DE102005021843A1

DE102005021843A1 - Keramikformkörper und Metallmatrixkomposit

Info

Publication number: DE102005021843A1
Application number: DE200510021843
Authority: DE
Inventors: Satoshi Wako Yamamura; Kazuo Wako Shibata; Tadashi Wako Ohya
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2025-05-12
Also published as: DE102005021843B4; JP2006001747A; US20060057356A1; US7357976B2; JP4095584B2

Abstract

Der erfindungsgemäße Keramikformkörper (1) enthält eine Vielzahl blasenförmiger kugelförmiger Zellen (2). In dem Keramikformkörper (1) stehen die einander benachbarten kugelförmigen Zellen (2) durch Verbindungsporen (3) in Verbindung und bilden eine dreidimensionale Netzwerkstruktur (7). Ein Verhältnis (M¶d¶/M¶D¶) eines Medianwerts (M¶d¶) von Innendurchmessern der Verbindungsporen (3) zu einem Medianwert (M¶D¶) von Innendurchmessern der kugelförmigen Zellen (2) ist kleiner als 0,5. In den Keramikformkörper (1), der zur Herstellung eines Metallmatrixkomposits (5) benutzt wird, wird ein Metall (6) in die kugelförmigen Zellen (2) und die Verbindungsporen (3) gefüllt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Metallmatrixkomposit (MMC) und einen Keramikformkörper, der zur Herstellung des Metallmatrixkomposits verwendet wird.

Herkömmlich ist ein Metallmatrixkomposit bekannt, wo ein Metall in einen Hohlraum (nachfolgend als „Zelle" bezeichnet) innerhalb eines Keramikformkörpers gepackt wird (siehe z. B. Absätze 0008 bis 0013 und 6 und 10 der JP-A-Hei. 06-170514). Der für das Metallmatrixkomposit verwendete Keramikformkörper ist ein solcher, in dem eine Vielzahl poröser Zellen ausgebildet werden, in dem aus Korund und dergleichen bestehende Keramikpulver gesintert werden. Weil das Metallmatrixkomposit, welches man erhält, in dem man ein Metall in eine Zelle eines solchen Keramikformkörpers füllt, eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit hat, wie etwa Verschleiß verhindernde Eigenschaften und dergleichen, wird er bevorzugt für eine Feinschliffplatte für eine Papierherstellungsmaschine, eine Turbinenschaufel und dergleichen verwendet.

Weil in diesem Metallmatrixkomposit ein thermischer Ausdehnungskoeffizient von Metall größer ist als jener eines Kermaikformkörpers, haben die Stärke und Orientierung der thermischen Ausdehnung des in die Zelle gepackten Metalls einen starken Einfluss auf den gesamten thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Metallmatrixkomposits. Weil andererseits in einem Keramikformkörper (siehe z. B. die JP-A-09-170514), der für ein herkömmliches Metallmatrixkomposit verwendet wird, dessen Zelle aus amorphen Porositäten aufgebaut ist, dehnt ein in eine solche Porosität gepacktes Metall in einer Streckungsrichtung der Porosität thermisch aus. In anderen Worten, es kommt zu einer Anisotrophie in der thermischen Ausdehnung der Metallverteilung innerhalb des Metallmatrixkomposits.

Im Ergebnis wird es schwierig, den gesamten thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Metallmatrixkomposits zu reduzieren, weil in dem herkömmlichen Metallmatrixkomposit (siehe z. B. die JP-A-06-170514) die Anisotrophie in der thermischen Ausdehnung des Metalls auftritt.

Obwohl es eine exzellente mechanische Festigkeit hat, kann daher dieses herkömmliche Metallmatrixkomposit nicht als ein Element verwendet werden, das einer starken thermischen Änderung unterliegt und eine Dimensionsstabilität erfordert.

Daher gibt es starken Bedarf nach einem Metallmatrixkomposit, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient reduziert ist, und nach einem dafür verwendeten Kermaikformkörper.

Die Erfinder haben eine Grundstruktur herausgefunden, um die thermische Ausdehnung eines Metallmatrixkomposits zu senken, wo ein Metall in eine Zelle gepackt ist, und sind daher zu der vorliegenden Erfindung gelangt.

Anders gesagt, wird zur Lösung des obigen Problems erfindungsgemäß ein geformter Keramikkörper bzw. Keramikformkörper angegeben, in dem eine Vielzahl kugelförmiger Zellen einer kugelförmigen Blase ausgebildet sind, wobei in dem Keramikformkörper die einander benachbarten kugelförmigen Zellen durch Verbindungsporositäten in Verbindung stehen und eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bilden, und ein Verhältnis (M_d/M_D) eines Medianwerts (M_d) von Innendurchmessern der Verbindungsporen zu einem Medianwert (M_D) von Innendurchmessern der kugelförmigen Zellen kleiner als 0,5 ist.

Der Keramikformkörper ist ein solcher zur Herstellung eines Metallmatrixkomposits und umfasst im Inneren eine Mehrzahl kugelförmiger Zellen, in die ein Metall gepackt ist. Wenn das Metallmatrixkomposit hergestellt wird, wird eine Metallschmelze in die kugelförmigen Zellen gegossen. Weil in diesem Fall die einander benachbarten kugelförmigen Zellen durch Verbindungsporen in Verbindung stehen und eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bilden, wandern die Metallschmelze durch die Verbindungsporen um jede der kugelförmigen Zellen herum. Das Metallmatrixkomposit wird durch Festwerden der Metallschmelze hergestellt.

Weil in einem Metallmatrixkomposit, das mittels des Keramikformkörpers hergestellt ist, ein in eine kugelförmige Zelle gepacktes Metall kugelförmig ist, tritt in der thermischen Ausdehnung des Metalls keine Anisotrophie auf. Darüber hinaus wird in dem Metallmatrixkomposit das Metall durch eine kugelförmige Zelle eingebunden, bildet darin eine dreidimensionale Netzwerkstruktur und verteilt sich gleichmäßig. Ferner wird das Verhältnis (M_d/M_D) des Medianwerts (M_d) von Innendurchmessern der Verbindungsporen zu dem Medianwert (M_D) von Innendurchmessern der kugelförmigen Zellen kleiner als 0,5 eingestellt. Im Ergebnis ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des mittels des Keramikformkörpers hergestellten Metallmatrixkomposits kleiner als bei einem herkömmlichen Metallmatrixkomposit (siehe z. B. die JP-A-06-170514).

Darüber hinaus ist es in einem solchen Keramikformkörper bevorzugt, dass eine Mehrzahl der kugelförmigen Zellen so angeordnet ist, um eine dichtestmöglich gepackte strukturelle Anordnung zu bilden. Übrigens bedeutet hier die dichtestmöglich gepackte strukturelle Anordnung der kugelförmigen Zellen, dass jede der kugelförmigen Zellen so angeordnet ist, dass sie ein flächenzentriertes kubisches Gitter bilden.

