JP5809140B2 - ケイ素に富む合金 - Google Patents
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Description
変えさせる可能性がある。
(実施例)
(相関係)
図1に関連して、1つの場合にシリサイド相中のケイ素以外の第1元素はバナジウムである。バナジウムダイシリサイドは52.48重量%ケイ素である。Si−VSi2共晶反応は、図1に示されるように、97原子パーセントケイ素の組成CE,Si−VSi2および1400℃の温度TE,Si−VSi2で起こることが文献に報告されている。早
期の報告は、1370℃〜1415℃の範囲の値を含んでいた。Si−VSi2共晶構造は、図1の状態図を用いる対応線計算に基づいて11.2体積%VSi2であると予期される。
Si−V−Cr系における二元および三元合金を、熱的方法および微細構造方法を用いて研究した。試験されるあらゆる合金について、ケイ素顆粒(99.999%、Alfa
Aesar製品#38542)をバナジウム顆粒(99.7%、Alfa Aesar製品#39693)および/またはクロム粉(99.996%、Alfa Aesar製品#10452)と組み合わせてサンプルを構成した。各サンプルを、当業者に公知の通常の熱分析用の示差走査熱量計(「DSC」)の70マイクロリットルのアルミナパンに入れた。元素を、30分間流れるアルゴン下に1600℃でDSCにおいて一緒に溶融させ、100℃/分の速度で1100℃まで冷却し、試験前に1時間1100℃に保持した。次にサンプルを5℃/分の速度で1550℃まで加熱した。相転移温度は、DSC走査における吸熱ピークの存在によって特定した。観察される吸熱ピークの(または多数の熱信号を示す合金については最後の最高温度吸熱ピークの)ピーク温度を合金についての液相温度(Tm)であると見なした。
0に示す。
によって記述される。項
for the development of new light alloys.Belgium,1998)
である化学量論的固体としてモデル化した。モデルにおいてxAおよびxBは、化合物AmBnの化学量論と一致する元素AおよびBのモル分率であり、
である。標準元素基準はSERと略記される。
液相は、置換型溶液としてモデル化され、それについては
である。このモデルにおいてxiは、成分元素iのモル分率であり、
溶液相についての過剰Gibbs自由エネルギー項
溶液モデルは成分元素間の対相互作用を説明するにすぎない。
をもたらす。
である。
である。標準元素基準はSERと略記される。
項
式中、溶液相モデルについて上で提示されたように
各副格子上の相互作用がその他の副格子の占有と無関係であると仮定して、秩序相について用いられる相互作用パラメータは、*と指定される成分について形式
H,Cenzual K,編者.ASM Alloy Phase Diagrams
Center Materials Part,OH:ASM International 2007)と良く一致している。
跡である境界線によって結び付けられる。平衡条件下に、ケイ素頂点と境界線との間にある組成の液体は、冷却時に一次ケイ素を最初に形成し、残りの液体の組成は境界線に向かって移動する。残りの液体の組成が境界線に達するとき、さらなる凝固は共晶構造を形成し、混合共晶/一次ケイ素微細構造をもたらす。ケイ素頂点から離れて、境界線の向こうにある初期液体組成は、同様に凝固して一次ダイシリサイドの後に混合共晶を形成する。計算された一変形線30は、三元系における境界線に良く似ているように見え、実験により測定された境界点21〜26と線30との一致は良好である。
摩耗試験
Si−V−Cr系における二元および三元検体を、次の通り摩耗試験用に調製した。インゴットを、表20にリストアップされる、研究される組成のそれぞれについて鋳造した。各インゴットを鋳造する準備として、黒鉛坩堝(2.5インチID×5インチ深さ、品番GT001015、graphitestore.com)および黒鉛鋳型(内部寸法2.062インチW×3.75インチL×0.75インチD、品番BL001215、graphitestore.com)を空気中500℃で空気中2時間焼いて水分を除去した。所望の合金組成のために必要とされるような量のケイ素(99.98%、Dow Corning)、バナジウム顆粒(99.7%、Alfa Aesar製品#39693)およびクロム片(2〜3mm片99.995%、Alfa Aesar製品#38494)を黒鉛坩堝中に入れた。これらの量を次に、空気雰囲気中で誘導溶融させて液体合金を坩堝中で形成した。液体合金を空気雰囲気中で黒鉛鋳型へ移した。凝固したインゴットを鋳型から取り出した後、フラット0.25インチのフラット検体、1インチ平方をそれから精密切断した(Ferro−Ceramic Grinding,Inc.)。エネルギー分散分光法(「EDS」)に基づく画像分割法(imaging segmentation process)を用いて、後方散乱SEM画像からこれらの合金中の、表20に報告される、ダイシリサイド相の体積分率を推定した。
