(57)【要約】  チタン系組成物、およびカーバイド強化チタン複合材などのチタン複合材が本明細書で開示される。より具体的には、チタン金属マトリックスおよびマトリックス中に分散するチタンカーバイドを含む複合材料が開示される。複合材料は、複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む。チタン系粉末、ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物も開示される。組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む。
2017535667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン系粉末、および
炭素系材料
を含む組成物であって、
チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、組成物。
【請求項２】
結合剤をさらに含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記組成物の全体積に対して、約３０体積％〜約５０体積％の前記結合剤を含む、請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
前記組成物の全体積に対して、約３２体積％〜約４５体積％の前記結合剤を含む、請求項２に記載の組成物。
【請求項５】
前記結合剤が少なくとも１種の熱可塑性ポリマー、少なくとも１種のワックスまたはこれらの混合物を含む、請求項２から４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６】
前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約２．０重量％の前記炭素系材料を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項７】
前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約１．５重量％の前記炭素系材料を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項８】
前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．７重量％〜約１．３重量％の前記炭素系材料を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項９】
前記組成物の全体積に対して、約５０体積％〜約７０体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１０】
前記組成物の全体積に対して、約５８体積％〜約６８体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１１】
前記組成物の全体積に対して、約６０体積％〜約６６体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１２】
前記炭素系材料が、黒鉛、グラフェン、元素の炭素、カーボンブラック、無定形炭素、半結晶性炭素、結晶性炭素およびこれらの混合物から選択される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１３】
前記炭素系材料が、単層ナノチューブ、官能化単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、官能化多層ナノチューブおよびこれらの混合物から選択される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１４】
前記チタン系粉末が、約５μｍ〜約１００μｍの平均粒径を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１５】
前記チタン系粉末が、約５μｍ〜約４５μｍの平均粒径を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１６】
前期チタン系粉末が、約１０μｍ〜約２５μｍの平均粒径を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１７】
乾燥した粉末組成物である、請求項１から１６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１８】
チタン金属マトリックス、および
前記マトリックス中に分散するチタンカーバイド
を含む複合材料であって、
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、０．５重量％〜３．０重量％の炭素を含む、複合材料。
【請求項１９】
前記チタンカーバイドが、インサイチュ合成チタンカーバイドである、請求項１８に記載の複合材料。
【請求項２０】
前記チタンカーバイドが、常圧焼結を含むプロセスにより製造される、請求項１８または１９に記載の複合材料。
【請求項２１】
前記チタンカーバイドが、粉末射出成形により製造される、請求項１８または１９に記載の複合材料。
【請求項２２】
前記粉末射出成形が、チタン系粉末、炭素系材料および結合剤を混合し、組成物を製造するステップ、ならびに前記組成物を粉末射出の型に射出するステップを含む、請求項２１に記載の複合材料。
【請求項２３】
前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の前記炭素系材料を含む、請求項２２に記載の複合材料。
【請求項２４】
前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約２．０重量％の前記炭素系材料を含む、請求項２２に記載の複合材料。
【請求項２５】
前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約１．５重量％の前記炭素系材料を含む、請求項２２に記載の複合材料。
【請求項２６】
前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．７重量％〜約１．３重量％の前記炭素系材料を含む、請求項２２に記載の複合材料。
【請求項２７】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約５０体積％〜約７０体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項２２から２６のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項２８】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約５８体積％〜約６８体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項２２から２６のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項２９】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約６０体積％〜約６６体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項２２から２６のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３０】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約３０体積％〜約５０体積％の前記結合剤を含む、請求項２２から２９のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３１】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約３５体積％〜約４５体積％の前記結合剤を含む、請求項２２から２９のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３２】
前記炭素系材料が、黒鉛、グラフェン、元素の炭素、カーボンブラック、無定形炭素、半結晶性炭素、結晶性炭素およびこれらの混合物から選択される、請求項２２から３１のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３３】
前記炭素系材料が、単層ナノチューブ、官能化単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、官能化多層ナノチューブおよびこれらの混合物から選択される、請求項２２から３１のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３４】
前記結合剤が、少なくとも１種の熱可塑性ポリマー、少なくとも１種のワックス、またはこれらの混合物を含む、請求項２２から３３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３５】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約２．０重量％の炭素を含む、請求項１８から３４のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３６】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約１．５重量％の炭素を含む、請求項１８から３４のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３７】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．７重量％〜約１．３重量％の炭素を含む、請求項１８から３４のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３８】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約９７重量％〜約９９．５重量％のチタンを含む、請求項１８から３７のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項３９】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約９８重量％〜約９９．５重量％のチタンを含む、請求項１８から３７のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項４０】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約９８．５重量％〜約９９．５重量％のチタンを含む、請求項１８から３７のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項４１】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約９８．７重量％〜約９９．３重量％のチタンを含む、請求項１８から３７のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項４２】
