JPH02243729A - 金属マトリックス複合体の形成方法 - 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、金属マトリックス複合体を形成するための新
規な方法に関する。とりわけ、充填材の通気性素材をプ
レフォーム（予備成形物）中に形成させる。次いで、少
くともプロセスのある時点で、浸透増進剤及び／又は浸
透増進剤前駆体及び／又は浸透性雰囲気の存在において
、前記プレフォームの材料を溶融せるマ）　ＩＪソック
ス属の表面かもしくはプールに配して、溶融せるマ）　
ＩＪソックス属をプレフォームに自然に浸透させること
ができる。マトリックス金属がプレフォーム中に浸透す
る間、プレフォームを少くとも部分的にマトリックス金
属のプール中に沈ませて、浸透がおこったことの指示と
してもよい。

〔従来の技術〕

金属マトリックス並びに粒状セラミック、ウィスカー、
繊維等の補強又は強化相を含有する複合体製品は、強化
相が有する多少の剛性及び耐摩耗性と金属マトリックス
が有する延性及び靭性を併せもっているので、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、一体形におけるマトリックス金
属に関する強度、剛性、耐接触摩耗性、高温強度保持等
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、容積又は重量分率及び複合体を形成する際の
処理方法によって大きく異なる。ある場合には、複合体
も、マトリックス自体よりも重量が小さい場合がある。

例えば、粒状、板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
高いので注目されている。

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、粉末状の金属及び粉末、ウィスカー、チョ
ツプドファイバー等の形態の強化剤を混合し、その後、
常温圧縮し焼結するか、又は高温圧縮する。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）をしないか又は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、圧縮粉における凝離及び結晶粒成長のためミクロ構
造が不均一となるだけでなく、焼結中に不均一な収縮が
生じる。

１９７６年７月２０日に許可された、ジェイ・シー・キ
ャネル（Ｊ、　Ｃ，Ｃａｎｎｅｌ　］）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しめ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
くとも一部分の間に溶融マドリックス金属、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
トに浸透させ且つ延伸繊維を包囲する。又、溶融金属を
、マットのスタック上に注ぎ、加圧下でマット間に流動
させる。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。

繊維マットのスタック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
ックス生成、多孔率等が不均一となる可能性がある。又
、たとえ、溶融金属を、繊維アレイ内の複数の部位に導
入できるとしても、性質が不均一になる可能性がある。

その結果、複雑なマット／溜アレイ及び流路を設けて、
繊維マットのスタック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元来困難で
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加工
では、アルミニウムは容易にはアルミナを湿潤せず、緊
密に密着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熱間圧
縮する。

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か、又はマトリックスがマト
リックスの性質に影響を及ぼすことのあるリチウムを含
有している。

アール−ダブリ！’グリム’ｙ　ヤ−（Ｒ，Ｖ４．　Ｇ
ｒ　ｉｍｓｈａｗ）等による米国特許第４．２３２．０
９１号では、アルミニラムマトリックス・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／ｃｆｆｌ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第１１５，７４２号では、
予備形成したアルミナのボイドを溶融アルミニウムで充
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。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、この出願に
は、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も記載されている。この態様では
、孔を排気後、不活性雰囲気（例えば、アルゴン）中の
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、１４００〜１８００
℃）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公報第９４３５
３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フィーダーを有す
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
ニウムの浸漬中に、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、バナジウム、クロム、ニオブ又は
カルシウムが開示されており、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。

圧力の印加及び湿潤剤の塗布の他に、真空とすることに
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。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、１Ｏ−
６）−ル未溝の真空下で、溶融アルミニウム、ベリリウ
ム、マグネシウム、チタン、バナジウム、ニッケル又は
クロムを浸透することが報告されている。１０−２〜１
Ｏ−６）−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１０−６ト一
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
、　Ｂ、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＋２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、アルミニラムをＡｌ
Ｂ１２粉末成形体の上部に配置する。アルミニウム粉末
の層間に［挟んだＪ　　ＡｌＢ１２成形体を装填したル
ツボを真空炉に入れる。この炉を、約１Ｏ−５）−ルま
で排気してガス抜きをする。続いて、温度を１１００℃
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ＡＩＢ＋２成形体に浸透させる。

１９６８年１月２３日に許可されたジョン・エヌ・レッ
ティング（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
合室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、金属が固形酸化状態になる結果生じる。従って、
レッティング等には、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
を再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
外すとき壊れることがある）。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ルーノであ
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、−船釣に解離又は浮か
んで離れてしまう）。更に、粒状物質又はルーノに成形
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じることのないように
注意しなければならない。

〔発明が解決しようとする課題〕

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ための湿潤材を損傷しない、
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
頼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
操作を最少限にすることも長年求められていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、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、本発明の方法実施中の少なくともある時
点で浸透増進剤が存在する限り、標準大気圧下で浸透雰
囲気（例えば、窒素）の存在下において浸透させるため
の自然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、他のいくつかの同一出願人による出願
、すなわち、同時係属の米国特許出願に関連している。

