JP3256218B2 - 成形された金属マトリックス複合体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属マトリックス複合体の製造に関する。詳
細には、溶融マトリックス金属が反応雰囲気の存在下で
充填材又はプレフォームと接触させられ、そして少なく
ともプロセスのある時点で、溶融マトリックス金属は、
部分的にあるいは実質的に完全に反応雰囲気と反応する
ことにより、少なくとも部分的に自己発生した真空によ
り充填材又はプレフォームに浸透する。このような自己
発生真空浸透は、外圧や真空をかけなくても生ずる。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

マトリックス金属と、セラミック粒子、ウイスカー、
繊維等の補強又は強化相を含有する複合体製品は、強化
相の若干の剛さと耐摩耗性と金属マトリックスの延性と
靱性とを併せ持つことから、種々の用途に用いられる可
能性が大いにある。一般的に、金属マトリックス複合体
は、一体形のマトリックス金属に対して、強度、剛さ、
耐接触摩耗性及び高温強度保持等の性質の向上を示す
が、一定の性質が向上する度合いは、主に、特定の成
分、体積分率又は重量分率、そして複合体を形成する際
にどのように処理されるかにより決まる。ある場合に
は、複合体がマトリックス金属自体よりも重量が小さい
こともある。粒状、小板状又はウイスカー状の炭化珪素
等のセラミックで強化したアルミニウムマトリックス複
合体は、アルミニウムよりも剛さ、耐摩耗性及び高温強
度が高いことから注目されている。

アルミニウムマトリックス複合体の加工については、
圧力鋳造、真空鋳造、攪拌及び湿潤剤を使用する粉末冶
金法及び液体・金属浸透法を基本とした方法をはじめと
して種々の金属プロセスが報告されている。

粉末冶金法の場合、粉末形態の金属及び粉末、ウイス
カー、チョップトファイバー等の形態の強化材を混合
後、コールドプレスと焼結を行うか、ホットプレスをす
る。従来のプロセスを用いた粉末冶金法による金属マト
リックス複合体の製造では、得られる製品の特性に関し
てある種の制限がある。複合体中のセラミック相の体積
分率は、粒状の場合には、典型的に約40％に限定され
る。また、プレス操作により、得られる実際のサイズが
限定される。続いて処理（例えば、成形又は機械加工）
をしないか、複雑なプレスをしないときには、比較的単
純な製品形状しか可能でない。また、焼結中に不均一収
縮が生じることがあるだけでなく、コンパクトにおける
凝離及び粒子成長により不均一なミクロ構造が生じるこ
ともある。

1976年７月20日に付与されたジェイ・シー・キャンネ
ル（J.C.Cannell）等による米国特許第3,970,136号に
は、所定のパターンの繊維配列を有する繊維強化材、例
えば、炭化珪素又はアルミナウイスカーを含有せしめた
金属マトリックス複合体の形成方法が記載されている。
この複合体は、共面繊維の平行マット又はフェルトを、
鋳型内に配置して、マットの少なくとも一部分の間に溶
融マトリックス金属、例えば、アルミニウムの溜がくる
ようにし、そして圧力を加えて溶融金属をマットに浸透
させるとともに、配列した繊維を取り囲むようにさせ
る。溶融金属をマットのスタック上に注ぐと同時に、圧
力下でマット間に流入させる。複合体中の強化繊維の約
50体積％まで充填されたことが報告されている。

上記した浸透プロセスは、繊維マットのスタックを通
して溶融マトリックス金属を押し入れることから、圧力
誘導流動プロセスのバラツキが起こる、即ち、マトリッ
クス形成、多孔率等が不均一になる恐れがある。たとえ
溶融金属が繊維配列内の複数の部位に導入することがで
きるとしても、性質が不均一になる可能性がある。その
結果、マット／溜配列と流路を複雑にして、繊維マット
に適度で且つ均一に浸透するようにすることが必要とな
る。また、前記圧力浸透法では、大きなマット体積に浸
透させることは本質的に困難であることから、マトリッ
クス体積分率に対して比較的低い強化しか得られない。
さらに、加圧下で溶融金属を含有せしめる必要があり、
プロセス費用が高くなる。最後に、整列した粒子又は繊
維への浸透に限定される上記のプロセスは、ランダムに
配列した粒子、ウイスカー又は繊維の形態の材料で強化
された金属マトリックス複合体の形成を意図していな
い。

アルミニウムマトリックス・アルミナ充填複合体の加
工では、アルミニウムは容易にアミナを湿潤せず、凝集
生成物を形成することが困難となる。他のマトリックス
金属と充填材との組み合わせについても同様のことが言
える。この問題については、種々の解決法が提案されて
いる。このうちの一つとして、アルミナを金属（例え
ば、ニッケル又はタングステン）で被覆後、アルミニウ
ムといっしょにホットプレスを行うことが挙げられる。
別の手法では、アルミニウムをリチウムと合金し、そし
てアルミナをシリカで被覆できるとしている。しかしな
がら、これらの複合体が性質のバラツキを示すか、被膜
が充填材を粉化することがあるか、マトリックスがその
性質に影響を及ぼすことのあるリチウムを含有する。

アール・ダブリュ・グリムシャー（R.W.Grimshaw）等
による米国特許第4,232,091号により、アルミニウム・
アルミナ複合体の製造に伴う当該技術分野でのある種の
困難を克服できる。この特許には、75〜375kg/cm²の圧
力を加えて、700〜1050℃に予熱したアルミナの繊維マ
ット又はウイスカーに溶融アルミニウム（又は溶融アル
ミニウム合金）を押し入れることが記載されている。得
られた固形注型物中の金属に対するアルミナの最大体積
比は1/4であった。浸透が外圧に依存するので、このプ
ロセスは、キャンネル（Cannel）等の方法と同様の多く
の欠陥がある。

ヨーロッパ特許出願公開第115,742号には、予備成形
アルミナマトリックスのボイドを溶融アルミニウムで充
填することにより、とりわけ電解槽として有用なアルミ
ニウム・アルミナ複合体を製造することについての記載
がある。この特許出願では、アルミナがアルミニウムに
より湿潤されず、したがって、プレフォーム全体にわた
って、アルミナを湿潤させるために種々の手法が用いら
れることが強調されている。例えば、アルミナを、チタ
ン、ジルコニウム、ハフニウム又はニオブの二ホウ化物
からなる湿潤剤か、金属、即ち、リチウム、マグネシウ
ム、カルシウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッ
ケル、ジルコニウム又はハフニウムで被覆する。アルゴ
ン等の不活性雰囲気を用いて湿潤を容易にする。また、
この特許出願には、圧力を加えて溶融アルミニウムを未
被覆マトリックスに浸透させることも示されている。こ
の態様では、細孔を排気後、不活性雰囲気、アルゴン中
で溶融金属に圧力を加えることにより浸透が達成され
る。また、プレフォームは、気相アルミニウム蒸着によ
り表面を湿潤させてから、溶融アルミニウムをボイドに
浸透させて充填することにより浸透を行うことができ
る。プレフォームの細孔にアルミニウムを確実に保持さ
せるためには、真空中かアルゴン中で、例えば、1400〜
1800℃で熱処理する必要がある。このようにしないと、
圧力浸透材料が気体に暴露されるか、浸透圧力を取り除
くと、物体からアルミニウムが損失する。

電解槽におけるアルミナ成分に溶融金属を浸透させる
ために湿潤剤を用いることは、ヨーロッパ特許出願公開
第94353号にも示されている。この特許出願には、セル
ライナー又は支持体として陰極電流フィーダーを有する
電解槽を用いて電解採取によりアルミニウムを製造する
ことが記載されている。溶融氷晶石からこの支持体を保
護するために、湿潤剤と溶解抑制剤との混合物の薄い被
膜を、電解槽の運転開始に先立ちアルミナ支持体に適用
するか、電解プロセスにより製造される溶融アルミニウ
ム中に浸漬させながらアルミナ支持体に適用する。湿潤
剤としては、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、珪
素、マグネシウム、バナジウム、クロム、ニオブ又はカ
ルシウムが開示され、チタンが好ましい湿潤剤として記
載されている。また、ホウ素化合物、炭素化合物及び窒
素化合物が、湿潤剤の溶融アルミニウムへの溶解を抑制
するのに有用であると記載されている。この特許出願
は、金属マトリックス複合体の製造を教示していない。

加圧及び湿潤剤の使用に加えて、真空にすると多孔性
セラミックコンパクトへの溶融アルミニウムの浸透が促
進されることも開示されている。例えば、1973年２月27
日に付与されたアール・エル・ランディングハム（Land
ingham）による米国特許第3,718,441号には、10^-6トー
ル未満の真空下でセラミックコンパクト（例えば、炭化
ホウ素、アルミナ及びベリリア）に溶融アルミニウム、
ベリリウム、マグネシウム、チタン、バナジウム、ニッ
ケル又はクロムを浸透させることが報告されている。10
^-2〜10^-6トールの真空では、溶融金属によるセラミック
の湿潤が悪く、金属がセラミックのボイドスペースに自
由に流れ込まなかったが、真空を10^-6トール未満に減少
させると湿潤が改善されたと記載されている。

また、1975年２月４日に付与されたジー・イー・ガッ
ザ（G.E.Gazza）等による米国特許第3,864,154号にも、
真空を用いて浸透を行うことが示されている。この特許
には、AlB₁₂粉末のコールドプレスコンパクトをコール
ドプレスアルミニウム粉末の床上に装填することが記載
されている。装填後、AlB₁₂粉末コンパクトの上部にア
ルミニウムをさらに配置する。AlB₁₂コンパクトをアル
ミニウム粉末層間に「サンドイッチ」した状態で装填し
たルツボを、真空炉内に配置する。この真空炉を約10^-5
トールに排気してガス抜きする。次に、温度を1100℃に
上昇させ、その温度で３時間維持する。これらの条件
で、溶融アルミニウムが多孔性AlB₁₂コンパクトに浸透
する。

繊維、ワイヤー、粉末、ウイスカー等の強化材を含有
する複合材料の製造方法が、1982年２月３日に公開され
たヨーロッパ特許出願公開第045,002号〔出願人：ドノ
モト（Donomoto）〕に開示されている。複合材料は、雰
囲気及び溶融金属（例えば、マグネシウム又はアルミニ
ウム）とは反応しない多孔性強化材（例えば、整列した
アルミナ繊維、炭素繊維又はホウ素繊維）を開口部を有
する容器内に配置し、実質的に純粋な酸素を容器内に吹
き込んだ後、容器を溶融金属プールに浸漬させることに
より、溶融金属を強化材の隙間に浸透させることにより
製造される。この特許出願には、溶融金属は容器内に存
在する酸素と反応して金属の固形酸化体を形成すること
により容器内を真空にして強化材の隙間を介して溶融金
属を引きよせ、そして容器内に引き込むことが開示され
ている。また、この特許出願は、別の実施態様におい
て、酸素ゲッター元素（例えば、マグネシウム）を容器
内に配置して容器内の酸素と反応させて真空を作り出
し、溶融金属を50kg/cm²アルゴンで加圧することとあい
まって、強化材（例えば、整列炭素繊維）で充填した容
器内に溶融金属（例えば、アルミニウム）を引き込む。

1975年２月18日に付与されたジェイ・ジェイ・オット
（J.J.Ott）等による米国特許第3,867,177号には、まず
多孔体を「活性剤金属（activator metal）」と接触さ
せた後「フィラー金属（filler metal）」中に浸漬する
ことにより、多孔体に金属を含浸させる方法が開示され
ている。即ち、以下で説明するレッディング（Reding）
等による特許第3,364,976号の方法により、充填剤の多
孔性マット又はコンパクト体を溶融活性剤に浸漬する。
このときの浸漬は、多孔体の隙間に溶融活性剤金属が完
全に充填されるのに十分な時間行う。ついで、活性剤金
属が凝固したら、複合体を第二金属に完全に浸漬し、そ
して第二金属が活性剤金属に所望の程度置換するのに十
分な時間維持する。次に、形成した物体を冷却する。ま
た、多孔体内からフィラー金属を少なくとも部分的に除
去し、所望量の置換金属が多孔体に溶解又は拡散するに
十分な時間再び多孔体を部分的又は完全に溶融置換金属
に浸漬することにより、フィラー金属を少なくとも第三
金属と置換することも可能である。得られる物体は、充
填材間の隙間に金属間化合物も含有している。活性剤金
属を利用して所望の組成物を有する複合体を形成するこ
とを含む多段階法を利用することは、時間と金の両方の
面で高くつく。さらに、例えば、金属の適合性（即ち、
溶解度、融点、反応性等）に基づく処理に限定すると、
所望の目的のために材料の特性を合わせることが制限さ
れる。

1970年９月22日に付与されたジー・デー・ローレンス
（G.D.Lawrence）による米国特許第3,529,655号には、
マグネシウム又はマグネシウム合金と炭化珪素ウイスカ
ーとの複合体の形成方法が開示されている。即ち、大気
に開放された少なくとも一つの開口部を有する鋳型でそ
の内容積部に炭化珪素を入れたものを、鋳型の全ての開
口部が溶融マグネシウムの表面下となるように溶融マグ
ネシウム浴に浸漬する。このときの浸漬は、マグネシウ
ムが鋳型のキャビティーの残りの容積部を満たすに十分
な時間行う。溶融金属が鋳型のキャビティーに侵入する
につれて、鋳型内に存在する空気と反応して少量の酸化
マグネシウムと窒化マグネシウムを形成することにより
真空を生じさせて、キャビティー内及び炭化珪素のウイ
スカー間にさらなる溶融金属を引き込ませる。ついで、
充填鋳型を溶融マグネシウム浴から取り出し、鋳型内の
マグネシウムを固化させる。

1968年１月23日に付与されたジョン・エヌ・レッディ
ング（John N.Reding）等による米国特許第3,364,976号
には、物体中に自己発生真空を生じさせて物体中への溶
融金属の浸透を高めることが開示されている。即ち、物
体、例えば、黒鉛型、鋼型又は多孔性耐火材料を溶融金
属、例えば、マグネシウム、マグネシウム合金又はアル
ミニウム合金に完全に沈める。鋳型の場合には、溶融金
属と反応性である気体、例えば、空気を満たしたキャビ
ティーは、鋳型の少なくとも１個のオリフィスを介して
外部に位置している溶融金属と連通している。鋳型を溶
融体に沈めるとき、キャビティー内の気体と溶融金属と
の間の反応から真空が発生したときにキャビティーへの
充填が生じる。詳細には、真空は、金属の固形酸化体の
生成により生じる。

1968年８月13日に付与されたジョン・エヌ・レッディ
ング二世（John N.Reding,Jr）等による米国特許第3,39
6,777号には、自己発生真空を生じさせて充填体に溶融
金属の浸透を高めることが開示されている。即ち、この
特許には、一端を大気に開放していている鋼製容器又は
鉄製容器を開示している。この容器には粒状の多孔性固
体、例えば、コークス又は鉄が入っており、そして開放
端には、多孔性固体フィラーの粒度よりも小さな直径の
パーホレーション又は貫通穴を有するふたがしてある。
また、この容器は、溶融金属、例えば、マグネシウム、
アルミニウム等と少なくとも部分的に反応する固体フィ
ラーの細孔内に雰囲気、例えば、空気を収容している。
容器のふたは、空気が容器に入るのを防ぐのに十分な距
離だけ溶融金属の表面下に浸漬し、そして容器内の雰囲
気が溶融金属と反応して固体生成物を生成するのに十分
な時間溶融金属の表面下に保つ。この雰囲気と溶融金属
との間の反応により、容器と多孔性固体内に低圧又はか
なりの真空を生じさせ、溶融金属を容器内及び多孔性固
体の細孔に引き込む。