前記チタン系粉末が約５μｍ〜約１００μｍの平均粒径を有する、請求項２２から４１のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項４３】
前記チタン系粉末が約５μｍ〜約４５μｍの平均粒径を有する、請求項２２から４１のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項４４】
前記チタン系粉末が約１０μｍ〜約２５μｍの平均粒径を有する、請求項２０から４１のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項４５】
チタンカーバイド強化チタン複合材であって、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、複合材。
【請求項４６】
前記チタンカーバイドがインサイチュ合成チタンカーバイドである、請求項４５に記載の複合材。
【請求項４７】
前記チタンカーバイドが、常圧焼結を含むプロセスにより製造される、請求項４５または４６に記載の複合材。
【請求項４８】
前記チタンカーバイドが、粉末射出成形により製造される、請求項４５または４６に記載の複合材。
【請求項４９】
前記粉末射出成形が、チタン系粉末、炭素系材料および結合剤を混合し、組成物を製造するステップ、および前記組成物を粉末射出の型に射出するステップを含む、請求項４８に記載の複合材。
【請求項５０】
前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の前記炭素系材料を含む、請求項４９に記載の複合材。
【請求項５１】
前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約２．０重量％の前記炭素系材料を含む、請求項４９に記載の複合材。
【請求項５２】
前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約１．５重量％の前記炭素系材料を含む、請求項４９に記載の複合材。
【請求項５３】
前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．７重量％〜約１．３重量％の前記炭素系材料を含む、請求項４９に記載の複合材。
【請求項５４】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約５０体積％〜約７０体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項４９から５３のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項５５】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約５８体積％〜約６８体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項４９から５３のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項５６】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約６０体積％〜約６６体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項４９から５３のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項５７】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約３０体積％〜約５０体積％の前記結合剤を含む、請求項４９から５６のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項５８】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約３２体積％〜約４５体積％の前記結合剤を含む、請求項４９から５６のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項５９】
前記炭素系材料が、黒鉛、グラフェン、元素の炭素、カーボンブラック、無定形炭素、半結晶性炭素、結晶性炭素およびこれらの混合物から選択される、請求項４９から５８のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項６０】
前記炭素系材料が、単層ナノチューブ、官能化単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、官能化多層ナノチューブおよびこれらの混合物から選択される、請求項４９から５８のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項６１】
前記結合剤が、少なくとも１種の熱可塑性ポリマー、少なくとも１種のワックス、またはこれらの混合物を含む、請求項４９から６０のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項６２】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約２．０重量％の炭素を含む、請求項４５から６１のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項６３】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約１．５重量％の炭素を含む、請求項４５から６１のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項６４】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．７重量％〜約１．３重量％の炭素を含む、請求項４５から６１のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項６５】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約９７重量％〜約９９．５重量％のチタンを含む、請求項４５から６４のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項６６】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約９８重量％〜約９９．５重量％のチタンを含む、請求項４５から６４のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項６７】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約９８．５重量％〜約９９．５重量％のチタンを含む、請求項４５から６４のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項６８】
前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約９８．７重量％〜約９９．３重量％のチタンを含む、請求項４５から６４のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項６９】
前記チタン系粉末が約５μｍ〜約１００μｍの平均粒径を有する、請求項４９から６８のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項７０】
前記チタン系粉末が約５μｍ〜約４５μｍの平均粒径を有する、請求項４９から６８のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項７１】
前記チタン系粉末が約１０μｍ〜約２５μｍの平均粒径を有する、請求項４９から６８のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項７２】
チタン金属マトリックス中に分散するインサイチュ合成チタンカーバイドを含む複合材料であって、前記チタンカーバイドが粉末射出成形により製造され、前記複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、複合材料。
【請求項７３】
約０．１％〜約５％の気孔率を有する、請求項１８から７２のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項７４】
約０．２％〜約５％の気孔率を有する、請求項１８から７２のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項７５】
約０．３％〜約３％の気孔率を有する、請求項１８から７２のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項７６】
約０．４％〜約２％の気孔率を有する、請求項１８から７２のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項７７】
約０．５％〜約１．５％の気孔率を有する、請求項１８から７２のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項７８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物を準備するステップ、および
前記組成物を常圧焼結に供するステップ
を含む、チタン系複合材料を製造する方法。
【請求項７９】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物を準備するステップ、および
前記組成物を粉末射出成形プロセスに供するステップ
を含む、チタン系複合材料を製造する方法。
【請求項８０】
前記粉末射出成形プロセスが、結合剤を溶融し、チタンおよび炭素系材料の分散体を含む溶融物を生成するのに十分な条件下で、前記組成物を加熱するステップを含む、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
インサイチュチタンカーバイドを製造する条件下で成形品を加熱するステップをさらに含み、前記チタンカーバイドがチタンマトリックス中に分散している、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
