(57)【要約】  炭化ホウ素材料を製造する方法において、炭化ホウ素粉末が本質的に純粋な水によって高温で洗浄され、洗浄炭化ホウ素粉末を生成する。この洗浄炭化ホウ素粉末は、焼結補助材と混合される。炭化ホウ素粉末と焼結補助材との混合物は加圧成形されて、成形材料を形成し、この成形材料は焼結される。焼結炭化ホウ素材料は、炭化ホウ素、元素炭素、および（炭化ホウ素成分の総重量に基づいて）約０．６重量％以下の酸素、を含有する炭化ホウ素成分を含む。この焼結炭化ホウ素材料は、理論密度の少なくとも約９９％の密度を有する。別の焼結炭化ホウ素材料は、炭化ホウ素、炭化ケイ素、元素炭素、および（炭化ホウ素成分の総重量に基づいて）約０．３重量％以下の酸素、を含有する炭化ホウ素成分を含み、理論密度の少なくとも約９７％の密度を有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ホウ素材料を製造する方法であって、
ａ）炭化ホウ素粉末を本質的に純粋な水によって高温で洗浄し、洗浄炭化ホウ素粉末を生成する工程；
ｂ）焼結補助材を該洗浄炭化ホウ素粉末と混合する工程；
ｃ）該混合物を加圧成形し、それにより所望の成形材料を形成する工程；および
ｄ）該成形材料を焼結する工程
を含む、方法。
【請求項２】
前記炭化ホウ素粉末の洗浄のための高温が、約７０℃から約９０℃の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記炭化ホウ素粉末の洗浄のための高温が約８０℃である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記炭化ホウ素粉末が約１時間から約３時間洗浄される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記炭化ホウ素粉末が約２時間洗浄される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記焼成補助材が、前記炭化ホウ素粉末の重量に基づいて約１重量％から約７重量％の炭素に相当する量で前記炭化ホウ素粉末に添加される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記焼成補助材が、前記炭化ホウ素粉末の重量に基づいて約５重量％の炭素に相当する量で前記炭化ホウ素粉末に添加される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記焼成補助材がフェノール樹脂である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記フェノール樹脂の水溶液が、前記洗浄炭化ホウ素粉末と混合される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記フェノール樹脂が、前記炭化ホウ素粉末の重量の約１２重量％の量で前記炭化ホウ素粉末と混合される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記成形材料の焼結が、外部圧力の非存在下で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記成形材料が、約２，１００℃から約２，５００℃の範囲の温度で焼結される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記成形材料が、約２，１００℃から約２，２００度の範囲の温度で焼結される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
炭化ホウ素材料を製造する方法であって、
ａ）炭化ホウ素粉末を水性粉砕媒体中で炭化ケイ素グリットを用いて粉砕する工程；
ｂ）該粉砕炭化ホウ素粉末を本質的に純粋な水によって約７０℃から９０℃の温度で洗浄し、洗浄炭化ホウ素粉末を生成する工程；
ｃ）炭素前駆物質を該洗浄炭化ホウ素粉末と混合する工程であり、該炭素前駆物質が該炭化ホウ素粉末の重量に基づいて約１重量％から約５重量％に相当する量である工程；
ｄ）該洗浄炭化ホウ素粉末と該炭素前駆物質との混合物を乾燥させ、乾燥混合物を形成する工程；
ｅ）該乾燥混合物を加圧成形し、それにより所望の成形材料を形成する工程；および
