JPH02247068A - 可変充填材装填率を有する金属マトリックス複合体の形成方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、金属マトリックス複合体を形成する新規な方
法およびこの方法により形成された新規な生成物に関す
る。特に、充填材又はプレフォムの通気性素材はその内
部に少なくとも一部マトリックス金属粉末を含む。詳細
には、前記方法の少なくともある時点で、浸透増進剤及
び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気が充填
材又はプレフォームと連通ずることにより、充填材又は
プレフォームに溶融マトリックス金属が自発的に浸透す
る。プレフォーム又は充填材におりる粉末化マトリック
ス金属の存在はマトリックス金属に対する充填材の相対
体積部分を低下さ一部る。

〔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、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め
がある。−・般的に、金属マトリックス蝮合体では、単
−材料のマトリックス金属が１、＋１つ強度、剛１１、
面１接触摩耗性、高温強度等の性質は向１−ずろが、特
定の性質が向」ニする程度は、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隙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一部は、
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６ノｉ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栽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、
チョンプトファイハー等の形態の強化剤、七を混合し、
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７１−
ワ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、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、圧縮粉の義姉及び結
晶粒成長のためにミクロ構造が不均一となる。

１９７Ｇイ「７月２０口に許可された、ジェイ・シキャ
ネル（Ｊ、Ｃ，Ｃａｎｎｅｌｌ）等による米国特許第３
．９７０．１３６　刊には、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
スカーを含有せめした金属マトリックス復合体を形成す
る方法が記載されている。この複合体は、共面繊維の平
行マツ１〜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７１−ワックス金属、例えば、ア
ルミニラＪ、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、熔
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。

繊維マツ１−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、７トリ
ノクスの！、［成や、多孔率１り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、複雑なマソト／溜配置及び流顛を設りて、繊維マ
ノ１−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
なマツ１に強化材を浸透さ一已るご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］
−、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７１
ヘリツ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、アルミニラＪ、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ポットプレ
スする。

別の手法では、アルミニウムをリチウｌ、と合金し、ア
ルミナをシリカで被覆してもよい。しかじな力ら、これ
らの複合体は、性質にバラツキかめられたり、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７１リソクスの性質に影響を及ばずこと
がある。

アール・ダブリュ・グリムンヤー（Ｒ，Ｗ、　Ｇｒｉｍ
！；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りる困難はある程度克服さ
れろ。この特許では、７５〜３７５　Ｊ／ｃｍ２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
の繊維又はウィスカーマツ１〜に押し入れることが記載
されている。ごの際、得られた−・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（Ｃ；）ｎｎｅｌ）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て充填
することにより、電解槽部材として特に有効であるアル
ミニラｌ、・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
ニウム若しくはニオブの二側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ｂ３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、熔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ラｌ、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、１
４００〜１８００°Ｃ）ずろごとが必要である。

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、コ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、ハナジウｌ
１、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、　Ｌａｎｄｉｎｇｈａ＋ｎ）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、アルミナ及びへりリア）に、１
０−６１−−ル未溝の真空下で、溶融アルミニウム、ヘ
リリウム、マグネシウム１、チタン、バナジウム、ニッ
ケル又はり四Ｊ、を浸透することが報告されている。１
０−２〜１０−’　Ｉ・−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１０−６ト一ル未満まで減少させると、湿潤が向上し
たと記・Ｉ＆されている。

１９７５年２月４日に許可されたジー・イー・ガザＣＧ
、Ｕ、　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、□粉末の常温圧縮成形体
を常温圧縮アルミニウＪ１扮末のヘット−］−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ＡＩＢ＋２粉末成形体の上部に配置する。アルミニウ
ム粉末の層間に「挟んだＪ　ＡＩＢ、□成形体を装填し
たルツボを真空炉に入れる。この炉を、約１０５１・−
ルまで排気してガス抜きをする。続いて、温度を１１０
０°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Ａｌ１１＋ｚ成形体に浸透させ
る。

１９６８年１月２３日に許可されたシコン・エヌ・レッ
ティング（Ｊｏｈｎ　Ｎ、　Ｉｌｅｄｉｎｇ）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。即ら、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
すご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ヒティが、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。ご
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、レソディング等には、キャヒティ内のガスと溶
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」二げ機械加工して、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」
二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、非常にコストがががると
ともに時間がかかる場合がある。更に、複１“１ｆ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−１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−・体高でなければならない（即ち、
粒状物質は、ン容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ブレフォー１、の少なくとも−・部
分と置換してしまって不均一なミクロ構造を生しること
のないように注意しなげればならない。

