JPH02247067A - 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新規な方法
に関する。本発明によれば、充填材の通気性素材が溶融
マトリックス金属により自発的に浸透される。詳細には
、前記の方法の少なくともある時点で、浸透増進剤及び
／又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透雰囲気が充填材
と連通して、それにより、溶融マトリックス金属が充填
材に自発的に浸透する。浸透が所望の程度に終了した後
、追加のマトリックス金属が、充填材に自発的に浸透し
た、前記のマトリックス金属に添加されて、マトリック
ス金属に対して、より低い体積分率の充填材を有する充
填材とマトリックス金属との懸濁物を生じる。次いで、
マトリックス金属が、その場で冷却することができ、あ
るいは金属マトリックス及び充填材の混合物が鋳造工程
として第２容器中に注入されて第２容器に一致する所望
の形状を形成し得る。しかしながら、生成された懸濁物
は、生成される直後に鋳造されるか、又は冷却し、その
後加熱、鋳造されようとも、自発浸透された金属マトリ
ックス複合体に伴なわれる有益な特性を保持しつつ、所
望の形状に注型し得る。

〔従来の技術〕

金属マトリックスと粒状セラミック、ウィスカ、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。一般的に、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、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って大き
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。例えば、粒状、ペレ
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、チョツ
プド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、一般的に、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、ジエイ・シー・キ
ャネル（Ｊ、Ｃ，Ｃａｎｎｅｌｌ）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くと
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
体に最大的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、熔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１−／溜装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７１−リンクス複合
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か、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・ダブリュ・グリムシャー（Ｒ，Ｗ、　Ｇｒｉｎ
ｓｈａｗ）等による米国特許第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／ｃｍ２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°Ｃに予備加熱したアルミナの
繊維又はウィスカーマン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、０．２５７１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筒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
てアルミナを浸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側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、１４００〜１８００°
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、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。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、溶融アルミニラｌ１、ヘリリ
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。１０−２
〜１ｏ−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−
６１−−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（に
、Ｅ、　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、□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
の層間に「挟んだＪ　ＡＩＢ＋２成形体を装填したルツ
ボを真空炉に入れる。この炉を、約１０５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ＡＩＢ、□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、
網金型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）ご更に、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じ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
作を最少比にすることも長年求められていた。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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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　コンポジッツ（Ｍｅｔａｌ　Ｍ
ａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）　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筒
０４９．１７１号〔発明者：ホワイト（Ｗｈ　ｉ　ｔｅ
）等〕及び昭和６３年５月１５日に出願された特願昭６
３−１１８０３２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ンク被覆
材料）に、少なくとも約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くても、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１
０〜１００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、少なくとも約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ごとにより、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
、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　コンポジントウイズ　ザ　ユース　
オブ　ア　バリヤー（Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｍａｋｉｎ
ｇ　ＭｅｔａＩ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　
ｗｉｔｈ　　ｔｈｅ　Ｕｓｅ　ｏｆ　ａ　Ｂａｒｒｉｅ
ｒ）　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（Ｍｉｃｂａｅｌ　Ｋ、　
Ａｇｈａｊａｎｉａｎ）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Ｉ−ＩＪソック
ス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
ンボシッフ　アンド　テクニクス　フォー　メーキング
　ザ　セイム（Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏ
ｓｉｔｅｓａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｍ
ａｋｉｒｉｇ　ｔｈ’ｅ　Ｓａｍｅ）　Ｊと題する１９
８８年３月１５日出願の本出願人による米国特許出願第
１６８．：２８４号〔発明者：ミカエル・ケー・アゲハ
ジアニアン（Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｋ、　Ａｇｈａｊａｎｉ
ａｎ）及びマーク・ニス・ニューカーク（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、必要に応して、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＠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名
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折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７トリツ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（、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、充填材の通気性素材をマト
リックス金属で自発浸透させることにより製造される。

