JPS6379769A - セラミック物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 血ユ立豆量 本発明は、以下に定義されるような酸化反応生成物を含
んでいるセラミック物品の製造方法に係る。−層詳細に
は、本発明は、このような物品を、気相酸化体により親
金属を酸化反応させ、それにより多孔性の充填材を組み
入れたセラミックマトリックスを形成することによって
製造する方法と、このような方法により製造された製品
とに係る。

さまざまな工業的、機械的、電気的及び構造的構成要素
にセラミック材料を使用することに商業的関心が寄せら
れている。その理由はセラミック材料が硬度が高く、耐
熱性が高く、化学的に不活性であり、電気的応用に於い
て有利な特性を具備し且つ比較的軽量であることである
。セラミックスは多くの既存の目的に対しても、金兄又
は他の材料が不適当である種々の新しい形式の構成要素
の開発を可能にするためにも、金属に対する魅力的な代
替物である。

それにもかかわらず、バイテクノロジーの応用のための
セラミック構成要素の製造には問題がある。従来のセラ
ミック製造方法は、焼結可能な粉末のコストが高い、粉
末の性質がバッチごとの再現性に欠ける、焼結時の収縮
がかなり大きい、また形成過程により傷を受けやすいな
どの欠点を有する 酸化反応生成物であるセラミックスを、前駆物質全屈を
酸化体と反応させることにより製造することは知られて
いる。ここで“酸化反応生成物”とは、金Ｂ（以下では
″親金属”と呼ぶ）が電子を他の元素、化合物又はそれ
らの組合わせ（以下では１酸化体”と呼ぶ）に供与し又
はそれらと共有した任意の酸化状態での一つ又はそれ以
上の金属を意味する。従って、この定義による“酸化反
応生成物”は酸素、窒素、ハロゲン、硫黄、リン、ヒ素
、炭素、ホウ素、セレン、テルル、メタン、エタン、プ
ロパン、アセチレン、エチレン、プロピレン（炭素の源
としての炭化水素）及び空気、Ｈ２／Ｈ２０及びＣｏ／
ＣＯ２のような混合物のような酸化体による一つ又はそ
れ以上の金属の反応の生成物を含んでいる。適当な親金
属の例は、制限なしに、アルミニウム、ジルコニウム、
チタン、シリコン、亜鉛、ハフニウム及びスズを含んで
いる。

１９８５年３月１５日付は特願昭６０−０５２１７０号
明ｍ書に８、気相酸化体による熔融親金属の酸化反応に
よりセラミック材料を製造するためのプロセスであって
、親金属が気相酸化体を含んでいる雰囲気の存在下に特
定の範囲（ｌＬ金金属融点よりも高く但し酸化反応生成
物の融点よりも低い）内の温度に加熱されるプロセスが
記載されている。酸化反応生成物の生成が生起しまた熔
融親金属の既に形成された酸化反応生成物を通じての溶
融親金属の漸進的な輸送と共に進行し、また同時に追加
的な酸化反応生成物が漸進的に生成し、それにより、非
酸化金属を含みもしくは含まない有利な厚みのセラミッ
ク物体が得られる。場合によっては、所望の漸進的な仕
方でのセラミック形成反応の進行を可能にするためドー
パントが使用され得る（すなわち、一つ又はそれ以上の
材料が親金属と組み合わせて使用され得る）。

前記特願昭６０−０５２１７０号明細書によるプロセス
に適するように、酸化反応生成物を透過性の床又はプレ
フォーふに浸透させることによりセラミック複合物を製
造することも知られている、この充填剤材料は、形成さ
れている酸化反応生成物と同一の組成であってもよいし
、それとは異なった組成であってもよい、親金属物体は
透過性充填剤と広く面接触しており、また組立体は気相
酸化体の存在下に、（必要又は有利であれば）親金属と
合金化されてもしくは親金属の表面に置かれてもしくは
充填剤物体を通じて分散させられて存在するドーパント
と共に加熱される。

セラミック複合物のこれらの製造プロセスでは、作動条
件は、典型的に酸化反応生成物による透過性床の浸透が
完了するまで、漸進的な浸透及び反応を達成するように
選定される。もし反応が親金属を完全に消費するまで進
行すれば、製造される物品は多孔性及び絶縁された非酸
化金属さらに何らかの組み入れられた充填剤と共にほぼ
全て酸化反応生成物であり得る。もし親金属の反応が不
完全であれば、未反応の親金属が製造された物品を通じ
て分布され、また相互結合された金属を含み得る。酸化
反応生成物は充填剤材料を組み入れた多結晶性マトリッ
クスとして形成し、それによりオブシッンとして未反応
金属及び（又は）孔を有するセラミックス及び充填剤材
料の複合物を形成する。

このような手順により、はぼ正味形状の物品を製造する
ことが可能である０例えば、もし親金属の物体が充填剤
プレフォームの透過性物体又は実質的に不活性の充填剤
の粒子状床により囲まれており、また金属が完全に酸化
されるまで酸化体の存在下に加熱されるならば、結果と
して得られる°　セラミックス物品は最初の親金属物体
の元の外側輪郭に密に適合する内側キャビティを有する
。もし透過性法自体が郭定された外側形状を有するなら
ば（すなわち、それを越える酸化反応生成物の成長を阻
止するならば）、製造されるセラミックス物品は対応す
る外側輪郭を有する。

これらのプロセスに関連して、充填剤は粒子状の集塊、
ワイヤー、ファイバ、ウィスカー、槻まれたラミナなど
を含んでいてよいことが見出されている。コストが安く
、またプレフォームを製造し易いという理由で、開発は
粒子状の集塊を用いて進められてきた６粒子状充填剤の
場合には、製造されるセラミック充填剤複合物の強度及
び他の機械的性質は、充填剤の粒子寸法を減することに
より改善される。しかし、非常に細かい粉末から形成さ
れたグリーン形状（プレフォーム）は最大粒子寸法より
もはるかに大きい形成価を含む傾向があることが見出さ
れている。さらに、グリーン形状の気体透過性は粒子寸
法の減少と共に減少し、従ってまた酸化によりマトリッ
クスがプレフォームを貫く速度も減少する。いくつかの
場合には、この酸素枯渇は、後で加水分解して強度低下
を惹起するＡＩＮのような望ましくない成分の生成に通
ずる。

発皿皇瓜里 本発明は、第一の局面で、親金属の物体と充填材材料を
含んでいる透過可能な物体とを、透過可能な物体のなか
への酸化反応生成物を成長及び浸透させるように互いに
相対的に配置することにより、酸化反応生成物のセラミ
ックマトリックスのなかに組み入れられた充填材材料を
有する自己支持セラミック物体を製造する方法の改良を
意図する。金属物体は溶融されており、また酸化反応生
成物を形成するべく溶融親金属と反応する気相酸化体を
含んでいる雰囲気と接触する状態に保たれ、また適当な
温度範囲内で溶融金属が酸化反応生成物を通じて漸進的
に輸送され、そこで多結晶性マトリックスの追加的な反
応生成物を形成する酸化体と接触して酸化する０本発明
による改良は、このような方法に於いて、広（、（＋）
粒子間孔、好ましくは比較的粗い粒子間孔から成る第一
の孔システムと、（ｉｉ　）粒子間孔、好ましくは上記
の粒子間孔にくらべて綱かく且つ塊を通じて分布した粒
子間孔から成る第二の孔システムとを有する透過可能な
床を使用することを含んでいる０粒子間多孔性を有する
充填材材料は床の浸透の間に構造的に安定である。粗い
孔及び細かい孔の二ｍシステムは酸化反応生成物のを効
な付随浸透及び透過可能な床の気体透過を保証すること
が見出されている。

