JP2905521B2 - 可変充填材装填率を有する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
方法およびこの方法により形成された新規な生成物に関
する。特に、充填材又はプレフォームの通気性素材はそ
の内部に少なくとも一部マトリックス金属粉末を含む。
詳細には、前記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
充填材又はプレフォームと連通することにより、充填材
又はプレフォームに溶融マトリックス金属が自発的に浸
透する。プレフォーム又は充填材における粉末化マトリ
ックス金属の存在はマトリックス金属に対する充填材の
相対体積部分を低下させる。

〔従来の技術及び発明が解決すべき課題〕

金属マトリックスと粒状セラミック、ウイスカー、繊
維等の補強又は強化相からなる複合体製品は、強化相が
有する剛性及び耐摩耗性の一部と金属マトリックスが有
する延性及び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。

従来のプロセスを利用した粉末冶金法にる金属マトリ
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℃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ムで充填す
ることにより、電解槽部材として特に有効であるアルミ
ニウム・アルミナ複合体を作製することが記載されてい
る。この出願では、アルミニウムによるアルミナの非湿
潤性が強調されており、プレフォーム全体にわたってア
ルミナを湿潤するための種々の手法が用いられている。
例えば、アルミナを、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム若しくはニオブの二硼化物からなる湿潤剤又は金属、
即ち、リチウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、
クロム、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム若しく
はハフニウムで被覆する。この際、アルゴン等の不活性
雰囲気を用いて湿潤を容易にする。又、この出願も、圧
力をかけて、溶融アルミニウムを未被覆マトリックスに
浸透させることを記載されている。この態様では、孔を
排気後、不活性雰囲気（例えば、アルゴン）中で溶融ア
ルミニウムに圧力を加えることにより達成される。又、
溶融アルミニウムを浸透させてボイドを充填する前に、
プレフォームにアルミニウムを気相蒸着により浸透させ
て表面を湿潤することもできる。プレフォームの孔にア
ルミニウムを確実に保持するためには、真空中又はアル
ゴン中で、熱処理（例えば、1400〜1800℃）することが
必要である。このようにしないと、圧力浸透物質をガス
に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、A1
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A1B₁₂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」A1B₁₂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A1B₁₂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イが金属で
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。

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。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同時係属米国特
許出願第141,642号〔発明者：ミカエル・ケー・アグハ
ジャニアン（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。アグハジャニアン等の発明の方法によれば、バリヤ
ー手段〔例えば、粒状二硼化チタン又は商品名がグラフ
ォイル（商標）であるユニオンカーバイド社製の軟質黒
鉛テープ製品等の黒鉛材料〕が、充填剤とマトリックス
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・アグハジャニアン（Michael K.Aghajanian）及び
マーク・エス・ニューカーク（Mark S.Newkirk）〕及び
平成元年３月15日に出願された特願平1-63411号によっ
て改善された。この米国特許出願に開示された方法によ
れば、マトリックス金属合金は、第一金属源及び、例え
ば、重力流れにより第一溶融金属源と連通するマトリッ
クス金属合金の溜として存在する。特に、これらの特許
出願に記載されている条件下では、第一溶融マトリック
ス合金が、標準大気圧下、充填材の素材に浸透し始め、
従って、金属マトリックス複合体の生成が始まる。第一
溶融マトリックス金属合金源は、充填材の素材への浸透
中に消費され、自発浸透の継続とともに、必要に応じ
て、好ましくは連続的な手段により、溶融マトリックス
金属の溜から補充することができる。所望量の通気性充
填材に溶融マトリックス合金が自発浸透したら、温度を
低下させて合金を固化することにより、強化充填材を埋
め込んだ固形金属マトリックスを形成する。金属の溜を
使用することは、この特許出願に記載されている発明の
一実施例態様にすぎず、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（例えばマクロ複合体）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
方法であって、下記の工程： ａ）実質的に非反応性の充填材を選択し、 ｂ）粉末状のマトリックス金属を前記充填材と混合する
こと及び（又は）前記充填材にマトリックス金属を被覆
することによって通気性素材を形成し、 ｃ）前記通気性素材に隣接してマトリックス金属源を配
置し、 ｄ）前記マトリックス金属をその融点を上回る温度領域
まで加熱して溶融マトリックス金属を形成し、そして ｅ）浸透雰囲気を、当該プロセスの間の少なくともある
時点で、かつ浸透増進剤又は浸透増進剤前駆体の少なく
とも一方を供給して、前記溶融マトリックス金属を前記
通気性素材に自発的に浸透させること、 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
の形成方法が提供される。

