JPH02240227A - 金属マトリックス複合体の改質方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、後形成プロセス処理及び／又は実質的にそれ
に続く改質処理により、金属マトリックス複合体を改質
することに関する。後形成プロセス処理は種々の技術に
より製造された種々の金属マトリックス複合体に適用す
ることができ、特に、自発浸透技術により製造された金
属マトリックス複合体を改質するのに適用することがで
きる。実質的に連続した改質プロセスは、又、第一に自
発浸透技術により製造された金属マトリックス複合体に
関連して使用できる。特に、金属マトリックス複合体の
マトリックス金属及び／又は金属マトリックス複合体の
充填材の少なくとも一部は、形成プロセスの間及び／又
は後で改質（＋５ｏｄｉｆｙ）又は変更（ａｌｔｅｒ）
　される。

〔従来の技術及び発明が解決すべき課題〕金属マトリッ
クスと粒状セラミック、ウィスカー、繊維等の補強又は
強化相からなる複合体製品は、強化相が有する剛性及び
耐摩耗性の一部と金属マトリックスが有する延性及び靭
性を併せ持つので、種々の用途に使用される大きな見込
みがある。−船釣に、金属マトリックス複合体では、単
一材料のマトリックス金属が持つ強度、剛性、耐接触摩
耗性、高温強度等の性質は向上するが、特定の性質が向
上する程度は、特定の成分ミ容積分率又は重量分率及び
複合体を形成する際の処理方法によりて大きく異なる。

ある場合には、複合体が、マトリックス金属自体よりも
重量が軽いこともある０例えば、粒状、ベレット状又は
ウィスカー状の炭化珪素等の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体は、剛性、耐摩耗性及び
高温強度がアルミニウムよりも高いので有用である。

アルミニウムマトリックス複合体の製造に関しては、種
々の金属プロセスが報告されており、例えば、粉末冶金
法並びに圧力鋳造、真空鋳造、攪拌及び湿潤剤を使用す
る液体金属浸透法に基づいた方法が挙げられる。粉末冶
金法の場合、粉末状の金属と粉末、ウィスカー、チッッ
プトファイバー等の形態の強化剤とを混合し、その後、
常温成形し焼結するか、又はホットプレスする。この方
法により製造された炭化珪素強化アルミニウムマトリッ
クス複合体における最大セラミック体積分率は、ウィス
カーの場合は約２５体積％であり、粒状の場合は約４０
体積％であると報告されている。

従来のプロセスを利用した粉末冶金法による金属マトリ
ックス複合体の製造には、得られる製品の特性に関しで
ある種の制限がある。即ち、複合体におけるセラミック
相の体積分率は、−船釣に、粒状の場合には、約４０％
に制限される。又、圧縮操作の場合には、得られる実際
の大きさが制限される。更に、後で加工（例えば、成形
又は機械加工）をせず又複雑なプレスに頼らずに得られ
る製品は、比較的簡単な形状のものしかない、又、焼結
中に不均一な収縮を生じるほか、圧縮粉の凝離及び結晶
粒成長のためにミクロ構造が不均一となる。

１９７６年７月２０日に許可された、ジェイ・シー・キ
ャネル（Ｊ、Ｃ，（：ａｎｎｅｌｌ）等による米国特許
第３、９７０．１３６号には、所定の繊維整列パターン
を有する繊維強化材、例えば、炭化珪素又はアルミナウ
ィスカーを含有せめした金属マトリックス複合体を形成
する方法が記載されている。この複合体は、共面繊維の
平行マット又はフェルトを金型に入れてマットの少な（
とも一部分の間に溶融マトリックス金属、例えば、アル
ミニウムの溜を配置し、圧力をかけて溶融金属をマット
に浸透させ配列している繊維を包囲させる。又、溶融金
属を、マットの積層体上に注ぎながら、加圧下してマッ
ト間に流すことができる。これに関して、強化繊維を複
合体に最大約５０体積％充填されたことが報告されてい
る。

繊維マットの積層体を通して溶融マトリックス金属を押
し入れるのは外力に依存しているので、上記した浸透法
は、圧力誘発流動プロセス特有の変動、即ち、マトリッ
クスの生成や、多孔率等が不均一となる可能性がある。

たとえ、溶融金属を繊維アレイ内の複数の部位に導入し
ても、性質は不均一になる可能性がある。その結果、複
雑なマツトノ装配置及び流路を設けて、繊維マットの積
層体に十分且つ均一に浸透できるようにする必要がある
。又、上記した圧力浸透法では、体積の大きなマットに
強化材を浸透させることが困難であるので、マトリック
ス体積に対する強化材の割合が比較的低いものしか得ら
れない、更に、加圧下で溶融金属を含有させるために型
が必要であり、費用がかさむ、最後に、整列させた粒子
又は繊維への浸透に限定されている上記の方法は、ラン
ダムに配列した粒子、ウィスカー又は繊維の形態の物質
で強化したアルミニウム金属マトリックス複合体の生成
には用いられない。

アルミニウムマトリックス・アルミナ充填複合体の製造
では、アルミニウムは容易にはアルミナを湿潤せず、凝
集した製品を形成するのが困難となる。この問題に対し
ては種々の解決法が提案された。このような手法の一つ
として、アルミナを金属（例えば、ニッケル又はタング
ステン）で被覆後、アルミニウムとともにホットプレス
する。

別の手法では、アルミニウムをリチウムと合金し、アル
ミナをシリカで被覆してもよい、しかしながら、これら
の複合体は、性質にバラツキがみられたり、被膜が充填
材を劣化させる場合があるが、又はマトリックスがリチ
ウムを含有しマトリックスの性質に影響を及ぼすことが
ある。

アール・ダブリエ・グリムシャー（Ｒ，Ｗ、Ｇｒｉｍｓ
−ｈａｗ）等による米国特許筒４．２３２．０９１号で
は、アルミニウムマトリックス・アルミナ複合体の製造
で遭遇する当該技術における困難はある程度克服される
。この特許では、７５〜３７５　ｋｇ／ａｍ”の圧力を
かけて、溶融アルミニウム（又は溶融アルミニウム合金
）を、７００〜１０５０℃に予備加熱したアルミナの繊
維又はウィスカーマットに押し入れることが記載されて
いる。この際、得られた一体鋳物における金属に対する
アルミナの最大体積比は、０．２５／１であった。この
方法でも、浸透を行うのは外力に依存するので、キャネ
ル（Ｃａｎｎｅｌ）等と同様な欠陥がある。

ヨーロッパ特許出願公開公報節１１５，７４２号では、
予備成形したアルミナのボイドを溶融アルミニラで充填
することにより、電解槽部材として特に有効であるアル
ミニウム・アルミナ複合体を作製することが記載されて
いる。この出願では、アルミニウムによるアルミナの非
湿潤性が強調されており、プレフォーム全体にわたって
アルミナを湿潤するための種々の手法が用いられている
０例えば、アルミナを、チタン、ジルコニウム、ハフニ
ウム若しくはニオブの二硼化物からなる湿潤剤又は金属
、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、ジルコニウム若し
くはハフニウムで被覆する。この際、アルゴン等の不活
性雰囲気を用いて湿潤を容易にする。又、この出願も、
圧力をかけて、溶融アルミニウムを未被覆マトリックス
に浸透させることを記載されている。この態様では、孔
を排気後、不活性雰囲気（例えば、アルゴン）中で溶融
アルミニウムに圧力を加えることにより達成される。

又、溶融アルミニウムを浸透させてボイドを充填する前
に、プレフォームにアルミニウムを気相蒸着により浸透
させて表面を湿潤することもできる。

プレフォームの孔にアルミニウムを確実に保持するため
には、真空中又はアルゴン中で、熱処理（例えば、１４
００〜１８００°Ｃ）することが必要である。

このようにしないと、圧力浸透物質をガスに暴露したり
又は浸透圧を取り除くと、物体からのアルミニウムの損
失が生じる。

湿潤剤を用いて電解槽のアルミナ成分に溶融金属を浸透
させることは、ヨーロッパ特許出願公開第９４３５３号
にも記載されている。即ち、この公開公報には、セルラ
イナー又は支持体として陰極電流供給手段を有するセル
を用いて、電解採取によりアルミニウムを製造すること
が記載されている。

この支持体を溶融氷晶石から保護するために、湿潤剤と
溶解抑制剤との混合物の薄い被膜を、セルの始動前又は
電解法で製造した溶融アルミニウムに浸漬中に、アルミ
ナ支持体に塗布する。湿潤剤としては、チタン、ジルコ
ニウム、ハフニウム、珪素、マグネシウム竜バナジウム
、クロム、ニオブ又はカルシウムがが開示されており、
チタンが好ましい湿潤剤として記載されている。又、硼
素、炭素及び窒素の化合物が、溶融アルミニウムの湿潤
剤への溶解度を抑制するのに有効であると記載されてい
る。しかしながら、この刊行物は、金属マトリックス複
合体の製造を示唆していないばかりか、このような複合
体を、例えば、窒素雰囲気中で形成することも示唆して
いない。

圧力の付加及び湿潤剤の塗布の他に、真空にすることに
より多孔性セラミック成形体への溶融アルミニウムの浸
透が促進されることも開示されている０例えば、１９７
３年２月２７日に許可されたアール・エル・ランディン
グハム（Ｒ，Ｌ、　Ｌａｎｄｉｎｇｈａｍ）による米国
特許第３．７１８．４４１号には、セラミック成形体（
例えば、炭化硼素、アルミナ及びベリリア）に、１０°
６ト一ル未満の真空下で、溶融アルミニウム、ベリリウ
ム、マグネシウム１、チタン、バナジウム、ニッケル又
はクロムを浸透することが報告されている。　１０−”
〜１０−’トールの真空では、溶融金属によるセラミッ
クの湿潤が不良で、金属がセラミックのボイド空間に自
由に流れ込まなかった。しかしながら、真空をｔｏ”’
トール未満まで減少させると、湿潤が向上したと記載さ
れている。

