JPH03153832A - 成形された金属マトリックス複合体の製造方法 - 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の製造に関する。詳細
には、溶融マトリックス金属が反応雰囲気の存在下で充
填材又はプレフォームと接触させられ、そして少なくと
もプロセスのある時点で、溶融マトリックス金属は、部
分的にあるいは実質的に完全に反応雰囲気と反応するこ
とにより、少なくとも部分的に自己発生した真空によっ
て充填材又はプレフォームに浸透する。このような自己
発生真空浸透は、外圧や真空をかけなくても生ずる。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題］マトリ
ックス金属と、セラミック粒子、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、強化相の若干
の剛さと耐摩耗性と金属マトリックスの延性と靭性とを
併せ持つことから、種々の用途に用いられる可能性が大
いにある。−船釣に、金属マトリックス複合体は、一体
形のマトリックス金属に対して、強度、剛さ、耐接触摩
耗性及び高温強度保持等の性質の向上を示すが、一定の
性質が向上する度合いは、主に、特定の成分、体積分率
又は重量分率、そして複合体を形成する際にどのように
処理されるかにより決まる。

ある場合には、複合体がマトリックス金属自体よりも重
量が小さいこともある０粒状、小板状又はウィスカー状
の炭化珪素等のセラミックで強化したアルミニウムマト
リックス複合体は、アルミニウムよりも剛さ、耐摩耗性
及び高温強度が高いことから注目されている。

アルミニウムマトリックス複合体の加工については、圧
力鋳造、真空鋳造、攪拌及び湿潤剤を使用する粉末冶金
法及び液体・金属浸透法を基本とした方法をはじめとし
て種々の金属プロセスが報告されている。

粉末冶金法の場合、粉末形態の金属及び粉末、ウィスカ
ー、チョツプドファイバー等の形態の強化材を混合後、
コールドプレスと焼結を行うか、ホットプレスをする。

従来のプロセスを用いた粉末冶金法による金属マトリッ
クス複合体の製造では、得られる製品の特性に関しであ
る種の制限がある。複合体中のセラミック相の体積分率
は、粒状の場合には、典型的に約４０％に限定される。

また、プレス操作により、得られる実際のサイズが限定
される。続いて処理（例えば、成形又は機械加工）をし
ないか、複雑なプレスをしないときには、比較的単純な
製品形状しか可能でない、また、焼結中に不均一収縮が
生じることがあるだけでなく、コンパクトにおける凝離
及び粒子成長により不均一なミクロ構造が生じることも
ある。

１９７６年７月２０日に付与されたジェイ・シー・キャ
ンネル（Ｊ、Ｃ，Ｃａｎｎｅｌｌ）等による米国特許第
３．９７０．１３６号には、所定のパターンの繊維配列
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の形成
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、鋳型内に配置して、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、
アルミニウムの溜がくるようにし、そして圧力を加えて
溶融金属をマットに浸透させるとともに、配列した繊維
を取り囲むようにさせる。溶融金属をマットのスタック
上に注ぐと同時に、圧力下でマット間に流入させる。複
合体中の強化繊維の約５０体積％まで充填されたことが
報告されている。

上記した浸透プロセスは、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ことから、圧力誘
導流動プロセスのバラツキが起こる、即ち、マトリック
ス形成、多孔率等が不均一になる恐れがある。たとえ溶
融金属が繊維配列内の複数の部位に導入することができ
るとしても、性質が不均一になる可能性がある。その結
果、マット／溜配列と流路をｉ雑にして、繊維マットに
適度で且つ均一に浸透するようにすることが必要となる
。また、前記圧力浸透法では、大きなマット体積に浸透
させることは本質的に困難であることから、マトリック
ス体積分率に対して比較的低い強化しか得られない、さ
らに、加圧下で溶融金属を含有せしめる必要があり、プ
ロセス費用が高くなる。最後に、整列した粒子又は繊維
への浸透に限定される上記のプロセスは、ランダムに配
列した粒子、ウィスカー又は繊維の形態の材料で強化さ
れた金属マトリックス複合体の形成を意図していない。

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アミナを湿潤せず、凝集生
成物を形成することが困難となる。

他のマトリックス金属と充填材との組み合わせについて
も同様のことが言える。この問題については、種々の解
決法が提案されている。このうちの一つとして、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、アルミニウムといっしょにホットプレスを行うこと
が挙げられる。

別の手法では、アルミニウムをリチウムと合金し、そし
てアルミナをシリカで被覆できるとしている。

しかしながら、これらの複合体が性質のバラツキを示す
か、被膜が充填材を粉化することがあるか、マトリック
スがその性質に影響を及ぼすことのあるリチウムを含有
する。

アール・ダプリエ・グリムシャー（Ｒ，Ｗ、　Ｇｒｉａ
＋５ｈａｈ）等による米国特許第４．２３２．０９１号
により、アルミニウム・アルミナ複合体の製造に伴う当
該技術分野でのある種の困難を克服できる。この特許に
は、７５〜３７５ｋｇ　／ｃ鑓”の圧力を加えて、７０
０〜１０５０℃に予熱したアルミナの繊維マット又はウ
ィスカーに溶融アルミニウム（又は溶融アルミニウム合
金）を押し入れることが記載されている。得られた固形
注型物中の金属に対するアルミナの最大体積比は１／４
であった。浸透が外圧に依存するので、このプロセスは
、キャンネル（Ｃａｎｎｅｌ）等の方法と同様の多くの
欠陥がある。

ヨーロッパ特許出願公開第１１５．７４２号には、予備
成形アルミナマトリックスのボイドを溶融アルミニウム
で充填することにより、とりわけ電解槽として有用なア
ルミニウム・アルミナ複合体を製造することについての
記載がある。この特許出願では、アルミナがアルミニウ
ムにより湿潤されず、したがって、プレフォーム全体に
わたって、アルミナを湿潤させるために種々の手法が用
いられることが強調されている０例えば、アルミナを、
チタン、ジルコニウム、ハフニウム又はニオブのニホウ
化物からなる湿潤剤か、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、ジルコニウム又はハフニウムで被覆する。ア
ルゴン等の不活性雰囲気を用いて湿潤を容易にする。ま
た、この特許出願には、圧力を加え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示されている
。この態様では、細孔を排気後、不活性雰囲気、アルゴ
ン中で溶融金属に圧力を加えることにより浸透が達成さ
れる。また、プレフォームは、気相アルミニウム蒸着に
より表面を湿潤させてから、溶融アルミニウムをボイド
に浸透させて充填することにより浸透を行うことができ
る。プレフォームの細孔にアルミニウムを確実に保持さ
せるためには、真空中かアルゴン中で、例えば、１４０
０〜１８００℃で熱処理する必要がある。このようにし
ないと、圧力浸透材料が気体に暴露されるか、浸透圧力
を取り除くと、物体からアルミニウムが損失する。

電解槽におけるアルミナ成分に溶融金属を浸透させるた
めに湿潤剤を用いることは、ヨーロッパ特許出願公開第
９４３５３号にも示されている。この特許出願には、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
る電解槽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。溶融氷晶石からこの支持体を
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、電解槽の運転開始に先立ちアルミナ支持体に適
用するか、電解プロセスにより製造される溶融アルミニ
ウム中に浸漬させながらアルミナ支持体に適用する。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、チタンが好ましい湿潤剤として記
載されている。

また、ホウ素化合物、炭素化合物及び窒素化合物が、湿
潤剤の溶融アルミニウムへの溶解を抑制するのに有用で
あると記載されている。この特許出願は、金属マトリッ
クス複合体の製造を教示していない。

加圧及び湿潤剤の使用に加えて、真空にすると多孔性セ
ラミックコンパクト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、１９７３年２月
２７日に付与されたアール・エル・ランディングハム（
Ｌａｎｄｉｎｇｈａｍ）による米国特許第３．７１８．
４４１号には、ｉｏ−”トール未満の真空下でセラミッ
クコンパクト（例えば、炭化ホウ素、アルミナ及びベリ
リア）に溶融アルミニウム、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させ
ることが報告されている。　１０−１〜１０−’　）−
ルの真空では、溶融金属によるセラミックの湿潤が悪く
、金属がセラミックのボイドスペースに自由に流れ込ま
なかったが、真空を１０−ｈトール未満に減少させると
湿潤が改善されたと記載されている。

また、１９７５年２月４日に付与されたジー・イー・ガ
ッザ（Ｇ、ｆ！、　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こと
が示されている。この特許には、ＡＩＢ＋ｚ粉末のコー
ルドプレスコンパクトをコールドプレスアルミニウム粉
末の床上に装填することが記載されている。装填後、Ａ
ＩＢ＋ｚ粉末コンパクトの上部にアルミニウムをさらに
配置する。ＡＩＢ＋ｚコンパクトをアルミニウム粉末層
間に「サンドイッチ」した状態で装填したルツボを、真
空炉内に配置する。この真空炉を約１０−’ｌ−−ルに
排気してガス抜きする０次に、温度を１１００°Ｃに上
昇させ、その温度で３時間維持する。これらの条件で、
溶融アルミニウムが多孔性ＡＩＢ＋ｔコンパ、クトに浸
透する。

繊維、ワイヤー、粉末、ウィスカー等の強化材を含有す
る複合材料の製造方法が、１９８２年２月３日に公開さ
れたヨーロッパ特許出願公開第０４５，００２号〔出願
人：ドノモト（Ｄｏｎｏｓｏｔｏ）　）に開示されてい
る。複合材料は、雰囲気及び溶融金属（例えば、マグネ
シウム又はアルミニウム）とは反応しない多孔性強化材
（例えば、整列したアルミナ繊維、炭素繊維又はホウ素
繊維）を開口部を有する容器内に配置し、実質的に純粋
な酸素を容器内に吹き込んだ後、容器を溶融金属プール
に浸漬させることにより、溶融金属を強化材の隙間に浸
透させることにより製造される。この特許出願には、溶
融金属は容器内に存在する酸素と反応して金属の固形酸
化体を形成することにより容器内を真空にして強化材の
隙間を介して溶融金属を引きよせ、そして容器内に引き
込むことが開示されている。

また、この特許出願は、別の実施態様において、酸素ゲ
ッター元素（例えば、マグネシウム）を容器内に配置し
て容器内の酸素と反応させて真空を作り出し、溶融金属
を５０ｋｇ／ｃ＠”アルゴンで加圧することとあいまっ
て、強化材（例えば、整列炭素繊維）で充填した容器内
に溶融金属（例えば、アルミニウム）を引き込む。

１９７５年２月１８日に付与されたジェイ・ジエイ・オ
ツド（Ｊ、Ｊ、　０ｔｔ）等による米国特許第３，８６
７．１７７号には、まず多孔体を「活性剤金属（ａｃｔ
ｉｖａｔｏｒ　ｖｐｅｔａｌ）　Ｊと接触させた後「フ
ィラー金属（ｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌ）　Ｊ中に浸漬す
ることにより、多孔体に金属を含浸させる方法が開示さ
れている。即ち、以下で説明するレフディング（Ｒｅｄ
ｉｎｇ）等による特許第３、３６４．９７６号の方法に
より、充填剤の多孔性マット又はコンパクト体を溶融活
性剤に浸漬する。このときの浸漬は、多孔体の隙間に溶
融活性剤金属が完全に充填されるのに十分な時間行う、
ついで、活性剤金属が凝固したら、複合体を第二金属に
完全に浸漬し、そして第二金属が活性剤金属に所望の程
度置換するのに十分な時間維持する０次に、形成した物
体を冷却する。また、多孔体内からフィラー金属を少な
くとも部分的に除去し、所望量の置換金属が多孔体に溶
解又は拡散するに十分な時間再び多孔体を部分的又は完
全に溶融置換金属に浸漬することにより、フィラー金属
を少なくとも第三金属と置換することも可能である。得
られる物体は、充填材間の隙間に金属間化合物も含有し
ている。活性剤金属を利用して所望の組成物を有する複
合体を形成することを含む多段階法を利用することは、
時間と金の両方の面で高くつく。

さらに、例えば、金属の適合性（即ち、溶解度、融点、
反応性等）に基づく処理に限定すると、所望の目的のた
めに材料の特性を合わせることが制限される。

１９７０年９月２２日に付与されたジー・デー・ローレ
ンス（Ｇ、Ｄ、　Ｌａｗｒｅｎｃｅ）による米国特許第
３．５２９゜６５５号には、マグネシウム又はマグネシ
ウム合金と炭化珪素ウィスカーとの複合体の形成方法が
開示されている。即ち、大気に開放された少なくとも一
つの開口部を有する鋳型でその内容積部に炭化珪素を入
れたものを、鋳型の全ての開口部が溶融マグネシウムの
表面下となるように溶融マグネシウム浴に浸漬する。こ
のときの浸漬は、マグネシウムが鋳型のキャビティーの
残りの容積部を満たすに十分な時間行う、溶融金属が鋳
型のキャビティーに侵入するにつれて、鋳型内に存在す
る空気と反応して少量の酸化マグネシウムと窒化マグネ
シウムを形成することにより真空を生じさせて、キャビ
ティー内及び炭化珪素のウィスカー間にさらなる溶融金
属を引き込ませる。ついで、充填鋳型を溶融マグネシウ
ム浴から取り出し、鋳型内のマグネシウムを固化させる
。

１９６８年１月２３日に付与されたジョン・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、物体中に自己発生
真空を生じさせて物体中への溶融金属の浸透を高めるこ
とが開示されている。即ち、物体、例えば、黒鉛型、鋼
製又は多孔性耐火材料を溶融金属、例えば、マグネシウ
ム、マグネシウム合金又はアルミニウム合金に完全に沈
める。鋳型の場合には、溶融金属と反応性である気体、
例えば、空気を満たしたキャビティーは、鋳型の少な（
とも１個のオリフィスを介して外部に位置している溶融
金属と連通している。鋳型を溶融体に沈めるとき、キャ
ビティー内の気体と溶融金属との間の反応から真空が発
生したときにキャビティーへの充填が生じる。詳細には
、真空は、金属の固形酸化体の生成により生じる。

１９６８年８月１３日に付与されたジョン・エヌ・レフ
ディング二世（Ｊｏｈｎ　Ｎ、　Ｒｅｄｉｎｇ、　Ｊｒ
）等による米国特許第３．３９６．７？７号には、自己
発生真空を生じさせて充填体に溶融金属の浸透を高める
ことが開示されている。即ち、この特許には、一端を大
気に開放していている鋼製容器又は鉄製容器を開示して
いる。この容器には粒状の多孔性固体、例えば、コーク
ス又は鉄が入っており、そして開放端には、多孔性固体
フィラーの粒度よりも小さな直径のパーホレーション又
は貫通穴を有するふたがしである。また、この容器は、
溶融金属、例えば、マグネシウム、アルミニウム等と少
なくとも部分的に反応する固体フィラーの細孔内に雰囲
気、例えば、空気を収容している。容器のふたは、空気
が容器に入るのを防ぐのに十分な距離だけ溶融金属の表
面下に浸漬し、そして容器内の雰囲気が溶融金属と反応
して固体生成物を生成するのに十分な時間溶融金属の表
面下に保つ、この雰囲気と溶融金属との間の反応により
、容器と多孔性固体内に低圧又はかなりの真空を生じさ
せ、溶融金属を容器内及び多孔性固体の細孔に引き込む
。

レフディング二世の方法は、ヨーロッパ特許第０４５．
００２号に開示されている方法並びに米国特許第３．８
６７、１７７号、第３．５２９．６５５号及び第３．３
６４．９７６号に開示されている方法に多少関連がある
。これらの特許の開示内容は本発明に利用できる。即ち
、上記のレフディング二世の特許では、溶融金属浴を設
け、この溶融金属浴に、充填材を中に入れである容器を
、キャビティー内の気体と溶融金属との間の反応を誘発
し、そしてキャビティーを溶融金属でシールするのに十
分な深さに浸漬する。

この特許における別の態様では、周囲空気と接触すると
溶融状態で酸化されるマトリックス金属の溶融浴の表面
を、保護層又はフラックスで覆う。

容器を溶融金属にさせるとき、このフラックスは脇のほ
うに移動させられるが、フラックス由来の異物は、溶融
マトリックス金属浴並びに／又は浸透を受ける容器及び
多孔性固体材料に取り込まれる。このような汚染はたと
え非常に低いレベルであっても、容器内の真空の生成に
有害であるばかりでなく、得られる複合体の物性にも有
害である。

