JP2691221B2 - 金属−第２相複合物の形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は金属−第２相複合物質の製造方法およびその
方法による生成物から成る。１つの実施態様において
は、セラミック物質または金属間化合物のような第２相
が比較的高い容積割合で金属または金属間化合物の母体
内に直接形成され、そしてその後ある金属に加えられ
る。第２相は、母体金属と同じか異なる１またはそれ以
上の金属のホウ化物、炭化物、酸化物、窒化物，ケイ化
物、硫化物，酸硫化物またはその他の化合物のようなセ
ラミックを含むことができる。特に重要なものはチタ
ン、ジルコニウム、鉄、コバルトおよびニッケルのアル
ミナイドのようなアルミニウムの金属間化合物である。
本発明において、比較的高い容積割合の第２相が金属、
金属合金または金属間化合物の中間的な母体中に造られ
て中間物質を形成し一般的に「多孔性スポンジ」の形態
となる。これはその後ホスト金属（host metal）の溶融
浴に導入されるかまたは固体のホスト金属と混合されて
ホスト金属の融点より高い温度に加熱され、第２相およ
び中間母体がホスト金属全体に分散される。最終生成物
は勝れた性質を持つ金属、金属合金または金属間化合物
となる。それは、非常に微小粒子の第２相が最終的な金
属母体全体に均一に分散するためと、その結果として母
体の結晶粒の大きさが微細になるためである。中間金属
母体とホスト金属のいずれかまたは両方が２またはそれ
以上の金属の合金であってもよく、そして中間母体はホ
スト金属と同じであってもよいし、異なっていてもよ
い。中間母体はホスト金属の溶融浴内で可溶性であるか
またはそれと金属間化合物を形成できるものでなければ
ならない。 過去数年来、ファイバー、ホイスカー、または炭素、
ホウ素、炭化ケイ素、シリカまたはアルミナの粒子で補
強されたアルミニウムのような金属−第２相複合物の開
発に多くの研究が行なわれている。 粉末治金の技術を用いて、非常に微細な（0.1ミクロ
ン未満の）酸化物または炭化物粒子を、形成される複合
体の金属または合金母体全体に分散させることによっ
て、高温降伏強さとクリープ抵抗の良好な金属−第２相
複合物が造られている。しかしこのような複合物は一般
に以下に述べる理由により延性と破壊靭性に乏しいとい
う欠点を持っている。 金属第２相複合物の製造のための従来の技術を大別す
ると粉末治金の方法、溶融金属技術、および内部酸化方
法になる。粉末治金的な分散−強化複合物の製造は理想
的にはつぎのとおり行なわれる。すなわち直径約５ミク
ロンまたはそれ以下の金属粉末を酸化物または炭化物粉
末（好ましくは0.01ミクロン乃至0.1ミクロン）と機械
的に混合する。高速混合技術またはボールミルのような
従来の方法が粉末を混合するのに用いられる。それから
標準的な粉末治金技術を用いて最終の複合物が造られ
る。しかし従来から、セラミック成分は大きいすなわち
１ミクロンより大である。それは非常に微細な大きさの
物質の生産はエネルギー多消費、時間多消費、大設備費
型であるからその人手の困難さと高コストが原因であ
る。さらに非常に微細な粒子の生産は必然的に粒子表面
における汚染をもたらすため複合物における粒子と金属
の境界面における汚染をもたらし、そして結局複合物の
機械的性質を悪くする。また微粒子の物質が希望の大き
さで人手できる場合、微粒状物質の自然発火性の故にそ
れらが極めて危険である場合が多い。 一方、第２相物質の連続骨格への溶融金属の浸透が複
合物の製造に用いられている。ある場合においては、溶
融金属の滲透中にセラミック粒子を溶融金属から保護す
るためと、金属、セラミック間の結合を改善するため精
巧な粒子被覆技術が開発されている。このような技術は
SiC/AlまたはSiCアルミニウムと呼ばれることの多い炭
化ケイ素−アルミニウム複合物を製造するために開発さ
れている。この方法は大きな粒子のセラミック（例えば
１ミクロンより大）およびホイスカーに適している。炭
化ケイ素のようなセラミック物質をプレスして成形体を
造り、液体の金属を充填床に圧入してその隙間を満た
す。このような技術はヤマツタ（Yamatsuta）ほかの米
国特許第4,444,603号に開示されており、それは本明細
書に参考として組み込まれている。この方法は溶融金属
の取扱いと高圧装置の使用を要するので、金属−第２相
複合物の製造、特にミクロン以下のセラミック粒子を組
み込んだ複合物の製造には、プレスの大きさおよび必要
圧力が過大となり非現実的となるため、溶融金属の滲透
は実際的な方法となっていない。 従来の粉末治金技術において用いられるボールミル粉
砕粉末内または溶融金属浸透における酸素の存在は第２
相と金属の境界面に酸化物のような有害な層、被覆また
は汚染をもたらす。このような層の存在は第２相と金属
母体間の境界面における結合を妨げ複合物の延性に悪い
影響を与える。このような境界面における弱い接触はま
た強度の減少、伸びの損失および亀裂伝搬の促進をもた
らす。 より一層反応性の強い成分を含有する金属の内部酸化
も分散強化金属例えば内部酸化されたアルミニウムを含
有する銅の製造に用いられている。例えば、約３パーセ
ントのアルミニウムを含有する銅合金を酸化雰囲気内に
置くと、酸素が銅の母体中を拡散してアルミニウムと反
応し、アルミナが析出する。２つの金属の化学反応性が
大巾に相異していなければならないからこの技術は比較
的少数の系に限られるが分散強化に対し可能性のある方
法を与えている。しかし、生成する分散強化金属中に造
られる分散質の期待し得る最高濃度でもモジュラス、硬
度などの性質における十分な変化を与えるには不十分で
あるのが一般的である。 本書に参考として組込まれているジェンキンス（Jenk
ins）の米国特許第2,852,366号において、重量で10パー
セントまでの金属錯体を母材金属（base metal）または
合金中に組入れることができることが開示されている。
この特許は母材、母材と非金属の錯体形成元素との化合
物および母材と錯体形成金属との合金から成る混合物を
混合し、加圧しそして焼結することを開示している。そ
こで例として述べると、この参考資料は、ニッケル、ニ
ッケル−ホウ素合金、およびニッケル−チタン合金の粉
末を混合すること、加圧すること、そして混合粉末を焼
結して、ニッケル母体中にチタンとホウ素の安定な未析
出「錯体」の分散した凝集物体を造ることを開示してい
る。錯体相の析出は特に避けられている。 本明細書に参考として組込まれている米国特許番号第
3,194,656号において、ブォーダール（Vordahl）は共晶
または共晶に近い合金の混合物を溶融することによって
TiB2微結晶のようなセラミック相の形成を開示してい
る。ブォーダールの方法にとってつぎのことが必須であ
る。すなわち少なくとも１つの出発成分の融点が所望さ
れる最終の合金の母体金属の融点より実質的に低いこと
である。母体金属の融点またはその付近における発熱性
の第２相形成反応の開始に関する開示は行なわれていな
い。 本明細書に参考として組込まれている米国特許第3,41
5,697号；第3,547,673号；第3,666,436号；第3,672,849
号；第3,690,849号；第3,690,875号；および第3,705,79
1号においてブレッズ（Bredzs）ほかはサーメット被
覆、被覆された基材および合金インゴットの製造を開示
しており、それは発熱反応の作用が金属母体中に分散し
た析出物をその場で（in−situ）形成させることを特徴
とする。ブレッズほかは引き下げられた融点を持つ合金
好ましくは共晶合金を使用することに依存する。したが
って、母体金属の融点またはその付近において第２相形
成発熱反応を開始させない。 本明細書に参考として組込まれているアメリカ特許第
4,514,268号において、デアンジェリス（DeAngelis）は
非常に微細な結晶粒の反応焼結サーメットを開示してい
る。開示されている方法は混合された微粒子反応体の間
の反応およびそれら相互の焼結という２重の作用を必要
とする。微粒子反応体は成形され、そして発熱反応を引
き起こし、そして実質的に完了させる温度に加熱され
る。反応集団を得られた高温に保持することによって反
応生成物は互に焼結してセラミック−セラミック結合を
生成する。したがって、この参考資料は溶融金属との接
触に用いるのに適した焼結セラミック結合を持つ生成物
に関するものである。 本明細書に参考として組込まれているアメリカ特許第
3,785,807号において、バッケルード（Backerud）は二
ホウ化チタンを含有するアルミニウムの母合金（master
alloy）を製造するという概念を開示している。特許使
用者は高温における溶融アルミニウム中においてチタン
とホウ素を溶解させて、反応させる。しかしアルミナイ
ドチタンが、生成された二ホウ化チタンのまわりにより
低い温度で析出することは避けられない。従ってこの特
許は錯体分散質を造ることを開示している。 近年、多くのセラミックが「自己伝搬高温合成」（SH
S）と呼ばれる方法を用いて造られている。これには圧
縮された粉末混合物内を伝搬する発熱的な、自己支持反
応が関与する。SHSプロセスには成分元素粉末の混合と
成形および適切な熱源によって生の成形体の１部に着火
させることが含まれる。熱源は電気的衝撃、レーザー、
テルミット、スパークなどでよい。着火すると、自己支
持反応を支持するのに十分な熱が放出される。そしてこ
のことから低温度における長時間の大容量の加熱でなく
高温度における急速な低出力開始の使用が可能になる。
これらの方法の代表例を選び出すと、メルツアノフ（Me
rzhanov）ほかの米国特許第3,726,643号；第4,161,512
号；および第4,431,448号があり、これらは参考として
本明細書に組込まれている。 米国特許第3,726,643号において、高融点の耐火性無
機化合物の製造方法が開示されており、それによると、
周期系のIV、ＶおよびVI族から選ばれる１以上の金属を
炭素，ホウ素，ケイ素，硫黄または液体窒素などの非金
属と混合し、混合物の表面を加熱して燃焼過程を開始さ
せるのに適正な局部的高温を造り出す。米国特許第4,16
1,512号において、炭化チタンの製造方法が開示されて
おり、それによると、80〜88パーセントのチタンおよび
20−12パーセント炭素から成る混合物に着火し、その結
果層から層への燃焼（layer−by−layer）の条件のもと
で混合物の発熱反応が起こる。これらの参考資料は結合
剤の無いときのセラミック物質の製造を取扱っている。 SHS法が不活性金属層とともに用いられるとき、この
方法は比較的高い容積割合のセラミックと比較的低い容
積割合の金属（一般に10パーセント以下、そして殆んど
必らずと言ってよいぐらいに30パーセント以下）を用い
て行なわれるのが一般的である。生成物は高密度の焼結
された物質であって、比較的延性のある金属相は結合剤
または強化助剤として作用し、加えられる圧力によって
空隙などを満たし、それによって密度を増している。不
活性金属相を用いるSHS法は本発明と併用される現場析
出方法よりも高温において行なわれ、そして等温で行な
われず、そのため大きさに大幅な変動のある焼結された
セラミック粒子を生成する。 米国特許第4,431,448号は硬い合金の製造を開示して
いるがそれによるとチタン、ホウ素、炭素およびＩ−Ｂ
族の結合剤金属または合金例えば銅または銀の合金の粉
末を互に混合して、その混合物を圧縮し、その１部に着
火してチタンとホウ素および炭素との発熱反応を開始さ
せ、そして着火を伝搬させてその結果二ホウ化チタン、
炭化チタンおよび約30パーセントまでの結合剤金属から
成る合金を得る。しかしこの参考資料はＩ−Ｂ族の金属
または銅および銀のような合金を結合剤として用いると
きに限られる。この方法によって造られる生成物は低密
度であって１パーセント以下の気孔率にするには引続き
圧縮および成形される。 本明細書に参考として組込まれているギーセン（Gies
sen）ほかのアメリカ特許第4,540,546号は多相合金の急
速固化処理の方法を開示している。この方法において、
２つの出発合金が混合ノズル内で反応する。そしてこの
ときに「溶融混合反応」が出発合金中の化学反応性のあ
る成分間に行なわれ、最終の合金内に生成化合物のミク
ロン以下の粒子が形成される。混合と化学反応は出発合
金の最も高い液相線温度かそれより高い温度において、
しかしまた最終合金の液相線温度より十分に低く、そし
て最終合金の固相線温度にできるだけ近い温度において
行なわれる。この方法によって分散−強化合金が造られ
るが本来の欠点が多くあるようである。まず、処理が技
術的に複雑であって多数の炉を必要とする。つぎに、微
細な分散を一貫して造るのであれば効果的な混合が重要
である。最後に、分散質を多く含有するものを造るため
には急速固化合金化元素を完全に溶解させるために非常
に高温の加熱が必要であり、このことが例えば10〜20％
の分散質を含有する複合物において必然的に粒子の成長
を顕著にする。 本発明は従来技術の上述の欠点を克服する。さらに詳
細に述べると、本発明は従来技術よりも方法および装置
の簡単化を可能にする。例えば、本方法は多くの炉およ
び混合および装置制御に対する必要性をなくする。なぜ
なら、第２相の成分はすべて単一の反応容器内に存在す
るからである。本発明はまた非常に高い溶融温度におい
て、成分の溶融物を多数造る必要をなくする。さらに保
温調整炉において高水準の過熱を行なう必要なしに高濃
度の複合物が製造できる。出願者の発明はまた従来の金
属−セラミック複合物、例えば金属とセラミックの別々
の粉末を用いる方法によって造られたものと比較してよ
り清浄な粒子／金属境界面をもたらす。なぜなら補強粒
子が現場で形成されるからである。さらに生成した中間
物質を用いて実質的に凝集していない粒子の均一な分散
体を母体中に造ることができる。そして第２相物質の容
積割合が制御できる。これらの事実を提起した上で、公
知の方法よも勝れた効果を持つ本発明の詳細をつぎに説
明する。 発明の概要 金属、金属合金または金属間化合物の母体中に微粒子
のセラミック、金属間化合物物質またはそれらの混合物
のような微細に分散した第２相で構成される複合物質を
製造するための安価な方法を提供することが本発明の目
的である。以後の説明を簡単にするため、求められてい
る最終の複合物中の金属、金属合金または金属間化合物
の母体を「最終金属母体」と呼ぶ。 本発明は、「中間金属母体」中に比較的濃縮された第
２相の分散を含む中間物質を生成する。中間金属母体は
「溶媒金属」、即ち、金属、金属合金または金属間化合
物を含み、第２相形成成分は第２相よりその中に溶解し
やすく、そして所望の最終金属母体と同じか、異なって
もよい。この濃縮された中間物質は多孔性「スポンジ」
の形になっていてもよいが、これが改良された複合物の
製造に用いられる。その方法は、中間金属母体を「ホス
ト金属」（“host metal"）に溶解させることである。
ホスト金属は第２相を溶解しない金属、金属合金または
金属間化合物であって中間金属母体と組み合わせるとき
所望の最終金属母体となる。これは、濃縮された中間物
質をホストの金属、金属合金または金属間化合物の溶融
浴と混合させるか、または固体のホストの金属、金属合
金または金属間化合物と混合し、その後ホスト物質の融
点より高い温度まで加熱することによって行うことがで
きる。 金属および合金の分散強化の方法を提供するのも本発
明の目的である。本発明はまた、あるホスト金属に加え
るのに適切な中間物質の製造を含んでいる。当該中間物
質はアルミニウム中の二ホウ化チタンまたは炭化チタン
のように中間母体中に第２相粒子を含むものである。そ
してこのことが高価なミクロン以下の第２相の出発物質
を用いる必要なしに行なわれる。このような中間物質は
その後適切な容積のホスト金属と混合されるとミクロン
以下の微粒子の所望の容積割合をもたらす。 本発明は中間金属母体における約95容積パーセントま
での第２相物質の現場析出方法に関する。そして、第２
相は中間金属母体と同じかまたは異なる金属のホウ化
物、炭化物、酸化物、窒化物、ケイ化物、酸硫化物また
は硫化物のようなセラミックから成ることができる。所
望の第２相物質の成分または元素を溶媒金属と混合する
こと、そして反応性のある元素の溶媒金属への拡散およ
び／または溶解が実質的に起こる温度、一般的には溶媒
金属の融点かそれに近い温度まで加熱することによって
常に発熱的である溶媒支援反応が開始される。この溶媒
支援反応によって溶媒金属中に第２相物質が極めて急速
に形成され、微細に分割された粒子の分散が生じる。 本発明はまた大容積の最終母体金属中に第２相微粒子
が比較的均一に分散している金属−第２相複合物の製造
方法に関し、この方法は、溶媒金属中に１以上の第２相
物質を析出させること、そしてこれは反応性のある第２
相形成成分を、溶媒金属の存在のもとで、成分の溶媒金
属への拡散が十分に起こり成分の反応が開始されて中間
母体中に第２相物質が微細に分割された粒子となって比
較的高濃度で存在する複合物質が造られる温度において
接触させることによって行なわれ、つぎに、このように
して造られた複合物質、またはスポンジをホスト金属、
金属合金または金属間化合物の溶融浴に導入して最終金
属母体内に第２相を含む物質を得ることを含む。 本発明はまた、ホストの金属、金属合金または金属間
化合物の溶融物中に第２相物質を分散させる方法に関
し、その方法は周期表の第３乃至第６族の遷移金属の酸
化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物、酸窒化
物、硫化物、または酸硫化物である第２相物質の現場析
出物を中間金属母体中に含有する予め造られたスポンジ
をホストの金属、金属合金または金属間化合物の溶融物
に加えること、そしてその中に分散された第２相物質を
含有する生成物を回収することを含む。 本発明はまたホストの金属、金属合金または金属間化
合物の溶融物の中に、第２相物質を分散させるための方
法に関し、その方法は周期表の第３乃至第６族の遷移金
属の酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物、硫
化物または酸硫化物のような第２相物質を中間金属母体
中に含有する予め造られた中間物質をホストの金属、金
属合金または金属間化合物の溶融物中に導入すること、
そしてその中に分散した第２相物質を含有する生成物を
回収することを含む。 本発明はまた、ある中間金属母体内に予め現場析出し
た第２相物質の凝集していない既製粒子がその中に均一
に分散されている金属を含む複合生成物に関する。 本発明はさらに、母体金属が非常に微小な結晶粒の大
きさを示し、かつ第２相微粒子の大きさが本質的に５ミ
クロン未満である金属母体複合物質に関する。 本発明はさらに、容積で１乃至約30パーセントの第２
相粒子が、約１ミクロンの結晶粒の大きさを持つ金属母
体中において、比較的均一に分散されている金属−第２
相複合物に関する。 好ましい実施態様の説明 本発明は、多孔性のもろい母体−第２相親濃縮物が稠
密な複合体生成物に変換されている高品質金属母体複合
物を造るための新規な技術に関する。この技術は、分離
した分散質粒子から成る親濃縮物、スポンジまたは中間
物質であって各粒子が中間母体金属に包まれておりかつ
濃縮物内の他の分散質と実質的に結合していないものを
造ること、引続いてこの濃縮物を追加のホスト金属内に
混合することを含む。 中間物質またはスポンジの製造に関する反応の詳細な
説明は1984年10月19日受理の、本出願人の親出願第662,
928号に記述されている。そしてその開示は本書に参考
として組み込まれている。 つぎの説明において、「ホスト金属」および「ホスト
金属浴」の用語は本発明の別の実施態様であって溶融ホ
スト金属の浴が用いられているもの、または後で加熱さ
れて溶融金属となる固体ホスト金属が用いられているも
のに対して等しく適用されるものと理解されるべきであ
る。 ある場合には、「ホスト金属」は従来の金属、金属合
金または金属間化合物以外の物質から成ってもよい。例
えばホスト金属が微細に分散した酸化エルビウム、トリ
ア、アルミナなどを含有する金属のような分散強化金属
であってもよい。これらの場合重要なことは、予め存在
する分散が溶融金属中において、中間物質を導入するの
に必要な時間／温度に対して安定であることである。同
様に、本発明に基づいて造られる金属−第２相複合物も
ホスト金属として用いられる。第２相分散物を含有する
物質をホストとして使用することの利点は第２相の種
類，形状，量などに関する２峰性の分布が造られること
である。１つの例は本質的に等軸のTiB2粒子の分散体を
含有するアルミニウム母体の使用であってこれに対して
TiNの針状粒子を含有する中間物質が加えられる。分散
強化と高温クリープ抵抗の両方が得られる。これまでの
説明に基づきつぎのことが理解されなければならない、
すなわち「ホスト金属」または「ホストの金属、金属合
金または金属間化合物」という用語は予め存在する第２
相の分散を含有する上述の各種物質を含んでいる。 本明細書において用いられている溶媒金属という用語
はその中で第２相形成成分が結合または反応する反応媒
体を指すものとする。一方中間金属および中間金属母体
という用語は析出物含有母体を指すものとする。中間物
質または多孔性スポンジは、したがって溶媒金属、溶媒
金属の合金または溶媒金属を含む金属の混合物などの母
体中に第２相析出物を含有する。 本発明は材料科学における、そして特に金属−第２相
複合物の分野において従来の考え方とまったく反対の２
つの特徴を包含する。第１に、この方法は、強度および
結合力が弱い、多孔性である、などの欠陥の多い予め造
られた成形体を用いることができる；そしてつぎにこの
方法はこれらの予め造られたものを溶融金属と組合わせ
て利用して高品質の、稠密な物質を回収し、そして回収
物の性質は本発明によって、特定の用途の要求に適合す
るように自由に変えられる。 最初につぎのことに注意すべきである、すなわち上述
のとおり品質の劣る成形体の回収をもたらす方法は従来
技術においてはこれまで無益と考えられて来た生成物を
産出する。例えば、SHSによるセラミック物体の製造に
おいて、有益なセラミック形状物または部品を製造する
ための方法における問題は本来的に自己伝搬合成によっ
て機械的品質の劣る物体がしばしば造られることであ
る。したがって、拡散、焼結および高密度化を促進する
温度における高圧化のような方法によってこのような物
体の品質を向上させる試みが行なわれている。これに反
し、もろさ、低強度および多孔性のような性質はここに
開示する方法においては長所であることが見出されたこ
とは驚くべきことである。このような劣質の成形体の製
造方法として特別な感心が現場析出技術に向けられる。
