JP2000087156A - 鋳造用金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 - Google Patents
鋳造用金属−セラミックス複合材料及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱膨張係数を鉄系材料に合わせることのでき
る鋳造用の金属−セラミックス複合材料を提供し、その
製造方法をも提供すること。 【解決手段】 セラミックス粉末を２５〜３５体積％の
粉末充填率を有するＳｉＣ粉末とし、アルミニウム合金
をＳｉを２０〜３０重量％含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のア
ルミニウム合金とし、それらから成る複合材料を１０〜
１２×１０-6／℃の熱膨張係数を有する複合材料とす
る。容器内にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末との混合粉末を充填
し、その混合粉末にＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金を
浸透させて複合材料を作製した後、得られた複合材料と
先のアルミニウム合金及びＳｉとをＳｉＣ粉末の充填率
及びアルミニウム合金中のＳｉ含有率が上記の範囲内に
入るよう所定量坩堝に入れ、それを溶融して撹拌し、冷
却して上記複合材料を製造する。
る鋳造用の金属−セラミックス複合材料を提供し、その
製造方法をも提供すること。 【解決手段】 セラミックス粉末を２５〜３５体積％の
粉末充填率を有するＳｉＣ粉末とし、アルミニウム合金
をＳｉを２０〜３０重量％含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のア
ルミニウム合金とし、それらから成る複合材料を１０〜
１２×１０-6／℃の熱膨張係数を有する複合材料とす
る。容器内にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末との混合粉末を充填
し、その混合粉末にＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金を
浸透させて複合材料を作製した後、得られた複合材料と
先のアルミニウム合金及びＳｉとをＳｉＣ粉末の充填率
及びアルミニウム合金中のＳｉ含有率が上記の範囲内に
入るよう所定量坩堝に入れ、それを溶融して撹拌し、冷
却して上記複合材料を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属に強化材を複
合させる金属−セラミックス複合材料及びその製造方法
に関し、特に鋳造用の金属−セラミックス複合材料及び
その製造方法に関する。
合させる金属−セラミックス複合材料及びその製造方法
に関し、特に鋳造用の金属−セラミックス複合材料及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス繊維または粒子で強化され
たセラミックスと金属の複合材料は、セラミックスと金
属の両方の特性を兼ね備えており、例えばこの複合材料
は、高剛性、低熱膨張性、耐摩耗性等のセラミックスの
優れた特性と、延性、高靱性、高熱伝導性等の金属の優
れた特性を備えている。このように、従来から難しいと
されていたセラミックスと金属の両方の特性を備えてい
るため、機械装置メーカ等の業界から次世代の材料とし
て注目されている。
たセラミックスと金属の複合材料は、セラミックスと金
属の両方の特性を兼ね備えており、例えばこの複合材料
は、高剛性、低熱膨張性、耐摩耗性等のセラミックスの
優れた特性と、延性、高靱性、高熱伝導性等の金属の優
れた特性を備えている。このように、従来から難しいと
されていたセラミックスと金属の両方の特性を備えてい
るため、機械装置メーカ等の業界から次世代の材料とし
て注目されている。
【０００３】この複合材料、特に金属としてアルミニウ
ムをマトリックスとする複合材料の製造方法は、粉末冶
金法、高圧鋳造法、真空鋳造法等の方法が従来から知ら
れている。しかし、これらの方法は、強化材であるセラ
ミックスの含有率を多くできない、あるいはニアネット
成形が困難である、コストが極めて高いなどの理由によ
り、いずれも満足できるものではなかった。
ムをマトリックスとする複合材料の製造方法は、粉末冶
金法、高圧鋳造法、真空鋳造法等の方法が従来から知ら
れている。しかし、これらの方法は、強化材であるセラ
ミックスの含有率を多くできない、あるいはニアネット
