JPH05507317A - マクロ複合体及び製法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 マクロ複合体及び製法 技術分野 本発明は、フィラー材料の通気性の集合体又は通気性のプリフォームにマトリッ クス金属を、任意の適当な技術によって例えば浸透させて、金属マトリックス複 合体を作製し、そして適当な手段によって、この作製された金属マトリックス複 合体を別の物体へ結合させることによりマクロ複合体を形成する新規な方法に関 する。自発的浸透（非加圧浸透）が金属マトリックス複合体を作製するための一 つの好ましい方法である。詳しく言えば、少なくともプロセスの成る段階で浸透 促進剤及び／又は浸透促進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気をフィラー材料又はプ リフォームと連通させて、溶融したマトリックス金属を自発的にフィラー材料又 はプリフォーム中に浸透させる。このような自発的浸透（非加圧浸透）は圧力又 は真空の適用なしで進行する。

背景技術 金属のマトリックスとセラミックの粒子、ボイス力、繊維等の強化又は補強相と から成る複合材製品は、強化相の剛性、耐磨耗性と金属マトリックスの延性、靭 性のいくつかを合わせ持つため、いろいろの応用が可能である。一般に、金属マ トリックス複合材はマトリックス金属単体と比べて、強度、剛性、接触摩耗抵抗 、熱膨張率、回度、熱伝導率、高温強度の保持などの特性が改良されるが、所与 の特性の改良できる程度は、特定の成分とその容積又は重量割合及びそれらが複 合材の形成でどのように処理されるかに大きく依存する。場合によっては、複合 材はマトリックス金属自体よりも軽量であることもできる。例えば、粒子、ベレ ット又はホイスカ状の炭化ケイ素のようなセラミックスで強化したアルミニウム マトリックス複合材は、アルミニウムと比べて、高い比剛性（例、回度に対する 弾性率）、耐磨耗性、熱伝導率、低い熱膨張率を持ち、また高温強度及び／又は 比強度（例、密度に対する強度）が高いので有用である。

アルミニウムマトリックス複合材を製造する多くの金属学的方法が報告されてお り、それらに含まれるものに、粉末冶金法や、加圧鋳造、真空鋳造、撹拌及び浸 潤剤を用いる液体金属浸透法などがある。粉末冶金法では、粉末状の金属と、粉 末、ホイスカ、短繊維等の形態の強化材とを混合した後、常温プレス及び焼結す るか、またはホットプレスする。この方法で製造した炭化ケイ素強化アルミニウ ムマトリックス複合材中の最高のセラミックス体積率としては、ボイス力の場合 で約２５体積％、粒子の場合で約４０体積％が報告されている。

従来の粉末冶金的手法による金属マトリックス複合材の製造では、得られる製品 の特性に関して制約がある。複合材中のセラミック相の体積率は典型的に、粒子 状の場合で約４０体積％に制約される。また、加圧成形できる実際の寸法には限 りがある。後加工（例えば成形や機械加工）を行うか又は複雑なプロセスによら なければ、製品形状が比較的簡単なものが可能であるに過ぎない、さらに、焼結 時の収縮が不均一になりかねず、また圧縮及び粒成長時の偏析による微細組織の 不均一化が起こりかねない。

米国特許第３９７０１３６号（１９７６年７月２０日Ｊ、Ｃ，Ｃａｎｎｅｌらに 発行）は、所定の繊維配向を有する炭化ケイ素又はアルミナホイスカ等の繊維強 化材を含む金属マトリックス複合材の製造方法を記載している。

この複合材は、型の中に面内配向繊維の平行なマット又はフェルトと共に、少な くとも一部のマットの間に溶融マトリックス金属（例、アルミニウム）の溜（ｒ ｅｓｅｒνａｉｒ）を置き、加圧して溶融金属をマットに浸透させ配向繊維を包 囲させることにより作製される。溶融金ことか報告されている。

上記の浸透法は、溶融々トリックス金属を繊維マット積層体中に強制的に浸透さ せる外部圧力に依存しているので、加圧流動プロセスの不規則性が避けられない 、即ち、マトリックス形成、多孔度、等が不均一になる可能性がある。この多孔 度の不均一性は、繊維列に多くの位置から溶融金属を導入しても起こり得る。従 って、繊維マット積層体への適切且つ均一な浸透を実現するためには複雑なマッ ト／溜配列と流路を提供することが必要になる。また、上記の加圧浸透法は、本 質的にマットの体積が大きいものに浸透させることが困難なため、比較的小さい 強化材／マトリックス体積比だけが実現可能である。さらに、溶融金属を型の中 に加圧下に保持する必要があり、このためプロセスにかかる費用がかさむ、最後 に、上記の方法は、配列した粒子や繊維に浸透することに限定されており、不規 則に配向された粒子、ホイスカ又は繊維の形の材料で強化されたアルミニウム金 属マトリックス複合材の製造には向けられていない。

アルミニウムマトリックス／アルミナフィラーの複合材の製造では、アルミナは アルミニウムで濡れに（いため緻密な製品を形成することは困難である。この問 題を解決するいろいろな方法が提案されている。一つの手法はアルミナを金属（ 例、ニラグル“又はタングステン）で被覆してからアルミニウムと共にホットプ レスすることである。別の手法では、アルミニウムをリチウムと合金化し、また アルミナをシリカで被覆してもよい、しかし、これらの複合材は特性が変動した り、被覆物がフィラーを劣化させることがあったり、またマトリックスがリチウ ムを含むためマトリックスの特性が悪影響を受けることがあったりする。

米国特許第４２３２０９１号（ＲＪ、（ｉｒｆｓｓｈａＨらに発行）は、アルミ ニウムマトリックス／アルミナ複合材の製造に伴う従来技術の困難のうちいくつ かを解決している。この特許では、７００℃〜１０５０°Ｃに予熱したアルミナ 製の繊維又はボイス力のマットに溶融アルミニウム（又は溶融アルミニウム合金 ）を浸透させるために７５〜３７５　ｋｇ／ｃｍ”の圧力を適用する。得られた 固体鋳造物のアルミナ／金属の最高体積比は０．２５／　１であった。浸透が外 部圧力に依存しているために、この方法はＣａｎｎｅｌｌらの特許の方法と同様 の多くの欠陥を伴う。

欧州特許出願公開第１１５７４２号は、予備成形したアルミナマトリックスの空 隙を溶融アルミニウムで満たして、特に電解槽部材として有用なアルミニウム／ アルミナ複合材を製造することを記載している。この出願はアルミナがアルミニ ウムで濡れないことを強調して、アルミナのプリフォーム全体を濡らすためにい ろいろな手法を用いている０例えば、アルミナをチタン、ジルコニウム、ハフニ ウム又はニオブのニホウ化物の湿潤剤あるいは金属即ちリチウム、マグネシウム 、カルシウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム又はハ フニウムで被覆している。アルゴンなどの不活性雰囲気を用いて湿潤を促進して いる。この文献も溶融アルミニウムが未被覆マトリックスに浸透するように圧力 を適用している。すなわち、不活性雰囲気（例、アルゴン）中で、空隙部を真空 排気した後、溶融アルミニウムを加圧している。あるいは、プリフォームにアル ミニウムを気相析出させてその表面を濡らしてから溶融アルミニウムを浸透させ 空隙部を満たすこともできる。プリフォーム空隙部にアルミニウムを確実に保持 するために、真空又はアルゴン中での熱処理（例、１４００〜１８００°Ｃ）が 必要である。そうでないと、加圧浸透される材料を気体に暴露したりあるいは浸 透圧力を除去すると複合体中のアルミニウムが減少するであろう。

用いることは、欧州特許出願公開第９４３５３号にも示されている。この刊行物 は、陰極電流供給体を電解槽の内張又は基材として有する電解槽で電解採取して アルミニウムを製造する方法を記載している。

この基材を溶融氷晶石から保護するために、浸潤剤と溶解抑制剤の混合物の薄い 被覆物を、電解槽の始動前に、又は電解プロセスにより生成する溶融アルミニウ ムに浸漬しながら、アルミナ基材に適用する。開示されている湿潤剤はチタン、 ジルコニウム、ノλフニウム、ケイ素、マグネシウム、バナジウム、クロム、ニ オブ又はカルシウムであり、チタンが好ましいと記載されている。ホウ素、炭素 及び窒素の化合物は湿潤剤の溶融アルミニウムへの溶解性を抑制するのに有用で あると記載されている。しかしながら、この文献は金属マトリックス複合材の製 造を示唆していないし、またそのような複合材の例えば窒素雰囲気中での製造も 示唆してもいない。

圧力と湿潤剤の通用の他に、真空の適用も多孔質セラミック成形体（ｃｏｍｐａ ｃｔ）中への溶融アルミニウムの侵入を助けることが開示されている０例えば、 米国特許第３７１８４４１号（１９７３年２月２７日にＲ，Ｌ。

Ｌａｎｄｉｎｇｈａ煽に付与）は１０”　’　ｔｏｒｒ未溝の未満中でセラミッ ク成形体（例、炭化ホウ素、アルミナ、ベリリア）に溶融したアルミニウム、ベ リリウム、マグネシウム、チタン、バナジウム、ニッケル又はクロムを浸透する ことを報告している。　１０−’〜１０−’ｔｏｒｒの真空では金属がセラミッ ク空孔中に自由流動しないので勢中キテナ書溶融金属によるセラミックの濡れが 乏しかったが、真空を１０−”ｔｏｒｒ未満にしたら濡れが改良されたと記載さ れている。

米国特許第３８６４１５４号（１９７５年２月４日にＧ、Ｅ、Ｇａｚｚｅらに付 与）も真空を用いた浸透を記載している。この特許は、常温プレスしたアルミニ ウム粉末床上に常温プレスしたＡＩＢ＋ｚ粉末の成形体を配置することを記載し ている。そのＡＩＢ＋ｚ粉末成形体の上にさらにアルミニウムを配置した。こう してアルミニウム粉末の層の間にＡＩＬ□粉末成形体を挟持したものを入れた坩 堝を真空炉に置いた。炉を約１０−’ｔｏｒｒに真空排気して脱気を行った。そ れから温度を１１００℃に昇温しで３時間保持した。これらの条件下で溶融アル ミニウムは多孔質ＡＩＢ＋ｚ成形体中に侵入した。

米国特許第３３６４９７６号（１９６８年１月２３日にＪｏｈｎ　Ｎ、Ｒｅｄｉ ｎｇらに付与）は、溶融金属の成形体中への侵入を促進するために成形体中に真 空を自発的（内部的）に発生させる考えを開示している。具体的に言うと、グラ ファイトの型、鋼の型あるいは多孔質耐火材料などを、溶融金属中に完全に浸漬 することが開示されている。型の場合、型のキャビティ（空隙部）に金属と反応 する気体を満たし、このキャビティは型に設けた少なくとも１つのオリフィスを 介して外部の溶融金属と連通ずる。この型を溶融金属中に浸漬すると、キャビテ ィの気体と溶融金属との反応によって内部が自発的に真空になるので、キャビテ ィへの溶融金属の充満が起きる。詳しく言うと、真空は固体状の金属酸化物が形 成される結果として発生する。このように、この特許ではキャビティ中の気体と 溶融金属との反応を起こすことが不可欠であることが開示されている。しかし、 真空を発生させるために型を用いることは、型を用いるが故の制約があるので望 ましくないことがある。最初に型を特別の形状に機械加工し、次いで型の表面を 鋳造に適した表面に仕上げ及び加工をし、さらに使用前に組立を行い、使用後に 鋳造品を取り出すために型を分解し、それから再び型を再生しなければならず、 大抵は型の表面の再仕上げ雑な形状の型の機械加工は非常に高価でありかつ時間 を要する。しかも、複雑な形状の型からの鋳造製品の脱型も困難になりかねない （複雑な形状の鋳造品は脱型時に破損し易い）、さらに、型を用いなくても多孔 質耐火材料を溶融金属中に直接に浸漬できるとの示唆があるが、容器となる型な しでは結合の弱い又はばらばらの多孔質材料には浸透しようがないので、耐火材 料は一体物でなければならない（すなわち、粒状物は溶融金属中に置くと、通常 、分離（分散）しあるいは浮いてしまと考えられる）、さらに、粒状物又は弱い 結合のプリフォームに浸透させる場合には、浸透する金属が粒状物又はプリフォ ームの少なくとも一部を移動させて不均一な微細組織にならないように注意が必 要である。

従って、長い間、加圧や真空（外部的に適用されるもの又は内部的に発生するも ののいずれにかかわらず）の使用に依存せず、あるいはセラミック材料などの別 の材料に金属マトリックスを尊台化するのに有害な湿潤剤を必要としない、成形 金属マトリックス複合材の簡単で信鯨性のある製造方法の必要性が感じられてい た。さらに、金属マトリックス複合体を製造するのに必要とされる最終機械加工 の量を最小限にする必要も感じられていた。なおさらに、金属マトリックス複合 材を他の物体へ結合できるようにすることは当該技術にあワてはさらに別の悩み であった０本発明はこれらの必要性を、プロセスの少なくともどこかの時点で浸 透促進剤前駆体及び／又は浸透促進剤が存在する限り、普通の大気圧下で、浸透 雰囲気（例、窒素）の存在下において、ある材料（例、セラミック材料、また成 形したプリフォームでもよい）に溶融マトリックス金属（例、アルミニウム）を 浸透させる自発的浸透法を提供することにより、満たすものである、自発的に浸 透した材料は別の材料と結合し及び／又は別の材料を形成して、マクロ複合体を 形成することができる。

本出願人が有する米国特許及び特許出願の説明びその方法から製造された複合体 ）を発明の名称とする米国特許出願第０７１５２０９２４号（１９９０年５月９ 日出１１ｆｆ）（７）一部継続出願である。

この米国特許出願の内容は本出願の内容として特別に参照してここに含められる ものである。

この出願の対象は、本出願人のその他のいくつかの特許出願及び特許のそれと関 連している。詳しくは、これらの本出願人の他の特許出願及び特許は、金属マト リックス複合材料の新規な製造方法を記載している（以下、「本出願人の金属マ トリックス特許及び特許出願ｊとも称する）。

金属マトリックス複合材料を製造する新規な方法は、本出願人の米国特許第４８ ２８００８号（１９８９年５月９日発行、１９８７年５月１３日出願の米国特許 出願第０７１０４９１７１号に対応、発明者Ｗｈ　ｉ　ｔｅら、発明の名称”Ｍ ｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏ５ｐｏｓＨｅｓ’＋　ＥＰＯより対応出願が１９ ８８年１１月１７日に公開第０２９１４４１号として出願公開）に開示されてい る。このＷｈ　ｉ　ｔｅらの方法によると、金属マトリックス複合材はフィラー 材料（例、セラミックス又はセラミックス被覆材料）の通気性の塊に、少なくと も１重量％のマグネシウム、好ましくは少なくとも約３重量％のマグネシウムを 含む溶融アルミニウムを浸透させて製造される。浸透は外部圧力又は真空の適用 なしで自発的に起きる。供給される溶融金属合金は、約１０〜１００体積％、好 ましくは少なくとも５０体積％の窒素を含み残りの気体は存在する場合には不酸 化性気体（例、アルゴン）である気体の存在下において、少なくとも約６７５° Ｃの温度でフィラー材料の塊と接触される。これらの条件において、溶融アルミ ニウム合金は普通の大気圧下でセラミックス材料中で浸透してアルミニウム（又 はアルミニウム合金）マトリックス複合材を形成する。溶融アルミニウム合金が フィラー材料の所望量に浸透したら、温度を下げて合金を固化させると、強化用 フィラー材料を埋め込んだ固体金属マトリックス構造が形成される６通常、また 好ましくは、送られる溶融金属の供給は実質的にフィラー材料の塊の境界まで浸 透が進行するのに充分であろう、Ｗｈｉｔｅらの発明により製造されたアルミニ ウムマトリックス複合材におけるフィラー材料の量は極めて多くすることができ る。すなわち、１対１より大きいフィラ一対合金の体積比が実現できよう。

上記のＷｈｉｔｅらの発明のプロセス条件では、アルミニウムマトリックス中に 分散した不連続相として窒化アルミニウムが生成することがある。アルミニウム マトリックス中の窒化アルミニウムの量は温度、合金組成、気体組成、フィラー 材料などの要因により大きく変化する。系においてこのような要因のいくつかを 制御することによって、複合材の特定の性質を得ることが可能である。しかしな がら、最終用途によっては、窒化アルミニウムを殆ど又は実質的に含まない複合 材が望ましいこともある。