具体的には、これらの他の同時係属特許出願（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、［
メタル　マトリックス　コンポジッッ（Ｍｅｔａｌ　Ｍ
ａｔｒｊｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）　Ｊと題する１９
８７年５月１３日出願の同一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〕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
くとも約１ｆｆｉｆｆｉ％のマグネ７ウム、好ましくは
少なくとも約３重量％のマグネ７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くても、自然に浸透が生
じる。供給溶融金属と充填材の素材とを、約１０〜１０
０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
くとも約６７５℃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。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、非常に高くすることができる
。即ち、合金に対する充填材の体積比が１：１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
、不連続相を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、系にふ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（Ｍｅｔｈｏｄｏｆ　Ｍａｋｉｎｇ
　Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｗ
ｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｕｓｅｏｆ　ａ　Ｂａｒｒｉｅｒ）　
Ｊと題する１９８８年１月７日出願の同一出願人による
同時係属の米国特許出願第１４１、６４２号〔発明者：
ミカエル・ケー・アゲハシ７ニアン（Ｍｉｃｈａｅｌ　
Ｋ、八ｇｈａｊａｎｉａｎ）等〕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、粒状二価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網又は網に近い形
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号に記載の方法は、「メ
タル　マトリックス　コンポシッフ　ァンドテクニクス
　フォー　メーキング　ザ　セイム（Ｍｅｔａｌ　Ｍａ
ｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎ
ｉｑｕｅｓ　ｆｏｒＭａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｓａｍｅ）
　Ｊと題する１９８８年３月１５日出願の同一出願人に
よる同時係属米国特許出願第１６８、２８４号〔発明者
・ミカエル・ケー・アゲハシ７ニアｙ　（Ｍｉｃｈａｅ
ｌ　Ｋ、　Ａｇｈａｊａｎｉａｎ）及びマーク・ニス・
ニューカーク（Ｍａｒｋ　Ｓ、　Ｎｅｗｋｉｒｋ）　〕
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、自然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然浸透し
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
）まで実質的に自然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物体く例えば、マク
ロ複合体）である。

上記した同一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。前記した同一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。

金属マトリックス複合体は、形成されている充填材の通
気性素材をプレフォーム中に浸透させることによって製
造する。とくに、マトリックス金属を溶融せしめ、そし
てそれをマトリックス金属を収容するための適当な非反
応性容器（例えば適当な耐火性容器）に入れて溶融せる
マトリックス金属のプールを形成する。第１の好ましい
態様において、浸透雰囲気の存在下、マトリックス金属
のプールの表面上にプレフォームを載置する。加えて、
浸透増進剤の前駆体及び／又は浸透増進剤及び／又は浸
透雰囲気も、少くともプロセスのある時点で、プレフォ
ームと連通の状態とし、よって、プレフォームを溶融マ
トリックス金属中に導入した場合に、その溶融マトリッ
クス金属が自然にプレフォームに浸透するようにする。

プレフォームは、溶融せるマトリックス金属の表面上で
浮遊してもよく、さもなければ、溶融マトリックス金属
に対してのその自然な浮力に原因して、溶融マトリック
ス金属中に若干はいっていてもよい。

さらに、プレフォームは、そのプレフォームの浮遊を補
助する浮遊手段に取り外し可能に取り付けられていても
よい。別の態様では、マトリックス金属を溶融させる前
、プレフォームをマトリックス金属と接触させてもよく
、例えば、プレフォームを固体マトリックス金属の粒子
又はチャンクに埋め込んで、その後でマトリックス金属
を溶融させることもできる。

プレフォームの自然浸透の間、そのプレフォームは、そ
れが浮遊手段に結合せしめられているか否かにかかわら
ず、少くとも一部は、溶融マトリックス金属のプールに
沈みはじめて、浸透がおこったことを指示することがで
きる。さらに、自然浸透に先がけて、プレフォームが溶
融マトリックス金属内でマイナスの浮力を有することも
可能であり、その際、その浮力を後から変更してもよい
。

したがって、プレフォームは、溶融せるマトリックス金
属のプール内においてその位置を上昇させるか、下降さ
せるか、さもなければ保持することができ、よって、浸
透がおこったことを指示することができる。

特記すべき点として、本願では先ずアルミニウムマトリ
ックス金属について記載するが、この金属は、金属マト
リックス複合体を形成する間のある時点で、浸透雰囲気
として作用する窒素の存在下において、浸透増進剤前駆
体として作用するマグネシウムと接触せしめられる。し
たがって、マトリックス金属／浸透増進剤前駆体／アル
ミニウム／マグネシウム／窒素の浸透雰囲気系が自然な
浸透を呈示する。しかし、その他のマトリックス金属／
浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気系もまたアルミニウム／
マグネシウム／窒素系と同様な形で挙動してもよい。例
えば、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：そしてアルミニウム／カルシウ
ム／窒素系において同様な浸透挙動が観察された。した
がって、本願明細書においては主としてアルミニウム／
マグネシウム／窒素系について記載するけれども、その
他のマトリックス金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気
系が同様な形で挙動し得ることを理解されたい。

さらに、浸透増進剤前駆体を供給するよりはむしろ、浸
透増進剤を直接に、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くとも１つに供給する
ことができる。最後に、少くとも自然浸透の間に、浸透
増進剤を充填材又はプレフォームの最低一部分のなかに
配すべきである。

マトリックス金属がアルミニウム合金からなる場合には
、そのアルミニウム合金を充填材（例えばアルミナ又は
炭化珪素）を有するプレフォームと接触させ、また、そ
の際、充填剤にマグネシウムを混合しておくかもしくは
プロセスの間のある時点でマグネシウムに暴露する。さ
らに、好ましい１態様において、アルミニウム合金及び
／又はプレフォーム及び／又は充填材を、プロセスの少
くとも一部において、窒素雰囲気中に含ませる。

プレフォームにはマトリックス金属が自然に浸透し、ま
た、自然浸透及び金属マトリックス形成の程度又は速度
は所定のプロセス条件によって変化するであろう。ここ
で、プロセス条件には、例えば、系に与えられるマグネ
シウムの濃度（例えばアルミニウム合金中及び／又はプ
レフォーム中及び／又は浸透雰囲気中）、プレフォーム
中の粒子のサイズ及び／又は組成、浸透雰囲気中の窒素
の濃度、浸透に要する時間、及び／又は浸透が行われる
温度が含まれる。自然浸透は、通常、プレフォームを実
質的に完全に埋め込むのに十分な程度まで行われる。

