(57)【要約】  組成物中に過剰量のＹ2Ｏ3を含む合成の焼結ＹＰＯ4複合材料、およびこれら材料の製造方法。Ｙ2Ｏ3を改質した焼結ＹＰＯ4複合材料は、化学量論のＹＰＯ4材料と比較して、改善された機械的特性を示す。改質したＹＰＯ4材料は、例えばアイソパイプなど、ガラス製造工程に使用するさまざまな部品を生産するのに用いることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結ＹＰＯ4複合材料であって、
複数の粒子を含み、
（Ｙ2Ｏ3）m・（Ｐ2Ｏ5）nを含む組成物を有し、
ここで、ｍおよびｎはそれぞれ、複合材料におけるＹ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5のモル分率であり、０＜Ｄｅ（Ｐ）＝（（ｍ−ｎ）／ｎ）×１００％≦０．５％である、複合材料。
【請求項２】
前記焼結ＹＰＯ4複合材料が１０％未満の幾何学的孔隙率を有することを特徴とする請求項１記載の複合材料。
【請求項３】
前記焼結ＹＰＯ4複合材料が３００μｍ未満の平均粒径を有することを特徴とする請求項１または２記載の複合材料。
【請求項４】
前記焼結ＹＰＯ4複合材料が、１１８０℃において２００ｐｐｂ／時間未満のクリープ速度を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の複合材料。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載の複合材料を含む、１０００℃よりも高い温度で動作可能な物品。
【請求項６】
焼結ＹＰＯ4複合材料を含む物品を製造する方法であって、
（I）Ｐ2Ｏ5源材料およびＹ2Ｏ3源材料を混合し、化学量論のＹＰＯ4を形成するのに必要とされるよりも多いＹ2Ｏ3源材料を含む混合物を生成し、
（II）前記混合物を加熱して反応性材料を得て、
（III）前記反応性材料の粒子を生成し、
（IV）前記粒子をプリフォームへと成形し、
（V）前記プリフォームを焼結して、複数の粒子を含み、かつ、（Ｙ2Ｏ3）m・（Ｐ2Ｏ5）nを含む組成物およびＹ2Ｏ3に対するＰ2Ｏ5のＤｅ（Ｐ）の欠如量を有する、焼結ＹＰＯ4複合材料を含む物品を得る、
各工程を有してなり、
ここで、ｍおよびｎはそれぞれ、複合材料におけるＹ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5のモル分率であり、Ｄｅ（Ｐ）＝（（ｍ−ｎ）／ｎ）×１００％、および０＜Ｄｅ（Ｐ）≦０．５％である、方法。
【請求項７】
工程（I）において、前記Ｐ2Ｏ5源材料がＰ2Ｏ5を含み、前記Ｙ2Ｏ3源材料がＹ2Ｏ3を含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
工程（III）において、形成された前記粒子が０．１〜１００μｍの平均粒径を有することを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
工程（V）が、前記プリフォームを、１０００℃〜１４７５℃の温度で少なくとも３時間、加熱する工程を含むことを特徴とする請求項６〜８いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
工程（V）が、前記プリフォームを、１６００℃〜１７７５℃の温度で２４時間〜１０００時間、加熱する工程を含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、参照することにより本明細書に援用される、２００８年２月２７日出願の米国特許出願第１２／０７２，６３０号の優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、合成のＹＰＯ4材料、これら材料の製造方法、およびこれら材料を含む物品に関する。特に、本発明は、イットリアを含む、組成的および構造的に改質したＹＰＯ4材料、これら材料を含む高温用途のための物品、およびこれら物品を製造する方法に関する。本発明は、例えば、フュージョンドロー・ガラスの製造法のためのアイソパイプの製造に有用である。
【背景技術】
【０００３】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、優れた画質を提供し、占有スペースが小さく、ＣＲＴよりもエネルギー効率が良く、経済的に製造することができる。このため、ＬＣＤの市場は急速に拡大している。新製品に関しては、他のディスプレイ技術に対し、より効率的に競争するため、より広い活動地域にディスプレイを紹介することが継続的な傾向となっている。さらに、より大きいディスプレイを生産可能な方法は、同時に、より小さい多くのディスプレイの製造に使用することができ、それによって、スケールメリットを活用し、すべての生産コストを軽減する。
【０００４】
ＬＣＤガラスシートを製造するためのアプローチの１つに、溶融工程が含まれる。溶融工程における重要な構成要素は、アイソパイプである。現在、より幅の広いＬＣＤガラスシートの生産の需要が存在している。フュージョンドロー機械（ＦＤＭ）で生産可能な板ガラスの最大幅は、アイソパイプの長さによって制限される。したがって、より幅の広いガラスシートを生産するため、より長いアイソパイプが必要とされている。
【０００５】
ＬＣＤガラスシートの生産に現在使用されている特定のアイソパイプは、ジルコン耐火物でできている。アイソパイプの高温のクリープは、動作寿命を制限すると考えられる。過度のクリープを有する、アイソパイプでドローされたディスプレイガラスは、均一の厚さのシートを生産できない。クリープ変形は、ガラス流動の不均等分布を生じさせる。よって、アイソパイプの製造に用いる耐火物材料の固有クリープ速度の低下は、結果的に、より幅の広いアイソパイプの使用をもたらし、フュージョンドロー法をより高温のガラスにまで拡大し、現行の方法におけるアイソパイプの耐用年数を延長し、工程の停止時間および取替原価を最小限に抑えることができる。
【０００６】
アイソパイプの場合には、クリープ速度は、材料自体、ならびに、アイソパイプの長さおよび高さの関数である。より長いアイソパイプは、クリープに起因して、より故障する傾向にある。アイソパイプの故障は、ガラスの生産を中断し、製造プロセスの長期にわたる望ましくない停止時間を発生させうる。
【０００７】