から計算した。摩耗面積Aを、試験が行われた6つの荷重のそれぞれについて測定した。検体摩耗痕跡に関する2つの異なるエリアからのそれぞれの面積値を各荷重について平均した。正規化摩耗体積を用いて比摩耗率ka=V/W(式中、Wは表20に示される、加えられた荷重(N)である)を計算した。
率
(靱性試験)
Si−Cr−V系における二元および三元合金の、ならびにHexoloy(登録商標)SA炭化ケイ素および非合金ケイ素のバーの室温靱性を、当業者に公知の、A型ノッチを使ったシェブロン−ノッチビーム(「CNB」)試験(ASTM C 1421標準)を用いて評価した。この方法においては、v−形状ノッチが検体の長方形横断面中へ機械加工される。ノッチは、亀裂の自動的な開始およびシェブロン先端から最終破壊の点までの安定した伸長を促進する。CNB試験はそれぞれ、40および20mmの外部および内部スパンを有する4点曲げ固定具と、4.5±0.5mmの直径および12.5±0.5mmの長さの鋼合釘ピンとを用いて50mm×3mm×4mmバーの形態の検体に関して行った。圧縮モードでのInstron 5500R試験機のクロスヘッドシリンダーを用いて、細長い薄板によって導かれる、内部スパン固定具を0.06mm/分の速度で押し下げた。±10μNの分解能の890N荷重セル(200lbf)(Instronのステージの下に置かれた)を用いて0.1秒毎にデータを獲得した。この獲得率は、最大荷重による滑らかな転移、または破損前の最大荷重までのその後の力増加がそれに続くポップイン事象を検出するのに十分であり、それらのどちらかが所与の試験方法の妥当性を立証する。
a11(0.95W〜1.00W)およびa12(0.95W〜1.00W)の形体を有した。これらの寸法は、ほぼ定常状態の破壊靱性が上昇R曲線材料について実現されるのを可能にすることができる、最高の比較的安定した亀裂伸長を最大荷重まで、そして最低の亀裂速度を所与の変位速度に対して生成し、試験されるケイ素ベース複合材料における安定した亀裂伝播の検出を容易にすることが分かった。
から計算した。
することができなかった。
材料のすべてが、非合金ケイ素について引用されたもの(約0.8〜1.0MPa・m1/2)の2倍より大きい2MPa・m1/2より大きい破壊靱性値を示した。
るクロムダイシリサイド相129との共晶擬コロニー型構造を示す。鋳物の側面から機械加工された合金Dの検体は、図14A〜Bに示される、中心合金D検体についてのように、しかし一見したところ鋳型壁近くでの比較的迅速な凝固中のケイ素過成長から、大きいケイ素領域が存在して、ケイ素とクロムダイシリサイドとの類似のコロニー型構造が観察された。図15A〜B、図16A〜B、および図17A〜Bはそれぞれ、それらの各ノッチ面104、102および100に平行に示された、第3配向94、第2配向92、および第1配向90で機械加工された合金Dの検体を示す。第3および第2配向94および92の合金D検体は、第1配向90の検体が有するより、それらの各ノッチ面に実質的に垂直に配向したそれらのクロムダイシリサイドの高い分率を有する。
本件の構成1によれば、
ケイ素と少なくとも1つの元素とを一緒に溶融させて、50重量%を超えるケイ素濃度を有する液体を調製する工程と、
前記液体を鋳型内に配置する工程と、
前記鋳型内で前記液体を冷却することによって、物体の少なくとも80体積%を構成する、共晶凝集体中に配置された立方晶系ケイ素とシリサイドとを同時に形成する工程と
によって形成される物体を要旨とする。
構成2は、構成1において、上昇R曲線を示すことを要旨とする。構成3は、構成1において、前記共晶凝集体の少なくとも10体積%が立方晶系ケイ素または前記シリサイドであることを要旨とする。構成4は、構成1において、前記シリサイドが第1元素と第2元素との混合ダイシリサイドであることを要旨とする。構成5は、構成1において、前記第1元素および前記第2元素がそれぞれ、バナジウム、クロム、タンタルおよびニオブの1つであることを要旨とする。構成6は、構成1において、立方晶系ケイ素と前記シリサイドとの界面が、亀裂に遭遇すると離層することができることを要旨とする。
構成7は、ケイ素と少なくとも1つの元素とを一緒に溶融させて、50重量%を超えるケイ素濃度を有する液体を形成する工程と、
前記液体を鋳型内に配置する工程と、
前記鋳型内で、前記液体を冷却し、それによって、物体の少なくとも80体積%を構成する、共晶凝集体中に配置された立方晶系ケイ素とシリサイドとを同時に形成する工程とを備える、鋳造物の製造方法を要旨とする。
