JP2001524607A - 犠牲体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、その後のAl２O３／アルミ化チタン複合体の製造のために出発混合物から犠牲体を製造する方法、出発混合物並びに犠牲体に関する。特に酸化物としてのチタンのほかに、炭素及び／又はその前駆体、充填剤及びバインダーが添加された出発混合物から成形体が加圧成形される。この成形体は変換温度で圧力に対して安定した犠牲体を形成するために熱処理される。そのとき充填剤が及び場合によりバインダーも熱的に除去される。犠牲体はその後のアルミニウム及び／又はアルミニウム合金の加圧充填に供される。そのとき変換温度より上に設定された充填温度で充填が行われ、充填された犠牲体の材料とアルミニウムが充填温度より下で固相反応によって反応せしめられ、Al２O３／アルミ化チタン複合体が形成される。
Description
【０００１】 本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の、その後のAl2O3／アルミ化チタ ン複合材料製部材の製造のための出発混合物からなる犠牲体の製造方法に関し、
請求項１６のプレアンブルに記載の犠牲体用出発混合物に関し、並びに請求項２
７のプレアンブルに記載の犠牲体に関する。それらのプレアンブルに記載の発明
は全て、それらの発明の基礎とするDE 196 05 858 A1から既知とわかる。
請求項１６のプレアンブルに記載の犠牲体用出発混合物に関し、並びに請求項２
７のプレアンブルに記載の犠牲体に関する。それらのプレアンブルに記載の発明
は全て、それらの発明の基礎とするDE 196 05 858 A1から既知とわかる。
【０００２】 DE 196 05 858 A1から、Al2O3 ／アルミ化チタン複合材料製部材の製造方法 が知られている。セラミック／金属複合材料はセラミック相の特性と金属相の特
性をあわせもっており、高い強度と高い破壊靱性を有する。この本発明の基礎と
して用いた方法において、特に、アルミニウムによって還元され、同時にアルミ
化物とAl2O3 を形成する酸化物の化合物を含む出発混合物が形成される。特に、
前記出発混合物の構成要素としてTiO2 が挙げられる。前記出発混合物で最終形
状に近い形状の犠牲体がつくられ、次いで犠牲体にはAlが浸透せしめられる。犠
牲体は、安定化のために、この場合特に圧力下でアルミニウムを充填するために
、加圧浸透の前に焼結される。焼結後に、犠牲体の温度は、アルミニウム及び／
又はアルミニウム合金（以下簡略にアルミニウムという）の融点より上の充填温
度に設定される。更に充填温度は、アルミニウムと出発材料の少なくとも一つと
の間の所謂ＳＨＳ反応が起こる反応温度より下に設定される。ＳＨＳ反応（自己
成長高温合成(self propagating high temperature synthesis) ）は、その反応
温度より上で非常に急速に進行して激しい発熱を伴い、普通少なくとも殆ど制御
不能となる反応である。充填温度で犠牲体にはアルミニウムが加圧充填され、再
び熱せられ、そのときアルミニウムと犠牲体の構成要素との間の交換反応が起こ
り、Al2O3／アルミ化チタン複合材料が形成される。
性をあわせもっており、高い強度と高い破壊靱性を有する。この本発明の基礎と
して用いた方法において、特に、アルミニウムによって還元され、同時にアルミ
化物とAl2O3 を形成する酸化物の化合物を含む出発混合物が形成される。特に、
前記出発混合物の構成要素としてTiO2 が挙げられる。前記出発混合物で最終形
状に近い形状の犠牲体がつくられ、次いで犠牲体にはAlが浸透せしめられる。犠
牲体は、安定化のために、この場合特に圧力下でアルミニウムを充填するために
、加圧浸透の前に焼結される。焼結後に、犠牲体の温度は、アルミニウム及び／
又はアルミニウム合金（以下簡略にアルミニウムという）の融点より上の充填温
度に設定される。更に充填温度は、アルミニウムと出発材料の少なくとも一つと
の間の所謂ＳＨＳ反応が起こる反応温度より下に設定される。ＳＨＳ反応（自己
成長高温合成(self propagating high temperature synthesis) ）は、その反応
温度より上で非常に急速に進行して激しい発熱を伴い、普通少なくとも殆ど制御
不能となる反応である。充填温度で犠牲体にはアルミニウムが加圧充填され、再
び熱せられ、そのときアルミニウムと犠牲体の構成要素との間の交換反応が起こ
り、Al2O3／アルミ化チタン複合材料が形成される。
【０００３】 しかし、犠牲体は、普通一部の領域においてAl2O3／アルミ化チタン複合材料 に変えられるだけである。更にDE 196 05 858 A1から明白なように、TiO2を含む
犠牲体は、ある場合にのみ完全にアルミニウムが充填され得るにすぎない。更に
