JP2905513B2 - 三次元的に相互接続した共マトリックスを含有する金属マトリックス複合体の形成方法 - Google Patents
三次元的に相互接続した共マトリックスを含有する金属マトリックス複合体の形成方法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、溶融マトリックス金属を、三次元的に相互
接続した物質に自発浸透させることによる、金属マトリ
ックス複合体の形成に関する。更に、この三次元的に相
互接続した物質には、充填材が包含されていてもよい。
詳細には、プロセス中の少なくともある時点で、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、充填材及び／又は三次元的に相互接続した物質及び
／又はマトリックス金属と連通して、それにより、溶融
マトリックス金属が、三次元的に相互接続した物質及び
存在する場合のある充填材に自発浸透する。
接続した物質に自発浸透させることによる、金属マトリ
ックス複合体の形成に関する。更に、この三次元的に相
互接続した物質には、充填材が包含されていてもよい。
詳細には、プロセス中の少なくともある時点で、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、充填材及び／又は三次元的に相互接続した物質及び
／又はマトリックス金属と連通して、それにより、溶融
マトリックス金属が、三次元的に相互接続した物質及び
存在する場合のある充填材に自発浸透する。
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
する延性及び靱性を併せ持つので、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
する延性及び靱性を併せ持つので、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、攪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
ップト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、攪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
ップト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めした金
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めした金
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
形態の物質又はランダムに配向した細孔を有する物質で
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
形態の物質又はランダムに配向した細孔を有する物質で
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
アルミナ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（Cannel）等と同様な欠陥がある。
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
アルミナ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（Cannel）等と同様な欠陥がある。
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
ルミナを浸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
に暴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
ルミナを浸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
に暴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、湿潤剤と溶解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
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、湿潤剤と溶解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
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
びべリリア）に、10-6トール未満の真空下で、溶融アル
ミニウム、べリリウム、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
びべリリア）に、10-6トール未満の真空下で、溶融アル
ミニウム、べリリウム、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、金型を機構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。金型を複稚な形状
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、金型を機構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。金型を複稚な形状
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
操作を最少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、標準大気圧下かつ浸透雰囲気（例えば、窒素）の
存在下において、任意に充填剤を含有してもよい三次元
的に連結された材料に溶融マトリックス金属（例えば、
アルミニウム）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
操作を最少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、標準大気圧下かつ浸透雰囲気（例えば、窒素）の
存在下において、任意に充填剤を含有してもよい三次元
的に連結された材料に溶融マトリックス金属（例えば、
アルミニウム）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 Matrix
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〕及び特開平1-52040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析の
素材とを、約10〜100体積％、好ましくは少なくとも約5
0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 Matrix
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〕及び特開平1-52040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析の
素材とを、約10〜100体積％、好ましくは少なくとも約5
0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 Mat
rix Composite with the Use of a Barrier）」と題す
る1988年１月７日出願の本出願人による米国特許出願第
141,642号〔発明者：ミカエル・ケー・アグハジァニア
ン（Michael K.Aghajanian）等〕及び特開平1-215935号
に開示されている。アグハジァ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件の外形は、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 Mat
rix Composite with the Use of a Barrier）」と題す
る1988年１月７日出願の本出願人による米国特許出願第
141,642号〔発明者：ミカエル・ケー・アグハジァニア
ン（Michael K.Aghajanian）等〕及び特開平1-215935号
に開示されている。アグハジァ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件の外形は、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号及び特開平1-52040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 Makin
g 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・アグハジァニアン（Michael K.Aghajanian）及び
マーク・エス・ニューカーク（Mark S.Newkirk）及び特
開平1-273935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。
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 Makin
g 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・アグハジァニアン（Michael K.Aghajanian）及び
マーク・エス・ニューカーク（Mark S.Newkirk）及び特
開平1-273935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。
本発明による金属マトリックス複合体は、三次元的に
相互接続した（interconnected）したセラミック及び／
又は金属等の三次元的に相互接続した物質の自発浸透に
より製造される。
相互接続した（interconnected）したセラミック及び／
又は金属等の三次元的に相互接続した物質の自発浸透に
より製造される。
更に、金属マトリックス複合体は、充填材の通気性素
材を中に包含した三次元的に相互接続した物質の自発浸
透によっても製造できる。
材を中に包含した三次元的に相互接続した物質の自発浸
透によっても製造できる。
上記のいずれの場合も、共マトリックス複合体が製造
される。即ち、三次元的に相互接続した物質に溶融マト
リックス金属が浸透するのでセラミック、金属又はその
両方からなる第一マトリックスが存在し、且つマトリッ
クス金属が第一マトリックスの細孔及び／又は存在する
ことのある充填材に自発浸透して、第二マトリックスが
生成する。
される。即ち、三次元的に相互接続した物質に溶融マト
リックス金属が浸透するのでセラミック、金属又はその
両方からなる第一マトリックスが存在し、且つマトリッ
クス金属が第一マトリックスの細孔及び／又は存在する
ことのある充填材に自発浸透して、第二マトリックスが
生成する。
自発浸透を達成するために、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、三次元的に相
互接続した物質及び／又は任意に用いられる充填材と、
プロセス中の少なくともある時点で連通して、溶融マト
リックス金属が材料に自発浸透させる。
透増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気は、三次元的に相
互接続した物質及び／又は任意に用いられる充填材と、
プロセス中の少なくともある時点で連通して、溶融マト
リックス金属が材料に自発浸透させる。
本発明の好ましい実施態様においては、浸透増進剤前
駆体を供給するのではなく、浸透増進剤を、三次元的に
相互接続した物質及び／又はマトリックス金属及び／又
は浸透雰囲気及び／又は任意に用いられる充填材の少な
くとも一つに直接供給することができる。基本的には、
少なくとも自発浸透の間は、浸透増進剤は、浸透される
物質の少なくとも一部分と接触状態とならなければなら
ない。
駆体を供給するのではなく、浸透増進剤を、三次元的に
相互接続した物質及び／又はマトリックス金属及び／又
は浸透雰囲気及び／又は任意に用いられる充填材の少な
くとも一つに直接供給することができる。基本的には、
少なくとも自発浸透の間は、浸透増進剤は、浸透される
物質の少なくとも一部分と接触状態とならなければなら
ない。
三次元的に相互接続した共マトリックス材は、非相互
接続形態の類似物質（例えば、粒状物等）を使用しても
通常得られない、ある種の特定の所望の性質を、生成す
る金属マトリックス複合体に付与できるという特定の有
利な特性がある。即ち、三次元的に相互接続した共マト
リックス材がセラミックの場合、最終的な金属マトリッ
クス複合体は、同様なセラミック材を含有するが粒状形
態のみである金属マトリックス複合体よりも、剛さ及び
高温強度が向上する。更に、三次元的に相互接続した共
マトリックス材が金属の場合、固体金属の領域、即ち、
共マトリックスに代表される粒状物をほとんど含有しな
い領域が、応力の印加中、クラックの伝播を防止するク
