JPH02236248A - 金属マトリックス複合体の方向性凝固方法 - Google Patents
金属マトリックス複合体の方向性凝固方法Info
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Classifications
-
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
- C04B41/515—Other specific metals
- C04B41/5155—Aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/88—Metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F2003/1014—Getter
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00905—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms
- C04B2111/00913—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms as ceramic preforms for the fabrication of metal matrix comp, e.g. cermets
- C04B2111/00931—Coated or infiltrated preforms, e.g. with molten metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Laminated Bodies (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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。
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、新規な金属マトリックス複合体及びその製造
方法に関する。詳細には、浸透増進剤及び／又は浸透増
進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気をプロセス中の少なく
ともある時点で存在させて、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合金を自発的に（
即ち、圧力又は真空を印加することなく）浸透させる。
方法に関する。詳細には、浸透増進剤及び／又は浸透増
進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気をプロセス中の少なく
ともある時点で存在させて、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合金を自発的に（
即ち、圧力又は真空を印加することなく）浸透させる。
更に、金属マトリックス複合体の形成中か、金属マトリ
ックス複合体の形成の完了と実質的に連続して、マトリ
ックス金属の方間性凝固を行う。
ックス複合体の形成の完了と実質的に連続して、マトリ
ックス金属の方間性凝固を行う。
（従来の技術及び発明が解決すべき課題〕金属マトリン
クスと粒状セラミック、ウイスカ、繊維等の補強又は強
化相からなる複合体製品は、強化相が有する岡ｑ性及び
耐摩耗性の一部と金属マトリックスが有する延性及び靭
性を併せ持つので、種々の用途に使用される大きな見込
みがある。一般的に、金属マトリックス複合体では、単
一材料のマトリックス金属が持つ強度、剛性、耐接触摩
耗性、高温強度等の性質は向上するが、特定の性質が向
上する程度は、特定の成分、容積分率又は重量分率及び
複合体を形成する際の処理方法によって大きく異なる。
クスと粒状セラミック、ウイスカ、繊維等の補強又は強
化相からなる複合体製品は、強化相が有する岡ｑ性及び
耐摩耗性の一部と金属マトリックスが有する延性及び靭
性を併せ持つので、種々の用途に使用される大きな見込
みがある。一般的に、金属マトリックス複合体では、単
一材料のマトリックス金属が持つ強度、剛性、耐接触摩
耗性、高温強度等の性質は向上するが、特定の性質が向
上する程度は、特定の成分、容積分率又は重量分率及び
複合体を形成する際の処理方法によって大きく異なる。
ある場合には、複合体が、マトリックス金属自体よりも
重量が軽いこともある。例えば、粒状、ペレット状又は
ウィスカー状の炭化珪素等のセラミックスで強化したア
ルミニウムマトリックス複合体は、剛性、耐摩耗性及び
高温強度がアルミニウムよりも高いので有用である。
重量が軽いこともある。例えば、粒状、ペレット状又は
ウィスカー状の炭化珪素等のセラミックスで強化したア
ルミニウムマトリックス複合体は、剛性、耐摩耗性及び
高温強度がアルミニウムよりも高いので有用である。
アルミニウムマトリックス複合体の製造に関しては、種
々の金属プロセスが報告されており、例えば、粉末冶金
法並びに圧力鋳造、真空鋳造、攪拌及び湿潤剤を使用す
る液体金属浸透法に基づいた方法が挙げられる。粉末冶
金法の場合、粉末状の金属と粉末、ウイスカー、チョッ
プトファイバー等の形態の強化剤とを混合し、その後、
常温成形し焼結するか、又はホットブレスする。この方
法により製造された炭化珪素強化アルミニウムマトリッ
クス複合体における最大セラミック体積分率は、ウイス
カ一の場合は約２５体積％であり、粒状の場合は約４０
体積％であると報告されている。
々の金属プロセスが報告されており、例えば、粉末冶金
法並びに圧力鋳造、真空鋳造、攪拌及び湿潤剤を使用す
る液体金属浸透法に基づいた方法が挙げられる。粉末冶
金法の場合、粉末状の金属と粉末、ウイスカー、チョッ
プトファイバー等の形態の強化剤とを混合し、その後、
常温成形し焼結するか、又はホットブレスする。この方
法により製造された炭化珪素強化アルミニウムマトリッ
クス複合体における最大セラミック体積分率は、ウイス
カ一の場合は約２５体積％であり、粒状の場合は約４０
体積％であると報告されている。
従来のプロセスを利用した粉末冶金法による金属マトリ
ックス複合体の製造には、得られる製品の特性に関して
ある種の制限がある。即ち、複合体におけるセラミック
相の体積分率は、一般的に、粒状の場合には、約４０％
に制限される。又、圧縮操作の場合には、得られる実際
の大きさが制限される。更に、後で加工（例えば、成形
又は機械加工）をせず又？［なプレスに頬らずに得られ
る製品は、比較的簡単な形状のものしかない。又、焼結
中に不均一な収縮を生じるほか、圧縮粉の凝離及び結晶
粒成長のためにミクロ構造が不均一となる。
ックス複合体の製造には、得られる製品の特性に関して
ある種の制限がある。即ち、複合体におけるセラミック
相の体積分率は、一般的に、粒状の場合には、約４０％
に制限される。又、圧縮操作の場合には、得られる実際
の大きさが制限される。更に、後で加工（例えば、成形
又は機械加工）をせず又？［なプレスに頬らずに得られ
る製品は、比較的簡単な形状のものしかない。又、焼結
中に不均一な収縮を生じるほか、圧縮粉の凝離及び結晶
粒成長のためにミクロ構造が不均一となる。
１９７６年７月２０日に許可された、ジエイ・シー・キ
ャネル（Ｊ．Ｃ． Ｃａｎｎｅｌｌ）等による米国特許
第３，９７０．１３６号には、所定の繊維整列パターン
を有する繊維強化材、例えば、炭化珪素又はアルミナウ
イスカーを含有せめした金属マトリックス複合体を形成
する方法が記載されている。この複合体は、共面繊維の
平行マット又はフェルトを金型に入れてマットの少なく
とも一部分の間に溶融マトリックス金属、例えば、アル
ミニウムの溜を配置し、圧力をかけて溶融金属をマット
に浸透させ配列している繊維を包囲させる。又、溶融金
属を、マットの積層体上に注ぎながら、加圧下してマッ
ト間に流すことができる。これに関して、強化繊維を複
合体に最大約５０体積％充填されたことが報告されてい
る。
ャネル（Ｊ．Ｃ． Ｃａｎｎｅｌｌ）等による米国特許
第３，９７０．１３６号には、所定の繊維整列パターン
を有する繊維強化材、例えば、炭化珪素又はアルミナウ
イスカーを含有せめした金属マトリックス複合体を形成
する方法が記載されている。この複合体は、共面繊維の
平行マット又はフェルトを金型に入れてマットの少なく
とも一部分の間に溶融マトリックス金属、例えば、アル
ミニウムの溜を配置し、圧力をかけて溶融金属をマット
に浸透させ配列している繊維を包囲させる。又、溶融金
属を、マットの積層体上に注ぎながら、加圧下してマッ
ト間に流すことができる。これに関して、強化繊維を複
合体に最大約５０体積％充填されたことが報告されてい
る。
繊維マットの積層体を通して溶融マトリックス金属を押
し入れるのは外力に依存しているので、上記した浸透法
は、圧力誘発流動プロセス特有の変動、即ち、マトリッ
クスの生成や、多孔率等が不均一となる可能性がある。
し入れるのは外力に依存しているので、上記した浸透法
は、圧力誘発流動プロセス特有の変動、即ち、マトリッ
クスの生成や、多孔率等が不均一となる可能性がある。
たとえ、溶融金属を繊維アレイ内の複数の部位に導入し
ても、性質は不均一になる可能性がある。その結果、複
雑なマット／溜配置及び流路を設けて、繊維マットの積
層体に十分且つ均一に浸透できるようにする必要がある
。又、上記した圧力浸透法では、体積の大きなマットに
強化材を浸透させることが元来困難であるので、マトリ
ックス体積に対する強化材の割合が比較的低いものしか
得られない。更に、加圧下で溶融金属を含有させるため
に型が必要であり、費用がかさむ。最後に、整列させた
粒子又は繊維への浸透に限定されている上記の方法は、
ランダムに配列した粒子、ウイスカー又は繊維の形態の
物質で強化したアルミニウム金属マトリックス複合体の
生成には用いられない。
ても、性質は不均一になる可能性がある。その結果、複
雑なマット／溜配置及び流路を設けて、繊維マットの積
層体に十分且つ均一に浸透できるようにする必要がある
。又、上記した圧力浸透法では、体積の大きなマットに
強化材を浸透させることが元来困難であるので、マトリ
ックス体積に対する強化材の割合が比較的低いものしか
得られない。更に、加圧下で溶融金属を含有させるため
に型が必要であり、費用がかさむ。最後に、整列させた
粒子又は繊維への浸透に限定されている上記の方法は、
ランダムに配列した粒子、ウイスカー又は繊維の形態の
物質で強化したアルミニウム金属マトリックス複合体の
生成には用いられない。
アルミニウムマトリックス・アルミナ充填複合体の製造
では、アルミニウムは容易にはアルミナを湿潤せず、凝
集した製品を形成するのが困難となる。この問題に対し
ては種々の解決法が提案された。このような手法の一つ
として、アルミナを金属（例えば、ニッケル又はタング
ステン）で被覆後、アルミニウムとともにホットプレス
する。
では、アルミニウムは容易にはアルミナを湿潤せず、凝
集した製品を形成するのが困難となる。この問題に対し
ては種々の解決法が提案された。このような手法の一つ
として、アルミナを金属（例えば、ニッケル又はタング
ステン）で被覆後、アルミニウムとともにホットプレス
する。
別の手法では、アルミニウムをリチウムと合金し、アル
ミナをシリカで被覆してもよい。しかしながら、これら
の複合体は、性質にハラツキがみられたり、被膜が充填
材を劣化させる場合があるか、又はマトリックスがリチ
ウムを含有しマトリックスの性質に影響を及ぼすことが
ある。
ミナをシリカで被覆してもよい。しかしながら、これら
の複合体は、性質にハラツキがみられたり、被膜が充填
材を劣化させる場合があるか、又はマトリックスがリチ
ウムを含有しマトリックスの性質に影響を及ぼすことが
ある。
アール・ダブリュ・グリムシャ−（Ｒ．Ｉ＋ｉ． Ｇｒ
ｉｎｓｈａｗ）等による米国特許第４，２３２，０９１
号では、アルミニウムマトリックス・アルミナ複合体の
製造で遭遇する当該技術における困難はある程度克服さ
れる。この特許では、７５〜３７５ ｋｇ／ｃｍ”の圧
力をかけて、溶融アルミニウム（又は溶融アルミニウム
合金）を、７００〜１０５０゜Ｃに予備加熱したアルミ
ナの繊維又はウイスカーマットに押し入れることが記載
されている。この際、得られた一体鋳物における金属に
対するアルミナの最大体積比は、０．２５／１であった
。この方法でも、浸透を行うのは外力に依存するので、
キャネル（Ｃａｎｎｅｌ）等と同様な欠陥がある。
ｉｎｓｈａｗ）等による米国特許第４，２３２，０９１
号では、アルミニウムマトリックス・アルミナ複合体の
製造で遭遇する当該技術における困難はある程度克服さ
れる。この特許では、７５〜３７５ ｋｇ／ｃｍ”の圧
力をかけて、溶融アルミニウム（又は溶融アルミニウム
合金）を、７００〜１０５０゜Ｃに予備加熱したアルミ
ナの繊維又はウイスカーマットに押し入れることが記載
されている。この際、得られた一体鋳物における金属に
対するアルミナの最大体積比は、０．２５／１であった
。この方法でも、浸透を行うのは外力に依存するので、
キャネル（Ｃａｎｎｅｌ）等と同様な欠陥がある。
ヨーロッパ特許出願公開公報第１１５，７４２号では、
予備成形したアルミナのボイドを溶融アルミニウで充填
することにより、電解槽部材として特に有効であるアル
ミニウム・アルミナ複合体を作製することが記載されて
いる。この出願では、アルミニウムによるアルミナの非
湿潤性が強調されており、プレフォーム全体にわたって
アルミナを湿潤するための種々の手法が用いられている
。例えば、アルミナを、チタン、ジルコニウム、ハフニ
ウム若しくは二オブの二硼化物からなる湿潤剤又は金属
、即ち、リチウム、マグネシウム、カルシウム、チタン
、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム若し
《はハフニウムで被覆する。この際、アルゴン等の不活
性雰囲気を用いて湿潤を容易にする。又、この出願も、
圧力をかけて、溶融アルミニウムを未被覆マトリックス
に浸透させることを記載されている。この態様では、孔
を排気後、不活性雰囲気（例えば、アルゴン）中で溶融
アルミニウムに圧力を加えることにより達成される。
予備成形したアルミナのボイドを溶融アルミニウで充填
することにより、電解槽部材として特に有効であるアル
ミニウム・アルミナ複合体を作製することが記載されて
いる。この出願では、アルミニウムによるアルミナの非
湿潤性が強調されており、プレフォーム全体にわたって
アルミナを湿潤するための種々の手法が用いられている
。例えば、アルミナを、チタン、ジルコニウム、ハフニ
ウム若しくは二オブの二硼化物からなる湿潤剤又は金属
、即ち、リチウム、マグネシウム、カルシウム、チタン
、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム若し
《はハフニウムで被覆する。この際、アルゴン等の不活
性雰囲気を用いて湿潤を容易にする。又、この出願も、
圧力をかけて、溶融アルミニウムを未被覆マトリックス
に浸透させることを記載されている。この態様では、孔
を排気後、不活性雰囲気（例えば、アルゴン）中で溶融
アルミニウムに圧力を加えることにより達成される。
又、溶融アルミニウムを浸透させてボイドを充填する前
に、プレフォームにアルミニウムを気相蒸着により浸透
させて表面を湿潤することもできる。
に、プレフォームにアルミニウムを気相蒸着により浸透
させて表面を湿潤することもできる。
プレフォームの孔にアルミニウムを確実に保持するため
には、真空中又はアルゴン中で、熱処理（例えば、１４
００〜１８００″Ｃ）することが必要である。
には、真空中又はアルゴン中で、熱処理（例えば、１４
００〜１８００″Ｃ）することが必要である。
このようにしないと、圧力浸透物質をガスに暴露したり
又は浸透圧を取り除くと、物体からのアルミニウムの損
失が生じる． 湿潤剤を用いて電解槽のアルミナ成分に溶融金属を浸透
させることは、ヨーロッパ特許出願公開第９４３５３号
にも記載されている。即ち、この公開公報には、セルラ
イナー又は支持体として陰極電流供給手段を有するセル
を用いて、電解採取によりアルミニウムを製造すること
が記載されている。
又は浸透圧を取り除くと、物体からのアルミニウムの損
失が生じる． 湿潤剤を用いて電解槽のアルミナ成分に溶融金属を浸透
させることは、ヨーロッパ特許出願公開第９４３５３号
にも記載されている。即ち、この公開公報には、セルラ
イナー又は支持体として陰極電流供給手段を有するセル
を用いて、電解採取によりアルミニウムを製造すること
が記載されている。
この支持体を溶融氷晶石から保護するために、湿潤剤と
溶解抑制剤との混合物の薄い被膜を、セルの始動前又は
電解法で製造した溶融アルミニウムに浸漬中に、アルミ
ナ支持体に塗布する。湿潤剤としては、チタン、ジルコ
ニウム、ハフニウム、珪素、マグネシウム、バナジウム
、クロム、ニオブ又はカルシウムがが開示されており、
チタンが好ましい湿潤剤として記載されている。又、硼
素、炭素及び窒素の化合物が、溶融アルミニウムの湿潤
剤への溶解度を抑制するのに有効であると記載されてい
る。しかしながら、この刊行物は、金属マトリックス複
合体の製造を示唆していないばかりか、このような複合
体を、例えば、窒素雰囲気中で形成することも示唆して
いない。
溶解抑制剤との混合物の薄い被膜を、セルの始動前又は
電解法で製造した溶融アルミニウムに浸漬中に、アルミ
ナ支持体に塗布する。湿潤剤としては、チタン、ジルコ
ニウム、ハフニウム、珪素、マグネシウム、バナジウム
、クロム、ニオブ又はカルシウムがが開示されており、
チタンが好ましい湿潤剤として記載されている。又、硼
素、炭素及び窒素の化合物が、溶融アルミニウムの湿潤
剤への溶解度を抑制するのに有効であると記載されてい
る。しかしながら、この刊行物は、金属マトリックス複
合体の製造を示唆していないばかりか、このような複合
体を、例えば、窒素雰囲気中で形成することも示唆して
いない。
圧力の付加及び湿潤剤の塗布の他に、真空にすることに
より多孔性セラミック成形体への溶融アルミニウムの浸
透が促進されることも開示されている。例えば、１９７
３年２月２７日に許可されたアール・エル・ランディン
グハム（Ｒ．Ｌ． Ｌａｎｄｉｎｇｈａｎ＋）による米
国特許第３，７１８．４４１号には、セラミック成形体
（例えば、炭化硼素、アルミナ及びベリリア）に、１０
−’ ｝−ル未溝の真空下で、溶融アルミニウム、ベリ
リウム、マグネシウム、、チタン、バナジウム、ニッケ
ル又はクロムを浸透することが報告されている。１０４
〜１０−ｂ｝−ルの真空では、溶融金属によるセラミッ
クの湿潤が不良で、金属がセラミックのポイド空間に自
由に流れ込まなかった。しかしながら、真空を１０−’
｝−ル未満まで減少させると、湿潤が向上したと記載さ
れている。
より多孔性セラミック成形体への溶融アルミニウムの浸
透が促進されることも開示されている。例えば、１９７
３年２月２７日に許可されたアール・エル・ランディン
グハム（Ｒ．Ｌ． Ｌａｎｄｉｎｇｈａｎ＋）による米
国特許第３，７１８．４４１号には、セラミック成形体
（例えば、炭化硼素、アルミナ及びベリリア）に、１０
−’ ｝−ル未溝の真空下で、溶融アルミニウム、ベリ
リウム、マグネシウム、、チタン、バナジウム、ニッケ
ル又はクロムを浸透することが報告されている。１０４
〜１０−ｂ｝−ルの真空では、溶融金属によるセラミッ
クの湿潤が不良で、金属がセラミックのポイド空間に自
由に流れ込まなかった。しかしながら、真空を１０−’
｝−ル未満まで減少させると、湿潤が向上したと記載さ
れている。
