【手続補正書】
【提出日】平成25年1月25日(2013.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述の目的を満たすよう、エンジンまたはエンジン部品が、金属、とりわけＡｌ、Ｍｇまたはそれらを１つ以上含む合金より作製され、エンジンまたはエンジン部品が、ナノ粒子、とりわけＣＮＴによって強化された金属複合材料より作製され、強化された金属が、前記ナノ粒子によって少なくとも部分的に分離される金属微結晶（または金属結晶とも言う、metal crystallite）を含む微細構造を有する。ここで、複合材料は、１ｎｍから１００ｎｍの範囲のサイズ、好ましくは、１０ｎｍから１００ｎｍの範囲のサイズ、または１００ｎｍより大きくかつ２００ｎｍ以下の範囲のサイズを有する金属微結晶を好適に含む。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
上述したように、本願発明の１つの様態によれば、第１および第２のエンジン部品を結合する結合手段の機械的特性は、異なる金属成分を用いる必要なしに、しかし代わりにナノ粒子の含有量を変えることによってとりわけ適応できる。金属または金属合金と、ナノ粒子とを含む複合材料により作製できる第１および第２のエンジン部品であって、異なるナノ粒子含有量に起因して機械的特性が異なる第１および第２のエンジン部品自体にもまた、同じ原理が当然適用できる。好ましい実施形態では、第１および第２の部品のナノ粒子の数値は、重量で(または重量値、numerical value by weight)、少なくとも１０％異なり、好ましくは、前記数値の一方よりも高く、少なくとも２０％異なる。従って、ナノ粒子の重量パーセントが第１の部品で５％、第２の部品で４％である場合に、重量パーセントの数値は、前記数値の一方よりも高く、２０％異なるであろう。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
【図１】図１は、高品質のＣＮＴの製造装置（または配置、setup）を示す概略図である。
【図２】図２は、凝集した一次触媒粒子からのＣＮＴ凝集体の生成を概略的に示す図である。
【図３】図３は、ＣＮＴ凝集体のＳＥＭ写真である。
【図４】図４は、高度に交絡したＣＮＴを示す、図３のＣＮＴ凝集体の拡大図である。
【図５】図５は、図１に示される製造装置により得られたＣＮＴ凝集体のサイズ分布を示すグラフである。
【図６ａ】図６ａは、機能化前のＣＮＴ凝集体のＳＥＭ像である。
【図６ｂ】図６ｂは、機能化後の同じＣＮＴ凝集体のＳＥＭ像である。
【図６ｃ】図６ｃは、機能化後の単一のＣＮＴを示すＴＥＭ像である。
【図７】図７は、液体合金の不活性雰囲気中での噴霧化のための装置を示す概略図である。
【図８ａ】図８ａおよび図８ｂは、高エネルギーミル粉砕のために設計されたボールミルの側断面図および端断面図をそれぞれ示す。
【図８ｂ】図８ａおよび図８ｂは、高エネルギーミル粉砕のために設計されたボールミルの側断面図および端断面図をそれぞれ示す。
【図９】図９は、高エネルギーミル粉砕によるメカニカルアロイングのメカニズムを示す概念図である。
【図１０】図１０は、周期運転モード（mode）において、時間対ＨＥＭローターの回転数を示すグラフである。
【図１１ａ】図１１ａは、複合粒子を通る断面の本願発明の複合材料のナノ構造を示す。
【図１１ｂ】図１１ｂは、図１１ａと比較して、国際公開公報第２００８/０５２６４２号および国際公開公報第２００９/０１０２９７号から知られる複合材料の同様の断面図を示す。
【図１２】図１２は、ＣＮＴが金属結晶中に埋め込まれる、本願発明の実施形態に記載の複合材料のＳＥＭ像を示す。
【図１３】図１３は、本願発明の実施形態に記載のエンジン部品間の材料結合の概略図を示す。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
