JPS6374971A - セラミック複合物物体の製造方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、広く、一つ又はそれ以上の形作られたキャビ
ティを内部に有するセラミック複合物物体の製造方法に
係る。詳細には、本発明は、充填材の床を浸透する多結
晶性セラミックマトリックスを含んでおり、また消失可
能なパターンの形状を逆複製することにより形成された
選択されたジオメトリの少なくとも一つのキャビティを
有するセラミック複合物物体の製造方法に係る−の　　
　　　　−の　　　　　に　　゛　　　　　　　１皿 本願の対象は、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡され
た“セラミック複合物物品を製造する逆形伏複製方法及
びそれにより得られる物品”という名称の１９８６年１
月２７日付は米国特許出願第８２３．５４２号の対象に
係る。この特許出願明細書には、正パターンとしての親
金属前駆物質のジオメトリ又は形状を逆複製する少なく
とも一つのキャビティを内部に有する自己支持セラミッ
ク複合物物体を製造するための新規な酸化方法が開示さ
れている。この方法は後で一層詳細に議論される。一般
的に同一の酸化現象を利用するが、郭定又は予め定めら
れた輪郭を有していない複合物は、本願の譲受人と同一
の譲受人に譲渡された“複合セラミック物品及びその製
造方法゛という名称の昭和６１年２月４日付は特願昭６
１−０２２７８４号明細書に開示されている。この特許
出願明細書には、親金属から充填剤の透過可能な塊のな
かへ酸化反応生成物を成長させることにより自己支持セ
ラミック複合物を製造するための新規な方法が開示され
ている。

この酸化反応によりセラミック製品を成長させる方法は
、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡されたいずれも“
新規なセラミック材料及びその製造方法”という名称の
昭和６０年３月１５日付は特願昭６０−０５２１７０号
の一部１１！続出願である１９８５年９月１７日付は米
国特許出願第７７６．９６４号の一部継続出願である１
９８６年１月１５日付は米国特許出願第８１８．９４３
号明細書に一般的に開示されている。これらの特許出願
明細書には、合金化されたドーパントの使用により強化
され得る親金属前駆物質の酸化反応生成物として成長さ
せられた自己支持セラミック物体を製造する方法が開示
されている。溶融金属が、酸化反応生成物を形成するべ
く、気相酸化体と反応させられる。適当な温度範囲内で
、溶融金属が酸化反応生成物を通じて、また酸化体と接
触する状態へ漸進的に引かれ、それにより追加的な酸化
反応生成物を形成し続け、またセラミック物体を成長さ
せる。この方法は、“自己支持セラミック材料の製造方
法°という名称の１９８４年７月２０日付は米国特許出
願第６３２．６３６号の一部継続出願である本願の譲受
人と同一の譲受人に譲渡された昭和６０年７月１９日付
は特願昭６０−１５８４４１号明細書に開示されている
ように前駆物質接触の表面にドーパントを施すことによ
り改良された。

本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された前記の特許出
願の明ｌｌｌ１書の全ての開示内容を参照によりここに
組み入れたものとする。

いくつかの性質に関してセラミックスが金属よりも優れ
ているので、金属をセラミックスで置換することに関心
が高まっている。しかし、この置換を行うのには、スケ
ーリングの多面性、複雑な形状を製造する可能性、最終
用途に必要とされる性質を満足する可能性及びコストな
どに関していくつかの制限又は困難を伴うことが知られ
ている０本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された上記
の特許出願はこれらの制限又は困難を克服して、複合物
を含めてセラミック材料を確実に製造するための新規な
方法を提供するものである。

本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された前記の米国特
許出願量８２３．５４２号明細書に記載されている発明
は、複雑な内部キャビティを有する形状、特にリエント
ラント・キャビティを有する形状のセラミック物体の形
成の際の困難を打開する０粒子の稠密化又は焼結により
このような形状のセラミック製品を製造するための従来
公知の方法は容易に応用可能でない、なぜならば、所望
の部品ジオメトリを確立するために必要とされる内部パ
ターンが、その周りに物体が形成された後に容易に除去
され得ないからである。このような部品ジオメトリは時
によってはグリーンプレフォーム又は仕上げられたセラ
ミックブランクから所望の形状を機械加工又は研削する
ことによっては調製され得るが、このアプローチは特に
機械加工又は研削に高いコストを必要とするので望まし
くない、多くの場合に、このようなジオメトリは現在、
機械加工又は研削によっても全（製造され得ない。

本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願
量８２３．５４２号明細書によれば、一層直接的で一層
多面的で従来の方法よりも経済的なメカニズムにより、
典型的に高い強度及び破断じん性を有する形作られたセ
ラミック物体が得られる。この明細書に記載されている
発明によれば、現在利用可能な技術では複製が困難又は
不可能である予め定められた形状、寸法及び厚みを有す
る一体の物体としてセラミック物品を高い信頼性をもっ
て製造するための手段が得られる。要約すると、この明
細書に記載されている発明は、形作られた親金属前駆物
質を通合可能な充填剤のなかに埋めること、また本質的
に酸化体による前記親金属の酸化反応生成物及びオプシ
ヨンとして一つ又はそれ以上の金属成分から成る多結晶
性の材料を形成するべく親金属の酸化により得られたセ
ラミックマトリックスにより充填剤を浸透することを含
んでいる。一層詳細には、この発明の実施にあたっては
、親金属はパターンを形成するべ（形作られ、また次い
で形作られた親金属のジオメトリを逆複製する通合可能
な充填剤により囲まれる、この方法では、充填剤は（１
）ｒＩｉ化体が気相酸化体である場合のように必要とさ
れる時には酸化体に対して透過性であり、またいずれの
場合にも成長する酸化反応生成物による浸透に対して透
過性であり、（２）充填剤と親金属との間の熱膨張差及
び金属の融点に於ける体積変化に順応するべく加熱温度
間隔にわたり十分な通合可能性を有し、また（３）少な
くともパターンを包むその支持領域内で本質的に自己結
合性であり、それにより前記充填剤は下記のように親金
属の移動時に床のなかの逆複製されたジオメトリを保つ
のに十分な結合強度を有する。囲まれた形作られた親金
属は、溶融親金属の物体を形成するべく親金属の融点よ
りも高く但し酸化反応生成物の融点よりも低い温度に加
熱される。溶融親金属はその温度範囲内で、酸化反応生
成物を形成するべ（、酸化体と反応させられる。酸化反
応生成物の少なくとも一部分はその温度範囲内に保たれ
、また溶融金属の物体及び酸化体と接触し且つそれらの
間に位置する状態に保たれ、それにより熔融金属は酸化
反応生成物を通じて溶融金属の物体から漸進的に引かれ
、同時に、酸化体と先に形成された酸化反応生成物との
間の界面に於いて充填剤の床のなかに酸化反応生成物が
形成し続けるにつれて、キャビティを形成する。この反
応はその温度範囲内で、内部に前記キャビティをを有す
る複合物物体を形成するべく、酸化反応生成物の成長に
より酸化反応生成物のなかに充填剤を少なくとも部分的
に埋めるのに十分な時間にわたり１１続される。最後に
、結果として得られた自己支持複合切物体が、もし存在
するならば、過剰な充填剤から分離される。

発皿夏■皿 本発明は、形作られた、キャビティを含んでいるセラミ
ック物体を製造するための代替的な方法を提供するもの
である。消失可能又は廃棄可能なパターンが成る量の充
填材材料で包囲され又は埋められている。パターンは次
いで消去され、また成る量の親金属により置換され、ま
た酸化反応が進行し、その結果として生じた酸化反応生
成物が本願の譲受人と同一の譲受人にｉ渡された特許出
願と関連して先に説明されたように充填材材料を？’に
’ｌｘする。キャビティのジオメトリはパターンのジオ
メトリを逆複製する。

