JPH01273659A - 金属マトリックス複合材料体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はセラミックで充填された新規な金属マトリック
ス複合材料及びその製造方法に係る。より詳細には本発
明によると、セラミック充填伺からなる浸透性塊体は窒
素含有雰囲気の存在下で溶融金属合金例えばアルミニウ
ム合金によって自発的に溶浸される（即ち加圧又は真空
を使うことなく）。更に本発明による金属マトリックス
複合材料体は貯蔵源供給法を使用することによって製造
される。より詳細に説明すると、金属は初期の段階では
第一の供給源として及び貯蔵源として存在しており、か
かる第一の供給源と貯蔵源は互いに連通しており、それ
によってセラミック充填材を完全に溶浸することかでき
るために十分な金属が存在している。更に詳細に説明す
ると、必要な場合にはかかる貯蔵源には過剰な金属を含
むことができ（例えば完全な溶浸に必要な全以上の金属
が存在することができる）、かかる過剰な金属はセラミ
ック充填金属マトリックス複合材料に直接結合され、か
くして金属マトリックス複合材料体に結合された金属を
含む新規な複合材料体が形成される。

本出願の対象となる技術的事項は、出願人がホワイト他
であり発明の名称が「金属マトリックス復合祠料」とし
て１９８７年５月１３日に出願され、本願出願人と同一
の譲渡人に譲渡された米国特許出願第０４９１７１号に
記載された技術的事項と関連しており、かかる技術的内
容は以下で参照によって組込まれている。ホワイト他の
発明に係る方法によると、金属マトリックス複合祠料は
セラミック充填材又はセラミック被膜充填祠からなる浸
透性塊体に、少なくとも１重量％のマグネシウム、好ま
しくは少なくとも３重量％のマグネシウムを含む溶融ア
ルミニウムを溶浸させることによって製造される。かか
る方法では溶浸は外部からの圧力又は真空を使用するこ
となく自発的に起きる。少なくとも約６７５℃の温度に
於て約１０〜１００体積％、より好ましくは少なくとも
約５０体積％の窒素と残余の非酸化性ガス例えばアルゴ
ンを含むガスの存在下で、供給された溶融金属合金は充
填材の椀体に接触される。かかる条件下で、溶融アルミ
ニウム合金は通常の大気圧下でセラミック椀体に溶浸し
、それによってアルミニウムマトリックス複合材料が形
成される。所定量のセラミック材が溶融アルミニウム合
金によって溶浸されると、合金を固化すべく温度が下げ
られ、それによって強化材セラミック材を埋込む一体的
な金属マトリックス構造物が形成される。通常或いは好
ましくは溶融アルミニウム合金の供給量は溶浸が実質的
にセラミック椀体の境界まで進行することができるため
に十分な二である。ホワイト池の発明に係る方法によっ
て製造されたアルミニウム金属マトリックス複合材料に
含まれるセラミック充填材の量は極めて高いことがある
。この点に関して説明すると、充填材のアルミニウム合
金に対する体積比はに１よりも大きくなることがある。

前述の如きホワイト他による発明に於ける製造条件下で
は、窒化アルミニウムはアルミニウムマトリックス全体
に分散した非連続層として形成されることがある。アル
ミニウムマトリックス内の窒化物の量は温度、合金組成
、ガス組成及びセラミック充填材のような要因によって
変化せしめてよい。かくしてかかる製法に於ける−又は
二以上のかかる要因を１凋節することによって複合材料
の成る種の性質を仕立てることができる。しかしながら
成る種の最終製品に使用される場合には、複合材料は窒
化アルミニウムを殆ど含まないか或いは実質的に全く含
まないことが好ましい。

温度がより高い方が溶浸には好ましいが、製造中に窒化
物が容易に形成され易くなる傾向があることが発見され
ている。ホワイト他の発明によると溶浸運動と最小窒化
物形成間の良好な均衡が達成されている。

溶融金属の供給貯蔵源を使用することによってセラミッ
クマトリックス複合材料構造物を製造することが成功的
に行われてきた。とりわけ例えば出願人名が二ニーカー
ク他であり発明の名称が「セラミック複合材料構造体を
製造するための貯蔵源供給方法とそれによって製造され
る構造体」とｌ、て１９８６年９月１６日に出願され本
願出願人と同一の譲渡人に譲渡された米国特許出願第９
０８０６７号に開示されているように、貯蔵源供給法は
セラミックマトリックス構造体を製造するのに成功的に
利用されてきた。かかる米国特許出願第９０８０６７号
に記載された技術的事項は以下で参照によって組込まれ
る。

二ニーカーク池の発明に係る方法によると、製造された
複合材料体は自己支持型セラミック複合材料構造体を含
んでおり、かかる１ｌＩｉ造体は親金属が酸化物と酸化
反応を起こしそれによって多結晶物質が形成されること
によって得られるセラミックマトリックスが含まれてい
る。かかる製法を使用する場合、親金属体と浸透性充填
材は互いに相対的に配向するよう配置され、それによっ
て酸化反応生成物の生成が充填材方向に向かって旦充填
ヰ」の内部に向かって起きる。親金属は第一の供給源と
して及び貯蔵源として存在するものとして記述されてお
り、貯蔵源の金属は第一の供給源の金属と例えば重力に
よる流れによって連通している。

第一の供給源の溶融親金属は酸化物と反応し酸化反応生
成物を生成し始める。第一の供給源の溶融親金属が消費
されて、酸化反応生成物が連続的に生成され且充填材に
対する溶浸が続けられると、好ましくは連続的な方法で
貯蔵源の親金属が補充される。かくしてかかる貯蔵源に
よって反応を連続的に行うための十分な親金属が供給さ
れ、酸化反応生成物が所定の大きさにまで成長する。

本発明に於ても同様に、生成された複合材料製品は金属
サブストレート上の金属マトリックス複合材料面となる
ことができる。金属マトリックスは親金属の第一の供給
源の表面で充填材を埋込んでおり、生成された金属マト
リックス複合材料は金属サブストレート上の外側面又は
内側面として或いはその両者として形成されてよい。金
属マトリックス複合材料面は金属サブストレートに関し
て選択された或いは所定の厚さを有することができる。

かくして二ニーカーク他の発明によって開示された技術
即ち貯蔵源を使って親金属を補給するという技術は厚い
壁又は薄い壁の金属マトリックス複合材料構造体を製造
するために適応されることができ、かかる複合材料構造
体に於てはこれらの金属マトリックス複合材料面を提供
する金属マトリックスの相対的な体積は前駆体金属サブ
ストレートの体積よりも実質的に大きいことも小さいこ
ともある。更に付加えるなら、必要な場合には最終製品
はかかる金属サブストレートが完全に又は一部分が取除
かれていてよく、或いは金属サブストレートは完全なま
まで残されてよい。