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、内部で生しさ−Ｕるがとは無関係に）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ノクスを生成する、
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
転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
操作を最少比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、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　コンボジッッ（Ｍａｔａｌ　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：ボワイｌ−（ＷＩ＋　ｉ　
ｔ＋り等〕及び昭和６３年５月１５１１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Ｉｌ！￥材の通気性累月（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
シラ１１、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°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。所望回の充填材に溶融アルミニウム合金を浸透
させたら、温度を低下さゼで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、送り出される熔融金属
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。

ボワイ１−等により製造されるアルミニウムマＩ−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［・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。

アルミニラｌ、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ずくなる。ホワイト等の発明では
、浸透速度と窒化物４Ｌ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、［メソンド　オブ　メーキング　メタ
ル　マトリックス　コンボジントウイズ　ザ　ユース　
オブ　ア　バリヤー（Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｍａｋｉｎ
ｇ　Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　
ｗｉｔｈ　ｔｂｅ　Ｕｓｅ　ｏｆ　ａＢａｒｒｉｅｒ）
　Ｊと題する１９８８年１月７日出願の本出願人による
同時係属米国特許出願節１４１　、６４２号〔発明者：
ミカエル・ケー・アグハジアニアン（Ｍｉｃｈａｃｌ　
Ｋ、八ｇｈａＪｉＩｎ！ａｎ）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。アゲ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、粒状二側化チタン又は商品名がグラ
フメイル（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編又は網
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。

米国特許出願筒０４９．１７１号及び特願昭６３−１１
８０３２可に記載の方法は、「メクル　マ１−リソクス
コンボシノツ　アント　テクニクス　フォー　メキング
　ザ　セイム（Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏ
ｓｉｔｅｓａｎｄ　Ｔｅｃｌ＋ｎ１ｑｕｅｓ　ｆｏｒ　
Ｍａｋｉｎｇ　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
６８．２１Ｅ号〔発明者；ミカエル・ケー・アグハジア
ニアン（Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｋ、八ｇｈａｊａｎｊａｎ）
及びマーク・ニス・−ニーカーク（Ｍａｒｋ　Ｓ、　Ｎ
ｅｗｋｉｒｋ）　　’１及び平成元年３月１５０に出願
されたｉＭ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、７１へり
・７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７１−リノクス金
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
７１リソクス金属合金源は、充填材の素材への浸透中に
消費され、自発浸透の絹：続とともに、必要に応じて、
好ましくは連続的ｔζ手段により、熔融マトリックス金
属の溜から補充−づることができろ。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
低下さセ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７１〜リツクスを形成する。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
の一実施熊様にすぎず、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−ｌる必要はないが
、実施態様の中には、本発明と組み合ね−Ｕで使用する
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１−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
くとも、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−［−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εて金属マ
トリックス複合体（例えばマクロ複合体）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７トワツクス
に関する１、′Ｉ許出願の全ての開示事項は、特に本発
明に利用できる。

［課題を解決するだめの手段〕 可変および調節可能な体積の充填材を有する金属７１−
リノクス複合体は、少なくとも一部粉末化した充填材を
充填材もしくはプレフォームと混合し、その後この充填
材もしくはプレフォームに溶融マトリックス金属を自発
浸透させるごとにより製造される。具体的には浸透増進
剤及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気が
このプロセスの少なくともある時点で充填子Ａ又はプレ
フォームと連通状態にあり、溶融７トワツクス金属を充
填材又はプレフォームへ自発浸透可能にする。

プレフォーム又は充填材・＼加えた粉末７１リノクス充
填月ば、充填材の間のスペーザ物質として作用すること
により７１〜リソクス金属に対し充填材の体積画分を低
下させるよう働く。特に、その低強度のため取扱いが困
難になる前に不可能でなげれば充填材又はプレツメ−ｌ
、は多孔度を限られた量のみ含む。しかし、粉末７１〜
リソクス金属充填剤を充填材又はプレフォームと混合し
た場合、を効な多孔度が得られる（すなわち、高多孔度
の充填材又はプレフォームを供給するよりむしろ粉末７
１−ワックス金属充填剤を充填材はプレフォムに加えて
よい）。この点で、粉末マトリックス金属充填剤が充填
材もしくはプレフォームに自発浸透する溶融７１−ワッ
クス金属と所望の合金又は混合金属を形成する限り、及
び自発浸透の際に有害作用がみられない限り、得られる
金属マトリックス複合体はとても多孔質の充填材又はプ
レフォームにより製造された外観を有している。

