JP3247363B2 - 金属マトリックス複合物の製造方法 - Google Patents
金属マトリックス複合物の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、プレフォームのなかに置かれた充填材の透
過性塊を溶融アルミニウム又はマグネシウム又はそれら
の合金が自発的に浸透することにより金属マトリックス
複合物をセラミックスプレフォームのなかでモールドす
る方法に係る。また本発明は、アルミニウム又はマグネ
シウム金属マトリックス複合物物体及び構造物に係る。
過性塊を溶融アルミニウム又はマグネシウム又はそれら
の合金が自発的に浸透することにより金属マトリックス
複合物をセラミックスプレフォームのなかでモールドす
る方法に係る。また本発明は、アルミニウム又はマグネ
シウム金属マトリックス複合物物体及び構造物に係る。
背景及び関連技術の説明 セラミックス粒子、ウィスカー、ファイバなどのよう
な充填材を含んでいる強化又は補強相を埋め込んでいる
金属マトリックスを含んでいるいくつかの複合物製品
は、強化相の強度及び硬度を金属マトリックスの延性及
び靱性と組み合わせるので、種々の応用に有望である。
一般的に、金属マトリックス複合物体はマトリックス金
属自体にくらべて強度、剛性、接触摩耗耐性及び高温に
於ける強度保持のような性質が改善されている。いくつ
かの場合には、複合物体はマトリックス金属自体の同一
寸法の物体よりも軽量であり得る。しかし、特定の性質
が改善され得る度合は使用される特定の成分、複合物物
体のなかの各成分の体積又は重量比及び複合物体の形成
の際の処理の仕方に大きく依存する。例えば、粒子又は
ウィスカーの形態の炭化ケイ素のようなセラミック充填
材で補強されたアルミニウムマトリックス複合物は、充
填されていないアルミニウムにくらべて剛性が高く、ま
た摩耗耐性及び温度耐性が大きいので、重要である。
な充填材を含んでいる強化又は補強相を埋め込んでいる
金属マトリックスを含んでいるいくつかの複合物製品
は、強化相の強度及び硬度を金属マトリックスの延性及
び靱性と組み合わせるので、種々の応用に有望である。
一般的に、金属マトリックス複合物体はマトリックス金
属自体にくらべて強度、剛性、接触摩耗耐性及び高温に
於ける強度保持のような性質が改善されている。いくつ
かの場合には、複合物体はマトリックス金属自体の同一
寸法の物体よりも軽量であり得る。しかし、特定の性質
が改善され得る度合は使用される特定の成分、複合物物
体のなかの各成分の体積又は重量比及び複合物体の形成
の際の処理の仕方に大きく依存する。例えば、粒子又は
ウィスカーの形態の炭化ケイ素のようなセラミック充填
材で補強されたアルミニウムマトリックス複合物は、充
填されていないアルミニウムにくらべて剛性が高く、ま
た摩耗耐性及び温度耐性が大きいので、重要である。
粉末冶金技術に基づく方法及び例えば圧力鋳造による
強化材の溶融金属浸透に基づく方法を含めて、アルミニ
ウムマトリックス複合物を製造するための種々の冶金プ
ロセスが説明されてきた。
強化材の溶融金属浸透に基づく方法を含めて、アルミニ
ウムマトリックス複合物を製造するための種々の冶金プ
ロセスが説明されてきた。
粉末冶金技術によれば、粉末の形態の金属と粉末、ウ
ィスカー又はチョップされたファイバなどの形態のセラ
ミック補強材とが混合され、また次いで冷間圧縮及び焼
結もしくは熱間圧縮される。通常のプロセスを利用する
粉末冶金による金属マトリックス複合物の製造は、得ら
れる製品の特性に関していくつかの制限を課する。複合
物のなかのセラミック相の体積比が典型的に約40％に制
限されており、圧縮操作が得られる実際的な寸法に制限
を課し、また比較的簡単な製品形状のみが爾後の処理
（例えば成形又は機械加工）をせずに又は複合プレスに
頼らずに可能である。また焼結の間に不均等な収縮が生
じ得るし、圧縮物のなかの偏析及び粒成長に起因するミ
クロ組織の不均等性が生じ得る。
ィスカー又はチョップされたファイバなどの形態のセラ
ミック補強材とが混合され、また次いで冷間圧縮及び焼
結もしくは熱間圧縮される。通常のプロセスを利用する
粉末冶金による金属マトリックス複合物の製造は、得ら
れる製品の特性に関していくつかの制限を課する。複合
物のなかのセラミック相の体積比が典型的に約40％に制
限されており、圧縮操作が得られる実際的な寸法に制限
を課し、また比較的簡単な製品形状のみが爾後の処理
（例えば成形又は機械加工）をせずに又は複合プレスに
頼らずに可能である。また焼結の間に不均等な収縮が生
じ得るし、圧縮物のなかの偏析及び粒成長に起因するミ
クロ組織の不均等性が生じ得る。
溶融アルミニウムが例えばアルミナを充填されたアル
ミニウムマトリックス複合物の製造に使用される時、溶
融アルミニウムはアルミナ補強材を容易に湿潤せず、そ
れにより凝着製品の形成を困難にする。従来の技術は、
湿潤剤によりアルミナ（又は他の充填材）を被覆するこ
と、溶融アルミニウムを補強材又は充填材なかへ強制す
るべく圧力を与えること、充填材なかへ溶融アルミニウ
ムを引くべく真空を与えること、アルミニウムの融点よ
りも十分に上の非常に高い温度で処理すること及びこれ
らの技術の組み合わせを含めて、この問題の種々の解決
策を示唆している。これらの技術は処理を複雑化する傾
向があり、プレス、真空装置、制御装置などのような高
価な装置を必要とし、また形成され得る製品の寸法及び
形状を制限し、また時には湿潤剤などの形態で製品中に
望ましくない成分を導入する。
ミニウムマトリックス複合物の製造に使用される時、溶
融アルミニウムはアルミナ補強材を容易に湿潤せず、そ
れにより凝着製品の形成を困難にする。従来の技術は、
湿潤剤によりアルミナ（又は他の充填材）を被覆するこ
と、溶融アルミニウムを補強材又は充填材なかへ強制す
るべく圧力を与えること、充填材なかへ溶融アルミニウ
ムを引くべく真空を与えること、アルミニウムの融点よ
りも十分に上の非常に高い温度で処理すること及びこれ
らの技術の組み合わせを含めて、この問題の種々の解決
策を示唆している。これらの技術は処理を複雑化する傾
向があり、プレス、真空装置、制御装置などのような高
価な装置を必要とし、また形成され得る製品の寸法及び
形状を制限し、また時には湿潤剤などの形態で製品中に
望ましくない成分を導入する。
溶融金属の浸透を容易にするべくモールドのなかに捕
捉された反応性雰囲気の使用は米国特許第3,364,976号
明細書に開示されている。この特許には、アルミニウム
及びマグネシウム合金のような金属を鋳造する方法が開
示されており、この場合、オプションとして適当な充填
材を含んでいるモールドキャビティが、鋳造されるべき
溶融金属と反応性であり、また小さい体積の固体の反応
生成物を形成する雰囲気を含んでいる。モールドは、溶
融金属との反応が捕捉された雰囲気を消費し、またモー
ルドキャビティのなかに真空を発生し、それにより溶融
金属のなかを引くように、有効に封じられている。例え
ば、第３欄、第55行以下には、マグネシウム酸化物及び
マグネシウム窒化物を形成するべく空気中のの酸素及び
窒素と溶融マグネシウムが反応し、それにより溶融マグ
ネシウムによりモールドを実質的に完全に満たすのに十
分な真空を発生することが記載されている。図面には、
溶融金属16と適当に反応性である雰囲気を含んでいるキ
ャビティ14に通ずる単一の開口12を有するボックス状の
モールド10が示されている。第３図に示されているよう
に、溶融金属の物体のなかへのモールドの浸漬は、モー
ルドが完全に気密又は液密である必要をなくし（第２
欄、第57〜61行）、またモールドのなかに捕捉された雰
囲気の反応は溶融金属をしてモールドを満たさせると述
べられている。例５及び10にはそれぞれ、1300゜F（704
℃）に於ける溶融マグネシウム合金によるアルミナ粒の
浸透と、1400゜F（760℃）に於ける５％のマグネシウム
を含有する溶融アルミニウム合金により炭化ケイ素の浸
透とが示されている。
捉された反応性雰囲気の使用は米国特許第3,364,976号
明細書に開示されている。この特許には、アルミニウム
及びマグネシウム合金のような金属を鋳造する方法が開
示されており、この場合、オプションとして適当な充填
材を含んでいるモールドキャビティが、鋳造されるべき
溶融金属と反応性であり、また小さい体積の固体の反応
生成物を形成する雰囲気を含んでいる。モールドは、溶
融金属との反応が捕捉された雰囲気を消費し、またモー
ルドキャビティのなかに真空を発生し、それにより溶融
金属のなかを引くように、有効に封じられている。例え
ば、第３欄、第55行以下には、マグネシウム酸化物及び
マグネシウム窒化物を形成するべく空気中のの酸素及び
窒素と溶融マグネシウムが反応し、それにより溶融マグ
ネシウムによりモールドを実質的に完全に満たすのに十
分な真空を発生することが記載されている。図面には、
溶融金属16と適当に反応性である雰囲気を含んでいるキ
ャビティ14に通ずる単一の開口12を有するボックス状の
モールド10が示されている。第３図に示されているよう
に、溶融金属の物体のなかへのモールドの浸漬は、モー
ルドが完全に気密又は液密である必要をなくし（第２
欄、第57〜61行）、またモールドのなかに捕捉された雰
囲気の反応は溶融金属をしてモールドを満たさせると述
べられている。例５及び10にはそれぞれ、1300゜F（704
℃）に於ける溶融マグネシウム合金によるアルミナ粒の
浸透と、1400゜F（760℃）に於ける５％のマグネシウム
を含有する溶融アルミニウム合金により炭化ケイ素の浸
透とが示されている。
本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された“金属マト
リックス複合物”という名称の1987年５月13日付けの米
国特許出願第049,171号明細書には、アルミニウムマト
リックス複合物の製造方法が開示されている。この方法
によれば、少なくとも約１％（重量比）のマグネシウ
ム、好ましくは少なくとも約１％（重量比）のマグネシ
ウムを含有する溶融アルミニウムが、約10ないし100％
（体積比）の窒素、残余の非酸化性気体、例えばアルゴ
ン又は水素を含んでいる気体の存在下にセラミック充填
材の透過性の塊と接触させられる。約700℃ないし1200
℃の温度であってよい溶融アルミニウム合金は透過性の
充填材を自発的に、すなわち浸透を助けるべく機械的圧
力又は真空を与える必要なしに、浸透する。溶融物体
は、セラミック充填材を埋め込んでいる金属マトリック
ス物体、すなわち金属マトリックス複合物体を形成する
べく、凝固することを許される。セラミック充填材は例
えば酸化物、炭化物、ホウ化物及び窒化物、例えばアル
ミナを含んでいる。
リックス複合物”という名称の1987年５月13日付けの米
国特許出願第049,171号明細書には、アルミニウムマト
リックス複合物の製造方法が開示されている。この方法
によれば、少なくとも約１％（重量比）のマグネシウ
ム、好ましくは少なくとも約１％（重量比）のマグネシ
ウムを含有する溶融アルミニウムが、約10ないし100％
（体積比）の窒素、残余の非酸化性気体、例えばアルゴ
ン又は水素を含んでいる気体の存在下にセラミック充填
材の透過性の塊と接触させられる。約700℃ないし1200
℃の温度であってよい溶融アルミニウム合金は透過性の
充填材を自発的に、すなわち浸透を助けるべく機械的圧
力又は真空を与える必要なしに、浸透する。溶融物体
は、セラミック充填材を埋め込んでいる金属マトリック
ス物体、すなわち金属マトリックス複合物体を形成する
べく、凝固することを許される。セラミック充填材は例
えば酸化物、炭化物、ホウ化物及び窒化物、例えばアル
ミナを含んでいる。
発明の概要 一般的に、本発明は、実質的に気密な環境に保たれて
いるモールド中に置かれた（以下に“第二の充填材”と
呼ばれる）充填材の塊又は床のなかへの溶融アルミニウ
ム又はマグネシウムの自発的浸透により金属マトリック
ス複合物を形成する方法を提供するものである。モール
ドは（以下に“第一の充填材”と呼ばれる）適当な充填
材の少なくとも一部分を埋め込む多結晶性の酸化反応生
成物を成長させるべく酸化体による溶融前駆物質金属又
は親金属の方向性酸化により形成される。気密に封じら
れた床は捕捉された空気を含んでいてよいが、捕捉され
た空気及びモールド内容物は、外部又は周囲空気を排除
又は遮断するように、絶縁又は密封されている。モール
ドは第二の充填材で補充され、また溶融金属と接触させ
られ、またモールド内容物は最も典型的にはモールドの
入口又は開口を封ずることにより気密に封じられてい
る。気密な環境を作ることにより、適度な溶融金属温度
に於ける第二の充填材の有効な自発的浸透が達成され、
従って湿潤剤、溶融アルミニウム金属又はマグネシウム
金属のなかの特殊な合金化成分、機械的圧力、真空、特
殊な気体雰囲気又は他の浸透のための方策の必要がなく
なる。
いるモールド中に置かれた（以下に“第二の充填材”と
呼ばれる）充填材の塊又は床のなかへの溶融アルミニウ
ム又はマグネシウムの自発的浸透により金属マトリック
ス複合物を形成する方法を提供するものである。モール
ドは（以下に“第一の充填材”と呼ばれる）適当な充填
材の少なくとも一部分を埋め込む多結晶性の酸化反応生
成物を成長させるべく酸化体による溶融前駆物質金属又
は親金属の方向性酸化により形成される。気密に封じら
れた床は捕捉された空気を含んでいてよいが、捕捉され
た空気及びモールド内容物は、外部又は周囲空気を排除
又は遮断するように、絶縁又は密封されている。モール
ドは第二の充填材で補充され、また溶融金属と接触させ
られ、またモールド内容物は最も典型的にはモールドの
入口又は開口を封ずることにより気密に封じられてい
る。気密な環境を作ることにより、適度な溶融金属温度
に於ける第二の充填材の有効な自発的浸透が達成され、
従って湿潤剤、溶融アルミニウム金属又はマグネシウム
金属のなかの特殊な合金化成分、機械的圧力、真空、特
殊な気体雰囲気又は他の浸透のための方策の必要がなく
なる。
従って、先ず実質的に不透過性のモールドが下記の本
願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された特殊出願に記載
されている方向付けされた酸化方法により形成される。
この反応は不透過性の酸化反応生成物を形成し、また親
金属の融点の上の温度から酸化反応生成物の融点の下の
温度までの温度範囲内で行われる。反応の間に、酸化反
応生成物の少なくとも一部分は、酸化反応生成物が前記
酸化体と先に形成された酸化反応生成物との間の界面に
於いて前記プレフォームのなかで形成し続けるように、
酸化反応生成物を通じて酸化体へ向けてまた前記プレフ
ォームのなかへ溶融親金属を漸進的に引くべく、前記酸
化反応生成物の少なくとも一部分を前記溶融親金属及び
前記酸化体と接触しかつこれらの間に延びている状態に
保たれる。酸化反応は、酸化反応生成物の成長により酸
化反応生成物のなかにプレフォームの少なくとも一部分
を埋め込み、それにより内部に埋め込まれている第一の
充填材を有するセラミック物体として不透過性のモール
ドを形成するべく、前記温度範囲内で継続される。例え
ば、少なくともキャビティを郭定するプレフォームの一
部分は酸化反応生成物のなかに埋め込まれていてよい。
いずれの場合にも、不透過性モールドの形成されたキャ
ビティは少なくとも部分的に第二の充填材の透過性の塊
で満たされ、また次いでこのセットアップを気密な環境
に保ちながら第二の充填材の塊を自発的に浸透するのに
十分な時間にわたり溶融アルミニウムと接触させられ
る。自発的浸透な完了時に、溶融金属は金属マトリック
ス複合物体を形成するべく凝固させられる。
願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された特殊出願に記載
されている方向付けされた酸化方法により形成される。
この反応は不透過性の酸化反応生成物を形成し、また親
金属の融点の上の温度から酸化反応生成物の融点の下の
温度までの温度範囲内で行われる。反応の間に、酸化反
応生成物の少なくとも一部分は、酸化反応生成物が前記
酸化体と先に形成された酸化反応生成物との間の界面に
於いて前記プレフォームのなかで形成し続けるように、
酸化反応生成物を通じて酸化体へ向けてまた前記プレフ
ォームのなかへ溶融親金属を漸進的に引くべく、前記酸
化反応生成物の少なくとも一部分を前記溶融親金属及び
前記酸化体と接触しかつこれらの間に延びている状態に
保たれる。酸化反応は、酸化反応生成物の成長により酸
化反応生成物のなかにプレフォームの少なくとも一部分
を埋め込み、それにより内部に埋め込まれている第一の
充填材を有するセラミック物体として不透過性のモール
ドを形成するべく、前記温度範囲内で継続される。例え
ば、少なくともキャビティを郭定するプレフォームの一
部分は酸化反応生成物のなかに埋め込まれていてよい。
いずれの場合にも、不透過性モールドの形成されたキャ
ビティは少なくとも部分的に第二の充填材の透過性の塊
で満たされ、また次いでこのセットアップを気密な環境
に保ちながら第二の充填材の塊を自発的に浸透するのに
十分な時間にわたり溶融アルミニウムと接触させられ
る。自発的浸透な完了時に、溶融金属は金属マトリック
ス複合物体を形成するべく凝固させられる。
本発明の一つの局面では、モールドキャビティを越え
て延びている溶融アルミニウム又はマグネシウムの滞留
物体又はリザーバがモールド内容物に対する気密環境を
達成するのに使用される。典型的には、キャビティ開口
又は入口は溶融アルミニウムの滞留物体又はヘッドによ
り封じられている。
て延びている溶融アルミニウム又はマグネシウムの滞留
物体又はリザーバがモールド内容物に対する気密環境を
達成するのに使用される。典型的には、キャビティ開口
又は入口は溶融アルミニウムの滞留物体又はヘッドによ
り封じられている。
本発明の他の実施例によれば、金属マトリックス複合
物体は溶融金属の凝固の後にモールドに接合される。プ
ロセス条件のもとに、凝固する溶融金属は、結果として
得られる金属マトリックス複合物をモールドの少なくと
も一部分に接合するため、不透過性のモールド又はその
一部分と接触している状態に保たれる。こうして、金属
マトリックス複合物が金属マトリックス複合物−セラミ
ック積層物又は構造物を形成するべくモールド又はその
一部分と一体に形成される。
物体は溶融金属の凝固の後にモールドに接合される。プ
ロセス条件のもとに、凝固する溶融金属は、結果として
得られる金属マトリックス複合物をモールドの少なくと
も一部分に接合するため、不透過性のモールド又はその
一部分と接触している状態に保たれる。こうして、金属
マトリックス複合物が金属マトリックス複合物−セラミ
ック積層物又は構造物を形成するべくモールド又はその
一部分と一体に形成される。
さらに他の実施例では、モールドのキャビティが、予
め定められた幾何形態（geometry）を有するように予成
形され、また結果として得られる金属マトリックス複合
物はこの幾何形態と一致する。モールドが金属マトリッ
クス複合物から離される時、金属マトリックス複合物の
表面はキャビティの幾何形態を逆複製する。こうして本
発明により、成形された金属マトリックス複合物体を製
造することが可能である。
め定められた幾何形態（geometry）を有するように予成
形され、また結果として得られる金属マトリックス複合
物はこの幾何形態と一致する。モールドが金属マトリッ
クス複合物から離される時、金属マトリックス複合物の
表面はキャビティの幾何形態を逆複製する。こうして本
発明により、成形された金属マトリックス複合物体を製
造することが可能である。
定義 本明細書で使用されている下記の用語は下記の意味を
有する。
有する。
用語“アルミニウム”及び“マグネシウム”は本質的
に純粋な金属、例えば比較的純粋な商業的に入手可能な
非合金のアルミニウム又はマグネシウムと、鉄、ケイ
素、銅、マグネシウム、マンガン、クロム、亜鉛などの
ような不純物及び（又は）合金成分を含有する商業的に
入手可能な金属のような他の等級の金属及び合金とを意
味し、また含んでいる。この定義によるアルミニウム合
金又はマグネシウム合金はそれぞれアルミニウム又はマ
グネシウムを主要な成分とする合金である。
に純粋な金属、例えば比較的純粋な商業的に入手可能な
非合金のアルミニウム又はマグネシウムと、鉄、ケイ
素、銅、マグネシウム、マンガン、クロム、亜鉛などの
ような不純物及び（又は）合金成分を含有する商業的に
入手可能な金属のような他の等級の金属及び合金とを意
味し、また含んでいる。この定義によるアルミニウム合
金又はマグネシウム合金はそれぞれアルミニウム又はマ
グネシウムを主要な成分とする合金である。
用語“親金属”は多結晶性の酸化反応生成物の前駆物
質である金属、例えばアルミニウム、ケイ素、チタン、
スズ又はジルコニウムを意味し、また本質的に純粋な金
属、又は不純物及び（又は）合金成分を含有する商業的
に入手可能な金属のような金属を含んでいる。この定義
による合金は前駆物質を主要な成分とする合金である。
質である金属、例えばアルミニウム、ケイ素、チタン、
スズ又はジルコニウムを意味し、また本質的に純粋な金
属、又は不純物及び（又は）合金成分を含有する商業的
に入手可能な金属のような金属を含んでいる。この定義
による合金は前駆物質を主要な成分とする合金である。
用語“セラミック”は、完全に非金属及び無機材料か
ら成る材料であるというその用語の古典的な定義を意味
し、また含んでいるが、それに限定されず、その意味の
なかに、たとえ物体が親金属から導き出された一つ又は
それ以上の金属を実質的な量で、最も典型的には約１〜
40％（体積比）の範囲内で含んでいるとしても、さらに
一層多くの金属を含んでいるとしても、組成もしくは支
配的な性質に関して支配的にセラミックである材料を含
んでいる。
ら成る材料であるというその用語の古典的な定義を意味
し、また含んでいるが、それに限定されず、その意味の
なかに、たとえ物体が親金属から導き出された一つ又は
それ以上の金属を実質的な量で、最も典型的には約１〜
40％（体積比）の範囲内で含んでいるとしても、さらに
一層多くの金属を含んでいるとしても、組成もしくは支
配的な性質に関して支配的にセラミックである材料を含
んでいる。
用語“充填材”は、ファイバ、チョップされたファイ
バ、粒子、ウィスカー、バブル、球、ファイバマットな
どとしてのアルミナ又は炭化ケイ素のようなセラミック
充填材自体と、溶融アルミニウム金属によるアタックか
ら炭素を保護するべくアルミナ又は炭化ケイ素で被覆さ
れた炭素ファイバのようなセラミック被覆された充填材
とを含めて本発明の実施にあたり使用するのに適した任
意の充填材を意味し、また含んでいる。
バ、粒子、ウィスカー、バブル、球、ファイバマットな
どとしてのアルミナ又は炭化ケイ素のようなセラミック
充填材自体と、溶融アルミニウム金属によるアタックか
ら炭素を保護するべくアルミナ又は炭化ケイ素で被覆さ
れた炭素ファイバのようなセラミック被覆された充填材
とを含めて本発明の実施にあたり使用するのに適した任
意の充填材を意味し、また含んでいる。
用語“第一の充填材”は、後で一層詳細に説明される
ように、親金属の方向性酸化により得られた多結晶性の
酸化反応生成物のなかの埋め込みのために適している少
なくとも一つの充填材を意味する。
ように、親金属の方向性酸化により得られた多結晶性の
酸化反応生成物のなかの埋め込みのために適している少
なくとも一つの充填材を意味する。
用語“第二の充填材”は、凝固された金属のマトリッ
クス中の埋め込みのための溶融アルミニウム又はマグネ
シウム金属による浸透のために適している少なくとも一
つの充填材を意味する。
クス中の埋め込みのための溶融アルミニウム又はマグネ
シウム金属による浸透のために適している少なくとも一
つの充填材を意味する。
モールド又は他の材料、構造物又は環境を説明するの
に使用される用語“不透過性”は、空気に対して実質的
に不透過性であること、すなわち実質的に気密性である
ことを意味する。
に使用される用語“不透過性”は、空気に対して実質的
に不透過性であること、すなわち実質的に気密性である
ことを意味する。
好ましい実施例の詳細な説明 本発明の一つの実施例によれば、溶融アルミニウム又
