JP2002504186A - 改良された金属マトリックス複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 炭化ホウ素を基礎材料金属へのセラミック添加材として用いた改良された金属マトリックス複合材を提供する。基礎材料金属は、粉末状のアルミニウム、マグネシウム又はチタン又はそれらの合金を主成分とし、残部がクロム、銅、鉄、マグネシウム、ケイ素、チタン及び亜鉛等の各種の微量金属からなる。炭化ホウ素の粉末は、金属マトリックス複合材全体の１０〜３０重量％を占めるものとし、少くとも１種類の他の金属添加材を含むものとする。この金属マトリックス複合材は、軽量、強度、剛性、硬度、及び低密度が望まれる種々の用途に有用であり、その上、押出し及び溶接が容易である。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された金属マトリックス複合材技術分野 本発明は、一般には、金属マトリックス（母材）組成物に関する。そのような 組成物又は複合材は、例えばアルミニウム、チタン又はマグネシウムのような１ 種類又は１種類以上の基礎材金属と、その基礎材金属の特性を積極的に変更する ために基礎材金属に添加された選択された比率（％）のセラミック材からなる。 セラミック材の添加によって基礎材金属の強度、硬度及び延伸性が増大される。 延伸性は、そのような複合材からいろいろな物品を製造するのを容易にする。よ り具体的にいえば、本発明は、好ましい実施形態では添加セラミック材として炭 化ホウ素を用いる改良された金属マトリックス複合材に関する。この複合材は、 現在入手し得るこの基礎金属材の合金と比較すると、より軽量で、より高い強度 及び剛性を有し、かつより高い疲労強度を有し、その上、従来技術の金属マトリ ックス、金属複合材、及び特に、同等の価格の金属マトリックス複合材と比較し ても、より軽量で、より高い強度及び剛性を有し、かつより高い疲労強度を有す る複合材をもたらす新規な製造方法によって得られる。 本出願は、米国特許願第０８／１８３，７２８号（現在は米国特許第５，４８ ６，２２３号）の分割出願である１９９５年９月２９日付けで出願された米国特 許願第０８／５３６，６９５号の一部継続出願である。背景技術 近年、金属マトリックス組成物又は複合材は、いろいろな用途に適用される材 料として好評を得てきている。この新しい材料族が好評を得るようになった理由 は、剛性、強度及び摩耗特性が改善されたことにある。基本の金属マトリックス 複合材は、典型的には、アルミニウム、チタン又はマグネシウムを基礎材金属と して作られる。この基礎材金属にある比率のセラミックが添加される。添加材と して用いられる代表的なセラミックは、炭化ホウ素、炭化ケイ素、二ホウ化チタ ン、炭化チタン、酸化アルミニウム、窒化ケイ素等である。大抵の既知の金属マ トリックス複合材は、溶融金属内へセラミック補強材を導入することによって製 造される。金属マトリックス複合材の大規模生産工程においては、セラミック補 強材は、メルト（融成物）への導入を容易にするために液状（溶融）金属によっ て湿潤される（濡らされる）性質のものでなければならない。炭化ケイ素とアル ミニウムを用いるこの種の金属マトリックス複合材の場合は、炭化ケイ素が溶融 アルミニウム中で熱力学的に不安定であり、その結果として、炭化ケイ素とアル ミニウムの界面において炭化アルミニウムが形成され、固化過程中マトリックス 中のケイ素の濃度が高くなる。この界面反応は、界面強度を低下させ、組成を変 更するので、最終的に得られる複合材の機械的特性に悪影響を及ぼすと考えられ る。 近年、金属マトリックス複合材製造方法の有力な代替法として、高密度のグリ ーン（生又は未処理）塊体を得るために用いられる真空焼結法とともに熱間プレ ス及び慣用の粉末冶金工程により粉末を団結（圧縮結合）することによって金属 マトリックス複合材を製造する粉末冶金団結法が開発された。