１９７５年２月４日に許可されたジー・イー・ガザＣＧ
．Ｅ．Ｇａｚｚａ）等による米国特許第３， ８６４，
１５４号にも、真空を用いて浸透を行う旨の記載があ
る。又、この特許には、ＡＩＢ＋ｔ粉末の常温圧縮成形
体を常温圧縮アルミニウム粉末のベッド上に添加するこ
とが記載されている。その後、更に、アルミニウ？をＡ
ＩＢ＋ｚ粉末成形体の上部に配置する。アルミニウム粉
末の眉間に「挟んだＪ ＡＩＢ，■成形体を装填したル
ッポを真空炉に入れる。この炉を、約１０−５トールま
で排気してガス抜きをする。続いて、温度を１１００゜
Ｃに上昇し、３時間維持する。これらの条件で、溶融ア
ルミニウムを多孔性ＡＩＢ，■成形体に浸透させる。
．Ｅ．Ｇａｚｚａ）等による米国特許第３， ８６４，
１５４号にも、真空を用いて浸透を行う旨の記載があ
る。又、この特許には、ＡＩＢ＋ｔ粉末の常温圧縮成形
体を常温圧縮アルミニウム粉末のベッド上に添加するこ
とが記載されている。その後、更に、アルミニウ？をＡ
ＩＢ＋ｚ粉末成形体の上部に配置する。アルミニウム粉
末の眉間に「挟んだＪ ＡＩＢ，■成形体を装填したル
ッポを真空炉に入れる。この炉を、約１０−５トールま
で排気してガス抜きをする。続いて、温度を１１００゜
Ｃに上昇し、３時間維持する。これらの条件で、溶融ア
ルミニウムを多孔性ＡＩＢ，■成形体に浸透させる。
１９６８年１月２３日に許可されたジョン・エヌ・レフ
ディング（Ｊｏｈｎ Ｎ． Ｒｅｄｉｎｇ）等による米
国特許第３，３６４，９７６号には、物体に自己発生真
空を作り出して、溶融金属の物体への浸透を促進するこ
とが開示されている。即ち、物体、例えば、黒鉛金型、
鋼金型又は多孔性耐火材を、溶融金属に完全に浸すこと
が開示されている。金型の場合、金属と反応性のあるガ
スで満たした金型キャビティが、外部に位置する溶融金
属と、金型内の少なくとも一つのオリフィスを介して連
通している。金型を溶融液に浸漬すると、キャビティ内
のガスと溶融金属との間の反応で自己発生真空が生じる
とともにキャビティが金属で満たされていく。この際の
真空は、金属が酸化物固体状態になる結果生じる。
ディング（Ｊｏｈｎ Ｎ． Ｒｅｄｉｎｇ）等による米
国特許第３，３６４，９７６号には、物体に自己発生真
空を作り出して、溶融金属の物体への浸透を促進するこ
とが開示されている。即ち、物体、例えば、黒鉛金型、
鋼金型又は多孔性耐火材を、溶融金属に完全に浸すこと
が開示されている。金型の場合、金属と反応性のあるガ
スで満たした金型キャビティが、外部に位置する溶融金
属と、金型内の少なくとも一つのオリフィスを介して連
通している。金型を溶融液に浸漬すると、キャビティ内
のガスと溶融金属との間の反応で自己発生真空が生じる
とともにキャビティが金属で満たされていく。この際の
真空は、金属が酸化物固体状態になる結果生じる。
従って、レッディング等には、キャビティ内のガスと溶
融金属との間の反応を引き起こすことが必須であること
が開示されている。しかしながら、金型を用いるには本
来制限があり、真空を生じさせるために金型を使用する
ことは望ましくない。
融金属との間の反応を引き起こすことが必須であること
が開示されている。しかしながら、金型を用いるには本
来制限があり、真空を生じさせるために金型を使用する
ことは望ましくない。
即ち、まず、金型を機械加工して特定の形状にし；その
後、仕上げ機械加工して、金型上に許容できる鋳造表面
を形成し；使用前に組立；使用後に分解して注型品を取
り出し；その後、最も一般的には、金型表面を最仕上げ
して金型を再生するか、又はもはや使用できない状態の
場合には金型を捨ててしまう必要がある。金型を複雑な
形状に機械加工するのは、非常にコストがかかるととも
に時間がかかる場合がある。更に、複雑な形状をした金
型から成形品を取り出すのも困難のことがある（即ち、
？［な形状を有する注型品は、金型から取り外すとき壊
れることがある）。更に、多孔性耐火材の場合、金型を
使用せずに、直接溶融金属に浸漬できることも述べられ
ているが、容器金型を使用せずに弱く結着されるか又は
分離した多孔性材料に浸透させる手段がないので、耐火
材は一体品でなければならない（即ち、粒状物質は、溶
融金属に入れたときに、一般的に解離するかは浮かんで
離れてしまう）。更に、粒状物質又は弱く成形したプレ
フォームに浸透させようとする場合、浸透金属が粒子又
はプレフォームの少なくとも一部分と置換してしまって
不均一なミクロ構造を生じることのないように注意しな
ければならない．従って、圧力を加えたり真空にしたり
（外部から印加するか、内部で生じさせるかとは無関係
に）する必要のないか、又は湿潤材を損傷しないで、セ
ラミック材料等の別の材料を埋め込んだ金属マトリック
スを生成する、賦形金属マトリックス複合体を製造する
ための簡単で信頼性のある方法が長年求められていた。
後、仕上げ機械加工して、金型上に許容できる鋳造表面
を形成し；使用前に組立；使用後に分解して注型品を取
り出し；その後、最も一般的には、金型表面を最仕上げ
して金型を再生するか、又はもはや使用できない状態の
場合には金型を捨ててしまう必要がある。金型を複雑な
形状に機械加工するのは、非常にコストがかかるととも
に時間がかかる場合がある。更に、複雑な形状をした金
型から成形品を取り出すのも困難のことがある（即ち、
？［な形状を有する注型品は、金型から取り外すとき壊
れることがある）。更に、多孔性耐火材の場合、金型を
使用せずに、直接溶融金属に浸漬できることも述べられ
ているが、容器金型を使用せずに弱く結着されるか又は
分離した多孔性材料に浸透させる手段がないので、耐火
材は一体品でなければならない（即ち、粒状物質は、溶
融金属に入れたときに、一般的に解離するかは浮かんで
離れてしまう）。更に、粒状物質又は弱く成形したプレ
フォームに浸透させようとする場合、浸透金属が粒子又
はプレフォームの少なくとも一部分と置換してしまって
不均一なミクロ構造を生じることのないように注意しな
ければならない．従って、圧力を加えたり真空にしたり
（外部から印加するか、内部で生じさせるかとは無関係
に）する必要のないか、又は湿潤材を損傷しないで、セ
ラミック材料等の別の材料を埋め込んだ金属マトリック
スを生成する、賦形金属マトリックス複合体を製造する
ための簡単で信頼性のある方法が長年求められていた。
更に、金属マトリックス複合体を製造するのに要する最
終的な機械加工操作を最少限にすることも長年求められ
ていた。本発明は、処理の少なくともある時点で浸透増
進剤が存在する限り、大気圧下の浸透雰囲気（例えば、
窒素）の存在下において、プレフォームに成形できる材
料（例えば、セラミック材料）に溶融マトリックス金属
（例えば、アルミニウム）を、浸透させるための自発浸
透機構を提供することによりこの必要性を満たすもので
ある。
終的な機械加工操作を最少限にすることも長年求められ
ていた。本発明は、処理の少なくともある時点で浸透増
進剤が存在する限り、大気圧下の浸透雰囲気（例えば、
窒素）の存在下において、プレフォームに成形できる材
料（例えば、セラミック材料）に溶融マトリックス金属
（例えば、アルミニウム）を、浸透させるための自発浸
透機構を提供することによりこの必要性を満たすもので
ある。
更に、方向性凝固は、金属鋳造プロセスを助長して、例
えば、物体中の多孔性及び／又はボイドの減少、引張強
さの増加、ミクロ構造の変化等を生じさせることが一般
的に知られている。本発明による方向性凝固と自発浸透
機構との組み合わせにより、新規な金属マトリンクス複
合体が提供される。
えば、物体中の多孔性及び／又はボイドの減少、引張強
さの増加、ミクロ構造の変化等を生じさせることが一般
的に知られている。本発明による方向性凝固と自発浸透
機構との組み合わせにより、新規な金属マトリンクス複
合体が提供される。
本発明の主題は、他のいくつかの本出願人による米国特
許出願及び日本出願に関連している。具体的には、これ
らの他の特許出願（以下、しばしば、「同一出願人によ
る金属マトリックス特許出願」と称する）には、金属マ
トリックス複合材料を製造する新規な方法が記載されて
いる。金属マｌ− ＩＪックス複合材料を製造する新規
な方法は、「メタル マトリックス コンボジッツ（Ｍ
ｅｔａｌ ＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ） Ｊと
題する１９８７年５月１３日出廓の本出願人による米国
特許出願第０４９， １７１号〔発明者：ホワイト（Ｗ
ｈｉｔｅ）等〕及び昭和６３年５月１５日に出願された
特願昭６３−１１８０３２号に開示されている。
許出願及び日本出願に関連している。具体的には、これ
らの他の特許出願（以下、しばしば、「同一出願人によ
る金属マトリックス特許出願」と称する）には、金属マ
トリックス複合材料を製造する新規な方法が記載されて
いる。金属マｌ− ＩＪックス複合材料を製造する新規
な方法は、「メタル マトリックス コンボジッツ（Ｍ
ｅｔａｌ ＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ） Ｊと
題する１９８７年５月１３日出廓の本出願人による米国
特許出願第０４９， １７１号〔発明者：ホワイト（Ｗ
ｈｉｔｅ）等〕及び昭和６３年５月１５日に出願された
特願昭６３−１１８０３２号に開示されている。
ホワイト等の発明の方法によれば、金属マトリックス複
合体は、充填材の通気性素材（例えば、セラミック又は
セラミック被覆材料）に、少なくとも約１重量％のマグ
ネシウム、好ましくは少なくとも約３重量％のマグネシ
ウムを含有する溶融アルミニウムを浸透させることによ
り製造される。
合体は、充填材の通気性素材（例えば、セラミック又は
セラミック被覆材料）に、少なくとも約１重量％のマグ
ネシウム、好ましくは少なくとも約３重量％のマグネシ
ウムを含有する溶融アルミニウムを浸透させることによ
り製造される。
この際、外部圧力又は真空を印加しなくても、自発的に
浸透が起きる。供給溶融金属と充填材の素材とを、約１
０〜１００体積％、好ましくは少なくとも約５０体積％
の窒素を含有するとともに残り（存在すれば）が非酸化
性ガス（例えば、アルゴン）であるガスの存在下におい
て、少なくとも約６７５゜Ｃの温度で接触させる。これ
らの条件下で、溶融アルミニウム合金が標準大気圧下で
セラミック素材に浸透して、アルミニウム（又はアルミ
ニウム合金）マトリックス複合体が形成される。所望量
の充填材に溶融アルミニウム合金を浸透させたら、温度
を低下させて合金を固化することにより、強化充填材を
埋め込んだ固形金属マトリックス構造を形成する。通常
及び好ましくは、送り出される溶融金属の供給量は、実
譬的に充填材の素材の境界まで浸透するに十分な量であ
る。ホワイト等により製造されるアルミニウムマトリッ
クス複合体中の充填材の量は、非常に高くすることがで
きる。
浸透が起きる。供給溶融金属と充填材の素材とを、約１
０〜１００体積％、好ましくは少なくとも約５０体積％
の窒素を含有するとともに残り（存在すれば）が非酸化
性ガス（例えば、アルゴン）であるガスの存在下におい
て、少なくとも約６７５゜Ｃの温度で接触させる。これ
らの条件下で、溶融アルミニウム合金が標準大気圧下で
セラミック素材に浸透して、アルミニウム（又はアルミ
ニウム合金）マトリックス複合体が形成される。所望量
の充填材に溶融アルミニウム合金を浸透させたら、温度
を低下させて合金を固化することにより、強化充填材を
埋め込んだ固形金属マトリックス構造を形成する。通常
及び好ましくは、送り出される溶融金属の供給量は、実
譬的に充填材の素材の境界まで浸透するに十分な量であ
る。ホワイト等により製造されるアルミニウムマトリッ
クス複合体中の充填材の量は、非常に高くすることがで
きる。
即ち、合金に対する充填材の体積比が１：１を超えるも
のを得ることができる。
のを得ることができる。
前記したホワイト等の発明におけるプロセス条件下では
、アルミニウムマトリックス全体に分散した形態で、窒
化アルミニウムの不連続相を形成することができる。ア
ルミニウムマトリックスにおける窒化物の量は、温度、
合金組成、ガス組成及び充填材等の因子によって異なっ
ていてもよい。
、アルミニウムマトリックス全体に分散した形態で、窒
化アルミニウムの不連続相を形成することができる。ア
ルミニウムマトリックスにおける窒化物の量は、温度、
合金組成、ガス組成及び充填材等の因子によって異なっ
ていてもよい。
従って、系におけるこのような因子の一つ以上を制御す
ることにより、複合体の一定の性質を所望のものに合わ
せることができる。しかしながら、ある最終用途の場合
、複合体が窒化アルミニウムをほとんど含有しないこと
が望ましい場合がある．温度が高いほど浸透には有利で
あるが、このプロセスにより窒化物が生成しやすくなる
。ホワイト等の発明では、浸透速度と窒化物生成との間
のバランスをとることができる。
ることにより、複合体の一定の性質を所望のものに合わ
せることができる。しかしながら、ある最終用途の場合
、複合体が窒化アルミニウムをほとんど含有しないこと
が望ましい場合がある．温度が高いほど浸透には有利で
あるが、このプロセスにより窒化物が生成しやすくなる
。ホワイト等の発明では、浸透速度と窒化物生成との間
のバランスをとることができる。
金属マトリックス複合体生成に使用するのに適当なバリ
ャ一手段の例が、「メソッド オブ メーキング メタ
ル マトリックス コンポジットウイズ ザ ユース
オブ ア バリャー（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎ
ｇ Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ｗｉｔｈ ｔｈｅ１１ｓｅ ｏｆ ａ Ｂａｒｒｉｅｒ
） Ｊと題する１９８８年１月７日出願の本出願人によ
る米国特許出願第１４１，６４２号〔発明者：ミカエル
・ケー・アグハジアニアン（Ｍｉｃｈａｅ１Ｋ． Ａｇ
ｈａｊａｎｉａｎ）等］及び昭和６４年１月６日に出願
された特願昭和６４−１１３０号に開示されている。ア
グハジアニアン等の発明の方法によれば、バリャー手段
〔例えば、粒状二硼化チタン又は商標名がグラフオイル
であるユニオンカーバイド社製の軟質黒鉛テープ製品等
の黒鉛材料〕が、充填材とマトリックス合金の規定され
た表面境界に配置され、バリャ一手段により形成される
境界まで浸透する，このバリャー手段は、溶融合金の浸
透を阻止、防止又は終了させるのに用いられ、得られた
金属マトリックス複合体中に網又は網に近い形状を形成
する。従って、形成した金属マトリックス複合体の外形
は、バリャー手段の内部形状と実質的に一致する。
ャ一手段の例が、「メソッド オブ メーキング メタ
ル マトリックス コンポジットウイズ ザ ユース
オブ ア バリャー（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎ
ｇ Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ｗｉｔｈ ｔｈｅ１１ｓｅ ｏｆ ａ Ｂａｒｒｉｅｒ
） Ｊと題する１９８８年１月７日出願の本出願人によ
る米国特許出願第１４１，６４２号〔発明者：ミカエル
・ケー・アグハジアニアン（Ｍｉｃｈａｅ１Ｋ． Ａｇ
ｈａｊａｎｉａｎ）等］及び昭和６４年１月６日に出願
された特願昭和６４−１１３０号に開示されている。ア
グハジアニアン等の発明の方法によれば、バリャー手段
〔例えば、粒状二硼化チタン又は商標名がグラフオイル
であるユニオンカーバイド社製の軟質黒鉛テープ製品等
の黒鉛材料〕が、充填材とマトリックス合金の規定され
た表面境界に配置され、バリャ一手段により形成される
境界まで浸透する，このバリャー手段は、溶融合金の浸
透を阻止、防止又は終了させるのに用いられ、得られた
金属マトリックス複合体中に網又は網に近い形状を形成
する。従って、形成した金属マトリックス複合体の外形
は、バリャー手段の内部形状と実質的に一致する。
米国特許出願第０４９．１７１号及び特願昭６３−１１
８０３２号に記載の方法は、「メタル マトリックスコ
ンポジッフ ァンド テクニクス フオー メーキング
ザ セイム（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏ
ｓｉｔｅｓａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｍ
ａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ） Ｊ と題する１９８
８年３月１５日出願の本出願人による米国特許出願第１
６８．２８４号〔発明者：ミカエル・ケー・アグハジア
ニアン（Ｍｉｃｈａｅ１Ｋ． Ａｇｈａｊａｎｉａｎ）
及びマーク・エス・二エーカーク（ Ｍａｒｋ Ｓ．Ｎ
ｅｗｋｉｒｋ） ）及び平成元年３月１５日に出願され
た特願平１−６３４１１号によって改善された。この米
国特許出願に開示された方法に，よれば、マトリックス
金属合金は、第一金属源及び、例えば、重力流れにより
第一溶融金属源と連通ずるマトリックス金属合金の溜と
して存在する。特に、これらの特許出願に記載されてい
る条件下では、第一溶融マトリックス合金が、標準大気
圧下、充填材の素材に浸透し始め、従って、金属マトリ
ックス複合体の生成が始まる。第一溶融マトリックス金
属合金源は、充填材の素材への浸透中に消費され、自発
浸透の継続とともに、必要に応じて、好ましくは連続的
な手段により、溶融マトリックス金属の溜から補充する
ことができる。所望量の通気性充填材に溶融マトリック
ス合金が自発浸透したら、温度を低下させて合金を固化
することにより、強化充填材を埋め込んだ固形金属マト
リックスを形成する。金属の溜を使用することは、この
特許出廓に記載されている発明の一実施態様にすぎず、
溜の実施態様を、開示されている発明の別の各実施態様
と組み合わせる必要はないが、実施態様の中には、本発
明と組み合わせて使用するのが有益な場合もある。
８０３２号に記載の方法は、「メタル マトリックスコ
ンポジッフ ァンド テクニクス フオー メーキング
ザ セイム（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏ
ｓｉｔｅｓａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｍ
ａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ） Ｊ と題する１９８
８年３月１５日出願の本出願人による米国特許出願第１
６８．２８４号〔発明者：ミカエル・ケー・アグハジア
ニアン（Ｍｉｃｈａｅ１Ｋ． Ａｇｈａｊａｎｉａｎ）
及びマーク・エス・二エーカーク（ Ｍａｒｋ Ｓ．Ｎ
ｅｗｋｉｒｋ） ）及び平成元年３月１５日に出願され
た特願平１−６３４１１号によって改善された。この米
国特許出願に開示された方法に，よれば、マトリックス
金属合金は、第一金属源及び、例えば、重力流れにより
第一溶融金属源と連通ずるマトリックス金属合金の溜と
して存在する。特に、これらの特許出願に記載されてい
る条件下では、第一溶融マトリックス合金が、標準大気
圧下、充填材の素材に浸透し始め、従って、金属マトリ
ックス複合体の生成が始まる。第一溶融マトリックス金
属合金源は、充填材の素材への浸透中に消費され、自発
浸透の継続とともに、必要に応じて、好ましくは連続的
な手段により、溶融マトリックス金属の溜から補充する
ことができる。所望量の通気性充填材に溶融マトリック
ス合金が自発浸透したら、温度を低下させて合金を固化
することにより、強化充填材を埋め込んだ固形金属マト