このような犠牲体は、例外的な場合においてだけ連続したアルミ化チタン相を備
え得るにすぎない。
犠牲体は、ある場合にのみ完全にアルミニウムが充填され得るにすぎない。更に
このような犠牲体は、例外的な場合においてだけ連続したアルミ化チタン相を備
え得るにすぎない。
【０００４】 先に公表されていないドイツ特許出願DE-P 19710671.4 には、セラミック前駆
物質からなる犠牲体に加熱軟化した金属、特にアルミニウム及び／又は金属合金
を充填する金属／セラミック複合材料製部材の製造方法が開示される。充填温度
は、セラミック前駆物質の金属と充填する金属の間の交換反応が起こる反応温度
以下に設定される。可能な限り完全に犠牲体に充填した後、充填された犠牲体は
前記反応温度又はそれより高い温度で加熱され、その結果上記した交換反応が起
こる。この交換反応でセラミックの金属と充填する金属の金属間結合を有するセ
ラミック相と金属相を含む金属／セラミック複合材料製部材がつくられる。犠牲
体に加熱軟化した金属を、充填する金属と犠牲体の金属の間で交換反応が起こる
反応温度以下で充填することによって、充填中に、また充填に引き続く、導入さ
れる金属と犠牲体の金属の間の交換反応時にも、セラミックマトリックスが保持
される。理想的に、犠牲体の多孔への充填が完全に行われ、その結果当該物質が
化学量論的量で使用されるとき、部材は完全に亀裂及び溝の発生なく連続して完
全に反応せしめられる。好ましくは、この場合充填する金属はアルミニウムであ
り、セラミックの金属はチタンであり、その結果好ましい交換反応の後、セラミ
ック相はTiBＸ及び／又はTiCｙ及び／又はTiCN及びAl２O３を含む。その場合に おいて金属相の金属間化合物は耐高熱性アルミ化チタン、特にTiAlである。この
金属／セラミック複合材料の金属特性は良好である。それ故例えば充填する金属
としてのアルミニウムとセラミック犠牲体の金属としてのTiを用いてつくりださ
れる金属／セラミック複合材料は３．４g/cm３ の密度を有し、この密度は所謂
MMCs（金属−マトリックス−複合品）よりもほんの少しだけ高く、しかし比較で
きる鋳鉄の密度のわずか４２％である。特に、金属間化合物の形態の耐高熱性化
合物がTiAlである好ましい実施の態様において、部材の利用域は、鼠鋳鉄につい
ての値を明らかに上回る少なくとも８００℃にまで達する。つくりだされた金属
／セラミック複合材料で特にディスクブレーキの摩擦面用摩擦リングが作られる
。この摩擦リングはねじ連結具等の機械的結合技術を用いてブレーキディスクの
ハブに固定される。
物質からなる犠牲体に加熱軟化した金属、特にアルミニウム及び／又は金属合金
を充填する金属／セラミック複合材料製部材の製造方法が開示される。充填温度
は、セラミック前駆物質の金属と充填する金属の間の交換反応が起こる反応温度
以下に設定される。可能な限り完全に犠牲体に充填した後、充填された犠牲体は
前記反応温度又はそれより高い温度で加熱され、その結果上記した交換反応が起
こる。この交換反応でセラミックの金属と充填する金属の金属間結合を有するセ
ラミック相と金属相を含む金属／セラミック複合材料製部材がつくられる。犠牲
体に加熱軟化した金属を、充填する金属と犠牲体の金属の間で交換反応が起こる
反応温度以下で充填することによって、充填中に、また充填に引き続く、導入さ
れる金属と犠牲体の金属の間の交換反応時にも、セラミックマトリックスが保持
される。理想的に、犠牲体の多孔への充填が完全に行われ、その結果当該物質が
化学量論的量で使用されるとき、部材は完全に亀裂及び溝の発生なく連続して完
全に反応せしめられる。好ましくは、この場合充填する金属はアルミニウムであ
り、セラミックの金属はチタンであり、その結果好ましい交換反応の後、セラミ
ック相はTiBＸ及び／又はTiCｙ及び／又はTiCN及びAl２O３を含む。その場合に おいて金属相の金属間化合物は耐高熱性アルミ化チタン、特にTiAlである。この
金属／セラミック複合材料の金属特性は良好である。それ故例えば充填する金属
としてのアルミニウムとセラミック犠牲体の金属としてのTiを用いてつくりださ
れる金属／セラミック複合材料は３．４g/cm３ の密度を有し、この密度は所謂
MMCs（金属−マトリックス−複合品）よりもほんの少しだけ高く、しかし比較で
きる鋳鉄の密度のわずか４２％である。特に、金属間化合物の形態の耐高熱性化
合物がTiAlである好ましい実施の態様において、部材の利用域は、鼠鋳鉄につい
ての値を明らかに上回る少なくとも８００℃にまで達する。つくりだされた金属
／セラミック複合材料で特にディスクブレーキの摩擦面用摩擦リングが作られる
。この摩擦リングはねじ連結具等の機械的結合技術を用いてブレーキディスクの
ハブに固定される。
【０００５】 ただし犠牲体に金属または合金が充填される前に、犠牲体の出発材料が加熱さ
