JPH03504142A - 金属‐第二相複合材料を製造するためのアーク溶解法並びにその生産物 - 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】 金属−第二相複合材料を製造するためのアーク溶解法並びにその生産物 発明の分野 本発明は、第二相粒子の分散した金属性マトリックスを含んでなる複合材料に関 する。該金属性マトリックスは金属、金属合金又は金属間化合物　（ｉｎｌｅ＋ ｍｅＨＩｌｉｃ）を含み得る。該第二相はホウ化物、炭化物、窒化物、ケイ化物 、酸化物もしくは硫化物などの少なくとも１種類のセラミックスを含んでいても 、或いは該マトリックスとは異なる組成の金属間化合物を含んでいてもよい。本 発明の金属−第二相複合材料を製造する方法は、所望の最終金属性マトリックス 中に第二相粒子を導入するためのアーク溶解技術の使用を伴う。

１艷の背景 アーク溶解技術は従来よりチタン及びチタン合金などの高融点金属類の製造に使 用されてきた。チタンインゴットの製造に関する先行技術の方法においては、ス ポンジチタン及び任意にはチタンレベルトを粉砕及び圧縮成形して電極圧粉体と し、これを合わせて溶接して真空アーク溶解用の長い消耗電極を作る。真空下で のアーク溶解は、溶融チタンが空気中の酸素及び窒素と反応するのを防ぐために 必要である。真空アーク炉中では上記消耗電極が陽極となり、水冷した銅製るつ ぼが陰極となる。

アークは上記圧粉電極と銅製るつぼとの間で生じて該圧粉体を溶融させる。上記 銅製るつは中で溶融した金属が集まって凝固する。チタン合金インゴットに関し ては、圧縮成形前の粉砕チタンスポンジに合金材料を均質に混合する。インゴッ トの均質性を確保するため二段溶解法を用いる。この手順においては第一段の溶 解で得られたインゴットが第二段の溶解用電極として機能する。より良好な均質 性を達成するため、並びにマクロ構造中の酸素又は窒素に富む包含物を溶解する ための追加の溶解段階を設けてそれらを低減するために、場合によっては三段溶 解法も用いられる。チタンインゴット及びチタン合金インゴットの他にも、アー ク溶解法はＴｉＡｊやＴｉＩＡＪのようなチタンアルミニド金属間化合物の製造 にも用いられてきた。このプロセスはチタン合金インゴットに用いられるものと 同様であって、所望のチタンアルミニド組成物を生成させるための適当な割合の アルミニウムとチタンスポンジとの圧粉電極の成形を含んでいる。アーク溶解技 術は、重さ１０トンに達し直径４０インチにも及ぶチタン、チタン合金及びチタ ンアルミニドインゴットの製造に用いられてきた。

金属セラミック複合材料を製造するための従来技術は大きくは粉末冶金法、溶融 金属技術、及び内部酸化法に分類することができる。

分散強化複合材料などの粉末冶金型製造は理想的には、およそ直径５ミクロン以 下の金属粉末を適当な酸化物又ン）と機械的に混合して行われる。粉末の混合に は、高速ブレンド（ｂｌｅｎｄｉｎｇｌ技術又はボールミル粉砕のような従来処 理法を用い得る。次に一般的な粉末冶金緻密化技術を用いて最終的な複合材料を 作り上げる。しかしながら、非常に小さな粒度の材料はその製造に多大のエネル ギーを消費し、時間を浪費し、かつ資本設備に費用がかさむので入手可能性に欠 けしかも高価であるため、セラミック成分は大きい、即ち１ミクロンより大であ るのが通例であった。さらに、非常に小さな粒子の製造、混合、並びに緻密化は 必然的に粒子表面での汚染を招く結果となる。酸化物のような汚染物質はセラミ ック相とマトリックスとの間の界面結合を阻害し、複合材料の延性に悪影響を及 ぼす。このように界面での接触が弱まると、強度の低下、伸びの損失、並びに亀 裂生長が促進されるという結果も招く。加えて、侵入型酸素で脆化したチタンの 場合のように、マトリックスが悪影響を受けることもある。更に、従前の粉末冶 金技術で製造した複合材料は一般に再溶融に適していない。分散質粒子が溶融マ トリックス金属内で偏析する傾向を有しており、凝固の際に粒子の凝集を引き起 こすからである。また、粒状材料が所望の寸法で入手できる場合は、粒状材料は その自燃性のため極めて危険であることが多い。

また、連続的なセラミックス骨格の溶融金属溶浸法も複合材料の製造に使用され ている。多くの場合、混合又は溶融金属技術時に溶融金属からセラミックス粒子 を保護し、かつ金属とセラミックスとの間の結合を向上させるための精巧な粒子 コーティング技術が開発されてきた。

このような技術によって炭化ケイ素−アルミニウム複合材料（しばしばＳ　ｉ　 Ｃ１／Ａｌ又はＳｉＣアルミニウムと呼ばれる）の製造が可能となった。この手 法は溶浸に高圧を用いるので大きな粒状セラミックス（例えば１ミクロンより大 ）とウィスカー　（ｗｈｉｓｋｅｒ）にのみ適している。溶融金属溶浸技術にお いては、炭化ケイ素のようなセラミックス材料をプレスして圧粉体とし、かつ液 体金属を充填ベッドに押し込んで間隙を満たす。かかる技術はヤマツタ他の米国 特許第４．４４４．６０３号（１９８４年４月２４日発行）に記載されている。

コーティング技術と極高圧を発生し得る溶融金属取扱い装置とを必要とするので 、溶融金属溶浸法は金属−セラミック複合材料を作製するための実際的な方法で はなかった。

より反応性の高い成分を含有する金属の内部酸化法も、鋼中で内部酸化されたア ルミニウムのような分散強化金属の製造に用いられてきた。例えば、約３％のア ルミニウムを含有する銅合金を酸化雰囲気下に置いた場合、酸素は銅マトリック スを通して拡散し、アルミニウムと反応してアルミナを析出する。この技術は、 用いる２種類の金属が化学的反応性において大きく異なっていなければならない ので比較的少数の系に限定されるが、実行可能な分散系硬化方法を与える。しか しながら、生成分散強化金属中で生ずる分散質の到達可能な最高レベルでは、弾 性率、硬さなどの性質に有意の変化を与えるには不十分である。加えて、酸化物 は一般には金属マトリックスで湿潤されないので、界面結合は最適でない。

超合金Ｎ　Ｎ　Ｓ　（ｎｅａｒ　ｎｅｔ　ｓ）＋ａｐｅ’ｌ製品の製造に従来か ら使用されてきた溶射成形　（ｓｐ＋ａｙ　！ｏ＋ｍｉｎｇ）技術が最近になっ て金属−セラミック複合材料の製造に応用されるようになってきた。オスプレイ 法（Ｏｓｐｒｅｙ　ｐｒｏｃｅｓｓ）として知られる特殊な溶射成形法は、溶融 合金源を供給し、ガス噴霧　（ｇａｓ　ａｌｏｃｉｘａｌｉｏｎ）によって該合 金を溶融液体粒子の噴霧に変え、該液体粒子を収集表面に注ぎ、収集面で液体粒 子を再融合してＮＮＳ製品を製造する。金属−セラミック複合製品は、セラミッ クス粒子を蒸着操作時に噴霧帯（ｘｌｏｍｉｒｉｎｇ　ｚｏｎｅ）に射出するこ とによって製造できる。５ミクロン以上の大きさのセラミックス粒子が、セラミ ックスを２５容積％まで含有する複合材料の製造に使用されてきた。しかし、こ の技術は、上述の粉末冶金法及び溶融金属法に伴う欠点と同じ欠点（予備焼結（ ｐｒｅｌｏｒｍｅｔ）セラミックス粒子の表面汚染、所望の寸法範囲にある多く のセラミックス粒子が利用不可能であること、不必要な粒子−金属反応など）を 有する。オスプレイ法の詳細はフィールトラ−（Ｆｉｅｌ＋１ｌｅｒ、　　Ｈ， Ｃ，）他による「ザ・スプレィ・フォーミング・オブ・スーパーアロイズ（Ｔｈ ｅ　５ｐｒａｙ　Ｆｏａｍｉｎｇ　ｏｆ　５ＩｌｐｅｒａｌｌｏｌｓＢと題され た論文（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌ＋、］９９８７８８月号に記載され ている。

近年、圧粉体混合物を通じて伝搬する自続性発熱反応を伴った自己伝搬性高温合 成（Ｓｅ目−ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ　ｈｉｇｈ−＋ｃ＋ｎｐｔｒａ＋ｕ＋ｅ　 ５ｙｎｔｈｅｓｉｓｅｓ　ＨＳと略す）と呼ばれるプロセスを用いて多数のセラ ミックスが製造されている。このＳＨＳ法は構成成分元素の粉末を混合及び圧縮 成形し、適当な熱源で圧粉体に点火することを伴うものである。

点火によって自続性反応を維持するに足る熱が放出されるので、より低い温度で の長時間にわたるバルク（ｂｕｌｋ）加熱法でなくとも、低出力で急激に高温を もたらす方法を用いることができる。かかる技術の例としてはメルチャノフ　（ Ｍｅ＋ｒｈａ＋＋ｏマ）他の特許が挙げられる。米国特許第３．７２６．６４３ 号には、周期表第■族、第Ｖ族、及び第■族から選択した１種以上の金属と、炭 素、ホウ素、ケイ素、硫黄又は液体窒素のような非金属とを混合して、燃焼過程 の開始に適した局部的温度を生じさせるために混合物表面を局所的に加熱するこ とによる、高融点耐火性無機化合物の製造方法が教示されている。米国特許第４ 、１６＋、　５１２号には、８０乃至８８％のチタンと２０乃至１２％の炭素か ら成る混合物の局所的点火により、逐次的・段階的に層が燃焼していくような条 件下で混合物の発熱反応を生じさせることによって炭化チタンを製造することが 教示されている。これらの文献は、非反応性金属の第二相の不存在下でのセラミ ックス材料の製造に関するものである。

