(57)【要約】【課題】  多孔性のＳｉＣ含有物品及び制御された多孔率を有する物品を作製するのに好適な比較的低コストの製造方法を提供すること。【解決手段】  本発明の物品の製造方法は、炭素ベース・フェルトに被膜を形成するのに十分な量の耐熱性金属を施す工程１０と、セラミックベース・フェルトを形成するのに十分な温度及び時間の条件下に耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを熱的に加工する工程１２と、セラミックベース・フェルトを調整した大気条件下で冷却する工程１４と、を含む。【選択図】図７
2007332020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素ベース・フェルトに被膜を形成するのに十分な量の耐熱性金属を施す付与工程と、
セラミックベース・フェルトを形成するのに十分な温度及び時間の条件下に上記耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを熱的に加工する熱加工工程と、
セラミックベース・フェルトを調整した大気条件下で冷却する冷却工程と、
を含む物品の製造方法。
【請求項２】
更に、上記付与工程の前に炭素ベース・フェルトを形状づける工程を含む請求項1に記載の方法。
【請求項３】
更に、上記熱加工工程の前に耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを形状づける工程を含む請求項1に記載の方法。
【請求項４】
更に、上記冷却工程の後にセラミックベース・フェルトを形状づける工程を含む請求項1に記載の方法。
【請求項５】
上記付与工程が、１分間あたり約０．０５〜約２リットルの速度で漸次流れるような量のジクロロシランの存在下、約３００〜約１２００℃の温度及び約０．５〜約２０トールの圧力の条件下で上記量の耐熱性金属を堆積させる工程を含む請求項1に記載の方法。
【請求項６】
上記熱加工工程が、耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを、不活性雰囲気下に１分間あたり約１０℃の速度にて約１４５０℃まで熱処理する工程を含む請求項1に記載の方法。
【請求項７】
上記熱加工工程が、約１４５０℃までの熱処理前に、耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを、不活性雰囲気下に１分間あたり約１０℃の速度にて約１３５０℃まで熱処理する工程を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記熱加工工程が、約１３５０℃までの熱処理前に、耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを、不活性雰囲気下に１分間あたり約１０℃の速度にて約１２５０℃の温度まで熱処理する工程を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記冷却工程が、更に、耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを、不活性雰囲気下に１分間あたり約２０℃の速度で冷却する工程を含む請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
任意選択的な耐熱性金属ベース被膜又は任意選択的な炭素ベース被膜を含むセラミックベース・フェルトを含む組成物。
【請求項１１】
上記セラミックベース・フェルトが、ケイ素、ハフニウム、タンタル、ホウ素、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される耐熱性金属を有する耐熱性金属ベース被膜を含み、且つ上記セラミックベース・フェルトは少なくとも1種の耐熱性金属の炭化物である請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
上記セラミックベース・フェルトが、炭素ベース被膜を含み、且つこのセラミックベース・フェルトは、ケイ素、ハフニウム、タンタル、ホウ素、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種の耐熱性金属の炭化物である請求項１０に記載の組成物。
