(57)【要約】ホウ素を含むセラミック−金属アルミニウム複合体は、次のように形成される。すなわち、ホウ素含有セラミックをアルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む金属粉末と混合し、混合物を多孔質プリフォームに成形し、多孔質プリフォームを金属粉末よりも低い溶融温度を有するアルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む溶浸金属と接触させ、そして多孔質プリフォームおよび溶浸金属を、溶浸金属を溶解するのに十分であるが金属粉末を溶融するには不十分な温度に加熱し、その結果溶浸金属が多孔質プリフォームを溶浸し、十分に緻密なホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体を形成する。形成される複合体は乗物用部品に使用されうる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素を含むセラミック−金属アルミニウム複合体の形成方法であり、それは（ａ）ホウ素含有セラミックをアルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む金属粉末と混合し、そこでホウ素含有セラミックはアルミニウムの溶融温度以上でアルミニウムと反応する、
（ｂ）（ａ）段階の混合物を多孔質プリフォームに成形し、
（ｃ）多孔質プリフォームを金属粉末よりも低い溶融温度を有するアルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む溶浸金属と接触させ、そして
（ｄ）多孔質プリフォームおよび溶浸金属を、溶浸金属を溶解するのに十分であるが金属粉末を溶融するには不十分な温度に加熱し、その結果溶浸金属が多孔質プリフォームを溶浸し、十分に緻密なホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体を形成する、ことを含む形成方法。
【請求項２】
ホウ素含有セラミック−アルミニウム金属複合体がホウ素含有セラミックとアルミニウムの少なくとも１つの反応生成物を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
ホウ素含有セラミックが炭化ホウ素である請求項２記載の方法。
【請求項４】
反応生成物がＡｌＢ2，Ａｌ4ＢＣ、Ａｌ3Ｂ48Ｃ2、ＡｌＢ12，Ａｌ4Ｃ3，ＡｌＢ24Ｃ4もしくはそれらの混合物からなる請求項３記載に方法。
【請求項５】
反応生成物がＡｌＢ2，Ａｌ4ＢＣ、Ａｌ3Ｂ48Ｃ2，ＡｌＢ12，ＡｌＢ24Ｃ4もしくはそれらの混合物からなる請求項４記載に方法。
【請求項６】
ホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体の少なくとも６０vol％がアルミニウムもしくはその合金である請求項１記載の方法。
【請求項７】
ホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体の少なくとも７０vol％がアルミニウムもしくはその合金である請求項５記載の方法。
【請求項８】
溶浸温度は、金属粉末が溶融する温度より少なくとも１０℃低い請求項１記載の方法。
【請求項９】
溶浸温度は、金属粉末が溶融する温度より少なくとも２０℃低い請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ホウ素含有セラミック−金属複合体が金属粉末が溶融する温度を超える熱処理温度にさらに加熱される請求項１記載の方法。
【請求項１１】
理論強度のすくなくとも９５％の密度を有し、少なくとも６０vol％のアルミニウム金属もしくはその合金からなり、ホウ素含有セラミック、ならびに金属アルミニウムもしくはその合金内に分散されたホウ素含有セラミックとアルミニウムの少なくとも１つの反応生成物を有してなる、ホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体。
【請求項１２】
複合体が少なくとも７０vol％のアルミニウムもしくはその合金からなるホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体。
【請求項１３】
ホウ素含有セラミックが炭化ホウ素であり、そして反応生成物がＡｌＢ2，Ａｌ4ＢＣ、Ａｌ3Ｂ48Ｃ2，ＡｌＢ12，Ａｌ4Ｃ3，ＡｌＢ24Ｃ4もしくはそれらの混合物である請求項１１記載に方法。
