JP2000512609A - Improved aggregate, manufacturing apparatus and manufacturing method thereof - Google Patents

Improved aggregate, manufacturing apparatus and manufacturing method thereof

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JP2000512609A JP06510242A JP51024294A JP2000512609A JP 2000512609 A JP2000512609 A JP 2000512609A JP 06510242 A JP06510242 A JP 06510242A JP 51024294 A JP51024294 A JP 51024294A JP 2000512609 A JP2000512609 A JP 2000512609A
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マイケル キュー シェパード
マクテスワラ スリニヴァサン
リチャード エル ポンジ
ジョン ジェイ ストービー
ロジャー ピー シェパード
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アッシャーズ インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 強化された構造特性を呈する骨材、マトリックス、及び複合体、及びこれ等を製造するための方法、及び装置を開示する。本発明骨材は３次元の形状を有する。即ち基本四面体（基本）とその４面に結合する一致する四面体（１２、１４、１６、１８）とから成るテトラスター（１０）の形状、又は単一面で結合した１対のツイン四面体に基づく形状から成るテトラツイン（３０）の形状、又は基本立方体の６個の面から突出する６個の方尖塔（２１、２２、２３、２４、２５、２６）から成る形状（２０）である。 Abstract: Aggregates, matrices, and composites exhibiting enhanced structural properties, and methods and devices for making the same are disclosed. The aggregate of the present invention has a three-dimensional shape. That is, the shape of a tetrastar (10) consisting of a basic tetrahedron (basic) and matching tetrahedrons (12, 14, 16, 18) connected to the four surfaces, or a pair of twin tetrahedrons connected in a single surface Or a shape (20) consisting of six steeple towers (21, 22, 23, 24, 25, 26) projecting from six faces of a basic cube. .

Description

【発明の詳細な説明】 改良した骨材及びその製造装置及び製造方法技術分野 本発明は骨材、及びその骨材の製造方法、製造装置、及びその骨材を使用する 複合体に関するものである。 発明の背景、及び発明の要約 多くの構造材料の利用は、他の種々の材料の中でも、強度の欠如、クラック、 及び熱膨張の問題のため制約を受けている。良く知られている例は、セラミック 、及び粘土の分野であり、一般に、これ等の材料は熱応力を受ける際の破壊に対 する抵抗性を欠如しているため、大規模な構造物に使用されていない。 セラミック材料の破損の状態は、ミクロ組織的な変形、又はセラミック粒子、 及びセラミック材料内に含まれる結合材の不均質な分散により引き起こされる微 細なクラックとして説明されることが多い。材料が破損するまで、２次元平面内 の通路に沿い、クラックが伝播することが分かった。 従来の技術はマトリックス内に選択的に分散させた補強材を組み込むことによ って、これ等の構造的欠点を改善することを求めて来た。板状材料、繊維、ひげ 状材料、及びパーライト、及び焼成グロッグのようなミネラル物質がそのような 多くの補強材の若干のものであり、これ等の材料はセラミック材料に採用されて いる。しかし、従来の補強材は、破壊に対する靱性が僅かしか増大しないため、 大規模な、又はその他の要求される用途に対して適していなかった。特に、多く のセラミック材料は急激な疲労破壊を生ずる傾向があるため、大部分の構造用、 及び耐火用へのセラミック材料の利用は厳しく制約されていた。また、セラミッ ク材料の未処理での形成中、及び焼結中に生ずる欠陥のため、セラミック材料の 性質を予測することが困難であった。 高耐火性物体に採用されている現在既知の骨材は球状、管状、又は任意の幾何 学的形状を有する。第１の技術的考慮は充填の効率である。一般に、優劣が検討 された処理方法が実施されており、５種類の異なる寸法までの限られた分級物を 利用してほぼ理論的な密度を達成している。例えば、Alcoa Corporationはその 市販のアルミン酸カルシウムセメント製品の１つである分類した寸法の４種類の 限定した分級物を使用することを勧めている。 充填された大きな粒子の間隙に小さな粒子を導入し分散させると、多孔性、及 び気孔寸法を小さくすることが良く知られている。逆もまた真であり、一層微細 な粒子に大きな粒子を加えると、微細と気孔とが置き代わり多孔性が減少する。 このひな型をFurnas Modelと呼ぶ(C．C．Furnas，U.S．Bur．Mines Rep．Invst ．2894(1928)参照)。充填されている大きな粒子が接触している時、粗い粒子、 中間粒子、及び微細粒子の混合物についての理論最大充填割合PFmaxは次のよう に表される。 PFmax＝PFc＋（１−PFc）PFm＋（１−PFc）（１−PFm）PFf ここに、PFc、PFm、及びPFfはそれぞれ粗い粒子、中間粒子、及び微細粒子の充 填係数である。 例えば、McGearyは直径1.28、0.155、0.028、及び0.004cm直径の振動を受ける 鋼球のカテナリーシステムで95％の充填密度を実験的に達成した（R．K．McGear y，J．Am．Ceram．Soc．44(10)，513-522(1961)参照）。 しかし、DingerとFunkは最高密度の充填には、連続する粒子寸法分布が好適で あることを理解した。彼等は次の関係式を導き出した。 ここに Ｆm（a）＝粒子寸法ａより細かい累積留分 ｎ＝累積粒子寸法対粒子寸法分布曲線における傾斜 amax＝最大粒子寸法 amin＝最小粒子寸法 充填密度は１／ｎの増大、及び粒子寸法範囲の増大につれ、増大し、充填密度 は８０％を越えることもある。上述の考えは形状が球状で、理想的な充填状態に おけ粒子にのみ適用することに注意すべきである。また、McGeary（９５％）に よって達成されたような理想的な球状粒子の充填状態では、残り５％（マトリッ クス空間）は、このシステムの球の等位点間の非常に薄い通路によって連結され た脆弱な幾何学的形状の分離した空隙のパターンにより特徴づけられていること に注意すべきである。 例えば、従来技術では球状粒子、及び球状に近い粒子の点対点接触を使用して 一層良い密度を達成している。更に、棒状粒子の場合、線接触を達成して充填を 改善することができる。面対面接触を達成できるから、板状材料を使用して充填 を一層改善することができる。しかし、実際上、棒状粒子、板状粒子を使用する 時、粒子間の橋絡が起こり、充填を妨害する。充填の妨害を考えない理想的な状 態の場合でも、棒状粒子、板状粒子を使用する結果、等容積性が失われる。等容 積性が失われると、単一体は平面内剪断力、及び引張り力から生ずる破損に弱く なる可能性がある。 棒状粒子、板状粒子はその長い寸法の方向に平行に指向する傾向があるため、 層状化し、従って等容積性が失われるため、棒状粒子、板状粒子を使用する材料 の等容積性は通常失われるのである。 面対面接触であると最も高い充填密度を生ずるが、最高充填密度と等方性とを 保持するためには、あらゆる寸法において均一性を達成しなければならない。球 状粒子を包囲する均一な面対面接触は達成するのが非常に困難である。棒状粒子 、及び板状粒子の均一な線対線接触、及び面対面接触を達成するのは、実際上、 不可能である。 多くの構造材料のクラック発生の１つの理由は、成形される媒体の不完全な均 質性が製造プロセスを通じて持続するからである。従って、このような不均質性 （材料の勾配）を有する材料が使用されると、加えられた応力、又は（製造にも 関連して）もともと有していた応力、又はその両方が不均質の位置に偏在し、応 力勾配を生ぜしめる。その位置におけるクラック表面区域の全エネルギー要件が 臨界限界値に達すると、クラックの伝播が確実になる。 Mechanical Properties of Polymers and Composites，Marcel Dekker（1974 ） においてLawrence Nielsenが報告したように、複合材料は２個、又はそれ以上の 構成材料から成り、２個、又はそれ以上の相から成る材料として定義される。こ のような材料は３つの一般的な種類に分ける必要がある。即ち、１．連続するマ トリックス相と、分離した粒子からできた不連続の充填相とから成る粒子充填材 料、２．繊維充填剤入り複合材、３．２個の連続相から成る骨組み、又は相互に 貫入する網状複合材である。この最後の種類の材料の例として、充填剤入り開放 小孔発泡体、及び焼結マット、又は同一材料を充填した網状生地がある。 多くの市販の重合体材料は、複合材料である。しかし、そのように考えられな いことが多い。例としては、ポリブレンド、ＡＢＳ材料、発泡体、床タイル、及 び電線コーチングのような用途に使用される充填剤入りポリ塩化ビニル、充填剤 入りゴム、種々の充填剤を含む熱硬化性樹脂、及びガラス繊維充填プラスチック がある。単一均質ポリマーを使用せず複合材を使用する多くの理由がある。即ち １．剛性、強度、及び寸法の安定性の増大、２．靱性、又は衝撃強さの増大、３ ．高温変形を起こす温度の上昇、４．機械的緩衝性の増大、５．ガス、液体に対 する透過性の減少、６．電気的性質の改善、７．費用の低減である。 上述の望ましい特徴は単一材料では得られない。複合材料が提供しなければな らない利益は複雑な流動学的挙動と困難な製造技術とを含む望ましくない性質と 、若干の物理的、機械的性質の減少とをバランスさせることである。 複合材料の性質は構成要素の性質により、充填材相の形状により、システムの 形態学により、更に相間の界面の性質により決定される。従って、形態学上の性 質、又は界面の性質を変更することにより、複合材の非常に多い性質を得ること ができる。機械的挙動に大きな影響を及ぼし得る界面の重要な性質は相間の接着 結合強さである。 明らかなように、本発明は複合材の配合、及び製造の分野を改良するものと信 ずる。 上述したように、複合材システムに関する記載の１つは連続するマトリックス 相と、分離した粒子の不連続の充填剤相とから成る粒子充填材料である。 本発明の理解を進めるため、特定の挑戦する出願に加えたような含まれる或る 新規性の要約は助けになるものと信ずる。 上述の定義を心に置き、放射性廃棄物、その他の有害廃棄物の長年（１00,000 年）貯蔵する単一体容器を考慮されたい。 具体的に言えば、この容器は１キロリットル、又はそれ以上の材料を保持し得 るだけ大きくあるべきである。この分野の技術状態は、せいぜい不銹鋼、又は鉄 筋コンクリート構造を含む短期間の解決策である。 この目的は実際的に十分大きな容器であり、長期間完全に確実であるように技 術的裏付けがあることである。特定の材料の選択は徹底的な分析によって得られ る。潤沢で、比較的安価で、非吸収性で、放射線に非常に抵抗するアルミナがこ のような分析に対し候補材料である。 この容器は次のように製造されるものと信ずる。 １．有限要素法を採用して容器の正確な大きさ、寸法を決定する。ここで、容 器、従って、その容器を配置する場所はテトラスターのような（ここに開示した ）特殊な３次元網状幾何学的形状から利益を受けるものと信ずる。 ２．幾何学的形状、寸法が一旦決定されると、骨材寸法、マトリックス、骨材 、及び相互の相間の成分化学、及び網状の程度のような特定の材料条件をを定め る。ここで、容器の壁の厚さを１０〜２０ｃｍに考える場合には、（最も長い寸 法に沿って計って）ほぼ0.10〜1.00cmの骨材が好適である。 マトリックスの候補材料は破壊に対する高いモジュラス、小さい熱膨張係数、 及び熱衝撃に対し大きな抵抗性を示すものであることが必要である。マトリック スの若干の候補材料はアルミナ、ムライト、硼珪酸塩、及びリチウムアルミナシ リケートである。 ３．ここに開示した方法によって骨材を製造することができる。８０〜９０％ の容積を占める網状組織を達成した時、主要補強材相は、厚さの寸法内に、ほぼ 0.001〜0.005cmのマトリックス相を残すものと信ずる。（容器の破壊に対する優 れた靱性に関係がある）このマトリックス相はマトリックスと補強相とから成る ことができる。この場合、マトリックスレベルの補強材は約１０〜５０μｍであ る。これ等の骨材のための微小相生産物技術が一旦開発されれば、マトリックス 補強材へのこの格付けした処理方法を少なくとも他のレベルで実施する。 ４．当業者に既知の方法に従って、未処理の構造の注型を行うことができる。 しかし、容器の大きな寸法、及び求められる最終使用を考慮して、既知の方法論 への代わりの研究方法を考えることが賢明である。壁の厚さと補強材相の均一性 は厳密に重要であると考えられる。この均一性を達成するための一方法は二軸遠 心注型法を含むかも知れず、この場合、所定量のマトリックスと骨材とをモール ドに装入した後、２個の垂直に対向する軸線の周りにモールドを回転させる。機 械的振動、又は超音波振動、又はその両方を採用して、均一な壁厚さと、補強相 の網状化とを容易にする。 ５．廃棄物の装入口、検査孔、又は（もしモールド設計に無ければ）監視孔を この点で適応させることができる。しかし、この努力を行う前に、結合材の除去 相、又は焼成相を通じて注型を行うまで待つことも賢明である。実際、必要な取 付け部を機械加工する前に、容器を完全に高密度化し終わる後まで待つことが賢 明であることが証明される。 ６．構造体の完全な高密度化（焼結）の次に通常の炉内処理の方法を行うのが 良いと信じられる。しかし、容器が異常な寸法であれば、従来の方法による均一 な熱分散の維持は、不可能でないまでも困難になるであろう。既知の技術の代案 として、新規な指向性マイクロ波焼結法が考えられ、この場合、容器の形状、及 び寸法はマイクロ波では２倍にされ、次に結合材を除去され、又は焼成され、又 はその両方を受けた単一材上に重ねられる。 純粋なアルミナはマイクロ波にあまり感応しない。結合作用を達成するため、 或る金属元素の百万分台の濃度の形のドーパントが使用されている。硼珪酸塩、 及びリチウムアルミナシリケートマトリックス成分を考える場合には、この結合 を達成できるものと信ずる。（ここに開示するように）補強相は骨材製造プロセ スの一部として既に焼結されており、容器の完全な高密度化を達成するためには マトリックス成分への相互の相関係（この場合の焼結）が必要なだけである。 アルミナのマイクロ波焼結にはマイクロ波周波数のエネルギー、及び輻射線を 、形成された未処理の材料に加える必要がある。今のところ、これは制御が困難 な激しいプロセスである。この振動成分のための候補材料の導電性の大きさ、及 び形式は、材料がマイクロ波効果を呈するか、否か、即ちマイクロ波の焼成状態 下での一層早い運動エネルギーを呈するか、否かを決定する因子であると思われ る。 イオン導電率はこの効果を強めると思われ、一方、材料の導電率はこの効果を抑 制するように思われる。焼結ランプ内へのマイクロ波エネルギーの適用は匹敵す る密度まで一層早い焼結を確実にし、その結果、粒子の成長を減少させる。 シリカ、及びハイシリケートのようにもともとマイクロ波エネルギーを受けに くい材料の場合には、候補材料がマイクロ波により加熱を受け入れるようにする ために、成分のドーピングは必要であると思われる。必ずしも限定されないが、 ドーパントとしてクロム、銅、及びユーロピウムがある。 イオン導電性は種々の電荷のイオンの化学的相互作用（大部分は不純物の程度 と形式との変化による）を意味し、一方、導電性は帯電媒体内の電子の流れを意 味する。 Walter H．GitzenがAlumina as a Ceramic Material(1970)，pp．75-84で報告 したように、室温（常温）で、開放小孔に吸収された水は誘電損失に貢献するこ とをKose及びHermanoが発見し、高温の1550〜1650℃において、周囲空気の導電 性は高温測定で、顕著であることをPeters、Feinstein、及びPeltzerが示唆して いる。 焼結アルミナは高温において、増大するレベルの酸素に曝されると抵抗率を増 大することを1936年に報告し、この作用は、Kose及びHermanoによって確かめら れた後の発見結果と比較した時、酸化のプロセスに起因すると結論を下している 。即ち、高温での酸素に富む雰囲気は、アルミナが周囲の空気のみに曝された時 、期待される還元作用の程度を減少させたのである。 Heldt及びHaase（1954）は真空中で焼結した非常に純粋なアルミナ（全不純物 が0.03％以下）の真空中における電気抵抗を測定し、ガス炉内で焼結した純度が 劣る試料（不純物が約0.06％）についての同様の測定結果と比較した。「純粋」 な材料は2.50電子ボルト(ev)の放射化エネルギーを有し直線関係曲線を有する。 純度が劣る試料は約1100℃で途切れる曲線を有する。1100℃以下では放射化エネ ルギーは2.38evであり、1100℃以上では放射化エネルギーは2.5evであった。110 0℃以上での導電性は電子移動と、純粋酸化物に関連する機構とによる実質的に 真の半導電性を意味する本質的なものを表している。大部分不純物により制御さ れる本質的でない伝導は1100℃以下で起きると考えられる。伝導は830℃以下 ではイオン的であり、これより高い温度では原子的であることを松村氏が1966年 に述べている。 上述の全ての努力にも係わらず、多くの構造材料の使用は、強度の欠如、クラ ックの発生、及び熱膨張の問題のために制約を受けている。 従って、セラミック材料のような構造材料の破壊に対する靱性を改善するとり わけ補強材、及びそれを製造する方法が待望されている。 本発明の一態様は、唯１種類の寸法留分のみを使用し、空隙容積が無く１００ ％の密度に理論的に充填可能な独特の３次元形状を有する骨材である。充填効率 のこの高いレベルは３次元網状マトリックスの新規な形状の面対面接触の結果で ある。独特の粒子形状、及び全ての寸法に網状になるその能力のため、種々の形 態の充填球状粒子について前に考えたことは一般に適用不可能である。 本発明の他の態様によれば、調和した所定の網状化できる骨材を使用して構造 マトリックスを形成する。そのような骨材の一例はテトラスターと称し、基本四 面体（基本）の４個の面を一致する四面体に結合する。骨材の他の例はテトラツ インである。テトラツインは１対の四面体を単一の面で一致して結合したもので ある。更に他の網状化できる形は基本立方体の６個の面から６個の方尖塔の形状 を突出させたものである。 本発明の他の態様によれば、クラックの伝播が最少で、脆性破損を避けるよう にした疲労抵抗マトリックスを形成する。 更に、本発明の他の態様によれば、われわれが権利を要求している形状の先駆 的骨材を使用して、網状マトリックスを形成する。次に、この先駆的骨材に点火 し（灰化し）、溶解し、又は除去し、網状の先駆的骨材の幾何学的形状によって ここで画成されている空隙を残す。このような物体は（例えば）耐火物の分野で 熱絶縁物として用途があり、熱絶縁物は寸法の安定性、一定の多孔性、及び熱衝 撃に対する抵抗性が要件である。 本発明の他の態様によれば、先駆的骨材を所定の分散が得られるよう網状化し 、次に種々の方法（化学的蒸着法等）で置換し、又は変形し、以前には得られな かった複合体を得る。 本発明の更に他の態様によれば、網状化した骨材を採用するマトリックスを注 型し、焼成して、有毒廃棄物、又は核廃棄物の長期間にわたる容器に適する不透 過性の収容容器として役立つようにする。 本発明の更に他の態様によれば、上述の収容容器を網状骨材の形状に構成し、 収容保管場所に網状に配置し、これにより全体の場所の保管容量を最適にし、急 激な、地震の作用に関連する損傷を防止する。網状の技術程度（分散度）は、実 質的な位置に関する調査、及び提案された収容幾何学の有限要素法による解析に よる。分散距離（網状、マトリックス空間の度合）に通常の砂のような充填材を 充填し、網状収容体にクッション性を与え、更に安定化する。 できあがった容器（例としての組成物はアルミナ・アルミナ、ムライト・アル ミナ、硼珪酸塩ガラス・アルミナ）も熱衝撃に対し高い抵抗性がある。即ち、こ の構造体の熱膨張係数は広い温度範囲にわたり容器の完全性を危うくしないもの である。高温、及び低温放射性廃棄物から受けるような早い温度変化を容器が受 けた時、熱衝撃に対する高い抵抗性は望ましい。このような抵抗性があれば、「 高温」の要素を容器内に急に投入し、容器内に不均一に分散させた時経験するよ うな不均一な熱負荷によっても容器の完全性は危うくならない。 本発明の他の態様によれば、ばらつきのない網状骨材を造るため、モールド表 面を形成する。 本発明の更に他の態様において、（機械的振動源、超音波源、マイクロ波源、 又はその他のコヒーレント、又はブロードフィルド振動源からの）付加的振動エ ネルギーはモールド面を通じて注型、又は加圧成形される材料に加えられる。こ れ等の振動エネルギーは単一、又は組み合わせて使用される。未処理骨材を加圧 成形し、次に直接、マイクロ波焼結雰囲気内に通す連続製造プロセスを想像する ことができる。 本発明の更に他の態様において、形成体がマトリックス自体が網状幾何学形状 の骨材から成る網状マトリックス内に配置した骨材から成る。数マノメータ未満 から数インチより大きいマトリックスの限定した留分に順次の骨材の網状幾何学 的形状を採用することは理論的に可能であると信じられる。 組成物への上述の研究方法から生ずる形成体は材料の強度、破壊靱性に一歩の 前進を示すものと信ずる。 本発明の上述の説明、付加的要旨、及び利点は、添付図面を参照する次の詳細 な説明から一層明らかになろう。 図面の簡単な説明 図１は本発明の第１実施例の骨材形状を示す。 図２は本発明の第２実施例の骨材形状を示す。 図３Ａ〜図３Ｆは本発明の第３実施例の骨材形状の図面を示す。 図４は骨材の網状組織の一例を示すため図１の一連の骨材を示す。 図５は骨材の網状組織の一例を示すため図２の一連の骨材を示す。 図６は図２の骨材を２次元に配列した状態を示す。 図７は骨材を製造する一方法を示すフローチャートを示す。 図８は骨材を製造する一方法の線図を示す。 図９は本発明の一実施例の装置の横断面図を示す。 図１０は図９の実施例の１０−１０線に沿う平面図を示す。 図１１Ａ〜図１１Ｃは本発明による生地の対応する底面図を示す。 図１２Ａ〜図１２Ｃは図１１Ａ〜図１１Ｃの生地の平面図を示す。 図１３は図１２Ｃの１３−１３線に沿う側面図を示す。 図１４は図１２の生地の斜視図を示す。 図１５は本発明装置の斜視図を示す。 図１６は本発明の骨材を製造する一方法を示すフローチャートを示す。 図１７は本発明装置の代案の実施例の側面図を示す。 図１８は図１７の装置の平面図を示す。 図１９は骨材を製造する一方法を示すフローチャートを示す。 図２０は図１７の装置の拡大図を示す。 図２１は本発明装置の代案の実施例を示す。 図２２は本発明装置の代案の実施例を示す。 図２３は本発明装置の代案の実施例の図面を示す。 図２４は線２４−２４に沿う図２３の装置の平面図を示す。詳細な説明 本発明は特に複合材料を補強するための、中でも独特の骨材に関する。これ等 の新しい種類の骨材を多少ともマトリックス（網状にした）に均一に分散させる と、従来の複合材料より優れた強度特性と、破壊に対する強靱特性とを発揮する ものと信じられる。本発明の或る態様に関して等しく重要なことは、付加的エネ ルギー（即ち超音波）を加えて加圧成型することによって組成の均質性に優れた 大量の均一寸法の骨材を生産する能力である。 図１を参照し、本発明の一実施例による骨材、即ちテトラスター１０は等四面 体（「基本」四面体）の形状を有し、基本四面体の４個の面のおのおのに１個宛 の４個の付加的四面体１２、１４、１６、１８を結合している。実際上、このよ うな骨材は、一体構造として形成するのが望ましく、説明の都合上、結合の語を 援用する。 図２は代案の骨材、即ちスタージャッキ２０を示す。この形状は４個の側面を 有する６個のアーム２１、２２、２３、２４、２５、２６を基本立方体の６個の 面からそれぞれ突出させている特徴を有する。これ等アームを方尖塔の形状にす ることができる。 図３Ａ〜図３Ｆは他の代案の骨材、即ちテトラツイン３０の種々の方向から見 た図面を示しており、このテトラツィンは１対のツイン四面体に基づく種類の形 状から成り、１個のツイン四面体に対し同一の割合、及び寸法の他のツイン四面 体を面対面接合している。言い換えれば、このテトラツイン３０は４個の側面を 有する４個のピラミッドから成り、各ピラミッドは他のピラミッドに合致する少 なくとも１個の側面を有する特徴がある。また特に、各ピラミッドは基礎平面と ３個の側面とを有する。第１対のピラミッドは、その第１下部ピラミッドの基礎 平面に第１上部ピラミッドの基礎平面を結合することによって第１対のピラミッ ドを互いに接合している。同様に、第２下部ピラミッドの基礎平面に第２上部ピ ラミッドの基礎平面を結合することによって第２対のピラミッドを互いに接合し ている。次に、第１下部ピラミッドの一側面を第２上部ピラミッドの一側面に結 合してテトラツイン３０を形成している。テトラスター１０同様、互いに結合さ れた部に依存することなく、テトラツイン３０を一体の構成要素として構成する のが好適である。テトラツイン３０はそれぞれ１〜１０のラベルを付した１０個 の側面を有する。２次元の紙面上にこの実施例を示すことは困難であるから、こ のテトラツインの平面図、前面図、底面図、背面図、及び側面図を示す。 図４は他のテトラスター１０ａ、１０ｂに密接するテトラスター１０を示す。 同様に、図５、及び図６はそれぞれ一連のスタージャッキ２０ａ、２０ｂ、及び ２０ｃに密接するスタージャッキ２０を２次元に示し、更にスタージャッキ２０ ｄ、２０ｅ、２０ｆ、及び２０ｇを有するスタージャッキ２０を示す。 骨材は、必ずしもこれに限定されないが、粘土、セラミック、ポリマー、ガラ ス、金属、金属固溶体、中間化合物、ガラスセラミック、炭素、及びグラファイ ト、雲母、有機樹脂化合物、セメント、及びセメント状用材の種々の材料から造 ることができる。骨材の図示の実施例はアルミナセラミック、及び予焼成した粘 土で造られる。 粘土は一般にアルミニウム、鉄、又はマグネシウム（両者は結晶質、及び非晶 質）の水和シリケートが主成分であることによって特徴があるが、多くの他の化 合物を含むこともできる。所定の用途に対し、特定の粘土を選択するには多くの 実験を行わなくとも通常の当業者の判断でなされる。種々の用途のための種々の 粘土の適性に関する文献として、古典的であるが現在も出版されているGrim,R.E .,Clay Mineralogy、第２版、McGraw Hill International Earth & Planetary S cience Series，N.Y．1968，ISBN:0-317-28217-4がある。 ここに述べる方法によってこれ等骨材は一層経済的に製造されるが、これ等の 形状は現在知られている機械加工技術を使用して個々に機械加工して形状を得る こともできる。 従来のもので、鋼線、及びニードルを有する補強セラミック、及びセメントを ベースとする耐火物を含んでいるものがある。しかし、充填効率の向上、従って 材料の性質、性能の向上は、性質として本来から３次元網状組織を有するテトラ スター、スタージャッキ、及びテトラツインにこのような金属材料を使用するこ とによって実現することができる。 硬質で、強靱で、高温耐熱性がある骨材用の候補の他の材料として、必ずしも これに限定されないが、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウ ム、酸化クロム、酸化亜鉛、フェライト、尖晶石等の酸化物がある。金属アルコ キシド・ゾル・ゲル、及び溶液沈殿法、及び共沈法を使用することができ、これ 等の方法ではここで説明する特殊な形状の成核種結晶を有する必要がある。 タングステン、珪素、アルミニウム、ボロン、チタン、バナジウム、ハフニウ ム、ニオビウム、タンタル、クロム、モリブデン、及びジルコニウムの炭化物は すべて用途と最終使用に応ずる骨材の製造用の優れた候補材料である。これ等の 材料の多くは、そうでないものもあるが、高温で耐酸化性である。 アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオビウム 、クロム、モリブデンの硼化物は用途と最終使用に応じて使用できる骨材の製造 のための他の選択候補材料である。これ等の材料の多くは、若干はそうでないが 、高温で優れた耐酸化性を与える。 更に、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオビウム、タンタ ル、クロム、モリブデン、及びタングステンの珪化物も用途と最終使用に応ずる 骨材として非常に適する。これ等の材料の多くは、若干はそうでないものがある が、高温で優れた耐酸性を与える。 必ずしも限定しないが、金属、金属固溶体、中間化合物、セラミック、ガラス 、炭素、及びグラファイト、雲母、プラスチック、及びその他の有機化合物、セ メント、セメント状用材を含む骨材と共に広範囲のマトリックスを使用すること ができる。 高温熱可塑性マトリックスを選択する分野では、本発明の原理を採用すること によって利点が得られる。可能性あるものとして、必ずしもこれに限定されない が、化学物質、輻射線、天候、及び燃焼に対して抵抗性が高く、加熱撓み性に優 れた液晶ポリマー(LCPs)、溶剤に対し抵抗性があり、耐摩耗性で摩擦抵抗が低い ポリアミドイミド(PAI)、靱性があり、火焔の作用を遅らせ、紫外線に対し抵抗 があり、寸法的に安定しているポリアリレート、圧縮強度が高く、寸法的に安定 しているポリベンゾイミダゾール、化学物質に対し抵抗性があり、クリープ変形 が少ないポリエーテルイミド(PEI)、加水分解安定度が良好で化学物質に対し抵 抗があり、加熱撓み性に優れたポリエーテルスルホン(PES)、靱性に優れ、加熱 撓み性に優れ、化学的性質が良好なポリイミド(PI)、化学物質に対し抵抗があり 、強力で剛性が高いポリケトン、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリフェニレ ンサルファイド(PPS)、ポリフェニルサルフォン、ポリフタルイミド(PPA)、 ポリサルホン(PS)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PE EK)、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)がある。 上述の全ての形状が網状化の性質を有し、即ち協働する同一の要素との網状組 織を形成する能力があることが好適である。図４〜図６に示すように、この性質 により骨材は互いに密接した形態に配置され、１個の骨材の表面が規則的な一連 の位置を占める近くの骨材の表面に隣接して配置される。３次元の配列も構成す ることができるが明瞭に図示するのが一層困難である。 テトラスターとテトラツインとの場合には、網状組織にわたり等方性を維持す る。 スタージャッキ、特に一連の配列したスタージャッキの場合、等方性は失われ 、古典的な原子構造の相互格子レベルの結合特性に非常に類似した層状現象が発 生する。 現在、この現象は超電導及びデータ記憶のような用途分野で有利になり得ると 信じられる。 以下に説明するように、全部のケースではないが、「ゼロマトリックス」、即 ち骨材間に間隙が存在しないように骨材を充填しないのが望ましい。このことを 達成する一方法は骨材の形状の設計にある。例えば、図２の骨材の６個のアーム をテーパにし方尖塔形状にする。このテーパにより、これ等骨材の配置がゼロマ トリックスになるのを防止する。（実際、このテーパ形状によってこの骨材を湾 曲チェーン状に配列し、その網状組織によって任意の可撓性として反映された自 由度が得られる。） 補強に関する本発明の一態様は３次元の網状組織であり、言い換えれば骨材を ３次元に正確に繰り返される配列で積み重ねることができる。 マトリックス骨材システムにおける網状組織は、骨材（補強）構成要素の多少 とも均一な密接性から生ずるウェブ状網状界面として明らかになっている。 真の３次元網状組織は別々の素子の座標平面にほぼ平行な粒子対粒子の界面に よってしばしば特徴付けられる。 スタージャッキ、テトラツイン、及びテトラスターは例えば次のものによって 明示される網状幾何学の骨材形状の新規な組を表している。 （１）均一に密接するための等容積の同一クラスの構成要素を持つ可能性 （２）用途需要に応じて厚さの寸法を変化させた密接パターン自身（網状マト リックス）の改良した建築上の性質 （３）球状、及び任意の形状の点対点をベースにする調和、又は繊維状補強材 の線対線をベースにする調和についての改良である骨材のための平面をベースに した調和の機会 （４）クラック通路迂回のための実質的に増大した可能性、及び （５）テトラスター、及びテトラツインの場合の零マトリックス「複合」体を 達成し得る理論的確率 骨材網状組織の最大利点を達成するため、骨材が少なくとも部分的に、相互に 若干密接するだけ十分密に骨材を充填する。網状組織に関連する構造上の利点は 密に充填することによって増大する。しかし、骨材が零マトリックスに充填され 易い形状であって、システムが零マトリックスのように設計されていない場合に は、隣接する骨材片の間に少なくとも若干のマトリックスが残存するように気を 付けなければならない。そうしないと、この構造は全体としての結合に故障が発 生し易くなる。図示の一実施例の骨材はこの組成物の約８０％の容積で有する。 明らかなように、骨材は組成物の７０〜９０％を容積で有することができる。 応力増大の発生を減らし、ここに開示する骨材の建築上の性質を一層高めるた め、或る状態では骨材付加物の端縁を丸くし、隅角部にフィレットを付けるのが 得策であることを証明することができる。この場合の付加物はその骨材の基本平 面に接触している。これ等の技術は当業者に既知である。また、丸みとフィレッ トの程度は用途による。 上に述べた２つの異なる骨材の形式を使用して達成できる充填密度は従来のも のより良好である。我々は用途がそれを必要としていれば殆ど１００％の充填密 度が得ることができるものと期待している。 スタージャッキの充填密度の一つの出発点は上記骨材のおのおのが単一点以上 の点で交差することなく、２個の隣接する骨材間に、仮想平面が位置し得ないだ け十分にスタージャッキを密接させた時発生する。テトラスター、及びテトラツ インの場合の網状組織は次の時に起きる。 １．単一のテトラスター、又はテトラツインの任意の２個の付加物の任意の２ 個の端縁間に構成された仮想平面が他の同様の素子の態様、又は付加物によって 貫入された時。 ２．単一のテトラスター、又はテトラツインの任意の２個の付加物の任意の２ 個の端縁間に構成された仮想平面が破断し、又は他の同様の素子の態様、又は付 加物によって交差した時。 特定の幾何学的構成配置又は形態内で規則的な単一球を通常のように充填する 例は次の表の通りである。 最上の骨材の形状を決定するに当たり、数個の点を考慮する。一つの厳密な態 様は骨材の単位容積当たりの利用可能な表面積に関する。マトリックス複合材料 を補強するために使用する時、骨材の高い充填効率と有効補強性質とを得るため には表面積対体積比を大きくするのが望ましいことが多い。球、種々の形状の粒 子、板状、ひげ状のような従来の補強材に比較する時、本発明の骨材は補強材に 関して同様の体積割合を要求されることは殆どない。言い換えれば、本発明の骨 材は骨材が占める空間に関して、上記の従来の補強（骨材）形状より一層有効で ある。 骨材の補強材の性質と、その容積に対して利用できる表面積とは、多くの用途 において重要な因子であると信ずる。この表面積は化学的反応、又は機械的反応 、又はその両方の反応である相互の相間の反応のために利用される。この表面補 強材の面積が広ければ広い程、補強の利益が大きい。 実際上、補強材にはできるだけ高い負荷を掛けるのが産業上のプラクチスであ る。従って、補強材の達成できる体積割合は骨材の充填についての幾何学的考慮 、及び関連する複合骨材の製造結果のみによって制約を受ける。全体として本発 明は関連するこれ等の両方の領域を対称としている。この骨材の形状は骨材の完 全な網状組織を強めるための容易なモードとして振動を強く提案していると我々 は信ずる。しかし、ここに開示する振動を利用する新規性な発明は、種々の性質 を有するが、単一作業への付加物を説明するに過ぎない。 過去、短繊維と球状体との組合せは、マイクロ充填の原理から分析されていた 。（例えば、J．V．Milewski，"The Combined Backing of Rods and Spheres in Reinforcing Plastics"，Ind．Eng．Prod．Res．Dew.，Vol．17，No.4，P363(1 978)参照）。厳密な変形には球に対する繊維の直径比についての寸法、及びこの 比を繊維のＬ／Ｄ比（長さ対直径比）に応じてどのように変化させるかを含んで いる。 或る用途では、短いひげ状材料が好適であり、これは余りにも高いアスペクト 比（余りにも長いこと）であると、球状化し、集合し、有効な充填に問題を生ず る。２５と４０との間のアスペクト比の場合、繊維の生地が変化し、束になり、 集合する傾向が増大する。アスペクト比が７５の時、効果は明らかである。この 妨害された充填では空隙の容積が増大する。同様に、６０％の容積より大きい短 繊維の負荷レベルでは製造が一層困難になる。 ここに説明する特殊な骨材の形状の場合、充填を妨げることなく、非常に高い 補強充填を行うことができる。上に述べたように、空隙の容積が零で、全体がこ れ等の充填された骨材のみから成る「零マトリックス」を有することは理論的に 可能である。このような実施例において、分散性の高度の変化（５０％より大き く１００％Ｖｆより小さい網状組織）であれば、改良した高強度で破砕に対する 抵抗が高い技術構造物、機械的装置、自動車の構成部材、耐火物、及び構造材料 、核廃棄物、化学廃棄物、及びその他の廃棄物管理収容構造物を使用者に提供す る。新規な、前には得られなかったミクロ組織の補強建築構造が得られるから、 高強度であり、歪に対し抵抗性がある薄い構造が可能であり、その結果、重量の 節約となり、このことは自動車、及び航空宇宙用のような多くの用途に重要な考 慮事項である。 例えば、次にテトラスター、スタージャッキ、テトラツイン、立方体、及び球 のような種々の幾何学的形状について単位体積当たりの相対表面積を示す。種々 の形状を同じように比較するため、テトラスターは0.125単位長さの基本長さ、 立方体は0.125単位長さの一辺、球は0.125単位長さの直径、スタージャッキは図 ２に斜視図で示す割合を有するもので底部の立方体が1.00の一辺を有する。明ら かなように、テトラスターの表面積対体積比は他の補強形状より著しく高い。 次の表は、よく研究されている球の骨材と直接比較できるため一層有効である 違った方法で上述の事実を示したものである。ここに示す新規な骨材の場合に、 相当容積当たりの表面積増大のパーセントが優れている。例えば、テトラスター は補強と破壊クラックの伝播との両方に関し、球の相当する体積割合より表面積 が77.39％増大しており、相当する球に対しスタージャッキは39.75％、テトラツ インは33.05％増大している。 表：種々の骨材形状についての相当面積対体積 骨材形状 球に対する表面積対体積比 テトラスタ− １．７７３９４ スタージャッキ １．３９７４６ テトラツイン １．３３０４６ 立方体 １．２４０７０ 球 １．０００００ 骨材片の寸法と割合とは用途によって非常に変化する。約１０ｃｍの壁厚さの 収納容器の場合、０．１０〜２．５ｃｍ程度の最大寸法を有する骨材が適してい る。用途に応じて一層大きな、又は一層小さな骨材を使用し得ることはもちろん である。従って、本発明骨材は約５０ナノメータから２０ｃｍ、又はそれ以上の ような最大寸法まで広い範囲を有することができる。 産業上の標準寸法範囲が約５ミクロンから６００ミクロンまでである耐火性コ ンクリート用途の場合、本発明について説明した新規な幾何学形状の例示の骨材 （例えばテトラスター）は（その最も長い寸法によって測定して）３ｍｍである 。 特殊な用途では、非常に大きな骨材（その最も長い寸法によって測定して数ｍ ） を構成することができる。非常に大きな骨材のこのような例は有害物質収納容器 （それ自身が骨材補強材料から成る）である。この容器の骨材の相互作用、及び 網状幾何学構造によって保管場所で密に充填することができる。計算された空隙 空間（マトリックス）を砂のような媒質で充填する。でき上がった一連の構造は 収納場所での保管に適し、激震作用に対しても優れた抵抗を示す。 コンクリート、及び進んだ耐火物の用途においては、骨材の寸法は２〜５ｍｍ の範囲にある。金属マトリックス複合体の補強用として使用する時は、骨材寸法 は５０ミクロンと１００ミクロンとの間に変化する。ポリマーマトリックス複合 体は同一寸法範囲内のこれ等の特殊なセラミック補強材を利用することができる 。ファインセラミック、及びセラミックの用途では、補強材の寸法を５ミクロン と１００ミクロンとの間にすることができる。代表的には補強材の寸法はマトリ ックス材料の平均粒子寸法の半分と、マトリックス材料の平均粒子寸法の５から １０倍との間に変化させることができる。骨材の寸法は用途によって大きく変化 し、広い範囲の寸法を使用できることは明らかである。 マトリックスに対する骨材の相対割合も用途によって定まる。しかし、耐火性 コンクリート構造に適する材料は例えば重量で約８５％の骨材、及び１５％マト リックス材料を含むことができる。マトリックスに対する骨材の相対パーセント はその組成材料の用途によって変化する。 理想化した通常の標準である球と比較した時、本発明の骨材の単位体積当たり の利用できる表面積は非常に大きい。従って、通常の補強材で達成されるのと同 一程度の利益を得るためには、新規な骨材の使用は低いパーセントが必要である に過ぎない。理論的に考えて、これ等新規な骨材を採用する時、通常使用される 骨材の量の半分以下の量で、同一の性質を得るのに十分である。 上記で考慮したように、テトラスターを使用して、相当する体積の球状の骨材 の場合の面積の77.39％の増大が得られる。従って、これ等の新規な骨材を使用 すれば、通常の球状骨材で必要とする数に比較し、新規な骨材の数のほぼ半分を 使用して相当する材料の性質を得ることができる。これ等の骨材について一層高 い充填密度を得ることを実現すれば、これ等の骨材を種々のマトリックスに使用 する時、得られる性質は並み外れたものになるに違いない。 上に述べたように、外力を加えると、骨材はそれ自身、網状組織内で配列する 傾向がある。この配列はモールド内に流体の骨材マトリックスをポンプで送給し 、次に圧力を加え、振動を加える時、得られる。最適な振動の周波数と圧力との パラメーターは用途による。 しかし、或る場合には、任意のプロセスに依存せず、計画的に骨材を配列させ るのが望ましい。本発明ではこのことを容易にするため、予め定めた方法で一つ の形の中に骨材を挿入し、次にこのようにして配列された骨材の間隙にマトリッ クス材料をあふれさせ（又はポンプで強制的に入れ）て充填する。この技術によ り、必要な構造物の性質が得られるように骨材の特殊な配列が達成される。例え ば図４〜図６に示すように１次元、２次元、又は３次元の配列を骨材の配列に導 入することができる。 テトラスター、及びテトラツインは、用途に応じた程度の圧力と振動とを加え た時、流し込み工程中に網状組織になるものと考えられる。骨材の凝固、マトリ ックス内での分散（網状化）のために、用途に応じて圧力と振動とのパラメータ ーが定まることを心に止めることが重要である。 その割合によるが用途に応じて、スタージャッキはマトリックス注入工程（注 型）の前に予備配列相を必要とする。しかし、骨材にマトリックス材料を加える 前に予備配列なしに、スタージャッキを使用してもよい。このクラスの形状につ いての実験は次のように証明されている。 （１）基本立方体の一辺の長さがそこから突出している方尖塔の一辺の長さよ り短い時は、予備配列のない完全網状化は妨げられる。 （２）基本立方体の一辺の長さがそこから突出している方尖塔の一辺の長さに ほぼ等しい時は、予備配列のない完全網状化は妨げられることがある。 （３）基本立方体の一辺の長さがそこから突出している方尖塔の一辺の長さよ り長い時は、充填（網状化）の妨げが稀に観察される。 しかし、新規な骨材のこの特殊なクラスの形状に関する全ての場合に、妨げを 全く無くするためには骨材の予備配列が必要である。 耐火物産業は本発明の主要な恩人であると考えられる。金属、及び合金を融解 するための冶金学用炉、とりべ、注湯口、及び融解金属輸送管に数種類の高温耐 火物が使用されている。その他の炉としては熱処理用炉、再融解炉、実験室型の 炉、及びその他のマッフル炉がある。これ等の用途には種々の型式の耐火物を利 用する。傅統的に使用されている古典的な耐火物の他に、現代の耐火物技術では 反応結合珪素窒化珪素炭化セラミック、及びアルミナ、ジルコニヤ、アルミナジ ルコニヤ、ムライト、マグネシヤ、その他を利用している。 これ等の全ての耐火物は熱衝撃のためのクラックの伝播に対する抵抗が乏しい ため比較的寿命が短いという本来的な問題を有している。本発明は上述のこれ等 の問題を解消するものである。ここに述べる技術を使用して、マトリックスと両 立し得る（単一体であれ、多数の化学的種、及び相を含む複合体であれ）本発明 の適切な骨材を製造する時、大部分の炉の用途に対し、クラックの伝播に対する 高い抵抗を実現し得るものと信ずる。 更に、従来の技術を使用して適切なフロー稠度の耐火性セメントを造ることが でき、この耐火性セメントには吹付け、噴霧が可能な混合物の組成物に新規な骨 材を含む。これ等の耐火物セメントは従来の材料の現存する炉のライニングの壁 の修理に使用することができ、耐火物の壁の寿命を延長することができる。 重要な耐火物の用途は金属、セラミック、プラスチック、及びこれ等の複合体 から成る単一形状、複雑形状の技術物品の製造のための高精度モールドを造るこ とにある。従来の技術の主要な問題はモールドの破損のためモールド寿命が制約 を受けることである。ここに説明した骨材を使用して造ったセラミック、金属、 及びプラスチック耐火モールドは静的、及び動的振動に起因する負荷を含む非常 に高い可変の負荷に耐える高い能力により優れたモールド寿命を発揮する。 本発明の他の用途は炉内で処理すべき物品を堆積するため炉内で使用する備品 を製造することである。現在使用されているこの種の備品は比較的弱く、脆く、 重い負荷を支持することができない。このことは炉に入れる負荷を制限している 。しかし、本発明骨材により炉用の備品を補強すれば、本発明から成る複合体内 に負荷を分散させるから強度は著しく増大する。このため一層大きな負荷を支持 する能力を生じ、炉の負荷を増大し、生産性を高め、炉の操業費を節約すること ができる。 セメントを主成分とする材料は比較的圧縮強度が高い。しかし、引張り破壊強 度が低く、引張り強さに対する歪が小さい。従来の技術はセメントを主成分とす る材料の引張歪能力を著しく改善するため繊維を添加することを利用している（ 例えば、「Mechanical Behavior of Fiber-Reinforced Cement-Based Composite s,」S.P．Shahand C．Ouyang，J.Am．Ceram．Soc．74[1]2727-38、2947-53(1991 )参照）。これ等の繊維は基本的に鋼、ガラス、又はポリマーで造られる。炭素 、アスベスト、木材、セルロース、及び種々の合成繊維もセメントを主成分とす る材料に使用されている。容積で１５％まで組み入れるのが従来考慮した状態で ある。引張り強さは約４MPaから約１５MPaまで改善される。繊維は微細なクラッ クを安定化し、無筋コンクリートより２桁大きい非常に大きな歪レベル（１％歪 ）で微細クラックの均質な分散を達成する。 セメント、熱分解法シリカ、及び鋼マイクロファイバーを含むセメントを主成 分とする材料は通常の鉄筋コンクリートより１桁大きい曲げ能力を有する。この 進んだコンクリートの材料としての性質はほぼ構造用鋼に匹敵している。 まだ十分に理解されていないが、破壊に対する抵抗の機構は次の態様を包含し ている。即ちi)マトリックスの疑似脆性、ii）繊維とマトリックスとの間の一層 弱い界面帯域、iii)マトリックス内の歪の部分化、iv）微細クラックの開始、界 面クラックの発生、及びクラックの伝播の微細な機械的態様である。 本発明は強度、及び破壊抵抗の増強のためのこれ等の作動機構のいずれにも依 存しない。本発明は骨材の幾何学形状と、それによる本来的な３次元網状組織と のため、種々のセメント状用材、及びその他のマトリックス材料に、これ等の新 規な骨材を使用することによって改良された性質、即ち性能の利点が得られるの である。 ポリマーマトリックス複合体は構造の分野、及び一部延伸材料に次第に採用さ れている。これ等の軽量で、不透過性で、誘電性質、延性、高サイクル応力疲労 に対する抵抗、機械加工性、及び網状形成能力があるため、広い範囲の用途の材 料選択に対する適する候補である。通常のポリマーを主成分とする組成物につい ては、クラックの伝播に対する抵抗が限られていることは、通常の補強手段の制 約に起因し層間剪断強さの欠点となっている。ここに開示する本発明の新規な骨 材形状はこの大きなポリマーマトリックス区域における分散によって改良した補 強の機会を与えている。ポリマーマトリックスの分野で骨材材料として、必ずし もこれに限定されないが次のものが選択される。即ち、金属、金属固溶体、中間 化合物、セラミックス、ガラス、炭素、及びグラファイト、雲母、プラスチック のような他のポリマー、合成ゴム、及び有機樹脂化合物、セメント、及びセメン ト状用材である。 金属、合金、及び中間化合物は高い剛性を得るためモジュラスを増大する補強 の目的で種々のセラミックを利用することが多い。例えば、炭化珪素粒子、板状 片、及びアルミニウム、及びアルミニウムベース合金のひげ状片を使用するのが 普通である。板状片、ひげ状片、及び繊維のような２次元の補強、及び粒子（し かし、破壊に対する抵抗を実現し得る限り２次元効果を有するが）のような３次 元補強の代わりに、３次元的に網状組織になる本発明の補強を使用することによ って改良した補強性質を提供する。それだけでも、これ等の材料を航空機構造の ような構造用途に使用することができる。 本発明骨材は機械的シール、セラミックライナー、軸受、ねじ案内、及び圧力 センサのような耐摩耗用途に使用することができる。他の適切な用途としてはタ ービンブレード、熱交換器、バーナーノズル、高周波燃焼るつぼを含むセラミッ クエンジンのような耐熱材料がある。 実験室の炉の炉壁として圧密繊維質熱絶縁体を使用している。一般に、これ等 の絶縁材は強度が非常に低く、僅かな負荷を支えるに過ぎない。しかし、クラッ クは不可避であり、クラックは厚さの方向に伝播する。一般に破壊することはな くとも、クラックがあると熱損失になる。繊維質絶縁体に化学的に両立できる本 発明の適切な骨材を使用すれば、例えクラックが発生しても繊維質の壁の厚さを 通じて伝播せず内部の位置に留まる。従ってクラックは外部と通じない盲クラッ クとなり炉からの熱損失が減少する。利点は製品への伝熱が改善され、加熱時間 が減少し、炉の出力も少なくて済み、特に一般に炉の寿命が向上する。 切削や機械加工に使用する多くの砥粒としての要件は、使用中、セラミック砥 粒が自己鋭利化することであり、これにより破壊片に丸い粒子を生じて摩耗して しまう代わりに、切削と機械加工とに必要な鋭利さを呈する。本発明骨材は鋭利 な隅角部をその中に有する。これ等の骨材が製造される方法により、破断した後 でも骨材の一般の幾何学的形状を保持し、砥粒としての用途において必要な鋭利 な隅角部を保持するものと期待される。 骨材の機能は特定の用途と、設計された技術材料とによって定まる。しかし、 多くの場合、骨材は軽く（重くなく）、高密度（多孔性でなく）、硬く、強力で 、比較的大きな表面積対体積比を有し、製造中、及び使用中共にマトリックスに 対し両立し得るものであることが要件である。３次元網状組織は非常に望ましい 性質であり、応力を受けた状態の個々の要素間の協働関係と、性能の等方性とが 得られる。 一般に、セラミックは金属、合金、及びポリマーよりも高温使用に耐えること が多い。大部分のセラミックは高温状態に耐える。炉の耐火物としてセラミック 材料を使用する主な理由は高温への長時間の露出に耐える能力にある。しかし、 熱衝撃と称する周囲温度の早い変化に遭遇すると、実質的な応力が本体に発生し 、本体は拘束され、膨張、及び弛緩が許されない。断面を通じて種々の密度で製 造されたセラミックスは熱衝撃により破損し易い。これはセラミック体を構成し ている各体積部分の自由膨張によって個々の体積部分を分離させるので互いに嵌 着し合っていることができないようなセラミック体内の温度分布になっているか らである。各体積部分が同一セラミック体内に拘束されるから、応力が上昇する 。 熱応力破損に対する抵抗を耐熱衝撃と称する。