アイソパイプなどの多結晶のセラミック体のクリープ速度は、微細構造的（例えば孔隙率、粒径、粒形、および２次相の配置）または化学的（化学量論および不純物の濃度など）に分類できる因子の影響を受ける。セラミック体の微細構造および化学組成は、それ自体、粉末の最初の粒径、焼結温度、および汚染物質を含めた加工履歴に左右される。これらの同一の因子は、アイソパイプの材料の他の要求を満たす能力、例えば強度などに影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
よって、耐火物材料の微細構造特性および化学組成を改質して、クリープ速度を低減し、かつ、他の特性を満たしたまま維持することが望ましいであろう。最終的には、耐火物材料は、アイソパイプおよびガラスの製造方法に用いられる他の構成要素の生産に用いられるであろう。本明細書に記載される方法および組成物は、この必要性に対処するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明の第１の態様は、複数の粒子を含み、（Ｙ2Ｏ3）m・（Ｐ2Ｏ5）nを含む組成物およびＹ2Ｏ3に対するＰ2Ｏ5のＤｅ（Ｐ）の欠如量を有する、焼結ＹＰＯ4複合材料に関し、ここで、ｍおよびｎはそれぞれ、複合材料におけるＹ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5のモル分率であり、Ｄｅ（Ｐ）＝（（ｍ−ｎ）／ｎ）×１００％、および０＜Ｄｅ（Ｐ）≦０．５％である。ある実施の形態では、Ｄｅ（Ｐ）≧０．１０％であり、ある他の実施の形態ではＤｅ（Ｐ）≧０．１５％である。
【００１０】
本発明の第１の態様のある実施の形態では、焼結ＹＰＯ4複合材料は、モルパーセントで、少なくとも９５％（ある実施の形態では少なくとも９６％、ある実施の形態では少なくとも９７％、ある実施の形態では少なくとも９８％、ある実施の形態では少なくとも９９％、ある実施の形態では少なくとも９９．５％）の（Ｙ2Ｏ3）m・（Ｐ2Ｏ5）nを含む。
【００１１】
本発明の第１の態様のある実施の形態では、焼結ＹＰＯ4複合材料は１０％未満の幾何学的孔隙率を有し、ある実施の形態では９％未満であり、ある他の実施の形態では８％未満であり、ある他の実施の形態では７％未満であり、ある他の実施の形態では５％未満である。ある実施の形態では、焼結ＹＰＯ4材料において、少なくとも９０％（ある実施の形態では少なくとも９５％、ある実施の形態では少なくとも９８％）の孔隙が閉塞している。
【００１２】
本発明の第１の態様のある実施の形態では、焼結ＹＰＯ4複合材料は３００μｍ未満の平均粒径を有し、ある実施の形態では１００μｍ未満であり、ある他の実施の形態では４０μｍ未満である。ある実施の形態では、焼結ＹＰＯ4材料は、少なくとも１０μｍの平均粒径を有する。
【００１３】
本発明の第１の態様のある実施の形態では、焼結ＹＰＯ4複合材料は、１１８０℃における２００ｐｐｂ／時間未満のクリープ速度を有する。ある実施の形態では、焼結した複合材料は、１２５０℃における６００ｐｐｂ／時間未満のクリープ速度を有する。
【００１４】
本発明の第１の態様のある実施の形態では、焼結ＹＰＯ4複合材料は、１２００℃において、少なくとも６０ＭＰａのワイブル応力を有し、ある実施の形態では少なくとも１００ＭＰａであり、ある他の実施の形態では少なくとも１２０ＭＰａである。
【００１５】
本発明の第２の態様は、先に概説し、以下に詳述する本発明の第１の態様に従った焼結ＹＰＯ4複合材料を含む、１０００℃を超える温度で動作可能な物品に関する。本発明の第２の態様のある実施の形態では、物品は、ガラス物品を製造するためのフュージョンドロー法のためのアイソパイプである。
【００１６】
本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様に従った物品を含めた、ガラスを製造するための装置である。
【００１７】
本発明の第４の態様は、焼結ＹＰＯ4複合材料を含む物品を製造する方法であって、
（I）Ｐ2Ｏ5源材料およびＹ2Ｏ3源材料を混合して化学量論のＹＰＯ4を形成するのに必要とされるよりも多いＹ2Ｏ3源材料を含む混合物を生成し；
（II）前記混合物を加熱して反応性材料を得て；
（III）前記反応性材料の粒子を生成し；
（IV）前記粒子をプリフォームへと成形し；
（V）前記プリフォームを焼結して、複数の粒子を含み、（Ｙ2Ｏ3）m・（Ｐ2Ｏ5）nを含む組成物およびＹ2Ｏ3に対するＰ2Ｏ5のＤｅ（Ｐ）の過剰量を有する、焼結ＹＰＯ4複合材料を含む物品を得る、
各工程を有してなり、
ここで、ｍおよびｎはそれぞれ、複合材料におけるＹ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5のモル分率であり、Ｄｅ（Ｐ）＝（（ｍ−ｎ）／ｎ）×１００％、および０＜Ｄｅ（Ｐ）≦０．５％である。
【００１８】
本発明の第４の態様のある実施の形態では、工程（I）において、前記Ｐ2Ｏ5源材料はＰ2Ｏ5を含み、前記Ｙ2Ｏ3源材料はＹ2Ｏ3を含む。
【００１９】
本発明の第４の態様のある実施の形態では、工程（III）において、形成された前記粒子は０．１〜１００μｍの平均粒径を有し、ある実施の形態では０．１〜４５μｍであり、ある他の実施の形態では０．１〜３０μｍであり、ある他の実施の形態では０．１〜１５μｍである。
【００２０】
本発明の第４の態様のある実施の形態では、工程（IV）は、粒子を等方プレスすることを含む。
【００２１】
本発明の第４の態様のある実施の形態では、工程（V）は、前記プリフォームを、１０００℃〜１４７５℃の温度で少なくとも３時間、加熱する工程を含む。
【００２２】
本発明の第４の態様のある実施の形態では、工程（V）は、前記プリフォームを、１６００℃〜１７７５℃の温度で２４時間〜１０００時間の間、加熱する工程を含む。
【００２３】
本発明の第４の態様のある実施の形態では、工程（I）におけるＰ2Ｏ5源材料およびＹ2Ｏ3源材料の量は、工程（V）で得られる焼結ＹＰＯ4複合材料において、０．１０％≦Ｄｅ（Ｐ）≦０．５０％になるように選択され、ある実施の形態では、０．１５％≦Ｄｅ（Ｐ）≦０．５０％になるように選択される。
【００２４】
本発明の第４の態様のある実施の形態では、工程（V）において、焼結ＹＰＯ4複合材料は１０％未満の幾何学的孔隙率を有し、ある実施の形態では９％未満であり、ある他の実施の形態では８％未満であり、ある他の実施の形態では７％未満である。ある実施の形態では、工程（V）において、焼結ＹＰＯ4複合材料における孔隙は、実質的に閉塞している（数に基づいて、少なくとも９０％であり、ある実施の形態では少なくとも９５％であり、ある他の実施の形態では少なくとも９８％であり、ある実施の形態では、少なくとも９９％である）。