チタン系粉末を少なくとも１種の炭素系材料および結合剤と混合し、請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物を製造するステップ、ならびに
前記組成物を常圧焼結に供するステップ
を含む、チタン系複合材料を製造する方法。
【請求項８３】
チタン系粉末を少なくとも１種の炭素系材料および結合剤と混合し、請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物を製造するステップ、ならびに
前記組成物を粉末射出成形プロセスに供するステップ
を含む、チタン系複合材料を製造する方法。
【請求項８４】
前記粉末射出成形プロセスが、前記結合剤を溶融し、チタンおよび炭素系材料の分散体を含む溶融物を生成するのに十分な条件下で、前記組成物を加熱するステップを含む、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
インサイチュチタンカーバイドを製造する条件下で成形品を加熱するステップをさらに含み、前記チタンカーバイドがチタンマトリックス中に分散している、請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
チタンカーバイドのインサイチュ合成のための粉末射出成形プロセスであって、
チタン系粉末を、少なくとも１種の炭素系材料および結合剤と混合し、請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物を製造するステップ、
前記組成物を粉末射出成形装置に供給し、成形品を得るステップ、
前記成形品を脱バインドするステップ、ならびに
インサイチュチタンカーバイドを製造するのに十分な条件下で、前記成形品を加熱するステップ、
を含み、前記チタンカーバイドはチタンマトリックス中に分散している、粉末射出成形プロセス。
【請求項８７】
前記供給するステップが、約０．１ＭＰａ〜約３０ＭＰａの圧力で実施される、請求項８６に記載の粉末射出成形プロセス。
【請求項８８】
前記供給するステップが、約５ＭＰａ〜約２５ＭＰａの圧力で実施される、請求項８７に記載の粉末射出成形プロセス。
【請求項８９】
前記供給するステップが、約１０ＭＰａ〜約２３ＭＰａの圧力で実施される、請求項８８に記載の粉末射出成形プロセス。
【請求項９０】
前記加熱するステップが、前記結合剤を溶融し、チタンおよび炭素系材料の分散体を含む溶融物を生成するのに十分な温度で加熱するステップを含む、請求項８６から８９のいずれか一項に記載の粉末射出成形プロセス。
【請求項９１】
前記加熱するステップが、溶融した前記結合剤を少なくとも部分的に除去するのに十分な温度で加熱するステップをさらに含む、請求項９０に記載の粉末射出成形プロセス。
【請求項９２】
請求項２から１７のいずれか一項に記載の組成物を準備するステップ、および
前記組成物を常圧焼結に供するステップ
を含む、チタン系材料の緻密化を促進する方法。
【請求項９３】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物を準備するステップ、および
前記組成物を粉末射出成形プロセスに供するステップ
を含む、チタン系材料の緻密化を促進する方法。
【請求項９４】
前記粉末射出成形プロセスが、結合剤を溶融し、チタンおよび炭素系材料の分散体を含む溶融物を生成するのに十分な条件下で、前記組成物を加熱するステップを含む、請求項９３に記載の方法。
【請求項９５】
前記粉末射出成形プロセスが、インサイチュチタンカーバイドを製造する条件下で、前記成形品を加熱するステップをさらに含み、前記チタンカーバイドがチタンマトリックス中に分散している、請求項９４に記載の方法。
【請求項９６】
チタン複合材料の緻密化を促進するための常圧焼結を含むプロセスにおける炭素系材料の使用であって、前記チタン複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、使用
【請求項９７】
チタン複合材料の緻密化を促進するための粉末射出成形プロセスにおける炭素系材料の使用であって、前記チタン複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、使用。
【請求項９８】
チタンカーバイドのインサイチュ合成のための常圧焼結を含むプロセスにおける有効量の炭素系材料の使用であって、前記プロセスにより製造されるチタン複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、使用。
【請求項９９】
チタンカーバイドのインサイチュ合成のための粉末射出成形プロセスにおける有効量の炭素系材料の使用であって、前記粉末射出成形プロセスにより製造されるチタン複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、使用。
【請求項１００】
前記チタン複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約２．０重量％の炭素を含む、請求項９６から９９のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１０１】
前記チタン複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約１．５重量％の炭素を含む、請求項９６から９９のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１０２】
前記チタン複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．７重量％〜約１．３重量％の炭素を含む、請求項９６から９９のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１０３】
前記チタン複合材料が、チタン金属マトリックスおよび前記マトリックス中に分散するチタンカーバイドを含む、請求項９６から９９のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１０４】
チタンカーバイドのインサイチュ合成のための常圧焼結を含むプロセスにおける炭素系材料の使用であって、チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の前記炭素系材料を含む組成物を製造するために、前記炭素系材料が、少なくとも前記チタン系粉末と混合して使用される、使用。
【請求項１０５】
チタンカーバイドのインサイチュ合成のための粉末射出成形プロセスにおける炭素系材料の使用であって、チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の前記炭素系材料を含む組成物を製造するために、前記炭素系材料が、少なくとも前記チタン系粉末と混合して使用される、使用。
【請求項１０６】
チタン複合材料の緻密化を促進するための常圧焼結を含むプロセスにおける炭素系材料の使用であって、チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の前記炭素系材料を含む組成物を製造するために、前記炭素系材料が、少なくとも前記チタン系粉末と混合して使用される、使用。
【請求項１０７】
チタン複合材料の緻密化を促進するための粉末射出成形プロセスにおける炭素系材料を使用する方法であって、チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の前記炭素系材料を含む組成物を製造するために、前記炭素系材料が、少なくとも前記チタン系粉末と混合して使用される、使用。
【請求項１０８】
チタン複合材料を調製するための常圧焼結を含むプロセスにおける、少なくともチタン系粉末との組成物を形成するのに有効な強化剤として炭素系材料の使用あって、前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の前記炭素系材料を含む、使用。
【請求項１０９】
チタン複合材料を調製するための粉末射出成形プロセスにおける、少なくともチタン系粉末との組成物を形成するのに有効な強化剤としての炭素系材料の使用であって、前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の前記炭素系材料を含む、使用。
【請求項１１０】
前記組成物が結合剤をさらに含む、請求項１０４から１０９のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１１１】
前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約２．０重量％の前記炭素系材料を含む、請求項１０４から１１０のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１１２】
前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約１．５重量％の前記炭素系材料を含む、請求項１０４から１１０のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１１３】
前記組成物が、前記チタン系粉末および前記炭素系材料の総重量に対して、約０．７重量％〜約１．３重量％の前記炭素系材料を含む、請求項１０４から１１０のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１１４】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約５０体積％〜約７０体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項１０４から１１３のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１１５】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約５８体積％〜約６８体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項１０４から１１３のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１１６】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約６０体積％〜約６６体積％の前記チタン系粉末を含む、請求項１０４から１１３のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１１７】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約３０体積％〜約５０体積％の前記結合剤を含む、請求項１１０から１１６のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１１８】
