JP2001506962A - 複雑な形のセラミックス−金属複合製品の製造法および該方法によって得られる製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくとも１種の多相のセラミックス−金属部材と少なくとも１種の他の材料の成形された部材とを接合し、この際少なくとも１種のセラミックス−金属部材の理論密度が８０％より大きくなるようにして製造された複雑な形の製品に関する。他の態様において本発明は、（ａ）少なくとも一つの成形されたセラミックス−金属部材をつくり、（ｂ）少なくとも一つの他の材料の成形された部材をつくり、（ｃ）少なくとも一つの成形されたセラミックス−金属部材を少なくとも一つの他の材料の成形された部材と結合させて複雑な形の製品をつくることを特徴とする複雑な形の製品の製造法に関する。本発明方法は、製品が２種またはそれ以上の選ばれた材料から成り、該材料の一つがセラミックス−金属複合体である複雑な形をした複合製品を製造する廉価で時間のかからない方法である。

Description

【発明の詳細な説明】 複雑な形のセラミックス−金属複合製品の製造法 および該方法によって得られる製品 本発明は材料の一つがセラミックス−金属複合体である２種またはそれ以上の 選ばれた材料の複合製品を製造する方法、および該方法によって製造された製品 に関する。 セラミックスは典型的には高度の硬さおよび堅固さをもった低密度の材料とし て知られているが、その脆さのために用途が制限されている。さらにセラミック スは典型的には緻密化した成形体をつくることにより製造されるが、成形体を緻 密化する時に大きな収縮が起こるために最終的な形を得るには著しい費用のかか る研削を必要とする。金属は典型的には脆くなく、また破断しない材料であるが 、セラミックスのもっているような望ましいいくつかの性質、例えば高度の硬さ および堅固さをもっていない。従ってセラミックスと金属とを組み合わせると両 者の性質を示す複合材料を得ることができる。 セラミックスの予備成形体を使用してセラミックス−金属製品を製造する方法 は当業界に公知である。ＰＣＴ／ＵＳ９５／１５７９４号には、セラミックス− 金属の基質、およびセラミックスの予備成形体をつくり、金属をこの予備成形体 に溶侵させ、溶侵した基質を被覆するセラミックス−金属基質の製造法が記載さ れている。しかしセラミックス−金属複合製品全体を製造するには費用および時 間がかかる。 必要なことは、材料の一つがセラミックス−金属複合体である２種ま たはそれ以上の選ばれた材料の複雑な形の複合製品を製造する方法、および該方 法によって製造された製品である。さらに必要なことは、複雑な形の複合製品を 製造する廉価な方法、および該方法によって製造された製品である。 本発明においては、少なくとも１種の多相のセラミックス−金属部材と少なく とも１種の他の材料の成形された部材とを接合し、この際少なくとも１種のセラ ミックス−金属部材の理論密度が８０％より大きくなるようにして製造された複 雑な形の製品が提供される。 他の態様において本発明の方法は、 （ａ）少なくとも一つの成形されたセラミックス−金属部材をつくり、 （ｂ）少なくとも一つの他の材料の成形された部材をつくり、 （ｃ）少なくとも一つの成形されたセラミックス−金属部材を少なくとも一つ の他の材料の成形された部材と結合させて複雑な形の製品をつくることを特徴と する複雑な形の製品の製造法である。 本発明方法は、製品が２種またはそれ以上の選ばれた材料から成り、該材料の 一つはセラミックス−金属複合体である複雑な形をした複合製品を製造する廉価 で時間のかからない方法である。 本発明の複雑な形の製品は、少なくとも１種のセラミックス−金属部材と少な くとも１種の他の材料の部材とから製造することができる。該他の材料は複雑な 形の製品をつくるのに有用な任意の材料を含むことができる。このような他の材 料には金属、セラミックス、他のセラミックス−金属複合体、重合体またはプラ スティックスが含まれる。上記の部材は別々につくられ、次いで当業界に公知の 方法、例えば摩擦または接着剤による接合、熔接またはスエージ加工により一緒 に結合させる。ス エージ加工では、僅かに大きな大きさをもった球を、部材の一つの開口部につく られ或いは配置された小さい直径の変形可能な金属のスリーブに押し込む。この 工程の途中スリーブは可塑的に変形し、その後球が完全に通過した後、二つの製 品は摩擦によって緊密に結合される。セラミックス−金属複合部材の開口部にあ る金属のスリーブは、金属を制御して溶侵させることによりつくることができる 。本発明方法は、少なくとも一つのセラミックス−金属部材を少なくとも一つの 他の材料の部材と結合することによりつくられる複雑な形の製品を製造するのに 使用することができる。該他の材料は金属、セラミックス、他のセラミックス− 金属複合体、重合体またはプラスティックスであることができる。 少なくとも１種の金属と少なくとも１種のセラミックス材料とから成る複雑な 形の少なくとも一つのセラミックス−金属複合部材を得るために一連の工程が行 なわれる。最初の工程は、選ばれたセラミックスを所望の部材の形にする工程で ある。この工程は下記に説明するように種々のセラミックス成形法によって行な うことができる。次に金属をセラミックスの基質に溶侵させる。必要に応じ溶侵 工程後熱処理を行なって複雑な形のセラミックス−金属複合部材に或る種の他の 性質を賦与することができる。最後に特殊な用途で必要があれば、複雑な形のセ ラミックス−金属複合部材の基質に被覆を行なうことができる。