以下において、本願発明の実施形態に記載のエンジン部品を製造するための処理戦略（processing strategy）が要約されている。これに関して、構成材料を製造する方法および構成材料から複合材料を製造する方法が説明されるであろう。また、エンジンもしくはエンジン部品またはそのためのブランク（blank）を形成するように、複合材料を圧縮する別の方法も示されるであろう。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
好ましい実施形態では、処理戦略は以下の工程を含む。
１．）高品質のＣＮＴの製造
２．）ＣＮＴの機能化
３．）不活性雰囲気中への液体金属または液体合金の噴霧
４．）金属粉末の高エネルギーミル粉砕
５．）メカニカルアロイングによる金属中でのＣＮＴの機械的分散
６．）エンジン部品またはそのブランク（blank）を形成するための金属ＣＮＴの複合粉末の圧縮
７．）エンジン部品またはブランクの更なる処理
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
好ましい例示的な実施形態は、添付図面および本明細書において、詳細に示され、および規定されているがしかし、これらは、純粋に例と見なされるべきであり、本願発明を制限するものとして見なされるべきではない。好ましい例示的な実施形態のみが示され、および規定され、ならびに全ての変形例と改良が添付の請求項の保護の範囲内にあり、現在または将来において、保護されるべきであることに留意されたい。
本発明は以下の態様を含む。
[態様１]
金属、とりわけＡｌもしくはＭｇまたはそれらを１つ以上含む合金より作られるエンジン（５２）、とりわけ、燃焼エンジンもしくはジェットパワーユニットまたはエンジン部品（５４、５６）であって、
前記エンジンまたは前記エンジン部品が、ナノ粒子、とりわけＣＮＴによって強化された前記金属の複合材料より作られ、前記強化された金属が、前記ナノ粒子によって少なくとも部分的に分離された金属微結晶を含む微細構造を有することを特徴とするエンジン（５２）、とりわけ、燃焼エンジンもしくはジェットパワーユニットまたはエンジン部品（５４、５６）。
[態様２]
前記エンジン部品が、シリンダーヘッド（５６）、シリンダーブロック（５４）、クランクケースまたは前記エンジンの駆動部分の１つであることを特徴とする態様１に記載のエンジン部品（５４、５６）。
[態様３]
前記複合材料が、１ｎｍから１００ｎｍの範囲のサイズ、好ましくは、１０ｎｍから１００ｎｍの範囲のサイズ、または１００ｎｍより大きくかつ２００ｎｍ以下の範囲のサイズを有する金属微結晶を含むことを特徴とする態様１または態様２に記載のエンジンまたはエンジン部品。
[態様４]
ナノ粒子が、また、前記微結晶の少なくともいくつかにも含まれることを特徴とする態様１〜３のいずれかに記載のエンジンまたはエンジン部品。
[態様５]
前記複合材料の前記ＣＮＴ含有量が、０．５重量％から１０．０重量％の範囲、好ましくは２．０重量％から９．０重量％の範囲、最も好ましくは３．０重量％から６．０重量％の範囲であることを特徴とする態様１〜４のいずれかに記載のエンジンまたはエンジン部品。
[態様６]
前記ナノ粒子が、ＣＮＴによって形成され、ＣＮＴの少なくとも一部が、１以上の巻き取られたグラファイト層から成るスクロール構造を有し、それぞれのグラファイト層が、重なり合って、２以上のグラフェン層から成ることを特徴とする態様１〜５のいずれかに記載のエンジンまたはエンジン部品。
[態様７]
前記ナノ粒子の少なくとも一部が機能化される、とりわけ、それらの外面が凹凸化されることを特徴とする態様１〜６のいずれかに記載のエンジンまたはエンジン部品。
[態様８]
