JP2001003147A - 金属−セラミックス複合材料の製造方法 - Google Patents
金属−セラミックス複合材料の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複合材料中に未含浸部分が発生しないＡｌＮ
粉末を強化材とする金属−セラミックス複合材料の製造
方法を提供すること。 【解決手段】 基材である金属に強化材であるセラミッ
クス粉末または繊維を複合させる金属−セラミックス複
合材料の製造方法において、該金属がＡｌ合金であり、
該セラミックス粉末または繊維が１０μｍ以下の粒子を
１０重量％以下含むＡｌＮ粉末であり、該複合させる方
法が、そのＡｌＮ粉末を成形して４０体積％以上の粉末
充填率を有するプリフォームを形成し、その形成したプ
リフォームに溶融したＡｌ合金を非加圧の窒素雰囲気中
で７００〜１０００℃の温度で浸透させる方法であるこ
ととする金属−セラミックス複合材料の製造方法。
粉末を強化材とする金属−セラミックス複合材料の製造
方法を提供すること。 【解決手段】 基材である金属に強化材であるセラミッ
クス粉末または繊維を複合させる金属−セラミックス複
合材料の製造方法において、該金属がＡｌ合金であり、
該セラミックス粉末または繊維が１０μｍ以下の粒子を
１０重量％以下含むＡｌＮ粉末であり、該複合させる方
法が、そのＡｌＮ粉末を成形して４０体積％以上の粉末
充填率を有するプリフォームを形成し、その形成したプ
リフォームに溶融したＡｌ合金を非加圧の窒素雰囲気中
で７００〜１０００℃の温度で浸透させる方法であるこ
ととする金属−セラミックス複合材料の製造方法。
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の製造方法に関
し、特に強化材にＡｌＮ粉末を用いた金属−セラミック
ス複合材料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の製造方法に関
し、特に強化材にＡｌＮ粉末を用いた金属−セラミック
ス複合材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、金属材料の高靭性、高熱伝導性と
セラミックスの高剛性、低熱膨張性を兼ね備えた材料と
して金属−セラミックス複合材料が注目されている。こ
の複合材料の製造方法としては、粉末冶金法、高圧鋳造
法、真空鋳造法などが従来から知られている。
セラミックスの高剛性、低熱膨張性を兼ね備えた材料と
して金属−セラミックス複合材料が注目されている。こ
の複合材料の製造方法としては、粉末冶金法、高圧鋳造
法、真空鋳造法などが従来から知られている。
【０００３】しかし、この複合材料は、強化材であるセ
ラミックスの含有量が制御できない、あるいは大型の加
圧装置が必要である、もしくはニアネット成形が困難で
あるなどの理由により、いずれも満足できず、またコス
トもかかるものであった。
ラミックスの含有量が制御できない、あるいは大型の加
圧装置が必要である、もしくはニアネット成形が困難で
あるなどの理由により、いずれも満足できず、またコス
トもかかるものであった。
【０００４】これら問題を解決する複合材料の製造方法
として注目されているのが、米国ランクサイド社が開発
した非加圧浸透法（ＰｒｉｍｅｘTM）による製造方法で
ある。この方法は、ＳｉＣやＡｌ2Ｏ3などのセラミック
ス強化材から形成されたプリフォームにアルミニウム合
金を接触させ、これをＮ2雰囲気中で７００〜９００℃
の温度で加熱して溶融したアルミニウム合金をプリフォ
ーム中に含浸させる方法である。
として注目されているのが、米国ランクサイド社が開発
した非加圧浸透法（ＰｒｉｍｅｘTM）による製造方法で
ある。この方法は、ＳｉＣやＡｌ2Ｏ3などのセラミック
ス強化材から形成されたプリフォームにアルミニウム合
金を接触させ、これをＮ2雰囲気中で７００〜９００℃
の温度で加熱して溶融したアルミニウム合金をプリフォ
ーム中に含浸させる方法である。
【０００５】この方法は化学反応を利用してセラミック
スと溶融金属との濡れ性を改善することにより、機械的
加圧を行わなくても溶融金属を含浸させることができる
という特徴があるので、加圧装置が不要である。また、
本方法によればプリフォームの形状自由度が高いので、