前記組成物が、前記組成物の全体積に対して、約３２体積％〜約４５体積％の前記結合剤を含む、請求項１１０から１１６のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１１９】
前記結合剤が、少なくとも１種の熱可塑性ポリマー、少なくとも１種のワックス、またはこれらの混合物を主に含む、請求項１１０から１１８のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１２０】
前記チタン複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、請求項１０６から１１９のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１２１】
前記チタン複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約２．０重量％の炭素を含む、請求項１０６から１１９のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１２２】
前記チタン複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約１．５重量％の炭素を含む、請求項１０６から１１９のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１２３】
前記チタン複合材料が、前記複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．７重量％〜約１．３重量％の炭素を含む、請求項１０６から１１９のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１２４】
前記チタン複合材料が、チタン金属マトリックスおよび前記マトリックス中に分散するチタンカーバイドを含む、請求項１０６または１１９に記載の使用。
【請求項１２５】
前記チタンカーバイドが、インサイチュ合成チタンカーバイドである、請求項１２４に記載の使用。
【請求項１２６】
前記炭素系材料が、黒鉛、グラフェン、元素の炭素、カーボンブラック、無定形炭素、半結晶性炭素、結晶性炭素およびこれらの混合物から選択される、請求項９６から１２５のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１２７】
前記炭素系材料が、単層ナノチューブ、官能化単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、官能化多層ナノチューブおよびこれらの混合物から選択される、請求項９６から１２５のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１２８】
前記チタン系粉末が、約５μｍ〜約１００μｍの平均粒径を有する、請求項１０４から１２７のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１２９】
前記チタン系粉末が、約５μｍ〜約４５μｍの平均粒径を有する、請求項１０４から１２７のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１３０】
前記チタン系粉末が、約１０μｍ〜約２５μｍの平均粒径を有する、請求項１０４から１２７のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１３１】
チタン複合材料を調製するための、請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物の使用。
【請求項１３２】
チタンカーバイド強化チタン複合材を調製するための、請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物の使用。
【請求項１３３】
常圧焼結を含むプロセスにおける、請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物の使用。
【請求項１３４】
粉末射出成形プロセスにおける、請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物の使用。
【請求項１３５】
前記常圧焼結が、金属射出成形、プレス焼結（pressing and sintering）、ルーズ粉焼結（loose powder sintering）、選択的レーザー焼結（selective laser sintering）、電子ビーム焼結（electron beam sintering）および粉末圧延（powder rolling）から選択される少なくとも１種の方法を含む、請求項９６、９８、１０４、１０６、１０８、および１３３のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１３６】
請求項１８から４４、４５および７２のいずれか一項に記載の複合材料を含む、製品。
【請求項１３７】
請求項８２から８５のいずれか一項に記載の方法により製造された、製品。
【請求項１３８】
請求項８６から９１のいずれか一項に記載の粉末射出成形プロセスにより製造された、製品。
【請求項１３９】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物、および粉末射出成形プロセスにおける前記組成物の使用のための説明書を含む、キット。
【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、９月出願の米国仮特許出願第６２／０５４，０１２号明細書の優先権を主張し、この結果参照によりその全てが組み込まれる。
【０００２】
本開示は、広くチタン系組成物、およびカーバイド強化チタン複合材などのチタン複合材に関する。本開示はまた、組成物および複合材を調製する方法（process）、ならびにそれらの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
以下は、次で議論する何かが、先行技術の一部、または当業者の共通の一般知識の一部であることを承認するものではない。
【０００４】
炭素強化材（reinforcement）によるチタン複合材は、異なる方法で製造されてきた。大部分の研究では、チタン−黒鉛粉末混合物を高温押出しまたは鍛造の下で固化した（consolidate）。しかし、黒鉛添加による緻密化への効果または利点は全く実証されてこなかった。さらに、チタン−黒鉛粉末混合物の常圧焼結（pressureless sintering）に関する研究は、緻密なチタン−ＴｉＣ系複合材を製造することを意図せず、黒鉛の緻密化へのプラス効果を報告しなかった。実際に、製造された多くの材料は、残留炭素もしくは残留黒鉛を含有し、または高い多孔性であった。
【０００５】
炭素強化材を備えた高強度チタンマトリックス複合材を製造する、いくつかの方法が開発されてきた。例えば、粉末冶金炭素強化チタン複合材は、スパークプラズマ焼結（spark plasma sintering）および熱間押出しを使用して調製されてきた。さらに、純チタン粉末を結束されない多層カーボンナノチューブで被覆し、材料は引張強度の増加を示す結果となった。強化効果は、結束されないカーボンナノチューブおよびインサイチュ（in-situ）合成チタンカーバイド（ＴｉＣ）粒子の分散に起因した。
【０００６】
以下を含む手順により、複合材料が調製されてきた：親水性および疎水性の両方を有する界面活性剤を含有する溶液を調製すること；微細な炭素質粒子を含有する溶液を調製すること；溶液を金属粒子と混合すること；乾燥すること；熱分解および溶液を除去すること；ならびに得られた粉末を焼結すること。複合材は放電プラズマ焼結（discharge plasma sintering）により製造した。得られた材料の機械的性質の改善は、一般にチタンマトリックスの結晶粒微細化（grain refinement）（ホールペッチ効果）、炭素固溶体硬化（carbon solid solution hardening）、およびインサイチュ合成ＴｉＣによる分散強化効果に起因した。
【０００７】
様々な濃度の黒鉛粒子も、強化材料として使用してきた。得られた材料は、その後スパークプラズマ焼結および押出しにより固化された。結晶粒微細化、収率および最大抗張力は、黒鉛含量の増加とともに次第に増加した。
【発明の概要】
【０００８】
一態様では、本開示は、
チタン系粉末、ならびに
少なくとも１種の炭素系材料および結合剤
を含む組成物であって、
チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、組成物を包含する。
【０００９】
一態様では、本開示は、
チタン系粉末、および
炭素系材料
を含む組成物であって、
チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、組成物を包含する。
【００１０】
一態様では、本開示は、
チタン系粉末、
炭素系材料、および
結合剤
を含む組成物であって、
チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、組成物を包含する。
【００１１】
一態様では、本開示は、
チタン金属マトリックス、および
マトリックス中に分散するチタンカーバイド
を含む複合材料であって、
複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、複合材料を包含する。
【００１２】
一態様では、本開示は、チタン金属マトリックス中に分散するインサイチュ合成チタンカーバイドを含む複合材料であって、チタンカーバイドは粉末射出成形により製造され、複合材料は、複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、複合材料を包含する。
【００１３】
一態様では、本開示は、チタンカーバイド強化チタン複合材であって、複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、複合材を包含する。
【００１４】
一態様では、本開示は、チタン系複合材料を製造する方法であって、
チタン系粉末ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物を準備するステップ、ならびに
組成物を常圧焼結に供するステップを含み、
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、方法を包含する。
【００１５】
一態様では、本開示は、チタン系複合材料を製造する方法であって、
チタン系粉末ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物を準備するステップ、ならびに
