JP2002212655A - 金属部を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法 - Google Patents
金属部を有する金属−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】 穴内面が緻密でポアがなく、また、欠けるこ
とのない穴を形成できる金属部を有する金属−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またはセ
ラミックス繊維で穴を有するプリフォームを形成し、そ
のプリフォームにマトリックスである溶融したアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で
浸透させて複合材料を作製し、その複合材料中のアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金部（プリフォームの穴
部）に穴を開け、その穴に棒状の緻密なアルミニウム合
金を挿入した後、それを窒素雰囲気中で４００〜６５０
℃の温度で加熱処理することとした金属部を有する金属
−セラミックス複合材料の製造方法。
とのない穴を形成できる金属部を有する金属−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またはセ
ラミックス繊維で穴を有するプリフォームを形成し、そ
のプリフォームにマトリックスである溶融したアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で
浸透させて複合材料を作製し、その複合材料中のアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金部（プリフォームの穴
部）に穴を開け、その穴に棒状の緻密なアルミニウム合
金を挿入した後、それを窒素雰囲気中で４００〜６５０
℃の温度で加熱処理することとした金属部を有する金属
−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、特に穴を形成する部分に
金属部を有する金属−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、特に穴を形成する部分に
金属部を有する金属−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】セラミックス粉末またはセラミックス繊
維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金
をマトリックスとする金属−セラミックス複合材料の製
造方法には、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。
維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金
をマトリックスとする金属−セラミックス複合材料の製
造方法には、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】この方法は、ＳｉＣやＡｌ2Ｏ3などのセラ
ミックス粉末またはセラミックス繊維で形成されたプリ
フォームにＭｇを含む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り、
セラミックスを高い範囲まで含有させることができると
ころに大きな特徴がある。
ミックス粉末またはセラミックス繊維で形成されたプリ
フォームにＭｇを含む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り、
セラミックスを高い範囲まで含有させることができると
ころに大きな特徴がある。
【０００４】しかし、この方法で作製された複合材料
は、セラミックスを多く含んでいる難削材料であるた
め、穴を形成する場合には、通常は事前に穴を有するプ
リフォームを形成し、そのプリフォームにアルミニウム
またはアルミニウム合金を浸透させ、得られた複合材料
の金属部（プリフォームの穴部）にドリル等で穴を開け
て対応している。
は、セラミックスを多く含んでいる難削材料であるた
め、穴を形成する場合には、通常は事前に穴を有するプ
リフォームを形成し、そのプリフォームにアルミニウム
またはアルミニウム合金を浸透させ、得られた複合材料
の金属部（プリフォームの穴部）にドリル等で穴を開け
て対応している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法で作製された複合材料は、溶融して浸透させたアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金が緻密でないため、複合
材料中のその金属部に穴を開けても、その形成した穴の
内面はポアが多く、また、穴形成時に欠けるという問題
があった。特に小径で長穴を形成する場合には、その問
題が致命的となっている。
