JP2905519B2 - 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
方法に関する。詳細には、本発明に従うと、充填材の通
気性素材がプレフォームに形成される。また、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／又は浸透雰囲気がプレフォームと連
通して、それにより、プレフォームが溶融マトリックス
金属中に置かれる時に、溶融マトリックス金属がプレフ
ォームに自発的に浸透する。また、プレフォームを溶融
マトリックス金属の表面より下に少なくとも部分的に維
持するための手段が利用し得る。

〔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、攪拌及び潤滑剤を使用
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）をせず又複稚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、所定の繊椎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℃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公報第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き起こす
ことが必須であることが開示されている。しかしなが
ら、金型を用いるには本来制限があり、真空を生じさせ
るために金型を使用することは望ましくない。即ち、ま
ず、金型を機械加工して特定の形状にし；その後、仕上
げ機械加工して、金型上に許容できる鋳造表面を形成
し；使用前に組立；使用後に分解して注型品を取り出
し；その後、最も一般的には、金型表面を最仕上げして
金型を再生するか、又はもはや使用できない状態の場合
には金型を捨ててしまう必要がある。金型を複雑な形状
に機械加工するのは、非常にコストがかかるとともに時
間がかかる場合がある。更に、複雑な形状をした金型か
ら成形品を取り出すのも困難のことがある（即ち、複雑
な形状を有する注型品は、金型から取り外すとき壊れる
ことがある）。更に、多孔性耐火材の場合、金型を使用
せずに、直接溶融金属に浸漬できることも述べられてい
るが、容器金型を使用せずに弱く結着されるか又は分離
した多孔性材料に浸透させる手段がないので、耐火材は
一体品でなければならない（即ち、粒状物質は、溶融金
属に入れたときに、一般的に解離するかは浮かんで離れ
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ことが分った。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〕

本発明によれば、金属マトリックス複合体を形成する
に当って、溶融せるマトリックス金属の溜を形成し、 実質的に非反応性の充填材の素材を含むプレフォーム
を形成し、 プロセス中の少なくともある時点での、前記充填材及
び前記マトリックス金属の少なくとも一方及び浸透増進
剤及び浸透増進剤前駆体の少なくとも一方と連通した浸
透雰囲気を提供し、 前記溶融マトリックス金属の溜の中に前記プレフォー
ムを浸漬し、そして 前記プレフォームの少なくとも一部分に前記溶融マト
リックス金属を自発的に浸透させること、 を特徴とする金属マトリックス複合体の形成方法が提
供される。

金属マトリックス複合体は、形成された充填材の通気
性素材をプレフォームに自発浸透させることにより製造
される。詳細には、マトリックス金属は溶融され、つい
でマトリックス金属はマトリックス金属を収容するのに
適した非反応性容器（例えば、好適な耐火容器）中に保
持されて、溶融マトリックス金属の溜を形成する。次い
で、プレフォームは溶融マトリックス金属中に置かれて
自発浸透を得ることができる。又、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／又は浸透雰囲気がプレフォームと連通して、そ
れにより、プレフォームが溶融マトリックス金属中に置
かれる時に、溶融マトリックス金属がプレフォームに自
発浸透する。

プレフォームは、溶融マトリックス金属に対するその
自然浮力のために、溶融マトリックス金属の表面の付近
又はその表面上で自然に浮遊する傾向を示すことがあ
る。しかしながら、プレフォームを溶融マトリックス金
属中に完全に浸漬することが望ましいことがある。しか
しながら、このような完全浸漬の前に、プレフォームは
浸透増進剤及び／又は浸透増進剤前駆体のうち少なくと
も一つを含むことが好ましい。このような条件下で、溶
融マトリックス金属は浸漬されたプレフォームに自然浸
透する。又、溶融マトリックス金属は、プレフォーム中
の浸透増進剤又は浸透増進剤前駆体に加えて、又はそれ
らに代えて、浸透増進剤又は浸透増進剤前駆体を含むこ
とができる。浸透増進剤前駆体が溶融マトリックス金属
中にのみ含まれる場合、このような前駆体を別の材料と
接触させるためのある種の手段（例えば、溶融マトリッ
クス金属中に吹き込むことができる浸透雰囲気）を備え
る必要がある。