温度を高くすると浸透には都合がよいが、窒化物が形成され易くなることが見出 された。　Ｗｈｉｔｅらの発明は浸透速度と窒化物形成の間のバランスの選択が 可能である。

金属マトリックス複合材の形成に用いるのに適当なバリヤ手段の例が、本出願人 の米国特許第４９３５０５５号（１９９０年６月１９日発行、１９８８年１月７ 日出願の米国特許出願第０７／１４１６４２号、発明者ＭｉｃｈａｅｌＫ、Ａｇ ｈａｊａｎｉａｎら、発明の名称”Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｍｅ ｔａｌ　ＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｉｌｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｕｓｅ　ｏｆ　 ａ　Ｂａｒｒｉｅｒ”、　ＥＰＯより１９８９年７月工２日に公開第０３２３９ ４５号として出願公開された）に記載されている。このＡｇｈａｊａｎｉａｎら の発明の方法によると、フィラー材料の所定の表面バイト社から商標Ｇｒａｆｏ ｉ１として販売されている柔軟グラファイト箔製品などのグラファイト材料）を 配置し、マトリックス合金をバリヤ手段で限定された境界まで浸透させる。バリ ヤ手段は溶融合金の浸透を禁止し、防止し、又は終了させることにより、得られ る金属マトリックス複合材に正味又はほぼ正味の形状を提供するために用いられ る。従って、形成された金属マトリックス複合体はバリヤ手段の内側形状に実質 的に対応する外部形状を有する。

米国特許第４８２８００８号の方法は、本出願人の米国特許出願第０７１５１７ ５４１号（発明者Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｍ、Ａｇｈａｊａｎｉａｎ及びＭａｒｋ　Ｓ 、Ｎｅｗｋｆｒｋ、発明の名称＋Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏ５ａｐｏｓＨ ｅｓ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎ３ｑｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｍａｋｉｒｉｇ　ｔｈｅＳａｍ ｅ”、　［ｉＰＯより対応出願が１９８９年９月２０日に公開第０３３３６２９ 号として出願公開されている１、　１９８８年３月１５日出願の米国特許出願第 ０７／１６８２８４号の継続出願）により改良された。この米国特許出願に開示 された方法によると、マトリックス金属合金が、第一の金属源として、及び溶融 した第一の金属源と例えば重力流により連通ずるマトリックス金属合金の溜とし て存在する。詳しくは、この特許出願に記載された条件下で、溶融した第一のマ トリックス合金源は普通の大気圧下でフィラー材料の塊に浸透を開始し、そして 金属マトリックス複合材の形成を開始する。第一の溶融マトリックス金属合金源 はフィラー材料の塊への浸透の間に消費されるが、所望に応じて、自発的浸透が 継続する間、溶融マトリックス金属の溜から好ましくは連続手段で補給すること ができる。所望量の通気性の（浸透可能へ） な〕フィラー溶融マトリックス合金が自発的に浸透したら、温度を下げて合金を 固化させると、強化用フィラー材料で強化された固体金属マトリックス構造物を 得る。金属の溜を使用することはこの特許出願に記載された発明の簡単な一肪祿 に過ぎないこと、またそれいくフかは本発明でも採用すると宵月であろう。

金属の溜は、フィラー材料の通気性の塊に所定のところまで浸透するのに充分な 量の金属を提供するような量である。あるいはまた、任意のバリヤ手段を、フィ ラーの通気性の塊の表面境界を成す少なくとも１つの側面に接触させることがで きる。

さらに、溶融マトリックス合金の送られる供給量は自発的浸透が通気性フィラー 材料の塊の境界（例、バリヤ）まで本質的に進行するのに少なくとも充分でなけ ればならないが、溜に存在する合金の量はそのような充分な量を超過して、浸透 を完了するのに充分な量の合金が存在するのみならず、過剰の溶融金属合金が残 って金属マトリックス複合体に付着してもよい、従って、過剰の溶融合金が存在 する場合に得られるものは複合した複合体（例えばマクロ複合体）であり、金属 マトリックスが浸透したセラミック体は溜に残る余分な金属と直接に連結してい るであろう。

金属マトリックス技術の更なる改良は、本出願人の米国特許出願第０７１５２１ ０４３号（１９９０年５月９日出願、これは１９９０年２月２３日出願の米国特 許出願第０７／４８４７５３号の一部継続出願であり、これはさらに１９８９年 １１月７日出願の米国特許出願第０７／４３２６１１号（放棄済）の一部継続出 願であり、これはさらに１９８９年１０月６日出願の米国特許出願第０７／４１ ６３２７号（放棄済）の一部継続出願であり、これはさらに１９８９年５月９日 出願の米国特許出願第０７／３４９５９０号（放棄済）の一部継続出願であり、 これはさらに１９８８年１１月１０日出願の米国特許出願第０７／２６９３１１ 号の一部継続出＠（放棄済）であり、これらはいずれも発明者Ａｇｈａｊａｎｊ ａｎらで、発明の名称は”Ａ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ＦｏｒｍｉｎｇＭｅｔａｌ 　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏ＠ｐｏｓｉｔｅ　Ｂｏｄｉｅｓ　Ｂｙ　Ａ　５ｐｏｎｔａ ｎｅｏｕｓ　Ｉｒ１ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ願第０７／４１６３２７号の対応出願 がＥＰＯより１９９０年７月２７日に公開第０３７５５８８号として出願公開さ れている）に見出すことができる。これらのＡｇｈａｊａｎｉａｎらの出願によ ると、プロセスの少なくともある時点で、フィラー材料又はプリフォームと連通 ずると、溶融マトリックス金属のフィラー材料又はプリフォームへの自発的浸透 を可能にする、浸透促進剤及び／又は浸透促進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気を 使用して、マトリックス金属のフィラー材料の浸透可能な塊又はプリフォームへ の自発的浸透を実施している。Ａｇｈａｊａｎｉａｎらは自発的浸透を発現する 多くのマトリックス金ＩＩ／浸透促進剤前駆体／浸透雰囲気の系を開示している 。具体的には、Ａｇｈａｊａｎｉａｎらはアルミニウム／マグネシウム／窒素系 、アルミニウム／ストロンチウム／窒素系で観察される自発的浸透現象を開示し ている。しかしながら、Ａｇｈａｊａｎｉａｎらの出願で明らかにされた開示か ら、自発的浸透現象はその他のマトリックス金属／浸透促進剤前駆体／浸透雰囲 気の系で起きることは明白である。

金属マトリックス技術の更なる改良が、本出願人の米国特許出願第０７／２６９ ４６４号（１９８８年１１月１０日出願、発明者Ｍａｒｃ　Ｓ、Ｎｅｗｋｉｒｋ ら、発明の名称”Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｆｏｒｉｗｎｇ　Ｍａｃｒｏｃｏ＋ ａｐｏｓｉｔｅ　Ｂｏｄｉｅｓ　ａｎｄ　Ｍａｃ−ｒｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　［ １ｏｄｉｅｓ　Ｐｒｏｄｕｃｅｄ　Ｔｈｅｒｅｂｙ”＋　この対応出願がＥＰＯ より１９９０年５月２３日に公開第０３６９９３１号として出願公開されている ）に体）が、例えば、第二の本体と接触させて結合することができる金属マトリ ックス複合体を最初に作製して、形成される。あるいはまた、金属マトリックス 複合体の作製と第二の本体への結合とを実質上同時に行うことができる。金属マ トリックス複合体と単一の第二の本体あるいは複数部分からなる第二の本体との 多数の組み合わせが開示されている。

上記の本出願人の金属マトリックスに関する特許及び特許出願のそれぞれは、金 属マトリックス複合体の製造方法及びその製造方法から製造される新規な金属マ トリックス複合体を記載している。これらの前述の本出願人の金属マトリックス に関する全ての特許及び特許出願の開示事項は、全部この明細書にも特に参照し て含まれるものである。

さらに、本出願人の有する発行されたいくつかの特許及び本出願人の有する同時 係属中のいくつかの特許出願は、セラミックマトリックス材料とセラミックマト リックス複合材料を信鯨性をもって製造する新規な方法（以下、「本出願人のセ ラミックマトリックス特許及び特許出願」とも称する）を記載している。セラミ ックマトリックス及びセラミックマトリックス複合体を作製するこの技術は、金 属マトリックス複合体の作製と組み合わせて使用することができる。

１９８７年１２月１５日に発行されたＭａｒｃ　Ｓ、Ｎｅｗｋｉｒｋらを発明者 とする、’Ｎｏｖｅｌ　ｃｅｒａｍｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔ ｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｓａｍｅ’（新規なセラミック材料及びその 製造方法）という発明の名称の、本出願人の有する米国特許第４７１３３６０号 （この米国特許の対応外国出願はＥＰＯより１９８５年９月２５日に公開第０１ ５５８３１号として公開された）には、セラミック材料を製造する方法が包括的 に開示されている。この特許は、出発前駆体溶融金属の酸化反応生成物として成 長させた自己支持セラミック体を製造する方法を開示しており、その出発前駆体 溶融金属は気相酸化剤と反応して酸化反応生成物を生成する。

溶融金属は、生成された酸化反応生成物を通って移動して酸化剤と反応し、それ により、相互に連結された金属構成成分を所望ならば含むことができるセラミッ ク多結晶性体を連続的に成長させる。この方法は、出発金属と合金化される１種 又は２種以上の添加物を使って促進すること、あるいは場合によっては可能にす ることができる。例えば、アルミニウムを空気中で酸化する場合には、マグネシ ウム及びケイ素をアルミニウムと合金化してαアルミナセラミック組織を作るこ とが望ましい。

米国特許第４７１３３６０号の方法は、１９８９年８月１日発行の、Ｍａｒｃ　 Ｓ。

Ｎｅｗｋｉｒｋらを発明者とする、’Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｍａｋｉｎｇ　Ｓ ｅｌｆ−５ｕｐｐｏｒｔｆｎｇＣｅｒａｍｉｃ　Ｍａｔｅｒｆａｌｓ“（自己支 持セラミック材料の製法）という発明の名称の、本出願人の有する米国特許第４ ８５３３５２号（これの対応外国出願はＥＰＯより１９８６年１月２２日に公開 第０１６９０６７号として公開された）に記載されたように、出発金属の表面に 添加物材料を適用することにより改良された。

同様の酸化現象が、１９８９年７月２５日発行の、Ｍａｒｃ　Ｓ、Ｎｅｗｋｉｒ ｋらを発明者とする、“Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｃｅｒａｍｆｃ　Ａｒｔｉｃｌｅ ｓ　ａｎｄ　？Ｉｅｔｈｏｄｓ　ｏｆＭａｋｉｎｇ　Ｓａ■ｅｍ　（複合セラミ ック物品及びその製法）という発明の名称の、本出願人の有する米国特許第４８ ５１３７５号（これの対応外国出願はＥＰＯより１９８６年９月３日に公開第０ １９３２９２号として公開された）に記載されたように、セラミック複合体を製 造するのに利用された。

この特許は、酸化反応生成物を出発金属前駆体からフィラーの浸透可能な塊中へ 成長させて自己支持セラミック複合体を製造する新規な方法を開示している。し かし、結果として得られる複合材の幾何学寸法、形状又は形態は、はっきりした ものあるいは前もって決められたものではない。

前もって決められた構何学寸法又は形状を持つセラミック複合体を製造する方法 は、１９８６年５月８日に出願された、Ｍａｒｃ　Ｓ、Ｎｅｗｋｔｒｋらを発明 者とする、”５ｈａｐｅｄ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｃｏｓ＋ｐｏｓｉｔｅｓ　ａｎｄ 　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆＭａｋｉｎｇ　Ｓａｍｅ”（成形セラミック複合材料及 びその製法）という発明の名称の、本出願人の有する米国特許出願第８６１０２ ５号（これの対応外国出願はＥＰＯより１９８７年１１月１１日に公開第０２４ ５１９２号として公開された）に開示されている。この米国特許出願の方法によ れば、成長する酸化反応生成物はフィラー材料の浸透可能な自己支持プリフォー ム（例えば、アルミナ又は炭化ケイ素のプリフォーム材料）へ、輪郭の定められ た表面境界部の方向に浸透して、前もって決められた幾何学寸法の又は成形され た複合体を作る。

本出願人の有する１９８９年１月１０日出願の米国特許出願第２９５４８８号（ これは、現在では１９９０年５月８日発行の米国特許第４９２３８３２号となっ ている、１９８６年５月８日出願の米国特許出願第８６１０２４号の継続出願で あり、これらは全てＭａｒｃ　Ｓ、Ｎｅｗｋｉｒｋらを発明者としている）に開 示されているように、プリフォームにバリヤ手段を施すことにより高い成形忠実 度がよりたやすく得られることが発見された。この方法では、出発金属の酸化反 応生成物を成長させて境界又は表面を作るためその金属から間隔をあけたバリヤ 手段にして、成形したセラミック複合材を含めて成形した自己支持セラミック体 を製造する。上述の米国特許出願第８６１０２４号は、欧州特許出願公開第０２ ４５１９３号として１９８７年１１月１１日に公開された欧州特許出願第８７６ ３００７６．５号に対応する。

本出願人の有するこれらのセラミックマトリックス特許出願及び特許において検 討されているように、出発金属と酸化剤（例、固体、液体及び／又は気体）との 酸化反応により新規な多結晶性セラミッり材料あるいは多結晶性セラミック複合 材料が製造される０本出願人の有するこれらのセラミックマトリックス特許出願 及び特許に開示された包括的な方法に従えば、出発金属（例、アルミニウム）を その融点よりも高いが酸化反応生成物の融点よりは低い温度に加熱して溶融出発 金属体を形成し、この溶融出発金属は酸化剤と接触すると反応して酸化反応生成 物を生成する。この温度において、酸化・　反応生成物又は少なくともその一部 分は溶融出発金属体及び酸化剤と接触してそれらの間に広がり、溶融金属は生成 された酸化反応生成物を通して酸化剤の方へ引き寄せられあるいは移される。移 された溶融金属は、先に生成された酸化反応生成物の表面で、酸化剤と接する追 加の新しい酸化反応生成物を生成する。プロセスが続（につれて、追加の金属が 多結晶性酸化反応性成物のこの生成を通じて移され、相互に接続した微結晶のセ ラミック組織を連続的に「成長」させる、結果として得られるセラミック体は、 出発金属の非酸化成分のような金属成分、及び／又は空隙を含有することがある 。酸化は、この出願においては本出願人の有するセラミックマトリックス特許出 願及び特許の全てにおける幅広い意味で使用され、金属の電子が１又は２以上の 元素及び／又は化合物でよい酸化剤へ奪われること又はそれが酸化剤と共有され ることを指称する。従って、酸素化反応生成物の成長中あるいは成長前のある時 点で出発金属と少なくとも部分的に合金を作ることができる。例えば、アルミニ ウムが出発金属で、空気が酸化剤である場合には、添加物、例えばマグネシウム 及びケイ素のようなもの、添加物材料のより大きなりラスのうちの二つ、をアル ミニウムと合金化させて、作り出された成長した合金を出発金属として利用する 。その結果得られる、このような成長した合金の酸化反応生成物はアルミナ、典 型的にはαアルミナを含む。

新規なセラミック複合組織とそれを製造する方法も、本出願人の有する前述のセ ラミックマトリックス特許出願に開示されそして特許請求の範囲に記載されてい て、それらでは多結晶性セラミックマトリックスが浸透した実質的に不活性なフ ィラー（注：場合によっては反応性フィラー、例えば進行過程の酸化反応生成物 及び／又は出発金属と少なくとも部分的に反応性であるフィラー、を使用するこ とが望ましいことがある）を含んでなるセラミック複合組織を生成する酸化反応 を利用する。出発金属は、自己支持するように成形及び処理することができる浸 透可能なフィラー（又はプリフォーム）の塊に隣接して配置され、その後加熱さ れて、上述のように酸化剤と反応して酸化反応生成物を生成する溶融出発金属体 を形成する。

酸化反応生成物が成長して隣接のフィラー材料に浸透するにつれて、溶融出発金 属はフィラーの塊内部の先に生成した酸化反応生成物を通して引き出されて酸化 剤と反応し、先に説明したように、前に生成された酸化反応生成物の表面で別の 新しい酸化反応生成物を生成する。その結果として生じる酸化反応生成物の成長 はフィラーに浸透し又はそれを埋めて、フィラーを埋める多結晶性セラミックマ トリックスのセラミック複合組織を形成することになる。やはり前に検討したよ うに、フィラー（又はプリフォーム）は、セラミック複合組織のための境界又は 表面を作りだすためにバリヤ手段を利用してもよい。

先に検討した、本出願人の有するセラミックマトリックス特許及び特許出願のそ れぞれは、セラミックマトリックスとセラミックマトリックス複合体の製造方法 を記載している。しかしながら、簡潔を図るため、前述の特許及び特許出願によ るセラミックやセラミック複合体の作製を検討することは、これ以上ここには含 めない。本出願人の有する前述のセラミックマトリックス特許及び特許出願は全 て、この明細書に特に参照して含まれるものである。