さらにまた、浸透が一旦実質的に完全におこってしまう
と、一部の場合では、プレフォームが、少くとも一部分
、マトリックス金属合金の生成源のなかに沈むことが観
察される。プレフォームが初期の段階で溶融マトリック
ス合金の表面上に少くとも部分的に浮遊するような好ま
しい１態様では、そのプレフォームが、マトリックス金
属合金の表面とほぼ同じかもしくはそれを下廻るレベル
まで実質的に完全に沈んでしまう。

定義 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「バランス非酸化性ガス」とは、浸
透雰囲気を含有する主要ガスの他に存在するガスが、プ
ロセス条件下でマ）　ＩＪソックス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
ガスは、プロセス条件下でかなりの程度までマ）　ＩＪ
ソックス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、ある程度の団結性を維持し且つ実
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・ンクス金属で実
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）　ＩＪソックス属に対し
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、必要とされる場合のある
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」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）　ＩＪソックス合物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「充填剤」とは、マ）　ＩＪソック
ス属と実質的に反応せず及び／又はマ）　ＩＪソックス
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。充填剤は、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
、「充填剤」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剤並びに
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剤でもよい
。又、充填剤は金属でもよい。

本明細書で使用する「浸透雰囲気」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然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」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然浸透するの
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
体と別の種との間に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、少な
くとも自然浸透中は、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分に位置して自然浸透を達成しな
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」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然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。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、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；　（３）充填材又はプレフォー
ムの少なくとも一部分において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Ｊとは、金属マトリックス複合
体を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／浸透雲囲気系」又は「自然系」とは、プ
レフォーム又は充填材への自然浸透を示す物質の組み合
わせを意味する。「／」は、例示するマ）　ＩＪソック
ス属、浸透増進剤前駆体及び浸透雰囲気の間に入れ、特
定の方法で組み合わせたときに、プレフォーム若しくは
充填材への自然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）　ＩＪソックス
合体」又はｒＭＭＣ、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相互連結した合金
又はマトリックス金属を含有する材料を意味する。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、主要成分とし
て、マトリックス金属と同じ金属を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有することができる。

「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然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」又は「通
気性プレフォーム」とは、浸透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種の表面境界を用いて
製造される充填剤又は充填材の多孔性素材を意味する。

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、自然浸透でマトリックス
金属を収容す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、充填剤が、均−若し
くは不均一の形態で、接着して配置又は配列されて包含
されており、適当な物質（例えば、セラミック及び／又
は金属粒子、粉末、繊維、ウィスカー等並びにそれらの
組み合わせ）を含有していてもよい。プレフォームは、
単独でも集成体で存在してもよい。

本明細書で使用される「溜」とは、金属が溶融したとき
、流れて、充填剤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
て続いて補充する、充填剤又はプレフォームの素材に対
して配置し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「自然浸透」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
剤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。

本発明は、溶融せるマトリックス金属の表面に隣接して
かもしくはその表面上でプレフォームを浮遊状態で配置
し、されなければ溶融マトリックス金属プールの内部で
プレフォームを浮遊させて配置し、そしてそのプレフォ
ームに溶融マトリックス金属を所望の程度まで自然に浸
透させることによって、金属マトリックス複合体を形成
することに関する。マトリックス金属のプレフォーム中
への自然な浸透を行うために、その自然系に対して浸透
増進剤を付与すべきである。浸透増進剤は浸透増進剤の
前駆体から形成することができ、また、その浸透増進剤
の前駆体は、（１）マトリックス金属中において、及び
／又は（２）プレフォーム中において、及び／又は（３
）浸透雰囲気から、及び／又は自然系中への外部生成源
から、提供することができる。さらに、浸透増進剤の前
駆体を供給するよりはむしろ、浸透増進剤を直接に、プ
レフォーム、及び／又はマトリックス金属、及び／又は
浸透雰囲気の少くとも１つに供給することができる。最
後に、少くとも自然浸透の間に、浸透増進剤を充填材又
はプレフォームの少くとも一部分に配すべきである。

本発明に従うと、プレフォームは、第１図に示されるよ
うに、充填材の塊り（素材）を型に入れて適宜成形する
ことによって形成することができる。例えば、充填材は
、例えば炭化珪素（あるいは以下に詳細に記載するよう
なその他の適当な充填剤）のようなセラミック材料の混
合物からなっていてもよい。この充填材は、型２内のキ
ャビティ１に、完成品の金属マ）　ＩＪソックス合体に
所望の性質に符号する量で詰め込むことができる。次い
で、好ましくは、前記充填材をプレフォーム（例えば、
プロセス条件下において形状の一体性と生強度を保持す
る硬質体）に変換する。このプレフォームは、処理の間
に浸透増進剤に変換することのできる浸透増進剤の前駆
体、例えばマグネシウムを含有してもよい。別法によれ
ば、プレフォームを溶融マトリックス金属中に浸漬する
前、そのプレフォーム中において浸透増進剤を形成させ
てもよい。例えば、浸透増進剤前駆体としてのマグネシ
ウムを窒素の存在下において浸透増進剤としての窒化マ
グネシウムに変換して、浸透増進剤が内部に形成されて
なるプレフォームを形成してもよい。さらに別の手法に
よれば、プレフォームに浸透増進剤又は浸透増進剤前駆
体を含ませなくてもよく、そしてかかる場合には、浸透
増進剤を自然系に供給するかもしくはその系において何
らかの形で形成させなければならない。