このような抵抗は、応力の程度 、セラミック体内の応力分布、応力の持続時間、及び破損に対して許される歪、 ミクロ組織の均質の程度、気孔率、予め存在していた傷のような本質的な材料の 性質のような外部的の可変要素の関数である。 製造されたセラミック物品はもともと傷があるものと認めた上で、温度差の厳 しさとしてどのように傷の長さ（クラックの長さ）が変化するかを理解するよう になされてきた。破壊を開始させるのに必要な熱応力より小さい熱応力の場合に は、強度、又はクラック長さは変化しないものと期待される。破砕の臨界的な応 力レベルではクラックは高速で伝播し、長さが増大し、それにより単一体の強度 が減少する。 使用中、熱衝撃を受ける材料の設計と選択とに２つの主要な処理方法を利用す ることができる（Kingery，「Introduction to Ceramics」参照）。第１の処理 方 法は構造用、及び電子セラミックのために使用されるような「ファイン」セラミ ックに適用でき、ガラス、磁気、ホワイトウェヤのような「古典的な」セラミッ クに適用できる。ここで破砕が始まるのをできるだけ避ける。これ等の条件下で 適切な耐熱衝撃パラメータは次のように表される。ここにσfは破砕応力、μはポアソン比、ｋは熱膨張係数である。従って、高強 度、高い熱伝導率、小さいモジュラス、及び小さい熱膨張係数はクラックの開始 に対する抵抗を促進させると考えられる。 第２相の補強、又はマトリックス相の補強、又はその両方として適切に使用さ れた時、テトラスター、テトラツイン、スタージャッキの形の独特で新規な本発 明の骨材は非常に高い強度を示す。これは高度に網状化されたマトリックスと補 強部分との幾何学的配列の性質に起因する。このような本体内の本来的な応力分 布は引張り力を最小にし、使用中発生する高い引張応力を分離して最小にする。 これ等の引張り応力は直ちに低い値の剪断応力、又は圧縮応力、又はその両方に 分解する。 耐火れんがとしてセラミックを使用する時、第２の処理方法が実際的であり、 クラックの伝播を避けることができる。熱衝撃抵抗パラメータは次の１）、２） を示している。即ち１）クラックの伝播のための最小弾性エネルギーの利用可能 性は次の式で与えられる。 更に２）熱応力による破損の開始時のクラックの最小成長距離は次の式で与えら れる。 ここに、γaは破壊表面エネルギーである。従って、一般に、モジュラスの値が 高く、破壊作用（破壊表面エネルギー）が高く、強度が低ければ、クラックの伝 播を抑止することが促進される。しかし、このような材料は高い負荷を与えるこ とができないことに注意すべきである。 ここに開示したような我々の骨材をマトリックス内に使用する第２の処理方法 には主要な相違が存在していると考えられる。本発明の骨材を使用する複合体は 高いモジュラス（従来起術に比較し、補強部の体積割合が小さいので補強部とマ トリックスとの組合せによって定まる）と、ここに説明した理由による高い破壊 表面エネルギーとを有する。 従来の技術は急激なクラックの伝播を防ぐため十分大きな寸法（それが許され る場合）の十分なクラックを導入した。応力集中の原因となるミクロ組織的不均 質を導入することによっ、局部的に破壊を起こさせ、それにより、材料内の平均 応力を小さくする結果、急激な破損を防止している。例えばAL2O3-TiO2内に内部 収縮空隙を設け、これにより最初の鋭いクラックを鈍くし、クラックの成長を防 止して熱衝撃損傷に対する抵抗を生ぜしめている。 従来の技術はこれ等の不均質の存在と、本体内の大きなクラックとに依存して おり、高強度と信頼性とで妥協をはかっている。何故セラミックが市場で成功し ないかの主要な因子は性質のこの信頼性の欠如であり、従って、不均質性と、材 料内のクラックの存在に起因する性能の不足である。本発明の新規な骨材、及び ここに開示した骨材を使用する複合体はこの問題を解決することができる。不均 質を導入することによって局部的な区域に応力を分散させるだけでなく、主応力 の引張応力成分を剪断応力と圧縮応力とに本質的に変換することによって複合体 内の全応力を減少させることができる。引張応力成分を非常に短い距離に沿って 作用させ、次にこの応力を主引張応力より大きさがはるかに小さい応力成分に分 解させる。以前は知られていない現象であるが、これを更に圧縮応力に分解する ことができる。このことが、従来の技術と、ここに開示した骨材から成る新規な 複合体との基本的な相違である。熱衝撃破損の程度を減らすため、また破壊箇所 に貯えられた弾性エネルギーを実質的に減少させるため従来技術において導入さ れた小孔はも早必要がない。この小孔によって生ずる損傷は大きなものであり、 これは小孔は材料の強度を減少させ、作動応力レベルを下げ、破壊箇所の歪を減 らし、熱伝導率を減少させるからである。 本発明の可能性は技術材料の一般破損特性を考慮すれば一層良く理解すること ができる。一般に、破損のクラックが進む際の破壊表面エネルギーの挙動によっ て、材料は３つのタイプに分類される。 タイプＩの負荷−撓み特性を呈する材料は極端に脆性で、破壊強度は理論強度 より著しく低い。最初から生じているか、使用中生ずる傷はこの材料には絶対に 許されない。この材料は破壊に到るまで純粋に直線の弾性曲線に沿って変形し、 その後はいかなる負荷も支持することはできず、急激な材料破損に到る。或る例 では、これ等の材料は破損負荷の直前で負荷−撓み特性に若干の限られた非直線 部を示すことがある。しかし、これ等の材料も最大負荷が生じた後は急激に破損 している。このような挙動を示す代表的なセラミックは微小粒子のミクロ組織を 有し優れた内部強度を有するが、破壊に対する靭性が低く、粒内破壊モードで破 壊する。 タイプIIの負荷−撓み特性を呈する材料は脆性で、破壊強度は理論強度より著 しく低い。しかし、最初から生じているか、使用中生ずる傷については適度の許 容度を有している。この材料は破壊に到るまで純粋に直線の弾性曲線に沿って変 形し、その後、小さな負荷を与えることができる。しかし、負荷支持能力は連続 的に減少する。著しく長い時間にわたり主クラックが材料のミクロ組織にわたっ て進んで破損が生ずるから、急激な破損は避けられる。実際上、破損の原因にな るクラックを修理する機会がある。多くの例では、これ等の材料も最大負荷の直 前に負荷−撓み特性に非直線弾性変形の部分を示す。この挙動を示す代表的なセ ラミックは粗い粒子から大きな粒子までのミクロ組織のもの、粒子寸法が広い分 布を有する複雑なミクロ組織のもの、多相多孔組織、及び連続する繊維補強部を 有するセラミックマトリックス複合体である。これ等の材料は適度の強度から高 い強度を有することができる。しかし、これ等の材料は適切な破壊靱性から高い 破壊靱性のみを有し、クラック撓み、クラックの橋絡、繊維の橋絡、主負荷方向 から外れた第２クラックの発生等のような数個の破壊機構の組み合わせによって 一般に破損する。 タイプIIIの負荷−撓み特性を呈する材料も非常に脆性で、その破壊強度は理 論強度より著しく低い。最初から生じているか、使用中生ずる傷については適度 の許容度もない。この材料は破壊に到るまで純粋に直線の弾性曲線に沿って変形 し、その後、負荷を与えることができるが、それは減少する負荷である。急激な 破損は一時的に避けられるが、主クラックが時間につれて材料のミクロ組織を通 って前進して破損する。或る例では、最大負荷の直前に、負荷−撓み特性に或る 限られた非直線部が示される。この挙動を示す代表的なセラミックは中間粒子か ら粗い粒子までのミクロ組織のもの、二重粒子ミクロ組織のもの、及び粒状、板 状、又は短いひげ状補強材を有するセラミックマトリックス複合体である。これ 等の材料は適度の強度から高い強度を有し得るが、適度の破壊靱性を有するのみ で、クラック撓み、クラックの連通、ひげ状補強材の橋絡等のような数個の破壊 機構によって一般に破損する。 本発明の複合材料を使用すると、多数のクラックが伝播している間にタイプII の挙動が発生するものと信ずる。 我々の骨材、マトリックスの組合せから成る複合体は補強材とマトリックスと の両方の３次元の高度の網状化を呈し、そのため作動条件下で、温度差に対する 許容度を著しく改善したものである。急激な破壊の開始に対する臨界温度差△Ｔc は次の式によって与えられる。 ここにＫkは急激な破損の開始の際の臨界応力の強さ、Ｙは破損に貢献する傷の 形状ファクター特性、ａoは傷の寸法、Ｂ(β)は複合体寸法に関するビオモジ ュラスである。 破壊に対する靱性を実質的に改善したため、テトラスター、テトラツイン、及 びスタージャッキ骨材を使用した新規な複合材は急激な破損の原因になる高温限 界をも高めることができたものと信ずる。このような複合体は非常に高い温度用 の耐火物として使用することができ、例えば航空宇宙、その他の用途において高 温域に再突入する材料のように比較的短い時間だけ極端に高い温度に遭遇する材 料として使用することができる。 微細に分散した第２相粒子によって金属材料の強度を増大することは長年にわ たり行われてきた。もとの位置に凝結させた粒子、及び粒子として組み込ませ得 る粒子は共に既知である。マトリックスよりも弾性モジュラスが高い粒子を利用 する時は、複合モジュラスが補強していないマトリックスのモジュラスに対し増 大する。この機構には分散した相への有効な応力伝達が必要である。 本発明の骨材の３次元網状組織の性質はセラミック骨材の複合体への応力伝達 の性質を著しく増大する。例えば炭化珪素テトラスターの製造、及びアルミニウ ム金属マトリックスのようなマトリックス材料内にテトラスターを組み込ませる ことは生ずる複合体の強化を従来言われていたよりも著しく改善するものと信ず る。強度と剛性とを同様に改善するため、密で、硬質で、ミクロ組織に技術処理 した同様のセラミック骨材を他の金属、合金、及び電子化合物に組み入れること ができる。更に、強度を増大するため、骨材とマトリックスとの組合せを適切に 選択することもできる。 ２個の複合体の熱膨張の差の誤った組合せについて考える。αが直線熱膨張係 数でσが引張り応力であると、熱膨張の差に起因する貢献ファクターは次の式に よって示される。 ここにσrは生じた半径方向の引張り応力、σtは生じた接線方向の応力、ｖは ポアソン比、ｍ、及びｐはそれぞれマトリックスの性質、及び補強粒子の性質で ある。 いま△αが負で、骨材とマトリックスとの界面が製造温度からの冷却中に生じ ている引張り応力を支持し得るものであれば、包囲しているマトリックスが接線 圧縮応力を受けて、マトリックスは強化される。△αが正であれば、σtの値が マトリックスの引張り強さを越えた時、マトリックスのミクロクラックが生ずる 恐れがある。これ等の理想化された状態は球状粒子に選択的にのみ適用されるよ うに思われる。しかし、我々の骨材の場合には、補強部の幾何学的性質と、その 全体の複合体に対する関係の故に、応力は骨材の中心に向け分散すると考えるこ とができる。 熱膨張係数が相違することは大部分の複合体システムにおいて非常に重要なパ ラメーターである。これはこの相違が製造された複合体内の最終的な応力状態を 決定することが多いからである。製造方法の性質に起因し、又はひげ状、及び繊 維のような本来の形状に起因し、補強材が好適な方向に指向している延伸複合体 の場合には、次のような４つの理論的可能性がある。 １．△αが軸線方向に正である。応力が十分大きい時、微細ミクロクラックの 網状構造は繊維の軸線に垂直な方向に発達する。 ２．△αが軸線方向に負である。繊維とマトリックスとの界面が強力な時、強 化が観察される。しかし、この界面が加わる応力を支持し得ない場合は、マトリ ックスのプリストレスを予期することができ、繊維の端部に空隙が開始される。 ３．△αが半径方向に正である。このため、界面に圧縮応力を生じ、化学的、 及び機械的（摩擦）な繊維とマトリックスとの間の結合を強化する。 ４．△αが半径方向に正である。このため、代表的には界面ディコヒージョン となる。 上述の考慮から、３次元に等しく網状化する能力を有する補強が高強度複合構 造の開発に好適であると思われる。従来技術ではこのような複合構造は熱膨張の 発生を抑制していた（例えば、化学、及び原子核廃棄物の収納容器のような非常 に大きなセラミック構造）。 これ等の形状の相互作用の性質、及びこれ等の形状が引張応力を内方に分解す る傾向は一層応力を受け入れ得るようにするが、これも本発明の新規性の一態様 である。 クラックの通路が曲がりくねっていることはクラックの成長に対する抵抗性に 直接関係があり、材料の破断を遅らせる。従って、クラックの成長を観察し得る 程十分に遅くし、破損が起こる前に処置すれば、使用中の急激な破損を避けるこ とができる。 代表的には、加えられる負荷が、複合体内に予め存在していた傷（いわゆるグ リフィス傷）によって決定される破断負荷の値に達する時、セラミックの脆性破 損が起こる。破壊機構の領域では、傷口の先端での応力の倍増が破損を決定する ことが多い。クラックの平面に垂直に加えられた負荷が増大すると、傷口は大き くなり、応力強さ関数ＫIに左右される。この応力強さ関数ＫIがその臨界値ＫIS に達すると、複合体は更に負荷を与えられなくなり、急激な破損が起こる。 一方、粒状体、板状体、ひげ状体、及び短い繊維、及び長い繊維によって別個 に、又は種々の組合せで適切に脆性セラミック単一体が補強された時、クラック の平面に垂直に加えられた負荷はクラックの前面の輪郭に従って種々の成分に分 解し、もとの応力より小さいクラックの開口部の応力に分解される。この要因と 、原平面からクラックが外れることとが必要な破壊エネルギーのレベルを高め、 破壊しにくくすることに貢献しているものと思われる。従って、クラックの前面 が曲がりくねっていることはタイプII、及びタイプIIIの挙動を起こすことにな る。 要約すれば、タイプIの挙動は急激破壊と称する完全な脆性破壊に貢献する。 このタイプの材料では、破壊のための主要エネルギーはクラックの伝播に殆どエ ネルギーを消費せず、クラックの開始の原因となっている。一方、タイプII、及 びタイプIIIの挙動は全破壊表面エネルギーに貢献するエネルギーとして実質的 なクラック伝播エネルギーを有する。 補強相がマトリックス相より強い時は、材料の破損はマトリックス相で発生し 、マトリックス粒子を通じて伝播する。しかし、実際には、不連続なマトリック ス相のため、第２相の補強部に出合った時、伝播するクラックはしばしば抵抗に 遭遇する。この接合点では、マトリックスと補強部との界面の性質がクラックの 更に前進する性質を決定する。界面が３つの実在物の最も弱い部分であれば、破 損 はこの界面を通じて生ずる。後に説明するように、セラミックマトリックス複合 体では、クラック表面積、即ちクラックの屈曲を増大させるため、この界面を最 も弱くなるように設計するのが普通である。 区別された第２相の粒子を利用する時、補強相の幾何学形状、その体積割合、 均一寸法の性質からのずれ、分散距離、加えられた応力に対する方向、及び伝播 するクラック、密度、硬さ、ヤング率のような第２相の性質の均一性、及び第２ 相とマトリックスとの境界に沿う界面強度の変化性によってクラックの屈曲状態 が決定される。従って、クラック伝播の科学は複雑であり、与えられた材料内に 発生し得る全体的、及び局部的発生現象の両方によって支配される。科学的理論 は豊富にあるが、個々のクラックの伝播は常に注意深い解釈と直観的な判断とが 必要である。 球状の幾何学的形状の第２相材料はその単純性と、造形と分析とが比較的容易 なことのため長く研究されてきた。注目されている他の形状は楕円体、板状体、 短い繊維、又は短いひげ状体、及び長い不連続繊維、長い連続繊維である。最良 の曲がりくねったクラック通路を得るためのこれ等補強体の建築構成は、特に連 続する繊維補強体の場合に理論的、及び実験的に研究されてきた。 クラックの偏向、クラックの分岐（クラック面の面内、及び面外の両方）、短 繊維のプルアウト、及びクラックの橋絡のようなクラックの屈曲に影響を及ぼす 機構がわかった。 これ等の機構は作用すると、エネルギー対クラック長さの挙動に貢献する。タ イプIの材料はクラックが進むにつれて一定の破壊エネルギーを有する。付加的 なエネルギーは必要でない。このような材料の例は一体の酸化アルミニウム、炭 化珪素、及び窒化珪素である。タイプIIの材料については、破壊のために付加的 負荷が必要であり、クラックの前進にともなって炉の表面エネルギーが増大する からである。言い換えれば、クラックの開始が例え容易であっても、クラックの 伝播は抵抗を受ける。このような挙動は上昇Ｒ曲線挙動（Ｒはクラックの伝播に 対する抵抗を意味する）として知られている。 種々の材料、種々のタイプ、及び補強体のミクロ組織の設計によってＲ曲線挙 動は変化する。このような材料の例は金属、及び合金のアーク融解における電極 用途に使用されているような粗い粒子のグラファイトがある。転移靱性化ジルコ ニヤ、ジルコニヤ靱性アルミナ、ひげ状体補強炭化珪素、硼化チタン粒子補強炭 化珪素、炭化チタン粒子補強炭化珪素、及び針状粒子が原位置に形成されている 自己補強窒化珪素でも限定された上昇Ｒ曲線が証明されている。 タイプIIIの材料では、破損が急激でないが、前進するクラックを伝播させる のに付加的な負荷、又はエネルギーを必要としない。このような材料の例は電極 グレードグラファイトの連続操業のためのコネクタとして使用する微小粒子グラ ファイト、及び航空宇宙用のノーズに使用する一層微小な粒子のグラファイトが ある。 本発明骨材の幾何学形状と網状ミクロ組織は骨材とマトリックスとの間の界面 、及びその付近の応力伝達の性質に関し複合システムにおいて独特のものである 。まず従来の技術を考察したい。熱膨張の性質に応じて球状骨材をマトリックス 内に埋設した時、クラックは阻止され、又は偏向させられる。 第２相の通常の膨張がマトリックスの膨張より大きい時、骨材がこの骨材を埋 設したマトリックスより弾性モジュラスや硬度が高い剛強含有物であるならば、 球状の第２相の円周の周りにクラックは曲がり、偏向する。球状骨材の周りには 、フープ圧縮応力が存在し、クラック平面の方向を変換させる。しかし、半径方 向の張力も尚発生し、更にクラックを伝播させる。骨材がこの骨材を埋設したマ トリックスより弾性モジュラスと硬度とが高く、熱膨張が小さい剛強含有物であ るならば、マトリックスはこの含有物の周りに収縮し、含有物の周りにフープ引 張り応力を生ずる。このためクラック面に圧縮応力が生じ、従ってクラックの前 進は制限される。上記の両方の例の場合に、補強相は３次元（球）であるが、前 進するクラックに関する限り応力分布への作用は２次元である。 実際上、フープ引張り応力は、種々の製造方法、及び不均一な分散作用のため この含有物の周りに決して均一でない。従って完全なクラックの阻止は決して達 成されない。 楕円状骨材、及びひげ状骨材、短い繊維、及びこれ等の組合せに対して同様の 理論的考察を加える。しかし、これ等の骨材は２次元的方向効果を発揮する。多 くの場合、以前に述べたように充填が妨げられるため、これ等２次元骨材をマト リックス内に高い体積割合で充填することは達成できない。更に、これ等を使用 して造った大部分の複合体は実際上剪断強さが殆どないため剪断で破損するよう に、ひげ状体、及び連続繊維の補強部の周りに応力が分散している。連続繊維を 有する複合体に軸線方向の圧縮力を加えた時、剪断強さがないため座屈破壊が発 生する。 ３次元の応力分散をシュミレートするため、従来技術においてひげ状体を無作 為な方向に指向させることが試みられた。しかし、これでは２次元方向分散で得 られたものより少ない破壊エネルギーが得られ、即ち少ない破壊エネルギーで破 損するものが得られたに過ぎない。例えば、Haiyan Liu，Karl L．Weisskopf、 及びGuenter Petzow（「Crack deflection process for hot-pressed whisker-r einforced ceramic composites，J．Am．Ceram．Soc．72，［4］559-63(1989)参 照）はひげ状体（例えば長さが直径の１２倍）の所定のアスペクト比の場合、３ 次元の分散によって、補強されていない複合体に対し破壊靱性が４倍に増大する ことを理論的に示している。一方、２次元の分散によって、補強していない複合 体に対し破壊靱性が７倍に増大する。 ひげ状体を利用する多くのプロセスが靱性の増大を導入している。通常、増大 した靱性はクラックの偏向、ひげ状体の橋絡、弾性、摩擦、及びプルアウトによ るクラックの橋絡を含むプロセスの結果である（例えば、「Matrix-grain bridg ing contributions to the toughness of whisker-reinforced ceramics」、J． Am．Ceram．Soc．74［9］2131-35(1991)参照）。 有効なひげ状体の橋絡のためには、ひげ状体の強度、半径、及び体積割合、複 合体とマトリックスとの弾性のひげ状体の弾性に対する比の全てを最適のものに しなければならない。単軸、及び多軸作用応力下で、破壊靱性を高めるには、高 強度、大径、及び平滑面を有するひげ状体を選択すべきである（例えば応力集中 を最小にし、界面結合を強化するため）。 従来の分散は寸法、形状、及び分散の均一性を変化させている。理論的な造形 はこのような変化は靱性増大の効率を減少させることを示している（例えばS．G ．Seshadri，M．Srinvasa，及びK．M．Keller，「Numerical computation of to ughening increments due to crack deflection in particulate composites」C e ram．Eng．Proc．8，［7-8］671-684(1987)参照）。 本発明の好適な実施例では、骨材の幾何学形状、及びそのすべての３次元での 網状組織になる本来の自然の能力は全く異なる方法での応力伝達を指令すること が多い。骨材と、骨材を埋設したマトリックスとの間の熱膨張の差に関する一般 的な考慮を加えるが、３次元の骨材の周りの応力分布は、クラックの平面に最初 加わっていた引張り応力を、それが骨材の周りに前進する際、剪断応力成分に変 換し、最終的に圧縮応力成分に変換する。この曲がりくねったクラック通路はク ラックを完全に拘束していると考えられる。骨材の網状の分散はこの分散がクラ ックの開始と伝播との非常に短い時間内に発生することを確実にしている。更に 、３次元網状組織と、幾何学的形状によって要求される応力伝達とにより、ここ に開示した種々のマトリックス内のこれ等新規な骨材を使用して造った複合体は 高い剪断強度を有する。 本発明の好適な実施例による複合体の他の独特の要旨を次に説明する。従来技 術による通常の「ソフト」骨材、即ちマトリックスより硬度値が低い骨材を使用 する時、破壊靱性の改善はなく、骨材を通じてクラックが進行する。本発明の好 適な実施例の骨材は「ハード」マトリックス内に「ソフト」骨材を使用すること ができ、この場合骨材の硬さがマトリックスの硬さより低い。更に、本発明の進 んだ補強技術の性質によりマトリックスの３次元網状組織になることが多く、こ の網状組織が一層硬いマトリックスによるクラックの拘束に貢献する。例えば、 ジルコニヤは炭化珪素よりはるかに硬度が低いが、炭化珪素のマトリックスを補 強するのにジルコニヤから成る骨材を使用することができる。上述の幾何学形状 、及び前進するクラックの応力から生ずるジルコニヤ内の良く知られた転位によ る強靱化とが炭化珪素材料の改良された破壊靱性に貢献しているものと信ずる。 多くの材料の補強とクラック抵抗能力とを改善するため、従来技術では炭化珪素 より硬い無機化合物が必要であったが、炭化珪素より硬い無機化合物は多くない ため、このことは重要な前進であると考えられる。 テトラスター、テトラツイン、及びスタージャッキのようなここで説明したク ラスの骨材はマトリックス材内で適切に補強した時、従来達成されたよりもはる かに優れたタイプIIの挙動に貢献するものと信ずる。 タイプIの挙動のための代表的な破壊表面エネルギーは５〜１００Ｊ／ｍ2の範 囲にある。タイプIIの挙動のための代表的な破壊表面エネルギーは５００〜２０ ００Ｊ／ｍ2の範囲にある。タイプIIIの挙動のための代表的な破壊表面エネルギ ーは１００〜５００Ｊ／ｍ2の範囲にある。ここに説明した技術は破壊表面エネ ルギーが５００〜５０００Ｊ／ｍ2の範囲にあるものと期待する。適正に製造さ れた時、これ等の新規な骨材を採用する技術材料は１０，０００Ｊ／ｍ2を越え る破壊表面エネルギーを生み出すものと期待することができる。 これ等の骨材を採用すれば材料内に全く異なる破壊挙動を生ずるものと我々は 信じる。前に述べたように、破壊面のクラックの屈曲を達成するため界面に沿っ て破壊通路を強制的に生ぜしめるため、セラミック複合体内にマトリックスと補 強部との間の界面を弱くするのが普通である（補強部より弱いか、又はマトリッ クスより弱い）。本発明の好適な実施例では弱い界面自体を必要としない。骨材 の網状性質の故に、マトリックスも網状である。弱いマトリックスに比較し、本 来的に一層強い骨材を使用するから、マトリックス内の破損が許される。従来の 材料破損の挙動に比較し、マトリックスの網状の屈曲するミクロ組織がマトリッ クス破損の屈曲性の実質的な増大に貢献する。 従って、本発明の実施例を使用して、強度と靱性とを有する材料を造ることが できるものと信ずる。 強度のための強い界面と、靱性のための比較的弱い界面との要求は、二重繊維 素子を使用することによって満たされることがある。ここで、補強繊維素子はマ トリックスに強力に結合して繊維の内側心部を包囲する円筒外側シースから成り 、この心部はシースにやや弱く結合している。外側シースの破損が起こると、シ ースと内側繊維素子との間にプルアウト効果が得られる。このような経過の複雑 さによって、本来の方向性の効果の他に、製造、設計、及び破損の予測方法論の 不確定に帰着することを記憶すべきである。 従って、製造、設計、性能の予想可能性、及び性能に関して従来技術より優れ た製品はここに説明した新規な補強部を使用することから成るものと信ずる。 本発明複合材料は従来の繊維複合体に遭遇する問題点を解決し、従って、最も 高い破壊表面エネルギーを達成している。もし、繊維が任意の方向を指向してい れば、多くの繊維が破壊表面に斜に横切り、曲げモーメントを受ける。脆性繊維 を使用する時、繊維を破壊するのに必要な加えられた引張り応力を低くする。繊 維が破壊面に対し十分小さい角度をなす場合には、繊維は少なくとも最初に抜け 出すことはできず、剪断で破損するか、又はマトリックスを通じて破断する。ま た、補強材が任意の方向を指向している場合、若干の繊維が引張り軸線にほぼ垂 直に位置し、特に接合が弱い場合には、これ等若干の繊維は応力集中位置として 作用し、従って、複合体の強度を減少させる。 従って、我々が期待する他の利点は、本発明の骨材を使用することにより、ま たマトリックスと、ここに開示された補強部との両方の網状配置を使用すること により、従来技術において持続する要件であった強度と破壊靱性との妥協をも早 必要なくしたことである。 言い換えれば、これ等の骨材を採用する材料システムと、それを使用すること から生ずる網状マトリックスとによって、材料の強度と破壊靱性とを著しく改善 し、これ等強度と靱性とにより、（製造時に生ずるか、又は使用中に生じた）傷 が非常に大きくとも許容され、単一片に急激に破損する恐れがない。 本発明の骨材の形状の耐火材料は構造用マトリックス内の骨材として単に役立 つ以上に用途が見出せるかも知れない。例えば、図５の「連鎖」は構成要素の中 心ベースに孔（ねじ孔でもよい）を穿孔（又は成型）し、次に図面に示すように ケーブル（又はねじ付きロッド）を通すことによって一列に並べることができる 。このようなケーブルを通した一連の耐火素子は材料処理の手段、特に高温、又 は腐食の環境下で多くの用途が見出されている。 本発明骨材は多くの用途がある。１つはセラミック構造である。本発明のこの 態様では、マトリックスと骨材とを希望する形状に形成し成型する。一例は核廃 棄物保管用の２０００リットル容器である。経済的、及び技術的考慮により骨材 とマトリックスとに特別な組成物を選択する。従って、１２６０℃（２３００° Ｆ）を越える温度で最適の強度を達成するため設計された主にアルミナ材料で構 成される。これより低温の範囲の他のマトリックス、及び骨材も使用することが できる。 機械的方法により、超音波により、マイクロ波により、又はこれ等の組合せに より攪拌することにより、本発明骨材は自分自身を配列して網状に配列する傾向 がある。この作用は圧力を受けて一層高まる。流体の段階で処理をすれば、モー ルド内に沈殿している材料に起因する密度の勾配を消滅させることにより、後に 行う焼成の後までも残留する内部応力を減らすことができる。 ファインセラミックの分野の潜在的な用途の例は、必ずしもこれに限らないが 、高温用の炉のライニング、れんが、ターンディシュ、電極、電子基材、及びそ の他の吸熱源、放射制御触媒担体、セラミックコンデンサー、サーミスタ、バリ スタ、圧電素子、耐熱耐破壊構造材料、熱機関構成要素、ジーゼル機関構成要素 、ガス燃焼機関構成要素、高温軸受、輸送用ローラ、ガス、及び融解金属移送管 、耐摩材料（例えば機械的座席、ねじ案内、ライナー、サンドブラストノズル） 、切削工具、高温、又は腐食環境センサ、代用骨、人工関節、歯科用インプラン ト、生物学要素の分離体、透明窓、鏡用材料、工具、及び治具、研削材、タービ ンブレード、精密器機部品、高温、及び腐食材料用フィルター、絶縁材、導波管 、及びトランスジューサがある。 高温の熱可塑性プラスチックの分野では、本発明の原理を採用することによっ て利点を達成することができる。利益を受けるものとしては、必ずしもこれに限 らないが、化学物質、輻射線、天候、及び燃焼に対して抵抗性が高く、加熱撓み 性に優れた液晶ポリマー(LCPs)、溶剤に対し抵抗性があり、耐摩耗性で摩擦抵抗 が低いポリアミドイミド(PAI)、靱性があり、火焔の作用を遅らせ、紫外線に対 し抵抗があり、寸法的に安定しているポリアリレート、圧縮強度が高く、寸法的 に安定しているポリベンゾイミダゾール、化学物質に対し抵抗性があり、クリー プ変形が少ないポリエーテルイミド(PEI)、加水分解安定度が良好で化学物質に 対し抵抗があり、加熱撓み性に優れたポリエーテルスルホン(PES)、靱性に優れ 、加熱撓み性に優れ、化学的性質が良好なポリイミド(PI)、化学物質に対し抵抗 があり、強力で剛性が高いポリケトン、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリフ ェニレンサルファイド(PPS)、ポリフェニルサルフォン、ポリフタルイミド(PPA) 、ポリサルホン(PS)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン( PEEK)、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)がある。 図１〜図６に示す骨材は種々の方法、及び装置を使用して製造することができ る。図示のように、図７のフローチャート、及び図８の線図に従ってこの骨材を 造ることができる。一般に、適切なモールド面をそれぞれ有する上下のモールド 半部間で骨材を成型することができる。各プロセス工程の詳細を以下に説明する 。 この骨材生産プロセスは材料の選択、（この場合の）アルミナと、焼結添加相 （この場合の酸化マグネシウム）と、結合剤相（この場合のポリエチレングリコ ール化合物、塩化アルミニウム、及び脱イオン水とを使用して開始される。 配合成分は乾燥状態で混合し、高剪断作用を加えながらブレンドし、厚さを制 御したシートにプレス成型し、採用するモールドの要求に合う特定の体積の装入 材料をこのシートから切り出す（フローチャートの１３０参照）。 切断した装入材料をモールド内に置く（フローチャートの１３２参照）。プラ テン（上部モールド半部を装入材料に接触させるように下降させ、上部モールド 半部が下部モールド半部に完全に接触するまで上部モールド半部を下降させなが ら、（装入材料の粘性を減少させるよう）振動させる（フローチャートの１３４ 参照）。 整合する両モールド半部に加わるラム圧力を増大する。モールド空所内に材料 が完全に移動し終わるまで、振動周波数、又は振幅、又はその両方を増大する（ フローチャートの１３６参照）。 振動、及び加圧を停止する（フローチャートの１３８参照）。モールド半部を 分離し、加圧成型された部片をモールドから取り外す。明らかな傷がないかにつ いて部片を観察し、結合剤を除去し、焼結するため、廃棄、又は保管する（フロ ーチャートの１４０参照）。 骨材の横断面寸法が小さい（この場合、0.06cm）ことを考慮し、長時間にわた る結合剤除去は考えられず、密接する骨材のシートを他の同様の素子と共に単に 積み重ね、又は焼結のため炉の雰囲気内に配置する。 アルミナの焼結は広い温度範囲で行う。１４００℃〜１５００℃が適当と考え られるが、もっと低い温度、及び高い温度も使用されており、この分野で普通で ある（フローチャートの１４２参照）。 炉での処理後、焼結されたシート、又は部片（この場合、骨材）を炉から取り 出し、（包囲するウェブ、及びフラッシュから骨材を釈放するため）圧力が制御 されるローラ間で押し潰す（フローチャートの１４６参照）前に、傷がないかを 検査する（フローチャートの１４４参照）。 研削剤のスラリーを充填したタンブラー装置に骨材を通す前に、スクリーンに 通して骨材から、圧潰されたフラッシュを除去する（フローチャートの１４８参 照）。このタンブラー装置では部片の線のぎざぎざになって残っている部分を除 去する（フローチャートの１５０参照）。 製品目録の作成、又は輸送のため評量し、袋詰めする（フローチャートの１５ ４参照）前に、タンブラー装置でタンブリングを受けた骨材に最終品質管理工程 を受けさせる（フローチャートの１５２参照）。 図８を参照し、準備部門１００において適切な原材料１０２を準備する。原材 料１０２は上述の骨材材料のような種々の材料を含む。開放された状態にある閉 じることができるモールド１０４内に、この準備された原材料１０２を設置する 。下部モールド半部１０８と上部モールド半部１１０との間に間隙１０６が生ず るようにモールド１０４を閉じる。モールド１０４と原材料１０２とに振動Ｖと 圧力Ｐとを加える。圧力と振動とを加えたまま、モールド１０４を完全に閉じる 。次に圧力Ｐと振動Ｖとを停止させ、モールド１０４を開き、原材料１０２から 成る生地１１２をモールドから除去する。この段階で、生地は品質管理工程を受 ける。 以下に詳述するように、生地１１２は骨材、即ち部片のウェブから成る。この ような生地の堆積体１１３を炉のような焼結装置１１４内に設置し、焼結すると 共に、生地から結合剤を除去する。焼結と成型とを連続するプロセスで行うこと ができる。焼結し終わった後、焼結装置１１４から生地を除去する。場合により 、焼結された生地に他の品質管理工程を加えてもよい。各生地１１２を１対のロ ーラ１１８、１２０間の間隙１１７内に挿入し、生地を未完成部片１２２に破砕 する。スクリーン１２４に部片１２２を通し、所定寸法より小さい部片を除去す る。このスクリーンに通した部片をタンブラー１２６内に入れ、部片の鋭い端縁 や、その他好ましくない部分を除去する。輸送のため骨材を袋詰めにする前に、 タンブラー作用を加えた部片の品質をチェックする。 これ等部片、即ち骨材は連続処理プロセス、及び回分操作を含む種々のプロセ スで準備することができる。回分操作に適するモールド装置３７を図９、及び図 １０に示す。このモールド装置は下部モールド半部３４と上部モールド半部３８ とを有する。下部モールド半部３４を水平プラテン４０によって支持し、以下に 詳細に説明する下部モールド面４２を下部モールド半部３４に設ける。 モールド半部３４、３８は開放位置を閉止位置との間に動くことができ、両半 部間に置いた試料４４は両モールド半部３４、３８を閉止位置にした時、モール ド面３６、４２に従って成型される。 アルミナのような適当な試料、即ち供給材料を注型法のような種々の方法で準 備する。上述したような骨材材料として適する他の供給材料を使用してもよいこ とは明らかである。送給材料がボールインハンド稠度を有するのが好適である。 図示の方法では、供給材料の一部が下部モールド半部３４のモールド面４２上に 置かれる。 モールド装置３７は垂直支持支柱４６、４８を有し、これ等支持支柱間に延在 する水平プラテン４０の下側をこれ等支持支柱によって支持する。支持支柱とプ ラテンとの間に衝撃吸収ばね手段５０、５２を配置する。ばね手段５０、５２は 、プラテン４０が負荷を受けた時、プラテン４０と支持コラム４６、４８とが接 触するのを防止するのに十分な剛さがあるコイルばねであるのが好適である。プ ラテン４０の下側に取り付けた中心部６０にボルト５６、５８のような機械的緊 締具によって振動源５４を取り付ける。振動源５４としては機械的、超音波、マ イクロ波、又はこれ等の組合せのような種々の振動機を使用することができる。 １対のホルダ６２、６４間にプラテン４０上に下部モールド半部３４を位置さ せる。モールド半部３４はプラテン４０から離れる方向に向くモールド面４２を 有する。上部モールド半部３８を下部モールド半部３４の頂部に位置させ得るよ うにし、上部モールド半部３８の対応するモールド面３６が下部モールド半部３ ４のモールド面４２に向き合うようにする。上下のモールド半部はだぼピン７０ 、７２を収容するため貫通して形成しただぼ収容開口６６、６８を有する。 だぼピン７０、７２を挿入できるよう上下のモールド半部のだぼピン収容開口 が一線になった時、上部モールド半部３８は下部モールド半部に対し好適な位置 にある。だぼピン７０、７２は下部モールド半部３４に対する上部モールド半部 ３８の適正な配列を確実にする。 ラム組立体７４を上部モールド半部３８の上方に配置する。このラム組立体７ ４の下側にゴム層７６を設けてもよい。ラム組立体を垂直方向に動かし得るよう にし、モールド装置３７が閉止位置にある時、両方のモールド半部と原材料とに 圧力を作用させ得るようにする。 モールド半部は鋼、鉄、アルミニウム、ガラス、石英、ルーサイト、又は任意 その他の低特性音響インピーダンスを有する相当材料で造ることができる。例え ば、特性インピーダンスは約２百万ｐoｃ〜約５千万ｐoｃの範囲である。他の特 性インピーダンスの範囲も使用できることは明らかである。 好適な実施例では、下部モールド半部３８を実質的に静止させ、上部モールド 半部３４をラム組立体７４によって垂直方向に動かし得るようにする。 モールド面３６、４２は複数個のテトラスター（この場合）、テトラツイン、 スタージャッキ、又は本発明の範囲内にあるその他の３次元の網状骨材クラスを 造るためのパターンのような種々のパターンを有する。例えば、図１０はテトラ スター形状の骨材、即ち部片を造るためのモールドパターンを示す。モールド面 ６２は空所６０、及び接触点、即ちボス６２を有する。同様に、モールド面３６ は空所とボスとを有し、両モールド半部を閉じた時、形成された複数個の骨材、 即ち部片７０を有する半剛強シート、又は生地８１（図１４参照）を生産するこ とができる。図１１Ａ〜図１１Ｃはテトラスター生地７９（図１１Ａ参照）、及 びテトラスター生地８０、８１（図１１Ｂ、及び図１１Ｃ参照）の底面図を示す 。図１２Ａ〜図１２Ｃはそれぞれテトラスター生地７９、テトラスター生地８０ 、８１の頂面図を示す。 一般に、モールド３７が閉塞位置にある時、上部モールド面３６は下部モール ド面３４の対応する下部接触点に接触するための接触点、即ちボスを有する。モ ールド面は種々の形状の空所を有する。 振動機５４を作動させ、モールド半部３４、３８と、両モールド半部間に置か れた試料４４とを振動させる。この振動は試料の粘性を減少させ、モールド面内 の空所が試料によって確実に充填されるようにする。両モールド半部が閉じるま で、上部モールド半部３８を下部モールド半部３４に向け押圧する。場合により 、 両モールド半部に所定の時間、更に振動を加えてもよい。次にモールド半部を分 離し、成型した試料、即ち生地をモールドから取り外す。２個のモールド半部の 分離線によって形成されたウェブ８２の薄い部分（図１３に明示）によって互い に保持されたテトラスター８３、８５のような複数個の骨材をこの生地は有する 。 モールド面は種々の方法で造ることができる。本発明の一態様によれば、密接 する骨材のグラファイト電極の製造にCAD/CAM設計製造技術を採用することがで きる。鋼板、又はアルミニウム板にモールド表面の詳細を「焼き付ける」ため、 放電加工法(EDM)にこの電極を使用する。次に、この焼き付けた板をベース取付 部と、圧力制御ラムに固着したプラテンとに重ねて取り付ける。 モールド面３６、４２の一方、又は両方に、原材料４４の試料（粉末混合、押 出し、又は注型テープ、スラリー、噴霧被着）を導入、又は被着するのが好適で ある。次に、ラム７４を設計圧力まで下げ、停止し、許容差内に留める。次にラ ムを上昇させ、ウェブとマトリックス内に懸架する密接する骨材を成型状態から 外す。 本発明の他の態様によれば、ベース取付け部、又はプラテン、又はその両方は 振動エネルギー源、又はその支持部として作用する。型式、量、及び停止のよう な振動エネルギーの正確な仕様は候補である用途によって完全に定まる。例とし て、進んだ耐火性コンクリートの用途に採用すべきアルミニウム骨材を考えるこ とができる。 機械的振動（任意、及び可変の周波数、及び振幅）に関して言えば、骨材の寸 法、及び構造性質の要件が振動の構成の選択を決定する。例えば、考慮中の骨材 、例えば５ｃｍ以上のように大きく、用途が厳密でなければ、機械的な振動が、 形成の瞬間(MOF)に未処理（グリーン）の材料を十分に均質にするのに役立つ。 更に、振動の工程は、分子レベルでの衝突が増大するから試料の粘性を下げる。 ファインセラミック、熱機関構成要素、及び高温耐火物のような一層要求される 用途に対しては、骨材の寸法は非常に小さく、例えば０．３ｃｍより小さく、一 般に機械的振動に関連する波長、振幅の因子は未処理素材内の構成材料を有効に 均質にするには不十分である。 全てのケースにおいて、用途に応じてパラメーターを定めるということは特定 の材料について設計振動のパラメーターに対する重要点であることを記憶するこ とが大切である。或る非常に大きな骨材は厳密を要する用途に使用すると考えて よい。この場合、超音波、機械的振動、更にマイクロ波、及びその他の電磁エネ ルギーが考慮される。 実際上、プラテンは超音波振動の適用のための導波管、即ち「角笛」として作 用することができ、マイクロ波のエネルギーがモールド面を通じて供給材料、又 は注型媒体に伝達される。振動速度は１００分の１秒から１００分の５秒、又は それ以上の範囲にある。周波数の範囲はモールドの厚さ、面積寸法、注型する装 入材料の特殊な要件によって定まる。 この特定の用途（高純度アルミニウム）に対しては、機械的な振動が与える周 波数よりも一層高い周波数を与える超音波振動が好適である。しかし他の周波数 源も使用することができる。 本発明の好適な実施例は「マスター」構成要素としてEDM電極加工、又は通常 の機械加工により生産した板を採用し、多数の従来の方法の後に、この板から複 数個の「生産」モールド面を形成することができる。この生産モールド面として 選択される材料は、必ずしもこれに限定されないが、ジルコニウムシリケート、 炭化タングステン、ステアタイト、炭化珪素、酸化ジルコニウム(安定化MgO)、 高純度酸化ジルコニウム(安定化イットリア)、酸化ジリコニア(安定化稀土類)、 不透鋼、ムライト、アルミナ、窒化珪素、LAS、SiAlON、ポリウレタンのような ポリマー面である。更に、他のセラミック、ガラス、ガラスセラミック、高分子 材料、セメント、及びセメント状用材、金属材料、及び複合材料モールド面がこ の密接注型の概念を使用して製造することができる。 骨材の製造のための候補材料、及び骨材を形成する前に混合物を処理するのに 使用する材料の密度、及び音響インピーダンスの性質は以下の表に示す通りであ る。ここに密度の値はkg/m3、音響インピーダンスは×１０6kg/m2/sである。 モールド面は種々の設計を有することができる。図示のように、テトラスター のモールドの各半部のコアデザイン「ユニット」は同一空所のスイックスフォー ルドアレイである。図１４のような図面から、この形態の反復性、及び相互作用 性は明らかである。 図面から明らかなように、空所の幾何学形状はモールドの各半部につき独特で ある。異なるものでなく、互いに同一のモールド半部とするためモールドの空所 を「頂部から底部へ」に交互にすることができると信じられているが、このよう な形態の地勢学は非常に複雑になる。また、或る情況下では「頂部半部」と「底 部半部」との性質を保持することによって或る利益が得られると決定していた。 例えば、モールドの底部半部がその中心に単一四面体の付加物を有するテトラス ター空所を含む時、またモールドの頂部半部が加圧形成後、取り外す時、骨材の シートは底部半部に残る。これは単一四面体の付加物の深さと引き抜きによって 表される周縁の摩擦の増大のためである。 両方のモールド半部の場合に、モールドの空所は小さな四面体の中心（ボス） の周りに半径方向に表示される。空所は狭い三角形状の平面によって分離される 。狭い三角形状の平面の短いベースはそれぞれ六角形のボスの辺と一致する。狭 い三角形状の平面の長い端縁によって形成される線は空所の開始線に一致してお り、分離線と呼ばれる。 モールドが完全に閉じた時、これ等の狭い三角形状の平面の許容差は約４００ 〜８００ミクロン（μｍ）である。もちろん、他の許容差も使用することができ る。ほぼ０．０６ｃｍ（最長の寸法で測定して）のテトラスター骨材の加圧成形 にはこの許容差の位数は適切であると信ずる。 骨材をこのモールド内で加圧成型した時、上述の許容差の概算は４００〜８０ ０μｍのウェブ（「フラッシュ」）となり、骨材の分離、及び安定化に役立つ。 骨材を互いに分離保持しながら、このフラッシュの規則的であるが大きく変化す る地勢学によって骨材のシートに望ましい可撓性を与える。 このフラッシュが分離線で骨材に取り付いているから、フラッシュの厚さの寸 法はできるだけ薄くすることが大切であると信ずる。この理由は骨材（図示の場 合に酸化アルミニウム）を焼結した後、成型のままのシートから骨材を釈放する ことができるからである。タンブリング工程によって骨材を分離し、即ち切り離 してもよい。フラッシングは若干粗い、又はぎざぎざの端縁を残して分離線で骨 材から離れる。この端縁が骨材に残ったままであると、骨材の充填を妨げる。 従って、（研摩材のスラリーの状態で導入すべき）タンブリング工程も分離線 を滑らかにするため利用することができる。ウエブ、フラッシングが厚くなれば なる程、新たに分離される骨材の分離線が一層粗くなり、一層ぎざぎざになり、 従って、分離線の平滑化が一層困難になる。従って、分離が平滑に行われるのを 容易にするには、ウエブ、フラッシングの厚さをできるだけ薄くしなければなら ない。 モールドの下部モールド半部には突起としてボスを設け、上部モールド半部に は凹所としてボスを設ける。モールドを完全に閉じ、増大する圧力と振動とを加 える準備ができた時、ボスの位置の許容交差が約２００〜４００μｍであるのが 好適である。他の公差も使用することができる。この好適な公差を使用する利点 は、（１）注型する媒体の若干は上下のモールドのボス位置間でテーパになるか ら、ボスの位置における零公差はモールドの完全な閉止を最終的に不可能にして しまう。（２）注型圧力はモールドの縁を変形させると言われている。この縁の 変形は注型に加わる圧力を増大させ、粘性を減少させる振動を受け易くするから 、或る場合には、この変形は望ましいと思われる。加圧成型中、増大した圧力、 振動によって、注型媒体の粘性を一時的に減少させると、モールドへの均一な充 填が達成される。（３）（以下に説明する）回転生産モードにおけるボスの位置 における零公差は、取り返しの付かない破損はないにしても、直ぐモールドを摩 耗させる。従って、零公差よりも若干の公差が必要である。 必ずしもそうでないが、試料はセラミック材料であるのが好適である。しかし 、金属、ガラス、粘土、有機樹脂、及び繊維、ポリマーを主体とする材料のよう な他の成型できる、即ち注型できる材料を使用することができる。 大きな骨材（例えば１から１０ｃｍ）を単一手動ギャングモールドで造ること ができる。当業者に既知の種々の方法で、空気乾燥、又は焼成、又は密度を高め た後、種々の通常の粘土、セメント状用材、又は複合材マトリックス内にこれ等 大きな骨材を分散させ、ハウジング、又はその他の大きな構造製造物のためのメ ジヤとして採用する。 天然の粘土、又は日干し煉瓦用粘土型の構造物の場合には、単一の比較的軽量 のモールド、又はフレーム構造を使用してこの製造物を支持し、製造物が硬化し た後、取り外す。実際上、上述の方法で製造した構造物の外側を耐火外包部によ って絶縁し、内側から炉として構築して行く。この概念的考察から得られる構造 は地震の作用による急激な破損に対する進んだ抵抗を発揮する。 実際、この概念を更に開発すれば、多くのこのような非常に大きな物体を製造 し得ると考えられる。 成型する媒体の室温での粘性、及びゲル強度はこの製作物の可変パラメータを 設計する時、著しく重要である。一つの比較として、非常に剛強な造形用粘土の 加工特性が、振動に応動する媒体にとって理想的条件に近似している。振動成分 と組み合わせる時、比較的低い注型圧力で、室温での予注型安定性から形成の瞬 時の非常に活性な類似プラスミックモードまで注型媒体をして達成させることが できる。 従来の加圧成型において通常生ずる密度勾配を消滅させるめ、振動成分「超音 波」は十分であると信じられている。また、「機械的な」振動成分もこの効果に 類似させて使用することができると信じる。 図１５〜図１８に連続３次元成型装置の好適な実施例を示す。成型装置２００ は、周縁モールド面２１０、２１２に画成されたモールド面２０６、２０８をそ れぞれ有する回転ドラムのような第１、及び第２のモールド部材２０２、２０４ を具える。駆動手段２１３、２１５を設け、第１モールド部材２０２を第２モー ルド部材２０４に対し回転する。モールド部材２０２、２０４が互いに隣接して 、両者間にピンチ帯域２１４を画成するよう、モールド部材２０２、２０４を位 置させる。この周縁部を取り外すことができるようにし、モールド面を便利に交 換できるようにする。 供給材料をピンチ帯域２１４に送り、又は挿入する。供給材料をシート形状２ １９（図１５参照）にし、又は噴霧供給、又は液体移送機構（図１７、及び図１ ８参照）によって供給材料を液体、又は半剛強粘性体にする。シート２９をモー ルド部材２０２、２０４間に連続的に送る。供給材料がピンチ帯域２１４を通過 すると、骨材のウェブを含む生地２２１が形成される。例えば、骨材にはテトラ スター、テトラツイン、スタージャッキを含む。材料がモールド面２１０、２１ ２間で成型されている間、振動エネルギーを与える手段が供給材料に振動エネル ギーを与える。好適の実施例では、振動手段にトランスジューサ２２０、２２２ を含む。 回転モードで骨材を加圧成型することは、厚さ制御帯域に供給材料を導し、対 向して反対方向に回転するローラのピンチ帯域に供給材料が直ちに進行すること によって、開始される（図１６のフローチャートの１６０参照）。供給材料は種 々の方法で導入される。テープ状（注型、押出し）、スラリー、又は噴霧手段等 である。この特定の適用に対しては、噴霧手段は最高のモードの機会を与えると 信じられている。圧力と粘性とを制御される噴霧装置は２個のローラの「ピンチ 帯域」の直前の区域内に、反対方向に回転するローラの一方、又は両方に、或る 厚さの供給材料を堆積する。次に、この噴霧された堆積物は厚さ監視装置に通り 、この厚さ監視装置はデータを噴霧装置の出力制御装置と、モールド支持ローラ の回転速度制御装置との両方にフィードバックし、ピンチ帯域における供給材料 の適切な厚さを確実にする（図１６の１６４参照）。 供給材料がピンチ帯域に入ると、広い帯域に遭遇し、連続的に振動エネルギー を受ける（この場合は超音波、図１６の１６６参照）。一方のローラ、又は両方 のローラ（この場合は両方）の長軸に平行に指向する一連の超音波トランスジュ ーサによって、この加えた振動エネルギーはモールド面を通じて伝達する。回転 するモールド部材に密接してトランスジューサがあるよう、一連のトランスジュ ーサをローラの内側に取り付けるのが好適である。 一連のトランスジューサが３個の平行な列のトランスジューサから成るのが好 適である。対向するモールド空所が密接する区域の直前のピンチ帯域の部分に第 １列のトランスジューサを焦点あわせする。対向するモールド空所が密接してい る形成の瞬間(MOF)に接近する進入する供給材料の粘性を境界から減少させる設 計の周波数、振幅の連続する低エネルギーを第１列のトランスジューサが放出す る。 次に、供給材料が堆積しているモールド空所が完全に閉止する際、供給材料は (MOF)に通る（図１６の１６８参照）。この時点で、モールド空所が閉じる短 時間に正確に一致して、「ｂ」列のトランスジューサが激しい、一定量の高エネ ルギー超音波振動を伝える。 この高エネルギー超音波を加えることによって、供給材料の完全な均質化と、 閉じた空所内への移動とを容易にするものと期待される。 モールドの空所を開き始める際、ここで密接する部片（ここでは骨材）の生地 、又はシートに加圧成型されているいる供給材料は、「ｃ」列のトランスジュー サからの連続的に加わる振動エネルギー（この場合、超音波）伝達に遭遇する（ 図１６の１７０参照）。「ｂ」列のエネルギーを受けた供給材料の出力変遷を容 易にするため、「ｃ」列のエネルギーが設計されていることを除き、「ｃ」列か らの振動エネルギーの機能は「ａ」列の振動エネルギーの機能と同一である。加 圧成型部片（この場合、骨材）がMOFの高エネルギー状態から釈放された時、加 圧成型部片の過度の衝撃を「ｃ」列からの振動エネルギーが防止するものと信じ られている。 このようにして、密接する部片のシート、又は生地が完全なものとなり、一団 として結合材の除去、又は炉内処理、又はそのまま保持されて、密度を増大する ため炉の雰囲気に連続的に移送される準備を完了する。 図１７、及び図１８に代案の実施例を示す。