ラックブランター（crack blunter）として作用するこ
とができるので、最終金属マトリックス複合体は向上し
た靱性を示す。
接続形態の類似物質（例えば、粒状物等）を使用しても
通常得られない、ある種の特定の所望の性質を、生成す
る金属マトリックス複合体に付与できるという特定の有
利な特性がある。即ち、三次元的に相互接続した共マト
リックス材がセラミックの場合、最終的な金属マトリッ
クス複合体は、同様なセラミック材を含有するが粒状形
態のみである金属マトリックス複合体よりも、剛さ及び
高温強度が向上する。更に、三次元的に相互接続した共
マトリックス材が金属の場合、固体金属の領域、即ち、
共マトリックスに代表される粒状物をほとんど含有しな
い領域が、応力の印加中、クラックの伝播を防止するク
ラックブランター（crack blunter）として作用するこ
とができるので、最終金属マトリックス複合体は向上し
た靱性を示す。
更に、好ましい実施態様においては、三次元的に相互
接続した物質に充填材を充填後、溶融マトリックス金属
を、三次元的に相互接続した物質内に含有される充填材
及び三次元的に相互接続した物質自体の両方に自発浸透
させる。このような共マトリックス物体は、更に有利な
機械的物質を示すことができる。
接続した物質に充填材を充填後、溶融マトリックス金属
を、三次元的に相互接続した物質内に含有される充填材
及び三次元的に相互接続した物質自体の両方に自発浸透
させる。このような共マトリックス物体は、更に有利な
機械的物質を示すことができる。
本出願では、金属マトリックス複合体の生成中のある
時点で、浸透雰囲気として作用する窒素の存在下におい
て、浸透増進剤前駆体として作用するマグネシウムと接
触させる第一アルミニウムマトリックス金属について説
明する。即ち、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／浸透雰囲気系も、アルミニウム／マグ
ネシウム／窒素系と同様に挙動する場合がある。例え
ば、同様な自発浸透の挙動が、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／窒素系において観察された。
従って、本願では、アルミニウム／マグネシウム／窒素
系について主に説明するが、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、同様に挙動すること
ができる。
時点で、浸透雰囲気として作用する窒素の存在下におい
て、浸透増進剤前駆体として作用するマグネシウムと接
触させる第一アルミニウムマトリックス金属について説
明する。即ち、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／浸透雰囲気系も、アルミニウム／マグ
ネシウム／窒素系と同様に挙動する場合がある。例え
ば、同様な自発浸透の挙動が、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／窒素系において観察された。
従って、本願では、アルミニウム／マグネシウム／窒素
系について主に説明するが、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、同様に挙動すること
ができる。
マトリックス金属がアルミニウム合金を含有する場
合、このアルミニウム合金が、三次元的に相互接続した
物質及び／又は充填材を含有するプレフォーム（例え
ば、アルミナ又は炭化珪素）及び／又はゆるく結合した
充填材素材と接触する。この際、三次元的に相互接続し
た物質、プレフォーム及び／又は充填材は、マグネシウ
ムと混合及び／又はプロセス中のある時点でマグネシウ
ムに暴露する。更に、好ましい実施態様では、アルミニ
ウム合金及び／又は三次元的に相互接続した物質、プレ
フォーム若しくは充填材を、プロセスの少なくとも一部
分の間、窒素雰囲気に入れる。三次元的に相互接続した
物質、プレフォーム（又は充填材）は自発浸透し、自発
浸透及び金属マトリックスの形成に関する程度又は速度
は、系に供給されるマグネシウムの濃度（例えば、アル
ミニウム合金及び／又は三次元的に相互接続した物質、
充填材（若しくはプレフォーム）及び／又は浸透雰囲気
中の）、プレフォーム若しくは充填材における粒子のサ
イズ及び／又は組成、三次元的に相互接続した物質にお
ける細孔のサイズ及び程度、浸透雰囲気中の窒素濃度、
浸透に要する時間及び／又は浸透が生じる温度をはじめ
とする一定の処理条件に応じて異なる。自発浸透は、一
般的に、三次元的に相互接続した物質、プレフォーム又
は充填材を完全に埋め込むのに十分な程度に生じる。三
次元的に相互接続した物質をマトリックス金属で自発浸
透させる場合、浸透増進剤又は浸透増進剤前駆体を、こ
の物質の細孔内又は物質の表面に位置させることができ
る。更に、充填材を、三次元的に相互接続した物質とと
もに用いる場合（例えば、相互接続した物質の細孔の少
なくとも一部分内に位置させる）、浸透増進剤又は浸透
増進剤前駆体を、更に、充填材内（例えば、充填剤層の
細孔内又は個々の充填剤粒子上に被膜として若しくは粒
子内）に位置させてもよい。
合、このアルミニウム合金が、三次元的に相互接続した
物質及び／又は充填材を含有するプレフォーム（例え
ば、アルミナ又は炭化珪素）及び／又はゆるく結合した
充填材素材と接触する。この際、三次元的に相互接続し
た物質、プレフォーム及び／又は充填材は、マグネシウ
ムと混合及び／又はプロセス中のある時点でマグネシウ
ムに暴露する。更に、好ましい実施態様では、アルミニ
ウム合金及び／又は三次元的に相互接続した物質、プレ
フォーム若しくは充填材を、プロセスの少なくとも一部
分の間、窒素雰囲気に入れる。三次元的に相互接続した
物質、プレフォーム（又は充填材）は自発浸透し、自発
浸透及び金属マトリックスの形成に関する程度又は速度
は、系に供給されるマグネシウムの濃度（例えば、アル
ミニウム合金及び／又は三次元的に相互接続した物質、
充填材（若しくはプレフォーム）及び／又は浸透雰囲気
中の）、プレフォーム若しくは充填材における粒子のサ
イズ及び／又は組成、三次元的に相互接続した物質にお
ける細孔のサイズ及び程度、浸透雰囲気中の窒素濃度、
浸透に要する時間及び／又は浸透が生じる温度をはじめ
とする一定の処理条件に応じて異なる。自発浸透は、一
般的に、三次元的に相互接続した物質、プレフォーム又
は充填材を完全に埋め込むのに十分な程度に生じる。三
次元的に相互接続した物質をマトリックス金属で自発浸
透させる場合、浸透増進剤又は浸透増進剤前駆体を、こ
の物質の細孔内又は物質の表面に位置させることができ
る。更に、充填材を、三次元的に相互接続した物質とと
もに用いる場合（例えば、相互接続した物質の細孔の少
なくとも一部分内に位置させる）、浸透増進剤又は浸透
増進剤前駆体を、更に、充填材内（例えば、充填剤層の
細孔内又は個々の充填剤粒子上に被膜として若しくは粒
子内）に位置させてもよい。
定義 本明細書で使用サる「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、亜銘等の合
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、亜銘等の合
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（permeabel mass）、プ
レフォーム又は三次元的に相互接続した物質の表面境界
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（permeabel mass）、プ
レフォーム又は三次元的に相互接続した物質の表面境界
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、プレフォーム又
は三次元的に相互接続した物質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構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、プレフォーム又
は三次元的に相互接続した物質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構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
ス複合体物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
ス複合体物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、チョップトファイバー、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セラミック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、チョップトファイバー、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セラミック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（Infiltrating a
tmosphere）」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）又は三次元的に相互接続した物
質及び／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。
tmosphere）」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）又は三次元的に相互接続した物
質及び／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、プレフ
ォーム又は三次元的に相互接続した物質に自発浸透する
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、プレフォーム又は三次元的に相互接続し
た物質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、三次元的に相互接続した物質
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、プレフォーム又は三次元的に相互接
続した物質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、プレフ
ォーム又は三次元的に相互接続した物質に自発浸透する
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、プレフォーム又は三次元的に相互接続し
た物質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、三次元的に相互接続した物質
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、プレフォーム又は三次元的に相互接
続した物質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、充填材、又は三次元的に相互接
続した物質及び／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、プレフォーム又は三
次元的に相互接続した物質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、充填材若しくは三次元的に相互接続した物質
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、浸透増進剤前馳体が、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、プレ
フォーム又は三次元的に相互接続した物質の湿潤を増進
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
ム又は三次元的に相互接続した物質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、プレフォーム又は三次元
的に相互接続した物質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、プレフォーム又は三次元的に相互接続した
物質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、充填材、又は三次元的に相互接
続した物質及び／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、プレフォーム又は三
次元的に相互接続した物質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、充填材若しくは三次元的に相互接続した物質
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、浸透増進剤前馳体が、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、プレ