成形が困難である、コストが極めて高いなどの理由によ
り、いずれも満足できるものではなかった。
【０００４】そこで最近では、上記問題を解決する製造
方法として、米国ランクサイド社が開発した非加圧金属
浸透法が特に注目されている。この方法は、ＳｉＣやＡ
ｌ2Ｏ3などのセラミックス粉末で形成されたプリフォー
ムに、Ｍｇを含むアルミニウムインゴットを接触させ、
これをＮ2雰囲気中で７００〜９００℃に加熱して溶融
したアルミニウム合金をプリフォームに浸透させる方法
である。これは、ＭｇとＮ2との化学反応を利用してセ
ラミックス粉末への溶融金属の濡れ性を改善することに
より、加圧しなくとも金属をプリフォームに浸透できる
ようにした優れた方法である。
方法として、米国ランクサイド社が開発した非加圧金属
浸透法が特に注目されている。この方法は、ＳｉＣやＡ
ｌ2Ｏ3などのセラミックス粉末で形成されたプリフォー
ムに、Ｍｇを含むアルミニウムインゴットを接触させ、
これをＮ2雰囲気中で７００〜９００℃に加熱して溶融
したアルミニウム合金をプリフォームに浸透させる方法
である。これは、ＭｇとＮ2との化学反応を利用してセ
ラミックス粉末への溶融金属の濡れ性を改善することに
より、加圧しなくとも金属をプリフォームに浸透できる
ようにした優れた方法である。
【０００５】そして、この製造方法で作製した複合材料
をさらに溶融し、それを融解アルミニウム合金で鋳造可
能まで希釈した鋳造用の金属−セラミックス複合材料の
製造方法も提案されている。この方法は、中間素材とな
る複合材料中のセラミックス粉末の濡れ性がＭｇの添加
ですでに改善されているので、それを別の融解したアル
ミニウム合金で希釈しても、またその希釈したセラミッ
クス粉末の充填率を難しいとされる３０〜３５体積％に
上げても流動性が確保される複合材料となり、それを再
溶融して鋳型に鋳込むことでさらなる大型品やより複雑
な形状品の複合材料を作製することができる優れた方法
である。その鋳造には、砂型／金型を用いた重力鋳造、
ロストワックスに代表される精密鋳造、ダイキャストな
ど、一般にアルミニウム鋳造に使われる鋳造方法であれ
ば、そのままの方法で鋳造することができる。
をさらに溶融し、それを融解アルミニウム合金で鋳造可
能まで希釈した鋳造用の金属−セラミックス複合材料の
製造方法も提案されている。この方法は、中間素材とな
る複合材料中のセラミックス粉末の濡れ性がＭｇの添加
ですでに改善されているので、それを別の融解したアル
ミニウム合金で希釈しても、またその希釈したセラミッ
クス粉末の充填率を難しいとされる３０〜３５体積％に
上げても流動性が確保される複合材料となり、それを再
溶融して鋳型に鋳込むことでさらなる大型品やより複雑
な形状品の複合材料を作製することができる優れた方法
である。その鋳造には、砂型／金型を用いた重力鋳造、
ロストワックスに代表される精密鋳造、ダイキャストな
ど、一般にアルミニウム鋳造に使われる鋳造方法であれ
ば、そのままの方法で鋳造することができる。
【０００６】この鋳造用複合材料の製造方法は、上記の
ランクサイド社法の他にもこれまで多く研究されてお
り、その製造方法としては、混合による方法が一般的で
ある。この方法は、融解したアルミニウム合金中にセラ
ミックス粉末を添加し、流動性を確保しつつ撹拌し均一
に混合して製造する方法である。その粉末充填率は、一
般的にはランクサイド社の方法ほどセラミックス粉末の
充填率を上げることはできなく、２０体積％程度が上限
である。
ランクサイド社法の他にもこれまで多く研究されてお
り、その製造方法としては、混合による方法が一般的で
ある。この方法は、融解したアルミニウム合金中にセラ
ミックス粉末を添加し、流動性を確保しつつ撹拌し均一
に混合して製造する方法である。その粉末充填率は、一
般的にはランクサイド社の方法ほどセラミックス粉末の
充填率を上げることはできなく、２０体積％程度が上限
である。
【０００７】これら複合材料が機械駆動部品として普及
するにつれて、近年、他の材料、主に鉄系材料の機械駆
動部品と組み合わせて使用する機会が増えつつある。し
かし、これら複合材料のうちプリフォームを形成して成
る複合材料は、先ず強化材であるセラミックスから成る
プリフォームを作製し、これにアルミニウム合金を浸透
させるものであるため、大きな部品や複雑な形状品を作
ることが難しいという問題があった。また、その製造コ
ストも極めて高いという問題もあった。そのため、それ
らの問題を解決できるものとして、鋳造用複合材料を基
に鋳造した複合材料が鉄系材料と組み合わせて使用する