成型装置２３０は、モールド面２ ３６、２３８をそれぞれ有する第１、及び第２のモールド部材２３２、２３４を 有する。これ等モールド部材は反対方向に回転可能である。各モールド部材はそ れぞれ静止内部２４０、２４２と、回転周縁部２４４、２４６とを有する。モー ルド面を周縁部に形成するのが好適である。静止内部に回転自在に取り付けた駆 動ローラ２４８、２５０のような駆動手段によって、周縁部を回転させる。 内部に形成したオリフィス２５３を有するエジェクタ２５２をモールド部材間 に位置させ、モールド部材の少なくとも一方に供給材料を放出する。この放出さ れた供給材料を回転自在のモールド部材によって両モールド部材に形成されたピ ンチ帯域２５４に運び込む。フォトセンサのようなセンサ２５６をエジェクタ２ ５２とピンチ帯域２５４との間に設置し、モールド部材に堆積した供給材料の量 を測定し、制御する。 供給材料がモールド面２３６、２３８間で成型されている間に供給材料に振動 エネルギーを提供する手段を設ける。例えば、振動エネルギーをトランスジュー サ組立体２５８、２６０によって与える。好適な実施例では、トランスジューサ 組立体は超音波を供給する。この装置は、過剰な供給材料をモールド面から除去 し、モールド面を乾燥させるため、洗浄マニフォルド２６１と、モールド乾燥器 ２６３とを設ける。 図１９のフローチャートは骨材生産と、焼結との連続するプロセスの詳細を示 す。供給材料の加圧成型されたシート、好適には図７のフローチャートの（１３ ０、１３２、１３４、１３６）の工程が終わった後に形成されたシートを２個の 対向するモールド半部の下のモールド半部に置く。除去工程を含まないが図７に 開示した工程を導入した後、部片（この場合、骨材）の加圧成型を導入する。な お閉止位置にある間に、モールド圧力を釈放する（図１９の１７２参照）。 この時点で、モールドを一部開放する（形成された部片の厚さの約１０％）（ 図１９の１７４参照）。結合材の除去、又は一次高密度化（焼成）、又はその両 方を達成するため、加圧成型に熱エネルギーを加える。 次に、モールドを閉じる（図１９の１７８参照）。モールドに加わる機械的圧 力を上昇させ（図１９の１８０参照）、部片の生地の一部の、又は完全な高密度 化が達成されるまで、モールド面の一方、又は両方を通じて、マイクロ波エネル ギーを加える（図１９の１８２参照）。 モールドを一部開放する（図１９の１８４参照）前に、モールドを或る時間、 冷却し、室温まで戻す。次に、モールドを完全に開き、部片の焼結されたシート 、又は一部高密度化したシートを除去し、傷の有無を検査する（図１９の１４４ 参照）。 高密度化プロセスの後、図７に開示した方法（１４６、１４８、１５２、１５ ４参照）を実施する。 アルミナの完全な高密度化をマイクロ波で達成したが、或る場合には、生地の 一部のみを高密度化するのが好適かも知れない。全ての場合、用途に応じて、高 密度化の程度を制御し、この新規なプロセスのその他のパラメータを実質的に制 御する。 図２０に示すように、各トランスジューサ組立体２５８、２６０は、ピンチ帯 域２５４の前に材料に第１周波数を加える第１トランスジューサ２６２、２６４ と、材料がピンチ帯域に在る間に、材料に第２周波数を加える第２トランスジュ ーサ２６６、２６８と、材料がピンチ帯域を通過した後、材料に第３周波数を加 える第３トランスジューサ２７０、２７２とを有する。好適な実施例では、トラ ンスジューサ２６６、２６８は超音波の非常に大きな振幅を与える。このように して、材料がピンチ帯域を通過する際、供給材料２７４にトランスジューサによ って生ずる振動を与え、骨材のウェブを含む生地を生産する。以下に詳細に説明 するように、振動エネルギーによって供給材料の粘性を減少させ、供給材料のモ ールド空所内への分散さえも増大させる。 図２１に示すように、モールド部材を堆積し、図１５に示すように唯１個のシ ートを生産する２個のモールド面２３２、２３４の代わりに、２個のシートを生 産するため３個のモールド面２３２、２３４、２３４ａを利用し、３個のシート を生産するため４個のモールド面２３２、２３４、２３４ａ、２３４ｂを利用し 、このようにシート数を増大することができる。 モールド部材を円形に一連に配列することができるから、１２個のモールド部 材４００によって１２個のシートを生産することができる。 本発明の他の態様において、充填複合体３００（この場合、耐火コンクリート 「れんが」）を形成する。その構成は、３次元網状骨材（この場合、テトラスタ ー）の焼結補強相と、セメント状用材マトリックス相（この場合、アルミン酸カ ルシュウム）とである。 図７による骨材は、Lehigh Portland Cement Co.，Lafarge Calcium Aluminat es，Inc.，又はAlcoa Industrial Chemical Co．のような数社の耐火コンクリー ト製造業者から入手できる人工アルミン酸カルシュウムセメントの状態に組み合 わせた補強相として作用される。 図２３、及び図２４を参照し、この単一体の注型のための装置、及び手順は次 の通りである。 １．れんがモールド、又はモールド群３０２内に装入材料を導入する。この装 入材料をポンプ作用、こて塗り、噴霧、注入、又はその他の堆積により、開放空 所内に入れることができる。 ２．マトリックス相内に分散した補強相から成るこの装入材料は粘土の分野で 当業者に既知の「ボールインハンド」コンシステンシーを有するものと信じられ る。 ３．図９の骨材生産モールドと同様、振動テーブル３０４上にモールドを設置 する。 ４．モールドに材料を装入した後、振動を開始する。振動は装入材料を脱気し 、骨材の網状化を開始する。 ５．装入材料を脱気した後、モールドプラテン３０６を下降させ、振動周波数 を増大させながら、装入材料に圧力を作用させる。 ６．或る時間後、振動周波数を減少させ、次に、更に或る時間後、全部を停止 させる。 ７．プラテン３０６上のラム圧力３０８を釈放し、注型材料を硬化させる。 ８５％〜９０％超過の補強材の堆積変動がある場合には、マトリックス相の若 干を取り去り、即ち除去する必要がある。プラテン３０６と、モールドの側壁３ １２との間の間隙３１０を通じてマトリックス相の若干をバイパスさせることに より、網状相を通じて、このことを達成することができる。 更に、モールドの任意の、又は全ての表面に設けたポートを通じてマトリック ス材料の一定量を空所から取り去ることができる。 進んだセラミックの用途のため３次元網状骨材のような小さい部片の製造のた めの回転成型装置が考えられる。この装置は４００μｍの精度で割出される２個 、又は３個の反対方向に回転するローラから成り、種々のメジヤの密接する２次 元、又は３次元の部片を連続的に高速で生産することができる。 垂直送り送給操作において、２個のローラシステムが想像される。水平送り送 給適用装置は３個のロールを利用して２個のプレス部片シートを生産し、４個の ロールを利用して３個のシートを生産し、５個のロールを利用して４個のシート を生産する等、シート数を増大することができる。 ローラのモールド面は用途の要求によって完全に定まる。特定の用途と、形成 要件は炭化珪素のような化学蒸着法(CVD)によりモールド面を利用することがで きる。この回転加圧の概念においてMOFに振動を加えると、真に均質な未処理の 材料を得ることができる。 ピンチ帯域に送られる供給材料に多相振動エネルギーを提供できるようにして 振動源を構成してもよい。振動源は当業者に既知の機械的、超音波、電磁気的、 マイクロ波、又はその他任意の相当振動源にすることができる。以下に詳細に説 明するように、加圧力がそのピーク値にある時の、形成の瞬間(MOF)、即ちドウ ェル点で、成型媒体に振動エネルギーを加えるよう振動源を構成する。この振動 源によってブロードフィールド、又はコヒーレント波形、又はその両方を供給す る。例えば、振動源がローラの内側に取り付けた複数個の超音波トランスジュー サを有することができる。また、図９につき説明したような通常のブックモール ドのモールド半部の一方、又は両方の内側に、トランスジューサを取り付けても よい。 供給材料の準備のためのみに、作業前に、強力な超音波を使用して混合物をほ ぼ均一にする。この技術の例として、NY Farmingdale New Highway 1938のHeat Systems Ultrasonics，Inc.からのSonicator Series，Application Notesがある 。しかし、モールド充填中、粒子の凝集や注入作用自身により、フローパターン の発生は避けることができない。これにより、形成段階で、複雑な密度勾配とな る。その結果、焼結中、材料の一部が輪郭状境界線によって分離される。これ等 の輪郭線の両側には通常、非対称の変化する収縮が起きる。従って、残留応力が 生ずる。限界破損応力を超えると、材料内にクラックが形成される。 従って、MOF中、材料に付加的エネルギーを加えるのが好適である。この付加 的エネルギーは未処理の材料を構成する成分を再配置し、均質化することにより 、フローラインと密度勾配とを消滅させる。 更に、MOFでの超音波のような振動を加えることによって得られる利点は、装 入材料の粘性が減少することであり、これにより低い形成圧力で、未処理の材料 に一層高い密度を得ることができる。 MOFでこのように振動エネルギーを加えることの斬新さは、未処理の材料の成 型の瞬時に、この材料内の不足分を最少にし、多分消滅させる特別な作用が行わ れることにある。 未処理の材料に最高の密度を達成するため、従来技術では粉末調整技術と、厳 密な供給混合物とを模索していた。一方、振動エネルギーはこの従来技術をその 最高点まで利用して、従来知られていない方法で、MOFまでその技術を発展させ た。われわれのプロセスの新規な振動態様の独特性は、他の期待される利益の中 でも、第１に、未処理の材料の形成中、フローラインと密度勾配とを消滅させる 技術を提供することである。 形成される対象物に関連するこの振動態様のタイミングは厳密であると信じら れる。回転加圧成型装置の場合には、振動（この場合、アルミナ骨材のための超 音波）は、直接先行する区域（骨材の厚さの５倍以下）、MOFの区域、更に骨材 の厚さの約５倍以上の線まで越えて、広く、連続的に加えられる。更に、完全な モールドの閉止、最高成形圧力、及び供給材料の最低粘性が期待されるMOFによ って直接区切られた区域においては、超音波エネルギーの付加的、及び慎重な時 宜を得た量を加えることができる。 供給材料の粘性は温度と時間とによる現象であることが多い。加えた応力は、 固体、液体、及びその両方を含む媒体の流れの挙動における温度の作用と逆に作 用することは知られている。従って、実際上、連続的であり、厳密には短い持続 時間の応力の形である振動を加えることは、局部的の温度を増大し、これにより 粘性を減少させると考えられる。 加えられたエネルギーは２つの形があり、即ち、MOFでモールドを閉じている 間の増大した圧力と、MOFの直前の区域、MOF自身の区域、及びMOFに直ぐ続く区 域に広く、連続して加えられる超音波エネルギーとである。（この場合の）振動 源は、回転加圧プロセスの公差条件から生ずる蓄積圧力と、MOFに直ぐ先行し、M OFに続く帯域に作用するよう配列した超音波トランスジューサと、MOFにおける 閉じた空所状態に直接垂直なパルス指向超音波トランスジューサ群とである。こ の最後のパルス指向エネルギー源はモールドの空所が完全に閉じる直前に開始す るよう時間を定められ、閉止の期間中から空所が開き始める直後まで延長する。 正確なタイミングは、用途の要件、厚さ寸法、及びモールド材料のインピーダン ス因子、制御される激しい振動の周波数、及び振幅、及び特定の材料、及び用途 に関する回転鍛造加圧操作の回転速度による。 当業者に既知のプレンアンフォーカス、又は点、及び円筒フォーカストラスジ ューサを使用することができる。トランスジューサとモールドとの間に結合媒体 を位置させる。この媒体は液体、又は固体である。好適な実施例では、結合媒体 は固体材料であり、この材料は１KHz〜１００KHzの範囲の高い周波数に対して比 較的透明である。或る用途では、トランスジューサ取付け位置とボス位置とが一 致する。他の用途では、空所の中心軸線の直ぐ上、又は下、又はその両方にトラ ンスジューサを配置するのが有利である。なお、他の用途ではブロードフィール ド振動エネルギーが必要である。 多くの用途では、形成されたマトリックスを炉内処理し、又はキュワする温度 より一層高い温度まで骨材、即ち部片を焼結し、又は高密度化し、第２の焼成に よって骨材材料に影響がでないようにするのが望ましいと考えられる。他の用途 では、熱膨張に対する考察は骨材は一部焼成されるに過ぎないことを示している 。形成されたマトリックスの一層高い温度での炉内処理は骨材を更に変化させる 。この最後の技術は骨材と、マトリックスとの相対的な収縮を制御するのに使用 することができる。 成型されたマトリックスは炉内で焼成するとができる。同様のプロセスによっ て大規模な焼結セラミック構造を造ることができる。粉末アルミナの成型し焼成 したマトリックスに、予焼成したアルミナから成る骨材を分散させることができ る。 上述したように、骨材を粉砕し、即ち分離するため、ローラ間に形成されたニ ップ帯域を有するローラ間に焼結シートを送り込む。シートを複数個の骨材に粉 砕するよう、焼結シートに曲げ圧力を加えるようこれ等ローラを設計する。鋭い 端縁と、フラッシュとを除去するため、タンブラー内で骨材にタンブリング作用 を加え、仕上がった骨材を生産する。ローラで生地から骨材を最初に分離せず、 直接、骨材にタンブリング作用を加えてもよいことは明らかである。 数個の好適な実施例を参照して本発明の原理を説明したが、本発明は本発明の 原理から逸脱することなく、本発明の構成、及び詳細を変更し得ることは明であ る。例えば、耐火材料内の網状骨材の使用を参照して、本発明を図示したが、こ のような骨材は、ゴム、樹脂、セメント等を含む種々の他のマトリックスにこの ような骨材を使用し得ることは明らかである。同様に、本発明は選択した網状骨 材の形状を参照して示したが、種々の他の骨材形状をも容易に推考し得ると認め られる。更に、振動エネルギーを利用するように好適な製造プロセスを開示した が、エネルギーのこのような適用を行うことなく、他の類似のプロセスを実施す ることができる。 本発明の網状骨材の内部構造が優れた機構を採用して、区別された粘土、セラ ミック、又は成型ゴム、樹脂、又はセメント材料によって結合した他の構成部材 から非常に大きな構造物を組み立てることができると認められる。 本発明の原理を適用する多くの可能性ある実施例を説明したが、これ等の詳細 な実施例は単に図示のためであり、本発明を限定するものでなく、次の請求の範 囲において本発明の範囲を明らかにする。 本発明を有利に実施し得る実施例を詳細に説明した。これ等は全部ではないが 学術的な実験と産業上の実施とについて詳細に調査したものである。 誰も将来のことは分からないが、後になって、われわれの言い過ぎにも満足し 、われわれの過誤を許し、われわれの現在の価値を見いだしてもらえることを希 望する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION                 Improved aggregate, manufacturing apparatus and manufacturing method thereofTechnical field   The present invention uses an aggregate, a method and an apparatus for manufacturing the aggregate, and the aggregate. It relates to a complex.   Background of the Invention and Summary of the Invention   The use of many structural materials, among other materials, lacks strength, cracks, And thermal expansion issues. A well-known example is ceramic And clay, and generally these materials are resistant to fracture when subjected to thermal stress. It is not used for large structures because of its lack of resistance.   The state of failure of the ceramic material can be microstructural deformation, or ceramic particles, Caused by the inhomogeneous dispersion of binder contained in Often described as small cracks. In a two-dimensional plane until the material breaks It was found that cracks propagated along the path.   The prior art has been to incorporate stiffeners selectively dispersed within the matrix. Therefore, it has been sought to improve these structural disadvantages. Plate material, fiber, beard Materials and mineral substances such as perlite and calcined grog Some of the many reinforcements, these materials are used in ceramic materials I have. However, conventional reinforcements have only a small increase in fracture toughness, It was not suitable for large or other required applications. In particular, many Ceramic materials tend to undergo rapid fatigue failure, so most structural, And the use of ceramic materials for refractory applications was severely restricted. In addition, Due to defects that occur during the raw formation of the ceramic material and during sintering, It was difficult to predict the properties.   Currently known aggregates employed in highly refractory objects are spherical, tubular, or any geometric It has a geometric shape. The first technical consideration is the efficiency of the filling. Generally, superiority is considered Processing method has been implemented, and limited classification up to five different sizes Utilizes almost theoretical density. For example, Alcoa Corporation One of the commercially available calcium aluminate cement products, four types of classified dimensions It is recommended to use a limited classifier.   When small particles are introduced and dispersed in the gaps between the filled large particles, porosity and It is well known to reduce pore size. The converse is also true, finer When large particles are added to fine particles, fines and pores are replaced, and porosity decreases. This model is called a Furnas Model (CC Furnas, US Bur. Mines Rep. Invst . 2894 (1928)). Coarse particles, when large particles being filled are in contact The theoretical maximum filling ratio PF for the mixture of intermediate particles and fine particlesmaxIs as follows Is represented by   PFmax= PFc+ (1-PFc) PFm+ (1-PFc) (1-PFm) PFf Where PFc, PFm, And PFfAre filled with coarse, intermediate and fine particles, respectively. Is the filling factor.   For example, McGeary undergoes vibrations of 1.28, 0.155, 0.028, and 0.004 cm diameters Experimentally achieved 95% packing density with a steel ball catenary system (RK McGear y, J. Am. Ceram. Soc. 44 (10), 513-522 (1961)).   However, Dinger and Funk prefer a continuous particle size distribution for the highest density packing. I understand that there is. They have derived the following relation: here Fm(A) = Cumulative fraction finer than particle size a n = slope in cumulative particle size versus particle size distribution curve amax= Maximum particle size amin= Minimum particle size   The packing density increases as 1 / n increases and the particle size range increases. May exceed 80%. The above idea is spherical in shape, ideal filling state It should be noted that it only applies to the stave particles. Also, McGeary (95%) Therefore, in the ideal filled state of spherical particles as achieved, the remaining 5% (matrix Space) are connected by very thin passages between the coordinate points of the sphere of this system Is characterized by a pattern of discrete voids of weak fragile geometry It should be noted that   For example, the prior art uses point-to-point contact of spherical particles and near spherical particles. A better density has been achieved. Furthermore, in the case of rod-shaped particles, line contact is achieved to Can be improved. Filling using plate-like material as it can achieve face-to-face contact Can be further improved. However, in practice, rod-like particles and plate-like particles are used. Sometimes, bridging between the particles occurs, preventing packing. An ideal state that does not consider filling disturbance Even in the case of the state, as a result of using the rod-shaped particles and the plate-shaped particles, the equal volume property is lost. Equal volume When incoherent is lost, the unit is susceptible to breakage from in-plane shear and tensile forces. Could be.   Since rod-like particles and plate-like particles tend to be oriented parallel to the direction of their long dimensions, Materials that use rod-shaped particles or plate-shaped particles because they are stratified and thus lose their equal volume Is usually lost.   Face-to-face contact produces the highest packing density, but the highest packing density and isotropic To hold, uniformity must be achieved in all dimensions. ball Uniform face-to-face contact surrounding the particulate particles is very difficult to achieve. Rod-shaped particles Achieving uniform line-to-line and face-to-face contact of platelet-like particles, and Impossible.   One reason for the cracking of many structural materials is the incomplete equalization of the formed media. This is because quality persists throughout the manufacturing process. Therefore, such heterogeneity When a material with a (material gradient) is used, the applied stress or (Related) stresses originally possessed, or both, are unevenly distributed and Creates a force gradient. The total energy requirement of the crack surface area at that location When the critical limit is reached, crack propagation is ensured.   Mechanical Properties of Polymers and Composites, Marcel Dekker (1974 ) As reported by Lawrence Nielsen in the article, two or more composites It is defined as a material consisting of constituent materials and consisting of two or more phases. This Such materials need to be divided into three general types. That is, 1. Continuous ma Particle filler consisting of a trix phase and a discontinuous filler phase made of discrete particles Fees, 2. Fiber-filled composite, skeleton consisting of 3.2 continuous phases, or A penetrating reticulated composite. An example of this last type of material is filled open There are small pore foams and sintered mats or mesh fabrics filled with the same material.   Many commercially available polymeric materials are composite materials. But don't think that way Often. Examples include polyblends, ABS materials, foams, floor tiles, and Polyvinyl chloride, filler used for applications such as wire and wire coating Filled rubber, thermosetting resin containing various fillers, and glass fiber-filled plastic There is. There are many reasons to use composites rather than a single homogeneous polymer. That is 1. 1. increased rigidity, strength and dimensional stability; Increase in toughness or impact strength, 3 . 3. Elevated temperature causing high temperature deformation; 4. increased mechanical buffering; For gas and liquid 5. reduced permeability; 6. improvement of electrical properties; Cost reduction.   The desirable features described above cannot be obtained with a single material. Composite materials must provide Unnecessary benefits include undesirable properties, including complex rheological behavior and difficult manufacturing techniques. To balance the reduction of some physical and mechanical properties.   The nature of the composite depends on the nature of the components and the shape of the filler phase, It is determined by morphology and also by the nature of the interface between the phases. Therefore, morphological gender To obtain a very large number of properties of the composite by altering the quality or properties of the interface Can be. An important property of the interface that can have a significant effect on mechanical behavior is interphase adhesion The bond strength.   Clearly, the present invention is believed to improve the field of compounding and manufacturing. Cheating.   As mentioned above, one description of a composite system is a continuous matrix. A particle packing material consisting of a phase and a discrete filler phase of discrete particles.   In order to further the understanding of the present invention, certain included I believe the summary of novelty will help.   With the above definitions in mind, many years of radioactive and other hazardous waste (100,000 Year) Consider a single container for storage.   Specifically, this container may hold one kiloliter or more of material. Should be as large as possible. The state of the art in this field is at most stainless steel or iron It is a short-term solution that includes reinforced concrete structures.   The purpose of this is a container that is practically large enough to be completely secure over time. There is technical support. The choice of a particular material is obtained through a thorough analysis You. Alumina is abundant, relatively inexpensive, non-absorbing, and very resistant to radiation. Is a candidate material for such an analysis.   This container is believed to be manufactured as follows.   1. The exact size and dimensions of the container are determined using the finite element method. Where The container, and thus the place where the container is located, is like a tetrastar (disclosed here). ) We believe that we will benefit from the special three-dimensional mesh geometry.   2. Once the geometry and dimensions are determined, the aggregate dimensions, matrix, and aggregate The specific material conditions, such as the composition chemistry between the two phases, and the degree of reticulation. You. Here, when considering the thickness of the container wall to be 10 to 20 cm, (the longest dimension Aggregates of approximately 0.10-1.00 cm (measured along the law) are preferred.   Candidate materials for the matrix are high modulus for fracture, low coefficient of thermal expansion, It is also necessary to have a large resistance to thermal shock. Matric Some candidate materials for alumina are alumina, mullite, borosilicate, and lithium alumina. It's a request.   3. Aggregates can be manufactured by the methods disclosed herein. 80-90% When a network occupying a volume of at least is achieved, the main reinforcement phase is approximately within the thickness dimension. It is believed to leave a matrix phase of 0.001 to 0.005 cm. (Excellent against container destruction This matrix phase consists of a matrix and a reinforcing phase be able to. In this case, the matrix level reinforcement is about 10 to 50 μm. You. Once the microphase product technology for these aggregates has been developed, the matrix This graded treatment of the reinforcement is performed at least at another level.   4. Casting of the raw structure can be performed according to methods known to those skilled in the art. However, given the large dimensions of the container and the required end use, known methodologies It is wise to consider alternative research methods. Uniformity of wall thickness and reinforcement phase Is considered strictly important. One way to achieve this uniformity is biaxial This may include a cardiac injection method, in which case a predetermined amount of matrix and aggregate is molded After loading into the mold, the mold is rotated about two vertically opposed axes. Machine Employ mechanical or ultrasonic vibration or both to achieve uniform wall thickness and reinforcement phase Facilitates reticulation.   5. Waste inlets, inspection holes, or monitoring holes (if not in the mold design) This can be adapted. However, before making this effort, It is also advisable to wait until casting takes place through the phase or firing phase. In fact, It is advisable to wait until the container has been fully densified before machining the fitting. Is proved to be clear.   6. After complete densification (sintering) of the structure, the usual in-furnace treatment method should be used. I believe it is good. However, if the container is extraordinarily sized, the Maintaining good heat dispersion will be difficult, if not impossible. Alternatives to known technology As a new method, a new directional microwave sintering method is conceivable. And dimensions are doubled in the microwave, then the binder is removed or fired, or Are stacked on a single piece of material that has received both.   Pure alumina is less sensitive to microwaves. To achieve the binding action, Dopants in the form of parts-per-million concentrations of certain metal elements have been used. Borosilicate, And when considering the lithium alumina silicate matrix components Believe that you can achieve The reinforcing phase (as disclosed herein) is an aggregate production process. Is already sintered as part of the container and to achieve full densification of the container Only a mutual phase relationship (sintering in this case) to the matrix components is necessary.   For microwave sintering of alumina, energy and radiation at microwave frequency are used. Need to be added to the raw material formed. For now, this is difficult to control It is an intense process. The magnitude of the conductivity of the candidate material for this vibration component, and Depends on whether the material exhibits the microwave effect or not, that is, the state of microwave firing. May be a factor in determining whether or not to exhibit earlier kinetic energy under You. Ionic conductivity appears to enhance this effect, while the conductivity of the material counteracts this effect. Seems to control. Application of microwave energy in sintered lamps is comparable Ensures a faster sintering to a certain density, thus reducing particle growth.   Originally received microwave energy like silica and high silicate In the case of pile materials, ensure that the candidate material accepts heating by microwave Therefore, doping of the components may be necessary. Although not necessarily limited, Dopants include chromium, copper, and europium.   Ionic conductivity is the chemical interaction of ions of various charges (mostly the extent of impurities) Conductivity means the flow of electrons in the charged medium. To taste.   Walter H. Gitzen, Aluminum as a Ceramic Material (1970), pp. Reported at 75-84 As described above, at room temperature (normal temperature), water absorbed in open pores may contribute to dielectric loss. And Kose and Hermano discovered that at high temperatures of 1550-1650 ° C, the conductivity of ambient air Peters, Feinstein, and Peltzer suggest that the properties are significant, measured at high temperatures I have.   Sintered alumina increases resistivity at high temperatures when exposed to increasing levels of oxygen. The greatness was reported in 1936, and this effect was confirmed by Kose and Hermano. Concludes that it is due to an oxidation process when compared to findings after . That is, an oxygen-rich atmosphere at high temperature is used when the alumina is exposed only to the surrounding air. The expected degree of reduction was reduced.   Heldt and Haase (1954) describe very pure alumina sintered in vacuum (total impurities). Is 0.03% or less) in a vacuum furnace. A comparison was made with similar measurements on a poorer sample (about 0.06% impurity). "pure" Such materials have an activation energy of 2.50 electron volts (ev) and have a linear relationship curve. Inferior purity samples have a broken curve at about 1100 ° C. Activated energy below 1100 ° C The energy was 2.38 ev and above 1100 ° C the activation energy was 2.5 ev. 110 Conductivity above 0 ° C. is substantially due to electron transfer and the mechanisms associated with pure oxides. It represents the essential meaning of true semiconductivity. Mostly controlled by impurities It is believed that the non-essential conduction occurs below 1100 ° C. Conduction below 830 ℃ Matsumura found in 1966 that it was ionic and that it was atomic at higher temperatures. Has stated.   Despite all of the above efforts, the use of many structural materials has led to a lack of strength, Due to heat generation and thermal expansion problems.   Therefore, measures to improve the fracture toughness of structural materials such as ceramic materials In particular, there is a need for a reinforcing material and a method for manufacturing the same.   One embodiment of the present invention uses only one type of dimensional fraction and has no void volume and 100 % Is an aggregate having a unique three-dimensional shape that can be theoretically filled to a density of%. Filling efficiency This high level of is the result of a new shape of face-to-face contact of a three-dimensional mesh matrix is there. Due to the unique particle shape and its ability to reticulate to all dimensions, various shapes What has been considered previously for the packed spherical particles of the state is generally not applicable.   