背景技術 金属マトリックスと強化層例えばセラミック粒状物、ウ
ィスカ、繊維等を含む複合材料製品は様々な分野で適用
される可能性を示している、というのはかかる製品は強
化層の有する剛性及び耐摩耗性と金属マトリックスの有
する延性及び靭性を組合せているからである。一般に金
属マトリックス複合材料は強度、剛性、耐接触摩耗性及
び高温強度持続性の如き性質がモノリシック形態のマト
リックス金属に比較して改善されるが、所定の性質がど
の程度改浮されるかは成分比率、体積又は重量組成及び
複合材料が製造されるときの製造法に大きく依存する。

成る種の実施例に於ては、複合材料はまたマトリックス
金属自身よりも重量が軽いことがある。セラミックス例
えば粒状、小板状、又はウィスカ形状の炭化ケイ素によ
って強化されたアルミニウムマトリックス複合材料は、
アルミニウムに比べて高い剛性、耐摩耗性及び高温強度
を有するために興味ある物質である。

様々な冶金学的製法がアルミニウムマトリックス複合材
料の製造法として報告されており、その中には粉末冶金
技術に基いた方法及び加圧鋳造、真空鋳造、撹拌、及び
濡れ剤を利用する液体金属溶浸技術が含まれる。粉末冶
金技術によると、粉体形状の金属と粉体、ウィスカ、チ
ョツプド繊維等の形態の強化材が混合されその後コール
ドプレス及び焼結されるか又はホットプレスされる。か
かる方法で製造された炭化ケイ素強化アルミニウムマト
リックス複合材料内に含まれるセラミックスの最大体積
量は、ウィスカの場合には２５体積％であり粒状物の場
合には４０体積％であることが報告されている。

従来製法を使用する粉末冶金技術による金属マトリック
ス複合材料の製造では製品が獲得する特性に関して成る
種の制限が課させられる。複合材料内のセラミックス層
の体積は典型的には約４０％に制限される。更にプレス
作業もまた実際の可能な寸法に制限を与える。その後の
付加的な作業（例えば成形又は機械加工）をしない場合
には又は複雑なプレス作業をしない場合には比較的簡単
な形状の製品しか製造することができない。成形体中の
偏析及び粒子の成長に伴う微細Ｊ、ｌＩ７造の非均−化
と同様、焼結中にも非均−的な焼結縮みが起きることが
ある。

１９７６年７月２０日にジエー・シー・キャンネル他に
付与された米国特許第３９７０１３６号には、繊維状強
化材例えば所定形状の繊維配向を有する炭化ケイ素又は
アルミナウィスカを組込んだ金属マトリックス複合材料
を形成する方法が記載されている。この方法による複合
材料は、平行なマット又は同一平面的に配置された繊維
からなるフェルトを少なくともマットの一部分の間に配
置された溶融マトリックス金属例えばアルミニウムから
なる貯蔵源を有する型内に配置し、溶融金属がかかるマ
ットを浸透し一定方向に配置された繊維を取囲むように
圧力を加えることによって製造される。約５０体積９６
の強化繊維が複合材料に充填されたことが報告されてい
る。

上述の溶浸法は、溶融マトリックス金属を積重ねられた
繊維状マットに押込むために必要な外力に依存するため
、圧力によって誘発される流動過程の不確定さに供され
る、即ち非均−的なマトリックスの形成、多孔性等が起
きることがある。溶融金属が繊維の配列内の多数の位置
で導入されたとしても、非均一性はあり得る。従って積
重ねられた繊維マットを十分に且均−的に溶浸させるた
めには複雑な形状のマット／貯蔵源の配列及び流動通路
を揃える必要がある。上で記述された加圧溶浸法はマト
リックスに対して強化材の体積が比較的低い場合になし
得ることができる、というのはマットの体積が大きい場
合には溶浸が困難だからである。更に型は加圧下にある
溶融金属を収容する必要があり、それは製造にかかる費
用が増加することとなる。最後に付加えると、上述の方
法は一定方向に配列された粒状物又は繊維を溶浸する場
合に限られており、ランダム方向に配向された粒状物、
ウィスカ又は繊維の形態をした材料によって強化された
アルミニウム金属マトリックス複合材料を形成するのに
は適していない。

アルミニウムマトリックス、アルミナ充填÷４複合材料
の製造に於て、アルミニウムは容品にアルミナには濡れ
ない、従ってコヒーレントな製品を形成するのは困難で
ある。この問題を解決するための様々な解決方法が提案
されてきた。そのうちの一つはアルミナを金属（例えば
ニッケル又はタングステン）で被覆することであり、か
かるアルミナはその後アルミニウムと共にホットプレス
される。他の方法によると、アルミニウムはリチウムと
合金化されアルミナはシリカで被膜されてよい。しかし
ながらかかる複合材料の性質は変化し、被膜は充填材を
劣化させ、或いはマトリックスの性質に影響を与えるこ
とがあるリチウムを含むこととなる。

アール・ダブリュ・グリムショー他に付与された米国特
許第４２３２０９１号によるとアルミニウムマトリック
ス−アルミナ複合材料の製造で遭遇するこの技術分野に
於ける成る種の問題が克服されている。かかる特許には
７００℃〜１０５０℃に予熱された繊維状又はウィスカ
状マットからなるアルミナに溶融アルミニウム（又は溶
融アルミニウム合金）を押込むために７５〜３７５　ｋ
ｇ／１２の圧力が加えられたことが記述されている。こ
の方法によって製造された鋳造物内の金属に対するアル
ミナの体積比の最大値は０．２５／１であった。溶浸を
達成するために必要な外力に依存するために、この方法
はキャンネル他の発明に係る方法と同一の多くの非効率
性を有する。

欧州特許出願公報第１１５７４２号には、プリフォーム
化されたアルミナマトリックスの空隙部に溶融アルミニ
ウムを充填させることによってとりわけ電解層の部品と
して有用なアルミニウムーアルミナ複合材料を製造する
方法が記述されている。この出願ではアルミニウムによ
るアルミナの非濡れ性が強調されており、従ってプリフ
ォーム全体にアルミナを濡れさせるために様々な技術が
使われる。例えばアルミナは、チタン、ジルコニウム、
ハフニウム又はニオビウムのニホウ化物である濡れ剤に
よって被膜され又は金属例えばリチウム、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によって被膜される。

濡れ性を促進するだめには、アルゴンのような不活性雰
囲気が使われる。この引例にはまた被膜されていないマ
トリックスに溶融アルミニウムを浸透させるために圧力
を加えることが開示されている。この点に関して説明す
ると溶浸は空隙部を真空化しその後例えばアルゴンのよ
うな不活性ガスの雰囲気下で溶融アルミニウムに圧力を
加えることによって達成される。それとは別に、プリフ
ォームは溶融アルミニウムによる溶浸によって空隙部を
充填する前に気相アルミニウムの溶むによってその面を
濡れさせることによって溶浸されることができる。プリ
フォームの空隙部にアルミニウムを確実に保持させるた
めに、真空中又はアルゴン中で１４００℃〜１８００℃
に加熱する熱処理が必要である。

