JP3193708B2 - 複合材料及びその製造方法 - Google Patents

複合材料及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明の分野は複合材料の分野であり、この発明は
より詳細には、改良された強度、改良された熱膨張係数
及び熱伝導率、又はその他の改良された性質をもつ複合
材料を提供するために、金属マトリツクス中に分散され
た第１材料の部分をもつ複合材料に関する。
関係する主題の事項は、同日付でフアイルされた同時
係属特許出願に開示されておりタイトルは 回路システム、そこに使われる複合金属材料、及びそ
の材料の製造方法、Serial NO. である。
他の材料の金属マトリツクス中に分散した第１材料の
部材を含む複合材料は、マトリツクス材料のいくつかの
性質をもつ材料を提供するために、又他方マトリツクス
材料の強度又はその他のいくつかの性質の改良を提供す
るためにしばしば提案されてきた。粉末金属材料を用い
た複合材料もしばしば提案される。しかし、典型的に
は、マトリックスと、そのマトリックス材中に分散した
第１材料の様々な部分との間に適切な結合を得ることに
関する諸難問に行き当たる。このことは、複合材料が後
続の工程で、選ばれた形状に加工するのに適切な帯状、
棒状等の形で与えられるのが望ましい場合、特に当ては
まる。以前に提案された複合材料のこの種の提案のいく
つかは米国特許第3,097,329,米国特許第3,399,332,米国
特許第4,283,464,米国特許第3,204,158及び米国特許第
4,680,618に示され、製造あるいは、複合材料が特殊な
形を要求することが困難であること、記載されたマトリ
ツクス材料中の分散エレメントに対するマトリツクス結
合が弱いこと又は意図する性質の組合せが所望の水準を
充足しない複合材料が提供されていることが例としてそ
こに見られる。
発明の概要 本発明の目的は、新規の改善された複合材料を提供す
ること；金属マトリックスに分散した、第１材料の複数
部分を有するような複合材料を提供すること；改良され
た複合材料であって、その中では、金属マトリックス中
に分散した複数部分はそれらの表面上に金属被覆を有
し、且つその金属被覆とマトリックス材との間に選ばれ
た結合を有するような複合材料を提供すること；第１金
属材料を有するような複合材料を提供すること（但し、
第１金属材料はその表面上に不連続エレメントへ接合さ
れた金属被覆を有し、また被覆された不連続エレメント
は、金属マトリックス中に分散し、不連続エレメントの
被覆と金属マトリックス材との間に冶金学的結合（meta
llurgical bonds,冶金的接合）を有し、その結果、不連
続エレメントは複合材料中の選ばれた位置に固定され
る）；かかる複合材料を製造するための新規で改善され
た方法を提供すること；及び新規で改善された特性を有
する複合材料を提供することにある。
本発明によれば、比較的大きい強度特性、比較的低い
熱膨張特性等のために選ばれた第１材料の複数部分は、
その表面上に第２材料から成る金属被覆が与えられ、し
かも、軽い重量又は高い熱伝導度等の他の諸特性のため
に選択された金属マトリックス中に配置される。冶金学
的拡散結合（metallurgical diffusion−bond,冶金的拡
散接合）のような選ばれた結合が、第１材料の複数部分
上の被覆と金属マトリックス材と間に形成され、第１材
料の複数部分は金属マトリックス中の選ばれた位置に固
定される。本発明の一つの好ましい態様では、第１材料
は、第１金属材料に冶金学的に結合する被覆をもつ金属
材料の不連続エレメントの多数を含む。他の好ましい実
施例においては第１材料は線材に冶金学的に結合した金
属被覆をもつ金属線を含み、その被覆線材は金属マトリ
ツクス材料中に配された金網の形体で提供され、マトリ
ツクス材料に冶金学的に結合された金網の複数の被覆部
材をもつ。別の好ましい実施例においては、第１材料は
セラミツク材料を含み、その表面の金属被覆はセラミツ
ク材料を被覆の中で加圧下に保持する。被覆されたセラ
ミツクエレメントは金属マトリツクス中に分散され、そ
の金属マトリツクスはセラミツクエレメントの金属被覆
に拡散結合される。この発明の好ましい実施例において
は、金属被覆を表面にもつ第１材料の部材は粉末金属マ
トリツクス材料で覆われ、かつその結合した材料は焼結
のような熱処理が施され、その結果粉末金属マトリツク
ス材料の粒子は相互に、又被覆材料に対して拡散結合し
て複合材料が形成され、かつ第１材料の部材は複合材料
中において選ばれた位置を確保する。この発明の好まし
い１つの実施例においては、被覆材料とマトリツクス材
料は同一金属で構成され、被覆と金属マトリツクス材料
は相互に拡散結合される。別の好ましい実施例において
は、被覆材料とマトリツクス材料は異種金属で構成さ
れ、被覆と金属マトリツクス材料は熱処理されて前述の
金属の金属間化合物が形成され、第１材料の部材は複合