はマグネシウムは第二の充填材の透過性の塊、例えばセ
ラミック粒子、ウィスカー又はファイバの塊の表面と接
触させられ又はそれに供給される。第二の充填材は、空
気が捕捉されていてよい気密な環境で溶融金属と接触さ
せられるが、モールドが実質的に不透過性であるので、
捕捉された空気は、溶融アルミニウム又はマグネシウム
と反応し又は他の仕方でそれにより消費されるにつれ
て、補充されない（本明細書を通じて空気という言葉が
使われるが、溶融金属のなかの少なくとも一つの成分と
反応性である任意の気体が捕捉された気体状媒体として
利用され得ることは理解されるべきである）。これらの
条件のもとに、溶融アルミニウム又はマグネシウムはモ
ールドのなかの透過性の第二の充填材の塊を自発的かつ
漸進的に浸透し、その結果として金属マトリックスが第
二の充填材を埋め込んでいる金属マトリックス複合物製
品を形成する。金属マトリックス複合物はモールドの形
状をとり、また約10％（体積比）から約45％（体積比）
までの第二の充填材、好ましくは約45％（体積比）から
約65％（体積比）までの第二の充填材を含んでいてよ
い。
はマグネシウムは第二の充填材の透過性の塊、例えばセ
ラミック粒子、ウィスカー又はファイバの塊の表面と接
触させられ又はそれに供給される。第二の充填材は、空
気が捕捉されていてよい気密な環境で溶融金属と接触さ
せられるが、モールドが実質的に不透過性であるので、
捕捉された空気は、溶融アルミニウム又はマグネシウム
と反応し又は他の仕方でそれにより消費されるにつれ
て、補充されない（本明細書を通じて空気という言葉が
使われるが、溶融金属のなかの少なくとも一つの成分と
反応性である任意の気体が捕捉された気体状媒体として
利用され得ることは理解されるべきである）。これらの
条件のもとに、溶融アルミニウム又はマグネシウムはモ
ールドのなかの透過性の第二の充填材の塊を自発的かつ
漸進的に浸透し、その結果として金属マトリックスが第
二の充填材を埋め込んでいる金属マトリックス複合物製
品を形成する。金属マトリックス複合物はモールドの形
状をとり、また約10％（体積比）から約45％（体積比）
までの第二の充填材、好ましくは約45％（体積比）から
約65％（体積比）までの第二の充填材を含んでいてよ
い。
本発明の方法に用いられる条件のもとで、典型的に第
二の充填材がモールドに加えられる時に、空気が捕捉さ
れ、また塊又は床にしみ込む。また、充填材のこの塊
は、プロセス条件のもとに溶融アルミニウム又はマグネ
シウムの浸透を許すのに十分に透過性である。しかし、
もしモールドのなかの空気が補充されなければ、第二の
充填材は、たとい空気の存在中に溶融アルミニウムによ
り通常は湿潤可能でないとしても、適度な溶融金属温度
に於いてアルミニウム金属マトリックス複合物又はマグ
ネシウム金属マトリックス複合物を形成するべく、溶融
アルミニウム又はマグネシウムにより自発的に浸透され
る。浸透は、浸透を助ける高温、真空、機械的圧力、特
殊な気体雰囲気、湿潤剤などの方策を必要とせずに生ず
る。一般的に、プロセスは、モールド内容物を不透過性
のモールドのなかに気密に封じ且つモールドへのすべて
の開口を封ずることにより、又は周囲空気から第二の充
填材を保護又は遮蔽するべく溶融アルミニウム又はマグ
ネシウムの物体のなかに第二の充填材の塊を入れたモー
ルドを浸漬することにより、外部空気に対して不透過性
である。
二の充填材がモールドに加えられる時に、空気が捕捉さ
れ、また塊又は床にしみ込む。また、充填材のこの塊
は、プロセス条件のもとに溶融アルミニウム又はマグネ
シウムの浸透を許すのに十分に透過性である。しかし、
もしモールドのなかの空気が補充されなければ、第二の
充填材は、たとい空気の存在中に溶融アルミニウムによ
り通常は湿潤可能でないとしても、適度な溶融金属温度
に於いてアルミニウム金属マトリックス複合物又はマグ
ネシウム金属マトリックス複合物を形成するべく、溶融
アルミニウム又はマグネシウムにより自発的に浸透され
る。浸透は、浸透を助ける高温、真空、機械的圧力、特
殊な気体雰囲気、湿潤剤などの方策を必要とせずに生ず
る。一般的に、プロセスは、モールド内容物を不透過性
のモールドのなかに気密に封じ且つモールドへのすべて
の開口を封ずることにより、又は周囲空気から第二の充
填材を保護又は遮蔽するべく溶融アルミニウム又はマグ
ネシウムの物体のなかに第二の充填材の塊を入れたモー
ルドを浸漬することにより、外部空気に対して不透過性
である。
金属マトリックスの自発的浸透及び生成の度合はアル
ミニウム又はマグネシウムの合金組成及び含有量、オプ
ションとして使用可能な湿潤剤の存在、使用される第二
の充填材の寸法、表面条件及び形式、浸透接触処理の時
間及び使用される金属温度のようなプロセス条件の所与
のセットにより変化する。接触する溶融アルミニウム又
はマグネシウムが保たれる温度は種々の金属合金によ
り、また種々の第二の充填材により変化し得る。一般的
に、溶融アルミニウムの場合には、自発的かつ漸進的浸
透は、条件に関係して、少なくとも約700℃で、好まし
くは少なくとも約800℃又はそれ以上で生ずる。1000℃
を越える温度は一般的に必要でなく、また特に有用な温
度範囲は約800℃から約1000℃まで、好ましくは約850℃
から約950℃までであることが見い出されている。
ミニウム又はマグネシウムの合金組成及び含有量、オプ
ションとして使用可能な湿潤剤の存在、使用される第二
の充填材の寸法、表面条件及び形式、浸透接触処理の時
間及び使用される金属温度のようなプロセス条件の所与
のセットにより変化する。接触する溶融アルミニウム又
はマグネシウムが保たれる温度は種々の金属合金によ
り、また種々の第二の充填材により変化し得る。一般的
に、溶融アルミニウムの場合には、自発的かつ漸進的浸
透は、条件に関係して、少なくとも約700℃で、好まし
くは少なくとも約800℃又はそれ以上で生ずる。1000℃
を越える温度は一般的に必要でなく、また特に有用な温
度範囲は約800℃から約1000℃まで、好ましくは約850℃
から約950℃までであることが見い出されている。
本発明の方法は、セラミック材料の塊のなかへ溶融金
属を強制する外部から与えられる機械的圧力の使用に関
係せずに、第二の充填材の高い体積比を有しまた気孔率
の低い実質的に均等なアルミニウム金属マトリックス複
合物又はマグネシウム金属マトリックス複合物の製造を
可能にする。条件のセットに対する第二の充填材の体積
比は低い気孔率、すなわち小さい格子間体積を有する第
二の充填材の塊を使用することにより変更又は増大され
得る。第二の充填材の一層高い体積比も、もし第二の充
填材の塊が溶融金属との接触以前に通常の技術によりコ
ンパクト化されるならば、第二の充填材の塊が閉じられ
た細胞ざく巣を有するコンパクトな塊もしくは溶融アル
ミニウム又はマグネシウムによる浸透を阻止するほど密
な構造に転換されないことを条件として、達成され得
る。
属を強制する外部から与えられる機械的圧力の使用に関
係せずに、第二の充填材の高い体積比を有しまた気孔率
の低い実質的に均等なアルミニウム金属マトリックス複
合物又はマグネシウム金属マトリックス複合物の製造を
可能にする。条件のセットに対する第二の充填材の体積
比は低い気孔率、すなわち小さい格子間体積を有する第
二の充填材の塊を使用することにより変更又は増大され
得る。第二の充填材の一層高い体積比も、もし第二の充
填材の塊が溶融金属との接触以前に通常の技術によりコ
ンパクト化されるならば、第二の充填材の塊が閉じられ
た細胞ざく巣を有するコンパクトな塊もしくは溶融アル
ミニウム又はマグネシウムによる浸透を阻止するほど密
な構造に転換されないことを条件として、達成され得
る。
アルミニウム又はマグネシウム浸透及びマトリックス
生成に対して所与の金属−第二充填材系に対して、溶融
金属による第二の充填材の湿潤、又は閉じられた環境か
らの酸素又は窒素との溶融金属の反応による閉じられた
環境のなかの真空の生成、又はこれらの二つのメカニズ
ムの或る組み合わせは支配的な浸透メカニズムである。
もし空気が系に補充されるならば、またもしプロセスが
比較的低い温度で、すなわち約1000℃を越えない温度で
進められるならば、第二の充填材の無視可能な又は最小
の湿潤及び浸透が生ずる。しかし、溶融アルミニウム金
属の場合には、空気が補充されないようにモールドのな
かに第二の充填材を封することにより、すなわち浸透プ
ロセスを気密に封ずることにより、自発的浸透が約1000
℃を越えない温度、好ましくは約950℃を越えない温度
で得られる。例えば、約900℃の温度が、第二の充填材
の過度の劣化又は耐熱性容器、構造的構成要素などのア
タックなしに受容可能な時間内で自発的浸透を実行する
のに十分に高い温度を与えるものとして多くの場合に満
足であることが見い出されている。
生成に対して所与の金属−第二充填材系に対して、溶融
金属による第二の充填材の湿潤、又は閉じられた環境か
らの酸素又は窒素との溶融金属の反応による閉じられた
環境のなかの真空の生成、又はこれらの二つのメカニズ
ムの或る組み合わせは支配的な浸透メカニズムである。
もし空気が系に補充されるならば、またもしプロセスが
比較的低い温度で、すなわち約1000℃を越えない温度で
進められるならば、第二の充填材の無視可能な又は最小
の湿潤及び浸透が生ずる。しかし、溶融アルミニウム金
属の場合には、空気が補充されないようにモールドのな
かに第二の充填材を封することにより、すなわち浸透プ
ロセスを気密に封ずることにより、自発的浸透が約1000
℃を越えない温度、好ましくは約950℃を越えない温度
で得られる。例えば、約900℃の温度が、第二の充填材
の過度の劣化又は耐熱性容器、構造的構成要素などのア
タックなしに受容可能な時間内で自発的浸透を実行する
のに十分に高い温度を与えるものとして多くの場合に満
足であることが見い出されている。
さて第１図を参照すると、不透過性の囲い又はモール
ド12の組立体が全体として参照符号10を付して示されて
いる。モールド12はほぼ円筒状のスリーブの形態であ
り、中央の円筒状の貫通孔Ｂを有し、その内部には孔Ｂ
の直径よりも大きい直径の一対の長手方向に間隔をおか
れた円板状のチャンバ“a"及び“b"が形成されている。
（第１図で見て）孔Ｂの底部分は、第１図中の孔Ｂの破
線の輪郭線により示されているように、モールド12の床
14により閉じられている。不透過性のモールド12の（参
照符号を付されていない）壁は、下記の本願の譲受人と
同一の譲受人に譲渡されたいくつかの特許出願による技
術の一つ又はそれ以上を利用して製造されたセラミック
材料から成っている。従って、不透過性のモールド12は
アルミナ、炭化ケイ素又は任意の他の適当なセラミック
充填材又はそれらの組み合わせのようなここで第一の充
填材と呼ばれる適当な充填材を埋め込んでいるセラミッ
ク多結晶性酸化反応生成物を含んでいる。第一の充填材
は粒子、球、ウィスカー、チェップされたファイバ、バ
ブル、ペレット、ファイバマットなど、又はそれらの任
意の組み合わせのような任意の所望の形態であってよ
い。
ド12の組立体が全体として参照符号10を付して示されて
いる。モールド12はほぼ円筒状のスリーブの形態であ
り、中央の円筒状の貫通孔Ｂを有し、その内部には孔Ｂ
の直径よりも大きい直径の一対の長手方向に間隔をおか
れた円板状のチャンバ“a"及び“b"が形成されている。
（第１図で見て）孔Ｂの底部分は、第１図中の孔Ｂの破
線の輪郭線により示されているように、モールド12の床
14により閉じられている。不透過性のモールド12の（参
照符号を付されていない）壁は、下記の本願の譲受人と
同一の譲受人に譲渡されたいくつかの特許出願による技
術の一つ又はそれ以上を利用して製造されたセラミック
材料から成っている。従って、不透過性のモールド12は
アルミナ、炭化ケイ素又は任意の他の適当なセラミック
充填材又はそれらの組み合わせのようなここで第一の充
填材と呼ばれる適当な充填材を埋め込んでいるセラミッ
ク多結晶性酸化反応生成物を含んでいる。第一の充填材
は粒子、球、ウィスカー、チェップされたファイバ、バ
ブル、ペレット、ファイバマットなど、又はそれらの任
意の組み合わせのような任意の所望の形態であってよ
い。
孔Ｂ及び拡大された直径のチャンバ“a"及び“b"は適
当な第二の充填材22で満たされている。第二の充填材
は、第一の充填材と同じく、任意の所望の充填材を含ん
でいてよく、また粒子、球、ウィスカー、チョップされ
たファイバ、バブル、ペレット、ファイバマットなど、
又はそれらの任意の組み合わせの物理的形態であってよ
い。モールド12の孔Ｂのなかに第二の充填材を置くこと
は、特殊な気体雰囲気を用意することなしに行われ得
る。すなわち、このような充填は、空気が第二の充填材
のなかに捕捉され、また不透過性のモールド12の孔Ｂの
なかに入れられるように、空気中で行われ得る。
当な第二の充填材22で満たされている。第二の充填材
は、第一の充填材と同じく、任意の所望の充填材を含ん
でいてよく、また粒子、球、ウィスカー、チョップされ
たファイバ、バブル、ペレット、ファイバマットなど、
又はそれらの任意の組み合わせの物理的形態であってよ
い。モールド12の孔Ｂのなかに第二の充填材を置くこと
は、特殊な気体雰囲気を用意することなしに行われ得
る。すなわち、このような充填は、空気が第二の充填材
のなかに捕捉され、また不透過性のモールド12の孔Ｂの
なかに入れられるように、空気中で行われ得る。
ベース又は床に形成された円形の開口18を有する耐熱
性リザーバー16は第１図中に示されている仕方でモール
ド12の頂に置かれる。シールリング24がリザーバー16と
モールド12との間を実質的に気密に（少なくとも金属に
対して密に）封じている。モールド12を囲むリザーバー
16は次いで溶融アルミニウムで満たされ、又は、もし所
望であれば、固体アルミニウムの物体がリザーバーコン
テナ16のなかに置かれ、また組立体がコンテナ16のなか
アルミニウム金属を溶融させるべく加熱される。本発明
は特にアルミニウムを例として説明されているが、マグ
ネシウムも同じく応用可能であることは理解されるべき
である。いずれの場合にも、溶融アルミニウム金属20の
物体は、第二の充填材22が周囲空気から有効に気密に封
じられ、また溶融金属が孔Ｂのなかで第二の充填材22と
その頂において接触するように、周囲空気に対して不透
過性モールド12への単一の開口又は入口を封ずる。これ
らの条件のもとに、本発明によれば、溶融アルミニウム
が第二の充填材22を自発的に浸透し、それを通って下方
に進む。組立体10は処理中に、自発的浸透への不利な作
用なしに、通常の空気雰囲気に保たれ得る。
性リザーバー16は第１図中に示されている仕方でモール
ド12の頂に置かれる。シールリング24がリザーバー16と
モールド12との間を実質的に気密に（少なくとも金属に
対して密に）封じている。モールド12を囲むリザーバー
16は次いで溶融アルミニウムで満たされ、又は、もし所
望であれば、固体アルミニウムの物体がリザーバーコン
テナ16のなかに置かれ、また組立体がコンテナ16のなか
アルミニウム金属を溶融させるべく加熱される。本発明
は特にアルミニウムを例として説明されているが、マグ
ネシウムも同じく応用可能であることは理解されるべき
である。いずれの場合にも、溶融アルミニウム金属20の
物体は、第二の充填材22が周囲空気から有効に気密に封
じられ、また溶融金属が孔Ｂのなかで第二の充填材22と
その頂において接触するように、周囲空気に対して不透
過性モールド12への単一の開口又は入口を封ずる。これ
らの条件のもとに、本発明によれば、溶融アルミニウム
が第二の充填材22を自発的に浸透し、それを通って下方
に進む。組立体10は処理中に、自発的浸透への不利な作
用なしに、通常の空気雰囲気に保たれ得る。
第１図には、自発的浸透の中間段階が示されている。
溶融アルミニウム20がチャンバ“a"と“b"との間の近似
的に中央の点まで第二の充填材22の床の約半分を浸透し
終わっている。或る時間の後に、溶融条件にアルミニウ
ム20を保つのに十分に高く保たれた温度、例えば約900
℃で、アルミニウムがモールド12の床14まで第二の充填
材22の床全体を自発的に浸透する。この自発的浸透は、
充填材に湿潤剤を供給する必要なしに（湿潤剤はオプシ
ョンとして使用され得るが）、金属20に機械的圧力を又
は第二の充填材22に真空を与える必要なしに、実質的に
1000℃を越える温度のような高温にする必要なしに、不
活性又は他の特殊な気体雰囲気で第二の充填材22の床を
パージする必要なしに、又は浸透のための他の方策を用
いる必要なしに行われる。本発明の方法は、（下記のよ
うに）モールド12の準備と、第二の充填材22によるモー
ルド12の充填と、浸透を実行するための加熱とを含め
て、処理全体が、コスト及び煩わしさの点で不利な特殊
な気体雰囲気の利用に頼ることなく、空気中で行われる
得る点で非常に有利である。
溶融アルミニウム20がチャンバ“a"と“b"との間の近似
的に中央の点まで第二の充填材22の床の約半分を浸透し
終わっている。或る時間の後に、溶融条件にアルミニウ
ム20を保つのに十分に高く保たれた温度、例えば約900
℃で、アルミニウムがモールド12の床14まで第二の充填
材22の床全体を自発的に浸透する。この自発的浸透は、
充填材に湿潤剤を供給する必要なしに（湿潤剤はオプシ
ョンとして使用され得るが）、金属20に機械的圧力を又
は第二の充填材22に真空を与える必要なしに、実質的に
1000℃を越える温度のような高温にする必要なしに、不
活性又は他の特殊な気体雰囲気で第二の充填材22の床を
パージする必要なしに、又は浸透のための他の方策を用
いる必要なしに行われる。本発明の方法は、（下記のよ
うに）モールド12の準備と、第二の充填材22によるモー
ルド12の充填と、浸透を実行するための加熱とを含め
て、処理全体が、コスト及び煩わしさの点で不利な特殊
な気体雰囲気の利用に頼ることなく、空気中で行われる
得る点で非常に有利である。
溶融アルミニウムによる第二の充填材22の自発的浸透
は、第二の充填材22の床の隙間に捕捉された空気が溶融
アルミニウムと反応しまたそれにより消費され、また連
行又は捕捉された空気の補充が封じられた不透過性のモ
ールド12により排除されているために達成されると信ぜ
られる。しかし、もし固有のざく巣もしくは封じられて
いない開口又は内部の割れ又は裂け目に起因してモール
ド12が空気に対して透過性である場合のように、もし消
費された空気が補充されたならば、補充された空気がこ
のような自発的浸透を阻止するであろう。この説明によ
り束縛されることは望まないが、この説明は後記の比較
例により支持されると思われる。
は、第二の充填材22の床の隙間に捕捉された空気が溶融
アルミニウムと反応しまたそれにより消費され、また連
行又は捕捉された空気の補充が封じられた不透過性のモ
ールド12により排除されているために達成されると信ぜ
られる。しかし、もし固有のざく巣もしくは封じられて
いない開口又は内部の割れ又は裂け目に起因してモール
ド12が空気に対して透過性である場合のように、もし消
費された空気が補充されたならば、補充された空気がこ
のような自発的浸透を阻止するであろう。この説明によ
り束縛されることは望まないが、この説明は後記の比較
例により支持されると思われる。
第二の充填材22の浸透が完全に終わった後に、炉から
組立体を取り出すことにより、又は炉を止めることによ
り、温度が下げられ、また溶融金属が不透過性のモール
ド12のなかで冷却し凝固することを許される。第２図に
示されているモールド及び金属マトリックス複合物コア
を含んでいるものとして得られる複合物構造物26は次い
で第１図の組立体から隔てられる。図示されているよう
に、構造物26は（第２図中の構造的部材又はモールド又
はシェル構成要素12′として示されている）モールド12
の実質的に全部を、又は所望であればその一部分のみを
含んでいてよく、またさらに金属マトリックス複合物コ
ア28を含んでいる。
組立体を取り出すことにより、又は炉を止めることによ
り、温度が下げられ、また溶融金属が不透過性のモール
ド12のなかで冷却し凝固することを許される。第２図に
示されているモールド及び金属マトリックス複合物コア
を含んでいるものとして得られる複合物構造物26は次い
で第１図の組立体から隔てられる。図示されているよう
に、構造物26は（第２図中の構造的部材又はモールド又
はシェル構成要素12′として示されている）モールド12
の実質的に全部を、又は所望であればその一部分のみを
含んでいてよく、またさらに金属マトリックス複合物コ
ア28を含んでいる。
溶融金属の浸透及び凝固はモールドとコアとの間の接
合を行うのに適当な条件のもとに行われ得る。接合は、
例えば、溶融金属とモールド12との間を多少湿潤させる
こと、溶融材料をモールド12の内壁と直接接触状態に保
つこと、冷却の速度を制御すること（すなわち焼なまし
に起因する応力緩和）、モールド12及び金属マトリック
ス複合物の相対的熱膨脹係数を調節すること、及び（又
は）モールド壁からの凝固する溶融材料の隔離を実質的
に消去又は減少するべく金属リザーバーの実質的ヘッド
を維持することにより達成され得る。金属マトリックス
複合物の熱膨脹係数はセラミックモールドの熱膨脹係数
よりも大きく、また、もしこの差が過大でありかつ湿潤
が最小であれば、接合強度は熱収縮のミスマッチにもか
かわらず接合を維持するのに十分でない。すなわち、金
属マトリックス複合物は冷却の際の収縮によりモールド
の内壁から離れる。金属マトリックス複合物を形成する
のに使用される第二の充填材は金属マトリックス複合物
の熱膨脹係数を減少し、従ってまたコアとモールドとの
間の熱膨脹のミスマッチを減少する。充填材が熱膨脹係
数を減少する効果は充填材の形式、幾何形態及びアスペ
クト比に大きく関係し得る。良好な接合は、熱膨脹係数
が互いにあまりに異なっていない時に成就され得る。シ
ェルに圧縮応力を生じさせるべく、金属マトリックスコ
アがシェルよりも若干高い膨脹係数を有することは好ま
しい。実質的に等軸の炭化ケイ素粒子（24メッシュ）を
約47％の体積比でアルミニウム中にローディングするこ
とにより熱膨脹係数が純アルミニウムの熱膨脹係数（約
25×10-6inch/inch/℃）から約12〜16×10-6inch/inch/
℃へ減少することが見い出されている。炭化ケイ素ウィ
スカーははるかに低いローディングで同一の効果を有す
る。こうして、一つ又はそれ以上の条件を制御すること
により、凝固した溶融金属、すなわち金属マトリックス
複合物が構造物26（第２図）の構造部材12′に接合され
る。構造物26のなかで、金属マトリックス複合物28から
成るコアはモールド又はシェル構成要素12′により囲ま
れ、またそれに接合されている。
合を行うのに適当な条件のもとに行われ得る。接合は、
例えば、溶融金属とモールド12との間を多少湿潤させる
こと、溶融材料をモールド12の内壁と直接接触状態に保
つこと、冷却の速度を制御すること（すなわち焼なまし
に起因する応力緩和）、モールド12及び金属マトリック
ス複合物の相対的熱膨脹係数を調節すること、及び（又
は）モールド壁からの凝固する溶融材料の隔離を実質的
に消去又は減少するべく金属リザーバーの実質的ヘッド
を維持することにより達成され得る。金属マトリックス
複合物の熱膨脹係数はセラミックモールドの熱膨脹係数
よりも大きく、また、もしこの差が過大でありかつ湿潤
が最小であれば、接合強度は熱収縮のミスマッチにもか
かわらず接合を維持するのに十分でない。すなわち、金
属マトリックス複合物は冷却の際の収縮によりモールド
の内壁から離れる。金属マトリックス複合物を形成する
のに使用される第二の充填材は金属マトリックス複合物
の熱膨脹係数を減少し、従ってまたコアとモールドとの
間の熱膨脹のミスマッチを減少する。充填材が熱膨脹係
数を減少する効果は充填材の形式、幾何形態及びアスペ
クト比に大きく関係し得る。良好な接合は、熱膨脹係数
が互いにあまりに異なっていない時に成就され得る。シ
ェルに圧縮応力を生じさせるべく、金属マトリックスコ
アがシェルよりも若干高い膨脹係数を有することは好ま
しい。実質的に等軸の炭化ケイ素粒子（24メッシュ）を