１９７５年２月４日に許可されたジー・イー・ガザ（Ｇ
、Ｉｌ、Ｇａｚｚａ）等による米国特許第３．８６４．
１５４号にも、真空を用いて浸透を行う旨の記載がある
。又、この特許には、ＡＩＢ＋を粉末の常温圧縮成形体
を常温圧縮アルミニウム粉末のベツド上に添加すること
が記載されている。その後、更に、アルミニウムをＡＩ
Ｂ＋＊粉末成形体の上部に配置する。アルミニウム粉末
の眉間に「挟んだＪ　ＡＩＢ、、成形体を装填したルツ
ボを真空炉に入れる。この炉を、約１０−５トールまで
排気してガス抜きをする。続いて、温度を１１００°Ｃ
に上昇し、３時間維持する。これらの条件で、溶融アル
ミニウムを多孔性ＡＩＢｘｚ成形体に浸透させる。

１９６８年１月２３日に許可されたジッタ・エヌ・レフ
ディング（Ｊｏｈｎ　Ｎ、　Ｒｅｄｉｎｇ）等による米
国特許第３．３６４．９７６号には、物体に自己発生真
空を作り出して、溶融金属の物体への浸透を促進するこ
とが開示されている。即ち、物体、例えば、黒鉛金型、
調合量又は多孔性耐火材を、溶融金属に完全に浸すこと
が開示されている。金型の場合、金属と反応性のあるガ
スで満たした金型キャビティが、外部に位置する溶融金
属と、金型内の少なくとも一つのオリフィスを介して連
通している。金型を溶融液に浸漬すると、キャビティ内
のガスと溶融金属との間の反応で自己発生真空が生じる
とともにキャビティが金属で満たされていく、この際の
真空は、金属が酸化物固体状態になる結果生じる。

従って、レフディング等には、キャビティ内のガスと溶
融金属との間の反応を引き起こすことが必須であること
が開示されている。しかしながら、金型を用いるには本
来制限があり、真空を生じさせるために金型を使用する
ことは望ましくない。

即ち、まず、金型を機械加工して特定の形状にし；その
後、仕上げ機械加工して、金型上に許容できる鋳造表面
を形成し；使用前に組立；使用後に分解して注型品を取
り出し；その後、最も一般的には、金型表面を最仕上げ
して金型を再生するか、又はもはや使用できない状態の
場合には金型を捨ててしまう必要がある。金型を複雑な
形状に機械加工するのは、非常にコストがかかるととも
に時間がかかる場合がある。更に、複雑な形状をした金
型から成形品を取り出すのも困難のことがある（即ち、
複雑な形状を有する注型品は、金型から取り外すと壽壊
れることがある）、更に、多孔性耐火材の場合、金型を
使用せずに、直接溶融金属に浸漬できることも述べられ
ているが、容器金型を使用せずに弱く結着されるか又は
分離した多孔性材料に浸透させる手段がないので、耐火
材は一体品でなければならない（即ち、粒状物質は、溶
融金属に入れたときに、−船釣に解離するかは浮かんで
離れてしまう）、更に、粒状物質又は弱く成形したプレ
フォームに浸透させようとする場合、浸透金属が粒子又
はプレフォームの少なくとも一部分と置換してしまって
不均一なミクロ構造を生しることのないように注意しな
ければならない。

従って、圧力を加えたり真空にしたり（外部から印加す
るか、内部で生じさせるかとは無関係に）する必要のな
いか、又は湿潤材を損傷しないで、セラミック材料等の
別の材料を埋め込んだ金属マトリックスを生成する、賦
形金属マトリックス複合体を製造するための簡単で信顧
性のある方法が長年求められていた。更に、金属マトリ
ックス複合体を製造するのに要する最終的な機械加工操
作を最少銀にすることも長年求められていた０本発明は
、処理の少なくともある時点で浸透増進剤が存在する限
り、標準大気圧下の浸透雰囲気（例えば、窒素）の存在
下において、プレフォームに成形できる材料（例えば、
セラミック材料）に溶融マトリックス金属（例えば、ア
ルミニウム）を、浸透させるための自発的浸透機構を提
供することによりこれらの必要性を満たすものである。

本発明の主題は、他のいくつかの本出願人による米国特
許出願及び日本出願に関連している。具体的には、これ
らの他の特許出１ｉｔ（以下、しばしば、「同一出願人
による金属マトリックス特許出願」と称する）には、金
属マトリックス複合材料を製造する新規な方法が記載さ
れている。

金属マトリックス複合材料を製造する新規な方法は、「
メクルマトリックスコンポジッツ（Ｍｅ　ｔａ　ＩＭａ
ｔｒｉｘ　ＣｏＩＩｐｏａｉｔｅｓ）　Ｊと題する１９
８７年５月１３日出願の本出願人による米国特許出願第
０４９．１７１号（発明者：ホワイト（Ｗｈｉｔｅ）等
〕及び昭和６３年５月１５日に出願された特願昭６３−
１１８０３２号に開示されている。ホワイト等の発明の
方法によれば、金属マトリックス複合体は、充填材の通
気性素材（例えば、セラミック又はセラミック被覆材料
）に、少な（とも約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有する溶融
アルミニウムを浸透させることにより製造される。この
際、外部圧力又は真空を印加しな（ても、自発的に浸透
が起きる。供給溶融金属と充填材の素材とを、約ｌＯ〜
１００体積％、好ましくは少なくとも約５０体積％の窒
素を含有するとともに残り（存在すれば）が非酸化性ガ
ス（例えば、アルゴン）であるガスの存在下において、
少な（とも約６７５°Ｃの温度で接触させる。これらの
条件下で、溶融アルミニウム合金が標準大気圧下でセラ
ミック素材に浸透して、アルミニウム（又はアルミニウ
ム合金）マトリックス複合体が形成される。所望量の充
填材に溶融アルミニウム合金を浸透させたら、温度を低
下させて合金を固化することにより、強化充填材を埋め
込んだ固形金属マトリックス構造を形成する０通常及び
好ましくは、送り出される溶融金属の供給量は、実質的
に充填材の素材の境界まで浸透するに十分な量である。

ホワイト等により製造されるアルミニウムマトリックス
複合体中の充填材の量は、非常に高（することができる
、即ち、合金に対する充填材の体積比が１８１を超える
ものを得ることができる。

前記したホワイト等の発明におけるプロセス条件下では
、アルミニウムマトリックス全体に分散した形態で、窒
化アルミニウムの不連続相を形成することができる。ア
ルミニウムマトリックスにおける窒化物の量は、温度、
合金組成、ガス組成及び充填材等の因子によって異なっ
ていてもよい。

従って、系におけるこのような因子の一つ以上を制御す
ることにより、複合体の一定の性質を所望のものに合わ
せることができる。しかしながら、ある最終用途の場合
、複合体が窒化アルミニウムをほとんど含有しないこと
が望ましい場合がある。

温度が高いほど浸透には有利であるが、このプロセスに
より窒化物が生成しやすくなる。ホワイト等の発明では
、浸透速度と窒化物生成との間のバランスをとることが
できる。

金属マトリックス複合体生成に使用するのに適当なバリ
ヤー手段の例が、「メソッド　オブ　メーキング　メタ
ル　マトリックス　コンポジットウィズ　ザ　ユース　
オブ　ア　バリヤー（Ｍｅ　ｔｈｏｄｏｆ　？ｔａｋｉ
ｎｇ　Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｕｓｅｏｆ　ａ　Ｂａｒｒｉｅｒ
）　Ｊと題する１９８８年１月７日出願の本出願人によ
る米国特許出願第１４１．６４２号〔発明者：ミカエル
・ケー・アグハジアニアン（ＭｉｃｈａｅｌＫ、　Ａｇ
ｈａｊａｎｉａｎ）等〕及び昭和６４年１月６日に出願
された特願昭６４−１１３０号に開示されている。アグ
ハジアニアン等の発明の方法によれば、バリヤー手段〔
例えば、粒状二硼化チタン又は商品名がグラフオイル（
商標）であるユニオンカーバイド社製の軟質黒鉛テープ
製品等の黒鉛材料〕が、充填材とマトリックス合金の規
定された表面境界に配置され、バリヤー手段により形成
される境界まで浸透する。このバリヤー手段は、溶融合
金の浸透を阻止、防止又は終了させるのに用いられ、得
られた金属マトリックス複合体中に綱又は網に近い形状
を形成する。従って、形成した金属マトリックス複合体
の外形は、バリヤー手段の内部形状と実質的に一致する
。

