JPH05507122A - Porous metal matrix composite material and manufacturing method - Google Patents

Porous metal matrix composite material and manufacturing method

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JPH05507122A JP91510410A JP51041091A JPH05507122A JP H05507122 A JPH05507122 A JP H05507122A JP 91510410 A JP91510410 A JP 91510410A JP 51041091 A JP51041091 A JP 51041091A JP H05507122 A JPH05507122 A JP H05507122A
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ニューカーク，マーク　スティーブンス
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ランキサイド　テクノロジー　カンパニー，リミティド　パートナーシップ
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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。 (57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

多孔性金属母材複合材料と製造方法 技術分野 本発明は多孔性金属母材複合材料体の優れた製造方法に関する。 詳しくは、浸透促進剤及び／または浸透促進剤プレカーサー及び／または浸透用 気体が、少な（とも工程中のある時点で充填材料またはプリフォームと接触を持 ち、そのことで接触した母材金属を自然発生的に充填材料またはプリフォームに 浸透させることができる。 この種の自然浸透（ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　１ｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）は加 圧や真空の適用を行う必要なしに行われる。しかし、供与される母材金属の量は 、充填材料またはプリフォームを殆ど完全に埋め込むほどに十分でないことを特 徴とする。 技術背景 母材金属と、強化・補強用材料としてセラミック粒子、ウィスカー、繊維などか らなる複合材諸製品は、それらが、伸展性と剛性のある金属母材からなるために 、ある程度の強度と摩耗耐性を併せもつので、種々の応用用途が約束されている 。通常、金属母材複合材料は強度、硬さ、接触摩耗耐性、熱膨張係数（Ｃ，Ｔ− Ｅ、）　、密度、熱電導性、一体構造における母材金属に関連する高温での強度 保持などの点で改善が進んでいるが、しかし、所定の性質がどの程度改善される かは、特定の組成成分、その体積と重量比率、そして複合材の製造方法に大きく 支配される。ある場合には、複合材は金属母材金属自体よりも重量が軽い。例え ば、炭化ケイ素などのセラミックで補強されたアルミニュウム母材複合材で、粒 材、小板状、ウィスカー状にされたものは、アルミニュウムに起因して、比剛性 （即ち比重当りの伸展率）が高く、耐摩耗性で、熱電導率が大きく、熱膨張率（ Ｃ，Ｔ、Ｅ、）が低く、高温での強度及び／または比強度（即ち比重当りの強度 ）が高く、興味がもたれている。 種々のアルミニュウム母材複合材の構成に関して多くの合金の製法が記載されて おり、それらは粉体合金法と溶融金属浸透法を含み、加圧鋳造、真空鋳造、撹拌 、湿潤剤の使用などの方法を用いて行ね、れる。粉体合金技術では、金属は粉体 の形態で、そして補強材は粉体、ウィスカー、裁断された繊維などの形態で混合 され、冷圧下で焼結されるか、熱圧着される。これらの方法で造られた炭化ケイ 素補強のアルミニュウム母材複合材では、セラミンク部分の最大の容量は、ウィ スカーの場合で２５容量％、粒状体で４０容量％であると報れる製品の性質の観 点からすると一定の限界がある。複合材のセラミック部分の体積比率は一般に限 られ、粒体の場合約４０％である。 また加圧工程では得られる実用体積が限定される。引き続く加工工程（成型、機 会処理などの）を行うか、複雑なプレスによらなければ、比較的単純な形態の製 品しか得ることができない。さらに、焼−結の時に不均一な縮みが起こり得るし 、また緊密な粒状構造ができて微細構造の不均一化が起こることがある。　−１ ９７６年７月２０日にＪ、Ｃ，キャネルらに与えられた米国特許第３．９７０． １３６号は、例えば、炭化ケイ素やアルミニュウムウィスカーなどの繊維状の補 強物を含み、予め定められた繊維配列構造を有する金属母材複合材の成型法を開 示している。この複合材は、平行的に重ねた同一面上に配列する繊維からなるマ ントかフェルトを、例えば、アルミニュウムの様な溶融母材金属を少なくとも何 れかのマット内につぎ込む供給装置をつけた成型用の型にいれ、加圧下で溶融金 属をマットと内に浸透させ配列した繊維を覆うことによって造られる。、溶融金 属は重ねたマットの上からつぎ込む、次いで加圧してマット内に浸透させてもよ い、複合材中の補強用の繊維を５０容量％以上にすることが報告されている。 上記の浸透法は、溶融母材金属を繊維状のマット内に外界からの圧力に依存して 押し込む点からして、圧力依存性流動工程上の不都合が起こり易く、例えば、母 材の不均一成型、多孔性の不均一の可能性などである。性能の不均一性は溶融金 属が繊維配列の多重構造の内部に注入された場合にも起こり得る。従って、複雑 なマント／貯槽の配列と流体供給経路を作らないと繊維マット層経の適切で均一 な浸透を行うことができない、加えて上記加圧浸透法は、多量のマント中への浸 透が困難なために、複合材中の補強材の量が比較的少ない場合にのみしか用いる ことができない、さらに加えて、成型用の型は溶融金属を加圧下で保持するため に、装置にかかる費用がかさむ。最後に前述のプロセスは、加えられる粒子や繊 維への浸透に制約があり、アルミニュウム金属母材複合材で不規則に配列した粒 子、ウィスカー、繊維からなる補強材を含むものには適用できない。 アルミニュウム母材でアルミナ充填の構成材の作成にはアルミニュウムは簡単に アルミナを濡らすことができないので、しっかりした製品を得ることが難しい。 この問題に多くの解決法が示唆される。 その一つはアルミナの表面を例えば、ニッケルやタングステンの様な金属で覆う ことであり、続いてアルミニュウムと共に熱加圧する。 他の方法は、アルミニュウムをリチュウムの合金にし、アルミナをシリカで被覆 しておく。しかしながら、これらの複合材には性能のバラツキが起こるし、ある いは被覆によって充填物が劣化しりチュラムを含む母材は性質が変化する。 米国特許第４．２３２，０９１号（Ｒ，Ｗ、グリムジャムら）はアルミニュウム 母材／アルミナ複合材の製造におけるある種の技術的困難を克服している。この 特許は溶融したアルミニュウム（またはアルミニュウム合金）を７５−３７５ｋ ｇ／ｃｍ”の加圧下で予め７００−１０５０°Ｃに加熱したアルミナの繊維また はウィスカー製マット内に注入する方法を記載している。得られる固形鋳造物中 の金属に対するアルミナの最大の容量比は０．２５／　１であった。浸透の完成 を外圧に依存するために、この方法にはキャネルらの方法と同様に多くの欠陥が ある。 ヨーロ、バ公開特許第１１５，７４２号は、特に電気分解槽の材料として有用な 、アルミニュウム／アルミナ複合材で、前もって成型したアルミナの母材の孔隙 を溶融したアルミニュウムで充填する方法を開示している。この出願はアルミナ がアルミニュウムで濡れにくいことを強調し、そこで、前成型物（プリフォーム ）を通じてアルミナを濡らすための種々の方法が用いられている０例えば、アル ミナはチタン、ジルコン、ハフニュウム、ニオブのシボライドの様な湿潤剤、あ るいは、リチュウム、マグネシュウム、カルシュラム、鉄、コバルト、ニッケル 、ジルコン、ハフニュウムなどの金属によって被覆される。アルゴンの様な不活 性の気体による加圧が濡れの促進に用いられる。この参考例はまた溶融アルミニ ュウムを被覆さていない母材に浸入させるために圧力を用いることを示している 。この点からすると、浸透は空隙を除くことによって行われ、溶融したアルミニ ュウムを、例えば、アルゴンの様な不活性ガス気流中で加圧する。別の方法とし て、空隙を溶融アルミニュウムで満たす前に、プリフォームに気相のアルミニュ うムを侵入させ、蒸着させて表面を濡らしておく方法がある。プリフォームの孔 隙中のアルミニュウムの保持を確実に行うためには、真空かアルゴン気流中での 、例えば、１４００から１８００℃の熱処理が必要である。そうしないと、圧入 された材料のガスへの露出かまたは浸透のための圧力を除くことの何れかによっ て、ボディからのアルミニュウムのロスをもたらすであろう。 また、湿潤剤を電解槽中のアルミナ複合材に溶融アルミニュウムを浸透させるた めに用いた例が、ヨーロッパ公開特許第９４３５３号に開示されている。この公 報は槽の裏打ちまたは基体が陰極電流発生源として働く電気精錬によるアルミニ ュウム製造について記載している。この基体を氷晶石から保護するために、湿潤 剤と溶解抑制剤の混合物のコーティングがアルミナ基体に対し、槽の運転の前に 施されるか、または電気分解法によって製造された溶融アルミニュウム中に浸さ れる間に施される。開示された湿潤剤はチタン、ジルコン、ニオブ、カルシュラ ムであり、チタンが好適であるとしている。 ホウ素、炭素、窒素の化合物が湿潤剤の溶融アルミニュウム中への溶解を抑制す るために有効であると記載されている。この参考文献はしかしながら金属母材複 合材の製造については示唆していないし、この種の複合材の、例えば、窒素気流 中での製造法についても開示していない。 圧力と湿潤剤の応用に加えて、溶融アルミニュウムを多孔質のセラミックの成型 体中に侵入させるために真空を用いることも開示されている。例えば、米国特許 第３，７１８，４４１号（１９７３年２月２７日、Ｒ９Ｌ、ランディングハム） はセラミック成型体（例えば、炭化ホウ素、アルミナ、ベリリア）中への溶融し たアルミニュウム、ベリリュウム、アグネシュウム、チタン、バナジン、ニッケ ルまたはクロムの何れかを１０−ｂトール以下の真空で浸透させることを記載し ている。 １０−２から１０−’　トール迄の真空ではセラミックの溶融金属による濡れが 不十分で金属はセラミックの空隙内に容易に流れ込まない。しかし真空塵がｉｏ −’トール以上になると湿潤が改善されるという。 米国特許第３，８６４．１５４号（１９７５年２月４日、Ｇ、Ｅ、ガラノアら） もまた真空による浸透について示している。この特許はＡＩＢＩｚの粉末を冷圧 した成型体を冷圧されたアルミニュウム粉末の台の上に重ねることを記載してい る。即ち、記載によると、アルミニュウムをそのＡＩＢＩｚの成型体上に乗せる 。Ａ［Ｂ、□の成型体をアルミニュウム粉末の層の間にザンドイノチした状態の 坩堝を真空炉中に入れる。 真空炉を脱気して約ＩＬ−５トールにし、続いて温度を１１００°Ｃにし、３時 間保持する。この状態下では溶融したアルミニュウムが多孔性のＡＩＢ、□成型 体に緊密に侵入した。 米国特許第３．３６４，９７６号（１９６８年１月２３日、Ｊ、Ｎ、レディング ら）は、自然に物体中に真空を作ることで内部への溶融金属の浸透を促進させる やり方を開示している。さらに詳しくは、例えばグラファイトの鋳型、鉄の鋳型 、あるいは多孔質の耐火材材料のような物体が溶融した金属中に完全に沈められ る。鋳型の場合、鋳型の空隙には金属と反応するガスがあり、その空隙を外側か ら溶融した金属に接触させて少なくとも鋳型の穴を埋める。鋳型が溶融体中に浸 されると、空隙中の気体と溶融した金属が反応して自然に真空が発生しそれが満 たされる。特に、その真空は金属の固形酸化物によって起こされる。この様にし て、レデイングらは空隙の中に存在する気体と溶融した金属が反応することが必 須であるとしている。しかしながら、鋳型を用いて真空を作ることは、鋳型を使 うという点で限界があり好ましいことではない。鋳型は最初に特定な形に機械加 工され、作り終ると、仕上がる鋳物の表面を適当にするために鋳型面を機械処理 し、使用に先だってそれを取り付け、使用し終ると鋳物をそれから取り出すため に外され、その後に再使用されるが、鋳型の状態が使用に耐えなくなると鋳型表 面の仕上げをしたり付着物を除いたりするのが普通である。鋳型の複雑な形体の 機械仕とげには大変な費用と時間がかかる。さらに？ｊ！雑な形体の鋳型から鋳 物を取り出すことはまた難しい場合が多い（複雑な形体の鋳物の鋳型からの取り 出しでは破壊される場合がある）。さらに、多孔性の耐火性で鋳型として使うわ けではなく溶融金属中に浸すことのできるものでは、その耐火性材料は一体材料 である必要があるとされているが、その理由は容器鋳型への使用でない場合、緩 やかな多孔性の材料には浸透に対する余地が無いためであるとされる（例えば、 粒状材料は溶融金属中に置かれると一般に分離したり浮上したりすると信じられ ている。）さらに加えて、粒状構造の材料や緩やかな構成のプリフォームに浸透 させるためには、浸透した金属が少なくとも粒状物の部分を押し退けたり不均一 微細構造をもたらしたりしないように注意する必要がある。 従って、（外側から加えるもの、内部的に発生させるものの何れの）成型された 金属母材複合材であって加圧や真空の使用を必要としないもの、また、例えばセ ラミックの様な他の材料に金属母材を固定させるための湿潤剤の必要の無いもの について、簡単で信顧性のある製造法に対する長い間のニーズがあった。加えて 金属母材複合材の製造に最終仕上げ機械加工をできるだけ少なくする方法が長ら く望まれていた。本発明は、例えば、セラミックの様な材料に対して自然に浸透 を起こす機構によって、これらのニーズを満足させるものであり、それは（例え ば、アルミニュウムの様）な溶融母材金属を（例えば、窒素のような）常圧の浸 透用気体の雰囲気下で、工程中の少なくともある時点で浸透促進プレカーサー及 び／または浸透促進剤を存在させることによって、浸透させることを可能にする 。 共同所有される米国特許と特許出願 本特許出願の主題内容については、出願中の、あるいは共同出願特許と発行済み の特許がある。特に、これらの他の出願中の出願と発行済みの特許には金属母材 複合材材料を製造する優れた方法を提供する（以後しばしば「共有される金属母 材特許と特許出願」と称す）。 金属母材複合材材料を調製する優れた方法は共有特許の米国特許出願シリアル番 号筒０７１０４９．１７１号（１９８７年５月１３日出願）、ホワイトら、表題 名「金属母材複合材」に記載されている。このものは現在、米国特許第４，８２ ８，００８号（１９８９年５月９日発行）であり、ＥＰＯに１９８８年１１月１ ７日付、公表番号筒０２９１４４１として発表された。このホワイトらの発明の 方法によると、金属母材複合材は（例えば、セラミックかセラミックで被覆した 材料の様な）透過性の充填物体中に少なくとも約１重量％以上、好ましくは約３ 重量％以上のマグネシュウムを含む溶融アルミニュウムを浸透させて調製される 。浸透は外界からの圧力や真空の適用なしで自然に行われる。溶融金属合金の供 給は充填材料体中に少なくとも約６７５°Ｃ以上で、窒素ガスを容量で約１０− １００％、好ましくは約５０％以上含み、残りは非酸化性のガスであれば何れの ものでもよい（例えば、アルゴン）ガスの存在下で行う。この条件下で溶融した アルミニュウム合金は通常の気圧でセラミック体中に浸透しアルミニュウム（ま たはアルミニュウム合金）の母材複合材を形成する。希望する量の充填材料が溶 融したアルミニュウム合金で浸透されたならば、温度を下げて合金を固化させ、 補強用充填材料を含む固状金属母材構造が得られる。通常、または好ましくは、 与える溶融した合金の供給は充填材料の量を限界まで浸透させるのに必要な十分 な量である。ホワイトらの発明によって造られるアルミニュウム母材複合材中の 充填材料の量はかなりに多量であるだろう。この点では、合金に対する充填材の 容量比は１：１を越えるであろう。 前述のホワイトらの発明の工程条件では、窒化アルミニュウムがアルミニュウム 母材の全体にわたって不連続な分散状態で形成され得る。アルミニュウム母材中 の窒化物の量は、例えば、温度、合金の構成と充填材料に強く支配される。そこ で、一種またはそれ以上の要因をシステム中で調節することで、特定の性質の複 合材を仕立てることができる。しかしながら、ある種の最終使用目的には窒化ア ルミニュウムを含まないかまたは実質的に含まない複合材が必要である。 高温なほど浸透は容易であるが、しかしその工程では窒化物の生成量が増加する ことが知られている。ホワイトらの発明では浸透機梼と窒化物生成のバランスが 選ばなければならない。 金属母材複合材の形成に用いる適当なバリヤー措置の例が共有特許の米国特許出 願シリアル番号筒０７／１４１．６４２号（１９８８年１月７日出Ｉ］）、ミハ エルに、アガジャニアンら、表題名「バリヤーを用いた金属母材複合材の製造方 法」に記載されている。このものは現在、米国特許第４，９３５．０５５号（１ ９９０年６月１９日発行）であり、ＥＰＯに１９８９年７月１２日付、公表番号 筒０３２３９４５として発表された。このアガジャニアンらの発明の方法による と、バリヤーの措Ｗ（例えば、粒状の２ホウ化チタン、またはグラフフィト材料 で、例えば、ユニオンカーバイド社から商標名グラホイルで発売されているフレ キシブルグラファイト箔）を充填材料の決められた境界表面に配置し２、母材合 金をバリヤー措置によって定められた境界上に浸透させる。 バリヤー措置は溶融した合金の浸透を阻害、予防、または限定するために用いら れ、それによって、得られる金属母材複合材のなかで、正味のまたは正味に近い 形状を作ることができる。従って、形成された金属母材複合材物はバリヤー措置 の内側の形態と実質的に対応する外形を存する。 米国特許第４，８２８，００８号の方法が、共有で出願中の米国特許出願シリア ル番号筒０７１５１７，５４１号（１９９０年４月２４日出ＩＩＩ）で改善され たが、このものは米国特許出願シリアル番号筒０７／１６８．２８４号（１９８ ８年３月１５日出願）の継続であって、ミハエルに、アガジャニアンとマークＳ 、二二一クリクの、表題名「金属母材複合材とその製造技術」であり、ＥＰＯに １９８９年９月２０日付、公表番号筒０３３３６２９として発表された。この米 国出願特許に開示された方法に従うと、母材金属合金が金属の最初の供給源とし て、また母材金属合金の貯蔵用（このものは最初の溶融金属と、例えば、重力に よる流動によって接している）として供給される。特に、この出願特許に記載さ れた条件では、最初の溶融母材合金の給源は、常圧下で充填材料物への浸透を開 始しこの様にして金属母材複合材の形成が始まる。充填材料物中への浸透で最初 の溶融母材金属合金が消費されると、それは必要があれば補充されるが、好まし くは自然な浸透を継続するために溶融母材金属が貯槽から連続的に補給する。透 過性を有する必要量の充填物が自然に溶融した母材合金で浸透されると、温度を 下げて合金を固化させ、そこで、補強用の充填材料を含む固形の金属母材構造が 得られる。金属の貯槽を用いることはこの出願特許中で記載された発明の単なる 一実施ｉ！ｉ様であり、貯槽の実施を該発明中で開示されるおのおのの他の実施 態様に組み合わせる必要が無いこと、そのあるものは本発明と組み合わせて用い ると便利であり得ることを理解しておくべきである。 金属の貯蔵量は透過性の充填材料物中に予め定められた量の浸透を行うのに十分 な量の金属を供給するものであるべきである。他の方法としては、適宜バリヤー 処置を透過性の充填材物体の少なくとも一面に境界面を限定するために施すこと ができる。 さらに、供給される溶融した母材合金は、少なくとも透過性充填材料体の境界（ 例えば、バリヤー）まで、自然浸透を完成させるために十分なものである必要が あり、貯槽にある合金の量はこの十分量を上回るものであり浸透を完成させるた めに十分であるばかりでなく、余剰の溶融金属合金が残っていて金属母材複合材 と接しているべきである。この様に、余剰の溶融合金が残存する場合は、得られ 物体は複雑な複合材物体であり得（例えば、大型複合材）、その内部では金属母 材を持った浸透されたセラミック体が貯槽に残った金属とつながりを持っている 。 さらに進歩した金属母材技術が次のもので示される。それは、共有で共同係争中 の米国特許出願シリアル番号筒０７１５２１　、０４３号（１９９０年５月９日 出願）で、それは米国特許出願シリアル番号筒０７／４８４，７５３号（１９９ ０年２月２３日出願）の部分的継続であって、これはさらに米国特許出願シリア ル番号筒０７／４３０，６６１号（１９８９年１１月７日出願）の一部継続であ り（現在放棄済み）、これはまた米国特許出願シリアル番号筒０７／４１６，３ ２７号（１９８９年１０月６日出願）の一部継続であり（現在放棄済み）、これ はまた米国特許出願シリアル番号筒０７／３４９，５９０号（１９８９年５月９ 日出願）の一部継続であり（現在放棄済み）、これは最後に米国特許出願シリア ル番号筒０７／２６９．３１１号（１９８８年１１月１０日出願）の一部継続で あるが（現在放棄法ミ）、これらの全てのミハエルに、アガジャニアンらの名義 で出願され、またこれらのすべてが表題名（金属母材複合材体を自然浸透工程に よって形成する方法、およびその方法で得られる製品」を有する（米国特許出願 シリアル番号筒０７／４１６，３２７号に対応するＥＰＯ出願は、ＥＰＯに１９ ９０年６月２７日付、公表番号筒０３７５５８８として発表された）。これらの アガジャニアンらの出願によると、母材金属の透過性の充填材料物またはプリフ ォームへの自然浸透は、浸透促進剤及び／または浸透促進剤プレカーサー及び／ または浸透用気体が、少なくとも工程中のある時点で充填材料またはプリフォー ムとつながりをもっていて、そのことで溶融母材金属が自然発生時に充填材料ま たはプリフォームに浸透することができる。アガジャニアンらは多くの自然浸透 を示す、母材金属／浸透促進剤プレカーサー／浸透用気体の系を開示している。 アガジャニアンらは、とりわけて自然浸透が、アルミニュウム／マグネシュウム ／窒素系、アルミニュウム／ストロンチュー入／窒素系、アルミニュウム／亜鉛 ／酸素系とアルミニュうム／カルシュウム／窒素系に認められることを開示して いる。しかしながら、前記のアガジャニアンらの開示がらすると、自然浸透現象 が他の母材金属／浸透促進剤プレカーサー／浸透用気体系にも存在することは明 らかである。 上述のおのおのの共有の金属母材特許と特許出願は金属母材複合材体の製造方法 とそれによって造られた優れた金属母材複合材料体について記載している。先行 する全ての共有特許と出願特許を特に纏めてここに参考として記載する。 発明の要約 多孔性金属母材複合材料体を透過性の充填材料体またはプリフォームに溶融母材 金属を自然浸透させて製造する。とりわけ、浸透促進剤及び／または浸透促進剤 プレカーサー及び／または浸透用気体が、少なくとも工程中のある時点で充填材 料またはプリフォームとつながりをもっていて、そのことで溶融母材金属が自然 発生的に充填材料またはプリフォームに浸透することができる。しかしながら、 充填材料またはプリフォームに浸透する母材金属の量は、充填材料またはプリフ ォームにほぼ完全に埋め込む量より少ない。 第一の好適な実施態様は、浸透促進のためのプレカーサーは少なくとも充填材料 及び／またはプリフォーム及び／または母材金属及び／または浸透用気体のいず れか一つに添加される。与えられた浸透促進剤プレカーサーはその後、少なくと も充填材料またはプリフォームの一種及び／または母材金属及び／または浸透用 気体と反応し、少なくとも一部の充填材料またはプリフォームの内部または表面 で浸透促進剤になる。つまるところ、少なくとも自然浸透にあたっては、浸透促 進剤は少なくとも一部の充填材料またはプリフォームと接触して（つながりをも って）いなければならない。 本発明の他の好適な実施１！様では、剤浸透促進剤プレカーサーを供給するより むしろ浸透促進剤を直接、少な（ともプリフォーム及び／または母材金属及び／ または浸透用気体のいずれが一つに添加する。つまるところ、少なくとも自然浸 透にあたっては、浸透促進剤は少なくとも一部の充填材料またはプリフォームと 接触していなければならない。この出願は種々の母材金属の例について述べるが 、それは金属母材複合材料の成型のある時点で、剤浸透促進剤プレカーサーと浸 透用気体の存在下で接触する。この様に、種々の参考例が個別的な自然浸透を示 す母材金属／浸透促進剤プレカーサー／浸透用気体の系に対して作られる。しか し、この出願で論議される以外の多くの母材金属／浸透促進剤プレカーサー／浸 透用気体系でも、ここで上記の様に論じられたものと同様に作用するであろうと 考えられる。とりわけ、自然浸透の゛性質はアルミニュウム／マグネシュウム／ 窒素の系、アルミニュウム／ストロンチュウム／窒素の系、フル：ｉｉニュウム ／亜鉛／酸素の系、およびアルミニュウム／カルシュラム／窒素の系で観察され る。従って、この出願がここに述べた系についてのみ論議されても（特にここで は、アルミニュウム／マグネシュウム／窒素の系について力点を置くが）、他の 母材金属／浸通促進剤プレカーサー／浸透用気体の系も同様に作用するこ、七を 理解するべきである。 自然浸透によって多孔性金属母材複合材料体を形成するための好適な実施態様で は、必要とする量の溶融母材金属がプリフォームまたは充填材料と接触させられ る。このプリフォームまたは充填材料は、浸透促進剤プレカーサーと、混合され るか、及び／または工程中のある時点で曝されるかする。さらに好適な実施態様 では、溶融した母材金属及び／またはプリフォームまたは充填材料は浸透用気体 に少なくとも工程の一部では接している。さらに別の好適な実施態様では、溶融 した母材金属及び／またはプリフォームまたは充填材料は浸透用気体に実質的に 工程の全部の時間接している。プリフォームまたは充填材料は自然発生的に溶融 母材金属ムこよって浸透されるが、その自然浸透と金属母材複合材料の形成の程 度または比率は、与えられる工程条件の組合せ、例えば、系内に加えられる浸透 促進剤プレカーサーの濃度（例えば、母材金属合金中及び／または充填材料かプ リフォーム中及び／または浸透用気体中に加えられる）、充填材料の大きさ及び ／またはその組成、プリフォーム中の粒子の大きさ及び／またはその組成、プリ フォームまたは充填材料中への浸透について多孔性の程度、浸透が行われる時間 、及び／または浸透が行われる温度、などに依存する。 さらに、母材金属の組成及び／または供給される母材金属の量及び／またはその 工程条件の変化、形成される多孔性金属母材複合材料体の物理的、機械的性質は 、全ての個々の応用や要求に際して巧妙に処理される。例えば、充填材料の量が 予め定められ、供給する浸透用の母材金属の量が選定されることによって、形成 される金属母材複合材料の多孔度（空隙率）が調整され得る。加えて、供給する 母材金属の量及び／または組成を変えること、例えば、ある充填材料またはプリ フォームの部分と他の充填材料またはプリフォームの部分との相対比率によって 、金属母材複合材料体中の空隙率は特定の用途に合わせて調製し得る。さらに、 形成された金属母材複合材料に処理後の加工（例えば、熱処理など）を行って、 その機械的及び／または物理的性質を技術処理し、何れの特定の用途にも合わせ て調製し得る。さらに加えて、金属母材複合材料の形成中の工程条件（窒素濃度 その他）を調整して、広範囲の産業上の応用用途に合致した金属母材複合材料が 調製され得るだろう。 さらに、充填材料またはその材料を含むプリフォームの組成、及び／または大き さく例えば、粒子径）及び／または分布を調節し、浸透に用いる母材金属の量の 調節と組み合わせて調節することによ−２て、形成される多孔性金属母材複合材 料の物理的または機械的性質を如何なる産業上の要望に合致させる様に制御し、 技術処理できるであろう。例えば、形成された多孔性金属母材複合材料物体の機 械的及び／または物理的性ｔ（例えば、密度、弾性率及び／または比弾性率、強 度及び／または比強度など）は、粗い物体としての充填材料またはプリフォーム 内の充填材料の容量と、浸透用に供給される母材金属の量によって調製される。 従って、多孔性金属母材複合材料体というものは、例えば、種々の大きさ及び／ または形状をもった充填材料粒子の混合物を含む粗い物体またはプリフォームを 、比較的高めの容量を得るために、充填材料の充填量を高めることと、よって、 調製される。加えて、多孔性金属母材複合、斜体の密度は多孔質充填材料または 多孔質プリフォーム（例えば、緩やかに充填した充填材料かプリフォーム及び／ または中空の充填材料）を用い、併せて、充填材料の表面をコーティングするの に十分なだけの量の母材金属を用いることによって、さらに低下させることがで きる。 充填材料と供給する母材金属の量の正確な肌合廿は多孔性金属母材複合材料体の 最終使用目的によって異なる。従って、上記の何れかの技術の単独または組合せ ての実施によって、必要とする性質の組合せを持った多孔性金属母材複合材料が 巧みに調製できる。 さらに、多孔性金属母材複合材料体を形成するための、他の好適な実施態様では 、金属母材複合材料体は部分的または実質的に完全に透過性の充填材料またはプ リフォームを浸透させて作られ、引き続いて、少なくとも一部の母材金属を複合 材体から、加熱エツチング、化学エンチングなどによって溶出させて、多孔性金 属母材複合材料が得られる。 本発明の方法によって形成する多孔性金属母材複合材料体は多数の産業上の利用 に適合するように調製することができる。例えば、母材金属及び／または充填材 料の組成、金属母材複合材料体の大きさ及び／または形態、充填材料の組成、母 材金属体中の空隙率などを種々変化させて、多孔性金属母材複合材料体は、断熱 材料、濾過機、ストレイナーなどの用途への利用のために調製される。さらに、 多孔性金属母材複合材料体は、自然浸透技術によって金属母材複合材料体を作た めの、または他の金属母材成型方法のプリフォームとして用い得る。例えば、あ る充填材料またはプリフォームが通常は特定の母材金属と、（例えば、その母材 金属との濡れか弱くて）馴染みにくい場合、その母材金属との濡れが良好な多孔 性金属母材複合材料体であれば、溶融した母材金属が浸透し得る。従って、本発 明の方法によって形成される多孔性金属母材複合材料体は広い範囲の用途に対し て適宜調製される。 定義 一一−ヱ、言うヲ）ブソ咬え三−矢ム北−≧−は一８本質的に純粋な金属（例え ば、相対的に純粋な、商業的に購入し得る合金でないアルミニュウム）と、他の 等級の金属または合金で商業的に入手可能な不純物を含むか、鉄、ケイ素、銅、 マグネシュウム、マンガン、クロム、亜鉛などをその中に含む金属合金を意味し または含む。この定義の目的に関しては、アルミニニウム合金とは合金または金 属混合物で、その中でアルミニュウムが主要成分であるものを意味する。 ここで舌う「４　化　ガスのバランス　とは、浸透用の気体を含む基礎的なガス に添加されて存在するもので、それは不活性ガスであるかまたは減圧されたガス であり工程の条件下では母材金属と実質的に反応性の無いものである。用いられ るガスまたはガス類の中に不純物とし含まれる如何なる酸化性のガスも、工程条 件下で、母材金属を僅かの酸化も起こさないような水準であるべきである。 ；；１１１匹がユ土７またはバリヤ：１■１工ζヰ、適当な手段で、溶融した母 材金属が、透過性の充填材料またはプリフォームの境界表面を越えて、（その境 界面はこの種のバリヤー措置によって限定されるのであるが、）浸透したり、移 動したりするのを、干渉、阻害し、押しとどめる作用がある。好適なバリヤー措 置とは、化合物、素子、組成物、またはその様なもので、工程条件下で作用され ず実質的に揮発性がない（例えば、バリヤー物質がバリヤーとしての効果を失う ほどに揮発性でない）ものである。 さらに、好適なバリヤー措置は用いられる工程条件下で母材金属がしみることで 実質的に濡れない材料を含む。この種のバリヤーは溶融母材金属に対して実質的 に不活性であるか、殆ど活性が無いかであり、充填材料のかたまりまたはプリフ ォームの限定された境界表面を超えて母材金属移動することをバリヤー措置で阻 止または阻害する。このバリヤーは必要ないくらかの最純機械処理や研磨を減ら し、得られる金属母材複合材料製品の少なくとも表面部分を規定する。バリヤー はある場合には透過性がありまたは多孔性であり、また例えば、穴を開けたりパ ンチして、母材金属とガスを接触させるために通気性にする。 