好ましい実施態様において、成形プレフォームは、鋳
型の中に浸透増進剤前駆体及びセラミック材料を含む充
填材を入れることによりつくることができる。成形した
充填材及び浸透増進剤前駆体は、その後、浸透雰囲気に
暴露されてプレフォームを硬直化し、プレフォームの中
に浸透増進剤を生成することができる。今、浸透増進剤
を含むプレフォームは、その後、プレフォームをマトリ
ックス金属中に取り出し可能に浸漬するのに適した手段
により、溶融マトリックス金属中に浸漬することができ
る。例えば、プレフォームは、プレフォームを溶融マト
リックス金属の表面下に物理的に押しやる、取り出し可
能なケージの中に含まれてもよく、あるいはプレフォー
ムは、溶融マトリックス金属に対するプレフォームの浮
力に逆らうバラスト手段に取り付けられてもよい。使用
されるプレフォームを取り出し可能に浸漬するための手
段にかかわらず、浸透増進剤の少なくとも一つがプレフ
ォーム中に与えられる場合には、浸透雰囲気はプレフォ
ーム中への溶融マトリックス金属の自発浸透を達成する
のに最早必要とされなくてもよい。しかしながら、雰囲
気と接触するマトリックス金属の溜の表面が非反応性の
ままであるようにするには、このような浸透雰囲気又
は、最低でも、不活性雰囲気が存在することが、依然と
して必要とされ得る。

更に、自発浸透機構の他に、浸漬されたプレフォーム
内に自己発生減圧を生じる傾向がまた起こり得る（例え
ば、溶融マトリックス金属がプレフォーム中に閉じ込め
られた雰囲気と反応し、こうして溶融マトリックス金属
がプレフォームに浸透する傾向を生じ得る）ことが可能
である。

この出願では、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、自発浸透挙動が、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／窒素の系が本明細中で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
ルミニウム合金は、充填材を含むプレフォームと接触し
てもよく、前記充填材はプレフォームと混合していた
か、且つ／又は、方法のある時点で、マグネシウムに暴
露される。更に、好ましい実施態様において、アルミニ
ウム合金及びプレフォームは、方法の少なくとも一部に
わたって窒素雰囲気中に含まれる。こうして、プレフォ
ームはマトリックス金属により自発的に浸透され、自発
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／
又はプレフォーム中、及び／又は浸透雰囲気中）に与え
られるマグネシウムの濃度、プレフォーム中の粒子の大
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／又は浸透が起こる温度を含む、プ
ロセス条件の所定の組により変化する。自発浸透は、典
型的には、プレフォームを溶融金属で実質的に完全に埋
込みのに充分な程度で起こる。

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。

本明細書において使用される「バラスト手段」又は
「バラストのための手段」とは、該手段がプレフォーム
に取り付けられる時に、プレフォームが溶融マトリック
ス合金の表面より下の位置で維持されるように、溶融マ
トリックス金属に対するプレフォームの自然浮力を相殺
する手段を意味する。

本明細書で使用する「残部（バランス）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「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 Precursor）」とは、マトリック
ス金属、プレフォーム及び／又は浸透雰囲気と組み合わ
せて使用すると、マトリックス金属の充填材又はプレフ
ォームへの自発浸透を誘発又は補助する物質を意味す
る。特別な原理又は説明には限定されないが、浸透増進
剤前駆体が浸透雰囲気及び／又はプレフォーム若しくは
充填材及び／又は金属と相互作用できる位置に、浸透増
進剤前駆体が配置若しくは移動できることが必要であ
る。例えば、あるマトリックス金属／浸透増進剤前駆体
／浸透雰囲気系では、浸透増進剤前駆体が、マトリック
ス金属の溶融温度、その近くの温度又は場合によっては
それよりもいくらか高い温度で揮発することが望まし
い。このような揮発により、（１）浸透増進剤前駆体と
浸透雰囲気との反応による、マトリックス金属による充
填材又はプレフォームの湿潤を増進するガス状物の生
成；及び／又は（２）浸透増進剤前駆体と浸透雰囲気と
の反応による、充填材又はプレフォームの少なくとも一
部に湿潤を増進する固体状、液状又はガス状浸透増進剤
の生成；及び／又は（３）充填材又はプレフォームの少
なくとも一部分内において湿潤を増進する固体状、液状
又はガス状浸透増進剤を生成する充填材又はプレフォー
ム内の浸透増進剤前駆体の反応が生じる。

本明細書において使用される「マトリックス金属」又
は「マトリックス金属合金」とは、金属マトリックス複
合体の形成に用いられる金属（例えば、浸透前）及び／
又は充填材と混じり合って金属マトリックス複合体を形
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「取り出し可能に浸漬す
るための手段」又は「取り出し可能な浸漬手段」とは、
該手段がプレフォームを溶融マトリックス合金の溜の表
面より下に少なくとも部分的に浸漬することができ、且
つプレフォームを溶融マトリックス合金溜から取り出す
ことができるように、少なくとも一つのプレフォームに
取り付けられるか、あるいはそれを支持する好適な手段
を意味する。

