JP2905518B2 - 金属マトリックス複合体の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属マトリックス複合体を形成する新規な
方法、及びその新規な方法により製造された金属マトリ
ックス複合体に関する。詳細には、充填材の通気性素材
が、まずマトリックス金属中に雌のキャビティ（ネガテ
ィブキャビティ）を形成し、その後充填材の前記の通気
性素材を前記キャビティ中に入れることによりプレフォ
ームに形成される。前記の方法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と連通して、それにより、マトリッ
クス金属が溶融されると充填材の通気性素材に自然に浸
透することを可能にする。処理中のある時点で、充填材
は自立性になる。

〔従来の技術〕

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り、また、他の場合に
は、複合体のはうが重いこともある。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金属複合体は、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。

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。

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。

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。

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。

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°Ｃ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。

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。

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。

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。

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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

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。

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ということが判った。
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・アグハジァニアン
（Michael K.Aghajanian）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 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
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。

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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、金属マトリックス複合体を形成する方法で
あって、下記の工程： 固体のマトリックス金属中にキャビティを形成し、 前記キャビティに実質的に非反応性の充填材の通気性
素材を入れて前記充填材の全部がキャビティの内部に収
容されるようになし、 前記充填材を自立性となしかつ前記キャビティの形状
に実質的に一致させ、 前記マトリックス金属を溶融させ、そして 浸透雰囲気を、該プロセスの間の少なくともある時点
で、かつ浸透増進剤及び浸透増進剤前駆体の少なくとも
一方を供給して、前記マトリックス金属を、前記の自立
性の充填材の通気性素材の少なくとも一部分に浸透させ
ること、 を含んでなることを特徴とする金属マトリックス複合
体の形成方法を提供する。

金属マトリックス複合体は、処理中のある時点で自立
性になり得る（即ち、プレフォームに形成し得る）充填
材の通気性素材を浸透することにより製造される。詳細
には、充填材の通気性素材は、まずマトリックス金属中
にキャビティを形成し、次いで、このキャビティに充填
材を充填することにより、プレフォームにすることがで
きる。キャビティは、金属マトリックス複合体に所望さ
れる形状を複製するのに適するように形成することがで
きる。充填材は、例えば、高温及び／又は結合剤、及び
／又は反応体、等に暴露されることにより自己性になり
得る。その後、キャビティを形成するマトリックス金属
は、溶融されると、金属中のキャビティの形状を保持す
る充填材に自発的に浸透して金属マトリックス複合体を
形成する。

マトリックス金属中のキャビティは、本明細書に説明
される種々の技術により形成し得る。しかしながら、キ
ャビティは、充填材がキャビティ中に入れられるとき
に、充填材がキャビティの形状に実質的に一致するよう
に、充填材を受容し保持し得るべきである。更に、充填
材は、処理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／又は浸透雰囲気のうち少
なくとも一つと、接触されるべきである。例えば、浸透
増進剤及び／又は浸透増進剤前駆体を、充填材と混合す
ることができ、且つ／又はキャビティの表面上に配置す
ることができ、且つ／又はマトリックス金属により供給
することができ、且つ／又は浸透雰囲気により供給する
ことができる。充填材、マトリックス金属、並びに浸透
増進剤前駆体及び／又は浸透増進剤及び／又は浸透雰囲
気の一種以上の組合せは、マトリックス金属を、マトリ
ックス金属中に形成されるキャビティに実質的に一致す
る形状を有するプレフォームに自発的に浸透させる。

マトリックス金属中のキャビティは、マトリックス金
属のインゴットからキャビティを機械加工で作ること、
マトリックス金属の複数の部品又はインゴットを、この
ような複数のものが組立てられるときにキャビティが形
成されるように、組立てること、マトリックス金属をマ
ンドレルのまわりに鋳造すること、マトリックス金属の
少なくとも一部を適当なアルカリ物質で浸出すること、
マトリックス金属の少なくとも一部を優先的に加熱し、
それによりマトリックス金属の一部を溶解することの如
き技術、及び／又はこれらの技術の組合せもしくはマト
リックス金属中で形成されるキャビティを生じるその他
の技術により形成することができる。