ある種の等圧プレ ス法と焼結法を用いることによって、９９％の理論密度を有するビレットが得ら れる。 本発明の教示によれば、金属マトリックス複合材に使用するための補強材候補 として最も望ましいセラミックは炭化ホウ素であることが分かった。炭化ホウ素 は、現在知られている材料の中で三番目に硬い材料であり、トン単位で生産され る材料としては最も硬い材料である。炭化ホウ素粉末は、ホウ素酸化物、ホウ砂 、方ホウ石等の幾つかのホウ素−酸素化合物のうちの任意のものを炭素還元する 方法や、幾つかの元素を直接組合せる方法等のいろいろな方法によって形成する ことができる。通常、大抵の商業用炭化ホウ素は、アーク炉で生産される。この 生産方法においては、コークスの形の炭素と共に酸化ホウ素が添加され、非常な 高温にまで加熱される。炉内のグラファイト電極間に電気アークが維持され、大 量の一酸化炭素が放出されることによって合成反応が行われる。一酸化炭素ガス の排出と処理が炉の設計上の重要な配慮事項となる。 炭化ホウ素は、金属マトリックス複合材技術において通常用いられるセラミッ クのうちで最も軽い物質であるが、非常に硬く、高価である。その硬さが押出適 性を制限する。従って、炭化ホウ素のような進歩したセラミックを利用するが、 従来技術とは違って各種物品の製造を容易にする押出適性の良好な金属マトリッ クス複合材を製造することができれば、極めて有利である。そのような改良され た金属マトリックス複合材で形成された物品は、基礎材金属だけを用いて形成さ れた均等の物品に比べて特に優れた強度及び剛性を有することになる。発明の開示 本発明は、ここに開示された好ましい実施形態では、基礎材金属に対するセラ ミック添加材を利用する改良された金属マトリックス複合材（以下、単に「複合 材」とも称する）を提供する。本発明の製造方法は、溶融工程を介して製造しな いという点で他の多くの金属マトリックス複合材の製造方法とは異なる。詳述す れば、炭化ホウ素をアルミニウム、ニッケル、亜鉛、マグネシウム、チタン又は 他の基礎材金属と共に溶融するのではなく、本発明の金属マトリックス複合材の 製造は、各種の元素のすべての粉末をジェットミルによって混合することから始 める。ジェットミルは、基本的には、粉末物質を均一に混合し、層状化及び沈降 を回避するために用いられる空気ブラスター（空気噴射器）である。各種の元素 の粒子（粉末）は、十分に混合された後、ダイを通して円筒形容器内へ導入され 、その容器内で極めて高い圧力を受け、固体インゴットに変換される。これらの インゴットから押出管やその他の製造物品を形成することができる。このように して製造された本発明の実施例の改良された炭化ホウ素の金属マトリックス複合 材は、７０００シリーズのアルミニウム合金材のどの材料と比較しても、重量に おいて６０％軽く、強度において３０％高く、剛性において４０〜４５％高く、 疲労強度において５０％高い。さらに、本発明の金属マトリックス複合材は、従 来技術において入手し得る大抵の一般的な金属マトリックス複合材と比較して、 重量が７〜８％軽く、強度が２６％高く、剛性が５％高く、疲労強度が３５〜４ ０％高い。 ここに開示した一実施形態においては、基礎材金属は、粉体とされた、好まし くは９７％の純度を有するアルミニウム、マグネシウム、チタン又はそれらの合 金とし、残部は、クロム、銅、鉄、マグネシウム、ケイ素、チタン、亜鉛等のい ろいろな微量金属で構成する。炭化ホウ素の粉末は、２〜１９ミクロンの範囲の 粒度で、ほぼ８．４ミクロンの平均粒度を有する純度９９．５％の炭化ホウ素で ある。本発明の１つの代表的な実施形態においては、基礎材金属は、アルミニウ ム合金６０６１Ｔ−６から選択され、それにほぼ１２重量％の上述した炭化ホウ 素粉末を添加し、それに０．