さらに、容器を溶融マトリックス金属浴から取り出し、
そして過剰のマトリックス金属を容器から排出させると
き、重力により浸透物体からマトリックス金属が損失す
ることがある。

したがって、上記の利点を維持したまま、外部から適用
する圧力若しくは真空の使用、害のある湿潤剤又は溶融
マトリックス金属プールの使用に鯨らない金属マトリッ
クス複合体の簡単で信軌性のある製造方法が長（求めら
れていた。さらに、金属マトリックス複合体を製造する
のに必要とする最終機械加工操作が最小ですむ製造方法
が長く求められていた０本発明は、標準大気圧下で反応
性雰囲気（例えば、空気、窒素、酸素等）の存在下でプ
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、マ
グネシウム、青銅、銅、鋳鉄等）を浸透させるための自
己発生真空の生成を含むプロセスを提供することにより
上記及び他の必要性を満足させるものである。

に　　る　　　　　　　　び セラミックマトリックス複合体型内に入れられている通
気性フィラー素材の浸透により金属マトリックス複合体
を形成する新規な方法が、本出願人所有の米国特許出願
第１４２．３８５号〔出願日：１９８８年１月１１日、
発明者：ドウィベディ（Ｄｗｉｖｅｄｉ）等、発明の名
称：　「金属マトリックス複合体の製造方法（Ｍｅｔｈ
ｏｄ　ｏｆ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ
　Ｃｏｓ＋ｐｏｓｉｔｅｓ）」、現在米国で許可済］に
開示されている。

ドウィベディ等の発明の方法によれば、溶融前駆体金属
又は母材金属を酸化剤で指向性酸化をして多結晶酸化反
応生成物を発現又は成長させ、適当なフィラー（「第一
フィラー（ｆｉｒｓｔ　ｆｉｌｌｅｒ）」と称する）を
含有するプレフォームの少なくとも一部分を埋め込むこ
とにより鋳型が形成される。その後、形成したセラミッ
クマトリックス複合体からなる鋳型に第二フィラーを供
給し、第二フィラーと鋳型を溶融金属と接触させ、そし
て最も一般的には少なくとも一種の溶融金属を鋳型をシ
ールする入口又は開口部に導入することにより鋳型の内
容物を密封する。密封した成層には、閉じ込められた空
気を含んでいることがあるが、閉じ込められた空気と鋳
型の内容物を隔離又はシールして外部空気又は周囲空気
を排除又は遮断する。気密環境を提供することにより、
適度の溶融金属温度で第二フィラーの効果的浸透がなさ
れ、したがって、湿潤剤、溶融マトリックス金属におけ
る特殊な合金成分、機械的圧力の適用、真空の適用、特
殊な気体雰囲気又は他の浸透手段の必要性がなくなる。

上記で説明した本出願人所有の特許出願には、セラミッ
クマトリックス複合体に密着させることのできる金属マ
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
新規な物体が記載されている。この本出願人所有の特許
出願の開示内容全体は、本発明に利用できる。

ドウィベディ（Ｄｗｉｖｅｄｉ）他の方法は、“自己発
生真空プロセスによる金属マトリックス複合体の製造方
法及び該方法により製造した製品”と称する米国出願第
０７／３８１．５２３号（１９８９年７月１８日に出願
済）〔本願と同日付けで日本にも特許出願されている〕
にてカンドナー（Ｍａｎ　ｔｎｅｒ）他により改良され
る。カンドナー他の方法によれば、不通気性容器が製作
され、充填材又はプレフォームが容器に配置される。次
にマトリックス金属が溶融され容器内にて充填材又はプ
レフォームと接触される。次いで周囲雰囲気を充填材又
はプレフォーム内の反応性雰囲気から隔離するためにシ
ール手段が形成される。自己発生真空が次いで容器内に
形成され、溶融マトリックス金属が充填材又はプレフォ
ームに浸透する。この後マトリックス金属は冷却され（
例えば指向的に固化され）、そして形成した金属マトリ
ックス複合体は容器から取出される。カンドナー他はこ
こに公開される本発明での使用に適した多数のマトリッ
クス金属及び充填材の組合せを示している。

カンドナー他による別の発明は、“自己発生真空技術に
よるマクロ複合体の製造法及び該方法により製造した製
品パと称する米国同時係属出願第０７／３８３．９３５
号（１９８９年７月２１日出願）〔零瀬と同日付けで日
本にも特許出願されている〕に示されている。このカン
ドナー他出願の方法によれば、上記特許出願第０７／３
８１　、５２３号に記述されているのと同じ反応系が用
いられる。しかし、本発明においては、浸透に先立って
充填材又はプレフォームは少なくとも一つの第二物質と
隣接され又は接触されて、充填材又はプレフォームの浸
透の後に浸透物質は少なくとも第二物質の一部と結合さ
れてマクロ複合体を形成する。

上述の同時係属出願は、金属マトリックス複合体の製造
方法及び該方法により製造される新規な複合体（金属マ
トリックス複合体及びマクロ複合体）を記述する。これ
らの出願の開示内容は特に参考としてここに取り入れら
れる。

〔課題を解決する手段、作用及び発明の効果〕本発明の
方法では、不通気性容器に配置されている充填材の通気
性素材又はプレフォームに溶融マトリックス金属が浸透
する新規な自己発生真空法により新規な金属マトリック
ス複合体が製造される。即ち、溶融マトリックス金属と
反応性雰囲気は、両方とも、プロセス中の少なくともあ
る時点で通気性素材と連通しており、接触すると、反応
性雰囲気とマトリックス金属及び／若しくは充填材又は
プレフォーム及び／若しくは不通気性容器との間に真空
が発生し、溶融マトリックス金属が充填材又はプレフォ
ームに浸透する。

第一の好ましい実施態様では、不通気性容器と、その中
に入れてあり反応性雰囲気の存在下で溶融マトリックス
金属と接触している充填材と、周囲雰囲気から反応系を
シールするためのシール手段を含んでいる反応系が提供
される０反応雰囲気は、部分的又は実質的に完全に溶融
マトリックス金属及び／又は充填材及び／又は不通気性
容器と反応して真空を発生することのできる反応生成物
を生成することにより、溶融マトリックス金属を少なく
とも部分的に充填材に引き込む０反応性雰囲気と、溶融
マトリックス金属及び／又は充填材及び／又は不通気性
容器とが関与する反応は、溶融マトリックス金属が部分
的又は実質的に完全に充填材又はプレフォームに浸透す
るに十分な時間継続することができる。マトリックス金
属とは異なる組成を有する反応系をシールするための外
部シール手段を設けてもよい。

別の好ましい実施態様では、マトリックス金属が周囲雰
囲気と反応して、周囲雰囲気から反応系をシールするマ
トリックス金属とは異なる組成の内部的化学シール手段
を形成してもよい。

本発明のさらなる実施態様では、反応系をシールための
外部シール手段を設けるのではなく、不通気性容器を湿
潤しているマトリックス金属により内部物理的シールを
形成して、反応系を周囲雰囲気からシールしてもよい、
さらに、マトリックス金属による不通気性容器の湿潤を
容易にする合金添加物をマトリックス金属に含有せしめ
て、反応系を周囲雰囲気からシールすることができる。

別の好ましい実施態様では、充填材が少なくとも部分的
に反応性雰囲気と反応して、溶融マトリックス金属を充
填材又はプレフォームに引き込む真空を生じさせてもよ
い、さらに、添加物を充填材に含有せしめ、その充填材
を部分的又は実質的に完全に反応性雰囲気と反応して、
真空を生じさせるとともに、得られる物体の性質を高め
ることができる。さらに、充填材及びマトリックス金属
の他や、充填材及びマトリックス金属の代わりに、不通
気性容器が少なくとも部分的に反応性雰囲気と反応して
真空を発生させてもよい。

主層 本明細書及び特許請求の範囲に用いられている用語を以
下に定義する。

本明細書で用いられる用語「合金側（Ａｌｌｏｙ　５ｉ
ｄｅ）　Ｊとは、溶融金属が充填材の通気性素材又はプ
レフォームに浸透する前に最初に溶融マトリックス金属
に接触した金属マトリックス複合体の面を意味する。

本明細書で用いられる用語「アルミニウム（Ａｌｕｍｉ
ｎｕｓ）　Ｊとは、実質的に純粋な金属（例えば、比較
的純粋な市販の未合金アルミニウム）又は鉄、珪素、銅
、マグネシウム、マンガン、クロム、亜鉛等の不純物及
び／又は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。

本明細書で用いられる用語「周囲雰囲気（Ａｍｂｉｅｎ
ｔ　Ａｔ■ｏｓｐｈｅｒｅ）　Ｊとは、充填材又はプレ
フォーム及び不通気性容器の外の雰囲気を意味する０周
囲雰囲気は、反応性雰囲気と同様の成分を有していても
よいし、反応性雰囲気と異なる成分を有していてもよい
。

金属マトリックス複合体に関連して本明細書で用いられ
る用語「バリヤー（Ｂａｒｒｉｅｒ）　Ｊ又は「バリヤ
ー手段（Ｂａｒｒｉｅｒ　ｍｅａｎｓ）　Ｊ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行、移動等するのを妨害、阻止
、防止又は終了させるいずれかの適当な手段を意味する
。この場合の表面境界は前記バリヤー手段によって形成
される。適当なバリヤー手段としては、プロセス条件下
でかなりの団結性を維持し、そして実質的に揮発性でな
い（即ち、バリヤー材は、バリヤーとして機能しない程
度には揮発しない）材料、化合物、元素、組成物等が挙
げられる。

さらに、適当な「バリヤー手段」は、バリヤー手段の湿
潤がバリヤー材の表面を超えて相当に進行しない限り、
用いられるプロセス条件下で移行している溶融マトリッ
クス金属により湿潤されるか、湿潤されない材料も含む
、この種のバリヤーは、溶融マトリックス金属に対して
実質的にほとんど親和性を示さないと思われ、そして充
填材の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するのはバリヤー手段により防止
又は阻止される。得られる金属マトリックス複合体生成
物の表面の少なくとも一部分を形成するために必要なこ
とのある最終機械加工又は研削をバリヤーにより減少さ
せることができる。

本明細書で用いられる用語「青銅（Ｂｒｏｎｚｅ）　Ｊ
とは、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、珪素、ベリリウム
、マグネシウム及び／又は鉛を含んでいてもよい調高含
有合金を意味するとともに、それを含む、青銅合金の具
体例としては、銅の割合が約９０重量％であり、珪素の
割合が約６重量％であり、そして鉄の割合で約３重量％
である合金が挙げられる。

本明細書で用いられる用語「カーカス（Ｃａｒｃａｓｓ
）　Ｊ又は「マトリックス金属のカーカス（Ｃａｒｃａ
ｓｓ　ｏｆＭａｔｒｉｘ　Ｍｅｔａｌ）　Ｊとは、金属
マトリックス複合体の生成中に消費されず、典型的には
、もし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状態のままとなる残存して
いるマトリックス金属の原物体を意味する。このカーカ
スは、第二金属又は外来金属も含んでいてもよい。

本明細書で用いられる用語「鋳鉄（Ｃａｓｔ　Ｉｒｏｎ
）　Ｊとは、炭素の割合が少なくとも約２重量％である
鋳造合金鉄族を意味する。

本明細書で用いられる用語「Ｍ　（Ｃｏｐｐｅｒ）　Ｊ
とは、工業グレードの実質的に純粋な金属、例えば、種
々の量の不純物を有する９９重量％銅を意味する。

さらに、銅とは、青銅の定義には入らず、そして主成分
として銅を含有する合金又は金属間化合物である金属も
意味する。

本明細書で用いられる用語「フィラー（Ｆｉｌｔｅｒ）
」とは、マトリックス金属とは実質的に反応せず及び／
又はマトリックス金属に対して限定され溶解度を有し、
そして単相又は多相でよい単一成分又は成分の混合物を
含む。フィラーは、粉末、フレーク、小板状、小球体、
ウィスカー、バブル等の多種多様の形態で用いることが
でき、そして緻密でも多孔性でもよい。また、「フィラ
ー」は、繊維、チョツプドファイバー、粒状物、ウィス
カーバブル、球体、ファイバーマット等の形態のアルミ
ナ又は炭化珪素等のセラミックフィラーび炭素を、例え
ば、溶融アルミニウム母材金属による攻撃から保護する
ためにアルミナ又は炭化珪素で被覆した炭素繊維等のセ
ラミック被覆フィラーも含む。また、フィラーは金属も
含む。

本明細書で用いられる用語「不通気性容器（Ｉｍｐｅｒ
ｍｅａｂｌｅ　Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）　Ｊとは、プロセ
ス条件下で反応性雰囲気及び充填材（又はプレフォーム
）及び／又は溶融マトリックス金属及び／又はシール手
段を収容又は含み、そして周囲雰囲気と反応性雰囲気と
の間に圧力差が生じるように、容器を通ってガス又は蒸
気物質が移動するには十分に不透過性であることのでき
る容器を意味する。

本明細書で用いられる用語「マトリックス金属（Ｍａｔ
ｒｉｘ　Ｍｅｔａｌ）　Ｊ又は「マトリックス金属合金
（Ｍａｔｒｉｘ　Ｍｅｔａｌ　Ａ１１ｏｙ）」は、金属
マトリックス複合体を形成するのに利用（例えば、浸透
前）される金属及び／又は充填材と混ぜ合わせて金属マ
トリックス複合体を形成する（例えば、浸透後）金属を
意味する。規定される金属がマトリックス金属として述
べられているときには、このようなマトリックス金属は
実質的に純粋な金属、不純物及び／又は合金成分を有す
る市販の金属、金属が主成分である金属間化合物又は合
金の形態の金属を含む。

本明細書で用いられる用語「金属マトリックス複合体（
Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）　Ｊ
又はｒＭＭＣＪとは、プレフォーム又は充填材を埋め込
んだ二次元的又は三次元的に連続している合金又はマト
リックス金属を含有する材料を意味する。マトリックス
金属は、得られる複合体に具体的に望まれる機械的性質
及び物理的性質を付与する種々の合金元素を含んでいて
もよい。

本明細書で用いられる用語「マトリックス金属とは異な
る金属（Ａ　Ｍｅｔａｌ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｒｏ
ｓ＋　ｔｈｅ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｍｅｔａｌ）　Ｊ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、「異なる金属」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）。

本明細書で用いられる用語「プレフォーム（Ｐｒｅｆｏ
ｒｍ）　Ｊ又は「通気性プレフォーム（Ｐｅｒａｅａｂ
ｌｅ　Ｐｒｅｆｏｒｍ）　Ｊとは、マトリックス金属の
浸透のため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フィラー又は充填材の多孔
性素材を意味する。このような素材は、十分な形状の保
全性及び生強度を保持して、マトリックス金属により浸
透される前に外部手段なしで寸法信頼性を付与する。こ
の素材は、マトリックス金属が浸透するのに十分な多孔
性を有していなければならない、プレフォームは、典型
的には、均−又は不均一なフィラーの接合アレー又はア
レンジメント（ｂｏｎｄｅｄ　ａｒｒａｙ　ｏｒ　ａｒ
ｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を含み、そして適当な材料（例え
ば、セラミック及び／又は金属の粒状物、粉末、繊維、
ウィスカー等並びにそれらの組み合わせ）を含んでいて
もよい。プレフォームは、単一体で存在していても、組
立体で存在していてもよい。

本明細書で用いられる用語［反応系（Ｒｅａｃｔｉｏｎ
Ｓｙｓｔｅ園）」とは、溶融マトリックス金属の充填材
又はプレフォームへの自己発生真空浸透を示す材料の組
み合わせを意味する０反応系は、充填材の通気性素材又
はプレフォームと、反応雰囲気と、マトリックス金属と
を中に有する不通気性容器を少なくとも含んでいる。

本明細書で用いられる用語「反応性雰囲気（Ｒｅａｃｔ
ｉｖｅ　Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）　Ｊとは、マトリック
ス金属及び／又は充填材（又はプレフォーム）及び／又
は不通気性容器と反応して自己発生真空を生成すること
により、自己発生真空の生成後に溶融マトリックス金属
が充填材（又はプレフォーム）に浸透することのできる
雰囲気を意味する。

本明細書で用いられる用語「溜（Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）
　Ｊとは、金属を溶融したときに、流れて、フィラー又
はプレフォームと接触状態にあるマトリックス金属の部
分、セグメント又は源を補充又は場合によっては最初に
マトリックス金属を供給し続いて補充するフィラーの素
材又はプレフォームに対して配置した別のマトリックス
金属体を意味する。