Der Keramikformkörper erhöht einen Reduktionseffekt eines erhaltenen Metallmatrixkomposits, in dem er so angeordnet wird, dass die kugelförmigen Zellen eine dichtestmöglich gepackte strukturelle Anordnung bilden. Im Ergebnis kann ein Volumenverhältnis verringert werden, welches erforderlich ist, um einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu erhalten, der jenem eines herkömmlichen Metallmatrixkomposits entspricht.

Demzufolge kann mit dem Keramikformkörper die Permeabilität für Metallschmelze erhöht werden.

Zusätzlich wird bei dem insoweit beschriebenen Keramikformkörper ein Metallmatrixkomposit bereitgestellt, wo ein Metall in die kugelförmigen Zellen und die Verbindungsporen des Keramikformkörpers gefüllt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine Perspektivzeichnung eines Keramikformkörpers in Bezug auf eine Ausführung der Erfindung;

2A, 2B und 2C sind Zeichnungen zur Darstellung „einer dichtestmöglich gepackten Strukturanordnung kugelförmiger Zellen";

3 ist eine Zeichnung, die einen Teilschnitt entlang der Linie A-A in 1 zeigt;

4 ist eine Zeichnung eines Metallmatrixkomposits, das mittels eines Keramikformkörpers in Bezug auf eine Ausführung der Erfindung hergestellt ist;

5 ist eine Prozessdarstellung eines Herstellungsprozesses eines Keramikformkörpers in Bezug auf eine Ausführung der Erfindung;

6 ist eine Konzeptzeichnung eines „mit Keramikpartikeln beschichteten Kügelchens", hergestellt in einem Füllprozess, der einen Herstellungsprozess eines Keramikformkörpers in Bezug auf eine Ausführung der Erfindung darstellt;

7 ist eine Konzeptzeichnung eines Formkörpermaterials, hergestellt in einem Füllprozess, der einen Herstellungsprozess eines Keramikformkörpers in Bezug auf eine Ausführung der Erfindung darstellt;

8 ist eine Konzeptzeichnung eines sinterbaren Formkörpers, hergestellt in einem Verdampfungsprozess, der einen Herstellungsprozess eines Keramikformkörpers in Bezug auf eine Ausführung der Erfindung darstellt; und

9 ist ein Graph einer Beziehung zwischen einem Innendurchmesser (μm) einer kugelförmigen Zelle und der Existenzwahrscheinlichkein (%) der kugelförmigen Zelle in einem Keramikformkörper.

Nachfolgend wird eine Ausführung der Erfindung im Detail anhand der 1 bis 4 beschrieben. In 1 sind der Einfachheit halber nur einige kugelförmige Zellen eines Keramikformkörpers gezeigt. Ferner sind der Einfachheit halber in den 2A, 2B und 2C nur einige kugelförmigen Zellen und gestrichelten Kugeln gezeigt.

Keramikformkörper

Wie in 1 gezeigt, sind innerhalb eines Keramikformkörpers 1 eine Vielzahl kugelförmiger Zellen 2 ausgebildet. Die kugelförmigen Zellen 2 sind Bereiche, wo ein Metall 6 (siehe 4) eingefüllt wird und kugelförmige Blasen gebildet werden, wenn ein später beschriebenes Metallmatrixkomposit 5 (siehe 4) mittels des Keramikformkörpers 1 hergestellt wird. Übrigens ist in der Ausführung ein Innendurchmesser jeder der kugelförmigen Zellen 2 gleichmäßig ausgeführt. „Gleichmäßig" bedeutet hier einen Fall, dass der Innendurchmesser jeder der kugelförmigen Zellen 2 gleich ist, und umfasst ferner einen Fall, das ein CV (Varianzkoeffizient: Verhältnis der Standardabweichung zu einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser) Wert des Innendurchmessers der kugelförmigen Zelle 2 nicht größer als 10% ist.

Obwohl ferner der Innendurchmesser jeder der kugelförmigen Zellen 2 nicht besonders eingeschränkt ist, kann er in seinem Medianwert von 10 μm bis 100 μm gelegt werden.

In der Ausführung sind die kugelförmigen Zellen 2 wie eine dichtest gepackte Struktur in dem Keramikformkörper 1 aufgereiht. Die „dichtest gepackte Strukturanordnung der kugelförmigen Zellen 2" bedeutet hier, dass jede der kugelförmigen Zellen 2 so angeordnet ist, dass sie ein flächenzentriertes kubisches Gitter bilden.

Daher ist die „dichtest gepackte strukturelle Anordnung der kugelförmigen Zellen 2", wie in 2C gezeigt, eine virtuelle Kugel 4, die in ihrem inneren jede kugelförmige Zelle 2 enthält, so dass sie einer Innenwandfläche 2a der kugelförmigen Zelle 2 näher kommt. Wenn man einen Fall annimmt, dass ein Durchmesser jeder virtuellen Kugel 4 der gleiche ist, werden die virtuellen Kugeln 4 so angeordnet, dass sie eine dichtest gepackte Struktur darstellen. Zum Beispiel ist die „dichtest gepackte strukturelle Anordnung der kugelförmigen Zellen 2 aufgebaut aus: wie in 2A gezeigt, einer ersten Schicht L1, in der jede virtuelle Kugel 4 sechs sie umgebende virtuelle Kugeln 4 kontaktiert; wie in 2B gezeigt, einer zweiten Schicht L2, deren virtuelle Kugeln 4 auf der ersten Schicht L1 derart angeordnet sind, dass sie je drei einander kontaktierende virtuelle Kugeln 4 der ersten Schicht L1 kontaktieren; wie in 2C gezeigt, einer dritten Schicht L3, deren virtuelle Kugeln 4 auf der zweiten Schicht L2 derart angeordnet sind, dass sie je drei einander kontaktierende virtuelle Kugeln 4 der zweiten Schicht L2 kontaktieren; und ferner eine Mehrzahl von Schichten (nicht gezeigt), die der Reihe nach auf der dritten Schicht L3 genauso wie die zweite Schicht L2 und die dritte Schicht L3 gestapelt sind.

Weil in der „dichtest gepackten strukturellen Anordnung der kugelförmigen Zellen 2" die virtuellen Kugeln 4 so aufgebaut sind, dass sie die dichtest gepackte Struktur darstellen, wird eine Lücke zwischen jeder der virtuellen Kugel 4 minimal. Wenn nämlich die Innendurchmesser der kugelförmigen Zellen 2 gleichmäßig sind, sind diese daher in der Ausführung so angeordnet, dass sie die dichtest gepackte Struktur bilden, wobei jede der kugelförmigen Zellen 2 im Ergebnis präzise und gleichmäßig innerhalb des Keramikformkörpers 1 angeordnet ist.

In diesen kugelförmigen Zellen 2 stehen, wie in 3 gezeigt, die einander benachbarten kugelförmigen Zellen 2 durch Verbindungsporen 3 miteinander in Verbindung. Im Ergebnis wird innerhalb des Keramikformkörpers 1 eine dreidimensionale Netzwerkstruktur 7 (siehe auch 1) gebildet.