本明細書において使用される「金属マトリックス複合
体」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）。

「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耐及び／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」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（porons mass）を意味する。このような素
材は、マトリックス金属を浸透させる前に、寸法忠実性
を提供するに十分な形状保持性及び生強度を維持する。
又、この素材は、自発浸透でマトリックス金属を受け入
れるに十分な程度に多孔性でなければならない。プレフ
ォームは、一般的には、充填材が、均一若しくは不均一
の形態で、結着して充填又は配置されてなり、適当な物
質（例えば、セラミック及び／又は金属の粒子、粉末、
繊維、ウイスカー等並びにそれらの組み合わせ）からな
ってよい。プレフォームは、単独でも集成体で存在して
もよい。

本明細書で使用される「溜（reservoir）」とは、金
属が溶融したとき、流れて、充填材若しくはプレフォー
ムと接触しているマトリックス金属の部分、セグメント
若しくは源を補充又は、ある場合には、最初にマトリッ
クス金属を提供しかつ続いて補充するために、充填材又
はプレフォームの素材に対して分離して配置されたマト
リックス金属の別個の物体を意味する。

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。

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、好適なプレフォーム（このプレフォーム
は、以下に更に詳しく説明されるように、典型的には充
填材から形成される）を溶融マトリックス金属中に浸漬
し、ついでプロセスのある時点で、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の少な
くとも一つと接触させること（これは溶融マトリックス
金属がプレフォームに所望の程度に自発浸透することを
もたらす）による金属マトリックス複合体の製造に関す
る。

図面（各図に於いて、同様な参照番号は同様な部分を
表わす）を参照して、第1a図及び第1b図は、本発明に使
用し得る一般的なプレフォーム１を示す。プレフォーム
１は、例えばセラミック粒子と浸透増進剤との混合物を
含んでいてもよく、その浸透増進剤は浸透雰囲気と浸透
増進剤前駆体との反応により生成されてもよく、その混
合物は鋳型３中のキャビティ２により所望の形状とされ
る。鋳型３は再使用可能であってもよく、この場合それ
は焼き石膏又はシリコーンゴム等の如き、適当に堅固で
あるが未だ容易に成形可能な材料から構成されてもよ
く、さもなければ鋳型３はひき続いてその処理工程中に
消耗されてもよく、この場合それは、自発浸透プロセス
に影響しない、金属箔の如き材料から構成されてもよ
い。鋳型３は、割型、マルチピース型、焼流しシェルモ
ールド又はその他の好適な成形手段であってもよい。

第２図に示されるように、消耗鋳型中になおも入れら
れているか又は自立しているプレフォーム１は、プレフ
ォームを溶融マトリックスの金属の溜中に取り出し可能
に浸漬するための手段４中に置くことができる。この手
段４の更に重要な特徴は、手段４がプレフォーム１を支
持するか、またはプレフォームに取り付けられて、プレ
フォームの形状に影響さずに、マトリックス金属の溜中
のプレフォームの自然浮力を相殺すること、手段４が溜
によるプレフォームの接触を可能にすること、手段４が
マトリックス金属の溜中の浸漬に耐えるのに十分に耐熱
性であり、しかも化学的に不活性であること、及び手段
４が自発浸透プロセスに有害に影響しないことである。
一つの好適な手段４は、基材４−１、複数の棒材４−
２、及び取りはずし可能なキャップ４−３を含む。好適
なハンドル４−４が、都合よく手段４に取りつけられて
もよく、マトリックス金属の溜から手段４の挿入及び取
り出し並びにその他の所望の取扱い操作を可能にする。
又、手段４は、マトリックス金属に対して浸透性であ
り、且つ手段４のその他の上記の重要な特徴を有するバ
スケット又はメッシュを含んでもよいことが理解され
る。その他に、手段４は、単に基材及びハンドルを含ん
でもよく、一つ以上のプレフォームがその基材に取りは
ずし可能に固定されてもよい。

第３図を参照して、本発明によれば、プレフォーム１
を取り出し可能に浸漬する手段４は、マトリックス金属
を収容するための非反応性容器６中により制限される、
溶融マトリックス金属の溜５中に置かれる。本明細書に
記載されているような好適な自発系において、マトリッ
クス金属５はプレフォーム１に自発的に浸透する。図示
されるように、プレフォーム１は溜５中に完全に浸漬さ
れてもよく、この場合にはプレフォームの自発浸透は溜
と接触する全てのプレフォーム表面から進行することが
できる。所望の量の浸透が起って、第４図に示されるよ
うな金属マトリックス複合体７の形成を生じた後、手段
４及び含まれる複合体７を溜から取り出すことができ
る。プレフォームに浸透しなかったが手段４により取り
出されるマトリックス金属は、次いで、重力またはガス
流の如きその他の好適な力の起動力のもとに、溶融マト
リックス金属の溜に戻ることができ、それにより複合体
７に接着するカーカスを最小にする。