れなければならない。そのとき前駆体材料間で最初の交換反応が起こり、そのと
き交換材料から高級で且つ高価な前駆体材料が生じる。金属を充填後、前記の高
価な前駆体材料と金属からセラミック相と金属相が形成され、そのとき、これら
の相を形成するために再び交換反応が、それもこの場合前駆体材料及び充填する
金属の間で行われる。
れなければならない。そのとき前駆体材料間で最初の交換反応が起こり、そのと
き交換材料から高級で且つ高価な前駆体材料が生じる。金属を充填後、前記の高
価な前駆体材料と金属からセラミック相と金属相が形成され、そのとき、これら
の相を形成するために再び交換反応が、それもこの場合前駆体材料及び充填する
金属の間で行われる。
【０００６】 別の方法で同様にセラミック犠牲体にアルミニウムを浸透することが記載され
ている(US-A-4,988,645)。この場合セラミック体はＳＨＳ反応によってつくられ
る（ＳＨＳ反応：自己成長高温合成(self propagating high temperature synthesis)は反応混合物の発火を意味し、そのとき反応自身は維持され、反応生
成物として所望のセラミックマトリックスが産出される）。
ている(US-A-4,988,645)。この場合セラミック体はＳＨＳ反応によってつくられ
る（ＳＨＳ反応：自己成長高温合成(self propagating high temperature synthesis)は反応混合物の発火を意味し、そのとき反応自身は維持され、反応生
成物として所望のセラミックマトリックスが産出される）。
【０００７】 しかし、このように製造された部材は部分的に許容できない多孔度を有し、結
果として粗悪品の率は高い。特に犠牲体の前駆体材料としてTiO２を有する犠牲 体の場合、充填は非常に少ない。
果として粗悪品の率は高い。特に犠牲体の前駆体材料としてTiO２を有する犠牲 体の場合、充填は非常に少ない。
【０００８】 WO 84/02927 から所謂スクイズキャスティング法によるアルミニウムを含む繊
維強化ダイカスト品の製造方法が知られている。この方法においては先ず特に繊
維を含む出発混合物で多孔生体が加圧成形され、次いで前記多孔生体にアルミニ
ウムが充填される。多孔生体を安定させ、生体内に配列された繊維の向きを維持
するために、出発混合物にバインダーが添加され、このバインダーは生体に充填
するときに熱により除去される。多孔及びバインダーの強度があるため、生体の
変形は何ら起こらないか又は無視し得る変形がどうにか起こるに過ぎない。充填
アルミニウムと生体の出発材料の間の化学反応はこの場合起こらず、それ故この
ような反応の、構造及びこの後のダイカスト品の成形に及ぼす影響は知られてい
ない。
維強化ダイカスト品の製造方法が知られている。この方法においては先ず特に繊
維を含む出発混合物で多孔生体が加圧成形され、次いで前記多孔生体にアルミニ
ウムが充填される。多孔生体を安定させ、生体内に配列された繊維の向きを維持
するために、出発混合物にバインダーが添加され、このバインダーは生体に充填
するときに熱により除去される。多孔及びバインダーの強度があるため、生体の
変形は何ら起こらないか又は無視し得る変形がどうにか起こるに過ぎない。充填
アルミニウムと生体の出発材料の間の化学反応はこの場合起こらず、それ故この
ような反応の、構造及びこの後のダイカスト品の成形に及ぼす影響は知られてい
ない。
【０００９】 総じて全ての上記方法は高いエネルギーを必要とし、これは、第１の交換反応
、充填及びそれに続く、充填温度より上の温度での第２の交換反応等の種々の熱
行程に起因している。このエネルギーの必要性のためこれらの方法は費用がかか
る。
、充填及びそれに続く、充填温度より上の温度での第２の交換反応等の種々の熱
行程に起因している。このエネルギーの必要性のためこれらの方法は費用がかか
る。
【００１０】 本発明の課題は、金属／セラミック複合材料製部材の製造が簡単であり、迅速
であり、特に安価であり、エネルギー技術的に経済的であるように、且つ前記複
合体が、その容積に関して確実に極力広範囲に、アルミ化チタンを備え得るよう
に上記方法を更に発展させることである。
であり、特に安価であり、エネルギー技術的に経済的であるように、且つ前記複
合体が、その容積に関して確実に極力広範囲に、アルミ化チタンを備え得るよう
に上記方法を更に発展させることである。
【００１１】 この課題は請求項１に記載の特徴に基づいた犠牲体によって解決される。圧力
に対して安定な、特に還元された酸化チタンTiOＸ、但し X＝１、１．５、１． ６７又は炭素によって還元可能なTiO２を含み、特に最終形状に近い形状に成形 され、及び／又は加工された犠牲体を利用することによって、融解アルミニウム