リックスを形成する。金属の溜を使用することは、この
特許出廓に記載されている発明の一実施態様にすぎず、
溜の実施態様を、開示されている発明の別の各実施態様
と組み合わせる必要はないが、実施態様の中には、本発
明と組み合わせて使用するのが有益な場合もある。
金属の溜は、所定の程度まで充填材の通気性素材に浸透
するに十分な量の金属を提供する量で存在することかで
きる。又、任意のバリャー手段を、充填材の通気性素材
の少なくとも一方の表面に接触させて、表面境界を形成
することができる。
するに十分な量の金属を提供する量で存在することかで
きる。又、任意のバリャー手段を、充填材の通気性素材
の少なくとも一方の表面に接触させて、表面境界を形成
することができる。
更に、送り出す溶融マトリックス合金の供給量は、少な
くとも、充填材の通気性素材の境界（即ち、バリャー）
まで実質的に自発浸透するに十分な量でなければならな
いが、溜に存在する合金の量は、このような十分な量を
超えてもよく、合金量が完全浸透に十分な量であるばか
りでなく、過剰の溶融金属合金が残存して金属マトリッ
クス複合体に固定してもよい。従って、過剰の溶融合金
が存在するとき、得られる物体は、金属マトリックスを
浸透させたセラミック物体が溜に残存している過剰の金
属に直接結合している複雑な複合体く例えば、マクロ複
合体）である。
くとも、充填材の通気性素材の境界（即ち、バリャー）
まで実質的に自発浸透するに十分な量でなければならな
いが、溜に存在する合金の量は、このような十分な量を
超えてもよく、合金量が完全浸透に十分な量であるばか
りでなく、過剰の溶融金属合金が残存して金属マトリッ
クス複合体に固定してもよい。従って、過剰の溶融合金
が存在するとき、得られる物体は、金属マトリックスを
浸透させたセラミック物体が溜に残存している過剰の金
属に直接結合している複雑な複合体く例えば、マクロ複
合体）である。
上記した本出頴人による金属マトリックスに関する特許
出願には、金属マトリックス複合体の製造方法及び該方
法から製造される新規な金属マトリックス複合体が記載
されている。前記した本出瀬人による金属マトリックス
に関する特許出願の全ての開示事項は、特に本発明に利
用できる。
出願には、金属マトリックス複合体の製造方法及び該方
法から製造される新規な金属マトリックス複合体が記載
されている。前記した本出瀬人による金属マトリックス
に関する特許出願の全ての開示事項は、特に本発明に利
用できる。
本発明による金属マ｝ ＩＪックス複合体は、充填材の
通気性素材（例えば、セラミック又はセラミック被覆材
料）又はプレフォームに、溶融マトリックス金属を自発
浸透させることにより製造される。この充填材は、賦形
してもよいし、適当な金型又はバリャー手段内に入れて
もよい。更に、浸透増進剤及び／又は浸透増進剤前駆体
及び／又は浸透雰囲気が、プロセス中の少なくともある
時点で、充填材又はプレフォームと連通状態にあり、溶
融マトリックス金属が充填材の通気性素材又はプレフォ
ームに自発的に浸透できる。金属マトリックス複合体を
形成後、ある時点で、復合体を方向性凝固法により凝固
させることにより、金属マトリックス複合体の性質を向
上させる。
通気性素材（例えば、セラミック又はセラミック被覆材
料）又はプレフォームに、溶融マトリックス金属を自発
浸透させることにより製造される。この充填材は、賦形
してもよいし、適当な金型又はバリャー手段内に入れて
もよい。更に、浸透増進剤及び／又は浸透増進剤前駆体
及び／又は浸透雰囲気が、プロセス中の少なくともある
時点で、充填材又はプレフォームと連通状態にあり、溶
融マトリックス金属が充填材の通気性素材又はプレフォ
ームに自発的に浸透できる。金属マトリックス複合体を
形成後、ある時点で、復合体を方向性凝固法により凝固
させることにより、金属マトリックス複合体の性質を向
上させる。
好ましい一実施態様においては、充填材は、浸透増進剤
前駆体を含有していてもよい。その後、充填材を、浸透
雰囲気と接触させて、充填材の少なくとも一部分に浸透
増進剤を生成することができる。このような浸透増進剤
は、溶融マトリックス金属を充填材と接触させる前に生
成してもよいし、接触と実質的に連続させて生成するこ
ともできる。更に、浸透雰囲気を、自発浸透プロセスの
実質的に全体を通じて提供して充填材と連通気性状態と
しておいてもよいし、自発浸透プロセスの一部分のみの
間、充填材及び／又はマトリックス金属と連通させても
よい。基本的には、少なくとも自発浸透中は、浸透増進
剤を、充填材の少なくとも一部分に位置させることが望
ましい。
前駆体を含有していてもよい。その後、充填材を、浸透
雰囲気と接触させて、充填材の少なくとも一部分に浸透
増進剤を生成することができる。このような浸透増進剤
は、溶融マトリックス金属を充填材と接触させる前に生
成してもよいし、接触と実質的に連続させて生成するこ
ともできる。更に、浸透雰囲気を、自発浸透プロセスの
実質的に全体を通じて提供して充填材と連通気性状態と
しておいてもよいし、自発浸透プロセスの一部分のみの
間、充填材及び／又はマトリックス金属と連通させても
よい。基本的には、少なくとも自発浸透中は、浸透増進
剤を、充填材の少なくとも一部分に位置させることが望
ましい。
本発明の別の好ましい実施態様においては、浸透増進剤
前駆体を充填材に供給するのではなく、浸透増進剤を、
充填材及び／又はマトリックス金属及び／又は浸透雰囲
気に直接供給してもよい。
前駆体を充填材に供給するのではなく、浸透増進剤を、
充填材及び／又はマトリックス金属及び／又は浸透雰囲
気に直接供給してもよい。
この場合も、基本的には、少なくとも自発浸透中は、浸
透増進剤を、充填材の少なくとも一部分に位置させなけ
ればならない。
透増進剤を、充填材の少なくとも一部分に位置させなけ
ればならない。
本明細書では、主にアルミニウムマトリックス金属につ
いて説明する。このアルミニウムマトリックス金属は、
金属マトリックス複合体の形成中のある時点で、浸透雰
囲気として作用する窒素の存在下において、浸透増進剤
前駆体として作用するマグネシウムと接触させる。この
アルミニウム／マグネシウム／窒素からなるマトリック
ス金属／浸透増進剤前駆体／漫透雰囲気系は、自発浸透
を示す。しかしながら、他のマトリックス金属／浸透増
進剤前駆体／浸透雰囲気系も、アルミニウム／マグネシ
ウム／窒素系と同様の挙動を示すことができる。例えば
、アルミニウム／ストロンチウム／窒素系；アルミニウ
ム／亜鉛／酸素系；及び／又はアルミニウム／カルシウ
ム／窒素系においても同様の自発浸透の挙動が観察され
た。従って、本明細書では、アルミニウム／マグネシウ
ム／窒素系について主に説明するが、他のマトリックス
金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系も同様に挙動す
ることができ、本発明の範囲内である。
いて説明する。このアルミニウムマトリックス金属は、
金属マトリックス複合体の形成中のある時点で、浸透雰
囲気として作用する窒素の存在下において、浸透増進剤
前駆体として作用するマグネシウムと接触させる。この
アルミニウム／マグネシウム／窒素からなるマトリック
ス金属／浸透増進剤前駆体／漫透雰囲気系は、自発浸透
を示す。しかしながら、他のマトリックス金属／浸透増
進剤前駆体／浸透雰囲気系も、アルミニウム／マグネシ
ウム／窒素系と同様の挙動を示すことができる。例えば
、アルミニウム／ストロンチウム／窒素系；アルミニウ
ム／亜鉛／酸素系；及び／又はアルミニウム／カルシウ
ム／窒素系においても同様の自発浸透の挙動が観察され
た。従って、本明細書では、アルミニウム／マグネシウ
ム／窒素系について主に説明するが、他のマトリックス
金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系も同様に挙動す
ることができ、本発明の範囲内である。
マトリックス金属がアルミニウム合金からなるとき、こ
のアルミニウム合金を、充填材の通気性素材又は充填材
からなるプレフォーム（例えば、アルミナ又は炭化珪素
）と接触させる。この充填材は、マグネシウムとの混合
物であり且つ／又はプロセス中のある時点でマグネシウ
ムに暴露させる。更に、好ましい実施態様において、ア
ルミニウム合金及び／又は充填材若しくはプレフォーム
を、プロセスの少な《とも一時期の間、窒素雰囲気中に
入れる。これにより、充填材の素材又はプレフォームの
自発浸透が生じる。自発的浸透及び金属マトリックス複
合体の生成の程度又は速度は、系に供給されるマグネシ
ウムの濃度（例えば、アルミニウム合金中及び／又は充
填材中及び／又は浸透雰囲気中）、充填材粒子のサイズ
及び／又は組成、浸透雰囲気中の窒素濃度、浸透のため
に与えられる時間、及び／又は浸透が生じる温度をはじ
めとする一定の処理条件に応じて異なる。浸透は、一般
的に、実質的に完全に充填材の素材又はプレフォームを
埋め込むのに十分な程度まで起きる。
のアルミニウム合金を、充填材の通気性素材又は充填材
からなるプレフォーム（例えば、アルミナ又は炭化珪素
）と接触させる。この充填材は、マグネシウムとの混合
物であり且つ／又はプロセス中のある時点でマグネシウ
ムに暴露させる。更に、好ましい実施態様において、ア
ルミニウム合金及び／又は充填材若しくはプレフォーム
を、プロセスの少な《とも一時期の間、窒素雰囲気中に
入れる。これにより、充填材の素材又はプレフォームの
自発浸透が生じる。自発的浸透及び金属マトリックス複
合体の生成の程度又は速度は、系に供給されるマグネシ
ウムの濃度（例えば、アルミニウム合金中及び／又は充
填材中及び／又は浸透雰囲気中）、充填材粒子のサイズ
及び／又は組成、浸透雰囲気中の窒素濃度、浸透のため
に与えられる時間、及び／又は浸透が生じる温度をはじ
めとする一定の処理条件に応じて異なる。浸透は、一般
的に、実質的に完全に充填材の素材又はプレフォームを
埋め込むのに十分な程度まで起きる。
更に、自発浸透により形成した金属マトリックス複合体
のミクロ構造及びそれに起因する性質は、方向性凝固を
行うことにより向上できることが見い出された。即ち、
充填材の自発浸透がなされ、及び／又は自発浸透が実質
的に完了したら、複合体の片面に配置した加熱手段及び
／又は複合体の片面に配置した冷却手段の少なくとも一
つを適用する。加熱手段と冷却手段の両方を、複合体に
適用する場合には、加熱手段と冷却手段を、複合体の実
質的に対向した端面に配置する必要がある。
のミクロ構造及びそれに起因する性質は、方向性凝固を
行うことにより向上できることが見い出された。即ち、
充填材の自発浸透がなされ、及び／又は自発浸透が実質
的に完了したら、複合体の片面に配置した加熱手段及び
／又は複合体の片面に配置した冷却手段の少なくとも一
つを適用する。加熱手段と冷却手段の両方を、複合体に
適用する場合には、加熱手段と冷却手段を、複合体の実
質的に対向した端面に配置する必要がある。
自発浸透方向性凝固により製造され且つ方向性凝固を行
った金属マトリックス複合体は、同様の手法で製造した
が方向性凝固を行わなかった金属マトリックス複合体に
比べて、ミクロ構造を改善させることができた。例えば
、ミクロ構造の均一性を増加し、気孔又はボイドの量を
減少することができる。このようにミクロ構造が改善さ
れると、引張強さの向上、破壊靭性の増加をはじめとし
て、機械的性質が高まる。
った金属マトリックス複合体は、同様の手法で製造した
が方向性凝固を行わなかった金属マトリックス複合体に
比べて、ミクロ構造を改善させることができた。例えば
、ミクロ構造の均一性を増加し、気孔又はボイドの量を
減少することができる。このようにミクロ構造が改善さ
れると、引張強さの向上、破壊靭性の増加をはじめとし
て、機械的性質が高まる。
方旬性凝固を行うのに適当な冷却手段の具体例としては
、冷却板；少なくとも部分的に形成された金属マトリッ
クス複合体を順次除去すること；及び／又は少なくとも
部分的に形成された金属マトリックス複合体を、少なく
とも一つの流体手段と接触させることが挙げられる。方
向性凝固を行うのに適当な冷却手段の具体例としては、
ホットプレート；ホットトッピング（ｈｏｔ− ｔｏｐ
ｐｉｎｇ）等が挙げられる。以下、本発明の種々の具体
的実施態様を、より詳細に説明する。
、冷却板；少なくとも部分的に形成された金属マトリッ
クス複合体を順次除去すること；及び／又は少なくとも
部分的に形成された金属マトリックス複合体を、少なく
とも一つの流体手段と接触させることが挙げられる。方
向性凝固を行うのに適当な冷却手段の具体例としては、
ホットプレート；ホットトッピング（ｈｏｔ− ｔｏｐ
ｐｉｎｇ）等が挙げられる。以下、本発明の種々の具体
的実施態様を、より詳細に説明する。
定一義
本明細書で使用する［合金面Ｊとは、溶融金属がプレフ
ォーム又は充填材に浸透する前に、溶融金属に最初に接
触した金属マトリックス複合体の面を意味する。
ォーム又は充填材に浸透する前に、溶融金属に最初に接
触した金属マトリックス複合体の面を意味する。
本明細書で使用する「アルミニウム」とは、実質的に純
粋な金属（例えば、比較的純粋で市販されている未合金
化アルミニウム）又は不純物及び／若しくは鉄、珪素、
銅、マグネシウム、マンガン、クロム、亜鉛等の合金成
分を有する市販の金属等の他のグレードの金属及び金属
合金を意味するとともにそれらを含む。この定義で用い
ているアルミニウム合金は、アルミニウムが主成分であ
る合金又は金属間化合物である。
粋な金属（例えば、比較的純粋で市販されている未合金
化アルミニウム）又は不純物及び／若しくは鉄、珪素、
銅、マグネシウム、マンガン、クロム、亜鉛等の合金成
分を有する市販の金属等の他のグレードの金属及び金属
合金を意味するとともにそれらを含む。この定義で用い
ているアルミニウム合金は、アルミニウムが主成分であ
る合金又は金属間化合物である。
本明細書で使用する「残部非酸化性ガス」とは、浸透雰
囲気を成す主要ガスの他に存在するガスで、プロセス条
件下でマトリックス金属と実質的に反応しない不活性ガ
ス又は還元性ガスであることを意味する。使用されるガ
ス中の不純物として存在してもよい酸化性ガスで、プロ
セス条件下でかなりの程度までマトリックス金属を酸化
するには不十分でなければならない。
囲気を成す主要ガスの他に存在するガスで、プロセス条
件下でマトリックス金属と実質的に反応しない不活性ガ
ス又は還元性ガスであることを意味する。使用されるガ
ス中の不純物として存在してもよい酸化性ガスで、プロ
セス条件下でかなりの程度までマトリックス金属を酸化
するには不十分でなければならない。
本明細書で使用する「バリャー」又は「バリャー手段」
とは、充填材の通気性素材（ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｔｓ
ａｓｓ）又はプレフォームの表面境界を超えて溶融マト
リックス金属が移動、動き等をするのを妨げ、妨害、防
止又は終了させるいずれかの適当な手段を意味する。こ
の場合、表面境界は、前記バリャー手段により形成され
ている。適当なバリャー手段としては、プロセス条件下
で、ある程度の一体性を維持し且つ実質的に揮発しない
（即ち、バリャー材はバリャーとして機能しないほどに
は揮発しない）材料、化合物、要素、組成物等を挙げる
ことができる。
とは、充填材の通気性素材（ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｔｓ
ａｓｓ）又はプレフォームの表面境界を超えて溶融マト
リックス金属が移動、動き等をするのを妨げ、妨害、防
止又は終了させるいずれかの適当な手段を意味する。こ
の場合、表面境界は、前記バリャー手段により形成され
ている。適当なバリャー手段としては、プロセス条件下
で、ある程度の一体性を維持し且つ実質的に揮発しない
（即ち、バリャー材はバリャーとして機能しないほどに
は揮発しない）材料、化合物、要素、組成物等を挙げる
ことができる。
更に、適当な「バリャ一手段」としては、用いられるプ
ロセス条件下で、移動する溶融マトリックス金属で実質
的に湿潤しない材料が挙げられる。
ロセス条件下で、移動する溶融マトリックス金属で実質
的に湿潤しない材料が挙げられる。
この種のバリャーは、溶融マトリックス金属に対しては
実質的に何ら親和性を示さないと思われ、充填材の素材
又はプレフォーム限定された表面境界を超えて溶融マト
リックス金属が移動するのがバリャ一手段によって妨げ
られる。このバリャーは、必要とされるかもしれない最
終的な機械加工又は研磨を減らし、得られる金属マトリ
ックス複合体製品の表面の少なくとも一部分を形成する
。
実質的に何ら親和性を示さないと思われ、充填材の素材
又はプレフォーム限定された表面境界を超えて溶融マト
リックス金属が移動するのがバリャ一手段によって妨げ
られる。このバリャーは、必要とされるかもしれない最
終的な機械加工又は研磨を減らし、得られる金属マトリ
ックス複合体製品の表面の少なくとも一部分を形成する
。
このバリャーは、ある場合には、通気性若しくは多孔性
又は、例えば、孔をあけるか若しくはバリャーに穴をあ
けることにより通気性にして、ガスを溶融マトリックス
金属に接触させてもよい。
又は、例えば、孔をあけるか若しくはバリャーに穴をあ
けることにより通気性にして、ガスを溶融マトリックス
金属に接触させてもよい。
本明細書で使用する「カーカス（ｃａｒｃａｓｓ） Ｊ
又は「マトリックス金属のカーカス」とは、金属マトリ
ックス複合体物体の形成中に消費されなかった残存して
いるマトリックス金属の最初の物体を意味し、一般的に
は、冷却すると、形成された金属マトリックス複合体と
少なくとも部分的に接触したままの状態を維持する。又
、カーカスは、般的に、第二又は外来金属も含んでいて
もよい。
又は「マトリックス金属のカーカス」とは、金属マトリ
ックス複合体物体の形成中に消費されなかった残存して
いるマトリックス金属の最初の物体を意味し、一般的に
は、冷却すると、形成された金属マトリックス複合体と
少なくとも部分的に接触したままの状態を維持する。又
、カーカスは、般的に、第二又は外来金属も含んでいて
もよい。
本明細書で使用する「充填材」とは、マトリックス金属
と実質的に反応せず及び／又はマトリックス金属への溶
解度が限られている単一成分又は成分の混合物が含まれ
、単相又は複相であってもよい。充填材は、粉末、フレ
ーク、板状、小球体、ウイスカー、バブル等の多種多様
の形態で使用でき、緻密でも多孔でもよい。又、「充填
材」は、繊維、チョップトファイバー、粒体、ウィスカ
ーバブル、球体、繊維マット等の形態のアルミナ又はシ
リコンカーバイド等のセラミック充填材並びに炭素が、
例えば、溶融アルミニウム母材金属によって侵食される
のを防止するためにアルミナ若しくは炭化珪素で被覆し
た炭素繊維等のセラミック被覆充填材でもよい。又、充
填材は、所望の形状を有する金属でもよい。
と実質的に反応せず及び／又はマトリックス金属への溶
解度が限られている単一成分又は成分の混合物が含まれ
、単相又は複相であってもよい。充填材は、粉末、フレ
ーク、板状、小球体、ウイスカー、バブル等の多種多様
の形態で使用でき、緻密でも多孔でもよい。又、「充填
材」は、繊維、チョップトファイバー、粒体、ウィスカ
ーバブル、球体、繊維マット等の形態のアルミナ又はシ
リコンカーバイド等のセラミック充填材並びに炭素が、
例えば、溶融アルミニウム母材金属によって侵食される
のを防止するためにアルミナ若しくは炭化珪素で被覆し
た炭素繊維等のセラミック被覆充填材でもよい。又、充
填材は、所望の形状を有する金属でもよい。
本明細書において使用される「ホッ｝｝ッピング（ｈｏ
ｔ−ｔｏｐｐｉｎｇ） Ｊとは、マトリックス金属及び