例えばコンピュ ータのディスクを製造する場合、コンピュータのディスクの駆動部の内部で使用 するための磁気媒体の表面の被覆を行なうことが望ましい。 本発明の製品を製造するのに使用される少なくとも一つのセラミックス−金属 複合部材は、少なくとも一つの金属相と少なくとも一つのセラミックス相とを含 み、好ましくは少なくとも三つの相から成っている。 各相は多相のセラミックス−金属材料の容積に関し少なくとも２容積％の量で存 在していることが好ましい。該部材のセラミックス−金属複合材料は残留した遊 離金属の含量が２容積％以上であることが好ましい。また該部材は残留した遊離 金属の含量が好ましくは７５容積％以下、さらに好ましくは５０容積％以下、特 に好ましくは２５容積％以下である。 セラミックス−金属複合部材の理論密度は８０％以上である。ここで％単位の 理論密度は、最終的に測定された部材の密度を多孔性をもたない該材料の密度で 割った値の１００倍である。好ましくは該部材の理論密度は８５％以上、さらに 好ましくは９８％以上、特に好ましくは９９．５％以上である。ここで％単位の 理論密度は、最終的に測定された部材の密度を多孔性をもたない該材料の密度で 割った値の１００倍である。この少なくとも一つの複雑な形のセラミックス−金 属複合部材は、取扱いおよび使用中におけるワーピング、サギング、フラッタリ ングまたは共鳴を防止または減少させるのに十分な高い弾性モジュラスをもって いることが好ましい。好ましくはこの少なくとも一つのセラミックス−金属複合 部材は弾性モジュラスが１００ＧＰａ以上、さらに好ましくは１５０ＧＰａ以上 、特に好ましくは２００ＧＰａ以上である。 本発明の少なくとも一つの複雑なセラミックス−金属複合部材は、取扱いおよ び使用中における衝撃耐性および損傷耐性を賦与するのに十分な高い曲げ強さを 示すことが好ましい。本発明の少なくとも一つの複雑な形のセラミックス−金属 複合部材は好ましくは曲げ強さが２５０ＭＰａ以上、さらに好ましくは３５０Ｍ Ｐａ以上、特に好ましくは４５０ＭＰａ以上である。電気伝導性が所望の性質で ある場合、本発明の少なくとも一つの複雑な形のセラミックス−金属複合部材は 静電荷の蓄積を防 ぐのに十分な高い電気伝導度をもっていることが好ましい。電気伝導度が高いこ とが所望の性質である場合、本発明の複雑な形のセラミックス−金属複合部材は 電気抵抗が好ましくは１０^-2オーム−ｃｍ以下、さらに好ましくは１０^-4オーム −ｃｍ以下、１０^-5オーム−ｃｍ以下である。 少なくとも一つのセラミックス−金属複合部材をつくるのに有用なセラミック スは、セラミックスの細孔の中への金属の溶侵を増加させるように、選ばれた金 属との高温における化学反応性に基づいて選ばれる。ここで使用するのに好適な セラミックスの中には、硼化物、酸化物、炭化物、窒化物、珪化物、またはこれ らの混合物およびこれらの組み合わせが含まれる。セラミックスの組み合わせの 例としては、炭化硼素、オキシ窒化物、オキシ炭化物、および窒化炭素がある。 もっと好適なセラミックスは炭化硼素、炭化珪素、二硼化チタン、および窒化珪 素である。さらに好適なセラミックスはＢ₄Ｃ、ＡｌＢ₁₂、ＳｉＢ₆、またはＳｉ Ｂ₄である。もっとも好適なセラミックスは炭化硼素である。何故ならこのもの は望ましい低密度と高い硬さを有し、また選ばれた金属と接触した場合優れた湿 潤特性をもっているからである。セラミックスの成形体をつくるのに使用される セラミックス材料は好ましくは粉末の形をし、セラミックスの硼素、酸素、炭素 、窒素または珪素と化学的に結合した金属を痕跡量で含んでいることができる。 粉末化されたセラミックスは、０．１μｍ（０．１×１０^-3ｍｍ）以上の粒子の 結晶性の材料であることが好ましい。また粉末化されたセラミックスは好ましく は５０μｍ（５０×１０^-3ｍｍ）以下、さらに好ましくは１０μｍ（５×１０^-3 ｍｍ）以下、特に好ましくは５μｍ（１×１０^-3ｍｍ）以下の粒子の結晶性材料 である。結晶性の粒子は等軸の粒子、棒、または小板の形をしている ことができる。 セラミックスの成形体に溶侵させるのに使用される金属は、金属がセラミック スの細孔の中に浸透するように高温において選ばれたセラミックス材料と化学的 に反応するかそれを湿潤させる能力に基づいて選ばれる。米国ニューヨーク州、 ニューヨークのＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ発行のＨａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉ ｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（１９９５〜１９９６年）に記載された周期 律表の新しい記号法を使用して、第２、４、５、６、８、９、１０、１３および １４族から金属およびその合金を選ぶことができる。好ましくは、ここで使用さ れる金属には珪素、マグネシウム、アルミニウム、チタン、バナジン、クロム、 鉄、銅、ニッケル、コバルト、タンタル、タングステン、モリブデン、ジルコニ ウム、ニオブ、またはこれらの混合物、およびそれらの合金が含まれる。アルミ ニウムおよびその合金は、高度の強靭性、良好な電気伝導性および機械加工性を 示し、また例えば炭化硼素のような選ばれたセラミックスに対し良好な湿潤性を もっているから好適である。アルミニウムは、純粋なアルミニウムに比べ湿潤特 性が改善された合金として最も良く用いられる。アルミニウムと、Ｃｕ、Ｍｇ、 Ｓｉ、Ｍｎ、ＣｒまたはＺｎの少なくとも一つとの合金が好適である。