JPH08510171A

JPH08510171A - 圧力溶浸鋳造方法及び圧力溶浸鋳造装置

Info

Publication number: JPH08510171A
Application number: JP6525628A
Authority: JP
Inventors: コーニー，ジェイムズ・エイ
Original assignee: マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー
Priority date: 1993-05-10
Filing date: 1994-05-09
Publication date: 1996-10-29
Anticipated expiration: 2015-06-12
Also published as: EP0706431B1; CA2162603A1; US5553658A; WO1994026445A1; ATE189985T1; DE69423215T2; US5322109A; EP0706431A4; EP0706431A1; US5983973A; US6318442B1; JP3051177B2; DE69423215D1

Abstract

(57)【要約】鋳型キャビティ２０及び浸透物チャージ１４の予備加熱、排気ステップが、鋳型キャビティ２０が浸透物で満たされる圧力容器とは別の容器内で実行され、これに大きな最終物品のスループットが達成される圧力溶浸鋳造方法が提供される。圧力溶浸鋳造装置も同様に提供される。

Description

【発明の詳細な説明】圧力溶浸鋳造方法及び圧力溶浸鋳造装置発明の背景１．発明の分野この発明は、圧力溶浸鋳造法及び圧力溶浸鋳造装置に関する。２．従来技術の説明クックによる米国特許5,111,870号、5,111,871号に記載されているような現在使用されている圧力溶浸処理では、また、クック等による1991年発行のマテリアルサイセンスエンジニアリング、A144、189〜206ページに掲載された「メタルマトリクス複合材の圧力溶浸鋳造」等の圧力溶浸鋳造（pressure infiltration ca sting）の現状から概ね判断すると、荒成型品（preform）を含む冷間鋳型（cold mold）が圧力容器と真空炉の機能を兼ね備えたものとして作用する加工機械に装填される。金属であり得る一固体浸透物チャージは、荒成型品の上部に据え置かれ、フィルターによって荒成型品から分離される。そのフィルターは、十分に低い透過性（permeability）を有し、荒成型品内への早期の浸透物の侵入を防止するためにその液体浸透物で濡れ難く、浸透物に不純物が入るのを防ぐために浸透物に対して化学的不活性であるという特徴を有している。フィルターはまた、浸透物チャージの温度及び荒成型品の温度が独立して制御されるように断熱材として機能する。次に、荒成型品は加熱され、固体浸透物チャージは圧力容器／真空炉内において真空下で溶融される。浸透物は真空内で溶融し且つ鋳型はガス透過性ではないので、鋳型キャビティ内に含まれる荒成型品内で真空は絶縁されている。そして、圧力容器／真空炉は加圧され、加圧された鋳型外部と鋳型内部内に含まれる荒成型品内で絶縁された真空との間に圧力勾配が生じる。この圧力差によって溶浸処理が起こる。溶浸が終了すると、処理の最後の段階で、溶浸された荒成型品の凝固が行る。溶浸された荒成型品の凝固は、方向性のある凝固をもたらすのに適した温度勾配を与えることにより、圧力容器／真空炉内で実行される。クライアー等によるマテリアルサイエンス、26（1991年）の2519〜2526ページに記載された「圧力溶融による鋳造粒子補強金属（cast particle-reinforced metals）の製造」に開示されたような、溶浸された荒成型品の冷領域（chill zone）への下降、又はその代わりに、クックによる米国特許5,111,870号，5,111,871号に開示されたような、荒成型品に接触させるために冷却された冷装置を上昇させるといった、圧力溶浸処理において方向性のある凝固を得るための様々な方法が現状技術において公知である。圧力溶浸処理の方向性凝固の間に、溶浸された荒成型品の熱い領域にある液体浸透物は最後に凝固し、溶浸された荒成型品の残りが凝固するに際に、スプルー及び多くの小孔をもたらす貯蔵庫として働く。従来の圧力溶浸処理のこれらの３つのステップ、荒成型品及び浸透物チャージの加熱及び排気と、荒成型品への溶浸と、溶浸された荒成型品の凝固との３つのステップの実行には、それぞれ異なった時間がかかる。荒成型品及び浸透物チャージの加熱及び排気のステップは最も長い時間を要し、溶浸された荒成型品の凝固は荒成型品及び浸透物チャージの加熱及び排気よりも短い時間ですみ、荒成型品の圧力溶浸は最も短い時間でよい。例えば、従来の圧力溶浸方法を使用した場合に典型的に見られる、２インチｘ４インチｘ８インチの鋳型キャビティと、60 0グラムのアルミニウム浸透物と、炭化ケイ素粒状荒成型品とを用いると、荒成型品を予め加熱し、アルミニウム浸透物充填を真空下で溶融するのに約２〜約３時間の範囲の時間を要し、加熱された荒成型品に溶融したアルミニウム浸透物を浸透させるのに約１分未満の時間が必要であり、鋳型の温度をアルミニウム浸透物固相温度より低い温度に冷却するのに約６分未満の時間を要する。鋳型が圧力容器／真空炉から取り出されると、圧力容器／真空炉はこの３つのステップの圧力溶浸処理を再度実行するのに使用される。従来の圧力溶浸処理は非常に効果的で、制御可能な処理ではあるが、最終的に得られる圧力溶浸物品のスループットは、圧力溶浸処理の最も遅いステップ、即ち、荒成型品を加熱し浸透物チャージを溶融するステップによって生来限定されるものであり、上記の例で示したように、その時間は、他の２つのステップ、荒成型品への溶浸と溶浸された荒成型品の凝固を合わせたたかだか16分の全時間と比較すると、３時間と長いものである。圧力容器／真空炉の圧力溶浸性能は、圧力溶浸処理のその最も時間が短い２つのステップの間、必要なだけではあるが、この加工機械は、圧力溶浸処理のステップが要するほとんどの時間の間、常に使用されている。何故ならば、それは、荒成型品及び浸透物の加熱及び排気にも使用されるからである。従って、既存の圧力溶浸方法によれば、荒成型品及び浸透物の加熱及び排気は、圧力溶浸と同様に、同一の圧力容器／真空炉成形装置で順次実行されるので、実際に加工機械の圧力容器機能が圧力溶浸及び凝固ステップの迅速な実行に単に必要な場合に、荒成型品及び浸透物の加熱及び排気のために、圧力溶浸鋳造処理の全ての３つのステップを行う多重目的の加工機械を占有してしまう。これらの既存の圧力溶浸処理は、その最も遅いステップ、荒成型品及び浸透物の加熱によって限定されてしまう。従って、最終物品のスループットが溶浸鋳型キャビティの凝固速度によってのみ限定され、鋳型キャビティ及び浸透物の加熱、排気のステップが、鋳型キャビティ溶浸及び溶浸鋳型キャビティの凝固ステップとは別に他の装置内で実行される、迅速で経済的な圧力溶浸処理が必要である。発明の要約この発明は、処理時間及び最終物品スループットの基本的な限界、即ち、充満した鋳型／溶浸された荒成型品の凝固速度で動作する迅速且つ経済的な圧力溶浸処理を提供する。かかる大きなスループットは、鋳型キャビティへの充填及び充満した鋳型キャビティの凝固が実行される圧力容器とは別の炉及び／又は真空炉内において、荒成型品を含み得る鋳型キャビティ及び浸透物を加熱、排気することによって達成される。この発明の一態様では、荒成型品を含み得る鋳型キャビティ及び浸透物チャージを設けるステップ（１）と、予め加熱された鋳型キャビティと溶融した浸透物チャージとを形成するために、鋳型キャビティ及び浸透物チャージを加熱容器内で予め加熱するステップ（２）と、予め加熱された鋳型キャビティ及び溶融した浸透物チャージを圧力容器へと移送するステップ（３）と、溶融した浸透物チャージが予め加熱した鋳型キャビティを満たし且つ鋳型キャビティの精細な形状へと溶融した浸透物チャージを誘導して充満した鋳型キャビティを生成するように圧力容器を加圧するステップ（４）と、溶融した浸透物が凝固し、最終物品を形成するように充満した鋳型キャビティを冷却するステップ（５）とを含む圧力溶浸鋳造方法が提供される。この発明の他の態様では、予め加熱された鋳型キャビティ及び溶融した浸透物チャージを得るべく荒成型品を含み得る鋳型キャビティ及び浸透物チャージを加熱する第１の加熱容器（１）と、鋳型キャビティに加圧下で溶融浸透物チャージを満たして充満された鋳型キャビティを得る圧力容器（２）と、鋳型キャビティ及び溶融した浸透物チャージを第１の加熱容器から圧力容器へ移送する間に保持する移送チェンバ（３）と、最終物品を得るために充満された鋳型キャビティを冷却する冷却チェンバ（４）とを備えた圧力溶浸鋳造装置が提供される。この発明は、充填鋳型キャビティ及び／又は溶浸された荒成型品の凝固速度によってのみ制限される最終物品の大きなスループットが達成されるように、圧力溶浸が行われる圧力容器とは別に設けられた加熱容器内で、荒成型品を含み得る鋳型キャビティ及び浸透物チャージが加熱、排気される圧力溶浸鋳造方法を得ることを目的とする。