を自然に浸透させることもでき、それ故特に非常に良好に加圧浸透させることが
できる。
に対して安定な、特に還元された酸化チタンTiOＸ、但し X＝１、１．５、１． ６７又は炭素によって還元可能なTiO２を含み、特に最終形状に近い形状に成形 され、及び／又は加工された犠牲体を利用することによって、融解アルミニウム
を自然に浸透させることもでき、それ故特に非常に良好に加圧浸透させることが
できる。
【００１２】 上記した既知の、アルミニウムと犠牲体の材料をAl２O３／アルミ化チタン複 合材料に変えるための出発材料の２つの交換反応は、単一の加熱過程で行うこと
ができる。
ができる。
【００１３】 この転移温度(Umsetzungstemperature) は好ましくは充填温度以下、好ましく
はアルミニウムの融点以下、特に好ましくは４００℃以下に設定される。これに
よって必要とされるエネルギー消費量並びに必要とされる製造時間は減少される
。
はアルミニウムの融点以下、特に好ましくは４００℃以下に設定される。これに
よって必要とされるエネルギー消費量並びに必要とされる製造時間は減少される
。
【００１４】 犠牲体にアルミニウム又はアルミニウム合金を充填するために、犠牲体は加熱
される。そのため、加熱時に、特にTiO２及びCから還元されたTiOＸ（TiO 、Ti ２ O３及び／又はTi３O５）が生ずるので、犠牲体の製造のために特にTiO２と C を使用することが適切である。
される。そのため、加熱時に、特にTiO２及びCから還元されたTiOＸ（TiO 、Ti ２ O３及び／又はTi３O５）が生ずるので、犠牲体の製造のために特にTiO２と C を使用することが適切である。
【００１５】 しかし、意外なことに、犠牲体にアルミニウムを加圧注入するとき、Al２O３ ／アルミ化チタン複合材料を形成する交換反応は決しておこらない。Al２O３ ／アルミ化チタン複合材料の形成は先ず固相反応によっておこり、そのプロセス
温度はアルミニウムの融点以下である。
温度はアルミニウムの融点以下である。
【００１６】 他の本発明の適当な構成は相応の他の請求項に示されている。それ以外は下記
する幾つかの実施例をもとにして本発明につき詳細に説明する。
する幾つかの実施例をもとにして本発明につき詳細に説明する。
【００１７】 炭素及びTiO２並びにバインダー及び充填剤を含む粉末状セラミック出発混合 物が混合され、次いで加圧成形される。
【００１８】 真空下で又は保護ガス、特に窒素又はCO２内で３５０℃乃至７００℃で、特に
４００℃で低温処理によって、特に充填剤が及び場合によってはバインダーも、
真空下で又は保護ガス内で燃焼せしめられ、多孔の末焼結の圧力に対して安定な
セラミック犠牲体が生じる。
４００℃で低温処理によって、特に充填剤が及び場合によってはバインダーも、
真空下で又は保護ガス内で燃焼せしめられ、多孔の末焼結の圧力に対して安定な
セラミック犠牲体が生じる。
【００１９】 便宜上、このとき、バインダーが、場合によって充填剤も、完全に除去された
ことを証明するのに役立つ熱重量分析(TG)が行われる。
ことを証明するのに役立つ熱重量分析(TG)が行われる。
【００２０】 充填剤及びバインダーの適切な添加により、正確な一定の多孔度、孔の構造及
び強度を確立することができ、その結果犠牲体へのアルミニウムの加圧浸透が可
能である。
び強度を確立することができ、その結果犠牲体へのアルミニウムの加圧浸透が可
能である。
【００２１】 本発明の利点の一つは、このような金属／セラミック複合材料製部材の全ての
製造を通して、即ち犠牲体の製造から始まって、犠牲体へのアルミニウムの充填
を経て交換反応によって複合体を形成するまでの全ての製造において、８００℃
を越えて、特に７００℃を越えて行われる熱過程は必要とされないことである。
他方、製造は、特に加圧鋳造による充填が、短時間で行われる。
製造を通して、即ち犠牲体の製造から始まって、犠牲体へのアルミニウムの充填
を経て交換反応によって複合体を形成するまでの全ての製造において、８００℃
を越えて、特に７００℃を越えて行われる熱過程は必要とされないことである。
他方、製造は、特に加圧鋳造による充填が、短時間で行われる。
【００２２】 更に、アルミニウムを耐高熱性アルミ化チタンに変えることが行われる。更に
非常に有利な原料が利用され、現在材料価格は約kg当たり４ドイツマルクである
。
非常に有利な原料が利用され、現在材料価格は約kg当たり４ドイツマルクである
。
【００２３】 出発混合物を製造するために、先ず特に二酸化チタンとグラファイトが一定 の化学量論的比で互いに混合せしめられる。次いでこの均一な混合物に１−３重
量％のバインダー、特にポリビニルアルコールＰＶＡ及び／又はポリエチレング
リコールＰＥＧの水溶液が添加され、捏和される。バインダーの次に、粉末及び
／又は繊維状の水溶性の有機充填剤、好ましくはセルロース誘導体、特にアセチ