かかる熱処理をしないと、加圧下で溶浸された物質をガ
スに曝すことによって又は溶浸圧力を除去することによ
って製品物体からアルミニウムの損失が生ずることとな
る。

電解層のアルミナ製部品に溶鍛金属で溶浸させるのに効
力がある濡れ剤を使用することは欧州特許出願公報第９
４３５３号にもまた記載されている。かかる公報には電
解層ライナ又はサブストレートとして陰極電流供給線を
有する電解層によって電解採取することによってアルミ
ニウムを製造する方法が記載されている。かかるサブス
トレートを溶融氷晶石から保設するために、電解層の始
動時に先立って又は電解工程によって製造された溶融ア
ルミニウムに浸されている間、かかるアルミナサブスト
レートには濡れ剤及び溶解抑制剤の混合物からなる薄い
被膜が施される。この公報で開示されている濡れ剤はチ
タン、ジルコニウム、ハフニウム、ケイ素、マグネシウ
ム、バナジウム、クロム、ニオビウム又はカルシウムで
あり、チタンが好ましい濡れ剤であることが記述されて
いる。

ホウ素、炭素及び窒素の化合物は溶融アルミニウム内で
濡れ剤の溶解を抑制するのに有用であることが記述され
ている。しかしながらこの引例には金属マトリックス複
合材料の製造については示唆されておらず、窒素ガス雰
囲気下で複合材料を製造することについても示唆されて
はいない。

圧力と濡れ剤を使用することに加えて、真空を利用する
ことによって溶融アルミニウムを多孔性セラミック成形
体に浸透させるのが促進されることが報告されている。

例えばアール・エル・ランデインハムに１９７３年２月
２７日に付与された米国特許第３７１８４４１号には、
１Ｏ−ｂ）ル以下の真空でセラミック成形体（例えば炭
化ホウ素、アルミナ及びベリリア）を溶融アルミニウム
、ベリリウム、マグネシウム、チタン、バナジウム、ニ
ッケル又はクロムの何れかによって溶浸させることが報
告されている。１０−２から１０−６トルの真空では溶
融金属によるセラミックの濡れ性は乏しくその結果金属
はセラミックの空隙空間に自由に流れることができなか
った。しかしながら真空度が１０−６トル以下になると
濡れ性は改善されることが報告されている。

１９７５年２月４日にジー・イー・ガザ他に付与された
米国特許第３８６４１５４号には真空を使って溶浸を行
うことが開示されている。かかる特許にはコールドプレ
スされたアルミニウム粉体からなる床の上にＡＩＢ、２
粉体からなるコールドプレスされた成形体を充填させる
ことが記述されている。その後更にアルミニウムがかか
るＡｌＢ１゜粉体成形体の上側に配置された。その後ア
ルミニウム粉体の層の間にサンドイッチ状に挾まれたＡ
ＩＢ、□成形体が詰込まれたるつぼは、真空炉内に配置
された。かかる真空炉はガスを排出するために約１０１
トルまで真空にされた。その後温度が１１００℃まで上
昇されその温度で３時間保持された。かかる条件で溶融
アルミニウムは多孔性のＡＩＢ、□成形体に浸透した。

１９６８年１月２３０にジョン・エヌ・レディング他に
付与された米国特許第３３６４９７６号には、溶融金属
を物体に浸透するのを促進させるために物体内で自己発
生的に真空を生成する技術概念が開示されている。より
詳細に説明すると物体例えばグラファイト製型、スチー
ル製型又は多孔性耐熱材が溶融金属内に完全に沈み込ま
れることが記述されている。鋳型の場合、モールドキャ
ビィティは金属に対して反応性を有するガスによって充
填されており、ＲＶｆ型内の少なくとも一つのオリフィ
スによって外部に配置された溶融金属と連通している。

鋳型が溶融金属に浸されると、キャビィティ内のガスと
溶融金属間の反応によって自己発生的真空が形成されそ
れによってキャビィティの充填が達成される。より詳細
に説明すると、かかる真空は固体酸化物形態の金属が形
成された結果により生成される。かくしてレディング他
によって開示された発明によるとキャビィティ内のガス
と溶融金属間に反応をさせることが必須である。しかし
ながら真空を形成するために鋳型を使用することは好ま
しくない、というのは鋳型の使用に伴う特有の制限があ
るからである。鋳型はまず機械加工によって特定形状に
形成され、更に仕上げ加工され機械加工されて鋳型に受
容可能な鋳型面を形成し、その後使用前に組立てられ、
更に使用後に分解して中から鋳物片を除去し、その後鋳
型を回収しなければならず、回収された鋳型は再仕上げ
が必要な面を含むことが多い。鋳型を機械加工して複雑
な形状に仕上げるには多くの費用と時間がかかる。更に
、複雑な形状の鋳型から成形された物品を取出すのもま
た困難を伴う（例えば複雑な形状を有する鋳物片は鋳型
から取出すときに破損することがある）。更に多孔性耐
熱材料が鋳型の必要性なしに溶融金属内に直接浸される
ことができるという提案がなされているが、耐熱性材料
は一体的な物品である必要がある、というのは容器型鋳
型を使用しない場合には疎な又は分離した多孔性材を溶
浸させる装置がないからである（例えば粒状物は典型的
には溶融金属内に配置されると分離し又は浮上がること
がある）。

史にまた粒状物又は層に形成されたプリフォームを溶浸
する必要があるとき、溶浸金属によって恐らく粒状物又
はプリフォームの少なくとも−Ｂ１＜分が変位されそれ
によって非均−的な微細構造が形成されることがある。

従って外部から適応されるか又は内部に作出されるかに
拘らず加圧又は真空を使用することに頼ることのない或
いはセラミック材を埋込む金属マトリックスを生成する
ために濡れ剤にｆｊｉ　（ｕを加えることなく金属マト
リックス複合材料を製造するための簡単で信頓性ある方
法が長い間要望されてきた。かくして本発明は成る種の
製造条件が満足される限り大気圧下でセラミックス材を
溶融アルミニウム合金で溶浸させるための自発的な溶浸
機構を提供することによって以上の要望を満足させるこ
とができる。更に本発明は金属マトリックス複合材料体
に金属を結合させかくして複合的な複合材料体を形成す
るという問題に対して簡単で且経済的な解決法を提供す
る。

発明の概要 本発明による方法は金属マトリックス複合材料を製造す
るために使われることができ、かかる複合材料はセラミ
ック充填材又はセラミック被膜充填材の浸透性塊体を少
なくとも１重量％のマグネシウム、好ましくは少なくと
も３重量％のマグネシウムを含む溶融アルミニウムによ
って溶浸させることによって製造される。溶浸は自発的
に起きる（即ち外部の圧力又は高い真空度を使用するこ
との必要性なしに）。供給された溶融アルミニウムは少
なくとも約７００℃の温度に於て、約１０〜１００体積
％、好ましくは少なくとも約５０体積％の窒素と残部が
アルゴンの如き非酸化性ガスからなるガスの存在下で、
充填材の椀体に接触される。親金属合金は親金属の第一
の供給源として及び親金属合金の貯蔵源として存在し、
かかる親金属合金の貯蔵源は溶融金属の第一の供給源と
例えば重力による流れによって連通している。より詳細
に説明すると上で記述されたような条件下で、溶融アル
ミニウム合金の第一の供給源は大気圧ｔでセラミック椀
体に溶浸し始め、それによってアルミニウムマトリック
ス腹合材料の生成が開始される。かかる溶融金属合金の
第一の供給源はセラミック椀体に溶浸される間には消費
され、自発的な溶浸が持続すると必要な場合には好まし
くは連続的な方法で溶融金属の貯蔵源から補給される。