約47％の体積比でアルミニウム中にローディングするこ
とにより熱膨脹係数が純アルミニウムの熱膨脹係数（約
25×10-6inch/inch/℃）から約12〜16×10-6inch/inch/
℃へ減少することが見い出されている。炭化ケイ素ウィ
スカーははるかに低いローディングで同一の効果を有す
る。こうして、一つ又はそれ以上の条件を制御すること
により、凝固した溶融金属、すなわち金属マトリックス
複合物が構造物26（第２図）の構造部材12′に接合され
る。構造物26のなかで、金属マトリックス複合物28から
成るコアはモールド又はシェル構成要素12′により囲ま
れ、またそれに接合されている。
代替的に、溶融材料の冷却及び凝固の後に、モールド
12′は、モールド12′により囲まれていない分離した物
体として金属マトリックス複合物コア28を形成するべ
く、金属マトリックス複合物コア28から破砕又は他の仕
方で除去され得る。この場合、モールド12′は典型的
に、処理の間に不透過性であるかつ構造的完全性を保ち
得るかぎり、できるだけ薄く製造されている。またこの
場合、プロセスは、コアの取り出しを容易にするべく、
モールド12′と金属マトリックス複合物コア28との間の
接合を最小にする条件のもとに実行される。モールド1
2′を機械的に補強しかつ支持するため、充填及び処理
の間、適当な囲い（第１図には示されていない）がモー
ルド12′の周りに置かれ得る。
12′は、モールド12′により囲まれていない分離した物
体として金属マトリックス複合物コア28を形成するべ
く、金属マトリックス複合物コア28から破砕又は他の仕
方で除去され得る。この場合、モールド12′は典型的
に、処理の間に不透過性であるかつ構造的完全性を保ち
得るかぎり、できるだけ薄く製造されている。またこの
場合、プロセスは、コアの取り出しを容易にするべく、
モールド12′と金属マトリックス複合物コア28との間の
接合を最小にする条件のもとに実行される。モールド1
2′を機械的に補強しかつ支持するため、充填及び処理
の間、適当な囲い（第１図には示されていない）がモー
ルド12′の周りに置かれ得る。
再び第１図を参照すると、シールリング24のような適
当なシール手段を用意する代わりに、本願の譲受人と同
一の譲受人に譲渡された特許出願に記載されている技術
の一つ又はそれ以上を利用してリザーバーチャンバ16が
不透過性のモールド12と一体に形成され得る。溶融材料
の冷却及び凝固の後に、所望の製品が一体のモールド／
リザーバーから切断され得る。例えば、一体のモールド
／リザーバーは、本発明に従って利用可能な組立体の他
の実施例を示す第３図中に示されている。全体として参
照符号30を付されている任意の所望の形態の中空の物体
は後記の本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された特許
出願に記載されている技術により製造された複合物セラ
ミック材料のような不透過性のセラミック材料のシェル
を含んでいる。さらに、本願の譲受人と同一の譲受人に
譲渡された“密な表面を有する多孔性セラミック複合
物”という名称の1986年９月16日付け米国特許出願第90
8,119号明細書に開示されている方法により不透過性の
セラミック材料のシェルを形成することが可能であり、
上記明細書の内容の参照によりここに組み入れたものと
する。多少枕状の断面を有する中空物体30はその主物体
部分の周りの円形の周囲リム30aと、同軸上に整合した
円筒状の軸30bと、その両側から延びているハブ30cとを
有する。軸30bは漏斗状に外方に広がっている口30dを有
し、そのなかに溶融アルミニウム20′が第二の充填材の
床22′と接触して頂まで入れられ得る。口30dは中空物
体30の単一の開口であり、また溶融アルミニウム20′の
滞留ヘッドにより周囲雰囲気又は空気から封じられてお
り、それにより周囲雰囲気又は空気から第二の充填材2
2′を有効にハーメチックに封じている。
当なシール手段を用意する代わりに、本願の譲受人と同
一の譲受人に譲渡された特許出願に記載されている技術
の一つ又はそれ以上を利用してリザーバーチャンバ16が
不透過性のモールド12と一体に形成され得る。溶融材料
の冷却及び凝固の後に、所望の製品が一体のモールド／
リザーバーから切断され得る。例えば、一体のモールド
／リザーバーは、本発明に従って利用可能な組立体の他
の実施例を示す第３図中に示されている。全体として参
照符号30を付されている任意の所望の形態の中空の物体
は後記の本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された特許
出願に記載されている技術により製造された複合物セラ
ミック材料のような不透過性のセラミック材料のシェル
を含んでいる。さらに、本願の譲受人と同一の譲受人に
譲渡された“密な表面を有する多孔性セラミック複合
物”という名称の1986年９月16日付け米国特許出願第90
8,119号明細書に開示されている方法により不透過性の
セラミック材料のシェルを形成することが可能であり、
上記明細書の内容の参照によりここに組み入れたものと
する。多少枕状の断面を有する中空物体30はその主物体
部分の周りの円形の周囲リム30aと、同軸上に整合した
円筒状の軸30bと、その両側から延びているハブ30cとを
有する。軸30bは漏斗状に外方に広がっている口30dを有
し、そのなかに溶融アルミニウム20′が第二の充填材の
床22′と接触して頂まで入れられ得る。口30dは中空物
体30の単一の開口であり、また溶融アルミニウム20′の
滞留ヘッドにより周囲雰囲気又は空気から封じられてお
り、それにより周囲雰囲気又は空気から第二の充填材2
2′を有効にハーメチックに封じている。
第二の充填材22′の自発的浸透は第１図の実施例で説
明したように行われ、また第１図の実施例と同様に溶融
金属20′のリザーバーは、浸透を完了するのに十分なア
ルミニウム金属を供給するのに、また口30d（中空物体3
0の単一の入口又は開口）を自発的浸透の完了まで周囲
空気に対して封じられた状態に保つべく溶融アルミニウ
ムの滞留物体20′を維持するのに必要であれば補充され
得る。第二の充填材22′の浸透により得られた溶融材料
が接合条件下で凝固する時に、金属マトリックス複合物
を囲む構造的構成要素として中空物体30を含んでいる構
造物が形成される。代替的に、中空物体30は、その内面
の形状又は幾何形態を逆複製する外面を有する金属マト
リック複合物体を形成するべく、破砕により除去され得
る。凝固後に、結果として得られた構造物は、軸30bで
終端する構造物を形成するべく、線Ｃ−Ｃに沿って切断
され得る。再凝固したアルミニウムは軸30bのなかに残
されてよく、又は代替的に軸30bのなかの再凝固したア
ルミニウムは部分的に又は完全に除去され、また他の材
料（例えば、溶融状態で導入されて、そのなかで凝固を
許される他の材料）で置換されてよい。他の代替例とし
て、結果として得られる金属マトリックス複合物物体が
軸30bを通って延びているように、軸30bは第二の充填材
22′で部分的に又は完全に最初に満たされていてよい。
後者の場合には、軸30bの延長部又は分離したリザーバ
ー容器（第１図の実施例のリザーバー16と類似）が溶融
アルミニウム金属を保持するのに使用される。
明したように行われ、また第１図の実施例と同様に溶融
金属20′のリザーバーは、浸透を完了するのに十分なア
ルミニウム金属を供給するのに、また口30d（中空物体3
0の単一の入口又は開口）を自発的浸透の完了まで周囲
空気に対して封じられた状態に保つべく溶融アルミニウ
ムの滞留物体20′を維持するのに必要であれば補充され
得る。第二の充填材22′の浸透により得られた溶融材料
が接合条件下で凝固する時に、金属マトリックス複合物
を囲む構造的構成要素として中空物体30を含んでいる構
造物が形成される。代替的に、中空物体30は、その内面
の形状又は幾何形態を逆複製する外面を有する金属マト
リック複合物体を形成するべく、破砕により除去され得
る。凝固後に、結果として得られた構造物は、軸30bで
終端する構造物を形成するべく、線Ｃ−Ｃに沿って切断
され得る。再凝固したアルミニウムは軸30bのなかに残
されてよく、又は代替的に軸30bのなかの再凝固したア
ルミニウムは部分的に又は完全に除去され、また他の材
料（例えば、溶融状態で導入されて、そのなかで凝固を
許される他の材料）で置換されてよい。他の代替例とし
て、結果として得られる金属マトリックス複合物物体が
軸30bを通って延びているように、軸30bは第二の充填材
22′で部分的に又は完全に最初に満たされていてよい。
後者の場合には、軸30bの延長部又は分離したリザーバ
ー容器（第１図の実施例のリザーバー16と類似）が溶融
アルミニウム金属を保持するのに使用される。
第４図には、第二の充填材の自発的浸透を行うための
代替的な技術が示されている。この場合には、耐熱性容
器32が溶融アルミニウム20″の物体を含んでおり、その
なかに耐熱性の孔明きコンテナ34が浸漬されている。コ
ンテナ34は、孔明きコンテナ34及びその内容物が周囲雰
囲気から溶融アルミニウム金属20″により完全に遮蔽又
は密封されているように、耐熱性容器32の（参照符号を
付されていない）内壁から間隔をおかれている。孔明き
コンテナ34はその内部に形成された複数個の孔36を有
し、また適当なコネクタ40によりそれに取付けられたケ
ーブル又はロッド38により支持されている。内部に一つ
又はそれ以上の開口を有する適当なモールドのなかに入
れられた第二の充填材の塊がコンテナ34のなかに入れら
れている。（モールド及び第二の充填材は第４図には示
されていない。）孔36は第二の充填材の塊との接触及び
それに続く自発的浸透のためにコンテナ34に入れられる
溶融アルミニウム33の入口をなしている。孔明きコンテ
ナ34、ケーブル又はロッド38及びコネクタ40は溶融アル
ミニウム33との長時間の接触に耐えることができる適当
な耐熱性材料から製造されていてよい。所望であれば、
コンテナ34は省略されてよく、また頂に開口を有しかつ
第二の充填材を入れられたモールドが溶融金属のなかに
浸漬されている。浸透が次いて進行し、また前記のよう
に金属マトリックス複合物体が取り出される。
代替的な技術が示されている。この場合には、耐熱性容
器32が溶融アルミニウム20″の物体を含んでおり、その
なかに耐熱性の孔明きコンテナ34が浸漬されている。コ
ンテナ34は、孔明きコンテナ34及びその内容物が周囲雰
囲気から溶融アルミニウム金属20″により完全に遮蔽又
は密封されているように、耐熱性容器32の（参照符号を
付されていない）内壁から間隔をおかれている。孔明き
コンテナ34はその内部に形成された複数個の孔36を有
し、また適当なコネクタ40によりそれに取付けられたケ
ーブル又はロッド38により支持されている。内部に一つ
又はそれ以上の開口を有する適当なモールドのなかに入
れられた第二の充填材の塊がコンテナ34のなかに入れら
れている。（モールド及び第二の充填材は第４図には示
されていない。）孔36は第二の充填材の塊との接触及び
それに続く自発的浸透のためにコンテナ34に入れられる
溶融アルミニウム33の入口をなしている。孔明きコンテ
ナ34、ケーブル又はロッド38及びコネクタ40は溶融アル
ミニウム33との長時間の接触に耐えることができる適当
な耐熱性材料から製造されていてよい。所望であれば、
コンテナ34は省略されてよく、また頂に開口を有しかつ
第二の充填材を入れられたモールドが溶融金属のなかに
浸漬されている。浸透が次いて進行し、また前記のよう
に金属マトリックス複合物体が取り出される。
第５図は第１図の不透過性モールド12の製造方法につ
いて説明する図である。第６〜９図は、不透過性モール
ドの他の製造方法について説明する図である。これらの
詳細は後述する。しかし、これらのモールドの製法が第
１図の実施例以外の実施例にも応用可能であることは理
解されるべきである。モールドは前記のように用意さ
れ、凝固した金属マトリックス複合物をモールドから取
り出すために破砕されてもよいし、金属マトリックス複
合物に接合された製品の構造的構成要素としてそのまま
保持されてもよい。
いて説明する図である。第６〜９図は、不透過性モール
ドの他の製造方法について説明する図である。これらの
詳細は後述する。しかし、これらのモールドの製法が第
１図の実施例以外の実施例にも応用可能であることは理
解されるべきである。モールドは前記のように用意さ
れ、凝固した金属マトリックス複合物をモールドから取
り出すために破砕されてもよいし、金属マトリックス複
合物に接合された製品の構造的構成要素としてそのまま
保持されてもよい。
本願の譲受人に譲渡された特許出願 前記のようなセラミック材料を製造するための技術
は、セラミックが適当な第一の充填材を埋め込んでいる
自己支持セラミック複合物材料を含めて、新規な自己支
持セラミック材料を開示している、本願の譲受人と同一
の譲受人に譲渡された多数の特許出願に開示されてい
る。
は、セラミックが適当な第一の充填材を埋め込んでいる
自己支持セラミック複合物材料を含めて、新規な自己支
持セラミック材料を開示している、本願の譲受人と同一
の譲受人に譲渡された多数の特許出願に開示されてい
る。
セラミック酸化反応生成物を成長させる方法は総括的
に“新規なセラミック材料及びその製造方法”という名
称の、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された米国特
許第4,713,360号明細書（1985年９月25日に発行された
ヨーロッパ特許出願第0155831号明細書に相当する）に
開示されている。親金属のなかに合金化されたドーパン
トの使用により強められ得る酸化現象のこの発見によっ
て、前駆物質親金属の酸化反応生成物として成長させら
れた自己支持セラミック物体が得られる。
に“新規なセラミック材料及びその製造方法”という名
称の、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された米国特
許第4,713,360号明細書（1985年９月25日に発行された
ヨーロッパ特許出願第0155831号明細書に相当する）に
開示されている。親金属のなかに合金化されたドーパン
トの使用により強められ得る酸化現象のこの発見によっ
て、前駆物質親金属の酸化反応生成物として成長させら
れた自己支持セラミック物体が得られる。
その後の発展として、1985年２月４日付けの米国特許
出願第697,878号明細書（現在放棄されている）の一部
継続発明としての、いずれも“複合物セラミック物品及
びその製造方法”という名称の、本願の譲受人と同一の
譲受人に譲渡された1986年１月17日付けの米国特許出願
第819,397号明細書（1986年９月３日に発行されたヨー
ロッパ特許出願第0193292号明細書に相当する）に記載
されているように、充填材の透過性の床のなかへ親金属
から酸化反応生成物を成長させることにより自己支持セ
ラミック複合物を製造するための新規な方法が提案され
ている。
出願第697,878号明細書（現在放棄されている）の一部
継続発明としての、いずれも“複合物セラミック物品及
びその製造方法”という名称の、本願の譲受人と同一の
譲受人に譲渡された1986年１月17日付けの米国特許出願
第819,397号明細書（1986年９月３日に発行されたヨー
ロッパ特許出願第0193292号明細書に相当する）に記載
されているように、充填材の透過性の床のなかへ親金属
から酸化反応生成物を成長させることにより自己支持セ
ラミック複合物を製造するための新規な方法が提案され
ている。
上記の方法は、“自己支持セラミック材料の製造方
法”という名称で、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡
された1986年１月27日付けの米国特許出願第822,999号
明細書（1986年１月22日に発行されたヨーロッパ特許出
願第0169067号明細書に相当する）に記載されているよ
うに、前駆物質親金属の表面に与えられる外部ドーパン
トの使用により改良された。
法”という名称で、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡
された1986年１月27日付けの米国特許出願第822,999号
明細書（1986年１月22日に発行されたヨーロッパ特許出
願第0169067号明細書に相当する）に記載されているよ
うに、前駆物質親金属の表面に与えられる外部ドーパン
トの使用により改良された。
前記米国特許出願第819,397号明細書に開示されてい
るような充填材を埋め込んでいる自己支持セラミック複
合物材料を製造する技術は有用であるが、結果として得
られるセラミック複合物体に予め選定された形状又は幾
何形態を与えるものではなかった。しかし、このニーズ
は、前駆物質親金属の正パターンを逆複製するセラミッ
ク複合物構造の生成を可能にする、上記の方法のその後
の発展により満足された。これらの方法は“セラミック
複合物物品を製造する逆形状複製方法及びそれにより得
られる物品”という名称の、本願の譲受人と同一の譲受
人に譲渡された1986年１月27日付けの米国特許出願第82
3,542号明細書（1987年９月２日に発行されたヨーロッ
パ特許出願第0234704号明細書に相当する）と、“形状
複製された表面を有するセラミック複合物物品の製造方
法及びそれにより得られる物品”という名称の、本願の
譲受人と同一の譲受人に譲渡された1986年８月13日付け
の米国特許出願第896,157号明細書とに記載されてい
る。また、消失可能なパターン物体の使用による逆形状
複製は“消失可能なパターンの逆形状複製によるセラミ
ック複合物物品の製造方法”という名称の、本願の譲受
人と同一の譲受人に譲渡された1986年９月16日付けの米
国特許出願第907,919号明細書とに記載されている。
るような充填材を埋め込んでいる自己支持セラミック複
合物材料を製造する技術は有用であるが、結果として得
られるセラミック複合物体に予め選定された形状又は幾
何形態を与えるものではなかった。しかし、このニーズ
は、前駆物質親金属の正パターンを逆複製するセラミッ
ク複合物構造の生成を可能にする、上記の方法のその後
の発展により満足された。これらの方法は“セラミック
複合物物品を製造する逆形状複製方法及びそれにより得
られる物品”という名称の、本願の譲受人と同一の譲受
人に譲渡された1986年１月27日付けの米国特許出願第82
3,542号明細書（1987年９月２日に発行されたヨーロッ
パ特許出願第0234704号明細書に相当する）と、“形状
複製された表面を有するセラミック複合物物品の製造方
法及びそれにより得られる物品”という名称の、本願の
譲受人と同一の譲受人に譲渡された1986年８月13日付け
の米国特許出願第896,157号明細書とに記載されてい
る。また、消失可能なパターン物体の使用による逆形状
複製は“消失可能なパターンの逆形状複製によるセラミ
ック複合物物品の製造方法”という名称の、本願の譲受
人と同一の譲受人に譲渡された1986年９月16日付けの米
国特許出願第907,919号明細書とに記載されている。
予め選定された形状又はジオメトリを有するセラミッ
ク複合物物体又は構造物を製造する他の方法が開発され
た。これらの方法は、“成形されたセラミック複合物及
びその製造方法”という名称の、本願の譲受人と同一の
譲受人に譲渡された1986年５月８日米国特許出願第861,
025号明細書（1987年11月11日に発行されたヨーロッパ
特許出願第0245192号明細書に相当する）に記載されて
いるように、セラミックマトリックスが親金属前駆物質
の酸化により成長させられる透過性充填材の成形された
プレフォームの利用を含んでいる。このような成形され
たセラミック複合物を製造する他の方法は、セラミック
複合物構造物の形状又は幾何形態を郭定するべく選定さ
れた境界に於いて酸化反応生成物の成長を阻止又は禁止
するバリヤー手段の利用を含んでいる。この技術は、
“バリヤーの使用による成形されたセラミック複合物の
製造方法”という名称の、本願の譲受人と同一の譲受人
に譲渡された1986年１月17日付けの米国特許出願第861,
024号明細書（1987年11月11日に発行されたヨーロッパ
特許出願第0245193号明細書に相当する）に記載されて
いる。
ク複合物物体又は構造物を製造する他の方法が開発され
た。これらの方法は、“成形されたセラミック複合物及
びその製造方法”という名称の、本願の譲受人と同一の
譲受人に譲渡された1986年５月８日米国特許出願第861,
025号明細書（1987年11月11日に発行されたヨーロッパ
特許出願第0245192号明細書に相当する）に記載されて
いるように、セラミックマトリックスが親金属前駆物質
の酸化により成長させられる透過性充填材の成形された
プレフォームの利用を含んでいる。このような成形され
たセラミック複合物を製造する他の方法は、セラミック
複合物構造物の形状又は幾何形態を郭定するべく選定さ
れた境界に於いて酸化反応生成物の成長を阻止又は禁止
するバリヤー手段の利用を含んでいる。この技術は、
“バリヤーの使用による成形されたセラミック複合物の
製造方法”という名称の、本願の譲受人と同一の譲受人
に譲渡された1986年１月17日付けの米国特許出願第861,
024号明細書（1987年11月11日に発行されたヨーロッパ
特許出願第0245193号明細書に相当する）に記載されて
いる。
セラミック複合物物体又は構造物、詳細には成形され
た物体又は構造物の製造を容易にするべく親金属のリザ
ーバーを利用する方法は、酸化反応のための前駆物質と
して親金属の物体と連通している親金属のリザーバーを
設けることにより、さらに一層進歩した。親金属の供給
を補充することにより、この技術は制限された量の親金
属のみを保持し得るサイトからの酸化反応生成物の大き
い体積の成長を可能にする。リバーザー供給技術は“セ
ラミック複合物構造物を製造するリザーバー供給方法及
びそれにより製造される構造物”という名称の、本願の
譲受人と同一の譲受人に譲渡された1986年９月16日付け
の米国特許出願第908,067号明細書に開示されている。
た物体又は構造物の製造を容易にするべく親金属のリザ
ーバーを利用する方法は、酸化反応のための前駆物質と
して親金属の物体と連通している親金属のリザーバーを
設けることにより、さらに一層進歩した。親金属の供給
を補充することにより、この技術は制限された量の親金
属のみを保持し得るサイトからの酸化反応生成物の大き
い体積の成長を可能にする。リバーザー供給技術は“セ
ラミック複合物構造物を製造するリザーバー供給方法及
びそれにより製造される構造物”という名称の、本願の
譲受人と同一の譲受人に譲渡された1986年９月16日付け
の米国特許出願第908,067号明細書に開示されている。
本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された前記米国特
許出願の全てに於ける全ての開示を参照によりここに組
み入れたものとする。
許出願の全てに於ける全ての開示を参照によりここに組
み入れたものとする。
本発明では、空気に対して不透過性のセラミック複合
物モールドを得るべく、本願の譲受人と同一の譲受人に
譲渡された前記の特許出願の一つ又はそれ以上の技術に
従って、酸化反応生成物が成長させられる充填材は、金
属マトリックス複合物を得るべく溶融アルミニウム又は
マグネシウムが自発的に浸透させられる第二の充填材と
区別するため、第一の充填材と呼ばれている。多くの材
料が第一の充填材及び第二の充填材の双方として使用す
るために適しており、従って多くの場合に第一及び第二
の充填材は同一であっても相違していてよく、また典型
的に充填材はプロセス条件のもとに溶融親金属及び溶融
アルミニウム又はマグネシウムと実質的に不反応性であ
る。
物モールドを得るべく、本願の譲受人と同一の譲受人に
譲渡された前記の特許出願の一つ又はそれ以上の技術に
従って、酸化反応生成物が成長させられる充填材は、金
属マトリックス複合物を得るべく溶融アルミニウム又は
マグネシウムが自発的に浸透させられる第二の充填材と
