JP2002212657A - 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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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
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- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
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- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複合材料中のＳｉＣ粉末の表面にＭｇＡｌ2
Ｏ4の生成のない、強度及び破壊靭性を向上させること
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浸透
させる金属−セラミックス複合材料の製造方法におい
て、該セラミックス粉末がＳｉＣ粉末であり、そのＳｉ
Ｃ粉末を成形した成形体を大気中で９００〜１１００℃
の温度で０．０１〜５０時間の時間で仮焼することによ
りプリフォームを形成し、その形成したプリフォームに
溶融したＭｇを含む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ることとした金属
−セラミックス複合材料の製造方法。
Ｏ4の生成のない、強度及び破壊靭性を向上させること
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浸透
させる金属−セラミックス複合材料の製造方法におい
て、該セラミックス粉末がＳｉＣ粉末であり、そのＳｉ
Ｃ粉末を成形した成形体を大気中で９００〜１１００℃
の温度で０．０１〜５０時間の時間で仮焼することによ
りプリフォームを形成し、その形成したプリフォームに
溶融したＭｇを含む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、特に強度及び破壊靭性を
向上させることのできる金属−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、特に強度及び破壊靭性を
向上させることのできる金属−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】最近、半導体製造装置等にセラミックス
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が使われ始めている。
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が使われ始めている。
【０００３】この複合材料の製造方法、特に金属として
アルミニウムをマトリックスとする複合材料の製造方法
としては、粉末冶金法、高圧鋳造法、真空鋳造法等の方
法が従来から知られている。しかし、これらの方法で
は、強化材であるセラミックスの含有率を高くできな
い、あるいは大型の加圧装置が必要である、もしくはニ
アネットの成形が困難である、コストが極めて高いなど
の理由によりいずれも満足できるものではなかった。
アルミニウムをマトリックスとする複合材料の製造方法
としては、粉末冶金法、高圧鋳造法、真空鋳造法等の方
法が従来から知られている。しかし、これらの方法で
は、強化材であるセラミックスの含有率を高くできな
い、あるいは大型の加圧装置が必要である、もしくはニ
アネットの成形が困難である、コストが極めて高いなど
の理由によりいずれも満足できるものではなかった。
【０００４】そこで最近では、上記問題を解決する製造
方法として、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。この方法は、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る。こ
れは、Ｍｇの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ので、
加圧装置が不要な優れた方法である。
方法として、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。この方法は、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る。こ
れは、Ｍｇの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ので、
加圧装置が不要な優れた方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、セラミックスがＳｉＣ粉末の場合、プリフォー
ムにした際に、そのプリフォーム中のＳｉＣ粉末の表面
にＳｉＯ2を生成するため、成した複合材料中のＳｉＣ
粉末の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4（スピネル）が生成し、複合
材料の強度及び破壊靭性が低下するという問題があっ
た。
法では、セラミックスがＳｉＣ粉末の場合、プリフォー
ムにした際に、そのプリフォーム中のＳｉＣ粉末の表面
にＳｉＯ2を生成するため、成した複合材料中のＳｉＣ
粉末の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4（スピネル）が生成し、複合
材料の強度及び破壊靭性が低下するという問題があっ
た。
【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、複合材料中のＳｉＣ粉末の表面にＭ
