JP2856460B2 - 金属マトリックス複合体を使用して物質を表面結合する方法 - Google Patents
金属マトリックス複合体を使用して物質を表面結合する方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、少なくとも２個の物体の間に同様の又は異
なった化学組成を有する金属マトリックス複合体を形成
せしめ、金属マトリックス複合体を物体を一緒に結合又
は接着せしめる結合手段として機能させることに関す
る。特に、金属マトリックス複合体は、処理の間の少な
くともある時点で充填材又はプレフォームに連絡してい
る、浸透増進剤及び／又はその前駆体及び／又は浸透雰
囲気を提供することによる自発浸透技術により製造され
る。次いで溶融マトリックス金属は充填材又はプレフォ
ームに浸透し、それにより金属マトリックス複合体は２
個又はそれ以上の物体を結合させる機能を果たす。
なった化学組成を有する金属マトリックス複合体を形成
せしめ、金属マトリックス複合体を物体を一緒に結合又
は接着せしめる結合手段として機能させることに関す
る。特に、金属マトリックス複合体は、処理の間の少な
くともある時点で充填材又はプレフォームに連絡してい
る、浸透増進剤及び／又はその前駆体及び／又は浸透雰
囲気を提供することによる自発浸透技術により製造され
る。次いで溶融マトリックス金属は充填材又はプレフォ
ームに浸透し、それにより金属マトリックス複合体は２
個又はそれ以上の物体を結合させる機能を果たす。
〔従来の技術及び発明が解決すべき課題〕 金属マトリックスと粒状セラミック、ウイスカー、繊
維等の補強又は強化相からなる複合体製品は、強化相が
有する剛性及び耐摩耗性の一部と金属マトリックスが有
する延性及び靭性を併せ持つので、種々の用途に使用さ
れる大きな見込みがある。一般的に、金属マトリックス
複合体では、単一材料のマトリックス金属が持つ強度、
剛性、耐接触摩耗性、高温強度等の性質は向上するが、
特定の性質が向上する程度は、特定の成分、容積分率又
は重量分率及び複合体を形成する際の処理方法によって
大きく異なる。ある場合には、複合体が、マトリックス
金属自体よりも重量が軽いこともある。例えば、粒状、
ペレット状又はウイスカー状の炭化珪素等のセラミック
スで強化したアルミニウムマトリックス複合体は、剛
性、耐摩耗性及び高温強度がアルミニウムよりも高いの
で有用である。
維等の補強又は強化相からなる複合体製品は、強化相が
有する剛性及び耐摩耗性の一部と金属マトリックスが有
する延性及び靭性を併せ持つので、種々の用途に使用さ
れる大きな見込みがある。一般的に、金属マトリックス
複合体では、単一材料のマトリックス金属が持つ強度、
剛性、耐接触摩耗性、高温強度等の性質は向上するが、
特定の性質が向上する程度は、特定の成分、容積分率又
は重量分率及び複合体を形成する際の処理方法によって
大きく異なる。ある場合には、複合体が、マトリックス
金属自体よりも重量が軽いこともある。例えば、粒状、
ペレット状又はウイスカー状の炭化珪素等のセラミック
スで強化したアルミニウムマトリックス複合体は、剛
性、耐摩耗性及び高温強度がアルミニウムよりも高いの
で有用である。
アルミニウムマトリックス複合体の製造に関しては、
種々の金属プロセスが報告されており、例えば、粉末冶
金法並びに圧力鋳造、真空鋳造、撹拌及び湿潤剤を使用
する液体金属浸透法に基づいた方法が挙げられる。粉末
冶金法の場合、粉末状の金属と粉末、ウイスカー、チョ
ップドファイバー等の形態の強化剤とを混合し、その
後、常温成形し焼結するか、又はホットプレスする。こ
の方法により製造された炭化珪素強化アルミニウムマト
リックス複合体における最大セラミック体積分率は、ウ
イスカーの場合は約25体積％であり、粒状の場合は約40
体積％であると報告されている。
種々の金属プロセスが報告されており、例えば、粉末冶
金法並びに圧力鋳造、真空鋳造、撹拌及び湿潤剤を使用
する液体金属浸透法に基づいた方法が挙げられる。粉末
冶金法の場合、粉末状の金属と粉末、ウイスカー、チョ
ップドファイバー等の形態の強化剤とを混合し、その
後、常温成形し焼結するか、又はホットプレスする。こ
の方法により製造された炭化珪素強化アルミニウムマト
リックス複合体における最大セラミック体積分率は、ウ
イスカーの場合は約25体積％であり、粒状の場合は約40
体積％であると報告されている。
従来のプロセスを利用した粉末冶金法による金属マト
リックス複合体の製造には、得られる製品の特性に関し
てある種の制限がある。即ち、複合体におけるセラミッ
ク相の体積分率は、一般的に、粒状の場合には、約40％
に制限される。又、圧縮操作の場合には、得られる実際
の大きさが制限される。更に、後で加工（例えば、成形
又は機械加工）をせず又複雑なプレスに頼らずに得られ
る製品は、比較的簡単な形状のものしかない。又、焼結
中に不均一な収縮を生じるほか、圧縮粉の凝離及び結晶
粒成長のためにミクロ構造が不均一となる。
リックス複合体の製造には、得られる製品の特性に関し
てある種の制限がある。即ち、複合体におけるセラミッ
ク相の体積分率は、一般的に、粒状の場合には、約40％
に制限される。又、圧縮操作の場合には、得られる実際
の大きさが制限される。更に、後で加工（例えば、成形
又は機械加工）をせず又複雑なプレスに頼らずに得られ
る製品は、比較的簡単な形状のものしかない。又、焼結
中に不均一な収縮を生じるほか、圧縮粉の凝離及び結晶
粒成長のためにミクロ構造が不均一となる。
1976年７月20日に許可された、ジェイ・シー・キャネ
ル（J.C.Cannell）等による米国特許第3,970,136号に
は、所定の繊維整列パターンを有する繊維強化材、例え
ば、炭化珪素又はアルミナウイスカーを含有せしめた金
属マトリックス複合体を形成する方法が記載されてい
る。この複合体は、共面繊維の平行マット又はフェルト
を金型に入れてマットの少なくとも一部分の間に溶融マ
トリックス金属、例えば、アルミニウムの溜を配置し、
圧力をかけて溶融金属をマットに浸透させ配列している
繊維を包囲させる。又、溶融金属を、マットの積層体上
に注ぎながら、加圧下してマット間に流すことができ
る。これに関して、強化繊維を複合体に最大約50体積％
充填されたことが報告されている。
ル（J.C.Cannell）等による米国特許第3,970,136号に
は、所定の繊維整列パターンを有する繊維強化材、例え
ば、炭化珪素又はアルミナウイスカーを含有せしめた金
属マトリックス複合体を形成する方法が記載されてい
る。この複合体は、共面繊維の平行マット又はフェルト
を金型に入れてマットの少なくとも一部分の間に溶融マ
トリックス金属、例えば、アルミニウムの溜を配置し、
圧力をかけて溶融金属をマットに浸透させ配列している
繊維を包囲させる。又、溶融金属を、マットの積層体上
に注ぎながら、加圧下してマット間に流すことができ
る。これに関して、強化繊維を複合体に最大約50体積％
充填されたことが報告されている。
繊維マットの積層体を通して溶融マトリックス金属を
押し入れるのは外力に依存しているので、上記した浸透
法は、圧力誘発流動プロセス特有の変動、即ち、マトリ
ックスの生成や、多孔率等が不均一となる可能性があ
る。たとえ、溶融金属を繊維アレイ内の複数の部位に導
入しても、性質は不均一になる可能性がある。その結
果、複雑なマット／溜配置及び流路を設けて、繊維マッ
トの積層体に十分且つ均一に浸透できるようにする必要
がある。又、上記した圧力浸透法では、体積の大きなマ
ットに強化材を浸透させることが元来困難であるので、
マトリックス体積に対する強化材の割合が比較的低いも
のしか得られない。更に、加圧下で溶融金属を含有させ
るために型が必要であり、費用がかさむ。最後に、整列
させた粒子又は繊維への浸透に限定されている上記の方
法は、ランダムに配列した粒子、ウイスカー又は繊維の
形態の物質で強化したアルミニウム金属マトリックス複
合体の生成には用いられない。
押し入れるのは外力に依存しているので、上記した浸透
法は、圧力誘発流動プロセス特有の変動、即ち、マトリ
ックスの生成や、多孔率等が不均一となる可能性があ
る。たとえ、溶融金属を繊維アレイ内の複数の部位に導
入しても、性質は不均一になる可能性がある。その結
果、複雑なマット／溜配置及び流路を設けて、繊維マッ
トの積層体に十分且つ均一に浸透できるようにする必要
がある。又、上記した圧力浸透法では、体積の大きなマ
ットに強化材を浸透させることが元来困難であるので、
マトリックス体積に対する強化材の割合が比較的低いも
のしか得られない。更に、加圧下で溶融金属を含有させ
るために型が必要であり、費用がかさむ。最後に、整列
させた粒子又は繊維への浸透に限定されている上記の方
法は、ランダムに配列した粒子、ウイスカー又は繊維の
形態の物質で強化したアルミニウム金属マトリックス複
合体の生成には用いられない。
アルミニウムマトリックス・アルミナ充填複合体の製
造では、アルミニウムは容易にはアルミナを湿潤せず、
凝集した製品を形成するのが困難となる。この問題に対
しては種々の解決法が提案された。このような手法の一
つとして、アルミナを金属（例えば、ニッケル又はタン
グステン）で被覆後、アルミニウムとともにホットプレ
スする。別の手法では、アルミニウムをリチウムと合金
し、アルミナをシリカで被覆してもよい。しかしなが
ら、これらの複合体は、性質にバラツキがみられたり、
被膜が充填材を劣化させる場合があるか、又はマトリッ
クスがリチウムを含有しマトリックスの性質に影響を及
ぼすことがある。
造では、アルミニウムは容易にはアルミナを湿潤せず、
凝集した製品を形成するのが困難となる。この問題に対
しては種々の解決法が提案された。このような手法の一
つとして、アルミナを金属（例えば、ニッケル又はタン
グステン）で被覆後、アルミニウムとともにホットプレ
スする。別の手法では、アルミニウムをリチウムと合金
し、アルミナをシリカで被覆してもよい。しかしなが
ら、これらの複合体は、性質にバラツキがみられたり、
被膜が充填材を劣化させる場合があるか、又はマトリッ
クスがリチウムを含有しマトリックスの性質に影響を及
ぼすことがある。
アール・ダブリュ・グリムシャー（R.W.Grimshaw）等
による米国特許第4,232,091号では、アルミニウムマト
リックス・アルミナ複合体の製造で遭遇する当該技術に
おける困難はある程度克服される。この特許では、75〜
375kg/cm2の圧力をかけて、溶融アルミニウム（又は溶
融アルミニウム合金）を、700〜1050℃に予備加熱した
アルミニウムの繊維又はウイスカーマットに押し入れる
ことが記載されている。この際、得られた一体鋳物にお
ける金属に対するアルミナの最大体積比は、0.25/1であ
った。この方法でも、浸透を行うのは外力に依存するの
で、キャネル（Cannell）等と同な欠陥がある。
による米国特許第4,232,091号では、アルミニウムマト
リックス・アルミナ複合体の製造で遭遇する当該技術に
おける困難はある程度克服される。この特許では、75〜
375kg/cm2の圧力をかけて、溶融アルミニウム（又は溶
融アルミニウム合金）を、700〜1050℃に予備加熱した
アルミニウムの繊維又はウイスカーマットに押し入れる
ことが記載されている。この際、得られた一体鋳物にお
ける金属に対するアルミナの最大体積比は、0.25/1であ
った。この方法でも、浸透を行うのは外力に依存するの
で、キャネル（Cannell）等と同な欠陥がある。
ヨーロッパ特許出願公開公報第115,742号では、予備
成形したアルミナのボイドを溶融アルミニウムで充填す
ることにより、電解槽部材として特に有効であるアルミ
ニウム・アルミナ複合体を作製することが記載されてい
る。この出願では、アルミニウムによるアルミナの非湿
潤性が強調されており、プレフォーム全体にわたってア
ルミナを湿潤するための種々の手法が用いられている。
例えば、アルミナを、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム若しくはニオブの二硼化物からなる湿潤剤又は金属、
即ち、リチウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、
クロム、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム若しく
はハフニウムで被覆する。この際、アルゴン等の不活性
雰囲気を用いて湿潤を容易にする。又、この出願も、圧
力をかけて、溶融アルミニウムを未被覆マトリックスに
浸透させることを記載されている。この態様では、孔を
排気後、不活性雰囲気（例えば、アルゴン）中で溶融ア
ルミニウムに圧力を加えることにより達成される。又、
溶融アルミニウムを浸透させてボイドを充填する前に、
プレフォームにアルミニウムを気相蒸着により浸透させ
て表面を湿潤することもできる。プレフォームの孔にア
ルミニウムを確実に保持するためには、真空中又はアル
ゴン中で、熱処理（例えば、1400〜1800℃）することが
必要である。このようにしないと、圧力浸透物質をガス
に曝露したり又は浸透圧を取り除くと、物体からのアル
ミニウムの損失が生じる。
成形したアルミナのボイドを溶融アルミニウムで充填す
ることにより、電解槽部材として特に有効であるアルミ
ニウム・アルミナ複合体を作製することが記載されてい
る。この出願では、アルミニウムによるアルミナの非湿
潤性が強調されており、プレフォーム全体にわたってア
ルミナを湿潤するための種々の手法が用いられている。
例えば、アルミナを、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム若しくはニオブの二硼化物からなる湿潤剤又は金属、
即ち、リチウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、
クロム、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム若しく
はハフニウムで被覆する。この際、アルゴン等の不活性
雰囲気を用いて湿潤を容易にする。又、この出願も、圧
力をかけて、溶融アルミニウムを未被覆マトリックスに
浸透させることを記載されている。この態様では、孔を
排気後、不活性雰囲気（例えば、アルゴン）中で溶融ア
ルミニウムに圧力を加えることにより達成される。又、
溶融アルミニウムを浸透させてボイドを充填する前に、
プレフォームにアルミニウムを気相蒸着により浸透させ
て表面を湿潤することもできる。プレフォームの孔にア
ルミニウムを確実に保持するためには、真空中又はアル
ゴン中で、熱処理（例えば、1400〜1800℃）することが
必要である。このようにしないと、圧力浸透物質をガス
に曝露したり又は浸透圧を取り除くと、物体からのアル
ミニウムの損失が生じる。
湿潤剤を用いて電解槽のアルミナ成分に溶融金属を浸
透させることは、ヨーロッパ特許出願公開第94353号に
も記載されている。即ち、この公開公報には、セルライ
ナー又は支持体として陰極電流供給手段を有するセルを
用いて、電解採取によりアルミニウムを製造することが
記載されている。この支持体を溶融氷晶石から保護する
ために、湿潤剤と溶融抑制剤との混合物の薄い被膜を、
セルの始動前又は電解法で製造した溶融アルミニウムに
浸漬中に、アルミナ支持体に塗布する。湿潤剤として
は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、珪素、マグネ
シウム、バナジウム、クロム、ニオブ又はカルシウムが
開示されており、チタンが好ましい湿潤剤として記載さ
れている。又、硼素、炭素及び窒素の化合物が、溶融ア
ルミニウムの湿潤剤への溶解度を抑制するのに有効であ
ると記載されている。しかしながら、この刊行物は、金
属マトリックス複合体の製造を示唆していないばかり
か、このような複合体を、例えば、窒素雰囲気中で形成
することも示唆していない。
透させることは、ヨーロッパ特許出願公開第94353号に
も記載されている。即ち、この公開公報には、セルライ
ナー又は支持体として陰極電流供給手段を有するセルを
用いて、電解採取によりアルミニウムを製造することが
記載されている。この支持体を溶融氷晶石から保護する
ために、湿潤剤と溶融抑制剤との混合物の薄い被膜を、
セルの始動前又は電解法で製造した溶融アルミニウムに
浸漬中に、アルミナ支持体に塗布する。湿潤剤として
は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、珪素、マグネ
シウム、バナジウム、クロム、ニオブ又はカルシウムが
開示されており、チタンが好ましい湿潤剤として記載さ
れている。又、硼素、炭素及び窒素の化合物が、溶融ア
ルミニウムの湿潤剤への溶解度を抑制するのに有効であ
ると記載されている。しかしながら、この刊行物は、金
属マトリックス複合体の製造を示唆していないばかり
か、このような複合体を、例えば、窒素雰囲気中で形成
することも示唆していない。
圧力の付加及び湿潤剤の塗布の他に、真空にすること
により多孔性セラミック成形体への溶融アルミニウムの
浸透が促進されることも開示されている。例えば、1973
年２月27日に許可されたアール・エル・ランディングハ
ム（R.L.Landingham）による米国特許第3,718,441号に
は、セラミック成形体（例えば、炭化硼素、アルミナ及
びベリリア）に、10-6トール未満の真空下で、溶融アル
ミニウム、ベリリウム、マグネシウム、、チタン、バナ
ジウム、ニッケル又はクロムを浸透することが報告され
ている。10-2〜10-6トールの真空では、溶融金属による
セラミックの湿潤が不良で、金属がセラミックのボイド
空間に自由に流れ込まなかった。しかしながら、真空を
10-6トール未満まで減少させると、湿潤が向上したと記
載されている。
により多孔性セラミック成形体への溶融アルミニウムの
浸透が促進されることも開示されている。例えば、1973
年２月27日に許可されたアール・エル・ランディングハ
ム（R.L.Landingham）による米国特許第3,718,441号に
は、セラミック成形体（例えば、炭化硼素、アルミナ及
びベリリア）に、10-6トール未満の真空下で、溶融アル
ミニウム、ベリリウム、マグネシウム、、チタン、バナ
ジウム、ニッケル又はクロムを浸透することが報告され
ている。10-2〜10-6トールの真空では、溶融金属による
セラミックの湿潤が不良で、金属がセラミックのボイド
空間に自由に流れ込まなかった。しかしながら、真空を
10-6トール未満まで減少させると、湿潤が向上したと記
載されている。
1975年２月４日に許可されたジー・イー・ガザ（G.E.