前記複合材料のビッカース硬さが、元の金属のビッカース硬さよりも４０％以上高い、好ましくは、８０％以上高いことを特徴とする１〜７態様のいずれかに記載のエンジンまたはエンジン部品。
[態様９]
前記金属が、Ａｌ合金によって形成され、かつ前記複合材料のビッカース硬さが２５０ＨＶよりも高い、好ましくは、３００ＨＶよりも高いことを特徴とする態様１〜８のいずれかに記載のエンジンまたはエンジン部品。
[態様１０]
第１の部品（５４）と、第２の部品（５６）と、前記第１および前記第２の部品（５４、５６）を結合する前記結合手段（５８）とを含むエンジン（５２）、とりわけ燃焼エンジンまたはジェットパワーユニットであって、
前記第１および前記第２の部品（５４、５６）の少なくとも１つが、態様１〜１２のいずれかに記載のエンジン部品であり、
前記結合手段（５８）が、ナノ粒子によって強化された金属の複合材料により作られ、
前記第１および前記第２の部品（５４、５６）の前記少なくとも１つの前記金属または前記金属合金が、前記結合手段（５８）の前記金属成分の金属または金属合金と同じである、または、前記結合手段（５８）の前記金属成分の金属または金属合金から、５０ｍＶよりも小さい違い、好ましくは２５ｍＶよりも小さい違いである電気化学的電位を有することを特徴とするエンジン（５２）、とりわけ燃焼エンジンまたはジェットパワーユニット。
[態様１１]
前記第１の部品（５４）と、前記第２の部品（５６）と、前記結合手段（５８）とから成るグループの少なくとも２つの要素が、ナノ粒子であるが、異なるナノ粒子濃度を有する、ナノ粒子によって強化された金属または金属合金の複合材料により作られ、
前記２つの要素のナノ粒子の重量パーセントの数値が、好ましくは、少なくとも１０重量％異なり、より好ましくは、前記数値の一方よりも少なくとも２０重量％高いことを特徴とする態様１０に記載のエンジン。
[態様１２]
複合粉末材料を製造する工程であって、前記材料が金属およびナノ粒子、とりわけカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含み、
前記複合粉末粒子が、前記ナノ粒子によって少なくとも互いに部分的に分離された金属微結晶を含む工程と、
前記複合粉末を完成したエンジン部品（５４、５６）または前記エンジン部品（５４、５６）用のブランクに圧縮する工程と、
を含むことを特徴とするエンジン部品（５４、５６）、とりわけ燃焼エンジンまたはジェットパワーユニットの部品を製造する方法。
[態様１３]
前記複合粉末を圧縮する工程が、熱間等方圧加工、冷間等方圧加工、粉末押出し、粉末圧延または焼結を含むことを特徴とする態様１２に記載の方法。
[態様１４]
前記複合粉末粒子が、１ｎｍから１００ｎｍの範囲のサイズ、好ましくは、１０ｎｍから１００ｎｍの範囲のサイズ、または１００ｎｍより大きくかつ２００ｎｍ以下の範囲のサイズを有する軽金属微結晶を含むことを特徴とする態様１２または１３に記載の方法。
[態様１５]
前記複合粉末を形成するように、メカニカルアロイングによって金属粉末および前記ナノ粒子を処理する工程を更に含むことを特徴とする態様１２〜１４のいずれかに記載の方法。
[態様１６]
前記金属粉末と前記ナノ粒子とが処理され、前記ナノ粒子が、少なくともいくつかの前記微結晶内にも含まれることを特徴とする態様１５に記載の方法。
[態様１７]
前記金属が、軽金属とりわけＡｌ、Ｍｇまたはそれらを１つ以上含む合金であることを特徴とする態様１２〜１６のいずれかに記載の方法。
[態様１８]
前記ナノ粒子が、粉塵化の低い可能性に起因して、容易な取り扱いを可能にする、十分な大きさの平均サイズを有する、交絡したＣＮＴ凝集体の粉末の形態を備えたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）により形成されることを特徴とする態様１２〜１７にいずれかに記載の方法。
[態様１９]