レッディング二世の方法は、ヨーロッパ特許第045,00
2号に開示されている方法並びに米国特許第3,867,177
号、第3,529,655号及び第3,364,976号に開示されている
方法に多少関連がある。これらの特許の開示内容は本発
明に利用できる。即ち、上記のレッディング二世の特許
では、溶融金属浴を設け、この溶融金属浴に、充填材を
中に入れてある容器を、キャビティー内の気体と溶融金
属との間の反応を誘発し、そしてキャビティーを溶融金
属でシールするのに十分な深さに浸漬する。この特許に
おける別の態様では、周囲空気と接触すると溶融状態で
酸化されるマトリックス金属の溶融浴の表面を、保護層
又はフラックスで覆う。容器を溶融金属にさせるとき、
このフラックスは脇のほうに移動させられるが、フラッ
クス由来の異物は、溶融マトリックス金属浴並びに／又
は浸透を受ける容器及び多孔性固体材料に取り込まれ
る。このような汚染はたとえ非常に低いレベルであって
も、容器内の真空の生成に有害であるばかりでなく、得
られる複合体の物性にも有害である。さらに、容器を溶
融マトリックス金属浴から取り出し、そして過剰のマト
リックス金属を容器から排出させるとき、重力により浸
透物体からマトリックス金属が損失することがある。

したがって、上記の利点を維持したまま、外部から適
用する圧力若しくは真空の使用、害のある湿潤剤又は溶
融マトリックス金属プールの使用に頼らない金属マトリ
ックス複合体の簡単で信頼性のある製造方法が長く求め
られていた。さらに、金属マトリックス複合体を製造す
るのに必要とする最終機械加工操作が最小ですむ製造方
法が長く求められていた。本発明は、標準大気圧下で反
応性雰囲気（例えば、空気、窒素、酸素等）の存在下で
プレフォームに成形できる材料（例えば、セラミック材
料）に溶融マトリックス金属（例えば、アルミニウム、
マグネシウム、青銅、銅、鋳鉄等）を浸透させるための
自己発生真空の生成を含むプロセスを提供することによ
り上記及び他の必要性を満足させるものである。

本出願人による関連特許及び特許出願 セラミックマトリックス複合体型内に入れられている
通気性フィラー素材の浸透により金属マトリックス複合
体を形成する新規な方法が、本出願人所有の米国特許出
願第142,385号〔出願日:1988年１月11日、発明者：ドウ
ィベディ（Dwivedi）等、発明の名称：「金属マトリッ
クス複合体の製造方法（Method of Making Metal Matri
x Composites）」、現在米国で許可済〕対応特開平２−
197368号に開示されている。ドウィベディ等の発明の方
法によれば、溶融前駆体金属又は母材金属を酸化剤で指
向性酸化をして多結晶酸化反応生成物を発現又は成長さ
せ、適当なフィラー（「第一フィラー（first fille
r）」と称する）を含有するプレフォームの少なくとも
一部分を埋め込むことにより鋳型が形成される。その
後、形成したセラミックマトリックス複合体からなる鋳
型に第二フィラーを供給し、第二フィラーと鋳型を溶融
金属と接触させ、そして最も一般的には少なくとも一種
の溶融金属を鋳型をシールする入口又は開口部に導入す
ることにより鋳型の内容物を密封する。密封した成層に
は、閉じ込められた空気を含んでいることがあるが、閉
じ込められた空気と鋳型の内容物を隔離又はシールして
外部空気又は周囲空気を排除又は遮断する。気密環境を
提供することにより、適度の溶融金属温度で第二フィラ
ーの効果的浸透がなされ、したがって、湿潤剤、溶融マ
トリックス金属における特殊な合金成分、機械的圧力の
適用、真空の適用、特殊な気体雰囲気又は他の浸透手段
の必要性がなくなる。

上記で説明した本出願人所有の特許出願には、セラミ
ックマトリックス複合体に密着させることのできる金属
マトリックス複合体の製造方法及び該方法から製造され
る新規な物体が記載されている。この本出願人所有の特
許出願の開示内容全体は、本発明に利用できる。

ドウィベディ（Dwivedi）他の方法は、“自己発生真
空プロセスによる金属マトリックス複合体の製造方法及
び該方法により製造した製品”と称する米国出願第07/3
81,523号（1989年７月18日に出願済）〔対応特開平３−
138328号〕にてカントナー（Kantner）他により改良さ
れる。カントナー他の方法によれば、不通気性容器が製
作され、充填材又はプレフォームが容器に配置される。
次にマトリックス金属が溶融され容器内にて充填材又は
プレフォームと接触される。次いで周囲雰囲気を充填材
又はプレフォーム内の反応性雰囲気から隔離するために
シール手段が形成される。自己発生真空が次いで容器内
に形成され、溶融マトリックス金属が充填材又はプレフ
ォームに浸透する。この後マトリックス金属は冷却され
（例えば指向的に固化され）、そして形成した金属マト
リックス複合体は容器から取出される。カントナー他は
ここに公開される本発明での使用に適した多数のマトリ
ックス金属及び充填材の組合せを示している。

カントナー他による別の発明は、“自己発生真空技術
によるマクロ複合体の製造法及び該方法により製造した
製品”と称する米国同時係属出願第07/383,935号（1989
年７月21日出願）〔対応特開平３−138329号〕に示され
ている。このカントナー他出願の方法によれば、上記特
許出願第07/381,523号に記述されているのと同じ反応系
が用いられる。しかし、本発明においては、浸透に先立
って充填材又はプレフォームは少なくとも一つの第二物
質と隣接され又は接触されて、充填材又はプレフォーム
の浸透の後に浸透物質は少なくとも第二物質の一部と結
合されてマクロ複合体を形成する。

上述の同時係属出願は、金属マトリックス複合体の製
造方法及び該方法により製造される新規な複合体（金属
マトリックス複合体及びマクロ複合体）を記述する。こ
れらの出願の開示内容は特に参考としてここに取り入れ
られる。

〔課題を解決する手段、作用及び発明の効果〕

本発明の方法では、不通気性容器に配置されている充
填材の通気性素材又はプレフォームに溶融マトリックス
金属が浸透する新規な自己発生真空法により新規な金属
マトリックス複合体が製造される。即ち、溶融マトリッ
クス金属と反応性雰囲気は、両方とも、プロセス中の少
なくともある時点で通気性素材と連通しており、接触す
ると、反応性雰囲気とマトリックス金属及び／若しくは
充填材又はプレフォーム及び／若しくは不通気性容器と
の間に真空が発生し、溶融マトリックス金属が充填材又
はプレフォームに浸透する。

第一の好ましい実施態様では、不通気性容器と、その
中に入れてあり反応性雰囲気の存在下で溶融マトリック
ス金属と接触している充填材と、周囲雰囲気から反応系
をシールするためのシール手段を含んでいる反応系が提
供される。反応雰囲気は、部分的又は実質的に完全に溶
融マトリックス金属及び／又は充填材及び／又は不通気
性容器と反応して真空を発生することのできる反応生成
物を生成することにより、溶融マトリックス金属を少な
くとも部分的に充填材に引き込む。反応性雰囲気と、溶
融マトリックス金属及び／又は充填材及び／又は不通気
性容器とが関与する反応は、溶融マトリックス金属が部
分的又は実質的に完全に充填材又はプレフォームに浸透
するに十分な時間継続することができる。マトリックス
金属とは異なる組成を有する反応系をシールするための
外部シール手段を設けてもよい。

別の好ましい実施態様では、マトリックス金属が周囲
雰囲気と反応して、周囲雰囲気から反応系をシールする
マトリックス金属とは異なる組成の内部的化学シール手
段を形成してもよい。

本発明のさらなる実施態様では、反応系をシールため
の外部シール手段を設けるのではなく、不通気性容器を
湿潤しているマトリックス金属により内部物理的シール
を形成して、反応系を周囲雰囲気からシールしてもよ
い。さらに、マトリックス金属による不通気性容器の湿
潤を容易にする合金添加物をマトリックス金属に含有せ
しめて、反応系を周囲雰囲気からシールすることができ
る。

別の好ましい実施態様では、充填材が少なくとも部分
的に反応性雰囲気と反応して、溶融マトリックス金属を
充填材又はプレフォームに引き込む真空を生じさせても
よい。さらに、添加物を充填材に含有せしめ、その充填
材を部分的又は実質的に完全に反応性雰囲気と反応し
て、真空を生じさせるとともに、得られる物体の性質を
高めることができる。さらに、充填材及びマトリックス
金属の他や、充填材及びマトリックス金属の代わりに、
不通気性容器が少なくとも部分的に反応性雰囲気と反応
して真空を発生させてもよい。

定義 本明細書及び特許請求の範囲に用いられている用語を
以下に定義する。

本明細書で用いられる用語「合金側（Alloy Side）」
とは、溶融金属が充填材の通気性素材又はプレフォーム
に浸透する前に最初に溶融マトリックス金属に接触した
金属マトリックス複合体の面を意味する。

本明細書で用いられる用語「アルミニウム（Aluminu
m）」とは、実質的に純粋な金属（例えば、比較的純粋
な市販の未合金アルミニウム）又は鉄、珪素、銅、マグ
ネシウム、マンガン、クロム、亜鉛等の不純物及び／又
は合金成分を有する市販の金属等の他のグレードの金属
及び金属合金を意味するとともにそれらを含む。

本明細書で用いられる用語「周囲雰囲気（Ambient At
mosphere）」とは、充填材又はプレフォーム及び不通気
性容器の外の雰囲気を意味する。周囲雰囲気は、反応性
雰囲気と同様の成分を有していてもよいし、反応性雰囲
気と異なる成分を有していてもよい。

金属マトリックス複合体に関連して本明細書で用いら
れる用語「バリヤー（Barrier）」又は「バリヤー手段
（Barrier means）」とは、充填材の通気性素材又はプ
レフォームの表面境界を超えて溶融マトリックス金属が
移行、移動等するのを妨害、阻止、防止又は終了させる
いずれかの適当な手段を意味する。この場合の表面境界
は前記バリヤー手段によって形成される。適当なバリヤ
ー手段としては、プロセス条件下でかなりの団結性を維
持し、そして実質的に揮発性でない（即ち、バリヤー材
は、バリヤーとして機能しない程度には揮発しない）材
料、化合物、元素、組成物等が挙げられる。

さらに、適当な「バリヤー手段」は、バリヤー手段の
湿潤がバリヤー材の表面を超えて相当に進行しない限
り、用いられるプロセス条件下で移行している溶融マト
リックス金属により湿潤されるか、湿潤されない材料も
含む。この種のバリヤーは、溶融マトリックス金属に対
して実質的にほとんど親和性を示さないと思われ、そし
て充填材の素材又はプレフォームの表面境界を超えて溶
融マトリックス金属が移動するのはバリヤー手段により
防止又は阻止される。得られる金属マトリックス複合体
生成物の表面の少なくとも一部分を形成するために必要
なことのある最終機械加工又は研削をバリヤーにより減
少させることができる。

本明細書で用いられる用語「青銅（Bronze）」とは、
鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、珪素、ベリリウム、マグ
ネシウム及び／又は鉛を含んでいてもよい銅高含有合金
を意味するとともに、それを含む。青銅合金の具体例と
しては、銅の割合が約90重量％であり、珪素の割合が約
６重量％であり、そして鉄の割合で約３重量％である合
金が挙げられる。

本明細書で用いられる用語「カーカス（Carcass）」
又は「マトリックス金属のカーカス（Carcass of Matri
x Metal）」とは、金属マトリックス複合体の生成中に
消費されず、典型的には、もし冷却すると形成された金
属マトリックス複合体と少なくとも部分的に接触した状
態のままとなる残存しているマトリックス金属の原物体
を意味する。このカーカスは、第二金属又は外来金属も
含んでいてもよい。

本明細書で用いられる用語「鋳鉄（Cast Iron）」と
は、炭素の割合が少なくとも約２重量％である鋳造合金
鉄族を意味する。

本明細書で用いられる用語「銅（Copper）」とは、工
業グレードの実質的に純粋な金属、例えば、種々の量の
不純物を有する99重量％銅を意味する。さらに、銅と
は、青銅の定義には入らず、そして主成分として銅を含
有する合金又は金属間化合物である金属も意味する。

本明細書で用いられる用語「充填材又はフィラー（Fi
ller）」とは、マトリックス金属とは実質的に反応せず
及び／又はマトリックス金属に対して限定された溶解度
を有し、そして単相又は多相でよい単一成分又は成分の
混合物を含む。フィラーは、粉末、フレーク、小板状、
小球体、ウイスカー、バブル等の多種多様の形態で用い
ることができ、そして緻密でも多孔性でもよい。また、
「フィラー」は、繊維、チョップトファイバー、粒状
物、ウイスカー、バブル、球体、ファイバーマット等の
形態のアルミナ又は炭化珪素等のセラミックフィラーび
炭素を、例えば、溶融アルミニウムマトリックス金属に
よる攻撃から保護するためにアルミナ又は炭化珪素で被
覆した炭素繊維等のセラミック被覆フィラーも含む。ま
た、フィラーは金属も含む。

本明細書で用いられる用語「不通気性容器（Impermea
ble Container）」とは、プロセス条件下で反応性雰囲
気及び充填材（又はプレフォーム）及び／又は溶融マト
リックス金属及び／又はシール手段を収容又は含み、そ
して周囲雰囲気と反応性雰囲気との間に圧力差が生じる
ように、容器を通ってガス又は蒸気物質が移動するには
十分に不透過性であることのできる容器を意味する。

本明細書で用いられる用語「マトリックス金属（Matr
ix Metal）」又は「マトリックス金属合金（Matrix Met
al Alloy）」は、金属マトリックス複合体を形成するの
に利用（例えば、浸透前）される金属及び／又は充填材
と混ぜ合わせて金属マトリックス複合体を形成する（例
えば、浸透後）金属を意味する。規定される金属がマト
リックス金属として述べられているときには、このよう
なマトリックス金属は実質的に純粋な金属、不純物及び
／又は合金成分を有する市販の金属、金属が主成分であ
る金属間化合物又は合金の形態の金属を含む。

本明細書で用いられる用語「金属マトリックス複合体
（Metal Matrix Composite）」又は「MMC」とは、プレ
フォーム又は充填材を埋め込んだ二次元的又は三次元的
に連続している合金又はマトリックス金属を含有する材
料を意味する。マトリックス金属は、得られる複合体に
具体的に望まれる機械的性質及び物理的性質を付与する
種々の合金元素を含んでいてもよい。

本明細書で用いられる用語「マトリックス金属とは異
なる金属（A Metal Different from the Matrix Meta
l）」とは、マトリックス金属と同じ金属を主要成分と
して含有しない金属を意味する（例えば、マトリックス
金属の主要成分がアルミニウムの場合、「異なる金属」
は、例えば、ニッケルを主要成分として有することがで
きる）。

本明細書で用いられる用語「プレフォーム（Prefor
m）」又は「通気性プレフォーム（Permeable Prefor
m）」とは、マトリックス金属の浸透のための境界を実
質的に形成する少なくとも一つの表面境界を用いて製造
されるフィラー又は充填材の多孔性素材を意味する。こ
のような素材は、十分な形状の保全性及び生強度を保持
して、マトリックス金属により浸透される前に外部手段
なしで寸法信頼性を付与する。この素材は、マトリック
ス金属が浸透するのに十分な多孔性を有していなければ
ならない。プレフォームは、典型的には、均一又は不均
一なフィラーの接合アレー又はアレンジメント（bonded
array or arrangement）を含み、そして適当な材料
（例えば、セラミック及び／又は金属の粒状物、粉末、
繊維、ウイスカー等並びにそれらの組み合わせ）を含ん
でいてもよい。プレフォームは、単一体で存在していて
も、組立体で存在していてもよい。

本明細書で用いられる用語「反応系（Reaction Syste
m）」とは、溶融マトリックス金属の充填材又はプレフ
ォームへの自己発生真空浸透を示す材料の組み合わせを
意味する。反応系は、充填材の通気性素材又はプレフォ
ームと、反応雰囲気と、マトリックス金属とを中に有す
る不通気性容器を少なくとも含んでいる。