構成8は、構成7において、前記物体が上昇R曲線を示すことを要旨とする。構成9は、構成7において、前記共晶凝集体の少なくとも10体積%が立方晶系ケイ素または前記シリサイドであることを要旨とする。構成10は、構成7において、前記鋳型がダイであることを要旨とする。構成11は、構成7において、前記鋳型が、前記物体の模型から製造された埋没材であることを要旨とする。構成12は、構成7において、前記液体が連続鋳造法において前記鋳型を通過することを要旨とする。構成13は、構成7において、前記鋳型が砂を含むことを要旨とする。
構成14は、立方晶系ケイ素の相と、
組成物の80体積%以上を構成する、立方晶系ケイ素の前記相とともに共晶凝集体中に配置された、ケイ素以外の第1元素を含む相と
を含む組成物であって、上昇R曲線を示し、かつ50重量%超のケイ素濃度を有する組成物を要旨とする。
構成15は、構成14において、少なくとも1.2MPa・m 1/2 の破壊靱性を有することを要旨とする。構成16は、構成14において、少なくとも2MPa・m 1/2 の破壊靱性を有することを要旨とする。構成17は、構成14において、少なくとも3MPa・m 1/2 の破壊靱性を有することを要旨とする。構成18は、構成14において、25℃で上昇R曲線を示すことを要旨とする。構成19は、構成14において、鋳物であることを要旨とする。構成20は、構成14において、立方晶系ケイ素の前記相とケイ素以外の第1元素を含む前記相とが変則的な共晶構造に配置されていることを要旨とする。構成21は、構成14において、前記共晶凝集体が種々の配向の局所領域を含むことを要旨とする。構成22は、構成14において、 ケイ素以外の第1元素を含む前記相が、第2元素を含む混合ダイシリサイド相であることを要旨とする。構成23は、構成14において、ケイ素以外の第1元素を含む前記相が、第2元素を含む混合ダイシリサイド相であり、前記第1元素および前記第2元素が、共通の結晶構造のダイシリサイドを形成し、かつ前記組成物が2MPa・m 1/2 より大きい破壊靱性を有することを要旨とする。構成24は、構成14において、前記ケイ素濃度が60重量%より大きいことを要旨とする。構成25は、構成14において、前記ケイ素濃度が75重量%より大きいことを要旨とする。構成26は、構成14において、塑性流動できる金属結合相を含むことを要旨とする。、請求項14に記載の組成物。構成27は、構成26において、前記金属結合相がスズ銀、アルミニウムまたは鉛を含むことを要旨とする。
構成28は、立方晶系ケイ素の相と;
組成物の80体積%以上を構成する立方晶系ケイ素の前記相とともに共晶凝集体中に配置された、ケイ素以外の第1元素を含む第1シリサイド相であって、前記共晶凝集体が固有の間隔λを有する相と
を含む組成物であって、50重量%超のケイ素濃度、10λより大きい厚さ、および1.2MPa・m 1/2 より大きい破壊靱性を有する組成物を要旨とする。
構成29は、構成28において、前記破壊靱性が2MPa・m 1/2 より大きいことを要旨とする。構成30は、構成28において、前記破壊靱性が3MPa・m 1/2 より大きいことを要旨とする。構成31は、構成28において、前記破壊靱性が4MPa・m 1/2 より大きいことを要旨とする。構成32は、構成28において、前記破壊靱性が5MPa・m 1/2 より大きいことを要旨とする。構成33は、構成28において、前記破壊靱性が6MPa・m 1/2 より大きいことを要旨とする。構成34は、構成28において、前記厚さが20λより大きいことを要旨とする。構成35は、構成28において、前記厚さが100λより大きいことを要旨とする。構成36は、構成28において、前記ケイ素濃度が60重量%より大きいことを要旨とする。構成37は、構成28において、前記ケイ素濃度が75重量%より大きいことを要旨とする。構成38は、構成28において、前記共晶凝集体が前記組成物の90体積%以上を構成することを要旨とする。構成39は、構成28において、 前記共晶凝集体が前記組成物の95体積%以上を構成することを要旨とする。構成40は、構成28において、前記固有の間隔λが5μm未満であることを要旨とする。構成41は、構成28において、前記固有の間隔λが10μm未満であることを要旨とする。構成42は、構成28において、前記固有の間隔λが40μm未満であることを要旨とする。構成43は、構成28において、前記第1元素が、バナジウム、クロム、ニオブ、およびタンタルの1つであることを要旨とする。構成44は、構成28において、前記第1元素が、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タリウム、モリブデン、タングステン、鉄、オスミウム、コバルト、ニッケル、ストロンチウム、およびマグネシウムの1つであることを要旨とする。構成45は、構成28において、前記第1元素が、スカンジウムおよびイットリウムの1つであることを要旨とする。構成46は、構成2