フォーム又は三次元的に相互接続した物質の湿潤を増進
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
ム又は三次元的に相互接続した物質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、プレフォーム又は三次元
的に相互接続した物質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、プレフォーム又は三次元的に相互接続した
物質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／
又は充填材又は三次元的に相互接続した物質と混じり合
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／
又は充填材又は三次元的に相互接続した物質と混じり合
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／浸透雰囲気系」又は「自発系」とは、
プレフォーム、充填材又は三次元的に相互接続した物質
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／浸透雰囲気系」又は「自発系」とは、
プレフォーム、充填材又は三次元的に相互接続した物質
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、充填材又は三次元的に相互接続した物質を埋
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、充填材又は三次元的に相互接続した物質を埋
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（permeable prefor
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（porous 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（permeable prefor
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（porous 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、プレフォーム又は
三次元的に相互接続した物質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、プレフォーム又は三次元的に
相互接続した物質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、プレフォーム又は
三次元的に相互接続した物質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、プレフォーム又は三次元的に
相互接続した物質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。
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、プレフォーム又は
三次元的に相互接続した物質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、プレフォーム又は
三次元的に相互接続した物質の通気性素材に浸透するこ
とを意味する。
本明細書で使用される「三次元的に相互接続した物
質」とは、溶融金属が自発浸透するに十分な程度に多孔
性であり、且つ部分か焼又はバインダーにより得られる
よりも個々の粒子間の結合の程度が大きい三次元的に相
互接続した物質を意味する。このような三次元的に相互
接続した物質には、充填材も任意に包含できるに十分な
細孔を包含することができる。更に、三次元的に相互接
続した物質は、利用するマトリックス金属と類似又は全
く異種の組成を有することができる。
質」とは、溶融金属が自発浸透するに十分な程度に多孔
性であり、且つ部分か焼又はバインダーにより得られる
よりも個々の粒子間の結合の程度が大きい三次元的に相
互接続した物質を意味する。このような三次元的に相互
接続した物質には、充填材も任意に包含できるに十分な
細孔を包含することができる。更に、三次元的に相互接
続した物質は、利用するマトリックス金属と類似又は全
く異種の組成を有することができる。
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、溶融マトリックス金属を、任意に充填材を
含有することができる三次元的に相互接続した物質に自
発浸透させることによる金属マトリックス複合体の形成
に関する。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、三次元的に相互接続した物質、任意に用
いられる充填材及び／又はマトリックス金属の少なくと
も一つと連通して、溶融金属を、これらの材料に自発浸
透させる。三次元的に相互接続した物質の自発浸透が行
われると、共マトリックス複合体が生成する。即ち、金
属マトリックス複合体は、セラミック、金属又はそれら
の両方からなる第一マトリックスを含有しており、それ
に溶融マトリックス金属が浸透して、それにより、マト
リックス金属が、必要に応じて充填材を含んでいてもよ
い第一マトリックスの細孔に自発浸透して第二マトリッ
クス（即ち、共マトリックス）が生成する。三次元的に
相互接続した共マトリックスには、相互接続していない
形態の類似物質（例えば、粒状物）を使用しても達成す
ることができない、ある種の所望の性質を、得られる金
属マトリックス複合体に付与することができるという特
定の有利な特性がある。
含有することができる三次元的に相互接続した物質に自
発浸透させることによる金属マトリックス複合体の形成
に関する。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、三次元的に相互接続した物質、任意に用
いられる充填材及び／又はマトリックス金属の少なくと
も一つと連通して、溶融金属を、これらの材料に自発浸
透させる。三次元的に相互接続した物質の自発浸透が行
われると、共マトリックス複合体が生成する。即ち、金
属マトリックス複合体は、セラミック、金属又はそれら
の両方からなる第一マトリックスを含有しており、それ
に溶融マトリックス金属が浸透して、それにより、マト
リックス金属が、必要に応じて充填材を含んでいてもよ
い第一マトリックスの細孔に自発浸透して第二マトリッ
クス（即ち、共マトリックス）が生成する。三次元的に
相互接続した共マトリックスには、相互接続していない
形態の類似物質（例えば、粒状物）を使用しても達成す
ることができない、ある種の所望の性質を、得られる金
属マトリックス複合体に付与することができるという特
定の有利な特性がある。
即ち、三次元的に相互接続した物質がセラミックを含
有する場合には、得られる金属マトリックスは、同様な
セラミック材であるが形態が粒状のみであるものを含有
している金属マトリックスよりも、剛さ及び高温強度が
大きい。更に、三次元的に相互接続した物質が金属を含
有する場合には、得られる金属マトリックス複合体は、
共マトリックスに代表される固体金属の領域（即ち、粒
状物をほとんど含有しない領域）が、応力の印加中のク
ラックの伝播を防止するクラックブランターとして作用
することができるので、靱性が増加する。
有する場合には、得られる金属マトリックスは、同様な
セラミック材であるが形態が粒状のみであるものを含有
している金属マトリックスよりも、剛さ及び高温強度が
大きい。更に、三次元的に相互接続した物質が金属を含
有する場合には、得られる金属マトリックス複合体は、
共マトリックスに代表される固体金属の領域（即ち、粒
状物をほとんど含有しない領域）が、応力の印加中のク
ラックの伝播を防止するクラックブランターとして作用
することができるので、靱性が増加する。
更に、三次元的に相互接続した物質に充填材を充填
し、その後、三次元的に相互接続した物質内に含有され
る充填材及び三次元的に相互接続した物質自体の両方に
自発浸透させると、得られる共マトリックス物体は、更
に有利な機械的性質を示すことができる。
し、その後、三次元的に相互接続した物質内に含有され
る充填材及び三次元的に相互接続した物質自体の両方に
自発浸透させると、得られる共マトリックス物体は、更
に有利な機械的性質を示すことができる。
マトリックス金属を充填材（若しくはプレフォーム）
及び／又は三次元的に相互接続した物質に自発浸透させ
るために、浸透増進剤を自然系に提供しなければならな
い。浸透増進剤は、（１）マトリックス金属中で；及び
／又は（２）充填材、プレフォーム若しくは三次元的に
相互接続した物質中で；及び／又は（３）浸透雰囲気か
ら及び／又は（４）外部源から自然系に提供できる浸透
増進剤前駆体から生成することができる。更に、浸透増
進剤前駆体を供給するのではなく、充填材、プレフォー
ム、三次元的に相互接続した物質及び／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、浸透
増進剤を直接供給してもよい。基本的には、少なくとも
自発浸透中は、浸透増進剤を、充填材、プレフォーム及
び／又は三次元的に相互接続した物質の少なくとも一部
分に位置させる必要がある。
及び／又は三次元的に相互接続した物質に自発浸透させ
るために、浸透増進剤を自然系に提供しなければならな
い。浸透増進剤は、（１）マトリックス金属中で；及び
／又は（２）充填材、プレフォーム若しくは三次元的に
相互接続した物質中で；及び／又は（３）浸透雰囲気か
ら及び／又は（４）外部源から自然系に提供できる浸透
増進剤前駆体から生成することができる。更に、浸透増
進剤前駆体を供給するのではなく、充填材、プレフォー
ム、三次元的に相互接続した物質及び／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、浸透
増進剤を直接供給してもよい。基本的には、少なくとも
自発浸透中は、浸透増進剤を、充填材、プレフォーム及
び／又は三次元的に相互接続した物質の少なくとも一部
分に位置させる必要がある。
好ましい実施態様においては、浸透増進剤前駆体を、
充填材、プレフォーム又は三次元的に相互接続した物質
を溶融マトリックス金属と接触させる前又は接触と実質
的に同時に、充填材、プレフォーム又は三次元的に相互
接続した物質の少なくとも一部分に浸透増進剤を生成す
ることができる浸透雰囲気と少なくとも部分的に反応さ
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、窒素が浸透雰囲気の場合には、浸透増進
剤として窒化マグネシウムを用いて、充填材、プレフォ
ーム又は三次元的に相互接続した物質の少なくとも一部
分に位置させるてもよい）。
充填材、プレフォーム又は三次元的に相互接続した物質
を溶融マトリックス金属と接触させる前又は接触と実質
的に同時に、充填材、プレフォーム又は三次元的に相互
接続した物質の少なくとも一部分に浸透増進剤を生成す
ることができる浸透雰囲気と少なくとも部分的に反応さ
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、窒素が浸透雰囲気の場合には、浸透増進
剤として窒化マグネシウムを用いて、充填材、プレフォ
ーム又は三次元的に相互接続した物質の少なくとも一部
分に位置させるてもよい）。
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。即ち、プロセス条件下で、アルミニウムを
溶解するとき、アルミニウムマトリックス金属及び／又
は充填材若しくはプレフォーム及び／又は三次元的に相
互接続した物質と反応しない適当な耐火容器内に、アル
ミニウムマトリックス金属を入れることができる。マグ
ネシウムを含有又はマグネシウムに暴露し、且つプロセ
ス中の少なくともある時点で窒素雰囲気に暴露させる充
填材又は三次元的に相互接続した物質を、その後、溶融
アルミニウムマトリックス金属と接触させることができ
る。そのとき、マトリックスは、充填材、プレフォーム
又は三次元的に相互接続した物質に自発浸透する。
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。即ち、プロセス条件下で、アルミニウムを
溶解するとき、アルミニウムマトリックス金属及び／又
は充填材若しくはプレフォーム及び／又は三次元的に相
互接続した物質と反応しない適当な耐火容器内に、アル
ミニウムマトリックス金属を入れることができる。マグ
ネシウムを含有又はマグネシウムに暴露し、且つプロセ
ス中の少なくともある時点で窒素雰囲気に暴露させる充
填材又は三次元的に相互接続した物質を、その後、溶融
アルミニウムマトリックス金属と接触させることができ
る。そのとき、マトリックスは、充填材、プレフォーム
又は三次元的に相互接続した物質に自発浸透する。
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、充填材、プレフォーム、三次元的に相互接続
した物質及び／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は、浸透増進剤を、充填材、
