(57)【要約】【課題】複合強化に用いるプリフォームの、鋳造射出圧による変形が少ない金属基複合材料及びその製造方法を提供するものである。【解決手段】本発明に係る金属基複合材料１０は、鋳造品の強化したい部分に無機質繊維製のプリフォーム１６を鋳包ませ、鋳造品の金属マトリックス１５とプリフォーム１６とを複合化したものであって、上記プリフォーム１６の、上記金属マトリックス１５との接触部２１に、ポーラス構造の金属製緩衝層２２を設けたものである。【選択図】        図１
2004292903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造品の強化したい部分に無機質繊維製のプリフォームを鋳包ませ、鋳造品の金属マトリックスをプリフォームで複合強化した金属基複合材料において、上記プリフォームの、上記金属マトリックスとの接触部に、ポーラス構造の金属製緩衝層を設けたことを特徴とする金属基複合材料。
【請求項２】
上記金属製緩衝層を、金属製の中空球体群で構成した請求項１記載の金属基複合材料。
【請求項３】
上記金属製緩衝層を、金属製の発泡体で構成した請求項１記載の金属基複合材料。
【請求項４】
上記金属製緩衝層の内部に、金属製の中空部材を設けた請求項１から３いずれかに記載の金属基複合材料。
【請求項５】
鋳造品の強化したい部分に無機質繊維製のプリフォームを鋳包ませ、鋳造品の金属マトリックスをプリフォームで複合強化する金属基複合材料の製造方法において、上記プリフォームの、上記金属マトリックスの金属溶湯と接触する部分に予めポーラス構造の金属製緩衝層を設けておき、そのプリフォームを鋳型内の所定部分に配置し、その鋳型内に金属溶湯を注湯すると共に、プリフォーム内部に金属溶湯を含浸させて冷却することを特徴とする金属基複合材料の製造方法。
【請求項６】
上記プリフォームの金属溶湯と接する部分に、多数の金属製の中空球体を付着させ、上記ポーラス構造の金属製緩衝層を形成する請求項５記載の金属基複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属基複合材料に係り、特に、軽金属などの母材を無機質繊維製のプリフォームで複合強化した金属基複合材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の分野においては軽量化が著しく進んでいる。特に、自動車のエンジン部品では、低燃費・高出力化の要求から、小型・軽量化が進められており、Ａｌ合金などの軽合金が多用されている。
【０００３】
軽合金は、鉄と比較すると剛性が低く、ボルト締めなどの外的圧力により変形を生じやすいため、材料強化がなされる。軽金属を材料強化したものの１つに、セラミック繊維などで金属マトリックスを複合強化した金属基複合材料（Ｍｅｔａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ（以下、ＭＭＣと表す）が挙げられる。例えば、図１１に示すように、Ａｌ合金製のエンジンブロック（シリンダブロック）１１０におけるシリンダライナ部１１１に、円筒状を呈した無機質繊維製（例えば、セラミック繊維製）のプリフォーム１１２を鋳包ませ、Ａｌ合金マトリックス（金属溶湯）１１３をプリフォーム１１２に含浸させて複合化することで、シリンダライナ部１１１がＭＭＣとなる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２０２６１３号公報
【特許文献２】
特開２０００−３１７６１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、強化材であるプリフォーム１１２はセラミック繊維で構成されるため、靭性がなく、ハンドリングの際、具体的には鋳型（図示せず；例えば、ダイキャスト金型）内にセットする等の際、破損が生じるおそれがあった。
【０００６】