【請求項１４】
反応生成物がＡｌＢ2，Ａｌ4ＢＣ、Ａｌ3Ｂ48Ｃ2，ＡｌＢ12，ＡｌＢ24Ｃ4もしくはそれらの混合物である請求項１３記載に複合体。
【請求項１５】
ホウ素含有セラミックが、複合体に存在するホウ素含有セラミックおよび反応生成物の合計量の少なくとも１０vol％の量で複合体内に存在する請求項１３記載の複合体。
【請求項１６】
ホウ素含有セラミックが、複合体に存在するホウ素含有セラミックおよび反応生成物の合計量の少なくとも５０vol％の量で複合体内に存在する請求項１５記載の複合体。
【請求項１７】
ホウ素含有セラミックが、複合体に存在するホウ素含有セラミックおよび反応生成物の合計量の少なくとも７５vol％の量で複合体内に存在する請求項１６記載の複合体。
【請求項１８】
請求項１１記載の複合体を含む乗物部品。
【請求項１９】
乗物用部品が、ブレーキ部品、サスペンジョン部品、ボディ部品、ステアリング部品、ホイールリム、エンジン部品、冷却もしくは加熱システム部品、空調部品、燃料部品、排気部品、伝達部品、クラッチ部品もしくは駆動車軸部品である請求項１８記載の部品。
【請求項２０】
理論強度のすくなくとも９５％の密度を有し、少なくとも６０vol％のアルミニウム金属もしくはその合金からなり、ホウ素含有セラミック、ならびに金属アルミニウムもしくはその合金内に分散されたホウ素含有セラミックとアルミニウムの少なくとも１つの反応生成物を有し、高々わずかなＡｌ4Ｃ3が複合体に存在する，ホウ素含有セラミックー金属アルミニウム複合体。
【請求項２１】
反応生成物がＡｌＢ2，Ａｌ4ＢＣ、Ａｌ3Ｂ48Ｃ2，ＡｌＢ12，ＡｌＢ24Ｃ4もしくはそれらの混合物である請求項２０記載に複合体。
【請求項２２】
ホウ素含有セラミックが、複合体に存在するホウ素含有セラミックおよび反応生成物の合計量の少なくとも１０vol％の量で複合体内に存在する請求項２０記載の複合体。
【請求項２３】
ホウ素含有セラミックが、複合体に存在するホウ素含有セラミックおよび反応生成物の合計量の少なくとも５０vol％の量で複合体内に存在する請求項２０記載の複合体。
【請求項２４】
ホウ素含有セラミックが、複合体に存在するホウ素含有セラミックおよび反応生成物の合計量の少なくとも７５vol％の量で複合体内に存在する請求項２３記載の複合体。
【請求項２５】
請求項２０記載の複合体を含む乗物部品。
【請求項２６】
乗物用部品が、ブレーキ部品、サスペンジョン部品、ボディ部品、ステアリング部品、ホイールリム、エンジン部品、冷却もしくは加熱システム部品、空調部品、燃料部品、排気部品、伝達部品、クラッチ部品もしくは駆動車軸部品である請求項２５記載の部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体に関する。詳しくは、炭化ホウ素−アルミニウム複合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム−炭化ホウ素（ＡＢＣ）複合体は、金属アルミニウムよりも低い密度および高い剛性のために、コンピュータのハードディスクドライブのような部品に興味がある。アルミニウム−炭化ホウ素複合体の複合形態を形成するのに最も望ましい方法の一つは炭化ホウ素プリフォームをアルミニウムで溶浸することであった。溶浸方法は多孔質プリフォームと同一の形状と寸法を本質的に有する緻密なＡＢＣ複合体をもたらす。
【０００３】
しかしながら、金属アルミニウムは酸化アルミニウム層を有するので、溶浸は高温（すなわち１０００℃超）で実施されなければならない。このように溶浸は自立しているプリフォームの使用を必要とする。これはプリフォームにおいてかなりの量のアルミニウムの使用を妨げる。これはプリフォーム中のアルミニウムの溶融、そして炭化ホウ素と焼成、反応して細孔を溶浸金属から遮断させるために、プリフォームがスランプを生じ、不十分に溶浸するためである。その結果、溶浸されたＡＢＣ複合体は高濃度炭化ホウ素（すなわち、少くとも４０vol％）に限られてきた。自立した多孔質の粒子体についての下限は通常４０％の粒子および残りの細孔である。
【０００４】
他の方法が高アルミニウム濃度を有するＡＢＣ複合体を形成するのに用いられており、たとえばアルミニウムの溶融温度未満での固体焼成および高圧法である。しかし、アルミニウムの溶融温度未満での焼成温度は焼成収縮を受け、高価な機械加工、そして実行可能な単純な形状の製造に限ることをもたらす。同様に、アルミニウムおよび炭化ホウ素を押出すような高圧法は高価であり、なされうる形状が限定される。さらに、アルミニウムはこれらの方法において溶融されないので、炭化ホウ素間の結合は、炭化ホウ素間でアルミニウムが溶融し、反応する場合に比べて実質的に小さい。したがって、最適特性を有さない複合体がこの方法により形成される。