充填材又はプレフォームと組み合せた粉末７１〜リツク
ス金属充填剤は充填材又はプレフォームに自発浸透する
マトリックス金属と全く同じ、実質的に同じ又はいくら
か異なる化学組成を有してよい。しかし、粉末７１〜リ
ツクス金属充填剤が充填材又はプレフォームに浸透する
マトリックス金属と組成が異なる場合、所望の混合金属
及び／又は合金をマトリックス金属及び粉末マトリック
ス金属充填剤の組み合せより形成し、金属マド’Ｊ　ｙ
クス複合体の特性を高めるべきである。

本発明の好ましい実施態様において浸透増進剤前駆体を
マトリックス金属及び／又は粉末マトリックス金属充填
剤及び／又は充填材又はプレフォーム及び／又は浸透雰
囲気の少なくとも一つに供給してよい。その後浸透増進
剤前駆体は自発システムにおいて他種と反応し浸透増進
剤を形成する。

本出願は主にアルミニウムマ１〜リックス金属について
説明するが、これらは金属７１〜ワックス複合体の形成
中のある時点において浸透雰囲気として機能する窒素の
存在下浸透増進前駆体として機能するマグネシウムと接
触させられることに注目すべきである。こ・うしてアル
ミニウム／マグネシウム／窒素の７１−リソクス金属／
浸透増進前駆体／浸透雰囲気系は自発浸透を示す。しか
し、他の−７１−ＩＪワックス属／浸透増進前駆体／浸
透雰囲気系もこのアルミニラｌ、／マグネシウム／窒素
系と同様Ｇ；二全挙動る。例えば、同様の自発浸透の挙
動はアルミニウム／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／
窒素系においてみられた。従って、アルミニウム／マグ
ネシウム／窒素系を主に説明するが、他のマトリックス
金属／浸透増進前駆体／浸透雰囲気系も同様に挙動する
と理解すべきである。

さらに、浸透増進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／又は粉末マトリックス金属充填剤、及び
／又は浸透雰囲気の少なく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に位置しなげ
ればならない。

マトリックス金属がアルミニウム合金を含んでなる場合
、アルミニウム合金はプレフォーム又は充填材（例えば
、アルミナ又はシリコンカーバイド）と接触され、充填
材は混合され、又はこのプロセスのある時点でマグネシ
ウムに暴露される。

さらに、好ましい実施態様では、アルミニウム合金及び
／又はプレフォームもしくは充填材はこのプロセスの少
なくともどこかで窒素雰囲気ケ連通ずる。プレフォーム
にマトリックス金属が自発的に浸透し、自発的浸透及び
金属７１−ワックスの形成の程度又は速度は、例えば系
に供給されるマグネシウムの濃度（例えばアルミニウ１
１合金中及び／又は粉末７１−ワックス金属充填剤合金
及び／又は充填材又はプレフォーム中及び／又は浸透雰
囲気中）、プレフォーム又は充填相中の粒子のサイズ及
び／又は組成、増進雰囲気中の窒素の濃度、浸透用の時
間、及び／又はプレフォームもしくは充填材中の粉末マ
トリックス金属充填剤のザイス及び／又は組成及び／又
は量。自発的浸透は典型的には実質的に完全にプレフォ
ーム又は充填材を埋め込むに十分な程度までおこる。

足−粒 来町ｌ１１１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、仕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、マンゴン、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。使用されろガ
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（ｐｃｒｍｅａｂｅｌ　ｍａ
ｓｓ）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４Ｊどに
は揮発しない）材料、化合物、要素、Ｓ、１１成物當を
挙げろことができる。

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
終的な機械力１１丁又は研磨を減らし、得られる金属マ
Ｉ〜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Ｇ：（、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７１−
リノ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−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、チョソプトファイバー、粒体、うイスカ
ーバブル、球体、繊維マット等の形態のアルミナ又はシ
リコンカーバイト等のセラミック充＠祠並びに炭素が、
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’７り被覆充填材でもよい。又、
充凪祠は金属でもよい。

本明細書で使用される「浸透雰囲気（Ｉｎｆｉｌｔｒａ
Ｌｉｎｇ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）　ｊとは、７１リツ
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化しさせ又４才促進
させる存在雰囲気を意味する。

不明１１ｔｌ書で使用される「浸透増進剤（Ｉｎｆｉｌ
ｔｒａｔｉｏｎ　ＩＥｎｈａｎｃｅｒ）　Ｊとは、７１
〜リツ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１１１１駆休と充填材上しくはプレフォームとの反
応生成物を４１：成するご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げればならない。

