JPH05507320A - 金属マトリックス複合材のフィラー - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 金属マトリックス複合材のフィラー 皿歪差！ 本発明は金属マトリックス複合体を形成するために種々の金属マトリックス複合 体を形成する工程で使用されうるフィラーの新規な形成方法に関する。具体的に は、浸透促進剤及び／又は浸透促進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気が少なくとも プロセスの成る段階でフィラー又はプリフォームと連通して、溶融金属を自発的 にフィラー又はプリフォームに浸透せしめる。この自発的浸透（非加圧浸透）は 圧力又は真空の適用なしで進行する。マトリックス金属の量は実質的に全てのフ ィラーを所望の厚さで被覆するのに十分なだけが提供される。その後被覆せるフ ィラーは所望の金属マトリックス複合材製造方法に用いるために粉砕される。

ｌ員及歪 金属のマトリックスとセラミックの粒子、ウィスカ、繊維等の強化相とから成る 複合材製品は、強化相の剛性、耐摩耗性とマトリックス金属の延性、靭性のい（ 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 ス複合材は金属マトリックス単体と比べて、強度、剛性、接触摩擦抵抗、熱膨張 係数、密度、熱伝導性、高温強度などの特性が改良されるが、所与の特性の改良 の程度は、特定の成分とその容積又は重量割合及び複合材の形成方法に大きく依 存する。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、ウィスカ状の炭化ケイ素のようなセラミック相で強化したアル 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、密度 に対する弾性率）、耐磨耗性、熱伝導性、低い熱膨張係数、また高温強度及び／ 又は比強度（例、密度に対する強度）を持つので有用である。

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、粉末冶金法や、加圧鋳造、真空鋳造、攪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、ウィスカ、短繊維等の形 状の強化材を混合した後、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、ウィスカの場合で約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が制約され、粒子 状で約４０体積％である。また、加圧成形できる寸法には限りがある。後加工（ 成形や機械加工）や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 のに限られる。

さらに、焼結時の収縮が不均一であり、また圧縮成形及び粒成長時の偏析による 微細組織の不均一化が起こる。

米国特許第３９７０１３６号（１９７６年７月２０日Ｊ、Ｃ，Ｃａｎｎｅｌｌ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ウィスカ等の繊維強 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 ｅｓｅｒｖｏ　ｔｒ）を置き、加圧して溶融金属をマントに浸透させ配向繊維を 包囲させることにより作成される。溶融金属はマットに上から注いで圧力でマッ ト積層体間に流入するようにしてもよい、複合材巾約５０体積％までの強化繊維 を複合化できたことが報告されている。

上記の浸透法は、溶融マＩ−ＩＪフックス属を繊維７７）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、加圧流体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 性質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きる。したが って、複雑なマトリックスと流路には繊維マット積層体への適切かつ均一な浸透 を実現する方法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 的にマットの体積率が大きいものに浸透させることが困難であり、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、このためこの方法が高価になる。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、ウィスカ、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く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。１つの手法はアルミナを金属（ 例、ニッケル、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 ミナをンリカで被覆する。しかし、これらの複合材は特性が変化したり、被覆物 がフィラーを劣化させたり、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たりする。

米国特許第４２３２０９１号（ＲＪ−Ｇｒｉｍｓｈａｗ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°Ｃ〜１．０５０℃に予熱したアルミナ製の 繊維又はウィスカのマン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７５〜３７５ｋｇ／ｄの圧力を通用する。得られた固体鋳造物 のアルミナ／金漠の最高体積比は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困難 を伴う。

欧州特許出願公開第１１１７４２号は、予備成形したアルミナマトリックスの空 隙を溶融金属で満たして、特に電解槽部材として有用なアルミニウム／アルミナ 複合材の製造を記載している。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。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、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 ォーム空隙部中のアルミニウムの保持を確実にするために、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。

電解槽中のアルミナ部材に溶融金属の浸透を行うために湿潤剤を用いることは欧 州特許出願公開第９４３５３号にも記載されている。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気メッキ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、湿潤剤の混合物の薄膜を、電解の開 始前に、又は電解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。記載されている湿潤剤はチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ケ イ素、マグネシウム、バナジウム、クロム、ニオブ、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、窒素の化合物は湿潤剤の溶融アル ミニウムへの溶解を抑制するのにを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 複合材のたとえばアルゴン中での製造も示唆していない。

圧力と湿潤剤の通用の他に、真空の通用も多孔質セラミック成形体中への溶融ア ルミニウムの侵入を助けることが報告されている。

例えば、米国特許第３７１８４４１号（１９７３年２月２７日にＲルルａｎｄｉ ａｇｈａｓに付与）は１０−”ｔｏｒｒ以下の真空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方法を報告して いる。　１０−”〜１０−”ｔｏｒｒの真空では金属がセラミック空孔中に自由 流動しないのでセラミックの溶融金属による濡れが乏しかったが、真空を１０− 　”　ｔｏｒｒ以下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、□粉末を配置することを記載している。

そのＡＩＢ、！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ＡＩＢ＋ｚ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ｉｉ　ＡＩＢ＋ｘ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。具体的にいうと、グラ ファイトの型、スチール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可能にする。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。具体的にいうと、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。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、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するが、殆どの場合型の表面の再仕上が必要に なる。しかし、もはや使用に堪えなくなると廃棄が必要になる。複雑な形状の型 への機械加工は非常に高価でありかつ時間を労する。しかも、複雑な形状の型か らの鋳造製品の脱型も困難である（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ｇＩ（分散）しあるいは浮いてしまうと考 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。

上記のそれぞれのプロセスは、そこで実際に使用されたフィラーよりも湿潤性が 促進されたフィラーを使用することによって促進することができる。

零　が　る　−び　の゛ 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と関連して いる。具体的には、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 クス複合材料の製造方法（以下、「本出願人の金属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。

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０４９１７１号対応、発明者−ｂｉｔｅら、発明の名称”　Ｍｅｔａｌ　 Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ’　、ＥＰＯより対応出願が１９８８年１ １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（例、セ ラミックス又はセラミックス被覆材料）の通気性材料に、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ｌＯ〜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）である気体の存在において、少なくとも約６７５°Ｃの温度でフィ ラー材料と接触される。この条件において、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に浸透してアルミニウム（又はアルミニウム合金）マ トリックス複合材を形成する。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、強化フィラー材料で強化された 固体金属マトリックス構造が形成される０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境界まで浸透が進行するのに充分であろう、 Ｗｈｉｔｅらにより製造されたアルミニウムマトリックス複合材のフィラーの量 は極めて高い、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Ｗｈ　ｉ　ｔｅら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形成される。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所望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。Ｗｈ　ｉ　ｔｅ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　（１９９０年６月１９日発行、１９８８年１月７ 日出願の米国特許出願第１４１６４２号、発明者門１ｃｈａｅｌ　Ｋ、Ａｇｈａ ｊａｎｉａｎ　ら、発明の名称“Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｍｅｔ ａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐ。

５ｉｔｅ　ｗｉｔｈ　Ｕｓｅ　ｏｆ　ａ　Ｂａｒｒｔｅｒ”　、ＥＰＯより１９ ８９年７月１２日に公開第０３２３９４５号として出願公開された）に開示され ている。このＡｇｈａｊａａｉａｎらの発明の方法によると、フィラー材料の所 定の表面境界に、バリヤ手段（例、粒状ニホウ化チタン、又はユニオンカーバイ ド社から商標ＧＲＡＦＯＩＬ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）を形成し、マトリックス金属をバリヤ手段で限定された境 界まで浸透させる。バリヤ手段は溶融金属の浸透を禁止し、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。したがって、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５１７５４１ 号（発明者Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｋ、Ａｇｈａｊａｎｉａｎ及びＭａｒｋ　Ｓ、Ｎｅ ｗｋｉｒｋ、発明の名称″Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　 Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｍａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｓａｍｅ″、ＥＰＯ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、１９８８年３月１５日出願の米国特許出願第１６８２８４号の継続出 願）により改良された。これら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１の金属源として、及び溶融した第１の金属源と例えば 電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。具体的には、 この特許出願に記載された条件下で、溶融した第１のマトリックス金属源は普通 の大気圧下でフィラー材料に浸透を開始し、そして金属マトリックス複合材の形 成を開始する。第１の溶融マトリックス金属合金源はフィラー材料への浸透によ り消費されるが、所望に応じて、自発浸透が継続する間、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。所望量の通気性フィラー に溶融金属マトリックスが自発的に浸透したとき、温度を下げて合金を固化させ ると、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ｌＬｉ１ｔ様に過ぎな いこと、またそれに開示されている別の態様のそれぞれではこの溜の１１１を用 いる必要はないことが理解されるべきであり、またこれらのＢ様のいくつかは本 発明でも採用すると有用であろう。