前記ＣＮＴ凝集体の少なくとも９５％が、１００μｍよりも大きい粒子サイズを有することを特徴とする態様１８に記載の方法。
[態様２０]
前記ＣＮＴ凝集体の平均直径が、０．０５ｍｍと５ｍｍとの間、好ましくは０．１ｍｍと２ｍｍとの間、および最も好ましくは０．２ｍｍと１ｍｍとの間であることを特徴とする態様１８または１９に記載の方法。
[態様２１]
前記ナノ粒子、とりわけＣＮＴの直径に対する長さの比が、３よりも大きい、好ましくは１０よりも大きい、最も好ましくは３０よりも大きいことを特徴とする態様１２〜２０のいずれかに記載の方法。
[態様２２]
前記複合材料の前記ＣＮＴ含有量が、０．５重量％から１０．０重量％の範囲、好ましくは２．０重量％から９．０重量％の範囲および、最も好ましくは３．０重量％から６．０重量％の範囲であることを特徴とする態様１２〜２１のいずれかに記載の方法。
[態様２３]
前記ナノ粒子がＣＮＴより形成され、ＣＮＴの少なくとも一部が、１以上の巻き取られたグラファイト層から成るスクロール構造を有し、それぞれのグラファイト層が、２以上の重なり合ったグラフェン層から成ることを特徴とする態様１２〜２２のいずれかの方法。
[態様２４]
前記メカニカルアロイングの前に、前記ナノ粒子の少なくとも一部を機能化、とりわけ凹凸化する工程を含むことを特徴とする態様１２〜２３のいずれかに記載の方法。
[態様２５]
前記ナノ粒子が、多層ＣＮＴまたは多重スクロールＣＮＴにより形成され、凹凸化が、前記ＣＮＴに高圧、とりわけ５．０ＭＰa以上、好ましくは７．８ＭＰa以上の圧力を付与することによって、少なくともいくらかの前記ＣＮＴの少なくとも最外層を破壊させることによって実施されることを特徴とする態様２４に記載の方法。
[態様２６]
前記元の金属のビッカース硬さよりも４０％以上高く、好ましくは８０％以上高くする、前記複合材料の平均ビッカース硬さおよび/または前記複合材料を圧縮することにより形成された前記エンジン部品（５４、５６）の平均ビッカース硬さを十分に増加させる、前記ナノ粒子によって前記微結晶の転位密度を増加させ、かつ安定化させるよう前記処理が、実施されることを特徴とする態様１２〜２５のいずれかに記載の方法。
[態様２７]
転位を安定化させ、かつ粒成長を十分に抑制するよう前記処理が実施され、前記複合粉末を圧縮することにより形成されたエンジン部品（５４、５６）のビッカース硬さが、前記元の金属のビッカース硬さよりも高い、好ましくは前記複合粉末のビッカース硬さの８０％よりも高いことを特徴とする態様１２〜２５のいずれかに記載の方法。
[態様２８]
前記メカニカルアロイングが、ミルチャンバー（４４）とミル部材としてのボール（５０）とを含むボールミル（４２）を用いて実施されることを特徴とする態様１５〜２７のいずれかに記載の方法。
[態様２９]
前記ボール（５０）が、少なくとも５．０ｍ/秒、好ましくは少なくとも８．０ｍ/秒、最も好ましくは少なくとも１１．０ｍ/秒の速度まで加速されることを特徴とする態様２８に記載の方法。
[態様３０]
前記ミルチャンバー（４４）が固定され、前記ボール（５０）が、回転要素（４６）の回転動作によって加速されることを特徴とする態様２８または２９に記載の方法。
[態様３１]
前記回転要素（４６）の軸が、水平に設置されることを特徴とする態様３０に記載の方法。
[態様３２]
前記ボール（５０）が、３ｍｍ〜８ｍｍの直径、好ましくは３ｍｍ〜６ｍｍの直径を有し、および/または鋼、ＺｉＯ２またはイットリア安定化ＺｒＯ２により作られることを特徴とする態様２８〜３１のいずれかに記載の方法。
[態様３３]
前記ボール（５０）により占有される体積Ｖｂが、Ｖｂ＝Ｖｃ−π（ｒＲ）２・ｌ±２０％に一致することを特徴とする態様２８〜３２のいずれかに記載の方法（ここで、Ｖｃは前記ミルチャンバー（４４）の体積、ｒＲは前記回転要素（４６）の半径、ｌは、前記回転要素（４６）の軸方向の前記ミルチャンバー（４４）の長さ）。
