(57)【要約】  微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を処理して製品を成形する方法であって、当該方法は：保護マトリックス中に分散した微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を有する複合材料を提供すること；微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を少なくとも部分的に曝すこと；および製品を成形することを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を処理して製品を成形する方法であって、当該方法は：
保護マトリックス中に分散した微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を有する複合材料を提供すること； 
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を少なくとも部分的に曝すこと；および
前記製品を成形することを有する、
前記方法。
【請求項２】
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）が、チタン、アルミニウム、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、ケイ素、ホウ素、錫、ハフニウム、イットリウム、鉄、銅、ニッケル、ビスマス、マンガン、パラジウム、タングステン、カドミウム、亜鉛、銀、コバルト、タンタル、スカンジウム、ルテニウムおよび希土類からなる群より選択される金属またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属が、チタン、アルミニウムおよびバナジウムのうちの少なくとも１つを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記保護マトリックスが、金属ハライド（ＭＲＸ）を有する、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。 
【請求項５】
前記金属ハライド（ＭＲＸ）が、ＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＢａＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＢｅＣｌ２、ＡｌＣｌ３およびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複合材料が、（ｉ）１以上の酸化状態にある１つ以上の金属化合物（ＭＰＣＲ）および（ｉｉ）還元剤（Ｒ）のうちの少なくとも１つをさらに有する、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。 
【請求項７】
前記複合材料が、前記還元剤（Ｒ）を２０重量％まで有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記還元剤（Ｒ）が、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｃａ、Ｂｅ、Ａｌおよびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
１以上の酸化状態にある前記の１つ以上の金属化合物（ＭＰＣＲ）が、１つ以上の金属ハライド（ＭＰＸ）を有する、請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。 
【請求項１０】
前記複合材料が粒子形態である、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記粒子が球形である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記粒子が、形状において規則的または不規則である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記粒子が、所定の粒子径を有し、該粒子径は、反応またはそれに続く処理における前記粒子径の有用性に基づいている、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）が、約１ミクロンまでの粒子径を有する、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記保護マトリックス中の前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）の容積に対する表面積の比が、６ｍ２／ｍＬより大きい、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を少なくとも部分的に曝す前記工程が、前記複合材料を、前記マトリックスの揮発をもたらす条件に曝すことを有する、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記条件が、前記マトリックスの昇華をもたらす、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記保護マトリックスが、真空蒸留により前記複合材料から除去される、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記真空蒸留が、アルゴンガス下のような不活性条件下で実行される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記アルゴンガスが、バリアガスとして、作業規模と適用される真空とに基づく割合で加えられる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記真空蒸留が、０．０１から０．