JP2001123234A - 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】 剛性が高く浸透不良のない大型品を安価に作
製することができる金属−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】 セラミックス粉末にＭｇ粉末を混合し、
その混合したセラミックス粉末で３０体積％以上の粉末
充填率を有する複数個のプリフォームを形成し、それら
形成したプリフォーム同士の表面を接触させて所望の形
状に組み上げた後、その組み上げたプリフォームに溶融
したアルミニウム合金を窒素中で非加圧で浸透させるこ
とにより、アルミニウム合金で浸透されたプリフォーム
同士を接合することとした金属−セラミックス複合材料
の製造方法。
製することができる金属−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】 セラミックス粉末にＭｇ粉末を混合し、
その混合したセラミックス粉末で３０体積％以上の粉末
充填率を有する複数個のプリフォームを形成し、それら
形成したプリフォーム同士の表面を接触させて所望の形
状に組み上げた後、その組み上げたプリフォームに溶融
したアルミニウム合金を窒素中で非加圧で浸透させるこ
とにより、アルミニウム合金で浸透されたプリフォーム
同士を接合することとした金属−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−セラミック
ス複合材料の製造方法に関し、特に接合して大型品を作
製する金属−セラミックス複合材料の製造方法に関す
る。
ス複合材料の製造方法に関し、特に接合して大型品を作
製する金属−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が、強化材であるセ
ラミックス粉末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、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。これら問題を解決した金属−セラ
ミックス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金属浸透法
（ＰｒｉｍｅｘTM）がある。
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が、強化材であるセ
ラミックス粉末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、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。これら問題を解決した金属−セラ
ミックス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金属浸透法
（ＰｒｉｍｅｘTM）がある。
【０００３】この製造方法は、ＳｉＣやＡｌ2Ｏ3などの
セラミックス粉末で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雰囲気炉中で７００〜
９００℃に加熱して溶融したアルミニウム合金を浸透さ
せる方法であるが、これは、化学反応を利用してセラミ
ックス粉末と溶融金属との濡れ性を改善し、機械的な加
圧を行わくてもプリフォーム中に浸透できるという特徴
がある。本発明によれば、プリフォームの形状の自由度
が高いので、かなり複雑な形状をニアネットで作ること
も可能であり、かつ高価な加圧装置も不要であるので、
設備費が少なくて済み、かつニアネットシェイプに成形
して加工部分を減らせるので、コスト的にも有利であ
る。
セラミックス粉末で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雰囲気炉中で７００〜
９００℃に加熱して溶融したアルミニウム合金を浸透さ
せる方法であるが、これは、化学反応を利用してセラミ
ックス粉末と溶融金属との濡れ性を改善し、機械的な加
圧を行わくてもプリフォーム中に浸透できるという特徴
がある。本発明によれば、プリフォームの形状の自由度
が高いので、かなり複雑な形状をニアネットで作ること
も可能であり、かつ高価な加圧装置も不要であるので、
設備費が少なくて済み、かつニアネットシェイプに成形
して加工部分を減らせるので、コスト的にも有利であ
る。
【０００４】これら製造方法で作製された複合材料は、
軽量、高剛性といった特徴に加え、さらに制振性が高い
という特徴がある。そのため、最近では振動の吸収が必
要な測定機器の定盤や高剛性が要求される重量物の土台
などの大型品への適用が求められている。
軽量、高剛性といった特徴に加え、さらに制振性が高い
という特徴がある。そのため、最近では振動の吸収が必
要な測定機器の定盤や高剛性が要求される重量物の土台
などの大型品への適用が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
大型品を作製するに当たっては、セラミックス粉末を溶
融したアルミニウム合金中に混ぜ、鋳型に流し込む鋳造
法で製造すれば、大型品を作製することはできるが、こ
の大型品ではセラミックス粉末の充填率が低く、十分な
剛性を確保できないという問題があった。
大型品を作製するに当たっては、セラミックス粉末を溶
融したアルミニウム合金中に混ぜ、鋳型に流し込む鋳造
法で製造すれば、大型品を作製することはできるが、こ
の大型品ではセラミックス粉末の充填率が低く、十分な
剛性を確保できないという問題があった。
【０００６】また、先の非加圧浸透法で製造すれば、セ
ラミックス粉末の充填率を高くすることができるので、