材料の中において選ばれた位置を確保する。化合物を形
成する反応に必要なエネルギーは、超音波振動、誘導加
熱、爆発シヨツク、励磁又はこれに類する形体で加えら
れる。
好ましい実施例の説明 図面によると、第１図における10はこの発明の複合材
料の好ましい実施例を説明しており、第２材料の金属被
覆14をもつ多数の第１材料の部材12で構成され、マトリ
ツクス16の中に配列され、かつ第１材料12がマトリツク
ス16の中において選ばれた位置を確保するように被覆材
料とマトリツクスの間に選択された結合18を有すること
を示している。
この発明の好ましい実施方法においては、被覆14をも
つ第１材料の部材12は、第４図に示すような金属クラツ
ドを有する金属線20でつくられている（被覆が、一般的
材料を塗布、被覆したものを意味し、クラツドは金属等
の化合物の被覆という意味合いを有する。）。即ち、例
えば普通円形断面のクラツド金属線20は第１の金属材料
の芯材20.1をもち、金属被覆又はクラツド20.2は界面2
0.3に沿つて芯材に結合され、第４図に矢印で示すよう
に、説明図に示すような一般的切断工具等24の方向に進
み、選択された長尺片又はフアイバーのクラツド金属線
20aに切断される。この構成においては、クラツド金属
線の各切断片又はフアイバー20aのそれぞれは、所望の
第２金属材料14で被覆された、所望の第１の金属材料の
部材12で構成される。被覆14は第１材料の部材12にその
境界面26において冶金学的結合によつて結合されること
が好ましい。即ち、金属部材12とその金属被覆14は、前
記芯材とクラツド材とが原子間結合され、芯材とクラツ
ド材とが互に確実に接着することが好ましい。好ましく
はその結合部が固相となることである。このような固相
の冶金学的結合をもつ金属クラツド金属線の製造法は例
えば、米国特許第3,220,107に示すように一般的であ
り、フアイバー20aの形成はここではより詳細な記載は
せず、芯材及びクラツド材の各種組合せがこの発明の範
囲において、部材12及び被覆14に用いらていることが理
解されよう。勿論他の通常の金属クラツド金属線の製造
方法も又この発明の範囲内において用いられる。好まし
くは金属線20は0.0254cmまでの直径の細線であり、線径
の約10から20倍の長さに切断されることが好ましい。
この発明の好ましい方法によれば、金属被覆14をその
上にもつ、被覆の好ましくは多数の第１材料でつくられ
た不連続部材は、第１図に示す粉末金属マトリツクス材
料の粒子16.1と共に混合され、第１材料の不連続部材12
が実質的に均一に混合物全域に分散される。金属被覆14
をもつ第１材料の部材12は第１図に断面で示され、かつ
説明を明確にするために比較的制限された数で示されて
いるが、次のように理解すべきである。即ち好ましくは
極めて小さいフアイバー20aが用いられ、好ましくは約4
0から250メツシユの範囲の粒子16.1をもつ金属粉又はこ
の発明の範囲において類似ものと混合され、大きさ、材
料及びフアイバーと金属粉末との容積比率は得られる複
合材料10が以下検討される所望の性質を備えるように選
択される。
典型的には複合材料10の容積は第１材料の不連続部材
12によつてつくられ、複合材料が意図する目的等によつ
て複合材料の全容積の10から90％まで変化する。要求に
よつて、有機結合材料又は類似のもの（図示されない）
が混合を容易にするためにフアイバーと金属粉末の混合
物に通常の方法で結合される。通常の混合法のほかに磁
場又は振動のような外部手段が充填材の方向づけに使用
可能である。
この発明の方法によれば、所望のフアイバーと金属粉
の混合物は好ましくは第１図の説明図に示す容器28に入
れられ、圧搾手段30によつて混合物の空隙度を所望の値
まで減らすために図で示すように圧搾される。前述の混
合物はその後ヒーター32により図で示すように熱処理を
うけ、用いられることもある有機結合材は追い出され、
かつ粉末金属マトリツクス材料の粒子16.1は相互に及び
金属被覆14に拡散結合又は焼付されて複合材料が形成さ
れ、かつ第１材料の不連続部分又はエレメント12は金属
マトリツクス中の選ばれた位置に第２図に示すように固
定される。
要求によつては、フアイバーと金属粉の混合物は、こ
の発明の範囲において、粉末金属技術で通常用いられる
種々の方法のうちのいずれかによつて圧搾され拡散結合
される。即ち、要求によつて、混合物は粉末冶金におい
て通常使われるプレス又はロール結合のような各種方法
によつて圧搾され、更に粉末冶金で用いられる種々の方
法のいずれかにおいて、回分方式又は連続方式で、更に
混合物を構成する材料の性質により及び混合物の熱処理
温度によつて指示される保護雰囲気を用いたり、用いな
かつたりして熱処理される。
例えば１つの手順において、フアイバーと金属粉末の
混合物は、混合物間に最初のグリーン又は初期の冶金学
的結合をつくるために、このような初期結合を高めたり
強化するための部分的熱処理を用いて、又は用いないで