また、プリフォーム１１２を鋳包ませると共に金属溶湯を含浸させるに際して、プリフォーム１１２の温度が低すぎると、プリフォーム１１２の内部で金属溶湯が凝固してしまい、良好な含浸を行うことができなくなってしまう。このため、鋳造・鋳包み時のプリフォーム１１２の温度を３５０℃以上に保持しておくことが望ましい。よって、プリフォーム１１２は８００℃位に予熱した状態で鋳型内に配置されるが、この時、プリフォーム１１２の内部に鋼製のボアピン中子（図示せず）が挿入される。ボアピン中子は、プリフォーム１１２よりも熱伝導性が良好であることから、プリフォーム１１２の熱がボアピン中子に奪われてしまい、プリフォーム１１２の温度が急速に低下してしまう（例えば、約１００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度）。このため、鋳造・鋳包み時のプリフォーム１１２の温度を３５０℃以上に保持するには、プリフォーム１１２の鋳型内への配置作業を迅速に行う必要があるという問題があった。
【０００７】
また、ダイキャスト鋳造の一般的な鋳造圧力（注湯の射出圧）は、約３４．３〜４９．０ＭＰａ（約３５０〜５００ｋｇ／ｃｍ２）であるが、鋳造圧力による湯の衝突によってプリフォーム１１２に変形、圧壊が生じるおそれがある。その結果、歩留りが悪化してしまい、コスト上昇を招くという問題があった。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、複合強化に用いるプリフォームの、鋳造射出圧による変形が少ない金属基複合材料及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る金属基複合材料は、鋳造品の強化したい部分に無機質繊維製のプリフォームを鋳包ませ、鋳造品の金属マトリックスをプリフォームで複合強化した金属基複合材料において、上記プリフォームの、上記金属マトリックスとの接触部に、ポーラス構造の金属製緩衝層を設けたものである。
【００１０】
以上の構成によれば、金属マトリックスの複合強化に用いるプリフォームにおける金属マトリックスとの接触部、つまりプリフォームの表層部を、ポーラス構造の金属製緩衝層で覆うことで、この金属製緩衝層がプリフォームの保護・緩衝層となり、プリフォームの変形が少ない金属基複合材料を得ることができる。
【００１１】
一方、本発明に係る金属基複合材料の製造方法は、鋳造品の強化したい部分に無機質繊維製のプリフォームを鋳包ませ、鋳造品の金属マトリックスをプリフォームで複合強化する金属基複合材料の製造方法において、上記プリフォームの、上記金属マトリックスの金属溶湯と接触する部分に予めポーラス構造の金属製緩衝層を設けておき、そのプリフォームを鋳型内の所定部分に配置し、その鋳型内に金属溶湯を注湯すると共に、プリフォーム内部に金属溶湯を含浸させて冷却するものである。
【００１２】
以上の方法によれば、複合強化に用いるプリフォームの、鋳造射出圧による変形が少ない金属基複合材料を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１４】
本発明に係る金属基複合材料の好適一実施の形態であるエンジンブロックの断面図を図１に示す。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態に係るエンジンブロック１０（金属基複合材料）は、Ａｌ合金で構成され、デッキ面（図１中では上面）に開口して形成された円柱状のシリンダボア１１の周りに、中空のウォータジャケット１２を備えている。
【００１６】
シリンダボア１１の周りのシリンダライナ部１３（鋳造品の強化したい部分）には、円筒状を呈した無機質繊維製（例えば、セラミック繊維製）のライナ用プリフォーム１４が鋳包まれている。このプリフォーム１４を構成するプリフォーム本体１６の内部には、Ａｌ合金マトリックス１５が含浸・複合化されており、これによって、シリンダライナ部１３のＡｌ合金マトリックス１５が、プリフォーム１４によって複合強化（繊維強化）され、シリンダライナ部１３がＭＭＣとなる。
【００１７】
プリフォーム１４とＡｌ合金マトリックス１５との境界部（接触部）２１の拡大図を図２に示すように、プリフォーム１４は、プリフォーム本体１６の境界部２１側の表面（図２中では左側面）にポーラス構造の金属製緩衝層２２を有している。
【００１８】