本明細書で用いられる用語「反応性雰囲気（Reactive
Atmosphere）」とは、マトリックス金属及び／又は充
填材（又はプレフォーム）及び／又は不通気性容器と反
応して自己発生真空を生成することにより、自己発生真
空の生成後に溶融マトリックス金属が充填材（又はプレ
フォーム）に浸透することのできる雰囲気を意味する。

本明細書で用いられる用語「溜（Reservoir）」と
は、金属を溶融したときに、流れて、フィラー又はプレ
フォームと接触状態にあるマトリックス金属の部分、セ
グメント又は源を補充又は場合によっては最初にマトリ
ックス金属を供給し続いて補充するフィラーの素材又は
プレフォームに対して配置した別のマトリックス金属体
を意味する。

本明細書で用いられる用語「シール（Seal）」又は
「シール手段（Sealing Means）」とは、独立的に形成
されるか（例えば、外部シール）、反応系により形成さ
れるか（内部シール）とは無関係に、周囲雰囲気を反応
性雰囲気から分離するプロセス条件下での気体不透過性
シールを意味する。このシール又はシール手段は、マト
リックス金属とは異なる組成を有していてもよい。

本明細書で用いられる用語「シールファシリケーター
（Seal Facilicator）」とは、マトリックス金属と周囲
雰囲気及び／又は不通気性容器及び／又は充填材若しく
はプレフォームとの反応後のシールの形成を容易にする
材料である。この材料は、マトリックス金属に添加する
ことができ、そしてマトリックスにシールファシリケー
ターが存在すると、得られる複合体の性質を高めること
ができる。

本明細書で用いられる用語「湿潤エンハンサー（Wett
ing Enhancer）」とは、マトリックス金属及び／又は充
填材若しくはプレフォームに添加したときに溶融マトリ
ックス金属による充填材又はプレフォームの湿潤を高め
る（例えば、溶融マトリックス金属の表面張力を減少さ
せる）材料を意味する。湿潤エンハンサーが存在する
と、例えば、マトリックス金属と充填材との間の密着を
高めることにより、得られる金属マトリックス複合体の
性質を高めることもできる。

以下の図面は本発明の理解を助けるために提供される
が、本発明の範囲を限定するものではない。各図面にお
いて、同様な要素を示すために、同様な参照番号が用い
られている。

第１図には、本発明の自己発生真空法により金属マト
リックス複合体を形成するための典型的なレイアップ10
が示されている。具体的には、以下でより詳細に説明す
る適当な材料でよい充填材又はプレフォーム11を、溶融
マトリックス金属13と反応性雰囲気を収容することので
きる不通気性容器12内に配置される。例えば、充填材11
は反応性雰囲気（例えば、充填材又はプレフォームの細
孔内に存在する雰囲気）と、反応性雰囲気が不通気性容
器12内の充填材11に部分的又は実質的に完全に透過でき
るに十分な時間接触させることができる。次に、溶融形
態又は固形インゴットの形態のマトリックス金属13は、
充填材11と接触状態に配置される。以下の好ましい実施
態様でより詳細に説明するように、外部シール又はシー
ル材14を、例えば、マトリックス金属13の表面に設け
て、反応性雰囲気を周囲雰囲気17から分離してもよい。
外部シール手段であろうと内部シール手段であろうと、
室温ではシール手段として機能してもしなくてもよい
が、プロセス条件（マトリックス金属の融点又はそれを
超える温度）下ではシール手段として機能しなければな
らない。レイアップ10は、次に、室温状態又はほぼプロ
セス温度まで予備加熱した炉内に配置される。プロセス
条件下で、炉の温度を、マトリックス金属の融点以上の
温度として、自己発生真空の形成により溶融マトリック
ス金属が充填材又はプレフォームに浸透できるようにす
る。

第２図は、本発明の方法を実施するためのプロセス工
程の単純化フローチャートである。工程（１）におい
て、以下でより詳細に説明する適当な性質を有する適当
な不通気性容器を加工又は得ることができる。例えば、
単純な開放鋼製（例えば、ステンレス製）円筒が鋳型と
して適当である。次に、鋼製容器を、必要に応じて、グ
ラフォイル（GRAFOIL）（商標）黒鉛テープ（グラフォ
イルはユニオンカーバイド社の登録商標である）で内張
りして、容器内で生成される金属マトリックス複合体の
取り出しを容易にしてもよい。以下でより詳細に説明す
るように、容器内にふりまくB₂O₃等の他の材料又はマト
リックス金属に添加される錫を使用して、金属マトリッ
クス複合体が容器又は鋳型から剥離するのを容易にする
こともできる。次に、容器は、必要に応じて少なくとも
部分的にグラフォイル（商標）テープの別の層で被覆す
ることができる所望量の適当な充填材又はプレフォーム
を装填する。黒鉛テープの層は、充填材の浸透後に残存
しているマトリックス金属のカーカスから金属マトリッ
クス複合体を分離するのを容易にする。

次に、多量の溶融マトリックス金属、例えば、アルミ
ニウム、青銅、銅、鋳鉄、マグネシウム等を容器内に注
ぐ。容器は、室温でもよいし、適当な温度に予備加熱す
ることもできる。さらに、マトリックス金属は、最初に
マトリックス金属の固形インゴットとして提供し、その
後加熱してインゴットを溶融することができる。次に、
外部手段と内部手段から選択される適当なシール手段
（以下でより詳細に説明する）を形成することができ
る。例えば、外部シールを形成することが所望の場合に
は、ガラス（例えば、B₂O₃）フリット等の外部シール手
段を、容器内の溶融マトリックス金属プールの表面に適
用することができる。次に、フリットが溶融して、典型
的にはプールの表面を被覆するが、以下でより詳細に説
明するように、完全に被覆することは必要でない。溶融
マトリックス金属を充填材又はプレフォームと接触さ
せ、そしてマトリックス金属及び／又は充填材を周囲雰
囲気から外部手段によりシールした後、必要に応じて、
容器を適当な炉内に配置する。この容器は、浸透を生じ
させるのに十分な時間処理温度に予備加熱してもよい。
炉の処理温度は、マトリックス金属の種類に応じて異な
っていてもよい（例えば、ある種のアルミニウム合金に
関しては約950℃、ある種の青銅合金に関しては約1100
℃が望ましい）。適当な処理温度は、マトリックス金属
の融点及び他の特性だけでなく、反応系及びシール手段
における構成材料のの特定の特性により異なる。炉内の
温度での適当な時間の後、真空が生じる（以下でより詳
細に説明する）ことにより、溶融マトリックス金属が充
填材又はプレフォームに浸透する。次に、容器を炉から
取り出し、そして例えば、それを冷却板上に配置してマ
トリックス金属を指向的に固化させる。その後、金属マ
トリックス複合体を従来の方法で容器から取り出し、そ
してマトリックス金属のカーカス（もしあれば）から分
離する。

第１図及び第２図についての上記の説明から、本発明
の顕著な特徴が容易に明らかになったことであろう。プ
ロセスにおける工程及びプロセスにおいて使用できる材
料の特性について、以下さらに詳細に説明する。

特定の理論又は説明に縛られることはないが、適当な
マトリックス金属が、典型的には溶融状態で、不通気性
容器内において適当な反応性雰囲気の存在下で適当な充
填材又はプレフォームと接触するとき、反応性雰囲気と
溶融マトリックス金属及び／又は充填材若しくはプレフ
ォーム及び／又は不通気性容器との間で反応が生じて、
反応成分より占められる初期容積よりも小さい容積を占
有する反応生成物（例えば、固体、液体又は蒸気）生成
する。反応性雰囲気を周囲雰囲気から分離すると、通気
性充填材又はプレフォームにおいて真空が生じて、溶融
マトリックス金属を充填材のボイドスペースに引き込む
ことができる。さらに、真空の発生により湿潤を高める
ことができる。反応性雰囲気と溶融マトリックス金属及
び／又は充填材若しくはプレフォーム及び／又は不通気
性容器との間の継続した反応によりさらなる真空を発生
させながら、マトリックス金属を充填材又はプレフォー
ムに浸透させることができる。この反応は、溶融マトリ
ックス金属が部分的又は実質的に完全に充填材の素材又
はプレフォームに浸透するに十分な時間継続させること
ができる。充填材又はプレフォームは、反応性雰囲気が
少なくとも部分的に充填材の素材又はプレフォームに浸
透するに十分な程度に通気性がなければならない。

本出願は、金属マトリックス複合体の形成中のある時
点で反応性雰囲気と接触させる種々のマトリックス金属
を開示する。即ち、自己発生真空生成を示す特定のマト
リックス金属／反応性雰囲気の組み合わせ又は系につい
て種々の観点から説明する。詳細には、自己発生真空作
用は、アルミニウム／空気系；アルミニウム／酸素系；
アルミニウム／窒素系；青銅／空気系；青銅／窒素系；
銅／空気系；銅／窒素系；及び鋳鉄／空気系で観察され
た。しかしながら、本出願で具体的に説明する以外のマ
トリックス金属／反応性雰囲気系も同様な挙動を示すこ
とがあることは理解されるところであろう。

本発明の自己発生真空法を実施するためには、浸透中
に存在する反応性雰囲気の減圧が、周囲雰囲気から移送
されるいずれの気体によっても顕著に悪影響を受けない
ように、反応性雰囲気が周囲雰囲気から物理的に分離さ
れることが必要である。本発明の方法において利用され
ることのできる不通気性容器は、マトリックス金属及び
／又は反応性雰囲気に対して反応性があってもなくても
よく、そしてプロセス条件下で周囲雰囲気不透過性であ
るいずれの大きさ、形状及び／又は組成の容器でもよ
い。具体的には、この不通気性容器は、プロセス条件に
耐えてサイズ及び形状を維持し、そして周囲雰囲気が容
器を通るのを十分に阻止するいずれの材料（例えば、セ
ラミック、金属、ガラス、ポリマー等）からなっていて
もよい。雰囲気が容器を通って移動するのを阻止するに
十分な不通気性を有する容器を利用することにより、容
器内に自己発生真空を生成することが可能となる。さら
に、使用される各反応系によっては、反応性雰囲気及び
／又はマトリックス金属及び／又は充填材と少なくとも
部分的に反応する不通気性容器を使用して、容器内に自
己発生真空を生じさせるか、容器内に自己発生真空を生
じさせるのを促進できる。

不通気性容器は、自己発生真空の発現又は維持に悪影
響を及ぼすことのある細孔、亀裂又は還元性酸化物を有
しない特徴を持つものが適当である。したがって、不通
気性容器を形成するために多種多様な材料を使用できる
ことが理解されるであろう。例えば、成形又は鋳造アル
ミナ又は炭化珪素が使用できるだけでなく、マトリック
ス金属に対して限定された溶解度又は低い溶解度を有す
る金属、例えば、アルミニウムマトリックス金属、銅マ
トリックス金属及び青銅マトリックス金属に関してはス
テンレス鋼が使用できる。

さらに、多孔性材料（例えば、セラミック体）等の別
の不適当な材料は、少なくとも一部分に適当な被膜を形
成することにより不通気性とすることができる。このよ
うな不通気性被膜は、このような多孔性材料に密着及び
多孔性材料をシールするのに適当である多種多様な釉薬
及びゲルのいずれでもよい。さらに、不通気性被膜は、
プロセス温度で液体であるものが適当である。この場
合、被膜材料は、容器又は充填材又はプレフォームに粘
着的に接着することにより、自己発生真空下で不通気性
を維持するのに十分な程度に安定でなければならない。
適当な被膜材料としては、ガラス質材料（B₂O₃）の塩化
物、炭酸塩等が挙げられる。但し、フィラー又はプレフ
ォームの細孔の大きさは、被膜が効果的に細孔をブロッ
クして不通気性被膜を形成するのに十分な程度に小さく
なければならない。

本発明の方法に使用するマトリックス金属は、プロセ
ス条件下で溶融したとき、充填材内での真空の発生にと
もない充填材又はプレフォームに浸透するいずれのマト
リックス金属でもよい。例えば、マトリックス金属は、
プロセス条件下で反応性雰囲気と部分的又は実質的に完
全に反応することにより、少なくとも部分的に真空の発
生により溶融マトリックス金属の充填材又はプレフォー
ムへの浸透が生じるいずれの金属又は金属内成分であっ
てもよい。さらに、利用される系によっては、マトリッ
クス金属は、反応性雰囲気に対して部分的又は実質的に
非反応性であってもよく、そして真空は反応性雰囲気と
必要に応じて反応系の一種以上の他成分との反応により
生じて、マトリックス金属が充填材に浸透するものでよ
い。

好ましい実施態様では、マトリックス金属を湿潤エン
ハンサーと合金させて、マトリックス金属の湿潤を容
易、したがって、例えば、マトリックス金属とフィラー
との結合を容易にして、形成する金属マトリックス金属
複合体の細孔を減少させ、完全浸透に必要な時間を短縮
するようにしてもよい。さらに、湿潤エンハンサーを含
有する材料は、以下で説明するように、シールファシリ
テーター（seal facilitator）として作用して反応性雰
囲気を周囲雰囲気から分離するのを補助してもよい。さ
らに、別の実施態様では、湿潤エンハンサーを、マトリ
ックス金属と合金させるのではなく充填材に直接含有せ
しめてもよい。

このようにして、マトリックス金属による充填材の湿
潤により、得られる複合体の性質（例えば、引っ張り強
度、耐腐食性等）を高めることができる。さらに、溶融
マトリックス金属による充填材の湿潤により、形成され
る金属マトリックス金属複合体全体にわたってフィラー
が均一に分散でき、そしてマトリックス金属に対するフ
ィラーの結合を向上できる。アルミニウムマトリックス
金属のための有効な湿潤エンハンサーとしては、マグネ
シウム、ビスマス、鉛、錫、等が挙げられ、そして青銅
及び銅のための湿潤エンハンサーとしては、セレン、テ
ルル、硫黄等が挙げられる。さらに、上記で説明したよ
うに、少なくとも一種の湿潤エンハンサーを、マトリッ
クス金属及び／又は充填材に添加して、得られる金属マ
トリックス複合体に所望の性質を付与してもよい。

さらに、マトリックス金属の溜を使用してマトリック
ス金属を充填材に確実に完全に浸透させること及び／又
はマトリックス金属の第一源とは異なる組成を有する第
二金属を確実に供給することが可能である。即ち、場合
によっては、マトリックス金属の第一源とは異なる組成
の溜の中でマトリックス金属を利用するのが望ましいこ
とがある。例えば、もしマトリックス金属の第一源とし
てアルミニウム合金を使用するならば、処理温度で溶融
する実質的にいずれの他の金属又は金属合金も溜金属と
して使用することができる。溶融金属は、相互に非常に
混和性であることがよくあり、混合が生じるのに適当な
時間を与える限りは、溜金属を生じてマトリックス金属
の第一源と混合する。したがって、マトリックス金属の
第一源とは組成の異なる溜金属を使用することにより、
マトリックス金属の性質を種々の作業要件に合わせるこ
とができ、したがって、金属マトリックス金属複合体の
性質を適合させることができる。

反応系を暴露する温度（例えば、処理温度）は、どの
マトリックス金属、充填材又はプレフォーム及び反応性
雰囲気を使用するかにより異なっていてもよい。例え
ば、アルミニウムマトリックス金属の場合、本発明の自
己発生真空プロセスは、少なくとも約700℃、好ましく
は約850℃以上の温度で進行する。1000℃を超える温度
は一般的に必要ではなく、特に有効な温度範囲は850〜1
000℃である。青銅マトリックス金属又は銅マトリック
ス金属の場合には、約1050〜約1125℃の温度が有効であ
り、そして鋳鉄の場合には約1250〜約1400℃の温度が適
当である。一般的には、マトリックス金属の融点よりも
高いが揮発点よりも低い温度が使用される。