法で作製された複合材料は、溶融して浸透させたアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金が緻密でないため、複合
材料中のその金属部に穴を開けても、その形成した穴の
内面はポアが多く、また、穴形成時に欠けるという問題
があった。特に小径で長穴を形成する場合には、その問
題が致命的となっている。
【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、穴内面が緻密でポアがなく、また、
欠けることのない穴を形成できる金属部を有する金属−
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、穴内面が緻密でポアがなく、また、
欠けることのない穴を形成できる金属部を有する金属−
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。
【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、穴を形成する部分に
緻密なアルミニウム合金を挿入して一体化すれば、その
アルミニウム合金部に穴を形成しても、形成した穴内面
はポアがなく、欠けることのない穴を形成できる金属部
を有する金属−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、穴を形成する部分に
緻密なアルミニウム合金を挿入して一体化すれば、その
アルミニウム合金部に穴を形成しても、形成した穴内面
はポアがなく、欠けることのない穴を形成できる金属部
を有する金属−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、強化材であるセラミック
ス粉末またはセラミックス繊維で穴を有するプリフォー
ムを形成し、そのプリフォームにマトリックスである溶
融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を窒素雰囲
気中で非加圧で浸透させて複合材料を作製し、その複合
材料中のアルミニウムまたはアルミニウム合金部（プリ
フォームの穴部）に穴を開け、その穴に棒状の緻密なア
ルミニウム合金を挿入した後、それを窒素雰囲気中で４
００〜６５０℃の温度で加熱処理することを特徴とする
金属部を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法
とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。
ス粉末またはセラミックス繊維で穴を有するプリフォー
ムを形成し、そのプリフォームにマトリックスである溶
融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を窒素雰囲
気中で非加圧で浸透させて複合材料を作製し、その複合
材料中のアルミニウムまたはアルミニウム合金部（プリ
フォームの穴部）に穴を開け、その穴に棒状の緻密なア
ルミニウム合金を挿入した後、それを窒素雰囲気中で４
００〜６５０℃の温度で加熱処理することを特徴とする
金属部を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法
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、この方法は、先ず複
合材料の段階で穴を開ける部分を金属部とした複合材料
を作製し、その金属部に穴を形成し、その穴に棒状の緻
密なアルミニウム合金を挿入し、それを加熱処理して複
合材料中のアルミニウムまたはアルミニウム合金と挿入
したアルミニウム合金棒とを融着接合して一体化させて
いるので、その合金棒部に穴を形成しても、形成した穴
内面はポアがなく、また、欠けることのない穴を形成で
きる金属部を有する金属−セラミックス複合材料とする
ことのできる作製方法となる。
合材料の段階で穴を開ける部分を金属部とした複合材料
を作製し、その金属部に穴を形成し、その穴に棒状の緻
密なアルミニウム合金を挿入し、それを加熱処理して複
合材料中のアルミニウムまたはアルミニウム合金と挿入
したアルミニウム合金棒とを融着接合して一体化させて
いるので、その合金棒部に穴を形成しても、形成した穴
内面はポアがなく、また、欠けることのない穴を形成で
きる金属部を有する金属−セラミックス複合材料とする
ことのできる作製方法となる。
【００１０】また、径が１０ｍｍ程度のかなり大径の
穴、あるいはネジ穴の場合であっても、プリフォームの
穴部に浸透してきたアルミニウムまたはアルミニウム合
金で充填されることはないものの、プリフォームの穴内
面に浸透してきたアルミニウムまたはアルミニウム合金
の染み出しがあるので、その穴にアルミニウム合金の棒
を挿入して加熱処理すれば、染み出したアルミニウムま
たはアルミニウム合金と挿入したアルミニウム合金棒と
が同じように融着接合して一体化され、本発明と同じよ
うに緻密な金属部を設けられるので、かなり大径の穴で
あっても、形成した穴内面はポアがなく、また、欠ける
ことのない穴を形成できる金属部を有する金属−セラミ