１〜０．４％の量のケイ素と、０．０５〜０．４％ の量の鉄及び０．０５〜０．４％の量のアルミニウムを添加する。さらに、少く とも１種類の他の金属添加材を加える。得られた複合材の根元となる炭化ホウ素 材は、ほぼ７７％のホウ素含有量及びほぼ２２％の炭素含有量であった。 上述した材料から後述する本発明の製造方法に従って製造された金属マトリッ クス複合材は、典型的な例では、約６２〜１０８ｋｓｉの引張強度、約５８〜９ ７ｋｓｉの降伏強度、及び約１４．２５〜１４．５０ｍｓｉの弾性係数（率）を 有する複合材である。さらに、得られた複合材は、クロム合金鋼とほぼ同等の硬 度を有するが、アルミニウム合金よりも低い密度を有する。 重要なことは、本発明の複合材は、押出し適性が良い（押出し易い）ことであ る。本発明の金属マトリックス複合材のインゴットは、ダイインサート（交換自 在のダイ）の寿命を大幅に延長する二ホウ化チタン製のダイ軸受材を通して押出 される。別法として、このダイ軸受材は、炭化ホウ素、窒化炭素、炭化チタンの ようなプラズマ蒸着により生成されたセラミック、又は、窒化チタンのような化 学的メッキ法により生成されたセラミックであってもよい。さらに、本発明の金 属マトリックス複合材は、溶接適性が良い（溶接し易い）。実際、本発明の複合 材の被覆された炭化ホウ素の粒子は溶融して、非常に強固な溶接部を生成する溶 接プールとなる。 かくして、本発明は、いろいろな形状の物品の製造に非常に適するばかりでな く、後で詳述するように慣用の溶接法によりそれらの物品を相互に結合するのに も適している。 従って、本発明の主要な目的は、軽量、高強度、高硬度等の優れた特性を有す るある種の製造物品の製造に資する有利な特性及び加工性を発揮する改良された 金属マトリックス複合材を提供することである。 本発明の他の目的は、自転車のフレーム等の軽量指向の用途の構造部材として 使用するのに特に適しており、しかも、同様の構造体に用いられる同等の在来材 料と同じか、又はそれより安い価格で同等の又はより優れた強度及び硬度を有す る改良された金属マトリックス複合材を提供することである。 本発明のさらに他の目的は、アルミニウムより軽量で高い剛性を有し、かつ、 スチールに匹敵する硬度を有し、破壊抵抗が極めて高く、しかも、良好な押出適 性及び溶接性を有し、それによって、極めて高強度の軽量構造部材を妥当なコス トで製造することを可能にする改良された金属マトリックス複合材を提供するこ とである。 本発明のさらに他の目的は、優れた硬度、強度及び密度特性を有し、かつ、例 えば自転車及びその他の車両のフレーム及び部品、エンジン部品、飛行機部品、 工具類、テニスラケット、バドミントンラケット、野球バット、弓、ゴルフクラ ブのシャフト、ホッケー及びラクロスのスティック等の各種スポーツ用具、眼鏡 枠、自動車部品、エレクトロニクス部品、家具、医療器具、電池ハウジング、核 物質遮蔽材、船舶用部品、ロボット、カートとシート（座席）、グルメ調理器具 、玩具のケーシング、高圧容器、タンクライニング、及び装甲板等の、相互に容 易に結合することができるいろいろな構造部材の製造に用いるのに適する押出適 性及び溶接性を有する改良された金属マトリックス複合材を製造する方法を提供 することである。発明を実施するための最良の形態 本発明の好ましい実施形態では、基礎材金属としてアルミニウム合金を使用し 、添加セラミック材として炭化ホウ素を用いる。製造方法の好ましい実施形態で は、アルミニウム合金を金属分末として準備し、それを、処理された、特定の化 学的属性及び粒度を有するミルド（ミルによって粉砕された）炭化ホウ素粒子と 混合する。この炭化ホウ素は、純度が少くとも９９．５％で、２〜１９ミクロン の範囲の粒度で、ほぼ８．４ミクロンの平均粒度を有することが好ましい。