複合体の形成中の金属マトリックス金属の組成及びミ
クロ構造を、得られる生成物に所望の特性を付与するよ
うに適合させることが可能である。例えば、一定の系で
は、プロセス条件は、例えば、金属間化合物、酸化物、
窒化物等の生成を制御するように選択することができ
る。さらに、複合体の組成を適合させることに加えて、
他の物理的特性、例えば、多孔率を、金属マトリックス
金属複合体の冷却速度を制御することにより変えること
ができる。ある場合には、形成された金属マトリックス
複合体を保持している容器を冷却板上に配置すること及
び／又は断熱材を容器の周囲に選択的に配置することに
より、金属マトリックス金属複合体を指向的に固化する
ことが望ましいことがある。さらに、形成される金属マ
トリックス複合体の別の性質（例えば、引っ張り強度）
は、熱処理（実質的にマトリックス金属のみの熱処理に
相当する標準的な熱処理か、部分的又は大きく変更した
熱処理）を使用することにより制御することができる。

本発明の方法において用いられる条件下で、充填材又
はプレフォームは、周囲雰囲気を反応性雰囲気から分離
するのに先立つプロセス中のある時点で反応性雰囲気が
充填材又はプレフォームに浸透することができる程度に
十分に通気性でなければならない。以下の実施例では、
十分な量の反応性雰囲気を、約54〜約220グリットの範
囲の粒度を有するゆるく充填した粒子内に含有せしめ
た。このような充填材を提供することにより、反応性雰
囲気は、溶融マトリックス金属及び／又は充填材及び／
又は不通気性容器と接触すると部分的又は実質的に完全
に反応して、真空が発生して溶融マトリックス金属が充
填材に引き込まれる。さらに、充填材内の反応性雰囲気
の分布は実質的に均一である必要はないが、反応性雰囲
気が実質的に均一に分布すると所望の金属マトリックス
複合体の形成を促進することができる。

金属マトリックス複合体を形成する本発明の方法は、
多種多様の充填材に適用でき、そして材料の選択は、主
に、マトリックス金属、処理条件、溶融マトリックス金
属と反応性雰囲気との反応性、充填材と反応性雰囲気と
の反応性、溶融マトリックス金属と不通気性容器との反
応性及び最終的な複合体に求められる性質等の要因によ
り決まる。例えば、マトリックス金属がアルミニウムを
含むとき、適当な充填材としては、（ａ）酸化物（例え
ば、アルミナ）；（ｂ）炭化物（例えば、炭化珪素）；
（ｃ）窒化物（例えば、窒化チタン）；硼化物（例え
ば、二硼化チタン）が挙げられる。もし充填材が意に反
して溶融マトリックス金属と反応する傾向がある場合に
は、このような反応は、浸透時間及び温度を最小に抑え
ること及びフィラーに非反応性被膜を設けることにより
調節できる。充填材は、炭素又は他の非セラミック材料
等の支持体と、支持体を浸食又は分解から保護するため
に支持体に担持されているセラミック被膜とを含んでい
てもよい。適当なセラミック被膜としては、酸化物、炭
化物、窒化物及び硼化物が挙げられる。本発明の方法に
使用するのに好ましいセラミックとしては、粒子状、小
板状、ウイスカー状及び繊維状のアルミナ及び炭化珪素
が挙げられる。繊維は、不連続（細断した形態）であっ
ても、マルチフィラメントトウ等の連続フィラメントの
形態であってもよい。さらに、充填材又はプレフォーム
の組成及び／又は形状は、均一でも不均一でもよい。

充填材のサイズ及び形状は、複合体において望まれる
性質を得るために必要とされるいずれのものであっても
よい。即ち、浸透は充填材の形状によっては制限されな
いので、材料は粒子状、ウイスカー状、小板状又は繊維
状でよい。球体、小管、ペレット、耐火繊維布等の他の
形状のものを用いてもよい。さらに、材料のサイズは浸
透を制限しないが、小粒子の素材の完全浸透を達成する
には、より大きな粒子の素材の完全浸透を達成するより
もより高い温度又はより長い時間が必要である。ほとん
どの工業的用途では、平均充填材サイズは24グリット未
満〜約500グリットが好ましい。さらに、充填材又はプ
レフォームの通気性素材のサイズ（例えば、粒径等）を
制御することにより、形成される金属マトリックス複合
体の物理的性質及び／又は機械的性質を、無制限の工業
的用途に合うように調整することができる。さらに、異
なる粒度の充填材を含有せしめることにより、充填材の
より高い充填率を達成して複合体を調整することができ
る。また、必要に応じて、浸透中に充填材を攪拌（例え
ば、容器を震盪する）すること及び／又は浸透前に粉末
化マトリックス金属と充填材を混合することにより低い
粒子充填率を得ることも可能である。

本発明の方法において利用される反応性雰囲気は、少
なくとも部分的又は実質的に完全に溶融マトリックス金
属及び／又は充填材及び／又は不通気性容器と反応して
反応前の雰囲気及び／又は反応成分よりも占有容積の小
さい反応生成物を生成するいずれの雰囲気でもよい。即
ち、反応性雰囲気は、溶融マトリックス金属及び／又は
充填材及び／又は不通気性容器と接触すると、反応系の
一種以上の成分と反応して、個々の成分を合わせたより
も占有容積の小さい固体、液体又は気相反応生成物を生
成することにより、溶融マトリックス金属を充填材又は
プレフォームに引き込むのを促進するボイド又は真空を
発生させてもよい。反応性雰囲気と一種以上のマトリッ
クス金属及び／又は充填材及び／又は不通気性容器との
間の反応は、マトリックス金属が少なくとも部分的又は
実質的に完全に充填材に浸透するのに十分な時間継続す
ることができる。例えば、空気を反応性雰囲気として使
用するとき、マトリックス金属（例えば、アルミニウ
ム）と空気との間の反応により、反応生成物（例えば、
アルミナ及び／又は窒化アルミニウム等）を生成させる
ことができる。プロセス条件下で、反応生成物は、反応
する溶融アルミニウムと空気により占有される総容積よ
りも小さい容積を占める傾向がある。反応の結果、真空
が発生して、溶融マトリックス金属の充填材又はプレフ
ォームへの浸透が生じる。利用する系によっては、類似
の方法により充填材及び／又は不通気性容器が反応性雰
囲気と反応して、溶融マトリックス金属の充填材への浸
透を促進してもよい。自己発生真空反応は、金属マトリ
ックス複合体の生成を生じるのに十分な時間継続するこ
とができる。

さらに、シール又はシール手段を設けて周囲雰囲気か
ら充填材又はプレフォームへの気体の流入を防止又は制
限（例えば、周囲雰囲気の反応性雰囲気への流入の防
止）するのを補助する必要があることが判明した。第１
図において、不通気性容器12及び充填材11内の反応性雰
囲気は周囲雰囲気17から十分に分離されていて、反応性
雰囲気と溶融マトリックス金属13及び／又は充填材若し
くはプレフォーム13及び／又は不通気性容器12との間の
反応が進行するにつれて、所望の浸透が達成されるまで
反応性雰囲気と周囲雰囲気との間に圧力差が生じるとと
もにそれが維持されるようにしなければならない。反応
性雰囲気と周囲雰囲気との間の分離は完全である必要は
なく、むしろ、実質的な圧力差が存在するに「十分」で
あればよい（例えば、流量が反応性雰囲気を補充するの
に直接必要とする流量よりも少ない限り、周囲雰囲気か
ら反応性雰囲気への気相の流れが生じる）。上記したよ
うに、周囲雰囲気と反応性雰囲気との必要な分離の一部
分は、容器12の不通気性により提供される。また、ほと
んどのマトリックス金属は十分に周囲雰囲気不透過性で
あるので、溶融マトリックス金属プール13は、必要な分
離の別の一部分を提供する。しかしながら、不通気性容
器12とマトリックス金属との間の界面は、周囲雰囲気と
反応性雰囲気との間の漏れ経路を提供することがある。
したがって、シールはこのような漏れを十分に阻止又は
防止するものを設けなければならない。

適当なシール又はシール手段は、機械的手段、物理的
手段又は化学的手段に分類され、それらの各々はさらに
外部手段又は内部手段に分類される。「外部（extrinsi
c）」とは、溶融マトリックス金属とは無関係にシール
作用が生じるか、溶融マトリックス金属により提供され
るシール作用に加えてシール作用が生じることを意味す
る（例えば、反応系の他の要素に添加される材料から生
じるシール作用）。「内部（intrinsic）」とは、シー
ル作用が専らマトリックス金属の一つ以上の特性から生
じることを意味する（例えば、不通気性容器を湿潤する
マトリックス金属の能力から生じる）。内部機械的シー
ルは、十分な深さの溶融マトリックス金属プールを設け
るか、上記したレッディング及びレッディング等の特許
及びそれらに関連した特許と同様に、充填材又はプレフ
ォームの浸漬により形成することができる。

しかしながら、例えば、レッディング二世により教示
されているような内部機械的シールは、多種多様な用途
には効果的でなく、そして過剰に多量の溶融マトリック
ス金属が必要なこともあることが判明した。本発明によ
れば、外部的シール並びに物理的及び化学的内部シール
により、内部機械的シールの欠点を克服できる。外部シ
ールの好ましい実施態様においては、シール手段は、プ
ロセス条件下でマトリックス金属とは実質的に非反応性
である固体又は液体のマトリックス金属の表面に外部か
ら適用される。このような外部シールは、周囲雰囲気か
らの気相成分が反応性雰囲気へ移動するのを防止する
か、少なくとも十分に阻止することが判明した。外部物
理的シールとして使用するのに適当な材料は、ガラス
（例えば、ホウ素又は珪素ガラス、B₂O₃、溶融酸化物
等）又はプロセス条件下で周囲雰囲気が反応性雰囲気に
移動するのを十分に阻止する他の材料をはじめとする固
体でも液体でもよい。

外部機械的シールは、周囲雰囲気と反応性雰囲気との
間の気体移動が十分に阻止されるように、マトリックス
金属プールと接触する不通気性容器の内表面を予備平滑
化又は予備研磨又は成形することにより形成することが
できる。容器を不通気性にするために適用することがで
きる釉薬及びB₂O₃等の被膜も、適当なシールを提供でき
る。

外部化学的シールは、例えば、不通気性容器と反応性
がある溶融マトリックス金属の表面に材料を配置するこ
とにより提供することができる。反応生成物は、金属間
化合物、酸化物、炭化物等を含むことができる。

内部物理的シールの好ましい実施態様においては、マ
トリックス金属は、周囲雰囲気と反応して、マトリック
ス金属の組成とは異なる組成を有するシール又はシール
手段を形成することができる。例えば、マトリックス金
属が周囲雰囲気と反応すると、反応生成物（例えば、Al
・Mg合金と空気との反応の場合はMgO及び／若しくはア
ルミン酸化物マグネシウムスピネル又は青銅合金と空気
との反応の場合には酸化銅）が生成して、反応性雰囲気
を周囲雰囲気からシールすることができる。内部物理的
シールのさらなる実施態様においては、シールファシリ
テーター（seal facilitator）をマトリックス金属に添
加（例えば、アルミニウムマトリックス金属については
マグネシウム、ビスマス、鉛等を添加、銅又は青銅マト
リックス金属についてはセレン、テルル、硫黄等を添
加）して、マトリックス金属と周囲雰囲気との間の反応
でシールの形成を容易にすることができる。内部化学的
シール手段を形成する際、マトリックス金属は不通気性
容器と反応してもよい（例えば、容器又はその被膜（内
部）の部分溶解によるか、充填材を周囲雰囲気からシー
ルすることのできる反応生成物又は金属間生成物等を生
成することにより）。

さらに、シールは、周囲雰囲気が充填材に流入（例え
ば、反応性雰囲気への流入）することなく反応系におけ
る容積変化（即ち、膨張又は収縮）又は他の変化に従わ
なければならないことが理解されるであろう。即ち、溶
融マトリックス金属が充填材の通気性素材又はプレフォ
ームに浸透するにつれて、容器内の溶融マトリックス金
属の深さが減少する傾向がある。このような系のための
適当なシール手段は、容器内における溶融マトリックス
金属のレベルが減少するときに周囲雰囲気から充填材に
気体移動するのを十分に防止するものでなければならな
い。

又はバリヤー手段を本発明と組み合わせて利用しても
よい。即ち、本発明の方法において使用することのでき
るバリヤーは、充填材の表面境界を超えて溶融マトリッ
クス金属が移行、移動等するのを妨害、阻止、防止又は
終了させるいずれの手段でもよい。適当なバリヤー手段
は、本発明のプロセス条件下で、かなりの構造保全性を
維持し、揮発性でなく、そして溶融マトリックス金属が
充填材の規定された表面境界を超えて継続して浸透する
のを局部的に阻止、停止、妨害、防止等することができ
るいずれの材料、化合物、元素、組成物等でよい。バリ
ヤー手段は、自己発生真空浸透中に使用するか、以下で
より詳細に説明するようにマトリックス金属複合体を形
成するための自己発生真空法に関連して利用する不通気
性容器中で使用することができる。

適当なバリヤー手段は、バリヤー手段の湿潤がバリヤ
ー材料の表面（即ち、表面湿潤）を超えてかなり進行し
ない限りは、用いられるプロセス条件下で溶融マトリッ
クス金属を移動することにより湿潤するものでもしない
ものでもよい。この種のバリヤーは、溶融マトリックス
金属金に対してほとんど親和性を示さないと思われ、そ
して溶融マトリックス金属が充填材又はプレフォームの
規定された表面境界を超えて移動するのは、このバリヤ
ー手段により防止又は阻止される。また、バリヤーは、
金マトリックス金属複合体製品について必要とされるこ
とのある最終機械加工又は研磨を減少することができ
る。

アルミニウムマトリックス金属に特に有効な適当なバ
リヤーは、炭素を含むもの、とりわけグラファイトとし
て知られる炭素の結晶同素体である。グラファイトは記
述されたプロセス条件下で、溶融アルミニウム合金で本
質的に湿潤されない。特に好ましいグラファイト材は、
グラファイト箔パーマフォイル（PERMA−FOIL ）及び
グラフォイル（GRAFOIL ）を含み、これらは充填材の
規定された表面境界を越えて溶融アルミニウム合金の移
行を妨げる特性を示す。これらの黒鉛箔は、熱に対して
も抵抗があり実質的に化学的に不活性である。グラフォ
イル 黒鉛箔及びパーマフォイル は柔軟性、相容性、
整合性、及び弾性があり、バリヤーの適用に最も合うよ
うな種々の形状に作製できる。黒鉛バリヤー手段は、充
填材又はプレフォームの周囲及び境界上にスラリー又は
ペーストとして、あるいは塗膜として用いることもでき
る。グラフォイル 黒鉛箔及びパーマフォイル は柔軟
な黒鉛シートの形態であるので特に好ましい。このよう
な紙様黒鉛箔材を用いる一つの方法は、黒鉛箔材の層内
に浸透されるように充填材又はプレフォームを包むこと
である。代案として、黒鉛箔材は金属マトリックス複合
体に望ましい形状の雌型に成形することができ、この雌
型は次いで充填材を充填することができる。