詳細には、前記のプロセスの少なくともある時点で、浸
透増進剤及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透雰
囲気が充填材と連通して、それにより、溶融マトリック
ス金属が充填材に自発的に浸透する。実質的に完全な浸
透が得られた後に、充填材を既に浸透したマトリックス
金属と同じ組成、類似の組成又は異なる組成の、追加の
マトリックス金属（本明細書においては屡々第二マトリ
ックス金属と記載する）が、その後、浸透された充填材
に添加されて（例えば、好ましい実施態様において、浸
透された充填材と物理的に混合されて）、充填材及びマ
トリックス金属の懸濁物を生じる。このような懸濁物は
、マトリックス金属に対して充填材の、より低い充填を
有する。別の実施態様において、過剰のマトリックス金
属が与えられ、これは、自発浸透が完結した後に、未浸
透の溶融金属として残る、過剰のマトリックス金属は、
その後、浸透された充填材の中で攪拌又は混合されて、
もとの自発浸透された充填材よりも低い粒子の充填を有
する充填材とマトリックス金属との懸濁物を生成する。

別の実施態様において、自発浸透された金属マトリック
ス複合体は浸透が完結した後に冷却させることができる
。その後、複合体は、その液化温度に再加熱することが
でき、第二マトリックス金属、即ち追加のマトリックス
金属が、それと混合し得る。

好ましい実施態様において、浸透増進剤前駆体がマトリ
ックス金属及び充填材の少なくとも一つ又は両方に供給
されてもよい。充填材、マトリックス金属、浸透増進剤
前駆体の供給及び浸透雰囲気の組合せは、マトリックス
金属を充填材に自発浸透させる。

更に、浸透増進剤前駆体を供給するのに代えて、浸透増
進剤が充填材、及び／又は７トリツクス金属、及び／又
は浸透雰囲気のうち少なくとも一つに直接供給されても
よい。最終的には、少なくとも自発浸透中に、浸透増進
剤が充填材の少なくとも一部中に配置されるべきである
。

追加のマトリックス金属の物理的混合は、機械的攪拌手
段、超音波攪拌手段、振動手段、手による攪拌により、
あるいは浸透された充填材を追加のマトリックス金属と
混合するのに適したその他の手段により、達成し得る。

更には、本明細書において既に説明したように、第二マ
トリックス金属、即ち追加の７トリツクス金属は、充填
材を浸透したマトリックス金属と同様、又は全く異なる
組成をもつことができる。異なる第二マトリックス金属
を使用する場合、充填材を浸透した第一マトリックス金
属が第二７トリツクス金属と少なくとも部分的に混和性
であって、第一７トリックス金属及び第二マトリックス
金属の合金形成及び／又は第一マトリックス金属及び第
二マトリックス金属の金属間化合物の形成を生じること
が好ましい。第二マトリックス金属が、充填材を浸透し
た第一マトリックス金属と実質的に類似するか、又は同
じであるときは、二つのマトリックス金属は全く容易に
混合するようである。

第一マトリックス金属と第二マトリックス金属の所望の
混合が達成された後、浸透された充填材並びに第−及び
第二のマトリックス金属の懸濁物が、その場で、又は所
望により混合室中で、冷却させることができる。冷却混
合物は、その後、懸濁物中のマトリックス金属の液化温
度以上の温度に再加熱でき、その後所望の鋳型中に注入
される。

又、混合物が所望の最終形状に・一致する鋳型中に含ま
れる場合、混合物は単に冷却させることができ、その後
鋳型から取り出すことができる。更に、混合物は溶融状
態に保つことができ、ついで、製造される最終の金属マ
トリックス複合体に一致するか、又は連続処理のための
ある種の中間形状（例えば、インゴット）に一致する、
所望の鋳型中に注入し得る。

第−及び第二の７１〜リソクス金属の両方を含む、得ら
れた金属７１−リノクス複合体は、第二マトリックス金
属をその中に含まない金属マトリックス複合体に対して
、充填材の、より低い体積分率を有する。従って、本発
明は充填材の、より低い体積分率を有する金属マトリッ
クス複合体の製造方法を提供する。このよう・な充填材
の低い体積分率は、充填材が示し得る最大量の多孔度が
最小充填密度、プレフォーム強度、等の如き考慮事項に
より制限されるので、非常に多孔質の充填材を自発浸透
することによっては、典型的には、効果的に達成し得な
い。

この出願では、金属マトリックス複合体の形成中のある
時点で、浸透雰囲気として作用する窒素の存在下で、浸
透増進剤前駆体として作用するマグネシウムと接触され
るアルミニウムマトリックス金属を主として説明するこ
とが特記事項である。