本明細書において使用される「浸透増進剤前駆体（Ｉｎ
ｆｉｌＬｒａｔｉｏｎ　１．ｎｈａｎｃｅｒ　Ｐｒｃｃ
ｕｒｃｏｒ）　Ｊとは、マトリックス金属、プレフメー
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
、７１−ワックス金属によろ充１眞祠又はプレフォーム
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「低粒子装入量」又は「充
填材の低体積画分Ｊとは、充填材又はプレフォームに加
えた粉末マトリックス金属充填材を有さす自発浸透した
充填＋Ａ又はゾレフ、１．−Ｊ、に対しマトリックス金
属又はマトリックス合金もしくは混合金属の量が増した
ごとを意味する。

本明細書において使用される「マトリックス金属」又は
「７トワックス金属合金Ｊとは、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を意味する
。上記金属を７１〜リツ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ず系又は物質の組
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「ＭＭＣ」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
及び物理的性質をイｊするようにしても、Ｊ、い。

マトリックス金属と「異種」の金属とは、マトリックス
金属と同し金属を、主要成分として含イｌしない金属を
意味する（例えば、７１−ワ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
ノゲ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
及はずような方法では、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
くはプレフメ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「粉末マトリックス金属−
１とは、粉末に形成されおよび充填材又はプレフォーム
の少な・、くとも一部Ｑこ含まれるマトリックス金属を
意味する。粉末マトリックス金属が充填材又はプレフォ
ームに浸透される７１−リソクス金属と同じか又は全く
胃っている組成を有してよいことは理解されるべきであ
る。しかし、用いられる粉末金属マトリックス金属は充
填材又はプレフォームに浸透されるマトリックス金属と
所望の合金及び／又は混合金属を形成可能であるべきで
ある。さらに、粉末マトリックス金属充填材は浸透増進
剤及び／又は浸透増進剤前駆体を含んでよい。

本明細書において使用される「プレフォーム（Ｐｒｅｆ
ｏｒｍ）　」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累月
（ｐｏｒｏｕｓ　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ゼる前に、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ずろ。

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−１分な程度に多孔性てなＬＪ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）　Ｊ
とは、金属が溶融したとき、流れて、充填祠若しくはプ
レフォームと接触しているマトリックス金属の部分、セ
フメン１〜若しくＧＪ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ｆｆ１−　Ｉ４又はプレフォームの素材に対して
分離して配置された７１〜リツ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「自発浸透（Ｓｐｏｎ　ｔａｎａ
ｏｕｓＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）　＝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。

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、調整可能な及び可変体積画分の充填材を含む
ことのできる金属マトリックス複合体の形成に関する。

さらに特に、充填材又はプレフォムと混合することによ
り、マトリックス金属に対する充填材の体積画分は低下
し、従って形成した金属マトリックス複合体の粒子装入
量及び他の特性を調節できるようになる。

例えば１９８７年５月１３日出願の本発明者の米国特許
出願第０４９，１７１号に開示されているように、高粒
子装入（例えば４０〜６０体積パーセントのオーダ）が
自発浸透法より得られるが、そのような方法では低粒子
装入（１〜４０体積パ体積パーセントゲー）を得ること
ばより困難である。特に、この開示された方法を用いる
低粒子装入はプレフォーＪ、又は充填材を高多孔度で提
供ずろことが必要である。巳かし、最後に得られる多孔
度は充填材又はプレフォームにより制限され、そのよう
な多孔度は用いる特定の充填材及び選んだ粒子の・す“
イズ又は粒状度の関数である。

本発明により、粉末マトリックス金属充Ｍ−Ｅ　＋Ａが
充填材と均質に混合され、充填材の粒子の分散体の距離
を高め、それにより低多孔度の浸透した複合体を与える
。得られる生成物に所望の最終体積パーセント粒子装入
■に依存して、粉末マトリックス金属を１〜７５体積バ
ーセン１〜又はそれ以−Ｊ臥好ましくは２５〜７５体積
パーセント含んでなるプレフォーム又は充填材が浸透用
に提供される。以下の記載及び例より明らかとなるよう
に、粉末マトリックス金属の体積パーセントが増すと、
最終生成物に得られるセラミック粒子の体積パーセント
が低下する。こうして最終生成物のセラミック粒子装入
量はプレフオーム又は充填材の粉末マトリックス金属成
分を調整することにより調整される。

粉末マトリックス金属は、プレフォーｌ、又は充填料に
１′−１発的に浸透、したマｊ・ワックス金属と同しで
あってよい。粉末マトリックス金属及びマトリックス金
属の両方に同じ金属を用いると、自発浸透後、充」４ｈ
月（例えは−１，ラミック充填材）又はプレフォートと
７１−ワックス金属の分散した三次元的に結合したマト
リックスとの実質的二相複合体となる（プロセス条件に
より以下に記載するように第二窒化物の相も含むかも巳
れない）。この他に、浸透の際に所望の機械、電気、化
学又は他の特性を有する合金が形成するようマトリック
ス金属と異なる粉末７トリノクス金属を選んでよい。

