JP2002053941A - 金属基複合材料の製造方法および製造装置 - Google Patents
金属基複合材料の製造方法および製造装置Info
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- JP2002053941A JP2002053941A JP2000244037A JP2000244037A JP2002053941A JP 2002053941 A JP2002053941 A JP 2002053941A JP 2000244037 A JP2000244037 A JP 2000244037A JP 2000244037 A JP2000244037 A JP 2000244037A JP 2002053941 A JP2002053941 A JP 2002053941A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マトリクス金属の溶湯中に微細な第２相粒子
を効率的に分散させることができる金属基複合材料の製
造方法および製造装置を提供する。 【解決手段】 金属マトリクス中に第２相粒子が分散し
ている金属基複合材料の製造方法において、マトリクス
金属の溶湯中に中空筒状の超音波振動子を浸漬して超音
波振動を引加しつつ、上記振動子の中空部を通して第２
相粒子を該溶湯中に供給する。この方法を行うための装
置は、マトリクス金属の溶湯を収容する容器、超音波発
振装置、および中空筒状の超音波振動子を備えており、
この振動子は、一端が上記超音波発振装置に接続され、
他端が上記溶湯中に浸漬され、外部から中空部への第２
相粒子の受入口が上記一端の近傍に開口し、該中空部か
ら上記溶湯への第２相粒子の送出口が上記他端に開口し
ている。
を効率的に分散させることができる金属基複合材料の製
造方法および製造装置を提供する。 【解決手段】 金属マトリクス中に第２相粒子が分散し
ている金属基複合材料の製造方法において、マトリクス
金属の溶湯中に中空筒状の超音波振動子を浸漬して超音
波振動を引加しつつ、上記振動子の中空部を通して第２
相粒子を該溶湯中に供給する。この方法を行うための装
置は、マトリクス金属の溶湯を収容する容器、超音波発
振装置、および中空筒状の超音波振動子を備えており、
この振動子は、一端が上記超音波発振装置に接続され、
他端が上記溶湯中に浸漬され、外部から中空部への第２
相粒子の受入口が上記一端の近傍に開口し、該中空部か
ら上記溶湯への第２相粒子の送出口が上記他端に開口し
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属マトリクス中
に第２相粒子が分散している金属基複合材料の製造方法
および製造装置に関する。
に第２相粒子が分散している金属基複合材料の製造方法
および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属マトリクス中にセラミックス等の第
２相粒子を分散させた分散強化型の金属基複合材料が種
々知られている。その典型的な製造方法の一つとして、
マトリクス金属の溶湯中に第２相粒子を供給して分散さ
せた状態で凝固させる方法が知られている。第２相粒子
は典型的には強化粒子であり、複合材料に強度を付与す
ると共に延性あるいは靱性を確保するために、微細であ
ることが望ましい。しかし、セラミックス等の強化粒子
は金属溶湯との濡れ性が低いため、粒子が微細になるほ
ど溶湯中に取り込まれ難くなり、均一に分散させること
が困難になる。
２相粒子を分散させた分散強化型の金属基複合材料が種
々知られている。その典型的な製造方法の一つとして、
マトリクス金属の溶湯中に第２相粒子を供給して分散さ
せた状態で凝固させる方法が知られている。第２相粒子
は典型的には強化粒子であり、複合材料に強度を付与す
ると共に延性あるいは靱性を確保するために、微細であ
ることが望ましい。しかし、セラミックス等の強化粒子
は金属溶湯との濡れ性が低いため、粒子が微細になるほ
ど溶湯中に取り込まれ難くなり、均一に分散させること
が困難になる。
【０００３】従来、金属マトリクス中に強化粒子が分散
している金属基複合材料の製造方法が種々提案されてい
る。例えば、特開平４−１５８９５２号公報には、マト
リクス金属の溶湯中に浸漬したホーンを通して超音波を
付与することにより、溶湯中に懸濁している強化粒子を
均一に分散させ、凝集、粗大化を抑制する方法が提案さ
れている。しかし、この方法では、微粉末状の強化粒子
を溶湯の表面に添加すると、超音波ホーンから離れた坩
堝炉壁に溜まってしまい、機械的攪拌または電磁攪拌等
によって溶湯を攪拌しなくては、効率的な製造はできな
い。
している金属基複合材料の製造方法が種々提案されてい
る。例えば、特開平４−１５８９５２号公報には、マト
リクス金属の溶湯中に浸漬したホーンを通して超音波を
付与することにより、溶湯中に懸濁している強化粒子を
均一に分散させ、凝集、粗大化を抑制する方法が提案さ
れている。しかし、この方法では、微粉末状の強化粒子