好ましい実施態様において、ゴム鋳型が、製造しよう
とする金属マトリックス複合体に実質的に一致する成形
マンドレルのまわりに形成される。例えば、成形マンド
レルは、形成しようとする所望の金属マトリックス複合
体の金属、クレーもしくはプラスチックの態様であって
もよい。次いで、マンドレルはゴム鋳型から取り出さ
れ、それにより、マンドレルに大きさ及び形状の点で実
質的に一致するゴム鋳型中にキャビティを形成する。そ
の後、ゴム鋳型中のキャビティは、キャビティの形状に
一致することができ、且つ処理されると高温マンドレル
を形成し得る材料で充填される。例えば、焼き石膏と粒
状セラミック材料との混合物が、高温マンドレルを形成
するのに使用し得る。次いで、高温マンドレルは、好適
な耐火容器中に入れられ、溶融マトリックス金属が高温
マンドレルのまわりに注入される。こうして、高温マン
ドレルは、それが溶融マトリックス金属と接触すること
から、且つそのまわりの溶融マトリックスの冷却から生
じる、熱的作用、機械的作用及び化学的作用に耐えるの
に十分な強度及び形状団結性を有する必要があることが
理解される。更に、マンドレルはマトリックス金属に対
して実質的に非反応性であるべきである。

溶融マトリックス金属は、高温マンドレルのまわりに
凝固させられ、そして一旦凝固されると、高温マンドレ
ルは凝固されたマトリックス金属から取り除き可能であ
るべきである。例えば、高温マンドレルは、高温マンド
レルを液体で溶解すること、金属から高温マンドレルを
優先的にサンドブラスト又はグリットブラストするこ
と、マトリックス金属からマンドレルを機械加工に供す
ることの如き技術、及び／又はこれらの技術の組合せも
しくは周囲のマトリックス金属から高温マンドレルを取
り除くのに適したその他の技術により、マトリックス金
属から取り除かれてもよい。

本願明細書では、金属マトリックス複合体の形成中の
ある時点で、浸透雰囲気として作用する窒素の存在下
で、浸透増進剤前駆体として作用するマグネシウムと接
触されるアルミニウムマトリックス金属を主として説明
することが特記事項である。こうして、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／浸透雰囲気の系が自発的浸透を示す。しかしなが
ら、またその他のマトリックス金属／浸透増進剤前駆体
／浸透雰囲気の系が、アルミニウム／マグネシウム／窒
素の系と同様に挙動し得る。例えば、同様の自発的浸透
挙動が、アルミニウム／ストロンチウム／窒素の系；ア
ルミニウム／亜鉛／酸素の系；及びアルミニウム／カル
シウム／窒素の系で観察された。それ故、アルミニウム
／マグネシウム／窒素の系が本願明細書に主として説明
されるが、その他のマトリックス金属／浸透増進剤前駆
体／浸透雰囲気の系が、同様に挙動し得ることが理解さ
れる。

マトリックス金属がアルミニウム合金を含む場合、ア
ルミニウム合金中のキャビティは、セラミック充填材
（例えば、アルミナ粒子又は炭化珪素粒子）で充填され
てもよい。第一の好ましい実施態様において、充填材が
それと混合したか、あるいは前記の方法中のある時点
で、浸透増進剤前駆体としてのマグネシウムに暴露され
る。更に、アルミニウム合金及び／又は充填材は、処理
中のある時点で、浸透雰囲気としての窒素雰囲気に暴露
され、そして好ましい実施態様において、このような暴
露は実質的に全ての処理中に生じ、それにより浸透増進
剤前駆体を浸透増進剤に転化する。更に、処理中のある
時点で、プレフォームは少なくとも部分的に自立性にな
る。好ましい実施態様において、プレフォームは、マト
リックス金属が溶融状態になる前に、又はそれとほぼ同
時に、自立性になる。別の実施態様において、充填材は
充填材中に直接与えられてもよく、それにより浸透雰囲
気の必要をなくす。更に、浸透増進剤又は浸透増進剤前
駆体は、充填材中に与えられることに加えて、あるいは
それに代えて、マトリックス金属又は合金中に与えられ
てもよい。こうして、プレフォームは自発的浸透に供さ
れる。自発的浸透及び金属マトリックス複合体の形成の
程度又は速度は、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、プレフォーム中の粒
子の大きさ及び／又は組成、浸透雰囲気中の窒素の濃
度、浸透に要する時間、及び／又は浸透が生じる温度を
含む、プロセス条件の所定の組により変化する。自発的
浸透は、典型的には、プレフォームを実質的に完全に埋
込むのに充分な程度で生じる。