溜の金属は、通気性フィラー材料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。選択的に、任意のノλリヤ手段を、通気性フィラ ー材料の表面境界を成す少な（とも１つの側面に接触させることができる。

さらに、溶融マトリックス金属の送られる供給量は自発的浸透が実質的に通気性 フィラー材料の境界（即ちバリヤ）まで進行するのに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、したがって、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（即ちマクロ複合体）であり、金属マトリックスが浸透 したセラミックス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５２１０４３ 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４３２６６１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４１６３２７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３４ ９５９０号（放棄済）の一部継続出願であり、これはさらに１９８８年１１月１ ０日出願の米国特許出願第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Ｍｔｃｈａｅｌ　Ｋ、Ａｇｈａｊａｎｉａｎ　らで、発明 の名称は”Ａ　Ｍｅｔｈｏｄｏｆ　Ｆｏｒｍｉｎｇ　Ｍｅｔａｌ　ＭｅｔａｌＭ ａｔｒｉｘ　（：ｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｂｏｄｉｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 　Ｐｒｏｄｕｃｅｄ　Ｔｈｅ　ｒｅｆｒｏｍ”（米国特許出願第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）である、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点で、フィラー材料又はプリフォームと連通ずると 、溶融金属マトリックスのフィラー材料又はプリフォームへの自発浸透を可能に 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又はプリフォームへの浸透を実施している。

Ａｇｈａｊａｎｉａｎらは自発浸透を発現する多くの浸透促進剤及び／又は浸透 促進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気の系を開示している。具体的には、Ａｇｈａ ｊａｎｉａｎ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、アルミニウム／亜鉛／酸素系、アルミニウム／カルシウム／ 窒素系で観察される自発浸透現象を開示している。しかしながら、Ａｇｈａｊａ ａｉａｎらの出願に含まれる開示から、自発浸透現象はその他の浸透促進剤及び ／又は浸透促進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気の系でも起きることは明白である 。

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開示事項はこの明細書でも特に参照して含まれるものである 。

又ユ■！１ 慣用の金属マトリックス複合材の形成プロセスに使用する改良されたフィラー材 料は、フィラー又はプリフォームの通気性材料に溶融マトリックス金属を自発的 に浸透させて製造される。具体的には、浸透促進剤及び／又は浸透促進前駆体及 び／又は浸透雰囲気が少なくともプロセスの成る段階でフィラー又はプリフォー ムと連通して、溶融マトリックス金属を自発的にフィラー又はプリフォームに浸 透することを可能にする。供給されるマトリックス金属の量は、実質的に全ての フィラー材料を望ましい厚さに被覆するだけで充分である。被覆されたフィラー 材料はあらゆる望ましい金属マトリックス複合体の形成プロセスに使用するため にその後粉砕される。

第１の好ましい態様として、浸透促進剤の前駆体はフィラー材料又はプリフォー 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１種に供給さ れる。供給された浸透促進剤前駆体はフィラー材料又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種と反応してフィラー材 料又はプリフォームの少な（とも１部の内又は上に浸透促進材を生成する。最終 的に、少なくとも自発的浸透の間に、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と接触すべきである。

本発明のもう１つの好ましい１！様として、浸透促進剤前駆体を供給するのでは なく、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 とも一種に直接浸透促進剤を供給することができる。最終的に、少なくとも自発 的浸透の間に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１部と接 触すべきである。

本出願は、金属マトリックス複合体の形成プロセスに使用するためにフィラー材 料を形成する間のある段階で浸透雰囲気の存在下で、浸透促進前駆体と接触する いろいろなマトリックス金属の例について述べる。即ち、自発浸透性を示す特定 のマトリックス金属／浸透促進剤前駆体／浸透雰囲気の系に対しているいろ参照 される。しかしながら、本出願で議論する以外の多く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こで議論する系と同様な挙動を示すことが想 像できる。具体的には、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／窒素系で自発浸透現象が見い出されている。従って、本出願では上記の 系（アルミニウム／マグネシウム／窒素系について特に重点を置いている）につ いて説明するが、他のマトリックス金属／浸透促進剤前駆体／浸透雰囲気の系も 同様な挙動をすることができると理解されるべきである。

フィラー材料又はプリフォームの通気性材料へ自発的浸透が達成される好ましい 態様においては、溶融金属マトリックスの望ましい量がプリフォーム又はフィラ ー材料と接触する。プリフォーム又はフィラー材料は浸透促進剤前駆体と混合さ れているか、及び／又はプロセスの成る段階で浸透促進剤前駆体に暴露される。

また、好ましいＭ様において、溶融マトリックス金属及び／又はプリフォーム又 はフィラー材料はプロセスの少なくとも一部の間に浸透雰囲気と連通ずる。もう １つの好ましい態様において、マトリックス金属及び／又はプリフォーム又はフ ィラー材料は実質的に全プロセスの間に浸透雰囲気と連通ずる。プリフォーム又 はフィラー材は溶融金属により自発的に浸透され、自発浸透及び金属マトリック ス複合材料の形成の範囲又は速度は、含まれるプロセス条件の与えられた組み合 わせにより変化し、例えば系（例えば溶融マトリックス合金中及び／又はフィラ ー材料若しくはプリフォーム中及び／又は浸透雰囲気中）、に供給された浸透促 進剤前駆体の濃度、フィラー材料の大きさ及び／又は組成、プリフォーム中の粒 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に浸透するに利用可 能な多孔度、浸透が生じるための許容時間、及び／又は浸透が生じるときの温度 などである。

また、マトリックス金属の組成及び／又は供給されるマトリックス金属の置及び ／又はプロセス条件を変化させることによって、フィラー材料又はプリフォーム の上に形成される皮膜の量及び組成を制御することができる。このようにして、 フィラー材の上に形成された皮膜の化学的、物理的及び／又は機械的特性を、あ らゆる用途や要求に適合するように制御することができる。従って、例えばマト リックス金属のフィラー材料との湿潤性が不足するために普段は成るマトリック ス金属と調和しないフィラー材料を、適切な被膜をその上に配置することにより 調和させることが可能となる。例えば、アルミニウム／マグネシウム／窒素の浸 透系の場合、フィラー材料の上の被膜の組成を制御することができる。具体的に は、その自発的浸透反応はマグネシウム（浸透促進剤前駆体）が窒素（浸透雰囲 気）と反応してフィラーの上に窒化マグネシウムの被膜を形成する範囲だけ遂行 させることができる。また、窒素雰囲気と反応して窒化アルミニウムの被膜を形 成するような金属アルミニウムの被覆を自発浸透によって遂行することができる 。あるいは、浸透後に雰囲気を不活性雰囲気（例、アルゴン）に変えて、フィラ ーの上にアルミニウムの被膜を供給することもできる。また、雰囲気を浸透後に 別の反応性雰囲気（例、酸化雰囲気）に変えて、例えばフィラーの上にアルミナ 被膜を形成することもできる。さらにまた、金属マトリックス複合材料を形成す る間のプロセス条件を制御することによって、形成された金属マトリックス複合 材料の窒素含有量をいろいろな工業的用途に合致するよう調整することもできる 。

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／又は大き さく例、粒子径）及び／又は形状を制御することによって、被覆されたフィラー 材料の物理的及び／又は機械的特性を多くの工業的要求に合致するよう制御又は 設計することができる。

さらにまた、被覆されたフィラー材料の機械的及び／又は物理的性質（例、密度 、弾性率及び／又は比弾性率、強度及び／又は比強度など）をバラバラの材料（ ｌｏｏｓｅ　ｍａｓｓ）中又はプリフォーム中のフィラー材料の担持量によって 調整することができる０例えばいろいろな大きさ及び／又は形のフィラー粒子の 混合物よりなるバラバラの材料又はプリフォームを用い、そこでフィラーの密度 がマトリックス金属の密度より高いと、フィラー材料の充填率が増すため、フィ ラー担持量が多くなり、それにより密度が増した金属マトリックス複合体とする ことができる。本発明の教示を利用すれば、浸透可能なフィラー材料又はプリフ ォームの体積含有率を広い範囲で変化させることができる。一旦全てのフィラー 材料又はプリフォームを実質的に被覆するに足りる範囲でフィラー材料又はプリ フォームへの浸透が生じた後、形成された複合体を粉砕して、全ての填ましい金 属マトリックス複合材料の形成プロセスに使用されるための被覆されたフィラー 材料を形成する。