次いで、第２図に示されるように、プレフォーム３を型
２から取り出して型２を再び使用可能にする。型２は、
充填材に対して形状再現の忠実性を付与するような任意
の適当な材料、例えば焼石膏又はシリコーンゴムから形
成することができる。

この目的のために、常用のタイプの割り型、数個構成金
型、包囲シェル式金型などが適当である。

別法によれば、プレフォーム３を例えば金属箔からでき
ている型内で保持してもよく、そして前記金属箔を続く
処理工程の間に消費することができる。いずれにしても
、プレフォーム３は、そのプレフォームを浸透又は不活
性雰囲気中で保持する間に浸透増進剤の分解がおこるの
を防止するために、かつ金属マトリックス複合体の形成
が完了する以前にその他の物理的損傷を被るのを防止す
るために、適宜に取り扱わなければならない。

次いで、第３図に示されるように、プレフォーム３を適
当な耐火容器５内に入れられている溶融マトリックス金
属のプール４と接触させることができる。プレフォーム
３の少くとも一部にマトリックス金属がはいってプレフ
ォームの自然浸透が行われ、プレフォーム３のうち浸透
が行われた部分において金属マトリックス複合体６が形
成される。プレフォーム３を溶融マトリックス金属のプ
ール４に、たゾそのプレフォーム３を溶融金属プール４
の表面に載置することによって、導入してもよい。別法
によれば、プレフォーム３をマトリックス金属を入れる
ための適当なルツボ又はその他の非反応性の容器に収容
し、多量のマトリックス金属インゴットで取り囲み、そ
して加熱によりプレフォームのまわりのマトリックス金
属を溶融させてもよい。存在するマトリックス金属のプ
ールにプレフォームを導入する場合、完成品たる金属マ
トリックス複合体をより迅速に形成可能であるが、これ
は、マトリックス金属を溶融させる時間が不必要である
からである。しかし、熱的衝撃やプレフォームにおいて
発生するクラッキング又は分解を回避するため、プレフ
ォームのプレヒートを行うことが望ましい。

理解されるように、プレフォームが最初にセラミック材
料と浸透増進剤前駆体とからなる場合には、浸透増進剤
前駆体の少くともある部分を浸透増進剤に変換すべきで
ある。この変換は、プレフォームとマトリックス金属イ
ンゴットを、例えばプレフォームを加熱中に浸透雰囲気
に暴露することによって加熱する場合に、行うことがで
きる。

好ましい１態様において、浸透増進剤前駆体を少くとも
部分的に浸透雰囲気と反応させて、プレフォームを溶融
マトリックス金属と接触させる前かもしくは実質的に同
時に、プレフォームの少くとも一部において浸透増進剤
を形成させることができることも可能である（例えば、
もしもマグネシウムが浸透増進剤前駆体でありかつ窒素
が浸透雰囲気であったならば、浸透増進剤を窒化マグネ
シウムとすることができ、また、その窒化マグネシウム
をプレフォームの少くとも一部に配することができる）
。別法によれば、浸透雰囲気（例えばアルミニウム／マ
グネシウム／窒素系中の窒素ガス）を溶融マトリックス
金属中にバブリングさせてプレフォームを浸透増進剤前
駆体と接触及び反応させ、よってミマトリックス金属浴
中に浸漬後に浸透増進剤を形成させることができる。さ
らに、プレフォームが溶融マトリックス金属の表面上に
浮遊する場合には、そのプレフォームを浸透雰囲気に暴
露し、よって、浸透増進剤前駆体を浸透増進剤に変換す
ることができる。

マ）　ＩＪフックス属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気
系の一例として、アルミニウム／マグネシウム／窒素系
が挙げられる。具体的には、アルミニウムマトリックス
金属を、プロセス条件下で、アルミニウムを溶解させた
ときにアルミニウムマトリックス金属と反応しない適当
な耐火容器内に入れることができる。その後、プレフォ
ームを溶融マトリックス金属と接触させることができる
。このプレフォームは、溶融マトリックス金属の表面に
隣接してかもしくはその表面上で浮遊させてもよく、さ
もなければ溶融マトリックス金属内の任意の位置で浮遊
させてもよく、さもなげれば溶融マトリックス金属の底
に沈めてもよく、これらのことはプレフォーム自身の溶
融マトリックス金属に対する浮力に依存する。さらに、
プレフォームを、そのプレフォームの浮遊を補助するか
もしくは惹起する浮遊手段に取り外し可能に結合させて
もよい。この浮遊手段は、自然系との反応性を有してお
らずかつ溶融マ）　ＩＪソックス属中で、プレフォーム
又は金属マトリックス複合体のマイナス又はプラスいず
れかの浮力を所望の程度までバランスさせるのに十分な
プラス又はマイナスの浮力を存している任意の適当な材
料からなることができる。さらにまた、プレフォームを
、マトリックス金属が溶融し始める前にそのマトリック
ス金属と接触させてもよく、さもなければ、プレフォー
ムに固体マトリックス金属の粒子又はチャンクを埋め込
んでもよい。その後、マ）　ＩＪソックス属の加熱を行
ってその金属を溶融させる。

プレフォームの浸透の間に、そのプレフォームは、それ
が浮遊手段に結合せしめられているか否かにかかわらず
、少くとも部分的に溶融マトリックス金属のプールに沈
みはじめ、よって、第４図に示されるように、浸透がお
こったことを指示することができる。理解されるように
、このような沈みは、プレフォーム中へのマトリックス
金属の浸透の度合が増大する場合に、そのプレフォーム
の浮力の変化にしたがって発生するものである。

従って、プレフォーム本体は、浸透が完了した後、浸透
の前後におけるその本体の相対的な浮力に従って、溶融
マトリックス金属浴内で上昇するか、沈降するか、さも
なければその位置を変動することができる。