プレフォーム又は三次元的に相互接続した物質の少なく
とも一つに位置させる必要がある。
増進剤を、充填材、プレフォーム、三次元的に相互接続
した物質及び／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は、浸透増進剤を、充填材、
プレフォーム又は三次元的に相互接続した物質の少なく
とも一つに位置させる必要がある。
本発明の方法で用いられる条件下で、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、プレ
フォーム又は三次元的に相互接続した物質は、窒素含有
ガスが、充填材、プレフォーム又は三次元的に相互接続
した物質に、プロセス中のある時点で、浸透又は透過、
及び／又は溶融金属に接触するに十分な程度に通気性で
なければならない。更に、通気性充填材、プレフォーム
又は三次元的に相互接続した物質は、溶融マトリックス
金属の浸透を受入れ、それにより、窒素透過充填材、プ
レフォーム又は三次元的に相互接続した物質に溶融金属
マトリックスが自発浸透して、金属マトリックス複合体
を形成するか、及び／又は窒素が浸透増進剤前駆体と反
応して、充填材、プレフォーム又は三次元的に相互接続
した物質中に浸透増進剤を生成し、その結果、自発浸透
が生じる。自発浸透及び金属複合体の生成の程度又は速
度は、アルミニウム合金のマグネシウム含量、充填材、
プレフォーム若しくは三次元的に相互接続した物質のマ
グネシウム含量、充填材、プレフォーム若しくは三次元
的に相互接続した物質中の窒化マグネシウムの量、更な
る合金元素（例えば、珪素、鉄、銅、マンガン、クロ
ム、亜鉛等）の有無、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、浸透時間並びに浸透が生じる温度をはじめとするプ
ロセス条件により異なる。例えば、溶融アルミニウムマ
トリックス金属の自発浸透を生じさせるために、アルミ
ニウムを、合金を基準として、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作用する）と合金することができ
る。上記した補助合金元素も、マトリックス金属に含ま
せて、特定を性質を作り出してもよい。更に、補助合金
元素は、充填材、プレフォーム又は三次元的に相互接続
した物質の自発浸透を生じさせるために、マトリックス
アルミニウム金属において必要する最小マグネシウム量
に影響する場合がある。例えば、揮発による自然系から
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、十分な量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、プレフォーム若しくは三次元的に
相互接続した物質及びマトリックス金属が存在するか、
又は充填材、プレフォーム若しくは三次元的に相互接続
した物質のみが存在する場合には、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（詳
細については後述する）。
マグネシウム／窒素自発浸透系の場合に、充填材、プレ
フォーム又は三次元的に相互接続した物質は、窒素含有
ガスが、充填材、プレフォーム又は三次元的に相互接続
した物質に、プロセス中のある時点で、浸透又は透過、
及び／又は溶融金属に接触するに十分な程度に通気性で
なければならない。更に、通気性充填材、プレフォーム
又は三次元的に相互接続した物質は、溶融マトリックス
金属の浸透を受入れ、それにより、窒素透過充填材、プ
レフォーム又は三次元的に相互接続した物質に溶融金属
マトリックスが自発浸透して、金属マトリックス複合体
を形成するか、及び／又は窒素が浸透増進剤前駆体と反
応して、充填材、プレフォーム又は三次元的に相互接続
した物質中に浸透増進剤を生成し、その結果、自発浸透
が生じる。自発浸透及び金属複合体の生成の程度又は速
度は、アルミニウム合金のマグネシウム含量、充填材、
プレフォーム若しくは三次元的に相互接続した物質のマ
グネシウム含量、充填材、プレフォーム若しくは三次元
的に相互接続した物質中の窒化マグネシウムの量、更な
る合金元素（例えば、珪素、鉄、銅、マンガン、クロ
ム、亜鉛等）の有無、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、浸透時間並びに浸透が生じる温度をはじめとするプ
ロセス条件により異なる。例えば、溶融アルミニウムマ
トリックス金属の自発浸透を生じさせるために、アルミ
ニウムを、合金を基準として、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作用する）と合金することができ
る。上記した補助合金元素も、マトリックス金属に含ま
せて、特定を性質を作り出してもよい。更に、補助合金
元素は、充填材、プレフォーム又は三次元的に相互接続
した物質の自発浸透を生じさせるために、マトリックス
アルミニウム金属において必要する最小マグネシウム量
に影響する場合がある。例えば、揮発による自然系から
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、十分な量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、プレフォーム若しくは三次元的に
相互接続した物質及びマトリックス金属が存在するか、
又は充填材、プレフォーム若しくは三次元的に相互接続
した物質のみが存在する場合には、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（詳
細については後述する）。
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
満の窒素が浸透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）を充填材若しくはプレフォ
ーム及び／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
満の窒素が浸透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）を充填材若しくはプレフォ
ーム及び／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、プレフォーム又は三次元的に相互接続し
た物質のマグネシウム含有を増加すれば、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、プレフォーム又は三次元的に相互接続した
物質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態しか
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、1000℃では500メッ
シュの39クリストロン（Crystolon）〔ノートン社（Nor
ton 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プレフォーム、は充填材又は三次元
的に相互接続した物質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
分をプレフォーム、充填材又は三次元的に相互接続した
物質に入れる場合には、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
上で説明した炭素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、プレフォーム又は三次元的に相互接続し
た物質のマグネシウム含有を増加すれば、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、プレフォーム又は三次元的に相互接続した
物質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態しか
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、1000℃では500メッ
シュの39クリストロン（Crystolon）〔ノートン社（Nor
ton 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プレフォーム、は充填材又は三次元
的に相互接続した物質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
分をプレフォーム、充填材又は三次元的に相互接続した
物質に入れる場合には、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
上で説明した炭素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にマトリックス金属を浸
透させる前に、自然系に対して、浸透増進剤前駆体及び
／又は浸透増進剤を、合金の表面及び／又はプレフォー
ム、充填材若しくは三次元的に相互接続した物質の表面
及び／又はプレフォーム、充填材若しくは三次元的に相
互接続した物質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、単に自然系に
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、プレフォー
ム、充填材又は三次元的に相互接続した物質の少なくと
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、プレフォーム若しくは三次元的に相互接
続した物質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、プレフォーム若しくは三次元的に相互
接続した物質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、自然系に対して、浸透増進剤前駆体及び
／又は浸透増進剤を、合金の表面及び／又はプレフォー
ム、充填材若しくは三次元的に相互接続した物質の表面
及び／又はプレフォーム、充填材若しくは三次元的に相
互接続した物質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、単に自然系に
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、プレフォー
ム、充填材又は三次元的に相互接続した物質の少なくと
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、プレフォーム若しくは三次元的に相互接
続した物質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、プレフォーム若しくは三次元的に相互
接続した物質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、プレフォーム若しくは又は三次元的に相互接
続した物質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、充填材又は三次元的に相互
接続した物質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、プレフォーム
若しくは又は三次元的に相互接続した物質の通気性素材
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675℃、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
いが、三次元的に相互接続した物質の融解温度よりも低
い必要はない（例えば、実施例２において示されている
ように、三次元的に相互接続した物質は、融点以上の温
度でも、その三次元的に相互接続した形状を維持できる
ように、支持手段を有する金属を含有することができ
る。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、プレフォーム若しくは又は三次元的に相互接
続した物質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、充填材又は三次元的に相互
接続した物質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、プレフォーム
若しくは又は三次元的に相互接続した物質の通気性素材
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675℃、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
いが、三次元的に相互接続した物質の融解温度よりも低
い必要はない（例えば、実施例２において示されている
ように、三次元的に相互接続した物質は、融点以上の温
度でも、その三次元的に相互接続した形状を維持できる
ように、支持手段を有する金属を含有することができ
る。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、プ