ことが特に多くなった。
するにつれて、近年、他の材料、主に鉄系材料の機械駆
動部品と組み合わせて使用する機会が増えつつある。し
かし、これら複合材料のうちプリフォームを形成して成
る複合材料は、先ず強化材であるセラミックスから成る
プリフォームを作製し、これにアルミニウム合金を浸透
させるものであるため、大きな部品や複雑な形状品を作
ることが難しいという問題があった。また、その製造コ
ストも極めて高いという問題もあった。そのため、それ
らの問題を解決できるものとして、鋳造用複合材料を基
に鋳造した複合材料が鉄系材料と組み合わせて使用する
ことが特に多くなった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この鋳
造用複合材料は、その熱膨張係数に問題があった。それ
は、先のプリフォームを形成して成る複合材料は、セラ
ミックス粉末の充填率を５０〜７０体積％程度にすれば
熱膨張係数を鉄系材料と同程度とすることができるので
問題ないが、この鋳造用複合材料は、その熱膨張係数が
１３×１０-6／℃以上と鉄系材料の１１×１０-6／℃程
度に比べ大きく、またそれをセラミックス粉末の充填率
を上げて下げることができないため、両材料間でマッチ
ングが悪く歪みが発生することがあり、鉄系部品と組み
合わせて使用することが難しいという問題があった。
造用複合材料は、その熱膨張係数に問題があった。それ
は、先のプリフォームを形成して成る複合材料は、セラ
ミックス粉末の充填率を５０〜７０体積％程度にすれば
熱膨張係数を鉄系材料と同程度とすることができるので
問題ないが、この鋳造用複合材料は、その熱膨張係数が
１３×１０-6／℃以上と鉄系材料の１１×１０-6／℃程
度に比べ大きく、またそれをセラミックス粉末の充填率
を上げて下げることができないため、両材料間でマッチ
ングが悪く歪みが発生することがあり、鉄系部品と組み
合わせて使用することが難しいという問題があった。
【０００９】本発明は、上述した鋳造用の金属−セラミ
ックス複合材料が有する課題に鑑みなされたものであっ
て、その目的は、熱膨張係数を鉄系材料に合わせること
のできる鋳造用金属−セラミックス複合材料を提供し、
その製造方法をも提供することにある。
ックス複合材料が有する課題に鑑みなされたものであっ
て、その目的は、熱膨張係数を鉄系材料に合わせること
のできる鋳造用金属−セラミックス複合材料を提供し、
その製造方法をも提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、セラミックス粉末を
所定範囲の粉末充填率を有するＳｉＣ粉末とし、浸透さ
せる金属をＳｉを多く含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミ
ニウム合金とすれば、鉄系材料と同程度の熱膨張係数を
有する鋳造用金属−セラミックス複合材料が得られると
の知見を得て本発明を完成するに至った。
を達成するため鋭意研究した結果、セラミックス粉末を
所定範囲の粉末充填率を有するＳｉＣ粉末とし、浸透さ
せる金属をＳｉを多く含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミ
ニウム合金とすれば、鉄系材料と同程度の熱膨張係数を
有する鋳造用金属−セラミックス複合材料が得られると
の知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１１】即ち本発明は、（１）基材であるアルミニ
ウム合金に強化材であるセラミックス粉末を複合させた
鋳造用金属−セラミックス複合材料において、該セラミ
ックス粉末が、２５〜３５体積％の粉末充填率を有する
ＳｉＣ粉末であり、該アルミニウム合金が、Ｓｉを２０
〜３０重量％含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合
金であり、該複合材料が、１０〜１２×１０-6／℃の熱
膨張係数を有する複合材料であることを特徴とする鋳造
用金属−セラミックス複合材料（請求項１）とし、ま
た、（２）基材であるアルミニウム合金に強化材である
セラミックス粉末を複合させる鋳造用金属−セラミック
ス複合材料の製造方法において、該セラミックス粉末を
複合させる方法が、先ず容器内にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末
またはＭｇ合金粉末との混合粉末を充填し、その混合粉
末にＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金を浸透させて中間