浸透性充填材の所定量が溶融合金によって自発的に溶浸
されると、温度が下げられて合金が固化し、それによっ
て強化材セラミック材を埋込む固体金属マトリックス構
造体が形成される。ここで親金属の貯蔵源を使用するこ
とは本発明の単なる一つの実施例であり、貯蔵源の実施
例をここで開示される本発明の他の実施例の各々と組合
せることは必要でない。親金属の貯蔵源には浸透性セラ
ミック椀体を所定のレベルまで浸透させるに十分な量の
金属を供給することができるような量だけ存在すること
ができる。他の実施例では、選択によって使用されるこ
とがある障壁装置を浸透性セラミック椀体の少なくとも
その一つの面に接触させて境界面が郭定されることがで
きる。障壁装置は溶融金属の溶浸を禁止し阻止し且終端
させるために使われ、それによって最終製品形状の又は
最終製品形状に近い形状の金属マトリックス複合材料が
形成される。更に溶融合金の供給量は少なくとも浸透性
セラミック椀体の境界面（例えば障壁部）にまで実質的
に自発的な溶浸が進行することができるために十分な量
であるべきであるが、貯蔵源に存在する合金量は完全な
溶浸にとって十分な合金量の存在ばかりでなく過剰な溶
融金属合金が残留することができるように、かかる十分
な量を越えることができる。かくして過剰な溶融合金が
存在する時には、生成された物体は複合的な複合材料体
であり、アルミニウムマトリックスを付与する溶浸され
たセラミック体は貯蔵源に残留する過剰の親金属と直接
結合されている。

本発明は一般に、自己支持型金属マトリックス複合材料
構造物を製造するのに適した優れた方法を提供するばか
りでなく、新規な複合的複合材料体即ち、金属マトリッ
クス複合材料面が金属で溶浸されたセラミックス椀体か
ら形成されているが如き金属マトリックス複合材料面を
有する金属構造体の製造を可能にする。即ち親金属はセ
ラミック椀体に溶浸し、■溶浸されたマトリックスは金
属と一体的であり従って生成された複合材料製品は金属
サブストレートの上に金属マトリックス複合材料面を含
む。金属マトリックス複合材料面は充填材を含んでおり
、金属マトリックス複合材料面はまた金属サブストレー
トの外側面又は内側面或いはその両者として形成されて
よ（、金属マトリックス複合材料面は金属サブストレー
トに関して選択された又は所定の厚さを有していてよい
。

本発明に係る親金属を補給する技術によって厚い壁又は
薄い壁の金属マトリックス複合材料構造体を製造するこ
とができ、かかる構造体に於て金属マトリックス複合材
料面を提供する金属マトリックスの相対的体積は金属サ
ブストレートの体積と実質的に大きいか又は小さいかで
ある。もし最終製品で必要な場合には、金属サブストレ
ートは完全に又は一部分が除去されることがあり、或い
は金属サブストレートはそのままの状態で残されてよい
。

本発明の技術によってまた通常の親金属源から一連の金
属マトリックス複合材料製品体を製造することが可能と
なり、かくしてかなり作業効率を上げることができる。

本発明の他の観点によると、金属サブストレートが金属
マトリックス複合材料にその面上で結合されているよう
な構造を有する金属マトリックス複合材料面を有する金
属サブストレート部分が提供される。

本発明の更に他の観点によると二つの面の境界で金属マ
トリックス複合材料面は圧縮状態にあり金属サブストレ
ートは引張り状態にあるように構成された金属マトリッ
クス複合材料面を有する金属サブストレート部分が提供
される。

本発明の更に他の観点によると、選択的に使用される窒
化物の被膜が溶浸された金属マトリックスの外側面上に
成長することができる。かかる被膜は溶融金属合金を窒
素雰囲気に長時間曝すことによって成長する。複合材料
体の耐摩耗性を改善させるためにかかる被膜を形成する
ことが好ましいことがある。

最良の実施例の説明 本発明の方法によると、アルミニウムーマグネシウム親
金属合金の第一の供給源はセラミック材からなる浸透性
塊体（例えばセラミック粒状物、ウィスカ、又は繊維）
の一つの面と連通すべく配置され、それによってかかる
アルミニウムーマグネシウム合金が溶融段階にあると、
セラミック材からなる浸透性塊体に自発的に溶浸するこ
とができる。更に親金属の貯蔵源は親金属合金の第一の
供給源と連通しており、それによって貯蔵源の親金属が
流れ、セラミック材の浸透性塊体に溶浸した親金属の第
一の供給源又はその一部分を補給し、成る場合には初期
に於て供給し且その後補給し、かかる溶浸は窒素含有ガ
スの存在下で自発的に且急速に起きる。ニホウ化チタン
又はユニオンカーバイド社のグラフフィルとして知られ
るグラファイトテープの如き障壁装置が選択的に使われ
ることがあり、それによってセラミック材の浸透性塊体
の少なくとも一表面が郭定され或いはそれと−致し、そ
れによって形成されるべき複合材料体の外側面が郭定さ
れる。

本発明の方法によって使用される条件下では、セラミッ
ク椀体又はセラミック体は窒素含有ガスがセラミック体
に浸透し且溶融金属に接触することが許されるために十
分な浸透性を有する。更に浸透性セラミック椀体又は浸
透性セラミック体は溶融金属の溶浸を受入れ、それによ
って窒素に対する浸透性を有するセラミック椀体が溶融
金属合金によって自発的に溶浸されそれによって金属マ
トリックス複合材料体が形成されることができる。

金属マトリックスの自発的な溶浸及び形成の程度は所定
の製法条件によって変わり、かかる条件にはアルミニウ
ム合金中のマグネシウム含有量、付加的な合金元素の存
在（例えば、ケイ素、鉄、銅、マンガン、クロム、亜鉛
等）、充填材粒状物の粒径、充填材の表面状態及び形式
、ガス中の窒素濃度、溶浸時間及び溶浸温度が含まれる
。溶融アルミニウム合金の溶浸が自発的に起きるために
、アルミニウムは合金重量を基準として少なくとも約１
重量％、好ましくは少なくとも約３重量％のマグネシウ
ムによって合金化される。上で記述されたような補助的
な合金元素が特定の性質を仕立てるために合金に含まれ
てよい。付加えて説明すると、補助的な合金元素は浸透
性塊体に自発的な溶浸を起こさせるに必要なマグネシウ
ムの最小量に影響を与える。