本発明の他の特徴として、その特別な実施例では、充填
材材料は、安定に密着されたより小さい粒子又はクリス
タライトの多孔性集塊を含んでいる。より綱かい多孔性
は各集塊のなかの密着され元クリスタライトにより、ま
たそれらの間に郭定されており、“粒子間多孔性”と呼
ばれ、他方においてより粗い多孔性は床のなかの集塊の
間の隙間の空間から成っており、“粒子間多孔性”と呼
ばれる０例として、床はこれらの集塊の凝集物（例えば
、詰められた床）、又は例えば部分的焼結により互いに
結合されている集塊から作られたグリーン形状又はプレ
フォームであってよい。

本発明に使用するのに適当であり、また現在商業的に入
手可能な充填剤材料の集塊は取扱を容易にするのに十分
な寸法を有するほぼ回転楕円状である。それらの多孔性
は酸化反応生成物及び気相酸化体の浸透を可能にするよ
うな多孔性であり、従ってそれらは反応速度を制限せず
、又は反応フロンＩ・に於ける酸素枯渇による望ましく
ない相の生成を惹起しない。さらに、このような集塊か
ら成るグリーン形状（プレフォーム）は粉砕されておら
ず、また大きな傷又は不均一性がない点で有利である。

同時に、集塊を構成するクリスタライトは非常に細かい
寸法であってよく、他方に於いてそれらは本方法のセラ
ミックマトリックスの成長の間の再配置に逆らう集塊構
造に保たれる。最終製品の充填剤粒子を構成するのは、
これらの細かいクリスタライトである。従って、透過性
の床を構成するのに上記の集塊を使用することは、非常
に細かい粒子の床又はプレフォームを使用する場合にこ
れまで遭遇してきた困難及び不利なしに、粒子（例えば
クリスタライト）の所啜の細かさの達成を可能にする。

集塊を構成するクリスタライトはそれ自体は任意の好都
合な形状、例えば等軸であってよく、又はウィスカー又
はプレートレットの形態であってよい、広い意味でここ
に用いられている“粒子”という用語はファイバを包含
しており、また集塊はフィラメント巻きされた、もしく
はプレフォーム形状に編まれたファイバ束又はトウであ
ってよい、プレフォームのなかの束の間のより大きい空
間は、このような場合、粒子間多孔性を成し、他方に於
いて各束の個々のファイバの間の細かい空隙は粒子間多
孔性を成す。

本発明の（亀の実施例では、透過性の床はスポンジ形式
の構造、例えば、隣接するセラミック分枝の間の空間が
、（集塊の物体内の粒子内間隔に相当する）第二の孔シ
ステムを成すべく、細かく分散されて接続されている多
孔性セラミック分枝自体のなかに形成されている粒子間
多孔性を成す網状のセラミック構造であってよい。

本発明の他の特徴及び利点は以下の詳細な説明及び添付
図面から一層明らかになろう。

韮皿星筐ユ 零発の方法は、酸化反応生成物のセラミ７クマトリツク
スのなかに組み入れられた充填材材料を含んでいるセラ
ミック物品が、充填材材料の透過可能な塊のなかへ酸化
反応生成物が浸透するように親金属の物体及び充填材材
料の透過可能な塊を互いに相対的に配置する過程と、気
相酸化体の存在下に、予め定められた温度に加熱するこ
とにより、親金属物体を溶融させ、また酸化反応生成物
を形成するべく溶融全屈を酸化体と反応させる過程と、
前記温度で、酸化反応生成物が酸化体と先に形成された
酸化反応生成物との間の界面で充填材材料の前記塊のな
かに形成し続けるように、溶融全屈を酸化反応生成物を
通じて酸化体及び充填材材料に向けて漸進的に引くべく
、前記酸化反応生成物の少なくとも一部分を溶融金属の
前記物体及び前記酸化体と接触し且つそれらの間に延び
ている状態に維持し、また前記多結晶性材料により前記
充填材の少なくとも一部分を？！透するのに十分な時間
にわたり前記反応を継続する過程とにより形成される方
法に実施されるものとして説明され、上記の方法に於い
て（本発明によれば）透過可能な塊が塊を通じて分布し
た粒子間多孔性から成る第一の孔システムと、同じく塊
を通じて分布した粒子間多孔性から成る第二の孔システ
ムとを含んでおり、多孔性の両システムは充填材材料の
部分のなか又はそれらの間に郭定されており、また少な
くとも第二の孔システムを郭定する充填材材料の部分が
、維持された孔部定配置のなかで、酸化反応生成物の浸
透の間に、構造的に安定である。

本発明の実施例では、下記の例の一つを含んでいる透過
性物体（充填剤材料の床又はプレフォーム）が使用され
る。

（ａ）本発明のプロセスの条件のもとに親金属に対して
実質的に機能的に不活性である任意の組成の粒子の凝集
物又は予め形作られた物体。各粒子自体は等軸又はウィ
スカー又はプレートレフトの形態であってよい安定に密
着されたクリスタライトの多孔性の集塊を含んでいる。

このような粒子のいくつかの例は下記を含んでいる。

（ｉ）か焼された非粉砕のアルミニウム三水和物、その
粒子は低密度アルミナ三水 和物の外側寸法及び形状を保持してい るが、内部ではαアルミナプレートレ ットの中間成長した網目に再結晶化さ れている。三水和物の密度は約２．４ｇ／　ｃ　ｍ　”
であり、他方αアルミナの密度は約４　ｇ　／　ｃ　ｍ
　’であるので、これらの粒子は典型的に５０％多孔性
であ る。αアルミナプレートレフトの直径 は、か焼温度スケジュール及び鉱化剤 追加に関係して、０．５μｍから５μｍまで変化する。

（ｉｉ　）本発明のプロセスの条件のもとに親金属に対
して実質的に機能的に不活性で ある任意の化学的組成の噴霧乾燥又は 集塊され且つ部分的に焼結された粒子 、この場合、等軸の密な粉末に対して 、個々の噴霧乾燥された粒子の典型的 な初期開口多孔性は約４０〜５０％で ある。この多孔性は、部分的焼結に通 ずるか焼過程により約ｌＯ〜１５％に 減ぜられ得る。１０〜１５％以下の多 孔性では、孔は隔離されており、もは や親金属又はその酸化反応生成物を受 は入れ得ない。

（ｉｉｉ　）噴霧乾燥又は集塊され、次いで窒化もしく
は酸化により反応結合された金属 粉末粒子、シリコン及びアルミニウム 窒化物粉末はこのような窒化された金 属粒子を粉砕することにより商業的に 製造されている。このような反応結合 された粒子の多孔性は酸化プロセスの 正確な詳細に関係して広く変化する。