According to another aspect of the invention, a structure is constructed using a harmonized predetermined reticulated aggregate. Form a matrix. One example of such an aggregate is called a tetrastar, Combine the four faces of the tetrahedron (basic) into a matching tetrahedron. Another example of aggregate is Tetratsu Inn. A tetratwin is a pair of tetrahedrons joined together in a single plane is there. Yet another form that can be reticulated is the shape of a six-pointed spire from the six faces of the basic cube. Is projected.   According to another aspect of the present invention, crack propagation is minimized to avoid brittle fracture. To form a reduced fatigue resistance matrix.   Further, according to another aspect of the invention, a precursor of the shape for which we are requesting rights. A reticulated matrix is formed using the target aggregate. Next, ignite this pioneering aggregate (Ashed), melted or removed, depending on the geometry of the reticulated pioneering aggregate Leave the void defined here. Such objects are (for example) in the field of refractories It has application as a thermal insulator, which has dimensional stability, constant porosity, and thermal shock. Resistance to fire is a requirement.   According to another aspect of the invention, the pioneering aggregate is reticulated to obtain a predetermined dispersion. Can then be replaced or modified by various methods (such as chemical vapor deposition) to obtain previously unobtainable To obtain a complex.   According to yet another aspect of the present invention, a matrix employing a reticulated aggregate is injected. Molded and fired, opaque suitable for long-term containers of toxic or nuclear waste Serve as a temporary containment container.   According to still another aspect of the present invention, the above-mentioned storage container is configured in the shape of a reticulated aggregate, Place in a net in the storage area to optimize the storage capacity of the entire area Prevent damage associated with severe, seismic effects. The degree of mesh technology (degree of dispersion) is For qualitative position surveys and finite element analysis of proposed containment geometry According to Filling material such as ordinary sand for dispersion distance (degree of mesh, matrix space) Filled to provide cushioning and further stabilization of the reticulated container.   Completed containers (example compositions are alumina-alumina, mullite-alum) Mina, borosilicate glass and alumina) are also highly resistant to thermal shock. That is, The coefficient of thermal expansion of the structure does not compromise the integrity of the container over a wide temperature range It is. Containers are subject to rapid temperature changes, such as from hot and cold radioactive waste. When fired, high resistance to thermal shock is desirable. If you have such resistance, You will experience it when you suddenly put the "hot" element into the container and disperse it unevenly in the container Such uneven heat loading does not compromise the integrity of the container.   In accordance with another aspect of the present invention, a mold surface is provided to produce consistent reticular aggregates. Form a surface.   In still another embodiment of the present invention, wherein (a mechanical vibration source, an ultrasonic source, a microwave source, Or other coherent or broad-field vibration sources) Energy is added to the material being cast or pressed through the mold surface. This These vibration energies are used singly or in combination. Pressing unprocessed aggregate Imagine a continuous manufacturing process where molding and then passing directly into a microwave sintering atmosphere be able to.   In yet another embodiment of the present invention, the forming body is a matrix itself having a reticulated geometry. Of aggregates arranged in a reticulated matrix of aggregates. Less than several manometers Aggregate network geometry from sequential to limited fractions of matrix greater than a few inches It is believed that it is theoretically possible to adopt a geometric shape.   The formed body resulting from the above method of studying the composition is one step in the strength and fracture toughness of the material. I believe it indicates progress.   The foregoing description, additional subject matter, and advantages of the present invention will be apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings. It will be clearer from the explanation.   BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. 1 shows an aggregate shape according to a first embodiment of the present invention.   FIG. 2 shows an aggregate shape according to a second embodiment of the present invention.   3A to 3F show drawings of aggregate shapes according to a third embodiment of the present invention.   FIG. 4 shows the series of aggregates of FIG. 1 to show an example of the aggregate network.   FIG. 5 shows the series of aggregates of FIG. 2 to show an example of the aggregate network.   FIG. 6 shows a state in which the aggregates of FIG. 2 are two-dimensionally arranged.   FIG. 7 shows a flowchart illustrating one method of making the aggregate.   FIG. 8 shows a diagram of one method of manufacturing aggregate.   FIG. 9 shows a cross-sectional view of an apparatus according to an embodiment of the present invention.   FIG. 10 shows a plan view of the embodiment of FIG. 9 along the line 10-10.   11A to 11C show corresponding bottom views of the dough according to the invention.   12A to 12C show plan views of the dough of FIGS. 11A to 11C.   FIG. 13 shows a side view along line 13-13 of FIG. 12C.   FIG. 14 shows a perspective view of the fabric of FIG.   FIG. 15 shows a perspective view of the device of the present invention.   FIG. 16 shows a flow chart illustrating one method of manufacturing the aggregate of the present invention.   FIG. 17 shows a side view of an alternative embodiment of the device of the present invention.   FIG. 18 shows a plan view of the device of FIG.   FIG. 19 shows a flowchart illustrating one method of making the aggregate.   FIG. 20 shows an enlarged view of the apparatus of FIG.   FIG. 21 shows an alternative embodiment of the device of the present invention.   FIG. 22 shows an alternative embodiment of the device of the present invention.   FIG. 23 shows a drawing of an alternative embodiment of the device according to the invention.   FIG. 24 shows a plan view of the apparatus of FIG. 23 along line 24-24.Detailed description   The invention relates in particular to a composite, especially a unique aggregate, for reinforcing composite materials. These The new type of aggregates more or less evenly in the matrix (reticulated) And exhibits superior strength properties and toughness against fracture compared to conventional composite materials Believe it. Equally important for certain aspects of the invention is the additional energy. Excellent in homogeneity of composition by applying pressure and applying lug (ie ultrasonic) The ability to produce large quantities of uniformly sized aggregate.   Referring to FIG. 1, an aggregate according to an embodiment of the present invention, that is, a tetrastar 10 is an equilateral face. It has the shape of a body ("basic" tetrahedron), one for each of the four faces of the basic tetrahedron Of four additional tetrahedrons 12, 14, 16, and 18. This is actually Such aggregates are desirably formed as a unitary structure. Invite.   FIG. 2 shows an alternative aggregate, the star jack 20. This shape has four sides Having six arms 21, 22, 23, 24, 25, 26 It has the feature of projecting from the surface. These arms are shaped like a steeple Can be   3A-3F show various alternative aggregates, namely the tetratwin 30, viewed from various directions. The figure shows a tetrazine of the type based on a pair of twin tetrahedra. Other twin tetrahedrons of the same size and size for one twin tetrahedron The body is joined face to face. In other words, this tetra twin 30 has four sides It consists of four pyramids, each pyramid corresponding to another pyramid. It has the feature of having at least one side. In particular, each pyramid is It has three sides. The first pair of pyramids is the basis of the first lower pyramid The first pair of pyramids is joined by joining the base plane of the first upper pyramid to the plane. Are bonded to each other. Similarly, the second upper pyramid is located at the base plane of the second lower pyramid. Joining the second pair of pyramids together by joining the base planes of the lamids ing. Next, connect one side of the first lower pyramid to one side of the second upper pyramid. Together, a tetratwin 30 is formed. Like Tetrastar 10, they are connected to each other. The Tetra Twin 30 is configured as an integral component without depending on the Is preferred. 10 Tetra Twins 30 each labeled 1-10 With sides. Because it is difficult to show this example on a two-dimensional paper, 1 shows a plan view, a front view, a bottom view, a rear view, and a side view of a tetratwin.   FIG. 4 shows the tetrastar 10 in close contact with the other tetrastars 10a, 10b. Similarly, FIGS. 5 and 6 show a series of star jacks 20a, 20b and 20 respectively. The star jack 20 in close contact with the star jack 20c is shown two-dimensionally. A star jack 20 having d, 20e, 20f, and 20g is shown.   Aggregates include, but are not limited to, clay, ceramics, polymers, Metal, metal solid solution, intermediate compound, glass ceramic, carbon, and graphite , Mica, organic resin compounds, cement, and cementitious materials Can be The illustrated embodiment of the aggregate includes an alumina ceramic and a pre-fired viscous Made of earth.   Clay is generally aluminum, iron, or magnesium (both crystalline and amorphous) ) Is characterized by the fact that it is mainly composed of hydrated silicate, Compounds can also be included. There are many ways to select a particular clay for a given application. The determination can be made by a person skilled in the art without experimentation. Various for various applications Grim, R.E, a classic but still published literature on the suitability of clay. ., Clay Mineralogy, 2nd edition, McGraw Hill International Earth & Planetary S cience Series, N.Y. 1968, ISBN: 0-317-28217-4.   Although the aggregates are made more economically by the method described here, Shapes are individually machined to obtain shapes using currently known machining techniques You can also.   Conventional, reinforced ceramic with steel wire and needle, and cement Some contain base refractories. However, improved filling efficiency and thus The improvement of the properties and performance of the material is due to Use of such metallic materials for stars, star jacks, and tetratwin And can be realized by:   Other materials that are hard, tough, and high-temperature-resistant aggregate candidates are not necessarily Without limitation, aluminum oxide, zirconium oxide, magnesium oxide Oxides such as chromium, chromium oxide, zinc oxide, ferrite and spinel. Metal arco Oxide sol-gel and solution precipitation methods, and co-precipitation methods can be used, In these methods, it is necessary to have a nucleus seed crystal having a special shape described here.   Tungsten, silicon, aluminum, boron, titanium, vanadium, hafnium , Niobium, tantalum, chromium, molybdenum, and zirconium carbides It is an excellent candidate material for the production of aggregates, all of which meet the application and end use. These Many of the materials, while not others, are oxidation resistant at high temperatures.   Aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium Of chromium, chromium and molybdenum boride can be used depending on the application and end use Are other candidate materials for Many of these materials are slightly less Gives excellent oxidation resistance at high temperatures.   Furthermore, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum , Chromium, molybdenum, and tungsten silicides also meet application and end use requirements Very suitable as aggregate. Many of these materials are slightly less But gives excellent acid resistance at high temperatures.   Although not necessarily limited, metal, metal solid solution, intermediate compound, ceramic, glass , Carbon and graphite, mica, plastics and other organic compounds, Use of a wide range of matrices with aggregates, including cement and cementitious materials Can be.   In the field of selecting high temperature thermoplastic matrix, adopt the principle of the present invention Benefits are obtained. Not necessarily limited to possible Have high resistance to chemicals, radiation, weather, and combustion, and Liquid crystal polymer (LCPs), Resistant to solvents, abrasion resistant and low frictional resistance Polyamideimide (PAI), tough, slows the action of flames and resists UV light Dimensionally stable polyarylate, high compressive strength, dimensionally stable Polybenzimidazole, resistant to chemicals, creep deformation Low polyetherimide (PEI), good hydrolysis stability and resistance to chemicals Polyethersulfone (PES) that has resistance and excellent heat deflection, excellent toughness, heating Polyimide (PI) with excellent flexibility and good chemical properties, resistant to chemical substances , Strong and rigid polyketone, polyphenylene ether (PPE), polyphenylene Sulfide (PPS), polyphenylsulfone, polyphthalimide (PPA), Polysulfone (PS), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PE EK) and polyetheretherketoneketone (PEEKK).   All of the above-mentioned shapes have the property of reticulation, i.e. a reticulated set with cooperating identical elements Preferably, it is capable of forming a weave. As shown in FIGS. Aggregates are arranged in close contact with each other, and the surface of one aggregate is a regular series Is located adjacent to the surface of the nearby aggregate occupying the location. Make up a three-dimensional array But it is more difficult to clearly show.   In the case of tetrastar and tetratwin, maintain isotropy over the network You.   In the case of a star jack, especially in a series of arranged star jacks, the isotropy is lost. Layering phenomena very similar to the coupling properties at the lattice level of classical atomic structures Live.   Currently, this phenomenon can be advantageous in application fields such as superconductivity and data storage. Believable.   As described below, in all but not all cases, a "zero matrix" It is desirable not to fill the aggregate so that there are no gaps between the aggregates. This One way to achieve this is in the design of the aggregate shape. For example, the six arms of the aggregate of FIG. Is made into a tapered tower shape. This taper minimizes the placement of these aggregates. Prevent tricks. (Actually, this tapered shape makes this aggregate Arranged in the form of a curved chain and the self-reflection reflected by the network as any flexibility You get the freedom. )   One aspect of the invention relating to reinforcement is a three-dimensional network, in other words, It can be stacked in an array that repeats exactly in three dimensions.   The network in the matrix-aggregate system is a measure of the aggregate (reinforcement) components. Both have become apparent as web-like network interfaces resulting from uniform closeness.   A true three-dimensional network is at the particle-to-particle interface that is almost parallel to the coordinate plane of the discrete elements. Therefore it is often characterized.   Star jacks, tetra twins, and tetra stars are for example: FIG. 3 represents a new set of aggregate shapes in a reticulated geometry to be defined.   (1) Possibility of having equal-sized components of the same class for uniform close contact   (2) The close pattern itself (net-like mat) whose thickness dimension is changed according to the application demand Rix) improved architectural properties   (3) Harmonic or fibrous reinforcement based on spherical and arbitrary point-to-point shapes Improvements on line-to-line based harmony based on plane for aggregate Harmonious Opportunities   (4) substantially increased likelihood for crack path bypass; and   (5) Zero matrix "composite" for tetrastar and tetratwin Achievable theoretical probability   To achieve the maximum benefit of the aggregate network, the aggregates must be at least partially Fill the aggregates as closely as possible. The structural advantages associated with networks Increased by tight packing. However, the aggregate is filled in the zero matrix Easy-to-use shape and the system is not designed like a zero matrix Make sure that at least some matrix remains between adjacent aggregate pieces. Must be attached. Otherwise, the structure will fail as a whole. It becomes easy to grow. The aggregate of one embodiment shown has a volume of about 80% of the composition. As will be apparent, the aggregate can have 70-90% of the composition by volume.   To reduce the occurrence of stress buildup and further enhance the architectural properties of the aggregates disclosed herein Therefore, in some situations, it is better to round the edges of the aggregate addition and fillet the corners. We can prove that it is a good idea. The additive in this case is the basic flat of the aggregate. Touching the surface. These techniques are known to those skilled in the art. Also, roundness and fillet The degree depends on the application.   The packing densities that can be achieved using the two different aggregate types described above are Is better. We have almost 100% packing density if the application requires it We expect that we can gain degree.   One starting point of the packing density of the star jack is that each of the above aggregates is a single point or more A virtual plane cannot lie between two adjacent aggregates without intersecting at the point Occurs when the star jack is close enough. Tetrastar and Tetratu The network in case occurs in the next time.   1. A single tetrastar or any two of any two adducts of tetratwin The imaginary plane formed between the two edges is formed by another similar element or addition. When pierced.   2. A single tetrastar or any two of any two adducts of tetratwin Imaginary plane formed between the edges of the individual breaks or other similar element aspects or attachments When crossed by an addendum.   Fill regular single spheres within a specific geometry or configuration as usual An example is shown in the following table.   In determining the shape of the best aggregate, several points are considered. One strict state The aspect relates to the available surface area per unit volume of aggregate. Matrix composites When used to reinforce, to obtain high filling efficiency of aggregate and effective reinforcing properties It is often desirable to increase the surface area to volume ratio. Spheres, grains of various shapes The aggregate of the present invention is used as a reinforcing material when compared with conventional reinforcing materials such as a child, a plate, and a beard. Rarely are similar volume ratios required. In other words, the bone of the present invention The aggregate is more effective in terms of the space occupied by the aggregate than the conventional reinforcement (aggregate) shape described above. is there.   The nature of the aggregate reinforcement and the surface area available for its volume can be considered in many applications. I believe it is an important factor in This surface area is a chemical or mechanical reaction Or both reactions, which are reactions between each other. This surface supplement The larger the area of the hardwood, the greater the benefits of reinforcement.   In practice, it is industrial practice to put as much load on the reinforcements as possible. You. Therefore, the achievable volume fraction of reinforcement is a geometrical consideration for aggregate filling. , And related composite aggregates only. As a whole Ming has symmetrical in both these related areas. The shape of this aggregate is We strongly suggest vibration as an easy mode to strengthen the whole network Believe. However, the novel invention utilizing vibrations disclosed here has various properties. But merely describes the addition to a single task.   In the past, the combination of short fibers and spheres was analyzed from the principle of micro-filling . (See, for example, JV Milewski, "The Combined Backing of Rods and Spheres in  Reinforcing Plastics ", Ind. Eng. Prod. Res. Dew., Vol. 17, No. 4, P363 (1 978)). Strict deformation includes dimensions for the diameter ratio of the fiber to the sphere, and this Including how to vary the ratio depending on the L / D ratio (length to diameter ratio) of the fiber I have.   For some applications, short whisker-like materials are preferred, as this may result in too high aspect ratios. If the ratio is too long, it will be spheroidized, aggregated and will not cause problems for effective filling You. For aspect ratios between 25 and 40, the fabric of the fibers changes, bundles, The tendency to aggregate increases. The effect is apparent when the aspect ratio is 75. this Impeded filling increases the volume of the void. Similarly, shorter than 60% volume Manufacturing becomes more difficult at the fiber loading level.   In the case of the special aggregate shapes described here, very high without disturbing the filling Reinforcement filling can be performed. As mentioned above, the void volume is zero and the whole It is theoretically possible to have a "zero matrix" consisting only of such filled aggregates. It is possible. In such embodiments, a high degree of change in dispersibility (greater than 50%) If the network is less than 100% Vf), improved high strength High resistance technical structures, mechanical devices, automotive components, refractories, and structural materials Provide users with nuclear, chemical and other waste management containment structures You. A new, previously unobtainable microstructured reinforced building structure is obtained, A thin structure that is high strength and resistant to strain is possible, resulting in Savings, an important consideration for many applications, such as automotive and aerospace applications. It is a matter of consideration.   For example, then tetrastar, starjack, tetratwin, cube, and sphere 2 shows the relative surface area per unit volume for various geometries such as. varied In order to compare the shape of the same, the tetrastar has a basic length of 0.125 unit length, Cube is 0.125 unit length on one side, sphere is 0.125 unit length in diameter, star jack is figure 2, the bottom cube having one side of 1.00. joy As can be seen, the surface area to volume ratio of the tetrastar is significantly higher than other reinforced shapes.   The following table is more effective because it can be directly compared to well-studied sphere aggregates It illustrates the above facts in a different way. In the case of the new aggregate shown here, The percent surface area increase per equivalent volume is excellent. For example, tetrastar Is the surface area rather than the corresponding volume fraction of the sphere for both reinforcement and propagation of fracture cracks. Has increased by 77.39%, and the star jack has 39.75% of the equivalent ball, Tetratu Inns are up 33.05%.               