この 炭化ホウ素粉末中に、０．１〜０．４％の量のケイ素と、０．０５〜０．４％の 量の鉄及び０．０５〜０．４％の量のアルミニウムを含有させる。微量のマグ ネシウム、チタン及びカルシウムを加えてもよい。本発明に用いることができる 炭化ホウ素の半定量分析の２つの例を以下の表Ｉ及びＩＩに示す。 例えば酸化ホウ素と炭素の反応による炭化ホウ素の生成中、アーク炉に少量の 純粋アルミニウム、ケイ素及び鉄を添加すると、本発明の金属マトリックス複合 材に使用するための炭化ホウ素を改善することができることが判明した。炭化ホ ウ素中のこれらの金属元素（アルミニウム、ケイ素及び鉄）含有量は、通常、３ ．０重量％未満とする。これらの金属元素は、溶液からなくなることがなく、炭 化ホウ素内に留まり、基礎材金属にキレート化の機会を与える。従って、これら の添加金属は、主金属合金（基礎材金属）との金属間化学結合を形成する。ただ し、純粋アルミニウム、ケイ素及び鉄の上述した添加材は、上記の目的に使用す ることができる唯一の金属ではなく、例えば、本発明の金属マトリックス複合材 インゴットの処理温度より低い温度下で金属間相（金属間物質系）を形成する低 温反応金属であれば、ほとんどどんな金属でも、本発明において上記の目的に使 用することができる。 炭化ホウ素粉末と基礎材金属粉末との典型的な相対比率は、最終製品に求めら れる特定の特性によって異なるが、前者を１０〜３０％とし、後者を７０〜９０ ％とする。幾つかの代表的な配合例を以下に示す。 １．アルミニウム合金６０６１からなる基礎材金属と２０重量％の炭化ホウ素 を含有した金属マトリックス複合材： この複合材は押出し適性が良好であり、６５．３ｋｓｉの引張強度と５９．８ ｋｓｉの降伏強度を有し、運搬自動車やコンピュータディスクのための構造部品 として有用である。また、この複合材は所要の剛性と強度を有する。 ２．アルミニウム合金６０６１からなる基礎材金属と２５重量％の炭化ホウ素 を含有した金属マトリックス複合材： この複合材は押出し適性が良好であり、７１．９ｋｓ１の引張強度と６２．６ ｋｓｉの降伏強度を有する。この配合例の複合材は、ブレーキディスクや船舶注 型品として有用である。また、この複合材は、耐腐蝕性と耐摩耗性を有する。 ３．アルミニウム合金６０６１からなる基礎材金属と３０重量％の炭化ホウ素 を含有した金属マトリックス複合材： この複合材は押出し適性が良好であり、６２．３ｋｓｉの引張強度と５８．４ ｋｓｉの降伏強度を有する。この配合例の複合材は、高い強度と耐腐蝕性を有し ているので、船舶や核物質遮蔽材のための構造的補剛材として用いることができ る。 ４．アルミニウム合金７０９１からなる基礎材金属と２０重量％の炭化ホウ素 を含有した金属マトリックス複合材： この複合材は９８．６ｋｓｉの引張強度と８９．２ｋｓｉの降伏強度を有し、 押出し適性が良好である。この複合材は、宇宙航空機やサテライトの構造部品に 用いるのに有用であり、熱膨張率が低く、高い引張強度を有する。 ５．アルミニウム合金７０９１からなる基礎材金属と３０重量％の炭化ホウ素 を含有した金属マトリックス複合材： この複合材は、１０７．９６ｋｓｉの引張強度と９６．４ｋｓｉの降伏強度を 有し、押出し適性が良好である。この複合材は、高圧容器や腐蝕性物質のための 容器の製造に適しており、高い強度と耐腐蝕性を有する。 上記炭化ホウ素を所定の粒度にまでジェットミルによって粉砕し、ダブルチャ ンバー型のＶ形ブレンダー（配合機）内で不活性ガス下において２０〜３０ｒｐ ｍの回転数で２．５時間アルミニウム合金の粉末と混合した後、その混合粉末を ５〜８Ｔｏｒｒの真空下で２００℃の温度で１時間ガス抜きし、押出し成形すべ きインゴットの形状と同様の形状を有するラテックス袋（等圧プレス袋）内に入 れて６５，０００ｐｓｉ（４５６９．５Ｋｇ／ｃｍ²）の圧力で等圧プレスにか ける。