マグネシウム等の揮発化もまた問題となることがある。

かくして自発的な溶浸がかかる元素の気化によって影響
を受けないようにするためには十分な量の合金元素を当
初から使用することが望ましい。更に付加えると、窒素
ガス雰囲気に含まれる窒素の体積％もまた金属マトリッ
クス複合材料体の形成率に影響を与える。より詳細に説
明すると、雰囲気中に存在する窒素の割合が約１０体積
％以下の時には自発的な溶浸は極めて遅いか又は殆ど起
きない。雰囲気中に存在する窒素は少なくとも約５０体
積％であることが好ましく、その場合には例えば溶浸が
極めて急速に行われるため溶浸時間がより短くなるとい
うことが発見された。

本発明によると貯蔵源の親金属は第一の供給源の親金属
と全く同一の組成であってよく、或いは全く異なる組成
であってよい。事実貯蔵源の金属が第一の供給源の金属
と混合可能であるか又は溶解可能である限り、異なる金
属をこの方法で使われることができる。複合材料体に残
留金属として存在する時にはかかる異なった金属は第一
の供給源の金属の物理的性質及び／又は化学的性質を修
正するために使われることができる、例えば第一の供給
源の金属の融点を上昇させ又は耐食性を増加させる等の
ために使われる。

貯蔵源金属の存在によって完全な溶浸を確保することが
できるが、成る種の場合に浸透性セラミック椀体の完全
な溶浸を達成するに必要な量以上の過剰な金属は取除く
ことが望ましいことがある。

しかしながらそれ以外の場合に、生成された製品中に過
剰な貯蔵源金属が残留することが望ましいことがある。

例えば過剰な貯蔵源金属を含む物体内に於て貯蔵源金属
と生成された金属マトリックス複合材料体の間に極めて
望ましい且強力な物理的結合が存在することとなる。か
くして金属マトリックス複合材料体に結合された金属を
含む複合的な複合材料が生成されることとなる。

セラミック充填金属マトリックス複合材料を製造するの
に有用なアルミ合金内の最小マグネシウム含有量は−又
は二重上の変数例えば、製造温度、製造時間、ケイ素又
は亜鉛の如き補助的合金元素の存在、セラミック充填材
の性質及びガス流れ中の窒素含有量に依存して変化する
。アルミニウム合金中のマグネシウム含有量が大きい時
には低い温度又は短い加熱時間によって完全な溶浸が得
られることができる。マグネシウム含有量が一定の場合
であっても例えば亜鉛の如き成る種の補助的合金元素を
付加することによって低い温度を使用することができる
。例えばマグネシウム含有量が適用範囲の一呑低い値例
えば約１〜３重量％であっても以下の条件のうち少なく
とも一つと組合せることによって使用することができる
、即ち上述の最低製造温度、高濃度窒素ガス若しくは−
又は二以上の補助的合金元素の存在である。広い範囲に
亙った様々な製造条件を使用する一般的な適用では、約
３〜５重量％のマグネシウムを含む合金か好ましい、し
かしながら低い温度と短い時間が使われる場合には少な
くとも５重量％のマグネシウムを含むことが好ましい。

アルミニウム合金に対して約１０重量％を越える含有量
のマグネシウムもまた溶浸に必要な温度条件を緩和する
ために使われてよい。補助的な合金元素と組合せて使わ
れる時にはマグネシウムの含有量は減されてよい、しか
しこのような補助的合金元素は補助的な機能としてのみ
有用であり、上で記述された特定量のマグネシウムと共
に使われる。例えば１０％のケイ素のみによって合金化
された公称純粋なアルミニウムは１０００℃に於て５０
０メツシユの３９タライストロン（Ｎｏｒｄｏｎ　Ｃｏ
、から入手される純度９９％の炭化ケイ素）からなる床
に対して実質的に溶浸しなかった。

補助的な合金元素を合金が浸透性塊体に溶浸する前に合
金の表面に適応することも或いは浸透性塊体そのものの
中に適応することも可能であることが明らかとなった。

より詳細に説明すると、合金元素であるマグネシウムは
例えばＭｇ５Ｍｇ１Ｎ３等の如きドーパントとして、セ
ラミック材の浸透性塊体と隣接して又は好ましくは接触
している第一の供給源親金属の表面上に外部がら適応さ
れることができ、或いはまたかかるドーパントはセラミ
ック材の浸透性塊体の少なくとも一部分内に混入される
ことができる。更に外部からドーピングすることとセラ
ミック材の浸透性塊体の少なくとも一部分内にドーパン
トを配置することを組合せて使うことも可能である。ド
ーパントのようにマグネシウム材料を外部から適用する
ことによって、親金属アルミニウム合金の浸透性塊体内
への溶浸を増進し同時に溶浸が起きる温度を下げるため
に必要なマグネシウムの全重量％を減小させることがで
きる。−又は二以上の補助的合金元素の使用と周囲ガス
中の窒素濃度もまた所定温度で合金マトリックスの窒化
の割合に影響を与える。

例えば合金中の又は合金の表面に配置される亜鉛又は鉄
の如き補助的合金元素の濃度を増加させることによって
溶浸温度を降下させそれによって窒化物の生成を減小さ
せることができ、一方ガス中の窒素濃度を増加させるこ
とによって窒化物の生成を促進させることができる。

合金中の又は合金の表面にドープされたマグネシウム濃
度はまた、所定温度での溶浸の生成割合に影響を与える
傾向がある。従って合金中には少なくとも約３重量％の
マグネシウムが含まれることが好ましい。３％以下例え
ば１重量％のマグネシウムを含む合金では製法温度をよ
り高くする必要があるか又は溶浸のために補助的な合金
元素が必要となることがある。本発明の自発的な溶浸工
程を実施するために必要な温度は以下の場合従来技術に
比べてより低い、即ち（１）合金のマグネシウム含有量
が例えば少なくとも約５重量％まで増加したとき、（２
）ドーパントがセラミック材の浸透性塊体に混合された
とき、及び／又は（３）亜鉛又は鉄の如き他の元素がア
ルミニウム合金中に存在するとき、である。セラミック
材が異なる場合には温度もまた変化する。一般に自発的
な且迅速な溶浸は製造温度が少なくとも約６７５℃に於
て、好ましくは少なくとも約８００℃に於て起きる。１
２００℃を越える温度では一般に製造に有益な利益が与
えられるようには見えない、従って特に使用可能な温度
範囲は６７５℃〜１２００℃であることが発見された。

本発明の方法では、溶融アルミニウム合金は窒素含有ガ
スの存在下で浸透性セラミック材の椀体に供給され、か
かる窒素含有ガスは溶浸がなし遂げられるのに必要な期
間に亙って維持される。かかるガスの供給はセラミック
材と溶融アルミニウム合金の組立体に連続的なガス流を
接触し続けることによってなされる。窒素含有ガスの流
量は臨界的ではないが、窒化物の生成による雰囲気窒素
の損失を補償し且溶融金属を酸化させることがある空気
の侵入を防止し又は阻止するために十分な流量が好まし
い。