米国特許第４．４３１．４４８号には、チタン、ホウ素、炭素、及び第１Ｂ族の 金属結合剤（銅又は銀など）を混ぜ合せ、この混合物を圧縮成形し、ホウ素及び 炭素とチタンとの発熱反応を開始させるために該混合物に局所的に点火し、該反 応を伝搬させて、ニホウ化チタンと炭化チタンと金属結合剤を含む合金を生じさ せることによる、硬買合金の製造法が教示されている。この文献では、銅又は銀 などの第１Ｂ族金属を結合剤としての使用に限定している。

この方法は比較的高い体積分率のセラミックスと比較的低い体積分率の金属（典 型的には６容量％以下で、はとんど常に２０容量％未満）で行う。生成物は密な 焼結材料であり、比較的延性の金属相は加えられた圧力によって空隙を埋めて密 度を増加させる結合剤又は圧密助剤として作用する。

１９８６年１１月５日に出願の米国特許出願番号第９３７．０３２号（本出願は この出願の一部継続出願である）は金属−第二相複合材料の製造方法に関するが 、この方法では溶媒金属マトリックス中に分散した比較的濃縮された量の第二相 粒子を含んでなる中間物質を生成させる。次いで、この濃縮された中間物質（多 孔性「スポンジ」形であってもよい）を母金属に導入して第二相充填量の低い最 終的複合材料を生成させる。生成した最終的な複合材料は、金属、金属合金又は 金属間化合物から成る最終的な金属性マトリックス内に第二相粒子の分散系を含 んでなる。

この文献に開示されたプロセスにおいて、中間物質は母金属溶融浴への添加によ り、或いは固体母金属と混合した後で該母金属を溶解させるに十分な温度に加熱 することによって、母金属中に導入される。本発明の方法は、後者の方法を変更 修正したものであって、アーク溶解技術を用いて中間物質と母金属との固体混合 物を加熱し、所望の最終的な金属性マトリックス−第二相複合材料を生成させる ものである。

１９８６年６月１３日に出願の米国特許出願番号第８７３．８９０号は、特に金 属性マトリックスがアルミニドのような金属間物質を含んでなる金属−第二相複 合材料の製造に関するものである。その一つの具体的態様においては、金属又は 金属合金マトリックス内に第二相粒子の分散系を含むような１次複合物質を生成 させる。この複合物質を次に該マトリックス金属と反応して金属間化合物マトリ ックスを生じるような別の金属中に導入する。上記の金属間化合物を生じるよう な金属に該１次複合物質を導入する一つの方法は、該１次複合物質と該金属間化 合物前駆体金属とを両者共固体として容器に入れ、次いで金属間化合物前駆体金 属が溶解するような温度に加熱することを伴うものである。本発明の特定の具体 的態様は金属間化合物マトリックスを有する接合物材料の生成を伴っているが、 これは上述のプロセスの改良法である。

本発明のアーク溶解方法は、金属又は金属合金マトリックス中に第二相粒子を含 むような１次複合物質と、該１次複合物質の金属マトリックスと反応して金属間 化合物マトリックスを生じるような金属間化合物前駆体金属とから成る固体混合 物を加熱するのに都合よく使用し得る。

最終的金属間化合物−第二相複合物質はこのようにして本発明のアーク溶解方法 により製造される。

モシール　（Ｍｏｓｈｉｅ＋）他の米国特許第４．７３１１．３８９号は、金属 −セラミックス複合材料を溶接用溶加材として利用する溶接方法に関する。その 一つの具体的態様においては、金属−セラミックス複合材料の予備焼結溶接棒が 作成されるが、これはアーク、抵抗、ガス、レーザー及び電子ビーム溶接法など の従来の溶接操作に使用し得るものである。別の具体的態様においては、セラミ ックスを生じるような反応性成分と溶媒金属とを溶接に使用し得るような適当な 形に成形する。この具体的態様では、セラミックスを生じる反応は溶接時に起こ って所望の金属−セラミックス複合溶加材を生じる。このセラミックスを生じる 成分と溶媒金属は、例えば棒状の圧粉体の形をしていても、個々のセラミックス −生成成分と溶媒金属とを含む線条体を撚り合せた形をしていてもよい。再言す ると、この具体的態様では金属−セラミックス溶接物を製造するのに従来の溶接 操作が用いられてい金属性マトリックス中に粒状第二相物質がばらばらに分散し た複合材料の製造にアーク溶解技術を利用する方法を提供するのが本発明の目的 である。該金属性マトリックスは金属、金属合金又は金属間化合物を含み得る。

一方、該粒状第二相はホウ化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、酸化物もしくは硫 化物などのようなセラミックスでも、或いはマトリックス材料とは異なる金属間 化合物であってもよい。

第二相粒状物質を最終金属性マトリックス中に分散させるためのアーク溶解方法 を提供することも本発明の目的の一つである。この方法は、溶媒金属マトリック ス全体に分散した第二相粒子を含む中間複合材料を生成させ、該中間複合材料を 固体母金属と混合し、かつ該混合物をアーク溶解して溶媒金属マトリックスと母 金属を溶融させ、それによって最終的金属性マトリックス内で第二相粒子の分散 系を生じさせることを包含する。

アーク溶解技術を利用して、金属、金属合金及び金属間化合物を分散強化する方 法を提供することも本発明の目的の一つである。

アーク溶解技術を利用する、金属、金属合金及び金属間化合物の結晶粒微細化方 法を提供することもまた本発明の目的の一つである。

再融解、溶接、加熱処理、加工　（ｗｏ「ｋｉｎｇ）、鍛造、押出し、圧延など の従来の冶金加工処理工程に付すことのできる、最終的金属性マトリックス内に 分散した第二相粒子を含むアーク溶解複合材料を提供することもまた本発明の目 的の一つである。

本発明の利点は、以下の説明並びに例を斯酌することにより容易に理解されるで あろう。

好ましい具体的態様の説明 本発明の方法は、典型的には多孔質で脆い中間複合材料を生成させ、これをアー ク溶解によって母金属に導入して緻密な最終複合材料製品を生じさせることを包 含する。該中間複合材料は、溶媒金属の存在下で第二相生成成分を反応させて溶 媒金属のマトリックス内で第二相粒子の微細分散系を生じさせることによって生 成させる。

この中間材料を次に母金属（上記溶媒金属と同一であっても異なっていてもよい ）中に導入して、最終的金属性マトリックス内に充填量の低下した第二相粒子を 含む最終的複合材料を生成させる。母金属中に中間材料を導入する方法は好まし くはアーク溶解法を利用するが、これは中間材料と母金属とを共に固体形で混合 し、次いで圧複合材料を生成させることを包含する。アーク溶解技術が本発明の 好ましい方法であるが、プラズマアーク溶解法、レーザー溶解法及び電子ビーム 溶解法などの補助的技術を用いてもよい。生成する最終複合材料は、最終的な金 属、金属合金又は金属間化合物マトリックス中に分散した離散第二相粒子を含ん で成る。

本発明は、材料科学、特に第二相複合材料の分野における先行技術の知識とは正 反対の特徴を包含する。例えば、本発明の方法は典型的には低強度、多孔質、高 脆砕性等の中間材料を利用する。さらに、本発明の方法は、これらの機械的品質 の低い中間材料を高品質で緻密な最終複合材料に転化させるため、溶融金属の使 用を伴う。

最初に強調しておくが、上記のように機械的品質の不十分な材料の回収に帰着す るような方法は、先行技術ではこれまで役に立たないと見なされていた生成物を 生ずる。例えばＳＨ８法によるセラミック体の製造の場合、該プロセスの制限要 因は自己伝搬性合成で往々にして生成するセラミック体固有の不十分な機械的品 質であった。

従って、かかるセラミック体の品質を、拡散、焼結及び緻密化を起こすような温 度での高圧技術などによって高める試みがなされてきた。対照的に、かかる脆砕 性、低強度及び多孔性などの性質は、本発明の中間材料に対して都合のよい特性 であることが判明した。

高品質最終複合材料を製造するための本発明のアーク溶解法で溶融金属を有利に 使用し得ることも驚くべきことである。複合材料を製作及び利用する際に特に溶 融金属を避けるべきであるということは当技術分野で周知である。起こり得る問 題の類型を示した幾つかの事例が知られている。ＡＪ中ＳｉＣ型複合材料の製造 においては、溶融金属と粒状物質（溶融金属溶浸法の場合はセラミック骨格）が 長時間直接接触するのを避けるため、専用のコーティング技術のような予防策を とる必要かある。かかる予防策を取らないと、金属とセラミックスが、粒子強化 量を明らかに低下させる過程で、−緒に反応するだけでなく、複合材料を極めて 腐食を受は易くするような反応生成物を生じる。類似の問題がＡＩ　／Ｓ　ｉ　 Ｃの溶接を試みる場合に生ずるが、これはマトリックス金属の融解温度を超える ど同じ有害な反応が起こるからである。トリア−分散（＋ｔ＋ｎ＋１ａ−ｄｉｔ ｐｅ＋ｓｅｄ　；　Ｔ　Ｄと略す）ニッケ）’ｖの場合、ドリアセラミックスは 偏析する傾向があって表面張力の作用によって溶融物の表面にまで現れるので、 液体金属技術（インゴット冶金）とは対照的に、複合材料は固体粉末冶金技術で 製造される。ＡＪ／ＳｉＣの場合と同様、液体金属の存在のために溶接が問題と なるが、この場合は上述の偏析を生じる。対照的に、本発明のアーク溶解方法は 、最終的な金属性マトリックス−第二相複合材料を製造するのに、溶融金属を有 利に活用する。このことは全く驚くべきことである。それは、アーク溶解技術が 、最終的金属性マトリックスの融点をかなり超えた極めて高温に達することがあ るという点で、金属溶解方法としては比較的激しいものだからである。