【請求項１３】
上記セラミックベース・フェルトが、ケイ素、ハフニウム、タンタル、ホウ素、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種の耐熱性金属の炭化物を含む請求項１０に記載の組成物。
【請求項１４】
耐熱性金属とセラミックベース・フェルトとの反応により得られる反応生成物を含み、且つ当該反応生成物の形成中に耐熱性金属の存在量が炭素の存在量より多く、
該反応生成物が、耐熱性金属ベース被膜を有するセラミックベース・フェルトを含むことを特徴とする組成物。
【請求項１５】
上記耐熱性金属が、ケイ素、ハフニウム、タンタル、ホウ素、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される請求項１４に記載の組成物。
【請求項１６】
上記セラミックベース・フェルトが、ケイ素、ハフニウム、タンタル、ホウ素、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種の耐熱性金属の炭化物である請求項１４に記載の組成物。
【請求項１７】
耐熱性金属とセラミックベース・フェルトとの反応により得られる反応生成物を含み、且つ当該反応生成物の形成中に耐熱性金属の存在量が炭素の存在量より少なく、
該反応生成物が、炭素ベース被膜を有するセラミックベース・フェルトを含むことを特徴とする組成物。
【請求項１８】
上記耐熱性金属が、ケイ素、ハフニウム、タンタル、ホウ素、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される請求項１７に記載の組成物。
【請求項１９】
上記炭素ベース被膜が炭素である請求項１７に記載の組成物。
【請求項２０】
上記セラミックベース・フェルトが、ケイ素、ハフニウム、タンタル、ホウ素、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種の耐熱性金属の炭化物である請求項１７に記載の組成物。
【請求項２１】
耐熱性金属とセラミックベース・フェルトとの反応により得られる反応生成物を含み、且つ当該反応生成物の形成中に耐熱性金属の存在量が炭素の存在量と化学量論的に等しく、
該反応生成物が、被膜を実質的に含まないセラミックベース・フェルトを含むことを特徴とする組成物。
【請求項２２】
上記耐熱性金属が、ケイ素、ハフニウム、タンタル、ホウ素、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される請求項２１に記載の組成物。
【請求項２３】
上記セラミックベース・フェルトが、ケイ素、ハフニウム、タンタル、ホウ素、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種の耐熱性金属の炭化物である請求項２１に記載の組成物。
【請求項２４】
熱処理されたセラミックベース・フェルトが被膜非含有である請求項２１に記載の組成物。
【請求項２５】
請求項１０に記載の組成物を含む物品。
【請求項２６】
請求項１４に記載の組成物を含む物品。
【請求項２７】
請求項１７に記載の組成物を含む物品。
【請求項２８】
請求項２１に記載の組成物を含む物品。
【請求項２９】
炭素ベース・フェルトに被膜を形成するのに十分な量の耐熱性金属を施す工程と、
セラミックベース・フェルトを形成するのに十分な温度及び時間の条件下に上記耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを熱的に加工する工程と、
セラミックベース・フェルトを調整した大気条件下で冷却する工程と、
を含む方法により製造された物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック材料に関し、更に詳細には、本発明は、炭化ケイ素セラミック含有材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度な推進用途及び燃焼用途では、１２００℃を超える過酷な環境下で熱的及び構造上安定な材料を必要とする。炭化ケイ素（ＳｉＣ：シリコンカーバイド）が特に有用な材料である。なぜなら、強度が比較的高く、密度が低く、熱伝導率が高く、そして酸化耐性だからである。ＳｉＣの一般的な用途としては、セラミック複合補強材、セラミック製防護具、タービンの構成部品、保護コーティング、触媒構造物及び熱交換機を含む。いくつかの用途の場合、ＳｉＣ構造内における一定方位の細孔を含む制御された多孔性によって、重量の軽減（例えば、防護具、複合材で使用する場合）、所望の異方性を付与するための能力、より少ない圧力降下での加熱若しくは冷却流体の優れた流れ場（例えば、触媒の担体、熱交換機、反応器で使用する場合）を可能にする場合がある。