緩衝層２２は、多数の金属製中空球体２３の群で構成される。中空球体２３は、前駆体粉末に焼成処理を施してなる。具体的には、図３に示す発泡スチロール等で構成される消失性球体３１の外周に、金属粉末（Ｆｅ合金粉末、Ａｌ合金粉末）の層３２を形成して前駆体粉末３０とする。この粉末３０に焼成処理を施し、層３２を焼成して殻体に形成すると共に、消失性球体３１の部分を燃焼消失させて中空部に形成することで、中空球体２３が得られる。中空球体２３は、例えば、直径がφ０．５〜１０ｍｍ、好ましくはφ１〜２ｍｍで、被膜の厚さが２０〜１０００μｍである。緩衝層２２は、サイズが単一な中空球体２３のみで構成したり、サイズが異なる中空球体２３，２４，…（図２中では２３，２４のみ図示）を複数種組み合わせて構成してもよい。
【００１９】
ウォータジャケット１２は、その内部を冷却水が循環する中空状の部材であり、Ｃｕなどの金属板で殻体１２ａが構成される。ウォータジャケット１２は、シリンダライナ部１３及びプリフォーム１４を囲繞するようにＡｌ合金マトリックス１５内に埋設される。ウォータジャケット１２の表面には、前述した緩衝層２２と同様に、中空球体２６の群で構成される緩衝層２５が設けられる。ウォータジャケット１２の金属製緩衝層２５は、プリフォーム１４の金属製緩衝層２２を形成する際に同時に形成されるものであり、プリフォーム本体１６とウォータジャケット１２とが一体となるように、プリフォーム本体１６の境界部側表面及びウォータジャケット１２の表面にそれぞれ中空球体２３，２６の群を固着することで設けられる。
【００２０】
金属製緩衝層２２，２５は、ポーラス構造であり、表面に凹凸を有している。このため、Ａｌ合金マトリックス１５で、プリフォーム１４又は表面に金属製緩衝層２５を有するウォータジャケット１２を鋳包む際の接触面積が著しく大きくなる。その結果、プリフォーム１４又は表面に金属製緩衝層２５を有するウォータジャケット１２を鋳包む場合、プリフォーム本体１６のみ又はウォータジャケット１２のみを鋳包む場合と比較して鋳包み性が著しく向上する。
【００２１】
ここで、ウォータジャケット１２の金属製緩衝層２５を構成する中空球体２６の殻体は、プリフォーム１４の金属製緩衝層２２を構成する中空球体２３の殻体よりも薄肉に形成することが好ましい。具体的には、Ａｌ合金マトリックス１５を構成する金属溶湯を注湯する際、その金属溶湯の射出圧（鋳造射出圧）により中空球体２６の殻体だけが圧壊し、中空球体２３の殻体は圧壊しないように、各殻体の強度（サイズ、殻厚、及び構成材）を適宜調整しておくことが好ましい。例えば、中空球体２６の殻体のサイズを中空球体２３の殻体のサイズよりも大きく形成したり、中空球体２６の殻体の殻厚を中空球体２３の殻体の殻厚よりも薄く形成したり、中空球体２３の殻体はＦｅ合金で構成し、中空球体２６の殻体はＡｌ合金で構成したりする。また、緩衝層２５，２２を中空球体２３（又は２６）のみで構成し、緩衝層２５，２２で鋳造射出圧を緩和できる程度に、プリフォーム１４の部分から外側（図２中では左側）に向かって中空球体２３（又は２６）の殻体の強度を徐々に弱く調節してもよい。
【００２２】
その結果、鋳造後において、境界部２１のみに金属製緩衝層２２を残存させ、ウォータジャケット１２の周りに設けられていた金属製緩衝層２５は略消失させることができる。この時、金属製緩衝層２５を完全に消失させると、上述したようにウォータジャケットの鋳包み性の向上効果を期待することができなくなるため、前述した手法を用いて金属製緩衝層２５の殻体のサイズ、殻厚、及び構成材を適宜調整する。ここで言う「金属溶湯」は金属又は合金の溶湯の総称として用いている。
【００２３】
プリフォーム１４によってＡｌ合金マトリックス１５を複合強化する部分、つまりＭＭＣ化が要求される部分は任意であって、特に限定するものではないが、例えば、本実施の形態に係るエンジンブロック１０においては、デッキ面の表層部１７、エンジンブロック１０とシリンダヘッド（図示せず）とを固定するためのスルーボルト孔１８の周囲部分１８ａ、ジャーナル部１９の周囲部分１９ａ等が挙げられる。
【００２４】
本実施の形態に係るエンジンブロック１０においては、ウォータジャケット１２とプリフォーム１４とを一体に設けた場合について説明を行ったが、当然のことながら、ウォータジャケット１２とプリフォーム１４とは別体に設けるようにしてもよい。
【００２５】