Table: Equivalent area versus volume for various aggregate shapes               Aggregate shape Surface area to volume ratio for sphere               Tetrastar 1.77394               Star jack 1.39746               Tetra twin 1.333046               Cube1.24070                 Sphere 1.00000   The size and proportion of the aggregate pieces vary greatly depending on the application. About 10cm wall thickness In the case of a storage container, an aggregate having a maximum dimension of about 0.10 to 2.5 cm is suitable. You. Of course, larger or smaller aggregates can be used depending on the application. It is. Thus, the aggregates of the present invention can be from about 50 nanometers to 20 cm or more. It can have a wide range up to such maximum dimensions.   Refractory cores with an industry standard size range from about 5 microns to 600 microns For concrete applications, an exemplary aggregate of the novel geometry described for the present invention (Eg tetrastar) is 3mm (measured by its longest dimension) .   In special applications, very large aggregates (a few meters measured by their longest dimensions) ) Can be configured. Such an example of very large aggregates is a hazardous material storage container (It itself consists of aggregate reinforcing material). The interaction of the aggregates in this container, and The reticulated geometry allows for tight packing in the storage area. Calculated void The space (matrix) is filled with a medium such as sand. The resulting series of structures Suitable for storage in storage areas and has excellent resistance to severe seismic effects.   In concrete and advanced refractory applications, aggregate sizes are 2-5 mm In the range. When used to reinforce metal matrix composites, aggregate dimensions Varies between 50 and 100 microns. Polymer matrix composite The body can utilize these special ceramic reinforcements within the same dimensions . For fine ceramics and ceramic applications, the reinforcement dimensions should be 5 microns And between 100 microns. Typically, the dimensions of the reinforcement are matri Half of the average particle size of the matrix material and 5 from the average particle size of the matrix material It can be changed between 10 times. Aggregate dimensions vary greatly by application Obviously, a wide range of dimensions can be used.   The relative ratio of aggregate to matrix also depends on the application. But fire resistant Suitable materials for concrete structures are, for example, about 85% aggregate and 15% mat by weight. Rix material can be included. Relative percentage of aggregate to matrix Varies with the use of the composition material.   Per unit volume of the aggregate of the present invention when compared to the idealized standard sphere The available surface area of is very large. Therefore, it is the same as that achieved with ordinary stiffeners. For a modest benefit, the use of new aggregate requires a low percentage It's just In theory, it is usually used when adopting these new aggregates Less than half the amount of aggregate is sufficient to achieve the same properties.   As discussed above, using a tetrastar, a corresponding volume of spherical aggregate A 77.39% increase in area is obtained. Therefore, using these new aggregates This will reduce the number of new aggregates by almost half compared to the number required for regular spherical aggregates. The corresponding material properties can be used. Higher for these aggregates These aggregates can be used in various matrices if high packing densities are achieved. When you do, the properties you get must be extraordinary.   As mentioned above, when an external force is applied, the aggregates themselves align within the network Tend. This arrangement pumps a fluid aggregate matrix into the mold. Obtained when pressure and then vibration are applied. Optimal vibration frequency and pressure The parameters depend on the application.   However, in some cases, the aggregates can be arranged systematically without relying on any process. Is desirable. In the present invention, in order to facilitate this, one The aggregate is inserted into the shape of the aggregate, and then the matrix is inserted into the gap between the aggregates arranged in this way. Overfill (or force pump in) the filler material to fill. With this technology Thus, a special arrangement of the aggregate is achieved so that the required structural properties are obtained. example For example, as shown in FIGS. 4 to 6, a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional array is converted to an aggregate array. You can enter.   Tetra Star and Tetra Twin apply pressure and vibration to the extent appropriate for the application. It is believed that during the pouring process, a network is formed. Aggregate solidification, matri Pressure and vibration parameters depending on the application for dispersion (reticulation) within the box It is important to keep in mind that the stakeholders are determined.   Depending on the application, depending on the application, the star jack is used in the matrix injection process (Note (Pre-sequence) before the type). But add matrix material to the aggregate A star jack may be used without prior arrangement. The shape of this class Experiments have been proved as follows.   (1) The length of one side of the square spire that the length of one side of the basic cube protrudes from At shorter times, complete reticulation without presequencing is prevented.   (2) The length of one side of the basic cube is the length of one side of the square spire that protrudes from it. At approximately equal times, full reticulation without the spare arrangement may be hindered.   (3) The length of one side of the basic cube is the length of one side of the spire that protrudes from it. At longer times, interference with filling (reticulation) is rarely observed.   However, in all cases concerning the shape of this special class of new aggregates, Preliminary arrangement of aggregates is necessary to eliminate them at all.   The refractory industry is considered a major beneficiary of the present invention. Melts metals and alloys Metallurgical furnaces, ladles, spouts, and molten metal transport pipes Fireworks are used. Other furnaces include heat treatment furnaces, remelting furnaces, and laboratory-type furnaces. Furnaces, and other muffle furnaces. Various types of refractories are used for these applications. To use. In addition to the classic refractories used in Fudan, modern refractory technology Reaction bonded silicon silicon nitride ceramic, alumina, zirconia, alumina di They use Luconia, Mullite, Magnesia and others.   All of these refractories have poor resistance to crack propagation due to thermal shock Therefore, there is an inherent problem that the life is relatively short. The present invention relates to these Is to solve the problem. Using the techniques described here, the matrix and both The present invention is a standable (whether a single body or a complex containing multiple chemical species and phases) When producing suitable aggregates for most furnace applications, cracking I believe that high resistance can be achieved.   In addition, it is possible to produce refractory cements of appropriate flow consistency using conventional techniques. This refractory cement has a new bone composition that can be sprayed and sprayed. Including materials. These refractory cements are used in existing furnace lining walls of conventional materials. Can be used for repairing and extending the life of the refractory wall.   Important refractory applications include metals, ceramics, plastics, and composites thereof. To produce high precision molds for the production of technical articles of single and complex shapes consisting of And there. A major problem with conventional technology is mold breakage, which limits mold life It is to receive. Ceramics, metals, made using the aggregates described here, And plastic refractory molds are very sensitive, including loads due to static and dynamic vibration. Demonstrates excellent mold life due to its high ability to withstand high variable loads.   Another application of the invention is a fixture used in a furnace to deposit articles to be processed in the furnace. Is to manufacture. This type of equipment currently in use is relatively weak, brittle, Unable to support heavy loads. This limits the furnace load . However, if the equipment for furnaces is reinforced by the aggregate of the present invention, the composite material of the present invention The strength is significantly increased since the load is distributed. Supports larger loads for this To increase furnace load, increase productivity and reduce furnace operating costs Can be.   Cement-based materials have relatively high compressive strength. However, tensile strength Low degree and low strain for tensile strength. Conventional technology is based on cement It uses the addition of fibers to significantly improve the tensile strain capacity of the For example, `` Mechanical Behavior of Fiber-Reinforced Cement-Based Composite s, "S.P. Shahand C. Ouyang, J. Am. Ceram. Soc. 74 [1] 2727-38, 2947-53 (1991 )reference). These fibers are basically made of steel, glass, or polymer. carbon , Asbestos, wood, cellulose, and various synthetic fibers are also based on cement. It is used for materials. Incorporating up to 15% by volume in the state considered conventionally is there. The tensile strength is improved from about 4 MPa to about 15 MPa. The fibers are fine cracks Very high strain level (1% strain), two orders of magnitude higher than plain concrete ) To achieve a homogeneous distribution of fine cracks.   Mainly cement, including cement, pyrogenic silica, and steel microfiber The material used has a bending capacity one order of magnitude higher than that of ordinary reinforced concrete. this The properties of advanced concrete materials are almost comparable to those of structural steel.   Although not yet fully understood, the mechanism of resistance to destruction includes the following aspects: ing. I) the pseudo-brittleness of the matrix, ii) the layer between the fiber and the matrix. Weak interface zone, iii) localization of strain in the matrix, iv) onset of microcracks, This is a fine mechanical aspect of generation of a plane crack and propagation of the crack.   The invention relies on any of these actuation mechanisms for increased strength and puncture resistance. Does not exist. The present invention relates to the geometry of the aggregate and the resulting three-dimensional network. For various cementitious materials and other matrix materials. The use of regular aggregates offers improved properties, i.e. performance benefits. It is.   Polymer matrix composites are increasingly being used in the field of construction and in some stretched materials. Have been. These lightweight, impermeable, dielectric, ductile, high cycle stress fatigue Material for a wide range of applications due to its resistance to resistance, machinability and reticulation A good candidate for fee selection. For compositions based on ordinary polymers In other words, the limited resistance to crack propagation is limited by the usual means of reinforcement. Approximately, it is a disadvantage of the interlaminar shear strength. Novel bone of the invention disclosed herein The material shape is improved by dispersion in this large polymer matrix area. Gives a strong opportunity. As an aggregate material in the field of polymer matrix, Although not limited to this, the following is selected. That is, metal, metal solid solution, intermediate Compounds, ceramics, glass, carbon and graphite, mica, plastic Other polymers such as, synthetic rubber, and organic resin compounds, cement, and cement G-shaped material.   Metals, alloys, and intermediate compounds are reinforced to increase modulus for high stiffness In many cases, various ceramics are used for the purpose. For example, silicon carbide particles, plate The use of strips and whiskers of aluminum and aluminum-based alloys Normal. Two-dimensional reinforcement, such as platelets, whiskers, and fibers, and particles However, as long as the resistance to destruction can be realized, it has a two-dimensional effect. By using the reinforcement of the present invention that results in a three-dimensional network instead of the primary reinforcement To provide improved reinforcing properties. As such, these materials can be used in aircraft structures. It can be used for such structural applications.   The aggregates of the present invention provide mechanical seals, ceramic liners, bearings, screw guides, and pressure It can be used for wear resistant applications such as sensors. Other suitable applications include Ceramics including bin blades, heat exchangers, burner nozzles, and high-frequency combustion crucibles There are heat-resistant materials such as quince.   The furnace walls of the laboratory use consolidated fibrous thermal insulation. In general, these The insulation is very low in strength and only supports small loads. But crack Cracks are inevitable, and cracks propagate in the thickness direction. Generally not destroy At least, cracks cause heat loss. Books that can be chemically compatible with fibrous insulators By using the appropriate aggregate of the invention, the thickness of the fibrous wall can be reduced even if cracks occur. It does not propagate through and remains at an internal location. Therefore, cracks are blind cracks that do not communicate with the outside. And the heat loss from the furnace is reduced. The advantage is improved heat transfer to the product, heating time And furnace power is reduced, and in particular, generally increases furnace life.   The requirement for many abrasives used in cutting and machining is that ceramic This is the self-sharpening of the grains, which results in round particles on the debris and wear Instead, it exhibits the sharpness required for cutting and machining. The aggregate of the present invention is sharp Corners therein. After breaking by the method by which these aggregates are manufactured However, it retains the general geometric shape of aggregates and has the sharpness required for abrasive applications. It is expected to maintain a good corner.   The function of the aggregate depends on the specific application and the technical material designed. But, In many cases, the aggregate is light (not heavy), dense (not porous), hard, strong , Has a relatively large surface-to-volume ratio and can be used as a matrix during manufacturing and during use. It is a requirement that they be compatible. 3D networks are highly desirable Is a property, the cooperation between the individual elements under stress and the isotropy of performance. can get.   Generally, ceramics withstand higher temperatures than metals, alloys, and polymers There are many. Most ceramics withstand high temperature conditions. Ceramic as furnace refractory The main reason for using materials is their ability to withstand prolonged exposure to high temperatures. But, When a rapid change in ambient temperature, called thermal shock, is encountered, substantial stress is created in the body. , The body is constrained and cannot expand and relax. Made at various densities throughout the cross section The produced ceramic is easily damaged by thermal shock. This constitutes a ceramic body Fit each other as individual volumes are separated by free expansion of each volume Is the temperature distribution inside the ceramic body such that they cannot be attached to each other? It is. Stress rises because each volume is confined within the same ceramic body .   Resistance to thermal stress failure is referred to as thermal shock. Such resistance depends on the degree of stress The stress distribution in the ceramic body, the duration of the stress, and the strain allowed for failure, The degree of homogeneity of the microstructure, the porosity, It is a function of external variables such as properties.   The manufactured ceramic article was found to be originally damaged, Understand how the length of the wound (crack length) changes Has been done to If the thermal stress is smaller than the thermal stress required to initiate the fracture Is expected that the strength or the crack length does not change. Critical response of crushing At the force level, the crack propagates at a high speed and increases in length, thereby increasing the strength of the single body Decrease.   During use, two major processing methods are used for the design and selection of materials subject to thermal shock. (See Kingery, “Introduction to Ceramics”). First processing One The method uses "fine" ceramics such as those used for structural and electronic ceramics. "Classic" ceramics such as glass, magnetic, white Can be applied to Avoid as much crushing as possible here. Under these conditions A suitable thermal shock parameter is expressed as:Where σfIs the crushing stress, μ is the Poisson's ratio, and k is the coefficient of thermal expansion. Therefore, high strength Degree, high thermal conductivity, small modulus, and low coefficient of thermal expansion cause crack initiation It is thought to promote resistance to   Appropriately used to reinforce the second phase, or the matrix phase, or both , When it comes to a new and unique launch in the form of a tetrastar, tetratwin, and starjack Light aggregates have very high strength. It complements highly reticulated matrices. Due to the nature of the geometry with strong parts. The intrinsic stress in such a body The fabric minimizes tensile forces and isolates and minimizes the high tensile stresses generated during use. These tensile stresses are immediately reduced to low values of shear stress, or compressive stress, or both. Decompose.   When using ceramics as refractory bricks, the second treatment method is practical, Crack propagation can be avoided. The thermal shock resistance parameters are as follows: Is shown. 1) Minimum elastic energy available for crack propagation The gender is given by: 2) The minimum crack growth distance at the onset of damage due to thermal stress is given by: It is. Where γaIs the fracture surface energy. Therefore, in general, the modulus value is The higher the fracture action (fracture surface energy) and the lower the strength, the more Deterring sowing is promoted. However, such materials can be subject to high loads. Note that you can't do that.   Second processing method using our aggregates as disclosed herein in a matrix There are thought to be major differences between the two. The composite using the aggregate of the present invention is High modulus (Compared to conventional surgery, the volume ratio of the reinforcement is smaller, Determined by the combination with the tricks) and high destruction for the reasons described here Surface energy.   Conventional techniques require dimensions large enough to prevent rapid crack propagation (which is If sufficient cracks were introduced. Microstructural imbalance causing stress concentration The introduction of quality causes local destruction, thereby reducing the average As a result of reducing the stress, rapid breakage is prevented. For example, ALTwoOThree-TiOTwoInside inside Providing shrinkage voids, which dulls initial sharp cracks and prevents crack growth Stopping, creating resistance to thermal shock damage.   Conventional techniques rely on the presence of these inhomogeneities and large cracks in the body. And a compromise between high strength and reliability. Why ceramics succeeded in the market The main factor in the absence of this is the lack of this reliability of properties, and therefore the heterogeneity and material Lack of performance due to the presence of cracks in the material. A novel aggregate of the present invention, and Composites using the aggregates disclosed herein can solve this problem. Uneven The introduction of quality not only disperses stress in localized areas, but also Composites by essentially converting the tensile stress components of the material into shear and compressive stresses The total stress in the inside can be reduced. Along a very short distance And then split this stress into stress components that are much smaller in magnitude than the main tensile stress. Let it go. A previously unknown phenomenon that breaks it down further into compressive stress be able to. This is the result of the prior art and the novelty of the aggregates disclosed herein. This is a fundamental difference from the complex. To reduce the degree of thermal shock damage, Introduced in the prior art to substantially reduce the elastic energy stored in The stoma is no longer necessary. The damage caused by this stoma is severe, This means that the pores reduce the strength of the material, lower the operating stress level and reduce the strain at the fracture point. This is because heat conductivity is reduced.   The potential of the present invention can be better understood in view of the general failure properties of technical materials Can be. In general, the behavior of the fracture surface energy as the crack Thus, materials are classified into three types.   Materials exhibiting type I load-deflection properties are extremely brittle and have a breaking strength of theoretical strength Significantly lower. Scratch from the beginning or during use will never Unacceptable. This material deforms along a purely linear elastic curve until failure, After that no load can be supported, leading to rapid material failure. An example Now, these materials have some limited non-linearity in load-deflection properties just before the failure load. May indicate a part. However, these materials also break rapidly after the maximum load occurs. are doing. A typical ceramic exhibiting such behavior has a microstructure of fine particles. Has excellent internal strength, but low toughness against fracture and breaks in intragranular fracture mode Break.   Materials exhibiting type II load-deflection characteristics are brittle, and the fracture strength is significantly higher than the theoretical strength. Low. However, a reasonable allowance should be made for scratches that may have arisen from the beginning or during use. Has tolerance. The material changes along a purely linear elastic curve until failure. Shape and then can give a small load. However, load carrying capacity is continuous Decrease. For a prolonged period of time, major cracks spread through the material microstructure. Abrupt breakage can be avoided because breakage occurs in advance. In practice, Have the opportunity to repair cracks. In many cases, these materials also have The part of the non-linear elastic deformation is shown in the load-deflection characteristics. A typical cell showing this behavior Lamic has a microstructure ranging from coarse particles to large particles. Complex microstructure with cloth, multi-phase porous structure, and continuous fiber reinforcement It is a ceramic matrix composite having. These materials are moderate to high in strength High strength. However, these materials are high due to adequate fracture toughness Has only fracture toughness, crack deflection, crack bridging, fiber bridging, main load direction A combination of several destructive mechanisms, such as the occurrence of a second crack Generally damaged.   