JP2001262250A - 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
- Publication number
- JP2001262250A JP2001262250A JP2000076330A JP2000076330A JP2001262250A JP 2001262250 A JP2001262250 A JP 2001262250A JP 2000076330 A JP2000076330 A JP 2000076330A JP 2000076330 A JP2000076330 A JP 2000076330A JP 2001262250 A JP2001262250 A JP 2001262250A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- composite material
- metal
- powder
- producing
- preform
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱膨張係数が低く、靭性の高い金属−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、ＳｉＣ粉末であり、そのＳ
ｉＣ粉末で形成したプリフォームに窒素雰囲気中で７０
０℃以上の温度でＳｉを３０％以上含むアルミニウム合
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。
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、ＳｉＣ粉末であり、そのＳ
ｉＣ粉末で形成したプリフォームに窒素雰囲気中で７０
０℃以上の温度でＳｉを３０％以上含むアルミニウム合
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
【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、特に熱膨張係数の低い金
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、特に熱膨張係数の低い金
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℃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。
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。
【０００４】この製造方法で作製された複合材料は、近
年、半導体製造関係の部材に用いられることが多くなっ
てきている。そして、この半導体の製造においては、チ
ップの配線の接続精度の向上を図ること、熱膨張が大き
いことにより発生する歪みの低減を図ることなどから、
使用する部材の熱膨張係数も小さくする方向に進んでい
る。
年、半導体製造関係の部材に用いられることが多くなっ
てきている。そして、この半導体の製造においては、チ
ップの配線の接続精度の向上を図ること、熱膨張が大き
いことにより発生する歪みの低減を図ることなどから、
使用する部材の熱膨張係数も小さくする方向に進んでい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この製
造方法で作製された複合材料の熱膨張係数は、浸透させ
る金属がアルミニウム合金であるので、熱膨張係数が大
きく、半導体製造関係の部材には用い難いという問題が
あった。これに対して金属がアルミニウム合金ではな
く、Ｓｉとした複合材料もあるが、これは確かに低熱膨
張性を示すが、Ｓｉが脆く破壊靭性が低いことから、加
工している際にチッピングを生じ易いという問題があ
る。
造方法で作製された複合材料の熱膨張係数は、浸透させ
る金属がアルミニウム合金であるので、熱膨張係数が大
きく、半導体製造関係の部材には用い難いという問題が
あった。これに対して金属がアルミニウム合金ではな
く、Ｓｉとした複合材料もあるが、これは確かに低熱膨
張性を示すが、Ｓｉが脆く破壊靭性が低いことから、加
工している際にチッピングを生じ易いという問題があ
る。
【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、熱膨張係数が低く、靭性の高い金属
−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、熱膨張係数が低く、靭性の高い金属
−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、セラミックス粉末を
ＳｉＣ粉末とし、金属をＳｉを多く含むアルミニウム合
金とすれば、熱膨張係数が低く、靭性の高い金属−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
ＳｉＣ粉末とし、金属をＳｉを多く含むアルミニウム合
金とすれば、熱膨張係数が低く、靭性の高い金属−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。
【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、該セラミックス粉末が、Ｓｉ
Ｃ粉末であり、そのＳｉＣ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Ｓｉを３０％以
上含む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（請求項１）とし、（２）前記複合材料の熱膨
張係数が、１０×１０-6／℃以下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）とし、（３）前記複合材料の熱膨張係数
が、５×１０-6／℃以下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３）とし、（４）前記複合材料のヤング率が、３００
ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１、２または
３記載の金属−セラミックス複合材料の製造方法（請求
項４）とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説明
する。
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
Ｃ粉末であり、そのＳｉＣ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Ｓｉを３０％以
上含む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（請求項１）とし、（２）前記複合材料の熱膨
張係数が、１０×１０-6／℃以下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）とし、（３）前記複合材料の熱膨張係数
が、５×１０-6／℃以下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３）とし、（４）前記複合材料のヤング率が、３００
ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１、２または
３記載の金属−セラミックス複合材料の製造方法（請求
項４）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、金属−セラミックス
複合材料の製造方法としては、セラミックス粉末をＳｉ
Ｃ粉末とし、そのＳｉＣ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Ｓｉを３０％以上
含む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（請求項１）。
複合材料の製造方法としては、セラミックス粉末をＳｉ
Ｃ粉末とし、そのＳｉＣ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Ｓｉを３０％以上
含む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（請求項１）。
【００１０】セラミックス粉末をＳｉＣ粉末としたの
は、他のセラミックス粉末より熱膨張係数が特に低いこ
とによる。また、浸透させる金属をＳｉを３０％以上含
むアルミニウム合金としたのは、高い靭性を持たせるた
めにアルミニウム合金とするものの、そのアルミニウム
合金の熱膨張係数を低くするためにＳｉを多く含むこと
としたものである。そのＳｉの含有量は、３０％より少
ないと低熱膨張性の効果が少ないため、３０％以上とし
た。
は、他のセラミックス粉末より熱膨張係数が特に低いこ
とによる。また、浸透させる金属をＳｉを３０％以上含
むアルミニウム合金としたのは、高い靭性を持たせるた
めにアルミニウム合金とするものの、そのアルミニウム
合金の熱膨張係数を低くするためにＳｉを多く含むこと
としたものである。そのＳｉの含有量は、３０％より少
ないと低熱膨張性の効果が少ないため、３０％以上とし
た。
【００１１】そして、この方法で作製した複合材料の熱
膨張係数は、１０×１０-6／℃以下とすることができ
（請求項２）、また、Ｓｉの含有量を増やせば５×１０
-6／℃以下にもすることができる（請求項３）。なお、
その複合材料のヤング率としては、３００ＧＰａ以上と
なる（請求項４）。
膨張係数は、１０×１０-6／℃以下とすることができ
（請求項２）、また、Ｓｉの含有量を増やせば５×１０
-6／℃以下にもすることができる（請求項３）。なお、
その複合材料のヤング率としては、３００ＧＰａ以上と
なる（請求項４）。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の複合材料の製造方法をさ
らに詳しく述べると、先ずセラミックス粉末としてＳｉ
Ｃ粉末を用意する。このＳｉＣ粉末に浸透促進剤として
Ｍｇ粉末を添加してもよい。
らに詳しく述べると、先ずセラミックス粉末としてＳｉ
Ｃ粉末を用意する。このＳｉＣ粉末に浸透促進剤として
Ｍｇ粉末を添加してもよい。
【００１３】そのＳｉＣ粉末を用いてプリフォームを形
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。
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。
【００１４】得られたプリフォームに窒素雰囲気中で７
００℃以上の温度で溶融したＳｉを３０％以上含むアル
ミニウム合金を非加圧浸透法で浸透させて複合材料を作
製する。得られた複合材料は、熱膨張が低いことに加え
て、セラミックス粉末とアルミニウム合金との熱膨張差
が小さくなっているので、引け鬆ができ難くなり、引け
鬆によるポアが低減される。そして、ポアが低減する
分、不純物の溜りも低減し、発生するガスも低減され
る。
００℃以上の温度で溶融したＳｉを３０％以上含むアル
ミニウム合金を非加圧浸透法で浸透させて複合材料を作
製する。得られた複合材料は、熱膨張が低いことに加え
て、セラミックス粉末とアルミニウム合金との熱膨張差
が小さくなっているので、引け鬆ができ難くなり、引け
鬆によるポアが低減される。そして、ポアが低減する
分、不純物の溜りも低減し、発生するガスも低減され
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、作製された複合材料の熱膨張係数が従来
より極めて低く、かつ靭性の高い金属−セラミックス複
合材料を得ることができる。
を作製すれば、作製された複合材料の熱膨張係数が従来
より極めて低く、かつ靭性の高い金属−セラミックス複
合材料を得ることができる。
【００１６】
【実施例】以下本発明の実施例を具体的に挙げ、本発明
をより詳細に説明する。
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＃８００のＳｉＣ粉末３０質量％と市販の＃１８
０のＳｉＣ粉末７０質量％を混合した混合粉末でプリフ
ォームを形成した。得られたプリフォームにアルミニウ
ム合金（Ａｌ−４０Ｓｉ−１Ｍｇ）を窒素雰囲気中で１
０００℃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。
０のＳｉＣ粉末７０質量％を混合した混合粉末でプリフ
ォームを形成した。得られたプリフォームにアルミニウ
ム合金（Ａｌ−４０Ｓｉ−１Ｍｇ）を窒素雰囲気中で１
０００℃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。
【００１８】（２）評価 得られた複合材料の熱膨張係数をＴＭＡ（Ｔｈｅｒｍａ
ｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）でＪＩ
Ｓ Ｒ １６１８により測定した。その結果、熱膨張係
数は１０×１０-6／℃以下であった。また、得られた複
合材料を切断し、その切断面を目視観察した。その結
果、ポアは認められず、アルミニウム合金の浸透状態は
良好であった。
ｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）でＪＩ
Ｓ Ｒ １６１８により測定した。その結果、熱膨張係
数は１０×１０-6／℃以下であった。また、得られた複
合材料を切断し、その切断面を目視観察した。その結
果、ポアは認められず、アルミニウム合金の浸透状態は
良好であった。
【００１９】（実施例２） （１）金属−セラミックス複合材料の作製 市販の＃５００のＳｉＣ粉末５０質量％とタップ密度が
１．７以上の球形ＳｉＣ粒子（粒径１７μｍ）５０質量
％を混合した混合粉末でプリフォームを形成した。得ら
れたプリフォームにアルミニウム合金（Ａｌ−５５Ｓｉ
−１Ｍｇ）を窒素雰囲気中で１３００℃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。
１．７以上の球形ＳｉＣ粒子（粒径１７μｍ）５０質量
％を混合した混合粉末でプリフォームを形成した。得ら
れたプリフォームにアルミニウム合金（Ａｌ−５５Ｓｉ
−１Ｍｇ）を窒素雰囲気中で１３００℃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。
【００２０】（２）評価 得られた複合材料の熱膨張係数を実施例１と同じく評価
した。その結果、熱膨張係数は５×１０-6／℃以下であ
った。また、実施例１と同様に得られた複合材料を切断
