JPH02241642A - 金属マトリックス複合体を形成するインベストメント鋳造法 - 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〕 本発明は金属マトリックス複合体の新規な形成方法とこ
の方法によって製造された新規な製品に係る。先ず、形
成すべき所望の金属マトリックス複合体と相補をなす陰
影又はキャビティを形成する。次いで形成したキャビテ
ィに充填材からなる通気性素材を充填する。それから溶
融マ）　ＩＪフックス属をその充填されたキャビティに
自発浸透させる。具体的には、充填材に対して、少なく
ともプロセスのある時点で、浸透増進剤及び／又は浸透
増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気を連通させ、それに
よってマトリックス金属が溶融したときに充填材の通気
性素材にマトリックス金属が自発的に浸透し、プロセス
のある時点でそれを自己支持性にする。好ましい態様に
おいて、キャビティをいわゆるロストワックス法に類似
する方法で形成することができる。

〔従来の技術及び発明が解決すべき課題〕金属マトリッ
クスと粒状セラミック、ウィスカー、繊維等の補強又は
強化相からなる複合体製品は、強化相が有する剛性及び
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。−船釣に、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、ベレット状又は
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、ウィスカー、チョツ
プド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、又はホットプレスする。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、ウィス
カーの場合は約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で
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、−船釣に、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）をせず又複雑なプレスに頼らずに得られ
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、ジェイ・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ィ
スカーを含有甘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。

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
雑なマツトノ装配置及び流路を設けで、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、ウィ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。

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、性質にバラッ、キがみられたり、被膜が充
填材を劣化させる場合があるが、又はマトリックスがリ
チウムを含存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・グリムシャー（Ｒ，讐、　Ｇｒｉｍ
ｓ−ｈａｗ）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℃に予備加熱したアルミナの
繊維又はウィ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、０８２５／１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ラで充填
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
アルミナを浸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
ウム若しくはニ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
く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。

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。

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。

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。

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、　Ｌａｎｄｉｎｇｈａｍ）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−
”　トール未満の真空下で、溶融アルミニウム、ベリリ
ウム、マグネシウム１、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〜
１Ｏ−ｈ）−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ボイド空間に自由
に流れ込まなかった。しかしながら、真空を１０”’ト
ー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（Ｇ
、Ｅ、　Ｇａｚｚａ）等による米国特許第３，８６４，
１５４号にも、真空を用いて浸透を行う旨の記載がある
。又、この特許には、ＡＩＢ＋ｘ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ツド上に添加すること
が記載されている。その後、更に、アルミニウムをＡＩ
Ｂ＋　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＋ｚ成形体を装填したル
ツボを真空炉に入れる。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＋ｚ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、
網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、レフディング等には、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。

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、複
雑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、−船釣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（ともある時点で浸透増進剤が存在する限
り、標準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的浸透機構を提
供することによりこれらの必要性を満たすものである。

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。

金属マトリ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（トｅｔａｌ　Ｍ
ａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）　」と題する１９
８７年５月１３日出願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（Ｗｈｉｔｅ）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。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１０〜
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℃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、実質的に
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。

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。

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。

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
ヤー手段の例が、「メソッド　オプ　メーキング　メタ
ル　マトリックス　コンポジットウィズ　ザ　ユース　
オブ　ア　バリヤー（Ｍｅｔ−ｈｏｄ　ｏｆ　Ｍａｋｉ
ｎｇ　Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
　ｗｉｔｈ　ｔｈ−ｅ　Ｕｓｅ　ｏｆ　ａ　Ｂａｒｒｉ
ｅｒ）　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（ト１ｃｈａｅｌ　Ｋ、
　Ａｇｈａｊａｎｉａｎ）等〕及び昭和６４年１月６日
に出願された特願昭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、バリヤー
手段〔例えば、粒状二硼化チタン又は商品名がグラフオ
イル（商標）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、バリヤー手段によ
り形成される境界まで浸透する。このバリヤー手段は、
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、バリヤ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
ンボジッツ　アンド　テクニクス　フォー　メーキング
　ザ　セイム（Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏ
ｓｉｔｅｓａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｍ
ａｋｔｎｇ　ｔｈｅ　Ｓａｍｅ）」　と題する１９８８
年３月１５日出願の本出願人による米国特許出願第１６
８．２８４号〔発明者：ミカエル・ケー・アグハジアニ
アン（Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｋ、八ｇｈａｊａｎｉａｎ）及
びマーク・ニス・ニューカーク（Ｍａｒｋ　Ｓ、　Ｎｅ
ｗｋｉｒｋ）　　）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−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
許出願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がで
きる。又、任意のバリヤー手段を、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
（とも、充填材の通気性素材の境界（例えば、バリヤー
）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（例えば、マクロ
複合体）である。

上記した本出願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。前記した本出願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。