一ζユｊ１ TECHNICAL FIELD The present invention relates to an excellent method for producing a porous metal matrix composite material body. Specifically, the permeation enhancer and/or permeation enhancer precursor and/or permeation gas may have minimal contact with the filler material or preform at some point during the process. This allows the contacting base metal to spontaneously penetrate into the filler material or preform. This type of spontaneous filtration takes place without the need to apply pressure or vacuum. However, it is noted that the amount of base metal provided is not sufficient to almost completely embed the filler material or preform. be a sign. Technical background: Base metal and reinforcing/reinforcing materials such as ceramic particles, whiskers, fibers, etc. Composite products made from these products have a certain degree of strength and abrasion resistance because they are made of a metal matrix with extensibility and rigidity, so they hold promise for a variety of applications. Metal matrix composites typically have characteristics such as strength, hardness, contact wear resistance, coefficient of thermal expansion (C,T-E,), density, thermal conductivity, and strength retention at high temperatures associated with the base metal in monolithic construction. However, the extent to which a given property is improved is largely determined by the specific compositional components, their volume and weight ratios, and the method by which the composite is manufactured. In some cases, the composite material weighs less than the metal matrix itself. example For example, aluminum matrix composites reinforced with ceramics such as silicon carbide in the form of granules, platelets, or whiskers have a lower specific stiffness (i.e., elongation rate per specific gravity) due to the aluminum. It is of interest because it is highly wear resistant, has high thermal conductivity, low coefficient of thermal expansion (C, T, E,), high strength at high temperatures and/or high specific strength (i.e. strength per specific gravity). There is. A number of alloy preparation methods have been described for various aluminum matrix composite compositions, including powder alloying methods and molten metal infiltration methods, and techniques such as pressure casting, vacuum casting, stirring, and the use of wetting agents. Use the method and you will be able to do it. In powder alloy technology, the metal is mixed in powder form and the reinforcement in the form of powder, whiskers, cut fibers, etc., and sintered under cold pressure or hot pressed. Silicon carbide made by these methods In aluminum matrix composites with bare reinforcement, the maximum capacity of the ceramic part is A view of the properties of the product which is reported to be 25% by volume in the case of scars and 40% by volume in the case of granules. From a point of view, there are certain limits. The volume proportion of the ceramic part of the composite is generally limited, approximately 40% in the case of granules. Furthermore, the practical volume that can be obtained in the pressurizing process is limited. Subsequent processing steps (molding, machine (e.g. processing) or a complicated press, it is possible to manufacture a relatively simple form. You can only get goods. Additionally, non-uniform shrinkage may occur during sintering, and tight grain structures may be created resulting in microstructural non-uniformity. -1 No. 3,970,136, issued July 20, 1976 to J. We have developed a method for forming metal matrix composites that contain strong materials and have a predetermined fiber arrangement structure. It shows. This composite material consists of parallel fibers arranged on the same plane. at least some molten base metal such as aluminum. The molten metal is placed in a mold equipped with a feeding device that pours it into the mat, and the molten metal is poured under pressure. It is made by infiltrating the fibers into a mat and covering the arranged fibers. , molten gold Pour the mixture over the stacked mats, and then apply pressure to allow it to penetrate into the mat. It has been reported that the amount of reinforcing fibers in the composite material is 50% by volume or more. Since the above-mentioned infiltration method forces the molten base metal into the fibrous mat depending on pressure from the outside world, it is likely to cause problems in the pressure-dependent flow process, such as non-uniformity of the base metal. molding, possible non-uniform porosity, etc. Performance non-uniformity is melting gold This can also occur if the genus is injected inside the multilayered structure of the fiber array. Therefore, proper and uniform infiltration of the fiber mat layer cannot be achieved without creating a complex mantle/reservoir arrangement and fluid supply path.In addition, the pressure infiltration method described above cannot penetrate a large amount of mantle. Due to the difficulty of penetration, it can only be used when the amount of reinforcing material in the composite is relatively small; This costs a lot. Finally, the process described above Irregularly arranged grains in aluminum-metal matrix composites have limited penetration into fibers. It cannot be applied to materials containing reinforcing materials made of fibers, whiskers, or fibers. When creating an alumina-filled component with an aluminum base material, it is difficult to obtain a solid product because aluminum cannot easily wet alumina. Many solutions to this problem are suggested. One method is to coat the surface of the alumina with a metal, such as nickel or tungsten, and then heat pressurize it with aluminum. Another method is to alloy aluminum with lithium and coat the alumina with silica. However, these composite materials exhibit variations in performance and some Otherwise, the properties of the base material containing the filler material will change due to the coating. US Pat. No. 4,232,091 (R.W. Grimjam et al.) overcomes certain technical difficulties in the production of aluminum matrix/alumina composites. This patent discloses that molten aluminum (or aluminum alloy) is heated to 700-1050°C under a pressure of 75-375kg/cm'' and describes a method for injecting into whisker mats. The maximum volume ratio of alumina to metal in the resulting solid casting was 0.25/1. This method has many of the same deficiencies as Cannell et al.'s method because it relies on external pressure to complete penetration. European Patent Publication No. 115,742 discloses a method for filling the pores of a preformed alumina matrix with molten aluminum in an aluminum/alumina composite material, which is particularly useful as an electrolyzer material. There is. This application emphasizes that alumina is difficult to wet with aluminum, and therefore various methods have been used to wet alumina through a preform, e.g. Mina uses wetting agents such as titanium, zircon, hafnium, and niobium ciborides. The metals are coated with metals such as lithium, magnesium, calcium, iron, cobalt, nickel, zircon, and hafnium. inert like argon Pressure with a hot gas is used to promote wetting. This reference example is also made of fused aluminum This study demonstrates the use of pressure to infiltrate the uncoated matrix. From this point of view, infiltration is done by removing voids and the molten aluminum The sample is pressurized in a stream of inert gas such as, for example, argon. another way Therefore, before filling the void with molten aluminum, there is a method of injecting vapor phase aluminum into the preform and depositing it to wet the surface. Preform hole In order to ensure the retention of aluminum in the gap, heat treatment at, for example, 1400 to 1800° C. in a vacuum or an argon stream is necessary. Otherwise, either by exposing the injected material to the gas or by removing the pressure for infiltration. This would result in loss of aluminum from the body. A wetting agent is also used to infiltrate molten aluminum into the alumina composite material in the electrolytic cell. An example used for this purpose is disclosed in European Patent Publication No. 94353. This public The information is electro-refined aluminum in which the bath lining or substrate acts as a source of cathodic current. It describes the production of aluminum. To protect this substrate from cryolite, a coating of a mixture of wetting agents and dissolution inhibitors is applied to the alumina substrate before operation of the bath, or in molten aluminum produced by electrolysis. soaked in It is performed during the period. Disclosed wetting agents include titanium, zircon, niobium, and calsula. It is said that titanium is suitable. Compounds of boron, carbon, and nitrogen inhibit the dissolution of wetting agents into molten aluminum. It is stated that it is effective for This reference, however, There is no suggestion as to the manufacture of composite materials, nor is there any disclosure of methods for manufacturing such composite materials, for example in a nitrogen stream. In addition to the application of pressure and wetting agents, the use of vacuum to penetrate molten aluminum into porous ceramic compacts has also been disclosed. For example, U.S. Pat. Aluminum, beryllium, agnesium, titanium, vanadine, nickel It states that either chromium or chromium is infiltrated in a vacuum of 10-b Torr or less. At vacuums from 10-2 to 10-' Torr, the ceramic is not sufficiently wetted by the molten metal, and the metal does not easily flow into the voids of the ceramic. However, it is said that wetting is improved when the vacuum dust exceeds io −' Torr. U.S. Pat. No. 3,864,154 (February 4, 1975, G.E., Galanoa et al.) also teaches vacuum infiltration. This patent describes stacking a molded body of cold-pressed AIBIz powder on a table of cold-pressed aluminum powder. Ru. That is, according to the description, aluminum is placed on the molded body of AIBIz. A crucible with the molded body of A [B, sandwiched between layers of aluminum powder is placed in a vacuum furnace. Degas the vacuum furnace to about IL-5 torr, then bring the temperature to 1100°C, at 3 o'clock. hold for a while. Under this condition, molten aluminum tightly penetrated into the porous AIB, □ molded body. U.S. Pat. No. 3,364,976 (January 23, 1968, J.N. Redding et al.) discloses a method for promoting the penetration of molten metal into an object by naturally creating a vacuum within the object. ing. More specifically, objects such as graphite molds, iron molds, or porous refractory materials are completely submerged in molten metal. Ru. In the case of molds, there is a gas in the voids of the mold that reacts with the metal, and the voids are exposed to the outside. contact with molten metal to at least fill the holes in the mold. When the mold is immersed in the melt, the gas in the void reacts with the molten metal, naturally creating a vacuum that is then filled. will be satisfied. In particular, the vacuum is created by solid oxides of metals. In this way, Reding et al. showed that it is necessary for the molten metal to react with the gas present in the void. It is said that it is However, creating a vacuum using a mold is not possible using a mold. This is not a desirable thing as it has its limitations in terms of The mold is first machined into a specific shape. Once finished, the mold surface is machined to provide the appropriate surface for the finished casting, it is attached prior to use, and when it is finished it is removed to remove the casting, after which it is reused. However, when the condition of the mold becomes unfit for use, the mold is removed. It is common to finish the surface and remove deposits. Machining the complex shapes of molds is extremely expensive and time consuming. moreover? j! Casting from rough shaped molds It is also often difficult to remove objects (e.g., removing objects from casting molds of complex shapes). (It may be destroyed when exposed). Plus, it's porous and fireproof, so it can be used as a mold. For materials that can be immersed in molten metal rather than as a single piece, the refractory material must be a monolithic material. This is said to be due to the lack of room for permeation in highly porous materials (for example, it is generally believed that granular materials will separate or float when placed in molten metal). For infiltration of granular structured materials or loosely structured preforms, care must be taken to ensure that the infiltrated metal does not displace at least part of the granules or result in a non-uniform microstructure. Therefore, molded metal matrix composites (either externally applied or internally generated) that do not require the use of pressure or vacuum, and for example There has been a long-standing need for a simple and reliable manufacturing process that eliminates the need for wetting agents to secure the metal matrix to other materials such as ramic. In addition, methods have long been sought to minimize final machining in the production of metal matrix composites. It was highly desired. The present invention satisfies these needs through a mechanism that causes natural penetration into materials such as ceramics; For example, molten base metal (such as aluminum) is immersed under normal pressure (such as nitrogen). At least some point during the process, permeation-enhancing precursors and and/or the presence of a penetration enhancer. Jointly Owned U.S. Patents and Patent Applications There are pending and jointly filed patents and issued patents covering the subject matter of this patent application. In particular, these other pending applications and issued patents provide superior methods for manufacturing metal matrix composite materials (hereinafter often referred to as "shared metal matrix patents and patent applications"). . A superior method for preparing metal matrix composite materials is a jointly owned U.S. patent application serial no. No. 071049.171 (filed May 13, 1987), White et al., title It is listed in the name "metal matrix composite material". This is now US Pat. No. 4,828,008 (issued May 9, 1989) and published in the EPO on November 17, 1988, publication number 0291441. According to the method of the White et al. invention, the metal matrix composite is present in a permeable filler body (such as a ceramic or ceramic-coated material) at least about 1% by weight or more, preferably about 3% by weight. It is prepared by infiltrating molten aluminum containing magnesium. Penetration occurs naturally without the application of external pressure or vacuum. supply of molten metal alloys The supply may be any gas containing nitrogen gas at a temperature of at least about 675° C. or higher in the filling material body, about 10-100% by volume, preferably about 50% or more, and the remainder being a non-oxidizing gas ( For example, in the presence of argon) gas. The aluminum alloy melted under these conditions penetrates into the ceramic body at normal atmospheric pressure, and the aluminum alloy melts into the ceramic body. or aluminum alloy) to form a matrix composite material. The desired amount of filler material is melted. Once infiltrated with molten aluminum alloy, the temperature is lowered to solidify the alloy, resulting in a solid metal matrix structure containing reinforcing filler material. Typically, or preferably, the supply of molten alloy provided is sufficient to penetrate the amount of filler material to the limit. The amount of filler material in the aluminum matrix composite produced by White et al.'s invention would be quite large. At this point, the volume ratio of filler to alloy will exceed 1:1. Under the process conditions of the White et al. invention described above, aluminum nitride can be formed in a discontinuous distribution throughout the aluminum matrix. The amount of nitride in the aluminum matrix is strongly governed by, for example, temperature, alloy composition and filler material. There By adjusting one or more factors in the system, a combination of specific properties can be achieved. You can make composite materials. However, for certain end-use applications, nitrided A composite material that is free or substantially free of luminium is needed. Penetration is easier at higher temperatures, but it is known that the amount of nitrides produced increases during this process. In White et al.'s invention, a balance between penetration mechanism and nitride formation must be selected. Examples of suitable barrier measures for use in forming metal matrix composites are provided in co-owned U.S. patent publications. Application serial number 07/141.642 (issued on January 7, 1988), Miha In Elle, Agajanian et al., entitled “Method for manufacturing metal matrix composites using barriers” stated in the Act. This is currently US Pat. No. 4,935.055 (1 (Published June 19, 1990) and was published in the EPO on July 12, 1989, publication number 0323945. According to the method of the Agajanian et al. invention, a barrier solution (e.g., granular titanium diboride, or a graphite material, such as the flake sold by Union Carbide under the trade name Graphoil) is used. xible graphite foil) is placed on the defined boundary surface of the filler material 2, and Infiltrate gold onto the boundaries defined by barrier measures. Barrier measures are used to inhibit, prevent, or limit the penetration of molten alloys. This makes it possible to create a net or near-net shape in the resulting metal matrix composite. The formed metal matrix composite article therefore has an external shape that substantially corresponds to the internal configuration of the barrier measure. The method of U.S. Pat. The invention was improved in serial number 071517,541 (filed April 24, 1990, III), which is a continuation of U.S. patent application serial number 07/168.284 (filed March 15, 1988). Michael, Agajanian and Mark S., 221 Kulik, entitled "Metal matrix composites and their manufacturing technology", published in the EPO on September 20, 1989, publication number 0333629. Ta. this rice According to the method disclosed in the national patent application, the base metal alloy is the initial source of the metal. and also for storage of base metal alloys (this is the first molten metal and e.g. (contacted by the flow of water). In particular, Under normal conditions, the source of the molten base alloy initially opens the infiltration material to the filling material under normal pressure. In this way, the formation of a metal matrix composite begins. Once the initial molten base metal alloy is consumed by infiltration into the filler material, it can be replenished if necessary, but preferably The molten base metal is continuously replenished from the reservoir to continue natural infiltration. Tooru Once the