【０００５】
加えて、炭化ホウ素は溶融アルミニウム中に鋳込まれるが、炭化ホウ素は溶融アルミニウムと急激に反応し金属ホウ素、炭素および水溶性炭化アルミニウムに分解するので、炭化ホウ素は銀のような保護金属でまず封入される。これらの方法は、鋳込みの前に炭化ホウ素を被覆する付加的な高価な段階なしには強度を低下させる有害な相（たとえばＡｌ4Ｃ3）を調節しえないことをもたらす。この保護層は炭化ホウ素が、たとえばもっと強い複合体を製造するためにアルミニウムと界面で結合（反応）することを妨げる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、上述のような、従来技術の１つもしくはそれより多い課題を克服する材料および方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様はホウ素を含むセラミック−金属アルミニウム複合体の形成方法であり、それは、
（ａ）ホウ素含有セラミックをアルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む金属粉末と混合し、そこでホウ素含有セラミックはアルミニウムの溶融温度以上でアルミニウムと反応する、
（ｂ）（ａ）段階の混合物を多孔質プリフォームに成形し、
（ｃ）多孔質プリフォームを金属粉末よりも低い溶融温度を有するアルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む溶浸金属と接触させ、そして
（ｄ）多孔質プリフォームおよび溶浸金属を、溶浸金属を溶融するのに十分であるが金属粉末を溶融するには不十分な温度に加熱し、その結果溶浸金属が多孔質プリフォームを溶浸し、十分に緻密なホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体を形成する、ことを含む。
【０００８】
驚くべきことに、この方法は、溶浸を用いて純アルミニウムの溶融温度（すなわち６６０℃）より低い温度で、たとえば十分に緻密なネットシェイプの炭化ホウ素−金属アルミニウム複合体を製造しうる。
【０００９】
「十分に緻密な」は、理論密度の少くとも９５％である複合体を意味する。さらに、この方法は、低い溶浸温度による調節された方法で、たとえば、炭化ホウ素とアルミニウムの間の反応相の形成によって、炭化ホウ素とアルミニウムの間の改良された結合を可能にする。そして、このことは、比較的低い溶融温度のアルミニウムの炭化ホウ素との調節された反応による改良された結合を有する、高濃度アルミニウムを有する新規な炭化ホウ素−アルミニウム複合体の製造を可能にする。
【００１０】
本発明の第２の態様は、理論密度の少くとも９５％の密度を有し、少くとも６０vol％の金属アルミニウムもしくはその合金を含む、ホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体であり、ホウ素含有セラミック、ならびに金属アルミニウムもしくはその合金内に分散された、ホウ素含有セラミックとアルミニウムの少くとも１つの反応生成物を有する。
【００１１】
本発明の第３の態様は、理論密度の少くとも９５％を有し、少くとも３０vol％の金属アルミニウムもしくはその合金を含む、ホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体であり、ホウ素含有セラミック、ならびに金属アルミニウムもしくはその合金内に分散された、ホウ素含有セラミックとアルミニウムの少くとも１つの反応生成物を有し、高々少量のＡｌ4Ｃ4が複合体に存在する。
【００１２】
セラミック−金属複合体は低密度および金属アルミニウムよりも高い剛性、のような性質の恩恵を受ける用途において使用されうる。部品の例は、ハードディスクドライブ（たとえば、Ｅ−ブロック、サスペンジョンアーム、ディスク、ベアリング、アクチュエータ、クランプ、スピンドル、ベースプレートおよびハウジングカバー）；ブレーキ部品（たとえば、ブレーキパッド、ドラム、ロータ、ハウジングおよびピストン）；エアロスペース部品（たとえば、サテライトミラー、ハウジング、コントロールロッド、プロペラおよびファンブレード）；ピストンエンジン部品（たとえば、バルブ、排気および吸込みマニホールド、カムフォロワー、バルブスプリング、燃料注入ノズル、ピストン、カムシャフトおよびシリンダーライナー）ならびに他の構造もしくは娯楽部品（たとえば、二輪車フレーム、ロボットアーム、深海ブイ、野球バット、ゴルフクラブ、テニスラケットおよび矢）を含む。