Gazza）等による米国特許第3,864,154号にも、真空を用
いて浸透を行う旨の記載がある。又、この特許には、Al
B12粉末の常温圧縮成形体を常温圧縮アルミニウム粉末
のベッド上に添加することが記載されている。その後、
更に、アルミニウムをAlB12粉末成形体の上部に配置す
る。アルミニウム粉末の層間に「挟んだ」AlB12成形体
を装填したルツボを真空炉に入れる。この炉を、約10-5
トールまで排気してガス抜きをする。続いて、温度を11
00℃に上昇し、３時間維持する。これらの条件で、溶融
アルミニウムを多孔性AlB12成形体に浸透させる。
Gazza）等による米国特許第3,864,154号にも、真空を用
いて浸透を行う旨の記載がある。又、この特許には、Al
B12粉末の常温圧縮成形体を常温圧縮アルミニウム粉末
のベッド上に添加することが記載されている。その後、
更に、アルミニウムをAlB12粉末成形体の上部に配置す
る。アルミニウム粉末の層間に「挟んだ」AlB12成形体
を装填したルツボを真空炉に入れる。この炉を、約10-5
トールまで排気してガス抜きをする。続いて、温度を11
00℃に上昇し、３時間維持する。これらの条件で、溶融
アルミニウムを多孔性AlB12成形体に浸透させる。
1968年１月23日に許可されたジョン・エヌ・レッディ
ング（John N.Reding）等による米国特許第3,364,976号
には、物体に自己発生真空を作り出して、溶融金属の物
体への浸透を促進することが開示されている。即ち、物
体、例えば、黒鉛金型、鋼金型又は多孔性耐火材を、溶
融金属に完全に浸すことが開示されている。金型の場
合、金属と反応性のあるガスで満たした金型キャビティ
が、外部に位置する溶融金属と、金型内の少なくとも一
つのオリフィスを介して連通している。金型を溶融液に
浸漬すると、キャビティ内のガスと溶融金属との間の反
応で自己発生真空が生じるとともにキャビティが金属で
満たされていく。この際の真空は、金属が酸化物固体状
態になる結果生じる。従って、レッディング等には、キ
ャビティ内のガスと溶融金属との間の反応を引き起こす
ことが必須であることが開示されている。しかしなが
ら、金型を用いるには本来制限があり、真空を生じさせ
るために金型を使用することは望ましくない。即ち、ま
ず、金型を機械加工して特定の形状にし；その後、仕上
げ機械加工して、金型上に許容できる鋳造表面を形成
し；使用前に組立；使用後に分解して注型品を取り出
し；その後、最も一般的には、金型表面を最仕上げして
金型を再生するか、又はもはや使用できない状態の場合
には金型を捨ててしまう必要がある。金型を複雑な形状
に機械加工するのは、非常にコストがかかるとともに時
間がかかる場合がある。更に、複雑な形状をした金型か
ら成形品を取り出すのも困難のことがある（即ち、複雑
な形状を有する注型品は、金型から取り外すとき壊れる
ことがある）。更に、多孔性耐火材の場合、金型を使用
せずに、直接溶融金属に浸漬できることも述べられてい
るが、容器金型を使用せずに弱く結着されるか又は分離
した多孔性材料に浸透させる手段がないので、耐火材は
一体品でなければならない（即ち、粒状物質は、溶融金
属に入れたときに、一般的に解離するか又は浮かんで離
れてしまう）。更に、粒状物質又は弱く成形したプレフ
ォームに浸透させようとする場合、浸透金属が粒子又は
プレフォームの少なくとも一部分と置換してしまって不
均一なミクロ構造を生じることのないように注意しなけ
ればならない。
ング（John N.Reding）等による米国特許第3,364,976号
には、物体に自己発生真空を作り出して、溶融金属の物
体への浸透を促進することが開示されている。即ち、物
体、例えば、黒鉛金型、鋼金型又は多孔性耐火材を、溶
融金属に完全に浸すことが開示されている。金型の場
合、金属と反応性のあるガスで満たした金型キャビティ
が、外部に位置する溶融金属と、金型内の少なくとも一
つのオリフィスを介して連通している。金型を溶融液に
浸漬すると、キャビティ内のガスと溶融金属との間の反
応で自己発生真空が生じるとともにキャビティが金属で
満たされていく。この際の真空は、金属が酸化物固体状
態になる結果生じる。従って、レッディング等には、キ
ャビティ内のガスと溶融金属との間の反応を引き起こす
ことが必須であることが開示されている。しかしなが
ら、金型を用いるには本来制限があり、真空を生じさせ
るために金型を使用することは望ましくない。即ち、ま
ず、金型を機械加工して特定の形状にし；その後、仕上
げ機械加工して、金型上に許容できる鋳造表面を形成
し；使用前に組立；使用後に分解して注型品を取り出
し；その後、最も一般的には、金型表面を最仕上げして
金型を再生するか、又はもはや使用できない状態の場合
には金型を捨ててしまう必要がある。金型を複雑な形状
に機械加工するのは、非常にコストがかかるとともに時
間がかかる場合がある。更に、複雑な形状をした金型か
ら成形品を取り出すのも困難のことがある（即ち、複雑
な形状を有する注型品は、金型から取り外すとき壊れる
ことがある）。更に、多孔性耐火材の場合、金型を使用
せずに、直接溶融金属に浸漬できることも述べられてい
るが、容器金型を使用せずに弱く結着されるか又は分離
した多孔性材料に浸透させる手段がないので、耐火材は
一体品でなければならない（即ち、粒状物質は、溶融金
属に入れたときに、一般的に解離するか又は浮かんで離
れてしまう）。更に、粒状物質又は弱く成形したプレフ
ォームに浸透させようとする場合、浸透金属が粒子又は
プレフォームの少なくとも一部分と置換してしまって不
均一なミクロ構造を生じることのないように注意しなけ
ればならない。
従って、圧力を加えたり真空にしたり（外部から印加
するか、内部で生じさせるかとは無関係に）する必要の
ないか、又は湿潤材を損傷しないで、セラミック材料等
の別の材料を埋め込んだ金属マトリックスを生成する、
賦形金属マトリックス複合体を製造するための簡単で信
頼性のある方法が長年求められていた。更に、金属マト
リックス複合体を製造するのに要する最終的な機械加工
操作を最小限にすることも長年求められていた。本発明
は、処理の少なくともある時点で浸透増進剤が存在する
限り、標準大気圧下の浸透雰囲気（例えば、窒素）の存
在下において、プレフォームに成形できる材料（例え
ば、セラミック材料）に溶融マトリックス金属（例え
ば、アルミニムウ）を、浸透させるための自発的浸透機
構を提供することによりこれらの必要性を満たすもので
ある。
するか、内部で生じさせるかとは無関係に）する必要の
ないか、又は湿潤材を損傷しないで、セラミック材料等
の別の材料を埋め込んだ金属マトリックスを生成する、
賦形金属マトリックス複合体を製造するための簡単で信
頼性のある方法が長年求められていた。更に、金属マト
リックス複合体を製造するのに要する最終的な機械加工
操作を最小限にすることも長年求められていた。本発明
は、処理の少なくともある時点で浸透増進剤が存在する
限り、標準大気圧下の浸透雰囲気（例えば、窒素）の存
在下において、プレフォームに成形できる材料（例え
ば、セラミック材料）に溶融マトリックス金属（例え
ば、アルミニムウ）を、浸透させるための自発的浸透機
構を提供することによりこれらの必要性を満たすもので
ある。
本発明の主題は、他のいくつかの本出願人による米国
特許出願及び日本出願に関連している。具体的には、こ
れらの他の特許出願（以下、しばしば、「同一出願人に
よる金属マトリックス特許出願」と称する）には、金属
マトリックス複合材料を製造する新規な方法が記載され
ている。
特許出願及び日本出願に関連している。具体的には、こ
れらの他の特許出願（以下、しばしば、「同一出願人に
よる金属マトリックス特許出願」と称する）には、金属
マトリックス複合材料を製造する新規な方法が記載され
ている。
金属マトリックス複合材料を製造する新規な方法は、
「メタル マトリックス コンポジッツ （Metal Matr
ix Composites）」と題する1987年５月13日出願の本出
願人による米国特許出願第049,171号〔発明者：ホワイ
ト（White）等〕及び昭和63年５月15日に出願された特
願昭63−118032号に開示されている。ホワイト等の発明
の方法によれば、金属マトリックス複合体は、充填材の
通気性素材（例えば、セラミック又はセラミック被覆材
料）に、少なくとも約１重量％のマグネシウム、好まし
くは少なくとも約３重量％のマグネシウムを含有する溶
融アルミニウムを浸透させることにより製造される。こ
の際、外部圧力又は真空を印加しなくても、自発的に浸
透が起きる。供給溶融金属と充填材の素材とを、約10〜
100体積％、好ましくは少なくとも約50体積％の窒素を
含有するとともに残り（存在すれば）が非酸化性ガス
（例えば、アルゴン）であるガスの存在下において、少
なくとも約675℃の温度で接触させる。これらの条件下
で、溶融アルミニウム合金が標準大気圧下でセラミック
素材に浸透して、アルミニウム（又はアルミニウム合
金）マトリックス複合体が形成される。所望量の充填材
に溶融アルミニウム合金を浸透させたら、温度を低下さ
せて合金を固化することにより、強化充填材を埋め込ん
だ固形金属マトリックス構造を形成する。通常及び好ま
しくは、送り出される溶融金属の供給量は、実質的に充
填材の素材の境界まで浸透するに十分な量である。ホワ
イト等により製造されるアルミニウムマトリックス複合
体中の充填材の量は、非常に高くすることができる。即
ち、合金に対する充填材の体積比が1:1を超えるものを
得ることができる。
「メタル マトリックス コンポジッツ （Metal Matr
ix Composites）」と題する1987年５月13日出願の本出
願人による米国特許出願第049,171号〔発明者：ホワイ
ト（White）等〕及び昭和63年５月15日に出願された特
願昭63−118032号に開示されている。ホワイト等の発明
の方法によれば、金属マトリックス複合体は、充填材の
通気性素材（例えば、セラミック又はセラミック被覆材
料）に、少なくとも約１重量％のマグネシウム、好まし
くは少なくとも約３重量％のマグネシウムを含有する溶
融アルミニウムを浸透させることにより製造される。こ
の際、外部圧力又は真空を印加しなくても、自発的に浸
透が起きる。供給溶融金属と充填材の素材とを、約10〜
100体積％、好ましくは少なくとも約50体積％の窒素を
含有するとともに残り（存在すれば）が非酸化性ガス
（例えば、アルゴン）であるガスの存在下において、少
なくとも約675℃の温度で接触させる。これらの条件下
で、溶融アルミニウム合金が標準大気圧下でセラミック
素材に浸透して、アルミニウム（又はアルミニウム合
金）マトリックス複合体が形成される。所望量の充填材
に溶融アルミニウム合金を浸透させたら、温度を低下さ
せて合金を固化することにより、強化充填材を埋め込ん
だ固形金属マトリックス構造を形成する。通常及び好ま
しくは、送り出される溶融金属の供給量は、実質的に充
填材の素材の境界まで浸透するに十分な量である。ホワ
イト等により製造されるアルミニウムマトリックス複合
体中の充填材の量は、非常に高くすることができる。即
ち、合金に対する充填材の体積比が1:1を超えるものを
得ることができる。
前記したホワイト等の発明におけるプロセス条件下で
は、アルミニウムマトリックス全体に分散した形態で、
窒化アルミニウムの不連続相を形成することができる。
アルミニウムマトリックスにおける窒化物の量は、温
度、合金組成、ガス組成及び充填材等の因子によって異
なっていてもよい。従って、系におけるこのような因子
の一つ以上を制御することにより、複合体の一定の性質
を所望のものに合わせることができる。しかしながら、
ある最終用途の場合、複合体が窒化アルミニウムをほと
んど含有しないことが望ましい場合がある。
は、アルミニウムマトリックス全体に分散した形態で、
窒化アルミニウムの不連続相を形成することができる。
アルミニウムマトリックスにおける窒化物の量は、温
度、合金組成、ガス組成及び充填材等の因子によって異
なっていてもよい。従って、系におけるこのような因子
の一つ以上を制御することにより、複合体の一定の性質
を所望のものに合わせることができる。しかしながら、
ある最終用途の場合、複合体が窒化アルミニウムをほと
んど含有しないことが望ましい場合がある。
温度が高いほど浸透には有利であるが、このプロセス
により窒化物が生成しやすくなる。ホワイト等の発明で
は、浸透速度と窒化物生成との間のバランスをとること
ができる。
により窒化物が生成しやすくなる。ホワイト等の発明で
は、浸透速度と窒化物生成との間のバランスをとること
ができる。
金属マトリックス複合体生成に使用するのに適当なバ
リヤー手段の例が、「メソッド オブ メーキング メ
タル マトリックス コンポジットウイズ ザ ユース
オブ ア バリヤー（Method of Making Metal Matri
x Composite with the Use of a Barrier）」と題する1
988年１月７日出願の本出願人による米国特許出願第14
1,642号〔発明者：ミカエル・ケー・アグハジャニアン
（Michael K.Aghajanina）等〕及び昭和64年１月６日に
出願された特願昭64−1130号に開示されている。アグハ
ジャニアン等の発明の方法によれば、バリヤー手段〔例
えば、粒状二硼化チタン又は商品名がグラフォイル（商
標）であるユニオンカーバイド社製の軟質黒鉛テープ製
品等の黒鉛材料〕が、充填材とマトリックス合金の規定
された表面境界に配置され、バリヤー手段により形成さ
れる境界まで浸透する。このバリヤー手段は、溶融合金
の浸透を阻止、防止又は終了させるのに用いられ、得ら
れた金属マトリックス複合体中に網又は網に近い形状を
形成する。従って、形成した金属マトリックス複合体の
外形は、バリヤー手段の内部形状と実質的に一致する。
リヤー手段の例が、「メソッド オブ メーキング メ
タル マトリックス コンポジットウイズ ザ ユース
オブ ア バリヤー（Method of Making Metal Matri
x Composite with the Use of a Barrier）」と題する1
988年１月７日出願の本出願人による米国特許出願第14
1,642号〔発明者：ミカエル・ケー・アグハジャニアン
（Michael K.Aghajanina）等〕及び昭和64年１月６日に
出願された特願昭64−1130号に開示されている。アグハ
ジャニアン等の発明の方法によれば、バリヤー手段〔例
えば、粒状二硼化チタン又は商品名がグラフォイル（商
標）であるユニオンカーバイド社製の軟質黒鉛テープ製
品等の黒鉛材料〕が、充填材とマトリックス合金の規定
された表面境界に配置され、バリヤー手段により形成さ
れる境界まで浸透する。このバリヤー手段は、溶融合金
の浸透を阻止、防止又は終了させるのに用いられ、得ら
れた金属マトリックス複合体中に網又は網に近い形状を
形成する。従って、形成した金属マトリックス複合体の
外形は、バリヤー手段の内部形状と実質的に一致する。
米国特許出願第049,171号及び特願昭63−118032号に
記載の方法は、「メタル マトリックス コンポジッツ
アンド テクニクス フォー メーキング ザ セイ
ム（Metal Matrix Composites and Techniques for Mak
ing the Same）」と題する1988年３月15日出願の本出願
人による米国特許出願第168,284号〔発明者：ミカエル
・ケー・アグハジャニアン（Michael K.Aghajanian）及
びマーク・エス・ニューカーク（Mark S.Newkirk）］及
び平成元年３月15日に出願された特願平１−63411号に
よって改善された。この米国特許出願に開示された方法
によれば、マトリックス金属合金は、第一金属源及び、
例えば、重力流れにより第一溶融金属源と連通するマト
リックス金属合金の溜として存在する。特に、これらの
特許出願に記載されている条件下では、第一溶融マトリ
ックス合金が、標準大気圧下、充填材の素材に浸透し始
め、従って、金属マトリックス複合体の生成が始まる。
第一溶融マトリックス金属合金源は、充填材の素材への
浸透中に消費され、自発浸透の継続とともに、必要に応
じて、好ましくは連続的な手段により、溶融マトリック
ス金属の溜から補充することができる。所望量の通気性
充填材に溶融マトリックス合金が自発浸透したら、温度
を低下させて合金を固化することにより、強化充填材を
埋め込んだ固形金属マトリックスを形成する。金属の溜
を使用することは、この特許出願に記載されている発明
の一実施態様にすぎず、溜の実施態様を、開示されてい
る発明の別の各実施態様と組み合わせる必要はないが、
実施態様の中には、本発明と組み合わせて使用するのが
有益な場合もある。
記載の方法は、「メタル マトリックス コンポジッツ
アンド テクニクス フォー メーキング ザ セイ
ム（Metal Matrix Composites and Techniques for Mak
ing the Same）」と題する1988年３月15日出願の本出願
人による米国特許出願第168,284号〔発明者：ミカエル
・ケー・アグハジャニアン（Michael K.Aghajanian）及
びマーク・エス・ニューカーク（Mark S.Newkirk）］及
び平成元年３月15日に出願された特願平１−63411号に
よって改善された。この米国特許出願に開示された方法
によれば、マトリックス金属合金は、第一金属源及び、
例えば、重力流れにより第一溶融金属源と連通するマト
リックス金属合金の溜として存在する。特に、これらの
特許出願に記載されている条件下では、第一溶融マトリ
ックス合金が、標準大気圧下、充填材の素材に浸透し始
め、従って、金属マトリックス複合体の生成が始まる。
第一溶融マトリックス金属合金源は、充填材の素材への
浸透中に消費され、自発浸透の継続とともに、必要に応
じて、好ましくは連続的な手段により、溶融マトリック
ス金属の溜から補充することができる。所望量の通気性
充填材に溶融マトリックス合金が自発浸透したら、温度
を低下させて合金を固化することにより、強化充填材を
埋め込んだ固形金属マトリックスを形成する。金属の溜
を使用することは、この特許出願に記載されている発明