Ａｌ−Ｃ ｕ、Ａｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｎ−ＭｇおよびＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｃｒ −Ｚｒのような合金、およびその混合物が最も好適である。このような合金の例 としては、６０６１^TM合金、７０７５^TM合金、および１３５０^TM合金があり、こ れらはすべて米国ペンシルバニア州、Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈのｔｈｅ Ａｌｕｍ ｉｎｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａから市販されている。 少なくとも一つの多相のセラミックス−金属複合部材をつくるのに使用される 好適なセラミックス−金属の組み合わせは次の通りである。Ａｌ_xＢ_xＣ_x、Ｂ₄Ｃ ／Ａｌ、ＳｉＣ／Ａｌ、ＴｉＢ₂／Ａｌ、ＳｉＢ_x／Ａｌ、Ｓｉ₃Ｎ₄／Ａｌ、Ｓｉ Ｃ／Ｍｇ、ＳｉＣ／Ｔｉ、ＳｉＣ／Ｍｇ−Ａｌ、ＳｉＢ_x／Ｔｉ、Ｂ₄Ｃ／Ｎｉ、 Ｂ₄Ｃ／Ｔｉ、Ｂ₄Ｃ／Ｃｕ、Ａｌ₂Ｏ₃／Ｍｇ、Ａｌ₂Ｏ₃／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ａｌ、 ＴｉＣ／Ａｌ、ＺｒＢ₂／Ａｌ、ＺｒＣ／Ａｌ、ＡｌＢ₁₂／Ａｌ、ＡｌＢ₂／Ａｌ 、ＡｌＢ₂₄Ｃ₄／Ａｌ、ＡｌＢ₁₂／Ｔｉ、ＡｌＢ₂₄Ｃ₄／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ｔｉ、Ｔ ｉＣ／Ｔｉ、ＺｒＯ₂／Ｔｉ、ＴｉＢ₂／Ｂ₄Ｃ／Ａｌ、ＳｉＣ／ＴｉＢ₂／Ａｌ、 ＴｉＣ／Ｍｏ／Ｃｏ、ＺｒＣ／ＺｒＢ₂／Ｚｒ、ＴｉＢ₂／Ｎｉ、ＴｉＢ₂／Ｃｕ 、ＴｉＣ／Ｍｏ／Ｎｉ、ＳｉＣ／Ｍｏ、ＴｉＢ₂／ＴｉＣ／Ａｌ、ＴｉＢ₂／Ｔｉ Ｃ／Ｔｉ、ＷＣ／Ｃｏ、およびＷＣ／Ｃｏ／Ｎｉ。下付きの添え字”ｘ”はその 化合物が化学量論的な割合を変化し得ることを表している。もっと好適なセラミ ックス−金属の組み合わせはＢ₄Ｃ／Ａｌ、ＳｉＣ／Ａｌ、ＳｉＢ₆／Ａｌ、Ｔｉ Ｂ₂／ＡｌおよびＳｉＣ／Ｍｇである。本発明の少なくとも一つの複雑な形のセ ラミックス−金属複合部材をつくる材料はアルミニウム−炭化硼素のような化学 的に反応する系であることが最も好ましい。このような化学的に反応する系にお いては、溶侵した後金属は、硬さのような製品の性質を変性するセラミックス相 をつくるのに消費されることができる。アルミニウム−炭化硼素複合材料は少な くとも一つの炭化硼素含有相と少なくとも一つのアルミニウム含有相とを含んで いる。さらにこれらの相は充填用のセラミックスと混合することができる。充填 剤は、仕上げられた部材に対しセラミックス−金属複合部材の所望の性質に悪影 響を与えない材料を提供する。 充填剤は硼化物、炭化物、窒化物、酸化物、珪化物、およびその混合物、並びに 組み合わせから成る群から選ばれる。充填用のセラミックスは、多相セラミック スをベースにした材料に関し、１〜５０容積％の量で使用することが好ましい。 アルミニウム−炭化硼素複合部材はＢ₄Ｃ、ＡｌＢ₂₄Ｃ₄、Ａｌ_{3 〜4}ＢＣ、Ａｌ Ｂ₂、ＡｌＢ₁₂、ＡｌＢ₁₂Ｃ₂、Ａｌ₄Ｂ_{1 〜3}Ｃ₄および遊離のＡｌの相を含んでい ることが好ましい。最も好適な材料はＢ₄Ｃ、Ａｌ、および少なくとも３種の他 のセラミックス相、好ましくはＡｌＢ₂₄Ｃ₄、Ａｌ₃ＢＣ、Ａｌ₄ＢＣ、およびＡ ｌＢ₂からつくられる多相材料である。Ｂ₄Ｃの粒子は好ましくは硼化アルミニウ ムおよびアルミニウム−炭化硼素に取囲まれている。換言すれば、この複合製品 はアルミニウム硼素、炭化硼素、およびアルミニウム−炭化硼素の連続したセラ ミックス網状構造をもっている。 少なくとも一つの複雑な形のセラミックス−金属複合部材は、セラミックス材 を所望の仕上げられた部材の形に成形し、次いで選ばれた金属をセラミックス体 に溶侵させることにより製造される。選ばれたセラミックスは仕上げられた最終 的な部材に殆ど近い形につくられる。成形体を最終的なまたはそれに近い大きさ および形につくり得る任意のセラミックス成形法を使用することができる。この ようなセラミックス成形法は当業界に公知であり、例えば射出成形法、スリップ キャスティング法、テープキャスティング法、押出し法、圧粉工作法（ｇｒｅｅ ｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）または化学蒸着法が含まれる。好適なセラミックス成 形法には射出成形法、スリップキャスティング法、圧粉工作法またはテープキャ スティング法が含まれる。 少なくとも一つのセラミックス−金属複合部材をつくる方法の次の工程は、少 なくとも一つのセラミックス成形体に選ばれた金属を溶侵させ、少なくとも一つ の複雑な形のセラミックス−金属複合部材をつくる工程である。溶侵とは、金属 を熔融し、液体としての金属と固体としてのセラミックスとから成る金属とセラ ミックスとの固体−液体の境界をつくり、金属を毛管作用によりセラミックス材 料の細孔の中に移動させる方法である。この方法によれば好ましくは均一に分散 され十分に緻密化されたセラミックス−金属複合材料がつくられる。溶侵は当業 界に公知の任意の方法、例えば米国特許４，７０２，７７０号および同４，８３ ４，９３８号記載の方法によって行なうことができる。金属をセラミックス体に 溶侵させる公知の方法は多数ある。好適な溶侵法は加熱溶侵法、真空溶侵法、加 圧溶侵法、および重力／加熱溶侵法である。溶侵を行なうと、金属は金属の成形 体と接触しているセラミックスの細孔を湿潤し、その中に浸透する。