／又は充填材及び／又はトッピング端に供給される別の
物質と発熱反応する、少なくとも部分的に形成された金
属マトリックス複合体の一端（「トッピング（ｔｏｐｐ
ｉｎｇ）端）に物質を配置することを意味する。この発
熱反応により、マトリックス金属を溶融状態でトッピン
グ端に維持するのに十分な熱が提供されるとともに、複
合体中のマトリックス金属の残部は凝固温度まで冷える
。
ｔ−ｔｏｐｐｉｎｇ） Ｊとは、マトリックス金属及び
／又は充填材及び／又はトッピング端に供給される別の
物質と発熱反応する、少なくとも部分的に形成された金
属マトリックス複合体の一端（「トッピング（ｔｏｐｐ
ｉｎｇ）端）に物質を配置することを意味する。この発
熱反応により、マトリックス金属を溶融状態でトッピン
グ端に維持するのに十分な熱が提供されるとともに、複
合体中のマトリックス金属の残部は凝固温度まで冷える
。
本明細書で使用される「浸透雰囲気（Ｉｎｆｉｌｔｒａ
ｔｉｎｇ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ） 」とは、マトリッ
クス金属及び／又はプレフォーム（又は充填材）及び／
又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透増進剤と相互作用
し、マトリックス金属の自発浸透を生じさせ又は促進さ
せる存在雰囲気を意味する。
ｔｉｎｇ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ） 」とは、マトリッ
クス金属及び／又はプレフォーム（又は充填材）及び／
又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透増進剤と相互作用
し、マトリックス金属の自発浸透を生じさせ又は促進さ
せる存在雰囲気を意味する。
本明細書で使用される「浸透増進剤（１１ｆｉＨｒａｔ
ｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｒ） Ｊとは、マトリックス金
属が充填材若しくはプレフォームに自発浸透するのを促
進又は補助する物質を意味する。浸透増進剤は、例えば
、浸透増進剤前駆体を浸透雰囲気と反応させて、（１）
ガス状物及び／又は（２）浸透増進剤前駆体と浸透雰囲
気との反応生成物及び／又は（３）浸透増進剤前駆体と
充填材若しくはプレフォームとの反応生成物を生成する
ことにより製造できる。更に、浸透増進剤は、プレフォ
ーム及び／又はマトリックス金属及び／又は浸透雰囲気
の少なくとも一つに直接供給して、浸透増進剤前駆体と
別の種との間の反応で生成させた浸透増進剤と実質的に
同様の方法で作用させてもよい。基本的には、少な《と
も自発浸透中は、浸透増進剤は自発浸透を達成するため
に充填材又はプレフォームの少なくとも一部分に位置し
ていなければならない。
ｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｒ） Ｊとは、マトリックス金
属が充填材若しくはプレフォームに自発浸透するのを促
進又は補助する物質を意味する。浸透増進剤は、例えば
、浸透増進剤前駆体を浸透雰囲気と反応させて、（１）
ガス状物及び／又は（２）浸透増進剤前駆体と浸透雰囲
気との反応生成物及び／又は（３）浸透増進剤前駆体と
充填材若しくはプレフォームとの反応生成物を生成する
ことにより製造できる。更に、浸透増進剤は、プレフォ
ーム及び／又はマトリックス金属及び／又は浸透雰囲気
の少なくとも一つに直接供給して、浸透増進剤前駆体と
別の種との間の反応で生成させた浸透増進剤と実質的に
同様の方法で作用させてもよい。基本的には、少な《と
も自発浸透中は、浸透増進剤は自発浸透を達成するため
に充填材又はプレフォームの少なくとも一部分に位置し
ていなければならない。
本明細書において使用される「浸透増進剤前駆体（Ｉｎ
ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｒ Ｐｒｅｃｕ
ｒｓｏｒ） Ｊとは、マトリックス金属、プレフォーム
及び／又は浸透雰囲気と組み合わせて使用すると、マト
リックス金属の充填材又はプレフォームへの自発浸透を
誘発又は補助する物質を意味する。特別な原理又は説明
には限定されないが、浸透増進剤前駆体が浸透雰囲気及
び／又はプレフォーム若しくは充填材及び／又は金属と
相互作用できる位置に、浸透増進剤前駆体が配置若しく
は移動できることが必要である。例えば、あるマトリッ
クス金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系では、浸透
増進剤前駆体が、マトリックス金属の溶融温度、その近
くの温度又は場合によってはそれよりもい《らか高い温
度で揮発することが望ましい。このような揮発により、
（１）浸透増進剤前駆体と浸透雰囲気との反応による、
マトリックス金属による充填材又はプレフォームの湿潤
を増進するガス状物の生成又はガス状浸透増進剤の生成
；及び／又は（３）充填材又はプレフォームの少なくと
も一部分内において湿潤を増進する固体状、液状又はガ
ス状浸透増進剤を生成する充填材又はプレフォーム内の
浸透増進剤前駆体の反応が生じる。
ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｒ Ｐｒｅｃｕ
ｒｓｏｒ） Ｊとは、マトリックス金属、プレフォーム
及び／又は浸透雰囲気と組み合わせて使用すると、マト
リックス金属の充填材又はプレフォームへの自発浸透を
誘発又は補助する物質を意味する。特別な原理又は説明
には限定されないが、浸透増進剤前駆体が浸透雰囲気及
び／又はプレフォーム若しくは充填材及び／又は金属と
相互作用できる位置に、浸透増進剤前駆体が配置若しく
は移動できることが必要である。例えば、あるマトリッ
クス金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系では、浸透
増進剤前駆体が、マトリックス金属の溶融温度、その近
くの温度又は場合によってはそれよりもい《らか高い温
度で揮発することが望ましい。このような揮発により、
（１）浸透増進剤前駆体と浸透雰囲気との反応による、
マトリックス金属による充填材又はプレフォームの湿潤
を増進するガス状物の生成又はガス状浸透増進剤の生成
；及び／又は（３）充填材又はプレフォームの少なくと
も一部分内において湿潤を増進する固体状、液状又はガ
ス状浸透増進剤を生成する充填材又はプレフォーム内の
浸透増進剤前駆体の反応が生じる。
本明細書において使用される「マトリックス金属」又は
「マトリックス金属合金」とは、金属マトリックス複合
体の形成に用いられる金属（例えば、浸透前）及び／又
は充填材と混じり合って金属マトリックス複合体を形成
している金属（例えば、浸透後）を意味する。上記金属
をマトリックス金属と称する場合には、マトリックス金
属には、実質的に純粋な金属、不純物及び／若しくは合
金成分を脊する市販の金属、金属が主成分である金属間
化合物又は合金も含まれる。
「マトリックス金属合金」とは、金属マトリックス複合
体の形成に用いられる金属（例えば、浸透前）及び／又
は充填材と混じり合って金属マトリックス複合体を形成
している金属（例えば、浸透後）を意味する。上記金属
をマトリックス金属と称する場合には、マトリックス金
属には、実質的に純粋な金属、不純物及び／若しくは合
金成分を脊する市販の金属、金属が主成分である金属間
化合物又は合金も含まれる。
本明細書において使用される「マトリックス金属／浸透
増進剤前駆体／浸透雰囲気系」又は「自発系」とは、プ
レフォーム又は充填材への自発浸透を示す物質の組み合
わせを意味する。「／」が、例示するマトリックス金属
、浸透増進剤前駆体及び浸透雰囲気の間に用いられると
きは、特定の方法でそれらを組み合わせると、プレフォ
ーム若しくは充填材への自発浸透を示す系又は物質の組
み合わせを示すために使用される。
増進剤前駆体／浸透雰囲気系」又は「自発系」とは、プ
レフォーム又は充填材への自発浸透を示す物質の組み合
わせを意味する。「／」が、例示するマトリックス金属
、浸透増進剤前駆体及び浸透雰囲気の間に用いられると
きは、特定の方法でそれらを組み合わせると、プレフォ
ーム若しくは充填材への自発浸透を示す系又は物質の組
み合わせを示すために使用される。
本明細書において使用される「金属マトリックス複合体
（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）」
又はｒ ＭＭＣ Ｊは、プレフォーム又は充填材の素材
を埋め込んだ、二次元若しくは三次元的に連続する合金
又はマトリックス金属からなる材料を意味する。マトリ
ックス金属に種々の合金元素を含有せしめて、特に所望
の機械的及び物理的性質を有するようにしてもよい。
（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）」
又はｒ ＭＭＣ Ｊは、プレフォーム又は充填材の素材
を埋め込んだ、二次元若しくは三次元的に連続する合金
又はマトリックス金属からなる材料を意味する。マトリ
ックス金属に種々の合金元素を含有せしめて、特に所望
の機械的及び物理的性質を有するようにしてもよい。
マトリックス金属と「異種Ｊの金属とは、マトリックス
金属と同じ金属を、主要成分として含有しない金属を意
味する（例えば、マトリックス金属の主要成分がアルミ
ニウムの場合には、「異種Ｊの金属は、例えば、ニッケ
ルを主要成分として有することができる。
金属と同じ金属を、主要成分として含有しない金属を意
味する（例えば、マトリックス金属の主要成分がアルミ
ニウムの場合には、「異種Ｊの金属は、例えば、ニッケ
ルを主要成分として有することができる。
「マトリックス金属を入れるための非反応性容器」とは
、プロセス条件下で、充填材（若しくはプレフォーム）
及び／又は溶融マトリックス金属を入れるか又は収容す
ることができ且つ自発浸透機構に対して顕著な悪影響を
及ぼすような方法では、マトリックス及び／又は浸透雰
囲気及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は充填材若し
くはプレフォームとは反応しない容器を意味する。
、プロセス条件下で、充填材（若しくはプレフォーム）
及び／又は溶融マトリックス金属を入れるか又は収容す
ることができ且つ自発浸透機構に対して顕著な悪影響を
及ぼすような方法では、マトリックス及び／又は浸透雰
囲気及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は充填材若し
くはプレフォームとは反応しない容器を意味する。
本明細書において使用される「プレフォーム（Ｐｒｅｆ
ｏｒｍ） Ｊ又は「通気性プレフォーム（ｐｅｒｍｅａ
ｂｌｅｐｒｅｆｏｒｍ） Ｊとは、浸透するマトリック
ス金属の境界を実質的に形成する少なくとも一つの表面
境界を用いて製造される充填材又は充填材の多孔性素材
（ρｏｒｏｕｓ ｍａｓｓ）を意味する。このような素
材は、マトリックス金属を浸透させる前に、寸法忠実性
を提供するに十分な形状保持性及び生強度を維持する。
ｏｒｍ） Ｊ又は「通気性プレフォーム（ｐｅｒｍｅａ
ｂｌｅｐｒｅｆｏｒｍ） Ｊとは、浸透するマトリック
ス金属の境界を実質的に形成する少なくとも一つの表面
境界を用いて製造される充填材又は充填材の多孔性素材
（ρｏｒｏｕｓ ｍａｓｓ）を意味する。このような素
材は、マトリックス金属を浸透させる前に、寸法忠実性
を提供するに十分な形状保持性及び生強度を維持する。
又、この素材は、自発浸透でマトリックス金属を受け入
れるに十分な程度に多孔性でなければならない。プレフ
ォームは、一般的には、充填材が、均一若しくは不均一
の形態で、結着して充填又は配置されてなり、適当な′
＄Ｊ質（例えば、セラミック及び／又は金属の粒子、粉
末、繊維、ウイスカー等並びにそれらの組み合わせ）か
らなってよい。プレフォームは、単独でも集成体で存在
してもよい。
れるに十分な程度に多孔性でなければならない。プレフ
ォームは、一般的には、充填材が、均一若しくは不均一
の形態で、結着して充填又は配置されてなり、適当な′
＄Ｊ質（例えば、セラミック及び／又は金属の粒子、粉
末、繊維、ウイスカー等並びにそれらの組み合わせ）か
らなってよい。プレフォームは、単独でも集成体で存在
してもよい。
本明細書で使用される「溜（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ） 」
とは、金属が溶融したとき、流れて、充填材若しくはプ
レフォームと接触しているマトリックス金属の部分、セ
グメント若しくは源を補充又は、ある場合には、最初に
マトリックス金属を提供しかつ続いて補充するために、
充填材又はプレフォームの素材に対して分離して配置さ
れたマトリックス金属の別個の物体を意味する。溜は、
マトリックス金属とは異なる金属を提供するのに用いて
もよい。
とは、金属が溶融したとき、流れて、充填材若しくはプ
レフォームと接触しているマトリックス金属の部分、セ
グメント若しくは源を補充又は、ある場合には、最初に
マトリックス金属を提供しかつ続いて補充するために、
充填材又はプレフォームの素材に対して分離して配置さ
れたマトリックス金属の別個の物体を意味する。溜は、
マトリックス金属とは異なる金属を提供するのに用いて
もよい。
本明細書で使用される「自発浸透（Ｓｐｏｎｔａｎｅｏ
ｕｓＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ） 」とは、圧力又は真
空を印加（外部から印加するか若しくは内部で発生させ
るかとは無関係に）しなくても、マトリックス金属が充
填材又はプレフォームの通気性素材に浸透することを意
味する。
ｕｓＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ） 」とは、圧力又は真
空を印加（外部から印加するか若しくは内部で発生させ
るかとは無関係に）しなくても、マトリックス金属が充
填材又はプレフォームの通気性素材に浸透することを意
味する。
（本頁以下余白）
以下の図は、本発明の理解を深めるために示したもので
あるが、本発明の範囲はこれらによっては限定されない
。各図において、同様な構成要素は同様な参照番号を用
いてある。
あるが、本発明の範囲はこれらによっては限定されない
。各図において、同様な構成要素は同様な参照番号を用
いてある。
本発明の最初の工程では、自発浸透を達成するための材
料の適当な組み合わせを選択する〔例えば、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、浸透増
進剤及び／又は浸透増進剤前駆体、合金成分（必要に応
じて）及び／又は浸透雰囲気］。本発明では、自発浸透
を達成するために使用する材料の組み合わせから得られ
る相乗効果を利用する。材料の適当な組み合わせを選択
後、浸透充填材素材又は浸透プレフォームを、（浸透と
実質的に同時に）適当な方向性凝固法により方向性凝固
する。自発浸透法と組み合わせて使用するのに適当であ
る方向性凝固法の具体例については、後述する。
料の適当な組み合わせを選択する〔例えば、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、浸透増
進剤及び／又は浸透増進剤前駆体、合金成分（必要に応
じて）及び／又は浸透雰囲気］。本発明では、自発浸透
を達成するために使用する材料の組み合わせから得られ
る相乗効果を利用する。材料の適当な組み合わせを選択
後、浸透充填材素材又は浸透プレフォームを、（浸透と
実質的に同時に）適当な方向性凝固法により方向性凝固
する。自発浸透法と組み合わせて使用するのに適当であ
る方向性凝固法の具体例については、後述する。
充填材又はプレフォームへのマトリックス金属の自発浸
透を行うためには、浸透増進剤が自発系に提供されなけ
ればならない。浸透増進剤は浸透増進剤前駆体から生成
されることができ、浸透増進剤前駆体は（１）マトリッ
クス金属中に；及び／又は輯）通気性充填材の素材又は
プレフォーム中に；及び／又は（３）浸透雰囲気から；
及び／又は（４）外部源から自然系に提供される。更に
、浸透増進剤前駆体を供給するのではなく、浸透増進剤
を、充填材又はプレフォーム及び／又はマトリックス金
属及び／又は浸透雰囲気に直接供給できる。
透を行うためには、浸透増進剤が自発系に提供されなけ
ればならない。浸透増進剤は浸透増進剤前駆体から生成
されることができ、浸透増進剤前駆体は（１）マトリッ
クス金属中に；及び／又は輯）通気性充填材の素材又は
プレフォーム中に；及び／又は（３）浸透雰囲気から；
及び／又は（４）外部源から自然系に提供される。更に
、浸透増進剤前駆体を供給するのではなく、浸透増進剤
を、充填材又はプレフォーム及び／又はマトリックス金
属及び／又は浸透雰囲気に直接供給できる。
基本的には、少なくとも自発浸透中には、浸透増進剤は
、充填材若し《はブレフォームの少なくとも一部分に位
置しなければならない。
、充填材若し《はブレフォームの少なくとも一部分に位
置しなければならない。
好ましい実施態様においては、浸透増進剤が充填材の少
なくとも一部分に形成することができるように、充填材
とマトリックス金属との接触前に若しくは実質的に同時
に、浸透増進剤前駆体を、充填材の少な《とも部分的に
、浸透雰囲気と反応させることができる（例えば、マグ
ネシウムが浸透増進剤前駆体であり且つ窒素が浸透雰囲
気である場合には、浸透増進剤は、充填材の一部分に位
置させる窒化マグネシウムでよい）。
なくとも一部分に形成することができるように、充填材
とマトリックス金属との接触前に若しくは実質的に同時
に、浸透増進剤前駆体を、充填材の少な《とも部分的に
、浸透雰囲気と反応させることができる（例えば、マグ
ネシウムが浸透増進剤前駆体であり且つ窒素が浸透雰囲
気である場合には、浸透増進剤は、充填材の一部分に位
置させる窒化マグネシウムでよい）。
マトリックス金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系の
一例として、アルミニウム／マグネシウム／窒素系が挙
げられる。
一例として、アルミニウム／マグネシウム／窒素系が挙
げられる。
本発明の方法に用いられる条件下では、アルミニウム／
マグネシウム／窒素自発浸透系の場合に、充填材の素材
又はプレフォームは、窒素含有ガスが、プロセス中のあ
る時点で充填材に浸透若しくは通過し及び／又は溶融マ
｝ ＩＪックス金属と接触するのに十分な程度通気性で
なければならない。
マグネシウム／窒素自発浸透系の場合に、充填材の素材
又はプレフォームは、窒素含有ガスが、プロセス中のあ
る時点で充填材に浸透若しくは通過し及び／又は溶融マ
｝ ＩＪックス金属と接触するのに十分な程度通気性で
なければならない。
更に、充填材の素材又はプレフォームに溶融マトリック
ス金属を浸透させて、窒素透過充填材素材又はプレフォ
ームに溶融マトリックス金属を自発浸透させることによ
り、金属マトリックス複合体を形成し、及び／又は窒素
を浸透増進剤前駆体と反応させて浸透増進剤を充填材又
はプレフォーム中に形成して自発浸透を生じさせること
ができる。
ス金属を浸透させて、窒素透過充填材素材又はプレフォ
ームに溶融マトリックス金属を自発浸透させることによ
り、金属マトリックス複合体を形成し、及び／又は窒素
を浸透増進剤前駆体と反応させて浸透増進剤を充填材又
はプレフォーム中に形成して自発浸透を生じさせること
ができる。
自発浸透及び金属マトリックス複合体生成の程度又は速
度は、アルミニウム合金のマグネシウム含量、充填材又