〔課題を解決するための手段〕

プロセスのある時点で自己支持性になりうる（すなわち
、プレフォームになりうる）充填材の通気性素材に浸透
を行なって金属マＩ−ＩＪフックス合体を形成する。充
填材は特別の方法で形成したキャビティ内に配置又は充
填する。特に、本発明の好ましい態様において、低融点
又は低温連発性マンドレル（例えば、ワックス型）を作
製し、ワックス型の少なくとも１部の形状を形成するこ
とが望まれる金属マトリックス複合体の形状にすること
ができる。ワックス型には例えば塗布、吹付け、浸漬な
どで適用できる例えば耐火材料を適当な方法で被覆する
ことができる。

ワックス型の表面上に例えばセラミックス材料を適当な
厚さまで被覆し、被覆した耐火材料を自己支持性にした
後、ワックス型を例えば、溶融、揮発、などによってそ
の被覆物から除去し、該被覆物にその除去したワックス
型に実質的に対応する形状を有するキャビティを形成す
る。

１態様において、形成したキャビティを形成すべき金属
複合材料の最終形状の形成を補助することができる適当
なバリヤ材で適当な方法を用いて被覆することができる
。バリヤ材を適切に配置したら、キャビティの少なくと
も一部に充填材を配置することができる。

さらに、浸透増進剤及び／又は浸透増進剤前駆体及び／
又は浸透雰囲気をプロセスの少なくともある時点で充填
材と連通させることによって、マトリックス金属が溶融
したときにそれを、プロセスのある時点で自己支持性に
なる充填材の通気性素材に自発的に浸透させることがで
きる。

好ましい態様において、浸透増進剤は充填材及び／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１
つに直接に供給することができる。

浸透増進剤又は浸透増進剤前駆体のいずれを供給するか
にかかわらず、最終的に、少なくとも自発的浸透の際に
は浸透増進剤が充填材の少なくとも１部に存在しなけれ
ばならない。

本願は浸透雰囲気として働く窒素の存在において、浸透
増進剤前駆体として働くマグネシウムと、金属マトリッ
クス複合体の形成プロセスのある時点で接触させられる
アルミニウムマトリックス金属について主として説明す
る。こうして、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／浸透雰囲気
の系は自発的浸透を示す。しかしながら、その他のマト
リックス金属／浸透増進剤／浸透雰囲気の系もアミミニ
ラム／マグネシウム／窒素の系と同様に挙動する。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、及びアルミニウム／カルシウム／
窒素系でも同様な自発的浸透の挙動が見られた。従って
、本明細書ではアルミニウム／マグネシウム／窒素の系
について主として説明するが、その他のマトリックス金
属／浸透噛進剤／浸透雰囲気系も同様の挙動をすること
を理解されるべきである。

マトリックス金属がアルミニウム合金からなる場合、形
成されたキャビティに充填材（例えば、アルミナ又は炭
化珪素粒子）を充填し、この充填材に浸透増進剤前駆体
としてのマグネシウムを混合するか又はプロセスのある
時点で充填材をマグネシウムに暴露する。さらに、アル
ミニウム合金及び／又は充填材はプロセスのある時点で
、好ましくは実質的にプロセスの間中、浸透雰囲気とし
て窒素雰囲気に暴露する。選択的に、充填材を浸透増進
剤としての窒化マグネシウムと混合するか又はプロセス
のある時点でそれに暴露すると、条件が軽減される。さ
らに、プロセスのある時点で、充填材は少なくとも部分
的に自己支持性になる。

好ましい態様では、充填材はマトリックス金属が充填材
と接触する（例えば、マトリックス金属は最初溶融マト
リックス金属として充填材と接触するか、あるいはマト
リックス金属は最初固体材料として充填材と接触した後
加熱されて溶融する）より前か又は実質的に同時に自己
支持性になる。

自白浸透及び金属マトリックス複合体生成の程度や速度
はいくつかのプロセス条件、例えば、系（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）に供給されるマグネシウムの濃度、充填材の寸法
及び／又は組成、浸透雰囲気中の窒素濃度、浸透に許容
される時間、及び／又は浸透が起きる温度によって変化
する。

自発浸透は、一般に、充填材又はプレフォームが実質的
に完全に埋まるに充分な程度まで進行する。

好ましい態様において、浸透を行なった後、周囲の被覆
セラミック材料を除去して本体又は本体に近い形状の金
属マトリックス複合体を露出させる。

冗二二済 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。

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。

本明細書で使用する「バリヤー」又は「バリヤー手段」
とは、充填材の通気性素材（ｐｅｒｍｅａｂｌｅ　ｍ−
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、前記バリヤー手段により形成され
ている。適当なバリヤー手段としては、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、バリヤー材はバリヤ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
ことがすきる。