従って、充填材又はプレフォームと組み合セた粉末マト
リックス金属は自発的に浸透したマトリックス金属と全
く同じ、実質的に同じ又はいくらが異なる化学組成を有
していてよい。

さらに、プレフォーム又は充填材及び混合した粉末マト
リックス金属が粉末マトリックス金属の融点以下に加熱
し°ζも同し又は実質的に同じ関係を保っていることを
発見した。従って、例えば酸化アルミニラＪ、はアルミ
ニウムより重いが、酸化アルミニウム充填イΔ又はアル
ミニウムよ混合したプレフォートムを加熱すると、加熱
の際に酸化アルミニウムは沈降せず、実質的に均一な分
布を保つ。

４Ｍ定の原理に限定されないが、アルミニラ１、Ｇ、を
外部酸化物スキン（又は他のスキン、例えば浸透雰囲気
と接した後の窒素スキン）を打し、粒子の沈降を防くの
で均一な分布となる。

実質的に均一な分布が保たれるので、浸透において均一
な生成物が得られる。さらに、加熱の間粒子分布がその
ままに保たれるので特定の粉末７１−ワックス金属は特
定の生成物に変化し複合体の異なる部位において異なる
マトリックス金属及び／又は合金及び／又は混合金属を
つくり出す。

さらに、生成物の特定の部位において耐摩耗性、耐腐蝕
性又は耐浸蝕性を最適にするため及び／又は特定の用途
に適合するよう異なる部位において特性を変えるため粉
末７１−ワックス金属に異なる充填材粒子を用いてよい
。

前記より明らかなように、粉末マトリックス金属はスペ
ーサーとして作用し、かなり多孔質の充填材又はプレフ
ォームを加工する試みにおいて遭遇する強度及び他の物
理的制限を克服する。浸透役得られる金属７１へワック
ス複合体は高多孔質充填材又はプレフォームより製造さ
れた外観を有するが、伴う障害又は欠点は有しない。

従来の方法により充填材又はプレフォームおよび粉末マ
トリックス金属混合物を所望の形に形成し保ってよい。

例として、充填材又はプレフォーム及び粉末マトリック
ス金属混合物を揮発性結合剤、例えばワックス、接着剤
、水、スリップキャスＩ〜、分散体キャス）・、乾燥プ
レスにより結合させ、又はパリアル構造内の不活性ヘッ
ドに入れてもよい。さらに、浸透後ネット又はネットに
近い形にマトリックス金属及び粉末マトリックス金属混
合物を形成するため自発浸透に好適なあらゆる金型を用
いてよい。しかし、プレフォーム又は充填材及び粉末マ
トリックス金属混合物は、マトリックス金属及び／又は
浸透雰囲気及び／又は浸透増進剤及び／又は浸透増進剤
前駆体が自発浸透可能なように十分多孔質のままである
べきである。

さらに、粉末マトリックス金属は粉末形である必要はな
いが、所望の最終マトリックス構造により、板、ファイ
バー、粒子、ボイスカー等の形状であってよい。しかし
、最終生成物の分布における最大均一性は粉末マトリッ
クス金属を用いた場合に得られる。

さらに、充填材又はプレフォームに粉末マトリックス金
属を加えるかわりに又は加えることに加えて、ゴー分低
い多孔度の及び操作可能な−１−分な強度の充填材又は
プレフォームを与えつつ粒子間の距離を増すため充填材
自身をマトリックス金属でコートしてよい。

プレフォームへのマ；・リソ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）７１−リソラス金
属中に；及び／又は（２）プレフォーム又は／充填剤中
に；及び／又は（３）外部源から自発系に；及び／又は
（４）粉末マトリックス金属中に及び／又は（５）浸透
雰囲気から提供される。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、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／又は粉
末マＩ・リックス金属充填材に直接供給できる。

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
くはプレフォーム及び／又は粉末マトリックス金属充填
材の少なくとも一部分に形成することができるように、
充填材若しくはプレフォームと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／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。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？容角ｑさせた
ときにアルミニウムマＩ・リソクス金属及び／又は充填
材及び／又は粉末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。プロセス条件下でア
ルミニラ１、マトリックス金属を充填材又はプレフォー
ムに自発浸透するようにする。