その際、上記混合粉末をラテックス袋に入れてガス抜きし、袋の口をクラ ンプで締め切り、少くとも１分間のソーク（soak）時間の間最大限の圧力に保持 する。得られたインゴットを袋から取り出し、真空炉内に入れて本発明の製造方 法の下記の好ましい実施形態に従って焼結サイクルにかける。 まず、上記インゴットを室温から２０分間かけて漸進的に３００℃にまで加熱 し、その間にバインダー（結合剤）及び水を焼失させる。次いで、そのインゴッ トを１５分間かけて漸進的に４５０℃にまで加熱し、その間に残留バインダーを 焼失させる。次いで、そのインゴットを４０分間かけて漸次温度を上げて６２５ ℃にまで加熱する。インゴットが６２５℃の温度に達したならば、インゴットを その温度に４５分間保持（soak）し、その間に密な粒子境界が形成される。次い で、このインゴットを窒素ガスの裏込めを介して６２５℃の温度から２０分間か けて徐々に４５０℃にまで冷却する。最後に、このインゴットをやはり窒素ガス を用いて毎分４０℃より速くない割合で室温にまで冷却する。得られたインゴッ トを金属旋盤によって切削し、通常、３．５〜７ｉｎ（８８．９〜１７７．８ｍ ｍ）の所定の外径（公差１／１５０００ｉｎ（０．００１６９３３ｍｍ）以内） を有する押出し適合形状にする。このインゴットはそのまま押出し成形（単に「 押出し」とも称する）に用いることができる。 本発明の金属マトリックス複合材を押し出すには、まず、インゴットを抵抗加 熱炉に入れて５５５℃の温度で最少限１時間予備加熱する。この予備加熱は、通 常、２段階で行う。即ち、最初にインゴットを保持炉（均熱炉）内で３１５℃に まで加熱し、次いで、それより高い温度に加熱し、インゴットの温度が５５５℃ に達するまで保持する。次いで、インゴットを保持炉から直接容器又はチャンバ ー内へ装入する。チャンバーの温度は、４８８℃としておくことが好ましい。チ ャンバー内の面圧力は、目標とする押出し品の寸法に応じて決められるが、通常 使用される圧力は、６０６１アルミニウムインゴットの押出しに用いられる押出 し圧力より１５〜２０％高い値である。例えば、本発明の金属マトリックス複合 材で作られた外径３．５ｉｎ（８８．９ｍｍ）のビレットを押出す場合、通常、 ３，５００ｐｓｉ（２４６Ｋｇ／ｃｍ²）のピーク（ブレークアウト）圧が用い られ、それによって約３，０００ｐｓｉ（２１１Ｋｇ／ｃｍ²）の押出し圧力が 得られる。押出し速度は、毎分平均１５〜３０ｆｔ（４．５７２〜９．１４４ｍ ）とすることができ、出口温度（押し出されて出てきたときの押出し品の温度） は、容器又はチャンバー内の温度より２０℃低い温度とすべきである。押出しに 用いられるラムの前進速度は、典型的な外径３．５ｉｎ（８８．９ｍｍ）のイン ゴットの場合、毎分３．５ｉｎ（８８．９ｍｍ）の速度とすべきである。 本発明の金属マトリックス複合材は、在来のダイを用いて押し出すことができ るが、ダイインサートの寿命を最大限にするために、二ホウ化チタン製のダイ軸 受材を用いることが好ましいことが認められた。二ホウ化チタン製のダイ軸受材 は、熱間プレスによって形成し、次いで、適正な寸法に放電加工によって研削す ることが好ましい。ダイの硬度を高めるために少量の炭化ホウ素を添加してもよ い。典型的な例では、このダイは、９２〜９８重量％に相当する量の純度９９． ５％の二ホウ化チタンと、１０ミクロン未満の粒度を有する純度９９．５％の炭 化ホウ素（残部）で製造される。このダイ軸受材を製造するための熱間プレスサ イクルは、３，５００ｐｓｉ（２４６Ｋｇ／ｃｍ²）の圧力を用いて１，８００ ℃の温度で行うことが好ましく、その圧力と温度をラムの前進が停止するまで維 持する。 押し出された本発明の金属マトリックス複合材は、Ｔ６型熱処理法を用いて熱 処理すれば、最大限の性能を発揮する。