また、本実施の形態に係るエンジンブロック１０においては、ウォータジャケット１２を設ける場合について説明を行った。このウォータジャケット１２の代わりに、中空部材を設けるようにしてもよい。具体的には、ウォータジャケット１２と同様にして、Ｃｕなどの金属板で殻体を構成し、その殻体の周りを金属製緩衝層２２で覆う。金属製緩衝層２２は、ポーラス構造であり、表面に凹凸を有していることから、中空部材の金属溶湯による鋳包み性は良好となる。この中空部材はＡｌ合金マトリックス１５の内部において空洞部を形成する。空洞部の形成によって、エンジンブロック１０の軽量化、金属溶湯の使用量の低減を図ることができる。
【００２６】
次に、本実施の形態に係るエンジンブロックの製造方法を、添付図面に基づいて説明する。
【００２７】
多数の金属製中空球体２３（図２参照）とバインダ（図示せず）とを混合してなる混合物で、図４に示すように、所定形状の薄肉前駆体４１を形成する。その後、その薄肉前駆体４１を焼成すると共にバインダを蒸発させ、図５に示すように、円筒状を呈したポーラスな薄肉成形体５１（図５はその横断面の一部を図示）を形成する。ここで、薄肉成形体５１は、内周部と外周部とを連通するポーラス孔５２が所定の割合で得られるように、中空球体２３とバインダとの混合比の調節がなされる。ポーラス孔５２は、中空球体２３の間及びバインダが蒸発した部分に形成される。前述したプリフォーム１４とウォータジャケット１２とが一体になったものを製造する場合は、薄肉前駆体４１の周りに、予め製造しておいたウォータジャケット１２の周りに前記混合物の薄膜を形成したジャケット前駆体（図示せず）を配設し、これらの前駆体を一体に焼成することで得られる。
【００２８】
次に、図６に示すように、吸引法を用いて、薄肉成形体５１の内周面にセラミック繊維（例えば、ウィスカ）６１を層状に何層も付着させる。その結果、図７に示すように、セラミックウィスカ６１で構成されるプリフォーム本体１６の周りにポーラス構造の金属製緩衝層２２（薄肉成形体５１）を有するプリフォーム１４が得られる。また、プリフォーム１４とウォータジャケット１２とが一体になったものの場合、プリフォーム本体１６の周りに、金属製緩衝層２２、ウォータジャケット１２、及び金属製緩衝層２５が一体に設けられる。セラミックウィスカ６１としては、例えば、アルミナウィスカなどが挙げられ、長さは約０．５〜２ｍｍ、好ましくは１ｍｍ前後、直径はφ５〜１５μｍである。また、セラミックスとしてはアルミナの他に、炭化ケイ素、窒化ケイ素なども用いることができる。
【００２９】
次に、そのプリフォーム１４を約８００℃に予熱した後、ボアピン中子７１の周りにプリフォーム１４をセットし、鋳型（図示せず）内の所定部分に配置する。その後、鋳型内に、図１に示したＡｌ合金マトリックス１５を構成する金属溶湯７４を注湯する。金属溶湯７４は鋳型内に充填されると共に、金属製緩衝層２２の周面に部分的に形成されたポーラス孔５２を通ってプリフォーム本体１６の内部に含浸される。その後、金属溶湯７４を自然冷却などによって凝固させることで、図１に示したシリンダボア１１の周りのシリンダライナ部１３に、プリフォーム１４が鋳包まれた本実施の形態に係るエンジンブロック１０が得られる。金属溶湯７４としては、鋳造可能な軽金属の溶湯であれば特に限定するものではなく、例えば、Ａｌ合金、Ｔｉ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、Ｍｇ合金等の溶湯が使用可能である。
【００３０】
ここで、金属溶湯７４の注湯時、鋳造圧力（金属溶湯７４の射出圧）がプリフォーム１４の外側から負荷される。この時、プリフォーム１４の表層部には金属製緩衝層２２が形成されていることから、鋳造圧力は、先ず、金属製緩衝層２２にかかり、ポーラス孔５２の部分を除いて、金属溶湯７４とプリフォーム本体１６とが直接接触することはない。金属製緩衝層２２を構成する各中空球体２３は、鋳造圧力によって中空球体２３の殻体が圧壊しないように、殻体のサイズ、殻厚、及び構成材が適宜調整されている。このため、鋳造圧力による金属溶湯７４の衝突により、プリフォーム本体１６に変形、圧壊が生じるおそれは殆どない。その結果、従来のエンジンブロック１１０と比較して、エンジンブロック１０の歩留りが向上し、コスト低減を図ることができる。
【００３１】