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／窒素自然浸透系の場合に、プレフォーム
は、窒素含有ガスがプレフォームを貫通するかもしくは
浸透し、そして溶融マトリックス金属と接触するに十分
な程度に通気性でなければならない。更に、通気性プレ
フォームは、溶融マトリックス金属の浸透を調整し、よ
って窒素透過プレフォームに溶融マトリックス金属が自
然浸透して金属マトリックス複合体を形成するのを生じ
させることができる。自然浸透及び金属マトリックス複
合体の形成の程度は、アルミニウムマトリックス金属合
金及び／又はプレフォームのマグネシウム含量、プレフ
ォーム及び／又はアルミニウムマトリックス金属の窒化
マグネシウム含量、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）、プレフォ
ームを含む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
要する時間並びに浸透が生じる時間を含む一定のプロセ
ス条件により変化するであろう。

例えば、溶融アルミニウムマトリックス金属の浸透を自
然に生じさせるために、アルミニウムマトリックス金属
を、合金重量に対して少なくとも約１重量％、好ましく
は少なくとも約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、
上記した補助合金元素をマトリックス金属中に含有せし
めてその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然浸透を生じさ
せるためにアルミニウムマトリックス金属に必要とされ
るマグネシウムの最少量に影響することが可能である。

十分量のマグネシウム及び／又は窒化マグネシウムをア
ルミニウムマトリックス金属中に含ませると、プレフォ
ーム中かもしくは浸透雰囲気中でマグネシウム又は窒化
マグネシウムを別に用意することの必要性を除くことが
できる。

例えば揮発に原因した自然系からのマグネシウムの損失
は、若干量のマグネシウムが残留して浸透増進剤が形成
される程度まで回避されるべきである。したがって、十
分な量の初期合金元素をマトリックス金属中で用いて、
自然浸透が揮発によって悪影響をうけないようにするこ
とが望ましい。

さらに、プレフォームとマトリックス金属の両方又はプ
レフォーム単独のみにマグネシウムが存在すると、自然
浸透を達成するのに必要なマグネシウムの必要量が減少
せしめられる可能性がある（以下に詳述する）。

窒素雰囲気における窒素体積％も、金属マトリックス複
合物体の生成速度に影響を及ぼす。即ち、約１０体積％
未渦の窒素が雰囲気に存在する場合、自然浸透が非常に
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。浸透雰囲気（例えば、窒素含
有ガス）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、例えば
処理温度、時間、珪素又は亜鉛等の補助合金元素の有無
、充填材又はプレフォームの性質、自然系の一種以上の
成分中におけるマグネシウムの位置及び雰囲気の窒素含
量のような一種以上の変数によって異なる。マトリック
ス金属及び／又はプレフォーム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、
より低い温度を用いることが可能となる。例えば、使用
範囲、即ち、約１〜３重量％の下端でのマトリックス金
属のマグネシウム含量を、上記した最小処理温度、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。プレフォームにマグネシ
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有するマトリましい。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−緒に用いる。例えば、１０
％珪素とのみ合金した概略純粋なアルミニウムは、１０
００℃では５００メツシユの３９グリストロン（Ｃｒｙ
ｓｔｏｌｏｎ）　　［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
ネシウムを専らプレフォーム又は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プ
レフォーム又は充填材に入れる場合には、自然系に供給
されるマグネシウムの量（重量％）がもっと少なくても
自然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
に自然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、許容できる自然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は、それを同様なアルミニウムマト
リックス金属と接触させる場合、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
素雰囲気の存在下で、すぐ上で説明した炭化珪素プレフ
ォームで達成されるのと同様な自然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。

又、マ）ＩＪワックス属を充填材又はプレフォームに浸
透させる前に、自然系に対して浸透増進剤前駆体及び／
又は浸透増進剤を、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
充填材の内部に供給することも可能であることを特記す
ることができるく即ち、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、単にそれらの一方もしくは他方あるいはそれらの
両方を自然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が
プレフォーム又は充填材の少なくとも一部分に混入され
るべきことも好ましい。更に、表面への適用、合金化及
びプレフォーム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、プレフォームへのマ）　ＩＪソックスルミ
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％を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。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
度を減少し、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、少なくとも約３
重量％のマグネシウムをマトリックス金属合金に含ませ
ることが好ましい。１重量％等、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、本発明の自然浸透法を行うのに必要とする温度は
もっと低い。温度も、充填材の種類により異なる。

一般的に、自然で漸進する浸透は、少なくとも約６７５
℃、好ましくは約７５０〜８００℃のプロセス温度で生
じる。１２００℃を超える温度では、一般的に、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、自然浸透温度は、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揮発温度未満であ
る。更に、自然浸透温度は、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）
。このような反応生成物は、金属マ）　ＩＪソックス合
物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）ＩＪフックス属が溶融状態となり、自然浸透に悪
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、例えば、浸透増進剤前駆体及び
／又は浸透増進剤を包含する通気性プレフォームを、浸
透を達成するために必要な総時間にわたって維持される
浸透雰囲気（例えば窒素含有ガス）の存在下において、
溶融マトリックス金属（例えばアルミニウム）と接触さ
せてもよい。

この接触は、連続したガスの流れとプレフォーム及び溶
融アルミニウムマトリックス金属との接触を維持するこ
とによって達成できる。窒素含有ガスの流量は重要では
ないけれども、その流量が合金マトリックスにおける窒
化物の生成に原因して雰囲気から損失する窒素を相殺す
るに十分であり、且つ溶融金属及び／又は浸透増進剤及
び／又は浸透増進剤前駆体に対して酸化作用を有し得る
空気の進入を防止又は阻止するに十分であることが好ま
しい。