従って、機械的品質に乏しい金属−第二相材料を溶融金属と組合わせても、有用 な製品は回収できないと予想されたであろう。しかし、意外なことに、本発明の 教示するこれらの特徴を用いると予想外で極めて自明性に欠ける利点が得られ、 これまで先行技術では得ることのできなかった製品を産することが判明した。

本発明において、第二相を生しる成分として使用するのに適した元素としては、 アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タン タル、ベリリウム、マンガン、クロム、モリブデン、タングステン、鉄、コバル ト、ニッケル、銅、ケイ素、ホウ素、炭素、硫黄、窒素、酸素、トリウム、スカ ンジウム、ランタン、イツトリウム、セリウム及びエルビウムなどの、セラミッ クス又は金属間化合物を生ずる反応性元素が包含される。第二相を生じる成分は 元素状で供しても、溶媒金属の合金として供してもよい。加えて、窒化ホウ素（ ＢＮＩ、炭化ホウ素　（Ｂ、　Ｃ）、酸化ホウ素（ＬＬ）、ホウ化アルミニウム （ＡｊＢν）、炭化アルミニウム　（ＡＩｔＣ＋）、窒化アルミニウム　（ＡＪ Ｎ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）　、酸化銅（Ｃｕｂ）及び酸化鉄　（Ｆｔ、Ｏ＋） などの、かかる元素の反応性化合物を第二相−生成成分源として使用してもよい 。

適当な第二相粒子の例は、周期表第■乃至■族の金属のホウ化物、炭化物、窒化 物、酸化物、ケイ化物及び硫化物などのセラミックスである。特に有用な第二相 粒子には、ＴｉＢ１．２＋Ｂ、、Ｈｊ８．、ＶＢ、、ＮｂＢ、、ＴａＢ、、Ｍｏ Ｂ、、ＴｉＣ５ｌｒｃ、　　ＨＩＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，ＷＣ，ＴｉＮ５Ｔ ｉｌＳｉｌ、ＮＪＳｉｌ、２＋Ｓｉ、、ＭｏＳｉ＋並びにＭｏ５１が含まれる。

セラミックス材料が好ましい第二相分散質であるが、第二相粒子として金属間化 合物を析出させることもできる。かかる場合には、該粒子と生成最終複合材料の マトリックスとは異なる組成のものでなければならない。本明細書中での議論は 第二相粒子（即ち分散質）としてセラミックス材料に集中するが、金属間化合物 から成る第二相も本発明の範囲内に包含される。

錯化合物も第二相粒子として適している。例えば、該粒子は、ホウ化チタンニオ ブ（［Ｔｉ、Ｎｂ１ｚＢｙ）又は炭化チタンバナジウム　（［Ｔｉ、Ｖｌ□Ｃｙ ）のような周期表第■乃至■族の少なくとも２種類の遷移金属のホウ化物、炭化 物又は窒化物を含み得る。最終的金属性マトリックス構成成分の内の一つが錯化 合物を含有するものは、非常に安定であることが多い。例えば、［Ｔｉ、Ｎｂ１ ｚＢｙの第二相粒子はＴｉＡＪ及びＮｂ、　ＡＩ金属間化合物最終マトリックス のどちらにおいても非常に安定である。錯化合物は幾つかの事例でウィスカー形 の粒子を生じる傾向があることも判明したが、かかる粒子は生成した最終複合材 料における耐クリープ性などの機械的性質を高めるうえで有利である。

最終金属性マトリックス中に複数の第二相分散質を都合よく分散し得ることにも 特に注目すべきである。これは、溶媒金属マトリックス内に複数の第二相材料を 含む中間材料を生成させることによって達成し得る。例えば、チタン、ホウ素及 び窒素の第二相−生成成分゛をアルミニウムのような溶媒金属の存在下で反応さ せて、溶媒金属マトリックス内にＴｉＢ１及びＴｉＮ粒子の分散質を含む中間材 料を生成させ得る。或いはまた、複数の中間材料を使用することによって複数の 第二相粒子材料を最終金属性マトリックス内に分散させ得る。例えば、アルミニ ウムマトリックス中にＴｉｅ、粒子を含む中間材料を、アルミニウムマトリック ス中にＴｉＮ粒子を含む別の中間材料と組合せる。この組合わせを次にチタン母 金属と混合し、アーク溶解炉中で溶解させてチタン最終マトリックス内てＴｉＢ １及びＴｉＮ第二相粒子の分散系を生成させる。

本発明において、第二相粒子の寸法は約００１ミクロンから約１０ミクロンまで の範囲で、より好ましくは約０．０１ミクロンから約５ミクロンまでの範囲で変 化させ得る。

しかし、生成した最終複合材料の所望とする用途によっては、より大きな寸法の 第二相粒子を製造することも可能である。ホウ化チタンニオブなどの複合セラミ ックスの場合のように第二相粒子がウィスカー形で生成するときは、該ウィスカ ーは直径約１乃至約５ミクロンで長さ約５乃至約２００ミクロンの範囲にある。

より好ましくは、該ウィスカーは直径約１乃至約３ミクロンで長さ約５乃至約５ ０ミクロンの範囲にある。該ウィスカーの長さ対直径比、即ちアスペクト比は約 １０：１から約１００：１の範囲にある。

本発明の最終複合材料においては広範囲な第二相粒子の充填量が可能である。第 二相粒子のパーセンテージは最終複合材料の目的とする用途に応じて相当変化さ せることができる。分散強化を目的とする場合は、約１乃至約４０容量％の第二 相充填量が利用できる。結晶粒微細化に応用する場合は、約１乃至約１０容量％ の第二相充填量が利用できる。本発明の方法において、中間材料は約２０乃至約 ８０容量％の第二相粒子を含み得るが、最終的な複合材料は約１乃至約４０容量 ％の第二相を含み得る。

溶媒金属としては、第二相を生じる成分を溶解することのできるもの又は最低限 核成分中の少なくとも１種類だけは溶解することのできるもので、生じた第二相 粒子に対しての溶解能又は反応性がより低い金属又は金属合金が使用できる。従 って、溶媒金属は、第二相粒子生成反応時に経験する温度では、所望とする第二 相析出物に対してではなく第二相−生成成分に対する溶媒として作用し得る。

母金属としては、溶媒金属を追加して使用してもよいし、或いは溶媒金属と合金 又は金属間化合物を生ずるような金属、金属合金又は金属間化合物を使用するこ ともできる。本発明のアーク溶解プロセスの間（この間に中間材料が母金属に導 入される）、温度は通常は溶媒金属及び母金属の融点より高い温度に達する。従 って、溶融状態で第二相粒子よりも実質的に不活性のままである溶媒金属／母金 属の組み合せを選択する際に注意を払う必要がある。また、アーク溶解プロセス の間に第二相粒子が望ましくないほど溶解もしくは生長しないようにすることが 重要である。第二相粒子は従って、溶媒金属及び母金属の溶融物中でアーク溶解 過程が完了するに十分な時間、安定でなくてはならない。溶媒金属と母金属は広 い範囲で選択することが可能であるが、この選択は上記の基準に合致すべく制限 される。

かかる溶媒金属及び母金属には、アルミニウム、ニッケル、銅、チタン、コバル ト、鉄、白金、金、銀、ニオブ、タンタル、ホウ素、亜鉛、モリブデン、イット リウム、ハフニウム、スズ、タングステン、リチウム、マグネシウム、ベリリウ ム、トリウム、ケイ素、クロム、バナジウム、ジルコニウム、マンガン、スカン ジウム、ランタン、セリウム、エルビウム並びにこれらの合金又は金属間化合物 が含まれる。好ましい溶媒金属には、アルミニウム、ニッケル、チタン、コバル ト、鉄、銅、ニオブ、クロム、ケイ素、マグネシウム及びベリリウムが含まれる 。

場合によっては、従来の金属、金属合金又は金属間化合物以外の材料を含んでい てもよい。母金属は、例えば微細に分散された酸化エルビウム、ドリア、アルミ ナのような分散強化金属であってもよい。これらの場合、既に存在する分散系が 、アーク溶解プロセスで必要とされる時間／温度において、溶融状態で安定であ ることが重要である。同様に、本発明に従って製造した金属−第二相複合材料を 母金属として使用することも可能である。

第二相分散系を含む材料を母金属として利用することの利点は、第二相の種類、 形状、量などの双峰分布が得られることである。−例を挙げれば、実質的に等軸 型のＴｉＢ、粒子分散系を含有するアルミニウムマトリックスを含んでなる母金 属を使用し、それにＴｉＮ針状粒子含有中間材料を添加する。分散強化と高温耐 クリープ性を兼ね備えたものが得られる。以上論してきたように、「母金属」と いう用語には、上記の既存第二相分散系を含有するタイプの材料も包含される。

本発明の最終金属性マトリックスは広範な金属、金属合金及び金属間化合物を含 んでなるものでよい。適当な最終マトリックス金属としては、アルミニウム、ニ ッケル、銅、チタン、コバルト、鉄、白金、金、銀、ニオブ、タンタル、ホウ素 、亜鉛、モリブデン、イツトリウム、ハフニウム、スズ、タングステン、リチウ ム、マグネシウム、ベリリウム、トリウム、ケイ素、クロム、バナジウム、ジル コニウム、マンガン、スカンジウム、ランタン、セリウム、エルビウム並びにこ れらの合金又は金属間化合物が含まれる。