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。

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。

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（permeable mass）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。

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。

本明細書で使用される「高温マンドレル」とは、所望
の金属マトリックス複合体の複製に成形することがで
き、且つマトリックス金属が溶融される温度で、その形
状を実質的に保つことができる材料から形成される本体
を意味する。更に、高温マンドレルは、溶融マトリック
ス金属に直接接触されるときに溶融マトリックス金属に
よる化学的又は物理的な侵食に耐え得るべきである。例
えば、高温マンドレルは、マトリックス金属がマンドレ
ルのまわりに冷却することにより加えられる圧縮応力に
耐え得るべきである。マンドレルは、マトリックス金属
がマンドレルのまわりに一旦凝固したときにマトリック
スから都合よく取り除くことができることが好ましい。

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）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。

本明細書において使用される「浸透増進剤前駆体（In
filtration Enhancer Precurcor）」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「マンドレル」とは、所
望の形状をもった金属マトリックス複合体を実質的に複
製する如き形状を有する本体を意味する。

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体を形
成している材料（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。

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）。

本明細書において使用される「プレフォーム」又は
「通気性（permeable）プレフォーム」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。

本明細書において使用される「耐火容器（Refractory
Boat）」とは、プロセス条件下で自発系を収容又は含
むことができ、且つ自発浸透機構に相当有害である様に
は自発系の成分のいずれとも反応しない容器又は素材を
意味する。

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。

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。

本明細書において使用される「系清浄剤」とは、自発
系と組合せて使用されると、浸透雰囲気を浄化して、浸
透雰囲気中の成分、又は自発系から発生して自発浸透機
構に悪影響を及ぼし得る成分を除去することができる好
適な素材を意味する。

添付の図面は、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。

本発明は、マトリックス金属本体中にキャビティを形
成し、キャビティに充填材を充填し、これを前記方法の
ある時点で、少なくとも部分的に自立性であるプレフォ
ームに形成することによる、金属マトリックス複合体の
製造に関する。浸透増進剤及び／又は浸透増進剤前駆体
及び／又は浸透雰囲気のうち少なくとも一つは、プレフ
ォーム中へのマトリックス金属の自発浸透が生じ得るよ
うに、マトリックス金属ボディ及び／又はプレフォーム
中に供給すべきである。

第１図を参照して、キャビティ２を形成するマトリッ
クス金属の本体１が示されている。キャビティ２の形状
は、所望の完成金属マトリックス複合体の形状を複製す
ることが好ましい。成形キャビティ２を製造するための
幾つかの技術の一つ以上が、例えば複合体の複雑性及び
マトリックス金属の組成により決められるように使用さ
れてもよい。好適なキャビティは、例えば、エンドミ
ル、放電その他の方法により、マトリックス金属本体を
機械加工にかけることにより形成し得る。より複雑な複
合体の形状の場合、複合体に所望の形状を複製する好適
な高温マンドレルのまわりに、マトリックス金属本体１
を形成又は鋳造することによりキャビティ２を形成する
ことが好ましい場合がある。

高温マンドレルは、所望の複合体の形状の複製（レプ
リカ）又はマンドレルのまわりに好適な材料の本体を形
成することにより形成し得る。このような複製は、金
属、石膏、クレー、プラスチック又はその他のモデルで
あってもよく、あるいは既に形成された複合体であって
もよい。この段階で使用するのに適した一つの材料は、
シリコーンゴムである。又、処理条件下で剛性を呈し得
るようになる、例えば注封材料、パラフィンワックス等
の如きその他の材料が使用し得る。好適な材料、例えば
シリコーンゴムのボディーが一旦形成されると、複製が
それから取り除かれ、得られるキャビティが高温マンド
レルの形成に使用し得る。