し、その切断面を目視観察した。その結果、ポアは認め
られず、アルミニウム合金の浸透状態は良好であった。
した。その結果、熱膨張係数は５×１０-6／℃以下であ
った。また、実施例１と同様に得られた複合材料を切断
し、その切断面を目視観察した。その結果、ポアは認め
られず、アルミニウム合金の浸透状態は良好であった。
【００２１】
【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、熱膨張係数が従来より
極めて低く、かつ靭性の高い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、この複合材料の
用途が大きく広がった。
ス複合材料の製造方法であれば、熱膨張係数が従来より
極めて低く、かつ靭性の高い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、この複合材料の
用途が大きく広がった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田野 直水 宮城県仙台市泉区明通３−７ セランクス 株式会社仙台工場 Ｆターム(参考） 4K020 AA22 AC01 BA02 BB22
Claims (4)
- 【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、ＳｉＣ粉末であり、そのＳ
ｉＣ粉末で形成したプリフォームに窒素雰囲気中で７０
０℃以上の温度でＳｉを３０％以上含むアルミニウム合
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。 - 【請求項２】 前記複合材料の熱膨張係数が、１０×１
０-6／℃以下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３】 前記複合材料の熱膨張係数が、５×１０
-6／℃以下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４】 前記複合材料のヤング率が、３００ＧＰ
ａ以上であることを特徴とする請求項１、２または３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 |
|---|---|---|---|
| JP2000076330A JP2001262250A (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 |
|---|---|---|---|
| JP2000076330A JP2001262250A (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 (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001262250A true JP2001262250A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=18594090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000076330A Pending JP2001262250A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001262250A (ja) |
-
2000
- 2000-03-14 JP JP2000076330A patent/JP2001262250A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2017039997A (ja) | アルミニウム合金−セラミックス複合材およびアルミニウム合金−セラミックス複合材の製造方法 | |
| JP2002285258A (ja) | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
| JP2001262250A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2005146392A (ja) | 金属基複合材料およびその製造方法 | |
| JP2002249832A (ja) | 金属−セラミックス複合材料およびその製造方法 | |
| JP2002241869A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP4183361B2 (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2002194456A (ja) | 大型肉厚の金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2002212690A (ja) | 肉厚部を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JPH1180860A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JPH11264032A (ja) | 鋳造用金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2002322524A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2002241871A (ja) | 切削加工可能な部分を有する金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
| JP4167318B2 (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2000288714A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JPH10219369A (ja) | セラミックスと金属の複合材料及びその製造方法 | |
| JP2006169015A (ja) | 窒化ホウ素分散複合セラミックス及びその製造方法 | |
| JP4279370B2 (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2002256358A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2002212657A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2001003147A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2002322522A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP2001123234A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
| JP4294882B2 (ja) | 金属−セラミックス複合材料およびその製造方法 | |
| JP2001288516A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060808 |