はプレフォームのマグネシウム含量、充填材又はプレフ
ォームにおける窒化マグネシウムの量、追加合金元素の
有無（例えば、珪素、鉄、銅、マグネシウム、クロム、
亜鉛等）、プレフォームからなる充填材の平均サイズ（
例えば、粒径）、充填材の表面状態及び種類、浸透雰囲
気の窒素濃度、浸透に与えられる時間並びに浸透が生じ
る温度を含む一定のプロセス条件により異なる。例えば
、溶融アルミニウムマトリックス金属の浸透を自発的に
生じさせるために、アルミニウムを、合金重量に対して
少なくとも約１重量％、好ましくは少なくとも約３重量
％のマグネシウム（浸透増進剤前駆体として機能する）
と合金化することができる。又、上記で説明した補助合
金元素をマトリックス金属に含有せしめて、特定の性質
を作り出してもよい。（更に、補助合金元素は、充填材
又はプレフォームの自発浸透を生じさせるためのマトリ
ックスアルミニウム金属に必要とされるマグネシウムの
最少量に影響する場合がある。）例えば、揮発による自
発系からのマグネシウムの損失は、浸透増進剤を形成す
るのにマグネシウムが全く存在しない程度までは生じて
はならない。従って、十分な濃度の初期合金元素を用い
て、自発浸透が揮発によって悪影響されないようにする
ことが望ましい。更に、プレフォームとマトリックス金
属の両方又はプレフォームだけにマグネシウムが存在す
ると、自発浸透を達成するのに必要なマグネシウムの量
が減少する場合がある。
度は、アルミニウム合金のマグネシウム含量、充填材又
はプレフォームのマグネシウム含量、充填材又はプレフ
ォームにおける窒化マグネシウムの量、追加合金元素の
有無（例えば、珪素、鉄、銅、マグネシウム、クロム、
亜鉛等）、プレフォームからなる充填材の平均サイズ（
例えば、粒径）、充填材の表面状態及び種類、浸透雰囲
気の窒素濃度、浸透に与えられる時間並びに浸透が生じ
る温度を含む一定のプロセス条件により異なる。例えば
、溶融アルミニウムマトリックス金属の浸透を自発的に
生じさせるために、アルミニウムを、合金重量に対して
少なくとも約１重量％、好ましくは少なくとも約３重量
％のマグネシウム（浸透増進剤前駆体として機能する）
と合金化することができる。又、上記で説明した補助合
金元素をマトリックス金属に含有せしめて、特定の性質
を作り出してもよい。（更に、補助合金元素は、充填材
又はプレフォームの自発浸透を生じさせるためのマトリ
ックスアルミニウム金属に必要とされるマグネシウムの
最少量に影響する場合がある。）例えば、揮発による自
発系からのマグネシウムの損失は、浸透増進剤を形成す
るのにマグネシウムが全く存在しない程度までは生じて
はならない。従って、十分な濃度の初期合金元素を用い
て、自発浸透が揮発によって悪影響されないようにする
ことが望ましい。更に、プレフォームとマトリックス金
属の両方又はプレフォームだけにマグネシウムが存在す
ると、自発浸透を達成するのに必要なマグネシウムの量
が減少する場合がある。
窒素雰囲気における窒素体積％も、金属マトリックス複
合体の生成速度に影響を及ぼす。即ち、約１０体積％未
溝の窒素が雰囲気に存在する場合、自発浸透が非常にゆ
っくり生じるか又はほとんど生じない。即ち、少な《と
も約５０体積％の窒素が雰囲気に存在して、それにより
、例えば、浸透速度をはるかに大きくして浸透時間を短
《することが好ましいことが見い出された。浸透雰囲気
（例えば、窒素含有ガス）を充填材若しくはプレフォー
ムに直接供給してもよいし、又は物質の分解から生成若
しくは生じさせてもよい。
合体の生成速度に影響を及ぼす。即ち、約１０体積％未
溝の窒素が雰囲気に存在する場合、自発浸透が非常にゆ
っくり生じるか又はほとんど生じない。即ち、少な《と
も約５０体積％の窒素が雰囲気に存在して、それにより
、例えば、浸透速度をはるかに大きくして浸透時間を短
《することが好ましいことが見い出された。浸透雰囲気
（例えば、窒素含有ガス）を充填材若しくはプレフォー
ムに直接供給してもよいし、又は物質の分解から生成若
しくは生じさせてもよい。
溶融マトリックス金属が充填材又はプレフォームに浸透
させるのに必要とする最少マグネシウム含量は、処理温
度、時間、珪素又は亜鉛等の補助合金元素の有無、充填
材の性質、自発系の一種以上の成分中におけるマグネシ
ウムの位置、雰囲気の窒素含量及び窒素雰囲気の流速等
の一種又はそれ以上の変数によって異なる。合金及び／
又は充填材若しくはプレフォームのマグネシウム含量を
増加すれば、より低温又はより短い加熱時間で完全な浸
透を達成することができる。又、一定のマグネシウム含
量の場合、亜鉛等のある種の補助合金元素を添加すると
、より低温を用いることが可能となる。例えば、使用範
囲の下端、即ち、約１〜３重量％でのマトリックス金属
のマグネシウム含量を、上記した最低処理温度、高窒素
濃度又は一種以上の補助合金元素の少なくとも一つとの
組み合わせで用いてもよい。充填材又はプレフォームに
マグネシウムを全《添加しない場合には、多種多様なプ
ロセス条件にわたる一般的な実用性に基づいて、約３〜
５重量％のマグネシウムを含有する合金が好ましく、よ
り低い温度及びより短いａ４ｒ５を用いる場合には、少
なくとも約５％が好ましい。
させるのに必要とする最少マグネシウム含量は、処理温
度、時間、珪素又は亜鉛等の補助合金元素の有無、充填
材の性質、自発系の一種以上の成分中におけるマグネシ
ウムの位置、雰囲気の窒素含量及び窒素雰囲気の流速等
の一種又はそれ以上の変数によって異なる。合金及び／
又は充填材若しくはプレフォームのマグネシウム含量を
増加すれば、より低温又はより短い加熱時間で完全な浸
透を達成することができる。又、一定のマグネシウム含
量の場合、亜鉛等のある種の補助合金元素を添加すると
、より低温を用いることが可能となる。例えば、使用範
囲の下端、即ち、約１〜３重量％でのマトリックス金属
のマグネシウム含量を、上記した最低処理温度、高窒素
濃度又は一種以上の補助合金元素の少なくとも一つとの
組み合わせで用いてもよい。充填材又はプレフォームに
マグネシウムを全《添加しない場合には、多種多様なプ
ロセス条件にわたる一般的な実用性に基づいて、約３〜
５重量％のマグネシウムを含有する合金が好ましく、よ
り低い温度及びより短いａ４ｒ５を用いる場合には、少
なくとも約５％が好ましい。
又、浸透に必要とする温度条件を和らげるために、アル
ミニウムのマグネシウム含量を約１０重量％を超えるも
のとしてもよい。補助合金元素と組み合わせて用いると
きには、マグネシウム含量を減少させてもよいが、これ
らの合金元素は補助的機能しか果たさないので、少なく
とも上記で規定した最少量のマグネシウムと一緒に用い
る。例えば、１０％珪素だけと合金化した公称純粋アル
ミニウムは、１０００’Ｃでは５００メッシュの３９ク
リストロン（Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ） （ノートン社（
Ｎｏｒｔｏｎ Ｃｏ．）製純度９９％炭化珪素）のベッ
ドに実質的に浸透しなかった。しかしながら、マグネシ
ウムが存在すると、珪素が浸透工程を促進することが判
明した。更に、マグネシウムを専らプレフォーム又は充
填材に供給する場合には、その量は異なる。供給される
マグネシウムの総量の少なくとも一部分をプレフォーム
又は充填材に入れる場合には、自発系に供給されるマグ
ネシウムのｉｌ（重量％）がもっと少なくても自発浸透
が生じることが分かった。金属マトリックス複合体にお
いて、望ましくない金属間化合物が生成するのを防止す
るためには、マグネシウムの量は少ない方が望ましい。
ミニウムのマグネシウム含量を約１０重量％を超えるも
のとしてもよい。補助合金元素と組み合わせて用いると
きには、マグネシウム含量を減少させてもよいが、これ
らの合金元素は補助的機能しか果たさないので、少なく
とも上記で規定した最少量のマグネシウムと一緒に用い
る。例えば、１０％珪素だけと合金化した公称純粋アル
ミニウムは、１０００’Ｃでは５００メッシュの３９ク
リストロン（Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ） （ノートン社（
Ｎｏｒｔｏｎ Ｃｏ．）製純度９９％炭化珪素）のベッ
ドに実質的に浸透しなかった。しかしながら、マグネシ
ウムが存在すると、珪素が浸透工程を促進することが判
明した。更に、マグネシウムを専らプレフォーム又は充
填材に供給する場合には、その量は異なる。供給される
マグネシウムの総量の少なくとも一部分をプレフォーム
又は充填材に入れる場合には、自発系に供給されるマグ
ネシウムのｉｌ（重量％）がもっと少なくても自発浸透
が生じることが分かった。金属マトリックス複合体にお
いて、望ましくない金属間化合物が生成するのを防止す
るためには、マグネシウムの量は少ない方が望ましい。
炭化珪素プレフォームの場合には、マグネシウムを少な
くとも約１重量％含有するプレフォームを、実質的に純
粋な窒素雰囲気の存在下で、アルミニウムマトリックス
金属と接触させると、マトリックス金属がプレフォーム
に自発的に浸透することが分かった。
くとも約１重量％含有するプレフォームを、実質的に純
粋な窒素雰囲気の存在下で、アルミニウムマトリックス
金属と接触させると、マトリックス金属がプレフォーム
に自発的に浸透することが分かった。
アルミナプレフォームの場合、許容できる自発浸透を達
成するのに必要なマグネシウムの量は、これよりわずか
に大きい。即ち、アルミナプレフォームを同様なアルミ
ニウムマトリックス金属と接触させると、炭化珪素プレ
フォームに浸透したアルミニウムとほぼ同じ温度で且つ
同じ窒素雰囲気下で、すぐ上で説明した炭化珪素プレフ
ォームで達成されたのと同様な自発浸透を達成するには
、少なくとも約３重量％のマグネシウムが必要であるこ
とが分かった。
成するのに必要なマグネシウムの量は、これよりわずか
に大きい。即ち、アルミナプレフォームを同様なアルミ
ニウムマトリックス金属と接触させると、炭化珪素プレ
フォームに浸透したアルミニウムとほぼ同じ温度で且つ
同じ窒素雰囲気下で、すぐ上で説明した炭化珪素プレフ
ォームで達成されたのと同様な自発浸透を達成するには
、少なくとも約３重量％のマグネシウムが必要であるこ
とが分かった。
又、充填材又はプレフォームをマトリックス金属に浸透
させる前に、自発系に対して、浸透増進剤前駆体及び浸
透増進剤を、合金の表面及び／又はプレフォーム若しく
は充填材の表面及び／又はプレフォーム若しくは充填材
内部に供給することも可能である（即ち、供給浸透増進
剤又は浸透増進剤前駆体をマトリックス金属と合金化す
る必要がなく、むしろ、単に自発系に供給すればよい）
。
させる前に、自発系に対して、浸透増進剤前駆体及び浸
透増進剤を、合金の表面及び／又はプレフォーム若しく
は充填材の表面及び／又はプレフォーム若しくは充填材
内部に供給することも可能である（即ち、供給浸透増進
剤又は浸透増進剤前駆体をマトリックス金属と合金化す
る必要がなく、むしろ、単に自発系に供給すればよい）
。
マグネシウムをマトリックス金属の表面に適用する場合
には、その表面は、充填材の通気性素材に近接若しくは
好ましくは接触している表面であること、又は充填材の
通気性素材がマトリックス金属の表面に最も近接若しく
は好ましくは接触していることが好ましい。又、このよ
うなマグネシウムは、プレフォーム又は充填材の少なく
とも一部分に混入してもよい。更に、表面への適用、合
金化及び充填材又はプレフォームの少なくとも一部分へ
のマグネシウムの配置のいくつかを組み合わせて使用す
ることができる。浸透増進剤及び／又は浸透増進剤前駆
体の適用の組み合わせにより、充填材又はプレフォーム
へのマトリックスアルミニウム金属の浸透を促進するた
めに必要なマグネシウムの総重量％の減少できるととも
に、浸透が生じる温度を低下させることができる。更に
、マグネシウムが存在するために生成する望ましくない
金属間化合物の量も最少に抑えることもできる。
には、その表面は、充填材の通気性素材に近接若しくは
好ましくは接触している表面であること、又は充填材の
通気性素材がマトリックス金属の表面に最も近接若しく
は好ましくは接触していることが好ましい。又、このよ
うなマグネシウムは、プレフォーム又は充填材の少なく
とも一部分に混入してもよい。更に、表面への適用、合
金化及び充填材又はプレフォームの少なくとも一部分へ
のマグネシウムの配置のいくつかを組み合わせて使用す
ることができる。浸透増進剤及び／又は浸透増進剤前駆
体の適用の組み合わせにより、充填材又はプレフォーム
へのマトリックスアルミニウム金属の浸透を促進するた
めに必要なマグネシウムの総重量％の減少できるととも
に、浸透が生じる温度を低下させることができる。更に
、マグネシウムが存在するために生成する望ましくない
金属間化合物の量も最少に抑えることもできる。
一種以上の補助合金元素の使用及び周囲ガス中の窒素濃
度も、所定温度でのマトリックス金属の窒化の程度に影
響する。例えば、合金に含ませるか又は合金の表面に置
く亜鉛若しくは鉄等の補助合金元素を使用して、浸透温
度を低下し、それにより、窒化物の生成量を減少でき、
一方、ガス中の窒素濃度を増加すると窒化物の生成を促
進できる。
度も、所定温度でのマトリックス金属の窒化の程度に影
響する。例えば、合金に含ませるか又は合金の表面に置
く亜鉛若しくは鉄等の補助合金元素を使用して、浸透温
度を低下し、それにより、窒化物の生成量を減少でき、
一方、ガス中の窒素濃度を増加すると窒化物の生成を促
進できる。
合金に含まれ及び／又は合金の表面に置かれ及び／又は
充填材若しくはプレフォーム材に結合させたマグネシウ
ムの濃度も、所定温度での浸透の程度に影響する傾向が
ある。その結果、マグネシウムがプレフォーム又は充填
材とほとんど直接接触しない場合には、少なくとも約３
重量％のマグネシウムを合金に含ませることが好ましい
。１重景％のように、この量未満の合金含量では、浸透
には、より高温のプロセス温度又は補助合金元素が必要
な場合がある。（１）合金のマグネシウム含量のみを、
例えば、少なくとも約５重量％に増加する場合；及び／
又は（２）合金成分を充填材若しくはプレフォームの通
気性素材と混合するとき；及び／又は（３）亜鉛又は鉄
等の別の元素がアルミニウム合金に存在する時は、本発
明の自発浸透法を行うのに必要とする温度はもっと低く
てもよい。温度も、充填材の種類により異なる。一般的
に、自発的でかつ進行する浸透は、少なくとも約６７５
”Ｃ、好ましくは少なくとも約７５０〜８００゜Ｃの
プロセス温度で生じる。１２００’Ｃを超える温度では
、一般的に、本方法には利点がないと思われ、特に有効
な温度範囲は、約６７５゜Ｃ〜約１２００’Ｃであるこ
とが判明した。しかしながら、原則として、自発浸透温
度は、マトリックス金属の融点を超え且つマトリックス
金属の蒸発温度未満である。更に、自発浸透温度は、充
填材の融点よりも低くなければならない。更に、温度が
増加するとともに、マトリックス金属と浸透雰囲気との
間の反応生成物が生成する傾向が増加する（例えば、ア
ルミニウムマトリックス金属と窒素浸透雰囲気の場合、
窒化アルミニウムが生成する場合がある）。このような
反応生成物は、金属マトリックス複合体の意図する用途
により、望ましいこともあれば、望ましくない場合もあ
る。更に、浸透温度を達成するために、電気抵抗加熱が
一般的に使用される。
充填材若しくはプレフォーム材に結合させたマグネシウ
ムの濃度も、所定温度での浸透の程度に影響する傾向が
ある。その結果、マグネシウムがプレフォーム又は充填
材とほとんど直接接触しない場合には、少なくとも約３
重量％のマグネシウムを合金に含ませることが好ましい
。１重景％のように、この量未満の合金含量では、浸透
には、より高温のプロセス温度又は補助合金元素が必要
な場合がある。（１）合金のマグネシウム含量のみを、
例えば、少なくとも約５重量％に増加する場合；及び／
又は（２）合金成分を充填材若しくはプレフォームの通
気性素材と混合するとき；及び／又は（３）亜鉛又は鉄
等の別の元素がアルミニウム合金に存在する時は、本発
明の自発浸透法を行うのに必要とする温度はもっと低く
てもよい。温度も、充填材の種類により異なる。一般的
に、自発的でかつ進行する浸透は、少なくとも約６７５
”Ｃ、好ましくは少なくとも約７５０〜８００゜Ｃの
プロセス温度で生じる。１２００’Ｃを超える温度では
、一般的に、本方法には利点がないと思われ、特に有効
な温度範囲は、約６７５゜Ｃ〜約１２００’Ｃであるこ
とが判明した。しかしながら、原則として、自発浸透温
度は、マトリックス金属の融点を超え且つマトリックス
金属の蒸発温度未満である。更に、自発浸透温度は、充
填材の融点よりも低くなければならない。更に、温度が
増加するとともに、マトリックス金属と浸透雰囲気との
間の反応生成物が生成する傾向が増加する（例えば、ア
ルミニウムマトリックス金属と窒素浸透雰囲気の場合、
窒化アルミニウムが生成する場合がある）。このような
反応生成物は、金属マトリックス複合体の意図する用途
により、望ましいこともあれば、望ましくない場合もあ
る。更に、浸透温度を達成するために、電気抵抗加熱が
一般的に使用される。
しかしながら、マトリックス金属が溶融状態となり、自
発浸透に悪影響を及ぼさない加熱手段であれば、本発明
で使用することができる。
発浸透に悪影響を及ぼさない加熱手段であれば、本発明
で使用することができる。
本発明の方法においては、例えば、通気性充填材又はプ
レフォームが、プロセス中の少なくともある時点で窒素
含有ガスの存在下で、溶融アルミニウムと接触状態とな
る。この窒素含有ガスは、ガスの連続流を充填材若しく
はプレフォーム及び／又は溶融アルミニウムマトリック
ス金属の少なくとも一つと接触を維持することにより供
給できる。窒素含有ガスの流量は重要ではないけれども
、合金マトリックスにおける窒化物の生成により雰囲気
から損失する窒素を補償するに十分であり、且つ溶融金
属を酸化する場合のある空気の進入を防止又は狙止する
に十分な流量であることが好ましい。
レフォームが、プロセス中の少なくともある時点で窒素
含有ガスの存在下で、溶融アルミニウムと接触状態とな
る。この窒素含有ガスは、ガスの連続流を充填材若しく
はプレフォーム及び／又は溶融アルミニウムマトリック
ス金属の少なくとも一つと接触を維持することにより供
給できる。窒素含有ガスの流量は重要ではないけれども
、合金マトリックスにおける窒化物の生成により雰囲気
から損失する窒素を補償するに十分であり、且つ溶融金
属を酸化する場合のある空気の進入を防止又は狙止する
に十分な流量であることが好ましい。
金属マトリックス複合体を形成する方法は、多種多様の
充填材に適用でき、どの充填材を選択するかは、マトリ
ックス合金、プロセス条件、溶融マトリックス合金と充
填材との反応性及び最終複合体製品に求められる性質等
の因子により異なる。
充填材に適用でき、どの充填材を選択するかは、マトリ
ックス合金、プロセス条件、溶融マトリックス合金と充
填材との反応性及び最終複合体製品に求められる性質等
の因子により異なる。
例えば、アルミニウムがマトリックス金属の場合、適当
な充填材としては、（ａ）酸化吻、例えば、アルミナ；
（ｂ）炭化物、例えば、炭化珪素；（Ｃ）硼化物、例え
ば、アルミニウムドデカボライド；及び（ｄ）窒化物、
例えば、窒化アルミニウムが挙げられる。充填材が溶融
アルミニウムマトリックス金属と反応する傾向がある場
合には、浸透時間及び温度を最少限度とするか、又は充
填剤に非反応性被覆を設けることにより適応できる。充
填材は、カーボン又は他の非セラミック材料等の基材を
包含し、この基材は侵食又は分解から保護のためにセラ
ミック被膜を有している。適当な被膜としては、酸化物