金属マトリックス複合体を形成する本発明方法は、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、溶融マトリックス金
属合金と充填材との反応性及び最終金属マトリックス複
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、アルミニウムデカカーバイド；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剤
等の支持体を包含し、この支持体は、侵食又は分解から
保護のためにセラミック被膜を有している。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。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トウ
等の連続フィラメンｔでもよい。更に、セラミック素材
又はプレフォームは、均質でも又は不均質でもよい。

又、特定の充填材は、同様な化学組成を有する他のもの
に対して優れた浸透性を示すことが判明した。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　メーキングセーム（Ｎｏｖｅｌ　Ｃｅｒａ
ｍｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ
ｏｆ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｓａｍｅ）　と題する、マークφ
ニス・ニューカーク（Ｍａｒｋ　Ｓ、　Ｎｅｗｋｉｒｋ
）等による１９８７年１２月１５日発行の米国特許箱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（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ａｒｔ
ｉｃｌｅｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆＭａｋｉｎ
ｇ　Ｓａｍｅ）と題する同時係属及び同一出願人による
米国特許出願第８１９．３９７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。

上記特許及び同時係属特許出願の各々の内容は、本発明
に利用できる。従って、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
質を得るのに必要と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、板状又は繊維状でよ
い。球体、小管、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。さらに、充填材の素材は、プ
レフォームに成形する場合、通気性でなければならない
。即ち、少くとも、溶融マトリックス金属透過性及びで
きれば浸透雰囲気透過性でなければならない。

溶融マトリックス金属をプレフォーム又は充填材の素材
に押し込むか又は押し入れるための圧力の使用の有無と
は無関係である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、高充填材体積％及び低多孔率を有する
実質的に均一なマトリックス金属複合体を製造すること
が可能である。

充填材の多孔率がもっと小さい最初の素材を使用するこ
とにより、充填材の体積分率をもっと高めることができ
る。又、素材が、独立気孔を有する成形体又は溶融合金
による浸透を妨害する非常に密な構造に転換しないなら
ば、充填剤の素材を圧縮又は圧密化することにより、体
積分率を高めることができる。本発明による熟成形には
、充填剤の体積分率が４０〜５０％のオーダーであるこ
とが好ましい。このような体積分率で、浸透複合体は実
質的にその形状を維持し、それにより、二次処理が容易
になる。しかしながら、熱成形後の所望の最終複合体充
填率によっては、より高いか又はもっと低い粒子充填率
又は体積分率を用いることができる。更に、本発明の熱
成形法に関連して、粒子充填率を減少する方法を用いる
ことができる。

セラミック充填剤周囲のアルミニウム浸透及びマトリッ
クス形成の場合、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、無視できる程度又は極
少量の金属の窒化が生じ、金属マトリックスに分散した
形態で、窒化アルミニウムの不連続相が極少中生成する
。温度範囲の上端に接近するにつれて、金属の窒化がも
っと生じ易くなる。従って、金属マトリックスにおける
窒化物相の量は、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、充填剤若しくはプレフォームの体積に対する該
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。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、合金がセラミッ
ク充填剤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、マトリックス金属複合体の形成中に金属マ）　
ＩＪソックス構造を作り出し、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。

定の系の場合、プロセス条件を、窒化物生成を抑制する
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、この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然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。従って、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℃を超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）ＩＪワックス属の溜を用いて、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。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、処理温度で
溶融する実質的に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。本発明に従うと、自然浸透を被
るプレフォーム、すなわち、第一のマトリックス金属が
部分的に浸透せしめられるプレフォームをガス流又はそ
の他のメカニズムによって導入して、第二のマトリック
ス金属を含む溜領域中に浮遊させることができる。さら
に、溶融金属は互いに非常によく混和することが屡々で
あり、この際、混合が生じるに十分な時間がある限り、
マトリックス金属の第−源と混合した溜金属を生じるで
あろう。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）　ＩＪソックス合体の性質を作り出すことがで
きる。

また、理解されるように、本発明止紐み合わせてバリヤ
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、充填材又はプレフォームの規定さ
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、団結性を維持し、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、セラミツク充填剤
の規定された表面を超えて連続して浸透又はいずれかの
他の動きをするのを局部的に阻止、停止、妨害、防止等
をする材料、化合物、元素、組成物等が挙げられる。バ
リヤー手段は、自然浸透中、又は下記で詳述するような
自然浸透金属マトリックス複合体の熱成形に関連して使
用する金型又は他の固定具において使用できる。

適当なバリヤー手段としては、用いられるプロセス条件
下で浸透中の溶融マ）　ＩＪワックス属によって実質的
に湿潤されない材料、例えばグラファイト及びアルミナ
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充填材の規定
された表面境界を超えては実質的に移動しない。バリヤ
ーは、金属マトリックス複合体製品にもとめられる最終
機械加工又は研磨の必要性を減少させ、そしてプレフォ
ーム及び金属マトリックス複合体に対して追加の構造的
一体性を付与することができる。加えて、このバリヤー
手段は、複合体を把持しかつそれをマトリックス金属の
プールから取り出すのを可能とするため、適当な形とす
ることができる。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
でき、よって、浸透雰囲気を溶融マ）　ＩＪフックス属
合金及び浸透増進剤前駆体を含有するプレフォームに接
触させることができる。