ｇＡｌ2Ｏ4の生成のない、強度及び破壊靭性を向上させ
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、複合材料中のＳｉＣ粉末の表面にＭ
ｇＡｌ2Ｏ4の生成のない、強度及び破壊靭性を向上させ
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。
【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、プリフォームを仮焼
して形成するその仮焼条件を特定すれば、複合材料中の
ＳｉＣ粉末の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4の生成のない、強度及
び破壊靭性を向上させることのできる製造方法とするこ
とが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、プリフォームを仮焼
して形成するその仮焼条件を特定すれば、複合材料中の
ＳｉＣ粉末の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4の生成のない、強度及
び破壊靭性を向上させることのできる製造方法とするこ
とができ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
ス粉末で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
ウム合金を浸透させる金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該セラミックス粉末がＳｉＣ粉末であ
り、そのＳｉＣ粉末を成形した成形体を大気中で９００
〜１１００℃の温度で０．０１〜５０時間の時間で仮焼
することによりプリフォームを形成し、その形成したプ
リフォームに溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を窒
素雰囲気中で非加圧で浸透させ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。
ス粉末で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
ウム合金を浸透させる金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該セラミックス粉末がＳｉＣ粉末であ
り、そのＳｉＣ粉末を成形した成形体を大気中で９００
〜１１００℃の温度で０．０１〜５０時間の時間で仮焼
することによりプリフォームを形成し、その形成したプ
リフォームに溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を窒
素雰囲気中で非加圧で浸透させ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、プリフォームの形成
をＳｉＣ粉末で成形した成形体を大気中で９００〜１１
００℃の温度で０．０１〜５０時間の時間で仮焼するこ
とに特定すれば、プリフォーム中のＳｉＣ粉末の表面に
ＳｉＯ2を生成しないプリフォームとなるので、浸透さ
せるアルミニウム合金中にＭｇを含んでも、成した複合
材料中のＳｉＣ粉末の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4が生成しない
製造方法となる。
をＳｉＣ粉末で成形した成形体を大気中で９００〜１１
００℃の温度で０．０１〜５０時間の時間で仮焼するこ
とに特定すれば、プリフォーム中のＳｉＣ粉末の表面に
ＳｉＯ2を生成しないプリフォームとなるので、浸透さ
せるアルミニウム合金中にＭｇを含んでも、成した複合
材料中のＳｉＣ粉末の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4が生成しない
製造方法となる。
【００１０】そのプリフォームの仮焼温度が、９００℃
より低いとプリフォームの強度が低くなり、１１００℃
より高いとＳｉＯ2を生じさせてしまう。一方、その仮
焼温度に維持する時間が、０．０１時間より短いとプリ
フォームの強度が低くなり、５０時間を越えるとこれも
やはりＳｉＯ2を生じさせてしまう。
より低いとプリフォームの強度が低くなり、１１００℃
より高いとＳｉＯ2を生じさせてしまう。一方、その仮
焼温度に維持する時間が、０．０１時間より短いとプリ
フォームの強度が低くなり、５０時間を越えるとこれも
やはりＳｉＯ2を生じさせてしまう。
【００１１】
【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としてＳｉ
Ｃ粉末を用意し、これに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す
る。
らに詳しく述べると、先ずセラミックス粉末としてＳｉ
Ｃ粉末を用意し、これに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す
る。
【００１２】用意したＳｉＣ粉末でセディメントキャス
ト法などの成形法により成形体を作製する。得られた成
形体を９００℃〜１１００℃の温度で０．０１〜５０時
間の時間で仮焼してプリフォームを形成する。
ト法などの成形法により成形体を作製する。得られた成
形体を９００℃〜１１００℃の温度で０．０１〜５０時
間の時間で仮焼してプリフォームを形成する。
【００１３】得られたプリフォーム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。
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。