本明細書中の用語「アルミニウム」は、実質的に純粋な金属（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）、或いは鉄、ケイ素、銅、マグ ネシウム、マンガン、クロム、亜鉛、等の不純物金属及び／又は合金成分を含む 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 義の目的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。

「残部非酸化性気体（Ｂａｌａｎｃｅ　ＮＮｏｎ−０ｘｉｄｉｚｉｎ　Ｇａ５） 　４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を意味し、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。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量でマト リックス金属を酸化するのに不十分な量でなければならない。

「バユヤ」又は「、ぺｉｌＬ没」 本明細書中の用語「バリヤ」又は「バリヤ手段」は、通気性フィラー材料又はプ リフォーム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（即ち、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）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 。

さらに、適当な「バリヤ手段ノは、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、明らかに、溶融マトリックス金属と実質的に殆ど又は全く親和性を示さず、 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（ともｌ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。

ｒ　ｃａｒｃａｓｓ）　は「マトリックス　ｃａｒｃａｓｓ　ｏｆＭａｔｒｉｘ 　Ｍｅｔａｌ）　Ｊ 本明細書中の用語「残骸」又は「マトリックス金属残骸」は、マトリックス金属 複合材の形成の際に消費されずに残った環マトリックス金属のすべてを指称し、 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。この残骸も二次金属又は異金属を含量してもよい ことが理解されるべきである。

「フィラー」 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に限られた溶解性である、単一の成分又はそのよ うな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、■末、フレーク、板、微小球＜マイクロスフェア） 、ウィスカ、１１、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、繊維マット等若 しくはそれらの混合物の形状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、及び例えば溶融アルミニウム母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のようなセラミックス被覆フィラーを含 む、また、フィラーは金属を含む。

「熱トッピング（勧１」男１わｄ」 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／又はトンピング端に供給された他の材料の少なくとも１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。

ｒ’　＝　””　１ｎｆｉｌｔｒａｔｉｎ　ａｔｆｆｉｏｓｈｅｒｅ）」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（又はフィラー材料）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浸透を許容又は促進する雰囲気を意味する 。

「゛　准　１ｎｆＮｔｒａｔｉｎ　ｅｎｈａｎｃｓｒ）４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）気体種を 生成する浸透促進剤前駆体と浸透雰囲気の反応、及び／又は（２）浸透促進剤前 駆体と浸透雰囲気の反応生成物、及び／又は（３）浸透促進剤前駆体とフィラー 材料又はプリフォームの反応生成物から形成することができる。また、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１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形成され る浸透促進剤と同様に機能してもよい、最終的に、少なくとも自発浸透の間には 、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に位置すべきで ある。

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、マトリ ックス金属、プリフォーム若しくはフィラー材料、及び／又は浸透雰囲気と組み 合わせて使用すると、マトリックス金属のフィラー材料又はプリフォームへの自 発浸透を誘起し又は助ける浸透促進剤を形成する物質を意味する。」いかなる特 定の理論にも限定される意図はないが、浸透促進剤の前駆体は、浸透促進剤の浸 透雰囲気及び／又はプリフォーム若しくはフィラー材料及び／又はマトリックス 金属との相互作用を可能にする位置へ配置されるか、存在するか、輸送されるこ とが可能であることが必要であるように思われる。例えば、あるマｌ−リンラス 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 クス金属含浸溶融する温度付近又は場合によりさらにいくらか高い温度で気化さ れることが望ましい、このような気化によって、例えば、（１）浸透促進剤前駆 体と浸透雰囲気が反応して、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、（２）浸透促進剤前駆体と浸透雰囲 気が反応して、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（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。

「ヱ上ユ！！）」１１又は「マトリックス　人　」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、マトリックス金属複合材を形成す るために用いられる金属（例えば、浸透前）及び／又はマトリックス金属複合材 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、実質的に純粋なその金属、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（ｍａｊｏｒｏｒ　ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ　ｃｏ ｎｓｔｉｔｕｅｎｔ）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。

「マトリ・・クス　”Ｉ　”　の７、」又は「憬盗糸」 本明細書中の用語「マトリックス金属／浸透促進剤前駆体／浸透雰囲気の系」又 は「浸透系」は、プリフォーム又はフィラー材料中への自発浸透を示す物質の上 記組合せを指称する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、「／」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浸透を示す物質の系を指称している ことが理解されるべきである。

「　マトリックス　ム　」又はｒＭＭＣ。

本明細書中の用語［金属マトリックス複合材」又はｒＭＭＣＪは、２次元又は３ 次元的に連結した合金又はマトリックス金属中にプリフォーム又はフィラー材料 に配合（ｅｍｂｅｄ）された材料を意味する。

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 本明細書中の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）［マトリ・ンクス　六　る　・　六　」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（又はプリフォーム）及び／又は溶融マトリックス金属を収容し又は含有 することができ、かつ自発浸透機構を存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／又はフィラー材料若 しくはプリフォームと反応しない、すべ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浸透の終了後、廃棄マトリックス課は回収することが できる。

「二〇−二？二ｔ−４モ、」又は”　ｅｒｍｅａｂｌｅ）プリフォーム」本明細 書中の用語「プリフォーム」又は「通気性プリフォーム」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実質的に画定するようにフ ィラー又はフィラー材料で作成した多孔質材料で、マトリックス金属が浸透する に先立って寸法安定性であるのに充分な形状一体性及び生強度を有する多孔質材 料を意味する。この材料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一な或いは異質（ヘ テロ）のフィラーの結合体（ｂｏｎｄｅｄ　ａｒｒａｙ　ｏｒａｒｒａｎｇｅ■ ｅｎ　ｔ）からなり、いかなる適当な材料（例えば、セラミックス及び／又は金 属の粒子、粉末、繊維、ウィスカ等及びこれらの混合物）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合体としても存在することができる。

ｒ［胆封■吐ａ」 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、これが溶融され流れて、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、或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。

’　ヘ’　３　”　ｓ　ｏｎｔａｎｅｏｕｓ　ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）　Ｊ本明 細書中の用語「自発的浸透（非加４圧、浸透）」は、圧力（加圧）又は真空（外 部から適用するものも内部的に発生するものも）の適用の必要なしで起きるフィ ラー又はプリフォームの通気性材料中へのマトリックス金属の浸透を意味する。

ｚｌよ」１１１区呪 以下に示す図は本発明の理解に役立つために用意されたものであるが、本発明の 範囲を限定することを意図するものではない。それぞれの図中の！＋以の構成部 品にはできるだけ同じ参照番号を用いである。

図１は例１で金属マトリックス複合材料を形成するに用いた構造物の概念的横断 図面を示す。

図２は例１のフィラー材料を形成するにために後で粉砕された多孔質金属マトリ ックス複合体の倍率４００の顕＠鏡写真である。

日とその　ましい誼　の−　な゛ 本発明は、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 透によって、慣用の複合材料形成プロセスに使用する改良された材料の形成に関 する。具体的には、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 気が少なくともプロセスの成る段階でフィラー又はプリフォームと連通して溶融 マトリックス金属が自発的にフィラー又はプリフォームに浸透することを可能に する。供給されるマトリックス金属の量は実質的に全てのフィラー材料を望まし い厚さに被覆するだけで充分である。被覆されたフィラー材料は、その後金ての 望ましい金属マトリックス複合体の形成プロセスに使用するために粉砕される。

第１の望ましい態様として、浸透促進剤の前駆体はフィラー材又はプリフォーム 、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種に供給さ れる。供給された浸透促進剤前駆体はその後フィラー材料又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１種と反応してフィ ラー材又はプリフォームの少なくとも一部の中又は上に浸透促進剤を生成する。

最終的に、少なくとも自発的浸透の間に、浸透促進剤は少なくとも一部のフィラ ー材料又はプリフォームと接触すべきである。

本発明のもう１つの好ましいＢ様として、浸透促進剤前駆体を供給するのではな （、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１種に直接浸透促進剤を供給することができる。最終的に少なくとも自 発浸透の間に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と接 触すべきである。

本出願は、金属マトリックス複合体の形成プロセスに使用するためにフィラーを 形成する間のある段階で浸透雰囲気の存在下に浸透促進剤前駆体と接触するいろ いろなマトリックス金属の例について述べる。即ち、自己浸透性を示すいろいろ な例が各々のマトリックス金［／浸透促進剤前駆体／浸透雰囲気の系についてつ くられる。