可変および調節可能な体積の充填材を有する金属マト
リックス複合体は、少なくとも一部粉末化した充填材を
充填材もしくはプレフォームと混合し、その後この充填
材もしくはプレフォームに溶融マトリックス金属を自発
浸透させることにより製造される。具体的には浸透増進
剤及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気が
このプロセスの少なくともある時点で充填材又はプレフ
ォームと連通状態にあり、溶融マトリックス金属を充填
材又はプレフォームへ自発浸透可能にする。

プレフォーム又は充填材へ加えた粉末マトリックス充
填材は、充填材の間のスペーサ物質として作用すること
によりマトリックス金属に対し充填材の体積画分を低下
させるよう働く。特に、その低強度のため取扱いが困難
になる前に不可能でなければ充填材又はプレフォームは
多孔度を限られた量のみ含む。しかし、粉末マトリック
ス金属充填剤を充填材又はプレフォームと混合した場
合、有効な多孔度が得られる（すなわち、高多孔度の充
填材又はプレフォームを供給するよりむしろ粉末マトリ
ックス金属充填剤を充填材はプレフォームに加えてよ
い）。この点で、粉末マトリックス金属充填剤が充填材
もしくはプレフォームに自発浸透する溶融マトリックス
金属と所望の合金又は混合金属を形成する限り、及び自
発浸透の際に有害作用がみられない限り、得られる金属
マトリックス複合体はとても多孔質の充填材又はプレフ
ォームにより製造された外観を有している。

充填材又はプレフォームと組み合せた粉末マトリック
ス金属充填剤は充填材又はプレフォームに自発浸透する
マトリックス金属と全く同じ、実質的に同じ又はいくら
か異なる化学組成を有してよい。しかし、粉末マトリッ
クス金属充填剤が充填材又はプレフォームに浸透するマ
トリックス金属と組成が異なる場合、所望の混合金属及
び／又は合金をマトリックス金属及び粉末マトリックス
金属充填剤の組み合せより形成し、金属マトリックス複
合体の特性を高めるべきである。

本発明の好ましい実施態様において浸透増進剤前駆体
をマトリックス金属及び／又は粉末マトリックス金属充
填剤及び／又は充填材又はプレフォーム及び／又は浸透
雰囲気の少なくとも一つに供給してよい。その後浸透増
進剤前駆体は自発システムにおいて他種と反応し浸透増
進剤を形成する。

本出願は主にアルミニウムマトリックス金属について
説明するが、これらは金属マトリックス複合体の形成中
のある時点において浸透雰囲気として機能する窒素の存
在下浸透増進前駆体として機能するマグネシウムと接触
させられることに注目すべきである。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
進前駆体／浸透雰囲気系は自発浸透を示す。しかし、他
のマトリックス金属／浸透増進前駆体／浸透雰囲気系も
このアルミニウム／マグネシウム／窒素系と同様に挙動
する。例えば、同様の自発浸透の挙動はアルミニウム／
ストロンチウム／窒素系；アルミニウム／亜鉛／酸素
系；及びアルミニウム／カルシウム／窒素系においてみ
られた。従って、アルミニウム／マグネシウム／窒素系
を主に説明するが、他のマトリックス金属／浸透増進前
駆体／浸透雰囲気系も同様に挙動すると理解すべきであ
る。

さらに、浸透増進前駆体を供給するのではなく、浸透
増進剤を充填材又はプレフォーム、及び／又はマトリッ
クス金属、及び／又は粉末マトリックス金属充填剤、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
は充填材又はプレフォームの少なくとも一部に位置しな
ければならない。