こうして、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／浸透雰囲気の系が自発
浸透を示す。しかしながら、またその他のマトリックス
金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気の系が、アルミニ
ウム／マグネシウム／窒素の系と同様に挙動し得る。例
えば、同様の自発浸透挙動が、アルミニウム／ストロン
チウム／窒素の系；アルミニウム／亜鉛／酸素の系；及
びアルミニウム／カルシウム／窒素の系で観察された。

それ故、アルミニウム／マグネシウム／窒素の系が本明
細書中で主として説明されるが、その他のマトリックス
金属／浸透増進剤前駆体／浸透雰囲気の系が、同様に挙
動し得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を含む場合、アル
ミニウム合金は充填材（例えば、アルミナ粒子又は炭化
珪素粒子）と接触される。本発明の一つの実施態様にお
いて、充填材はそれと混合したか、あるいは、プロセス
のある時点で、浸透増進剤前駆体としてのマグネシウム
に暴露される。

アルミニウム合金及び／又は充填材は、方法のある時点
で、そしてこの好ましい実施態様においては、方法の実
質的に全て中に、窒素雰囲気に暴露される。別の実施態
様においては、充填材、及び／又はアルミニウム合金、
及び／又は窒素浸透雰囲気は、浸透増進剤として窒化マ
グネシウムを含む。各実施態様において、充填材は、マ
トリックス金属により自発的に浸透され、自発浸透及び
金属マトリックスの形成の程度又は速度は、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、充填材を含む粒子の大きさ及び／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
浸透が起こる温度を含む、プロセス条件の所定の組合せ
により変化する。自発浸透は、典型的には、充填材を実
質的に完全に押込むのに十分な程度で生じる。

定−１ 本明細書で使用する「アルミニウムｊ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（バランス）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げればならない。

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（ｐｅｒｍｅａｂｌｅ　ｍａ
ｓｓ）又はプレフォームの表面境界を超えて熔融マトリ
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、孔をあげ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
ヌは［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７トリソ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
ｔｉｎｇ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）　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（Ｉｎｆｉｌｔｒａ
ｔｉｏｎ　Ｅｎｈａｎｃｅｒ）　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、少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　Ｅｎｈａｎｃｅｒ　Ｐｒｅｃｕ
ｒｓｏｒ）　」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。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
が生しる。

本明細書において使用される「低い粒子充填」又は「充
填材のより低い体積分率」とは、充填材に関してのマト
リックス金属の鼠が、追加の又は第２のマトリックス合
金のその金属への添加なしに、自発的に浸透せしめられ
る充填材に関して増加させられたことを意味する。

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
金成分を存する市販の金属、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　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）　
Ｊ又は’ＭＭＣ：Ｊ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ｊ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」又は「通
気性（ｐｅｒｍｅａｂｌｅ）プＬ／７，１−−ム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（ｐｏｒｏｕｓ　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。

本明細書において使用される「第二マトリックス金属」
又は「追加のマトリックス金属」とは、充填材の自発浸
透が完結されたか、又は実質的に完結された後に、残存
し、又は添加され、且つ浸透された充填材と混合されて
、浸透された充填材並びに第−及び第二の（即ち、追加
の）マトリックス金属の懸濁物を生成し、それにより、
充填材のより低い体積分率を生じる金属を意味し、この
ような第二マトリックス金属、即ち追加のマトリノクス
金属は、充填材を先に自発浸透した７トリツクス金属と
正確に同しか、類似するか、又は実質的に異なる組成を
有する。

本明細占で使用される「自発浸透（Ｓｐｏｎ　ｔａｎｅ
ｏｕｓＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）　」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（木頁以下余白） 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
。

本明細書において使用される「充填材及びマトリックス
金属の懸濁物」又は「懸濁物」とは、第二のマトリック
ス金属、即ち追加のマトリン、クス金属と、第一マトリ
ック５ス金属により自発浸透された充填材との混合物を
意味する。

添付の図面は、本発明の理解を深めるために示したもの
であるが、本発明の範囲はこれらによっては限定されな
い。各図において、同様な構成要素は同じ参照番号を用
いである。