【００２５】
本発明の第４の態様のある実施の形態では、工程（V）において得られた焼結ＹＰＯ4複合材料は３００μｍ未満の平均粒径を有し、ある実施の形態では１００μｍ未満であり、ある他の実施の形態では４０μｍ未満である。
【００２６】
本発明の第４の態様のある実施の形態では、工程（V）において得られた焼結ＹＰＯ4複合材料は、少なくとも１０μｍの平均粒径を有する。ある実施の形態では、工程（V）において得られた焼結ＹＰＯ4複合材料は１１８０℃における２００ｐｐｂ／時間未満のクリープ速度を有する。ある実施の形態では、工程（V）において得られた焼結複合材料は１２５０℃における６００ｐｐｂ／時間未満のクリープ速度を有する。
【００２７】
本発明の特定の実施の形態の１つは、次の利点の１つ以上を有する：材料およびアイソパイプは、高い動作温度であっても、長期間、高い強度および低いクリープ速度を有しうる。
【００２８】
本明細書に取り込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、以下に説明する幾つかの実施の形態を例証する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】Ｐ2Ｏ5の欠如の関数としての一連の合成焼結ＹＰＯ4材料のサンプルの幾何学的孔隙率のプロット。
【図２】一連の合成の焼結ＹＰＯ4材料サンプルの焼結時間の関数としての幾何学的孔隙率のプロット。
【図３】１，７５０℃で９６時間焼結した、一連の、研磨し、熱的にエッチングした合成の焼結ＹＰＯ4材料サンプルの光学顕微鏡写真。
【図４】１，６００℃で１０００時間焼結した、一連の、研磨し、熱的にエッチングした合成の焼結ＹＰＯ4材料サンプルの光学顕微鏡写真。
【図５】一連の合成の焼結ＹＰＯ4材料サンプルの焼結時間の関数としての粒径のプロット。
【図６】それぞれ、１，７５０℃で４時間および９６時間焼結した、幾つかのサンプルのＰ2Ｏ5の欠如の関数としての粒径のプロット。
【図７】それぞれ、１，６００℃で４８時間、２４０時間、および１０００時間焼結した、一連の合成の焼結ＹＰＯ4材料サンプルのＰ2Ｏ5の欠如の関数としての粒径のプロット。
【図８】それぞれ、１，７５０℃で４時間および１００時間焼結した、一連の合成の焼結ＹＰＯ4材料サンプルのＰ2Ｏ5の欠如の関数としての１，１８０℃および１，２５０におけるクリープ速度。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本明細書に記載される材料、化合物、組成物、物品、装置、および方法は、以下に開示される対象の特定の実施の形態の詳細な説明およびそこに含まれる実施例および図を参照することにより、さらに容易に理解されよう。
【００３１】
本発明にかかる材料、化合物、組成物、物品、装置、および方法を開示し、説明する前に、下記の実施の形態は、特定の合成方法または特定の試薬に限定されず、当然ながら、変化しうるものと解されるべきである。本明細書で使用する専門用語は、単に特定の実施の形態を説明する目的であって、限定されることは意図していないこともまた、理解されるべきである。
【００３２】
また、本明細書全体を通じて、さまざまな文献が参照される。開示対象である最新技術をさらに十分に説明することを目的として、これらの文献の開示は、その全体が、参照することにより本願に援用される。開示される参考文献はまた、参考文献が信頼される文章中に述べられる、それらに含まれる材料について参照することにより、個別にかつ明確に本明細書に援用される。
【００３３】
本明細書の説明および特許請求の範囲全体を通じて、「含む」という語句およびその語句の他の形態、例えば「含み」および「含めて」などは、それらを含むがそれらに限定されないことを意味し、例えば、他の添加剤、構成要素、整数、または工程を排除することは意図していない。
【００３４】
「随意的な」または「随意的に」は、その後に記載する事象または環境が生じても生じなくてもよく、その事象または環境が生じる場合および生じない場合にかかわらず、その説明が事例を含むことを意味する。
【００３５】
本明細書に開示されるある材料、化合物、組成物、および構成要素は、商業的に入手することができ、または当業者に一般に知られている技術を用いて容易に合成することができる。例えば、開示される化合物および組成物の調製に使用する出発材料および試薬は、商業的な供給元から入手するか、あるいは、当業者に周知の方法によって調製される。
【００３６】
開示する材料、化合物、組成物、物品、および方法の特定の実施の形態について詳細に述べるが、それらの例は、添付の実施例および図において例証されている。
【００３７】
過剰量のイットリアを含む、合成の焼結ＹＰＯ4複合材料を本明細書に開示する。複合材料は、複数の粒子を含み、（Ｙ2Ｏ3）m・（Ｐ2Ｏ5）nを含む組成物、およびＹ2Ｏ3に対するＰ2Ｏ5のＤｅ（Ｐ）の欠如量を有し、ここで、ｍおよびｎは、それぞれ、複合材料におけるＹ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5のモル分率であり、Ｄｅ（Ｐ）＝（（ｍ−ｎ）／ｎ）×１００％、および０＜Ｄｅ（Ｐ）≦０．５％である。焼結ＹＰＯ4複合材料のある実施の形態では、０．１０％≦Ｄｅ（Ｐ）≦０．５％であり、ある実施の形態では０．１５％≦Ｄｅ（Ｐ）≦０．５％である。本願の目的では、Ｐ2Ｏ5の欠如量とは、複合材料中のＹ2Ｏ3の過剰量と等しい。Ｄｅ（Ｐ）は、本願では、時折、「Ｐ2Ｏ5の欠如」または「Ｐ2Ｏ5における欠如」とも称される。
【００３８】
一般式Ｙ2Ｏ3・Ｐ2Ｏ5で表すことができる、化学量論のＹＰＯ4材料と比較して、焼結ＹＰＯ4複合材料は、改質した微細構造特性を有する。したがって、記載の便宜のため、本発明の焼結ＹＰＯ4複合材料は、本願では時折「改質したＹＰＯ4材料」と称される。本明細書に定義される「微細構造特性」という用語は、改質したＹＰＯ4材料で構成される物品の性能全体に影響を与える、顕微鏡レベルにおける複合材料の特性または特徴である（例えば機械的特性）。例えば、１つ以上の微細構造特性を改質することにより、本明細書に記載される方法を用いて、強度が増強された物品を生産することができる。
【００３９】
一般に、本方法は、
