(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）液体中に、実質上すべての粒子が０．５ミクロンを超えない粒径をもつセラミックス粒子を分散させてコロイド状スラリーを調製する工程、
（ｂ）このコロイド状スラリーから液体を除去して実質上均一なセラミックス粒子からなる未焼成の予備成形品を形成する工程、
（ｃ）前記未焼成の予備成形品を焼成し、焼結した予備成形品を作成する工程、
（ｄ）前記焼結した予備成形品を型へ装填する工程、
（ｅ）型内の焼結した予備成形品に溶融金属を接触させる工程、
（ｆ）焼結した予備成形品に接触している溶融金属を焼結した予備成形品中へ浸透させる工程
及び
（ｇ）前記溶融金属を固化して機械加工可能な金属セラミックス複合体を形成する工程、
を包含することを特徴とする機械加工可能な金属マトリックス複合体の製造方法。
【請求項２】
（ａ）工程及び（ｂ）工程において、セラミックス粒子の少なくとも８０％を各粒子ごとにそれぞれの粒径の３倍の大きさをもつ空間に均一に分布させる請求項１記載の機械加工可能な金属マトリックス複合体の製造方法。
【請求項３】
セラミックス粒子の少なくとも９０％を各粒子ごとにそれぞれの粒径の２倍の大きさをもつ空間に均一に分布させる請求項２記載の機械加工可能な金属マトリックス複合体の製造方法。
【請求項４】
（ｆ）工程を、加圧浸透により行う請求項１記載の機械加工可能な金属マトリックス複合体の製造方法。
【請求項５】
約５０〜８５容量％の気孔率を有する焼結した予備成形品が得られるように行う請求項４記載の方法。
【請求項６】
予備成形品が６０〜８０容量％の気孔率を有する焼結した予備成形品が得られるように行う請求項４記載の方法。
【請求項７】
該金属の引張弾性率よりも、少なくとも約３０〜２００％大きい引張弾性率を有する複合体が得られるように行う請求項４記載の方法。
【請求項８】
（ａ）工程がセラミックス粒子の先駆物質をろ過し、押出し、加圧又はスリットキャスティングして未焼成の予備成形品を製造することを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
（ｆ）工程が、溶融金属を加圧気体により、焼結した予備成形品の気孔中へ強制的に浸透させることを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
加圧気体が約１，０００〜３，０００ｐｓｉの圧力を有し、焼結した予備成形品が少なくとも約５００ｐｓｉの圧縮強さを有する請求項９記載の方法。
【請求項１１】
（ａ）液体中に実質上すべての粒子が０．５ミクロンを超えない粒子径をもつセラミックス粒子を分散させてコロイド状スラリーを調製する工程、
（ｂ）セラミックス粒子を液体から除去し、各セラミックス粒子をその接触点で結合することによって、相互に結合したサブミクロンセラミックス粒子からなる実質上均一な未焼成の予備成形品を形成させる工程、
（ｃ）前記未焼成の予備成形品を焼成して、焼結した予備成形品を作成する工程、
（ｄ）前記未焼成の予備成形品を型に装填する工程、
（ｅ）型中の焼結したセラミックス予備成形品に溶融金属を接触させる工程、
（ｆ）前記焼結した予備成形品の気孔中へ溶融金属を、前記焼結した予備成形品を崩壊することなく、透過するように加圧浸透により押し込む工程
及び
（ｇ）前記溶融金属を固化して機械加工可能な金属−セラミックス複合体を形成する工程
を包含する、金属セラミックス複合体の製造方法。
【請求項１２】
該セラミックス粒子が、酸化物、ホウ化物、窒化物、炭化物、炭素、ケイ化物、硫化物、オキシ硫化物又はそれらの混合物を含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
（ａ）工程が、該セラミックス粒子の先駆物質をろ過し、未焼成の予備成形品を与えることを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
（ａ）工程が、該セラミックス粒子に乾燥成分容量に基づき約７０容量％までの充填剤、バインダー又はそれらの混合物を混合することを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
（ｆ）工程が、約１，５００〜２５００ｐｓｉの不活性ガス圧により、該溶融金属を該予備成形品の中へ強制圧入することを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
該固体金属−セラミックス複合体が、ニアネットシェイプを有する請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
（ａ）液体中に、実質上すべての粒子が０．５ミクロンを超えない粒径をもつセラミックス粒子を分散させてコロイド状スラリーを調製する工程、
（ｂ）このコロイド状スラリーから液体を除去して実質上均一なセラミックス粒子からなる未焼成の予備成形品を形成する工程、
（ｃ）前記未焼成の予備成形品を焼成してセラミックス粒子を粒子結合させ、酸化物、ホウ化物、窒化物、炭化物、炭素又はそれらの混合物を含み、製造条性及び作業環境条件下での処理時間及び使用温度において、実質上、熱的及び化学的に安定な、実質上均一な分布をもち、かつ少なくとも約５００ｐｓｉの圧縮強さをもつ焼結したセラミックス予備成形品を与える工程、
（ｄ）前記焼結したセラミックス予備成形品を型に充填する工程、
（ｅ）型内の焼結したセラミックス予備成形品に、Ａｌ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｐｂ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ又はそれらの混合物を含む溶融金属を接触させる工程、
（ｆ）該溶融金属を焼成した予備成形品中へ強制導入させる工程
及び
（ｇ）該溶融金属を固化して、該金属の引張弾性率よりも少なくとも３０％大きい引張弾性率をもつ、固体金属−セラミックス複合体を形成させる工程を包含することを特徴とする機械加工可能な金属マトリックス複合体の製造方法。
【請求項１８】