を溶湯の表面に添加すると、超音波ホーンから離れた坩
堝炉壁に溜まってしまい、機械的攪拌または電磁攪拌等
によって溶湯を攪拌しなくては、効率的な製造はできな
い。
【０００４】また、特開平２−１９７５３６号公報に
は、先ず、強化粒子が分している金属基複合材料を予備
的に作製し、これをマトリクス金属の溶湯中に浸漬し、
これに耐熱性ブラシを当接させて超音波振動を付与する
ことにより、金属基複合材料をほぐし、金属基複合材料
中の強化粒子を強制的に溶湯に濡らして分散させる方法
が提案されている。しかし、この方法は、予備的に金属
基複合材料を作製する必要がある上、ブラシによる解き
ほぐしに長時間を要するため、効率的な製造はできな
い。
は、先ず、強化粒子が分している金属基複合材料を予備
的に作製し、これをマトリクス金属の溶湯中に浸漬し、
これに耐熱性ブラシを当接させて超音波振動を付与する
ことにより、金属基複合材料をほぐし、金属基複合材料
中の強化粒子を強制的に溶湯に濡らして分散させる方法
が提案されている。しかし、この方法は、予備的に金属
基複合材料を作製する必要がある上、ブラシによる解き
ほぐしに長時間を要するため、効率的な製造はできな
い。
【０００５】このように、従来の方法では、マトリクス
金属の溶湯中に微細な第２相粒子を効率的に分散させる
ことができないという問題があった。
金属の溶湯中に微細な第２相粒子を効率的に分散させる
ことができないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題を解消し、マトリクス金属の溶湯中に微細な第
２相粒子を効率的に分散させることができる金属基複合
材料の製造方法および製造装置を提供することを目的と
する。
術の問題を解消し、マトリクス金属の溶湯中に微細な第
２相粒子を効率的に分散させることができる金属基複合
材料の製造方法および製造装置を提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の金属基複合材料の製造方法は、金属マト
リクス中に第２相粒子が分散している金属基複合材料の
製造方法において、マトリクス金属の溶湯中に中空筒状
の超音波振動子を浸漬して超音波振動を引加しつつ、上
記振動子の中空部を通して第２相粒子を該溶湯中に供給
することを特徴とする。
めに、本発明の金属基複合材料の製造方法は、金属マト
リクス中に第２相粒子が分散している金属基複合材料の
製造方法において、マトリクス金属の溶湯中に中空筒状
の超音波振動子を浸漬して超音波振動を引加しつつ、上
記振動子の中空部を通して第２相粒子を該溶湯中に供給
することを特徴とする。
【０００８】また、上記本発明の方法を行うための金属
基複合材料の製造装置は、金属マトリクス中に第２相粒
子が分散している金属基複合材料の製造装置であって、
マトリクス金属の溶湯を収容する容器、超音波発振装
置、および一端が上記超音波発振装置に接続され、他端
が上記溶湯中に浸漬される中空筒状の超音波振動子であ
って、外部から中空部への第２相粒子の受入口が上記一
端の近傍に開口し、該中空部から上記溶湯への第２相粒
子の送出口が上記他端に開口している超音波振動子、を
備えたことを特徴とする。
基複合材料の製造装置は、金属マトリクス中に第２相粒
子が分散している金属基複合材料の製造装置であって、
マトリクス金属の溶湯を収容する容器、超音波発振装
置、および一端が上記超音波発振装置に接続され、他端
が上記溶湯中に浸漬される中空筒状の超音波振動子であ
って、外部から中空部への第２相粒子の受入口が上記一
端の近傍に開口し、該中空部から上記溶湯への第２相粒
子の送出口が上記他端に開口している超音波振動子、を
備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１の本発明の方法を行うための
金属基複合材料の製造装置を断面図で示す。図示の装置
は、マトリクス金属の溶湯１を収容する容器２、超音波
発振装置３および中空筒状の超音波振動子４を備えてい
る。超音波振動子４は、一端４１が上記超音波発振装置
３に接続され、他端４２が上記溶湯中１に浸漬される。
振動子４には、外部から中空部４ａへの第２相粒子の受
入口４ｂが上記一端の４１近傍に開口し、該中空部４ａ
から上記溶湯１への第２相粒子の送出口４ｃが上記他端
４２に開口している。
金属基複合材料の製造装置を断面図で示す。図示の装置
は、マトリクス金属の溶湯１を収容する容器２、超音波
発振装置３および中空筒状の超音波振動子４を備えてい
る。超音波振動子４は、一端４１が上記超音波発振装置
３に接続され、他端４２が上記溶湯中１に浸漬される。
振動子４には、外部から中空部４ａへの第２相粒子の受
入口４ｂが上記一端の４１近傍に開口し、該中空部４ａ
から上記溶湯１への第２相粒子の送出口４ｃが上記他端
４２に開口している。
【００１０】マトリクス金属の溶湯１を収容している容
器２は、加熱炉（図示せず）内に設置されており、溶湯
１は所定の温度に保持されている。この溶湯１中に中空
