JP2001123236A - 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】 形状が薄板状であっても、反りの少ない複合
材料を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】 強化材であるセラミックス粉末でプリフ
ォームを形成し、そのプリフォームに溶融した金属を浸
透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法におい
て、該プリフォームが薄板形状であって、そのプリフォ
ームに金属を浸透させる方法が、プリフォームの金属が
浸透する面にカーボンスラリーを塗布し、その塗布面に
ダミーであるセラミックス粉末を充填した多孔質材料を
接して設けた後、そのプリフォームに多孔質材料を通し
て溶融金属を浸透させる方法であることとした金属−セ
ラミックス複合材料の製造方法。
材料を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】 強化材であるセラミックス粉末でプリフ
ォームを形成し、そのプリフォームに溶融した金属を浸
透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法におい
て、該プリフォームが薄板形状であって、そのプリフォ
ームに金属を浸透させる方法が、プリフォームの金属が
浸透する面にカーボンスラリーを塗布し、その塗布面に
ダミーであるセラミックス粉末を充填した多孔質材料を
接して設けた後、そのプリフォームに多孔質材料を通し
て溶融金属を浸透させる方法であることとした金属−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、特に反りの少ない薄板形
状の複合材料を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に関する。
ス複合材料の製造方法に関し、特に反りの少ない薄板形
状の複合材料を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】この製造方法で作製された複合材料は、軽
量、高靭性といった特徴に加え、さらに剛性が高いとい
う特徴がある。そのため、従来用いられているアルミニ
ウム合金から成る材料と比較して、より薄い形状品であ
っても、その高い剛性により変形が生じずに小型化、軽
量化ができるようになった。
量、高靭性といった特徴に加え、さらに剛性が高いとい
う特徴がある。そのため、従来用いられているアルミニ
ウム合金から成る材料と比較して、より薄い形状品であ
っても、その高い剛性により変形が生じずに小型化、軽
量化ができるようになった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この薄
板形状の複合材料は、その複合材料を作製する際にプリ
フォーム中に溶融金属を浸透させる過程で溶融金属が残
って金属の浸透された複合材料に付着し、その付着した
アルミニウム合金が冷却固化する過程で複合材料より大
きく収縮してしまい、その結果、複合材料が大きく反っ
てしまうという問題があった。
板形状の複合材料は、その複合材料を作製する際にプリ
フォーム中に溶融金属を浸透させる過程で溶融金属が残
って金属の浸透された複合材料に付着し、その付着した
アルミニウム合金が冷却固化する過程で複合材料より大
きく収縮してしまい、その結果、複合材料が大きく反っ
てしまうという問題があった。
【０００６】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、形状が薄板状であっても、反りの少
ない複合材料を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、形状が薄板状であっても、反りの少
ない複合材料を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。
【０００７】
【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、プリフォームの金属
が浸透する面にダミーの多孔質材料を配し、この多孔質
材料を通して金属を浸透させれば、薄板形状であって
も、反りの少ない複合材料を作製することができるとの
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、プリフォームの金属
が浸透する面にダミーの多孔質材料を配し、この多孔質
材料を通して金属を浸透させれば、薄板形状であって
も、反りの少ない複合材料を作製することができるとの
知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００８】即ち本発明は、（１）強化材であるセラミ