本明細書で用いられる用語「シール（Ｓｅａｌ）　Ｊ又
は「シール手段（Ｓｅａｌｉｎｇ　Ｍｅａｎｓ）　Ｊと
は、独立的に形成されるか（例えば、外部シール）、反
応系により形成されるか（内部シール）とは無関係に、
周囲雰囲気を反応性雰囲気から分離するプロセス条件下
での気体不透過性シールを意味する。このシール又はシ
ール手段は、マトリックス金属とは異なる組成を有して
いてもよい。

本明細書で用いられる用語［シールファシリケーター（
Ｓｅａｌ　Ｆａｃｉｌｉｃａｔｏｒ）」とは、マトリッ
クス金属と周囲雰囲気及び／又は不通気性容器及び／又
は充填材若しくはプレフォームとの反応後のシールの形
成を容易にする材料である。この材料は、マトリックス
金属に添加することができ、そしてマトリックスにシー
ルファシリケーターが存在すると、得られる複合体の性
質を高めることができる。

本明細書で用いられる用語「湿潤エンハンサ−（Ｗｅｔ
ｔｉｎｇ　Ｅｎｈａｎｃｅｒ）　Ｊとは、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に添加した
ときに溶融マトリックス金属による充填材又はプレフォ
ームの湿潤を高める（例えば、溶融マトリックス金属の
表面張力を減少させる）材料を意味する。湿潤エンハン
サ−が存在すると、例えば、マトリックス金属と充填材
との間の密着を高めることにより、得られる金属マトリ
ックス複合体の性質を高めることもできる。

以下の図面は本発明の理解を助けるために提供されるが
、本発明の範囲を限定するものではない。

各図面において、同様な要素を示すために、同様な参照
番号が用いられている。

第１図には、本発明の自己発生真空法により金属マトリ
ックス複合体を形成するための典型的なレイアップ１０
が示されている。具体的には、以下でより詳細に説明す
る適当な材料でよい充填材又はプレフォーム１１を、溶
融マトリックス金属１３と反応性雰囲気を収容すること
のできる不通気性容器１２内に配置される０例えば、充
填材１１は反応性雰囲気（例えば、充填材又はプレフォ
ームの細孔内に存在する雰囲気）と、反応性雰囲気が不
通気性容器１２内の充填材１１に部分的又は実質的に完
全に透過できるに十分な時間接触させることができる。

次に、溶融形態又は固形インゴットの形態のマトリック
ス金属１３は、充填材１１と接触状態に配置される。以
下の好ましい実施態様でより詳細に説明するように、外
部シール又はシール材１４を、例えば、マトリックス金
属１３の表面に設けて、反応性雰囲気を周囲雰囲気１７
から分離してもよい、外部シール手段であろうと内部シ
ール手段であろうと、室温ではシール手段として機能し
てもしなくてもよいが、プロセス条件（マトリックス金
属の融点又はそれを超える温度）下ではシール手段とし
てｍ能しなければならない。レイアップ１０は、次に、
室温状態又はほぼプロセス温度まで予備加熱した炉内に
配置される。プロセス条件下で、炉の温度を、マトリッ
クス金属の融点以上の温度として、自己発生真空の形成
により溶融マトリックス金属が充填材又はプレフォーム
に浸透できるようにする。

第２図は、本発明の方法を実施するためのプロセス工程
の単純化フローチャートである。工程（１）において、
以下でより詳細に説明する適当な性質を有する適当な不
通気性容器を加工又は得ることができる０例えば、単純
な開放鋼製（例えば、ステンレス製）円筒が鋳型として
適当である。

次に、鋼製容器を、必要に応じて、グラフオイル（ＧＲ
ＡＦＯＩＬ）　（商標）黒鉛テープ（グラフオイルはユ
ニオンカーバイド社の登録商標である）で内張すして、
容器内で生成される金属マトリックス複合体の取り出し
を容易にしてもよい。以下でより詳細に説明するように
、容器内にふりま＜Ｂ２０ユ等の他の材料又はマトリッ
クス金属に添加される錫を使用して、金属マトリックス
複合体が容器又は鋳型から剥離するのを容易にすること
もできる０次に、容器は、必要に応じて少なくとも部分
的にグラフオイル（商標）テープの別の層で被覆するこ
とができる所望量の適当な充填材又はプレフォームを装
填する。黒鉛テープの層は、充填材の浸透後に残存して
いるマトリックス金属のカーカスから金属マトリックス
複合体を分離するのを容易にする。

次に、多量の溶融マトリックス金属、例えば、アルミニ
ウム、青銅、銅、鋳鉄、マグネシウム等を容器内に注ぐ
。容器は、室温でもよいし、適当な温度に予備加熱する
こともできる。さらに、マトリックス金属は、最初にマ
トリックス金属の固形インゴットとして提供し、その後
加熱してインゴットを溶融することができる。次に、外
部手段と内部手段から選択される適当なシール手段（以
下でより詳細に説明する）を形成することができる０例
えば、外部シールを形成することが所望の場合には、ガ
ラス（例えば、Ｂ！（ｈ）フリット等の外部シール手段
を、容器内の溶融マトリックス金属プールの表面に適用
することができる。次に、フリットが溶融して、典型的
にはプールの表面を被覆するが、以下でより詳細に説明
するように、完全に被覆することは必要でない。溶融マ
トリックス金属を充填材又はプレフォームと接触させ、
そしてマトリックス金属及び／又は充填材を周囲雰囲気
から外部手段によりシールした後、必要に応じて、容器
を適当な炉内に配置する。この容器は、浸透を生じさせ
るのに十分な時間処理温度に予備加熱してもよい。炉の
処理温度は、マトリックス金属の種類に応じて異なって
いてもよい（例えば、ある種のアルミニウム合金に関し
ては約９５０℃、ある種の青銅合金に関しては約１１０
０°Ｃが望ましい）、適当な処理温度は、マトリックス
金属の融点及び他の特性だけでなく、反応系及びシール
手段における構成材料のの特定の特性により異なる。炉
内の温度での適当な時間の後、真空が生じる（以下でよ
り詳細に説明する）ことにより、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する。次に、容器を炉
から取り出し、そして例えば、それを冷却板上に配置し
てマトリックス金属を指向的に固化させる。その後、金
属マトリックス複合体を従来の方法で容器から取り出し
、そしてマトリックス金属のカーカス（もしあれば）か
ら分離する。

第１図及び第２図についての上記の説明から、本発明の
顕著な特徴が容易に明らかになったことであろう。プロ
セスにおける工程及びプロセスにおいて使用できる材料
の特性について、以下さらに詳細に説明する。

特定の理論又は説明に縛られることはないが、適当なマ
トリックス金属が、典型的には溶融状態で、不通気性容
器内において適当な反応性雰囲気の存在下で適当な充填
材又はプレフォームと接触するとき、反応性雰囲気と溶
融マトリックス金属及び／又は充填材若しくはプレフォ
ーム及び／又は不通気性容器との間で反応が生じて、反
応成分より占められる初期容積よりも小さい容積を占有
する反応生成物（例えば、固体、液体又は蒸気）生成す
る。反応性雰囲気を周囲雰囲気から分離すると、通気性
充填材又はプレフォームにおいて真空が生じて、溶融マ
トリックス金属を充填材のボイドスペースに引き込むこ
とができる。さらに、真空の発生により湿潤を高めるこ
とができる。反応性雰囲気と溶融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及び／又は不通気性
容器との間の継続した反応によりさらなる真空を発生さ
せながら、マトリックス金属を充填材又はプレフォーム
に浸透させることができる。この反応は、溶融マトリッ
クス金属が部分的又は実質的に完全に充填材の素材又は
プレフォームに浸透するに十分な時間継続させることが
できる。充填材又はプレフォームは、反応性雰囲気が少
なくとも部分的に充填材の素材又はプレフォームに浸透
するに十分な程度に通気性がなければならない。

本出願は、金属マトリックス複合体の形成中のある時点
で反応性雰囲気と接触させる種々のマトリックス金属を
開示する。即ち、自己発生真空生成を示す特定のマトリ
ックス金属／反応性雰囲気の組み合わせ又は系について
種々の観点から説明する。詳細には、自己発生真空作用
は、アルミニウム／空気系；アルミニウム／酸素系；ア
ルミニウム／窒素系；青銅／空気系；青ｆｉ／窒素系：
銅／空気系：ｗ４／窒素系；及び鋳鉄／空気系で観察さ
れた。しかしながら、本出願で具体的に説明する以外の
マトリックス金属／反応性雰囲気系も同様な挙動を示す
ことがあることは理解されるところであろう。

本発明の自己発生真空法を実施するためには、浸透中に
存在する反応性雰囲気の減圧が、周囲雰囲気から移送さ
れるいずれの気体によっても顕著に悪影響を受けないよ
うに、反応性雰囲気が周囲雰囲気から物理的に分離され
ることが必要である。

本発明の方法において利用されることのできる不通気性
容器は、マトリックス金属及び／又は反応性雰囲気に対
して反応性があってもな（でもよく、そしてプロセス条
件下で周囲雰囲気不透過性であるいずれの大きさ、形状
及び／又は組成の容器でもよい、具体的には、この不通
気性容器は、プロセス条件に耐えてサイズ及び形状を維
持し、そして周囲雰囲気が容器を通るのを十分に阻止す
るいずれの材料（例えば、セラミック、金属、ガラス、
ポリマー等）からなっていてもよい。雰囲気が容器を通
って移動するのを阻止するに十分な不通気性を有する容
器を利用することにより、容器内に自己発生真空を生成
することが可能となる。さらに、使用される各反応系に
よっては、反応性雰囲気及び／又はマトリックス金属及
び／又は充填材と少なくとも部分的に反応する不通気性
容器を使用して、容器内に自己発生真空を生じさせるか
、容器内に自己発生真空を生じさせるのを促進できる。

不通気性容器は、自己発生真空の発現又は維持に悪影響
を及ぼすことのある細孔、亀裂又は還元性酸化物を有し
ない特徴を持つものが適当である。

したがって、不通気性容器を形成するために多種多様な
材料を使用できることが理解されるであろう。例えば、
成形又は鋳造アルミナ又は炭化珪素が使用できるだけで
なく、マトリックス金属に対して限定された溶解度又は
低い溶解度を有する金属、例えば、アルミニウムマトリ
ックス金属、銅マトリツクス金属及び青銅マトリックス
金属に関してはステンレス鋼が使用できる。

さらに、多孔性材料（例えば、セラミック体）等の別の
不適当な材料は、少なくとも一部分に適当な被膜を形成
することにより不通気性とすることができる。このよう
な不通気性被膜は、このような多孔性材料に密着及び多
孔性材料をシールするのに適当である多種多様な釉薬及
びゲルのいずれでもよい、さらに、不通気性被膜は、プ
ロセス温度で液体であるものが適当である。この場合、
被膜材料は、容器又は充填材又はプレフォームに粘着的
に接着することにより、自己発生真空下で不通気性を維
持するのに十分な程度に安定でなければならない、適当
な被膜材料としては、ガラス質材料（Ｂ！０３）の塩化
物、炭酸塩等が挙げられる。但し、フィラー又はプレフ
ォームの細孔の大きさは、被膜が効果的に細孔をブロッ
クして不通気性被膜を形成するのに十分な程度に小さく
なければならない。

本発明の方法に使用するマトリックス金属は、プロセス
条件下で溶融したとき、充填材内での真空の発生にとも
ない充填材又はプレフォームに浸透するいずれのマトリ
ックス金属でもよい０例えば、マトリックス金属は、プ
ロセス条件下で反応性雰囲気と部分的又は実質的に完全
に反応することにより、少な（とも部分的に真空の発生
により溶融マトリックス金属の充填材又はプレフォーム
への浸透が生じるいずれの金属又は金属白成分であって
もよい、さらに、利用される系によっては、マトリック
ス金属は、反応性雰囲気に対して部分的又は実質的に非
反応性であってもよく、そして真空は反応性雰囲気と必
要に応じて反応系の一種以上の他成分との反応により生
じて、マトリックス金属が充填材に浸透するものでよい
。

好ましい実施態様では、マトリックス金属を湿潤エンハ
ンサ−と合金させて、マトリックス金属の湿潤を容易、
したがって、例えば、マトリックス金属とフィラーとの
結合を容易にして、形成する金属マトリックス金属複合
体の細孔を減少させ、完全浸透に必要な時間を短縮する
ようにしてもよい、さらに、湿潤エンハンサ−を含有す
る材料は、以下で説明するように、シールファシリテー
タ−（ｓｅａｌ　ｆａｃｉｌｉｔａｔｏｒ）として作用
して反応性雰囲気を周囲雰囲気から分離するのを補助し
てもよい。

さらに、別の実施態様では、湿潤エンハンサ−を、マト
リックス金属と合金させるのではなく充填材に直接含有
せしめてもよい。

このようにして、マトリックス金属による充填材の湿潤
により、得られる複合体の性質（例えば、引っ張り強度
、耐腐食性等）を高めることができる。さらに、溶融マ
トリックス金属による充填材の湿潤により、形成される
金属マトリックス金属複合体全体にわたってフィラーが
均一に分散でき、そしてマトリックス金属に対するフィ
ラーの結合を向上できる。アルミニウムマトリックス金
属のための有効な湿潤エンハンサ−としては、マグネシ
ウム、ビスマス、鉛、錫、等が挙げられ、そして青銅及
び銅のための湿潤エンハンサ−としては、セレン、テル
ル、硫黄等が挙げられる。さらに、上記で説明したよう
に、少な（とも一種の湿潤エンハンサ−を、マトリック
ス金属及び／又は充填材に添加して、得られる金属マト
リックス複合体に所望の性質を付与してもよい。

さらに、マトリックス金属の溜を使用してマトリックス
金属を充填材に確実に完全に浸透させること及び／又は
マトリックス金属の第−源とは異なる組成を有する第二
金属を確実に供給することが可能である。即ち、場合に
よっては、マトリックス金属の第−源とは異なる組成の
溜の中でマトリックス金属を利用するのが望ましいこと
がある。

例えば、もしマトリックス金属の第−源としてアルミニ
ウム合金を使用するならば、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も溜金属として使用す
ることができる。溶融金属は、相互に非常に混和性であ
ることがよくあり、混合が生じるのに適当な時間を与え
る限りは、溜金属を生じてマトリックス金属の第−源と
混合する。

したがって、マトリックス金属の第−源とは組成の異な
る溜金属を使用することにより、マトリックス金属の性
質を種々の作業要件に合わせることができ、したがって
、金属マトリックス金属複合体の性質を適合させること
ができる。

反応系を暴露する温度（例えば、処理温度）は、どのマ
トリックス金属、充填材又はプレフォーム及び反応性雰
囲気を使用するかにより異なっていてもよい０例えば、
アルミニウムマトリックス金属の場合、本発明の自己発
生真空プロセスは、少なくとも約７００℃、好ましくは
約８５０°Ｃ以上の温度で進行する。１０００°Ｃを超
える温度は一般的に必要ではなく、特に有効な温度範囲
は８５０〜１０００℃である。青銅マトリックス金属又
は銅マトリツクス金属の場合には、約１０５０〜約１１
２５℃の温度がを効であり、そして鋳鉄の場合には約１
２５０〜約１４００℃の温度が適当である。−船釣には
、マトリックス金属の融点よりも高いが揮発点よりも低
い温度が使用される。

複合体の形成中の金属マトリックス金属の組成及びミク
ロ構造を、得られる生成物に所望の特性を付与するよう
に適合させることが可能である。

例えば、一定の系では、プロセス条件は、例えば、金属
間化合物、酸化物、窒化物等の生成を制御するように選
択することができる。さらに、複合体の組成を適合させ
ることに加えて、他の物理的特性、例えば、多孔率を、
金属マトリックス金属複合体の冷却速度を制御すること
により変えることができる。ある場合には、形成された
金属マトリックス複合体を保持している容器を冷却板上
に配置すること及び／又は断熱材を容器の周囲に選択的
に配置することにより、金属マトリックス金属複合体を
指向的に固化することが望ましいことがある。さらに、
形成される金属マトリックス複合体の別の性質（例えば
、引っ張り強度）は、熱処理（実質的にマトリックス金
属のみの熱処理に相当する標準的な熱処理か、部分的又
は大きく変更した熱処理）を使用することにより制御す
ることができる。

