(57)【要約】  この発明は、特に、炭化物および窒化物材料であり、Ｍn+1ＡＸn（ＭＡＸ）の化学式（式中、Ｍは遷移金属、Ａは、周期律表の第ＩＩＩＡおよび第ＩＶＡ族元素由来の元素、Ｘは、炭素又は窒素、およびｎは、１、２、または３である）で示される三元セラミックを含むスリップ鋳込み製品成形具に関する。前記三元セラミック製品は、手袋またはコンドーム成形具であっても良い。また、この発明は、スリップ鋳込み法を採用した、三元セラミック製品の製造法にも関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍn+1ＡＸnの化学式を持ち、式中、Ｍが前期遷移金属であり、Ａが、第ＩＩＩＡ族元素と第ＩＶＡ族元素からなる群から選ばれた元素であり、Ｘが、炭素、窒素、およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれ、およびｎが、１、２、および３からなる群から選ばれる、三元セラミック材料を含むスリップ鋳込み（スリップキャスト）製品。
【請求項２】
前記三元セラミックがＴｉ3ＳｉＣ2である、請求項１に記載のスリップ鋳込み製品。
【請求項３】
成形具（ｆｏｒｍｅｒ）の全重量基準で約１００重量％に及ぶ量で前記三元セラミックが存在する、請求項２に記載のスリップ鋳込み製品。
【請求項４】
前記製品が成形具である、請求項１に記載のスリップ鋳込み製品。
【請求項５】
成形具がコンドーム成形具である、請求項４に記載のスリップ鋳込み製品。
【請求項６】
成形具が手袋成形具である、請求項４に記載のスリップ鋳込み製品。
【請求項７】
Ｍn+1ＡＸnの化学式を持ち、Ｍが前期遷移金属であり、Ａが、第ＩＩＩＡ族元素と第ＩＶＡ族元素からなる群から選ばれる元素であり、Ｘが炭素、窒素、およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれ、およびｎが、１、２、および３からなる群から選ばれる三元セラミック材料を含んだスリップ鋳込みで製作された成形具。
【請求項８】
前記三元セラミックがＴｉ3ＳｉＣ2である、請求項７に記載のスリップ鋳込みで製作された成形具。
【請求項９】
前記成形具の全重量基準で、約１００重量％に及ぶ量で前記三元セラミックが存在する、請求項８に記載のスリップ鋳込みで製作された成形具。
【請求項１０】
前記成形具が手袋成形具である、請求項７に記載のスリップ鋳込みで製作された成形具。
【請求項１１】
前記成形具がコンドーム成形具である、請求項７に記載のスリップ鋳込みで製作された成形具。
【請求項１２】
分散物の全重量基準で、約１５〜約８３重量％の三元セラミック粉体；
分散物の全重量基準で、約１５〜約７５重量％の水；
分散物の全重量基準で、約１〜約２０重量％のバインダー；および
分散物の全重量基準で、約１〜約５重量％の粘度改質剤；
を含む分散物。
【請求項１３】
前記三元セラミックがＴｉ3ＳｉＣ2である、請求項１２に記載の分散物。
【請求項１４】
バインダーがセルロース粉体である、請求項１２に記載の分散物。
【請求項１５】
粘度改質剤がポリアクリレート酸重合体である、請求項１２に記載の分散物。
【請求項１６】
Ｍn+1ＡＸnの化学式（式中、Ｍは前期遷移金属であり、Ａは、第ＩＩＩＡ族元素と第ＩＶＡ族元素からなる群から選ばれる元素であり、Ｘは、炭素、窒素、およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれ、およびｎは、１、２、および３からなる群から選ばれる）を持つ三元セラミック材料を含み、スリップ鋳込みで製造された製品。
【請求項１７】
Ｍn+1ＡＸnの化学式（式中、Ｍは前期遷移金属であり、Ａは、第ＩＩＩＡ族元素と第ＩＶＡ族元素からなる群から選ばれる元素であり、Ｘは、炭素、窒素、およびそれらの組み合わせからなる群から選ばれ、およびｎは、１、２、および３からなる群から選ばれる）を持つ三元セラミック材料を含み、スリップ鋳込みで製造された成形具。
【請求項１８】
前記成形具が手袋成形具である、請求項１７に記載の成形具。
【請求項１９】
前記成形具がコンドーム成形具である、請求項１７に記載の成形具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三元セラミック材料を含有する製品およびその製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