ックス粉末でプリフォームを形成し、そのプリフォーム
に溶融した金属を浸透させる金属−セラミックス複合材
料の製造方法において、該プリフォームが薄板形状であ
って、そのプリフォームに金属を浸透させる方法が、プ
リフォームの金属が浸透する面にカーボンスラリーを塗
布し、その塗布面にセラミックス粉末を充填した多孔質
材料をダミーとして接して設けた後、そのプリフォーム
に多孔質材料を通して溶融金属を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（請求項１）とし、また、（２）前記多孔質材料が、
ＭｇまたはＣａ粉末を含むセラミックス粉末を充填した
多孔質材料であることを特徴とする請求項１記載の金属
−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。
ックス粉末でプリフォームを形成し、そのプリフォーム
に溶融した金属を浸透させる金属−セラミックス複合材
料の製造方法において、該プリフォームが薄板形状であ
って、そのプリフォームに金属を浸透させる方法が、プ
リフォームの金属が浸透する面にカーボンスラリーを塗
布し、その塗布面にセラミックス粉末を充填した多孔質
材料をダミーとして接して設けた後、そのプリフォーム
に多孔質材料を通して溶融金属を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（請求項１）とし、また、（２）前記多孔質材料が、
ＭｇまたはＣａ粉末を含むセラミックス粉末を充填した
多孔質材料であることを特徴とする請求項１記載の金属
−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。
【０００９】上記で述べたように、薄板形状の金属−セ
ラミックス複合材料の製造方法としては、プリフォーム
に金属を浸透させる方法を、プリフォームの金属が浸透
する面にカーボンスラリーを塗布し、その塗布面にセラ
ミックス粉末を充填した多孔質材料をダミーとして接し
て設けた後、そのプリフォームに多孔質材料を通して溶
融金属を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（請求項１）。
ラミックス複合材料の製造方法としては、プリフォーム
に金属を浸透させる方法を、プリフォームの金属が浸透
する面にカーボンスラリーを塗布し、その塗布面にセラ
ミックス粉末を充填した多孔質材料をダミーとして接し
て設けた後、そのプリフォームに多孔質材料を通して溶
融金属を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（請求項１）。
【００１０】プリフォームにバリア材であるカーボンス
ラリーを塗布することにより、そのカーボンの存在によ
って多孔質材料を通して浸透する溶融金属が余剰となら
ず、しかも多孔質材料中にセラミックス粉末が含まれて
いるので、そのセラミックス粉末が浸透する溶融金属の
均一な細い流路となり、冷却固化された金属がプリフォ
ームと多孔質材料とが接している面で均一な細い断続状
態で繋がっている状態となる。その結果、軽く叩く程度
でダミーである多孔質材料から複合材料を残余の金属を
付着することなく剥がすことができることとなる。加え
て、その複合材料は、剥がすまでは多孔質材料で支持さ
れているので、冷却固化する段階で生じる反りなどの変
形が抑えられることとなる。
ラリーを塗布することにより、そのカーボンの存在によ
って多孔質材料を通して浸透する溶融金属が余剰となら
ず、しかも多孔質材料中にセラミックス粉末が含まれて
いるので、そのセラミックス粉末が浸透する溶融金属の
均一な細い流路となり、冷却固化された金属がプリフォ
ームと多孔質材料とが接している面で均一な細い断続状
態で繋がっている状態となる。その結果、軽く叩く程度
でダミーである多孔質材料から複合材料を残余の金属を
付着することなく剥がすことができることとなる。加え
て、その複合材料は、剥がすまでは多孔質材料で支持さ
れているので、冷却固化する段階で生じる反りなどの変
形が抑えられることとなる。
【００１１】その多孔質材料としては、ＭｇまたはＣａ
粉末を含むセラミックス粉末を充填した多孔質材料とし
た（請求項２）。セラミックス粉末にＭｇまたはＣａ粉
末を含まなくても差し支えないが、これらＭｇまたはＣ
ａ粉末は、溶融金属の浸透を促進する効果であるので、
それら粉末を含む方が浸透時間が短縮され、より好まし
くなる。
粉末を含むセラミックス粉末を充填した多孔質材料とし
た（請求項２）。セラミックス粉末にＭｇまたはＣａ粉
末を含まなくても差し支えないが、これらＭｇまたはＣ
ａ粉末は、溶融金属の浸透を促進する効果であるので、
それら粉末を含む方が浸透時間が短縮され、より好まし
くなる。
【００１２】