レフォーム又は三次元的に相互接続した物質が、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、プレフォーム若しくは又は
三次元的に相互接続した物質及び／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。
レフォーム又は三次元的に相互接続した物質が、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、プレフォーム若しくは又は
三次元的に相互接続した物質及び／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。
又、特定の充填材は、同様な化学組成を有する充填材
に対して優れた浸透性を示すことが判明した。例えば、
「ノーベル セラミック マテリアルズ アンド メソ
ッズ オブ メーキング セーム（Novel Ceramic Mate
rials and Methods of Making Same）と題する、マーク
・エス・ニューカーク（Mark S.Newkirk）等による1977
年12月15日発行の米国特許出願第4,713,360号および特
開昭61-6173号に開示されている方法により製造した破
砕アルミナ物体は、市販のアルミナ製品よりも所望の浸
透性を示す。更に、「コンポジット セラミック アー
ティクルズ アンド メソッズ オブ メーキング セ
ーム（Composite Ceramic Articles and Methods of Ma
king Same）と題する同時継続および同一出願人による
米国特許出願第819,397号および特開昭62-012678号〔発
明者：マーク・エス・ニューカーク（Mark S.Newkirk）
等〕に開示されている方法により製造した破砕アルミナ
物体も、市販のアルミナ製品よりも所望の浸透性を示
す。上記特許及び特許出願の各々の内容は、本発明に利
用できる。従って、上記した米国特許及び特許出願の方
法により製造した破砕又は粉砕した物体を用いることに
より、より低い浸透温度及び／又はより短い浸透時間
で、セラミック材の通気性素材の完全浸透が生じること
が判明した。
に対して優れた浸透性を示すことが判明した。例えば、
「ノーベル セラミック マテリアルズ アンド メソ
ッズ オブ メーキング セーム（Novel Ceramic Mate
rials and Methods of Making Same）と題する、マーク
・エス・ニューカーク（Mark S.Newkirk）等による1977
年12月15日発行の米国特許出願第4,713,360号および特
開昭61-6173号に開示されている方法により製造した破
砕アルミナ物体は、市販のアルミナ製品よりも所望の浸
透性を示す。更に、「コンポジット セラミック アー
ティクルズ アンド メソッズ オブ メーキング セ
ーム（Composite Ceramic Articles and Methods of Ma
king Same）と題する同時継続および同一出願人による
米国特許出願第819,397号および特開昭62-012678号〔発
明者：マーク・エス・ニューカーク（Mark S.Newkirk）
等〕に開示されている方法により製造した破砕アルミナ
物体も、市販のアルミナ製品よりも所望の浸透性を示
す。上記特許及び特許出願の各々の内容は、本発明に利
用できる。従って、上記した米国特許及び特許出願の方
法により製造した破砕又は粉砕した物体を用いることに
より、より低い浸透温度及び／又はより短い浸透時間
で、セラミック材の通気性素材の完全浸透が生じること
が判明した。
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
填材プレフォーム又は三次元的に相互接続した物質の素
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
填材プレフォーム又は三次元的に相互接続した物質の素
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プレフォーム、充填材の素材
又は三次元的に相互接続した物質に押し込むか又は押し
入れるための圧力の使用の有無とは無関係である本発明
による金属マトリックス複合体を形成する方法は、高充
填材体積％及び低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
の多孔率がもっと小さい素材を最初に使用することによ
り、充填材の体積分率をもっと高めることができる。
又、素材が、独立気孔を有する成形体又は溶融合金によ
る浸透を妨害する非常に密な構造に転換しないならば、
充填剤の素材を圧縮又は圧密化することにより、体積分
率を高めることもできる。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、充填材若しくはプレフォーム若しくは又は三次元
的に相互接続した物質の体積に対する該合金の量、浸透
されるべき素材の材質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、合金が充填材又は三次元的
に相互接続した物質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。
又は三次元的に相互接続した物質に押し込むか又は押し
入れるための圧力の使用の有無とは無関係である本発明
による金属マトリックス複合体を形成する方法は、高充
填材体積％及び低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
の多孔率がもっと小さい素材を最初に使用することによ
り、充填材の体積分率をもっと高めることができる。
又、素材が、独立気孔を有する成形体又は溶融合金によ
る浸透を妨害する非常に密な構造に転換しないならば、
充填剤の素材を圧縮又は圧密化することにより、体積分
率を高めることもできる。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、充填材若しくはプレフォーム若しくは又は三次元
的に相互接続した物質の体積に対する該合金の量、浸透
されるべき素材の材質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、合金が充填材又は三次元的
に相互接続した物質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、使用する浸透される材料により異なっても
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10
00℃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、充填剤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、使用する浸透される材料により異なっても
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10
00℃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、充填剤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、プレ
フォーム又は三次元的に相互接続した物質を確実に完全
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。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、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。
フォーム又は三次元的に相互接続した物質を確実に完全
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。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、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せ示さず且つ溶融
マトリックス金属を充填材又は三次元的に相互接続した
物質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せ示さず且つ溶融
マトリックス金属を充填材又は三次元的に相互接続した
物質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（conpatible）、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、プレフォーム又は三次元的に相互接続した
物質の周囲及び境界に、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、プレフォーム又は三次元
的に相互接続した物質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（conpatible）、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、プレフォーム又は三次元的に相互接続した
物質の周囲及び境界に、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、プレフォーム又は三次元
的に相互接続した物質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ヘの
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、又は三次元的に相互接続した物質好ま
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ヘの
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、又は三次元的に相互接続した物質好ま
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、プレ
フォーム又は三次元的に相互接続した物質の外表面上に
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、プレ
フォーム又は三次元的に相互接続した物質の外表面上に
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
填材プレフォーム又は三次元的に相互接続した物質への
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。
填材プレフォーム又は三次元的に相互接続した物質への
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一手段を用いた場合、
浸透性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一手段を用いた場合、
浸透性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。
従って、上記したバリヤー材を、必要に応じて充填材
を含有することのある三次元的に相互接続した物質の自
発浸透法と組み合わせて用いることにより、金属・金属
又は金属・セラミックの共マトリックスを含有する賦形
した金属マトリックス複合体を作製することが可能であ
る。
を含有することのある三次元的に相互接続した物質の自
発浸透法と組み合わせて用いることにより、金属・金属
又は金属・セラミックの共マトリックスを含有する賦形
した金属マトリックス複合体を作製することが可能であ
る。
金属・金属の共マトリックスを含有する金属マトリッ
クス複合体を形成する場合、最初に用いる三次元的に相
互接続した金属は、浸透マトリックス金属よりも融点が
低い金属をはじめとする、実質的にはいずれの金属でも
よい。しかしながら、三次元的に相互接続した物質の融
点が浸透マトリックス金属よりも低い場合、適当な支持
手段を三次元的に相互接続した金属に供給又はその上に
形成して、浸透工程中は、三次元的に相互接続した形態
を維持するようにしなければならない。例えば、三次元
的に相互接続した物質を、浸透物質よりも融点が高く且
つ溶融したら三次元的に相互接続した金属を含有できる
十分な強度を有する物質で被覆することができる。
クス複合体を形成する場合、最初に用いる三次元的に相
互接続した金属は、浸透マトリックス金属よりも融点が
低い金属をはじめとする、実質的にはいずれの金属でも
よい。しかしながら、三次元的に相互接続した物質の融
点が浸透マトリックス金属よりも低い場合、適当な支持
手段を三次元的に相互接続した金属に供給又はその上に
形成して、浸透工程中は、三次元的に相互接続した形態
を維持するようにしなければならない。例えば、三次元
的に相互接続した物質を、浸透物質よりも融点が高く且
つ溶融したら三次元的に相互接続した金属を含有できる
十分な強度を有する物質で被覆することができる。
三次元的に相互接続した金属に支持手段を供給する別
の手法を実施例２に示す。この実施例では、三次元的に