この発明はさらに、別々に設けられた加熱容器及び圧力容器とともに、加熱された鋳型キャビティ及び浸透物を圧力溶浸を行うために加熱容器から圧力容器へと運ぶ移送チェンバを備えた圧力溶浸鋳造装置を得ることを目的とする。従って、単一の多目的容器が多目的容器機能のいずれか１つのみの実行の間に独占されないように、鋳型キャビティ及び浸透物が別々の容器内で加熱、溶浸され、充填鋳型キャビティ及び／又は溶浸された荒成型品の凝固速度によってのみ制限される最終物品の最大スループットを得ることが可能となる。この発明の他のさらなる目的、特徴及び利点は、以下の好ましい実施例の記述によって、当業者には明らかであろう。図面の簡単な説明図１は、荒成型品及び溶融浸透物を真空炉内で加熱、排気する様子を示す概略断面図である。図２は、排気管を用いて荒成型品及び溶融浸透物を真空炉内で加熱、排気する様子を示す概略断面図である。図３は、荒成型品を含む鋳型及び溶融浸透物を加熱、排気し、加熱、排気された鋳型を圧力容器へ移送する移送コンテナを含むシステムを示す概略断面図である。図４は、荒成型品を含む鋳型及び溶融浸透物を加熱、排気し、加熱、排気された鋳型を圧力容器へ移送する移送コンテナを含むシステムを示す概略断面図である。図５は、予め加熱され、予め排気された荒成型品の圧力容器内での圧力溶浸の様子を示す概略断面図である。図６は、溶浸された荒成型品の圧力容器内での冷却の様子を示す図である。図７は、真空炉内で保持された荒成型品及び溶融浸透物を含む加熱、排気された鋳型を示す概略断面図である。図８は、真空炉から圧力炉へ移動のために用意された予め加熱され、予め排気された荒成型品及び溶融浸透物を含む鋳型を示す概略断面図である。図９は、図８の線Ａ−Ａに沿った概略図である。図１０は、予め加熱され、予め排気された荒成型品の圧力容器内での圧力溶浸の様子を示す概略断面図である。図１１は、溶浸された荒成型品の圧力容器内での冷却の様子を示す概略断面図である。図１２は、圧力容器の内部、及び鋳型容器を含む加熱容器の内部を示す概略図である。図１３は、図１２に示した鋳型容器の内部を示す概略断面図である。図１４は、図１３に示した鋳型容器の内部の一部の拡大図を示す概略断面図である。発明の詳細な説明この発明によれば、予め加熱された鋳型キャビティと溶融した浸透物チャージとを生成するように、荒成型品を含み得る鋳型キャビティ及び浸透物チャージを第１の加熱容器で予め加熱し、溶融した浸透物が最終的な成型品を形成するように冷却される充満した鋳型キャビティを生成すべく、溶融した浸透物チャージが予め加熱した鋳型キャビティ内へ浸透するように加圧された圧力容器へ、予め加熱された鋳型キャビティ及び溶融した浸透物チャージを移送する、物品を鋳造する圧力溶浸方法が提供される。この発明はまた、鋳型キャビティ及び浸透物チャージを含み加熱された鋳型キャビティ及び溶融した浸透物チャージを得るためにこれらを加熱するチェンバを含む第１の加熱容器と、加熱された鋳型キャビティ及び溶融した浸透物チャージを、これらが第１の加熱容器から取り除かれ別の圧力容器に移送される際に、収容する移送チェンバと、最終物品を得るために充満された鋳型キャビティ及び／又は溶浸された荒成型品を凝固する冷却チェンバとを備えた圧力溶浸鋳造装置を提供する。鋳型キャビティ溶浸が行われる圧力容器とは別の炉及び／又は真空炉において、選択的に荒成型品を含む鋳型キャビティと浸透物チャージとを加熱、排気することにより、この発明の方法及び装置の両方は、充満された鋳型キャビティ及び／又は溶浸された荒成型品の凝固速度によってのみ限定される圧力溶浸した物品の大きなスループットを得るものである。既に加熱済みの鋳型キャビティが溶融浸透物で満たされている間には、選択的に荒成型品を含む鋳型キャビティ及び浸透物チャージを加熱できず排気できないのは当然のことである同一の多目的容器内で圧力溶浸鋳造処理の全てのステップが順次実行される圧力溶浸鋳造方法とは異なり、この発明の方法及び装置の両方は、圧力溶浸鋳造処理のステップのそれぞれが別に実行され得る独立した容器を有している。この発明の方法及び装置は、他の既に加熱された鋳型キャビティ及び浸透物チャージが別の専用の圧力容器内で圧力溶浸される間に、鋳型キャビティ及び浸透物チャージを専用の加熱容器内で加熱する、「並行処理」をより効率的に行う。この明細書及び特許請求の範囲において使用されているように、用語「荒成型品（ないし中間加工品又は予備成形品）（preform）」とは、連続的なファイバ補強（continuous fiber reinforcement）、１次的な粒子補強相（primary part iculate reinforcement phase）、又は、連続的なファイバ補強相に、溶浸された荒成型品を形成すべく連続的に溶浸され得る２次的な粒子補強相を組み合わせたものを含む多孔性の固体のことをいう。また、以下で使用されるように、用語「溶浸（ないし浸透）（infiltration）」とは、溶融した液体の圧力下で、溶融した金属、金属合金、又は金属間化合物から成る溶融浸透物チャージを鋳型キャビティ又は加圧下の荒成型品内へ注入することをいう。この発明の方法によれば、加熱容器は開成され、荒成型品を含み得る予め加熱された鋳型キャビティ及び溶融浸透物チャージは、加熱容器から取り出され、装填の後に荒成型品を含む予め加熱された鋳型キャビティに溶融した浸透物チャージを充填し又は浸透させるための加圧の際に閉じられる開いた圧力容器へと移送される。従って、この発明の方法及び装置を使用することにより、重力を用いて成形する鋳造方法で得られるものより、優れた表面クオリティ、より良い公差、よい薄い部分、及びより複雑で精細な形状を有する未補強の鋳造物を生成することができる。また、同一の方法及び装置を用いるが、鋳型キャビティ内へ荒成型品を導入することにより、補強された鋳造品を製造することができる。荒成型品は、モノフィラメントファイバ補強材又はマルチフィラメント単線ファイバ補強材のような連続ファイバ補強材を含み得る。連続ファイバ補強材の典型的な割合は、約0.15から約0.85の間であり、より好ましくは、約0.30から約0. 65の間であり、最も好ましい場合には、約0.40から約0.60の間である。スラリースパンアルミナ（slurry-spun alumlna）、ソルーゲル誘導アルミナ（sol-gel derived alumina）、サファイア、イットリウムアルミニウムガーネット（YAG）、イットリウムーアルミナ共晶、ダイボライド（diboride）チタニウム、窒化ボロン、炭化ボロン及び炭化チタニウムモノフィラメントのようなモノフィラメントファイバ補強材はこの発明の処理に使用するのに適している。モノフィラメントファイバの径は、約50μmから約250μmの範囲にあり、より好ましくは、約75μmから約200μmの範囲にあり、最も好ましい場合には、約100μm から約150μmの範囲にある。適切なマルチフィラメント単線ファイバ補強材は、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、有機金属誘導炭化ケイ素（organometallic-derived silicon carbide）、ピッチベースト黒鉛炭素（pitch-based graphitic carbon）、有機金属誘導窒化ケイ素（organometallic-derived silicon nitride）、ポリアクリロニトリルベースト（polyacrylonitrile（PAN）-based）、有機金属誘導炭化チタニウム、又は、有機金属誘導炭化チタニウムと有機金属炭化ケイ素の混合したものを含み得る。マルチフィラメント単線の個々のファイバは、約３μmから約50μmの範囲にある個々のファイバ径を有しており、より好ましくは、約６μmから約30μmの範囲であり、最も好ましい場合には、約10μmから約20μmの範囲の径を有する。荒成型品は、ダイボライドチタニウム又は酸化アルミニウムのようなセラミック等の第１の粒子補強相、Mo、W、Cr、Nb又はTaのような高融点金属、及び、ダイボライドチタニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化ボロン、炭化ケイ素、炭化チタニウム、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化タングステン、炭化ニオブ、炭化ボロン、窒化チタニウム、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、又はダイアモンド粒子補強材のような耐熱性材料を含んでいる。荒成型品はまた、セラミック、高融点金属、又は耐熱材料であり得る第２の粒子補強相、即ち、溶融浸透物チャージと反応しないもろい材料を含んでいるハイブリッドな荒成型品であり得る。セラミックの第二の粒子補強相は、ダイボライドチタニウム及び酸化アルミニウムを含む場合がある。高融点金属の第２の粒子補強相は、Mo，W，Cr，Nb及びTaであり得る。