（I）Ｐ2Ｏ5源材料およびＹ2Ｏ3源材料を混合して混合物を調製し；
（II）前記混合物を加熱して反応性材料を得て；
（III）前記反応性材料の粒子を生成し；
（IV）前記粒子をプリフォームへと成形し；
（V）前記プリフォームを焼結して、複数の粒子を含み、（Ｙ2Ｏ3）m・（Ｐ2Ｏ5）nを含む組成物およびＹ2Ｏ3に対するＰ2Ｏ5のＤｅ（Ｐ）の過剰量を有する、焼結ＹＰＯ4複合材料を含む物品を得る、
各工程を有してなり、
ここで、ｍおよびｎはそれぞれ、複合材料におけるＹ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5のモル分率であり、Ｄｅ（Ｐ）＝（（ｍ−ｎ）／ｎ）×１００％、および０＜Ｄｅ（Ｐ）≦０．５％である。ある実施の形態では、工程（I）において、Ｐ2Ｏ5源材料およびＹ2Ｏ3源材料の量は、化学量論のＹＰＯ4を生成するのに必要とされるよりも過剰量のＹ2Ｏ3が提供されるように、選択される。特定の他の実施の形態では、工程（I）におけるＰ2Ｏ5源材料およびＹ2Ｏ3源材料の量は、工程（II）において本質的に化学量論のＹＰＯ4が生じ、工程（IV）においてプリフォーム内に追加のＹ2Ｏ3源材料が含まれるように、選択される。
【００４０】
本明細書で称される「化学量論のゼノタイム」または「化学量論のＹＰＯ4」とは、式１に表すように、化学量論の量のＹ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5から生じるＹＰＯ4材料である：
Ｙ2Ｏ3 ＋ Ｐ2Ｏ5 → ２ ＹＰＯ4    （１）
したがって、化学量論のＹＰＯ4材料中には、過剰のＹ2Ｏ3またはＰ2Ｏ5は存在しない。改質したＹＰＯ4材料中に存在するＹ2Ｏ3の量を、改質した微細構造特性に関して以下に論じる。
【００４１】
最初の工程は、Ｐ2Ｏ5源とＹ2Ｏ3源を混合し、混合物を生成することを含む。Ｐ2Ｏ5源およびＹ2Ｏ3源は、加熱工程の後に過剰のイットリウム酸化物が残留するのに十分な量である。Ｐ2Ｏ5源およびＹ2Ｏ3源は、当技術分野で既知の技術を使用して混合することができる。例えば、Ｐ2Ｏ5源およびＹ2Ｏ3源は、乾燥粉末としてタービュラ混合することができる。あるいは、Ｐ2Ｏ5源および／またはＹ2Ｏ3源は、溶液であってもよく、互いに混合することができる。
【００４２】
本願では「リン酸化物源」および「Ｐ2Ｏ5源」という用語は、同義的に用いられる。「Ｐ2Ｏ5源」は、反応にリンを供給してＹＰＯ4を形成することが可能な任意の材料である。例えば、１つの実施の形態では、リン元素は、ＹＰＯ4または改質したＹＰＯ4材料の生成において、Ｐ2Ｏ5源として使用することができる。別の例では、ＨＰＯ3、Ｈ3ＰＯ4は、さまざまな濃度において、ＹＰＯ4および改質したＹＰＯ4材料の製造のためのＰ2Ｏ5源として使用されうる。別の例では、Ｐ2Ｏ5源は、空気中、高温において、Ｐ2Ｏ5に容易に転換することができる塩であってもよい。あるいは、Ｐ2Ｏ5源はＰ2Ｏ5である。同様に、本願における「イットリウム酸化物源」および「Ｙ2Ｏ3源」という用語は、本願では同義的に用いられる。「Ｙ2Ｏ3源」は、反応にイットリウムを供給してＹＰＯ4を形成することができる、任意の材料である。例えば、Ｙ2Ｏ3源はＹ2Ｏ3自体でありうる。あるいは、Ｙ2Ｏ3源は、空気中、高温においてＹ2Ｏ3に容易に転換されうる、塩（例えば硝酸塩、ハロゲン化物など）でありうる。１つの実施の形態では、Ｐ2Ｏ5源およびＹ2Ｏ3源は、乾燥形態で混合される。
【００４３】
別の実施の形態では、Ｐ2Ｏ5源はリン酸を含み、Ｙ2Ｏ3源はモル過剰のＹ2Ｏ3源（例えばＹ2Ｏ3）を含む。混合物を高温に加熱すると、起源材料間の反応および、本明細書に定義される改質したＹＰＯ4材料の生成が起こる。
【００４４】
改質したＹＰＯ4材料を生成するさらなる方法を以下に記載する。１つの実施の形態では、Ｙ2Ｏ3源（Ｙ2Ｏ3自体、または上述のイットリウム塩など）を、あらかじめ調製した化学量論のＹＰＯ4材料と混合することができる。この実施の形態では、Ｙ2Ｏ3源材料を化学量論のＹＰＯ4中に分散して、本発明の改質したＹＰＯ4を得る。別の実施の形態では、イットリウム酸化物は、イットリウム塩（例えば水酸化イットリウムまたはシュウ酸塩）を酸化物にインサイチュ（in situ）で転換することにより、液体含有分散物（例えば懸濁液）中に化学量論のＹＰＯ4を沈殿させることができる。
【００４５】
Ｐ2Ｏ5源およびＹ2Ｏ3源を混合した後、混合物を十分な時間および十分な温度で加熱し、改質したＹＰＯ4材料を生成する。加熱時間および温度は、用いるＰ2Ｏ5源の量に対するＹ2Ｏ3源の量、出発材料の粒径および分布、および、改質したＹＰＯ4材料の所望の微細構造および機械的特性に応じて変化しうる。例えば、改質したＹＰＯ4材料の微細構造および機械的特性を異なる時間および温度についてモニターし、所望の特性を最適化することができる（実施例を参照）。１つの実施の形態では、混合物を、最初に、１，０００℃〜１，４７５℃、１，１００℃〜１，４７５℃、または１，２００℃〜１，４７５℃の温度で加熱する。最初の加熱工程の後、混合物を、１，６００℃〜１，７７５℃の温度で２４時間〜１０００時間、焼結する。ある実施の形態では、加熱工程は、Ｐ2Ｏ5源および／またはＹ2Ｏ3源を逃がさず、改質したＹＰＯ4材料の最終的な組成物に転換することができるように、閉じた容器またはコンパートメント内で行うことが望ましい。
【００４６】
加熱工程の後、得られた材料は、過剰のＹ2Ｏ3およびＹＰＯ4を反応生成物として含む。改質したＹＰＯ4材料は、０．５％未満の過剰量のＹ2Ｏ3を含む。他の実施の形態では、改質したＹＰＯ4材料は、０．０１％〜０．５％未満、０．０５％〜０．５％未満、０．１％〜０．５％未満、０．１５％〜０．５％未満、０．１５％〜０．４５％、０．１５％〜０．４０％、または０．２０％〜０．４０％の過剰量のＹ2Ｏ3（Ｄｅ（Ｐ））を含む。
【００４７】
最終的な改質したＹＰＯ4材料に存在する過剰のＹ2Ｏ3は、最終的な製品の１つ以上の微細構造特性を改質する働きをする。本明細書で用いられる「改質」という用語は、過剰ではないＹ2Ｏ3を含む化学量論のＹＰＯ4に対し、改質したＹＰＯ4材料の微細構造特性の値を変化させることを含む。したがって、微細構造特性の値の増加および低下が意図されている。上述のように、例えばクリープ速度などの機械的特性は、材料の微細構造特性に影響を与えうる。本明細書に記載される方法を使用して改質することができる微細構造特性の例として、限定はしないが、孔隙率、線収縮、粒径、および粒形が挙げられる。各微細構造特性を、改質したＹＰＯ4材料の機械的特性を変化させることに関して、以下に述べる。