更に、浸透増進剤前駆体を供給するのでばな（、浸透増
進剤を、プレフォーム若しくは充填材及び／又はマトリ
ックス金属及び／又は浸透雰囲気及び／又は粉末マトリ
ックス金属充填材の少なく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、プレフォーム
又は充填材は、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Ａ−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
過プレフォームに熔融７１・りン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
複合体生成の程度は、アルミニウム合金のマグネシウム
含量、プレフォーム又は充填材のマグネシウム含量、粉
末マトリックス金属のマグネシウム含量、プレフォーム
又は充填材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）、プレフォーム又は充填材を成ず充填材の
平均ナイス（例えば、粒径）、充填材又はプレフォーム
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７１しる温度を含む−・定の
１１−１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一ヒるた
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■％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ラ
Ｊ、が全く存在しない程度までは化してはならない。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゛ζ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（又は充填材）、粉末マトリッ
クス金属とマトリックス金属の２以上又はプレフＡ−ム
（又は充填材）たり又は粉末マトリックス金属だけにマ
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
満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しない。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
く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オー
ム及び７１又はマトリックス金属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＠祠又はプレフォムに浸透さ
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フ１！（、
充填材の性質、粉末マトリックス金属の性質、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北
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ごとができる。

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。

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でもよいが、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＆Ｊと合金化した公称純粋ア
ルミニラＪ、は、１０００°Ｃでは５００メツシユの３
９クリストロン（Ｃｒｙｓｊｏｌｏｎ）　　（ツートン
社（Ｎｏｒｔｏｎ　Ｃｏ、）製純度９９％炭化珪素〕の
ヘ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／：ｌ、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を同様なアルミニ
ウムマトリックス金属と接触さ−１ると、炭化珪素プレ
フオ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、すく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１又はプレフオ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ＩＩ！１祠の表面及び／又はプレフォーム若しくは充
＠祠内部及び／又は粉末マトリックス金属の表面内又は
表面上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ｉ・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、その表面ば、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Ｊ、又は充填＋
Ａ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
のマグネシラｌ、の配置のいくつかを組メ合わせて使用
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ねセにより、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
が牛しろ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カス中の窒素濃
度も、所定温度でのマトリックス金属の窒化の程度に影
害する。例えば、合金に含ませろ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ｔ
ａ　ｈａ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−けることが
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
ののを、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Ｊ、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６
７５°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７１−リノ
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ンクス金属と窒素浸透雰囲気の場
合、窒化アルミニラ１、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、望ましいごともあれば、望ましくない
場合もある。更に、浸透６１．を度を達成−づるために
、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
発浸透に悪影を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ろ。

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／又は熔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。窒素含有ガスの流星は重要でばない＆’Ｊれ
ども、合金マトリックスにおり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。さらに、浸透
温度を達成するために電気抵抗加熱が１社型的に用いら
れる。しかし、７１−リノクス金属を融解し、ｈ発浸透
に悪影響を与えないあらゆる加熱手段を用いてもよい。

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、７１−
リソクス合金、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、（８）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（ＣＩ）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１−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、カーク１ζン又は他の非セラミンク材料
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、不連続く
細断した形態）でも又はマルチンィシメン１−甘昨等の
連続フィラメン１〜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１１α
祠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　オブ　メーキング　セーム（Ｎｏｖｅｌ
　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｍｃ
ｔｔ＋。

ｄｓ　ｏｆ　ＭａｋｉｎｇＳａｍｅ）と題する、マーク
・ニス・ニューカーク（Ｍａｒｋ　Ｓ、　Ｎｅｗｋｉｒ
ｋ）等による１９８７年１２月１５０発行の米国特許毒
壜第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、「コンポシント　セラミ
ンク　アーティクルズ　アンド　メソノス　オブ　メー
キングセーム（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｃｅｒａｍｉｃ　
／１ｒｔｉｃｌｅｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔ＋。

り・ニス・−ニーカーク（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、ウィスカ状、板状又は繊維状でよい。

球体、小管、ペレソ１−１耐火繊維布等の他の形状を用
い′ζ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４Ａ（プレフ
メームに賦形した）の素材は、通気性でなげればならな
い（即ぢ、溶融マトリックス金属透過性及び浸透雰囲気
透過性）。

溶融マトリ、クス金属をプレフ」−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
するごとにより、充填材の体積分針をより高めるごとが
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ごとにより、
体積分率を高めることができる。本発明により低体積分
率の充填材も製造され、従って１〜７５パーセント又は
それ以上の体積分率を提供する。