ｆ）該成形材料を不活性雰囲気下で約２１００℃から約２５００℃の範囲の温度で焼結する工程
を含む、方法。
【請求項１５】
前記炭素前駆物質が、フェノール樹脂である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記フェノール樹脂が、前記炭化ホウ素粉末の重量に基づいて約１２重量％の量で添加される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記水性粉砕媒体が水およびイソプロピルアルコールを含有し、水：イソプロピルアルコールの重量比が約３：１から約５：１の範囲である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記成形材料を焼結する前に、前記成形材料を約５５０℃から約６５０℃の範囲の温度で予備加熱する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
焼結炭化ホウ素材料であって、
ａ）炭化ホウ素；
ｂ）元素炭素；および
ｃ）炭化ホウ素成分の総重量に基づいて約０．６重量％以下の酸素、
を含有する炭化ホウ素成分を含み、
該焼結炭化ホウ素材料が、理論密度の少なくとも約９９％の密度を有する、焼結炭化ホウ素材料。
【請求項２０】
焼結炭化ホウ素材料であって、
ａ）炭化ホウ素；
ｂ）炭化ケイ素；
ｃ）元素炭素；および
ｄ）炭化ホウ素成分の総重量に基づいて約０．３重量％以下の酸素、
を含有する炭化ホウ素成分を含み、
該焼結炭化ホウ素材料が、理論密度の少なくとも約９７％の密度を有する、焼結炭化ホウ素材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００７年８月８日に出願された米国仮特許出願第６０／９６４，０１５号の利益を主張する。上記出願の教示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）材料は、防護具、耐磨耗構造要素のためのエンジニアリングセラミックスとして、および研磨材として非常に興味深い。炭化ホウ素材料の大部分の用途は、理論密度（ＴＤ）に近い高密度を必要とする。炭化ホウ素材料は一般に、ホットプレス技術（すなわち、高圧下での焼結）または無加圧焼結（すなわち、圧力をかけない焼結）のいずれかを用いて製造されてきた。
【０００３】
通常、ホットプレス処理は、比較的小さい、幾何学的に単純な物品に限定される。また、ホットプレス処理は一般に、エネルギー集約型であり、追加の成形材料を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
炭化ホウ素を含む複合材料から物品を製造するために、ホットプレスを無加圧焼結によって置き換える試みがなされている。無加圧焼結は、処理コストおよび連続方式での処理能力および／または商業的生産へのスケールアップに関して、ホットプレスと比べて有利である。一般に、従来の無加圧焼結処理にとって、約９５％超ＴＤの焼結密度を得ることが課題となっている。したがって、高密度炭化ホウ素材料または製品を製造するために改善された無加圧焼結処理を開発することに対して必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は一般に、成形焼結炭化ホウ素材料または製品を製造する方法、およびこのような焼結炭化ホウ素材料または製品に関する。
【０００６】
１つの態様において、本発明は、炭化ホウ素材料を製造する方法に関する。１つの実施形態において、炭化ホウ素粉末は、本質的に純粋な水によって高温で洗浄され、洗浄炭化ホウ素粉末を生成する。この洗浄炭化ホウ素粉末は、焼結補助材と混合される。炭化ホウ素粉末と焼結補助材との混合物は、加圧成形されて成形材料を形成し、この成形材料は焼結される。
【０００７】
別の実施形態において、炭化ホウ素粉末は、炭化ケイ素グリットを用いて水性粉砕媒体中で粉砕される。粉砕された炭化ホウ素粉末は、本質的に純粋な水によって約７０℃から約９０℃の温度で洗浄され、洗浄炭化ホウ素粉末を生成する。この洗浄炭化ホウ素粉末は、炭化ホウ素粉末の重量に基づいて約１重量％から約５重量％に相当する量で炭素前駆物質と混合される。洗浄炭化ホウ素粉末と炭素前駆物質との混合物は、乾燥させて、乾燥混合物を形成する。この乾燥混合物は加圧成形され、それにより成形材料を形成する。この成形材料は不活性雰囲気下で約２，１００℃から約２，５００℃の範囲の温度で焼結される。