十分な剛性を確保した複合材料は作製できるが、その大
型品を作製するには溶融金属の浸透に長時間を必要とす
るので、浸透不良が生じる確率が高く、またコスト的に
も問題があった。
ラミックス粉末の充填率を高くすることができるので、
十分な剛性を確保した複合材料は作製できるが、その大
型品を作製するには溶融金属の浸透に長時間を必要とす
るので、浸透不良が生じる確率が高く、またコスト的に
も問題があった。
【０００７】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、剛性が高く浸透不良のない大型品を
安価に作製することができる金属−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、剛性が高く浸透不良のない大型品を
安価に作製することができる金属−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。
【０００８】
【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、Ｍｇ粉末を含ませた
複数のプリフォームを形成し、その複数のプリフォーム
を組み上げて大型に成し、それにアルミニウム合金を浸
透させてプリフォーム同士を接合すれば、剛性が高く浸
透不良のない大型品を安価に作製できるとの知見を得て
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、Ｍｇ粉末を含ませた
複数のプリフォームを形成し、その複数のプリフォーム
を組み上げて大型に成し、それにアルミニウム合金を浸
透させてプリフォーム同士を接合すれば、剛性が高く浸
透不良のない大型品を安価に作製できるとの知見を得て
本発明を完成するに至った。
【０００９】即ち本発明は、セラミックス粉末にＭｇ粉
末を混合し、その混合したセラミックス粉末で３０体積
％以上の粉末充填率を有する複数個のプリフォームを形
成し、それら形成したプリフォーム同士の表面を接触さ
せて所望の形状に組み上げた後、その組み上げたプリフ
ォームに溶融したアルミニウム合金を窒素中で非加圧で
浸透させることにより、アルミニウム合金で浸透された
プリフォーム同士を接合す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。
末を混合し、その混合したセラミックス粉末で３０体積
％以上の粉末充填率を有する複数個のプリフォームを形
成し、それら形成したプリフォーム同士の表面を接触さ
せて所望の形状に組み上げた後、その組み上げたプリフ
ォームに溶融したアルミニウム合金を窒素中で非加圧で
浸透させることにより、アルミニウム合金で浸透された
プリフォーム同士を接合す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。
【００１０】この製造方法は、３０体積％以上の粉末充
填率を有するプリフォームを形成することで高い剛性を
確保することができ、そのプリフォーム中にＭｇ粉末を
含ませることで溶融されたアルミニウム合金の浸透時間
を短縮すると同時に浸透不良をなくすことができ、その
形成された複数のプリフォームを所望の形状に組み上げ
ることで大型化することができ、その組み上げたプリフ
ォーム中に溶融されたアルミニウム合金を浸透させるこ
とでアルミニウム合金で浸透されたプリフォーム同士を
接合することができ、その結果、剛性の高い浸透不良の
ない金属−セラミックス複合材料の大型品を安価に作製
することができる製造方法となる。
填率を有するプリフォームを形成することで高い剛性を
確保することができ、そのプリフォーム中にＭｇ粉末を
含ませることで溶融されたアルミニウム合金の浸透時間
を短縮すると同時に浸透不良をなくすことができ、その
形成された複数のプリフォームを所望の形状に組み上げ
ることで大型化することができ、その組み上げたプリフ
ォーム中に溶融されたアルミニウム合金を浸透させるこ
とでアルミニウム合金で浸透されたプリフォーム同士を
接合することができ、その結果、剛性の高い浸透不良の
ない金属−セラミックス複合材料の大型品を安価に作製
することができる製造方法となる。
【００１１】
【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、先ずセラミックス粉末としてＳｉＣ、Ａｌ2
Ｏ3、ＡｌＮなどのセラミックス粉末を用意する。これ
らセラミックス粉末に浸透促進剤としてＭｇ粉末を添加
し、そのセラミックス粉末で複数個のプリフォームを形
成する。
述べると、先ずセラミックス粉末としてＳｉＣ、Ａｌ2
Ｏ3、ＡｌＮなどのセラミックス粉末を用意する。これ
らセラミックス粉末に浸透促進剤としてＭｇ粉末を添加
し、そのセラミックス粉末で複数個のプリフォームを形
成する。
【００１２】プリフォームの形成方法としては、慣用の
方法を用いることができる。例えば、セラミックス粉末
に水あるいはセラミックス粉末と反応を起こさない有機
溶媒を加え、これにバインダーを加え混合してスラリー
とし、フィルタープレスにより形成する方法や、セラミ
ックス粉末にバインダーを加え、混合した粉末をプレス
により形成する方法などが挙げられる。
方法を用いることができる。例えば、セラミックス粉末
に水あるいはセラミックス粉末と反応を起こさない有機
溶媒を加え、これにバインダーを加え混合してスラリー
とし、フィルタープレスにより形成する方法や、セラミ
ックス粉末にバインダーを加え、混合した粉末をプレス
により形成する方法などが挙げられる。
【００１３】次いで、形成した複数個のプリフォームを
その接合面を接触させて組み上げる。接合面は表面処理