特にアルミニウムマトリックス金属に有効なバリヤー
としては、炭素、とりわけ黒鉛として知られている炭素
の結晶同素体が適当である。黒鉛は、説明するプロセス
条件下では溶融アルミニウム合金により実質的に湿潤さ
れない。特に好ましい黒鉛は、溶融アルミニウム合金が
充填材の規定された表面境界を超えて移動するのを防止
する特徴を示す黒鉛テープ製品グラフォイル（商標）で
ある。また、この黒鉛テープは、耐熱性であり、そして
化学的に実質的に不活性である。グラフォイル（商標）
黒鉛テープは、柔軟性、可とう性、適合性、整合性及び
弾性があり、ほとんどのバリヤーの適用に合う種々の形
状に作製できる。また、黒鉛バリヤー手段は、充填材又
はプレフォームの周囲及び境界に、スラリー若しくはペ
ースト又は塗膜の形態で用いてもよい。グラフォイル
（商標）テープは、可とう性黒鉛シートの形態であるの
で特に好ましい。このペーパー状黒鉛シートを用いる方
法の一つは、浸透を受ける充填材又はプレフォームをグ
ラフォイル（商標）材料の層に包むことである。また、
黒鉛シート材料を成形して金属マトリックス金属複合体
に望ましい形状の雌型とし、次に、この雌型に充填材を
充填することができる。

さらに、500グリットアルミナ等の他の微粉砕粒状材
料も、粒状バリヤー材料の浸透が充填材の浸透速度より
も小さい速度で生じる限りは、一定の状況ではバリヤー
として機能することができる。

バリヤー手段は、規定されている表面境界をバリヤー
手段の層で被覆する等の適当な手段により適用できる。
このようなバリヤー手段の層は、塗装、浸漬、シルクス
クリーニング、蒸着により適用するか、バリヤー手段を
液体、スラリー若しくはペーストの形態で塗布するか、
蒸発性バリヤー手段のスパッタリングにより適用する
か、固体の粒状バリヤー手段の層を単に付着させるか、
バリヤー手段の固体薄シート又はフィルムを規定された
表面境界上に適用すればよい。バリヤー手段を適所に配
置した状態で、自己発生真空浸透は、浸透しているマト
リックス金属が表面境界に達し、そしてバリヤー手段に
接触したときに実質的に終了する。

自己発生真空技術をバリヤー手段の使用と組合せるこ
とにより、金属マトリックス複合材料を形成するこの方
法は、先行技術に比べて有意な利点を提供する。特に、
本発明の方法を用いることにより、金属マトリックス複
合体を、不経済なあるいは複雑な処理をする必要なく製
造することができる。本発明の一態様では、市販されあ
るいは特定の要求に合った不通気性容器は、望む形状の
充填材又はプレフォーム、反応性雰囲気及び所望の表面
を越えてマトリックス金属の浸透を防ぐバリヤー手段を
含むことができる。反応性雰囲気が処理条件下で不通気
性容器及び／又は充填材に注ぐことができるマトリック
ス金属と接すると、自己発生真空が生じて、これによっ
て溶融マトリックス金属が充填材に浸透できる。この方
法は、複雑な処理工程が不要となり、例えば鋳型を複雑
な形状に機械加工したり溶融金属浴を保持したり、複雑
な形状の鋳型から形成品を取除いたりする必要がない。
その上、溶融マトリックス金属による充填材の排除量
は、金属の溶融浴内に沈めない安定な容器を提供するこ
とで実質的に最少にできる。

第１図は、金属マトリックス複合材料を規定した形
状、すわなち不通気性容器の形状に成形する簡単な方法
を示すが、もっと複雑な形状が本発明による成形法及び
装置を用いて得ることができる。

第３図に示すように、本発明の代案レイアップ（20）
が不通気性容器の形状とは異なる型枠形状として製作さ
れる。例を通して、成形される金属マトリックス複合材
料の所要外部寸法と一致する内部寸法をもつ型枠（21）
が浸透される充填材（11）で満される。次いでこの充填
材含有型枠（21）は、溶融マトリックス金属の浸透に実
質的に不通気性であるベット（23）内に配置される。例
えばこの不通気性ベットは微粉アルミナのような適当な
粒状バリヤーを含んでなる。以下に及び実施例で詳細に
述べるように、適当な型枠は、被覆され又は被覆されな
い金属から作ることができ、ステンレス鋼、黒鉛、セラ
ミックス、セラミック複合材料、クレー、プラスター、
アルミナ又はシリカキャスティング、又は別の耐火材料
がその例で、これらは浸透を阻止する適当なバリヤー手
段を構成しあるいは被覆されているかさもなくば型枠と
浸透されるフィラー間に点在する適当なバリヤー手段を
もつ。型枠は好ましくは経済的に製造されて再利用ある
いは使い捨ててもよい。その上、型枠は所望の最終複合
材の形状を反復するように簡単に作成されることが好ま
しい。ある適用において、型枠は最終複合材の一部を付
着したり保持したりするが、大部分の適用において、型
枠は好ましくは最終成形金属マトリックス複合体を簡単
に分離し撤去すべきで、これと付着し又は反応してはな
らない。

フィラー充填型枠を実質的に不通気性ベット（23）に
配置したのち、黒鉛箔（22）又は別の適当な物質が、浸
透が完了した後型枠と最終複合材の残存するマトリック
ス金属からの分離を容易にするために、型枠上に配置で
きるし配置しなくてもよい。物質22（例えば黒鉛箔）が
マトリックス金属（13）と型枠（21）の間に置かれた場
合、適当な流路又はスペース（24）はマトリックス金属
（13）の充填材（11）内への効率的な浸透を可能にする
よう設けなければならない。

次に溶融マトリックス金属（13）は実質的に不通気性
なベット（23）、型枠（21）及び充填材（11）に一杯注
入され、そして外部シール（14）が溶融マトリックス金
属（13）の上に形成され、あるいは内部シール（ここに
示してないが）はマトリックス金属（13）と不通気性容
器（12）の間に形成される。次にレイアップ（20）は本
発明の方法に従って大気雰囲気炉に配置される。型枠
（21）を囲う実質的に不通気性ベット（23）の浸透なし
に、型枠（21）内の充填材（11）に溶融マトリックス金
属（13）の浸透が生じる。

第４図に示す本発明の別の一般化された実施態様（3
0）において、溶融マトリックス金属に不通気性のメン
バー又はマンドレル（31）は、成形される金属マトリッ
クス複合材料の形状を規定するためにバリヤーとして作
用させることができる。不通気性メンバー（31）は、プ
ロセス条件下で実質的に浸透性でない物質から形成する
ことができる。メンバー（31）が除去されるのであれ
ば、メンバーは例えば物理的、化学的、あるいは機械的
手段で除去を容易にする物質から作られねばならない。
第４図に示すように、そのようなバリヤーメンバーは成
形される配合材の唯一規定された境界を形成することが
できる。代案として、複数個のこのようなメンバーが複
雑な形状を規定するために使われてもよい。バリヤーメ
ンバー（31）の適当な物質は、適当な型枠物質としてこ
こで記述した物質を含む。

第４図で示すように、成形したバリヤーメンバー（3
1）はステンレス鋼製又は別の適当な不通気性容器（1
2）内に配置され、そしてメンバー（31）と容器間の空
間は上述した方法に従って充填材（11）で充たされる。
次いで溶融マトリックス金属（13）は充填材（11）及び
鋳込メンバー（31）に一杯注入され、そして外部又は内
部シールが形成される。全レイアップ（30）は次いで前
述した自己発生真空プロセスに従って大気雰囲気炉に配
置される。黒鉛箔又は別の適当な剥離を容易ならしめる
手段（22）が、上述した手法でマトリックス金属（13）
と充填材（11）の間に置かれる。

本発明のさらに別の実施態様において、第５図に示す
代わりのレイアップ（40）は、成形される金属マトリッ
クス複合材料の内部及び外面形状を共に含む。例に従っ
て、成形される金属マトリックス複合材料の所望の外部
寸法と符号する内部寸法をもつ型枠（21）及び成形され
る金属マトリックス複合材料の所望の内部寸法に符号す
る外部寸法をもつメンバー又はマンドレル（26）が作成
される。マンドレル（26）は、バリヤー型枠の一部であ
ってもよいし、型枠が作成されたあとにバリヤー型枠に
そう入されてもよい。もしマンドレル（26）が除去され
るのであれば、マンドレルは除去を容易にする物質（例
えば物理的、化学的、又は機械的手段で除去できる）か
ら作成されるのが好ましい。複数のこのようなメンバー
が複雑な内部形状を規定するのに用いられる。型枠（2
1）とマンドレル（26）の間の空間は浸透される充填材
（11）で充たすことができ、そして型枠（21）は実質的
に不通気性ベット（23）内に配置できる。このような不
通気性ベットは、例えばプロセス条件下で溶融マトリッ
クス金属で浸透されない微粉アルミナのような適当な粒
状バリヤーで構成される。

以下に及び実施例にて詳細に説明するが、適当な型枠
及びマンドレルは、被覆されたあるいは被覆されないス
テンレス鋼のような金属、黒鉛、セラミックス、セラミ
ック配合材、クレー、プラスター、アルミナ又はシリカ
キャスティング、あるいは別の耐火材料から作成され、
これらは浸透を妨げる適当なバリヤー手段を構成し、又
は被覆されているか、さもなくば型枠と浸透される充填
材間にさしはさむ適当なバリヤー手段をもっている。型
枠及びマンドレルは好ましくは経済的に作成されて再利
用又は使い捨てるのがよい。その上、型枠及びマンドレ
ルは成形される所望の最終金属マトリックス配合材料の
形状を反復できるよう簡単に作成されることが好まし
い。ある適用において、型枠とマンドレルは、最終複合
材と結合して及び保持して一体となるが、大部分の適用
では、型枠及びマンドレルは好ましくは成形した金属マ
トリックス複合材料から分離し撤去すべきで、これと付
着し又は反応してはならない。

充填材充填した型枠をベッドに配置したのち、浸透が
完了した後型枠及び最終複合材の残存するマトリックス
金属からの分離を容易にするために黒鉛箔（22）又は別
の適当な物質はマンドルを含んだ型枠上に配置できるし
配置しなくてもよい。物質（22）がマトリックス金属合
金（13）及びマンドレル（26）を含む型枠（21）間に置
かれた場合、適当な流路又は空間（24）がマトリックス
金属の充填材内への効果的な浸透を可能によるよう設け
られる。

次いで溶融マトリックス金属合金（13）はベッド、型
枠及び充填材に一杯に注入され、そして外部シールある
いは内部シール（14）が形成される。次にレイアップ
は、本発明の方法に従って大気雰囲気の箱型炉に配置さ
れる。自己発生真空が不通気性型枠と接した後、型枠及
び充填材を囲むベッドの浸透なしに型枠内のフィラーの
浸透が生じる。

本発明に従って、種々の特有な成形手法及び装置が採
用できる。基本部品はプラスター、コロイドアルミナ、
コロイドシリカ又は別の適当な手段が型枠を作成するた
めに用いられる。基本部品は最終型枠を作成するのに直
接用いてもよいし、あるいは最終型枠を作成するのに用
いる中間型枠（例えばゴム、プラスチック、ワックス、
又は別の適当な型枠）を作成するのに用いてよい。しか
し、最終型枠及びマンドレルは、損傷あるいは浸透され
ることなく化学的及び物理的にプロセス条件に耐え得る
ことが重要であり、本発明に従って最終型枠から製造さ
れる網型又はニアネットシェイプ成形品を可能にする基
本部品を複製することが重要である。

例３〜４で詳細に説明するが、本発明の一実施態様に
おいて、ゴム製雌型が基本部品から作られる、そしてゴ
ム製雄型がゴム製雌型から作成される。次いで、ゴム製
雄型は、溶融マトリックス金属で浸透される充填材を含
む最終型枠として用いられるバリヤー型枠を作成するの
に使われる。ある型枠では、型枠内で浸透が進行しない
ことを保証するために被覆が必要とされ、これによって
良好な表面仕上り及び網型特性が得られる。ある型枠で
使う満足な被覆は、コロイドシリカ、コロイドアルミ
ナ、コロイドひる石、コロイド黒鉛、黒鉛、アルミニウ
ム塗料及び別の被覆を含む。これらの被覆は、最終金属
マトリックス複合材料から型枠の分離を助成する。

例１で詳細に説明した前記実施態様の異なる態様にお
いて、ゴム製雌型からゴム製雄型を作成するよりもむし
ろ、プラスター製雄型が剥離材で被覆して作成される。
プラスター製雄型から、プラスター、コロイドアルミ
ナ、コロイドシリカ、又は別の適当な物質で雌型が作成
される。プラスター製雄型は次いで適当な手段によって
プラスター製雌型から取りはずす。次いで雌型外殻は適
当なバリヤー塗料で被覆されて溶融マトリックス金属で
浸透をうける充填材を含むバリヤー型枠として使われ
る。

ロストワックス又はロストフォーム法も、例で詳細に
説明しているように自己発生真空プロセスと一緒に用い
る型枠を作成するのに使われる。特に、金属マトリック
ス複合体の所望の最終型枠は、まずワックス又はポリス
チレンフォーム、あるいは物理的化学的に取り去ること
ができ及び／又加熱で蒸発させることができる別の適当
な物質から作成される。このようなワックス、フォーム
又は別の物質は、次いで上述した種類の型枠材料に埋め
込まれる。次に型枠材料は、型枠材料を取り去り又は蒸
発させるために必要とされる適当な化学的又は加熱処理
にかけられる。できた空間は次いで充填材で充たされ本
発明に従って浸透される。

第3,4及び５図はそれぞれの不通気性容器内に単一の
型枠の使用を説明しているが、複数の型枠が特殊な製造
容器内に並んで配置されてもよい。

さらに、上述の説明は、型枠が個別のガス不通気性容
器内に配置されたレイアップを述べているが、個別のガ
ス不通気性容器を完全になしですますことが可能であ
る。その代り、ガス不通気性型枠が用いられ、又は通気
性型枠を不通気性にすることができる。次いでシール手
段は型枠上に直接配置されて、型枠は不通気性容器とし
て働く。第６図に示したように、型枠（51）は不通気性
表面（52）（又は複数の表面）及び充填材（11）で充た
した空間をもつ。マトリックス金属（13）はフィラーに
隣接して配置され、そしてシール手段（14）でシールさ
れる。第６図のレイアップは自蔵式型枠及び不通気性容
器であり、型枠の空間を構成する部品もこれらからな
る。

本発明の種々な実証を以下の実施例に含めるが、これ
らの実施例は例示であって本発明の範囲を限定するもの
ではない。

実施例１ この実施例は、自己発生真空技術により、複雑な形状
の網またはほぼ網の形状の金属マトリックスの複合体を
形成する、閉じた面の陰成形技術を実証する。詳しく
は、この実施例は、約19mm（0.73インチ）の直径を有す
る円筒形空隙をもつ、0.73約32mm（1.25インチ）の外径
を有する単一のマスター部分から小さい玉弁の製造を実
証する。第５図は、後述するほぼ網の形状の金属マトリ
ックスの複合体の形成に使用するものに類似するレイア
ップの概略的断面図を示す。

成形ゴムコンパウンド（GI−1000、プラスチック・ツ
ーリング・サプライ・カンパニー、ペンシルベニア州イ
ーストン、約１重量部のアクチベーターおよび約10重量
部のゴム基材）をマスター部分の回りに注型することに
よって、マスター部分の陰ゴム型を作った。いったん陰
ゴム型が十分に硬化したとき、約５重量％のポリ酢酸ビ
ニルに基づく接着剤（ELMER'S接着剤、ボーデン・カン
パニー、オハイオ州コランバス）、約６重量％の石膏
（Bondex、ボンデンクス・インターナショナル・インコ
ーポレーテッド、オハイオ州ブルンスウィック）、約26
重量％の水および約63％の500グリットのAl₂O₃（38Alun
dum、ノートン・カンパニー、ウォルセスター）からな
る混合物を使用して、マスター部分の３つの複製（repl
icate）を陰ゴム型から注型した。陰ゴム型内に含有さ
れたマスター部分の複製を、約−18℃に保持したフリザ
ー中に配置した。約18℃において約２時間後、陰ゴム型
およびマスター部分の複製を分離した。次いで、マスタ
ー部分の複製を約46℃にセットした空気炉内で乾燥し
た。いったん十分に乾燥したとき、複製に銀塗料（Ｐ−
1140、ペプ・ボイズ、ペンシルベニア州フィラデルフィ
ア）の２被覆を噴霧した。