更に、適当な「バリヤー手段」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。

この種のバリヤーは、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ヤー手段によって妨げ
られる。このバリヤーは、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
。

このバリヤーは、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ヤーに穴をあ
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、−船釣に
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、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、ウィスカー、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、チョツプドファイバー、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
填材は金属でもよい。

本明細書で使用される［浸透雰囲気（Ｉｎｆｉｌｔｒａ
ｔ−ｔｎｇ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）　Ｊ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（Ｉｎｆｉｌｔｒａ
ｔ−ｉｏｎ　Ｅｎｈａｎｃｅｒ）　」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
くとも自発浸透中は、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
ｆｉｌｔｒａｔｔｏｎ　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くらか高い温
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；及び／又は（２）浸透増進
剤前駆体と浸透雰囲気との反応による、充填材又はプレ
フォームの少なくとも一部に湿潤を増進する固体状、液
状又はガス状浸透増進荊の生成；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「除去可能マンドレル（ｍ
ａｎｄｒｅｌ）　Ｊ又は「除去可能模型（ｒｅｐｌｉｃ
ａｔｅ）　Ｊとは、成形しかつ耐火シェルを形成可能な
材料で被覆したときにその形状を保持することができ、
かつ例えば溶融又は揮発又は物理的除去によって成形さ
れた耐火シェルから不要成分として除去することが可能
である材料又は物体を意味する。

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
金成分を有する市販の金属、金属が主成分である金属間
化合物又は合金も含まれる。

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。

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）、
１又はｒＭＭｃ　Ｊは、プレフォーム又は充填材を埋め
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」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、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（Ｐ−ｒｅ
ｆｏｒｎ＋）　」又は「通気性プレフォーム（ｐｅｒｍ
ｅａｂｌｅｐｒｅｆｏｒｍ）　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（ｐｏｒｏｎｓ　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
は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、−船釣には、充填材が、均−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
な物質（例えば、セラミック及び／又は金属の粒子、粉
末、繊維、ウィ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。

本明細書で使用される「シェル（ｓｈｅｌｌ）　Ｊ又は
「インベストメントシェル（ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　５
ｈｅｌｌ）　Ｊとは、マンドレルを除去したときに耐火
物体が除去可能マンドレルの元の形状に実質的に対応す
る形状を有するキャビティを有するように、自己支持性
になる（例えば加熱によって）ことができる材料で除去
可能なマンドレルを被覆して形成した耐火物体を意味す
る。

本明細書で使用される「自発浸透（Ｓｐｏｎ　ｔａｎｅ
ｏｕｓＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）　Ｊ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（本頁以下余白） 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
。

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
いである。

本発明は特定の形状に成形された充填材に溶融マトリッ
クス金属を自発的に浸透させることによる金属マトリッ
クス複合体の形成に係る。特に、浸透増進側及び／又は
浸透増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気をプロセスの少
なくともある時点で充填材と連通させると、マトリック
ス金属が溶融したときに、充填材の通気性素材に自発的
に浸透してプロセスのある時点でそれが自己支持性にな
る。本発明によると、最初に低融点又は連発性又は除去
可能なマンドレルを形成する。次いで硬化してその中に
除去可能マンドレルと相補の形状を有するキャビティを
含むシェルを形成する材料でマンドレルを被覆する。そ
れからマンドレルをシェルから除去する。シェルを形成
した後、任意に、その内側のキャビティ部分をマトリッ
クス金属の浸透に対するバリヤとして働く適当なキャビ
ティ材で覆うことができる。その後、形成されたキャビ
ティ内に少なくとも部分的に充填材を入れ、溶融マトリ
ックス金属をその充填材中に自発的に浸透させて金属マ
トリックス複合体を形成する。得られる金属マトリック
ス複合体の形状は除去したマンドレルの形状に実質的に
対応する。

本発明に従って用いるインベストメントシェルの製造は
、最初に、第１ａ図に示す如き所望の金属マトリックス
複合体の１個又はそれ以上の模型（１）を作製する。模
型（１）は石膏を覆うワックス、全部ワックス、あるい
は後に形成するインベストメントシェルから溶融や揮発
などで除去し得るその他の適当な材料で作ることができ
る。模型の形状が許容するか又はシェルがツーピース若
しくは多ピースシェルとして形成されている場合には、
模型は機械的に除去して棄てるか再使用することができ
る。さらに、１個又は２個以上の模型（１）を第１ｂ図
の如く、トランク（２）に取付けて木（３）を形成する
ことができる。トランク（２）もワックスで被覆した石
膏、全ワックス、その他適当な除去可能材料で作製でき
る。トランク（２）にカップ部（４）も取付けることが
好ましい。以下の説明から理解されるように、カップ部
（４）はアルミナ、ステンレス鋼、などの適当な非除去
可能材料で作製する。

