least one exfoliation mechanism to provide one or more ceramic toughening mechanisms, such as crack branching and fiber exfoliation / pulling during mechanical loading of the ceramic material. (debond) layer. In another exemplary embodiment, wherein at least a portion of the fiber is an organic fiber, the fiber may be desired by the loss of at least a portion of the fiber, for example, when heating a thin profile upon oxidation of a parent metal. In particular dimensions and in particular amounts to obtain a porosity level of. Although the inorganic fibers desirable for use in the thin ceramic bodies of the present invention are inherently reactive with one or more substances under local process conditions, the most problematic with regard to the chemical attack of such fibers is The parent metal is particularly the aluminum parent metal. The use of such fibers in the presence of molten aluminum generally requires a coating that resists the corrosive effects of aluminum if the fibers are desired to remain. From the experience of directing the oxidation of a molten parent metal such as aluminum into an adjacent breathable material, CVD SiC coatings can be, for example, sufficient protection of the substrate fibers, but in a bath of colloidal alumina. Coating processes, such as treating fibers with, have been shown to be less effective. Here, if the directional metal oxidation is performed `` in-situ '', i.e. if the parent metal is in the form of a number of small pieces or a network distributed throughout the permeable material, such is the case. The propensity of the parent metal to corrode sensitive "reactive" fillers is fairly small. Accordingly, large volume, low cost coating techniques, such as those taught in US Pat. No. 5,165,996 to Jaco Bson, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference, would otherwise require a molten parent metal. Protects fillers that will react with and is satisfactory under "in-situ directional metal oxidation" conditions. Measurement of the room temperature strength of the ceramic material obtained in Example 22 below showed some toughening behavior such that the fibers detached from the matrix and came off. This result suggests that the degree and level of toughening by the release / detach mechanism can be adjusted by the intentional application of the release coating. It should also be possible within the scope of the present invention to provide both exfoliation and protection for otherwise reactive or unstable inorganic fibers. For example, U.S. Pat. No. 5,389,450 to Kennedy et al. Teaches a dual coating system for use in composite materials. According to the applicant's U.S. patent, the disclosure of which is incorporated herein by reference, one or more outer coatings protect the underlying substrate from chemical degradation and provide one or more release coatings. A coating is applied between the substrate and the protective coating, allowing the breakthrough of the reinforcement to occur under mechanical load. Filler materials suitable for the process of the present invention include, for example, at least one glass, ceramic, metal, carbon fiber material. The ceramic filler material can include, for example, at least one boride, oxide, carbide, nitride. Examples of ceramic fillers suitable for the present invention include, for example, clay, oxide and non-oxide ceramics such as alumina, silicon carbide, silicon nitride, boron carbide, zirconium oxide, zirconium boride, zirconium nitride, titanium oxide, and the like. Is mentioned. Examples of the metal filler material include metals and metalloids of Groups 1 to 12 of IU PAC, lanthanum-based metals, and metals and metalloids of Groups 13 to 14 of IUPAC (including boron and silicon). The filler material can have at least one shape such as, for example, powder, fiber, fiber mat, wire, whisker, flake, platelet, foam, sphere, or particulate. The at least one filler material may further include a reactive or non-reactive filler material. In one embodiment, for example, if a high strength, thin ceramic body is desired, a wire, such as a tungsten wire, can be added to the thin profile to provide additional structural support. In some embodiments, for example, where a papermaking process is used to produce thin features, ceramic, for example, in the form of a ceramic powder, is a particularly preferred filler material. Also, if the papermaking process provides thin shapes, additional filler materials such as cationic wet strength resins (for strength in sheet formation) and anionic polymers (for floc formation) are added. You can also. In another aspect, if a dense ceramic product is desired, filler materials including sintering aids can be added to the mixture. The sintering aid used will depend on the ceramic filler material used. For example, alumina and yttria can be preferred sintering