区別するため、第一の充填材と呼ばれている。多くの材
料が第一の充填材及び第二の充填材の双方として使用す
るために適しており、従って多くの場合に第一及び第二
の充填材は同一であっても相違していてよく、また典型
的に充填材はプロセス条件のもとに溶融親金属及び溶融
アルミニウム又はマグネシウムと実質的に不反応性であ
る。
さて第５図及び第5A図を参照すると、金属マトリック
ス複合物が取り出される破砕可能なモールドとして、も
しくは金属マトリックス複合物に接合されたモールド／
構造的部材として使用するのに適したセラミック複合物
物体を製造するための組立体42が示されている。組立体
42は、実質的に円筒状であり、また（第5A図中に最も良
く見られるように）スクリーン46により郭定された内面
を有するバリヤー手段コンテナ44を含んでいる。スクリ
ーン46はそれを補強する外側の剛固な部材としての役割
をする孔明きシリンダ48のなかに入れられ、またそれに
より補強されている。孔明きステンレス鋼のような孔明
き金属シートがスクリーン46と置換されてよい。孔明き
シリンダ48はその表面を通じて孔50のパターンを有し、
また処理中に第一の充填材52の塊又は物体の形状を保つ
のに十分な剛固である。第一の充填材52はモールド可能
な充填材であってよく、すなわち第一の充填材52の床の
なかに埋め込まれている親金属の物体66の形状に順応す
る塊のなかに粒子、ウィスカー、ファイバなどを含んで
いてよい。すなわちモールド可能の第一の充填材52は円
筒状スクリーン46の内面の形状に順応する。こうしてモ
ールド可能の第一の充填材52の床は、親金属物体66によ
り内部に形成された所望の形状のキャビティを有する透
過性のプレフォームを含んでおり、キャビティは最初に
親金属物体により満たされている。代替的な実施例で
は、第一の充填材52は例えばスリップ鋳造などのような
通常の方法により、又は生型強度を得るべく適当な結合
材の追加を含んでいてよい粒子、ファイバ、粉末などの
利用により凝着塊として予成形されていてよい。このよ
うな場合、親金属は溶融状態でプレフォームのキャビテ
ィのなかへ導入されてよい。
ス複合物が取り出される破砕可能なモールドとして、も
しくは金属マトリックス複合物に接合されたモールド／
構造的部材として使用するのに適したセラミック複合物
物体を製造するための組立体42が示されている。組立体
42は、実質的に円筒状であり、また（第5A図中に最も良
く見られるように）スクリーン46により郭定された内面
を有するバリヤー手段コンテナ44を含んでいる。スクリ
ーン46はそれを補強する外側の剛固な部材としての役割
をする孔明きシリンダ48のなかに入れられ、またそれに
より補強されている。孔明きステンレス鋼のような孔明
き金属シートがスクリーン46と置換されてよい。孔明き
シリンダ48はその表面を通じて孔50のパターンを有し、
また処理中に第一の充填材52の塊又は物体の形状を保つ
のに十分な剛固である。第一の充填材52はモールド可能
な充填材であってよく、すなわち第一の充填材52の床の
なかに埋め込まれている親金属の物体66の形状に順応す
る塊のなかに粒子、ウィスカー、ファイバなどを含んで
いてよい。すなわちモールド可能の第一の充填材52は円
筒状スクリーン46の内面の形状に順応する。こうしてモ
ールド可能の第一の充填材52の床は、親金属物体66によ
り内部に形成された所望の形状のキャビティを有する透
過性のプレフォームを含んでおり、キャビティは最初に
親金属物体により満たされている。代替的な実施例で
は、第一の充填材52は例えばスリップ鋳造などのような
通常の方法により、又は生型強度を得るべく適当な結合
材の追加を含んでいてよい粒子、ファイバ、粉末などの
利用により凝着塊として予成形されていてよい。このよ
うな場合、親金属は溶融状態でプレフォームのキャビテ
ィのなかへ導入されてよい。
スクリーン46の（参照符号を付されていない）開口
は、バリヤー手段コンテナ44が周囲雰囲気の流入のため
に開いているように、シリンダ48の孔50の多くと整合し
ている。複数個のステンレス鋼アングルブレース54がシ
リンダ48の周縁の周りの間隔をおいた位置に置かれてお
り、また組立体42を構造的に補強する役割をするクラン
プリング56により所定の位置を保つ。クランプリング56
の最下端は第５図中に切欠いて示されており、また第５
図中の残りのクランプリング56及び第5A図中に示されて
いるクランプリング56は断面図で示されている。ベース
58はバリヤー手段コンテナ44の底を閉じている。親金属
のリザーバー物体60は、バリヤー手段コンテナ44の上側
部分のなかに置かれており板64により第一の充填材52の
床から隔てられている不活性材料の床62のなかに置かれ
ている。不活性材料の床62は、プロセス条件のもとに内
部の多結晶性酸化反応生成物の成長を支持しない（アル
ミニウムが親金属である時、＃90グリットE1アランダム
（ノートン・カンパニー）のような）不活性粒子状材料
の床を含んでいてよい。
は、バリヤー手段コンテナ44が周囲雰囲気の流入のため
に開いているように、シリンダ48の孔50の多くと整合し
ている。複数個のステンレス鋼アングルブレース54がシ
リンダ48の周縁の周りの間隔をおいた位置に置かれてお
り、また組立体42を構造的に補強する役割をするクラン
プリング56により所定の位置を保つ。クランプリング56
の最下端は第５図中に切欠いて示されており、また第５
図中の残りのクランプリング56及び第5A図中に示されて
いるクランプリング56は断面図で示されている。ベース
58はバリヤー手段コンテナ44の底を閉じている。親金属
のリザーバー物体60は、バリヤー手段コンテナ44の上側
部分のなかに置かれており板64により第一の充填材52の
床から隔てられている不活性材料の床62のなかに置かれ
ている。不活性材料の床62は、プロセス条件のもとに内
部の多結晶性酸化反応生成物の成長を支持しない（アル
ミニウムが親金属である時、＃90グリットE1アランダム
（ノートン・カンパニー）のような）不活性粒子状材料
の床を含んでいてよい。
板64は、第一の充填材52の床のなかに埋め込まれてい
る親金属物体66の上側部分の通過を許すべく（参照符号
を付されていない）中央孔を有する。図示されている実
施例では、親金属物体66は細長い円筒状の形状を有し、
またその上の長手方向に間隔をおかれた位置に一対の円
板状の突出部66a、66bを有する。こうして親金属物体66
は親金属のコアとして第一の充填材52の床のなかを、ま
たそれと接触して延びている。親金属の酸化反応を容易
にする一つ又はそれ以上のドーパントが親金属物体66及
び親金属のリザーバー物体60のなかに合金化されてよ
く、且つ（又は）親金属物体66に外部から与えられてよ
く、且つ（又は）少なくとも親金属物体66の付近で第一
の充填材52に与えられ又はそのなかに置かれてよい。
る親金属物体66の上側部分の通過を許すべく（参照符号
を付されていない）中央孔を有する。図示されている実
施例では、親金属物体66は細長い円筒状の形状を有し、
またその上の長手方向に間隔をおかれた位置に一対の円
板状の突出部66a、66bを有する。こうして親金属物体66
は親金属のコアとして第一の充填材52の床のなかを、ま
たそれと接触して延びている。親金属の酸化反応を容易
にする一つ又はそれ以上のドーパントが親金属物体66及
び親金属のリザーバー物体60のなかに合金化されてよ
く、且つ（又は）親金属物体66に外部から与えられてよ
く、且つ（又は）少なくとも親金属物体66の付近で第一
の充填材52に与えられ又はそのなかに置かれてよい。
親金属の融点の上から親金属から形成されるべき酸化
反応生成物の融点の下までの温度範囲内へ酸化体の存在
下に組立体42を加熱し、また組立体42を空気のような酸
化環境に露出させて温度をその範囲内に保つ時に、酸化
反応生成物が溶融親金属物体66と第一の充填材52の床と
の間の界面に形成する。本願の譲受人と同一の譲受人に
譲渡された特許出願の一つ又はそれ以上に記載されてい
るように、酸化体は固体、液体又は気体又はそれらの組
み合わせであってよい。例えば空気が、第一の充填材
（例えばアルミナ充填材と混合されたシリカ）のなかへ
組み入れられた固体の酸化体と組み合わせて使用されて
よく、また親金属は両酸化体との接触時に酸化を受け
る。親金属のリザーバー物体60から必要に応じて補充さ
れる親金属物体66からの溶融親金属は、成長する酸化反
応生成物との接触状態に保たれており、酸化反応生成物
はその成長するフロントと接触するようにスクリーン46
と第一の充填材52の床とを通って流れる酸素又は他の酸
化体気体により接触されている。周囲の酸化雰囲気は、
組立体42が置かれている炉のなかの空気を循環させるこ
とにより、例えば簡単に空気の流入のための適当な換気
装置を炉に設けることにより補充又は置換さている。酸
化反応が続くにつれて、酸化反応生成物が酸化体と先に
形成された酸化反応生成物との間の界面に於いて第一の
充填材52の床のなかに形成し続け、また反応が酸化反応
生成物のなかに第一の充填材52の床の少なくとも一部分
を埋め込むべく続けられる。
反応生成物の融点の下までの温度範囲内へ酸化体の存在
下に組立体42を加熱し、また組立体42を空気のような酸
化環境に露出させて温度をその範囲内に保つ時に、酸化
反応生成物が溶融親金属物体66と第一の充填材52の床と
の間の界面に形成する。本願の譲受人と同一の譲受人に
譲渡された特許出願の一つ又はそれ以上に記載されてい
るように、酸化体は固体、液体又は気体又はそれらの組
み合わせであってよい。例えば空気が、第一の充填材
（例えばアルミナ充填材と混合されたシリカ）のなかへ
組み入れられた固体の酸化体と組み合わせて使用されて
よく、また親金属は両酸化体との接触時に酸化を受け
る。親金属のリザーバー物体60から必要に応じて補充さ
れる親金属物体66からの溶融親金属は、成長する酸化反
応生成物との接触状態に保たれており、酸化反応生成物
はその成長するフロントと接触するようにスクリーン46
と第一の充填材52の床とを通って流れる酸素又は他の酸
化体気体により接触されている。周囲の酸化雰囲気は、
組立体42が置かれている炉のなかの空気を循環させるこ
とにより、例えば簡単に空気の流入のための適当な換気
装置を炉に設けることにより補充又は置換さている。酸
化反応が続くにつれて、酸化反応生成物が酸化体と先に
形成された酸化反応生成物との間の界面に於いて第一の
充填材52の床のなかに形成し続け、また反応が酸化反応
生成物のなかに第一の充填材52の床の少なくとも一部分
を埋め込むべく続けられる。
所望であれば、反応は、成長する酸化反応生成物が第
５図中に破線68で示されている寸法まで近似的に成長し
終わった時に終了され得る。破線68は第５図中に大体の
幾何学的精度で引かれているが、多結晶性酸化反応生成
物の適当な厚みの層が親金属物体66から成長し終わった
後に酸化反応が停止されるならば、セラミック部材の外
側形状は多少不規則的であるが、このことは結果として
得られる、金属マトリックス複合物を形成するための不
透過性モールドとしてのセラミック部材の使用に不利に
影響しないことは理解されよう。本願の譲受人と同一の
譲受人に譲渡された関連する特許出願に説明されている
ように、成長するセラミックの内面は親金属物体66の形
状を逆複製する。代替的に、焼石コウ及び炭酸カルシウ
ムを含んでいるバリヤー材料又はスクリーン46の材料の
ような材料から作られたバリヤー材料は、バリヤー部材
の内面の形状に対して逆の形状を有するセラミック材料
のシェルを形成するべく酸化反応生成物の成長を停止又
は制限するため、実質的に破線68の形状の中空のキャビ
ティを生ずるような形状にされ得る。こうして、結果と
して得られるセラミック複合物シェルの幾何学的形状
は、金属マトリックス複合物に接合された永久的な構造
的構成要素として有用なセラミック複合物シェルを作る
ように、厳密に制御され得る。第５図の実施例では、成
長させられるセラミックの外面の幾何学的形状はスクリ
ーン46の内面の形状により制御されている。
５図中に破線68で示されている寸法まで近似的に成長し
終わった時に終了され得る。破線68は第５図中に大体の
幾何学的精度で引かれているが、多結晶性酸化反応生成
物の適当な厚みの層が親金属物体66から成長し終わった
後に酸化反応が停止されるならば、セラミック部材の外
側形状は多少不規則的であるが、このことは結果として
得られる、金属マトリックス複合物を形成するための不
透過性モールドとしてのセラミック部材の使用に不利に
影響しないことは理解されよう。本願の譲受人と同一の
譲受人に譲渡された関連する特許出願に説明されている
ように、成長するセラミックの内面は親金属物体66の形
状を逆複製する。代替的に、焼石コウ及び炭酸カルシウ
ムを含んでいるバリヤー材料又はスクリーン46の材料の
ような材料から作られたバリヤー材料は、バリヤー部材
の内面の形状に対して逆の形状を有するセラミック材料
のシェルを形成するべく酸化反応生成物の成長を停止又
は制限するため、実質的に破線68の形状の中空のキャビ
ティを生ずるような形状にされ得る。こうして、結果と
して得られるセラミック複合物シェルの幾何学的形状
は、金属マトリックス複合物に接合された永久的な構造
的構成要素として有用なセラミック複合物シェルを作る
ように、厳密に制御され得る。第５図の実施例では、成
長させられるセラミックの外面の幾何学的形状はスクリ
ーン46の内面の形状により制御されている。
もしセラミック複合物シェルが簡単に、金属マトリッ
クス複合物物体が取り出されるモールドとして使用され
るならば、シェルは通常単に、十分な構造的強度を有し
且つプロセス中での使用のために不透過性であるために
必要とされる厚みで製造される。金属マトリックス複合
物物体の凝固及び冷却の後に、モールドは破砕され、ま
た金属マトリックス複合物物体から分離される。例え
ば、溶融材料と凝固し終わっているが、組立体はまだア
ルミニウム金属の融点よりも下の高められた温度、例え
ば約300〜500℃の温度にある時に、モールドで囲まれた
金属マトリックス複合物物体は水のような冷却液体のな
かへ浸漬することにより急冷され、その結果としての熱
的衝撃により金属マトリックス複合物物体を囲む薄いシ
ェルモールドが破砕され得る。代替的に、モールドは機
械的手段により破砕され得る。結果として得られる金属
マトリックス複合物の表面はモールドの内面幾何形態を
実質的に逆複製する。さらに、複合物物体からのシェル
の除去を容易にするために、金属マトリックス複合物物
体とシェルとの間の接合を避けることは有利であり得
る。
クス複合物物体が取り出されるモールドとして使用され
るならば、シェルは通常単に、十分な構造的強度を有し
且つプロセス中での使用のために不透過性であるために
必要とされる厚みで製造される。金属マトリックス複合
物物体の凝固及び冷却の後に、モールドは破砕され、ま
た金属マトリックス複合物物体から分離される。例え
ば、溶融材料と凝固し終わっているが、組立体はまだア
ルミニウム金属の融点よりも下の高められた温度、例え
ば約300〜500℃の温度にある時に、モールドで囲まれた
金属マトリックス複合物物体は水のような冷却液体のな
かへ浸漬することにより急冷され、その結果としての熱
的衝撃により金属マトリックス複合物物体を囲む薄いシ
ェルモールドが破砕され得る。代替的に、モールドは機
械的手段により破砕され得る。結果として得られる金属
マトリックス複合物の表面はモールドの内面幾何形態を
実質的に逆複製する。さらに、複合物物体からのシェル
の除去を容易にするために、金属マトリックス複合物物
体とシェルとの間の接合を避けることは有利であり得
る。
セラミック複合物シェル又は物体又はその一部分が最
終製品の構造的構成要素としての役割をする時、シェル
は金属マトリックス複合物に接合されている。セラミッ
ク構造的構成要素は所望の最終用途に対して必要とされ
る形状に予成形されていてよい。例えば、第５図及び第
5A図に示されている実施例では、酸化反応は、バリヤー
手段44が酸化反応生成物の成長を停止又は禁止する役割
をし、それにより円形シリンダとしての最終製品の外側
幾何形態を郭定するように、成長する多結晶性酸化反応
生成物のなかに第一の充填材52の床全体を埋め込むべく
続けられてよい。もしバリヤー手段がスクリーン又は孔
明き材料を含んでいるならば、結果として得られるセラ
ミックシリンダの外面は粗く又はパターン化されてい
る。シリンダの外面は機械加工、研削、研磨などをされ
てよい。代替的に、バリヤー手段44比較的滑らかな表面
を有し、それにより複合物物体に滑らかな外面を与えて
よい。例えば、（好ましくは炭酸カルシウム又はケイ酸
カルシウムと混合された）焼石コウのスラリーが床52の
境界に与えられ、またセットすることを許され得る。焼
石コウの層は多結晶性酸化反応生成物の過成長を阻止
し、またプロセスの完了後にバリヤーは例えばグリット
ブラスト、スクラップなどにより容易に除去され、それ
により比較的滑らかな表面を有する複合物を形成する。
いずれの場合にも、セラミックシェルは構造的有用性を
生ずるように、また一体構造を形成するべく金属マトリ
ックス複合物と良好な接合を生ずるように設計されてい
る。
終製品の構造的構成要素としての役割をする時、シェル
は金属マトリックス複合物に接合されている。セラミッ
ク構造的構成要素は所望の最終用途に対して必要とされ
る形状に予成形されていてよい。例えば、第５図及び第
5A図に示されている実施例では、酸化反応は、バリヤー
手段44が酸化反応生成物の成長を停止又は禁止する役割
をし、それにより円形シリンダとしての最終製品の外側
幾何形態を郭定するように、成長する多結晶性酸化反応
生成物のなかに第一の充填材52の床全体を埋め込むべく
続けられてよい。もしバリヤー手段がスクリーン又は孔
明き材料を含んでいるならば、結果として得られるセラ
ミックシリンダの外面は粗く又はパターン化されてい
る。シリンダの外面は機械加工、研削、研磨などをされ
てよい。代替的に、バリヤー手段44比較的滑らかな表面
を有し、それにより複合物物体に滑らかな外面を与えて
よい。例えば、（好ましくは炭酸カルシウム又はケイ酸
カルシウムと混合された）焼石コウのスラリーが床52の
境界に与えられ、またセットすることを許され得る。焼
石コウの層は多結晶性酸化反応生成物の過成長を阻止
し、またプロセスの完了後にバリヤーは例えばグリット
ブラスト、スクラップなどにより容易に除去され、それ
により比較的滑らかな表面を有する複合物を形成する。
いずれの場合にも、セラミックシェルは構造的有用性を
生ずるように、また一体構造を形成するべく金属マトリ
ックス複合物と良好な接合を生ずるように設計されてい
る。
もし親金属物体66が酸化反応プロセスの間にリザーバ
ー物体60から適切に補充されるならば、結果として得ら
れるスリーブ状のセラミック物体の内部は親金属のコア
で満たされる。この親金属は、まだ溶融している間に、
結果として得られるセラミックスリーブから親金属を簡
単に排出することにより除去されてよい。もし溶融親金
属のコアが再凝固を許されるならば、又はもし任意の金
属残留物が残留し且つ凝固するならば、少なくとも所望
の量の残留金属が機械加工及び（又は）アルミニウム親
金属の場合には例えば塩化水素酸の溶液による酸エッチ
ングにより除去されてよく、親金属物体66の形状を逆複
製する中空コアを有するセラミックスリーブを後に残
す。中空コアは次いで、金属マトリックス複合物を形成
するべく第二の充填材が入れられて溶融アルミニウム又
はマグネシウムと接触させられるモールドキャビティと
して使用されてよい。
ー物体60から適切に補充されるならば、結果として得ら
れるスリーブ状のセラミック物体の内部は親金属のコア
で満たされる。この親金属は、まだ溶融している間に、
結果として得られるセラミックスリーブから親金属を簡
単に排出することにより除去されてよい。もし溶融親金
属のコアが再凝固を許されるならば、又はもし任意の金
属残留物が残留し且つ凝固するならば、少なくとも所望
の量の残留金属が機械加工及び（又は）アルミニウム親
金属の場合には例えば塩化水素酸の溶液による酸エッチ
ングにより除去されてよく、親金属物体66の形状を逆複
製する中空コアを有するセラミックスリーブを後に残
す。中空コアは次いで、金属マトリックス複合物を形成
するべく第二の充填材が入れられて溶融アルミニウム又
はマグネシウムと接触させられるモールドキャビティと
して使用されてよい。
第６図ないし第８図には、消失可能なパターン物体の
利用を含んでいる方法により準備される不透過性セラミ
ック複合物モールドの準備が示されている。第６図に
は、アルミナ容器のような耐熱性容器70が示されてお
り、この容器は順応可能な第一の充填材72の床を含んで
おり、この床のなかに消失可能なパターン物体74が、第
一の充填材と消失可能なパターン物体74との間の界面に
於いて、床72の成形されたキャビティ壁を床72のなかに
郭定するべく埋め込まれている。キャビティ壁の幾何形
態は消失可能なパターン物体74の外面の幾何形態と一致
しており、その逆複製である。任意の気化可能又は燃焼
可能な材料、例えばポリスチレンフォーム又はワックス
材料から製造されていてよい消失可能なパターン物体74
はほぼ円筒状の中央部分76と、中央部分76よりも軸線方
向に短いが直径は大きい端部分78とを有する。ステンレ
ス鋼スクリーン又は孔明き鋼シリンダを含んでいてよい
適当なバリヤー手段80（必ずしも正しい尺度で示されて
いない）は準備されるべきセラミック複合物物体の境界
を確立する。代替的に、バリヤー手段80は焼石コウ及び
ケイ酸カルシウムを含んでいてよく、このバリヤー手段
は典型的に、カードボードのようなサブストレート又は
ウェブに材料のスラリーを与え且つスラリーがセットす
るのを許すことにより得られてよい。いずれの場合に
も、バリヤー手段80の構造は、酸化反応生成物の成長を
禁止し、それにより製品の境界を郭定するような構造で
ある。
利用を含んでいる方法により準備される不透過性セラミ
ック複合物モールドの準備が示されている。第６図に
は、アルミナ容器のような耐熱性容器70が示されてお
り、この容器は順応可能な第一の充填材72の床を含んで
おり、この床のなかに消失可能なパターン物体74が、第
一の充填材と消失可能なパターン物体74との間の界面に
於いて、床72の成形されたキャビティ壁を床72のなかに
郭定するべく埋め込まれている。キャビティ壁の幾何形
態は消失可能なパターン物体74の外面の幾何形態と一致
しており、その逆複製である。任意の気化可能又は燃焼
可能な材料、例えばポリスチレンフォーム又はワックス
材料から製造されていてよい消失可能なパターン物体74
はほぼ円筒状の中央部分76と、中央部分76よりも軸線方
向に短いが直径は大きい端部分78とを有する。ステンレ
ス鋼スクリーン又は孔明き鋼シリンダを含んでいてよい
適当なバリヤー手段80（必ずしも正しい尺度で示されて
いない）は準備されるべきセラミック複合物物体の境界
を確立する。代替的に、バリヤー手段80は焼石コウ及び
ケイ酸カルシウムを含んでいてよく、このバリヤー手段
は典型的に、カードボードのようなサブストレート又は
ウェブに材料のスラリーを与え且つスラリーがセットす
るのを許すことにより得られてよい。いずれの場合に
も、バリヤー手段80の構造は、酸化反応生成物の成長を
禁止し、それにより製品の境界を郭定するような構造で
ある。
第７図に示されているように、溶融親金属82は適当な
容器84から埋め込まれている消失可能なパターン物体74
の上に直接に注がれてよい。溶融親金属は消失可能なパ
ターン物体74のポリスチレンフォーム又は他の蒸発可能
な材料を蒸発させ、また蒸発させられた材料は、第一の
充填材72の床を通って、もしくは溶融親金属が加えられ
ている領域と同一の領域を上方に通って、もしくは別に
設けられていてよい排出ポート（図示せず）を通って、
組立体を出る。溶融親金属が消失可能なパターン物体74
の全てを置換した後に、組立体は親金属の融点よりも高
いが酸化反応生成物の融点よりも低い温度範囲内の成長
温度に加熱され、又はその温度に保たれる。気相の酸化
体は充填材72の透過性の床を透過し、溶接金属と接触し