かなり複雑な形状をニアネットで作ることも可能であ
る。さらに、高価な加圧装置が不要なので、設備費が少
なくて済み、しかもニアネットシェイプに成形して加工
部分を減らせることができるので、コストも大幅に下げ
ることができる方法である。
スと溶融金属との濡れ性を改善することにより、機械的
加圧を行わなくても溶融金属を含浸させることができる
という特徴があるので、加圧装置が不要である。また、
本方法によればプリフォームの形状自由度が高いので、
かなり複雑な形状をニアネットで作ることも可能であ
る。さらに、高価な加圧装置が不要なので、設備費が少
なくて済み、しかもニアネットシェイプに成形して加工
部分を減らせることができるので、コストも大幅に下げ
ることができる方法である。
【０００６】しかし、こうした製造方法で得られた複合
材料は、強化材としてＳｉＣ粉末やＡｌ2Ｏ3粉末を用い
た場合には、プラズマガスのような腐食ガス雰囲気下に
おいては、ＳｉＣ粉末ではプラズマガスに反応してしま
うという問題点があり、Ａ2ｌＯ3粉末では熱伝導率が低
いという問題点がある。そこで前記したような環境下で
は、強化材としてプラズマガスに対して強く、熱伝導率
も高いＡｌＮ粉末が使われるようになってきた。
材料は、強化材としてＳｉＣ粉末やＡｌ2Ｏ3粉末を用い
た場合には、プラズマガスのような腐食ガス雰囲気下に
おいては、ＳｉＣ粉末ではプラズマガスに反応してしま
うという問題点があり、Ａ2ｌＯ3粉末では熱伝導率が低
いという問題点がある。そこで前記したような環境下で
は、強化材としてプラズマガスに対して強く、熱伝導率
も高いＡｌＮ粉末が使われるようになってきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＡ
ｌＮ粉末を用いた場合には、作製した複合材料中にアル
ミニウム合金が十分に行き渡らない、いわゆる未含浸部
分が発生するという問題があった。
ｌＮ粉末を用いた場合には、作製した複合材料中にアル
ミニウム合金が十分に行き渡らない、いわゆる未含浸部
分が発生するという問題があった。
【０００８】本発明は、上述した金属−セラミックス複
合材料の製造方法が有する課題に鑑みなされたものであ
って、その目的は、複合材料中に未含浸部分が発生しな
いＡｌＮ粉末を強化材とする金属−セラミックス複合材
料の製造方法を提供することにある。
合材料の製造方法が有する課題に鑑みなされたものであ
って、その目的は、複合材料中に未含浸部分が発生しな
いＡｌＮ粉末を強化材とする金属−セラミックス複合材
料の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】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、ＡｌＮ粉末に適切な
ＡｌＮ粉末を用いて製造すれば、未含浸部分が発生しな
い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、ＡｌＮ粉末に適切な
ＡｌＮ粉末を用いて製造すれば、未含浸部分が発生しな
い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。
【００１０】即ち本発明は、基材である金属に強化材で
あるセラミックス粉末または繊維を複合させる金属−セ
ラミックス複合材料の製造方法において、該金属がＡｌ
合金であり、該セラミックス粉末または繊維が１０μｍ
以下の粒子を１０重量％以下含むＡｌＮ粉末であり、該
複合させる方法が、そのＡｌＮ粉末を成形して４０体積
％以上の粉末充填率を有するプリフォームを形成し、そ
の形成したプリフォームに溶融したＡｌ合金を非加圧の
窒素雰囲気中で７００〜１０００℃の温度で浸透させる
方法であることを特徴とする金属−セラミックス複合材
料の製造方法とすることを要旨とする。以下さらに詳細
に説明する。
あるセラミックス粉末または繊維を複合させる金属−セ
ラミックス複合材料の製造方法において、該金属がＡｌ
合金であり、該セラミックス粉末または繊維が１０μｍ
以下の粒子を１０重量％以下含むＡｌＮ粉末であり、該
複合させる方法が、そのＡｌＮ粉末を成形して４０体積
％以上の粉末充填率を有するプリフォームを形成し、そ
の形成したプリフォームに溶融したＡｌ合金を非加圧の