8において、 前記第1元素が、マンガンおよびレニウムの1つであることを要旨とする。構成47は、構成28において、前記第1元素が遷移金属であることを要旨とする。構成48は、構成28において、 前記第1元素がアルカリまたはアルカリ土類金属であることを要旨とする。構成49は、構成28において、前記第1元素のシリサイドが、50原子パーセントケイ素超のケイ素濃度でケイ素と二元共晶系を形成することを要旨とする。構成50は、構成28において、前記第1元素のシリサイドが、75原子パーセントケイ素超のケイ素濃度でケイ素と二元共晶物を形成することを要旨とする。構成51は、構成28において、前記第1元素のシリサイドが、90原子パーセントケイ素超のケイ素濃度でケイ素と二元共晶物を形成することを要旨とする。構成52は、構成28において、前記第1シリサイド相がケイ素以外の第2元素をさらに含むことを要旨とする。構成53は、構成52において、前記第1元素がバナジウムであり、前記第2元素がクロムであることを要旨とする。構成54は、構成52において、第1共晶組成が、ケイ素と前記第1元素のシリサイドとの間に存在し、第2共晶組成が、ケイ素と前記第2元素のシリサイドとの間に存在し、かつ前記第1共晶組成と前記第2共晶組成とを結び付ける曲線上にある液体組成が冷却時に共晶凝固を受けることを要旨とする。構成55は、構成54において、前記第1元素のシリサイド、前記第2元素のシリサイド、および前記第1シリサイド相が共通の結晶構造中に存在することを要旨とする。構成56は、構成54において、前記共晶凝集体が、前記曲線上にある液体組成を冷却することによって形成されることを要旨とする。請求項54に記載の組成物。構成57は、構成54において、ケイ素、前記第1元素および前記第2元素が、前記曲線上の点でのケイ素、前記第1元素および前記第2元素の各濃度の1原子パーセント内のそれぞれ各濃度で存在することを要旨とする。構成58は、構成28において、前記共晶凝集体中に配置された第2シリサイド相をさらに含むことを要旨とする。構成59は、構成28において、前記共晶凝集体が2つの相を含むことを要旨とする。構成60は、構成59において、前記シリサイド相および立方晶系ケイ素の前記相の1つが、前記共晶凝集体の少なくとも10体積%を占めることを要旨とする。構成61は、構成59において、前記第1シリサイド相が、少なくとも第1元素と第2元素との混合シリサイドであることを要旨とする。構成62は、構成61において、前記混合シリサイドが混合ダイシリサイドであることを要旨とする。構成63は、構成62において、前記第1元素がクロムであり、前記第2元素がバナジウムであることを要旨とする。構成64は、構成28において、上昇R曲線を示すことを要旨とする。構成65は、構成28において、前記第1シリサイド相および立方晶系ケイ素の前記相が、液体を冷却することによって同時に形成されることを要旨とする。構成66は、構成28において、塑性流動できる金属結合相をさらに含むことを要旨とする。構成67は、構成66において、前記金属結合相がスズ銀、アルミニウムまたは鉛を含むことを要旨とする。構成68は、構成28において、炭化タングステン対応体を使ったボールオンディスク試験によって測定されるように5×10 −14 m 2 /N以下の比摩耗率を有することを要旨とする。構成69は、構成28において、 炭化タングステン対応体を使ったボールオンディスク試験によって測定されるように2×10 −14 m 2 /N以下の比摩耗率を有することを要旨とする。
構成70は、立方晶系ケイ素の相と、
組成物の80体積%以上を構成する共晶凝集体中に立方晶系ケイ素の前記相とともに配置された、ケイ素以外の第1元素を含む第1シリサイド相であって、前記共晶凝集体が固有の間隔λを有する相と
を含む組成物であって、50重量%超のケイ素濃度および100λより大きい厚さを有する組成物を要旨とする。
構成71は、立方晶系ケイ素の相と、
組成物の80体積%以上を構成する共晶凝集体中に立方晶系ケイ素の前記相とともに配置された、ケイ素以外の第1元素を含む第1ダイシリサイド相であって、前記共晶凝集体が固有の間隔λを有する相と
を含む組成物であって、50重量%超のケイ素濃度および10λより大きい厚さを有する
組成物を要旨とする。