【０００３】
ＳｉＣ含有セラミックフォームは、セラミック含有スラリーをポリマーフォームに浸透（溶浸）させ、その後、ポリマーフォームをバーンアウトし、そしてスラリーを後緻密化して、所望の網目状のセラミックフォームを形成することによって作製されるのが一般的である（図１）。かかる生成物（製品）は、フォーム構造を形成するためにＳｉＣ粒子間で結合する酸化物を含み、そしてかかるフォームを製造するのに必要な残留酸化物相に起因して、ＳｉＣの理想的な性質を示さない。ＳｉＣ粒子から誘導されるセラミックフォーム生成物は、英国ノーフォーク所在のPorvair PLC社およびその事業に関連するノースキャロライナ、ヘンダーソンビル所在のSelee Corporation社から市販されている。
【０００４】
カルフォルニア州パコイマ所在のUltramet社は、熱分解炭素フォームでの化学蒸着又は化学蒸気浸透法（ＣＶＩ）を用いて類似の網目状のＳｉＣフォームを製造している（図２）。炭素フォーム骨格は、熱硬化性ポリマーフォームの熱分解により誘導され、これにより得られるガラス質の堅い炭素構造物が、Ultraformとして販売されている。Ultramet社のＳｉＣ製品は、ＳｉＣを、熱分解された網目状の炭素フォーム骨格に対して直接に蒸気浸透及び蒸着することによって製造される。かかる方法において、１０〜１０００ミクロンのセラミックを、所望の蒸着反応に好適な高温にて炭素フォーム上に蒸着させる。炭素骨格は、蒸着させる材料の基板としてのみ機能する。蒸着後、炭素基板コアを取り除き、これにより、セラミック製支柱に空隙を後に残す。１インチあたり１０〜１００細孔の密度範囲のセラミックフォームがUltramet社によって提供され、これは、２５０〜２５００ミクロンの範囲の一般的な細孔の大きさに相当する。かかる蒸着法は、工業的には、塩素化又はメチル塩素化シラン化合物、例えばトリクロロメチルシラン、すなわちＣｌ３（ＣＨ３）Ｓｉ、又は関連する気体及び／又は液体の、ＳｉＣへの前駆体を用い、しばしばＨ２ガスの存在下で行われるのが一般的である。上述のUltramet社の‘Ultraform’生成物により、材料の純度に起因して、理想的なＳｉＣに類似の物理的特性が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図２の顕微鏡写真を観察した場合、当業者であれば、Ultramet生成物に含まれる約１００ミクロンの比較的厚い‘支柱’に気付くであろう。かかる厚い支柱は、個々のフォーム気泡（セル）を包囲し、多角形の形状を有する空隙空間の輪郭を描くのが一般的である。更に、この厚い支柱によって、比較的高い強度、低い堅さ（剛性）、制御された多孔性及び細孔形状、大きな表面積並びに低い密度、の望ましいバランスを維持したＳｉＣ構造の作製を妨げる場合がある。更に、空隙空間及び多孔性を妨げたままとする支柱により、機能表面への接近を不利に妨げ、これによって所望の特性を減少させる場合がある。
【０００６】
従って、多孔性のＳｉＣ含有物品及び制御された多孔率を有する物品を作製するのに好適な比較的低コストの製造方法に対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施の形態によると、物品（製品）の製造方法は、概して、炭素ベース・フェルト（炭素ベースのフェルト）に厚い被膜を形成するのに十分な量の耐熱性金属を施す工程と、セラミックベース・フェルト（セラミックベースのフェルト）を形成するのに十分な温度及び時間の条件下に耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを熱的に加工する工程と、セラミックベース・フェルトを調整した大気条件下で冷却する工程と、を含む。
【０００８】
本発明の他の実施の形態によると、組成物は、概して、任意選択的な耐熱性金属ベース被膜又は任意選択的な炭素ベース被膜を含むセラミックベース・フェルトを含む。