本発明による方法は広い範囲に亙る様々なセラミック材
に適応することができ、充填材の選択は、アルミニウム
合金、製造条件、溶融アルミニウムの充填材に対する反
応性及び最終の複合材料製品に求められる性質のような
要因に依存する。かかる充填材としては、（ａ）アルミ
ナ、マグネシア、チタニア、ジルコニア及びハフエアの
如き酸化物、（ｂ）炭化ケイ素及び炭化チタンの如き炭
化物、（Ｃ）ニホウ化チタン、アルミニウムドデカ−ポ
ライドの如きホウ化物、及び（ｄ）窒化アルミニウム、
窒化ケイ素及び窒化ジルコニウムの如き窒化物、が含ま
れる。充填材が溶融アルミニウム合金と反応する傾向が
ある場合には、溶浸時間又は溶浸温度を最小化すること
によって又は充填材に非反応性被膜を施すことによって
補償されることがある。充填材は炭素又は他の非セラミ
ック材の如きサブストレートを含んでいてよく、かかる
サブストレートはサブストレートを攻撃又は劣化から保
護するためのセラミック被膜を有している。

かかる適切なセラミック被膜には酸化物、炭化物、ホウ
化物及び窒化物が含まれる。本発明の方法で使用される
のに好ましいセラミックスには、粒状、小板状、ウィス
カ及び繊維状のアルミナ及び炭化ケイ素が含まれる。繊
維は非連続的なもの（チョツプド形態）であってよくま
たマルチフィラメント糸の如き連続的なフィラメント形
状であってよい。更にセラミック椀体又はプリフォーム
は均一的であっても或いは非均−的であってもよい。

炭化ケイ素は溶融アルミニウムと反応して炭化アルミニ
ウムを形成する、従ってもし炭化ケイ素が充填材として
使われる場合にはかかる反応を阻止し又は最小化するこ
とが望ましい。炭化アルミニウムは水分によって攻撃を
受は易く、それによって複合材料力（？Ｍ在的に弱くな
る。従ってかかる炭化アルミニウム生成反応を最小化し
又は阻止するために、炭化ケイ素は空気中で予燃焼され
それによって反応性シリカ被膜を表面に形成させるか又
はアルミニウム合金を更にケイ素で合金化するか或いは
その両者が行われる。何れの場合であっても、合金中の
ケイ素含有量を増加させ炭化アルミニウムの生成を除去
する効果を有する。他の充填材と望ましくない反応が起
きるのを防止するために同様な方法が使われることがで
きる。

更に成る種の充填材は同様な化学組成を有する充填材に
対する相対的な溶浸を強める働きがあることが発見され
た。例えば米国特許第４７１３３６０号に開示されてお
り、以下で参照によって組込まれる方法によって作られ
た粉砕化されたアルミナ物体は、市販されているアルミ
ナ製品に比べて好ましい溶浸性を示す。より詳細に説明
すると、かかる米国特許に係る方法によって製造された
粉砕化された又は粉末化された物体を使用することによ
ってより低い溶浸温度で及び／又はより少ない溶浸時間
でセラミック材の浸透性塊体に対する完全な溶浸がなし
遂げることができるということが発見された。

セラミック材の形状及び大きさは、複合材料で必要な性
質を達成するために必要なら如何なるものであってもよ
い。かくしてセラミック材は粒状物、ウィスカ、小板形
状又は繊維の如き形態であってよい、というのは溶浸は
充填材の形状に拘束されないからである。従って他の形
状例えば球状、環状、ペレット状、耐熱性繊維布、等も
使用されてよい。更に付加えて説明すると、小さな粒径
の粒状物からなる椀体は大きな粒径の粒状物からなる椀
体に比べて溶浸を完了するに必要な温度はより高く時間
はより長い、しかしながらセラミック充填材の大きさは
溶浸そのものを制限することはない。更に溶浸されるセ
ラミック充填材の椀体は浸透性を有する、即ち溶融アル
ミニウム合金に対して及び窒素含有ガスに対して浸透性
を有する。

セラミック材は鋳込み密度であっても又は圧縮されて高
密度にされたものであってもよい。

本発明による方法は、溶融金属をセラミック祠椀体に押
込むための加圧を使用するか否かによらす、セラミック
＋４の体積率が高く空洞部の体積率が低い実質的に均一
なアルミニウム合金マトリックス複合材料を製造するこ
とができる。セラミック材の体積率を高くすることは、
当初の空隙率が低いセラミック材を使用することによっ
て達成されてよい。セラミック椀体が密閉されたセル状
の空洞部を有する成形体に変換されておらず又は溶融合
金による溶浸を阻止するべく十分な緻密構造に転換され
ていない場合には、かかるセラミック椀体は圧力によっ
て成形されることによってより高い体積率が達成される
。

所定のアルミニウム合金／セラミック系によってアルミ
ニウム溶浸を起こさせマトリックスを形成させるために
は、アルミニウム合金によるセラミックの濡れ性が支配
的な溶浸機構であることが報告されて来た。製造温度が
低い場合には金属の窒化は無視できるか或いは極めて少
量しか起きず、従って金属マトリックス内に分散された
窒化アルミニウムは小さな非連続相を形成することとな
る。

しかしながら製造温度領域の上端に近付くにつれて、金
属の窒化はより起き易くなる。かくして金属マトリック
ス中の窒化物相の量は溶浸を起させせる製造温度を変化
させることによって制御されることができる。窒化物の
生成がより顕著になる特定の製造温度は、使用される合
金及び充填材の体積に関係したその合金量、溶浸される
べきセラミック材、及び使用ガス中の窒素濃度等の要因
によって変化する。例えば合金のセラミック充填材に対
する濡れ性が減小するど及びガス中の窒素；農度が増加
すると、所定の製造温度に於ける窒化アルミニウムの生
成割合は増加すると考えられている。

従って製造された製品に一定の特性を付与するためには
、複合材料生成中に金属マトリックスの成分を仕立てる
ことが可能である。所定の装置に対して製造温度は窒化
物生成を制御するために選択されることができる。窒化
アルミニウム相を含む複合材料製品は製品にとって好ま
しい或いは製品の特性を改善することがある成る種の性
質を示す。更にアルミニウム合金によって自発的に溶浸
が起きるための温度領域は使用されるセラミック材によ
って変化する。セラミック材としてアルミナが使われる
場合には、溶浸温度は好ましくは約１０００℃を越える
べきではない、というのはそうすることによってマトリ
ックスの延性が窒化物の顕著な生成によって低下される
ことがないようにするためである。しかしながら延性と
強度がより低いマトリックスを有する複合材料を製造す
る　。

必要がある場合には１０００℃以上の温度が使用されて
よい。炭化ケイ素の如き他のセラミックを溶浸させるた
めにはより高い温度即ち１２００℃が使われてよい、と
いうのは炭化ケイ素が充填材として使われる時には充填
材としてアルミニウムが使われる場合に比べてアルミニ
ウム合金窒化物の生成量がより少ないからである。