素材である複合材料を作製した後、得られた複合材料と
先のアルミニウム合金及びＳｉとをＳｉＣ粉末の充填率
が２５〜３５体積％となるよう及びアルミニウム合金中
のＳｉの含有率が２０〜３０重量％となるよう所定量坩
堝に入れ、それを溶融して撹拌し、冷却して複合させる
方法であることを特徴とする鋳造用金属−セラミックス
複合材料の製造方法（請求項２）とすることを要旨とす
る。以下さらに詳細に説明する。
ウム合金に強化材であるセラミックス粉末を複合させた
鋳造用金属−セラミックス複合材料において、該セラミ
ックス粉末が、２５〜３５体積％の粉末充填率を有する
ＳｉＣ粉末であり、該アルミニウム合金が、Ｓｉを２０
〜３０重量％含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合
金であり、該複合材料が、１０〜１２×１０-6／℃の熱
膨張係数を有する複合材料であることを特徴とする鋳造
用金属−セラミックス複合材料（請求項１）とし、ま
た、（２）基材であるアルミニウム合金に強化材である
セラミックス粉末を複合させる鋳造用金属−セラミック
ス複合材料の製造方法において、該セラミックス粉末を
複合させる方法が、先ず容器内にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末
またはＭｇ合金粉末との混合粉末を充填し、その混合粉
末にＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金を浸透させて中間
素材である複合材料を作製した後、得られた複合材料と
先のアルミニウム合金及びＳｉとをＳｉＣ粉末の充填率
が２５〜３５体積％となるよう及びアルミニウム合金中
のＳｉの含有率が２０〜３０重量％となるよう所定量坩
堝に入れ、それを溶融して撹拌し、冷却して複合させる
方法であることを特徴とする鋳造用金属−セラミックス
複合材料の製造方法（請求項２）とすることを要旨とす
る。以下さらに詳細に説明する。
【００１２】上記で述べたように本発明の鋳造用複合材
料としては、複合材料中のセラミックス粉末を、２５〜
３５体積％の粉末充填率を有するＳｉＣ粉末とし、複合
材料中のアルミニウム合金を、Ｓｉを２０〜３０重量％
含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金とし、成し
た複合材料の熱膨張係数を、１０〜１２×１０-6／℃と
する鋳造用金属−セラミックス複合材料とした（請求項
１）。セラミックス粉末をＳｉＣ粉末としたのは、特に
低い熱膨張係数を有するものを選んだものであり、その
粉末充填率を２５〜３５体積％としたのは、２５体積％
より低いと、熱膨張係数が１２×１０-6／℃より大きく
なり、３５体積％より高いと、溶湯物の湯流れ性が悪く
なり、鋳造が困難となることによる。
料としては、複合材料中のセラミックス粉末を、２５〜
３５体積％の粉末充填率を有するＳｉＣ粉末とし、複合
材料中のアルミニウム合金を、Ｓｉを２０〜３０重量％
含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金とし、成し
た複合材料の熱膨張係数を、１０〜１２×１０-6／℃と
する鋳造用金属−セラミックス複合材料とした（請求項
１）。セラミックス粉末をＳｉＣ粉末としたのは、特に
低い熱膨張係数を有するものを選んだものであり、その
粉末充填率を２５〜３５体積％としたのは、２５体積％
より低いと、熱膨張係数が１２×１０-6／℃より大きく
なり、３５体積％より高いと、溶湯物の湯流れ性が悪く
なり、鋳造が困難となることによる。
【００１３】また、浸透させた金属をＳｉを２０〜３０
重量％含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金とし
たのは、Ｓｉの含有率が２０重量％より少ないと、熱膨
張係数を１２×１０-6／℃以下にできず、３０重量％よ
り高いと、湯流れ性が悪くなり、鋳造が困難となること
による。一方、Ｍｇを含有させたのは、アルミニウム合
金を浸透させるためにはＭｇの含有が必要であること、
Ｓｉ量が増えると、金属の浸透速度が遅くなるので、そ
の浸透速度の低下をＭｇで補う必要があることなどの理
由による。そのＭｇの含有率は、特に限定しないが、Ｍ
ｇの含有率が多くなればなるほど熱膨張係数が大きくな
るので、必要以上に含有させる必要はない。以上のよう
なセラミックス粉末と金属から成る複合材料とすれば、
その熱膨張係数が１０〜１２×１０-6／℃となる鋳造用