窒素雰囲気中で７００〜１０００℃の温度で浸透させる
方法であることを特徴とする金属−セラミックス複合材
料の製造方法とすることを要旨とする。以下さらに詳細
に説明する。
【００１１】上記で述べたように本発明の複合材料の製
造方法としては、複合材料中の金属をＡｌ合金とし、セ
ラミックス粉末または繊維を１０μｍ以下の粒子を１０
重量％以下含むＡｌＮ粉末とし、複合させる方法を、そ
のＡｌＮ粉末を成形して４０体積％以上の粉末充填率を
有するプリフォームを形成し、その形成したプリフォー
ムに溶融したＡｌ合金を非加圧の窒素雰囲気中で７００
〜１０００℃の温度で浸透させる方法とする金属−セラ
ミックス複合材料の製造方法とした。
造方法としては、複合材料中の金属をＡｌ合金とし、セ
ラミックス粉末または繊維を１０μｍ以下の粒子を１０
重量％以下含むＡｌＮ粉末とし、複合させる方法を、そ
のＡｌＮ粉末を成形して４０体積％以上の粉末充填率を
有するプリフォームを形成し、その形成したプリフォー
ムに溶融したＡｌ合金を非加圧の窒素雰囲気中で７００
〜１０００℃の温度で浸透させる方法とする金属−セラ
ミックス複合材料の製造方法とした。
【００１２】この製造方法は、適切なＡｌＮ粉末を用い
て適切なプリフォームを形成し、そのプリフォームに溶
融したＡｌ合金を非加圧で浸透させるものである。その
適切なＡｌＮ粉末としては、１０μｍ以下の粒子を１０
重量％以下含むＡｌＮ粉末とすることが好ましく、１０
μｍ以下の粒子を１０重量％より多く含むＡｌＮ粉末で
は、未含浸部分が発生するので、好ましくない。
て適切なプリフォームを形成し、そのプリフォームに溶
融したＡｌ合金を非加圧で浸透させるものである。その
適切なＡｌＮ粉末としては、１０μｍ以下の粒子を１０
重量％以下含むＡｌＮ粉末とすることが好ましく、１０
μｍ以下の粒子を１０重量％より多く含むＡｌＮ粉末で
は、未含浸部分が発生するので、好ましくない。
【００１３】また、適切なプリフォームとしては、４０
体積％以上の粉末充填率を有するプリフォームとするの
が好ましく、粉末充填率が４０体積％より低いプリフォ
ームでは、作製した複合材料の剛性が低くなりすぎ、必
要とされる１００ＧＰａ以上の剛性が得られないので、
好ましくない。
体積％以上の粉末充填率を有するプリフォームとするの
が好ましく、粉末充填率が４０体積％より低いプリフォ
ームでは、作製した複合材料の剛性が低くなりすぎ、必
要とされる１００ＧＰａ以上の剛性が得られないので、
好ましくない。
【００１４】
【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、先ず強化材として１０μｍ以下の粒子を１０
重量％以下含むＡｌＮ粉末を用意し、これにバインダー
を添加して成形する。成形する方法としては、慣用の方
法を用いることができる。すなわち、ＡｌＮ粉末にバイ
ンダーを添加しプレスにより乾式成形する方法、あるい
はＡｌＮ粉末にＡｌＮ粉末と反応を起こさない有機溶媒
とバインダーを添加してスラリーとし、これをフィルタ
ープレスなどにより湿式成形する方法が挙げられる。
述べると、先ず強化材として１０μｍ以下の粒子を１０
重量％以下含むＡｌＮ粉末を用意し、これにバインダー
を添加して成形する。成形する方法としては、慣用の方
法を用いることができる。すなわち、ＡｌＮ粉末にバイ
ンダーを添加しプレスにより乾式成形する方法、あるい
はＡｌＮ粉末にＡｌＮ粉末と反応を起こさない有機溶媒
とバインダーを添加してスラリーとし、これをフィルタ
ープレスなどにより湿式成形する方法が挙げられる。
【００１５】得られた成形体はそのままプリフォームと
してもよいし、必要があれば１０００℃程度の温度で加
熱処理してプリフォームを形成する。得られたプリフォ
ームとＭｇを含むＡｌ合金のインゴットとを接触させ、
非加圧の窒素雰囲気炉中で７００〜９００℃の温度で加
熱処理してアルミニウム合金を溶融し、プリフォーム中
に浸透させ、冷却することにより金属ーセラミックス複
合材料を作製する。この際、複合材料の特性を改善する
目的でプリフォーム、あるいはアルミニウム合金中に他
の金属を添加しても差し支えなく、これも本発明に含ま
れる。
してもよいし、必要があれば１０００℃程度の温度で加
熱処理してプリフォームを形成する。得られたプリフォ