一層詳細には、本方法はプラスチック、フオーム又はワ
ックスのような任意の適当な材料の消失可能又は廃棄可
能なパターンを形作る過程を含んでいる。消失可能なパ
ターンは、床のなかの消失可能なパターンのジオメトリ
を逆複製するべく、通合可能な充填材材料の床のなかに
詰められ、又はそれにより包囲される。パターンは次い
で例えば蒸発により消去され、また成る量の親金属、好
ましくは熔融した親金属により置換される。床及びその
なかに入れられている親金属の物体は次いで親金属の融
点よりも高く但し酸化反応生成物の融点よりも低いプロ
セス温度に加熱される。この温度間隔内で、溶融親金属
は酸化反応生成物を形成するべく酸化体、例えば気相酸
化体と反応する、酸化反応生成物の少なくとも一部分は
溶融金属の物体及び酸化体と接触し且つそれらの間に位
置する状態に保たれており、また溶融金属は、酸化反応
生成物が酸化体と先に形成された酸化反応生成物との間
の界面に形成し続けるにつれて充填材の前記床のなかに
キャビティを同時に形成するべく、溶融金属の物体から
酸化反応生成物を通じて充填材の前記床に向けて漸進的
に引かれる０反応は、内部にキャビティを有する複合物
物体を形成するべく酸化反応生成物の成長により酸化反
応生成物のなかに充填材を少なくとも部分的に浸透させ
又は埋めるのに十分な時間にわたり継続される、所望で
あれば、充填材床の境界は、それを越える成長を実質的
に禁止又は阻止してセラミック複合物物体に正味形状を
与えることを容易にするべく、バリヤ一手段を設けられ
ていてよい、結果として得られた自己支持複合物物体は
、もし過剰な充填材及び（又は）親金属が存在するなら
ば、それから分離される。

充填材材料の床は、酸化体が気相酸化体である場合に必
要とされる時には酸化体に対して透過性であること、ま
た酸化反応生成物の成長による浸透に対して透過性であ
ることにより特徴付けられている。充填材材料のなかに
詰められている消失可能なパターンは、キャビティへの
親金属の追加に先立って、蒸発、熔解、熔融及び排出な
どにより除去され得る。結果として生じたキャビティに
次いで金属が溶融金属として追加され、もしくは固体金
泥として追加されてから溶融される。他の実施例では、
溶融親金属が消失可能なパターンを蒸発させべくその上
に注がれる。所望であれば、充填材材料の床は、キャビ
ティ中で所望の形状を保つべく、成る程度の一時的結合
強度を有する。

酸化反応生成物は次いで複合物を形成するべく導かれる
。

一般的に、消失可能なパターン材料を形作ることは比較
的容易である。例えば、ポリスチレンのような消失可能
なパターン材料は比較的容易に押出し加工され、モール
ドされ、又は射出成形され得る。従って、複雑な又は入
り組んだジオメトリ又は形状のキャビティを有するセラ
ミック複合物を本発明により製造することが可能である
。

本発明による製品は、消失可能なパターンの形状又はジ
オメトリを逆複製するキャビティを内部に有する自己支
持セラミック複合物物体であり、また充填材を組み入れ
られたセラミックマトリックスを含んでいる。マトリッ
クスは本質的に、親金属前駆物質の酸化時に形成された
相互結合されたクリスタライトを有する多結晶性酸化反
応生成物と、オプシ茸ンとして金属成分又は孔又はこれ
らの双方とから成っている。

本発明の材料は、密なセラミック構造体を製造するため
の通常のプロセスによりこれまで達成困難であった深さ
まで断面全体にわたり実質的に均等な性質を有するもの
として成長させられ得る。

これらの材料を得るプロセスは、ＷＸ細で高純度で均等
な粉末のｆＪＩＭＪ、グリーン物体形成、結合材焼き除
き、焼結、高温圧縮及び（又は）高温アイソスタティッ
ク圧縮を含む通常のセラミック製造方法に必要な高いコ
ストを取り除く０本発明の製品は商業的物品として使用
するため通合可能であり又は製造される（ここで商業的
物品という用語は、電気的特性、耐摩耗性、熱的特性、
構造的特性などがｍｒＪ！！！または有利である工業的
、構造的及び技術的セラミック物体を制限なしに含み、
熔融接触の処理中の希望しない副生物として製造される
かもしれない再使用又は廃棄される材料を含まない意味
で用いられている）。

本明細書中で使用される下記の用語は下記のように定義
されている。

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

“酸化反応生成物°とは、一般的に、金属が電子を他の
元素、化合物又はそれらの組み合わせに供与し又はそれ
らと共有した任意の酸化状態での一つ又はそれ以上の金
属を意味する。従って、この定義による“酸化反応生成
物”は本願明細書中で説明されるもののような酸化体に
よる一つ又はそれ以上の金属の反応の生成物を含んでい
る。

“酸化体”とは、一つ又はそれ以上の適当な電子受容体
又は電子共有体を意味し、またプロセス条件に於いて固
体、液体又は気体（蒸気）又はこれらの組み合わせ（例
えば固体及び気体）であってよい。

“パターン材料”とは、キャビティのジオメトリを確立
するため押し出し、モールド、鋳造、機械加工又は他の
仕方で形作られ得る、又は充填剤材料の床から化学的又
は物理的に除去され、それにより実質的に完全に形成さ
れたキャビティを残し得るプラスチックス、フオーム、
ワックスのような廃棄可能又は消失可能な材料を意味す
る。

“親金属”とは、多結晶性反応生成物に対する前駆物質
である金属、例えばアルミニウムを指し、また比較的純
粋な金属、不純物及び（又は）合金化成分を含有する商
業的に入手可能な金属としてのその金属、又はその金属
前駆物質が主成分である合金を含んでいる。また特定の
金属が親金属、例えばアルミニウムとして述べられる時
、アイディティファイされた金属が、それとは別に文脈
中で指示されないかぎり、この定義で解されるべきであ
る。

１キヤビテイ”とは広く、塊又は物体のなかの満たされ
ていない空間を意味し、空間の特定の輪郭に制限されな
い。

座夕ｎ　び　の　・しい　−（Ｄ−、ｆｉ１皿本完本発
明施にあたっては、成る量のパターン材料が、仕上げら
れたセラミック複合物のなかのキャビティとして逆複製
されるべきジオメトリを有する消失可能なパターンの形
態で用言される。

本発明の実施により複雑な形状が、セラミック物体の形
作り又は機械加工によらずに、セラミックスの形成又は
成長の間に仕上げられたセラミック複合物に逆複裂され
得る。′逆複製された”という用語は、本発明のプロセ
スにより得られるセラミック複合物のなかのキャビティ
が消失可能なパターンの形状に一致するセラミック複合
物の内側表面により郭定されることを意味する。パター
ン材料は任意の適当な手段により適当に形作られ得る０
例えば、成る量の消失可能なバリヤー材料が適当にモー
ルド、押出し、鋳造、機械加工又は他の仕方で形作られ
得る。パターンその内部に形成された溝、孔、凹み、ラ
ンド、ボス、フランジ、スタッド、ねじなどを有してい
てもよいし、また所望の輪郭の正パターンを形成するべ
く組立てられたカラー、ブッシング、ディスク、バーな
どを有し′Ｃいてもよい、パターンは中空であってよく
、又は充填剤の床のなかに囲まれた時にパターン材料が
床のなかの形作られたキャビティを郭定し且つ充填剤の
塊のなかのキャビティを占めるように適当に形作られた
一つ又はそれ以上の単一片であってよい。