マトリックス金属がアルミニウム合金を含んでなる場
合、アルミニウム合金はプレフォーム又は充填材（例え
ば、アルミナ又はシリコンカーバイド）と接触され、充
填材は混合され、又はこのプロセスのある時点でマグネ
シウムに暴露される。さらに、好ましい実施態様では、
アルミニウム合金及び／又はプレフォームもしくは充填
材はこのプロセスの少なくともどこかで窒素雰囲気と連
通する。プレフォームにマトリックス金属が自発的に浸
透し、自発的浸透及び金属マトリックスの形成の程度又
は速度は、例えば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中及び／又は粉末マトリック
ス金属充填剤合金及び／又は充填材又はプレフォーム中
及び／又は浸透雰囲気中）、プレフォーム又は充填材中
の粒子のサイズ及び／又は組成、増進雰囲気中の窒素の
濃度、浸透用の時間、及び／又はプレフォームもしくは
充填材中の粉末マトリックス金属充填剤のサイズ及び／
又は組成及び／又は量。自発的浸透は典型的には実質的
に完全にプレフォーム又は充填材を埋め込むに十分な程
度までおこる。

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（permeabel 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は何ら親
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 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「低粒子装入量」又は
「充填材の低体積画分」とは、充填材又はプレフォーム
に加えた粉末マトリックス金属充填材を有さず自発浸透
した充填材又はプレフォームに対しマトリックス金属又
はマトリックス合金もしくは混合金属の量が増したこと
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、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。

「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。

本明細書において使用される「粉末マトリックス金
属」とは、粉末に形成されおよび充填材又はプレフォー
ムの少なくとも一部に含まれるマトリックス金属を意味
する。粉末マトリックス金属が充填材又はプレフォーム
に浸透されるマトリックス金属と同じか又は全く異って
いる組成を有してよいことは理解されるべきである。し
かし、用いられる粉末金属マトリックス金属は充填材又
はプレフォームに浸透されるマトリックス金属と所望の
合金及び／又は混合金属を形成可能であるべきである。
さらに、粉末マトリックス金属充填材は浸透増進剤及び
／又は浸透増進剤前駆体を含んでよい。

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。

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から発生させるかとは無関係に）し
なくても、マトリックス金属が充填材又はプレフォーム
の通気性素材に浸透することを意味する。

以下の図は、本発明の理解を深めるために示したもの
であるが、本発明の範囲はこれらによっては限定されな
い。各図において、同様な構成要素は同様な参照番号を
用いてある。

本発明は、調整可能な及び可変体積画分の充填材を含
むことのできる金属マトリックス複合体の形成に関す
る。さらに特に、充填材又はプレフォームと混合するこ
とにより、マトリックス金属に対する充填材の体積画分
は低下し、従って形成した金属マトリックス複合体の粒
子装入量及び他の特性を調節できるようになる。

例えば1987年５月13日出願の本発明者の米国特許出願
第049,171号に開示されているように、高粒子装入（例
えば40〜60体積パーセントのオーダー）が自発浸透法よ
り得られるが、そのような方法では低粒子装入（１〜40
体積パーセントのオーダー）を得ることはより困難であ
る。特に、この開示された方法を用いる低粒子装入はプ
レフォーム又は充填材を高多孔度で提供することが必要
である。しかし、最後に得られる多孔度は充填材又はプ
レフォームにより制限され、そのような多孔度は用いる
特定の充填材及び選んだ粒子のサイズ又は粒状度の関数
である。

本発明により、粉末マトリックス金属充填材が充填材
と均質に混合され、充填材の粒子の分散体の距離を高
め、それにより低多孔度の浸透した複合体を与える。得
られる生成物に所望の最終体積パーセント粒子装入量に
依存して、粉末マトリックス金属を１〜75体積パーセン
ト又はそれ以上、好ましくは25〜75体積パーセント含ん
でなるプレフォーム又は充填材が浸透用に提供される。
以下の記載及び例より明らかとなるように、粉末マトリ
ックス金属の体積パーセントが増すと、最終生成物に得
られるセラミック粒子の体積パーセントが低下する。こ
うして最終生成物のセラミック粒子装入量はプレフォー
ム又は充填材の粉末マトリックス金属成分を調整するこ
とにより調整される。