【０００８】
別の態様において、本発明は、焼結炭化ホウ素材料に関する。１つの実施形態において、焼結炭化ホウ素材料には、炭化ホウ素、元素炭素、および（炭化ホウ素成分の総重量に基づいて）約０．６重量％以下の酸素、を含有する炭化ホウ素成分が含まれる。この焼結炭化ホウ素材料は、理論密度の少なくとも約９９％の密度を有する。
【０００９】
さらに別の実施形態において、焼結炭化ホウ素材料には、炭化ホウ素、炭化ケイ素、元素炭素、および（炭化ホウ素成分の総重量に基づいて）約０．３重量％以下の酸素、を含有する炭化ホウ素成分が含まれる。この焼結炭化ホウ素材料は、理論密度の少なくとも約９７％の密度を有する。
【００１０】
また本発明において、上記本発明の方法で製造された焼結炭化ホウ素材料が含まれる。
【００１１】
本発明の無加圧焼結法は、費用のかかる最終機械加工作業またはホットプレスを必要とすることなく、比較的高密度、例えば、約９９％超ＴＤを有する複合成形物品の製造を可能とする。必要に応じて、この焼結炭化ホウ素は、１００％近くの密度に熱間等方加圧（ＨＩＰ）され得る。さらに、本発明の無加圧焼結法は、比較的低コストで大量生産および連続操業を可能にすることができる。
【００１２】
本発明の焼結炭化ホウ素材料は、実質的に低い酸素含量、実質的に高い密度および優れた機械的強度（例えば、高い破壊靭性、曲げ強度およびワイブル係数）を有し、これは、様々な用途、例えば、防護具、侵食（ｅｒｏｓｉｏｎ）技術の分野での使用（例えば、サンドブラストノズルまたはウォータージェットノズルとして）に対して望ましい。本発明の焼結炭化ホウ素材料は、Ａｌ−Ｓｉ鋳造合金を機械加工するためなどの切削材料として使用することもできる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の焼結炭化ホウ素材料を製造する方法は、炭化ホウ素粉末を本質的に純粋な水によって高温で洗浄することを用いる。本発明における使用に好適な炭化ホウ素粉末は、非晶質または結晶質であることができる。本明細書で用いられるように、「本質的に純粋な水」は、少なくとも９０重量％の純水（Ｈ２Ｏ）を有する液体を意味する。好ましくは、炭化ホウ素粉末は、少なくとも９３重量％の純水、より好ましくは少なくとも９５重量％の純水によって洗浄される。場合によって、この洗浄処理のための水は脱脂される。本明細書で用いられるように、「高温」は、約２０℃を超える温度を意味する。好ましくは、炭化ホウ素粉末の洗浄のための高温は、約７０℃から約９０℃の範囲である。より好ましくは、炭化ホウ素粉末の洗浄のための高温は、約８０℃である。好ましくは、炭化ホウ素粉末は、約１時間から約３時間洗浄される。より好ましくは、炭化ホウ素粉末は、約２時間洗浄される。
【００１４】
洗浄炭化ホウ素粉末は、焼結補助材と混合される。当技術分野で知られている任意の適切な焼結補助材を用いることができる。例には、任意の適切な炭素前駆物質、例えば、炭素含有有機化合物（例えば、フェノール樹脂）、および元素炭素（カーボンブラックまたは黒鉛）が含まれる。焼結補助材は、高度に分散した混合物中で均一な分布を確実にする任意の形態、例えば、粒子またはコロイドとして用いることができる。好ましくは、焼結補助材は、炭素前駆物質、例えば、炭素含有有機化合物であり、これは、コークス化して、例えば、最大約１，０００℃の温度で炭素を形成することができる。より好ましくは、炭素前駆物質は、約１００℃から約９００℃の範囲の温度で分解する。このような炭素前駆物質の例には、フェノール樹脂、フェノプラスト（ｐｈｅｎｏｐｌａｓｔ）、コールタールピッチおよびフェノール樹脂のフェノールホルムアルデヒド縮合生成物が含まれる。
【００１５】
好ましくは、洗浄炭化ホウ素粉末と混合される焼結補助材は、炭化ホウ素粉末の重量に基づいて約１重量％から約７重量％の炭素に相当する量である。より好ましくは、洗浄炭化ホウ素粉末と混合される焼結補助材の量は、炭化ホウ素粉末の重量に基づいて約５重量％の炭素に相当する。１つの実施形態において、焼結補助材はフェノール樹脂である。好ましい実施形態において、炭化ホウ素粉末と混合されるフェノール樹脂の量は、炭化ホウ素粉末の重量の約５重量％から約１５重量％の範囲、より好ましくは約１２重量％である。特定の実施形態において、フェノール樹脂の水溶液が洗浄炭化ホウ素粉末と混合される。