（ａ）ないし（ｃ）工程において、該セラミックス粒子の先駆物質を黒鉛充填剤とともに加圧ろ過し、該ろ過された粒子を黒鉛充填剤及び無機バインダーとともに懸濁して未焼成の予備成形品を形成し、次いで該充填剤を除去するために、該未焼成の予備成形品を焼成して、該セラミックス粒子の一部をたがいに焼結させる請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
（ｆ）工程を、真空処理により該予備成形品からガスを排除すること及び加圧アルゴン含有ガスにより、該溶融金属を該予備成形品の気孔中へ強制導入することにより行う請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
コロイド状スラリーの調製を摩砕しながら行う請求項１、１１又は１７記載の方法。
【請求項２１】
０．５ミクロンよりも大きくない平均粒径をもつセラミックス粒子と、該セラミックス粒子と実質上均一に分布された金属又は合金とを含む均一な複合体であって、その中のセラミックス粒子の少なくとも８０％を各粒子ごとにそれぞれの粒径の３倍の大きさをもつ空間に均一に分布させた金属−セラミックス複合体。
【請求項２２】
該セラミックス粒子の少なくとも９０％を、各粒子ごとにそれぞれの粒径の２倍の大きさをもつ空間で均一に分布させた請求項２１記載の金属−セラミックス複合体。
【請求項２３】
該金属マトリックス複合体が、バイトの過度の疲労なしに約１分間よりも長い間、高速度鋼（ＨＳＳ）製バイトで機械加工しうる請求項２１記載の金属−セラミックス複合体。
【請求項２４】
セラミックス粒子が約３：１よりも大きくないアスペクト比をもつ請求項２３記載の金属−セラミックス複合体。
【請求項２５】
該セラミックス粒子が約２：１よりも大きくないアスペクト比をもつ請求項２４記載の金属−セラミックス複合体。
【請求項２６】
該複合体が、該金属の引張弾性率よりも少なくとも約３０〜２００％大きい引張弾性率をもつ請求項２１記載の金属−セラミックス複合体。
【請求項２７】
該複合体が、該金属の少なくとも２倍の引張強さをもち、該金属の融点の約半分までの温度において前記引張強さを維持する請求項２１記載の金属−セラミックス複合体。
【請求項２８】
該金属−セラミックス複合体が、該金属の塑性伸びの少なくとも約３０％の塑性伸びをもつ請求項２１記載の金属−セラミックス複合体。
【請求項２９】
サブミクロンのセラミックス粒子とそのセラミックス粒子により均一に分布された金属又は合金との実質上均一な分布体を含み、該セラミックス粒子は、酸化物、ホウ化物、窒化物、炭化物、炭素又はそれらの組み合せを包含し、該金属又は合金は、Ａｌ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｐｂ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ又はそれらの混合物を包含し、その中で該セラミックス粒子の少なくとも９０％を各粒子ごとにそれぞれの粒径の２倍の大きさをもつ空間に均一に分布させた金属マトリックス複合体。
【請求項３０】
該複合体が、該金属の少なくとも２倍の引張強さをもち、該金属の融点の約半分までの温度においてその引張強さを維持する請求項２９記載の金属−セラミックス複合体。
【請求項３１】
該金属マトリックス複合体が、バイトの過度の疲労なしに約１分間よりも長い間、高速度鋼製バイトで機械加工しうる請求項２９記載の金属−セラミックス複合体。
【請求項３２】
該複合体が該金属の引張弾性率よりも少なくとも約３０〜２００％大きい引張弾性率をもつ請求項３１記載の金属−セラミックス複合体。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、高引張弾性率、良好な延性、じん性、成形性及び機械加工性をもつ金属セラミックス複合体の製造、特にその延性及び機械加工性をたいして減少することなく、複合体の機械的性質を増大させた、均一に分布されたセラミックス粒子を含んでいる軽量金属マトリックス複合体に関する。
発明の背景
金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）は、クラック成長を阻止する少量の他の物質を含ませることによって強化され、実用性を増大した金属又は合金である。ＭＭＣは、特に高温において、大部分の純金属、いくつかの合金及び大部分のポリマーマトリックス複合体よりも優れた機械的性質を有している。ＭＭＣの機械的及び物理的特性両方の仕立て能力は特異的であり、この材料の重要な特徴である。
この技術は比較的新らしいにもかかわらず、重要な多数の応用分野があり、特にスペースシャトルの胴体支柱、スペーステレスコープのブームウェーブガイド及びディーゼル機関ピストンにおいて注目されている。将来、金属マトリックス複合体は多くの他の商業的応用分野において、重要なクラスの材料になることが期待されている。
広範囲にわたる異なった物性をもつ多数の金属マトリックス複合体が存在するにもかかわらず、この材料について競合する材料を凌駕するいくつかの共通の利点を挙げることができる。ＭＭＣは、多くの強化されていない金属及びいくつかのポリマーマトリックス複合体よりも優れた疲労抵抗とともに、より高い強度対密度比及びより高い剛さ対密度比を有することが知られている。
１９５０年後半に金属マトリックス複合体の研究が開始して以来、マトリックスと強化材との多くの組み合せが試みられてきた。この中の最も重要なマトリックス材料は、アルミニウム、チタン、マグネシウム、銅及びスーパーアロイである。この技術分野において用いられていた特殊な金属マトリックス複合体は、ホウ素、炭化ケイ素、アルミナ又は黒鉛を連続繊維、非連続繊維、ウイスカー又は粒状体で含んでいた。マグネシウム、チタン及び銅もまた、同じようなセラミックス含有物をもつマトリックス金属として用いられてきた。さらに、スーパーアロイマトリックスは、ジェットタービンエンジンで見出されるような超高温において、大きいクレープ抵抗を与えるために、タングステンを含浸させていた。
ファブリケーション法は、ＭＭＣの設計方法の重要な部分である。考慮に価する研究は、この制限された領域では、潜在下にあり、存在する方法においては、かなりの改良が現われている。カレント法は２つの主なカテゴリーすなわち第一ファブリケーション法及び第二ファブリケーション法に分けることができる。第一ファブリケーション法は、その構成成分から金属マトリックス複合体を創出するのに用いられる。得られる材料は、所望最終的な構造体によく合致した形状になるが、そうでなければ考慮されている付加的方法、いわゆる第二ファブリケーション法が必要になる。比較的一般に行われている第二ファブリケーション法のあるものは、成形、ローリング、金属的結合及び機械加工を含んでいる。