Die Verbindungsporen 3 sind, wie in 3 gezeigt, zwischen jeder kugelförmigen Zelle 2 ausgebildet und stehen damit in Verbindung. Die Verbindungsporen 3 bewirken, dass geschmolzenes Metall innerhalb jeder kugelförmigen Zelle 2 herumläuft, um durch Verbindung der jeweiligen kugelförmigen Zellen 2 die dreidimensionale Netzwerkstruktur 7 aufzubauen, wenn das Metallmatrixkomposit 5 (siehe 4) unter Verwendung des Keramikformkörpers 1 hergestellt wird.

Die Innendurchmesser der Verbindungsporen 3 sind entsprechend jenen der kugelförmigen Zellen 2 eingestellt und genauer gesagt, beträgt ein Verhältnis (M_d/M_D) eines Medianwerts (M_d) vom Innendurchmesser der Verbindungsporen 3 zu einem Medianwert (M_D) des Innendurchmessers der kugelförmigen Zellen 2 weniger als 0,5. Bevorzugt ist M_d/M_D größer als 0,01 und kleiner als 0,5. Durch diese Einstellung der Innendurchmesser der Verbindungsporen 3 wird ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Metallmatrixkomposits 5 (siehe 4), das unter Verwendung des Keramikformkörpers 1 hergestellt wird, merklich reduziert, im Vergleich zu jenem eines herkömmlichen Metallmatrixkomposits.

Als Material des insoweit beschriebenen Keramikformkörpers 1 kann eine technische Keramik genannt werden, wie z. B. SiC, Al₂O₃, Si₃N₄ und AIN.

Metallmatrixkomposit

Als nächstes wird das Metallmatrixkomposit 5 (siehe 4) beschrieben, das mittels des Keramikformkörpers 1 hergestellt wird.

Wie in 4 gezeigt, ist das Metallmatrixkomposit 5 ein Bauteil, wo das Metall 6 in die kugelförmigen Zellen 2 und die Verbindungsporen 3 des Keramikformkörpers 1 hinein gefüllt ist. Dementsprechend wird in dem Metallmatrixkomposit 5 jedes Metall, das in jede der kugelförmigen Zellen 2 gefüllt ist, zu einer Kugel geformt, die einen gleichmäßigen Durchmesser hat und innerhalb der kugelförmigen Zelle 2 eingegrenzt ist. Das kugelförmige Metall 6 verteilt sich innerhalb des Metallmatrixkomposits 5, so dass es die dichtest gepackte strukturelle Anordnung einnimmt.

Somit ist jedes Metall 6, das in jede kugelförmige Zelle 2 gefüllt ist, wie in 4 gezeigt, durch ein Metall 6 verbunden, das in die Verbindungsporen 3 gefüllt ist, und das Metall 6 innerhalb des Metallmatrixkomposits 5 breitet sich innerhalb des Metallmatrixkomposits 5 aus, um die dreidimensionale Netzwerkstruktur 7 zu bilden.

Zusätzlich ist in dem Metallmatrixkomposit 5, das unter Verwendung des Keramikformkörpers 1 hergestellt ist, wobei das Verhältnis (M_d/M_D) des Medianwerts (M_d) der Innendurchmesser der Verbindungsporen 3 zu dem Medianwert (M_D) der Innendurchmesser der kugelförmigen Zellen 2 kleiner als 0,5. In Folge dessen ist ein Verhältnis eines Medianwerts von Außendurchmessern des in die Verbindungsporen 3 gefüllten Metalls 6 zu einem Medianwert von Außendurchmessern des in die kugelförmigen Zellen gefüllten Metalls 6 gleich M_d/M_D und kleiner als 0,5.

Als Metall 6, das für das insoweit beschriebene Metallmatrixkomposit 5 verwendet wird, kann z. B. Al, Al-Legierung, Si, Si-Legierung, Cu, Cu-Legierung, Mg, Mg-Legierung und dergleichen genannt werden.

Herstellungsverfahren eines Keramikformkörpers

Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren eines Keramikformkörpers in Bezug auf eine Ausführung anhand der 5 bis 8 beschrieben.

Ein Herstellungsverfahren des Keramikformkörpers 1 ist, wie in 5 gezeigt, hauptsächlich aufgebaut aus einem Prozess (Herstellungsprozess von Feinkugeln) der Herstellung einer Feinkugelverdampfung bei einer voreingestellten Temperatur, einem Prozess (Füllprozess) zum Füllen der Feinkugeln und von Keramikpulver in eine Form, einem Prozess (Verdampfungsprozess) der Verdampfung der Feinkugeln, sowie einem Prozess (Sinterprozess) zum Sintern des Keramikpulvers.

Herstellungsprozess von Feinkugeln

Eine Feinkugel verdampft bei einer voreingestellten Temperatur und ist aus einem wahren kugelförmigen Partikel aufgebaut. Als Feinkugel wird eine solche ausgewählt, die bei einer Temperatur verdampft, die geringer ist als jene des später beschriebenen Sinterprozesses, bevorzugt 250 bis 750 Grad Celsius. Bevorzugt ist die Feinkugel eine organische Kugel, die aus einem Harz gebildet ist und bevorzugt eine solche, die aus einem Harz wie etwa Poly(meta)methylacrylat und Polystyrol gebildet ist. Die aus diesem Harz gebildete Feinkugel kann auch durch Suspensionspolymerisierung eines vorbestimmten Monomers mit einem Suspensionspolymerisationsverfahren erhalten werden. Ferner kann die Feinkugel auch im Handel bezogen werden.

Die Feinkugel ist bevorzugt so ausgewählt, dass der CV (Bedeutung wie oben) Wert ihres Außendurchmessers nicht größer als 10% wird. Übrigens verdampft die Feinkugel in dem später beschriebenen Verdampfungsprozess, wodurch sie die kugelförmigen Zellen 2 des Keramikformkörpers 1 bildet, und der Außendurchmesser beträgt bevorzugt nicht weniger als 10 μm und nicht mehr als 1000 μm.

Füllprozess

In dem Füllprozess werden die Feinkugeln und das Keramikpulver in eine Form gefüllt. In dem Füllprozess wird, bevor die Feinkugeln in die Form gefüllt werden, wie in 6 gezeigt, eine Oberfläche einer jeden Feinkugel 10 mit Keramikpulver 11 beschichtet. Das Keramikpulver 11 ist jeweils aus Feinkugeln aufgebaut, die wahre Kugeln mit gleichmäßigem Durchmesser sind. Im Ergebnis wird ein Außendurchmesser der „mit Keramikpulver 11 beschichteten Feinkugel 10" gleichmäßig. Bevorzugt ist der Außendurchmesser der Keramikpulverpartikel 11 nicht kleiner als 0,1 μm und nicht größer als 100 μm.

Das Keramikpulver 11 wird in dem später beschriebenen Sinterprozess gesintert und bildet ein Skelett des Keramikformkörpers 1. Dementsprechend wird als Material des Keramikpulvers 11 eine technische Keramik ausgewählt, z. B. SiC, Al₂O₃, Si₃N₄ und AIN.