required amount of hyperactive filler is infiltrated with the naturally molten matrix alloy, the temperature is lowered to solidify the alloy, whereupon a solid metal matrix structure containing the reinforcing filler material is obtained. . Using a metal reservoir is just one implementation of the invention described in this patent application! i, and there is no need to combine the implementation of the storage tank with each of the other embodiments disclosed in the invention, some of which may be used in combination with the invention. You should understand that it can be useful to The amount of metal stored should provide a sufficient amount of metal to effect a predetermined amount of infiltration into the permeable filler material. Alternatively, a suitable barrier treatment can be applied to at least one side of the permeable filler body to define the interface. Furthermore, the molten base alloy supplied must be sufficient to complete natural infiltration, at least up to the boundary of the permeable fill material body (e.g., barrier), and the amount of alloy present in the reservoir must be This is more than enough to complete penetration. Not only should there be sufficient molten metal alloy for the metal matrix, but there should also be excess molten metal alloy remaining and in contact with the metal matrix composite. Thus, if excess molten alloy remains, the resulting object may be a complex composite object (e.g., a large composite), within which an infiltrated ceramic body with a metal matrix forms a reservoir. It has a connection with the metal left behind. Further advanced metal matrix technology is illustrated by: It is a co-pending and co-pending U.S. patent application serial no. 071521, 043 (filed May 9, 1990); Application), which is also a partial continuation of the US patent application Ser. This is a partial continuation of File No. 07/430,661 (filed on November 7, 1989). (now abandoned), which is also a continuation in part of U.S. Patent Application Serial No. 07/416,327 (filed October 6, 1989), which is also a US patent application It is a partial continuation (now abandoned) of Serial No. 07/349,590 (filed May 9, 1989), which was the last US patent application filed in Syria This is a partial continuation of File No. 07/269.311 (filed on November 10, 1988) (currently abandoned), but all of these applications were filed in the name of Agajanian et al. All are in the title (metal matrix composite body subjected to natural infiltration process) (EPO application corresponding to U.S. Patent Application Serial No. 07/416,327 filed with the EPO on June 27, 1990, under Publication No. 0375588) announced). According to these Agajanian et al. Spontaneous penetration into the foam occurs when the penetration enhancer and/or penetration enhancer precursor and/or penetration gas is present in the filler material or preform at least at some point during the process. This allows the molten base metal to naturally form a filler material or or permeate the preform. Agajanian et al. disclose a matrix metal/permeation enhancer precursor/permeation gas system that exhibits a lot of spontaneous permeation. Aghajanian et al. disclose that natural percolation is observed, inter alia, in the aluminum/magnesium/nitrogen system, the aluminum/strontroin/nitrogen system, the aluminum/zinc/oxygen system, and the aluminum/calcium/nitrogen system. . However, from the disclosure by Agajanian et al. mentioned above, it is clear that the spontaneous penetration phenomenon also exists in other base metal/penetration enhancer precursor/penetration gas systems. It is clear. Each of the above-mentioned co-owned metal matrix patents and patent applications describe methods of manufacturing metal matrix composite bodies and superior metal matrix composite bodies produced thereby. All prior joint patents and patent applications are listed here for reference. SUMMARY OF THE INVENTION Porous metal matrix composite bodies are produced by natural infiltration of molten matrix metal into a permeable filler material body or preform. In particular, the permeation enhancer and/or permeation enhancer precursor and/or permeation gas may be present in the filler at least at some point during the process. a filler material or preform that allows molten base metal to spontaneously penetrate the filler material or preform. However, the amount of base metal that penetrates into the filler material or preform depends on the filler material or preform. less than the amount that fills the form almost completely. A first preferred embodiment provides that the precursor for promoting penetration is at least one of the filling material and/or the preform and/or the base metal and/or the penetration gas. added to one of them. A given penetration enhancer precursor is then at least The filler material or preform also reacts with one of the filler materials or preforms and/or the base metal and/or the permeating gas to become a penetration enhancer within or on at least some of the filler material or preform. In short, at least when it comes to natural penetration, The promoter is in contact with (also forms an association with) at least some of the filler material or preform. ) must be there. Other preferred embodiment 1 of the present invention! In some cases, the permeation enhancer is added directly to the preform and/or the base metal and/or the permeation gas, rather than supplying a permeation enhancer precursor. During penetration, the penetration enhancer must be in contact with at least some of the filler material or preform. Although this application describes examples of various matrix metals, it is assumed that at some point in the molding of the metal matrix composite, the agent penetration enhancer precursor and Contact in the presence of permeable gas. In this way, various reference examples show individual natural penetration. The base metal/permeation enhancer precursor/permeation gas system. deer However, many base metal/penetration enhancer precursors/immersion promoters other than those discussed in this application may be used. It is believed that a permeable gas system would work similarly to that discussed here above. In particular, the nature of spontaneous osmosis is observed in the aluminum/magnesium/nitrogen system, the aluminum/strontium/nitrogen system, the fluorium/zinc/oxygen system, and the aluminum/calculum/nitrogen system. Therefore, even if this application discusses only the systems mentioned here (in particular Although the emphasis is on the aluminum/magnesium/nitrogen system), it should be understood that other parent metal/permeation enhancer precursor/permeation gas systems work as well. In a preferred embodiment for forming a porous metal matrix composite body by natural infiltration. The required amount of molten base metal is brought into contact with the preform or filler material. Ru. The preform or filler material is mixed with and/or exposed to a penetration enhancer precursor at some point during the process. In a further preferred embodiment, the molten base metal and/or preform or filler material is in contact with the permeating gas for at least part of the process. In yet another preferred embodiment, the molten base metal and/or preform or filler material is in contact with the permeating gas for substantially the entire time of the process. The preform or filler material is spontaneously infiltrated by the molten matrix metal, but the process of natural infiltration and the formation of the metal matrix composite is The concentration or ratio depends on the combination of process conditions, e.g., the concentration of permeation enhancer precursors added within the system (e.g., in the base metal alloy and/or in the filler material or preform and/or in the permeation gas). (added), the size of the filler material and/or its composition, the size of the particles in the preform and/or its composition, the preform Infiltration into the foam or filler material depends on the degree of porosity, the time at which infiltration takes place, and/or the temperature at which infiltration takes place, etc. Furthermore, changes in the composition of the base metal and/or the amount of base metal supplied and/or its process conditions, as well as the physical and mechanical properties of the porous metal matrix composite body formed, are It is handled skillfully depending on the application and requirements. For example, by predetermining the amount of filler material and selecting the amount of parent metal for infiltration to be provided, the porosity (porosity) of the metal matrix composite material formed can be adjusted. In addition, varying the amount and/or composition of the base metal supplied, e.g. Depending on the relative proportions of the foam portion and other filler materials or preform portions, the porosity in the metal matrix composite body can be tailored to the particular application. Additionally, the formed metal matrix composite may be subjected to post-processing operations (e.g., heat treatment) to engineer its mechanical and/or physical properties and tailor it to any particular application. obtain. Additionally, by adjusting the process conditions (nitrogen concentration, etc.) during the formation of the metal matrix composite, metal matrix composites could be prepared that are compatible with a wide variety of industrial applications. Furthermore, the composition and/or size of the filler material or the preform containing the material; porous metal matrix composites formed by adjusting the particle size (e.g. particle size) and/or distribution in combination with controlling the amount of matrix metal used for infiltration. The physical or mechanical properties of materials could be controlled and engineered to meet any industrial need. For example, the mechanics of formed porous metal matrix composite objects Mechanical and/or physical properties (e.g. density, elastic modulus and/or specific modulus, strength) strength and/or specific strength) is adjusted by the volume of the filler material as a coarse body or in the preform and the amount of base metal provided for infiltration. Thus, porous metal matrix composite bodies can be used, for example, to obtain coarse bodies or preforms containing mixtures of filler material particles with different sizes and/or shapes, in order to obtain relatively high capacities. , increasing the loading of the filling material and thus prepared. In addition, the density of porous metal matrix composites and diagonals can be increased by using porous filler materials or porous preforms (e.g., loosely filled filler materials or preforms and/or hollow filler materials); Further reductions can be made by using enough base metal to coat the surface of the material. Wear. The exact relationship between the filler material and the amount of base metal provided will depend on the intended end use of the porous metal matrix composite body. Therefore, by implementing any of the above techniques alone or in combination, porous metal matrix composites having the desired combination of properties can be skillfully prepared. Additionally, in other preferred embodiments for forming a porous metal matrix composite body, the metal matrix composite body is impregnated with a partially or substantially completely permeable filler material or preform. At least a portion of the base metal is subsequently leached from the composite body by heat etching, chemical etching, etc. to form a porous metal. A metal matrix composite material is obtained. The porous metal matrix composite bodies formed by the method of the present invention can be tailored to suit a number of industrial applications. For example, base metal and/or filler By variously changing the composition of the material, the size and/or form of the metal matrix composite body, the composition of the filler material, the porosity in the matrix metal body, etc., the porous metal matrix composite body can be made into a heat insulating material. It is prepared for use in applications such as filters, strainers, etc. In addition, the porous metal matrix composite body is produced by making the metal matrix composite body by natural infiltration technology. It can be used as a preform for metal molding or other metal base material forming methods. For example, a Porous metal matrix composites that have good wetting with a particular base metal, where the filler material or preform normally has poor wetting with that base metal (e.g., poor wetting with that base metal) If it is a body, the molten base metal can penetrate. Therefore, the original The porous metal matrix composite bodies formed by the disclosed method are suitably prepared for a wide range of applications. Definition 11 - ヱ, say wo) Buso bite 3 - Yam north - ≧ - is 18 essentially pure metal (e.g. relatively pure commercially available unalloyed aluminum) and other grades of metals or alloys containing commercially available impurities, such as iron, silicon, copper, magnesium, manganese, and chromium. , means or includes a metal alloy containing zinc, etc. For purposes of this definition, an aluminum alloy is an alloy or A genus mixture in which aluminum is the main component. 4. Gas balance is what is present in addition to the basic gas, including the permeation gas, which is either an inert gas or a gas under reduced pressure under the conditions of the process. It has virtually no reactivity with the base metal. Any oxidizing gas contained as an impurity in the gas or gases Under the conditions, the level should be such that it does not cause any oxidation of the base metal. ;; 111 materials are used to transport the molten base metal over the permeable filler material or the boundary surface of the preform by suitable means. Although the interface is limited by this type of barrier measure, it is difficult to penetrate or transfer It has the effect of interfering with, inhibiting, and holding back movement. Suitable barrier measures A substance is a compound, device, composition, or the like that is not acted upon under process conditions and is not substantially volatile (e.g., not so volatile that the barrier material loses its effectiveness as a barrier). It is something. Additionally, suitable barrier measures include materials that do not substantially wet the base metal by wetting under the process conditions employed. This type of barrier is essentially inert or has little activity toward the molten base metal, and is a bulk or preform of filler material. Barrier measures prevent base metal migration beyond the confined bounding surfaces of the form. stop or inhibit. This barrier reduces some of the pure machining and polishing required. and defining at least a surface portion of the resulting metal matrix composite product. Barriers may be permeable or porous in some cases, and may also be perforated or perforated, for example. the base metal and the gas to make contact with it. 1ζyuj1