て、それを酸化させて、上記のようにプレフォームを通
ってバリヤー材料80と接触するに至るまで成長する多結
晶性酸化反応生成物を形成する。所望であれば、固体の
酸化体又は液体の酸化体が床72又はバリヤー80により境
されている床の部分のなかへ組み入れられてよい。溶融
金属は床のなかで酸化体と反応し、それにより酸化反応
生成物を生成する。また、二つ又はそれ以上の酸化体
が、例えば床のなかに反応性ケイ酸を使用し且つ空気中
でプロセスを進めることにより組み合わせて使用されて
よい。必要であれば、溶融親金属82は、そのレベルを充
填材床74の頂に保つべく補充されてよい。本願の譲受人
と同一の譲受人に譲渡された前記の米国特許出願第823,
542号及び第907,919号明細書に開示されているように、
キャビティ壁が崩壊又は変形するのを防止するべく、充
填材72の床、又は少なくとも消失可能なパターン物体74
を包囲するその支持領域86は、好ましくは酸化反応温度
に近く但しそれよりも低い自己接合温度又はそれよりも
高い温度に於いて本質的に自己接合性である。こうし
て、その自己接合温度に加熱された時、第一の充填材72
又はその支持領域86は、酸化反応生成物の成長の初期段
階の間に溶融親金属を包囲している第一の充填材に適当
な機械的強度を与えるのに十分に、焼結又は他の仕方で
それ自体に接合し、また成長する酸化反応生成物に付着
する。自己接合する充填材の機械的強度は圧力差に抵抗
し、また十分な厚みのセラミック複合物材料が生成され
るまでキャビティの構造的一体性を保つ。
容器84から埋め込まれている消失可能なパターン物体74
の上に直接に注がれてよい。溶融親金属は消失可能なパ
ターン物体74のポリスチレンフォーム又は他の蒸発可能
な材料を蒸発させ、また蒸発させられた材料は、第一の
充填材72の床を通って、もしくは溶融親金属が加えられ
ている領域と同一の領域を上方に通って、もしくは別に
設けられていてよい排出ポート（図示せず）を通って、
組立体を出る。溶融親金属が消失可能なパターン物体74
の全てを置換した後に、組立体は親金属の融点よりも高
いが酸化反応生成物の融点よりも低い温度範囲内の成長
温度に加熱され、又はその温度に保たれる。気相の酸化
体は充填材72の透過性の床を透過し、溶接金属と接触し
て、それを酸化させて、上記のようにプレフォームを通
ってバリヤー材料80と接触するに至るまで成長する多結
晶性酸化反応生成物を形成する。所望であれば、固体の
酸化体又は液体の酸化体が床72又はバリヤー80により境
されている床の部分のなかへ組み入れられてよい。溶融
金属は床のなかで酸化体と反応し、それにより酸化反応
生成物を生成する。また、二つ又はそれ以上の酸化体
が、例えば床のなかに反応性ケイ酸を使用し且つ空気中
でプロセスを進めることにより組み合わせて使用されて
よい。必要であれば、溶融親金属82は、そのレベルを充
填材床74の頂に保つべく補充されてよい。本願の譲受人
と同一の譲受人に譲渡された前記の米国特許出願第823,
542号及び第907,919号明細書に開示されているように、
キャビティ壁が崩壊又は変形するのを防止するべく、充
填材72の床、又は少なくとも消失可能なパターン物体74
を包囲するその支持領域86は、好ましくは酸化反応温度
に近く但しそれよりも低い自己接合温度又はそれよりも
高い温度に於いて本質的に自己接合性である。こうし
て、その自己接合温度に加熱された時、第一の充填材72
又はその支持領域86は、酸化反応生成物の成長の初期段
階の間に溶融親金属を包囲している第一の充填材に適当
な機械的強度を与えるのに十分に、焼結又は他の仕方で
それ自体に接合し、また成長する酸化反応生成物に付着
する。自己接合する充填材の機械的強度は圧力差に抵抗
し、また十分な厚みのセラミック複合物材料が生成され
るまでキャビティの構造的一体性を保つ。
酸化反応生成物がバリヤー手段80により郭定されてい
る境界まで成長し終わった後に、残留又は未反応溶融金
属82は、プロセスにより形成されたセラミック複合物モ
ールド88（第８図）から除去されてよい。セラミック複
合物モールド88はネック部分90と、ネック部分90よりも
直径の大きいベース部分92とを有する。モールドキャビ
ティ94はモールド88のなかに郭定されており、またそれ
への近接を可能にする開口94aを有する。モールドキャ
ビティ94は消失可能なパターン物体74の幾何形態を逆複
製するものとして示されている。
る境界まで成長し終わった後に、残留又は未反応溶融金
属82は、プロセスにより形成されたセラミック複合物モ
ールド88（第８図）から除去されてよい。セラミック複
合物モールド88はネック部分90と、ネック部分90よりも
直径の大きいベース部分92とを有する。モールドキャビ
ティ94はモールド88のなかに郭定されており、またそれ
への近接を可能にする開口94aを有する。モールドキャ
ビティ94は消失可能なパターン物体74の幾何形態を逆複
製するものとして示されている。
いま第９図を参照すると、耐熱性容器96の組立体が不
活性材料98の透過性の床を有し、そのなかに固体の親金
属物体100と、第一の充填材から作られたプレフォーム1
02とが埋め込まれている他の実施例が示されている。プ
レフォーム102は、不活性材料98の床のなかでハンドリ
ング及び埋め込みに耐えることを可能にするのに十分な
生型強度を有する凝着成形された物品として形成されて
いる。こうして、第一の充填材の粒子が、適当な接合剤
を第一の充填材の粒子と混合し、またそれからプレフォ
ーム102をモールドし又は他の仕方で形成することによ
りプレフォーム102のなかへ形成されてよい。プレフォ
ーム102は一つ又は複数個の部分を含んでいてよい。例
えば、プレフォーム102のベース部分102aは、その成形
されたキャビティ壁104が所望の幾何形態のキャビティ1
06を郭定するように、ほぼカップ状であってよい。プレ
フォームのカバー部分102bはそのなかに形成された開口
106aを有し、またベース部分102aの頂に置かれている。
プレフォーム102はそれへの酸化反応生成物の成長に対
して透過性である。
活性材料98の透過性の床を有し、そのなかに固体の親金
属物体100と、第一の充填材から作られたプレフォーム1
02とが埋め込まれている他の実施例が示されている。プ
レフォーム102は、不活性材料98の床のなかでハンドリ
ング及び埋め込みに耐えることを可能にするのに十分な
生型強度を有する凝着成形された物品として形成されて
いる。こうして、第一の充填材の粒子が、適当な接合剤
を第一の充填材の粒子と混合し、またそれからプレフォ
ーム102をモールドし又は他の仕方で形成することによ
りプレフォーム102のなかへ形成されてよい。プレフォ
ーム102は一つ又は複数個の部分を含んでいてよい。例
えば、プレフォーム102のベース部分102aは、その成形
されたキャビティ壁104が所望の幾何形態のキャビティ1
06を郭定するように、ほぼカップ状であってよい。プレ
フォームのカバー部分102bはそのなかに形成された開口
106aを有し、またベース部分102aの頂に置かれている。
プレフォーム102はそれへの酸化反応生成物の成長に対
して透過性である。
第８図に示されている組立体は成長温度に加熱され
る。親金属88の融点よりも高く、それから得られる酸化
反応生成物の融点よりも低い範囲内の成長温度に加熱さ
れる。上記のように、また本願の譲受人と同一の譲受人
に譲渡された特許出願のいくつかに詳細に記載されてい
るように、不活性材料の床98は酸化反応生成物の成長を
支えず、酸化反応生成物は第一の充填材のプレフォーム
102を通って、そのなかへ成長する。操作は、モールド
キャビティ106及びそれに近接するための開口106aを有
するセラミック複合物モールドを形成するべく酸化反応
生成物のなかにプレフォーム102の全体を埋め込むのに
十分な時間にわたって行われる。酸化反応生成物の成長
を阻止するべく、（上記のような）バリヤー手段150を
設けることも必要である得る。
る。親金属88の融点よりも高く、それから得られる酸化
反応生成物の融点よりも低い範囲内の成長温度に加熱さ
れる。上記のように、また本願の譲受人と同一の譲受人
に譲渡された特許出願のいくつかに詳細に記載されてい
るように、不活性材料の床98は酸化反応生成物の成長を
支えず、酸化反応生成物は第一の充填材のプレフォーム
102を通って、そのなかへ成長する。操作は、モールド
キャビティ106及びそれに近接するための開口106aを有
するセラミック複合物モールドを形成するべく酸化反応
生成物のなかにプレフォーム102の全体を埋め込むのに
十分な時間にわたって行われる。酸化反応生成物の成長
を阻止するべく、（上記のような）バリヤー手段150を
設けることも必要である得る。
特にアルミニウム金属に関する下記の例に示されてい
るように、溶融アルミニウム金属は、不透過性のモール
ドのなかに入れられている第二の充填材の透過性の塊が
周囲雰囲気から絶縁されている時、その塊を自発的に浸
透する。一般的に、本発明に使用されるアルミニウム
は、金属マトリックス複合物物体に所望の機械的及び物
理的性質を与えるべく、種々の合金要素を含んでいてよ
い。例えば、銅添加物が、硬度及び強度を増すべく熱処
理されてよいマトリックスを形成するべくアルミニウム
金属のなかに含まれていてよい。
るように、溶融アルミニウム金属は、不透過性のモール
ドのなかに入れられている第二の充填材の透過性の塊が
周囲雰囲気から絶縁されている時、その塊を自発的に浸
透する。一般的に、本発明に使用されるアルミニウム
は、金属マトリックス複合物物体に所望の機械的及び物
理的性質を与えるべく、種々の合金要素を含んでいてよ
い。例えば、銅添加物が、硬度及び強度を増すべく熱処
理されてよいマトリックスを形成するべくアルミニウム
金属のなかに含まれていてよい。
例１ 空気に対して不透過性の円筒状の成形されたセラミッ
ク複合物物体が、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡さ
れた上記の特許出願の技術により準備された。特に、そ
れぞれ６インチ（15.2cm）の高さ及び２インチ（5.1c
m）の直径の三つの空気に対して透過性の円筒状のプレ
フォームが先ず、49.5％（重量比）の1000グリットグリ
ーン炭化ケイ素（カーボロンF1000という登録商標でニ
ューヨーク州、トナワンダのエクソロンEXKカンパニー
により供給される）と、19.8％（重量比）の“100GL"グ
リーン炭化ケイ素（イリノイ州シカゴのスーペリアー・
グラファイト・カンパニーにより供給される）と、30.7
％（重量比）の蒸留水との混合物を含んでいるスリップ
を使用してスリップ鋳造された。カーボロンF1000の平
均粒子寸法は約４μｍ、または100GLのそれは約0.8μｍ
であったスリップは先ず100GL、水、少量の“ダーヴァ
ン−7"（コネクチカット州ノーウォークのR.T.ヴァンダ
ービルト・アンド・カンパニーにより供給される）及び
少量のアルギン酸アンモニアを１時間にわたりボールミ
ルすることにより準備された。加えられたダーヴァン−
７の量は使用された水の1228gあたり近似的に1.6gであ
った。また使用されたアルギン酸アンモニアの量は使用
された水の1228gあたり近似的に4gであった。この混合
物が１時間にわたりボールミルされた後に、カーボロン
F1000全体の近似的に1/2が混合物に加えられ、またこの
新しい混合物が次いで1/2時間にわたりボールミルされ
た。この時点で、残りのカーボロンF1000が加えられ、
また混合物全体が24時間にわたりボールミルされた。24
時間の後に、pH及び粘性がチェックされ、また粘性が近
似的に200〜500CPSに、またpHが近似的に６〜７になる
まで少量のダーヴァン−７を徐々に加えることにより調
節された。このことが達成された時、最終混合物が、ス
リップとして使用される以前に、48時間にわたりボール
ミルされた。
ク複合物物体が、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡さ
れた上記の特許出願の技術により準備された。特に、そ
れぞれ６インチ（15.2cm）の高さ及び２インチ（5.1c
m）の直径の三つの空気に対して透過性の円筒状のプレ
フォームが先ず、49.5％（重量比）の1000グリットグリ
ーン炭化ケイ素（カーボロンF1000という登録商標でニ
ューヨーク州、トナワンダのエクソロンEXKカンパニー
により供給される）と、19.8％（重量比）の“100GL"グ
リーン炭化ケイ素（イリノイ州シカゴのスーペリアー・
グラファイト・カンパニーにより供給される）と、30.7
％（重量比）の蒸留水との混合物を含んでいるスリップ
を使用してスリップ鋳造された。カーボロンF1000の平
均粒子寸法は約４μｍ、または100GLのそれは約0.8μｍ
であったスリップは先ず100GL、水、少量の“ダーヴァ
ン−7"（コネクチカット州ノーウォークのR.T.ヴァンダ
ービルト・アンド・カンパニーにより供給される）及び
少量のアルギン酸アンモニアを１時間にわたりボールミ
ルすることにより準備された。加えられたダーヴァン−
７の量は使用された水の1228gあたり近似的に1.6gであ
った。また使用されたアルギン酸アンモニアの量は使用
された水の1228gあたり近似的に4gであった。この混合
物が１時間にわたりボールミルされた後に、カーボロン
F1000全体の近似的に1/2が混合物に加えられ、またこの
新しい混合物が次いで1/2時間にわたりボールミルされ
た。この時点で、残りのカーボロンF1000が加えられ、
また混合物全体が24時間にわたりボールミルされた。24
時間の後に、pH及び粘性がチェックされ、また粘性が近
似的に200〜500CPSに、またpHが近似的に６〜７になる
まで少量のダーヴァン−７を徐々に加えることにより調
節された。このことが達成された時、最終混合物が、ス
リップとして使用される以前に、48時間にわたりボール
ミルされた。
スリップから準備されたスリップ鋳造シリンダはオー
ブンのなかで90℃で乾燥され、また続いて10時間にわた
り1100℃で空気中で加熱され、また次いで周囲温度に冷
却された。加熱速度は200℃/hr、また冷却速度は約100
℃/hrであった。加熱及び冷却の後に、各シリンダの内
側が（ニュージャーシー州ベルゲンフィールドのアトラ
ンティック・エクイップメント・エンジニアーズにより
供給される）500グリットのケイ素粉末の界面被覆で被
覆された。円筒状のプレフォームの外側は、重量比で35
％の焼石コウ（オハイオ州ブルンスウィックのインター
ナショナル・インコーポレイテッドにより供給される
“ボンディクス”）のスラリーと、15％の500グリッド
“ミヌシル”（ウェストバージニア州バークレイスプリ
ングのU.S.シリカ・カンパニー）と、50％の水とを含ん
でいるバリヤー層で被覆された。準備されたプレフォー
ムは次いで抵抗加熱炉のなかで900℃に加熱され、また
続いて450gの900℃の溶融アルミニウム合金が各プレフ
ォームのなかへ注入された。アルミニウム合金は公称値
として重量比で約2.5〜3.5％Zn、３〜４％Cu、7.5〜9.5
％Si、0.8〜1.5％Fe、0.2〜0.3％Mg、及び最大で約0.5
％Mn、0.5％Ni、0.001％Be、0.01％Ca及び0.35％Sn、残
余アルミニウムを含んでいた。透過性のバリヤー及びプ
レフォームを通って拡散する空気が、多結晶性酸化反応
生成物を形成するべく溶融アルミニウム合金を酸化し
た。この酸化反応は100時間にわたり継続され、その間
に溶融合金の酸化反応生成物が各円筒状プレフォームの
なかへ成長し、またそれを実質的に完全に浸透した。10
0時間の反応時間の終了時に、残留する溶融合金は、周
囲の雰囲気に対して不透過性の中空のセラミック複合物
シリンダを形成するべく排出された。これらのシリンダ
は一端を閉じられ、また他端は開いていた。まだ900℃
にとどまっている間に、各セラミック複合物シリンダは
次いで、充填材の床の上に各シリンダのなかに100mlの
“非充填（freeboard）”体積を残すように部分的にそ
の頂の下の深さまで第二の充填材で満たされた。三つの
シリンダに使用された三つのそれぞれ第二の充填材は
（１）ノートン・カンパニーにより供給された24グリッ
ト・グリーン炭化ケイ素粒子（クライストロン39）の15
0gの床、（２）ノートン・カンパニーにより供給された
24グリット・38アランダム粒子の200gの床、（３）ペン
シルバニア州フィラデルフィアのペンシルバニア・ファ
ウンドリ・サプライ・アンド・カンパニーにより供給さ
れた100グリットサイズの二酸化ケイ素を含んでいる砂
の100gの床を含んでいた。約100ml（又は近似的に220
g）の公称的に純粋な溶融状態の1100アルミニウム合金
がシリンダのなかの第二の充填材の各床の頂の上に注が
れた。結果として得られた溶融アルミニウムの自立物体
が充填材の床の上のシリンダのなかの非充填（freeboar
d）空間を満たし、また浸透プロセスを通じてシリンダ
の唯一の開口を封じ、それにより周囲の空気から第二の
充填材の床を封じ又は絶縁した。組立体は900℃の温度
に保たれ、また第二の充填材の床のなかへの溶融アルミ
ニウム金属の自発的浸透がほとんど即時に開始し、また
通常20分以内に完了した。900℃に５時間保たれた後
に、加熱が中止され、また組立体が周囲温度に冷却する
ことを許された。金属マトリックス複合物物体が、種々
の充填材を埋め込んでいるアルミニウム合金を含んでい
るものとして得られた。しかし、第二の充填材として砂
を使用する系では、砂のなかの二酸化ケイ素の全てが、
アルミニウム及びケイ素金属を形成するべく、浸透され
たアルミニウムと反応した。この反応を通じて解放され
たケイ素金属は、アルミニウム−ケイ素合金を形成する
べく溶融アルミニウムのなかへ溶解した。すなわち、こ
の反応を通じて得られた最終の金属マトリックス複合物
物体は、アルミナ充填材を埋め込んでいるアルミニウム
−ケイ素合金を含んでいた。上記の浸透プロセスは周囲
空気雰囲気中で、外部から真空、機械的圧力、湿潤剤を
与えることなく、又は浸透を容易にする他の方策を講ず
ることなく行われた。
ブンのなかで90℃で乾燥され、また続いて10時間にわた
り1100℃で空気中で加熱され、また次いで周囲温度に冷
却された。加熱速度は200℃/hr、また冷却速度は約100
℃/hrであった。加熱及び冷却の後に、各シリンダの内
側が（ニュージャーシー州ベルゲンフィールドのアトラ
ンティック・エクイップメント・エンジニアーズにより
供給される）500グリットのケイ素粉末の界面被覆で被
覆された。円筒状のプレフォームの外側は、重量比で35
％の焼石コウ（オハイオ州ブルンスウィックのインター
ナショナル・インコーポレイテッドにより供給される
“ボンディクス”）のスラリーと、15％の500グリッド
“ミヌシル”（ウェストバージニア州バークレイスプリ
ングのU.S.シリカ・カンパニー）と、50％の水とを含ん
でいるバリヤー層で被覆された。準備されたプレフォー
ムは次いで抵抗加熱炉のなかで900℃に加熱され、また
続いて450gの900℃の溶融アルミニウム合金が各プレフ
ォームのなかへ注入された。アルミニウム合金は公称値
として重量比で約2.5〜3.5％Zn、３〜４％Cu、7.5〜9.5
％Si、0.8〜1.5％Fe、0.2〜0.3％Mg、及び最大で約0.5
％Mn、0.5％Ni、0.001％Be、0.01％Ca及び0.35％Sn、残
余アルミニウムを含んでいた。透過性のバリヤー及びプ
レフォームを通って拡散する空気が、多結晶性酸化反応
生成物を形成するべく溶融アルミニウム合金を酸化し
た。この酸化反応は100時間にわたり継続され、その間
に溶融合金の酸化反応生成物が各円筒状プレフォームの
なかへ成長し、またそれを実質的に完全に浸透した。10
0時間の反応時間の終了時に、残留する溶融合金は、周
囲の雰囲気に対して不透過性の中空のセラミック複合物
シリンダを形成するべく排出された。これらのシリンダ
は一端を閉じられ、また他端は開いていた。まだ900℃
にとどまっている間に、各セラミック複合物シリンダは
次いで、充填材の床の上に各シリンダのなかに100mlの
“非充填（freeboard）”体積を残すように部分的にそ
の頂の下の深さまで第二の充填材で満たされた。三つの
シリンダに使用された三つのそれぞれ第二の充填材は
（１）ノートン・カンパニーにより供給された24グリッ
ト・グリーン炭化ケイ素粒子（クライストロン39）の15
0gの床、（２）ノートン・カンパニーにより供給された
24グリット・38アランダム粒子の200gの床、（３）ペン
シルバニア州フィラデルフィアのペンシルバニア・ファ
ウンドリ・サプライ・アンド・カンパニーにより供給さ
れた100グリットサイズの二酸化ケイ素を含んでいる砂
の100gの床を含んでいた。約100ml（又は近似的に220
g）の公称的に純粋な溶融状態の1100アルミニウム合金
がシリンダのなかの第二の充填材の各床の頂の上に注が
れた。結果として得られた溶融アルミニウムの自立物体
が充填材の床の上のシリンダのなかの非充填（freeboar
d）空間を満たし、また浸透プロセスを通じてシリンダ
の唯一の開口を封じ、それにより周囲の空気から第二の
充填材の床を封じ又は絶縁した。組立体は900℃の温度
に保たれ、また第二の充填材の床のなかへの溶融アルミ
ニウム金属の自発的浸透がほとんど即時に開始し、また
通常20分以内に完了した。900℃に５時間保たれた後
に、加熱が中止され、また組立体が周囲温度に冷却する
ことを許された。金属マトリックス複合物物体が、種々
の充填材を埋め込んでいるアルミニウム合金を含んでい
るものとして得られた。しかし、第二の充填材として砂
を使用する系では、砂のなかの二酸化ケイ素の全てが、
アルミニウム及びケイ素金属を形成するべく、浸透され
たアルミニウムと反応した。この反応を通じて解放され
たケイ素金属は、アルミニウム−ケイ素合金を形成する
べく溶融アルミニウムのなかへ溶解した。すなわち、こ
の反応を通じて得られた最終の金属マトリックス複合物
物体は、アルミナ充填材を埋め込んでいるアルミニウム
−ケイ素合金を含んでいた。上記の浸透プロセスは周囲
空気雰囲気中で、外部から真空、機械的圧力、湿潤剤を
与えることなく、又は浸透を容易にする他の方策を講ず
ることなく行われた。
こうして例１は、同伴された空気を含んでいる充填材
床のなかへの自発的な溶融金属の浸透による金属マトリ
ックス複合物の生成を示している。浸透は第二の充填材
を入れた不透過性のモールド又はコンテナのなかで行わ
れ、前記の不透過性のモールド又はコンテナは溶融金属
により周囲に対して気密に封じられた。
床のなかへの自発的な溶融金属の浸透による金属マトリ
ックス複合物の生成を示している。浸透は第二の充填材
を入れた不透過性のモールド又はコンテナのなかで行わ
れ、前記の不透過性のモールド又はコンテナは溶融金属
により周囲に対して気密に封じられた。
例２ 150mlの多孔性粘土るつぼ（ニュージャーシー州サウ
スプレインフィールドのジェイ・エイチ．ベルゲ・カン
パニーにより製造されたDFCるつぼ＃28〜1000）が親金
属としての300gの溶融金属で満たされた。アルミニウム
合金は例１で述べられた第一のアルミニウム合金と同一
の組成を有した。るつぼ及び溶融アルミナ合金から成る
組立体が、プレフォームのなかへ溶融アルミニウム親金
属からの多結晶性酸化反応生成物を成長させるため、上
記の本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された特許出願
の技術に従って、空気雰囲気中で900℃に於いて３時間
にわたり抵抗加熱炉のなかで加熱された。残留する溶融
アルミニウム親金属は次いでるつぼから排出され、また
るつぼの内面が約１ないし2mmの深さまで多結晶性酸化
反応生成物により浸透されており、それにより空気に対
して不透過性のセラミック被覆されたるつぼを形成する
ことが観察された。溶融アルミニウム親金属がこの浸透
の間に空気及びるつぼ自体の双方と反応したことは特記
されるべきである。まだ900℃にとどまっている間に、1
30gの24グリット寸法のグリーン炭化ケイ素粒子（クラ