０１５ｋＰａの圧力で実施される、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記真空蒸留が、前記保護マトリックスの昇華温度を上回る温度で実施される、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）が少なくともチタンを有し、かつ、前記保護マトリックスが塩化マグネシウムを有し、かつ、前記真空蒸留が７００℃から９５０℃の温度で実施される、請求項１８から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を少なくとも部分的に曝す前記工程が、前記マトリックスを溶融することを有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記溶融が、共晶の成形により、前記保護マトリックスの各成分の個別の溶融温度を下回る温度で実施される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を少なくとも部分的に曝す前記工程が、前記複合材料の摩砕、研削および／または摩耗を有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を少なくとも部分的に曝す前記工程が、固体−固体、固体−液体または固体−気体接触装置内における処理を有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記接触装置が流動床である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記製品を成形することが、前記の曝された微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を別の材料に曝すことを有する、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記の別の材料が、チタン、アルミニウム、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、ケイ素、ホウ素、タンタル、炭素、錫、ハフニウム、イットリウム、鉄、銅、ニッケル、ビスマス、マンガン、パラジウム、タングステン、カドミウム、亜鉛、銀、コバルト、マグネシウム、ベリリウム、スカンジウム、ルテニウムおよび希土類からなる群より選択されるか、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記製品を成形する前記工程が、酸化還元反応、非酸化還元反応、凝集、合金化および冷間圧接のうちの少なくとも１つを有する、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
先行する請求項のいずれか一項の方法に使用するための複合材料であって、前記複合材料が、保護マトリックス中に分散した微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を有する、前記複合材料。
【請求項３３】
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）が、チタン、アルミニウム、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、ケイ素、ホウ素、錫、ハフニウム、イットリウム、鉄、銅、ニッケル、ビスマス、マンガン、パラジウム、タングステン、カドミウム、亜鉛、銀、コバルト、タンタル、スカンジウム、ルテニウムおよび希土類からなる群より選択される金属またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを有する、請求項３２に記載の複合材料。
【請求項３４】
前記金属が、チタン、アルミニウムおよびバナジウムのうちの少なくとも１つを有する、請求項３３に記載の複合材料。 
【請求項３５】
前記保護マトリックスが、金属ハライド（ＭＲＸ）を有する、請求項３２から３４のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３６】
前記金属ハライド（ＭＲＸ）が、ＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＢａＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＢｅＣｌ２、ＡｌＣｌ３およびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項３５に記載の複合材料。
【請求項３７】
前記複合材料が粒子形態である、請求項３２から３６のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３８】
前記粒子が球形である、請求項３７に記載の複合材料。
【請求項３９】
前記粒子が、形状において規則的または不規則である、請求項３８に記載の複合材料。
【請求項４０】
前記粒子が、所定の粒子径を有し、該粒子径は、反応またはそれに続く処理における前記粒子径の有用性に基づいている、請求項３７から３９のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項４１】
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）が、約１ミクロンまでの粒子径を有する、請求項３２から４０のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項４２】
前記保護マトリックス中の前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）の容積に対する表面積の比が、６ｍ２／ｍＬより大きい、請求項３２から４１のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項４３】
製品の成形における、保護マトリックス中に分散した微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を有する複合材料の使用であって、前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）が、前記製品の前記成形において少なくとも部分的に曝される、前記使用。