耐熱材料の第２の粒子補強相は、ダイボライドチタニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化ボロン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化チタニウム、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化タングステン、炭化ニオブ、炭化ボロン、窒化チタニウム、窒化ジルコニウム、及び窒化ハフニウムであり得る。第２の粒子補強相は、ファイバ内部の空間の約0.50から約0.80の範囲の体積割合でハイブリッド荒成型品のファイバ内部の空間に存在し、より好ましくは、約0.50から約0.70の範囲の体積割合で存在している。この場合、連続ファイバ補強材は、約0.20から約0.80の範囲の体積割合で存在し、より好ましくは、約0.30から約0.70の範囲で、最も好ましい場合には、約0.40から約0.60の範囲の体積割合で存在している。浸透物チャージは、アルミニウム、シリコン、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、銅、鉄、錫、銀、金、プラチナ、ロジウム、シリコン、チタン、クロム、コバルト、バナジウム、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム及びそれらの合金のような金属、又は、NiAl,Ni₃Al,TiAl,FeAl,Fe₃Al,CoAl及びCO₃Alのような金属間化合物であり得る。この発明の方法は、連続的に補強された複合材料、既に述べた補強材を含む粒子補強且つハイブリッド補強された複合材を用意するために使用され得、また、反応性溶浸によってバルクの複合材を用意するために使用され得る。反応性溶浸処理において、荒成型品は溶融浸透物チャージとの反応によって燃え尽き、複合物のバルクを生成する。例えば、カーボン荒成型品に、シリコン溶融浸透物が浸透すると、炭化ケイ素のバルクを形成する。この発明の一実施例によれば、荒成型品及び溶融浸透物チャージに含まれたトラップガスが、これらの荒成型品及び溶融浸透物チャージからトラップガスを取り除くべく排気される真空加熱容器内で、荒成型品及び溶融浸透物チャージを予め加熱することによって取り除かれる。この発明の他の実施例によれば、荒成型品及び浸透物チャージが加熱される加熱容器内に、荒成型品内のファイバ表面を保護するために、酸素、周囲空気、圧縮空気、アルゴン、ヘリウム、又は窒素雰囲気等の選択されたガス雰囲気が設けられる。溶融浸透物チャージは、荒成型品内に注がれ得るように荒成型品の上に位置づけられる。荒成型品及び浸透物チャージが選択された雰囲気の加熱容器内で加熱された後に、予め加熱された荒成型品及び溶融した浸透物チャージは加熱容器から取り出され、予め加熱された荒成型品内で真空を絶縁するように荒成型品及び溶融浸透物チャージからトラップされているガスを取り除くべく、溶融浸透物チャージを溶融状態に保持するために加熱される真空容器へと移送される。図１は、加熱容器の不活性雰囲気内にある荒成型品及び浸透物チャージを予め加熱するステップを概略的示している。炉１０は、スチール、合成石英、アルミナ、若しくは他の金属、又はガス不透過のセラミックスのような材料から形成されたガス不透過である鋳型容器１２を取り囲んでいる。容器内では、溶融浸透物チャージ１４が、約15％から約85％のおおよその多孔率を有する、アルミナステープルファイバ、ファイバグラス、ムライトファイバ、カーボンファイバ、Fibe rfrax（トレードマーク）、炭化ケイ素フォーム（foam）、カーボンフォーム、アルミナフォーム、又はジルコニアフォームから成るフィルタ６によって主要な荒成型品１５から分離されている。通常、低体積率のフィルタが使用される。鋳型容器１２が排気のために真空容器内に据え置かれると、荒成型品１５内にトラップされた溶融ガスは、荒成型品１５及び鋳型キャビティ２０内で真空が隔離して保たれるように、取り除かれる。気泡１８は排気中に溶融金属内を移動し、これにより、荒成型品を含む鋳型キャビティの排気をもたらす。溶融浸透物チャージ１４が鋳型容器１２の表面２４と出会う表面２２において真空密閉が達成されるので、真空は保たれる。真空容器内で到達する典型的な真空レベルは、約10μ mHgから約１mmHgの範囲にある。荒成型品及び鋳型キャビティは、溶融浸透物チャージ内に図２に概略的に示すような荒成型品と流体的に接触する排気管を設けることによって排気され得る。図２において、排気管２６はフィルタ１６内にその先端が据え置かれるように設けられている。ファイバ製の排気管プラグ１７は、フィルタ１６を構成するのに使用され、溶融浸透物チャージが排気管２６内に侵入し且つそこから真空装置へ侵入することを防止する材料と同一又は同様な材料で作られている。排気管２６の終端２７は、図示されていない真空装置に接続されている。スチール、合成石英、アルミナ、又は溶融浸透物及び荒成型品と化学的な反応を起こさない他のガス不透過な材料でできている排気管２６は、浸透物チャージ１４が溶融され荒成型品１５が予め加熱された後に浸透物チャージ１４及び荒成型品１５が鋳型容器１２内へと装填され据え置かれた際に、荒成型品１５の上部に設けられる。排気管２６は、荒成型品１５及び溶融浸透物チャージ１４が圧力容器へと移送される前に、取り外される。この発明の他の実施例によれば、浸透物チャージ及び荒成型品は別々に加熱され、浸透物チャージは溶融浸透物を形成すべく浸透物用加熱容器内で加熱され、荒成型品は予め加熱された荒成型品を形成すべく、荒成型品を排気する真空装置を含む荒成型品用加熱容器内で加熱される。溶融浸透物チャージを荒成型品用加熱容器内へと導き、排気管を含む荒成型品内へとその溶融浸透物を注ぎ込むこと等によって、予め加熱された荒成型品と溶融した浸透物チャージとは接触する。この際、予め加熱された荒成型品及び溶融した浸透物チャージの圧力容器への移送前にその浸透物を含む荒成型品の排気が選択的に行われる。溶融浸透物チャージが加圧ステップの間に液体のままであるように、圧力容器は加熱され、予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージと熱的に接触する。この代わりに、圧力容器は周囲温度（即ち、圧力溶浸鋳造装置の外部環境温度）で維持され得、溶融浸透物チャージが加圧ステップ（４）の間に液体のままであるように、予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージが圧力容器の内部でこれから絶縁された状態であってもよい。図３及び４に概略的に示すように、絶縁され且つ加熱された移送コンテナが、溶融浸透物チャージが溶融したままで且つ予め加熱された荒成型品が冷えないように予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージを加熱容器から圧力容器へと移送するために設けられている。図３及び４は、真空加熱容器からの取り出し及び圧力容器への移送のための移送チェンバへの、予め排気、予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージの装填を概略的に示している。図３において、真空が鋳型キャビティ２０及び荒成型品１５内で隔離されて形成されるように、予め加熱された荒成型品１５は、鋳型容器１２内でフィルタ１６によって溶融浸透物チャージ１４から離隔されている。鋳型容器１２はアルミナファイバ、Saffil（トレードマーク）、Fiberfrax（トレードマーク）又はジルコニアウールのような耐熱性材料のファイバから成る絶縁キャップ３０を備え且つ炉構成要素１０間に設けられており、予め加熱された荒成型品１５を適当な高温状態に維持し、溶融浸透物チャージ１４を溶融状態に保持する。鋳型容器１２は、真空ベルジャー出口３６において真空ベルジャー３４から引っぱり出される、典型的にはスチールロッドである油圧式（又は水圧式）のエクストラクタ３２上に設けられる。鋳型容器１２は、典型的にはカルボランダム社製のFiberfra x（トレードマーク）のようなアルミナケイ酸塩（alumina-silicate）ファイバ、ＩＣＩ社製のSaffil（トレードマーク）のようなスパンーアルミナステープルファイバ（spun-alumina staple fiber）、又はジルコニアウールで作られた絶縁プレート３８によって油圧式（又は水圧式）のエクストラクタ３２から熱的に絶縁されている。油圧式（又は水圧式）のエクストラクタ３２が矢印４０の方向に下降する際に、鋳型容器１２は鋳型移送チェンバ４２内に据え置かれる。鋳型移送チェンバ４２は、典型的にはスチールのような金属から成り、おおよそ0.03 0インチの厚さの鋳型移送チェンバ外壁４３、典型的にはアルミナファイバ、Saf fil（トレードマーク）、Fiberfrax（トレードマーク）、又はジルコニアウールのような絶縁材料４５から成り、おおよそ１インチの厚さの鋳型移送チェンバ内壁４４、及びアルミナファイバ、Saffil（トレードマーク）、Fiberfrax（トレードマーク）、又はジルコニアウールのような絶縁材料から成り、おおよそ0.5 インチの厚さの鋳型移送チェンバ底板４１から成る。