１９８３年に、ピストン製造のためトヨタにより最初に教示された、ＭＭＣを製造するための、より成功率の高い技術の一つは織布又はあらかじめ準備された繊維状構造体いわゆる予備成形品に、液体金属を浸透させることによる方法である。しばしば、繊維を所定の位置に保つためにセラミックス及び／又は有機バインダー材料が用いられる。その場合、金属浸透の前又はその間に、有機材料が燃焼除去される。この際、真空下、加圧下又はその両方の適用の下で行うことができる。最終の複合体中の気孔率を減少させるために知られている、一つの一般的に用いられている加圧浸透技術は、スクイーズ−キャスティングと称されている。
このスクイーズ−キャスティング法は、通常、ダイのくぼみに繊維又はウイスカーの予備成形品を置き、溶融金属を加え、ダイを密閉し、ピストンで高圧を印加することによって予備成形品に金属を浸透させることからなっている。この方法は、典型的には、小型のニアネットシェイプ部品に用いられている。シバ・ピー・レイ（Siba P. Ray）及びデイビッド・アイ・ユン（David I. Yun），「スクイーズ−キャスト（Squeeze-Cast）Ａｌ2Ｏ3／Ａｌセラミック−メタルコンポジッツ（Ceramic-Metal Composites）」，「セラミック・ビュレタン（Ceramic Bulletin）」，第７０巻，第２号（１９９１）参照。
レイ（Ray）及びユン（Yun）は、セラミックスマトリックス複合体は、開口気孔１４〜４８％をもつ平均粒径０．２ミクロンのアルミナ粒子からなる予備成形品を用いて製造しうることを教示しているが、この記述は、厳格に制限されたじん性、延性及び機械加工性をもつセラミックス−マトリックス複合体（ＣＭＣ）の製造に限定されている。この設備には、高価な重量壁のダイス及び１，５００トンプレスのような大きい圧力差に耐えるように設計されたプレスの使用が必要である。
スクイーズ−キャスティングにより金属マトリックス複合体を製造する場合に引き続き第二ファブリケーション法を行うことも、ニジシダ（Njishida）らにより教示されているように公知である（米国特許第４，５８７，７０７号明細書）。この方法において、スクイーズ−キャスティングは、セラミックス粒子の多孔質成形品に溶融金属を浸透させ、次いで固化させるために用いられる。完全な浸透に対しては、５００〜１，０００気圧（１５，０００〜１５０，０００ｐｓｉ）という高圧が必要であると思われていた。このセラミックス粒子は、スレンダーロッドにより与えられ、マトリックス中に均一に分布されていない。金属マトリックス中のセラミックスの濃縮された層は、最終製品中に存在させるつもりはないので、機械的成形がこのロッドを小片に粉砕し、それをマトリックス全体にわたって分布するために用いられる。ここに教示されている圧延又は押出の技術は、崩壊されたセラミックス予備成形品を複合体全体にわたってよりランダムに拡散することに役立つが、その結果は、顕微鏡スケールでの均一な分布からは程遠いものとなる。焼結したセラミックスロッドは機械的成形段階の間に、非均一化方法で折り欠かれるのと同じようになるので、得られる複合体は濃縮された、すなわち凝集されたセラミックス領域を含むおそれがあり、得られる複合体の物性が制限される。
大きい圧力の要求の必要性を軽減するために、公知の金属浸透過程の多くは、約１ミクロンよりも大きい粒状体セラミックスを用いている。溶融金属の浸透においては、プレス寸法及び圧力の必要性が適度でかつ非現実的になるので、サブミクロンのセラミックス粒子を添加して金属マトリックス複合体を製造する実用的方法は考えられなかった。クリストダウロウ（Christodoulou）らの米国特許第４，９１６，０３０号明細書，第２欄第２５−３８行参照。
大規模な数トンプレスを用いなければならないという制限及びそのための出費を削減するために、他の方法ではゆる目のセラミックス粉末と不活性ガス圧金属浸透技術を用いていた。ジンギュ・ヤング（Jingyu Yang)及びディ・ディ・エル・チュング（D. D. L. Chung），「キャスティング・パーティキュレート・アンド・ファイブラス・メタルマトリックス・コンポジッツ・バイ・バキューム・インフィルトレーション・オブ・ア・リキッド・メタル・アンダー・アン・イナート・ギャス・プレッシャー（Casting Particulate and Fibrous Metal-Matrix Composites by Vacuum Infiltration of a Liquid Metal Under an Inert Gas Pressure），「ジャーナル・オブ・マテリアルズ・サイエンス（Journal of Materials Science）」，第２４巻，第３６０５〜３６１２ページ（１９８９）参照。ヤング（Yang）及びチュング（Chung）は、ゆる目のセラミックス繊維又は粒子へ溶融金属を導入するために加圧された不活性ガスを用いる低圧（１，０００〜２，５００ｐｓｉ）溶融金属浸透技術を開発した。これには、０．０５〜５ミクロンのサイズ範囲の粒子が用いられている。この文献は、粒子を特定のサイズ範囲に限定することによって、粒子間の間隙があまり小さい粒子により充填されていないので、緊密に充填した粒子中に比較的大きい気孔率を与えることができるということを教示している。溶融液体を低圧力でセラミックス粒子のゆる目の層に浸透させるようにするのは、この気孔容量分率が関係してくる。残念なことには、粒子はゆる目になり焼結しないので、金属浸透の間凝集し、ランダムに配向する傾向がある。この結果、マトリックス全体にわたって粒子の比較的非均一な分布をもたらす。したがって、低圧を用いるという利点があるにも拘らず、ゆる目の粒子に浸透させることによって製造した複合体は、延性及び強度において十分なものとすることはできない。