セラミック充填材の周囲へのアルミニラｌ、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７トリノ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ルし易くなる。従って、
金属マトリックスにおｉＪる窒化物相の量は、浸透が生
し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
充填材用いられる粉末７１へリソクス金属および充填材
又はプレフォームの体積に対するその量、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°ζ、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４１°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、
窒化物生成を制御ずろように選択することができる。窒
化アルミニラＪ、相を含有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・ｌ
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
著しく生成するごとによりマトリックスの廷外が減少し
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
く且つ剛ざ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、アルミニラＪ、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か小さいので、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
は贋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。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
るごとがあり、この際、混合が生じるに十分な時間があ
る限り、溜金属は７トリノクス金属の第−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ずように
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ハリヤニを使用することもて
きる。具体的には、本発明で使用するバリヤー手段は、
充填Ｈ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、アルミニラム合金）が移動、動き等を
ずろのを妨害、阻止、防止又は終了さゼるいずれかの適
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、一体性を糾持し、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、セラミック充填材
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
きをずろのを局部的に阻止、停止、妨害、防止等をする
ことが可能な月利、化合物、元素、組成物等が挙げられ
る。バリヤ手段は、自発浸透中、又は下記で詳述するよ
うな自発浸透金属マトリックス複合体の熱成形に関連し
て使用する金型又は他の固定具において使用できる。

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はとんど親和性を示さず且つ溶融７
１−リノ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７トリノ
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−Ｕる。」−記したように、このバリヤーは、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ヤの適当な
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ろ。黒鉛は、
説明したブＩコセス条件下ては、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（Ｇｒ＋］ｆｏｉ　Ｉ）　（ユニ
オンカーハイｌ−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ラＪ、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
プは、耐熱１１Ｉであり１１つ化学的に不活性である。

グラフオイルは可撓性、適合性（ｃｏｎｐａｔｉｂｌｅ
）、もｔ型性（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ）　、弾性（ｒ
ｅｓ　ｉ　ｌ　ｉｃｎ　ｔ）である。

グラフオイル黒ｆ、Ｈ’Ｈテープは、バリヤーの用途乙
こ適合するように種々の形状に作製ずろことができる。

しかしながら、黒鉛バリヤー「１段は、充龜材又はプレ
フッ−Ｊ・の周囲及び境界に、スラリー、ベースト又は
塗膜としてても用いろことができる。グラフメイルは、
可僚性磨鉛シートの形態であるので特に好ましい。使用
に際して、この紙様黒鉛は、充填材又はプレフォームの
Ｙ１■囲に簡単に成形される。

窒素雰囲気にお＆Ｊ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
＋４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、硼化チタン（’ｒｉｌｌｚ）
〕である。この種のハリ′１７−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
、バリヤー利の有効性が低下し、実際に、Ａ１１度を−
１，りろ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１」ン）である。バ
リヤー材は、スラリ又はペーストの形態で、好ましくは
プレフォ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ヤーとして、充填材又はプレ
フォーｌ、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、ｉａ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。このようなバリヤ手段の層は、塗装、浸
漬、スクリーン印刷、茄着、又は液体、スラリー若しく
はベース１−の形態でバリヤー手段に塗布するごとによ
り、又は揮発性バリヤー手段のスパックリングにより、
又ＧＪ固形粒子バリヤー手段の層を単にイ；１着さゼる
ことにより、又はバリヤー手段の固形’５＋７シート若
しくはフィルムを、規定された表面境界」−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か規定された表面境界
に到達し且つハｉＪヤー手段に接触すると、自発浸透が
実質的に終了する。

（木頁以下余白） Ｇ 実施例１〜４ この例はプレフォームに形成した充填材て粉末７１−リ
ソクス金属の量を変えて混合するごとにより可変及び調
整可能なセラミック粒子充填率を有する金属マトリック
ス複合体の形成を説明する。

以下の例の各々において、自発浸透が１ｉＩられ、粉末
７１リソクス金属の添加により形成された複合体（実施
例２〜４）は、粒子充填率の差を除き粉末マトリックス
金属を用いないで充填材に自発的に浸透した複合体（実
施例１）と同様の構造及び外観を示した。

第１図は実施例１〜４に用いたレイアップ（１０）の略
図である。

実施例１〜４に対しまずプレフォーム（１）を製造した
。実施例１において、プレフォームは２２０グリッドア
ルミナ（２２０グリツド３８　Ａｌｕｎｄｕｍ、　Ｎ。

ｒｔｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ）１００パーセン１−からな
っていた。実施例２〜４において、プレンＪ−１，は約
１０重量パセント珪素、３パーセントマグネシウム及び
アルミニウムを残り有する組成の粉末アルミニウム合金
（従来の粉末化法により２００メツシユに粉末にした）
及び同し２２０グリツドアルミナの混合物からなってい
た。アルミナ及びアルミュウＪ・合金の相対重量パーセ
ンｌ−は表Ｉに示すように実施例２〜４により異なって
いた。