相互接続した物質の細孔に、浸透マトリックス金属より
も融点が高い物質を含有するスラリーを充填した。乾操
したところ、このスラリーにより三次元的に相互接続し
た金属が十分支持され、この金属を浸透温度で融解して
も、浸透工程中は、この物質が三次元的に相互接続した
形態を維持した。
の手法を実施例２に示す。この実施例では、三次元的に
相互接続した物質の細孔に、浸透マトリックス金属より
も融点が高い物質を含有するスラリーを充填した。乾操
したところ、このスラリーにより三次元的に相互接続し
た金属が十分支持され、この金属を浸透温度で融解して
も、浸透工程中は、この物質が三次元的に相互接続した
形態を維持した。
又、三次元的に相互接続した物質は、浸透マトリック
ス金属よりも高い融点を有する金属及び／又はセラミッ
クを含有することができる。このような物質は、一般的
に、浸透工程中、三次元的に相互接続した形態を維持す
るための支持手段を必要とない。従って、例えば、鉄か
らなる三次元的に相互接続したマトリックスに、鉄より
も融点の低いマトリックス金属を浸透できる。同様に、
三次元的に相互接続した物質は、アルミナ又は炭化珪素
等のセラミックを含有することができ、このようなセラ
ミック材に、セラミック材よりも融点の低いマトリック
ス金属を浸透させることができる。
ス金属よりも高い融点を有する金属及び／又はセラミッ
クを含有することができる。このような物質は、一般的
に、浸透工程中、三次元的に相互接続した形態を維持す
るための支持手段を必要とない。従って、例えば、鉄か
らなる三次元的に相互接続したマトリックスに、鉄より
も融点の低いマトリックス金属を浸透できる。同様に、
三次元的に相互接続した物質は、アルミナ又は炭化珪素
等のセラミックを含有することができ、このようなセラ
ミック材に、セラミック材よりも融点の低いマトリック
ス金属を浸透させることができる。
マトリックス金属を、必要に応じて充填材を含有する
単一の三次元的に相互接続した物質に浸透させる観点か
ら本発明を説明したが、浸透工程中には、更なる三次元
的に相互接続した物質を使用することができる。即ち、
例えば、三次元的に相互接続したセラミック材を、三次
元的に相互接続した金属内に介在させ、このデュアルシ
ステムに溶融マトリックス金属を浸透させて、３種のマ
トリックス（例えば、三次元的に相互接続したセラミッ
ク、三次元的に相互接続した金属及び浸透金属マトリッ
クス）を含有する金属マトリックス複合体を形成するこ
とができる。さらに、一種以上の三次元的に相互接続し
た金属及び／又はセラミック材を、いずれかの方法で積
み重ねるか又は並置して、三次元的に相互接続した物質
の一つの少なくとも一端が、三次元的に相互接続した物
質の別の端に接触するようにする。次に、この系に、溶
融マトリックス金属を浸透させて、金属マトリックス複
合体の異なる部分に異なる共マトリックスを含有する金
属マトリックス複合体を形成できる。金属マトリックス
複合体の異種の部分は、マトリックス金属により一体に
接合する。更に、上記した系のいずれにおいても、充填
材を三次元的に相互接続した物質の細孔の少なくとも一
部分内に供給でき、且つ充填材と三次元的に相互接続し
た物質にマトリックス金属を同時に浸透できる。
単一の三次元的に相互接続した物質に浸透させる観点か
ら本発明を説明したが、浸透工程中には、更なる三次元
的に相互接続した物質を使用することができる。即ち、
例えば、三次元的に相互接続したセラミック材を、三次
元的に相互接続した金属内に介在させ、このデュアルシ
ステムに溶融マトリックス金属を浸透させて、３種のマ
トリックス（例えば、三次元的に相互接続したセラミッ
ク、三次元的に相互接続した金属及び浸透金属マトリッ
クス）を含有する金属マトリックス複合体を形成するこ
とができる。さらに、一種以上の三次元的に相互接続し
た金属及び／又はセラミック材を、いずれかの方法で積
み重ねるか又は並置して、三次元的に相互接続した物質
の一つの少なくとも一端が、三次元的に相互接続した物
質の別の端に接触するようにする。次に、この系に、溶
融マトリックス金属を浸透させて、金属マトリックス複
合体の異なる部分に異なる共マトリックスを含有する金
属マトリックス複合体を形成できる。金属マトリックス
複合体の異種の部分は、マトリックス金属により一体に
接合する。更に、上記した系のいずれにおいても、充填
材を三次元的に相互接続した物質の細孔の少なくとも一
部分内に供給でき、且つ充填材と三次元的に相互接続し
た物質にマトリックス金属を同時に浸透できる。
上記では、本発明を、実質的にランダム、即ち、非整
列した細孔を有する三次元物質の観点から説明した。当
業者において明らかなように、実質的にランダムな細孔
に溶融マトリックス金属を浸透させるのは、実質的に整
列した、即ち、平行な細孔に溶融マトリックス金属を浸
透させるよりも困難である。しかしながら、本発明は、
ランダム細孔の浸透に限定されない。即ち、ある製品の
用途では、実質的に整列しているか又は平行な細孔を有
する金属又はセラミックの共マトリックスを有すること
が望ましい場合がある。例えば、金属繊維束であって、
各繊維がそれを取り巻く繊維と実質的に平行であり且つ
ある程度相互に接続している繊維束に、溶融金属を自発
浸透させて、三次元的に相互接続しているが平行である
金属繊維からなる三次元的に相互接続した共マトリック
スを含有する金属マトリックス複合体を形成することが
できる。又、一連のアルミナハニカムを、ハニカムの各
層のハニカム細孔が実質的に整列するように配置しても
よい。次に、このハニカムに、充填材を充填するととも
に、系全体に、溶融マトリックス金属を浸透させて、相
互接続した金属マトリックス複合体に埋め込まれた形態
で三次元的に相互接続したセラミックマトリックス又は
一連の三次元的に相互接続したセラミックマトリックス
を含有する金属マトリックス複合体を形成する。第２図
に示すように、マトリックス金属は、三次元的に相互接
続した物質内の全ての有効な細孔に実質的に完全に浸透
することができる。即ち、マトリックス金属は、三次元
的に相互接続した構造体内に存在している細孔に浸透す
るだけでなく、三次元的に相互接続した構造体を含有す
る物質内に存在している細孔にも浸透できる。例えば、
三次元的に相互接続したアルミナ構造体を、三次元的に
相互接続した物質として利用する場合、マトリックス金
属は、アルミナ構造体自体の内部に存在するマクロ細孔
及び実際のアルミナ材の内部に存在するマクロ細孔の両
方に浸透できる。このように実質的に完全に浸透が行わ
れることにより、金属マトリックスと三次元的に相互接
続した構造体との間の結合が優れたものとなる。更に、
三次元的に相互接続した金属構造体を利用する場合に
は、マトリックス金属は、三次元的に相互接続した金属
と合金又は金属間化合物を形成して、マトリックス金属
と三次元的に相互接続した金属構造体とを結合させるこ
とができる。
列した細孔を有する三次元物質の観点から説明した。当
業者において明らかなように、実質的にランダムな細孔
に溶融マトリックス金属を浸透させるのは、実質的に整
列した、即ち、平行な細孔に溶融マトリックス金属を浸
透させるよりも困難である。しかしながら、本発明は、
ランダム細孔の浸透に限定されない。即ち、ある製品の
用途では、実質的に整列しているか又は平行な細孔を有
する金属又はセラミックの共マトリックスを有すること
が望ましい場合がある。例えば、金属繊維束であって、
各繊維がそれを取り巻く繊維と実質的に平行であり且つ
ある程度相互に接続している繊維束に、溶融金属を自発
浸透させて、三次元的に相互接続しているが平行である
金属繊維からなる三次元的に相互接続した共マトリック
スを含有する金属マトリックス複合体を形成することが
できる。又、一連のアルミナハニカムを、ハニカムの各
層のハニカム細孔が実質的に整列するように配置しても
よい。次に、このハニカムに、充填材を充填するととも
に、系全体に、溶融マトリックス金属を浸透させて、相
互接続した金属マトリックス複合体に埋め込まれた形態
で三次元的に相互接続したセラミックマトリックス又は
一連の三次元的に相互接続したセラミックマトリックス
を含有する金属マトリックス複合体を形成する。第２図
に示すように、マトリックス金属は、三次元的に相互接
続した物質内の全ての有効な細孔に実質的に完全に浸透
することができる。即ち、マトリックス金属は、三次元
的に相互接続した構造体内に存在している細孔に浸透す
るだけでなく、三次元的に相互接続した構造体を含有す
る物質内に存在している細孔にも浸透できる。例えば、
三次元的に相互接続したアルミナ構造体を、三次元的に
相互接続した物質として利用する場合、マトリックス金
属は、アルミナ構造体自体の内部に存在するマクロ細孔
及び実際のアルミナ材の内部に存在するマクロ細孔の両
方に浸透できる。このように実質的に完全に浸透が行わ
れることにより、金属マトリックスと三次元的に相互接
続した構造体との間の結合が優れたものとなる。更に、
三次元的に相互接続した金属構造体を利用する場合に
は、マトリックス金属は、三次元的に相互接続した金属
と合金又は金属間化合物を形成して、マトリックス金属
と三次元的に相互接続した金属構造体とを結合させるこ
とができる。
三次元的に相互接続した金属及びセラミック材を利用
する他に、本発明の方法は、1987年12月15日発行の本出
願人による米国特許第4,713,360号および特開昭61-617
3;本出願人による1986年１月17日出願の「コンポジット
セラミック アーティクルズ アンド メソッズ オ
ブ メーキング セーム（Composite Ceramic Articles
and Methods of Making Same）」と題する米国特許出
願第819,397号〔発明者：マーク・エス・ニューカーク
（Mark S.Newkirk）等〕（現在、許可済）；本出願人に
よる1986年５月８日出願の「シェイプト セラミック
コンポジット アンド メソッズ オブ メーキングザ
セーム（Shaped Ceramic Composites and Metbods of
Making the Same）と題する米国特許出願第861,025号
〔発明者：マーク・エス・ニューカーク（Mark S.Newki
rk）等〕及び特開昭63-30376号公報；本出願人による19
86年１月27日出願の「インバース シェイプ リプリケ
ーション メソッド オブ メーキング セラミック
コンポジット アーティクルズ オブテインド ゼアラ
バイ（Inverse Shape Replication Method of Making C
eramic Composite Articles and Articles Obtained Th
ereby）」と題する米国特許出願第823,542号および特開
昭63-230663号〔発明者：マーク・エス・ニューカーク
（Mark S.Newkirk）等〕（現在、許可済）；本出願人に
よる1986年９月16日出願の「メソッド オブ メーキン
グ セラミック アーティクルズ ハビング チャンネ
ルズ ゼアライン アンド アーティクルズ メード
ゼアラバイ（Method of Making Ceramic Articles Hvin
g Channels Therein and Articles Made Thereby）」と
題する米国特許出願第907,924号〔発明者：ダニー・ア
ール・ホワイト（Danny R.White）等〕（現在、許可
済）及び特開昭63-123855号公報；及び本出願人による1
987年８月26日出願の「セラミック ホームズ（Ceramic
Foams）」と題する米国特許出願第089,376号〔発明
者：ダニー・アール・ホワイト（Danny R.White）等〕
（現在、許可済）に開示されている手法により形成した
三次元的に相互接続した物質と組み合わせて用いること
ができる。このような物体の製造及びそれらの性質を示
す目的で、上記した同一出願人による各特許出願及び特
許の開示事項全体を、本発明に利用できる。詳細には、
これらの出願及び特許に開示されている方法により製造
されたセラミック及びセラミック複合体は、マトリック
ス金属の浸透を受ける三次元的に相互接続した物質とし
て利用できる。この場合、得られる金属マトリックス複
合体は、三次元的に相互接続した独特のセラミック又は
セラミック複合体を埋め込んだ金属マトリックスを包含
する。十分な量の金属マトリックスが該セラミック又は
セラミック複合体内に形成される場合には、このような
物体は、セラミック又はセラミック複合体単独の場合よ
りも高い破壊靱性を有することが期待でき、且つ独特の
セラミック又はセラミック複合体の有用な性質と金属マ
トリックスの有用な性質との組み合わせにより、多くの
性質が向上する。
する他に、本発明の方法は、1987年12月15日発行の本出
願人による米国特許第4,713,360号および特開昭61-617
3;本出願人による1986年１月17日出願の「コンポジット
セラミック アーティクルズ アンド メソッズ オ
ブ メーキング セーム（Composite Ceramic Articles
and Methods of Making Same）」と題する米国特許出
願第819,397号〔発明者：マーク・エス・ニューカーク
（Mark S.Newkirk）等〕（現在、許可済）；本出願人に