しかし実質的に不活性な金属の存在のもとにおける第２
相形成発熱反応もまた本発明の範囲内と考えられる。 本発明の第２の驚くべき特徴は、溶融金属は金属、セ
ラミックおよび複合物の製造および使用敷に特に避ける
べきであることは業界において、よく知られているが、
これを使うと複合物の製造が有利になることである。例
えば従来の多結晶質金属に溶融金属を浸透させると、結
晶粒境界剥離、亀裂伝搬の促進化、したがって脆化をも
たらす。その結果、例えば溶融金属の金属容器（より高
融点の）内収容に関しては、強度と堅牢さが段々失われ
る（液体金属脆化の現象）ため従来から問題がある。同
様に、セラミックを溶融金属と接触する用途に使うとき
に、最も化学的に不活性で抵抗力のある物質の場合でも
溶融金属腐蝕のため使用寿命が常に問題になっている。
したがって、例えばTiB2による溶融アルミニウムの収容
は、長期の、そしてなお実用的に未解決の問題であり、
それは溶融金属がセラミックの粒子境界にそって滲透
し、そこで汚染物との反応が行なわれるからである。進
行する滲透と反応が究極的に粒間の結合の喪失、機械的
弱さおよび崩壊につながる。 溶融金属の存在は、その導入を避けることが極めて重
要視されている金属−第２相複合物の製造および使用に
おいても同じく不都合である。発生する問題の種類を説
明するいくつもの例が知られている。すでに指摘したと
おりAl中のSiC複合物の製造において、溶融金属と微粒
子（または溶融金属の浸透の場合のセラミックの骨格）
との長時間の直接接触を避けるために適切なコーティン
グ方法のような注意を払わなければならない。このよう
な注意を怠ると、金属とセラミックが互に反応し、そし
てこれは明らかに微粒子強化の度合いを減少させるのみ
でなく、複合物をその後極めて腐蝕されやすくする反応
生成物を生成する方法である。SiC/Alを溶接しようとす
るときに同様な問題が起こる。何故なら、母体金属の融
点より高温になったとき同じ有害な反応が起こるからで
ある。トリアー分散（TD）ニッケルの場合、複合物は液
体金属（インゴット治金）とは異なり固体粉末治金技術
によって製造される。何故ならトリアセラミックは表面
張力の作用のため分離しやすく、そして溶融物の表面に
浮き上がることすらあるからである。SiC/Alの場合と同
様に、ここでも溶接が問題になる。それは溶融金属の存
在が今度は上述の分離を起こさせるからである。 したがって、品質の悪い金属−第２相予備成形物を溶
融金属と組み合わせても有益な生成物の回収は困難であ
ると予想されるであろう。しかし本発明の開示に基くこ
れらの特徴を用いると予期されなかった、そしてまった
く計り知れない利益が生み出される。すなわち従来技術
を用いて現在まで得られなかった生成物が造られる。 上述の新規かつ有益な製造方法の特徴に加え、現場第
２相沈澱方法から得られる利点、例えば金属と第２相間
の清浄な、密着した境界面について述べる。本発明によ
って、その現析出方法本来の欠点を避けながらこの操作
の利点を組込むことができる。微細な析出物の製造のた
め、現場の操作は必ず粒子の成長をもたらす高温におけ
る長期加熱を避けなければならない。このため、短時間
の発熱反応の熱が現場操作を完了させるのに十分である
ように、比較的高濃度の分散質先駆体が好ましい。分散
質濃度の低い場合、反応を完了させるために加えられる
べき外部熱の量と時間は粒子の成長が問題になる程度に
達する。そのため生成物中に回収される第２相の装入量
の範囲はこれらの境界条件のために制約される。しか
し、本発明を適用すればこれらの制約は無くなる。何故
なら、粒子形成操作が、希望される形態、大きさ、種類
およびその他の特性を持つ第２相を製造するのに最も有
効に役立つ環境のもとで装入量の水準を考えることなく
行なわれるからである。この予備成形物はその後、本発
明の開示に基いて、各種の量で溶融ホスト金属と混合さ
れて、回収生成物中の分散質濃度のあらゆる範囲のもの
に造られる。 本発明は微細粒子の第２相物質、例えば耐火性の硬質
金属ホウ化物またはアルミナイドを代表とするセラミッ
クまたは金属間化合物を現場析出させるための新規な方
法を金属、合金または金属間化合物系内に組み入れ、上
述の親濃縮物、スポンジまたは中間物質として用いるの
に適切な中間金属−第２相複合物を生成できる。しかし
この方法はまた溶融ホスト金属中に、より大きな粒子の
第２相物質であって、その大きさが構成要素の脆化また
は延性の損失などをもたらさない程度のものを導入する
のに用いられる。新しい複合物の改良された性質は剛性
に制限のある用途における重量の節約、より高い運転温
度、そして付随するエネルギー効率の改善および摩耗を
受けやすい部品における損耗の減少などをもたらす。こ
のような物質の特定の用途はタービンエンジン部品例え
ば羽根の製作である。 この分野において、つぎのことにも注意されるべきで
ある。すなわち本発明の金属−第２相生成物はまた母体
物質として、例えば長繊維で補強された複合物における
使用に適切である。したがって、例えば本発明の粒子補
強のアルミニウム複合物が特定の方向に関する性質を改
善するため長いSiCまたは炭素繊維と組合わせて用いら
れてもよい。このような物質の代表的な製造方法には薄
いレイドアップ（layed−up）シートの拡散接合（diffu
sion bonding）および溶融金属法が含まれる。溶融金属
法の場合、第２相物質のない未改良金属に比較して金属
の濡れが複合体によって改善されるという利点がある。
例えば、本方法によって造られる分散TiB2含有溶融アル
ミニウムはグラファイトを濡らすが、補強されていない
アルミニウム金属は濡らさない。このように、グラファ
イト繊維−アルミニウム母体複合物は本発明の金属−第
２相複合物を母体物質として用いて有利に造られる。 第２相形成要素が溶媒金属中で反応させられて中間金
属母体中に第２相物質の微細に分割された分散体を形成
する方法が示される。第２相形成成分は溶媒金属の融点
またはその付近で最も結合しやすく、そしてこの反応の
発熱性が原因となって非常に急激な温度の上昇または突
起が生じ、これが他の金属部分を溶融させると同時にさ
らに第２相形成成分の反応を促進する効果を持つ。 反応性のある元素が固体の溶媒金属中で実質的拡散性
を持つ系においては溶媒金属の融点よりもはるかに低い
温度において反応を開始できる。したがって、固体状態
の開始が可能であって、そのとき液体状態は達成される
か、または達成されない。 適切な第２相セラミック析出物の代表例は反応してセ
ラミックを生成できる元素のホウ化物、炭化物、酸化
物、窒化物、ケイ化物、硫化物および酸硫化物であっ
て、この元素には周期表の第３乃至第６族の遷移元素が
含まれるがそれに限定されない。特に有益なセラミック
−形成または金属間化合物−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、ニオブ、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
ンおよび希土類元素が含まれる。特に有益なその他の金
属間化合物−形成元素には銅、銀、金、亜鉛、スズ、白
金、マンガン、リチウムおよびベリリウムが含まれる。
好ましい第２相物質には二ホウ化チタン、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および窒
化チタンが含まれる。 溶媒金属としては、第２相の成分を溶解または少し溶
解することができて、かつ第２相析出物を溶解する能力
のより少ない金属を用いることができる。したがって溶
剤金属成分は特定の反応物質に対しては溶媒として作用
しなければならないが希望される第２相析出物の溶媒で
あってはならない。本発明の方法において溶媒金属は初
め溶媒として作用すること、および第２相析出物の成分
の相互の親和力が溶媒金属に対するいずれの成分の親和
力より大であり、溶媒金属は発熱反応の時間枠内におい
て第２相分散質と反応しないということに注意されるべ
きである。さらに重要なことは、第２相形成反応が反応
を実質的完結にまで進めるのに十分なエネルギーを放出
することである。母体と分散質との組み合わせは多数考
えられるがある与えられた母体中の現場析出相（セラミ
ックまたは金属間化合物）の選定はこれらの基準によっ
て制限されるということは注意されなければならない。 適切な溶媒金属にはアルミニウム、ニッケル、チタ
ン、銅、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、
鉄、ケイ素、モリブデン、ベリリウム、銀、金、タング
ステン、アンチモン、ビスマス、白金、マグネシウム、
鉛、亜鉛、スズ、ニオブ、タンタル、ハフニウム、ジル
コニウム、およびこれらの金属の合金が含まれる。 ホスト金属は、第２相析出物がその中に溶解せず、そ
して中間物質混合工程、その後の製造および／または再
鋳造の時に関与する時間／温度状況の間に第２相がそれ
と反応しない金属であればいずれでもよい。ホスト金属
は溶媒および／または中間金属を溶解するかそれと合金
を造ることができなくてはならず、そして中間物質を濡
らさなければならない。したがって、ホスト金属は溶媒
金属、溶媒金属の合金または溶媒金属および中間金属が
共にその中で溶解できる金属である。重量で約５パーセ
ントまでのリチウムを含有するアルミニウム−リチウム
合金のような合金をホスト金属として使用すると合金の
有利な性質を実質的に保持しながら例えば弾性係数、高
温安定性および耐摩耗性を増すことができる。ただしあ
る軟質合金において延性の損失が生ずるかも分からな
い。例えば、重量で約５パーセント乃至約40パーセント
の二ホウ化チタンを含有する7075アルミニウム合金は経
時硬化に関し7075合金単独のものと同じ有利な効果を示
すが、弾性係数、高温能力における大幅な増加、より大
きい高温安定性およびきわめて高い耐摩耗性を示す。ア
ルミニウム−リチウム合金は、その高いモジュラスと低
密度特性の故に特に重要である。リチウムをアルミニウ
ムに対し１重量パーセント加えるごとに、約６パーセン
トだけ密度が減少する。さらにリチウムは溶融アルミニ
ウムの表面エネルギーを大幅に減少させ、そしてこのこ
とによって中間物質が溶融アルミニウム−リチウムホス
ト金属と接触させられたときに中間物質の濡れと浸透が
助けられると考えられる。さらに本方法の複合物は鋳
造、鍛造、押出し、ロール掛け、機械加工などによる実
質的に従来からの方式によって加工できる。本方法によ
る複合物はまた、再溶融および再鋳造できるがその間に
あっても第２相粒子の分布の均一性を実質的に保持し、
そして微細な第２相粒子の大きさ、微細な結晶粒の大き
さ、などを保持し、それによって付随する物理的性質の
改善が維持される。後処理および後加工における明白な
利益を別にして、これらの物質を再溶融または再鋳造で
きることは公知の従来技術による金属−セラミック複合
物とは異なってそれらの再生利用および再使用を可能に
する。 本発明によれば、現場析出は、第２相濃縮物を含有す
るある程度多孔性の、すなわちスポンジ−状の複合物の
製造を可能にする。そしてこれは結局、制御された方式
で第２相を溶融ホスト金属中に導入するのに用いられ
る。したがって、複合物は、例えば二ホウ化チタンのよ
うな第２相を高い濃度でアルミニウムのような中間母体
金属中に含有する中間物質の形で造られる。この中間物
質はその後ホストの金属、金属合金、または金属間化合
物の溶融浴に加えられるか、固体のホストの金属、金属
合金または金属間化合物と混合されてそれからホスト金
属の融点より高い温度に加熱されて、第２相の必要な装
入量を有する複合物に到達する。ホスト金属は中間物質
の中間母体金属と同じか異なってよい。 本発明の方法に基き、最終用途および生成物に希望さ
れる性質に応じて、各種の量の第２相物質が複合物質に
組込まれる。例えば係数の書い分散強化合金を造るた
め、容積で約0.1乃至約30パーセント、そして好ましく
は容積で約５パーセント乃至容積で約25パーセント、そ
してさらに好ましくは容積で約５乃至15パーセントの範
囲の第２相を用いる。しかし分散強化以外の目的には、
必要な性質の組合わせを持つ複合物を造るために第２相
の容積割合は、容積で約１パーセントから延性が許容で
きない程犠牲にされる点までの範囲内で大きく変化でき
る。複合物組成の第１の決定要因は生成物の用途であ
る。したがって、バイトなどの用途には、必要とされる
特性は造られる複合物質の摩耗および切削（Chip）抵抗
である。反応体と溶媒物質の割合を制御することによっ
て希望される性質のある範囲を実現するため組成を効果
的に合わせることができる。 第２相の量を制御することのほか、母体と第２相の種
類を操作することによって物質を効果的に設計すること
ができる。したがって例えば、分散強化金属または金属
−第２相複合体をホストとして用いることによって補強
された母体が得られる。中間金属母体中に、例えば高ア
スペクト比（aspect ratio）の針状物のような別の種類
の分散質を加えることができる。生成物に対する最終的
なエンジニアリング要件に応じて、このような制御を広
範囲に行なって母体および第２相の種類、量、形態など
を造り出すことができる。 「スポンジ」という用語は前述のとおり現場析出第２
相−中間金属母体複合物または中間物質である。「スポ
ンジ」の多孔性の度合いは、第２相形成反応開始の前
か、反応中か、または反応後に真空脱ガスまたは圧縮な
どの処理を行なって変えられる。中間物質またはスポン
ジの気孔率はもし希望されるなら、反応開始前の真空脱
ガス操作によって最少にできる。脱ガス工程の適用真空
度および温度は吸収された水分またはその他のガスの蒸
発および拡散速度から純粋に決定される。高真空および
高温が脱ガス操作を促進する。 脱ガス工程がないと、造られる複合物は比較的多孔性
であり、理論的密度に比較して比較的低密度である。大
抵の場合、気孔率の大きいことが好ましい。何故なら、
中間母体のホスト金属へのより迅速な溶解が助長される
からである。ある場合には気孔率促進剤、例えばマグネ
シウムまたは亜鉛のような低沸点金属を初期の反応混合
物中に組込むのが望ましいぐらいである。促進剤は現場
反応の間に蒸発し、そのため得られる中間物質の気孔率
が増す。このような状態のとき、「スポンジ」と呼ばれ
そして一般的に高い第２相の挿入量を持つこの物質は測
定された容積のホスト金属（分散質が最初にその中で形
成された中間金属母体と同じであっても異なってもよ
い）に加えられて、特定の所望の第２相の容積割合を達
成する。 中間金属母体中に比較的大量の第２相が得られ、同時
に中間母体金属内で離散した第２相粒子の実質的に均一
な分散が保持できる。金属母体内の第２相の均一な分散
は長期間求められていた。大抵の場合、最終母体物質と
なる溶融金属の存在のもとに希望される第２相を直接析
出させることは有利でないか不可能であった。希望され
る母体物質中で直接第２相を現場で形成できるとして
も、発熱性の第２相形成反応による温度上昇にさらされ
る溶融金属を大量に取り扱うことになるので大容積の複
合物を直接生産するのに現場形成の方式を使用するのは
望ましいことではない。 驚くべきことには、本発明はこのような問題を高濃度
の第２相を含有する中間物質を形成することによって解
決した。複合物の第２相は形成されるとき従来技術のセ
ラミック粉末上に生成する酸化物または他の有害な被覆
層に煩らわされない。本発明のセラミックのような現場
形成の第２相であって中間金属母体中に均一に分散して
いるものが溶融ホスト金属浴に導入されて、中間金属中
の第２相粒子は浴全体に再分散される。浴の溶融ホスト
金属は希望される第２相の現場析出が欲の中で起り得な
いかまたは起り難い組成のものである。そのため、中間
母体以外の金属にミクロン以下およびそれ以上の大きさ
の第２相粒子の均一な分散が与えられる。溶融ホスト金
属はまた中間物質の中間母体金属と同じであってもよ
い。しかし中間物質に比して容積が大であるから現場第
２相析出は起り難いか制御が困難であり、あるいは均一
な分散を達成することができない。 微細な第２相粒子を溶融金属浴に直接導入するという
従来技術の提案は技術的に困難であって、固化時にあま
り望ましくない性質の金属生成物を造る。それは酸化物
のような有害な層によるものであってこれは溶融金属浴
に導入する時かその前に、各第２相粒子表面に生成す
る。本発明の第２相粒子は現場で造られるからこのよう
な有害な被覆または層を持たない。したがって、本発明
は予想外に勝れた性能の金属生成物を造る。 現場析出によるスポンジまたは中間物質を造るための
３つの基本的な方式が本発明に基づいて確認されてい
る。第１方式において、出発物質は各溶媒金属および形
成される第２相の個々の成分のそれぞれの粉末で構成さ
れる。例えばアルミニウム、チタンおよびホウ素の混合
物が反応してアルミニウム中間母体中の二ホウ化チタン
の分散体を形成する。 発明の第２方式において、個々の合金が反応させられ
るが、その１つの合金は溶媒金属と第２相の１成分との
合金から成り、もう１つは同じ溶媒金属または溶媒金属
が容易に合金を造る別の金属と第２相の他の成分の合金
から成る。共通金属の２合金を用いる１例として、アル
ミニウム−チタン合金とアルミニウム−ホウ素合金との
混合物を反応させて、アルミニウム中の二ホウ化チタン
の分散を生成させる。この合金−合金の反応方法は元素
の方法より比較的遅いことがあるが、用いられる合金は
元素粉末より安価であるから経済的な長所を持つ。 第３の反応方式は上述の２方式の組合わせまたは中間
である。したがって、１つの反応種と溶媒金属を含有す
るか溶媒金属である金属を含有する予め造られた合金を
第２の反応種である元素粉末を反応させることができ
る。例えばアルミニウム−チタン合金を元素のホウ素粉
末と反応させる。この反応方式は合金−合金反応方式よ
り比較的安価であるかも分からないが、より迅速な反応
がもたらされ、つまり合金−合金の方法によって得られ
るよりも微細な粒子析出物の形成を可能にする。しかし
合金−元素粉末反応方式は、殆んどの場合、元素粉末方
式よりも遅いが比較的安価である。 なお、３つの反応方式は異なる物理状態において生じ
る可能性がある。溶媒援助反応から成る始めの２つの基
本方式のいずれも、３つの物理状態において行なわれ
る。反応種が液体の溶媒中を拡散することによって、元
素粉末は反応して所望の第２相となることができる。ま
たは拡散が非常に迅速であるときは固体状態における反
応の開始が可能である。反応はまたプラズマ装置におい
て行ってもよい。例えば２つの出発成分からなる電極間
にアークを打ち出させることによって、または成形され
そして粒状にされた出発混合物をプラズマ炎中に導入す
ることによって行なわれる。第３の反応方式もまた、３
状態のすべてにおいて行なわれる。すなわち、合金と元
素粉末の反応は液体状態、固体状態として、またはプラ
ズマ装置内で行なわれる。 つぎのことも注意されるべきである。すなわち錯化合
物ならびに複数の第２相がこれらの３つの反応方式によ
って析出しうる。したがって、二ホウ化ジルコニウムチ
タンのような錯体セラミックと中間金属母体の組合わせ
を造ることが可能である。 特につぎのことが注意されるべきである。すなわち従
来技術の教えるところによれば、元素金属合金または粉
末、特に粗大な粒子大きさのものの組合わせは金属間化
合物を生成する。事実、金属間化合物を造る従来方法は
例えばアルミナイドチタンを造るためにチタンとアルミ
ニウムの混合物を反応させ、また二ホウ化アルミニウム
を造るのにホウ素とアルミニウムの混合物を反応させる
ことが必要であった。したがってチタン、アルミニウム
およびホウ素の粉末から成る混合物はアルミナイドチタ
ン、二ホウ化アルミニウムおよびおそらく二ホウ化チタ
ンを統合する集塊を生産すると予想できる。これに反し
て、本発明は２つの反応性成分からの殆んど１種類だけ
の析出物が第３成分の母体中に微細に分散したものを形
成させる。つぎのことは重要である。すなわち、第２相
析出物質は溶媒金属に溶解しないが、第２相の成分は個
々に少なくとも少々は溶剤金属に溶解する。そこで発熱
的分散反応の機構は、各第２相形成成分のある量が溶媒
金属に溶解して拡散すること、そして一方溶液中におい
て（液体または固体状態）発熱的に反応して不溶性の第
２相となり、これが微細な粒子として迅速に析出すると
いうことに依存している。溶媒金属は反応性の元素がそ
の中で拡散し結合する媒体となる。開始反応が１度起こ
ると、発熱反応によって放出される熱が原因となって別
の溶媒金属が溶融し、それによって反応成分の溶媒金属
中への拡散を増進させ、そして反応を完結させる。 反応の開始および反応性成分の消費に続く冷却期間は
非常に微細な粒子大きさを達成するためおよび粒子の成
長を抑えるために重要である。高温においては、第２相
粒子は成長または互に焼結を起しうることが知られてい
る。これはまた殆んどの場合、避けるべきである。それ
は粒子が大きいと延性に悪影響するからである。反応の
冷却または急冷はある意味では自動的である。何故なら
第２相形成成分が１度完全に反応してしまうと、もう熱
が放出されないから達成されていた高温を維持できなく
なる。しかし反応物質の系（mass）の量および／または
組成の制御によってある程度クールダウン（cool dow
n）の速度を制御できる。すなわち大きな熱の系はより
大きなエネルギーを吸収し、そしてクールダウンはより
遅い。このようにしてより大きな耐摩耗性に望ましい、
例えばバイト用に用いられるような大きな粒子の成長を
可能にする。 粒子の大きさに対する考慮は金属−第２相複合物生成
物の結晶粒の大きさに直接影響する。何故なら結晶粒の
大きさは分散質の粒子間空間によって制御されるのが一
般的であるからである。粒子間空間は分散質の容積割合
と大きさによって変化する。したがって、非常に微細な
第２相粒子の比較的高い挿入量は最も微細な結晶粒の生
成物物質を造る。一般的に、本発明による生成物の結晶
粒の大きさは５乃至15パーセントの容積割合の第２相に
対して１ミクロン付近である。結晶粒が微細であること
は例えば、精密な鋳造または疲労抵抗が必要とされる用
途において極めて重要である。１例として述べると、ジ
ェットエンジンのコンプレッサーディスク（disks）の
製造において、結晶粒の微細なことおよび気孔率の低い
ことが達成されなければならないことが知られている。
従来の物質の気孔率を初めに減少させるために、鋳造生
成物は熱間−均圧加圧される。しかし高温における長時
間の処理からもたらされる結晶粒の成長のために加えら
れる時間／温度処理の苛烈さが制限される。したがって
十分に稠密にすることと結晶粒の成長を最小限にするこ
との間を妥協させた結果の品質が得られる。本発明の複
合物製品はこのような用途に用いると有利である。何故
なら安定な、微細に分解された析出物の配列が結晶粒の
境界面を束縛し、そのため結晶粒の成長を抑える。した