をしなくても構わないが、平面度をよくして接触を良好
にするために、また複雑形状も可能な所望の形状に組み
上げるために機械加工を行っても差し支えない。接合面
以外はアルミニウム合金の染み出しを抑えるためにカー
ボンスラリーを塗布するのが好ましい。
その接合面を接触させて組み上げる。接合面は表面処理
をしなくても構わないが、平面度をよくして接触を良好
にするために、また複雑形状も可能な所望の形状に組み
上げるために機械加工を行っても差し支えない。接合面
以外はアルミニウム合金の染み出しを抑えるためにカー
ボンスラリーを塗布するのが好ましい。
【００１４】組み上げたプリフォームにアルミニウム合
金を接触させ、それをＮ2雰囲気炉中で７００〜９００
℃の温度に加熱処理することによってアルミニウム合金
を溶融し、浸透させると同時にアルミニウム合金で浸透
されたプリフォーム同士を接合することにより、金属−
セラミックス複合材料から成る大型品を作製する。
金を接触させ、それをＮ2雰囲気炉中で７００〜９００
℃の温度に加熱処理することによってアルミニウム合金
を溶融し、浸透させると同時にアルミニウム合金で浸透
されたプリフォーム同士を接合することにより、金属−
セラミックス複合材料から成る大型品を作製する。
【００１５】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、剛性が高く浸透不良のない大型の複合材
料を安価に作製することができる。
を作製すれば、剛性が高く浸透不良のない大型の複合材
料を安価に作製することができる。
【００１６】
【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。
【００１７】（実施例１） （１）金属−セラミックス複合材料の作製 強化材として市販のＳｉＣ粉末Ａ（信濃電気精錬社製
ＧＣ＃１８０、平均粒径６６μｍ）とＳｉＣ粉末Ｂ（信
濃電気精錬社製 ＧＣ＃８００、平均粒径１４μｍ）と
を６：４で混合し、その粉末１００重量部に、Ｍｇ粉末
（山石金属社製＃１００、平均粒径１２５μｍ）を３重
量部加え、これにさらにバインダーとしてＰＶＡ（ポリ
ビニルアルコール、積水化学社製）を５重量部加え、混
合した後、それを金型に充填して２５ｋｇ／ｃｍ2の圧
力でプレスして１５０×２００×ｔ５０ｍｍのプリフォ
ームを４個形成した。
ＧＣ＃１８０、平均粒径６６μｍ）とＳｉＣ粉末Ｂ（信
濃電気精錬社製 ＧＣ＃８００、平均粒径１４μｍ）と
を６：４で混合し、その粉末１００重量部に、Ｍｇ粉末
（山石金属社製＃１００、平均粒径１２５μｍ）を３重
量部加え、これにさらにバインダーとしてＰＶＡ（ポリ
ビニルアルコール、積水化学社製）を５重量部加え、混
合した後、それを金型に充填して２５ｋｇ／ｃｍ2の圧
力でプレスして１５０×２００×ｔ５０ｍｍのプリフォ
ームを４個形成した。
【００１８】得られたプリフォームを４段に重ね、１５
０×２００×ｔ２００ｍｍの組み上げたプリフォームを
形成し、その側面と下面にアルミニウム合金の染み出し
を抑えるためにカーボンスラリーを塗布した後、その上
面にプリフォーム重量と同量のＡｌ−１０Ｓｉ−５Ｍｇ
を組み合わせて電気炉に入れ、Ｎ2気流中で８２５℃の
温度で２４時間加熱処理し、冷却して複合材料を作製し
た。
０×２００×ｔ２００ｍｍの組み上げたプリフォームを
形成し、その側面と下面にアルミニウム合金の染み出し
を抑えるためにカーボンスラリーを塗布した後、その上
面にプリフォーム重量と同量のＡｌ−１０Ｓｉ−５Ｍｇ
を組み合わせて電気炉に入れ、Ｎ2気流中で８２５℃の
温度で２４時間加熱処理し、冷却して複合材料を作製し
た。
【００１９】（２）評価 得られたプリフォームの寸法、重量よりセラミックス粉
末の充填率を算出した。その結果、５０体積％であっ
た。また、得られた複合材料から３×４×４０ｍｍの試
験片を切り出し、共振法でヤング率を測定した。さら
に、得られた複合材料を切断し、その切断面を目視観察
し、アルミニウム合金の浸透状態及び接合面の不具合状
態を調べた。それらの結果を表１に示す。
末の充填率を算出した。その結果、５０体積％であっ
た。また、得られた複合材料から３×４×４０ｍｍの試
験片を切り出し、共振法でヤング率を測定した。さら
に、得られた複合材料を切断し、その切断面を目視観察
し、アルミニウム合金の浸透状態及び接合面の不具合状
態を調べた。それらの結果を表１に示す。
【００２０】（実施例２〜６）実施例２では、形成する
プリフォームの大きさを４００×４００×ｔ２５ｍｍと
し、これらを２段組み上げて４００×４００×ｔ５０ｍ
ｍの組み上げたプリフォームとした他は、実施例３で
は、形成するプリフォームの大きさを１５０×１００×
ｔ５０ｍｍと、５０×１００×ｔ５０ｍｍとし、これら
をゲタ状に組み上げて図１に示す組み上げたプリフォー
ムとした他は、実施例４では、プリフォームの大きさを
２００×１００×ｔ３５ｍｍと、１００×１００×ｔ３
５ｍｍとし、これらをレンガ状に組み上げて図２に示す
組み上げたプリフォームとした他は、実施例５では、用
いるセラミックス粉末をＡｌ2Ｏ3粉末（太平洋ランダム
社製ＬＡ＃４００、平均粒径３０μｍ）とした他は、実
施例６では、用いるセラミックス粉末をＡｌＮ粉末（東
洋アルミニウム社製 Ｒ１５、平均粒径１５μｍ）とし
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。
プリフォームの大きさを４００×４００×ｔ２５ｍｍと
し、これらを２段組み上げて４００×４００×ｔ５０ｍ
ｍの組み上げたプリフォームとした他は、実施例３で
は、形成するプリフォームの大きさを１５０×１００×
ｔ５０ｍｍと、５０×１００×ｔ５０ｍｍとし、これら
をゲタ状に組み上げて図１に示す組み上げたプリフォー