複合材料となる。
重量％含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金とし
たのは、Ｓｉの含有率が２０重量％より少ないと、熱膨
張係数を１２×１０-6／℃以下にできず、３０重量％よ
り高いと、湯流れ性が悪くなり、鋳造が困難となること
による。一方、Ｍｇを含有させたのは、アルミニウム合
金を浸透させるためにはＭｇの含有が必要であること、
Ｓｉ量が増えると、金属の浸透速度が遅くなるので、そ
の浸透速度の低下をＭｇで補う必要があることなどの理
由による。そのＭｇの含有率は、特に限定しないが、Ｍ
ｇの含有率が多くなればなるほど熱膨張係数が大きくな
るので、必要以上に含有させる必要はない。以上のよう
なセラミックス粉末と金属から成る複合材料とすれば、
その熱膨張係数が１０〜１２×１０-6／℃となる鋳造用
複合材料となる。
【００１４】その複合材料の製造方法としては、セラミ
ックス粉末を複合させる方法を、先ず容器内にＳｉＣ粉
末とＭｇ粉末またはＭｇ合金粉末との混合粉末を充填
し、その混合粉末にＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金を
浸透させて中間素材である複合材料を作製した後、得ら
れた複合材料と先のアルミニウム合金及びＳｉとをＳｉ
Ｃ粉末の充填率が２５〜３５体積％となるよう及びアル
ミニウム合金中のＳｉの含有率が２０〜３０重量％とな
るよう所定量坩堝に入れ、それを溶融して撹拌し、冷却
して複合させる方法とする鋳造用金属−セラミックス複
合材料の製造方法とした（請求項２）。
ックス粉末を複合させる方法を、先ず容器内にＳｉＣ粉
末とＭｇ粉末またはＭｇ合金粉末との混合粉末を充填
し、その混合粉末にＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金を
浸透させて中間素材である複合材料を作製した後、得ら
れた複合材料と先のアルミニウム合金及びＳｉとをＳｉ
Ｃ粉末の充填率が２５〜３５体積％となるよう及びアル
ミニウム合金中のＳｉの含有率が２０〜３０重量％とな
るよう所定量坩堝に入れ、それを溶融して撹拌し、冷却
して複合させる方法とする鋳造用金属−セラミックス複
合材料の製造方法とした（請求項２）。
【００１５】この製造方法は、ＳｉＣ粉末にＡｌ−Ｓｉ
系のアルミニウム合金を浸透させて先ず中間素材である
複合材料を作製し、その複合材料を同じアルミニウム合
金でＳｉＣ粉末の充填率が２５〜３５体積％となるよう
希釈して鋳造用複合材料を作製するものであり、ＳｉＣ
粉末の充填率が２５体積％以上を必要とするものである
ので、先の混合法ではでき得ない製造方法である。な
お、アルミニウム合金中のＳｉは、浸透させるアルミニ
ウム合金中に一部を含ませ、不足する残りを希釈時に含
ませたが、これに限定するものではなく、浸透させるア
ルミニウム合金中に全てを、あるいは希釈させるアルミ
ニウム合金中に全てを、もしくはその両方のアルミニウ
ム合金中に分けて含有させてもよく、要は最終的に本発
明の範囲の含有率になっていればよい。
系のアルミニウム合金を浸透させて先ず中間素材である
複合材料を作製し、その複合材料を同じアルミニウム合
金でＳｉＣ粉末の充填率が２５〜３５体積％となるよう
希釈して鋳造用複合材料を作製するものであり、ＳｉＣ
粉末の充填率が２５体積％以上を必要とするものである
ので、先の混合法ではでき得ない製造方法である。な
お、アルミニウム合金中のＳｉは、浸透させるアルミニ
ウム合金中に一部を含ませ、不足する残りを希釈時に含
ませたが、これに限定するものではなく、浸透させるア
ルミニウム合金中に全てを、あるいは希釈させるアルミ
ニウム合金中に全てを、もしくはその両方のアルミニウ
ム合金中に分けて含有させてもよく、要は最終的に本発
明の範囲の含有率になっていればよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法をさらに詳しく
述べると、先ず強化材であるＳｉＣ粉末を用意する。こ
の粉末にＭｇ粉末またはＭｇ合金粉末を適量加え、混合
するか、あるいは後工程の浸透させるアルミニウム合金
中に含ませるかしてＭｇを含ませる。得られた混合粉末
を容器内に充填し、その上にＳｉを含むアルミニウム合
金のインゴットを載せ、Ｎ2雰囲気中で非加圧で６００
〜９００℃の温度でアルミニウム合金を浸透させ、冷却
して中間素材である複合材料を作製する。
述べると、先ず強化材であるＳｉＣ粉末を用意する。こ
の粉末にＭｇ粉末またはＭｇ合金粉末を適量加え、混合