がって上述の例において、気孔率を減少させるための熱
間−均圧−加圧において結晶粒の大きさのために妥協す
ることなくより高温とより長時間が可能である。 現場の第２相形成反応の場合、反応開始温度は一般的
に液体状態の反応に用いられる溶媒金属の融点に比較的
近いことが判明した。例えば、アルミニウム中間母体中
のセラミックの二ホウ化チタン第２相の生成において、
反応は約670℃またはアルミニウム溶媒の融点に非常に
近い温度で進行する。溶媒金属のない場合、チタンとホ
ウ素の二ホウ化チタン形成反応が約900℃以下の温度で
行なわれることは観察されていないということに注意す
べきである。反応を開始させるために融点に実際上達す
る必要はないが局部的に溶融が起る温度、または溶媒金
属への反応種の実質的な拡散の起こり得る温度が得られ
なければならない。ある場合には温度が上昇するにつれ
て出発成分の溶媒金属への拡散が可能となって溶媒金属
より融点の低い合金を溶媒金属との間に生成する。この
ようにして反応開始温度が低下する。 不純物に関して述べると、溶媒金属は従来の方法によ
って合金にできる。しかし反応性のある成分において、
多量の合金元素または不純物が問題を起こす場合があ
る。例えばホウ素中の多量のマグネシウムの存在はアル
ミニウム中間母体中の二ホウ化チタンの形成を阻害す
る。それはホウ素粒子の表面にマグネシウム−ホウ素錯
体を形成し、そのためホウ素の中間母体中への拡散を制
約するからである。しかしアルミニウム中のマグネシウ
ムの存在にはこの影響がない。すなわち、ホウ素そのも
のの中のホウ化物形成物質が望ましいホウ素の溶解また
は拡散ならびに引続く二ホウ化チタン形成反応を阻害す
る。同様に、出発成分粉末のまわりの厚い酸化物膜もま
た拡散と反応に対する障壁として作用する。吸収された
水蒸気のような外部からの汚染もまた酸化物または水素
化物のような望ましくない相を造るか、または反応が影
響される程度まで粉末が酸化される。 つぎのことに注意されるべきである。すなわち本発明
の中間物質生成方法において、１つの成分と溶媒金属の
反応から生成される望ましくない化合物は、他の成分を
過剰に加えることによって本質的に除去される場合があ
る。例えば、二ホウ化チタン−アルミニウム中間物質に
おけるアルミナイドチタンの生成は化学量論的割合を超
える追加のホウ素を第２相形成反応の開始前に混合物に
加えることによって実質的に防止され得る。ホウ素は元
素ホウ素、ホウ素合金またはホウ素ハロゲン化物の形で
あってよい。このようなホウ素の添加はまた、鋳造操作
時の溶融物粘度に悪い影響を与える遊離のチタンを二ホ
ウ化チタンに変えるという利得をもたらす。 つぎのことにも注意されるべきである。本発明の中間
物質生成方法に基き、複数の系から成る錯体の析出が生
じ得る。すなわちアルミニウム中間母体中にTi（Ｂ0.5
Ｃ0.5）のような錯体の相を析出させたり、二ホウ化チ
タンと二ホウ化ジルコニウムの混合物を析出させること
ができる。これはつぎの反応に基く： Ti＋Zr＋4B＋Al→TiB2＋ZrB2＋Al チタンのジルコニウムによる置換またはその逆もまた可
能であって一般的な種類（Ti,Zr）B2のホウ化物が生成
される。 融点の高い金属と融点のより低い溶媒金属の合金を造
るか、混合物を造ることによって、融点の高い金属中に
低温の溶媒援助反応を行なわせることもできる。例え
ば、重量で20パーセントまでのアルミニウムを含有させ
ることによってコバルト、クロムおよびニッケル母体中
に620℃のような非常に低い温度で二ホウ化チタンを析
出させた。合金を造るアルミニウムが存在しないとき、
反応は約900℃またはそれ以上の温度を必要とする。 さらに、本発明は母体金属が取扱い上有毒な、または
危険である金属−第２相複合物を造るために用いられ
る。例えば高温ベリリウムは非常に有毒であり、ベリリ
ウム中に第２相を析出させるために発熱性の高い反応を
用いることはきわめて有害である。したがって銅の中間
金属母体が用いられて中間物質が造られ、これがベリリ
ウム中に溶解して銅と合金を形成ベリリウム母体とな
る、そして当該母体はその中に均等に分散したミクロン
以下の分散質を含有する。この方法によって造られるベ
リリウム第２相複合物は微細な結晶粒の大きさを持ちす
ぐれた低温延性を示す。 本発明によれば、粉末は着火前に成形される必要はな
い、しかしそのようにすることによって拡散、したがっ
て低温における反応の開始が容易になる。例えば、アル
ミニウム、チタンおよびホウ素のゆるい粉末混合物は約
670℃までは反応しないが、一方非常に圧縮された粉末
は約620℃で反応する。これは局部的な溶融および拡散
の増大によるものであって、粉末が密に近接している時
に可能である。 出発粉末は大気への露出による甚だしい酸化から保護
されなければならない。酸化が成分の溶媒金属への拡散
を制約するからである。そして高温における酸化を避け
るため反応は不活性ガスの存在のもとに行なわれるのが
好ましい。 第２相の粒子成長を制御するための方法もまた開示さ
れる。従来の技術において知られているとおり、少量よ
りも大量の物質の場合の方が例えば発熱的突起によって
生じた高温は高く維持され、より遅く静まる。これらの
高温状態が長時間続くことはセラミックの粒子成長に好
ましい。そこで、現場形成第２相の比較的寸法の小さい
濃縮物またはスポンジの製造はより速い冷却を容易に
し、そして後述するように第２相の粒子成長または焼結
を抑える。 元素粉末方式に用いられる先駆体粉末の粒子大きさは
あまり重要でない。しかし、第２相反応生成物の粒子の
大きさは温度上昇速度、反応温度、クールダウン速度、
結晶化度および出発物質の組成によって異なる。適切な
出発粉末の大きさは、５ミクロン未満乃至200ミクロン
より大きい範囲である。経済的理由から通常大きい粒子
の粉末が用いられる。中間金属母体中の析出第２相の粒
子の大きさは約0.01ミクロン未満乃至約５ミクロンまた
はそれ以上に変化できることが判明しているが上述の要
因によって異なる。 特定の反応物の性質が粉末粒子の大きさよりも大きな
影響を、生成される第２相粒子の大きさに与えることが
ある。例えば無定形のホウ素を使用すると、結晶性のホ
ウ素を用い、それ以外の点では同じ混合物の場合よりも
微細な粒子の二ホウ化チタンが析出する。特定の大きさ
の粒子から成る第２相の析出は出発組成、反応温度およ
びクールダウン速度を適切に制御して選択的に制御でき
る。 高挿入量の第２相を含有する比較的多孔性の複合物の
製造は高純度のかつ所望の大きさの粒子の第２相分散質
の製造技術を提供する。これらの分散質は所要の濃度に
なるように金属の別の容積中に導入される。これは中間
母体金属を選択的に溶解させ、そして溶解媒体中に第２
相粒子の懸濁物を生成することによって達成される。溶
解媒体が別の金属であるとき、第２相がその中では直接
析出しない母体内における第２相の分散が実現されるこ
ともある。ホスト金属の融点が中間母体金属の融点より
高いこと、および２つの液体金属に十分な混和性があっ
て合金／結合が確保されることが好ましい。例えば、チ
タンはつぎのようにして補強できる：アルミニウム中に
二ホウ化チタンを析出させ、その後、二ホウ化チタン／
アルミニウム複合物を溶融チタンに導入して中間母体を
溶解させ、分散した二ホウ化チタンを含有するチタン−
アルミニウム母体を形成する。 融点のより高い中間母体金属を融点のより低いホスト
金属中に、中間母体金属の融点より高い温度において溶
解させることは可能であるが、ただし２つの液体金属の
十分な混和性があって合金／結合が確保されるという条
件付きである。また中間母体金属の融点以下でも可能で
ある。ただし例えばホスト金属に加える前に、中間物質
を粉砕して溶解のための金属の露出面積を増加すること
によって固体の中間母体金属のホスト金属中への液体溶
解度が十分であるという場合である。 上述の析出方法によって複合物質を製造するために成
分と溶媒金属を選択するときに重要なことは、生成した
第２相物質が大量の溶融物中において溶解度が低いこと
である。例えば大量の溶融物の温度において５重量パー
セント、そして好ましくは１パーセント以下の最大溶解
度である。そうでないと、第２相物質のかなりの粒子成
長が長時間にわたり起こる可能性がある。複合物質の殆
んどの用途に対し、第２相粒子の大きさはできるだけ微
小でなければならず、したがって粒子の成長は望ましく
ない。ホスト金属の溶融物中で、生成した第２相物質の
溶解度が低いとき、分散された第２相粒子を含有する溶
融物は溶融状態でかなりの時間第２相粒子の成長を起さ
ずに維持できる。例えば二ホウ化チタンの分散粒子を含
有するアルミニウムの溶融物を３乃至４時間溶融状態に
粒子の成長をほとんど起こさずに維持できる。 上述のとうり、本発明は最初に目的とする複合物質の
中間物質の濃縮物を造ることに関する。一般的に中間物
質の混入方法は最初に１以上の金属、およびセラミック
または他の第２相形成成分からなる反応体の混合物を造
り、それから加熱して本書に述べるとうり現場反応を行
なわせて、中間金属母体中に分散されたセラミックまた
は他の第２相物質の微細な粒子を形成させることを含
む。上記の方法によって造られる第２相物質の濃度また
は挿入量は一般的に高い方である。例えば約10重量パー
セント以上、好ましくは15パーセント以上乃至80または
90重量パーセントあるいはそれ以上の第２相物質が生成
複合物中に含まれる。一般的に、約10重量パーセント以
下の濃度はさらに希釈するには不経済であり、また約90
パーセントを超える濃度は推奨できない。それは凝集、
粒子の成長、および焼結が均一な粒子の分布を妨げるか
らであるがこれは特定金属／第２相の系によって異な
る。固化の後、中間物質は都合のよい大きさに粉砕され
る。代案として、反応溶融物を固化せずに直接溶融金属
に導入できる。溶融物はまた、噴霧微粒化（spray atom
ization）などの方法によって直接粉末にできる。 本発明の中間物質混入方法において用いられる第２相
含有物質を造るのに別の方法がある。特に代表的なもの
に、ブレッズ、メルツアノフ、ブォーダール、およびギ
ーセンによって開示されている方法の改良および変更が
含まれ、そしてこれらの方法はすでに説明済みであり、
参考として本書に組み込まれている。本発明におけるホ
スト金属に加えるのに適した別の中間物質製造方法は第
２相形成成分と溶媒金属粉末を混合し、圧縮成形するこ
と、その後成形体に局部的に着火して成形体全体に伝搬
する第２相形成反応を開始させて、実質的に不活性な溶
媒金属内に第２相粒子の分散を形成させることから成
る。第２相形成成分および溶媒金属は個々の粉末として
提供されるか、１種類以上の第２相形成成分が溶媒金属
との合金として提供される。 本発明の混入方法において有効に用いられるために
は、このような金属−第２相物質がある基準を守ること
が重要である。例えば母体金属はホスト金属母体との合
金／結合が容易でなければならず、一方において第２相
の分散質は、混入方法において必要とされる時間／温度
の状況の間にホスト金属母体と反応してはならないしそ
れに溶解してはならない。第２相含有物質を造る適切な
方法は不活性な金属相の存在における発熱的第２相生成
反応であるのが一般的である。実質的に焼結していない
第２相粒子を生産する方法のみが本発明において有益で
ある。さらに第２相含有物質は溶融ホスト金属によって
濡らされて、溶融ホストの全体にわたる第２相の分散を
促進されるべきである。 中間物質混入方法のつぎの工程は中間物質をホスト金
属に加えることであって、この金属は中間物質形成の現
場析出反応において用いられた溶媒金属と同じか異なる
金属でよい。一般的に、この添加は溶融ホスト金属の溶
融物を造り、その溶融物に中間物質を加えるか、または
中間物質と別のホスト金属の両方を固体の形で容器に入
れ、それからホスト金属が溶けるような温度まで加熱す
ることによって行なわれる。中間物質を溶融金属に導入
するための別の代替方法は、微細に粉砕された中間物質
をアルゴンのような不活性な、または塩素のような反応
性のガス流れより適切な鋼管（lance）を使って、注入
することによって行なわれる。反応性ガスの使用はま
た、溶融物から酸素および水素を除去するのに望まし
い。溶融物中の第２相物質の分散は機械的撹拌、ガス吹
き込み、誘導撹拌、超音波エネルギーなどによって造ら
れる溶融物の撹拌によって容易になる。例えばアルミニ
ウム中間母体中に約60重量パーセントの二ホウ化チタン
を含有する中間物質をホストアルミニウムに加えるのに
好ましい方法はホスト金属を750℃に加熱し、中間物質
を粉砕して、溶融物を機械的に撹拌しながらこれに徐々
に加え、溶融物の撹拌を５分間続けて、750℃において
溶融物を10分間放置し、溶融物をさらに５分間撹拌し、
そして750℃において溶融物を鋳込む。溶融状態におい
て、フラックス、清掃剤、の使用などの各種の清浄化方
法を用いて溶融物から酸化物などの不純物を除くことが
できる。例えば、チタン系の物質においてエルビウムの
ような希土類元素の少量の添加は隙間の酸素に対する清
掃剤として有効である。第２相物質の分散が完了する
と、溶融物はチル鋳造のような従来の方法によって固化
されて気孔率の非常に低い複合物となる。固化の前の
過もまた望ましい場合がある。上述の方法において、溶
融金属および母体金属はまた金属合金および金属間化合
物を含むものとする。 中間物質、特に多量の第２相物質を含有するものを使
用することは有利である。何故なら中間物質の単一のバ
ッチを造っておくだけで、それを用いて異なる量の第２
相を含有する広い範囲の複合物を造れるからである。別
の利点は溶融物を造るのに用いられるホスト金属は粉末
の形でなくてよく、これによって原料物質製造コストを
かなり低減できることである。さらに、中間物質混入方
法によると、希望の種類、大きさ、および形態の粒子の
生成に都合のよい溶媒金属中で第２相物質を形成させ、
そしてその後その粒子を例えば融点の相対的な差のため
にそのような粒子を現場析出によってはその中に造られ
ない溶融ホスト金属中に組み込むことができる。 中間物質混入概念を使用することの利点はさらにつぎ
の事実である。すなわち、溶媒金属中における第２相物
質の現場析出において、第２相物質の粒子の大きさは第
２相物質の配合濃度と関係するようである。例えば二ホ
ウ化チタン−アルミニウム複合物において、粒子の大き
さは約40−60パーセントの第２相物質まで濃度が高くな
るにつれて減少し、それから濃度が100パーセントに近
づくにつれて粒子の大きさは増加する。また、粒子相互
の焼結は第２相の容積割合が約70パーセントを超えて増
加するにつれてその発生率が増加する系がある。したが
って、例えば第２相濃度の低い最終の複合物中のできる
だけ微少な粒子の大きさが希望されるとき、２ホウ化チ
タンを40−60パーセントの濃度範囲で含有する第２相含
有近物質を造ってできるだけ微細な粒子を生成し、その
後その中間物質を希望される第２相の濃度になるように
混入する。 本発明の中間物質混入方法において、中間物質中の未
反応成分は中間物質が溶融ホスト金属に加えられたと
き、大きな粒子の金属間化合物の形成のような望ましく
ない作用を起こすが、その１部分は溶解ホスト金属に他
の成分をより多く加えることによって本質的に除去され
る場合がある。例えばアルミニウム−二ホウ化チタン中
間物質中の未反応チタンは溶融ホストアルミニウムの浴
に加えられたときアルミニウムと結合して溶融物の粘度
に悪影響する。しかし溶融ホストアルミニウムにホウ素
を加えることによって、実質的にすべての遊離チタンは
ホウ素と結合し（したがって、二ホウ化チタンを生成す
る）、そしてこれらの問題を解消する。 実施例１と２は液体状態と固体状態における粉末−粉
末方式の反応におけるアルミニウム中の二ホウ化チタン
の微細粒子析出を説明する。特記しないかぎり、例にお
ける百分率は重量によるものである。 実施例１ 重量で34パーセントのチタン粉末、重量で16パーセン
トのホウ素、および重量で50パーセントのアルミニウム
の混合物を6.45cm2（１平方インチ）あたり17,236kg（3
8,000ポンド）に均圧（isostatically）圧縮した。成形
体を800℃に設定された炉内で加熱した。約670℃に達し
たとき、温度が急に上昇して約1250℃が記録された。温
度上昇速度は非常に大であった（毎分900℃より大）。
その後毎分約400℃の急速なクールダウン速度になっ
た。その後の試験において、サンプルはアルミニウムの
母体中に二ホウ化チタン粒子の微細な分散体（0.1〜３
ミクロン）を含有することが見出された。 実施例２ 20.5パーセントのチタン、9.5パーセントのホウ素お
よび重量で70パーセントのコバルトの混合物を１平方イ
ンチあたり18,144kg（40,000ポンド）に均圧圧縮し、炉
内で加熱した。800℃において著しい発熱反応が生じ温
度は約1600℃に上昇した。その後Ｘ−線解析によってコ
バルト母体中の二ホウ化チタンの存在が確認された。反
応種の十分な拡散が起こり得るなら開始温度は、この場
合1495℃の溶媒金属の融点以下になり得、そして反応は
固体状態で開始できることがここで示された。 液体状態における合金−合金の反応は以下に述べる実
施例３と４によって例示される。 実施例３ ２つの別々のアルミニウム合金であって、１つは重量
で10パーセントのチタン、そしてもう１つは４パーセン
トのホウ素を含有するものをアルミナのるつぼに共に入
れて、アルゴン雰囲気のもとに１時間1400℃に加熱し
た。溶融合金の混合は拡散と熱効果によって起った。チ
タンとホウ素のすべてを確実に溶解させ、それによって
個々の元素より溶解度のかなり低い二ホウ化チタンを完
全に析出させるため実験を1400℃で行なった。その後、
造られた複合物のSEM/EDS解析によってアルミニウム母
体中のミクロン以下のTiB2の分散を確認した。この実験
はすべてのチタンおよびホウ素がアルミニウムの溶液中
に保持されるように、アルミナイドチタンおよびホウ化
アルミニウムを完全に溶解させることを意図したもので
あるが、溶媒金属の融点より高い温度において、たとえ
合金のすべてが溶解していなくても二ホウ化チタンはそ
の溶解度が低いから析出するのであろうということが認
められる。 実施例４ 合金中のチタンおよびホウ素は完全に溶解させる必要
がないという主張を検証するために、実施例３と同じ３
つの実験を行なった。ただし到達する最高温度をそれぞ
れ1200℃、1000℃および800℃に制限した。実施例３の
とうり、すべての場合において、アルミニウム母体中に
微細に分散されたTiB2粒子が観察された。 つぎの実施例５はプラズマアークにおける合金−合金
反応によるアルミニウム／二ホウ化チタン複合物の製造
を述べる。 実施例５ 本例において、各々が溶媒金属と反応種の１つを含有
する２つの電極間に密閉容器内でアークを当てることに
よって反応を行なわせた。アークが通じるように電極の
相対位置を調節した。均等な溶融を起こさせるため電極
の回転も行なった。均質にされた溶融金属を細粒化して
粉末にするのは空気中で行なうことができるが、不活性
ガスのような非反応性雰囲気または真空中で行なうのが
好ましい。代案として、加熱された容器をアークの下に
置いて溶融金属を集めインゴットにすることもできる。 アーク内のセラミック成分間の反応は中間母体金属と
混合しているセラミック化合物を生成する。この方法に
由来する非常に迅速な加熱とクールダウンの速さの故
に、中間金属母体内の非常に微細なセラミック粒子の分
布が達成される。１つはアルミニウムとチタンそしても
う１つはアルミニウムとホウ素を含有する２つの電極間
に上述のとうりアークを当てると、溶融アルミニウム滴
の中に二ホウ化チタンの微細な分散が生成し、そしてこ
れは不活性ガス中を落下するとき固化する。このように
して造られた粉末はつぎに従来の粉末治金の方法によっ
て処理されて成形体にできる。この方法の変形として、
溶融金属滴を加熱されたるつぼに集め溶融ホスト金属と
の混合に適したインゴットを造る。 つぎの例はアルミニウム母体中に析出する二ホウ化チ
タン粒子の大きさに対する無定形ホウ素の影響を開示す
る。 実施例６ 実施例１に記述したものと同じ混合物（結晶性ホウ素
の代わりに無定形のホウ素を使用した点は異なる）を造
り（すなわち重量で約34パーセントのチタン、重量で16
パーセントのホウ素および重量で50パーセントのアルミ
ニウム）、成形して炉内で加熱した。約620℃の温度で
迅速な発熱反応が記録された。その後の試験はアルミニ
ウム母体中の非常に微細な（0.01〜1.0ミクロン）二ホ
ウ化チタンの分布を示した。 実施例１または実施例６において造られた高濃度複合
物は金属／合金系の分散強化用の中間物質として用いる
のに適切である。 つぎの例は１つの溶媒金属を使って融点のより高い別
の溶媒金属中に析出物を誘導することを開示する。 実施例７ 重量で16パーセントのアルミニウム、重量で56パーセ
ントのクロム、重量で20.6パーセントのチタンおよび重
量で9.4パーセントのホウ素の混合物を成形体にした
後、炉内で加熱した。約620℃の温度に達したとき、急
激な反応が起こりその結果、800℃以上まで温度が上昇
し、クロムが溶融した。温度−時間曲線は２つのピーク
を示したがこれはアルミニウムにおける発熱反応（これ
は一般的に600−680℃の間で起こる）およびクロムにお
けるその後の反応を示すものである。したがって、より
低い融点の溶媒金属は反応の「低温開始剤」として作用
し、そしてこれは熱を放出し、より高い融点の化合物に
おける反応をさらに誘導する。造られた複合物はクロム
−アルミニウム合金を母体とする二ホウ化チタンである
ことが確認された。 実施例８ 重量で20.6パーセントのチタン、重量で9.4パーセン
トのホウ素および重量で70パーセントのクロムの混合物
を6.45cm2（平方インチ）あたり18,144kg（40,000ポン
ド）に圧縮し、その後炉内で加熱した。約880℃におい
て急激な発熱反応が記録された。この温度は、同じ割合
のチタンとホウ素が混合物の20パーセントがアルミニウ
ムから成るときに反応する温度より約260℃高い。実施
例７の場合のように、Ｘ−線解析により二ホウ化チタン
が確認された。 つぎの例はすでに説明済みの、本発明の各種の特徴お
よび部分を例証する。 実施例９ 二ホウ化ジルコニウムを銅の母体中に析出させる実験
を行なう。重量で約24パーセントのジルコニウム、11パ
ーセントのホウ素、および65パーセントの銅の粉末の混
合物を圧縮し、それから炉で加熱した。830℃の温度に
達すると、急激な反応が起こり最高温度が約970℃にな
った。その後のＸ−線およびSEM解析は銅の中間母体中
の二ホウ化ジルコニウムの存在を示した。 実施例10 アルミニウム母体中に二ケイ化モリブデンを析出させ
る実験を行なう。重量で約7.5パーセントのケイ素、12.