（ｉｖ　）酸化物前駆物質などの噴霧乾燥又は集塊され
た粒子のカルボサーミック還゛元により形成された粒子
、ホウ化物、炭 化物及び窒化物粉末及びウィスカーは こうして商業的に製造されている。炭 化物は真空又は不活性雰囲気中で製造 される。窒化物はアンモニア、成形気 体又は窒素中のカルボ窒化により形成 される。ホウ化物を作るためには、Ｂ ４ｃ又はＢ２Ｏ３がホウ素前駆物質と して使用される。この場合、Ｃｏ／Ｃ Ｏ２気体反応生成物が解放されるので 、粒子内多孔性の大きな体積の部分が 達成可能である０等軸から高い縦横比 のウィスカーまでの広範囲のクリスタ ライト形状が得られる。ＴｉＢ２の場 合には、反応性浸透に特に良く通して いる開口スポンジ状粒子構造が観察さ れる。

（ｂ）フィラメント巻きされた、もしくはプレフォーム
形状に編まれたファイバ束又はトウから作られたプレフ
ォーム、この場合、束の間の大きい空間は“粒子間多孔
性”を成し、他方に於いて各束のなかの個々のファイバ
の間の細かいチャネルは“粒子内多孔性”を成す。再び
、ファイバ１よ実質的に機能的に不活性の材料から成っ
ていてよい０代替的に、反応性のファイバが実質的にｔ
ａｔｆＡ的に不活性の外側被覆により被覆され得る。

（ｃ）例えばセラミックスラリ−による消失性ポリマー
スポンジの浸透及びセラミックの部分的焼結により作ら
れたスポンジ形式の構造、ポリマーにより最初に占めら
れた体積は粗い相互結合されたチャネル（１粒子間多孔
性“）を成し、また部分的に焼結されたセラミックは細
かく分散されて結合された多孔性（“粒子内多孔性”）
を成す、機能的に不活性である任意の材料がスポンジ構
造の製造に通している。

上記の例の各々に於いて、本発明による透過性物体が、
いずれも物体を通じて分散されている、相互結合された
比較的粗い孔の第一の孔システムと、相互結合されたよ
り細かい孔の第二の孔システムとにより特徴付けられて
いることは理解されよう、透過性物体が多孔性集塊の凝
集物又は予め形成された物体である場合、第一の孔シス
テムは（床又はプレフォームのなかの隣接する集塊の間
の）空隙空間又は粒子間多孔性を含んでおり、また第二
の孔システムは各集塊のなかでその集塊を構成するクリ
スタライトの間に郭定された粒子内多孔性を含んでいる
。透過性物体がファイバの束又はトウから成うている場
合、第一の孔システムは隣接する束の間の空隙空間を含
んでおり、また第二の孔システムは各束のなかの隣接す
るファイバの間の空隙空間を含んでいる。透過性物体が
セラミックスポンジである場合、第一の孔システムはス
ポンジを構成するセラミック分枝の間に郭定されており
、また第二の孔システムは各セラミック分枝のなかに郭
定された孔を含んでいる。また、各々の場合に、第二の
孔システムを郭定する充填剤材料の部分は、本方法の浸
透過程の間に孔を閉じる再配置を受けないように構造的
に安定である。こうして、例えば、クリスタライトの集
塊の床又はプレフォームの場合には、各集塊の個々のク
リスタライトは孔を郭定する相互配置で安定に密着して
いる。

充填剤は実質的に機能的に不活性であるが、親金属によ
り還元可能な化合物の小さい部分を含んでいてよい０例
えば、ＡＩ親親会属場合には、充填剤は５ｉ０２又はＳ
ｉ３Ｎ４を含んでいてよい、還元可能なシリコン化合物
は石英砂又はカオリンクレイのようなケイ酸アルミニウ
ム鉱物の形態で機能的に不活性な充填剤（例えばＡｌ２
Ｏ３又は５ｉＣ）に粉末として追加され得る。

還元可能な化合物は充填剤材料の鉱物組成、例えば典型
的に０．０５％と０．６％との間であるＡｌ２Ｏ３のＮ
　ａ　２０含有物、又は４０％から６０％まで変化する
クレイ又は長石のようなケイ酸アルミニウム鉱物のＳ　
ｉ０２含有物として分散され得る。後者の場合には、充
填剤の５ｉ０２含有物は不活性と混合することにより５
０％又はそれ以下（すなわち少量）に減ぜられる。還元
可能な化合物は、良く知られているゾル−ゲルルートの
どれかによる溶液からの析出により、もしくは充填剤粒
子の全てを被覆する５ｔＯ２を形成するべく１．３００
°Ｃに於ける充填剤材料の部分的酸化、例えばＳｉＣの
空気酸化により、機能的に不活性な充填剤上の被区とし
ても形成され得る。

充填剤のなかの還元可能な化合物の存在は浸透反応の均
等且つ迅速な開始及び均等な反応浸透フロントを助長す
る。還元可能な化合物は充填剤の床を通じて均等に分肢
されていてもよいし、充填剤と親金属との間のインタフ
ェースに集中されていてもよい。

さらに充填剤への少量の追加が反応条件のもとにその湿
潤特性を変えるべく行われ得る。「１１えば、アルカリ
金属化合物の追加は親金属による充填剤の湿潤を助長す
る傾向がある。Ｎ　ａ　ｓ　Ｌ　ｉ及びＫは特に通して
いる。

本発明の実施例が示されている第１図を参照すると、親
金属（例えばアルミニウム、シリコン、ジルコニウム、
ハフニウム、スズ又はチタン合金んでいてよい）の物体
及び本発明による透過性物体が、酸化反応生成物の成長
が透過性の床の充填剤材料に向かう方向に生じ、それに
より充填剤材料又はその部分が成長する酸化反応生成物
により浸透され且つそのなかに埋められるように、互い
に隣接して配置されている。この親金属及び充填剤材料
の相互配置は、第１図に示されているように粒子状充填
剤材料の床１２を含んでいる透過性物体のなかに親会Ｊ
！１１の物体を単に埋めることにより、又は充填剤材料
の床又は他の組立体（例えば多孔性のグリーン形状又は
プレフォーム）を含んでいる透過性物体の中に、又はそ
の上に、又はそれに隣接して親金属の一つ又はそれ以上
の物体を置くことにより黒鉛などのるつぼ１０のなかで
実現され得る０組立体は、いずれの場合にも、酸化反応
生成物の成長の方向が充填剤材料に向けられており、ま
た酸化反応生成物が充填剤材料の少なくとも一部分を浸
透して充填剤粒子の間の空隙空間を成長した酸化反応生
成物マトリックスにより満たすように、配置されている
。

一つ又はそれ以上のドーパント材料（下記）が酸化反応
生成物の成長を助長し又は容易にするのに必要とされる
又は望ましい時、ドーパントは親金属の上及び（又は）
中に使用され得る。また代替的又は追加的に、ドーパン
トは充填剤材料の床又はプレフォームの上に、又はその
中に組み入れられて使用され得る。

本発明のプロセスで親金属としてアルミニウム又はその
合金を、また酸化体として酸素含有気体を使用する場合
、適当な量のドーパントが、後で−層詳細に説明するよ
うに、親金属のなかへ合金化され、又はそれに着装され
得る。親金属物体は次いで、金属表面を透過性充填剤材
料１２の隣接又は包囲する塊に露出させた状態で、また
酸化性雰囲気（典型的には大気圧の空気）の存在下にる
つぼｌＯ又は他の耐熱性容器のなかに置かれる。