高い粒子充填（４０〜６０体積％程度）が、例えば、１
９８７年５月１３日に出願された米国特許出願箱０４９
゜１７１号明細書に記載されたような自発浸透技術によ
り得られるが、より低い粒子充填（１〜４０体積％程度
）は、ある場合には、このような技術のみを用いて得る
ことが更に難しい。詳細には、このような技術を用いて
、より低い粒子充填を得るためには、プレフォーム又は
非常に高い多孔度を有する充填材が必要とされる場合が
ある。しかしながら、このような充填材又はプレフォー
ムを用いて最終的に得ることができる多孔度は制限され
、このような多孔度は、使用される特別な充填材及びプ
レフォーム中に使用される粒子の大きさ又は粒状度の関
数である。

本発明によれば、自発浸透技術を利用して自発浸透され
た金属マトリックス複合体に以前に関連した有益な性質
を得、しかも、より低い粒子充填を得ることができる。

金属マトリックス複合体は、まず充填材を浸透雰囲気中
で第一マトリックス金属で自発浸透し、１その後追加の
マトリックス金属、即ち第二７トリツクス金属を浸透さ
れた充填材に添加して、より低い体積分率の充填材及び
マＩ−ＩＪソックス属の懸濁物を生じることにより生成
される。更に、以下に詳細に説明されるように、追加の
マトリックス金属、即ち第二マトリックス金属の添加は
、適応される方法が第一マトリックス金属の金属マトリ
ックス（即ち、第一マトリックス金属と第二マトリック
ス金属が同じである場合）、又は第一マトリックス金属
及び第二マトリックス金属の金属間化合物もしくは合金
（即ち、第一マトリックス金属と第二マトリックス金属
とが異なる場合）を与えることを可能にする。

低い粒子充填金属マトリックス複合体を得るための方法
の第一工程として、充填材又はプレフォームの自発浸透
が開始される。

図面を参照して、第１ａ図は、本発明に従って使用し得
るレイアップ１０を示す。詳細には、充填材（又はプレ
フォーム）１が、成分と実質的に非反応性である鋳型又
は容器２中に用意される。マトリックス金属３が用意さ
れ、以下に更に詳細に説明されるように、自発浸透を生
じさせる条件下で、その融点より高く加熱される。マト
リックス金属が充填材又はプレフォームを自発浸透し始
めると、金属マトリックス複合体４が生成される（例え
ば、マトリックス金属が冷却された場合には、少なくと
も一部分４は金属マトリックス複合体を含む）。

本発明の第一の好ましい実施態様に於いて、自発浸透の
完結によって未浸透のマトリックス金属のカーカスが残
るように、過剰の７１〜リツクス金属３が用意される。

第１ｂ図に示されるように、マトリックス金属複合体は
、未だ溶融されている間に、攪拌機５により過剰のマト
リックス金属と混合され、その結果浸透された充填材が
追加のマトリックス金属中に分散されて懸濁物を生成す
る。攪拌機５は、機械攪拌手段、超音波攪拌手段又は手
段攪拌を含む、通常の攪拌装置であってもよい。攪拌は
、１〜１５分、好ましくは１０〜１５分、即ち第１ｃ図
に示されるように均一で十分分散された混合物７が得ら
れるまで、続けられる。

攪拌は、混合物の分散が完結する前に複合体の硬化を避
けるために自発浸透工程温度（以下に説明される）で行
なわれることが好ましい。このような攪拌は、例えば炉
中に備えられたオーバーヘッド攪拌手段により行なうこ
とができる。又、攪拌がプロセス温度で行なわれない場
合には、加熱攪拌装置及び良く断熱された収納容器等の
使用を含む、早期冷却を避けるための操作が行なわれる
べきである。

完全な分散が達成された後、分散混合物は、そうしない
で自発浸透により得ることができる粒子充填よりも低い
粒子充填を有するボディを生成するために、第１ｄ図に
示されるように、鋳型に注入し得る。インへストメント
シェルモールド、スプリットシェルモールド、マルチプ
ルピースモルト、再使用可能な鋳型、等の如き通常の鋳
型が使用し得る。鋳型は、分散された複合体の冷却を遅
くして注入時間及び注入された分散複合体の作業性を最
大にするため、加熱されることが好ましい。又、より早
い冷却が特別の用途に所望される場合には、室温鋳型又
は冷却鋳型、例えば、銅チルプレートが使用し得る。