しかし、本出願でＩＩ論する以外の多く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こで議論する系と同様な挙動を示すことも理解される。具 体的には、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 系で自発的浸透現象が見い出されている。従って、本出願は上記の系（アルミニ ウム／マグネシウム／窒素系について特に重点を置いている）について述べるが 、他のマトリックス金属／浸透促進剤前駆体／浸透雰囲気の系も同様な挙動をす ることができると理解されるべきである。

フィラー材料又はプリフォームの通気性材料に自発浸透を達成する好ましい態様 においては、望ましい量の溶融マトリックス金属がプリフォーム又はフィラー材 料と接触する。プリフォーム又はフィラー材料は浸透促進剤前駆体と混合されて いるか及び／又はプロセスの成る段階で浸透促進剤前駆体に暴露される。また、 好ましい態柵において、溶融金属マトリックス及び／又はプリフォーム又はフィ ラー材はプロセスの少なくとも１部の間に浸透雰囲気と連通ずる。

もう１つの望ましい態様において、マトリックス金属及び／又はプリフォーム又 はフィラー材料は実質的に全プロセスの間、浸透雰囲気と連通ずる。プリフォー ム又はフィラー材料は溶融マトリックス金属により自発的に浸透され、自発的浸 透と金属マトリックス複合材料の形成の範囲又は速度は、含まれるプロセス条件 の与えられた組み合わせにより変化し、例えば系に供給された浸透促進剤前駆体 の濃度（例えば溶融マトリックス合金中及び／又は、フィラー材料若しくはプリ フォーム中及び／又は浸透雰囲気中）、フィラー材料の大きさ及び／又は組成、 プリフォーム中の粒子の大きさ及び／又は組成、プリフォーム又はフィラー材に 浸透するに有効な多孔度、浸透が生じるための許容時間、及び／又は浸透が生じ るときの温度などである。

さらに、マトリックス金属の組成及び／又は供給されるマトリックス金属の量及 び／又はプロセス条件を変化させることによって、フィラー材料又はプリフォー ムの上に形成された被膜の量及び組成を制御することができる。このようにして 、フィラー材料の上に形成された被膜の化学的、物理的及び／又は機械的特性を すべての用途や要求に適合するように制御することができる。従って、例えばマ トリックス金属のフィラー材への湿潤性が乏しいために、普段は成るマトリック スマトリックス金属と調和しないフィラー材料を、適切な被膜をその上に配置す ることにより調和させることが可能となる。例えば、アルミニウム／マグネシウ ム／窒・素の浸透系の場合、フィラー材料の上の被膜の組成を制御することがで きる。具体的には、その自発的浸透反応はマグネシウム（浸透促進剤前駆体）が 窒素（浸透雰囲気）と反応してフィラーの上に窒化マグネシウムの被膜を形成す る範囲だけ遂行させることができる。また、窒素雰囲気と反応して窒化アルミニ ウムの被膜を形成するような金属アルミニウムの被覆を自発浸透によって遂行す ることができる。あるいは浸透後に雰囲気を不活性雰囲気（例、アルゴン）に変 えてフィラーの上にアルミニウムの被膜を提供することもできる。また浸透後に 雰囲気を別の反応性雰囲気（例、酸化雰囲気）に変えて、例えばフィラーの上に アルミナ被膜を形成することもできる。さらにまた、金属マトリックス複合材料 を形成する間のプロセス条件を制御することによって、形成された金属マトリッ クス複合材の窒素含有量をいろいろな工業的用途に合致するよう調整することも できる。

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／又は大きさ く例、粒子径）及び／又は形状を制御することによって、被覆されたフィラー材 料の物理的及び／又は機械的特性を多くの工業的要求に合致するよう制御又は設 計することができる。さらにまた、被覆されたフィラー材料の機械的及び／又は 物理的性質（例、密度、弾性率及び／又は比弾性率、強度及び／又は比強度など ）をバラバラの材料の形又はプリフォーム中のフィラー材料の担持量によって調 整することができる０例えばいろいろな大きさ及び／又は形のフィラー粒子より なるバラバラの材料又はプリフォームを用い、そこでフィラーの密度がマトリッ クス金属の密度よりも高いと、フィラー材の充填率が増すためフィラー担持量が 多くなり、それにより密度が増した金属マトリックス複合体となることができる ０本発明の教示するところを利用すれば、浸透可能なフィラー材料又はプリフォ ームの体積含有率を広い範囲で変化させることができる。一旦全てのフィラー材 料又はプリフォームを実質的に被覆するに足りる範囲でフィラー材料又はプリフ ォームへの浸透が生じると、形成された複合体は粉砕され、全ての望ましい金属 マトリックス複合材料の形成プロセスに使用されるための被覆されたフィラー材 料を形成する６ 図１を参照すると、自発的に浸透された金属マトリックス複合材を形成するため の簡単なレイアンプ刊が図解されている。具体的にはフィラー又はプリフォーム 上（以下に詳しく述べるような全ての適切な材料であることができる）をマトリ ックス金属及び／又はフィラー材料を囲うための非反応性容器主の中に設置する 。マトリックス金属主はフィラー又はプリフォーム上の上に又は付近に設置する 。その後、レイアップは自発浸透を起すために炉の中に設置する。

いかなる特定の理論にも限定される意図はないが、浸透促進剤前駆体がマトリッ クス金属及び／又はフィラー材料又はプリフォーム及び／又は浸透雰囲気の内の 少なくとも１種と併せて用いられた場合、浸透促進剤前駆体は反応して、溶融マ トリックス金属が自発的にフィラー材料又はプリフォームに浸透することを誘導 又は補助する浸透促進剤を形成する。また、浸透促進剤の前駆体は、浸透雰囲気 及び／又はプリフォーム若しくはフィラー材料及び／又は溶融マトリックス金属 の少なくとも一種と相互作用することが可能な位置へ配置されるか、存在するか 、輸送され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付近又は場合によりさらにいくらか高い温 度で気化されることが望ましい、このような気化によって、例えば、（１）浸透 促進剤前駆体と浸透雰囲気が反応して、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、（２）浸透促進剤前駆体 と浸透雰囲気が反応して、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。

このように例えば、少なくともプロセスの成る段階で、浸透促進剤前駆体が溶融 マトリックス金属に含まれるか混合されると、浸透促進剤は溶融マトリックス金 属から揮発しフィラー材料若しくはプリフォーム及び／又は浸透雰囲気の少な（ とも一種と反応することが可能である。その固体材料が浸透温度で安定であれば 、このような反応は固体材料を形成することができ、例えば被膜として少なくと も１部のフィラー材料又はプリフォームの上に堆積することが可能であろう、ま たその固体材料は少なくとも一部のプリフォーム又はフィラー材料の内部で識別 可能な面体として存在することができると考えられる。もしそのような固体材料 が形成されると溶融マトリックス金属は反応性（例、溶融マトリックス金属が形 成された固体材料を還元する）を存して、浸透促進剤前駆体が溶融金属マトリッ クスと結び付く（例、それに溶解又はそれと合金化）ようにすることができる、 したがって、そこで付加的浸透促進剤前駆体が利用可能であり、揮発し他の材料 （例、フィラー材料若しくはプリフォーム及び／又は浸透雰囲気）と反応しそし て再び同様な固体材料を形成することができる。浸透促進剤前駆体が浸透促進剤 に転化した後、浸透促進材の溶融マトリックス金属との還元反応で再び付加的浸 透促進剤等が形成される連続的なプロセスが、自発的に浸透された金属マトリッ クス複合材が達成されるまで生じるものと考えられる。

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浸透を遂行するため には、浸透促進剤が自発的な系に供給されるべきである。浸透促進剤は（１）金 属マトリックス中で、及び／又は（２）フィラ−材料又はプリフォーム中で、及 び／又は（３）浸透雰囲気より、及び／又は（４）外の源より自発的な系に供給 されることができる浸透促進剤前駆体より形成されることができる。また、浸透 促進剤前駆体を供給する他に、浸透促進剤は少なくとも１種のフィラー材料又は プリフォーム及び／又はマトリックス金属及び／又は浸透雰囲気へ直接供給され ることができる。最終的に、少なくとも自発的浸透の間に、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に位置すべきである。