【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薄板形状のプリフォームを
形成する。薄板の厚さは、薄板の大きさによって反りの
大きさが変わるので、一概に言えないが、５ｍｍ程度以
下の厚さであれば、本発明の効果が大きい。このプリフ
ォームのセラミックス粉末の充填率は、３０体積％より
低いと剛性が低くなりすぎるので、３０体積％以上が好
ましい。
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薄板形状のプリフォームを
形成する。薄板の厚さは、薄板の大きさによって反りの
大きさが変わるので、一概に言えないが、５ｍｍ程度以
下の厚さであれば、本発明の効果が大きい。このプリフ
ォームのセラミックス粉末の充填率は、３０体積％より
低いと剛性が低くなりすぎるので、３０体積％以上が好
ましい。
【００１３】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。
【００１４】次いで、形成したプリフォームの金属が浸
透する面にカーボンスラリーを塗布し、その塗布面にＭ
ｇまたはＣａ粉末を含むセラミックス粉末を充填した多
孔質材料を接して配する。多孔質材料は、溶融アルミニ
ウムに融けず、冷却時の熱膨張がアルミニウム合金より
小さいセラミックスなどよりなる材料がよい。そしてそ
の多孔質材料にアルミニウム合金を接触させ、それをＮ
2雰囲気炉中で７００〜９００℃の温度に加熱処理する
ことによって多孔質材料を通してプリフォーム中に溶融
したアルミニウム合金を浸透させ、冷却し、軽く叩いて
多孔質材料より剥がすことにより、薄板形状の複合材料
を作製することができる。
透する面にカーボンスラリーを塗布し、その塗布面にＭ
ｇまたはＣａ粉末を含むセラミックス粉末を充填した多
孔質材料を接して配する。多孔質材料は、溶融アルミニ
ウムに融けず、冷却時の熱膨張がアルミニウム合金より
小さいセラミックスなどよりなる材料がよい。そしてそ
の多孔質材料にアルミニウム合金を接触させ、それをＮ
2雰囲気炉中で７００〜９００℃の温度に加熱処理する
ことによって多孔質材料を通してプリフォーム中に溶融
したアルミニウム合金を浸透させ、冷却し、軽く叩いて
多孔質材料より剥がすことにより、薄板形状の複合材料
を作製することができる。
【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、形状が薄板状であっても、反りの少ない
複合材料を作製することができるようになる
を作製すれば、形状が薄板状であっても、反りの少ない
複合材料を作製することができるようになる
【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 市販のＳｉＣ粉末（信濃電気精錬社製 ＧＣ＃２００
０、平均粒径６μｍ）１００重量部に、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１
０重量部加え、これを混合した粉末を３００×２００ｍ
ｍの金型に充填し、２０ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスし
て脱型し、３００×２００×４ｍｍのプリフォームを形
成し、そのプリフォームの下面にカーボンスラリーを塗
布した。
０、平均粒径６μｍ）１００重量部に、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１
０重量部加え、これを混合した粉末を３００×２００ｍ
ｍの金型に充填し、２０ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスし
て脱型し、３００×２００×４ｍｍのプリフォームを形
成し、そのプリフォームの下面にカーボンスラリーを塗
布した。
【００１８】一方、多孔質材料として１ｍｍ程度の穴を
有する鋳造用セラミックスフィルターから３３０×２１
０×ｔ１０ｍｍの大きさのものを切り出し、その穴にＳ
ｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉末を充填したものを多孔質
材料とした。その多孔質材料の上面に先のプリフォーム
をその下面を接して載せ、それを図１に示す通り容器内
に配置し、それを電気炉に入れ、Ｎ2気流中で８２５℃
の温度で２４時間加熱処理し、冷却した後、木槌で軽く
叩き、多孔質材料を剥がして複合材料を作製した。
有する鋳造用セラミックスフィルターから３３０×２１
０×ｔ１０ｍｍの大きさのものを切り出し、その穴にＳ
ｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉末を充填したものを多孔質
材料とした。その多孔質材料の上面に先のプリフォーム
をその下面を接して載せ、それを図１に示す通り容器内
に配置し、それを電気炉に入れ、Ｎ2気流中で８２５℃