プレフォームを溶融マトリックス金属の溜中に取り出
し可能に浸漬するための手段は、プレフォームを完全に
浸漬するよりむしろ、わずかに部分的に浸漬してもよい
ことが理解される。このような部分浸漬は、例えば自発
浸透が好ましい方向又はプレフォームの一部のみで生じ
るべき時に、望ましいことがある。以下に更に詳しく説
明されるように、浸透の方向を制御するため、あるいは
マトリックス金属の残存カーカスを最小にするため、好
適なバリヤー手段がプレフォームの選択表面に接着され
てもよく、その結果、正味の形状又はほぼ正味の形状が
バリヤーの取りはずしの際に得られる。

その他に、溜中のプレフォームの浸漬の深さが、例え
ば、金属マトリックス複合体の組成を変えるために、選
択的に調節可能であってもよい。このような変化は、異
なる深さでマトリックス金属組成物を有する層化された
溜でもって達成し得る。このような異なる組成物は、深
さ依存性の温度勾配及び／又は合金混合物の結果として
生じ得る。取り出し可能な浸漬手段は、所定の期間にわ
たって第一の深さでプレフォームと第一マトリックス金
属組成物との接触を行ない、ひき続いて第二の所定の期
間にわたって第二の深さで部分的に自発浸透されたプレ
フォームと第二マトリックス金属組成物との接触を行な
う。付加的な金属マトリックス組成物は、溶融金属溜中
のそれらの位置に応じて接触され得る。

更に、一つより多くのプレフォームが、取り出し可能
な浸漬手段により同時に支持されてもよく、それによ
り、金属マトリックス複合体の生成速度を増すことがで
きる。プレフォームは浸漬手段内にばらばらに離れて配
置されてもよく、あるいは適当な場合には浸漬手段に取
りはずし可能に取り付けられてもよい。溶融マトリック
ス金属の溜の体積は、このようにして製造された複数の
金属マトリックス複合体の浸透の所望の程度を与えるの
に十分な程度まで増加することが理解される。

既に説明されたように、取り出し可能な浸漬手段の一
つの特徴は、それが溶融マトリックス金属の溜に対する
プレフォームの、正又は負の、自然浮力を相殺すること
であり得る。この作用及びその他の作用を行なうため
に、その他の装置が使用し得ることが理解される。一つ
のこのような別の装置はプレフォームをバラストするた
めの手段であり、その実施態様が実施例と関連して以下
に更に詳しく記載される。本発明によれば、バラスト手
段は一般に取り出し可能な浸漬手段の特徴に似た特徴を
有する。

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。例えば、浸透雰囲気に供給
する場合、溶融せるマトリックス金属のプールを介して
雰囲気の吹き込みを行うことによって、液中に浸漬せし
められたプレフォームに浸透増進剤を移送することが可
能であった。もしもプレフォームが完全に液中にもぐっ
ていないならば、プールの表面の上方の浸透雰囲気を介
して、浸透増進剤をプレフォームに付与することができ
た。同様に、もしも浸透増進剤前駆体がプレフォーム中
に与えられているならば、このような前駆体を、プール
を介して浸透雰囲気の吹き込みを行うかもしくはプレフ
ォームの表面をプールの上方の浸透雰囲気に暴露するこ
とによって、浸透増進剤に移すことができる。

マトリックス金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系
の一例として、アルミニウム／マグネシウム／窒素系が
挙げられる。具体的には、アルミニウムマトリックス金
属を、プロセス条件下で、アルミニウムを溶解させたと
きにアルミニウムマトリックス金属及び／又は充填材と
反応しない適当な耐火容器内に入れることができる。そ
の後、プレフォームを、バラスト手段によるかもしくは
プレフォームを溶融マトリックス金属内に取り出し可能
に浸漬するための手段によって、溶融マトリックス金属
の表面下に保持しかつその金属と接触させることができ
る。

本発明によれば、アルミニウム／マグネシウム／窒素
の自発系の場合、プレフォームは、窒素含有ガスが、例
えば窒素を溶融マトリックス金属中に吹き込みことによ
り、プロセス中の少なくともある時点で、プレフォーム
を浸透又は透過することを可能にするのに十分通気性で
あるべきである。更に、通気性プレフォームは、溶融マ
トリックス金属の浸透、又はプレフォームを浸漬前に窒
素に暴露することを、同時に、又はその後に調節し、そ
れにより、窒素で透過されたプレフォームを溶融マトリ
ックス金属で自発浸透させて金属マトリックス複合体を
形成し、且つ／又は窒素を浸透増進剤前駆体と反応させ
てプレフォーム中の浸透増進剤を生成して自発浸透を生
じる。