ームとＭｇを含むＡｌ合金のインゴットとを接触させ、
非加圧の窒素雰囲気炉中で７００〜９００℃の温度で加
熱処理してアルミニウム合金を溶融し、プリフォーム中
に浸透させ、冷却することにより金属ーセラミックス複
合材料を作製する。この際、複合材料の特性を改善する
目的でプリフォーム、あるいはアルミニウム合金中に他
の金属を添加しても差し支えなく、これも本発明に含ま
れる。
【００１６】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、複合材料中に未含浸部分が発生しないＡ
ｌＮ粉末を強化材とする金属−セラミックス複合材料を
作製することができる。
を作製すれば、複合材料中に未含浸部分が発生しないＡ
ｌＮ粉末を強化材とする金属−セラミックス複合材料を
作製することができる。
【００１７】
【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。
【００１８】（実施例１） （１）複合材料の作製 強化材として東洋アルミニウム社の市販ＡｌＮ粉末（Ｒ
１５、平均粒径１５μｍ）を用い、これを分級機（ＴＵ
ＲＢＯ ＣＬＡＳＳＩＦＩＥＲ、ＮＩＳＳＩＮＥＮＧＩ
ＮＥＥＲＩＮＧ社製）によって１０μｍ以下の粒子が５
重量％となるよう分級した。この粉末１００重量部にバ
インダーとして積水化学社製のＰＶＢ（ポリビニルブチ
ラール）を５重量部添加し、混合し、これを金型に充填
して５０ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスして形状が１００
×５０×２０ｍｍで表１の粉末充填率を有するプリフォ
ームを形成した。
１５、平均粒径１５μｍ）を用い、これを分級機（ＴＵ
ＲＢＯ ＣＬＡＳＳＩＦＩＥＲ、ＮＩＳＳＩＮＥＮＧＩ
ＮＥＥＲＩＮＧ社製）によって１０μｍ以下の粒子が５
重量％となるよう分級した。この粉末１００重量部にバ
インダーとして積水化学社製のＰＶＢ（ポリビニルブチ
ラール）を５重量部添加し、混合し、これを金型に充填
して５０ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスして形状が１００
×５０×２０ｍｍで表１の粉末充填率を有するプリフォ
ームを形成した。
【００１９】得られたプリフォームとプリフォームの２
倍の重量を有するＡｌ９５％−Ｍｇ５％合金とを組み合
わせて電気炉に入れ、Ｎ2気流中で８５０℃の温度で１
２時間加熱処理し、冷却して複合材料を作製した。
倍の重量を有するＡｌ９５％−Ｍｇ５％合金とを組み合
わせて電気炉に入れ、Ｎ2気流中で８５０℃の温度で１
２時間加熱処理し、冷却して複合材料を作製した。
【００２０】（２）評価 得られたプリフォームの粉末充填率をプリフォームの寸
法と重量で求めた。また、得られた複合材料を切断し、
その切断面を目視で観察してアルミニウム合金の浸透状
態を調べた。さらに、複合材料から３×４×４０ｍｍの
試験片を切り出し、共振法によりその試験片のヤング率
を測定した。それらの結果を表１に示す。
法と重量で求めた。また、得られた複合材料を切断し、
その切断面を目視で観察してアルミニウム合金の浸透状
態を調べた。さらに、複合材料から３×４×４０ｍｍの
試験片を切り出し、共振法によりその試験片のヤング率
を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２１】(実施例２)プレスの加圧力を１００ｋｇ／
ｃｍ2にした他は実施例１と同様に複合材料を作製し、
評価した。その結果も表１に示す。
ｃｍ2にした他は実施例１と同様に複合材料を作製し、
評価した。その結果も表１に示す。
【００２２】（比較例１、２）比較のために比較例１で
は、ＡｌＮ粉末中の１０μｍ以下の粒子の割合を１０重
量％より多くした他は、比較例２では、粉末充填率を４
０体積％より低くした他は実施例１と同様に複合材料を
作製し、評価した。それらの結果も表１に示す。
は、ＡｌＮ粉末中の１０μｍ以下の粒子の割合を１０重
量％より多くした他は、比較例２では、粉末充填率を４
０体積％より低くした他は実施例１と同様に複合材料を
作製し、評価した。それらの結果も表１に示す。
【００２３】表１から明らかなように、実施例１、２で
は、ＡｌＮ粉末中の１０μｍ以下の粒子の割合が１０重
