JP2001288516A - 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】 大型品、あるいは複雑形状品を簡易に作製す
ることのできる金属−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
透させて金属−セラミックス複合材料からなる複数のユ
ニットを作製し、そのユニット同士を接合すべく接合す
る接合面を研削加工し、その接合面間にＭｇを含む金属
粉末、またはセラミックス粉末を挟み、それを窒素雰囲
気中で６００〜９００℃の温度で熱処理してユニット同
士を接合することにより大型品等の複合材料を作製する
こととした金属−セラミックス複合材料の製造方法。
ることのできる金属−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
透させて金属−セラミックス複合材料からなる複数のユ
ニットを作製し、そのユニット同士を接合すべく接合す
る接合面を研削加工し、その接合面間にＭｇを含む金属
粉末、またはセラミックス粉末を挟み、それを窒素雰囲
気中で６００〜９００℃の温度で熱処理してユニット同
士を接合することにより大型品等の複合材料を作製する
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、特に大型品等の金属-セ
ラミックス複合材料を作製する製造方法に関する。
ス複合材料の製造方法に関し、特に大型品等の金属-セ
ラミックス複合材料を作製する製造方法に関する。
【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】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この製
造方法では、大型の複合材料を作製できないという問題
があった。また、ニアネットシェイプに成形できるとは
いうものの、複雑形状品（例えば、両面に凹凸があるも
の、あるいは中空品など）を作製することも難しいとい
う問題があった。
造方法では、大型の複合材料を作製できないという問題
があった。また、ニアネットシェイプに成形できるとは
いうものの、複雑形状品（例えば、両面に凹凸があるも
の、あるいは中空品など）を作製することも難しいとい
う問題があった。
【０００５】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、大型品、あるいは複雑形状品を簡易
に作製することのできる金属−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、大型品、あるいは複雑形状品を簡易
に作製することのできる金属−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。
【０００６】
【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、ユニットに分割した
複合材料を作製し、そのユニット同士を接合すれば、大
型品、あるいは複雑形状品の複合材料を簡易に作製でき
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、ユニットに分割した
複合材料を作製し、そのユニット同士を接合すれば、大
型品、あるいは複雑形状品の複合材料を簡易に作製でき
るとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００７】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て金属−セラミックス複合
材料からなる複数のユニットを作製し、そのユニット同
士を接合すべく接合する接合面を研削加工し、その接合
面間にＭｇを含む金属粉末、またはセラミックス粉末を
挟み、それを窒素雰囲気中で６００〜９００℃の温度で
熱処理してユニット同士を接合することにより大型品等
の複合材料を作製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（請求項１）とし、また、
（２）前記接合面間に挟むＭｇを含む金属粉末が、その
金属粉末にセラミックス粉末を混合した粉末であること
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。
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て金属−セラミックス複合
材料からなる複数のユニットを作製し、そのユニット同
士を接合すべく接合する接合面を研削加工し、その接合
面間にＭｇを含む金属粉末、またはセラミックス粉末を
挟み、それを窒素雰囲気中で６００〜９００℃の温度で
熱処理してユニット同士を接合することにより大型品等
の複合材料を作製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（請求項１）とし、また、
（２）前記接合面間に挟むＭｇを含む金属粉末が、その
金属粉末にセラミックス粉末を混合した粉末であること
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。
【０００８】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、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て金属−セラミックス複合材料か
らなる複数のユニットを作製し、そのユニット同士を接
合すべく接合する接合面を研削加工し、その接合面間に
Ｍｇを含む金属粉末またはセラミックス粉末を挟み、そ
れを窒素雰囲気中で６００〜９００℃の温度で熱処理し
てユニット同士を接合することにより大型品等の複合材
料を作製することとする金属−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、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て金属−セラミックス複合材料か
らなる複数のユニットを作製し、そのユニット同士を接
合すべく接合する接合面を研削加工し、その接合面間に
Ｍｇを含む金属粉末またはセラミックス粉末を挟み、そ
れを窒素雰囲気中で６００〜９００℃の温度で熱処理し
てユニット同士を接合することにより大型品等の複合材