米国特許出願第０４９．１７１号及び特願昭６３−１１
８０３２号に記載の方法は、「メタル　マトリックスコ
ンボジッツ　アンド　テクニクス　フォー　メーキング
　ザ　セイム（Ｍｅｔａｌ　）Ｉａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐ
ｏｓｉｔｅｓａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　
Ｍａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｓａｍｅ）　Ｊと題する１９８
８年３月１５日出願の本出願人による米国特許出願第１
６８．２８４号（発明者：ミカエル・ケー・アグハジア
ニアン（Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｋ、　ＡｇｈａＪａｎｉａｎ
）及びマーり・ニス’−ニーカーク（Ｍａｒｋ　Ｓ、　
Ｎｅｗｋｉｒｋ）　）及び平成元年３月１５日に出願さ
れた特願平１−６３４１１号によって改善された。この
米国特許出願に開示された方法によれば、マトリックス
金属合金は、第−金属源及び、例えば、重力流れにより
第一溶融金属源と連通ずるマトリックス金属合金の溜と
して存在する。特に、これらの特許出願に記載されてい
る条件下では、第一溶融マトリックス合金が、標準大気
圧下、充填材の素材に浸透し始め、従って、金属マトリ
ックス複合体の生成が始まる。第一溶融マトリックス金
属合金源は、充填材の素材への浸透中に消費され、自発
浸透の継続とともに、必要に応じて、好ましくは連続的
な手段により、溶融マトリックス金属の溜から補充する
ことができる。所望量の通気性充填材に溶融マトリック
ス合金が自発浸透したら、温度を低下させて合金を固化
することにより、強化充填材を埋め込んだ固形金属マト
リックスを形成する。金属の溜を使用することは、この
特許出願に記載されている発明の一実施態様にすぎず、
溜の実施態様を、開示されている発明の別の各実施態様
と組み合わせる必要はないが、実施態様の中には、本発
明と組み合わせて使用するのが有益な場合もある。

金属の溜は、所定の程度まで充填材の通気性素材に浸透
するに十分な量の金属を提供する量で存在することがで
きる。又、任意のバリヤー手段を、充填材の通気性素材
の少なくとも一方の表面に接触させて、表面境界を形成
することができる。

更に、送り出す溶融マトリックス合金の供給量は、少な
くとも、充填材の通気性素材の境界（例えば、バリヤー
）まで実質的に自発浸透するに十分な量でなければなら
ないが、溜に存在する合金の量は、このような十分な量
を超えてもよく、合金量が完全浸透に十分な量であるば
かりでなく、過剰の溶融金属合金が残存して金属マトリ
ックス複合体に固定してもよい、従って、過剰の溶融合
金が存在するとき、得られる物体は、金属マトリックス
を浸透させたセラミック物体が溜に残存している過剰の
金属に直接結合している複雑な複合体（例えば、マクロ
複合体）である。

上記した本出願人による金属マトリックスに関する特許
出願には、金属マトリックス複合体の製造方法及び該方
法から製造される新規な金属マトリックス複合体が記載
されている。前記した本出願人による金属マトリックス
に関する特許出願の全ての開示事項は、特に本発明に利
用できる。

〔課題を解決するための手段〕

金属マトリックス複合体は、溶融マトリックス金属を充
填材又はプレフォームの通気性素材に自発浸透させるこ
とにより製造できる。浸透された充填材若しくはプレフ
ォーム及び／又は充填材若しくはプレフォーム中のマト
リックス金属は、浸透に実質的にすぐ続いて改質でき、
そして／又は、後形成プロセス処理により改質できる（
即ち、浸透達成後に改質できる）、このような改質の結
果、形成された金属マトリックス複合体に於いて性質（
例えば、特に高温での改良された機械的性質、改良され
た耐腐食性（ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃ
ｅ）改良された耐侵食性（ｅｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓ
ｔａｎｃｅ）など）が増強又は改良される。更に、自発
浸透プロセス以外の方法により製造された金属マトリッ
クス複合体も、本発明による後形成プロセス処理に従っ
て処理できる。

自発浸透を達成するために、充填材又はプレフォームの
通気性素材は、溶融マトリックス金属が充填材又はプレ
フォームに自発的に浸透することを許容する処理中の少
なくともある点で、浸透増進剤及び／又は浸透増進剤前
駆体及び／又は浸透雰囲気と接触される。自発浸透を達
成するための好ましい方法に於いて、浸透増進剤前駆体
を供給するよりもむしろ、浸透増進剤をプレフォーム及
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できる。最終的に、少なくとも自
発浸透の間、浸透増進剤は充填材又はプレフォームの少
なくとも一部に配置されている必要がある。

金属マトリックス複合体の少なくとも一つの性質を改質
するための好ましい態様に於いて、−旦プレフオーム又
は充填材への自発浸透が達成されると、マトリックス金
属が固化する前に、金属マトリックス複合体中のマド、
リックス金属が改質される。特に、マトリックス金属の
少な（とも一部は、溶融されていてもよく、マトリック
ス金属の組成とは異なった組成を有する第二の金属と接
触される。特に、第二の金属はマトリックス金属と共に
相互拡散してもよく、それにより、例えば、マトリック
ス金属及び充填材と第二の金属との間の反応のために望
ましい金属間化合物が生成する。

従うて、この態様に於いて、マトリックス金属と混和性
である（例えば、所望の金属化合物を形成する）ことが
第二の金属にとって好ましい。

金属マトリックス複合体の少なくとも一つの性質を改質
する他の好ましい態様に於いて、溶融マトリックス金属
の充填材又はプレフォームの通気性素材への自発浸透が
完結する前に、浸透が続くマトリックス金属の組成は、
マトリックス金属とは異なった組成を有する第二の金属
をそれに添加することにより変えられる０例えば、溶融
マトリックス金属が充填材又はプレフォームの通気性素
材への浸透を開始すると、第二の金属はマトリックス金
属の源（例えば、マトリックス金属の貯蓄源）に添加す
る。（例えば、合金にする）ことができる、第二の金属
は、マトリックス金属と組み合わせたとき、溶融マトリ
ックス金属の自発浸透に悪い影響を与えず、所望の方法
で金属マトリックス複合体（例えば、金属マトリックス
複合体中のマトリックス金属）を改質する如何なる金属
であってもよい。

金属マトリックス複合体の少なくとも一つの性質を改質
するための更に好ましい態様において、金属マトリック
ス複合体中のマトリックス金属及び／又は充填材若しく
はプレフォームの少なくとも一つは、充填材又プレフォ
ーム中への溶融マトリックス金属の自発浸透に実質的に
引き続いて改質される。この態様に於いて、第二の金属
（例えば、金属粉末又は金属への前駆体）は、充填材又
はプレフォームと少なくとも部分的に混合され、該第二
の金属はマ）　ＩＪフックス属及び／又は充填材若しく
はプレフォームと反応性になる。特に、第二の金属は、
溶融マトリックス金属と反応して、例えば、金属マトリ
ックス複合体の高温強度、耐腐食性、耐侵食性などの性
質を改良する望ましい金属間化合物を形成する。

他の好ましい態様に於いて、自発浸透は充填材又はプレ
フォームを完全に埋め込むことが許されない（例えば、
少なくともいくらかの孔が充填材又はプレフォームに創
出又は形成される）。次いで、マトリックス金属とは組
成が異なる第二の金属を、浸透が完結していない金属マ
トリックス複合体の表面と接触させる０次いで第二の金
属を金属マトリックス複合体の孔に浸透させる（例えば
、第二の金属は浸透されたマトリックス金属と合金を作
り、充填材又はプレフォームの孔を完全に充満させるた
めに十分な量の合金になったマトリックス金属を与える
）、更に、このような孔の充満は、マトリックス金属（
及び／又はマトリックス金属と第二の金属との合金）の
液相線温度で又はそれ以上の温度で起きなくてはならな
い。従って、金属マトリックス複合体は、マトリックス
金属と第二の金属との合金の充填材又はプレフォームの
孔への充満により改質される。

他の好ましい態様に於いて、充填材又はプレフォームに
浸透したマトリックス金属とは異なった組成を有する第
二の金属は、実質的に完全に浸透された充填材又はプレ
フォームの少なくとも一部と接触され、該第二の金属は
マトリックス金属及び／又は充填材若しくはプレフォー
ムの少なくとも一つと反応する。特に、好ましい態様に
於いて、第二の金属はマトリックス金属により充填材又
はプレフォームと接触するように移動されることができ
、そして／又は充填材又はプレフォームと直接接触する
ことができ、それにより充填材又はプレフォームと反応
して反応生成、物を形成する。この好ましい方法に於い
て、形成された反応生成物は最初の充填材又はプレフォ
ームに比較して容積膨張を受ける。このような反応生成
物は典型的にマトリックス金属が金属マトリックス複合
体から置き換えられる結果になる液相線温度に、それ以
上に、又は僅かにそれ以下にマトリックス金属がある場
合に形成される。従って、形成される反応生成物の量に
依存して、金属マトリックス複合体中のマトリックス金
属の全容積パーセントは減少する０例えば、反応生成物
の形成は金属マトリックス複合体の表面積に制限され、
金属マトリックス複合体基体中の反応生成物表面を形成
する。更に、反応生成物の形成は自発浸透技術により製
造される金属マトリックス複合体に制限されない。

次にマトリックス金属を置き換える反応生成物へのマト
リックス金属及び／又は充填材若しくはプレフォームの
転換を含むどのような系に於いても、反応生成物の形成
は望ましい結果を生むことが想像できる。

本明細書は、金属マトリックス複合体の形成の間のある
時点で、浸透増進剤前駆体として機能するマグネシウム
と、浸透雰囲気として機能する窒素の存在下で接触され
るアルミニウムマトリックス金属について主として述べ
る。かくして、アルミニウム／マグネシウム／窒素のマ
トリックス金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系は、
自発浸透を示す、しかしながら、他のマトリックス金属
／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系も、系アルミニウム
／マグネシウム／窒素と同様な状態で挙動する０例えば
、同様な自発浸透性質は、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／窒素系で観察される。従って、此
処で最初にアルミニウム／カルシウム／窒素系について
述べるが、他のマトリックス金属／浸透増進剤前駆体／
浸透雰囲気系も同様な状態で挙動し、本発明に包含され
るものであることが理解されるべきである。マトリック
ス金属がアルミニウム合金からなるとき、アルミニウム
合金は、充填材（例えば、アルミナ又は炭化珪素）から
成るプレフォーム又は充填材、それと混合された該充填
材若しくはプレフォームと接触されるか、及び／又は処
理の間のある時点でマグネシウムに露出される。更に、
好ましい態様に於いて、アルミニウム合金及び／又はプ
レフォーム若しくは充填材は、少なくとも処理の一部の
間窒素雰囲気中に含まれる。プレフォームは自発的に浸
透され、自発浸透及び金属マトリックスの形成の範囲又
は速度は、例えば、系（例えば、アルミニウム合金中、
及び／又は充填材若しくはプレフォーム中、及び／又は
浸透雰囲気中）に与えられるマグネシウムの濃度、プレ
フォーム若しくは充填材中の粒子のサイズ及び／若しく
は組成、浸透雰囲気中の窒素の濃度、浸透のために許容
される時間、並びに／又は浸透が生じる温度を含む処理
条件の与え゛られた設定により変わる。自発浸透は、典
型的に、プレフォーム又は充填材を実質的に完全に埋め
込むのに十分な範囲を生じる。