【００４８】
一般に、低い孔隙率レベルは、焼結収縮の増大と関連する傾向にある。加えて、収縮の度合いは、Ｐ2Ｏ5源およびＹ2Ｏ3源の最初の粒径分布、形成条件、および焼結時間および温度などの処理条件に応じて決まる。改質したＹＰＯ4材料の線収縮および孔隙率は、共に低いことが望ましい。容認できない亀裂および歪曲は、セラミック物品が焼結の際に１０％を超える線収縮を被る場合に生じうる。これらの問題は、特に大きい物品（例えばアイソパイプ）について深刻である。Ｙ2Ｏ3の過剰量と共に、先に提供した焼結時間および温度を変化させることにより、１０％未満、９％未満、または８％未満の孔隙率を有する改質したＹＰＯ4材料を達成することができる。別の実施の形態では、孔隙率は７〜９％である。他の実施の形態では、改質したＹＰＯ4材料は、１，６００℃を超える温度で焼結した後、少なくとも２４時間後、１０％未満の線収縮を有する。
【００４９】
本明細書に記載の方法を使用して改質することができる別の微細構造特性は、粒径および粒形を含む。多結晶のセラミック材料のクリープ速度は、一般に、粒径に逆比例する。大きい粒径を有するセラミック体はクリープに対して最も抵抗性であるが、細かい粒状の材料と比較して、供給温度において脆弱であろう。過度に大きい粒径は、粒径が閾値を超える場合には、微小亀裂も生じうる。
【００５０】
理論に縛られることは望まないが、改質されたＹＰＯ4材料における過剰のＹ2Ｏ3の存在は、粒成長を遅延させることによる、焼結工程の間の孔隙の排除を補助すると考えられる。Ｙ2Ｏ3相は、粒界の移動を低減し、これが、焼結の際に、より大きい粒子の形成を妨げる。粒成長の遅い速度は、焼結の際に、孔隙を除去するためのさらなる時間を提供する。過剰のＹ2Ｏ3はまた、粒径を調節することができ、それによって、孔隙率は最小限に抑えられるが、小さい粒子が形成されることから、クリープ速度は悪影響を受けない。１つの実施の形態では、改質したＹＰＯ4材料は１つ以上の粒子を含み、ここで、粒子の大きさは、ある実施の形態では３００μｍ未満であり、ある他の実施の形態では１００μｍ未満粒子であり、または、ある他の実施の形態では４０μｍ未満である。別の実施の形態では、改質したＹＰＯ4材料は、１，１８０℃において２００ｐｐｂ／時間未満、または１，２５０℃で６００ｐｐｂ／時間未満のクリープ速度を有する。
【００５１】
粒径を調節することによって、改質したＹＰＯ4材料は、良好な機械的強度を有することができる。一般に、大きい粒径の存在は機械的強度を低下させうる。１つの実施の形態では、改質したＹＰＯ4材料は、１，２００℃において、少なくとも６０ＭＰａのワイブル応力を有し、ある実施の形態では１００ＭＰａ〜１４０ＭＰａであり、ある実施の形態では１１０ＭＰａ〜１４０ＭＰａであり、ある他の実施の形態では１２０ＭＰａ〜１４０ＭＰａである。
【００５２】
改質したＹＰＯ4材料中に存在する過剰のＹ2Ｏ3はまた、シリカおよびアルミナなどの一般的な不純物を封鎖するためのスカベンジャーとして作用することができる。理論に縛られることは望まないが、不純物は、Ｙ2Ｏ3によって敏感な粒界から隔離され、これがクリープを低減するが、改質したＹＰＯ4材料の強度を危険に晒すことはないと考えられる。
【００５３】
本明細書で生成する改質したＹＰＯ4材料は、ガラスまたはガラスセラミック材料を生産するための装置に使用することができる。一般に、改質したＹＰＯ4材料は、ガラスまたはガラスセラミックの製造システムに用いられる装置全体、または装置の一部のパーツを形成するために使用することができる。例えば、装置、例えばアイソパイプは、コアおよびコーティングを有していて差し支えなく、ここで、改質したＹＰＯ4材料がコアのすべてまたは一部および／またはコーティングのすべてまたは一部を形成することができる場合には、コーティングはコアのすべてまたは一部を覆い、溶融ガラスと接触する。改質したＹＰＯ4材料がコーティングとして用いられる場合には、コアは第２の耐火物材料でありうる。これらコアの適切な材料の例としては、制限されずに、アルミナ、マグネシウム酸化物、スピネル、チタニウム酸化物、イットリウム酸化物、またはそれらの組合せが挙げられる。コアに用いることができる他の耐火物材料としては、ジルコン、炭化ケイ素、およびジルコニアが挙げられる。コーティングは、フレーム溶射またはプラズマ溶射など、セラミックコーティングに適用される標準的な方法によって施用することができる。
【００５４】
改質したＹＰＯ4材料をコアとして使用する場合には、コーティングは、耐火物金属、スピネル、ジルコン、アルミナ、またはそれらの組合せなどの第２の耐火物材料を含みうる。適切な耐火物金属の例としては、白金、モリブデン、ロジウム、レニウム、イリジウム、オスミウム、タンタル、タングステン、およびそれらの合金が挙げられる。
【００５５】
ＬＣＤガラスシートの生産に用いられるアイソパイプは、製造および維持に非常にコストがかかる。ある実施の形態では、改質したＹＰＯ4材料を用いてアイソパイプを生産する場合、孔隙率の低下によりアイソパイプの耐用年数を延長することができる。例えば、アイソパイプが高い孔隙率を有する材料、特に開放孔隙を有する材料でできている場合、溶融ガラスは開放孔隙を浸透しうる。これは、経時におけるアイソパイプの特性における根本的な変更を生じうる。したがって、ある実施の形態では、本発明の焼結ＹＰＯ4複合材料は、１０％以下の幾何学的孔隙率を有し、ある実施の形態では８％以下であり、ある他の実施の形態では７％以下であり、ある実施の形態では５％以下である。ある実施の形態では、孔隙の少なくとも９０％（９３％、９５％、９７％、９８％、９９％など）が閉塞していることが望ましい。
【００５６】
アイソパイプにおけるそれらの利用に加えて、改質したＹＰＯ4材料は、典型的な用途では、溶融ガラスまたは溶融ガラスセラミックと接触することになるガラスまたはガラスセラミックの製造装置の次に挙げる構成要素のすべてまたは一部を形成するために用いることができる：パイプ、容器、チャネル、ワイヤ、ベル、攪拌器、レンガ、ブロック、ゲート、壁、ボウル、ひしゃく、針、スリーブ、プラグ、鋳型、リング、プランジャ、ツイール（tweels）など。
【実施例】
【００５７】