発明の概要 浸透可能なフィラー材料の塊（集合体）又はプリフォームに溶融したマトリック ス金属を自発的に浸透させて金属マトリックス複合体を作り、この金属マトリッ クス複合体を別の又は第二の物体に結合させることによって、マクロ複合体を製 造する。具体的に言えば、金属マトリックス複合体の形成に関して、少なくとも プロセスの成る段階で浸透促進剤及び／又は浸透促進剤前駆体及び／又は浸透雰 囲気をフィラー材料又はプリフォームと連通させて、溶融したマトリックス金属 を自発的にフィラー材料又はプリフォームに浸透させる。

第一の好ましい態様においては、マトリックス金属はマトリックス金属と出発金 属の両方として機能するように選ばれる。具体的に言うと、まず金属マトリック ス複合体を作り、その後でその既に作られた金属マトリックス複合体の少なくと も一つの表面からセラミックマトリックス複合体を作る。このセラミックマトリ ックス複合体は、例えば、溶融したマトリックス金属がフィラー材料又はプリフ ォームに浸透するのを可能にする自発的浸透条件から酸化反応生成物がマトリッ クス金属から成長するのに有利に働く条件（例として、マトリックス金属はマト リックス金属の役割と酸化反応生成物が成長するための出発金属の役割の二つを 果たす）へ変えることによって、作ることができる。例えば、最初に金属マトリ ックス複合体を作製し、その後その作製した金属マトリックス複合体をこの複合 体の少なくとも一つの表面から酸化反応生成物が成長するのに有利に働く環境に さらすことによる。酸化反応生成物の成長は、金属マトリックス複合体の１以上 の表面から行うことができ、また任意の所望の形状になるように制御することが できるやさらに、酸化反応生成物はｌ１ｌＩ囲雰囲気へ直接成長することができ 、あるいは隣に位置するフィラー材料中へ成長させることができる。酸化反応生 成物は、金属マトリックス複合体を作製してがら実質的に直ちに生成することが でき、あるいはそれより後の任意の時点で生成してもよい。

さらに、たとえ自発的浸透手法による金属マトリックス複合体の作製が著しく強 調されるとしても、マトリックス金属と出発金属の二つの役割を保証する金属の 概念と連係して金属マトリックス複合体を作製するためのいずれの手法も使用す ることができる、ということを理解すべきである。従って、金属が金属マトリッ クス複合体においてマトリックスとして働くことができ、且つ酸化反応生成物の 生成を可能にする組成を有する限りは、本発明を全うすることができる。例えば 、加圧浸透、減圧浸透、鋳造、粉末冶金等の如き金属マトリックス複合材の作製 技術を、ここに包含されている教示と全て組み合わせることができる。

もう一つの好ましい！ａ様では、不均質の塊（集合体）の一部分が溶融したマト リックス金属の自発的な浸透が起こるのに有利に働き、そしてその塊の別の部分 が自発的な浸透を起こさせない条件を、フィラー材料の不均質な塊又はプリフォ ームの内部に作り出すことができる。塊（集合体）のうちの自発的な浸透を起こ させない部分においては、酸化反応生成物の成長を誘発することができる。具体 的には、先に検討した第一の！！様と同様に、作製された金属マトリックス複合 体の少なくとも一つの表面から酸化反応生成物を成長させ、それにより金属マト リックス複合体の基材上にセラミックマトリックス複合体の表面を形成すること ができる。

本発明のなおもう一つの好ましいＭ様においては、金属マトリックス複合材表面 をマトリックス金属体の少なくとも一つの表面に形マトリックス複合材の作製に 向く適当なフィラー材料の比較的薄い、又は比較的厚いコーティングを施すこと ができる。金属基材は、その後、適当な処理条件にさらして自発的な浸透が起こ るようにすることができ、基材金属を覆っているフィラー材料が所望の程度まで 自発的に浸透されることになる。この結果はマトリックス金属基材上にＭＭＣ表 面ができることである。

金属マトリックス複合材を作製するための先に検討した好ましい態様のおのおの にあ′いて、浸透促進剤への前駆体は、フィラー材料もしくはプリフォーム、及 び／又はマトリックス金属、及び／又は浸透雰囲気、のうちの少なくとも一つに 供給することができる。供給された浸透促進剤の前駆体はその後、フィラー材料 もしくはプリフォーム及び／又はマトリックス金属及び／又は浸透雰囲気のうち の少なくとも一つと反応して、フィラー材料又はプリフォームの少なくとも一部 分、又はその上で浸透促進剤を生成することができる。

結局は、少なくとも自発的な浸透の間に、浸透促進剤をフィラー材料又はプリフ ォームの少なくとも一部分と接触させるべきである。

あるいはまた、浸透促進剤の前駆体を供給するよりも、浸透促進剤をプリフォー ム及び／又はマトリックス金属及び／又は浸透雰囲気のうちの少なくとも一つに 直接供給してもよい、結局は、少なくとも自発的な浸透の間に、浸透促進剤をフ ィラー材料又はプリフォームの少なくとも一部分と接触させるべきである。

この出願は、金属マトリックス複合材の作製中の成る時点で浸透雰囲気の存在下 において浸透促進剤の前駆体と接触させられるマトリックス金属の種々の例を検 討する０例えば、自発的な浸透を発現する特定のマトリックス金属／浸透促進剤 前駆体／浸透雰囲気の系にいろいろと言及される。とは言うものの、この出願で 検討されるもの以外の多くの他のマトリックス金属／浸透促進剤前駆体／浸透雰 囲気の系がこの明細書で先に検討された系と同様に働くことができる、と考えら れる。具体的に言うと、自発的な浸透の挙動は、アルミニウム／マグネシウム／ 窒素系、アルミニウム／ストロンチウム／窒素系、アルミニウム／亜鉛／酸素系 、及びアルミニウム／カルシウム／窒素系で観測されている。従って、たとえこ の出願がこの明細書で先に言及された系のみを検討している（アルミニウム／マ グネシウム／窒素系が特に強調されている）としても、他のマトリックス金属／ 浸透促進剤前駆体／浸透雰囲気系も同じように挙動することができる、というこ とを理解すべきである。

フィラー材料の浸透可能な塊又はプリフォームへの自発的な浸透を達成するため の好ましい１１様では、溶融したマトリックス金属をプリフォーム又はフィラー 材料と接触させる。プリフォーム又はフィラー材料はそれと混合しておいてもよ く、及び／又はプロセスの成る時点において、浸透促進剤の前駆体にさらしても よい、さらに、好ましい！！様では、溶融したマトリックス金属及び／又はプリ フォームもしくはフィラー材料はプロセスの少なくとも一部分の間浸透雰囲気に 通じる。もう一つの好ましい態様では、マトリックス金属及び／又はプリフォー ムもしくはフィラー材料はプロセスの実質上全ての間浸透雰囲気に通じる。プリ フォーム又はフィラー材料には溶融したマトリックス金属が自発的に浸透し、そ して自発的な浸透と金属マドＩ／ツクス複合材の形成の程度又は速度は所定の一 連の処理条件とともに変わり、それらの処理条件には、例えば、系に供給される 浸透促進剤前駆体の濃度（例、溶融したマトリックス合金における及び／又はフ ィラー材料もしくはプリフォームにおける及び／又は浸透性雰囲気におけるもの ）、フィラー材料の大きさ及び／又は組成、プリフォームにおける粒子の大きさ 及び／又は組成、プリフォーム又はフィラー材料への浸透のために利用可能な多 孔性、浸透を起こさせる時間、及び／又は浸透が起こる温度が含まれる。

自発的な浸透は、典型的には、プリフォーム又はフィラー材料を実質的に完全に 包み込むのに十分な程度まで行われる。

さらに、マトリックス金属の組成及び／又は処理条件を変えることにより、作製 した金属マトリックス複合体の物理的及び機械的性質をいずれの特定の用途又は 必要性にも合わせることができる。その上、作製した金属マトリックス複合体を 後処理行程（例、直接の凝固、熱処理等）にかけて、機械的及び／又は物理的性 質を更に処理していずれの特定の用途又は必要性に合わせてもよい、なおさらに 、金属マトリックス複合材を作製する際の処理条件を制御して、作製される金属 マトリックス複合材の窒素含有量を広範囲の産業用途に応じるように適合させて もよい。

さらに、フィラー材料又はプリフォームを構成する材料の組成及び／又は寸法Ｃ 例、粒子直径）及び／又は幾何学形状を制御することで、作製された金属マトリ ックス複合材の物理的及び／又は機械的性質を制御しあるいは産業上のあらゆる 必要性に合わせることができる０例えば、金属マトリックス複合材の耐摩耗性を 、フィラー材料の耐摩耗性がマトリックス金属のそれより高いと仮定して、フィ ラー材料の寸法を増大させることで（例えば、フィラー材料粒子の平均直径を大 きくすることによって）増加させることができる、ということが見いだされてい る。とは言え、強度及び／又は靭性はフィラー寸法を小さくするにつれて増加す る傾向があろう、さらに、金属マトリックス複合材の熱膨張率は、フィラーの熱 膨張率がマトリックス金属の熱膨張率よりも低いとすれば、フィラーの充填量を 増加させるにつれて低下し得る。なおさらに、作製された金属マトリックス複合 体の機械的及び／又は物理的性質Ｃ例、密度、弾性率及び／又は比弾性率、強度 及び／又は比強度、等）を、結合のゆるい塊における又はプリフォームにおける フィラー材料の充填量に応じて適合させることができる。例えば、フィラーの密 度がマトリックス金属のそれよりも高い場合において、いろいろな寸法及び／又 は形状のフィラー粒子の混合物を含むゆるく結合した塊又はプリフォームを用意 することによって、フィラー材料の充填が増進することから、フィラー充填量を より多くし、それにより密度の増大した金属マトリックス複合体を得ることがで きる０本発明の教示を利用することにより、浸透させることのできるフィラー材 料又はプリフォームの体積比を広い範囲にわたり変えることができる。浸透させ ることができるフィラーの低い方の体積パーセントは、主として、多孔性のフィ ラー材料又はプリフォームを形成する能力によって制限される（例えば約１０体 積パーセント）のに対して、浸透させることのできるフィラー又はプリフォーム の高い方の体積パーセントは、主として、少なくともいくらかの相互に連通した 多孔性のある緻密なフィラー材料又はプリフォームを形成する能力により制限さ れる（例えば約９５体積パーセント）、従って、上記の教示のうちのいずれかを 単独であるいは組み合わせて実施することによって、マクロ複合体の金属マトリ ックス複合材部分を諸性質が所望のものになるようにすることができる。

定義 「アルミニウム」 本明細書中の用語「アルミニウム」は、本質的に純粋な金属（例えば、比較的純 粋で、市販の合金化されていないアルミニウム）、あるいは鉄、ケイ素、銅、マ グネシウム、マンガン、クロム、亜鉛等の不純物及び／又は合金成分を有する市 販の金属の如き、その他の等級の金属及び金属合金を含む意味である。この定義 の口約ではアルミニウム合金はアルミニウムを主成分とする合金又は金属間化合 物である。

ｒ　ａ　ｌ　＃（Ｂａｌａｎｃｅ　Ｎｏｎ−０ｘｆｄｆｚｔｎ　Ｇａ５）　」本 明細書中の用語「残部非酸化性気体」は、浸透雰囲気を構成する主たる気体の他 に存在する全ての気体が、プロセス条件下でマトリックス金属と実質的に反応性 でない不活性ガス又は還元性気体であることを意味する。用いる気体中に不純物 として存在するかもしれない酸化性気体は、プロセス条件下で実質的な程度まで マトリックス金属を酸化するのには不十分な量でなければならない。

「バリヤ」又は「、ベニｉ段」 本明細書中の用語「バリヤ」又はｒバリヤ手段」は、フィラー材料又はプリフォ ームの通気性の塊の当該バリヤ手段によって画定された表面境界を越えて溶融マ トリックス金属が移行、移動等をすることを妨げ、禁止し、防止し又は終了させ る適当な手段の全てを意味する。適当なバリヤ手段は、プロセス条件下で、一定 の一体性を保持し実質的に揮発性でないすべての適当な材料、化合物、元素、組 成物、その他であることができる（すなわち、バリヤ材料はバリヤとしての機能 を失う程度までには揮発性ではない）。

さらに、適当な「バリヤ手段」は、採用するプロセス条件下で、移行している溶 融マトリックス金属によって実質的に湿潤されない材料を含む、この種のバリヤ は、溶融マトリックス金属と実質的にほとんど又は全く親和性を示さないように 見え、フィラー材料又はプリフォームの塊の画定された表面境界を越えての移動 がバリヤ手段によって防止又は禁止される。バリヤは必要な最終機械加工又は研 削を減少させ、得られる金属マトリックス複合材製品の表面の少なくとも一部を 画定する。バリヤは、特定の場合には通気性あるいは多孔質であってもよく、あ るいはバリヤを例えばドリルで穿孔し又は破壊して通気性にして、気体が溶融マ トリックス金属等と接触するようにしてもよい。

本明細書中の用語「残骸」又は「マトリックス金属残骸」は、金属マトリックス 複合体の形成の際に消費されずに残った環マトリックス金属体のすべてを指称し 、典型的には、冷却すると、形成された金属マトリックス複合材と少なくとも部 分的に接触して残るものである。この残骸も別の金属又は異金属を含有してもよ いことを理解すべきである。

「±ｊ」Ｌ乙２」！り一部 本明細書中の用語「セラミック（ス）」は、古典的な意味において、すなわち非 金属の無機材料から専らなるという意味で、セラミック体に限定されるものと不 当に解されるべきでなく、むしろ、組成かあるいは支配的な性質に間して主とし てセラミックスである物体を指称するが、もっともその物体は、出発金属に由来 する、あるいは酸化剤又は添加物から還元された、少量又はかなりの量の、最も 典型的には約１〜４０体積％の範囲内の、■又は２種以上の金属成分（当該物体 を形成するのに使用された処理条件に応じて孤立したもの及び／又は互いに連絡 したもの）を含有してもよい。金属成分の典型的な量は上述の通りであるが、も っと多量の金属を含んでもよい。

「ヱエ立二」 本明細書中の用語「フィラー」は、マトリックス金属と実質的に非反応性であり 、及び／又はマトリックス金属への溶解性が限られたものである、単一成分か又 は複数成分の混合物を含むことを意図しており、前記成分は単−相又は多相であ ることができる。フィラーは、粉末、フレーク、板、微小球（マイクロスフェア ）、ボイス力、気泡、繊維、粒子、繊維マット、短繊維、球、ベレット、小管、 耐火布帛、などのいろいろな形状及び寸法であることができ、また緻密質又は多 孔質のいずれでもよい、また、「フィラー」は、繊維、短繊維、粒子、ホイスカ 、気泡、球、繊維マット等のアルミナ又は炭化ケイ素のようなセラミックフィラ ーや、例えば溶融アルミニウムのマトリックス金属による攻撃から炭素を保護す るためにアルミナ又は炭化ケイ素で被覆した炭素繊維のようなセラミックス被覆 フィラーを含むこともできる。また、フィラーは金属を含むこともできる。

「底五金倉」 セラミック（ス）あるいはセラミック複合体と関連して本明細書中で使用される 用語「成長合金Ｊは、酸化反応生成物がそれから成長することになるのに十分な 量の必須成分を初めから含有しているか、又はプロセスの成る時点で手に入れる あらゆる合金を意味する。

［トッピング（ｈｏｔ−ｔｏ　ｉｎ　）Ｊ本明細書中の用語「熱トッピング」は 、少なくとも部分的に形成された金属マトリックス複合材の一端（「トッピング 」端）にマトリックス金属及び／又はフィラー材料及び／又はトッピング端に供 給された他の材料のうちの少なくとも一つと発熱的に反応する物質を置くことを 指称する。この発熱反応は、トッピング端のマトリックス金属を溶融状態に維持 するのに充分な熱を提供すべきであるが、複合材の残りのマトリックス金属は固 化温度に冷える。

”　−−（ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｎ　ａｔｓ＋ｏｓ　ｈｅｒｅ）」本明細書中の 用語「浸透雰囲気」は、存在して、マトリックス金属及び／又はプリフォーム（ もしくはフィラー材料）及び／又は浸透促進剤前駆体及び／又は浸透促進剤と相 互作用し、マトリックス金属の自発的浸透を許容又は促進する雰囲気を意味する 。

”　’　（ｆｒ＋４ｉ１ｔｒａＨｏｎ　ｅｎｈａｎｃｅｒ）　Ｊ本明細書中の用 語「浸透促進剤」は、マトリックス金属のフィラー材料又はプリフォーム中への 自発的浸透を促進又は補助する物質を意味する。浸透促進剤は、例えば、（１） 浸透促進剤前駆体と浸透雰囲気との気体種を生成する反応、及び／又は（２）浸 透促進剤前駆体と浸透雰囲気との反応生成物、及び／又は（３）浸透促進剤前駆 体とフィラー材料もしくはプリフォームとの反応生成物から形成することができ る。さらに、浸透促進剤は、プリフォーム及び／又はマトリックス金属及び／又 は浸透雰囲気の少なくとも一つに直接供給されて、浸透促進剤前駆体と他の種と の反応により生成される浸透促進剤と実質上同様に機能してもよい、最終的に、 少なくとも自発的浸透の間には、浸透促進剤はフィラー材料又はプリフォームの 少なくとも一部分に位置すべきであり、また浸透促進剤は少なくとも一部がマト リックス金属により還元可能でもよい。