定−１ 本明細書で使用する「アルミニウム」とは、実質的に純
粋な金属（例えば、比較的純粋で市販されている未合金
化アルミニウム）又は不純物及び／若しくは鉄、珪素、
銅、マグネシウム、マンガン、クロム、亜鉛等の合金成
分を有する市販の金属等の他のグレードの金属及び金属
合金を意味するとともにそれらを含む、この定義で用い
ているアルミニウム合金は、アルミニウムが主成分であ
る合金又は金属間化合物である。

本明細書で使用する「残部非酸化性ガス」とは、浸透雰
囲気を成す主要ガスの他に存在するガスで、プロセス条
件下でマトリックス金属と実質的に反応しない不活性ガ
ス又は還元性ガスであることを意味する。使用されるガ
ス中の不純物として存在してもよい酸化性ガスで、プロ
セス条件下でかなりの程度までマトリックス金属を酸化
するには不十分でなければならない。

本明細書で使用する「バリヤー」又は「バリヤー手段」
とは、充填材の通気性素材（ｐｅｒ＊ｅａｂｌｅｓａｓ
ｓ）又はプレフォームの表面境界を超えて溶融マトリッ
クス金属が移動、動き等をするのを妨げ、妨害、防止又
は終了させるいずれかの適当な手段を意味する。この場
合、表面境界は、前記バリヤー手段により形成されてい
る。適当なバリヤー手段としては、プロセス条件下で、
ある程度の一体性を維持し且つ実質的に揮発しない（即
ち、バリヤー材はバリヤーとして機能しないほどには揮
発しない）材料、化合物、要素、組成物等を挙げること
ができる。

更に、適当な「バリヤー手段」としては、用いられるプ
ロセス条件下で、移動する溶融マトリックス金属で実質
的に湿潤しない材料が挙げられる。

この種のバリヤーは、溶融マトリックス金属に対しては
実質的に何ら親和性を示さないと思われ、充填材の素材
又はプレフォーム限定された表面境界を超えて溶融マト
リックス金属が移動するのがバリヤー手段によって妨げ
られる。このバリヤーは、必要とされるかもしれない最
終的な機械加工又は研磨を減らし、得られる金属マトリ
ックス複合体製品の表面の少なくとも一部分を形成する
。

このバリヤーは、ある場合には、通気性若しくは多孔性
又は、例えば、孔をあけるか若しくはバリヤーに穴をあ
けることにより通気性にして、ガスを溶融マトリックス
金属に接触させてもよい。

本明細書で使用する「カーカス（ｃａｒｃａｓｓ）　Ｊ
又は「マトリックス金属のカーカス」とは、金属マトリ
ックス複合体物体の形成中に消費されなかった残存して
いるマトリックス金属の最初の物体を意味し、−船釣に
は、冷却すると、形成された金属マトリックス複合体と
少なくとも部分的に接触したままの状態を維持する。又
、カーカスは、第二又は外来金属も含んでいてもよい。

本明細書で使用する「充填材」とは、マトリックス金属
と実質的に反応せず及び／又はマトリックス金属への溶
解度が限られている単一成分又は成分の混合物が含まれ
、単相又は複相であってもよい、充填材は、粉末、フレ
ーク、板状、小球体、ウィスカー、バブル等の多種多様
の形態で使用でき、緻密でも多孔でもよい、又、「充填
材」は、繊維、チョツプドファイバー、粒体、ウィスカ
ーバブル、球体、繊維マット等の形態のアルミナ又はシ
リコンカーバイド等のセラミック充填材並びに炭素が、
例えば、溶融アルミニウム母材金属によって侵食される
のを防止するためにアルミナ若しくは炭化珪素で被覆し
た炭素繊維等のセラミック被覆充填材でもよい、又、充
填材は金属でもよい。

本明細書で使用される「浸透雰囲気（Ｉｎｆｉｌｔｒａ
ｔ、ｉｎｇａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）　Ｊとは、マトリッ
クス金属及び／又はプレフォーム（又は充填材）及び／
又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透増進剤と相互作用
し、マトリックス金属の自発浸透を生じさせ又は促進さ
せる存在雰囲気を意味する。

本明細書で使用される「浸透増進剤（ＩｎｆｉＩｔｒａ
ｔｔｏｎＢｎｈａｎｅｅｒ）　Ｊとは、マトリックス金
属が充填材若しくはプレフォームに自発浸透するのを促
進又は補助する物質を意味する。浸透増進剤は、例えば
、浸透増進剤前駆体を浸透雰囲気と反応させて、（１）
ガス状物及び／又は（２）浸透増進剤前駆体と浸透雰囲
気との反応生成物及び／又は（３）浸透増進剤前駆体と
充填材若しくはプレフォームとの反応生成物を生成する
ことにより製造できる。

更に、浸透増進剤は、プレフォーム及び／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
供給して、浸透増進剤前駆体と別の種との間の反応で生
成させた浸透増進剤と実質的に同様の方法で作用させて
もよい。基本的には、なくとも自発浸透中は、浸透増進
剤は自発浸透を達成するために充填材又はプレフォーム
の少なくとも一部分に位置していなければならない。

本明細書において使用される「浸透増進剤前駆体（Ｉｎ
ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｆ！ｎｈａｎｃｅｒ　Ｐｒｅｃ
ｕｒｇｏｒ）　Ｊとは、マトリックス金属、プレフォー
ム及び／又は浸透雰囲気と組み合わせて使用すると、マ
トリックス金属の充填材又はプレフォームへの自発浸透
を誘発又は補助する物質を意味する。特別な原理又は説
明には限定されないが、浸透増進剤前駆体が浸透雰囲気
及び／又はプレフォーム若しくは充填材及び／又は金属
と相互作用できる位置に、浸透増進剤前駆体が配置若し
くは移動できることが必要である０例えば、あるマトリ
ックス金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系では、浸
透増進剤前駆体が、マトリックス金属の溶融温度、その
近くの温度又は場合によってはそれよりもいくらか高い
温度で揮発することが望ましい。このような揮発により
、（１）浸透増進剤前駆体と浸透雰囲気との反応による
、マトリックス金属による充填材又はプレフォームの湿
潤を増進するガス状物の生成；及び／又は（２）浸透増
進剤前駆体と浸透雰囲気との反応による、充填材又はプ
レフォームの少なくとも一部に湿潤を増進する固体状、
液状又はガス状浸透増進剤の生成；及び／又は（３）充
填材又はプレフォームの少なくとも一部分内においてす
湿潤を増進する固体状、液状又はガス状浸透増進剤を生
成する充填材又はプレフォーム内の浸透増進剤前駆体の
反応が生じる。

本明細書で使用する「相互拡散（Ｉｎｔｅｒｄｉｆｆｕ
ｓｉｏｎ）　Ｊ又は「相互拡散した」とは、マトリック
ス金属が第二の又は異なった金属と少なくとも部分的に
接触又は混合されて、その結果新しい望ましい合金及び
／又は金属間化合物になることを意味する。

本明細書において使用される「マトリックス金属」又は
「マトリックス金属合金」とは、金属マトリックス複合
体の形成に用いられる金属（例えば、浸透前）及び／又
は充填材と混じり合って金属マトリックス複合体を形成
している金属（例えば、浸透後）を意味する。上記金属
をマトリックス金属と称する場合には、マトリックス金
属には、実質的に純粋な金属、不純物及び／若しくは合
金成分を有する市販の金属、金属が主成分である金属間
化合物又は合金も含まれる。

本明細書において使用される「マトリックス金属／浸透
増進剤前駆体／浸透雰囲気系」又は「自発系」とは、プ
レフォーム又は充填材への自発浸透を示す物質の組み合
わせを意味する。「／」が、例示するマトリックス金属
、浸透増進剤前駆体及び浸透雰囲気の間に用いられると
きは、特定の方法でそれらを組み合わせると、プレフォ
ーム若しくは充填材への自発浸透を示す系又は物質の組
み合わせを示すために使用される。

本明細書において使用される「金属マトリックス複合体
（Ｍｅｔａｌ　？１ａｔｒｉｘ　Ｃｏｓ＋ｐｏｓｌｔｅ
）」又はｒＭＭＣＪは、プレフォーム又は充填材を埋め
込んだ、二次元若しくは三次元的に連続する合金又はマ
トリックス金属からなる材料を意味する。マトリックス
金属に種々の合金元素を含有せしめて、特に所望の機械
的及び物理的性質を有するようにしてもよい。

マトリックス金属と「異種」の金属とは、マトリックス
金属と同じ金属を、主要成分として含有しない金属を意
味する（例えば、マトリックス金属の主要成分がアルミ
ニウムの場合には、「異種」の金属は、例えば、ニッケ
ルを主要成分として存することができる。