するか、あるいは後工程の浸透させるアルミニウム合金
中に含ませるかしてＭｇを含ませる。得られた混合粉末
を容器内に充填し、その上にＳｉを含むアルミニウム合
金のインゴットを載せ、Ｎ2雰囲気中で非加圧で６００
〜９００℃の温度でアルミニウム合金を浸透させ、冷却
して中間素材である複合材料を作製する。
【００１７】なお、先のランクサイド社法ではアルミニ
ウム合金を非加圧で浸透させているが、これを高圧で浸
透させても十分浸透可能で問題ないので、その場合には
先ず容器中のＳｉＣ粉末を７００〜９００℃の温度で予
熱しておき、その容器内に７００〜９００℃の温度で加
熱溶融したアルミニウム合金を注入し、５０〜１００Ｍ
Ｐａの圧力をかけてアルミニウム合金を浸透させてもよ
い。
ウム合金を非加圧で浸透させているが、これを高圧で浸
透させても十分浸透可能で問題ないので、その場合には
先ず容器中のＳｉＣ粉末を７００〜９００℃の温度で予
熱しておき、その容器内に７００〜９００℃の温度で加
熱溶融したアルミニウム合金を注入し、５０〜１００Ｍ
Ｐａの圧力をかけてアルミニウム合金を浸透させてもよ
い。
【００１８】得られた複合材料を坩堝内で所定温度で再
溶融し、それに別に融解したアルミニウム合金を所定量
加え、撹拌機で十分撹拌してＳｉＣ粉末の充填率が２５
〜３５体積％となるよう希釈し、冷却して鋳造用金属−
セラミックス複合材料を作製する。ここで、アルミニウ
ム合金中のＳｉの含有率が２０重量％より不足している
場合には、Ｓｉを添加し調整する。所定量の複合材料と
先のアルミニウム合金のインゴットを坩堝内に入れ、こ
れらを所定温度で溶融した後、撹拌機で撹拌しても問題
ない。得られた鋳造用複合材料は、その溶湯物をそのま
ま鋳造し、目的の複合材料を作製してもよいし、冷却し
て一旦インゴット形状に形成し、それを再度溶融して鋳
造し、目的の複合材料を作製してもよい。
溶融し、それに別に融解したアルミニウム合金を所定量
加え、撹拌機で十分撹拌してＳｉＣ粉末の充填率が２５
〜３５体積％となるよう希釈し、冷却して鋳造用金属−
セラミックス複合材料を作製する。ここで、アルミニウ
ム合金中のＳｉの含有率が２０重量％より不足している
場合には、Ｓｉを添加し調整する。所定量の複合材料と
先のアルミニウム合金のインゴットを坩堝内に入れ、こ
れらを所定温度で溶融した後、撹拌機で撹拌しても問題
ない。得られた鋳造用複合材料は、その溶湯物をそのま
ま鋳造し、目的の複合材料を作製してもよいし、冷却し
て一旦インゴット形状に形成し、それを再度溶融して鋳
造し、目的の複合材料を作製してもよい。
【００１９】以上の方法で鋳造用の金属−セラミックス
複合材料を作製すれば、鉄系材料と同程度の熱膨張係数
を有する鋳造用複合材料が得られる。
複合材料を作製すれば、鉄系材料と同程度の熱膨張係数
を有する鋳造用複合材料が得られる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００２１】（実施例） （１）中間素材である複合材料の作製 強化材として、独ＥＳＫ（ＥＬＥＫＴＲＯＳＣＨＭＥＬ
ＺＷＥＲＫ ＫＥＭＰＴＥＭ ＧＭＢＨ）社の市販Ｓｉ
Ｃ粉末（Ｃ＃７００Ｄ−Ｄａｒｋ、平均粒径１７μｍ）
にＭｇ粉末を２重量％添加し、混合機で１５分間混合し
た。得られた混合粉末を２００×４００×２００ｍｍの
グラフォイル製の容器に充填した後、その上に混合粉末
の１．２倍重量程度のアルミニウム合金（１０重量％Ｓ
ｉを含む）のインゴットを置き、これをＮ2雰囲気中で
８００℃の温度で１２時間保持し、アルミニウム合金を
非加圧浸透させた後、冷却して複合材料を作製した。
ＺＷＥＲＫ ＫＥＭＰＴＥＭ ＧＭＢＨ）社の市販Ｓｉ
Ｃ粉末（Ｃ＃７００Ｄ−Ｄａｒｋ、平均粒径１７μｍ）
にＭｇ粉末を２重量％添加し、混合機で１５分間混合し
た。得られた混合粉末を２００×４００×２００ｍｍの
グラフォイル製の容器に充填した後、その上に混合粉末
の１．２倍重量程度のアルミニウム合金（１０重量％Ｓ
ｉを含む）のインゴットを置き、これをＮ2雰囲気中で
８００℃の温度で１２時間保持し、アルミニウム合金を
非加圧浸透させた後、冷却して複合材料を作製した。
【００２２】（２）鋳造用複合材料の作製 得られた複合材料と先のアルミニウム合金のインゴット
と多結晶Ｓｉとを鋳造用複合材料中のＳｉＣ粉末の充填
率が３０体積％、アルミニウム合金中のＳｉ含有率が２
５重量％となるよう所定量坩堝に入れ、それらを８００
℃の温度で溶融し、撹拌して鋳造用複合材料の溶湯を作
製した。それを砂型に注入して１００×１００×２０ｍ
ｍの鋳造物を作製し、評価に供した。