下記実施例は、開示される対象に従った方法および結果を例証するために記載される。これらの実施例は本明細書に開示される対象のすべての実施の形態を含めることは意図されておらず、代表的な方法および結果を例証することが意図されている。これらの実施例は、当業者にとって明白な本発明の等価物および変形を排除することは意図されていない。
【００５８】
数値（例えば量、温度など）に関しては正確性を確保するための努力をしているが、ある程度の誤差および偏差を計算に入れるべきである。そうでないことが示唆されない限り、部は重量部であり、温度は℃または周囲温度であり、圧力は大気圧であるか、それに近い。例えば成分濃度、温度、圧力、および、記載の方法から得られる製品純度および収量を最適化することができる他の反応範囲および条件などの反応条件には、多くのバリエーションおよび組み合わせが存在する。これらの工程条件の最適化には、適度な日常的な実験のみが必要とされるであろう。
【００５９】
Ｉ．実験手順
バッチ組成物
粉末のイットリウム酸化物および無水リン酸化物を６０分間タービュラ混合し、るつぼ内で、１９０℃で２４時間反応させ、１，２００℃で再び２４時間、２回目の反応を行った。焼結挙動、粒成長、およびクリープにおける化学量論の影響を、７種類の焼結ＹＰＯ4複合材料について試験した（サンプル１〜７）。バッチおよび組成物の情報を表１に記載する。次の例外を除いて、すべての反応に白金るつぼを使用した；サンプル７はシリカのるつぼ内で反応させた。対照として、サンプル８は、サンプル３と組成的に等しい。
【００６０】
粉末の合成および処理
反応材料を乾式粉砕し、−３２５メッシュで篩にかけた。篩の後、各バッチの半分を−１５μｍに空気分級した。−３２５メッシュのサンプル８の材料の粒径は、その技術が広範なサイズ分布を測定するのにより適していることから、光散乱によって測定した。サンプル２の粉末にはコールター粒子カウンタを使用した。３２５メッシュの篩をかけた後のサンプル８および、空気分級後のサンプル２の−３２５メッシュ／＋１５μｍおよび−１５μｍの画分の両方についての粒径分布（ＰＳＤ）を決定した。
【００６１】
−３２５メッシュの篩にかけた合成粉末を粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）で分析し、ＹＰＯ4を形成する反応および相集合における化学量論の影響をモニターした。
【００６２】
微細構造
孔隙率および粒径における焼成時間および温度の影響の実験のための錠剤を、一軸加圧および冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）の組合せによって成形した。−３２５メッシュの篩にかけ、−１５μｍの粉末に空気分級したＹＰＯ4粉末を、円筒形のダイで２０６９０ｋＰａ（３，０００ｐｓｉ）の圧力まで一軸加圧した。次に、錠剤をグローブ内に真空封止し、１２４１００ｋＰａ（１８，０００ｐｓｉ）でＣＩＰした。各組成物錠剤のおよびＰＳＤを１，６００℃で４８時間、２４０時間、および１０００時間、および１，７５０℃で１００時間焼成した。孔隙率の結果を表２に示す。収縮および孔隙率を測定するため、工程の各段階でサンプルの寸法をモニターした。焼成した錠剤の微細構造は、最初に研磨し、その後、１，５００℃で２時間、熱的エッチングすることにより明らかにした。エッチングしたサンプルを検査し、光学顕微鏡の下で写真撮影した。画像の手分析によって平均粒径を得た。線形交差法によって粒径を決定した（表３）。形態、分布、および化学組成を調べるために、電子顕微鏡分析（ＥＰＭＡ）を使用した。
【００６３】
クリープ試験
機械クリープサンプルを生成するために使用したビレットは、〜５０ｍｍの直径および１８０ｍｍの長さの円筒型のゴム枠（Ｔｒｅｘｌｅｒ Ｒｕｂｂｅｒ社製）内で、−３２５メッシュの粉末を１２４１００ｋＰａ（１８，０００ｐｓｉ）の圧力で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）することによって形成した。各組成物について２つのビレットを加圧し、１つは１，７５０℃で４時間、もう１つは１，６００℃で４８時間焼成した。各事例には、１００℃／時間の加熱および冷却速度を用いた。鋳型充填、プレス、および焼成からビレットの寸法を追跡し、幾何学的密度／孔隙率における収縮および変化をモニターした。〜３×５×１５５ｍｍの標準的な大きさのクリープのサンプルを、線鋸によってビレットから切断した。過度の孔隙率のため、１，６００℃まで焼成した材料にはクリープ試験は行わなかった。１，７５０℃で焼成された各組成物について２つのクリープバーを、同一の加熱および冷却速度を用いて再び１，７５０℃でさらに９６時間、再焼成した。したがって、１，７５０℃で４時間および１００時間の累積焼成時間に供した焼結ＹＰＯ4複合材料について、クリープ試験を行った。
【００６４】
ＣＩＰしたビレットから〜８０ｍｍの直径で切断し、１，７５０℃で８時間焼成したサンプル８の従来のクリープバーを、比較の目的で試験母体に含めた。サンプル８の２つのクリープバーも同様に、１，７５０℃で９６時間、再焼成した。
【００６５】
曲げクリープ速度を３点曲げ配置で測定した。試験装置は１５０ｍｍのサポート範囲を提供する。クリープ速度は、６８９５ｋＰａ（１，０００ｐｓｉ）の負荷応力下、各サンプルについて、１，１８０℃、次いで１，２５０℃で測定した。クリープ速度は中央範囲のサンプルの偏差の曲線の経時的分析によって決定した。表４の値は２次的または定常状態のクリープに対応する。
【００６６】
強度
温度に伴う標準の焼結ＹＰＯ4複合材料の強度における変化を理解するため、およびリン酸化物の欠如における変化が高温の強度に与える影響を決定するため、４点技術によって破壊係数（ＭＯＲ）を測定した。４点試験に使用した曲げ加工バーは、単に改質したクリープサンプルであった。変更点は、サンプルを〜７７ｍｍの長さに半分に切断したこと、および引張り縁を面取りしたことであった。クリープサンプルを半分に切断し、試験装置内に適合させ、より多くの測定結果を提供し、それによって統計的信頼を高めた。サンプル断面は約３×５ｍｍであった。すべての試験において、５０．８ｍｍのサポート範囲および１９．０５ｍｍの負荷範囲を用いた。歪み速度は１７．８μｍ／秒であり、各試験の全持続時間は典型的には２０〜４０秒であった。
【００６７】
ＩＩ．改質したＹＰＯ4材料の特性評価
焼結および微細構造