消失可能な材料がその後に酸化反応条件のもとに溶融さ
れた成る量の親金属により置換される時、形作られたキ
ャビティが結果として得られるセラミック複合物物体の
なかに成長する。こうして、一つの局面では、本発明に
よれば、セラミックスの成形、研削又は機械加工によら
ずにプラスチックフオームのような消失可能なパターン
材料のモールド、押出し、鋳造又は機械加工により、又
は本願の譲受人と同一の譲受人に穣渡された前記米国特
許出願第８２３．５４２号明細書に開示されているよう
に親金属前駆物質の形作りによりキャビティ形状を作る
ことができるという利点が得られる。

本発明で使用され得るパターン材料は、従来の消失可能
なモールド鋳造技術に使用されてきた材料を含んでいる
。ｆ！！々の消失可能なワララス混合物がいくつかの実
施例に通しているが、海綿状プラスチックス及びフオー
ムを使用することが好ましい、一層詳細には、ポリスチ
レン１．ポリエチレン及びポリウレタンがパターン材料
として使用される。

パターン材料は射出成形、吹込み成形−押し出し、鋳造
、機械加工などを含む通常のプロセスにより形作られ得
る。射出成形は多数のパターンを製造するために現在の
ところ好ましい、吹込み成形も、中空の消失可能なモー
ルドを製造し得る点で、池の実施例では好ましい、吹込
み成形は、キャビティを迅速に空にすることを容易にす
るため消失可能な材料の量を最小化するので特に望まし
い。

消失可能な材料は親金属前駆物質の追加に先立ヮて藻発
又は燃焼により気化され得る０代替的な実施例では、パ
ターン材料は材料を熔融させてキャビティから排出を許
すことにより除去され得る、残留物は予熱過程で焼き除
かれ得る。消失可能な材料は化学的な手段により溶解さ
れ、残留物が適当な溶剤によりキャビティから洗い出さ
れてもよい。

さらに他の代替的な実施例では、パターン材料は、成る
量の溶融親金属が直接にキャビティのなかに注がれるま
で、残されている。溶融親金属がパターンと接触する時
、材料は気化されて、キャビティから消去される。こう
して、溶融親金属は気化するパターン材料を付随的に置
換し、それにより充填剤の床を擾乱又はアップセントす
る機会を減する。その結果として、充填剤材料はキャビ
ティの形状を一層保持し易い。

パターン材料を親金属と置換する所望の方法に関係して
、親金属は溶融形態もしくは固体すなわち粉末又は粒子
形態で追加され得る。溶融親金属の使用は、酸化反応が
生起する温度又はそれに近い温度でキャビティを完全に
満たす点で好ましい、加えて、親金属が熔融状態にある
時、親金属の新鮮な表面が酸化反応プロセスに利用可能
である、すなわち、表面に酸化物などが存在しない、所
望であれば、充填剤の床及び消失可能なパターンはプロ
セス温度又はそれに近い温度で炉のなかに置かれ、また
溶融親金属がパターンを追い出すべく追加され得る。こ
うして、溶融金属が追加され、また気化されつつあるパ
ターンを追い出すにつれて、酸化反応が開始し、また床
の浸透が生起する０代替的な実施例では、パターンが先
ず追い出され、次いで親金属がキャビティのなかに注が
れる。粉末化又は粒子化された親金属は、粉末化又は粒
子化された塊のなかの間隙が全体として金属の熱膨張に
順応するので、いくつかの実施例では望ましい、また、
粉末化又は粒子化された形態の親金属は、キャビティに
追加される時、充填剤材料の床のなかのキャビティの形
状に容易に適合する。

本発明を以下では親金属がアルミニウムである実施例に
ｍ点をおいて説明するが、これは例示の目的での説明に
過ぎず、シリコン、チタン、スズ、ジルコン及びハフニ
ウムなどのような他の金属が本発明の規範を満足して使
用され得る。

固体、液体又は気相酸化体、又はこのような酸化体の組
合わせが利用され得る０例えば、典型的な酸化体は、制
限なしに、酸素、窒素、ハロゲン、硫黄、リン、ヒ素、
炭素、ホウ素、セレン、テルル、メタン、エタン、プロ
パン、アセチレン、エチレン、プロピレン（炭素の源と
しての炭化水素）及び空気、Ｈ２／　Ｈ２０及びＣｏ／
ＣＯ２のような混合物、最後の二つ（ずなわちＨ２／Ｈ
２０及びＣｏ／Ｃ０２）はプレフォームの所望の酸化可
能な成分に対して相対的に環境の酸素活性を減するのに
有用である。

任意の適当な酸化体が利用され得るが、本発明の特別な
実施例は気相酸化体を使用するものとして以下に説明さ
れる。もし気体又は蒸気酸化体、すなわち気相酸化体が
使用されるならば、充填剤は、酸化体への充填剤の床の
露出時に気相酸化体が充填剤の床を透過してその中の溶
融親金属と接触するように、気相酸化体に対して透過性
である、”気相酸化体”という用語は、雰囲気の酸化を
行う気化された材料又は常時気体伏の材料を意味する０
例えば、酸素又は酸素含有（空気を含む）気体混合物は
適当な気相酸化体であり、通常は空気が経済上の明らか
な理由で好まれている。酸化体が特定の気体又は蒸気を
含有するものとしてアイデンティファイされる時、これ
はアイデンティファイされた気体又は蒸気が、利用され
る酸化環境の中で得られる条件のもとに親金属の唯一、
優勢又は少なくとも有意義な酸イμ剤である気相酸化体
を意味する０例えば、空気の主成分は窒素であるが、空
気に含有されている酸素は、窒素よりも著しく酸化性が
強いので、親金属の唯−又は優勢な酸化剤である。従っ
て、空気は“酸素含有気体”酸化体の定義に属し、“窒
素含有気体”酸化体の定義には属さない０本明細書で使
用される“窒素含有気体”酸化体の一例は、典型的に約
９６％（体積百分率）の窒素及び約４％（体積百分率）
の水素を含有する“成形気体”である。

固体酸化体が利用される時には、固体酸化体は充填剤の
床全体を通じて、又は、もし気相酸化体と組合わせて使
用されるならば、親金属に隣接する床の一部分を通じて
分散されてよい、ホウ素又は炭素のような適当な元素、
又は（酸素の源としての）二酸化シリコン、又は親金属
のホウ化物反応生成物よりも熱力学的安定性が低い特定
のホウ化物のような適当な還元可能な化合物を含む任意
の適当な固体酸化体が利用され得る０例えば、ホウ素又
は還元可能なホウ化物がアルミニウム親金属に対する固
体酸化体として使用される時、結果として得られる酸化
反応生成物はホウ化アルミニウムである。

場合によっては、酸化反応は固体酸化体により、酸化反
応生成物がプロセスの発熱性のために溶融するに至るほ
ど急速に進行し得る。この溶融の生起はセラミック物体
のミクロ組穐的均−性を劣化し得る。この発熱性反応は
、低い反応性を呈する比較的不活性な充填剤を組成のな
かへ混ぜることにより回避され得る。このような充填剤
は熱的ランアウェイ作用を最小化するべく反応の熱を吸
収する。このような適当な不活性充填剤のＩＩＰＩは、
意図される酸化反応生成物と同一のものである。