Materials exhibiting Type III load-deflection properties are also very brittle, and their fracture strength is unreasonable. Significantly lower than the theoretical strength. Moderate for scratches that occur from the beginning or during use There is no tolerance. This material deforms along a purely linear elastic curve until failure And then can be loaded, but it is a decreasing load. Sharp Although breakage is temporarily avoided, major cracks can penetrate the material microstructure over time. To move forward and be damaged. In some instances, just prior to maximum load, the load- Limited non-linear sections are shown. Is the typical ceramic exhibiting this behavior an intermediate particle? Microstructure up to coarse particles, double particle microstructure, and granular, plate Matrix or a matrix with short whiskers. this Materials can have moderate to high strength, but only have moderate fracture toughness Several fractures such as crack bending, crack communication, bridging of whiskers, etc. Generally broken by mechanism.   Using the composite material of the present invention, while a large number of cracks are propagating, type II I believe that this behavior will occur.   Our composite, consisting of a combination of aggregates and matrix, is Exhibit a high degree of reticulation in both three dimensions, so that under operating conditions, This is a significant improvement in tolerance. Critical temperature difference ΔT for the onset of sudden fracturec Is given by the following equation: Here KkIs the critical stress intensity at the onset of rapid failure, and Y is the Shape factor characteristics, aoIs the size of the wound, and B (β) is It is a eurus.   Substantially improved fracture toughness, resulting in tetrastar, tetratwin, and Novel composites made with Ag and Starjack aggregates are subject to high temperatures I believe that the world has been raised. Such complexes are for very high temperatures It can be used as a refractory, for example in aerospace and other applications. Materials that experience extremely high temperatures for a relatively short period of time, such as those that re-enter the warm zone Can be used as a fee.   Increasing the strength of metallic materials with finely dispersed second phase particles has been known for many years. Have been done. Agglomerated particles in situ, and can be incorporated as particles Both particles are known. Use particles with higher elastic modulus than matrix The composite modulus is increased when compared to the modulus of the unreinforced matrix. Great. This mechanism requires effective stress transfer to the dispersed phases.   The three-dimensional network properties of the aggregates of the present invention can be attributed to stress transfer to ceramic aggregate composites. Significantly increase the properties of For example, production of silicon carbide tetrastar and aluminum Embedding tetrastars in matrix materials such as metal matrix Do not believe that the resulting complex strengthening will be significantly improved You. Technical treatment of dense, hard, microstructure to improve strength and stiffness as well Incorporating similar ceramic aggregates into other metals, alloys, and electronic compounds Can be. Furthermore, in order to increase the strength, the combination of aggregate and matrix must be properly adjusted. You can also choose.   Consider the wrong combination of differences in thermal expansion of the two composites. α is the linear thermal expansion If σ is the tensile stress, the contribution factor due to the difference in thermal expansion is Is shown. Where σrIs the resulting radial tensile stress, σtIs the resulting tangential stress, v is Poisson's ratio, m and p are the properties of the matrix and the properties of the reinforcing particles, respectively. is there.   Now α is negative and the interface between the aggregate and the matrix occurs during cooling from the manufacturing temperature. If the surrounding matrix can support the tensile stress in Under compressive stress, the matrix is strengthened. If Δα is positive, σtIs the value of Matrix microcracks occur when the tensile strength of the matrix is exceeded There is fear. These idealized states apply only selectively to spherical particles. Seems like. However, in the case of our aggregate, the geometrical properties of the reinforcement and its Due to the relationship to the whole composite, consider that the stress is distributed towards the center of the aggregate. Can be.   Different thermal expansion coefficients are a critical parameter in most composite systems. Parameters. This is the difference between the final stress state in the manufactured composite This is because it is often determined. Due to the nature of the manufacturing method or whiskers and fibers Stretched composite in which the reinforcing material is oriented in a preferred direction due to its original shape such as fiber In the case of, there are four theoretical possibilities as follows.   1. Δα is positive in the axial direction. When the stress is large enough, The network develops in a direction perpendicular to the fiber axis.   2. Δα is negative in the axial direction. When the interface between fiber and matrix is strong, Is observed. However, if this interface cannot support the applied stress, The prestressing of the fibers can be expected and voids are initiated at the ends of the fibers.   3. Δα is positive in the radial direction. This creates compressive stress at the interface, And strengthen the bond between the mechanical (frictional) fibers and the matrix.   4. Δα is positive in the radial direction. For this reason, typically interface decohesion Becomes   In view of the above considerations, reinforcement having the ability to reticulate equally in three dimensions is a high strength composite structure. It seems to be suitable for the development of structures. In the prior art, such a composite structure has a low thermal expansion. Generation (eg, chemical and nuclear waste containers). Large ceramic structure).   The nature of the interaction of these shapes, and these shapes decompose tensile stresses inward The tendency to make it more stress-tolerant is also an aspect of the novelty of the present invention. It is.   The meandering crack passages are not resistant to crack growth Directly related, delays material breakage. Thus, crack growth can be observed Being slow enough and taking action before damage occurs avoids sudden damage during use. Can be.   Typically, the applied load is applied to a wound (pre- Brittle fracture of the ceramic when it reaches the value of the breaking load determined by the Loss occurs. In the area of fracture mechanisms, the doubling of stress at the tip of the wound determines failure Often. The wound becomes larger as the load applied perpendicular to the crack plane increases. The stress intensity function KIDepends on This stress intensity function KIIs its critical value KIS At which point the composite can no longer be loaded and abrupt failure occurs.   On the other hand, granules, platelets, whiskers, and separate by short and long fibers Cracks when the brittle ceramic monolith is properly reinforced, or in various combinations The load applied perpendicular to the plane of the crack is divided into various components according to the contour of the front of the crack. And cracks are broken down into stresses at the crack openings smaller than the original stresses. This factor and Cracking from the original plane, increasing the level of destructive energy required and It seems to have contributed to making it difficult to destroy. Therefore, the front of the crack Meandering causes Type II and Type III behavior. You.   In summary, Type I behavior contributes to complete brittle fracture, called rapid fracture. In this type of material, the primary energy for failure is almost unequal to crack propagation. It does not consume energy and causes cracks to start. On the other hand, Type II and And Type III behavior are substantial as energy contributing to total fracture surface energy Crack propagation energy.   When the reinforcing phase is stronger than the matrix phase, material failure occurs in the matrix phase. , Propagate through the matrix particles. But in fact, the discontinuous matrix Because of this phase, when encountering the reinforcement of the second phase, the propagating cracks often Encounter. At this joint, the nature of the interface between the matrix and the reinforcement Determine the nature of further progress. If the interface is the weakest of the three entities, break loss Occurs through this interface. As explained later, ceramic matrix composite In the body, this interface should be minimized to increase the crack surface area, that is, the crack bending. Is usually designed to be weak.   When utilizing distinct second phase particles, the reinforcing phase geometry, its volume fraction, Deviations from uniform size properties, dispersion distances, direction for applied stress, and propagation Uniformity of second phase properties such as cracking, density, hardness, Young's modulus, and Crack bending due to interfacial strength variability along the phase-matrix boundary Is determined. Therefore, the science of crack propagation is complex and within a given material It is governed by both global and local occurrence phenomena that can occur. Scientific theory Are abundant, but the propagation of individual cracks always requires careful interpretation and intuitive judgment. is necessary.   Spherical geometric shaped second phase material is simple and relatively easy to shape and analyze Has been studied for a long time. Other shapes that have received attention are ellipsoids, plates, Short fibers or short whiskers, and long discontinuous fibers, long continuous fibers. best The architectural configuration of these reinforcements to obtain a meandering crack path is particularly It has been studied theoretically and experimentally in the case of subsequent fiber reinforcement.   Crack deflection, crack bifurcation (both in and out of crack plane), short Affects fiber bending and crack bending, such as crack bridging I understood the mechanism.   These mechanisms, when activated, contribute to the energy versus crack length behavior. Ta The material of type I has a certain breaking energy as the crack progresses. Additional No energy is needed. Examples of such materials are monolithic aluminum oxide, charcoal Silicon nitride and silicon nitride. For Type II materials, additional Load is required, and the surface energy of the furnace increases as the crack progresses Because. In other words, even if crack initiation is easy, Propagation is subject to resistance. Such behavior is a rising R curve behavior (R is Resistance).   Different materials, different types, and the design of the microstructure of the stiffeners provide R-curve lift. Movement changes. Examples of such materials are electrodes in arc melting of metals and alloys There are coarse-grained graphites such as those used in applications. Transition toughened zircon Near, zirconia tough alumina, whisker reinforced silicon carbide, titanium boride particle reinforced carbon Silicon carbide, titanium carbide particles reinforced silicon carbide, and acicular particles are formed in situ Limited rise R curves have also been demonstrated for self-reinforced silicon nitride.   Type III material does not break rapidly but propagates advancing cracks Requires no additional load or energy. Examples of such materials are electrodes Fine particle graphite used as a connector for continuous operation of grade graphite Graphite and finer particles of graphite used in aerospace nose is there.   The geometry and network microstructure of the aggregate of the present invention is the interface between the aggregate and the matrix. Unique in complex systems with regard to the nature of the stress transfer at and near . First, let us consider the conventional technology. Matrix spherical aggregate depending on the nature of thermal expansion When embedded in a crack, cracks are prevented or deflected.   When the normal expansion of the second phase is greater than the expansion of the matrix, the aggregate fills this aggregate. If it is a rigid inclusion with higher elastic modulus and hardness than the set matrix, The crack bends and deflects around the circumference of the spherical second phase. Around the spherical aggregate , A hoop compressive stress exists, which changes the direction of the crack plane. But the radius Direction tension still occurs, further propagating cracks. Aggregate embeds this aggregate This is a rigid material with higher elastic modulus and hardness than trix and low thermal expansion. The matrix shrinks around this inclusion and pulls the hoop around the inclusion This generates tensile stress. This creates a compressive stress on the crack surface, and Hex is limited. In both cases, the reinforcement phase is three-dimensional (spherical), The effect on the stress distribution is two-dimensional as far as the advancing cracks are concerned.   In practice, the hoop tensile stress is due to various manufacturing methods and uneven dispersion action. It is never uniform around this inclusion. So perfect crack arrest never reached Not done.   Similar for oval and whiskered aggregates, short fibers, and combinations thereof Add theoretical considerations. However, these aggregates exhibit a two-dimensional directional effect. Many In many cases, these two-dimensional aggregates are matted because filling is impeded as described earlier. It is not possible to achieve a high volume percentage filling in the lix. In addition, use these Most composites made by shearing are likely to break due to shear because they have virtually no shear strength In addition, stress is distributed around the whiskers and the continuous fiber reinforcement. Continuous fiber When a compressive force in the axial direction is applied to the composite, buckling failure occurs due to lack of shear strength. Live.   In order to simulate the three-dimensional stress distribution, a beard-shaped body was used Attempts were made to point in the right direction. However, this gives a two-dimensional dispersion Less fracture energy than that obtained, that is, We just got what we lost. For example, Haiyan Liu, Karl L. Weisskopf, And Guenter Petzow ("Crack deflection process for hot-pressed whisker-r einforced ceramic composites, J. Am. Ceram. Soc. 72, [4] 559-63 (1989) 3) for a given aspect ratio of a whisker (eg, 12 times the diameter in length) Dimensional dispersion increases fracture toughness by a factor of 4 for unreinforced composites This is shown theoretically. On the other hand, a composite that is not reinforced by two-dimensional dispersion Fracture toughness is increased seven times for the body.   Many processes that utilize whiskers have introduced increased toughness. Usually increased Toughness is due to crack deflection, whisker bridging, elasticity, friction, and pullout. Is the result of a process involving crack bridging (eg, “Matrix-grain bridg ing contributions to the toughness of whisker-reinforced ceramics, " Am. Ceram. Soc. 74 [9] 2131-35 (1991)).   For effective whisker bridging, the strength, radius, and volume fraction of the whiskers, Optimizing the ratio of the elasticity of the coalescence to the matrix to the elasticity of the whiskers Must. To increase fracture toughness under uniaxial and multiaxial stresses, A whisker with strength, large diameter, and smooth surfaces should be selected (eg, stress concentration To minimize and enhance interfacial bonding).   Conventional dispersion changes the size, shape, and uniformity of the dispersion. Theoretical modeling Indicate that such changes decrease the efficiency of toughening (eg, SG . Seshadri, M .; Srinvasa, and K. M. Keller, “Numerical computation of to ughening increments due to crack deflection in particulate composites '' C e RAM. Eng. Proc. 8, [7-8] 671-684 (1987)).   In a preferred embodiment of the invention, the aggregate geometry and its three-dimensional The natural natural ability to become a network directs stress transmission in a completely different way There are many. General description of the difference in thermal expansion between aggregate and the matrix in which the aggregate is embedded However, the stress distribution around the three-dimensional aggregate is initially in the plane of the crack. The applied tensile stress is transformed into a shear stress component as it advances around the aggregate. And finally converted to a compressive stress component. This winding crack passage It is considered that the rack is completely restrained. The net distribution of aggregates is To ensure that they occur within a very short time between the onset and propagation of the lock. Further Due to the three-dimensional network and the stress transmission required by the geometry, Composites made using these novel aggregates in the various matrices disclosed in Has high shear strength.   Another unique aspect of the composite according to the preferred embodiment of the present invention will now be described. Conventional technology Uses normal “soft” aggregates that are less stiff than the matrix In this case, there is no improvement in fracture toughness, and cracks progress through the aggregate. Advantages of the present invention The preferred embodiment aggregate uses "soft" aggregate in a "hard" matrix In this case, the hardness of the aggregate is lower than the hardness of the matrix. Furthermore, the progress of the present invention Due to the nature of the reinforcing technology, the matrix often has a three-dimensional network structure. Contributes to the crack constraint by the harder matrix. For example, Zirconia has a much lower hardness than silicon carbide, but supplements the silicon carbide matrix. Aggregates made of zirconia can be used for strengthening. The above geometric shapes And the well-known dislocations in the zirconia resulting from the stress of advancing cracks. Is believed to contribute to the improved fracture toughness of silicon carbide materials. In order to improve the reinforcement and crack resistance of many materials, the prior art uses silicon carbide. Harder inorganic compounds were needed, but less inorganic compounds than silicon carbide So this is considered an important step forward.   The clips described here such as Tetra Star, Tetra Twin, and Star Jack Lath aggregate, when properly reinforced in matrix material, breaks more than previously achieved It is believed to contribute to the excellent type II behavior.   Typical fracture surface energies for Type I behavior are 5-100 J / mTwoRange of In the box. Typical fracture surface energies for Type II behavior are 500-20 00J / mTwoIn the range. Representative fracture surface energies for Type III behavior ー is 100 to 500 J / mTwoIn the range. The technology described here applies Lugie is 500-5000J / mTwoExpect to be in the range. Properly manufactured At the time, the technical material adopting these new aggregates was 10,000 J / mTwoBeyond It can be expected to generate a fracture surface energy.   We assume that the use of these aggregates will result in completely different fracture behavior in the material. believe. As mentioned earlier, along the interface to achieve crack bending at the fracture surface Matrix with a matrix in the ceramic composite to force the It is common to weaken the interface between the strong part (weaker than the reinforcement or Weaker than the box). The preferred embodiment of the present invention does not require the weak interface itself. aggregate The matrix is also reticulated because of its reticulated nature. Book compared to a weak matrix The use of stronger aggregates by nature allows breakage in the matrix. Traditional Compared to the behavior of material failure, the matrix reticulated microstructure of the matrix This contributes to a substantial increase in the flexibility of breakage.   Thus, using the embodiments of the present invention, it is possible to make a material having strength and toughness. I believe we can do it.   The requirement for a strong interface for strength and a relatively weak interface for toughness It may be satisfied by using an element. Here, the reinforcing fiber element is Consists of a cylindrical outer sheath that is strongly bonded to the trix and surrounds the inner core of the fiber. This core is somewhat weakly connected to the sheath. If the outer sheath breaks, A pull-out effect is obtained between the base and the inner fiber element. The complexity of such a course This, in addition to the effects of the original directionality, of manufacturing, design and failure prediction methodologies It should be remembered that the result is indeterminate.   It is therefore superior to the prior art in manufacturing, design, performance predictability, and performance Products are believed to consist of using the novel reinforcement described herein.   The composite material of the present invention solves the problems encountered with conventional fiber composites, and thus Has achieved high fracture surface energy. If the fiber is oriented in any direction If so, many fibers will cross the fracture surface diagonally and receive a bending moment. Brittle fiber When used, the applied tensile stress required to break the fiber is reduced. Fiber If the fibers are at a sufficiently small angle to the fracture surface, the fibers will come out at least first. It cannot be ejected and breaks on shear or breaks through the matrix. Ma Also, if the stiffeners are oriented in any direction, some fibers may be almost perpendicular to the pull axis. These fibers are located directly, especially when the bonding is weak. Acts, and thus reduces the strength of the composite.   Therefore, another advantage we expect is that by using the aggregates of the present invention, Using a mesh arrangement of both the matrix and the reinforcements disclosed herein This allows for a quick compromise between strength and fracture toughness That is no longer necessary.   In other words, the material systems that employ these aggregates and their use Remarkably improves the strength and fracture toughness of the material The strength and toughness of these materials can result in damage (either during manufacture or during use). Can be very large and there is no risk of sudden breakage into a single piece.   The refractory material in the form of aggregates of the present invention simply serves as aggregate in the structural matrix. You may find more than one application. For example, “chain” in FIG. Drill (or mold) a hole (may be a screw hole) in the core base and then as shown in the drawing Can be lined up by passing a cable (or threaded rod) . A series of refractory elements through such a cable can be a means of material treatment, especially at high temperatures or Has found many uses in corrosive environments.   The aggregate of the present invention has many uses. One is a ceramic structure. This of the present invention In the embodiment, the matrix and the aggregate are formed and molded into a desired shape. One example is nuclear abolition It is a 2000-liter container for storing waste. Aggregate due to economic and technical considerations And a special composition for the matrix. Therefore, 1260 ° C. (2300 ° Consists primarily of alumina material designed to achieve optimum strength at temperatures above F) Is done. Other matrices in the lower temperature range and aggregates may also be used. it can.   By mechanical methods, by ultrasonic waves, by microwaves, or a combination of these With more agitation, the aggregates of the present invention tend to arrange themselves and form a net. There is. This effect is exacerbated by pressure. If processing is performed at the fluid stage, By eliminating the density gradient due to the material that has settled in the The residual internal stress can be reduced even after the firing.   