粉末マトリックス金属は、プレフォーム又は充填材に
自発的に浸透したマトリックス金属と同じであってよ
い。粉末マトリックス金属及びマトリックス金属の両方
に同じ金属を用いると、自発浸透後、充填材（例えばセ
ラミック充填材）又はプレフォームとマトリックス金属
の分散した三次元的に結合したマトリックスとの実質的
二相複合体となる（プロセス条件により以下に記載する
ように第二窒化物の相も含むかもしれない）。この他
に、浸透の際に所望の機械、電気、化学又は他の特性を
有する合金が形成するようマトリックス金属と異なる粉
末マトリックス金属を選んでよい。従って、充填材又は
プレフォームと組み合せた粉末マトリックス金属は自発
的に浸透したマトリックス金属と全く同じ、実質的に同
じ又はいくらか異なる化学組成を有していてよい。

さらに、プレフォーム又は充填材及び混合した粉末マ
トリックス金属が粉末マトリックス金属の融点以下に加
熱しても同じ又は実質的に同じ関係を保っていることを
発見した。従って、例えば酸化アルミニウムはアルミニ
ウムより重いが、酸化アルミニウム充填材又はアルミニ
ウムと混合したプレフォームを加熱すると、加熱の際に
酸化アルミニウムは沈降せず、実質的に均一な分布を保
つ。特定の原理に限定されないが、アルミニウムは外部
酸化物スキン（又は他のスキン、例えば浸透雰囲気と接
した後の窒素スキン）を有し、粒子の沈降を防ぐので均
一な分布となる。

実質的に均一な分布が保たれるので、浸透において均
一な生成物が得られる。さらに、加熱の間粒子分布がそ
のままに保たれるので特定の粉末マトリックス金属は特
定の生成物に変化し複合体の異なる部位において異なる
マトリックス金属及び／又は合金及び／又は混合金属を
つくり出す。

さらに、生成物の特定の部位において耐摩耗性、耐腐
蝕性又は耐浸蝕性を最適にするため及び／又は特定の用
途に適合するよう異なる部位において特性を変えるため
粉末マトリックス金属に異なる充填材粒子を用いてもよ
い。

前記より明らかなように、粉末マトリックス金属はス
ペーサーとして作用し、かなり多孔質の充填材又はプレ
フォームを加工する試みにおいて遭遇する強度及び他の
物理的制限を克服する。浸透後得られる金属マトリック
ス複合体は高多孔質充填材又はプレフォームより製造さ
れた外観を有するが、伴う障害又は欠点は有しない。

従来の方法により充填材又はプレフォームおよび粉末
マトリックス金属混合物を所望の形に形成し保ってよ
い。例として、充填材又はプレフォーム及び粉末マトリ
ックス金属混合物を揮発性結合剤、例えばワックス、接
着剤、水、スリップキャスト、分散体キャスト、乾燥プ
レスにより結合させ、又はバリアー構造内の不活性ベッ
ドに入れてもよい。さらに、浸透後ネット又はネットに
近い形にマトリックス金属及び粉末マトリックス金属混
合物を形成するため自発浸透に好適なあらゆる金型を用
いてよい。しかし、プレフォーム又は充填材及び粉末マ
トリックス金属混合物は、マトリックス金属及び／又は
浸透雰囲気及び／又は浸透増進剤及び／又は浸透増進剤
前駆体が自発浸透可能なように十分多孔質のままである
べきである。

さらに粉末マトリックス金属は粉末形である必要はな
いが、所望の最終マトリックス構造により、板、ファイ
バー、粒子、ホイスカー等の形状であってよい。しか
し、最終生成物の分布における最大均一性は粉末マトリ
ックス金属を用いた場合に得られる。

さらに、充填材又はプレフォームに粉末マトリックス
金属を加えるかわりに又は加えることに加えて、十分低
い多孔度の及び操作可能な十分な強度の充填材又はプレ
フォームを与えつつ粒子間の距離を増すため充填材自身
をマトリックス金属でコートしてよい。