よる1986年５月８日出願の「シェイプト セラミック
コンポジット アンド メソッズ オブ メーキングザ
セーム（Shaped Ceramic Composites and Metbods of
Making the Same）と題する米国特許出願第861,025号
〔発明者：マーク・エス・ニューカーク（Mark S.Newki
rk）等〕及び特開昭63-30376号公報；本出願人による19
86年１月27日出願の「インバース シェイプ リプリケ
ーション メソッド オブ メーキング セラミック
コンポジット アーティクルズ オブテインド ゼアラ
バイ（Inverse Shape Replication Method of Making C
eramic Composite Articles and Articles Obtained Th
ereby）」と題する米国特許出願第823,542号および特開
昭63-230663号〔発明者：マーク・エス・ニューカーク
（Mark S.Newkirk）等〕（現在、許可済）；本出願人に
よる1986年９月16日出願の「メソッド オブ メーキン
グ セラミック アーティクルズ ハビング チャンネ
ルズ ゼアライン アンド アーティクルズ メード
ゼアラバイ（Method of Making Ceramic Articles Hvin
g Channels Therein and Articles Made Thereby）」と
題する米国特許出願第907,924号〔発明者：ダニー・ア
ール・ホワイト（Danny R.White）等〕（現在、許可
済）及び特開昭63-123855号公報；及び本出願人による1
987年８月26日出願の「セラミック ホームズ（Ceramic
Foams）」と題する米国特許出願第089,376号〔発明
者：ダニー・アール・ホワイト（Danny R.White）等〕
（現在、許可済）に開示されている手法により形成した
三次元的に相互接続した物質と組み合わせて用いること
ができる。このような物体の製造及びそれらの性質を示
す目的で、上記した同一出願人による各特許出願及び特
許の開示事項全体を、本発明に利用できる。詳細には、
これらの出願及び特許に開示されている方法により製造
されたセラミック及びセラミック複合体は、マトリック
ス金属の浸透を受ける三次元的に相互接続した物質とし
て利用できる。この場合、得られる金属マトリックス複
合体は、三次元的に相互接続した独特のセラミック又は
セラミック複合体を埋め込んだ金属マトリックスを包含
する。十分な量の金属マトリックスが該セラミック又は
セラミック複合体内に形成される場合には、このような
物体は、セラミック又はセラミック複合体単独の場合よ
りも高い破壊靱性を有することが期待でき、且つ独特の
セラミック又はセラミック複合体の有用な性質と金属マ
トリックスの有用な性質との組み合わせにより、多くの
性質が向上する。
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 本実施例では、三次元セラミックマトリックスにマト
リックス金属を自発浸透させて、三次元的に相互接続し
たセラミックマトリックスを包含する金属マトリックス
を形成することが可能であることを示す。
リックス金属を自発浸透させて、三次元的に相互接続し
たセラミックマトリックスを包含する金属マトリックス
を形成することが可能であることを示す。
純度が約99.5％の酸化アルミニウムを含有し且つ１イ
ンチ当たり45個の細孔を有する、概略寸法が１インチx
1.5インチx0.5インチであるセラミックフィルターを、
ニューヨーク州のアルフレッドにあるハイ・テク・セラ
ミックス（High Tech Ceramics）から入手した。
ンチ当たり45個の細孔を有する、概略寸法が１インチx
1.5インチx0.5インチであるセラミックフィルターを、
ニューヨーク州のアルフレッドにあるハイ・テク・セラ
ミックス（High Tech Ceramics）から入手した。
第１図に示すように、セラミックフィルター（２）を
アルミナボート（４）の底に配置するとともに、概略寸
法が１インチx1インチx1/2インチで、珪素５重量％、亜
鉛６重量％、マグネシウム10重量％及び残部がアルミニ
ウムからなるアルミニウム合金製インゴット（５）を、
アルミナフィルター（２）の上部に配置した。アルミナ
耐火ボート（４）及びその内容物のはいったセットアッ
プを、室温で管状炉に入れた。次に、炉のドアを閉め、
生成ガス（窒素96体積％、水素４体積％）を約250cc/分
のガス流量で炉に供給した。炉温を、約150℃から約775
℃に上昇させ、約775℃の温度で約７時間維持し、その
後、約200℃／時間の速度で室温まで温度を低下させ
た。炉から取り出した後、金属マトリックス複合体を、
セットアップから回収した。金属マトリックス複合体
を、断面が出るように切断し、ミクロ構造の顕微鏡写真
を得た。この顕微鏡写真を第２図に示す。
アルミナボート（４）の底に配置するとともに、概略寸
法が１インチx1インチx1/2インチで、珪素５重量％、亜
鉛６重量％、マグネシウム10重量％及び残部がアルミニ
ウムからなるアルミニウム合金製インゴット（５）を、
アルミナフィルター（２）の上部に配置した。アルミナ
耐火ボート（４）及びその内容物のはいったセットアッ
プを、室温で管状炉に入れた。次に、炉のドアを閉め、
生成ガス（窒素96体積％、水素４体積％）を約250cc/分
のガス流量で炉に供給した。炉温を、約150℃から約775
℃に上昇させ、約775℃の温度で約７時間維持し、その
後、約200℃／時間の速度で室温まで温度を低下させ
た。炉から取り出した後、金属マトリックス複合体を、
セットアップから回収した。金属マトリックス複合体
を、断面が出るように切断し、ミクロ構造の顕微鏡写真
を得た。この顕微鏡写真を第２図に示す。
第２図から明らかなように、マトリックス金属（６）
がセラミックフィルター（８）の細孔に完全に浸透して
いる。更に、第２図において、参照番号10で示してある
ように、マトリックス金属（６）の浸透が非常によくな
され、マトリックス金属がセラミックフィルター（８）
のアルミナ成分内に存在する細孔に浸透している。
がセラミックフィルター（８）の細孔に完全に浸透して
いる。更に、第２図において、参照番号10で示してある
ように、マトリックス金属（６）の浸透が非常によくな
され、マトリックス金属がセラミックフィルター（８）
のアルミナ成分内に存在する細孔に浸透している。
実施例２ 本実施例では、予め形成した三次元的に相互接続した
金属構造体を、自発浸透により形成した金属マトリック
ス複合体内に組み込むことができることを示す。更に、
本実施例では、浸透工程中に三次元的に相互接続した物
質の三次元的相互接続の形態を維持する支持手段（例え
ば、本実施例では、アルミナ及び炭化珪素の乾操スラリ
ーを支持手段として用いた）があれば、浸透温度で溶融
する三次元的に相互接続した物質の自発浸透を行うこと
が可能であることを示す。
金属構造体を、自発浸透により形成した金属マトリック
ス複合体内に組み込むことができることを示す。更に、
本実施例では、浸透工程中に三次元的に相互接続した物
質の三次元的相互接続の形態を維持する支持手段（例え
ば、本実施例では、アルミナ及び炭化珪素の乾操スラリ
ーを支持手段として用いた）があれば、浸透温度で溶融
する三次元的に相互接続した物質の自発浸透を行うこと
が可能であることを示す。
概略寸法が3 3/4インチx1 1/8インチx1インチを有す
るアメリカンシアナミド社（American Cyanamid Compan
y）製5052合金〔商標：デュラ・コアー（Dura-Core）〕
から作製したアルミニウムハニカム材の１個を、厚みが
15/1000インチでグレードがジーテービー（GTB）である
黒鉛テープ製品〔ユニオンカーバイド社製のグラフォイ
ル（商標）〕から作製した概略寸法が3 3/4インチx1 1/
8インチx2インチのボックスに入れた。このボックス
は、グラフォイル（商標）の適当なサイズの形材を一緒
にステープルで留め、グラフォイル（商標）ボックスの
継目を、黒鉛粉末〔ロンザ社（Lonza,Inc.）製；グレー
ドKS-44〕とコロイド状シリカ〔デュポン社製ルドック
ス（Ludox HS）を混合して調製したスラリーでシールす
ることにより作製した。コロイド状シリカに対する黒鉛
の重量比は、約1/3であった。第３図に示すように、ア
ルミニウムハニカム材（14）が入ったボックス（12）
を、黒鉛耐火ボート（18）内に入れてある鋼製プレート
（16）の上部に配置した。概略寸法が５インチx3インチ
x1/10インチであるこの鋼製プレート（16）は、24グリ
ットのアルミナ材〔商標：アランダム（Alundum）〕か
らなる厚みが約1/2インチの層の上部に置いたものであ
る。アルミニウムハニカム材（14）の入ったグラフォイ
ル（商標）ボックス（12）を鋼製プレート（16）の上部
に配置した後、ノートン社（Norton Co.）製の90グリッ
ドの生炭化珪素のペースト状スラリーとコロイドアルミ
ナ〔エアヒール（Nyacol）A-20〕を、アルミニウムハニ
カム（14）がスラリー混合物で一杯となるまで、グラフ
ォイル（商標）ボックス（12）に沈降流廷した。90グリ
ット炭化珪素に対するコロイドアルミナの概略重量比
は、70/30であった。スラリーをハニカム構造体内部で
乾燥させた後、第４図に示すように、概略寸法が３イン
チx1 1/2インチx1/2インチであり且つ珪素12重量％、亜
鉛５重量％、マグネシウム６重量％及び残部がアルミニ
ウムからなるアルミニウム合金のインゴット（22）を、
スラリー充填アルミニウムハニカム構造体（24）の上部
に配置した。次に、更なる24グリットアランダムを黒鉛
ボート（18）に追加して、アランダム層（26）のレベル
がグラフォイル（商標）ボックス（12）の上部と概略同
等となるようにした。黒鉛ボート及びその内容物からな
るセットアップを、室温で制御雰囲気電気抵抗炉（例え
ば、真空炉）に入れた。次に、炉を、高真空（1x10-4）
が得られるまで、室温で排気した。その後、45分間かけ
て、炉の温度を、約200℃に上昇させ、約200℃で約２時
間維持した。この時点で、窒素ガスを約１気圧まで裏込
めした。炉を窒素で裏込めした後、炉内に窒素ガスが約
２リットル／分の流量で連続して流れるようにした。次
に、炉温を、約５時間かけて約850℃に上昇させ、約850
℃で約25時間保持した。25時間加熱の後、炉の電線を切
り、自然に周囲室温まで冷却した。室温でセットアップ
を炉から取り出し、分解した。その結果、ハニカム金属
の三次元的に相互接続した共マトリックスを含有する金
属マトリックス複合体が得られた。金属マトリックス複
合体に仕上げ操作を施して、ハニカム金属の三次元的に
相互接続した共マトリックスを露出させた。第５図は、
仕上げ金属マトリックス複合体の全体（平面及び側面）
写真である。この図において、露出したアルミニウムハ
ニカムマトリックスを参照番号（30）で示し、自発浸透
させたスラリー物質を参照番号（32）で示してある。第
６図は、仕上げ金属マトリックス複合体の底からの写真
であり、アルミニウムハニカムマトリックスを参照番号
（30）で示し、浸透させたスラリーを参照番号（32）で
示してある。第５図及び第６図から、最終的な金属マト
リックス複合体における三次元的に相互接続したアルミ
ニウムハニカムマトリックスは、概略網状構造を示して
いる。更に、マトリックス金属のスラリー物質への自発
浸透により形成した金属マトリックス材は、三次元アル
ミニウムハニカムマトリックスと一体的に結合してい
る。従って、アルミニウムハニカムにおける金属と浸透
スラリー物質における金属が、金属マトリックス複合体
全体を通じて、連続し且つ相互接続した金属マトリック
スを形成している。更に、アルミニウムハニカムは、粒
状物を何も含有しないか又は含有していても微量である
固体金属の共マトリックスとして作用する。このこと
は、固体金属の領域が、応力の印加中のクラックの伝播
を防止するクラックブランターとして作用できるので、
最終金属マトリックス複合体の靱性にとって重要であ
る。従って、この金属マトリックス複合体は、三次元的
に相互接続したアルミニウムハニカム共マトリックスに
より金属マトリックス複合体が補強されるので、靱性の
増加を示すと思われる。
るアメリカンシアナミド社（American Cyanamid Compan
y）製5052合金〔商標：デュラ・コアー（Dura-Core）〕
から作製したアルミニウムハニカム材の１個を、厚みが
15/1000インチでグレードがジーテービー（GTB）である
黒鉛テープ製品〔ユニオンカーバイド社製のグラフォイ
ル（商標）〕から作製した概略寸法が3 3/4インチx1 1/
8インチx2インチのボックスに入れた。このボックス
は、グラフォイル（商標）の適当なサイズの形材を一緒
にステープルで留め、グラフォイル（商標）ボックスの
継目を、黒鉛粉末〔ロンザ社（Lonza,Inc.）製；グレー
ドKS-44〕とコロイド状シリカ〔デュポン社製ルドック
ス（Ludox HS）を混合して調製したスラリーでシールす
ることにより作製した。コロイド状シリカに対する黒鉛
の重量比は、約1/3であった。第３図に示すように、ア
ルミニウムハニカム材（14）が入ったボックス（12）