また、これに代わって、鋳型移送容器内壁４４は、荒成型品及び溶融浸透物チャージの温度を浸透物チャージの液相温度以上に維持するために、Fe-Cr合金、ニクロム（トレードマーク）、Ni-Cr合金材料、Kanthal（トレードマーク）、FeCrAlY合金、SiC、若しくはSu perKanthal（トレードマーク）、又はMoSi₂材料から成る図示していない電気抵抗ヒータを含んでいる。鋳型容器は、また、誘導によって加熱され得る。図４は、第１のサスペンションロッド４７、第２のサスペンションロッド４９及び第１のベールサスペンションフック５１を含む、ベール取付解放機構４６を備えた鋳型移送コンテナ４２を示す。鋳型移送コンテナ４２が真空ベルジャー３４から取り出された後に、図５に概略的に示すように、溶融浸透物チャージ及び荒成型品の温度を所望のレベルに維持する鋳型移送容器４２は、圧力容器５０内へ装填され、圧力容器５０内で圧力容器ベール取付フック５２に取り付けられる。絶縁プレート３８は、継続する処理ステップにおいて、鋳型容器１２の底部が絶縁されないように油圧式（又は水圧式の）エクストラクタ３２に取り付けられままである。圧力容器５０は、典型的には、スチール又はステンレススチールのような材料から成る。窒素、アルゴン、又はヘリウムのような加圧されたガスが、次に、図示していないガスリザーバから加圧ガス入り口５４を介して、圧力容器５０内へと導入される。その圧力は、典型的には、約３atmから約1500atmの範囲にあり、より好ましくは、約20atmから約500atmの範囲にあり、最も好ましくは、処理が経済的に実現可能であって溶融浸透物チャージ１４を荒成型品１５内へとより迅速に浸透させるのに十分な圧力である約50atmから約150atmの範囲にある。真空は元々は鋳型キャビティ２０内で隔離されて保たれていたので、鋳型チェンバ１２内の隔離された真空と加圧ガス５６を含む圧力容器５０の内部５５との間には圧力差が生じる。この圧力差は、溶融浸透物チャージ１４をフィルタ１６を通過させ非常に早い速度、約１分から数分のオーダの時間内で荒成型品１５内へと浸透させるのに十分なものである。溶融浸透物チャージ１４による荒成型品１５の浸透が、処理の経験から明らかな所望の程度で且つ当該技術者に周知の計算値に到達すると、油圧式エクストラクタ３２は、鋳型容器１２の底部に接触するように移動させられる。そして、ベール取付解放機構４６は、鋳型容器１２が冷領域５８内へ又は図示されていない冷プレート上へと降下されるように解放される。図示されていない他の実施例では、エクストラクタ３２は、鋳型容器１２と接触した際に必要な凝固勾配を与えるように水冷されている。荒成型品１５に浸透しない余分な溶融浸透物チャージ５６は、図６に示されているように荒成型品１５より上に“ホットトップ”５７を形成する。凝固による金属収縮が“ホットトップ”５７内の溶融金属だまりから連続的に補充されるように、“ホットトップ”５７は適当な温度勾配を保証する。このように供給される金属収縮によって、荒成型品キャビティ内の収縮性多孔（shrinkage porosity ）が防げる。収縮性多孔が除去されるように、凝固勾配が選択され維持される。第２のサスペンションロッド４９がベールの第２のサスペンションフック３９において第１のサスペンションロッド４７との係合から解放されるようにエクストラクタ機構３２が矢印６０の方向に下降するにつれて鋳型容器１２は冷領域５８へと下降する際の溶浸された荒成型品１５の方向性凝固をもたらすのに必要な熱的勾配が、“ホットトップ”５７の存在により得られる。冷領域５８は鋳型容器１２と熱的に接触する、流体力学的に冷却された金属プレートから構成されていおり、溶浸された荒成型品の方向性凝固が起こる圧力容器５０の一セクションである。溶浸された荒成型品の凝固の間の圧力容器内で維持される典型的な圧力は、約50atmから約125atmの範囲にある。溶浸された荒成型品１５の方向性凝固を達成するために使用される温度勾配は、アルミニウム合金では、約550℃から約650℃の範囲にある。これに代わって、冷領域５８は、冷温度を制御するために、且つ、凝固される材料の以下の特性、即ち、荒成型品１５内のファイバ間の間隔、浸透物の固相温度、浸透物の液相温度を考慮することによって決定される溶融荒成型品１５内の選択された凝固速度を達成するために調節されるヒータを有している。また、凝固は、圧力容器とは別に設けられ、既に述べた冷領域の如何なる構成部品又は全ての構成部品を含む冷容器内でも実行され得る。凝固はまた、溶融荒成型品の周囲にガスを流すことによっても達成される。このガスには、ガス圧力が溶浸を起こすのに十分なレベルにあり、荒成型品内へと浸透物を導くのに使用されるものと同じガスが使用され得る。この発明の圧力溶浸鋳造装置は、予め加熱された荒成型品及び溶融した浸透物チャージを得るべく荒成型品及び浸透物チャージを加熱する独立した加熱容器と、溶浸された荒成型品を得るべく荒成型品に溶融した浸透物チャージを浸透させる独立した圧力容器と、加熱容器から圧力容器への移送の間に予め加熱された荒成型品及び溶融した浸透物チャージを保持する移送チェンバと、最終物品を形成するために溶浸された荒成型品を冷却する冷却器とを備えている。この装置のより好ましい実施例では、加熱容器は、加熱容器を排気し、荒成型品及び浸透物チャージからトラップされているガスを取り除く真空装置を備えている。より好ましい実施例では、加熱容器は、浸透物チャージが銅又はスチールの場合には、アルゴン、窒素、若しくはヘリウム、又は還元ガスのような不活性ガス、又は周囲大気（空気）である選択された雰囲気を含む。この実施例では、予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物内にトラップされた如何なるガスも取り除くべく予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージを排気する真空容器が設けられている。真空容器は、ヒータを含み、予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物を含む鋳型容器と熱的に接触し得る。これに代わって、真空容器は加熱されず、予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージを含む鋳型容器から絶縁されていてもよい。真空容器は、荒成型品と流体的に接触するように荒成型品の表面近傍に挿入された排気管を有している。耐熱性のファイバ材料製のプラグが、荒成型品の排気中に真空装置内へと溶融浸透物チャージが吸引されることを防止するために、排気管に挿入されている。排気管は予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージ内からトラップされたガスを取り除くために真空装置に接続されている。排気管は、以下のものに限定されるものではないが、スチールか、アルミナ、ムライト、若しくはジルコニアのようなセラミックか、合成石英又はガラスのような材料から成る。予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージの排気を行うには、約１μmHgから約１mmHgの範囲の真空で通常は十分である。選択的には、浸透物チャージは加熱容器内のコンテナ内に保持され、溶融浸透物チャージは予め加熱された荒成型品内へとコンテナから注ぎ込まれる。他の実施例において、荒成型品用加熱容器と浸透物用加熱容器とが別々に設けられており、荒成型品用加熱容器はさらに荒成型品を排気する真空装置を備えている。圧力容器は、予め加熱された荒成型品を加熱し、溶融浸透物チャージを液体状態で保持する加熱装置を備えている。圧力容器は、これに代わって、周囲温度で維持され、圧力容器を予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージから絶縁する絶縁物を備えていてもよい。圧力容器は、溶浸のために加圧ガスを導入するためのガス入り口を備えており、また、約１atmから約1500atmの範囲の、より好ましくは、約20atmから約500atmの範囲の、最も好ましくは、約50atmから約150a tmの範囲のガス圧力に耐えるスチールのような材料から成る。未補強鋳造（unre inforced castings）の溶浸のためには、また、精細な形状を含む複雑な鋳型に浸透材を充填するためには、おおよそ１atmから約５atmの圧力で十分である。移送チェンバは、加熱容器から圧力容器へ予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物を移送するために設けられており、移送チェンバは、予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージが加熱容器から圧力容器への移送の間に冷却してしまうことを防止する絶縁物を備えているか、または、予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージを所望の温度に維持する電気抵抗ヒータを備えている。