本発明の方法において用いられる条件下で、充填材又は
プレフォームは、周囲雰囲気を反応性雰囲気から分離す
るのに先立つプロセス中のある時点で反応性雰囲気が充
填材又はプレフォームに浸透することができる程度に十
分に通気性でなければならない、以下の実施例では、十
分な量の反応性雰囲気を、約５４〜約２２０グリツドの
範囲の粒度を有するゆるく充填した粒子内に含有せしめ
た。このような充填材を提供することにより、反応性雰
囲気は、溶融マトリックス金属及び／又は充填材及び／
又は不通気性容器と接触すると部分的又は実質的に完全
に反応して、真空が発生して溶融マトリックス金属が充
填材に引き込まれる。

さらに、充填材内の反応性雰囲気の分布は実質的に均一
である必要はないが、反応性雰囲気が実質的に均一に分
布すると所望の金属マトリックス複合体の形成を促進す
ることができる。

金属マトリックス複合体を形成する本発明の方法は、多
種多様の充填材に適用でき、そして材料の選択は、主に
、マトリックス金属、処理条件、溶融マトリックス金属
と反応性雰囲気との反応性、充填材と反応性雰囲気との
反応性、溶融マトリックス金属と不通気性容器との反応
性及び最終的な複合体に求められる性質等の要因により
決まる。

例えば、マトリックス金属がアルミニウムを含むとき、
適当な充填材としては、（ａ）酸化物（例えば、アルミ
ナ）　ｉ　　（ｂ）炭化物（例えば、炭化珪素）；　（
ｃ）窒化物（例えば、窒化チタン）；硼化物（例えば、
二硼化チタン）が挙げられる。

もし充填材が意に反して溶融マトリックス金属と反応す
る傾向がある場合には、このような反応は、浸透時間及
び温度を最小に抑えること及びフィラーに非反応性被膜
を設けることにより調節できる。

充填材は、炭素又は他の非セラミック材料等の支持体と
、支持体を浸食又は分解から保護するために支持体に担
持されているセラミック被膜とを含んでいてもよい、適
当なセラミック被膜としては、酸化物、炭化物、窒化物
及び硼化物が挙げられる。

本発明の方法に使用するのに好ましいセラミックとして
は、粒子状、小板状、ウィスカー状及び繊雄状のアルミ
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）であっても、マルチフィラメントトウ等の連続
フィラメントの形態であってもよい。さらに、充填材又
はプレフォームの組成及び／又は形状は、均一でも不均
一でもよい。

充填材のサイズ及び形状は、複合体において望まれる性
質を得るために必要とされるいずれのものであってもよ
い。即ち、浸透は充填材の形状によっては制限されない
ので、材料は粒子状、ウィスカー状、小板状又は繊維状
でよい。球体、小管、ペレット、耐火繊維布等の他の形
状のものを用いてもよい、さらに、材料のサイズは浸透
を制限しないが、小粒子の素材の完全浸透を達成するに
は、より大きな粒子の素材の完全浸透を達成するよりも
より高い温度又はより長い時間が必要である。

はとんどの工業的用途では、平均充填材サイズは２４グ
リッド未満〜約５００グリッドが好ましい。

さらに、充填材又はプレフォームの通気性素材のサイズ
（例えば、粒径等）を制御することにより、形成される
金属マトリックス複合体の物理的性質及び／又は機械的
性質を、無制限の工業的用途に合うように調整すること
ができる。さらに、異なる粒度の充填材を含有せしめる
ことにより、充填材のより高い充填率を達成して複合体
を調整することができる。また、必要に応じて、浸透中
に充填材を攪拌（例えば、容器を震盪する）すること及
び／又は浸透前に粉末化マトリックス金属と充填材を混
合することにより低い粒子充填率を得ることも可能であ
る。

本発明の方法において利用される反応性雰囲気は、少な
くとも部分的又は実質的に完全に溶融マトリックス金属
及び／又は充填材及び／又は不通気性容器と反応して反
応前の雰囲気及び／又は反応成分よりも占有容積の小さ
い反応生成物を生成するいずれの雰囲気でもよい。即ち
、反応性雰囲気は、溶融マトリックス金属及び／又は充
填材及び／又は不通気性容器と接触すると、反応系の一
種以上の成分と反応して、個々の成分を合わせたよりも
占有容積の小さい固体、液体又は気相反応生成物を生成
することにより、溶融マトリックス金属を充填材又はプ
レフォームに引き込むのを促進するボイド又は真空を発
生させてもよい０反応性雰囲気と一種以上のマトリック
ス金属及び／又は充填材及び／又は不通気性容器との間
の反応は、マトリックス金属が少なくとも部分的又は実
質的に完全に充填材に浸透するのに十分な時間継続する
ことができる。例えば、空気を反応性雰囲気として使用
するとき、マトリックス金属（例えば、アルミニウム）
と空気との間の反応により、反応生成物（例えば、アル
ミナ及び／又は窒化アルミニウム等）を生成させること
ができる。プロセス条件下で、反応生成物は、反応する
溶融アルミニウムと空気により占有される総容積よりも
小さい容積を占める傾向がある０反応の結果、真空が発
生して、溶融マトリックス金属の充填材又はプレフォー
ムへの浸透が生じる。利用する系によっては、顕像の方
法により充填材及び／又は不通気性容器が反応性雰囲気
と反応して、溶融マトリックス金属の充填材への浸透を
促進してもよい。自己発生真空反応は、金属マトリック
ス複合体の生成を生じるのに十分な時間継続することが
できる。

さらに、シール又はシール手段を設けて周囲雰囲気から
充填材又はプレフォームへの気体の流入を防止又は制限
（例えば、周囲雰囲気の反応性雰囲気への流入の防止）
するのを補助する必要があることが判明した。第１図に
おいて、不通気性容器１２及び充填材ｌｌ内の反応性雰
囲気は周囲雰囲気１７から十分に分離されていて、反応
性雰囲気と溶融マトリックス金属１３及び／又は充填材
若しくはプレフォーム１３及び／又は不通気性容器１２
との間の反応が進行するにつれて、所望の浸透が達成さ
れるまで反応性雰囲気と周囲雰囲気との間に圧力差が生
じるとともにそれが維持されるようにしなければならな
い。反応性雰囲気と周囲雰囲気との間の分離は完全であ
る必要はなく、むしろ、実質的な圧力差が存在するに「
十分」であればよい（例えば、流量が反応性雰囲気を補
充するのに直接必要とする流量よりも少ない限り、周囲
雰囲気から反応性雰囲気への気相の流れが生じる）、上
記したように、周囲雰囲気と反応性雰囲気との必要な分
離の一部分は、容器１２の不通気性により提供される。

また、はとんどのマトリックス金属は十分に周囲雰囲気
不透過性であるので、溶融マトリックス金属プール１３
は、必要な分離の別の一部分を提供する。しかしながら
、不通気性容器１２とマトリックス金属との間の界面は
、周囲雰囲気と反応性雰囲気との間の漏れ経路を提供す
ることがある。したがって、シールはこのような漏れを
十分に阻止又は防止するものを設けなければならない。

適当なシール又はシール手段は、機械的手段、物理的手
段又は化学的手段に分類され、それらの各々はさらに外
部手段又は内部手段に分類される。

「外部（ｅｘｔｒｉｎｓｉｃ）　Ｊとは、溶融マトリッ
クス金属とは無関係にシール作用が生じるか、溶融マト
リックス金属により提供されるシール作用に加えてシー
ル作用が生じることを意味する（例えば、反応系の他の
要素に添加される材料から生じるシール作用）、「内部
（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）　Ｊとは、シール作用が専らマ
トリックス金属の一つ以上の特性から生じることを意味
する（例えば、不通気性容器を湿潤するマトリックス金
属の能力から生じる）。

内部機械的シールは、十分な深さの溶融マトリックス金
属プールを設けるか、上記したレッティング及びレッテ
ィング等の特許及びそれらに関連した特許と同様に、充
填材又はプレフォームの浸漬により形成することができ
る。

しかしながら、例えば、レフディング二世により教示さ
れているような内部機械的シールは、多種多様な用途に
は効果的でなく、そして過剰に多量の溶融マトリックス
金属が必要なこともあることが判明した０本発明によれ
ば、外部的シール並びに物理的及び化学的内部シールに
より、内部機械的シールの欠点を克服できる。外部シー
ルの好ましい実施態様においては、シール手段は、プロ
セス条件下でマトリックス金属とは実質的に非反応性で
ある固体又は液体のマトリックス金属の表面に外部から
適用される。このような外部シールは、周囲雰囲気から
の気相成分が反応性雰囲気へ移動するのを防止するか、
少なくとも十分に阻止することが判明した。外部物理的
シールとして使用するのに適当な材料は、ガラス（例え
ば、ホウ素又は珪素ガラス、Ｂｉａｓ、溶融酸化物等）
又はプロセス条件下で周囲雰囲気が反応性雰囲気に移動
するのを十分に阻止する他の材料をはじめとする固体で
も液体でもよい。

外部機械的シールは、周囲雰囲気と反応性雰囲気との間
の気体移動が十分に阻止されるように、マトリックス金
属プールと接触する不通気性容器の内表面を予備平滑化
又は予備研磨又は成形することにより形成することがで
きる。容器を不通気性にするために適用することができ
る釉薬及びＢ２０１等の被膜も、適当なシールを提供で
きる。

外部化学的シールは、例えば、不通気性容器と反応性が
ある溶融マトリックス金属の表面に材料を配置すること
により提供することができる０反応生成物は、金属間化
合物、酸化物、炭化物等を含むことができる。

内部物理的シールの好ましい実施態様においては、マト
リックス金属は、周囲雰囲気と反応して、マトリックス
金属の組成とは異なる組成を有するシール又はシール手
段を形成することができる。

例えば、マトリックス金属が周囲雰囲気と反応すると、
反応生成物（例えば、Ａ！・Ｍｇ合金と空気との反応の
場合はＭｇＯ及び／若しくはアルミン酸化物マグネシウ
ムスピネル又は青銅合金と空気との反応の場合には酸化
銅）が生成して、反応性雰囲気を周囲雰囲気からシール
することができる。内部物理的シールのさらなる実施態
様においては、シールファシリテータ−（ｓｅａｌ　ｆ
ａｃｉｌｉｔａｔ。

ｒ）をマトリックス金属に添加（例えば、アルミニウム
マトリックス金属についてはマグネシウム、ビスマス、
鉛等を添加、銅又は青銅マトリックス金属についてはセ
レン、テルル、硫黄等を添加）して、マトリックス金属
と周囲雰囲気との間の反応でシールの形成を容易にする
ことができる。内部化学的シール手段を形成する際、マ
トリックス金属は不通気性容器と反応してもよい（例え
ば、容器又はその被膜（内部）の部分溶解によるか、充
填材を周囲雰囲気からシールすることのできる反応生成
物又は金属間生成物等を生成することにより）。

さらに、シールは、周囲雰囲気が充填材に流入（例えば
、反応性雰囲気への流入）することなく反応系における
容積変化（即ち、膨張又は収縮）又は他の変化に従わな
ければならないことが理解されるであろう。即ち、溶融
マトリックス金属が充填材の通気性素材又はプレフォー
ムに浸透するにつれて、容器内の溶融マトリックス金属
の深さが減少する傾向がある。このような系のための適
当なシール手段は、容器内における溶融マトリックス金
属のレベルが減少するときに周囲雰囲気から充填材に気
体移動するのを十分に防止するものでなければならない
。

又はバリヤー手段を本発明と組み合わせて利用してもよ
い、即ち、本発明の方法において使用することのできる
バリヤーは、充填材の表面境界を超えて溶融マトリック
ス金属が移行、移動等するのを妨害、阻止、防止又は終
了させるいずれの手段でもよい。適当なバリヤー手段は
、本発明のプロセス条件下で、かなりの構造保全性を維
持し、揮発性でなく、そして溶融マトリックス金属が充
填材の規定された表面境界を超えて継続して浸透するの
を局部的に阻止、停止、妨害、防止等することができる
いずれの材料、化合物、元素、組成物等でよい、バリヤ
ー手段は、自己発生真空浸透中に使用するか、以下でよ
り詳細に説明するようにマトリックス金属複合体を形成
するための自己発生真空法に関連して利用する不通気性
容器中で使用することができる。

適当なバリヤー手段は、バリヤー手段の湿潤がバリヤー
材料の表面（即ち、表面湿潤）を超えてかなり進行しな
い限りは、用いられるプロセス条件下で溶融マトリック
ス金属を移動することにより湿潤するものでもしないも
のでもよい。この種のバリヤーは、溶融マトリックス金
属金に対してほとんど親和性を示さないと思われ、そし
て溶融マトリックス金属が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移動するのは、このバリヤー
手段により防止又は阻止される。また、バリヤーは、金
マトリックス金属複合体製品について必要とされること
のある最終機械加工又は研磨を減少することができる。

アルミニウムマトリックス金属に特に有効な適当なバリ
ヤーは、炭素を含むもの、とりわけグラファイトとして
知られる炭素の結晶同素体である。

グラファイトは記述されたプロセス条件下で、溶融アル
ミニウム合金で本質的に湿潤されない。特に好ましいグ
ラファイト材は、グラファイト箔パーマフォイル（ＰＥ
ＲＭＡ−ＦＯＩＬ　＠　）及びグラフオイル（ＧＲＡＦ
ＯＩＬ＠　）を含み、これらは充填材の規定された表面
境界を越えて溶融アルミニウム合金の移行を妨げる特性
を示す、これらの黒鉛箔は、熱に対しても抵抗があり実
質的に化学的に不活性である。

グラフオイル［有］黒鉛箔及びパーマフォイル■は柔軟
性、相容性、整合性、及び弾性があり、バリヤーの適用
に最も合うような種々の形状に作製できる。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上に
スラリー又はペーストとして、あるいは塗膜として用い
ることもできる。グラフオイル０黒鉛箔及びパーマフォ
イル０は柔軟な黒鉛シートの形態であるので特に好まし
い。このような紙様黒鉛箔材を用いる一つの方法は、黒
鉛箔材の層内に浸透されるように充填材又はプレフォー
ムを包むことである。代案として、黒鉛箔材は金属マト
リックス複合体に望ましい形状の雌型に成形することが
でき、この雌型は次いで充填材を充填することができる
。

特にアルミニウムマトリックス金属に有効なバリヤーと
しては、炭素、とりわけ黒鉛として知られている炭素の
結晶同素体が適当である。黒鉛は、説明するプロセス条
件下では溶融アルミニウム合金により実質的に湿潤され
ない、特に好ましい黒鉛は、溶融アルミニウム合金が充
填材の規定された表面境界を超えて移動するのを防止す
る特徴を示す黒鉛テープ製品グラフオイル（商標）であ
る。

また、この黒鉛テープは、耐熱性であり、そして化学的
に実質的に不活性である。グラフオイル（商標）黒鉛テ
ープは、柔軟性、可とう性、適合性、整合性及び弾性が
あり、はとんどのバリヤーの適用に合う種々の形状に作
製できる。また、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、スラリー若しくはペースト
又は塗膜の形態で用いてもよい、グラフオイル（商標）
テープは、可とう性黒鉛シートの形態であるので特に好
ましい。このペーパー状黒鉛シートを用いる方法の一つ
は、浸透を受ける充填材又はプレフォームをグラフオイ
ル（商標）材料の層に包むことである。また、黒鉛シー
ト材料を成形して金属マトリックス金属複合体に望まし
い形状の雌型とし、次に、この雌型に充填材を充填する
ことができる。

さらに、５００グリツドアルミナ等の他の微粉砕粒状材
料も、粒状バリヤー材料の浸透が充填材の浸透速度より
も小さい速度で生じる限りは、−定の状況ではバリヤー
として機能することができる。

バリヤー手段は、規定されている表面境界をバリヤー手
段の層で被覆する等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、シルクスク
リーニング、蒸着により適用するか、バリヤー手段を液
体、スラリー若しくはペーストの形態で塗布するか、蒸
発性バリヤー手段のスパッタリングにより適用するか、
固体の粒状バリヤー手段の層を単に付着させるか、バリ
ヤー手段の固体薄シート又はフィルムを規定された表面
境界上に適用すればよい。バリヤー手段を適所に配置し
た状態で、自己発生真空浸透は、浸透しているマトリッ
クス金属が表面境界に達し、そしてバリヤー手段に接触
したときに実質的に終了する。