Das Beschichten der Feinkugeln 10 mit dem Keramikpulver 11 kann durchgeführt werden, indem beide vermischt werden, während auf einem darin enthaltenen Bestandteil eine Scherkraft ausgeübt wird. Ein Mischverhältnis der Feinkugel 10 zum Keramikpulver 11 liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 ≤ W1/W2 ≤ 10 in einem Massenverhältnis (W1/W2), unter der Annahme, dass eine Masse der Feinkugeln 10 W1 ist und dass der Keramikpulver W2 ist. Das Mischen der Feinkugeln 10 und des Keramikpulvers 11 mit diesem Mischverhältnis führt dazu, dass die Oberflächen der Feinkugeln 10 ringsum mit dem Keramikpulver 11 beschichtet werden. Übrigens kann bei einem Beschichten der Feinkugel 10 mit dem Keramikpulver 11 ein sie enthaltender Bestandteil mit einem Bindemittel vermischt werden, wie etwa Polyvinylalkohol.

Als nächstes wird ein Gemisch der „mit Keramikpulver 11 beschichteten Feinkugeln 10"(siehe 6) und einem später beschriebenen Keramikschlamm hergestellt. Der Keramikschlamm ist ein solcher, wo das Keramikpulver in einem Dispersionsmittel wie etwa Wasser dispergiert wird, und man erhält es, in dem man das Keramikpulver und das Dispersionsmittel mittels einer Kugelmühle und dergleichen vermischt. Die Menge von Keramikpulver in dem Keramischlamm kann auf 50 Massen% bis 90 Massen% eingestellt werden.

Die Viskosität des Keramikschlamms kann auf 0,05 Pa Sekunden bis 5 Pa Sekunden eingestellt werden. Die Viskosität des Keramikschlamms wird in diesen Bereich eingestellt, damit der Keramikschlamm ausreichend um einen Zwischenraum jeder der "mit Keramikpulver 11 beschichteten Feinkugeln 10" herumläuft (siehe 6), und eine später beschriebene Kontraktion des Keramikformkörpers 1 (siehe 1) unterdrückt wird.

Das Keramikpulver wird in dem später beschriebenen Sinterprozess gesintert, und bildet zusammen mit dem Keramikpulver 11 (siehe 6) ein Skelett des Keramikformkörpers 1 (siehe 1). Als Material des Keramikpulvers wird das gleiche ausgewählt wie im Keramikpulver 11, nämlich eine technische Keramik, wie etwa SiC, Al₂O₃, Si₃N₄ und AIN. Das Keramikpulver wird so ausgewählt, dass sein Partikeldurchmesser nicht kleiner als 0,1 μm und nicht größer als 100 μm ist.

Im übrigen kann in dem Keramikschlamm ein Entflockungsmittel und ein Bindemittel enthalten sein. Das Entflockungsmittel kann an sich bekannt sein, und kann z. B. ein quaternäres Amoniumsalz, ein Acrylat-Oligomer, Monoethylamin und dergleichen sein. Als das Bindemittel können z. B. Polyvinylalkohol, Acrylemulsion, Polyvinylbutyral, Methylcellulose, β-1,3 Glukan und dergleichen genannt werden.

Ein Gemisch dieses Keramikschlamms und der "mit Keramikpulver 11 beschichteten Feinkugel 10" ist bevorzugt so eingestellt, dass ein Verhältnis eines Volumens V1 der „mit Keramikpulver 11 beschichteten Feinkugel 10" zu einem Volumen V2 des Keramikschlamms V1 : V2 = 6:4 bis 9:1 ist.

Bevorzugt beträgt der pH des Gemischs 8 bis 10, besonders bevorzugt 8,5 bis 9. Durch die pH-Einstellung des Gemischs innerhalb dieser Bereiche wird die Dispergierbarkeit des Keramikpulvers in dem Gemisch verbessert.

Als nächstes wird das Gemisch in eine Form fließen gelassen, wo das Gemisch unter reduziertem Druck filtriert werden kann. Als die Form kann z. B. eine solche genannt werden, die aus einem porösen Element wie etwa Gesso bestimmt wird, und eine andere, wo auf dessen Boden Filterpapier angeordnet ist. Das Gemisch wird die Form unter dem reduzierten Druck filtrieren. Im Ergebnis wandert das Dispersionsmittel in den Keramikschlamm einer flüssigen Gemischzusammensetzung aus dem Gemisch heraus, und das Gemisch wird in einer Druckabnahmerichtung komprimiert. Im Ergebnis schmiegen sich, (wie in 7 gezeigt), die „mit Keramikpulver 11 beschichteten Feinkugeln 10" einer festen Zusammensetzung in dem Gemisch aneinander an, wodurch die Feinkugeln 10 wie eine dichtest gepackte Struktur angeordnet werden und ein Formkörpermaterial 13 erhalten wird, und ein geformtes Körpermaterial 13 erhalten wird, wo das Keramikpulver 12 zwischen die „mit Keramikpulver 11 beschichteten Feinkugeln 10" gefüllt sind.

Ferner wird das geformte Körpermaterial 13 getrocknet und danach in einem als nächstes beschriebenen Verdampfungsprozess behandelt. Übrigens erfolgt das Trocknen des geformten Körpermaterials 13 bevorzugt dadurch, dass es für etwa 5 Stunden bis 40 Stunden unter einer Atmosphäre von nicht weniger als 10 und nicht mehr als 30 Grad Celsius belassen wird, und dann für etwa 1 Stunde bis 20 Stunden unter einer Atmosphäre von nicht weniger als 30 und nicht mehr als 120 Grad Celsius belassen wird. Das unter diesen Bedingungen getrocknete geformte Körpermaterial 13 wird effizient getrocknet, ohne dass Risse und Biegungen entstehen. Übrigens entspricht in diesem geformten Körpermaterial 13 „die mit Keramikpulver 11 beschichtete Feinkugel 10 (siehe 6 und 7) der virtuellen Kugel 4 (siehe 2C) und bildet darin eine dichtest gepackte Strukturanordnung.

Verdampfungsprozess

Als nächstes wird der Verdampfungsprozess in Bezug auf die 7 und 8 beschrieben.

In dem Verdampfungsprozess werden die Feinkugeln 10 (siehe 7) innerhalb des geformten Körpermaterials 13 (siehe 7) verdampft. In dem Verdampfungsprozess wird das geformte Körpermaterial 13 mit einer vorbestimmten Programmierungsrate innerhalb eines Ofens erhitzt. Wenn das geformte Körpermaterial 13 erhitzt wird, werden die Feinkugeln 10 (siehe 7) innerhalb des geformten Körpermaterials 13 (siehe 7) verdampft. Hierdurch werden, wie in 8 gezeigt, jene Bereiche, wo sich diese zuvor befanden, hohl und werden zu den kugelförmigen Zellen 2. Andererseits werden die die Feinkugeln 10 beschichtenden Keramikpartikel 10 durch Gasdruck weggeblasen, der erzeugt wird, wenn die Feinkugeln 10 verdampft werden. Hierbei werden die Keramikpartikel 11 an der Stelle, wo die einander benachbarten kugelförmigen Zellen 2 eng beieinander liegen, vorrangig beseitigt. Im Ergebnis werden, wie in 8 gezeigt, die Verbindungsporen 3 zur Verbindung der kugelförmigen Zellen 2 miteinander gebildet.