の一実施態様にすぎず、溜の実施態様を、開示されてい
る発明の別の各実施態様と組み合わせる必要はないが、
実施態様の中には、本発明と組み合わせて使用するのが
有益な場合もある。
金属の溜は、所定の程度まで充填材の通気性素材に浸
透するに十分な量の金属を提供する量で存在することが
できる。又、任意のバリヤー手段を、充填材の通気性素
材の少なくとも一方の表面に接触させて、表面境界を形
成することができる。
透するに十分な量の金属を提供する量で存在することが
できる。又、任意のバリヤー手段を、充填材の通気性素
材の少なくとも一方の表面に接触させて、表面境界を形
成することができる。
更に、送り出す溶融マトリックス合金の供給量は、少
なくとも、充填材の通気性素材の境界（例えば、バリヤ
ー）まで実質的に自発浸透するに十分な量でなければな
らないが、溜に存在する合金の量は、このような十分な
量を超えてもよく、合金量が完全浸透に十分な量である
ばかりでなく、過剰の溶融金属合金が残存して金属マト
リックス複合体に固定してもよい。従って、過剰の溶融
合金が存在するとき、得られる物体は、金属マトリック
スを浸透させたセラミック物体が溜に残存している過剰
の金属に直接結合している複雑な複合体（例えば、マク
ロ複合体）である。
なくとも、充填材の通気性素材の境界（例えば、バリヤ
ー）まで実質的に自発浸透するに十分な量でなければな
らないが、溜に存在する合金の量は、このような十分な
量を超えてもよく、合金量が完全浸透に十分な量である
ばかりでなく、過剰の溶融金属合金が残存して金属マト
リックス複合体に固定してもよい。従って、過剰の溶融
合金が存在するとき、得られる物体は、金属マトリック
スを浸透させたセラミック物体が溜に残存している過剰
の金属に直接結合している複雑な複合体（例えば、マク
ロ複合体）である。
上記した本出願人による金属マトリックスに関する特
許出願には、金属マトリックス複合体の製造方法及び該
方法から製造される新規な金属マトリックス複合体が記
載されている。前記した本出願人による金属マトリック
スに関する特許出願の全ての開示事項は、特に本発明に
利用できる。
許出願には、金属マトリックス複合体の製造方法及び該
方法から製造される新規な金属マトリックス複合体が記
載されている。前記した本出願人による金属マトリック
スに関する特許出願の全ての開示事項は、特に本発明に
利用できる。
金属マトリックス複合体は充填材又はプレフォームの
通気性素材に溶融マトリックス金属を自発浸透させるこ
とにより製造される。特に、浸透増進剤及び／又は浸透
増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気は、溶融マトリック
ス金属が充填材又はプレフォームに自発浸透するための
少なくともある時点で、充填材又はプレフォームに連絡
している。更に、充填材又はプレフォームは、それが少
なくとも２個の並置された物体の少なくとも一部の間に
位置するように配置され、配置された物体のそれぞれと
少なくとも一部と関係（engage）又は接触している。従
って、溶融マトリックス金属の自発浸透が生じるとき、
金属マトリックス複合体が並置された物体の間に形成さ
れ、金属マトリックス複合体は各並置された物体の少な
くとも一部と接触している。かくして、金属マトリック
ス複合体は並置された物体の間の結合手段として機能す
る。
通気性素材に溶融マトリックス金属を自発浸透させるこ
とにより製造される。特に、浸透増進剤及び／又は浸透
増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気は、溶融マトリック
ス金属が充填材又はプレフォームに自発浸透するための
少なくともある時点で、充填材又はプレフォームに連絡
している。更に、充填材又はプレフォームは、それが少
なくとも２個の並置された物体の少なくとも一部の間に
位置するように配置され、配置された物体のそれぞれと
少なくとも一部と関係（engage）又は接触している。従
って、溶融マトリックス金属の自発浸透が生じるとき、
金属マトリックス複合体が並置された物体の間に形成さ
れ、金属マトリックス複合体は各並置された物体の少な
くとも一部と接触している。かくして、金属マトリック
ス複合体は並置された物体の間の結合手段として機能す
る。
結合手段として機能する金属マトリックス複合体のサ
イズは一緒に結合されるべき物体に比較して小さくで
き、又は、一緒に結合されるべき物体に比較して幾らか
大きくしてもよい。しかしながら、金属マトリックス複
合体により果たされる第一の目的は、少なくとも２個の
追加の物体を一緒に結合することである。
イズは一緒に結合されるべき物体に比較して小さくで
き、又は、一緒に結合されるべき物体に比較して幾らか
大きくしてもよい。しかしながら、金属マトリックス複
合体により果たされる第一の目的は、少なくとも２個の
追加の物体を一緒に結合することである。
更に、残留マトリックス金属、又はマトリックス金属
のカーカスが、一緒に結合されるべき物体の間に存在し
ていてもよい。例えば、もしマトリックス金属の物体が
充填材又はプレフォームの少なくとも二つの領域の間に
サンドイッチされ、供給されるマトリックス金属の量が
各充填材又はプレフォームの実質的に完全な浸透を得る
ために必要な量よりも過剰である場合には、順繰りにそ
れぞれが少なくとも１個の追加の物体に結合している、
少なくとも２個の金属マトリックス複合体によりサンド
イッチされたマトリックス金属のカーカスが得られる結
果となる。このようなマトリックス金属のカーカスは、
一緒に結合されるべき物体の間の応力を減少させる助け
となる。
のカーカスが、一緒に結合されるべき物体の間に存在し
ていてもよい。例えば、もしマトリックス金属の物体が
充填材又はプレフォームの少なくとも二つの領域の間に
サンドイッチされ、供給されるマトリックス金属の量が
各充填材又はプレフォームの実質的に完全な浸透を得る
ために必要な量よりも過剰である場合には、順繰りにそ
れぞれが少なくとも１個の追加の物体に結合している、
少なくとも２個の金属マトリックス複合体によりサンド
イッチされたマトリックス金属のカーカスが得られる結
果となる。このようなマトリックス金属のカーカスは、
一緒に結合されるべき物体の間の応力を減少させる助け
となる。
金属マトリックス複合体は、広範囲に選択される物体
又は物質を一緒に結合するための理想的な結合手段であ
る。例えば、金属マトリックス複合体は、金属と金属、
金属とセラミックス、及びセラミックスとセラミックス
を結合するために使用できる。本発明により製造される
金属マトリックス複合体は、二つの物質の間の受容でき
る結合を達成するために組み合わせることができる、充
填材及び／又はマトリックス金属の広範囲の選択のため
に、結合手段として特異的に機能することができる。更
に、マトリックス金属のカーカスを含ませる任意選択
は、追加の量の設計柔軟性を加える。例えば、若し一緒
に結合される物体が、従来の手段によっては物体を一緒
に結合することが困難であるほど、互いに大きく異なっ
ている熱膨張係数を有しているならば、金属マトリック
ス複合体はその仕事のために完全に適合している。特
に、二つの物質の中間の熱膨張係数を有する金属マトリ
ックス複合体が製造できる。更に、金属マトリックス複
合体内に充填材とマトリックス金属との両方が存在する
ために、この複合体はセラミックス（又はセラミックス
複合体）を金属に特異的に結合することができる。この
ような結合は、従来の方法によって達成することは困難
であった。
又は物質を一緒に結合するための理想的な結合手段であ
る。例えば、金属マトリックス複合体は、金属と金属、
金属とセラミックス、及びセラミックスとセラミックス
を結合するために使用できる。本発明により製造される
金属マトリックス複合体は、二つの物質の間の受容でき
る結合を達成するために組み合わせることができる、充
填材及び／又はマトリックス金属の広範囲の選択のため
に、結合手段として特異的に機能することができる。更
に、マトリックス金属のカーカスを含ませる任意選択
は、追加の量の設計柔軟性を加える。例えば、若し一緒
に結合される物体が、従来の手段によっては物体を一緒
に結合することが困難であるほど、互いに大きく異なっ
ている熱膨張係数を有しているならば、金属マトリック
ス複合体はその仕事のために完全に適合している。特
に、二つの物質の中間の熱膨張係数を有する金属マトリ
ックス複合体が製造できる。更に、金属マトリックス複
合体内に充填材とマトリックス金属との両方が存在する
ために、この複合体はセラミックス（又はセラミックス
複合体）を金属に特異的に結合することができる。この
ような結合は、従来の方法によって達成することは困難
であった。
充填材又はプレフォームは、一緒に結合されるべき物
体の少なくとも一つと、接触させるか又は固着させて置
くことができる。例えば、充填材は、スプレー、塗布及
び／又はディップコート等をすくことができるスラリー
又はペーストとして、結合されるべき物体の少なくとも
一つの表面の少なくとも一部に適用できる。マトリック
ス金属の箔又は板をスラリー又はペーストの上に配置す
るとができる。適当なアルミニウム合金は、約５〜10重
量％のシリコン及び／又はマグネシウムを含むものであ
る。スラリーは、充填材を、例えば、硝酸マグネシウム
及び／又は酢酸亜鉛を含む水溶液と混合することによっ
て形成できる。更に、プレフォームは、どのような適当
な形状（例えば、ウエファー、ディスク又は類似物）に
も作ることができ、結合されるべき物体と接触させて置
かれる。かくして、充填材又はプレフォームが結合され
るべき物体の表面の少なくとも一部と接触されている限
り、受容できる金属マトリックス複合体が結合手段が形
成できる。
体の少なくとも一つと、接触させるか又は固着させて置
くことができる。例えば、充填材は、スプレー、塗布及
び／又はディップコート等をすくことができるスラリー
又はペーストとして、結合されるべき物体の少なくとも
一つの表面の少なくとも一部に適用できる。マトリック
ス金属の箔又は板をスラリー又はペーストの上に配置す
るとができる。適当なアルミニウム合金は、約５〜10重
量％のシリコン及び／又はマグネシウムを含むものであ
る。スラリーは、充填材を、例えば、硝酸マグネシウム
及び／又は酢酸亜鉛を含む水溶液と混合することによっ
て形成できる。更に、プレフォームは、どのような適当
な形状（例えば、ウエファー、ディスク又は類似物）に
も作ることができ、結合されるべき物体と接触させて置
かれる。かくして、充填材又はプレフォームが結合され
るべき物体の表面の少なくとも一部と接触されている限
り、受容できる金属マトリックス複合体が結合手段が形
成できる。
結合を与えるために、金属マトリックス複合体中のマ
トリックス金属が結合されるべき物体と化学的に反応す
るか、及び／又は、金属マトリックス複合体中の浸透性
充填材が反応する。更に、マトリックス金属は、（１）
結合されるべき物体を溶解するか、及び／又は（２）結
合されるべき物体中に吸収され得る。自発金属マトリッ
クス浸透により結合されるべき物体は同じ物質である必
要はないことはいうまでもない。
トリックス金属が結合されるべき物体と化学的に反応す
るか、及び／又は、金属マトリックス複合体中の浸透性
充填材が反応する。更に、マトリックス金属は、（１）
結合されるべき物体を溶解するか、及び／又は（２）結
合されるべき物体中に吸収され得る。自発金属マトリッ
クス浸透により結合されるべき物体は同じ物質である必
要はないことはいうまでもない。
溶融マトリックス金属の充填材又はプレフォームの通
気性素材中への自発浸透を達成するために、本発明の好
ましい態様に於いて、浸透増進剤を、プレフォーム及び
／又はマトリックス、金属及び／又は浸透雰囲気の少な
くとも一つへ、直接供給することができる。かくして、
最終的に、少なくとも自発浸透の間、浸透増進剤は充填
材又はプレフォームの少なくとも一部に位置しているべ
きである。
気性素材中への自発浸透を達成するために、本発明の好
ましい態様に於いて、浸透増進剤を、プレフォーム及び
／又はマトリックス、金属及び／又は浸透雰囲気の少な
くとも一つへ、直接供給することができる。かくして、
最終的に、少なくとも自発浸透の間、浸透増進剤は充填
材又はプレフォームの少なくとも一部に位置しているべ
きである。
更に好ましい態様に於いて、浸透増進剤前駆体を、充
填材又はプレフォームに外部から供給するか、又は充填
材又はプレフォームと混合することができる。次いで、
浸透増進剤前駆体は、典型的に、充填材又はプレフォー
ム、及び／又はマトリックス金属、及び／又は浸透雰囲
気、及び／又は一緒に結合されるべき物体と反応し、溶
融マトリックス金属により浸透されるべき充填材又はプ
レフォームの少なくとも一部に、浸透増進剤が形成され
る。
填材又はプレフォームに外部から供給するか、又は充填
材又はプレフォームと混合することができる。次いで、
浸透増進剤前駆体は、典型的に、充填材又はプレフォー
ム、及び／又はマトリックス金属、及び／又は浸透雰囲
気、及び／又は一緒に結合されるべき物体と反応し、溶
融マトリックス金属により浸透されるべき充填材又はプ
レフォームの少なくとも一部に、浸透増進剤が形成され
る。
本発明は、金属マトリックス複合体の形成の間のある
時点で、浸透増進剤前駆体として機能するマグネシウム
と、浸透雰囲気として機能する窒素の存在下で接触され
るアルミニウムマトリックス金属について主として述べ
る。かくして、アルミニウム／マグネシウム／窒素のマ
トリックス金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系は、
自発浸透を示す。しかしながら、他のマトリックス金属
／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気も、アルミニウム／マ
グネシウム／窒素系と同様な状態で挙動する。例えば，
同様な自発浸透性質は、アルミニウム／ストロンチウム
／窒素系、アルミニウム／亜鉛／酸素系、及びアルミニ
ウム／カルシウム／窒素系で観察される。従って、本明
細書ではアルミニウム／マグネシウム／窒素系について
主として述べられるが、他のマトリックス金属／浸透増
進剤前駆体／浸透雰囲気系も同様な状態で挙動できるこ
とはいうまでもない。
時点で、浸透増進剤前駆体として機能するマグネシウム
と、浸透雰囲気として機能する窒素の存在下で接触され
るアルミニウムマトリックス金属について主として述べ
る。かくして、アルミニウム／マグネシウム／窒素のマ
トリックス金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系は、
自発浸透を示す。しかしながら、他のマトリックス金属
／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気も、アルミニウム／マ
グネシウム／窒素系と同様な状態で挙動する。例えば，
同様な自発浸透性質は、アルミニウム／ストロンチウム
／窒素系、アルミニウム／亜鉛／酸素系、及びアルミニ
ウム／カルシウム／窒素系で観察される。従って、本明
細書ではアルミニウム／マグネシウム／窒素系について
主として述べられるが、他のマトリックス金属／浸透増
進剤前駆体／浸透雰囲気系も同様な状態で挙動できるこ
とはいうまでもない。
マトリックス金属がアルミニウム合金からなるとき、
アルミニウムの合金は、充填材（例えば、アルミナ又は
炭化珪素）から成るプレフォーム又は充填材、それと混
合された充填材若しくはプレフォームと接触されるか、
及び／又は処理の間のある時点でマグネシウムに曝露さ
れる。更に、好ましい態様に於いて、アルミニウム合金
及び／又はプレフォーム若しくは充填材は、少なくとも
プロセスの一部の間窒素雰囲気中に含まれる。プレフォ
ームは自発的に浸透され、自発浸透及び金属マトリック
スの形成の範囲又は速度は、例えば、系（例えば、アル
ミニウム合金中，及び／又は充填材若しくはプレフォー
ム中、及び／又は浸透雰囲気中）に与えられるマグネシ
ウムの濃度、プレフォーム若しくは充填材中の粒子のサ
イズ及び／若しくは組成、浸透雰囲気中の窒素の濃度、
浸透のために許容される時間、並びに／又は浸透が生じ
る温度を含む処理条件の与えられた設定により変わる。
自発浸透は、典型的に、プレフォーム又は充填材を実質
的に完全に埋め込むために十分な範囲に生じる。
アルミニウムの合金は、充填材（例えば、アルミナ又は
炭化珪素）から成るプレフォーム又は充填材、それと混
合された充填材若しくはプレフォームと接触されるか、
及び／又は処理の間のある時点でマグネシウムに曝露さ
れる。更に、好ましい態様に於いて、アルミニウム合金
及び／又はプレフォーム若しくは充填材は、少なくとも
プロセスの一部の間窒素雰囲気中に含まれる。プレフォ
ームは自発的に浸透され、自発浸透及び金属マトリック
スの形成の範囲又は速度は、例えば、系（例えば、アル
ミニウム合金中，及び／又は充填材若しくはプレフォー
ム中、及び／又は浸透雰囲気中）に与えられるマグネシ
ウムの濃度、プレフォーム若しくは充填材中の粒子のサ
イズ及び／若しくは組成、浸透雰囲気中の窒素の濃度、
浸透のために許容される時間、並びに／又は浸透が生じ
る温度を含む処理条件の与えられた設定により変わる。
自発浸透は、典型的に、プレフォーム又は充填材を実質
的に完全に埋め込むために十分な範囲に生じる。
定 義 本明細書で使用する「アルミニウム」とは、実質的に
純粋な金属（例えば、比較的純粋で市販されている未合
金化アルミニウム）又は不純物及び／若しくは鉄、珪
素、銅、マグネシウム、マンガン、クロム、亜鉛等の合
金成分を有する市販の金属等の他のグレードの金属及び
金属合金を意味するとともにそれらを含む。この定義で
用いているアルミニウム合金は、アルミニウムが主成分
である合金又は金属間化合物である。
純粋な金属（例えば、比較的純粋で市販されている未合
金化アルミニウム）又は不純物及び／若しくは鉄、珪
素、銅、マグネシウム、マンガン、クロム、亜鉛等の合
金成分を有する市販の金属等の他のグレードの金属及び
金属合金を意味するとともにそれらを含む。この定義で
用いているアルミニウム合金は、アルミニウムが主成分
である合金又は金属間化合物である。
本明細書で使用する「残部非酸化性ガス」とは、浸透