【請求項４４】
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）が、チタン、アルミニウム、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、ケイ素、ホウ素、錫、ハフニウム、イットリウム、鉄、銅、ニッケル、ビスマス、マンガン、パラジウム、タングステン、カドミウム、亜鉛、銀、コバルト、タンタル、スカンジウム、ルテニウムおよび希土類からなる群より選択される金属またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを有する、請求項４３に記載の使用。
【請求項４５】
前記金属が、チタン、アルミニウムおよびバナジウムのうちの少なくとも１つを有する、請求項４４に記載の使用。 
【請求項４６】
前記保護マトリックスが、金属ハライド（ＭＲＸ）を有する、請求項４３から４５のいずれか一項に記載の使用。 
【請求項４７】
前記金属ハライド（ＭＲＸ）が、ＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＢａＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＢｅＣｌ２、ＡｌＣｌ３およびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項４６に記載の使用。
【請求項４８】
前記複合材料が粒子形態である、請求項４３から４７のいずれか一項に記載の使用。
【請求項４９】
前記粒子が球形である、請求項４８に記載の使用。
【請求項５０】
前記粒子が、形状において規則的または不規則である、請求項４９に記載の使用。
【請求項５１】
前記粒子が、所定の粒子径を有し、該粒子径は、反応またはそれに続く処理における前記粒子径の有用性に基づいている、請求項４８から５０のいずれか一項に記載の使用。
【請求項５２】
前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）が、約１ミクロンまでの粒子径を有する、請求項４３から５１のいずれか一項に記載の使用。
【請求項５３】
前記保護マトリックス中の前記微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）の容積に対する表面積の比が、６ｍ２／ｍＬより大きい、請求項４３から５２のいずれか一項に記載の使用。
【請求項５４】
前記製品が、酸化還元反応、非酸化還元反応、凝集、合金化および冷間圧接のうちの少なくとも１つにより成形される、請求項４３から５３のいずれか一項に記載の使用。 
【請求項５５】
前記製品が、前記の曝された微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を別の材料に曝すことにより成形される、請求項４３から５４のいずれか一項に記載の使用。
【請求項５６】
前記の別の材料が、チタン、アルミニウム、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、ケイ素、ホウ素、タンタル、炭素、錫、ハフニウム、イットリウム、鉄、銅、ニッケル、ビスマス、マンガン、パラジウム、タングステン、カドミウム、亜鉛、銀、コバルト、マグネシウム、ベリリウム、スカンジウム、ルテニウムおよび希土類からなる群より選択されるか、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである、請求項５５に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、容積当たりの表面積が大きい反応性粒子を採用する方法に関する。本発明はまた、表面積が大きい反応性粒子を有する複合材料、および、そのような複合材料の使用にも関する。当該複合材料は、保護マトリックス中に分散した、容積当たりの表面積が大きい反応性粒子を有する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２００６／０４２３６０号は、四塩化チタンとマグネシウムとを、流動床を有していてもよい反応器内で反応させることによりチタンを製造する方法を提供する。反応器内の温度は、マグネシウムの融点を上回るが、塩化マグネシウムの融点を下回る。該方法は、反応器から除去され、かつ、通常５００μｍより大きい粒子径を有するチタン粒子を回収するために処理される、チタンを含む粒子を製造する。
【０００３】
本出願人は、本発明での使用に適した複合材料を製造するための方法を特定した。該複合材料は、少なくとも１つの金属化合物から成形されてもよく、反応は、処理中、反応器内の過剰な酸化剤の下で実施される。該複合材料は通常微細形態であるだろうし、かつ、該方法は、通常複合材料における副産物の排除に重きを置かない。これらの複合材料の製造のための方法は、本願と同日付で出願された、「過剰な酸化剤を用いた複合材料の製造のための方法」と題する、ともに係属しているオーストラリア国仮特許出願において詳細に説明される。ともに係属している出願の内容は、その全体が本明細書に組み込まれる。
【０００４】
上記仮特許出願の複合材料からの製品の回収は、本願と同日付で出願された、「複合材料からの金属含有材料の回収のための方法」と題する、ともに係属している国際特許出願において詳細に説明される。ともに係属している出願の内容は、その全体が本明細書に組み込まれる。
【０００５】
本明細書において請求される主題は、任意のデメリットを解消する実施形態、または、上記のもののような環境でのみ運用される実施形態に限定されない。むしろ、この背景は、本明細書に記載のいくつかの実施形態が実施されてもよい、１つの例示的な技術分野を説明するものとしてのみ提供される。
【発明の概要】
【０００６】
上述のように、本発明は、容積当たりの表面積が大きい反応性粒子を採用する方法、容積当たりの表面積が大きい反応性粒子を有する複合材料、および、反応におけるそのような複合材料の使用に関する。
【０００７】