イストロン39）が、床の上にるつぼのなかに約60mlの非
充填（freeboard）体積を有する炭化ケイ素充填材の床
を形成するべく、るつぼの頂の下の深さまで150mlのる
つぼのなかへ置かれた。約130gの溶融した1100アルミニ
ウム（公称的に純粋）が、るつぼの開いた頂を封じ且つ
周囲空気から炭化ケイ素充填材の床を絶縁する溶融アル
ミニウムの自立物体を形成するべく、炭化ケイ素充填材
の床の頂に注がれた。満たされたるつぼは例１で述べた
炉と同一の炉のなかで900℃に加熱され、また10時間に
わたり900℃に保たれた。この時間中に溶融アルミニウ
ム金属が炭化ケイ素充填材の床全体を浸透した。組立体
は次いで、アルミニウムが凝固するのに十分に冷却する
ことを許された。まだ近似的に500℃にとどまっいる間
に、組立体全体が水のなかへ突っ込まれ、それにより、
るつぼの内面に薄いセラミック被覆を含んでいる粘土る
つぼを破砕した。炭化ケイ素粒子を埋め込んでいる1100
アルミニウム合金を含んでいる金属マトリックス複合物
が取り出され、また複合物は元の粘土るつぼの内部の形
状又は幾何形態を実質的に逆複製する外面を有した。
スプレインフィールドのジェイ・エイチ．ベルゲ・カン
パニーにより製造されたDFCるつぼ＃28〜1000）が親金
属としての300gの溶融金属で満たされた。アルミニウム
合金は例１で述べられた第一のアルミニウム合金と同一
の組成を有した。るつぼ及び溶融アルミナ合金から成る
組立体が、プレフォームのなかへ溶融アルミニウム親金
属からの多結晶性酸化反応生成物を成長させるため、上
記の本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された特許出願
の技術に従って、空気雰囲気中で900℃に於いて３時間
にわたり抵抗加熱炉のなかで加熱された。残留する溶融
アルミニウム親金属は次いでるつぼから排出され、また
るつぼの内面が約１ないし2mmの深さまで多結晶性酸化
反応生成物により浸透されており、それにより空気に対
して不透過性のセラミック被覆されたるつぼを形成する
ことが観察された。溶融アルミニウム親金属がこの浸透
の間に空気及びるつぼ自体の双方と反応したことは特記
されるべきである。まだ900℃にとどまっている間に、1
30gの24グリット寸法のグリーン炭化ケイ素粒子（クラ
イストロン39）が、床の上にるつぼのなかに約60mlの非
充填（freeboard）体積を有する炭化ケイ素充填材の床
を形成するべく、るつぼの頂の下の深さまで150mlのる
つぼのなかへ置かれた。約130gの溶融した1100アルミニ
ウム（公称的に純粋）が、るつぼの開いた頂を封じ且つ
周囲空気から炭化ケイ素充填材の床を絶縁する溶融アル
ミニウムの自立物体を形成するべく、炭化ケイ素充填材
の床の頂に注がれた。満たされたるつぼは例１で述べた
炉と同一の炉のなかで900℃に加熱され、また10時間に
わたり900℃に保たれた。この時間中に溶融アルミニウ
ム金属が炭化ケイ素充填材の床全体を浸透した。組立体
は次いで、アルミニウムが凝固するのに十分に冷却する
ことを許された。まだ近似的に500℃にとどまっいる間
に、組立体全体が水のなかへ突っ込まれ、それにより、
るつぼの内面に薄いセラミック被覆を含んでいる粘土る
つぼを破砕した。炭化ケイ素粒子を埋め込んでいる1100
アルミニウム合金を含んでいる金属マトリックス複合物
が取り出され、また複合物は元の粘土るつぼの内部の形
状又は幾何形態を実質的に逆複製する外面を有した。
例２は、粘土るつぼのような多孔性材料が、粘土るつ
ぼのなかへの酸化反応生成物の薄い層の成長により空気
に対して不透過性にされる時、モールドとして利用され
得ることを示しており、酸化反応生成物は前記の本願の
譲受人と同一の譲受人に譲渡された特許出願に従って空
気による親金属の方向付けられた酸化により形成されて
いる。結果として得られた空気に対して不透過性のセラ
ミック複合物材料の薄い層は、さもなければ透過性の粘
土るつぼを空気に対して不透過性にし、それによりるつ
ぼが不透過性の囲い及び金属マトリックス複合物材料に
対するモールドとしての役割をすることを可能にした。
ぼのなかへの酸化反応生成物の薄い層の成長により空気
に対して不透過性にされる時、モールドとして利用され
得ることを示しており、酸化反応生成物は前記の本願の
譲受人と同一の譲受人に譲渡された特許出願に従って空
気による親金属の方向付けられた酸化により形成されて
いる。結果として得られた空気に対して不透過性のセラ
ミック複合物材料の薄い層は、さもなければ透過性の粘
土るつぼを空気に対して不透過性にし、それによりるつ
ぼが不透過性の囲い及び金属マトリックス複合物材料に
対するモールドとしての役割をすることを可能にした。
例３ 例２のプロセスが、二つの異なるアルミニウム合金及
び同一の形式の第二の充填材を使用して２回繰り返され
た。第一のランでは、公称値として重量比で約2.5〜3.5
％Zn、３〜４％Cu、7.5〜9.5％Si、0.8〜1.5％Fe、0.2
〜0.3％Mg、及び最大で約0.5％Mn、0.5％Ni、0.001％B
e、0.01％Ca及び0.35％Sn、残余アルミニウムを含んで
いるアルミニウム合金が、ノートン・カンパニーにより
供給された90グリット38アランダム・アルミナ粒子を含
んでいる第二の充填材と共に使用された。アルミナ粒子
を埋め込んでいるアルミニウム合金を含んでいる金属マ
トリックス複合物が形成された。第一のランでは、公称
的に純粋な1100アルミニウム合金が90グリット38アラン
ダムの第二の充填材と共に使用された。ここでも、アル
ミナ粒子を埋め込んでいるアルミニウム合金を含んでい
る金属マトリックス複合物が形成された。この例は、例
２で使用されたグリット寸法よりも細かいグリット寸法
のアルミナ充填材材料を使用して、本発明の金属マトリ
ックス複合物を得ることが可能であることを示してい
る。さらに、この例は、このより細かいアルミナ充填材
材料を1100アルミニウム合金と共に使用して、本発明の
金属マトリックス複合物を得ることが可能であることを
示している。
び同一の形式の第二の充填材を使用して２回繰り返され
た。第一のランでは、公称値として重量比で約2.5〜3.5
％Zn、３〜４％Cu、7.5〜9.5％Si、0.8〜1.5％Fe、0.2
〜0.3％Mg、及び最大で約0.5％Mn、0.5％Ni、0.001％B
e、0.01％Ca及び0.35％Sn、残余アルミニウムを含んで
いるアルミニウム合金が、ノートン・カンパニーにより
供給された90グリット38アランダム・アルミナ粒子を含
んでいる第二の充填材と共に使用された。アルミナ粒子
を埋め込んでいるアルミニウム合金を含んでいる金属マ
トリックス複合物が形成された。第一のランでは、公称
的に純粋な1100アルミニウム合金が90グリット38アラン
ダムの第二の充填材と共に使用された。ここでも、アル
ミナ粒子を埋め込んでいるアルミニウム合金を含んでい
る金属マトリックス複合物が形成された。この例は、例
２で使用されたグリット寸法よりも細かいグリット寸法
のアルミナ充填材材料を使用して、本発明の金属マトリ
ックス複合物を得ることが可能であることを示してい
る。さらに、この例は、このより細かいアルミナ充填材
材料を1100アルミニウム合金と共に使用して、本発明の
金属マトリックス複合物を得ることが可能であることを
示している。
例４ 例１で説明されたプロセスが、100グリット・グリッ
ン炭化ケイ素粒子から成る第二の充填材を使用して繰り
返された。使用された浸透するアルミニウム合金は、重
量比で約１％のリチウムを加えられた1100アルミニウム
合金であった。炭化ケイ素粒子を埋め込んでいるアルミ
ニウム合金を含んでいる金属マトリックス複合物が、溶
融アルミニウム合金が床の頂に注がれた時点から約５分
のうちに形成された。
ン炭化ケイ素粒子から成る第二の充填材を使用して繰り
返された。使用された浸透するアルミニウム合金は、重
量比で約１％のリチウムを加えられた1100アルミニウム
合金であった。炭化ケイ素粒子を埋め込んでいるアルミ
ニウム合金を含んでいる金属マトリックス複合物が、溶
融アルミニウム合金が床の頂に注がれた時点から約５分
のうちに形成された。
この例のプロセスは、220グリット・グリッン炭化ケ
イ素粒子から成る第二の充填材を使用して繰り返され
た。ここでも、炭化ケイ素粒子を埋め込んでいるアルミ
ニウム合金を含んでいる金属マトリックス複合物が、溶
融アルミニウム合金が床の頂に注がれた時点から約５分
のうちに形成された。
イ素粒子から成る第二の充填材を使用して繰り返され
た。ここでも、炭化ケイ素粒子を埋め込んでいるアルミ
ニウム合金を含んでいる金属マトリックス複合物が、溶
融アルミニウム合金が床の頂に注がれた時点から約５分
のうちに形成された。
この例は、重量比で約１％のリチウムを加えられた11
00アルミニウム合金が浸透金属として利用される時、種
々のグリット寸法の第二の充填材材料により本発明の金
属マトリックス複合物を形成することが可能であること
を示している。
00アルミニウム合金が浸透金属として利用される時、種
々のグリット寸法の第二の充填材材料により本発明の金
属マトリックス複合物を形成することが可能であること
を示している。
例５ 以下に説明される実験の目的は、ナトリウム含有化合
物で充填材粒子を被覆することが金属マトリックス複合
物生成を容易にするか否かを判定することであった。充
填材粒子がNa2O被覆を有する220グリット・グリーン炭
化ケイ素粒子を含んでいたことを別として、例１で説明
されたプロセスが使用された。この被覆は、３〜４時間
にわたり水酸化ナトリウム溶液のなかで炭化ケイ素粒子
を先ずソーキングすることにより形成された。このよう
なソーキングは粒子上に水酸化ナトリウム被覆を形成
し、この被覆は、溶液からの取り出し及びその後の炉の
なかでの乾燥時に、実質的にNa2O被覆になった。これら
の被覆された粒子は、乾燥時に形成した群生物を除去す
るべく乳ばち及び乳棒により粉砕された。被覆された炭
化ケイ素粒子が再び粒子形態であった時、それらは次い
で例１に説明されたプロセスのなかの充填材材料として
使用された。使用された浸透するアルミニウム合金は公
称値として重量比で約2.5〜3.5％Zn、３〜４％Cu、7.5
〜9.5％Si、0.8〜1.5％Fe、0.2〜0.3％Mg、及び最大で
約0.5％Mn、0.5％Ni、0.001％Be、0.01％Ca及び0.35％S
n、残余アルミニウムを含んでいた。被覆された炭化ケ
イ素粒子を埋め込んでいるアルミニウム合金を含んでい
る金属マトリックス複合物が形成された。
物で充填材粒子を被覆することが金属マトリックス複合
物生成を容易にするか否かを判定することであった。充
填材粒子がNa2O被覆を有する220グリット・グリーン炭
化ケイ素粒子を含んでいたことを別として、例１で説明
されたプロセスが使用された。この被覆は、３〜４時間
にわたり水酸化ナトリウム溶液のなかで炭化ケイ素粒子
を先ずソーキングすることにより形成された。このよう
なソーキングは粒子上に水酸化ナトリウム被覆を形成
し、この被覆は、溶液からの取り出し及びその後の炉の
なかでの乾燥時に、実質的にNa2O被覆になった。これら
の被覆された粒子は、乾燥時に形成した群生物を除去す
るべく乳ばち及び乳棒により粉砕された。被覆された炭
化ケイ素粒子が再び粒子形態であった時、それらは次い
で例１に説明されたプロセスのなかの充填材材料として
使用された。使用された浸透するアルミニウム合金は公
称値として重量比で約2.5〜3.5％Zn、３〜４％Cu、7.5
〜9.5％Si、0.8〜1.5％Fe、0.2〜0.3％Mg、及び最大で
約0.5％Mn、0.5％Ni、0.001％Be、0.01％Ca及び0.35％S
n、残余アルミニウムを含んでいた。被覆された炭化ケ
イ素粒子を埋め込んでいるアルミニウム合金を含んでい
る金属マトリックス複合物が形成された。
上記の実験は被覆されていない200グリット・グリー
ン炭化ケイ素粒子を使用して繰り返された。アルミニウ
ム合金は炭化ケイ素粒子の床を浸透せず、従ってまた金
属マトリックス複合物は形成されなかった。この例は、
本発明のプロセスの使用により一層細かい粒子のなかへ
のアルミニウム合金の浸透を助けるべく、充填材粒子上
にNa2O被覆を使用することが可能であることを示してい
る。
ン炭化ケイ素粒子を使用して繰り返された。アルミニウ
ム合金は炭化ケイ素粒子の床を浸透せず、従ってまた金
属マトリックス複合物は形成されなかった。この例は、
本発明のプロセスの使用により一層細かい粒子のなかへ
のアルミニウム合金の浸透を助けるべく、充填材粒子上
にNa2O被覆を使用することが可能であることを示してい
る。
例６ 例１で説明されたプロセスが、54グリット・炭化ケイ
素と、約５％のマグネシウムを加えられた1100アルミニ
ウム合金とを含んでいる第二の充填材を使用して行われ
た。溶融アルミニウム合金が床の頂に注がれた時点から
５分のうちに、炭化ケイ素粒子を埋め込んでいるアルミ
ニウム合金を含んでいる金属マトリックス複合物が形成
された。上記の過程が、充填材材料として90グリット・
炭化ケイ素を使用して繰り返された。再び、溶融アルミ
ニウム合金が床の頂に注がれた時点から５分のうちに、
炭化ケイ素粒子を埋め込んでいるアルミニウム合金を含
んでいる金属マトリックス複合物が形成された。
素と、約５％のマグネシウムを加えられた1100アルミニ
ウム合金とを含んでいる第二の充填材を使用して行われ
た。溶融アルミニウム合金が床の頂に注がれた時点から
５分のうちに、炭化ケイ素粒子を埋め込んでいるアルミ
ニウム合金を含んでいる金属マトリックス複合物が形成
された。上記の過程が、充填材材料として90グリット・
炭化ケイ素を使用して繰り返された。再び、溶融アルミ
ニウム合金が床の頂に注がれた時点から５分のうちに、
炭化ケイ素粒子を埋め込んでいるアルミニウム合金を含
んでいる金属マトリックス複合物が形成された。
例７ 例１で説明されたプロセスが、浸透時間への温度の影
響を知るべく、三つのより低い浸透温度で繰り返され
た。浸透は800℃、750℃及び700℃で行われ、またた対
応する浸透時間はそれぞれ10分、40分及び90分であっ
た。この例は、充填材床のなかへの溶融金属の完全な浸
透のために必要な時間がプロセス温度の低下と共に増大
することを示している。
響を知るべく、三つのより低い浸透温度で繰り返され
た。浸透は800℃、750℃及び700℃で行われ、またた対
応する浸透時間はそれぞれ10分、40分及び90分であっ
た。この例は、充填材床のなかへの溶融金属の完全な浸
透のために必要な時間がプロセス温度の低下と共に増大
することを示している。
例８ 例１で説明されたプロセスが、90グリット・炭化ケイ
素充填材材料を使用して行われた。この充填材材料は例
２で使用された24グリット・炭化ケイ素充填材材料より
もはるかに細かかった。溶融アルミニウム合金が充填材
床の頂に注がれた時点から５分のうちに、炭化ケイ素粒
子を埋め込んでいる1100アルミニウム合金を含んでいる
金属マトリックス複合物が形成された。複合物は元の粘
土るつぼの内部の形状又は幾何形態を実質的に逆複製す
る内面を有した。この例は、より細かい等級の充填材材
料を公称的に純粋な1100アルミニウム合金と共に使用し
ても、本発明の金属マトリックス複合物を得られること
を示している。
素充填材材料を使用して行われた。この充填材材料は例
２で使用された24グリット・炭化ケイ素充填材材料より
もはるかに細かかった。溶融アルミニウム合金が充填材
床の頂に注がれた時点から５分のうちに、炭化ケイ素粒
子を埋め込んでいる1100アルミニウム合金を含んでいる
金属マトリックス複合物が形成された。複合物は元の粘
土るつぼの内部の形状又は幾何形態を実質的に逆複製す
る内面を有した。この例は、より細かい等級の充填材材
料を公称的に純粋な1100アルミニウム合金と共に使用し
ても、本発明の金属マトリックス複合物を得られること
を示している。
例９ 比較の目的で、この例の条件は、プレフォームのなか
に置かれた充填材床の気密な絶縁が行われなかったこと
を別として、本発明の方法の条件と同じである。
に置かれた充填材床の気密な絶縁が行われなかったこと
を別として、本発明の方法の条件と同じである。
A.例２で使用された近似的に100gの24グリット・グリー
ン炭化ケイ素粒子（クライストロン39、ノートン・カン
パニー）が空気に対して透過性の粘土−黒鉛るつぼ（ニ
ューヨーク州バッファロのフェロ・カンパニーにより
“＃6"粘土−黒鉛るつぼと呼ばれている）のなかに、床
の上のるつぼのなかに約90mlの非充填（freeboard）体
積を有する充填材の床を内部に形成するべくるつぼの頂
の下の深さまで置かれた。例１で説明された約150gの第
一のアルミニウム合金が炭化ケイ素充填材の床の頂に置
かれ、また組立体が抵抗加熱炉のなかに置かれ、アルミ
ニウムを溶融させるべく15時間にわたり900℃に空気中
で加熱された。十分なアルミニウム合金が、充填材の床
の頂に溶融アルミニウム金属の自立物体を保ち、こうし
て、充填材がるつぼの頂に於いてのみ溶融アルミニウム
合金により周囲空気から封じられるように、るつぼの頂
を封ずるのに使用された。900℃で15時間の後に組立体
は、アルミニウム金属合金を凝固させるべく冷却するこ
とを許された。るつぼから内容物を取り出した時、炭化
ケイ素充填材の床のなかへの溶融金属の浸透が実質的に
生起していないことが観察された。
ン炭化ケイ素粒子（クライストロン39、ノートン・カン
パニー）が空気に対して透過性の粘土−黒鉛るつぼ（ニ
ューヨーク州バッファロのフェロ・カンパニーにより
“＃6"粘土−黒鉛るつぼと呼ばれている）のなかに、床
の上のるつぼのなかに約90mlの非充填（freeboard）体
積を有する充填材の床を内部に形成するべくるつぼの頂
の下の深さまで置かれた。例１で説明された約150gの第
一のアルミニウム合金が炭化ケイ素充填材の床の頂に置
かれ、また組立体が抵抗加熱炉のなかに置かれ、アルミ
ニウムを溶融させるべく15時間にわたり900℃に空気中
で加熱された。十分なアルミニウム合金が、充填材の床
の頂に溶融アルミニウム金属の自立物体を保ち、こうし
て、充填材がるつぼの頂に於いてのみ溶融アルミニウム
合金により周囲空気から封じられるように、るつぼの頂
を封ずるのに使用された。900℃で15時間の後に組立体
は、アルミニウム金属合金を凝固させるべく冷却するこ
とを許された。るつぼから内容物を取り出した時、炭化
ケイ素充填材の床のなかへの溶融金属の浸透が実質的に
生起していないことが観察された。
B.パラグラフＡの実験が、シリンダの底にクラックを作
ることにより空気に対して透過性にされた再結晶アルミ
ナ（ペンシルバニア州ビーバーのマクダネル・レフラク
トリ・カンパニーにより供給される）の100mlのシリン
ダのなかに置かれた50gの500グリットの予熱された炭化
ケイ素粒子（クライストロン39、ノートン・カンパニ
ー）を充填材として使用することを別として、繰り返さ
れた。組立体は抵抗加熱炉のなかで900℃に加熱され、
また次いで約150gの溶融1100アルミニウム（公称的に純
粋）が、充填材の床を溶融アルミニウムの自立物体で覆
って、るつぼの開いた頂を封ずるべく、充填材の床の上
に注がれた。るつぼは、溶融アルミニウム金属が開口を
封じている状態で、900℃で５時間にわたり炉のなかに
保たれ、次いで炭化ケイ素粒子及び溶融アルミニウムが
鋼棒で攪拌された。炭化ケイ素は攪拌にもかかわらず溶
融アルミニウム金属により浸透又は湿潤されなかった。
ることにより空気に対して透過性にされた再結晶アルミ
ナ（ペンシルバニア州ビーバーのマクダネル・レフラク
トリ・カンパニーにより供給される）の100mlのシリン
ダのなかに置かれた50gの500グリットの予熱された炭化
ケイ素粒子（クライストロン39、ノートン・カンパニ
ー）を充填材として使用することを別として、繰り返さ
れた。組立体は抵抗加熱炉のなかで900℃に加熱され、
また次いで約150gの溶融1100アルミニウム（公称的に純
粋）が、充填材の床を溶融アルミニウムの自立物体で覆
って、るつぼの開いた頂を封ずるべく、充填材の床の上
に注がれた。るつぼは、溶融アルミニウム金属が開口を
封じている状態で、900℃で５時間にわたり炉のなかに
保たれ、次いで炭化ケイ素粒子及び溶融アルミニウムが
鋼棒で攪拌された。炭化ケイ素は攪拌にもかかわらず溶
融アルミニウム金属により浸透又は湿潤されなかった。
C.パラグラフＢの実験が、パラグラフＡで説明された形
式の空気に対して透過性の粘土−黒鉛るつぼのなかで繰
り返され、その内面は、例２で説明されたように、溶融
アルミニウムの酸化反応生成物がるつぼ壁のなかへの成
長するのを阻止するため、空気に対して透過性の硫酸カ
ルシウム（焼石コウ、オハイオ州ブルンスウィックのイ
ンターナショナル・インコーポレイテッドにより供給さ
れる“ボンデックス”）で被覆された。パラグラフＢと
同一の結果が得られた。すなわち、炭化ケイ素充填材マ
トリックスは溶融アルミニウム金属により浸透又は湿潤
されなかった。
式の空気に対して透過性の粘土−黒鉛るつぼのなかで繰
り返され、その内面は、例２で説明されたように、溶融
アルミニウムの酸化反応生成物がるつぼ壁のなかへの成
長するのを阻止するため、空気に対して透過性の硫酸カ
ルシウム（焼石コウ、オハイオ州ブルンスウィックのイ
ンターナショナル・インコーポレイテッドにより供給さ
れる“ボンデックス”）で被覆された。パラグラフＢと
同一の結果が得られた。すなわち、炭化ケイ素充填材マ
トリックスは溶融アルミニウム金属により浸透又は湿潤
されなかった。
D.パラグラフＢの実験が、５時間の接触時間の後に重量
比で1.5％のマグネシウムが溶融アルミニウムに合金化
されたことを例として、繰り返された。結果として得ら
れた溶融アルミニウム−マグネシウム合金は900℃で追
加的な３時間にわたり充填材と接触することを許され
た。観察により、溶融金属による炭化ケイ素充填材の浸
透又は湿潤が実質的に生起しないことが示された。
比で1.5％のマグネシウムが溶融アルミニウムに合金化
されたことを例として、繰り返された。結果として得ら
れた溶融アルミニウム−マグネシウム合金は900℃で追
加的な３時間にわたり充填材と接触することを許され
た。観察により、溶融金属による炭化ケイ素充填材の浸
透又は湿潤が実質的に生起しないことが示された。
E.パラグラフＢの実験が、50gの24グリット・グリーン
炭化ケイ素粒子（クライストロン39、ノートン・カンパ
ニー）を充填材として使用することを別として、繰り返
された。マグネシウムの代わりに、重量比で２〜３％の
ケイ素が最初の５時間の接触時間の後に溶融アルミニウ
ムに合金化された。結果として得られた溶融アルミニウ
ム−マグネシウム合金は900℃で追加的な３時間にわた
り充填材と接触することを許された。観察により、溶融
金属による炭化ケイ素充填材の湿潤又は浸透が実質的に
生起しないことが示された。
炭化ケイ素粒子（クライストロン39、ノートン・カンパ
ニー）を充填材として使用することを別として、繰り返
された。マグネシウムの代わりに、重量比で２〜３％の
ケイ素が最初の５時間の接触時間の後に溶融アルミニウ
ムに合金化された。結果として得られた溶融アルミニウ
ム−マグネシウム合金は900℃で追加的な３時間にわた
り充填材と接触することを許された。観察により、溶融
金属による炭化ケイ素充填材の湿潤又は浸透が実質的に
生起しないことが示された。
例10 この例は、金属マトリックス複合物コアを有するセラ
ミックマトリックス複合物シェルを有するカム軸の製造
方法を開示するものである。カム軸プレフォームは先
ず、焼石コウのカム軸のなかへスリップを注入すること
により準備された。焼石コウのカム軸モールドはニュー
ジャーシー州トレントンのホーランド・モールド・カン
パニーにより製造された。この例で使用されたスリップ
は例１で説明された組成と同一の組成であり、また同一
の方法により準備された。100GLの平均粒子寸法は約0.8
μｍであり、またカーボロンF1000のそれは４μｍであ
った。スリップ鋳造されたカム軸シェルプレフォームは
最小４時間にわたり90℃で観察された。より一般的な乾