自発浸透及び金属マトリックス複合体の形成の程度
は、アルミニウム／マグネシウム／窒素の系に関して
は、アルミニウム合金のマグネシウム含量、プレフォー
ムのマグネシウム含量、アルミニウム合金の窒化マグネ
シウム含量、プレフォームの窒化マグネシウム含量、付
加的な合金元素（例えば、珪素、鉄、銅、マンガン、ク
ロム、亜鉛、等）の存在、プレフォームを構成する充填
材の平均の大きさ（例えば、粒径）、充填材の表面状態
及び型、浸透雰囲気の窒素濃度、浸透に要する時間及び
浸透が起こる温度を含む、プロセス条件の所定の組合せ
により変化する。例えば、溶融アルミニウムマトリック
ス金属の浸透が自発的に生じるためには、アルミニウム
マトリックス金属は、合金の重量基準で少なくとも約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）と合金にするこ
とができる。

また、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。
又、補助合金元素は、充填材又はプレフォームの自発浸
透を生じさせるためのマトリックスアルミニウム金属に
必要とされるマグネシウムの最少量に影響する場合があ
る。例えば、揮発による自発系からのマグネシウムの損
失は、浸透増進剤を形成するのに若干のマグネシウムが
残存するような程度までは避けられるべきである。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、プレフォームとマトリックス金属の両方又はプレフ
ォームのみ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（後に更に詳しく説明される）。窒素浸透雰囲気にお
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。詳しくは、約10体積％未満の窒素が浸
透雰囲気中に存在する場合、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。少なくとも約50体積
％の窒素が雰囲気中に存在して、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かくすること
が好ましいことがわかった。より短かい浸透時間はま
た、浸漬されたプレフォームを穏かに撹拌して、それに
より、プレフォームの構造上の団結性を乱さずに、溶融
マトリックス金属をプレフォームのまわりにうず巻かせ
ることにより達成し得る。

アルミニウム／マグネシウム／窒素の自発系中の溶融
マトリックス金属が金属マトリックス複合体を形成する
のに必要とされる最小マグネシウム含量は、処理温度、
時間、珪素又は亜鉛の如き補助合金元素の存在、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、プレフォームに達する浸透雰囲気の窒素含
量、及び窒素雰囲気が流れる速度の如き一種以上の変数
に依存する。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かい加熱時間
を使用して完全な浸透を達成することができる。又、所
定のマグネシウム含量の場合、亜鉛の如きある種の補助
合金元素を添加すると、より低い温度を用いることが可
能となる。例えば、使用範囲、例えば約１〜３重量％の
下端でのマトリックス金属のマグネシウム含量を、上記
の最低処理温度、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合金が
好ましく、より低い温度及びより短かい時間を用いる場
合には、少なくとも約５％が好ましい。浸透に必要とさ
れる温度条件を和らげるために、アルミニウム合金に対
して約10重量％を越えるマグネシウム含量を使用しても
よい。補助合金元素と組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、これらの元素は補
助的機能しか果さないので、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％の
珪素とのみ合金した概略純粋なアルミニウムは、1000℃
では25ミクロンの39クリストロン（Crystolon）〔ノー
トン社製純度99％の炭化珪素〕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。

別の例として、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、その量を変えることができ
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。このような仕込
みは、例えばマグネシウム粉末をセラミックと混合して
充填材を生成することにより、行なうことができる。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
りわずかに多い。詳しくは、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の存在下で、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。