もし液体酸化体が利用されるならば、液体酸化体は充填
剤の床全体、又は溶融金属と隣接するその一部分が、充
填剤を含浸するべく酸化体のなかに浸漬することにより
被覆又はソータされる。液体酸化体とは、酸化反応条件
のもとに液体である酸化体を意味し、従って液体酸化体
は酸化反応条件に於いて熔融状態又は液体状態にある塩
のような固体前駆物質を有し得る。代替的に、液体酸化
体は液体前駆物質、すなわちプレフォームの多孔性表面
の一部又は全部を含浸するのに使用され、また適当な酸
化体モイエティを生ずるべくプロセス条件に於いて溶融
又は分解されている材料の溶液であってよい、ここに定
義されるような液体酸化体の例は低融点ガラスを含んで
いる。

本発明の実施にあたって利用される充填剤は目的に通し
た多くの種類の材料の一つ又はそれ以上であってよい０
本明細書中で、充填剤材料で消失可能なパターンを囲む
という用語は、消失可能なパターンの回りに充填剤材料
を詰める又は埋めること、又は充填剤材料を消失可能な
パターンに重ねることを意味する。充填剤材料は消失可
能なパターンのジオメトリに実質的に適合しなければな
らない０例えば、もし充填剤が耐熱性金属酸化物の細粒
のような粒子状材料を含んでいるならば、パターンは、
パターンが（パターンにより満たされ又は占められた）
満たされたキャビティを郭定するように充填剤により囲
まれる。しかし、充填剤が細かい粒子状であることは必
要でない０例えば、充填剤はワイヤー、ファイバ、中空
体、球、バブル、ペレット、プレートレット又は骨材、
又はウィスカー、又は金属ウール、ワイヤー、又は耐熱
性ファイバクロスのような材料を含んでいてよい、充填
剤は二つ又はそれ以上のこのような構成要素又は幾何学
的形状の異質もしくは同質の組み合わせ、例えば小さい
粒子及びウィスカーの組み合わせを含んでいてもよい、
充填剤の物理的輪郭が、消失可能なパターンがパターン
の表面に密に適合する充填剤で充填剤の塊により又はそ
の中に囲まれることを許すような輪郭であることのみが
必要である。セラミック複合物中に最終的に形成される
キャビティはパターン材料のジオメトリのネガチプであ
る。この材料は最初に通合可能な充填剤の床のなかに（
満たされた）キャビティを形成し、キャビティは最初に
パターン材料により形作られ且つ満たされている。

本発明の実施にあたって有用な充填剤は、本発明の酸化
反応条件のもとに、酸化体が気相酸化体である時に酸化
体の通過に対して透過性である充填剤である。いずれの
場合にも、充填剤はそれを通る酸化反応生成物の成長に
対して透過性である、所望であれば、充填剤は、酸化反
応が行われる温度に於いて、パターン材料が親金属によ
り置換されるにつれてパターン材料への充填剤の適合に
より内部に逆複製されたジオメトリを保つように、形成
され又は成長させられた十分な凝集強度を有する。

キャビティから消失可能なパターンが排除される時点と
、キャビティの形状を保つのに十分な強度の殻を形成す
るべく反応生成物が形成し終わる時点との間の時間を最
小化するような仕方で本発明の方法を実施することは望
ましい、しかし、キャビティの形状がパターン材料又は
反応生成物により維持されていない時、たとい短いにし
ても、移行時間が存在する。従って、充填剤材料のみに
よりキャビティの形状を維持するように、充填剤材料が
少なくとも成る程度の自己結合能力を有することが望ま
しい、さもなければ、充填剤へのｍ力もしくは成長中の
キャビティとプロセス雰囲気との間の圧力差が、キャビ
ティが親金属により排除されるにつれて、キャビティを
内方に崩壊させ得る。

キャビティのジオメトリを維持する一つの方法は、適当
な温度で本質的に焼結し且つ結合し、もしくは適当な添
加物又は充填剤の表面変性により焼結し又は他の仕方で
結合するようにされ得る自己結合性充填剤を使用するこ
とである０例えば、酸化体として空気を利用するアルミ
ニウム親金属と共に使用するために適当な充填剤は、微
細粒子又は＞１５１としてシリカ結合剤を添加されたア
ルミナ粉末を含んでいる。材料のこのような混合物は、
セラミックマトリックスが形成する酸化反応温度で又は
それよりも低い温度で部分的に焼結又は結合する。シリ
カ添加物なしでは、アルミナ粒子は実質的に高い結合温
度を必要とする。

充填剤の他の適当な種類は、プロセスの酸化反応条件の
もとに望ましい温度範囲内で粒子を結合するのに役立つ
反応生成物表皮を表面に形成する粒子又はファイバを含
んでいる。アルミニウムが親金属として、また空気が酸
化体として使用される場合に、この！ｉｔ￥Ａの充填剤
の一例は、アルミニウムの酸化反応に適当な温度で互い
に結合する二酸化シリコン表皮を形成する微細な（例え
ば５００メツシユ又はそれよりも細かい）炭化シリコン
粒子である。

代替的な実施例では、キャビティのジオメトリは移行時
間の間、酸化反応温度で又はそれよりも低い温度で充填
剤材料から排除される有機結合剤の使用により維持され
得る。

充填剤の塊又は床全体が焼結可能又は自己結合性充填剤
を含んでいること、又は焼結又は結合剤を含んでいるこ
とは、本発明の範囲に属するけれども、不可欠ではない
、自己結合性充填剤及びく又は）結合又は焼結剤は、酸
化反応生成物の十分な厚みが得られる以前にキャビティ
の崩壊（及びその結果としての消失可能なパターンの形
状に成長したセラミック物体内の形状の忠実さの喪失）
を阻止するのに十分な厚み及び機械的強度の成長するキ
ャビティの囲いを焼結又は他の仕方で結合する時に形成
するのに十分な深さまで親金属の消失可能なパターンに
隣接し且つそれを囲む部分のなかにのみ分散され得る。

従って、パターンを包む充填剤の“支持領域”が、通過
な温度範囲内で本来的に焼結可能又は自己結合可能であ
る充填剤、又は通過な温度範囲内で有効である焼結又は
結合剤を含んでいる充填剤を含んでいるならば十分であ
る。

本明細書中で使用されている充填剤の”支持領域”とは
、結合時に、成長する酸化反応生成物がキャビティの崩
壊に対して自己支持性となるまで、消失可能なパターン
材料の置換されたジオメトリを保つのに必要な構造的強
度を与えるのに少なくとも十分なパターンを包む充填剤
の厚みである。充填剤の支持領域の寸法はパターンの寸
法及び輪郭と支持領域内の焼結可能又は自己結合充填剤
により得られる機械的強度とに関係する。支持領域はパ
ターン材料の表面から充填剤の床のなかへ、酸化反応生
成物が成長する距離よりも小さい距離にわたり又は成長
の全距離にわたり延びていてよい、実際、場合によって
は、支持領域はごく薄くてよい０例えば、充填剤の支持
領域は、パターン材料を囲んでいると共に非自己結合性
又は焼結不可能な充填剤のより大きい床のなかに囲まれ
ている充填剤の床であってよいけれども、支持領域は適
当な場合には、適当な接着剤又は被覆剤により消失可能
なパターンに接着された自己結合性又は焼結可能な粒子
の被覆のみを含んでいてよい。