【立二□カーカスまた一味１」温合】１以力ニ二表ノ、」とは、金属 母材複合材料体の形成の際に消費されずに残った母材金属の原体を意味し、一般 的に、それは冷やされると、造られた金属母材複合材料体の少なくとも一部でつ ながった状態である。カーカスはまた第二のまたは他の金属をその中に含み得る ことは勿論である。 ここで舌う「　・　とは、単一成分または多成分の混合物からなり、それらは母 材金属中で実質的に反応性がなく及び／または溶解性が限られているものを含め る。充填材料類は、例えば、粉体、フレーク、微小板、微小球、ウィスカー、泡 、など、広い多様性のある形態、大きさ、密度の高いもの、多孔性のものなどか ら選ばれ得る。充填材料はまた、アルミナ、炭化ケイ素などのセラミック充填材 料で、繊維化したもの、切り刻んだ繊維、粒状物、ウィスカー、泡、球、繊維マ ット、その他のもの、また、セラミックで被覆された充填材料で例えば、アルミ ナや炭化ケイ素でコーティングした炭素繊維（溶融した、例えばアルミニュウム 母材金属から炭素を保護するために被覆する）が用いられる。充填材料はさらに 金属を含む。 ここで１ラー監キットトッピソ−〜よ」、少なくとも部分的に形成された金属母 材複合材料の一端（上面）に置かれるもので、該複合材は少な（ともそれが持つ 一種の母材金属及び／または充填材料及び／または供給される他の物質によって トップエンドと発熱的に反応する。この発熱反応は母材金属がトッピングエンド の所で熔けた状態で保たれるために十分な熱を与え、複合材が固化温度にまで冷 却される間の母材金属をバランスさせる。 ここで言う「浸透用気体」とは、母材金属及び／またはプリフォーム（または充 填材料）及び／または浸透促進剤プレカーサー及び／または浸透促進剤と相互作 用のある状態であり、その母材金属が自然浸透を起こすのを可能にしまたは促進 する、その気体を意味する。 ここで古う「？゛　准１　とは、母材金属の充填材料またはプリフォーム中への 自然浸透を促進しまたは助ける物質を意味する。浸透促進剤は、例えば、浸透促 進剤プレカーサーと浸透用気体との反応で生成し、（１）ガス状体、及び／また は（２）浸透促進剤プレカーサーと浸透用気体との反応産物、及び／または（３ ）浸透促進剤プレカーサーと充填材料またはプリフォームとの反応産物である。 さらに、この浸透促進剤は直接的に少なくとも、プリフォーム、及び／または母 材金属、及び／または浸透用気体の一つに添加し得、その作用は浸透促進剤プレ カーサーと他の物質との反応でできる浸透促進剤とほぼ同様に作用する。結局、 少なくとも自然浸透の間では、浸透促進剤は充填材料またはプリフォームの少な くとも一部分にあって自然浸透を促進する。 ；；ヱ１ｊｌＪＵ文１月ブ少カーサ−また屯具影１足１肘爪■ブレカーｉニー− とは、母材金属、プリフォーム及び／または浸透用気体と共に用いられると浸透 促進剤を生成する物質で、その浸透促進剤は母材金属の充填材料またはプリフォ ーム中への自然浸透を開始しまたは助ける作用があるものを意味する。特定の理 論ずけまたは理由ずけをしようとは思わないが、浸透促進剤用のプレカーサーに とって、浸透促進剤プレカーサーが浸透用気体及び／またはプリフォームまたは 充填材料及び／または母材金属との関わりを持つために必要な場合に置かれ、位 置しまたは移動させられることが可能であることが、必要であるかの欅に見られ る０例えば、ある種の母材金属／浸透促進剤プレカーサー／浸透用気体の系では 、その浸透促進剤プレカーサーが母材金属が溶融する温度と近い温度、ある場合 にはそれよりある程度高い温度で、気化することが好ましい、この種の気化によ って、（１）浸透促進剤プレカーサーと浸透用気体との間の反応によって充填材 料またはプリフォームへの母材金属の濡れを促進するガス状物質が作られ、及び ／または（２）浸透促進剤プレカーサーと浸透用気体との間の反応によって、固 体、液体またはガス体の浸透促進剤が充填材料またはプリフォーム内部または少 なくともその一部に形成されて慣れが促進され、及び／または（３）浸透促進剤 プレカーサーの充填材料またはプリフォーム内での反応によって、固体、液体ま たはガス体の浸透促進剤が作られ。 少なくとも充填材料またはプリフォームの一部分の濡れが促進される。 ここで舌う「　金、属」工乱んｔｒ′ＬＬを杯金ｊＬｔＬ金−ゴーとは、金属母 材複合材料　、−７″　７　′を形成するために用いられる（例えば、浸透前の ）金属、及び／または、金属母材複合材料体を形成するために充填材料と混ぜ合 わされる（例えば、浸透後の）金属を意味すする。母材金属として特定な金属が 挙げられるときには、かかる母材金属は、殆ど純粋な金属、市販される金属であ って不純物及び／または合金成分を含むもの、金属間の複合物であるか合金であ って該金属が主要成分であるか、圧倒的に多いもの、を意味する。 ここで古う「　金属ノ４］ｌヨー透Ｊじ[Tachi 2□ Carcass Mata Ichimi 1” Warm] 1 force ni 2 table no,” means metal Refers to the raw material of the base metal that remains unconsumed during the formation of the base composite material body, and generally Generally, when cooled, at least a portion of the constructed metal matrix composite body becomes It is in a closed state. The carcass may also contain a second or other metal within it Of course. Here, "..." consists of a single component or a mixture of multiple components, and they are Including those with virtually no reactivity and/or limited solubility in the material metal. Ru. Filling materials include, for example, powders, flakes, platelets, microspheres, whiskers, foam. , etc., with a wide variety of shapes, sizes, dense, porous, etc. can be selected from Filling materials can also be ceramic fillers such as alumina, silicon carbide, etc. materials, fibrous materials, chopped fibers, granules, whiskers, bubbles, balls, fiber materials. and others, as well as ceramic-coated filling materials, e.g. aluminum carbon fiber coated with silicon carbide (molten, e.g. aluminum) A coating) is used to protect the carbon from the base metal. The filling material is also Contains metal. Here we have a metal base that is at least partially formed. material is placed on one end (top surface) of the composite material, and the composite material has a small By one type of base metal and/or filler material and/or other substances supplied Reacts exothermically with the top end. This exothermic reaction ends with the base metal topping Apply enough heat to remain molten at the point where the composite cools to its solidification temperature. Balance the base metal while it is being removed. The "penetrating gas" here refers to the base metal and/or preform (or filling gas). filling materials) and/or penetration enhancers. condition that allows or facilitates natural penetration of the base metal , meaning that gas. Here, the term ``?゛　Junior 1　 refers to the filling material of the base metal or the filling material in the preform. means a substance that promotes or assists natural penetration. Penetration enhancers are e.g. It is produced by the reaction between the promoter precursor and the penetrating gas, and produces (1) a gaseous body and/or is (2) a reaction product of a penetration enhancer precursor and a penetration gas, and/or (3 ) is the reaction product of a penetration enhancer precursor and a filler material or preform. Furthermore, the penetration enhancer may be directly applied to at least the preform and/or the matrix. It can be added to the material metal and/or one of the permeation gases and its action is similar to that of the permeation enhancer pre- It acts in much the same way as a penetration enhancer created by the reaction between Cursor and other substances. in the end, At least during natural penetration, penetration enhancers are It is present in some parts of the skin and promotes natural penetration. ；；ヱ1jlJU文January bu small cursor-also tongu shadow 1 foot 1 elbow nail ■breaker i knee- refers to the infiltration process when used with the base metal, preform and/or infiltration gas. A substance that produces an accelerator, the penetration enhancer of which is the filler material or preform of the base metal. means a substance that has the effect of initiating or assisting natural penetration into the system. specific theory I don't want to argue or reason with you, but as a precursor for penetration enhancers. The permeation enhancer precursor is added to the permeation gas and/or preform or Placed and positioned where necessary to interact with the filler material and/or base metal. It is seen in the keyaki that it is necessary to be able to be placed or moved. For example, in some base metal/penetration enhancer precursor/penetration gas systems, , whose penetration enhancer precursor is at a temperature close to that at which the base metal melts. It is preferable to vaporize at a temperature somewhat higher than that for this type of vaporization. (1) The filler is removed by the reaction between the penetration enhancer precursor and the penetration gas. a gaseous substance is created that promotes wetting of the base metal to the material or preform, and / or (2) solidification due to reaction between the penetration enhancer precursor and the penetration gas. Penetration enhancers for bodies, liquids, or gases are present inside or in small quantities in the filler material or preform. and/or (3) a penetration enhancer. Solid, liquid or Or a gaseous penetration enhancer is made. Wetting of at least a portion of the filling material or preform is facilitated. The word "metal, metal" here refers to the metal base. used to form composite materials, -7″7′ (e.g. before infiltration) ) metal and/or mixed with a filler material to form a metal matrix composite body. (e.g. after infiltration). A specific metal is used as the base metal. When mentioned, such base metals are nearly pure metals, commercially available metals. contains impurities and/or alloy components, is a composite between metals, or is an alloy. means that the metal is the main component or is overwhelmingly present. It's old here ``Metal No. 4] lyo Toru Jji

【生■ｍ且然糸」とは、プリフォームま たは充填材料内に自然浸透を示す材料の組合せを意味する。ここで、＊　＊　／ 　＊　＊の記号は、母材金属、浸透促進剤プレカーサー、浸透用気体の間で表れ るが、この＊　＊　／　＊　＊は諸材料の系または組合せを示すために用いられ 、これらの諸材料は特定の組合せによって、プリフォームまたは充填材料中に自 然浸透を行う。 二Ｚ　Ｔ”　−’　１１１１１１ＬｕＪＪ　ｔ　４ｔ　ｒＭＭＣ１−トハ、７” Ｊ　７　ｔ−ムまたは充填材料に固定された合金または母材金属が、２次元また は３次元的に絡み合ったものを含む材料を意味する。この母材金属は合金を作る 種々の元素を含み、特定の機械的、物理的要望に合った複合材を提供する。 至杯童厚（見ユ且奏ユ人工遣員とは、母材金属と同じ金属を、基本的な成分とし てその中に含まない金属を意味する（例えば、母材金属の基本成分がアルミニュ ウムであれば、「異なった」金属は基本的な成分が、例えば、ニッケルである） 。 「旦材童】ム＋’７，７！グ　のノ　応　六　、−とは、充填材料（またはプリ フォーム）及び／または溶融母材金属を工程の条件下で囲い込むか含むことがで き、その母材及び／または浸透用気体及び／または浸透促進剤プレカーサー及び ／または充填材料またはプリフォームと、自然浸透の機構に対して甚だしく有害 な状態で、反応しないものを意味する。 ；」１１蓋り肱乙ＴスＬ二湊ユｇｆが［Ｌ透過１ズｙフッ！−ＡＪ−とは、充填 物または充填材料の多孔質な物体であって、浸透する母材金属の境界を本来的に 限定する少なくとも一つの境界を持った構造に作られ、この物体は十分に完全な 形態を保ち、母材金属によって浸透を受ける前に寸法上の正確さのある使用前強 度を有するものを意味する。この物体は母材金属がその内部に自然浸透できるよ うに十分に多孔性である必要がある。プリフォームは一般に、均一系または不均 一系の充填物の結び付いた配列または配置を有し、適当な他の材料を含み得る（ 例えば、セラミック及び／または金属の粒子、粉末、繊維、ウィスカー、などで ある。）プリフォームは単独物、複合物の何れであってもよい。 ここで舌う「　とは、母材金属の分離した主要部であって、充填物またはプリフ ォームの物体と接触して置かれ、それによって、金属が溶融すると流れて再充填 され、ある場合には最初に供給されておりついで補給されるが、母材金属の一部 、部分、供給源は充填材料またはプリフォームとのつながりを保っているものを 意味する。 −ζＺＴ：＝’　ｒ　ｆ１８”’　Ｊとは、透過性の充填材料またはプリフォー ム中への母材金属の浸透が、圧力や真空（外界から与えるか、内部的に作るかし ての）適用無しに起こることを意味する。 図面の簡単な説明 以下の図面は本発明の理解を助けるために準備したもので、発明の範囲を限定す るものではない。同様の参照番号が可能な限りおのおのの図面に、組成を示すた めに用いられる。 図１は実施例１の金属母材複合材料の形成に用いられた仕組みの模式的な断面を 示す。 図２は実施例１によって形成された多孔性金属母材複合材料体の４００倍の顕微 鏡写真である。 発明の詳細な説明と好適な実施態様 本発明は多孔性金属母材複合材料体を、透過性の充填材料またはプリフォーム物 体中に母材金属を自然発生的に浸透させて形成することに関する。さらに詳しく は、浸透促進剤及び／または浸透促進剤プレカーサー及び／または浸透用気体が 、少なくとも工程中のある時点で充填材料またはプリフォームとつながりを持ち 、そのことで溶融した母材金属を自然発生的に充填材料またはプリフォームに浸 透させることができる。この種の自然浸透（ｓｐｏｎ　ｔａｎｅｏｕｓｉｎｆｉ ｌｔｒａｔｉｏｎ）は加圧や真空の適用を行う必要なしに行われる。しかし、供 与される母材金属の量は、充填材料またはプリフォームを殆ど完全に埋め込むほ どには十分でないことを特徴とする。 本発明の他の好適な実施Ｂ様では、剤浸透促進剤プレカーサーを供給するよりは むしろ浸透促進剤を直接、少なくともプリフォーム及び／または母材金属及び／ または浸透用気体のいずれか一つに添加する。つまるところ、少なくとも自然浸 透にあたっては、浸透促進剤は少なくとも一部の充填材料またはプリフォームと 接触していなければならない。この出願は種々の母材金属の例について述べるが 、それは金属母材複合材料の成型のある時点で、剖浸透促進剤プレカーサーと浸 透用気体の存在下で接触する。この様に、種々の参考例が個別的な自然浸透を示 す母材金属／浸透促進荊プレカーサー／浸透用気体の系に対して作られる。しか し、この出願で論議される以外の多くの母材金属／浸透促進剤プレカーサー／浸 透用気体系でも、ここで上記の様に論じられたものと同様に作用するであろうと 考えられる。とりわけ、自然浸透の性質はアルミニュウム／マグネシュウム／窒 素の系、アルミニュウム／ストロンチュウム／窒素の系、アルミニウム／亜鉛／ 酸素の系、およびアルミニュウム／カルシュラム／窒素の系で観察される。従っ て、この出願がここに述べた系についてのみ論議されても（特にここでは、アル ミニュウム／マグネシュウム／窒素の系について力点を置くが）、他の母材金属 ／浸透促進剤プレカーサー／浸透用気体の系も同様に作用することを理解すべき である。 自然浸透によって多孔性金属母材複合材料体を形成するための好適な実施態様で は、必要とする量の溶融母材金属がプリフォームまたは充填材料と接触させられ る。このプリフォームまたは充填材料は、浸透促進剤プレカーサーと、混合され るか、及び／または工程中のある時点で曝されるかする。さらに好適な実施態様 では、溶融した母材金属及び／またはプリフォームまたは充填材料は浸透用気体 に少なくとも工程の一部では接している。さらに別の好適な実施１！！様では、 溶融した母材金属及び／またはプリフォームまたは充填材料は浸透用気体に実質 的に工程の全部の時間接している。プリフォームまたは充填材料は自然発生的に 溶融母材金属によって浸透されるが、その自然浸透と金属母材複合材料の形成の 程度または比率は、与えられる工程条件の組合せ、例えば、系内に加えられる浸 促進剤プレカーサーの濃度（例えば、母材金属合金中及び／または充填材料かプ リフォーム中及び／または浸透用気体中に加えられる）、充填材料の大きさ及び ／またはその組成、プリフォーム中の粒子の大きさ及び／またはその組成、プリ フォームまたは充填材料中への浸透について多孔性の程度、浸透が行われる時間 、及び／または浸透が行われる温度、などに依存する。 さらに、母材金属の組成及び／または供給される母材金属の量及び／またはその 工程条件の変化、形成される多孔性金属母材複合材料体の物理的、機械的性質は 、全ての個々の応用や要求に際して巧妙に処理される。例えば、充填材料の量が 予め定められ、供給する浸透用の母材金属の量が選定されることによって、形成 される金属母材複合材料の多孔度（空隙率）が調整され得る。加えて、供給する 母材金属の量及び／または組成を変えること、即ち、ある充填材料またはプリフ ォームの部分との他の充填材料またはプリフォームの部分との相対比率によって 、金属母材複合材１体中の空隙率は特定の用途に合わせて調製し得る。さらに形 成された金属母材複合材料に処理後の加工（例えば、熱処理など）を行って、そ の機械的及び／または物理的性質を技術処理し、何れの特定の用途にも合わせて 調製し得る。さらに加えて、金属母材複合材料の形成中の工程条件（窒素濃度そ の他）を調整して、広範囲の産業上の応用用途に合致した金属母材複合材料が調 製され得るだろう。 さらに、充填材料またはその材料を含むプリフォームの組成、及び／または大き さく例えば、粒子径）及び／または分布を調節し、浸透に用いる母材金属の量の 調節と組み合わせて調節することによって、形成される多孔性金属母材複合材料 の物理的または機械的性質を如何なる産業上の要望に合致させる様に制御し、技 術処理できるであろう０例えば、形成された多孔性金属母材複音材料物体の機械 的及び／または物理的性質（例えば、密度、弾性率及び／または比弾性率、強度 及び／または比強度など）は、粗い物体としての充填材料またはプリフォーム内 の充填材料の容量と、浸透用に供給される母材金属の量によって調製される。従 って、多孔性金属母材複合材料体というものは、例えば、種々の大きさ及び／ま たは形状をもった充填材料粒子の混合物を含む粗い物体またはブリフＪ、−ムを 、比較的高めの容量を得るために、充填材料の充填量を高めることと、よって、 調製される。加えて、多孔性金属母材複合材料体の密度は多孔質充填材料または 多孔質プリフォーム（例えば、緩やかに充填した充填材料かプリフォーム及び／ または中空の充填材料）を用い、併せて、充填材料の表面をコーティングするの に十分なだけの量の母材金属を用いることによって、さらに低下させることがで きる。 充填材料と供給する母材金属の量の正確な組合せは多孔性金属母材複合材料体の 最終使用目的によって異なる。従って、上記の何れかの技術の単独または組合せ ての実施によって、必要とする性質の組合せを持った多孔性金属母材複合材料が 巧みに調製できる。 さらに、多孔性金属母材複合材料体を形成するための、他の好適な実施強態様で は、金属母材複合材料体は部分的または実質的に完全に、透過性の充填材料また はプリフォームを浸透させて作られ、引き続いて、少なくとも一部の母材金属を 複合材体から、加熱工。 チング、化学エツチングなどによって溶出させて、多孔性金属母材複合材料が得 られる。 本発明の方法によって形成する多孔性金属母材複合材料体は多数の産業上の利用 に適合するように調製することができる。例えば、母材金属及び／または充填材 料の組成、金属母材複合材料体の大きさ及び／または形態、充填材料の組成、母 材金属体中の空隙率などを種々変化させて、多孔性金属母材複合材料体は、断熱 材料、濾過機、ストレイ丈−などの用途への利用のために調製される。さらに、 多孔性金属母材複合材料体は、自然浸透技術によって金属母材複合材料体を作る ための、または他の金属母材成型方法のプリフォームとして用い得る。例えば、 ある充填材料またはプリフォームが通常は特定の母材金属と、（例えば、その母 材金属との濡れか弱くて）馴染みにくい場合、その母材金属との慣れが良好な多 孔性金属母材複合材料体であれば、溶融した母材金属が浸透し得る。従って、本 発明の方法によって形成される多孔性金属母材複合材料体は広い範囲の用途に対 して適宜調製される。 図１に参考として、本発明に従って自然浸透される多孔性金属母材複合材料の形 成のための簡単な組合せ１６が画かれる。即ち、充填材またはプリフォーム１２ （このものは後に詳しく述べる通り、適当な材料であればよいが）が、母材金属 及び／または充填材料のハウジングのための非反応性の容器１０の中に置かれる 。母材金属１４が充填材またはプリフォーム上またはそれに接触して置かれる。 ついで、この組立を炉に入れ自然浸透を起こさせる。 特定の理論ずけまたは理由ずけをしようとは思わないが、浸透促進剤用のプレカ ーサーが少なくとも母材金属の一種、及び／または充填材料またはプリフォーム 及び／または浸透用気体と組み合わせて用いられると、その浸透促進剤プレカー サーは反応して浸透促進剤になり、このものが溶融した母材金属の充填材料また はプリフォーム中への自然浸透を起こしまたは助ける。さらに、浸透促進剤用の プレカーサーにとって、浸透促進剤プレカーサーが浸透用気体及び／またはプリ フォームまたは充填材料及び／または母材金属との関わりを持つために必要な場 合に置かれ、位！しまたは移動させられることが可能であることが、必要である かの様に見られる０例えば、ある種の母材金属／浸透促進剤プレカーサー／浸透 用気体の系では、その浸透促進剤プレカーサーが母材金属が溶融する温度と近い 温度、ある場合にはそれよりある程度高い温度で、気化することが好ましい。こ の種の気化によって、（１）浸透促進剤プレカーサーと浸透用気体との間の反応 によって充填材料またはプリフォームへの母材金属の慣れを促進するガス状物質 が作られ、及び／または（２）浸透促進剤プレカーサーと浸透用気体との間の反 応によって、固体、液体またはガス体の浸透促進剤が充填材料またはプリフォー ム内部または少なくともその一部に形成されて慣れが促進され、及び／または（ ３）浸透促進剤プレカーサーの充填材料またはプリフォーム内での反応によって 、固体、液体またはガス体の浸透促進剤が作られ、少なくとも充填材料またはプ リフォームの一部分の濡れが促進される。 この様にして例えば、浸透促進剤プレカーサーが、少なくとも工程中のある時点 で、溶融した母材金属に含まれるか混ぜられると、浸透促進剤が溶融した母材金 属から気化しそして少なくとも一種の充填材料またはプリフォーム及び／または 浸透用気体と反応することが可能である。この種の反応で固体の反応物が得られ 、この固体物質が浸透温度において安定であるならば、前記固体物質は充填材料 またはプリフォームの少なくとも一部の表面に沈着シフ１１例えば、コーティン グされる。さらに、かがる固体物質は少なくともプリフォームまたは充填材料の 一部の中に識別し得る状態で存在し得ると考えられる。この種の固体物質が形成 されると、溶融した母材金属は反応する傾向を持つらしく、（例えば、溶融母材 金属は形成された固体物質を減少させる様で）、この様にして浸透促進剤プレカ ーサーは溶融した母材金属と（例えば、溶は込むか合金になって）結たはプリフ ォーム及び／または浸透用気体と）そしてさらに類似する固体物質を作る。浸透 促進剤プレカーサーの連続的な浸透促進剤への変換のプロセスが、浸透促進剤と 溶融母材金属との誘導反応によって導かれ、さらに次の浸透促進剤プレカーサー が作られ、そして自然発生的に浸透された金属母材複合材料が完成するまで続く ものと考えられる。 充填材料またはプリフォーム中への母材金属の自然浸透を効率化するために、こ の自然システムは浸透促進剤を用いる必要がある。 浸透促進剤は浸透促進剤プレカーサーから作られるが、このものは（１）母材金 属中、及び／または（２）充填材料またはプリフォーム中、及び／または（３） 浸透用気体から、及び／または（４）外界の給源から自然発生系中に、供給され る。さらに、浸透促進剤プレカーサーを供給するよりもむしろ、浸透促進剤は直 接に少なくとも充填材料またはプリフォームの一つに、及び／または母材金属、 及び／または浸透用気体中に供給され得る。詰まるところ、少なくとも自然浸透 においては、その浸透促進剤は充填材料またはプリフォームの少なくとも一部の 中に存在していなければならない。 この発明の好適な実施態様としては、浸透促進剤プレカーサーが少なくとも浸透 用気体と部分的に反応しており、そのことで浸透促進剤が前もって少なくとも充 填材料またはプリフォームの一部の中に生成されているか、浸透促進剤が母材金 属を含む充填材料またはプリフォームと実質的に接触しているがすることが可能 である（例えば、マグネシュウムが浸透促進剤プレカーサーであり窒素が浸透用 気体であるならば、浸透促進剤は窒化マグネシュウムでありそれは少なくともプ リフォームまたは充填材料の一部の中に分布するであろう）。 母材金属／浸透促進剤プレカーサー／浸透用気体の系の一例としてアルミニュウ ム／マグネシュウム／窒素の系がある。即ち、アルミニュウム母材金属は適当な 耐火性の容器中に入れるが、この容器は工程中の条件下では、アルミニュウムが 接触させられている時に、アルミニュウム母材金属及び／または充填材料と好ま しくない反応を起こさないものである。充填材料またはプリフォームはその後に 溶融したアルミニュウム母材金属と接触され自然浸透される。 さらに、浸透促進剤プレカーサーを供給するよりもむしろ、浸透促進剤は直接に 少なくとも充填材料またはプリフォームの一つに、及び／または母材金属、及び ／または浸透用気体中に供給され得る。 詰まるところ、少なくとも自然浸透においては、その浸透促進剤は充填材料また はプリフォームの少なくとも一部の中に存在していなければならない。 本発明の方法に於て用いられる条件において、アルミニュウム／マグネシュウム ／窒素の自然浸透システムの場合でも、プリフォ−ムまたは充填材料は十分に透 過性があって、工程の少なくともある時期に窒素を含むガスがその充填材料また はプリフォームに浸入するか透過し得る、及び／または母材金属と接触し得るも のである必要がある。さらに、透過性の充填材料またはプリフォームは母材金属 で浸透させるが、それによって窒素で透過されたプリフォームは母材金属によっ て自然浸透され金属母材複合材料体を形成する、及び／またはその窒素は浸透促 進剤プレカーサーと反応して充填材料またはプリフォーム内に浸透促進剤を生成 しそれによって自然浸透が行われる。自然浸透の程度と金属母材複合材料の形成 は与えられた、工程条件の組合せによって異なるが、条件には、アルミニュウム 合金中のマグネシュウム量、プリフォームまたは充填材料中のマグネシュウム含 有量、プリフォームまたは充填材料中の窒化マグネシュウム含有量、追加された 合金成分（例えば、ケイ素、鉄、銅、マンガン、クロム、亜鉛、その他）、プリ フォームまたは充填材料の充填材の平均寸法（例えば、粒径）、充填材料または プリフォームの形態と表面状態、浸透用気体中の窒素含量、許される浸透時間と 浸透を行う温度、などがある。例えば、溶融したアルミニュうム母打金属を自然 発生的に浸透を起こさせるためには、そのアルミニュウムは少なくとも合金の重 量基準で、１重量％、好ましくは３少なくとも重量％のマグネシュウム（マグネ シュウムは浸透促進剤プレカーサーとして作用する）で合金化される。前述の様 に、補助的な合金用金属類は母材金属中に添加され特異的な作用を得るように調 製される。加えて、この補助的合金用金属類は、母材アルミニュウム金属中のマ グネシュウムの最低必要量に影響し、充填材料またはプリフォームへの自然浸透 に作用する。例えば、揮発などによる、自然反応系からのマグネシュウムのロス が、浸透促進剤を生成するためのマグネシュウムが無くなる程であるのを避ける 必要がある。 この様に、合金用金属類の最初の使用量を十分にして、揮発によって自然浸透が 悪い影響を受けないよう確実にすることが好ましい。 またさらに、マグネシュウムがプリフォーム（または充填材料）および母材金属 またはプリフォーム（または充填材料）の双方の中に存在することによってのみ 、自然浸透を行うためのマグネシュウムの必要量を減らすことができるだろう（ 後にさらに詳細に説明する）。 浸透用気体中の窒素の容量％はまた金属母材複合材料体の形成の速度に影響する 。即ち、その気体中の窒素が１０容量％以下の存在の場合には、自然浸透はきわ めて緩慢か殆ど行われない。その気体中には少なくとも約５０容量％の窒素が存 在することが好ましいことが見いだされていて、その水準では、例えば、より大 きな浸透速度によって浸透時間が短縮される。浸透用気体は（例えば、窒素を含 むガス）直接充填材料またはプリフォーム及び／または母材金属に供給され得る し、また材料の分解によって生成させることもできよう。 溶融した母材金属を充填材料またはプリフォームに浸透させるために必要なマグ ネシュウムの量は、工程の温度、時間、ケイ素や亜鉛の様な補助合金元素の存在 、充填材料の性質、自然浸透系での一種またはそれ以上の成分中でのマグネシュ ウムの存在の位置、気体中の窒素の含有量、そして窒素ガスの流速、などの諸要 因の一つまたは複数の要因の変化に依存する。比較的低温あるいはより短時間の 加熱温度で浸透を行う場合には、合金中及び／またはプリフォーム中のマグネシ ュウム含を量を増加する。また、一定のマグネシュウムの含有量では、ある種の 補助合金元素、例えば、亜鉛を添加するとより低温を用いることが可能になる。 例えば、母材金属中のマグネシュウムの実行濃度の最低の限界幅は、例えば、１ から３重量％であり、それは次の条件の少なくとも一つと組み合わせて用いられ るであろう。即ち、最低の工程温度以上であること、窒素の濃度が高いこと、ま たは補助合金元素が一種以上存在することである。 もしプリフォーム中にマグネシュウムが添加されていない場合には、合金は約３ から５重量％のマグネシュウムを含むご七が好ましく、そのことでそれらの一般 的な効用は広い範囲の工程条件に及ぶ。低めの温度で短時間の浸透には少なくと も約５重量％の存在が好ましい、アルミニュウム合金中の約１０重量％を超える マグネシュウム含有量のものが、浸透に穏和な温度がめられる場合に用いられる 。 マグネシュウムの含有量は補助的な合金用元素との併用によって減少させること ができるが、しかしこれらの元素は単に補助的な作用を与えるものであるので、 少なくとも上記に特定したマグネシュウムの最低量と共に用いる０例えば、名目 的には純粋のアルミニュウムのみに１０％のケイ素を加えたものでは、５００メ ツシユの３９クリストロン（シールドン社製、純度９９％の炭化ケイ素）の層内 への１０００℃の浸透は実質的に起こらない。しかしながらマグネシュウムの存 在下ではケイ素は浸透プロセスを促進することが見いだされた。 他の例としては、マグネシュウムはプリフォームまたは充填材料中だけに限定し て添加されると、マグネシュウムの添加量が変化する。 自然浸透は、マグネシュウムの全添加量中の少なくともある部分がプリフォーム または充填材料中に含まれると、自然浸透系に供給するマグネシュウムの量が少 なくても自然浸透が行われることが発見された。金属母材複合材料体中の好まし くない金属間反応物の生成を防止するために、マグネシュウムの供給量を可及的 に減少させることが好ましい。炭化ケイ素のプリフォームの場合、プリフォーム がアルミニュウム母材金属と接触させられると、そのプリフォームが少なくとも 約１重量％のマグネシュウムを含み、それが実質的に純粋な窒素ガス中にあると 、母材金属は自然発生的にそのプリフォームを浸透することが見いだされた。ア ルミナプリフォームの場合は、満足な範囲にある自然浸透を行うために必要なマ グネシュウムの量はやや多めである。即ち、アルミナプリフォームが、炭化ケイ 素プリフォームの場合とほぼ同一の温度で、また同じ窒素気流中で、同様なアル ミニュウムの母材金属と接触するとすると、前記の炭化ケイ素プリフォームの場 合と同様な自然浸透を行うには、少なくとも約３重量％のマグネシュウムが必要 であることが解っている。 自然浸透系に対して、浸透促進剤プレカーサー及び／または浸透促進剤を、合金 の表面及び／またはプリフォームまたは充填材料の表面及び／またはプリフォー ムまたは充填材料の内部に、母材金属をその充填材料またはプリフォームに浸透 させる前に加えておくことが可能であることもまた知っておくべきである。（例 えば、供給される浸透促進剤または浸透促進剤プレカーサーは母材金属との合金 である必要はな（、むしろ単純にその自然浸透系に供給されるものでよい）。例 えば、アルミニュウム／マグネシュウム／窒素系では、もしマグネシュウムが母 材金属の表面に与えられるならば、その表面は充填材料の透過性の物体−など５ ＝に対しごく接近しているか、好ましくは接触しているかしていることが好まし く、あるいは、この様なマグネシュウムはプリフォームまたは充填材料の少なく とも一部分に混合されていることが好ましい。さらになお、表面への適用、合金 化、マグネシュウムをプリフォームの少なくとも一部分に入れておくことの組合 せも可能である。この様な浸透促進剤（類）及び／または浸透促進剤プレカーサ ー（類）の適用の組合せで、母材アルミニュウム金属のプリフォーム中への浸透 を促進するのに必要なマグネシュウムの全重量％を減少させ、また同時に浸透を 起こすことのできる温度を下げることができる。さらに、マグネシュウムの存在 に起因する好ましくない金属間反応物の住成量を最低化することができる。 補助的な合金用元素の一種またはそれ以上の使用と、雰囲気ガス中の窒素濃度は 与えられた温度における母材金属の窒化の程度に影響する。例えば、合金中に含 まれるか。合金表面に与えた亜鉛や鉄の様な補助合金用元素は、浸透温度を下げ るために用いられ、それによって窒化物の生成量を低減し、一方、ガス中の窒素 含量の増加は窒化物の生成の促進のために用いられる。 合金中のマグネシュウムの濃度、及び／または合金表面でのその量、及び／また は充填材料またはプリフォームとの結合量は、与えられた温度での浸透の程度に 影響する傾向がある。従って、プリフォームまたは充填材料に接触するマグネシ ュウムが殆ど無いかあるいは無い場合、少なくとも約３重量％のマグネシュウム が合金中に含有されることが好ましい。この量より含有が少ないと、例えば、１ 重量％の場合、浸透のためにはより高温の処理温度か補助合金用元素が必要にな る。本発明における自然浸透プロセスに影響する必要温度は次の場合に下げるこ とができる。