詳細には、キャビティは、キャビティの寸法を忠実に
複製でき、且つ以下に更に説明されるその他の望ましい
特徴をもつことができる硬化性材料で充填し得る。一つ
のこのような硬化性材料は焼き石膏である。この実施態
様における、以上の工程の結果は、完成金属マトリック
ス複合体に所望な形状を忠実に複製する高温マンドレル
の生成であることが、理解される。

焼き石膏から形成された高温マンドレルのまわりにマ
トリックス金属本体１を形成するに際し、マンドレル
を、例えば焼成することにより、十分乾燥することが有
利である。次いで、高温マンドレルは、溶融マトリック
ス金属が注入される非反応性耐火容器中に適当に配置し
得る。冷却すると、本体１が形成され、高温マンドレル
が取り除かれる。焼き石膏の高温マンドレルの場合、マ
ンドレルを水流で再水和することにより、マンドレルが
除去し得る。高温マンドレルを取り除き、それにより、
マトリックス金属本体１中にキャビティ２を残すための
その他の技術が、マンドレルの組成に応じて使用し得
る。

第２図を参照して、本体１及びキャビティ２の形成後
に、キャビティ２は、マトリックス金属が自発的に浸透
される所望の充填材５で充填される。以下に更に詳しく
説明するように、充填材５は、本体１又は第二の、もし
くは付加的なマトリックス金属を構成するマトリックス
金属を要素として含む、自発系の要素である充填材のい
ずれを含んでもよい。又、充填材は、適当な浸透増進剤
及び／又は浸透増進剤前駆体を含んでもよく、且つ／又
はこれらの一つもしくは両方がマトリックス金属中及び
／又は浸透雰囲気中に含まれてもよい。

次いで、充填材５及びマトリックス金属本体１は、電
気抵抗加熱炉の如き好適な手段で加熱される耐火容器６
中に入れることができる。適当な浸透雰囲気は、容器６
の内部に保たれて、自発浸透工程を進行させることが好
ましい。それとは別に、浸透増進剤が自発系に与えられ
ると場合には、その自発系の分解を防止するのに十分な
不活性雰囲気が、それに代えて、容器６に与えられても
よいことが理解される。

第３図を参照して、容器６が適当に加熱され、それに
より、マトリックス金属本体１をマトリックス金属の溜
７に液化する。マトリックス金属本体１の液化の前に、
充填材ははプレフォーム８に転化されるべきである。こ
のような転化は、焼結又は本明細書のいずれかに説明さ
れるような充填材のその他の化学反応により、浸透雰囲
気又は不活性雰囲気の存在下で、本体１の加熱中にその
場で起こって溜７を形成し得る。例えば、充填材は、浸
透雰囲気の存在下で加熱されると、充填材をプレフォー
ムに結合する浸透増進剤に少なくとも部分的に転化し得
る浸透増進剤前駆体と初期に混合されてもよい。溜７の
形成の際に、マトリックス金属は、次いで、プレフォー
ム８に自発的に浸透でき、最終的に、第４図に示される
金属マトリックス複合体９を形成する。浸透は、マトリ
ックス金属に暴露されたプレフォームの全表面中に生じ
得ることが理解される。

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）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、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、プレ
フォーム若しくは充填材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
の一列はアルミニウム／マグネシウム／窒素の系であ
る。詳細には、キャビティをその中に有するアルミニウ
ムマトリックス金属本体は、適当な充填材で充填し得
る。好ましくは浸透増進剤前駆体又は浸透増進剤のうち
少なくとも一つの存在下で、充填材は、マトリックス金
属が溶融される前に、マトリックス金属中のキャビティ
の形状を専有し維持し得る。この場合、充填材の成形プ
レフォームが生じ、溶融マトリックス金属と接触する。
形成されたプレフォームは、溶融マトリックス金属に対
するその自然浮力のため、溶融マトリックス金属の表面
の近く、又はその上に浮遊するか、又は溶融マトリック
ス金属中のどこかに配置されることがある。しかしなが
ら、最終的には、少なくとも自発浸透中に、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の上、又
はその中に配置されるべきである。