【００１６】
洗浄炭化ホウ素粉末と焼結補助材との混合物は、当技術分野で知られている任意の適切な方法を用いて乾燥させる。適切な乾燥方法の例には、凍結乾燥およびスプレー乾燥が含まれる。好ましくは、この混合物は、凍結乾燥させる。
【００１７】
炭化ホウ素の所望の形状、例えば、所望の三次元形状は、炭化ホウ素粉末と焼結補助材との乾燥させた混合物を加圧成形することによって形成することができる。この成形は、任意の適切な、知られている方法、例えば、ダイ加圧成形、等方加圧成形、射出成形、押出成形またはスリップキャストによって行うことができる。型中でのダイ加圧成形または等方加圧成形の場合に、３０から６００ＭＰａ、好ましくは１００から５００ＭＰａの圧力が一般に用いられる。任意の所望の三次元形状、例えば、円盤を形成することができる。
【００１８】
炭化ホウ素の成形体は、焼結されて、それにより対応する焼結炭化ホウ素材料を形成する。好ましくは、成形炭化ホウ素体の焼結は、外部圧力の非存在下で行われる。無加圧焼結処理は、任意の所望の高温炉、例えば、黒鉛管抵抗炉（Ｔａｍｍａｎｎ炉）、または黒鉛サセプターを有する誘導加熱炉で行うことができる。連続操業のために、水平プッシャーまたはバンド型炉を用いることができ、ここで、予備成形された炭化ホウ素体は、それぞれの物品が所与の時間帯に対して所望の目的温度で維持されるように、加熱帯を通って移送される。この操業において、加熱のための時間帯、最終温度での滞留時間、および冷却は、焼結される成形材料の大きさに依存する。特定の実施形態において、成形炭化ホウ素体は、約２，１００℃から約２，５００℃、より好ましくは約２，１００℃から約２，２００℃の範囲の温度、例えば、約２，２００℃または約２，１８０℃で焼結される。典型的には、焼結処理は、約１〜５時間、より典型的には約３〜５時間、例えば、約３時間にわたる。
【００１９】
１つの好ましい実施形態において、成形炭化ホウ素体は、成形炭化ホウ素材料の焼結前に、約５５０℃から約６５０℃の範囲の温度で予備加熱される。
【００２０】
好ましくは、焼結および／または任意選択の予備加熱処理は、不活性雰囲気下、例えばアルゴンまたは窒素雰囲気下で行われる。あるいは、焼結および／または任意選択の予備加熱処理は、真空中で行うことができる。
【００２１】
洗浄工程の前に、炭化ホウ素粉末は場合によって、本質的に純粋な水によって粉砕される。好ましくは、炭化ホウ素粉末は粉砕されて、平均粒径約２ミクロン未満、より好ましくは約０．１ミクロンから１ミクロン、より好ましくは約０．３ミクロンから約０．８ミクロン、さらにより好ましくは、約０．５ミクロンから約０．８ミクロン、例えば、約０．６ミクロンを有する。粉砕炭化ホウ素粉末の平均表面積は、好ましくは少なくとも約１３ｍ２／ｇ、より好ましくは約１３ｍ２／ｇから約２０ｍ２／ｇ、例えば、約１５ｍ２／ｇである。
【００２２】
粉砕は、任意の適切なグラインディング（ｇｒｉｄｉｎｇ）手段で行うことができる。好ましくは、粉砕は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）グリットを用いて行われる。１つの特定の実施形態において、炭化ケイ素グリットは、５００〜２０００ミクロンのグリットサイズを有する。別の特定の実施形態において、炭化ケイ素グリットによる炭化ホウ素粉末の粉砕処理は、粉砕された炭化ホウ素粉末と一緒にグリットから摩滅された炭化ケイ素粉末を生成する。この混合物は、フィルターで場合によって選別され、フィルターのしきい値、例えば、約３２５ミクロンより大きいいずれの残存グリットも除去する。炭化ケイ素粉末の量は、粉砕処理のパラメータ、例えば、粉砕時間を調整することによって制御することができる。好ましくは、炭化ケイ素粉末の量は、最終炭化ホウ素材料の総重量の約５重量％から約２８重量％、より好ましくは約５重量％から約２０重量％、さらにより好ましくは約５重量％から約１５重量％（例えば、約１０重量％）の範囲である。
【００２３】