金属とセラ ミックスとの間の接触角によって測定した湿潤度は、溶侵の温度および時間を選 ぶことによって制御することができる。溶侵の温度は選ばれた金属および原料の セラミックス系に依存している。金属は熔融するが、金属が容易に蒸発する温度 よりは低い温度で溶侵を行なうことが好ましい。選ばれた金属を選ばれたセラミ ックスに溶侵させる好適な温度は選ばれた金属の融点に依存する。アルミニウム に対しては選ばれた金属を選ばれたセラミックスに溶侵させる好適な温度は１２ ００℃以下であり、さらに好ましくは１１００℃以下である。また例えばアルミ ニウムをセラミックスに溶侵させる好適な温度は７５０℃以上であり、さらに好 ましくは９００℃以上である。 各金属に対する溶侵の正確な温度および時間は、湿潤条件が達成され た時に決定される接触角の測定によって得ることができる。溶侵時間はいくつか の因子、例えば充填密度、細孔の半径、空隙率、接触角、粘度、表面張力および 試料の大きさに依存する。金属−溶侵されたセラミックス材料が十分に緻密にな るまで溶侵を行なうことが好ましい。好適な種類の金属から選ばれた金属、およ び好適な種類のセラミックスから選ばれたセラミックスに対する溶侵時間は、好 ましくは０．１時間以上、さらに好ましくは０．５時間以上、特に好ましくは１ 時間以上である。好適な種類の金属から選ばれた金属、および好適な種類のセラ ミックスから選ばれたセラミックスに対する溶侵時間は、好ましくは２４時間以 内、さらに好ましくは１２時間以内、特に好ましくは６時間以内である。例えば 厚さ１ｍｍの炭化硼素の層にアルミニウムを１１００℃で溶侵させる際の好適な 溶侵時間は１０分である。溶侵は大気圧、大気圧以下の圧力、または大気圧以上 の圧力下で行なうことができる。溶侵は不活性ガス、例えばアルゴン中、或いは 真空下において行なうことが好ましい。大気圧より高い圧力下では溶侵温度を低 下させることができる。セラミックス−金属複合製品の理論密度が好ましくは９ ８％より、さらに好ましくは９９．５％より大きくなるように緻密化されるまで 溶侵を行なう。溶侵工程終了後、十分に溶侵が行なわれた複雑な形のセラミック ス−金属複合部材がつくられる。 溶侵の後でセラミックス−金属複合部材に対し随時熱処理を行ない、製品の機 械的性質をさらに修正する。既に溶侵を行なった組成物の微細構造を変化させる 好適な方法は、既に溶侵を行なった複合体に対し溶侵後の熱処理を行なう方法で ある。修正し得る機械的性質には破砕靭性、破砕強度、硬さおよび堅固さが含ま れる。セラミックス−金属複合部材 を選ばれた温度で選ばれた時間の間熱処理するこの付加的な工程により、残留し た遊離金属の量が減少し、多相のセラミックスをベースにした材料の均一性が改 善される。溶侵後の熱処理の結果、セラミックス相がゆっくりと成長する。この 熱処理の間に、多相の生成に関し最大の制御が行なわれ、セラミックス−金属複 合部材の上記機械的性質が得られる。熱処理を行なう温度は残留遊離金属が減少 する温度である。さらにこの熱処理を行なう温度は固相の化学反応が起こる最低 の温度である。既に溶侵を行なった組成物の微細構造を変化させる好適な方法は 、既に溶侵を行なった複合体に対し６５０℃以上、さらに好ましくは６９０℃以 上において後熱処理を行なう方法である。この後熱処理の最高温度はセラミック ス−金属複合部材中の金属の融点である。熱処理の時間はセラミックス−金属複 合部材の所望の性質が微細構造を変えることによって得られる程十分に長いこと が好適である。 例えばアルミニウム−炭化硼素の場合には、この付加的な熱処理の工程は溶侵 を行なった成形体を好ましくは６６０℃以上、さらに好ましくは６９０℃以上、 特に好ましくは８００℃以上の温度に加熱することによって達成される。またこ の熱処理は好ましくは１５００℃以下、さらに好ましくは１２００℃以下、特に 好ましくは１０００℃以下において行なわれる。アルミニウム−炭化硼素の熱処 理の好適な時間は１時間以上、さらに好ましくは２５時間以上である。熱処理は 空気中、または不活性雰囲気、例えば窒素またはアルゴン中で行なうことができ る。空気中で熱処理を行なうことが好ましい。 溶侵および随時行なわれる熱処理の後で、溶侵を行なった部材を冷却する。溶 侵を行なった部材は随時機械加工および研磨を行ない最終的な 所望の形にすることができる。溶侵を行なった製品の最終用途に依存して溶侵を 行なった部材を研磨することが望ましい。例えば、所望の部材がコンピュータの ハードディスクである場合には、ディスクの表面を平均の粗さが１〜２０００Å であるような実質的に均一になるまで研磨しなければならない。 少なくとも１種のセラミックス、金属、他のセラミックス−金属複合体、重合 体またはプラスティックスの部材をつくり、これを少なくとも一つのセラミック ス−金属複合部材と結合させて複雑な形の製品をつくることができる。少なくと も一つのセラミックス−金属複合部材またはセラミックス部材をつくる方法は前 に説明したとおりである。少なくとも一つの金属部材と少なくとも一つのセラミ ックス−金属部材から複雑な形の製品をつくることが望ましい場合には、種々の 延性金属成形法または加工法を使用し、複雑な形の製品の金属部材をつくること ができる。成形した金属部材を製造するのに使用される特定の金属は前に説明し た通りである。金属部材をつくるためには、選ばれた金属を用い最終的な仕上げ られた製品に近い形にする。最終的な大きさおよび形をもったまたはそれに近い 複雑な形の部材をつくることができる任意の金属成形法を使用することができる 。