本明細書中の用語「浸透促進剤前駆体」又は「浸透促進剤の前駆体」は、（１） マトリックス金属、（２）プリフォームもしくはフィラー材料、及び／又は（３ ）浸透雰囲気と組み合わせて使用すると、マトリックス金属のフィラー材料又は プリフォームへの自発的浸透を誘起し又は助ける浸透促進剤を生成する物質を意 味する。いかなる特定の理論又は説明にも限定される意図はないが、浸透促進剤 の前駆体は、その浸透促進剤前駆体が浸透雰囲気及び／又はプリフォームもしく はフィラー材料及び／又はマトリックス金属と相互作用するのを可能にする位１ へ配置されるか、存在するか、輸送さることが可能であることが必要であるよう に思われる０例えば、あるマトリックス金属／浸透促進剤前駆体／浸透雰囲気の 系では、浸透促進剤前駆体が、マトリックス金属が溶融する温度で、あるいはそ の付近で、又は場合によりさらにい（らか高い温度でも、気化することが望まし い、このような気化によって、（１）浸透促進剤前駆体と浸透雰囲気とが反応し てフィラー材料又はプリフォームのマトリックス金属による濡れを促進する気体 種を生成したり、及び／又は（２）浸透促進剤前駆体と浸透雰囲気とが反応して フィラー材料又はプリフォームの少なくとも一部の中に濡れを促進する固体、液 体又は気体の浸透促進剤を生成したり、及び／又は（３）フィラー材料又はプリ フォーム中で浸透促進剤前駆体が反応してフィラー材料又はプリフォームの少な くとも一部の中に濡れを促進する固体、液体又は気体の浸透促進剤を生成したり するであろう。

「ヱ上エニＬム會員Ｊ又は［マトリックス　４７本明細書中の用語「マトリック ス金属」又は「マトリックス金属合金」は、金属マトリックス複合体を形成する ために用いられる金属（例えば、浸透前）及び／又は金属マトリックス複合体を 形成するフィラー材料とまぜ合わされる金属（例えば、浸透後）を意味する。特 定の金属がマトリックス金属として記載されている場合には、そのようなマトリ ックス金属は、本質的に純粋なものとしての金属、不純物及び／又は合金成分を 含む市販の金属、その金属が主成分（ａ＋ａｊｏｒ　ｏｒ　ｐｒｅｄｏｍｉｎａ ｎｔ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ）である金属間化合物又は合金を含むことが理解 されるべきである。

雰囲気の系」又は「自発的な系」は、プリフォーム又はフィラー材料中への自発 的浸透を示す物質の組合せを指称する０例示のマトリックス金属と浸透促進剤前 駆体と浸透雰囲気の間に「／」がある場合には、いつでも、ｒ／Ｊは、特定の仕 方で組み合わせるとプリフォーム又はフィラー材料中への自発的浸透を示す物質 の系又は組み合わせを指称していることが理解されるべきである。

「金属マトリックス　４　又は「工」 本明細書中の用語「金属マトリックス複合材」又はｒ　ＭＭＣＪは、プリフォー ム又はフィラー材料を取囲む二次元又は三次元的に連結した合金又はマトリック ス金属を含んでなる材料を意味する。マトリックス金属は得られる複合材に特定 の所望の機械的及び物理的特性を付与するために各種の合金成分を含むことがで きる。

マトリ・クス　と「　なる 本明細書中でマトリックス金属と「異なる」金属というときは、マトリックス金 属と同じ金属を主成分としては含まない金属を意味する（例えば、マトリックス 金属の主成分がアルミニウムであると、「異なる」金属は例えばニッケルを主成 分とすることができよう）。

ｒマトリ・クス　′する　゛　″′ｖＪ本明細書中の用語「マトリックス金属を 収容する非反応性容器」は、プロセス条件下でフィラー材料（もしくはプリフォ ーム）及び／又は溶融マトリックス金属を収容し又は入れることができ、かつ自 発的浸透機構を有意に損なわせるような仕方でマトリックス及び／又は浸透雰囲 気及び／又は浸透促進剤前駆体及び／又はフィラー材料もしくはプリフォームと 反応しない、全ての容器を意味する。

非反応性容器は溶融マトリックス金属の自発的な浸透の終了後、使い捨て可能な ものや回収することができるものでよい。

ｒ菫止反応ま底生ｊ セラミックマトリックス複合体と関連して本明細書中で使用される用語「酸化反 応生成物」は、別の元素、化合物、又はそれらの組み合わせに電子を与え渡して いるか又はこれらと電子を共有している任意の酸化状態のＩＮ又は２１１以上の 金属を意味する。従って、この定義の下での「酸化反応生成物」は、１又は２種 以上の金属と１又は２種以上の酸化剤との反応の生成物を包含する。

’　（Ｐａｒｅｎｔ　Ｍｅｔａｌ）　Ｊ本明細書中でセラミックマトリックス複 合体と関連して用いられる用語「出発金属」は、多結晶性酸化反応生成物の前駆 体である金属（例、アルミニウム、ケイ素、チタン、スズ及び／又はジルコニウ ム）を意味し、そして本質的に純粋なものとしての金属、不純物及ｑ（は合金成 分を含有している市販の金属、あるいはその金属前駆体が主成分となっている合 金を包含する。特定の金属が出発金属又は前駆体金属として述べられる場合には Ｃ例、アルミニウム等）、その金属は状況により特に指示がない限りはこの定義 を念頭に置いて読まれるべきである。

本明細書中の用語「プリフォーム」又は「通気性（又は浸透可能な）プリフォー ム」は、少なくとも１つの表面境界が浸透するマトリックス金属のための境界を 本質的に画定するように作製したフィラー又はフィラー材料の多孔質の集合体（ 塊）で、マトリックス金属が浸透するに先立って寸法忠実度をもたらすのに充分 な形状一体性及び生強度を有する多孔質の集合体（塊）を意味する。この集合体 （塊）はその中へマトリックス金属の自発的浸透を行うのに充分に多孔質である べきである。プリフォームは典型的には均質な或いは異質（ヘテロ）のフィラー の結合体（ｂｏｎｄｅｄ　ａｒｒａｙ　ｏｒ　ａｒｒａｎｇｅ−ｍｅｎ　ｔ）か らなり、いかなる適当な材Ｉ！４（例えば、セラミックス及び／又は金属の粒子 、粉末、繊維、ホイスカ等、及びこれらの任意の混合物）からなってもよい。プ リフォームは単一体としても或いは集成体としても存在することができる。

ｒ１匹憇■虹旦」 本明細書中の用語「溜」は、フィラー又はプリフォームに関して離れて置かれた マトリックス金属の存在（物体）であり、この金属が溶融されると、それは流れ て、フィラー又はプリフォームと接触しているマトリックス金属の一部、セグメ ント又はソース（源）を補給したり、あるいは場合によっては最初に供給した後 補給したりするものを意味する。

「　・ゝ゛ゝ）（ｓ　ｏｎｔａｎｅｏｕｓ　１ｎｆｆＨｒａｔｉｏｎ）　Ｊ本明 細書中の用語「自発的浸透（非加圧浸透）」は、圧力（加圧）又は真空（外部か ら適用するものであれ内部的に発生するものであれ）の適用の必要なしに起きる フィラー又はプリフォームの通気性（浸透性）の塊（集合体）中へのマトリック ス金属の浸透を意味する。

図面の簡単な説明 次に説明する図面は、本発明の理解を助けるためのものであるが、本発明の範囲 を限定しようとするものではない、同じような構成部品を表すためにおのおのの 図面において可能であればどんな場合にも、同様の参照番号を用いている。

第１図は、金属マトリックス複合体を製造するのに使われるレイアップの模式断 面図である。

第１ａ図は、中断された浸透を模式断面図で示すものである。

第２図は、金属マトリックス複合基材上にセラミック表面を形成するためのレイ アンプの模式断面図である。

第３図は、金属基材上に金属マトリックス複合材表面を形成するのに使われるレ イアップの模式断面図である。

第４図は、金属マトリックス複合基材上にセラミックマトリックスス複合材表面 を製造するのに用いられるレイアンプの模式断面図である。

第５図は、例１に従って金属マトリックス複合体を作るのに使われるレイアンプ の模式断面図である。

第６図は、例１に従って作製されたマクロ複合体の約１０００倍の光学顕微鏡写 真である。

第７図は、例２に従って物体を作製するのに用いられるレイアンプの模式断面図 である。

第８Ａ図及び第８Ｂ図は、例２に従って作製された物体を示す約１０００倍の光 学顕微鏡写真である。

第９図は、例３に従って金属マトリックス複合体を作製するのに使われるレイア ップの模式断面図である。

第１０図は、例３により作製された物体を示す約４００倍のの光学顕微鏡写真で ある。

発明の詳細な説明及び好ましいＢ様 本発明は、フィラー材料あるいはプリフォームに溶融したマトリックス金属を自 発的に浸透させて金属マトリックス複合材を作製することに関する０作製された 金属マトリックス複合材は別の物体と合体（すなわち結合）させられる、詳しく 言えば、金属マトリックス複合体を作製するのに、少な（ともプロセスの成る段 階で浸透促進剤及び／又は浸透促進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気をフィラー材 料又はプリフォームと連通させて、溶融したマトリックス金属をフィラー材料又 はプリフォームに自発的に浸透させる。

第１Ａ図及び第１Ｂ図は本発明の第一の態様を示す、具体的に言えば、耐熱性容 器１内に不浸透性材料７を床として入れ、この床の中にプリフォーム３が位置す る。後には出発金属としてもａ能するマトリックス金属２をプリフォーム３と接 触させる。マトリックス金属２のプリフォーム３への自発的浸透を可能にする条 件を生じさせる。とは言え、自発的な浸透にとって適当なプロセス条件は、酸化 反応生成物がプリフォーム３の残りの部分の中へ成長するのに都合のよい条件を 作り出すように変えられる。酸化反応生成物の成長は、前述の、本出願人が有す るセラミックマトリックス特許及び特許出願の教示に従って行う、都合のよい成 長条件を作り出すために変えることができるプロセス条件は、例えば、（１）プ リフォーム３における構成をそこへの自発的浸透を許さないけれども酸化反応生 成物の成長を許す不均質なものにすること、（２）温度を浸透用の温度から成長 温度へと変化させること、及び／又は（３ン雰囲気を浸透の助けとなるものから 酸化反応生成物の成長の助けとなるものへと変えること、が含まれる。それゆえ に、結果として得られるマクロ複合体は、第１Ｂｌｆｆｉに示した浸透部分１ｏ に対応する金属マトリックス複合体を含み、そしてそれは第１Ｂ図に示されたプ リフォーム３の不浸透部分に対応するセラミックマトリックス複合材に完全に結 合される。

第２回は、本発明のもう一つの好ましい態様を示す、このＵ様では、後に出発金 属としても機能するマトリックス金属２をプリフォーム３の底部分と接触させる 。溶融したマトリックス金属２のプリフォーム３中への自発的浸透に都合よくな る処理条件を作り出す。

その後処理条件を変更して、実質上完全に浸透されたプリフォーム３の表面から セラミックマトリックス６が成長するのに都合のよい条件にすることができる。

酸化反応生成物の成長は本出願人の有する前述のセラミックマトリックス特許及 び特許出願の教示に従って行う。先に論じたように、浸透されたプリフォーム３ の表面から酸化反応生成物が成長するのを可能にするように変更することができ る処理条件は、温度の変更、雰囲気の変更等を伴うことができよう。

第２図に示した態様の成果は、セラミック体に完全に結合された金属マトリック ス複合体であり、このセラミック体はマトリックス／出発金属２の酸化反応生成 物を含んでなる。

本発明の第三の好ましいＵＳでは、金属マトリックス複合材表面がマトリックス 金属体の少なくとも一つの表面上に形成されるようにされる。具体的に、第３図 に関して言うと、マトリックス金属２をフィラー材料又はプリフォーム５と接触 させる。フィラー材料５の厚さは所望の任意の厚さでよい、具体的には、フィラ ー材料５の厚さは数ミクロンはどの薄いものから数インチはどの厚いものまでに することができよう９次いで、溶融したマトリックス金属２をフィラー材料５に 浸透させるように、好適な自発的浸透条件を生じさせる。この態様の成果は、マ トリックス金属基材上に金属マトリックス複合材表面層ができることである。

本発明のもう一つの好ましい態様では、金属マトリックス複合基材上にセラミッ クマトリックス複合材表面を形成させる。第４図を参照して詳しく言えば、プリ フォーム３をプリフォーム４（あるいはプリフォーム４の集まったもの）と接触 させる。レイアップを自発的な浸透が起こるのを可能にする条件にしζ、マトリ ックス金属２をプリフォーム３に自発的に浸透させる。プリフォーム３には溶融 したマトリックス金属２が実質上完全に浸透する。しかしながら、プリフォーム ４には溶融したマトリックス金属が浸透しない、と言うのは、例えば、プリフォ ーム４内の条件はそのような浸透には都合よくないからである（例、プリフォー ム４を構成しているフィラー材料は組織、寸法等のために自発的浸透が起こるの を許さない）。

とは言うものの、プリフォーム４のおのおのの表面の少なくとも一部分に溶融し たマトリックス金属を供給し、且つ酸化反応生成物の生成を有利にする条件を作 りさえすれば、作製した金属マトリックス複合体の表面からプリフォーム４の中 に酸化反応生成物を成長させることができる。酸化反応生成物の成長は、本出願 人の有する前述のセラミックマトリックス特許及び特許出願の教示に従って行う 。

このＨ欅の成果は、金属マトリックス複合基材上のセラミックマトリックス複合 材表面である。このセラミックマトリックス複合材表面は作製された金属マトリ ックス複合体を実質的に完全に取囲む、あるいは作製された金属マトリックス複 合材の一部分のみを取囲むことができる、ということを理解すべきである。

マトリックス金属複合体の作製に関しては、どのような特別の理論あるいは説明 にも囚われようとはせずに、浸透促進剤前駆体をマトリックス金属及び／又はフ ィラー材料もしくはプリフォーム及び／又は浸透雰囲気のうちの少なくとも一つ と組み合わせて利用する場合、浸透促進剤前駆体は反応して、溶融したマトリッ クス金属にフィラー材料又はプリフォームへ自発的に浸透させる又はその助けと なる浸透促進剤を生成することができる。さらに、浸透促進剤の前駆体にとって は、その浸透促進剤前駆体が浸透雰囲気及び／又はプリフォームもしくはフィラ ー材料及び／又は溶融したマトリックス金属のうちの少なくとも一つと相互に作 用するのを可能にする場所に配置し又は位置させることができ、あるいは移動可 能であることが、必要であるように思われる６例えば、マトリックス金ＩＩ／浸 透促進剤前駆体／浸透雰囲気系によっては、浸透促進剤前駆体はマトリックス金 属が溶融することになる温度で、又はその近（で、あるいは場合によってはそれ よりもいくらか高い温度でも、蒸発することが望ましい、そのような蒸発は、（ １）浸透促進剤前駆体と浸透雰囲気とが反応して、マトリックス金属によるフィ ラー材料又はプリフォームの慣れを促進する気体種を生成すること、及び／又は （２）浸透促進剤前駆体と浸透雰囲気とが反応して、フィラー材料又はプリフォ ームの少なくとも一部分に慣れを促進する固体、液体又は気体の浸透促進剤を生 成すること、及び／又は（３）浸透促進剤前駆体がフィラー材料又はプリフォー ム内で反応して、フィラー材料又はプリフォームの少なくとも一部分に濡れを促 進する固体、液体又は気体の浸透促進剤を生成すること、に至ることができる。

従って、例えば、少なくともプロセスの成る段階で浸透促進剤前駆体が含まれあ るいは溶融したマトリックス金属と一緒にされる場合には、浸透促進剤前駆体が 溶融したマトリックス金属から蒸発し、そしてフィラー材料もしくはプリフォー ム及び／又は浸透雰囲気のうちの少なくとも一つと反応することが可能である。