【０００９】
本発明の更に別の実施の形態によると、組成物は、概して、耐熱性金属とセラミックベース・フェルトとの反応により得られる反応生成物を含み、且つ当該反応生成物の形成中に耐熱性金属の存在量が炭素の存在量より多く、該反応生成物が、概して、耐熱性金属ベース被膜を有するセラミックベース・フェルトを含む。
【００１０】
本発明の更に別の実施の形態によると、組成物は、概して、耐熱性金属とセラミックベース・フェルトとの反応により得られる反応生成物を含み、且つ当該反応生成物の形成中に耐熱性金属の存在量が炭素の存在量より少なく、該反応生成物が、炭素ベース被膜を有するセラミックベース・フェルトを含む。
【００１１】
本発明の更に別の実施の形態によると、組成物は、概して、耐熱性金属とセラミックベース・フェルトとの反応により得られる反応生成物を含み、且つ当該反応生成物の形成中に耐熱性金属の存在量が炭素の存在量と化学量論的に等しく、該反応生成物が、被膜を実質的に含まないセラミックベース・フェルトを含む。
【００１２】
本発明の一つあるいは複数の実施の形態に関する詳細については、添付図面及び以下の記述に示されている。本発明の他の特徴、目的及び利点は、記述及び図面、並びに請求項から明らかとなるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を添付図面に基づいて説明する。なお、種々の図面における同様の参照番号及び名称は、同様の構成要素を示す。
【００１４】
比較的小さな細孔、例えば公称で約１００ミクロン以下の細孔と、網目状のフォーム構造に対して小さな中実の‘支柱’と、を有する多孔性の網状組織を含む炭化ケイ素含有セラミック生成物（製品）は、小さな細孔において改良された拡散特性を示すと共に、繊維網内において期待された有効な流動性を示す。かかる炭化ケイ素含有セラミック生成物は、比較的低コストであり、大きな表面積を有しており、商業上及び物理的特性上望ましい。
【００１５】
本発明の方法で使用する出発材料は、炭素ベース・フェルトであり、更に詳細には、活性炭フェルトである。活性炭フェルト（ＡＣＦ）生成物は、空気及び水の精製だけではなく、化学物質／生物剤／核剤に対する保護材料に種々の厚さ及び密度で益々利用可能である。比較的安価な市販のＡＣＦ生成物の代表的な供給業者は、ニューヨーク州プレザントヴィルのAmerican Kynol社（図３を参照されたい）、台湾のChallenge Carbon Teks社（図４を参照されたい）、フランスのPICA Actitex社、ドイツのFreudenberg Nonwovens社及びカナダのケベック州モントリオールのCarboPur Technologies（登録商標）社（図５及び６を参照されたい）である。その他の多くの供給業者が、活性炭を商業上利用可能な繊維及び織物の形で提供している。CarboPur（登録商標）フェルトは、溝付き／多浅裂（multi-lobed）の炭素繊維からなり、公称で直径１５〜２５ミクロンの均一な束（個々の繊維は、公称で、直径３〜８ミクロンである。）を示す。他のＡＣＦ生成物は、異なる繊維モルホロジー（形態学）を有し、その際、一例として、滑らかな表面を有し、公称で直径１０〜１２ミクロンの非溝付き繊維を主として含むフェルトであり、他の例として、溝付きの外観を有する不均一な束から成り、公称で直径８〜１２ミクロンのフェルト（個々の繊維は、公称で、直径１〜３ミクロンである。）である。
【００１６】
図７Ａ〜７Ｄを参照すると、炭素ベース・フェルトは、当業者等に知られているいずれかの技術を用いて、耐熱性金属で被覆され得る。耐熱性金属としては、ケイ素、ハフニウム、タンタル、ホウ素、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム、これらの混合物を挙げられるものの、これらに限定されない。視線蒸着（line-of-sight deposition）法及び非視線蒸着（non-line-of-sight deposition）法の両方を利用して、耐熱性金属層を形成することが可能である。例えば、好適な非視線法としては、耐熱性金属に近似の金属粒子、ソル−ゲル又は前駆体を含むスラリー中でのディッピング、或いは耐熱性金属をフェルトにメッキする電気泳動技術又は静電気法、少なくとも１種の上述した方法の組み合わせを挙げることが可能である。好適な視線蒸着法としては、化学蒸着法、物理蒸着法、少なくとも１種の上述した方法の組み合わせを挙げることが可能である。