組成物を粉末射出成形プロセス（process）に供するステップを含み、
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、方法を包含する。
【００１６】
一態様では、本開示は、チタン系複合材料を製造する方法であって、
チタン系粉末を、少なくとも１種の炭素系材料および結合剤と混合し、チタン系粉末ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物を製造するステップ、ならびに
組成物を常圧焼結に供するステップを含み、
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、方法を包含する。
【００１７】
一態様では、本開示は、チタン系複合材料を製造する方法であって、
チタン系粉末を、少なくとも１種の炭素系材料および結合剤と混合し、チタン系粉末ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物を製造するステップ、ならびに
組成物を粉末射出成形プロセスに供するステップを含み、
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、方法を包含する。
【００１８】
一態様では、本開示は、チタンカーバイドのインサイチュ合成のための粉末射出成形プロセスであって、
チタン系粉末を、少なくとも１種の炭素系材料および結合剤と混合し、チタン系粉末ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物を製造するステップ、
組成物を粉末射出成形装置に供給し、成形品を得るステップ、
成形品を脱バインドする（debind）ステップ、ならびに
インサイチュチタンカーバイドを製造するのに十分な条件下で成形品を加熱するステップを含み、チタンカーバイドはチタンマトリックス中に分散しており、
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、プロセスを包含する。
【００１９】
一態様では、本開示は、チタン系材料の緻密化を促進する方法であって、
チタン系粉末ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物を準備するステップ、
組成物を常圧焼結に供するステップを含み、
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、方法を包含する。
【００２０】
一態様では、本開示は、チタン系材料の緻密化を促進する方法であって、
チタン系粉末ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物を準備するステップ、
組成物を粉末射出成形プロセスに供するステップを含み、
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、方法を包含する。
【００２１】
一態様では、本開示は、チタン複合材料の緻密化を促進するための常圧焼結を含むプロセスにおける、炭素系材料の使用であって、チタン複合材料は、複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、使用を包含する。
【００２２】
一態様では、本開示は、チタン複合材料の緻密化を促進するための粉末射出成形プロセスにおける、炭素系材料の使用であって、チタン複合材料は、複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、使用を包含する。
【００２３】
一態様では、本開示は、チタンカーバイドのインサイチュ合成のための常圧焼結を含むプロセスにおける、有効量の炭素系材料の使用であって、このプロセスにより製造されるチタン複合材料は、複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、使用を包含する。
【００２４】
一態様では、本開示は、チタンカーバイドのインサイチュ合成のための粉末射出成形プロセスにおける、有効量の炭素系材料の使用であって、粉末射出成形プロセスにより製造されるチタン複合材料は、複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、使用を包含する。
【００２５】
一態様では、本開示は、チタンカーバイドのインサイチュ合成のための常圧焼結を含むプロセスにおける、炭素系材料の使用であって、炭素系材料は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む組成物を製造するために、少なくともチタン系粉末と混合して使用される、使用を包含する。
【００２６】
一態様では、本開示は、チタンカーバイドのインサイチュ合成のための粉末射出成形プロセスにおける、炭素系材料の使用であって、炭素系材料は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む組成物を製造するために、少なくともチタン系粉末と混合して使用される、使用を包含する。
【００２７】
一態様では、本開示は、チタン複合材料の緻密化を促進するための常圧焼結を含むプロセスにおける、炭素系材料の使用であって、炭素系材料は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む組成物を製造するために、少なくともチタン系粉末と混合して使用される、使用を包含する。
【００２８】
一態様では、本開示は、チタン複合材料の緻密化を促進するための粉末射出成形プロセスにおける、炭素系材料の使用であって、炭素系材料は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む組成物を製造するために、少なくともチタン系粉末と混合して使用される、使用を包含する。
【００２９】
一態様では、本開示は、チタン複合材料を調製するための常圧焼結を含むプロセスに、少なくともチタン系粉末との組成物を形成するのに有効な強化剤（reinforcing agent）として炭素系材料の使用であって、組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、使用を包含する。
【００３０】
一態様では、本開示は、チタン複合材料を調製するための粉末射出成形プロセスに、少なくともチタン系粉末との組成物を形成するのに有効な強化剤として炭素系材料の使用であって、組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、使用を包含する。
【００３１】
一態様では、本開示は、チタン複合材料を調製するために、チタン系粉末、ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物の使用であって、組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、使用を包含する。
【００３２】
一態様では、本開示は、チタンカーバイド強化チタン複合材を調製するために、チタン系粉末、ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物の使用であって、組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、使用を包含する。
【００３３】
一態様では、本開示は、常圧焼結を含むプロセスに、チタン系粉末、ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物の使用であって、組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、使用を包含する。
【００３４】
一態様では、本開示は、粉末射出成形プロセスに、チタン系粉末、ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物の使用であって、組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、使用を包含する。
【００３５】
一態様では、本開示は、チタン金属マトリックスおよびマトリックス中に分散するチタンカーバイドを含む複合材料を含む製品であって、複合材料は、複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、製品を包含する。
【００３６】
一態様では、本開示は、チタン金属マトリックス中に分散するインサイチュ合成チタンカーバイドを含む複合材料を含む製品であって、チタンカーバイドは粉末射出成形により製造され、複合材料は、複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、製品を包含する。
【００３７】
一態様では、本開示は、チタンカーバイド強化チタン複合材を含む製品であって、複合材は、複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む、製品を包含する。
【００３８】
一態様では、本開示は、
チタン系粉末を、少なくとも１種の炭素系材料および結合剤と混合し、チタン系粉末、ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物を製造するステップ、ならびに
組成物を常圧焼結に供するステップ
を含む方法により製造される製品であって、
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、製品を包含する。
【００３９】
一態様では、本開示は、
チタン系粉末を、少なくとも１種の炭素系材料および結合剤と混合し、チタン系粉末、ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物を製造するステップ、ならびに
組成物を粉末射出成形プロセスに供するステップ
を含む方法により製造される製品であって、
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、製品を包含する。
【００４０】
一態様では、本開示は、粉末射出成形プロセスにより製造される製品であって、このプロセスは、
チタン系粉末を、少なくとも１種の炭素系材料および結合剤と混合し、チタン系粉末、ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物を製造するステップ、
組成物を粉末射出成形装置に供給し、成形品を得るステップ、
成形品を脱バインドするステップ、ならびに
インサイチュチタンカーバイドを製造するのに十分な条件下で成形品を加熱するステップを含み、チタンカーバイドはチタンマトリックス中に分散しており、
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、製品を包含する。