雰囲気を成す主要ガスの他に存在するガスで、プロセス
条件下でマトリックス金属と実質的に反応しない不活性
ガス又は還元性ガスであることを意味する。使用される
ガス中の不純物として存在してもよい酸化性ガスで、プ
ロセス条件下でかなりの程度までマトリックス金属を酸
化するには不十分でなければならない。
雰囲気を成す主要ガスの他に存在するガスで、プロセス
条件下でマトリックス金属と実質的に反応しない不活性
ガス又は還元性ガスであることを意味する。使用される
ガス中の不純物として存在してもよい酸化性ガスで、プ
ロセス条件下でかなりの程度までマトリックス金属を酸
化するには不十分でなければならない。
本明細書で使用する「バリヤー」又は「バリヤー手
段」とは、充填材の通気性素材（permeablemass）又は
プレフォームの表面境界を超えて溶融マトリックス金属
が移動、動き等をするのを妨げ、妨害、防止又は終了さ
せるいずれかの適当な手段を意味する。この場合、表面
境界は、前記バリヤー手段により形成されている。適当
なバリヤー手段としては、プロセス条件下で、ある程度
の一体性を維持し且つ実質的に揮発しない（即ち、バリ
ヤー材はバリヤーとして機能しないほどには揮発しな
い）材料、化合物、要素、組成物等を挙げることができ
る。
段」とは、充填材の通気性素材（permeablemass）又は
プレフォームの表面境界を超えて溶融マトリックス金属
が移動、動き等をするのを妨げ、妨害、防止又は終了さ
せるいずれかの適当な手段を意味する。この場合、表面
境界は、前記バリヤー手段により形成されている。適当
なバリヤー手段としては、プロセス条件下で、ある程度
の一体性を維持し且つ実質的に揮発しない（即ち、バリ
ヤー材はバリヤーとして機能しないほどには揮発しな
い）材料、化合物、要素、組成物等を挙げることができ
る。
更に、適当な「バリヤー手段」としては、用いられる
プロセス条件下で、移動する溶融マトリックス金属で実
質的に湿潤しない材料が挙げられる。この種のバリヤー
は、溶融マトリックス金属に対しては実質的に何ら親和
性を示さないと思われ、充填材の素材又はプレフォーム
限定された表面境界を超えて溶融マトリックス金属が移
動するのがバリヤー手段によって妨げられる。このバリ
ヤーは、必要とされるかもしれない最終的な機械加工又
は研磨を減らし、得られる金属マトリックス複合体製品
の表面の少なくとも一部分を形成する。このバリヤー
は、ある場合には、通気性若しくは多孔性又は、例え
ば、孔をあけるか若しくはバリヤーに穴をあけることに
より通気性にして、ガスを溶融マトリックス金属に接触
させてもよい。
プロセス条件下で、移動する溶融マトリックス金属で実
質的に湿潤しない材料が挙げられる。この種のバリヤー
は、溶融マトリックス金属に対しては実質的に何ら親和
性を示さないと思われ、充填材の素材又はプレフォーム
限定された表面境界を超えて溶融マトリックス金属が移
動するのがバリヤー手段によって妨げられる。このバリ
ヤーは、必要とされるかもしれない最終的な機械加工又
は研磨を減らし、得られる金属マトリックス複合体製品
の表面の少なくとも一部分を形成する。このバリヤー
は、ある場合には、通気性若しくは多孔性又は、例え
ば、孔をあけるか若しくはバリヤーに穴をあけることに
より通気性にして、ガスを溶融マトリックス金属に接触
させてもよい。
本明細書で使用される「結合物体」又は「結合される
べき物体」又は「並置された物体」とは、金属マトリッ
クス複合体に結合され得る二つ又はそれ以上のあらゆる
物体を意味し、これには、金属、セラミックス、セラミ
ックス複合体、セルメット、ガラス及びこれらの組み合
わせが含まれるが、それらに限定されるものでないこと
はいうまでもない。
べき物体」又は「並置された物体」とは、金属マトリッ
クス複合体に結合され得る二つ又はそれ以上のあらゆる
物体を意味し、これには、金属、セラミックス、セラミ
ックス複合体、セルメット、ガラス及びこれらの組み合
わせが含まれるが、それらに限定されるものでないこと
はいうまでもない。
本明細書で使用する「カーカス（carcass）」又は
「マトリックス金属のカーカス」とは、金属マトリック
ス複合体の形成中に消費されなかった残存しているマト
リックス金属の最初の物体を意味し、一般的には、冷却
すると、形成された金属マトリックス複合物体と少なく
とも部分的に接触したままの状態を維持する。又、カー
カスは、第二又は外来金属も含んでいてもよい。
「マトリックス金属のカーカス」とは、金属マトリック
ス複合体の形成中に消費されなかった残存しているマト
リックス金属の最初の物体を意味し、一般的には、冷却
すると、形成された金属マトリックス複合物体と少なく
とも部分的に接触したままの状態を維持する。又、カー
カスは、第二又は外来金属も含んでいてもよい。
本明細書で使用する「充填材」とは、マトリックス金
属と実質的に反応せず及び／又はマトリックス金属への
溶解度が限られている単一成分又は成分の混合物が含ま
れ、単相又は複相であってもよい。充填材は、粉末、フ
レーク、板状、小球体、ウイスカー、バブル等の多種多
様の形態で使用でき、緻密でも多孔でもよい。又、「充
填材」は、繊維、チョップドファイバー、粒体、ウイス
カー、バブル、球体、繊維マット等の形態のアルミナ又
はシリコンカーバイド等のセラミック充填材並びに炭素
が、例えば、溶融アルミニウム母材金属によって侵食さ
れるのを防止するためにアルミナ若しくは炭化珪素で被
覆した炭素繊維等の被覆充填材でもよい。又、充填材は
金属でもよい。
属と実質的に反応せず及び／又はマトリックス金属への
溶解度が限られている単一成分又は成分の混合物が含ま
れ、単相又は複相であってもよい。充填材は、粉末、フ
レーク、板状、小球体、ウイスカー、バブル等の多種多
様の形態で使用でき、緻密でも多孔でもよい。又、「充
填材」は、繊維、チョップドファイバー、粒体、ウイス
カー、バブル、球体、繊維マット等の形態のアルミナ又
はシリコンカーバイド等のセラミック充填材並びに炭素
が、例えば、溶融アルミニウム母材金属によって侵食さ
れるのを防止するためにアルミナ若しくは炭化珪素で被
覆した炭素繊維等の被覆充填材でもよい。又、充填材は
金属でもよい。
本明細書で使用される「浸透雰囲気（Infiltratingat
mosphere）」とは、マトリックス金属及び／又はプレフ
ォーム（又は充填材）及び／又は浸透増進剤前駆体及び
／又は浸透増進剤と相互作用し、マトリックス金属の自
発浸透を生じさせ又は促進させる存在雰囲気を意味す
る。
mosphere）」とは、マトリックス金属及び／又はプレフ
ォーム（又は充填材）及び／又は浸透増進剤前駆体及び
／又は浸透増進剤と相互作用し、マトリックス金属の自
発浸透を生じさせ又は促進させる存在雰囲気を意味す
る。
本明細書で使用される「浸透増進剤（Infiltration E
nhancer）」とは、マトリックス金属が充填材若しくは
プレフォームに自発浸透するのを促進又は補助する物質
を意味する。浸透増進剤は、例えば、浸透増進剤前駆体
を浸透雰囲気と反応させて、（１）ガス状物及び／又は
（２）浸透増進剤前駆体と浸透雰囲気との反応生成物及
び／又は（３）浸透増進剤前駆体と充填材若しくはプレ
フォームとの反応生成物を生成することにより製造でき
る。更に、浸透増進剤は、プレフォーム及び／又はマト
リックス金属及び／又は浸透雰囲気の少なくとも一つに
直接供給して、浸透増進剤前駆体と別の種との間の反応
で生成させた浸透増進剤と実質的に同様の方法で作用さ
せてもよい。基本的には、少なくとも自発浸透中は、浸
透増進剤は自発浸透を達成するために充填材又はプレフ
ォームの少なくとも一部分に位置していなければならな
い。
nhancer）」とは、マトリックス金属が充填材若しくは
プレフォームに自発浸透するのを促進又は補助する物質
を意味する。浸透増進剤は、例えば、浸透増進剤前駆体
を浸透雰囲気と反応させて、（１）ガス状物及び／又は
（２）浸透増進剤前駆体と浸透雰囲気との反応生成物及
び／又は（３）浸透増進剤前駆体と充填材若しくはプレ
フォームとの反応生成物を生成することにより製造でき
る。更に、浸透増進剤は、プレフォーム及び／又はマト
リックス金属及び／又は浸透雰囲気の少なくとも一つに
直接供給して、浸透増進剤前駆体と別の種との間の反応
で生成させた浸透増進剤と実質的に同様の方法で作用さ
せてもよい。基本的には、少なくとも自発浸透中は、浸
透増進剤は自発浸透を達成するために充填材又はプレフ
ォームの少なくとも一部分に位置していなければならな
い。
本明細書において使用される「浸透増進剤前駆体（In
filtration Enhancer Precursor）」とは、マトリック
ス金属、プレフォーム及び／又は浸透雰囲気と組み合わ
せて使用すると、マトリックス金属の充填材又はプレフ
ォームへの自発浸透を誘発又は補助する物質を意味す
る。特別な原理又は説明には限定されないが、浸透増進
剤前駆体が浸透雰囲気及び／又はプレフォーム若しくは
充填材及び／又は金属と相互作用できる位置に、浸透増
進剤前駆体が配置若しくは移動できることが必要であ
る。例えば、あるマトリックス金属／浸透増進剤前駆体
／浸透雰囲気系では、浸透増進剤前駆体が、マトリック
ス金属の溶融温度、その近くの温度又は場合によっては
それよりもいくらか高い温度で揮発することが望まし
い。このような揮発により、（１）浸透増進剤前駆体と
浸透雰囲気との反応による、マトリックス金属による充
填材又はプレフォームの湿潤を増進するガス状物の生
成；及び／又は（２）浸透増進剤前駆体と浸透雰囲気と
の反応による、充填材又はプレフォームの少なくとも一
部に湿潤を増進する固体状、液状又はガス状浸透増進剤
の生成；及び／又は（３）充填材又はプレフォームの少
なくとも一部分内において湿潤を増進する固体状、液状
又はガス状浸透増進剤を生成する充填材又はプレフォー
ム内の浸透増進剤前駆体の反応が生じる。
filtration Enhancer Precursor）」とは、マトリック
ス金属、プレフォーム及び／又は浸透雰囲気と組み合わ
せて使用すると、マトリックス金属の充填材又はプレフ
ォームへの自発浸透を誘発又は補助する物質を意味す
る。特別な原理又は説明には限定されないが、浸透増進
剤前駆体が浸透雰囲気及び／又はプレフォーム若しくは
充填材及び／又は金属と相互作用できる位置に、浸透増
進剤前駆体が配置若しくは移動できることが必要であ
る。例えば、あるマトリックス金属／浸透増進剤前駆体
／浸透雰囲気系では、浸透増進剤前駆体が、マトリック
ス金属の溶融温度、その近くの温度又は場合によっては
それよりもいくらか高い温度で揮発することが望まし
い。このような揮発により、（１）浸透増進剤前駆体と
浸透雰囲気との反応による、マトリックス金属による充
填材又はプレフォームの湿潤を増進するガス状物の生
成；及び／又は（２）浸透増進剤前駆体と浸透雰囲気と
の反応による、充填材又はプレフォームの少なくとも一
部に湿潤を増進する固体状、液状又はガス状浸透増進剤
の生成；及び／又は（３）充填材又はプレフォームの少
なくとも一部分内において湿潤を増進する固体状、液状
又はガス状浸透増進剤を生成する充填材又はプレフォー
ム内の浸透増進剤前駆体の反応が生じる。
本明細書において使用される「マトリックス金属」又
は「マトリックス金属合金」とは、金属マトリックス複
合体の形成に用いられる金属（例えば、浸透前）及び／
又は充填材と混じり合って金属マトリックス複合物体を
形成している金属（例えば、浸透後）を意味する。上記
金属をマトリックス金属と称する場合には、マトリック
ス金属には、実質的に純粋な金属、不純物及び／若しく
は合金成分を有する市販の金属、金属が主成分である金
属間化合物又は合金も含まれる。
は「マトリックス金属合金」とは、金属マトリックス複
合体の形成に用いられる金属（例えば、浸透前）及び／
又は充填材と混じり合って金属マトリックス複合物体を
形成している金属（例えば、浸透後）を意味する。上記
金属をマトリックス金属と称する場合には、マトリック
ス金属には、実質的に純粋な金属、不純物及び／若しく
は合金成分を有する市販の金属、金属が主成分である金
属間化合物又は合金も含まれる。
本明細書において使用される「マトリックス金属／浸
透増進剤前駆体／浸透雰囲気」又は「自発系」とは、プ
レフォーム又は充填材への自発浸透を示す物質の組み合
わせを意味する。「／」が、例示するマトリックス金
属、浸透増進剤前駆体及び浸透雰囲気の間に用いられる
ときは、特定の方法でそれらを組み合わせると、プレフ
ォーム若しくは充填材への自発浸透を示す系又は物質の
組み合わせを示すために使用される。
透増進剤前駆体／浸透雰囲気」又は「自発系」とは、プ
レフォーム又は充填材への自発浸透を示す物質の組み合
わせを意味する。「／」が、例示するマトリックス金
属、浸透増進剤前駆体及び浸透雰囲気の間に用いられる
ときは、特定の方法でそれらを組み合わせると、プレフ
ォーム若しくは充填材への自発浸透を示す系又は物質の
組み合わせを示すために使用される。
本明細書において使用される「金属マトリックス複合
体（Metal Matrix Composite）」又は「MMC」は、プレ
フォーム又は充填材を埋め込んだ、二次元若しくは三次
元的に連続する合金又はマトリックス金属からなる材料
を意味する。マトリックス金属に種々の合金元素を含有
せしめて、特に所望の機械的及び物理的性質を有するよ
うにしてもよい。
体（Metal Matrix Composite）」又は「MMC」は、プレ
フォーム又は充填材を埋め込んだ、二次元若しくは三次
元的に連続する合金又はマトリックス金属からなる材料
を意味する。マトリックス金属に種々の合金元素を含有
せしめて、特に所望の機械的及び物理的性質を有するよ
うにしてもよい。
マトリックス金属と「異種」の金属とは、マトリック
ス金属と同じ金属を、主要成分として含有しない金属を
意味する（例えば、マトリックス金属の主要成分がアル
ミニウムの場合には、「異種」の金属は、例えば、ニッ
ケルを主要成分として有することができる。
ス金属と同じ金属を、主要成分として含有しない金属を
意味する（例えば、マトリックス金属の主要成分がアル
ミニウムの場合には、「異種」の金属は、例えば、ニッ
ケルを主要成分として有することができる。
「マトリックス金属を入れるための非反応性容器」と
は、プロセス条件下で、充填材（若しくはプレフォー
ム）及び／又は溶融マトリックス金属を入れるか又は収
容することができ且つ自発浸透機構に対して顕著な悪影
響を及ぼすような方法では、マトリックス及び／又は浸
透雰囲気及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は充填材
若しくはプレフォームとは反応しない容器を意味する。
は、プロセス条件下で、充填材（若しくはプレフォー
ム）及び／又は溶融マトリックス金属を入れるか又は収
容することができ且つ自発浸透機構に対して顕著な悪影
響を及ぼすような方法では、マトリックス及び／又は浸
透雰囲気及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は充填材
若しくはプレフォームとは反応しない容器を意味する。
本明細書において使用される「プレフォーム（Prefor
m）」又は「通気性プレフォーム（permeableprefor
m）」とは、浸透するマトリックス金属の境界を実質的
に形成する少なくとも一つの表面境界を用いて製造され
る充填材又は充填材の多孔性素材（porons mass）を意
味する。このような素材は、マトリックス金属を浸透さ
せる前に、寸法忠実性を提供するに十分な形状保持性及
び生強度を維持する。又、この素材は、自発浸透でマト
リックス金属を受け入れるに十分な程度に多孔性でなけ
ればならない。プレフォームは、一般的には、充填材
が、均一若しくは不均一の形態で、結着して充填又は配
置されてなり、適当な物質（例えば、セラミック及び／
又は金属の粒子、粉末、繊維、ウイスカー等並びにそれ
らの組み合わせ）からなってよい。プレフォームは、単
独でも集成体で存在してもよい。
m）」又は「通気性プレフォーム（permeableprefor
m）」とは、浸透するマトリックス金属の境界を実質的
に形成する少なくとも一つの表面境界を用いて製造され
る充填材又は充填材の多孔性素材（porons mass）を意
味する。このような素材は、マトリックス金属を浸透さ
せる前に、寸法忠実性を提供するに十分な形状保持性及
び生強度を維持する。又、この素材は、自発浸透でマト
リックス金属を受け入れるに十分な程度に多孔性でなけ
ればならない。プレフォームは、一般的には、充填材
が、均一若しくは不均一の形態で、結着して充填又は配
置されてなり、適当な物質（例えば、セラミック及び／
又は金属の粒子、粉末、繊維、ウイスカー等並びにそれ
らの組み合わせ）からなってよい。プレフォームは、単
独でも集成体で存在してもよい。
本明細書で使用される「溜（reservoir）」とは、金
属が溶融したとき、流れて、充填材若しくはプレフォー
ムと接触しているマトリックス金属の部分、セグメント
若しくは源を補充又は、ある場合には、最初にマトリッ
クス金属を提供しかつ続いて補充するために、充填材又
はプレフォームの素材に対して分離して配置されたマト
リックス金属の別個の物体を意味する。
属が溶融したとき、流れて、充填材若しくはプレフォー
ムと接触しているマトリックス金属の部分、セグメント
若しくは源を補充又は、ある場合には、最初にマトリッ
クス金属を提供しかつ続いて補充するために、充填材又
はプレフォームの素材に対して分離して配置されたマト
リックス金属の別個の物体を意味する。
マトリックス金属とは異なる金属を供給するためにリ
ザーバを使用することができる。
ザーバを使用することができる。
本明細書で使用される「自発浸透（Spontaneous Infi
ltration）」とは、圧力又は真空を印加（外部から印加
するか若しくは内部で発生させるかとは無関係に）しな
くても、マトリックス金属が充填材又はプレフォームの
通気性素材に浸透することを意味する。
ltration）」とは、圧力又は真空を印加（外部から印加
するか若しくは内部で発生させるかとは無関係に）しな
くても、マトリックス金属が充填材又はプレフォームの
通気性素材に浸透することを意味する。