その結果として得られた組立体は次いで、その温度を充
填剤材料、ドーパント濃度又はそれらの組み合わせに関
係して約８５０°Ｃ，！＝１．４５０゜Ｃとの間、−層
好ましくは約９００°Ｃと１．　３５０°Ｃとの間の温
度に高めるべく、炉１４のなかで加熱さ°れる。この加
熱時に、親金属の輸送が、常時はアルミニウム親金属を
保護する酸化物表皮を通じて生起し始める。

気相酸化体への親金属の高温露出を１！続することによ
り、厚みを増す多結晶性酸化反応生成物の層を形成する
べ（親金属の継続的酸化が許される、この成長する酸化
反応生成物は透過性の隣接する充填剤材料を、非酸化親
金属成分を含んでいてもよい相互結合された酸化反応生
成物マトリックスにより漸進的に含浸し、こうして密着
した複合物を形成する。成長する多結晶性マトリックス
は、酸化体の比較的一定な源を炉内に保つのに十分な空
気（又は酸化性雰囲気）の交換が炉内で許されているこ
とを条件として、充填剤材料を実質的に一定の速度で（
すなわち厚みを時間的に一定の速度で増大させる速度で
）含浸又は透過する。酸化性雰囲気の交換は、空気の場
合には、炉１４内のペン）１５及び１６により好都合に
行われ得る、マトリックスの成長は、下記の少なくとも
一つが生起するまで継続する：　（１）親金属の実質的
に全てが消費される、（２）酸化性雰囲気が非酸化性雰
囲気により置換され、酸素欠乏になり、又は真空排気さ
れる、又は（３）反応温度が反応温度範囲の実質的に外
側、例えば親金属の融点よりも低い温度に変更される０
通常、温度は炉の温度を下げることにより下げられ、次
いで材料が炉から取り出される。

第１図の実施例では、最初の親金属物体は四つ葉状の断
面の固体物体であり、また多孔性充填剤集塊の詰められ
た床を含んでいる透過性物体のなかに埋められている。

第１図はｔ！！：透過程を通じてポートウェイを得る条
件を示す、出発親金属物体は溶融し、また酸化反応生成
物は透過性物体１２の領域１８を浸透し、残留する熔融
親会Ｊ７ｉ１１で部分的にしか満たされていない固体親
金属により最初に占められていた体積２０を残す、領域
１８は酸化反応生成物で浸透された充填剤材料から成る
製品形状を構成し、出発親金属物体の元の形状を近似的
に複製するキャビティ　（体積２０）を包囲且つ郭定す
る。

この方法の製品は、加熱過程の間に隙間に形成された多
結晶性酸化反応生成物及び存在し得る未反応の親金属と
一緒に、透過性物体の最初の不活性充填剤材料から成る
剛固な一体の物品である。

好ましくは、少なくとも多くの場合に、最初の親金属物
体のなかの金属の量は、透過性物体の隙間又は孔体積に
対して相対的に、反応の完了時に後者の体積が反応生成
物（未反応の親金属あり又はなし）で完全に満たされて
いるように選定されており、こうして製造された物品は
、加熱過程の間に隙間に形成された多結晶性酸化反応生
成物の多結晶性マトリックス及び存在し得る未反応の金
属のなかに組み入れられた最初の透過性物体の不活性充
填剤材料から成る密な自己結合した本質的に孔なしの物
体である。

過剰な金属は、後者の場合に、絶縁されていてもよいし
相互結合されていてもよい、顕微鏡的に過剰な金属が、
良好に結合された金属−セラミック間インタフェースを
形成するセラミックス物体のどこかの外側表面に存在し
てもよい、こうして、セラミック表面を有する金属構成
要素が、金属コアに由来する強度及びセラミック表面層
に由来する硬度、耐蝕性及び他の性質を備えたものとし
て製造され得る。

多孔性プレフォーム又は充填剤材料の床を使用する本方
法は、はぼ正味形状のセラミック構成要素を容易に得る
ことを可能にする。製造された物品の外側表面輪郭は透
過性物体の最初の外側表面輪郭を適当に郭定することに
より、例えば（もし後者の物体が粒子の詰められた床で
あれば）反応生成物の成長を制限する適当な形状郭定バ
リヤーのなかに、詰められた床を閉じ込めることにより
決定され得る。透過性物体の隙間体積が加熱過程の間に
酸化反応生成物により完全に浸透されるように最初の親
金属のなかの金属の量が透過性物体の隙間体積に釣り合
っており、またこのような完全な浸透が終わるまで加熱
過程が継続されると仮定して、また透過性物体が親金属
物体の周りを包囲又は実質的に包囲すると仮定して、製
造された物品は、親金属物体により最初に占められてい
た空間体積に一致し、また親金属物体の外側輪郭を複製
する空隙又はキャビティを有する。親金属の量が酸化反
応生成物により透過性物体の隙間体積を完全に満たずの
に十分であると仮定して、製造された物品は、最初の透
過性物体の外側形状を有する均等な固体物体（孔あり又
はなし）である。

第２図は第１図の実施例により製造されるものと類似の
物品を製造するための本方法の代替的な実施例を示す、
第２図では、耐熱性るつぼ１０のなかに、所望の製品の
形状に一致する輪郭を有する本発明による充瞑剤材料プ
レフォームを含んでいる透過性物体１２ａが支えられて
いる。プレフォームは、例えば、充填剤材料クリスタラ
イトの多孔性集塊の物体でありてよく、集塊は選定され
た形状（この場合には内側の最初は空の四つ葉状断面の
キャビティ１８ａ）を形成するべく　（例えば焼結によ
り）互いに結合されている。親金属１１ａの物体は最初
はるつぼの上で耐熱性ウェル２４のなかに支えられてお
り、また下側でプレフォーム内のボート２８と合致する
開口２６を通じてプレフォームキャビティｔｅａと連通
している。

第２図はこの手順に対する出発セントアンプを示し、る
つぼ１０は加熱開始前に（第１図で既に説明した）炉１
４のなかに置かれる。

プレフォームを透過するようにベント１５及び１６を通
じて空気又は他の気相酸化体の循環を継続しつつ加熱が
進行するにつれて、金Ｊｉｌｌａは熔融してプレフォー
ムキャビティを満たし、その結果、酸化反応生成物がプ
レフォーム物体を浸透する。ドーパント材料は、もし必
要又は所望であれば、親金属物体のなかへ合金化されて
もよいし、プレフォームの内側表面上に着装されてもよ
いし、プレフォーム全体を通じて分散されてもよい′、
最終製品は、前記のように、酸化反応生成物のマトリッ
クスのなかにプレフォーム充填剤材料を組み入れた、未
反応金属及び（又は）孔あり又はなしの剛固なセラミッ
ク物品である。