ｒマトリックス金属を入れるための非反応性容器」とは
、プロセス条件下で、充填材（若しくはプレフォーム）
及び／又は溶融マトリックス金属を入れるか又は収容す
ることができ且つ自発浸透機構に対して顕著な悪影響を
及ぼすような方法では、マトリックス及び／又は浸透雰
囲気及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は充填材若し
くはプレフォームとは反応しない容器を意味する。

本明細書において使用される「プレフォーム（Ｐｒｅｆ
ｏｒｍ）　Ｊ又は「通気性プレフォーム（ｐｅｒｓ＋ｅ
ａｂｌｅｐｒｅｆｏｒｍ）　Ｊとは、浸透するマトリッ
クス金属の境界を実質的に形成する少なくとも一つの表
面境界を用いて製造される充填材又は充填材の多孔性素
材（ｐｏｒｏｎｓ　ｍａｓｓ）を意味する。このような
素材は、マトリックス金属を浸透させる前に、寸法忠実
性を提供するに十分な形状保持性及び生強度を維持する
。又、この素材は、自発浸透でマトリックス金属を受は
入れるに十分な程度に多孔性でなければならない、プレ
フォームは、−船釣には、充填材が、均−若しくは不均
一の形態で、結着して充填又は配置されてなり、適当な
物質（例えば、セラミック及び／又は金属の粒子、粉末
、繊維、ウィスカー等並びにそれらの組み合わせ）から
なってよい、プレフォームは、単独でも集成体で存在し
てもよい。

本明細書で使用する「反応生成物」とは、第二の又は異
なった金属と充填材若しくはプレフォーム及び／又はマ
トリックス金属との間の反応の生成物を意味する。

本明細書で使用される「溜（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）　Ｊ
とは、金属が溶融したとき、流れて、充填材若しくはプ
レフォームと接触しているマトリックス金属の部分、セ
グメント若しくは源を補充又は、ある場合には、最初に
マトリックス金属を提供しかつ続いて補充するために、
充填材又はプレフォームの素材に対して分離して配置さ
れたマトリックス金属の別個の物体を意味する。

本明細書で使用される「自発浸透（Ｓｐｏｎｔａｎｅｏ
ｕｓ［ｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）　Ｊとは、圧力又は真
空を印加（外部から印加するか若しくは内部で発生させ
るかとは無関係に）しなくても、マトリックス金属が充
填材又はプレフォームの通気性素材に浸透することを意
味する。

（１１様〕 本発明は、溶融マトリックス金属を充填材又はプレフォ
ームの通気性素材に自発浸透させることにより金属マト
リックス複合体を形成し、自発浸透の間に及び／又はそ
れに続いて金属マトリックス複合体の少なくとも一部を
改質することに関する。

金属マトリックス複合体は、溶融マトリックス金属を充
填材又はプレフォームの通気性素材に自発浸透させるこ
とにより製造できる。浸透された充填材若しくはプレフ
ォーム／又は充填材若しくはプレフォーム中のマトリッ
クス金属は、浸透に実質的にすぐ続いて改質でき、そし
て／又は、後形成プロセス処理により改質できる（即ち
、浸透が達成された後に改質できる）、このような改質
の結果、形成された金属マトリックス複合体に於いて性
質が増強又は改良される（例えば、特に高温での改良さ
れた機械的性質、改良された耐腐食性、改良された耐浸
食性など）、更に、自発浸透プロセス以外の方法により
製造された金属マトリックス複合体も、本発明による後
形成プロセスに従って処理できる。

自発浸透を達成するために、充填材又はプレフォームの
通気性素材は、溶融マトリックス金属が充填材又はプレ
フォームに自発的に浸透することを許容する処理中の少
なくともある点で、浸透増進剤及び／又は浸透増進剤前
駆体及び／又は浸透雰囲気と接触される。自発浸透を達
成するための好ましい方法に於いて、浸透増進剤前駆体
を供給するよりもむしろ、浸透増進剤をプレフォーム及
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できる。最終的に、少な（とも自
発浸透の間、浸透増進剤は充填材又はプレフォームの少
なくとも一部に配置されているべきである。

金属マトリックス複合体の少なくとも一つの性質を改質
するための好ましい態様に於いて、ひとたびプレフォー
ム又は充填材への自発浸透が達成されると、マトリック
ス金属が固化する前に、金属マトリックス複合体中のマ
トリックス金属が改質される。特に、マトリックス金属
の少なくとも一部は、溶融されていてもよく、マトリッ
クス金属の組成とは異なった組成を有する第二の金属と
接触される。特に、第二の金属はマトリックス金属と共
に相互拡散してもよく、それにより、例えば、マトリッ
クス金属及び充填材と第二の金属との間の反応のために
望ましい金属間化合物が生成する。従って、このａｍに
於いて、マトリックス金属と混和性である（例えば、所
望の金属間化合物を形成する）ことが第二の金属にとっ
て好ましい。

好ましい態様の実施に於いて、環状の銅ガスケットによ
り所定の位置にシールされ底板を有する容器からなるス
テンレススチール槽が利用できる。

このステンレススチール容器は好ましくは耐火物支持体
を含む、ステンレススチールはツートン社（Ｎｏｒｔｏ
ｎ　Ｃｏ、）から供給される９０グリツド、３８Ａｌｕ
ｎｄｕｗのようなアルミナ充填材を、マトリックス金属
とは異なった約５０容量％の粉末状の第二の金属と共に
有していてもよい、この態様に於いて、マトリックス金
属合金はステンレススチール缶中の充填材の上に置くこ
とができる。マトリックス金属は好ましくは約５重量％
のＭｇを有するアルミニウム合金からなる。マトリック
ス金属を充填材中に自発浸透させるために、ステンレス
スチール槽を窒素含有ガス中で約７５０〜１１００℃に
加熱すべきである。マトリックス金属が浸透性充填材中
に自発浸透したとき、それは充填材に含まれる第二の金
属（例えば、ニッケル）と接触する。マトリックス金属
中のアルミニルムは充填材中でニッケルと反応して、マ
トリックス金属が充填材に自発浸透するために通過した
通路内でニッケルアルミニド（ｎｉｃｋｅｌ　ａｌｕｍ
ｉｎＬｄｅ）のような金属間化合物を形成する０反応が
生じる程度は、温度、この温度での曝露の長さ、及び／
又は溶融金属の混和性に依存する。

金属マトリックス複合体の少なくとも一つを改質するた
めの他の好ましい態様に於いて、溶融マトリックス金属
の充填材又はプレフォームの通気性素材への自発浸透が
完結する前に、浸透が続くマトリックス金属の組成は、
マトリックス金属とは異なった組成を有する第二の金属
をそれに添加することにより変えられる。例えば、溶融
マトリックス金属が充填材又はプレフォームの通気性素
材への浸透を一旦開始すると、第二の金属はマトリック
ス金属の源（例えば、マトリックス金属の貯蔵源に）に
添加する（例えば、合金化する）ことができる、第二の
金属は、マトリックス金属と組み合わせたとき、溶融マ
トリックス金属の自発浸透に悪影響を及ぼさず、所望の
方法で金属マトリックス複合体（例えば、金属マトリッ
クス複合体中のマトリックス金属）を改質するどのよう
な金属であってもよい。

金属マトリックス複合体の少な（とも一つの性質を改質
するための更に好ましい態様に於いて、金属マトリック
ス複合体中のマトリックス金属及び／又は充填材若しく
はプレフォーム中の少なくとも一つは、充填材又はプレ
フォーム中への溶融マトリックス金属の自発浸透に実質
的に引き続いて改質される。この態様に於いて、第二の
金属（例えば、金属粉末又は金属への前駆体）は、充填
材又はプレフォームと少な（とも部分的に混合され、該
第二の金属はマトリックス金属及び／又は充填材若しく
はプレフォームとその場で（ｉｎ　５ｉｔｕ）反応性に
なる。特に、第二の金属は、溶融マトリックス金属と反
応して、例えば、金属マトリックス複合体の高温強度、
耐腐食性、耐浸食性などの性質を改良する望ましい金属
間化合物を形成する。

他の好ましい態様に於いて、自発浸透は充填材又はプレ
フォームを完全に埋め込むことが許されない（例えば、
少なくともい（らかの孔が充填材又はプレフォームに創
出又は形成される）。次いで、マトリックス金属とは組
成が異なる第二の金属を、浸透が完結していない金属マ
トリックス複合体の表面と接触させる０次いで第二の金
属を金属マトリックス複合体の孔に浸透させる（例えば
、第二の金属は浸透されたマトリックス金属と合金を作
り、充填材又はプレフォームの孔を完全に充満させるた
めに十分な量の合金になったマトリックス金属を与える
）。更に、このような孔の充満は、マトリックス金属（
及び／又はマトリックス金属と第二の金属との合金）の
液相線温度（Ｌｉｑｕｉｄｕｓ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｅ）で又はそれ以上の温度で起きなくてはならない。従
って、金属マトリックス複合体は、マトリックス金属と
第二の金属との合金の充填材又はプレフォームの孔への
充満により改質される。