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）プレフォーム又は／充填材中
に；及び／又は（３）外部源から自発系に；及び／又は
（４）粉末マトリックス金属中に及び／又は（５）浸透
雰囲気から提供される。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／又は浸透雰囲気及び／又は粉末
マトリックス金属充填材に直接供給できる。基本的に
は、少なくとも自発浸透中には、浸透増進剤は、充填材
若しくはプレフォームの少なくとも一部分に位置しなけ
ればならない。

好ましい実施態様においては、浸透増進剤が充填材若
しくはプレフォーム及び／又は粉末マトリックス金属充
填材の少なくとも一部分に形成することができるよう
に、充填材若しくはプレフォームとマトリックス金属と
の接触前に若しくは実質的に連続して、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／又は充填材及
び／又は粉末マトリックス金属と反応しない適当な耐火
容器内に入れることができる。プロセス条件下でアルミ
ニウムマトリックス金属を充填材又はプレフォームに自
発浸透するようにする。

更に、浸透増進剤前駆体を供給するのではなく、浸透
増進剤を、プレフォーム若しくは充填材及び／又はマト
リックス金属及び／又は浸透雰囲気及び／又は粉末マト
リックス金属充填材の少なくとも一つに直接供給しても
よい。基本的には、少なくとも自発浸透中には、浸透増
進剤は、充填材又はプレフォームの少なくとも一部分に
位置しなければならない。

本発明の方法に用いられる条件下では、アルミニウム
／マグネシウム／窒素自発浸透系の場合に、プレフォー
ム又は充填材は、窒素含有ガスが、プロセス中のある時
点で充填材又はプレフォームに浸透若しくは通過し及び
／又は溶融マトリックス金属と接触するのに十分な程度
通気性でなければならない。更に、通気性充填材又はプ
レフォームに溶融マトリックス金属を浸透させて、窒素
透過プレフォームに溶融マトリックス金属を自発浸透さ
せることにより、金属マトリックス複合体を形成し、及
び／又は窒素を浸透増進剤前駆体と反応させて浸透増進
剤を充填材又はプレフォーム中に形成して自発浸透を生
じさせることができる。自発浸透及び金属マトリックス
複合体生成の程度は、アルミニウム合金のマグネシウム
含量、プレフォーム又は充填材のマグネシウム含量、粉
末マトリックス金属のマグネシウム含量、プレフォーム
又は充填材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のにマグネシウムが全く存
在しない程度までは生じてはならない。従って、十分な
濃度の初期合金元素を用いて、自発浸透が揮発によって
悪影響されないようにすることが望ましい。更に、プレ
フォーム（又は充填材）、粉末マトリックス金属とマト
リックス金属の２以上又はプレフォーム（又は充填材）
だけ又は粉末マトリックス金属だけにマグネシウムが存
在すると、自発浸透を達成するのに必要なマグネシウム
の量が減少する場合がある。

窒素雰囲気における窒素体積％も、金属マトリックス
複合体の生成速度に影響を及ぼす。即ち、約10体積％未
満の窒素が雰囲気に存在する場合、自発浸透が非常にゆ
っくり生じるか又はほとんど生じない。即ち、少なくと
も約50体積％の窒素が雰囲気に存在して、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、粉末マトリックス金属の性質、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合金が好
ましく、より低い温度及びより短い時間を用いる場合に
は、少なくとも約５％が好ましい。又、浸透に必要とす
る温度条件を和らげるために、アルミニウムのマグネシ
ウム含量を約10重量％を超えるものとしてもよい。補助
合金元素と組み合わせて用いるときには、マグネシウム
含量を減少させてもよいが、これらの合金元素は補助的
機能しか果たさないので、少なくとも上記で規定した最
少量のマグネシウムと一緒に用いる。例えば、10％珪素
だけと合金化した公称純粋アルミニウムは、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％）か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
材内部及び／又は粉末マトリックス金属の表面内又は表
面上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。

