JP2001262249A - 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
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、該セラミックス粉末が、Ｓｉ粉末を含むセラミック
ス粉末であり、そのセラミックス粉末で形成したプリフ
ォームに窒素雰囲気中で７００℃以上の温度でアルミニ
ウム合金を溶融して非加圧浸透法で浸透させることとし
た金属−セラミックス複合材料の製造方法。
Description
ス複合材料の製造方法に関し、特に熱膨張係数を制御で
きる金属−セラミックス複合材料の製造方法に関する。
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。
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℃の温度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
的な加圧を行わな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。
熱膨張係数を変えるためには、セラミックス粉末の種
類、形成するプリフォームの粉末充填率、浸透させるア
ルミニウム合金の組成を適宜選び、それらを組み合わせ
ることにより変更していた。
法では、熱膨張係数の変更の幅に限界があるため、例え
ば、複合材料の表面に溶射等でセラミックス膜を形成し
た場合、常温ではその膜に剥離や亀裂が生じないが、加
熱すると複合材料とセラミックス膜との熱膨張係数の違
いにより熱膨張に差が出て膜に剥離や亀裂が生じてしま
うという問題があった。
した場合、加熱下で使用するとやはり基板と複合材料と
の熱膨張の違いにより基板またはチャックにたわみが生
じ、チャックとしての機能が低下するという問題もあっ
た。
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、熱膨張係数の変更の幅を従来より広
く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。
を達成するため鋭意研究した結果、プリフォーム中にＳ
ｉ粉末を含ませれば、作製された複合材料の熱膨張係数
をＳｉ粉末を含ませないものより小さくすることができ
るため、作製された複合材料の熱膨張係数の幅を広くす
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。
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、該セラミックス粉末が、Ｓｉ粉末を
含むセラミックス粉末であり、そのセラミックス粉末で
形成したプリフォームに窒素雰囲気中で７００℃以上の
温度でアルミニウム合金を溶融して非加圧浸透法で浸透
させ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。
複合材料の製造方法としては、セラミックス粉末をＳｉ
粉末を含むセラミックス粉末とし、そのセラミックス粉
末で形成したプリフォームに窒素雰囲気中で７００℃以
上の温度でアルミニウム合金を溶融して非加圧浸透法で
浸透させることとする金属−セラミックス複合材料の製
造方法とした。
は、ＳｉＣ粉末の場合には、その熱膨張係数が４×１０
-6／℃で、Ａｌ2Ｏ3粉末の場合には、その熱膨張係数が
７〜８×１０-6／℃で、ＡｌＮ粉末の場合には、その熱
膨張係数が４〜５×１０-6／℃であるのに対し、Ｓｉ粉
末の熱膨張係数は２．６×１０-6／℃といずれもセラミ
ックス粉末より熱膨張係数が低いため、Ｓｉ粉末を含む
セラミックス粉末で成した複合材料の熱膨張係数を下げ
ることができることによる。
リフォームの粉末充填率、アルミニウム合金の組成に加
えて、セラミックス粉末に加えるＳｉ粉末の量を組み合
わせることにより、作製した複合材料の熱膨張係数の変
更する幅を広くすることができるようになり、かつ組み
合わせが増えることにより、変更する精度が向上するこ
ととなる。
らに詳しく述べると、先ずセラミックス粉末としてＳｉ
Ｃ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮなどのセラミックス粉末を用意す
る。これに加えてＳｉ粉末も用意する。用意したセラミ
ックス粉末とＳｉ粉末とを目標に合わせて適宜組み合わ
せ、それを混合する。これに浸透促進剤としてＭｇ粉末
を添加してもよい。
粉末充填率を有するプリフォームを形成する。その方法
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バインダーを添加し、プレスにより
成形する方法、セラミックス粉末にセラミックス粉末と
反応を起こさない有機溶媒、無機バインダーを添加して
スラリーとし、これを湿式フィルターなどにより成形す
る方法、あるいはセラミックス粉末を水などに分散させ
てスラリーとし、これをゴム型に注入し、セラミックス
粉末を沈降させて成形するいわゆるセディメント法など
がある。
００℃以上の温度で目標に合わせて選んだ組成を有する
アルミニウム合金を溶融して非加圧浸透法で浸透させて
複合材料を作製する。
を作製すれば、作製された複合材料の熱膨張係数の幅を
広くすることができるようになる。
をより詳細に説明する。
０のＳｉＣ粉末７０質量％を混合した粉末に、Ｓｉ粉末
をＳｉＣ粉末に対して表１に示す割合で混合し、その混
合粉末によって粉末充填率がＳｉＣ粉末＋Ｓｉ粉末で７
０体積％のプリフォームを形成した。得られたプリフォ
ームにＭｇを含むアルミニウム合金（ＡＣ９Ａ）を窒素
雰囲気中で９００℃の温度で加熱処理して浸透させ、冷
却して複合材料を作製した。
ｌ Ｍｅｃｈａａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）でＪ
ＩＳ Ｒ １６１８により測定した。その結果を表１に
示す。表１に示す通り、熱膨張係数はＳｉ粉末の増加す
るに従って連続的に減少していた。このことにより、セ
ラミックス粉末の種類、プリフォームの粉末充填率、ア
ルミニウム金属の組成に、さらにこのＳｉ粉末の量を組
み合わせに加えることにより、熱膨張係数の幅を従来よ
り広げることができることを示している。
＃３２０の電融アルミナ粉末７０質量％を混合した粉末
に、Ｓｉ粉末を電融アルミナ粉末に対して表１に示す割
合で混合し、その混合粉末によって粉末充填率がＡｌ2
Ｏ3粉末＋Ｓｉ粉末で６０体積％のプリフォームを形成
した。得られたプリフォームにＭｇを含むアルミニウム
合金（５０５６）を窒素雰囲気中で８００℃の温度で加
熱処理して浸透させ、冷却して複合材料を作製した。
した。その結果を表１に示す。表１に示す通り、実施例
１と同様熱膨張係数はＳｉ粉末の増加するに従って連続
的に減少していた。このことにより、実施例１と同様セ
ラミックス粉末の種類、プリフォームの粉末充填率、ア
ルミニウム金属の組成に、さらにこのＳｉ粉末の量を組
み合わせに加えることにより、熱膨張係数の幅を従来よ
り広げることができることを示している。
ス複合材料の製造方法であれば、セラミックス粉末の種
類、プリフォームの粉末充填率、アルミニウム合金の組
成に加えて、セラミックス粉末に含有するＳｉ粉末の量
を組み合わせることにより、作製した複合材料の熱膨張
係数の変更する幅を広くすることができるようになっ
た。このことにより、複合材料の表面に溶射等でセラミ
ックス膜を形成した場合、あるいは基板を固定するチャ
ックとして使用した場合であっても、加熱下で使用して
も問題なく使用できるようになり、この複合材料の用途
が大きく広がった。
Claims (1)
- 【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、該セラミックス粉末が、Ｓｉ粉末を含むセラミック
ス粉末であり、そのセラミックス粉末で形成したプリフ
ォームに窒素雰囲気中で７００℃以上の温度でアルミニ
ウム合金を溶融して非加圧浸透法で浸透させることを特
徴とする金属−セラミックス複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000076327A JP4183361B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP2000076327A JP4183361B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001262249A true JP2001262249A (ja) | 2001-09-26 |
| JP4183361B2 JP4183361B2 (ja) | 2008-11-19 |
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| JP (1) | JP4183361B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
2000
- 2000-03-14 JP JP2000076327A patent/JP4183361B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| 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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