このような金属成形法は当業界の専門家には公知であり、例えば鋳造、成形、 スピニング、押出し、延伸、鍛造、プレスおよび射出成形を含む粉末冶金法、打 抜き、穿孔、ロール掛け、機械的工作法および化学的工作法が含まれる。例えば Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．１９９２年発行 、Ｓ．Ｋａｌｐａｋｊｉａｎ著、Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅ ｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第２版参照のこと。好適な金 属成形法には、薄い金属シート、該シートからつくられた成形品、複雑な薄い壁 をもった成形品（例えば管）、およびもっと複雑な薄い壁をもった三次元の成形 体を製造する方法が含まれる。このような好適な例としては、スピニング、押出 し、打抜き、穿孔、ロール掛け、機械的工作法および化学的工作法がある。 平らにロール掛けを行なって金属シートをつくる方法は、一組のロールを通し てかけられる圧縮力により長い金属片の厚さを減少させる方法である。またロー ル掛けの方法は例えば複雑な幾何学的断面をもつ継ぎ目なしの管および環をつく ることができる。またいくつかの金属成形法、例えば打抜き、延伸、化学的工作 法、スピニング、穿孔法により、またこれらを組み合わせて、金属のシートを複 雑な成形品にすることができる。打抜き法では、好ましくはダイス型の中で金属 の半製品（即ち金属のシート）に剪断および圧縮の力をかけ、ダイス型から該部 材を取り出すことにより製品に所望の最終的な幾何学的形状が賦与される。金属 シートから金属の成形体を製造する他の好適な方法は化学的工作法である。化学 的工作法では、機械的な方法によるのではなく、化学的に溶出させて金属を除去 する。印刷された回路板をつくる際の写真平板法に似た光化学的な打抜き法（ｐ ｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｂｌａｎｋｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）によっても 金属シートから成形品がつくられる。これらの方法でつくられた好適な成形品に は、コンピュータのハードディスクのような平らで薄く丸くされた金属の円板、 コンピュータのハードディスクの駆動装置のような懸架アーム、高度の堅固さ、 強度、靭性および薄さが組み合わされていることが必要な他の堅固な製品および 他の複雑な形の成形品が含まれる。 つくるべき複雑な成形品がコンピュータのハードディスクの駆動部品である場 合には、セラミックス−金属複合体および他の材料の部材から部品を組み立てる ことができる。例えばＥ−ブロック・アクチュエータのようなコンピュータのハ ードディスクの駆動部品はこの方法でつくることができる。Ｅ−ブロック・アク チュエータはボイスコイルのヨークを有するかさ張った本体部分と該本体部分に 取付られた支持アームとから成っている。Ｅ−ブロック・アクチュエータは、あ まり高価でない金属または他の材料のかさ張った本体部分を用いてつくられ、他 方支持アームおよびＶＣＭのヨークはセラミックス−金属複合体からつくり、価 格を下げると同時に、製品全体としての振動現象および堅固さの特性を改善する ことができる。 少なくとも一つの重合体またはプラスティックスの部材と、少なくとも一つの セラミックス−金属部材から複雑な形の部材をつくることが望ましい場合には、 種々の成形法を使用して複雑な形の製品のプラスティックス部材をつくることが できる。所望の成形部材にすることができる任意のプラスティックスまたは重合 体を使用することができる。このようなプラスティックスには熱を加えまたは加 えずに成形し得る任意のプラスティックスが含まれる。このような重合体には任 意の有機性または無機性の重合体が含まれ、また他の成分、例えば硬化剤、充填 剤、補強剤、着色剤または可塑剤が組み合わされていることができる。このよう なプラスティックスおよび重合体の例は熱可塑性のエラストマー、ナイロン、ポ リ塩化ビニル、フッ化炭素樹脂、ポリウレタン、アクリレート樹脂、アセタール 、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂ＰＰＯ／スチレン、充填重合体、液晶重合体、 半結晶性重合体またはこれらの組み合わせである。 好適なプラスティックスおよび重合体には熱可塑性重合体、例えばポリエチレン 、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネ ート、ポリフェニレンスルフィド、結晶性重合体および半結晶性重合体が含まれ る。熱可塑性重合体、結晶性および半結晶性重合体の例には、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社のＵｌｔｅｍ１０１０^TM、Ｓｈｅｌｌ社のＣａｒｉｌｏｎ^TM 、およびＡｍｏｃｏ社のＡｍｏｄｅｌ^TMが含まれる。熱可塑性重合体、結晶性お よび半結晶性重合体には充填剤を使用することができる。このような充填剤の例 には炭素、雲母、タルクまたはガラスが含まれる。当業界に公知の任意のプラス ティックスまたは重合体成形法を使用することができる。このような成形法には 射出成形法、移動成形法、押出し、回転成形法、吹込み成形法、加熱成形法、注 形法、圧縮成形法、機械的工作法、鍛造法または型成形法がある。例えばＡｄｄ ｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．