ックス複合材料とすることができる。
穴、あるいはネジ穴の場合であっても、プリフォームの
穴部に浸透してきたアルミニウムまたはアルミニウム合
金で充填されることはないものの、プリフォームの穴内
面に浸透してきたアルミニウムまたはアルミニウム合金
の染み出しがあるので、その穴にアルミニウム合金の棒
を挿入して加熱処理すれば、染み出したアルミニウムま
たはアルミニウム合金と挿入したアルミニウム合金棒と
が同じように融着接合して一体化され、本発明と同じよ
うに緻密な金属部を設けられるので、かなり大径の穴で
あっても、形成した穴内面はポアがなく、また、欠ける
ことのない穴を形成できる金属部を有する金属−セラミ
ックス複合材料とすることができる。
【００１１】穴を形成する部分を金属部としない複合材
料の場合には、その複合材料に直接穴を開け、その穴に
アルミニウム合金からなる棒を挿入し、それを同様に窒
素雰囲気中で４００〜６５０℃の温度で加熱処理するこ
とにより、複合材料中のアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金と挿入したアルミニウム合金棒とを一体化させて
もよいが、この方法は、先に述べたように複合材料が難
削材料であるため、穴を形成するのにコストが高くな
り、特に小径で長穴を形成することは極めてコストが高
くなり、また、挿入する棒の寸法に合う穴を精度よく形
成するにも難しい問題がある。
料の場合には、その複合材料に直接穴を開け、その穴に
アルミニウム合金からなる棒を挿入し、それを同様に窒
素雰囲気中で４００〜６５０℃の温度で加熱処理するこ
とにより、複合材料中のアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金と挿入したアルミニウム合金棒とを一体化させて
もよいが、この方法は、先に述べたように複合材料が難
削材料であるため、穴を形成するのにコストが高くな
り、特に小径で長穴を形成することは極めてコストが高
くなり、また、挿入する棒の寸法に合う穴を精度よく形
成するにも難しい問題がある。
【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、先ずセラミックスとしてＳｉＣ、
Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮなどのセラミックス粉末またはセラミ
ックス繊維を用意し、一方、浸透させるアルミニウム合
金としてＭｇを含むアルミニウム合金のインゴットも用
意し、さらに穴に挿入する緻密なアルミニウム合金から
なる棒も用意する。
らに詳しく述べると、先ずセラミックスとしてＳｉＣ、
Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮなどのセラミックス粉末またはセラミ
ックス繊維を用意し、一方、浸透させるアルミニウム合
金としてＭｇを含むアルミニウム合金のインゴットも用
意し、さらに穴に挿入する緻密なアルミニウム合金から
なる棒も用意する。
【００１３】用意したセラミックス粉末またはセラミッ
クス繊維でセディメントキャスト法などによりプリフォ
ームを形成し、これに穴を開ける。穴を開ける方法とし
ては、スラリーを流し込む鋳型に穴を有する鋳型を用い
ることによりあらかじめ穴を有するプリフォームを形成
してもよいし、プリフォームに機械加工などの後加工し
て穴を開けてもよい。
クス繊維でセディメントキャスト法などによりプリフォ
ームを形成し、これに穴を開ける。穴を開ける方法とし
ては、スラリーを流し込む鋳型に穴を有する鋳型を用い
ることによりあらかじめ穴を有するプリフォームを形成
してもよいし、プリフォームに機械加工などの後加工し
て穴を開けてもよい。
【００１４】得られたプリフォームに先に用意したアル
ミニウム合金のインゴットを接触させ、それを窒素雰囲
気中で７００〜９００℃の温度で熱処理し、溶融したア
ルミニウム合金を非加圧で浸透させ、冷却して複合材料
を作製する。得られた複合材料の金属部（プリフォーム
の穴部）にドリルなどで穴を形成する。
ミニウム合金のインゴットを接触させ、それを窒素雰囲
気中で７００〜９００℃の温度で熱処理し、溶融したア
ルミニウム合金を非加圧で浸透させ、冷却して複合材料
を作製する。得られた複合材料の金属部（プリフォーム
の穴部）にドリルなどで穴を形成する。
【００１５】形成された穴に用意したアルミニウム合金
からなる棒を挿入する。挿入する棒のアルミニウム合金
の種類としては、例えばＪＩＳ規格で規定されているＡ
５０５６などが緻密でポアがなく、適度に延性があるの
で適している。それを窒素雰囲気中で４００〜６５０℃
の温度で加熱処理することにより、複合材料中のアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金と挿入したアルミニウム
合金棒とが融着し、接合されて一体化した複合材料が作
製される。加熱処理時間は２〜１６時間が適当である。
からなる棒を挿入する。挿入する棒のアルミニウム合金
の種類としては、例えばＪＩＳ規格で規定されているＡ