合金に含まれ及び／又は合金の表面に置かれ及び／又
は充填材若しくはプレフォーム材に結合させたマグネシ
ウムの濃度も、所定温度での浸透の程度に影響する傾向
がある。その結果、マグネシウムがプレフォーム又は充
填材とほとんど直接接触しない場合には、少なくとも約
３重量％のマグネシウムを合金に含ませることが好まし
い。１重量％のように、この量未満の合金含量では、浸
透には、より高温のプロセス温度又は補助合金元素が必
要な場合がある。（１）合金のマグネシウム含量のみ
を、例えば、少なくとも約５重量％に増加する場合；及
び／又は（２）合金成分を充填材若しくはプレフォーム
の通気性素材と混合するとき；及び／又は（３）亜鉛又
は鉄等の別の元素がアルミニウム合金に存在する時は、
本発明の自発浸透法を行うのに必要とする温度はもっと
低くてもよい。温度も、充填材の種類により異なる。一
般的に、自発的でかつ進行する浸透は、少なくとも約67
5℃、好ましくは少なくとも約750〜800℃のプロセス温
度で生じる。1200℃を超える温度では、一般的に、本方
法には利点がないと思われ、特に有効な温度範囲は、約
675℃〜約1200℃であることが判明した。しかしなが
ら、原則として、自発浸透温度は、マトリックス金属の
融点を超え且つマトリックス金属の蒸発温度未満であ
る。更に、自発浸透温度は、充填材の融点より低くなけ
ればならない。更に、温度が増加するとともに、マトリ
ックス金属と浸透雰囲気との間の反応生成物が生成する
傾向が増加する（例えば、アルミニウムマトリックス金
属と窒素浸透雰囲気の場合、窒化アルミニウムが生成す
る場合がある）。このような反応生成物は、金属マトリ
ックス複合体の意図する用途により、望ましいこともあ
れば、望ましくない場合もある。更に、浸透温度を達成
するために、電気抵抗加熱が一般的に使用される。しか
しながら、マトリックス金属が溶融状態となり、自発浸
透に悪影響を及ぼさない加熱手段であれば、本発明で使
用することができる。

本発明の方法においては、例えば、通気性充填材又は
プレフォームが、プロセス中の少なくともある時点で窒
素含有ガスの存在下で、溶融アルミニウムと接触状態と
なる。この窒素含有ガスは、ガスの連続流を充填材若し
くはプレフォーム及び／又は溶融アルミニウムマトリッ
クス金属の少なくとも一つと接触を維持することにより
供給できる。窒素含有ガスの流量は重要ではないけれど
も、合金マトリックスにおける窒化物の生成により雰囲
気から損失する窒素を補償するに十分であり、且つ溶融
金属を酸化する場合のある空気の進入を防止又は阻止す
るに十分な流量であることが好ましい。さらに、浸透温
度を達成するために電気抵抗加熱が典型的に用いられ
る。しかし、マトリックス金属を融解し、自発浸透に悪
影響を与えないあらゆる加熱手段を用いてもよい。

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
解からの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 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 Mehods of Making Same）と題する
同時継続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.New
kirk）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。本発明により低体
積分率の充填材も製造され、従って１〜75パーセント又
はそれ以上の体積分率を提供する。

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
フォームの体積に対する該合金の量、浸透されるべき充
填材用いられる粉末マトリックス金属および充填材又は
プレフォームの体積に対するその量、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。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。バリヤー手段は、自発浸透
中、又は下記で詳述するような自発浸透金属マトリック
ス複合体の熱成形に関連して使用する金型又は他の固定
具において使用できる。

適当なバリヤー手段としては、用いられるプロセス条
件下で移動している溶融金属によって実質的に湿潤され
ない材料が挙げられる。この種のバリヤーは、溶融マト
リックス合金に対してほとんど親和性を示さず且つ溶融
マトリックス金属を充填材の規定された表面境界を超え
ては実質的に移動させない。バリヤーは、金属マトリッ
クス複合体製品の最終機械加工又は研磨の必要性を減少
させる。上記したように、このバリヤーは、通気性若し
くは多孔性であるか又は穴あけにより通気性にして、ガ
スを溶融マトリックス合金に接触させることができなけ
ればならない。