１９８４年発行、Ｓ． Ｋａｌｐａｋｊｉａｎ著、Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ参照のこと。好ましくは 射出成形法を使用してプラスティックスまたは重合体部材をつくることができる 。 少なくとも一つのセラミックス−金属複合部材および少なくとも一つの金属、 セラミックス、他のセラミックス−金属複合体、重合体またはプラスティックス の部材がつくられると、これを当業界に公知の方法、例えば摩擦または接着剤に よる接合、熔接またはスエージ加工により一緒に結合することができる。典型的 にはセラミックス−金属複合体のような材料をスエージ加工することは、これら の材料の靭性が比較的小さく、そのため結合させる際に部材の局所的な破砕が起 こるために困難で ある。しかしセラミックス−金属部材に取付る場所で金属の溶侵を開始させるか 、或いはスエージ加工を行なう場所に過剰の金属を沈着させることにより、金属 の高い靭性を局所的に利用して部材全体中においてセラミックス−金属複合体の 堅固さを高度に保持したまま部材の取り付けを行なうことができる。スエージ加 工用の球を挿入するスリーブはセラミックス基質を最初つくる時につくり、溶侵 の際に過剰の金属が沈着するようにすることができる。スエージ加工用のスリー ブは、金属の溶侵が起こった後に挿入される球に適合させる必要があるから、必 要な大きさよりも大きめにつくられる。典型的な溶侵には最高２５容積％の過剰 なアルミニウムを用い、接合剤を除去した製品の細孔を完全に充填し、制御でき ない蒸発による損失を無くすようにする必要がある。これによって通常溶侵が開 始された区域に残留アルミニウムの表面沈着物が生じる。スエージ加工を行なう 場所に必要量の過剰なアルミニウムを得るためには、上記のようにしてセラミッ クス−金属複合体を生じるように溶侵を行なう。溶侵は過剰の金属が望まれる場 所から開始する。溶侵の後に残った過剰の金属の量は、溶侵の時間および原料金 属の量によって制御される。次に電気放電工作法または単なる穿孔法によって仕 上げを行ない、スエージ加工の場所をつくり、必要な内径を得ることができる。 必要に応じ、当業界の専門家に公知の任意の加工法によって金属の厚さを調節す ることができる。スエージ加工用のスリーブの内径、厚さおよび外径は選ばれた 金属の靭性に依存するが、これは当業界の専門家には公知である。さらにスエー ジ加工は製品を完全に組み立てる前に行なうことができる。例えばＥ−ブロック 全体を組み立てる前に、個々のアクチュエータのアームを支持用の懸架アセンブ リーにスエージ加工することがで きる。 最後に、複雑な形の製品に被覆材料を接触させ、製品の表面を変性することが できる。被覆は製品の少なくとも一つの表面に対して行なうことができる。適当 な被覆材料は例えばニッケル−燐被膜であるが、例えば他の金属または重合体の ような他の種類の被膜を用いることもできる。被覆法は緻密な被膜を生じる任意 の方法、例えば噴霧沈着法、粒子沈着法、バルク被覆法（ｂｕｌｋ ｃｏａｔｉ ｎｇ）、または表面変性法であることができる。好ましくは製品の被覆に使用さ れる方法は、電気メッキ法、無電極メッキ法または噴霧沈着法である。被膜自身 をさらに処理し、表面全体または表面の一部にテクスチャー加工した表面にする ことができる。このような後処理は例えば機械的方法、化学的または光学的方法 、電気的方法によるか、またはこれらの方法の組み合わせで達成することができ る。 複雑な形の複合製品を製造する方法によって複雑な形の複合製品をつくること ができる。本発明の好適な製品はコンピュータのハードディスクの駆動部品であ り、この場合材料は高度の硬さ、高度の耐摩耗性、高度の破砕靭性、高度の制動 能力、低密度、および高度の堅固さをもち、電気伝導性をもっている。コンピュ ータのハードディスクの駆動部品の例としては、ハードディスク、Ｅ−ブロック ・アクチュエータ、アクチュエータ、スライダー、ロード・ビーム、ボイスコイ ル・モータ（ＶＣＭ）のヨーク、支持用のアーム、アクチュエータの軸受け、ス ペーサー、クランプ、スピンドル、ボール軸受け、スラスト軸受け、ジャーナル 軸受け、基板、ハウジングまたはカバーである。本発明の複雑な形のセラミック ス−金属複合製品は好ましくはコンピュータのハードディスクの駆動 部品である。好ましくはこのディスクの駆動部品はコンピュータのハードディス ク、ＶＣＭのヨーク、アクチュエータのアーム、Ｅ−ブロック・アクチュエータ 、スライダー、ロード・ビーム、支持用のアーム、アクチュエータの軸受け、ス ペーサー、クランプ、スピンドル、ボール軸受け、スラスト軸受け、ジャーナル 軸受け、基板、ハウジング、または懸架アセンブリーまたはカバーを支える個々 のアクチュエータのアームである。さらに好ましくはディスクの駆動部品は基板 、Ｅ−ブロック，ＶＣＭのヨーク、または懸架アセンブリーを支える個々のアク チュエータのアームである。 下記の実施例は例示の目的で記載したものであり、本発明を限定するものでは ない。 実施例１ セラミックス−金属複合体および通常の材料から組み立てられたアクチュエー タ ボイスコイルのヨークの製造 炭化硼素の粉末（ＥＳＫ １５００、約５ミクロン級）を水性の泥漿の中で配 合して分散させる。この混合物を炭化硼素の媒質と共に１２時間ロール掛けした 後、篩にかけて粒状の凝縮物を除去する。この泥漿を多孔性の漆喰の基質の中に 注形し乾燥させる。乾燥した原材試料（４．５×４．５×０．６インチ）は７０ ．６％の理論密度をもっていた。これらの試料をグラファイトの炉の中で高温処 理にかけ、次いで１３５０級のアルミニウム合金を用い真空中で溶侵を行なう。 