【００１３】
ホウ素含有セラミック−金属アルミニウム（ＢＣＡＭ）複合体を形成する際に、ホウ素含有セラミックはアルミニウムもしくはその合金と混合される。ホウ素含有セラミックはアルミニウムの溶融温度より高い温度でアルミニウムと反応する。適切なホウ素含有セラミックは、たとえば炭化ホウ素、炭化アルミニウムホウ素（たとえば、Ａｌ4ＢＣ，Ａｌ3Ｂ48Ｃ2およびＡｌＢ24Ｃ4）およびホウ化金属（ＴｉＢ2，ＡｌＢ2，ＡｌＢ12，ＳｉＢ6，ＳｉＢ4およびＺｒＢ）ならびにそれらの混合物を含む。好ましくは、ホウ素含有セラミックは炭化ホウ素および二ホウ化チタンである。最も好ましくは、ホウ素含有セラミックは炭化ホウ素である。
【００１４】
ホウ素含有セラミックは溶浸されうる多孔質プリフォームを形成するのに適したいかなる形態（たとえば、粒子、ウィスカーもしくは繊維）、大きさ、大きさ分布であってもよい。通常、ホウ素含有セラミックは０．１〜１５０μｍの粒子からなる。好ましくは粒子は少くとも０．２μｍ、もっと好ましくは少くとも０．５μｍから高々１００μｍ、そしてもっと好ましくは高々５０μｍである。
【００１５】
金属アルミニウムもしくはアルミニウム合金の金属粉末は、粉末が溶浸金属を溶浸するのに十分な温度で溶融しない限り、適切な合金でありうる。金属粉末および溶浸金属がアルミニウムからなるので、それらは溶浸に際してアルミニウムの合金を少くとも部分的に形成する。好ましくはそれらは溶浸に際して均一なアルミニウム合金を形成する。
【００１６】
さらに、金属粉末は多孔質プリフォームを形成するのに適した、いかなる形態、大きさ、および大きさ分布であってもよい。選ばれる粒状金属粉末は所望の最終的ＢＣＡＭ微細構造に依存する。たとえば、比較的均一な微細構造を有するＢＣＡＭ複合体は、炭化ホウ素の平均粒径が金属粉末の大きさより大きいか等しいときに製造されるのが通常である。ところが、炭化ホウ素より大きい平均粒径を有する金属粉末は異なる二峰の微細構造を有するＢＣＡＭ複合体を形成するのが通常である。これは、大きな二元および三元ＡｌＢＣ相の成長を生じやすい溶融アルミニウムのプール形成により引起されると考えられる。通常、金属粉末が炭化ホウ素粒子に比べて大きければ大きいほど、溶浸および反応が終了した後に、反応生成物セラミック粒は大きくなる。最終的に、いくつかの金属粉末の混合物は比較的大きな、そして小さな、その場で形成された反応相の独得なネットワークを形成するのが通常である。
【００１７】
通常、金属粉末の粒径は１μｍ〜５００μｍである。好ましくは、金属粉末の粒径は少くとも１０μｍ、もっと好ましくは少くとも１５μｍ、そして最も好ましくは少くとも２５μｍであり、好ましくは高々３００μｍ、もっと好ましくは高々１５０μｍ、そして最も好ましくは高々約１００μｍである。
【００１８】
金属粉末の量は溶浸金属が溶浸し十分に緻密な複合体を形成させるのを可能にするのに十分な量であるべきである。金属粉末の量は混合物中の固体容量の少くとも１０vol％〜高々９９vol％であるのが通常である（たとえば、固体は、溶浸前に実質的に除去される、「ワックス」のような室温で固体である有機物を含まない。）。好ましくは金属粉末の量は少くとも１５％、もっと好ましくは少くとも２０％、そして最も好ましくは少くとも２５％であり、好ましくは高々８０％、もっと好ましくは高々７０％、そして最も好ましくは高々４０％である。
【００１９】
金属粉末は、溶融温度が十分に緻密な複合体の形成を可能にするために溶浸金属よりも十分に高い限り、アルミニウムもしくはその合金でありうる。適切なアルミニウム合金は、Eschbach's Handbook of Engineering Fundamentals, 4th Edition, Ed. B.D. Tapley, John Wiley & Sons, Inc. NY, 1990の16.80−16.98に記載されるように、この分野で知られているものを含む。合金の具体例はＣｕ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｍｎ，ＣｒおよびＺｎの１つ以上を含むアルミニウム合金を含む。アルミニウム合金の具体例は合金６０６１、合金７０７５および合金１３５０を含み、これらは米国ペンシルベニア州のthe Aluminum Company of Americaから入手しうる。