金属マトリックス複合体には、それ以外にも十分に認識されている欠点がある。これらの複合体を強化するために用いるセラミックス含有物は、非常に硬く、慣用技術を用いて機械加工するのが困難である。その結果、複合体を最終的の構造に機械加工するとき重大な工具疲労問題を生じる。ある場合において、この工具疲労は、製作者が機械加工を最少若しくは全く除去しうるダイキャスティング及びスクイーズキャスティングのようなニアネットシェイプ製造技術に頼るような重大な問題をもたらす。チャールス・ティー・レイン（Charles T. Lane）が、「マシニング・キャラクタリスティックス・オブ・パーティキュレート−リインホースド・アルミナム（Machining Characteristics of Particulate-Reinforced Aluminum）」，「ファブリケーション・オブ・パーティキュレーツ・リインホースド・メタル・コンポジッツ（Fabrication of Particulates Reinforced Metal Composites）」，「プロシーディングズ・オブ・アン・インターナショナル・カンフェランス（Proceedings of an International Conference）」，モントリオール（Montereal），ケベック（Quebec），キャナダ（Canada），エーエスエム・インターナショナル（ASM International），第１９５〜２０１ページ（１９９０）で報告しているように、１０〜１５ミクロンのセラミックス粒子で強化されたアルミニウム合金は、数秒間で、高速度鋼（ＨＳＳ）工具を疲労させたし、また慣用の被覆した炭化物を数分間で鈍化させた。この報文は、ＭＭＣのための唯一の経費効率のよい機械加工技術は、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）工具を毎分２，４３８ｍまでの速度で用いることであることを報告した。その他の工作者も、ＭＭＣの機械加工についてその商業的な実施を明らかに制限している同様な経験を有している。
したがって、優れた強度及び均一性を有し、かつ機械加工や製造が容易な金属マトリックス複合体の製造方法を開発する必要性が叫ばれている。また、高価な重量プレス機械又は複雑な加工技術を用いないで、経済的に金属−セラミックス複合体を製造する必要性も残されている。
発明の要約
本発明は、金属マトリックス複合体及びその製造方法を提供する。本発明の方法は、約３ミクロンを超えない平均粒径のセラミックス粒子を含むセラミックス予備成形品を与えることを包含している。これらの小さいセラミックス粒子は、予備成形品全体にわたって均一に分布し、予備成形品の容積の少なくとも約半分が気孔によって占められるようにたがいに焼結される。次にこの方法はセラミックス予備成形品を型の中へ装填する工程及びそれを溶融金属と接触させる工程を含んでいる。次に溶融金属は、それを通して透過し、気孔を占めるように、予備成形品の中へ強制導入される。最後に、固体金属マトリックス複合体を形成するために溶融金属が固化される。本発明の重要な特徴は、得られる複合体が機械加工可能であり、特に高速度鋼（ＨＳＳ）工具バイトで、約１分間よりも長く、バイトが過度の疲労を伴わずに機械加工しうることである。
したがって、本発明は、セラミックスの高い強度、剛さ及び疲労抵抗性を、金属の機械加工性、じん性及び成形性と結合したものである。約３ミクロン未満好ましくは約１ミクロン未満という小さい特徴的強化材サイズが、焼結した予備成形品中のセラミックス粒子の大きい容積気孔分率及び実質上均一な分布に関連してすべて用いられ、このような複合体を与える。本発明の複合体は、改善された室温及び高めた温度での強度、増大した弾性率及び予期しない、高セラミックス充填率においてさえ示される優れた機械加工性及び延性を与える。これらの複合体は、単に高速度鋼（ＨＳＳ）ミリング、ドリリング及びタッピング工具を用いるだけで、何らの困難を経験することなく機械加工される。良好な表面仕上げも得られた。
本発明のＭＭＣは、小さい強化材サイズ及び粒子間空隙が分散強化の基準に適うので、室温又は高めた温度において高い強度を示す。小さい均一に分布したセラミックス粒子は、典型的ＭＭＣよりも、もっと金属に類似した挙動を示し、より延性、じん性及び成形性が要求される応用分野で使用することを可能にしている。本発明の特定の金属浸透法は、複数合金及びセラミックスの組み合せに適用することができ、充填率が５０容量％に近づくように引張弾性率を増大させるための、より大きい領域を許容する。特定の強化材セラミックス及び容積分率は、高弾性率、強度及び延性を含む、用途により指示される設計可能な技術的物性が得られるように選ぶことができる。
本発明のより好ましい実施の形態では、予備成形品気孔率を約５０〜８０容量％の範囲にすること、最小予備成形品圧縮強さを約５００ｐｓｉにすること及び軽量、高弾性率の複合体を与えるための好適なセラミックスと金属合金の組み合せを選択することを含む評価的パラメーターが示唆される。
本発明の好適な製造的特徴は、これらの複合体の加工を大きな資本的出費なしに著しく容易に行うために、ピストンの代りに非常に低いガス圧を用いることができる点である。これらの方法では、約３，０００ｐｓｉよりも小さい圧力を用いることにより、サブミクロンサイズの粒子から作られたバルクビレット及びニアネットシェイプ製品のいずれも得ることができる。したがって、これらの方法は経費がかからず、容易に入手しうる原料及びさもなければ標準的液体金属浸透技術を用いる。これらの利点はいずれも容易に浸透される気孔をもつ予備成形品中の小さい強化材セラミックスの非常に均一な分布を用いることによって達成することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、ここに記載した好適な液体金属浸透技術により製造したアルミナ強化アルミニウムマトリックス複合体の３５，０００倍拡大光学顕微鏡写真である。
発明の詳細な記述
本発明により、約３ミクロンよりも大きくないセラミックス粒子を、非常に均一な方法で溶融金属と結合して誘導される機械加工可能な金属マトリックス複合体が提供される。小さいセラミックス粒子、好ましくはサブミクロンサイズのものを用い、凝集を避けるようにして、これを金属マトリックス全体にわたり分布させることによって、なんら機械加工性を制限することなく、複合体に高延性及び高強度の両方を付与することができる。この複合体の好ましい実施形態によれば、セラミックス粒子の少なくとも８０％が各粒子ごとにそれぞれの粒径の３倍の大きさをもつ空間に均一に分布しており、さらに好ましくはセラミックス粒子の少なくとも９０％が各粒子ごとにそれぞれの粒径の２倍の大きさをもつ空間に均一に分布している。この微細な粒子分布の度合は、複合体の延性、強度及び機械加工性を減じる大きな含有物及び凝集物を事実上除去する。