次いで低温において空気中でさらに熱処理を行ない、機械的性質を発現させる（ 硬さモジュラスＥ ３５２ＧＰａ）。この緻密化させたアルミニウム−炭化硼素 セ ラミックス複合材料を電気放電工作機（ＥＤＭ）により加工し、厚さ０．１００ インチ、長さ０．８インチ、幅１．０７２インチの寸法をもち、本体の所での厚 さが０．１０９インチから０．１７４インチへとテーパーが付けられた肩持ちは りのアームを有するボイスコイルのヨークをつくった。 Ｅ−ブロックの個々のアクチュエータの支持用アームの製造 炭化硼素の粉末（ＥＳＫ １５００Ｆ級）を多成分から成る溶媒をベースにし たテープ注形用組成物の中に分散させ、炭化硼素の媒質と共にロール掛けして粒 状の凝集物を破砕する。注形混合物の炭化硼素粒子の含量は６７容積％であった 。この混合物を平らなテープの型の中に注形し、空気乾燥させる。このテープを ２．７×５．２５ｃｍの矩形の形に切断し、平らな酸化アルミニウムと窒化アル ミニウムの板の間に挟む。このアセンブリーを炉の中に入れ、窒素を流しながら ３５℃／時間の速度で６２５℃の温度（炉の設定温度）まで加熱して接合剤を除 去する。炉の容積は１／３立方フィートであった。炭化硼素のテープを取り出し 、１０５０℃を越える温度において２時間の間アルミニウムを用いて溶侵を行な う。アルミニウム−炭化硼素セラミックス複合体の板を取り出し、０．０４イン チの厚さに研磨し、機械加工して長さが１．３１４インチで後方から前方へと０ ．５インチから０．１６５インチのテーパーが付けられた寸法をもつ個々のＥ− ブロック・アクチュエータの支持用のアームを得た。アームの先端に孔を開け、 懸架用の取り付けができるようにし、またアームの中心の区域の内部では材料を 取り除き構造体の重さをさらに軽くした。最終的な部材の硬さはモジュラスＥで ２６２ＧＰａであった。アクチュエータの組み立て 上記の方法でつくったアルミニウム一炭化硼素（Ａｌ−Ｂ−Ｃ）のボイスコイ ルのヨーク、および上記方法でつくった懸架アセンブリーを支えるための３個の Ａｌ−Ｂ−ＣのＥ−ブロック用の個々のアクチュエータのアームの組を組み立て 、高性能のセラミックス−金属複合体と金属のような通常の材料とからつくられ たＥ−ブロックにした。ストック６０６１アルミニウムを通常の金属フライス切 削／工作法とプランジＥＤＭとを組み合わせて成形し、アクチュエータの軸受け ／スリーブを収納するための貫通孔、およびＡｌ−Ｂ−Ｃのボイスコイルのヨー クと支持アームの組を挿入する空洞を有するＥ−ブロックのかさ張った本体部分 をつくった。好ましくは電気伝導性をもったエポキシ樹脂、例えばＡｂｌｅＢｏ ｎｄ^TM９６５−１Ｌ（米国カリフォルニア州、９０２２１、Ｒａｎｃｈｏ Ｄｏ ｍｉｎｇｕｅｚ、Ｓｕｓａｎ Ｒｏａｄ、２００２１、Ａｂｌｅｓｔｉｃｋ Ｌ ａｂｏｔａｔｏｒｉｅｓ製）を、アルミニウムのかさ張った本体部分の表面と接 触したＡｌ−Ｂ−Ｃの部品の表面に被覆する。部品を組み立ててアクチュエータ の本体にし、１５０℃で２時間硬化させた。組み立てられたＥ−ブロックは図１ に湿すような形をしている。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月１１日（１９９８．１２．１１） 【補正内容】 請求の範囲 １． （ａ）結合を行なう場所においてセラミックス体の表面に金属の層を 有するセラミックス−金属部材をつくるのに十分な条件下において金属をセラミ ックス体に溶浸させ、該セラミックス−金属部材が理論密度の少なくとも約８０ ％の密度をもつようにし、 （ｂ）金属、セラミックス、他のセラミックス−金属複合体またはプラスティ ックスである少なくとも一つの他の材料の部材をつくり、 （ｃ）工程（ｂ）で得られた少なくとも一つの部材を工程（ａ）で得られた少 なくとも一つの部材と、摩擦による接合、接着剤による接合、スエージ加工、熔 接、および摩擦熔接から成る群から選ばれる少なくとも一つの方法により、複雑 な形の製品が得られるような場所において結合させることを特徴とする複雑な形 の製品の製造法。 ２．少なくとも一つの成形されたセラミックス−金属部材はＢ₄Ｃ／Ａｌ、 ＳｉＣ／Ａｌ、ＴｉＢ₂／Ａｌ、ＳｉＢ_x／Ａｌ、Ｓｉ₃Ｎ₄／Ａｌ、ＳｉＣ／Ｍｇ 、ＳｉＣ／Ｔｉ、ＳｉＣ／Ｍｇ−Ａｌ、ＳｉＢ_x／Ｔｉ、Ｂ₄Ｃ／Ｎｉ、Ｂ₄Ｃ／ Ｔｉ、Ｂ₄Ｃ／Ｃｕ、Ａｌ₂Ｏ₃／Ｍｇ、Ａｌ₂Ｏ₃／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ａｌ、ＴｉＣ ／Ａｌ、ＺｒＢ₂／Ａｌ、ＺｒＣ／Ａｌ、ＡｌＢ₁₂／Ａｌ、ＡｌＢ₂／Ａｌ、Ａｌ Ｂ₂₄Ｃ₄／Ａｌ、ＡｌＢ₁₂／Ｔｉ、ＡｌＢ₂₄Ｃ₄／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ｔｉ、ＴｉＣ／ Ｔｉ、ＺｒＯ₂／Ｔｉ、ＴｉＢ₂／Ｂ₄Ｃ／Ａｌ、ＳｉＣ／ＴｉＢ₂／Ａｌ、ＴｉＣ ／Ｍｏ／Ｃｏ、ＺｒＣ／ＺｒＢ₂／Ｚｒ、ＴｉＢ₂／Ｎｉ、ＴｉＢ₂／Ｃｕ、Ｔｉ Ｃ／Ｍｏ／Ｎｉ、ＳｉＣ／Ｍｏ、ＴｉＢ₂／ＴｉＣ／Ａｌ、ＴｉＢ₂／ＴｉＣ／Ｔ ｉ、ＷＣ／Ｃｏ、またはＷＣ／Ｃｏ／Ｎｉであることを特徴とする請求項１記載 の方法。 ３．他の材料の部材の材料はセラミックスであり、該セラミックスは硼化物 、酸化物、炭化物、窒化物、珪化物、またはこれらの組み合わせであることを特 徴とする請求項１記載の方法。 ４．他の材料の部材の材料は金属であり、該金属は珪素、マグネシウム、ア ルミニウム、チタン、バナジン、クロム、鉄、銅、ニッケル、コバルト、タンタ ル、タングステン、モリブデン、ジルコニウム、ニオブ、またはこれらの組み合 わせであることを特徴とする請求項１記載の方法。 ５．