と多結晶Ｓｉとを鋳造用複合材料中のＳｉＣ粉末の充填
率が３０体積％、アルミニウム合金中のＳｉ含有率が２
５重量％となるよう所定量坩堝に入れ、それらを８００
℃の温度で溶融し、撹拌して鋳造用複合材料の溶湯を作
製した。それを砂型に注入して１００×１００×２０ｍ
ｍの鋳造物を作製し、評価に供した。
【００２３】（３）評価 得られた鋳造物の嵩比重をアルキメデス法で測定し、粉
末充填率を求めた。その結果、粉末充填率は、３０体積
％で目標通り希釈されていた。また、溶湯物の湯流れ性
を上記砂型に鋳造した状態で調べ、砂型への湯廻りがよ
かったものを湯流れ性良（〇）とし、悪かったものを湯
流れ性不良（×）とした。さらに、鋳造物より３×４×
４０ｍｍの試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｒ １６１８によ
り熱膨張係数を測定した。それらの結果を表1に示す。
末充填率を求めた。その結果、粉末充填率は、３０体積
％で目標通り希釈されていた。また、溶湯物の湯流れ性
を上記砂型に鋳造した状態で調べ、砂型への湯廻りがよ
かったものを湯流れ性良（〇）とし、悪かったものを湯
流れ性不良（×）とした。さらに、鋳造物より３×４×
４０ｍｍの試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｒ １６１８によ
り熱膨張係数を測定した。それらの結果を表1に示す。
【００２４】（比較例１〜４）比較のために比較例１、
２では、ＳｉＣ粉末の充填率を本発明の範囲外にした他
は、比較例３、４では、アルミニウム合金中のＳｉの含
有率を本発明の範囲外にした他は実施例と同様に鋳造用
複合材料を作製し、評価した。それらの結果も表１に示
す。
２では、ＳｉＣ粉末の充填率を本発明の範囲外にした他
は、比較例３、４では、アルミニウム合金中のＳｉの含
有率を本発明の範囲外にした他は実施例と同様に鋳造用
複合材料を作製し、評価した。それらの結果も表１に示
す。
【００２５】
【表1】
【００２６】表1から明らかなように、実施例において
は、湯流れ性が良好で、熱膨張係数が本発明の範囲内に
入っていた。このことは、ＳｉＣ粉末の充填率、アルミ
ニウム合金の組成が本発明の範囲内にあれば、溶湯物の
流動性が良好で、熱膨張係数を鉄系材料の熱膨張係数に
近づけられることを示している。
は、湯流れ性が良好で、熱膨張係数が本発明の範囲内に
入っていた。このことは、ＳｉＣ粉末の充填率、アルミ
ニウム合金の組成が本発明の範囲内にあれば、溶湯物の
流動性が良好で、熱膨張係数を鉄系材料の熱膨張係数に
近づけられることを示している。
【００２７】これに対して比較例１では、ＳｉＣ粉末の
充填率が低すぎたので、熱膨張係数が１２×１０-6／℃
より大きかった。また、比較例２では、それが高すぎた
ので、湯流れ性が悪く、湯廻り不良が生じた。さらに、
比較例3では、アルミニウム合金中のＳｉ含有率が少な
すぎたので、これも熱膨張係数が１２×１０-6／℃より
大きかった。さらにまた、比較例4では、その含有率が
多すぎたので、溶湯物の湯流れ性が悪く、これも湯廻り
不良が生じた。
充填率が低すぎたので、熱膨張係数が１２×１０-6／℃
より大きかった。また、比較例２では、それが高すぎた
ので、湯流れ性が悪く、湯廻り不良が生じた。さらに、
比較例3では、アルミニウム合金中のＳｉ含有率が少な
すぎたので、これも熱膨張係数が１２×１０-6／℃より
大きかった。さらにまた、比較例4では、その含有率が
多すぎたので、溶湯物の湯流れ性が悪く、これも湯廻り
不良が生じた。
【００２８】
【発明の効果】以上の通り、本発明の鋳造用金属−セラ
ミックス複合材料であれば、鉄系材料の熱膨張係数と同
程度の熱膨張係数を有する複合材料とすることができ、
しかもその溶湯物の流動性が良好な複合材料とすること
ができるようになった。このことにより、この複合材料
を再溶融し鋳造することによって、鉄系材料の熱膨張係
数に近い熱膨張係数を有する大型の部品や複雑形状品を
安価に製造できるようになった。
ミックス複合材料であれば、鉄系材料の熱膨張係数と同
程度の熱膨張係数を有する複合材料とすることができ、
しかもその溶湯物の流動性が良好な複合材料とすること
ができるようになった。このことにより、この複合材料
を再溶融し鋳造することによって、鉄系材料の熱膨張係
数に近い熱膨張係数を有する大型の部品や複雑形状品を
安価に製造できるようになった。
Claims (2)
- 【請求項１】 基材であるアルミニウム合金に強化材で
あるセラミックス粉末を複合させた鋳造用金属−セラミ
ックス複合材料において、該セラミックス粉末が、２５