ルセルロースが前記混合物に添加され、同様に捏和される。
量％のバインダー、特にポリビニルアルコールＰＶＡ及び／又はポリエチレング
リコールＰＥＧの水溶液が添加され、捏和される。バインダーの次に、粉末及び
／又は繊維状の水溶性の有機充填剤、好ましくはセルロース誘導体、特にアセチ
ルセルロースが前記混合物に添加され、同様に捏和される。
【００２４】 好ましくは粉末状態で添加される充填剤は、特に１０μm 乃至１００μm 、好
ましくは２０μm の平均粒度を有する。混合物は乾燥され、又は湿らされ（残存
湿度約１０−２０％H２O ）、一軸方向に特に３００ barで加圧される。任意に 、前記一軸方向の加圧過程の後に、別の冷間アイソスタチックプレス過程が行わ
れる。
ましくは２０μm の平均粒度を有する。混合物は乾燥され、又は湿らされ（残存
湿度約１０−２０％H２O ）、一軸方向に特に３００ barで加圧される。任意に 、前記一軸方向の加圧過程の後に、別の冷間アイソスタチックプレス過程が行わ
れる。
【００２５】 好ましくは最終形状に近い形状に加圧成形された犠牲体は、最終寸法に機械加
工され、更に引き続いて部材を製造する間引き続き溶融アルミニウムを犠牲体に
充填するためにダイカスト型内に配置される。
工され、更に引き続いて部材を製造する間引き続き溶融アルミニウムを犠牲体に
充填するためにダイカスト型内に配置される。
【００２６】 加圧鋳造法でアルミニウムを充填するために、犠牲体の強度、弾性係数、多孔
度及び孔の構造が重要である。
度及び孔の構造が重要である。
【００２７】 これらの特性は、バインダー、充填剤、充填量、及び加圧圧力の選択の影響を
受ける。更にセラミック粉末（TiO２等）及び充填剤の粒度の影響も受ける。 影響パラメータと目標パラメータの間の関連性を下記の表１に定性的に示す。
受ける。更にセラミック粉末（TiO２等）及び充填剤の粒度の影響も受ける。 影響パラメータと目標パラメータの間の関連性を下記の表１に定性的に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】 実施例 以下に犠牲体用の出発混合物の実施例をあげる。実施例１ ３ molのTiO２（平均粒径ｄ５０＝０．３μm ）と１ molの C（ｄ５０＝０． ０５μm ) をニーダ（例えばアイリッヒ(Eirich)製）で約１０分間予め混和する
。この混合物に３重量％のポリエチレングリコール（２０％水溶液）を添加し、
捏和する。前記湿らせた混合物に更に１０重量％のアセチルセルロース（ＣＡ
）（ｄ５０＝20μm ）を添加しニーダで混合する。前記粉末を一軸方向に３０ M
Paで加圧する。次いで２００ MPaの圧力で冷間アイソスタチックプレスを行う。
犠牲体を1 時間（３５０℃、加熱速度１K/minの保持時間 ）の間窒素内で７００
℃で加熱する。そのとき有機添加物が残留物を残すことなく焼き尽くされる。犠
牲体は７ MPaの加圧強度と４９％の多孔度を有する。孔の直径は二つのモードの
ある分布を有し０．１μm に一つの最大値を有し、２０μm にもう一つの最大値
を有する。
。この混合物に３重量％のポリエチレングリコール（２０％水溶液）を添加し、
捏和する。前記湿らせた混合物に更に１０重量％のアセチルセルロース（ＣＡ
）（ｄ５０＝20μm ）を添加しニーダで混合する。前記粉末を一軸方向に３０ M
Paで加圧する。次いで２００ MPaの圧力で冷間アイソスタチックプレスを行う。
犠牲体を1 時間（３５０℃、加熱速度１K/minの保持時間 ）の間窒素内で７００
℃で加熱する。そのとき有機添加物が残留物を残すことなく焼き尽くされる。犠
牲体は７ MPaの加圧強度と４９％の多孔度を有する。孔の直径は二つのモードの
ある分布を有し０．１μm に一つの最大値を有し、２０μm にもう一つの最大値
を有する。
【００３０】実施例２ TiO２と Cのモル比が３／２であることを除いては実施例１と同様。この場合 ３００ MPaのアイソスタチックの後プレスが必要である。実施例３ アセチルセルロースの量が２０重量％であることを除いては実施例１と同様。 実施例４ TiO２／ C／ PEG／CAからなる混合物に一軸加圧前に１０重量％の水を添加す ることを除いては実施例１と同様。実施例５ TiO２／ C／ PEG／CAからなる混合物に一軸加圧前に１重量％のメチルセルロ ースを添加することを除いては実施例１と同様。実施例６ TiO２／ C／ PEG／CAからなる混合物にコンスタンタンワイヤ繊維又は炭素繊 維からなる短繊維を添加することを除いては実施例１と同様。これによって伸び
率は高められる。実施例７ TiO２の粒度が１５μm の平均直径を有することを除いては実施例１と同様。 これによって多孔度は４７％減少する。加圧強度は７．５ MPaに高められる。