前述したようにマスター部分の複製を形成しそして塗
装した後、約１重量部のコロイド状シリカ（NYACOL 20
40NH₄、ナイコール・プロダクツ、マサチュセッツ州ア
シュランド）、約２重量部の500グリットのAl₂O₃（38Al
undum、ノートン・カンパニー、マサチュセッツ州ウォ
ルセスター）、約１重量部の220グリットのAl₂O₃（38Al
undum、ノートン・カンパニー、マサチュセッツ州ウォ
ルセスター）、および約0.2重量部の水を混合すること
によって、３つのバリヤーの型21を形成した。このバリ
ヤー混合物を、脱泡および脱気後、マスター部分の上に
注ぎ、そしてほぼ室温において約２時間硬化させる。約
２時間後、バリヤー混合物から過剰の水を注ぎ出し、バ
リヤー型により囲まれたマスター部分の複製をフリザー
に入れ、そして約−18℃に約８時間保持した。次いで、
バリヤー型により囲まれたマスター部分の複製を抵抗加
熱された空気雰囲気炉に入れ、約1000℃に約１時間保持
した。炉から取り出した後、マスター部分の複製は分解
し、次いでマスター部分の複製の粉末の残部をバリヤー
型21の内部から吹き出させた。次いで、約50重量％のコ
ロイド状バーミキュライト（Microlite No.903、W.R.
グレイス・アンド・カンパニー、マサチュセッツ州レキ
シントン）および約50重量％の水からなる被覆混合物を
バリヤー型中に注いだ。この被覆混合物を焼成したバリ
ヤー型21中に約２分間存在させ、次いで注ぎ出し、その
間被膜25はバリヤー型21上に形成した。引き続いて、被
覆したバリヤー型21を約110℃にセットした炉中に約２
時間入れた。約２時間の滞留時間後、被覆したバリヤー
型21を約1000℃において約１時間焼成した。

次いで、３つのバリヤー被覆した型21を、約7.6cm
（３インチ）の直径および約83mm（3.25インチ）の高さ
を有する、16ゲージ（1.6mmの厚さ）304型ステンレス鋼
から構成した不通気性容器12に入れた。次いで、被覆し
たバリヤー型21とステンレス鋼の容器12との間の空間
を、500グリットのAl₂O₃（38Alundum、ノートン・カン
パニー）からなるベッド23を充填した。１つのバリヤー
型21を、約50重量％の54グリットのAl₂O₃および約50重
量％の90グリットのAl₂O₃（両者共38Alundum、ノートン
・カンパニー）からなる充填材混合物11を充填した。第
２バリヤー型21を約50重量％のAl₂O₃および残部のZrO₂
（MCA1360、ノートン・カンパニー）からなる充填材11
を充填し、そして第３バリヤー型21を約98重量％の22グ
リットのAl₂O₃（EI Alundum、ノートン・カンパニー）
および約２重量％の−325メッシュのマグネシウム粉末
（アトランチック・イクイプメント・エンジニアーズ、
ニュージャージイ州バーゲンフィールド）からなる充填
材混合物11を充填した。

次いで、これらの充填材を充填したバリヤー型21の各
々を、１枚のグラファイト箔22（Perm−foil、TT アメ
リカ、オレゴン州ポートランド）で覆った。商業的に入
手可能なアルミニウム合金6061および追加の２重量％の
その中の合金したマグネシウムからなるマトリックス金
属13を溶融し、そしてほぼ270gをステンレス鋼の容器12
中に注ぎ、そして充填材を充填したバリヤー型上に注い
だ。引き続いて、粉末のB₂O₃を溶融したマトリックス金
属13の上に注ぎ、そしてレイアップ40を約900℃にセッ
トした抵抗加熱した空気雰囲気のボックス炉に入れた。
約15分間B₂O₃粉末を実質的に溶融させ、脱気し、そして
不通気性密封14を形成した。レイアップ40を約900℃に
さらに約２時間保持し、次いでレイアップ40およびその
内容物を炉から取り出し、そして水冷した銅の冷たい板
上に配置して金属マトリックスの複合体を方向的に固化
した。

いったん室温になったとき、ステンレス鋼の容器12を
固化した残留マトリックス金属および被覆したバリヤー
型から切断した。グラファイトのテープ22の各切片は、
形成した３つの金属マトリックスの複合体の玉弁の各々
からのマトリックス金属のカーカス分離を促進すること
が観測された。さらに、マトリックス金属13は500グリ
ットのAl₂O₃のベッド23を浸透しないことが観測され
た。次いで、被覆したバリヤー型21をサンドブラスター
に入れ、そして被覆したバリヤー型21をサンドブラスチ
ングすると、アルミニウムの金属マトリックスの複合体
から構成された３つの網の形状の玉弁が現れた。

第７図は、２つのアルミニウムマトリックスの玉弁61
を示す。こうして、この実施例は、自己発生真空技術に
よる網状のアルミニウムマトリックスの形成の間、バリ
ヤー材料として異なる型の材料、例えば、非常に微細な
粉末、グラファイト材料および結合した微細粉末の使用
を示す。

実施例２ この実施例は、青銅のマトリックス金属を使用する自
己発生真空技術により複雑な形状の網または網に近い形
状の複合体を形成する、閉じた面の陰成形技術を実証す
る。

実験の手順は、マトリックス金属およびプロセス温度
を除外して、実施例１に記載するものと実質的に同一で
あった。実施例２において使用した実験のレイアップ40
は第５図に示すものに類似した。青銅のマトリックス金
属13は、約６重量％のSi、0.5重量％のFe、0.5重量％の
Alおよび残部の銅から構成した。ステンレス鋼の容器12
は、約41mm（1.63インチ）の内径および約67mm（2.63イ
ンチ）の高さを有した。充填材11は90グリットのAl₂O₃
（EI Alundum、ノートン・カンパニー）であった。レ
イアップ40を抵抗加熱した空気雰囲気のボックス炉内で
約1100℃に約2.25時間保持した後、水冷した銅の冷たい
板上で方向的に固化した。

室温において、レイアップ40を分解しそして、実施例
１におけるように、グラファイトの箔22は、第８図に示
すように、新しいマトリックス複合体の玉弁63からのマ
トリックス金属のカーカス66の分離を促進することが観
測された。さらに、マトリックス金属13は500グリット
のAl₂O₃のベッド23を浸透しないことが観測された。次
いで、被覆したバリヤー型21をサンドブラスターに入
れ、そして被覆したバリヤー外殻21をサンドブラスチン
グすると、青銅の金属マトリックスの複合体から構成さ
れた網の形状の玉弁が現れた。詳しくは、第８図は青銅
の金属マトリックスの複合体の玉弁63、グラファイトの
箔22の残部およびそれに取り付けられた青銅のマトリッ
クス金属66のカーカスを示す。こうして、この実施例が
実証するように、異なる型の材料、例えば、微細なベッ
ド、グラファイト材料および結合した粉末は、自己発生
真空技術による青銅マトリックス複合体の形成の間バリ
ヤー材料として機能することができる。

実施例３および４ これらの実施例は、自己発生真空技術による、複雑な
形状を有する網または網に近い形状の金属マトリックス
の複合体を形成する開いた面の陽成形技術を実証する。
詳しくは、実施例３および４は、それぞれ、アルミニウ
ムマトリックス金属および青銅マトリックス金属を使用
して、約38mm（1.5インチ）の外径および約10mm（0.4イ
ンチ）の最大厚さを有するマスター部分から２つの金属
マトリックスの複合体の歯車を製造することを記載す
る。実施例３および４において使用する実験のレイアッ
プは、第３図に示すものに類似する。

成形用ゴムコンパウンド（GI−1000、プラスチック・
ツーリング・サプライ・カンパニー、ペンシルベニア州
イーストン、約１重量部のアクチベーターおよび約10重
量部のゴム基材）をマスター部分の回りに注型すること
によって、マスター部分から陰ゴム型を作った。いった
ん陰ゴム型が十分に硬化したとき、フルオロカーボンに
基づく乾燥滑剤（MS−122、ミラー−ステフェンソン・
ケミカル・カンパニー・インコーポレーテッド、コネチ
カット州ダンブリー）で陰ゴム型を２回噴霧被覆した。
次いで、陽ゴム型を、前述したように配合した、GI−10
00成形ゴムから再び陰ゴム型から注型した。いったん十
分に硬化したとき、陽ゴム型を陰ゴム型から取り出し、
次いで、後述するように、それぞれの部分のための２つ
のバリヤー型21の形成に使用した。

約１重量部のコロイド状シリカ（NYACOL 2040NH₄、
ナイコール・プロダクツ、マサチュセッツ州アシュラン
ド）、約２重量部の500グリットのAl₂O₃（38Alundum、
ノートン・カンパニー）、約１重量部の220グリットのA
l₂O₃（38Alundum、ノートン・カンパニー）、および約
0.2重量部の水を混合することによって、バリヤー型21
を形成した。このバリヤー混合物を、脱泡および脱気
後、陽ゴム型の上に注ぎ、そしてほぼ室温において約２
時間硬化させた。約２時間後、硬化した混合物から過剰
の水を注ぎ出し、バリヤー型材料を有する陽ゴム型をフ
リザーに入れ、そして約−18℃に約８時間保持した。次
いで、陽ゴム型を各凍結したバリヤーの型21から分離
し、そして各バリヤー型21を抵抗加熱された空気雰囲気
炉に入れ、約1000℃に約１時間保持した。約50重量％の
コロイド状バーミキュライト（Microlite No.903、W.
R.グレイス・アンド・カンパニー、マサチュセッツ州レ
キシントン）および約50重量％の水からなる被覆混合物
を、各バリヤー型21のキャビティー中に注いだ。この被
覆混合物を焼成したバリヤー型21中に約２分間存在さ
せ、次いで注ぎ出し、その間被膜（第３図に示さない）
は各バリヤー型21のキャビティー中に形成した。引き続
いて、被覆したバリヤー型21を約110℃にセットした炉
中に約２時間入れた。約２時間後、被覆したバリヤー型
21を約1000℃において約１時間再び焼成した。

次いで、各バリヤー被覆した型21を、実施例１に記載
されているものと実質的に同一の別々のステンレス鋼の
容器12に入れた。次いで、被覆したバリヤー型21とステ
ンレス鋼の容器12との間の空間を、500グリットのAl₂O₃
（38Alundum、ノートン・カンパニー）からなるベッド2
3を充填した。実施例３において、90グリットのAl₂O
₃（38Alundum、ノートン・カンパニー）からなる充填材
混合物11を被覆したバリヤー型21に入れ、そして平らに
した。実施例４において、90グリットのAl₂O₃（38Alund
um、ノートン・カンパニー）からなる充填材混合物11を
被覆したバリヤー型21に入れ、そして平らにした。青銅
のマトリックス金属とともに使用した充填材を充填した
バリヤー型21を、１枚のグラファイトの箔22（Perm−fo
il、TT アメリカ、オレゴン州ポートランド）で覆っ
た。

実施例３において、約7.5〜9.5重量％のSi、3.0〜4.0
重量％のCu、≦2.9重量％のZn、0.2〜0.3重量％のMg、
≦1.3重量％のFe、≦0.5重量％のMn、≦0.35重量％のSn
および残部のAlからなる溶融したアルミニウムのマトリ
ックス金属13を、ステンレス鋼の容器12中に、約13mm
（0.5インチ）の深さにかつ充填材を充填したバリヤー
型21の上に注いだ。実施例４において、約６重量％のS
i、約0.5重量％のFe、約0.5重量％のAlおよび残部のCu
からなる溶融した青銅のマトリックス金属13を、ステン
レス鋼の容器12中に、約13mm（0.5インチ）の深さに、
グラファイトの箔22で覆ったバリヤー型21の上に注い
だ。引き続いて、粉末のB₂O₃を溶融したマトリックス金
属13の上に注いでそれらを実質的に完全に覆い、そして
レイアップ20を実施例３について約900℃にセットしそ
して実施例４について約1100℃にセットした抵抗加熱し
た空気雰囲気のボックス炉に入れた。約15分間B₂O₃粉末
を実質的に溶融させ、脱気し、そして不通気性密封14を
形成した。実施例３のレイアップ20を約900℃に約２時
間保持し、そして実施例４のレイアップ20を約1100℃に
約２時間保持し、次いでそれぞれのレイアップ20を炉か
ら取り出し、そして水冷した銅の冷たい板上に配置して
金属マトリックス13を方向的に固化した。

いったん室温になったとき、各ステンレス鋼の容器12
をそれぞれのバリヤー型21から切断した。実施例４につ
いて、グラファイトの箔22は形成した金属マトリックス
の複合体からのマトリックス金属のカーカス分離を可能
とすることが観測された。そのうえ、実施例３および４
の両者について、きわめてすぐれたほぼ網の形状の特性
を示す完全に浸透した金属マトリックスの複合体が得ら
れたことが観測された。詳しくは、第9a図は実施例３に
おいて形成したアルミニウムマトリックスの歯車70に相
当する写真を示し、そして第9b図は実施例４において形
成した青銅マトリックスの歯車71に相当する写真を示
す。

実施例５ この実施例は、自己発生真空技術により、複雑な形状
の網または網に近い形状の金属マトリックスの複合体を
形成するための、ロストワックス成形技術の使用を実証
する。詳しくは、実施例５は、約1.91cm（0.75インチ）
の外径および約1.91cm（0.75インチ）の最大高さを有す
るマスター部分から、内燃機関のアルミニウム金属マト
リックスの複合体のピストンの製造に関する。第10a図
は、実施例５において使用した実験のレイアップの概略
的断面図である。

成形用ゴムコンパウンド（GI−1000、プラスチック・
ツーリング・サプライ・カンパニー、ペンシルベニア州
イーストン、約１重量部のアクチベーターおよび約10重
量部のゴム基材）をマスター部分の回りに注型すること
によって、マスター部分から陰ゴム型を作った。いった
ん十分に硬化したとき、溶融したワックス（No.9の赤色
の押出したワックス、キャスチング・サプライ・ハウス
・ニュー・ヨーク、ニューヨーク）を陰ゴム型中に注ぐ
ことによってマスター部分の陽複製を作った。いったん
ワックスが固化したとき、ゴムの型をピストンの陽ワッ
クス複製から取り出した。

次いで、陽ワックス複製を円筒形ステンレス鋼の容器
12に入れた。約３重量部の500グリットのAl₂O₃（38Alun
dum、ノートン・カンパニー）および約１重量部のコロ
イド状アルミナ（Bluonic Ａ、ウェスボンド・コーポ
レーション、デラウェア州ウィルミントン）からなるバ
リヤー混合物を、ステンレス鋼の容器12中に、実質的に
陽ワックス複製の高さまで注いだ。少なくとも６時間
後、バリヤー混合物は硬化してバリヤー外殻21を形成し
た。ステンレス鋼の容器21およびその内容物を倒立さ
せ、そして約60℃にセットした空気雰囲気炉に入れた。
約180℃において約３時間後、陽ワックス複製は溶融
し、そしてバリヤー型21中にキャビティーを形成した。
次いで、ステンレス鋼の容器およびその内容物を約1000
℃にセットした抵抗加熱した空気雰囲気のボックス炉に
約１時間入れて、残りのワックスを燃焼させ、これによ
りバリヤー型21中のマスター部分の陰像を精製した。

次いで、バリヤー型21内に揮発したワックスによりつ
くられた空隙を、220グリットのSiC（39 Crystolon、
ノートン・カンパニー）からなる充填材11を充填した。
次いで、約7.5〜9.5重量％のSi、3.0〜4.0重量％のCu、
≦2.9重量％のZn、0.2〜0.3重量％のMg、≦1.3重量％の
Fe、≦0.5重量％のMn、≦0.35重量％のSnおよび残部のA
lからなるアルミニウムのマトリックス金属13を溶融
し、そしてステンレス鋼の容器中に、220グリットのSiC
を充填したバリヤー型21の上に約13mm（0.5インチ）の
深さ注いだ。粉末のB₂O₃（フィッシャー・サイエンティ
フィック）を使用して、溶融したアルミニウムマトリッ
クス金属の表面の上を覆った。