別の実施態様において、複合体が分散される容器は、形
成しようとする本体の最終の所望の形状に一致する。従
って、充填材及びマトリックス金属の懸濁物を注入する
ことに代えて、それは、容器が鋳型の作用を果すような
容器中で冷却される。

又、懸濁物は、冷却されて、その後その融点より高く再
加熱されて、更に処理又は形成するために注入又は成形
することができる。更に、懸濁物は中間体、例えばイン
ゴットを形成するために鋳型に注入することができ、こ
の中間体は、その後、更に処理するための前駆体として
使用し得る。

上記の実施態様から得られる複合体は、その他の自発浸
透された複合体に関連した、非常に望ましい性質を示す
。更に、本発明の分散方法を用いて、例えば、５〜４０
体積％程度の、より低い粒子充填を得ることができる。

本発明の別の実施態様においては、第１ａ図に示される
ように、過剰のマトリックス金属は使用されない。その
代わり、充填材の床又はプレフォームが、自発的に浸透
され、冷却される。浸透された金属マトリックス複合体
は、その後、再加熱され、ついで追加のマトリックス金
属が、上記の操作に従って、その中に分散されて、低い
粒子充填金属マトリックス複合体を生しる。又、追加の
マトリックス金属は、浸透された複合体中のマトリック
ス金属が未だその液体状態にある間に、添加することが
できる。

上記の実施態様の全てにおいて、追加のマトリックス金
属、即ち第二マトリックス金属は、充填材又はプレフォ
ームを自発浸透するマトリックス金属と、同じであるか
、類似するか、又は異なる組成を有することができる。

異なる第−及び第マトリックス金属の使用により、金属
マトリックス複合体の、得られる三次元的に相互連結さ
れた金属マトリックスは、特別の用途に適するために種
々の合金又は金属間化合物のいずれかを与えるように変
えることができる。その結果、所望の化学的性質、電気
的性質、機械的性質、及びその他の性質が、特別な用途
に適するように合わせることができる。第二マトリック
ス金属は、第一マトリックス金属と混和性である金属で
あることが好ましい。

第二マトリックス金属は、多くの異なる方法で導入し得
る。第１ａ図を参照して、マトリックス金属３は、充填
材との界面に隣接する表面で第一マトリックス金属を含
む、上端で第二マトリックス金属を有する重畳層（ｓｔ
ｒａｔｉｆｉｅｄ　１ａｙｅｒｓ）を有する多相溶融合
金であり得る。第一マトリックス金属は、例えば、浸透
増進剤及び／又は浸透増進剤前駆体及び／又は浸透を促
進する二次的な合金に冨むものであってもよい。第一マ
トリックス金属が自発浸透した後に、第ニア１−リツク
ス金属、即ち追加のマトリックス金属を、第１ｂ図に従
って、懸濁物に混合することができる。

また、第二マトリックス金属、即ち追加のマトリックス
金属は、自発浸透が生じた後に、固体形態で注入又は添
加され、ついで液化することができる。更に、上記の如
く、金属マトリックス複合体は、生成され、冷却され、
そしてひき続いての処理工程において、複合体は再加熱
され、第二マトリックス金属、即ち追加のマトリックス
金属が懸濁物中に分散し得る。

プレフォームへのマトリックス金属の自発浸透を行うた
めには、浸透増進剤が自発系に提供されなければならな
い。浸透増進剤は浸透増進剤前駆体から生成されること
ができ、浸透増進剤前駆体は（１）マトリックス金属中
に；及び／又は（２）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）外部源から自発
系に提供される。

更に、浸透増進剤前駆体を供給するのではなく、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
／又は浸透雰囲気に直接供給できる。

基本的には、少な（とも自発浸透中には、浸透増進剤は
、充填材若しくはプレフォームの少なくとも一部分に位
置しなければならない。

好ましい実施態様においては、浸透増進剤が充填材若し
くはプレフォームの少なくとも一部分に形成することが
できるように、充填材若しくはプレフォームとマトリッ
クス金属との接触前に若しくは実質的に連続して、浸透
増進剤前駆体を、少なくとも部分的に、浸透雰囲気と反
応させることができる（例えば、マグネシウムが浸透増
進剤前駆体であり且つ窒素が浸透雰囲気である場合には
、浸透増進剤は、プレフォーム若しくは充填材の一部分
に位置させる窒化マグネシウムでよい）。