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、プレフォー
ム又は充填材は、窒素含有ガスが、少くともプロセス中
のある時点で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
／又は室素を浸透増進剤前駆体と反応させて浸透増進剤
を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
程度は、アルミニウムマトリックス金属合金及び／又は
プレフォームのマグネシウム含量、プレフォーム及び／
又はアルミニウムマトリックス金属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）、プレフォーム又
は充填材を成す充填材の平均サイズ（例えば、粒径）、
充填材又はプレフォーム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若干量のマグネシウムが残留
する程度まで回避されるべきである。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、プレフ
ォーム（又は充填材）とマトリックス金属の両方又はプ
レフォーム（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はとんど生じない。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。マトリッ
クス金属合金及び／又はプレフォームのマグネシウム含
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。プレフォームにマグネ
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マトリックス金属合金が好
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、1000
℃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プレフォーム又は充填
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プレフォーム又
は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、プレフォーム又は充填材の
少なくとも一部分に混入してもよい。更に、表面への適
用、合金化及びプレフォーム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、プレフォームヘのマトリック
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。

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％のマグネシウムをマトリックス金属合金に含ま
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。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、例えば充填材の通気性素
材、すなわち、プロセス中のある時点で自立性となり得
るもの（すなわち、プレフォームに成形されるもの）
を、少くともプロセス中のある時点での窒素含有ガスの
存在下、溶融アルミニウムと接触させる。充填材の通気
性素材は、浸透増進剤前駆体及び／又は浸透増進剤を含
んでもよい。窒素含有ガスは、ガスの連続流を充填材
（プレフォーム）及び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、且つ溶融マトリ
ックス金属及び／又は浸透増進剤及び／又は浸透増進剤
前駆体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本発明方法は、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
ス金属合金と充填材との反応性及び最終金属マトリック
ス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
メントの形でもよい。更に、セラミック素材又はプレフ
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 オブ メーキング セーム（Novel Cerami
c Materials 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1987年12月15日発行の米国特許第4,713,360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 Ce
ramic Articles and Methods of Making Same）と題す
る同時係属及び同一出願人による米国特許出願第819,39
7号〔発明者：マーク・エス・ニューカーク（Mark S.Ne
wkirk）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、ぺレット、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。さらに、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、少くとも溶融マトリッ
クス金属透過性でなければならず、また、できれば浸透
雰囲気透過性である。

溶融マトリックス金属をプレフォーム又は充填材の素
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、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。本発明による熱成
形法には、充填材の体積分率が40〜50％のオーダーであ
ることが好ましい。このような体積分率で、浸透複合体
は実質的にその形状を維持し、それにより、二次処理が
容易になる。しかしながら、熱成形後の所望の最終複合
体充填率によっては、より高いか又はもっと低い粒子充
填率又は体積分率を用いることができる。更に、本発明
の熱成形法に関連して、より低い粒子充填率を得るため
に、粒子充填率を減少する方法を用いることができる。

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
の場合があることが分った。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、金属マトリックス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。所定の系の場合、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。例えば、マトリックス金属の本体の大きさは、
プレフォームの完全な浸透を保証するのに十分でなくて
もよい；したがって、マトリックス金属の本体をマトリ
ックス金属の予め用意した大型のプール又は溜に入れて
そのマトリックス金属の本体を溶融させ、よって、自然
的な浸透を発生させることができる。さらに、場合によ
っては、マトリックス金属の本体を含む第一のマトリッ
クス金属源とは組成を異にする溜のなかでマトリックス
金属を利用するのが望ましい場合もある。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。このような材料は、黒鉛や
その他の形をした炭素、そして種々のセラミック、例え
ば酸化物や硼化物などである。