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、充填材又はプ
レフォームの外表面上にフィルム又は層として適用され
る低揮発性有機化合物が挙げられる。窒素中、特に本発
明のプロセス条件で焼成すると、有機化合物が分解して
カーボンスート（soot）フィルムが残る。有機化合物
は、塗装、噴霧、浸漬等の従来の手段により適用でき
る。

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

したがって、バリヤー手段は、規定された表面境界を
バリヤー手段の層で被覆する等の何れかの適当な手段に
より適用できる。このようなバリヤー手段の層は、塗
装、浸漬、スクリーン印刷、蒸着、又は液体、スラリー
若しくはペーストの形態でバリヤー手段に塗布すること
により、又は揮発性バリヤー手段のスパッタリングによ
り、又は固形粒子バリヤー手段の層を単に付着させるこ
とにより、又はバリヤー手段の固形薄シート若しくはフ
ィルムを、規定された表面境界上に適用することにより
適用できる。所定の位置にバリヤー手段を用いた場合、
浸透マトリックス金属が規定された表面境界に到達し且
つバリヤー手段に接触すると、自発浸透が実質的に終了
する。

実施例１〜４ この例はプレフォームに形成した充填材で粉末マトリ
ックス金属の量を変えて混合することにより可変及び調
整可能なセラミック粒子充填率を有する金属マトリック
ス複合体の形成を説明する。以下の例の各々において、
自発浸透が得られ、粉末マトリックス金属の添加により
形成された複合体（実施例２〜４）は、粒子充填率の差
を除き粉末マトリックス金属を用いないで充填材に自発
的に浸透した複合体（実施例１）と同様の構造及び外観
を示した。

第１図は実施例１〜４に用いたレイアップ（10）の略
図である。

実施例１〜４に対しまずプレフォーム（１）を製造し
た。実施例１において、プレフォームは220グリットア
ルミナ（220グリット38 Alundum,Norton Company）100
パーセントからなっていた。実施例２〜４において、プ
レフォームは約10重量パーセント珪素、３パーセントマ
グネシウム及びアルミニウムを残り有する組成の粉末ア
ルミニウム合金（従来の粉末化法により200メッシュに
粉末にした）及び同じ220グリットアルミナの混合物か
らなっていた。アルミナ及びアルミニウム合金の相対重
量パーセントは表Ｉに示すように実施例２〜４により異
なっていた。

実施例２〜４においてアルミナ及びアルミニウム合金
を乾燥混合し、次いで結合剤を加えず約10psiにおいて
硬化スチールダイで約５インチの厚さを有する１インチ
×２インチの長方形にプレスした。アルミニウム合金は
充填材をプレフォームした形に結合させるのに十分軟か
い。同じ長方形のアルミナをプレスし実施例１のプレフ
ォームを形成した。

実施例１〜４のプレフォームした長方形を浸透の間バ
リヤーとして働く500グリッドアルミナ（500グリット38
アルミナ、Norton Company）のヘッド（２）においた。
耐火ボート（３）（Bolt Technical Ceramics,BTC-Al-9
9.7％、「Alumina Sagger」、10mmL,45mmW,19mmH）内で
このベッディッグを続けた。実験のためより有効なバリ
ヤーを提供する必要はなかった。しかし、上記のタイプ
のより有効なバリヤー手段により綱形状又はほぼ綱形状
が得られた。

プレフォーム長方形（１）と同じサイズのアルミニウ
ム合金（Al-10Si-3Mg）のインゴット（４）を各プレフ
ォームディスク（１）の上に置いた。

次いでシールした３インチの電気抵抗チューブ炉にレ
イアップ（10）を入れた。成形ガス（96体積パーセント
窒素−４体積パーセント水素）を約250cc/minの速度で
炉より流した。炉の温度は約150℃/hrで約825℃に上昇
し、約825℃に約５時間保った。次いで炉の温度を約200
℃/hrで下げ、サンプルを取り出し、固定し磨いた。実
施例１〜４のサンプルの顕微鏡写真を第２〜５図に示
す。各実施例についてマトリックス金属に対するセラミ
ック粒子の面積割合を調べるため像分析を行い、表１に
示す。表１に示すように、及び第２〜５図に示すよう
に、各実施例において自発浸透が得られ、プレフォーム
中の粉末マトリックス金属の量に対し粒子充填率が低下
することがわかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１〜４に係る、粒子装填率の低下した金
属マトリックス複合体を製造するためのレイアップの略
断面図である。 第２〜５図はそれぞれ実施例１〜４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る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 クリストファー ロビン ケネディー アメリカ合衆国，デラウェア 19711, ニューアーク，ウェルウィン ロード 17 (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 (16)