の温度で２４時間加熱処理し、冷却した後、木槌で軽く
叩き、多孔質材料を剥がして複合材料を作製した。
【００１９】（２）評価 得られた複合材料を定盤上でマイクロメータによって反
りの大きさを測定した。その結果を表１に示す。
りの大きさを測定した。その結果を表１に示す。
【００２０】（実施例２）多孔質材料として３３０×２
１０×ｔ５ｍｍの大きさに切り出した市販のアルミナ製
の１ｍｍ程度の穴を有する網目セッターを用い、その穴
にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉末を充填したものを多
孔質材料とした他は実施例１と同様に複合材料を作製
し、評価した。その結果も表１に示す。
１０×ｔ５ｍｍの大きさに切り出した市販のアルミナ製
の１ｍｍ程度の穴を有する網目セッターを用い、その穴
にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉末を充填したものを多
孔質材料とした他は実施例１と同様に複合材料を作製
し、評価した。その結果も表１に示す。
【００２１】（実施例３）多孔質材料として３３０×２
１０×ｔ１０ｍｍのプリフォームを形成し、これに機械
加工によりφ１０ｍｍの貫通穴を縦１６個、横１３個開
け、この穴にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉末を充填し
たものを多孔質材料とした他は実施例１と同様に複合材
料を作製し、評価した。その結果も表１に示す。
１０×ｔ１０ｍｍのプリフォームを形成し、これに機械
加工によりφ１０ｍｍの貫通穴を縦１６個、横１３個開
け、この穴にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉末を充填し
たものを多孔質材料とした他は実施例１と同様に複合材
料を作製し、評価した。その結果も表１に示す。
【００２２】（比較例１）比較のために比較例１では、
多孔質材料を設けずにアルミニウム合金の通り道である
ＳｉＣ粉末にＭｇ粉末を混合した混合粉末の上部に直接
プリフォームを載せ、実施例１と同様の方法でアルミニ
ウム合金を浸透させ、複合材料を作製し、評価した。そ
の結果も表１に示す。
多孔質材料を設けずにアルミニウム合金の通り道である
ＳｉＣ粉末にＭｇ粉末を混合した混合粉末の上部に直接
プリフォームを載せ、実施例１と同様の方法でアルミニ
ウム合金を浸透させ、複合材料を作製し、評価した。そ
の結果も表１に示す。
【００２３】表１から明らかなように、実施例では比較
例に比べて複合材料の反りが極めて小さかった。このこ
とは、薄板形状であっても、本発明の方法で複合材料を
作製すれば、極めて反りの少ない複合材料を作製するこ
とができることを示している。
例に比べて複合材料の反りが極めて小さかった。このこ
とは、薄板形状であっても、本発明の方法で複合材料を
作製すれば、極めて反りの少ない複合材料を作製するこ
とができることを示している。
【００２４】
【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料の製造方法であれば、薄板形状、あるいは薄
板形状と同様の細い形状であっても、反りの極めて少な
い複合材料が得られるようになった。このことにより、
薄板形状、あるいは細い形状であっても、機械加工する
ことなく反りの極めて少ない複合材料を提供できるよう
になった。
ス複合材料の製造方法であれば、薄板形状、あるいは薄
板形状と同様の細い形状であっても、反りの極めて少な
い複合材料が得られるようになった。このことにより、
薄板形状、あるいは細い形状であっても、機械加工する
ことなく反りの極めて少ない複合材料を提供できるよう
になった。
【図１】薄板形状のプリフォームに多孔質材料を通して
アルミニウム合金を浸透させる該略図を示す。
アルミニウム合金を浸透させる該略図を示す。
【表１】
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１２月２４日（１９９９．１２．
２４）
２４）
【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、特に反りの少ない薄板形
状の複合材料を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に関する。
ス複合材料の製造方法に関し、特に反りの少ない薄板形
状の複合材料を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】この製造方法で作製された複合材料は、軽
量、高靭性といった特徴に加え、さらに剛性が高いとい
う特徴がある。そのため、従来用いられているアルミニ
ウム合金から成る材料と比較して、より薄い形状品であ
っても、その高い剛性により変形が生じずに小型化、軽