そのような反応は、浸透促進剤の生成する結果に至ることができようし、そして その浸透促進剤は、固体種が浸透温度において安定であり、またそのような固体 種がフィラー材料又はプリフォームの少なくとも一部分に例えばコーティングと して付着させることができるならば、固体種でもよい、さらに、そのような固体 種はプリフォーム又はフィラー材料の少なくとも一部分の中に見分けのできる固 形物として存在することかできるだろうと考えられる。そのような固体種が生成 された場合、溶融したマトリックス金属は、浸透促進剤前駆体がその溶融したマ トリックス金属と結びつく　（例、溶融しもしくは合金化する）ことになること ができるようにその固体種と反応する傾向があってもよい（例、溶融したマトリ ックス金属は生成した固体種を還元してもよい）。それゆえに、追加の浸透促進 剤前駆体を、蒸発しそして別の種（例、フィラー材料もしくはプリフォーム及び ／又は浸透雰囲気）と反応して再び同様の固体暑を生成するために利用すること ができよう。浸透促進剤前駆体が浸透促進剤に変わり、続いてその浸透促進剤が 溶融したマトリックス金属と還元反応して追加の浸透促進剤前駆体を再び生成す る連続法などを、自発的に浸透した金属マトリックス複合材が結果として得られ るまで行うことができるであろうと考えられる。

マトリックス金属のフィラー材料又はプリフォームへの自発的浸透を果たすため には、浸透促進剤を自発的系に供給すべきである。

浸透促進剤は、（１）マトリックス金属に、及び／又は（２）フィラー材料に、 及び／又は（３）浸透雰囲気から、及び／又は（４）外部の源から当該自発的系 へ、供給することができる浸透促進剤前駆体から、生成することができよう、さ らに、浸透促進剤前駆体を供給するよりも、浸透促進剤を直接、フィラー材料も しくはプリフォーム、及び／又はマトリックス金属、及び／又は浸透雰囲気のう ちの少なくとも一つに供給することができる。結局、少なくとも自発的な浸透の 間は、浸透促進剤はフィラー材料あるいはプリフォームの少なくとも一部分にあ るべきである。

本発明の好ましい態様では、浸透促進剤前駆体を浸透雰囲気と少なくとも部分的 に、フィラー材料もしくはプリフォームがマトリックス金属と接触する前かある いはそれと実質的に切れ目なくフィラー材料もしくはプリフォームの少なくとも 一部分で浸透促進剤を生成することができるように、反応させることが可能であ る（例えば、マグネシウムが浸透促進剤前駆体であり、窒素が浸透雰囲気である 場合には、浸透促進剤はプリフォーム又はフィラー材料の少なくとアルミニウム ／マグネシウム／窒素の系である。具体的には、処理条件下ではアルミニウムを 溶融させる隙にアルミニウムマトリックス金属及び／又はフィラー材料と不利に 反応しない適当な耐熱容器内に、アルミニウムマトリックス金属を入れることが できる。フィラー材料又はプリフォームは、その後溶融したアルミニウムマトリ ックス金属と反応させて自発的な浸透を受けさせることができる。

さらに、浸透促進剤前駆体を供給するよりも、浸透促進剤を直接、プリフォーム もしくはフィラー材料及び／又はマトリックス金属及び／又は浸透雰囲気のうち の少なくとも一つに供給すること力くできる。結局、少なくとも自発的な浸透の 間は、浸透促進剤はフィラー材料又はプリフォームの少なくとも一部分にあるべ きである。

本発明の方法で使用される条件下では、アルミニウム／マグネシウム／窒素の自 発的浸透系の場合、プリフォーム又はフィラー材料は、窒素含有ガスがプロセス の成る段階でフィラー材料もしく番よプリフォームに入り込みもしくは行き渡り 、及び／又は溶融したマドるべきである。さらに、−二δ藩シ注なフィラー材料 又はプリフォームは溶融したマトリックス金属の浸透に順応して、それにより窒 素力く充満しているプリフォームに溶融したマトリックス金属を自発的に浸透さ せて金属マトリックス複合体を形成させ、及び／スレま窒素に浸透促進剤前駆体 と反応してフィラー材料又はプリフォーム中に浸透促進剤を生成させて、自発的 浸透を起こすに至ることができる。

自発的浸透と金属マトリックス複合材の形成の程度は、所定の一組のプロセス条 件に応じて様々に変わり、そのプロセス条件には、アルミニウム合金のマグネシ ウム含有量、プリフォームもしくはフィラー材料のマグネシウム含有量、プリフ ォームもしくはフィラー材料中の窒化マグネシウムの量、追加の合金用元素（例 、ケイ素、鉄、銅、マグネシウム、クロム、亜鉛等）の存在、フィラー材料もし くはプリフォームを構成するフィラー材料の平均の大きさく例、粒径）、フィラ ー材料もしくはプリフォームの表面条件と種類、浸透雰囲気の窒素濃度、浸透の ために許容される時間、及び浸透が起こる温度が含まれる０例えば、溶融アルミ ニウムマトリックス金属の浸透が自発的に起きるためには、アルミニウムを、合 金重量を基準にして少なくとも約１重量％、好ましくは少な（とも約３重量％の マグネシウム（これは浸透促進剤前駆体として機能する）と合金にすることがで きる。先に検討したように補助的な合金用元素もマトリックス金属中に含ませて 、その特定の性質に合うようにしてもよい、さらに、補助的な合金用元素は、フ ィラー材料又はプリフォームの自発的浸透に至るためマトリックスのアルミニウ ム金属中に必要とされるマグネシウムの最小量に影響を及ぼすことがある。自発 的な系からの例えば蒸発に起因するマグネシウムの損失は、浸透促進剤を生成す るためのマグネシウムが存在しないような程度にまで起こるべきではない、従っ て、自発的な浸透が蒸発によって不利な影響を蒙らないことを保証するに十分な 量の初期合金用元素を使用すべきである。なおさらに、マグネシウムがプリフォ ーム（もしくはフィラー材料）とマトリックス金属の両方に又はプリフォーム（ もしくはフィラー材料）だけに存在すると、自発的浸透を達成するのに必要なマ グネシウムの量が減少することになることがある（本明細書で後にもっと詳しく 検討する）。

浸透雰囲気中の窒素の体積パーセントも金属マトリックス複合体の形成速度に影 響を及ぼす。具体的に言うと、雰囲気中に存在する窒素が約１０体積パーセント 未満であると、自発的浸透は非常にゆっ約５０体積％の窒素が存在することが好 ましく、その結果として例えば、より一層速い浸透速度のために浸透時開がより 短くなる、ということが分かっている。浸透雰囲気（例えば窒素含有ガス）は、 フィラー材料もしくはプリフォーム及び／又はマトリックス金属へ直接供給する ことができ、あるいは物質の分解から生成させもしくは生じさせてもよい。

溶融マトリックス金属がフィラー材料又はプリフォームに浸透するために必要と される最小のマグネシウム含有量は、処理温度、時間、ケイ素あるいは亜鉛等の 補助的合金用元素の存在、フィラー材料の性質、自発的な系の１又は２以上の構 成成分におけるマグネシウムのありか、雰囲気の窒素含有量、そして窒素雰囲気 が流動する速度、といったような１又は２以上の変数に依存する０合金及び／又 はプリフォームのマグネシウム含有量を増加させるときには、より低い温度又は より短い加熱時間を使用して浸透を完了することができる。また、所定のマグネ シウム含有量の場合について言えば、亜鉛のような一定の補助的合金用元素を添 加するとより低い温度を使用することが可能になる０例えば、マトリックス金属 の、実施可能範囲の下限の、例えば約１〜３重量％の、マグネシウム含有量を、 上記の最低処理温度、高い窒素濃度、あるいは１又は２種以上の捕欅々なプロセ ス条件にわたり、合金の一般的な用途を基準にして、約３〜５重量％のマグネシ ウムを含有している合金が好ましく、使用する温度がより低く、時間が短い場合 には、少なくとも約５％であるのが好ましい、浸透のために必要とされる温度条 件を加減するのに、アルミニウム合金の約１０重量％を超えるマグネシウム含有 量を使用してもよい、補助的合金用元素と共に使用する際にはマグネシウム含有 量は減らしてもよいが、これらの元素は補助的な機能のみを果すだけであって、 少なくとも先に明示した最小量のマグネシウムと一緒に使用される０例えば、１ ０％のケイ素のみと合金化された名目上純粋なアルミニウムは、５００メツシユ の３９　Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ＜Ｎｏｒｔｏｎ社より供給される９９％純粋炭化ケ イ素）の床へ１０００°Ｃで実質上浸透しなかった。ところが、マグネシウムの 存在下では、ケイ素は浸透プロセスを促進することが分かっている。さらに別の 例として、マグネシウムの量は、それが専らプリフォーム又はフィラー材料に供 給されると変化する。自発的浸透は、自発的な系に供給されたマグネシウムの総 量のうちの少なくともいくらかがプリフォーム又はフィラー材料に配置されるな ら、系に供給されたマグネシウムの重量パーセントがもっと少ない場合に起こる 、ということが見いだされている。金属マトリックス複合体で望ましくない金属 間化合物ができるのを防止するために、マグネシウムの量をより少なくすること は望ましいことであろう、炭化ケイ素プリフォームの場合には、そのプリフォー ムがアルミニウムのマトリックス金属と接触し、そのプリフォームが少なくとも 約１重量％のマグネシウムを含有しており、そして実質的に純粋の窒素雰囲気の 存在下にあると、マトリックス金属は自発的にプリフォームに浸透することが分 かっている。アルミナプリフォームの場合には、容認できる自発的浸透を達成す るのに必要とされるマグネシウムの量はわずかにもっと多くなる。具体的に言え ば、アルミナプリフォームの場合、炭化ケイ素プリフォームに浸透させたアルミ ニウムとほぼ同じ温度で、且つ同じ窒素雰囲気の存在下に、同様のアルミニウム のマトリックス金属と接触させる際には、直く上で論した炭化ケイ素プリフォー ムにおいて達成されたのと同様の自発的浸透を達成するのに少なくとも約３重量 ％マグネシウムが必要とされることがある、ということが分かっている。

自発的な系には、浸透促進剤前駆体及び／又は浸透促進剤を合金の表面に及び／ 又はプリフォームもしくはフィラー材料の表面に及び／又はプリフォームもしく はフィラー材料の中に、マトリックス金属をフィラー材料又はプリフォーム中に 浸透させるより先に供給することが可能である（すなわち、供給された浸透促進 剤又は浸透促進剤前駆体がマトリックス金属と合金化される必要はなく、むしろ 自発的な系に単に供給されることが必要であろう）、ということにも注目すべき である。例えば、アルミニウム／マグネシウム／窒素の系においては、マグネシ ウムをマトリックス金属の表面に供給するなら、その表面はフィラー材料の浸透 性の塊に最も近い、もしくは好ましくはそれと接触している表面であること、又 はその逆であることが好ましいことがあり、あるいはそのようなマグネシウムは プリフォーム又はフィラー材料の少な（とも一部分へ混入することができよう。

なおさらに、マグネシウムの表面への適用、合金化、及びプリフォームの少なく とも一部分中に配置することを適当に組み合わせて利用することが可能である。

このような、浸透促進剤及び／又は浸透促進剤前駆体の適用の組み合わせは、マ トリックスのアルミニ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 マグネシウムの総重量パーセントを低下させることも、浸透を行うことができる 温度を低下させることもできよう、さらに、マグネシウムが存在するために形成 される望ましくない金属間化合物の量を最小限にすることもできよう。

１又は２種以上の補助的合金用元素を用いることと周囲のガス中の窒素の濃度も 、所定の温度でのマトリックス金属の窒化の程度に影響を及ぼす０例えば、合金 中に含まれ、あるいは合金の表面に配それに対してガス中の窒素の濃度を上げて 窒化物の生成を促進してもよい。

合金中の、及び／又は合金の表面に配置された、及びフィラーもしくはプリフォ ーム材料に組み合わされたマグネシウムの濃度も、所定の温度での浸透の程度に 影響を及ぼす傾向がある。それゆえに、マグネシウムがほとんど又は少しもプリ フォーム又はフィラー材料ヒ直接接触しない場合にあっては、合金中に少なくと も約３重量％のマグネシウムが含まれることが好ましかろう、この量未満の、例 えば１重量％のマグネシウムといったような合金含有量は、浸透のためにより高 い処理温度あるいは補助の合金用元素を必要々するかもしれない、この発明の自 発的浸透プロセスを実施するために必要とされる温度は、（１）合金だけのマグ ネシウム含有量を例えば少なくとも約５重量％に上昇させる場合、及び／又は（ ２）合金用成分をフィラー材料もしくはプリフォームの浸透可能な塊と混ぜ合わ せる場合、及び／又は（３）アルミニウム合金中に亜鉛あるいは鉄といったよう な別の元素が存在している場合には、より低くてもよい、温度はまた種々のフィ ラー材料によって変わることもある。一般に、アルミニウム／マグネシウム／窒 素の系においては、少なくとも約６７５°Ｃのプロセス温度で、好ましくは少な くとも約７５０〜８００℃のプロセス温度で、自発的な且つ進行性の浸透を行う 、一般的に１２００℃を超える温度はプロセスにとって有益であるようには思わ れず、特に有効な温度範囲は約り７５℃〜約１０００”ｃであることが分かって いる。とは言うものの、概して言えば、自発的浸透温度は、マトリックス金属の 融点よりも高いがマトリックス金属の蒸発温度よりも低い温度である。さらに、 自発的浸透温度はフィラー材料の融点よりも低いものであるべきである。またさ らに、温度が上昇するにつれて、マトリックス金属と浸透雰囲気の間で反応生成 物を生成する傾向が増大する（例えば、アルミニウムのマトリックス金属と窒素 の浸透雰囲気の場合においては、窒化アルミニウムが生成されることがある）、 このような反応生成物は、金属マトリックス複合体の意図する用途に基づいて望 ましいこともあり、あるいは望ましくないこともある。このほかに、浸透温度を 得るのに電気抵抗加熱が典型的に利用される。とは言え、マトリックス金属を溶 融させることができて且つ自発的浸透に不利な影響を及ぼすことがないいずれの 加熱手段も、本発明にとって使用することを容認できるものである。

本発明の方法では、例えば、通気性のフィラー材料又はプリフォームが、少なく ともプロセスの成る時点で窒素含有ガスの存在下に、溶融アルミニウムと接触す る。この窒素含有ガスは、ガスの連続流がフィラー材料もしくはプリフォーム及 び／又は溶融したアルミニウムのマトリックス金属の少なくとも一方と接触する のを維持して、供給することができる。窒素含有ガスの流量は重要ではないなが らも、この流量は、窒化物が生成するために雰囲気から失われる窒素を補償する のに、そしてまた溶融金属に酸化作用を及ぼしかねない空気の侵入を防止又は禁 止するのに充分であることが好ましい。

金属マトリックス複合材を作製する方法は、広範囲の様々なフィラー材料に適用 可能であり、そしてフィラー材料の選定は、マトリックス合金、プロセス条件、 溶融マトリックス合金とフィラー材料との反応性、また最終の複合材料製品のた めにめられる特性といったような要因に依存する０例えば、アルミニウムがマト リックス金属である場合、適当なフィラー材料には（ａ）酸化物、例えばアルミ ナ、マグネシア、ジルコニア、（ｂ）炭化物、例えば炭化ケイらの混合物、が含 められる。フィラー材料が溶融アルミニウムマトリックス金属と反応する傾向が ある場合には、浸透時間と温度を最低限にすることで、あるいはフィラーに非反 応性の被覆を施すことで、これを順応させてやりでもよい、フィラー材料は、攻 撃又は劣化から保護するためのセラミックの被覆を有する、炭素又は他の非セラ ミツクス材料のような基材を含むことができる。適当なセラミック被覆は、酸化 物、炭化物、ホウ化物及び窒化物を包含する０本発明の方法で使用するのに好ま しいセラミックスには、粒子、小板、ボイス力及び繊維の形をしたアルミナや炭 化ケイ素が含められる。

繊維は、不連続（細断した形のもの）であることができ、あるいはマルチフィラ メントのトウの如き連続フィラメントの形態であることもできる。更に、フィラ ー材料又はプリフォームは均質でも不均質でもよい。

一定のフィラー材料は同様の化学組成を有するフィラー材料に比べて浸透が向上 する、ということも分かっている０例えば、１９８７年１２月１５日に発行され た、Ｍａｒｅ　Ｓ、Ｎｅｗｋｔｒｋらを発明者とする、’ＮｏｖｅｌＣｅｒａｍ ｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｓ ａｍｅ”という発明の名称の米国特許−第４７１３３６０号に開示された方法に より作られた、破砕されたアルミナ体は、商業的に入手可能なアルミナ製品に比 べて望ましい浸透特性を示す、さらに、Ｍａｒｅ　Ｓ、Ｎｅｗｋｉｒｋらを発明 者とする、”Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ａｒｔｉｃｌｅｓ　ａｎｄ 　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｓａｍｅ”という発明の名称の、本出 願人の有する出願第８１９３９７号に開示された方法により作られた破砕された アルミナ体も、商業的に入手可能なアルミナ製品に比べて望ましい浸透特性を示 す、これらの発行法の特許と係属中の特許出願のおのおのの主題は、特に言及し て本明細書に組み入れられる。Ｎえば、セラミック材料の浸透可能な集合体の完 全な浸透を、前述の米国特許と特許出願の方法により製造された破砕又は粉砕さ れた物体を利用することで、より低い浸透温度及び／又はより短い浸透時間で行 うことができる、ということが分かっている。