[態様３４]
不活性ガス、とりわけＡｒ、ＨｅもしくはＮ２または真空環境を、前記ミルチャンバー（４４）の内部に備えることを特徴とする態様２８〜３３のいずれかに記載の方法。
[態様３５]
（金属+ナノ粒子）とボールの重量比が、１：７と１：１３との間であることを特徴とする態様２８〜３４のいずれかに記載の方法。
[態様３６]
金属粉末およびナノ粒子の前記処理が、第１および第２の処理段階を含み、
前記第１の処理段階では、前記金属のほとんどまたは全てが処理され、
前記第２の処理段階では、ナノ粒子、とりわけＣＮＴが加えられ、前記金属および前記ナノ粒子が同時に処理されることを特徴とする態様１２〜３５のいずれかに記載の方法。
[態様３７]
前記ナノ粒子の一部が、前記金属の付着を防止するように、前記第１の処理段階で既に加えられることを特徴とする態様３６に記載の方法。
[態様３８]
前記第１の段階が、１００ｎｍよりも小さい平均サイズを有する金属微結晶を生成するのに適した時間、とりわけ２０分間から６０分間、実施されることを特徴とする態様３６および３７の１つに記載の方法。
[態様３９]
前記第２の段階が、前記ナノ粒子によって前記微結晶の前記微細構造を安定化させるのに十分な時間、とりわけ５分間から３０分間、実施されることを特徴とする態様３６〜３８のいずれかに記載の方法。
[態様４０]
前記第２の段階が、前記第１の段階よりも短いことを特徴とする態様３６〜３９のいずれかに記載の方法。
[態様４１]
前記処理の間、前記回転要素（４６）の回転速度が、周期的に上昇および降下することを特徴とする態様３０〜４０のいずれかに記載の方法。
[態様４２]
前記ナノ粒子が、ＣＮＴ粉末の形態で与えられるＣＮＴにより形成され、前記方法が、アセチレン、メタン、エタン、エチレン、ブタン、ブテン、ブタジエンおよびベンゼンから成るグループの１つ以上を炭素供与体として用いた、触媒炭素蒸着によって前記ＣＮＴ粉末を製造する工程を更に含むことを特徴とする態様１２〜４１のいずれかに記載の方法。
[態様４３]
前記触媒が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、ＭｏおよびＮｉから成るグループの２元素以上を含むことを特徴とする態様４２に記載の方法。
[態様４４]
前記ＣＮＴ粉末を製造する前記工程が、５００℃から１０００℃で２：３から３：２の範囲のモル比でＭｎおよびＣｏを含む触媒を用いた、Ｃ１−Ｃ３−炭化水素の触媒による分解の工程を含むことを特徴とする態様４２および４３のいずれかに記載の方法。
[態様４５]
液体金属または液体合金の不活性雰囲気中への噴霧によって、前記複合材料の前記金属構成物質である金属粉末を形成する工程を更に含むことを特徴とする態様１２〜４４のいずれかに記載の方法。
[態様４６]
完成した複合材料を不動態化する工程を更に含むことを特徴とする態様１２〜４５のいずれかに記載の方法。
[態様４７]
前記複合材料が、不動態化チャンバーに入れられ、前記複合材料を酸化するように、酸素を徐々に加えながら、攪拌されることを特徴とする態様４６に記載の方法。
[態様４８]
金属、とりわけＡｌ、ＭｇもしくはＴｉまたはそれらを１つ以上含む合金により作られるギヤーホイールであって、
該ギヤーホイールが、ナノ粒子、とりわけＣＮＴによって強化された前記金属の複合材料により作られ、前記強化された金属が、前記ナノ粒子によって少なくとも部分的に分離した金属微結晶を含む微細構造を有することを特徴とするギヤーホイール。
[態様４９]
前記複合材料が、態様３〜９のいずれかで更に規定されるような複合材料であることを特徴とする態様４８に記載のギヤーホイール。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属、とりわけＡｌもしくはＭｇまたはそれらを１つ以上含む合金より作られるエンジン（５２）、とりわけ、燃焼エンジンもしくはジェットパワーユニットまたはエンジン部品（５４、５６）であって、