いずれの場合にも、充填剤は、それを通る酸化反応生成
物の浸透又は、気相酸化体が使用されている時には、そ
れを通る気相酸化体の通過を阻止する不透過性の塊を形
成するような仕方で焼結、溶融又は反応してはならない
、焼結される塊は気化温度への到達以前にパターン材料
と充填剤との間の膨張の違いのために破砕するような低
い温度で形成してはならない。

前記のように、充填剤がさもなければ、消失可能なパタ
ーンにより以前に占められていた体積のなかへ形成され
ているキャビティの崩壊を阻止するのに十分な本来的な
自己結合又は焼結特性を有していない場合には、結合又
は焼結剤は充填剤の構成要素として含まれていてよい、
この結合剤は充填剤を通じて、又は支持領域のみのなか
に分散されていてよい、この目的に適当な材料は、酸化
反応生成物を形成するのに必要とされる酸化条件のもと
に少なくとも部分的に分解し且つ必要な機械的強度を与
えるのに十分に充填剤と結合する有機金風化合物材料を
含んでいる。結合剤は酸化反応プロセスと干渉してはな
らず、またセラミック複合物製品のなかに望ましくない
残留副生物を残してはならない。この目的に通した結合
剤は当業者に良く知られている０例えば、テトラエチル
正ケイ酸塩は適当な有機金属化合物接合剤の典型的なも
のであり、酸化反応温度に於いて充填剤を必要な凝集強
度で有効に結合するシリカモイエティを後に残す。

充填剤材料の床を、親金属がそれに追加される以前に予
加熱することは現在のところ好ましい。

キャビティのなかに注がれる溶融親金属と同一の温度又
はそれよりも高い温度に充填剤の床を加熱することは最
も有効であり得る。パターン材料がキャビティのなかの
親金属により置換され終わった後、酸化環境内の親金属
及び床のセットアツプは、親金属の融点よりも高く但し
酸化反応生成物の融点よりも低い酸化反応温度に保たれ
る。前記のように、親金属は粉末、粒子又はピースの形
態でキャビティに追加され得る。その場合には、セット
アツプは親金属の融点よりも高い温度に加熱され、熔融
金属の物体又はプールを生ずる。

酸化体との接触時に、溶融金属は酸化反応生成物の眉を
形成するべく反応する。酸化環境への継続露出時に、適
当な温度範囲内で、残留する溶融金属が漸進的に酸化反
応生成物のなかへ、またそれを通じて酸化体の方向へ、
また充填剤の床のなかへ引かれ、酸化体との接触時に追
加的な酸化反応生成物を形成する。酸化反応生成物の少
なくとも一部分は、多結晶性の酸化反応生成物を継続的
に成長させ、またそれにより充填剤を多結晶性の酸化反
応生成物のなかに埋めるように、溶融親金属及び酸化体
と接触し且つそれらの間に位置する状態に保たれる。多
結晶性マトリックス材料は、適当な酸化反応条件が維持
されているかぎり成長し続ける。

プロセスは、酸化反応生成物が所望の量の充填剤を浸透
し埋め終わるまで継続される。その結果として得られる
セラミック複合物製品は、酸化反応生成物を含んでおり
且つオブシッンとして親金属の一つ又はそれ以上の非酸
化又は金属成分又は空隙又はこれらの双方を含んでいる
セラミックマトリックスにより埋められた充填剤を含ん
でいる、典型的に、これらの多結晶性セラミックマトリ
ックスの中では、酸化反応生成物クリスタライトが−よ
りも大きい次元、好ましくは三次元に相互結合されてお
り、また金属含有物又は空隙が部分的に相互結合されて
いてよい、プロセスが親金属の排出を越えて行われない
時、得られるセラミック複合物は密であり、また本質的
に空隙無しである。プロセスが完了される時、すなわち
プロセス条件のもとに可能なかぎり多くの金属が酸化し
終わる時、相互結合された金属の代わりの孔がセラミッ
ク複合物の中に形成し終わっている。その結果として得
られる本発明のセラミック複合物製品は、元の消失可能
なパターンの元の寸法及び幾何学的輪郭と実質的に等し
いキャビティを有する。

さて図面を参照すると、第１図には、ポリスチレンのよ
うな任意の適当な＋４料の全体として参照符号６を付さ
れているパターンを囲む充填材４の床を入れられたアル
ミナ容器のような耐熱性容器２が示されている。第１図
及び第２図に示されているように、パターン６はほぼ円
筒状の輪郭の中央部分８を有し、この中央部分８はそれ
よりも軸線方向に短いが直径の大きい端部分８ａにより
継がれている。この実施例では、充填材は、セラミック
物体の境界を定めるステンレス鋼スクリーン又は孔明き
鋼円筒のような適当なバリヤ一手段１０により保持され
°ζいる０代替的に、バリヤ一手段は、典型的にスラリ
ーとしてカードボードのような基体に着装され、次いで
セットすることを許されるバリーのプラスターのモール
ド又はケイ化カルシウムのモールドを含んでいる。こう
してバリヤーは、それを越える酸化反応生成物の成長を
禁止することにより、セラミック物体の境界又は周囲を
９１一定する。

パターン材料６は、もしフオームであれば、溶融親金属
を直接にキャビティのなかのパターン６の上に注ぐこと
により親金属により置換され得る、こうして、パターン
祠料は気化され、充填材材料の床を通じて、もしくは親
金属が追加されるポートと同一のポートを通じて、もし
くは、もし親金属が追加されるポートが比較的小さいな
らば、別個のヘントボート（図示せず）を通じてキャビ
ティを出る。

代替的な実施例では、消失可能なパターンが溶融親金属
の追加以前の過程で除去される。これは、パターンを溶
融させ、溶融した材料をキャビティから排出することに
より行われてよいし、又は消失可能な材料が気化又は焼
き除かれる温度に加熱されている炉のなかに組立体を置
くことにより行われてよい、上記のように、パターン材
料はパターンの溶解、パターンの機械的除去などの他の
方法によっても除去され得る。

親金属がキャビティに追加された後、もし金属が溶融状
態で追加されなかったならば、組立体は金運を熔融させ
るのに充分な温度に加熱される。

その後に、充分に高い温度が保たれ、それにより、充填
材４の床を透過して溶融金属と接触する気相酸化体が溶
融金属を酸化させ、またその結果としての酸化反応生成
物の成長が周囲の充填材４の床に浸透する。

例えば、親金属がアルミニウムであり、また空気が酸化
体である時、酸化反応温度は約８５０゜Ｃから１４５０
°Ｃまで、好ましくは約９００゜Ｃから１３５０°Ｃま
でであってよく、また酸化反応生成物は典型的にαアル
ミナである。熔融金属はパターン材料により以前に占め
られていた体積から酸化反応生成物の生成表皮を通じて
移動し、それによりパターンの形状を複製するキャビテ
ィを有する複合物を形成する。

実施例によっては、親金属がキャビティに追加された後
にボートの上に成る量の充填材材料を置くことが望まし
い、こうして、閉じられたキャビティが形成される。こ
のような実施例では、又は充填材材料をポートの上に置
かない場合でも、充填剤材料の床のなかの酸化反応生成
物の成長する表皮及び熔融金属のプールの頂に形成する
酸化反応生成物の表皮の周囲雰囲気への不透過性のゆえ
に、親金属の移動の結果としてその体積内に、閉じられ
たキャビティの場合のように、圧力低下を生じ得る。こ
うして正味外部圧力が酸化反応生成物のコンテナ状の表
皮に作用する。しかし、好ましい実施例では、パターン
６を包む充填剤４の床（又はその支持領域）は、好まし
くは酸化反応温度に近く但しそれよりも低い自己結合温
度又はそれよりも高い温度で本質的に自己結合している
。