即ち、（１）合金中のマグネシュウムの含有量のみを増やす場合は 、例えば、少なくとも約５重量％にする、及び／または（２）の合金成分を透過 性の充填材料またはプリフォームの塊体と混合し７ておく、（３）亜鉛または鉄 の様な他の元素をアルミニュウム合金中に存在させておく場合である。その温度 はまた充填材料が異なると変化する。一般に、アルミニュウム／マグネシュウム ／窒素系では、最低で約６７５　”Ｃの温度で自然発生的で早い浸透が起こり得 るが、工程温度は少なくとも約７５０−８００″Ｃであることが好ましい。一般 的に１２００°Ｃを超える範囲での温度は工程上不便と見られ、特に有効な温度 範囲は約６７５°Ｃから約１０００”Ｃであることが解った。しかし、一般原則 としては、自然浸透の温度は母材金属の融点以上で、その母材金属の沸点以下の 温度である。加えて、この自然浸透の温度は充填材料の融点以下の温度である必 要がある。さらに、温度が上昇すると、母材金属と浸透用気体との間の反応物の 生成が促進される（例えば、アルミニュウム母材金属と窒素の浸透用気体の場合 には、窒化アルミニュウムが生成する）。かかる反応生成物はその金属母材複合 材料体の利用目的によっては好ましいこともあり、また好ましくないであろう。 さらに、一般には浸透温度を得るために電気抵抗加熱が用いられる。しかしなが ら、母材金属を溶融しかつ自然浸透に対し悪影響の無い加熱方法であればどのよ うなものであっても本発明に用いることができる。 例えば、この方法では、工程中のいずれかの時点において、窒素を含むガスの存 在下で、透過性の充填材料またはプリフォームが溶融したアルミニュウムに接触 させられる。この窒素を含むガスは連続的な流れを保ちながら供給されて充填材 料あるいはプリフォーム及び／または溶融したアルミニュウム母材金属の少なく とも一種と接触させることができる。窒素を含むガスの供給速度が制約にならな い範囲であれば、その流量は窒化物の生成によって雰囲気から失われる窒素を補 い、また溶融した金属を酸化する作用のある空気の浸入を防止または阻止するの に十分な量であることが好ましい。 この金属母材複合材料を形成する方法は多種類の充填材料について適用すること ができ、また充填材料の選択は、母材金属、工程条件、最終的な複合材製品の性 質をどうしようとするか、などの要因による。例えば、アルミニュウムが母材金 属の場合には、好適な充填材料には、（ａ）アルミナ、マグネシア、ジルコニア の様な酸化物、（ｂ）炭化ケイ素の様な炭化物、（Ｃ）アルミユニつ１、ドデカ ホウ素、２ホウ化チタンの様なホウ化物、（ｄ）窒化アルミニュウムの様な窒化 物、（ｅ）およびそれらの混合物が含まれる。充填材料が溶融アルミニュウム母 材金属と反応する傾向がある場合は、浸透の時間と温度を最少化することになり 、あるいは充填材上に非反応性のコーティング行うこともある。この充填材料は 、炭素または他の非セラミック性の材料の様な基体で、侵食や分解を防ぐために セラミックのコーティングをその表面に施したものを含み得る。好適なセラミッ クコーティングは、酸化物、炭化物、ホウ化物、窒化物を含む。本発明の方法に 使用する好適なセラミックは、粒状、小板状、ウィスカーまたは繊維状のアルミ ナと炭化ケイ素を含む。 この繊維は裁断した形の不連続のもの、あるいは多繊維のタウ状のもののような 連続のフィラメントであってもよい、さらにその充填材料またはプリフォームは 均一であっても不均一であってもよい。 また、ある種の充填材料では同様の化学組成をもった充填材料類に較べて浸透が 良好であることが解っている。例えば、マークＳ。 ニュウキルクらの「優れたセラミンク材料およびその製法Ｊと題する、１９８７ 年１２月１５日発行の米国特許第４，７１３．３６０号中に開示された方法で作 られた、破砕されたアルミナ体は、市販のアルミナ製品に較べて好ましい浸透性 を示す、さらに、共同係争中の共有米国特許出願、シリアル番号第８１９，３９ ７号で、マークＳ、ニュウキルクらの「複合セラミック製品とその製法」と題す るものに開示された方法で調製した破砕されたアルミナ体もまた、市販のアルミ ナ製品に較べて優れた浸透性を示す。発行された特許と共同係争中の出願特許の 双方の題名についてここに参考として明示する。この様にして、前記の米国特許 および出願特許の方法で製造された破砕あるいは粉砕されたものを使うことによ って、透過性セラミック材料の浸透をより低い浸透温度と及び／または短い浸透 時間でｊテうことかできる。 充填材料（またはプリフォーム）の大きさ、形態、化学的性質、容量％は複合材 に必要な性質を与えるために選ばれ得る。浸透には充填材料の形態による制約が 無いので、充填材は粒状体、ウィスカー、微小板、繊維の形態で有り得る。例え ば、球状体、管状体、ペレント、耐火性の繊維布、その他が用いられる。加えて 、充填材料の大きさは浸透の制約にならないが、個々の反応条件によって、小形 の粒子の集まりではより大きい粒子のそれよりも、高目の温度を用しまたは長時 間がかかる。あるいはその逆など牲が有り得るであろう、平均粒子径で１μｍ程 度から約１１００μｍ以下のもの、あるいはそれ以上のが本発明に有効に用いら れるが、約２μｍから約１０００μｍの範囲のものが、多くの商業的な応用に適 当である。さらに、浸透を受ける充填材料（またはプリフォーム）体は透過性が なければならない。（例えば、溶融した母材金属に対し及び／または浸透用気体 に対して透過性を与えるために、少なくともある程度の互いに通じあった多孔性 のあるもの）、加えて、充填材料またはプリフォームに含まれる材料の大きさく 例えば、粒子径）及び／または分布及び／または組成を調節することによって、 形成される金属母材複合材料の物理的、機械的性質を調整し得るし、多くの工業 的用途に適するように機械加工することができる０例えば、金属母材複合材料の 摩耗耐性は、充填材料が母材金属のそれよりも高い摩耗耐性を持つ、充填材料の 大きさを増す（例えば、充填材料の平均粒子径を増加させる）ことによって増加 させ得る。しかしながら、強度及び／または靭性は充填材の大きさを減らすほど 向上する傾向がある。 また、金属母材複合材料の熱膨張係数は、充填材の熱膨張係数が母材金属のそれ より小さい様な充填材の添加率を上げることで減少させられる。さらにまた、金 属母材複合材料体の機械的及び／または物理的性質〔例えば、密度、熱膨張係数 、弾性率及び／または比弾性率、強度及び／または比強度、その他）は、疎集合 体（疎環体）またはプリフォーム中への充填材料の添加率の増減によって調整す ることができる。例えば、疎集合体またはプリフォームに含まれる種々の大きさ 及び／または形態の充填材粒子の混合物について、充填材の比重が母材金属の比 重より大きいものの使用、充填材料の容積率を向上させることによって、充填材 料の負荷容量が高められ、それによって金属母材複合材料体の密度が増加する。 本発明の方法を用いることで、詰め込まれる充填材料またはプリフォームの容置 ％は大変広い範囲で変化させ得る。浸透され得る充填材の容量％が低い場合（例 えば、ｖ１１０容量％）は、元々多孔性の充填材料またはプリフォームの形成能 に限界があり、逆に浸透され得る充填材料またはプリフォームの容量％が高い場 合（例えば、約９５容量％）には、少なくとも連絡し合った多孔性構造の充填材 料またはプリフォームの密度を高めることには元々無理である。従って、前述の 諸要素の実施に当たって、それらを単独または複合的に用いて、必要とする性質 の組合せを持った金属母材複合材料を調製することができる。 本発明に従って金属母材複合材料を形成する方法によって、プリフォームや充填 材料体の中に溶融した母材金属を入れたり押し込むために圧力に顧ることなく、 高容量比の充填材と調節可能な多孔性を有する実質的に均一な金属母材複合材料 の製造が可能になる。最初の充填材料塊体の多孔性を減らしたものを用いること によって充填材料の容積比を高めることができる。また、高容積比は充填材の環 体を圧縮しておくかまたは他の方法で高密度にしておくことによって達成可能で あるが、しかし多孔性空間が閉じてしまう程圧縮したり、完全に高密度の構造に してしまって、溶融金属が浸透し得ない様にしてはならない。即ち、約６０−８ ０％程度の容量比であれば例えば、振動充填などを用い、粒子径分布を調節する などの方法でそれを得ることが出来る。しかしさらに高率の充填材比率を得るに は他の諸方法が用いられる。４０−５０％程度の充填材容量比は本発明に従って 加熱成型するのに通している。かかる容積比では、浸透された複合材は二次加工 を行うことが可能な程度に、その形態を維持または実質的に維持することができ る。しかし、加熱成型後の希望する最終複合材の容積加重に応じて、より高めま たは低めの粒体の添加または容積比が用いられるだろう、さらに、粒体添加量を 減らす方法に間しては、低含量粒体添加を行うための本発明の加熱成型法が用い られる。 セラミック充填材の周囲へのアルミニュウムの浸透と母材の形成には、セラミッ クのアルミニニウム母材金属による濁れか、浸透メカニズムの重要な部分をなす ことが見いだされている。さらに、充填材の溶融母材金属による濡れは、形成さ れた金属母材複合材料内での充填材の均一な分散を可能にし、また母材金属に対 する充填材の結合を促進する。また、低い工程温度では、無視し得るかまたは最 低量の金属の窒化が起こり、母材金属中に分散した窒化アルミニュウムの微少な 不連続相ができる。しかし、温度範囲の上限に近ずくと金属の窒化が起こり易く なる模様である。そこで、母材金属中の窒化物相の量は浸透を行う温度を変化さ せて調節することができる。また、その温度で窒化物の生成が著しく増加し始め る特定の工程温度は、用いる母材アルミニュウム合金とその充填材料またはプリ フォームに対する量、浸透される充填材料、浸透用気体中の窒素濃度、などの要 因によって変化する。例えば、所定の工程温度における窒化アルミニュウムの生 成の程度は、その合金の充填材を濡らす効果が減るほど、また雰囲気中の窒素濃 度が増加するほど、多くなると信じられている。 結果として得られる製品に特定の性能を与えるために複合材の形成中に母材金属 の構成を調節することも可能である。所定の系では、窒化物の生成を調節するた めに工程条件を選定することができる。 窒化アルミニュウム相を含む複合材製品は、その製品にとって好都合な特定の性 質を与え、またはその性能を向上させる。さらに、アルミニュウム合金による自 然浸透のための温度範囲は用いられるセラミックの材料によって変化する。充填 材料としてアルミナが用いられる場合には、多量の窒化物の生成によって母材の 変形性が失われないためには、その浸透温度は約１０００°Ｃを超えないことが 好ましい。しかし、変形性が少なくより頑丈な母材を持った複合材を作るために は、１０００°Ｃ以上の温度を用い得る。炭化ケイ素を浸透するには、アルミナ を充填材に用いた場合よりも、炭化ケイ素を充填材として用いた場合の方が、ア ルミニュウム合金の窒化物の程度は弱いので、より高い約１２００℃の温度が用 いられ得る。 さらに、母材金属の構造は金属母材複合材料の形成後に変えることができる０例 えば、出来上がった金属母材複合材料に加熱処理を行ってその金属母材複合材料 を引っ張り強度を改善し得る。（引っ張り強度の標準試験法は１９８２年に再録 されたＡＳＴＭ−Ｄ３５５２−７７である。）詳しくは、５２０．０のアルミニ ュウム合金を母材金属として含む金属母材複合材料に対する好適な熱処理は、そ の金属母材複合材料の温度を上昇させ、例えば、約４３０°Ｃに長時間（例えば 、１Ｂ−２０時間）保持することで行われる。ついで、その金属母材複合材料を 約１００°Ｃの沸騰水中で約２０秒間急冷しく即ちＴ−４熱処理を行い）、その ことで焼き戻しされて金属母材複合材料の引っ張り歪みに対する抵抗性が改善さ れる。また、形成された金属母材複合材料体に、例えば、浸炭処理またはホウ化 処理を行って、例えば、その金属母材複合材料体の耐食性を改善するなどの、処 理を施すことが好ましい。 さらに、充填材料を浸透するための母材金属の貯槽を用いて、浸透を行い及び／ または第一の母材金属とは異なった組成を有する第二の金属を供給することがで きる。即ち、ある場合には、第一の母材金属原料と異なった組成を持つ貯槽中の 母材金属を用いるのが好ましいこともある。例えば、アルミニュウム合金が第一 の母材金属原料として用いられるならば、ついで、工程温度に溶かされた事実上 何れか他の金属合金または金属が貯槽金属として用いられる。溶融した金属類は しばしば互いに大変混和し易く、そのために、混合するのに適当な時間が与えら れるならば、貯槽内でその金属と最初の母材金属原料とが混合される。この様に 、最初の母材金属原料と組成の異なった貯槽金属を用いることによって、母材金 属の性質を種々の操作上の要求に合わせて調整し得るし、また金属母材複合材料 の性質を調整することができる。 また、バリヤー措置が本発明に組み合わせて用いられる。即ち、本発明に用いら れるバリヤー措置は、溶融した母材金属（例えば、アルミニニウム合金）が充填 材料の定められた境界表面を越えて、染みたり動いたりするのを、妨害し、阻止 し、予防し、限定するために適するものであればどのようなものであってもよい 、好適なバリヤー措置は、本発明の工程条件下で、ある程度の完全性があり、揮 発性が無（、工程に用いられるガスに対する適当な透過性があり同時にセラミッ ク充填材の定められた境界表面を越えて浸透が行われたり、またはそのような動 きが起きるのを、位置的に阻害し、停止させ、干渉し、予防する、などのことが できるものであれば、どの様な材料、化合物、元素、組成物、その他であっても よい。バリヤー措置は自然浸透に際して、これらの自然浸透される金属母材複合 材料の熟成型に関して用いられる、どのような鋳型あるいは他の取り付は真白で も用いることができるが、さらに詳細については以下に論する。 好適なバリヤー措置としては、用いられる工程条件で溶融した母材合金の浸出に よる濡れが実質的に起こらない材料を含む、この種のバリヤーは溶融した母材合 金に対する親和性が無いか殆ど無いものであり、このバリヤー措置によって充填 材料またはプリフォームの定められた境界表面を越えてそれが移動するのを予防 ないし阻止する。このバリヤーは金属母材複合材料製品に要求される最終機械仕 上げや研磨作業を減らす。前記の通り、バリヤーは適当に透過性か多孔性がある 必要があり、あるいは破けることによって、ガスが溶融した母材合金と接触し得 るものでなければならない。 特にアルミニニウム母材合金に適するバリヤーは炭素を含むもので、特にグラフ ァイトとして知られる炭素の結晶同素性体である。 グラファイトは前記の工程条件下では溶融したアルミニュウム合金によって本来 的に濡らされない。特に好適なグラファイトはユニオンカーバイド社が商標名グ ラフオイルで販売しているグラファイト箔の製品である。このグラファイト箔は 溶融したアルミニュウム合金が充填材料の定められた境界表面を越えて浸出する のを予防するシール効果を示す。このグラファイト箔はまた熱抵抗性があり化学 的に安定である。グラフオイルのグラファイト箔は可撓性で、親和性があり、適 合性と弾性がある。それはどの楢なバリヤーにも利用でき、種々な形態に成型す ることができる。しかしながら、グラファイトバリヤー措置はスラリーやペース トとして、また塗布用のフィルムとしても、充填材料またはプリフォームの周囲 に用いることができる。グラフオイルは特にそれが可撓性のグラファイトシート であるために好適である。使用においては、この紙に似たグラファイトは充填材 料またはプリフォームの周囲を簡単に覆う。 窒素中のアルミニュウム母材金属合金に対する他の好適なバリヤーＣ類）は遷異 金属のホウ化物（例えば、２ホウ化チタン（ＴｊＢｚ）　）であり、これらは、 この材料を用いて行われる特定の工程条件下では溶融したアルミニュウム金属合 金には普通は濡れない。この種のバリヤーを用いる場合は、工程温度は約８７５ °Ｃを越えてはならない。 そうでないとこのバリヤー材料は効果が落ちてきて、実際には、高温下ではバリ ヤー内への浸透が起こる。また、バリヤー材料の粒子の大きさも自然浸透を阻害 するための材料の能力に影響し得る。道具性金属のホウ化物の形態は通常（１− ３０ｕｒｎの）粒状である。このバリヤー物質はスラリーまたはペースト状で、 好ましくは予めプリフォームとして成型されたセラミックの充填材料の透過性の 環体の境界面に施される。 窒素中のアルミニュウム母材金属合金に対する他の有用なバリヤーは、充填材料 またはプリフォームの外面上にフィルム状または層状に施される、揮発性の低い 有機化合物を含む。特に本発明の工程条件下で、窒素中で燃やすことによって、 この有機化合物は分解し、炭素のすすのフィルムを形成する。この有機化合物は 塗布、スプレィ、浸漬などの通常の方法によって施し得る。 また、細かく粉砕した粒状の材料も、その粒状材料の浸透が充填材料内への浸透 速度よりも遅い速度で行われる場合は、バリヤーとしての機能を有する。 この様に、バリヤー措置は、例えば、バリヤー措置の層によって定められた境界 面を覆うなどの、適当な方法によって施される。この様なバリヤー措置の層は、 塗布、浸漬、絹状の上がけ、１発などによって施され、あるいはバリヤー措置は 液体、スラリー、ペーストの形態で、また揮発性のバリヤー措置を飛沫展着する ことで、または単純に固体の粒子バリヤー措置の層を施すことで、または固体の 薄いバリヤー措置を定められた境界面に施すことによって、行われる。バリヤー 措置を行うことによって、浸透される母材金属が定められた境界面に到達し、バ リヤー措置に接触すると、自然浸透が実質的に終了する。 本発明の種々の実例が次に示す実施例中に含まれるが、しかし、これらの実施例 は説明例であると考えるべきであり、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲 を限定すると解釈すべきではない。 実施例１ 次に示す実施例は自然浸透の技術によって多孔性の物体を作る方法を示す。 図１は多孔質金属母材複合材料体を形成するために用いられた仕組み１６の模式 的な断面図である。即ち、ＡＴＪグレードのグラファイト製のポート（オハイオ 州りリーブランド市、ユニオンカーバイド社、炭素製品事業部販売）で、寸法が 長さ約３インチ（７６ｍｍ）　、幅約３インチ（７６ｍ着）、高さ約２．５イン チ（６４論論）、壁厚約０．５インチ（１３ｍｍ）のものが、グラファイト箔の 箱１１で裏打ちされた。このグラファイト笛の箱１１は商標名パーマフォイルの グラファイト箔（オレゴン州ポートランド市、ＴＴアメリカ社製）で、長さ約６ インチ（１５２＋＊＋ｍ）、幅約６インチ（１５２ｍｍ）　、厚さ約０．０１イ ンチ（０，２５ｖｓ）の１片から作られたが、それは裁断しグラファイトポート の内部の寸法に合わせて畳まれた。 充填材料混合＠ｙ１２は、重量で約９５％の商標名「３８７ランダム」で粒度５ ００のアルミナ（マサチューセッツ州つオーセスター市、シールドン社製）と約 ５％の３２５メツシユのマグネシュウムの粉を含む混合物を、ボールミルで処理 して調製した。即ち、この充填材料混合物をプラスチックのジャーにとり、約１ 時間ボールミルに掛け、ついで、この充填材料混合物は約１５０　’Ｃの温度で 乾燥させた。 約２００　ｇの充填材料混合物１２をグラファイトポート１０内にグラファイト 箔の箱１１の中にいれ、水平に均した。約０．７５ｇの５０メツシユのマグネシ ュウム粉末１３を充填材料混合物１２の表面上に置いた。 約２０ｇの配合されたアルミニュウム合金５２０からなる母材金属１４（それぞ れほぼ重量％で、ＳｉＳ２．２５％、Ｆｅ５０．３０％、Ｃｕ≦０．２５％、Ｍ ｎ≦０．１５％、Ｍｇを７．５．．１０．５％、Ｚｎ≦０，１５％、ＴｉＳ２． ２５％は残りはＡＩからなるとされている）を、充填材料混合物１２を覆った５ ０メンシユのマグネシュウム粉末１３の上に置いた。グラファイト箔の小片１５ でグラファイトホ・１・１０の上部を覆って仕組みの組立が１．　”Ｔ　した。 組立物の電気抵抗炉によって加熱されたレトルトに入れて、Ｌ／トルトの戸を閉 ざした。はぼ室温において、このレトルトから脱気し水銀柱で約３０インチ（７ ６２＋ｗｍ）の真空にし、ついで真空ポンプを止め、窒素ガスを約１５１　／ｓ ｉｎの速度でレトルト中に導入した。炉とその内容物を約５００℃まで毎時４０ ０°Ｃの昇温速度で加熱し、約５００℃Ｖ約１時間保った後、約７５０℃に毎時 ４００℃の昇温速度で加熱した。 約７５０℃に約３時間の後に窒素気流と炉の加熱を止め、組立物を室温に迄冷却 した。 室温において、組立物を分解し出来上がった多孔質金属母材複合材料体を取り出 した。多孔質金属母材複合材料体のサンプルを電子顕微鏡内にとり、その写真を 第二電子モードで撮影した。図２は４００倍に拡大されたサンプルの電子顕微鏡 写真であり、充填材料粒子の相互に付着した様子を示し、また同様にアルミナ充 填材料間の多孔性を示している。 要約書 本発明は多孔性金属母材複合材料体の優れた製造方法に関する。 詳しくは、浸透促進剤及び／′または浸透促進剤プレカーサー及び／または浸透 用気体が、少なくとも工程中のある時点で充填材料またはプリフォームと接触を 持ち、そのことで溶融した母材金属を自然発生的に充填材料またはプリフォーム に浸透させることができる。 この種の自然浸透（ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　１ｎｆｉｔｒａｔｉｏｎ）は加圧 や真空の適用を行う必要なしに行われる。しかし、供与される母材金属の量は、 充填材料またはプリフォームを殆ど完全に埋め込むには十分でないことを特徴と する。 田野調査報告 国際調査報告 [Raw m and natural thread] refers to preformed or or a combination of materials that exhibit natural penetration into the filling material. Here, the symbols * * / * * appear between the base metal, the penetration enhancer precursor, and the penetration gas. However, * * / * * is used to indicate a system or combination of materials that, depending on the particular combination, can be self-contained in a preform or filler material. Natural penetration. 2Z T" -' 111111LuJJ t 4t rMMC1-To, 7" refers to materials that are three-dimensionally entangled. This base metal contains various elements that can be alloyed to provide a composite material that meets specific mechanical and physical needs. Shihai Doatsu (Seeyu and Souyu Artificial Staff) is made of the same metal as the base metal as the basic component. (e.g., if the base metal is aluminum) nickel, the ``different'' metal is one in which the basic constituent is, for example, nickel). ``Dangzai Do】mu +'7,7!gu no no ei 6, - means filling material (or pre-filling material). foam) and/or molten base metal may be enclosed or contained under process conditions. means that does not react with the matrix and/or permeation gas and/or permeation enhancer precursor and/or filler material or preform in a manner that is extremely detrimental to the mechanism of natural permeation. ;” 11 Covered elbow Otsu Tsu L Niminato Yu gf [L transparent 1zu y fu! -AJ- is a porous body of filler or filler material made of a structure with at least one boundary that inherently limits the boundaries of the parent metal to be penetrated; Pre-service strength is maintained to ensure integrity and dimensional accuracy prior to infiltration by the base metal. It means something that has a certain degree. This object allows the base metal to naturally penetrate into its interior. It needs to be sufficiently porous. Preforms are generally homogeneous or heterogeneous. A preform is a single unit having an associated arrangement or arrangement of a series of fillers and may include other suitable materials (e.g. ceramic and/or metal particles, powders, fibers, whiskers, etc.). , or a composite. Here, "" is defined as a separate main part of the base metal, without any filling or pre-filling. placed in contact with the object of the base metal, so that as the metal melts it flows and refills, in some cases initially supplied and then replenished, a part, part, source of the base metal. means something that maintains a connection with the filling material or preform. −ζZT:=’ r f18”’ J is the permeable filling material or preform. This means that the penetration of the base metal into the material takes place without the application of pressure or vacuum (either externally applied or internally created). BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The following drawings have been prepared to assist in understanding the present invention and do not limit the scope of the invention. It's not something you can do. Wherever possible, similar reference numbers are used in each drawing to indicate the composition. It is used for FIG. 1 shows a schematic cross-section of the mechanism used to form the metal matrix composite material of Example 1. Figure 2 shows a 400 times larger microscopic image of the porous metal matrix composite material formed in Example 1. This is a mirror photo. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION AND PREFERRED EMBODIMENTS The present invention provides a porous metal matrix composite body that can be used as a permeable filler material or as a preform. It relates to the spontaneous infiltration and formation of base metals into the body. More particularly, the permeation enhancer and/or permeation enhancer precursor and/or permeation gas are associated with the filler material or preform at least at some point during the process, thereby naturally generating molten base metal. immersed into the filling material or preform. It can be transparent. This type of spontaneous infiltration takes place without the need to apply pressure or vacuum. However, The amount of base metal applied is such that it almost completely embeds the filler material or preform. It is characterized by not being enough. In another preferred embodiment B of the invention, rather than supplying a permeation enhancer precursor, the permeation enhancer is applied directly to at least one of the preform and/or the base metal and/or the permeation gas. Added. After all, at least natural immersion During penetration, the penetration enhancer must be in contact with at least some of the filler material or preform. Although this application describes examples of various matrix metals, it is assumed that at some point in the molding of the metal matrix composite, the penetration enhancer precursor and the immersion Contact in the presence of permeable gas. In this way, various reference examples show individual natural penetration. It is made for the base metal/penetration promoting precursor/penetration gas system. deer However, many base metal/penetration enhancer precursors/immersion promoters other than those discussed in this application may be used. It is believed that a permeable gas system would work similarly to that discussed here above. In particular, the natural penetration properties of aluminum/magnesium/nitrogen It is observed in the elemental system, the aluminum/strontium/nitrogen system, the aluminum/zinc/oxygen system, and the aluminum/calculum/nitrogen system. follow Even if this application discusses only the systems mentioned here (in particular, here Although the emphasis is on the magnesium/magnesium/nitrogen system), it should be understood that other parent metal/permeation enhancer precursor/permeation gas systems will work as well. In a preferred embodiment for forming a porous metal matrix composite body by natural infiltration. The required amount of molten base metal is brought into contact with the preform or filler material. Ru. The preform or filler material is mixed with and/or exposed to a penetration enhancer precursor at some point during the process. In a further preferred embodiment, the molten base metal and/or preform or filler material is in contact with the permeating gas for at least part of the process. Yet another preferred implementation 1! ! In some embodiments, the molten base metal and/or preform or filler material is in contact with the permeating gas for substantially the entire time of the process. Although the preform or filler material is spontaneously infiltrated by the molten matrix metal, the extent or rate of natural infiltration and formation of the metal matrix composite depends on a given combination of process conditions, e.g. the concentration of the immersion enhancer precursor (e.g., added in the base metal alloy and/or in the filler material or preform and/or in the infiltrating gas); the size of the filler material and/or its composition; particle size and/or its composition, pre- Infiltration into the foam or filler material depends on the degree of porosity, the time at which infiltration takes place, and/or the temperature at which infiltration takes place, etc. Furthermore, changes in