構成72は、構成71において、上昇R曲線を示すことを要旨とする。構成73は、構成71において、約2MPa・m 1/2 より大きい破壊靱性を有することを要旨とする。構成74は、構成71において、前記ケイ素濃度が75重量%より大きいことを要旨とする。構成75は、構成71において、前記固有の間隔λが5μm未満であることを要旨とする。構成76は、構成71において、前記固有の間隔λが10μm未満であることを要旨とする。構成77は、構成71において、前記固有の間隔λが40μm未満であることを要旨とする。構成78は、構成71において、前記厚さが100λより大きいことを要旨とする。構成79は、構成71において、前記厚さが100λより大きく、前記組成物が約2MPa・m 1/2 より大きい破壊靱性を有することを要旨とする。構成80は、構成79において、上昇R曲線を示すことを要旨とする。構成81は、構成71において、前記第1元素が遷移金属であることを要旨とする。構成82は、構成71において、前記第1元素がバナジウムであることを要旨とする。構成83は、構成71において、前記第1元素がクロムであることを要旨とする。構成84は、構成71において、前記第1元素がニオブであることを要旨とする。構成85は、構成71において、前記第1ダイシリサイド相が、ケイ素以外の第2元素をさらに含む混合ダイシリサイドであり、第1共晶組成が、ケイ素と前記第1元素のダイシリサイドとの間に存在し、第2共晶組成が、ケイ素と前記第2元素のダイシリサイドとの間に存在し、かつ前記第1共晶組成と前記第2共晶組成とを結び付ける曲線上にある液体組成が冷却時に共晶凝固を受けることを要旨とする。構成86は、構成85において、前記第1元素のダイシリサイド、前記第2元素のダイシリサイド、および前記第1ダイシリサイド相が共通の結晶構造中に存在することを要旨とする。構成87は、構成85において、前記共晶凝集体が、前記曲線上にある液体組成を冷却することによって形成されることを要旨とする。構成88は、構成85において、ケイ素、前記第1元素および前記第2元素が、前記曲線上の点でのケイ素、前記第1元素および前記第2元素の各濃度の2原子パーセント内のそれぞれ各濃度で存在することを要旨とする。構成89は、構成88において、前記第1元素がバナジウムであり、前記第2元素がクロムであることを要旨とする。構成90は、構成89において、前記混合ダイシリサイドがニオブおよびタンタルの1つをさらに含むことを要旨とする。構成91は、構成88において、前記第1元素がニオブであり、前記第2元素がタンタルであることを要旨とする。構成92は、構成71において、 前記共晶凝集体中に配置された追加のシリサイド相をさらに含むことを要旨とする。構成93は、構成66において、前記共晶凝集体が2つの相を含むことを要旨とする。構成94は、構成93において、前記第1ダイシリサイド相および立方晶系ケイ素の前記相の1つが、前記共晶凝集体の少なくとも10体積%を占めることを要旨とする。構成95は、構成71において、 前記第1ダイシリサイド相が、少なくとも前記第1元素とケイ素以外の第2元素との混合ダイシリサイドであることを要旨とする。構成96は、構成95において、前記シリサイド相および立方晶系ケイ素の前記相の1つが、前記共晶凝集体の少なくとも10体積%を占め、かつ組成物が2MPa・m 1/2 より大きい破壊靱性を有することを要旨とする。構成97は、構成96において、 前記第1元素および前記第2元素がそれぞれ、バナジウム、クロム、タンタルおよびニオブの1つであることを要旨とする。構成98は、構成71において、塑性流動できる金属結合相をさらに含むことを要旨とする。構成99は、構成71において、炭化タングステン対応体を使ったボールオンディスク試験によって測定されるように5×10 −14 m 2 /N以下の比摩耗率を有することを要旨とする。
構成100は、ケイ素とバナジウムダイシリサイドとの間の共晶組成を、ケイ素とクロムダイシリサイドとの間の共晶組成と結び付ける曲線上の点でのケイ素、バナジウムおよびクロムの各濃度の2原子パーセント内のそれぞれ各濃度で、
約50重量%より大きい濃度でケイ素、
バナジウム、および
クロム
を含み、前記曲線上にある液体が冷却時に共晶凝固を受ける、組成物であって、上昇R曲
線を示す組成物を要旨とする。
構成101は、構成100において、前記ケイ素、バナジウムおよびクロムを含有する2相共晶凝集体を含むことを要旨とする。構成102は、構成101において、立方晶系ケイ素の相および混合ダイシリサイド相の1つが、前記2相共晶凝集体の少なくとも10体積%を占めることを要旨とする。構成103は、構成100において、ケイ素が約75重量%より大きい濃度で存在することを要旨とする。構成104は、構成100において、特定の方法によって測定される前記組成物の破壊靱性が、同じ方法によって測定されるケイ素の破壊靱性の2倍より大きいことを要旨とする。構成105は、構成101において、 前記2相共晶凝集体がタンタルまたはニオブを含むことを要旨とする。構成106は、構成100において、ケイ素、バナジウムおよびクロムの前記各濃度がそれぞれ、前記曲線上のある点でのケイ素、バナジウムおよびクロムの各濃度の1原子パーセント内であることを要旨とする。