更に複合材料中に於て第一の供給源親金属とは異なる貯
蔵源親金属が使われることができる。例えば第一の供給
源親金属としてアルミニウム合金が使われる場合、貯蔵
源金属として製造温度で溶融状懇にある他の如何なる金
属又は金属合金も使われることが可能である。溶融金属
はしばしば極めて高い混合性を有しており、従って混合
が起きるために十分な時間が与えられる限り貯蔵源金属
は第一の供給源金属と混合する。かくして第一の供給源
金属とは組成が異なる貯蔵源金属を使用することによっ
て、様々な製造条件を満足する金属マトリックスの性質
を仕立てることができかくして金属マトリックス複合材
料の性質を仕立てることができる。

本発明の他の実施例によると、複合材料には窒化アルミ
ニウムの被膜又は表面が備えられる。−般に合金量は実
質的にセラミック材の床全体即ち郭定された境界面まで
溶浸することができるために十分な量である。しかしな
がら床又はプリフォーム全体が溶浸される前に供給され
た溶融合金が使い尽されたとき、或いは合金を固化すべ
く温度が下げられていなかった場合、アルミニウム合金
の浸透面の表面領域が窒化されることによって複合材料
の外側面上に或いは外側面に沿って窒化アルミニウム層
又は窒化アルミニウム領域が形成されることがある。マ
トリックスによって埋込まれていない床の部分は必要な
場合にはグリッドブラスト法によって容易に取除かれる
ことができる。

製造条件をより長く維持することによってもまた、窒化
物被膜を境界面まで溶浸された床又はプリフォームの表
面に形成させることができる。例えば溶融アルミニウム
合金に対して非濡れ性である解放容器に浸透性セラミッ
ク充填材が充填され、かかるセラミック床の上端面は窒
素ガスに曝される。

床から容器壁及び上端面まで金属溶浸が起きると、所定
の温度と窒素ガス流れが維持されることによって露出さ
れた面に於ける溶融アルミニウムは窒化物を形成する。

窒化物生成の割合は制御されることができ、更に被膜層
に於て連続相としても或いは非連続相として形成されて
もよい。従って複合材料の表面上に形成される窒化物の
量を制御することによって特定の適応に適した複合材料
を仕立てることが可能である。例えば窒化アルミニウム
の表面層を有するアルミニウムマトリックス複合材料は
金属マトリックスに比較してより優れた耐摩耗性を示す
べく製造されることができる。

以下の実施例で示されているように、溶融アルミニウム
ーマグネシウム合金はセラミックス材の浸透性塊体に自
発的に浸透する、というのはかかる合金は窒素ガスが浸
透したセラミックス材に対して濡れ性を有する傾向があ
るからである。ケイ素及び亜鉛の如き補助的合金元素か
アルミニウム合金に含まれてよく、それによって使用温
度をより低くし且マグネシウム濃度をより少なくするこ
とが許される。燃焼処理されていない炭化ケイ素を溶浸
させるためには１０〜２０％或いはより多いケイ素を含
むアルミニウムーマグネシウム合金が好ましい、という
のはケイ素は炭化アルミニウムを形成する溶融アルミニ
ウムと炭化ケイ素の反応を最小化する傾向があるからで
ある。更に付加えて説明すると、本発明で使用されるア
ルミニウム合金には他の様々な合金元素が含まれ、それ
によって金属マトリックスの特定の望ましい機械的物理
的性質が提供される。例えば銅添加剤が合金に含まれる
ことがあり、それによって熱処理を施すことによって硬
さと強度を増加させることができるマトリックスが提供
される。

図面に関して説明すると第１図から第４図までの図面で
同一の物品を表わす場合には同一の参照符号が使われて
いる。より詳細に説明すると、符号１は耐熱性容器を示
し、符号２はグレードＨＴＣのニホウ化チタンからなる
不活性床材又は障壁材を示し、符号３は親金属の第一の
供給源を示し、・符号４は親金属の貯蔵源を示し、符号
５は溶融金属が自発的に溶浸するセラミック材の浸透性
塊体（例えばセラミックプリフォーム）を示す。

第１図はセラミック材の浸透性塊体５（この場合プリフ
ォームの形状）が第一の供給源親金属３に接触している
ことを示す典型的な組立体を図示している。図面は正確
な尺度で描かれてはいないが、親金属の第一の供給源に
含まれる親金属量はプリフォーム５を完全に溶浸するた
めには十分な量ではないということが第１図から明らか
である。

かくして親金属の貯蔵源４は親金属の第一の供給源３に
接触しており且両者が互いに連通している。

より詳細に説明すると溶浸温度にて親金属の第一の１共
給源は貯蔵源４の親金属によって補給されそれによって
プリフォーム５の溶浸が完了することが許される。更に
貯蔵源から過剰な親金属を供給することができそれによ
って複合的な複合材料体が製造されることができる。よ
り詳細に説明すると、上で議論されたように複合材料体
は金属マトリックス複合材料によって囲まれた親金属サ
ブストレートを含んでいる。

第２図は貯蔵源供給金属マトリックス複合材料の実施例
を概括的に示しており、この実施例ではアルミニウム合
金はセラミックプリフォーム５に自発的に溶浸する。ア
ルミニウム合金の組成はアルミニウムが約８３重量％、
ケイ素が約５重量％、亜鉛が約５重−％、マグネシウム
が約７重量９６であった。セラミックプリフォームはカ
ムシャフトをスリップ鋳造することによって製造された
。かかるスリップの組成は約７０重量％のＡ−１７・Ａ
　１２０３及び約３０重量％のＥＰＫ（エドガーズ・プ
ラスチック・カオリン）から構成されていた。スリップ
鋳造部は粉体成分をビーガム・シーイーアール（Ｖｅｃ
ｇｕｍ　ＣＥＲ）を含む所定量の水によって結合させる
ことによってで製造された。かかる水にまずカオリン粘
土が加えられ、次にアルミナ粉体が加えられた。かかる
スラリーは約１時間高い撹拌率で混合されその後ジャー
の中で一対のローラ上に巻回されて一昼夜（約１０時間
）エージングされた。鋳造は適切な形状をしたプラスタ
・オブ・パリスの鋳型内で実施された。プリフォームが
鋳造され且取出されて、約９０℃の炉内で約２時間乾燥
された。更に所定目的に必要な十分な強度を付与させる
ためにかかる物品は約７００℃〜１３００℃の温度にて
予燃焼を施す必要があった。生成された物体の空隙率は
約３５体積％であった。

かくして生成されたスリップ鋳造及び予燃焼された部品
はユニオン・カーバイド社で販売されているグレードＨ
ＴＣのＴｉＢ２からなる床材台に配置された。ＴｉＢ２
は障壁材として機能し、セラミックプリフォーム５内に
溶浸が完了した後はアルミニウム合金は障壁材内には成
長しない。床材２、セラミックプリフォーム５及びアル
ミニウム合金の組合せたものは純度９９，９％のアルミ
するつぼ１内に保持された。かかる組立体全体が密閉さ
れた雰囲気の前記炉内に配置され、更にアルミニウム合
金が溶融する温度まで加熱された。