また、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、自発系に対して、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プレフォームやマ
トリックス金属を取り囲む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
は充填材に結合させたマグネシウムの濃度も、所定温度
での浸透の程度に影響する傾向がある。その結果、マグ
ネシウムがプレフォーム又は充填材とほとんど直接接触
しない場合には、少なくとも約３重量％のマグネシウム
を合金に含ませることが好ましい。１重量％のように、
この量未満の合金含量では、浸透には、より高温のプロ
セス温度又は補助合金元素が必要な場合がある。（１）
合金のマグネシウム含量のみを、例えば、少なくとも約
５重量％に増加する場合；及び／又は（２）合金成分を
充填材若しくはプレフォームの通気性素材と混合すると
き；及び／又は（３）亜鉛又は鉄等の別の元素がアルミ
ニウム合金に存在する時は、本発明の自発浸透法を行う
のに必要とする温度はもっと低くてもよい。温度も、充
填材の種類により変化し得る。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。さらに、
得られる懸濁液の満足のいく注型性は、第２のマトリッ
クス金属を分散せしめた後、800℃かもしくはそれ以
上、あるいはその近傍で、そしてできればより低温で、
懸濁液の性状に依存して、達成できる。注型性は、温度
の上昇につれて必然的に改良されるというわけではな
い。1200℃を超える温度では、一般的に、本方法には利
点がないと思われ、特に有効な温度範囲は、約675℃〜
約1200℃であることが判明した。しかしながら、原則と
して、自発浸透温度は、マトリックス金属の融点を超え
且つマトリックス金属の蒸発温度未満である。更に、自
発浸透温度は、充填材の融点よりも低くなければならな
い。更に、温度が増加するとともに、マトリックス金属
と浸透雰囲気との間の反応生成物が生成する傾向が増加
する（例えば、アルミニウムマトリックス金属と窒素浸
透雰囲気の場合、窒化アルミニウムが生成する場合があ
る）。このような反応生成物は、金属マトリックス複合
体の意図する用途により、望ましいこともあれば、望ま
しくない場合もある。更に、浸透温度を達成するため
に、電気抵抗加熱が一般的に使用される。しかしなが
ら、マトリックス金属が溶融状態となり、自発浸透に悪
影響を及ぼさない加熱手段であれば、本発明で使用する
ことができる。

本発明の方法においては、例えば、通気性プレフォー
ムが、プロセス中の少なくともある時点で、窒素含有ガ
スの存在下で、溶融アルミニウム内に浸漬せしめられ
る。この窒素含有ガスは、ガスの連続流をプレフォーム
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、且つ溶融金属及び／又はプレフォ
ームを酸化する場合のある空気又はその他のガスの進入
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、もしくは充填剤に非反性被覆を設ける
ことにより適応できる。さもなければ、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
基材は浸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。

また、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
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 Cerami
c 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819,397号
〔発明者：マーク・エス・ニューカーク（Mark S.Newki
rk）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、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
しないで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
る独立気泡多孔度を有する成形体又は完全に密な構造に
転換されないかぎり、充填剤の素材を圧縮又は圧密化す
ることにより、体積分率を高めることができる。

セラミック充填材の周囲へのアルミニウムの浸透とマ
トリックスの形成の場合、アルミニウムマトリックスに
よるセラミック充填材の湿潤は、浸透機構の重要な要素
の場合があることがわかった。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、複合体の形成中に金属マトリックスの構造を
作り出し、得られる生成物に特定の特性を付与すること
が可能である。一定の系の場合、プロセス条件を、窒化
物生成を制御するように選択することができる。窒化ア
ルミニウム相を含有する複合体生成物は、生成物に対し
て好ましいか又はその性能を向上できるある種の性質を
示す。更に、アルミニウム合金を自発浸透させるための
温度範囲は、使用するセラミックにより異なってもよ
い。充填材としてアルミナを用いる際、窒化物が著しく
生成することによりマトリックスの延性が減少しないこ
とが望ましい場合には、浸透温度は、好ましくは約1000
℃を超えてはならない。延性がもっと小さく且つ剛さの
大きなマトリックスを有する複合体を製造することが望
ましい場合には、1000℃を超える温度を用いてもよい。
炭化珪素を充填材として用いるときには、アルミニウム
合金は、充填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。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。さもなければ、先に記載したように、プレフォーム
が浸漬せしめられる深さを選択的にコントロールするこ
とによって、処理時間を短縮することができる。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。

また、本発明と組み合わせてバリヤー手段を使用する
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。

アルミニウム／マグネシウム／窒素の系における好適
なバリヤー手段は黒鉛及びアルミナであり、これらの材
料は、プレフォームが全部浸漬される間でさえも、浸透
雰囲気をプレフォームに導くのに適した形状にされ配置
されてもよい。こうして、好適なバリヤーは、自発系の
浸透増進剤成分、浸透増進剤前駆体成分及び浸透雰囲気
成分の配置の融通性を保ちつつ、後浸透の表面調製の量
を最少にすることにより、金属マトリックス複合体の製
造を容易にすることができる。その他に、バリヤー手段
は、取り出し可能な浸漬手段又はバラスト手段と組合わ
されてもよく、それにより、溶融マトリックス合金の溜
中への未支持の浸漬に耐えるのに十分硬質でないことが
あるプレフォームに付加的な保護を与える。