Ｔ６型熱処理法とは、５３０℃の温度で ２時間加熱した後、冷水で急冷し、１７７℃の温度で１０時間人工的に熟成させ る方法である。ただし、押し出された金属マトリックス複合材の溶接加工は、す べて、この熱処理を施す前に行わなければならない。溶接が問題となる（溶接す ることが困難な）炭化ケイ素と酸化アルミニウムを含有した在来の金属マトリッ クス複合材とは異なり、本発明の金属マトリックス複合材は、容易に溶接するこ とができる。在来の金属マトリックス複合材の場合、溶接の結果として溶接部の 脆性成分となる炭化アルミニウムが生じる。炭化アルミニウムは、炭化ケイ素と アルミニウムの化学反応によって生じる。酸化アルミニウムの粒子及び金属マト リックスの表面積が大きいため、凝集及びデウエッティング（dewetting）が起 こる。これらの脆性成分（炭化アルミニウム）及び酸化アルミニウムの粒子が凝 集し、それによって溶接部の強度を著しく低下させる。本発明の金属マトリック ス複合材には、このような問題は存在しない。本発明においては、被覆された炭 化ホウ素の粒子は、溶融して流動し易く、溶接プールを生成し、それによって非 常に強固な溶接部を形成する。炭化ホウ素粒子は２，４５０℃の融点を有するか ら、炭化ホウ素は、アルミニウム処理温度では化学的に不活性である。 炭化ホウ素対アルミニウムの比率と、基礎材金属として用いられる特定のアル ミニウム合金の種類にもよるが、本発明によって得られる金属マトリックス複合 材は、アルミニウム６０６１の密度よりも低い、２．７０ｇ／ｃｍ³未満の密度 を有する。本発明の一配合例の金属マトリックス複合材は、２．５２ｇ／ｃｍ³ の密度を有する。また、この複合材は、６２〜１０８ｋｓｉの引張強度、約５８ 〜９７ｋｓｉの降伏強度、及び約１４．２５〜１４．５０ｍｓｉの弾性係数を有 し、破壊抵抗が極めて高く、従来の他の金属マトリックス複合材と比較して、得 られる各特性予測性が高い（予測した通りの特性を得易い）。さらに、本発明に よって得られる複合材は、チタンやクロム合金鋼に匹敵する硬度を有するが、密 度は、鋼のほぼ３分の１、チタンのほぼ６０％である。 本発明の金属マトリックス複合材から製造される有利な製品の例を２つ挙げる と、自転車のフレームとゴルフクラブのヘッドである。本発明の金属マトリック ス複合材から押出し成形され、溶接されたチューブから製造された自転車フレー ムは、アルミニウム、鋼、又はチタン等の在来の材料で作られた同等の自転車フ レームより軽量であり、高い剛性と強度を有する。ゴルフクラブの場合、本発明 の複合材は低密度であるため、クラブヘッドの肉厚を厚くし、重量配分を良好に し、バランス及び空気力学的特性を良好にする。さらに、トーナメント競技公認 のゴルフクラブにおいて、より広い「スイートスポット」を実現することができ る。 以下に、本発明の金属マトリックス複合材の幾つかの用途例を挙げる。 １）コンピュータシステムのハードドライバのための基板として用いられるデ ィスク。 ２）例えば自転車、モータサイクル、航空機、軍用車両等の各種運搬車両のた めの押出し構造部品。例えば、フレーム、車内フロア及び内装パネル、ハンドル バー、推進器（プロペラ等）構造体、飛行制御システム、燃料管理システム、及 び着陸装置。 ３）各種運搬車両のための注型構造部品及び補助部品。例えば、自転車、モー タサイクル、航空機、及び自動揚水ポンプ、自転車のクランク、ディスクブレー キ、及び着陸装置。 ４）軽量及び耐腐蝕性が重要な要素となる電池のハウジング。 ５）軽量、高い衝撃強度及び低い熱膨張率が重要な配慮事項である多くの用途 のエレクトロニクス「ボックス」のためのハウジング。例えば、セルラー電話機 、ノートブック型コンピュータ、ポータブルエレクトロニクスのための型押しケ ーシング。 ６）各種スポーツ用具の押出し構造部品。