燥時間は20時間であった。このプロセスにより製造され
たプレフォームは近似的に5mmの厚みであり、またそれ
らの重量はそれらの厚みに関係して380〜480gの間であ
った。これらのプレフォームは一端で閉じられ、また他
端で開いており、開いた端は漏斗状の形状を有してい
た。
ミックマトリックス複合物シェルを有するカム軸の製造
方法を開示するものである。カム軸プレフォームは先
ず、焼石コウのカム軸のなかへスリップを注入すること
により準備された。焼石コウのカム軸モールドはニュー
ジャーシー州トレントンのホーランド・モールド・カン
パニーにより製造された。この例で使用されたスリップ
は例１で説明された組成と同一の組成であり、また同一
の方法により準備された。100GLの平均粒子寸法は約0.8
μｍであり、またカーボロンF1000のそれは４μｍであ
った。スリップ鋳造されたカム軸シェルプレフォームは
最小４時間にわたり90℃で観察された。より一般的な乾
燥時間は20時間であった。このプロセスにより製造され
たプレフォームは近似的に5mmの厚みであり、またそれ
らの重量はそれらの厚みに関係して380〜480gの間であ
った。これらのプレフォームは一端で閉じられ、また他
端で開いており、開いた端は漏斗状の形状を有してい
た。
乾燥過程の完了後に、カム軸プレフォームはそれらの
閉じられた側を上に向けて炉のなかに置かれ、また1025
〜1100℃で５〜20時間にわたり加熱された。最もしばし
ば使用された加熱温度は20時間にわたる1025℃であっ
た。プレフォームを入れた炉は５時間にわたり周囲温度
から加熱温度へ高められ、またランの終了時に５時間に
わたり加熱温度から周囲温度へ冷却された。この加熱プ
ロセスの間に、各カム軸は重量を近似的に11％増した。
予加熱の間の各プレフォームの線膨張及び直径膨張は約
３％、また厚みの膨張は約８％であった。
閉じられた側を上に向けて炉のなかに置かれ、また1025
〜1100℃で５〜20時間にわたり加熱された。最もしばし
ば使用された加熱温度は20時間にわたる1025℃であっ
た。プレフォームを入れた炉は５時間にわたり周囲温度
から加熱温度へ高められ、またランの終了時に５時間に
わたり加熱温度から周囲温度へ冷却された。この加熱プ
ロセスの間に、各カム軸は重量を近似的に11％増した。
予加熱の間の各プレフォームの線膨張及び直径膨張は約
３％、また厚みの膨張は約８％であった。
加熱の後に、各プレフォームの内面全体がケイ素金属
を含有するスラリー（500グリット、ニュージャーシー
州ベルゲンフィールドのアトランティック・エクイップ
メント・エンジニアーズ）により被覆された。被覆厚み
は個々のカム軸の間で完全に無被覆から近似的に0.1イ
ンチ（0.25cm）の最大被覆まで変化した。被覆厚みは、
均等な成長及び成長速度の点で最適な被覆厚みを知るた
めに変更された。この最適な被覆厚みは近似的に0.005
インチ（0.013cm）と0.01インチ（0.025cm）との間であ
ることが知られた。プレフォームが内側をケイ素金属ス
ラリーで被覆された後に、プレフォームは乾燥され、ま
た続いて外側を、重量比で35％の焼石コウ（オハイオ州
ブルンスウィックのインターナショナル・インコーポレ
イテッドにより供給される“ボンディックス”）のスラ
リーと、15％の500グリット“ミヌシル”（ウェストバ
ージニア州バークレイスプリングのU.S.シリカ・カンパ
ニー）と、50％の蒸留水とを含んでいるスラリーで被覆
された。この第二の被覆は90℃で約２時間にわたり炉の
なかで乾燥され、また次いでプレフォームが炉のなかに
置かれて５時間にわたり周囲温度から900℃へ加熱され
た。いったん炉温度が900℃に達すると、プレフォーム
は、溶融アルミニウム合金が各プレフォームのなかへ注
入されるまで、その温度に保たれた。炉が900℃に達し
てから溶融アルミニウム合金が追加されるまでの時間は
プレフォームの間で慎重に変更された。プレフォームの
いくつかは、炉温度が900℃に達した時点のほとんど直
接に加えられた溶融アルミニウム合金を有した。炉が90
0℃に達してから溶融アルミニウム合金が追加されるま
での最大時間は４時間であった。
を含有するスラリー（500グリット、ニュージャーシー
州ベルゲンフィールドのアトランティック・エクイップ
メント・エンジニアーズ）により被覆された。被覆厚み
は個々のカム軸の間で完全に無被覆から近似的に0.1イ
ンチ（0.25cm）の最大被覆まで変化した。被覆厚みは、
均等な成長及び成長速度の点で最適な被覆厚みを知るた
めに変更された。この最適な被覆厚みは近似的に0.005
インチ（0.013cm）と0.01インチ（0.025cm）との間であ
ることが知られた。プレフォームが内側をケイ素金属ス
ラリーで被覆された後に、プレフォームは乾燥され、ま
た続いて外側を、重量比で35％の焼石コウ（オハイオ州
ブルンスウィックのインターナショナル・インコーポレ
イテッドにより供給される“ボンディックス”）のスラ
リーと、15％の500グリット“ミヌシル”（ウェストバ
ージニア州バークレイスプリングのU.S.シリカ・カンパ
ニー）と、50％の蒸留水とを含んでいるスラリーで被覆
された。この第二の被覆は90℃で約２時間にわたり炉の
なかで乾燥され、また次いでプレフォームが炉のなかに
置かれて５時間にわたり周囲温度から900℃へ加熱され
た。いったん炉温度が900℃に達すると、プレフォーム
は、溶融アルミニウム合金が各プレフォームのなかへ注
入されるまで、その温度に保たれた。炉が900℃に達し
てから溶融アルミニウム合金が追加されるまでの時間は
プレフォームの間で慎重に変更された。プレフォームの
いくつかは、炉温度が900℃に達した時点のほとんど直
接に加えられた溶融アルミニウム合金を有した。炉が90
0℃に達してから溶融アルミニウム合金が追加されるま
での最大時間は４時間であった。
各プレフォームに加えられた溶融アルミニウム合金の
量は330gであった。このアルミニウム合金は例１で説明
された第一のアルミニウム合金と同一の組成を有した。
溶融アルミニウム合金は、プレフォームが900℃で炉の
なかにある間に、プレフォームの漏斗状の開いた端のな
かへ溶融アルミニウム合金を注入することによりプレフ
ォームのなかへ導入された。開いた端の漏斗状の形状は
プレフォームのなかへの溶融金属の注入を容易にし、ま
た溶融金属に対するリザーバーを作った。空気がプレフ
ォームの透過性の壁を通過するので、溶融アルミニウム
合金は酸化された。溶融アルミニウム合金のこの酸化に
より生じた酸化反応生成物の成長は上記の本願の譲受人
と同一の譲受人に譲渡された特許出願の技術に従って各
プレフォームの壁を浸透した。成長が進行するにつれ
て、消費されたアルミニウム合金は900℃の溶融1100ア
ルミニウム合金で補充された。成長プロセスは100〜150
時間にわたり行われた。成長のほとんどは最初の30時間
で生起したが、余分の反応時間により成長相に関して一
層均等な製品が製造された。
量は330gであった。このアルミニウム合金は例１で説明
された第一のアルミニウム合金と同一の組成を有した。
溶融アルミニウム合金は、プレフォームが900℃で炉の
なかにある間に、プレフォームの漏斗状の開いた端のな
かへ溶融アルミニウム合金を注入することによりプレフ
ォームのなかへ導入された。開いた端の漏斗状の形状は
プレフォームのなかへの溶融金属の注入を容易にし、ま
た溶融金属に対するリザーバーを作った。空気がプレフ
ォームの透過性の壁を通過するので、溶融アルミニウム
合金は酸化された。溶融アルミニウム合金のこの酸化に
より生じた酸化反応生成物の成長は上記の本願の譲受人
と同一の譲受人に譲渡された特許出願の技術に従って各
プレフォームの壁を浸透した。成長が進行するにつれ
て、消費されたアルミニウム合金は900℃の溶融1100ア
ルミニウム合金で補充された。成長プロセスは100〜150
時間にわたり行われた。成長のほとんどは最初の30時間
で生起したが、余分の反応時間により成長相に関して一
層均等な製品が製造された。
酸化反応生成物がセラミック複合物カム軸を作る各プ
レフォームの壁を完全に浸透した後に、溶融アルミニウ
ム合金は、シェルがまだ900℃にとどまっている間にシ
ェルから注ぎ出された。セラミック複合物カム軸（まだ
900℃にとどまっている）は次いで第二の充填材として
の24グリット・グリーンSiC（クライストロン39、ノー
トン・カンパニー）で満たされ、また900℃の金属マト
リックス合金で覆われた。多数の金属マトリックス合金
が使用されてきた。これらはアルミニウム合金1100;例
１で説明された第一のアルミニウム合金；約0.25〜３％
のLiを加えられた1100アルミニウム合金を含んでいるア
ルミニウム合金；約0.5〜５％のMgを加えられた1100ア
ルミニウム合金を含んでいるアルミニウム合金；約0.25
〜３％のLiを加えられた例１で説明された第一のアルミ
ニウム合金を含んでいるアルミニウム合金；約0.5〜５
％のMgを加えられた1100アルミニウム合金を含んでいる
アルミニウム合金；約0.25〜３％のLiを加えられた例１
で説明された第一のアルミニウム合金を含んでいる。い
ったん各プレフォームのなかのSiC床がマトリックス合
金で覆われると、床のなかへのマトリックス合金の浸透
がほとんど即時に生起し、また約20分のうちに完了され
た。この約20分の間に、追加的なマトリックス合金が、
各床に常にマトリックス合金で覆われるように必要に応
じて各プレフォームに加えられた。浸透時間が完了した
後に、カム軸は12〜15時間にわたり周囲温度に冷却さ
れ、製品仕様を満足するように清浄化、切断且つ研削さ
れた。成長したカム軸はサンドブラストにより清浄化さ
れ、またダイアモンド研磨性切断車を使用して適当な長
さに切断された。円筒状表面の研削はレジノイド接合さ
れた100グリットのタイアモンド車を使用して行われ
た。送り速度は切断に対しては約0.002〜0.003インチ
（0.005〜0.008cm）、また研削に対しては約0.0005〜0.
0008インチ（0.0013〜0.002cm）であった。このプロセ
スにより製造されたカム軸は第10図に示されている。
レフォームの壁を完全に浸透した後に、溶融アルミニウ
ム合金は、シェルがまだ900℃にとどまっている間にシ
ェルから注ぎ出された。セラミック複合物カム軸（まだ
900℃にとどまっている）は次いで第二の充填材として
の24グリット・グリーンSiC（クライストロン39、ノー
トン・カンパニー）で満たされ、また900℃の金属マト
リックス合金で覆われた。多数の金属マトリックス合金
が使用されてきた。これらはアルミニウム合金1100;例
１で説明された第一のアルミニウム合金；約0.25〜３％
のLiを加えられた1100アルミニウム合金を含んでいるア
ルミニウム合金；約0.5〜５％のMgを加えられた1100ア
ルミニウム合金を含んでいるアルミニウム合金；約0.25
〜３％のLiを加えられた例１で説明された第一のアルミ
ニウム合金を含んでいるアルミニウム合金；約0.5〜５
％のMgを加えられた1100アルミニウム合金を含んでいる
アルミニウム合金；約0.25〜３％のLiを加えられた例１
で説明された第一のアルミニウム合金を含んでいる。い
ったん各プレフォームのなかのSiC床がマトリックス合
金で覆われると、床のなかへのマトリックス合金の浸透
がほとんど即時に生起し、また約20分のうちに完了され
た。この約20分の間に、追加的なマトリックス合金が、
各床に常にマトリックス合金で覆われるように必要に応
じて各プレフォームに加えられた。浸透時間が完了した
後に、カム軸は12〜15時間にわたり周囲温度に冷却さ
れ、製品仕様を満足するように清浄化、切断且つ研削さ
れた。成長したカム軸はサンドブラストにより清浄化さ
れ、またダイアモンド研磨性切断車を使用して適当な長
さに切断された。円筒状表面の研削はレジノイド接合さ
れた100グリットのタイアモンド車を使用して行われ
た。送り速度は切断に対しては約0.002〜0.003インチ
（0.005〜0.008cm）、また研削に対しては約0.0005〜0.
0008インチ（0.0013〜0.002cm）であった。このプロセ
スにより製造されたカム軸は第10図に示されている。
例10は、複雑で入り組んだ幾何形態を有する装置が、
セラミックマトリックス複合物シェル及び金属マトリッ
クス複合物コアを有するように、準備され得ることを示
している。セラミックマトリックス複合物シェルが先
ず、空気によるアルミニウム合金の酸化反応生成物によ
り、第一の充填材材料から成る成形されたプレフォーム
を浸透することによって準備された。次いで、金属マト
リックス複合物コアが、連行された空気を含んでいる第
二の充填材の気密に封じられた床のなかへの溶融アルミ
ニウムの自発的浸透によって準備された。第二の充填材
はセラミックマトリックス複合物シェルの中空の内部に
置かれた。この過程により、セラミックマトリックス複
合物及び金属マトリックス複合物の組み合わされた性質
を有する最終製品が得られる。
セラミックマトリックス複合物シェル及び金属マトリッ
クス複合物コアを有するように、準備され得ることを示
している。セラミックマトリックス複合物シェルが先
ず、空気によるアルミニウム合金の酸化反応生成物によ
り、第一の充填材材料から成る成形されたプレフォーム
を浸透することによって準備された。次いで、金属マト
リックス複合物コアが、連行された空気を含んでいる第
二の充填材の気密に封じられた床のなかへの溶融アルミ
ニウムの自発的浸透によって準備された。第二の充填材
はセラミックマトリックス複合物シェルの中空の内部に
置かれた。この過程により、セラミックマトリックス複
合物及び金属マトリックス複合物の組み合わされた性質
を有する最終製品が得られる。
本発明の方法は広範囲の第二の充填材、特にセラミッ
ク充填材に応用可能であり、また第二の充填材の選択
は、使用される粒子状のアルミニウム又はマグネシウム
金属、使用されるプロセス、第二の充填材の形式及び寸
法及び最終的金属マトリックス複合物製品に対して意図
される性質のような因子に関係する。好ましくは、第二
の充填材、すなわち金属マトリックス複合物に対する補
強又は強化剤はプロセス条件のもとに溶融アルミニウム
金属又はマグネシウム金属と非反応性である。適当な第
二の充填材材料は例えば（ａ）酸化物、例えばアルミ
ナ、マグネシア、チタニア、ジルコニア及びハフニア、
（ｂ）炭化物、例えば炭化ケイ素及び炭化チタン、
（ｃ）ホウ化物、例えば二ホウ化チタン、アルミニウム
ドデカーバイド、及び（ｄ）窒化物、例えば窒化アルミ
ニウム、窒化ケイ素及び窒化シリコンを含んでいる。も
し第二の充填材材料が溶融アルミニウム又はマグネシウ
ムと反応する傾向があるならば、この傾向は浸透時間及
び温度の最小化により、又は充填材の上に非反応性の被
覆を設けることにより順応され得る。第二の充填材材料
は、アタック又は劣化からサブストレートを保護するべ
くセラミック被覆を有する炭素又は他の非セラミック材
料のような材料を含んでいてよい。本発明の方法に特に
良く適しているセラミックスは粒子、プレートレット、
ウィスカー及びファイバの形態のアルミナ及び炭化ケイ
素を含んでいる。ファイバはマルチフィラメントトウの
ような不連続的なフィラメントであってよい。さらに、
第二の充填材はプレフォームの均等もしくは不均等の塊
を含んでいてよい。
ク充填材に応用可能であり、また第二の充填材の選択
は、使用される粒子状のアルミニウム又はマグネシウム
金属、使用されるプロセス、第二の充填材の形式及び寸
法及び最終的金属マトリックス複合物製品に対して意図
される性質のような因子に関係する。好ましくは、第二
の充填材、すなわち金属マトリックス複合物に対する補
強又は強化剤はプロセス条件のもとに溶融アルミニウム
金属又はマグネシウム金属と非反応性である。適当な第
二の充填材材料は例えば（ａ）酸化物、例えばアルミ
ナ、マグネシア、チタニア、ジルコニア及びハフニア、
（ｂ）炭化物、例えば炭化ケイ素及び炭化チタン、
（ｃ）ホウ化物、例えば二ホウ化チタン、アルミニウム
ドデカーバイド、及び（ｄ）窒化物、例えば窒化アルミ
ニウム、窒化ケイ素及び窒化シリコンを含んでいる。も
し第二の充填材材料が溶融アルミニウム又はマグネシウ
ムと反応する傾向があるならば、この傾向は浸透時間及
び温度の最小化により、又は充填材の上に非反応性の被
覆を設けることにより順応され得る。第二の充填材材料
は、アタック又は劣化からサブストレートを保護するべ
くセラミック被覆を有する炭素又は他の非セラミック材
料のような材料を含んでいてよい。本発明の方法に特に
良く適しているセラミックスは粒子、プレートレット、
ウィスカー及びファイバの形態のアルミナ及び炭化ケイ
素を含んでいる。ファイバはマルチフィラメントトウの
ような不連続的なフィラメントであってよい。さらに、
第二の充填材はプレフォームの均等もしくは不均等の塊
を含んでいてよい。
炭化ケイ素は炭化アルミニウムを形成するべく純粋な
溶融アルミニウムと反応する傾向があり、また、もし炭
化ケイ素が第二の充填材として使用されるならば、この
反応を阻止又は最小化することが望ましい。なぜなら
ば、炭化アルミニウムは金属マトリックス複合物物体を
弱くする可能性のある湿気によるアタックを受けやすい
からである。従って、この反応を最小化又は阻止するた
め、炭化ケイ素が、それを被覆する反応性シリカを形成
するべく空気中で予熱され得るし、またアルミニウムが
ケイ素と合金化され得るし、又はこれらの対策の双方が
講じられ得る。いずれの場合にも、効果は、炭化アルミ
ニウムを生成しないように合金のなかのケイ素含有量を
増すことである。類似の方法が他の第二の充填材との望
ましくない反応を阻止するのに使用され得る。
溶融アルミニウムと反応する傾向があり、また、もし炭
化ケイ素が第二の充填材として使用されるならば、この
反応を阻止又は最小化することが望ましい。なぜなら
ば、炭化アルミニウムは金属マトリックス複合物物体を
弱くする可能性のある湿気によるアタックを受けやすい
からである。従って、この反応を最小化又は阻止するた
め、炭化ケイ素が、それを被覆する反応性シリカを形成
するべく空気中で予熱され得るし、またアルミニウムが
ケイ素と合金化され得るし、又はこれらの対策の双方が
講じられ得る。いずれの場合にも、効果は、炭化アルミ
ニウムを生成しないように合金のなかのケイ素含有量を
増すことである。類似の方法が他の第二の充填材との望
ましくない反応を阻止するのに使用され得る。
第二の充填材の寸法及び形状は、金属マトリックス複
合物製品又は物体に望まれる性質を達成するのに必要と
され得る任意の寸法及び形状であってよい。こうして、
第二の充填材は粒子、プレートレット、ウィスカー及び
ファイバの形態であってよい。なぜならば、溶融アルミ
ニウム金属による第二の充填材の浸透は第二の充填材の
塊の形状にり制約されないからである。球、チューブレ
ット、ペレット、耐熱性ファイバクロスなどのような他
の形状が利用され得る。加えて、、より大きい粒子に対
する温度よりも高い温度及び長い時間がより小さい粒子
の塊の完全な浸透のために必要とされるけれども、第二
の充填材の寸法は浸透を制限しない。第二の充填材はそ
の流動密度であってよく、もしくは適度の密度に圧縮さ
れていてよい。
合物製品又は物体に望まれる性質を達成するのに必要と
され得る任意の寸法及び形状であってよい。こうして、
第二の充填材は粒子、プレートレット、ウィスカー及び
ファイバの形態であってよい。なぜならば、溶融アルミ
ニウム金属による第二の充填材の浸透は第二の充填材の
塊の形状にり制約されないからである。球、チューブレ
ット、ペレット、耐熱性ファイバクロスなどのような他
の形状が利用され得る。加えて、、より大きい粒子に対
する温度よりも高い温度及び長い時間がより小さい粒子
の塊の完全な浸透のために必要とされるけれども、第二
の充填材の寸法は浸透を制限しない。第二の充填材はそ
の流動密度であってよく、もしくは適度の密度に圧縮さ
れていてよい。
従来の金属マトリックス複合物テクノロジーと比較し
て、本発明は、特殊な気体雰囲気、高い圧力、高い温
度、外部から与えられる真空、又は溶融アルミニウム又
はマグネシウムを第二の充填材のなかへ強制する機械的
圧力の必要をなくす。本発明は周囲空気雰囲気のなかで
の操作を許し、また広範囲の第二の充填材、第二の充填
材のローディングの範囲及び低い多孔性によるアルミニ
ウム金属マトリックス複合物又はマグネシウムマトリッ
クス複合物の製造を可能にする。
て、本発明は、特殊な気体雰囲気、高い圧力、高い温
度、外部から与えられる真空、又は溶融アルミニウム又
はマグネシウムを第二の充填材のなかへ強制する機械的
圧力の必要をなくす。本発明は周囲空気雰囲気のなかで
の操作を許し、また広範囲の第二の充填材、第二の充填
材のローディングの範囲及び低い多孔性によるアルミニ
ウム金属マトリックス複合物又はマグネシウムマトリッ
クス複合物の製造を可能にする。
例11 この例は、成形された金属マトリックス部品を製造す
るプロセスの変形例を示している。この場合、約４″×
２″×１″（10.2cm×5.08cm×2.54cm）のフォームパタ
ーンがリーコーテ（商品名、LX−60、オハイオ州マジソ
ンのアクメ・レジン・コーポレイション）スラリーで、
パターンをリーコーテを入れたビーカーのなかに浸漬す
ることにより被覆された。パターンは続いて、その外面
に付着するリーコーテの薄い被覆を有するものとして引
き上げられた。パターンは、まだ粘着性である間に、リ
ーコーテ被覆に付着する＃90グリット38アランダムをふ
りまかれた。リーコーテ被覆を有するパターンは乾燥さ
れ、また、フォームパターン上に適当に1/8インチ（0.3
2cm）の厚みのリーコーテ／＃90グリット38アランダム
被覆を得るべく、リーコーテによる浸漬被覆及び＃90ア
ランダムふりまきの過程が何回か繰り返された。被覆さ
れたパターンは次いで乾燥され、また４時間にわたり約
900℃に加熱された。フォームパターンは加熱プロセス
の間に揮発し、こうしてフォームパターンの外側形状を
逆複製するキャビティを後に残す。
るプロセスの変形例を示している。この場合、約４″×
２″×１″（10.2cm×5.08cm×2.54cm）のフォームパタ
ーンがリーコーテ（商品名、LX−60、オハイオ州マジソ
ンのアクメ・レジン・コーポレイション）スラリーで、
パターンをリーコーテを入れたビーカーのなかに浸漬す
ることにより被覆された。パターンは続いて、その外面
に付着するリーコーテの薄い被覆を有するものとして引
き上げられた。パターンは、まだ粘着性である間に、リ
ーコーテ被覆に付着する＃90グリット38アランダムをふ
りまかれた。リーコーテ被覆を有するパターンは乾燥さ
れ、また、フォームパターン上に適当に1/8インチ（0.3
2cm）の厚みのリーコーテ／＃90グリット38アランダム
被覆を得るべく、リーコーテによる浸漬被覆及び＃90ア
ランダムふりまきの過程が何回か繰り返された。被覆さ
れたパターンは次いで乾燥され、また４時間にわたり約
900℃に加熱された。フォームパターンは加熱プロセス
の間に揮発し、こうしてフォームパターンの外側形状を
逆複製するキャビティを後に残す。
フォームの実質的に完全な揮発の後に、公称値として
重量比で約2.5〜3.5％Zn、３〜４％Cu、7.5〜9.5％Si、
0.8〜1.5％Fe、0.2〜0.3％Mg、及び最大で約0.5％Mn、
0.5％Ni、0.01％Be、0.01％Ca及び0.35％Sn、残余アル
ミニウムを含んでいる溶融親金属合金が、金属マトリッ
クス複合物物体の生成のための不透過性のモールドを得
るべく、キャビティのなかに注入され、また24時間にわ
たり酸化を受けた。こうして、モールドが上記の本願の
譲受人と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願の技術
により形成された。残留する親金属合金、すなわち酸化
反応生成物な転換されなかった親金属合金は続いて、形
成されたモールドから排出され、またモールドは近似的
に166gの24グリット炭化ケイ素（クライストロン39、ノ
ートン・カンパニー）で満たされ、また公称値として重
量比で約2.5〜3.5％Zn、３〜４％Cu、7.5〜9.5％Si、0.