本発明の好ましい態様において、浸透促進剤前駆体は、フィラー材料又はプリフ ォームとマトリックス金属が接触する前に又は実質的にそれに続いて、浸透促進 剤がフィラー材料又はプリフォームの少なくとも一部に形成されることができる ように、浸透雰囲気と少なくとも部分的に反応することができる（例、マグネシ ウムが浸透促進剤前駆体で窒素が浸透雰囲気の場合、浸透促進剤はプリフォーム 又はフィラー材料の少な（とも一部に位置する窒化マグネシウムであることがで きる）。

マトリックス金属／浸透促進剤前駆体／浸透雰囲気系の例は、アルミニウム／マ グネシウム／窒素系である。具体的には、アルミニウムが溶融されたときに、ア ルミニウムマトリックス金属及びフィラー材料とプロセス条件下で逆に反応しな いような適切な耐火性容器に、アルミニウムマトリックス金属は装入されること ができる。

フィラー材料又はプリフォームはその後溶融アルミニウム金属接触自発的に浸透 されることができる。

また、浸透促進剤前駆体を供給するのではなく、浸透促進剤は少なくとも１種の フィラー材料若しくはプリフォーム、及び／又は金属マトリックス、及び／又は 浸透雰囲気へ直接供給されることができる。最終的に、少なくとも自発浸透の間 に、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に存在すべき である。

本発明の方法に用いられる条件下では、アルミニウム／マグネシウム／窒素の自 発浸透系の場合、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又はプリフォームに侵入し又は通気する（ｐｅｎｅｔｒ ａｔｅ　ｏｒ　ｐｅｒｍｅａｔｅ）及び／又は溶融マトリックス金属と接触する ことを可能にするに充分な通気性であるべきである。また、通気性のフィラー材 料又はプリフォームは、溶融金属マトリックスの浸透を受け入れる（ａｃｃｏｍ ■ｏｄｅｔｅ）ことができ、それによって窒素が侵入したプリフォームに溶融マ トリックスが自発的に浸透して金属マトリックス複合体を形成し、及び／又は窒 素と浸透促進剤前駆体との反応を起してフィラー材料又はプリフォームに浸透促 進剤を形成し、それにより自発浸透を生じることができる。自発浸透と金属マト リックス複合体形成の範囲は、与えられたプロセス条件の組み合わせ、即ち、ア ルミニウム合金のマグネシウム含有量、プリフォーム又はフィラー材料のマグネ シウム含有量、プリフォーム又はフィラー材料中の窒化マグネシウムの量、付加 的な合金化元素の存在（例、シリコン、銅、マンガン、クロム、亜鉛など）、プ リフォーム又はフィラー材料を構成するフィラー材料の平均的な大きさく例、粒 子径）、フィラー材料又はプリフォームの表面の状態及び種類、浸透雰囲気の窒 素濃度、浸透の許容時間、浸透が生じる温度によって変化する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生じるために、合金重量を基準と して、少なくとも約１重量％好ましくは約３Ｍ量％のマグネシウム（浸透促進剤 前駆体として機能する）と合金化されることができる。

上記のような助剤合金元素も特定の性質を調整するためにマトリックス金属中に 含まれていてもよい、ここで、助剤合金元素はフィラー材料又はプリフォームの 自発的浸透を生じさせるためのアルミニウム金属マトリックス中に含まれるマグ ネシウムの最小限必要な量に影響を与えることもある。例えば揮発による自発的 浸透系からのマグネシウムの損失を、浸透促進剤を形成するためにマグネシウム が存在しない程に発生させるべきでない。従って、自発浸透が揮発によって不利 な影響を受けないことを保証するために、充分な量の初期の合金元素を使用する ことが望ましい、さらにまた、プリフォーム（又はフィラー材料）とマトリック ス金属の両方にあるいはプリフォーム（又はフィラー材料）だけに存在するマグ ネシウムは、自発浸透で達成するに必要なマグネシウムの量を低減させることが できる（以腎で詳細に述べる）。

浸透雰囲気中の窒素の体積％もまた金属マトリックス複合体の形成速度に影響を 及ぼす、具体的には、雰囲気中に約１０体積％以下の窒素が存在する場合、自発 的浸透は極めて遅いかあるいは殆ど生じない、雰囲気に窒素は少なくとも約５０ 体積％以上存在することが好ましいと見い出されており、それによって例えば、 浸透速度がより速くなり、浸透時間が短縮される。浸透雰囲気（例、含窒素ガス ）は直接フィラー材料若しくはプリフォーム及び／又は金属マトリフクスに、供 給されることが可能であり、あるいは材料の分解により生成されあるいは得られ てもよい。

溶融金属マトリックス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な マグネシウムの最小含有量は、プロセス温度、時間、シリコンや亜鉛のような助 剤合金元素の存在、フィラー材料の性質、自発的な系の１種又は複数種の成分中 のマグネシウムの位置、雰囲気の窒素含有量、窒素雰囲気の流れる速度などの１ 種又は複数数の変動因子に依存する０合金及び／又はプリフォームのマグネシウ ム含有量が増えると、低い温度又は短い加熱時間を浸透を得るために用いること ができる。また、与えられたマグネシウム含有量の場合、亜鉛のような特定の助 剤合金元素が低い温度条件の使用を可能にする。例えば、操作可能な範囲の下限 のマトリックス金属のマグネシウム含有量、例えば約１〜３重量％、が次の少な くとも１種：下限以上のプロセス温度、高い窒素濃度、１種又は複数種の助剤合 金元素、と関連して使用されることができる。マグネシウムがプリフォームに全 く添加されない場合、約３〜５重量％のマグネシウムを含有する合金がいろいろ なプロセス条件に対する一般的な実用性を基準とすると好ましく、低い温度と短 い時間が採用されるときは少なくとも約５％が好ましい。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は浸透に必要な温度条件を抑えるために 採用されることができる。マグネシウム含有量は助剤合金元素と併せて使用され ると減少させることができるが、これらの元素は補助的機能としてのみ有用であ り、上記に限定した最少限の量のマグネシウムと併せて使用される０例えば、１ ０％のシリコンのみで合金化された標準的な純粋アルミニウムは１０００°Ｃで ５００メシユの３９Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ（９９％炭化ケイ素、ツートン社製）の 床には実質的に浸透しない１．しかしながら、マグネシウムが存在すると、シリ コンは浸透プロセスを促進することが見い出されている。次の例として、マグネ シウムの量はもっば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、供給されたマグネシウムの全ての量の少なくとも１部がプリフォ ーム又はフィラー材料の中に配置されたときは、自発的な系に供給されたマグネ シウムの比較的少ない重量％において生じることが見い出されている。金属マト リックス複合体中の不適切な金属化合物の形成を防止するためには、比較的少な い量のマグネシウムが供給されることが望ましい、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ウム金属マトリックスと接触したときに、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んでおりかつ寞買的に純粋な 窒素雰囲気中に存在したときに金属マトリックスはプリフォームに自発的に浸透 することが見い出されている。アルミナプリフォームの場合、自発浸透を遂行す るに必要なマグネシウムの量はそれより若干多い、具体的には、アルミナプリフ ォームが類似のアルミニウムマトリックス金属と接触したときに１、炭化ケイ素 プリフォーム中にアルミニウムが浸透されたと同等の温度であって、同じ窒素雰 囲気中での存在下において、上記の炭化ケイ素プリフォームと同等の自発浸透を 遂行するためには、少なくとも約３重量％のマグネシウムが必要であることが見 い出されている。

浸透促進剤前駆体及び／又は浸透促進剤を、フィラー材料又はプリフォームの中 にマトリックスが浸透する前に、自発浸透系に、合金の表面上及び／又はプリフ ォーム若しくはフィラー材料の表面上及び／又はプリフォーム又はフィラー材料 の中に供給することが可能なことも留意される（即ち、供給される浸透促進剤又 は浸透促進剤前駆体はマトリックス金属と合金化される必要はなく、むしろ単に 自発的な系に供給されてもよい）０例えば、アルミニウム／マグネシウム／窒素 系でマグネシウムが金属マトリックスの表面に適用された場合、その表面は通気 性フィラー材料に最も近接しているかむしろ接触していることが好ましく、逆で あれば逆である。あるいはマグネシウムはプリフォーム又はフィラー材料の少な くとも一部に混入されることができよう。さらにまた、プリフォームの少なくと も１部へマグネシウムを表面適用し、合金化し又は配置する処理のいくつか組み 合わせが用いられることも可能である。浸透促進剤及び／又は浸透促進剤の適用 の組み合わせは、浸透が生じる温度を低下させることもできるし、マトリックス アルミニウム金属のプリフォームへの浸透を促進するに必要な全マグネシウム重 量％を減らすごともできる。さらにまた、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化合物の量を最小限にすることもできる。