【００４１】
一態様では、本開示は、
チタン系粉末、ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物；ならびに 
常圧焼結を含むプロセスにおいて、組成物を使用するための説明書を含み；
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、キットを包含する。
【００４２】
一態様では、本開示は、
チタン系粉末、ならびに少なくとも１種の炭素系材料および結合剤を含む組成物；ならびに
粉末射出成形プロセスにおいて、組成物を使用するための説明書を含み；
組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料を含む、キットを包含する。
【００４３】
本開示の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述から明らかになるであろう。しかし、詳細な記述および特定の実施例は、本開示の好ましい実施形態を示しているものの、説明のためだけに与えられていることを理解されたい。その理由は、本開示の精神および範囲内にある様々な変更および修正は、当業者には、この詳細な記述から明らかになるからである。
【００４４】
本明細書とともに包含される図面は、本開示の様々な実施形態を説明するためであり、教示の範囲を決して制限する意図ではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】カーボンブラックの濃度による、本開示の実施形態に従うチタンカーバイド強化チタン複合材（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−４５μｍ）の密度への影響を説明する、説明するグラフ図である。
【図２】カーボンブラック添加（１重量％）による、本開示の実施形態に従う様々なチタンカーバイド強化チタン複合材（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−２５μｍ；Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−４５μｍ；およびＣｐＴｉ−４５μｍ）の焼結密度への影響を説明する、棒グラフ（block diagram）図である。
【図３】カーボンブラック添加（１重量％）による、本開示の実施形態に従うチタンカーバイド強化チタン複合材（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−２５μｍ）の気孔率、結晶粒径（grain size）およびカーバイド形成への影響を示す、光学顕微鏡写真である。
【図４】カーボンブラック添加（１重量％）による、本開示の実施形態に従うチタンカーバイド強化チタン複合材（ＣｐＴｉ−４５μｍ）の応力−ひずみ応答への影響を説明する、グラフ図である。
【図５】カーボンブラック添加（１重量％）による、本開示の実施形態に従う様々なチタンカーバイド強化チタン複合材（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−２５μｍ；Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−４５μｍ；およびＣｐＴｉ−４５μｍ）の最大抗張力への影響を説明する、棒グラフ図である。
【図６】カーボンブラック添加（１重量％）による、本開示の実施形態に従うチタンカーバイド強化チタン複合材（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−２５μｍ）の硬度への影響を説明する、棒グラフ図である。
【図７】カーボンブラック添加（１重量％）による、本開示の実施形態に従うチタンカーバイド強化チタン複合材（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−２５μｍ）の摩耗への影響を説明する、棒グラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本明細書で使用される用語の明確で一貫した理解を提供するために、いくつかの定義を以下に提供する。さらに、別途定義しない限り、本明細書で使用する全ての技術的および科学的用語は、本明細書が属する通常の当業者が普通に理解するものと同じ意味を有する。
【００４７】
単語「１つ（a）」または「１つ（an）」は、特許請求の範囲および／または明細書において、用語「含む（comprising）」とともに使用される時、「１つ（one）」を意味することができるが、内容が明確に違うと規定しない限り、「１つまたは複数（one or more）」、「少なくとも１つ（at least one）」、および「１つまたは２つ以上（one or more than one）」の意味とも一致する。同様に、単語「別の（another）」は、内容が明確に違うと規定しない限り、少なくとも第２またはそれを超えることを意味することができる。
【００４８】
本明細書および特許請求の範囲で使用する場合、単語「含む（comprising）」（ならびに、「含む（comprise）」および「含む（comprises）」などの含む（comprising）の任意の形）、「有する（having）」（ならびに、「有する（have）」および「有する（has）」などの有する（having）の任意の形）、「包含する（including）」（ならびに、「包含する（include）」および「包含する（includes）」などの包含する（including）の任意の形）、または「含有する（containing）」（ならびに、「含有する（contain）」および「含有する（contains）」などの含有する（containing）の任意の形）は、包括的またはオープンエンド（open-ended）であり、追加的、未列挙の要素またはプロセスステップを排除しない。
【００４９】
本明細書および特許請求の範囲で使用する場合、単語「なる（consisting）」およびその派生語は、記載する特徴、要素、成分、群、整数、および／またはステップの存在を特定するクローズエンドな（close ended）用語の意図であり、他の記載されない特徴、要素、成分、群、整数および／またはステップの存在を排除する意図でもある。
【００５０】
用語「本質的になる（consisting essentially of）」は、本明細書で使用する場合、記載する特徴、要素、成分、群、整数、および／またはステップの存在、ならびにこれらの特徴、要素、成分、群、整数、および／またはステップの基本的および新規な特徴に実質的に影響しないものを特定する意図である。
【００５１】
「約（about）」、「実質的に（substantially）」および「ほぼ（approximately）」などの程度の用語は、本明細書で使用する場合、最終結果が著しく変わることがないような、修飾された用語の妥当な量の偏差を意味する。これらの程度の用語は、その偏差が修飾する単語の意味を否定しない場合は、修飾される用語の±１０％の偏差を包含すると解釈すべきである。
【００５２】
用語「チタン系」は、本明細書で使用する場合、チタン合金および実質的に純粋なチタンを包含する。
【００５３】
例えば、組成物は結合剤をさらに含むことができる。例えば、組成物は、組成物の全体積に対して、約３０体積％〜約５０体積％の結合剤、約３２体積％〜約４５体積％、または約３５体積％〜約４５体積％の結合剤を含むことができる。
【００５４】
例えば、結合剤は主として熱可塑性ポリマーおよび／またはワックスを含む。
【００５５】
例えば、結合剤は熱可塑性ポリマー、パラフィンまたはこれらの混合物を含む。
【００５６】
例えば、結合剤は少なくとも１種の熱可塑性ポリマー、少なくとも１種のワックス、またはこれらの混合物を含む。
【００５７】
例えば、組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約２．０重量％の炭素系材料、約０．５重量％〜約１．５重量％の炭素系材料、または約０．７重量％〜約１．３重量％の炭素系材料を含む。
【００５８】
例えば、組成物は、組成物の全体積に対して、約５０体積％〜約７０体積％のチタン系粉末、約５８体積％〜約６８体積％のチタン系粉末、または約６０体積％〜約６６体積％のチタン系粉末を含む。
【００５９】
例えば、炭素系材料は、黒鉛、グラフェン、元素の炭素、カーボンブラック、無定形炭素、半結晶性炭素、結晶性炭素およびこれらの混合物から選択される。
【００６０】
例えば、炭素系材料は、カーボンナノチューブでありうる。
【００６１】
例えば、炭素系材料は、単層ナノチューブ、官能化単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、官能化多層ナノチューブおよびこれらの混合物から選択されうる。
【００６２】
例えば、チタン系粉末は、約０．０１μｍ〜約２００μｍ、約０．１μｍ〜約１００μｍ、約０．１μｍ〜約４５μｍ、または約０．１μｍ〜約２５μｍの範囲の粒子を含む。
【００６３】
例えば、チタン系粉末は、約１μｍ〜約１００μｍ、約５μｍ〜約１００μｍ、約５μｍ〜約４５μｍ、約５μｍ〜約２５μｍ、または約１０μｍ〜約２５μｍの平均粒径を有する。
【００６４】
例えば、複合材料は、複合材料におけるチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約２．０重量％の炭素、約０．５重量％〜約１．５重量％の炭素、または約０．７重量％〜約１．３重量％の炭素を含む。
【００６５】
例えば、複合材料は、約９７重量％〜約９９．５重量％の金属相、約９８重量％〜約９９．５重量％の金属相、約９８．５重量％〜約９９．５重量％の金属相または約９８．７重量％〜約９９．３重量％の金属相を含む。
【００６６】
例えば、複合材料は、インサイチュ合成チタンカーバイドを含む。例えば、チタンカーバイドは焼結を含むプロセスにより製造される。
【００６７】
例えば、粉末射出成形は、組成物を製造するためにチタン系粉末、炭素系材料および結合剤を混合すること、および組成物を粉末成形装置に供給することを含む。
【００６８】
例えば、組成物は、約０．０１ＭＰａ〜約３０ＭＰａの圧力で、約０．１ＭＰａ〜約３０ＭＰａの圧力で、約５ＭＰａ〜約２５ＭＰａの圧力で、約１０ＭＰａ〜約２５ＭＰａの圧力で、約２０ＭＰａ〜約２５ＭＰａの圧力で、約１０ＭＰａ〜約２３ＭＰａの圧力で、または約２０ＭＰａ〜約２３ＭＰａの圧力で、粉末射出成形装置に供給される。
【００６９】
例えば、粉末射出成形は、結合剤を溶融し、チタンおよび炭素系材料の分散体を含む溶融物を生成するのに十分な条件下で、組成物を加熱することを含む。例えば、粉末射出成形は、形を形成するために組成物の型への射出を含む。例えば、粉末射出成形は、（溶媒および／または熱により）脱バインドすること、およびチタンカーバイドがチタンマトリックス中に分散した状態で、チタンカーバイドがインサイチュで形成される中で、焼結することを含む。