aids for shapes containing silicon nitride powder, CaO, MgO, SiO Two Is often used in combination with alumina powder. Thin features obtained by the process of the present invention in contact with at least one liquid or fusible composition are generally more strong and greener than green bodies formed by prior art methods, especially when wet. It is flexible. For example, thin features coated or impregnated with a preceramic polymer can be stored unheated. The stored thin features can then be cut or stamped into a single layer of complex shapes, or a continuous thin feature or multiple thin features can be used for lapping and winding. Then, a molded article such as a laminate, a tube, or a honeycomb can be produced. When a liquid or fusible composition such as a polymer is applied to a thin shape to form a tacky surface, it does not require a separate step of applying an adhesive (many prior art methods). Is required), and a multilayer structure can be created by overlapping thin shapes. In another embodiment, the thin features of the present invention can be overlaid on another layer of the same composition to form a uniform laminate structure, or can be reactive, non-reactive or partially reactive with the thin features. Layers of different compositions of the reaction can be superimposed to form a non-uniform laminate structure with layers of different compositions. For example, a thin profile of the present invention may be, for example, a composition of another thin profile prepared by the process of the present invention, or a fiber tow or flexible fabric or mesh (hereinafter at least partially burned at elevated temperatures). ) To form a multi-layered, complex-shaped three-dimensional structural composition having various compositions or porosity or layers of internal chambers or channels in which all or part of a composition has been burned off. Still further, some mechanized papermaking processes (eg, pulping and dewatering pulp on a moving belt) can impart directionality to one or more properties of the paper product. This direction can remain after aging. An indication of this directionality is the at least partial orientation of the fiber components of the thin profile in the direction of travel of the paper pulp or wet paper. In another example, the thin features can be alternated with metal tows that can be oxidized in situ and can penetrate into the layers of the thin features to obtain high strength. The stacked thin features can be heated to a temperature sufficient to initiate oxidation of the metal, bonding adjacent layers and providing strong bonding between the layers. Further, barrier materials can be selectively placed between layers to suppress oxide growth at specific locations. In another embodiment, spacers or struts may be provided between the layers to form a support or channel for the transfer of air or liquid between the layers of the thin ceramic body. The material forming the spacers or struts can be any material that provides sufficient spacing between the layers and is compatible with the manufacturing process, including, for example, ceramics, metals, polymers, and glass, such as viscous liquids or fusible liquids. It can be introduced between layers by contacting with a hydrophilic composition. Alternatively, the spacer may be bonded by generating an oxidation reaction product between the thin profile layer and the space material. In another aspect of the invention, one or more thin features can be seamed or joined or joined into a thin ceramic body. In particular, the thin features of the present invention can be brought into contact with each other along overlapping or common edges. In one aspect, overlapping edges of at least one thin feature can be held together by contacting at least one liquid or fusible composition to create a tacky surface. Upon heating to a temperature sufficient to initiate oxidation of the parent metal, the resulting thin ceramic bodies can be bonded together along a common edge. Also, the resulting oxidation reaction product bridges the boundary between the two objects, thereby adding a bond strength around the object due to the binding action of the liquid or fusible composition. The following examples illustrate some of the aspects of the present invention but do not limit it. Example 1 The following example illustrates a thin ceramic body comprising alumina and silicon carbide, prepared by coating an aluminum alloy powder (380M alloy, about 8.5-7.5 wt% Si, 4.0-3.0 wt% Cu, 3.5-2.7 wt% Zn, 0.30-0.20 wt% Mg, 1.0-0.7 wt% Fe, residual aluminum, Alkane, Montreal, Canada), carbonized FIG. 3 illustrates making from a mixture that includes silicon (Norton, Inc., Walcester, Mass.) And hardwood pulp (James River, Inc., Richmond, Va.). Aluminum alloy powder (about 220 g of 380M alloy), silicon carbide (about 99 g of 220 