金属間化合物性最終マトリックスを生成させる場合、好ましい部類の金属間化合 物はアルミニド及びケイ化物である。アルミニドを形成し得る金属元素としては 、チタン、ニッケル、鉄、コバルト、並びにニオブ、ジルコニウム、モリブデン 、バナジウム、タンタルなどの耐火性金属がある。ケイ化物を形成し得る金属元 素としては、チタン、ニオブ、クロム、コバルト、バナジウム、ニッケル及びモ リブデンがある。最終金属間化合物マトリックス材料の具体例には、ＴｉＩＡＬ 　ＴｉＡＪ、　　ＴｉＡｊ、、Ｎ１ＩＡＪｓＮＩＡｌ−ＮＪＡ＃ＳＮｂ＋ＡＪ、 　　ＮｂＡｆｌ、　Ｃｏ　ｓ　Ａ　Ｉ　Ｓｌ　ｒ　Ａ　Ｉ　ｌ５ｚｒＡ１１．２ ＋ＩＡＪ、、２１＾ｌ１．２＋、Ａｌ、、　２＋１＾１．ＦＨ＾１１Ｔａ、＾１ ．　　ＴａＡＪ、、ｈ、＾ｌ、　　ｈＡｊ、、ＶＡ（、、ＶＡ１、ＴｉＢ５１ｌ 、ＮＪＳｉｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、ｖ、ｓｉ、、　　Ｎｉ１ｓｉ、　　Ｃ ｏＳｉ＋及びＣｒＩＮｂが含まれる。最終マ）・リックス中に複数の金属間化合 物材料が存在していてもよい。例えば、最終的なマトリックスは、ＴｉＡＪとＴ ｉ、ＡＩとの２相混合物、又はＴｉＡｌＢとＴｉＡｌとの２相混合物を含んでな るものであってよい。

注意すべきは、本発明の最終金属性マトリックスが比較的微細な結晶粒度を呈す ることである。一般に、最終金属性マ）・リックスの粒度は約０．１ミクロンか ら約２００ミクロンまでの範囲、より好ましくは約１ミクロンから約４０ミクロ ンまでの範囲にある。具体的な例として、５容量％のＴｉＢ、第二相粒子で強化 されたＴｉＡＪ　（γ）金属間化合物の最終マトリックスを含むアーク溶解イン ゴットは約３０ミクロンの平均解粒（ｃｏｌｏｎｙ）寸法を呈する。

本発明において、中間材料もしくはスポンジの製造には様々な技術を用いること ができる。これらの方法は各自、溶媒金属マトリックス形成に作用する少なくと も１種類の溶媒金属を伴う第二相−生成成分の混合物の製造を含んでいる。この 混合物を次に下記の技術で反応させて溶媒金属マトリックス内で第二相粒子の分 散系を生成させる。下記の具体的態様のそれぞれにおいて、第二相−生成成分は 元素状粉末の形でも供し得るし、或いはその少なくとも１種類の成分を溶媒金属 の合金の形で供してもよい。加えて、第二相−生成成分の少なくとも］。

つを反応性化合物から供してもよい。

一つの具体的態様においては、第二相生成反応は第二相−生成成分及び少なくと も１種類の溶媒金属を含む混合物をバルク加熱することによって開始される。バ ルク加熱法においては、出発材料は好ましくは圧縮成形して圧粉体とし、次いで その圧粉体を例えば炉中で加熱して第二相生成反応を開始させる。この反応は通 常は溶媒金属の融点付近の温度で起こる。バルク加熱は、プラズマ炎中に出発材 料を導入するプラズマ噴霧技術によっても達成し得る。出発混合物は元素状であ っても機械的に合金化した粉末であってもよい。プルツブバッチャ−（Ｂ＋ｕｐ ｂｘｃｈｅｒ）他の米国特許第４．７４０．３４８号には、本発明の中間材料の 製造に用いるのに都合のよいバルク加熱法についての詳細な説明が記載されてい る。

別の具体的態様においては、溶媒金属マトリックス中に分散した第二相粒子を含 む中間材料は局所的点火法によって生成させる。この方法においては、第二相− 生成成分及び少なくとも１種類の溶媒金属を含む混合物を圧縮成形して圧粉体と し、続いて局所的に点火して圧粉体に沿って反応波面が移動を開始するようにす る。この伝搬反応によって、溶媒金属マトリックス中に実質的に不溶性の第二相 粒子のインシトゥ　（ｉｎ　ｓｉ＋ｕ）析出が起こる。１９８６年１１月５日に 出願された米国特許出願番号第９２７．０１４号に、本発明の中間材料の形成に 適した局所的点火技術の詳細が記載されている。

上記のバルク加熱法並びに局所的点火法において、中間体の多孔性の程度は、第 二相生成反応の開始の前、間又は後に真空脱気又は圧縮などの処置に付すことに よって変化させることができる。中間材料の多孔度は、所望によっては、反応開 始前の真空脱気操作によって最小限に抑えることができる。適用する真空度及び 脱気工程の温度は、吸収された湿分及びその他の気体の蒸発及び拡散の動力学に よって全て決定される。高真空及び昇温は脱気操作に役立つ。脱気工程のない場 合は、生成した中間材料は比較的多孔性で密度が低い。はとんどの場合、多孔度 の高いもののほうが好ましい。そうすると、その後のアーク溶解工程時に母金属 中で溶媒金属がより迅速に溶解するからである。バルク加熱法並びに局所的点火 法による具体的態様で製造した中間材料の多孔度は一般に比較的高い。例えば、 多くの場合、多孔度は約Ｉθ％を超え、往々にして約２Ｓ％を超える。場合によ っては、最初の反応混合物に低沸点金属（マグネシウム又は亜鉛）のような多孔 性増加剤を導入するのが望ましいこともある。この増加剤は第二相生成反応時に 揮発して、得られる中間材料の多孔度を増加させる。

中間材料を生成させるためのまた別の具体的態様として、直接添加法が挙げられ る。この手法においては、第二相−生成成分と少なくとも１種類の溶媒金属とを 含む混合物を金属溶融浴に添加して、金属マトリックス内で第二相粒子のインシ トゥ生成を起こさせる。該混合物はプリフォーム　ｆｐ＋ｔｌｏ＋ｍ、ｌ又は圧 粉体の形で溶融金属に添加することができる。注意すべきは、第二相−生成成分 の反応を促進するため溶媒金属がプリフォーム又は圧粉体中に存在していなくて はならないことである。１９８６年１１月５日に出願された米国特許出願番号筒 ９２７．０１４号に、本発明の中間材料の形成に応用し得る直接添加技術の詳細 が記載されている。

本発明において、上述の方法で生じた中間材料は次に母金属に導入するが、この 母金属は中間材料の溶媒金属と同一であっても異なるものであってもよい。母金 属中に中間材料を導入する方法はアーク溶解技術を利用したもので、中間材料と 母金属とを共に固体形で混合及び機械的に圧密化して圧粉電極とし、次に該圧密 化混合物を従来のアーク溶解炉中で溶解して最終複合材料の緻密なインゴットを 生成させることを包含する。合金添加物はこの時点で圧粉電極混合物中に導入す る。中間材料の母金属との混合は、中間材料を適当な大きさに粉砕することによ って容易となる。この作業は、中間材料が通常は脆くて多孔性のスポンジ状であ るため容易に達成される。母金属は中間材料との混合及び緻密化に都合が良けれ ばどんな形状であってもよい。例えば、チタン母金属は粉砕チタンスポンジの形 で供し得る。アルミニウム母金属は例えば１ａ！＋直径のショットの形で供し得 る。中間材料−母金属混合物の圧粉体は、任意には一緒に溶接してアーク溶解用 の長い電極とすることができる。場合によっては、微細粉末状の中間材料と母金 属を用いるのが有利なこともあり、かかる場合これらは次に混合しかつ圧縮成形 して電極とする。

圧粉電極は、次に従来のアーク溶解技術により電気アーク炉中で溶融させる。ア ーク溶解処置において通常は該電極が陽極となり、水冷した銅製るつぼが陰極と なる。アークは上記の圧粉電極と銅製るつぼとの間で生じ、該圧粉体を溶融させ る。得られた溶融最終複合材料は該銅製るつぼ中で回収、凝固して、インゴット を形成する。

溶融最終金属性マトリックスが空気と不必要な反応を起すのを防ぐためにアーク 溶解操作は通常は真空中で行なわなくてはならない。最終的な金属性マトリック スの均質性を確保し、かつ所望により第二相粒子をより均一に分散させるために 、多段溶解法を用いてもよい。多段溶解法においては、第一段の溶解で得られた インゴットが第二段の溶解溶解用電極として（以下順次同様）機能する。

特に注意すべきことは、本発明のアーク溶解技術に代えて、プラズマアーク、電 子ビーム及びレーザー溶解法などの従来技術を用いてもよいことである。従って 、かかる技術は本発明の範囲内にあるものと見做される。

前掲の米国特許第４．７３８．３８９号に記載の金属−セラミックス複合材料で 溶接する技術と同様の技術を、本発明における最終複合材料を生成させるための 中間材料と母金属との混合物の溶解に利用することもできる。

例えば、中間材料を微細粉末に粉砕し、母金属の微細粉末と混合し、棒状に圧縮 成形して、次に上記米国特許第４、７３８．３８９号の溶接技術で溶融させる。

或いは、中間材料を線条体に成形し、これを次に母金属の線条体と撚り合せ、こ れを上記溶接技術を用いて溶解させることもてきる。さらに、かかる中間材料と 母金属とを含んでなる圧粉環又は撚り合せ線条体を該溶接法以外の技術で溶解さ せてもよい。例えば、従来のプラズマ噴霧加工処理を用いてもよく、この場合、 棒又は線条体をプラズマスプレーガン（ｐｌａｓｍａ　＋ｐ＋ａｌ　ｇｕｎ）中 に導入して溶解を実施し、所望とする最終的な複合材料を製造する。