料を作製することとする金属−セラミックス複合材料の
製造方法とした（請求項１）。
【０００９】ユニット同士を接合することとしたのは、
非加圧浸透法で得られるのは小型品であるため、その小
型品をユニットとしてそのユニット同士を接合すれば大
型品となるからである。また、複雑形状品であれば、複
雑部分をいくつかのユニットに分割して簡単化し、その
分割したユニットを接合すれば相当複雑な複合材料でも
作製可能となるからである。
非加圧浸透法で得られるのは小型品であるため、その小
型品をユニットとしてそのユニット同士を接合すれば大
型品となるからである。また、複雑形状品であれば、複
雑部分をいくつかのユニットに分割して簡単化し、その
分割したユニットを接合すれば相当複雑な複合材料でも
作製可能となるからである。
【００１０】そのユニットの接合方法としては、作製し
たユニットの接合面を研削加工し、その接合面間にＭｇ
を含む金属粉末、またはセラミックス粉末を挟み、それ
を窒素雰囲気中で６００〜９００℃の温度で熱処理する
ことでユニット同士を接合することとした。接合面を研
削加工するのは、ユニットの表面に露出しているアルミ
ニウム合金が酸化されているため、それを除去すると共
に、接合面が擦りあわせ状態になって確実に接合できる
ようになるからである。
たユニットの接合面を研削加工し、その接合面間にＭｇ
を含む金属粉末、またはセラミックス粉末を挟み、それ
を窒素雰囲気中で６００〜９００℃の温度で熱処理する
ことでユニット同士を接合することとした。接合面を研
削加工するのは、ユニットの表面に露出しているアルミ
ニウム合金が酸化されているため、それを除去すると共
に、接合面が擦りあわせ状態になって確実に接合できる
ようになるからである。
【００１１】そして、その接合面間にＭｇを含む金属粉
末を挟むのは、それを加熱処理するとユニット中のアル
ミニウム合金が溶融するが、その溶融されたアルミニウ
ム合金の染み出しがＭｇの存在で促進されるようにな
り、その結果、その染み出したアルミニウム合金によっ
てユニット同士が接合できるようになるからである。一
方、セラミックス粉末を挟むのは、染み出したアルミニ
ウム合金が挟んだセラミックス粉末に浸透することによ
り、ユニット同士が接合できるようになるからである。
なお、セラミックス粉末の種類は、接合する温度で融解
したり、反応したりしなければ何でも構わない。
末を挟むのは、それを加熱処理するとユニット中のアル
ミニウム合金が溶融するが、その溶融されたアルミニウ
ム合金の染み出しがＭｇの存在で促進されるようにな
り、その結果、その染み出したアルミニウム合金によっ
てユニット同士が接合できるようになるからである。一
方、セラミックス粉末を挟むのは、染み出したアルミニ
ウム合金が挟んだセラミックス粉末に浸透することによ
り、ユニット同士が接合できるようになるからである。
なお、セラミックス粉末の種類は、接合する温度で融解
したり、反応したりしなければ何でも構わない。
【００１２】そのＭｇを含む金属粉末としては、Ｍｇを
１０％以上含む金属粉末であればよく、Ｍｇが１００％
であっても構わない。Ｍｇ以外の他成分は、Ａｌ、Ｚ
ｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｓｉなどが共存しても構
わない。
１０％以上含む金属粉末であればよく、Ｍｇが１００％
であっても構わない。Ｍｇ以外の他成分は、Ａｌ、Ｚ
ｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｓｉなどが共存しても構
わない。
【００１３】このＭｇを含む金属粉末にセラミックス粉
末を混合した粉末にすると、前記金属粉末のみの作用効
果とセラミックス粉末のみの作用効果とが相乗してユニ
ット同士がより強く接合し、曲げ強度が向上する（請求
項２）。混合するセラミックス粉末の割合は、５〜９５
重量％程度でよい。
末を混合した粉末にすると、前記金属粉末のみの作用効
果とセラミックス粉末のみの作用効果とが相乗してユニ
ット同士がより強く接合し、曲げ強度が向上する（請求
項２）。混合するセラミックス粉末の割合は、５〜９５
重量％程度でよい。
【００１４】
【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を用意す
る。このセラミックス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を用意す
る。このセラミックス粉末に浸透促進剤としてＭｇ粉末
を添加してもよい。
【００１５】そのセラミックス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。
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。
【００１６】得られたプリフォームに窒素雰囲気中で７
００〜１０００℃の温度で溶融したアルミニウム合金を
非加圧浸透法で浸透させて所定のユニットを作製する。
得られた複数のユニットを接合するため、そのユニット
の接合面を研削加工する。その接合面間にＭｇを含む金
属粉末を、あるいはこの金属粉末にセラミックス粉末を
混合した粉末を、もしくはセラミックス粉末を挟む。そ
れを窒素雰囲気中で６００〜９００℃の温度で熱処理す
ることにより、ユニット同士が接合された複合材料が作
製される。熱処理温度は、ユニットが変形する温度以上
にしてはならない。
００〜１０００℃の温度で溶融したアルミニウム合金を
非加圧浸透法で浸透させて所定のユニットを作製する。
得られた複数のユニットを接合するため、そのユニット
の接合面を研削加工する。その接合面間にＭｇを含む金
属粉末を、あるいはこの金属粉末にセラミックス粉末を
混合した粉末を、もしくはセラミックス粉末を挟む。そ
れを窒素雰囲気中で６００〜９００℃の温度で熱処理す
ることにより、ユニット同士が接合された複合材料が作
製される。熱処理温度は、ユニットが変形する温度以上
にしてはならない。
【００１７】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、ユニット同士が接合された大型の、ある
いは複雑形状の金属−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、ユニット同士が接合された大型の、ある
いは複雑形状の金属−セラミックス複合材料を得ること
ができる。
【００１８】