圧搾される。得られた複合材料はその後、第３図に34で
図示されるような何らかの通常の方法により、ロールで
展圧されたり、成形機にかけられ、その後要求によつて
第３図に36で図示するように追加熱処理が施されて複合
材料の構成材料10の追加焼結又は拡散結合がなされる。
この方法においては、複合材料10を構成する材料の性質
によつて、最初の混合及び／又は圧搾の直後に熱処理が
行われ、又はそれは都合によつては最終ロール展圧又は
成形機作業その他の複合材料の成形後までおくらされ
る。この方法においては、その中に分散成分をもつた複
合材料は容易に所望の形に成形され、拡散結合はその後
複合材料中の所望の位置に分散成分を確保するのに役立
つ。
上記の好ましい発明の実施例の１つにおいて金属線20
は公称の組成として、約36から42％のニツケルと残りが
鉄である合金又は付加的コバルトをもつニツケル・鉄の
二元合金を含むグループから選ばれた合金の１つのよう
な、比較的低い熱膨張係数をもつことを特徴とする普通
のニツケル・鉄合金の芯材20.1を含む。線芯材上に形成
されるクラツド20.2は好ましくは比較的高い熱伝導率を
もつ銅、アルミニウム又はその他の金属材料を含み、芯
材に対し固相の冶金学的結合をもつことが好ましい。前
述のように調製されたフアイバー20aは、前記の範囲の
寸法の、銅の粉末粒子16.1と組合わされ、かつ金属粉末
粒子を相互に、又フアイバーの銅被覆14と拡散結合又は
焼結させるために前述のように圧搾されかつ熱処理を施
され、比較的低い熱膨張係数をもつ第１材料の不連続部
材12をもつ複合材料10が形成され、比較的高い熱伝導性
を現わす複合材料の銅マトリツクス16において選ばれた
分散状態に位置を確保する。
例えば、通常の有機結合材が前記材料の混合に用いら
れる場合は、好ましくは混合物から有機結合材を追い出
すために約100から250℃の範囲に加熱され、その後約60
0から850℃の範囲の焼結又は拡散結合温度に加熱され、
材料を焼結及び拡散結合させるために約２分から約10時
間の間保持し、実質的に固相の複合金属材料10をつく
る。好ましくは材料は不活性雰囲気等の中において焼結
される。この方法においては、銅被覆14と粉末材料16と
の間に形成される結合18は、第２図に点線18で示すよう
に、低膨張材料の部材12が銅マトリツクス中において位
置を確保するために、強い冶金学的結合を含む。フアイ
バー20aの大きさと容積、及びそれらの芯材及びクラツ
ドの直径と長さは、比較的低い熱膨張係数をもつ第１材
料の部材12が、複合材料10の全容積の70％又はそれ以上
を占めることが好ましい。このような構成においては、
複合材料10は、第１材料12及び被覆14の銅材及び金属粉
末16.1のそれらの間において、比較的極めて低い熱膨張
係数（TCE）を示すのに適合し、実質的に複合材料を構
成する材料の容積比によつて示されるTCEに対応する。
しかし、複合材料は又比較的高い熱伝導率をx,y及びｚ
軸方向に示すことに適合することも理解されるだろう。
この方法によれば、前述の複合材料10は、半導体チツプ
材料にマツチした熱膨張係数を提供するために集積回路
チツプ等のような半導体装置を搭載するのに特に適し、
一方又チツプから効率的に熱を放散させる働きをもつ新
規で改良された材料を含むものである。
この複合材料10は芯材と、固相の冶金学的結合によつ
て結合されたクラツドをもつフアイバー20aを用いて製
造されることが示されているが、被覆14は第１材料の部
材12の上に、溶融メツキ法、電解メツキ法、エレクトロ
フオーミング法、蒸着法その他の通常の被覆法をこの発
明の範囲において用いられると解すべきである。更に又
その他の各種材料が、第１、第２及びマトリツクス材料
としてこの発明の複合材料に用いられると解すべきであ
る。
この発明の別の好ましい実施例において、金属線20は
比較的高い強度を示すために選ばれた材料の芯材20.1を
含む。例えば、芯材にはチタン又はチタン合金材が含ま
れ、芯材に施されるクラツド20.2には溶融メツキ法又は
その類似法又はその他の通常の方法で適用されるアルミ
ニウムが含まれることが好ましい。アルミニウムクラツ
ドのチタン又はチタン合金線から切断されたフアイバー
20aは既述の大きさのもので、既述の大きさの粒子のア
ルフア・チタン・アルミナイド又はガンマ・チタン・ア
ルミナイド粉末その他の粉末と、有機結合材と共に又は
なしで混合され、更に圧搾、ロールその他の加工を施さ
れ、又は、所望の形状に成形される。圧搾された混合物
はその後、チタンアルミナイド金属粉末の粒子を相互に
又チタン又はチタン合金の部材12に施されたアルミニウ
ム被覆に焼結及び拡散結合させるために、熱処理その他
既述の超音波振動、誘導加熱又は磁力エネルギーのよう
なエネルギー加工をうけ、このようにすれば強度の高
い、軽い複合材料10がつくられることは理解されよう。
一例として、好ましくは材料を約100から250℃の範囲の
温度に加熱して有機結合材を追い出した後、約200から5