自己発生真空技術をバリヤー手段の使用と組合せること
により、金属マトリックス複合材料を形成するこの方法
は、先行技術に比べて有意な利点を提供する。特に、本
発明の方法を用いることにより、金属マトリックス複合
体を、不経済なあるいは複雑な処理をする必要なく製造
することができる０本発明の一態様では、市販されある
いは特定の要求に合った不通気性容器は、望む形状の充
填材又はプレフォーム、反応性雰囲気及び所望の表面を
越えてマトリックス金属の浸透を防ぐバリヤー手段を含
むことができる０反応性雰囲気が処理条件下で不通気性
容器及び／又は充填材に注ぐことができるマトリックス
金属と接すると、自己発生真空が生じて、これによって
溶融マトリックス金属が充填材に浸透できる。この方法
は、複雑な処理工程が不要となり、例えば鋳型を複雑な
形状に機械加工したり溶融金属浴を保持したり、複雑な
形状の鋳型から形成品を取除いたりする必要がない、そ
の上、溶融マトリックス金属による充填材の排除量は、
金属の溶融浴内に沈めない安定な容器を提供することで
実質的に最少にできる。

第１図は、金属マトリックス複合材料を規定した形状、
すわなち不通気性容器の形状に成形する簡単な方法を示
すが、もっと複雑な形状が本発明による成形法及び装置
を用いて得ることができる。

第３図に示すように、本発明の代案レイアップ（２０）
が不通気性容器の形状とは異なる型枠形状として製作さ
れる０例を通して、成形される金属マトリックス複合材
料の所要外部寸法と一致する内部寸法をもつ型枠（２１
）が浸透される充填材（１１）で満される０次いでこの
充填材含有型枠（２１）は、溶融マトリックス金属の浸
透に実質的に不通気性であるベット７（２３）内に配置
される。

例えばこの不通気性ベットは微粉アルミナのような適当
な粒状バリヤーを含んでなる。以下に及び実施例で詳細
に述べるように、適当な型枠は、被覆され又は被覆され
ない金属から作ることができ、ステンレス鋼、黒鉛、セ
ラミックス、セラミック複合材料、クレー、プラスター
、アルミナ又はシリカキャスティング、又は別の耐火材
料がその例で、これらは浸透を阻止する適当なバリヤー
手段を構成しあるいは被覆されているかさもなくば型枠
と浸透されるフィラー間に点在する適当なバリヤー手段
をもつ、型枠は好ましくは経済的に製造されて再利用あ
るいは使い捨ててもよい、その上、型枠は所望の最終複
合材の形状を反復するように簡単に作成されることが好
ましい。ある適用において、型枠は最終複合材の一部を
付着したり保持したすするが、大部分の適用において、
型枠は好ましくは最終成形金属マトリックス複合体を簡
単に分離し撤去すべきで、これと付着し又は反応しては
ならない。

フィラー充填型枠を実質的に不通気性ベット（２３）に
配置したのち、黒鉛箔（２２）又は別の適当な物質が、
浸透が完了した後型枠と最終複合材の残存するマトリッ
クス金属からの分離を容易にするために、型枠上に配置
できるし配置しなくてもよい、物質２２（例えば黒鉛箔
）がマトリックス金属（１３）と型枠（２１）の間に置
かれた場合、適当な流路又はスペース（２４）はマトリ
ックス金属（１３）の充填材（１１）内への効率的な浸
透を可能にするよう設けなければならない。

次に溶融マトリックス金属（１３）は実質的に不通気性
なベラ）　（２３）　、型枠（２１）及び充填材（１１
）に−杯注入され、そして外部シール（１４）が溶融マ
トリックス金属（１３）の上に形成され、あるいは内部
シール（ここに示してないが）はマトリックス金属（１
３）と不通気性容器（１２）の間に形成される０次にレ
イアップ（２０）は本発明の方法に従って大気雰囲気炉
に配置される。型枠（２１）を囲う実質的に不通気性ベ
ラ）　（２３）の浸透なしに、型枠（２１）内の充填材
（１１）に溶融マトリックス金属（１３）の浸透が生じ
る。

第４図に示す本発明の別の一般化された実施態様（３０
）において、溶融マトリックス金属に不通気性のメンバ
ー又はマンドレル（３１）は、成形される金属マトリッ
クス複合材料の形状を規定するためにバリヤーとして作
用させることができる。

不通気性メンバー（３１）は、プロセス条件下で実質的
に浸透性でない物質から形成することができる。メンバ
ー（３１）が除去されるのであれば、メンバーは例えば
物理的、化学的、あるいは機械的手段で除去を容易にす
る物質から作られねばならない。第４図に示すように、
そのようなバリヤーメンバーは成形される配合材の唯一
規定された境界を形成することができる。代案として、
複数個のこのようなメンバーが複雑な形状を規定するた
めに使われてもよい、バリヤーメンバー（３１）の適当
な物質は、適当な型枠物質としてここで記述した物質を
含む。

第４図で示すように、成形したバリヤーメンバー　（３
１）はステンレス鋼製又は別の適当な不通気性容器（１
２）内に配置され、そしてメンバー（３１）と容器間の
空間は上述した方法に従って充填材（１１）で充たされ
る。次いで溶融マトリックス金属（１３）は充填材（１
１）及び鋳込メンバー（３１）に−杯注入され、そして
外部又は内部シールが形成される。全レイアップ（３０
）は次いで前述した自己発生真空プロセスに従って大気
雰囲気炉に配置される。黒鉛箔又は別の適当な剥離を容
易ならしめる手段（２２）が、上述した手法でマトリッ
クス金属（１３）と充填材（１１）の間に置かれる。

本発明のさらに別の実施ｍ様において、第５図に示す代
わりのレイアンプ（４０）は、成形される金属マトリッ
クス複合材料の内部及び外面形状を共に含む０例に従っ
て、成形される金属マトリックス複合材料の所望の内部
寸法と符号する外部寸法をもつ型枠（２１）及び成形さ
れる金属マトリックス複合材料の所望の内部寸法に符号
する外部寸法をもつメンバー又はマンドレル（２６）が
作成される。マンドレル（２６）は、バリヤー型枠の一
部であってもよいし、型枠が作成されたあとにバリヤー
型枠にそう人されてもよい。もしマンドレル（２６）が
除去されるのであれば、マンドレルは除去を容易にする
物質（例えば物理的、化学的、又は機械的手段で除去で
きる）から作成されるのが好ましい。複数のこのような
メンバーが複雑な内部形状を規定するのに用いられる。

型枠（２１）とマンドレル（２６）の間の空間は浸透さ
れる充填材（１１）で充たすことができ、そして型枠（
２１）は実質的に不通気性ベット（２３）内に配置でき
る。

このような不通気性ベットは、例えばプロセス条件下で
溶融マトリックス金属で浸透されない微粉アルミナのよ
うな適当な粒状バリヤーで構成される。

以下に及び実施例にて詳細に説明するが、適当な型枠及
びマンドレルは、被覆されたあるいは被覆されないステ
ンレス鋼のような金属、黒鉛、セラミックス、セラミッ
ク配合材、クレー、プラスター、アルミナ又はシリカキ
ャスティング、あるいは別の耐火材料から作成され、こ
れらは浸透を妨げる適当なバリヤー手段を構成し、又は
被覆されているか、さもなくば型枠と浸透される充填材
間にさしはさむ適当なバリヤー手段をもっている。

型枠及びマンドレルは好ましくは経済的に作成されて再
利用又は使い捨てるのがよい、その上、型枠及びマンド
レルは成形される所望の最終金属マトリックス配合材料
の形状を反復できるよう簡単に作成されることが好まし
い、ある適用において、型枠とマンドレルは、最終複合
材と結合して及び保持して一体となるが、大部分の適用
では、型枠及びマンドレルは好ましくは成形した金属マ
トリックス複合材料から分離し撤去すべきで、これと付
着し又は反応してはならない。

充填材充填した型枠をベツドに配置したのち、浸透が完
了した後型枠及び最終複合材の残存するマトリックス金
属からの分離を容易にするために黒鉛箔（２２）又は別
の適当な物質はマントルを含んだ型枠上に配置できるし
配置しなくてもよい。

物質（２２）がマトリックス金属合金（１３）及びマン
ドレル（２６）を含む型枠（２工）間に置かれた場合、
適当な流路又は空間（２４）がマトリックス金属の充填
材内への効果的な浸透を可能によるよう設けられる。

次いで溶融マトリックス金属合金（１３）はベツド、型
枠及び充填材に一杯に注入され、そして外部シールある
いは内部シール（１４）が形成される。

次にレイアップは、本発明の方法に従って大気雰囲気の
箱型炉に配置される。自己発生真空が不通気性型枠と接
した後、型枠及び充填材を囲むベツドの浸透なしに型枠
内のフィラーの浸透が生じる。

本発明に従って、種々の特有な成形手法及び装置が採用
できる。基本部品はプラスター、コロイドアルミナ、コ
ロイドシリカ又は別の適当な手段が型枠を作成するため
に用いられる。基本部品は最終型枠を作成するのに直接
用いてもよいし、あるいは最終型枠を作成するのに用い
る中間型枠（例えばゴム、プラスチック、ワックス、又
は別の適当な型枠）を作成するのに用いてよい。しかし
、最終型枠及びマンドレルは、損傷あるいは浸透される
ことなく化学的及び物理的にプロセス条件に耐え得るこ
とが重要であり、本発明に従って最終型枠から製造され
る組型又はニアネットシェイブ成形品を可能にする基本
部品を複製することが重要である。

例３〜４で詳細に説明するが、本発明の一実施態様にお
いて、ゴム製雌型が基本部品から作られる、そしてゴム
製雄型がゴム製雌型から作成される０次いで、ゴム製雄
型は、溶融マトリックス金属で浸透される充填材を含む
最終型枠として用いられるバリヤー型枠を作成するのに
使われる。ある型枠では、型枠内で浸透が進行しないこ
とを保証するために被覆が必要とされ、これによって良
好な表面仕上り及び組型特性が得られる。ある型枠で使
う満足な被覆は、コロイドシリカ、コロイドアルミナ、
コロイドひる石、コロイド黒鉛、黒鉛、アルミニウム塗
料及び別の被覆を含む、これらの被覆は、最終金属マト
リックス複合材料から型枠の分離を助成する。

例１で詳細に説明した前記実施態様の異なる態様におい
て、ゴム製雌型からゴム製雄型を作成するよりもむしろ
、プラスター製雄型が剥離材で被覆して作成される。プ
ラスター製雄型から、プラスター、コロイドアルミナ、
コロイドシリカ、又は別の適当な物質で雌型が作成され
る。プラスター製雄型は次いで適当な手段によってプラ
スター製雌型から取りはずす。次いで雌型外殻は適当な
バリヤー塗料で被覆されて溶融マトリックス金属で浸透
をうける充填材を含むバリヤー型枠として使われる。

ロストワックス又はロストフオーム法も、例で詳細に説
明しているように自己発生真空プロセスと一緒に用いる
型枠を作成するのに使われる。特に、金属マトリックス
複合体の所望の最終型枠は、まずワックス又はポリスチ
レンフオーム、あるいは物理的化学的に取り去ることが
でき及び／又加熱で蒸発させることができる別の適当な
物質から作成される。このようなワックス、フオーム又
は別の物質は、次いで上述した種類の型枠材料に埋め込
まれる０次に型枠材料は、型枠材料を取り去り又は蒸発
させるために必要とされる適当な化学的又は加熱処理に
かけられる。できた空間は次いで充填材で充たされ本発
明に従って浸透される。

第３．４及び５図はそれぞれの不通気性容器内に単一の
型枠の使用を説明しているが、複数の型枠が特殊な製造
容器内に並んで配置されてもよい。

さらに、上述の説明は、型枠が個別のガス不通気性容器
内に配置されたレイアップを述べているが、個別のガス
不通気性表面を完全になしですますことが可能である。

その代り、ガス不通気性型枠が用いられ、又は通気性型
枠を不通気性にすることができる０次いでシール手段は
型枠上に直接配置されて、型枠は不通気性容器として働
く、第６図に示したように、型枠（５１）は不通気性表
面（５２）　（又は複数の表面）及び充填材（１１）で
充たした空間をもつ。マトリックス金属（１３）はフィ
ラーに隣接して配置され、そしてシール手段（１４）で
シールされる。第６図のレイアップは自蔵式型枠及び不
通気性容器であり、型枠の空間を構成する部品もこれら
からなる。

本発明の種々な実証を以下の実施例に含めるが、これら
の実施例は例示であって本発明の範囲を限定するもので
はない。

実施例１ この実施例は、自己発生真空技術により、複雑な形状の
網またはほぼ網の形状の金属マトリックスの複合体を形
成する、閉じた面の陰成形技術を実証する。詳しくは、
この実施例は、約１９ｍｍ（０，７３インチ）の直径を
有する円筒形空隙をもつ、０．７３約３２ｍｍ　（１，
２５インチ）の外径を有する単一のマスタ一部分から小
さい玉弁の製造を実証する。第５図は、後述するほぼ網
の形状の金属マトリックスの複合体の形成に使用するも
のに類似するレイアップの概略的断面図を示す。

成形ゴムコンパウンド（Ｇｌ−１０００、グラスチック
・ツーリング・サプライ・カンバニペンシルベニア州イ
ーストン、約１重量部のアクチベーターおよび約１０重
量部のゴム基材）をマスタ一部分の回りに注型すること
によって、マスタ一部分の陰ゴム型を作った。いったん
陰ゴム型が十分に硬化したとき、約５重量％のポリ酢酸
ビニルに基づく接着剤（ＥＬＭＥＲ″　Ｓ接着剤、ボー
デン・カンパニー、オハイオ州コランバス）、約６重量
％の石膏（Ｂｏｎｄｅｘ、ポンデンクス・インターナシ
ョナル・インコーホレーテッド、オハイオ州ブルンスウ
ィック）、約２６重量％の水および約６３％の５００グ
リツド（７）ＡＩ、０３（３８Ａｌｕｎｄｕｍ１ツート
ン・カンパニー、ウォルセスター）からなる混合物を使
用して、マスタ一部分の３つの複製（ｒｅｐｌｉｃａｔ
ｅ）を陰ゴム型から注型した。陰ゴム型内に含有された
マスタ一部分の複製を、約−１８°Ｃに保持したフリチ
ー中に配置した。約１８°Ｃにおいて約２時間後、陰ゴ
ム型およびマスタ一部分の複製を分離した。

次いで、マスタ一部分の複製を約４６°Ｃにセットした
空気炉内で乾燥した。いったん十分に乾燥したとき、復
製に銀塗料（Ｐ−１１４０、ペブ・ポイズ、ペンシルベ
ニア州フィラデルフィア）の２被覆を噴霧した。

前述したようにマスタ一部分の複製を形成しそして塗装
しｊ；後、約１重量部のコロイド状シリカ（ＮＹＡＣＯ
Ｌ＠２０４　ＯＮＨいナイコール・プロダクツ、マサチ
ュセッッ州アシュランド）、約２重量部の５００グリツ
ド（７）Ａｌ２Ｏ２（３８Ａ１１ｎｄｕｍ、ツートン・
カンパニー、マサチュセッツ州つォルセスター）、約１
重量部の２２０グリツドのＡ　１！０３　（３８Ａ　ｌ
　ｕ　ｎ　ｄ　ｕｍ、　ツートン・カンパニー、マサチ
ュセッッ州つォルセスター）、および約０．２重量部の
水を混合することによって、３つのバリヤーの型２１を
形成した。

このバリヤー混合物を、脱泡および脱気後、マスタ一部
分の上に注ぎ、そしてほぼ室温において約２時間硬化さ
せる。約２時間後、バリヤー混合物から過剰の水を注ぎ
出し、バリヤー、型により囲まれたマスタ一部分の複製
をフリザーに入れ、そして約−１８°Ｃに約８時間保持
しｔ；。次いで、バリヤー型により囲まれたマスタ一部
分の複製を抵抗加熱された空気雰囲気炉に入れ、約１０
００℃に約１時間保持した。炉から取り出した後、マス
タ一部分の複製は分解し、次いでマスタ一部分の複製の
粉末の残部をバリヤー型２１の内部から吹き出させた。