Examples of potential applications in the field of fine ceramics are not necessarily limited , High temperature furnace linings, bricks, turn dishes, electrodes, electronic substrates, and Other endothermic sources, radiation control catalyst carriers, ceramic capacitors, thermistors, burrs Star, piezoelectric element, heat and fracture resistant structural material, heat engine component, diesel engine component , Gas combustion engine components, high temperature bearings, transport rollers, gas and molten metal transfer tubes , Wear-resistant materials (eg mechanical seats, screw guides, liners, sandblast nozzles) , Cutting tool, high temperature or corrosive environment sensor, bone substitute, artificial joint, dental implant Materials, biological element separators, transparent windows, mirror materials, tools and jigs, abrasives, turbines Blades, precision instrument parts, filters for high-temperature and corrosive materials, insulating materials, waveguides , And transducers.   In the field of high temperature thermoplastics, adopting the principles of the present invention Benefits can be achieved. The benefit is not necessarily limited to this Not resistant to chemicals, radiation, weather, and combustion, Liquid crystal polymer (LCPs), Resistant to solvents, abrasion resistant and frictional Polyamideimide (PAI), low toughness, slows the action of flame, Resistant, dimensionally stable polyarylate, high compressive strength, dimensional Stable polybenzimidazole, resistant to chemicals, clean Polyetherimide (PEI) with less deformation, good hydrolysis stability and chemical Polyethersulfone (PES), which has resistance to heat and has excellent flexibility in heating, has excellent toughness Polyimide (PI) with excellent heat deflection and good chemical properties, resistant to chemical substances Polyketone, polyphenylene ether (PPE), Phenylene sulfide (PPS), polyphenyl sulfone, polyphthalimide (PPA) , Polysulfone (PS), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone ( PEEK) and polyetheretherketoneketone (PEEKK).   The aggregate shown in FIGS. 1-6 can be manufactured using various methods and equipment. You. As shown, this aggregate is removed according to the flowchart of FIG. 7 and the diagram of FIG. Can be built. Generally, upper and lower molds each with the appropriate mold surface Aggregate can be molded between the halves. Details of each process step are described below .   This aggregate production process depends on the choice of materials, the alumina (in this case) and the sintering additive phase. (Magnesium oxide in this case) and binder phase (polyethylene glycol in this case) Starting with a metal compound, aluminum chloride, and deionized water.   The ingredients are mixed dry and blended with high shear to control thickness. Press molding into a controlled sheet and loading a specific volume to meet the requirements of the mold to be used Material is cut from this sheet (see 130 in the flowchart).   The cut charge is placed in a mold (see 132 in the flowchart). Plastic Ten (lower the upper mold half so that it contacts the charge Lower the upper mold half until the half is in full contact with the lower mold half. Vibrating (to reduce the viscosity of the charged material) (134 in the flowchart). reference).   Increase the ram pressure on both matching mold halves. Material in mold cavity Increase the vibration frequency, or amplitude, or both, until has completely moved ( (See 136 in the flowchart.)   Vibration and pressurization are stopped (see 138 in the flowchart). Mold half The separated and pressure molded pieces are removed from the mold. Whether there are no obvious scratches Observe the parts and remove or store them for sintering to remove the binder (flow -140 in the chart).   Considering that the cross-sectional dimension of the aggregate is small (in this case, 0.06 cm), Binder removal is not conceivable and simply a sheet of intimate aggregate with other similar elements Place in furnace atmosphere for stacking or sintering.   Sintering of alumina is performed in a wide temperature range. 1400 ° C to 1500 ° C is considered appropriate However, lower and higher temperatures are also used and are common in the field. (See 142 in the flowchart).   After treatment in the furnace, the sintered sheet or piece (in this case, aggregate) is removed from the furnace. Out, pressure controlled (to release aggregate from surrounding web and flash) Before crushing between rollers (see 146 in the flow chart), check for scratches. Inspect (see 144 in the flowchart).   Before passing the aggregate through the tumbler device filled with abrasive slurry, Through the aggregate to remove the crushed flash (see 148 in the flowchart). See). This tumbler removes the remaining jagged lines of the pieces. (See 150 in the flowchart).   Product inventory or weighing for shipping and bagging (15 in flowchart) 4) Before the final quality control process, the aggregate tumbled by the tumbler (See 152 in the flowchart).   Referring to FIG. 8, an appropriate raw material 102 is prepared in a preparation section 100. Raw material The charge 102 includes various materials, such as the aggregate materials described above. Closed in open state This prepared raw material 102 is placed in a mold 104 that can be plied. . No gap 106 is formed between the lower mold half 108 and the upper mold half 110 Mold 104 is closed. The vibration V is applied to the mold 104 and the raw material 102. Pressure P is applied. Completely close the mold 104 while applying pressure and vibration . Next, the pressure P and the vibration V are stopped, the mold 104 is opened, and the raw material 102 is removed. The resulting dough 112 is removed from the mold. At this stage, the fabric undergoes a quality control process. I can.   As will be described in greater detail below, the fabric 112 comprises an aggregate, i.e., a piece of web. this Is placed in a sintering apparatus 114 such as a furnace and sintered. Both remove the binder from the dough. Performing sintering and molding in a continuous process Can be. After sintering is completed, the dough is removed from the sintering device 114. Sometimes Other quality control steps may be added to the sintered dough. Each dough 112 is Into the gap 117 between the rollers 118 and 120 and crush the dough into unfinished pieces 122 I do. The piece 122 is passed through the screen 124 to remove a piece smaller than a predetermined size. You. The piece passed through the screen is placed in the tumbler 126 and the sharp edge of the piece is And other undesirable parts are removed. Before bagging aggregate for transport, Check the quality of the tumbled pieces.   These pieces, or aggregates, can be processed in various processes, including continuous processes and batch operations. Can be prepared. FIGS. 9 and 9 show a molding apparatus 37 suitable for batch operation. It is shown in FIG. The molding apparatus comprises a lower mold half 34 and an upper mold half 38 And The lower mold half 34 is supported by a horizontal platen 40 and A lower mold surface 42, described in detail, is provided on the lower mold half 34.   The mold halves 34, 38 are movable between an open position and a closed position. The sample 44 placed between the two mold halves is closed when both mold halves 34 and 38 are in the closed position. The molding is performed according to the contact surfaces 36 and 42.   A suitable sample such as alumina, i.e. the feed material, is prepared by various methods such as casting. Be prepared. Other feedstocks suitable as aggregate materials as described above may be used. It is clear. Preferably, the feed has a ball-in-hand consistency. In the illustrated method, a portion of the feed material is placed on the mold surface 42 of the lower mold half 34. Is placed.   The molding device 37 has vertical support columns 46, 48 extending between these support columns. The lower side of the horizontal platen 40 is supported by these support columns. Support posts and supports The shock absorbing spring means 50 and 52 are arranged between the center and the Latin. The spring means 50, 52 When the platen 40 receives a load, the platen 40 and the support columns 46 and 48 come into contact with each other. Preferably, the coil spring is sufficiently stiff to prevent touch. Step A mechanical clamp such as bolts 56, 58 The vibration source 54 is attached by the fastener. As the vibration source 54, mechanical, ultrasonic, Various vibrators, such as microwaves, or combinations thereof, can be used.   The lower mold half 34 is positioned on the platen 40 between the pair of holders 62 and 64. Let The mold half 34 has a mold surface 42 facing away from the platen 40. Have. The upper mold half 38 may be located on top of the lower mold half 34 The corresponding mold surface 36 of the upper mold half 38 is 4 so as to face the mold surface 42. The upper and lower mold halves are dowel pins 70 , 72 are provided with dowel receiving openings 66, 68 formed therethrough.   Dowel pin receiving openings in upper and lower mold halves so that dowel pins 70 and 72 can be inserted. When are aligned, the upper mold half 38 is in a preferred position relative to the lower mold half. It is in. The dowel pins 70 and 72 are the upper mold half with respect to the lower mold half 34. Ensure proper alignment of 38.   The ram assembly 74 is located above the upper mold half 38. This ram assembly 7 A rubber layer 76 may be provided below 4. So that the ram assembly can be moved vertically When the mold device 37 is in the closed position, both mold halves and raw materials are So that pressure can be applied.   Mold half is steel, iron, aluminum, glass, quartz, lucite, or optional It can be made of other comparable materials with low characteristic acoustic impedance. example If the characteristic impedance is about 2 million poc to about 50 millionpoc. Other features Obviously, a range of conductive impedances can also be used.   In a preferred embodiment, the lower mold half 38 is substantially stationary, The halves 34 can be moved vertically by the ram assembly 74.   The mold surfaces 36 and 42 include a plurality of tetrastars (in this case), tetratwin, Star jack, or any other three-dimensional reticulated aggregate class within the scope of the present invention. It has various patterns, such as patterns for building. For example, FIG. 3 shows a mold pattern for producing a star-shaped aggregate, ie a piece. Mold surface 62 has a cavity 60 and a contact point, ie, a boss 62. Similarly, the mold surface 36 Has a cavity and a boss, and when both mold halves are closed, a plurality of aggregates formed, That is, it is possible to produce a semi-rigid sheet having a piece 70 or a fabric 81 (see FIG. 14). Can be. 11A to 11C show the tetrastar fabric 79 (see FIG. 11A) and FIG. And FIG. 11B shows a bottom view of the tetrastar fabrics 80 and 81 (see FIGS. 11B and 11C). . 12A to 12C show a tetrastar fabric 79 and a tetrastar fabric 80, respectively. , 81 are shown.   Generally, when the mold 37 is in the closed position, the upper mold surface 36 Contact points, or bosses, for contacting the corresponding lower contact points of the contact surface 34. Mo The mold surface has voids of various shapes.   Activate the vibrator 54 and place the mold halves 34, 38 between the mold halves. The sample 44 is vibrated. This vibration reduces the viscosity of the sample, To ensure that the voids are filled with the sample. Until both mold halves are closed Then, the upper mold half 38 is pressed toward the lower mold half 34. Sometimes , Further vibration may be applied to both mold halves for a predetermined time. Next, divide the mold half Release and remove the molded sample, ie the dough, from the mold. Two mold halves The thin portions of the web 82 (shown in FIG. 13) formed by the separation lines This fabric has a plurality of aggregates such as tetrastars 83, 85 held in .   The mold surface can be made in various ways. According to one aspect of the present invention, Of CAD / CAM design and manufacturing technology for the production of graphite electrodes Wear. To "bake" the details of the mold surface on a steel plate or aluminum plate, Use this electrode for electrical discharge machining (EDM). Next, attach this baked plate to the base And a platen secured to the pressure control ram.   A sample (powder mixing, pressing) of the raw material 44 is placed on one or both of the mold surfaces 36 and 42. It is preferable to introduce or apply casting or casting tape, slurry, spray application) is there. Next, the ram 74 is lowered to design pressure, stopped, and kept within tolerance. Next The aggregate and close aggregate suspended in the web and matrix from the molded state remove.   According to another aspect of the invention, the base mount, or platen, or both, Acts as a source of vibration energy, or its support. Like type, quantity and stop The exact specification of the vibration energy is completely determined by the candidate application. As an example To consider aluminum aggregates for advanced refractory concrete applications. Can be.   In terms of mechanical vibrations (arbitrary and variable frequencies and amplitudes), aggregate dimensions Law and structural property requirements determine the choice of vibration configuration. For example, the aggregate under consideration For example, if the size is large, such as 5 cm or more, and the application is not strict, mechanical vibration Helps ensure that the untreated (green) material is sufficiently homogeneous at the moment of formation (MOF). In addition, the vibration step reduces the viscosity of the sample due to increased collisions at the molecular level. More demanding such as fine ceramics, heat engine components, and high temperature refractories For applications, the dimensions of the aggregate are very small, e.g. In general, wavelength and amplitude factors related to mechanical vibration can make the constituent materials in the raw material effective. Not enough to make it homogeneous.   In all cases, defining parameters according to the application is specific Remember that this material is important for the design vibration parameters. Is important. Think of some very large aggregates for rigorous applications Good. In this case, ultrasonic waves, mechanical vibrations, microwaves, and other electromagnetic energy Lugie is taken into account.   In effect, the platen acts as a waveguide, or "horn", for the application of ultrasonic vibration. Microwave energy can be supplied through the mold surface, Is transmitted to the casting medium. Vibration speed from 1/100 seconds to 5/100 seconds, or More than that. The frequency range depends on the mold thickness, area dimensions, Determined by the special requirements of the input material.   For this particular application (high-purity aluminum), the mechanical vibration Ultrasonic vibration that gives a higher frequency than the wave number is preferred. But other frequencies Sources can also be used.   The preferred embodiment of the present invention employs EDM electrode processing, It uses a plate produced by machining, and, after a number of conventional methods, Several "production" mold surfaces can be formed. As this production mold surface The material selected is not necessarily limited to this, zirconium silicate, Tungsten carbide, steatite, silicon carbide, zirconium oxide (stabilized MgO), High-purity zirconium oxide (stabilized yttria), zirconia oxide (stabilized rare earth), Such as impervious steel, mullite, alumina, silicon nitride, LAS, SiAlON, polyurethane Polymer surface. In addition, other ceramic, glass, glass ceramic, polymer Materials, cement and cementitious materials, metallic materials, and composite mold surfaces Can be manufactured using the close casting concept.   Candidate materials for the manufacture of aggregates, and for processing mixtures before forming the aggregates The density of the materials used and the properties of the acoustic impedance are as shown in the table below. You. Where the density value is kg / mThree, The acoustic impedance is × 106kg / mTwo/ s.  The mold surface can have various designs. As shown, tetrastar The core design “unit” of each half of the mold is This is a field array. From the drawing like FIG. 14, it can be seen that this form of repeatability and interaction Sex is obvious.   As can be seen from the drawing, the geometry of the voids is unique for each half of the mold. is there. Voids in the mold to make the same mold half, not different Is believed to be alternated "top to bottom", but such Various forms of terrain become very complex. Also, under certain circumstances, "top half" and "bottom" It has been determined that certain benefits can be gained by maintaining the "half-part" nature. For example, the bottom half of the mold has a tetrahedral appendage at its center When the mold cavity is included and when the top half of the mold is removed after being pressed, The sheet remains in the bottom half. This is due to the depth and withdrawal of the single tetrahedral appendage This is due to the increased peripheral friction shown.   In the case of both mold halves, the mold cavity is the center of the small tetrahedron (boss) Displayed radially around the. Voids are separated by narrow triangular planes . The short bases of the narrow triangular plane each correspond to the sides of a hexagonal boss. Narrow The line formed by the long edges of the triangular plane coincides with the starting line of the void. This is called a separation line.   When the mold is completely closed, the tolerance of these narrow triangular planes is about 400 ８００800 microns (μm). Of course, other tolerances can also be used You. Almost 0. Pressure forming of 06cm (measured in the longest dimension) tetrastar aggregate Believe that this order of tolerance is appropriate.   When the aggregate is pressed in this mold, the above-mentioned approximation of the tolerance is 400-80. It results in a 0 μm web (“flash”), which helps to separate and stabilize the aggregate. The regular but significant variation of this flash while keeping the aggregates separate from each other The topography gives the aggregate sheet the desired flexibility.   Because this flash is attached to the aggregate at the separation line, the thickness of the flash I believe it is important to make the law as thin as possible. The reason for this is that the aggregate Release the aggregate from the as-formed sheet after sintering aluminum oxide) Because you can do it. The aggregate is separated by the tumbling process, May be. Flushing may be slightly coarse or boned at the separation line leaving jagged edges. Move away from wood. If this edge remains in the aggregate, it prevents the aggregate from filling.   Therefore, the tumbling process (which should be introduced in the form of an abrasive slurry) also requires a separation line. Can be used to smooth out If the web and flushing become thicker Indeed, the separation line of the newly separated aggregate becomes coarser and more jagged, Therefore, it becomes more difficult to smooth the separation line. Therefore, it is important that the separation be performed smoothly. For ease, the web and flushing thickness should be as thin as possible. Absent.   The lower mold half of the mold has a boss as a protrusion, and the upper mold half Provide a boss as a recess. Close the mold completely and apply increasing pressure and vibration. When the boss is ready, the allowable intersection of the boss position is about 200-400 μm. It is suitable. Other tolerances can be used. Benefits of using this good tolerance (1) Does the medium to be cast slightly taper between the upper and lower mold boss positions? The zero tolerance at the position of the boss ultimately makes complete closure of the mold impossible. I will. (2) The casting pressure is said to deform the edge of the mold. Of this edge Deformation increases the pressure applied to the casting and makes it more susceptible to vibrations that reduce viscosity In some cases, this variant may be desirable. During pressure molding, increased pressure, If the viscosity of the casting medium is temporarily reduced by vibration, uniform filling of the mold can be achieved. Refill is achieved. (3) Boss position in rotary production mode (described below) The zero tolerance at the point where no irreparable damage Wear out. Therefore, a slight tolerance is required from the zero tolerance.   Preferably, but not necessarily, the sample is a ceramic material. However , Such as metal, glass, clay, organic resin, fiber and polymer Any other moldable or castable material can be used.   Building large aggregates (eg 1 to 10 cm) with a single manual gang mold Can be. Air drying or firing or densifying by various methods known to those skilled in the art. After that, they can be placed in various conventional clay, cementitious materials, or composite matrices. Disperse large aggregates and make room for housing or other large structural products. Adopt as a jewel.   In the case of natural clay or clay-type structures for adobe bricks, a single, relatively lightweight Use a mold or frame structure to support this product and allow it to cure. And remove it. In practice, the outside of the structure manufactured by the above method is And insulate it and build it as a furnace from the inside. Structure obtained from this conceptual consideration Exerts advanced resistance to sudden damage due to the effects of earthquakes.   In fact, further development of this concept will produce many such very large objects It is considered possible.   The viscosity at room temperature of the molding medium and the gel strength depend on the variable parameters of this product. Significantly important when designing. As one comparison, a very strong modeling clay The processing characteristics are close to ideal conditions for a medium that responds to vibration. Vibration component At a relatively low casting pressure, the instantaneous formation from pre-casting stability at room temperature A very active analogous plasmic mode can be achieved by casting media it can.   In order to eliminate the density gradient that normally occurs in conventional pressure molding, the vibration component "supersonic The "wave" is believed to be sufficient. Also, the “mechanical” vibration component has this effect. I believe it can be used analogously.   15 to 18 show a preferred embodiment of the continuous three-dimensional molding apparatus. Molding device 200 The mold surfaces 206, 208 defined on the peripheral mold surfaces 210, 212. First and second mold members 202, 204, such as rotating drums, respectively. Equipped. Driving means 213 and 215 are provided, and the first mold member 202 is moved to the second mode. Rotate with respect to the shield member 204. Mold members 202 and 204 are adjacent to each other Positioning the mold members 202, 204 so as to define a pinch zone 214 therebetween. Place. This peripheral part can be removed so that the mold surface can be Be exchangeable.   Feed material is sent or inserted into pinch zone 214. Feed material in sheet shape 2 19 (see FIG. 15) or a spray supply or liquid transfer mechanism (FIG. 17 and FIG. 1). 8) to make the feed material a liquid or semi-rigid viscous body. Seat 29 Continuously between the shield members 202 and 204. Feed passes through pinch zone 214 Then, the dough 221 including the aggregate web is formed. For example, the aggregate Including star, tetra twin, and star jack. The material is the mold surface 210, 21 Means for imparting vibrational energy to the feed material during molding between the two Give ghee. In a preferred embodiment, the transducers 220, 222 including.   