【００７０】
一実施形態では、本開示のチタンカーバイド強化チタン複合材は、改善された機械的および／または物理的性質を有する。低濃度の炭素系材料、典型的には（チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して）約０．５重量％〜約３．０重量％をチタン系粉末に添加し、続いて粉末射出成形すること、脱バインドすることおよび焼結することが、得られた複合材料の緻密化にプラスの効果を有することが発見された。これまで述べた機械的および／または物理的性質の改善は、少なくとも一部は向上した緻密化に起因すると考えられる。例えば、複合材はより高い応力−ひずみ応答を示す（図４）。例えば、複合材はより高い最大抗張力を示す（図５）。例えば、複合材はより高い硬度を示す（図６）。例えば、複合材はより高い耐摩耗性を示す（図７）。例えば、複合材はより小さい残留気孔率を示す。例えば、複合材はより高い密度を示す。
【００７１】
本開示の一実施形態では、チタン系粉末および炭素系材料を含む組成物は、焼結に供される。焼結はチタンと炭素との間の反応の結果として、インサイチュチタンカーバイドを製造する。チタン／炭素系材料の常圧焼結、および（チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して）約０．５重量％〜約３．０重量％である炭素の低濃度による緻密化へのプラスの効果は報告されてこなかった。本明細書で使用する常圧焼結は、外力を適用することなくなされる焼結処理を指し、材料の固化（consolidation）は本質的に温度の影響に起因する。常圧焼結は、チタンが環境と反応することを防ぐために、異なる雰囲気下または真空下で行うことができる。
【００７２】
一実施形態では、本開示のチタンカーバイド強化チタン複合材は、複合材中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素、約０．５重量％〜約２．０重量％の炭素、約０．５重量％〜約１．５重量％の炭素、または約０．７重量％〜約１．３重量％の炭素を含んでもよい。非限定的実施形態では、例えば、チタンカーバイド強化チタン複合材は、例えば、約０．５、約０．６、約０．７、約０．８、約０．９、約１．０、約１．１、約１．２、約１．３、約１．４、約１．５、約１．６、約１．７、約１．８、約１．９、約２．０、約２．１、約２．２、約２．３、約２．４、約２．５、約２．６、約２．７、約２．８、約２．９、もしくは約３．０重量％の炭素、またはそこに導き出せる任意の範囲を含んでもよい。本開示のチタンカーバイド強化チタン複合材の炭素含有物は、実質的にチタンカーバイドの形にある。
【００７３】
一実施形態では、本開示のチタンカーバイド強化チタン複合材は、約９７．０重量％〜約９９．５重量％の金属相、約９８重量％〜約９９．５重量％の金属相、約９８．５重量％〜約９９．５重量％の金属相、または約９８．７重量％〜約９９．３重量％の金属相を含んでもよい。非限定的実施形態では、例えば、チタンカーバイド強化チタン複合材は、例えば、約９７．０、約９７．１、約９７．２、約９７．３、約９７．４、約９７．５、約９７．６、約９７．７、約９７．８、約９７．９、約９８．０、約９８．１、約９８．２、約９８．３、約９８．４、約９８．５、約９８．６、約９８．７、約９８．８、約９８．９、約９９．０、約９９．１、約９９．２、約９９．３、約９９．４もしくは約９９．５重量％の金属相、またはそこに導き出せる任意の範囲を含んでもよい。本開示のチタンカーバイド強化チタン複合材のチタン含有物は、実質的にチタン金属およびチタンカーバイドの形にある。
【００７４】
一実施形態では、本開示のチタンカーバイド強化チタン複合材は、粉末射出成形プロセスにより調製される。粉末射出成形プロセスの一態様では、組成物を準備するために、チタン系粉末、炭素系材料および結合剤を混合する。
【００７５】
本開示の一実施形態では、組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料、約０．５重量％〜約２．０重量％の炭素系材料、約０．５重量％〜約１．５重量％の炭素系材料、または約０．７重量％〜約１．３重量％の炭素系材料を含む。非限定的実施形態では、例えば、組成物は、約０．５、約０．６、約０．７、約０．８、約０．９、約１．０、約１．１、約１．２、約１．３、約１．４、約１．５、約１．６、約１．７、約１．８、約１．９、約２．０、約２．１、約２．２、約２．３、約２．４、約２．５、約２．６、約２．７、約２．８、約２．９、もしくは約３．０重量％の炭素系材料、またはそこに導き出せる任意の範囲を含んでもよい。
【００７６】
本開示の一実施形態では、組成物は、組成物の全体積に対して、約５０．０体積％〜約７０体積％のチタン系粉末、約５８体積％〜約６８体積％のチタン系粉末、または約６０体積％〜約６６体積％のチタン系粉末を含む。非限定的実施形態では、例えば、組成物は、約５０．０、約５０．５、約５１．０、約５１．５、約５２．０、約５２．５、約５３．０、約５３．５、約５４．０、約５４．５、約５５．０、約５５．５、約５６．０、約５６．５、約５７．０、約５７．５、約５８．０、約５８．５、約５９．０、約５９．５、約６０．０、約６０．５、約６１．０、約６１．５、約６２．０、約６２．５、約６３．０、約６３．５、約６４．０、約６４．５、約６５．０、約６５．５、約６６．０、約６６．５、約６７．０、約６７．５、約６８．０、約６８．５、約６９．０、約６９．５もしくは約７０．０体積％のチタン系粉末、またはそこに導き出せる任意の範囲を含んでもよい。
【００７７】
本開示の一実施形態では、チタン系粉末は、０．０１μｍ〜約２００、約０．０１μｍ〜約１００μｍ、約０．１μｍ〜約４５μｍ、または約０．１μｍ〜約２５μｍの範囲の粒子を含む。非限定的実施形態では、例えば、チタン系粉末は、約０．１、約０．５、約１．０、約１．５、約２．０、約２．５、約３．０、約３．５、約４．０、約４．５、約５．０、約５．５、約６．０、約６．５、約７．０、約７．５、約８．０、約８．５、約９．０、約９．５、約１０．０、約１０．５、約１１．０、約１１．５、約１２．０、約１２．５、約１３．０、約１３．５、約１４．０、約１４．５、約１５．０、約１５．５、約１６．０、約１６．５、約１７．０、約１７．５、約１８．０、約１８．５、約１９．０、約１９．５、約２０．０、約２０．５、約２１．０、約２１．５、約２２．０、約２２．５、約２３．０、約２３．５、約２４．０、約２４．５、約２５．０、約２５．５、約２６．０、約２６．５、約２７．０、約２７．５、約２８．０、約２８．５、約２９．０、約２９．５、約３０．０、約３０．５、約３１．０、約３１．５、約３２．０、約３２．５、約３３．０、約３３．５、約３４．０、約３４．５、約３５．０、約３５．５、約３６．０、約３６．５、約３７．０、約３７．５、約３８．０、約３８．５、約３９．０、約３９．５、約４０．０、約４０．５、約４１．０、約４１．５、約４２．０、約４２．５、約４３．０、約４３．５、約４４．０、約４４．５、約４５．０、約４５．５、約４６．０、約４６．５、約４７．０、約４７．５、約４８．０、約４８．５、約４９．０、約４９．５、約５０．０、約５０．５、約５１．０、約５１．５、約５２．０、約５２．５、約５３．０、約５３．５、約５４．０、約５４．５、約５５．０、約５５．５、約５６．０、約５６．５、約５７．０、約５７．５、約５８．０、約５８．５、約５９．０、約５９．５、約６０．０、約６０．５、約６１．０、約６１．５、約６２．０、約６２．５、約６３．０、約６３．５、約６４．０、約６４．５、約６５．０、約６５．５、約６６．０、約６６．５、約６７．０、約６７．５、約６８．０、約６８．５、約６９．０、約６９．５、約７０．０、約７０．５、約７１．０、約７１．５、約７２．０、約７２．５、約７３．０、約７３．５、約７４．０、約７４．５、約７５．０、約７５．５、約７６．０、約７６．５、約７７．０、約７７．５、約７８．０、約７８．５、約７９．０、約７９．５、約８０．０、約８０．５、約８１．０、約８１．５、約８２．０、約８２．５、約８３．０、約８３．５、約８４．０、約８４．５、約８５．０、約８５．５、約８６．０、約８６．５、約８７．０、約８７．５、約８８．０、約８８．５、約８９．０、約８９．５、約９０．０、約９０．５、約９１．０、約９１．５、約９２．０、約９２．５、約９３．０、約９３．５、約９４．０、約９４．５、約９５．０、約９５．５、約９６．０、約９６．５、約９７．０、約９７．５、約９８．０、約９８．５、約９９．０、約９９．５、または約１００．０μｍ、またはそこに導き出せる任意の範囲の粒子を含んでもよい。
【００７８】
本開示の一実施形態では、組成物は、組成物の全体積に対して、約３０．０体積％〜約５０．０体積％の結合剤、または約３５体積％〜約４５体積％の結合剤を含む。非限定的実施形態では、例えば、組成物は、約３０．０、約３０．５、約３１．０、約３１．５、約３２．０、約３２．５、約３３．０、約３３．５、約３４．０、約３４．５、約３５．０、約３５．５、約３６．０、約３６．５、約３７．０、約３７．５、約３８．０、約３８．５、約３９．０、約３９．５、約４０．０、約４０．５、約４１．０、約４１．５、約４２．０、約４２．５、約４３．０、約４３．５、約４４．０、約４４．５、約４５．０、約４５．５、約４６．０、約４６．５、約４７．０、約４７．５、約４８．０、約４８．５、約４９．０、約４９．５もしくは約５０．０体積％の結合剤、またはそこに導き出せる任意の範囲を含んでもよい。
【００７９】
非限定的実施形態では、例えば、炭素系材料は、黒鉛、グラフェン、元素の炭素、カーボンブラック、無定形炭素、半結晶性炭素、結晶性炭素およびカーボンナノチューブから選択される。非限定的実施形態では、例えば、カーボンナノチューブは、単層ナノチューブ、官能化単層ナノチューブ、多層ナノチューブおよび官能化多層ナノチューブから選択される。
【００８０】
非限定的実施形態では、例えば、結合剤は熱可塑性ポリマー、パラフィン、ワックス、表面剤（surface agent）およびこれらの混合物から選択される。
【００８１】
粉末射出成形プロセスの一態様では、約０．０１ＭＰａ〜約３０ＭＰａの範囲の圧力で、約１０ＭＰａ〜約２５ＭＰａの圧力で、約２０ＭＰａ〜約２５ＭＰａ、または約２０ＭＰａ〜約２３ＭＰａの圧力で、組成物を粉末射出成形装置に供給する。非限定的実施形態では、例えば、約１．０、約２．０、約３．０、約４．０、約５．０、約６．０、約７．０、約８．０、約９．０、約１０．０、約１１．０、約１２．０、約１３．０、約１４．０、約１５．０、約１６．０、約１７．０、約１８．０、約１９．０、約２０．０、約２１．０、約２２．０、約２３．０、約２４．０、約２５．０、約２６．０、約２７．０、約２８．０、約２９．０もしくは約３０．０ＭＰａ、またはそこに導き出せる任意の範囲の圧力で、組成物を射出してもよい。
【００８２】