以下の図は、本発明の理解を深めるために示したもの
であるが、本発明の範囲はこれらによっては限定されな
い。各図において、同様な構成要素は同様な参照番号を
用いてある。
であるが、本発明の範囲はこれらによっては限定されな
い。各図において、同様な構成要素は同様な参照番号を
用いてある。
本発明は、二つ又はそれ以上の一緒に結合されるべき
物体の少なくとも一部の間に金属マトリックス複合体の
結合層を形成することに関する。金属マトリックス複合
体は充填材又はプレフォームを溶融マトリックス金属で
自発浸透させることによって製造する。詳細には、浸透
増進剤及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲
気が、プロセス中の少なくともある時点で、充填材又は
プレフォームと連通して、溶融マトリックス金属が充填
材又はプレフォームに自発的に浸透するとを可能にす
る。二つ又はそれ以上の結合物体の少なくとも一部の間
に位置している、充填材又はプレフォームのこのような
自発浸透は、結合物体を一緒に結合又は接着する機能を
果たす。
物体の少なくとも一部の間に金属マトリックス複合体の
結合層を形成することに関する。金属マトリックス複合
体は充填材又はプレフォームを溶融マトリックス金属で
自発浸透させることによって製造する。詳細には、浸透
増進剤及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲
気が、プロセス中の少なくともある時点で、充填材又は
プレフォームと連通して、溶融マトリックス金属が充填
材又はプレフォームに自発的に浸透するとを可能にす
る。二つ又はそれ以上の結合物体の少なくとも一部の間
に位置している、充填材又はプレフォームのこのような
自発浸透は、結合物体を一緒に結合又は接着する機能を
果たす。
結合手段として機能する金属マトリックス複合体のサ
イズは、一緒に結合されるべき物体に比較して小さくで
き、又は一緒に結合されるべき物体に比較して幾らか大
きくてもよい。しかしながら、金属マトリックス複合体
により果たされる第一の目的は、少なくとも二つの追加
の物体を一緒に結合することである。
イズは、一緒に結合されるべき物体に比較して小さくで
き、又は一緒に結合されるべき物体に比較して幾らか大
きくてもよい。しかしながら、金属マトリックス複合体
により果たされる第一の目的は、少なくとも二つの追加
の物体を一緒に結合することである。
更に、残留マトリックス金属、又はマトリックス金属
のカーカスが、一緒に結合されるべき物体の間に存在し
ていてもよい。例えば、若しマトリックス金属の物体が
充填材又はプレフォートの少なくとも二つの領域の間に
サンドイッチされ、供給されるマトリックス金属の量が
各充填材又はプレフォームの実質的に完全な浸透を得る
ために必要な量よりも過剰であるならば、順繰りにそれ
ぞれが少なくとも１個の追加の物体に結合している、少
なくとも２個の金属マトリックス複合体によりサンドイ
ッチされたマトリックス金属のカーカスが得られる結合
体となる。このようなマトリックス金属のカーカスは、
一緒に結合されるべき物体の間の応力を減少させる助け
となる。
のカーカスが、一緒に結合されるべき物体の間に存在し
ていてもよい。例えば、若しマトリックス金属の物体が
充填材又はプレフォートの少なくとも二つの領域の間に
サンドイッチされ、供給されるマトリックス金属の量が
各充填材又はプレフォームの実質的に完全な浸透を得る
ために必要な量よりも過剰であるならば、順繰りにそれ
ぞれが少なくとも１個の追加の物体に結合している、少
なくとも２個の金属マトリックス複合体によりサンドイ
ッチされたマトリックス金属のカーカスが得られる結合
体となる。このようなマトリックス金属のカーカスは、
一緒に結合されるべき物体の間の応力を減少させる助け
となる。
金属マトリックス複合体は、広範囲に選択される物体
又は物質を一緒に結合するための理想的な結合手段であ
る。例えば、金属マトリックス複合体は、金属と金属、
金属とセラミックス、及びセラミックスとセラミックス
を結合するために使用できる。本発明により製造される
金属マトリックス複合体は、二つの物質の間の受容でき
る結合を達成するために組み合わせることができる、充
填材及び／又はマトリックス金属の広範囲の選択のため
に、結合手段として特異的に機能することができる。更
に、マトリックス金属のカーカスを含ませる任意選択
は、追加の量の設計柔軟性を加える。例えば、一緒に結
合される物体が、従来の手段によっては物体を一緒に結
合することが困難であるほど、互いに大きく異なってい
る熱膨張係数を有している場合には、金属マトリックス
複合体はその仕事のために完全に適合している。特に、
二つの物体の間の中間の熱膨張係数を有する金属マトリ
ックス複合体が製造できる。更に、金属マトリックス複
合体内に充填材とマトリックス金属との両方が存在する
ために、この複合体はセラミックス（又はセラミックス
複合体）を金属に特異的に結合することができる。この
ような結合は、従来の方法よって達成することは困難で
あった。
又は物質を一緒に結合するための理想的な結合手段であ
る。例えば、金属マトリックス複合体は、金属と金属、
金属とセラミックス、及びセラミックスとセラミックス
を結合するために使用できる。本発明により製造される
金属マトリックス複合体は、二つの物質の間の受容でき
る結合を達成するために組み合わせることができる、充
填材及び／又はマトリックス金属の広範囲の選択のため
に、結合手段として特異的に機能することができる。更
に、マトリックス金属のカーカスを含ませる任意選択
は、追加の量の設計柔軟性を加える。例えば、一緒に結
合される物体が、従来の手段によっては物体を一緒に結
合することが困難であるほど、互いに大きく異なってい
る熱膨張係数を有している場合には、金属マトリックス
複合体はその仕事のために完全に適合している。特に、
二つの物体の間の中間の熱膨張係数を有する金属マトリ
ックス複合体が製造できる。更に、金属マトリックス複
合体内に充填材とマトリックス金属との両方が存在する
ために、この複合体はセラミックス（又はセラミックス
複合体）を金属に特異的に結合することができる。この
ような結合は、従来の方法よって達成することは困難で
あった。
充填材又はプレフォームは、一緒に結合されるべき物
体の少なくとも一つと、接触させるか又は固着させて置
くことができる。例えば、充填材は、スプレー、塗料及
び／又はディップコート等をすることができるスラリー
又はペーストとして、結合されるべき物体の少なくとも
一つの表面の少なくとも一部に適用できる。マトリック
ス金属の箔又は板をスラリー又はペーストの上に配置す
ることができる。適当なアルミニウム合金は、約５〜10
重量％のシリコン及び／又はマグネシウムを含むもので
ある。スラリーは、充填材を、例えば、硝酸マグネシウ
ム及び／又は酢酸亜鉛を含む水溶液と混合することによ
って形成できる。更に、プレフォームは、どのような適
当な形状（例えば、ウエファー、ディスク又は類似物）
にも作ることができ、結合されるべき物体と接触させて
置かれる。かくして、充填材又はプレフォームが結合さ
れるべき物体の表面の少なくとも一部と接触されている
限り、受容できる金属マトリックス複合体結合手段が形
成できる。
体の少なくとも一つと、接触させるか又は固着させて置
くことができる。例えば、充填材は、スプレー、塗料及
び／又はディップコート等をすることができるスラリー
又はペーストとして、結合されるべき物体の少なくとも
一つの表面の少なくとも一部に適用できる。マトリック
ス金属の箔又は板をスラリー又はペーストの上に配置す
ることができる。適当なアルミニウム合金は、約５〜10
重量％のシリコン及び／又はマグネシウムを含むもので
ある。スラリーは、充填材を、例えば、硝酸マグネシウ
ム及び／又は酢酸亜鉛を含む水溶液と混合することによ
って形成できる。更に、プレフォームは、どのような適
当な形状（例えば、ウエファー、ディスク又は類似物）
にも作ることができ、結合されるべき物体と接触させて
置かれる。かくして、充填材又はプレフォームが結合さ
れるべき物体の表面の少なくとも一部と接触されている
限り、受容できる金属マトリックス複合体結合手段が形
成できる。
結合を与えるために、金属マトリックス複合体のマト
リックス金属が結合されるべき物体と化学的に反応する
か、及び／又は、金属マトリックス複合体中の浸透性充
填材が反応する。更に、マトリックス金属は、（１）結
合されるべき物体を溶解するか、及び／又は（２）結合
されるべき物体中に吸収され得る。自発金属マトリック
ス浸透により結合されるべき物体は同じ物質である必要
はないことはいうまでもない。
リックス金属が結合されるべき物体と化学的に反応する
か、及び／又は、金属マトリックス複合体中の浸透性充
填材が反応する。更に、マトリックス金属は、（１）結
合されるべき物体を溶解するか、及び／又は（２）結合
されるべき物体中に吸収され得る。自発金属マトリック
ス浸透により結合されるべき物体は同じ物質である必要
はないことはいうまでもない。
充填材又はプレフォームへのマトリックス金属の自発
浸透を行うためには、浸透増進剤が自発系に提供されな
ければならない。浸透増進剤は浸透増進剤前駆体から生
成されることができ、浸透増進剤前駆体は（１）マトリ
ックス金属中に；及び／又は（２）充填材又はプレフォ
ーム中に；及び／又は（３）浸透雰囲気から；及び／又
は（４）外部源から自発系に提供される。更に、浸透増
進剤前駆体を供給するのではなく、浸透増進剤を、充填
材又はプレフォーム及び／又はマトリックス金属及び／
又は浸透雰囲気に直接供給できる。基本的には、少なく
とも自発浸透中には、浸透増進剤は、充填材若しくはプ
レフォームの少なくとも一部分に位置しなければならな
い。
浸透を行うためには、浸透増進剤が自発系に提供されな
ければならない。浸透増進剤は浸透増進剤前駆体から生
成されることができ、浸透増進剤前駆体は（１）マトリ
ックス金属中に；及び／又は（２）充填材又はプレフォ
ーム中に；及び／又は（３）浸透雰囲気から；及び／又
は（４）外部源から自発系に提供される。更に、浸透増
進剤前駆体を供給するのではなく、浸透増進剤を、充填
材又はプレフォーム及び／又はマトリックス金属及び／
又は浸透雰囲気に直接供給できる。基本的には、少なく
とも自発浸透中には、浸透増進剤は、充填材若しくはプ
レフォームの少なくとも一部分に位置しなければならな
い。
好ましい実施態様においては、浸透増進剤が充填剤若
しくはプレフォームの少なくとも一部分に形成すること
ができるように、プレフォームと溶融マトリックス金属
との接触前に若しくは実質的に同時に、浸透増進剤前駆
体を、少なくとも部分的に、浸透雰囲気と反応させるこ
とができる（例えば、マグネシウムが浸透増進剤前駆体
であり且つ窒素が浸透雰囲気である場合には、浸透増進
剤は、充填材若しくはプレフォームの一部分に位置させ
る窒化マグネシウムでよい）。
しくはプレフォームの少なくとも一部分に形成すること
ができるように、プレフォームと溶融マトリックス金属
との接触前に若しくは実質的に同時に、浸透増進剤前駆
体を、少なくとも部分的に、浸透雰囲気と反応させるこ
とができる（例えば、マグネシウムが浸透増進剤前駆体
であり且つ窒素が浸透雰囲気である場合には、浸透増進
剤は、充填材若しくはプレフォームの一部分に位置させ
る窒化マグネシウムでよい）。
マトリックス金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系
の一例として、アルミニウム／マグネシウム／窒素系が
挙げられる。具体的には、アルミニウムマトリックス金
属を、プロセス条件下で、アルミニウムを溶解させたと
きにアルミニウムマトリックス金属及び／又は充填材と
反応しない適当な耐火容器内に入れることができる。マ
グネシウムを含むか又はマグネシウムに曝露された充填
材は、少なくとも処理の間のある時点で、窒素雰囲気に
曝露され、溶融アルミニウムマトリックス金属と接触で
きる。次いで、マトリックス金属は充填材又はプレフォ
ームに自発浸透する。
の一例として、アルミニウム／マグネシウム／窒素系が
挙げられる。具体的には、アルミニウムマトリックス金
属を、プロセス条件下で、アルミニウムを溶解させたと
きにアルミニウムマトリックス金属及び／又は充填材と
反応しない適当な耐火容器内に入れることができる。マ
グネシウムを含むか又はマグネシウムに曝露された充填
材は、少なくとも処理の間のある時点で、窒素雰囲気に
曝露され、溶融アルミニウムマトリックス金属と接触で
きる。次いで、マトリックス金属は充填材又はプレフォ
ームに自発浸透する。
更に、浸透増進剤前駆体を供給するのではなく、浸透
増進剤を、プレフォーム若しくは充填材及び／又はマト
リックス金属及び／又は浸透雰囲気の少なくとも一つに
直接供給してもよい。基本的には、少なくとも自発浸透
中には、浸透増進剤は、充填材又はプレフォームの少な
くとも一部分に位置しなければならない。
増進剤を、プレフォーム若しくは充填材及び／又はマト
リックス金属及び／又は浸透雰囲気の少なくとも一つに
直接供給してもよい。基本的には、少なくとも自発浸透
中には、浸透増進剤は、充填材又はプレフォームの少な
くとも一部分に位置しなければならない。
本発明の方法に用いられる条件下では、アルミニウム
／マグネシウム／窒素自発浸透系の場合に、充填材又は
プレフォームは、窒素含有ガスが、プロセス中のある時
点で充填材又はプレフォームに浸透若しくは通過し及び
／又は溶融マトリックス金属と接触するのに十分な程度
通気性でなければならない。更に、通気性充填材又はプ
レフォームに溶融マトリックス金属を浸透させて、窒素
透過充填材又はプレフォームに溶融マトリックス金属を
自発浸透させることにより、金属マトリックス複合体を
形成し、及び／又は窒素を浸透増進剤前駆体と反応させ
て浸透増進剤を充填材又はプレフォーム中に形成して自
発浸透を生じさせることができる。自発浸透及び金属マ
トリックス複合体生成の程度又は割合は、アルミニウム
合金のマグネシウム含量、充填材又はプレフォームのマ
グネシウム含量、充填材又はプレフォームにおける窒化
マグネシウムの量、追加合金元素の有無（例えば、珪
素、鉄、銅、マグネシウム、クロム、亜鉛等）、充填材
の平均サイズ（例えば、粒径）、充填材の表面状態及び
種類、浸透雰囲気の窒素濃度、浸透に与えられる時間並
びに浸透が生じる温度を含む一定のプロセス条件により
異なる。例えば、溶融アルミニウムマトリックス金属の
浸透を自発的に生じさせるために、アルミニウムを、合
金重量に対して少なくとも約１重量％、好ましくは少な
くとも約３重量％のマグネシウム（浸透増進剤前駆体と
して機能する）と合金化することができる。又、上記で
説明した補助合金元素をマトリックス金属に含有せしめ
て、特定の性質を作り出してもよい。更に、補助合金元
素は、充填材又はプレフォームの自発浸透を生じさせる
ためのマトリックスアルミニウム金属に必要とされるマ
グネシウムの最少量に影響する場合がある。例えば、揮
発による自発系からのマグネシウムの損失は、浸透増進
剤を形成するのにマグネシウムが全く存在しない程度ま
では生じてはならない。従って、十分な濃度の初期合金
元素を用いて、自発浸透が揮発によって悪影響されない
ようにすることが望ましい。更に、充填材とマトリック
ス金属の両方又は充填材だけにマグネシウムが存在する
と、自発浸透を達成するのに必要なマグネシウムの量が
減少する場合がある。
／マグネシウム／窒素自発浸透系の場合に、充填材又は
プレフォームは、窒素含有ガスが、プロセス中のある時
点で充填材又はプレフォームに浸透若しくは通過し及び
／又は溶融マトリックス金属と接触するのに十分な程度
通気性でなければならない。更に、通気性充填材又はプ
レフォームに溶融マトリックス金属を浸透させて、窒素
透過充填材又はプレフォームに溶融マトリックス金属を
自発浸透させることにより、金属マトリックス複合体を
形成し、及び／又は窒素を浸透増進剤前駆体と反応させ
て浸透増進剤を充填材又はプレフォーム中に形成して自
発浸透を生じさせることができる。自発浸透及び金属マ
トリックス複合体生成の程度又は割合は、アルミニウム
合金のマグネシウム含量、充填材又はプレフォームのマ
グネシウム含量、充填材又はプレフォームにおける窒化
マグネシウムの量、追加合金元素の有無（例えば、珪
素、鉄、銅、マグネシウム、クロム、亜鉛等）、充填材
の平均サイズ（例えば、粒径）、充填材の表面状態及び
種類、浸透雰囲気の窒素濃度、浸透に与えられる時間並
びに浸透が生じる温度を含む一定のプロセス条件により
異なる。例えば、溶融アルミニウムマトリックス金属の
浸透を自発的に生じさせるために、アルミニウムを、合
金重量に対して少なくとも約１重量％、好ましくは少な
くとも約３重量％のマグネシウム（浸透増進剤前駆体と
して機能する）と合金化することができる。又、上記で
説明した補助合金元素をマトリックス金属に含有せしめ
て、特定の性質を作り出してもよい。更に、補助合金元
素は、充填材又はプレフォームの自発浸透を生じさせる
ためのマトリックスアルミニウム金属に必要とされるマ
グネシウムの最少量に影響する場合がある。例えば、揮
発による自発系からのマグネシウムの損失は、浸透増進
剤を形成するのにマグネシウムが全く存在しない程度ま
では生じてはならない。従って、十分な濃度の初期合金
元素を用いて、自発浸透が揮発によって悪影響されない
ようにすることが望ましい。更に、充填材とマトリック
ス金属の両方又は充填材だけにマグネシウムが存在する
と、自発浸透を達成するのに必要なマグネシウムの量が
減少する場合がある。
窒素雰囲気における窒素体積％も、金属マトリックス
複合体の生成速度に影響を及ぼす。即ち、約10体積％未
満の窒素が雰囲気に存在する場合、自発浸透が非常にゆ
っくり生じるか又はほとんど生じない。即ち、少なくと
も約50体積％の窒素が浸透雰囲気に存在して、それによ
り、例えば、浸透速度をはるかに大きくして浸透時間を
短くすることが好ましいことが見い出された。浸透雰囲
気（例えば、窒素含有ガス）を充填材及び／又はマトリ
ックス金属に直接供給してもよいし、又は一種又はそれ
以上の物質の分解から生成若しくは生じさせてもよい。
複合体の生成速度に影響を及ぼす。即ち、約10体積％未