grit, about 55 g of 500 grit, about 33 g of 800 grit, and about 33 g of 1200 grit), and hard pulp (10% by weight in water) An aqueous mixture containing 2800 g of wood pulp) was mixed with water to a volume of about 16 liters. One liter of the resulting slurry was diluted with about one liter of water and stirred. About 3 Hercules, Wilmington, Delaware) and about 3 (Hercules, Wilmington) was added to the slurry to cause floc formation. The slurry was set and placed in a handsheet maker. The water was dropped and the pressure was reduced to remove more water, leaving a thin structure. The thin structure was placed between two felts, passed through a wringer, squeezed excess water from the structure and removed from the screen. The thin structure was dried at about 250 ° F. for about 3-4 minutes, hot pressed, and completely dried. CERASET on a dry thin structure TM About 1% dicumyl peroxide (Hercules, Wilmington, Del.) Containing SN inorganic polymer (silazane-based preceramic polymer obtained from Rankyside Performance Materials, Inc. of Newark, Del.). ) Was contacted by brushing or dipping the structure. Excess liquid was wiped off the surface of the thin structure. The coated structure was placed in a heated mold (in air at a temperature of about 150 ° C.), brought to the desired profile, and the liquid polymer mixture was crosslinked to form a rigid structure. Heating the structure in air at 950 ° C. for about 2-5 hours caused the wood pulp to burn off and the thin structure to be converted to ceramic. Examples 2-12 The following Examples 2-12 illustrate the preparation of a thin ceramic body comprising alumina and silicon carbide made substantially in accordance with the method of Example 1. Examples 2-12 illustrate that, as shown in Table 1, the material composition of the metal / alloy, fiber, and filler can be varied to vary the composition of the thin features obtained by the process of the present invention. The following materials were used to make the thin ceramic bodies of Examples 2-12. Aluminum alloy powder (380M alloy, about 8.5-7.5 wt% Si, 4.0-3.0 wt% Cu, 3.5-2.7 wt% Zn, 0.30-0. 20 wt% Mg, 1.0-0.7 wt% Fe, residual aluminum, Alkane, Montreal, Canada) Aluminum alloy powder (3% Sr, 1% Si, 4% Ni, residual Aluminum, Valimet, Stockton, CA Aluminum powder (99.97% pure aluminum, grade 120L, Alcoa Specialty Metals, Inc., Rockdale, TX) Silicon carbide (all grit size, to Walcester, MA) Hardwood and softwood pulp (James River, Richmond, Victoria) Thermal Ceramics, Augusta, Jia) Carborundum, Niagara Falls, NY) Hercules, Minton) Hercules, Wilmington) Industrial, Ranson and Randolph) CERASET TM SN inorganic polymer (Ranchiside Performance Materials, Newark, Delaware) 1) 380M aluminum alloy (Alcoa, Montreal, Canada) 2) Hardwood pulp, hardwood pulp: a mixture of softwood pulp, and softwood pulp is 10% by weight wood pulp in water 3) Aluminum alloy (California) 4) Aluminum alloy powder (Alcoa Specialty Metals, Rockdale, TX) *) Example 12: Before diluting one liter of slurry with one liter of water, Examples 13-14 The following Examples 13-14 illustrate the production of a thin ceramic body comprising alumina and silicon carbide made substantially in accordance with the method of Example 12. In Examples 12, 13, and 14, it was demonstrated that the volume of the slurry diluted with 1 liter of water could be varied as shown in Table 2 to vary the thickness of the thin ceramic body. Also added to harden the slurry The amount of Hercules (Lumington) was varied as shown in Table 2. The following materials were used to make the thin ceramic bodies of Examples 13-14. Aluminum metal (99.97% pure aluminum, grade 120L, Alcoa Specialty Metals, Inc., Rockdale, TX) Softwood pulp (James River, Inc., Richmond, Victoria) 500 grit silicon carbide (Walcester, MA) Norton, Inc.) Hercules, Minton) Hercules, Wilmington) Industrial, Ranson and Randolph) CERASET TM SN inorganic polymer (Ranchiside Performance Materials, Newark, Delaware) Examples 15-18 The following examples 15-18 demonstrate, among other things, that (1) the absence of dopants or initiators for initiating the directional metal oxidation process may result in the three-dimensional mutual interaction in the final fired body. Not form a connected alumina matrix, (2) CERASET TM 2 illustrates that SN inorganic polymers function as dopants under local process conditions. Four thin ceramic bodies were made substantially according to the method described in Example 1. Also, the ratio of the raw materials is substantially the same as described in Example 1, but the specific raw materials 1,2 Is different from that used in Example 1 and the specific raw materials actually used are shown in Table 3. The ceramic bodies of Examples 15 and 17 were subjected to CERASET prior to heating at a temperature of about 900 ° C. for about 4 hours. TM Not immersed in SN