他の材料の部材の材料はプラスティックスであり、該プラスティックス は熱可塑性のエラストマー、ナイロン、ポリ塩化ビニル、フッ化炭素樹脂、ポリ ウレタン、アクリレート樹脂、アセタール、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、Ｐ ＰＯ／スチレン、ガラス充填重合体、液晶重合体、半結晶性重合体またはこれら の組合わせから成る群から選ばれることを特徴とする請求項１記載の方法。 ６．結合はスエージ加工または摩擦熔接によって行なわれることを特徴とす る請求項１記載の方法。 ７．製品はコンピュータのハードディスク、Ｅ−ブロック・アクチュエータ 、ボイスコイル・モータ（ＶＣＭ）のヨーク、アクチュエータ、スライダー、ロ ード・ビーム、支持用のアーム、アクチュエータの軸受け、スペーサー、クラン プ、スピンドル、ボール軸受け、スラスト軸受け、ジャーナル軸受け、基板、ハ ウジングまたはカバーであることを特徴とする請求項１記載の方法。 ８．製品はＥ−ブロック・アクチュエータ、支持用のアームまたはボイスコ イル・モーターのヨークであることを特徴とする請求項６記載 の方法。 ９．請求項１〜８記載の方法で得られる複雑な形の製品。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． （ａ）少なくとも一つの成形されたセラミックス−金属部材をつくり 、 （ｂ）少なくとも一つの他の材料の成形された部材をつくり、 （ｃ）少なくとも一つの成形されたセラミックス−金属部材を少なくとも一つ の他の材料の成形された部材と、スエージ加工、熔接、摩擦または接着剤を用い る接合により結合させて複雑な形の製品をつくることを特徴とする複雑な形の製 品の製造法。 ２．少なくとも一つの他の材料の部材は金属、セラミックス、他のセラミッ クス−金属複合体、重合体またはプラスティックスであることを特徴とする請求 項１記載の方法。 ３．少なくとも一つの成形されたセラミックス−金属部材はＢ₄Ｃ／Ａ１、 ＳｉＣ／Ａｌ、ＴｉＢ₂／Ａｌ、ＳｉＢ_x／Ａｌ、Ｓｉ₃Ｎ₄／Ａｌ、ＳｉＣ／Ｍｇ 、ＳｉＣ／Ｔｉ、ＳｉＣ／Ｍｇ−Ａｌ、ＳｉＢ_x／Ｔｉ、Ｂ₄Ｃ／Ｎｉ、Ｂ₄Ｃ／ Ｔｉ、Ｂ₄Ｃ／Ｃｕ、Ａｌ₂Ｏ₃／Ｍｇ、Ａｌ₂Ｏ₃／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ａｌ、ＴｉＣ ／Ａｌ、ＺｒＢ₂／Ａｌ、ＺｒＣ／Ａｌ、ＡｌＢ₁₂／Ａｌ、ＡｌＢ₂／Ａｌ、Ａｌ Ｂ₂₄Ｃ₄／Ａｌ、ＡｌＢ₁₂／Ｔｉ、ＡｌＢ₂₄Ｃ₄／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ｔｉ、ＴｉＣ／ Ｔｉ、ＺｒＯ₂／Ｔｉ、ＴｉＢ₂／Ｂ₄Ｃ／Ａｌ、ＳｉＣ／ＴｉＢ₂／Ａｌ、ＴｉＣ ／Ｍｏ／Ｃｏ、ＺｒＣ／ＺｒＢ₂／Ｚｒ、ＴｉＢ₂／Ｎｉ、ＴｉＢ₂／Ｃｕ、Ｔｉ Ｃ／Ｍｏ／Ｎｉ、ＳｉＣ／Ｍｏ、ＴｉＢ₂／ＴｉＣ／Ａｌ、ＴｉＢ₂／ＴｉＣ／Ｔ ｉ、ＷＣ／Ｃｏ、またはＷＣ／Ｃｏ／Ｎｉであることを特徴とする請求項２記載 の方法。 ４．セラミックスは硼化物、酸化物、炭化物、窒化物、珪化物、ま たはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項３記載の方法。 ５．金属は珪素、マグネシウム、アルミニウム、チタン、バナジン、クロム 、鉄、銅、ニッケル、コバルト、タンタル、タングステン、モリブデン、ジルコ ニウム、ニオブ、またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項４記 載の方法。 ６．プラスティックスまたは重合体は熱可塑性のエラストマー、ナイロン、 ポリ塩化ビニル、フッ化炭素樹脂、ポリウレタン、アクリレート樹脂、アセター ル、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂ＰＰＯ／スチレン、ガラス充填重合体、液晶 重合体、半結晶性重合体またはこれらの組合わせから成る群から選ばれることを 特徴とする請求項５記載の方法。 ７．該複雑な形の成形された部材をスエージ加工によって結合させることを 特徴とする請求項１記載の方法。 ８．成形されたセラミックス部材は該部材をスエージ加工または摩擦による 接合を行なう場所において過剰の金属を有していることを特徴とする請求項記載 の方法。 ９．二つの部材をスエージ加工または摩擦による接合によって結合させ、こ の際該部材の片方は、後でスエージ加工または摩擦による接合を行なう場所にお いて本体の表面に金属を生じるのに十分な条件下において金属を溶侵させてつく られたセラミックス−金属複合体であることを特徴とする請求項８記載の方法。 １０．製品はコンピュータのハードディスク、Ｅ−ブロック・アクチュエータ 、ボイスコイル・モータ（ＶＣＭ）のヨーク、アクチュエータ、スライダー、ロ ード・ビーム、支持用のアーム、アクチュエータの軸受け、スペーサー、クラン プ、スピンドル、ボール軸受け、スラスト軸受 け、ジャーナル軸受け、基板、ハウジングまたはカバーであることを特徴とする 請求項１記載の方法。 １１．製品はＥ−ブロック・アクチュエータ、支持用のアームまたはＶＣＭの ヨークであることを特徴とする請求項１記載の方法。 １２．請求項１〜１１記載の方法で得られる複雑な形の製品。 １３．スエージ加工または摩擦による接合によって一緒に結合させられた二つ またはそれ以上の複雑な形の部材を含み、該部材の少なくとも一つは、該部材が スエージ加工または摩擦による接合で結合される場所において過剰の金属を有す るセラミックス−金属複合体であることを特徴とする複雑な形の製品。