次いで、ステンレス鋼の容器12およびその内容物から
なるレイアップ160を、約850℃にセットした抵抗加熱し
た空気雰囲気のボックス炉に入れた。約850℃において
約16時間後、その間B₂O₃は溶融し、脱気し、そして気体
不透過性の密封14を形成し、レイアップを炉から取り出
し、そして冷却した。

いったんレイアップ160が室温に冷却したとき、ステ
ンレス鋼の容器12を取り出し、そしてバリヤー型21をサ
ンドブラスチングすると、ほぼ網の形状のアルミニウム
金属マトリックスの複合体のピストンが現れた。詳しく
は、第10b図は、外側表面82を機械加工した後の、アル
ミニウム金属マトリックスの複合体のピストン80に相当
する写真である。第10b図は、ピストンのキャビティー8
1はくぼみを複製したことを示す。

実施例６ 実施例５の方法を実質的に反復したが、ただしバリヤ
ー型21は約２部の220グリットおよび約１部の500グリッ
トのAl₂O₃（両者共38Alundum、ノートン・カンパニー、
マサチュセッツ州ウォルセスター）および約１重量部の
コロイド状アルミナ（Bluonic Ａ、ウェスボンド・コ
ーポレーション、デラウェア州ウィルミントン）から構
成し、充填材11は90グリットのSiC（39 Crystolon、ノ
ートン・カンパニー）から構成し、そしてマスター部分
は約70mm（2.75インチ）の外径および約64mm（2.5イン
チ）の高さを有した。

レイアップ160を実施例５におけるように組み立て、
約850℃に約４時間保持し、次いで水冷した銅の冷たい
板上で方向的に固化した。実施例５におけるように、マ
トリックス金属13は充填材11に完全に浸透し、そしてほ
ぼ網の形状のアルミニウム金属マトリックスの複合体の
ピストンを取り出した。詳しくは、第11a図はサンドブ
ラスチングした状態のこの実施例に従い作ったアルミニ
ウム金属マトリックスの複合体のピストン90に相当する
写真であり、そして第11b図は機械加工した外側表面91
を有する同一のアルミニウム金属マトリックスの複合体
のピストン90に相当する写真である。

実施例７ この実施例は、自己発生真空技術を使用して金属マト
リックスの複合体を形成するためのグラファイト型の使
用を実証する。この実施例において使用した実験のレイ
アップ20は、第３図に示すものに類似する。

約32mm（1.25インチ）の内径、約51mm（２インチ）の
高さおよび約13mm（0.5インチ）の厚さを有するグラフ
ァイトの型21（ATJ等級のグラファイト、ユニオン・カ
ーバイド、MGM、ペンシルベニア州ウォムルスドルフ）
を、16ゲージ（1.6mmの厚さ）304型ステンレス鋼から構
成された約67mm（2.6インチ）の内径および89mm（3.5イ
ンチ）の高さを有するステンレス鋼の容器12の底に入れ
た。グラファイトの型21とステンレス鋼の容器12との間
の空間を、500グリットのAl₂O₃（EI Alundum、ノート
ン・カンパニー、マサチュセッツ州ウォルセスター）か
らなるベッド23で実質的にグラファイトの型21の上部に
充填した。次いで、グラファイトの型21の円筒形キャビ
ティーを80gの90グリットのAl₂O₃（38Alundum、ノート
ン・カンパニー）からなる充填材11で実質的に充填し
た。グラファイトの型21の上部におけるベッド23の表面
は、１枚のグラファイトの箔22（Perm−foil、TT アメ
リカ、オレゴン州ポートランド）で完全ではないが、実
質的に覆った。約６重量％のSi、約0.5重量％のFe、約
0.5重量％のAlおよび残部の銅からなる25mm（１イン
チ）の溶融した青銅のマトリックス金属13を、ステンレ
ス鋼の容器12中にグラファイトの型21覆うグラファイト
の箔の上に注いだ。約20gの粉末状B₂O₃（Aesar 、ジョ
ンソン・マッテイ、ニューハンプシャイヤー州−ブルッ
ク）を使用して、青銅のマトリックス金属13の表面を実
質的に覆った。ステンレス鋼の容器12およびその内容物
からなるレイアップ20を、約1100℃の温度にセットした
抵抗加熱した空気雰囲気のボックス炉に入れた。約1100
℃において約２時間後、その間B₂O₃は実質的に完全に溶
融し、脱気し、そして気体不透過性の密封14を形成し、
ステンレス鋼の容器12およびその内容物からなるレイア
ップ20を炉から取り出し、そして水冷した銅の冷たい板
上に配置して、青銅のマトリックス金属を方向的に固化
した。

いったん室温になったとき、レイアップ20を分解し、
そして青銅のマトリックス金属13は充填材11に浸透し
て、すべての表面上にすぐれた表面仕上げを有する青銅
の金属マトリックスの複合体の円筒を形成したことが観
察された。詳しくは、第12図はこの実施例に記載する手
順に従い作った青銅の金属マトリックスの複合体の円筒
に相当する写真を示す。

実施例８ この実施例は、自己発生真空技術を使用して作った金
属マトリックスの複合体の内側表面を造形するためのグ
ラファイトの部材またはマンドレルの使用を実証する。
この実施例において使用した実験のレイアップは、第４
図に示すものに類似する。詳しくは、リブ付きグラファ
イトのマンドレル31（AGSXグラファイト、ユニオン・カ
ーバイド）［約24mm（１インチ）の内径および約38mm
（1.5インチ）の高さを有し、マンドレル31の周辺に沿
ってほぼ20゜毎に位置し、マンドレルの周辺を越えて約
1.6mm（0.16インチ）であり、約2.5mm（0.1インチ）の
幅を有しそしてグラファイトのマンドレル31の38mm（1.
5インチ）の長さに沿って延びるリブを有する］を使用
して、マンドレル31の外径に相当するリブ付き内径およ
び平滑な外径を有する金属マトリックスの複合体を形成
した。

最終の所望の複合体の陰として造形されたグラファイ
トのマンドレル31を、約48mm（1.9インチ）の内径およ
び約89mm（3.5インチ）の高さを有しそして16ゲージ
（1.6mmの厚さ）304型ステンレス鋼から構成された容器
21に入れた。95重量％の90グリットのSiC（39 Crystol
on、ノートン・カンパニー）および約５重量％の錫−35
0メッシュ（アトランチック・イクイプメント・エンジ
ニアーズ、ニュージャージイ州バーゲンフィールド）か
らなる充填材11を、ステンレス鋼の容器12およびリブ付
きグラファイトのマンドレル31の間の環状空間中に注い
だ。約５重量％のSi、約２重量％のFe、約３重量％のZn
および残部の銅からなる38mm（1.5インチ）の溶融した
青銅のマトリックス金属13を、ステンレス鋼の容器12中
にリブ付きグラファイトのマンドレル31を取り囲む90グ
リットのSiC充填材11の上に注いだ。次いで、約20gの粉
末状B₂O₃（Aesar 、ジョンソン・マッテイ、ニューハ
ンプシャイヤー州−ブルック）を使用して、青溶融した
銅のマトリックス金属を実質的に完全に覆った。ステン
レス鋼の容器12およびその内容物からなるレイアップ30
を、約1100℃の温度にセットした抵抗加熱した空気雰囲
気のボックス炉に入れた。約1100℃において約２時間
後、その間B₂O₃は実質的に完全に溶融し、脱気し、そし
て気体不透過性の密封14を形成し、そしてマトリックス
金属13のレベルは低下したことが観察され、レイアップ
30を炉から取り出して青銅のマトリックスの複合体を固
化した。室温において、レイアップ30を分会すると、リ
ブ付きグラファイトのマンドレル31を取り囲む青銅のマ
トリックスの複合体が現れた。

リブ付きグラファイトのマンドレル31を取り囲む青銅
のマトリックスの複合体を約600℃セットした抵抗加熱
した空気雰囲気のボックス炉に入れることによって、リ
ブ付きグラファイトのマンドレル31を青銅のマトリック
スの複合体から取り出した。600℃において約12時間
後、リブ付きグラファイトのマンドレル31は十分に完全
に酸化し、そしてリブ付きグラファイトのマンドレルを
逆に複製する内径をもつ青銅の金属マトリックスの複合
体が回収された。詳しくは、第13図は機械加工されたそ
の外側表面112をもちそしてグラファイトのマンドレル3
1の外側表面を逆に複製する内側表面111を有する青銅の
マトリックスの複合体に相当する写真を示す。

実施例９ この実施例は、自己発生真空技術により金属マトリッ
クスの複合体を形成するための割り型の使用を実証す
る。第14図は、この実施例において使用するレイアップ
の概略的断面図である。

35mm（1.38インチ）の直径を有する半球のキャビティ
ーをもつ約45mm（1.75インチ）の外径および約21cm（0.
81インチ）の高さを有するマスター型を、商業的に入手
可能なアルミニウム合金から機械加工した。このマスタ
ー型を、約7.6cm（３インチ）の外径、約38mm（1.5イン
チ）高さおよび約9.5mm（0.38インチ）の壁厚さを有す
る商業的に入手可能なPVC管中に同心的に入れた。PVC管
とアルミニウムのマスター型との間の環状空間中に、成
形用ゴムコンパウンド（GI−1000、プラスチック・ツー
リング・サプライ・カンパニー、ペンシルベニア州イー
ストン、約１重量部のアクチベーターおよび約10重量部
のゴム基材）を注型することによって陰ゴム型を作っ
た。

いったん陰ゴム型が十分に硬化したとき、約１重量部
のコロイド状シリカ（NYACOL 2040NH₄、ナイコール・
プロダクツ、マサチュセッツ州アシュランド）、約２重
量部の500グリットのAl₂O₃（38Alundum、ノートン・カ
ンパニー）、約１重量部の220グリットのAl₂O₃（38Alun
dum、ノートン・カンパニー）、および約0.2重量部の水
からなる混合物からの陰ゴム型から、陽バリヤー型21を
作った。陽バリヤー型の被膜を室温において約２時間硬
化した。約２時間後、硬化した混合物から過剰の水を注
ぎ出し、バリヤー型21を含有する陰ゴム型をフリザーに
入れ、そして約−18℃に約８時間保持した。次いで、陰
ゴム型を陽ゴム型21から分離し、次いで陽バリヤー型21
を抵抗加熱された空気雰囲気炉に入れ、約1000℃に約１
時間保持した。次いで、約9mm（0.38インチ）の孔121
を、一方のバリヤー型の外径の軸に沿って、その後半球
のキャビティーへ開けた（第14図に示すように）。その
中に孔を有する陽バリヤー型21を他の陽バリヤー型21と
接触させて、約35mm（1.38インチ）の直径を有する半球
のキャビティーをその中に形成した。こうして形成した
２つの陽バリヤー型21は割り型122を形成した。約50重
量％のコロイド状バーミキュライト（Microlite No.90
3、W.R.グレイス・アンド・カンパニー、マサチュセッ
ツ州レキシントン）および約50重量％の水からなる被覆
混合物を、孔121を通して割り型の半球のキャビティー
中に注いだ。この被覆混合物を焼成した割り型122中に
約２分間存在させ、次いで注ぎ出し、その間被膜25は割
り型122の半球のキャビティー中に形成した。引き続い
て、被覆した割り型122を約110℃にセットした炉中に約
２時間入れた。約２時間の滞留時間後、被覆した割り型
122を約1000℃において約１時間焼成した。

被覆した割り型122の内部に90グリットのSiC（39 Cr
ystolon、ノートン・カンパニー）からなる充填材11を
充填した。次いで、割り型122をステンレス鋼の容器12
内の500グリットのAl₂O₃（38 Alundum、ノートン・カ
ンパニー）からなるベッド23中に配置した。割り型122
の下部における孔121を、グラファイトの箔22（Perm−f
oil、TT アメリカ、オレゴン州ポートランド）で実質
的に覆った。次いで、約５重量％のSi、約２重量％のF
e、約２重量％のZnおよび残部のCuからなる溶融した青
銅のマトリックス金属13を、ステンレス鋼の容器12中
に、微細なベッド23により囲まれた割り型122の上に注
ぎ、そしてB₂O₃粉末の層を溶融したマトリックス金属の
上に注いだ。

次いで、ステンレス鋼の容器12およびその内容物から
なるレイアップ120を約1100℃にセットした抵抗加熱し
た空気雰囲気のボックス炉に入れた。約1100℃において
約３時間後、レイアップ120を炉から取り出して青銅の
金属マトリックスの複合体を固化した。いったん室温に
なったとき、割り型122を分解すると、溶融した青銅の
金属マトリックスの複合体は充填材11に浸透して、青銅
の金属マトリックスの複合体の球を形成したことが明ら
かにされた。割り型の使用を実証することに加えて、こ
の実施例は、マスター型をバリヤー型中に上方に引き上
げて充填材に浸透して金属マトリックスの複合体を形成
することができることを実証する。

実施例10 この実施例は、金属マトリックスの複合体の内部形状
を定める微細グリットのベッドおよび結合材から構成さ
れたバリヤーマンドレルの使用を実証する。

詳しくは、まず、約20重量％の石膏（Bondex、ボンデ
ックス・インターナショナル・インコーポレーテッド、
オハイオ州ブルンスウィック）および500グリットのAl₂
O₃（38Alundum、ノートン・カンパニー）からなる混合
物から、歯車の所望の内部の形状の陰の形状を有する、
バリヤー部材またはマンドレル31を作ることによって、
内部の歯車を形成した。いったん硬化および乾燥したと
き、バリヤーマンドレル31を、形成すべき最終の金属マ
トリックスの複合体の部分の所望の外径に一致する内径
を有する、円筒形のステンレス鋼の容器12の中心に配置
した。次いで、90重量％の90グリットのAl₂O₃（38Alund
um、ノートン・カンパニー）および10重量％の錫−350
メッシュ（アトランチック・イクイプメント・エンジニ
アーズ、ニュージャージイ州バーゲンフィールド）から
なる充填材11を、バリヤーマンドレル31とステンレス鋼
の容器12との間の空間中に充填した。約５重量％のSi、
約２重量％のFe、約３重量％のZnおよび残部の銅からな
る溶融した青銅のマトリックス金属13を、ステンレス鋼
の容器12中に、充填材11の上に約25mm（１インチ）の深
さに注ぎ、そしてB₂O₃粉末を溶融したマトリックス金属
の上に注ぎ、その溶融後、外部の密封14を形成した。

次いで、ステンレス鋼の容器およびその内容物からな
るレイアップ30を約1100℃にセットした抵抗加熱した空
気雰囲気のボックス炉に入れた。約1100℃において約３
時間後、レイアップ30を炉から取り出しそして室温の冷
却した。次いで、バリヤーマンドレル31を形成した青銅
の金属マトリックスの複合体からサンドブラスチングし
て、バリヤーマンドレル31の外側表面と一致する金属マ
トリックスの複合体中に内部の形状を形成した。詳しく
は、第15図は、青銅のマトリックス複合体130の内部に
歯車131をもつ青銅のマトリックス複合体130に相当する
写真を示す。