５０５６などが緻密でポアがなく、適度に延性があるの
で適している。それを窒素雰囲気中で４００〜６５０℃
の温度で加熱処理することにより、複合材料中のアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金と挿入したアルミニウム
合金棒とが融着し、接合されて一体化した複合材料が作
製される。加熱処理時間は２〜１６時間が適当である。
【００１６】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、その複合材料のアルミニウム合金部にド
リルなどで穴を形成しても、形成した穴内面は緻密でポ
アがなく、また、欠けることのない穴を形成できる金属
部を有する金属−セラミックス複合材料が得られる。
を作製すれば、その複合材料のアルミニウム合金部にド
リルなどで穴を形成しても、形成した穴内面は緻密でポ
アがなく、また、欠けることのない穴を形成できる金属
部を有する金属−セラミックス複合材料が得られる。
【００１７】
【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。
【００１８】（実施例） （１）金属−セラミックス複合材料の作製 強化材として＃１８０（平均粒径６６μｍ）の市販Ｓｉ
Ｃ粉末７０質量部と＃５００（平均粒径２５μｍ）の市
販ＳｉＣ粉末３０質量部を用い、それにバインダーとし
てコロイダルシリカ液をシリカ固形分が２重量部となる
量を添加し、それに消泡剤としてフォーマスタＶＬ（サ
ンノブコ社製）を０．２重量部、イオン交換水を２４重
量部加え、ポットミルで１２時間混合した。
Ｃ粉末７０質量部と＃５００（平均粒径２５μｍ）の市
販ＳｉＣ粉末３０質量部を用い、それにバインダーとし
てコロイダルシリカ液をシリカ固形分が２重量部となる
量を添加し、それに消泡剤としてフォーマスタＶＬ（サ
ンノブコ社製）を０．２重量部、イオン交換水を２４重
量部加え、ポットミルで１２時間混合した。
【００１９】得られたスラリーを中央部にφ５ｍｍの穴
が形成できる３０×３０×３０ｍｍの成形体が得られる
ゴム型に流し込み、それを２４時間静置し、ＳｉＣ粉末
を沈殿させ、上済み液を布などで除去した後、それを冷
凍室に入れ、３０時間冷凍させて脱型した。得られた成
形体を１０００℃の温度で焼成して中央部にφ５ｍｍの
穴を有するＳｉＣ粉末の充填率が７０体積％のプリフォ
ームを形成した。
が形成できる３０×３０×３０ｍｍの成形体が得られる
ゴム型に流し込み、それを２４時間静置し、ＳｉＣ粉末
を沈殿させ、上済み液を布などで除去した後、それを冷
凍室に入れ、３０時間冷凍させて脱型した。得られた成
形体を１０００℃の温度で焼成して中央部にφ５ｍｍの
穴を有するＳｉＣ粉末の充填率が７０体積％のプリフォ
ームを形成した。
【００２０】得られたプリフォームにＡｌ−１２Ｓｉ−
３Ｍｇ組成のアルミニウム合金のインゴットを置き、そ
れを窒素雰囲気中で８２５℃の温度で熱処理し、溶融し
たアルミニウム合金を２４時間非加圧浸透させた後、冷
却して複合材料を作製した。
３Ｍｇ組成のアルミニウム合金のインゴットを置き、そ
れを窒素雰囲気中で８２５℃の温度で熱処理し、溶融し
たアルミニウム合金を２４時間非加圧浸透させた後、冷
却して複合材料を作製した。
【００２１】得られた複合材料の金属部にφ３、２ｍｍ
の貫通した穴をドリルで形成し、その穴にＪＩＳ規格で
規定されているＡ５０５６からなる直径が３ｍｍで長さ
が３０ｍｍのアルミニウム合金棒を挿入し、それを窒素
雰囲気中で５００℃の温度で加熱処理して金属部を有す
る複合材料を作製した。
の貫通した穴をドリルで形成し、その穴にＪＩＳ規格で
規定されているＡ５０５６からなる直径が３ｍｍで長さ
が３０ｍｍのアルミニウム合金棒を挿入し、それを窒素
雰囲気中で５００℃の温度で加熱処理して金属部を有す
る複合材料を作製した。
【００２２】（２）評価 得られた複合材料を金属部を含めて切断し、その切断面
の金属部の状態を目視で調べた。その結果、合金棒との
界面は間隙やポアもなく、複合材料中のアルミニウム合
金と密実に接合されていることが認められた。また、得
られた複合材料の金属部に直径が１ｍｍの貫通穴をドリ
ルで開け、その穴の部分を切断して穴の内面の状態を目
視で調べた。その結果、穴の内面はポアもなく、欠けも
なかった。このことは、本発明の複合材料であれば、そ
の複合材料の金属部に穴を形成しても、穴の内面にはポ
アもなく、欠けもない緻密な穴を形成できる金属部を有
する金属−セラミックス複合材料とすることができるこ
とを示している。
の金属部の状態を目視で調べた。その結果、合金棒との
界面は間隙やポアもなく、複合材料中のアルミニウム合
金と密実に接合されていることが認められた。また、得
られた複合材料の金属部に直径が１ｍｍの貫通穴をドリ
ルで開け、その穴の部分を切断して穴の内面の状態を目
視で調べた。その結果、穴の内面はポアもなく、欠けも
なかった。このことは、本発明の複合材料であれば、そ
の複合材料の金属部に穴を形成しても、穴の内面にはポ
アもなく、欠けもない緻密な穴を形成できる金属部を有