(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： ａ）実質的に非反応性の充填材を選択し、 ｂ）粉末状のマトリックス金属を前記充填材と混合する
   こと及び（又は）前記充填材にマトリックス金属を被覆
   することによって通気性素材を形成し、 ｃ）前記通気性素材に隣接してマトリックス金属源を配
   置し、 ｄ）前記マトリックス金属をその融点を上回る温度領域
   まで加熱して溶融マトリックス金属を形成し、そして ｅ）浸透雰囲気を、当該プロセスの間の少なくともある
   時点で、かつ浸透増進剤又は浸透増進剤前駆体の少なく
   とも一方を供給して、前記溶融マトリックス金属を前記
   通気性素材に自発的に浸透させること、 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】前記浸透雰囲気が、前記の浸透の期間の少
   なくとも一部について、前記通気性素材及び前記溶融マ
   トリックス金属の少なくとも一方と連通状態にある、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及び前記浸透増進剤
   の少なくとも一方を、前記溶融金属マトリックス、前記
   通気性素材及び前記浸透雰囲気の少なくとも１つに供給
   する、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の形成方
   法。
4. 【請求項４】前記通気性素材がプレフォームを含む、特
   許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の形
   成方法。
5. 【請求項５】前記充填材の表面境界をバリヤーで規定
   し、前記マトリックス金属を前記バリヤーのところまで
   自発的に浸透させる、特許請求の範囲第１項〜第４項の
   いずれか１項に記載の形成方法。
6. 【請求項６】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
   材料を含む、特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか
   １項に記載の形成方法。
7. 【請求項７】前記通気性素材内のマトリックス金属が、
   粉末、板状物、ウイスカー及び繊維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〜第６項のいずれか１項に記載の形成方法。
8. 【請求項８】前記通気性素材内のマトリックス金属が前
   記充填材の被膜として与えられる、特許請求の範囲第１
   項〜第７項のいずれか１項に記載の形成方法。
9. 【請求項９】前記通気性素材内のマトリックス金属が前
   記充填材中の粉末として与えられる、特許請求の範囲第
   １項〜第７項のいずれか１項に記載の形成方法。
10. 【請求項１０】前記通気性素材内のマトリックス金属と
    充填材が実質的に均一に混合されていて通気性素材を形
    成している、特許請求の範囲第１項〜第９項のいずれか
    １項に記載の形成方法。
11. 【請求項１１】前記通気性素材が１〜75体積％のマトリ
    ックス金属を含む、特許請求の範囲第１項〜第10項のい
    ずれか１項に記載の形成方法。
12. 【請求項１２】前記通気性素材内のマトリックス金属と
    前記充填材の比を前記通気性素材内で変更し、よって、
    可変粒子装填率を有する金属マトリックス複合体を提供
    する、特許請求の範囲第１項〜第10項のいずれか１項に
    記載の形成方法。
13. 【請求項１３】前記マトリックス金属がアルミニウムを
    含み、前記浸透増進剤前駆体がマグネシウムを含み、そ
    して前記浸透雰囲気が窒素を含む、特許請求の範囲第１
    項に記載の形成方法。
14. 【請求項１４】前記充填材が、酸化物、炭化物、硼化物
    及び窒化物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。
15. 【請求項１５】前記マトリックス金属がアルミニウムを
    含み、そして前記充填材が酸化アルミニウム及び炭化珪
    素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。
16. 【請求項１６】前記充填材が、セラミック充填材又はセ
    ラミック被覆充填材である、特許請求の範囲第１項に記
    載の形成方法。