Claims (61)
- 立方晶系ケイ素の相と、
第1の金属元素を含んでなる第1シリサイド相であって、該第1シリサイド相は前記立方晶系ケイ素の相とともに共晶凝集体中に配置され、前記共晶凝集体は組成物の80体積%以上を構成し、かつ前記共晶凝集体は様々な配向の局所領域を含んでなる、第1シリサイド相と
を含む組成物であって、上昇R曲線を示し、かつ50重量%超のケイ素濃度を有する組成物。 - 立方晶系ケイ素の相と、
第1の金属元素を含んでなる第1シリサイド相であって、該第1シリサイド相は前記立方晶系ケイ素の相とともに共晶凝集体中に配置され、前記共晶凝集体は組成物の80体積%以上を構成し、前記共晶凝集体が固有の間隔λを有し、かつ様々な配向の局所領域を含んでなる、第1シリサイド相と
を含む組成物であって、50重量%超のケイ素濃度、10λより大きい厚さ、および1.2MPa・m1/2より大きい破壊靱性を有する組成物。 - 立方晶系ケイ素の相と、
第1の金属元素を含んでなる第1シリサイド相であって、該第1シリサイド相は前記立方晶系ケイ素の相とともに共晶凝集体中に配置され、前記共晶凝集体は組成物の80体積%以上を構成し、前記共晶凝集体が固有の間隔λを有し、かつ様々な配向の局所領域を含んでなる、第1シリサイド相と
を含む組成物であって、50重量%超のケイ素濃度および100λより大きい厚さを有する組成物。 - 立方晶系ケイ素の相と、
第1の金属元素のダイシリサイドを含んでなる第1シリサイド相であって、該第1シリサイド相は前記立方晶系ケイ素の相とともに共晶凝集体中に配置され、前記共晶凝集体は組成物の80体積%以上を構成し、前記共晶凝集体が固有の間隔λを有し、かつ様々な配向の局所領域を含んでなる、第1シリサイド相と
を含む組成物であって、50重量%超のケイ素濃度および10λより大きい厚さを有する組成物。 - 立方晶系ケイ素の相と、
第1の金属元素を含んでなる第1シリサイド相であって、該第1シリサイド相は前記立方晶系ケイ素の相とともに共晶凝集体中に配置され、前記共晶凝集体は組成物の80体積%以上を構成する第1シリサイド相と
を含む組成物であって、前記組成物は、上昇R曲線を示し、塑性流動できる金属結合相を含んでなり、かつ50重量%超のケイ素濃度を有する組成物。 - 立方晶系ケイ素の相と、
第1の金属元素を含んでなる第1シリサイド相であって、該第1シリサイド相は前記立方晶系ケイ素の相とともに共晶凝集体中に配置され、前記共晶凝集体は組成物の80体積%以上を構成し、前記共晶凝集体が固有の間隔λを有する第1シリサイド相と
を含む組成物であって、前記組成物は、50重量%超のケイ素濃度を有し、10λより大きい厚さを有し、塑性流動できる金属結合相を含んでなり、かつ1.2MPa・m1/2より大きい破壊靱性を有する、組成物。 - 立方晶系ケイ素の相と、
第1の金属元素を含んでなる第1シリサイド相であって、該第1シリサイド相は前記立方晶系ケイ素の相とともに共晶凝集体中に配置され、前記共晶凝集体は組成物の80体積%以上を構成し、前記共晶凝集体が固有の間隔λを有する、第1シリサイド相と
を含む組成物であって、前記組成物は、50重量%超のケイ素濃度および100λより大きい厚さを有し、かつ塑性流動できる金属結合相を含んでなる、組成物。 - 立方晶系ケイ素の相と、
第1の金属元素のダイシリサイドを含んでなる第1シリサイド相であって、該第1シリサイド相は前記立方晶系ケイ素の相とともに共晶凝集体中に配置され、前記共晶凝集体は組成物の80体積%以上を構成し、前記共晶凝集体が固有の間隔λを有する、第1シリサイド相と
を含む組成物であって、前記組成物は、50重量%超のケイ素濃度および10λより大きい厚さを有し、かつ塑性流動できる金属結合相を含んでなる、組成物。 - 上昇R曲線を示す、請求項2乃至4および6乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 25℃で上昇R曲線を示す、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 立方晶系ケイ素と第1の金属元素を含む前記相との界面が、亀裂に遭遇すると離層することができる、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 少なくとも1.2MPa・m1/2の破壊靱性を有する、請求項1、3乃至5、7、8のいずれか一項に記載の組成物。