5パーセントのモリブデンおよび80パーセントのアルミ
ニウムの粉末の混合物を圧縮し、そして炉で加熱した。
約640℃の温度に達すると、急激な発熱が記録された。
その後のＸ−線およびSEM解析によりアルミニウムの中
間母体中の二ケイ化モリブデンの存在を確認した。 実施例11 重量で20.4パーセントのチタン、9.6パーセントのホ
ウ素および70パーセントの鉛の混合物を6.45cm2（平方
インチ）あたり18,144kg（40,000ポンド）に圧縮し、炉
で450℃に加熱した。発熱は見られず、その後のＸ−線
解析では未反応の元素粉末のみが認められた。この挙動
はほかの人が示しているとうりつぎのことを示してい
る。すなわちホウ素は鉛に対して溶解せず、したがって
ホウ素の鉛内の拡散がないからチタンとの反応が起こり
得ない。このような挙動とは対照的に、ケイ素、チタン
および鉛の混合物は鉛中の二ケイ化チタンを造る。それ
はケイ素およびチタンはともに鉛に僅か可溶性であり、
そのため拡散および反応が起こり得るようになるからで
ある。 実施例12 アルミナイドニッケル（Ni3Al）および二ホウ化チタ
ン（TiB2）の生成のために、ニッケル、アルミニウム、
チタンおよびホウ素の化学量論的な割合、すなわち重量
で10パーセントのアルミニウム、重量で62パーセントの
ニッケル、重量で19パーセントのチタンおよび重量で９
パーセントのホウ素の混合物を6.45cm2（１平方イン
チ）あたり18,144kg（40,000ポンド）に圧縮して、それ
から炉で加熱した。620℃に達すると、急激な発熱が記
録された。そしてこれはその後のＸ−線回折および走査
電子顕微鏡によって、ニッケル−アルミニウム中間母体
中の二ホウ化チタン粒子の生成の結果であるとして確認
された。この実験によって実証されることは、セラミッ
ク形成種の相互の親和性が、それぞれの種が金属間化合
物母体を形成する２つの原子に対して持っている親和性
より大であるかぎりセラミック相、例えば二ホウ化チタ
ンを金属間化合物相、例えばアルミナイドニッケル中に
析出させ得るということである。 つぎの例は中間物質の状態の第２相の製造およびその
後それをホスト金属に加えることを開示する。 実施例13 チタン、無定形ホウ素、およびアルミニウムの金属粉
末を適切な割合で混合して二つの二ホウ化チタン−アル
ミニウム複合体を造る。複合体はそれぞれ約23重量パー
セントと60重量パーセントの二ホウ化チタン濃度を持
つ。溶媒援助析出反応を行なわせた後、生成複合物のSE
M解析は二ホウ化チタン粒子の大きさの範囲が約0.01乃
至0.1ミクロンであることを示した。最初の粉末のガス
抜きを析出反応前に行なわなかったので生成複合物の気
孔率は比較的に高い、すなわち10−30パーセントの範囲
内であった。23パーセントの二ホウ化チタンを含有する
中間物質を等重量の固体ホストアルミニウムと混合し
て、ホストアルミニウムを溶融させるため約750℃に加
熱した。中間物質とホストアルミニウムのこの混合によ
って、約12重量パーセントの二ホウ化チタンセラミック
相を含有する複合物が造られた。 その後、ホストの7075アルミニウム合金の溶融物を調
製し、そして60重量パーセントの二ホウ化チタンを含有
する中間物質を、中間物質の１部に対しホスト合金３部
の比で溶融物の中に入れた。複合物は溶融しているホス
トの金属合金によって漏らされ、そして溶融された。生
成する複合物は、最終的な7075アルミニウム合金母体中
に約15パーセントの二ホウ化チタンを含有するが、これ
をつぎに従来の方法によって鋳造した。その後のSEM解
析によって、中間物質において観察される大きさと殆ん
ど同じ大きさの二ホウ化チタン粒子が母体の全体にわた
って均一に分布していることが確認された。すなわち鋳
造の間に粒子成長の証拠は存在しなかった。さらに、二
ホウ化チタン粒子の凝集を示すものはなく、そして鋳放
しの複合物の残留気孔率は１パーセント未満であった。 実施例14 本例は第２相をその中で形成されたものと異なる最終
の母体内に導入することに対する本発明の方法の能力を
示すものである。中間アルミニウム母体中の60容積パー
セントの二ホウ化チタンを得るため、適切な比でチタ
ン、ホウ素、およびアルミニウムの元素粉末を混合し、
42ksiに均圧圧縮し、そして誘導炉で約660℃に加熱し、
第２相形成発熱反応を開始させた。回収された中間物質
はＸ−線およびSTEM解析によって平均大きさが1.4ミク
ロンでありアルミニウム中間母体中に分散された二ホウ
化チタン粒子を含むことが判明した。その後この中間物
を100メッシュ通過まで粉砕し、単一相のアルミナイド
チタン、TiAl、母体（54原子パーセントのアルミニウム
を含有する合金54）、および２相のアルミナイドチタン
母体Ti3Al及びTiAl（合金45であって45原子パーセント
のアルミニウムを含有する）の各々の中に10容積パーセ
ントの粒子を形成するのに適切な量のチタン及びアルミ
ニウムと混合した。その後、この物質を圧縮し、そして
この混合物を、流動するアルゴン雰囲気のもとにチタン
の融点より高温に加熱した。Ｘ−線回折、STEMおよびSE
M解析は回収生成物が1.5ミクロンの平均大きさを持つ二
ホウ化チタン粒子の均一な分散体を含有するアルミナイ
ドチタンの最終母体から成ることを示した。 実施例15 14.7キログラムのアルミニウム、226グラムのケイ素
親合金（Al中50パーセントのSi）および756グラムのマ
グネシウム親合金（Al中25パーセントのMg）を800℃に
加熱し、溶融ホスト金属浴を造った。チタン、ホウ素、
およびアルミニウムの元素粉末をボールミルにて30分混
合し、40,000psiに均圧圧縮し、そして誘導炉で約660℃
に加熱して第２相形成発熱反応を開始させてアルミニウ
ム中間母体中に60重量パーセントの二ホウ化チタン第２
相を含有する中間物質を造った。7,878グラムの中間物
質を機械的に撹拌しながら溶融ホスト金属に加えた。溶
融物を５分間撹拌し、10分間放置しそしてさらに５分間
撹拌した。その後生成複合物を従来の方法で鋳造した。
その後の化学分析は6061アルミニウム合金最終金属母体
中に20重量パーセントの二ホウ化チタンを含む最終の複
合物であることを示した。 つぎの例は中間物質中に存在する未反応チタンと結合
させ、それによってアルミナイドチタンの生成を実質的
に防止し、粘度を改善するためホストアルミニウムにホ
ウ素が加えられるとき、そのホウ素の性能を実証する。 実施例16 実施例５のようにして造られ、アルミニウム中間母体
中に60重量パーセントの二ホウ化チタンを含有する中間
物質の1,300グラムを粉砕し、それから52グラムの粉末
ホウ素と混合し、その後2,196グラムの溶融ホストアル
ミニウムに加えた。ホウ素粉末の混合を助けるため溶融
物を撹拌した。ホウ素が混合するにつれて、溶融物の粘
度が低下した。生成する複合体を従来の方法により鋳造
した。最終複合物の光学顕微鏡検査は本質的に純粋なア
ルミニウムの最終母体中の15容積パーセントの２ホウ化
チタン第２相を示し、かつアルミナイドチタンは実質的
に存在しないことを示した。 つぎの例の目的は上述と同じ目的に対し元素ホウ素の
代わりにホウ素親合金が用いられることを実証すること
である。 実施例17 1,000グラムのホウ素親合金（Al中に3.7パーセントの
Ｂ）を730グラムの溶融アルミニウムに加えた。実施例1
5のように造られ、アルミニウム中間母体中に60重量パ
ーセントの二ホウ化チタンを含有する中間物質の650グ
ラムを溶解浴に加えた。ホウ素親合金の追加の410グラ
ムをこの溶融浴に加え、その後さらに650グラムの中間
物質を加えた。生成した複合物をその後従来の方法によ
って鋳造した。光学顕微鏡検査は最終複合物がアルミニ
ウム最終母体中の15容積パーセントの二ホウ化チタンを
含み、アルミナイドチタンは実質的に存在しないことを
示した。 つぎの例の目的はホウ素親合金が銅含有溶融物におい
てまったく同様に機能することを実証する。 実施例18 1,203グラムの銅の親合金（Al中20パーセントのCu）
および960グラムのホウ素親合金（Al中3.7パーセントの
Ｂ）を1,096グラムの溶解アルミニウムに加えた。溶融
物の温度を750℃に上げ、そして実施例15のように造ら
れ、アルミニウム中間母体中に60重量パーセントの二ホ
ウ化チタン第２相を含有する中間物質の粉砕物の1,323
グラムを撹拌しながら加えた。生成される複合物を従来
の方法によって鋳造した。最終複合物の光学顕微鏡検査
はアルミニウム−銅合金の最終金属母体中の10容積パー
セントの二ホウ化チタン第２相および非常に微量のアル
ミナイドチタンの存在を示した。 つぎの例は、結晶性ホウ素より大きな程度に無定形ホ
ウ素が溶融物の粘度を下げる性能を持つことを実証す
る。 実施例19 1,096グラムのアルミニウムを溶融し、1,200グラムの
銅親合金（Al中20パーセントのCu）および960グラムの
ホウ素親合金（Al中3.7パーセントのＢ）を加え、750℃
に加熱することによって、二つの同じホスト金属浴を調
製した。実施例15のように造られ、アルミニウム中間母
体中に60重量パーセントの二ホウ化チタンを含有する中
間物質の1,322グラムを26グラムの無定形ホウ素と混合
し、そして１方のホスト金属浴に加えた。同じ組成の実
施例15のように造られた中間物質の別の1,322グラムを2
6グラムの結晶性のホウ素と混合し、そして他方のホス
ト金属浴に加えた。無定形ホウ素を用いて造られた溶融
物の粘度は結晶性のホウ素を用いて造られた溶融物より
著しく低かった。溶融物をセラミック布を用いて過す
ると、無定形ホウ素を用いて造られた溶融物の通過量は
約2,800グラムであり、結晶性のホウ素を用いて造られ
た溶融物の通過量は1,800グラムであった。 つぎの例は、過剰ホウ素の添加によって、二ホウ化チ
タン／アルミニウム中間物質の製造の間に生成するアル
ミナイドチタンを実質的に防止できることを実証する。 実施例20 アルミニウムの中に60重量パーセントの二ホウ化チタ
ンを含む中間物質を造るのに必要な適切な割合を超えて
ホウ素を2,7,12,15および22重量パーセントの化学量論
的過剰量で含有する５つの粉末混合物を造った。混合物
を45,000psiに均圧圧縮し、それから誘導コイルを用い
て流動するアルゴンのもとに石英管内で加熱し、発熱反
応を開始させた。生成中間物質中のアルミナイドチタン
をＸ−線回折を用いて解析した。２重量パーセント過剰
ホウ素混合物は5.5容積パーセントのアルミナイドチタ
ンを含有する中間物質を造った;7重量パーセント過剰ホ
ウ素混合物は２容積パーセントのアルミナイドチタンの
ものを造った;12重量パーセント過剰のホウ素混合物は
微量のアルミナイドチタンのものを造った;15および22
重量パーセント過剰ホウ素の混合物はアルミナイドチタ
ンのこん跡を含有しない中間物質を造った。 つぎの例は、アルミニウム母体の全体にわたって炭化
チタン第２相粒子を分散できることおよびアルミナイド
チタンの生成を実質的に防止するため過剰の炭素を使用
することを示す。 実施例21 アルミニウム中間母体中の60重量パーセント炭化チタ
ンを得るため、適切な化学量論的割合でチタン、炭素、
およびアルミニウムの粉末を混合してサンプルを造っ
た。別のサンプルを上記のように造るがアルミナイドチ
タンの生成を避けるため、１重量パーセントの過剰炭素
を加えた。両サンプルを45,000psiに均圧加圧し、それ
から誘導コイルとサセプター（susceptor）を用い、流
動するアルゴンのもとに石英管内で加熱し、発熱反応を
開始させた。生成した複合物の組成をＸ−線回折を用い
て分析した。両方の中間物質は大量の炭化チタンとアル
ミニウムを含有し、そして化学量論的な炭素のサンプル
は微少量のアルミナイドチタンを含有し、そして１重量
パーセント過剰の炭素のサンプルはアルミナイドチタン
のこん跡も含有しないことが示された。それから各サン
プルを、アルミニウムの最終母体中で約10容積パーセン
トの炭化チタン第２相を得るのに適切な割合で溶融アル
ミニウムに加えた。生成した複合物を従来の方法によっ
て鋳造した。光学顕微鏡検査は両方の最終複合物に対
し、アルミニウム中の炭化チタン粒子の良好な分散を示
し、かつ化学量論的炭素を用いて造られた複合物は微少
量のアルミナイドチタンを含有するが、１重量パーセン
ト過剰炭素を用いて造られた複合物はアルミナイドチタ
ンのこん跡を含有していないことを示した。 実施例22 チタンと炭化ホウ素の第２相形成成分を適切な割合で
アルミニウム溶媒金属の存在のもとに反応させてアルミ
ニウム中間母体中に80重量パーセントの第２相を含有す
る第１中間物質を造った。チタンとホウ素の第２相形成
成分を適切な割合でアルミニウム溶媒金属の存在のもと
に反応させてアルミニウムの中間母体中に80重量パーセ
ントの第２相を含有する第２中間物質を造った。各中間
物質の215グラムを850℃において、そして撹拌されてい
る2,268グラムの溶融ホストアルミニウムに加えた。生
成する複合物を従来の方法により鋳造した。最終複合物
の分析はアルミニウム中に二ホウ化チタンと炭化チタン
が合計13容積パーセントで存在することを示した。 つぎの例はベリリウム−銅合金中にホウ化ジルコニウ
ム第２相を分散できることを示す。 実施例23 重量で約40パーセントのジルコニウム、20パーセント
のホウ素および40パーセントの銅の粉末の混合物を圧縮
し、それから炉で急激な発熱反応が起こるまで加熱し
た。生成した中間物質のＸ−線およびSEM解析は銅の中
間母体中の二ホウ化ジルコニウムの存在を示た。この中
間物質の約80グラムをつぎに1,000グラムの溶融ベリリ
ウムに加えた。生成した複合物の分析は最終のベリリウ
ム−銅合金母体中に分散されているホウ化ジルコニウム
第２相粒子を示した。 実施例24 150グラムのチタン粉末75グラムの窒化ホウ素粉末お
よび150グラムの銅粉末を混合し、圧縮し、それから銅
の融点より高温で加熱して発熱反応を開始させ、そして
中間物質を造った。中間物質の組成の分析は中間銅母体
中の二ホウ化チタンと窒化チタン第２相の存在を示し
た。それから中間物質を10部のベリリウムに対する１部
の中間物質の比で溶融ホストベリリウムに加えた。生成
した複合物を従来の方法によって鋳造した。その後の分
析は最終的なベリリウム−銅合金母体中に分散された窒
化チタン第２相を示した。 つぎの例は純粋なアルミニウムホスト金属よりもアル
ミニウム−リチウムホスト金属の方が二ホウ化チタン／
アルミニウム中間物質を濡らす性能において勝れている
ことを実証する。 実施例25 実施例15のようにして造られ、アルミニウム中間母体
中に60重量パーセントの二ホウ化チタンを含有する中間
物質の1,500グラムに15重量パーセントの過剰ホウ素を
加えるつぼの底に入れた。それからアルミニウムの中に
10重量パーセントのリチウムを含有するリチウム親合金
の500グラムをるつぼに加え、その後4,000グラムの純粋
なアルミニウムを加えた。サンプルを誘導炉内で水銀柱
127mm（５インチ）減圧においてアルゴン雰囲気のもと
に加熱した。リチウム親合金がまず溶融しつぎにアルミ
ニウムの溶融が観察された。るつぼの底にアルミニウム
が溶融すると中間物質をよく濡らすことが分った。溶融
完了後、製入物を撹拌し、そして中間物質をひしゃくを
用いてできるだけ分散させた。生成複合物を従来の方法
で鋳造し、アルゴンのもとに冷却した。別の複合体を上
と全く同じに造った。ただし500グラムのリチウム親合
金を500グラムの純アルミニウムと取替える点が異なっ
た。２つの鋳造物のSEM解析はリチウムを含有する最終
金属母体中の第２相二ホウ化チタン粒子の方が純アルミ
ニウム最終母体中の第２相二ホウ化チタンより量が多い
（higher loading）ことを示した。 つぎの例は、アルミニウム最終金属母体の全体にわた
る第２相二ホウ化チタンの分散を容易にするための超音
波撹拌の使用を示す。 実施例26 溶融アルミニウムの２つのホスト金属浴を小るつぼ
（直径２インチ、高さ４インチ）内に造った。実施例15
のようにして造られ、アルミニウム中間母体中に60重量
パーセントの二ホウ化チタンを含有する中間物質を粉砕
し、それから各るつぼに適切な割合で入れて撹拌し、ア
ルミニウム最終母体中に10重量パーセントの２ホウ化チ
タン含有する最終的な複合物を造った。溶融物の１つは
そのとき超音波により撹拌されたがもう１つの溶融物は
撹拌せずに置かれた。生成複合物のSEM解析は、超音波
撹拌されなかった物質に比較して超音波撹拌された物質
において二ホウ化チタン粒子がより均等に分散し、より
少なく凝集していることを示した。 実施例29 市販の二ホウ化チタン粉末（325タイラー篩通過）を
アルミニウム粉末と混合し、ボールミル粉砕を行なっ
て、アルミニウム中の60重量パーセントの二ホウ化チタ
ン混合物を造った。この混合物の700グラムを管に充填
し、均圧に圧縮した。生成した圧縮棒片を3,000グラム
の溶融アルミニウムに加えた。この溶融物を撹拌し、90
0℃まで過熱しそして再び撹拌した。しかし棒片は分散
しなかった。溶融物を注ぐとき、アルミニウムが流れ出
して棒片は残されて、アルミニウム中に二ホウ化チタン
は分散されていなかった。 各種の中間物質を造るための追加の実験を行なってそ
れをつぎのＩ表に示した。 中間物質をホスト金属に加えることによって、広範囲
の微粒子濃度を持つ非常に広範囲の金属−第２相複合物
が製造できる。一般的に、Ｉ表に記述される第２相中間
物質から、通常直径１ミクロン未満の第２相粒子の濃度
の極めて低い（例えば１パーセント未満）金属−第２相
複合物を製造するのに困難は伴なわない。 本発明は従来技術によって開示されている方法より多
くの利点を持つ。例えば、本発明はミクロン以下の凝集
していない耐火性金属ホウ化物出発物質の使用を回避す
る。なおこの物質は市販されていないし、自然性である
ときが多い。本発明はまた溶融金属内に第２相を均一に
分散することに関する技術的問題を解消し、そして処理
中の、第２相／金属境界面における酸化物または他の有
害な層の形成に関する問題を回避する。さらに本発明
は、SiC/アルミニウムのような現在用いられている複合
物よりも勝れた硬さおよびモジュラスの品質を持つ金属
−第２相複合物を生産する。本発明の金属−第２相複合
物はまた勝れた高温安定性を持つ。何故なら、第２相が
最終の金属母体に反応しないからである。さらに、現在
入手できる複合物とは反対に、本発明の金属−第２相複
合物は、微細な結晶粒の大きさ、微細な粒子の大きさ、
したがって結果として物質の勝れた物理的性質を保持し
ながら、再溶融し、そして再鋳造できる。 なおまた、この金属−第２相複合物は物質の性質を劣
化させることなく溶接できて、かつ溶接後、現在入手で
きる金属母体複合物よりも勝れた耐蝕性を持つ。 本発明に関する上記の説明は本技術分野の熟練者によ
って容易にかなりな修正、変更および適応される。そし
てこのような修正、変更および適応は添付の請求の範囲
によって記述される本発明の範囲内にあると見做される
ものであることは当然である。
方法による生成物から成る。１つの実施態様において
は、セラミック物質または金属間化合物のような第２相
が比較的高い容積割合で金属または金属間化合物の母体
内に直接形成され、そしてその後ある金属に加えられ
る。第２相は、母体金属と同じか異なる１またはそれ以
上の金属のホウ化物、炭化物、酸化物、窒化物，ケイ化
物、硫化物，酸硫化物またはその他の化合物のようなセ
ラミックを含むことができる。特に重要なものはチタ
ン、ジルコニウム、鉄、コバルトおよびニッケルのアル
ミナイドのようなアルミニウムの金属間化合物である。
本発明において、比較的高い容積割合の第２相が金属、
金属合金または金属間化合物の中間的な母体中に造られ
て中間物質を形成し一般的に「多孔性スポンジ」の形態
となる。これはその後ホスト金属（host metal）の溶融
浴に導入されるかまたは固体のホスト金属と混合されて
ホスト金属の融点より高い温度に加熱され、第２相およ
び中間母体がホスト金属全体に分散される。最終生成物
は勝れた性質を持つ金属、金属合金または金属間化合物
となる。それは、非常に微小粒子の第２相が最終的な金
属母体全体に均一に分散するためと、その結果として母
体の結晶粒の大きさが微細になるためである。中間金属
母体とホスト金属のいずれかまたは両方が２またはそれ
以上の金属の合金であってもよく、そして中間母体はホ
スト金属と同じであってもよいし、異なっていてもよ
い。中間母体はホスト金属の溶融浴内で可溶性であるか
またはそれと金属間化合物を形成できるものでなければ
ならない。 過去数年来、ファイバー、ホイスカー、または炭素、
ホウ素、炭化ケイ素、シリカまたはアルミナの粒子で補
強されたアルミニウムのような金属−第２相複合物の開
発に多くの研究が行なわれている。 粉末治金の技術を用いて、非常に微細な（0.1ミクロ
ン未満の）酸化物または炭化物粒子を、形成される複合
体の金属または合金母体全体に分散させることによっ
て、高温降伏強さとクリープ抵抗の良好な金属−第２相
複合物が造られている。しかしこのような複合物は一般
に以下に述べる理由により延性と破壊靭性に乏しいとい
う欠点を持っている。 金属第２相複合物の製造のための従来の技術を大別す
ると粉末治金の方法、溶融金属技術、および内部酸化方
法になる。粉末治金的な分散−強化複合物の製造は理想
的にはつぎのとおり行なわれる。すなわち直径約５ミク
ロンまたはそれ以下の金属粉末を酸化物または炭化物粉
末（好ましくは0.01ミクロン乃至0.1ミクロン）と機械
的に混合する。高速混合技術またはボールミルのような
従来の方法が粉末を混合するのに用いられる。それから
標準的な粉末治金技術を用いて最終の複合物が造られ
る。しかし従来から、セラミック成分は大きいすなわち
１ミクロンより大である。それは非常に微細な大きさの