また、金属製緩衝層２２は中空球体２３の群（又は金属製緩衝層２５は中空球体２６の群）で構成されていることから、緩衝層２２（又は２５）は衝撃を緩衝する効果を有する。このため、緩衝層２２により、靭性がなく、衝撃に対して非常に脆いプリフォーム本体１６が保護される。よって、プリフォーム１４を鋳型内にセットする際の、プリフォーム本体１６の破損を低減、抑制することができる。
【００３２】
また、金属製緩衝層２２は中空球体２３の群（又は金属製緩衝層２５は中空球体２６の群）で構成されていることから、緩衝層２２（又は２５）は断熱効果を有する。具体的には、予熱によってプリフォーム１４に蓄えられた熱の内、プリフォーム本体１６に蓄えられた熱は、ボアピン７１への熱伝導によってかなり失われてしまうが、緩衝層２２（又は２５）に蓄えられた熱は、中空球体２３（又は２６）の中空部の断熱効果によって保持される。よって、従来と比較して、プリフォーム１４の温度低下を抑制することができる。その結果、金属溶湯７４を鋳型内に注湯してプリフォーム１４に接触させた際に、金属溶湯７４の温度が急激に低下することがなくなり、金属溶湯７４を高温状態で維持することができる。このため、プリフォーム本体１６に対する金属溶湯７４の含浸性が良好となる。
【００３３】
また、図１１に示した従来のプリフォーム１１２は、予熱していたとしても冷めやすく、すぐに温度低下してしまう。このため、プリフォーム１１２を鋳型に配設する際は作業を迅速に行う必要があり、また、複数個のプリフォームを鋳包ませる場合、一度に何個ものプリフォームをセットする必要があった。これに対して、本実施の形態に係るエンジンブロックのプリフォーム１４は、緩衝層２２（又は２５）によって温度低下が抑制されることから、プリフォーム１４を鋳型に配設する際、従来と比較してゆっくりと作業を行っても、プリフォーム１４の予熱はなかなか冷めない。よって、プリフォーム１４の配設作業性が向上する。
【００３４】
また、金属製緩衝層２２は中空球体２３の群（又は金属製緩衝層２５は中空球体２６の群）で構成されていることから、緩衝層２２（又は２５）は防音効果を有する。具体的には、図１に示したシリンダボア１１で発生した燃焼爆発音は、径方向（図１中では左右方向）に拡散する。一般的に、Ａｌ合金製のエンジンブロックは、鋳鉄製のエンジンブロックよりもエンジン音が大きいため、緩衝層２２が無い場合、燃焼爆発音は減衰されることなく、エンジンブロックの外部に漏れ、大きなエンジン音となる。これに対して、緩衝層２２を有するプリフォーム１４でシリンダライナ部１３をＭＭＣ化した本実施の形態に係るエンジンブロック１０の場合、燃焼爆発音の一部が緩衝層２２で吸収され、減衰されることから、従来のエンジンブロックと比較してエンジン音を低減することができる。
【００３５】
また、プリフォーム１４と表面に緩衝層２５を有するウォータジャケット１２とが一体になったものを鋳型内に配置し、ダイキャスト鋳造を行うようにしたことで、従来、ウォータジャケット１２の形成のために用いていた砂中子を廃止することができ、プリフォーム１４と一体に設けられたウォータジャケット１２を、高圧ダイキャスト鋳造（鋳造圧：約４９．０ＭＰａ（約５００ｋｇ／ｃｍ２）以上）により製造することができる。
【００３６】
また、一般的に、Ａｌ合金製のエンジンブロックは、鋳鉄製のエンジンブロックよりも高価である。これに対して、本実施の形態に係るエンジンブロック１０の場合、その内部に緩衝層２２（又は２５）、つまり中空球体２３，２６の中空部が形成されていることから、従来のＡｌ合金製エンジンブロックと比較して、Ａｌ合金の使用量を低減することができる。その結果、Ａｌ合金マトリックス１５の材料コストを低減することができ、また、エンジンブロック１０の軽量化を図ることができる。
【００３７】
また、シリンダライナ部１３をＭＭＣとすることで、シリンダライナ部１３の引張強度が、例えば約７０ＭＰａから約９０ＭＰａに向上させ、また、シリンダライナ部１３の内面の耐摩耗性を向上させることができる。
【００３８】