量化ができるようになった。
量、高靭性といった特徴に加え、さらに剛性が高いとい
う特徴がある。そのため、従来用いられているアルミニ
ウム合金から成る材料と比較して、より薄い形状品であ
っても、その高い剛性により変形が生じずに小型化、軽
量化ができるようになった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この薄
板形状の複合材料は、その複合材料を作製する際にプリ
フォーム中に溶融金属を浸透させる過程で溶融金属が残
って金属の浸透された複合材料に付着し、その付着した
アルミニウム合金が冷却固化する過程で複合材料より大
きく収縮してしまい、その結果、複合材料が大きく反っ
てしまうという問題があった。
板形状の複合材料は、その複合材料を作製する際にプリ
フォーム中に溶融金属を浸透させる過程で溶融金属が残
って金属の浸透された複合材料に付着し、その付着した
アルミニウム合金が冷却固化する過程で複合材料より大
きく収縮してしまい、その結果、複合材料が大きく反っ
てしまうという問題があった。
【０００６】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、形状が薄板状であっても、反りの少
ない複合材料を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、形状が薄板状であっても、反りの少
ない複合材料を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。
【０００７】
【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、プリフォームの金属
が浸透する面にダミーの多孔質材料を配し、この多孔質
材料を通して金属を浸透させれば、薄板形状であって
も、反りの少ない複合材料を作製することができるとの
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、プリフォームの金属
が浸透する面にダミーの多孔質材料を配し、この多孔質
材料を通して金属を浸透させれば、薄板形状であって
も、反りの少ない複合材料を作製することができるとの
知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００８】即ち本発明は、（１）強化材であるセラミ
ックス粉末でプリフォームを形成し、そのプリフォーム
に溶融した金属を浸透させる金属−セラミックス複合材
料の製造方法において、該プリフォームが薄板形状であ
って、そのプリフォームに金属を浸透させる方法が、プ
リフォームの金属が浸透する面にカーボンスラリーを塗
布し、その塗布面にセラミックス粉末を充填した多孔質
材料をダミーとして接して設けた後、そのプリフォーム
に多孔質材料を通して溶融金属を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（請求項１）とし、また、（２）前記多孔質材料が、
ＭｇまたはＣａ粉末を含むセラミックス粉末を充填した
多孔質材料であることを特徴とする請求項１記載の金属
−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。
ックス粉末でプリフォームを形成し、そのプリフォーム
に溶融した金属を浸透させる金属−セラミックス複合材
料の製造方法において、該プリフォームが薄板形状であ
って、そのプリフォームに金属を浸透させる方法が、プ
リフォームの金属が浸透する面にカーボンスラリーを塗
布し、その塗布面にセラミックス粉末を充填した多孔質
材料をダミーとして接して設けた後、そのプリフォーム
に多孔質材料を通して溶融金属を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（請求項１）とし、また、（２）前記多孔質材料が、
ＭｇまたはＣａ粉末を含むセラミックス粉末を充填した
多孔質材料であることを特徴とする請求項１記載の金属
−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。
【０００９】上記で述べたように、薄板形状の金属−セ
ラミックス複合材料の製造方法としては、プリフォーム
に金属を浸透させる方法を、プリフォームの金属が浸透
する面にカーボンスラリーを塗布し、その塗布面にセラ
ミックス粉末を充填した多孔質材料をダミーとして接し
て設けた後、そのプリフォームに多孔質材料を通して溶
融金属を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（請求項１）。
ラミックス複合材料の製造方法としては、プリフォーム
に金属を浸透させる方法を、プリフォームの金属が浸透
する面にカーボンスラリーを塗布し、その塗布面にセラ
ミックス粉末を充填した多孔質材料をダミーとして接し