物質の生産はエネルギー多消費、時間多消費、大設備費
型であるからその人手の困難さと高コストが原因であ
る。さらに非常に微細な粒子の生産は必然的に粒子表面
における汚染をもたらすため複合物における粒子と金属
の境界面における汚染をもたらし、そして結局複合物の
機械的性質を悪くする。また微粒子の物質が希望の大き
さで人手できる場合、微粒状物質の自然発火性の故にそ
れらが極めて危険である場合が多い。 一方、第２相物質の連続骨格への溶融金属の浸透が複
合物の製造に用いられている。ある場合においては、溶
融金属の滲透中にセラミック粒子を溶融金属から保護す
るためと、金属、セラミック間の結合を改善するため精
巧な粒子被覆技術が開発されている。このような技術は
SiC/AlまたはSiCアルミニウムと呼ばれることの多い炭
化ケイ素−アルミニウム複合物を製造するために開発さ
れている。この方法は大きな粒子のセラミック（例えば
１ミクロンより大）およびホイスカーに適している。炭
化ケイ素のようなセラミック物質をプレスして成形体を
造り、液体の金属を充填床に圧入してその隙間を満た
す。このような技術はヤマツタ（Yamatsuta）ほかの米
国特許第4,444,603号に開示されており、それは本明細
書に参考として組み込まれている。この方法は溶融金属
の取扱いと高圧装置の使用を要するので、金属−第２相
複合物の製造、特にミクロン以下のセラミック粒子を組
み込んだ複合物の製造には、プレスの大きさおよび必要
圧力が過大となり非現実的となるため、溶融金属の滲透
は実際的な方法となっていない。 従来の粉末治金技術において用いられるボールミル粉
砕粉末内または溶融金属浸透における酸素の存在は第２
相と金属の境界面に酸化物のような有害な層、被覆また
は汚染をもたらす。このような層の存在は第２相と金属
母体間の境界面における結合を妨げ複合物の延性に悪い
影響を与える。このような境界面における弱い接触はま
た強度の減少、伸びの損失および亀裂伝搬の促進をもた
らす。 より一層反応性の強い成分を含有する金属の内部酸化
も分散強化金属例えば内部酸化されたアルミニウムを含
有する銅の製造に用いられている。例えば、約３パーセ
ントのアルミニウムを含有する銅合金を酸化雰囲気内に
置くと、酸素が銅の母体中を拡散してアルミニウムと反
応し、アルミナが析出する。２つの金属の化学反応性が
大巾に相異していなければならないからこの技術は比較
的少数の系に限られるが分散強化に対し可能性のある方
法を与えている。しかし、生成する分散強化金属中に造
られる分散質の期待し得る最高濃度でもモジュラス、硬
度などの性質における十分な変化を与えるには不十分で
あるのが一般的である。 本書に参考として組込まれているジェンキンス（Jenk
ins）の米国特許第2,852,366号において、重量で10パー
セントまでの金属錯体を母材金属（base metal）または
合金中に組入れることができることが開示されている。
この特許は母材、母材と非金属の錯体形成元素との化合
物および母材と錯体形成金属との合金から成る混合物を
混合し、加圧しそして焼結することを開示している。そ
こで例として述べると、この参考資料は、ニッケル、ニ
ッケル−ホウ素合金、およびニッケル−チタン合金の粉
末を混合すること、加圧すること、そして混合粉末を焼
結して、ニッケル母体中にチタンとホウ素の安定な未析
出「錯体」の分散した凝集物体を造ることを開示してい
る。錯体相の析出は特に避けられている。 本明細書に参考として組込まれている米国特許番号第
3,194,656号において、ブォーダール（Vordahl）は共晶
または共晶に近い合金の混合物を溶融することによって
TiB2微結晶のようなセラミック相の形成を開示してい
る。ブォーダールの方法にとってつぎのことが必須であ
る。すなわち少なくとも１つの出発成分の融点が所望さ
れる最終の合金の母体金属の融点より実質的に低いこと
である。母体金属の融点またはその付近における発熱性
の第２相形成反応の開始に関する開示は行なわれていな
い。 本明細書に参考として組込まれている米国特許第3,41
5,697号；第3,547,673号；第3,666,436号；第3,672,849
号；第3,690,849号；第3,690,875号；および第3,705,79
1号においてブレッズ（Bredzs）ほかはサーメット被
覆、被覆された基材および合金インゴットの製造を開示
しており、それは発熱反応の作用が金属母体中に分散し
た析出物をその場で（in−situ）形成させることを特徴
とする。ブレッズほかは引き下げられた融点を持つ合金
好ましくは共晶合金を使用することに依存する。したが
って、母体金属の融点またはその付近において第２相形
成発熱反応を開始させない。 本明細書に参考として組込まれているアメリカ特許第
4,514,268号において、デアンジェリス（DeAngelis）は
非常に微細な結晶粒の反応焼結サーメットを開示してい
る。開示されている方法は混合された微粒子反応体の間
の反応およびそれら相互の焼結という２重の作用を必要
とする。微粒子反応体は成形され、そして発熱反応を引
き起こし、そして実質的に完了させる温度に加熱され
る。反応集団を得られた高温に保持することによって反
応生成物は互に焼結してセラミック−セラミック結合を
生成する。したがって、この参考資料は溶融金属との接
触に用いるのに適した焼結セラミック結合を持つ生成物
に関するものである。 本明細書に参考として組込まれているアメリカ特許第
3,785,807号において、バッケルード（Backerud）は二
ホウ化チタンを含有するアルミニウムの母合金（master
alloy）を製造するという概念を開示している。特許使
用者は高温における溶融アルミニウム中においてチタン
とホウ素を溶解させて、反応させる。しかしアルミナイ
ドチタンが、生成された二ホウ化チタンのまわりにより
低い温度で析出することは避けられない。従ってこの特
許は錯体分散質を造ることを開示している。 近年、多くのセラミックが「自己伝搬高温合成」（SH
S）と呼ばれる方法を用いて造られている。これには圧
縮された粉末混合物内を伝搬する発熱的な、自己支持反
応が関与する。SHSプロセスには成分元素粉末の混合と
成形および適切な熱源によって生の成形体の１部に着火
させることが含まれる。熱源は電気的衝撃、レーザー、
テルミット、スパークなどでよい。着火すると、自己支
持反応を支持するのに十分な熱が放出される。そしてこ
のことから低温度における長時間の大容量の加熱でなく
高温度における急速な低出力開始の使用が可能になる。
これらの方法の代表例を選び出すと、メルツアノフ（Me
rzhanov）ほかの米国特許第3,726,643号；第4,161,512
号；および第4,431,448号があり、これらは参考として
本明細書に組込まれている。 米国特許第3,726,643号において、高融点の耐火性無
機化合物の製造方法が開示されており、それによると、
周期系のIV、ＶおよびVI族から選ばれる１以上の金属を
炭素，ホウ素，ケイ素，硫黄または液体窒素などの非金
属と混合し、混合物の表面を加熱して燃焼過程を開始さ
せるのに適正な局部的高温を造り出す。米国特許第4,16
1,512号において、炭化チタンの製造方法が開示されて
おり、それによると、80〜88パーセントのチタンおよび
20−12パーセント炭素から成る混合物に着火し、その結
果層から層への燃焼（layer−by−layer）の条件のもと
で混合物の発熱反応が起こる。これらの参考資料は結合
剤の無いときのセラミック物質の製造を取扱っている。 SHS法が不活性金属層とともに用いられるとき、この
方法は比較的高い容積割合のセラミックと比較的低い容
積割合の金属（一般に10パーセント以下、そして殆んど
必らずと言ってよいぐらいに30パーセント以下）を用い
て行なわれるのが一般的である。生成物は高密度の焼結
された物質であって、比較的延性のある金属相は結合剤
または強化助剤として作用し、加えられる圧力によって
空隙などを満たし、それによって密度を増している。不
活性金属相を用いるSHS法は本発明と併用される現場析
出方法よりも高温において行なわれ、そして等温で行な
われず、そのため大きさに大幅な変動のある焼結された
セラミック粒子を生成する。 米国特許第4,431,448号は硬い合金の製造を開示して
いるがそれによるとチタン、ホウ素、炭素およびＩ−Ｂ
族の結合剤金属または合金例えば銅または銀の合金の粉
末を互に混合して、その混合物を圧縮し、その１部に着
火してチタンとホウ素および炭素との発熱反応を開始さ
せ、そして着火を伝搬させてその結果二ホウ化チタン、
炭化チタンおよび約30パーセントまでの結合剤金属から
成る合金を得る。しかしこの参考資料はＩ−Ｂ族の金属
または銅および銀のような合金を結合剤として用いると
きに限られる。この方法によって造られる生成物は低密
度であって１パーセント以下の気孔率にするには引続き
圧縮および成形される。 本明細書に参考として組込まれているギーセン（Gies
sen）ほかのアメリカ特許第4,540,546号は多相合金の急
速固化処理の方法を開示している。この方法において、
２つの出発合金が混合ノズル内で反応する。そしてこの
ときに「溶融混合反応」が出発合金中の化学反応性のあ
る成分間に行なわれ、最終の合金内に生成化合物のミク
ロン以下の粒子が形成される。混合と化学反応は出発合
金の最も高い液相線温度かそれより高い温度において、
しかしまた最終合金の液相線温度より十分に低く、そし
て最終合金の固相線温度にできるだけ近い温度において
行なわれる。この方法によって分散−強化合金が造られ
るが本来の欠点が多くあるようである。まず、処理が技
術的に複雑であって多数の炉を必要とする。つぎに、微
細な分散を一貫して造るのであれば効果的な混合が重要
である。最後に、分散質を多く含有するものを造るため
には急速固化合金化元素を完全に溶解させるために非常
に高温の加熱が必要であり、このことが例えば10〜20％
の分散質を含有する複合物において必然的に粒子の成長
を顕著にする。 本発明は従来技術の上述の欠点を克服する。さらに詳
細に述べると、本発明は従来技術よりも方法および装置
の簡単化を可能にする。例えば、本方法は多くの炉およ
び混合および装置制御に対する必要性をなくする。なぜ
なら、第２相の成分はすべて単一の反応容器内に存在す
るからである。本発明はまた非常に高い溶融温度におい
て、成分の溶融物を多数造る必要をなくする。さらに保
温調整炉において高水準の過熱を行なう必要なしに高濃
度の複合物が製造できる。出願者の発明はまた従来の金
属−セラミック複合物、例えば金属とセラミックの別々
の粉末を用いる方法によって造られたものと比較してよ
り清浄な粒子／金属境界面をもたらす。なぜなら補強粒
子が現場で形成されるからである。さらに生成した中間
物質を用いて実質的に凝集していない粒子の均一な分散
体を母体中に造ることができる。そして第２相物質の容
積割合が制御できる。これらの事実を提起した上で、公
知の方法よも勝れた効果を持つ本発明の詳細をつぎに説
明する。 発明の概要 金属、金属合金または金属間化合物の母体中に微粒子
のセラミック、金属間化合物物質またはそれらの混合物
のような微細に分散した第２相で構成される複合物質を
製造するための安価な方法を提供することが本発明の目
的である。以後の説明を簡単にするため、求められてい
る最終の複合物中の金属、金属合金または金属間化合物
の母体を「最終金属母体」と呼ぶ。 本発明は、「中間金属母体」中に比較的濃縮された第
２相の分散を含む中間物質を生成する。中間金属母体は
「溶媒金属」、即ち、金属、金属合金または金属間化合
物を含み、第２相形成成分は第２相よりその中に溶解し
やすく、そして所望の最終金属母体と同じか、異なって
もよい。この濃縮された中間物質は多孔性「スポンジ」
の形になっていてもよいが、これが改良された複合物の
製造に用いられる。その方法は、中間金属母体を「ホス
ト金属」（“host metal"）に溶解させることである。
ホスト金属は第２相を溶解しない金属、金属合金または
金属間化合物であって中間金属母体と組み合わせるとき
所望の最終金属母体となる。これは、濃縮された中間物
質をホストの金属、金属合金または金属間化合物の溶融
浴と混合させるか、または固体のホストの金属、金属合
金または金属間化合物と混合し、その後ホスト物質の融
点より高い温度まで加熱することによって行うことがで
きる。 金属および合金の分散強化の方法を提供するのも本発
明の目的である。本発明はまた、あるホスト金属に加え
るのに適切な中間物質の製造を含んでいる。当該中間物
質はアルミニウム中の二ホウ化チタンまたは炭化チタン
のように中間母体中に第２相粒子を含むものである。そ
してこのことが高価なミクロン以下の第２相の出発物質
を用いる必要なしに行なわれる。このような中間物質は
その後適切な容積のホスト金属と混合されるとミクロン
以下の微粒子の所望の容積割合をもたらす。 本発明は中間金属母体における約95容積パーセントま
での第２相物質の現場析出方法に関する。そして、第２
相は中間金属母体と同じかまたは異なる金属のホウ化
物、炭化物、酸化物、窒化物、ケイ化物、酸硫化物また
は硫化物のようなセラミックから成ることができる。所
望の第２相物質の成分または元素を溶媒金属と混合する
こと、そして反応性のある元素の溶媒金属への拡散およ
び／または溶解が実質的に起こる温度、一般的には溶媒
金属の融点かそれに近い温度まで加熱することによって
常に発熱的である溶媒支援反応が開始される。この溶媒
支援反応によって溶媒金属中に第２相物質が極めて急速
に形成され、微細に分割された粒子の分散が生じる。 本発明はまた大容積の最終母体金属中に第２相微粒子
が比較的均一に分散している金属−第２相複合物の製造
方法に関し、この方法は、溶媒金属中に１以上の第２相
物質を析出させること、そしてこれは反応性のある第２
相形成成分を、溶媒金属の存在のもとで、成分の溶媒金
属への拡散が十分に起こり成分の反応が開始されて中間
母体中に第２相物質が微細に分割された粒子となって比
較的高濃度で存在する複合物質が造られる温度において
接触させることによって行なわれ、つぎに、このように
して造られた複合物質、またはスポンジをホスト金属、
金属合金または金属間化合物の溶融浴に導入して最終金
属母体内に第２相を含む物質を得ることを含む。 本発明はまた、ホストの金属、金属合金または金属間
化合物の溶融物中に第２相物質を分散させる方法に関
し、その方法は周期表の第３乃至第６族の遷移金属の酸
化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物、酸窒化
物、硫化物、または酸硫化物である第２相物質の現場析
出物を中間金属母体中に含有する予め造られたスポンジ
をホストの金属、金属合金または金属間化合物の溶融物
に加えること、そしてその中に分散された第２相物質を
含有する生成物を回収することを含む。 本発明はまたホストの金属、金属合金または金属間化
合物の溶融物の中に、第２相物質を分散させるための方
法に関し、その方法は周期表の第３乃至第６族の遷移金
属の酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物、硫
化物または酸硫化物のような第２相物質を中間金属母体
中に含有する予め造られた中間物質をホストの金属、金
属合金または金属間化合物の溶融物中に導入すること、
そしてその中に分散した第２相物質を含有する生成物を
回収することを含む。 本発明はまた、ある中間金属母体内に予め現場析出し
た第２相物質の凝集していない既製粒子がその中に均一
に分散されている金属を含む複合生成物に関する。 本発明はさらに、母体金属が非常に微小な結晶粒の大
きさを示し、かつ第２相微粒子の大きさが本質的に５ミ
クロン未満である金属母体複合物質に関する。 本発明はさらに、容積で１乃至約30パーセントの第２
相粒子が、約１ミクロンの結晶粒の大きさを持つ金属母
体中において、比較的均一に分散されている金属−第２
相複合物に関する。 好ましい実施態様の説明 本発明は、多孔性のもろい母体−第２相親濃縮物が稠
密な複合体生成物に変換されている高品質金属母体複合
物を造るための新規な技術に関する。この技術は、分離
した分散質粒子から成る親濃縮物、スポンジまたは中間
物質であって各粒子が中間母体金属に包まれておりかつ
濃縮物内の他の分散質と実質的に結合していないものを
造ること、引続いてこの濃縮物を追加のホスト金属内に
混合することを含む。 中間物質またはスポンジの製造に関する反応の詳細な
説明は1984年10月19日受理の、本出願人の親出願第662,
928号に記述されている。そしてその開示は本書に参考
として組み込まれている。 つぎの説明において、「ホスト金属」および「ホスト
金属浴」の用語は本発明の別の実施態様であって溶融ホ
スト金属の浴が用いられているもの、または後で加熱さ
れて溶融金属となる固体ホスト金属が用いられているも
のに対して等しく適用されるものと理解されるべきであ
る。 ある場合には、「ホスト金属」は従来の金属、金属合
金または金属間化合物以外の物質から成ってもよい。例
えばホスト金属が微細に分散した酸化エルビウム、トリ
ア、アルミナなどを含有する金属のような分散強化金属
であってもよい。これらの場合重要なことは、予め存在
する分散が溶融金属中において、中間物質を導入するの
に必要な時間／温度に対して安定であることである。同
様に、本発明に基づいて造られる金属−第２相複合物も
ホスト金属として用いられる。第２相分散物を含有する
物質をホストとして使用することの利点は第２相の種
類，形状，量などに関する２峰性の分布が造られること
である。１つの例は本質的に等軸のTiB2粒子の分散体を
含有するアルミニウム母体の使用であってこれに対して
TiNの針状粒子を含有する中間物質が加えられる。分散
強化と高温クリープ抵抗の両方が得られる。これまでの
説明に基づきつぎのことが理解されなければならない、
すなわち「ホスト金属」または「ホストの金属、金属合
金または金属間化合物」という用語は予め存在する第２
相の分散を含有する上述の各種物質を含んでいる。 本明細書において用いられている溶媒金属という用語
はその中で第２相形成成分が結合または反応する反応媒
体を指すものとする。一方中間金属および中間金属母体
という用語は析出物含有母体を指すものとする。中間物
質または多孔性スポンジは、したがって溶媒金属、溶媒
金属の合金または溶媒金属を含む金属の混合物などの母
体中に第２相析出物を含有する。 本発明は材料科学における、そして特に金属−第２相
複合物の分野において従来の考え方とまったく反対の２
つの特徴を包含する。第１に、この方法は、強度および
結合力が弱い、多孔性である、などの欠陥の多い予め造
られた成形体を用いることができる；そしてつぎにこの
方法はこれらの予め造られたものを溶融金属と組合わせ
て利用して高品質の、稠密な物質を回収し、そして回収
物の性質は本発明によって、特定の用途の要求に適合す
るように自由に変えられる。 最初につぎのことに注意すべきである、すなわち上述
のとおり品質の劣る成形体の回収をもたらす方法は従来
技術においてはこれまで無益と考えられて来た生成物を
産出する。例えば、SHSによるセラミック物体の製造に
おいて、有益なセラミック形状物または部品を製造する
ための方法における問題は本来的に自己伝搬合成によっ
て機械的品質の劣る物体がしばしば造られることであ
る。したがって、拡散、焼結および高密度化を促進する
温度における高圧化のような方法によってこのような物
体の品質を向上させる試みが行なわれている。これに反
し、もろさ、低強度および多孔性のような性質はここに
開示する方法においては長所であることが見出されたこ
とは驚くべきことである。このような劣質の成形体の製
造方法として特別な感心が現場析出技術に向けられる。
しかし実質的に不活性な金属の存在のもとにおける第２
相形成発熱反応もまた本発明の範囲内と考えられる。 本発明の第２の驚くべき特徴は、溶融金属は金属、セ
ラミックおよび複合物の製造および使用敷に特に避ける
べきであることは業界において、よく知られているが、
これを使うと複合物の製造が有利になることである。例
えば従来の多結晶質金属に溶融金属を浸透させると、結
晶粒境界剥離、亀裂伝搬の促進化、したがって脆化をも
たらす。その結果、例えば溶融金属の金属容器（より高
融点の）内収容に関しては、強度と堅牢さが段々失われ
る（液体金属脆化の現象）ため従来から問題がある。同
様に、セラミックを溶融金属と接触する用途に使うとき
に、最も化学的に不活性で抵抗力のある物質の場合でも
溶融金属腐蝕のため使用寿命が常に問題になっている。
したがって、例えばTiB2による溶融アルミニウムの収容
は、長期の、そしてなお実用的に未解決の問題であり、
それは溶融金属がセラミックの粒子境界にそって滲透
し、そこで汚染物との反応が行なわれるからである。進
行する滲透と反応が究極的に粒間の結合の喪失、機械的
弱さおよび崩壊につながる。 溶融金属の存在は、その導入を避けることが極めて重
要視されている金属−第２相複合物の製造および使用に
おいても同じく不都合である。発生する問題の種類を説
明するいくつもの例が知られている。すでに指摘したと
おりAl中のSiC複合物の製造において、溶融金属と微粒
子（または溶融金属の浸透の場合のセラミックの骨格）
との長時間の直接接触を避けるために適切なコーティン
グ方法のような注意を払わなければならない。このよう
な注意を怠ると、金属とセラミックが互に反応し、そし
てこれは明らかに微粒子強化の度合いを減少させるのみ
でなく、複合物をその後極めて腐蝕されやすくする反応
生成物を生成する方法である。SiC/Alを溶接しようとす
るときに同様な問題が起こる。何故なら、母体金属の融
点より高温になったとき同じ有害な反応が起こるからで
ある。トリアー分散（TD）ニッケルの場合、複合物は液