率は高められる。実施例７ TiO２の粒度が１５μm の平均直径を有することを除いては実施例１と同様。 これによって多孔度は４７％減少する。加圧強度は７．５ MPaに高められる。
【００３１】 犠牲体が引き続くアルミニウムの加圧充填のために用意される。充填の後犠牲
体はアルミニウムの融点以下で熱処理される。その結果、特に均一に分布された
TiC, Al２O３及びAl３Tiを含む複合材料が得られる。
体はアルミニウムの融点以下で熱処理される。その結果、特に均一に分布された
TiC, Al２O３及びAl３Tiを含む複合材料が得られる。
【００３２】 ここで、複合材料の製造のために追加の熱処理を行うとき固相反応がおこるこ
とを指摘しなければならない。それ故この反応は、アルミニウムの融点以下でお
こる。好ましくは均一な複合材料は耐高熱性及び耐摩耗性を持つ。
とを指摘しなければならない。それ故この反応は、アルミニウムの融点以下でお
こる。好ましくは均一な複合材料は耐高熱性及び耐摩耗性を持つ。
【００３３】 本発明の方法並びに本発明の出発混合物または本発明の犠牲体は、特に、トラ
イボロジーシステムの、エンジンの構成要素の及び／又は車両の構成要素の及び
／又はブレーキディスクの摩擦面に、及び／又はブレーキディスク用摩擦面の製
作に特に適している。トライボロジーシステムには、ブレーキディスクと並んで
特にジェットエンジン及びモータの構造要素、特に滑り軸受け、刃物材料がある
と解される。
イボロジーシステムの、エンジンの構成要素の及び／又は車両の構成要素の及び
／又はブレーキディスクの摩擦面に、及び／又はブレーキディスク用摩擦面の製
作に特に適している。トライボロジーシステムには、ブレーキディスクと並んで
特にジェットエンジン及びモータの構造要素、特に滑り軸受け、刃物材料がある
と解される。
───────────────────────────────────────────────────── 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） // Ｆ１６Ｃ 33/24 Ｆ１６Ｃ 33/24 Ｚ Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｄ (72)発明者 ラウシャー，ステフェン ドイツ連邦共和国 ディー−89073 ウル ム，ヘレンケラーガッゼ 18 (72)発明者 シェイデッカー，ミヒャエル ドイツ連邦共和国 ディー−89278 ネル ジンゲン，メイゼンヴェック １ Ｆターム(参考） 3J011 DA02 SA04 SB04 SB13 SD04 SD10 SE10 3J058 AA41 BA61 EA14 EA28 GA31 GA33 GA63 GA68 GA73 GA92 4K020 AA22 AA25 AA27 AC01 BA02 BB26 BC02
Claims (40)
- 【請求項１】 Al2O3／アルミ化チタン複合体の製造のために出発混合物か ら犠牲体を製造する方法であり、その方法において前記出発混合物に、チタンを
特に酸化物として添加し、前記出発混合物で成形体を加圧成形し、該成形体を、
犠牲体を形成するために、変換温度で熱処理する方法であり、その場合において
犠牲体は、犠牲体にアルミニウム及び／又はアルミニウム合金（以下簡略にアル
ミニウムという）を加圧充填し、且つ犠牲体の材料をアルミニウムと反応させて
Al2O3／アルミ化チタン複合体を形成するためのものである犠牲体の製造方法で あって、 前記出発混合物に炭素及び／又はその前駆物質、充填剤及びバインダーを添加
し、前記バインダーによって前記出発混合物の個々の構成要素を少なくとも一部
の領域において圧力に対して安定であるように互いに結合し、充填剤又はバイン
ダーが、その後に前記出発材料を加圧成形してなる犠牲体にアルミニウムを充填
するときに又はその前に、除かれるように、前記充填剤の分解温度を、好ましく
は前記バインダーの分解温度も、充填温度と同じか又はそれ以下に選択し、且つ
前記成形体が、その後の加圧充填のために充填温度で熱する間に犠牲体に変換さ
れるように、前記変換温度を充填温度以下に設定することを特徴とする犠牲体の
製造方法。 - 【請求項２】 アルミニウムの充填に、加圧成形され、焼結されていない犠
牲体を供することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 犠牲体を最終形状に近い形状に作ることを特徴とする請求項
１に記載の方法。 - 【請求項４】 犠牲体を加圧成形し次いで最終形状に近い形状に加工するこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 チタン酸化物としてTiO及び／又はTi2O3及び／又はTi3O5及 び／又は好ましくはTiO2を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 【請求項６】 チタンの酸化物としてTiO2を使用し、TiO2を炭素で還元し、