成形具は、最終製品のディメンジョンを定義するための寸法と形を持つ硬質の型である。成形具は、診察用および外科用手袋、およびコンドームなどのラテックスおよび合成重合体製品の製造に使用される。一般に、成形具は、木材、セラミック、ガラス、磁器、プラスチック、スチール、またはアルミニウムから作製されており、手袋成形具については、通常、最初指の方から混合化学薬品を含む液状ラテックス浴に浸され、ラテックスはそこで成形具に付着する。この手袋またはコンドーム成形具は、浸漬工程を開始するに先がけて加熱されていても良い。
【０００３】
通常、手袋とコンドームの成形具は、ラテックスをゲル化させ、成形具からの製品の取り出しを容易にするための凝固剤で前被覆されている。代表的な凝固剤には硝酸カルシウムが含まれる。また、フィラー含有ラテックス槽でのさらなる浸漬が必要とされることもある。前記ラテックスは凝固されて、手袋またはコンドームは、通常、手袋またはコンドームを成形具から剥離することによって成形具から取り外される。
【０００４】
これら製品は、成形具から水中で取りはずすこともできる。また、手袋またはコンドームは、成形具からはがされる前に、残留化学薬品を除去するために、浸出および洗浄サイクルを通過させることもできる。次いで、完成品は成形具から、成形具からみて外層が手袋またはコンドームの最内層になるように取り外される。次いで、製品は出荷に向けて、包装され、殺菌される。
【０００５】
化学浸漬の繰り返しサイクル後に、成形具は劣化し始めるため、交換を必要とする。耐久力のベンチマークとして、磁器製成形具は水酸化カリウムの濃厚溶液にさらされた時、良好状態に最高２週間とどまることができる。
【０００６】
三元セラミックは、硬いか、または脆く、機械加工部品製造への使用に適していないことが一般に知られている。しかしながら、チタンシリコンカーバイドＴｉ3ＳｉＣ2が合成され、それが、柔らかく、機械加工可能で、強く、軽量な素材であることが明らかにされている。Ｔｉ3ＳｉＣ2は炭化物素材としては異例に柔らかく、またこの材料の単相試料はその熱安定性と酸化耐性で特徴付けられている。Ｔｉ3ＳｉＣ2材料の試料棒を、バケツいっぱいの水中で１，４００°Ｃから急冷した時、急冷後、わずかにその強度が増大することが見いだされている。Ｔｉ3ＳｉＣ2材料の試料はまた、意外と機械加工可能性を有している。セラミックは、一般に、機械加工するには脆すぎるが、Ｔｉ3ＳｉＣ2の初期の硬い殻に貫通孔を開ける試験で、この試料がほぼ黒鉛と同じくらいの機械加工性を持つことが見いだされた。
【０００７】
Ｔｉ3ＳｉＣ2は金属とセラミックの両方の性質を持っている。それは、金属のように機械加工が可能であり、熱的に、また電気的に伝導性であり、熱ショックに抵抗力があり、高温度では可塑性である。それは、セラミックのように耐火性（すなわち、２，０００°Ｃより高い分解温度を持っている）で、酸化抵抗力があり、硬くかつ軽量（約４．５グラム／立方センチメートル）で、その熱膨張は相対的に低く、金属よりむしろセラミック様である。
【０００８】
しばしば、ドレインキャスティングと呼ばれるスリップ鋳込（スリップキャスト）成形では、焼き石膏鋳型がスリップで満たされる。ここで、スリップは、セラミック材料を水懸濁物として含んでいる液体を意味する。鋳型が水を吸収するにつれ、セラミック懸濁物は型の壁で均一に固化する。所望の壁厚さに達したら直ちに、残留スリップは排出され、鋳型は分割されるか、または壊されて、部品が取りだされ、次いで、部品はオーブンで焼結される。
【０００９】
ＷＯ  ９８／２２２４４では、粉末化Ｔｉ3ＳｉＣ2とＴｉ3ＳｉＣ2に可溶性の粉末化材料とを組み合わせたものに圧力をかけて生素地に作製した、濃厚セラミック加工中間製品が述べられている。次いで、この生素地は、無加圧焼結条件下で、液体形成温度点以上であるが前記混合物の融点以下の温度まで熱せられる。このＷＯ  ９８／２２２４４では、焼き石膏鋳型を用いた（成形具のような）中空物の製造、および粉末化Ｔｉ3ＳｉＣ2の液状分散物については教示も開示もされていない。
【００１０】
一般に、木材、セラミック、ガラス、磁器、プラスチック、スチール、またはアルミニウムで作製された従来の成形具は、手袋とコンドーム製造プロセスで使用される熱および化学薬品へ継続的に曝された後、劣化する。この劣化は、成形具において孔食を起こし、孔食された成形具から製造された手袋およびコンドームは、ピンホール大の欠陥を持っている。従って、手袋およびコンドーム成形具については、成形具交換頻度を減少させる丈夫な材料のニーズが存在する。これらの耐久性成形具は、製造される手袋またはコンドームの品質を妨げないことが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（発明の概要）