フィラー材料（又はプリフォーム）の寸法、形状、化学的性質及び体積パーセン トは、複合材料に所望される性質を獲得するのに必要とされることがあるどのよ うなものでもよい。例えば、浸透はフィラー材料の形状によってＷＩ限されるこ とはないので、フィラー材料は粒子、ホイスカ、小板あるいは繊維の形をとるこ とができる。

球、小管、ベレット、耐火繊維布などのようなその外の形状を使用してもよい。

さらに、フィラー材料の寸法は浸透を制限しないが、とは言え、特定の反応条件 に応じて、より高い温度又はより長い時間が、より大きな粒子についてよりもよ り小さな粒子の集合体の完全な浸透のために必要とされることがあり、あるいは その逆になることがある。本発明では、１ミクロン以下はどの小さいものから約 １１００ミクロン以上までの平均粒子径を首尾よく使用することができるが、商 業的用途の大部分については約２ミクロンから約１０００ミクロンまでの範囲が 好ましい、さらに、浸透されるべきフィラー材料の塊（又はプリフォーム）は通 気（浸透）性である（すなわち、それを溶融マトリックス金属が浸透し及び／又 は浸透雰囲気が透過するものにするため少なくともいくらかの相互に連結した多 孔性を有する）べきである、またさらに、フィラー材料又はプリフォームを構成 している材料の寸法（例えば粒径）及び／又は幾何学形状及び／又は組成を制御 することによって、作製される金属マトリックス複合材の物理的及び機械的性質 を制訓し、あるいはいずれの産業上の必要性をも満たすようにすることができる 。例えば、金属マトリックス複合材の耐摩耗性は、フィラー材料の耐摩耗性がマ トリックフィラー材料粒子の平均径を大きくする）ことにより増加させることが できる。ところが、強度及び／又は靭性はフィラーの大きさを低下させるにつれ て増加する傾向があろう、さらに、金属マトリックス複合材の熱膨張率は、フィ ラーの熱膨張率がマトリックス金属の熱膨張率より小さいとすれば、フィラー充 填量を増加させるにつれて低下することができる。またさらに、作製された金属 マトリックス複合体の機械的及び／又は物理的性質（例、密度、熱膨張率、弾性 率及び／又は比弾性率、強度及び／又は比強度等）は、ゆるい集合体における又 はプリフォームにおけるフィラー材料の充填量に応じて適合させることができる ０例えば、フィラーの密度がマトリックス金属のそれよりも高い場合において、 いろいろな寸法及び／又は形状のフィラー粒子の混合物を含むゆるい集合体又は プリフォームを用意することによって、フィラー材料の充填が増進することから フィラー充填量をより多くし、それにより密度の増大した金属マトリックス複合 体を得ることができる０本発明の教示を利用することにより、浸透させることの できるフィラー材料又はプリフォームの体積パーセントを広い範囲にわたり変え ることができる。浸透させることができるフィラーの低い方の体積パーセントは 、主として、多孔性のフィラー材料又はプリフォームを形成する能力によって制 限される（例えば約１０体積パーセント）のに対して、浸透させることができる フィラー又はプリフォームの高い方の体積パーセントは、主として、少なくとも いくらかの相互に連通した多孔性のある緻密なフィラー材料又はプリフォームを 形成する能力により制限される（例えば約９５体積パーセント）、従って、上記 の教示のうちのいずれかを単独であるいは組み合わせて実施することによって、 金属マトリックス複合材を諸性賀が所望のものになるようにすることができる。

フィラー材料の集合体又はプリフォーム中へ溶融マトリックス金属を押しやり又 は押し込むために圧力を利用することに幀らずに、本発明に従って金属マトリッ クス複合材を作製する方法は、フィラー材料の体積分率が高く且つ低多孔度の実 質的に均一な金属マトリックス複合材の製造を可能にする。フィラー材料の体積 分率は、フィラー材料の多孔度がより低い初期集合体を用いることでより高くす ることができる。より高い体積分率はまた、フィラーの集合体が独立気泡のある 多孔性の圧縮体（ｃｏｍｐａｃｔ）があるいは溶融合金の浸透を妨げるであろう 完全に緻密な組織に変えられないことを条件に、フィラー集合体を圧縮するかあ るいは緻密化しても得ることができる。具体的に言うと、振動充填、粒度分布の 制御等のような方法により、約６０〜８０体積％程度の体積分率を得ることがで きる。とは言え、もっと一層高いフィラ一体積分率を得るために、別の技術を利 用することができる０本発明による熟成形（ｔｈｅｒａｏ−ｆｏｒ■１ｎｋ）に とっては、４０〜５０％程度のフィラ一体積分率が好ましい、このような体積分 率では、浸透された複合材はその形状を維持し又は実質的に維持して、二次的な 処理加工を容易にする。とは言え、熱成形後の所望の最終複合材の充填量に応じ て、もっと多くあるいはもっと少ない粒子充填量又は体積分率を使用することが できよう、さらに、粒子充填量をより少なくするために、粒子充填量を減少させ るための方法を本発明の熱成形法に関係して用いることができる。

アルミニウムの浸透とセラミックフィラーの周囲でのマトリックスの形成につい ては、セラミックフィラーがアルミニウムのマトリックス金属で濡れることが浸 透機構の重要部分であるかもしれない、ということが認められている。さらに、 フィラーが溶融したマトリ全体にわたりフィラーが均一に分散することと、フィ ラーのマトリックス金属への結合を向上させることを可能にすることができる。

またさらに、低い処理温度では、ごく微量の又は最小限度量の金属の窒化が起こ って、金属マトリックス中に窒化アルミニウムの最小限の不連続相が分散するこ とになる。しかしながら、温度範囲の上限に近づくにつれて、金属の窒化はもっ と起こるようである。そこで、金属マトリックス中の窒化物相の量は、浸透を行 う処理温度を変えて制御することができる。窒化物の生成がより明白になる具体 的な処理温度はまた、使用するマトリックスアルミニウム合金とフィラー又はプ リフォームの体積に対するその量、浸透されるべきフィラー材料、そして浸透雰 囲気の窒素濃度、といったような要因と共に変わる０例えば、所定の処理温度で 窒化アルミニウムの生成する程度は、合金がフィラーを濡らす能力が低下するに つれて、また雰囲気の窒素濃度が上昇するにつれて、増大すると信じられる。

従って、複合材の作製中に金属マトリックスの構成成分を適合させて得られる製 品ｌニ一定の特性を付与することが可能である。所定の系について言うと、窒化 物の生成を制御するためにプロセス条件を選ぶことができる。窒化アルミニウム 相を含有している複合材製品は、その製品にとって都合のよいものである、又は その性能を改良することができる、一定の性質を示す。さらに、アルミニウム合 金が自発的に浸透するための温度範囲は、用いられるセラミック材料と共に変わ り得る。アルミナがフィラー材料の場合、浸透のための温度は、窒化物の有意の 生成によりマトリックスの延性が減少しないことが望まれるなら、好ましくは約 １０００°Ｃを超えるべきでない。

しかしながら、延性がより小さくてマトリックスの剛性がより高い複合材の製造 が所望されるなら、１０００°Ｃを超える温度を使用してもよい、フィラー材料 として炭化ケイ素を使用する場合には、アルミニウム合金はフィラーとしてアル ミナを用いるのに比べてそれほどまでは窒化しないので、炭化ケイ素に浸透させ るためにもっと高い、約１２００°Ｃの温度を使用することができる。

その上、金属マトリックス複合材中のマトリックス金属の構成成分と、欠陥、例 えば巣は、金属マトリックス複合体の冷却速度を制御して加減することができる 。例えば、金属マトリックス複合材は、金属マトリックス複合材を保持している 容器をチルプレートの上に置くこと、及び／又はその容器の周りに絶縁材を選択 的に配置することを含めて、多数の技術により指向的に固化させることができる 。

さらに、金属マトリックスの構成成分を金属マトリックス複合材のよう、（引張 強さについての標準的試験はＡＳＴＭ−０３５５２−７７（１９８２年に再公認 ）である。） 例えば、マトリックス金属として５２０．０アルミニウム合金を含有してなる金 属マトリックス複合材について望ましい熱処理は、金属マトリックス複合材を高 温、例えば約４３０℃に加熱して、これを長時間（例えば１８〜２０時間）維持 することを含むであろう、金属マトリックスは、約１００℃の沸騰水中で約２０ 秒間急冷（すなわちＴ−４熱処理）することができ、これは複合材が引張応力に 耐える能力を加減し又は向上させることができる。

さらに、フィラー材料の完全な浸透を保証するため及び／又はマトリックス金属 の第一の源から組成が異なる第二の金属を供給するために、マトリックス金属の 溜を利用することが可能である。具体的に言えば、場合によって、第一のマトリ ックス金属源とは組成を異にする溜のマトリックス金属を利用することが望まし いことがある０例えば、アルミニウム合金を第一のマトリックス金属源として使 用する場合には、処理温度で溶融した実質的に任意の他の金属又は金属合金を溜 の金属として用いることができよう、溶融金属はしばしば互いに非常に混和性で あって、このことから、溜の金属は充分な時間が与えられさえすれば第一のマト リックス金属源と混ざり合うことになろう、このように、第一のマトリックス金 属源とは組成を異にする溜の金属を使用することによって、金属マトリックスの 性質を種々の作業要件を満たすようにし、またこうして金属マトリックス複合材 の性質を適合させることが可能である。

バリヤ手段を、本発明と組み合わせて利用することもできる。具体的に言うと、 本発明と共に用いるためのバリヤ手段は、溶融したマトリックス金属（例、アル ミニウム合金）がフィラー材料の画定された表面境界を越えて移行したり移動し たりするのを妨げ、禁止し、防止し又は終了させる任意の適当な手段でよい、適 当なバリヤ手段は、本発明のプロセス条件下で、一定の一体性を保持し、揮発性 でなく、そして好ましくはプロセスで用いられるガスに対して通気性であり、ま た、セラミックフィラーの画定された表面境界を越えての継続した浸透又は任意 の他の種類の移動を局所的に禁止し、停止し、妨げ、防止する等のできる、いず れの材料、化合物、元素、組成物等でもよい、バリヤ手段は、下記においてもっ と詳しく論じられるように、自発的な浸透中に使用しても、あるいは自発的に浸 透した金属マトリックス複合材の熱成形に関係して使われる任意の型もしくは他 の固定具で使用してもよい。

適当なバリヤ手段は、使用されるプロセス条件終了で移行してくる溶融マトリッ クス合金に実質的に濡れない材料を包含する。この覆のバリヤは溶融マトリック ス合金に対して！！！相性をほとんどあるいは少しも示さないように思われ、フ ィラー材料又はプリフォームの画定された表面境界を越えての移動はこのバリヤ 手段により防止又は禁止される。バリヤは、金属マトリックス複合材製品の必要 とされることがある最終の機械加工又は研削をいずれも軽減する。先に述べたよ うに、バリヤは好ましくは、ガスが溶融マトリックス合金と接触するのを可能に するために、通気性であるか又は多孔性であるべきであり、あるいは通気性にさ れるべきである。

アルミニウムマトリックス合金について特に有効である適当なバリヤは、炭素を 含存しているもの、とりわけグラファイトとして知られる炭素の結晶性同素体の 形態である。グラファイトは、説明されたプロセス条件の下では溶融したアルミ ニウム合金に特に濡れないものである。特別の好ましいグラファイトは、ユニオ ンカーバイド社の商標Ｇｒａｆｏｉｌとして市販されているグラファイト箔の製 品である。このグラフディト箔は、溶融したアルミニウム合金がフィラー材料の 画定された表面境界を越えて移行するのを防止する封止特性を示す、このグラフ ァイト箔はまた熱に耐え、且つ化学的に不活性である。Ｇｒａｆｏｉｌグラファ イト箔は柔軟性であり、適合性であり、従順性であり、弾力性である。それは、 いずれのバリヤ用途にもうまく合うように様々な形状にすることができる。とは 言うものの、グラファイトのバリヤ手段は、スラリーもしくはペーストとして使 用してもよく、あるいはフィラー材料もしくはプリフォームの周囲及び境界上の 塗膜としても使用することができる。　Ｇｒａｆｏｉｌ（商標）は、柔軟なグラ ファイトシートの形をしているために特に好ましいものである。使用時に、この 紙のようなグラファイトはフィラー材料又はプリフォームの周りで簡単に形をつ けられる。

窒素中のアルミニウム金属マトリックス合金のための他の好ましいバリヤは、こ の材料を使用すれば用いられる成るプロセス条件の下では一般に溶融アルミニウ ム金属合金に濡れない遷移金属ホウ化物（例、ニホウ化チタン（ＴｉＢよ））で ある、このタイプのバリヤにあっては、プロセス温度は約８７５℃を超えるべき でなく、さもなければバリヤ材料はそれほど有効でなくなり、そしてもっとはっ きり言えば、温度が上昇するとバリヤへの浸透が起こる。さらに、バリヤ材料の 粒子の大きさがその材料の自発的浸透を禁止する能力に影響を及ぼすことがある 。遷移金属体は典型的には粒状形１！（１〜３０ミクロン）である、このバリヤ 材料は、好ましくはプリフォームとして予め形作られているセラミックフィラー 材料の通気性の集合体の境界にスラリー又はペーストとして適用することができ る。

窒素中のアルミニウム金属マトリックス合金のための他の有効なバリヤには、フ ィラー材料又はプリフォームの外表面へフィルム又は層として適用される低揮発 性の有機化合物が含まれる。窒素中において、殊に本発明のプロセス条件下で、 焼成すると、この有機化合物は分解して炭素のすすのフィルムが残る。この有機 化合物は、塗装、吹付け、浸漬等の如き通常の手段で適用することができる。

さらに、細かく粉砕された粒状材料が、フィラー材料の浸透の速度よりも遅い速 度でその粒状材料の浸透が起きる限りはバリヤとして機能することができる。

このように、バリヤ手段は、画定された表面境界をそのバリヤ手段の層で覆うと いったような任意の適当な手段で適用することができる。バリヤ手段のそのよう な層は、塗装し、浸漬し、シルクスクリーン印刷し、薫着させ、さもなければ液 体、スラリーもしくはペースト形態のバリヤ手段を適用して、又は蒸発可能なバ リヤ手段をスパッタリングし、あるいは固体の粒状バリヤ手段の層を付着させ、 又はバリヤ手段の固体の薄いシートもしくはフィルムを画定された表面境界上へ 通用して、適用することができる。所定位置にあるバリヤ手段のために、自発的 浸透は浸透するマトリックス金属が画定だ金属マトリックス複合体の表面の少な くとも一部分から酸化反応生成物を成長させる無数の置換（ｐｅｒｍｕｔａｔｉ ｏｎｓ）が可能である。セラミックマトリックス複合体と金属マトリックス複合 体とを組み合わせる少数の典型的態様のみがこの明細書において先に検討されて いる。とは言うものの、これらの限定された！！様は、請求の範囲に明示された 本発明の範囲を限定するものと解されるべきではない。

さらに、本出願人の有する１９９０年５月８日に発行の米国特許第４９２３８３ ２号（先に検討したもの）に開示されたようなバリヤ手段を、酸化反応生成物の 任意の望ましや嗜い外部形状を得るために酸化反応生成物の生成と一緒にして使 用することができる。

さらに、マトリックス金属上に金属マトリックス複合材表面を形成することが所 望される場合には、金属マトリックス複合材表面は無数の組み合わせで形成する ことができよう、具体的には、金属マトリックス複合材表面はマトリックス金属 の一部分のみに、あるいはマトリックス金属の実質的に全部に、形成することが できよう。

その上、バリヤ手段の使用は、マトリックス金属の表面から金属マトリックス複 合材のどのような形を作ることも可能にすることができる。

本発明のいろいろの実例が以下に掲げる例に含まれている。しかしながら、これ らの例は例示であると解釈されるべきであって、請求の範囲に明示された本発明 の範囲を限定するものと解釈すべきではない。

拠−工 この例は、金属マトリックス複合基材とその上に形成されたセラミックマトリッ クス複合被覆とを含んでなるマクロ複合体の作製を説明する。この金属マトリッ クス複合基材はフィラー材料の浸透可能な集合体中への溶融マトリ・ノクス金属 （これはその上に出発金属とての二重の役割を果す）の指部的酸化（ｄｔｒｅｃ ｔｅｄ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）によって形成される。