且つ好ましくは充填剤及び／又はバインダーを熱により除くときに還元作用をす
る炭素を最終製品として形成し、犠牲体内に残すことを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項７】 充填剤を充填温度以下で蒸発させ及び／又は炭素に変換する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 バインダーを充填温度以下で蒸発させ及び／又は炭素に変換
することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 充填剤として、有機材料、好ましくは熱可塑性又は熱硬化性
材料、及び特に好ましくは澱粉及び／又は穀粉及び／又はセルロース誘導体、特
にアセチルセルロースを選択することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】 出発混合物の出発材料を均一に分散させることを特徴とす
る請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】 出発混合物に１乃至３重量パーセント（wt %) のバインダ
ーを添加することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１２】 バインダーとして、好ましくは水溶液の、ポリビニルアル
コール(PVA) 及び／又はポリエチレングリコール(PEG) を選択することを特徴と
する請求項１に記載の方法。 - 【請求項１３】 充填剤として、好ましくは１０μm 乃至１００μm の粒度
、特に好ましくは約２０μm の粒度を有する粉末を選択することを特徴とする請
求項１に記載の方法。 - 【請求項１４】 出発混合物に、充填温度において不揮発性の添加物、特に
TiC 及び／又はSiC 及び/ 又はBaC 及び／又はTiB2 を添加することを特徴とす
る請求項１に記載の方法。 - 【請求項１５】 出発混合物に、繊維、特に鉱物材料繊維及び／又はセラミ
ック材料繊維を添加することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１６】 犠牲体を製造するための出発混合物であり、該犠牲体は変
換温度で熱処理することによって成形体からつくられ、成形体自身は、チタンを
好ましくは酸化物として含む出発混合物を加圧成形してなるものであり、その場
合において犠牲体は、前記犠牲体に充填温度でアルミニウム及び／又はアルミニ
ウム合金（以下簡略にアルミニウムという）を充填し、且つ犠牲体の材料をアル
ミニウムと反応させ、前記反応でAl2O3／アルミ化チタン複合材料製部材を製造 するためのものである、犠牲体を製造するための出発混合物であって、 前記出発混合物は炭素及び／又はその前駆物質、充填剤及びバインダーを含み
、前記バインダーによって前記出発混合物の個々の構成要素を少なくとも一部の
領域において圧力に対して安定であるように互いに結合し、充填剤が、好ましく
はバインダーも、前記出発材料を加圧成形してなる、焼結していない犠牲体にア
ルミニウムを充填するときに又はその前に、除かれるように、前記充填剤の分解
温度が、好ましくは前記バインダーの分解温度も、充填温度と同じか又はそれ以
下であり、且つ充填温度で熱する間に犠牲体に前記成形体の犠牲体への変換がお
こるように、前記変換温度が充填温度以下又は充填温度と同等であることを特徴
とする犠牲体を製造するための出発混合物。 - 【請求項１７】 チタン酸化物が、還元作用をする炭素を有するTiO及び／ 又はTi2O3及び／又はTi3O5及び／又はTiO2であることを特徴とする請求項１６に
記載の出発混合物。 - 【請求項１８】 チタン酸化物がTiO2であり、前記炭素が前記TiO2に対して
還元作用をし、炭素がバインダー及び／又は充填剤を除くときに生じる最終製品
であることを特徴とする請求項１６に記載の出発混合物。 - 【請求項１９】 充填剤が及び場合によってはバインダーが、充填温度で又
は充填温度以下で蒸発可能及び／又は炭素に変換可能であることを特徴とする請
求項１６に記載の出発混合物。 - 【請求項２０】 充填剤が、有機の、好ましくは熱可塑性又は熱硬化性のも
のであり、特に好ましくは澱粉及び／又は穀粉及び／又はセルロース誘導体、特
にアセチルセルロースであることを特徴とする請求項１６に記載の出発混合物。 - 【請求項２１】 出発混合物の出発材料が犠牲体に加圧成形する前に均一に
分散せしめられることを特徴とする請求項１６に記載の出発混合物。 - 【請求項２２】 出発混合物が１乃至３重量パーセント(wt. %) のバインダ