50℃の範囲の温度で約２分から約10時間までの時間焼結
し、実質的に空隙のない実質的に固相の複合材料が調製
される。
焼結は好ましくは、不連続部材12における第１材料と
マトリツクス材料16のおのおのが、アルミニウム被覆14
の材料と反応し、金属間チタンアルマイド化合物を結合
点18及び26においてつくるような温度でなされ、その結
果複合材料のマトリツクス16中の選択された分散位置に
複合材料の不連続の強化部材12が確保される。この方法
においては、複合材料は熱処理によつてチタン又はチタ
ン合金の不連続の強化部材が、マトリツクス中において
位置を確保するまで容易に調製成形される。この方法に
おいては、新規で経済的な有利な方法で、所望の強度と
軽量の複合材料が提供される。この発明の範囲において
他の金属材料その他も複合材料12に用いられると解すべ
きである。例えば不連続部材には又モリブデン、タング
ステン、鋼、ステンレスステイール又はその他のニツケ
ル又は鉄ベース合金材又は同様のその他既述の材料が、
この発明の範囲において用いられる。粉末金属マトリツ
クス材料16も又、この発明の範囲において、アルミニウ
ム、銅その他の金属材料から選ばれる。その他の金属被
覆材料も又用いられる。
この発明の他の好ましい実施例を第５〜第７図に示
し、この図では同じ部材は同一の番号で示してある。マ
トリツクス116、中に分散している第１部材の不連続部
材112はシリコンカーバイド、ボロンナイトライド、ア
ルミナ、イツトリア等のようなセラミツク材料でつくら
れ、アルミニウム、銅などの金属の被覆114を備え、第
５図に示すようにエレメント38中で境界126を形成して
いる。被覆は溶融メツキ法、高エネルギー鉄メツキ法、
その他の方法で施され、被覆材料が冷却過程で第５図の
矢印40で示すような、圧力下で、セラミツク材料112に
対するように、前述のセラミツク材料にくらべ比較的高
い熱膨張係数をもつことが好ましい。この方法によつて
高い強度のセラミツク材料が得られる。金属被覆された
セラミツクエレメント38は図示のように球形であること
が好ましいが、しかしエレメントは細長くても又はフア
イバー様のものでもこの発明の範囲において適合可能で
ある。
エレメント38はその後、アルミニウム等のような金属
マトリツクス材料の粒子116.1をもつ粉末金属材料と混
合されるか又はその中に分散される。混合物は既述のよ
うに、又第６図に図示されているコンテナー128、圧搾
機130及びヒーター132によつて圧搾され熱処理をうけ、
これにより粉末粒子116.1の材料は相互に又被覆114に対
し焼結又は拡散結合され、その結果第７図に部分断面図
で示される複合材料110が形成され、ここではマトリツ
クス部材112は複合材料110を形成するためにマトリツク
ス116の中で相互に分散関係を確保し、又第７図の118で
示すようにマトリツクス部材112はマトリツクスと被覆
材との間の拡散結合によつてマトリツクス中に選ばれた
位置を確保する。
要求によつて、混合物は前述の加熱処理を施こされる
前に、ロールその他の方法で所望の形状に成形され、又
材料は有機結合材その他を用い、又は圧搾法による粉末
と被覆材料との間の初期冶金学的結合によつて、所望の
形に一時的に保たれる。この構成においては、セラミツ
ク部材112の熱膨張係数は、被覆材及びマトリツクス材
の熱膨張係数と協同して複合材料110の熱膨張係数を決
定する。一般的には既述のように複合材料のTCEはセラ
ミツク材と金属材の容積比により示される値に対応す
る。セラミツク部材112は複合材料中に均一に分散さ
れ、その結果複合材料中どこでもx,y及びｚ軸方向に比
較的高い熱伝導率をこの複合材料が示すことは理解され
よう。又特に不連続部材112がシリコンカーバイド又は
同様の材料で形成されている場合は、セラミツク部材11
2が強度の高い又は同様の複合材料の提供にも適合する
ことも理解されよう。
第８図及第９図で説明されるようなこの発明の別の好
ましい実施例において、第１材料212は金属クラツド214
をもつ線材で提供され、その線材は、第１材料部材212
が第８図に示す粉末材料216.1によつてつくられた金属
マトリツクス内に分散されるために、第８図に示すよう
に選択され形状の金網50に編まれる。金網とこの粉末材
料はその後既述の方法及び第８図に図示されるコンテナ
ー228、圧搾機230及びヒーター232によつて示される方
法で圧搾され熱処理を施され、それによつて粉末材料は
相互に及び金網の被覆材料に対し拡散結合され、第９図
の部分断面図に示されるような複合材料210が形成され
る。この構成においては、線材212を構成する第１材
料、被覆214を構成する第２材料、及びマトリツクス材
料216は既述の複合材料においてそれぞれの成分に対応
して提供される材料中から、又は、所望の強度又は熱伝
導率及び熱膨張係数又はその他の性質をもつた複合材料
210の提供に必要なその他の材料の中から選ばれる。要
求によつて、拡散結合218は被覆材料とマトリツクス材