他の好ましい態様に於いて、充填材又はプレフォームに
浸透したマトリックス金属とは異なった組成を有する第
二の金属は、実質的に完全に浸透された充填材又はプレ
フォームの少なくとも一部と接触され、該第二の金属は
マトリックス金属及び／又は充填材若しくはプレフォー
ムの少なくとも一つと反応する。特に、好ましい態様に
於いて、第二の金属はマトリックス金属により充填材又
はプレフォームと接触するように移動されることができ
、及び／又は充填材又はプレフォームと直接接触するこ
とができ、それにより充填材又はプレフォームと反応し
て反応生成物を形成する。この好ましい方法に於いて、
形成された反応生成物は最初の充填材又はプレフォーム
に比較して容積膨張を受ける。このような反応生成物は
典型的に、マトリックス金属が金属マトリックス複合体
から置き換えられる結果になる液相線温度に、それ以上
に、又は僅かにそれ以下にマトリックス金属があるとき
形成される。従って、形成される反応生成物の量に依存
して、金属マトリックス複合体中のマトリックス金属の
全容積パーセントは減少する０例えば、反応生成物の形
成は金属マトリックス複合体の表面積に制限され、金属
マトリックス複合体基体中の反応生成物表面を形成する
。更に、反応生成物の形成は自発浸透技術により製造さ
れる金属マトリックス複合体に制限されない０次にマト
リックス金属を置き換える反応生成物へのマトリックス
金属及び／又は充填材若しくはプレフォームの転換を含
むどのような系に置いても、反応生成物の形成は望まし
い結果を生むことが想像できる。

本明細書は、自発浸透プロセスにより製造される金属マ
トリックス複合体を改質する第一の方法を開示する。し
かしながら、本明細書から、改質方法のあるものは別の
方法により作られた金属マトリックス複合体にも適用で
きることはいうまでもない。

更に、上記の何れの代わりの方法に於いても、転換又は
代えられる金属マトリックス複合体及び／又は充填材の
量又は部分は変えることができる。

即ち、上記各プロセスは金属マトリックス複合体の表面
積に主として制限され、又は、十分な時間だけ転換が生
じることが許容される場合には、自発浸透により形成さ
れる金属マトリックス複合体の実質的に完全な転換が生
じる。更には、温度、気圧等々のような要因が、形成さ
れた金属マトリックス複合体の転換の速度を増大させる
か又は減少させる。

更に他の態様に於いて、気体手段が形成された金属マト
リックス複合体の表面上に流され、形成された金属マト
リックス複合体の表面の少なくとも一部と反応する元素
を含む気体手段は、形成された複合体の得られた性質を
改質する。

自発浸透を得るために、浸透増進剤及び／又は浸透増進
剤前駆体及び／又は浸透雰囲気は、溶融マトリックス金
属が充填材又はプレフォームに自発的に浸透することを
許容する処理中の少な（ともある点で、充填材又はプレ
フォームに関連している。特に、マトリックス金属の充
填材又はプレフォーム中への自発浸透を行わせるために
、浸透増進剤を自発系に供給する必要がある。浸透増進
剤は、（１）マトリックス金属中に、及び／又は（２）
充填材又はプレフォーム中に、及び／又は（３）浸透雰
囲気から、及び／又は（４）自発系中への外部源から供
給される浸透増進剤前駆体から形成できる。更に、浸透
増進剤前駆体を供給するよりもむしろ、浸透増進剤を、
充填材若しくはプレフォーム、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
給できる。最終的に、少なくとも自発浸透の間に、浸透
増進剤は充填材又はプレフォームの少なくとも一部に位
置していなくてはならない。

好ましいｍ様において、浸透増進剤前駆体を浸透雰囲気
と少なくとも部分的に反応させることができ、そうして
浸透増進剤がプレフォームが溶融マトリックス金属と接
触する前又は実質的にそれに続いて充填材又はプレフォ
ームの少なくとも一部で形成できる（例えば、もしマグ
ネシウムが浸透増進剤前駆体であり、窒素が浸透雰囲気
であったならば、浸透増進剤は充填材又はプレフォーム
の少なくとも一部に位置している窒素マグネシウムであ
る）。

マトリックス金属／浸透増進剤前駆体／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。特
に、アルミニウムマトリックス金属は、処理条件下で、
アルミニウムが溶融物を作るときアルミニウムマトリッ
クス金属及び／又は充填材と反応しない適当な耐火容器
内に含まれる充填材内に埋め込まれることができる。マ
グネシウムを含むか又はマグネシウムに露出され、処理
の少なくともある時点で窒素雰囲気に露出される充填材
は、溶融アルミニウムマトリックス金属と接触できる０
次いでマトリックス金属は充填材又はプレフォームに自
発的に浸透する。

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／窒素自発系の場合に、充填材又はプレフ
ォームは、窒素含有ガスが、プロセス中のある時点で充
填材又はプレフォームに浸透若しくは通過し及び／又は
溶融マトリックス金属と接触するのに十分な程度通気性
でなければならない、更に、通気性充填材又はプレフォ
ームに溶融マトリックス金属を浸透させて、窒素透過充
填材又はプレフォームに溶融マトリックス金属を自発浸
透させることにより、金属マトリックス複合体を形成し
、及び／又は窒素を浸透増進剤前駆体と反応させて浸透
増進剤を充填材又はプレフォーム中に形成して自発浸透
を生じさせることができる。自発浸透及び金属マトリッ
クス複合体生成の程度又は割合は、アルミニウム合金の
マグネシウム含量、充填材又はプレフォームのマグネシ
ウム含量、充填材又はプレフォームにおける窒化マグネ
シウムの量、追加合金元素の有無（例えば、珪素、鉄、
銅、マグネシウム、クロム、亜鉛等）、充填材の平均サ
イズ（例えば、粒径）、充填材の表面状態及び種類、浸
透雰囲気の窒素濃度、浸透に与えられる時間並びに浸透
が生じる温度を含む一定のプロセス条件により異なる０
例えば、溶融アルミニウムマトリックス金属の浸透を自
発的に生じさせるために、アルミニウムを、合金重量に
対して少なくとも約１重量％、好ましくは少な（とも約
３重量％のマグネシウム（浸透増進剤前駆体として機能
する）と合金化することができる。

又、上記で説明した補助合金元素をマトリックス金属に
含有せしめて、特定の性質を作り出してもよい、更に、
補助合金元素は、充填材又はプレフォームの自発浸透を
生じさせるためのマトリックスアルミニウム金属に必要
とされるマグネシウムの最少量に影響する場合がある０
例えば、揮発による自発系からのマグネシウムの損失は
、浸透増進剤を形成するのにマグネシウムが全く存在し
ない程度までは生じてはならない、従って、十分な濃度
の初期合金元素を用いて、自発浸透が揮発によって悪影
響されないようにすることが望ましい。

更に、充填材及びマトリックス金属の両方又は充填材だ
けにマグネシウムが存在すると、自発浸透を達成するの
に必要なマグネシウムの量が減少する場合がある。

窒素雰囲気における窒素体積％も、金属マトリックス複
合体の生成速度に影響を及ぼす、即ち、約１０体積％未
溝の窒素が雰囲気に存在する場合、自発浸透が非常にゆ
っくり生じるか又はほとんど生じない、即ち、少なくと
も約５０体積％の窒素が浸透雰囲気に存在して、それに
より、例えば、浸透速度をはるかに大きくして浸透時間
を短くすることが好ましいことが見い出された。浸透雰
囲気（例えば、窒素含有ガス）を充填材及び／又はマト
リックス金属に直接供給してもよいし、又は物質の分解
から生成若しくは生じさせてもよい。

溶融マトリックス金属が充填材又はプレフォームに浸透
させるのに必要とする最少マグネシウム含量は、処理温
度、時間、珪素又は亜鉛等の補助合金元素の有無、充填
材の性質、自発系の一種以上の成分中におけるマグネシ
ウムの位置、雰囲気の窒素含量及び窒素雰囲気の流速等
の一種又はそれ以上の変数によって異なる０合金及び／
又は充填材のマグネシウム含量を増加すれば、より低温
又はより短い加熱時間で完全な浸透を達成することがで
きる。又、一定のマグネシウム含量の場合、亜鉛等のあ
る種の補助合金元素を添加すると、より低温を用いるこ
とが可能となる０例えば、使用範囲の下端、即ち、約１
〜３重量％でのマトリックス金属のマグネシウム含量を
、上記した最低処理温度、高窒素濃度又は一種以上の補
助合金元素の少なくとも一つとの組み合わせで用いても
よい。

充填材にマグネシウムを全く添加しない場合には、多種
多様なプロセス条件にわたる一般的な実用性に基づいて
、約３〜５重量％のマグネシウムを含い、又、浸透に必
要とする温度条件を和らげるために、アルミニウムのマ
グネシウム含量を約１０重量％を超えるものとしてもよ
い、補助合金元素と組み合わせて用いるときには、マグ
ネシウム含量を減少させてもよいが、これらの合金元素
は補助的機能しか果たさないので、少なくとも上記で規
定した最少量のマグネシウムと一緒に用いる０例えば、
１０％珪素だけと合金化した公称純粋アルミニウムは、
１０００℃では５００メツシユの３９クリストロン（Ｃ
ｒｙｓｔｏｌｏｎ）　　（ツートン社（Ｎｏｒｔｏｎ　
Ｃｏ、）製純度９９％炭化珪素〕のベツドに実質的に浸
透しなかった。しかしながら、マグネシウムが存在する
と、珪素が浸透工程を促進することが判明した。

更に、マグネシウムを専ら充填材に供給する場合には、
その量は異なる。供給されるマグネシウムの総量の少な
くとも一部分を充填材に入れる場合には、自発浸透系に
供給されるマグネシウムの量（重量％）がもっと少なく
ても自発浸透が生じることが分かった。金属マトリック
ス複合体において、望ましくない金属間化合物が生成す
るのを防止するためには、マグネシウムの量は少ない方
が望ましい、炭化珪素プレフォームの場合には、マグネ
シウムを少なくとも約１重量％含有するプレフォームを
、実質的に純粋な窒素雰囲気の存在下で、アルミニウム
マトリックス金属と接触させると、マトリックス金属が
プレフォームに自発的に浸透することが分かった。アル
ミナプレフォームの場合、許容できる自発浸透を達成す
るのに必要なマグネシウムの量は、これよりわずかに大
きい、即ち、アルミナプレフォームを同様なアルミニウ
ムマトリックス金属と接触させると、炭化珪素プレフォ
ームに浸透したアルミニウムとほぼ同じ温度で且つ同じ
窒素雰囲気下で、すぐ上で説明した炭化珪素プレフォー
ムで達成されたのと同様な自発浸透を達成するには、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
分かった。