具体的には、セラミックマトリックス複合基材は、作製された金属マトリックス 複合基材の少なくとも一つの表面をフィラー材料の浸透可能な集合体と接触させ 、また金属マトリックス複合材内のマトリックス金Ｍ（酸化反応生成物の生成に 関連しては、以下において「出発金属」と称する）を酸化反応生成物の成長のた めの出発金属源として使用して、金属マトリックス複合材の少なくとも一つの表 面から形成されてそれに結合される１Ｍ化反応生成物は、上記の出発金属を酸化 剤で酸化することで成長し、そしてこの出発金属は酸化剤との酸化反応生成物の 成長を金属マトリックス複合体に並置したフィラー材料の浸透可能な集合体を通 して行わせ、上記のフィラー材料の浸透可能な集合体を実質上完全に包み込んで 、金属マトリックス複合基材の上に、これを緊密に結合したセラミックマトリッ クス複合被覆を作る。第５図は、金属マトリックス複合基材を製作するのに使わ れるレイアップの模式断ｍ図を示し、そして第１Ａ図は、作製された金属マトリ ックス複合基材の表面にセラミックマトリックス複合層を製作するのに用いられ る現実のレイアップと同様であるレイアップの模式断面図を示す。

最初に、次に述べる手順により金属マトリックス複合基材を作製した。平均粒度 が約１７ミクロンである一定量の３９　ＣＲＹＳＴＯＬＯＮ　（商標）炭化ケイ 素粒子（米国マサチューセッツ州−０ｒｃｅｔｅｒのツートン社（Ｎｏｒｔｏｎ 　Ｃｏｍｐａｎｙ））を、ＦＩＢＥＲＦＲＡＸ　（商標）セラミック繊維紙（米 国ニューヨーク州Ｎｉａｇａｒａ　Ｆａｌｌｇのカーボランダム社（Ｃａｒｂｏ ｒｕｎｄｕ＋＊Ｃｏｍｐａｎｙ）　）でライニングした、約１４インチ（３５６ ｍｍ）　Ｘ約１１インチ（２７ｈｍ）Ｘ約６インチ（１５２ｍｍ）の耐熱性ポー トに詰めた。このセラミック繊維紙でライニングした耐熱性ボートに上記の炭化 ケイ素粒子を約３インチ（７５ｍｍ）の深さまで詰めてがら、そのボートとその 内容物を大気雰囲気の抵抗加熱される炉に入れて、約８７°Ｃ／ｈの速度で約１ ３２５°Ｃの温度まで加熱した。約１３２５°Ｃの温度を約２４時間維持してか ら、炉の全体にわたって発熱体への電力供給を中断して、炉とその内容物をほぼ 室温まで冷却させた。この加熱処理の間に、炭化ケイ素の一部、具体的には粒子 の外側の少なくとも一部分が酸化して、シリカ　（Ｓｔｏｗ）を生成した。酸化 された炭化ケイ素粉末のシリカ含有量は、当該粉末の総重量の約１４％を構成し た０次に、この部分的に酸化された炭化ケイ素粒子をまずジ５−タランシャーで 処理し、それからこのジゴークラッシャーで処理された凝集体をその凝集体がお およそ一２００メツシュまで破壊されるに至るまで篩分けして粉砕した（すなわ ち実質的に全部の粒子が約７５ミクロンより小さかった）、粉末はその時点で沈 降鋳造（ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｃａｓｔｉｎｇ）するための用意が調った。

約２３．５重量％の蒸留水と、約０．５重量％のＥＬＭＥＲ’　Ｓ　（商標）接 着剤（米国オハイオ州コロンバスの８ｏ’ｒｄｅｎ社）と、そ、して残部の、前 述の部分的に酸化された炭化ケイ素粒子とを含んでなるスラリーを、次に述べる ようにして調製した。蒸留水成分と接着剤成分とをビーカーに入れ、タイプＲＺ ＩＩ　５０　Ｃｒａｆａｍｏ実験室用ミキサー（カナダ国オンタリオ州−１ａｒ ｔｏｎのＣｒａｆａｍｏ社）を使って約１５分間かき混ぜた。

およそ５０抛ｌのプラスチックのジャーに、約４１ｇの炭化ケイ素粒子を、直径 がおよそ０．５インチ（１３醜１１）で高さが約０．５インチ（１３ｍｍ）のＢ ＵＲＵＮＤＵＭ　（商標）円筒形ボールミル用ストーン（米国ニューシャーシー 州ＭａｈｗａｈのＵ、Ｓ、Ｓｔｏｎｅｗａｒｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）約１ ２個と一緒に入れた。次に、このプラスチックジャーに上記のがき混ぜた水／接 着剤溶液を加え、ジャーを密封し、そして炭化ケイ素粒子と液体とのスラリーを 、密封したプラスチックジャーを回転ミルラックに配置して約２時開回転混合し た。炭化ケイ素スラリーの回転混合後に、プラスチックジャーをミルラックから 取出し、蓋をあけて、減圧室に入れてスラリーを脱気した。具体的には、減圧室 を少なくとも約２５インチ（６３５ｍｍｌ）水銀柱の真空になるまで排気し、こ の低下した圧力に約１分間保持した０次いで減圧室を大気圧に戻し、減圧室から プラスチックジャーとその内容物を取出した。

内部キャビティーの寸法が約２インチ（５ｂｅｍ）四方に約１／２インチ（１３ ｍ置）の深さであるグレードＧＩ−１０００シリコーンゴムの型（米国ペンシル ベニア州Ｅｘ　ｔｏｎのＰｌａｓｔｉｃ　Ｔｏｏｌｉｎｇ　５ｕｐｐｌｙ社）を 〜振動テーブルの上部に位置する支持用の硬いアルミニウムプレートの上に載せ た０次いで、上記の脱気したケイ素スラリーをこのシリコーンゴム型のキャビテ ィーに注ぎ入れ、そしてスラリーから固形分が沈降するのを助けるために振動を 開始した。約０７５時間後に、沈降が起きているキャストプリフォームの表面に ある過剰の水をベーパータオルで取除いた。さらに１〜１．５時間振動後、残り の表面水をペーパータオルで取除き、シリコーンゴム型と沈降キャストプリフォ ームとを載せたアルミニウムプレートを振動テーブルから取去って約−１２℃の 温度の冷凍室に入れた。冷凍室内で約６時間抜に、プリフォームの残留水は充分 に氷結し、そしてプリフォームの入っているシリコーンゴム型を冷凍室から取出 して、このシリコーンゴム型から氷結した沈降キャストプリフォームを取出した ０次いで、このプリフォームを、平均粒子寸法約２１６龜クロンの３８　ＡＬＵ ＮＤＵＭ（商標）アルミナ粒状材料（ツートン社）の床の上に載せて、空気プリ フォームは、約２インチ（５１ｍｍ）四方で厚さが約０．３５インチ（８，９ｍ ｍ）であり、重量が約４１．３　ｇであった。

乾燥した沈降キャストプリフォームを次いでスロット付きの耐火れんがの上に載 せ、大気雰囲気の抵抗加熱炉に入れた０次いでこの炉を、はぼ室温から約１２０ ０°Ｃの温度まで約２３４℃／ｈの速度で加熱した。約１．２００℃の温度を約 １０時間維持してから、炉の温度をほぼ室温まで約２３４℃／ｈの速度で下げた 。この焼成処理後のプリフォームの重量は約４１．６　ｇであった。焼成したま まの状態でのプリフォームの寸法は、長さ約５２露転幡約５１僧−１厚さ約９閣 園であった。

第５図を参照して、公称上４インチ（１０２ｓｉｍ）四方で目方が約１８００ｇ あり、重量パーセントで表して７．５〜９．５％のケイ素、５１．０％の鉄、約 ３．０〜４．０％の銅、５０．５〜０％のマンガン、約５％のマグネシウム、５ ０．５〜０％のニッケル、約２．９％の亜鉛、５０．３５％のスズ、そして残部 のアルミニウムを含んでなる、マトリックス金属１００のインゴットを、はぼ４ ．２５インチ（１０８１ｍ）四方で高さが約２インチ（５１１ｍ）の銅製の缶１ １０の底に入れた０次に、この鯛缶１１０の中に上記の焼成したプリフォーム１ ２０を入れ、マトリックス金属１００のインゴットの上の中心に置いて、レイア ップを完成した。

双に、綱缶１１０とその内容物とを含んでなるこのレイアップをレトルトの部屋 に入れた。このレトルト室を外の雰囲気に対してシールし、そして約２　Ｘｌ０ −’ｔｏｒｒの最終作業圧力まで排気した。減圧を２　Ｘ１０−’ｔｏｒｒから 約３．６ＸＩＯ−’ｔｏｒｒまでの範囲に約１／２時間維持してから、レトルト に工業用純粋窒素ガスを充填し直してほぼ大気圧にした。この後、レトルト室を 通る窒素ガスの流量を約２リツトル／分にした。次いで、レトルトをほぼ室温か ら約８００°Ｃの温度まで約１５５°Ｃ／ｈの速度で加熱した。約８００°Ｃの 温度を約２０時間保持してから、温度を約１５５°Ｃ／ｈの速度で下げてほぼ室 温まで戻した。

レトルトをほぼ室温まで冷却後、レトルト室からレイアップを取出すと、マトリ ・ンクス金属１００はプリフォーム１２０に実質的に浸透して、マトリックス金 属に埋め込まれた炭化ケイ素粒子を含んでなる金属マトリックス複合体ができて いることが分かった。

次に、作製された金属マトリックス複合体をマトリックス金属の残りの固化した 塊から取去り、作製された金属マトリックス複合体の重さおよそ１．３ｇの塊を 、内部寸法が直径約１インチ（２５ｍｓ＋）で深さ約２インチ（５１ｍｓ＋）の クレー坩堝に入れた、平均粒子寸法が約１７μｍの、部分的に酸化された３９　 ＣＲＹＳＴＯＬＯＮ　（商標）炭化ケイ素粒子（ツートン社）の厚さおよそ１イ ンチ（２５ｍｍ）の床の表面に載せた。この部分的に酸化された粒子床のシリカ 含有量は、粒状床材料の総重量の約１４％に達していた０重さが約１．４６　ｇ あり、重量パーセントで表して約７．５〜９６５％のケイ素、５１．０％の鉄、 約３．０〜４．０％の銅、５０．５〜０％のマンガン、約０．２〜０．３％のマ グネシウム、≦約０．５〜０％のニッケル、約２．９％の亜鉛、≦約０．３５％ のスズ、そして残部のアルミニウムを含んでなる金属のインゴットを、金属マト リックス複合体の上の中心に置いた。追加の微粉砕粒子床材料を露出されている 金属マトリックス複合材の側面と金属インゴットの側面の周囲に、インゴットの 上面だけが露出して残されるまで配置して、レイアップを完成した。

次に、クレー坩堝とその内容物とを含んでなるこのレイアップを大気雰囲気の抵 抗加熱炉に入れた０次いで炉をほぼ室温から約９００℃の温度まで約１７４℃／ ｈの速度で加熱した。約９００℃の温度を約４時間保持してから、炉の発熱体へ の電力供給を停止して、炉とその内容物を冷却させた。

はぼ室温まで冷却後、レイアンプを炉から取出すと、金属インゴットの残留塊と 金属マトリックス複合体の周囲に第二の複合材料が存在していることが分かった 。この第二の複合材料を顕微鏡で調べると、この材料がアルミナ酸化反応生成物 にもいくらかの残留未反応出発金属にも取囲まれた炭化ケイ素粒状床材料を含む ことが示された。第６図は、金属マトリックス複合基材１３０とセラミックマト リックス複合体１３１との境界のおよそ１０００倍の光学顕微鏡写真であって、 これらの二つの複合材間の緊密な結合を示している。

従ってこの例は、出発金属（これはまたマトリックス金属としても機能する）と 酸化剤との酸化反応生成物を含んでなるセラミックマトリックス複合材を金属マ トリックス複合体の表面上に又はその表面に隣接して作製することができること を証明する。さらに、金属マトリックス複合基材の背面をマトリックス金属のイ ンゴットと接触させて、隣り合うセラミックマトリックス複合体を作製する際に 出発金属源として使用された金属マトリックス複合体内のマトリックス金属を補 充し、こうして金属マトリックス複合体内のマトリックス金属が局所的に涸渇す ることに起因する金属マトリックス複合体内の時によって望ましくない多孔性を 改善することができる。

■−主 この例は、マトリックス金属の表面に金属マトリックス複合被覆を形成してマク ロ複合体を作製することができることを証明する。

マクロ複合体を製作するのに使用した構成を第７図に模式的に図示する。

跋粧へ 約２０００　ｇのグレードＡ−１７アルミナ粒子（米国アーカンソー州Ｂａｕｘ ｉｔｓのアルコア社、工業用化学薬品部門）を、■型プレンダー（Ｐｏｒｔａ　 ５ｈｅｌｌ　Ｌａｂ　Ｂｌｅｎｄｒ＋　米国ジョーシア州ＴｏｃｃｏａのＢａｎ ｎｅｒＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ＋　Ｉｎｃ、の子会社Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ　Ｐｕｍ ｐ　Ｃｏ、）のおよそ１０リツトルの混合室に入れた。約５分間混合して高回転 速度の増強棒との衝突でより大きな凝集体を破壊してから、混合を一時的に停止 した。

実質的に全部の粒子の直径が約４５ミクロン未満である約１００　ｇのマグネシ ウム粒子（−３２５メツシユ、米国ニューシャーシー州Ｂｅｒｇｅ−ｎｆｉｅｌ ｄのＡｔ１ａｎｔｉｃ　Ｅｑｕｆｐｍｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ社）を、上記 の混合室に加え、そして混合物を約１０分間混ぜ合わせた。ミキサーを停止させ 、混合室を開放して、約２０ｇの粒子混合物を取出し、そしてこれを約２０ｇの エチルアルコールが入ったおよそ５０ｍ１のアルミニウムの試料カップにかき混 ぜながら入れて、フィラー材料２２０のスラリーを作った。残りの乾燥粒子混合 物は、将来の２２０の使用に備えて、およそ４リツトルのＮＡＬＧＥＮＥ（商標 ）プラスチックジャー（米国ニューヨーク州Ｒｏｃｈｅｓ　ｔｅｒのＮａｌｇａ 　Ｃｏ、）で保管した。

約２インチ（５１鵬■）四方で厚さが約１／２インチ（１３■ｍ）であり、重量 パーセントで表して約０．４〜０．８％のケイ素、５０．７％の鉄、ネシウム、 約０．０４〜０．３５％のクロム、５０．２５％の亜鉛、５０．１５％のチタン 、そして残部のアルミニウムを含んでなるマトリックス金属インゴット２２２を サンドブラストにかけて、付着している表面酸化物を全て除去し、次いでエチル アルコールですすいで付着しているサンドブラスト処理の破壊屑を全て取除いた 。それからマトリックス金属インゴット２２２を、長さ約１６インチ（４０６ｓ ｎ）　、幅約１２インチ（３０５ｓｎｍ）　、深さ約１／２インチ（１３ｍｍ） のステンレス鋼のパンに入れて、片方の２インチ（５１ａ＋ｍ）　Ｘ　２インチ （５１ｍｍ）の面がステンレス鋼に接するようにした。１本の旧Ｇ）ＩＬＡＮＤ 　（商標）七ロノ＼ンテープ（米国ミネソタ州Ｓｔ、Ｐａｕｌの３Ｍ社のＣｏｍ ｍｅｒｃｉａｌ　０ｆｆｉｃｅ　５ｕｐｐｌｙ部門）をマトリックス金属インゴ ット２２２の四つの２インチ（５１ｍｍ）７４インチ（６ａ＋ｍ）越えて延びる ように適用して、２インチ（５１ａｎ）四方の面の一つを取囲んで浅い溜を作っ た０次に、フィラー材料２２０のスラリーをマトリックス金属インゴット２２２ の上を覆うて上記の溜に注ぎ入れ、空気中において周囲温度で約３〜５時間乾燥 させた。被覆されたマトリックス金属インゴット２２２からセロノλンテーブを 取除いた。

拭料旦 平均粒子寸法が約０゜３ミクロンのＣＥＩ？ＡＬＯＸ　ＨＰＡアルミナ（米国ア リシナ州Ｔｕｃｓｏｎ（７）Ｃｅｒａｌｏｘ　Ｃｏｒｐ’、）と実質的に全部の 粒子の大きさが約４５ミクロン未満のマグネシウム粒子（−３２５メツシユ、米 国ニューシャーシー州ＢｅｒｇｅｎｆｉｅｌｄのＡｔ１ａｎｔｆｃ　Ｅｑｕｔｐ ｓｅｎｔ　Ｅｎｇｆｎｅｅｒｓ社）とを含む乾燥粒子混合物を、試料Ａの粒子混 合物と実質的に同じよ質的に同じ大きさと組成のマトリックス金属のインゴット ２２６を試料Ａのインゴットと同じようにして清浄にした０次に、試料Ａでマト リックス金属インゴットを被覆したのと実質的に同じやり方で、マトリックス金 属インゴット２２６の上にフィラー材料２２４の被覆を形成した。