さらに本発明の方法を例示すると、特定の（及び、特別
な目的で、特に好ましい又は好都合な）実施例では、冶
金学的等級のアルミナ三水和物のか焼により製造され、
また各々αアルミナグリスタライトから成っている粉砕
されていない多孔性のαアルミナ粒子の集塊を含んでい
る透過性物体（充瞑剤材料の床又はプレフォーム）が使
用されている。このような粒子は商業的に入手可能であ
り、またＡＬＣＡＮ　　Ｃ−ＴＯシリーズ”アルミナ、
すなわちＣ−７０、Ｃ−７１，Ｃ−７２、Ｃ−７３及び
Ｃ−７５アルミナにより例示される、第３図はＡＬＣＡ
Ｎ　　Ｃ−７０アルミナの非粉砕多孔性粒子の走査電子
顕微鏡写真であり、また第４図はＡＬＣＡＮ　　Ｃ−７
２アルミナの非粉砕多孔性粒子の光学顕微鏡写真である
。ＡＬＣＡＮＣ−７０シリーズのアルミナの性質は下記
の表に示されている。

いずれも本プロセスの実施に通しているＡＬＣＡＮ　　
Ｃ−Ｔｏシリーズのアルミナはロータリーキルンのなか
でＢａｙｅｒプロセスアルミナ三水和物（−層正確には
アルミニウム三水和物をか焼することにより製造される
。出発三水和物は粒子り 形態で°ある。か焼の間に、結合された水が駆逐され、
また形成された酸化物が、安定なαアルミナ構造が得ら
れるまで、いくつかの中間相を通過する。か焼の間に少
量の鉱化剤を追加することによりαアルミナへの転換が
加速され、またα結晶の成長が助長される。アルミナの
粒子寸法はＢａｙｏｒプロセスの水和物析出段階の間に
決定されるが、αアルミナのクリスタライト寸法ばか焼
プロセスの間に成長させられる。アルミナ三水和物前駆
物質は比！１２．４２ｇ／ｃｍ”及びかさ密度的１゜３
　ｇ　／　ｃ　ｍ２の非多孔性粒子であるが、結果とし
て得られる非粉砕αアルミナは比重３．９８ｇ／ｃｍ’
及びかさ密度的１　ｇ　／　Ｃｍ　’の単結晶の多孔性
集塊（開格子構造）である、これらのアルミナは９５〜
ｌＯＯ％αアルミナであり、また０、　１％以下の点火
損失を有する。存在し得る浸出不可能なソーダはβアル
ミナ”２０’１ｌＡＩ２０３の形態である。Ｃ−７０シ
リーズの細かいアルミナは結晶寸法及びソーダ含有量が
互いに異なっており、ソーダ含有量の減少は（ｃ−７０
アルミナ以外では）か焼の間の適当な処理により行われ
る。

このようなアルミナの典型的な現在の商業的な使用法ば
か焼された多孔性粒子の粉砕を含んでいるが、非粉砕条
件での粒子の使用は本発明の利点を達成するのに重要に
寄与する。これらの非粉砕粒子の各々は安定でほぼ回転
楕円体伏の数ｌＯμｍの寸法のマルチクリスタライト構
造であり、クリスタライトよりも小さい寸法の実質的に
均等に分散された孔の開いた網目により互いに密着され
ている。こうして各非粉砕粒子は、ここで用いられてい
る集塊という用語の意味で、クリスタライトの多孔性集
塊である。非粉砕多孔性粒子は取扱が容易であり、また
大きな傷又は不均一性のない詰められた床又は多孔性プ
レフォームに容易に組立てられる０個々の非粉砕粒子の
安定に密着されたクリスタライト構造は、酸化反応性成
物マトリックスの成長の前及びその間に再配置が生じな
いように個々のクリスタライトを維持し、また組立てら
れた床又はプレフォームの開いた多孔性を保持して、マ
トリックス生成の完了まで気相酸化体の適切な透過を保
証する。

本方法及び類似の方法の実施にあたり、成長させられる
多結晶性マトリックスのミクロ構造のスケールは床又は
プレフォームのなかの充填剤粒子寸法の減少により微細
化される。従って、微細なマトリックスミクロ構造を得
るためには、非常に細かい充填剤粒子寸法が望ましい、
ＡＬＣＡＮＣ−７０シリーズのアルミナにより例示され
る非粉砕多孔性アルミナ粒子のなかのαアルミナの微細
な個々のり、リスクライトは、充填剤の床又はプレフォ
ームの各非粉砕粒子が、開いた構造のなかに保持されて
いる多重クリスタライトのはるかに大きい集塊であるに
もかかわらず、成長させられたマトリックスミクロ構造
の細かさを決定する目的で、このような細かい充填剤粒
子を成す、従うて、床又はプレフォームを構成するのに
上記の非粉砕多孔性粒子を使用することにより、微細な
マトリックスミクロ構造のために必要とされる粒子の細
かさが得られるし、また通常はより大きい粒子と結び付
けられる透過性及び（大きな傷のない）均等性が維持さ
れる。

当業者に明らかなように、非粉砕多孔性粒子の寸法は三
水和物前駆物質の寸法の選定により、またαクリスタラ
イト寸法ばか焼スケジュール及び鉱化剤追加により誂え
られ得る。また、本質的に非粉砕多孔性αアルミナ粒子
の集塊から成る充瞑剤の床又はプレフォームを用意する
ことは多くの場合に満足であるが、集塊は小さい割合で
、例えば、より人きい非粉砕粒子の間の（典型的に約１
０〜２０μｍの寸法の）空隙を満たすべく選定された割
合で、より小さい多孔性又は非多孔性や不活性粉末粒子
を含んでいてもよい、同様に、本発明の範囲内に含まれ
る他の透過性物体の使用時に、このような小さい割合の
微細粒子が組み入れられてよい。

再び、第１図を参照すると、例示されている本発明の実
施例では、小さい割合のＭｇ及びＳｔのような適当なド
ーパントを合金化又は着装されている、又はＭｇＯ及び
（又は）シリカのような適当なドーパントの薄い粉末層
を着装されているアルミニウム金属１１の物体がＡＬＣ
ＡＮ　　Ｃ−７０非粉砕多孔性αアルミナ粒子の詰めら
れた床１２のなかに埋められており、また金属が溶融し
漸進的なセラミック（α−Ａ１２０３）成長が詰められ
た床のなかへ生起する温度に空気（酸化体）中で加熱さ
れる。第５図はこのような浸透するセラミック成長の後
の非粉砕ＡＬＣＡＮ　　Ｃ−７２αアルミナの顕微鏡写
真である。加熱は、酸化反応生成物が詰められた床を完
全に浸透するまで継続される。結果として得られる物品
は、未反応金属あり又はなしで、中間成長した多結晶性
αアルミナマトリックスを通じて分散された充項剤粒子
のαアルミナクリスタライトを含んでいる剛固で自己支
持性の物品である。

実際の試験では、プレフォームはスリップ鋳込み粉砕Ａ
ＬＣＡＮ　　Ｃ−７０シリーズアルミナにより製造され
た。空気酸化体の存在下に溶融アルミニウムを使用して
これらのプレフォームのなかへＡｌ２Ｏ３のマトリック
スを成長させることが試みられた時、成長は非常に遅い
ことが見出された。これらの結果と対照的に、非粉砕Ａ
ＬＣＡＮＣ−７０シリーズアルミナ粒子の床のなかへの
このようなマトリックス成長は、はぼ比較可能なプロセ
ス条件のもとに、速かった。有′ｔ、義に、非粉砕粒子
の床のなかでは、Ａｌ２Ｏ，マトリックス成長及び存在
する全屈組成は多孔性粒子の内部を完全に満たし、構造
用構成要素に適した密な微細ミクロ構造をもたらす。