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、炭素を含有するもの、特に黒鉛として
知られている結晶性同素体状炭素が挙げられる。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、充填材又はプレフ
ォームの周囲及び境界に、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、軟質
黒鉛ソ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、充填材又はプレフォームの周囲に
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）　ＩＪソック
ス金に関する他の好ましいバリヤーとして、このバリヤ
ー材に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、二硼化チクン（ＴｉＢ２）］
である。この種のバリヤーの場合、プロセス温度は約８
７５℃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、温度を増加するとバリ
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）で入手可能である。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、充填材又はプレ
フォーム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、有機化合物が分解してカ
ーボンスート（ｓｏｏｔ）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、粒状物質の浸透が充填材
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
リヤー手段の層で被覆する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、蒸発、若しくは液体、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ま
により、又は揮発性バリヤー手段のスパツタリングによ
り、又は固形粒子バリヤー手段の層を単に付着させるこ
止により、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、
浸透マトリックス金属が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、自然浸透が実質的に終了
する。バリヤーは、したがって、本発明のプレフォーム
と関連づけて使用して、浮遊せるプレフォームの浸透後
に真のもしくはほぼ真の形状が達成されるように浸透を
コントロールすることができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の種々の態様を説明する。し
かしながら、これらの実施例は、本発明を説明するもの
であって、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲を限
定するものではないことを理解されたい。

例１ １００グリツドの炭化珪素粉末（ツートン社製の３９Ｃ
ｒｙｓｔｏ１ｏｎ）を約２．５重量％の３２５メツシユ
のマグネシウム粉末（ジョンソン・マセー社から入手可
能）と混合することによって充填材を調製した。

均一な混合を行うため、これらの粉末を密閉容器に入れ
、そしてボールミル中で約１２時間にわたってタンプリ
ングした。このボールミルで均一な混合物だけが得られ
た；粉末の磨砕あるいは変形は、それが試みられなけれ
ば達成もされなかった。

第５図を参照して説明するが、充填剤のできるかぎり多
量を、充填剤を成形する働きをもった鋼管からなる型２
に手作業で詰め込んだ。銅管２（ゼネラル・カバー社か
ら入手可能）の壁は約０、８　ｔｎｍ厚であり、また、
その管はベル形状を有していて、長さが３．８　ｃｍ及
びその幅広端において幅が２．５　ｃｍであった。管２
の幅広端をふさがないでおき、一方、その幅狭端をアル
ミニウム箔で密封して、充填中における充填剤のモレを
防止した。

次いで、２個の上述のような充填剤含有型２−１及び２
−２を、第６図に示されるように、アルミニウム合金か
らなるインゴット７を多数収容した非反応性容器５に入
れた。容器５は、溶接した３００番台のステンレス鋼の
箱体からできていて、容器の再使用を可能とするため、
約０．２５＋ｎｍ厚のグラファイト箔（例えば、Ｔ、　
Ｔ、アメリカ社から入手可能なＰｅｒｍａｆｏｉｌ■）
２層がライニングされていた。合金の組成は、約８５重
量％のアルミニウム、１２重量％の珪素及び３重量％の
マグネシウム（１１２Ｓｉ−３Ｍｇ）であり、また、イ
ンゴット７は、それらのインゴットでもって容器５内の
管２−１及び２−２が取り囲まれるように配置した。型
の一方２−１を容器の底の近くに配置し、一方、他方の
型２−２を頂部の近くに配置した。次いで、容器５を０
．７　ｍｍ厚の銅箔８　（アトランティック・エクイプ
メント・エンジニアリング社から入手可能）でカバーし
、そして電気抵抗加熱炉内に収容した。

次いで、容器の内部を銅箔８内の細孔を通じて流量的１
．５β／分で導入された窒素ガスのパージにさらした。

炉の温度を２〜２．５時間をかけて室温から約７５０℃
まで上昇させ、よって、プレフォームの内部で充填材を
硬化せしめ、型がなくともプレフォームの形状が保持さ
れるようにした。容器とその内容物を約２．５時間にわ
たって約７５０℃で保持し、この保持時間の終了までに
アルミニウム合金のプールを容器内に形成させた。硬化
せる充填剤を取り囲んだ銅の型が溶融し、溶融したアル
ミニウム合金中に分散し、そしてその合金が自然に充填
剤に浸透していって金属マ）＋７ツクス複合体を形成し
た。ここで、充填剤はその形状を銅の型の消尽後にも、
おそらくは温度の上昇時に充填剤内において窒化マグネ
シウムが形成されたためと思われるが（あるいは、可能
なこととして、焼結効果の結果として）、そして次に、
多量の充填剤が金属マトリックス複合体中に含まれるこ
との結果として、保持したということを特記することが
できる。

２．５時間の経過時、金属マトリックス複合体がプール
内で自然と、そのプールの表面下３〜５　ｃｍのところ
で、浮かびあがった。容器の頂部近くに位置していた型
２−２はいっときの間プールの表面上で浮遊したが、次
に、型がプールに溶融した後であって自然浸透が進んだ
時、プール内に徐々に沈んでいった。容器の底に配置し
た型２−１も最終的には溶融し、そして浸透せしめられ
たプレフォームは頂部近くに配置しておいたプレフォー
ム２−２とプール内のほぼ同じ深さのところまで上昇し
た。金属マトリックス複合体をステンレス鋼製のスパチ
ュラを使用して合金プールから静かにすくい上げ、そし
て実験室の周囲空気中で冷却した。得られた複合体では
十分に自然浸透が行われており、良好な真正形状特性が
立証された。

例２ ５００グリツドの炭化珪素粉末（ツートン社製の３９Ｃ
ｒｙｓｔｏｌｏｎ）を含むプレフォームを標準的な技法
によって沈降キャスティングし、そしてハーフピストン
ピンの形で予備焼成した。このハーフピストンピンのプ
レフォーム（一部のものは内燃機関で使用）は実質的に
円筒形であり、その外径が約４＋＋＋＋ｎ、内径が約３
ｍｍ、そして長さが約５ｃｍであった。第７図を参照し
て説明するが、このプレフォーム２−３を、組成が約７
．５〜９．５％のＳｉ。