こうして、その自己結合温度まで加熱されると、充填剤
又はその支持領域は焼結又は他の仕方で自己結合し、ま
た圧力差に抵抗して充填剤４の床のなかにパターン６の
形状への充填剤の適合により形成されたキャビティのジ
オメトリを保つべく、成長するキャビティを囲む充填剤
すなわち充填剤の支持領域に適切な強度を与えるのに十
分に、成長する酸化反応生成物に付着する。充填剤４の
支持領域のみが焼結可能又は自己結合性充填剤又は結合
又は焼結剤を含んでいる実施例を示すと、充填剤４の床
のなかの支持領域の範囲は第１図中の破線１４により示
されている０反応が継続するにつれて、床４のなかのキ
ャビティは部分的に又は実質的に完全に、酸化反応生成
物を通じてその外側表面への溶融親金属の移動により空
にされており、その外側表面で溶融親金属は気相酸化体
と接触して、追加的な酸化反応生成物を形成するべく酸
化される。酸化反応生成物は、溶融親金属の非酸化成分
の混在物を含んでいてよい多結晶性セラミック材料を含
んでいる０反応の完了時に、キャビティ内の残留する液
体金属は、もし入口ボートを覆う厚い反応生成物の成長
が（例えばバリヤー又はインヒビターの使用により）阻
止されているならば、注ぎ出しにより除かれ得る０代替
的に、組立体が冷却を許され、また過剰な金属が凝固さ
せられ、また次の過程で例えば酸浸出により除去され得
る。その結果として得られた（第１図中にバリヤーＩＯ
により示されている寸法を有する）セラミ−／り複合物
は、もし容器内に残されている過剰充填剤が存在するな
らば、過剰充填剤から分離される。このような過剰充填
剤又はその部分は焼結又は自己結合のためにコヒーレン
トな塊又は物体を形成し得る。また、このコヒーレント
な塊はそれを囲むセラミック複合物からグリフ）ブラス
ト、研削などにより除去され得る。経済的な方法は、除
去されたグリッド粒子が後続の過程で充填剤として再使
用され得るように、充填剤として又は充填剤の構成要素
として適当な材料のグリッド粒子を利用するグリソトブ
ラストを用いる方法である。処理の間にキャビティの崩
壊を阻止するのに使用される自己結合された充填剤の強
度が典型的にその結果として得られる複合物の強度より
も低いことを認識することは重要である。従って、結果
として得られた複合物のｔｉ傷に特に配慮しなくても迅
速なグリッドプラストにより過剰な自己結合された充填
剤を除去することができる。いずれの場合にも、内部に
形成されたキャビティを有するセラミック複合物構造は
所望の外側形状を形成するべく機械加工、研削又は他の
仕方でさらに形作られ得る。第３図中に示されている例
では、セラミック複合物１８は外側表面２０と端面２２
とパターン６の表面に一致する表面により郭定されたキ
ャビティ２４とを有する円筒状の形状を有する。従って
、キャビティ２４の形状は消失可能なパターン６の形状
の逆複製である。多くの用途に対して、セラミック物体
は、過剰な伴出されない充填剤の除去の後に形成された
ものとして、その後の研削及び機械加工の必要なしに利
用可能である。

適当な充填剤を選定し且つパターンにより最初に占めら
れていた満たされたキャビティから溶融親金属を実質的
に全て空にするのに十分な時間にわたり酸化反応条件を
保つことにより、パターン６の忠実な逆複製がキャビテ
ィ１６により得られる。パターン６　（従ってまたキャ
ビティ１６）の図示されている形状は比較的簡単である
が、本発明の実施によりパターン６のジオメトリよりも
はるかに複雑なジオメトリの形状を忠実に逆複製するキ
ャビティがセラミック複合物のなかに形成され得る。セ
ラミック複合物の外側表面は、バリヤ一手段を越える成
長を阻止するべく所望の位置にバリヤ一手段を置くこと
により形作られ得る。加えて、表面は、内部に形成され
たキャビティ１６の寸法及び形状と一致する任意の所望
の寸法及び形状に研削、機械加工又は他の仕方で形成さ
れ得る。

前記のように透過性であり、通合可能であり、また（所
望であれば）自己結合性である充填剤の性質が充填剤の
オーバーオールな組成の性質であること、また充填剤の
個別の組成はこれらの特性のいずれか又はすべてを有す
る必要はないことは理解されよう、従って、充填剤は単
一の材料、もしくは材料は同一であるがメツシュ寸法の
異なる粒子の混合物、もしくは二つ又はそれ以上の材料
の混合物を含んでいてよい、後者の場合には、充填剤の
いくつかの構成要素は、例えば、酸化反応温度に於いて
十分に自己結合性又は焼結可能でなくてよいが、それら
を構成要素とする充填剤は、他の材料の存在のために、
その自己結合温度又はそれよりも高い温度で自己結合又
は焼結特性を有する。複合物に所望の性質を与えること
によりセラミック複合物のなかで充填剤を有用にする多
数の材料は上記のように透過性で通合可能で自己結合可
能な性質を有する。このような適当な材料は、パターン
を囲む充填剤がパターン材料の熱膨張及び融点に於ける
体積変化に順応し得るように、しかも酸化反応生成物の
成長の初期段階の間に形成するキャビティの崩壊を阻止
するのに必要な機械的強度を与えるのに十分に酸化反応
温度に近く且つそれよりも低い温度であることが好まし
い自己結合温度に達する時にのみ焼結又は（ｈの仕方で
自己結合し得るように、酸化反応温度よりも低い温度で
十分に焼結又は結合されずに留まる。ｉｌ！！当な充填
剤は、例えば、シリカ、炭化シリコン、アルミナ、ジル
コニア及びそれらの組み合わせを含んでいる。

本発明の他の実施例のように、また本願の譲受人と同一
の譲受人に環設された特許出願に説明されているように
、金属と組合わせてのドーパント材料の追加は酸化反応
プロセスに有利に影響する、ドーパント材料の機能はド
ーパント材料自体のほかに多数の因子に関係する。これ
らの因子は、例えば、特定の親金属、所望の最終製品、
二つ又はそれ以上のドーパントが使用される時のドーパ
ントの特定の組合わせ、合金化ドーパントと組合わせて
外部から与えられるドーパントの使用、ドーパントの濃
度、酸化環境及びプロセス条件を含んでいる。