満の窒素が雰囲気に存在する場合、自発浸透が非常にゆ
っくり生じるか又はほとんど生じない。即ち、少なくと
も約50体積％の窒素が浸透雰囲気に存在して、それによ
り、例えば、浸透速度をはるかに大きくして浸透時間を
短くすることが好ましいことが見い出された。浸透雰囲
気（例えば、窒素含有ガス）を充填材及び／又はマトリ
ックス金属に直接供給してもよいし、又は一種又はそれ
以上の物質の分解から生成若しくは生じさせてもよい。
溶融マトリックス金属が充填材又はプレフォームに浸
透させるのに必要とする最少マグネシウム含量は、処理
温度、時間、珪素又は亜鉛等の補助合金元素の有無、充
填材の性質、自発系の一種以上の成分中におけるマグネ
シウムの位置、雰囲気の窒素含量及び窒素雰囲気の流速
等の一種又はそれ以上の変数によって異なる。合金及び
／又は充填材のマグネシウム含量を増加すれば、より低
温又はより短い加熱時間で完全な浸透を達成することが
できる。又、一定のマグネシウム含量の場合、亜鉛等の
ある種の補助合金元素を添加すると、より低温を用いる
ことが可能となる。例えば、使用範囲の下端、即ち、約
１〜３重量％でのマトリックス金属のマグネシウム含量
を、上記した最低処理温度、高窒素濃度又は一種以上の
補助合金元素の少なくとも一つとの組み合わせで用いて
もよい。充填材にマグネシウムを全く添加しない場合に
は、多種多様なプロセス条件にわたる一般的な実用性に
基づいて、約３〜５重量％のマグネシウムを含有する合
金が好ましく、より低い温度及びより短い時間を用いる
場合には、少なくとも約５％が好ましい。又、浸透に必
要とする温度条件を和らげるために、アルミニウムのマ
グネシウム含量を約10重量％を超えるものとしてもよ
い。補助合金元素と組み合わせて用いるときには、マグ
ネシウム含量を減少させてもよいが、これらの合金元素
は補助的機能しか果たさないので、少なくとも上記で規
定した最少量のマグネシウムと一緒に用いる。例えば、
10％珪素だけと合金化した公称純粋アルミニウムは、10
00℃では500メッシュの39クリストロン（Crystolon）
〔ノートン社（Norton Co.）製純度99％炭化珪素〕のベ
ッドに実質的に浸透しなかった。しかしながら、マグネ
シウムが存在すると、珪素が浸透工程を促進することが
判明した。更に、マグネシウムを専ら充填材に供給する
場合には、その量は異なる。供給されるマグネシウムの
総量の少なくとも一部分を充填材に入れる場合には、自
発系に供給されるマグネシウムの量（重量％）がもっと
少なくても自発浸透が生じることが分かった。金属マト
リックス複合体において、望ましくない金属間化合物が
生成するのを防止するためには、マグネシウムの量は少
ない方が望ましい。炭化珪素プレフォームの場合には、
マグネシウムを少なくとも約１重量％含有するプレフォ
ームを、実質的に純粋な窒素雰囲気の存在下で、アルミ
ニウムマトリックス金属と接触させると、マトリックス
金属がプレフォームに自発的に浸透することが分かっ
た。アルミナプレフォームの場合、許容できる自発浸透
を達成するのに必要なマグネシウムの量は、これよりわ
ずかに大きい、即ち、アルミナプレフォームを同様なア
ルミニウムマトリックス金属と接触させると、炭化珪素
プレフォームに浸透したアルミニウムとほぼ同じ温度で
且つ同じ窒素雰囲気下で、すぐ上で説明した炭化珪素プ
レフォームで達成されたのと同様な自発浸透を達成する
には、少なくとも約３重量％のマグネシウムが必要であ
ることが分かった。
透させるのに必要とする最少マグネシウム含量は、処理
温度、時間、珪素又は亜鉛等の補助合金元素の有無、充
填材の性質、自発系の一種以上の成分中におけるマグネ
シウムの位置、雰囲気の窒素含量及び窒素雰囲気の流速
等の一種又はそれ以上の変数によって異なる。合金及び
／又は充填材のマグネシウム含量を増加すれば、より低
温又はより短い加熱時間で完全な浸透を達成することが
できる。又、一定のマグネシウム含量の場合、亜鉛等の
ある種の補助合金元素を添加すると、より低温を用いる
ことが可能となる。例えば、使用範囲の下端、即ち、約
１〜３重量％でのマトリックス金属のマグネシウム含量
を、上記した最低処理温度、高窒素濃度又は一種以上の
補助合金元素の少なくとも一つとの組み合わせで用いて
もよい。充填材にマグネシウムを全く添加しない場合に
は、多種多様なプロセス条件にわたる一般的な実用性に
基づいて、約３〜５重量％のマグネシウムを含有する合
金が好ましく、より低い温度及びより短い時間を用いる
場合には、少なくとも約５％が好ましい。又、浸透に必
要とする温度条件を和らげるために、アルミニウムのマ
グネシウム含量を約10重量％を超えるものとしてもよ
い。補助合金元素と組み合わせて用いるときには、マグ
ネシウム含量を減少させてもよいが、これらの合金元素
は補助的機能しか果たさないので、少なくとも上記で規
定した最少量のマグネシウムと一緒に用いる。例えば、
10％珪素だけと合金化した公称純粋アルミニウムは、10
00℃では500メッシュの39クリストロン（Crystolon）
〔ノートン社（Norton Co.）製純度99％炭化珪素〕のベ
ッドに実質的に浸透しなかった。しかしながら、マグネ
シウムが存在すると、珪素が浸透工程を促進することが
判明した。更に、マグネシウムを専ら充填材に供給する
場合には、その量は異なる。供給されるマグネシウムの
総量の少なくとも一部分を充填材に入れる場合には、自
発系に供給されるマグネシウムの量（重量％）がもっと
少なくても自発浸透が生じることが分かった。金属マト
リックス複合体において、望ましくない金属間化合物が
生成するのを防止するためには、マグネシウムの量は少
ない方が望ましい。炭化珪素プレフォームの場合には、
マグネシウムを少なくとも約１重量％含有するプレフォ
ームを、実質的に純粋な窒素雰囲気の存在下で、アルミ
ニウムマトリックス金属と接触させると、マトリックス
金属がプレフォームに自発的に浸透することが分かっ
た。アルミナプレフォームの場合、許容できる自発浸透
を達成するのに必要なマグネシウムの量は、これよりわ
ずかに大きい、即ち、アルミナプレフォームを同様なア
ルミニウムマトリックス金属と接触させると、炭化珪素
プレフォームに浸透したアルミニウムとほぼ同じ温度で
且つ同じ窒素雰囲気下で、すぐ上で説明した炭化珪素プ
レフォームで達成されたのと同様な自発浸透を達成する
には、少なくとも約３重量％のマグネシウムが必要であ
ることが分かった。
又、充填材又はプレフォームをマトリックス金属に浸
透させる前に、自発系に対して、浸透増進剤前駆体及び
浸透増進剤を、合金の表面及び／又はプレフォーム若し
くは充填材の表面及び／又はプレフォーム若しくは充填
材内部に供給することも可能である（即ち、供給浸透増
進剤又は浸透増進剤前駆体をマトリックス金属と合金化
する必要がなく、むしろ、単に自発系に供給すればよ
い）。マグネシウムをマトリックス金属の表面に適用す
る場合には、その表面は、充填材の通気性素材に近接若
しくは好ましくは接触している表面であること、又は充
填材の通気性素材がマトリックス金属の表面に最も近接
若しくは好ましくは接触していることが好ましい。又、
このようなマグネシウムは、充填材の少なくとも一部分
に混入してもよい。更に、表面への適用、合金化及び充
填材の少なくとも一部分へのマグネシウムの配置のいく
つかを組み合わせて使用することができる。浸透増進剤
及び／又は浸透増進剤前駆体の適用の組み合わせによ
り、充填材へのマトリックスアルミニウム金属の浸透を
促進するために必要なマグネシウムの総重量％の減少で
きるとともに、浸透が生じる温度を低下させることがで
きる。更に、マグネシウムが存在するために生成する望
ましくない金属間化合物の量も最少に抑えることもでき
る。
透させる前に、自発系に対して、浸透増進剤前駆体及び
浸透増進剤を、合金の表面及び／又はプレフォーム若し
くは充填材の表面及び／又はプレフォーム若しくは充填
材内部に供給することも可能である（即ち、供給浸透増
進剤又は浸透増進剤前駆体をマトリックス金属と合金化
する必要がなく、むしろ、単に自発系に供給すればよ
い）。マグネシウムをマトリックス金属の表面に適用す
る場合には、その表面は、充填材の通気性素材に近接若
しくは好ましくは接触している表面であること、又は充
填材の通気性素材がマトリックス金属の表面に最も近接
若しくは好ましくは接触していることが好ましい。又、
このようなマグネシウムは、充填材の少なくとも一部分
に混入してもよい。更に、表面への適用、合金化及び充
填材の少なくとも一部分へのマグネシウムの配置のいく
つかを組み合わせて使用することができる。浸透増進剤
及び／又は浸透増進剤前駆体の適用の組み合わせによ
り、充填材へのマトリックスアルミニウム金属の浸透を
促進するために必要なマグネシウムの総重量％の減少で
きるとともに、浸透が生じる温度を低下させることがで
きる。更に、マグネシウムが存在するために生成する望
ましくない金属間化合物の量も最少に抑えることもでき
る。
一種以上の補助合金元素の使用及び周囲ガス中の窒素
濃度も、所定温度でのマトリックス金属の窒化の程度に
影響する。例えば、合金に含ませるか又は合金の表面に
置く亜鉛若しくは鉄等の補助合金元素を使用して、浸透
温度を低下し、それにより、窒化物の生成量を減少で
き、一方、ガス中の窒素濃度を増加すると窒化物の生成
を促進できる。
濃度も、所定温度でのマトリックス金属の窒化の程度に
影響する。例えば、合金に含ませるか又は合金の表面に
置く亜鉛若しくは鉄等の補助合金元素を使用して、浸透
温度を低下し、それにより、窒化物の生成量を減少で
き、一方、ガス中の窒素濃度を増加すると窒化物の生成
を促進できる。
合金に含まれ及び／又は合金の表面に置かれ及び／又
は充填材若しくはプレフォーム材に結合させたマグネシ
ウムの濃度も、所定温度での浸透の程度に影響する傾向
がある。その結果、マグネシウムがプレフォーム又は充
填材とほとんど直接接触しない場合には、少なくとも約
３重量％のマグネシウムを合金に含ませることが好まし
い。１重量％のように、この量未満の合金含量では、浸
透には、より高温のプロセス温度又は補助合金元素が必
要な場合がある。（１）合金のマグネシウム含量のみ
を、例えば、少なくとも約５重量％に増加する場合；及
び／又は（２）合金成分を充填材若しくはプレフォーム
の通気性素材と混合するとき；及び／又は（３）亜鉛又
は鉄等の別の元素がアルミニウム合金に存在する時は、
本発明の自発浸透法を行うのに必要とする温度はもっと
低くてもよい。温度も、充填材の種類により異なる。一
般的に、自発的でかつ進行する浸透は、少なくとも約67
5℃、好ましくは少なくとも約750〜800℃のプロセス温
度で生じる。1200℃を超える温度では、一般的に、本方
法には利点がないと思われ、特に有効な温度範囲は、約
675℃〜約1200℃であることが判明した。しかしなが
ら、原則として、自発浸透温度は、マトリックス金属の
融点を超え且つマトリックス金属の蒸発温度未満であ
る。更に、自発浸透温度は、充填材の融点よりも低くな
ければならない。更に、温度が増加するとともに、マト
リックス金属と浸透雰囲気との間の反応生成物が生成す
る傾向が増加する（例えば、アルミニウムマトリックス
金属と窒素浸透雰囲気の場合、窒化アルミニウムが生成
する場合がある）。このような反応生成物は、金属マト
リックス複合体の意図する用途により、望ましいことも
あれば、望ましくない場合もある。更に、浸透温度を達
成するために、電気抵抗加熱が一般的に使用される。し
かしながら、マトリックス金属が溶融状態となり、自発
浸透に悪影響を及ぼさない加熱手段であれば、本発明で
使用することができる。
は充填材若しくはプレフォーム材に結合させたマグネシ
ウムの濃度も、所定温度での浸透の程度に影響する傾向
がある。その結果、マグネシウムがプレフォーム又は充
填材とほとんど直接接触しない場合には、少なくとも約
３重量％のマグネシウムを合金に含ませることが好まし
い。１重量％のように、この量未満の合金含量では、浸
透には、より高温のプロセス温度又は補助合金元素が必
要な場合がある。（１）合金のマグネシウム含量のみ
を、例えば、少なくとも約５重量％に増加する場合；及
び／又は（２）合金成分を充填材若しくはプレフォーム
の通気性素材と混合するとき；及び／又は（３）亜鉛又
は鉄等の別の元素がアルミニウム合金に存在する時は、
本発明の自発浸透法を行うのに必要とする温度はもっと
低くてもよい。温度も、充填材の種類により異なる。一
般的に、自発的でかつ進行する浸透は、少なくとも約67
5℃、好ましくは少なくとも約750〜800℃のプロセス温
度で生じる。1200℃を超える温度では、一般的に、本方
法には利点がないと思われ、特に有効な温度範囲は、約
675℃〜約1200℃であることが判明した。しかしなが
ら、原則として、自発浸透温度は、マトリックス金属の
融点を超え且つマトリックス金属の蒸発温度未満であ
る。更に、自発浸透温度は、充填材の融点よりも低くな
ければならない。更に、温度が増加するとともに、マト
リックス金属と浸透雰囲気との間の反応生成物が生成す
る傾向が増加する（例えば、アルミニウムマトリックス
金属と窒素浸透雰囲気の場合、窒化アルミニウムが生成
する場合がある）。このような反応生成物は、金属マト
リックス複合体の意図する用途により、望ましいことも
あれば、望ましくない場合もある。更に、浸透温度を達
成するために、電気抵抗加熱が一般的に使用される。し
かしながら、マトリックス金属が溶融状態となり、自発
浸透に悪影響を及ぼさない加熱手段であれば、本発明で
使用することができる。
本発明の方法においては、例えば、通気性充填材又は
プレフォームが、プロセス中の少なくともある時点で窒
素含有ガスの存在下で、溶融アルミニウムと接触状態と
なる。この窒素含有ガスは、ガスの連続流を充填材若し
くはプレフォーム及び／又は溶融アルミニウムマトリッ
クス金属の少なくとも一つと接触を維持することにより
供給できる。窒素含有ガスの流量は重要ではないけれど
も、合金マトリックスにおける窒化物の生成により雰囲
気から損失する窒素を補償するに十分であり、且つ溶融
金属を酸化する場合のある空気の進入を防止又は阻止す
るに十分な流量であることが好ましい。
プレフォームが、プロセス中の少なくともある時点で窒
素含有ガスの存在下で、溶融アルミニウムと接触状態と
なる。この窒素含有ガスは、ガスの連続流を充填材若し
くはプレフォーム及び／又は溶融アルミニウムマトリッ
クス金属の少なくとも一つと接触を維持することにより
供給できる。窒素含有ガスの流量は重要ではないけれど
も、合金マトリックスにおける窒化物の生成により雰囲
気から損失する窒素を補償するに十分であり、且つ溶融
金属を酸化する場合のある空気の進入を防止又は阻止す
るに十分な流量であることが好ましい。
金属マトリックス複合体を形成する方法は、多種多様
の充填材に適用でき、どの充填材を選択するかは、マト
リックス合金、プロセス条件、溶融マトリックス合金と
充填材との反応性、充填材のマトリックス金属への相溶
性能力及び最終複合体製品に求められる性質等の因子に
より異なる。例えば、アルミニウムがマトリックス金属
の場合、適当な充填材としては、（ａ）酸化物、例え
ば、アルミナ；（ｂ）炭化物、例えば、炭化珪素；
（ｃ）硼化物、例えば、アルミニウムドデカボライド；
及び（ｄ）窒化物、例えば、窒化アルミニウムが挙げら
れる。充填材が溶融アルミニウムマトリックス金属と反
応する傾向がある場合には、浸透時間及び温度を最少限
度とするか、又は充填剤に非反応性被覆を設けることに
より適応できる。充填材は、カーボン又は他の非セラミ
ック材料等の基材を包含し、この基材は侵食又は分解か
ら保護のためにセラミック被膜を有している。適当なセ
ラミック被膜としては、酸化物、炭化物、硼化物及び窒
化物が挙げられる。本発明の方法に用いるのに好ましい
セラミックとしては、粒子状、板状、ウイスカー状及び
繊維状のアルミナ及び炭化珪素が挙げられる。繊維は、
不連続（細断した形態）でも又はマルチフィラメントト
ウ等の連続フィラメントでもよい。更に、充填材又はプ
レフォームは、均一でも又は不均一でもよい。
の充填材に適用でき、どの充填材を選択するかは、マト
リックス合金、プロセス条件、溶融マトリックス合金と
充填材との反応性、充填材のマトリックス金属への相溶
性能力及び最終複合体製品に求められる性質等の因子に
より異なる。例えば、アルミニウムがマトリックス金属
の場合、適当な充填材としては、（ａ）酸化物、例え
ば、アルミナ；（ｂ）炭化物、例えば、炭化珪素；
（ｃ）硼化物、例えば、アルミニウムドデカボライド；
及び（ｄ）窒化物、例えば、窒化アルミニウムが挙げら
れる。充填材が溶融アルミニウムマトリックス金属と反
応する傾向がある場合には、浸透時間及び温度を最少限
度とするか、又は充填剤に非反応性被覆を設けることに
より適応できる。充填材は、カーボン又は他の非セラミ
ック材料等の基材を包含し、この基材は侵食又は分解か
ら保護のためにセラミック被膜を有している。適当なセ
ラミック被膜としては、酸化物、炭化物、硼化物及び窒
化物が挙げられる。本発明の方法に用いるのに好ましい
セラミックとしては、粒子状、板状、ウイスカー状及び
繊維状のアルミナ及び炭化珪素が挙げられる。繊維は、
不連続（細断した形態）でも又はマルチフィラメントト
ウ等の連続フィラメントでもよい。更に、充填材又はプ
レフォームは、均一でも又は不均一でもよい。
ある種の充填材が、同様な化学組成を有する充填材に
比較して増進された浸透を示すことが見出された。例え
ば、粉砕されたアルミナ体は、Marc S.Newkirk et alの
名前で1987年12月15日に発行された我々の（Commonly O
wned）米国特許第4,713,360号（発明の名称：新規なセ
ラミックス物質及びその製造法）（この全開示は参照と
して本明細書に明らかに含める。この特許に対応する外
国出願は、出願番号0,155,831号として1985年９月25日
にヨーロッパ特許庁で刊行されている）に一般的に開示
されている方法により作られた。この特許は、気相酸化
で反応して酸化反応生成物を生成する溶融親前駆体（pa
rent precursor）金属の酸化反応生成物して成長した自
己支持性セラミック体を製造する方法を開示している。
溶融金属は、形成された酸化反応生成物を通して移動