１種又は複数種の助剤合金元素の使用や周囲の気体中の窒素温度もまた与えられ た温度でのマトリックス金属の窒化範囲に影響する。

例えば、合金の中に含まれるか表面上にある亜鉛や鉄などの助剤合金元素は、窒 化の形成を促進する高い窒素濃度が用いられても、浸透温度を下げて窒化の形成 する量を抑えるために使用されることができる。

合金中、及び／又は合金の表面に配置された、及び／又はフィラー又はプリフォ ーム材料中に混合されたマグネシウムの濃度もまた、所与の温度における浸透範 囲に影響する傾向がある。従って、マグネシウムがプリフォーム又はフィラー材 料と直接には殆どあるいは全く接触していないいくつかの場合には、合金中に少 なくとも３重量％のマグネシウムが含まれていることが好ましい。合金中の含有 量がこの値よりも少ないと、例えばマグネシウム１重量％のように、より高いプ ロセス温度あるいは浸透のための助剤合金元素を必要とする０本発明の自発的浸 透プロセスをもたらすに必要な温度は、（１）合金のマグネシウム含有量だけが 例えば少なくとも５重量％に増加したとき及び／又は（２）合金化成分がフィラ ー又はプリフォームの通気性材料に混合されたとき及び／又は（３）亜鉛や鉄の ような他元素がアルミニウム合金中に存在するときに、低下することができる。

また、温度はフィラー材料が異なると変化する。一般に、アルミニウム／マグネ シウム／窒素系では、自発的かつ進行的な浸透はプロセス温度で少なくとも約６ ７５’Ｃ１より好ましくは、少なくとも約７５０−８００℃で生じる。概して１ ２００°Ｃ以上の温度はプロセスへの利益が現われず、特に有用な温度範囲は約 ６７５°Ｃから約１０００℃であると見い出されている。一般則として、自発的 浸透温度は金属マトリックスの融点以上であって金属マトリックスの揮発温度未 満である。また、自発浸透温度はフィラー材料の融点未満であるべきである。さ らにまた、温度が上昇すると金属マトリックスと浸透雰囲気より反応生成物を形 成する傾向が増す（例、アルミニウム金属マトリックスと窒素浸透雰囲気より窒 化アルミニウムが形成される）、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対して好ましい場合と好ましくない場合がある。なお、通電 抵抗加熱が浸透温度を得るために一般に用いられるが、マトリックス金属を溶融 し、自発浸透に悪影響を及ぼさなければいかなる加熱手段も本発明に通用可能で ある。

この方法において、例えば、通気性フィラー材料又はプリフォームは少なくとも プロセスの成る段階で窒素含有ガスの存在下で溶融アルミニうムと接触する。窒 素含有ガスはフィラー材料又はプリフォーム及び／又は溶融アルミニウムマトリ ックス金属の少なくとも一種と接触するような連続的なガスの流れを保つことに よって供給されることができる。窒素含有ガスの流量は重要でないとはいえ、そ の流量はすべての窒化物の形成の結果雰囲気から消失した窒素を補い、また溶融 金属を酸化する作用を有することのできる空気の侵入を防ぐか抑制するに充分で あることが好ましい。

金属マトリックス複合材料の形成方法はいろいろなフィラー材料に適用可能であ り、フィラー材料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、最終的な複合材料製品にめられる特性などの因子によ り選定される０例えば、アルミニウムがマトリックス金属のときは、適切なフィ ラー材料は（ａ）酸化物、例、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、（ｂ）炭化 物、例、炭化ケイ素、（Ｃ）ホウ化物、例、−ニホウ化アルミニウム、ニホウ化 チタニウム及び（ｄ）窒化物、例、窒化アルミニウム及び（ｅ）これらの混合物 、を含む、仮に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 向があれば、浸透時間と温度を最小限度にするかフィラーの上に非反応性の被膜 を施すことにより適応させることができる。フィラー材料は、カーボンや他のセ ラミックス以外の材料であって、攻撃や分解を防ぐためにセラミックス被膜で被 覆された支持体であってもよい。適切なセラミックス被膜は酸化物、炭化物、ホ ウ化物及び窒化物を含む。この方法に用いる好ましいセラミックスは粒子、ベレ ット、ウィスカー及び繊維状のアルミナ及び炭化ケイ素を含む、繊維は非運１（ チョップ）繊維又はマルチフィラメントトウのような連続繊維であることができ る。また、フィラー材料又はプリフォームは均質、不均質のいずれでもよい。

特定のフィラー材料は同様な化学的組成を有するフィラー材料に比較して向上さ れた浸透性を有することが見い出されている０例えば米国特許第４７１３３６０ 号（発明の名称″Ｎｏｖｅｌ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄ　Ｍ ｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｓａｍｅ”　、１９８７年１２月１５日発 行、発明者ＭａｒｅＳ、Ｎｅｗｋｉｒｋら）に開示された方法によって作成され たアルミナ破砕品は工業用アルミナ品に比べて好ましい浸透特性を示す、さらに 、本出願人が有する米国特許出願第８１９３９７号（発明の名称“ＣＯ■ｐｏｓ ｉｔｅＣｅｒａｍｉｃ　Ａｒｔｉｃｌｅｓ　ａｒｉｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　 Ｍａｋｔｎｇ　５ａｒａｅ″、発明者門ａｒｃＳ、Ｎｅｗｋｊｒｋら）に開示さ れた方法によって作成されたアルミナ破砕品もまた工業用アルミナ品に比べて好 ましい浸透特性を示す、これら特許と特許出願の対象はここで明らかに併せて参 照される。このように、通気性セラミックス材料の浸透は、上記の米国特許及び 特許出願の方法による破砕又は粉砕品を使用することにより、低い浸透温度及び ／又は短い浸透時間で発生することができることが見い出されている。

複合材料の中で望まれる特性を出現するに必要なフィラー材料（又はプリフォー ム）の大きさ、形状、材質及び容積率は任意である。このように、浸透はフィラ ー材料の形状によって制限されないため、フィラー材料は粒子、ウィスカー、板 、繊維の形状であることができる。他に球、チューブ、耐火布帛などの形状も採 用できる。

また、それぞれの反応条件において、材料の粒子が小さいと浸透に必要な温度は 高くなるか浸透に必要な時間は長くなり、逆は逆であるが、フィラー材料の大き さは浸透を制限しない０本発明では、平均粒子径は１ミクロンがそれ以下より約 １１００クミロンまでが好適に使用可能であり、広い工業的用途には２ミクロン から約１０００ミクロンの範囲が好ましい、また浸透されるフィラー材料（又は プリフォーム）のまとまり（ｍｅｓｓ）は、通気性（即ち、溶融金属マトリック ス及び／又は浸透雰囲気を侵入可能とするよう少なくとも内部で連続した気孔を 含む）であるべきである、また、フィラー材料又はプリフォームを構成する材料 の大きさく例、粒子径）及び／又は形状及び／又は組成を制御することによって 、形成された金属マトリックス複合材料の物理的及び／又はｍ械的特性を多くの 工業的要求に適合するよう制御又は設計することができる０例えば、金属マトリ ックス複合材料の耐摩耗性を、金属マトリックスよりも高い耐摩耗性を有する所 与のフィラー材料の大きさを増す（例、フィラー材料の平均粒子径を増す）こと によって、向上させることができる。なお、強度及び／又は靭性はフィラーが小 さくなれば向上する傾向にある。また、金属マトリックス複合材料の熱膨張率は 、所与の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小さいとき、 フィラーの担持量が増加するにつれて低下する。さにまた、形成された金属マト リックス複合体の機械的及び／又は物理的特性（例、密度、熱膨張率、弾性率及 び／又は比弾性率、強度及び／又は比強度など）は、バラバラの材料又はプリフ ォーム中のフィラー材料の担持量により調整される０例えばいろいろな大きさ及 び／又は形状のフィラー粒子よりなるバラバラの材料又はプリフォームを用い、 そこでフィラーの密度がマトリックス金属の密度より高いと、フィラー材の充填 量が増すためフィラーの担持量が多くなり、それにより密度が増した金属マトリ ックス複合体となる６本発明の教示するところを利用すれば、浸透可能なフィラ ー材料又はプリフォームの体積率を広い範囲で変化させることができる。従って 上記の教示するとるこを単独で若しくは組み合わせて実施することによって、望 ましい特性の組み合わせを有する金属マトリックス複合材料が設計可能である。