本発明の一態様によれば、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を処理して、製品を成形する方法が提供され、当該方法は：
保護マトリックス中に分散した微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を有する複合材料を提供すること；
微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を少なくとも部分的に曝すこと；および
製品を成形することを有する。
【０００８】
便宜上、用語「複合材料」は、金属−塩複合材、合金−塩複合材または金属間化合物−塩複合材である、複合材料を説明するために用いられるであろう。すなわち、本明細書において用いられる用語「複合材料」は、塩のような保護マトリックスと、（ｉ）金属元素のような、１種類の微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）、（ｉｉ）２種類以上の微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）、例えば２つ以上の金属元素、または（ｉｉｉ）１つ以上の非金属元素のような１つ以上の他の元素と一緒になった、１つ以上の金属元素のような１種類以上の微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）とを少なくとも有する複合材をその範囲に含むことが意図される。
【０００９】
本明細書を通して、文脈が逆のことを要求しなければ、用語「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」または「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」もしくは「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」のような変形は、言及された工程、要素もしくは整数または工程、要素もしくは整数の群の包含を暗示するが、いかなる他の工程、要素もしくは整数または工程、要素もしくは整数の群の排除を暗示しないことが理解されるであろう。したがって、本明細書の文脈では、用語「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、包含的な意味で用いられ、かつ、したがって、「主に含むが、必ずしも単独ではない」ことを意味するものとして理解されるべきである。
【００１０】
微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は、好ましくはチタン、アルミニウム、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、ケイ素、ホウ素、錫、ハフニウム、イットリウム、鉄、銅、ニッケル、ビスマス、マンガン、パラジウム、タングステン、カドミウム、亜鉛、銀、コバルト、タンタル、スカンジウム、ルテニウムおよび希土類からなる群より選択されるか、またはそれらの任意の２以上の組み合わせである。特定の実施形態では、金属は、非アルカリ／アルカリ土類金属を有する。金属は、チタン、アルミニウムおよびバナジウムのうちの少なくとも１つを有していてもよい。
【００１１】
好ましい実施形態によれば、保護マトリックスは、金属ハライド（ＭＲＸ）を有する。金属ハライド（ＭＲＸ）は、例えば、ＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＢａＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＢｅＣｌ２、ＡｌＣｌ３またはそれらの任意の組み合わせを有していてもよい。
【００１２】
特定の実施形態では、複合材料は、（ｉ）１以上の酸化状態にある１つ以上の金属化合物（ＭＰＣＲ）および（ｉｉ）還元剤（Ｒ）のうちの少なくとも１つを追加的に含む。存在する場合、還元剤（Ｒ）の選択は、特に限定されない。好ましい実施形態では、還元剤（Ｒ）は、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｃａ、Ｂｅ、Ａｌおよびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される金属還元剤（ＭＲ）を有する。特定の実施形態では、複合材料は、２０重量％まで還元剤（Ｒ）を有する。複合材料は、より一般的には、３重量％まで還元剤（Ｒ）を有する。
【００１３】
存在する場合、１以上の酸化状態にある１つ以上の金属化合物（ＭＰＣＲ）は、１つ以上の金属ハライド（ＭＰＸ）を有していてもよい。例えば、金属ハライド（ＭＰＸ）は、チタン、アルミニウム、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、ケイ素、ホウ素、錫、ハフニウム、イットリウム、鉄、銅、ニッケル、マンガン、パラジウム、タングステン、カドミウム、亜鉛、銀、コバルト、ビスマス、タンタル、マグネシウム、ベリリウム、スカンジウム、ルテニウムおよび希土類のハライドまたはそれらの任意の２以上の組み合わせから選択されてもよい。
【００１４】
複合材料は、粒子の形態であってもよい。粒子は、球形であっても任意の形状であってもよい。それらは、形状において規則的であっても不規則であってもよい。粒子は、本工程またはそれに続く処理における粒子径の有用性に基づく所定の粒子径を有していてもよい。好ましい粒子径は、したがって特に限定されない。粒子の形態およびサイズは通常、出発材料の粉末粒子の形態およびサイズと一致する。したがって、５μｍの前駆体粒子径は通常、約５μｍのオーダーの製品粒子径を製造するが、例えば５０％までの粒子径の減少が予想される場合もあり得る。一緒に反応する成分に粒子を曝す技術は、好ましい粒子径に影響を与えるであろうと考えられる。
【００１５】
微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は、通常、約１ミクロンまでの粒子径を有する。保護マトリックス内の微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）の容積に対する表面積の比は、好ましくは６ｍ２／ｍＬより大きい。 