マトリックス金属／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及び／又は充填材と
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、充填材を溶融マトリックス金属と接触させること
ができる。このプロセス条件下において、アルミニウム
マトリックス金属が充填材に自発的に浸透せしめられる
。

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／窒素自発浸透系の場合に、充填材は、窒
素含有ガスが、プロセス中のある時点で溶融材料が浸透
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、
通気性プレフォームに熔融マトリックス金属を浸透させ
て、窒素透過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
合体生成の程度は、アルミニウム合金のマグネシウム又
は窒化マグネシウム含量、充填材のマグネシウム又は窒
化マグネシウム含量、充填材におけるマグネシウム又は
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
材を含む材料の平均サイズ（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。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。）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、
プレフオームとマトリックス金属の両方又はプレフォー
ム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
滴の窒素が浸透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
を短くすることか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、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。合金及び／
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、より低温を用
いることが可能となる。′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。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
を含有する合金が好ましく、より低い温度及びより短い
を用いる場合には、少なくとも約５％が好ましい。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一緒に用いる。

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″Ｃでは５００メツシユの３９クリ
ストロン（Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ）　　（ツートン社（Ｎ
ｏｒｔｏｎ　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、自発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・−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。

また、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）　ＩＪフックス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、プレフォーム又は充填材の少
なく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。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ぎ；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くて
もよい。温度も、充填材の種類により変化し得る。一般
的に、自発的でかつ進行する浸透は、少なくとも約６７
５°Ｃ１好ましくは少なくとも約７５０〜８００°Ｃの
プロセス温度で生じる。さらに、得られる懸濁物の満足
すべき注型性は、第２の７トリツクス金属を分散せしめ
た後、約８００　”Ｃかもしくはそれ以上で、あるいは
その近傍でできればより低温で、その懸濁物の性状に依
存して達成可能である。温度の上昇につれて注型性が必
然的に改良されるというわけではない。１２００°Ｃ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６７５°Ｃ１好１２０
０°Ｃ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）。

このような反応生成物は、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
発浸透に悪影否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及び／又は熔融アルミ
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
な充填材としてはミ（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ンク材料等の基材を
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１−ウ等の連続フィ
ラメントでもよい。更に、充填材又はプレフォームは、
均一でも又は不均一でもよい。アルミナ及び炭化珪素の
両者とも、第２の又は追加のマトリックス金属を本発明
に従ってその内部で分散させる場合、満足のいく懸濁物
を提供することができる。実施例の項で詳細に説明する
が、炭化珪素は、懸濁物に分散後、アルミナよりも注型
性が大であることが判明した。

また、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。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
　。

ｆ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｓａｍｅ）と題する、マーク・ニス
・ニューカーク（Ｍａｒｋ　Ｓ、　Ｎｅｗｋｉｒｋ）等
による１９８７年１２月１５日発行の米国特許第４，７
１３，３６０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　メソソズ　オブ　メーキング　セー
ム（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　　Ｃｅｒａｍｉｃ　　Ａｒｔ
ｉｃｌｅｓ　　ａｎｄ　　Ｍｅｔｈｏｄｓ　　ｏｆ　　
Ｍａｋｉｎｇ　Ｓａｍｅ）と題する同時継続及び同一出
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、　Ｎｅｗ
ｋｉｒｋ）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。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、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）。

本発明の金属マトリックス複合体の製造方法は、溶融マ
トリックス金属をプレフォーム又は充＠材の素材中に押
しやり、又は圧搾するための圧力の使用に依存せず、高
い体積分率の充填材及び低い多孔度を有する実質的に均
一な金属マトリックス複合体の製造を可能にする。充填
材の、より高い体積分率は、充填材の、より低い多孔度
の初期の素材を使用することにより達成し得る。又、よ
り高い体積分率は、充填材の素材が、独立気泡の多孔度
を有する圧縮体、又は溶融合金による浸透を妨げるよう
な十分緻密な構造に転化されないことを条件として、圧
縮されるか、そうでなければ圧密化される場合に、達成
し得る。本発明によれば、第二マトリックス金属の分散
により、低い体積分率又は粒子充填をまた得ることがで
きる。従って、処理上の利点及び自発浸透に関連した性
質を得つつ、広範囲の粒子充填を達成し得る。