【００２０】
混合方法はこの分野で知られているような、いかなる適切な方法であってもよい。適切な方法の例はボールミル、磨砕ミル、リボン翼混合、垂直スクリュー混合、Ｖ−混合、および流動ゾーン混合を含む。エタノール、ヘプタン、メタノール、アセトンおよび他の低分子量有機溶媒中で、アルミナおよび炭化ホウ素媒体のようなミル媒体を用いたボールミルは、通常満足すべき結果を与える。混合物からの多孔質体の形成に有用である他の添加剤も含まれることができ、たとえば分散剤、バインダーおよび潤滑剤が挙げられる。
【００２１】
混合物を成形するためのいかなる適切な方法も多孔質プリフォームを形成するために用いられうる。適切な成形方法は、たとえば鋳込みもしくは加圧鋳込成形、加圧成形および塑性成形法（たとえばジガリング、射出成形および押出し）を含む。多孔質体の成形は、必要であれば、混合物の成形後に、溶媒ならびに分散剤、潤滑剤およびバインダーのような有機添加剤を除去することを含みうる。上述の方法および段階の各々は、Introduction to the Principles of Ceramic Processing, J. Reed, J. Wiley and Sons, N.Y., 1988に詳細に記載されている。
【００２２】
有機添加剤もしくは加工助剤の除去後に、多孔質プリフォームはセラミック−金属複合体を形成することができる、いかなる密度であってもよいが、通常、少くとも理論密度の４０％（すなわち、気孔率６０vol％）から理論密度の８５％（すなわち、気孔率１５vol％）に限定される。下限は、さらに大きい気孔率を有すると自立しないからである。上限は十分な量の気孔が遮断され、溶浸され得ないからである。好ましくは多孔質体の密度は理論密度の少くとも４５％、もっと好ましくは少くとも５０％、最も好ましくは少くとも６０％であり、好ましくは高々８０％、そしてもっと好ましくは高々７５％である。
【００２３】
プリフォームは、アルミニウムもしくはその合金である溶浸金属と接触される。アルミニウムもしくは合金は多孔質プリフォームに配合される金属粉末に依存して選定される（すなわち、十分に緻密な複合体を形成するのに十分に低い溶融温度を有しなければならない。）。溶浸金属は金属粉末に関して記載されたような、適切な金属でありうる。溶浸金属は適切な方法で接触され得、たとえばプリフォームの上に置くこと、耐火性るつぼ中に粉末の形態で置くこと、ならびに溶浸金属粉末の上部にプリフォームを置くことが挙げられる。
【００２４】
溶浸金属により接触される多孔質プリフォームは溶浸金属を溶融するのに十分であるが、プリフォームに配合される金属粉末を溶融するのには不十分である溶浸温度に、十分に緻密なホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体を形成する時間、加熱される。通常溶浸温度は金属粉末の溶融が生じる温度より少くとも１０℃低い。好ましくは、溶浸温度は金属粉末の溶融が生じる温度より少くとも２０℃低く、もっと好ましくは少くとも３０℃低く、そして最も好ましくは少くとも４０℃低い。
【００２５】
粉末の溶融は、粒子上の酸化物層により，粉末を含む純アルミニウムもしくは純合金の溶融温度を超えることを留意するのが重要である。すなわち、もし酸化物層が十分に厚いと、溶浸温度は酸化されていない金属粉末（すなわち純金属）の溶融温度を超えうる。これは酸化物層が粒子の形状を保持し、金属の溶融による流動を阻止しうるからである。通常、金属粒子の純金属の溶融温度を超える溶浸温度は比較的小さな部品に有用である。通常、比較的大きい部品は、これらの比較的高い溶浸温度に加熱され得ない。なぜなら、比較的長い溶浸時間および比較的大きい応力は酸化物層の破壊および金属粒子の金属の流動によりスランピングを生じさせうるからである。所望ならば、アルミニウム粉末は酸化物層を最適化するために処理され得、たとえば混合前に酸素雰囲気下で粉末を加熱することが挙げられる。
【００２６】
溶浸温度は使用される金属粉末および溶浸金属に依存するが、通常高々７３０℃である。好適には、溶浸温度は高々７００℃、もっと好適には高々６６０℃（純アルミニウムの略溶融温度）、そしてもっとも好適には高々６４０℃である。さらに溶浸温度は金属酸化物層のない金属粉末（すなわち純金属）の溶融温度未満であるのが好ましい。好ましくは溶浸温度は少なくとも１０℃、もっと好ましくは少なくとも２０℃、そして最も好ましくは少なくとも４０℃であり、使用される金属粉末の純金属の溶融温度未満である。溶浸温度での時間は複合体を形成するのに適切な時間でありうる。通常、その時間は１分間〜２４時間である。好ましくは、その時間は数分間〜数時間である。