例えば、テニスラケット、バドミン トンラケット、野球バット、弓、ゴルフクラブのシャフト、眼鏡、オール、ホッ ケーのスティック、ビリアードのキュー、ピンポンのラケット、ラクロスのステ ィック、ラケットボールのラケット、及びバスケットボールの支柱。 ７）各種注型スポーツ用品。例えば、ゴルフクラブのヘッド、アーチェリ用具 、ボール投げ用具、キャンピング用品、運動用具、釣竿リール、ハイキング及び 登山用品、スケートトラック、錠、光学フレーム、ローイングマシーン、水上ス キー、及びスノーボード。 ８）熱、摩擦及びその他の防護のためのスプレーコーチング。 ９）核物質遮蔽用途。 １０）内燃エンジン部品。例えば、エンジンブロック、ピストン、ピストンロ ッド、弁、カム軸、及びクランク軸。 １１）船舶用の押出し及び注型部品。例えば、スパー（帆柱、帆桁）、ターン バックル、プロペラ及び舷窓。 １２）軽量、強度及び耐疲労性が重要な要素となるロボット工学の押出し及び 注型部品。 １３）高電力エレクトロニクス部品のための基板。 １４）カート、遊園地の各種乗物、スキーリフト、エレベータ、エスカレータ 、動く歩道、路面電車、及びその他の人間運搬車のための構造物。 １５）グルメ調理器具、ナイフ、及びその他の消費者ニッチマーケット。 １６）玩具のためのケーシング及び部品。 １７）自動車及び人間のための装甲板 １８）高圧容器。例えばガス貯留器及び変圧器。 １９）油田探索に用いる掘削ドリリング装置のためのケーシング及びビット。 ２０）重量と強靭さが重要な要素となる大型構造物。例えば、石油タンカーの ための内側船殻 ２１）重量と強靭さが重要な要素となる工業用、商業用、医療用及び建設用の あらゆる種類のポータブル工具。 ２２）強度と軽量が重要な要素となる医療用途。例えば、補綴（義足等）、ブ レース（装具、副木等）及び医療用器具及び工具。 ２３）歯科用途。例えば、ドリルビット。 ２４）トランスジューサ。例えば、温度及びその他のパラメータのためのセン サーのベース及びその他の部品。 ２５）マイクロ波ネットワーク及び送電系統のチャンネル、減衰器及びその他 の結合器。 ２６）低熱膨張率と軽量が決定的な要な要素となる宇宙船及びサテライト。 以上、本発明の複合材及びその製造方法の好ましい実施形態を説明したが、本 発明は、ここに例示した実施形態及び用途に限定されるものではなく、本発明の 精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろい ろな変更及び改変を加えることは当業者には明白であろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基礎材金属と、 該基礎材金属との間に密な粒子境界を形成するようにこの基礎材金属中に実質 的に均一に約３対１乃至１０対１の重量比で分配された炭化ホウ素と、 前記基礎材金属の融点より低い金属間相温度を有しており、前記基礎材金属に キレート化の機会を与えるために前記炭化ホウ素の製造中この炭化ホウ素に添加 された約３．０重量％未満の少くとも１種類の金属添加材 とを具備することを特徴とする押出し適性及び溶接適性の良い金属マトリック ス複合材。 ２．前記基礎材金属は、主としてマグネシウム及びマグネシウム合金の群から選 択されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の金属マトリックス複合材。 ３．前記基礎材金属は、主としてアルミニウム、チタン及びそれらの合金の群か ら選択されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の金属マトリックス複合 材。 ４．当該金属マトリックス複合材は約２．５ｇ／ｃｍ³未満の密度を有すること を特徴とする請求の範囲第１項に記載の金属マトリックス複合材。 ５．