親金属と組合わせて使用されるドーパントは親金属の合
金化成分として与えられてよいし、充填剤又は充填剤床
の一部分、すなわち充填剤の支持領域、又はそれらの双
方に着装されてもよい、ドーパントが充填剤に着装され
る第二の方法の場合には、着装は任意の適当な仕方で、
例えば好ましくは親金属に隣接する充填剤の床の少なく
とも一部分を含めて被覆として又は粒子形態で充填剤の
部分又は塊全体を通じてドーパントを分散させることに
より行われ得る。また、充填剤へのドーパントの供給は
、プレフォームを透過性にする内部開口、間隙、通路、
介在空間などを含むプレフォームへ且つその中に一つ又
はそれ以上のドーパント材料の層を着装することによっ
ても行われ得る、ドーパント材料の便利な与え方は、単
に床全体をドーパント材料又はその前駆物質の液体（ス
なわち溶液）の中に浸す方法である。ドーパントの源は
、ドーパントの剛固な物体を、親金属の少なくとも一部
分及び充填剤床と接触し且つそれらの間に位置する状態
に置くことによっても与えられ得る０例えば、（アルミ
ニウム親金属の酸化のためのドーパントとして有用な）
シリコン含有ガラスの薄板が消失可能なパターンの表面
上に置かれ得る。消失可能なパターンが（内部ドープさ
れていてもよい）成る量の熔融アルミニウム親金属によ
り置換され、またその結果として得られた組立体が酸化
埋填の中（例えばアルミニウムの場合には空気中、約８
５０°Ｃと約１４５０″Ｃとの間、好ましくは約９００
°Ｃと約１３５０°Ｃとの間）で加熱される時、透過性
プレフォームの中への多結晶性セラミックマトリックス
の成長が生起する。ドーパントが親金属と充填剤材料の
床との間に位置する場合には、多結晶性酸化物構造は一
般にドーパント層を実質的に越えて（すなわち着装され
たドーパント層の深さを越えて）透過性プレフォームの
中に成長する。いずれの場合にも、一つ又はそれ以上の
ドーパントが消失可能なパターンの表面及び（又は）透
過性の床に外部から与えられ得る。追加的に、親金属の
中で合金化されたドーパントは、充填剤床に与えられる
ドーパントにより増大され得る。こうして、親金属の中
で合金化され且つ（又は）親金属に外部から与えられる
ドーパントの濃度不足は床に与えられるそれぞれのドー
パントの追加的な濃度により増大され得る（その逆のこ
とも言える）。

特に酸化体として空気が使用される場合にアルミニウム
親金属に対して有用なドーパントは、例えば、互いに組
合わせて又は下記のような他のドーパントと組合わせて
、マグネシウム金属及び亜鉛接触を含んでいる。これら
の金属、又は金属の適当な源は、結果として得られるド
ープされた金属の全重量に対して重量百分率で約０．１
〜１０％の間の濃度でアルミニウム主体の親金属の中へ
合金化され得る。この範囲内の濃度はセラミック成長を
開始させ、金属輸送を増強し、また結果として得られる
酸化反応生成物の成長形態に有利に影響すると思われる
。

アルミニウム主体の親金属システムに対する多結晶性酸
化反応成長を助長するのに有９ＪＪである他のドーパン
トは、特にマグネシウム又は亜鉛と組合わせて使用され
る時、例えばシリコン、ゲルマニウム、スズ及び鉛であ
る。これらの他のドーパント又はそれらの適当な源の一
つ又はそれ以上がアルミニウム親金属の中へ全合金のｆ
ｆ１ｆｆｉ百分率で約０．５％から約１５％までの各々
の濃度で合金化される。しかし、一層望ましい成長速度
及び成長形態が全親金属合金の重量百分率で約１％から
約１０％までの範囲内のドーパントで得られる。ドーパ
ントとしての鉛は一般に、アルミニウム中の低い溶解度
に対する余裕を作るように、少なくとも１０００”Ｃの
温度でアルミニウム主体の親金属の中へ合金化されてい
る。しかし、スズのような他の合金化要素の追加は一般
に鉛の溶解度を増し、また合金化材料がより低い温度で
追加されることを許す。

親金属がアルミニウムであり、また酸化体が空気である
場合に有用なドーパント材料の追加的な例はナトリウム
、リチウム、カルシウム、ホウ素、リン及びイツトリウ
ムを含んでおり、これらのドーパント材料は個々に、又
は酸化体及びプロセス条件に関係して一つ又はそれ以上
の他のドーパントと組合わせて使用され得る。ナトリウ
ム及びリチウムはｐｐｍ範囲の非常に少ない量で、典型
的には約１００〜２００　ｐ　ｐ　ｍの量で使用され、
また単独又は−緒に、又は他のドーパントと組合わせて
使用され得る。セリウム、ランタン、プラセオジム、ネ
オジム及びサマリウムのような希土類元素も、特に他の
ドーパントと組合わせて使用される時、有用なドーパン
トである。

前記のように、ドーパント材料を親金属の中へ合金化す
ることは必ずしも必要でない０例えば、薄い層の中の一
つ又はそれ以上のドーパント材料を親金属の表面の全体
もしくは一部分に選択的に与えることは親金属の表面又
はその部分からの局所的なセラミック成長を可能にし又
は改良し、またそれ自体で透過性プレフォームの中への
多結晶性セラミックマトリックスの所望の成長に通ずる
、こうして、透過性プレフォームの中への多結晶性セラ
ミックマトリックスの成長は、親金属の表面上にドーパ
ント材料を局所的に置くことにより有利に影響され得る
０着装されるドーパントの被覆又は層は親金属物体の厚
みに比較して薄（、また透過性プレフォームの中への酸
化反応生成物の成長又は生成は実質的にドーパント層を
越えて、すなわち着装されたドーパンＩｆｆの深さを越
えて延びている。ドーパント材料のこのような屓は塗装
、浸漬、シルクスクリーニング、蒸発によっても、液体
又はペースト形態での着装によっても、スパッタリング
によっても、親金属の表面上への固体粒子ドーパントの
層又はドーパントの固体薄膜の単なる析出によっても着
装され得る。ドーパント材料は、必ずしも必要ではない
が、有機もしくは無機結合剤、ビヒクル、溶剤及び（又
は）シックナーを含んでいてよい、一層好ましくは、ド
ーパント材料は親金属の表面に粉末として着装され、又
は充填剤の少なくとも一部分を通じて分散させられる。

親金属の表面にドーパントを着装する一つの特に好まし
い方法は、処理前にドープされた親金属の取扱を容易に
する密着被覆を得るため、水／有機結合剤混合物の中の
ドーパントの液体で濁物を利用し、それを親金属の表面
上にスプレーする方法である。

ドーパント材料は、外部に使用される時、通常親金属の
表面の一部分にその上の均一な被覆として着装される。

ドーパントの量は、それが着装される親金属の量に対し
て相対的に広い範囲にわたり有効であり、また、アルミ
ニウムの場合に、実験は上側もしくは下側の作動可能な
限界をアイデンティファイし損なった０例えば、酸化体
として空気を使用するアルミニウム主体の親金属に対す
るドーパントとして外部に着装された二酸化シリコンの
形態でシリコンを利用する時、親金属の外部ドープされ
た表面のｌ　ｃｍ”あたり約ｏ、　ｏ　ｏ　。

Ｉｇ、又は酸化されるべき親金属のＩｇあたり約０、０
０００３　ｇというわずかな量のシリコンが、多結晶性
セラミック成長現象を生じさせるのに利用され得る。一
つ又はそれ以上の他のドーパントが使用され得る０例え
ば、シリコンドーパントが、マグネシウム及び（又は）
亜鉛の源を含んでいるドーパント材料により補われてい
てよい、また、セラミック構造が、親金属の外部ドープ
された表面の１ｃｍ”あたり約０．００３　ｇ、又は酸
化されるべき親金属のｔｇあたり約０．０００８　ｇよ
りも多いＭｇの量でドーパントとしてＭｇＯ及びＭｇＡ
ｌ２Ｏ４の一方又は双方を使用することによって、酸化
体として空気又は酸素を使用するアルミニウム主体の親
金属から得られることが見出された。