木（３）を次に例えばセラミンクスリップ又はスラリー
に繰り返しかつ重ねて浸漬し、セラミックス粉を振りか
けて第２図に示すように木（３）の周りに耐火インベス
トメントシェル（５）を形成する。形成するインベスト
メントシェル（５）の厚みと組成は重要ではないが、次
のキャスト処理に耐えるに充分な程度に強固であるべき
である。

シェル（５）はシェルの寸法や形状及び用いるコーテイ
ング材に応じて塗装、吹付け、その他の慣用法により形
成できる。シェル（５）を形成後、例えばワックスを溶
融して木（３）を除去すると、シェル（５）内に除去可
能マンドレルの形状に忠実に対応１する形状のキャビテ
ィが残る。

以下に詳しく説明するように、インベストメントシェル
（５）は溶融マトリックス金属が不浸透性であることが
好ましい。シェルが浸透雰囲気が浸透可能であることが
特に有利であるが、本発明の実施に必須ではない。シェ
ルを形成するのに適当な耐火材料は、アルミナ、シリカ
、炭化珪素であることが見い出されたが、その他の耐火
材料も使用できる。インベストメントシェルは強固であ
るべきであるほか、所望時にその中に形成すべき金属マ
トリックス複合体に過剰の応力を付加することなく容易
に除去可能であるべきである。例えば、硼珪酸アルミニ
ウムのようなガラス様材料は、マトリックス金属が不浸
透性なのでを利であるが、例えば熱膨張係数の不一致の
ために複合体の形成中に複合体に応力が加わる。さらに
、ガラス様シェルは複合体から除去するのが比較的離し
い。

次いで、キャビティ（６）に適当な充填材（浸透増進剤
及び／又は浸透増進剤前駆体を含有してもよい）を充填
し、浸透雰囲気の存在下で加熱する。充填材を模型（１
）に対応するキャビティの部分だけに充填することが好
ましく、この場合にはキャビティのトランク（２）に対
応する部分は充填されないで残る。

次に、第３ａ図に示すように、例えば、シェル（５）に
カップ部（４）を介してマトリックス金属（８）を注い
で、溶融マトリックス金属を充填材（７）と適当に接触
させる。筒便には、インベストメントシェル（５）を任
意に埋込材（１１）を含む耐火容器（９）中に置き、連
続的に浸透雰囲気でパージする。後にさらに説明する適
当な条件下で、第３ｂ図に示されるようにマトリックス
金属（８）が浸透先端部（１０）が前進しながら充填材
（７）に自発的に浸透する。充填材がプロセス中剛性を
保つプレフォームに成形されていることができるが、イ
ンベストメントシェル（５）が充分に強固で最終金属マ
トリックス複合体に所望の形状を保持し、充填材がその
所望形状を喪失しない場合には上記の如きプレフォーム
の成形は不要である。さらに、溶融マトリックス金属を
シェル中に注入するのではなく、固体マトリックス金属
を充填材に接触させた後液化してもよい。さらに、浸透
先端部が前進するとともに、マトリックス金属を溜を用
いて又は追加のマトリックス金属を導入して変更して、
得られる金属マトリックス複合体の異なる部分の特性を
完全に変更することができる。

自発浸透の完了後、シェル（５）を冷却し、物理的に除
去するか又はシェルと反応するが複合体と反応しない化
学的手段で除去する。模型（１）に対応する金属マトリ
ックス複合体を次にマトリックス金属の残留カーカスか
ら除去することができる。少なくともある１種のマトリ
ックス金属では複合体中の微細なミクロ組織を維持する
ために２、冷することか望ましいことが見い出された。

このような冷却は、例えば、シェルをまだ熱いうちに取
り出して室温の砂中に埋めることによって行なうことが
できる。

インベストメントシェル鋳造法は賦形金属マトリックス
複合体を製造する経済的な方法であることが理解される
であろう。いくつかの複合体を同時に製作でき、インベ
ストメントシェル自体は安価な材料から迅速に製作でき
る。このようにして製作された複合体は良好な純粋形状
賦形性を示す（すなわち、最終仕上げは最小で足りる）
。