the composition of the base metal and/or the amount of base metal supplied and/or its process conditions, as well as the physical and mechanical properties of the porous metal matrix composite body formed, are It is handled skillfully depending on the application and requirements. For example, by predetermining the amount of filler material and selecting the amount of parent metal for infiltration to be provided, the porosity (porosity) of the metal matrix composite material formed can be adjusted. In addition, varying the amount and/or composition of the base metal supplied, i.e., certain filler materials or Depending on the relative proportions of the foam portion to other filler materials or preform portions, the porosity within a single metal matrix composite can be tailored to the particular application. further shape After processing (e.g., heat treatment), the resulting metal matrix composite material is processed. The mechanical and/or physical properties of the material can be engineered to tailor it to any particular application. In addition, the process conditions during the formation of the metal matrix composite (nitrogen concentration, etc.) metal matrix composites suitable for a wide range of industrial applications. It could be manufactured. Furthermore, the composition and/or size of the filler material or the preform containing the material; The physical or mechanical properties of the porous metal matrix composite formed can be controlled by adjusting the particle size (e.g. particle size) and/or distribution, in combination with controlling the amount of matrix metal used for infiltration. control and technology to meet any industrial requirement. For example, the mechanical and/or physical properties of the formed porous metal matrix composite material object (e.g., density, modulus of elasticity and/or specific modulus, strength and/or specific strength, etc.) ) is adjusted by the volume of the filler material as a coarse object or in the preform and the amount of base metal supplied for infiltration. subordinate Therefore, the porous metal matrix composite material body may have various sizes and/or sizes, for example. Coarse bodies or briefs containing mixtures of filler material particles having different shapes or shapes are prepared by increasing the loading of the filler material in order to obtain a relatively higher capacity. In addition, the density of the porous metal matrix composite body can be determined by using a porous filler material or porous preform (e.g., a loosely filled filler material or a preform and/or a hollow filler material), as well as a filling material. Further reductions can be made by using enough base metal to coat the surface of the material. Wear. The exact combination of filler material and amount of matrix metal provided will depend on the intended end use of the porous metal matrix composite body. Therefore, by implementing any of the above techniques alone or in combination, porous metal matrix composites having the desired combination of properties can be skillfully prepared. Additionally, in other preferred embodiments for forming a porous metal matrix composite body, The metal matrix composite body may be partially or substantially completely filled with a permeable filler material or The composite body is made by infiltrating the preform and subsequently heating at least some of the base metal from the composite body. A porous metal matrix composite material can be obtained by elution by etching, chemical etching, etc. The porous metal matrix composite bodies formed by the method of the present invention can be tailored to suit a number of industrial applications. For example, base metal and/or filler By variously changing the composition of the material, the size and/or form of the metal matrix composite body, the composition of the filler material, the porosity in the matrix metal body, etc., the porous metal matrix composite body can be made into a heat insulating material. It is prepared for use in applications such as , filters, and stray lengths. Additionally, the porous metal matrix composite body can be used as a preform for making metal matrix composite bodies by natural infiltration techniques or in other metal matrix forming methods. For example, if a filler material or preform typically has poor compatibility with a particular base metal (e.g., due to poor wetting with that base metal), a filler material or preform that typically has poor wetting with that base metal may be A porous metal matrix composite body can be penetrated by molten matrix metal. Therefore, the porous metal matrix composite body formed by the method of the present invention has a wide range of uses. It is prepared as appropriate. For reference, Figure 1 shows the shape of a porous metal matrix composite material that is naturally infiltrated according to the present invention. A simple combination 16 is drawn for construction. That is, a filler material or preform 12 (which may be of any suitable material, as will be discussed in more detail below) is placed within a non-reactive container 10 for housing the base metal and/or filler material. be placed. A base metal 14 is placed on or in contact with the filler or preform. This assembly is then placed in a furnace to allow natural infiltration. Although I do not wish to ascribe any particular theory or reasoning, it is important to note that precautions for penetration enhancers When the permeation enhancer precursor is used in combination with at least one base metal and/or a filler material or preform and/or a permeation gas, The surfactant reacts to become a penetration enhancer, which is then added to the molten base metal filler material or causes or assists natural penetration into the preform. Further, for penetration enhancer precursors, penetration enhancer precursors may be Where necessary to interact with the foam or filler material and/or base metal. Placed in a position! For example, in some matrix metal/permeation enhancer precursor/permeation gas systems, the permeation enhancer precursor is It is preferable to vaporize at a temperature close to, or in some cases somewhat higher than, the temperature at which the base metal melts. child The vaporization of the species creates a gaseous substance that (1) promotes acclimatization of the base metal to the filler material or preform by reaction between the permeation enhancer precursor and the permeation gas; and/or (2) ) The reaction between the penetration enhancer precursor and the penetration gas Depending on the application, a solid, liquid or gaseous penetration enhancer is added to the filler material or preform. (3) reaction of the penetration enhancer precursor within the filling material or preform to form a solid, liquid or gaseous penetration enhancer; and facilitates wetting of at least a portion of the filler material or preform. In this manner, for example, if the penetration enhancer precursor is included or mixed with the molten base metal at least at some point during the process, the penetration enhancer may be incorporated into the molten base metal. It is possible to vaporize from the gas and react with at least one filler material or preform and/or a permeating gas. If this type of reaction results in a solid reactant, and this solid material is stable at the infiltration temperature, said solid material can be deposited on the surface of at least a portion of the filler material or preform, such as a coating. be logged. Additionally, it is contemplated that the darning solid material may be discernibly present within at least a portion of the preform or filler material. When solid materials of this type are formed, the molten parent metal appears to have a tendency to react (e.g., the molten parent metal appears to reduce the solid material formed), thus promoting penetration. agent preca The solder is bonded (e.g., injected or alloyed) or preformed with the molten base metal. foams and/or permeating gases) and even similar solid materials. The process of successive conversion of penetration enhancer precursors to penetration enhancers is guided by the induced reaction of the penetration enhancer with the molten base metal, further formation of subsequent penetration enhancer precursors, and spontaneous formation of penetration enhancer precursors. It is thought that this process will continue until the infiltrated metal matrix composite material is completed. This is done to improve the natural penetration of the base metal into the filler material or preform. natural systems require the use of penetration enhancers. The penetration enhancer is made from a penetration enhancer precursor, which consists of (1) base metal gold; (2) in the filling material or preform; and/or (3) from a permeating gas; and/or (4) from an external source into a naturally occurring system. Furthermore, rather than supplying a penetration enhancer precursor, the penetration enhancer is It may be supplied directly to at least one of the filling materials or preforms, and/or the base metal, and/or the permeating gas. Finally, at least for natural penetration, the penetration enhancer must be present in at least a portion of the filler material or preform. In a preferred embodiment of the invention, the penetration enhancer precursor is at least partially reacted with the penetration gas, such that the penetration enhancer is at least prefilled. The penetration enhancer is formed in the filler material or part of the preform, or if the penetration enhancer (e.g., if magnesium is the permeation enhancer precursor and nitrogen is the permeation gas, the permeation enhancer is magnesium nitride). (and it will be distributed within at least part of the preform or filler material). Aluminum is an example of a base metal/penetration enhancer precursor/penetration gas system. There is a system of aluminum/magnesium/nitrogen. That is, the aluminum base metal is placed in a suitable refractory container that, under process conditions, is compatible with the aluminum base metal and/or filler material when the aluminum is in contact. It does not cause any undesirable reactions. The filler material or preform is then contacted with the molten aluminum base metal and allowed to naturally infiltrate. Additionally, rather than providing a penetration enhancer precursor, the penetration enhancer may be provided directly into at least one of the filler materials or preforms, and/or into the base metal, and/or into the permeation gas. At the end of the day, at least in natural penetration, the penetration enhancer is the filler material or must be present in at least part of the preform. Under the conditions used in the method of the invention, the preform or filler material is sufficiently permeable, even in the case of an aluminum/magnesium/nitrogen natural permeation system. gas containing nitrogen during at least some part of the process. may penetrate or permeate the preform and/or come into contact with the base metal. It needs to be. Additionally, the permeable filler material or preform is permeated with the base metal, whereby the nitrogen permeated preform is permeated with the base metal. and/or the nitrogen can be naturally infiltrated to form a metal matrix composite body. It reacts with the promoter precursor to form a penetration enhancer within the filler material or preform, thereby providing natural penetration. The extent of natural infiltration and the formation of metal matrix composites will vary depending on a given combination of process conditions, including the amount of magnesium in the aluminum alloy and the magnesium content in the preform or filler material. content, magnesium nitride content in the preform or filler material, added alloying elements (e.g. silicon, iron, copper, manganese, chromium, zinc, etc.), preform These include the average size of the filler (e.g. particle size) of the foam or filler material, the morphology and surface condition of the filler material or preform, the nitrogen content of the infiltration gas, the allowable infiltration time and the temperature at which infiltration is carried out. For example, in order to cause spontaneous penetration of molten aluminum base metal, the aluminum must be at least as heavy as the alloy. 1% by weight, preferably at least 3% by weight of magnesium Shuum is alloyed with a penetrant (which acts as a penetration enhancer precursor). As mentioned above, auxiliary alloying metals are added to the base metal and adjusted to have specific effects. Manufactured. In addition, the supplementary alloying metals are Affects the minimum required amount of gneshium and affects natural penetration into the filling material or preform. For example, it is necessary to avoid losses of magnesium from the natural reaction system, such as through volatilization, to the extent that there is no magnesium available to produce the penetration enhancer. Thus, it is preferable to use sufficient amounts of alloying metals initially to ensure that natural penetration is not adversely affected by volatilization. Furthermore, only the presence of magnesium in both the preform (or filler material) and the base metal or preform (or filler material) can reduce the amount of magnesium needed to effect natural infiltration. (I'll explain this in more detail later). The volume percentage of nitrogen in the infiltrating gas also influences the rate of formation of the metal matrix composite body. In other words, if the nitrogen content in the gas is less than 10% by volume, natural infiltration is extremely difficult. It is very slow or almost never done. There is at least about 50% nitrogen by volume in the gas. It has been found that it is preferable to have Penetration time is reduced by a high penetration rate. The permeating gas (e.g. containing nitrogen) gas) could be supplied directly to the fill material or preform and/or base metal, or it could be generated by decomposition of the material. Mag required to infiltrate molten base metal into filler material or preform The amount of magnesium depends on the temperature and time of the process, the presence of auxiliary alloying elements such as silicon and zinc, the nature of the filler material, and the presence of magnesium in one or more components of the naturally osmotic system. Various factors such as the location of nitrogen, the content of nitrogen in the gas, and the flow rate of nitrogen gas dependent on changes in one or more of the following factors: Magnesium in the alloy and/or preform may be used for infiltration at relatively low or shorter heating temperatures. Increase the amount of aluminum content. Also, for a given magnesium content, the addition of certain auxiliary alloying elements, such as zinc, allows lower temperatures to be used. For example, the minimum critical range for the practical concentration of magnesium in the base metal is, for example, 1 to 3% by weight, which is used in combination with at least one of the following conditions: There will be. That is, the temperature must be above the lowest process temperature, the concentration of nitrogen must be high, or or the presence of one or more auxiliary alloying elements. If no magnesium is added in the preform, alloys containing about 3 to 5 weight percent magnesium are preferred, so that their general utility spans a wide range of process conditions. For short-term penetration at lower temperatures, at least A magnesium content of greater than about 10% by weight in the aluminum alloy is preferably used when mild temperatures for penetration are desired, with a preferred presence of about 5% by weight. The content of magnesium can be reduced by the combination with auxiliary alloying elements, but since these elements only provide an auxiliary effect, they should be used with at least the minimum amount of magnesium specified above. 