筒状の超音波振動子４を浸漬し、超音波発振装置３を作
動させて振動子４を超音波振動させる。図中に矢印で示
したように、粉末状の第２相粒子を受入口４ｂへ供給す
る。第２相粒子粉末は、貯蔵容器に貯蔵されており、振
動子４の超音波振動を阻害しない柔軟な供給管を介して
受入口４ｂに送り込まれる。受入口４ｂに供給された第
２相粒子は、振動子４の中空部４ａを通って落下し、溶
湯１中に開口している送出口４ｃから溶湯１中に供給さ
れる。第２相粒子は、中空部４ａを通過する際に振動子
４から超音波振動を付与されるので、溶湯自体の超音波
振動と協働して濡れが著しく促進され、溶湯１に落下す
ると直ちに溶湯中に分散する。
器２は、加熱炉（図示せず）内に設置されており、溶湯
１は所定の温度に保持されている。この溶湯１中に中空
筒状の超音波振動子４を浸漬し、超音波発振装置３を作
動させて振動子４を超音波振動させる。図中に矢印で示
したように、粉末状の第２相粒子を受入口４ｂへ供給す
る。第２相粒子粉末は、貯蔵容器に貯蔵されており、振
動子４の超音波振動を阻害しない柔軟な供給管を介して
受入口４ｂに送り込まれる。受入口４ｂに供給された第
２相粒子は、振動子４の中空部４ａを通って落下し、溶
湯１中に開口している送出口４ｃから溶湯１中に供給さ
れる。第２相粒子は、中空部４ａを通過する際に振動子
４から超音波振動を付与されるので、溶湯自体の超音波
振動と協働して濡れが著しく促進され、溶湯１に落下す
ると直ちに溶湯中に分散する。
【００１１】本発明において、第２相粒子の供給と併せ
て、受入口４ｂから不活性ガスを供給し、溶湯の攪拌お
よび／または脱ガスを同時に行うこともできる。本発明
を適用する第２相粒子の形態は、粒状に限定する必要は
なく、振動子の中空部を通して供給できる形態であれば
よく、繊維状であってもよい。粒状の第２相粒子として
は、ＳｉＣ粒子、Ａｌ2 Ｏ3 粒子、ＳｉＯ2 粒子等が典
型的であり、繊維状の第２相粒子としては、炭素繊維、
Ａｌ2 Ｏ3 繊維等が典型的である。
て、受入口４ｂから不活性ガスを供給し、溶湯の攪拌お
よび／または脱ガスを同時に行うこともできる。本発明
を適用する第２相粒子の形態は、粒状に限定する必要は
なく、振動子の中空部を通して供給できる形態であれば
よく、繊維状であってもよい。粒状の第２相粒子として
は、ＳｉＣ粒子、Ａｌ2 Ｏ3 粒子、ＳｉＯ2 粒子等が典
型的であり、繊維状の第２相粒子としては、炭素繊維、
Ａｌ2 Ｏ3 繊維等が典型的である。
【００１２】
【実施例】図１に示した装置を用いて、本発明によりＳ
ｉＣ分散強化型Ａｌ基複合材料を製造した。容器２内に
Ａｌ溶湯１を７５０℃に保持し、炭化珪素（ＳｉＣ）製
の超音波振動子を浸漬してから、超音波発振装置３を始
動させて２０ｋＨｚ、６００Ｗの超音波振動を引加し
た。この状態で、受入口４ｂからＳｉＣ粉末（平均粒
径：１５μｍ）を供給した。ＳｉＣ添加量は、得られる
金属基複合材料中のＳｉＣ体積率が２０vol%となるよう
に設定した。
ｉＣ分散強化型Ａｌ基複合材料を製造した。容器２内に
Ａｌ溶湯１を７５０℃に保持し、炭化珪素（ＳｉＣ）製
の超音波振動子を浸漬してから、超音波発振装置３を始
動させて２０ｋＨｚ、６００Ｗの超音波振動を引加し
た。この状態で、受入口４ｂからＳｉＣ粉末（平均粒
径：１５μｍ）を供給した。ＳｉＣ添加量は、得られる
金属基複合材料中のＳｉＣ体積率が２０vol%となるよう
に設定した。
【００１３】所定量の粉末を添加した後、溶湯の加熱を
停止し、溶湯の凝固開始直前に超音波振動を停止した。
その後、室温まで放冷して凝固させた。凝固後に、容器
３から金属基複合材料を取り出した。得られたＳｉＣ分
散強化型Ａｌ基複合材料の断面を顕微鏡観察した結果、
ＳｉＣ粒子が均一に分散した組織であった。本実施例で
は、強化粒子（第２相粒子）としてＳｉＣを用いた例を
説明したが、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 を用いた場合につい
ても同様に均一分散組織が得られることを確認した。
停止し、溶湯の凝固開始直前に超音波振動を停止した。
その後、室温まで放冷して凝固させた。凝固後に、容器
３から金属基複合材料を取り出した。得られたＳｉＣ分
散強化型Ａｌ基複合材料の断面を顕微鏡観察した結果、
ＳｉＣ粒子が均一に分散した組織であった。本実施例で
は、強化粒子（第２相粒子）としてＳｉＣを用いた例を
説明したが、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 を用いた場合につい
ても同様に均一分散組織が得られることを確認した。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、マトリクス金属の溶湯
中に微細な第２相粒子を効率的に分散させることができ
る金属基複合材料の製造方法および製造装置が提供され
る。
中に微細な第２相粒子を効率的に分散させることができ
る金属基複合材料の製造方法および製造装置が提供され
る。
【図１】図１は、本発明によって第２相粒子をマトリク