インベストメントシェルに用いるある材料では、マトリ
ックス金属が充填材を越えてシェル自体の中まで浸透を
継続することができることが見い出された。例えば、ア
ルミナ又はシリカスラリー及び炭化珪素から作られた多
孔性インベストメントシェルには、充填材及び／又はマ
トリックス金属がマグネシウムを含む場合、マトリック
ス金属が浸透することができる。このような過剰な浸透
を防止するために、シェルのキャビティの表面の少なく
とも一部にバリヤ手段を形成することができる。少なく
ともマトリックス金属が浸透可能でないバリヤは、マト
リックス金属が充填材を通り越して自発浸透することを
防止するので、最小の形状仕上げが必要とされるにすぎ
ない複合体の製造が可能にされる。適当なバリヤは後述
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（２）充填材若しくはプレフ
ォーム中に；及び／又は（３）浸透雰囲気から；及び／
又は（４）インベストメントシェルから；及び／又は（
５）外部源から自発系に提供される。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、充填材若
しくはプレフォーム及び／又はマトリックス金属及び／
又は浸透雰囲気及び／又はインベストメントシェルに直
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、充填材若しくはプ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若し
くはプレフォームの少なくとも一部分に形成することが
できるように、プレフォームと溶融マトリックス金属と
の接触前に若しくは実質的に連続して、浸透増進剤前駆
体を、少なくとも部分的に、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、プレフォーム若しく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／漫透増進剤前駆体／漫透雰囲気系の
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。具体的には、アルミニウムマトリックス金属
を、プロセス条件下で、アルミニウムを溶解させたとき
にアルミニウムマトリックス金属と反応しない適当な耐
火容器内に入れることができる。マグネシウムを含むか
、マグネシウムに暴露され、かつ少なくともプロセスの
ある時点で窒素雰囲気に暴露される充填を、次に、溶融
アルミニウムマトリックス金属と接触させる。

すると、マトリックス金属が充填材又はプレフォームに
自発的に浸透する。

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、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（とも一つに直接供給してもよ
い。基本的には、少なくとも自発浸透中には、浸透増進
剤は、充填材又はプ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。

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
で充填材又はプレフォームに浸透若しくは通過し及び／
又は溶融マトリ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、通気性充填材又はプレ
フォームに溶融マトリックス金属を浸透させて、窒素透
通せる充填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べきである。

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、アルミニウム合金及び／又はプレフォーム若しく
は充填材及び／又はインベストメントシェル中のマグネ
シウム含量、アルミニウム合金、プレフォーム若しくは
充填材又はインベストメントシェル中の窒化マグネシウ
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）、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量せしめて、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、充填材又はプレフォームとマトリ
ックス金属とインベストメントシェルの単独又はこれら
の２以上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）　ＩＪフッ
クス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
くとも約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太き（して浸透時間
を短くすることが好ましいことが見い出された。充填材
の溶融マトリックス金属との接触以前の充填材への透過
、インベストメントシェル及び充填材に対するマトリッ
クス金属バリヤ手段のいずれかを介した拡散、溶融マト
リックス金属を介した溶解又はバブル、など適当な手法
により、浸透増進剤前駆体を含む充填材に浸透雰囲気を
供給するべきである。さらに、バリヤ手段及びインベス
トメントシェルに通路やオリフィスを設けて系に浸透雰
囲気を導入してもよい。さらに、１又は２以上の材料の
分解又は結合により浸透雰囲気を生成してもよい。

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
全く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
より短い時間を用いる場合には、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（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０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メツシユ
の３９クリストロン（Ｃｒｙ−ｓｔｏｌｏｎ）　　（ツ
ートン社（Ｎｏｒｔｏｎ　Ｃｏ、）製純度９９％炭化珪
素〕のベツ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量（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。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。

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）
。

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、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。

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重量％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。−般的
に、自発的でかつ進行する浸透は、少なくとも約６７５
°Ｃ１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°Ｃ１好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。

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阻止する
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。

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）酸化物、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ポライド；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。適当なセラミック被膜として
は、酸化物、炭化物、硼化物及び窒化物が挙げられる。

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、ウィ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
Ｂ）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、セラミック体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・ニ
ス・二ニーカーク（Ｍａｒｋ　Ｓ、　ＮｅＷｋｉｒｋ）
等による１９８７年１２月１５日発行の米国特許寺善第
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、「コンポジット　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　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ａ
ｒｔｉｃｌｅｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆニス・
ニューカーク（Ｍａｒｋ　Ｓ、　Ｎｅｗｋｉｒｋ）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、ウィスカー状、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
っては制限されない、浸透されるべき充填材（プレフォ
ームに賦形した）ノ素材は、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窒素含有ガス
からなる浸透雰囲気透過性）。

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圧力の使用に依存し
ない本発明による金属マトリックス複合体を形成する方
法は、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。

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
ミニウム相を含量する複合体生成物は、生成物に対して
好ましいか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。延性がもっと小さく且つ剛さ
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−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−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０例えば、アルミニウム合金をマト
リックス金属の第−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、溜金属はマトリックス金属の第−源と混合する
。従って、マトリックスの第−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
トリッ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ヤ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ヤー手段は、
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。

適当なバリヤー手段としては、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
使用する浸透雰囲気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。