ムとした他は、実施例４では、プリフォームの大きさを
２００×１００×ｔ３５ｍｍと、１００×１００×ｔ３
５ｍｍとし、これらをレンガ状に組み上げて図２に示す
組み上げたプリフォームとした他は、実施例５では、用
いるセラミックス粉末をＡｌ2Ｏ3粉末（太平洋ランダム
社製ＬＡ＃４００、平均粒径３０μｍ）とした他は、実
施例６では、用いるセラミックス粉末をＡｌＮ粉末（東
洋アルミニウム社製 Ｒ１５、平均粒径１５μｍ）とし
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。
【００２１】（比較例１〜３）比較のために比較例１で
は、プリフォーム中にＭｇ粉末を含まないこととした他
は実施例１と同様に、比較例２では、プリフォーム中に
Ｍｇ粉末を含まないこととした他は実施例４と同様に、
比較例３では、ＳｉＣ粉末（ＧＣ＃１８０）にＡｌ粉末
（平均粒径５０μｍ）を加えてＳｉＣ粉末の充填率を２
５体積％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。
は、プリフォーム中にＭｇ粉末を含まないこととした他
は実施例１と同様に、比較例２では、プリフォーム中に
Ｍｇ粉末を含まないこととした他は実施例４と同様に、
比較例３では、ＳｉＣ粉末（ＧＣ＃１８０）にＡｌ粉末
（平均粒径５０μｍ）を加えてＳｉＣ粉末の充填率を２
５体積％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】表１から明らかなように、実施例では全て
未浸透部分のない、接合不良部分のない、剛性の高い大
型の複合材料となっていた。このことは、本発明の方法
で複合材料を作製すれば、剛性が高く浸透不良のない大
型の複合材料とすることができることを示している。
未浸透部分のない、接合不良部分のない、剛性の高い大
型の複合材料となっていた。このことは、本発明の方法
で複合材料を作製すれば、剛性が高く浸透不良のない大
型の複合材料とすることができることを示している。
【００２３】これに対して、比較例１では、プリフォー
ム中にＭｇを含んでいないので、浸透時間を７２時間と
延長しても浸透させた面より１００ｍｍの高さしか浸透
せず、また浸透された部分にも未浸透部分が多数見られ
た。また、比較例２では、やはりプリフォーム中にＭｇ
粉末を含んでいないので、浸透させた面より５０ｍｍの
高さしか浸透せず、また浸透された部分にも未浸透部分
が多数見られた。さらに、比較例３では、ＳｉＣ粉末の
充填率が低すぎたので、ヤング率が大幅に低下してい
た。
ム中にＭｇを含んでいないので、浸透時間を７２時間と
延長しても浸透させた面より１００ｍｍの高さしか浸透
せず、また浸透された部分にも未浸透部分が多数見られ
た。また、比較例２では、やはりプリフォーム中にＭｇ
粉末を含んでいないので、浸透させた面より５０ｍｍの
高さしか浸透せず、また浸透された部分にも未浸透部分
が多数見られた。さらに、比較例３では、ＳｉＣ粉末の
充填率が低すぎたので、ヤング率が大幅に低下してい
た。
【００２４】
【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料であれば、剛性の高い、浸透不良のない大型
の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、剛性の高い複合材料の大型品を所望の形状に問
題なく安価に提供することができるようになった。
ス複合材料であれば、剛性の高い、浸透不良のない大型
の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、剛性の高い複合材料の大型品を所望の形状に問
題なく安価に提供することができるようになった。
【図１】実施例３で述べる組み上げたプリフォームを示
す。
す。
【図２】実施例４で述べる組み上げたプリフォームを示
す。
す。
【表１】
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１月１２日（２０００．１．１
２）
２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属−セラミック
ス複合材料の製造方法に関し、特に接合して大型品を作
製する金属−セラミックス複合材料の製造方法に関す
る。
ス複合材料の製造方法に関し、特に接合して大型品を作
製する金属−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が、強化材であるセ
ラミックス粉末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、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。これら問題を解決した金属−セラ
ミックス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金属浸透法
（ＰｒｉｍｅｘＴＭ）がある。
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が、強化材であるセ
ラミックス粉末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、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。これら問題を解決した金属−セラ
ミックス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金属浸透法
（ＰｒｉｍｅｘＴＭ）がある。
【０００３】この製造方法は、ＳｉＣやＡｌ２Ｏ３など