、炭化物、硼化物及び窒化物等のセラミックを挙げるこ
とができる。本発明の方法に用いるのに好ましいセラミ
ックとしては、粒子状、板状、ウイスカー状及び繊維状
のアルミナ及び炭化珪素が挙げられる。繊維は、不連続
（細断した形態）でも又はマルチフィラメントトウ等の
連続フィラメントでもよい。更に、充填材又はプレフォ
ームは、均一でも又は不均一でもよい。
な充填材としては、（ａ）酸化吻、例えば、アルミナ；
（ｂ）炭化物、例えば、炭化珪素；（Ｃ）硼化物、例え
ば、アルミニウムドデカボライド；及び（ｄ）窒化物、
例えば、窒化アルミニウムが挙げられる。充填材が溶融
アルミニウムマトリックス金属と反応する傾向がある場
合には、浸透時間及び温度を最少限度とするか、又は充
填剤に非反応性被覆を設けることにより適応できる。充
填材は、カーボン又は他の非セラミック材料等の基材を
包含し、この基材は侵食又は分解から保護のためにセラ
ミック被膜を有している。適当な被膜としては、酸化物
、炭化物、硼化物及び窒化物等のセラミックを挙げるこ
とができる。本発明の方法に用いるのに好ましいセラミ
ックとしては、粒子状、板状、ウイスカー状及び繊維状
のアルミナ及び炭化珪素が挙げられる。繊維は、不連続
（細断した形態）でも又はマルチフィラメントトウ等の
連続フィラメントでもよい。更に、充填材又はプレフォ
ームは、均一でも又は不均一でもよい。
又、特定の充填材は、同様な化学組成を有する充填材に
対して優れた浸透性を示すことが判明した。例えば、「
ノーベル セラミック マテリアルズ アンド メソッ
ズ オブ メーキング セーム（Ｎｏｖｅｌ Ｃｅｒａ
ｍｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ
ｏｆＭａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ）と題する、マーク・エ
ス・二二一カーク（Ｍａｒｋ Ｓ， Ｎｅｗｋｉｒｋ）
等による１９８７年１２月１５日発行の米国特許出願第
４， ７１３， ３６０号に開示されている方法により
製造した破砕アルミナ物体は、市販のアルミナ製品より
も所望の浸透性を示す。更に、［コンボジット セラミ
ック アーティクルズ アンド メソッズ オブ メー
キングセーム（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ （：ｅｒａｍｉｃ
Ａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ
Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ）と題する同時継続及び同一出
願人による米国特許第８１９，３９７号〔発明者：マー
ク・エス・ニューカーク（Ｍａｒｋ Ｓ． Ｎｅｗｋｉ
ｒｋ）等］に開示されている方法により製造した破砕ア
ルミナ物体も、市販のアルミナ製品よりも所望の浸透性
を示す。上記特許及び特許出願の各々の内容は、本発明
に利用できる。従って、上記した米国特許及び特許出願
の方法により製造した破砕又は粉砕した物体を用いるこ
とにより、より低い浸透温度及び／又はより短い浸透時
間で、セラミック材の通気性素材の完全浸透が生じるこ
とが判明した。
対して優れた浸透性を示すことが判明した。例えば、「
ノーベル セラミック マテリアルズ アンド メソッ
ズ オブ メーキング セーム（Ｎｏｖｅｌ Ｃｅｒａ
ｍｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ
ｏｆＭａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ）と題する、マーク・エ
ス・二二一カーク（Ｍａｒｋ Ｓ， Ｎｅｗｋｉｒｋ）
等による１９８７年１２月１５日発行の米国特許出願第
４， ７１３， ３６０号に開示されている方法により
製造した破砕アルミナ物体は、市販のアルミナ製品より
も所望の浸透性を示す。更に、［コンボジット セラミ
ック アーティクルズ アンド メソッズ オブ メー
キングセーム（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ （：ｅｒａｍｉｃ
Ａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ
Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ）と題する同時継続及び同一出
願人による米国特許第８１９，３９７号〔発明者：マー
ク・エス・ニューカーク（Ｍａｒｋ Ｓ． Ｎｅｗｋｉ
ｒｋ）等］に開示されている方法により製造した破砕ア
ルミナ物体も、市販のアルミナ製品よりも所望の浸透性
を示す。上記特許及び特許出願の各々の内容は、本発明
に利用できる。従って、上記した米国特許及び特許出願
の方法により製造した破砕又は粉砕した物体を用いるこ
とにより、より低い浸透温度及び／又はより短い浸透時
間で、セラミック材の通気性素材の完全浸透が生じるこ
とが判明した。
充填材のサイズ及び形状は、複合体において望ましい性
質を得るのに必要されるいずれのものでもよい。従って
、浸透は充填材の形状によっては制限されないので、充
填材は、粒子状、ウイスカー状、板状又は繊維状でよい
。球体、小管、ベレット、耐火繊維布等の他の形状を用
いてもよい。
質を得るのに必要されるいずれのものでもよい。従って
、浸透は充填材の形状によっては制限されないので、充
填材は、粒子状、ウイスカー状、板状又は繊維状でよい
。球体、小管、ベレット、耐火繊維布等の他の形状を用
いてもよい。
更に、大きな粒子の場合よりは小さい粒子の素材を完全
に浸透させるには温度を高めるか又は時間を長くするこ
とが必要な場合があるが、浸透は、充填材のサイズによ
っては制服されない。浸透されるべき充填材（プレフォ
ームに賦形した）の素材は、通気性でなければならない
（即ち、溶融マトリックス金属透過性及び浸透雰囲気透
過性）。
に浸透させるには温度を高めるか又は時間を長くするこ
とが必要な場合があるが、浸透は、充填材のサイズによ
っては制服されない。浸透されるべき充填材（プレフォ
ームに賦形した）の素材は、通気性でなければならない
（即ち、溶融マトリックス金属透過性及び浸透雰囲気透
過性）。
本発明による金属マトリックス複合体を形成する方法で
は、溶融マトリックス金属をプレフォーム又は充填材の
素材に押し込むか又は押し入れるためには、圧力の使用
に依存しない。本発明によれば、高い充填材体積％及び
低い多孔率を有する実質的に均一な金属マトリックス複
合体を製造することが可能である。充填材の多孔率がよ
り小さい最初の素材を使用することにより、充填材の体
積分率をより高めることができる。又、素材が、溶融合
金による浸透を禁止する閉孔を有する成形体又は完全に
密な構造に転換されないかぎり、充填剤の素材を圧縮又
は圧密化することにより、体積分率を高めることができ
る。
は、溶融マトリックス金属をプレフォーム又は充填材の
素材に押し込むか又は押し入れるためには、圧力の使用
に依存しない。本発明によれば、高い充填材体積％及び
低い多孔率を有する実質的に均一な金属マトリックス複
合体を製造することが可能である。充填材の多孔率がよ
り小さい最初の素材を使用することにより、充填材の体
積分率をより高めることができる。又、素材が、溶融合
金による浸透を禁止する閉孔を有する成形体又は完全に
密な構造に転換されないかぎり、充填剤の素材を圧縮又
は圧密化することにより、体積分率を高めることができ
る。
セラミック充填材の周囲へのアルミニウムの浸透とマト
リックスの形成の場合、アルミニウムマトリックスによ
るセラミック充填材の湿潤は、浸透機構の重要な要素の
場合がある。更に、低い処理温度では、金属の窒化は無
視できる程度又は極少量であり、窒化アルミニウムの生
成は金属マトリックスに分散した形態で不連続相が極少
量が生成するだけである。温度範囲の上限に接近するに
つれて、金属の窒化はもっと生じ易くなる。従って、金
属マトリックスにおける窒化物相の量は、浸透が生じる
プロセス温度を変えることにより制御できる。窒化物生
成がより顕著になる特定のプロセス温度も、使用される
マトリックスアルミニウム合金、充填材若しくはプレフ
ォームの体積に対する該合金の量、浸透されるべき充填
材及び浸透雰囲気の窒素濃度等の因子により異なる。例
えば、一定のプロセス温度での窒化アルミニウム生成の
程度は、合金が充填材を湿潤する能力の減少及び雰囲気
の窒素濃度の増加とともに増加するものと思われる。
リックスの形成の場合、アルミニウムマトリックスによ
るセラミック充填材の湿潤は、浸透機構の重要な要素の
場合がある。更に、低い処理温度では、金属の窒化は無
視できる程度又は極少量であり、窒化アルミニウムの生
成は金属マトリックスに分散した形態で不連続相が極少
量が生成するだけである。温度範囲の上限に接近するに
つれて、金属の窒化はもっと生じ易くなる。従って、金
属マトリックスにおける窒化物相の量は、浸透が生じる
プロセス温度を変えることにより制御できる。窒化物生
成がより顕著になる特定のプロセス温度も、使用される
マトリックスアルミニウム合金、充填材若しくはプレフ
ォームの体積に対する該合金の量、浸透されるべき充填
材及び浸透雰囲気の窒素濃度等の因子により異なる。例
えば、一定のプロセス温度での窒化アルミニウム生成の
程度は、合金が充填材を湿潤する能力の減少及び雰囲気
の窒素濃度の増加とともに増加するものと思われる。
従って、複合体の形成中に金属マトリックスの構造を作
り出し、得られる生成物に特定の特性を付与することが
可能である。一定の系の場合、プロセス条件を、窒化物
生成を制御するように選択することができる。窒化アル
ミニウム相を含有する複合体生成物は、生成物に対して
好ましいが又はその性能を向上できるある種の性質を示
す。更に、アルミニウム合金を自発浸透させるための温
度範囲は、使用するセラミックにより異なってもよい。
り出し、得られる生成物に特定の特性を付与することが
可能である。一定の系の場合、プロセス条件を、窒化物
生成を制御するように選択することができる。窒化アル
ミニウム相を含有する複合体生成物は、生成物に対して
好ましいが又はその性能を向上できるある種の性質を示
す。更に、アルミニウム合金を自発浸透させるための温
度範囲は、使用するセラミックにより異なってもよい。
充填材としてアルミナを用いる際、窒化物が著しく生成
することによりマトリックスの延性が減少しないことが
望ましい場合には、浸透温度は、好ましくは約１０００
゜Ｃを超えてはならない。延性がもっと小さ《且つ剛さ
の大きなマトリックスを有する複合体を製造することが
望ましい場合には、１０００’Ｃを超える温度を用いて
もよい。炭化珪素を充填材として用いるときには、アル
ミニウム合金は、充填剤としてアルミナを使用するとき
よりは窒化の程度が小さいので、炭化珪素に浸透させる
には、より高い温度である約１２００″Ｃを用いてもよ
い。
することによりマトリックスの延性が減少しないことが
望ましい場合には、浸透温度は、好ましくは約１０００
゜Ｃを超えてはならない。延性がもっと小さ《且つ剛さ
の大きなマトリックスを有する複合体を製造することが
望ましい場合には、１０００’Ｃを超える温度を用いて
もよい。炭化珪素を充填材として用いるときには、アル
ミニウム合金は、充填剤としてアルミナを使用するとき
よりは窒化の程度が小さいので、炭化珪素に浸透させる
には、より高い温度である約１２００″Ｃを用いてもよ
い。
更に、マトリックス金属の溜を用いて、充填材を確実に
完全に浸透させたり及び／又はマトリックスの第一源と
は異なる組成を有する第二金属を供給することが可能で
ある。即ち、ある場合には、マトリックス金属の第一源
とは組成が異なるマトリックス金属を溜に用いることが
望ましい場合がある。例えば、アルミニウム合金をマト
リックス金属の第一源として用いる場合、実際に処理温
度で溶融するいずれの他の金属又は金属合金を溜金属と
して用いてもよい。溶融金属は互いに非常によく混和す
ることがあり、この際、混合が生じるに十分な時間があ
る限り、溜金属はマトリ・ンクス金属の第一源と混合す
る。従って、マトリックスの第一源とは異なる組成の溜
金属を用いることにより、種々の操作要件を満たすよう
に金属マトリックスの性質を合わせ、それにより、金属
マトリ・冫クス複合体の性質を作り出すことができる。
完全に浸透させたり及び／又はマトリックスの第一源と
は異なる組成を有する第二金属を供給することが可能で
ある。即ち、ある場合には、マトリックス金属の第一源
とは組成が異なるマトリックス金属を溜に用いることが
望ましい場合がある。例えば、アルミニウム合金をマト
リックス金属の第一源として用いる場合、実際に処理温
度で溶融するいずれの他の金属又は金属合金を溜金属と
して用いてもよい。溶融金属は互いに非常によく混和す
ることがあり、この際、混合が生じるに十分な時間があ
る限り、溜金属はマトリ・ンクス金属の第一源と混合す
る。従って、マトリックスの第一源とは異なる組成の溜
金属を用いることにより、種々の操作要件を満たすよう
に金属マトリックスの性質を合わせ、それにより、金属
マトリ・冫クス複合体の性質を作り出すことができる。
又、本発明と組み合わせてバリャーを使用することもで
きる。具体的には、本発明で使用するバリャー手段は、
充填材の規定された表面境界を超えて、溶融マトリック
ス合金（例えば、アルミニウム合金）が移動、動き等を
するのを妨害、阻止、防止又は終了させるいずれかの適
当な手段でよい．適当なバリャ一手段としては、本発明
のプロセス条件下で、一体性を維持し、揮発せず且つ好
ましくは本発明で使用するガスを透過するとともに、充
填材の規定された表面を超えて連続して浸透又はその他
の動きをするのを局部的に阻止、停止、妨害、防止等を
することが可能な材料、化合物、元素、組成物等が挙げ
られる。
きる。具体的には、本発明で使用するバリャー手段は、
充填材の規定された表面境界を超えて、溶融マトリック
ス合金（例えば、アルミニウム合金）が移動、動き等を
するのを妨害、阻止、防止又は終了させるいずれかの適
当な手段でよい．適当なバリャ一手段としては、本発明
のプロセス条件下で、一体性を維持し、揮発せず且つ好
ましくは本発明で使用するガスを透過するとともに、充
填材の規定された表面を超えて連続して浸透又はその他
の動きをするのを局部的に阻止、停止、妨害、防止等を
することが可能な材料、化合物、元素、組成物等が挙げ
られる。
適当なバリャ一手段としては、用いられるプロセス条件
下で移動している溶融金属によって実質的に湿潤されな
い材料が挙げられる。この種のバリャーは、溶融マトリ
ックス合金に対してほとんど親和性を示さず且つ溶融マ
トリックス金属を充填材の規定された表面境界を超えて
は実質的に移動させない。バリャーは、金属マトリック
ス複合体製品の最終機械加工又は研磨の必要性を減少さ
せる。上記したように、このバリャーは、通気性若しく
は多孔性であるか又は穴あけにより通気性にして、ガス
を溶融マトリックス合金に接触させることができなけれ
ばならない。
下で移動している溶融金属によって実質的に湿潤されな
い材料が挙げられる。この種のバリャーは、溶融マトリ
ックス合金に対してほとんど親和性を示さず且つ溶融マ
トリックス金属を充填材の規定された表面境界を超えて
は実質的に移動させない。バリャーは、金属マトリック
ス複合体製品の最終機械加工又は研磨の必要性を減少さ
せる。上記したように、このバリャーは、通気性若しく
は多孔性であるか又は穴あけにより通気性にして、ガス
を溶融マトリックス合金に接触させることができなけれ
ばならない。
アルミニウムマトリックスに特に有効なバリャ一の適当
なものとしては、炭素、特に黒鉛として知られている結
晶性同素体状炭素を含有するものが挙げられる。黒鉛は
、説明したプロセス条件下では、溶融アルミニウム合金
によっては実質的に湿潤されない。特に好ましい黒鉛と
しては、グラフオイル（Ｇｒａｆｏｉｌ） （ユニオン
カーバイド社の登録商標）として販売されている黒鉛テ
ープ製品が挙げられる。黒鉛テープは、充填材の規定さ
れた表面境界を超えて溶融アルミニウム合金が移動する
のを防止するシーリング性を示す。又、黒鉛テープは、
耐熱性であり且つ化学的に不活性である。
なものとしては、炭素、特に黒鉛として知られている結
晶性同素体状炭素を含有するものが挙げられる。黒鉛は
、説明したプロセス条件下では、溶融アルミニウム合金
によっては実質的に湿潤されない。特に好ましい黒鉛と
しては、グラフオイル（Ｇｒａｆｏｉｌ） （ユニオン
カーバイド社の登録商標）として販売されている黒鉛テ
ープ製品が挙げられる。黒鉛テープは、充填材の規定さ
れた表面境界を超えて溶融アルミニウム合金が移動する
のを防止するシーリング性を示す。又、黒鉛テープは、
耐熱性であり且つ化学的に不活性である。
グラフオイルは可撓性、適合性（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ
）、従型性（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ） 、弾性（ｒｅ
ｓ ｉ １ ｉｅｎ ｔ）である。
）、従型性（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ） 、弾性（ｒｅ
ｓ ｉ １ ｉｅｎ ｔ）である。
グラフオイル黒鉛テープは、バリャーの用途に適合する
ように種々の形状に作製することができる。
ように種々の形状に作製することができる。
しかしながら、黒鉛バリャー手段は、充填材又はプレフ
ォームの周囲及び境界に、スラリー、ペースト又は塗膜
としてでも用いることができる。グラフオイルは、可撓
性黒鉛シートの形態であるので特に好ましい。使用に際
して、この祇様黒鉛は、充填材又はプレフォームの周囲
に簡単に成形される。
ォームの周囲及び境界に、スラリー、ペースト又は塗膜
としてでも用いることができる。グラフオイルは、可撓
性黒鉛シートの形態であるので特に好ましい。使用に際
して、この祇様黒鉛は、充填材又はプレフォームの周囲
に簡単に成形される。
窒素環境におけるアルミニウム金属マトリックス合金を
浸透させるための他の好ましいバリャーとして、このバ
リャー材を用いたときに使用する一定のプロセス条件下
で、溶融アルミニウム金属合金により一般的に湿潤され
ない遷移金属硼化物〔例えば、二硼化チタン（ＴｉＢｚ
））である。この種のバリャーの場合、プロセス温度は
約８７５“Ｃを超えてはならず、この温度を超えると、
バリャー材の有効性が低下し、実際に、温度を上げると
バリャーへの浸透が生じる。遷移金属硼化物は、一般的
には粒状（１〜３０ミクロン）である。バリャー材は、
スラリー又はペーストの形態で、好ましくはプレフォー
ムとして賦形したセラミック充填材の通気性素材の境界
に適用してもよい。
浸透させるための他の好ましいバリャーとして、このバ
リャー材を用いたときに使用する一定のプロセス条件下
で、溶融アルミニウム金属合金により一般的に湿潤され
ない遷移金属硼化物〔例えば、二硼化チタン（ＴｉＢｚ
））である。この種のバリャーの場合、プロセス温度は
約８７５“Ｃを超えてはならず、この温度を超えると、
バリャー材の有効性が低下し、実際に、温度を上げると
バリャーへの浸透が生じる。遷移金属硼化物は、一般的
には粒状（１〜３０ミクロン）である。バリャー材は、
スラリー又はペーストの形態で、好ましくはプレフォー
ムとして賦形したセラミック充填材の通気性素材の境界
に適用してもよい。
窒素雰囲気におけるアルミニウム金属マトリックス合金