し、酸化剤と反応し、それにより所望なら相互連結した
金属成分を含むことができるセラミック多結晶体を連続
的に出現させる。このプロセスは、親金属と合金を作る
１種又はそれ以上の微量成分を使用することによって、
増進され、ある場合には可能になる。例えば、空気中で
アルミニウムを酸化する場合に、マグネシウム及びシリ
コンをアルミニウムと合金を作らせアルファアルミナセ
ラミック構造を作ることが望ましい。
比較して増進された浸透を示すことが見出された。例え
ば、粉砕されたアルミナ体は、Marc S.Newkirk et alの
名前で1987年12月15日に発行された我々の（Commonly O
wned）米国特許第4,713,360号（発明の名称：新規なセ
ラミックス物質及びその製造法）（この全開示は参照と
して本明細書に明らかに含める。この特許に対応する外
国出願は、出願番号0,155,831号として1985年９月25日
にヨーロッパ特許庁で刊行されている）に一般的に開示
されている方法により作られた。この特許は、気相酸化
で反応して酸化反応生成物を生成する溶融親前駆体（pa
rent precursor）金属の酸化反応生成物して成長した自
己支持性セラミック体を製造する方法を開示している。
溶融金属は、形成された酸化反応生成物を通して移動
し、酸化剤と反応し、それにより所望なら相互連結した
金属成分を含むことができるセラミック多結晶体を連続
的に出現させる。このプロセスは、親金属と合金を作る
１種又はそれ以上の微量成分を使用することによって、
増進され、ある場合には可能になる。例えば、空気中で
アルミニウムを酸化する場合に、マグネシウム及びシリ
コンをアルミニウムと合金を作らせアルファアルミナセ
ラミック構造を作ることが望ましい。
同様な酸化現象は、1986年１月17日に出願された我々
の米国特許出願第819,397号に記載されているようにセ
ラミック複合体の製造に使用されていた。この出願は、
1985年２月４日に出願された出願第819,397号の一部継
続出願であり、共にMarc S.Newkirk et alの名前で出願
され、発明の名称：コンポジットセラミック物品及びそ
の製造法である（この特許に対応する外国出願は、出願
番号第0,193,292号として1986年９月３日にヨーロッパ
特許庁で刊行されており、この全開示は参照として本明
細書に明らかに含める）。これらの出願は、充填材（例
えば、炭化珪素粒子充填材又はアルミナ粒子充填材）の
通気性素材中へ親金属前駆体から酸化反応生成物を成長
させ、それによりセラミックマトリックスで充填材を浸
透又は埋め込みすることにより自己支持性セラミック複
合体を製造するための新規な方法を開示している。しか
しながら、得られた複合体は、定義された又は予め設定
された形状、形又は配置を持っていない。
の米国特許出願第819,397号に記載されているようにセ
ラミック複合体の製造に使用されていた。この出願は、
1985年２月４日に出願された出願第819,397号の一部継
続出願であり、共にMarc S.Newkirk et alの名前で出願
され、発明の名称：コンポジットセラミック物品及びそ
の製造法である（この特許に対応する外国出願は、出願
番号第0,193,292号として1986年９月３日にヨーロッパ
特許庁で刊行されており、この全開示は参照として本明
細書に明らかに含める）。これらの出願は、充填材（例
えば、炭化珪素粒子充填材又はアルミナ粒子充填材）の
通気性素材中へ親金属前駆体から酸化反応生成物を成長
させ、それによりセラミックマトリックスで充填材を浸
透又は埋め込みすることにより自己支持性セラミック複
合体を製造するための新規な方法を開示している。しか
しながら、得られた複合体は、定義された又は予め設定
された形状、形又は配置を持っていない。
セラミック又はセラミック複合体物質の通気性素材の
完全なマトリックス金属浸透は、前記した我々の出願中
の米国特許出願の方法により製造された粉砕又は微粉砕
された物体を使用することにより、より低い浸透温度及
び／又はより短い浸透時間で生じる。更に、本発明はセ
ラミック又はセラミック複合体を一緒に結合することを
意図しており、この物体は上記酸化反応成長プロセスに
より製造される。特に、親金属と酸化剤との酸化反応生
成物からなるセラミック又はセラミック複合体も一緒に
結合できる。
完全なマトリックス金属浸透は、前記した我々の出願中
の米国特許出願の方法により製造された粉砕又は微粉砕
された物体を使用することにより、より低い浸透温度及
び／又はより短い浸透時間で生じる。更に、本発明はセ
ラミック又はセラミック複合体を一緒に結合することを
意図しており、この物体は上記酸化反応成長プロセスに
より製造される。特に、親金属と酸化剤との酸化反応生
成物からなるセラミック又はセラミック複合体も一緒に
結合できる。
充填材のサイズ及び形状は、複合体において望ましい
性質を得るのに必要されるいずれのものでもよい。従っ
て、浸透は充填材の形状によっては制限されないので、
充填材は、粒子状、ウイスカー状、板状又は繊維状でよ
い。球体、小管、ペレット、耐火繊維布等の他の形状を
用いてもよい。更に、大きな粒子の場合よりは小さい粒
子の素材を完全に浸透させるには温度を高めるか又は時
間を長くすることが必要な場合があるが、浸透は、充填
材のサイズによっては制限されない。浸透されるべき充
填材（プレフォームに賦形した）の素材は、通気性でな
ければならない（即ち、溶融マトリックス金属透過性及
び浸透雰囲気透過性）。
性質を得るのに必要されるいずれのものでもよい。従っ
て、浸透は充填材の形状によっては制限されないので、
充填材は、粒子状、ウイスカー状、板状又は繊維状でよ
い。球体、小管、ペレット、耐火繊維布等の他の形状を
用いてもよい。更に、大きな粒子の場合よりは小さい粒
子の素材を完全に浸透させるには温度を高めるか又は時
間を長くすることが必要な場合があるが、浸透は、充填
材のサイズによっては制限されない。浸透されるべき充
填材（プレフォームに賦形した）の素材は、通気性でな
ければならない（即ち、溶融マトリックス金属透過性及
び浸透雰囲気透過性）。
溶融マトリックス金属を充填材の素材に押し込むか又
は押し入れるために圧力の使用に依存しない本発明によ
る金属マトリックス複合体を形成する方法は、高い充填
材体積％及び低い多孔率を有する実質的に均一な金属マ
トリックス複合体を製造することが可能である。充填材
の多孔率がより小さい最初の素材を使用することによ
り、及び／又は種々のサイズの粒子を利用することによ
ってより高い粒子充填効率を与えることにより、充填材
の体積分率をより高めることができる。又、素材が、溶
融合金による浸透を禁止する閉孔を有する成形体又は完
全に密な構造に転換されないかぎり、充填剤の素材を圧
縮又は圧密化することにより、体積分率を高めることが
できる。
は押し入れるために圧力の使用に依存しない本発明によ
る金属マトリックス複合体を形成する方法は、高い充填
材体積％及び低い多孔率を有する実質的に均一な金属マ
トリックス複合体を製造することが可能である。充填材
の多孔率がより小さい最初の素材を使用することによ
り、及び／又は種々のサイズの粒子を利用することによ
ってより高い粒子充填効率を与えることにより、充填材
の体積分率をより高めることができる。又、素材が、溶
融合金による浸透を禁止する閉孔を有する成形体又は完
全に密な構造に転換されないかぎり、充填剤の素材を圧
縮又は圧密化することにより、体積分率を高めることが
できる。
セラミック充填材の周囲へのアルミニウムの浸透とマ
トリックスの形成の場合、アルミニウムマトリックスに
よるセラミック充填材の湿潤は、浸透機構の重要な要素
の場合がある。更に、低い処理温度では、金属の窒化は
無視できる程度又は極少量であり、窒化アルミニウムの
生成は金属マトリックスに分散した形態で不連続相が極
少量が生成するだけである。温度範囲の上限に接近する
につれて、金属の窒化はもっと生じ易くなる。従って、
金属マトリックスにおける窒化物相の量は、浸透が生じ
るプロセス温度を変えることにより制御できる。窒化物
生成がより顕著になる特定のプロセス温度も、使用され
るマトリックスアルミニウム合金、充填材の体積に対す
る該合金の量、浸透されるべき充填材及び浸透雰囲気の
窒素濃度等の因子により異なる。例えば、一定のプロセ
ス温度での窒化アルミニウム生成の程度は、合金が充填
材を湿潤する能力の減少及び雰囲気の窒素濃度の増加と
ともに増加するものと思われる。
トリックスの形成の場合、アルミニウムマトリックスに
よるセラミック充填材の湿潤は、浸透機構の重要な要素
の場合がある。更に、低い処理温度では、金属の窒化は
無視できる程度又は極少量であり、窒化アルミニウムの
生成は金属マトリックスに分散した形態で不連続相が極
少量が生成するだけである。温度範囲の上限に接近する
につれて、金属の窒化はもっと生じ易くなる。従って、
金属マトリックスにおける窒化物相の量は、浸透が生じ
るプロセス温度を変えることにより制御できる。窒化物
生成がより顕著になる特定のプロセス温度も、使用され
るマトリックスアルミニウム合金、充填材の体積に対す
る該合金の量、浸透されるべき充填材及び浸透雰囲気の
窒素濃度等の因子により異なる。例えば、一定のプロセ
ス温度での窒化アルミニウム生成の程度は、合金が充填
材を湿潤する能力の減少及び雰囲気の窒素濃度の増加と
ともに増加するものと思われる。
従って、複合体の形成中に金属マトリックスの構造を
作り出し、得られる生成物に特定の特性を付与すること
が可能である。一定の系の場合、プロセス条件を、窒化
物生成を制御するように選択することができる。窒化ア
ルミニウム相を含有する複合体生成物は、生成物に対し
て好ましいか又はその性能を向上できるある種の性質を
示す。更に、アルミニウム合金を自発浸透させるための
温度範囲は、使用するセラミックにより異なってもよ
い。充填材としてアルミナを用いる際、窒化物が著しく
生成することによりマトリックスの延性が減少しないこ
とが望ましい場合には、浸透温度は、好ましくは約1000
℃を超えてはならない。延性がもっと小さく且つ剛さの
大きなマトリックスを有する複合体を製造することが望
ましい場合には、1000℃を超える温度を用いてもよい。
炭化珪素を充填材として用いるときには、アルミニウム
合金は、充填材としてアルミナを使用するときよりは窒
化の程度が小さいので、炭化珪素に浸透させるには、よ
り高い温度である約1200℃を用いてもよい。
作り出し、得られる生成物に特定の特性を付与すること
が可能である。一定の系の場合、プロセス条件を、窒化
物生成を制御するように選択することができる。窒化ア
ルミニウム相を含有する複合体生成物は、生成物に対し
て好ましいか又はその性能を向上できるある種の性質を
示す。更に、アルミニウム合金を自発浸透させるための
温度範囲は、使用するセラミックにより異なってもよ
い。充填材としてアルミナを用いる際、窒化物が著しく
生成することによりマトリックスの延性が減少しないこ
とが望ましい場合には、浸透温度は、好ましくは約1000
℃を超えてはならない。延性がもっと小さく且つ剛さの
大きなマトリックスを有する複合体を製造することが望
ましい場合には、1000℃を超える温度を用いてもよい。
炭化珪素を充填材として用いるときには、アルミニウム
合金は、充填材としてアルミナを使用するときよりは窒
化の程度が小さいので、炭化珪素に浸透させるには、よ
り高い温度である約1200℃を用いてもよい。
更に、マトリックス金属の溜を用いて、充填材を確実
に完全に浸透させたり及び／又はマトリックスの第一源
とは異なる組成を有する第二金属を供給することが可能
である。即ち、ある場合には、マトリックス金属の第一
源とは組成が異なるマトリックス金属を溜に用いること
が望ましい場合がある。例えば、アルミニウム合金をマ
トリックス金属の第一源として用いる場合、実際に処理
温度で溶融するいずれの他の金属又は金属合金を溜金属
として用いてもよい。溶融金属は互いに非常によく混和
することがあり、この際、混合が生じるに十分な時間が
ある限り、溜金属はマトリックス金属の第一源と混合す
る。従って、マトリックスの第一源とは異なる組成の溜
金属を用いることにより、種々の操作要件を満たすよう
に金属マトリックスの性質を合わせ、それにより、金属
マトリックス複合体の性質を作り出すことができる。
に完全に浸透させたり及び／又はマトリックスの第一源
とは異なる組成を有する第二金属を供給することが可能
である。即ち、ある場合には、マトリックス金属の第一
源とは組成が異なるマトリックス金属を溜に用いること
が望ましい場合がある。例えば、アルミニウム合金をマ
トリックス金属の第一源として用いる場合、実際に処理
温度で溶融するいずれの他の金属又は金属合金を溜金属
として用いてもよい。溶融金属は互いに非常によく混和
することがあり、この際、混合が生じるに十分な時間が
ある限り、溜金属はマトリックス金属の第一源と混合す
る。従って、マトリックスの第一源とは異なる組成の溜
金属を用いることにより、種々の操作要件を満たすよう
に金属マトリックスの性質を合わせ、それにより、金属
マトリックス複合体の性質を作り出すことができる。
又、本発明と組み合わせてバリヤーを使用することも
できる。具体的には、本発明で使用するバリヤー手段
は、充填材の規定された表面境界を超えて、溶融マトリ
ックス合金（例えば、アルミニウム合金）が移動、動き
等をするのを妨害、阻止、防止又は終了させるいずれか
の適当な手段でよい。適当なバリヤー手段としては、本
発明のプロセス条件下で、一体性を維持し、揮発せず且
つ好ましくは本発明で使用するガスを透過するととも
に、セラミック充填材の規定された表面を超えて連続し
て浸透又はその他の動きをするのを局部的に阻止、停
止、妨害、防止等をすることが可能な材料、化合物、元
素、組成物等が挙げられる。
できる。具体的には、本発明で使用するバリヤー手段
は、充填材の規定された表面境界を超えて、溶融マトリ
ックス合金（例えば、アルミニウム合金）が移動、動き
等をするのを妨害、阻止、防止又は終了させるいずれか
の適当な手段でよい。適当なバリヤー手段としては、本
発明のプロセス条件下で、一体性を維持し、揮発せず且
つ好ましくは本発明で使用するガスを透過するととも
に、セラミック充填材の規定された表面を超えて連続し
て浸透又はその他の動きをするのを局部的に阻止、停
止、妨害、防止等をすることが可能な材料、化合物、元
素、組成物等が挙げられる。
適当なバリヤー手段としては、用いられるプロセス条
件下で移動している溶融金属によって実質的に湿潤され
ない材料が挙げられる。この種のバリヤーは、溶融マト
リックス合金に対してほとんど親和性を示さず且つ溶融
マトリックス金属を充填材の規定された表面境界を超え
ては実質的に移動させない。バリヤーは、金属マトリッ
クス複合体製品の最終機械加工又は研磨の必要性を減少
させる。上記したように、このバリヤーは、通気性若し
くは多孔性であるか又は穴あけにより通気性にして、ガ
スを溶融マトリックス合金に接触させることができなけ
ればならない。
件下で移動している溶融金属によって実質的に湿潤され
ない材料が挙げられる。この種のバリヤーは、溶融マト
リックス合金に対してほとんど親和性を示さず且つ溶融
マトリックス金属を充填材の規定された表面境界を超え
ては実質的に移動させない。バリヤーは、金属マトリッ
クス複合体製品の最終機械加工又は研磨の必要性を減少
させる。上記したように、このバリヤーは、通気性若し
くは多孔性であるか又は穴あけにより通気性にして、ガ
スを溶融マトリックス合金に接触させることができなけ
ればならない。
アルミニウムマトリックスに特に有効なバリヤーの適
当なものとしては、炭素、特に黒鉛として知られている
結晶性同素体状炭素を含有するものが挙げられる。黒鉛
は、説明したプロセス条件下では、溶融アルミニウム合
金によっては実質的に湿潤されない。特に好ましい黒鉛
としては、グラフォイル（Grafoil）（ユニオンカーバ
イド社の登録商標）として販売されている黒鉛テープ製
品が挙げられる。黒鉛テープは、充填材の規定された表
面境界を超えて溶融アルミニウム合金が移動するのを防
止するシーリング性を示す。又、黒鉛テープは、耐熱性
であり且つ化学的に不活性である。グラフォイルは可撓
性、適合性（compatible）、従型性（conformable）、
弾性（resilient）である。グラフォイル黒鉛テープ
は、バリヤーの用途に適合するように種々の形状に作製
することができる。しかしながら、黒鉛バリヤー手段
は、充填材又はプレフォームの周囲及び境界に、スラリ
ー、ペースト又は塗膜としてでも用いることができる。
グラフォイルは、可撓性黒鉛シートの形態であるので特
に好ましい。使用に際して、この紙様黒鉛は、充填材の
周囲に簡単に成形される。
当なものとしては、炭素、特に黒鉛として知られている
結晶性同素体状炭素を含有するものが挙げられる。黒鉛
は、説明したプロセス条件下では、溶融アルミニウム合
金によっては実質的に湿潤されない。特に好ましい黒鉛
としては、グラフォイル（Grafoil）（ユニオンカーバ
イド社の登録商標）として販売されている黒鉛テープ製
品が挙げられる。黒鉛テープは、充填材の規定された表
面境界を超えて溶融アルミニウム合金が移動するのを防
止するシーリング性を示す。又、黒鉛テープは、耐熱性
であり且つ化学的に不活性である。グラフォイルは可撓
性、適合性（compatible）、従型性（conformable）、
弾性（resilient）である。グラフォイル黒鉛テープ
は、バリヤーの用途に適合するように種々の形状に作製
することができる。しかしながら、黒鉛バリヤー手段
は、充填材又はプレフォームの周囲及び境界に、スラリ
ー、ペースト又は塗膜としてでも用いることができる。
グラフォイルは、可撓性黒鉛シートの形態であるので特
に好ましい。使用に際して、この紙様黒鉛は、充填材の
周囲に簡単に成形される。
窒素雰囲気におけるアルミニウム金属マトリックス合
金に関する他の好ましいバリヤーとして、このバリヤー
材を用いたときに使用する一定のプロセス条件下で、溶
融アルミニウム金属合金により一般的に湿潤されない遷
移金属硼化物〔例えば、二硼化チタン（TiB2）〕であ
る。この種のバリヤーの場合、プロセス温度は約875℃