アーク溶解プロセスの最終複合材料は、最終金属性マトリックス全体にわたる第 二相粒子の分散系を含んでいる。比較的大きな寸法（即ち、数千ボンド台）のイ ンゴットを一回のアーク溶解作業で製造し得る。従って、本発明のアーク溶解法 により、金属−第二相複合材料の大規模・大量生産が可能になる。

金属−第二相複合材料インゴット製品の製造に加えて、本発明の方法は他の鋳造 製品の製造にも利用し得る。

本発明のアーク溶解プロセスの間に、従来のインベストメント鋳造法（ｉｎｖｅ ｓｔｍｅｎｔ　ｃａｓｔｉｎｇ）、スプレー鋳造法（ｓｑｕｅｅｘｅ　ｃａｓｔ ｉ＋Ｂ）、レオ鋳造法　（＋ｈｅｏｃａｓｌｉｎｇ）並びにスプレー鋳造法　（ ｓｐｒａｙ　ｃａｓｔｉｎｇ）を利用して様々な形状の製品とすることもできる 。従って、アーク溶解処置の間に生じた溶融最終複合材料を含む溶融物を種々の 鋳造処置に付して、多様な形状の最終複合材料製品を得ることができる。具体的 な例として、本発明のアーク溶解工程で生じた溶融物を従来のオスプレイ加工処 理に付して、所望の最終金属−第二相複合材料を含んでなる噴霧成形品を生産す ることができる。

以下の例は本発明の様々な態様を説明するものである。

より詳細には、例１乃至例２３は母金属への導入に適した中間材料の製造を説明 するものである。例２４乃至例３６は中間材料と母金属との圧縮成形電極の製造 並びに最終複合材料のインゴットを製造するための該電極のアーク溶解法を説明 したものである。

例　　１ ３４重量％のチタン、１６重量％のホウ素及び５０重量％のアルミニウムを含む 粉末混合物を３［１０００ポンド／平方インチ　（ｐＩｉ）に等方圧綿した。こ の圧縮成形産物を次に８００℃にセットした炉中で加熱した。およそ６７０℃に 達した時に、約１２５０℃に至る急激な温度上昇が観察された。

この温度上昇速度は非常に速く　（毎分９００℃より大）、続いて毎分的４００ ℃の速度の速やかな冷却が起こった。

後で検査したところ、生成した中間材料はアルミニウム溶媒金属マトリックス内 に実質的に未凝集のニホウ化チタン第二相粒子の微細分散系（０，１〜３ミクロ ン）を含んでいることが判明した。

例　　２ チタン粉末、ホウ素粉末及びアルミニウム粉末を、アルミニウム溶媒金属マトリ ックス中６０重量％のニホウ化チタン第二相が得られるような適当な化学量論比 で、ボールミルに付した。この混合物を次にグーチ管ｆｇｏｏｃｈｔｕｂｉｎｇ ）に充填して４０　ｋｓｉに等方圧綿し、密度２．３９　ｇ　／ｄの、はぼ直径 １σで長さ５ａｏの圧粉体とした。大気圧のアルゴン気流下の石英管中で、グラ フフィト棒と端と端が繋がるようにこの圧粉体を置いた。高周波電界中でこのグ ラフフィト棒を加熱して、圧粉体と棒との境界で反応を開始させた。反応は圧粉 体の良さ方向に毎秒０．７７０の速度で伝搬した。得られた中間材料を分析した ところ、アルミニウム溶媒金属マトリックス中に平均寸法約１ミクロンの実質的 に未凝集のニホウ化チタン第二相粒子が分散していることが判明した。

例　　３ ニオブ粉末、ホウ素粉末及びアルミニウム粉末をアルミニウム溶媒金属マトリッ クス中５０重量％のニホウ化ニオブ第二相が得られるような適当な化学量論比で 、ボールミル混合した。この混合物を次にグーチ管に充填して４０　ｋｓｉに等 方圧純して圧粉体とした。この圧粉体を大気圧のアルゴン気流下の石英管中に入 れ、高周波電界中で加熱して圧粉体の反応を開始させた。このようにして、アル ミニウム溶媒金属マトリックス中約１乃至約７ミクロンの大きさの実質的に未凝 集のニホウ化ニオブ第二相粒子が分散してなる中間材料が生成した。

例　　４ ２３９．５ｇのチタン粉末、６０Ｊｇのカーボンブラック及び２００．２ｇのア ルミニウム粉末を３０分間ボールミルに付し、グーチ管に充填し、４０　ｋｓｉ に等方圧綿して直径１インチて長さ１２インチの圧粉体とした。アルゴン気流下 の直径４インチの石英管中で、２本の水冷銅レールの上にこの圧粉体を置いた。

この圧粉体の一端に続けて置いた１インチ×１インチの炭素片を、圧粉体の上記 端で発熱反応が始まるまで誘導加熱した。炭素加熱用の誘導装置に繋がる電源を 切って、圧粉体の長さ方向に反応を伝搬させた。生成した中間材料を分析したと ころ、アルミニウム溶媒金属マトリックス中の炭化チタン第二相粒子の分散系で あることが判明した。炭化チタン粒子は平均直径約１ミクロンであった。

例　　５ アルミニウム溶媒金属マトリックス中でニケイ化モリブデン第二相粒子を析出さ せる実験を行った。約１５重量％のケイ素、２５重量％のモリブデン粉末及び６ ０重量％のアルミニウム粉末の混合物を圧縮成形し、次いで炉中で加熱した。温 度が約６４０℃に達したところで、急激な発熱がみられた。得られた中間材料を 後でＸ線解析並びに走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）解析したところ、アルミニウム溶 媒金属マトリックス中にニケイ化モリブデン第二相粒子が存在することが確認さ れた。

例　　６ ２０．５重量％のチタン、９．５重量％のホウ素及び７０重量％のコバルトの混 合物を４０　ｋ日に等方圧綿し、炉中で加熱した。８００℃で発熱性の高い反応 が起こって温度が約１６００℃まで上昇した。得られた中間材料を後でＸ線解析 したところ、コバルト溶媒金属マトリックス中にニホウ化チタン第二相粒子の存 在が同定された。ここで、固体溶媒金属への第二相−生成成分の十分な拡散が起 これば、第二相生成反応の開始温度は溶媒金属の融点（この例においては１４９ ５℃）未満とすることができ、反応を固体状態で始め得ることが示された。

例　　７ ２０６重量％のチタンと　９．４重量％のホウ素と７０重量％のクロムとの混合 物を４Ｑ　ｋｓｉに圧縮成形し、次いで炉中で加熱した。約８８０℃で急激な発 熱反応が見られた。得られた中間材料は、クロム溶媒金属マトリックス中にニホ ウ化チタン第二相粒子を含んでいた。

例　　８ １６重量％のアルミニウム、５６重量％のクロム、２０．６重量％のチタン及び ９．４重量％のホウ素の混合物を圧縮し、次いで炉中で加熱した。温度が約６２ ０℃に達したところで急激な反応が起こって温度が８００℃を超えて上昇し、ク ロムが溶融した。温度一時間曲線は二つのピークを示し、アルミニウム中での発 熱反応（典型的には６００〜６８０℃で起こる）とそれに続くクロム中での反応 が起こったことを示唆していた。従って、融点の低いアルミニウム溶媒金属は反 応の「低温開始剤」として作用し、その反応によって熱が放出され融点の高いク ロム溶媒金属中での後続反応を誘導する。できた中間材料はクロム−アルミニウ ム合金の溶媒金属マトリックス中にニホウ化チタン第二相粒子を含んでいた。

例　　９ 約４０重量％のジルコニウム粉末、２０重量％のホウ素粉末及び４０重量％の銅 粉末の混合物を圧縮成形し、次いで急激な発熱反応が起こるまで炉中で加熱した 。得られた中間材料のＸ線解析並びにＳＥＭ解析は、銅溶媒金属マトリックス中 にニホウ化ジルコニウムが存在することをこの例は、アルミニウム溶媒金属マト リックス内に細長い形状の炭化チタンバナジウム　（［Ｔｉ、Ｖ］Ｘｃｙ）第二 相粒子を含んでなる中間材料の生成を示したものである。３７ｇのＴ１粉末（− １００メツシユ）、１３ｇノｖ粉末（−３２５メツシユ）　、ＩＯｇのＣ粉末（ −３２５メツシユ）及び４０ｇのＡｌ粉末（−３２５メツシユ）をボールミルに 付し、４０　ｋｓｉに等方圧縮して圧粉体とした。この圧粉体を高周波電界内で 加熱して発熱反応を開始させた。得られた材料をＳＥＭ解析したところ、Ａｌ溶 媒金属マトリックス中に分散した幅約３乃至５ミクロン、長さ約ＩＯ乃至８０ミ クロンの細長い形状の炭化チタンバナジウム第二相粒子であることが判この例は 、アルミニウム溶媒金属マトリックス内に細長い形状の炭化チタンジルコニウム 叫Ｔｉ、　Ｚｒｌ工Ｃｙ）第二相粒子を含んでなる中間材料の生成を示したもの である。ＡＩ　Ｉ　Ｃ，，２＋、　Ｔｉ及びＡＩの粉末をボールミルに付し、４ Ｑ　ｋｉｉに等方圧縮して圧粉体とした。この圧粉体を高周波電界内で加熱して 発熱反応を開始させた。得られた中間材料をＳＥＭ解析したところ、ＡＩ金含有 溶媒金属マトリックス中分散した幅約２乃至４ミクロン、長さ約１０乃至４０ミ クロンの細長い形状の炭化チタンジルコニウム第二相粒子であるのが判明した。