当技術分野で知られている任意の適切な粉砕媒体を粉砕処理のために用いることができる。好ましくは、粉砕媒体は水性媒体である。１つの特定の実施形態において、水性媒体には、粉砕媒体の総重量に基づいて約８０重量％の水が含まれる。別の特定の実施形態において、水性媒体には、水およびアルコール成分、例えば、イソプロピルアルコールが含まれる。好ましくは、水対アルコール（メタノール、エタノール、またはイソプロピルアルコールなど）の重量比は、約３：１から約５：１の範囲、より好ましくは約４：１である。より特定の実施形態において、粉砕媒体には、約８０重量％の水、約２０重量％のアルコール（イソプロピルアルコールなど）、および約１％のシランが含まれる。一部の他の実施形態において、乾燥粉砕法が用いられる。
【００２４】
本発明にはまた、焼結炭化ホウ素材料が含まれる。１つの実施形態において、焼結炭化ホウ素材料には、炭化ホウ素、元素炭素、および（炭化ホウ素成分の総重量に基づいて）約０．６重量％以下の酸素、を含有する炭化ホウ素成分が含まれる。焼結炭化ホウ素材料は、理論密度（ＴＤ）の少なくとも約９９％の密度を有する。好ましくは、酸素含量は、炭化ホウ素成分の総重量に基づいて約０．３重量％以下、より好ましくは約０．１５重量％以下である。１つの好ましい実施形態において、元素炭素は、炭化ホウ素成分の総重量に基づいて約１重量％から約７重量％の炭素、より好ましくは約３重量％から約７重量％の炭素、さらにより好ましくは約５重量の量で存在する。
【００２５】
別の実施形態において、焼結炭化ホウ素材料は、炭化ホウ素、炭化ケイ素、元素炭素、および（炭化ホウ素成分の総重量に基づいて）約０．３重量％以下の酸素、を含有する炭化ホウ素成分を含み、少なくとも約９７％ＴＤの密度を有する。好ましくは、酸素含量は、炭化ホウ素成分の総重量に基づいて約０．１５重量％以下である。好ましくは、焼結炭化ホウ素材料は、少なくとも約９８％ＴＤ、より好ましくは少なくとも約９９％ＴＤの密度を有する。好ましい実施形態において、炭化ケイ素は、炭化ホウ素成分の総重量に基づいて約５重量％から約２８重量％、より好ましくは約５重量％から約２０重量％、さらにより好ましくは約５重量％から約１５重量％、例えば、約１０重量％の量で存在する。別の好ましい実施形態において、元素炭素は、炭化ホウ素成分の総重量に基づいて、約１重量％から約７重量％の炭素、より好ましくは約３重量％から約７重量％の炭素、さらにより好ましくは約５重量％の炭素の量で存在する。
【００２６】
理論密度（ＴＤ）は、混合物の法則に従って炭化ホウ素製品の最終相成分から計算することができる。例えば、Ａ、ＢおよびＣ成分の混合物のＴＤは、式（１）：
【数１】
2010535693.tif 000002
によって計算される。炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）および炭素（Ｃ）の密度は、それぞれ、約２．５ｇ／ｃｍ３、約３．２ｇ／ｃｍ３および約２．２７ｇ／ｃｍ３である。
【００２７】
特定の実施形態において、焼結炭化ホウ素材料は、約３から約１２ミクロンの平均構造粒径を有する。
【００２８】
別の特定の実施形態において、焼結炭化ホウ素材料は、約２ＭＰａ・分１／２から約４ＭＰａ・分１／２、より好ましくは約２．５ＭＰａ・分１／２から約３．５ＭＰａ・分１／２の破壊靭性を有する。より特定の実施形態において、焼結炭化ホウ素材料の硬度は、約１５ＧＰａから約３０ＧＰａ、より好ましくは約１８ＧＰａから約２５ＧＰａの範囲である。別の特定の実施形態において、焼結炭化ホウ素材料は、約３００から約４５０ＭＰａ、例えば、約３５０ＭＰａから約４００ＭＰａの破壊係数値を有する。さらに別の特定の実施形態において、焼結炭化ホウ素材料は、約６から約１５、好ましくは約１０から約１５、例えば、約１０から約１２の範囲のワイブル係数値を有する。
【００２９】
本発明の低酸素含有焼結炭化ホウ素材料は、上記の本発明の方法によって製造することができる。特定の理論に拘束されることなく、炭化ホウ素粉末、または炭化ケイ素粉末と混合された粉砕炭化ホウ素粉末の高温での洗浄処理は、炭化ホウ素粉末の表面からＢ２Ｏ３を除去することによって、恐らくは、少なくとも部分的に、最終製品の酸素含量を実質的に低減させることができる。
【実施例】
【００３０】
例証
実施例１：焼結炭化ホウ素円盤の製造