料の類似な材料間に形成され、又は被覆材料とマトリツ
クス材料とが異種の材料で形成されている場合は、金属
間化合物その他がつくられる。
金網50が前述のように利用される場合は、粉末金属材
料216は通常のタイプの水溶性又は有機の担持媒体によ
る適当なスラリーで提供することが適合することも注意
すべきことであり、この場合第８図に54で図示されるド
クターナイフその他の方法で金網に施される。更に要求
によつては、マトリツクス材料216の拡散結合のの前
の、金網の上には通常のメツキ浴又は同様の手段（図示
しない）により、被覆材料214又はマトリツクス材料216
に対応する、又は同様の金属の被覆層を適用され、又
は、このように拡散結合されたマトリツクス材料の場で
施される。
金網50は被覆線を含むとして示されているが、それに
かえて被覆のない線材を用いることも又適切である。即
ち既に示した一種のニツケル・鉄合金のような低熱膨張
係数の材料が銅マトリツクス材料、又は同様の材料中へ
配列され、前述の方法に相当する方法で銅材に直接拡散
結合され、その結果低熱膨張係数の金網が銅マトリツク
ス及び／又は金網の被覆材料全体に分布し、かつマトリ
ツクス材料への拡散結合によつてマトリツクス中に選ば
れた位置を確保した複合材料が得られる。これにかえて
勿論、被覆されない金網はチタン又はチタン合金又は同
様の材料で形成可能であり、前述のようにチタンアルミ
ナイド又はアルミニウム及びその合金のマトリツクス材
料中に配列することもできる。
この発明の好ましい実施例が、この発明を説明する方
法によつて記述されたが、開示された実施例のすべての
変法及び同等の方法は付属の「特許請求の範囲」の範囲
内においてこの発明に含まれることに注意すべきであ
る。
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１） 第２材料でその表面が被覆され、マトリックス
材料中に配列された第１材料の部材をもち、かつ被覆材
料とマトリックス材料の間に選ばれた結合をもち、前述
の被覆された部材がマトリックス材料の中において選ば
れた位置を確保している複合材料。
（２） 配列されかつ不連続エレメントに冶金学的に結
合された第２金属材料でそれぞれが被覆された第１金属
材料の不連続エレメントをもち、その被覆されたエレメ
ントが金属マトリックス材料中に分散され、かつ第２金
属材料製の被覆と金属マトリックスの材料との間に冶金
学的結合をもち、被覆された金属エレメントがマトリッ
クス材料の中において選ばれた位置を確保している複合
材料。
（３） 第２項に記載の複合金属材料であって、その中
において不連続エレメントの第１金属材料が、公称の組
成として重量比で約36から42％のニッケルと残りが鉄で
ある合金、ニッケル・鉄の二元合金、及びコバルトが付
加されたニッケル・鉄の二元合金を含むグループから選
ばれた比較的低い熱膨脹係数をもつ金属材料を含み、第
２金属材料が銅金属を含み、かつ金属マトリックス材料
が不連続エレメントの被覆に対し拡散結合された銅金属
を含むことを特徴とするもの。
（４） 第２項に記載の複合金属材料であって、その中
において不連続エレメントの第１金属材料が、チタン及
びチタン合金、鋼、ステンレス鋼、及びその他のニッケ
ル・鉄合金を含むグループから選ばれた比較的高い強度
をもつ金属材料を含み、第２金属材料が第１金属材料に
冶金学的に結合されたアルミニウムを含み、マトリック
ス材料がアルミニウムを含み、被覆されたエレメントの
第２金属材料が金属材料に冶金学的に結合し、かつ第１
金属材料に冶金学的に結合してアルミナイド金属間化合
物を形成し、かつ第１金属材料の不連続エレメントが金
属マトリックス材料の中において選ばれた位置にロック
されていることを特徴とするもの。
（５） 第２項に記載の複合金属材料であって、その中
において前述の被覆をその表面にもつ不連続エレメント
が、金属クラッド金属線でつくられ、長さをもつたファ
イバーを含むことを特徴とするもの。
（６） 第５図に記載の複合金属材料であって、その中
において前述のファイバーの金属材料が磁性をもち、そ
のファイバーがマトリックス材料の中において磁気的に
共通の方向に指向されていることを特徴とするもの。
（７） 第２金属材料で被覆された第１金属材料の線材
が金網の形につくられて金属マトリックスの中に配列さ
れ、かつ金網のさまざまな部分における第２金属材料の
被覆と金属マトリックスとの間に選択された結合をも
ち、被覆された金網の前述の部分がマトリックス材料の
中において選ばれた位置を確保している複合金属材料。
（８） 第７項に記載の複合金属材料であって、その中
において第２金属材料が第１金属材料に冶金学的に結合
し、かつマトリックス材料に冶金学的に結合しているこ
とを特徴とするもの。
（９） 第７項に記載の複合金属材料であって、その中
において第２金属材料が第１金属材料の表面にメッキさ
れ、かつマトリックス材料に冶金学的に結合しているこ