セラミック充ｆＵｒＡ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、この合金の充填材
の体積に対する量、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
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
°Ｃ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°Ｃ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。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、混合が生し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。

また、本発明と組み合わせてバリヤー手段を使用するこ
ともできる。適当なバリヤー手段は、初期の浸透が行わ
れる容器２内において、ならびに分散せしめられた懸濁
物が注加されるべき任意の鋳型内において、必要となり
得る。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、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
下で移動している熔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、熔融７トリ
ツクス合金に対してほとんど親和性を示さず且つ溶融７
トリツ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７トリツク
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合金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（Ｇｒａｆｏｉ　１）　（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
オイルは可視性、適合性（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）、従
型性（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ）　、弾性（ｒｅｓ　ｉ
　１　ｔｅｎ　ｔ）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りの形状に作製す
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、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トリックス合金
に関する池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、二側化チタン（ＴｉＢｚ）　）で
ある。この種のバリヤーの場合、プロセス温度は約８７
５°Ｃ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。を機化合物
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」二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、自発浸透が実質的に終了す
る。

（本頁以下余白） 〔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。

実１汁↓こ」ユ 以下の実施例は、未分散の自発浸透された複合体よりも
実質的に低い粒子充填を有する、十分に分散された、均
一の、注型可能な懸濁物を得るための、マトリックス金
属による充填材の自発浸透及び追加のマトリックス金属
のひき続いての分散を示す。

第２図は、実施例１及び２のレイアップを図示する。実
施例１及び２の実験は、同時に平行して行なった。実施
例１及び２の両方に関して、直径１５．２ｃｍ　（５イ
ンチ）、高さ１１．４ｃ＋ｎ　（４，５インチ）の３１
６ステンレス鋼缶（１０１）を、パーマホイル（Ｐｅｒ
ｍａｆｏｉ　ｌ、商標）で内張すした。これは自発浸透
用の非反容性容器として作用した。

実施例１において、炭化珪素（ツートン社から入手した
１０００グリツド３９クリストロン（Ｃｒｙｓｔｏｌｏ
ｎ））と２重量％のマグネシウム（３２５メツシユ）と
の混合物を含む充填材１０２約３００ｇを用意した。約
１２重量％の珪素、約５重量％の亜鉛、及び約６重量％
のマグネシウムを含むアルミニウム合金（ＡＩ−１２Ｓ
ｉ−５Ｚｎ−６Ｍｇ）約６００ｇのインボッ１４０３を
、充填材１０２の頂部に置いた。５０メツシユのマグネ
シウム粉末の層を、充填材１０２とインゴット１０３と
の界面に入れた。

実施例２において、アルミナ（ツートン社から入手した
１０００グリソ１ｌＥ６７アランダム（Ａｌｕｎｄｕｍ
））と５％のマグネシウム（３２５メツシユ）との混合
物を含む充填材１０４約３００ｇを用意した。標準アル
ミニウム５２０合金（１０％のマグネシウムを含む）約
６００ｇのインボッｌ−１０５を、充填材１０４の頂部
に置いた。再度、５０メツシユのマグネシウムの層を充
填材１０４とインボッｌ−１０５との界面に入れた。

つのステンレス鋼容器１０１を、長さ３５．６ｃｍ（１
４インチ）、幅２０．３ｃｍ　（８インチ）、高さ１７
．８ｃｍ（フインチ）の３１６ステンレス鋼缶１０６中
に入れ、これを銅箔１０８で覆った。ファイバーフラッ
クス（Ｆｉｂｅｒ　ｆｒａｘ、商標）（マツクネイル・
リフラクトリイズ社）の層を缶１０６の底部に置いて、
より小さい缶１０１を炉床の底部から断熱した。チタン
スポンジ１０９を、より大きい缶の底部に沿って置いて
、系に入り得る酸素を吸収した。