バリヤー手段が、プレフォームの形状を保持するのを
助けるため、さもなければ、処理中にプレフォーム及び
／又は金属マトリックス複合体を保護するために、プレ
フォームの一つ以上の表面に設けられてもよい。詳細に
は、プレフォームが第１図及び第２図に従って形成され
る場合に、本体１のキャビティ２は好適なバリヤーで内
張り、又は被覆でき、プレフォームを更に支持するか、
又は浸透後のその正味形状特性を増強し得る。バリヤー
手段は、適当な場合には、成形されて、金属マトリック
ス複合体を握るため、さもなければ金属マトリックス複
合体を溶融マトリックス金属から取り出すためのぎざぎ
ざの表面を与え、更に最少の連続の成形調製による複合
体形成の利点を与えることができる。

〔実施例〕

本発明の種々の実例が以下の実施例に含まれる。しか
しながら、これらの実施例は、例示であると考えられる
べきであり、請求項に特定された本発明の範囲を限定す
るものとみなすべきではない。

実施例１ 直径約7.6cmの通常の鋼ギヤを、完成金属マトリック
ス複合体の複製又はマンドレルとして使用した。ギヤの
まわりにGI-1000ゴム成形材料（プラスチック・トーリ
ング・サプライ社から入手）を注ぎ、それを硬化させる
ことにより、ギヤをその成形材料のボディ中に埋込ん
だ。次いで、ギヤを、その硬化した成形材料から注意し
て取り出し、それにより、その中にキャビティを形成し
た。このキャビティに、ほぼ等しい割合の焼き石膏（例
えば、ボンデックス社から入手）と酸化アルミニウム
（E1アランダム（Alundum）、ノートン社から入手）と
の混合物を充填した。酸化アルミニウムは、再水和性石
膏が使用し得ることから、混合物中のその存在及び割合
が重要ではないが、石膏をよりセメント状にした。更
に、焼き石膏／酸化アルミニウムの比は、変えることが
できる（例えば、30/70〜70/30）。

硬化の際に、石膏は高温マンドレルを含み、これをゴ
ム成形材料から取り出した。高温マンドレルを炉に入
れ、200℃で約２時間十分に乾燥した。乾燥後、高温マ
ンドレルを、黒鉛で内張りされた、高さ約15cm、直径10
cmの316ステンレス鋼製の缶（例えば、T.T.アメリカ社
から入手し得るパーマホイル（Permafoil）、商標）に
入れた。バラストとして作用するための黒鉛棒を高温マ
ンドレルの頂上にセットし、高温マンドレルを含む缶を
約300℃に予熱した。次いで、800℃の温度の溶融アルミ
ニウム合金を高温マンドレルの上に缶に注入し、そして
溶融金属から気泡を除去しようとして缶の側部をたたい
た。合金の組成は、約77重量％のアルミニウム、約12重
量％の珪素、約５重量％の亜鉛、及び約６重量％のマグ
ネシウム（即ち、Al-12Si-5Zn-6Mg）であった。合金の
組成は、使用しようとする充填材又は最終複合体に所望
の特性に応じて選択し得ることが理解される。

缶を数分間冷却し、それにより、高温マンドレルのま
わりにアルミニウム合金を凝固させ、ついで固体の合金
ボディを缶から取り出した。次いで、マンドレルを水で
再びぬらし、それにより、マンドレルを軟化させ、凝固
したアルミニウムから、それを洗い去った。合金中に残
るキャビティはギヤの形状を保ち、合金ボディを約150
℃で約１時間加熱することにより十分乾燥した。

次いで、キャビティに、12ミクロン炭化珪素粉末（39
クリストロン（Crystolon）、ノートン社から入手）及
び約２重量％の45ミクロンのマグネシウム粉末の混合物
を含む充填材を、手で充填した。追加のマグネシウム粉
末を、充填されたキャビティの表面に振りかけた。この
過剰のマグネシウムは自発的浸透を促進したが、方法に
は必要ではない。又、充填材による充填の前に、キャビ
ティの内部にマグネシウムを振りかけることは、時々有
益である。