本発明は、セラミックスマトリックス（ＣＭＣ）を包含するすべての形式の金属−セラミックス複合体に関するものであるが、特にセラミックスよりも大きい金属の容量分率を有する金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）に適用しうるものである。これらのＭＭＣは、各応用分野に対して要求される物性の組み合せを開発するために、マトリックス材料と強化材粒子との多くの異なった組み合せから作製することができる。
本発明は、約７０〜２，０００ＭＰａの降伏強さをもつものを包含する超高強度金属マトリックスを用いることを考慮に入れている。このような金属には、例えばコバルト及びその合金、マルテンサイトステンレス鋼、ニッケル及びその合金及び低合金硬質鋼が包含される。高強度金属及び合金もまた本発明のマトリックスに対する潜在的候補であり、これにはタングステン、モリブデン及びその合金、チタン及びその合金、銅鋳造合金、ブロンズ、銅、ニオブ及びその合金、及びニッケル、コバルト及び鉄を含有するスーパーアロイなどが包含される。中程度の強度をもつ金属及び合金もまた考慮に入れることができ、このようなものには、ハフニウム、標準ステンレス鋼、真ちゅう、２，０００ないし７，０００系列のアルミニウム合金、ベリリウムリッチ合金、使用済ウラニウム、マグネシウム合金、銀、亜鉛ダイキャスト合金、銅、銅ニッケル、銅−ニッケル−亜鉛及びその他の約４０〜６９０ＭＰａの降伏強度をもつ金属が包含される。最後に、本発明では、所望ならば低強度、低密度合金をマトリックス用に使用することができる。このような金属の例としては、金、鋳造マグネシウム合金、白金、１，０００系列のアルミニウム合金、鉛及びその合金、スズ及びその合金が挙げられる。これらの材料は、わずかに約５〜２０５ＭＰａの降伏強度をもつ。本発明において最も望ましいのは、軽量金属及びアルミニウム、リチウム、ベリリウム、鉛、スズ、マグネシウム、チタン及び亜鉛のような比較的安価で、かつ広く入手可能なもの及び銅、銅及び金のような優れた電気的特性を有する金属を用いることである。これらの選択はいずれも商業的な純品又は合金の形で提供される。ＭＭＣで特別な有用性をもつことが認められている特殊な合金としては、Ａｌ−（１）Ｍｇ−（０．６）Ｓｉ、Ａｌ−（７）Ｓｉ−（１）Ｍｇ、Ａｌ−（４．５）Ｃｕ、Ａｌ−（７）Ｍｇ−（２）Ｓｉ及びＡｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｓｉがある。
本発明のマトリックスを製造するには、合金及び市販されている純金属を用いることができるとしても、改良される物性に要求されるセラミックス分散による強化はいずれもそれに依存するので、純金属がマトリックスとして選択される。純金属はまた、合金以上に強められた腐食抵抗性を提供し、沈殿の過度熟成の影響を除く。純金属はまた、対比する合金以上に対応する融点を増大することにより、高めた温度における性能を押し上げる。最後に、純金属は、固化の間における微偏析及び非共結晶合金中での合金化成分の微偏析に伴なう困難を除去する。
本発明の金属マトリックス複合体のセラミックスすなわち第二相構成成分は、ＨＳＳ工具による機械加工を阻害しないサイズのものが望ましい。本発明においては、０．５ミクロン以下、好ましくは約０．０１〜０．５ミクロンの範囲の粒径のものを用いると、機械加工性が保持しうることを見出した。このセラミックス粒子は、粒子ファブリケーション法及び作業環境条件下の温度及び時間において熱的及び化学的に安定であることが必要である。
このセラミックス粒子は、高温において分解したり、金属マトリックスと反応してはいけない。もしもそれがマトリックス中に拡散する傾向のものであれば、複合体の強度が著しく低下しないように強化材の拡散は徐々に行わなければならない。
約２０〜４０％の容積分率をもつ超微細な強化材粒子は、改善されたヤング率、延性及び機械加工性をもつ複合体を生じるのに特に有利である。
第二相セラミックス候補の例としては、セラミックスを形成するための反応性を有する元素のホウ化物、炭化物、酸化物、窒化物、ケイ化物、硫化物及びオキシ硫化物を包含する。このような元素には、周期表第ＩＩＩ族ないし第ＩＶ族の遷移元素が包含されるが、これに限定されることはない。特に有用なセラミックス形成成分又は金属間化合物形成成分には、アルミニウム、チタン、ケイ素、ホウ素、モリブデン、タングステン、バナジウム、ジルコニウム、クロム、ハフニウム、イットリウム、コバルト、ニッケル、鉄、マグネシウム、タンタル、トリウム、スカンジウム、ランタン及び希土類元素が包含される。
より特異的なセラミックス材料としては、二ホウ化チタン、炭化チタン、二ホウ化ジルコニウム、二ケイ化ジルコニウム及び窒化チタンが包含される。
炭素ベースセラミックスも、セラミックス相として有用であり、これには、天然及び合成ダイヤモンド、黒鉛、フラーレン（fulleren）、ダイヤモンド様黒鉛などが含まれる。入手容易性、製造容易性、低コスト又は例外的な強度誘導性を有するセラミックスが最も望ましい。このようなものには、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＣ、Ｂ4Ｃ、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、ＴｉＣ、黒鉛、ダイヤモンド、ＳｉＯ2、ＴｈＯ2及びＴｉＯ2が包含される。これらのセラミックス粒子は約３：１よりも大きくない、好ましくは約２：１よりも大きくないアスペクト比をもつものが望ましく、例えば繊維、粒体、ビーズ及びフレークによって代表することができる。しかしながら、機械加工性に対しては粒体が好ましい。
本発明のセラミックス強化材は、等軸体ないし平板及び球状体形状のアスペクト範囲をもつことができる。この粒径分布は、単一サイズからガウス分布すなわち微小サイズにおいて広がった尾を有する分布までの範囲にすることができる。これらの粒子は、ボールミリングやエアアブレイジョンのような種々の湿式法及び乾式法を用いて混合することができる。