0 For example, nominally pure aluminum with 10% silicon added will produce 500 metals. At 1000°C, there is virtually no penetration into the layer of Tsushiyu's 39 Crystron (manufactured by Shieldon, 99% pure silicon carbide). However, the presence of magnesium It has been found that in the presence of silicon, silicon facilitates the osmosis process. As another example, the amount of magnesium added may vary if the magnesium is added only in the preform or filler material. Natural infiltration occurs when at least some portion of the total loading of magnesium is included in the preform or fill material, reducing the amount of magnesium supplied to the natural infiltration system. It was discovered that natural infiltration can occur even without it. Preferences in metal matrix composite material body In order to prevent the formation of unnecessary intermetallic reactants, it is preferable to reduce the amount of magnesium supplied as much as possible. In the case of a silicon carbide preform, when the preform is brought into contact with an aluminum parent metal, the preform contains at least about 1% by weight magnesium and is in substantially pure nitrogen gas. It has been found that the material naturally penetrates the preform. a In the case of Lumina preforms, it is necessary to The amount of gneshium is slightly large. That is, the alumina preform is made of silicon carbide. Similar alkaline preforms were prepared at approximately the same temperature and in the same nitrogen flow as in the case of the raw preforms. If the silicon carbide preform mentioned above comes into contact with the base metal of It has been found that at least about 3% by weight of magnesium is required to achieve the same natural penetration as in the case of carbon dioxide. For natural penetration systems, the penetration enhancer precursor and/or penetration enhancer may be added to the surface of the alloy and/or to the surface of the preform or filler material and/or to the surface of the preform. It should also be noted that it is possible to add base metal inside the filler material or preform before infiltrating the filler material or preform. (example For example, the permeation enhancer or permeation enhancer precursor provided need not be an alloy with the base metal (rather, it may simply be provided to the natural percolation system). example For example, in the aluminum/magnesium/nitrogen system, if the magnesium is applied to the surface of the base metal, that surface is in close proximity to, or preferably in contact with, the permeable object of the filler material. I prefer to be doing something. Alternatively, such magnesium may be used in the preform or filler material. It is preferable that both are partially mixed. Furthermore, a combination of surface application, alloying, and placing magnesium in at least a portion of the preform. It is also possible. Such penetration enhancer(s) and/or penetration enhancer precursors - The combination of applications of (class) reduces the total weight percent of magnesium required to promote penetration of the base aluminum metal into the preform, and at the same time lowers the temperature at which penetration can occur. can. Furthermore, the amount of undesirable intermetallic reactants that result from the presence of magnesium can be minimized. The use of one or more auxiliary alloying elements and the nitrogen concentration in the atmospheric gas will affect the degree of nitridation of the base metal at a given temperature. For example, Will you be there? Auxiliary alloying elements such as zinc and iron applied to the alloy surface lower the penetration temperature. increased nitrogen content in the gas is used to promote nitride formation. the concentration of magnesium in the alloy and/or its amount at the alloy surface; The amount of bonding with the filler material or preform tends to affect the degree of penetration at a given temperature. Therefore, the magnetic material in contact with the preform or filling material If there is little or no magnesium, it is preferred that at least about 3% by weight of magnesium be included in the alloy. At less than this amount, e.g. 1% by weight, higher processing temperatures or auxiliary alloying elements may be required for penetration. Ru. The required temperature affecting the natural infiltration process in the present invention can be lowered if: I can do it. That is, (1) if only the magnesium content in the alloy is increased, for example to at least about 5% by weight, and/or (2) the alloy component is combined with a permeable filler material or preform mass. (3) Other elements such as zinc or iron may be present in the aluminum alloy. The temperature also varies with different filling materials. In general, for aluminum/magnesium/nitrogen systems, spontaneous and rapid penetration can occur at temperatures down to about 675"C. However, it is preferred that the process temperature is at least about 750-800"C. Generally, temperatures in the range exceeding 1200°C are considered inconvenient for the process, and a particularly effective temperature range is from about 675°C to It was found to be about 1000"C. However, as a general rule, the temperature of natural infiltration is above the melting point of the base metal and below the boiling point of the base metal. In addition, the temperature of this natural penetration must be below the melting point of the filling material. There is a point. In addition, increased temperature promotes the formation of reactants between the base metal and the permeate gas (e.g., in the case of an aluminum base metal and the permeate gas of nitrogen, aluminum nitride is formed). . Such reaction products may or may not be desirable depending on the intended use of the metal matrix composite body. Additionally, electrical resistance heating is commonly used to obtain the penetration temperature. But long What heating method can be used as long as it melts the base metal and does not have a negative effect on natural penetration? Any of these can be used in the present invention. For example, this method requires the presence of nitrogen-containing gas at some point during the process. A permeable filler material or preform is brought into contact with the molten aluminum. This nitrogen-containing gas is supplied in a continuous flow to the filling material. material or preform and/or molten aluminum base metal. Both can be brought into contact with one species. The supply rate of nitrogen-containing gas is not a constraint. within the range, the flow rate will compensate for the nitrogen lost from the atmosphere through nitride formation. Preferably, the amount is sufficient to prevent or inhibit the ingress of air, which has the effect of oxidizing the molten metal. This method of forming metal matrix composites can be applied to a wide variety of filler materials, and the choice of filler material depends on the base metal, process conditions, and the characteristics of the final composite product. It depends on factors such as what quality you are trying to achieve. For example, aluminum is a base metal. For the genus, suitable filler materials include (a) oxides such as alumina, magnesia, zirconia, (b) carbides such as silicon carbide, (C) aluminum, dodeca, etc. These include boron, borides such as titanium diboride, (d) nitrides such as aluminum nitride, (e) and mixtures thereof. If the filler material has a tendency to react with the molten aluminum base metal, the time and temperature of penetration may be minimized or a non-reactive coating may be applied over the filler material. The filler material may include a substrate such as carbon or other non-ceramic material with a ceramic coating applied to its surface to prevent erosion and decomposition. Suitable ceramic Coatings include oxides, carbides, borides, and nitrides. Suitable ceramics for use in the method of the invention include aluminum in the form of granules, platelets, whiskers or fibers. Contains carbon dioxide and silicon carbide. The fibers may be discontinuous in cut form or continuous filaments such as multifilament tau, and the filler material or preform may be uniform or non-uniform. good. Additionally, certain fillers have been shown to penetrate better than fillers with similar chemical compositions. For example, Mark S. A crushed alumina body made by the method disclosed in U.S. Pat. Further, in co-pending co-owned U.S. Patent Application, Ser. The crushed alumina bodies prepared by the method disclosed in Shows superior penetration compared to natural products. The titles of both the issued patent and the co-pending patent application are hereby incorporated by reference. In this way, by using the crushed or pulverized material produced by the method of the above-mentioned US patent and patent application, Therefore, permeation of permeable ceramic materials can be achieved with lower infiltration temperatures and/or shorter infiltration times. The size, morphology, chemistry, and volume percentage of the filler material (or preform) can be chosen to provide the desired properties to the composite. Since penetration is not limited by the form of the filler material, the filler can be in the form of granules, whiskers, platelets, or fibers. example For example, spheres, tubes, pellets, fire-resistant textiles, etc. are used. In addition, the size of the packing material is not a limiting factor for penetration, but depending on the individual reaction conditions, higher temperatures or longer times may be used for collections of small particles than for larger particles. It takes time. Or vice versa, the average particle diameter is about 1 μm. A diameter of approximately 1,100 μm or less, or larger, can be effectively used in the present invention. however, those in the range of about 2 μm to about 1000 μm are suitable for many commercial applications. That's true. Additionally, the filler material (or preform) body that undergoes infiltration must be permeable. (e.g., with at least some degree of interconnected porosity to provide permeability to molten base metal and/or to permeating gases); By adjusting the size (e.g., particle size) and/or distribution and/or composition of the metal matrix composites formed, the physical and mechanical properties of the metal matrix composites formed can be adjusted and have many industrial applications. For example, the wear resistance of a metal matrix composite can be improved by increasing the size of the filler material (e.g., the filler material has a higher wear resistance than that of the base metal). can be increased by increasing the average particle size of the material. However, strength and/or toughness tend to improve as filler size is reduced. The coefficient of thermal expansion of the metal matrix composite material can also be reduced by increasing the addition rate of a filler such that the coefficient of thermal expansion of the filler is smaller than that of the base metal. Furthermore, gold The mechanical and/or physical properties (e.g., density, coefficient of thermal expansion, modulus of elasticity and/or specific modulus, strength and/or specific strength, etc.) of the metal matrix composite body are determined by the loose aggregate (loose ring). Adjustments can be made by increasing or decreasing the rate of addition of filler material into the preform. can be done. For example, for a mixture of filler particles of various sizes and/or morphologies in a loose aggregate or preform, the specific gravity of the filler may vary relative to the base metal. By using larger than weight, increasing the volume ratio of the filling material, The loading capacity of the material is increased, thereby increasing the density of the metal matrix composite body. Using the method of the invention, the volume percentage of the filled filling material or preform can be varied within a very wide range. If the volume % of filler that can be infiltrated is low (e.g. For example, v110% by volume) has a limited ability to form a filler material or preform that is inherently porous, and conversely, if the volume% of the filler material or preform that can be infiltrated is high. (e.g., about 95% by volume), the filler has at least an interconnected porous structure. It is originally impossible to increase the density of materials or preforms. Therefore, in carrying out the above-mentioned elements, they can be used alone or in combination to prepare a metal matrix composite material having the desired combination of properties. The method of forming metal matrix composites in accordance with the present invention allows for high volumetric filler ratios and tunability without resorting to pressure to introduce or force molten matrix metal into a preform or body of filler material. This allows for the production of substantially uniform metal matrix composites with high porosity. The volume ratio of the filler material can be increased by using a reduced porosity of the initial filler material mass. High volume ratios can also be achieved by keeping the filler annulus compressed or otherwise dense, but not so much that the porous spaces are closed or completely compressed. High density structure Do not allow the molten metal to penetrate. That is, if the capacity ratio is about 60-80%, it can be obtained by, for example, using vibration filling or the like and adjusting the particle size distribution. However, other methods can be used to obtain even higher filler percentages. Filler volume ratios on the order of 40-50% are acceptable for hot forming in accordance with the present invention. At such volume ratios, the infiltrated composite is able to maintain or substantially maintain its morphology to the extent that it can be subjected to secondary processing. Ru. However, depending on the desired volumetric loading of the final composite after hot forming, higher Alternatively, lower granule loadings or volume ratios may be used; furthermore, as a method of reducing granular loadings, the heat forming method of the present invention to achieve low granular loadings may be used. . Ceramic is used to infiltrate the aluminum around the ceramic filler and form the matrix. It has been found that turbidity due to the aluminum matrix metal is an important part of the penetration mechanism. In addition, wetting of the filler by the molten base metal reduces the Enables uniform dispersion of the filler within the metal matrix composite material and promotes the bonding of fillers. Also, at low process temperatures, negligible or minimal A small amount of metal nitridation occurs, creating a small discontinuous phase of aluminum nitride dispersed in the base metal. However, as the temperature approaches the upper limit of the range, nitridation of the metal appears to occur more easily. Therefore, the amount of nitride phase in the base metal can be changed by changing the temperature at which penetration occurs. It can be adjusted by Also, at that temperature nitride formation begins to increase significantly. The specific process temperature depends on the base aluminum alloy used and its filler material or pre-processing temperature. Requirements such as volume to foam, filler material being infiltrated, nitrogen concentration in the infiltrating gas, etc. It changes depending on the cause. For example, the growth of aluminum nitride at a given process temperature The degree of formation is determined by the less effective the alloy is at wetting the filler and by the nitrogen concentration in the atmosphere. It is believed that as the degree increases, there will be more. It is also possible to adjust the composition of the base metal during composite formation to impart specific performance to the resulting product. In a given system, nitride formation is controlled by The process conditions can be selected to Composite products containing an aluminum nitride phase have specific properties that are advantageous for the product. give quality or improve its performance. In addition, aluminum alloy The temperature range for natural infiltration varies depending on the ceramic material used. When alumina is used as the filler material, its penetration temperature should preferably not exceed about 1000° C. in order to avoid loss of deformability of the base material due to the formation of large amounts of nitrides. However, temperatures above 1000°C can be used to create composites with less deformable and more robust matrix materials. For silicon carbide penetration, it is more difficult to penetrate when silicon carbide is used as a filler than when alumina is used as a filler. Because the degree of nitride in the aluminum alloy is weak, higher temperatures of approximately 1200°C are used. I can stay. Additionally, the structure of the matrix metal can be changed after the formation of the metal matrix composite. For example, the resulting metal matrix composite may be heat treated to improve its tensile strength. (The standard test method for tensile strength is ASTM-D3552-77, reprinted in 1982.) A suitable heat treatment for a metal matrix composite material containing aluminum alloy as the base metal is that This is carried out by