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。この黒鉛テープは、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、この黒鉛テープ
は、耐熱性であり且つ化学的に不活性である。グラフォ
イル黒鉛材料は、可撓性、適合性（conpatible）、従型
性（conformable）、弾性（resilient）である。グラフ
ォイル黒鉛材料は、バリヤーの用途に適合するように種
々の形状に作製することができる。しかしながら、黒鉛
バリヤー手段は、充填材又はプレフォームの周囲及び境
界に、スラリー、ペースト又は塗膜としてでも用いるこ
とができる。グラフォイルは、可撓性黒鉛シートの形態
であるので特に好ましい。使用に際して、この紙様黒鉛
は、充填材又はプレフォームの周囲に簡単に成形され
る。

窒素雰囲気におけるアルミニウム金属マトリックス合
金に関する他の好ましいバリヤーとして、このバリヤー
材を用いたときに使用する一定のプロセス条件下で、溶
融アルミニウム金属合金により一般的に湿潤されない遷
移金属硼化物〔例えば、二硼化チタン（TiB₂）〕であ
る。この種のバリヤーの場合、プロセス温度は約875℃
を超えてはならず、この温度を超えると、バリヤー材の
有効性が低下し、実際に、温度を上げるとバリヤーへの
浸透が生じる。遷移金属硼化物は、一般的には粒状（１
〜30ミクロン）である。バリヤー材は、スラリー又はペ
ーストの形態で、好ましくはプレフォームとして賦形し
たセラミック充填材の通気性素材の境界に適用してもよ
い。

窒素中におけるアルミニウム金属マトリックス合金に
関する他の好ましいバリヤーとして、充填材の外表面上
にフィルム又は層として適用される低揮発性有機化合物
が挙げられる。窒素中、特に本発明のプロセス条件で焼
成すると、有機化合物が分解してカーボンスート（soo
t）フィルムが残る。有機化合物は、塗装、噴霧、浸漬
等の従来の手段により適用できる。

更に、微粉砕した粒状物質は、粒状物質への浸透が充
填材への浸透より遅い速度で生じる限り、バリヤーとし
て機能することができる。

〔実施例〕

以下、下記の実施例により種々の態様を説明する。し
かしながら、この実施例は、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 ５ミクロンの炭化珪素粉末（ノートン社製397リスト
ロン）を約２重量％の15ミクロンのマグネシウム粉末
（ジョンソン・マセイ社から入手）と十分に混合するこ
とにより、充填材を調製した。充填材を、ゼネラル・カ
ッパー社から入手できる0.8mmの厚さのフォームの如き
薄壁銅管に注入した。管の一端を薄い銅箔で包んで、充
填材を管に注入する際に管をシールし、銅管の側部を数
回軽く打つことにより充填材を鋳型中に沈降させた。管
は長さ約10cm、直径2.9cmであり、それは単に充填材用
の鋳型として作用した。

次いで、第５図に示されるように、銅鋳型３を鋳型用
のバラスト手段として作用するアルミナ管８に挿入し
た。アルミナ管は、約7.6cmの長さに減少された、直径
3.8cm、壁3mm、高密度の磁製るつぼ（コールス社から入
手）であった。バラストの性質は、それが水又は処理温
度で酸化して、それにより、充填材又はマトリックス金
属を汚染し得る、その他の材料を含まないものでなけれ
ばならないという点で重要であり得る。加えて、それは
マトリックス金属及びマトリックス金属複合体により非
湿潤性であるべきであり、それにより、複合体の容易な
取り出しを可能にする。更に、バラストは、鋳型をマト
リックス金属中に浸漬するために十分かさばって重いも
のであるべきであり、且つバラストは溶融マトリックス
金属からの取り出し中に金属マトリックス複合体の変形
を避けるために十分硬質であるべきである。少なくとも
これらの点において、バラスト手段は、バリヤー手段の
多くの特徴を共有する。

鋳型３を充填した後、直径0.6mmのステンレス鋼管10
を挿入した薄い銅箔９中に鋳型の開放端部をまた包ん
だ。窒素ガス流を、約1.5l/分の速度でステンレス銅管1
0を通して導入した。鋳型３並びに管８及び10を、電気
抵抗加熱炉中に入れ、約２時間の期間にわたって室温か
ら約600℃まで加熱した。温度を600℃で約１時間保ち、
その後充填材をプレフォームに硬化して、鋳型３がない
場合であっても、その形状を保持するようであった。充
填材並びに鋳型及びその金属箔末端キャップの性質に応
じて、500℃及び600℃のような、その他の硬化温度が使
用し得ることが理解される。充填材の十分な硬化を確実
にするには、通常、より高い温度が好ましい。