表１は第２図に示されている組立体に対応したサンプル
Ｎ　ｏ、　１〜４が製造されたときに存在する特定の条
件を示している。表１から明らかなように、時間当り約
１５０℃の共通の温度上昇率と１０時間〜３０時間の期
間約８２５℃〜８７５℃の範囲内の保持温度と５００　
ｃｃ／分の流量の水素と窒素の混合雰囲気の存在下で、
プリフォーム５への溶浸が成功的になされた。

サンプル ２　　　ＡＩＡｌ−５Ｓｉ−５２ｎ−７ＴｉＢ２グレー
ドＨ″Ｉ３　　　ＡｌＡｌ−５Ｓｉ−５Ｚｎ−７ＴｉＢ
２グレードＨ］４　　　ＡｌＡｌ−５ＳＬ−５Ｚｎ−７
ＴｉＢ２グレードＨ〕５　　　Ａｌ−３５１−５Ｍｇ　
　　　　　　ＴｉＢ２グレードＨ１６ＡｌＡｌ−３ＳＬ
−５ＴｉＢ２グレードＨ１温度　　　　保持温度　　　
雰囲気 ’Ｃ１５０℃／ｈｒ　８７５／２４５００ｃｃ／ｍｉｎ
有’Ｃ１５０℃／ｈｒ　８７５／１０５００ｃｃ／ｍｉ
ｎ有８２５／２０ ：’Ｃ１５０℃／ｈｒ　８７５／２０５００ｃｃ／ｍｉ
ｎ有８２５／２０ ｒＣ１５０℃／ｈｒ　８７５／１０５００ｃｃ／ｍｉｎ
有口Ｃ１５０℃／ｈｒ　８８０／１８６００ｃｃ／ｍｉ
ｎ有各サンプルＮｏ、１．から４についての実験による
と、浸透性セラミックス椀体は溶融アルミニウム合金に
よって自発的に溶浸され、存在する合金量は浸透性セラ
ミックプリフォームを完全に溶浸するのに必要な量に対
して過剰であり、従って残留金属が存在した。かくして
製造された複合材料体は、金属マトリックス複合材料に
結合された金属を含む複合的な複合材料体を含んでおり
、金属体の金属部分は実質的に開始時の合金組成と同一
の組成であった。勿論その後の処理によって生成された
複合材料の合金部分を除去することはできる。

しかしながら成る種の場合、金属マトリックス複合材料
体と一体的な過剰な金属を有する複合的な複合材料体を
形成することが望ましいことがある。

第３図は本発明による他の実施例である貯蔵源供給技術
を示す。この実施例では、使用される合金はサンプルＮ
ｏ、１から４で使われた合金とは僅かに異なったもので
あった。より詳細に説明すると、合金組成は約９２重量
％のアルミニウムと、約３止量％のケイ素と約５重量％
のマグネシウムから構成されていた。特定の製造条件は
表１のサンプルＮｏ、５に詳細に示されている。この場
合セラミックプリフォームには、約７０重量％の約２０
メツシユの３８−アランダム、約３０重量％の５００メ
ツシユの３８アランダムに約３重皿％の３２５メツシユ
のシリコンメタルが加えられたものを含むスラリーを沈
澱鋳造することによって製造された。かかるるつぼは標
準技術により製造されその後約１３００℃で３時間予燃
焼された沈澱鋳造物であった。るつぼの壁は約２１の厚
さを有しており、外径は約４０ｒＩであった。更にるつ
ぼの高さは約４ｃｒＡであった。かくして第１表に示さ
れているように、アルミニウム合金のセラミックプリフ
ォームに対する溶浸はこの場合も成功的になされた。

第１表にはサンプルＮｏ、６の結果も示されており、サ
ンプルＮｏ、６はサンプルＮｏ、５で使用された合金と
同様な合金が使われた。更に第４図に示されているよう
に、セラミックプリフォーム５は従来技術のセラミック
プリフォームの何れとも異なる形状をしており且異なる
組成を有していた。

より詳細に説明すると、この場合セラミックプリフォー
ム５は歯車に類似した構造に形成され、結合材として１
０重量％のエルマのにかわ（Ｅ１ｍｅｒ’　ｓ　Ｇｌｕ
ｅ）が加えられたＣ−７５アルミナからなり、その組立
体全体は標準技術による沈澱鋳造によって製造されば十
分な温度で予燃焼されて最終的な取扱いに便利なように
十分な強度が付与された。第１表に示されているように
再度アルミニウム合金によるプリフォーム５に対する溶
浸が成功的に行われた。

以上の実施例は成る程度特定されたものに対して記述さ
れて来たが、かかる実施例に対して修正がなされること
は当業者には可能であり、かかる修正は特許請求の範囲
内に於てなされるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は切断されたるつぼのプリフォームが床材に埋込
まれており且プリフォームが親金属の貯蔵源と接してい
ることを示す本発明による組立体の断面図である。 第２図はカムシャフトの一部分が床材に埋込まれ且親金
属貯蔵源に隣接して配置されていることを示す本発明に
よる組立体の断面図である。 第３図は切断された底部を有するるつぼが床材に埋込ま
れており且かかるプリフォームが親金属貯蔵源に隣接し
て配置されていることを示す本発明による組立体の断面
を示す。 第４図は歯車類似形状のプリフォームが床材に埋込まれ
ており旦親金属貯蔵源と隣接して接触していることを示
す本発明による組立体の断面図を示す。 １・・・耐熱性容器、２・・・床材又は障壁材、３・・
・親金属の第一の供給源、４・・・親金属の貯蔵源、５
・・・セラミック材の浸透性塊体 特許出願人　　ランキサイド・テクノロジー・カンパニ
ー令エルーピー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属マトリックス複合材料体の製造方法にして、 充填材からなる浸透性塊体を選択し、前記充填材からな
   る浸透性塊体に隣接して親金属の第一の供給源を配置す
   ることと、 前記親金属の第一の供給源を融点以上の温度領域まで加
   熱し窒素含有雰囲気の存在下で前記親金属を自発的に前
   記充填材からなる浸透性塊体に溶浸せしめることと、 親金属の貯蔵源から追加的に溶融親金属を供給し、前記
   追加的に供給された親金属の少なくとも一部分によって
   溶融親金属の前記第一の供給源を補給せしめることと、 を含むことを特徴とする方法。
2. （２）金属マトリックス複合材料製品にして、金属によ
   って埋込まれた充填材であって、前記金属が三次元的に
   周囲にて相互結合するように構成された充填材と、 前記相互結合した金属の少なくとも一部分と接触し且一
   体物を形成し、それによって複合材料体を形成している
   残余の金属と、 を含むことを特徴とする金属マトリックス複合材料製品
   。