移送チェンバは、図６に示すように、鋳型容器を含む鋳型容器保持チェンバと、加熱容器サスペンション部材と、圧力容器サスペンション部材と、脱着可能に鋳型容器保持チェンバを加熱容器サスペンション部材及び圧力容器サスペンション部材からつり下げ、鋳型容器チェンバに接続された第１のサスペンションロッドと、脱着可能に鋳型容器を第１のサスペンション部材からつり下げ、鋳型容器に接続された第２のサスペンションロッドとを有するベール移送チェンバとして構成される。これに代わって、移送チェンバは、図７に示すような、共通移送ヘッド移送チェンバ（common transfer head transfer chamber）であってもよい。共通移送ヘッド鋳型移送チェンバは、図７から１０に概略的に示されているように、予め加熱され、予め排気された荒成型品及び溶融浸透物チャージを加熱又は真空容器から圧力溶浸容器へと移送するために使用され、予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージを所望の温度に維持するために絶縁されるか、または、ヒータを含んでいる。図７は、サーモカップル及び圧力ゲージを含む機器を収容し金属又は絶縁材料から作られている移動キャップ７１から共通移送ヘッドサスペンションチェンバ７２によって吊り下げられた鋳型容器１２を含む真空加熱容器７０を示している。共通移送ヘッドサスペンションチェンバ７２は、加熱及び／又は排気の間に鋳型容器１２を保持する支持部材６１を備え、これらの支持部材は、共通移送ヘッド鋳型移送チェンバ７６が鋳型容器１２を移送チェンバ７６内へと摺動させるように持ち上げられる際に邪魔にならないように回転されるロッド又は棒でできている。鋳型容器１２はフィルタ１６によって浸透物チャージ１４から分離されている荒成型品１５を含んでおり、絶縁キャップ３０によって蓋をされている。共通移送ヘッドサスペンションチェンバ７２は、荒成型品１５を予め加熱し且つ浸透物チャージ１４を溶融浸透物チャージとなるように溶融する多領域の炉要素１０によって囲まれた空間内で鋳型容器１２及びその内容物とを保持している。真空加熱容器７０が排気されると、荒成型品１５は排気され、真空が鋳型容器キャビティ２０内で離隔して保持される。真空加熱容器７０は、また、共通移送ヘッド鋳型移送チェンバ７６を予め加熱する予備加熱用炉要素７４を備えている。共通移送ヘッド鋳型移送チェンバ７６は、典型的には約660℃から約750℃の範囲の鋳造処理温度に耐えられるスチール又はステンレススチール等の材料でできた共通移送ヘッド鋳型移送チェンバ外壁７８と、予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージを浸透物チャージの液相温度以上の温度に維持するのに十分な絶縁性能を有し、約0.50インチから約２インチの範囲の厚さを有する、アルミナファイバ、Fiberfrax（トレードマーク）、Saffil（トレードマーク）、又はジルコニアウール等の絶縁材料で構成された共通移送ヘッド鋳型移送チェンバ内壁８０とを有している。チェンバ内壁８０はまた、予め加熱された荒成型品１５及び溶融浸透物チャージ１４を所望の温度に維持するためのヒータを備えていてもよい。共通移送ヘッド鋳型移送チェンバベースプレート８２は、典型的には、スチール又はステンレススチール等の材料から構成されており、油圧式（又は水圧式）共通移送ヘッド鋳型移送ロッド８４上に設けられている。移送チェンバベースプレート８２は、移送ロッド８４上に、当業者には公知の方法で、取り外し可能なように取り付けられる。また、移送チェンバベースプレート８２は、これを移送ロッドの頂上部８３に取り付ける際に、移送ロッド上部８３の対応する穴へ挿入され、当該移送チェンバベースプレート８２の底部から突き出ている１つ以上のピンを含んでいる。移送チェンバベースプレート８２が移送ロッド上部８３に取り付けられると、移送ロッド８４は、共通移送ヘッド鋳型移送チェンバ７６を図８に示す矢印８６の方向に持ち上げるのに用いられ、共通移送ヘッド鋳型移送チェンバ７６は差込機構を用いて共通移送ヘッドサスペンションチェンバ７２と係合する。その差込機構によれば、移送ロッド８４が矢印８７の方向に６０度適当な回転をすると、外部の差込機構スロット７３が移送チェンバベースプレート８２上のそれとかみ合う支持タブと係合する。図９は図８の線Ａ−Ａに沿った差込機構９１の図を示す。図９には、移送チェンバベースプレート８２に加工された支持タブ８５が外側の差込機構の取付スロット７３の位置からはずれるように回転される際の、係合位置にある差込機構９１が示されている。差込機構９１が図９に示されているような係合状態にある場合、移送チェンバベースプレート８２は、共通移送ヘッドサスペンションチェンバ７２と接続される。移送ロッド８４は６０度回転されると、スロット７３及びタブ８５は整列し、これによって共通移送ヘッドサスペンションチェンバ７２から移送チェンバベースプレート８２を取り外す。鋳型移送チェンバ７６は、予め加熱された荒成型品１５が圧力を加えることにより溶融浸透物チャージ１４で浸透されるまで、予め加熱された荒成型品１５及び溶融浸透物チャージ１４を所望の温度に維持する。油圧式（又は水圧式）共通移送ヘッド鋳型移送チェンバロッド８４を使用すると、共通移送ヘッドサスペンションチェンバ７２及び鋳型容器１２を囲む共通移送ヘッド鋳型移送チェンバ７６は、図１０に示すように、圧力容器９０へと移動され、そこで、共通移送ヘッド鋳型移送チェンバ７６は共通移送ヘッドサスペンションチェンバ７２と係合し、この際に、移送ロッド８４は共通移送ヘッド鋳型移送チェンバベースプレート８２から取り外し可能となる。典型的には100atmの圧力の窒素のような加圧ガスが、図示されていない加圧ガスリザーバから加圧ガス入口９２を介して圧力容器９０内へ導入されると、加圧容器９０内の圧力と鋳型キャビティ２０内の圧力との間に圧力差が生じる。この際、鋳型キャビティ内では、溶融浸透物チャージ１４を予め加熱した荒成型品１５に浸透させる結果をもたらす真空加熱チェンバ７０内の鋳型容器１２の排気によって、真空が既に隔離されて保持されている。金属チャージの量は、荒成型品１５及び鋳型キャビティ２０が完全に浸透された後に適当な量の溶融チャージがホットトップ９４のままであるように、計算される。溶融浸透物チャージの液相温度に近い温度に加熱された荒成型品はほとんど、典型的には１分未満の間に溶浸される。溶浸が所望のレベルを超えると、“ホットトップ”９４を生成するために適当な量の残留の溶融浸透物チャージ１４を残し、再度水冷される共通移送ヘッド鋳型移送チェンバの油圧式（又は水圧式）移送ロッド８４が移送チェンバベースプレート８２と係合し、移送ロッド８４は鋳型容器１２及び溶浸された荒成型品１５と熱的に接触し、方向性凝固に適した温度勾配が得られる。これに代わって、図１１に示すように、溶浸された荒成型品１５、フィルタ１６及び“ホットトップ”９４を含む鋳型容器１２が、移送チェンバ７６を共通移送ヘッドサスペンションチェンバ７２により移送キャップ７１から吊り下げられた状態に維持するように図示していない支持部材を移動させること等によって、共通移送ヘッドサスペンションチェンバ７２から解放される。鋳型容器１２は、次に、矢印９６の方向に、冷領域９８の方へ引き出され、溶浸された荒成型品１５の方向性凝固が図１１に示すように起こる。冷領域９８は、銅、モリブデン、タングステン、スチールのような金属、又はグラファイトのような非金属のような高熱伝導材料から成る冷プレート１００から構成される。冷プレート１００は、選択的に、図示していない内部流体循環路を備えており、冷プレート１００を選択された温度に維持し、凝固する溶浸された荒成型品１５から凝固熱を連続的に運び去るために冷却流体が連続的に冷プレート１００を循環される。冷プレート１００は、また、冷領域９８の温度を制御し、制御され且つ選択された凝固速度を得るために使用される図示されていない冷却チェンバヒータを備えている。下部の冷ベースプレート１０２は、移送ロッドサポート１０４に取り付けられ、これと熱的に接触しており、これにより、移送ロッドサポート１０４は鋳型容器ベース１０６から熱を取り去る。下部の冷ベースプレート１０２は水冷されている。下部の冷ベースプレート１０２は単独で使用されるか、又は冷プレート１００と併用されるが、このことは凝固のための所望の温度勾配に依存する。下部の冷ベースプレート１０２は、移送ロッド８４に接続され、それと熱的に接触している。冷ベースプレート１０２は、冷ベースプレート１０２を溶浸された荒成型品まで上昇させるか又は溶浸された荒成型品を冷ベースプレート１０２上に下降させるかによって、溶浸された荒成型品へ接触させられる。また、移送ロッド８４は水冷されている。他の実施例では、凝固は、圧力容器とは別に設けられており、既に述べた冷領域９８の構成部品を備えた冷容器内で実施される。溶浸された荒成型品の凝固は、また、圧力容器の外にある冷プレート上で溶浸された荒成型品を冷却することによって行われる。