体金属（インゴット治金）とは異なり固体粉末治金技術
によって製造される。何故ならトリアセラミックは表面
張力の作用のため分離しやすく、そして溶融物の表面に
浮き上がることすらあるからである。SiC/Alの場合と同
様に、ここでも溶接が問題になる。それは溶融金属の存
在が今度は上述の分離を起こさせるからである。 したがって、品質の悪い金属−第２相予備成形物を溶
融金属と組み合わせても有益な生成物の回収は困難であ
ると予想されるであろう。しかし本発明の開示に基くこ
れらの特徴を用いると予期されなかった、そしてまった
く計り知れない利益が生み出される。すなわち従来技術
を用いて現在まで得られなかった生成物が造られる。 上述の新規かつ有益な製造方法の特徴に加え、現場第
２相沈澱方法から得られる利点、例えば金属と第２相間
の清浄な、密着した境界面について述べる。本発明によ
って、その現析出方法本来の欠点を避けながらこの操作
の利点を組込むことができる。微細な析出物の製造のた
め、現場の操作は必ず粒子の成長をもたらす高温におけ
る長期加熱を避けなければならない。このため、短時間
の発熱反応の熱が現場操作を完了させるのに十分である
ように、比較的高濃度の分散質先駆体が好ましい。分散
質濃度の低い場合、反応を完了させるために加えられる
べき外部熱の量と時間は粒子の成長が問題になる程度に
達する。そのため生成物中に回収される第２相の装入量
の範囲はこれらの境界条件のために制約される。しか
し、本発明を適用すればこれらの制約は無くなる。何故
なら、粒子形成操作が、希望される形態、大きさ、種類
およびその他の特性を持つ第２相を製造するのに最も有
効に役立つ環境のもとで装入量の水準を考えることなく
行なわれるからである。この予備成形物はその後、本発
明の開示に基いて、各種の量で溶融ホスト金属と混合さ
れて、回収生成物中の分散質濃度のあらゆる範囲のもの
に造られる。 本発明は微細粒子の第２相物質、例えば耐火性の硬質
金属ホウ化物またはアルミナイドを代表とするセラミッ
クまたは金属間化合物を現場析出させるための新規な方
法を金属、合金または金属間化合物系内に組み入れ、上
述の親濃縮物、スポンジまたは中間物質として用いるの
に適切な中間金属−第２相複合物を生成できる。しかし
この方法はまた溶融ホスト金属中に、より大きな粒子の
第２相物質であって、その大きさが構成要素の脆化また
は延性の損失などをもたらさない程度のものを導入する
のに用いられる。新しい複合物の改良された性質は剛性
に制限のある用途における重量の節約、より高い運転温
度、そして付随するエネルギー効率の改善および摩耗を
受けやすい部品における損耗の減少などをもたらす。こ
のような物質の特定の用途はタービンエンジン部品例え
ば羽根の製作である。 この分野において、つぎのことにも注意されるべきで
ある。すなわち本発明の金属−第２相生成物はまた母体
物質として、例えば長繊維で補強された複合物における
使用に適切である。したがって、例えば本発明の粒子補
強のアルミニウム複合物が特定の方向に関する性質を改
善するため長いSiCまたは炭素繊維と組合わせて用いら
れてもよい。このような物質の代表的な製造方法には薄
いレイドアップ（layed−up）シートの拡散接合（diffu
sion bonding）および溶融金属法が含まれる。溶融金属
法の場合、第２相物質のない未改良金属に比較して金属
の濡れが複合体によって改善されるという利点がある。
例えば、本方法によって造られる分散TiB2含有溶融アル
ミニウムはグラファイトを濡らすが、補強されていない
アルミニウム金属は濡らさない。このように、グラファ
イト繊維−アルミニウム母体複合物は本発明の金属−第
２相複合物を母体物質として用いて有利に造られる。 第２相形成要素が溶媒金属中で反応させられて中間金
属母体中に第２相物質の微細に分割された分散体を形成
する方法が示される。第２相形成成分は溶媒金属の融点
またはその付近で最も結合しやすく、そしてこの反応の
発熱性が原因となって非常に急激な温度の上昇または突
起が生じ、これが他の金属部分を溶融させると同時にさ
らに第２相形成成分の反応を促進する効果を持つ。 反応性のある元素が固体の溶媒金属中で実質的拡散性
を持つ系においては溶媒金属の融点よりもはるかに低い
温度において反応を開始できる。したがって、固体状態
の開始が可能であって、そのとき液体状態は達成される
か、または達成されない。 適切な第２相セラミック析出物の代表例は反応してセ
ラミックを生成できる元素のホウ化物、炭化物、酸化
物、窒化物、ケイ化物、硫化物および酸硫化物であっ
て、この元素には周期表の第３乃至第６族の遷移元素が
含まれるがそれに限定されない。特に有益なセラミック
−形成または金属間化合物−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、ニオブ、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
ンおよび希土類元素が含まれる。特に有益なその他の金
属間化合物−形成元素には銅、銀、金、亜鉛、スズ、白
金、マンガン、リチウムおよびベリリウムが含まれる。
好ましい第２相物質には二ホウ化チタン、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および窒
化チタンが含まれる。 溶媒金属としては、第２相の成分を溶解または少し溶
解することができて、かつ第２相析出物を溶解する能力
のより少ない金属を用いることができる。したがって溶
剤金属成分は特定の反応物質に対しては溶媒として作用
しなければならないが希望される第２相析出物の溶媒で
あってはならない。本発明の方法において溶媒金属は初
め溶媒として作用すること、および第２相析出物の成分
の相互の親和力が溶媒金属に対するいずれの成分の親和
力より大であり、溶媒金属は発熱反応の時間枠内におい
て第２相分散質と反応しないということに注意されるべ
きである。さらに重要なことは、第２相形成反応が反応
を実質的完結にまで進めるのに十分なエネルギーを放出
することである。母体と分散質との組み合わせは多数考
えられるがある与えられた母体中の現場析出相（セラミ
ックまたは金属間化合物）の選定はこれらの基準によっ
て制限されるということは注意されなければならない。 適切な溶媒金属にはアルミニウム、ニッケル、チタ
ン、銅、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、
鉄、ケイ素、モリブデン、ベリリウム、銀、金、タング
ステン、アンチモン、ビスマス、白金、マグネシウム、
鉛、亜鉛、スズ、ニオブ、タンタル、ハフニウム、ジル
コニウム、およびこれらの金属の合金が含まれる。 ホスト金属は、第２相析出物がその中に溶解せず、そ
して中間物質混合工程、その後の製造および／または再
鋳造の時に関与する時間／温度状況の間に第２相がそれ
と反応しない金属であればいずれでもよい。ホスト金属
は溶媒および／または中間金属を溶解するかそれと合金
を造ることができなくてはならず、そして中間物質を濡
らさなければならない。したがって、ホスト金属は溶媒
金属、溶媒金属の合金または溶媒金属および中間金属が
共にその中で溶解できる金属である。重量で約５パーセ
ントまでのリチウムを含有するアルミニウム−リチウム
合金のような合金をホスト金属として使用すると合金の
有利な性質を実質的に保持しながら例えば弾性係数、高
温安定性および耐摩耗性を増すことができる。ただしあ
る軟質合金において延性の損失が生ずるかも分からな
い。例えば、重量で約５パーセント乃至約40パーセント
の二ホウ化チタンを含有する7075アルミニウム合金は経
時硬化に関し7075合金単独のものと同じ有利な効果を示
すが、弾性係数、高温能力における大幅な増加、より大
きい高温安定性およびきわめて高い耐摩耗性を示す。ア
ルミニウム−リチウム合金は、その高いモジュラスと低
密度特性の故に特に重要である。リチウムをアルミニウ
ムに対し１重量パーセント加えるごとに、約６パーセン
トだけ密度が減少する。さらにリチウムは溶融アルミニ
ウムの表面エネルギーを大幅に減少させ、そしてこのこ
とによって中間物質が溶融アルミニウム−リチウムホス
ト金属と接触させられたときに中間物質の濡れと浸透が
助けられると考えられる。さらに本方法の複合物は鋳
造、鍛造、押出し、ロール掛け、機械加工などによる実
質的に従来からの方式によって加工できる。本方法によ
る複合物はまた、再溶融および再鋳造できるがその間に
あっても第２相粒子の分布の均一性を実質的に保持し、
そして微細な第２相粒子の大きさ、微細な結晶粒の大き
さ、などを保持し、それによって付随する物理的性質の
改善が維持される。後処理および後加工における明白な
利益を別にして、これらの物質を再溶融または再鋳造で
きることは公知の従来技術による金属−セラミック複合
物とは異なってそれらの再生利用および再使用を可能に
する。 本発明によれば、現場析出は、第２相濃縮物を含有す
るある程度多孔性の、すなわちスポンジ−状の複合物の
製造を可能にする。そしてこれは結局、制御された方式
で第２相を溶融ホスト金属中に導入するのに用いられ
る。したがって、複合物は、例えば二ホウ化チタンのよ
うな第２相を高い濃度でアルミニウムのような中間母体
金属中に含有する中間物質の形で造られる。この中間物
質はその後ホストの金属、金属合金、または金属間化合
物の溶融浴に加えられるか、固体のホストの金属、金属
合金または金属間化合物と混合されてそれからホスト金
属の融点より高い温度に加熱されて、第２相の必要な装
入量を有する複合物に到達する。ホスト金属は中間物質
の中間母体金属と同じか異なってよい。 本発明の方法に基き、最終用途および生成物に希望さ
れる性質に応じて、各種の量の第２相物質が複合物質に
組込まれる。例えば係数の書い分散強化合金を造るた
め、容積で約0.1乃至約30パーセント、そして好ましく
は容積で約５パーセント乃至容積で約25パーセント、そ
してさらに好ましくは容積で約５乃至15パーセントの範
囲の第２相を用いる。しかし分散強化以外の目的には、
必要な性質の組合わせを持つ複合物を造るために第２相
の容積割合は、容積で約１パーセントから延性が許容で
きない程犠牲にされる点までの範囲内で大きく変化でき
る。複合物組成の第１の決定要因は生成物の用途であ
る。したがって、バイトなどの用途には、必要とされる
特性は造られる複合物質の摩耗および切削（Chip）抵抗
である。反応体と溶媒物質の割合を制御することによっ
て希望される性質のある範囲を実現するため組成を効果
的に合わせることができる。 第２相の量を制御することのほか、母体と第２相の種
類を操作することによって物質を効果的に設計すること
ができる。したがって例えば、分散強化金属または金属
−第２相複合体をホストとして用いることによって補強
された母体が得られる。中間金属母体中に、例えば高ア
スペクト比（aspect ratio）の針状物のような別の種類
の分散質を加えることができる。生成物に対する最終的
なエンジニアリング要件に応じて、このような制御を広
範囲に行なって母体および第２相の種類、量、形態など
を造り出すことができる。 「スポンジ」という用語は前述のとおり現場析出第２
相−中間金属母体複合物または中間物質である。「スポ
ンジ」の多孔性の度合いは、第２相形成反応開始の前
か、反応中か、または反応後に真空脱ガスまたは圧縮な
どの処理を行なって変えられる。中間物質またはスポン
ジの気孔率はもし希望されるなら、反応開始前の真空脱
ガス操作によって最少にできる。脱ガス工程の適用真空
度および温度は吸収された水分またはその他のガスの蒸
発および拡散速度から純粋に決定される。高真空および
高温が脱ガス操作を促進する。 脱ガス工程がないと、造られる複合物は比較的多孔性
であり、理論的密度に比較して比較的低密度である。大
抵の場合、気孔率の大きいことが好ましい。何故なら、
中間母体のホスト金属へのより迅速な溶解が助長される
からである。ある場合には気孔率促進剤、例えばマグネ
シウムまたは亜鉛のような低沸点金属を初期の反応混合
物中に組込むのが望ましいぐらいである。促進剤は現場
反応の間に蒸発し、そのため得られる中間物質の気孔率
が増す。このような状態のとき、「スポンジ」と呼ばれ
そして一般的に高い第２相の挿入量を持つこの物質は測
定された容積のホスト金属（分散質が最初にその中で形
成された中間金属母体と同じであっても異なってもよ
い）に加えられて、特定の所望の第２相の容積割合を達
成する。 中間金属母体中に比較的大量の第２相が得られ、同時
に中間母体金属内で離散した第２相粒子の実質的に均一
な分散が保持できる。金属母体内の第２相の均一な分散
は長期間求められていた。大抵の場合、最終母体物質と
なる溶融金属の存在のもとに希望される第２相を直接析
出させることは有利でないか不可能であった。希望され
る母体物質中で直接第２相を現場で形成できるとして
も、発熱性の第２相形成反応による温度上昇にさらされ
る溶融金属を大量に取り扱うことになるので大容積の複
合物を直接生産するのに現場形成の方式を使用するのは
望ましいことではない。 驚くべきことには、本発明はこのような問題を高濃度
の第２相を含有する中間物質を形成することによって解
決した。複合物の第２相は形成されるとき従来技術のセ
ラミック粉末上に生成する酸化物または他の有害な被覆
層に煩らわされない。本発明のセラミックのような現場
形成の第２相であって中間金属母体中に均一に分散して
いるものが溶融ホスト金属浴に導入されて、中間金属中
の第２相粒子は浴全体に再分散される。浴の溶融ホスト
金属は希望される第２相の現場析出が欲の中で起り得な
いかまたは起り難い組成のものである。そのため、中間
母体以外の金属にミクロン以下およびそれ以上の大きさ
の第２相粒子の均一な分散が与えられる。溶融ホスト金
属はまた中間物質の中間母体金属と同じであってもよ
い。しかし中間物質に比して容積が大であるから現場第
２相析出は起り難いか制御が困難であり、あるいは均一
な分散を達成することができない。 微細な第２相粒子を溶融金属浴に直接導入するという
従来技術の提案は技術的に困難であって、固化時にあま
り望ましくない性質の金属生成物を造る。それは酸化物
のような有害な層によるものであってこれは溶融金属浴
に導入する時かその前に、各第２相粒子表面に生成す
る。本発明の第２相粒子は現場で造られるからこのよう
な有害な被覆または層を持たない。したがって、本発明
は予想外に勝れた性能の金属生成物を造る。 現場析出によるスポンジまたは中間物質を造るための
３つの基本的な方式が本発明に基づいて確認されてい
る。第１方式において、出発物質は各溶媒金属および形
成される第２相の個々の成分のそれぞれの粉末で構成さ
れる。例えばアルミニウム、チタンおよびホウ素の混合
物が反応してアルミニウム中間母体中の二ホウ化チタン
の分散体を形成する。 発明の第２方式において、個々の合金が反応させられ
るが、その１つの合金は溶媒金属と第２相の１成分との
合金から成り、もう１つは同じ溶媒金属または溶媒金属
が容易に合金を造る別の金属と第２相の他の成分の合金
から成る。共通金属の２合金を用いる１例として、アル
ミニウム−チタン合金とアルミニウム−ホウ素合金との
混合物を反応させて、アルミニウム中の二ホウ化チタン
の分散を生成させる。この合金−合金の反応方法は元素
の方法より比較的遅いことがあるが、用いられる合金は
元素粉末より安価であるから経済的な長所を持つ。 第３の反応方式は上述の２方式の組合わせまたは中間
である。したがって、１つの反応種と溶媒金属を含有す
るか溶媒金属である金属を含有する予め造られた合金を
第２の反応種である元素粉末を反応させることができ
る。例えばアルミニウム−チタン合金を元素のホウ素粉
末と反応させる。この反応方式は合金−合金反応方式よ
り比較的安価であるかも分からないが、より迅速な反応
がもたらされ、つまり合金−合金の方法によって得られ
るよりも微細な粒子析出物の形成を可能にする。しかし
合金−元素粉末反応方式は、殆んどの場合、元素粉末方
式よりも遅いが比較的安価である。 なお、３つの反応方式は異なる物理状態において生じ
る可能性がある。溶媒援助反応から成る始めの２つの基
本方式のいずれも、３つの物理状態において行なわれ
る。反応種が液体の溶媒中を拡散することによって、元
素粉末は反応して所望の第２相となることができる。ま
たは拡散が非常に迅速であるときは固体状態における反
応の開始が可能である。反応はまたプラズマ装置におい
て行ってもよい。例えば２つの出発成分からなる電極間
にアークを打ち出させることによって、または成形され
そして粒状にされた出発混合物をプラズマ炎中に導入す
ることによって行なわれる。第３の反応方式もまた、３
状態のすべてにおいて行なわれる。すなわち、合金と元
素粉末の反応は液体状態、固体状態として、またはプラ
ズマ装置内で行なわれる。 つぎのことも注意されるべきである。すなわち錯化合
物ならびに複数の第２相がこれらの３つの反応方式によ
って析出しうる。したがって、二ホウ化ジルコニウムチ
タンのような錯体セラミックと中間金属母体の組合わせ
を造ることが可能である。 特につぎのことが注意されるべきである。すなわち従
来技術の教えるところによれば、元素金属合金または粉
末、特に粗大な粒子大きさのものの組合わせは金属間化
合物を生成する。事実、金属間化合物を造る従来方法は
例えばアルミナイドチタンを造るためにチタンとアルミ
ニウムの混合物を反応させ、また二ホウ化アルミニウム
を造るのにホウ素とアルミニウムの混合物を反応させる
ことが必要であった。したがってチタン、アルミニウム
およびホウ素の粉末から成る混合物はアルミナイドチタ
ン、二ホウ化アルミニウムおよびおそらく二ホウ化チタ
ンを統合する集塊を生産すると予想できる。これに反し
て、本発明は２つの反応性成分からの殆んど１種類だけ
の析出物が第３成分の母体中に微細に分散したものを形
成させる。つぎのことは重要である。すなわち、第２相
析出物質は溶媒金属に溶解しないが、第２相の成分は個
々に少なくとも少々は溶剤金属に溶解する。そこで発熱
的分散反応の機構は、各第２相形成成分のある量が溶媒
金属に溶解して拡散すること、そして一方溶液中におい
て（液体または固体状態）発熱的に反応して不溶性の第
２相となり、これが微細な粒子として迅速に析出すると
いうことに依存している。溶媒金属は反応性の元素がそ
の中で拡散し結合する媒体となる。開始反応が１度起こ
ると、発熱反応によって放出される熱が原因となって別
の溶媒金属が溶融し、それによって反応成分の溶媒金属
中への拡散を増進させ、そして反応を完結させる。 反応の開始および反応性成分の消費に続く冷却期間は
非常に微細な粒子大きさを達成するためおよび粒子の成
長を抑えるために重要である。高温においては、第２相
粒子は成長または互に焼結を起しうることが知られてい
る。これはまた殆んどの場合、避けるべきである。それ
は粒子が大きいと延性に悪影響するからである。反応の
冷却または急冷はある意味では自動的である。何故なら
第２相形成成分が１度完全に反応してしまうと、もう熱
が放出されないから達成されていた高温を維持できなく
なる。しかし反応物質の系（mass）の量および／または
組成の制御によってある程度クールダウン（cool dow
n）の速度を制御できる。すなわち大きな熱の系はより
大きなエネルギーを吸収し、そしてクールダウンはより
遅い。このようにしてより大きな耐摩耗性に望ましい、
例えばバイト用に用いられるような大きな粒子の成長を
可能にする。 粒子の大きさに対する考慮は金属−第２相複合物生成
物の結晶粒の大きさに直接影響する。何故なら結晶粒の
大きさは分散質の粒子間空間によって制御されるのが一
般的であるからである。粒子間空間は分散質の容積割合
と大きさによって変化する。したがって、非常に微細な
第２相粒子の比較的高い挿入量は最も微細な結晶粒の生
成物物質を造る。一般的に、本発明による生成物の結晶
粒の大きさは５乃至15パーセントの容積割合の第２相に
対して１ミクロン付近である。結晶粒が微細であること
は例えば、精密な鋳造または疲労抵抗が必要とされる用
途において極めて重要である。１例として述べると、ジ
ェットエンジンのコンプレッサーディスク（disks）の
製造において、結晶粒の微細なことおよび気孔率の低い
ことが達成されなければならないことが知られている。
従来の物質の気孔率を初めに減少させるために、鋳造生
成物は熱間−均圧加圧される。しかし高温における長時
間の処理からもたらされる結晶粒の成長のために加えら
れる時間／温度処理の苛烈さが制限される。したがって
十分に稠密にすることと結晶粒の成長を最小限にするこ
との間を妥協させた結果の品質が得られる。本発明の複
合物製品はこのような用途に用いると有利である。何故
なら安定な、微細に分解された析出物の配列が結晶粒の
境界面を束縛し、そのため結晶粒の成長を抑える。した
がって上述の例において、気孔率を減少させるための熱
間−均圧−加圧において結晶粒の大きさのために妥協す
ることなくより高温とより長時間が可能である。 現場の第２相形成反応の場合、反応開始温度は一般的
に液体状態の反応に用いられる溶媒金属の融点に比較的
近いことが判明した。例えば、アルミニウム中間母体中
のセラミックの二ホウ化チタン第２相の生成において、
反応は約670℃またはアルミニウム溶媒の融点に非常に
近い温度で進行する。溶媒金属のない場合、チタンとホ
ウ素の二ホウ化チタン形成反応が約900℃以下の温度で
行なわれることは観察されていないということに注意す
べきである。反応を開始させるために融点に実際上達す
る必要はないが局部的に溶融が起る温度、または溶媒金
属への反応種の実質的な拡散の起こり得る温度が得られ
なければならない。ある場合には温度が上昇するにつれ
て出発成分の溶媒金属への拡散が可能となって溶媒金属
より融点の低い合金を溶媒金属との間に生成する。この