セラミックス強化材と組み合わせて用いるのに好適なバインダーには、焼結バインダー、低温コロイドバインダー（ＱＰＡＣ）、及び高温コロイドバインダーのような無機コロイドバインダー及び有機バインダーが包含される。このようなバインダーには、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、コロイド状アルミナ及び黒鉛が包含される。
本発明に従って製造された、前記した金属、合金及びセラミックス粒子の１種以上を含有する金属マトリックス複合体は、種々の応用に応じ、多数の有用な形状に製造することができる。比較的興味がある応用分野のいくつかを、以下の表１に示す。
0004049814.tif 000002
本発明により得られる複合体の諸物性は、好ましい金属浸透法で用いられる予備成形品の均一性と密接に関連している。これらの予備成形品は、沈降キャスティング法、射出成形法、ゲルキャスティング法、スリップキャスティング法、イソプレス法、超音波技術、ろ過法、押出法、プレス法などを含む種々の方法によって製造することができる。予備成形品の製造に用いられる好ましい方法は、コロイド法である。揮発性物質の添加及びスラリーの凝集のコントロールにより、粒子容積分率を所望の範囲内に調節することができる。
未焼成の予備成形品の調製に引き続いて、好ましくはこの予備成形品を乾燥あるいは焼成する。これは高周波処理、凍結乾燥又は空気／不活性ガス焼成によって行うことができる。加圧浸透に先立って、予備成形品について破壊弾性率又は引張特性の測定評価ができるように、予備成形品とともに試験用丸棒を調製することができる。焼結した予備成形品については、少なくとも約５００ｐｓｉ、好ましくは約７００〜１，２００ｐｓｉの目標圧縮強さが望ましい。
本発明の予備成形品は、ビレット又は成形品を製造するために、液体金属により理想的な加圧ろ過がなされる。加圧ろ過には、あらゆるタイプの液体金属浸透法（ＬＭＩ）を含むことができ、これには不活性ガス圧技術、スクイーズキャスティング法、ダイキャスト法などが含まれる。最も好ましい方法では、不活性ガス圧浸透が用いられる。この技術は、浸透に先立って行う予備成形品の真空排気、予備成形品の破壊なしの浸透のための適当な圧力調整及び固化収縮を補うための加圧下での直接的な固化という特徴的な段階を含んでいる。
大量生産の場合は、大型ビレットの製造に引き続いて、普通の形状の製品にするために加工を行うことになる。加工と組み合わせた加圧ろ過法は、低コストで広い応用範囲の高い実用性をもつ複合体製造を提供する。加工工程には押出、圧延、鍛造などの工程を含むことができる。網形法も用いることができ、これにはダイキャスト及びスクイーズキャストが含まれる。後者の工程では、本発明複合体の本来有する安定性に基づき大型ビレットを再溶融し、液体状態で加工し、網に近似した形状の部品を製造することができる。本発明の好ましい方法により製造したアルミニウム及びマグネシウムマトリックス（ＭＭＣ）のおおよその物性を以下の表２に示す。
0004049814.tif 000003
本出願人は、本発明のＭＭＣについて、好適な充填率範囲を評価し、１５容量％のセラミックス充填率が、市販の純アルミニウム及びマグネシウムの弾性率を約３０％まで改善することを知った。２５容量％のセラミックス粒子は弾性率を約５０〜６０％まで改善するし、５５容量％のセラミックス充填率は、弾性率を約１００％まで改善するが、延性がそこなわれ始める。４５容量％までのセラミックス充填率は、たいした疲労を伴わずに高速度鋼で機械加工されたＭＭＣを製造した。セラミックス粒子が３ミクロンを超えると、ＭＭＣの機械加工性は急速に低下することは、注目すべきことであった。容積分率に関して、セラミックス充填率が約５０％よりも大きくなると、複合体の延性はかなり低下し、充填率が１５容量％以下では、たいして弾性率の低下はみられない。充填率が低くなるほど予備成形品が破壊しない浸透圧力を支えるには弱すぎるので浸透が非常に困難になる。
次に実施例により本発明をさらに説明する。
実施例１
粒子数基準で平均粒径約０．２ミクロンのＡｌ2Ｏ3を２５体積％を含む市販の純アルミニウムマトリックスを有する複合体を調製した。準備段階としてその原材料を次のように秤量した。
強化材：  Ａ−１６ＳＧ、焼結Ａｌ2Ｏ3、アルコア・インダストリアル・ケミカル・ディヴィジョン（Alcoa Industrial Chemical Division）、２５９．８グラム
担体：  ポーラー（POLAR）蒸留水、ポーラー・ウォーター・カンパニー（Polar Water Company）、１２０５．８グラム
充填剤：  ミクロ（Micro）４５０（Ｍ−４５０）グラファイト、アズバリー・グラファイト・ミルズ・インコーポレイテッド（Asbury Graphite Mills, Inc.）、１８４．６グラム
コロイド状バインダー：  無機ナイアコール（Inorganic NYACOL）、ＡＬ２Ｏ、高温コーティング／バインダー、ナイアコール・プロダクツ・インコーポレイテッド（Nyacol Products, Inc.）、８６．０グラム
この混合物をスラリー固体含量１０％及びミル充填レベル３０％というミルパラメーターを用いてミル中で結合させた。該スラリーバッチを約２３から２５時間摩砕し、ミルから取り去り、加圧ろ過装置の中に入れた。該スラリーを約３６から６０時間３５０ｐｓｉでろ過した。ろ過完了後、未焼成の予備成形品をろ過装置から取り出した。そのものを測定したところ直径約４．９ｃｍ×長さ１２ｃｍの大きさであった。該未焼成の予備成形品は約２２容量％の強化材充填率を有していた。該未焼成の予備成形品を約２５重量％以上の重量減量に達するまで周囲条件にて乾燥した。これには約５日間かかった。
乾燥した予備成形品を炉にいれ下記のスケジュールに従って焼成した。
0004049814.tif 000004