Es wird möglich gemacht, die Größe der Verbindungsporen 3 (siehe 8) einzustellen, in dem man die Höhe des Gasdrucks steuert, der erzeugt wird, wenn die Feinkugeln 10 (siehe 7) verdampft werden. Anders ausgedrückt, je größer der Gasdruck ist, desto größer werden die Innendurchmesser der Verbindungsporen 3. Das Steuern des Gasdrucks erfolgt durch Einstellen eines Drucks, einer Programmierrate bis zu einer vorbestimmten Heiztemperatur, einer Haltezeit, der Heiztemperatur und dergleichen in einem Ofen, wo das geformte Körpermaterial 13 (siehe 7) angeordnet wird.

Um daher den Keramikformkörper 1 (siehe 3) zu erhalten, worin das Verhältnis (Mt_d/M_D) des Medianwerts (M_d) von Innendurchmessern der Verbindungsporen 3 zu dem Medianwert (M_D) von Innendurchmessern der kugelförmigen Zellen 2 kleiner als 0,5 ist, genauer gesagt in einem Fall, dass der Druck in dem Ofen auf etwa 1 Pa bis 1 MPa eingestellt wird und die Heiztemperatur auf nicht kleiner als 300 und nicht größer als 600 Grad Celsius eingestellt wird, besteht die Möglichkeit, dass die Programmierrate bis zu der vorbestimmten Heiztemperatur auf nicht weniger als 5 und nicht mehr als 120 Grad Celsius pro Stunde eingestellt wird und die Haltezeit auf etwa 30 Minuten bis 10 Stunden eingestellt wird. Genauer gesagt, wenn z. B. Poly(meta)methacrylat als die Feinkugeln 10 angewendet wird, besteht die Möglichkeit, dass: der Druck innerhalb des Ofens auf 0,1 MPa eingestellt wird, dann, zusammen mit dem Beginn des Aufheizens aus Raumtemperatur, die Programmierrate bis zu 500 Grad Celsius auf 10 Grad Celsius pro Stunde eingestellt wird und die Haltezeit auf etwa 3 Stunden eingestellt wird.

In dem Verdampfungsprozess wird das geformte Körpermaterial 13 (siehe 7) erhitzt, und hierdurch wird ein sinterbarer Formkörper 14, wie in 8 gezeigt, hergestellt. In anderen Worten, wie in 8 gezeigt, werden innerhalb des sinterbaren Formkörpers 14 die kugelförmigen Zellen 2 und die Verbindungsporen 3 ausgebildet. Übrigens sind in dem sinterbaren Formkörper 14 eine Vielzahl kugelförmiger Zellen 2 so angeordnet, dass sie eine dichtest gepackte Strukturanordnung bilden, wobei die einander benachbarten kugelförmigen Zellen 2 durch die Verbindungsporen 3 in Verbindung stehen und die dreidimensionale Netzwerkstruktur 7 bilden.

Sinterprozess

In dem Sinterprozess wird der sinterbare Formkörper 14 gesintert (siehe 8). In dem Sinterprozess wird der sinterbare Formkörper 14 (siehe 8) gesintert, wodurch die die kugelförmigen Zellen umgebenden Keramikpartikel 11 und das Keramikpulver 12 gesintert und vereinigt werden. Im Ergebnis wird der sinterbare Formkörper 14 zu dem in 3 gezeigten Keramikformkörper 1.

Eine Backtemperatur des sinterbaren Formkörpers 14 kann auf eine Sintertemperatur der Keramikpartikel 11 und des Keramikpulvers 12 eingestellt werden, genauer gesagt auf nicht weniger als 1000 und nicht mehr als 2300 Grad Celsius. Genauer gesagt, wenn z. B. SiC für die Keramikpartikel 11 und das Keramikpulver 12 verwendet wird, kann die Backtemperatur auf etwa 1500 Grad Celsius eingestellt werden, und die Backzeit kann auf etwa 2 Stunden bis 6 Stunden eingestellt werden.

Herstellungsverfahren von Metallmatrixkomposit

Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren des Metallmatrixkomposits 5 (siehe 4) beschrieben, welches für den Keramikformkörper 1 (siehe 3) verwendet wird.

Wie in 4 gezeigt, wird das Metallmatrixkomposit 5 hergestellt, in dem die Metallschmelze 6 in die kugelförmigen Zellen 2 und die Verbindungsporen 3 des im Sinterprozess erhaltenen Keramikformkörpers 1 gegossen wird. Als Metall 6 kann irgend eines der oben erwähnten Al, Al-Legierung, Si, Si-Legierung, Cu, Cu-Legierung, Mg, Mg-Legierung und dergleichen gewählt werden. Das Gießen der Metallschmelze 6 in die kugelförmige Zelle 2 und die Verbindungsporen 3 kann mittels eines bekannten Gießverfahrens erfolgen, nachdem der Keramikformkörper 1 in einer Metallform angeordnet und vorgeheizt ist. Letztendlich ist ein Druckgussverfahren mit langsamen linearen Fluss bevorzugt.

Weil in dem Metallmatrixkomposit 5, das durch das in soweit beschriebene Herstellungsverfahren erhalten ist, das in die kugelförmigen Zellen 2 gefüllte Metall 6 kugelförmig ist, tritt bei der thermischen Ausdehnung des Metalls 6 keine Anisotrophie auf. Darüber hinaus ist in dem Metallmatrixkomposit 5 das Metall 6 innerhalb der kugelförmigen Zellen 2 eingegrenzt und verteilt sich so, dass darin die dreidimensionale Netzwerkstruktur 7 gebildet wird.

Im Ergebnis wird das Metallmatrixkomposit 5 in der thermischen Ausdehnung des dort eingefüllten Metalls gleichmäßig. Das Verhältnis (M_d/M_D) des Medianwerts (M_d) von Innendurchmessern der Verbindungsporen 3 zu dem Medianwert (M_D) von Innendurchmessern der kugelförmigen Zellen 2, wo das Metall 6 eingefüllt wird, ist auf weniger als 0,5 eingestellt. Dementsprechend ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallmatrixkomposits 5 kleiner als in dem herkömmlichen Metallmatrixkomposit (siehe z. B. JP-A-06-170514).

Weil ferner das Metallmatrixkomposit 5 derart angeordnet ist, dass das in die kugelförmigen Zellen 2 gefüllte Metall eine dichtest gepackte strukturelle Anordnung bildet, nimmt der Reduktionseffekt des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu. Im Ergebnis kann, um den thermischen Ausdehnungskoeffizienten äquivalent jenen des herkömmlichen Metallmatrixkomposits zu erhalten, ein Volumenverhältnis, welches für den angewendeten Keramikformkörper 1 erforderlich ist, im Metallmatrixkomposit 5 gesenkt werden. Anders gesagt, es kann die Permiabilität der Metallschmelze für den Keramikformkörper 1 verbessert werden.