のセラミックス粉末で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雰囲気炉中で７００
〜９００℃に加熱して溶融したアルミニウム合金を浸透
させる方法であるが、これは、化学反応を利用してセラ
ミックス粉末と溶融金属との濡れ性を改善し、機械的な
加圧を行わくてもプリフォーム中に浸透できるという特
徴がある。本発明によれば、プリフォームの形状の自由
度が高いので、かなり複雑な形状をニアネットで作るこ
とも可能であり、かつ高価な加圧装置も不要であるの
で、設備費が少なくて済み、かつニアネットシェイプに
成形して加工部分を減らせるので、コスト的にも有利で
ある。
のセラミックス粉末で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雰囲気炉中で７００
〜９００℃に加熱して溶融したアルミニウム合金を浸透
させる方法であるが、これは、化学反応を利用してセラ
ミックス粉末と溶融金属との濡れ性を改善し、機械的な
加圧を行わくてもプリフォーム中に浸透できるという特
徴がある。本発明によれば、プリフォームの形状の自由
度が高いので、かなり複雑な形状をニアネットで作るこ
とも可能であり、かつ高価な加圧装置も不要であるの
で、設備費が少なくて済み、かつニアネットシェイプに
成形して加工部分を減らせるので、コスト的にも有利で
ある。
【０００４】これら製造方法で作製された複合材料は、
軽量、高剛性といった特徴に加え、さらに制振性が高い
という特徴がある。そのため、最近では振動の吸収が必
要な測定機器の定盤や高剛性が要求される重量物の土台
などの大型品への適用が求められている。
軽量、高剛性といった特徴に加え、さらに制振性が高い
という特徴がある。そのため、最近では振動の吸収が必
要な測定機器の定盤や高剛性が要求される重量物の土台
などの大型品への適用が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
大型品を作製するに当たっては、セラミックス粉末を溶
融したアルミニウム合金中に混ぜ、鋳型に流し込む鋳造
法で製造すれば、大型品を作製することはできるが、こ
の大型品ではセラミックス粉末の充填率が低く、十分な
剛性を確保できないという問題があった。
大型品を作製するに当たっては、セラミックス粉末を溶
融したアルミニウム合金中に混ぜ、鋳型に流し込む鋳造
法で製造すれば、大型品を作製することはできるが、こ
の大型品ではセラミックス粉末の充填率が低く、十分な
剛性を確保できないという問題があった。
【０００６】また、先の非加圧浸透法で製造すれば、セ
ラミックス粉末の充填率を高くすることができるので、
十分な剛性を確保した複合材料は作製できるが、その大
型品を作製するには溶融金属の浸透に長時間を必要とす
るので、浸透不良が生じる確率が高く、またコスト的に
も問題があった。
ラミックス粉末の充填率を高くすることができるので、
十分な剛性を確保した複合材料は作製できるが、その大
型品を作製するには溶融金属の浸透に長時間を必要とす
るので、浸透不良が生じる確率が高く、またコスト的に
も問題があった。
【０００７】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、剛性が高く浸透不良のない大型品を
安価に作製することができる金属−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、剛性が高く浸透不良のない大型品を
安価に作製することができる金属−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。
【０００８】
【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、Ｍｇ粉末を含ませた
複数のプリフォームを形成し、その複数のプリフォーム
を組み上げて大型に成し、それにアルミニウム合金を浸
透させてプリフォーム同士を接合すれば、剛性が高く浸
透不良のない大型品を安価に作製できるとの知見を得て
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、Ｍｇ粉末を含ませた
複数のプリフォームを形成し、その複数のプリフォーム
を組み上げて大型に成し、それにアルミニウム合金を浸
透させてプリフォーム同士を接合すれば、剛性が高く浸
透不良のない大型品を安価に作製できるとの知見を得て
本発明を完成するに至った。
【０００９】即ち本発明は、セラミックス粉末にＭｇ粉
末を混合し、その混合したセラミックス粉末で３０体積
％以上の粉末充填率を有する複数個のプリフォームを形
成し、それら形成したプリフォーム同士の表面を接触さ
せて所望の形状に組み上げた後、その組み上げたプリフ
ォームに溶融したアルミニウム合金を窒素中で非加圧で
浸透させることにより、アルミニウム合金で浸透された
プリフォーム同士を接合す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。
末を混合し、その混合したセラミックス粉末で３０体積
％以上の粉末充填率を有する複数個のプリフォームを形
成し、それら形成したプリフォーム同士の表面を接触さ
せて所望の形状に組み上げた後、その組み上げたプリフ
ォームに溶融したアルミニウム合金を窒素中で非加圧で
浸透させることにより、アルミニウム合金で浸透された
プリフォーム同士を接合す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。
【００１０】この製造方法は、３０体積％以上の粉末充
填率を有するプリフォームを形成することで高い剛性を