前記エンジンまたは前記エンジン部品が、ナノ粒子、とりわけＣＮＴによって強化された前記金属の複合材料より作られ、前記強化された金属が、前記ナノ粒子によって少なくとも部分的に分離された金属微結晶を含む微細構造を有することを特徴とするエンジン（５２）、とりわけ、燃焼エンジンもしくはジェットパワーユニットまたはエンジン部品（５４、５６）。
【請求項２】
前記エンジン部品が、シリンダーヘッド（５６）、シリンダーブロック（５４）、クランクケースまたは前記エンジンの駆動部分の１つであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン部品（５４、５６）。
【請求項３】
前記複合材料が、１ｎｍから１００ｎｍの範囲のサイズ、好ましくは、１０ｎｍから１００ｎｍの範囲のサイズ、または１００ｎｍより大きくかつ２００ｎｍ以下の範囲のサイズを有する金属微結晶を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンまたはエンジン部品。
【請求項４】
第１の部品（５４）と、第２の部品（５６）と、前記第１および前記第２の部品（５４、５６）を結合する結合手段（５８）とを含むエンジン（５２）、とりわけ燃焼エンジンまたはジェットパワーユニットであって、
前記第１および前記第２の部品（５４、５６）の少なくとも１つが、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン部品であり、
前記結合手段（５８）が、ナノ粒子によって強化された金属の複合材料により作られ、
前記第１および前記第２の部品（５４、５６）の前記少なくとも１つの前記金属または前記金属合金が、前記結合手段（５８）の前記金属成分の金属または金属合金と同じである、または、前記結合手段（５８）の前記金属成分の金属または金属合金から、５０ｍＶよりも小さい違い、好ましくは２５ｍＶよりも小さい違いである電気化学的電位を有することを特徴とするエンジン（５２）、とりわけ燃焼エンジンまたはジェットパワーユニット。
【請求項５】
複合粉末材料を製造する工程であって、前記材料が金属およびナノ粒子、とりわけカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含み、
前記複合粉末粒子が、前記ナノ粒子によって少なくとも互いに部分的に分離された金属微結晶を含む工程と、
前記複合粉末を、完成したエンジン部品（５４、５６）または前記エンジン部品（５４、５６）用のブランクに圧縮する工程と、
を含むことを特徴とするエンジン部品（５４、５６）、とりわけ燃焼エンジンまたはジェットパワーユニットの部品を製造する方法。
【請求項６】
前記複合粉末を圧縮する工程が、熱間等方圧加工、冷間等方圧加工、粉末押出し、粉末圧延または焼結を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
メカニカルアロイングが、ミルチャンバー（４４）とミル部材としてのボール（５０）とを含むボールミル（４２）を用いて実施されることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
完成した複合材料を不動態化する工程を更に含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
金属、とりわけＡｌ、ＭｇもしくはＴｉまたはそれらを１つ以上含む合金により作られるギヤーホイールであって、
該ギヤーホイールが、ナノ粒子、とりわけＣＮＴによって強化された前記金属の複合材料により作られ、前記強化された金属が、前記ナノ粒子によって少なくとも部分的に分離した金属微結晶を含む微細構造を有することを特徴とするギヤーホイール。