ギヤの形状の充填された充填材を含む合金ボディを、
黒鉛内張り鋼缶に戻した。同じ合金組成の幾つかの清浄
されたアルミニウム合金インゴットを缶に加え、充填キ
ャビティの表面と接触させて置いた。これらのインゴッ
トは、グリット−ブラストし、ついでエタノールの如き
溶剤中で洗浄して切削油及びその他の有機化合物を除去
することにより清浄した。インゴットの数は、所望の量
の自発的浸透を得るのに十分な量の合金が与えられるこ
とを条件として、重要ではない。

合金インゴットの頂部で、チタンの豆粒大の塊（4.75
mm×0.6mm、異形の粒径、ケムアロイ社（Chemalloy C
o.,Inc.）から入手）を含む箱形の小さい黒鉛（例え
ば、パーマホイル）開放容器を加えた。チタンは、方法
の系清浄剤、即ち酸素ゲッターとして作用した。

次いで、缶を薄い銅箔で覆い、これを缶の端部のまわ
りで折り曲げて缶を部分的にシールした。ステンレス鋼
管を箔を通して導入し、缶を好適な炉に入れた後、実質
的に純粋な窒素ガスを0.4l/分以上の流量で管を通して
導入し、缶の内部をパージし、炉の温度を約120℃に上
げた。約１時間後、電気抵抗加熱炉を約120℃から約800
℃まで約12時間の期間で加熱し、ついで約800℃で約12
時間保った。約500℃〜600℃の温度では、合金キャビテ
ィ中の充填材が、おそらく窒化マグネシウムの生成及び
／又は焼結により、プレフォームに硬化することがわか
った。合金ボディ及びインゴットが溶融すると、合金は
合金に暴露された全ての表面からプレフォームに自然に
浸透し、それにより、充分で迅速な浸透の利点を与え
る。

得られる金属マトリックス複合体ギヤは、最初に缶の
底部のオリフィスを通して過剰の溶融合金を排出した後
に、缶から取り出した。合金溜の表面に存在し得るスラ
グは、排出の前に除去されることが好ましいが、金属マ
トリックス複合体に接着するスラグは、ひき続いて、例
えば複合体をグリットブラストすることにより除去し得
る。排出後、金属マトリックス複合体ギヤを空冷した。
得られた複合体は、十分に浸透され、鋼ギヤマンドレル
に対し非常に良好な形状忠実度を示した。

実施例２ 実施例１に記載された操作に従ったが、複製又はマン
ドレルとして、鋼ギヤの代わりに、かえでの葉に形づく
られた形状を使用した。その他、アルミニウム合金ボデ
ィ中のキャビティの形成後に、キャビティを、45ミクロ
ンのマグネシウム粉末で振りかけ充填材で充填する前に
サンドブラストした。サンドブラストは合金を粗面化
し、それにより、合金へのマグネシウム粉末の接着を容
易にした。このようにして、最終の溶融合金と硬化プレ
フォームとの界面におけるマグネシウム及び／又は窒化
マグネシウムの存在を確保することにより、葉の端部及
び点においてさえも十分な自発的浸透が確実にされた。

窒素ガスが、約2.5l/分の流速で鋼缶の内部をパージ
し、炉温度を約２時間の期間にわたって上昇させた後、
缶の内部を約750℃（約800℃の炉温度に相当する）に保
った。次いで、浸透された複合体を熱い間に取り出し
た。炉による缶のより均一な加熱を得るために、缶の外
径を無定形シリカマット（ファイバーフラックス（Fibe
rfrax）商標、マックネイル・リフラクトリィズ社から
入手）の3mmの厚さの層中に包んだ。

更に、この実施例に於いて、プレフォームは、溶融合
金の溜の表面に浮遊するのに自発的浸透前に十分浮力が
あるので、合金キャビティ及び充填材が鋼缶の底部に配
置されることが望ましいことがわかった。自発的浸透が
表面で生じたが、溜の表面張力及び粘度及び葉の広い形
状の組合せは、スラグの除去中に損傷されそうである溜
の表面で、浸透されたプレフォームを保った。その他の
形状及び浮力を有する複合体は、合金溜の表面に留まら
ない場合があることが注目される。