inorganic polymer. Table 3 also outlines the initial and final thickness of the ceramic body and the appearance of the ceramic body after heating. In each case, a monolithic (eg, self-supporting) body was obtained, while in Example 17, a weakly bound aluminum oxide powder was obtained. That is, this series of examples shows that the starting composition includes a dopant such as magnesium or zinc that alloys with the parent metal or that the feature is a CERASET. TM Demonstrates that a self-supporting ceramic body is obtained when including an SN inorganic polymer. Thus, under local process conditions, CERASET TM SN functions substantially as a dopant to initiate directional metal oxidation. This result is significant because the atomized parent metal powder does not need to be specifically adjusted to incorporate the dopant element and is commercially available (eg, relatively inexpensive) atomized commercial pure aluminum. However, it can be used as a parent metal that gives good results. 1) Papermaking raw material present at the same ratio as in Example 1 2) Filler is 500 grit SiC (Norton) Example 19 The following example is an aluminum powder (99.97% pure aluminum, grade 120L, Rock, Texas) From a mixture containing Alcoa Specialty Metals, Inc., Dale), silicon carbide (all grit-sized, Norton, Walcester, Mass.), And hardwood and softwood pulp (James River, Richmond, Victoria), alumina 2 illustrates the creation of a thin ceramic body comprising and silicon carbide. Silicon carbide (about 660 g of 500 grit), soft wood pulp (about 10% by weight of water Mix until well dispersed in Rumson and Randolph, Maumee, Dent. Hercules, Wilmington, Del.) Was added and mixed until well dispersed, then aluminum powder (about 660 g) was compounded. Water was added to the mixture to a volume of about 16 liters. About 900 ml of the obtained slurry is diluted with about 1 liter of water. Approximately 30 ml of a 0.1% solution of Hercules, Wilmington, Wash.) Was added to the slurry to generate flocs. The slurry was flocculated and placed in a handsheet maker. The water was dropped and the pressure was reduced to remove more water, leaving a thin structure. The thin structure was placed between two felts, passed through a drawer, squeezed excess water from the structure, and removed from the screen. The thin structure was dried at about 250 ° F. for about 3-4 minutes, hot pressed, and completely dried. A dry, thin structure measuring about 1 inch × 4 inch × 0.055 inch (about 2.54 cm × 10.16 cm × 0.14 cm) is weighed with about 10 g of toluene (Aldrich, Milwaukee, Wis.). The structure was repeatedly contacted by immersing the structure in a solution of a liquid polymer mixture solution containing about 2 g of polycarbosilane (Nicalon polycarbosilane, # X9-6349, Dow Corning) dissolved in a. The thin structure coated with the solution was shaped, air-dried, and the structure was cured. About 1.5 g of polycarbosilane was absorbed into the structure. The structure was further heated in air at about 100 ° C./h to about 950 ° C. and held for about 4 hours to oxidize the aluminum metal and burn off the wood pulp. Thus, this example is particularly relevant for CERASET TM Silazane-based polymers other than SN inorganic polymers also demonstrate directional metal oxide dopant properties under local process conditions. Example 20 This example illustrates, inter alia, a space material having two thin rectangular shapes sealed along a longitudinal edge and having a cavity between the two rectangular shapes, thereby forming a cavity. Fig. 3 illustrates the creation of a complex arched rectangular ceramic body with the features separated from each other by. Two rectangular shapes (one having slightly smaller lateral dimensions than the other) are about 0.045 inch (1.1 mm) thick by about 24 inches (61 cm) wide by a few hundred lengths than a thin form roll. It was cut to feet (tens of meters) and then completely dried. The ceramic paper roll was produced on a Fourdriner paper machine operating at a belt speed of about 10 feet / minute (3 meters / minute). The proportions of parent metal, wood pulp and ceramic filler were substantially the same as in Example 12. Also, the composition of these materials is the same as the material of Example 12, except that the weight of silicon carbide particles is grade A-10 alumina (Industrial Chemistry Division of Alcoa Company, Bauxite, Arkansas, 2-3 μm). Average particle diameter). The grade 101L atomized aluminum (Alcoa Specialty Metals) used in this example had the same chemical composition as the grade 120L aluminum used in Example 12, except that the particle size was rather small. The batch size was based on the amount of atomized aluminum metal of about 170 kg. Sufficient water was added to the papermaking slurry to adjust the solids to about 9% by weight. CERASET on two dry square