３．０〜４．０％のＣｕ、２．９％のＺｎ、５．Ｑ％の
Ｆｅ、０．５％のＮｉ、０．３５％のＳｎ、及び約０．
１７〜０．１８％のＭｇであり、そしてこの組成物に約
７００℃の温度でさらに５重量％のＭｇを添加したもの
からなる僅かに変性した３８０．１の溶融アルミニウム
合金の混合物（ベルモント・メクルズ社製）からなるプ
ール４の表面に導入した。

プール４は非反応性の容器５内に収容したが、この容器
は、３００番台のステンレス鋼から製造し、そして１５
／１０００インチ厚のＧＴＢグレードのグラファイトテ
ープ製品（ユニオン・カーバイド社製であり、同社から
商標Ｇｒａｆｏｉｌ■で販売中）でライニングすること
ができた。容器５及び、したがって、プレフォーム２−
３及びプール４を、３００番台のステンレス鋼製のボッ
クス９及びプレート１０の中間に形成されたキャビティ
８をパージすることによって、純粋な窒素雰囲気中で保
持した。

窒素浸透雰囲気を、ボックス９内の嵌め込み孔を介して
挿入及び固定されたステンレス鋼管１１を通して、キャ
ビティ８に装入した。ボックス９とプレート１０の間に
は、窒素雪囲気をキャビティ８内で保持するため、銅製
のガスケット１２をはさみ込んだ。さらに、アルミニウ
ム／マグネシウム／窒素自然浸透系の浸透増進剤及び／
又はマトリックス金属前駆体及び／又は浸透増進剤を汚
染するおそれのある酸素あるいはその他の異端物質との
反応を行わせるため、多量のチタン片１３をキャビティ
８内に分散させた。

容器５、ボックス９及びプレート１０を含む反応容器を
電気抵抗加熱炉内で、約５時間かけて、室温から約７０
０℃まで加熱し、よってマトリックス金属合金を溶融さ
せた。その後、プレフォーム２−３を溶融アルミニウム
合金のプール４の表面上に載置し、その間にボックス９
を手早く持ち上げた。次いで、温度を約８００℃で約２
５時間にわたって保持し、その時間の終りにボックス９
を再び持ち上げ、そしてプール内に沈んでいたハーフピ
ストンピンをステンレス鋼のスパチュラで回収した。

次いで、このハーフピストンピンを実験室の周囲空気中
で冷却させた。アルミニウム合金がプレフォームに完全
に自然浸透して、良好な真正形状忠実度を示す金属マ）
　ＩＪフックス合体が形成された。

例３ 第８図を参照して説明するが、純度９９．７％のアルミ
するつぼ１５に多量の粗粒ウオラストナイト１４（Ｍｙ
ａｄ　ＳＰ、　ＮＹＣＯ社から人手可能）内に埋め込ん
だグラファイトライニング付きのステンレス鋼製の缶５
を収容することによって反応容器を作製した。

前記例２のアルミニウム合金と同一の組成を有する溶融
アルミニウム合金の混合物を含むプール４を缶５に形成
した。

反応容器とるつぼを電気抵抗加熱炉内で加熱することに
よってプール４を形成し、一方、純粋な窒素ガスのステ
ンレス鋼製缶１６中への連続パージを継続した。容器を
室温から約８００℃まで、約５時間をかけて加熱した。

合金のプール４が約７００℃の温度に達した時、ステン
レス鋼製缶１６を持ち上げ、そしてプレフォームをプー
ルの表面上にす早く載置し、そしてステンレス鋼缶１６
を元に戻した。次いで、容器を約８００℃で約３０時間
にわたって保持し、その後でプレフォームをプールから
取り出し、空気冷却した。

プレフォームは、直径１．３０ｍ　ｘ長さ１．３ｃｍの
単純な円筒形であり、２００グリツドの炭化珪素製であ
った（ツートン社製の３９Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ）。この
プレフォームを約７００℃で取り出し、室温まで冷却し
た。完全な自然浸透が達成され、良好な真正形状特性が
呈示された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明で使用するプレフォームを製造するた
めの再使用可能な型の断面図、第２図は、本発明で使用
するプレフォームの断面図、 第３図は、本発明に従いプレフォームが溶融マトリック
ス金属のプール中に浮遊している状態を示す断面図、 第４図は、金属マ）　ＩＪフックス合体が溶融マトリッ
クス金属のプール中に浮遊している状態を示す断面図、 第５図は、本発明の別の態様に従う消耗品の型を示す略
示図、 第６図は、マトリックス金属を入れる非反応性の型内で
消耗品の型がマトリックス金属によって取り囲まれてい
る例１の状態を示す断面図、第７図は、例２に従い溶融
マトリックス金属内の浮遊によって物体の自然浸透を行
うためのレイアップ及び装置を示した断面図、そして第
８図は、例３に従い溶融マトリックス金属内の浮遊によ
って物体の自然浸透を行うためのレイアップ及び装置を
示した断面図である。 図中、１はキャビティ、２は型、３はプレフォーム、４
は溶融マトリックス金属のプール、５は耐火容器、そし
て６は金属マトリックス複合体である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マトリックス金属合金の溶融せる生成源を形成し、 通気性プレフォームに前記マトリックス金属合金を接触
   させ、 前記プレフォームの少くとも一部分に溶融せるマトリッ
   クス金属合金を自然に浸透させ、そして前記プレフォー
   ム内の前記マトリックス金属合金を冷却して金属マトリ
   ックス複合体を形成すること、を含んでなる金属マトリ
   ックス複合体の形成方法。