更に、アルミニウム／マグネシウム／窒素系を使用する
通気性充填材を浸透するとき、スピネル（例えば、Ｍｇ
Ａｌｚ　Ｏａ　）が形成できる。かくして、十分な量の
マグネシウムが存在するとき、高温に十分な時間保持さ
れた場合には、マグネシウムはアルミナ充填材と反応で
きる。ＭｇＡｌｘＯ４の形成の結果、上記のように、容
積膨張と金属の減少になる。

又、充填材又はプレフォームをマトリックス金属に浸透
させる前に、自発系に対して、浸透増進剤前駆体及び浸
透増進剤を、合金の表面及び／又はプレフォーム若しく
は充填材の表面及び／又はプレフォーム若しくは充填材
内部に供給することも可能である（即ち、供給浸透増進
剤又は浸透増進剤前駆体をマトリックス金属と合金化す
る必要がなく、むしろ、単に自発系に供給すればよい）
。

マグネシウムをマトリックス金属の表面に適用する場合
には、その表面は、充填材の通気性素材に近接若しくは
好ましくは接触している表面であること、又は充填材の
通気性素材がマトリックス金属の表面に最も近接若しく
は好ましくは接触していることが好ましい、又、このよ
うなマグネシウムは、充填材の少な（とも一部分に混入
してもよい、更に、表面への適用、合金化及び充填材の
少なくとも一部分へのマグネシウムの配置のいくつかを
組み合わせて使用することができる。浸透増進剤及び／
又は浸透増進剤前駆体の適用の組み合わせにより、充填
材へのマトリックスアルミニウム金属の浸透を促進する
ために必要なマグネシウムの総重量％の減少できるとと
もに、浸透が生じる温度を低下させることができる。更
に、マグネシウムが存在するために生成する望ましくな
い金属間化合物の量も最少に抑えることもできる。

一種以上の補助合金元素の使用及び周囲ガス中の窒素濃
度も、所定温度でのマトリックス金属の窒化の程度に影
響する０例えば、合金に含ませるか又は合金の表面に置
く亜鉛若しくは鉄等の補助合金元素を使用して、浸透温
度を低下し、それにより、窒化物の生成量を減少でき、
一方、ガス中の窒素濃度を増加すると窒化物の生成を促
進できる。

合金に含まれ及び／又は合金の表面に置かれ及び／又は
充填材若しくはプレフォーム材に結合させたマグネシウ
ムの濃度も、所定温度での浸透の程度に影響する傾向が
ある。その結果、マグネシウムがプレフォーム又は充填
材とほとんど直接接触しない場合には、少な（とも約３
重量％のマグネシウムを合金に含ませることが好ましい
、１重量％のように、この量未満の合金含量では、浸透
には、より高温のプロセス温度又は補助合金元素が必要
な場合がある。（１）合金のマグネシウム含量のみを、
例えば、少なくとも約５重量％に増加する場合；及び／
又は（２）合金成分を充填材若しくはプレフォームの通
気性素材と混合するとき；及び／又は（３）亜鉛又は鉄
等の別の元素がアルミニウム合金に存在する時は、本発
明の自発浸透法を行うのに必要とする温度はもっと低（
てもよい、温度も、充填材のｍｓにより異なる。−船釣
に、自発的でかつ進行する浸透は、少なくとも約６７５
℃、好ましくは少なくとも約７５０〜８００℃のプロセ
ス温度で生じる。　１２００°Ｃを超える温度では、−
ａ的に、本方法には利点がないと思われ、特に有効な温
度範囲は、約り７５℃〜約１２００℃であることが判明
した。しかしながら、原則として、自発浸透温度は、マ
トリックス金属の融点を超え且つマトリックス金属の蒸
発温度未満である。更に、自発浸透温度は、充填材の融
点よりも低くなければならない、更に、温度が増加する
とともに、マトリックス金属と浸透雰囲気との間の反応
生成物が生成する傾向が増加する（例えば、アルミニウ
ムマトリックス金属と窒素浸透雰囲気の場合、窒化アル
ミニウムが生成する場合がある〉、このような反応住成
物は、金属マトリックス複合体の意図する用途により、
望ましいこともあれば、望ましくない場合もある。更に
、浸透温度を達成するために、電気抵抗加熱が一般的に
使用される。

しかしながら、マトリックス金属が溶融状態となり、自
発浸透に悪影響を及ぼさない加熱手段であれば、本発明
で使用することができる。

本発明の方法においては、例えば、通気性充填材又はプ
レフォームが、プロセス中の少なくともある時点で窒素
含有ガスの存在下で、溶融アルミニウムと接触状態とな
る。この窒素含有ガスは、ガスの連続流を充填材若しく
はプレフォーム及び／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つと接触を維持することにより供
給できる。窒素含有ガスの流量は重要ではないけれども
、合金マトリックスにおける窒化物の生成により雰囲気
から損失する窒素を補償するに十分であり、且つ溶融金
属を酸化する場合のある空気の進入を防止又は阻止する
に十分な流量であることが好ましい。

金属マトリックス複合体を形成する方法は、多種多様の
充填材に適用でき、どの充填材を選択するかは、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充
填材との反応性、充填材のマトリックス金属への相溶性
能力及び最終複合体製品に求められる性質等の因子によ
り異なる。例えば、アルミニウムがマトリックス金属の
場合、適当な充填材としては、（ａ）酸化物、例えば、
アルミナ；（ｂ）炭化物、例えば、炭化珪素；（Ｃ）硼
化物、例えば、アルミニウムドデカポライド；及び（ｄ
）窒化物、例えば、窒化アルミニウムが挙げられる。充
填材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、浸透時間及び温度を最少限度とする
か、又は充填剤に非反応性被覆を設けることにより適応
できる。充填材は、カーボン又は他の非セラミック材料
等の基材を包含し、この基材は侵食又は分解から保護の
ために適当な被膜を有している。適当なセラミック被膜
としては、酸化物、炭化物、硼化物及び窒化物が挙げら
れる０本発明の方法に用いるのに好ましいセラミックと
しては、粒子状、板状、ウィスカー状及び繊維状のアル
ミナ及び炭化珪素が挙げられる、繊維は、不連続（細断
した形態）でも又はマルチフィラメント等の織ったマッ
ト又は連続フィラメントでもよい。更に、充填材又は、
均一でも又は不均一でもよい。

又、特定の充填材は、同様な化学組成を有する充填材に
対して優れた浸透性を示すことが判明した０例えば、「
ノーベル　セラミック　マテリアルズ　アンド　メソッ
ズ　オブ　畔　メーキング　セーム（Ｎｏｖｅｌ　Ｃｅ
ｒａｍｉｃ’　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈ
ｏｄｓｏｆ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｓａｍｅ）と題する、マー
ク・ニス・二ニーカーク（Ｍａｒｋ　Ｓ、　Ｎｅｗｋｉ
ｒｋ）等による１９８７年１２月１５日発行の米国特許
出願筒４．７１３．３６０号に開示されている方法によ
り製造した破砕アルミナ物体は、市販のアルミナ製品よ
りも所望の浸透性を示す。

更に、「コンポジット　セラミック　アーティクルズ　
アンド　メソッズ　オブ　メーキング　セーム（Ｃｏｍ
ｐｏｓｉｔｅ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ａｒｔｉｃｌｅｓ　ａ
ｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆＭａｋｉｒｉｇ　Ｓａｍｅ
）と題する同時継続及び同一出願人による米国特許第８
１９．３９７号〔発明者：マーク・ニス・ニューカーク
（Ｍａｒｋ　Ｓ、　Ｎｅｗｋｉｒｋ）等〕に開示されて
いる方法により製造した破砕アルミナ物体も、市販のア
ルミナ製品よりも所望の浸透性を示す。上記特許及び特
許出願の各々の内容は、本発明に利用できる。特に、上
記した米国特許及び特許出願の方法により製造した破砕
又は粉砕した２物体を用いることにより、より低い浸透
温度及び／又はより短い浸透時間で、セラミック材の通
気性素材の実質的な完全浸透が生じることが判明した。

充填材のサイズ及び形状は、複合体において望ましい性
質を得るのに必要されるいずれのものでもよい、従って
、浸透は充填材の形状によっては制限されないので、充
填材は、粒子状、ウィスカー状、板状又は繊維状及びこ
れらの混合物でよい。

球体、小管、ペレット、耐火繊維布等の他の形状を用い
てもよい。更に、大きな粒子の場合よりは小さい粒子の
素材を完全に浸透させるには温度を高めるか又は時間を
長くすることが必要な場合があるが、浸透は、充填材の
サイズによっては制限されない、浸透されるべき充填材
（プレフォームに賦形した）の素材は、通気性でなけれ
ばならない（即ち、溶融マトリックス金属透過性及び浸
透雰囲気透過性）。

溶融マトリックス金属を充填材の素材に押し込むか又は
押し入れるために圧力の使用に依存しない本発明による
金属マトリックス複合体を形成する方法は、高い充填材
体積％及び低い多孔率を有する実質的に均一な金属マト
リックス複合体を製造することが可能である。充填材の
多孔率がより小さい最初の素材及び種々のサイズの粒子
を使用することにより、より高い少なくとも約５０％の
オーダーで体積分率の充填材を達成することができる。