〜３５体積％の粉末充填率を有するＳｉＣ粉末であり、
該アルミニウム合金が、Ｓｉを２０〜３０重量％含むＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金であり、該複合材
料が、１０〜１２×１０-6／℃の熱膨張係数を有する複
合材料であることを特徴とする鋳造用金属−セラミック
ス複合材料。 - 【請求項２】 基材であるアルミニウム合金に強化材で
あるセラミックス粉末を複合させる鋳造用金属−セラミ
ックス複合材料の製造方法において、該セラミックス粉
末を複合させる方法が、先ず容器内にＳｉＣ粉末とＭｇ
粉末またはＭｇ合金粉末との混合粉末を充填し、その混
合粉末にＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金を浸透させて
中間素材である複合材料を作製した後、得られた複合材
料と先のアルミニウム合金及びＳｉとをＳｉＣ粉末の充
填率が２５〜３５体積％となるよう及びアルミニウム合
金中のＳｉの含有率が２０〜３０重量％となるよう所定
量坩堝に入れ、それを溶融して撹拌し、冷却して複合さ
せる方法であることを特徴とする鋳造用金属−セラミッ
クス複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27930198A JP2000087156A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 鋳造用金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27930198A JP2000087156A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 鋳造用金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000087156A true JP2000087156A (ja) | 2000-03-28 |
Family
ID=17609270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27930198A Pending JP2000087156A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 鋳造用金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000087156A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006299304A (ja) * | 2005-04-15 | 2006-11-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料 |
| JP2010106365A (ja) * | 2009-12-11 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料の製造方法 |
| JP2010106366A (ja) * | 2009-12-11 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料の製造方法 |
-
1998
- 1998-09-16 JP JP27930198A patent/JP2000087156A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006299304A (ja) * | 2005-04-15 | 2006-11-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料 |
| JP4720981B2 (ja) * | 2005-04-15 | 2011-07-13 | 住友電気工業株式会社 | マグネシウム基複合材料 |
| JP2010106365A (ja) * | 2009-12-11 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料の製造方法 |
| JP2010106366A (ja) * | 2009-12-11 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料の製造方法 |
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