焼成された予備成形品の充填率は焼結セラミックス粒子の約２５容量％であった。そのものを除去し検査したところ、約４０重量％の重量減量が認められた。この重量減量はすべての充填剤原料が除去されたことを保証した。その後軟鋼浸透るつぼをアチェジョン・コロイズ・カンパニー（Achesion Colloids Company）から入手可能な黒鉛薄め塗膜、ＤＡＧ１５４（Graphite Lubricating／Resisstance Coating）で塗布することにより調製した。次にそのるつぼの内側にユカー・カーボン・カンパニー・インコーポレイテッド（UCAR Carbon Company, Inc.）から入手可能なＧＴＢグレードのグラホイル（GRAFOIL）黒鉛紙を内張りした。次いで焼成された予備成形品を内張りされたるつぼ中に挿入し、予備成形品支持ロッドを浮遊を防ぐために挿入した。該るつぼを特注の加圧浸透装置中に挿入した。該加圧浸透装置を排気し、次いで下記の加熱サイクルを用いて予備加熱した。
0004049814.tif 000005
次におおよそ６５０グラムの市販の純アルミニウム（アルミニウム９９．９％、アルコアから２から５ショット入手可能）を電気抵抗炉中で溶融し、アズバリー・グラファイト・インコーポレイテッド（Asbury Graphite Inc.）から入手可能なカバーフラックス（Cover Flux）Ｎｏ．７７０でカバーした。該浸透装置をアルゴンで充填し、るつぼを加圧浸透装置から取り出し、溶融した合金をるつぼの中へ注入した。次にるつぼを加圧浸透装置の中へ置き再度排気した。排気後、該装置を約４０から８０秒かけてアルゴンで約２，１５０ｐｓｉに加圧し５分間保持した。その後該装置を排気しるつぼを加圧浸透装置の底部の水冷チルに載置した。凝固させるために装置を再度１，０００ｐｓｉまで加圧した。該混合物を直接に凝固するまで約１時間冷却した。その試料を加圧浸透装置から取り出しるつぼを切り離し合金のヘッドを除去した。
走査型電子顕微鏡で上記の複合体の一つの試料の一破面を３５，０００倍で目視検査した。図１に顕微鏡写真を示す。観察された粒径は約０．０５から０．４ミクロン、ほとんどは０．２ミクロンであり、粒子間間隔は測定したところ約０．０５から０．４ミクロンであった。
残りのビレットから試料を２個とり下記の機械的性質を測定した。
降伏応力（ｋｓｉ）＝２４．７
極限引張り強さ（ｋｓｉ）＝４８．０
伸び率＝６．０
１．００−ＳＲ、短棒破壊靭性＝１６．５ＫＳｉ（ＩＮ）2
他の試料を８２５°Ｆで押し出し成形し、さらに硬さ、引張及び疲労特性用に調製し、次の結果を得た。
0004049814.tif 000006
実施例２
０．２４９ｃｍ×４８ｃｍ×２４ｃｍの板状マトリックスがＡｌ−２．５Ｍｇ合金５０５２−Ｈ３２を含むこと以外は実施例１に記載したのと同じ方法で粒子数基準で平均粒径約０．２ミクロンのＡｌ2Ｏ3粒子を２５容量％分率有するＡｌ−２．５Ｍｇマトリックスを用いて複合体を調製した。方法パラメーターは、市販の純アルミニウムをＡｌ−２．５Ｍｇ合金に代えたこと以外は同じであった。合金の溶融時にはカバーフラックスを使用せず、浸透する間の保持温度は約６９５℃であった。実施例１に開示したのと同じいくつかの試験方法により下記の性質を得た。
ソニックモジュラス（ＭＳＩ）＝１５．８５
ポアソン比＝０．３１８
密度（ｇ／ｃｍ3）＝３．０２３
0004049814.tif 000007
実施例３
粒子数基準で平均粒径０．２ミクロンのＡｌ2Ｏ3を４０容量％を含有する市販の純アルミニウムマトリックスを含む複合体を調製した。実施例１の原材料は、有機質粘結剤、エア・プロダクツ・アンド・ケミカル・インコーポレーテッドのケミカルズ・グループ・セールズ（Chemicals Group Sales of Air Products andChemical, Inc.）製ＡＩＲＶＯＬ ５４０、ポリビニルアルコールを使用し、６９．０から７１．０％硝酸、ヴイダヴリューアール・サイエンティフィック（VWR Scientific）製ベーカー・アナライズド（BAKER ANALYZED)試薬、ＨＮＯ3を添加することを含むコロイド化学的な調整を行ったこと以外は同じであった。前記の実施例と同様乾燥した成分の重さは次のようであった。
強化材：  Ａ−１６ＳＧ焼結Ａｌ2Ｏ3、６３３．０グラム
担体：  ポーラー（POLAR）蒸留水、９２０．７グラム
充填剤：  ミクロ（Micro）４５０（Ｍ−４５０）グラファイト、１０４．５グラム
有機質粘結剤：  （６重量％水溶液）、ＡＩＲＶＯＬ ５４０、３０．１グラム
コロイド化学調整剤：  硝酸、０．４ｍｌ
この混合物を、スラリー固体含量１７．５％及びミル充填レベル２５％というミルパラメーターを用いて実施例１で使用したのと同じ摩砕工程で結合させた。該スラリーバッチを約２３から２５時間摩砕し、ミルから取り去り、加圧ろ過装置の中に入れた。
該スラリーを約２０から３０時間３５０ｐｓｉでろ過した。ろ過完了後、セラミックス３７容量％の未焼成の予備成形品をろ過装置から除去した。そのものを測定したところ直径４．９ｃｍ×長さ１４ｃｍの大きさであった。該未焼成の予備成形品を２３重量％以上の重量減量に達するまで周囲条件にて乾燥した。これには約５日間かかった。
乾燥した予備成形品を炉にいれ下記のスケジュールに従って焼成した。
0004049814.tif 000008
焼成された予備成形品は焼結セラミックス粒子の約４０容量％充填率を有していた。そのものを除去し検査したところ、約１５重量％を超える重量減量が認められた。
次に実施例１に記載したのと実質的に同じ方法に従い軟鋼浸透るつぼを製造し、浸透装置中に挿入して排気した。その後該装置を下記の加熱サイクルを用いて予備加熱した。
0004049814.tif 000009
次に実施例１で使用したおおよそ６００グラムの市販の純アルミニウムを溶融し、実質的に実施例１の方法に従い不活性ガス浸透を行い複合体を製造した。
下記の機械的性質を測定した。
材料条件：  鋳造時
ソニックモジュラス（ＭＳＩ）＝１７．７
ポアソン比＝０．２８８
密度（ｇ／ｃｍ3）＝３．１１３
材料条件：  押出成形
最大抗張力（ｋｓｉ）＝６５％
伸び＝４
硬さ
７０Ｒｂ
実施例４