量％以下にあるので、アルミニウム合金の浸透状態も特
に欠陥はなく、良好であった。また、粉末充填率が４０
体積％以上であるので、ヤング率が１００ＧＰａ以上と
剛性が高かった。このことは、強化材がＡｌＮ粉末であ
っても、金属の未含浸部分がなく、剛性の高い複合材料
を作製できることを示している。
は、ＡｌＮ粉末中の１０μｍ以下の粒子の割合が１０重
量％以下にあるので、アルミニウム合金の浸透状態も特
に欠陥はなく、良好であった。また、粉末充填率が４０
体積％以上であるので、ヤング率が１００ＧＰａ以上と
剛性が高かった。このことは、強化材がＡｌＮ粉末であ
っても、金属の未含浸部分がなく、剛性の高い複合材料
を作製できることを示している。
【００２４】これに対して比較例１では、１０μｍ以下
の粒子の割合が本発明の範囲外にあるので、未含浸部分
が認められた。また、比較例２では、粉末充填率が本発
明の範囲外にあるので、ヤング率が１００ＧＰａを大き
く下回っていた。
の粒子の割合が本発明の範囲外にあるので、未含浸部分
が認められた。また、比較例２では、粉末充填率が本発
明の範囲外にあるので、ヤング率が１００ＧＰａを大き
く下回っていた。
【００２５】
【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料の製造方法であれば、強化材がＡｌＮ粉末で
あっても、金属の未含浸部分のない金属−セラミックス
複合材料を作製することができるようになった。このこ
とにより、欠陥の無い、組織、特性の均一性に優れた金
属−セラミックス複合材料を提供できるようになった。
整理番号 ＴＫＳ２６７ 化学式等を記載した書面
ス複合材料の製造方法であれば、強化材がＡｌＮ粉末で
あっても、金属の未含浸部分のない金属−セラミックス
複合材料を作製することができるようになった。このこ
とにより、欠陥の無い、組織、特性の均一性に優れた金
属−セラミックス複合材料を提供できるようになった。
整理番号 ＴＫＳ２６７ 化学式等を記載した書面
【表１】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武井 義文 東京都江東区清澄１−２−23 太平洋セメ ント株式 会社 研究本部 清澄研究所 Ｆターム(参考） 4K020 AA05 AA22 AC01 BA02 BB02 BB22
Claims (1)
- 【請求項１】 基材である金属に強化材であるセラミッ
クス粉末または繊維を複合させる金属−セラミックス複
合材料の製造方法において、該金属がＡｌ合金であり、
該セラミックス粉末または繊維が１０μｍ以下の粒子を
１０重量％以下含むＡｌＮ粉末であり、該複合させる方
法が、そのＡｌＮ粉末を成形して４０体積％以上の粉末
充填率を有するプリフォームを形成し、その形成したプ
リフォームに溶融したＡｌ合金を非加圧の窒素雰囲気中
で７００〜１０００℃の温度で浸透させる方法であるこ
とを特徴とする金属−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 |
|---|---|---|---|
| JP17346799A JP2001003147A (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17346799A JP2001003147A (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001003147A true JP2001003147A (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=15961031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17346799A Pending JP2001003147A (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001003147A (ja) |
-
1999
- 1999-06-21 JP JP17346799A patent/JP2001003147A/ja active Pending
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