過剰の７トリツクス金属があること、及び自発浸透が完
結した後に、追加のマトリックス金属の予備が残ること
を確実にするため、実施例１及び２で用いた。マトリッ
クス金属に対して３３重景％の粒子の充填を生じるため
、分散後の、２：１の比を選んだ。

次いで、レイアップ１００を炉に入れ、人口１１０によ
り窒素でパージし、ついで約２．５１．７分の流量の窒
素ガス流下で約２時間の期間にわたって室温から約８０
０°Ｃまで加熱し、自発浸透が実質的に完結するまで約
２時間加熱した。

自発浸透された複合体を含む缶１０１を、その後、８０
０°Ｃの炉から取り出し、直ちにアルミナ撹拌棒（これ
は、又炉温度に加熱されていた）を用いて空気中で２〜
３分間手で攪拌した。

両方の複合体は良く混合した。次いで、得られた懸濁物
を、室温（２２°Ｃ）で循環する水を有する銅チルプレ
ートの上に七ノ１〜されたステンレス鋼の１２．７ｃｍ
Ｘ１２．７ｃｍ　（５インチ×５インチ）の正方形のフ
レーム鋳型中に注入した。

実施例１　（炭化珪素充填材）により生成された懸濁物
は、良く注型し、鋳型の形状を満たした。

実施例２（アルミナ充填材）により生成された懸濁物は
、塊として注入したが、成形特性及び押出特性を示した
。これら２つの実施例は、本発明の分散方法が５０％程
度の粒子充填を有する、成形不能、注型不能の金属マト
リックス複合体を３０％程度の粒子充填を有する注型可
能な複合体に転化するのに適用し得ることを示した。

複合体（例えば、懸濁物）を更に注型可能にしようとし
て８５０°Ｃの設定炉温度を用いた以外は、実施例１及
び２の実験を、夫々、実施例３及び４として同様に繰返
した。

実施例３の懸濁物は、実施例１の懸濁物よりも攪拌し難
く、注型し難かった。しかしながら、この減少された攪
拌特性及び注入特性は、実施例１よりも実施例３では混
合前に自発浸透が、より完全であり、より良好な粒子の
湿潤を生じることの結果であったかもしれない。実施例
４は、実施例２のアルミナ充填材及びマトリックス懸濁
物に較べて、注型特性の変化を示さなかった。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、過剰の７トリツクス金属で部分的に浸透さ
れた複合体を示す、本発明によるレイアップの概略断面
図、 第１ｂ図は、浸透された複合体及び過剰のマトリックス
金属の分散物を示す概略断面図、第１Ｃ図は、更に処理
する前の、分散された浸透複合体を示す概略断面図、 第１ｄ図は、分散された複合体の注型性を示す概略断面
図、そして 第２図は、実施例１〜４のレイアンプの概略断面図であ
る。 図中、■は充填材、２は容器、３はマトリックス金属、
４は金属マトリックス複合体、５は攪拌機、そして１０
はレイアップである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属マトリックス複合体を形成するに当って、 充填材の素材を形成し、 前記素材に溶融せるマトリックス金属を接触させ、 充填材の通気性素材の少くとも一部分に自発的に浸透さ
   せ、 第２のマトリックス金属合金を前記浸透充填材に添加し
   て懸濁物を形成させ、そして 前記懸濁物を冷却し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、金属マトリックス複合体を形成するに当って、 充填材の素材を形成し、 浸透増進剤及び浸透増進剤前駆体の少くとも一方をマト
   リックス金属合金、前記充填材の通気性素材及び浸透雰
   囲気の少くとも１つに与えて、マトリックス金属合金の
   溶融時にそのマトリックス金属合金の前記充填材の通気
   性素材中への自発的浸透をひきおこし、 前記充填材の通気性素材を所望の程度まで浸透させ、 第２のマトリックス金属合金を前記浸透充填材に添加し
   て懸濁物を形成させ、そして 前記懸濁物を冷却し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。 ３、金属マトリックス複合体を形成するに当って、 充填材の通気性素材のマトリックス金属を自発的に浸透
   させ、そして 追加のマトリックス金属を前記の自発浸透せる充填材素
   材と混合すること、を特徴とする金属マトリックス複合
   体の形成方法。