【００２７】
加熱はいかなる適切な雰囲気下でも実施されうる。たとえば、加熱は大気圧下もしくは真空下で不活性雰囲気（たとえば、希ガスもしくはその混合物）で実施されうる。好ましくは、加熱は大気より低いか等しい圧力で真空もしくは不活性雰囲気下で実施される。もっと好ましくは、加熱は真空下で実施される。
【００２８】
十分に緻密なＢＣＡＭ複合体の形成後に、ＢＣＡＭ複合体は緻密なＢＣＡＭ複合体のスランピングもしくは歪みなしに金属粉末の溶融温度を超える温度にさらに加熱されうる。このさらなる熱処理は複合体における原料セラミックおよび金属アルミニウムの間の結合（反応）を改良し、たとえばＢＣＡＭ複合体の強度を増大させる。しかし、このさらなる熱処理温度はそれほど高くない必要があり、ＢＣＡＭ複合体がひずみもしくはスランプし、またはセラミックが有害な相（たとえば炭化アルミニウム）を分解もしくは形成する延長された時間であってはならない。このように、このさらなる熱処理温度は，時間が短いかぎり、金属粉末の溶融温度より実質的に高くありうることが理解されるべきである。たとえば、もし熱処理が１０２５℃の温度までであると、時間は１０分間未満のように非常に短くあるべきである。逆に、もし温度が金属粉末の純金属が溶融し始める温度をちょうど超えるものであると、その温度での時間は数時間でありうる。
【００２９】
くり返すと、この方法により形成されるＢＣＡＭ複合体は、十分に緻密であり、それは理論密度の少なくとも９５％を意味する。好ましくは、複合体は理論密度の少なくとも９７％、もっと好ましくは９８％、なおもっと好ましくは９９％、そして最も好ましくは本質的に１００％である。
【００３０】
ＢＣＡＭは、ホウ素含有セラミック（プリフォームを製造するために用いられる原料セラミック粉末）を有する合金アルミニウムである金属マトリックス、ならびにホウ素を含有するセラミックと金属との反応生成物である少なくとも１つの反応相からなる。例として、ホウ素含有セラミックが炭化ホウ素であるとき、複合体は炭化ホウ素、合金アルミニウムおよび反応相、たとえばＡｌＢ2、Ａｌ4ＢＣ、Ａｌ3Ｂ48Ｃ2、ＡｌＢ12、Ａｌ4Ｃ3、およびＡｌＢ24Ｃ4である。この態様において、Ａｌ4Ｃ3は高々わずかな量で存在するのが好ましく、そしてもっと好ましくは全く存在しない。
【００３１】
ＢＣＡＭ複合体における金属の量は、高々わずかな量のＡｌ4Ｃ3があるとき少なくとも３０vol％、高々９８vol％である。好ましくは、金属の量は複合体の少なくとも４０vol％、もっと好ましくは少なくとも５０vol％、そして最も好ましくは少なくとも６０vol％であり、好ましくは高々９５vol％、もっと好ましくは高々９０vol％、そして最も好ましくは高々８５vol％である。複合体の残りは最初のホウ素含有セラミック相および反応生成物である。
【００３２】
ＢＣＡＭ複合体における金属の量は、わずかな量よりも多いＡｌ4Ｃ3があるとき、少なくとも６０vol％であり、高々９８vol％である。好ましくは、金属の量は複合体の少なくとも６５vol％、もっと好ましくは少なくとも７０vol％、そして最も好ましくは少なくとも７５vol％であり、好ましくは高々９５vol％、もっと好ましくは高々９０vol％、そして最も好ましくは高々８５vol％である。複合体の残りは最初のホウ素含有セラミック相および反応生成物である。
【００３３】
多孔質プリフォームを製造するために使用される少なくとも１０vol％のホウ素含有セラミックがＢＣＡＭ複合体中に存在するのが好適である。すなわち、少なくとも１０vol％のホウ素含有セラミックは反応生成物を形成するために反応しない。好ましくは少なくとも５０vol％、もっと好ましくは少なくとも７５vol％、なおもっと好ましくは少なくとも８０vol％、そして最も好ましくは少なくとも８５vol％、好ましくは高々９９％のホウ素含有セラミックがＢＣＡＭ複合体中に存在する。すなわち、複合体中のセラミック（すなわち、ホウ素含有セラミックおよび反応生成物）の量は少なくとも１０vol％ホウ素含有セラミックからなる。
【００３４】