【００１７】
例えば、耐熱性金属を、化学蒸着（ＣＶＤ）技術による工程１０で施しても良い。ＣＶＤ技術では、規定量の耐熱性金属を、約３００〜約１２００℃、好ましくは約７００〜約１０００℃、更に好ましくは約８２５〜約９５０℃の温度、及び約０．５〜約２０トール、好ましくは約１〜約１０トールの圧力の条件下、１分間あたり約０．０５０〜約２リットル、好ましくは約０．０５０〜約０．５０リットル、更に好ましくは約０．０７０〜約０．１リットルの速度で漸次流れるような量のジクロロシランの存在下で蒸着する。
【００１８】
ジクロロシランは、種々の塩素化化合物、例えばトリクロロシラン（ＳｉＣｌ3Ｈ）、ジメチルジクロロシラン（ＳｉＣｌ2（ＣＨ3）2）、トリメチルクロロシラン（Ｓｉ（ＣＨ3）3Ｃｌ）及びテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ4）、並びに非塩素化剤、例えばシラン（ＳｉＨ4）、並びにこれらの物質の混合物で置換されていても良いが、塩素化化合物は、上記の例示に限定されない。蒸着気体の相対組成は、任意選択的に添加する希釈ガス、例えば水素を用いることによって制御され得る。ガス希釈、前駆体の組成、ガス圧、流量、蒸着温度及び時間を制御することによって、出発材料から得られる残留塩素（塩素残留量）が実質的に少ない被膜を形成可能である。結果として、当初は可撓性の炭素ベース・フェルトが、被覆処理後に強固で且つ堅い多孔性構造となるように硬くなる。
【００１９】
本発明の方法によると、炭素ベース・フェルトにおける耐熱性金属の層を、所望の通りに、より厚く又はより薄く蒸着する柔軟性が得られる。耐熱性金属被膜は、炭素ベース・フェルトの表面全体に対して均一の厚さであるのが好ましい。必要により、耐熱性金属を施す前に、炭素ベース・フェルトを、図７Ｂの工程１６に示すように、所望の形又は予備形状（pre-form）に形状づけても良い。或いは、図７Ｃの工程１８に示すように、耐熱性金属を施した後、耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを所望の形に形状づけても良い。他の実施の形態において、図７Ｄの工程２０に示すように、セラミックベース・フェルトの冷却後、セラミックベース・フェルトを形状づけても良い。
【００２０】
工程１０で耐熱性金属を施した後、耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを、図７Ａの工程１２で熱的に加工する。この熱加工工程は、連続して行われる一連の熱加工工程を含んでいても良い。例えば、耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを、不活性雰囲気下に１分間あたり約１０℃の速度にて達成され得る約１２５０℃の温度で最初に熱処理しても良い。一度熱処理された耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを、不活性雰囲気下に１分間あたり約１０℃の速度にて達成され得る約１３５０℃の温度で再び熱処理しても良い。二度熱処理された耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを、不活性雰囲気下に１分間あたり約１０℃の速度にて達成され得る約１４５０℃の温度で更に再び熱処理しても良い。各々の熱処理工程後、耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを、図７Ａ〜７Ｄの工程１４に示すように、不活性雰囲気下に１分間あたり約２０℃の速度で冷却しても良い。熱加工工程は、単一工程を含むことも可能である。例えば、耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを、活性雰囲気下に１分間あたり約１０℃の速度にて達成され得る１４５０℃の温度で熱処理しても良い。本発明の他の実施の形態については、例えば加熱／冷却工程中の温度上昇／温度降下の速度、所定の温度条件下で経過した時間及び到達した最大温度を挙げられるものの、これらに限定されない実験的に制御されたパラメータを変更することによって記載可能である。