平均粒径約０．８ミクロン（摩砕後約０．２ミクロン）のＭｇＯセラミックス粒子を３０容量％含有する市販の純マグネシウムを含む複合体を調製した。使用した原材料は下記以外は実施例１で用いたものと同じであった。強化材はマグケム（MAGCHEM）２０−Ｍ  酸化マグネシウム、マーチン・マリエッタ・マグネシア・スペシャリティーズ・インコーポレーテッド（Martin Marietta Magnesia Specialties, Inc.）製を含み、担体としてイーケイ・インダストリーズ（E.K. Industries, Inc.）製変性エタノールを用い、有機質粘結剤はブルアイシェラック（Bulls Eye Shellac）、クリヤ・シーラー・アンド・フィニッシュ（Clear Sealer and Finish）、ウィリアムズ・ジンサー・アンド・カンパニー・インコーポレーテッド（Williams Zinsser & Co., Inc.）製であり、また、マトリックスは市販の純マグネシウム、マグネシウム９９．８重量％、１ポンドスチック、直径１．３インチ×長さ１２インチからなっていた。
下記のように原料を秤量した。
強化材：  マグケム（MAGCHEM）２０−Ｍ  酸化マグネシウム、マーチン・マリエッタ・マグネシア・スペシャリティーズ・インコーポレーテッド（Martin Marietta Magnesia Specialties, Inc.）、２３２．３グラム
担体：  ポーラー（POLAR）蒸留水、７２７．２グラム
充填剤：  ミクロ（Micro）４５０（Ｍ−４５０）グラファイト、８９．６グラム
有機質粘結剤：  ブルアイシェラック（Bulls Eye Shellac）、１１６．４グラム
この混合物を、スラリー固体含量１０％及びミル充填レベル２５％というミルパラメーターを用いてミル中で結合させた。
該スラリーバッチを実施例１の摩砕方法に従い摩砕した。ろ過完了後、未焼成の予備成形品をろ過装置から取り出した。そのものを測定したところ直径約４．９ｃｍ×長さ１４ｃｍの大きさであった。該未焼成の予備成形品は約２６容量％の強化充填率を有しており、それを約２５重量％以上の重量減量に達するまで周囲条件にて乾燥した。これには約５日間かかった。
乾燥した予備成形品を炉にいれ下記のスケジュールに従って焼成した。
0004049814.tif 000010
焼成された予備成形品の充填率は焼結セラミックス粒子の約２９容量％であった。そのものを除去し検査したところ、約３４重量％の重量減量が認められた。
実質的に実施例１に記載したように浸透るつぼを製造し、設置した。おおよそ３００グラムのマトリックスマグネシウム合金を予備成形品及び予備成形品支持ロッドの上に置いた。るつぼを加圧浸透装置の中に入れ、装置を排気し約３００ｐｓｉの圧力になるまでアルゴンを再充填した。次いで装置を下記の加熱サイクルを用いて予備加熱した。
0004049814.tif 000011
約７５０℃で２時間保持後、装置を排気した。排気後、約２，１５０ｐｓｉまでアルゴンで加圧し、５分間保持した。直接的な凝固及び除去工程は実施例１に記載したのと実質的に同じであった。試料を製造し６５Ｒｂの硬さを測定した。高温硬さはアルミニウムマトリックス試料の傾向と実質的に平行していた。
機械加工性試験
アルミニウム２５容量％のＡｌ2Ｏ3（実施例１）、アルミニウム４０容量％のＡｌ2Ｏ3（実施例２）、アルミニウム２．５マグネシウム２５容量％のＡｌ2Ｏ3（実施例３）そして、マグネシウム３０容量％のＭｇＯ（実施例４）より試料を調整した。
それぞれの試料を以下の機械加工作業にかけ顕著な結果が得られた。
ＨＳＳ製工具であらかじめ正面研削及びエンドミル研削で加工した。およそ１３０ｓｆｍのスピードでおよそ１／４インチまでの粗削りには難しさは感じられなかった。その表面仕上げは良好だった。。
コーティングの施してないレギュラーツイストＨＳＳ製ドリルを用いたドリリングにはなんら問題はなかった。ドリルはおよそ１００ｓｆｍで作動させた。ドリル穴は直径、約１／３２から約５／８インチまでで奥行きに明白な制限はなかった。
タッピングはコーティングの施してない３段ＨＳＳ製タップを用いてあらかじめ加工され、およそ１／８から３／４インチに及ぶサイズで手作業し、優れたねじ山を得た。困難はなかった。
アルミニウム２５容量％のＡｌ2Ｏ3及び、アルミニウム２．５容量％マグネシウム２５容量％のＡｌ2Ｏ3より調製した試料を、ソリッドカーバイド製工具のバイトを使用しておよそ３５０ｓｆｍで旋盤上で回転させた。工具バイトは少なくとも材料の６立方インチを取り除き、少なくとも３時間は問題なく作動した。
アルミニウム４０容量％のＡｌ2Ｏ3試料をＨＳＳを使用しておよそ３５０ｓｆｍで旋盤上で回転させた。工具バイトは少なくとも材料の３立方インチを取り除き、少なくとも２時間は問題なく作動した。すばらしい表面仕上げが得られた。
比較例５
ドリリングは２０容量％のＳｉＣ［（平均１０から１５ミクロンの粒子サイズ）、デュラルカン（DURALCAN）Ｆ３Ａ，２０Ｓ］で強化されたアルミニウムマトリックス、３５６−Ｔ６を使用して行なわれた。そのドリル作業はあらかじめ１／４インチのＨＳＳ製ドリルバイトを装着したハンドドリルを使用して行なわれた。そのドリルバイトはおよそ１／４インチを貫通し、そこで鈍くなり、再使用するためにとがらせる必要があった。
帯のこを使用してこの材料を切断する試みがなされた。そののこはおよそ１／４インチを貫通した後止まった。その後、これらのハンドドリル技術及び帯のこ技術を実施例１のアルミニウム２５容量％のＡｌ2Ｏ3試料について繰り返したところ、困難ではなかった。
比較例６
追加の比較試料は、平均１０ミクロン粒子サイズのＳｉＣと市販用の純マグネシウム液体金属の目の粗いセラミックパウダーのガス圧力浸透によって調製された。得られたマグネシウム４０から４５容量％のＳｉＣ複合体をソリッドカーバイド製工具のバイトを使用して旋盤上で回転させた。旋盤がほんの数秒間切断した所でバイトは鈍くなり始め、単に材料を押しているにすぎなかった。
比較例７
さらに比較試料が平均３ミクロン粒子サイズのＳｉＣを用いて実施例５で記載された技術と同じ技術で調製された。先に得られたマグネシウム４０から４５容量％のＳｉＣ複合体を帯のこでひく試みが行なわれた。帯のこはマトリックスを貫通することはなく、およそ１０から１５秒ですぐに止まった。
上記より、この発明が機械加工可能な高モジュラス金属マトリックス複合体及びこれらの複合体を製造するための金属浸透技術を提供することが理解し得る。低圧金属浸透を行うのに必要な小孔の容量分率及び粒度分布の範囲及び最適な機械的性質を画く臨界パラメーターを発見した。種々の態様が描かれているが、これは説明を目的とするもので本発明を限定するものではない。当業者には明らかとなるであろう種々の改良は添付の請求の範囲に記載されたこの発明の範囲内である。
【図１】
0004049814.tif 000012