shapes TM A liquid composition containing an SN inorganic polymer (Rankside Performance Materials, Newark, Del.) And 1% dicumyl peroxide (Hercules, Wilmington, Del.) Was impregnated. A space material was prepared containing about 30% by weight of the metal alloy, about 30% by weight of the filler material, and about 40% by weight of the liquid composition of Example 4 to obtain paste consistency. The impregnated shape was placed in another mold. An appropriate amount of space material is placed into a mold at regularly spaced depressions and a square shaped object is placed in the mold so that the space material contacts the concave surface of one mold and the space material. Was in contact with the convex surface of a mold having a relatively small lateral dimension. Heat the mold at about 150 ° C. for a time sufficient to raise the mold temperature to about 150 ° C., hold at about 150 ° C. for about 10 minutes, cure the liquid composition, thus shaping and curing the square shape And the space material was adhered to it. An arched square shape having small dimensions was formed into an arch having a radius slightly smaller than the other shapes. The rigid square was removed from the mold and overlaid with the space material placed between the two sections to create a cavity. The seal was formed by contacting the liquid composition along the two longitudinal edges of the two squares and heating to about 150 ° C. for a time sufficient to cure the liquid composition. The cured assembly was heated at about 950 ° C. for about 4 hours to create the parent metal and create a complex shaped ceramic body. Thus, this example illustrates alumina as an alternative to silicon carbide, scale-up of the sheet making process from gram to kilogram levels, semi-automated processing of rolls of ceramic materials over several square meters from sheets by one hand, etc. Demonstrate some important results. Examples 21 to 23 The following examples illustrate the production of thin ceramic shapes according to the invention, in particular incorporating inorganic fiber materials, in particular silica. A thin ceramic form was made using substantially the same process as in Example 20, using the components listed in Table 4. Each slurry was diluted with enough water to obtain about 9% solids by weight. In Examples 22 and 23, silica fibers were coated with colloidal alumina (eg, boehmite) according to the method described in the aforementioned U.S. Pat. No. 5,165,996. Each formulation was fully oxidized in situ to create a thin, hard, self-supporting ceramic body. The silica fiber component of Example 21 reacted substantially with the aluminum parent metal during the thermal process, and the coated silica fibers of Examples 22 and 23 reacted to a much lesser extent. 1) Softwood pulp (James River, Richmond, VA) 2) Silfa (Ametak's Have eg, Wilmington, Del. 3) Uncoated 4) Coated according to US Pat. No. 5,165,996 5) Great A- Average particle size of 10, 2-3 μm (Industrial Chemistry Division, Alcoa, Bauxay, Arkansas) 6) Grade 101L (Alcoa's Specialty Metals Division, Rockdale, Texas 7) Located in Mawny, Ohio Dentsply International, Ransom and Randolph 8) Hercules, Wilmington, Delaware 9) Hercules, Wilmington, Delaware Example 24 This example produces a complex arched ceramic body. To illustrate the different techniques for. The method described in Example 20 was substantially followed. Instead of placing the slurry-like spacing material between the thin bent pairs of sheets to be joined, the spacer was cut from the same roll of ceramic paper used to create the arcuate section. The arcuate sections and spacer strips were combined in a mold and heat treated substantially as in Example 20. The resulting complex bodies each had the shape of an aligned pair of ceramic plates bent at a radius of about 65 cm long by about 10 cm wide and about 50 cm wide. Approximately four strips of spacer material (each measuring about 65 cm long by about 3 mm wide) joined the plates together, giving about 1 mm of space between the two. Example 25 This example illustrates another aspect of creating a corresponding pair of ceramic plates having a cavity therein. A corresponding ceramic plate is made substantially the same as Example 24, except that the spacer material has the same weight proportions as the parent metal of Example 4 and the filler material of Example 4 before entering the arched section of the mold, In addition, CERASET is sufficient to give the slurry almost the same viscosity as home paint. TM It was immersed in a slurry having the composition of SN inorganic polymer. Also, the arcuate section has a width of about 20 cm and uses about six thin strips of spacer material with various lengths of about 40-65 cm to define the interior area of the square pair of arched pairs. Used to support. Example 26 This example illustrates another aspect of the invention. A roll of ceramic paper was made substantially as in Example 20, and TM Soaked in SN inorganic polymer / 1% dicumyl peroxide solution. After pouring off the excess liquid, the ceramic paper was manually shaped by forming a bend in the calculated position. The hand-shaped ceramic paper was then heat treated according to the method of Example 20. FIG. 1 shows a photograph of the obtained object. The foregoing examples are merely illustrative of the invention and do not limit the scope of the invention as understood by those skilled in the art and defined in the claims.