次いで、約５０重量％のコロイド状バーミキュライト（
Ｍｉｃｒｏｌｉｔｅ　　Ｎｏ、９０３、Ｗ、Ｒ，ブレイ
ス・アンド・カンパニマサチュセッツ州レキシントン）
および約５０重量％の水からなる被覆混合物をバリヤー
を中に注いだ。この被覆混合物を焼成したバリヤー型２
１中に約２分間存在させ、次いで注ぎ出し、その開被［
２５はバリヤー型２１上に形成した。引き続いて、被覆
したバリヤー型２１を約１１０°Ｃにセットした炉中に
約２時量大れた。約２時間の滞留時間後、被覆したバリ
ヤー型２１を約１０００°Ｃにおいて約１時間焼成した
。

次いで、３つのバリヤー被覆した型２１を、約７．６ｃ
ｍ（３インチ）の直径および約８３ｍｍ（３，２５イン
チ）の高さを有する、１６ゲージ（１，６ｍｍの厚さ）
３０４型ステンレス鋼から構成した不通気性容器１２に
入れた。次いで、被覆したバリヤー型２１とステンレス
鋼の容器１２との間の空間を、５００グリツドのＡＩ　
！Ｏｓ　（３８Ａｌｕｎｄｕｍ、ツートン・カンパニー
）からなるベツド２３を充填した。１つのバリヤー型２
１を、約５０重量％の５４グリツドのＡＩ、Ｏ，および
約５０重量％の９０グリツドのＡ　ｌ　ｔｏ　ｓ　（両
者共３８ＡＩｕｎｄｕｍ、ツートン・カンパニー）から
なる充填材混合物１１を充填した。第２バリヤー型２１
を約５０重量％のＡ１．Ｏ，および残部のＺ　ｒｏｔ　
（ＭＣＡ　１３６０、ツートン・カンパニー）からなる
充填材１１を充填し、そして第３バリヤー型２１を約９
８重量％の２２グリツドのＡ１．Ｏ，（ＥＩ　　Ａｌｕ
ｎｄｕｍ、ツートン・カンパニー）および約２重量％の
一３２５メツシュのマグネシウム粉末（アトランチツク
・イクイプメント・エンジニアーズ、ニュージャーシイ
州バーゲンフィールド）からなる充填材混合物１１を充
填した。

次いで、これらの充填材を充填したバリヤー型２１の各
々を、１枚のグラファイト箔２２（Ｐｅｒｍ−ｆｏｉ１
％ＴＴ　　アメリカ、オレゴン州ボートランド）で覆っ
た。商業的に入手可能なアルミニウム合金６０６１およ
び追加の２重量％のその中の合金したマグネシウムから
なるマトリックス金属１３を溶融し、そしてほぼ２７０
ｇをステンレス鋼の容器１２中に注ぎ、そして充填材を
充填したバリヤー型上に注いだ、引き続いて、粉末のＢ
、０３を溶融したマトリックス金属１３の上に注ぎ、そ
してレイアップ４０を約９００℃にセットした抵抗加熱
した空気雰囲気のボックス炉に入れた。約１５分間Ｂ、
０３粉末を実質的に溶融させ、脱気し、そして不通気性
密封１４を形成した。レイアップ４０を約９００℃にさ
らに約２時間保持し、次いでレイアップ４０およびその
内容物を炉から取り出し、そして水冷した銅の冷たい板
上に配置して金属マトリックスの複合体を方向的に固化
した。

いったん室温になったとき、ステンレス鋼の容器１２を
固化した残留マトリックス金属および被覆したバリヤー
型から切断した。グラファイトのテープ２２の各切片は
、形成した３つの金属マトリックスの複合体の玉弁の各
々からのマトリックス金属のカーカス分離を促進するこ
とが観測された。さらに、マトリックス金属１３は５０
０グリットのＡＩ、Ｏ，のベツド２３を浸透しないこと
が観測された。次いで、被覆したバリヤー型２１をサン
ドプラスターに入れ、そして被覆したバリヤー型２１を
サンドプラスチングすると、アルミニウムの金属マトリ
ックスの複合体から構成された３つの網の形状の五弁が
現れた。

第７図は、２つのアルミニウムマトリックスの玉弁６１
を示す、こうして、この実施例は、自己発生真空技術に
よる網状のアルミニウムマトリックスの形成の間、バリ
ヤー材料として異なる型の材料、例えば、非常に微細な
粉末、グラファイト材料および結合した微細粉末の使用
を示す。

実施例２ この実施例は、青銅のマトリックス金属を使用する自己
発生真空技術により複雑な形状の網または網に近い形状
の複合体を形成する、閉じた面の陰成形技術を実証する
。

実験の手順は、マトリックス金属およびプロセス温度を
除外して、実施例１に記載するものと実質的に同一であ
った。実施例２において使用した実験のレイアップ４０
は第５図に示すものに類似した。青銅のマトリックス金
属１３は、約６重量％のＳｉ、０．５重量％のＦｅ、３
．５重量％のＡ１および残部の銅から構成した。ステン
レス鋼の容器１２は、約４１ｍｍ　（１，６３インチ）
の内径および約６７ｍｍ　（２，６３インチ）の高さを
有した。充填材１１は９０グリツドのＡＩ、Ｏ。

（ＥＩ　　Ａｌｕｎｄｕｍ、ツートン・カンパニー）で
あった。レイアップ４０を抵抗加熱した空気雰囲気のボ
ックス炉内で約１１００°Ｃに約２．２５時間保持した
後、水冷した銅の冷たい板上で方向的に固化した。

室温において、レイアップ４０を分解しそして、実施例
１におけるように、グラフフィトの箔２２は、第８図に
示すように、新しいマトリックス複合体の五弁６３から
のマトリックス金属のカーカス６６の分離を促進するこ
とが観測された。さらに、マトリックス金属１３は５０
０グリツドのＡＩ、０３のベツド２３を浸透しないこと
が観測された。次いで、被覆したバリヤー型２１をサン
ドプラスターに入れ、そして被覆したバリヤー外殼２１
をサンドプラスチングすると、青銅の金属マトリックス
の複合体から構成された網の形状の玉弁が現れた。詳し
くは、第８図は青銅の金属マトリックスの複合体の玉弁
６３、グラファイトの箔２２の残部およびそれに取り付
けられた青銅のマトリックス金属６６のカーカスを示す
。こうして、この実施例が実証するように、異なる型の
材料、例えば、微細なベツド、グラフフィト材料および
結合した粉末は、自己発生真空技術による青銅マトリッ
クス複合体の形成の間バリヤー材料として機能すること
ができる。

実施例３および４ これらの実施例は、自己発生真空技術による、複雑な形
状を有する網または網に近い形状の金属マトリックスの
複合体を形成する開いた面の隔成形技術を実証する。詳
しくは、実施例３および４は、それぞれ、アルミニウム
マトリックス金属および青銅マトリックス金属を使用し
て、約３８ｍｍ（１，５インチ）の外径および約１０ｍ
ｍ　（０゜４インチ）の最大厚さを有するマスタ一部分
から２つの金属マトリックスの複合体の歯車を製造する
ことを記載する。実施例３および４において使用する実
験のレイアップは、第３図に示すものに類似する。

成形用ゴムコンパウンド（Ｇｌ−１０００，７ラスチツ
ク・ツーリング・サプライ・カンバニペンシルベニア州
イーストン、約１重量部のアクチベーターおよび約１０
重量部のゴム基材）をマスタ一部分の回りに注型するこ
とによって、マスタ一部分から陰ゴムをを作った。いっ
たん陰ゴム型が十分に硬化したとき、フルオロカーボン
に基づく乾燥滑剤（ＭＳ−１２２、ミラー−ステフェン
ソン・ケミカル・カンパニー・インコーホレーテッド、
コネチカット州ダンブリ−）で陰ゴム型を２回噴霧被覆
した。次いで、陽ゴム型を、前述したように配合した、
Ｇ１−１０００成形ゴムがら再び陰ゴム型から注型した
。いったん十分に硬化したとき、陽ゴム型を陰ゴム型か
ら取り出し、次いで、後述するように、それぞれの部分
のための２つのバリヤー型２１の形成に使用しＩ；。

約１重量部のコロイド状シリカ（ＮＹＡＣＯＬ＠２０４
ＯＮＨいナイコール・プロダクツ、マサチュセッツ州ア
シュランド）、約２重量部の５００グリツドのＡ１．Ｏ
ｓ（３８ＡＩｕｎｄｕｍ。

ツートン・カンパニー）、約１重量部の２２０グリツド
のＡｌｔｏｓ（３８Ａ１ｕｎｄｕｍ、ツートン・カンパ
ニー）、および約０．２重量部の水を混合することによ
って、バリヤーの型２１を形成した。このバリヤー混合
物を、脱泡および脱気後、陽ゴム型の上に注ぎ、そして
ほぼ室温において約２時間硬化させた。約２時間後、硬
化した混合物から過剰の水を注ぎ出し、バリヤー型材料
を有する陽ゴム型をフリザーに入れ、そして約−１８℃
に約８時間保持した。次いで、陽ゴム型を各凍結したバ
リヤー型２１かも分離し、そして各バリヤー型２１を抵
抗加熱された空気雰囲気炉に入れ、約１０００℃に約１
時間保持した。約５０重量％のコロイド状バーミキュラ
イト（Ｍｉｃｒｏｌｉｔｅ　　Ｎｏ、９０３、Ｗ、Ｒ，
ブレイス・アンド・カンパニー、マサチュセッツ州レキ
シントン）および約５０重量％の水からなる被覆混合物
を、各バリヤー型２１のキャビティー中に注いだ。この
被覆混合物を焼成したバリヤー型２１中に約２分間存在
させ、次いで注ぎ出し、その間被膜（第３図に示さない
）は各バリヤー型２１のキャビティー中に形成した。引
き続いて、被覆したバリヤー型２１を約ｌｌＯ℃にセッ
トした炉中に約２時量大れた。約２時間後、被覆したバ
リヤー型２Ｉを約１０００℃において約１時間再び焼成
した。

次いで、各バリヤー被覆した型２１を、実施例１に記載
されているものと実質的に同一の別々のステンレス鋼の
容器１２に入れた。次いで、被覆したバリヤー型２１と
ステンレス鋼の容器１２との間の空間を、５００グリツ
ドのＡｌｔｏｚ（３８Ａｌｕｎｄｕｍｘ　ツートン・カ
ンパニー）からなるベツド２３を充填した。実施例３に
おいて、９０グリツドのＡｌｔｏｓ（３８ＡＩｕｎｄｕ
ｍ１ツートン・カンパニー）からなる充填材混合物１１
を被覆したバリヤー型２１に入れ、そして平らにした。

実施例４において、９０グリツドのＡＩ。

Ｏｎ（３８Ａ１ｕｎｄｕｍ、／−）７−カンパニー）か
らなる充填材混合物１１を被覆したバリヤー型２１に入
れ、そして平らにした。青銅のマトリックス金属ととも
に使用した充填材を充填したバリヤー型２１を、１枚の
グラファイトの箔２２（Ｐｅｒｍ−ｆｏｉｌ、ＴＴ　　
アメリカ、オレゴン州ポートランド）で覆った。

実施例３において、約７．５〜９．５重量％のＳ　ｉ、
３．０〜４．０重量％のＣｕ、≦２．９重量％のＺｎ、
０．２〜０．３重量％のＭ　ｇ　ｓ≦１゜３重量％のＦ
ｅ、＜０．５重量％のＭ　ｎ　、≦０゜３５重量％のＳ
ｎおよび残部のＡ１からなる溶融したアルミニウムのマ
トリックス金属１３を、ステンレス鋼の容器１２中に、
約１３ｍｍ　（０，５インチ）の深さにかつ充填材を充
填したバリヤー型２１の上に注いだ。実施例４において
、約６重量％のＳｉ、約０．５重量％のＦｅ、約０．５
重量％のＡｔおよび残部のＣｕからなる溶融した青銅の
マトリックス金属１３を、ステンレス鋼の容器１２中に
、約１３ｍｍ（０，５インチ）の深さに、グラファイト
の箔２２で覆ったバリヤー型２１の上に注いだ。引き続
いて、粉末のＢ、０．を溶融したマトリックス金属１３
の上に注いでそれらを実質的に完全に覆い、そしてレイ
アップ２０を実施例３について約９００℃にセットしそ
して実施例４について約１１００℃にセットした抵抗加
熱した空気雰囲気のボックス炉に入れた。約１５分間Ｂ
、０．粉末を実質的に溶融させ、脱気し、そして不通気
性密封１４を形成した。実施例３のレイアップ２０を約
９００℃に約２時間保持し、そして実施例４のレイアッ
プ２０を約１１００℃に約２時間保持し、次いでそれぞ
れのレイアップ２０を炉から取り出し、そして水冷した
銅の冷たい板上に配置して金属マトリックスＩ３を方向
的に固化した。

いったん室温になったとき、各ステンレス鋼の容器１２
をそれぞれのバリヤー型２１から切断した。実施例４に
ついて、グラファイトの箔２２は形成した金属マトリッ
クスの複合体からのマトリッラス金属のカーカス分離を
可能とすることが観測された。そのうえ、実施例３およ
び４の両者について、きわめてすぐれたほぼ網の形状の
特性を示す完全に浸透した金属マｌ−ＩＪワックス複合
体が得られたことが観測された。詳しくは、第９ａ図は
実施例３において形成したアルミニウムマトリックスの
歯車７０に相当する写真を示し、そして第９ｂ図は実施
例４において形成した青銅マトリックスの歯車７１に相
当する写真を示す。

実施例５ この実施例は、自己発生真空技術により、複雑な形状の
網または網に近い形状の金属マトリックスの複合体を形
成するだめの、ロストワックス成形技術の使用を実証す
る。詳しくは、実施例５は、約１．９１ｃｍ　（０，７
５インチ）の外径および約１．９１ｃｍ（０，７５イン
チ）の最大高さを有するマスタ一部分から、内燃機関の
アルミニウム金属マトリックスの複合体のピストンの製
造に関する。第１０ａ図は、実施例５において使用した
実験のレイアップの概略的断面図である。

ラスチック・ツーリング・サプライ・カンバニペンシル
ベニア州イーストン、約１重量部のアクチベーターおよ
び約１０重量部のゴム基材）をマスタ一部分の回りに注
型することによって、マスタ一部分から陰ゴム型を作っ
た。いったん十分に硬化したとき、溶融したワックス（
Ｎｏ、９の赤色の押出したワックス、キャスチング・サ
プライ・ハウス・ニュー・ヨーク、ニューヨーク）を陰
ゴム型中に注ぐことによってマスタ一部分の陽複製を作
った。いったんワックスが固化したとき、ゴムの型をピ
ストンの陽ワックス複製から取り出しｌこ　。

次いで、陽ワックス複製を円筒形ステンレス鋼の容器１
２に入れた。約３重量部の５００グリツドのＡＩｔｏ３
（３８Ａｌａｎｄｕｍ、　ツートン・カンパニー）およ
び約１重量部のコロイド状アルミナ（Ｂｌｕｏｎｉｃ　
　Ａ、ウェスポンド・コーポレーション、プラウエア州
つィルミントン）からなるバリヤー混合物を、ステンレ
ス鋼の容器１２中に、実質的に陽ワックス複製の高さま
で注いだ。少なくとも６時間後、バリヤー混合物は硬化
してバリヤー外殻２１を形成した。ステンレス鋼の容器
２１およびその内容物を倒立させ、そして約６０°Ｃに
セットした空気雰囲気炉に入れた。約１８０℃において
約３時間後、陽ワックス複製は溶融し、そしてバリヤー
型２１中にキャビティーを形成した。次いで、ステンレ
ス鋼の容器およびその内容物を約１０００°Ｃにセット
した抵抗加熱した空気雰囲気のボックス炉に約１時量大
れて、残りのワックスを燃焼させ、これによりバリヤー
型２１中のマスタ一部分の陰像を精製した。

次いで、バリヤー型２１内に揮発したワックスによりつ
くられた空隙を、２２０グリツドの５ｉＣ（３９Ｃｒｙ
ｓヒｏｌｏｎ、ツートン・カンパニー）からなる充填材
１１を充填した。次いで、約７．５〜９゜５重量％のＳ
ｉ、３．０〜４．０重量％のＣｕ、≦２．９重量％のＺ
ｎ、０．２〜０．３重量％のＭｇ、≦１．３重量％のＦ
ｅ、≦０．５重量％のＭｎ、≦０．３５重量％のＳｎお
よび残部のＡＩからなるアルミニウムのマトリックス金
属を溶融し、そしてステンレス鋼の容器中に、２２０グ
リツドのＳｉＣを充填したバリヤー型２１の上に約１３
ｍｍ　（０，５イン゛チ）の深さ注いだ。粉末のＢｔＯ
ｓ（７（ラシャ−・サイエンティフィック）を使用して
、溶融したアルミニウムマトリックス金属の表面の上を
覆った。