それぞれ、６．０ミクロンのおよび４ｍ２／ｇの、平均粒径（Ｄ５０）および平均表面積（ＳＡ）を有し、１．５％の酸素含量を有する炭化ホウ素粉末（Ｄａｌｉａｎ  Ｊｉｎｍａ、Ｃｈｉｎａ）を、ＳｉＣグリットを用いて摩滅粉砕した。８０重量％の水、２０重量％のイソプロピルアルコールおよび１重量％のシラン（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｚ６０４０）からなる水性媒体を粉砕処理のために使用した。炭化ホウ素粉末を、所望の０．６ミクロンのＤ５０および少なくとも１３．０ｍ２／ｇのＳＡを有するように粉砕した。粉砕粉末の分析は、ＳｉＣグライディング媒体の摩滅によって最大１０重量％のＳｉＣの追加を示した。次いで、この粉砕炭化ホウ素粉末の表面上のＢ２Ｏ３を浸出させるために８０℃高温水で２時間処理した。
【００３１】
この洗浄炭化ホウ素粉末に、１２重量％のフェノール樹脂の水溶液（５重量％の炭素に相当）を添加した。次いで、この混合物を凍結乾燥させた。凍結乾燥させた洗浄炭化ホウ素粉末を、１インチ直径×０．５インチ厚さの円盤に１８Ｋｓｉで加圧成形した。この円盤をアルゴンガス雰囲気中２，１８０℃で３時間焼結し、９９％超ＴＤの焼結密度を得た。
【００３２】
同一の加圧成形および焼結条件下で、洗浄処理を受けていない炭化ホウ素粉末は、９０．２％ＴＤの焼結密度を与えたのみであった。したがって、炭化ホウ素粉末を高温水によって洗浄することによって、焼結密度の約１０％増加が得られた。
【００３３】
様々な段階での炭化ホウ素粉末の酸素分析を、当技術分野で知られているＬｅｃｏ技術によって行った。様々な段階における炭化ホウ素粉末の酸素含量を以下の表１にまとめる：
【００３４】
【表１】
2010535693.tif 000003
【００３５】
上に示すように、水中での粉砕後、炭化ホウ素粉末の酸素含量は、恐らくは表面積増加のために上昇（約１００％だけ）した。粉砕炭化ホウ素粉末の高温水洗浄（浸出）処理は、酸素含量を約４０％だけ著しく低減させた。焼結して約９９％ＴＤを有した後、酸素含量は０．１３１重量％に低下した。
【００３６】
実施例２：高温水洗浄工程を用いる本発明の方法とこのような洗浄工程を用いない方法との比較
表２に示すように、粉砕、乾燥、および洗浄工程の異なる組合せを用いる以外は実施例１で上記したとおりの同様の方法で炭化ホウ素の円盤を製造した。それぞれの炭化ホウ素の円盤は、円盤の総重量に基づいて約５重量％の元素炭素を含有し、これをその製造工程の間に導入した。焼成条件、酸素含量、ＳＡおよびＤ５０、ならびに最終製品の特定の機械的特性を表２にまとめる。
【００３７】
【表２】
2010535693.tif 000004
【００３８】
実施例３：焼結炭化ホウ素製品の機械的特性
１４重量％のＳｉＣを含有する焼結炭化ホウ素製品を実施例１に記載したとおりに製造した。特定の機械的特性を表３にまとめる。比較として、文献に報告されたとおりに、ホットプレス炭化ホウ素製品の特定の機械的特性もその表にまとめる。ホットプレス製品は一般に、焼結補助材として（実施例１のとおりの）同様の量の炭素以外は未洗浄の粉末を用いて製造する。硬度は、２ｋｇ荷重を用いるビッカース圧子押込み法によって測定した。破壊靭性は、Ｃｈａｎｔｉｋｕｌｅｔらによって記載された押込みクラック長さ（Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｃｒａｃｋ  Ｌｅｎｇｔｈ）法によって決定した。４点たわみ強さは、ＡＳＴＭ  ＭＩＬ  Ｓｐｅｃ  １９８２手順を用いて測定した。
【００３９】
表に示したように、本発明の無加圧焼結製品は、実質的に高い密度および優れた機械的強度（例えば、高い破壊靭性、曲げ強度およびワイブル係数）を示し、これはホットプレス製品と匹敵した。これらの結果は、本発明の無加圧焼結法が、費用のかかる最終機械加工作業またはホットプレスを必要とすることなく、比較的高い密度、例えば、約９９％超ＴＤを有する複合成形物品の製造を可能にさせ得ることを示す。
【００４０】
【表３】
2010535693.tif 000005
【００４１】
均等物
本発明をその実施例の実施形態に関して特に示しおよび説明してきたが、形態および詳細における様々な変化が、添付の特許請求の範囲で包含される本発明の範囲から逸脱することなくそこでなされ得ることが当業者によって理解される。
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月29日(2010.3.29)
【手続補正１】