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.(a) 少なくとも1種の親金属と少なくとも1種の繊維を含む少なくとも1 種の薄い形状物を作成し、 (b) その少なくとも1種の薄い形状物を、少なくとも1種の液体又は可融 性組成物に接触させ、 (c) 少なくとも1種の薄い形状物を成形し、 (d) その少なくとも1種の成形された形状物を硬化させ、その成形された 薄い形状物を自己支持性にする、 各工程を含む成形された薄い形状物の製造方法。 2.少なくとも1種の親金属の融点を上回るがその酸化反応生成物の分解温度 を下回る温度まで、その少なくとも1種の成形された薄い形状物を加熱し、溶融 した親金属と少なくとも1種の酸化剤を反応させ、溶融した親金属の少なくとも 一部を酸化反応生成物に転化させ、それにより、薄いセラミック体を作成するこ とをさらに含む請求項1に記載の方法。 3.その液体又は可融性組成物が、少なくとも1種のケイ素含有組成物を含む 請求項1に記載の方法。 4.その液体又は可融性組成物が、少なくとも1種のプレセラミックポリマー 組成物を含む請求項1に記載の方法。 5.そのプレセラミックポリマー組成物が、ポリシロキサン、ポリシラザン、 ポリカルボシラザン、及びポリユリアシラザンからなる群より選択された少なく とも1種の組成物を含む請求項4に記載の方法。 6.その硬化が、乾燥と加熱の少なくとも1方を含む請求項1に記載の方法。 7.その液体又は可融性組成物が、少なくとも1種のゾルを含む 請求項1に記載の方法。 8.(a) 少なくとも1種の親金属と少なくとも1種の繊維を含む少なくとも1 種の組成物、及び (b) その少なくとも1種の組成物の少なくとも一部に接触する少なくとも 1種のケイ素含有組成物、 を含んでなる薄い形状物。 9.その少なくとも1種の組成物が少なくとも1種のフィラー材料をさらに含 む請求項8に記載の薄い形状物。 10.その少なくとも1種の繊維が少なくとも1種の有機繊維を含む請求項8 に記載の薄い形状物。 11.その少なくとも1種の繊維が少なくとも1種のセラミック繊維を含む請 求項8に記載の薄い形状物。 12.その少なくとも1種の繊維が少なくとも1種の剥離(debond)コーティン グを含む請求項8に記載の薄い形状物。 13.その少なくとも1種の親金属がアルミニウムを含む請求項8に記載の薄 い形状物。 14.その少なくとも1種のケイ素含有組成物が少なくとも1種の少なくとも 1種のプレセラミックポリマーを含む請求項8に記載の薄い形状物。 15.その少なくとも1種のプレセラミックポリマーが、ポリカルボシラン、 ポリシラザン、及びポリユリアシラザンからなる群より選択された少なくとも1 種の組成物を含む請求項14に記載の方法。 16.その少なくとも1種の有機繊維が木材パルプを含む請求項10に記載の 方法。 17.(a) 少なくとも1種の親金属、少なくとも1種の無機フィラー材料、及 び少なくとも1種の繊維の複数の物体を水中に分散さ せ、 (b) その分散系を凝集させ、 (c) その凝集した分散系を脱水し、薄い形状物を作成し、 (d) その薄い形状物を乾燥し、 (e) その乾燥させた形状物に液体又は可融性組成物を接触させ、 (f) その薄い形状物を自己支持性にするのに十分な温度と十分な時間で その薄い形状物を加熱する、 各工程を含む薄いセラミック体の製造方法。 18.親金属の融点を上回るがその酸化反応生成物の分解温度を下回る温度ま で、その薄い形状物を加熱し、溶融した親金属を酸化剤と反応させ、酸化反応生 成物を作成する請求項17に記載の方法。 19.その薄い形状物を、その親金属の融点を上回る温度まで加熱し、その親 金属を溶融させ、 その温度において、溶融親金属と酸化剤を反応させ、その酸化反応生成 物を作成し、 その温度において、その酸化反応生成物の少なくとも一部が、その溶融 金属体とその酸化剤に接触を維持してその間に延在し、酸化反応生成物の中を通 して酸化剤の方に溶融金属を吸引し、 その結果、通気性材料の中の酸化剤と先に生成した酸化反応生成物との 境界で新たな酸化反応生成物が生成を継続し、 それにより、親金属体が酸化した各々の箇所で空隙を形成し、 多結晶材料が少なくとも部分的に相互接続した構造を形成し、その多結 晶材料の中に少なくとも1種の無機フィラー材料の一部を埋設する多結晶材料を 生成させるのに可能な時間までその反応 を継続させる、 ことを含む請求項17に記載の方法。 20.その無機フィラー材料が少なくとも1種のセラミック材料を含む請求項 17に記載の方法。 21.そのセラミック材料が、炭化ケイ素と酸化アルミニウムからなる群より 選択された少なくとも1種の材料を含む請求項20に記載の方法。 22.その酸化剤が少なくとも1種の気相酸化剤を含み、その薄い形状物がそ の気相酸化剤に対して通気性である請求項18に記載の方法。 23.その分散系が、その反応温度において固体又は液体である少なくとも1 種の酸化剤をさらに含む請求項18に記載の方法。 24.その固体酸化剤が、二酸化ケイ素と窒化ケイ素からなる群より選択され た少なくとも1種の物質を含む請求項23に記載の方法。 25.その親金属がアルミニウムを含み、その酸化剤が酸素を含み、その酸化 反応生成物が酸化アルミニウムを含む請求項18に記載の方法。 26.少なくとも1種のセラミックフィラー材料、少なくとも1種の繊維、少 なくとも1種の親金属組成物、及びその親金属用の少なくとも1種のドーパント 物質としての、複数の別個な物体を含む混合物、及び その混合物の少なくとも一部に分散された、その混合物を成形適性にす る少なくとも1種の物質、 を含んでなるグリーン体。 27.その親金属がアルミニウムを含み、そのドーパント物質が、マグネシウ ム、ケイ素、錫、鉛、及び亜鉛の少なくとも1種を含 む請求項26に記載のグリーン体。 28.その物質がケイ素含有物質を含む請求項26に記載のグリーン体。 29.その物質がテトラエチルオルトシリケートを含む請求項26に記載のグ リーン体。 30.その物質とそのドーパントが同じである請求項26に記載のグリーン体 。 31.そのケイ素含有物質がプレセラミックポリマーを含む請求項28に記載 のグリーン体。 32.そのセラミックフィラー材料とその繊維が同じである請求項26に記載 のグリーン体。 33.その繊維が有機材料を含む請求項26に記載のグリーン体。 34.その有機材料が、木材パルプ、高分子パルプ、及び綿からなる群より選 択された材料を含む請求項33に記載のグリーン体。 35.その有機材料が炭素を含む請求項33に記載のグリーン体。 36.その繊維が無機材料を含む請求項26に記載のグリーン体。 37.その無機材料が、セラミック、金属、及びガラスからなる群より選択さ れた少なくとも1種の材料を含む請求項36に記載のグリーン体。 38.その混合物が、少なくとも1種の逃散性材料をさらに含む請求項26に 記載のグリーン体。 39.その親金属が、アルミニウム、ケイ素、チタン、錫、モリブデン、亜鉛 、及びジルコニウムからなる群より選択された少なくとも1種の金属を含む請求 項1に記載の方法。 40.その薄い形状物の表面の少なくとも一部に少なくとも1種のバリヤ材料 を接触させ、それによって、その生成する酸化反応生成物がそのバリヤ材料に接 触したときにその反応が局所的に終了する請求項19に記載の方法。 41.その少なくとも1種の繊維が少なくとも1種の保護コーティングを含む 請求項8に記載の薄い形状物。 42.その少なくとも1種の繊維が、セラミック基材、そのセラミック基材の 少なくとも一部の上に配置された少なくとも1種の保護コーティング、及びその セラミック基材とその少なくとも1種の保護コーティングの間に位置する少なく とも1種の剥離コーティングを含む請求項8に記載の薄い形状物。 43.その剥離コーティングが、炭素と窒化ホウ素からなる群より選択された 材料を含む請求項12に記載の薄い形状物。 44.その保護コーティングが、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化 ケイ素、炭化ケイ素、及びカルシウムアルミネートからなる群より選択された材 料を含む請求項41に記載の薄い形状物。 45.(a) スリップキャスティング、テープキャスティング、ブロー成形、ス ラッシ成形、及び製紙からなる群より選択された少なくとも1種のプロセスによ ってグリーン体を作成し、そのグリーン体は、少なくとも1種の親金属、少なく とも1種の繊維、及び少なくとも1種のセラミック材料としての、複数の別個な 物体からなる混合物を含み、 (b) そのグリーン体の少なくとも一部に少なくとも1種の物質を導入し 、それによってそのグリーン体を成形可能にし、 (c) そのグリーン体の中に少なくとも1種のドーパント物質を導入し、 (d) そのグリーン体を所望の形状に成形し、 (e) そのグリーン体をその所望の形状で硬化させ、 (f) そのグリーン体に少なくとも1種の酸化剤を導入し、 (g) そのグリーン体をその親金属の少なくとも融点を上回る温度まで加 熱し、その温度において、その親金属をその酸化剤と反応させ、酸化反応生成物 を形成させ、 (h) その酸化反応生成物が少なくとも部分的に相互接続するまで加熱を 継続する、 ことを含む薄いセラミック体の製造方法。