他の好ましい実施例では、図１２に概略的に示すように、真空であるか又は制御された雰囲気の炉である加熱容器１１０及びこれとは別の圧力容器１１２が水平に配置されており、これらはレール移送システム１１４によって互いに接続されている。レール移送システム１１４は、鋳型容器１１６を連続的な方法で加熱容器１１０から圧力容器１１２へと移動させ、圧力溶浸処理において鋳型容器及び荒成型品の連続的で高ボリュームな周期的な処理を容易なものとする。鋳型容器１１６は、鋳型、荒成型品、及び溶融浸透物チャージを収容しており、鋳型及び荒成型品を加熱容器１１０から圧力容器１１２へ移送する移送チェンバとして働き、シュー１１５上をレース移送システム１１４伝いに移動する。鋳型容器１１６は、選択的に排気のために１つ以上の図示していない排気管を使用して、加熱容器１１０内で予め加熱され且つ予め排気される。排気が終了すると、排気管は取り外され、鋳型容器１１６は、レール移送システム１１４を使用して、加熱容器１１０から圧力容器１１２へと移送される。鋳型容器１１６が圧力容器１１２へ導入されると、加圧ガスが圧力容器１１２内に導入され、図１３の鋳型容器１１６の内部を示す概略図に示されているような鋳型容器１１６内に含まれた溶融浸透物１１８が、同様に鋳型容器１１６内に含まれ図１２に示す荒成型品１１９へと浸透する。溶浸が終了した後、鋳型容器１１６は水循環装置１２８によって水冷される冷ブロック１２６と接触される。冷ブロック１２６は鋳型容器の一全側部と接触するので、熱移動は効率的に行われる。鋳型容器１１６は、溶浸された荒成型品を凝固させる数種の方法で圧力容器１１２内に設けられた冷ブロック１２６に接触させられる。加熱容器１１０からの下り坂を設け、鋳型容器１１６をレース移送システム１１４から外して冷ブロック１２６上へと押し出すことによって、鋳型容器１１６はレース移送システム１１４から外れて冷ブロック１２６上へと摺動される。また、冷ブロック１２６が持ち上げられ、これによって鋳型容器１１６をレールシステム１１４から外して上昇させ、冷ブロックを鋳型容器１１６と接触させることも可能である。これに代わって、鋳型容器１１６を溶浸処理の開始から冷ブロック１２６と接触させ、冷ブロック１２６と熱的に接触している間に溶融浸透物チャージで浸透されてもよい。図１３は、加熱及び排気ステップの間の鋳型容器１１６の内部を示す概略断面図であり、上部絶縁層１３１を含み、スチールから成る熱伝導性の鋳型容器内部壁１３６，１３７及び１３８を囲む絶縁された鋳型容器外壁１３０，１３２及び１３４を示している。鋳型容器は１１６は、その壁が熱伝導性であり、ガス不透過性であるように構成されている。ファイバ層１４０が容器内部壁１３７と鋳型１２０との間に設けられており、これはフィルタ１４２と同一のファイバ絶縁材料から成る。加熱容器１１０での加熱の間であって圧力容器１１２での溶浸の前に、ファイバ層１４０は絶縁物として作用する。溶浸の間、ファイバ層１４０も溶融浸透物１１８で浸透され、それ故、もし溶融浸透物１１８が金属又は他の熱伝導性材料であるならば、ファイバ層１４０は熱伝導性となる。溶浸されると、ファイバ層１４０は鋳型１２０と冷ブロック１２６との間での熱移動を容易なものとする。図１４は、図１３に概略的に示された鋳型容器の内部の一部の拡大概略断面図であり、加えて、スプルー１５４から荒成型品ゲート１５２を介して溶融浸透物が供給される鋳型１２０内に含まれる複数の荒成型品１５０を示している。鋳型１２０及び荒成型品１５０を排気するための真空排気管１５６がフィルタ１４２内に内蔵されている。複数の真空排気管を設けてもよい。ここであえて強調するが、上記した全ての方法及び装置を用いる場合、荒成型品を除去し、その代わりに、所望の鋳造形状を有する空の鋳型キャビティを使用することによって、未補強の鋳造物を生成できる。この発明の方法及び装置をさらに例証するために、以下に具体例を示す。それら具体例で使用される装置の特別な処理条件及び設計の詳細はこの発明を例示的に示すものでありこれらに限定されるものではない。具体例１この具体例は、荒成型品中の残留ガスに起因する小孔を発生させることなく最終の複合材料成形品を製造する溶浸の前に、荒成型品がどのように予め排気されるかを示している。 1.5インチ径の合成石英鋳型容器にSiCパウダー荒成型品を装填し、これでその合成石英鋳型容器の底から４インチまで満たした。既に述べたフィルタ材料のいずれか一つのフィルタがSiCパウダー荒成型品の上部に据え置かれ、固体アルミニウムの固体浸透物チャージがそのフィルター材の上に載置された。次に、固体アルミニウムの固体浸透物チャージが溶融し溶融アルミニウムから成る溶融浸透物チャージを得るまで、既に述べた不活性ガス雰囲気のいずれか１つの不活性雰囲気中で装填された鋳型容器を加熱した。そして、SiCパウダー荒成型品をアルミニウム浸透物チャージの液相温度まで予め加熱した。溶融アルミニウムから成る溶融浸透物チャージと予め加熱されたSiCパウダー荒成型品とを含む鋳型容器は、さらに、SiCパウダー荒成型品にトラップされたガスを泡立てて溶融アルミニウムから成る溶融浸透物チャージを介して取り除くために排気された。排気は、おおよそ10分間実行された。鋳型容器の排気が終了した後、合成石英容器を含む容器を加圧し、溶融アルミニウムから成る溶融浸透物チャージを荒成型品内へと浸透させた。所望のレベルまでの溶浸が終了した後、溶浸された荒成型品を凝固させ最終鋳造品を得た。できあがった鋳造品の多孔性及び凝固の完全性について検査を行った。その結果、健全で完全に溶浸していることが明らかになり、残留ガスの小孔の存在を示す証拠は何もなく、全てのトラップされていたガスは溶浸以前に実行された排気ステップの間に完全に取り除かれたことを示すものであった。具体例２この具体例は、残留トラップガスによる小孔の存在を示す証拠は何もない最終物品を得るための圧力溶浸処理の排気ステップにおいて荒成型品を排気するのに排気管がどのように使用されるかを示すものである。まず、合成石英鋳型容器に、SiC600グリットパウダー荒成型品を装填した。0. 75インチ厚のFiberfrax（トレードマーク）材料から成るフィルタをSiCパウダー荒成型品上に載置した。そして、合成石英排気管（６mm即ち0.25インチの内径）を、荒成型品表面に最も近い端部が図２に概略的に示すごとく荒成型品表面から約0.25インチになるようにフィルタ材料内に挿入した。合成石英管の他の端部は真空に接続した。合成石英排気管は、同様にFiberfrax（トレードマーク）材料から成る0.5インチのプラグで包まれており、これによって継続する排気ステップ中に溶融浸透物チャージが管を介して真空ポンプへと吸い上げられてしまうことを防止する。そして、固体アルミニウムから成る固体浸透物チャージをフィルタより上であって合成石英排気管周囲に載置した。装填された鋳型を、次に、アルミニウムから成る固体浸透物チャージの液相温度より高い温度にまでアルゴン雰囲気中で加熱した。固体アルミニウムから成る固体融浸透物チャージが完全に溶融し、液体アルミニウムから成る溶融浸透物チャージを形成した後、バルブを用いて合成石英排気管を真空に連通させ荒成型品及び鋳型容器を排気した。約１０分間の排気管を介した荒成型品及び鋳型容器の排気の後に、排気管を手動で荒成型品及び鋳型容器から取り外した。予め加熱された荒成型品及び溶融浸透物チャージを次に800psiの窒素雰囲気にさらして加圧し、SiCパウダー荒成型品を完全に溶浸させた。そして、溶浸された荒成型品を凝固させ、最終鋳造品を得た。最終の鋳造品を調べた結果、SiCパウダー荒成型品が完全に溶浸され、残留トラップガスによる小孔の存在を示す証拠は何もないことが明らかになった。

Claims

【特許請求の範囲】１．鋳型キャビティ及び浸透物チャージを設けるステップ（１）と、前記鋳型キャビティ及び前記浸透物チャージを加熱容器内で予め加熱して予め加熱された鋳型キャビティと溶融した浸透物チャージとを形成するステップ（２）と、前記予め加熱された鋳型キャビティ及び前記溶融した浸透物チャージを前記加熱容器から圧力容器へと移送するステップ（３）と、前記圧力容器を加圧して前記溶融した浸透物チャージで前記予め加熱した鋳型キャビティを満たし充満した鋳型キャビティを生成するステップ（４）と、前記溶浸した鋳型キャビティを冷却して前記溶融した浸透物を凝固させ最終物品を形成するステップ（５）とを含む圧力溶浸鋳造方法。２．前記鋳型キャビティは、溶浸された荒成型品を形成すべく、ステップ（４）において溶浸され得る荒成型品を含む請求項１記載の圧力溶浸鋳造方法。３．前記荒成型品は、モノフィラメントファイバ補強材及びマルチフィラメント単線ファイバ補強材から成るグループから選択された連続ファイバ補強材を含む請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。４．前記ファイバ補強材は、スラリースパンアルミナ、ソルーゲル誘導アルミナ、サファイア、イットリウムアルミニウムガーネット（YAG）、イットリウムーアルミナ共晶、ダイボライドチタニウム、窒化ボロン、炭化ボロン及び炭化チタニウムモノフィラメントファイバ補強材から成るグループから選択されたモノフィラメントファイバ補強材である請求項３記載の圧力溶浸鋳造方法。