ーを含むことを特徴とする請求項１６に記載の出発混合物。 - 【請求項２３】 バインダーが、好ましくは水溶液の、ポリビニルアルコー
ル(PVA) 及び／又はポリエチレングリコール(PEG) であることを特徴とする請求
項１６に記載の出発混合物。 - 【請求項２４】 充填剤が、好ましくは１０μm 乃至１００μm の粒度、特
に好ましくは約２０μm の粒度を有する粉末であることを特徴とする請求項１６
に記載の出発混合物。 - 【請求項２５】 出発混合物が、犠牲体の充填温度において不揮発性の添加
物、特にTiC及び／又はSiC及び/ 又はBaC及び／又はTiB2を含むことを特徴とす る請求項１６に記載の出発混合物。 - 【請求項２６】 前記出発混合物が、繊維、特に鉱物材料繊維及び／又はセ
ラミック材料繊維を含むことを特徴とする請求項１６に記載の出発混合物。 - 【請求項２７】 Al2O3／アルミ化チタン複合材料製部材を製造するための 犠牲体であり、該犠牲体は、チタンを特に酸化物として含み、この場合において
犠牲体は、犠牲体にアルミニウム及び／又はアルミニウム合金（以下簡略にアル
ミニウムという）を充填し、且つ犠牲体の材料とアルミニウムの反応時に、Al2O 3 ／アルミ化チタン複合材料製部材を形成するためのものであって、犠牲体自身 は変換温度における熱処理によって出発混合物を加圧成形してなる成形体から作
られる犠牲体であって、 焼結していない犠牲体は超過圧力下で安定しており、前記犠牲体は炭素および
／又はその前駆物質、充填剤及びバインダーを含み、前記バインダーによって前
記犠牲体の個々の構成要素を少なくとも一部の領域において圧力に対して安定で
あるように互いに結合し、充填剤が、好ましくはバインダーも、前記出発材料を
加圧成形した焼結していない犠牲体にアルミニウムを充填するときに又はその前
に、除かれるように、前記充填剤の分解温度が、好ましくは前記バインダーの分
解温度も、充填温度と同じか又はそれ以下であり、且つ前記変換温度が充填温度
以下又は充填温度と同一であることを特徴とする犠牲体。 - 【請求項２８】 チタン酸化物が、TiO及び／又はTi2O3及び／又はTi3O5及 び／又はTiO2であることを特徴とする請求項２７に記載の犠牲体。
- 【請求項２９】 チタン酸化物が、TiO2であり、炭素が前記TiO2に対して還
元作用をする炭素であり、炭素がバインダー及び／又は充填剤を除くときに生じ
る最終製品であることを特徴とする請求項２７に記載の犠牲体。 - 【請求項３０】 充填剤が及び場合によってはバインダーが、充填温度で又
は充填温度以下で蒸発可能及び／又は炭素に変換可能であることを特徴とする請
求項２７に記載の犠牲体。 - 【請求項３１】 充填剤が、有機の、好ましくは熱可塑性又は熱硬化性のも
のであり、特に好ましくは澱粉及び／又は穀粉及び／又はセルロース誘導体、特
にアセチルセルロースであることを特徴とする請求項２７に記載の犠牲体。 - 【請求項３２】 出発材料が犠牲体に均一に分散せしめられることを特徴と
する請求項２７に記載の犠牲体。 - 【請求項３３】 犠牲体が１乃至３重量パーセント(wt. %) のバインダーを
含むことを特徴とする請求２７に記載の犠牲体。 - 【請求項３４】 バインダーが、好ましくは水溶液の、ポリビニルアルコー
ル(PVA) 及び／又はポリエチレングリコール(PEG) であることを特徴とする請求
項27に記載の犠牲体。 - 【請求項３５】 充填剤が、好ましくは１０μm 乃至１００μm の粒度、特
に好ましくは約２０μm の粒度を有する粉末であることを特徴とする請求項２７
に記載の犠牲体。 - 【請求項３６】 犠牲体が、充填温度において不揮発性の添加物、特にTiC
及び／又はSiC 及び/ 又はBaC 及び／又はTiB2 を含むことを特徴とする請求項
２７に記載の犠牲体。 - 【請求項３７】 犠牲体が、繊維、特に鉱物材料繊維及び／又はセラミック
材料繊維を含むことを特徴とする請求項２７に記載の犠牲体。 - 【請求項３８】 トライボロジーシステムの摩擦面を又はエンジン構成要素
を及び／又は自動車の構成要素を及び／又はブレーキディスクを及び／又はブレ
ーキディスクの摩擦面をつくるための請求項１に記載の方法の利用。 - 【請求項３９】 トライボロジーシステムの摩擦面を又はエンジン構成要素
を及び／又は自動車の構成要素を及び／又はブレーキディスクを及び／又はブレ
ーキディスクの摩擦面をつくるための請求項１６記載の出発混合物の利用。 - 【請求項４０】 トライボロジーシステムの摩擦面を又はエンジン構成要素
を及び／又は自動車の構成要素を及び／又はブレーキディスクを及び／又はブレ
ーキディスクの摩擦面をつくるための請求項２７記載の犠牲体の利用。
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