このようにして製造された金属マトリックス複合体の
葉は、非常に良好な形状忠実性及び十分な自発的浸透を
示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、所望のプレフォームの形状に一致して形成さ
れたキャビティをその中に有するマトリックス金属本体
の断面図、 第２図は、本発明に従って充填材で充填されたマトリッ
クス金属本体を含む耐火容器の断面図、 第３図は、溶融マトリックス金属の溜及びプレフォーム
を含む容器の断面図、そして 第４図は、容器、マトリックス金属溜及び十分に自発浸
透された金属マトリックス複合体の断面図である。 図中、１はマトリックス金属本体、２はキャビテイ、５
は充填材、６は耐火容器、７は溜、８はプレフォーム、
そして９は金属マトリックス複合体である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 C04B 41/88

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属マトリックス複合体を形成する方法で
   あって、下記の工程： 固体のマトリックス金属中にキャビティを形成し、 前記キャビティに実質的に非反応性の充填材の通気性素
   材を入れて前記充填材の全部がキャビティの内部に収容
   されるようになし、 前記充填材を自立性となしかつ前記キャビティの形状に
   実質的に一致させ、 前記マトリックス金属を溶融させ、そして 浸透雰囲気を、該プロセスの間の少なくともある時点
   で、かつ浸透増進剤及び浸透増進剤前駆体の少なくとも
   一方を供給して、前記マトリックス金属を、前記の自立
   性の充填材の通気性素材の少なくとも一部分に浸透させ
   ること、 を含んでな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。
2. 【請求項２】前記浸透雰囲気を、前記浸透の期間の少な
   くとも一部で、前記充填材及び前記マトリックスの少な
   くとも一方と連通させる、特許請求の範囲第１項に記載
   の形成方法。
3. 【請求項３】前記浸透増進剤前駆体又は浸透増進剤の前
   記の少なくとも一方を前記マトリックス金属、前記充填
   材及び前記浸透雰囲気の少なくとも一方に供給する、特
   許請求の範囲第２項に記載の形成方法。
4. 【請求項４】前記充填材が、粉末、フレーク、板状物、
   小球体、ウイスカー、バブル状物、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
   び耐火繊維布からなる群から選ばれた少なくとも１つの
   材料を含んでいる、特許請求の範囲第１項に記載の形成
   方法。
5. 【請求項５】前記充填材を熱源及び結合剤の少なくとも
   一方に暴露することによってその充填材を自立性とな
   す、特許請求の範囲第１項又は第４項に記載の形成方
   法。
6. 【請求項６】前記マトリックス金属の溶融と実質的に同
   時かもしくはその後に前記充填材を自立性となす、特許
   請求の範囲第１項に記載の形成方法。
7. 【請求項７】前記キャビティを、マトリックス金属のイ
   ンゴットの機械加工、マトリックス金属の有形部品の複
   数個の組み立て、マンドレルの周囲におけるマトリック
   ス金属の鋳造、マトリックス金属のインゴットからの一
   部の浸出、そしてマトリックス金属のインゴットにおけ
   る一部の優先溶融除去の少なくとも１方法によって形成
   する、特許請求の範囲第１項に記載の形成方法。
8. 【請求項８】前記キャビティを、金属マトリックス複合
   体に所望される形状を有するマンドレルの周囲にゴム鋳
   型を形成し、前記マンドレルをゴム鋳型から取り出し、
   前記ゴム鋳型に耐火材料を充填し、前記耐火材料から耐
   火マンドレルを形成し、前記耐火マンドレルの周囲で溶
   融マトリックス金属を凝固させ、そして前記耐火マンド
   レルを凝固マトリックス金属から取り出すことによって
   形成する、特許請求の範囲第１項に記載の形成方法。
9. 【請求項９】前記耐火材料が焼石膏を含む、特許請求の
   範囲第８項に記載の形成方法。
10. 【請求項１０】前記浸透増進剤前駆体及び前記浸透増進
    剤の少なくとも一方を前記充填材に供給し、そして、浸
    透雰囲気の存在において加熱を行う時、前記充填材を自
    立性となす、特許請求の範囲第３項に記載の形成方法。