Pressing the aggregate in rotary mode directs the feed to the thickness control zone and Feed material immediately advances to the pinch zone of the roller rotating in the opposite direction (See 160 in the flowchart of FIG. 16). Feed material is seed Introduced in various ways. Tape type (casting, extrusion), slurry, spraying means, etc. It is. For this particular application, spraying means gives the best mode opportunity Is believed. The spraying device, whose pressure and viscosity are controlled, has a “pinch” of two rollers. In the area immediately before the "zone", one or both of the counter-rotating rollers Deposit a thick feed. The sprayed deposit then passes through a thickness monitor. This thickness monitoring device sprays the data with the output control device of the spray device and the mold support roller Feeds back to both the rotational speed controller and the feed in the pinch zone (See 164 in FIG. 16).   As the feed material enters the pinch zone, it encounters a wide band and continuously vibrates energy (In this case, an ultrasonic wave, see 166 in FIG. 16). One roller or both Series of ultrasonic transducers oriented parallel to the long axis of the rollers (in this case, both) The added vibration energy is transmitted through the mold surface by the laser. rotation A series of transducers so that the transducers are Preferably, the sensor is mounted inside the roller.   Preferably, the series of transducers comprises three parallel rows of transducers. Suitable. The part of the pinch zone immediately before the area where the opposing mold cavities meet Focus a row of transducers. Opposing mold cavities are close To reduce the viscosity of the incoming feedstock from the boundary approaching the MOF The first row of transducers emits continuous low energy of meter frequency and amplitude You.   Next, when the mold cavity where the feed material is deposited is completely closed, the feed material is   (MOF) (see 168 in FIG. 16). At this point, the mold cavity closes short Exactly in time, the transducer in row "b" has a violent, Conveys rugie ultrasonic vibration.   By applying this high energy ultrasound, complete homogenization of the feedstock and It is expected to facilitate movement into closed cavities.   When you start to open the mold cavity, the material of the pieces (here aggregate) that are in close contact here Or the feed material being pressed into a sheet is the "c" row of transducers. Encounters continuously applied vibrational energy (in this case, ultrasound) transmission from the (See 170 in FIG. 16). The change in the output of the feedstock that received the energy in column "b" For the sake of simplicity, the "c" column is The function of these vibration energies is the same as the function of the vibration energy in column "a". Addition When the pressed part (in this case, the aggregate) is released from the high energy state of the MOF, Believe that vibration energy from row "c" prevents excessive impact of the pressed part Have been.   In this way, the sheet or fabric of the close pieces is complete and Removal of binder, or furnace treatment, or holding as it is, increasing density Preparations for continuous transfer to the furnace atmosphere are thus completed.   17 and 18 show alternative embodiments. The molding device 230 is a mold surface 2 36, 238, respectively. Have. These mold members are rotatable in opposite directions. Each mold member is Each has a stationary interior 240, 242 and a rotating periphery 244, 246, respectively. Mo Preferably, the shield surface is formed at the periphery. Drive that is rotatably mounted inside the stationary The peripheral portion is rotated by driving means such as the moving rollers 248 and 250.   An ejector 252 having an orifice 253 formed therein is inserted between mold members. And discharge the feed material to at least one of the mold members. This released The supply material supplied to each mold member is rotated by a rotatable mold member. Carry in the inch band 254. A sensor 256 such as a photo sensor is connected to the ejector 2 52 and the pinch zone 254, the amount of feed material deposited on the mold member Is measured and controlled.   Vibration of the feedstock while the feedstock is being molded between mold surfaces 236, 238 Means for providing energy are provided. For example, transducing vibration energy Provided by the subassemblies 258, 260. In a preferred embodiment, the transducer The assembly supplies ultrasound. This device removes excess feed material from the mold surface Cleaning manifold 261 and a mold dryer to dry the mold surface. 263 are provided.   The flowchart of FIG. 19 shows details of the continuous process of aggregate production and sintering. You. A pressure formed sheet of the feed material, preferably (13) in the flowchart of FIG. 0, 132, 134, 136) are completed. Place in the mold half below the opposing mold half. Not including the removal step, but After introducing the disclosed process, pressure molding of the piece (in this case, the aggregate) is introduced. What Release the mold pressure while in the closed position (see 172 in FIG. 19).   At this point, the mold is partially opened (about 10% of the thickness of the formed piece) ( (See 174 in FIG. 19). Removal of binder or primary densification (firing) or both To achieve this, heat energy is applied to the pressure molding.   Next, the mold is closed (see 178 in FIG. 19). Mechanical pressure applied to mold The force is increased (see 180 in FIG. 19) and a partial or complete high density Microwave energy through one or both of the mold surfaces until (See 182 in FIG. 19).   Before the mold is partially opened (see 184 in FIG. 19), the mold is Cool and return to room temperature. Next, the mold is fully opened and the sintered sheet of pieces Alternatively, the sheet which has been partially densified is removed and the presence or absence of a flaw is inspected (144 in FIG. 19). reference).   After the densification process, the method (146, 148, 152, 15) disclosed in FIG. 4).   Complete densification of alumina was achieved by microwave, but in some cases, It may be preferable to increase the density of only a part. In all cases, depending on the application, high Controls the degree of densification and substantially controls other parameters of this new process. Control.   As shown in FIG. 20, each transducer assembly 258, 260 includes a pinch band. First transducers 262, 264 for applying a first frequency to the material before region 254 And a second transducer for applying a second frequency to the material while the material is in the pinch band. After the material has passed through the pinch zone, a third frequency is applied to the material. And third transducers 270 and 272. In the preferred embodiment, the tiger The transducers 266, 268 provide a very large amplitude of the ultrasound. in this way Then, as the material passes through the pinch zone, it is added to the feed 274 by the transducer. To produce a dough containing an aggregate web. Detailed description below The vibration of the feedstock to reduce the viscosity of the feedstock, It even increases the dispersion within the mold cavity.   As shown in FIG. 21, a mold member is deposited, and as shown in FIG. Instead of two mold surfaces 232, 234 that produce sheets, two sheets are produced. Three sheets are used to produce three mold surfaces 232, 234, 234a. Utilizing the four mold surfaces 232, 234, 234a, 234b to produce Thus, the number of sheets can be increased.   Since the mold members can be arranged in a circle in a series, 12 mold portions 12 sheets can be produced by the material 400.   In another embodiment of the present invention, a filled composite 300 (in this case, a refractory concrete) "Brick"). The structure is a three-dimensional mesh aggregate (in this case, tetrasta ー) and the cementitious material matrix phase (in this case, calcium aluminate). Rushum).   The aggregate according to FIG. 7 is from Lehigh Portland Cement Co. , Lafarge Calcium Aluminat es, Inc. Or Alcoa Industrial Chemical Co. Refractory concreries such as Combined with artificial calcium aluminate cement available from the manufacturer Act as a reinforcing phase.   With reference to FIGS. 23 and 24, the apparatus and procedure for casting this single piece are as follows. It is as follows.   1. The charge is introduced into the brick mold or molds 302. This equipment Open material by pumping, troweling, spraying, pouring or other deposition You can put it inside the office.   2. This charge, consisting of a reinforcing phase dispersed in a matrix phase, is Believed to have a "ball in hand" consistency known to those skilled in the art. You.   3. The mold is set on the vibration table 304 as in the aggregate production mold of FIG. I do.   4. After the material is charged into the mold, the vibration is started. Vibration degass the charge Start reticulation of the aggregate.   5. After degassing the charged material, lower the mold platen 306 and set the vibration frequency. While acting on the charge.   6. After a certain time, the vibration frequency is reduced, and then, after another time, the whole is stopped Let it.   7. Release ram pressure 308 on platen 306 to cure the casting material.   If there is a variation in the deposition of the reinforcing material of more than 85% to 90%, The drying needs to be removed, ie removed. Platen 306 and side wall 3 of mold To bypass some of the matrix phase through the gap 310 between This can be achieved through a reticulated phase.   In addition, matrices are provided through ports on any or all surfaces of the mold. A certain amount of material can be removed from the space.   For the production of small pieces such as three-dimensional mesh aggregates for advanced ceramic applications For example, a rotary molding device can be considered. This device is divided into two units with an accuracy of 400 μm. Or three closely rotating rollers, each of which has an intimate secondary of various media Original or three-dimensional pieces can be produced continuously at high speed.   In a vertical feed operation, a two roller system is envisioned. Horizontal feed The feed applicator utilizes three rolls to produce two pressed piece sheets and four Using rolls to produce 3 sheets, using 5 rolls to produce 4 sheets And the number of sheets can be increased.   The mold surface of the roller is completely determined by the requirements of the application. Specific applications and formation The requirement is that the mold surface can be used by chemical vapor deposition (CVD) such as silicon carbide. Wear. When vibration is applied to the MOF in this concept of rotary pressurization, a truly homogeneous untreated Material can be obtained.   To provide multiphase vibrational energy to the feed sent to the pinch zone A vibration source may be configured. Vibration sources can be mechanical, ultrasonic, electromagnetic, It can be a microwave or any other equivalent source of vibration. Detailed explanation below As can be seen, the moment of formation (MOF) when the pressure is at its peak, At the well point, the vibration source is configured to apply vibration energy to the molding medium. This vibration Sources provide broadfield and / or coherent waveforms You. For example, a plurality of ultrasonic transducers whose vibration sources are mounted inside rollers Can have Also, a normal book mall as described with reference to FIG. The transducer may be mounted inside one or both mold halves of the Good.   Before working, mix the mixture using strong ultrasound only for feed preparation. Make it even. An example of this technology is Heat, NY Farmingdale New Highway 1938 Systems Ultrasonics, Inc. Sonicator Series from Application Notes . However, during the filling of the mold, the flow pattern Occurrence cannot be avoided. This leads to complex density gradients during the formation phase. You. As a result, during sintering, portions of the material are separated by contoured boundaries. These Asymmetrical variable shrinkage usually occurs on both sides of the contour. Therefore, the residual stress Occurs. Above the critical failure stress, cracks form in the material.   Therefore, it is preferred to apply additional energy to the material during MOF. This addition Energy is obtained by rearranging and homogenizing the constituents of the raw material Eliminate flow lines and density gradients.   In addition, the benefits obtained by applying vibrations such as ultrasonic waves at MOFs are A reduction in the viscosity of the incoming material, which at low forming pressures Higher density can be obtained.   The novelty of applying vibration energy in this way in MOF is that At the moment of the mold, a special action is taken to minimize and possibly eliminate the shortage in this material It is to be.   In order to achieve the highest density for untreated materials, the prior art uses powder conditioning techniques and strict A tight feed mixture was sought. On the other hand, vibration energy Utilizing up to the highest point, developing the technology to MOF in a way not known before Was. The uniqueness of the novel vibratory aspect of our process is among other expected benefits First, however, eliminate flow lines and density gradients during the formation of unprocessed material. It is to provide technology.   It is believed that the timing of this vibrational aspect relative to the object being formed is exact. It is. In the case of a rotary press machine, vibration (in this case, ultra- Sound waves) are directly preceding the area (less than 5 times the thickness of the aggregate), the area of MOF, and the aggregate Over a line that is about 5 times or more the thickness of Moreover, complete The MOF is expected to have mold closure, maximum molding pressure and minimum viscosity of the feedstock. In areas delimited directly by the ultrasonic energy, Any suitable amount can be added.   The viscosity of the feed is often a phenomenon of temperature and time. The applied stress is Conversely to the effect of temperature on the flow behavior of media containing solids, liquids, and both. It is known to use. Thus, it is practically continuous and strictly short lasting Applying vibration, which is a form of stress in time, increases the local temperature, thereby It is thought to reduce viscosity.   The applied energy has two forms: closing the mold with MOF Increased pressure between the area immediately before the MOF, the area of the MOF itself, and the area immediately following the MOF And ultrasonic energy applied continuously over a large area. Vibration (in this case) The source is the accumulated pressure resulting from the tolerance conditions of the rotary pressurization process, and immediately preceding the MOF, M Ultrasonic transducers arranged to act on the band following OF and the MOF Pulse-directed ultrasonic transducers directly perpendicular to the closed cavity condition. This The last pulse-directed energy source starts immediately before the mold cavity is completely closed. The period will be extended from during the closing period to immediately after the opening of the space. Precise timing depends on application requirements, thickness dimensions, and molding material impedance. Factors, frequency and amplitude of severe vibrations controlled, and specific materials and applications Depends on the rotational speed of the rotary forging press operation.   Plane unfocused or point and cylindrical focus trusses known to those skilled in the art Fuser can be used. Coupling medium between the transducer and the mold Position. This medium is a liquid or a solid. In a preferred embodiment, the binding medium Is a solid material that has a high frequency range from 1 KHz to 100 KHz. It is relatively transparent. In some applications, the transducer mounting position and the boss position Match. In other applications, the tracing may be directly above, below, or both, the central axis of the cavity. Advantageously, a transducer is arranged. In other applications, the broad feel Vibration energy is required.   In many applications, the temperature at which the formed matrix is processed in the furnace or cured Sintering or densifying the aggregate, ie the pieces, to an even higher temperature, Therefore, it is considered desirable not to affect the aggregate material. Other uses Now, considerations for thermal expansion indicate that the aggregate is only partially fired . In-furnace treatment of the formed matrix at higher temperatures further changes the aggregate . This last technique is used to control the relative shrinkage of the aggregate and matrix can do.   The molded matrix can be fired in a furnace. A similar process Large-scale sintered ceramic structures. Molding and firing of powdered alumina Aggregates made of pre-fired alumina can be dispersed You.   As described above, to crush or separate the aggregate, the two The sintered sheet is fed between rollers having a gap zone. Powder the sheet into several aggregates These rollers are designed to apply bending pressure to the sintered sheet to break. sharp Tumbling of aggregates in a tumbler to remove edges and flash To produce the finished aggregate. The rollers do not first separate the aggregate from the dough, Obviously, the tumbling effect may be added directly to the aggregate.   Although the principles of the present invention have been described with reference to several preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. Obviously, the configuration and details of the present invention may be changed without departing from the principles. You. For example, the present invention has been illustrated with reference to the use of reticulated aggregates in refractory materials. Aggregates, such as rubber, are available in various other matrices including rubber, resin, cement, etc. It is clear that such aggregates can be used. Similarly, the present invention is directed to selected reticular bone Although reference is made to the shapes of the aggregates, it is recognized that various other aggregate shapes can be easily inferred. Can be Furthermore, a manufacturing process suitable for utilizing vibrational energy has been disclosed. Implement other similar processes without making such an application of energy. Can be   The internal structure of the reticulated aggregate of the present invention employs an excellent mechanism to distinguish the clay and sera. Mick or other component joined by molded rubber, resin, or cement material It is recognized that a very large structure can be assembled from.   Having described many possible embodiments that apply the principles of the present invention, these details have been set forth. The various embodiments are merely illustrative and are not limiting of the invention, which is set forth in the following claims. The box defines the scope of the invention.   Embodiments in which the invention can be advantageously implemented have been described in detail. These are not all, A detailed study of academic experiments and industrial practices.   No one knows the future, but later we are satisfied with our overstatement It is rare to allow our mistakes and find our present value. Hope.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポンジ リチャード エル アメリカ合衆国 オレゴン州 97132 ニ ューバーグ ジャキス ロード 22230 (72)発明者 ストービー ジョン ジェイ アメリカ合衆国 オレゴン州 97223 ポ ートランド エス ダブリュー マイルス コート 6715 (72)発明者 シェパード ロジャー ピー アメリカ合衆国 オレゴン州 97210 ポ ートランド エヌ ダブリュー アスペン 1836 【要約の続き】 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Ponzi Richard El United States Oregon 97132 Newburgh Jakis Road 22230 (72) Inventor Storby John Jay United States Oregon 97223 Portland Essex Miles Court 6715 (72) Inventor Shepard Roger P United States of America Oregon 97210 Portland NW Aspen 1836

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １．構造用マトリックス内の他の骨材と共に使用する人工骨材において、同一寸 法、同一形状の６面より多い面を有することを特徴とする人工骨材。 ２．同一寸法、同一形状の面の少なくとも６個が平坦面である請求項１に記載の 骨材。 ３．構造用マトリックス内の他の骨材と共に使用する人工骨材において、４個よ り多い三角形状の面を有することを特徴とする人工骨材。 ４．複数個の同一の人工骨材と、 これ等人工骨材を包囲するマトリックスとを具える充填された複合体において 、 １対の骨材間の仮想線が単一点より多い箇所で前記骨材のおのおのと交差し なければ位置し得ないように１対の骨材が存在するよう骨材の形状を定め、３ 次元の群に位置させたことを特徴とする充填複合体。 ５．流体マトリックス材料内に複数個の網状人工骨材を分散させ、 安定した固体を生産するよう、前記流体マトリックス材料をその中に分散さ せた骨材と共に処理し、 前記安定した固体を処理して人工骨材を除去し、 多孔質のマトリックス生産物を残すことを特徴とする製造方法。 ６．請求項５の方法によって製造したマトリックス生産物。 ７．それぞれ表面に画成されたモールド面を有する第１、及び第２のモールド部 材と、 前記第１モールド部材を前記第２モールド部材に対し移動させる駆動手段と 、 前記モールド面間で成型すべき材料を導入する供給手段とから成る骨材製造 装置において、 第１、第２のモールド面が共同して形成する骨材が同一寸法、同一形状の６ 面より多い面を有することを特徴とする骨材製造装置。 ８．それぞれ表面に画成されたモールド面を有する第１、及び第２のモールド部 材と、 前記第１モールド部材を前記第２モールド部材に対し移動させる駆動手段と 、 前記モールド面間で成型すべき材料を導入する供給手段と、 前記モールド面間で成型が行われている間に、前記材料に振動エネルギーを 与える手段とを具えることを特徴とする形成された形状体を製造する装置。 ９．前記第ｌ、及び第２のモールド部材がその周縁面に画成されたモールド面を それぞれ有する回転ドラムを具え、前記周縁面を互いに隣接させて前記回転ド ラムを位置させて両者間にピンチ帯域を画成し、 形成すべき材料を前記供給手段によって前記ピンチ帯域内に導入し、 前記ドラムを反対方向に回転させる手段を前記駆動手段に設けた請求項７、 又は８に記載の装置。 10．生地を形成するフラッシュによって各骨材が互いに連結されている請求項７ 、又は８に記載の装置。[Claims] 1. Artificial aggregates used with other aggregates in the structural matrix   An artificial aggregate having more than six surfaces of the same shape. 2. The at least six surfaces of the same size and the same shape are flat surfaces.   aggregate. 3. 4 artificial artificial aggregates for use with other aggregates in the structural matrix   An artificial aggregate having a large number of triangular surfaces. 4. A plurality of identical artificial aggregates,   In a filled composite comprising a matrix surrounding these artificial aggregates   ,     An imaginary line between a pair of aggregates intersects each of said aggregates at more than a single point   The shape of the aggregate is determined so that there is a pair of aggregates so that they cannot be located unless they are located.   A filled complex characterized by being located in a group of dimensions. 5. Dispersing a plurality of reticulated artificial aggregates in a fluid matrix material,     The fluid matrix material is dispersed therein to produce a stable solid.   Processed with the aggregates     Processing the stable solids to remove artificial aggregates,     A production method characterized by leaving a porous matrix product. 6. A matrix product produced by the method of claim 5. 7. First and second mold sections each having a mold surface defined on the surface   Materials and     Driving means for moving the first mold member with respect to the second mold member;   ,     Supply means for introducing a material to be molded between the mold surfaces.   In the device,     The aggregate formed by the first and second mold surfaces together has the same dimensions and the same shape.   An aggregate manufacturing apparatus characterized by having more surfaces than surfaces. 8. First and second mold sections each having a mold surface defined on the surface   Materials and     Driving means for moving the first mold member with respect to the second mold member;   ,     Supply means for introducing a material to be molded between the mold surfaces,     Vibration energy is applied to the material while molding is being performed between the mold surfaces.   Means for producing the shaped body, comprising means for providing. 9. The first and second mold members define a mold surface defined on a peripheral surface thereof.   Rotating drums having respective peripheral surfaces adjacent to each other.   Position the ram to define a pinch zone between them,     Introducing the material to be formed into the pinch zone by the supply means;     7. The device according to claim 7, wherein a means for rotating the drum in the opposite direction is provided in the driving means.   Or the apparatus according to 8. Ten. The aggregates are interconnected by a fabric-forming flash.   Or the apparatus according to 8.
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