確保することができ、そのプリフォーム中にＭｇ粉末を
含ませることで溶融されたアルミニウム合金の浸透時間
を短縮すると同時に浸透不良をなくすことができ、その
形成された複数のプリフォームを所望の形状に組み上げ
ることで大型化することができ、その組み上げたプリフ
ォーム中に溶融されたアルミニウム合金を浸透させるこ
とでアルミニウム合金で浸透されたプリフォーム同士を
接合することができ、その結果、剛性の高い浸透不良の
ない金属−セラミックス複合材料の大型品を安価に作製
することができる製造方法となる。
填率を有するプリフォームを形成することで高い剛性を
確保することができ、そのプリフォーム中にＭｇ粉末を
含ませることで溶融されたアルミニウム合金の浸透時間
を短縮すると同時に浸透不良をなくすことができ、その
形成された複数のプリフォームを所望の形状に組み上げ
ることで大型化することができ、その組み上げたプリフ
ォーム中に溶融されたアルミニウム合金を浸透させるこ
とでアルミニウム合金で浸透されたプリフォーム同士を
接合することができ、その結果、剛性の高い浸透不良の
ない金属−セラミックス複合材料の大型品を安価に作製
することができる製造方法となる。
【００１１】
【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、先ずセラミックス粉末としてＳｉＣ、Ａｌ２
Ｏ３、ＡｌＮなどのセラミックス粉末を用意する。これ
らセラミックス粉末に浸透促進剤としてＭｇ粉末を添加
し、そのセラミックス粉末で複数個のプリフォームを形
成する。
述べると、先ずセラミックス粉末としてＳｉＣ、Ａｌ２
Ｏ３、ＡｌＮなどのセラミックス粉末を用意する。これ
らセラミックス粉末に浸透促進剤としてＭｇ粉末を添加
し、そのセラミックス粉末で複数個のプリフォームを形
成する。
【００１２】プリフォームの形成方法としては、慣用の
方法を用いることができる。例えば、セラミックス粉末
に水あるいはセラミックス粉末と反応を起こさない有機
溶媒を加え、これにバインダーを加え混合してスラリー
とし、フィルタープレスにより形成する方法や、セラミ
ックス粉末にバインダーを加え、混合した粉末をプレス
により形成する方法などが挙げられる。
方法を用いることができる。例えば、セラミックス粉末
に水あるいはセラミックス粉末と反応を起こさない有機
溶媒を加え、これにバインダーを加え混合してスラリー
とし、フィルタープレスにより形成する方法や、セラミ
ックス粉末にバインダーを加え、混合した粉末をプレス
により形成する方法などが挙げられる。
【００１３】次いで、形成した複数個のプリフォームを
その接合面を接触させて組み上げる。接合面は表面処理
をしなくても構わないが、平面度をよくして接触を良好
にするために、また複雑形状も可能な所望の形状に組み
上げるために機械加工を行っても差し支えない。接合面
以外はアルミニウム合金の染み出しを抑えるためにカー
ボンスラリーを塗布するのが好ましい。
その接合面を接触させて組み上げる。接合面は表面処理
をしなくても構わないが、平面度をよくして接触を良好
にするために、また複雑形状も可能な所望の形状に組み
上げるために機械加工を行っても差し支えない。接合面
以外はアルミニウム合金の染み出しを抑えるためにカー
ボンスラリーを塗布するのが好ましい。
【００１４】組み上げたプリフォームにアルミニウム合
金を接触させ、それをＮ２雰囲気炉中で７００〜９００
℃の温度に加熱処理することによってアルミニウム合金
を溶融し、浸透させると同時にアルミニウム合金で浸透
されたプリフォーム同士を接合することにより、金属−
セラミックス複合材料から成る大型品を作製する。
金を接触させ、それをＮ２雰囲気炉中で７００〜９００
℃の温度に加熱処理することによってアルミニウム合金
を溶融し、浸透させると同時にアルミニウム合金で浸透
されたプリフォーム同士を接合することにより、金属−
セラミックス複合材料から成る大型品を作製する。
【００１５】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、剛性が高く浸透不良のない大型の複合材
料を安価に作製することができる。
を作製すれば、剛性が高く浸透不良のない大型の複合材
料を安価に作製することができる。
【００１６】
【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。
【００１７】（実施例１） （１）金属−セラミックス複合材料の作製 強化材として市販のＳｉＣ粉末Ａ（信濃電気精錬社製
ＧＣ＃１８０、平均粒径６６μｍ）とＳｉＣ粉末Ｂ（信
濃電気精錬社製 ＧＣ＃８００、平均粒径１４μｍ）と
を６：４で混合し、その粉末１００重量部に、Ｍｇ粉末
（山石金属社製＃１００、平均粒径１２５μｍ）を３重
量部加え、これにさらにバインダーとしてＰＶＡ（ポリ
ビニルアルコール、積水化学社製）を５重量部加え、混
合した後、それを金型に充填して２５ｋｇ／ｃｍ２の圧
力でプレスして１５０×２００×ｔ５０ｍｍのプリフォ
ームを４個形成した。
ＧＣ＃１８０、平均粒径６６μｍ）とＳｉＣ粉末Ｂ（信
濃電気精錬社製 ＧＣ＃８００、平均粒径１４μｍ）と
を６：４で混合し、その粉末１００重量部に、Ｍｇ粉末
（山石金属社製＃１００、平均粒径１２５μｍ）を３重
量部加え、これにさらにバインダーとしてＰＶＡ（ポリ
ビニルアルコール、積水化学社製）を５重量部加え、混
合した後、それを金型に充填して２５ｋｇ／ｃｍ２の圧
力でプレスして１５０×２００×ｔ５０ｍｍのプリフォ
ームを４個形成した。
【００１８】得られたプリフォームを４段に重ね、１５
０×２００×ｔ２００ｍｍの組み上げたプリフォームを
形成し、その側面と下面にアルミニウム合金の染み出し