例　　１２ Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ及びＡＩの粉末（−３２５メツシニ）をブレンドし、グーチ管に 充填し、４０　ｋｓｉに等方圧縮して圧粉体とした。この圧粉体をアルゴン気流 下の石英管内の水冷した冷フィンガー上に置き、高周波電界内で加熱して圧粉体 の反応を開始させた。得られた中間材料を分析したところ、アルミニウム溶媒金 属マトリックス内のホウ化チタンニオブ（［Ｔｉ、　Ｎｂ１ｘＢｙ）ウィスカー の分散系であることが判明した。該ウィスカーのアスペクト比は２０：１よりＢ Ｎ、　Ｔｉ及びＡｌの粉末の混合物を圧縮成形し、加熱して約７３０℃で点火（ 急激な温度上昇によって特徴付けられる）させた。得られた中間材料のＸ線解析 並びにＳＥＭ解析によって、Ａｌ溶媒金属マトリックス中に約５０重量％の粒子 充填量で分散したＴｉＢ１及びＴｉＮ第二相粒子の存在か確認された。ＴｉＪ及 びＴｉＮ第二相粒子の粒度は約１乃至１０ミクロンであった。

例　　１４ 溶媒金属として銅を用いたことを除いては、例１３に記載の実験と同様の実験を 行った。鋼中での点火は約９００℃で起きた。Ｘ線解析並びにＳＥＭ解析によっ て、Ｃｕ溶媒金属マトリックス中に約５０重量％の粒子充填量で分散したＴｉＢ 、及びＴｉＮ第二相粒子の存在が確認された。ＴｉＢ＋及びＴｉＮ第二相粒子の 粒度は約１ミクロン未満であった。

例　　１５ ＬＣＳＴ＋及びＣ＋＋の粉末を混合し、４０　ｋｓｉに圧縮し、高周波電界内で 加熱した。約８５０℃の温度で第二相生成反応が開始した。得られた中間材料を 後で解析したところ、Ｃｏ溶媒金属マトリックス中にＴｉＢ＋及びＴｉＣ第二相 粒子が約３０重量％の粒子充填量で分散しているのが判明した。

例　　１６ ２６．９ｇの＾ＪＢ！＋粉末（−２００メツシユ）　、４９．３ｇのＴｉ粉末（ −３２５メツシユ）及び２３８ｇのＡｌ粉末（−３２５メツシユ）を３０分間ボ ールミルに付し、グーチ管に充填して４２　ｋｉｉに等方プレスした。アルゴン 気流下の石英管内で、２本の水冷銅レールの上にこの圧粉体を置き、誘導加熱し て発熱反応を開始させた。得られた中間材料をＸ線解析並びにＳＥＭ解析したと ころ、アルミニウム溶媒金属マトリックス中に約０．２乃至０．５ミクロンの粒 度範囲のＴｉＢ。

第二相粒子が分散しているのが判明した。このＴｉＢ１粒子は上記１吹抜合材料 の約７４重量％からなる。

例　　１７ ＡＩＮ％ＴＩ及びＡｌの粉末を、アルミニウム溶媒金属マトリックス中に６０重 量％のＴｉＮ第二相粒子を含む中間材料の製造に適した化学量論比で、ボールミ ルに付して、４０ｋｓｉに圧縮成形した。アルゴン気流下の石英管中で、水冷銅 ボートの上にこの圧粉体を置き、誘導加熱して発熱反応を開始させた。得られた 中間材料は、アルミニウム溶媒金属マトリックス中に分散した一般に幅約１乃至 ２ミクロンで長さ５乃至１０ミクロンの棒状のＴｉＮ第二相粒子を含んでいた。

例　　１８ ８０ＨのＴｉ粉末、２０ｇのＣ粉末及び１００ｇのへｌ粉末を混合し、グーチ管 に充填し、４０　ｋｉｉに等方プレスして圧粉体とした。この圧粉体を次いで、 アルミニウム溶媒金属マトリックス中に約２５重量％の炭化チタン第二相粒子を 得るのに適した量比で、７５０℃の溶融アルミニウムに添加した。この溶融物を 次に慣用的手法で鋳造して、アルミニウム溶媒金属マトリックス中に炭化チタン 第二相粒子の分散系を含んでなる中間材料を製造した。

例　　ｊ９ アルミニウム溶媒金属マトリックス中に５０重量％のＴｉｌ　Ｓｉｌ第二相粒子 を含む中間材料が得られるような適当な化学量論比の、Ｔ１、Ｓｉ及びＡｌの粉 末を混合し、次いで４０　ｋｓｉに圧縮成形した。アルゴン気流下の石英管中で 、水冷銅ボート上にこの圧粉体を置き、誘導加熱して発熱反応を開始させた。得 られた中間材料は、アルミニウム溶媒金属マトリックス中に分散したＴｉ１Ｓｉ ｌ第二相粒子第二人でいた。

例　　２０ Ｔ１、■、Ｂ及びＡＩの粉末（−３２５メツシユ）をブレンドし、グーチ管に充 填し、４０　ｋｓｉに等方圧綿して圧粉体とした。この圧粉体をアルゴン気流下 の石英管内の水冷した冷フィンガー上に置き、高周波電界内で加熱して圧粉の反 応を開始させた。得られた中間材料を分析したところ、アルミニウム溶媒金属マ トリックス内のホウ化チタンバナジウム　（［Ｔｉ、　Ｖｌ！Ｂりウィスカーの 分散系であることが判明した。

例　　２１ ケイ素溶媒金属マトリックス中に５０重量％のＴｉＢ、第二相粒子を含む中間材 料が得られるような適当な化学量論比の、Ｔ１、Ｂ及びＳｌの粉末を混合し、次 いで４０　ｋｓｉに圧縮成形した。アルゴン気流下の石英管中で、水冷した銅製 ボート上にこの圧粉体を置き、誘導加熱して発熱反応を開始させた。得られた中 間材料は、ケイ素溶媒金属マトリックス中に分散したＴｉＢ、第二相粒子を含ん でいた。

例　　２２ アルミニウム溶媒金属マトリックス中に５０重量％のＮｂＢ第二相粒子を含む中 間材料が得られるような適当な化学量論比の、Ｎｂ、　　Ｂ及びＡＩの粉末を混 合し、次いで４゜ｋｓｉ　に圧縮成形した。アルゴン気流下の石英管中で、水冷 した銅製ボート上にこの圧粉体を置き、誘導加熱して発熱反応を開始させた。得 られた中間材料は、アルミニウム溶媒金属マトリックス中に分散したＮｂＢ第二 相粒子を含んでいた。

例　　２３ アルミニウム溶媒金属マトリックス中に２５重量％の２＋Ｎ第二第二子と２５重 量％の１ｒＢＨ第二相第二色を含む中間材料が得られるような適当な化学量論比 の、ｈ、　　Ｂ。

ＡＪＮ及びＡｔの粉末を混合し、次いで４０　ｋｓｉに圧縮成形した。アルゴン 気流下の石英管中で、水冷した銅製ボート上にこの圧粉体を置き、誘導加熱して 発熱反応を開始させた。得られた中間材料は、アルミニウム溶媒金１１Ｅ？トリ ックス中に分散したＺｒＮ及びＸｒＢ１第二相粒子を含んで例２のようにして製 造した、アルミニウム溶媒金属マトリックス中に６０重量％のＴｉＢ１第二相粒 子を含んでなる中間材料を粉砕し、粉砕したチタンスポンジ母金属と粗く混合し 、はぼ直径２インチで高さ３インチのブロックに機械的に圧縮成形した。数個の 圧粉体を一緒に溶接して消耗電極を作った。この電極を次に、水冷した銅製金型 を用いて、真空下の消耗電極アーク溶解装置中でアーク溶解して、Ｔｉ　−４５ ＡＩ　（５５原子％のＴ１．４５原子％のＡＩ）最終金属性マ）・リックス中に 約７重量％のＴｉＢ、第二相粒子の分散した最終的な複合材料インゴットを製造 した。

例　　２５ 例２のようにして製造した、アルミニウム溶媒金属マトリックス中に６０重量％ のＴｉＢ２第二相粒子を含んでなる中間材料を粉砕し、粉砕したチタンスポンジ 母金属と粗く混合し、はぼ直径２インチで高さ３インチのブロックに機械的に圧 縮成形した。数個の圧粉体を一緒に溶接して消耗電極を作った。この電極の長さ 方向に沿って純粋なチタン棒を溶接することによって、電極に追加の支持体を与 えた。この電極を次に、水冷した銅製金型を用いて、真空下の消耗電極アーク溶 解装置中でアーク溶解し７て、Ｔｉ　−４５Ａｌ　（５５原子％のＴ１．４５原 子％のＡｌ）最終金属性マトリックス中に約７重量％のＴｉＢ１第二相粒子の分 散した最終的な複合材料インゴットを製造した。

例　　２６ 例２のようにして製造した、アルミニウム溶媒金属マトリックス中に６０重量％ のＴｉＢ、第二相粒子を含んでなる中間材料を粉砕し、粉砕したチタンスポンジ 母金属と粗く混合し、はぼ直径２インチで高さ３インチのブロックに機械的に圧 縮成形した。数個の圧粉体を一緒に溶接して消耗電極を作った。この電極を次に 、水冷した銅製金型を用いて、真空下の消耗電極アーク溶解装置中でアーク溶解 して、Ｔ１−４５＾１（５５原子％のＴ１．４５原子％のＡｌ）金属性マトリッ クス中に約７重量％のＴｉＢ１第二相粒子の分散した最初のインゴットを製造し た。最初のインゴットを次に電極として使用し、より大きな水冷銅製金型を用い て、真空下の消耗電極アーク溶解装置中で再溶解して、Ｔｉ　−４５ＡＩ　（５ ５原子％のＴｉ、　４５原子％のＡ７）金属性マトリックス中に約７Ｎ量％のＴ ｉＢｒ第二相粒子の分散した最終的な複合材料のインゴットを製造した。最終的 複合材料のＴｉＢｒ第二相粒子は３ミクロンの平均粒度を有しており、アーク溶 解処理の間にほんの少量の粒子生長しか起きていないことを示している。二段溶 解した最終的な複合材料のインゴットは、最初の一段溶解したインゴットに比べ ると向上した均質性と表面特性を有していた。