【００２１】
熱加工技術により、耐熱性金属被覆の炭素ベース・フェルトを、これにより得られる反応生成物がセラミックベース・フェルトとなるように化学的に且つ材料的に変更することが可能となる。一般に、セラミックベース・フェルトは、耐熱性金属の炭化物と、任意選択的な耐熱性金属被膜又は炭素ベース被膜とを含んでいても良いが、耐熱性金属被膜又は炭素ベース被膜は、全く含まれていなくても良い。炭素フェルト及び耐熱性金属層の化学量論比、すなわち後熱加工処理前におけるＣと耐熱性金属との１：１当量が生成されるように炭素ベース・フェルトに耐熱性金属の十分に厚い層を蒸着するのが最も望ましい。
【００２２】
図８Ａ〜８Ｃを参照すると、他の耐熱性金属被膜の厚さが、過剰の耐熱性金属又は過剰の炭素となるように耐熱性金属の炭化物の所望の割合に応じて、蒸着され得る。比較的厚い耐熱性金属層、すなわち炭素２４より多くの有効な耐熱性金属２２によって、転化時に耐熱性金属炭化物を含む耐熱性金属の豊富な構造を形成するだろう。図８Ａに示すように、これにより得られる耐熱性金属炭化物繊維３０は、実質的に均一の厚さの耐熱性金属被膜３２を含む。対照的に、比較的薄い層、すなわち炭素との反応可能となるのに不十分な量の耐熱性金属によって、耐熱性金属炭化物と過剰の未反応炭素を形成するだろう。図８Ｃに示すように、耐熱性金属炭化物繊維４０は、実質的に均一の厚さの炭素被膜４２を含む。そして、図８Ｂに示すように、被膜に含まれる耐熱性金属の量が元の繊維に含まれる炭素の量に等しい場合、実質的に純粋な耐熱性金属炭化物のセラミック構造５０が形成されるだろう。
【実施例】
【００２３】
CarboPur（登録商標）活性炭フェルトを、上述のＣＶＤ法に従ってケイ素で被覆した。これにより得られるＳｉ被覆炭素フェルトの一部を、１２５０℃、１３５０℃及び１４５０℃の温度条件下でアルゴン雰囲気にて更に熱処理したが、加熱速度は、１分間で１０℃（公称）であり、冷却速度は、１分間で一般に２０℃であった。各々の熱処理後、Ｓｉ含有セラミックフェルトを回収し、そして光学顕微鏡法及び電子顕微鏡法を用いて試験した。手で各サンプルの‘曲げ又は破壊’を試みた。しかしながら、各サンプルは、非常に強固であるため、手で容易に破壊できなかった。サンプルは、プライヤを用いるか、或いは回収されたフェルトの表面にナイフ又はダイアモンドスクライバでキズを付けた後には破壊された。光学顕微鏡法の結果を、熱処理されたサンプルに関して、図９Ａ〜９Ｄ及び図１０Ａ〜１０Ｄに示す。
【００２４】
顕微鏡写真は、温度上昇による材料の色の変化及び繊維の直径の縮小を示していた。１４５０℃に加熱されたサンプルの顕微鏡写真は、ケイ素の豊富な領域と一致する明るい領域を示していたが、これは、ケイ素の融点（１４１０℃）を超える温度で流れる際のケイ素の‘溜まり（pooling）’におそらく起因していたか、或いは可能性として、ケイ素のＳｉＯ2への部分酸化に起因していた。高倍率下（図１０Ｂ〜１０Ｃ）では、繊維の直径の縮小は直ぐに明らかとなり、表面組織の一部が認識可能となった。繊維間のいくらかの‘ウェビング（webbing）’も明らかであり、おそらく高温条件下におけるケイ素のクリープによるものである。
【００２５】
Ｓｉ被覆繊維からのＳｉＣ相の成長を確認するための作業として、電子後方散乱像を、図９Ｄに示される１４５０℃に加熱されたサンプルに関して得た。図１１は、かかるサンプルの電子顕微鏡写真を示しており、出発材料における繊維質の性質が保持されていることが確認された。拡大図では、繊維間におけるウェビングと、２種類の主要相、すなわち明るく、滑らかな領域及び暗く、ザラザラ（顆粒状）した相とを示していた。かかる２種類の領域に関するＸ線強度分布（図１２）では、滑らかな領域が主に過剰のシリコン金属であり、ザラザラした相は化学量論のＳｉＣと一致している、と確認された。ＳｉＣのザラザラした相が含まれることにより、生地状組織（テクスチャ）が形成され、そして下層の繊維支持体に追加の表面積が得られた。かかる追加の表面積によって、触媒用途又は熱変換の場合に反応性を増大させることが可能である。繊維間の多孔性は、処理されたフェルトにおいても保持された。市販の網目状フォームに設けられた多角形の細孔と対照的に、本発明で設けられた細孔は、不規則な形状であり、一般に、約１５０ミクロン未満の大きさで形成される。多孔性は、フェルト内の繊維の配向に起因して、少々列状であるか、又は細長くなっていた。細長い細孔により、流体を流動させる場合、滞留時間を有利に延長可能である。