本実施の形態においては、エンジンブロックについて説明を行ったが、これに限定するものではなく、この他にも様々な部品にも応用が可能である。例えば、シリンダヘッドは、複雑な形状を有する冷却水通路、吸排気通路、ノズル、吸排気弁、ボルトなどの各種の穴が複雑に入り組んでおり、高圧ダイキャスト鋳造による製造を行うと、中子が損壊しやすいため、従来は高圧ダイキャスト鋳造による製造がなされていなかった。ところが、本実施の形態に係る製造方法を用いることで、高圧ダイキャスト鋳造による製造が困難であったシリンダーヘッドや、複雑な形状の中空部を持つ構造体等を、高圧ダイキャスト鋳造できるようになる。
【００３９】
また、エンジンブロックにおける隣り合ったシリンダの外壁が繋がったサイアミューズボアがあるが、このサイアミューズボアのシリンダライナ部をＭＭＣ化するプリフォームは、従来、製造が困難であった。ところが、本実施の形態に係る製造方法を用いることで、図８に示すように、図７のプリフォーム１４が連結した様な構造のサイアミューズ型プリフォーム８４であっても、容易に成形、製造することができる。
【００４０】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００４１】
図１に示した前実施の形態に係るエンジンブロック１０は、プリフォーム１４の緩衝層２２が多数の金属製中空球体２３の群で構成されるものであった。本実施の形態に係るエンジンブロックは、緩衝層の構成が異なる以外は、前実施の形態に係るエンジンブロック１０と基本的な構造は同じである。このため、本実施の形態においても、図１を参照しながら説明を行う。
【００４２】
本実施の形態に係るエンジンブロックの緩衝層は、図９（ｂ）に示すように、金属製の発泡体９５で構成されるものである。発泡体９５は、例えばＡｌ合金製の本体部９６の内部に多数の発泡部（空洞部）９７が形成されたものである。本体部９６は、空洞部９７と比較すると著しく微細なポーラス孔を有したポーラス構造となっている。
【００４３】
発泡体９５は、図９（ａ）に示す前駆体９０に焼成処理を施して得られる。具体的には、型（容器）９１内に発泡スチロール等で構成される消失性球体９２の群を配設すると共に、その球体群の隙間を金属粉末（Ｆｅ合金粉末、Ａｌ合金粉末）とバインダとの混合体９３で充填し、所定形状の前駆体９０を得る。その後、前駆体９０に焼成処理を施すことで、混合体９３が焼成され、金属粉末同士が焼結して殻体である本体部９６を形成すると共に、バインダが蒸発して、そのバインダの蒸発部分が微細なポーラス孔となる。また、消失性球体９２の部分が燃焼消失して発泡部９７に形成される。この焼成処理に伴って、混合体９３は収縮するため、消失性球体９２よりも大径な発泡部９７が形成される。また、消失性球体９２が燃焼する際に発生したガスが本体部９６の外に排出される際、一部のガスは隣接する空洞部９７を通って排出される。その結果、隣接する発泡部９７の一部が連通してポーラス孔を形成する（図９（ｂ）中の領域９８参照）。
【００４４】
消失性球体９２は、図２に示した中空球体２３と同様に、例えば、直径がφ０．５〜１０ｍｍ、好ましくはφ１〜２ｍｍとされる。また、消失性球体９２は、サイズが単一なものだけで構成したり、サイズが異なるものを複数種組み合わせて構成してもよい。さらに、型９１全体に対する消失性球体９２の群の充填割合を調整することで、具体的には消失性球体９２の径や充填量を調整することで、発泡体９５の発泡部９７の割合を調整することができる。また、金属粉末とバインダとの混合割合を調整することで、本体部９６におけるポーラス孔の空孔率を調整することができる。
【００４５】
発泡体９５で構成される金属製緩衝層は、図２に示した金属製中空球体２３で構成される金属製緩衝層２２と比較して、耐えることが可能な鋳造圧の限界値が低い（圧壊し易い傾向にある）。このため、発泡体９５で構成される金属製緩衝層を、図２に示したウォータジャケット１２の金属製緩衝層２５として用いるようにすれば、鋳造後において、容易に金属製緩衝層を略消失させることができる。
【００４６】
本実施の形態に係るエンジンブロックの、プリフォームの製造方法は、先ず、図９（ａ）に示した前駆体９０と同様の手法を用い、円筒状を呈した緩衝層前駆体を製造する。この緩衝層前駆体に焼成処理を施し、図１０に示すように、緩衝層成形体（金属製緩衝層）１０１を形成する。次に、吸引法を用いて、緩衝層成形体１０１の内周面にセラミック繊維（例えば、ウィスカ）を層状に何層も付着させ、セラミックウィスカで構成されるプリフォーム本体１０２の周りにポーラス構造の金属製緩衝層１０１を有するプリフォーム１００が得られる。