特別な実６％例では、本発明の方法は、いずれも本願の
譲受人と同一の譲受人に穣渡された前記ヨーロッパ特許
出願及び（又は）１９８５年米国特許出願第　　　　　
　　号、１９８５年９月１７日付は米国特許出ｌｌＩ第
７７６．９６４号、昭和６０年３月１５日付は特願昭６
０−５２１７０号明細書の一つ又はそれ以上に記載され
ているように、酸化反応生成物を形成するべく親金属の
酸化により自己支持セラミックス物体を製造するための
一層一般的な方法の特別な利用又は変更を含んでいる。

−層詳細には、これらの方法では、親金属は、酸化反応
生成物を形成するべく気相酸化体との接触時に反応する
熔融親金属の物体を形成するため、親金属の融点よりも
高く但し酸化反応生成物の融点よりも低い高められた温
度に加熱される、酸化反応生成物、又は熔融親金属及び
酸化体と接触し且つそれらの間に延びている酸化反応生
成物の少なくとも一部分が、高められた温度に保たれ、
また溶融金属が多結晶性酸化反応生成物を通じて且つ酸
化体に向けて引かれ、また輸送された溶融金属が酸化体
との接触時に酸化反応生成物を形成する。プロセスが継
続するにつれて、追加的な金運が多結晶性酸化反応生成
物を通じて輸送され、それにより相互結合されたクリス
タライトのセラミック構造を連続的に“成長”させる６
通常、結果として得られるセラミック物体はその内部に
、多結晶性材料を通じて引かれまた成長プロセスの終了
後にセラミックス物体の冷却につれて凝固する親金属の
非酸化成分の混在物を含んでいる、上記特許出願明細書
の−・つ又はそれ以上に説明されているように、新規な
セラミックス材料が親金属と気相酸化体（すなわち、酸
化性雰囲気を生ずる気化された又は常時気体状の材料）
との間の酸化反応により製造される。酸化反応生成物が
酸化物である場合には、酸素又は酸素含有気体混合物（
空気を含む）が適当な酸化体であり、通常は空気が経済
上の明らかな理由で好ましい、しかし、ここでは酸化と
いう用語は広い意味で用いられており、金属が一つ又は
それ以上の元素及び（又は）化合物であってよい酸化体
により電子を専ねれること又はそれと電子を共有するこ
とを指している。従って、酸素以外の元素が酸化体とし
ての役割をし得る。特定の場合には、親金属は、セラミ
ック物体の成長に有利に影響するため又はそれを容易に
するため、一つ又はそれ以上のドーパントの存在を必要
とし得る。またドーパントは親金属の合金化成分として
与えられ得る０例えば、親金属としてアルミニウムが、
また酸化体として空気が使用される場合には、マグネシ
ウム及びシリコン（これらは利用可能なドーパント材料
の二つの例である）のようなドーパントが親金属として
利用されるアルミニウム合金と合金化された０代替的に
、またいずれも本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡され
た１９８６年１月の米国特許出願第号、昭和６０年７月
１９日付は特 願昭６０−１５８４４１号、１９８４年７月２０日付は
米国特許出願第６３２，６３６号明細書の一つ又はそれ
以上に開示されているように、ドーパントを必要とする
親金属に対する上記のような適当な成長条件は、親金属
の表面に一つ又はそれ以上のドーパント材料の層を外部
から施すことにより得られる。こうして、親金属をドー
パント材料、例えばマグネシウム、亜鉛及びシリコンの
酸化物のような金属酸化物により合金化する必要が避け
られる。

こうして、上記の方法は、従来のセラミック処理方法で
は、不可部ではないまでも、困難であるとこれまで信じ
られてきた所望の厚みに容易に１成長”させられた酸化
反応生成物の製造を可能にする。下に横たわる金属は、
その融点よりも高い特定の温度に高められる時、また（
もし必要であれば）　ドーパントの存在下に、その金属
のさもなければ不透過性の酸化反応生成物を通じて輸送
され、こうして新鮮な金属を酸化環境に露出し、それに
よりさらに酸化反応生成物を生ずる。この現象の結果は
、オプシッンにより成長構造の全体を通じて分散された
成る非酸化親金属成分を含有する密な相互結合されたセ
ラミックスの漸進的成長である。

本発明に関係する手順の特別な形式は、本願の譲受人と
同一の譲受人に譲渡された１９８６年の米国特許出願第
　　　　　　　号明細書に記載されているように、（１
）本質的に口）気相酸化体（例えば酸素）による親金属
の酸化反応生成物（α酸化アルミニウム）及び、オプシ
ョンにより、（ｉｉ）１１金属の一つ又はそれ以上の非
酸化成分から成る多結晶性材料を形成するべく親金属、
例えばアルミニウム合金の酸化により得られたセラミッ
クマトリックス、及び（２）マトリックスにより埋めら
れた充填剤を含んでいる自己支持セラミック複合物構造
を製造するための方法である。

一般的に、この手順は、上記の方法による親金属の酸化
により生ずる多結晶性材料の成長が、親金属に隣接して
置かれている機能的に不活性な充填剤材料（時には簡単
に“充填剤°と呼ばれる）の透過性の塊のほうに向けら
れ得るという発見に基づいている。充填剤は、セラミッ
ク複合物構造を形成するべ（、多結晶性材料の成長のな
かに包まれ且つ埋められている。適当なプロセス条件の
もとに、熔融親金属はその初期表面（すなわち酸化体に
露出された表面）から外方に酸化体及び充填剤に向けて
酸化する。酸化反応生成物は、分割された固体充填剤材
料の凝集物を含んでいてよい充填剤の塊のなかへ成長す
る。その結果、充填剤を埋めているセラミック多結晶性
材料の密なマトリックスを含んでいる新規なセラミック
マトリックス複合物が得られる。

充填剤材料の塊又は凝集物はそれからの酸化反応生成物
の成長の想定される通路に親金属に隣接して置かれる。

充填剤材料は、酸化体及び酸化反応生成物成長に対して
透過性であるように空隙、開口、介在空間などを有する
形態でありさえすれば、緩く配置されていてもよいし、
結合されたアレイとして配置されていてもよい、さらに
、充填剤は均質であってもよいし、不均質であってもよ
い、また、充填剤の化学的組成は、成長させられる酸化
反応生成物マトリックスと同一であってもよいし、それ
と異なっていてもよい、酸化反応生成物の成長により生
ずる多結晶性材料のマトリックスは、充填剤材料を実質
的に乱したりその位置をずらしたすせずに充填剤材料を
埋めるように充填剤材料の周りに成長させられる。こう
して、充填剤材料の配置を乱すような外力は作用せず、
また密な複合物セラミック構造を得るための公知のプロ
セスの場合のような厄介でコストの高い高温、高圧のプ
ロセス及び設備は必要とされない、加えて、セラミック
複合物を形成する無加圧での焼結のために必要な化学的
及び物理的コンパティビリティの厳密な要求条件が大幅
に減ぜられ又は除かれる。