【００２６】
図１３Ａ〜１３Ｄを参照すると、元のＳｉ被覆フェルト及び種々の温度（図９Ａ〜９Ｄに示されている）に加熱された被覆サンプルの一部は、炭化ホウ素のすり鉢及び乳棒を用いて微細な粉末に別個に粉砕され、そしてＸ線粉末回折によって個々に分析された。元のフェルトサンプルのＸ線粉末回折図形（パターン）は、元素のケイ素に一致するピークを、下層のフェルトにおける炭素から得られる約２７度２シータ（２θ）の微小なピークと共に示していた。１２５０℃、１３５０℃及び１４５０℃に加熱された各サンプルは、炭化ケイ素の形成に一致する新規なピークを示し、これは、相対強度において、処理温度を上昇させると伸びていた。下層フェルトにおける炭素から得られる微小なピークは、加熱されたサンプルから得られた全てのパターンに含まれていなかった。注目すべきことは、炭化ケイ素の存在が、純粋なケイ素の融点より約１６０℃低い１２５０℃に加熱されたサンプルから得られたＸ線パターンで最初に確認されたことであった。全てのピーク位置及び相対ピーク強度については、相同定を確認するために、ケイ素（図１４を参照されたい）及び炭化ケイ素（図１５を参照されたい）の標準参照パターンに対して参照を付した。ケイ素の標準参照パターン（００−０２７−１４０２）は、米国標準技術局（ＮＩＳＴ）の金属及び金属間データベースを利用した。炭化ケイ素の標準参照パターン（０３−０６５−０３６０）は、国際回折データセンターのリリース２００４データベースを利用した。
【００２７】
本発明のセラミックベース・フェルトは、種々の用途で利用可能である。代表的な用途としては、以下の通りであるが、これらに限定されない：すなわち、軽量の防護具の部品（湾曲し且つ角度をなす形状であっても良い）；その後のマトリックスの溶浸に用いるポリマー、金属、セラミック又はハイブリッドマトリックスの複合補強材；高温の燃料フィルタ；流体の精製；摩耗性シール（abradable seal）を含む封止構造物；ブレーキ部品；触媒担体、基板（支持体）又は反応器の部品；熱交換機；断熱部品；並びに、内部積層構造物の障壁層、オフセット又は構成部品。
【００２８】
本発明のセラミックベース・フェルトは、従来技術に対して、多くの利点を有している。例えば、セラミックベース・フェルトを、低コストで、容易に入手可能な出発材料、例えば種々の密度で入手可能な炭素フェルト及び織物を用いて製造可能である。第２に、これにより得られるセラミックベース・フェルトは、従来技術で一般的なフォーム構造と比較して、大きな表面積及び改善された流れを示す繊維質のモルホロジー（形態学）を有している。セラミックベース・フェルトの組成、すなわち耐熱性金属、炭素及び耐熱性炭化物の相対量は、本発明の方法を通じて容易に変更され得る。第３に、耐熱性金属被膜は、炭素繊維の網状組織と反応させるために溶融する必要がない。結果として、本発明の方法では、従来のＳｉ／ＳｉＣ溶浸技術より低温の加工温度を利用する。第４に、本発明の方法は、従来の製造技術と比較して、はるかに簡易である。従来の製造技術では、ＳｉＣフォームをＣＶＤによってポリマー支持体に直接施し、その後、ポリマー支持体を取り除く必要があった。最後に、本発明の方法は、容易に拡大縮小可能であり、用いられるＣＶＤ反応器の寸法だけが制限される。
【００２９】
本発明の製造方法並びにこれにより得られる組成物及び物品（製品）を、当業者等によって認識されているように変更可能である。例えば、種々のパラメータの改良は、酸化性雰囲気に対する還元性雰囲気、真空モジュレーション、加湿、露出時間、温度及び周期を用いて可能である。更に、これにより得られる組成物についても修正可能であり、例えば、結晶化度、粒径、細孔の大きさ及び多孔度を、本発明の方法における操作パラメータを変更することによって修正可能である。本発明の方法を、炭素ベース・フェルトにおける適当な耐熱性金属ＣＶＤ被膜を用いて、他のセラミックフェルト（例えば、ＨｆＣ、ＴａＣ、Ｂ10Ｃ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ及びこれらの混合物）を調製するために修正可能である。
【００３０】