[Claims]   1. (a) at least one containing at least one parent metal and at least one fiber Create a kind of thin shape,       (b) converting the at least one thin form into at least one liquid or fusible Contact with the active composition,       (c) forming at least one thin shaped object,       (d) curing at least one of the molded shapes, and Make thin objects self-supporting,       A method for producing a molded thin shaped article including each step.   2. Decomposition temperature of the oxidation reaction product above the melting point of at least one parent metal Heating the at least one molded thin shape to a temperature below Reacting the molten parent metal with at least one oxidizing agent to form at least Some are converted to oxidation reaction products, thereby creating a thin ceramic body. The method of claim 1, further comprising:   3. The liquid or fusible composition comprises at least one silicon-containing composition The method of claim 1.   4. The liquid or fusible composition comprises at least one preceramic polymer The method of claim 1 comprising a composition.   5. The preceramic polymer composition comprises polysiloxane, polysilazane, At least one selected from the group consisting of polycarbosilazane and polyureasilazane 5. The method according to claim 4, wherein the composition comprises at least one composition.   6. The method of claim 1, wherein the curing comprises at least one of drying and heating.   7. The liquid or fusible composition comprises at least one sol The method of claim 1.   8. (a) at least one containing at least one parent metal and at least one fiber Species composition; and       (b) at least contacting at least a portion of the at least one composition One silicon-containing composition,       A thin shaped object comprising:   9. The at least one composition further comprises at least one filler material. A thin-shaped article according to claim 8.   10. 9. The method of claim 8, wherein said at least one fiber comprises at least one organic fiber. A thin shaped article as described in 1.   11. The at least one fiber comprises at least one ceramic fiber. 9. The thin shaped article according to claim 8.   12. The at least one fiber comprises at least one debond coating; The thin-shaped article according to claim 8, comprising:   13. 9. The thin film according to claim 8, wherein the at least one parent metal comprises aluminum. Shape object.   14. The at least one silicon-containing composition comprises at least one at least one 9. The thin shape of claim 8, comprising one preceramic polymer.   15. The at least one preceramic polymer is polycarbosilane, At least one selected from the group consisting of polysilazane and polyureasilazane 15. The method of claim 14, comprising a species composition.   16. 11. The method of claim 10, wherein the at least one organic fiber comprises wood pulp. Method.   17. (a) at least one parent metal, at least one inorganic filler material, and And a plurality of objects of at least one fiber dispersed in water. Let         (b) aggregating the dispersion,         (c) dewatering the aggregated dispersion to create a thin shape,         (d) drying the thin form;         (e) contacting the liquid or fusible composition with the dried form,         (f) at a temperature and for a time sufficient to make the thin form self-supporting; Heating the thin shape,         A method for manufacturing a thin ceramic body including each step.   18. Temperatures above the melting point of the parent metal but below the decomposition temperature of its oxidation products. Then, the thin shaped object is heated, and the molten parent metal reacts with the oxidizing agent. 18. The method according to claim 17, wherein the composition is made.   19. The thin shape is heated to a temperature above the melting point of the parent metal, Melting the metal,         At that temperature, the molten parent metal reacts with the oxidizing agent and the oxidation reaction Create things,         At that temperature, at least a portion of the oxidation reaction product The metal body and its oxidant remain in contact with and extend between them and pass through the oxidation reaction product. To suck the molten metal toward the oxidant,         As a result, the oxidizing agent in the gas-permeable material New oxidation reaction products continue to be generated at the boundary,         Thereby, a void is formed at each location where the parent metal body is oxidized,         The polycrystalline material forms an at least partially interconnected structure, A polycrystalline material in which at least a part of at least one inorganic filler material is embedded in a crystalline material The reaction up to the time possible to produce To continue,         18. The method of claim 17, comprising:   20. The inorganic filler material comprises at least one ceramic material. 18. The method according to 17.   21. The ceramic material is from the group consisting of silicon carbide and aluminum oxide 21. The method of claim 20, comprising at least one selected material.   