例　　２７ 圧縮成形に先立って、粉砕した中間材料とＴｉスポンジにバナジウム合金用添加 物を混合したことを除いては、例２６を繰り返した。得られた最終的な複合材料 のインゴットは、約７重量％のＴｉＢ１第二相粒子が均質に分散したＴｉ　−４ ５Ａｊ　−２Ｖ　（５３原子％（７）Ｔｉ、　４５原子％のＡｌ、２原子％のＶ ）最終金属性マトリックスを含んでいた。

例　　２８ アーク溶解に先立って、中間材料の圧縮成形電極と母金属を不活性又は真空炉中 で４８時間まで焼結したことを除いては、例２６を繰り返した。できた最終的複 合材料は例２６のものと同様であった。

例　　２９ 粉砕した中間材料と母金属の混合物を長い棒状に等方プレスしてアーク溶解用の 電極を作ったしたことを除いては、例２６を繰り返した。できた最終的複合材料 は例２６のものと同様であった。

例　　３０ 例１２のようにして製造したアルミニウム溶媒金属マトリックス中に［Ｔｉ、　 Ｎｂ］よりｙ第二相ウィスカーを含んでなる中間材料を粉砕し、これを次に例１ ７のようにして製造したアルミニウム溶媒金属マトリックス中にＴｉＮ第二相粒 子を含んでなる別の中間材料を粉砕したものと混合した。

この中間材料混合物をニオブ母金属ペレットと粗く混合し、機械的に圧縮成形し て消耗電極とした。この電極を次に、水冷した銅製金型を用いて、真空下の消耗 電極アーク溶解装置中でアーク溶解して、Ｎｂ１ＡＪ全１ＡＪ合物マトリックス 中に合計約８重量％の第二相粒子（約４重量％の［Ｔｉ、Ｎｂ１ＸＢｔ及び４重 量％のＴｉＮ）の分散した最初のインゴットを製造した。この最初のインゴット を続いて電極として使用し、より大きな水冷銅製金型を用いて、真空下の消耗電 極アーク溶解装置中で再溶解して、Ｎｂ、ＡＩ金属間化合物マトリックス中に実 質的゛に均質に分散した約８重量％の［Ｔｉ、Ｎｂ１ＸＢｔ及びＴｉＮ第二相粒 子を含んでなる最終的な複合材料のインゴットを得た。

例　　３１ 例２３と同様にして製造したアルミニウム溶媒金属マトリックス中に分散した２ ＋Ｎ及び２＋Ｂ１第二相粒子を含んでなる中間材料を粉砕し、ジルコニウム母金 属ベレットと粗く混合し、次いで機械的に圧縮成形して消耗電極とした。この電 極を次に、水冷した銅製金型を用いて、真空下の消耗電極アーク溶解装置中でア ーク溶解して、１ｒＡ１１金属間化合物マトリックス中に合計約８重量％のＺＴ Ｎ及び２＋Ｂ、第二相粒子（４重量％のｂＮ及び４重量％のｂＢ、）の分散した 最初のインゴットを製造した。この最初のインゴットを続いて電極として使用し 、より大きな水冷銅製金型を用いて、真空下の消耗電極アーク溶解装置中で再溶 解して、１ＴＡＢマトリツクス中に分散した約８重量％の２＋Ｎ及び２ｒＢ１第 二相粒子を含んでなる最終的な複合材料のインゴットを得た。

例　　３２ Ｔ　＋　Ｌ　／ＡＪ中間材料を微細粉末に粉砕しかつチタン母金属を一３２５メ ツシュの粉末として供したことを除いては、例２９を繰り返した。例２９のもの と同様の最終的複合材料ＴｉＢ、／＾Ｉ中間材料とチタン母金属の圧粉体を含ん でなる棒をアーク溶接して、例３２のものと同様の最終的複合材料を含んでなる 溶接体を生成させたことを除いては例３２を繰り返した。

例　　３４ 例２と同様にして中間材料を製造したが、ただしＴｉＪが当該中間材料の２５重 量％を占め、かつ押出し成形して線条体とした。この線条体を次にチタン母金属 線条体と撚り合せプラズマスプレーガンの気流中に送った。得られた最終的な複 合材料は、チタンアルミニドマトリックス中に分散した約７重量％のＴｉＢ１第 二相粒子を含んでいた。

例　　３５ Ｔ　ｉ　Ｂ、／Ａｔ中間材料とチタン母金属の撚り合せた線条体をアーク溶接し て、例３４のものと同様の最終的複合材料を含んでなる溶接体を生成させたこと を除いては例３４を繰り返した。

例　　３６ 例２のようにして製造したアルミニウム溶媒金属マトリックス中に６０重量％の ＴｉＲ１第二相粒子を含んでなる中間材料を粉砕し、次いでアルミニウム溶融浴 に撹拌しながら添加して、アルミニウムマトリックス中に分散した１５重量％の ＴｉＢ＋第二相粒子を含んでなる第二中間材料を製造した。この第二中間材料を 押出し成形して線条体とし、チタン母金属線条体と撚り合せて、プラズマスプレ ーガンの気流中に送った。得られた最終的な複合材料は、チタンアルミニドマト リックス中に分散した約７．５重量％のＴｉＢ１第二相粒子を含んでいた。

本発明は、先行技術によって教示される方法よりも有利な点を数多く有する。例 えば、本発明は、ミクロン寸法の未凝集セラミックス出発材料の必要としなくて 住むが、かかる材料は通常は市販されておらず、しかも往々にして自燃性である 。本発明はまた、溶融金属中に第二相を均質に分散させることに関する技術的問 題を解消し、なおかつ加工処理時における第二相／金属界面での酸化物又は他の 有害な層の形成の問題をなくす。本発明の最終的な複合材料は向上した高温安定 性を有しており、第二相は最終金属性マトリックスとは実質的に非反応性である 。さらに、現在入手可能な複合材料とは対照的に、本発明の最終金属−第二相複 合材料は、微細なマトリックス結晶粒度、微細な第二相粒子粒度並びに材料の優 れた物理的特性を保ったまま、再融解及び再鋳造できる。

また、この最終複合材料は材料特性を劣化させることなく溶接でき、溶接後には 現在入手可能な金属マトリックス複合材料よりも優れた耐蝕性を有する。加えて 、本発明の最終複合材料は、押出し、鍛造及び圧延のような従来のインゴット冶 金技術によって製造することもできる。