て設けた後、そのプリフォームに多孔質材料を通して溶
融金属を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（請求項１）。
【００１０】プリフォームにバリア材であるカーボンス
ラリーを塗布することにより、そのカーボンの存在によ
って多孔質材料を通して浸透する溶融金属が余剰となら
ず、しかも多孔質材料中にセラミックス粉末が含まれて
いるので、そのセラミックス粉末が浸透する溶融金属の
均一な細い流路となり、冷却固化された金属がプリフォ
ームと多孔質材料とが接している面で均一な細い断続状
態で繋がっている状態となる。その結果、軽く叩く程度
でダミーである多孔質材料から複合材料を残余の金属を
付着することなく剥がすことができることとなる。加え
て、その複合材料は、剥がすまでは多孔質材料で支持さ
れているので、冷却固化する段階で生じる反りなどの変
形が抑えられることとなる。
ラリーを塗布することにより、そのカーボンの存在によ
って多孔質材料を通して浸透する溶融金属が余剰となら
ず、しかも多孔質材料中にセラミックス粉末が含まれて
いるので、そのセラミックス粉末が浸透する溶融金属の
均一な細い流路となり、冷却固化された金属がプリフォ
ームと多孔質材料とが接している面で均一な細い断続状
態で繋がっている状態となる。その結果、軽く叩く程度
でダミーである多孔質材料から複合材料を残余の金属を
付着することなく剥がすことができることとなる。加え
て、その複合材料は、剥がすまでは多孔質材料で支持さ
れているので、冷却固化する段階で生じる反りなどの変
形が抑えられることとなる。
【００１１】その多孔質材料としては、ＭｇまたはＣａ
粉末を含むセラミックス粉末を充填した多孔質材料とし
た（請求項２）。セラミックス粉末にＭｇまたはＣａ粉
末を含まなくても差し支えないが、これらＭｇまたはＣ
ａ粉末は、溶融金属の浸透を促進する効果であるので、
それら粉末を含む方が浸透時間が短縮され、より好まし
くなる。
粉末を含むセラミックス粉末を充填した多孔質材料とし
た（請求項２）。セラミックス粉末にＭｇまたはＣａ粉
末を含まなくても差し支えないが、これらＭｇまたはＣ
ａ粉末は、溶融金属の浸透を促進する効果であるので、
それら粉末を含む方が浸透時間が短縮され、より好まし
くなる。
【００１２】
【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薄板形状のプリフォームを
形成する。薄板の厚さは、薄板の大きさによって反りの
大きさが変わるので、一概に言えないが、５ｍｍ程度以
下の厚さであれば、本発明の効果が大きい。このプリフ
ォームのセラミックス粉末の充填率は、３０体積％より
低いと剛性が低くなりすぎるので、３０体積％以上が好
ましい。
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薄板形状のプリフォームを
形成する。薄板の厚さは、薄板の大きさによって反りの
大きさが変わるので、一概に言えないが、５ｍｍ程度以
下の厚さであれば、本発明の効果が大きい。このプリフ
ォームのセラミックス粉末の充填率は、３０体積％より
低いと剛性が低くなりすぎるので、３０体積％以上が好
ましい。
【００１３】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。
【００１４】次いで、形成したプリフォームの金属が浸
透する面にカーボンスラリーを塗布し、その塗布面にＭ
ｇまたはＣａ粉末を含むセラミックス粉末を充填した多
孔質材料を接して配する。多孔質材料は、溶融アルミニ
ウムに融けず、冷却時の熱膨張がアルミニウム合金より
小さいセラミックスなどよりなる材料がよい。そしてそ
の多孔質材料にアルミニウム合金を接触させ、それをＮ
２雰囲気炉中で７００〜９００℃の温度に加熱処理する
ことによって多孔質材料を通してプリフォーム中に溶融
したアルミニウム合金を浸透させ、冷却し、軽く叩いて
多孔質材料より剥がすことにより、薄板形状の複合材料
を作製することができる。
透する面にカーボンスラリーを塗布し、その塗布面にＭ
ｇまたはＣａ粉末を含むセラミックス粉末を充填した多
孔質材料を接して配する。多孔質材料は、溶融アルミニ
ウムに融けず、冷却時の熱膨張がアルミニウム合金より
小さいセラミックスなどよりなる材料がよい。そしてそ
の多孔質材料にアルミニウム合金を接触させ、それをＮ
２雰囲気炉中で７００〜９００℃の温度に加熱処理する
ことによって多孔質材料を通してプリフォーム中に溶融
したアルミニウム合金を浸透させ、冷却し、軽く叩いて
多孔質材料より剥がすことにより、薄板形状の複合材料
を作製することができる。
【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、形状が薄板状であっても、反りの少ない