実施例２〜４におい′（アルミナ及びアルミニウム合金
を乾燥混合し、次いで結合剤を加えず約■０ｐｓｉにお
いて硬化スチールダイで約５インチの捏さを有する１イ
ンチ×２インチの長方形にプレスした。アルミニウム合
金は充填材をプレフォーＪ、した形に結合させるのに七
分軟かい。同し長方形のアルミナをプレスし実施例１の
プレフォームを形成した。

実施例１〜４のプレフッ−Ｊ、した長方形を浸透の間バ
リヤーとして働＜５００グリソトアルミナ（５００グリ
ソト３８アルミナ、Ｎｏｒｔｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ）の
ヘラＩ’　（２）　６においた。而・１火ポー１　（３
）（Ｂｏｌｔ　Ｔｃｃｈｎｉｃａｌ　　Ｃｅｒａｍｉｃ
ｓ、　　ＢＴＣＡ／！−９９，７％、　　「八Ｉｕｍｉ
ｒ＋ａＳａｇｇｅｒ、＋　、１０ｍｍＬ、　４５ｍｍＷ
、　１９ｍｍ１ｌ）内でこのヘソディノグを続げた。実
験のためより有効なバリヤを提供する必要はなかった。

しかし、上記のタイプのより有効なバリヤー手段により
網形状又はほぼ網形状が得られた。

プレフォーム長方形（１）と同しす・イズのアルミニウ
ム合金（八１．−１０５ｉ　−３Ｍｇ）のインボン１−
（４）を各プレフォームディスク（１）の上に置いた。

次いでシールした３インチの電気抵抗チューブ炉にレイ
アップ（１０）を入れた。成形ガス（９６体積パーセン
１窒素−４体積パーセント水素）を約２５０　ｃｃ　／
　ｍ　ｉ　ｎの速度で炉より流した。炉の温度は約１５
０°Ｃ／ｈｒで約８２５°Ｃに上昇し、約８２５°Ｃに
約５時間保った。次いで炉の温度を約２００“Ｃ／ｈｒ
で下げ、サンプルを取り出し、固定し磨いた。実施例１
〜４のサンプルの顕微鏡写真を第２〜５図に示す。各実
施例についてマトリックス金属に対するセラミック粒子
の面積割合を調べるため像分析を行い、表１に示す。表
１に示すように、及び第２〜５図に示すように、各実施
例においで自発浸透が得られ、プレフォーム中の粉末７
１−リノクス金属の量に対し粒子充填率が低下すること
がわかった。

Ｔ’−”：、”ｙｌ ブタ： 伸　伸　ｑ　体 ｌ＋メ °六 」 草←

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１〜４に係る、粒子Ｗ填Ｅ＜４の低下し
た金属マトリックス複合体を製造するためのレイアップ
の略断面図である。 第２〜５図はそれぞれ実施例１〜４で製造した金属７１
〜リックス複合体の組織を示す顕微鏡写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粉末マトリックス金属を充填材及びプレフォームか
   らなる群より選ばれる少なくとも一つの物質と混合し通
   気性素材を形成し、 前記通気性素材をマトリックス金属合金の溶融源と接触
   させ、 前記通気性素材内で前記マトリックスを冷却し、それに
   より金属マトリックス複合体を形成することを含んでな
   る金属マトリックス複合体の形成方法。 ２、粉末マトリックス金属を充填材及びプレフォームか
   らなる群より選ばれる少なくとも一つの物質と混合し通
   気性素材を形成し、 前記通気性素材を溶融マトリックス金属合金源と接触さ
   せ、 浸透増進剤及び浸透増進剤前駆体のうちの少なくとも一
   方を、前記マトリックス金属合金、前記通気性素材及び
   浸透雰囲気のうちの少なくとも一つに付与して、通気性
   素材へのマトリックス金属の自発的な浸透を生じさせ、 前記通気性素材の少なくとも一部分に溶融マトリックス
   金属を自発的に浸透させ、そして 該浸透された通気性素材中の溶融マトリックス金属を冷
   却して金属マトリックス複合体を形成する工程を含むこ
   とを特徴とする金属マトリックス複合体の形成方法。 ３、粉末マトリックス金属を充填材及びプレフォームか
   らなる群より選ばれる少なくとも一つの物質と混合し通
   気性素材を形成し、 この通気性素材にマトリックス金属を自発的に浸透させ
   、それにより金属マトリックス複合体を形成することを
   含んでなる金属マトリックス複合体の形成方法。