当該金属マトリックス複合材は約６２〜１０８ｋｓｉの引張強度を有するこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の金属マトリックス複合材。 ６．当該金属マトリックス複合材は約５８〜９７ｋｓｉの降伏強度を有すること を特徴とする請求の範囲第１項に記載の金属マトリックス複合材。 ７．当該金属マトリックス複合材は約１４〜１５の弾性係数を有することを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の金属マトリックス複合材。 ８．前記基礎材金属はアルミニウム合金６０６１であり、前記基礎材金属に対す る炭化ホウ素の重量比は約５対１であり、当該金属マトリックス複合材は、約６ ５ｋｓｉの引張強度と約６０ｋｓｉの降伏強度を有することを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の金属マトリックス複合材。 ９．前記基礎材金属はアルミニウム合金６０６１であり、この基礎材金属に対す る炭化ホウ素の重量比は約４対１であり、当該金属マトリックス複合材は、約７ ２ｋｓｉの引張強度と約６３ｋｓｉの降伏強度を有することを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の金属マトリックス複合材。 １０．前記基礎材金属はアルミニウム合金６０６１であり、この基礎材金属に対 する炭化ホウ素の重量比は約３対１であり、当該金属マトリックス複合材は、約 ６２ｋｓｉの引張強度と約５８ｋｓｉの降伏強度を有することを特徴とする請求 の範囲第１項に記載の金属マトリックス複合材。 １１．前記基礎材金属はアルミニウム合金７０９１であり、この基礎材金属に対 する炭化ホウ素の重量比は約５対１であり、当該金属マトリックス複合材は、約 ９９ｋｓｉの引張強度と約８９ｋｓｉの降伏強度を有することを特徴とする請求 の範囲第１項に記載の金属マトリックス複合材。 １２．前記基礎材金属はアルミニウム合金７０９１であり、この基礎材金属に対 する炭化ホウ素の重量比は約３対１であり、当該金属マトリックス複合材は、約 １０８ｋｓｉの引張強度と約９６ｋｓｉの降伏強度を有することを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の金属マトリックス複合材。 １３．ａ）基礎材金属の粉末と、炭化ホウ素の粉末と、該基礎材金属の融点より 低い金属間相温度を有する少くとも１種類の金属添加材の粉末とを混合する工程 であって、その際、全体の粉末に占める前記炭化ホウ素の重量比を約１０〜３０ ％とし、前記金属添加材の重量比を約３．０％とし、前記基礎材金属にキレート 化の機会を与えるために前記炭化ホウ素の製造中に前記金属添加材を前記炭化ホ ウ素に添加する工程と、 ｂ）前記混合された粉末をガス抜きする工程と、 ｃ）前記混合された粉末を少くとも６５，０００ｐｓｉ（４５６９．５Ｋｇ／ ｃｍ²）の圧力で等圧で圧縮する工程と、 ｄ）前記圧縮された粉末を所定の時間をかけて少くとも６２５℃の温度にまで 加熱する工程と、 ｅ）前記圧縮され、焼結された粉末を所望の形状に形成する工程と、 ｆ）所望の形状に形成された焼結粉末を熱処理する工程 とからなる方法によって形成された押出し適性及び溶接適性の良い金属マトリ ックス複合材。 １４．前記基礎材金属は、主としてマグネシウム及びマグネシウム合金の群から 選択されることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の金属マトリックス複合 材。 １５．前記基礎材金属は、主としてアルミニウム、チタン及びそれらの合金の群 から選択されることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の金属マトリックス 複合材。