本発明は、Ｍn+1ＡＸnの化学式（ここでＭは前期遷移金属であり、Ａは、第ＩＩＩＡ族元素および第ＩＶＡ族元素から成る群から選ばれた元素であり、Ｘは、炭素、窒素、およびそれらの組み合わせから成る群から選ばれ；ｎは、１、２、および３から成る群から選ばれる）を持つ三元セラミック材料；バインダー；および、粘度改質剤：を含んだ製品、例えば成形具（ｆｏｒｍｅｒ）などに関する。
【００１２】
本発明の形態は、従来の成形具と異なって、繰り返し化学薬品浸漬に耐える、高強度で、高温安定性の材料から作製された成形具に関する。本発明による成形具は、従来の成形具より丈夫な材料で作製されるので、成形具交換必要頻度は著しく減少する。
【００１３】
本発明は、また、以下の工程：
（ａ）三元セラミック粉体、水、バインダーおよび粘度改質剤を混合し、分散物を作製する；
（ｂ）工程（ａ）の分散物を焼き石膏鋳型（ｐｌａｓｔｅｒ  ｏｆ  ｐａｒｉｓ  ｍｏｌｄ）に注ぎ、焼き石膏鋳型内の分散物を約３０分から５時間でセットする；
（ｃ）過剰量の分散物全てを焼き石膏鋳型から捨てさる；
（ｄ）約１時間から約８時間で、焼き石膏鋳型内の分散物を風乾させる；
（ｅ）焼き石膏鋳型を壊して開け、成形具から取り除き；そして
（ｆ）工程（ｅ）の成形具を炉内で約１０００から１５００℃の温度で、約１時間から約８時間かけて焼成する；
を含む、成形具などの製品の作製方法に関する。
【００１４】
（発明の詳細な説明）
本発明の製品は、三元セラミック材料を含んでいる。この三元セラミック材料は、Ｍn+1ＡＸn（ここで、Ｍは前期遷移金属であり、Ａは、第ＩＩＩＡ族元素と第ＩＶＡ族元素から成る群から選ばれる元素であり、Ｘは、炭素、窒素、およびそれらの組み合わせから成る群から選ばれ、およびｎは、１、２、および３から成る群から選ばれる）の化学式；バインダー；そして、粘度改質剤を有している。製品には、限定されるものではないが、手袋成形具やコンドーム成形具などの成形具が含まれる。製品中に存在する三元セラミック材料量は、製品全体重量基準で、約１００重量％である。
【００１５】
好ましい三元セラミック材料はＴｉ3ＳｉＣ2である。Ｔｉ3ＳｉＣ2と類似した２化合物が同定され、合成されてきている。これら化合物は、Ｔｉ3ＧｅＣ2およびＴｉ3ＡｌＣ2であり、珪素原子の代わりに、一個のゲルマニウムまたはアルミニウム原子が用いられている。これらの化合物（Ｔｉ3ＳｉＣ2、Ｔｉ3ＧｅＣ2およびＴｉ3ＡｌＣ2）は、化合物内の各要素の原子個数により、それぞれ、“３１２”化合物と呼称される。
【００１６】
化学的に関連した化合物は、“２１１”または“４１３”式を持っている。また、化学的に関連した２１１および４１３化合物は、３１２化合物と同様な特徴を持っていることが期待される。そして、ＭＡＸ相三元層状化合物は、一般に、Ｍn+1ＡＸnの式（ここで、Ｍは前期（ｅａｒｌｙ）遷移金属、Ａは、一般に、化学元素周期律表の第ＩＩＩＡまたはＩＶＡ族中に現れるＡ族元素であり、Ｘは炭素または窒素またはその両方であり、そしてｎは１、２、または３）で定義される。
【００１７】
４１３化合物にはＴｉ4ＡｌＮ3が含まれる一方、２１１化合物には表１の化合物が含まれる。
表１  “211”化合物
Ti2AlC      Ti2AlN      Hf2PbC         Cr2GaC    V2AsC    Ti2InN
Nb2AlC   (Nb,Ti)2AlC   Ti2AlN1/2C1/2     Nb2GaC    Nb2AsC    Zr2InN
Ti2GeC      Cr2AlC      Zr2SC          Mo2GaC    Ti2CdC    Hf2InN
Zr2SnC      Ta2AlC      Ti2SC          Ta2GaC    Sc2InC    Hf2SnN
Hf2SnC      V2AlC       Nb2SC          Ti2GaN    Ti2InC    Ti2TlC
Ti2SnC      V2PC        Hf2SC          Cr2GaN    Zr2InC    Zr2TlC
Nb2SnC      Nb2PC       Ti2GaC         V2GaN     Nb2InC    Hf2TlC
Zr2PbC      Ti2PbC      V2GaC          V2GeC     Hf2InC    Zr2TlN
【００１８】
本発明の製品は、産業界において「スリップキャスティング」と呼称される方法で作製される。三元セラミック粉体、水、バインダーおよび粘度改質剤を混ぜることにより、分散物は形成される。好ましい三元セラミック材料は、スウェーデンのＫａｎｔａｌ  ＡＢからＭａｘｔｈａｌとして入手可能な、粉末化Ｔｉ3ＳｉＣ2である。また、三元セラミック粉体量は、分散物全重量基準で約１５から約８３重量％の範囲にある。
