JP2000512609A

JP2000512609A - 改良した骨材及びその製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP2000512609A
Application number: JP06510242A
Authority: JP
Inventors: 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
Original assignee: アッシャーズインコーポレイテッド
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 2000-09-26
Also published as: DE69333770D1; ATE290520T1

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。

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PF_maxは次のように表される。 PF_max＝PF_c＋（１−PF_c）PF_m＋（１−PF_c）（１−PF_m）PF_f ここに、PF_c、PF_m、及びPF_f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Ｆ_m（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 a_max＝最大粒子寸法 a_min＝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２０ｄ、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(LCP_s)、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σ_f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、γ_a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△Ｔ_c は次の式によって与えられる。ここにＫ_k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、ａ_o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σ_rは生じた半径方向の引張り応力、σ_t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、σ_t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Ｋ_Iに左右される。この応力強さ関数Ｋ_Iがその臨界値Ｋ_IS 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５００〜２０００Ｊ／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(LCP_s)、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１５４参照）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３４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７４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ｐ_oｃ〜約５千万ｐ_oｃ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４００〜８００μｍ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２１９（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１８参照）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、２１２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２３６、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２５２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（１３０、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、１５４参照）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３１２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。

───────────────────────────────────────────────────── 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】

Claims

【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。