複合材料を作製することができるようになる
を作製すれば、形状が薄板状であっても、反りの少ない
複合材料を作製することができるようになる
【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 市販のＳｉＣ粉末（信濃電気精錬社製 ＧＣ＃２００
０、平均粒径６μｍ）１００重量部に、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１
０重量部加え、これを混合した粉末を３００×２００ｍ
ｍの金型に充填し、２０ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレスし
て脱型し、３００×２００×４ｍｍのプリフォームを形
成し、そのプリフォームの下面にカーボンスラリーを塗
布した。
０、平均粒径６μｍ）１００重量部に、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１
０重量部加え、これを混合した粉末を３００×２００ｍ
ｍの金型に充填し、２０ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレスし
て脱型し、３００×２００×４ｍｍのプリフォームを形
成し、そのプリフォームの下面にカーボンスラリーを塗
布した。
【００１８】一方、多孔質材料として１ｍｍ程度の穴を
有する鋳造用セラミックスフィルターから３３０×２１
０×ｔ１０ｍｍの大きさのものを切り出し、その穴にＳ
ｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉末を充填したものを多孔質
材料とした。その多孔質材料の上面に先のプリフォーム
をその下面を接して載せ、それを図１に示す通り容器内
に配置し、それを電気炉に入れ、Ｎ２気流中で８２５℃
の温度で２４時間加熱処理し、冷却した後、木槌で軽く
叩き、多孔質材料を剥がして複合材料を作製した。
有する鋳造用セラミックスフィルターから３３０×２１
０×ｔ１０ｍｍの大きさのものを切り出し、その穴にＳ
ｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉末を充填したものを多孔質
材料とした。その多孔質材料の上面に先のプリフォーム
をその下面を接して載せ、それを図１に示す通り容器内
に配置し、それを電気炉に入れ、Ｎ２気流中で８２５℃
の温度で２４時間加熱処理し、冷却した後、木槌で軽く
叩き、多孔質材料を剥がして複合材料を作製した。
【００１９】（２）評価 得られた複合材料を定盤上でマイクロメータによって反
りの大きさを測定した。その結果を表１に示す。
りの大きさを測定した。その結果を表１に示す。
【００２０】（実施例２）多孔質材料として３３０×２
１０×ｔ５ｍｍの大きさに切り出した市販のアルミナ製
の１ｍｍ程度の穴を有する網目セッターを用い、その穴
にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉末を充填したものを多
孔質材料とした他は実施例１と同様に複合材料を作製
し、評価した。その結果も表１に示す。
１０×ｔ５ｍｍの大きさに切り出した市販のアルミナ製
の１ｍｍ程度の穴を有する網目セッターを用い、その穴
にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉末を充填したものを多
孔質材料とした他は実施例１と同様に複合材料を作製
し、評価した。その結果も表１に示す。
【００２１】（実施例３）多孔質材料として３３０×２
１０×ｔ１０ｍｍのＳｉＣ製のプリフォームを形成し、
これに機械加工によりφ１０ｍｍの貫通穴を縦１６個、
横１３個開け、この穴にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉
末を充填したものを多孔質材料とした他は実施例１と同
様に複合材料を作製し、評価した。その結果も表１に示
す。
１０×ｔ１０ｍｍのＳｉＣ製のプリフォームを形成し、
これに機械加工によりφ１０ｍｍの貫通穴を縦１６個、
横１３個開け、この穴にＳｉＣ粉末とＭｇ粉末の混合粉
末を充填したものを多孔質材料とした他は実施例１と同
様に複合材料を作製し、評価した。その結果も表１に示
す。
【００２２】（比較例１）比較のために比較例１では、
多孔質材料を設けずにアルミニウム合金の通り道である
ＳｉＣ粉末にＭｇ粉末を混合した混合粉末の上部に直接
プリフォームを載せ、実施例１と同様の方法でアルミニ
ウム合金を浸透させ、複合材料を作製し、評価した。そ
の結果も表１に示す。
多孔質材料を設けずにアルミニウム合金の通り道である
ＳｉＣ粉末にＭｇ粉末を混合した混合粉末の上部に直接
プリフォームを載せ、実施例１と同様の方法でアルミニ
ウム合金を浸透させ、複合材料を作製し、評価した。そ