【００４７】
次に、このプリフォーム１００を約８００℃に予熱した後、ボアピン中子の周りにプリフォーム１００をセットし、鋳型（図示せず）内の所定部分に配置する。その後、鋳型内に、図１に示したＡｌ合金マトリックス１５を構成する金属溶湯を注湯する。金属溶湯は鋳型内に充填されると共に、金属製緩衝層１０１の周面に部分的に形成されたポーラス孔（領域９８）を通ってプリフォーム本体１０２の内部に含浸される。その後、金属溶湯を自然冷却などによって凝固させることで、図１に示したシリンダボア１１の周りのシリンダライナ部１３に、プリフォーム１００が鋳包まれた本実施の形態に係るエンジンブロックが得られる。
【００４８】
前実施の形態で述べたプリフォームとウォータジャケットとが一体になったものを製造する場合、先ず、図９（ａ）に示した型８１内に消失性球体９２の群を配設する際に、予め製造しておいたウォータジャケットを消失性球体９２の層で挟み込んで配設する。つまり、消失性球体９２の層、ウォータジャケット、消失性球体９２の層というように重ねて設ける。その球体群及びウォータジャケットの隙間を混合体９３で充填してなる前駆体９０で、図１０に示した緩衝層成形体１０１を形成する。その後、緩衝層成形体１０１の内周面にセラミック繊維を層状に付着させることで、プリフォーム本体１０２の周りに、内部にウォータジャケットを内包したポーラス構造の金属製緩衝層１０１を有するプリフォーム１００が得られる。
【００４９】
本実施の形態に係るエンジンブロックおいても、前実施の形態に係るエンジンブロック１０と同様の作用効果を期待することができる。
【００５０】
前実施の形態に係るエンジンブロック１０においては中空球体２３，２６を、また、本実施の形態に係るエンジンブロックにおいては消失性球体９２を用いているが、これらの代わりに、ガラス製の真空バルーンを用いてもよい。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、金属マトリックスの複合強化に用いるプリフォームの表層部を、ポーラス構造の金属製緩衝層で覆うことで、プリフォームの変形が少ない金属基複合材料を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属基複合材料の好適一実施の形態であるエンジンブロックの断面図である。
【図２】図１におけるプリフォームとＡｌ合金マトリックスとの境界部の拡大図である。
【図３】中空球体の前駆体である前駆体粉末の断面図である。
【図４】緩衝層を構成する薄肉成形体の前駆体の斜視図である。
【図５】図４の前駆体を焼成してなる薄肉成形体の横断面図である。
【図６】図５の薄肉成形体の内周面にプリフォーム本体を構成するセラミック繊維を層状に付着させ、プリフォームを形成する状態を示す横断面図である。
【図７】プリフォームに金属溶湯を含浸させる状態を示す横断面図である。
【図８】図７のプリフォームの一変形例を示す横断面図である。
【図９】金属製発泡体の断面模式図である。図９（ａ）は、焼成処理を施す前の金属製発泡体（前駆体）を示している。
【図１０】プリフォーム本体の前駆体の周りに緩衝層を構成する薄肉成形体の前駆体を配設した状態を示す斜視図である。
【図１１】従来のエンジンブロックの断面図である。
【符号の説明】
１０  エンジンブロック（金属基複合材料）
１４  プリフォーム
１５  金属マトリックス
１６  プリフォーム本体（プリフォーム）
２１  境界部（接触部）
２２  金属製緩衝層
【図１】
2004292903.tif 000003
【図２】
2004292903.tif 000004
【図３】
2004292903.tif 000005
【図４】
2004292903.tif 000006
【図５】
2004292903.tif 000007
【図６】
2004292903.tif 000008
【図７】
2004292903.tif 000009
【図８】
2004292903.tif 000010
【図９】
2004292903.tif 000011
【図１０】
2004292903.tif 000012
【図１１】
2004292903.tif 000013