ようにして反応開始温度が低下する。 不純物に関して述べると、溶媒金属は従来の方法によ
って合金にできる。しかし反応性のある成分において、
多量の合金元素または不純物が問題を起こす場合があ
る。例えばホウ素中の多量のマグネシウムの存在はアル
ミニウム中間母体中の二ホウ化チタンの形成を阻害す
る。それはホウ素粒子の表面にマグネシウム−ホウ素錯
体を形成し、そのためホウ素の中間母体中への拡散を制
約するからである。しかしアルミニウム中のマグネシウ
ムの存在にはこの影響がない。すなわち、ホウ素そのも
のの中のホウ化物形成物質が望ましいホウ素の溶解また
は拡散ならびに引続く二ホウ化チタン形成反応を阻害す
る。同様に、出発成分粉末のまわりの厚い酸化物膜もま
た拡散と反応に対する障壁として作用する。吸収された
水蒸気のような外部からの汚染もまた酸化物または水素
化物のような望ましくない相を造るか、または反応が影
響される程度まで粉末が酸化される。 つぎのことに注意されるべきである。すなわち本発明
の中間物質生成方法において、１つの成分と溶媒金属の
反応から生成される望ましくない化合物は、他の成分を
過剰に加えることによって本質的に除去される場合があ
る。例えば、二ホウ化チタン−アルミニウム中間物質に
おけるアルミナイドチタンの生成は化学量論的割合を超
える追加のホウ素を第２相形成反応の開始前に混合物に
加えることによって実質的に防止され得る。ホウ素は元
素ホウ素、ホウ素合金またはホウ素ハロゲン化物の形で
あってよい。このようなホウ素の添加はまた、鋳造操作
時の溶融物粘度に悪い影響を与える遊離のチタンを二ホ
ウ化チタンに変えるという利得をもたらす。 つぎのことにも注意されるべきである。本発明の中間
物質生成方法に基き、複数の系から成る錯体の析出が生
じ得る。すなわちアルミニウム中間母体中にTi（Ｂ0.5
Ｃ0.5）のような錯体の相を析出させたり、二ホウ化チ
タンと二ホウ化ジルコニウムの混合物を析出させること
ができる。これはつぎの反応に基く： Ti＋Zr＋4B＋Al→TiB2＋ZrB2＋Al チタンのジルコニウムによる置換またはその逆もまた可
能であって一般的な種類（Ti,Zr）B2のホウ化物が生成
される。 融点の高い金属と融点のより低い溶媒金属の合金を造
るか、混合物を造ることによって、融点の高い金属中に
低温の溶媒援助反応を行なわせることもできる。例え
ば、重量で20パーセントまでのアルミニウムを含有させ
ることによってコバルト、クロムおよびニッケル母体中
に620℃のような非常に低い温度で二ホウ化チタンを析
出させた。合金を造るアルミニウムが存在しないとき、
反応は約900℃またはそれ以上の温度を必要とする。 さらに、本発明は母体金属が取扱い上有毒な、または
危険である金属−第２相複合物を造るために用いられ
る。例えば高温ベリリウムは非常に有毒であり、ベリリ
ウム中に第２相を析出させるために発熱性の高い反応を
用いることはきわめて有害である。したがって銅の中間
金属母体が用いられて中間物質が造られ、これがベリリ
ウム中に溶解して銅と合金を形成ベリリウム母体とな
る、そして当該母体はその中に均等に分散したミクロン
以下の分散質を含有する。この方法によって造られるベ
リリウム第２相複合物は微細な結晶粒の大きさを持ちす
ぐれた低温延性を示す。 本発明によれば、粉末は着火前に成形される必要はな
い、しかしそのようにすることによって拡散、したがっ
て低温における反応の開始が容易になる。例えば、アル
ミニウム、チタンおよびホウ素のゆるい粉末混合物は約
670℃までは反応しないが、一方非常に圧縮された粉末
は約620℃で反応する。これは局部的な溶融および拡散
の増大によるものであって、粉末が密に近接している時
に可能である。 出発粉末は大気への露出による甚だしい酸化から保護
されなければならない。酸化が成分の溶媒金属への拡散
を制約するからである。そして高温における酸化を避け
るため反応は不活性ガスの存在のもとに行なわれるのが
好ましい。 第２相の粒子成長を制御するための方法もまた開示さ
れる。従来の技術において知られているとおり、少量よ
りも大量の物質の場合の方が例えば発熱的突起によって
生じた高温は高く維持され、より遅く静まる。これらの
高温状態が長時間続くことはセラミックの粒子成長に好
ましい。そこで、現場形成第２相の比較的寸法の小さい
濃縮物またはスポンジの製造はより速い冷却を容易に
し、そして後述するように第２相の粒子成長または焼結
を抑える。 元素粉末方式に用いられる先駆体粉末の粒子大きさは
あまり重要でない。しかし、第２相反応生成物の粒子の
大きさは温度上昇速度、反応温度、クールダウン速度、
結晶化度および出発物質の組成によって異なる。適切な
出発粉末の大きさは、５ミクロン未満乃至200ミクロン
より大きい範囲である。経済的理由から通常大きい粒子
の粉末が用いられる。中間金属母体中の析出第２相の粒
子の大きさは約0.01ミクロン未満乃至約５ミクロンまた
はそれ以上に変化できることが判明しているが上述の要
因によって異なる。 特定の反応物の性質が粉末粒子の大きさよりも大きな
影響を、生成される第２相粒子の大きさに与えることが
ある。例えば無定形のホウ素を使用すると、結晶性のホ
ウ素を用い、それ以外の点では同じ混合物の場合よりも
微細な粒子の二ホウ化チタンが析出する。特定の大きさ
の粒子から成る第２相の析出は出発組成、反応温度およ
びクールダウン速度を適切に制御して選択的に制御でき
る。 高挿入量の第２相を含有する比較的多孔性の複合物の
製造は高純度のかつ所望の大きさの粒子の第２相分散質
の製造技術を提供する。これらの分散質は所要の濃度に
なるように金属の別の容積中に導入される。これは中間
母体金属を選択的に溶解させ、そして溶解媒体中に第２
相粒子の懸濁物を生成することによって達成される。溶
解媒体が別の金属であるとき、第２相がその中では直接
析出しない母体内における第２相の分散が実現されるこ
ともある。ホスト金属の融点が中間母体金属の融点より
高いこと、および２つの液体金属に十分な混和性があっ
て合金／結合が確保されることが好ましい。例えば、チ
タンはつぎのようにして補強できる：アルミニウム中に
二ホウ化チタンを析出させ、その後、二ホウ化チタン／
アルミニウム複合物を溶融チタンに導入して中間母体を
溶解させ、分散した二ホウ化チタンを含有するチタン−
アルミニウム母体を形成する。 融点のより高い中間母体金属を融点のより低いホスト
金属中に、中間母体金属の融点より高い温度において溶
解させることは可能であるが、ただし２つの液体金属の
十分な混和性があって合金／結合が確保されるという条
件付きである。また中間母体金属の融点以下でも可能で
ある。ただし例えばホスト金属に加える前に、中間物質
を粉砕して溶解のための金属の露出面積を増加すること
によって固体の中間母体金属のホスト金属中への液体溶
解度が十分であるという場合である。 上述の析出方法によって複合物質を製造するために成
分と溶媒金属を選択するときに重要なことは、生成した
第２相物質が大量の溶融物中において溶解度が低いこと
である。例えば大量の溶融物の温度において５重量パー
セント、そして好ましくは１パーセント以下の最大溶解
度である。そうでないと、第２相物質のかなりの粒子成
長が長時間にわたり起こる可能性がある。複合物質の殆
んどの用途に対し、第２相粒子の大きさはできるだけ微
小でなければならず、したがって粒子の成長は望ましく
ない。ホスト金属の溶融物中で、生成した第２相物質の
溶解度が低いとき、分散された第２相粒子を含有する溶
融物は溶融状態でかなりの時間第２相粒子の成長を起さ
ずに維持できる。例えば二ホウ化チタンの分散粒子を含
有するアルミニウムの溶融物を３乃至４時間溶融状態に
粒子の成長をほとんど起こさずに維持できる。 上述のとうり、本発明は最初に目的とする複合物質の
中間物質の濃縮物を造ることに関する。一般的に中間物
質の混入方法は最初に１以上の金属、およびセラミック
または他の第２相形成成分からなる反応体の混合物を造
り、それから加熱して本書に述べるとうり現場反応を行
なわせて、中間金属母体中に分散されたセラミックまた
は他の第２相物質の微細な粒子を形成させることを含
む。上記の方法によって造られる第２相物質の濃度また
は挿入量は一般的に高い方である。例えば約10重量パー
セント以上、好ましくは15パーセント以上乃至80または
90重量パーセントあるいはそれ以上の第２相物質が生成
複合物中に含まれる。一般的に、約10重量パーセント以
下の濃度はさらに希釈するには不経済であり、また約90
パーセントを超える濃度は推奨できない。それは凝集、
粒子の成長、および焼結が均一な粒子の分布を妨げるか
らであるがこれは特定金属／第２相の系によって異な
る。固化の後、中間物質は都合のよい大きさに粉砕され
る。代案として、反応溶融物を固化せずに直接溶融金属
に導入できる。溶融物はまた、噴霧微粒化（spray atom
ization）などの方法によって直接粉末にできる。 本発明の中間物質混入方法において用いられる第２相
含有物質を造るのに別の方法がある。特に代表的なもの
に、ブレッズ、メルツアノフ、ブォーダール、およびギ
ーセンによって開示されている方法の改良および変更が
含まれ、そしてこれらの方法はすでに説明済みであり、
参考として本書に組み込まれている。本発明におけるホ
スト金属に加えるのに適した別の中間物質製造方法は第
２相形成成分と溶媒金属粉末を混合し、圧縮成形するこ
と、その後成形体に局部的に着火して成形体全体に伝搬
する第２相形成反応を開始させて、実質的に不活性な溶
媒金属内に第２相粒子の分散を形成させることから成
る。第２相形成成分および溶媒金属は個々の粉末として
提供されるか、１種類以上の第２相形成成分が溶媒金属
との合金として提供される。 本発明の混入方法において有効に用いられるために
は、このような金属−第２相物質がある基準を守ること
が重要である。例えば母体金属はホスト金属母体との合
金／結合が容易でなければならず、一方において第２相
の分散質は、混入方法において必要とされる時間／温度
の状況の間にホスト金属母体と反応してはならないしそ
れに溶解してはならない。第２相含有物質を造る適切な
方法は不活性な金属相の存在における発熱的第２相生成
反応であるのが一般的である。実質的に焼結していない
第２相粒子を生産する方法のみが本発明において有益で
ある。さらに第２相含有物質は溶融ホスト金属によって
濡らされて、溶融ホストの全体にわたる第２相の分散を
促進されるべきである。 中間物質混入方法のつぎの工程は中間物質をホスト金
属に加えることであって、この金属は中間物質形成の現
場析出反応において用いられた溶媒金属と同じか異なる
金属でよい。一般的に、この添加は溶融ホスト金属の溶
融物を造り、その溶融物に中間物質を加えるか、または
中間物質と別のホスト金属の両方を固体の形で容器に入
れ、それからホスト金属が溶けるような温度まで加熱す
ることによって行なわれる。中間物質を溶融金属に導入
するための別の代替方法は、微細に粉砕された中間物質
をアルゴンのような不活性な、または塩素のような反応
性のガス流れより適切な鋼管（lance）を使って、注入
することによって行なわれる。反応性ガスの使用はま
た、溶融物から酸素および水素を除去するのに望まし
い。溶融物中の第２相物質の分散は機械的撹拌、ガス吹
き込み、誘導撹拌、超音波エネルギーなどによって造ら
れる溶融物の撹拌によって容易になる。例えばアルミニ
ウム中間母体中に約60重量パーセントの二ホウ化チタン
を含有する中間物質をホストアルミニウムに加えるのに
好ましい方法はホスト金属を750℃に加熱し、中間物質
を粉砕して、溶融物を機械的に撹拌しながらこれに徐々
に加え、溶融物の撹拌を５分間続けて、750℃において
溶融物を10分間放置し、溶融物をさらに５分間撹拌し、
そして750℃において溶融物を鋳込む。溶融状態におい
て、フラックス、清掃剤、の使用などの各種の清浄化方
法を用いて溶融物から酸化物などの不純物を除くことが
できる。例えば、チタン系の物質においてエルビウムの
ような希土類元素の少量の添加は隙間の酸素に対する清
掃剤として有効である。第２相物質の分散が完了する
と、溶融物はチル鋳造のような従来の方法によって固化
されて気孔率の非常に低い複合物となる。固化の前の
過もまた望ましい場合がある。上述の方法において、溶
融金属および母体金属はまた金属合金および金属間化合
物を含むものとする。 中間物質、特に多量の第２相物質を含有するものを使
用することは有利である。何故なら中間物質の単一のバ
ッチを造っておくだけで、それを用いて異なる量の第２
相を含有する広い範囲の複合物を造れるからである。別
の利点は溶融物を造るのに用いられるホスト金属は粉末
の形でなくてよく、これによって原料物質製造コストを
かなり低減できることである。さらに、中間物質混入方
法によると、希望の種類、大きさ、および形態の粒子の
生成に都合のよい溶媒金属中で第２相物質を形成させ、
そしてその後その粒子を例えば融点の相対的な差のため
にそのような粒子を現場析出によってはその中に造られ
ない溶融ホスト金属中に組み込むことができる。 中間物質混入概念を使用することの利点はさらにつぎ
の事実である。すなわち、溶媒金属中における第２相物
質の現場析出において、第２相物質の粒子の大きさは第
２相物質の配合濃度と関係するようである。例えば二ホ
ウ化チタン−アルミニウム複合物において、粒子の大き
さは約40−60パーセントの第２相物質まで濃度が高くな
るにつれて減少し、それから濃度が100パーセントに近
づくにつれて粒子の大きさは増加する。また、粒子相互
の焼結は第２相の容積割合が約70パーセントを超えて増
加するにつれてその発生率が増加する系がある。したが
って、例えば第２相濃度の低い最終の複合物中のできる
だけ微少な粒子の大きさが希望されるとき、２ホウ化チ
タンを40−60パーセントの濃度範囲で含有する第２相含
有近物質を造ってできるだけ微細な粒子を生成し、その
後その中間物質を希望される第２相の濃度になるように
混入する。 本発明の中間物質混入方法において、中間物質中の未
反応成分は中間物質が溶融ホスト金属に加えられたと
き、大きな粒子の金属間化合物の形成のような望ましく
ない作用を起こすが、その１部分は溶解ホスト金属に他
の成分をより多く加えることによって本質的に除去され
る場合がある。例えばアルミニウム−二ホウ化チタン中
間物質中の未反応チタンは溶融ホストアルミニウムの浴
に加えられたときアルミニウムと結合して溶融物の粘度
に悪影響する。しかし溶融ホストアルミニウムにホウ素
を加えることによって、実質的にすべての遊離チタンは
ホウ素と結合し（したがって、二ホウ化チタンを生成す
る）、そしてこれらの問題を解消する。 実施例１と２は液体状態と固体状態における粉末−粉
末方式の反応におけるアルミニウム中の二ホウ化チタン
の微細粒子析出を説明する。特記しないかぎり、例にお
ける百分率は重量によるものである。 実施例１ 重量で34パーセントのチタン粉末、重量で16パーセン
トのホウ素、および重量で50パーセントのアルミニウム
の混合物を6.45cm2（１平方インチ）あたり17,236kg（3
8,000ポンド）に均圧（isostatically）圧縮した。成形
体を800℃に設定された炉内で加熱した。約670℃に達し
たとき、温度が急に上昇して約1250℃が記録された。温
度上昇速度は非常に大であった（毎分900℃より大）。
その後毎分約400℃の急速なクールダウン速度になっ
た。その後の試験において、サンプルはアルミニウムの
母体中に二ホウ化チタン粒子の微細な分散体（0.1〜３
ミクロン）を含有することが見出された。 実施例２ 20.5パーセントのチタン、9.5パーセントのホウ素お
よび重量で70パーセントのコバルトの混合物を１平方イ
ンチあたり18,144kg（40,000ポンド）に均圧圧縮し、炉
内で加熱した。800℃において著しい発熱反応が生じ温
度は約1600℃に上昇した。その後Ｘ−線解析によってコ
バルト母体中の二ホウ化チタンの存在が確認された。反
応種の十分な拡散が起こり得るなら開始温度は、この場
合1495℃の溶媒金属の融点以下になり得、そして反応は
固体状態で開始できることがここで示された。 液体状態における合金−合金の反応は以下に述べる実
施例３と４によって例示される。 実施例３ ２つの別々のアルミニウム合金であって、１つは重量
で10パーセントのチタン、そしてもう１つは４パーセン
トのホウ素を含有するものをアルミナのるつぼに共に入
れて、アルゴン雰囲気のもとに１時間1400℃に加熱し
た。溶融合金の混合は拡散と熱効果によって起った。チ
タンとホウ素のすべてを確実に溶解させ、それによって
個々の元素より溶解度のかなり低い二ホウ化チタンを完
全に析出させるため実験を1400℃で行なった。その後、
造られた複合物のSEM/EDS解析によってアルミニウム母
体中のミクロン以下のTiB2の分散を確認した。この実験
はすべてのチタンおよびホウ素がアルミニウムの溶液中
に保持されるように、アルミナイドチタンおよびホウ化
アルミニウムを完全に溶解させることを意図したもので
あるが、溶媒金属の融点より高い温度において、たとえ
合金のすべてが溶解していなくても二ホウ化チタンはそ
の溶解度が低いから析出するのであろうということが認
められる。 実施例４ 合金中のチタンおよびホウ素は完全に溶解させる必要
がないという主張を検証するために、実施例３と同じ３
つの実験を行なった。ただし到達する最高温度をそれぞ
れ1200℃、1000℃および800℃に制限した。実施例３の
とうり、すべての場合において、アルミニウム母体中に
微細に分散されたTiB2粒子が観察された。 つぎの実施例５はプラズマアークにおける合金−合金
反応によるアルミニウム／二ホウ化チタン複合物の製造
を述べる。 実施例５ 本例において、各々が溶媒金属と反応種の１つを含有
する２つの電極間に密閉容器内でアークを当てることに
よって反応を行なわせた。アークが通じるように電極の
相対位置を調節した。均等な溶融を起こさせるため電極
の回転も行なった。均質にされた溶融金属を細粒化して
粉末にするのは空気中で行なうことができるが、不活性
ガスのような非反応性雰囲気または真空中で行なうのが
好ましい。代案として、加熱された容器をアークの下に
置いて溶融金属を集めインゴットにすることもできる。 アーク内のセラミック成分間の反応は中間母体金属と
混合しているセラミック化合物を生成する。この方法に
由来する非常に迅速な加熱とクールダウンの速さの故
に、中間金属母体内の非常に微細なセラミック粒子の分
布が達成される。１つはアルミニウムとチタンそしても
う１つはアルミニウムとホウ素を含有する２つの電極間
に上述のとうりアークを当てると、溶融アルミニウム滴
の中に二ホウ化チタンの微細な分散が生成し、そしてこ
れは不活性ガス中を落下するとき固化する。このように
して造られた粉末はつぎに従来の粉末治金の方法によっ
て処理されて成形体にできる。この方法の変形として、
溶融金属滴を加熱されたるつぼに集め溶融ホスト金属と
の混合に適したインゴットを造る。 つぎの例はアルミニウム母体中に析出する二ホウ化チ
タン粒子の大きさに対する無定形ホウ素の影響を開示す
る。 実施例６ 実施例１に記述したものと同じ混合物（結晶性ホウ素
の代わりに無定形のホウ素を使用した点は異なる）を造
り（すなわち重量で約34パーセントのチタン、重量で16
パーセントのホウ素および重量で50パーセントのアルミ
ニウム）、成形して炉内で加熱した。約620℃の温度で
迅速な発熱反応が記録された。その後の試験はアルミニ
ウム母体中の非常に微細な（0.01〜1.0ミクロン）二ホ
ウ化チタンの分布を示した。 実施例１または実施例６において造られた高濃度複合
物は金属／合金系の分散強化用の中間物質として用いる
のに適切である。 つぎの例は１つの溶媒金属を使って融点のより高い別
の溶媒金属中に析出物を誘導することを開示する。 実施例７ 重量で16パーセントのアルミニウム、重量で56パーセ
ントのクロム、重量で20.6パーセントのチタンおよび重
量で9.4パーセントのホウ素の混合物を成形体にした
後、炉内で加熱した。約620℃の温度に達したとき、急
激な反応が起こりその結果、800℃以上まで温度が上昇
し、クロムが溶融した。温度−時間曲線は２つのピーク
を示したがこれはアルミニウムにおける発熱反応（これ
は一般的に600−680℃の間で起こる）およびクロムにお
けるその後の反応を示すものである。したがって、より
低い融点の溶媒金属は反応の「低温開始剤」として作用
し、そしてこれは熱を放出し、より高い融点の化合物に
おける反応をさらに誘導する。造られた複合物はクロム
−アルミニウム合金を母体とする二ホウ化チタンである
ことが確認された。 実施例８ 重量で20.6パーセントのチタン、重量で9.4パーセン
トのホウ素および重量で70パーセントのクロムの混合物
を6.45cm2（平方インチ）あたり18,144kg（40,000ポン
ド）に圧縮し、その後炉内で加熱した。約880℃におい
て急激な発熱反応が記録された。この温度は、同じ割合
のチタンとホウ素が混合物の20パーセントがアルミニウ
ムから成るときに反応する温度より約260℃高い。実施
例７の場合のように、Ｘ−線解析により二ホウ化チタン
が確認された。 つぎの例はすでに説明済みの、本発明の各種の特徴お
よび部分を例証する。 実施例９ 二ホウ化ジルコニウムを銅の母体中に析出させる実験
を行なう。重量で約24パーセントのジルコニウム、11パ
ーセントのホウ素、および65パーセントの銅の粉末の混
合物を圧縮し、それから炉で加熱した。830℃の温度に
達すると、急激な反応が起こり最高温度が約970℃にな
った。その後のＸ−線およびSEM解析は銅の中間母体中
の二ホウ化ジルコニウムの存在を示した。 実施例10 アルミニウム母体中に二ケイ化モリブデンを析出させ
る実験を行なう。重量で約7.5パーセントのケイ素、12.