- 少なくとも2MPa・m1/2の破壊靱性を有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1の金属元素が遷移金属である、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1の金属元素が、バナジウム、クロム、ニオブ、およびタンタルの1つである、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。 - 前記第1の金属元素が、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タリウム、モリブデン、タングステン、鉄、オスミウム、コバルト、ニッケル、ストロンチウム、およびマグネシウムの1つである、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1の金属元素が、スカンジウムおよびイットリウムの1つである、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1の金属元素が、マンガンおよびレニウムの1つである、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1の金属元素がアルカリまたはアルカリ土類金属である、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 鋳物である、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 立方晶系ケイ素の前記相と前記第1シリサイド相とが変則的な共晶構造に配置されている、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1シリサイド相が、第2元素を含む混合ダイシリサイド相である、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1シリサイド相が、第2元素を含む混合ダイシリサイド相であり、前記第1の金属元素および前記第2元素が、共通の結晶構造のダイシリサイドを形成し、かつ前記組成物が2MPa・m1/2より大きい破壊靱性を有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 塑性流動できる金属結合相を含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記金属結合相がスズ、銀、アルミニウムまたは鉛を含む、請求項5乃至8及び24に記載の組成物。
- 前記共晶凝集体は固有の間隔λを有し、前記組成物の厚さが20λより大きい、請求項1、2、4乃至6、8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記共晶凝集体の固有の間隔λが5μm未満である、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1の金属元素のシリサイドが、50原子パーセントケイ素超のケイ素濃度でケイ素と二元共晶系を形成する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1シリサイド相がケイ素以外の第2の金属元素をさらに含む、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1の金属元素がバナジウムであり、前記第2の金属元素がクロムである、請求項29に記載の組成物。
- 第1共晶組成が、ケイ素と前記第1の金属元素のシリサイドとの間に存在し、
第2共晶組成が、ケイ素と前記第2の金属元素のシリサイドとの間に存在し、かつ
前記第1共晶組成と前記第2共晶組成とを結び付ける曲線上にある液体組成が冷却時に共晶凝固を受ける、請求項29に記載の組成物。 - 前記第1の金属元素のシリサイド、前記第2の金属元素のシリサイド、および前記第1シリサイド相が共通の結晶構造中に存在する、請求項31に記載の組成物。
- 前記共晶凝集体が、前記曲線上にある液体組成を冷却することによって形成される、請求項31に記載の組成物。
- ケイ素、前記第1の金属元素および前記第2の金属元素が、前記曲線上の点でのケイ素、前記第1の金属元素および前記第2の金属元素の各濃度の1原子パーセント内のそれぞれ各濃度で存在する、請求項31に記載の組成物。
- 前記第1シリサイド相および前記立方晶系ケイ素の相のうちの1つが、前記共晶凝集体の少なくとも10体積%を占める、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記第1シリサイド相が、少なくとも第1の金属元素と第2の金属元素との混合シリサイドである、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記混合シリサイドが混合ダイシリサイドである、請求項36に記載の組成物。