実施例11 この実施例は、一時的なマンドレル技術を使用して比
較的複雑な金属マトリックス構造体を作ることができる
ことを実証する。詳しくは、金属マトリックスのトラス
をバルサ材のマスターから作った。バルサ材のマスター
は、第16a図概略的にに示すように、商業的に入手可能
なバルサ材を一緒に接着することによって形成した。次
いで、バルサ材のマスターを銀塗料（Ｐ−1140、ペプ・
ボイズ、ペンシルベニア州フィラデルフィア）の少なく
とも２回被覆で被覆した。銀塗料が乾燥した後、バルサ
材のマスターを約127mm（５インチ）×約51mm（２イン
チ）×25mm（１インチ）の高さの寸法を有する紙の箱の
底に石油ゼリー（Vaseline 、チーズボロウ−ポンズ・
インコーポレーテッド、コネチカット州グリーニッチ）
で取り付けた。

マスター部分を紙の箱に取り付けた後、約１重量部の
コロイド状シリカ（NYACOL 2040NH₄、ナイコール・プ
ロダクツ、マサチュセッツ州アシュランド）、約２重量
部の500グリットのAl₂O₃（38Alundum、ノートン・カン
パニー）、約１重量部の220グリットのAl₂O₃（38Alundu
m、ノートン・カンパニー）、および約0.2重量部の水を
混合して、バリヤー型の混合物を形成した。このバリヤ
ー混合物を、脱泡尾脱気した後、バルサ材のマスターの
上に注ぎ、そしてほぼ室温において約２時間硬化した。
約２時間後、バリヤー混合物から過剰の水をタオルで吸
収し、そして220グリットのAl₂O₃（38Alundum、ノート
ン・カンパニー、マサチュセッツ州ウォルセスター）を
注型物の表面の上に注ぎで過剰の水をソーキング除去し
た。次いで、バルサ材のマスター部分を取り囲むバリヤ
ー混合物をフリザーに入れ、そして約−18℃に約８時間
保持した。次いで、バルサ材のマスター部分を取り囲む
硬化したバリヤー材料陰ゴム型を抵抗加熱された空気雰
囲気炉に入れ、約1000℃に約１時間保持した。約1000℃
においてこの時間の間、バルサ材は燃焼してバリヤー型
中に内部のキャビティーを形成した。炉から取り出し、
バリヤー型を冷却し、次いでバルサ材の残りの灰をバリ
ヤー型から吹き出させる。バリヤー型を後述する不通気
性容器内に勘合する大きさに切断した。次いで、約50重
量％のコロイド状バーミキュライト（Microlite No.90
3、W.R.グレイス・アンド・カンパニー、マサチュセッ
ツ州レキシントン）および約50重量％の水からなる被覆
混合物を、バリヤー型中に注いだ。この被覆混合物を焼
成したバリヤー型中に約２分間存在させ、その間被膜は
バリヤー型上に形成した。引き続いて、被覆したバリヤ
ー型を約60℃にセットした炉中に約２時間入れた。約60
℃において２時間後、被覆したバリヤー型を約1000℃に
おいて約１時間焼成した。

次いで、被覆したバリヤー型を、約125mm（4.9イン
チ）の内径×36mm（1.6インチ）の長さ×約43mm（1.7イ
ンチ）の深さを有する、16ゲージ（1.6mmの厚さ）304型
ステンレス鋼から構成された不通気性容器に入れた。次
いで、被覆したバリヤー型とステンレス鋼の容器との間
の空間を、500グリットのAl₂O₃（38Alundum、ノートン
・カンパニー、マサチュセッツ州ウォルセスター）から
なるベッドで充填した。被覆したベッドに220グリット
のAl₂O₃（38Alundum、ノートン・カンパニー、マサチュ
セッツ州ウォルセスター）からなる充填材を充填した。

次いで、充填材を充填したバリヤー型を、１枚のグラ
ファイトの箔22（PERMA−FOIL 、TT アメリカ、オレ
ゴン州ポートランド）で覆った。商業的に入手可能なア
ルミニウム合金6061およびその中の合金した追加の４重
量％のマグネシウムを有するマトリックス金属を溶融
し、そしてステンレス鋼の容器中にかつグラファイトの
箔の上に注ぎ、次いでバリヤー型中の充填材を覆った。
引き続いて、粉末状B₂O₃を溶融したマトリックス金属の
上に注ぎ、そしてレイアップを約850℃にセットした抵
抗加熱した空気雰囲気のボックス炉に入れた。約15分間
B₂O₃を溶融させた後、脱気し、そして気体不透過性密封
を形成した。レイアップを約950℃にさらに２時間保持
し、次いでレイアップおよびその内容物を炉から取り出
し、そして水冷した銅の冷たい板上に配置して金属マト
リックスの複合体を方向的に固化した。

いったん室温になったとき、ステンレス鋼の容器を固
化した残留マトリックス金属および被覆したバリヤー型
から切断した。グラファイトのテープは金属マトリック
スの複合体からのマトリックス金属のカーカスの分離を
促進することが観察された。次いで、被覆したバリヤー
型をサンドブラスターに入れ、そしてバリヤー型のサン
ドブラチングすると、アルミニウムの金属マトリックス
の複合体から構成された網の形状のトラスが現れた。詳
しくは、第16b図はこの実施例に従い作られたアルミニ
ウムの金属マトリックスの複合体のトラス141に相当す
る写真を示す。

実施例12 この実施例は、ロストワックス技術を使用する比較的
複雑な金属マトリックス構造体の製造を実証する。詳し
くは、金属マトリックスのトラスをマスターから作っ
た。第16a図に示すマスター140を正規のシート状ワック
ス（165、フリーマン・カンパニー、ニュージャージイ
州ベレビレ）の接着ストリップにより形成した。ワック
スのマスターを、約152mm（６インチ）の長さ、約51mm
（２インチ）の幅および約51mm（２インチ）の高さを有
するステンレス鋼の容器に入れた。約50重量％のカルシ
ウムアルミネートセメント（Secar71、ファファージ・
カルシウム・アルミネーチト、バージニア州チェスピー
ク）および50重量％の500グリットのAl₂O₃（38Alundu
m、ノートン・カンパニー）およびバリヤー混合物を注
型可能するために実質的に十分な水からなるバリヤー混
合物を、ステンレス鋼の容器中にかつワックスマスター
の上にワックスマスターの高さに注いだ。

バリヤー混合物がステンレス鋼の容器内でワックスマ
スターの回りで十分に硬化した後、まずレイアップを約
150℃の炉に約３時間入れ、そしてワックスマスターを
溶融することによってワックスマスターを除去した。次
いで、レイアップを約800℃にセットした抵抗加熱した
空気雰囲気のボックス炉にほぼ１時間入れて、溶融後残
留するワックスを燃焼して、マスターワックスのトラス
の陰バリヤー外殻を生成した。バリヤー外殻中の空間に
90グリットのSiC（39 Crystolon、ノートン・カンパニ
ー）の充填材を充填した。約7.5〜9.5重量％のSi、3.0
〜4.0重量％のCu、≦2.9重量％のZn、0.2〜0.3重量％の
Mg、≦1.3重量％のFe、≦0.5重量％のMn、≦0.35重量％
のSnおよび残部のAlからなる溶融したアルミニウムのマ
トリックス金属を、ステンレス鋼の容器中に充填材を充
填したバリヤー外殻の上に約13mm（0.5インチ）の深さ
に注いだ。次いで、B₂O₃粉末を使用して、溶融したアル
ミニウムのマトリックス金属の表面を実質的に完全に覆
った。ステンレス鋼の容器およびその内容物からなるレ
イアップを、約850℃にセットした抵抗加熱した空気雰
囲気のボックス炉に入れた。約850℃において約４時間
後、その間B₂O₃は実質的に溶融し、脱気し、そして気体
不透過性密封を形成し、レイアップを取り出しし、そし
て室温に冷却した。レイアップを分解し、そしてバリヤ
ー外殻をサンドブラスチングすると、アルミニウムのマ
トリックス複合体のトラスが現れた。

実施例13 実施例１の方法を実質的に反復して約89mm（3.5イン
チ）の外径を有するポンプの羽根車を作ったが、ただし
異なるマトリックス金属、プロセス温度およびバリヤー
外殻を使用した。バリヤー外殻を２重量部の500グリッ
トのAl₂O₃（38Alundum、ノートン・カンパニー）、１重
量部の90グリットのAl₂O₃（38Alundum、ノートン・カン
パニー）および１重量部のコロイド状アルミナ（Bluoni
c、ウェストボンド・コーポレーション、デラウェア州
ウィルミントン）からなる混合物から形成した。マトリ
ックス金属13は約６重量％のSi、約１重量％のFeおよび
残部の銅からなる青銅であり、そして充填材11は90グリ
ットのSiC（39 Crystolon、ノートン・カンパニー）で
あった。レイアップ40を約1100℃にセットした抵抗加熱
した空気雰囲気のボックス炉に入れた、そして約3.5時
間かけてマトリックス金属を充填材中に浸透させた。詳
しくは、第17図はこの実施例において形成した青銅のマ
トリックスの羽根車に相当する写真を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、外部シール手段を用いる本発明の方法による
代表的レイアップの略断面図であり、 第２図は、標準レイアップに適用した本発明の方法の概
略フロチャートであり、 第３図は、網形外面をもつ金属マトリックス複合体を形
成するために使われる本発明による代表的レイアップの
略断面図であり、 第４図は、網形内部空間をもつ金属マトリックス複合体
を形成するために使われる本発明の方法による代表的レ
イアップの略断面図であり、 第５図は、網形内外面をもつ網形複合体を形成するため
に使われる本発明の方法による代表的レイアップの略断
面図であり、 第６図は、網形金属マトリックス複合体を形成するため
に使われる本発明による代表的鋳型の略断面図であり、 第７図は、例１で作成した資料に対応する写真であり、 第８図は、例２で作成した資料に対応する写真であり、 第9a図は、例３で作成した資料に対応する写真であり、 第9b図は、例４で作成した資料に対応する写真であり、 第10a図は、網形金属マトリックス複合体を製造するた
めに使われる本発明の方法による代表的レイアップの略
断面図であり、 第10b図は、例５で作成した資料に対応する写真であ
り、 第11a図は、例６で作成した未完成資料に対応する写真
であり、 第11b図は、例６で作成した完成資料に対応する写真で
あり、 第12図は、例７で作成した資料に対応する写真であり、 第13図は、例８で作成した資料に対応する写真であり、 第14図は、網状金属マトリックス複合体を製造するため
に使われる本発明の方法による代表的割り型レイアップ
の略断面図であり、 第15図は、例10で作成した資料に対応する写真であり、 第16a図は、例11で使ったと 同じ型の略断面図であ
り、 第16b図は、例11で作成した資料に対応する写真であ
り、そして 第17図は、例12で作成した資料に対応する写真である。 10……レイアップ、 11……充填材又はプレフォーム、 12……不通気性容器、 13……溶融金属マトリックス、 14……外部シール又はシール部、 17……周囲雰囲気。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ 47/10 47/10 49/06 49/06 (72)発明者 ラトネシュ クマール ドウィベディ アメリカ合衆国，デラウェア 19810, ウィルミントン，ベローズ ドライブ 2628 (56)参考文献 特開 平２−197368（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−2149（ＪＰ，Ｂ２) 特許2518847（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許3396777（ＵＳ，Ａ) 米国特許3529655（ＵＳ，Ａ) 米国特許3364976（ＵＳ，Ａ) (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 (18)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マトリックス金属と、反応雰囲気と、不通
   気性容器と、充填材のルーズな集合体及び充填材のプレ
   フォームからなる群より選ばれた少なくとも１つの材料
   を含む通気性素材と、該通気性素材の少なくとも１つの
   表面の少なくとも１部分と接触し、かつ製造すべき金属
   マトリックス複合体の少なくとも１つの表面を形成する
   ために該マトリックス金属から少なくとも部分的に隔置
   されている所定の形状の少なくとも１つのマンドレルと
   を含む反応系を形成し、 該反応系の外部にある周囲雰囲気から該反応系を少なく
   とも部分的にシールして、反応雰囲気と該周囲雰囲気の
   間に有効な圧力差を発生させ得るようにし、ここに該シ
   ールは外部シール、内部物理的シール及び内部化学的シ
   ールのうち少なくとも１つにより形成し、そして 該シールされた反応系を加熱して、マトリックス金属を
   溶融させ、該通気性素材に該溶融マトリックス金属を少
   なくとも部分的に該少なくとも１つのマンドレルまで浸
   透させ、そして 該少なくとも１つのマンドレルを除去し、これによって
   該少なくとも１つのマンドレルによって形成された少な
   くとも１つの表面を有する成形された金属マトリックス
   複合体を形成し、 且つ、前記溶融マトリックス金属浸透を該反応雰囲気と
   該周囲雰囲気の間に有効な圧力差を発生させながら行
   う、 工程を含むことを特徴とする金属マトリックス複合体の
   製造方法。
2. 【請求項２】該マトリックス金属が、アルミニウム、マ
   グネシウム、青銅、銅及び鋳鉄からなる群より選ばれた
   少なくとも１つの物質を含む、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】該少なくとも部分的なシールを、少なくと
   も１つのガラス物質を含む外部シールによって行う、請
   求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】成形される金属マトリックス複合材料の外
   部寸法に符号する内部寸法を持つ少なくとも１つの型枠
   をさらに用いることをさらに含む、請求項１〜３のいず
   れかに記載の方法。
5. 【請求項５】該溶融マトリックス金属の移行、移動を妨
   害、阻止、防止又は終了させるために少なくとも１つの
   バリヤー手段を用いることをさらに含む、請求項１〜４
   のいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】該少なくとも１つのマンドレル及び該少な
   くとも１つの型枠が、アルミナ、シリカ、バーミキュラ
   イト、グラファイト、石膏及びステンレス鋼からなる群
   より選ばれた少なくとも１つの物質を含む、請求項４に
   記載の方法。
7. 【請求項７】該少なくとも１つの型枠が、該不通気性容
   器として作用する、請求項４に記載の方法。
8. 【請求項８】該少なくとも１つのマンドレルを、機械的
   手段、化学的手段及び物理的手段からなる群より選ばれ
   た少なくとも１つの手段によって除去する、請求項１〜
   ７のいずれかに記載の方法。
9. 【請求項９】該形成された金属マトリックス複合体を、
   該不通気性容器、該バリヤー手段及び該マトリックス金
   属の少なくとも１つから分離することを容易にする分離
   容易化手段を用いることをさらに含む、請求項５に記載
   の方法。
10. 【請求項１０】該分離容易化手段が、グラファイト、酸
    化硼素及び錫からなる群より選ばれた少なくとも１つの
    物質を含む、請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】該分離容易化手段を、該バリヤー手段内
    に容れる、請求項９に記載の方法。
12. 【請求項１２】該少なくとも１つのバリヤー手段と、該
    マトリックス金属が実質的に湿潤しない、請求項５に記
    載の方法。
13. 【請求項１３】該少なくとも１つのバリヤー手段を、該
    マンドレル又は該型枠の少なくとも１つの表面の少なく
    とも１部分に適用する、請求項５に記載の方法。
14. 【請求項１４】該少なくとも１つのバリヤー手段を、印
    刷、浸漬、シルクスクリーニング、蒸着及びスパッタリ
    ングからなる群より選ばれた少なくとも１つの方法によ
    って、該不通気性基材の該少なくとも１つの表面に適用
    する、請求項５に記載の方法。
15. 【請求項１５】該少なくとも１つのバリヤー手段が、金
    属、セラミック、セラミック複合体及び粘土からなる群
    より選ばれた少なくとも１つの物質を含む、請求項５に
    記載の方法。
16. 【請求項１６】該少なくとも１つのバリヤー手段が、カ
    ーボン、グラファイト、二硼化チタン、焼石膏、アルミ
    ナ及びシリカからなる群より選ばれた少なくとも１つの
    物質を含む、請求項５に記載の方法。
17. 【請求項１７】該少なくとも１つのバリヤー手段が、該
    少なくとも１つの表面と接触して設置された可撓性グラ
    ファイトシートを含む、請求項５に記載の方法。
18. 【請求項１８】該バリヤー手段が、作用条件の下で不浸
    透性である粒状物質を含む、請求項５に記載の方法。