【００１６】
その点、複合材料が、流動床反応器内でＭｇをＴｉＣｌ４と接触させることにより成形され、ＭｇＣｌ２マトリックス中に分散したＴｉ金属を成形する例を採用すると、粒子のサイズの下限において、ＴｉＣｌ４の１つの分子がＭｇの１つの原子と反応し、ＭｇＣｌ２とＴｉＣｌ２を製造してもよいと考えられる。その後、Ｍｇのもう１つの原子がＴｉＣｌ２と反応し、第２のＭｇＣｌ２と単一のＴｉ原子とを成形する。したがって、その限界において、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は、原子スケールで保護マトリックス中に存在してもよいことが理解される。そのような例は、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）の本当の「１次粒子」を示すであろう。実際、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）の一部について、特に発生期の場所において、かつ、いくぶんの局所加熱、混合、部分的に溶融した塩を通した考え得る電子移動などの存在下、核になる、または塊になる（かつ、場合によっては焼結する）という固有の要求がある。そのようであるので、一緒に癒合して、分析下で観察されるより現実的に実行可能な「１次粒子」を成形する多くの原子があってもよいと考えられる。これらの粒子は極めて小さく、例えばナノスケールであってもよい。いくつかの点においては、しかしながら、少なくともこの実施形態によれば、ＭｇＣｌ２と均一に分散したチタン粒子との氷海をもたらす、Ｔｉをその現在の凝集状態においてカプセルに包むためのＭｇＣｌ２の「凍結」により、さらなる凝集は不可能である。したがって、この特定の実施形態では、酸素バリア層のない超高表面積金属は、ＭｇＣｌ２が除去されなければ、より大きな粒子を成形すること、または、そうでなければ反応することから完全に保護される。しかしながら、保護マトリックス、この場合ＭｇＣｌ２が（例えば溶融により）除去される時、チタン粒子は、自由に動き回り、かつ、さらに凝集し、かつ、Ｔｉの殻のようなより大きい構造を成形する。これらは、「２次粒子」と考えられてもよい。これらのコメントは、保護マトリックス中の微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）の容積に対する表面積の比の上限に同等に関連することが理解されるであろう。
【００１７】
本発明のこれらの好ましい実施形態の反応性粒子の別の有利な特徴は、保護酸素層の欠如である。これらの実施形態の反応性粒子は、最大でも、反応性粒子のより低い活性エネルギー（反応性の増大）と相関する最小限の活性化バリアを有するに過ぎない。上記のメリットに加え、通常小さい粒子は、高度に自然発火性である。本発明の好ましい実施形態の複合材料は、比較的、そうではない。ほぼ＜１０ｕｍである従来の金属粉体について、自然発火性は大きな問題であったが、いくつかの条件下では、かなり大きいサイズ（＞１００ｕｍ）においてさえ重大になり得る。さらに、従来の金属粉体上の酸素バリア層の存在は、例えば特にＴｉについて、最終製品中の酸素含有量により、純度およびグレードを減少させるかも知れない。本発明の複合材料の保護マトリックスは、これらの問題を有利に解消してもよく、または、少なくとも改善してもよい。
【００１８】
微細反応性粒子を少なくとも部分的に曝す工程は、特に限定されない。反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は、複合材料の表面において、またはその近傍で曝されてもよい。いくつかの実施形態では、曝すことは、保護マトリックスが大部分は除去されることを確実にするものと定義される。他の実施形態では、曝すことは、保護マトリックスが少なくとも部分的に保持されることを確実にするものと定義される。他の実施形態では、曝すことは、保護マトリックスが少なくとも一時的に浸透性になることを確実にするものと定義される。
【００１９】
１つの実施形態では、曝す工程は、複合材料をマトリックスの揮発をもたらす条件に曝すことを有する。例えば、該条件は、マトリックスの昇華をもたらしてもよい。
【００２０】
１つの実施形態によれば、保護マトリックスは、真空蒸留により複合材料から除去される。例えば、真空蒸留は、アルゴンガス下のような不活性条件下で実行されてもよい。その場合、不活性（例えばアルゴン）ガスは、バリアガスとして、作業の規模と適用される真空とに基づく割合で加えられる。例えば、これは、５ｍｇ／ｍｉｎの割合であってもよい。本実施形態によれば、真空蒸留は、０．０１から０．０１５ｋＰａの圧力で実施されてもよい。真空蒸留は、好ましくは、保護マトリクスの昇華温度を上回るで実施される。
【００２１】
１つの特定の実施形態では、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は、チタンを少なくとも有し、かつ、保護マトリックスは塩化マグネシウムを有し、かつ、真空蒸留は７００℃から９５０℃の温度で実行される。
【００２２】
代替的な実施形態では、曝す工程は、マトリックスを溶融すること、したがって、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を少なくとも部分的に曝すことを有する。例えば、複合材料の成分に基づいて、溶融は、共晶の成形により、保護マトリックスの各成分の個別の溶融温度を下回る温度で実施されてもよい。
【００２３】
別の実施形態では、曝す工程は、マトリックスの摩耗、したがって、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を少なくとも部分的に曝すことを有する。例えば、摩耗は、摩砕機、研削機または摩耗が起こる任意の作動可能な装置において起こってもよい。
【００２４】