- 前記第1の金属元素がクロムであり、前記第2の金属元素がバナジウムである、請求項37に記載の組成物。
- 炭化タングステン対応体を使ったボールオンディスク試験によって測定されるように5×10−14m2/N以下の比摩耗率を有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の組成物。
- ケイ素とバナジウムダイシリサイドとの間の共晶組成を、ケイ素とクロムダイシリサイドとの間の共晶組成と結び付ける曲線上の点でのケイ素、バナジウムおよびクロムの各濃度の2原子パーセント内のそれぞれ各濃度で、
50重量%より大きい濃度でケイ素、
バナジウム、および
クロム
を含み、前記曲線上にある液体が冷却時に共晶凝固を受ける、組成物であって、上昇R曲線を示す組成物。 - 前記ケイ素、バナジウムおよびクロムを含有する2相共晶凝集体を含む、請求項40に記載の組成物。
- 立方晶系ケイ素の相と混合ダイシリサイド相のうちの一方は前記2相共晶凝集体の少なくとも10体積%を占める、請求項41に記載の組成物。
- ケイ素は75重量%以上の濃度で含まれる、請求項40に記載の組成物。
- 前記組成物は特定の方法で測定した破壊靭性が前記方法で測定したケイ素の破壊靭性の2倍を超える、請求項40に記載の組成物。
- 前記2相共晶凝集体はタンタルまたはニオブを含んでなる、請求項41に記載の組成物。
- ケイ素、バナジウムおよびクロムの前記各濃度がそれぞれ、前記曲線上のある点でのケイ素、バナジウムおよびクロムの各濃度の1原子パーセント内である、請求項40に記載の組成物。
- ケイ素と少なくとも1つの金属元素とを一緒に溶融させて、50重量%を超えるケイ素濃度を有する液体を形成する工程と、
前記液体を鋳型内に配置する工程と、
前記鋳型内で、前記液体を冷却し、それによって、物体の少なくとも80体積%を構成する、共晶凝集体中に配置された立方晶系ケイ素と金属シリサイドとを同時に形成する工程とを備え、
前記共晶凝集体は様々な配向の局所領域を含んでなる、鋳造物の製造方法。 - ケイ素と少なくとも1つの金属元素とを一緒に溶融させて、50重量%を超えるケイ素濃度を有する液体を形成する工程と、
前記液体を鋳型内に配置する工程と、
前記鋳型内で、前記液体を冷却し、それによって、物体の少なくとも80体積%を構成する、共晶凝集体中に配置された立方晶系ケイ素と金属シリサイドとを同時に形成する工程とを備え、
鋳造物は塑性流動できる金属結合相を含んでなる、鋳造物の製造方法。 - 前記鋳造物が上昇R曲線を示す、請求項47または48に記載の方法。
- 前記共晶凝集体の少なくとも10体積%が立方晶系ケイ素または前記金属シリサイドである、請求項47または48に記載の方法。
- 前記鋳型がダイである、請求項47または48に記載の方法。
- 前記鋳型が、前記鋳造物の模型から製造された埋没材である、請求項47または48に記載の方法。
- 前記液体が連続鋳造法において前記鋳型を通過する、請求47または48に記載の方法。
- 前記鋳型が砂を含む、請求項47または48に記載の方法。
- ケイ素と少なくとも1つの金属元素とを一緒に溶融させて、50重量%を超えるケイ素濃度を有する液体を調製する工程と、
前記液体を鋳型内に配置する工程と、
前記鋳型内で前記液体を冷却することによって、物体の少なくとも80体積%を構成する、共晶凝集体中に配置された立方晶系ケイ素と金属シリサイドとを同時に形成する工程と
によって形成され、前記共晶凝集体は様々な配向の局所領域を含んでなる、物体。 - ケイ素と少なくとも1つの金属元素とを一緒に溶融させて、50重量%を超えるケイ素濃度を有する液体を調製する工程と、
前記液体を鋳型内に配置する工程と、
前記鋳型内で前記液体を冷却することによって、物体の少なくとも80体積%を構成する、共晶凝集体中に配置された立方晶系ケイ素とシリサイドとを同時に形成する工程とによって形成される物体において、前記物体は塑性流動できる金属結合相を含んでなる、物
体。 - 上昇R曲線を示す、請求項55または56に記載の物体。
- 前記共晶凝集体の少なくとも10体積%が立方晶系ケイ素または前記金属シリサイドである、請求項55または56に記載の物体。
- 前記金属シリサイドが第1元素および第2元素を含む混合ダイシリサイドである、請求項55または56に記載の物体。
- 前記第1元素および前記第2元素がそれぞれ、バナジウム、クロム、タンタルおよびニオブの1つである、請求項59に記載の物体。
- 立方晶系ケイ素と前記金属シリサイドとの界面は、亀裂に遭遇すると離層することができる、請求項55または56に記載の物体。
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