とを特徴とするもの。
（10） 第７項に記載の複合金属材料であって、その中
において第２被覆材料とマトリックス材料との冶金学的
結合が金属間化合物を形成する拡散結合を含むことを特
徴とするもの。
（11） 第10項に記載の複合金属材料であって、その中
において線材を構成する第１金属材料が、チタ及びチタ
ン合金、鋼、ステンレス鋼、及びその他のニッケル・鉄
合金を含む比較的高い強度をもつ金属材料のグループか
ら選ばれ、被覆材料がアルミニウムを含み、かつ金属間
化合物がアルミナイドを含むことを特徴とするもの。
（12） 第８項に記載の複合金属材料であって、その中
において第１金属材料が、公称の組成として重量比で約
36から42％のニッケルと残りが鉄である合金、ニッケル
・鉄の二元合金、及びコバルトが付加されたニッケル・
鉄の二元合金を含むグループから選ばれた比較的低い熱
膨張係数をもつ金属材料を含み、第２金属材料が銅合金
を含み、かつ金属マトリックス材料が金網の材料上の被
覆と拡散結合された銅金属を含むことを特徴とするも
の。
（13） それぞれが金属材料でその表面を被覆され、金
属マトリックス中に分散されたセラミック材料の不連続
エレメントをもち、かつ金属被覆材料の金属とマトリッ
クス材料との間に選択された結合をもち、被覆されたエ
レメントがマトリックス材料の中において選ばれた位置
を確保している複合材料。
（14） 第13項に記載の複合金属材料であって、その中
においてエレメントが前述の被覆によって加圧下に保持
されている球形セラミック材料を含むことを特徴とする
もの。
（15） 第13項に記載の複合材料であって、その中にお
いてエレメントが、磁性金属材料の被覆をもったセラミ
ック材料のファイバーを含み、かつそのファイバーがマ
トリックス材料の中において共通の方向に磁気的に配向
されていることを特徴とするもの。
（16） 第13項に記載の複合材料であって、その中にお
いて不連続エレメントのセラミック材料が、シリコンカ
ーバイド、ボロンナイトライド、イットリア、及びアル
ミナを含むグループから選ばれ、不連続エレメントの被
覆材料がアルミニウムを含み、マトリックス材料がアル
ファ・チタン・アルミナイド及びガンマ・チタン・アル
ミナイドを含むグループから選ばれ、不連続エレメント
の被覆がマトリックス材料に対し、被覆とマトリックス
材料の間に形成される金属間化合物によって拡散結合さ
れていることを特徴とするもの。
（17） 表面が第２材料で被覆された第１材料の部材を
調製し、被覆された部材をマトリックス材料中に配列
し、かつ被覆された部材をマトリックス材料の中におい
て選ばれた位置に確保するために、被覆材料とマトリッ
クス材料の間に選択された結合を形成する工程を含む複
合材料の製造方法。
（18） 表面が第２金属材料で被覆された第１金属材料
の部材を調製し、被覆された部材を金属マトリックス材
料中に配列し、かつ被覆された部材をマトリックス材料
の中において選ばれた位置に確保するために被覆材料と
マトリックス材料の間にそれらの熱処理によって冶金学
的結合を形成する工程を含む複合金属材料の製造方法。
（19） 第18項に記載の方法であって、その中において
第２金属材料製の被覆が第１金属材料の部材に冶金学的
に結合されていることを特徴とする方法。
（20） 第19項に記載の方法であって、その中において
前述のマトリックス材料が前述の被覆された金属部材の
周りに配列された粉末金属材料の粒子として提供され、
かつ前述の熱処理が粉末金属材料の粒子を相互に、かつ
前述の部材の金属被覆に対し拡散結合させていることを
特徴とする方法。
（21） 第20項に記載の方法であって、その中において
複数の部材が粉末金属マトリックス材料の全域に亘って
配列されている金網の形として被覆された金属部材が提
供され、かつ前述の熱処理が、金網の前述の複数の部材
をマトリックス材料の前述の選ばれた位置に確保するた
めに、金網の部材をマトリックス材料に対し拡散結合さ
せることを特徴とする方法。
（22） 表面が第２金属材料で被覆された第１金属材料
の多数の不連続エレメントを調製し、被覆されたエレメ
ントを粉末金属マトリックス材料中に分散し、かつ不連
続エレメントをマトリックス材料中において選ばれた位
置に確保するために粉末金属マトリックス材料の粒子間
及び前述の粒子と第２金属材料との間に選択された結合
を形成する工程を含む複合金属材料の製造方法。
（23） 第22項に記載の方法であって、その中において
不連続エレメントが、冶金学的に結合された第２金属材
料でクラッドされた第１金属材料の線材でつくられた、
長さをもつファイバーを含むことを特徴とする方法。
（24） 第23項に記載の方法であって、その中において
第１の金属材料が、チタン及びチタン合金、鋼、ステン
レス鋼、及びその他のニッケル・鉄合金を含む比較的高
い強度をもつ金属のグループから選ばれ、被覆材料がア
ルミニウムを含み、かつマトリックス材料がアルファ・
チタン・アルミナイド及びガンマ・チタン・アルミナイ