Weil dieses Metallmatrixkomposit 5 eine exzellente mechanische Festigkeit und eine geringere thermische Ausdehnung hat, ist sein Anwendungsbereich weiter. Genauer gesagt, kann das Metallmatrixkomposit 5 bevorzugt z. B. für die Umgebung einer Zylinderbohrung einer Brennkraftmaschine verwendet werden, eine Dichtfläche eines Zylinderkopfs, einen Bolzenbefestigungsflansch, um ein Zapfenlager herum, einen Einpressabschnitt eines Ventilblatts, einen Einpressabschnitt einer Ventilführung und dergleichen.

Obwohl die Ausführung der Erfindung insoweit beschrieben wurde, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Obwohl z. B. in der Ausführung die kugelförmigen Zellen 2 so angeordnet sind, dass sie ein flächenzentriertes kubisches Gitter bilden und wie eine flächenzentrierte dichtestmögliche Struktur aufgereiht sind, besteht in der Erfindung auch die Möglichkeit, dass beliebige der kugelförmigen Zellen 2 etwa in einer hexagonal dichtest gepackten Struktur oder einer raumzentrierten dichtest gepackten Struktur angeordnet sind. Darüber hinaus können die kugelförmigen Zellen 2 zufällig angeordnet werden, wie etwa amorph, insofern sie die Problemlösung der Erfindung nicht beeinträchtigen. In diesem Zusammenhang kann ein Metallmatrixkomposit, wo die kugelförmigen Zellen 12 zufällig angeordnet sind, eine Schwankungsbreite der feinen Partikel 10 haben, im Vergleich zu solchen, wo die kugelförmigen Zellen 2 so angeordnet sind, dass sie wie die dichtest gepackten Strukturen aufgereiht sind.

Obwohl ferner in der Ausführung der Keramikformkörper 1 angenähert die Form eines Würfels hat, ist die Form hierauf nicht beschränkt, und kann entsprechend der hergestellten Form des Metallmatrixkomposits 5 verändert werden.

Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, wo sich die Wirkung der vorliegenden Erfindung bestätigt hat.
Beispiel 1
Herstellung des Keramikformkörpers
(i) Herstellungsprozess feiner Kugeln
Um einen Keramikformkörper herzustellen, wurde eine organische Feinkugel bereitgestellt (hergestellt von Soken Chemical & Engineering Co., Ltd.: Produktname MR-90G), bestehend aus Polymethylmethacrylat-Harz. Der Außendurchmesser der organischen Feinkugel beträgt im Medianwert davon 90 μm. Die organische Feinkugel entspricht der Feinkugel 10 in 6.
(ii) Füllprozess
Als nächstes wurde die Oberfläche der organischen Feinkugel mit Keramikpartikeln (hergestellt von YAKUSHIMA DENKO CO., LTD.: Produktname OY-20), bestehend aus SiC, beschichtet. Der Außendurchmesser der Keramikpartikel betrug im Medianwert davon 0,5 um. Der Keramikpartikel entspricht den Keramikpartikeln 11 in 6. Übrigens erfolgte die Beschichtung der Keramikpartikel auf die Oberfläche der organischen Feinkugel durch Mischen der organischen Feinkugel, der Keramikpartikel und von Polyvinylalkohol in einem konstituentenverhältnis, bestehend aus 1 Masseneinheit organischer feiner Kugeln, 1 Masseneinheit Keramikpartikel und 0,1 Masseneinheit Polyphenylalkohol, während darauf eine Scherkraft ausgeübt wird. Das Mischen erfolgte in einem AM-15F Mischer, hergestellt von HOSOKAWAMICRON CORP. Hierbei wurde die Drehzahl des Mischers auf 1000 Upm, die Mischzeit auf 30 Minuten, und ein Abstand eines Innenteils davon auf 1 mm eingestellt.
Als nächstes wurde ein Gemisch „der mit Keramikpartikeln beschichteten Feinkugeln" und Keramikschlamm eingestellt. Das Gemisch wurde so eingestellt, dass ein Verhältnis des Volumens V1 „der mit Keramikpartikeln beschichteten organischen Feinkugeln" zu einem Volumen V2 des Keramikschlamms in einem Bereich von V1 : V2 = 6:4 bis 9:1 liegen kann.
Zusätzlich wurde der Keramikschlamm eingestellt durch Vermischen eines Keramikpulvers (hergestellt von YAKUSHIMA DENKO CO., LTD.: Produktname OY-20), bestehend aus SiC von 61,7 Masseneinheiten, einem quaternären Amoniumsalz von 2,8 Masseneinheiten, eine Acrylemulsion von 1,9 Masseneinheiten und destilliertem Wasser von 33,6 Masseneinheiten. Übrigens betrug der Partikeldurchmesser des Keramikpulvers im Medianwert davon 0,5 μm. Der Keramikpartikel entspricht dem Keramikpulver 12 in 7.
Als nächstes wurde eine Form vorbereitet, in die das Gemisch fließen sollte. Die Form hatte einen Hohlraum von 25 mm Länge, 35 mm Breite und 45 mm Tiefe, und am Boden der Form war ein Saugloch vorgesehen, das mit der Innenseite des Hohlraums in Verbindung stand. Auf dem am Boden der Form befindlichen Saugloch wurde Filterpapier (Porendurchmesser 0,7 μm) hergestellt, aus Glasfasern angeordnet.
Als nächstes wurde das Gemisch in die Form fließen gelassen, durch das Saugloch angesaugt und hierdurch unter reduziertem Druck filtriert. Somit wurde innerhalb des Hohlraums ein geformtes Körpermaterial erhalten. Das geformte Körpermaterial entspricht dem in 7 gezeigten geformten Körpermaterial 13. Das geformte Körpermaterial wurde, nach Entfernung aus der Form, getrocknet. Das Trocknen des geformten Körpermaterials erfolgte, in dem es für 20 Stunden unter einer Atmosphäre von 20 Grad Celsius belassen wurde und dann weiter für 1 Stunde unter einer Atmosphäre von 90 Grad Celsius.
(iii) Verdampfungsprozess
Als nächstes wurde das getrocknete geformte Körpermaterial in einem Ofen erhitzt. Der Druck innerhalb des Ofens wurde dann auf 0,1 MPa eingestellt. Dann wurde das Aufheizen aus Raumtemperatur heraus gestartet, wobei eine Programmierrate bis zu 500 Grad Celsius auf 100 Grad Celsius pro Stunde eingestellt wurde und eine Haltezeit von 500 Grad Celsius auf etwa 3 Stunden eingestellt wurde. Durch dieses Aufheizen des geformten Körpermaterials wurde ein sinterbarer Formkörper erhalten. Der sinterbare Formkörper entspricht dem in 8 gezeigten sinterbaren Formkörper 14.
(iv) Sinterprozess
Als nächstes wurde der so erhaltene sinterbare Formkörper in einem Ofen gebacken. Der Druck innerhalb des Ofens wurde auf 0,1 MPa eingestellt, eine Backtemperatur davon auf 2100 Grad Celsius, und eine Backzeit davon auf 3 Stunden. Durch dieses Backen wurde ein Keramikformkörper erhalten. Der Kermaikformkörper entspricht dem in den 1 und 3 gezeigten Keramikformkörper 1.
Analyse des Keramikformkörpers
Als nächstes wurde der so erhaltene Keramikformkörper mittels eines dreidimensionalen CT analysiert (3D-CT (Computertomographie)). Im Ergebnis wurden in dem Keramikformkörper die Keramikpartikel und das Keramikpulver gesintert und vereinigt. Es bestätigte sich, dass innerhalb des Keramikformkörpers unzählige kugelförmige Zellen gleichmäßig über den gesamten Keramikformkörper verteilt waren und die einander benachbarten kugelförmigen Zellen durch die Verbindungsporen in Verbindung standen. Zusätzlich bestätigte sich auch, dass wegen der Verbindung durch die Verbindungsporen die kugelförmigen Zellen eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bildeten. Die kugelförmigen Zellen und die Verbindungsporen entsprechen den kugelförmigen Zellen 2 und den Verbindungsporen 3 in 8.
Ferner wurde der Medianwert (M_D) der Innendurchmesser der kugelförmigen Zellen auf der Basis von Analysedaten des dreidimensionalen CT auf 80 μm berechnet. Andererseits wurde der Medianwert (M_d) der Innendurchmesser der Verbindungsporen mittels Quecksilber-Porosimetrie erhalten. Der Medianwert (M_d) der Innendurchmesser der Verbindungsporen betrug 16 μm. In anderen Worten, das M_d/M_D des Keramikformkörpers betrug 0,2.
Ferner wurden in dem Keramikformkörper Schwankungen der Innendurchmesser der kugelförmigen Zellen auf der Basis der Analysedaten des dreidimensionalen CT erhalten. Das Ergebnis davon ist in 9 gezeigt. 9 zeigt in einem Graph die Beziehung zwischen dem Innendurchmesser (μm) einer kugelförmigen Zelle und der Existenzwahrscheinlichkeit (%) der kugelförmigen Zelle in einem Keramikformkörper.
Herstellung von Metallmatrixkomposit
Der oben beschriebene Keramikformkörper wurde auf eine Größe von 20 mm Länge, 30 mm Breite und 40 mm Höhe geschnitten. Ein Metallmatrixkomposit wurde hergestellt, in dem eine Aluminiumlegierung (JIS ADC12) in die kugelförmigen Zellen und die Verbindungsporen des Keramikformkörpers gefüllt wurde. Das Füllen der Aluminiumlegierung in die kugelförmigen Zellen und die Verbindungsporen erfolgte mittels eines Druckgussverfahrens mit langsamen linearen Fluss, und Gießen der Aluminiumlegierungsschmelze in die kugelförmige Zelle und die Verbindungsporen. Hierbei wurde die Vorheiztemperatur des Keramikformkörpers auf 500 Grad Celsius, die Temperatur der Aluminiumlegierungsschmelze auf 680 Grad Celsius, eine Einspritzgeschwindigkeit der Aluminiumlegierungsschmelze auf 0,2 m pro Sekunde und einen Gießdruck auf 75 MPa eingestellt.
Das so erhaltene Metallmatrixkomposit hatte ein Volumenverhältnis Vf des Keramikformkörpers von 30%.
Messung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Metallmatrixkomposits
An dem Metallmatrixkomposit wurde ein Messtest des thermischen Ausdehnungskoeffizienten durchgeführt. Bei der Messung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten wurde ein zylindrisches Teststück (Durchmesser 4 mm und Höhe 15 mm) verwendet, das aus dem so hergestellten Metallmatrixkomposit ausgeschnitten wurde. Zur Messung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten wurde das Ausdehnungsmesskoeffizienteninstrument TMA8410 verwendet, hergestellt von Rikagaku Electric Corp.. Das Ergebnis davon ist in Tabelle 1 gezeigt. In Tabelle 1 ist in der Spalte „Kontinuität" das Vorhandensein oder Fehlen (Vorhandensein oder Fehlen der Kontinuität von „Zellen" in den später beschriebenen Vergleichsbeispielen) einer Folge kugelförmiger Zellen beschrieben, die in dem verwendeten Keramikformkörper gebildet waren. Zusätzlich ist in der Spalte „Gleichmäßigkeit" das Vorhandensein oder Fehlen (Vorhandensein oder Fehlen von Gleichmäßigkeit einer Verteilung von „Zellen" in den später beschriebenen Vergleichsbeispielen) der Gleichmäßigkeit der Verteilung kugelförmiger Zellen in einem verwendeten Keramikformkörper beschrieben.
Vergleichsbeispiel 1
Es wurde ein Schaum-Keramikformkörper (hergestellt von MMI Corp.) bereitgestellt. Der Schaum-Keramikformkörper bildet ein formbares Harz mit durchgehenden Poren, die Keramikpartikel stützen, dann lässt man sie ausbrennen und sintert die Keramikpartikel. Hierbei wurden als die Keramikpartikel, genauso wie in Beispiel 1, SiC verwendet.