適当なバリヤー手段としては、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。この種のバリヤーは、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。バリヤーは、金属マトリック
ス複合体製品に求められる最終形状を有する物体の形成
を促進する。上記したように、このバリヤーは、通気性
若しくは多孔性で浸透雰囲気のガスを溶融マトリックス
合金に接触させることができるものが好ましい。選択的
に、浸透雰囲気の流れを促進するためにバリヤ手段にオ
リフィスなどを形成することができる。

アルミニウムマトリックスに特に有効なバリヤーの適当
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
カーバイト社の登録商標）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、
耐熱性へ化学的に不活性、可撓性、適合性（ｃｏｙｎｐ
ａ　ｔ　ｉ　ｂ　ｌｅ）、逆型性（ｃｏｎｆｏｒｍａｂ
ｌｅ）　、弾性（ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ）である。しかし
ながら、黒鉛バリヤー手段は、充填材又はプレフォーム
の周囲及び境界に、スラリー、ペースト又は塗膜として
でも用いることができ、この形態でインベストメントシ
ェルのキャビティに容易に適用できる。グラフオイルは
、可撓性黒鉛シートの形態であるので間車な複合体形状
ゆえに好ましく、平坦面に容易に適用される。

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ヤーとして、このバリヤー材
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（Ｔｉｌｂ）　）で
ある。この種のバリヤーの場合、プロセス温度は約８７
５°Ｃを超えてはならず、この温度を超えると、バリヤ
ー材の有効性が低下し、実際に、温度を上げるとバリヤ
ーへの浸透が生じる。遷移金属硼化物は、−船釣には粒
状（１〜３０ミクロン）である、金属硼化物生成は、ス
ラリー又はペーストの形態で、インベストメントシェル
のキャビティに適用してセラミック充填材の通気性素材
の境界を形成してもよい。

さらに、マグネシウムを含む自発系に適当なバリヤは酸
化マグネシウムであり、これはシェルのキャビティの表
面上に窒素の存在においてキャビティに充填したマグネ
シウム含有混合物を加熱した後例えば空気の存在におい
てその混合物を除去して形成することができる。シェル
のキャビティの表面に形成された窒化マグネシウムはそ
れによって酸化マグネシウムに変換され、キャビティ表
面に接着する０本発明で用いる処理温度でマグネシウム
は揮発性であるので、マグネシウム蒸気は多孔性インベ
ストメントシェルに浸透し、マトリックス金属のシェル
中への自発浸透を引き起こすことができる。明らかに、
マグネシウムが存在すると、シェルのキャビティ表面に
供給されるマグネシウム浸透増進剤前駆体及び／又は窒
化マグネシウム浸透増進剤を局所的に枯渇させるので、
その枯渇領域へのマトリックス金属の自発浸透に悪影響
がある。

さらに、シェルキャビティの表面に存在する酸化マグネ
シウム又は以下に記載するその他の適当な欠乏材料のよ
うな欠乏材料（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ　ｍａｔｅｒｉ−ａ
ｌ）は、例えば、その表面にある欠乏材料の量、及びマ
トリックス金属の固化前に欠乏すべき浸透増進剤及び／
又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気の量によっ
て限定される期間だけ一時的にマトリックス金属による
シェルへの浸透が先行するかもしれない。

浸透増進剤及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透
雰囲気の浸透を許容しないか、又は浸透するとしてもマ
トリックス金属が自発的に浸透しないインベストメント
シェルは、シェルキャビティの表面にバリヤ手段を設け
る必要がないであろう。実際、揮発性マグネシウムを含
む自発系でかつ多孔性インベストメントシェルに用いた
場合に充填材の完全な自発浸透に必要である以上のマグ
ネシウムを含むような系だけで、ソノヨウナバリャは有
益であるように見られる。こうして、不透過性ガラス様
インベストメントシェルをマグネシウム含有自発系につ
いて有利に用いることができるが、このようなシェルの
その他の特性は別のところで記載した。プロセス温度で
低揮発性の成分を含む自発系もそのようなバリヤを必要
としないことも理解されるであろう。

窒素中のアルミニウム金属マトリックス合金用のその他
の有用なバリヤには充填材又はプレフォームの外側表面
上に膜又は層として適用した低揮発性有機化合物がある
。窒素中で、特に本発明の処理条件下で焼成すると、上
記有機化合物は分解して炭素のすす（ｓｏｏｔ）膜が残
る。有機化合物は塗装、吹付、浸漬等の慣用手段で適用
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、バリヤーとして
機能することができる。

したがって、バリヤー手段は、規定された表面境界をバ
リヤ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。このようなバリヤー手段の層は、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ヤー手段に塗布することによ
り、又は揮発性バリヤー手段のスパッタリングにより、
又は固形粒子バリヤー手段の層を単に付着させることに
より、又はバリヤ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。所定の位置にバリヤ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
リヤー手段に接触すると、自発浸透が実質的に終了する
。