本発明のホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体は改良された結合を有し、軽量でありアルミニウムより剛性である複合体を生じるが、アルミニウムの靭性のすべてではなくてとも、その多くを保持する。このため、この複合体は乗物用部品に特に有用である。「乗物用」（”vehicular”）とは、モーターを備え、車輪のある輸送デバイスを意味し、たとえば二輪車、オートバイ、自動車、トラック、バス、航空機および列車である。部品は、ブレーキパッド、サスペンジョン部品、ボディ部品、ステアリング部品、ホイールリム、エンジン部品、冷却もしくは加熱システム部品、空調部品、燃料部品、排気部品、伝達部品、クラッチ部品もしくは駆動車軸部品を含むが、これらに限定されない。
【実施例】
【００３５】
各例に関して、強度はＭＩＬ−ＳＴＤ−１９４２ｂ規格を用いて測定された。硬さはビッカス法を用いて測定された。ヤング率はデジタルオシロスコープ（オレゴン州ＢｅａｖｅｒｔｏｎのＴｅｋｔｒｏｎｉｘ  Ｉｎｃ．のＴｅｋｔｒｏｎｉｘモデル２４３０Ａ）を用いて測定された。密度はペンシルベニア州ＰｉｔｔｓｂｕｒｇｈのＦｉｓｈｅｒ  ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃのＡｕｔｏｐｙｃｎｏｍｅｔｅｒ  １３２０により測定された。複合体中に存在する相はＣｕＫα放射および走査速度２０／分を用いてＸ線回析計によりＸ線回析により測定された。
例１
炭化ホウ素（ドイツ国ＫｅｍｐｔｏｎのＥｌｅｃｔｒｏｓｍｅｌｔｚｗｅｒｋ  Ｋｅｍｐｔｏｎ「ＦＳＫ」より得られた）５０質量部が高純度アルミニウム粉末（ペンシルベニア州ＰｉｔｔｓｂｕｒｇｈのＡｌｃｏａのＳｅｒｉｅｓ  １０００）５０質量部と乾式混合された。炭化ホウ素は平均粒径１０μmを有していた。このアルミニウム粉末は溶融温度６６０℃であった。混合された粉末は１cm径のダイ中で押圧され理論密度の５０％の密度を有する多孔質プリフォームを形成した。プリフォームはアルミナるつぼ内に置かれた。アルミニウム合金６０６１の固体片（ペンシルベニア州ＰｉｔｔｓｂｕｒｇｈのＡｌｃｏａから入手しうる）がプリフォームの頂部に置かれた。アルミニウム合金６０６１は５８０〜６１０℃で溶融する。るつぼは１５分間で６２０℃に加熱され、冷却された。得られた複合体は理論密度の９８％より大きい密度を有していた。複合体は合金アルミニウム７３vol％、炭化ホウ素２３vol％および炭化アルミニウムホウ素の反応相４vol％を含んでいた。複合体は強度２２０ＭＰａ，硬さ３５０kg/mm2および弾性率（ヤング率）６５ＧＰａを有していた。
例２
複合体が例１と同様な方法で製造されたが、６２０℃への加熱後に、温度は冷却前に６４０℃に１時間増加した。複合体は理論密度の少なくとも９８％の密度を有していた。複合体は合金アルミニウム６５vol％、炭化ホウ素２０vol％および炭化アルミニウムホウ素相１５vol％を含んでいた。複合体は強度２００ＭＰａ，硬さ５００kg/mm2およびヤング率７０ＧＰａを有していた。
例３
複合体が例２と同様な方法で製造されたが、６４０℃への加熱後に、炉は冷却前に１０２５℃に５分間加熱された。複合体は理論密度の少なくとも９８％を有していた。複合体は合金アルミニウム６７vol％、炭化ホウ素１６vol％および炭化アルミニウムホウ素相１７vol％を有していた。複合体は強度４５０ＭＰａ，硬さ５５０kg/mm2およびヤング率１５０ＧＰａを有していた。
比較例１
プリフォームが例１と同様な方法で製造されたが、プリフォームは炭化ホウ素粉末単独（すなわち金属粉末なし）から製造された。プリフォームはアルミナるつぼ内に置かれ、例１と同一の合金アルミニウムがプリフォームの頂部に置かれた。さらに加熱が例１と同様になされた。プリフォームは合金アルミニウムにより溶浸されなかった。
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月10日(2004.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素を含むセラミック−金属アルミニウム複合体の形成方法であり、それは（ａ）ホウ素含有セラミックをアルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む金属粉末と混合し、そこでホウ素含有セラミックはアルミニウムの溶融温度以上でアルミニウムと反応する、
（ｂ）（ａ）段階の混合物を多孔質プリフォームに成形し、
（ｃ）多孔質プリフォームを金属粉末よりも低い溶融温度を有するアルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む溶浸金属と接触させ、そして