ＹＰＯ4を形成するための１，２００℃におけるイットリアおよびリン酸化物の反応および過剰のイットリアの存在は、粉末Ｘ線回折のトレースから明らかである。サンプル１は、ＹＰＯ4であることがほぼ排他的に認定できる回折ピークを有する。追加のピークは、過剰のイットリアを含むバッチで２θの２７〜３４°に出現する。ピーク強度は、１つの例外、すなわちサンプル４を除き、表１に記載するバッチの過剰のイットリアのレベルの増大と共に大きくなる。
【００６８】
すべてのＹＰＯ4のビレットおよび錠剤についての線収縮および幾何学的孔隙率を特性化した。低レベルの孔隙率（＜１０％）は、より大きい焼結収縮（＞１０％）と関連する傾向にある。その逆もまた当てはまる。線収縮および孔隙率の両方が低い場合に最適の状態が生じる。焼結の際にセラミック物品が１０％を超える線収縮を被ると、許容できない亀裂および歪曲が生じる。これらの問題は、アイソパイプなどの大きい物品にとって特に深刻である。焼結したアイソパイプの孔隙率は高すぎないようにすべきである。機械的強度およびクリープは孔隙率によって降下する。さらに、ガラスは開放孔隙に浸透しうる。毛管力による、アイソパイプのバルク内へのガラスの浸透は、経時によるその特性の急激な変化を生じうる。孔隙率は、１０％未満、好ましくは８％未満に維持して孔隙の閉塞を確実にしなければならない。
【００６９】
−１５μｍまで空気分級した粉末を、低孔隙率ではあるが、許容できない大きい収縮を示さないように焼結する。−３２５メッシュの粉末は、空隙を満たし、冷間静水圧プレスの後に−１５μｍの粉末よりも効率的に充填する。形成された未焼成体は、より高い密度を有し、図３に示すように、焼結の間のより低い収縮の許容量を有する。本明細書には示していないが、−３２５メッシュの粉末は、より高いタップ密度を有し、さらに効率的に鋳型を満たすことから、冷却静水圧プレス成形の際の収縮が少ない。−１５μｍに空気分級した粉末など、タップ密度の低い粉末には、所望の最終的な大きさの本体を作り出すために、より大きい鋳型が必要とされうる。また、鋳型は、プレスの間の粉末部分の収縮を調節するために引き伸ばす必要がある。引き伸ばした鋳型により、形成部分の上に応力が働き、圧縮が過度の場合には、形状の歪曲を生じ、または未焼成体に亀裂を生じさせうる。
【００７０】
図１は、一連の焼結ＹＰＯ4複合材料サンプルの孔隙率における過剰のイットリアの影響を示す。この図における参照番号は次を表す：
１０１：１６００℃で４８時間焼結した、−１５μｍの粉末でできたサンプル；
１０２：１６００℃で２４０時間焼結した、−１５μｍの粉末でできたサンプル；
１０３：１６００℃で１０００時間焼結した、−１５μｍの粉末でできたサンプル；
１０４：１７５０℃で１０００時間焼結した、３２５メッシュの粉末でできたサンプル；
１０５：傾向を示すための１０１のデータの線形の当てはめ；
１０６：傾向を示すための１０２のデータの線形の当てはめ；
１０７：傾向を示すための１０３のデータの線形の当てはめ；
１０８：傾向を示すための１０４のデータの線形の当てはめ
【００７１】
その他の点では同一の焼結温度および時間で、過剰のイットリアが存在する場合、孔隙率はより高くなる。例えば、孔隙率は、図に四角で示すように、１，６００℃で２４０時間焼結した、−１５μｍに空気分級した粉末から調製された錠剤についてのイットリアの過剰につれて、次第に増大する。−１５μｍの粉末でできたサンプルの孔隙率を、図２に時間の関数としてプロットする。プロットは、過剰のイットリアは焼結速度を遅延させるが、化学量論のバッチとは異なる低い制限を孔隙率に与える必要はないことを示している。この図における参照番号は次を表す：
２０１：１６００℃で焼結したサンプル番号１；
２０２：１６００℃で焼結したサンプル番号２；
２０３：１６００℃で焼結したサンプル番号３；
２０４：１６００℃で焼結したサンプル番号４；
２０５：１６００℃で焼結したサンプル番号５；
２０６：１６００℃で焼結したサンプル番号６；
２０７：傾向を示すための２０１のデータの対数適合；
２０８：傾向を示すための２０２のデータの対数適合；
２０９：傾向を示すための２０３のデータの対数適合；
２１０：傾向を示すための２０４のデータの対数適合；
２１１：傾向を示すための２０５のデータの対数適合；
２１２：傾向を示すための２０６のデータの対数適合；
２１３：−１５μｍの粉末についてのＣＩＰ後の孔隙率；
２１４：Ｐ2Ｏ5の欠如の増大の傾向
【００７２】
ＹＰＯ4材料を生産するための過剰のイットリアのバッチへの添加は、粒状構造に強い影響を与える。制御されていない（自形の）粒成長は、化学量論のＹＰＯ4粉末において観察されている。同様の挙動が、化学量論のサンプル１の組成物において観察された。粒径は、領域によって著しく変化する。過剰のイットリアのバッチへの添加は、粒成長を遅延し、粒径を制限し、それによって、さらに均質の微細構造を有する焼結ＹＰＯ4材料が生成することが確認された。この試験で調べた、１，７５０℃で９６時間および１６００℃で１０００時間焼結した、全種類のイットリア過剰についてのＹＰＯ4複合材料サンプルの微細構造のパネルを、それぞれ図３および図４に示す（「Ｓ」は図３および図４における「サンプル番号」を表す）。粒子の大きさは、バッチにおける過剰のイットリアレベルが増大すると、次第に低下する。粒径の測定により、効果の定量化を試みた。表３に、線型切片（linear intercept）技術によって測定した平均粒径の概要を示す。平均粒径は、図５では焼結時間の関数として、図６および７ではイットリア過剰の関数として、それぞれ１，７５０℃および１，６００℃の焼結温度において、プロットする。
【００７３】
図５では、参照番号は次を示す：
５０１：１６００℃で焼結したサンプル番号１；
５０２：１６００℃で焼結したサンプル番号２；
５０３：１６００℃で焼結したサンプル番号３；
５０４：１６００℃で焼結したサンプル番号４；
５０５：１６００℃で焼結したサンプル番号５；
５０６：１６００℃で焼結したサンプル番号６；
５０７：傾向を示すための５０１のデータの線形の当てはめ；
５０８：傾向を示すための５０２のデータの対数適合；
５０９：傾向を示すための５０３のデータの対数適合；
５１０：傾向を示すための５０４のデータの線形の当てはめ；
５１１：傾向を示すための５０５のデータの線形の当てはめ；
５１２：傾向を示すための５０６のデータの線形の当てはめ（５１１と重なる）；
５１３：最初の粉末ｄ50；
５１４：Ｐ2Ｏ5の欠如の増大傾向
【００７４】
図６では、参照番号は次を示す：