粉末射出成形プロセスの一態様では、結合剤の第１の部分を、溶媒脱バインドにより除去する。適当な溶媒の非限定的例としては、ペンタン、およびヘキサンまたは混合物などの低沸点炭化水素溶媒が挙げられる。極性有機溶媒、水、またはこれらの混合物などのいくつかの極性溶媒も使用することができる。
【００８３】
粉末射出成形プロセスの一態様では、結合剤の第２の部分を、熱脱バインドにより除去する。本開示の一実施形態では、熱処理は、約２５℃〜約８００℃の範囲の温度で加熱することを含む。本開示の一実施形態では、熱処理を、約２５℃〜約９００℃の温度で実施する。本開示の一実施形態では、熱処理を、約２５℃〜約８５０℃の温度で実施する。本開示の一実施形態では、熱処理を、約２５℃〜約８００℃の温度で実施する。本開示の一実施形態では、熱処理を、約２５℃〜約７５０℃の温度で実施する。本開示の一実施形態では、熱処理を、約２５℃〜約７００℃の温度で実施する。
【００８４】
粉末射出成形プロセスの一態様では、組成物を焼結する。本開示の一実施形態では、焼結は約１２５０℃の温度で加熱することを含む。本開示の一実施形態では、焼結を約１０００℃〜約１５００℃の温度で実施する。本開示の一実施形態では、焼結を約１１００℃〜約１４００℃の温度で実施する。本開示の一実施形態では、焼結を約１２００℃〜約１３００℃の温度で実施する。本開示の一実施形態では、焼結を約１２２５℃〜約１２７５℃の温度で実施する。非限定的実施形態では、例えば、約１２００℃、約１２０１℃、約１２０２℃、約１２０３℃、約１２０４℃、約１２０５℃、約１２０６℃、約１２０７℃、約１２０８℃、約１２０９℃、約１２１０℃、約１２１１℃、約１２１２℃、約１２１３℃、約１２１４℃、約１２１５℃、約１２１６℃、約１２１７℃、約１２１８℃、約１２１９℃、約１２２０℃、約１２２１℃、約１２２２℃、約１２２３℃、約１２２４℃、約１２２５℃、約１２２６℃、約１２２７℃、約１２２８℃、約１２２９℃、約１２３０℃、約１２３１℃、約１２３２℃、約１２３３℃、約１２３４℃、約１２３５℃、約１２３６℃、約１２３７℃、約１２３８℃、約１２３９℃、約１２４０℃、約１２４１℃、約１２４１℃、約１２４３℃、約１２４４℃、約１２４５℃、約１２４６℃、約１２４７℃、約１２４８℃、約１２４９℃、約１２５０℃、約１２５１℃、約１２５２℃、約１２５３℃、約１２５４℃、約１２５５℃、約１２５６℃、約１２５７℃、約１２５８℃、約１２５９℃、約１２６０℃、約１２６１℃、約１２６２℃、約１２６３℃、約１２６４℃、約１２６５℃、約１２６６℃、約１２６７℃、約１２６８℃、約１２６９℃、約１２７０℃、約１２７１℃、約１２７２℃、約１２７３℃、約１２７４℃、約１２７５℃、約１２７６℃、約１２７７℃、約１２７８℃、約１２７９℃、約１２８０℃、約１２８１℃、約１２８２℃、約１２８３℃、約１２８４℃、約１２８５℃、約１２８６℃、約１２８７℃、約１２８８℃、約１２８９℃、約１２９０℃、約１２９１℃、約１２９２℃、約１２９３℃、約１２９４℃、約１２９５℃、約１２９６℃、約１２９７℃、約１２９８℃、約１２９９℃または約１３００℃またはそこに導き出せる任意の範囲の温度で、焼結を実施する。
【００８５】
チタンカーバイド強化チタン複合材を調製する方法
態様の１つでは、本開示は、以下を含む、チタンカーバイド強化チタン複合材を調製する粉末射出成形プロセスを包含する：
【００８６】
組成物を製造するために、結合剤（４０％パラフィンワックス、２７．５％ポリプロピレン、２７．９％ポリエチレン、４．５％ステアリン酸、０．００５％酸化防止剤（例えば、ペンタエリトリトールテトラキス（３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート）、チタン粉末（ＡＰ＆Ｃ；６４．４体積％）およびカーボンブラック粒子（Ｍｏｎａｒｃｈ  ８８０（ＣＳ−５８２０、Ｃａｂｏｔ社）を混合するステップ。
【００８７】
組成物をＡＢ−４００空気圧射出プレス−射出圧力２２．５ＭＰａにて、射出および成形するステップ。
【００８８】
ヘキサン中３２℃で７．５時間−溶媒脱バインドにより結合剤材料を除去し、続いて空気中で２４時間乾燥するステップ。
【００８９】
以下の手順を使用して熱脱バインドにより結合剤材料を除去するステップ：
２５〜３００℃まで２℃／分；３００℃プラトーにて３０分；
３００〜３６０℃まで２℃／分；３６０℃プラトーにて３０分；
３６０〜４２０℃まで２℃／分；４２０℃プラトーにて３０分；
４２０〜４８０℃まで２℃／分；４８０℃プラトーにて３０分；
４８０〜８００℃まで５℃／分；８００℃プラトーにて３０分；および
室温まで５℃／分にて冷却するステップ。
【００９０】
１２５０℃にて真空下８時間焼結するステップ。
【００９１】
焼結時間は約３０分〜約１０時間であることができる。
【００９２】
本開示の実施形態により調製した様々なチタンカーバイド強化チタン複合材を、表１にて説明する。例えば、複合材のマトリックス材料を構成するチタン系粉末として、ＣｐＴｉおよびＴｉ６Ａｌ４Ｖを使用した。大きさの含意−２５μｍおよび−４５μｍは、それぞれ−２５μｍ以下および−４５μｍ以下の粒子を指す。表１の実施形態では、炭素系材料はカーボンブラックであった。他の炭素系材料を使用して、上記粉末射出成形プロセスに従い、さらなる複合材料を調製することができることを理解されたい。こうした他の炭素系材料の非限定的例としては、グラフェン、元素の炭素、黒鉛、無定形炭素、半結晶性炭素、結晶性炭素、カーボンナノチューブおよびこれらの混合物が挙げられる。
【００９３】
【表１】
2017535667.tif 000003
【００９４】
粉末射出成形プロセスに供する粉末組成物を製造するために、カーボンブラックの形にある炭素系材料を、チタン系粉末および結合剤と混合した。組成物は、チタン系粉末および炭素系材料の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素系材料（例えば黒鉛）を含む。焼結後に製造された複合材料は、複合材料中のチタンおよび炭素の総重量に対して、約０．５重量％〜約３．０重量％の炭素を含む。カーボンブラック添加による、密度、微細構造および機械的性質への影響を、続いて評価した（図１〜７）。
【００９５】
図１で説明されるように、黒鉛の添加はチタンカーバイド強化チタン複合材（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−４５μｍ）の密度に影響している。カーボンブラック濃度の増加とともに、密度は著しく増加し、１％のカーボンブラック濃度でピーク値である９７．４±０．４％に達する。その上、図１で説明されるように、カーボンブラック濃度が１重量％を超えると、炭素系添加物無しで作った材料の密度に相当するレベルまで、密度は徐々に減少する結果となった。
【００９６】
図２で説明されるように、チタンカーバイド強化チタン複合材（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−４５μｍ）で観察される緻密化効果は、チタンカーバイド強化チタン複合材Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−２５μｍおよびＣｐＴｉ−４５μｍでもそれぞれ観察することができた。炭素系材料、例えばカーボンブラックの添加（約０．５重量％〜約３．０重量％）による、得られたチタン系複合材料の密度への影響は、従って、一般に任意のチタン系粉末に関して現れる。この観察は、ＴｉＣ粒子が周囲のチタン金属マトリックスと高いコヒーレンシーおよび強い界面を示すことと一致している。
【００９７】
図３は、カーボンブラック添加（１重量％）による、チタンカーバイド強化チタン複合材（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−２５μｍ）の気孔率、結晶粒径およびカーバイド形成への影響を説明する、光学顕微鏡写真を示している。図３から容易に観察されるように、炭素系材料添加の有無により製造された材料は、重要な構造上の違いを示している。カーボンブラックの添加（１重量％）により気孔数は著しく低減し、それは顕微鏡写真で黒い点で示されている。さらに、カーボンブラックの焼結中に製造されたチタンカーバイドは、顕微鏡写真で灰色の点で示されており、顕微鏡写真全体にわたって実質的に均一に分布している。その上、チタンカーバイドのインサイチュ形成は、複合材料中のチタンの結晶粒径をさらに微細にしている。
【００９８】
炭素系添加物の添加有無により、ＣｐＴｉ−４５μｍ、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−４５μｍおよびＴｉ６Ａｌ４Ｖ−２５μｍ粉末から作られた複合材料について、引張試験を実施することにより、選択された機械的性質を評価した（図４および５）。炭素系添加物のない試料と比較すると、１％カーボンブラック添加物で調製した複合材では、応力−ひずみ応答において、上方への移動が観察された。伸びの改善も観察された。この移動は、１％カーボンブラック添加物により調製された複合材に対する、最大抗張力の著しい増加と言い換えられる。
【００９９】
図６は、カーボンブラック添加（１重量％）による、チタンカーバイド強化チタン複合材（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−２５μｍ）の硬度への影響を説明する、棒グラフ図である。図７は、カーボンブラック添加（１重量％）による、チタンカーバイド強化チタン複合材（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ−２５μｍ）の摩耗への影響を説明する、棒グラフ図である。試料を摩耗試験（１１０Ｎアルミナ球、２５ｍｍ−長さストーク３０分間１Ｈｚ）に供した時、カーボンブラックの添加により、複合材料は硬度の改善、ならびに重量および体積損失の低減を示す結果となった。１重量％のカーボンブラックをチタン系粉末に添加することに起因する全体的な強化効果は、気孔率の低減、インサイチュ合成チタンカーバイドの分散、炭素の固溶体硬化、およびチタン結晶粒径の微細化（ホールペッチ効果）と関連づけることができる。
【０１００】
本開示は、現在好ましい実施例として考えられるものに関連して記載してきたが、この開示は開示された実施例に限定されないことを理解されたい。特に、本明細書で記載してきたものは説明であって非限定的な意図であり、他の変更および修正が、本明細書に添付する特許請求の範囲に規定する本発明の範囲から逸脱することなくなされうることを、当業者により理解されるであろう。特許請求の範囲は、好ましい実施形態および実施例により限定されるべきではなく、全体としての記述と一致する最も広い解釈が与えられるべきである。
【図１】
2017535667.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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