更に、耐熱性金属相のＣＶＤを、その他の処理工程、例えば、その他のＣＶＤ組成物蒸着、スラリー又は浸漬コーティングで中断した後、耐熱性金属被膜を炭素繊維と反応させても良い。耐熱性金属被膜が炭素繊維と接触する限り、反応が進行して、耐熱性セラミックを形成する。
【００３１】
最後に、転化されたフェルトを、その物理特性を修正及び／又は高めるために、被覆又は溶浸法、すなわちセラミック複合体を製造するためのその他のセラミック相の電気泳動蒸着などによって後処理することが可能である。
【００３２】
本発明の一以上の実施の形態が開示された。なお、本発明の精神及び目的から逸脱することなく種々の変更が可能である。従って、他の実施の形態は、添付の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】１０細孔／インチ密度を有する従来の網目状セラミックフォームの代表的な顕微鏡写真である。
【図２】化学蒸気浸透法を用いて製造される従来の網目状セラミックフォームの代表的な顕微鏡写真である。
【図３】American Kynolによって製造される活性炭フェルトの代表的な顕微鏡写真である。
【図４】Challenge Carbon Teksによって製造される活性炭フェルトの代表的な顕微鏡写真である。
【図５】CarboPur Technologies（登録商標）によって製造される活性炭フェルトの代表的な電子顕微鏡写真である。
【図６】CarboPur Technologies（登録商標）によって製造される束状の活性炭フェルトの他の代表的な電子顕微鏡写真である。
【図７】（Ａ）は本発明の方法を表す代表的なフローチャートであり、（Ｂ）〜（Ｄ）は、それぞれ（Ａ）の方法における他の実施の形態を表す代表的なフローチャートである。
【図８】（Ａ）は本発明の炭化ケイ素含有セラミック生成物の代表的な概略図であり、（Ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ本発明の他の炭化ケイ素含有セラミック生成物の代表的な概略図である。
【図９】（Ａ）は本発明のケイ素被覆炭化ケイ素含有セラミック生成物の代表的な光学顕微鏡写真であり、（Ｂ）は本発明の方法に従って１２５０℃に熱処理された後の（Ａ）におけるセラミック生成物の代表的な光学顕微鏡写真であり、（Ｃ）は本発明の方法に従って１３５０℃に熱処理された後の（Ｂ）におけるセラミック生成物の代表的な光学顕微鏡写真であり、（Ｄ）は本発明の方法に従って１４５０℃に熱処理された後の（Ｃ）におけるセラミック生成物の代表的な光学顕微鏡写真である。
【図１０】（Ａ）は高倍率で示された図９（Ａ）における代表的な光学顕微鏡写真であり、（Ｂ）は高倍率で示された図９（Ｂ）における代表的な光学顕微鏡写真であり、（Ｃ）は高倍率で示された図９（Ｃ）における代表的な光学顕微鏡写真であり、（Ｄ）は高倍率で示された図９（Ｄ）における代表的な光学顕微鏡写真である。
【図１１】図９（Ｄ）におけるセラミック生成物の代表的な電子顕微鏡写真である。
【図１２】図９（Ｄ）におけるセラミック生成物の代表的な電子顕微鏡写真及びセラミック生成物の代表的なＸ線解析である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ図９（Ａ）〜９（Ｄ）におけるセラミック生成物の代表的なＸ線粉末回折参照パターンである。
【図１４】ケイ素の代表的なＸ線粉末回折参照パターンである。
【図１５】炭化ケイ素の代表的なＸ線粉末回折参照パターンである。
【図７】
2007332020.tif 000003
【図８】
2007332020.tif 000004
【図１３】
2007332020.tif 000005
【図１４】
2007332020.tif 000006
【図１５】
2007332020.tif 000007
【図１】
2007332020.tif 000008
【図２】
2007332020.tif 000009
【図３】
2007332020.tif 000010
【図４】
2007332020.tif 000011
【図５】
2007332020.tif 000012
【図６】
2007332020.tif 000013
【図９】
2007332020.tif 000014
【図１０】
2007332020.tif 000015
【図１１】
2007332020.tif 000016
【図１２】
2007332020.tif 000017