セラミックスフィラーを囲むアルミニウムの浸透とマトリックスの形成にとって 、アルミニウムマトリックス金属のセラミックスフィラーに対する湿潤性は、浸 透メカニズムの重要な一部分であることが観察されている。また、溶融マトリッ クス金属のフィラーに対する湿潤性は金属マトリックス複合材料が形成される間 のフィラーの均一な分散を可能にし、フィラーのマトリックス金属に対する結合 を向上させる。また、低温プロセスにおいて、無視できるか極微量の金属窒化が 生じ、マトリックス金属中に分散した窒化アルミニウムの極微量の不連続相とな る。一方で、温度範囲の上限に近づくにつれて、金属窒化はより発生しがちであ る。このように、金属マトリックス中の窒化物権は浸透が起きるプロセス温度を 変えることにより制御できる。窒化物の形成が明瞭になる特有のプロセス温度は また、使用されたマトリックスアルミニウム金属、そのフィラー又はプリフォー ムの体積に対する量、浸透されるフィラー材料、浸透雰囲気の窒素濃度、のよう な因子により変わる０例えば、所与のプロセス温度において窒化アルミニウムが 形成する範囲は、合金のフィラーへの湿潤性が低下するにつれて、また雰囲気の 窒素濃度が増加するにつれて増加するものと判断される。

従って、得られる製品に特定の性質を付与するために、複合材料を形成する間の 金属マトリックスの構成要素を調整することが可能である。ある所与の系では窒 化物の形成を制御するためにプロセス条件が選定される。窒化アルミニウム相を 含むある複合材料製品は、製品にとって好適なあるいは性能を改良することがで きる特定の性質を示す。また、アルミニウム合金の自発的浸透の温度範囲は使用 されるセラミック材料により変る。アルミナがフィラー材料の場合、窒化物の有 意な形成によってマトリックスの延性が低下しないことが望まれるときは、浸透 温度は好ましくは約ｌ０００℃以上にすべきでない。一方、１０００”Ｃ以上の 温度は低い延性と剛性のマトリックスの複合材料の製造が望まれるときに採用で きる。炭化ケイ素がフィラー材料として採用されたときは、アルミナがフィラー として用いられた場合と比較してより少ない範囲でアルミニウム合金が窒化する ため、約１２００℃の高温が炭化ケイ素に浸透するために用いられうる。

また、金属マトリックスの構成要素は、金属マトリックス複合材料の形成の後に 、及び金属マトリックス複合体を粉体する前又は後に、改質されることができる ０例えば、形成された金属マトリックス複合材料の熱処理は金属マトリックス複 合材料の引張り強度を向上させる（引張り強度標準試験法はＡＳＴＭ−Ｄ３５５ ２−７７　（１９８７年改訂））。

例えば、金属マトリックスとして５２０．０アルミニウム合金を含む金属マトリ ックス複合材料の望ましい熱処理は、例えば約４３０℃の高温で長時間（例、１ ８〜２０時間）加熱保持することである。金属マトリックスはその後約１００℃ の沸騰水中で約２０秒間急冷できる（ｊ！ｌｌＩち、Ｔ−４熱処理）、この処理 は引張り応力に耐える複合材料の性能を調節又は向上させることができる。

また、フィラー材料の浸透を保証するため及び／又は最初のマトリックス金属源 と異なる組成の第二金属を供給するためにマトリックス金属の溜を使用すること ができる。具体的には、ある場合には、溜の中で最初のマトリックス金属源と異 なる組成のマトリックス金属を使用することが望ましい３例えば、アルミニウム 合金が最初のマトリックス金属源として使用される場合には、プロセス温度で溶 融状態である実質的にすべての他の金属又は合金が溜金属として使用できる。溶 融金属は往々にして相互に混ざり易く、溜金属と最初の金属マトリックス源とは 、混合が生じるに充分な時間が与えられてあれば混合する。このように、最初の マトリックス金属源と異なる組成の溜金属を使用することによって、マトリック ス金属の特性を種々の操作要求に適合させるよう調節することができ、従って、 金属マトリックス複合材料の特性を調節することができる。

バリヤ手段も又、本発明と組合せて使用される。具体的には、本発明に用いられ るバリヤ手段は、溶融マトリックス合金（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、移動等することを妨げ、禁止し、防止し 又は終了させる適当な手段の全てであってよい、適切なバリヤ手段は、本発明の プロセス条件下でセラミックフィラーの画定された表面境界を越える連続した浸 透あるいは全ての種類の移動を局所的に禁止し、防止し、妨げ、防止することが できると共に、一定の保形性があり、非揮発性であり、好ましくはプロセスで使 用されたガスを通気することのできる全ての材料、化合物、元素、組成物、その 他であることができる。バリヤ手段は以下に詳細に述べるように自発的な浸透の 間に又は、１今的に浸透された金属マトリックス複合材の熱形成に関連して使用 されるあらゆる型やその他治具に使用可能である。

適当なバイヤ手段は、用いられたプロセス条件下で移行する溶融マトリックス合 金に対して実質的に非湿潤性な材料を含む、このタイプのバイヤは溶融マトリッ クス合金に対して殆んど又は全く親和性を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る移動がそのバリヤ手段によって 防止又は禁止される。バリヤは金属マトリックス複合材料に要求される最終的な 機械加工や研削加工の全てを低減させる。上記の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に接触することを可能にするために通性性又は多孔性で あるべきであり、又は穴を開けることによって通気性にすべきである。

アルミニウムマトリックス合金にとって特に有用なバリヤは炭素、中でもグラフ ァイトとして知られている結晶性の高い（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅａｌｌｏｔｒ ｏｐｉｃ）炭素を含むバリヤである。グラファイトは記述したプロセス条件下で は溶融アルミニウム合金に対して基本的に非湿潤性である。特に好ましいグラフ ァイトはＵｎｊｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ社より登録商標Ｇｒａｆｏｉｌとして販売 されているグラファイト箔である。このグラファイト箔は溶融アルミニウム合金 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ことを防ぐシール性を示 す、このグラファイト箔はまた熱に耐え、化学的に不活性である。　Ｇｒａｆｏ ｉｌグラファイトは柔軟で、相溶性で（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）　、適合性で（ ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ）、弾力（ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ）的であり、あらゆるバ リヤ用途に適応するようにいろいろな形に加工することができる。ここで、グラ ファイトバリヤ手段はフィラー材料又はプリフォームの境界の周囲又は上に、ス ラリー又はペーストさらには塗膜として用いることができる。　Ｇｒａｆｏｉｌ は柔軟なグラファイトのシートであるため特に好ましい、使用に際して、この紙 状のグラファイトはフィラー材料又はプリフォームの周りを形作る。

窒素中のアルミニウム金属マトリックスに対して、他の好ましいバリヤは遷移金 属ホウ化物（例、ニホウ化チタン（ＴｉＢｚ）　）であり、これはこの材料を使 用して用いられた特定のプロセス条件下においては溶融アルミニウム金属合金対 して一般的に非湿潤性である。このタイプのバリヤでは、プロセス温度は約８７ ５℃を超えるべきでなく、これに反すると有効性が低減し、事実、温度が上昇す るとバリヤへの浸透が発生するであろう、また、バリヤ材料の粒子の大きさは自 発浸透を禁止する能力に影響を及ぼす、遷移金属ホウ化物は概して粒子状である （１〜３０ミクロン）、バリヤ材料は好ましくはプリフォームとして予備成型さ れた通気性のあるセラミック接触フィラー材料の境界に、スラリー又はペースト として適用される。

窒素中の金属アルミニウム合金マトリックスに対して他の有用なバリヤは低揮発 性の有機化合物を含み、フィラー材料又はプリフォームの外面にフィルム又は被 膜として適用される０本発明のプロセス条件である窒素中での加熱途中に、有機 化合物は分解しすす状炭素のフィルム（ｃｏｒｂｏｎ　５ｏｏｔ　ｆｉｌｍ）を 残す、ｗ権化合物は塗布、スプレー、浸漬等のような常套手段により適用される ことができる。

また、細かく粉砕された粒子状材料も、粒子状材料の浸透がフィラー材料の浸透 よりも遅い速度で進行するのであればバリヤとして機能する。

このように、バリヤ手段は画定された表面境界をバリヤ手段の層で被覆するよう なあらゆる適当な手段で適用できる。このようなバリヤ手段の層は、液、スラリ ー、ペースト状、その他のバリヤ手段を塗布、浸漬、スクリーン印刷、蒸発、そ の他により適用するか、あるいは蒸発可能なバリヤ手段のスパッター又は固体粒 状のバリヤ手段の被膜を単に堆積、又はバリヤ手段の固体状の薄いシートを画定 された表面境界の上に適用するかによって、適用することができる。バリヤ手段 が適所にあれば、自発的浸透は浸透金属マトリックスが画定された表面境界に到 達しバリヤ手段と接触したときに、実質的に停止する。