ス金属の溶湯中に分散させるための装置を示す断面図で
ある。
ス金属の溶湯中に分散させるための装置を示す断面図で
ある。
１…マトリクス金属の溶湯 ２…溶湯容器 ３…超音波発振装置 ４…超音波振動子 ４１…振動子４の発振装置側端部 ４２…振動子４の溶湯中浸漬側端部 ４ａ…振動子４の中空部 ４ｂ…振動子４の第２相粒子受入口 ４ｃ…振動子４の第２相粒子送出口
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） Ｃ２２Ｃ 1/10 Ｃ２２Ｃ 1/10 Ｇ 47/12 47/12 // Ｂ２２Ｄ 27/00 Ｂ２２Ｄ 27/00
Claims (2)
- 【請求項１】 金属マトリクス中に第２相粒子が分散し
ている金属基複合材料の製造方法において、 マトリクス金属の溶湯中に中空筒状の超音波振動子を浸
漬して超音波振動を引加しつつ、上記振動子の中空部を
通して第２相粒子を該溶湯中に供給することを特徴とす
る金属基複合材料の製造方法。 - 【請求項２】 金属マトリクス中に第２相粒子が分散し
ている金属基複合材料の製造装置であって、 マトリクス金属の溶湯を収容する容器、 超音波発振装置、および一端が上記超音波発振装置に接
続され、他端が上記溶湯中に浸漬される中空筒状の超音
波振動子であって、外部から中空部への第２相粒子の受
入口が上記一端の近傍に開口し、該中空部から上記溶湯
への第２相粒子の送出口が上記他端に開口している超音
波振動子、を備えたことを特徴とする金属基複合材料の
製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000244037A JP2002053941A (ja) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | 金属基複合材料の製造方法および製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000244037A JP2002053941A (ja) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | 金属基複合材料の製造方法および製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002053941A true JP2002053941A (ja) | 2002-02-19 |
Family
ID=18734786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000244037A Pending JP2002053941A (ja) | 2000-08-07 | 2000-08-07 | 金属基複合材料の製造方法および製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002053941A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007216239A (ja) * | 2006-02-14 | 2007-08-30 | National Institute For Materials Science | 鋳造方法 |
| KR101977858B1 (ko) * | 2018-11-06 | 2019-05-13 | 주식회사 디알액시온 | 초음파 에너지를 이용한 금속복합소재 제조장치 및 제조방법 |
| US10837081B2 (en) | 2014-11-05 | 2020-11-17 | Constellium Issoire | Method for using a tubular sonotrode |
-
2000
- 2000-08-07 JP JP2000244037A patent/JP2002053941A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007216239A (ja) * | 2006-02-14 | 2007-08-30 | National Institute For Materials Science | 鋳造方法 |
| US10837081B2 (en) | 2014-11-05 | 2020-11-17 | Constellium Issoire | Method for using a tubular sonotrode |
| KR101977858B1 (ko) * | 2018-11-06 | 2019-05-13 | 주식회사 디알액시온 | 초음파 에너지를 이용한 금속복합소재 제조장치 및 제조방법 |
| WO2020096244A1 (ko) * | 2018-11-06 | 2020-05-14 | 주식회사 디알액시온 | 초음파 에너지를 이용한 금속복합소재 제조장치 및 제조방법 |
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