（本頁以下余白） 〔実施例〕 以下、実施例により種々の態様を説明する。しかしなが
ら、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本発明の範囲を限定するものではな
い。

ｘ隻±１ 石膏にワックスを被覆して形成した直径７．６１、厚さ
６．４　Ｃ１ｌのギアの模型からなる取出可能マンドレ
ルを作製した０石膏ワックスはボンデックス社（Ｂｏｎ
ｄｅｘ　（ｏ、））製で、ワックス被覆物はキヤステン
グ・サプライ・カンバー−−（Ｃａｓｔｉｒ＋ｇ　５ｕ
ｐｐｌｙ　Ｃ−０１１ｐａｎｙ＋　＝ニーヨーク、ＮＹ
）から入手可能なＣＳＨＭａｘ−Ｅ−Ｗａｘであった。

この取出可能なマンドレルを、レメット社（Ｒｅｍ−ｅ
ｔ　Ｃｏ、）製コロイド状２０％アルミナ及びツートン
社製で３７クリストロン（３７Ｃｒｙｓｔｏｌｏｔ＋）
の商品名で販売されている１０００グリツド炭化珪素粉
末を実質的に等重量の割合で含有しているスリップ又は
スラリーに浸漬した。その他の微細炭化珪素粒も使用で
きる。次に、スリップを塗布した取り出し可能なマンド
レルに、乾燥９０グリツド炭化珪素粉末（３７クリスト
ロン）を振りかけ、スラリー塗膜に付着させた。デイツ
プ・ダスト工程を連続して３回繰り返し、その後、振り
かける粉末を、２４グリツド炭化珪素（３７クリストロ
ン）に変更した。次に、デイツプ・ダスト工程を更に３
回繰り返した。

形成中のインベストメント・シェルを、各デイツプ・ダ
スト工程後に、約６５°Ｃで約１７２時間乾燥した。

最後のデイツプ・ダスト工程後、インベストメント・シ
ェルを、空気炉中において、約９００°Ｃの温度で約１
時間焼成した。この焼成により取出可能マンドレル上の
被覆ワックスが揮発し、石膏強度が低下した。室温まで
冷却後、石膏は容易に液状化し、インベストメントシェ
ルから容易に洗い出された。次いでシェルを約７５°Ｃ
で約１２時間完全に空気乾燥した。

最初にインベストメントシェルのキャビティに１０００
グリツドの炭化珪素粉（ツートン社製３９クリストロン
）と５０メツシエマグネシウム粉（ジョンソン・マッセ
イ社より入手可能、エーサー（Ａｅｓａｒ））約１０重
量％の混合物を充填してシェルのキャビティ表面にバリ
ヤを形成する。次いで、こうして充填されたインベスト
メントシェルを薄銅箔（アトランチツク・エンジニアリ
ング社製）で覆った３１６ステンレス鋼製缶内に入れた
。銅箔を通してステンレス鋼製管を導入し、缶の内側を
実質的に純粋な窒素ガスで約０．２５１／分の流速でパ
ージした。

連続的にパージしている缶を予熱した電気抵抗加熱炉中
で約６００°Ｃから７５０°Ｃまで約１時間で加熱し、
約７５０°Ｃに約１時間保持した。それから缶とその中
味を炉から取り出し、まだ熱い間にキャビティを水でフ
ラッシュして清浄した。これによってキャビティ表面に
黒色被覆が形成された。充填材を除去するとき、被覆の
ごく一部がインベストメントシェルから剥落した。

完全に乾燥後、インベストメントシェルのバリヤ被覆せ
るキャビティに、アルミナ粉（アルカン・ケミカル・プ
ロダクト社製Ｃ７５−ＲＧ）と約５重量％の３２５メツ
シユのマグネシウム粉（ジョンソン・マツシー社製、Ａ
ｅｓａｒ）の合計約３３７ｇの混合物からなる充填材を
充填した。手で充填して充填材の体積を約半分にした。

これにより、充填材の体積分率を高めるとともにより均
一な組織の複合体を製作できる効果がある。

次いで、充填材を充填したインベストメントシェルを３
１６ステンレス鋼製缶中に入れ、その缶中に充填材と接
触させて標準５２０アルミニウム合金のアルミニウム合
金インゴット７２２ｇを入れた。

缶を薄銅箔で覆い、缶の内側を約２２／分の流速の純粋
な窒素で連続的にパージした。

缶を電気抵抗加熱炉で室温から約８００　”Ｃまで約２
時間で加熱し、約８００″Ｃに約０．５時間保持すると
、その終わり頃にアルミニウム合金が液化し、充填材中
に自発浸透した。次に炉温度を約２時間かけてほぼ室温
まで下げて金属マトリックス複合体ギアを固化し、そし
て炉からインベストメントシェルを取出した。シェルは
室温で砂床に支持され、ハンマーで打って金属マトリッ
クス複合体ギアを取出した（ｔａｐ　ｏｆｆ）。