に関する他の好ましいバリャーとして、充填材又はプレ
フォームの外表面上にフィルム又は層として適用される
低揮発性有機化合物が挙げられる。窒素中、特に本発明
のプロセス条件で焼成すると、有機化合物が分解してカ
ーボンスート（ｓｏｏｔ）フィルムが残る。有機化合物
は、塗装、噴霧、浸漬等の従来の手段により適用できる
。
に関する他の好ましいバリャーとして、充填材又はプレ
フォームの外表面上にフィルム又は層として適用される
低揮発性有機化合物が挙げられる。窒素中、特に本発明
のプロセス条件で焼成すると、有機化合物が分解してカ
ーボンスート（ｓｏｏｔ）フィルムが残る。有機化合物
は、塗装、噴霧、浸漬等の従来の手段により適用できる
。
更に、微粉砕した粒状物質は、粒状物質への浸透が充填
材への浸透より遅い速度で生じる限り、バリャーとして
機能することができる。
材への浸透より遅い速度で生じる限り、バリャーとして
機能することができる。
したがって、バリャ一手段は、規定された表面境界をバ
リャー手段の層で被覆する等の何れかの適当な手段によ
り適用できる。このようなバリャー手段の層は、塗装、
浸漬、スクリーン印刷、蒸着、又は液体、スラリー若し
くはペーストの形態でバリャー手段に塗布することによ
り、又は揮発性バリャー手段のスパッタリングにより、
又は固形粒子バリャ一手段の層を単に付着させることに
より、又はバリャー手段の固形薄シート若しくはフィル
ムを、規定された表面境界上に適用することにより適用
できる。所定の位置にバリャー手段を用いた場合、浸透
マトリックス金属が規定された表面境界に到達し且つバ
リャー手段に接触すると、自発浸透が実質的に終了する
。
リャー手段の層で被覆する等の何れかの適当な手段によ
り適用できる。このようなバリャー手段の層は、塗装、
浸漬、スクリーン印刷、蒸着、又は液体、スラリー若し
くはペーストの形態でバリャー手段に塗布することによ
り、又は揮発性バリャー手段のスパッタリングにより、
又は固形粒子バリャ一手段の層を単に付着させることに
より、又はバリャー手段の固形薄シート若しくはフィル
ムを、規定された表面境界上に適用することにより適用
できる。所定の位置にバリャー手段を用いた場合、浸透
マトリックス金属が規定された表面境界に到達し且つバ
リャー手段に接触すると、自発浸透が実質的に終了する
。
所望量の自発浸透が達成された後又は自発浸透中（例え
ば、自発浸透が実質的に完了近く）に、金属マトリック
ス複合体を方向性凝固するための手段を使用する。金属
マトリックス複合体を方向性凝固するには、金属マトリ
ックス複合体の少なくとも一方の表面での「ホットトツ
ビング」 ；及び／又は金属マトリックス複合体の表面
とチルプレート等の静置吸熱器との接触；及び／又は流
体への金属マトリックス複合体の接触又は順次浸漬（静
置又は流動）；及び／又は金属マトリックス複合体が生
成した炉から、金属マトリックス複合体を順次取り出す
こと等をはじめとする種々の手段を利用できる。これら
の方向性凝固法の一つ以上を単独又は組み合わせて使用
することにより、自発浸透法により製造される金属マト
リックス複合体の性質を向上することができる。例えば
、同様の方法で製造したけれども方向性凝固を行わなか
った金属マトリックス複合体に対して、ミクロ構造（例
えば、均一性）が改善され、ミクロ構造中の気孔又はボ
イドが減少し、引張強さの増加等がなされた金属マトリ
ックス複合体を得ることができる。第５ａ図、第５ｂ図
、第６ａ図及び第６ｂ図に示すように、繊維を含有する
金属マトリックス複合体を方向性凝固することにより、
複合体中の多孔度が減少し、より均一なミクロ構造が生
成する。
ば、自発浸透が実質的に完了近く）に、金属マトリック
ス複合体を方向性凝固するための手段を使用する。金属
マトリックス複合体を方向性凝固するには、金属マトリ
ックス複合体の少なくとも一方の表面での「ホットトツ
ビング」 ；及び／又は金属マトリックス複合体の表面
とチルプレート等の静置吸熱器との接触；及び／又は流
体への金属マトリックス複合体の接触又は順次浸漬（静
置又は流動）；及び／又は金属マトリックス複合体が生
成した炉から、金属マトリックス複合体を順次取り出す
こと等をはじめとする種々の手段を利用できる。これら
の方向性凝固法の一つ以上を単独又は組み合わせて使用
することにより、自発浸透法により製造される金属マト
リックス複合体の性質を向上することができる。例えば
、同様の方法で製造したけれども方向性凝固を行わなか
った金属マトリックス複合体に対して、ミクロ構造（例
えば、均一性）が改善され、ミクロ構造中の気孔又はボ
イドが減少し、引張強さの増加等がなされた金属マトリ
ックス複合体を得ることができる。第５ａ図、第５ｂ図
、第６ａ図及び第６ｂ図に示すように、繊維を含有する
金属マトリックス複合体を方向性凝固することにより、
複合体中の多孔度が減少し、より均一なミクロ構造が生
成する。
更に、実施例１に示すように、方向性凝固した繊維強化
金属マトリックス複合体は、方向性凝固しなかった同様
の複合体よりも引張強さが大きい。
金属マトリックス複合体は、方向性凝固しなかった同様
の複合体よりも引張強さが大きい。
第５ａ図、第５ｂ図、第６ａ図及び第６ｂ図は、アルミ
ナ繊維を含有する金属マトリックス複合体の光学顕微鏡
写真である。各組の図は、２つ倍率で示した顕微鏡写真
である。第５ａ図及び第５ｂ図の顕微鏡写真は、炉で冷
却した金属マトリックス複合体、即ち、方向性凝固しな
かった金属マトリックス複の代表例である。
ナ繊維を含有する金属マトリックス複合体の光学顕微鏡
写真である。各組の図は、２つ倍率で示した顕微鏡写真
である。第５ａ図及び第５ｂ図の顕微鏡写真は、炉で冷
却した金属マトリックス複合体、即ち、方向性凝固しな
かった金属マトリックス複の代表例である。
第５ａ図及び第５ｂ図において参照番号８０で示したよ
うに、方向性凝固をしなかった金属マトリックス複合体
には、マトリックス金属が存在しない気孔又はボイド空
間の領域が見られる。これに対して、第６ａ図及び第６
ｂ図から明らかなように、方向性凝固した金属マトリッ
クス複合体では、気孔又はボイド空間が相当少ない。更
に、第６ａ図及び第６ｂ図に示した金属マトリックス複
合体は、第５ａ図及び第５ｂ図に示した金属マトリック
ス複合体よりもミクロ構造が均一である。この均一性の
増加は、マトリックス金属中における繊維の分散が向上
することから分かる。
うに、方向性凝固をしなかった金属マトリックス複合体
には、マトリックス金属が存在しない気孔又はボイド空
間の領域が見られる。これに対して、第６ａ図及び第６
ｂ図から明らかなように、方向性凝固した金属マトリッ
クス複合体では、気孔又はボイド空間が相当少ない。更
に、第６ａ図及び第６ｂ図に示した金属マトリックス複
合体は、第５ａ図及び第５ｂ図に示した金属マトリック
ス複合体よりもミクロ構造が均一である。この均一性の
増加は、マトリックス金属中における繊維の分散が向上
することから分かる。
実施例１に記載されている方向性凝固した金属マトリッ
クス複合体により示された引張り強さの増加は、少なく
とも部分的には、金属マトリックス複合体の方向性凝固
により得られる気孔又はポイド空間の減少によるものと
思われる。特に、気孔又はボイド空間により、金属マト
リックス複合体内の負荷担持領域が減少することにより
、複合体の引張り強さが減少する。従って、気孔又はボ
イド空間が減少することにより、金属マトリンクス複合
体内の負荷担持領域が大きくなり、それに応じて、引張
り強さが増加する。
クス複合体により示された引張り強さの増加は、少なく
とも部分的には、金属マトリックス複合体の方向性凝固
により得られる気孔又はポイド空間の減少によるものと
思われる。特に、気孔又はボイド空間により、金属マト
リックス複合体内の負荷担持領域が減少することにより
、複合体の引張り強さが減少する。従って、気孔又はボ
イド空間が減少することにより、金属マトリンクス複合
体内の負荷担持領域が大きくなり、それに応じて、引張
り強さが増加する。
第７図及び第８図は、アルミナ繊維を含有する２つの金
属マトリックス複合体の光学顕微鏡写真である。第７図
には方向性凝固しなかった金属マトリックス複合体のミ
クロ構造が示されており、一方、第８図には方向性凝固
した金属マトリックス複合体のミクロ構造が示されてい
る。第８図に示されている金属マトリックス複合体のミ
クロ構造は、実施例１で方向性凝固したものである。第
７図において、参照番号８４は、金属マトリックス複合
体中の気孔又は空隙空間領域を示している．第８図では
、これらの気孔又は空隙空間が実質的に減少又は無くな
っていることが分かる。従って、第７図及び第８図では
、マトリックス金属を充填材又はプレフォームに自発浸
透して製造した金属マトリックス複合体を方向性凝固す
ることにより、気孔又はポイド空間が減少して、より均
一なミクロ構造が得られることも明らかである。
属マトリックス複合体の光学顕微鏡写真である。第７図
には方向性凝固しなかった金属マトリックス複合体のミ
クロ構造が示されており、一方、第８図には方向性凝固
した金属マトリックス複合体のミクロ構造が示されてい
る。第８図に示されている金属マトリックス複合体のミ
クロ構造は、実施例１で方向性凝固したものである。第
７図において、参照番号８４は、金属マトリックス複合
体中の気孔又は空隙空間領域を示している．第８図では
、これらの気孔又は空隙空間が実質的に減少又は無くな
っていることが分かる。従って、第７図及び第８図では
、マトリックス金属を充填材又はプレフォームに自発浸
透して製造した金属マトリックス複合体を方向性凝固す
ることにより、気孔又はポイド空間が減少して、より均
一なミクロ構造が得られることも明らかである。
本明細書では、方向性凝固手段の多くについては、形成
した金属マトリックス複合体に直接接触させるものとし
て説明するが、これらの説明は単なる実例を示したにす
ぎず且つ複合体は、通常、方向性凝固工程中は、少なく
とも適当な耐火容器に入れておくものと理解すべきであ
る。従って、具体的な方向性凝固手段が複合体の特定の
一部分と接触するとして記載されているときには、実際
には、複合体のその部分に最も近接しているセ・ソトア
ップの端部に接触している場合があると理解すべきであ
る。
した金属マトリックス複合体に直接接触させるものとし
て説明するが、これらの説明は単なる実例を示したにす
ぎず且つ複合体は、通常、方向性凝固工程中は、少なく
とも適当な耐火容器に入れておくものと理解すべきであ
る。従って、具体的な方向性凝固手段が複合体の特定の
一部分と接触するとして記載されているときには、実際
には、複合体のその部分に最も近接しているセ・ソトア
ップの端部に接触している場合があると理解すべきであ
る。
（本頁以下余白）
〔実施例〕
以下、金属マトリックス複合体を含めたセットアップの
方向性凝固について、実施例により説明する。しかしな
がら、下記の実施例は、本発明を説明するものであって
、特許請求の範囲に記載した発明の範囲を限定するもの
ではない。
方向性凝固について、実施例により説明する。しかしな
がら、下記の実施例は、本発明を説明するものであって
、特許請求の範囲に記載した発明の範囲を限定するもの
ではない。
実１』ロー
以下の実施例では、方向性凝固法を、自発浸透により金
属マトリックス複合体を形成する新規な方法と組み合わ
せることにより、同様の自発浸透法により製造したが方
向性凝固工程とは組み合わせなかった金属マトリックス
複合体よりも、優れた引っ張り強さを有する金属マトリ
ックス複合体を得ることができることを明らかにする。
属マトリックス複合体を形成する新規な方法と組み合わ
せることにより、同様の自発浸透法により製造したが方
向性凝固工程とは組み合わせなかった金属マトリックス
複合体よりも、優れた引っ張り強さを有する金属マトリ
ックス複合体を得ることができることを明らかにする。
寸法が約５インチ×５インチＸ０．８インチである多孔
性プレフォーム（以下、「プレフォームＮα１」と称す
る）に、窒素雰囲気の存在下で、マグネシウムを含有す
る市販のアルミニウム合金の溶融物を浸透させた。この
プレフォームは、約１２体積％のアルミナ繊維（アルミ
ナ繊維の少なくとも９０重量％は、デュポン社製のファ
イバーＦＰ（ＦｉｂｅｒＦＰ）であった）を含有し、ア
ルミナ繊維はコロイドシリカで結合されていた。コロイ
ドアルミナ／繊維の重量比は約１７４であり、プレフォ
ームの残部は、連続気孔からなっていた。プレフォーム
の自発浸透は、以下に説明する操作により行った。
性プレフォーム（以下、「プレフォームＮα１」と称す
る）に、窒素雰囲気の存在下で、マグネシウムを含有す
る市販のアルミニウム合金の溶融物を浸透させた。この
プレフォームは、約１２体積％のアルミナ繊維（アルミ
ナ繊維の少なくとも９０重量％は、デュポン社製のファ
イバーＦＰ（ＦｉｂｅｒＦＰ）であった）を含有し、ア
ルミナ繊維はコロイドシリカで結合されていた。コロイ
ドアルミナ／繊維の重量比は約１７４であり、プレフォ
ームの残部は、連続気孔からなっていた。プレフォーム
の自発浸透は、以下に説明する操作により行った。
第１図に示すように、ノートン社（Ｎｏｒｔｏｎ Ｃｏ
ｍｐａｎｙ）製で、アランダム（Ａｌｕｎｄｕｍ）の商
標で販売されている２４グリットのアルミナ剤（１７）
からなる厚さ約１インチの層を、黒鉛ボート（１０）の
底に配置した。ユニオンカーバイド社製で、グラフオイ
ル（Ｇｒａｆｏｉ１）の商標で販売されている厚み１５
／１０００インチのＧＴＢグレードの黒鉛テープ製品か
ら形成したボックス（１２）を、黒鉛ボート（１０）内
に入れたアランダム（１７）の厚み約１インチの層の上
部に配置した。このグラフオイルボックス（１２）は、
グラフォイル（商標）の適当なサイズの形材を一緒にス
テーブルで留め、継目を、黒鉛粉末［ロンザ社（Ｌｏｎ
ｚａ， Ｉｎｃ．）製；グレードＫＳ − ４４ ）と
コロイド状シリカ〔デュポン社製ルドックス（Ｌｕｄｏ
ｘ ｔ｛Ｓ））を混合して調製したスラリーでシールす
ることにより作製した。コロイドシリカに対する黒鉛の
重量比は、約１／３であった。
ｍｐａｎｙ）製で、アランダム（Ａｌｕｎｄｕｍ）の商
標で販売されている２４グリットのアルミナ剤（１７）
からなる厚さ約１インチの層を、黒鉛ボート（１０）の
底に配置した。ユニオンカーバイド社製で、グラフオイ
ル（Ｇｒａｆｏｉ１）の商標で販売されている厚み１５
／１０００インチのＧＴＢグレードの黒鉛テープ製品か
ら形成したボックス（１２）を、黒鉛ボート（１０）内
に入れたアランダム（１７）の厚み約１インチの層の上
部に配置した。このグラフオイルボックス（１２）は、
グラフォイル（商標）の適当なサイズの形材を一緒にス
テーブルで留め、継目を、黒鉛粉末［ロンザ社（Ｌｏｎ
ｚａ， Ｉｎｃ．）製；グレードＫＳ − ４４ ）と
コロイド状シリカ〔デュポン社製ルドックス（Ｌｕｄｏ
ｘ ｔ｛Ｓ））を混合して調製したスラリーでシールす
ることにより作製した。コロイドシリカに対する黒鉛の
重量比は、約１／３であった。
グラフオイルボックス（１２）を、アランダム（商標）
の最初の層（１７）の上部に配置した後、更に、アラン
ダム（商標） （１４）を、黒鉛ボート（１０）内のア
ランダム層（１４）のレベルがグラフオイルボックス（
１２）の上部とほぼ水平になるまで、黒鉛ボート（１０
）内のグラフオイル（商標）ボックス（１２）の外側周
囲に追加した。この時点で、第１回で参照番号１６で示
したプレフォームＮα１をグラフオイル（商標）ボック
ス（１２）の底に配置し、寸法がｌ９／４インチｘ １
９ ／４インチｘ１７２インチである市販の５２０．２
合金のインゴット（１８）をプレフォーム（１６）の上
部に配置した。
の最初の層（１７）の上部に配置した後、更に、アラン
ダム（商標） （１４）を、黒鉛ボート（１０）内のア
ランダム層（１４）のレベルがグラフオイルボックス（
１２）の上部とほぼ水平になるまで、黒鉛ボート（１０
）内のグラフオイル（商標）ボックス（１２）の外側周
囲に追加した。この時点で、第１回で参照番号１６で示
したプレフォームＮα１をグラフオイル（商標）ボック
ス（１２）の底に配置し、寸法がｌ９／４インチｘ １
９ ／４インチｘ１７２インチである市販の５２０．２
合金のインゴット（１８）をプレフォーム（１６）の上
部に配置した。
グラフォイルボー｝ （１０）とその内容物からなるセ
ットアップを、室温で制御雰囲気電気抵抗炉（即ち、真
空炉）内に配置した。次に、炉を、室温で、高真空（約
１ ｘ １０−’）が得られるまで排気した。所定の真
空となったら、炉温を、４５分かけて、約２００″Ｃま
で上昇し、この温度で約２時間保持した。２時間保持し
た後、炉を、約１気圧まで窒素ガスで裏込めし、２リッ
トル／分の流量でガスが連続的に流れるようにした。次
に、炉温を、約５時間かけて約７００″Ｃまで上昇させ
、７００゜Ｃで約２０時間保持した。加熱を２０時間行
った後、炉の電源を切り、炉内のセットアップを、室温
まで冷却した。
ットアップを、室温で制御雰囲気電気抵抗炉（即ち、真
空炉）内に配置した。次に、炉を、室温で、高真空（約
１ ｘ １０−’）が得られるまで排気した。所定の真
空となったら、炉温を、４５分かけて、約２００″Ｃま
で上昇し、この温度で約２時間保持した。２時間保持し
た後、炉を、約１気圧まで窒素ガスで裏込めし、２リッ
トル／分の流量でガスが連続的に流れるようにした。次
に、炉温を、約５時間かけて約７００″Ｃまで上昇させ
、７００゜Ｃで約２０時間保持した。加熱を２０時間行
った後、炉の電源を切り、炉内のセットアップを、室温
まで冷却した。
周囲温度に到達後、セットアップを炉から取り出し、分
解した。セットアップから得た金属マトリックス複合体
を切断して２等分し、断片の一つ（以下、「断片Ａ」と
称する）を、Ｔ４溶液で熱処理した。このＴ４溶液での
熱処理は、金属マトリックス複合体を４３２゜Ｃで約１
８時間浸漬後、直ちに、金属マトリックス複合体を、１
００”Ｃの熱湯で約２０秒間急冷した。他のマトリック
ス複合体断片（以下、「断片ＢＪと称する）は、何も熱
処理を施さなかった。
解した。セットアップから得た金属マトリックス複合体
を切断して２等分し、断片の一つ（以下、「断片Ａ」と
称する）を、Ｔ４溶液で熱処理した。このＴ４溶液での
熱処理は、金属マトリックス複合体を４３２゜Ｃで約１
８時間浸漬後、直ちに、金属マトリックス複合体を、１
００”Ｃの熱湯で約２０秒間急冷した。他のマトリック
ス複合体断片（以下、「断片ＢＪと称する）は、何も熱
処理を施さなかった。
プレフォームＮα１と同様の材料からなっているが、寸
法が２３／４インチｘ ２３／４インチｘ０．８インチ
である第二プレフォーム（以下、［ブレフォームＮα２
」と称する）に、窒素雰囲気下で、マグネシウムを含有
する市販のアルミニウム合金を浸透させた。プレフォー
ムへの合金の浸透は、以下に説明する操作により行った
。
法が２３／４インチｘ ２３／４インチｘ０．８インチ
である第二プレフォーム（以下、［ブレフォームＮα２
」と称する）に、窒素雰囲気下で、マグネシウムを含有
する市販のアルミニウム合金を浸透させた。プレフォー
ムへの合金の浸透は、以下に説明する操作により行った
。
第２図に示すような、上記と同様の方法で作製した寸法
が２３／４インチｘ ２３／４インチｘ３インチである
グラフオイル（商標）ボックス（２２）を、６インチＸ
６インチｘ １３／２インチのステンレス製ボックス（
２４）内に配置した。第２図において参照番号２６で示
したプレフォーム（プレフォームＮα２）を、グラフオ
イル（商標）ボックス（２２）内に配置し、市販のアル
ミニウム合金５２０．２からなる概略寸法が７／２イン
チＸ７／２インチｘ１／２インチのインゴッ｝ （２８