5パーセントのモリブデンおよび80パーセントのアルミ
ニウムの粉末の混合物を圧縮し、そして炉で加熱した。
約640℃の温度に達すると、急激な発熱が記録された。
その後のＸ−線およびSEM解析によりアルミニウムの中
間母体中の二ケイ化モリブデンの存在を確認した。 実施例11 重量で20.4パーセントのチタン、9.6パーセントのホ
ウ素および70パーセントの鉛の混合物を6.45cm2（平方
インチ）あたり18,144kg（40,000ポンド）に圧縮し、炉
で450℃に加熱した。発熱は見られず、その後のＸ−線
解析では未反応の元素粉末のみが認められた。この挙動
はほかの人が示しているとうりつぎのことを示してい
る。すなわちホウ素は鉛に対して溶解せず、したがって
ホウ素の鉛内の拡散がないからチタンとの反応が起こり
得ない。このような挙動とは対照的に、ケイ素、チタン
および鉛の混合物は鉛中の二ケイ化チタンを造る。それ
はケイ素およびチタンはともに鉛に僅か可溶性であり、
そのため拡散および反応が起こり得るようになるからで
ある。 実施例12 アルミナイドニッケル（Ni3Al）および二ホウ化チタ
ン（TiB2）の生成のために、ニッケル、アルミニウム、
チタンおよびホウ素の化学量論的な割合、すなわち重量
で10パーセントのアルミニウム、重量で62パーセントの
ニッケル、重量で19パーセントのチタンおよび重量で９
パーセントのホウ素の混合物を6.45cm2（１平方イン
チ）あたり18,144kg（40,000ポンド）に圧縮して、それ
から炉で加熱した。620℃に達すると、急激な発熱が記
録された。そしてこれはその後のＸ−線回折および走査
電子顕微鏡によって、ニッケル−アルミニウム中間母体
中の二ホウ化チタン粒子の生成の結果であるとして確認
された。この実験によって実証されることは、セラミッ
ク形成種の相互の親和性が、それぞれの種が金属間化合
物母体を形成する２つの原子に対して持っている親和性
より大であるかぎりセラミック相、例えば二ホウ化チタ
ンを金属間化合物相、例えばアルミナイドニッケル中に
析出させ得るということである。 つぎの例は中間物質の状態の第２相の製造およびその
後それをホスト金属に加えることを開示する。 実施例13 チタン、無定形ホウ素、およびアルミニウムの金属粉
末を適切な割合で混合して二つの二ホウ化チタン−アル
ミニウム複合体を造る。複合体はそれぞれ約23重量パー
セントと60重量パーセントの二ホウ化チタン濃度を持
つ。溶媒援助析出反応を行なわせた後、生成複合物のSE
M解析は二ホウ化チタン粒子の大きさの範囲が約0.01乃
至0.1ミクロンであることを示した。最初の粉末のガス
抜きを析出反応前に行なわなかったので生成複合物の気
孔率は比較的に高い、すなわち10−30パーセントの範囲
内であった。23パーセントの二ホウ化チタンを含有する
中間物質を等重量の固体ホストアルミニウムと混合し
て、ホストアルミニウムを溶融させるため約750℃に加
熱した。中間物質とホストアルミニウムのこの混合によ
って、約12重量パーセントの二ホウ化チタンセラミック
相を含有する複合物が造られた。 その後、ホストの7075アルミニウム合金の溶融物を調
製し、そして60重量パーセントの二ホウ化チタンを含有
する中間物質を、中間物質の１部に対しホスト合金３部
の比で溶融物の中に入れた。複合物は溶融しているホス
トの金属合金によって漏らされ、そして溶融された。生
成する複合物は、最終的な7075アルミニウム合金母体中
に約15パーセントの二ホウ化チタンを含有するが、これ
をつぎに従来の方法によって鋳造した。その後のSEM解
析によって、中間物質において観察される大きさと殆ん
ど同じ大きさの二ホウ化チタン粒子が母体の全体にわた
って均一に分布していることが確認された。すなわち鋳
造の間に粒子成長の証拠は存在しなかった。さらに、二
ホウ化チタン粒子の凝集を示すものはなく、そして鋳放
しの複合物の残留気孔率は１パーセント未満であった。 実施例14 本例は第２相をその中で形成されたものと異なる最終
の母体内に導入することに対する本発明の方法の能力を
示すものである。中間アルミニウム母体中の60容積パー
セントの二ホウ化チタンを得るため、適切な比でチタ
ン、ホウ素、およびアルミニウムの元素粉末を混合し、
42ksiに均圧圧縮し、そして誘導炉で約660℃に加熱し、
第２相形成発熱反応を開始させた。回収された中間物質
はＸ−線およびSTEM解析によって平均大きさが1.4ミク
ロンでありアルミニウム中間母体中に分散された二ホウ
化チタン粒子を含むことが判明した。その後この中間物
を100メッシュ通過まで粉砕し、単一相のアルミナイド
チタン、TiAl、母体（54原子パーセントのアルミニウム
を含有する合金54）、および２相のアルミナイドチタン
母体Ti3Al及びTiAl（合金45であって45原子パーセント
のアルミニウムを含有する）の各々の中に10容積パーセ
ントの粒子を形成するのに適切な量のチタン及びアルミ
ニウムと混合した。その後、この物質を圧縮し、そして
この混合物を、流動するアルゴン雰囲気のもとにチタン
の融点より高温に加熱した。Ｘ−線回折、STEMおよびSE
M解析は回収生成物が1.5ミクロンの平均大きさを持つ二
ホウ化チタン粒子の均一な分散体を含有するアルミナイ
ドチタンの最終母体から成ることを示した。 実施例15 14.7キログラムのアルミニウム、226グラムのケイ素
親合金（Al中50パーセントのSi）および756グラムのマ
グネシウム親合金（Al中25パーセントのMg）を800℃に
加熱し、溶融ホスト金属浴を造った。チタン、ホウ素、
およびアルミニウムの元素粉末をボールミルにて30分混
合し、40,000psiに均圧圧縮し、そして誘導炉で約660℃
に加熱して第２相形成発熱反応を開始させてアルミニウ
ム中間母体中に60重量パーセントの二ホウ化チタン第２
相を含有する中間物質を造った。7,878グラムの中間物
質を機械的に撹拌しながら溶融ホスト金属に加えた。溶
融物を５分間撹拌し、10分間放置しそしてさらに５分間
撹拌した。その後生成複合物を従来の方法で鋳造した。
その後の化学分析は6061アルミニウム合金最終金属母体
中に20重量パーセントの二ホウ化チタンを含む最終の複
合物であることを示した。 つぎの例は中間物質中に存在する未反応チタンと結合
させ、それによってアルミナイドチタンの生成を実質的
に防止し、粘度を改善するためホストアルミニウムにホ
ウ素が加えられるとき、そのホウ素の性能を実証する。 実施例16 実施例５のようにして造られ、アルミニウム中間母体
中に60重量パーセントの二ホウ化チタンを含有する中間
物質の1,300グラムを粉砕し、それから52グラムの粉末
ホウ素と混合し、その後2,196グラムの溶融ホストアル
ミニウムに加えた。ホウ素粉末の混合を助けるため溶融
物を撹拌した。ホウ素が混合するにつれて、溶融物の粘
度が低下した。生成する複合体を従来の方法により鋳造
した。最終複合物の光学顕微鏡検査は本質的に純粋なア
ルミニウムの最終母体中の15容積パーセントの２ホウ化
チタン第２相を示し、かつアルミナイドチタンは実質的
に存在しないことを示した。 つぎの例の目的は上述と同じ目的に対し元素ホウ素の
代わりにホウ素親合金が用いられることを実証すること
である。 実施例17 1,000グラムのホウ素親合金（Al中に3.7パーセントの
Ｂ）を730グラムの溶融アルミニウムに加えた。実施例1
5のように造られ、アルミニウム中間母体中に60重量パ
ーセントの二ホウ化チタンを含有する中間物質の650グ
ラムを溶解浴に加えた。ホウ素親合金の追加の410グラ
ムをこの溶融浴に加え、その後さらに650グラムの中間
物質を加えた。生成した複合物をその後従来の方法によ
って鋳造した。光学顕微鏡検査は最終複合物がアルミニ
ウム最終母体中の15容積パーセントの二ホウ化チタンを
含み、アルミナイドチタンは実質的に存在しないことを
示した。 つぎの例の目的はホウ素親合金が銅含有溶融物におい
てまったく同様に機能することを実証する。 実施例18 1,203グラムの銅の親合金（Al中20パーセントのCu）
および960グラムのホウ素親合金（Al中3.7パーセントの
Ｂ）を1,096グラムの溶解アルミニウムに加えた。溶融
物の温度を750℃に上げ、そして実施例15のように造ら
れ、アルミニウム中間母体中に60重量パーセントの二ホ
ウ化チタン第２相を含有する中間物質の粉砕物の1,323
グラムを撹拌しながら加えた。生成される複合物を従来
の方法によって鋳造した。最終複合物の光学顕微鏡検査
はアルミニウム−銅合金の最終金属母体中の10容積パー
セントの二ホウ化チタン第２相および非常に微量のアル
ミナイドチタンの存在を示した。 つぎの例は、結晶性ホウ素より大きな程度に無定形ホ
ウ素が溶融物の粘度を下げる性能を持つことを実証す
る。 実施例19 1,096グラムのアルミニウムを溶融し、1,200グラムの
銅親合金（Al中20パーセントのCu）および960グラムの
ホウ素親合金（Al中3.7パーセントのＢ）を加え、750℃
に加熱することによって、二つの同じホスト金属浴を調
製した。実施例15のように造られ、アルミニウム中間母
体中に60重量パーセントの二ホウ化チタンを含有する中
間物質の1,322グラムを26グラムの無定形ホウ素と混合
し、そして１方のホスト金属浴に加えた。同じ組成の実
施例15のように造られた中間物質の別の1,322グラムを2
6グラムの結晶性のホウ素と混合し、そして他方のホス
ト金属浴に加えた。無定形ホウ素を用いて造られた溶融
物の粘度は結晶性のホウ素を用いて造られた溶融物より
著しく低かった。溶融物をセラミック布を用いて過す
ると、無定形ホウ素を用いて造られた溶融物の通過量は
約2,800グラムであり、結晶性のホウ素を用いて造られ
た溶融物の通過量は1,800グラムであった。 つぎの例は、過剰ホウ素の添加によって、二ホウ化チ
タン／アルミニウム中間物質の製造の間に生成するアル
ミナイドチタンを実質的に防止できることを実証する。 実施例20 アルミニウムの中に60重量パーセントの二ホウ化チタ
ンを含む中間物質を造るのに必要な適切な割合を超えて
ホウ素を2,7,12,15および22重量パーセントの化学量論
的過剰量で含有する５つの粉末混合物を造った。混合物
を45,000psiに均圧圧縮し、それから誘導コイルを用い
て流動するアルゴンのもとに石英管内で加熱し、発熱反
応を開始させた。生成中間物質中のアルミナイドチタン
をＸ−線回折を用いて解析した。２重量パーセント過剰
ホウ素混合物は5.5容積パーセントのアルミナイドチタ
ンを含有する中間物質を造った;7重量パーセント過剰ホ
ウ素混合物は２容積パーセントのアルミナイドチタンの
ものを造った;12重量パーセント過剰のホウ素混合物は
微量のアルミナイドチタンのものを造った;15および22
重量パーセント過剰ホウ素の混合物はアルミナイドチタ
ンのこん跡を含有しない中間物質を造った。 つぎの例は、アルミニウム母体の全体にわたって炭化
チタン第２相粒子を分散できることおよびアルミナイド
チタンの生成を実質的に防止するため過剰の炭素を使用
することを示す。 実施例21 アルミニウム中間母体中の60重量パーセント炭化チタ
ンを得るため、適切な化学量論的割合でチタン、炭素、
およびアルミニウムの粉末を混合してサンプルを造っ
た。別のサンプルを上記のように造るがアルミナイドチ
タンの生成を避けるため、１重量パーセントの過剰炭素
を加えた。両サンプルを45,000psiに均圧加圧し、それ
から誘導コイルとサセプター（susceptor）を用い、流
動するアルゴンのもとに石英管内で加熱し、発熱反応を
開始させた。生成した複合物の組成をＸ−線回折を用い
て分析した。両方の中間物質は大量の炭化チタンとアル
ミニウムを含有し、そして化学量論的な炭素のサンプル
は微少量のアルミナイドチタンを含有し、そして１重量
パーセント過剰の炭素のサンプルはアルミナイドチタン
のこん跡も含有しないことが示された。それから各サン
プルを、アルミニウムの最終母体中で約10容積パーセン
トの炭化チタン第２相を得るのに適切な割合で溶融アル
ミニウムに加えた。生成した複合物を従来の方法によっ
て鋳造した。光学顕微鏡検査は両方の最終複合物に対
し、アルミニウム中の炭化チタン粒子の良好な分散を示
し、かつ化学量論的炭素を用いて造られた複合物は微少
量のアルミナイドチタンを含有するが、１重量パーセン
ト過剰炭素を用いて造られた複合物はアルミナイドチタ
ンのこん跡を含有していないことを示した。 実施例22 チタンと炭化ホウ素の第２相形成成分を適切な割合で
アルミニウム溶媒金属の存在のもとに反応させてアルミ
ニウム中間母体中に80重量パーセントの第２相を含有す
る第１中間物質を造った。チタンとホウ素の第２相形成
成分を適切な割合でアルミニウム溶媒金属の存在のもと
に反応させてアルミニウムの中間母体中に80重量パーセ
ントの第２相を含有する第２中間物質を造った。各中間
物質の215グラムを850℃において、そして撹拌されてい
る2,268グラムの溶融ホストアルミニウムに加えた。生
成する複合物を従来の方法により鋳造した。最終複合物
の分析はアルミニウム中に二ホウ化チタンと炭化チタン
が合計13容積パーセントで存在することを示した。 つぎの例はベリリウム−銅合金中にホウ化ジルコニウ
ム第２相を分散できることを示す。 実施例23 重量で約40パーセントのジルコニウム、20パーセント
のホウ素および40パーセントの銅の粉末の混合物を圧縮
し、それから炉で急激な発熱反応が起こるまで加熱し
た。生成した中間物質のＸ−線およびSEM解析は銅の中
間母体中の二ホウ化ジルコニウムの存在を示た。この中
間物質の約80グラムをつぎに1,000グラムの溶融ベリリ
ウムに加えた。生成した複合物の分析は最終のベリリウ
ム−銅合金母体中に分散されているホウ化ジルコニウム
第２相粒子を示した。 実施例24 150グラムのチタン粉末75グラムの窒化ホウ素粉末お
よび150グラムの銅粉末を混合し、圧縮し、それから銅
の融点より高温で加熱して発熱反応を開始させ、そして
中間物質を造った。中間物質の組成の分析は中間銅母体
中の二ホウ化チタンと窒化チタン第２相の存在を示し
た。それから中間物質を10部のベリリウムに対する１部
の中間物質の比で溶融ホストベリリウムに加えた。生成
した複合物を従来の方法によって鋳造した。その後の分
析は最終的なベリリウム−銅合金母体中に分散された窒
化チタン第２相を示した。 つぎの例は純粋なアルミニウムホスト金属よりもアル
ミニウム−リチウムホスト金属の方が二ホウ化チタン／
アルミニウム中間物質を濡らす性能において勝れている
ことを実証する。 実施例25 実施例15のようにして造られ、アルミニウム中間母体
中に60重量パーセントの二ホウ化チタンを含有する中間
物質の1,500グラムに15重量パーセントの過剰ホウ素を
加えるつぼの底に入れた。それからアルミニウムの中に
10重量パーセントのリチウムを含有するリチウム親合金
の500グラムをるつぼに加え、その後4,000グラムの純粋
なアルミニウムを加えた。サンプルを誘導炉内で水銀柱
127mm（５インチ）減圧においてアルゴン雰囲気のもと
に加熱した。リチウム親合金がまず溶融しつぎにアルミ
ニウムの溶融が観察された。るつぼの底にアルミニウム
が溶融すると中間物質をよく濡らすことが分った。溶融
完了後、製入物を撹拌し、そして中間物質をひしゃくを
用いてできるだけ分散させた。生成複合物を従来の方法
で鋳造し、アルゴンのもとに冷却した。別の複合体を上
と全く同じに造った。ただし500グラムのリチウム親合
金を500グラムの純アルミニウムと取替える点が異なっ
た。２つの鋳造物のSEM解析はリチウムを含有する最終
金属母体中の第２相二ホウ化チタン粒子の方が純アルミ
ニウム最終母体中の第２相二ホウ化チタンより量が多い
（higher loading）ことを示した。 つぎの例は、アルミニウム最終金属母体の全体にわた
る第２相二ホウ化チタンの分散を容易にするための超音
波撹拌の使用を示す。 実施例26 溶融アルミニウムの２つのホスト金属浴を小るつぼ
（直径２インチ、高さ４インチ）内に造った。実施例15
のようにして造られ、アルミニウム中間母体中に60重量
パーセントの二ホウ化チタンを含有する中間物質を粉砕
し、それから各るつぼに適切な割合で入れて撹拌し、ア
ルミニウム最終母体中に10重量パーセントの２ホウ化チ
タン含有する最終的な複合物を造った。溶融物の１つは
そのとき超音波により撹拌されたがもう１つの溶融物は
撹拌せずに置かれた。生成複合物のSEM解析は、超音波
撹拌されなかった物質に比較して超音波撹拌された物質
において二ホウ化チタン粒子がより均等に分散し、より
少なく凝集していることを示した。 実施例29 市販の二ホウ化チタン粉末（325タイラー篩通過）を
アルミニウム粉末と混合し、ボールミル粉砕を行なっ
て、アルミニウム中の60重量パーセントの二ホウ化チタ
ン混合物を造った。この混合物の700グラムを管に充填
し、均圧に圧縮した。生成した圧縮棒片を3,000グラム
の溶融アルミニウムに加えた。この溶融物を撹拌し、90
0℃まで過熱しそして再び撹拌した。しかし棒片は分散
しなかった。溶融物を注ぐとき、アルミニウムが流れ出
して棒片は残されて、アルミニウム中に二ホウ化チタン
は分散されていなかった。 各種の中間物質を造るための追加の実験を行なってそ
れをつぎのＩ表に示した。 中間物質をホスト金属に加えることによって、広範囲
の微粒子濃度を持つ非常に広範囲の金属−第２相複合物
が製造できる。一般的に、Ｉ表に記述される第２相中間
物質から、通常直径１ミクロン未満の第２相粒子の濃度
の極めて低い（例えば１パーセント未満）金属−第２相
複合物を製造するのに困難は伴なわない。 本発明は従来技術によって開示されている方法より多
くの利点を持つ。例えば、本発明はミクロン以下の凝集
していない耐火性金属ホウ化物出発物質の使用を回避す
る。なおこの物質は市販されていないし、自然性である
ときが多い。本発明はまた溶融金属内に第２相を均一に
分散することに関する技術的問題を解消し、そして処理
中の、第２相／金属境界面における酸化物または他の有
害な層の形成に関する問題を回避する。さらに本発明
は、SiC/アルミニウムのような現在用いられている複合
物よりも勝れた硬さおよびモジュラスの品質を持つ金属
−第２相複合物を生産する。本発明の金属−第２相複合
物はまた勝れた高温安定性を持つ。何故なら、第２相が
最終の金属母体に反応しないからである。さらに、現在
入手できる複合物とは反対に、本発明の金属−第２相複
合物は、微細な結晶粒の大きさ、微細な粒子の大きさ、
したがって結果として物質の勝れた物理的性質を保持し
ながら、再溶融し、そして再鋳造できる。 なおまた、この金属−第２相複合物は物質の性質を劣
化させることなく溶接できて、かつ溶接後、現在入手で
きる金属母体複合物よりも勝れた耐蝕性を持つ。 本発明に関する上記の説明は本技術分野の熟練者によ
って容易にかなりな修正、変更および適応される。そし
てこのような修正、変更および適応は添付の請求の範囲
によって記述される本発明の範囲内にあると見做される
ものであることは当然である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ブルプベイシャ、ジョン・マイケル
アメリカ合衆国21228メリーランド州ケ
イトンズビル、メイプル・アベニュー
28
(56)参考文献 特開 昭60−77945（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−211025（ＪＰ，Ａ)
特開 昭50−41707（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−211548（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−245767（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．金属−第２相複合物質の製造方法であって、反応性
のある各第２相形成成分を、実質的に反応性のない溶媒
金属であってその中において各第２相形成成分が第２相
物質より溶解しやすいものの存在のもとに、反応性のあ
る第２相形成成分が十分に溶媒金属中に拡散し、当該成
分の第２相形成反応を引き起こすのに十分な第１の温度
において、接触させ、それによって溶媒金属中に第２相
粒子を析出させることによって中間金属母体中に１種以
上の第２相物質の析出物を形成させること；中間金属母
体中に微細に分割された第２相粒子を含む中間物質を造
ること；中間物質を、当該第２相粒子がその中で実質的
に溶解しない金属、金属合金または金属間化合物から成
る溶融ホスト金属の中に、当該中間金属母体が当該ホス
ト金属に溶解する第２の温度において、導入することに
よって溶融された集塊を造ること；最終金属母体中に実
質的に均一な第２相の分散を達成すること；および生成
物を回収することを含む方法。 ２．中間物質がさらに処理される前に固体になるまで冷
却され、当該固体が溶融ホスト金属によって濡らされ得
る請求の範囲第１項記載の方法。 ３．中間物質がさらに処理される前に粉砕される請求の
範囲第２項記載の方法。 ４．第２相粒子が溶融ホスト金属によって濡らされそし
て実質的にそれと反応しない請求の範囲第１記載の方
法。 ５．中間物質が当該第２の温度に加熱される前に、固体
のホスト金属と混合される請求の範囲第１項記載の方
法。 ６．反応性のある第２相形成成分および実質的に反応性
のない溶媒金属が個々の元素として提供される請求の範
囲第１項記載の方法。 ７．１種以上の第２相形成成分が溶媒金属の合金として
提供される請求の範囲第１項記載の方法。 ８．１種以上の第２相形成成分が溶媒金属の合金として
提供され、そして１種以上の他の第２相形成成分が個々
の元素として提供される請求の範囲第１項記載の方法。 ９．第２相が二ホウ化チタン、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、または窒化チタン
である請求の範囲第１項記載の方法。 １０．第２相粒子の大きさが実質的に５ミクロン未満で
ある請求の範囲第１項記載の方法。 １１．第２相がセラミックである請求の範囲第１項記載
の方法。 １２．第２相が金属間化合物である請求の範囲第１項記
載の方法。 １３．中間物質をホスト金属と混合する前に中間物質に
追加の合金形成物質が加えられる請求の範囲第１項記載
の方法。 １４．溶融ホスト金属がアルミニウム、ニッケル、チタ
ン、銅、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、
鉄、ケイ素、モリブデン、ベリリウム、白金、ニオブ、
タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、マグネシウム、
鉛、亜鉛、スズ、タングステン、アンチモン、ビスマ
ス、またはそれらの合金または金属間化合物である請求
の範囲第１項記載の方法。 １５．当該溶融ホスト金属がその中に既存の第２相を含
有している請求の範囲第14項記載の方法。 １６．金属の母体中に第２相粒子を分散させる方法であ
って、 （ａ）反応性のある各第２相形成成分および実質的に反
応性のない溶媒金属であってその中で各第２相形成成分
が第２相より溶解しやすいものとの混合物を造ること； （ｂ）溶媒金属の融点に近い反応開始温度までその混合
物を加熱して、発熱反応を開始させること； （ｃ）発熱反応がさらに混合物を加熱し、第２相形成成
分を消費しながら中間金属母体中に第２相粒子の分散を
形成させること； （ｄ）中間物質を回収すること； （ｅ）当該第２相粒子が実質的に溶解しないホスト金属
中に中間物質を導入すること、そしてここで当該ホスト
金属が金属、金属合金および金属間化合物から成るこ
と；そして （ｆ）混合すること の各工程を含む方法。 １７．１種以上の第２相形成成分が周期表の第III乃至
第VI族の遷移金属である請求の範囲第16項記載の方法。 １８．１種以上の第２相形成成分がアルミニウム、チタ
ン、ケイ素、ホウ素、炭素、硫黄、タンタル、トリウ
ム、イットリウム、コバルト、ニッケル、モリブデン、
タングステン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、ハ
フニウム、マグネシウム、スカンジウム、ランタン、ク
ロム、酸素、窒素、リチウム、ベリリウム、鉄、マンガ
ン、亜鉛、スズ、銅、銀、金、白金または希土類元素で
ある請求の範囲第16項記載の方法。 １９．溶媒金属がアルミニウム、ニッケル、チタン、
銅、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、鉄、ケ
イ素、モリブデン、ベリリウム、銀、金、白金、ニオ
ブ、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、マグネシウ
ム、鉛、亜鉛、スズ、タングステン、アンチモン、ビス
マス、またはそのような金属の合金である請求の範囲第
18項記載の方法。 ２０．第２相形成成分および溶媒金属が個々の元素とし
て提供される請求の範囲第16項記載の方法。 ２１．第２相形成成分が各々溶媒金属の合金として提供
される請求の範囲第16項記載の方法。 ２２．１種以上の第２相形成成分が個々の元素として提
供され、そして１種以上の第２相形成成分が溶媒金属の
合金として提供される請求の範囲第16項記載の方法。 ２３．第２相が二ホウ化チタン、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、または窒化チタ
ンである請求の範囲第16項の方法。 ２４．第２相の大きさが実質的にミクロン以下である請
求の範囲第16項記載の方法。 ２５．第２相がセラミックである請求の範囲第16項記載
の方法。 ２６．第２相が金属間化合物である請求の範囲第16項記
載の方法。 ２７．中間物質をホスト金属に加える前に、合金形成物
質をその中間物質に追加して加える請求の範囲第16項記
載の方法。 ２８．第２相形成成分の追加量をホスト金属に加える請
求の範囲第16項記載の方法。 ２９．金属−第２相複合物質の製造方法であって、反応
性のある各第２相形成成分を、実質的に反応性のない溶
媒金属であってその中において各第２相形成成分が第２
相物質より溶解しやすいものの存在のもとに、反応性の
ある第２相形成成分が十分に溶媒金属中に拡散し、反応
性のある第２相形成成分の反応を引き起こす温度におい
て接触させ、それによってその温度を溶媒金属の融点を
超える温度まで上昇させ、そして第２相を溶媒金属中に
析出させることによって、溶媒金属中に１種以上の第２
相物質を析出させること；中間物質を回収すること；こ
のようにして造られた中間物質を当該第２相がその中で
実質的に不溶性である溶融金属の浴に混入すること；お
よび生成物を回収することを含む方法。 ３０．１種以上の金属間化合物物質を金属の母体中に分
散させる方法であって、 （ａ）反応性のある各金属間化合物形成成分と、金属間
化合物形成成分がその中で金属間化合物物質より溶解し
やすく、実質的に反応性のない溶媒金属との混合物を造
ること； （ｂ）混合物を溶媒金属の融点に近い反応開始温度まで
加熱すること； （ｃ）生成する発熱反応が混合物の温度を溶媒金属の融
点を超える温度まで上昇させ、そして金属間化合物形成
成分を消費し得るようにすること； （ｄ）中間物質を回収すること； （ｅ）当該中間物質を、当該金属間化合物の分散質がそ
の中に実質的に溶解しない金属、金属合金または金属間
化合物から成る溶融ホスト金属と混合すること；および （ｆ）生成物を回収すること の各工程を含む方法。 ３１．実質的に反応性のない金属の存在のもとに第２相
形成成分の発熱反応によって造られた不溶性第２相分散
質を中間金属母体中に含有する予め造られた中間物質を
当該分散質がその中で実質的に溶解しない固体のホスト
金属、金属合金、または金属間化合物と混合すること、
加熱してホスト金属を溶融させること、混合すること、
およびその中に分散された第２相物質を含有する生成物
を回収することを含む、金属、金属合金、または金属間
化合物中に第２相物質を分散させる方法。 ３２．第２相形成成分および溶媒金属を圧縮して成形体
を造り、その後成形体の１部に発熱反応を開始させそし
て引き続き全体にわたり伝搬させる請求の範囲第31項記
載の方法。 ３３．金属−第２相複合物質の製造方法であって、中間
金属母体中の１種以上の現場析出第２相物質を、当該第
２相がその中で実質的に溶解しない溶融ホスト金属、金
属合金または金属間化合物の浴に加えること、混合する
ことおよび生成物を回収することを含む方法。
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