得られた金属マトリックス複合体ギアは第４図に示され
るように良好な形状仕上りを示し、バリヤ被覆が剥落し
たキャビティの表面領域近傍を除いて最小限の表面仕上
げが必要なだけであった。

この領域を介してアルミニウムマトリックス金属がイン
ベストメントシェルにいくらか浸透した。

実施ｎ 熱可塑性発泡体製カップからなる取出可能マンドレルの
周りに実施例１と同じデツプ・ダスト手順でインベスト
メントシェルを作製した。シェルを約８５０　’Ｃで約
１時間焼成してインベストメントシェルからカップマン
ドレルを取出した後、シェルのキャビティに過塩素酸マ
グネシウムの飽和水溶液（モートンサイオコール社製）
で満たした。

約２分間溶液をシェルキャビティに浸透させた後、シェ
ルキャビティから溶液を除去した。インベストメントシ
ェルを炉中約１００°Ｃの温度で空気乾燥した。次いで
温度を約７５０℃へ約２時間かけて上昇させ、シェルを
約７５０°Ｃの温度で約１時間焼成し、それから約２時
間かけて温度を下げた。

それから、インベストメントシェルのキャビティに実施
例１のように約半分まで充填材を詰め、実施例１と同じ
手順で処理した。

金属マトリックス複合体カップを取出して調べると、良
好な形状仕上りを示し、必要な表面仕上げは最小限であ
った。アルミニウムマトリックス金属によるインベスト
メントシェルの異常浸透は起こらなかった。

１箇桝１ 熱可塑性発泡体カップからなる取出可能マンドレルを用
いてインベストメントシェルを形成した。

最初に、マンドレルを等量の純炭酸カルシウム（スタン
ダード・セラミック・サプライ社製）とコロイド状２０
重量％シリカ（ナイアコール社製）からなるスリップ又
はスラリーに浸漬した。次いで、スラリーを被覆したマ
ンドレルに実施例１のように炭化珪素粉を振りかけた後
、実施例１のようにデツプ・ダスト手順を繰り返した。

実施例１の手順をさらにシェルの形成まで行なったが、
加熱による特別のバリヤの形成は行なわず、また炭化珪
素／マグネシウム混合物の除去を行なった。

一般に、シリカはシェルを高強度かつ高剛性にするので
インベストメントシェルを形成するのに好ましい。アル
ミナは実施例工のようにキャビティ表面のバリヤ形成を
行なうシェルに好ましい。

それからシェルに実施例２の混合物からなる充填材を満
たし、実施例２の手順を繰り返した。その結果、金属マ
トリックス複合体は等しく良好な本来的形状成形性を示
した。

実施五土 実施例３のようにインベストメントシェルを形成したが
、焼成前にシェルのキャビティ表面に高温アルミニウム
塗料（シェルウィン−ウィリアム社製器−Ｅｎａｗｅｌ
　ＡＩｕｍｉｎｕ＋ｍ　Ｃｏ１ｏｒ　５ｐｒａｙ　Ｐａ
１ｎｔ）を吹付けた。この塗料はシリケートビーヒクル
に懸濁したＮα２アルミニウムペーストであった。それ
から、塗布したインベストメントシェルを約２時間焼成
したが、その他は実施例３の焼成と同様にした。その後
の手順も実施例と同じであった。

得られた金属マトリックス複合体の本来的形状成形性、
すなわち、取出可能マンドレルの形状に対する忠実性と
表面仕上げの不必要性は実施例１〜３により得られた複
合体よりもより良好であった。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図はインベストメントシェルを形成するための複
数個の除去可能模型の模式図、第１ｂ図はインベストメ
ントシェルを形成する除去可能ツリーの模式図、第２図
はインベストメントシェルの模式図、第３ａ図はマトリ
ックス金属と接触された充填材を含むインベストメント
シェルを示す模式図、第３ｂ図はインベストメントシェ
ルの充填材に自発浸透している様子を示す模式図、第４
図は実施例１で形成された金属マトリックス複合体の形
状と組織を示す写真である。 １・・・模型、　　　　　２・・・幹 ３００．ツリー　　　　　４・・・カップ、５・・・シ
ェル、　　　　　６・・・キャビティ７・・・充填材、
　　　　　８・・・マトリックス金属、９・・・耐火容
器。 Ｆｉｇ、　ｌｂ Ｆｉｇ、２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、キャビティを有するインベストメントシェルを形成
   し、該キャビティ内に実質的に非反応性充填材を入れ、
   そして該充填材の少なくとも一部に溶解マトリックス金
   属を浸透させることを特徴とする金属マトリックス複合
   体の形成方法。