（ｄ）多孔質プリフォームおよび溶浸金属を、溶浸金属を溶解するのに十分であるが金属粉末を溶融するには不十分な温度に加熱し、その結果溶浸金属が多孔質プリフォームを溶浸し、十分に緻密なホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体を形成する、ことを含む形成方法。
【請求項２】
ホウ素含有セラミック−アルミニウム金属複合体がホウ素含有セラミックとアルミニウムの少なくとも１つの反応生成物を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
ホウ素含有セラミックが炭化ホウ素である請求項２記載の方法。
【請求項４】
反応生成物がＡｌＢ2，Ａｌ4ＢＣ、Ａｌ3Ｂ48Ｃ2、ＡｌＢ12，Ａｌ4Ｃ3，ＡｌＢ24Ｃ4もしくはそれらの混合物からなる請求項３記載の方法。
【請求項５】
反応生成物がＡｌＢ2，Ａｌ4ＢＣ、Ａｌ3Ｂ48Ｃ2，ＡｌＢ12，ＡｌＢ24Ｃ4もしくはそれらの混合物からなる請求項４記載の方法。
【請求項６】
ホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体の少なくとも６０vol％がアルミニウムもしくはその合金である請求項１記載の方法。
【請求項７】
ホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体の少なくとも７０vol％がアルミニウムもしくはその合金である請求項５記載の方法。
【請求項８】
溶浸温度は、金属粉末が溶融する温度より少なくとも１０℃低い請求項１記載の方法。
【請求項９】
溶浸温度は、金属粉末が溶融する温度より少なくとも２０℃低い請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ホウ素含有セラミック−金属複合体が金属粉末が溶融する温度を超える熱処理温度にさらに加熱される請求項１記載の方法。
【請求項１１】
理論強度のすくなくとも９５％の密度を有し、少なくとも６０vol％のアルミニウム金属もしくはその合金からなり、ホウ素含有セラミック、ならびに金属アルミニウムもしくはその合金内に分散されたホウ素含有セラミックとアルミニウムの少なくとも１つの反応生成物を有してなる、ホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体。
【請求項１２】
複合体が少なくとも７０vol％のアルミニウムもしくはその合金からなる請求項１１記載のホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体。
【請求項１３】
ホウ素含有セラミックが炭化ホウ素であり、そして反応生成物がＡｌＢ2，Ａｌ4ＢＣ、Ａｌ3Ｂ48Ｃ2，ＡｌＢ12，Ａｌ4Ｃ3，ＡｌＢ24Ｃ4もしくはそれらの混合物である請求項１１記載の複合体。
【請求項１４】
反応生成物がＡｌＢ2，Ａｌ4ＢＣ、Ａｌ3Ｂ48Ｃ2，ＡｌＢ12，ＡｌＢ24Ｃ4もしくはそれらの混合物である請求項１３記載の複合体。
【請求項１５】
ホウ素含有セラミックが、複合体に存在するホウ素含有セラミックおよび反応生成物の合計量の少なくとも１０vol％の量で複合体内に存在する請求項１３記載の複合体。
【請求項１６】
ホウ素含有セラミックが、複合体に存在するホウ素含有セラミックおよび反応生成物の合計量の少なくとも５０vol％の量で複合体内に存在する請求項１５記載の複合体。
【請求項１７】
ホウ素含有セラミックが、複合体に存在するホウ素含有セラミックおよび反応生成物の合計量の少なくとも７５vol％の量で複合体内に存在する請求項１６記載の複合体。
【請求項１８】
請求項１１記載の複合体を含む乗物部品。
【請求項１９】
乗物用部品が、ブレーキ部品、サスペンジョン部品、ボディ部品、ステアリング部品、ホイールリム、エンジン部品、冷却もしくは加熱システム部品、空調部品、燃料部品、排気部品、伝達部品、クラッチ部品もしくは駆動車軸部品である請求項１８記載の部品。
【請求項２０】
加熱が大気圧より低いか等しい圧力で、真空もしくは不活性雰囲気下で実施される請求項１記載の方法。
【請求項２１】
加熱が真空下で実施される請求項２０記載の方法。
【国際調査報告】
2005521787.tif 000002
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2005521787.tif 000004