を超えてはならず、この温度を超えると、バリヤー材の
有効性が低下し、実際に、温度を上げるとバリヤーへの
浸透が生じる。遷移金属硼化物は、一般的には粒状（１
〜30ミクロン）である。バリヤー材は、スラリー又はペ
ーストの形態で、好ましくはプレフォームとして賦形し
たセラミック充填材の通気性素材の境界に適用してもよ
い。
金に関する他の好ましいバリヤーとして、このバリヤー
材を用いたときに使用する一定のプロセス条件下で、溶
融アルミニウム金属合金により一般的に湿潤されない遷
移金属硼化物〔例えば、二硼化チタン（TiB2）〕であ
る。この種のバリヤーの場合、プロセス温度は約875℃
を超えてはならず、この温度を超えると、バリヤー材の
有効性が低下し、実際に、温度を上げるとバリヤーへの
浸透が生じる。遷移金属硼化物は、一般的には粒状（１
〜30ミクロン）である。バリヤー材は、スラリー又はペ
ーストの形態で、好ましくはプレフォームとして賦形し
たセラミック充填材の通気性素材の境界に適用してもよ
い。
窒素雰囲気におけるアルミニウム金属マトリックス合
金に関する他の好ましいバリヤーとして、充填材の外表
面上にフィルム又は層として適用される低揮発性有機化
合物が挙げられる。窒素中、特に本発明のプロセス条件
で焼成すると、有機化合物が分解してカーボンスート
（soot）フィルムが残る。有機化合物は、塗装、噴霧、
浸漬等の従来の手段により適用できる。
金に関する他の好ましいバリヤーとして、充填材の外表
面上にフィルム又は層として適用される低揮発性有機化
合物が挙げられる。窒素中、特に本発明のプロセス条件
で焼成すると、有機化合物が分解してカーボンスート
（soot）フィルムが残る。有機化合物は、塗装、噴霧、
浸漬等の従来の手段により適用できる。
更に、微粉砕した粒状物質は、粒状物質への浸透が充
填材への浸透より遅い速度で生じる限り、バリヤーとし
て機能することができる。
填材への浸透より遅い速度で生じる限り、バリヤーとし
て機能することができる。
したがって、バリヤー手段は、規定された表面境界を
バリヤー手段の層で被覆する等の何れかの適当な手段に
より適用できる。このようなバリヤー手段の層は、塗
装、浸漬、スクリーン印刷、蒸着、又は液体、スラリー
若しくはペーストの形態でバリヤー手段に塗布すること
により、又は揮発性バリヤー手段のスパッタリングによ
り、又は固形粒子バリヤー手段の層を単に付着させるこ
とにより、又はバリヤー手段の固形薄シート若しくはフ
ィルムを、規定された表面境界上に適用することにより
適用できる。所定の位置にバリヤー手段を用いた場合、
浸透マトリックス金属が規定された表面境界に到達し且
つバリヤー手段に接触すると、自発浸透が実質的に終了
する。
バリヤー手段の層で被覆する等の何れかの適当な手段に
より適用できる。このようなバリヤー手段の層は、塗
装、浸漬、スクリーン印刷、蒸着、又は液体、スラリー
若しくはペーストの形態でバリヤー手段に塗布すること
により、又は揮発性バリヤー手段のスパッタリングによ
り、又は固形粒子バリヤー手段の層を単に付着させるこ
とにより、又はバリヤー手段の固形薄シート若しくはフ
ィルムを、規定された表面境界上に適用することにより
適用できる。所定の位置にバリヤー手段を用いた場合、
浸透マトリックス金属が規定された表面境界に到達し且
つバリヤー手段に接触すると、自発浸透が実質的に終了
する。
以下、実施例により種々の態様を説明する。しかしな
がら、実施例は、本発明を説明するものであって、特許
請求の範囲に記載した本発明の範囲を限定するものでは
ない。
がら、実施例は、本発明を説明するものであって、特許
請求の範囲に記載した本発明の範囲を限定するものでは
ない。
実施例１ ２個の自己支持性セラミック複合体を、上記した我々
の出願中の米国特許出願第819,397号に開示されたもの
と同様のプロセスから形成した。特に、結合されるべき
セラミック複合体を，アルミナからなる充填材の塊中へ
のアルミナ酸化反応生成物の成長により形成した（例え
ば、アルミナ／アルミナセラミック複合体を形成し
た）。第１図は、金属マトリックス複合体をその間に使
用して２個のセラミック複合体を一緒に結合するために
使用された組立体を断面で示す。結合されるべきセラミ
ック複合体１の表面を清浄にした。この清浄は、湿った
研磨パッドで結合表面を磨くことによって行った。通気
性素材２を上記結合表面に接触させて置いた。通気性素
材は、窒化マグネシウムの約20％濃度水溶液中で、Nort
on Co.により供給され38 Alundumの商品名で販売されて
いる220グリット（66ミクロン粒子径）アルミナ粒子の
スラリー混合物を作ることにより作成した。次いで、こ
のスラリーを、新たに清浄にした結合表面のそれぞれの
上に約0.5mmの厚さで適用した。約0.5mmの厚さを有す
る、約10重量％のシリコン及び約３重量％のマグネシウ
ムからなるマトリックス金属アルミニウム合金の箔又は
板３を、複合体１の一つの湿潤スラリーの上に置いた。
他のスラリー被覆したセラミック複合体１を、結合され
るべき組立体を形成するために、箔又は板３の上に置い
た。次いでスラリーを乾燥した。耐火物床５を含むるつ
ぼ又はボート４を製造した。組立体12をボート又はるつ
ぼ４内の耐火物床５の上に置いた。耐火物床は商業的に
入手できるグリットアルミナであった。更に、使用した
床は限定されるものではなく、ステンレススチール製の
耐火物板をそれに置き換えることができる。更に、ボー
トの組成は、ボートが結合又は浸透プロセスの間に非反
応性でなてはならない点を除いて限定されない。
の出願中の米国特許出願第819,397号に開示されたもの
と同様のプロセスから形成した。特に、結合されるべき
セラミック複合体を，アルミナからなる充填材の塊中へ
のアルミナ酸化反応生成物の成長により形成した（例え
ば、アルミナ／アルミナセラミック複合体を形成し
た）。第１図は、金属マトリックス複合体をその間に使
用して２個のセラミック複合体を一緒に結合するために
使用された組立体を断面で示す。結合されるべきセラミ
ック複合体１の表面を清浄にした。この清浄は、湿った
研磨パッドで結合表面を磨くことによって行った。通気
性素材２を上記結合表面に接触させて置いた。通気性素
材は、窒化マグネシウムの約20％濃度水溶液中で、Nort
on Co.により供給され38 Alundumの商品名で販売されて
いる220グリット（66ミクロン粒子径）アルミナ粒子の
スラリー混合物を作ることにより作成した。次いで、こ
のスラリーを、新たに清浄にした結合表面のそれぞれの
上に約0.5mmの厚さで適用した。約0.5mmの厚さを有す
る、約10重量％のシリコン及び約３重量％のマグネシウ
ムからなるマトリックス金属アルミニウム合金の箔又は
板３を、複合体１の一つの湿潤スラリーの上に置いた。
他のスラリー被覆したセラミック複合体１を、結合され
るべき組立体を形成するために、箔又は板３の上に置い
た。次いでスラリーを乾燥した。耐火物床５を含むるつ
ぼ又はボート４を製造した。組立体12をボート又はるつ
ぼ４内の耐火物床５の上に置いた。耐火物床は商業的に
入手できるグリットアルミナであった。更に、使用した
床は限定されるものではなく、ステンレススチール製の
耐火物板をそれに置き換えることができる。更に、ボー
トの組成は、ボートが結合又は浸透プロセスの間に非反
応性でなてはならない点を除いて限定されない。
組立体12を含むボート４を制御された雰囲気の炉の中
へ置いた。窒素源を加熱の間窒素が炉を通過するように
供給した。炉を約900℃の温度にまでした。この温度を
約１時間維持し、その間にアルミナ合金３が各通気性素
材２中へ自発浸透した。自発浸透の後、炉を室温まで自
然冷却した。組立体12を炉から取り出し、堅い結合が物
体１の間に達成されたことが観察された。
へ置いた。窒素源を加熱の間窒素が炉を通過するように
供給した。炉を約900℃の温度にまでした。この温度を
約１時間維持し、その間にアルミナ合金３が各通気性素
材２中へ自発浸透した。自発浸透の後、炉を室温まで自
然冷却した。組立体12を炉から取り出し、堅い結合が物
体１の間に達成されたことが観察された。
100倍で撮った顕微鏡写真である第２図に示されるよ
うに、浸透性充填材中へのアルミニウム合金の自発浸透
は、アルミニウム合金とセラミック複合体との間の高密
度の実質的に欠陥のない結合を与える。特に、領域６は
第１図の下側のセラミック複合体１に対応する。領域７
は、通気性素材２中への合金３の自発浸透により形成さ
れたマトリックス金属複合体からなる。領域８は、金属
マトリックス複合体を形成するために使用されなかった
残留マトリックス金属（例えば、マトリックス金属のカ
ーカス）に対応する。マトリックス金属３が通気性素材
２のそれぞれに浸透していることが注目される。従っ
て、他の金属マトリックス複合体が親金属のカーカス
（第２図に示されていない）に結合し、順繰りに第２図
に示されていない第二の物体１に結合する。かくして、
得られた結合された材料は、上から下への順序で、第１
図に示すように、第一の結合されるべき物体、第一の金
属マトリックス複合体、マトリックス金属のカーカス、
第二の金属マトリックス複合体、及び第二の結合される
べき物体からなる。更に、所望ならば、充填材／マトリ
ックス金属の比は、より多い又はより少ないマトリック
ス金属を与えるように調節できる（例えば、所望によ
り、マトリックス金属カーカスは実質的に完全に除くこ
とができる）。
うに、浸透性充填材中へのアルミニウム合金の自発浸透
は、アルミニウム合金とセラミック複合体との間の高密
度の実質的に欠陥のない結合を与える。特に、領域６は
第１図の下側のセラミック複合体１に対応する。領域７
は、通気性素材２中への合金３の自発浸透により形成さ
れたマトリックス金属複合体からなる。領域８は、金属
マトリックス複合体を形成するために使用されなかった
残留マトリックス金属（例えば、マトリックス金属のカ
ーカス）に対応する。マトリックス金属３が通気性素材
２のそれぞれに浸透していることが注目される。従っ
て、他の金属マトリックス複合体が親金属のカーカス
（第２図に示されていない）に結合し、順繰りに第２図
に示されていない第二の物体１に結合する。かくして、
得られた結合された材料は、上から下への順序で、第１
図に示すように、第一の結合されるべき物体、第一の金
属マトリックス複合体、マトリックス金属のカーカス、
第二の金属マトリックス複合体、及び第二の結合される
べき物体からなる。更に、所望ならば、充填材／マトリ
ックス金属の比は、より多い又はより少ないマトリック
ス金属を与えるように調節できる（例えば、所望によ
り、マトリックス金属カーカスは実質的に完全に除くこ
とができる）。
実施例２ 実施例１に記載した種類の２個のセラミック複合体
を、適用したスラリーがNorton Co.から購入した溶解ア
ルミナ生成物であるEL Alundumを追加物質として含んだ
以外は、実施例１に於けると同じ材料を使用して結合し
た。同様の組立体12を形成し、実施例１に従って炉の中
に置き加熱した。次いで炉を冷却し、そこから組立体12
を取り出した。物体１は一緒に堅く結合していたことが
観察された。
を、適用したスラリーがNorton Co.から購入した溶解ア
ルミナ生成物であるEL Alundumを追加物質として含んだ
以外は、実施例１に於けると同じ材料を使用して結合し
た。同様の組立体12を形成し、実施例１に従って炉の中
に置き加熱した。次いで炉を冷却し、そこから組立体12
を取り出した。物体１は一緒に堅く結合していたことが
観察された。
実施例２は従って作られた結合の100倍で撮った顕微
鏡写真である第３図に示されるように、結合は高密度で
実質的に欠陥がなかった。特に、第３図の領域９〜11
は、第３図の領域10がEL Alundumを含む他は、それぞれ
第２図の領域６〜８に対応している。
鏡写真である第３図に示されるように、結合は高密度で
実質的に欠陥がなかった。特に、第３図の領域９〜11
は、第３図の領域10がEL Alundumを含む他は、それぞれ
第２図の領域６〜８に対応している。
上記の実施例は特別のものについて記載したが、これ
らの実施例の種々の変形は当業者にとって可能であり、
全てのこのような変形は本発明の範囲内であると考える
べきである。
らの実施例の種々の変形は当業者にとって可能であり、
全てのこのような変形は本発明の範囲内であると考える
べきである。
【図面の簡単な説明】 第１図は、実施例１により処理される物質の組立体の断
面図であり、 第２図は、実施例１により形成された結合の断面の構造
を示す、図面に代わる写真（100倍の顕微鏡写真）であ
り、 第３図は、実施例２により形成された結合の断面の構造
を示す，図面に代わる写真（100倍の顕微鏡写真）であ
る。 1:複合体,2:通気性素材,3:アルミニウム合金,4:るつぼ
又はボート,5:耐火物床,6,7,8,9,10,11:領域,12:組立体
面図であり、 第２図は、実施例１により形成された結合の断面の構造
を示す、図面に代わる写真（100倍の顕微鏡写真）であ
り、 第３図は、実施例２により形成された結合の断面の構造
を示す，図面に代わる写真（100倍の顕微鏡写真）であ
る。 1:複合体,2:通気性素材,3:アルミニウム合金,4:るつぼ
又はボート,5:耐火物床,6,7,8,9,10,11:領域,12:組立体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 37/02 Ｃ０４Ｂ 37/02 Ｂ Ｃ２２Ｃ 1/10 Ｃ２２Ｃ 1/10 Ｇ (72)発明者 マイケル ケボック アグハジャニアン アメリカ合衆国，メリーランド 21014, ベルエアー，ヘルムスデール コート 604 (72)発明者 クリストファー ロビン ケネディー アメリカ合衆国，デラウェア 19711, ニューアーク，ウェルウィン ロード 17 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 1/09 - 1/10 B22D 19/14 B23K 1/19 C04B 37/00 - 37/02
Claims (16)
- 【請求項１】セラミック充填材及びセラミック被覆充填
材を含む被覆充填材から選ばれた充填材の通気性素材
を、少なくとも２個の結合させるべき物体の少なくとも
一部の間に準備し、 充填材の通気性素材に隣接して溶融マトリックス金属源
を準備し、そして マトリックス金属の自発浸透を許容又は増進する浸透雰
囲気をプロセス中の少なくとも或る点において供給し、
及び 浸透増進剤又は浸透増進剤前駆体の少なくとも一つを供
給して、溶融マトリックス金属を少なくとも一部の充填
材に少なくとも２個の物体の少なくとも表面まで自発浸
透させて少なくとも２個の物体の間に金属マトリックス
複合体を形成することからなる少なくとも２個の物体の
間に結合を生成せしめる方法。 - 【請求項２】更に、浸透雰囲気を、浸透期間の少なくと
も一部の間、充填材及びマトリックス金属の少なくとも
一つと連絡させる工程を含む特許請求の範囲第１項の方
法。 - 【請求項３】マトリックス金属、充填材及び浸透雰囲気
の少なくとも一つに、浸透増進剤前駆体及び浸透増進剤
の少なくとも一つを供給する工程を更に含む特許請求の
範囲第１項の方法。 - 【請求項４】充填材がプレフォームからなる特許請求の
範囲第１項の方法。 - 【請求項５】充填材が粉末、フレーク、板状体、小球
体、ウィスカー、泡体、繊維、粒体、繊維マット、チョ
ップトファイバー、球体、ペレット、小管及び耐繊維布
から選ばれた少なくとも一つの材料である特許請求の範
囲第１項の方法。 - 【請求項６】充填材が結合させるべき物体の少なくとも
一方の少なくとも一部に適用された被覆からなる特許請
求の範囲第１項又は第３項の方法。 - 【請求項７】充填材が結合させるべき物体と直接接触す
る特許請求の範囲第１項又は第４項の方法。 - 【請求項８】金属マトリックス複合体が結合させるべき
物体の少なくとも一方と反応する特許請求の範囲第１項
又は第４項の方法。 - 【請求項９】金属マトリックス複合体が結合させるべき
物体の少なくとも一方の少なくとも一部中に吸収又は吸
着される特許請求の範囲第１項又は第４項の方法。 - 【請求項１０】結合させるべき物体間にマトリックス金
属の素材を準備して、加熱により、溶融マトリックス金
属の源を与える工程を更に含む特許請求の範囲第１項、
第３項又は第４項の方法。 - 【請求項１１】マトリックス金属の素材が過剰のマトリ
ックス金属を含むことによってマトリックス金属のカー
カスが自発浸透の完了後に結合されるべき物体間に残存
する特許請求の範囲第10項の方法。 - 【請求項１２】金属マトリックス複合体が、結合させる
べき少なくとも２個の物体の熱膨張係数に対して中間の
熱膨張係数を有するように設計される特許請求の範囲第
１項の方法。 - 【請求項１３】結合させるべき物体が金属、セラミッ
ク、セラミック複合体、セルメット及びガラスからなる
群から選定された材料の組み合せである特許請求の範囲
第１項又は第４項の方法。 - 【請求項１４】金属マトリックスが結合させるべき物体
の少なくとも一方の少なくとも一部を溶解する特許請求
の範囲第１項の方法。 - 【請求項１５】浸透雰囲気が酸素及び窒素からなる群か
ら選ばれた雰囲気である特許請求の範囲第１項の方法。 - 【請求項１６】浸透増進剤前駆体がカルシウム、マグネ
シウム、ストロンチウム及び亜鉛から選ばれた材料を含
む特許請求の範囲第１項の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/269,307 US5004034A (en) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | Method of surface bonding materials together by use of a metal matrix composite, and products produced thereby |
| US269307 | 1994-06-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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