8〜1.5Fe、0.2〜0.3％Mg、及び最大で約0.5％Mn、0.5％
Ni、0.01％Be、0.01％Ca及び0.35％Sn、残余アルミニウ
ムを含んでいる100gのアルミニウム合金で覆われた。こ
のアルミニウム合金は約５分の後に床を浸透し、不透過
性モールドのなかに入れられている金属マトリックス複
合物が得られた。モールド及びその内容物は550℃以下
に冷却され、また次いで、熱的衝撃により誘発される熱
応力によりモールドを破砕するべく、水のなかで急冷さ
れた。結果として得られた成形された金属マトリックス
複合物は出発フォームパターンと実質的に同一の形状を
有した。こうして、この例は複雑な形状の金属マトリッ
クス複合物を製造する方法を示している。フォームパタ
ーン又はワックスパターンの代わりに、他のパターンも
実質的に同一の結果を得るのに使用され得るであろうと
期待される。
重量比で約2.5〜3.5％Zn、３〜４％Cu、7.5〜9.5％Si、
0.8〜1.5％Fe、0.2〜0.3％Mg、及び最大で約0.5％Mn、
0.5％Ni、0.01％Be、0.01％Ca及び0.35％Sn、残余アル
ミニウムを含んでいる溶融親金属合金が、金属マトリッ
クス複合物物体の生成のための不透過性のモールドを得
るべく、キャビティのなかに注入され、また24時間にわ
たり酸化を受けた。こうして、モールドが上記の本願の
譲受人と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願の技術
により形成された。残留する親金属合金、すなわち酸化
反応生成物な転換されなかった親金属合金は続いて、形
成されたモールドから排出され、またモールドは近似的
に166gの24グリット炭化ケイ素（クライストロン39、ノ
ートン・カンパニー）で満たされ、また公称値として重
量比で約2.5〜3.5％Zn、３〜４％Cu、7.5〜9.5％Si、0.
8〜1.5Fe、0.2〜0.3％Mg、及び最大で約0.5％Mn、0.5％
Ni、0.01％Be、0.01％Ca及び0.35％Sn、残余アルミニウ
ムを含んでいる100gのアルミニウム合金で覆われた。こ
のアルミニウム合金は約５分の後に床を浸透し、不透過
性モールドのなかに入れられている金属マトリックス複
合物が得られた。モールド及びその内容物は550℃以下
に冷却され、また次いで、熱的衝撃により誘発される熱
応力によりモールドを破砕するべく、水のなかで急冷さ
れた。結果として得られた成形された金属マトリックス
複合物は出発フォームパターンと実質的に同一の形状を
有した。こうして、この例は複雑な形状の金属マトリッ
クス複合物を製造する方法を示している。フォームパタ
ーン又はワックスパターンの代わりに、他のパターンも
実質的に同一の結果を得るのに使用され得るであろうと
期待される。
例12 例12は、使用された充填材材料が＃500アランダム38
であったこと、コンテナが溶接されたステンレス鋼シリ
ンダ（２″×２″×４″（5.08cm×5.08cm×10.2cm））
であったこと、またマトリックス合金が公称値として1
2.5％Si、６％Mg、５％Znび残余Alを含んでいたことを
別として繰り返された。この場合、浸透は約２時間のう
ちに生起し、また金属は続いて冷却された。アランダム
の床がアルミニウム合金により浸透されたことが観察さ
れた。
であったこと、コンテナが溶接されたステンレス鋼シリ
ンダ（２″×２″×４″（5.08cm×5.08cm×10.2cm））
であったこと、またマトリックス合金が公称値として1
2.5％Si、６％Mg、５％Znび残余Alを含んでいたことを
別として繰り返された。この場合、浸透は約２時間のう
ちに生起し、また金属は続いて冷却された。アランダム
の床がアルミニウム合金により浸透されたことが観察さ
れた。
第１図は溶融アルミニウム物体と不透過性モールドとの
組立体の概要断面図であり、第二の充填材の塊が本発明
の一つの実施例に従って溶融アルミニウム金属により自
発的に浸透されている中間段階で示されている。 第２図は第１図に相当する図であり、セラミックスリー
ブ又はサブストレートにより包まれまたそれにより接合
されている金属マトリックス複合物を含んでいる本発明
の一つの実施例による構造物を示している。 第３図は、溶融アルミニウム金属物体と内部に第二の充
填材を有する不透過性のモールド又はシェルとの組立体
の他の実施例を示す断面図である。 第４図は、周囲空気から充填材を絶縁するべく溶融アル
ミニウムのなかに第二の充填材を浸漬することにより本
発明の他の実施例を実施するための組立体の概要立断面
図である。 第５図は、本発明のいくつかの実施例に従って金属マト
リックス複合物を鋳造するのに使用可能なモールドを製
造するための親金属及びプレフォームの組立体の概要立
断面図である。 第5A図は第５図の一部分の拡大図である。 第６図は、本発明の他の実施例に従ってセラミック複合
物モールドを製造するのに使用可能な第一の充填材のな
かに埋め込まれている消失可能なパターン物体の組立体
の概要立断面図である。 第７図は第６図に相当する図であり、セラミック複合物
モールドを製造するために第６図の組立体を使用するプ
ロセスのその後の過程を示している。 第８図は、第６図及び第７図の組立体の利用により得ら
れるセラミック複合物モールドの概要断面図である。 第９図は、本発明の他の実施例に従って金属マトリック
ス複合物を鋳造するのに使用可能な親金属と第一の充填
材のプレフォームとの組立体の概要立断面図である。 第10図は、例10に従って製造されたカム軸の写真であ
る。 10……組立体、12……モールド、14……床、16……レザ
ーバー、18……開口、20〜20″……溶融アルミニウム金
属の物体、22、22″……第二の充填材、24……シールリ
ング、26……構造物、28……金属マトリックス複合物コ
ア、30……中間物体、30a……周囲リム、30b……軸、30
c……ハブ、30d……口、32……耐熱性容器、33……溶融
アルミニウム、34……孔明きコンテナ、36……孔、38…
…ケーブル又はロッド、40……コネクタ、42……組立
体、44……バリヤー手段コンテナ、46……スクリーン、
48……孔明きシリンダ、50……孔、52……第一の充填
材、54……アングルブレース、56……クランプリング、
58……ベース、60……リザーバー物体、62……床、64…
…板、66……親金属物体、66a、66b……突出部、70……
耐熱性容器、72……第一の充填材、74……消失可能なパ
ターン物体、76……中央部、80……バリヤー材料、82…
…残留溶融金属、86……支持領域、88……セラミック複
合物モールド、90……ネック部分、92……ベース部分、
94……モールドキャビティ、96……耐熱性容器、98……
不活性材料の床、100……固体親金属物体、102……プレ
フォーム、102a……ベース片、102b……カバー片、104
……キャビティ壁、106……モールドキャビティ、106a
……開口
組立体の概要断面図であり、第二の充填材の塊が本発明
の一つの実施例に従って溶融アルミニウム金属により自
発的に浸透されている中間段階で示されている。 第２図は第１図に相当する図であり、セラミックスリー
ブ又はサブストレートにより包まれまたそれにより接合
されている金属マトリックス複合物を含んでいる本発明
の一つの実施例による構造物を示している。 第３図は、溶融アルミニウム金属物体と内部に第二の充
填材を有する不透過性のモールド又はシェルとの組立体
の他の実施例を示す断面図である。 第４図は、周囲空気から充填材を絶縁するべく溶融アル
ミニウムのなかに第二の充填材を浸漬することにより本
発明の他の実施例を実施するための組立体の概要立断面
図である。 第５図は、本発明のいくつかの実施例に従って金属マト
リックス複合物を鋳造するのに使用可能なモールドを製
造するための親金属及びプレフォームの組立体の概要立
断面図である。 第5A図は第５図の一部分の拡大図である。 第６図は、本発明の他の実施例に従ってセラミック複合
物モールドを製造するのに使用可能な第一の充填材のな
かに埋め込まれている消失可能なパターン物体の組立体
の概要立断面図である。 第７図は第６図に相当する図であり、セラミック複合物
モールドを製造するために第６図の組立体を使用するプ
ロセスのその後の過程を示している。 第８図は、第６図及び第７図の組立体の利用により得ら
れるセラミック複合物モールドの概要断面図である。 第９図は、本発明の他の実施例に従って金属マトリック
ス複合物を鋳造するのに使用可能な親金属と第一の充填
材のプレフォームとの組立体の概要立断面図である。 第10図は、例10に従って製造されたカム軸の写真であ
る。 10……組立体、12……モールド、14……床、16……レザ
ーバー、18……開口、20〜20″……溶融アルミニウム金
属の物体、22、22″……第二の充填材、24……シールリ
ング、26……構造物、28……金属マトリックス複合物コ
ア、30……中間物体、30a……周囲リム、30b……軸、30
c……ハブ、30d……口、32……耐熱性容器、33……溶融
アルミニウム、34……孔明きコンテナ、36……孔、38…
…ケーブル又はロッド、40……コネクタ、42……組立
体、44……バリヤー手段コンテナ、46……スクリーン、
48……孔明きシリンダ、50……孔、52……第一の充填
材、54……アングルブレース、56……クランプリング、
58……ベース、60……リザーバー物体、62……床、64…
…板、66……親金属物体、66a、66b……突出部、70……
耐熱性容器、72……第一の充填材、74……消失可能なパ
ターン物体、76……中央部、80……バリヤー材料、82…
…残留溶融金属、86……支持領域、88……セラミック複
合物モールド、90……ネック部分、92……ベース部分、
94……モールドキャビティ、96……耐熱性容器、98……
不活性材料の床、100……固体親金属物体、102……プレ
フォーム、102a……ベース片、102b……カバー片、104
……キャビティ壁、106……モールドキャビティ、106a
……開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 1/10 Ｃ２２Ｃ 1/10 Ｇ 47/10 47/10 (72)発明者 ヴァージル・アイリック・ジュニア アメリカ合衆国デラウエア州、ホッケシ ン、ダンテス・ドライヴ 143 (56)参考文献 特許2593889（ＪＰ，Ｂ２) 特許2546855（ＪＰ，Ｂ２) 特許2693991（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平８−32595（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 47/00 - 49/14 C22C 1/10 B22D 19/00 B22D 19/14
Claims (37)
- 【請求項１】（ａ）（ｉ）キャビティを有し、第一の充
填材から成る透過性のプレフォームを用意する過程と、 （ii）溶融親金属を前記プレフォーム及び酸化体と接触
させて、前記親金属の融点より高い温度から酸化反応生
成物の融点より低い温度までの温度範囲内で溶融親金属
を酸化体と反応させて酸化反応生成物を形成する過程
と、 （iii）前記酸化反応生成物の少なくとも一部分を前記
溶融親金属及び前記酸化体と接触しかつこれらの間に延
在する状態に保って、溶融親金属を酸化反応生成物を通
じて酸化体へ向けてまた前記プレフォームのなかへ漸進
的に引くことにより、酸化反応生成物を前記プレフォー
ムのなかで前記酸化体と先に形成された酸化反応生成物
との間の界面に於いて形成し続けさせる過程と、 （iv）前記温度範囲内で前記酸化反応を継続して、酸化
反応生成物の成長により前記プレフォームの少なくとも
一部分を前記酸化反応生成物のなかに埋め込み、それに
より前記キャビティを有する前記不透過性のモールドを
形成する過程と、 （ｖ）酸化反応生成物を形成する前記酸化体との反応を
していない余分の金属の少なくとも一部分を前記キャビ
ティから除去する過程と を含んでいる実質的に不透過性のモールドを形成する過
程と、 （ｂ）前記不透過性モールドの前記キャビティのなかに
第二の充填材により透過性材料を置き、また第二の充填
材の前記透過性材料をアルミニウム及びマグネシウムか
ら成る群から選択された少なくとも一つの溶融金属と接
触させる過程と、 （ｃ）前記少なくとも一つの溶融金属が第二の充填材の
前記透過性材料に自発的に浸透するのに十分な時間にわ
たり、モールド内容物を気密に封止する過程と、 （ｄ）過程（ｃ）の完了時に、前記少なくとも一つの溶
融金属を凝固させて金属マトリックス複合体を得る過程
と を含んでいることを特徴とする金属マトリックス複合体
の製造方法。 - 【請求項２】前記少なくとも一つの溶融金属を利用して
前記（ｃ）過程の気密封止を行なう請求項１記載の方
法。 - 【請求項３】前記第一の充填材がアルミナおよび炭化珪
素から選択され、前記親金属がアルミニウムを含み、前
記第二の充填材が炭化珪素を含み、前記過程（ｂ）の前
記少なくとも一つの溶融金属がアルミニウムを含む請求
項１または２に記載の方法。 - 【請求項４】前記過程（ａ）（iv）において、前記酸化
反応生成物内に前記キャビティを画定する前記プレフォ
ームの少なくとも一部分を埋め込む請求項1,2または３
に記載の方法。 - 【請求項５】前記過程（ａ）（ii）の前記接触が前記透
過性プレフォームの前記キャビティ内で行なわれる請求
項1,2または３に記載の方法。 - 【請求項６】前記過程（ａ）（ｖ）において、前記余分
な金属が前記キャビティから溶融親金属として取り除か
れる請求項1,2または３に記載の方法。 - 【請求項７】少なくとも１つのバリア手段を前記第１の
充填材の透過性材料に係合させて前記酸化反応生成物の
成長の少なくとも１つの境界を郭定することにより、前
記実質的に不透過性のモールドの幾何学的形状の少なく
とも１部分を郭定することを含む請求項１〜４のいずれ
か１項に記載の方法。 - 【請求項８】（ｉ）前記第１の充填材の透過性の材料が
モールド可能充填材の透過性の床を含み、（ii）逆複製
によりモールドキャビティの所望の幾何学的形状を成す
ように成形されたポジ型のパターン部分を有する親金属
の成形体を形成し、そして少なくとも前記ポジ型パター
ン部分を前記モールド可能な充填材の前記床のなかに埋
め込むことにより、前記床内に成形キャビティ壁が形成
され、（iii）その後、前記埋め込まれた親金属成形体
を前記温度範囲内に加熱して、前記成形キャビティ壁と
接触する前記溶融親金属を形成する請求項１〜３のいず
れか１項に記載の方法。 - 【請求項９】（ｉ）前記第１の充填材の透過性材料がモ
ールド可能充填材の透過性の床を含み、（ii）逆複製に
よりモールドキャビティの所望の幾何学的形状を成すよ
うに成形された廃棄可能パターン体を提供し、その廃棄
可能パターン体を前記モールド可能充填材の前記床のな
かに埋め込むことにより、前記床内にキャビティ壁が形
成され、（iii）その後、前記埋め込まれた廃棄可能パ
ターン体を前記成形キャビティ壁と接触する溶融親金属
で置換する請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１０】前記金属マトリックス複合体を前記モー
ルドから取り出す過程を含む請求項1,2または３に記載
の方法。 - 【請求項１１】前記モールドを高温にあるときに冷却液
に浸漬することにより熱衝撃で前記モールドを破壊して
前記モールドから前記金属マトリックス複合体を取り出
す請求項10に記載の方法。 - 【請求項１２】前記過程（ｄ）の固化を、前記固化する
溶融材料を前記不透過性モールドの少なくとも一部との
接触を維持することを含む結合条件下で行なうことによ
り、前記金属マトリックス複合体を前記不透過性モール
ドの少なくとも一部と一体に形成する請求項1,2または
３に記載の方法。 - 【請求項１３】前記キャビティを前記金属マトリックス
複合体により逆複製される選ばれた幾何学的形状を有す
るように成形する請求項1,2または３に記載の方法。 - 【請求項１４】前記第２充填材を少なくとも１種の酸化
物、炭化物、ホウ化物および窒化物から選択する請求項
1,2または３に記載の方法。 - 【請求項１５】前記親金属がアルミニウム親金属である
請求項1,2または３に記載の方法。 - 【請求項１６】前記酸化体が空気である請求項３または
15に記載の方法。 - 【請求項１７】前記溶融アルミニウムと前記第２充填材
の接触が700〜1000℃の温度で行なわれる請求項1,2また
は３に記載の方法。 - 【請求項１８】前記温度が850〜950℃である請求項３ま
たは17に記載の方法。 - 【請求項１９】前記溶融親金属がアルミニウムを含み、
前記第２充填材が炭化珪素粒子を含み、該炭化珪素粒子
がNa2Oで被覆されている請求項1,2または３に記載の方
法。 - 【請求項２０】（ａ）（ｉ）第一の充填材から成り、内
部にキャビティとその外面に於ける少なくとも一つの開
口とを有する透過性のプレフォームを用意する過程と、 （ii）溶融親金属を前記プレフォーム及び酸化体と接触
させて、前記親金属の融点より高い温度から酸化反応生
成物の融点より低い温度までの温度範囲内で溶融親金属
を前記酸化体と反応させる過程と、 （iii）前記酸化反応生成物の少なくとも一部分を前記
溶融親金属及び前記酸化体と接触しかつこれらの間に延
在する状態に保って、溶融親金属を酸化反応生成物を通
じて酸化体へ向けてまた前記プレフォームのなかへ漸進
的に引くことにより酸化反応生成物を前記プレフォーム
のなかで前記酸化体と先に形成させた酸化反応生成物と
の間の界面に於いて形成し続けさせる過程と、 （iv）前記温度範囲内で前記酸化反応を継続して、酸化
反応生成物の成長により前記プレフォームの少なくとも
一部分を前記酸化反応生成物のなかに埋め込み、それに
より前記キャビティ及び前記少なくとも一つの開口を有
する前記不透過性のモールドを形成する過程と、 （ｖ）酸化反応生成物を形成する前記酸化体との反応を
していない余分の金属の少なくとも一部分を前記キャビ
ティから除去する過程と、 を含んでいる実質的に不透過性のモールドを形成する過
程と、 （ｂ）前記不透過性モールドの前記キャビティのなかに
第二の充填材による透過性材料を置く過程と、 （ｃ）アルミニウム及びマグネシウムから成る群から選
択された少なくとも一つの溶融金属を少なくとも一つの
開口のなかに導入して、前記キャビティのなかの第二の
充填材の前記透過性材料を気密に封じ、またそのなかで
前記第二の充填材を前記少なくとも一つの溶融金属と接
触させて、前記少なくとも一つの溶融金属を第二の充填
材の前記透過性材料に自発的に浸透させ、かつそれによ
り、内部に前記第二の充填材を分離して含む溶融金属を
提供する過程と、 （ｄ）過程（ｃ）の完了時に、前記少なくとも一つの溶
融金属を凝固させて金属マトリックス複合体を形成する
過程と を含んでいることを特徴とする金属マトリックス複合体
の製造方法。 - 【請求項２１】前記第一の充填材がアルミナおよび炭化
珪素から選択され、前記親金属がアルミニウムを含み、
前記第二の充填材が炭化珪素を含み、前記過程（ｂ）の
前記少なくとも一つの溶融金属がアルミニウムを含む請
求項20に記載の方法。 - 【請求項２２】前記過程（ａ）（iv）において、前記酸
化反応生成物内に前記キャビティを画定する前記プレフ
ォームの少なくとも一部分を埋め込む請求項20または21
に記載の方法。 - 【請求項２３】前記過程（ａ）（ii）の前記接触が前記
透過性プレフォームの前記キャビティ内で行なわれる請
求項20または21に記載の方法。 - 【請求項２４】前記過程（ａ）（ｖ）において、前記余
分な金属が前記キャビティから溶融親金属として取り除
かれる請求項20または21に記載の方法。 - 【請求項２５】少なくとも１つのバリア手段を前記第１
の充填材の透過性材料に係合させて前記酸化反応生成物
の成長の少なくとも１つの境界を郭定することにより、
前記実質的に不透過性のモールドの幾何学的形状の少な
くとも１部分を郭定することを含む請求項20または21に
記載の方法。 - 【請求項２６】（ｉ）前記第１の充填材の透過性材料が
モールド可能充填材の透過性の床を含み、（ii）逆複製
によりモールドキャビティの所望の幾何学的形状を成す
ように成形されたポジ型のパターン部分を有する親金属
の成形体を形成し、そして少なくとも前記ポジ型パター
ン部分を前記モールド可能な充填材の前記床のなかに埋
め込むことにより、前記床内に成形キャビティ壁が形成
され、（iii）その後、前記埋め込まれた親金属成形体
を前記温度範囲内に加熱して、前記成形キャビティ壁と
接触する前記溶融親金属を形成する請求項20または21に
記載の方法。 - 【請求項２７】（ｉ）前記第１の充填材の透過性材料が
モールド可能充填材の透過性の床を含み、（ii）逆複製
によりモールドキャビティの所望の幾何学的形状を成す
ように成形された廃棄可能パターン体を提供し、その廃
棄可能パターン体を前記モールド可能充填材の前記床の
なかに埋め込むことにより、前記床内にキャビティ壁が
形成され、（iii）その後、前記埋め込まれた廃棄可能
パターン体の前記成形キャビティ壁と接触する溶融親金
属で置換する請求項20または21に記載の方法。 - 【請求項２８】前記金属マトリックス複合体を前記モー
ルドから取り出す過程を含む請求項20または21に記載の
方法。 - 【請求項２９】前記モールドを高温にあるときに冷却液
に浸漬することにより熱衝撃で前記モールドを破壊して
前記モールドから前記金属マトリックス複合体を取り出
す請求項28に記載の方法。 - 【請求項３０】前記過程（ｄ）の固化を、前記固化する
溶融材料を前記不透過性モールドの少なくとも一部との
接触を維持することを含む結合条件下で行なうことによ
り、前記金属マトリックス複合体を前記不透過性モール
ドの少なくとも一部と一体に形成する請求項20または21
に記載の方法。 - 【請求項３１】前記キャビティを前記金属マトリックス
複合体により逆複製される選ばれた幾何学的形状を有す
るように成形する請求項20または21に記載の方法。 - 【請求項３２】前記第２充填材を少なくとも１種の酸化
物、炭化物、ホウ化物および窒化物から選択する請求項
20または21に記載の方法。 - 【請求項３３】前記親金属がアルミニウム親金属である
請求項20または21に記載の方法。 - 【請求項３４】前記酸化体が空気である請求項21または
33に記載の方法。 - 【請求項３５】前記溶融アルミニウムと前記第２充填材
の接触が700〜1000℃の温度で行なわれる請求項20また
は21に記載の方法。 - 【請求項３６】前記温度が850〜950℃である請求項21ま
たは35に記載の方法。 - 【請求項３７】前記溶融親金属がアルミニウムを含み、
前記第２充填材が炭化珪素粒子を含み、該炭化珪素粒子
がNa2Oで被覆されている請求項20または21に記載の方
法。
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