を、黒鉛耐火ボート（18）内に入れてある鋼製プレート
（16）の上部に配置した。概略寸法が５インチx3インチ
x1/10インチであるこの鋼製プレート（16）は、24グリ
ットのアルミナ材〔商標：アランダム（Alundum）〕か
らなる厚みが約1/2インチの層の上部に置いたものであ
る。アルミニウムハニカム材（14）の入ったグラフォイ
ル（商標）ボックス（12）を鋼製プレート（16）の上部
に配置した後、ノートン社（Norton Co.）製の90グリッ
ドの生炭化珪素のペースト状スラリーとコロイドアルミ
ナ〔エアヒール（Nyacol）A-20〕を、アルミニウムハニ
カム（14）がスラリー混合物で一杯となるまで、グラフ
ォイル（商標）ボックス（12）に沈降流廷した。90グリ
ット炭化珪素に対するコロイドアルミナの概略重量比
は、70/30であった。スラリーをハニカム構造体内部で
乾燥させた後、第４図に示すように、概略寸法が３イン
チx1 1/2インチx1/2インチであり且つ珪素12重量％、亜
鉛５重量％、マグネシウム６重量％及び残部がアルミニ
ウムからなるアルミニウム合金のインゴット（22）を、
スラリー充填アルミニウムハニカム構造体（24）の上部
に配置した。次に、更なる24グリットアランダムを黒鉛
ボート（18）に追加して、アランダム層（26）のレベル
がグラフォイル（商標）ボックス（12）の上部と概略同
等となるようにした。黒鉛ボート及びその内容物からな
るセットアップを、室温で制御雰囲気電気抵抗炉（例え
ば、真空炉）に入れた。次に、炉を、高真空（1x10-4）
が得られるまで、室温で排気した。その後、45分間かけ
て、炉の温度を、約200℃に上昇させ、約200℃で約２時
間維持した。この時点で、窒素ガスを約１気圧まで裏込
めした。炉を窒素で裏込めした後、炉内に窒素ガスが約
２リットル／分の流量で連続して流れるようにした。次
に、炉温を、約５時間かけて約850℃に上昇させ、約850
℃で約25時間保持した。25時間加熱の後、炉の電線を切
り、自然に周囲室温まで冷却した。室温でセットアップ
を炉から取り出し、分解した。その結果、ハニカム金属
の三次元的に相互接続した共マトリックスを含有する金
属マトリックス複合体が得られた。金属マトリックス複
合体に仕上げ操作を施して、ハニカム金属の三次元的に
相互接続した共マトリックスを露出させた。第５図は、
仕上げ金属マトリックス複合体の全体（平面及び側面）
写真である。この図において、露出したアルミニウムハ
ニカムマトリックスを参照番号（30）で示し、自発浸透
させたスラリー物質を参照番号（32）で示してある。第
６図は、仕上げ金属マトリックス複合体の底からの写真
であり、アルミニウムハニカムマトリックスを参照番号
（30）で示し、浸透させたスラリーを参照番号（32）で
示してある。第５図及び第６図から、最終的な金属マト
リックス複合体における三次元的に相互接続したアルミ
ニウムハニカムマトリックスは、概略網状構造を示して
いる。更に、マトリックス金属のスラリー物質への自発
浸透により形成した金属マトリックス材は、三次元アル
ミニウムハニカムマトリックスと一体的に結合してい
る。従って、アルミニウムハニカムにおける金属と浸透
スラリー物質における金属が、金属マトリックス複合体
全体を通じて、連続し且つ相互接続した金属マトリック
スを形成している。更に、アルミニウムハニカムは、粒
状物を何も含有しないか又は含有していても微量である
固体金属の共マトリックスとして作用する。このこと
は、固体金属の領域が、応力の印加中のクラックの伝播
を防止するクラックブランターとして作用できるので、
最終金属マトリックス複合体の靱性にとって重要であ
る。従って、この金属マトリックス複合体は、三次元的
に相互接続したアルミニウムハニカム共マトリックスに
より金属マトリックス複合体が補強されるので、靱性の
増加を示すと思われる。
上記で説明したように、本発明の方法によれば、三次
元的に相互接続した物質に溶融マトリックス金属が浸透
した第一マトリックスとマトリックス金属が第一マトリ
ックスの細孔及び必要に応じて用いられる充填材に自発
浸透して生成した第二マトリックスを含有する共マトリ
ックス複合体が製造される。三次元的に相互接続した共
マトリックス材は、非相互接続形態の類似物質（例え
ば、粒状物等）を使用しても通常得られない、改善され
た剛さ及び高温強度、又は改善された靱性を金属マトリ
ックス複合体に付与できる。
元的に相互接続した物質に溶融マトリックス金属が浸透
した第一マトリックスとマトリックス金属が第一マトリ
ックスの細孔及び必要に応じて用いられる充填材に自発
浸透して生成した第二マトリックスを含有する共マトリ
ックス複合体が製造される。三次元的に相互接続した共
マトリックス材は、非相互接続形態の類似物質（例え
ば、粒状物等）を使用しても通常得られない、改善され
た剛さ及び高温強度、又は改善された靱性を金属マトリ
ックス複合体に付与できる。
第１図は、実施例１において、マトリックス金属を三次
元的に相互接続したセラミックフィルターに自発浸透さ
せるのに利用したセットアップの断面図であり、 第２図は、実施例１で製造した金属マトリックス複合体
の組織を示す顕微鏡写真であり、 第３図は、実施例２において、アルミナ及び炭化珪素の
スラリーをハニカム構造に注ぎ込む前に利用したセット
アップの断面図であり、 第４図は、実施例２において、三次元的に相互接続した
金属構造を埋め込んだ金属マトリックス複合体を製造す
るのに利用したセットアップの断面図であり、 第５図は、実施例２に従って製造した金属マトリックス
複合体の全体（平面及び側面）の組織を示す写真であ
り、 第６図は、実施例２に従って製造した金属マトリックス
複合体の底面の組織を示す写真である。 ２……セラミックフィルター、４……耐火ボート、５…
…アルミニウム合金製インゴット、６……マトリックス
金属、８……セラミックフィルター、12……ボックス、
14……ハニカム材、16……鋼製プレート、18……ボー
ト、22……インゴット、24……ハニカム構造体、26……
アランダム層、30……ハニカムマトリックス、32……ス
ラリー物質、18……耐火ボート
元的に相互接続したセラミックフィルターに自発浸透さ
せるのに利用したセットアップの断面図であり、 第２図は、実施例１で製造した金属マトリックス複合体
の組織を示す顕微鏡写真であり、 第３図は、実施例２において、アルミナ及び炭化珪素の
スラリーをハニカム構造に注ぎ込む前に利用したセット
アップの断面図であり、 第４図は、実施例２において、三次元的に相互接続した
金属構造を埋め込んだ金属マトリックス複合体を製造す
るのに利用したセットアップの断面図であり、 第５図は、実施例２に従って製造した金属マトリックス
複合体の全体（平面及び側面）の組織を示す写真であ
り、 第６図は、実施例２に従って製造した金属マトリックス
複合体の底面の組織を示す写真である。 ２……セラミックフィルター、４……耐火ボート、５…
…アルミニウム合金製インゴット、６……マトリックス
金属、８……セラミックフィルター、12……ボックス、
14……ハニカム材、16……鋼製プレート、18……ボー
ト、22……インゴット、24……ハニカム構造体、26……
アランダム層、30……ハニカムマトリックス、32……ス
ラリー物質、18……耐火ボート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 アラン スコット ナゲルバーグ アメリカ合衆国，デラウェア 19808, ウィルミントン，イー．ティンバービュ ウ コート 5521 (56)参考文献 特開 昭48−311（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−42504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−31466（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−279715（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−279721（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 1/09 B22D 19/14
Claims (11)
- 【請求項１】共マトリックス前駆体としてセラミックお
よび金属の少なくとも一つを含む実質的に非反応性の三
次元的に相互結合した多孔性物質（１）、この三次元的
に相互結合した物質の多孔の少なくとも一部分に任意に
配した充填材（２）、およびマトリックス金属（３）を
提供し、 温度を、マトリックス金属の融点より高い温度とし、か
つ浸透増進剤前駆体および浸透増進剤の少なくとも一つ
（４）を存在させ、かつマトリックス金属の自発的浸透
を許容するかまたは増進させ、かつこの浸透期間の少な
くとも一部分において、前記三次元的に相互結合した多
孔性物質、前記マトリックス金属および前記充填材の少
なくとも一つと連通して、三次元的に相互結合した多孔
性物質の少なくとも一部分、および任意に充填材にマト
リックス金属を自発浸透させる浸透性雰囲気（５）を存
在させることにより、金属マトリックスと、金属および
／またはセラミックの共マトリックスと、そして、任意
に、金属マトリックスによって埋設された実質的に非反
応性の充填材を含む金属マトリックス複合体を得ること
を特徴とする金属マトリックス複合体の形成方法。 - 【請求項２】前記浸透増進剤前駆体および前記浸透増進
剤の少なくとも一つを、マトリックス金属、充填材、三
次元的に相互結合した物質、および浸透性雰囲気の少な
くとも一つに、供給する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】浸透増進剤が、反応中に、浸透性雰囲気、
三次元的に相互結合した物質、充填材およびマトリック
ス金属よりなる群から選択された少なくとも一つの種
と、浸透増進剤前駆体との反応によって形成される、請
求項１または２に記載の方法。 - 【請求項４】三次元的に相互結合した物質の少なくとも
一つの表面をバリヤーで規定し、このときマトリックス
金属が前記物質にバリヤーまで自発的に浸透する工程を
さらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。 - 【請求項５】充填材が、粉末、フレーク、小板、微小
球、ウィスカー、泡状体、繊維、粒子、繊維マット、裁
断された繊維、球、ペレット、小管、および耐火布より
なる群から選択された、少なくとも一つの実質的に非反
応性物質を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項６】自発的浸透中に、温度が、マトリックス金
属の融点より高いが、マトリックス金属の蒸発温度、充
填材の融点および三次元的に相互結合した物質の融点よ
り低い、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。 - 【請求項７】前記三次元的に相互結合した多孔性物質
が、巨大孔と微小孔とを有する物質を含み、前記巨大孔
が前記充填材によって実質的に充填されている、請求項
１〜６のいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】前記三次元的に相互結合した物質が、前記
充填材によって充填された少なくとも一つの巨大孔を有
する三次元的に相互結合した金属であり、かつ前記マト
リックス金属が前記巨大孔中の前記充填材に自発的に浸
透して、前記三次元的に相互結合した物質の前記金属と
合金を形成する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】前記三次元的に相互結合した多孔性物質が
セラミックを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載
の方法。 - 【請求項１０】前記充填材が酸化物、炭化物、ホウ化物
及び窒化物からなる群から選択された少なくとも一つを
含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１１】前記浸透性雰囲気が窒素を含む場合には
前記浸透増進剤前駆体がマグネシウム、カルシウム又は
ストロンチウムを含み、前記浸透性雰囲気が酸素を含む
場合には前記浸透増進剤前駆体が亜鉛を含む請求項１〜
10のいずれか１項に記載の方法。
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|---|---|---|---|
| US269369 | 1988-11-10 | ||
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| FI (1) | FI91831C (ja) |
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| NZ (1) | NZ231069A (ja) |
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| PT (1) | PT92254B (ja) |
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