本発明の例示は、次の実施例に含まれる。この実施例は実例として考えるべきで あるが、特許請求の範囲に明示した発明の範囲を制限すると解釈すべきでない。

裏隻斑よ 次の実施例は自発的浸透技術によって多孔質体を作成する方法を説明する。

図１は多孔質金属マトリックス複合体を形成するために用いた七ッ゛ドアツブ皿 の横断面図である。詳しくは、長さ約３インチ（７６ｍ）、幅約３インチ（７６ ｍ）、高さ約２．５インチ（６４■）の銘柄ＡＴＪグラファイトボート（Ｕｎｉ ｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ社、炭素製造部、クリーブランド、オハイオ州）が箱型グ ラファイト箔■で内張すされていた０箱型グラファイト箔旦は長さ約６インチ（ １５２■）、幅約６インチ（１５２腫）、厚さ約０．０１０（０，２５ｍ５）の ＰＥＲＭＡＦＯＩＬグラファイト箔（ＴＴ　Ａｍｅｒｉｃａ。

ボートランド、オレゴン州）をグラファイトボートの内寸法に合せて切断し折り 曲げて作成した。

゛フィラー材料の混合物■は、重量で約９５％のアルミナ（３８ＡＬＵＮＤＵＭ 粒度５００．　Ｎｏｒｔｏｒ社、ウオルセスター、マサチューセッツ州）と５％ のマグネシウム粉末（−３２５メツシユ）をボールミル混合して得た（ｐｒｅｐ ａｒｅｄ）　ｅ詳しくは、フィラー材料の混合物をプラスチック容器の中で約１ 時間ボールミルにかけ、次に約１５０℃で約１時間乾燥した。

約２００　ｇの混合物肥をグラファイトボー）１０の中の箱型グラファイト箔に 投入し、表面を平坦にならした（ｌｅｖｅｌｅｄ）、約０．７５ｇのマグネシウ ム粉末（−５０メツシユ）をフィラー材料混合物Ｕの表面上に設置した。

約２０ｇの金属マトリックス■（等級アルミニウム合金５２０、標準重量組成≦ ０．２５％Ｓｔ、≦０．３０％Ｆｅ、≦０．２５％Ｃａ、≦０．５％Ｍｎ。

≦０．１５％Ｚｎ、　≦０．２５％Ｔｊ残アルミニウム）をフィラー材料混合物 置を覆うマグネシウム粉末（−５０メツシユ）の上に設置した０次にグラファイ ト箔■でグラファイトポート旦の上を覆いレイア・ノブを組み終えた。

次にレイアップを抵抗炉により加熱されるレトルトに入れ、レトルトの扉を閉め た０次に室温で約３０インチ（７６２閣）水銀柱の真空度までレトルトを排気し 、次に真空ポンプを止め、窒素雰囲気を約１５ｊ２／分の流量でレトルト室に導 入した０次に炉と内容物を約５００″Ｃまで約４００℃／Ｈの速度で加熱し、約 ５００℃で約１時間保持し、次に約４００℃／Ｈの速度で約７５０’Ｃまで加熱 した。約７５０℃で約３時間保持した後、窒素ガスの導入と炉の通電を止め、装 置を室温まで冷却した。

室温にてレイアップは分解され、多孔質金属マトリックス複合体が形成されてい ることが観られた。多孔質金属マトリックス複合体は電子顕微鏡に装着され、二 次電子モードの顕微鏡写真を撮影した。

図２は倍率約４００倍の顕微鏡写真であり、フィラー材料の粒子のアルミナフィ ラー材料間の空隙と同様な内部で結合した性質を明示している。

多孔質金属マトリックス複合材料は続いて機械的に複合材料を圧潰することによ り粉砕された。

ロゴニー「 ［コ「−７− 要約書 本発明は金属マトリックス複合体を形成するために種々の金属マトリックス複合 体を形成する工程で使用されうるフィラーの新規な形成方法に関する。具体的に は、浸透促進剤及び浸透促進側前駆体及び／又は浸透雰囲気が少なくともプロセ スの成る段階でフィラー又はプリフォームと連通して、溶融金属を自発的にフィ ラー又はプリフォームに浸透せしめる。この自発的浸透（非加圧浸透）は圧力又 は真空の通用なしで進行する。マトリックス金属の量は実質的に全てのフィラー を所望の厚さで被覆するのに十分なだけが提供される。

その後被覆せるフィラーは所望の金属マトリックス複合材製造方法に用いるため に粉砕される。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．通気性フィラー材料に溶融マトリックス金属を自発的浸透させ、次に自発的 浸透されたフィラーを粉砕することからなる金属マトリックス複合材月のフィラ ー材料を形成する方法。
2. ２．該フィラーに浸透するために供給される溶融マトリックス金属の置が該フィ ラーを完全に埋封するに充分でない請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．該フィラーが該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１項又は第２項に記載の方法。
4. ４．該溶融マトリックスが、フィラーを被覆するに足るだけの量で提供される請 求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の方法。
5. ５．自発的浸透されたフィラーの粉砕物が他の金属マトリックス複合材の形成プ ロセスのフィラーとして使用される請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項た 記載の方法。
6. ６．自発的浸透される前に該フィラーが該金属マトリックス複合材と充分に相溶 性でない請求の範囲第５項記載の方法。
7. ７．更に、該フィラーを覆うマトリックス金属層の少なくとも一部を他の材料と 反応させて、該フィラーの少なくとも一部の上に反応生成物層を形成することを 含む請求項第４項〜第６項のいずれか１項に記載の方法。
8. ８．該他の材料が、浸透雰囲気と酸化雰囲気からなる群より選択された少なくと も１種の雰囲気からなる請求の範囲第７項記載の方法。
9. ９．該マトリックス金属がアルミニウムからなり、該反応生成物層がアルミニウ ム酸化物とアルミニウム窒化物の少なくとも１種よりなる請求の範囲第８項記載 の方法。
10. １０．該マトリックス金属がアルミニウムからなり、該層がアルミニウムからな る請求の範囲第４項記載の方法。
11. １１．該他の金属マトリックス複合材形成プロセスが、加圧注型及び該被覆され たフィラーの溶蝕金属中ヘの機械的な混合からなる群より選択された少なくとも １種のプロセスからなる請求の範囲第５項記載の方法。
12. １２．実質的に非反応性のフィラー材料を提供し、該フィラーを完全に埋封する に不充分な量のマトリックス金属を提供し、浸透促進剤前駆体及び浸透促進剤の 少なくとも１種よりなる材料を該フィラー及び該マトリックス金属の少なくとも １種に提供し、該マトリックス金属を溶融し、該フィラーが該マトリックス金属 によって被覆されるだけの程度に該フィラーに自発的浸透させて多孔質の金属マ トリックス複合体を形成し、その自発浸透されたフィラーを粉砕することからな る金属マトリックス複合材形成プロセス用フィラーの製造方法。
13. １３．該マグネシウム金属がアルミニウムからなり、該浸透促進剤前駆体がマト リックスからなる請求の範囲第１２項記載の方法。
14. １４．浸透雰囲気が、浸透期間の少なくとも一部の間に、フィラー及びマトリッ クス金属の少なくとも１種と連通する請求の範囲第１３項記載の方法。
15. １５．該浸透雰囲気が窒素よりなる請求の範囲第１４項記載の方法。
16. １６．請求の範囲第１〜１５項のいずれかの方法に従って製造されたフィラー。
17. １７．マトリックス金属で少なくとも部分的に被覆されたセラミックス粒子より なる金属マトリックス複合材形成プロセスに用いるフイラー。
18. １８．該マトリックス金属の少なくとも一部が反応生成物に転化された請求の範 囲第１７項記載のフィラー。
19. １９．該マトりックス金属がアルミニウムよりなる請求の範囲第１７項記載のフ ィラー。
20. ２０．該マトリックス金属がアルミニウムよりなり、該反応生成物がアルミニウ ム酸化物とアルミニウム窒化物からなる群より選択された少なくとも１種の金属 からなる請求の範囲第１８項記載のフィラー。多孔質金属マトリックス複合材料 は続いて機械的に複合材料を圧■することにより粉砕された。