する金属−セラミックス複合材料とすることができるこ
とを示している。
【００２３】（比較例）比較のために実施例のアルミニ
ウム合金棒を挿入する前の複合材料の金属部に実施例と
同様に穴を開け、その穴の内面を評価した。その結果、
穴内面は細かいポアが認められ、一部に欠けたと思われ
る多少大きなポアも認められた。
ウム合金棒を挿入する前の複合材料の金属部に実施例と
同様に穴を開け、その穴の内面を評価した。その結果、
穴内面は細かいポアが認められ、一部に欠けたと思われ
る多少大きなポアも認められた。
【００２４】
【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、その複合材料中のアル
ミニウム合金部にドリルなどで穴を形成しても、形成し
た穴内面が緻密で、また、欠けることのない穴を形成で
きる金属部を有する金属−セラミックス複合材料が得ら
れることとなった。このことにより、従来は難しかった
小径で長穴を、あるいはネジ穴（φ１ｍｍ以下、Ｍ３以
下）を精密に加工可能となった。また、穴径によらず作
製可能なので、穴加工の効率が従来より数倍向上した。
ス複合材料の製造方法であれば、その複合材料中のアル
ミニウム合金部にドリルなどで穴を形成しても、形成し
た穴内面が緻密で、また、欠けることのない穴を形成で
きる金属部を有する金属−セラミックス複合材料が得ら
れることとなった。このことにより、従来は難しかった
小径で長穴を、あるいはネジ穴（φ１ｍｍ以下、Ｍ３以
下）を精密に加工可能となった。また、穴径によらず作
製可能なので、穴加工の効率が従来より数倍向上した。
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 47/06 Ｃ２２Ｃ 47/06 //(Ｃ２２Ｃ 47/06 (Ｃ２２Ｃ 47/06 101:04） 101:04） (Ｃ２２Ｃ 47/06 (Ｃ２２Ｃ 47/06 101:14） 101:14） (Ｃ２２Ｃ 47/06 (Ｃ２２Ｃ 47/06 101:16） 101:16） (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 (72)発明者 原田 保 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 AA05 AA06 AA08 AA22 AC01 BA05 BB02 BB22 BC02 BC03
Claims (1)
- 【請求項１】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
ラミックス繊維で穴を有するプリフォームを形成し、そ
のプリフォームにマトリックスである溶融したアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で
浸透させて複合材料を作製し、その複合材料中のアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金部（プリフォームの穴
部）に穴を開け、その穴に棒状の緻密なアルミニウム合
金を挿入した後、それを窒素雰囲気中で４００〜６５０
℃の温度で加熱処理することを特徴とする金属部を有す
る金属−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 |
|---|---|---|---|
| JP2001005900A JP2002212655A (ja) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | 金属部を有する金属−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 |
|---|---|---|---|
| JP2001005900A JP2002212655A (ja) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | 金属部を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002212655A true JP2002212655A (ja) | 2002-07-31 |
Family
ID=18873871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001005900A Pending JP2002212655A (ja) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | 金属部を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002212655A (ja) |
-
2001
- 2001-01-15 JP JP2001005900A patent/JP2002212655A/ja active Pending
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