代替的な実施形態では、曝す工程は、固体−固体、固体−液体または固体−気体接触装置における処理、したがって、複合材料の表面において微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を少なくとも部分的に曝すことを有する。例えば、接触は、流動床または撹拌反応器において起こってもよい。
【００２５】
曝された粒子材料は、製品の成形に有利な条件に曝されてもよい。これは、適切な温度および圧力の選択を含む。これは、保護マトリックスと、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を成形するのに必要な条件下では利用可能でない、以下でより詳細に説明される追加材料の両方の相に関してある程度の柔軟性を提供することが理解され得る。また、反応性粒子の微細性質を考慮すれば、反応は、反応性粒子と、存在する任意の他の材料との相の任意の組み合わせを介して進行してもよいことも理解されるべきである。
【００２６】
製品を成形することは、曝された微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を別の材料に曝すことを有していてもよい。他の材料の選択は、特に限定されない。しかしながら、他の材料は、チタン、アルミニウム、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、ケイ素、ホウ素、タンタル、炭素、錫、ハフニウム、イットリウム、鉄、銅、ニッケル、ビスマス、マンガン、パラジウム、タングステン、カドミウム、亜鉛、銀、コバルト、マグネシウム、ベリリウム、スカンジウム、ルテニウムおよび希土類からなる群またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせ、特にクロム、銀、銅、マンガン、コバルト、スカンジウム、ニオブ、カドミウムおよびニッケルより有利に選択されてもよいと考えられる。しかしながら、他の材料が存在しなければ、曝された反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）自体が製品を成形することは、注目されるべきである。
【００２７】
微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）の表面を少なくとも部分的に曝す工程は、酸化還元反応、非酸化還元反応、凝集、合金化および冷間圧接のうちの少なくとも１つをもたらしてもよい。例えば、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は、高度に反応性であってもよく、かつ、存在すれば、他の材料に曝す際に、他の材料を還元された形態に還元してもよい。例えば、チタン（すなわち、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）として）と炭素とからの炭化チタンのような化合物の成形において、炭素の還元は、ＴｉがＴｉ０からＴｉ４＋まで、かつ、ＣがＣ０からＣ４−まで行くにつれて観察される。他の例では、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）の表面を曝すことは、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）が他の材料と凝集するか、または合金化する原因となる。その点、特定の実施形態では、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は互いに凝集または合金化してもよい。別の特定の例として、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を曝すことは、他の材料との冷間圧接のための位置を提供する。この点における本発明の特定の実施形態のメリットは、そのような反応が、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）上にいかなる酸素バリア層もないことにより、実質的に低下した温度で実施されてもよいことである（すなわち、そのようなバリア層を取り除くための高温処理の必要性がない）。
【００２８】
本発明はさらに、上記の方法に用いるための複合材料に関し、該複合材料は、保護マトリックス中に分散した微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を有する。
【００２９】
上記の好ましい特徴はまた、本発明のこの態様においても当てはまる。例えば、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は、チタン、アルミニウム、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、ケイ素、ホウ素、錫、ハフニウム、イットリウム、鉄、銅、ニッケル、ビスマス、マンガン、パラジウム、タングステン、カドミウム、亜鉛、銀、コバルト、タンタル、スカンジウム、ルテニウムおよび希土類またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせからなる群、特にチタン、アルミニウムおよびバナジウムより選択される金属を有していてもよい。保護マトリックスは、例えばＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ、ＢａＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＢｅＣｌ２、ＡｌＣｌ３およびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される金属ハライド（ＭＲＸ）を有していてもよい。
【００３０】
また、複合材料は、粒子の形態であってもよく、該粒子は、球形であってもよく、形状において規則的であっても不規則であってもよい。粒子は、本工程またはそれに続く処理における粒子径の有用性に基づく所定の粒子径を有していてもよい。同様に、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は、約１ミクロンまでの粒子径を有していてもよい。保護マトリックス内の微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）の容積に対する表面積の比は、６ｍ２／ｍＬより大きくてもよい。 