ドを含むグループから選ばれた粉末金属材料を含み、粉
末金属材料は不連続エレメントと混合されて熱処理が施
され、その結果粉末金属の粒子は相互に、又被覆材料に
対して拡散結合されて複合材料が形成され、更に不連続
エレメントと被覆材料の間に金属間化合物アルミナイド
が形成されて、不連続エレメントが複合材料の中におい
て選ばれた位置を確保することを特徴とする方法。
（25） 第23項に記載の方法であって、その中において
第１金属材料が、公称の組成として重量比で約36から42
％のニッケルと余りが鉄である合金、ニッケル・鉄の二
元合金、及びコバルトが付加されたニッケル・鉄の二元
合金を含む比較的低い熱膨脹係数をもつ金属のグループ
から選ばれ、被覆材料が銅を含みかつ不連続エレメント
と冶金学的に結合し、更にマトリックス材料は銅で構成
された粉末金属材料を含み、その粉末金属材料は不連続
でエレメントと混合されて熱処理を施され、その結果粉
末金属材料の粒子は相互に、かつ被覆に対し拡散結合し
て複合材料を形成し、不連続エレメントはその中で選ば
れた位置に確保されることを特徴とする方法。
（26） それぞれがその表面が金属材料で被覆された多
数のセラミック材料の不連続エレメントを提供し、被覆
されたセラミックエレメントを粉末金属マトリックス材
料中に分散し、さらに複合材料を形成し不連続エレメン
トがその中で選ばれた位置を確保するために、粉末金属
材料の粒子間及び前述の粒子と不連続セラミックエレメ
ントの金属被覆材料の間に選択された結合を形成する工
程を含む複合材料の製造方法。
（27） 第26項に記載の方法であって、その中において
前述の被覆材料を不連続セラミックエレメントに高温下
で施し、引続いて冷却してセラミック材料を被覆の中に
加圧状態で保持することを特徴とする方法。
（28） 第27項に記載の方法であって、その中において
セラミック材料がシリコンカーバイド、ボロンナイトラ
イド、イットリア及びアルミナを含むグループから選ば
れ、被覆材料がアルミニウムを含み、粉末金属マトリッ
クス材料がアルファ・チタン・アルミナイド及びガンマ
・チタン・アルミナイドを含む材料から選ばれることを
特徴とする方法。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の複合材料の好ましい実施例を形成す
るための、この発明の好ましい実施方法におけるステツ
プの説明図である。 第２図はこの発明の複合材料を形成するステツプの、第
１図と同様の説明図である。 第３図はこの発明の好ましい実施方法の１つのステツプ
の説明図である。 第４図はこの発明の好ましい実施方法の１つのステツプ
の説明図である。 第５図はこの発明の複合材料の好ましい実施例の１つの
構成要素の拡大断面図である。 第６図は第５図の構成要素を用いたこの発明の別の好ま
しい複合材料を製造するための、この発明の別の好まし
い実施方法における複数のステツプの、第１図と同様の
説明図である。 第７図は第６図によつて製造された複合材料の部分的拡
大断面図である。 第８図はこの発明の複合材料の別の好ましい実施例を形
成するための、この発明の別の好ましい実施方法におけ
る複数のステツプの、第１図と同様の説明図である。 第９図は第８図によつて製造された複合材料の部分的拡
大断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード ジー．デラギ アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 シャロン，マスクウォニカット ストリ ート 170 (56)参考文献 特開 昭63−24026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−93834（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−303018（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−243732（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−43008（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−195250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−54236（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 49/00 - 49/14 C22C 47/04 C22C 47/06 C22C 47/14

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１金属材料の不連続エレメントであっ
    て、それぞれ第２金属材料の被覆を有する該不連続エレ
    メントを持ち、その被覆された不連続エレメントは金属