又、素材が、溶融合金による浸透を禁止する閉孔を有す
る成形体又は完全に密な構造に転換されないかぎり、充
填剤の素材を圧縮又は圧密化することによっても、体積
分率を高めることができる。

セラミック充填材、の周囲へのアルミニウムの浸透とマ
トリックスの形成の場合、アルミニウムマトリックスに
よるセラミック充填材の湿潤は、浸透機構の重要な要素
の場合がある。更に、低い処理温度では、金属の窒化は
無視できる程度又は極少量であり、窒化アルミニウムの
生成は金属マトリックスに分散した形態で不連続相が極
少量が生成するだけである。温度範囲の上限に接近する
につれて、金属の窒化はもっと生じ易くなる。従って、
金属マトリックスにおける窒化物権の量は、浸透が生じ
るプロセス温度を変えることにより制御できる。窒化物
生成がより顕著になる特定のプロセス温度も、使用され
るマトリックスアルミニウム合金、充填材の体積に対す
る該合金の量、浸透されるべき充填材及び浸透雰囲気の
窒素濃度等の因子により異なる０例えば、一定のプロセ
ス温度での窒化アルミニウム生成の程度は、合金が充填
材を湿潤する能力の減少及び雰囲気の窒素濃度の増加と
ともに増加するものと思われる。

従って、複合体の形成中に金属マトリックスの構造を作
り出し、得られる生成物に特定の特性を付与することが
可能である。一定の系の場合、プロセス条件を、窒化物
生成を制御するように選択することができる、窒化アル
ミニウム相を含有する複合体生成物は、生成物に対して
好ましいか又はその性能を向上できるある種の性質を示
す、更に、アルミニウム合金を自発浸透させるための温
度範囲は、使用するセラミックにより異なってもよい、
充填材としてアルミナを用いる際、窒化物が著しく生成
することによりマトリックスの延性が減少しないことが
望ましい場合には、浸透温度は、好ましくは約１０００
℃を超えてはならない、延性がもっと小さく且つ剛さの
大きなマトリックスを有する複合体を製造することが望
ましい場合には、１０００°Ｃを趨える温度を用いても
よい、炭化珪素を充填材として用いるときには、アルミ
ニウム合金は、充填剤としてアルミナを使用するときよ
りは窒化の程度が小さいので、炭化珪素に浸透させるに
は、より高い温度である約１２００℃を用いてもよい。

更に、マトリックス金属の溜を用いて、充填材を確実に
完全に浸透させたり及び／又はマトリックスの第−源と
は異なる組成を有する第二金属を供給することが可能で
ある。即ち、ある場合には、マトリックス金属の第−源
とは組成が異なるマトリックス金属を溜に用いることが
望ましい場合がある０例えば、アルミニウム合金をマト
リックス金属の第−源として用いる場合、実際に処理温
度で溶融するいずれの他の金属又は金属合金を溜金属と
して用いてもよい、溶融金属は互いに非常によく混和す
ることがあり、この際、混合が生じるに十分な時間があ
る限り、溜金属はマトリックス金属の第−源と混合する
。従って、マトリックスの第−源とは異なる組成の溜金
属を用いることにより、種々の操作要件を満たすように
金属マトリックスの性質を合わせ、それにより、金属マ
トリックス複合体の性質を作り出すことができる。

又、本発明と組み合わせてバリヤーを使用することもで
きる。具体的には、本発明で使用するバリヤー手段は、
充填材の規定された表面境界を超えて、溶融マトリック
ス合金（例えば、アルミニウム合金）が移動、動き等を
するのを妨害、阻止、防止又は終了させるいずれかの適
当な手段でよい。

適当なバリヤー手段としては、本発明のプロセス条件下
で、一体性を維持し、揮発せず且つ好ましくは本発明で
使用するガスを透過するとともに、セラミック充填材の
規定された表面を超えて連続して浸透又はその他の動き
をするのを局部的に阻止、停止、妨害、防止等をするこ
とが可能な材料、化合物、元素、組成物等が挙げられる
。

適当なバリヤー手段としては、用いられるプロセス条件
下で移動している溶融金属によって実質的に湿潤されな
い材料が挙げられる。この種のバリヤーは、溶融マトリ
ックス合金に対してほとんど親和性を示さず且つ溶融マ
トリックス金属を充填材の規定された表面境界を超えて
は実質的に移動させない、バリヤーは、金属マトリック
ス複合体製品の最終機械加工又は研磨の必要性を減少さ
せる。上記したように、このバリヤーは、通気性若しく
は多孔性であるか又は穴あけにより通気性にして、ガス
を溶融マトリックス合金に接触させることができなけれ
ばならない。

アルミニウムマトリックスに特に有効なバリヤーの適当
なものとしては、炭素、特に黒鉛として知られている結
晶性同素体状炭素を含有するものが挙げられる。黒鉛は
、説明したプロセス条件下では、溶融アルミニウム合金
によっては実質的に湿潤されない、特に好ましい黒鉛と
しては、グラフオイル（Ｇｒａｆｏｉｌ）　（ユニオン
カーバイド社の登録商標）として販売されている黒鉛テ
ープ製品が挙げられる。黒鉛テープは、充填材の規定さ
れた表面境界を超えて溶融アルミニウム合金が移動する
のを防止するシーリング性を示す、又、黒鉛テープは、
耐熱性であり且つ化学的に不活性である。

グラフオイルは可撓性、適合性（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ
）、従型性（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ）　、弾性（ｒｅ
ｓｉｌｉｅｎｔ）である。

グラフオイル黒鉛テープは、バリヤーの用途に適合する
ように種々の形状に作製することができる。

しかしながら、黒鉛バリヤー手段は、充填材の周囲及び
境界に、スラリー、ペースト又は塗膜としてでも用いる
ことができる。グラフオイルは、可撓性黒鉛シートの形
態であるので特に好ましい。

使用に際して、この紙様黒鉛は、充填材の周囲に簡単に
成形される。

窒素雰囲気におけるアルミニウム金属マトリックス合金
に関する他の好ましいバリヤーとして、このバリヤー材
を用いたときに使用する一定のプロセス条件下で、溶融
アルミニウム金属合金により一般的に湿潤されない遷移
金属硼化物〔例えば、二硼化チタン（Ｔｉｌｈ））であ
る、この種のバリヤーの場合、プロセス温度は約８７５
℃を超えてはならず、この温度を超えると、バリヤー材
の有効性が低下し、実際に、温度を上げるとバリヤーへ
の浸透が生じる。遷移金属硼化物は、−船釣には粒状（
１〜３０ミクロン）である、バリヤー材は、スラリー又
はペーストの形態で、好ましくはプレフォームとして賦
形したセラミック充填材の通気性素材の境界に適用して
もよい。

窒素雰囲気におけるアルミニウム金属マトリックス合金
に関する他の好ましいバリヤーとして、充填材の外表面
上にフィルム又は層として適用される低揮発性有機化合
物が挙げられる。窒素中、特に本発明のプロセス条件で
焼成すると、有機化金物が分解してカーボンスート（ｓ
ｏｏｔ）フィルムが残る。有機化合物は、塗装、噴霧、
浸漬等の従来の手段により適用できる。

更に、微粉砕した粒状物質は、粒状物質への浸透が充填
材への浸透より遅い速度で生じる限り、バリヤーとして
機能することができる。

したがって、バリヤー手段は、規定された表面境界をバ
リヤー手段で覆う等の何れかの適当な手段により適用で
きる。このようなバリヤー手段の層は、塗装、浸漬、ス
クリーン印刷、蒸着、又は液体、スラリー若しくはペー
ストの形態でバリヤー手段に塗布することにより、又は
揮発性バリヤー手段のスパッタリングにより、又は固形
粒子バリヤー手段の層を単に付着させることにより、又
はバリヤー手段の固形薄シート若しくはフィルムを、規
定された表面境界上に適用することにより適用できる。

所定の位置にバリヤー手段を用いた場合、規定された表
面境界に到達し且つバリヤー手段に接触すると、自発浸
透が実質的に終了する。

上記の態様は特別のものについて記載したが、種々の変
形が本明細書の特許請求の範囲内に含まれていることは
いうまでもない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、充填材及びプレフォームからなる群から選択された
   少なくとも一種の材料からなる通気性素材を形成し、 溶融マトリックス金属を通気性素材の少なくとも一部内
   に自発的に浸透させ、 浸透された通気性素材の少なくとも一部を前記マトリッ
   クス金属とは組成の異なる第二の金属と接触させ、それ
   により浸透された素材の少なくとも一つの性質を改質し
   、 前記マトリックス金属及び第二の金属を含む浸透された
   素材を冷却することによって金属マトリックス複合体を
   形成することを特徴とする金属マトリックス複合体の形
   成方法。 ２、充填材及びプレフォームからなる群から選択された
   少なくとも一種の材料の通気性素材を形成し、 少なくとも一種の第二の金属を通気性素材の少なくとも
   一部内に混合し、溶融マトリックス金属を通気性素材内
   に自発的に浸透させ、溶融マトリックス金属を前記第二
   の金属と少なくとも部分的に反応させ、そして、 マトリックス金属を含む浸透された素材を冷却すること
   により、少なくともその一部が第二の金属との反応によ
   り改質することを特徴とする金属マトリックス複合体の
   形成方法。 ３、充填材及びプレフォームからなる群から選択された
   少なくとも一種の材料の通気性素材を形成し、 溶融マトリックス金属を通気性素材内に自発的に浸透さ
   せて少なくともいくらかの孔をそこに残し、 第二の金属を前記マトリックス金属と接触させることに
   よって前記孔を充満させ、そして、前記マトリックス金
   属及び第二の金属を含む浸透された素材を冷却すること
   によって金属マトリックス複合体を形成することを特徴
   とする金属マトリックス複合体の形成方法。