【００３１】
本発明はさらに、製品の成形における、保護マトリックス中に分散した微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を有する複合材料の使用に関し、ここで、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は、製品の成形において少なくとも部分的に曝される。
【００３２】
さらにまた、直前の段落において説明した好ましい特徴は、本発明のこの態様にも等しく当てはまり、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
製品の成形は、酸化還元反応、非酸化還元反応、合金化および冷間圧接のうちの少なくとも１つを有していてもよい。また、製品の成形は、曝された微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を、概して先に言及したものから選択される別の材料に曝すことを有していてもよい。
【００３４】
本発明は、以下で完全に説明され、かつ、添付の図面に示された特徴および部分の組み合わせからなるが、本発明の範囲から逸脱することなく、または、本発明のいかなるメリットも犠牲にすることなく、詳細における様々な変更がなされてもよいことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
添付の図面の簡単な説明
本発明のいくつかの実施形態の様々な態様をさらに明確にするために、本発明のより特有の説明が、添付の図面に示されたそれらの特定の実施形態を参照してなされるであろう。これらの図面は、本発明の典型的な実施形態を描いているのみであり、したがって、その範囲を限定するものとは考えられるべきではないことが理解されるべきである。本発明は、添付の図面を通して、さらなる特殊性および詳細とともに記載され、かつ、説明されるであろう。
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施形態による方法のフローチャートを示す。
【図２】図２は、実施例４において回収されたＡｇ−Ｔｉ金属材料の微細構造のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
好ましい実施形態の詳細な説明
以下、本明細書は、好ましい実施形態による本発明を説明するであろう。説明を本発明の好ましい実施形態に限定することは、単に本発明の説明を容易にするためのものであり、それは、添付の請求の範囲から逸脱しないと予想されることが理解されるべきである。
【００３８】
図１を参照すると、保護マトリックス中に分散した微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を曝すことを通して製品を成形するための方法１００が示されている。当該方法は、保護マトリックス中に分散した微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を有する複合材料の原料１１０を提供することを伴う。複合材料は、特定の状況に基づいて、所望されれば、前処理１２０されてもよい。例えば、前処理は、これが微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）を実質的に曝さないという条件で、複合材料の混合、締結、摩砕または研削を有していてもよい。
【００３９】
複合材料の微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）は、少なくとも部分的に曝される１３０。これは、保護マトリックスを部分的、大部分、もしくは完全に除去すること、または、マトリックスを一時的に浸透性にすることを含んでいてもよい。粒子は、高度に反応性であり、かつ、容積に対する表面積が大きい。そうであるので、複合材料の保護マトリックスの揮発（例えば、真空蒸留による）、マトリックスの溶融、複合材料の摩砕、研削および／または摩耗、固体−固体、固体−液体または固体−気体接触装置（例えば、流動床）における処理を通してもよい、粒子を曝すことは通常、製品の成形を始動させる。
【００４０】
その最も広い形態において、本発明は、複合材料の微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）から成形される製品を提供してもよい。すなわち、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）の凝集または合金化を通して。本発明はまた、曝す工程１３０前または曝す工程１３０中の、他の材料の組み合わせであってもよい別の材料の追加１４０も考慮する。他の材料は、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）との酸化還元反応または非酸化還元反応に関与する材料であってもよい。それは、微細反応性粒子（ＲＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）と冷間圧接してもよい。
【００４１】
所望の製品の成形に続いて、製品が回収されてもよい１５０。
【実施例】
【００４２】
以下の実施例は、例示のためのみに提供されるのであって、本発明をいかなる方法で限定するものとしても解釈されるべきではない。
【００４３】
実施例１
塩化マグネシウムと、チタン金属と、マグネシウムと、多量のチタンサブハライド（ＴｉＣｌ２およびＴｉＣｌ３）とのマトリックスを有する、細かく研削された粒子形態で黒色の複合材料２５ｇが、６．９ｇの量の三塩化クロム（ＣｒＣｌ３）と混合され、その後、ステンレス鋼製の容器内に配置された。容器は、ほぼ０．０１ｋＰａの圧力において真空下で配置された。アルゴンパージが、１０ｍｇ／ｍｉｎの割合で供給された。容器は、その後、１分間に３１℃の加熱率で外側から９００℃の温度まで熱せられた。容器は、その後、室温まで冷却される前に１時間の間９００℃の温度で放置された。