    マトリックス材料中に分散され、且つ第２金属材料被覆
    と該金属マトリックス材料との間に冶金学的結合を持つ
    複合金属材料において、 第１金属材料は、組成として、ニッケル36〜42重量％と
    残部が鉄である合金、ニッケル・鉄の二元合金、及びコ
    バルト含有のニッケル・鉄の二元合金から成る群から選
    ばれる金属材料を含み； 第２金属材料は銅金属を含み；しかも、 前記金属マトリックス材料は前記の不連続エレメントの
    被覆に対し拡散結合された銅金属を含む、上記複合金属
    材料。
  2. 【請求項２】第１金属材料の不連続エレメントであっ
    て、それぞれ第２金属材料の被覆を有する該不連続エレ
    メントを持ち、その被覆された不連続エレメントは金属
    マトリックス材料中に分散され、且つ第２金属材料被覆
    と該金属マトリックス材料との間に冶金学的結合を持つ
    複合金属材料において、 第１金属材料は、チタン、チタン合金、鋼、ステンレス
    鋼、及びニッケル・鉄合金の二元合金から成る群から選
    ばれる金属材料を含み； 第２金属材料は、第１金属材料に冶金学的に結合された
    アルミニウムを含み；しかも、 前記金属マトリックス材料はアルミニウムを含む、上記
    複合金属材料。
  3. 【請求項３】第２金属材料の被覆を表面上に有する第１
    金属材料の線材を、金属マトリックス材料中に配置され
    た金網の形で有し、且つ第２金属材料は該金属マトリッ
    クス材料と冶金学的に結合されている複合金属材料にお
    いて、 第１金属材料は、組成として、ニッケル36〜42重量％と
    残部が鉄である合金、ニッケル・鉄合金の二元合金、及
    びコバルト含有のニッケル・鉄の二元合金から成る群か
    ら選ばれる金属材料を含み； 第２金属材料は銅金属を含み；しかも、 前記金属マトリックス材料は前記金網材料上の被覆と拡
    散結合された銅金属を含む、上記複合金属材料。
  4. 【請求項４】第２金属材料の被覆を表面上に有する第１
    金属材料の線材を、金属マトリックス材料中に配置され
    た金網の形で有し、且つ第２金属材料は該金属マトリッ
    クス材料と冶金学的に結合されている複合金属材料にお
    いて、 第１金属材料は、チタン、チタン合金、鋼、ステンレス
    鋼、及びニッケル・鉄合金から成る群から選ばれる金属
    材料を含み； 第２金属材料は第１金属材料に冶金学的に結合されたア
    ルミニウムを含み；しかも、 前記金属マトリックス材料はアルミニウムを含む、上記
    複合金属材料。
  5. 【請求項５】第２金属材料の金属被覆を表面上に有する
    第１金属材料の不連続エレメントを多数用意し、被覆さ
    れた該エレメントを粉末金属マトリックス材料中に分散
    させ、且つ、該粉末金属マトリックス材料の粒子間、及
    び該粒子と第２金属材料との間に一種の結合を形成する
    諸工程を含む、複合金属材料の製法において、 第１金属材料は、チタン、チタン合金、鋼、ステンレス
    鋼、及びニッケル・鉄合金から成る群から選ばれた金属
    材料を含み； 第２金属材料はアルミニウムを含み； 前記金属マトリックス材料は、アルファ・チタン・アル
    ミナイド及びガンマ・チタン・アルミナイドから成る群
    から選ばれた粉末金属材料を含み； 前記粉末金属材料を前記不連続エレメントと混合して熱
    処理し、その結果、前記粉末金属の粒子は相互に又は前
    記被覆材料に対して拡散結合されて前記複合材料が形成
    され、しかも、前記不連続エレメントと前記被覆材料と
    の間にアルミナイド化合物が形成される、上記複合金属
    材料の製法。
  6. 【請求項６】第２金属材料の金属被覆を表面上に有する
    第１金属材料の不連続エレメントを多数用意し、被覆さ
    れた該エレメントを粉末金属マトリックス材料中に分散
    させ、且つ、該粉末金属マトリックス材料の粒子間、及
    び該粒子と第２金属材料との間に一種の結合を形成する
    諸工程を含む、複合金属材料の製法において、 第１金属材料は、組成として、ニッケル36〜42重量％と
    残部が鉄である合金、ニッケル・鉄合金の二元合金、及
    びコバルト含有のニッケル・鉄の二元合金から成る群か
    ら選ばれる金属材料を含み； 第２金属材料は銅金属を含み、前記不連続エレメントと
    冶金学的に結合し； 前記金属マトリックス材料は、銅から成る粉末金属材料
    を含み、該粉末金属材料は前記不連続エレメントと混合
    して熱処理し、その結果、前記粉末金属の粒子は相互に
    又は前記被覆に対して拡散結合して前記複合材料が形成
    される、上記複合金属材料の製法。
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