ＧＲＡＦＯｒＬ（商標）グラファイト箔の箱２２８（米国オノ＼イオ州り１）− フ゛ランドのユニオンカーバイド社、炭素製品部門）を、厚さ約１５ミル（０， ３８ｍ−）のＧＲＡＦＯＹＬ（商標）の単一シートからこのシートに必要な切れ 目と折り目をつけて製作した。この箱の形はグラファイト箔の折り目をステーブ ルでとめて保持した。このＧＲＡＦＯＩＬ（商標）の箱２２８は、長さ約１１イ ンチ（２７ｈｍ）　、幅約８インチ（２０３ｓｎｍ）　、高さ約３インチ（７６ ＋ｍ＋ｗ）であった。そしてこれを、長さ約１２インチ（３０５ｓｎｍ）、輻約 ９インチ（２２ｈｍ）　、高さ約１１インチ（２７９■■）のステンレス鋼のポ ート２３０の中に入れた。グレードＡ−１７アルミナ粒子（アルコア社工業用化 学薬品部門）を含んでなる床材料２３２をＧＲＡＦＯｒＬ（商標）の箱２２８の 中に約１／２インチ（１３ｍｓ＋）の深さまで入れて、平らにした。　ＧＲＡＦ ＯＩＬ（商標）の箱２２８の中に被覆された二つのマトリックス金属インゴット ２２０．２２２．２２４．２２６　（試料Ａ及びＢ）を入れてアルミナ粉末床材 料２３２の上に載せ、そして両方の被覆面がアルミナ粉末床２３２に接して下向 きになるようにした。ＧＲＡＦＯＩＬ（商標）の箱２２８の中にグレードＡ−１ ７のアルミナ粒子床材料２３２を追加して、被覆されたマトリックス金属インゴ ット２２０．２２２．２２４．２２６の周りにこれらのインゴットの上部より上 方に約１／インチ（１３ｍｍ）の高さまで入れた。おのおののバルク体積が約３ ０−１のグレードＲＭＣ−３マグネシウムの削り＄２３４（米国ニューシャーシ ー州ＬａｋｅｈｕｒｓｔのＲｅａｄｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐ ａｎｙ）とグレードＴＩ−ＬＯＹ　９７チタンスポンジ２３６（米国ペンシルベ ニア州Ｂｒｙｎ　ＭａｗｒのＣｈｅｍａｌｌｏｙ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）を 、ＧＲＡＦｏｌＬ（商標）の箱２２８の外側のステンレス鋼の缶２３０の中に入 れた。チタンスポンジ２３６とマグネシウム削り屑２３４は酸素及び湿分を吸収 するための吸収剤（ｇｅｔｔｅｒ）として働いた。ステンレス鋼の缶の開口部の 上に、長さ約１４インチ（３５６ｍ＋＊）　、幅約１３インチ（３３０■−）、 厚さ約６ミル（０，１５＋＋ｎ）の銅箔シート２３８をかぶせた０、缶の横へ延 びている銅の部分を缶の側面に接して下方に折り曲げて、隔離された室を作った ０缶の一つの側面を貫通して窒素ガスバージ管２４０のための孔を設けた。

ステンレス鋼の缶２３０とその内容物を、電気抵抗加熱式の空気雰囲気の炉に入 れた。パージ管２４０を通って缶内へ流入する工業用純粋窒素のガス流量を約１ ９リツトル／分にした。炉を加熱して実質的に室温から約２００℃の温度まで約 １５分間で昇温した。温度が約２００℃に達したら直ぐに、炉の温度を約３時間 かけて約４００℃に上昇させた０次いで温度を約４００℃から約４７５℃まで約 ７時間かけて上昇させた。その次は温度を約４７５℃から約５４０℃まで約７時 間かけて上昇させた。それから温度を約５４０″Ｃから約７２５℃まで約３時間 かけて上昇させた。約７２５°Ｃの温度を約２時間維持した後に、フィラー材料 ２２０．２２４の実質的に全部にマトリックス金属２２２．２２６が浸透してい たので、窒素ガスバージ管２４０の接続をやめ、ステンレス鋼の缶２３０とその 内容物を炉から取出した０ｗ４のシート２３８をステンレス鋼の缶２３０の上部 から取去り、内容物をほぼ室温まで冷却させた。その後、被覆されているマトリ ックス金属インボッ）２２０．２２２゜２２４、２２６をアルミナ床材料２３２ から取出した。各タイルの角をダイヤモンドのこぎりで取出し、熱硬化性ポリマ ー材料に取付けて、ダイヤモンド回転砥石で研磨した。第８Ａ図と第８Ｂ図に示 されたおよそ１０００倍の光学顕微鏡写真は、マトリックス金属２２２．２２６ が実際にフィラー材料２２０．２２４の各被覆物に浸透してマトリックス金属基 材の表面に薄い金属マトリックス複合被覆ができたこと証明している。

この例は、少なくとも一つの表面に金属マトリックス複合被覆がくっついている マトリックス金属基材を含んでなるマクロ複合体を製造することができるという ことを証明する。このマクロ複合体は、具体的に言うと、フィラー材料の浸透可 能な塊にこの塊に完全に浸透するのに必要とされる量を超えて過剰に存在してい るマトリックス金属を自発的に浸透させて製造される。

■−主 この例は、マトリックス金属の表面に金属マトリックス複合材層を含むマクロ複 合体を作製する概念を説明する。このＪｌｌ様では、マトリックス金属は結合の ゆるいフィラー材料の薄い層に浸透して金属マトリックス複合材を形成する。浸 透を行うのに使用した構成を第９図に模式的に示す。

実質的に全部の粒子の大きさが約４５ミクロン未満であるグレードＴ−６４の平 板状アルミナフィラー材料２５０　（−３２５メツシユ、米国アーカンソー州Ｂ ａｕｘｉｔｅのアルコア社、工業用化学薬品部門）を約３００ｇ、内容積がおよ そ４リツトルの乾式磁製ボールミルに入れた。

このミルにおのおのの直径が約１５／１６インチ（２４ｓｎ＋）のボールミルス トーン（米国ペンシルベニア州ピッツバーグのＣｈｅｓｇ−Ｃ１ａｙ　Ｃｏｒｐ ｏ−ｒａｔｉｏｎの一部門である５ｔｒａｎｄａｒｄ　Ｃｅｒａｍｉｃ　５ｕｐ ｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ）を約１５０　ｇ入れ、ミルの蓋をしっかり締めた。平 板状アルミナフィラー材料２５０を約２時間転式ボールミルで処理後、粉砕され た平板状アルミナフィラー材料２５０のうちの約１５０　ｇを、約６インチ（１ ５ｈａ）四方に高さが約４インチ（１０２ｍ＋鋼）のＧＲＡＦＯＩＬ（商標）グ ラファイト箔の箱２５２（米国オハイオ州クリーブランドのユニオンカーバイド 社の炭素製品部門）の中に入れ、平らにした。このＧＲＡＦＯＩＬ（商標）の箱 ２５２は、厚さ約１５ミル（０，３８ｍｍ）のＧＲＡＦＯＩＬ（商標）の単一シ ートから、このシートに必要な切れ目と折れ目をつけ、そして折り目をステーブ ルでとめて、６インチ（１５ｈｍ）　Ｘ　６インチ（１５２ｍｍ）の面の一−ト ２５４の中に入れた。それぞれが長さ約３インチ（７６禦■）、暢約２インチ（ ５１ｍｍ）　、厚さ約１インチ（２５ｍｍ）であり、約１０．５重量％のマグネ シウムと残部のアルミニウムを含んでなる二つのマトリックス金属インゴット２ ５６を、サンドブラストにかけて付着している表面酸化物をいずれも取除き、次 いでこのサンドブラスト作業に由来する屑をエチルアルコールですすいでいずれ も除去した。次に、これらのインゴットをＧＲＡＦＯＩＬ（商標）の箱２５２に 入れ、平板状アルミナフィラー材料２５０の上に、各マトリックス金属インゴッ ト２５６の一つの３インチ（７６ｖｗ）　Ｘ　２インチ（５１ｍｍ）面がフィラ ー材料２５０と接触し、また一つの３インチ（７６ｍｍ）　Ｘ　１インチ（２５ ｍｍ）面がマトリックス金属の他方のインゴット２５６と接触するように載せた 。それからグラファイトボート２５４とその中味を、長さ約１０インチ（２５４ ｍｍ）　、幅約８インチ（２０３ＩＩ１１）、深さ約１０インチ（２５４濡■） のステンレス鋼の缶２５８の中に入れた。約１５ｇのグレードＲＭＣ−３マグネ シウムの削り屑２６０（米国ニューシャーシー州ＬａｋｅｈｕｒｓｔのＲｅａｄ ｅＭａｎｕ−ｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ＣｏＢａｎｙ）　と約３０ｇのＴＩ−ＬＯＹ チタンスポンジ２６２（米国ペンシルベニア州Ｂｒｙａ　ＭａｉｍｒのＣｈｅｍ ａＨｏｙ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）をステンレス鋼の缶２５８に入れ、グラフ ァイトボート２５４の外側に置いた。マグネシウムの削りＭ２６０とチタンスポ ンジ２６２は、作業中にステンレス鋼の缶２５８内の湿分あるいは酸素を吸収す る働きをした。

約１２インチ（３０５−ｍ）に幅が約１０インチ（２５４ｍｍ）で厚さが約６ミ ル（０，１５ｍｍ）の工業用純度の銅箔シート２６４を、ステンレス鋼の缶２５ ８の開口部にかぶせた０缶２５８の横へ延びている銅箔シート２６４の部分を缶 ２５８に接して下に折り曲げて、隔離された室を形成した０缶２５日の底部に近 い一つの側面を貫通して窒素ガスバージ管２６６のための孔を設けた。

ステンレス鋼の缶２５８とその内容物を、抵抗加熱式の空気雰囲気炉に入れた。

パージ管２６６を通って缶内へ流入する工業用純粋窒素のガス流量を約１５リツ トル／分にした０次に、炉を加熱して実質的に室温から約８００℃の温度まで約 ４時間で昇温した。約８００℃の温度を約４時間維持してから、窒素ガスバージ 管２６６の接続をやめ、ステンレス鋼の缶２５８とその中味を炉から取出した０ 缶２５８から銅箔シート２６４を取除き、そしてまたグラファイトボート２５４ とその中味を缶２５８から取出して、耐熱プレートの上に載せた。厚さ約２イン チ（５ｆｓｎ）　（７）ＣＡＲＢＯＲＵＮＤＵＭ（商標）ＦＩＢＥＲＦＲＡＸ　 （商標）セラミック繊維絶縁材のブランケットをグラファイトボート２５４の上 部と側面の周りにかけて、マトリックス金属２５６を指向的に固化させるのを助 けた。実買上室温まで冷やしてから、ＧＲＡＦＯＩＬ（商標）の箱２５２とその 内容物をグラファイトボート２５４から取出した０次に、ＧＲＡＦＯＩＬ（商ｔ １）の箱２５２を分解すると、マトリックス金属２５６が平たいアルミナフィラ ー材料２５０の薄い層に浸透して、マトリックス金属の残留インゴットにくっつ いた薄い金属マトリックス複合材層を含んでなるマクロ複合体ができていること が分かった。この金属マトリックス複合材料と残留マトリックス金属２５６の固 化した塊の角の一つの垂直切片をダイヤモンドのこぎりを使って作った６次にこ の垂直断面の切片を熱硬化性ポリマー材料に取付け、ダイヤモンド回転砥石で研 磨し、光学顕微鏡を使って調べた。第１０図のおよそ４００倍の光学顕微鏡写真 は、薄い金属マトリックス複合材層が平板状アルミナフィラー材料２５０の浸透 後に残っている残留マトリックス金属に冶金的に結合していることを示している 。このように、この例は、マトリックス金属の塊をフィラー材料の薄い層に浸透 させて、マトリックス金属基材の表面にこの基材にすばらしくよく付着した金属 マトリックス複合材層を形成することができることを例示してしする。

［可丁−３− ［］：璽「− 口］：コ「 ロゴ−１Ｗ ［西ニー百丁 ロゴ７）− ロゴ＝Ｔテ 要約書 本発明は、フィラー材料の浸透可能な集合体又はプリフォームに浸透させて金属 マトリックス複合体を形成し、そしてこの形成された金属マトリックス複合体を 適当な手段でもう一つの物体に結合させてマクロ複合体を作製するための新規な 方法に関する。詳しく言うと、好ましい態様においては、少なくともプロセスの 成る時点でフィラー材料又はプリフォームと連通した浸透促進剤及び／又は浸透 促進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気を使って自発的浸透を行い、それによりその フィラー材料又はプリフォームに溶融マトリックス金属を浸透させる。そのよう な自発的浸透は何らの加圧又は減圧を適用する必要な（起きる。

国際調査報告　ＰＣＴ／ｕｓ　９１１０３２３０国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．プリフォーム又はフィラーを含んでなる浸透可能な集合体（ｐｅｒｍｅａｂ ｌ　ｍａｓｓ）を用意し、この浸透可能な集合体の少なくとも一部分に溶融した マトリックス金属を浸透させ、 そして処理条件を、形成された金属マトリックス複合体の少なくとも一つの表面 の少なくとも一部分から酸化反応生成物を生成させるように変更することを含ん でいる、マクロ複合体の作製方法。 ２．前記マトリックス金属がマトリックス金属と出発金属の両方の二重の役割を 果す、請求の範囲第１項記載の方法。 ３．前記の浸透させることが加圧浸透あるいは減圧浸透の少なくとも一方を含む 、請求の範囲第１項又は第２項のいずれか一つに記載の方法。 ４．前記の変更することが、最初に金属マトリックス複合体を作り、そしてその 後にこの金属マトリックス複合体をマトリックス金属から酸化反応生成物を生成 させる環境に置くことを含む、請求の範囲第１項又は第２項のいずれか一つに記 載の方法。 ６．マトリックス金属から酸化反応生成物を生成する際に、当該金属マトリック ス複合体の少なくとも一部分ヘ追加のマトリックス金属を供給する、請求の範囲 第１〜５項のいずれか一つに記載の方法。 ７．酸化反応生成物が当該金属マトリックス複合体の外表面の大部分の上に生成 する、請求の範囲第１〜６項のいずれか一つに記載の方法。 ８．前記の変更することが、（１）当該浸透可能な集合体を不均質な構成にする こと、（２）浸透が起きる温度を酸化反応生成物の生成を促す温度に変えること 、及び／又は（３）浸透を促す雰囲気から酸化反応生成物の生成を促す雰囲気に 変えること、のうちの少なくとも一つを含む、請求の範囲第１〜４項又は第６〜 ７項のいずれか一つに記載の方法。 ９．前記酸化反応生成物が金属マトリックス複合基材上にセラミック表面を形成 する雰囲気ヘ成長する、請求の範囲第１〜８項のいずれか一つに記載の方法。 １０．前記酸化反応生成物が前記金属マトリックス複合材に並置されたフィラー 材料中ヘ成長して金属マトリックス基材上にセラミック複合材表面を形成する、 請求の範囲第１〜８項のいずれか一つに記載の方法。 １１．浸透促進剤前駆体及び浸透促進剤のうちの少なくとも一つを前記マトリッ クス金属と前記浸透可能な集合体のうちの少なくとも一つに供給する、請求の範 囲第４項記載の方法。 １２．浸透雰囲気が浸透の少なくとも一部分の間前記浸透可能な集合体に連通し ている、請求の範囲第１１項記載の方法。 １３．前記不均質な構成が、処理条件下で浸透させることができる、当該浸透可 能な集合体における第一の領域と、処理条件下で浸透させることができない第二 の領域とを含む、請求の範囲第８項記載の方法。 １４．前記第二の領域が酸化反応生成物が成長してゆくことができるものである 、請求の範囲第１３項記載の方法。 １５．前記第一及び第二の領域がプリフォームの集合体を含む、請求の範囲第１ ３項又は第１４項のいずれか一つに記載の方法。１６．前記第一及び第二の領域 が異なる平均粒子寸法のフィラーを含む、請求の範囲第１３項又は第１４項のい ずれか一つに記載の方法。 １７．前記マトリックス金属がアルミニウムを含む、請求の範囲第１〜１６項の いずれか一つに記載の方法。 １８．前記浸透可能な集合体がセラミックを含む、請求の範囲第１〜１７項のい ずれか一つに記載の方法。 １９．前記酸化反応生成物が前記金属マトリックス複合体に一体的に結合される 、請求の範囲第１〜１８項のいずれか一つに記載の方法。 ２０．マトリックス金属の表面の少なくとも一部分に浸透可能な集合体を備え付 け、 そしてこの浸透可能な集合体の少なくとも一部分に溶融したマトリックス金属を 自発的に浸透させることを含む、マクロ複合体の作製方法。 ２１．前記浸透可能な集合体が浸透条件下において前記溶融マトリックス金属と 実質的に非反応性である、請求の範囲第２０項記載の方法。 ２２．請求の範囲第１〜２１項のいずれかに従って製造されたマクロ複合体。