の結果も表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１から明らかなように、実施例では比較
例に比べて複合材料の反りが極めて小さかった。このこ
とは、薄板形状であっても、本発明の方法で複合材料を
作製すれば、極めて反りの少ない複合材料を作製するこ
とができることを示している。
例に比べて複合材料の反りが極めて小さかった。このこ
とは、薄板形状であっても、本発明の方法で複合材料を
作製すれば、極めて反りの少ない複合材料を作製するこ
とができることを示している。
【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、薄板形状、あるいは薄
板形状と同様の細い形状であっても、反りの極めて少な
い複合材料が得られるようになった。このことにより、
薄板形状、あるいは細い形状であっても、機械加工する
ことなく反りの極めて少ない複合材料を提供できるよう
になった。
ス複合材料の製造方法であれば、薄板形状、あるいは薄
板形状と同様の細い形状であっても、反りの極めて少な
い複合材料が得られるようになった。このことにより、
薄板形状、あるいは細い形状であっても、機械加工する
ことなく反りの極めて少ない複合材料を提供できるよう
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】薄板形状のプリフォームに多孔質材料を通して
アルミニウム合金を浸透させる該略図を示す。
アルミニウム合金を浸透させる該略図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 41/88 Ｃ０４Ｂ 41/88 Ｕ (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 AD11 BA07 DA01 DA19 DA38 FA33 FA34 HA08 4K020 AA22 AC01 AC09 BB22
Claims (2)
- 【請求項１】 強化材であるセラミックス粉末でプリフ
ォームを形成し、そのプリフォームに溶融した金属を浸
透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法におい
て、該プリフォームが薄板形状であって、そのプリフォ
ームに金属を浸透させる方法が、プリフォームの金属が
浸透する面にカーボンスラリーを塗布し、その塗布面に
セラミックス粉末を充填した多孔質材料をダミーとして
接して設けた後、そのプリフォームに多孔質材料を通し
て溶融した金属を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。 - 【請求項２】 前記多孔質材料が、ＭｇまたはＣａ粉末
を含むセラミックス粉末を充填した多孔質材料であるこ
とを特徴とする請求項１記載の金属−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 |
|---|---|---|---|
| JP30647399A JP2001123236A (ja) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP30647399A JP2001123236A (ja) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001123236A true JP2001123236A (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=17957448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30647399A Pending JP2001123236A (ja) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001123236A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011067861A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Nihon Ceratec Co Ltd | 金属基複合材料の製造方法 |
-
1999
- 1999-10-28 JP JP30647399A patent/JP2001123236A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011067861A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Nihon Ceratec Co Ltd | 金属基複合材料の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060808 |