【００４４】
この工程における一般的な条件下、チタン、クロムおよび塩化クロムは固相にあったであろう。
【００４５】
容器が空気でパージされ、かつ、残留材料が、チタン７０％−クロム３０％の組成を有する、ほぼ５ｇの金属を有して容器から回収された。金属は、ゆるく焼結した粒子の形態であった。観察された金属の割合は、複合材料中の微細チタン金属による、ＣｒＣｌ３の金属への広範囲の還元を示している。
【００４６】
実施例２
ステンレス鋼製の反応容器が、高純度のアルゴンでパージされ、かつ、外側から６８０℃まで熱せられた。システムが、種材料としてのチタン複合粒子５００ｇで充填された。システムが、内部温度が６７５℃に到達するまで放置された。この時点で、還元される成分が導入された。
【００４７】
四塩化バナジウムが、１時間に５０グラムの割合で供給された。反応器への還元される成分の追加が、曝された還元剤位置で起こる反応の発熱性質と一致して、短い期間で反応器内の温度を上昇させた。
【００４８】
実施例３
ステンレス鋼製の反応容器が、高純度のアルゴンでパージされ、かつ、外側から６８０℃まで熱せられた。システムが、種材料としてのチタン−アルミニウム複合粒子５００ｇで充填された。システムが、内部温度が６５５℃に到達するまで放置された。この時点で、反応体供給が導入された。
【００４９】
四塩化チタンが、１時間にほぼ１５０グラムの割合で供給された。反応器への還元される成分の追加が、曝された還元剤位置で起こる反応の発熱性質と一致して、短い期間で反応器内の温度を上昇させた。
【００５０】
実施例４
塩化マグネシウムと、チタン金属と、マグネシウムと、多量のチタンサブハライド（ＴｉＣｌ２およびＴｉＣｌ３）とのマトリックスを有する、細かく研削された粒子形態で黒色の複合材料２０ｇが、７．４ｇの量の塩化銀（ＡｇＣｌ）と混合され、その後、ステンレス鋼製の容器内に配置された。容器は、ほぼ０．０１ｋＰａの圧力において真空下で配置された。アルゴンパージが、１０ｍｇ／ｍｉｎの割合で供給された。容器は、その後、１分間に３１℃の加熱率で外側から９００℃の温度まで熱せられた。容器は、その後、室温まで冷却される前に１時間の間９００℃の温度で放置された。
【００５１】
この工程における一般的な条件下、塩化銀は４５５℃で溶融し、かつ、消費されるまで液相のままであったであろう一方で、チタンおよび銀は固相にあったであろう。
【００５２】
容器が空気でパージされ、かつ、残留材料が、銀６０％−チタン４０％の組成を有する、ほぼ８．３５ｇの金属を有して容器から回収された。金属は、ゆるく焼結した粒子の形態であった。観察された金属の割合は、複合材料中の微細チタン金属による、ＡｇＣｌの金属への広範囲の還元を示している。
【００５３】
図２は、回収された材料のＳＥＭ顕微鏡写真を示している。異なる金属材料の高度な混合が明らかであり、かつ、反応前の混合の程度に基づいたものであろう。
【００５４】
実施例５
塩化マグネシウムと、主としてバナジウムである金属と、マグネシウムと、多量のバナジウムサブハライドとのマトリックスを有する、細かく研削された粒子形態で黒色の複合材料２ｇが、０．４ｇの量の三塩化クロム（ＣｒＣｌ３）とともに研削された。研削された材料５０ｍｇが、その後、アルミナカップ内に配置され、かつ、真空炉内に配置された。炉は、ほぼ０．０１ｋＰａの圧力において真空下で配置された。アルゴンパージが、２ｍｇ／ｍｉｎの割合で供給された。炉は、その後、１分間に１０℃の加熱率で外側から９００℃の温度まで熱せられた。炉は、その後、室温まで冷却される前に１時間の間９００℃の温度で放置された。
【００５５】
この工程における一般的な条件下、バナジウム、クロムおよび塩化クロムは固相にあったであろう。
【００５６】
容器が空気でパージされ、かつ、残留材料が、バナジウム７０％−クロム３０％の組成を有する、ほぼ１２ｍｇの金属を有して容器から回収された。金属は、ゆるく焼結した粒子の形態であった。観察された金属の割合は、複合材料中の微細チタン金属による、ＣｒＣｌ３の金属への広範囲の還元を示している。
【００５７】
実施例６
塩化マグネシウムと、主としてジルコニウムである金属と、マグネシウムと、多量のジルコニウムサブハライドとのマトリックスを有する、細かく研削された粒子形態で黒色の複合材料２ｇが、０．４ｇの量の三塩化クロム（ＣｒＣｌ３）とともに研削された。研削された材料５０ｍｇが、その後、アルミナカップ内に配置され、かつ、真空炉内に配置された。炉は、ほぼ０．０１ｋＰａの圧力において真空下で配置された。アルゴンパージが、２ｍｇ／ｍｉｎの割合で供給された。炉は、その後、１分間に１０℃の加熱率で９００℃の温度まで熱せられた。炉は、その後、室温まで冷却される前に１時間の間９００℃の温度で放置された。
【００５８】
この工程における一般的な条件下、ジルコニウム、クロムおよび塩化クロムは固相にあったであろう。
【００５９】
容器が空気でパージされ、かつ、残留材料が、ジルコニウム８０％−クロム２０％の組成を有する、ほぼ１２ｍｇの金属を有して容器から回収された。金属は、ゆるく焼結した粒子の形態であった。観察された金属の割合は、複合材料中の微細チタン金属による、ＣｒＣｌ３の金属への広範囲の還元を示している。
【００６０】
文脈が逆であることを要するか、特に逆であることが言及されるのでなければ、本明細書に単数の整数、工程または要素として記載された本発明の整数、工程または要素は、記載された整数、工程または要素の単数形と複数形の両方を明確に包含する。
【００６１】
以上の説明は、本発明の説明的な実施例として与えられたものであり、かつ、当業者に明らかな修正および変形はすべて本明細書で規定された本発明の範囲および領域に属するものと見なされることが理解されるであろう。
【図１】
2018530667.tif 000003
【図２】
2018530667.tif 000004
【国際調査報告】
2018530667.tif 000005
2018530667.tif 000006
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