600℃で１時間後に、鋳型３を炉から迅速に取り出し
て、第二電気抵抗加熱炉中に約750℃に保たれた溶融マ
トリックス金属合金の溜中に浸漬した。マトリックス金
属の組成物は、約12重量％の珪素及び約３重量％のマグ
ネシウムを含むアルミニウム合金（Al-12Si-3Mg）であ
った。第６図に示されるように、アルミナ管８は鋳型３
の正の浮力に打ち勝つのに十分嵩があって重く、それに
より、マトリックス金属合金の溜５中に鋳型３を完全に
浸漬した。鋳型３中への窒素ガス流を、鋳型３が溜５に
浸漬されるまでの全ての時間維持し、その後、窒素流を
溜５の表面の丁度上方に向けた。

約１時間にわたって溜５中に浸漬した後、銅鋳型３及
び箔はマトリックス金属合金中で溶解し、分散し、つい
でマトリックス金属合金は全ての硬化プレフォームに自
然に浸透し、それにより金属マトリックス複合体を生成
した。おそらく、初期の加熱中及びその後の複合体中の
高比率の充填材からの窒化マグネシウム生成及び可能な
焼結の結果として、プレフォームは鋳型３の消耗後でさ
えもその形状を保った。次いで、金属マトリックス複合
体を含むアルミナ管８を、マトリックス金属合金の溜か
ら取り出した。凝固後、複合体はアルミナ管８から容易
に取り出され、良好な表面平滑性及び正味の形状特性を
示した。

【図面の簡単な説明】

第1a図は、本発明に使用するのに適した一般的なプレフ
ォームを示す断面図、 第1b図は、一般的なプレフォームを形成するための再使
用可能な鋳型を示す断面図、 第２図は、本発明に従ってプレフォームを取り出し可能
に浸漬するための手段を示す断面図、 第３図は、本発明による自発浸透の配置を示す断面図、 第４図は、取り出し可能な浸漬手段を用いた金属マトリ
ックス複合体の取り出しを示す断面図、 第５図は、消耗鋳型とバラスト手段を示す断面図、そし
て 第６図は、鋳型とマトリックス金属の溜中に浸漬された
バラスト手段を示す断面図である。 図中、１はプレフォーム、２はキャビティ、３は鋳型、
５は溜、６は非反応性容器、そして７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に当っ
   て、 溶融せるマトリックス金属の溜を形成し、 実質的に非反応性の充填材の素材を含むプレフォームを
   形成し、 プロセス中の少なくともある時点での、前記充填材及び
   前記マトリックス金属の少なくとも一方及び浸透増進剤
   及び浸透増進剤前駆体の少なくとも一方と連通した浸透
   雰囲気を提供し、 前記溶融マトリックス金属の溜の中に前記プレフォーム
   を浸漬し、そして 前記プレフォームの少なくとも一部分に前記溶融マトリ
   ックス金属を自発的に浸透させること、 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】前記浸透増進剤前駆体及び前記浸透増進剤
   の前記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こ
   とをさらに含む、特許請求の範囲第１項に記載の形成方
   法。
3. 【請求項３】前記充填材の表面境界をバリヤーで規定
   し、そのバリヤーのところまで前記マトリックス金属を
   自発的に浸透させる工程をさらに含む、特許請求の範囲
   第１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、板状体、
   小球体、ウイスカー、バブル状体、繊維、粒体、繊維マ
   ット、チョップトファイバー、球体、ペレット、小管及
   び耐火繊維布からなる群から選ばれた少なくとも１つの
   材料を含む、特許請求の範囲第１項に記載の形成方法。
5. 【請求項５】前記自発的浸透の間の温度が、前記マトリ
   ックス金属の融点よりも高温であり、但し、前記マトリ
   ックス金属の蒸発温度及び前記充填材の融点よりも低温
   である、特許請求の範囲第１項に記載の形成方法。
6. 【請求項６】前記プレフォームが前記マトリックス金属
   の溜に実質的に完全に浸漬せしめられる、特許請求の範
   囲第１項に記載の形成方法。
7. 【請求項７】前記浸透雰囲気が前記マトリックス金属の
   溜中に吹き込まれる、特許請求の範囲第１項に記載の形
   成方法。
8. 【請求項８】前記プレフォームがそのプレフォームを浸
   漬するための取り出し可能な手段内に配置され、そして
   前記取り出し可能な浸漬手段が前記マトリックス金属の
   溜中に配置される、特許請求の範囲第１項に記載の形成
   方法。
9. 【請求項９】前記プレフォームが、そのプレフォームの
   前記マトリックス金属の溜内における浮力に逆らうバラ
   スト手段に取り付けられている、特許請求の範囲第１項
   に記載の形成方法。
10. 【請求項１０】複数のマトリックスの成層溜めを形成
    し、そして該溜めの選らばれた層において前記プレフォ
    ームを所定の時間にわたって配置する、特許請求の範囲
    第１項に記載の形成方法。