を抑えるためにカーボンスラリーを塗布した後、その上
面にプリフォーム重量と同量のＡｌ−１０Ｓｉ−５Ｍｇ
を組み合わせて電気炉に入れ、Ｎ２気流中で８２５℃の
温度で２４時間加熱処理し、冷却して複合材料を作製し
た。
０×２００×ｔ２００ｍｍの組み上げたプリフォームを
形成し、その側面と下面にアルミニウム合金の染み出し
を抑えるためにカーボンスラリーを塗布した後、その上
面にプリフォーム重量と同量のＡｌ−１０Ｓｉ−５Ｍｇ
を組み合わせて電気炉に入れ、Ｎ２気流中で８２５℃の
温度で２４時間加熱処理し、冷却して複合材料を作製し
た。
【００１９】（２）評価 得られたプリフォームの寸法、重量よりセラミックス粉
末の充填率を算出した。その結果、５０体積％であっ
た。また、得られた複合材料から３×４×４０ｍｍの試
験片を切り出し、共振法でヤング率を測定した。さら
に、得られた複合材料を切断し、その切断面を目視観察
し、アルミニウム合金の浸透状態及び接合面の不具合状
態を調べた。それらの結果を表１に示す。
末の充填率を算出した。その結果、５０体積％であっ
た。また、得られた複合材料から３×４×４０ｍｍの試
験片を切り出し、共振法でヤング率を測定した。さら
に、得られた複合材料を切断し、その切断面を目視観察
し、アルミニウム合金の浸透状態及び接合面の不具合状
態を調べた。それらの結果を表１に示す。
【００２０】（実施例２〜６）実施例２では、形成する
プリフォームの大きさを４００×４００×ｔ２５ｍｍと
し、これらを２段組み上げて４００×４００×ｔ５０ｍ
ｍの組み上げたプリフォームとした他は、実施例３で
は、形成するプリフォームの大きさを１５０×１００×
ｔ５０ｍｍと、５０×１００×ｔ５０ｍｍとし、これら
をゲタ状に組み上げて図１に示す組み上げたプリフォー
ムとした他は、実施例４では、プリフォームの大きさを
２００×１００×ｔ３５ｍｍと、１００×１００×ｔ３
５ｍｍとし、これらをレンガ状に組み上げて図２に示す
組み上げたプリフォームとした他は、実施例５では、用
いるセラミックス粉末をＡｌ２Ｏ３粉末（太平洋ランダ
ム社製ＬＡ＃４００、平均粒径３０μｍ）とした他は、
実施例６では、用いるセラミックス粉末をＡｌＮ粉末
（東洋アルミニウム社製 Ｒ１５、平均粒径１５μｍ）
とした他は実施例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。
プリフォームの大きさを４００×４００×ｔ２５ｍｍと
し、これらを２段組み上げて４００×４００×ｔ５０ｍ
ｍの組み上げたプリフォームとした他は、実施例３で
は、形成するプリフォームの大きさを１５０×１００×
ｔ５０ｍｍと、５０×１００×ｔ５０ｍｍとし、これら
をゲタ状に組み上げて図１に示す組み上げたプリフォー
ムとした他は、実施例４では、プリフォームの大きさを
２００×１００×ｔ３５ｍｍと、１００×１００×ｔ３
５ｍｍとし、これらをレンガ状に組み上げて図２に示す
組み上げたプリフォームとした他は、実施例５では、用
いるセラミックス粉末をＡｌ２Ｏ３粉末（太平洋ランダ
ム社製ＬＡ＃４００、平均粒径３０μｍ）とした他は、
実施例６では、用いるセラミックス粉末をＡｌＮ粉末
（東洋アルミニウム社製 Ｒ１５、平均粒径１５μｍ）
とした他は実施例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。
【００２１】（比較例１〜３）比較のために比較例１で
は、プリフォーム中にＭｇ粉末を含まないこととした他
は実施例１と同様に、比較例２では、プリフォーム中に
Ｍｇ粉末を含まないこととした他は実施例４と同様に、
比較例３では、ＳｉＣ粉末（ＧＣ＃１８０）にＡｌ粉末
（平均粒径５０μｍ）を加えてＳｉＣ粉末の充填率を２
５体積％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。
は、プリフォーム中にＭｇ粉末を含まないこととした他
は実施例１と同様に、比較例２では、プリフォーム中に
Ｍｇ粉末を含まないこととした他は実施例４と同様に、
比較例３では、ＳｉＣ粉末（ＧＣ＃１８０）にＡｌ粉末
（平均粒径５０μｍ）を加えてＳｉＣ粉末の充填率を２
５体積％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】
【表１】
【００２３】表１から明らかなように、実施例では全て
未浸透部分のない、接合不良部分のない、剛性の高い大
型の複合材料となっていた。このことは、本発明の方法
で複合材料を作製すれば、剛性が高く浸透不良のない大
型の複合材料とすることができることを示している。
未浸透部分のない、接合不良部分のない、剛性の高い大
型の複合材料となっていた。このことは、本発明の方法
で複合材料を作製すれば、剛性が高く浸透不良のない大
型の複合材料とすることができることを示している。
【００２４】これに対して、比較例１では、プリフォー
ム中にＭｇを含んでいないので、浸透時間を７２時間と
延長しても浸透させた面より１００ｍｍの高さしか浸透
せず、また浸透された部分にも未浸透部分が多数見られ
た。また、比較例２では、やはりプリフォーム中にＭｇ
粉末を含んでいないので、浸透させた面より５０ｍｍの
高さしか浸透せず、また浸透された部分にも未浸透部分
が多数見られた。さらに、比較例３では、ＳｉＣ粉末の
充填率が低すぎたので、ヤング率が大幅に低下してい
た。
ム中にＭｇを含んでいないので、浸透時間を７２時間と
延長しても浸透させた面より１００ｍｍの高さしか浸透
せず、また浸透された部分にも未浸透部分が多数見られ
た。また、比較例２では、やはりプリフォーム中にＭｇ
粉末を含んでいないので、浸透させた面より５０ｍｍの
高さしか浸透せず、また浸透された部分にも未浸透部分