raising the temperature of the metal matrix composite material and holding it at, for example, about 430°C for a long time (for example, 1B-20 hours). The metal matrix composite is then quenched in boiling water at approximately 100°C for approximately 20 seconds (T-4 heat treatment), which tempers the metal matrix composite to improve its resistance to tensile strain. improved It will be done. The formed metal matrix composite body may also be subjected to treatments such as, for example, carburizing or boriding to improve the corrosion resistance of the metal matrix composite body. It is preferable to carry out Additionally, the reservoir of base metal for infiltrating the filler material may be used to perform the infiltration and/or provide a second metal having a different composition than the first base metal. Wear. That is, in some cases, it may be preferable to use a base metal in the storage tank that has a different composition from the first base metal raw material. For example, if an aluminum alloy is used as the first base metal source, virtually any other metal alloy or metal melted to process temperatures can then be used as the reservoir metal. Molten metals are often very miscible with each other, so they must be given adequate time to mix. If so, the metal is mixed with the original base metal raw material in the reservoir. In this way, by using a storage tank metal with a different composition from the initial base metal raw material, the base metal The properties of the metal matrix can be tailored to suit various operational requirements, and the properties of the metal matrix composite can be tailored. Barrier measures may also be used in combination with the present invention. That is, the The barrier measures used are to impede, prevent, prevent, and limit the penetration or movement of molten base metal (e.g., aluminum alloy) beyond the defined bounding surfaces of the filler material. Suitable barrier measures may be any suitable barrier measures that have some degree of integrity and are volatile under the process conditions of the present invention. It is non-emissive (and has appropriate permeability to the gases used in the process, and at the same time, it is made of ceramic). Penetration occurs beyond the defined boundary surfaces of the packing material, or It may be any material, compound, element, composition, etc., as long as it can positionally inhibit, stop, interfere with, or prevent the occurrence of this phenomenon. Barrier measures must be taken during natural infiltration to ensure that any molds or other fittings used for these naturally infiltrated metal matrix composite molds are immaculate. may also be used, and is discussed in further detail below. Suitable barrier measures include: This type of barrier contains a material that is substantially non-wetting by molten matrix. It has little or no affinity for gold, and this barrier measure prevents or inhibits its migration beyond defined bounding surfaces of the filler material or preform. This barrier meets the final mechanical specifications required for metal matrix composite products. Reduce lifting and polishing work. As mentioned above, the barrier needs to be suitably permeable or porous, or ruptured so that gases can come into contact with the molten base alloy. It must be Particularly suitable barriers for aluminum base alloys are those containing carbon, especially It is a crystalline allotrope of carbon known as carbonite. Graphite is not inherently wetted by molten aluminum alloy under the process conditions described above. Particularly suitable graphite is manufactured by Union Carbide Company under the trade name Graphite. This is a graphite foil product sold by Rough Oil. The graphite foil exhibits a sealing effect that prevents leaching of molten aluminum alloy beyond the defined bounding surfaces of the filler material. The graphite foil is also heat resistant and chemically stable. Graphoil's graphite foil is flexible, compatible and suitable for It has compatibility and elasticity. It can be used as any oak barrier and can be molded into various shapes. can be done. However, graphite barrier measures are It can be used as a coating or as a coating film around filler materials or preforms. Graphoil is particularly suitable because it is a flexible graphite sheet. In use, this paper-like graphite is a filler Easily wrap around materials or preforms. Other suitable barriers to aluminum base metal alloys in nitrogen (Class C) are borides of transitional metals (e.g. titanium diboride (TjBz)), which are suitable for the specific Under process conditions, molten aluminum metal alloy I don't usually get excited about money. When using this type of barrier, the process temperature should not exceed about 875°C. Otherwise, this barrier material becomes less effective and may actually become less effective at high temperatures. Penetration into the ear occurs. The particle size of the barrier material can also affect the material's ability to inhibit natural penetration. The morphology of tool metal borides is usually granular (1-30 urn). The barrier material is in the form of a slurry or paste and is preferably applied to the interface of the permeable annulus of the ceramic filler material, which has previously been cast as a preform. Other useful barriers to aluminum base metal alloys in nitrogen include low volatility organic compounds applied in a film or layer on the outside surface of the filler material or preform. By burning under nitrogen, particularly under the process conditions of the present invention, this organic compound decomposes and forms a carbon soot film. The organic compound can be applied by conventional methods such as painting, spraying, dipping, etc. Finely ground particulate material also functions as a barrier if the particulate material penetrates at a slower rate than the rate of penetration into the filler material. The barrier measure is thus applied by any suitable method, for example by covering the interface defined by the layer of barrier measure. Layers of such barrier measures may be applied by painting, dipping, silking, blowing, etc., or the barrier measures may be in the form of liquids, slurries, pastes, and volatile barrier measures may be applied by droplet deposition. This is done by applying a layer of solid particle barrier measure or by applying a solid thin barrier measure at defined interfaces. Barrier measures ensure that the base metal to be penetrated reaches defined interfaces and Upon contact with the rear measure, natural penetration essentially ends. Various illustrations of the invention are included in the examples set forth below; however, these examples should be considered illustrative and not limiting the scope of the invention as defined in the claims. It should not be interpreted. Example 1 The following example demonstrates how to make porous objects by the technique of natural infiltration. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a system 16 used to form a porous metal matrix composite body. That is, the port is made of ATJ grade graphite (sold by Union Carbide, Carbon Products Division, Leeland, Ohio), and measures approximately 3 inches (76 mm) long, approximately 3 inches wide (76 m long), and high. Approximately 2.5 inches (64 theory), with walls approximately 0.5 inches (13 mm) thick, lined with a graphite foil box 11. This graphite whistle box 11 is made of graphite foil under the trade name Permafoil (manufactured by TT America, Inc., Portland, Oregon) and is approximately 6 inches (152 + * + m) long, approximately 6 inches (152 mm) wide, and approximately 6 inches (152 mm) thick. 0.01i It was made from a single piece of inch (0.25vs), which was cut and folded to fit the internal dimensions of the graphite port. The filler mix @y12 is a mixture containing, by weight, approximately 95% 387 Random, 500 grain size alumina (manufactured by Shieldon, Orcester, Mass.) and approximately 5% 325 mesh magnesium powder. was prepared by ball milling. That is, the filler material mixture was placed in a plastic jar and ball milled for approximately one hour, and then the filler material mixture was dried at a temperature of approximately 150'C. Approximately 200 g of the filler material mixture 12 was placed in a graphite foil box 11 within the graphite port 10 and leveled horizontally. Approximately 0.75g of 50 pieces of magnesi powder 13 was placed on the surface of the filler material mixture 12. Base metal 14 consisting of approximately 20 g of blended aluminum alloy 520 (each The approximate weight percentages are SiS 2.25%, Fe 50.30%, Cu≦0.25%, Mn≦0.15%, Mg 7.5%. ．． 10.5%, Zn≦0.15%, TiS 2.25% with the remainder consisting of AI) was placed on top of the 50-menshi magnesium powder 13 covering the filler material mixture 12. Assemble the mechanism by covering the top of graphite foil 1 and 10 with a small piece of graphite foil (15). ”T. Place the assembly into the retort heated by the electric resistance furnace and close the L/tort door. I tried it. At about room temperature, the retort was evacuated to a vacuum of about 30 inches of mercury (762+wm), then the vacuum pump was turned off and nitrogen gas was introduced into the retort at a rate of about 151/s in. The furnace and its contents were heated to about 500°C at a ramp rate of 400°C per hour, held at about 500°C for about 1 hour, and then heated to about 750°C at a ramp rate of 400°C per hour. After about 3 hours at about 750°C, the nitrogen flow and furnace heating were stopped and the assembly was allowed to cool to room temperature. At room temperature, the assembly is disassembled and the resulting porous metal matrix composite body is taken out. did. A sample of the porous metal matrix composite material body was taken into an electron microscope and a photograph was taken in the second electron mode. Figure 2 is an electron micrograph of the sample magnified 400 times, showing how the filler material particles adhere to each other, and also shows the alumina filling. This shows the porosity between the filling materials. SUMMARY The present invention relates to an improved method of manufacturing porous metal matrix composite bodies. Specifically, the penetration enhancer and/or the penetration enhancer precursor and/or the penetration gas have contact with the filler material or preform at least at some point during the process, thereby naturally generating molten base metal. can be directly infiltrated into the filling material or preform. This type of spontaneous infiltration takes place without the need to apply pressure or vacuum. However, it is characterized in that the amount of parent metal provided is not sufficient to almost completely embed the filling material or preform. Tano investigation report International investigation report

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] １．透過性のある充填材の塊体に、前記塊体を完全に埋め込むには不十分の量で ある一定量の溶融した母材金属を浸透させることを特徴とする、多孔質金属母材 複合材料体の形成方法。1. the mass of permeable filler material in an amount insufficient to completely embed said mass; A porous metal matrix characterized by the infiltration of a certain amount of molten matrix metal. Method of forming a composite material body. ２．前記の透過性充填材の塊体がプリフォームに成型されたものである請求項１ 記載の方法。2. Claim 1, wherein the permeable filler mass is molded into a preform. Method described. ３．前記の透過性充填材の塊体が前記融解した母材金属と実質的に反応性で無い 請求項１または２記載の方法。3. the permeable filler mass is substantially non-reactive with the molten base metal; The method according to claim 1 or 2. ４．前記の溶融した母材金属の添加が充填材を単に被覆するのに十分な量である 請求項１乃至３記載いづれかの方法。4. the addition of said molten base metal is sufficient to simply coat the filler; The method according to any one of claims 1 to 3. ５．前記充填材が、少なくともその内部に空隙を有しその内部空隙は前記溶融母 材金属によって浸透されないものを含む請求項１乃至４記載いづれかの方法。5. The filler has at least a void therein, and the internal void is filled with the molten matrix. 5. A method according to any one of claims 1 to 4, including a material which is not penetrated by metal. ６．前記プリフォームが、種々の密度及び／または種々の組成及び／または種々 の充填密度及び／または種々の形態のものを種々の比率で含む充填材を含有する ものである請求項２乃至５記載のいづれかの方法。6. The preforms may have different densities and/or different compositions and/or different containing fillers with different packing densities and/or different proportions of different forms. The method according to any one of claims 2 to 5. ７．前記の形成された多孔質金属母材複合材料体がプリフォームを用いる母材金 属形成技術によるものである請求項１乃至６記載のいづれかの方法。7. The formed porous metal matrix composite body is formed using a matrix metal preform. 7. A method according to any one of claims 1 to 6, which is based on a genus forming technique. ８．前記金属母材複合材料形成技術が加圧による浸透技術を含むものである請求 項７記載の方法。8. A claim in which the metal matrix composite material forming technology includes an infiltration technology by pressurization. The method described in item 7. ９．前記の浸透が自然浸透を含むものである請求項１乃至７記載のいづれかの方 法。9. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the permeation includes natural permeation. Law. １０．浸透用の気体が少なくとも充填材および母材金属の一種と少なくとも浸透 期間のある時点で接触していることを特徴とする請求項９記載の方法。10. The infiltrating gas is infiltrated with at least one of the filler and the base metal. 10. The method of claim 9, wherein the contact is made at some point during the period. １１．前記浸透用気体が酸素および窒素からなる群から選ばれる一種の気体であ る請求項１０記載の方法。11. The permeation gas is a type of gas selected from the group consisting of oxygen and nitrogen. 11. The method according to claim 10. １２．浸透促進剤が前記充填材内で生成されるものである請求項１０記載の方法 。12. 11. The method of claim 10, wherein a penetration enhancer is produced within the filler. . １３．前記浸透促進剤が浸透促進剤プレカーサーと浸透用気体の反応によって生 成されるものである請求項１２記載の方法。13. The penetration enhancer is produced by the reaction between the penetration enhancer precursor and the penetration gas. 13. The method according to claim 12, wherein the method comprises: １４．前記母材金属がアルミニュウムを含み、前記浸透促進剤プレカーサーがマ グネシュウムを含み、前記浸透用気体が窒素を含みおよび前記浸透促進剤がマグ ネシュウムの窒化物を含むものである請求項１３記載の方法。14. The base metal contains aluminum, and the penetration enhancer precursor contains aluminum. gneshium, the permeation gas comprises nitrogen, and the permeation enhancer contains magnesium. 14. The method according to claim 13, comprising nitride of netium. １５．前記充填材が、粉末、フレーク、微小板、微小球、ウィスカー、泡、繊維 、粒状体、繊維マット、裁断された繊維、球体、ペレット、管体および耐火性布 からなる群の中から選ばれた少なくとも一種以上の材料からなるものである請求 項１乃至１４記載のいづれかの方法。15. The filler may be powder, flake, microplate, microsphere, whisker, foam, fiber. , granules, fiber mats, shredded fibers, spheres, pellets, tubes and fire-resistant fabrics Claims that the product is made of at least one material selected from the group consisting of Any of the methods described in Items 1 to 14. １６．実質的に反応性の無い充填材の塊体と、前記充填材を完全に埋め込むには 不十分な量の母材金属と、前記充填材および前記母材金属の少なくとも一種に対 する浸透促進剤プレカーサーおよび浸透促進剤の少なくとも一種を含む材料をと を準備し、 前記母材金属に溶融を起こさせ、 前記充填材を前記充填材が前記母材金属によって単に被覆される程度に自然発生 的な浸透を行なうことによって、多孔性金属母材複合材料体を得ることを特徴と する多孔質金属母材複合材料体の製造方法。16. A substantially non-reactive mass of filler and complete embedding of said filler. an insufficient amount of base metal and at least one of said filler and said base metal; a penetration enhancer precursor and a material containing at least one kind of penetration enhancer. Prepare causing the base metal to melt; The filler is naturally occurring to the extent that the filler is simply covered by the base metal. The method is characterized in that a porous metal matrix composite material body is obtained by performing permeation. A method for producing a porous metal matrix composite material body. １７．上記の何れかの請求項記載の工程によって作られる物体。17. An object made by a process according to any of the preceding claims. １８．セラミック充填材と、 前記セラミック充填材を被覆する母材金属であって前記母材金属が３次元的な相 互結合を有するものとからなる多孔質金属母材複合材料体。18. ceramic filling material; A base metal covering the ceramic filler, the base metal having a three-dimensional phase. A porous metal matrix composite material body consisting of a material having mutual bonds. １９．前記セラミック充填材が、酸化物、炭化物、ホウ化物、窒化物、およびそ れらの混合物からなる群の中から選ばれた少なくとも一種以上のものからなり、 前記母材金属がアルミニュウムを含むものである請求項１８記載の多孔質金属母 材複合材料体。19. The ceramic filler may include oxides, carbides, borides, nitrides, and the like. consisting of at least one kind selected from the group consisting of a mixture of these, The porous metal base according to claim 18, wherein the base metal contains aluminum. material composite body. ２０．前記金属母材複合材料体が、断熱構造材、充填材と濾材からなる群の中か ら選ばれた少なくとも一種の形態に成型されることを特徴とする請求項１８また は１９記載の多孔質金属母材複合材料体。20. The metal matrix composite material body is selected from the group consisting of a heat insulating structural material, a filler material and a filter material. Claim 18 or is a porous metal matrix composite material body according to 19.
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