【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。
挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００１９】（実施例１〜６） （１）金属−セラミックス複合材料の作製 図１に示す複合材料からなるユニットを慣用の方法で作
製した。このユニットの接合面（図１の斜線部分）を研
削機で研削し、それらを図２に示す通り組み立て、その
接合面間に表１に示す粉末を挟んだ。それを窒素雰囲気
中で７５０℃の温度で加熱処理してユニット同士を接合
した複合材料を作製した。
製した。このユニットの接合面（図１の斜線部分）を研
削機で研削し、それらを図２に示す通り組み立て、その
接合面間に表１に示す粉末を挟んだ。それを窒素雰囲気
中で７５０℃の温度で加熱処理してユニット同士を接合
した複合材料を作製した。
【００２０】（２）評価 得られた複合材料から接合面を含む４×３×４０ｍｍの
ＪＩＳ試験片を切り出し、その試験片の曲げ強度をＪＩ
Ｓ Ｒ １６０１「ファインセラミックスの曲げ強さ試
験方法」に従って測定した。その結果を表１に示す。
ＪＩＳ試験片を切り出し、その試験片の曲げ強度をＪＩ
Ｓ Ｒ １６０１「ファインセラミックスの曲げ強さ試
験方法」に従って測定した。その結果を表１に示す。
【００２１】（比較例１、２）比較のために、比較例１
では、接合面に所定の粉末を挟まないで接合した他は実
施例１と同様に複合材料を作製し、評価した。また、比
較例２では、接合面を研削加工しないで接合した他は実
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。
では、接合面に所定の粉末を挟まないで接合した他は実
施例１と同様に複合材料を作製し、評価した。また、比
較例２では、接合面を研削加工しないで接合した他は実
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。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１から明らかなように、実施例全てが９
０ＭＰａ以上の曲げ強度を有していた。このことは、複
合材料からなるユニット同士が接合された大型の、ある
いは複雑形状の金属−セラミックス複合材料を得ること
ができることを示している。
０ＭＰａ以上の曲げ強度を有していた。このことは、複
合材料からなるユニット同士が接合された大型の、ある
いは複雑形状の金属−セラミックス複合材料を得ること
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、接合面間に
所定の粉末を介在させていないため、曲げ強度は実施例
より大幅に低くなっていた。また、比較例２では、接合
面を研削加工していないため、曲げ強度はほとんど発現
しなかった。
所定の粉末を介在させていないため、曲げ強度は実施例
より大幅に低くなっていた。また、比較例２では、接合
面を研削加工していないため、曲げ強度はほとんど発現
しなかった。
【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、複合材料からなるユニ
ットを接合することにより、大型品、あるいは複雑形状
品の複合材料を簡易にまた安価に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、複合材料からなるユニ
ットを接合することにより、大型品、あるいは複雑形状
品の複合材料を簡易にまた安価に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。
【図１】複合材料からなるユニットの斜視図を示す（斜
線部は接合面）。
線部は接合面）。
【図２】ユニットを組み立てた斜視図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下嶋 浩正 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） 4G026 BA01 BB01 BF07 BF31 BG02 BG27 4K020 AA22 AC01 BA05 BB22 BC03
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
透させて金属−セラミックス複合材料からなる複数のユ
ニットを作製し、そのユニット同士を接合すべく接合す
る接合面を研削加工し、その接合面間にＭｇを含む金属
粉末、またはセラミックス粉末を挟み、それを窒素雰囲
気中で６００〜９００℃の温度で熱処理してユニット同
士を接合することにより大型品等の複合材料を作製する
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。 - 【請求項２】 前記接合面間に挟むＭｇを含む金属粉末
が、その金属粉末にセラミックス粉末を混合した粉末で
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 |
|---|---|---|---|
| JP2000101142A JP2001288516A (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP2000101142A JP2001288516A (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001288516A true JP2001288516A (ja) | 2001-10-19 |
Family
ID=18615238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000101142A Pending JP2001288516A (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001288516A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
2000
- 2000-03-31 JP JP2000101142A patent/JP2001288516A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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