本セラミックマトリックス成長プロセスでは、親金属は
その融点よりも高く但し酸化反応生成物の融点よりも低
い温度に加熱され、それにより酸化反応生成物を形成す
るべく酸化体と反応させられる熔融親金属の物体を形成
する。この温度で又はこの温度範囲内で、溶融親金属の
物体は、溶融親金属の物体と酸化体との間を延びている
酸化反応生成物の少なくとも一部分と接触している。溶
融親金属は、酸化体と先に形成された酸化反応生成物と
のインタフェースに於ける酸化反応生成物の継続的生成
を支えるべく、酸化反応生成物を通じて酸化体に向けて
又は隣接する充填剤材料に向けて引かれる０反応は酸化
反応生成物の成長により充填剤材料の少なくとも一部分
を酸化反応生成物のなかに埋めるのに十分な時間にわた
り継続される。ｒ！ＩＩ化反応主反応生成物内部にオプ
シッンにより複合物構造を形成するべく親金属の非酸化
成分の混在物を含んでいる。

このような方法により製造される製品は電気的特性、耐
摩耗性、熱的特性及び構造的特性が重要である種々の工
業的用途の製品を製造するべく機械加工、研褒、研削な
どにより加工され得る。

ここで用いられる“酸化体”、“気相酸化体”などの用
語は、特定の気体又は蒸気を含有する酸化体とし°ζア
イデンティファイされる時、これは゛ｒイデンティファ
イされた気体又は蒸気が、利用される酸化環境の中で得
られる条件のもとに親金属の唯一、優勢又は少なくとも
有意義な酸化剤であることを意味する０例えば、空気の
主成分は窒素であるが、空気に含有されている酸素は通
常、利用される酸化環境の中で得られる条件のもとに親
金属の唯一の酸化剤である。従って、空気は“酸素含有
気体”酸化体の定義に属し、“窒素含有気体”酸化体の
定義には属さない。

“親金属”とは、多結晶性反応生成物に対する前駆物質
である金属、例えばアルミニウムをｔ旨し、また比較的
純粋な金属、不純物及び（又は）合金化成分を含有する
商業的に入手可能な金属としてのその金属、又はその金
属前駆物質が主成分である合金を含んでいる０本発明を
以下では、アルミニウム又はアルミニウム合金が親金属
として使用され、またアルミナが意図される酸化反応生
成物であるシステムに重点をおいて説明するが、シリコ
ン、スズ、チタン及びジルコニウムのような他の金属も
本発明の規範を満足する親金属として適している。

“セラミック”とは、古典的な意味、すなわち完全に非
金属又は無機材料から成っているという意味でのセラミ
ック物体に限定されるものとして不当に解釈されるべき
ではなく、親金属から誘導された、又は酸化体から又は
ドーパントにより生成された一つ又はそれ以上の金属成
分を少量又は実質的な量で、最も典型的に約１〜４０％
（体積百分率）の範囲内で又はさらに大きな割合で含ん
でいるとしても、組成又は支配的特性に関して優勢にセ
ラミックである物体を指している。

前記のように、前記の応用の一つ又はそれ以上では、特
定の温度及び酸化雰囲気のもとに特定の親金属が、特別
な追加又は変更なしに、本発明の酸化現象のために必要
な規範を満足する。しかし、親金属と組み合わせて使用
されるドーパント材料は酸化反応プロセスに有利に影響
し又はそれを助長し得る。　　　　゛ 特に酸化体として空気が使用される場合にアルミニウム
親金属に対して有用なドーパントは、例えば、互いに組
み合わせて、又は下記の他のドーパントと組み合わせて
、マグネシウム金属及び亜鉛金属を含んでいる。これら
の金属、又は金属の適当な源は、結果として得られるド
ープされた金属の全！１量に対してｍｆ１百分率で約０
．１〜１０％の間の濃度でアルミニウム主体の親金属の
中へ合金化され得る。任意の一つのドーパントに対する
濃度範囲はドーパント及びプロセス温度の組み合わせの
ような因子に関係する。この範囲内の濃度はセラミック
成長を開始させ、金属輸送を増進し、また結果として得
られる酸化反応生成物の成長モーフォロギーに有利に影
響すると考えられる。

アルミニウム主体の親金属システムに対する多結晶性酸
化反応成長を助長するのに有効である債のドーパントは
、特にマグネシウム又は亜鉛と組合わせて使用される時
、例えばシリコン、ゲルマニウム、スズ及び鉛である。

これらの他のドーパント又はそれらの適当な源の一つ又
はそれ以上がアルミニウム親金属の中へ全合金のｍＭ百
分率で約０．５％から約１５％までの各々の濃度で合金
化される。しかし、−層望ましい成長速度及び成長形態
が全親金属合金の重量百分率で約１％から約１０％まで
の範囲内のドーパントで得られる。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度に対する余裕
を作るように、少なくとも１０００°Ｃの温度でアルミ
ニウム主体の親金属の中へ合金化されている。しかし、
スズのような他の合金化要素の追加は一般に鉛の溶解度
を増し、また合金化材料がより低い温度で追加されるこ
とを許す。

一つ又はそれ以上のドーパントが、先に説明したように
、環境に関係して使用され得る０例えば、親金属がアル
ミニウムであり、また酸化体が空気である場合、ドーパ
ントの特に有用な組合わせは（ａ）マグネシウム及びシ
リコン、又は（ｂ）マグネシウム、亜鉛及びシリコンを
含んでいる。

このような例では、好ましいドーパント濃度はマグネシ
ウムに対してはｉｉ屋百分率で約０．１％から約３％ま
での範囲、亜鉛に対してはｆｉ！百分率で約１９Ａから
約６％までの範囲、シリコンに対してはｍｉ百分率で約
１％から約１０％までの範囲である。

ドーパント材料の機能はドーパント材料自体のほかに多
数の因子に関係する。これらの因子は、例えば、特定の
親金属、所望の最終製品、二つ又はそれ以上のドーパン
トが使用される時のドーパントの特定の組合わせ、合金
化ドーパントと組合わせて外部から与えられるドーパン
トの使用、ドーパントの濃度、酸化環境及びプロセス条
件を含んでいる。親金属と組合わせて使用されるドーパ
ントは（１）親金属の合金化成分として与えられてよい
し、（２）親金属の表面の少なくとも一部分に与えられ
てよいし、（３）充填剤又は充填剤床の一部分、すなわ
ちプレフォームの支持領域に与えられてよい、また、（
１）、（２）及び（３）の方法の二つ又はそれ以上の任
意の組合わせが用いられてよい。

以下では下記の例により本発明を説明する。

紅 Ａ１合金（１０％５ｌ−３％までのＭｇ）が空気（１０
０％までの酸素が使用されている）の雰囲気中でＡｌｃ
ａｎ　　Ｃ−７２非粉砕アルミナ床（クリスタライト寸
法１．５μｍ〜５μｍ直径、寸法４５μｍ”１５０μｍ
直径の粒子に集塊された）のなかへ酸化反応生成物の成
長のために置かれた０反応時間及び温度は下記のように
変化した。

時間（ソーク温度まで）：２ｈｒ 時間（ソータ温度にて）　：０〜１００１１ｒ温度：１
．１００〜１．２５０”Ｃ 合金：ＡＩ＋１０％Ｓｉ＋（０，０〜３．０％）Ｍｇ実
験セットアツプは、金属の表面を反応性気体に露出して
床のなかに位置する金属の立方体、もしくは床のなかに
完全に埋められた（全ての金属表面で床と接触する）金
属の立方体であった。