）を、プレフォーム（２６）の上部に配置した。
が２３／４インチｘ ２３／４インチｘ３インチである
グラフオイル（商標）ボックス（２２）を、６インチＸ
６インチｘ １３／２インチのステンレス製ボックス（
２４）内に配置した。第２図において参照番号２６で示
したプレフォーム（プレフォームＮα２）を、グラフオ
イル（商標）ボックス（２２）内に配置し、市販のアル
ミニウム合金５２０．２からなる概略寸法が７／２イン
チＸ７／２インチｘ１／２インチのインゴッ｝ （２８
）を、プレフォーム（２６）の上部に配置した。
その後、ステンレス製ボックス（２４）の上部を、マク
ネール・レフラクトリーズ・インコーポレーション（Ｍ
ｃＮｅｉｌ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ．）製
で、ファイバーフラックスデュラボードＨＤ（Ｆｉｂｅ
ｒｆｒａｘ Ｄｕｒａｂｏａｒｄ ＨＤ）の商標で販売
されている断熱材からなる厚み１／８インチの板で覆っ
た。ステンレス製ボックス（２４）、それを覆ったファ
イバーフランクス板（３０）及びステンレス製ボックス
の内容物からなるセットアップを、室温で、制御雰囲気
電気抵抗炉（即ち、真空炉）内に配置した。次に、炉を
、室温で、高真空（約１ ｘ １０−’）が得られるま
で排気した。所定の真空となったら、炉を、約１気圧ま
で窒素ガスで裏込めし、２５００ｃｃ／分の流量でガス
が連続的に流れるようにした。次に、炉温を、約１５０
゜Ｃ／時間の昇温速度で、約７２５゜Ｃまで上昇させた
。炉を、約７２５゜Ｃで約１５時間保持して、アルミニ
ウム合金インゴットを融解し、プレフォーｌ、を自発的
に浸透させた。
ネール・レフラクトリーズ・インコーポレーション（Ｍ
ｃＮｅｉｌ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ．）製
で、ファイバーフラックスデュラボードＨＤ（Ｆｉｂｅ
ｒｆｒａｘ Ｄｕｒａｂｏａｒｄ ＨＤ）の商標で販売
されている断熱材からなる厚み１／８インチの板で覆っ
た。ステンレス製ボックス（２４）、それを覆ったファ
イバーフランクス板（３０）及びステンレス製ボックス
の内容物からなるセットアップを、室温で、制御雰囲気
電気抵抗炉（即ち、真空炉）内に配置した。次に、炉を
、室温で、高真空（約１ ｘ １０−’）が得られるま
で排気した。所定の真空となったら、炉を、約１気圧ま
で窒素ガスで裏込めし、２５００ｃｃ／分の流量でガス
が連続的に流れるようにした。次に、炉温を、約１５０
゜Ｃ／時間の昇温速度で、約７２５゜Ｃまで上昇させた
。炉を、約７２５゜Ｃで約１５時間保持して、アルミニ
ウム合金インゴットを融解し、プレフォーｌ、を自発的
に浸透させた。
１５時間加熱した後、炉を、約６７５ ’Ｃまで冷却し
た。この温度で、セットアップを炉から取り出し、第３
図に示すように、２個の黒鉛板（３６）の上部に設置し
た鋼板（３４）の上部に配置した。更に、第３図におい
て、４個の耐火れんが（３８）を、ステンレス製ボック
ス（２４）の周囲に配置してセットアップを断熱するこ
とにより、方向性凝固プロセス工程の間、合金を溶融状
態に維持するようにした。各耐火れんが（３８）は、ス
テンレス製ボックス（２４）の４面のうちの一つと接触
状態となるようにした。
た。この温度で、セットアップを炉から取り出し、第３
図に示すように、２個の黒鉛板（３６）の上部に設置し
た鋼板（３４）の上部に配置した。更に、第３図におい
て、４個の耐火れんが（３８）を、ステンレス製ボック
ス（２４）の周囲に配置してセットアップを断熱するこ
とにより、方向性凝固プロセス工程の間、合金を溶融状
態に維持するようにした。各耐火れんが（３８）は、ス
テンレス製ボックス（２４）の４面のうちの一つと接触
状態となるようにした。
セットアップにおける溶融合金の方向性凝固は、セット
アップから鋼板（３４）を介して引き寄せられる熱エネ
ルギーを黒鉛板（３６）が吸収するすることにより生じ
た。即ち、鋼板（３４）により、熱を、セントアップの
底から、吸熱器として作用する黒鉛板（３６）へ移動さ
せた。このようにして、セットアンプを、ベースから表
面の余剰合金（３５）の方向に方向性冷却した。
アップから鋼板（３４）を介して引き寄せられる熱エネ
ルギーを黒鉛板（３６）が吸収するすることにより生じ
た。即ち、鋼板（３４）により、熱を、セントアップの
底から、吸熱器として作用する黒鉛板（３６）へ移動さ
せた。このようにして、セットアンプを、ベースから表
面の余剰合金（３５）の方向に方向性冷却した。
アルミニウム合金の凝固温度以下に冷却後、セットアッ
プを分解し、金属マトリックス複合体を回収した。金属
マトリックス複合体を切断して、サイズの等しい２個の
断片とした。第一断片（以下、「断片ＣＪと称する）を
、Ｔ４熱処理した。この熱処理は、上記の場合の同様に
行った。一方、第二断片（以下、「断片Ｃ」と称する）
には、何ら熱処理を施さなかった。
プを分解し、金属マトリックス複合体を回収した。金属
マトリックス複合体を切断して、サイズの等しい２個の
断片とした。第一断片（以下、「断片ＣＪと称する）を
、Ｔ４熱処理した。この熱処理は、上記の場合の同様に
行った。一方、第二断片（以下、「断片Ｃ」と称する）
には、何ら熱処理を施さなかった。
４個の断片、即ち、断片Ａ、Ｂ，Ｃ及びＤについて、以
下に説明する標準引張強さの測定を行った。各金属マト
リックス複合体断片を切断して、厚さ約０．１０インチ
Ｘ幅０．５０インチ×長さ約５インチの寸法を有する試
験クーポン作製した。クーポンの形状は、ドッグボーン
（ｄｏｇｂｏｎｅ）半径が公称４インチであることを除
いて、エーエステーエム（ＡＳＴＭ）規格Ｄ ３５５２
−７７（１９８２年再認可）の第１図に示されている試
験片Ｂに準じた。各クーポンを、試験機の適当なグリッ
プに取りつけ、試験クーポンが破壊するまで、０．０２
インチ／分（０．５０８／分）のほぼ一定のクロスヘッ
ド速度で負荷をかけた（クーポンの一端を引っ張ること
により）。これらの引張り強さ試験の結果を、表１にま
とめて示す。
下に説明する標準引張強さの測定を行った。各金属マト
リックス複合体断片を切断して、厚さ約０．１０インチ
Ｘ幅０．５０インチ×長さ約５インチの寸法を有する試
験クーポン作製した。クーポンの形状は、ドッグボーン
（ｄｏｇｂｏｎｅ）半径が公称４インチであることを除
いて、エーエステーエム（ＡＳＴＭ）規格Ｄ ３５５２
−７７（１９８２年再認可）の第１図に示されている試
験片Ｂに準じた。各クーポンを、試験機の適当なグリッ
プに取りつけ、試験クーポンが破壊するまで、０．０２
インチ／分（０．５０８／分）のほぼ一定のクロスヘッ
ド速度で負荷をかけた（クーポンの一端を引っ張ること
により）。これらの引張り強さ試験の結果を、表１にま
とめて示す。
（本頁以下余白）
表１に示した結果から、金属マトリックス複合体の形成
に方向性凝固を利用することにより、金属マトリックス
複合体の引張り強さを増加できることが明らかである。
に方向性凝固を利用することにより、金属マトリックス
複合体の引張り強さを増加できることが明らかである。
更に、方向性凝固した金属マトリックス複合体を熱処理
することにより、引張り強さを更に増加できる。方向性
凝固により引張り強さが大幅に増加するのは、金属マト
リックス複合体中の気孔又はボイド空間の減少の結果で
あると思われる。この気孔又はボイド空間の減少により
、負荷担持領域が増加し、金属マトリックス複合体の引
張り強さが増加する。
することにより、引張り強さを更に増加できる。方向性
凝固により引張り強さが大幅に増加するのは、金属マト
リックス複合体中の気孔又はボイド空間の減少の結果で
あると思われる。この気孔又はボイド空間の減少により
、負荷担持領域が増加し、金属マトリックス複合体の引
張り強さが増加する。
ス［
以下の実施例では、方向性凝固法を、自発浸透により金
属マトリックス複合体を形成する新規な方法と組み合わ
せることにより、同様に形成したが方向性凝固を行わな
かった金属マトリックス複合体よりも、気孔又はボイド
空間が減少した金属マトリックス複合体を得ることがで
きることを示す。
属マトリックス複合体を形成する新規な方法と組み合わ
せることにより、同様に形成したが方向性凝固を行わな
かった金属マトリックス複合体よりも、気孔又はボイド
空間が減少した金属マトリックス複合体を得ることがで
きることを示す。
第４図に示すように、ノートン社製で、３９クリストロ
ン（３９ Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ）の商品名で販売されて
いる１０００グリット生炭化珪素の約２６３ｇを、マグ
ネシウム粉末約２重量％（５．８ ｇ）と混合した。こ
の混合物は、参照番号５０で示してある。この混合物（
５０）を、ユニオンカーバイド社（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒ
ｂｉｄｅ）製の商品名グラフオイル（商標）として知ら
れている厚み１５／１０００インチのＧＴＢグレード黒
鉛テープ製品からなる内張り（４４）を有する、厚みが
約１／１０インチの炭素鋼（４２）から作製した概略寸
法が６インチｘ３インチＸ５インチのボックス（４ｏ）
内に配置した。ボックス（４０）の外側を、厚み１７８
インチの予備焼成したマクネール・レフラクトリーズ・
インコーポレーション（ＭｃＮｅｉｌ Ｒｅｆｒａｃｔ
ｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ．）製の、ファイバーフランクスデ
ュラボードＨＤ（Ｆｉｂｅｒｆｒａｘ Ｄｕｒａｂｏａ
ｒｄ ＨＤ）でライニングを施した。このファイバーフ
ラックスデュラボードは、第４図において参照番号４６
で示してある。珪素約１２重量％、亜鉛約５重量％、マ
グネシウム６重量％で残部がアルミニウムからなるアル
ミニウム合金の約５２０．２ ｇインゴット（４８）を
、１０００グリット炭化珪素／マグネシウム混合吻の層
（５０）の上部に配置した。このアセンブリーを、窒素
ガス供給口（５６）及び銅箔カバ−（５日）を有するス
テンレス製容器（５４）の底に位置させた上記のファイ
バーフランクス材からなる厚み１７８インチの板（５２
）の上部に配置した。チタンスポンジ（６０）を、ステ
ンレス製容器内で且つ混合物（５０）及びアルミニウム
合金（４８）の入ったファイバーフランクス（４６）の
外側に配置した。このチタンスポンジ（６０）は、酸素
ゲッターとして作用させるために、容器（５４）内に配
置した。この容器（５４）を、約４０分かけて周囲温度
から約２５０゜Ｃまで加熱した大気開放電気抵抗加熱炉
内に配置し、約２５０ ’Ｃで約１時間保持し、約３時
間かけて約８００゜Ｃに温度を上昇させ、約８００゜Ｃ
で約２．５時間保持し、その後、約８００゜Ｃで炉から
取り出した。容器が炉内にある間、窒素を、約５リット
ル／分の流量で、供給口（５６）から容器（５４）の内
部に供給し、炉内の圧力を約１気圧に維持した。
ン（３９ Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ）の商品名で販売されて
いる１０００グリット生炭化珪素の約２６３ｇを、マグ
ネシウム粉末約２重量％（５．８ ｇ）と混合した。こ
の混合物は、参照番号５０で示してある。この混合物（
５０）を、ユニオンカーバイド社（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒ
ｂｉｄｅ）製の商品名グラフオイル（商標）として知ら
れている厚み１５／１０００インチのＧＴＢグレード黒
鉛テープ製品からなる内張り（４４）を有する、厚みが
約１／１０インチの炭素鋼（４２）から作製した概略寸
法が６インチｘ３インチＸ５インチのボックス（４ｏ）
内に配置した。ボックス（４０）の外側を、厚み１７８
インチの予備焼成したマクネール・レフラクトリーズ・
インコーポレーション（ＭｃＮｅｉｌ Ｒｅｆｒａｃｔ
ｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ．）製の、ファイバーフランクスデ
ュラボードＨＤ（Ｆｉｂｅｒｆｒａｘ Ｄｕｒａｂｏａ
ｒｄ ＨＤ）でライニングを施した。このファイバーフ
ラックスデュラボードは、第４図において参照番号４６
で示してある。珪素約１２重量％、亜鉛約５重量％、マ
グネシウム６重量％で残部がアルミニウムからなるアル
ミニウム合金の約５２０．２ ｇインゴット（４８）を
、１０００グリット炭化珪素／マグネシウム混合吻の層
（５０）の上部に配置した。このアセンブリーを、窒素
ガス供給口（５６）及び銅箔カバ−（５日）を有するス
テンレス製容器（５４）の底に位置させた上記のファイ
バーフランクス材からなる厚み１７８インチの板（５２
）の上部に配置した。チタンスポンジ（６０）を、ステ
ンレス製容器内で且つ混合物（５０）及びアルミニウム
合金（４８）の入ったファイバーフランクス（４６）の
外側に配置した。このチタンスポンジ（６０）は、酸素
ゲッターとして作用させるために、容器（５４）内に配
置した。この容器（５４）を、約４０分かけて周囲温度
から約２５０゜Ｃまで加熱した大気開放電気抵抗加熱炉
内に配置し、約２５０ ’Ｃで約１時間保持し、約３時
間かけて約８００゜Ｃに温度を上昇させ、約８００゜Ｃ
で約２．５時間保持し、その後、約８００゜Ｃで炉から
取り出した。容器が炉内にある間、窒素を、約５リット
ル／分の流量で、供給口（５６）から容器（５４）の内
部に供給し、炉内の圧力を約１気圧に維持した。
約８００″Ｃで炉から取り出した後、セットアップを、
水冷却銅トップチルプレート上で、約１７２時間の間、
方向性凝固後、周囲温度の水に浸漬した。
水冷却銅トップチルプレート上で、約１７２時間の間、
方向性凝固後、周囲温度の水に浸漬した。
周囲温度に到達したら、セットアップを水から取り出し
、分解した。セットアップから得た金属マトリックス複
合体を調べたところ、この複合体は、方向性凝固せずに
製造した従来の金属マトリックス複合体よりも気孔又は
ポイド空間が少ないことが明らかとなった。
、分解した。セットアップから得た金属マトリックス複
合体を調べたところ、この複合体は、方向性凝固せずに
製造した従来の金属マトリックス複合体よりも気孔又は
ポイド空間が少ないことが明らかとなった。
上記実施例では詳細な説明を行ったが、当業者は、これ
らの実施例の種々の変更が可能であり、このような全て
の変更は、本出願の特許請求の範囲内であると理解され
るべきである。
らの実施例の種々の変更が可能であり、このような全て
の変更は、本出願の特許請求の範囲内であると理解され
るべきである。
上記で説明したように、本発明により、方向性凝固法と
、自発浸透により金属マトリックス複合体を形成する新
規な方法との組み合わせを利用することにより、ミクロ
構造、及び引張り強さ等の物性が向上した金属マトリッ
クス複合体を得ることができる。
、自発浸透により金属マトリックス複合体を形成する新
規な方法との組み合わせを利用することにより、ミクロ
構造、及び引張り強さ等の物性が向上した金属マトリッ
クス複合体を得ることができる。
第１図は、第一ブレフォームの自発浸透を行うために実
施例１で使用した材料の断面図；第２図は、第二ブレフ
ォームの自発浸透を行うために実施例ｌで使用した材料
の断面図；第３図は、第２図に示した材料の断面図で、
マトリックス金属のプレフォームへの自発浸透が生じた
後のものであり、更に、第３図は実施例１で使用した方
向性凝固アセンブリーをも示しており；第４図は、充填
材の素材の自発浸透を行うために実施例２で使用した材
料の断面図であり；第５ａ図及び第５ｂ図は、アルミナ
繊維を含有している非方向性凝固金属マトリックス複合
体の組織を示す光学顕微鏡写真であり；第６ａ図及び第
６ｂ図は、アルミナ繊維を含有している方向性凝固金属
マトリックス複合体の組織を示す光学顕微鏡写真であり
；第７図は、アルミナ繊維を含有している炉冷却非方向
性凝固金属マトリックス複合体の組織を示す光学顕微鏡
写真であり；第８図は、アルミナ繊維を含有している方
向性凝固金属マトリックス複合体の組織を示す光学顕微
鏡写真である。
施例１で使用した材料の断面図；第２図は、第二ブレフ
ォームの自発浸透を行うために実施例ｌで使用した材料
の断面図；第３図は、第２図に示した材料の断面図で、
マトリックス金属のプレフォームへの自発浸透が生じた
後のものであり、更に、第３図は実施例１で使用した方
向性凝固アセンブリーをも示しており；第４図は、充填
材の素材の自発浸透を行うために実施例２で使用した材
料の断面図であり；第５ａ図及び第５ｂ図は、アルミナ
繊維を含有している非方向性凝固金属マトリックス複合
体の組織を示す光学顕微鏡写真であり；第６ａ図及び第
６ｂ図は、アルミナ繊維を含有している方向性凝固金属
マトリックス複合体の組織を示す光学顕微鏡写真であり
；第７図は、アルミナ繊維を含有している炉冷却非方向
性凝固金属マトリックス複合体の組織を示す光学顕微鏡
写真であり；第８図は、アルミナ繊維を含有している方
向性凝固金属マトリックス複合体の組織を示す光学顕微
鏡写真である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、溶融マトリックス金属合金を、充填材の通気性素材
又はプレフォームからなる通気性材料に接触させ； 前記通気性材料の少なくとも一部分に、前記溶融マトリ
ックス金属を自発的に浸透させ； 前記通気性材料内に前記溶融マトリックス金属の少なく
とも一部分を方向性を持って凝固させて、前記通気性材
料の少なくとも一部分を埋め込んだ固体マトリックス金
属を形成することにより、金属マトリックス複合体を形
成す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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US269602 | 1988-11-10 | ||
| US07/269,602 US5020583A (en) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | Directional solidification of metal matrix composites |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02236248A true JPH02236248A (ja) | 1990-09-19 |
| JP2905516B2 JP2905516B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=23027946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1291364A Expired - Fee Related JP2905516B2 (ja) | 1988-11-10 | 1989-11-10 | 金属マトリックス複合体の方向性凝固方法 |
Country Status (21)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5020583A (ja) |
| EP (1) | EP0368785B1 (ja) |
| JP (1) | JP2905516B2 (ja) |
| KR (1) | KR0121459B1 (ja) |
| CN (1) | CN1042499A (ja) |
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