６０１：４時間焼結した−１５μｍの粉末でできたサンプル；
６０２：９６時間焼結した−１５μｍの粉末でできたサンプル；
６０３：４時間焼結した−３２５メッシュの粉末でできたサンプル；
６０４：９６時間焼結した−３２５メッシュの粉末でできたサンプル；
６０５：最初の粉末ｄ50
【００７５】
図７では、参照番号は次を示す：
７０１：１０００時間焼結した−１５μｍの粉末でできたサンプル；
７０２：１０００時間焼結した−３２５メッシュの粉末でできたサンプル；
７０３：最初の粉末ｄ50
【００７６】
図８では、参照番号は次を示す：
８０１：４時間焼結し、１１８０℃で試験したサンプル；
８０２：４時間焼結し、１２５０℃で試験したサンプル；
８０３：１００時間焼結し、１１８０℃で試験したサンプル；
８０４：１００時間焼結し、１２５０℃で試験したサンプル
【００７７】
−３２５メッシュおよび−１５μｍの粉末の最初の平均粒径を、粒成長の度合いを判定するための基準点としてプロットに示す。約１．０〜１．５％の過剰のイットリアをバッチに添加した場合、元の粒径と比較して、平均粒径における変化は生じていない。本実験は、焼結ＹＰＯ4複合材料の粒径が、最初のＰＳＤの選択および適量の過剰のイットリアのバッチへの添加によって制御できることを実証している。
【００７８】
クリープおよび破壊係数
さまざまな範囲の化学量論の焼結ＹＰＯ4複合材料についての、６８９５ｋＰａ（１，０００ｐｓｉ）の負荷の下で１，１８０℃および１，２５０℃で測定した曲げクリープの速度を表４にまとめ、図８にプロットした。クリープサンプルの幾何学的特性も表に含めた。幾何学的孔隙率（Ｐ（ｇ））は次のように計算する：
【数１】
2011513172.tif 000002
【００７９】
ここでρmは実際の材料の測定密度であり、ρtは圧縮材料の理論密度である。すべてのサンプルの理論密度は、特定の組成にかかわらず、４．２２ｇ・ｃｍ-3であると仮定する。
【００８０】
一般に、焼結ＹＰＯ4複合材料などの多結晶のセラミックのクリープは、粒径の低下および孔隙率の増加と共に増大する。クリープの指数を通じて機構を確立し、孔隙率の影響を計算に入れるため、クリープのデータを当てはめることを試みた。クリープの結果には、ある傾向がみられたが、顕著な散乱も存在した。それにもかかわらず、プロットは、１，１８０℃におけるクリープ速度が過剰のイットリアの増大と共に増加すること、および焼結時間の増加と共に増加することを示している。粒径は、焼結ＹＰＯ4複合材料内の過剰のイットリアの量の増加に従って降下し、粒径は、焼結時間が短いと小さくなる。焼結ＹＰＯ4複合材料のクリープ挙動は、多結晶のセラミックにおけるクリープの理論予測と少なくとも定性的に一致する。この傾向の別の解釈として、クリープ速度は、粒径の影響は受けないが、２次相の量の影響を受けている可能性がある。区別するためには、さまざまな範囲の粒径を有するが、２次相および孔隙率は一定水準にある、焼結ＹＰＯ4複合材料の調製が必要であろう。１，２５０℃で収集したデータからは、同様の傾向は見られない。
【００８１】
１７５０℃で４時間焼結した、表１に記載の過剰のイットリアレベルを有する焼結ＹＰＯ4複合材料について、ＭＯＲ試験を行った。アイソパイプの供給温度に近いことから、１２００℃でＭＯＲ試験を行った。測定データから得られたワイブル母数および応力を表５に示す。材料の強度の指標であるワイブル応力は、過剰のイットリアの実験範囲にわたり、１２０〜１４０ＭＰａの範囲である。ワイブル応力は、化学量論の組成物からサンプル２のわずかに過剰のイットリアに移動すると、わずかに増大する。ワイブル応力は、サンプル３についても増大する。その後、ワイブル応力は、より高濃度の過剰のイットリアにおいて、降下し始めた。わずかに過剰のイットリアの添加によって得られる効果の増強は、粒径の低下に関係しうる（表３および図６参照）。過剰のイットリアのさらなる増大は、粒径を著しく低下させないが、緻密化を妨げ始める。これは、表４に記載の孔隙率の検査において見ることができる。この実験内では、粒径は、化学量論の組成物（サンプル１）から最大量の過剰のイットリアを含む材料（サンプル６）へと、２倍に変化する。
【００８２】
エッジ効果
破断応力の分析から得られるワイブル応力およびパラメータを表５に示す。エッジ近傍に由来するサンプルとバルク由来のサンプルのワイブル応力における差異は５％未満であった。しかしながら、ワイブル係数は、互いに顕著に異なり、無作為のサンプルとも異なった。エッジ由来、バルク由来、および無作為の位置のワイブル係数は、それぞれ、１１、１５．８、および２２．６であった。エッジ由来およびバルク位置のワイブル係数は、無作為のサンプル由来よりも低い。これは、選択したエッジおよびバルクのサンプルが、試験前に、粗雑に扱われていた可能性があることを示唆している。
【００８３】
本願全体を通して、さまざまな刊行物が参照されている。本明細書に記載される化合物、組成物、および方法をさらに十分に説明するため、これら刊行物の開示全体は、参照することにより本願に援用される。
【００８４】
本明細書に記載される材料、方法、および物品には、さまざまな変更およびバリエーションがなされうる。本明細書に記載される材料、方法、および物品の他の実施の形態は、明細書の考慮および本明細書に開示される材料、方法、および物品の実施から、明らかになるであろう。明細書および実施例は典型例と見なされることが意図されている。
【表１】
2011513172.tif 000003
【表２】
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【表３】
2011513172.tif 000005
【表４】
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【表５】
2011513172.tif 000007
【図１】
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【図２】
2011513172.tif 000009
【図３】
2011513172.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011513172.tif 000015
【国際調査報告】
2011513172.tif 000016
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