第５図は、得られた成長の断面の光学顕微鏡写真である
。この試料を得るのに用いられた実験条件は、１，１５
０°Ｃにて１００時間、外部ドーパントの役割をするＭ
ｇＯを金属の表面にスラリーとして施されたＡｌ−１０
％Ｓ１合金であった、この図はアルミニウム合金により
浸透されたアルミナ粒子を示す０粒子はＡＩ金属／酸化
アルミニウム成長物により囲まれている。

肛 実験セットアンプは、同一の混合物及び同一のプロセス
により形成された二つの厚壁るつぼを使用する。外側る
つぼは３．８ｃｍ外径及び２．５ｃｍ内径を有する。Ａ
ｌ−３％Ｍｇ−１０％Ｓｔの公称組成のアルミニウム合
金スラップがより大きいるつぼのなかに置かれ、次いで
２．５ｃｍ外径の内側るつぼがＪｉｌｔ人されている。

内側るつぼは浮動蓋として作用し、それによりスラップ
から自由空気中への成長を阻止する。こうして酸化反応
生成物の成長はセラミックプレフォームのなかへ向けら
れている。

種々の密度を有するるつぼが粉砕及び非粉砕Ａｌｃａｎ
　　Ｃ７２アルミナを種々の割合で混合することにより
製造された。粉砕されたＣ−７２アルミナは粉砕されて
いない集塊粒子から解放された個々のクリスタライトか
ら成っている。それは５μｍまでの直径及び約ｌ１１ｍ
の厚みのプレートレフトの形態である。これらの粉末混
合物は次いで、ゴムモールド内で振動される時に混合物
が流れることを許すのにちょうど十分な結合剤溶液を使
用して、ｍｌ百分率で５％のポリビニルアルコールと混
合された。一般的に言って、非粉砕アルミナの割合が増
すにつれて、流れを許すのに必要な結合剤溶液の僅も増
した。モールドの振動は、空気泡の発生がもはや観察さ
れなくなった時に停止された０次いでモールドは、モー
ルドからの鋳造物の除去を許ずべ（、翌朝まで冷凍器の
なかに置かれた。その直後に、鋳造されたるつぼは、遇
刺水を駆逐するべく、また有機結合剤をセントするべく
、９０°Ｃの乾燥オーフ′ンのなかに置かれた。最後に
、るつぼは、有機結合剤を駆逐するべく、またそれに続
＜１．２５０’Ｃでの溶融アルミニウムへの露出を許す
のに十分な高い温度強度を与えるべく、２時間にわたり
１，３００°Ｃで素焼された。金属スラツジ及び軽（焼
結されたるつぼは組立てられ、また空気中で２４時間に
わたり１，２５０°Ｃに加熱された。

ＪｇＯがドーパントとして使用された時、ドーパントは
素焼の後に、水主体のＭｇＯスラリーで金属スラツプの
高さまで封じ込めるつぼを満たし、また直ちに過剰物を
除去することにより施された。Ｓｉがドーパントとして
使用された時、ドーパントは１００メツシユ粉末の形態
でＣ−７２アルミナ混合物に追加された。

アルミニウムの平均ｍ層百分率利得対平均プレフォーム
密度として表された結果は下記の表に示されている。

週１ ＡＩ−１０％Ｓｉ合金のスラツジが非粉砕Ａｌｃａｎ　
　Ｃ７２アルミナ粒子の床のなかに完全に埋９られ、２
時間にわたり２０°Ｃから１．　１５０°Ｃへ加熱され
、１００時間にわたり１．　１５０°Ｃに保たれ、また
約１４時間にわたり周囲温度に冷却された。一つの試験
では、ドーパントは使用されず、また可視的な成長は観
察されなかった。第二の試験では、金属スラツジが水中
でＭｇＯにより被覆された。広範囲な不均一な成長が観
察された。

皿ヱ Ａｌ−１０％５ｔ−３％Ｍｇ合金のスラツジが非粉砕Ａ
ｌｃａｎ　　Ｃ−７２アルミナ粒子の床のなかに完全に
埋められ、また試料（スラツジ及び床）が２４時間にわ
たり１．１５−０°Ｃで加熱された。試料の出発ｉｉｍ
及び最終重量及び使用されたドーパントは下記のとおり
である。

試料番号　　　　　出発重量（ｇ）　　　使用されたド
ーパント　　最終重量（ｇ）１　　　　　　　　　２．
５７０　　　　　　使用されず　　　　　　　　２．６
フ９された 以上に於ては本発明の典型的な実施例のみを詳細に説明
してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の範囲内にて種々の組み合わせ及び変
更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一つの典型的な実施例を実施す
るためのセットアツプの概要を示す立断面図である。 第２図は本発明の方法の他の典型的な実施例を実施する
ためのセットアツプの概要を示す立断面図である。 第３図は本発明の方法の実施のための多孔性の床又はプ
レフォームを構成する充填剤粒子とし−て使用するのに
通した非粉砕αアルミナ粒子の走査電子顕微鏡写真であ
る。 第４図は本発明の方法で充填剤粒子として使用するのに
通した他の非粉砕αアルミナ粒子の光学顕微鏡写真であ
る。 第５図は本発明の実施により金属で浸透された後の非粉
砕αアルミナ粒子の顕微鏡写真である。 １０・・・るつぼ、１１・・・親金属、１２・・・充填
剤、１４・・・炉、１５．１６・・・ベント、１８・・
・領域、２０・・・キャビティ、２４・・・耐熱性ウェ
ル、２６・・・開口、２Ｂ・・・ボート 特許出願人　　ランキサイド・テクノロジー・カンパニ
ー・エル・ピー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　酸化反応生成物のセラミックマトリックスのなかに組
   み入れられた実質的に機能的に不活性の充填材材料を含
   んでいるセラミック物品の製造方法であって、 （ａ）充填材材料の透過可能な塊のなかへ酸化反応生成
   物が浸透するように親金属の物体及び充填材材料の透過
   可能な塊を互いに相対的に配置する過程と、 （ｂ）気相酸化体の存在下に、予め定められた温度に加
   熱することにより、親金属物体を溶融させ、また酸化反
   応生成物を形成するべく溶融金属を酸化体と反応させる
   過程と、前記温度で、酸化反応生成物が酸化体と先に形
   成された酸化反応生成物との間の界面で充填材材料の前
   記塊のなかに形成し続けるように、溶融金属を酸化反応
   生成物を通じて酸化体及び充填材材料に向けて漸進的に
   引くべく、前記酸化反応生成物の少なくとも一部分を溶
   融金属の前記物体及び前記酸化体と接触し且つそれらの
   間に延びている状態に維持し、また前記多結晶性材料に
   より前記充填材の少なくとも一部分を浸透するのに十分
   な時間にわたり前記反応を継続する過程とを含んでいる
   セラミック物品の製造方法に於いて、 （ｃ）透過可能な塊が塊を通じて分布した粒子間多孔性
   から成る第一の孔システムと、同じく塊を通じて分布し
   た粒子間多孔性から成る第二の孔システムとを含んでお
   り、多孔性の両システムは充填材材料の部分のなか又は
   それらの間に郭定されており、また少なくとも第二の孔
   システムを郭定する充填材材料の部分が、維持された孔
   部定配置のなかで、酸化反応生成物の浸透の間に、構造
   的に安定であることを特徴とするセラミック物品の製造
   方法。