が多数見られた。さらに、比較例３では、ＳｉＣ粉末の
充填率が低すぎたので、ヤング率が大幅に低下してい
た。
【００２５】
【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料であれば、剛性の高い、浸透不良のない大型
の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、剛性の高い複合材料の大型品を所望の形状に問
題なく安価に提供することができるようになった。
ス複合材料であれば、剛性の高い、浸透不良のない大型
の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、剛性の高い複合材料の大型品を所望の形状に問
題なく安価に提供することができるようになった。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例３で述べる組み上げたプリフォームを示
す。
す。
【図２】実施例４で述べる組み上げたプリフォームを示
す。
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩貝 達也 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） 4K018 AA14 AB04 DA19 DA31 JA32 KA55 4K020 AA22 AC01 AC09 BA02 BB02
Claims (1)
- 【請求項１】 セラミックス粉末にＭｇ粉末を混合し、
その混合したセラミックス粉末で３０体積％以上の粉末
充填率を有する複数個のプリフォームを形成し、それら
形成したプリフォーム同士の表面を接触させて所望の形
状に組み上げた後、その組み上げたプリフォームに溶融
したアルミニウム合金を窒素中で非加圧で浸透させるこ
とにより、アルミニウム合金で浸透されたプリフォーム
同士を接合す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 |
|---|---|---|---|
| JP29898399A JP4318814B2 (ja) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP29898399A JP4318814B2 (ja) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001123234A true JP2001123234A (ja) | 2001-05-08 |
| JP4318814B2 JP4318814B2 (ja) | 2009-08-26 |
Family
ID=17866726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29898399A Expired - Fee Related JP4318814B2 (ja) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4318814B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002348623A (ja) * | 2001-05-21 | 2002-12-04 | Taiheiyo Cement Corp | 中空構造を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
| JP2008050647A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Taiheiyo Cement Corp | Ａｌ−ＳｉＣ複合材料接合体及びその製造方法 |
| JP7037848B1 (ja) * | 2021-07-14 | 2022-03-17 | アドバンスコンポジット株式会社 | 高金属粉末含有アルミニュウム複合体の製造方法、プリフォームの作製方法及び高金属粉末含有アルミニュウム複合体 |
-
1999
- 1999-10-21 JP JP29898399A patent/JP4318814B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002348623A (ja) * | 2001-05-21 | 2002-12-04 | Taiheiyo Cement Corp | 中空構造を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
| JP2008050647A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Taiheiyo Cement Corp | Ａｌ−ＳｉＣ複合材料接合体及びその製造方法 |
| JP7037848B1 (ja) * | 2021-07-14 | 2022-03-17 | アドバンスコンポジット株式会社 | 高金属粉末含有アルミニュウム複合体の製造方法、プリフォームの作製方法及び高金属粉末含有アルミニュウム複合体 |
| WO2023286407A1 (ja) * | 2021-07-14 | 2023-01-19 | アドバンスコンポジット株式会社 | 高金属粉末含有アルミニュウム複合体の製造方法、プリフォームの作製方法及び高金属粉末含有アルミニュウム複合体 |
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| JP4318814B2 (ja) | 2009-08-26 |
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