−回のアーク溶解作業で数千ポンドのインゴットを実際に製造し得るので、本発 明のアーク溶解法により金属−第二相複合材料の大規模、大量生産も可能となる 。

上述の本発明の記載に相当の変更、変化及び脚色を加えることは当業者の容易に なし得るところであるが、かかる変更、変化及び脚色は添付の請求の範囲に開示 された本発明の範囲内にあると考えられる。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　金属−第二相複合材料インゴットを製造する方法にして、第二相粒子の分散 した溶媒金属マトリックスを含んでなる中間材料を母金属と組み合わせ、上記の 組み合わせた中間材料と母金属をアーク溶解し、かつ第二相粒子の分散した最終 金属マトリックスを含んでなる最終金属−第二相複合材料インゴットを回収する ことを含んでなる方法。 ２　金属−第二相複合材料インゴットを製造する方法にして、以下の ａ）溶媒金属マトリックス中に分散した第二相材料の粒子を含んでなる中間材料 を製造する工程、ｂ）該中間材料を母金属と組み合わせる工程、ｃ）上記の組み 合わせた中間材料と母金属をアーク溶解する工程、及び ｄ）最終的な金属−第二相複合材料インゴットを回収する工程 を含んでなる方法。 ３　金属−第二相複合材料インゴットを製造する方法にして、反応性第二相−生 成成分と溶媒金属とを第二相−生成成分の反応を開始させるに足る温度で接触さ せることによって第二相粒子の分散した溶媒金属マトリックスを含んでなる中間 材料を製造し、該中間材料を母金属と組み合わせ、上記の組み合わせた中間材料 と母金属をアーク溶解し、かつ第二相粒子の分散した最終金属マトリックスを含 んでなる最終金属−第二相複合材料インゴットを回収することを含んでなる方法 。 ４　請求項３記載の方法において、前記第二相−生成成分がアルミニウム、チタ ン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリ ブデン、タングステン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ケイ素、ホウ素、炭素、 硫黄、窒素、酸素、トリウム、スカンジウム、ランタン、イットリウム、セリウ ム及びエルビウムから成る群から選択したものである方法。 ５　請求項３記載の方法において、前記溶媒金属がアルミニウム、ニッケル、銅 、チタン、コバルト、鉄、白金、金、銀、ニオブ、タンタル、ホウ素、鉛、亜鉛 、モリブデン、イットリウム、ハフニウム、スズ、タングステン、リチウム、マ グネシウム、ベリリウム、トリウム、ケイ素、クロム、バナジウム、ジルコニウ ム、マンガン、スカンジウム、ランタン、セリウム及びエルビウムから成る群か ら選択したものである方法。 ６　請求項３記載の方法において、前記母金属がアルミニウム、ニッケル、銅、 チタン、コバルト、鉄、白金、金、銀、ニオブ、タンタル、ホウ素、鉛、亜鉛、 モリブデン、イットリウム、ハフニウム、スズ、タングステン、リチウム、マグ ネシウム、ベリリウム、トリウム、ケイ素、クロム、バナジウム、ジルコニウム 、マンガン、スカンジウム、ランタン、セリウム及びエルビウムから成る群から 選択したものである方法。 ７　請求項３記載の方法において、前記最終金属マトリックスが金属又は金属合 金を含んでなる方法。 ８　請求項３記載の方法において、前記最終金属マトリックスが金属間化合物を 含んでなる方法。 ９　請求項８記載の方法において、前記金属間化合物がＴｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｂ 、Ｚｒ、Ｆｅ又はＴａのアルミニドである方法。 １０　請求項８記載の方法において、前記金属間化合物がＴｉ３Ａｌ、ＴｉＡｌ 、ＴｉＡｌ３、Ｎｉ３Ａｌ、ＮｉＡｌ、Ｎｂ３Ａｌ、ＮｂＡｌ２、Ｃｏ３Ａｌ、 Ｚｒ３Ａｌ、Ｆｅ３Ａｌ、Ｔａ２Ａｌ、ＴａＡｌ３、Ｔｉ３Ｓｉ３、Ｎｂ５Ｓｉ ３、Ｃｒ３Ｓｉ、ＣｏＳｉ２及びＣｒ２Ｎｂから成る群から選択したものである 方法。 １１　請求項３記載の方法において、前記第二相粒子が周期表第ＩＶ乃至ＶＩ族 の少なくとも１種類の遷移金属のホウ化物、炭化物、窒化物、酸化物、ケイ化物 及び硫化物から成る群から選択したものである方法。 １２　請求求項１１記載の方法において、前記第二相粒子がＴｉＢ２、ＺｒＢ２ 、ＨｆＢ２、ＶＢ２、ＮｂＢ２、ＴａＢ２、ＭｏＢ２、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ 、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ５Ｓｉ３、Ｎｂ５Ｓｉ６、ＺｒＳ ｉ２、ＭｏＳｉ２及びＭｏＳから成る群から選択したものである方法。 １３　請求項３記載の方法において、前記第二相粒子が、周期表第ＩＶ乃至ＶＩ 族の少なくとも２種類の遷移金属のホウ化物、炭化物又は窒化物から成る群から 選択した錯化合物を含んでなる方法。 １４　請求項３記載の方法において、前記第二相粒子が前記最終金属−第二相複 合材料の約１乃至約４０容量％を占める方法。 １５　請求項３記載の方法において、前記第二相粒子の寸法が約０．０１乃至約 １０ミクロンである方法。 １６　請求項３記載の方法において、前記最終金属マトリックスが約０．１乃至 約２００ミクロンの平均結晶粒度を有する方法。 １７　請求項３記載の方法において、前記最終金属マトリックスが約１乃至約４ ０ミクロンの平均結晶粒度を有する方法。 １８　金属−第二相複合材料インゴットを製造する方法にして、以下の ａ）溶媒金属マトリックス中に分散した第二相材料の粒子を含んでなる中間材料 を製造する工程、ｂ）該中間材料を母金属と固体形で混合する工程、ｃ）該混合 物を圧縮成形して電極を形成する工程、ｄ）該電極をアーク溶解する工程、及び ｅ）最終的な金属−第二相複合材料インゴットを回収する工程 を含んでなる方法。 １９　請求項１８記載の方法において、前記母金属と混合するに先立って前記中 間材料を粉砕する方法。 ２０　請求項１８記載の方法において、前記母金属がチタン又はその合金であり 、かつ粉砕したスポンジとして供される方法。 ２１　請求項１８記載の方法において、前記母金属がアルミニウム又はその合金 であり、かつショットとして供される方法。 ２２　請求項１８記載の方法において、前記中間材料と母金属との複数の圧縮成 形混合物を一緒に溶接して電極を形成する方法。 ２３　請求項１８記載の方法において、少なくとも１種類の合金用金属を前記中 間材料及び母金属と共に混合する方法。 ２４　請求項１８記載の方法において、前記溶媒金属の追加量を前記中間材料及 び母金属と共に混合する方法。 ２５　請求項１８記載の方法において、前記アーク溶解をアーク溶解炉中で実施 する方法。 ２６　請求項１８記載の方法において、前記アーク溶解を真空下で実施する方法 。 ２７　請求項１８記載の方法において、前記電極を二段階アーク溶解する方法。 ２８　金属−第二相複合材料鋳造製品を製造する方法にして、第二相粒子の分散 した溶媒金属マトリックスを含んでなる中間材料を母金属と組み合わせ、上記の 組み合わせた中間材料と母金属をアーク溶解して溶融塊とし、該溶融塊を鋳造し 、かつ第二相粒子の分散した最終金属マトリックスを含んでなる最終金属−第二 相複合材料の鋳造製品を回収することを含んでなる方法。 ２９　その中に分散した離散第二相粒子を有する最終金属マトリックスを含んで なる金属−第二相複合材料のアーク溶解インゴット。 ３０　請求項２９記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記最終金属マトリッ クスが、アルミニウム、ニッケル、銅、チタン、コバルト、鉄、白金、金、銀、 ニオブ、タンタル、ホウ素、鉛、亜鉛、モリブデン、イットリウム、ハフニウム 、スズ、タングステン、リチウム、マグネシウム、ベリリウム、トリウム、ケイ 素、クロム、バナジウム、ジルコニウム、マンガン、スカンジウム、ランタン、 セリウム及びエルビウムから成る群がら選択された少なくとも１種類の金属を含 んでなるアーク溶解インゴット。 ３１　請求項２９記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記最終金属マトリッ クスが金属又は金属合金を含んでなるアーク溶解インゴット。 ３２　請求項２９記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記最終金属マトリッ クスが金属間化合物を含んでなるアーク溶解インゴット。 ３３　請求項３２記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記金属間化合物がＴ ｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｆｅ又はＴａのアルミニドであるアーク溶解イン ゴット。 ３４　請求項３２記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記金属間化合物がＴ ｉ３Ａｌ、ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌ３、Ｎｉ２Ａｌ、ＮｉＡｌ、Ｎｂ３Ａｌ、ＮｂＡ ｌ２、Ｃｏ３Ａｌ、Ｚｒ３Ａｌ、Ｆｅ３Ａｌ、Ｔａ２Ａｌ、ＴａＡｌ２、Ｔｉ５ Ｓｉ３、Ｎｂ５Ｓｉ３、Ｃｒ３Ｓｉ、ＣｏＳｉ２及びＣｒ２Ｎｂから成る群から 選択したものであるアーク溶解インゴット。 ３５請求項２９記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記第二相粒子が周期表 第ＩＶ乃至ＶＩ族の少なくとも１種類の遷移金属のホウ化物、炭化物、窒化物、 酸化物、ケイ化物及び硫化物から成る群から選択したものであるアーク溶解イン ゴット。 ３６請求項３５記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記第二相粒子がＴｉＢ ２、ＺｒＢ２、ＨｆＢ２、ＶＢ２、ＮｂＢ２、ＴａＢ２、ＭｏＢ２、ＴｉＣ、Ｚ ｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮＢＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ５Ｓｉ３、Ｎｂ５Ｓ ｉ３、ＺｒＳｉ２、ＭｏＳｉ２及びＭｏＳ２から成る群がら選択したものである アーク溶解インゴット。 ３７請求項２９記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記第二相粒子が、周期 表第ＩＶ乃至ＶＩ族の少なくとも２種類の遷移金属のホウ化物、炭化物又は窒化 物から成る群から選択した錯化合物を含んでなるアーク溶解インゴット。 ３８請求項２９記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記第二相粒子が前記最 終金属−第二相複合材料の約１乃至約４０容量％を占めるアーク溶解インゴット 。 ３９請求項２９記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記第二相粒子の寸法が 約０．０１乃至約１０ミクロンであるアーク溶解インゴット。 ４０請求項２９記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記最終金属マトリック スが約０．１乃至約２００ミクロンの平均結晶粒度を有するアーク溶解インゴッ ト。 ４１請求項２９記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記最終金属マトリック スが約１乃至約４０ミクロンの平均結晶粒度を有するアーク溶解インゴット。 ４２その中に実質的均質に分散した離散ＴｉＢ２粒子を有するチタンアルミニド の金属マトリックスを含んでなる金属−第二相複合材料のアーク溶解インゴット 。 ４３請求項４２記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記ＴｉＢ２粒子が約０ ．１乃至約１０ミクロンの平均粒度を有し、かつ前記複合材料の約１乃至約４０ 容量％を占めるアーク溶解インゴット。 ４４請求項４３記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記チタンアルミニド金 属マトリックスが実質的にＴｉ−４５Ａｌから成るアーク溶解インゴット。 ４５請求項４４記載のアーク溶解インゴットにおいて、前記Ｔｉ−４５Ａｌ金属 マトリックスが約２０乃至約４０ミクロンの平均群粒寸法を有するアーク溶解イ ンゴット。 ４６その中に実質的均質に分散した離散第二相粒子を有する最終金属マトリック スを含んでなるアーク溶解金属−第二相複合材料のインベストメント鋳造製品。 ４７その中に実質的均質に分散した離散第二相粒子を有する最終金属マトリック スを含んでなるアーク溶解金属−第二相複合材料のスプレー鋳造製品。 ４８その中に実質的均質に分散した離散第二相粒子を有する最終金属マトリック スを含んでなるアーク溶解金属−第二相複合材料のスクイーズ鋳造製品。 ４９その中に実質的均質に分散した離散第二相粒子を有する最終金属マトリック スを含んでなるアーク溶解金属−第二相複合材料のレオ鋳造製品。