【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】
炭化ホウ素材料を製造する方法であって、
ａ）炭化ホウ素粉末を本質的に純粋な水によって高温で洗浄し、洗浄炭化ホウ素粉末を生成する工程；
ｂ）焼結補助材を該洗浄炭化ホウ素粉末と混合する工程；
ｃ）該混合物を加圧成形し、それにより所望の成形材料を形成する工程；および
ｄ）該成形材料を焼結する工程
を含む、方法。
【請求項２】
前記炭化ホウ素粉末の洗浄のための高温が、約７０℃から約９０℃の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記炭化ホウ素粉末が約１時間から約３時間洗浄される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記焼成補助材が、前記炭化ホウ素粉末の重量に基づいて約１重量％から約７重量％の炭素に相当する量で前記炭化ホウ素粉末に添加される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記焼成補助材がフェノール樹脂である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記フェノール樹脂の水溶液が、前記洗浄炭化ホウ素粉末と混合される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記フェノール樹脂が、前記炭化ホウ素粉末の重量の約１２重量％の量で前記炭化ホウ素粉末と混合される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記成形材料が、約２，１００℃から約２，５００℃の範囲の温度で焼結される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
炭化ホウ素材料を製造する方法であって、
ａ）炭化ホウ素粉末を水性粉砕媒体中で炭化ケイ素グリットを用いて粉砕する工程；
ｂ）該粉砕炭化ホウ素粉末を本質的に純粋な水によって約７０℃から９０℃の温度で洗浄し、洗浄炭化ホウ素粉末を生成する工程；
ｃ）炭素前駆物質を該洗浄炭化ホウ素粉末と混合する工程であり、該炭素前駆物質が該炭化ホウ素粉末の重量に基づいて約１重量％から約５重量％に相当する量である工程；
ｄ）該洗浄炭化ホウ素粉末と該炭素前駆物質との混合物を乾燥させ、乾燥混合物を形成する工程；
ｅ）該乾燥混合物を加圧成形し、それにより所望の成形材料を形成する工程；および
ｆ）該成形材料を不活性雰囲気下で約２１００℃から約２５００℃の範囲の温度で焼結する工程
を含む、方法。
【請求項１０】
前記炭素前駆物質が、フェノール樹脂である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記フェノール樹脂が、前記炭化ホウ素粉末の重量に基づいて約１２重量％の量で添加される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記水性粉砕媒体が水およびイソプロピルアルコールを含有し、水：イソプロピルアルコールの重量比が約３：１から約５：１の範囲である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記成形材料を焼結する前に、前記成形材料を約５５０℃から約６５０℃の範囲の温度で予備加熱する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
焼結炭化ホウ素材料であって、
ａ）炭化ホウ素；
ｂ）元素炭素；および
ｃ）炭化ホウ素成分の総重量に基づいて約０．６重量％以下の酸素、
を含有する炭化ホウ素成分を含み、
該焼結炭化ホウ素材料が、理論密度の少なくとも約９９％の密度を有する、焼結炭化ホウ素材料。
【請求項１５】
焼結炭化ホウ素材料であって、
ａ）炭化ホウ素；
ｂ）炭化ケイ素；
ｃ）元素炭素；および
ｄ）炭化ホウ素成分の総重量に基づいて約０．３重量％以下の酸素、
を含有する炭化ホウ素成分を含み、
該焼結炭化ホウ素材料が、理論密度の少なくとも約９７％の密度を有する、焼結炭化ホウ素材料。
【国際調査報告】
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