22. The oxidant comprises at least one gas phase oxidant, and the thin feature comprises 19. The method of claim 18, which is gas permeable to a gas phase oxidizing agent.   23. At least one solid or liquid at the reaction temperature; 20. The method of claim 18, further comprising a species oxidizing agent.   24. The solid oxidant is selected from the group consisting of silicon dioxide and silicon nitride. 24. The method of claim 23, comprising at least one substance.   25. Its parent metal contains aluminum, its oxidant contains oxygen, its oxidation 19. The method according to claim 18, wherein the reaction product comprises aluminum oxide.   26. At least one ceramic filler material, at least one fiber, At least one parent metal composition and at least one dopant for the parent metal A mixture comprising a plurality of distinct objects as a substance; and         The mixture, dispersed in at least a part of the mixture, is made suitable for molding. At least one substance,         A green body.   27. The parent metal includes aluminum, and the dopant material is magnesium. Containing at least one of silicon, tin, lead, and zinc. The green body according to claim 26.   28. 27. The green body of claim 26, wherein said material comprises a silicon-containing material.   29. 27. The method of claim 26, wherein the material comprises tetraethyl orthosilicate. Lean body.   30. 27. The green body of claim 26, wherein the substance and the dopant are the same. .   31. 29. The silicon-containing material according to claim 28, comprising a preceramic polymer. Green body.   32. 27. The ceramic filler material and the fibers are the same. Green body.   33. 27. The green body of claim 26, wherein said fibers comprise an organic material.   34. The organic material is selected from the group consisting of wood pulp, polymer pulp, and cotton 34. The green body of claim 33 comprising selected materials.   35. The green body according to claim 33, wherein the organic material includes carbon.   36. The green body according to claim 26, wherein the fibers include an inorganic material.   37. The inorganic material is selected from the group consisting of ceramic, metal, and glass; 37. The green body of claim 36, comprising at least one selected material.   38. 27. The method of claim 26, wherein the mixture further comprises at least one fugitive material. The described green body.   39. Its parent metal is aluminum, silicon, titanium, tin, molybdenum, zinc And at least one metal selected from the group consisting of zirconium. Item 1. The method according to Item 1.   40. At least one barrier material on at least a portion of the surface of the thin profile And the resulting oxidation reaction product contacts the barrier material. 20. The method according to claim 19, wherein the reaction is terminated locally when touched.   41. The at least one fiber includes at least one protective coating A thin-shaped article according to claim 8.   42. The at least one fiber is a ceramic substrate, the ceramic substrate At least one protective coating disposed on at least a portion thereof; At least one located between the ceramic substrate and the at least one protective coating; 9. A thin profile according to claim 8, both comprising one release coating.   43. The release coating was selected from the group consisting of carbon and boron nitride 13. The thin profile of claim 12, comprising a material.   44. The protective coating is made of aluminum oxide, aluminum nitride, A material selected from the group consisting of silicon, silicon carbide, and calcium aluminate 42. The thin shape of claim 41, comprising a material.   45. (a) Slip casting, tape casting, blow molding, Lash forming and at least one process selected from the group consisting of papermaking. A green body, the green body comprising at least one parent metal, at least A plurality of separate fibers, both as one fiber and at least one ceramic material Including a mixture of objects,         (b) introducing at least one substance into at least a part of the green body; , Thereby making the green body moldable,         (c) introducing at least one dopant substance into the green body,         (d) forming the green body into a desired shape,         (e) curing the green body in its desired shape;         (f) introducing at least one oxidizing agent into the green body,         (g) Heat the green body to a temperature at least above the melting point of the parent metal. Heating, at that temperature, reacting the parent metal with the oxidizing agent, resulting in an oxidation reaction product To form         (h) heating until the oxidation reaction products are at least partially interconnected; continue,         And a method for producing a thin ceramic body.
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