Der Schaum-Keramikformkörper wurde, wie Beispiel 1 einer Analyse mit dreidimensionalem CT unterzogen. Im Ergebnis bestätigte sich, dass sich in dem Schaum-Keramikformkörper eine Vielzahl durchgehender Zellen befanden. Die benachbarten Zellen verschmolzen miteinander und wurden durch gemeinsame Öffnungen verbunden. Zusätzlich war die Größe und Form jeder Zelle und die Verteilung der Zellen in dem Schaum-Keramikformkörper ungleichmäßig.
Dann wurden, wie in Beispiel 1, der Medianwert (M_D) der Innendurchmesser der Zellen und der Medianwert (M_d) der Innendurchmesser der Öffnungen, die die jeweiligen Zellen verbunden, ermittelt. Hierbei wurden der Medianwert (M_D) der Innendurchmesser der Zellen und der Medianwert (M_d) der Innendurchmesser der Öffnungen ermittelt, in dem die Durchmesser der Zellen und der Öffnungen gemessen wurden. Im Ergebnis betrug der Medianwert (M_D) der Innendurchmesser der Zellen 100 μm und betrug der Medianwert (M_d) der Innendurchmesser der Öffnungen 20 μm. In anderen Worten, das M_d/M_D des Schaum-Keramikformkörpers betrug 0,2.
Ferner wurden in dem Schaum-Keramikformkörper Schwankungen der Innendurchmesser der Zellen auf der Basis von Analysedaten des dreidimensionalen CT ermittelt. Das Ergebnis davon ist in 9 gezeigt.
Als nächstes wurde, wie in Beispiel 1, ein Metallmatrixkomposit mittels des Schaum-Keramikformkörpers hergestellt. Das Metallmatrixkomposit hatte ein Volumenverhältnis Vf des Schaum-Keramikformkörpers von 30%. Dann wurde in dem so erhaltenen Metallmatrixkomposit, wie in Beispiel 1, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient gemessen. Das Ergebnis davon ist in Tabelle 1 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 2
Das gleiche Metall, das in den Keramikformkörper 1 eingefüllt wurde, d. h. ein Metallmatrixkomposit, wo aus SiC bestehende Keramikpartikel in der Aluminiumlegierung (JIS ADC12) verteilt waren, wurde hergestellt. Der Partikeldurchmesser der Keramikpartikel betrug 15 μm im Medianwert davon. Zusätzlich wurde eine Dispersionsmenge der Keramikpartikel in der Aluminiumlegierung so eingestellt, dass das Volumenverhältnis der Keramikpartikel in dem Metallmatrixkomposit 30% wurde. Dann wurde in dem erhaltenen Metallmatrixkomposit, wie in Beispiel 1, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient gemessen. Das Ergebnis davon ist in Tabelle 1 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 3
Hier wurde die organische Feinkugel (hergestellt von Soken Chemical & Engineering Co., Ltd.: Produktname MR-90G) bereitgestellt, bestehend aus Polymethylmetacrylatharz mit einem Außendurchmesser von 90 μm (Medianwert). Zusätzlich wurde ein Keramikformkörper genauso wie in Beispiel 1 hergestellt außer, dass eine Programmierungsrate innerhalb des Ofens in dem „Verdampfungsprozess" Beispiel 1 auf 30 Grad Celsius pro Stunde verändert wurde und dass der Druck in dem Ofen auf 40 MPa geändert wurde.
Dann wurde an dem so erhaltenen Keramikformkörper eine Analyse durch dreidimentsionales CT genauso wie in Beispiel 1 durchgeführt. Im Ergebnis bestätigte sich innerhalb des Keramikformkörpers, dass unzählige kugelförmige Zellen gleichmäßig über den gesamten Keramikformkörper verteilt waren und die einander benachbarten kugelförmigen Zellen durch die Verbindungsporen miteinander in Verbindung standen. Zusätzlich bestätigte sich auch, dass wegen der gegenseitigen Verbindung durch die Verbindungsporen der jeweiligen kugelförmigen Zellen eine dreidimensionale Netzwerkstruktur gebildet wurde.
Dann wurden, wie in Beispiel 1, der Medianwert (M_D) der Innendurchmesser der kugelförmigen Zellen und der Medianwert (M_d) der Innendurchmesser der Verbindungsporen ermittelt: Der Medianwert (M_D) der Innendurchmesser der kugelförmigen Zellen betrug 100 μm; der Medianwert (M_d) der Innendurchmesser der Verbindungsporen betrug 50 μm. In anderen Worten, das M_d/M_D des Keramikformkörpers betrug 0,5.
Als nächstes wurde, wie in Beispiel 1, ein Metallmatrixkomposit unter Verwendung des Keramikformkörpers hergestellt. Das Metallmatrixkomposit betrug 30% im Volumenverhältnis Vf des Keramikformkörpers. Dann wurde in dem so erhaltenen Metallmatrixkomposit genauso wie in Beispiel 1 dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient gemessen. Das Ergebnis davon ist in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Auswertung und Betrachtung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Metallmatrixkomposits
Wie aus 1 ersichtlich, bestätigte sich, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallmatrixkomposits von Beispiel 1 kleiner ist als jener der Metallmatrixkompositte der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3. Zu berücksichtigen ist, dass: In dem Metallmatrixkomposit des Beispiels 1 wird ein in die kugelförmigen Zellen gefülltes Metall kugelförmig; bei der thermischen Ausdehnung tritt keine Anisotrophie auf; und daher ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallmatrixkomposits von Beispiel 1 kleiner, trotz der Verwendung einer Keramik (Vergleichsbeispiel 1, Keramikformkörper; und im Vergleichsbeispiel 1 Dispersions-Keramikpartikel) eines Volumenverhältnisses Vf gleich dem der Vergleichsbeispiele 1 und 2. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass: In dem Metallmatrixkomposit von Beispiel 1 das Metall durch die kugelförmigen Zellen eingegrenzt ist; sich dieses verteilt, um innerhalb des Metallmatrixkomposits eine dreidimensionale Netzwerkstruktur zu bilden, wodurch es sich darin gleichmäßig verteilt, und daher der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallmatrixkomposits des Beispiel 1 kleiner wird.
Hierbei sind, wie aus 9 ersichtlich, im Vergleich zwischen dem Metallmatrixkomposit von Beispiel 1 und jenem des Vergleichsbeispiels 1, die Schwankungen der Innendurchmesser der kugelförmigen Zellen von Beispiel 1 geringer als jene der Zellen des Vergleichsbeispiels 1. Bei der Verteilung der Innendurchmesser der kugelförmigen Zellen z. B. 1 erscheint eine scharfe Spitze; wohingegen jene der Innendurchmesser der Zellen des Vergleichsbeispiels 1 breit ist und darin zwei Spitzen auftreten.
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallmatrixkomposits von Beispiel 1 12,3 × 10^–6/K, wohingegen jener des Metallmatrixkomposits des Vergleichsbeispiels 3 13,5 × 10^–6/K beträgt:
Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallmatrixkomposits von Beispiel 1 ist, im Vergleich zu jenen des Vergleichsbeispiels 3, reduziert.
Zu Berücksichtigen ist: dass die thermische Ausdehnung von Metall in einer Erstreckungsrichtung der Verbindungsporen reduziert ist; die thermische Ausdehnung innerhalb des Metallmatrixkomposits gleichmäßig gemacht wird; und daher der thermische Ausdehnungskoeffizient kleiner wird, in dem das Verhältnis (M_d/M_D) des Medianwerts (M_d) der Verbindungsdurchmesser der Verbindungsporen zu dem Medianwert (M_D) der Innendurchmesser der kugelförmigen Zellen kleiner als 0,5 gemacht wird.
Der erfindungsgemäße Keramikformkörper (1) enthält eine Vielzahl blasenförmiger kugelförmiger Zellen (2). In dem Keramikformkörper (1) stehen die einander benachbarten kugelförmigen Zellen (2) durch Verbindungsporen (3) in Verbindung und bilden eine dreidimensionale Netzwerkstruktur (7). Ein Verhältnis (M_d/M_D) eines Medianwerts (M_d) von Innendurchmessern der Verbindungsporen (3) zu einem Medianwert (M_D) von Innendurchmessern der kugelförmigen Zellen (2) ist kleiner als 0,5. In den Keramikformkörper (1 ), der zur Herstellung eines Metallmatrixkomposits (5) benutzt wird, wird ein Metall (6) in die kugelförmigen Zellen (2) und die Verbindungsporen (3) gefüllt.

Claims

Keramikformkörper (1) umfassend: eine Vielzahl von innerhalb des Keramikformkörpers (1) gebildeten, blasenförmigen kugelförmigen Zellen (2), worin die einander benachbarten kugelförmigen Zellen (2) durch Verbindungsporen (3) miteinander verbunden sind und eine dreidimensionale Netzwerkstruktur (7) bilden, und wobei ein Verhältnis (M_d/M_D) eines Medianwerts (M_d) von Innendurchmessern der Verbindungsporen (3) zu einem Medianwert (M_D) von Innendurchmessern der kugelförmigen Zellen (2) kleiner als 0,5 ist.
Keramikformkörper (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der kugelförmigen Zellen (2) so angeordnet sind, dass sie eine dichtest gepackte Strukturanordnung bilden.
Metallmatrixkomposit (5), dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall (6) in die kugelförmigen Zellen (2) und die Verbindungsporen (3) des Keramikformkörpers (1) gemäß Anspruch 1 oder 2 gefüllt ist.