【００１９】
水量は、分散物全重量基準で、約１５から約７５重量％にある。
バインダーと粘度改質剤は、セルロース系材料である。適当なバインダーには、セルロース粉体、セルロース誘導体、およびそれらの組み合わせが含まれるが、それらに限定されない。バインダーは、分散物全重量基準で、約１から約２０重量％、好ましくは約５から約１０重量％の量で存在する。適当な粘度改質剤には、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリレート酸重合体、およびそれらの組み合わせ物が含まれるが、それらに限定されない。粘度改質剤は、分散物全重量基準で、約１から約５重量％、好ましくは約１から約２重量％の量で存在する。
この分散物は、分散物全重量基準で、約２５から約８５重量％、好ましくは約８０から約８５重量％の固形分を含むことができる。この分散物またはスラリーは、スリップとして参照される。
【００２０】
この分散物は、焼き石膏（硫酸カルシウム半水和物）型に注がれる。この焼き石膏型は、成形具の所望の形とサイズに対応している。この分散物は、分散物が焼き石膏型内表面を覆うに十分な時間、焼き石膏型内に置かれ、また、分散物が焼き石膏型に置かれる時間量は、加工品の所望厚さに直接比例している。従って、分散物が、より長時間焼き石膏型に置かれるにつれて、製品表面はより厚くなる。
【００２１】
次いで、過剰量の分散物は捨てられて、焼き石膏形内の分散物は、約３０分から約５時間、空気乾燥される。次いで、焼き石膏型は、破壊開放され、製品から取り除かれる。
約１時間から約８時間、製品を空気乾燥させた後、製品は約１０００℃から１５００℃の温度のオーブン中で焼かれる。この焼き、または加熱は、焼結工程として参照される。製品は、約１時間から約８時間、焼かれる。この焼きにより、製品に三元セラミック材料を約１００％残したまま、水、バインダー、および粘度改質剤は消散される。
【００２２】
以下の実施例は、この発明を説明するための、好ましい実施態様を説明するものである。しかしながら、この発明は、この具体的実施態様に限定されることを意図していないと理解されるべきである。
【実施例１】
【００２３】
スウェーデンのＫａｎｔｈａｌ  ＡＢからＭａｘｔｈａｌとして入手可能なＴｉ3ＳｉＣ2セラミック粉体２３５５グラムを、水５２５ｍｌおよびＵｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ｃｏｒｐ．，  ｏｆ  Ｄａｎｂｕｒｙ，  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔから入手可能なＣｅｌｌｕｌｏｓｅ  ＱＰ  １２０グラムに分散させることにより、Ｔｉ3ＳｉＣ2の三元セラミックを、スリップ鋳込みし、焼結して、中型サイズの実験用手袋成形具にした。前記スリップを、焼き石膏型に注入してから１５分間セットさせた後、過剰スリップを排出した。次いで、型から成形具を取り出して、１時間、空気乾燥を行った。乾燥後、成形具を非連続（バッチ）オーブンで、最高１４００°Ｃの温度で１５時間、加熱した。
成形具の耐久性を測定するために、成形具のある部分を試験した。成形具の試料部分の重量を測定した後、１７０°Ｆの２０％水酸化カリウム溶液に浸した。試料は、７日毎に取りだし、重量測定した後、水酸化カリウム溶液中へ戻した。結果を表２に示した。
2005512845.tif 000002
８週の終わりで、成形具はわずかな減量を示しはじめた。標準の磁器成形具は、水酸化カリウムへの２週間の暴露後に、成形具に孔食が起こり、ピンホール大の欠陥を持つ手袋が製造されることで証明されるように、劣化することが知られている。
【００２４】
本明細書中で説明された実施態様の様々な変化と修飾は、当技術分野の熟達者に明白であることは理解されるべきである。そのような変化と修飾は、本発明の精神と範囲を逸脱せず、また付随した利点を失うことなく行うことができる。従って、そのような変化と修飾は、付随された請求項でカバーされることが意図されている。
【００２５】
本明細書で引用された、出版物、特許出願書、および特許を含むすべての参照文献は、参照することで、あたかも個々の参照例が、参照により個別に、かつ具体的に本明細書中に組み込まれる程度にまで組み込まれ、本明細書中でそっくりそのまま示される。
【国際調査報告】
2005512845.tif 000003
2005512845.tif 000004