バリヤ一手段が充填材材料と組み合わせて、特に気相酸
化体がセラミック物体の生成に使用される時にバリヤー
を越える酸化反応生成物の成長を禁止するのに使用され
得る。適当なバリヤ一手段は、本発明のプロセス条件の
もとに、成る程度のインテグリテイを保ち、揮発性でな
（、また好ましくは気相酸化体に対して透過性であり、
他方において酸化反応生成物の継続成長を局部的に禁止
、妨害、停止、干渉、阻止などし得る任意の材料、化合
物、元素、複合物などであってよい、アルミニウム親金
属と共に使用するための適当なバリヤ一手段は、典型的
にスラリー又はペーストとして充填材材料の表面に着装
される硫化カルシウム（バリーのプラスター）、ケイ化
カルシウム及びボートランドセメント又はそれらの混合
物を含んでいる。これらのバリヤ一手段は、バリヤ一手
段の多孔性及び透過性を増すため、加熱時に消失する適
当な可燃性又は揮発性材料又は加熱時に分解する材料を
も含んでいてよい、さらに、バリヤ一手段は、さもなけ
ればプロセス中に生起するかもしれない収縮又はひび割
れを減するべく、適当な耐熱性粒子を含んでいてよい、
充填材材料の床の熱膨張係数と実質的に同一の熱膨張係
数を有するこのような粒子は特に望ましい０例えば、も
しプレフォームがアルミナを含んでおり、また結果とし
て得られるセラミックがアルミナを含んでいるならば、
バリヤーは、望ましくは約２０〜１０００のメツシュ寸
法を有する（さらに細かくてもよい）アルミナ粒子を混
合されていてよい、他の適当なバリヤーは、（もし使用
されるならば）気相酸化体が床を透過して溶融親金属と
接触するのを許すべく少なくとも一端で開いており又は
孔明き璧を有するステンレス鋼スクリーン、耐熱性セラ
ミック又は金属シースを含んでいる。

本発明の実施により得られるセラミックス複合物構造は
通常、セラミックス複合物製品の全体積の体積百分率で
約５％と約９８％との間が多結晶性セラミックマトリッ
クスで埋められている一つ又はそれ以上のプレフォーム
材料から成っている密でコヒーレントな製品である。多
結晶性セラミックマトリックスは通常、親金属がアルミ
ニウムであり、また空気又は酸素が酸化体である時、（
多結晶性マトリックスのｆ［ｆｆｌの）重量百分率で約
６０％ないし約９９％の相互結合されたαアルミナ酸化
物及び約１％ないし約４０％の非酸化金兄成分から成っ
ている。

以下、下記の例により本発明を説明する。なお、これら
の例は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものでは
ない。

■土 直径約４．５　ｃ　ｍのベース及び厚み約Ｑ、３　ｃ　
ｍの壁を有する長さ約７．５ｃｍのスチロフォーム・カ
ップが、カップにシリカ及びクレイの水スラリーを（ま
さにその開端に達しない位置まで）着装し、乾燥状態ま
で加熱することにより９５％シリカ及び５％クレイの混
合物で被覆された。被覆の厚みはカップの壁の厚みとほ
ぼ同一であった。被覆されたカップはゆるいウオラスト
ナイトの床のなかに、被覆の端が床の露出された表面と
本質的に同一面となるように埋められた。

カップは（スチロフォームを気化させる）溶融した３８
０．１アルミニウム合金で満たされ、また金ＷＳ／床組
立体が高温炉のなかに置かれ、そこで４８時間にわたり
１０００″Ｃで加熱された。

その結果として得られたセラミック物体がウオラストナ
イトの床から取り出され、残留する熔融アルミニウム合
金が注ぎ出され、また製品が冷却を許され、スチロフォ
ーム・カップの外側表面を詳細に複製する内側表面を有
するセラミックカップを後に残した。セラミックの外側
表面は最初の被覆されたパターンを囲むウオラストナイ
ト・バリヤーにより郭定された。セラミックカップの壁
はシリカ／クレイ被覆の厚みを通じて成長したアルミナ
セラミックから成っていた。

週１ 例１で説明した手順が、アルミナ粒子（７０％の２２０
メツシユ及び３０％の５００メツシユ粒子寸法のＮｏｒ
Ｌｏｎ３８アランダム）がウオラストナイトとｒｉｔ換
され、また組立体が７２時間にわたり加熱されたことを
例外として、繰り返された。この場合、アルミナマトリ
ックスはシリカ／クレイ被覆の厚みを通じて、また周囲
のアルミナ粒子のなかへ成長し、約０．６　ｃ　ｍまで
の厚みの壁を形成した。再び、セラミック複合物の内側
表面はスチロフォーム・カップパターンの外側表面を複
製した。

以上に於ては本発明の少数の実施例のみを詳細に説明し
てきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて種々の組み合わせ及び変更
が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は粒子状充填剤の床により囲まれ且つ耐熱性容器
のなかに入れられたパターン材料の組立体を示す概要立
回面図である。 第２図はキャビティへの親金属の重加を示す第１図と類
似の斜視図である。 第３図は本発明に従って製造された第１図のセラミック
複合物物体の断面図である。 ２・・・耐熱性容器、４・・・充填剤、６・・・パター
ン、８・・・中央部分、ｌＯ・・・バリヤ一手段、１６
・・・キャビティ、２０・・・外側表面、２２・・・端
面、２４・・・キャビティ 特許出願人　　ランキサイド・テクノロジー・カンパニ
ー・エル・ピー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　パターンのジオメトリを逆複製する少なくとも一つの
   キャビティを内部に有する自己支持セラミック複合物物
   体であって、（１）本質的に（ｉ）酸化体による親金属
   の酸化反応生成物と、（ｉｉ）オプションとして一つ又
   はそれ以上の金属成分とから成る多結晶性材料を形成す
   るべく前記親金属の酸化により得られたセラミックマト
   リックスと、（２）前記マトリックスにより浸透された
   充填材とを含んでいる自己支持セラミック複合物物体の
   製造方法に於いて、 （ａ）消失可能なパターン材料を用意する過程を含んで
   おり、 （ｂ）前記パターン材料を通合可能な充填材の床のなか
   に詰める過程を含んでおり、充填材の前記床は（１）後
   記過程（ｃ）で前記酸化体が溶融親金属と接触する必要
   がある時に前記酸化体に対して透過性であり、また前記
   充填材を通る酸化反応生成物の成長による浸透に対して
   透過性であり、また（２）少なくともその支持領域内で
   、前記床のなかの逆複製されたジオメトリを保持するの
   に十分な結合強度を有する前記パターン材料を包囲する
   ことを特徴としており、 （ｃ）前記パターン材料を或る量の親金属により置換し
   、また溶融親金属の物体を維持するべく前記親金属の融
   点よりも高く但し前記酸化反応生成物の融点よりも低い
   温度に維持し、また前記温度に於いて、 （１）前記酸化反応生成物を形成するべく溶融親金属を
   前記酸化体と反応させ、 （２）酸化反応生成物が前記酸化体と先に形成された酸
   化反応生成物との間の界面に形成し続けるにつれて充填
   材の前記床のなかに前記キャビティを同時に形成するよ
   うに溶融金属の前記物体から酸化反応生成物を通じて充
   填材の前記床のなかへ溶融金属を漸進的に輸送するべく
   、前記酸化反応生成物の少なくとも一部分を溶融金属の
   前記物体及び前記酸化体と接触し且つそれらの間に位置
   する状態に維持し、 （３）前記キャビティを内部に有する前記複合物物体を
   形成するべく前記酸化反応生成物の成長により前記酸化
   反応生成物のなかの前記充填材を少なくとも部分的に浸
   透するのに十分な時間にわたり前記反応を継続する 過程を含んでおり、 （ｄ）結果として得られた自己支持セラミック複合物物
   体を、もし過剰充填材が存在するならば、過剰充填材か
   ら分離する過程を含んでいることを特徴とする自己支持
   セラミック複合物物体。