５．前記マルチフィラメント単線ファイバ補強材は、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、有機金属誘導炭化ケイ素、ピッチベースト黒鉛炭素、有機金属誘導窒化ケイ素、ポリアクリロニトリル（PAN）ベースト、及び、有機金属誘導炭化チタニウムと有機金属誘導炭化ケイ素の混合したマルチフィラメント単線ファイバ補強材から成るグループから選択されたマルチフィラメント単線ファイバ補強材である請求項３記載の圧力溶浸鋳造方法。６．前記荒成型品は、第１の粒子補強相を含む請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。７．前記第１の粒子補強相は、Mo、W、Cr、Nb又はTaから成るグループから選択される高融点金属である請求項６記載の圧力溶浸鋳造方法。８．前記第１の粒子補強相は、ダイボライドチタニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化ボロン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化チタニウム、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化タングステン、炭化ニオブ、炭化ボロン、窒化チタニウム、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、及びダイアモンドから成るグループから選択される耐熱性材料である請求項６記載の圧力溶浸鋳造方法。９．前記荒成型品は、第２の粒子補強相をさらに含んでおり、ハイブリッドな荒成型品である請求項３記載の圧力溶浸鋳造方法。１０．前記第２の粒子補強相は、Mo，W，Cr，Nb及びTaから成るグループから選択された高融点金属である請求項９記載の圧力溶浸鋳造方法。１１．前記第２の粒子補強相は、ダイボライドチタニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化ボロン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化チタニウム、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化タングステン、炭化ニオブ、炭化ボロン、窒化チタニウム、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、及びダイアモンドから成るグループから選択された耐熱材料である請求項９記載の圧力溶浸鋳造方法。１２．前記浸透物チャージは、アルミニウム、シリコン、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、銅、鉄、錫、銀、金、プラチナ、ロジウム、シリコン、チタン、クロム、コバルト、バナジウム、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム及びそれらの合金から成るグループから選択された金属である請求項１記載の圧力溶浸鋳造方法。１３．前記浸透物チャージは、NiAl,Ni₃Al,TiAl,FeAl,Fe₃Al,CoAl及びCO₃Alから成るグループから選択された金属間化合物である請求項１記載の圧力溶浸鋳造方法。１４．前記溶融浸透物は、前記荒成型品より上部に位置づけられ、前記荒成型品内に流れ込む請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。１５．前記荒成型品及び前記溶融浸透物チャージは、トラップガスを含んでおり、前記荒成型品及び前記浸透物チャージを予め加熱するステップ（２）は、前記加熱容器を排気して前記荒成型品及び前記溶融浸透物チャージから前記トラップガスを取り除くステップをさらに含む請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。１６．ステップ（２）は、前記加熱容器内に選択されたガス雰囲気を与えるステップをさらに含む請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。１７．前記選択されたガス雰囲気は、アルゴン、窒素、酸素、還元ガス、周囲空気、圧縮空気、及びヘリウムガス雰囲気、並びにこれらの混合物から成るグループから選択されたものである請求項１６記載の圧力溶浸鋳造方法。１８．前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージを前記加熱容器から前記予め加熱された荒成型品内で真空を隔離して設けるように排気される真空容器へと移送するステップをさらに含む請求項１６記載の圧力溶浸鋳造方法。１９．前記予め加熱された荒成型品と流体的に接触する排気管を位置決めし、前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融した浸透物チャージを前記加熱容器から前記圧力容器へと移送するステップ（３）の前に前記排気管を取り外すステップをさらに含む請求項１８記載の圧力溶浸鋳造方法。２０．ステップ（１）は、前記荒成型品及び前記浸透物チャージを鋳型容器内に装填するステップをさらに含んでおり、前記排気管は前記荒成型品及び前記浸透物チャージを装填するステップの間に位置決めされる請求項１９記載の圧力溶浸鋳造方法。２１．前記排気管は前記荒成型品及び前記浸透物チャージを予め加熱するステップ（２）の後に位置決めされる請求項１９記載の圧力溶浸鋳造方法。２２．ステップ（２）において、前記浸透物チャージは浸透物用加熱容器内で加熱されて前記溶融浸透物チャージを形成し、前記荒成型品は荒成型品用加熱容器内で加熱されて前記予め加熱された荒成型品を形成する請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。２３．前記荒成型品用加熱容器は前記荒成型品を排気するための真空装置を備えている請求項２２記載の圧力溶浸鋳造方法。２４．前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融した浸透物チャージを前記圧力容器へと移送するステップ（３）の前に、前記溶融浸透物チャージを前記予め加熱された荒成型品に与えるステップをさらに含む請求項２３記載の圧力溶浸鋳造方法。２５．前記溶浸された荒成型品を冷却するステップ（５）まで前記溶融浸透物チャージが流体であるように、前記圧力容器は加熱され前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージと熱的に接触する請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。２６．前記溶浸された荒成型品を冷却するステップ（５）まで前記溶融浸透物が流体であるように、前記圧力容器は周囲温度に維持され前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージは前記圧力容器から絶縁されている請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。２７．ステップ（３）は、前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージを前記加熱容器から前記圧力容器へと移送するための絶縁された移送コンテナを設けるステップをさらに含む請求項２６記載の圧力溶浸鋳造方法。２８．ステップ（３）は、前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージを前記加熱容器から前記圧力容器へと移送するための加熱された移送コンテナを設けるステップをさらに含む請求項２６記載の圧力溶浸鋳造方法。２９．前記圧力容器を加圧するステップ（４）は、前記溶融浸透物チャージを前記荒成型品へ流入させるのに十分な圧力差を生じさせるのに選択された圧力で実行される請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。３０．前記圧力は、約1atmから約1500atmの範囲にあり、より好ましくは、約20a tmから約500atmの範囲にあり、最も好ましくは約50atmから約150atmの範囲にある請求項２９記載の圧力溶浸鋳造方法。３１．前記溶浸された荒成型品を冷却するステップ（５）は、前記溶融浸透物が選択された凝固速度で凝固するように、前記溶浸された荒成型品を前記圧力容器から取り出して冷容器へと移すステップをさらに含む請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。３２．前記溶浸された荒成型品を冷却するステップ（５）は、前記溶融浸透物が選択された凝固速度で凝固するように、前記圧力容器内に冷領域を設け、前記溶浸された荒成型品を前記冷領域へと引き出すステップをさらに含む請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。３３．