次いで、ステンレス鋼の容器１２およびその内容物から
なるレイアップ１６０を、約８５０°Ｃにセットした抵
抗加熱した空気雰囲気のボックス炉に入れた。約８５０
°Ｃにおいて約１６時間後、その間Ｂ、０３は溶融し、
脱気し、そして気体不透過性の密封１４を形成し、レイ
アップを炉から取り出し、そして冷却した。

いったんレイアップ１６０が室温に冷却したとき、ステ
ンレス鋼の容器１２を取り出し、そしてバリヤーｆｆ１
２１をサンドプラスチングすると、はぼ網の形状のアル
ミニウム金属マトリックスの複合体のピストンが現れた
。詳しくは、第１ｏｂ図は、外側表面８２を機械加工し
た後の、アルミニラム金属マトリックスの複合体のピス
トン８０に相当する写真である。第１０ｂ図は、ピスト
ンのキャビティー８１はくぼみを複製しＩ；ことを示す
。

実施例６ 実施例５の方法を実質的に反復したが、ただしバリヤー
型２１は約２部の２２０グリツドおよび約１部の５００
グリツドのＡ　ｌ　ｔｏ　ｓ　（両者共３８Ａｌｕｎｄ
ｕｍｓ　ツートン・カンパニー、マサチュセッツ州つォ
ルセスター）および約１重量部のコロイド状アルミナ（
Ｂｌｕｏｎｉｃ　　Ａｓ　ウェスポンド・コーポレーシ
ョン、プラウエア州つィルミントン）から構成し、充填
材１１は９０グリツドの５ｉＣ（３９Ｃｒｙｓｔｏｌｏ
ｎ、　　ツートン・カンパニー）から構成し、そしてマ
スタ一部分は約７０ｍｍ（２，７５インチ）の外径およ
び約６４ｍｍ（２，５インチ）の高さを有した。

レイアップ１６０を実施例５におけるように組み立て、
約８５０°Ｃに約４時間保持し、次いで水冷した銅の冷
たい板上で方向的に固化した。実施例５におけるように
、マトリックス金属１３は充填材１１に完全に浸透し、
そしてほぼ網の形状のアルミニウム金属マトリックスの
複合体のピストンを取り出した。詳しくは、第１１ａ図
はサンドプラスチングした状態のこの実施例に従い作っ
たアルミニウム金属マトリックスの複合体のピストン９
０に相当する写真であり、そして第１１ｂ図は機械加工
した外側表面９１を有する同一のアルミニウム金属マト
リックスの複合体のピストン９０に相当する写真である
。

実施例７ この実施例は、自己発生真空技術を使用して金属マトリ
ックスの複合体を形成するためのグラファイト型の使用
を実証する。この実施例において使用した実験のレイア
ップ２０は、第３図に示すものに類似する。

約３２ｍｍ（１，２５インチ）の内径、約５１ｍｍ　（
２インチ）の高さおよび約１３ｍｍ（０゜５インチ）の
厚さを有するグラファイトの型２１（ＡＴＪ等級のグラ
ファイト、ユニオン・カーバイド、ＭＧＭ、ペンシルベ
ニア州つォムルスドルフ）を、１６ゲージ（１，６ｍｍ
の厚さ）３０４型ステンレス鋼から構成された約６７ｍ
ｍ（２゜６インチ）の内径および８９ｍｍ　（３，５イ
ンチ）の高さを有するステンレス鋼の容器１２の底に入
れた。グラファイトの型２１とステンレス鋼の容器１２
との間の空間を、５００グリツドのＡＩ。

０３（ＥＩ　　Ａｌｕｎｄｕｍ、　　ツートン・カンパ
ニー、マサチュセッツ州つオルセスター）からなるベツ
ド２３で実質的にグラファイトの型２１の上部に充填し
た。次いで、グラファイトの型２１の円筒形キャビティ
ーを８０ｇの９０グリツドのＡＩ、０３（３８Ａｌｕｎ
ｄｕｍ、ツートン・カンパニー）からなる充填材１１で
実質的に充填した。

グラファイトの型２１の上部におけるベツド２３の表面
は、１枚のグラファイトの箔２２（Ｐｅｒｍ−ｆｏｉｌ
、ＴＴ　　アメリカ、オレゴン州ボートランド）で完全
ではないが、実質的に覆った。

約６重量％のＳｉ、約０．５重量％のＦｅｓ約０゜５重
量％のＡ１および残部の銅からなる２５ｍｍ（１インチ
）の溶融した青銅のマトリックス金属１３を、ステンレ
ス鋼の容器１２中にグラ７フイトの型２１覆うグラファ
イトの箔の上に注いだ。

約２０ｇの粉末状ＢｘＯｓ　（Ａｅ　ｓ　ａ　ｒ■　ジ
ョンソン・マツティ、ニューハンプシャイヤー州−ブル
ック）を使用して、青銅のマトリックス金属１３の表面
を実質的に覆った。ステンレス鋼の容器１２およびその
内容物からなるレイアップ２０を、約１１００℃の温度
にセットした抵抗加熱した空気雰囲気のボックス炉に入
れた。約１１００℃において約２時間後、その間Ｂ、Ｏ
，は実質的に完全に溶融し、脱気し、そして気体不透過
性の密封１４を形成し、ステンレス鋼の容器１２および
その内容物からなるレイアップ２０を炉から取り出し、
そして水冷した銅の冷たい板上に配置して、青銅のマト
リックス金属を方向的に固化した。

いったん室温になったとき、レイアップ２０を分解し、
そして青銅のマトリックス金属Ｉ３は充填材ｌ【に浸透
して、すべての表面上にすぐれた表面仕上げを有する青
銅の金属マトリックスの複合体の円筒を形成したことが
観察された。詳しくは、第１２図はこの実施例に記載す
る手順に従い作った青銅の金属マトリックスの複合体の
円筒に相当する写真を示す。

実施例８ この実施例は、自己発生真空技術を使用して作った金属
マトリックスの複合体の内側表面を造形するためのグラ
ファイトの部材またはマンドレルの使用を実証する。こ
の実施例において使用した実験のレイアップは、第４図
に示すものに類似する。

詳しくは、リブ付きグラファイトのマンドレル３１　（
ＡＧＳＸグラファイト、ユニオン・カーバイド）Ｅ約２
４ｍｍ（１インチ）の内径および約３８ｍｍ（１，５イ
ンチ）の高さを有し、マンドレル３１の周辺に沿ってほ
ぼ２０°毎に位置し、マンドレルの周辺を越えて約１．
６ｍｍ　（０，１６インチ）であり、約２．５ｍｍ　（
０，１インチ）の幅を有しそしてグラファイトのマンド
レル３１の３８ｍｍ（１，５インチ）の長さに沿って延
びるリブを有する］を使用して、マンドレル３１の外径
に相当するリブ付き内径および平滑な外径を有する金属
マトリックスの複合体を形成した。

最終の所望の複合体の陰として造形されたグラファイト
のマンドレル３１を、約４８ｍｍ（１゜９インチ）の内
径および約８９ｍｍ（３，５インチ）の高さを有しそし
て１６ゲージ（１，６ｍｍの厚さ）３０４型ステンレス
鋼から構成された容器２１に入れた。９５重量％の９０
グリツドの５ｉＣ（３９Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ、　　ツー
トン・カンパニー）および約５ｆｆｉ量％の錫−３５０
メツシユ（アトランチツク・イクイプメント・エンジニ
アーズ、ニュージャーシイ州バーゲンフイールド）から
なる充填材１１を、ステンレス鋼の容器１２およびリブ
付きグラファイトのマンドレル３１の間の環状空間中に
注いだ。約５重量％のＳｉ、約２重量％のＦｅｚ約３重
量％のＺｎおよび残部の銅からなる３８ｍｍ（１，５イ
ンチ）の溶融した青銅のマトリックス金属１３を、ステ
ンレス鋼の容器１２中にリブ付きグラファイトのマンド
レル３１を取り囲む９０グリントのＳｉＣ充填材１１の
上に注いだ。次いで、約２０ｇの粉末状Ｂ、０゜（Ａｅ
ｓａｒ■　ジＢンソンψマツティ、ニューハングシャイ
ヤー州−ブルック）を使用して、青溶融した銅のマトリ
ックス金属を実質的に完全に覆った。ステンレス鋼の容
器１２およびその内容物からなるレイアップ３０を、約
１１００℃の温度にセットした抵抗加熱した空気雰囲気
のボックス炉に入れた。約１１００℃において約２時間
後、その間ＢＩＯｊは実質的に完全に溶融し、脱気し、
そして気体不透過性の密封１４を形成し、そしてマトリ
ックス金属１３のレベルは低下したことが観察され、レ
イアップ３０を炉から取り出して青銅のマトリックスの
複合体を固化した。室温において、レイアップ３０を分
会すると、リブ付きグラファイトのマンドレル３１を取
り囲む青銅のマトリックスの複合体が現れた。

リブ付きグラファイトのマンドレル３１を取り囲む青銅
のマトリックスの複合体を約６００″Ｃセツトした抵抗
加熱した空気雰囲気のボックス炉に入れることによって
、リブ付きグラファイトのマンドレル３１を青銅のマト
リックスの複合体から取り出した。６００℃において約
１２時間後、リブ付きグラファイトのマンドレル３１は
十分に完全に酸化し、そしてリブ付きグラファイトのマ
ンドレルを逆に複製する内径をもつ青銅の金属マトリッ
クスの複合体が回収された。詳しくは、第１３図は機械
加工されたその外側表面１１２をもちそしてグラファイ
トのマンドレル３１の外側表面を逆に複製する内側表面
ｉｌｌを有する青銅のマトリックスの複合体に相当する
写真を示す。

実施例９ この実施例は、自己発生真空技術により金属マトリック
スの複合体を形成するための割り型の使用を実証する。

第１４図は、この実施例において使用するレイアップの
概略的断面図である。

３５ｍｍ（１，３８インチ）の直径を有する半球のキャ
ビティーをもつ約４５ｍｍ（１，７５インチ）の外径お
よび約２１ｃｍ（０，８１インチ）の高さを有するマス
ター型を、商業的に入手可能なアルミニウム合金から機
械加工した。このマスター型を、約７．６ｃｍ（３イン
チ）の外径、約３８ｍｍ　（１，５インチ）高さおよび
約９．５ｍｍ（０，３８インチ）の壁厚さを有する商業
的に入手可能なＰｖＣ管中に同心的に入れた。Ｐｖｃ管
とアルミニウムのマスター型との間の環状空間中に、成
形用ゴムコンパウンド（Ｇ　Ｉ　−１０００゜プラスチ
ック・ツーリング・サプライ・力°ンパニ、ペンシルベ
ニア州イーストン、約１重量部のアクチベーターおよび
約１０重量部のゴム基材）を注型することによって陰ゴ
ム型を作った。

いったん陰ゴム型が十分に硬化したとき、約１重量部の
コロイド状シリカ（ＮＹＡＣＯＬ’３２０４ＯＮＨいナ
イコール・プロダクツ、マサチュセッツ州アシ二〜ラン
ド）、約２重量部の５００グリツドのＡｌｔｏｓ（３８
ＡＩｕｎｄｕｍ、ツートン・カンパニー）、約１重量部
の２２０グリツドのＡｌｔｏｓ（３８ＡＩｕｎｄｕｍ、
ツートン・カンパニー）、および約０．２重量部の水か
らなる混合物からの陰ゴム型から、陽バリヤー型２１を
作った。陽バリヤー型の被膜を室温において約２時間硬
化した。約２時間後、硬化した混合物から過剰の水を注
ぎ出し、バリヤー型２１を含有する陰ゴム型を７リザー
に入れ、そして約−１８℃に約８時間保持した。次いで
、陰ゴム型を陽ゴム型２１から分離し、次いで陽バリヤ
ー型２１を抵抗加熱された空気雰囲気炉に入れ、約１０
００°Ｃに約１時間保持した。次いで、約９ｍｍ（０，
３８インチ）の孔１２１を、一方のバリヤー型の外径の
軸に沿って、その後半球のキャビティーへ開けた（第１
４図に示すように）。その中に孔を有する陽バリヤー型
２１を他の陽バリヤー型２１と接触させて、約３５ｍｍ
　（１、３８インチ）の直径を有する半球のキャビティ
ーをその中に形成した。

こうして形成した２つの陽バリヤー型２１は割り型１２
２を形成した。約５０重量％のコロイド状バーミキュラ
イト（Ｍｉｃｒｏｌｉｔｅ　　Ｎｏ。

９０３、Ｗ、Ｒ，ブレイス・アンド・カンパニマサチュ
セッツ州レキシントン）および約５０重量％の水からな
る被覆混合物を、孔、１２１を通して割り型の半球のキ
ャビティー中に注いだ。この被覆混合物を焼成した割り
型１２２中に約２分間存在させ、次いで注ぎ出し、その
間被膜２５は割り型１２２の半球のキャビティー中に形
成した。

引き続いて、被覆した割り型１２２を約１１０℃にセッ
トしｊ；炉中に約２時量大れた。約２時間の滞留時間後
、被覆した割り型１２２を約１０００６０において約１
時間焼成しｔ；。

被覆した割り型１２２の内部に９０グリツドの５ｉＣ（
３９Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ、ツートン・カンパニー）から
なる充填材１１を充填した。次いで、割り型１２２をス
テンレス鋼の容器１２内の５００グリツドのＡ１１０３
（３８Ａｌｕｎｄｕｍ、ツートン・カンパニー）からな
るベツド２３中に配置した。割り型１２２の下部におけ
る孔１２１を、グラファイトの箔２２（Ｐｅｒｍ−ｆｏ
ｉ１％ＴＴ　　アメリカ、オレゴン州ポートランド）で
実質的に覆った。次いで、約５重量％のＳｉ１約１重量
％のＦｅ１約１重量％のＺｎおよび残部のＣｕからなる
溶融した青銅のマトリックス金属１３を、ステンレス鋼
の容器１２中に、微細なベツド２３により囲まれた割り
型１２２の上に注ぎ、モしてＢ、０３粉末の層を溶融し
たマトリックス金属の上に注いだ。

次いで、ステンレス鋼の容器１２およびその内容物から
なるレイアップ１２０を約ｔ　ｉｏｏｏｏにセットした
抵抗加熱した空気雰囲気のボックス炉に入れた。約１１
００℃において約３時間後、レイアップ１２０を炉から
取り出して青銅の金属マトリックスの複合体を固化した
。いったん室温になったとき、割り型１２２を分解する
と、溶融した青銅の金属マトリックスの複合体は充填材
１１に浸透して、青銅の金属マトリックスの複合体の球
を形成したことが明らかにされた。割り型の使用を実証
することに加えて、この実施例は、マスター型をバリヤ
ー型中に上方に引き上げて充填材に浸透して金属マトリ
ックスの複合体を形成することができることを実証する
。

実施例１Ｏ この実施例は、金属マトリックスの複合体の内部形状を
定める微細グリッドのベツドおよび結合材から構成され
たバリヤーマンドレルの使用を実証する。

詳しくは、まず、約２０重量％の石膏（Ｂｏｎｄｅｘ、
ボンデッラス・インターナショナル・インコーホレーテ
ッド、オハイオ州ブルンスウィック）および５００グリ
ツドのＡｌｔｏｓ（３８Ａｌｕｎｄｕｍ、ツートン・カ
ンパニー）からなる混合物から、歯車の所望の内部の形
状の陰の形状を有する、バリヤ一部材まＩ；はマンドレ
ル３１を作ることによって、内部の歯車を形成した。い
っｌ；ん硬化および乾燥したとき、バリヤーマンドレル
３１を、形成すべき最終の金属マトリックスの複合体の
部分の所望の外径に一致する内径を有する、円筒形のス
テンレス鋼の容器１２の中心に配置した。次いで、９０
重量％の９０グリツドのＡＩ！０、（３８Ａｌｕｎｄｕ
ｍ、　ツートン・カンパニー）および１０重量％の錫−
３５０メツシユ（アトランチツク・イクイプメント・エ
ンジニアーズ、ニュージャーシイ州バーゲンフィールド
）からなる充填材１１を、バリヤーマンドレル３１とス
テンレス鋼の容器１２との間の空間中に充填した。