前記溶浸された荒成型品を冷却するステップ（５）は、前記溶融浸透物が選択された凝固速度で凝固するように、前記荒成型品の周囲にガスを流すステップをさらに含む請求項２記載の圧力溶浸鋳造方法。３４．前記溶浸された荒成型品上にホットトップを設けることにより、前記選択された凝固速度を制御するステップをさらに含む請求項３２記載の圧力溶浸鋳造方法。３５．鋳型キャビティ及び浸透物チャージを加熱して予め加熱された鋳型キャビティ及び溶融した浸透物チャージを形成し、前記鋳型キャビティ及び前記浸透物チャージを収容する鋳型容器を含む加熱容器（１）と、前記鋳型キャビティに加圧下で前記溶融浸透物チャージを満たして充満された鋳型キャビティを得る圧力容器（２）と、前記予め加熱された鋳型容器及び前記溶融した浸透物チャージを前記加熱容器から前記圧力容器へ移送する間に保持する移送チェンバ（３）と、前記充満された鋳型キャビティを冷却して最終物品を得る冷却器（４）とを備えた圧力溶浸鋳造装置。３６．前記鋳型キャビティは、溶浸された荒成型品を形成するために溶浸され得る荒成型品をさらに含む請求項３５記載の圧力溶浸鋳造装置。３７．前記加熱容器は、前記加熱容器を排気し、前記荒成型品及び前記溶融浸透物チャージからトラップされたガスを取り除く真空装置をさらに含む請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。３８．前記加熱容器内は選択されたガス雰囲気をさらに含む請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。３９．前記選択されたガス雰囲気は、アルゴン、窒素、ヘリウム、還元ガス、周囲大気雰囲気、並びにこれらの混合物から成るグループから選択された雰囲気である請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。４０．前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージを排気し前記予め加熱された荒成型品内で真空を隔離して設ける真空容器をさらに備えた請求項３９記載の圧力溶浸鋳造装置。４１．前記真空容器は、前記荒成型品を排気すべく該荒成型品と流体的に接触する排気管をさらに含む請求項４０記載の圧力溶浸鋳造装置。４２．前記加熱容器は、前記溶融浸透物チャージを前記荒成型品の上部で保持し、前記予め加熱された荒成型品へ前記溶融浸透物チャージを注ぐコンテナをさらに備えた請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。４３．前記加熱容器は、前記浸透物チャージを溶融する浸透物用加熱容器と、前記荒成型品を加熱する荒成型品用加熱容器とをさらに備えた請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。４４．前記荒成型品用加熱容器は、前記荒成型品を排気する真空装置をさらに備えた請求項４３記載の圧力溶浸鋳造装置。４５．前記圧力容器は、前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージを加熱するヒータをさらに備えた請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。４６．前記圧力容器は、前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージを前記圧力容器から絶縁する絶縁物をさらに備えた請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。４７．前記圧力容器は、ガス圧力が約１atmから約1500atmの範囲、より好ましくは、約20atmから約500atmの範囲、最も好ましくは約50atmから約150atmの範囲にある、前記圧力容器内に含まれるガスにより及ぼされるガス圧力に耐える請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。４８．前記移送チェンバは、前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージが前記加熱容器から前記圧力容器への移送中に冷却することを防止する絶縁物をさらに備えた請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。４９．前記移送チェンバは、前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージを加熱するヒータさらに備えた請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。５０．前記移送チェンバは、ベール移送チェンバである請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。５１．前記ベール移送チェンバは、前記鋳型容器を収容する鋳型容器保持チェンバ（１）と、加熱容器サスペンション部材（２）と、圧力容器サスペンション部材（３）と、脱着可能に前記鋳型容器保持チェンバを前記加熱容器サスペンション部材及び前記圧力容器サスペンション部材からつり下げ、前記鋳型容器保持チェンバに接続された第１のサスペンションロッド（４）と、前記第１のサスペンションロッドに接続された第１のサスペンション部材（５）と、脱着可能に前記鋳型容器を前記第１のサスペンション部材からつり下げ、前記鋳型容器に接続された第２のサスペンションロッド（６）とを備えた請求項５０記載の圧力溶浸鋳造装置。５２．前記鋳型容器保持チェンバはチェンバ内壁及びチェンバ外壁をさらに備え、前記鋳型容器を絶縁すべく絶縁層が前記チェンバ内壁と前記チェンバ外壁との間に設けられており、前記鋳型容器が前記チェンバ内壁を密閉する絶縁カバーをさらに備えた請求項５１記載の圧力溶浸鋳造装置。５３．前記鋳型容器保持チェンバは前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージを加熱するヒータをさらに備えた請求項５２記載の圧力溶浸鋳造装置。５４．前記移送チェンバは共通移送ヘッド移送チェンバである請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。５５．前記共通移送ヘッド移送チェンバは、前記鋳型容器を収容し、サスペンションチェンバ係合部材を有する共通移送ヘッドサスペンションチェンバ（１）と、鋳型容器保持チェンバベースプレートを含む共通移送ヘッド鋳型容器保持チェンバ（２）と、前記鋳型容器保持チェンバベースプレートに接続されており、前記共通移送ヘッド鋳型容器保持チェンバを並進移動させ前記共通移送ヘッドサスペンションチェンバに接触させる共通移送ヘッド移送ロッド（３）とを備えた請求項５４記載の圧力溶浸鋳造装置。５６．前記共通移送ヘッド鋳型容器保持チェンバは、共通移送ヘッド鋳型容器保持チェンバ壁をさらに備え、前記鋳型容器を絶縁すべく共通移送ヘッド絶縁層が前記共通移送ヘッド鋳型容器保持チェンバ壁間に設けられており、前記鋳型容器が前記共通移送ヘッド絶縁層を密閉する絶縁カバーをさらに備えた請求項５５記載の圧力溶浸鋳造装置。５７．前記共通移送ヘッド鋳型容器保持チェンバは、前記予め加熱された荒成型品及び前記溶融浸透物チャージを加熱するヒータをさらに備えた請求項５５記載の圧力溶浸鋳造装置。５８．前記共通移送ヘッド鋳型容器保持チェンバベースプレートは、前記共通移送ヘッド鋳型容器保持チェンバを前記サスペンションチェンバ係合部材と係合させ且つそれとの係合を解くための差込係合及び解放機構をさらに備えた請求項５５記載の圧力溶浸鋳造装置。５９．前記冷却器は、前記溶浸された荒成型品を方向づけて凝固するべく前記溶浸された荒成型品と接触する冷プレートをさらに備えた請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。６０．前記冷却器は、制御され且つ選択された凝固速度を得るために冷却チェンバヒータをさらに備えた請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。６１．前記移送チェンバは、レール移送システムを用いて前記加熱用から前記圧力容器へと移送される請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。６２．前記移送チェンバは、鋳型及び該鋳型内に含まれる荒成型品を備えた請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。６３．前記冷却器は前記圧力容器内の冷領域である請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。６４．前記冷却器は冷却容器である請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。６５．前記冷却器は、前記溶融浸透物が選択された凝固速度で凝固するように前記溶浸された荒成型品の周囲を流れるガス冷却媒体を備えた請求項３６記載の圧力溶浸鋳造装置。