約５重量％のＳｉ、約２重量％のＦｅ１約１重量％のＺ
ｎおよび残部の銅からなる溶融した青銅のマトリックス
金属１３を、ステンレス鋼の容器１２中に、充填材１１
の上に約２５ｍｍ（１インチ）の深さに注ぎ、そしてＢ
、０３粉末を溶融したマトリックス金属の上に注ぎ、そ
の溶融後、外部の密封１４を形成した。

次いで、ステンレス鋼の容器およびその内容物からなる
レイアップ３０を約１１００℃にセットした抵抗加熱し
た空気雰囲気のボックス炉に入れた。約ｔ　ｔｏｏ℃に
おいて約３時間後、レイアップ３０を炉から取り出しそ
して室温の冷却した。

次いで、バリヤーマンドレル３１を形成した青銅の金属
マトリックスの複合体からサンドプラスチングして、バ
リヤーマンドレル３Ｉの外側表面と一致する金属マトリ
ックスの複合体中に内部の形状を形成した。詳しくは、
第１５図は、青銅のマトリックス複合体１３０の内部に
歯車１３１をもつ青銅のマトリックス複合体１３０に相
当する写真を示す。

実施例１１ この実施例は、−時的なマンドレル技術を使用して比較
的複雑な金属マトリックス構造体を作ることができるこ
とを実証する。詳しくは、金属マトリックスのトラスを
バルサ材のマスターから作った。バルサ材のマスターは
、第１６ａ図概略的にに示すように、商業的に入手可能
なバルサ材を一緒に接着することによって形成した。次
いで、バルサ材のマスターを銀塗料（Ｐ−１１４０、ベ
プ・ボイズ、ペンシルベニア州フィラデルフィア）の少
なくとも２回被覆で被覆した。銀塗料が乾燥した後、バ
ルサ材のマスターを約１２７ｍｍ（５インチ）×約５１
ｍｍ（２インチ）Ｘ２５ｍｍ　（１インチ）の高さの寸
法を有する紙の箱の底に石油ゼリー（Ｖａｓｅｌｉｎｅ
■、チーズポロウーボンズ・インコーホレーテッド、コ
ネチカット州グリーニッチ）で取り付けた。

マスタ一部分を紙の箱に取り付けた後、約１重量部のコ
ロイド状シリカ（ＮＹＡＣＯＬ０２０４ＯＮＨいナイコ
ール・プロダクツ、マサチュセッツ州アシュランド）、
約２重量部の５００グリツドのＡｌｔｏｓ（３８ＡＩｕ
ｎｄｕｍ、　ツートン・カンパニー）、約１重量部の２
２０グリツドのＡ１＊Ｏ＊（３８ＡＩｕｎｄｕｍ、　　
ツートン・カンパニー）、および約０．２重量部の水を
混合して、バリヤー型の混合物を形成した。このバリヤ
ー混合物を、脱泡尾脱気した後、バルサ材のマスターの
上に注ぎ、そしてほぼ室温において約２時間硬化した。

約２時間後、バリヤー混合物から過剰の水をタオルで吸
収し、そして２２０グリツドのＡｌｘｏｘ（３８Ａｌｕ
ｎｄｕｍ１　ツートン・カンパニー、マサチュセッツ州
つォルセスター）を注型物の表面の上に注ぎで過剰の水
をソーキング除去した。次いで、バルサ材のマスクＣ部
分を取り囲むバリヤー混合物をフリザーに入れ、そして
約１８°Ｃに約８時間保持した。次いで、バルサ材のマ
スタ一部分を取り囲む硬化したバリヤー材料陰ゴム型を
抵抗加熱された空気雰囲気炉に入れ、約１０００°Ｃに
約１時間保持した。約１０００°Ｃにおいてこの時間の
間、バルサ材は燃焼してバリャ−型中に内部のキャビテ
ィーを形成した。炉から取り出し、バリヤー型を冷却し
、次いでバルサ材の残りの灰をバリヤー型から吹き出さ
せる。バリヤーをを後述する不通気性容器内に勘合する
大きさに切断した０次いで、約５０重量％のコロイド状
バーミキュライト（Ｍｉｃｒｏｌｉｔｅ　　Ｎｏ。

９０３、Ｗ、Ｒ，ブレイス・アンド・カンパニーマサチ
ュセ７ツ州レキシントン）および約５０重量％の水から
なる被覆混合物を、バリヤーを中に注いだ。この被覆混
合物を焼成したバリヤー型中に約２分間存在させ、その
間被膜はバリヤー型上に形成した。引き続いて、被覆し
たバリヤー型を約６０℃にセットした炉中に約２時量大
れた。約６０℃において２時間後、被覆したバリヤー型
を約ｔ　ｏｏｏｏｏにおいて約１時間焼成した。

次いで、被覆したバリヤー型を、約１２５ｍｍ（４，９
インチ）の内径ｘ３６ｍｍ（１，６インチ）の長さ×約
４３ｍｍ（１，ツイフチ）の深さを有する、１６ゲージ
（１，６ｍｍの厚さ）３０４型ステンレス鋼から構成さ
れた不通気性容器内こ入れた。次いで、被覆したバリヤ
ー型とステンレス鋼の容器との間の空間を、５００グリ
ツドのＡｌｘＯｘ（３８Ａ１ｕｎｄｕｍ、　ツートン・
カンパニー、マサチュセッツ州つォルセスター）からな
るベツドで充填した。被覆したベツドに２２０グリツド
のＡｌｔｏｓ（３８ＡＩｕｎｄｕｍ、　ツートン・カン
パニー、マサチュセッツ州つォルセスター）からなる充
填材を充填した。

次いで、充填材を充填したバリヤー型を、１枚のグラフ
ァイトの箔２２　（ＰＥＲＭＡ−ＦＯＩ　Ｌ■、ＴＴ　
アメリカ、オレゴン州ボートランド）で覆った。商業的
に入手可能なアルミニウム合金６０６１およびその中の
合金した追加の４重量％のマグネシウムを有するマトリ
ックス金属を溶融し、そしてステンレス鋼の容器中にか
つグラファイトの箔の上に注ぎ、次いでバリヤー型中の
充填材を覆った。引き続いて、粉末状Ｂ　＊　０３を溶
融しＩ；マトリックス金属の上に注ぎ、そしてレイアッ
プを約８５０　”Ｏにセットしｔ；抵抗加熱した空気雰
囲気のボックス炉に入れた。約１５分間Ｂ１０３を融さ
せた後、脱気し、そして気体不透過性密封形成した。レ
イアップを約９５０℃にさらに２間保持し、次いでレイ
アップおよびその内容物炉から取り出し、そして水冷し
た銅の冷たい板に配置して金属マトリックスの複合体を
方向的固化した。

いったん室温になったとき、ステンレス鋼の容を固化し
た残留マトリックス金属および被覆しバリヤー型から切
断した。グラファイトのチーは金属マトリックスの複合
体からのマトリック金属のカーカスの分離を促進するこ
とが観察さた。次いで、被覆したバリヤー型をサンドブ
ラタ−に入れ、そしてバリヤー型のサンドブラタグする
と、アルミニウムの金属マトリックスの合体から構成さ
れた網の形状のトラスが現れた。

しくけ、第１６ｂ図はこの実施例に従い作られアルミニ
ウムの金属マトリックスの複合体のトス１４１に相当す
る写真を示す。

実施例１２ この実施例は、ロストワックス技術を使用する比較的複
雑な金属マトリックス構造体の製造を実証する。詳しく
は、金属マトリックスのトラスをマスターから作った。

第１６ａ図に示すマスター１４０を正規のシート状ワッ
クス（１６５、フリーマン拳カンパニー、ニュージャー
シイ州ベレビレ）の接着ストリップにより形成した。ワ
ックスのマスターを、約１５２ｍｍ（６インチ）の長さ
、約５１ｍｍ　（２インチ）の幅および約５１ｍｍ（２
インチ）の高さを有するステンレス鋼の容器に入れた。

約５０重量％のカルシウムアルミネートセメント（Ｓｅ
ｃａｒ７１．ファ７アージ・カルシウム・アルミネーチ
ト、バージニア州チェスビーク）および５０重量％の５
００グリツドのＡｌ。

Ｏｓ（３８Ａ１ｕｎｄｕｍ、　　ツートン・カンノ（ニ
ー）およびバリヤー混合物を注型可能するＩ；めに実質
的に十分な水からなるバリヤー混合物を、ステンレス鋼
の容器中にかつワックスマスターの上にワックスマスタ
ーの高さに注いだ。

バリヤー混合物がステンレス鋼の容器内でワックスマス
ターの回りで十分に硬化した後、まずしイアツブを約１
５０°０の炉に約３時間入れ、そしてワックスマスター
を溶融することによってワックスマスターを除去した。

次いで、レイアップを約８００℃にセットした抵抗加熱
した空気雰囲気のボックス炉にほぼ１時量大れて、溶融
径残留するワックスを燃焼して、マスターワックスのト
ラスの陰バリヤー外殻を生成した。バリヤー外殻中の空
間に９０グリツドの５ｉＣ（３９Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ、
ツートン・カンパニー）の充填材を充填した。約７．５
〜９．５重量％のＳｉ、３゜０−４．０重量％のＣｕ、
≦２．９重量％のＺｎ５０．２〜０．３重量％のＭｇ、
≦１．３重量％のＦｅ、≦０．５重量％のＭｎ、＜０．
３５重量％のＳｎおよび残部のＡ１からなる溶融したア
ルミニウムのマトリックス金属を、ステンレス鋼の容器
中に充填材を充填したバリヤー外殻の上に約１３ｍｍ（
０，５インチ）の深さに注いだ。次いで、Ｂ、０．粉末
を使用して、溶融したアルミニウムのマトリックス金属
の表面を実質的に完全に覆った。

ステンレス鋼の容器およびその内容物からなるレイアッ
プを、約８５０°Ｃにセットした抵抗加熱した空気雰囲
気のボックス炉に入れた。約８５０°Ｃにおいて約４時
間後、その間Ｂ！０３は実質的に溶融し、脱気し、そし
て気体不透過性密封を形成し、レイアップを取り出しし
、そして室温に冷却した。

レイアップを分解し、そしてバリヤー外殻をサンドプラ
スチングすると、アルミニウムのマトリックス複合体の
トラスが現れた。

実施例１３ 実施例１の方法を実質的に反復して約８９ｍｍ（３，５
インチ）の外径を有するポンプの羽根車を作ったが、た
だし異なるマトリックス金属、プロセス温度およびバリ
ヤー外殻を使用した。バリヤー外殻を２重量部の５００
グリツドのＡＩ、ＯＳ（３８Ａｌｕｎｄｕｍ、ツートン
・カンパニー）、１重量部の９０グリツドのＡ　Ｉ　ｚ
ｏｓ　（３８Ａ　Ｉ　ｕｎｄｕｍ、ツートン・カンパニ
ー）および１重量部のコミイド状アルミナ（Ｂｌｕｏｎ
ｉｃ、ウェストポンド・コーポレーション、プラウエア
州つィルミントン）からなる混合物から形成した。マト
リックス金属１３は約６重量％のＳｉ、約１重量％のＦ
ｅおよび残部の銅からなる青銅であり、そして充填材１
１は９０グリツドの５ｉＣ（３９Ｃｒｙｓｔｏｌｏｎ、
ツートン・カンパニー）であった。レイアップ４０を約
１１００°Ｃにセットした抵抗加熱した空気雰囲気のボ
ックス炉に入れた、そして約３．５時間かけてマトリッ
クス金属を充填材中に浸透させた。詳しくは、第１７図
はこの実施例において形成した青銅のマトリックスの羽
根車に相当する写真を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、外部シール手段を用いる本発明の方法による
代表的レイアップの略断面図であり、第２図は、標準レ
イアップに適用した本発明の方法の概略フロチャートで
あり、 第３図は、網形外面をもつ金属マトリックス複合体を形
成するために使われる本発明による代表的レイアップの
略断面図であり、 第４図は、網形内部空間をもつ金属マトリックス複合体
を形成するために使われる本発明の方法による代表的レ
イアンプの略断面図であり、第５図は、網形内外面をも
つ網形複合体を形成するために使われる本発明の方法に
よる代表的レイアップの略断面図であり、 第６図は、網形金属マトリックス複合体を形成するため
に使われる本発明による代表的鋳型の略断面図であり、 第７図は、例１で作成した資料に対応する写真であり、 第８図は、例２で作成した資料に対応する写真であり、 第９ａ図は、例３で作成した資料に対応する写真であり
、 第９ｂ図は、例４で作成した資料に対応する写真であり
、 第１０ａ図は、網形金属マトリックス複合体を製造する
ために使われる本発明の方法による代表的レイアップの
略断面図であり、 第１０ｂ図は、例５で作成した資料に対応する写真であ
り、 第１１ａ図は、例６で作成した未完成資料に対応する写
真であり、 第１１ｂ図は、例６で作成した完成資料に対応する写真
であり、 第１２図は、例７で作成した資料に対応する写真であり
、 第１３図は、例８で作成した資料に対応する写真であり
、 第１４図は、網状金属マトリックス複合体を製造するた
めに使われる本発明の方法による代表的割り型レイアッ
プの略断面図であり、 第１５図は、例１０で作成した資料に対応する写真であ
り、 第１６ａ図は、例１１で使ったと同じ型の略断面図であ
り、 第１６ｂ図は、例１１で作成した資料に対応する写真で
あり、そして 第１７図は、例１２で作成した資料に対応する写真であ
る。 １０・・・レイアップ、 １１・・・充填材又はプレフォーム、 １２・・・不通気性容器、 １３・・・溶融金属マトリックス、 １４・・・外部シール又はシール部、 １７・・・周囲雰囲気。 プロセスのフロージート ロＪ−Ｉ− 一旦！−７ 巨互；■ ［丁＝３− Ｉ 口ｊ丁■− ロゴ＝て− ロゴＴ１ヱｒ ５１１直の浄書（内容に変更なし） Ｆｉｇ、１　ｌｂ Ｆｉｇ、１２ 図面の浄書（内容に変更なし） Ｆｉｇ、　１０ｂ Ｆｉｇ、１１ａ ｒＩｉ面の浄ａ（内ゴに変更なし） １１ Ｆｉｇ、１３ Ｆｉｇ、１５ ［酊］■ ！！Ｉ！Ｉ！ｆ’ｊ％書（内容１：　ｆ更すＦ−２１Ｆ
ｉｇ、　１６ｂ Ｆｉｇ、１７ 手 続 補 正 書（方式） ％式％ 事件の表示 平成２年特許願第１８７３０６号 発明の名称 成形された金属マトリックス複合体の製造方法補正をす
る者 事件との関係　　　特許出願人 名称　ランキサイドテクノロジーカンパニー６、補正の
対象 図　　　面 ７、補正の内容 図面の浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録 （１）浄書した図面代用写真 （第７．８・９　、　ｌｏｂ　、　１１゜１２、１３．
１５　、１６　ｂ　、　１７図）（２）上申書 １通 １通 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マトリックス金属と、反応雰囲気と、不通気性容器
   と、充填材のルーズな集合体及び充填材のプレフォーム
   からなる群より選んだ少なくとも１種の材料からなる通
   気性素材と、該通気性素材の少なくとも１表面の少なく
   とも１部と接触しかつ製造すべき金属マトリックス複合
   体成形体の少なくとも１表面を形成するために該マトリ
   ックス金属から少なくとも部分的に隔置されているバリ
   ヤー手段とを含んでなる反応系を用意し、 該反応系の外部である周囲雰囲気から該反応系を少なく
   とも部分的にシールして、該反応雰囲気と該周囲雰囲気
   の間に正味の圧力差を創出し、ここに該シールは外部シ
   ール、内部物理的シール及び内部化学的シールのうち少
   なくとも１種により形成され、そして 該シールせる反応系を加熱してマトリックス金属を溶融
   させ、該通気性素材に該溶融マトリックス金属を該バリ
   ヤー手段まで少なくとも部分的に浸透させ、よって該バ
   リヤー手段によって形成される該少なくとも１表面を有
   する金属マトリックス複合体成形体を形成する 工程からなることを特徴とする金属マトリックス複合体
   成形体の製造方法。