【００１４】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、複合材料中のＳｉＣ粉末の表面にＭｇＡ
ｌ2Ｏ4の生成のない、強度及び破壊靭性を向上させた金
属−セラミックス複合材料が得られる。
を作製すれば、複合材料中のＳｉＣ粉末の表面にＭｇＡ
ｌ2Ｏ4の生成のない、強度及び破壊靭性を向上させた金
属−セラミックス複合材料が得られる。
【００１５】
【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。
【００１６】（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。
【００１７】得られたスラリーを１００×１００×５０
ｍｍ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３０
時間仮焼してＳｉＣ粉末の充填率が７０体積％のプリフ
ォームを形成した。
ｍｍ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３０
時間仮焼してＳｉＣ粉末の充填率が７０体積％のプリフ
ォームを形成した。
【００１８】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接触さ
せ、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接触さ
せ、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。
【００１９】（２）評価 得られたプリフォーム中のＳｉＣ粒子の表面をＸＲＤ及
びＳＥＭで調べ、さらに、得られた複合材料を切断し、
その切断面のＳｉＣ粒子の表面を同じくＸＲＤ及びＳＥ
Ｍで調べた。その結果、プリフォーム中のＳｉＣ粒子の
表面にはＳｉＯ 2は認められず、また、複合材料中のＳ
ｉＣ粒子の表面にはＭｇＡｌ2Ｏ4は認められなかった。
一方、得られた複合材料から試験片を切り出し、その試
験片でＪＩＳ曲げ試験（ＪＩＳ Ｒ１６０１）法とシェ
ブロンノッチ法により曲げ強度と破壊靭性値を測定し
た。その結果、曲げ強度は３６０ＭＰａで、破壊靭性値
は９．０ＭＮ／ｍ3/2で後述の比較例よりいずれもかな
り高かった。このことは、プリフォームの表面にＳｉＯ
2を生成しないように製造すれば、複合材料中のＳｉＣ
粉末の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4の生成のない、強度及び破壊
靭性を向上させることのできる金属−セラミックス複合
材料の製造方法とすることができることを示している。
びＳＥＭで調べ、さらに、得られた複合材料を切断し、
その切断面のＳｉＣ粒子の表面を同じくＸＲＤ及びＳＥ
Ｍで調べた。その結果、プリフォーム中のＳｉＣ粒子の
表面にはＳｉＯ 2は認められず、また、複合材料中のＳ
ｉＣ粒子の表面にはＭｇＡｌ2Ｏ4は認められなかった。
一方、得られた複合材料から試験片を切り出し、その試
験片でＪＩＳ曲げ試験（ＪＩＳ Ｒ１６０１）法とシェ
ブロンノッチ法により曲げ強度と破壊靭性値を測定し
た。その結果、曲げ強度は３６０ＭＰａで、破壊靭性値
は９．０ＭＮ／ｍ3/2で後述の比較例よりいずれもかな
り高かった。このことは、プリフォームの表面にＳｉＯ
2を生成しないように製造すれば、複合材料中のＳｉＣ
粉末の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4の生成のない、強度及び破壊
靭性を向上させることのできる金属−セラミックス複合
材料の製造方法とすることができることを示している。
【００２０】（比較例）比較のために、仮焼する時間を
８０時間とした他は実施例と同様に複合材料を作製し、
評価した。その結果、プリフォーム中のＳｉＣ粒子の表
面にはＳｉＯ2が認められ、複合材料中のＳｉＣ粒子の
表面にはＭｇＡｌ2Ｏ4が認められた。また、曲げ強度は
３００ＭＰａで、破壊靭性値は４．０ＭＮ／ｍ3/2で前
述の実施例よりいずれもかなり低かった。
８０時間とした他は実施例と同様に複合材料を作製し、
評価した。その結果、プリフォーム中のＳｉＣ粒子の表
面にはＳｉＯ2が認められ、複合材料中のＳｉＣ粒子の
表面にはＭｇＡｌ2Ｏ4が認められた。また、曲げ強度は
３００ＭＰａで、破壊靭性値は４．０ＭＮ／ｍ3/2で前
述の実施例よりいずれもかなり低かった。
【００２１】
【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、複合材料中のＳｉＣ粉
末の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4の生成のない、強度及び破壊靭
性を向上させることのできる金属−セラミックス複合材
料の製造方法とすることができるようになった。このこ
とにより、従来より高強度で、高靭性の金属−セラミッ
クス複合材料を提供することができるようになった。
ス複合材料の製造方法であれば、複合材料中のＳｉＣ粉
末の表面にＭｇＡｌ2Ｏ4の生成のない、強度及び破壊靭
性を向上させることのできる金属−セラミックス複合材
料の製造方法とすることができるようになった。このこ
とにより、従来より高強度で、高靭性の金属−セラミッ
クス複合材料を提供することができるようになった。
Claims (1)
- 【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浸透
させる金属−セラミックス複合材料の製造方法におい
て、該セラミックス粉末がＳｉＣ粉末であり、そのＳｉ
Ｃ粉末を成形した成形体を大気中で９００〜１１００℃
の温度で０．０１〜５０時間の時間で仮焼することによ
りプリフォームを形成し、その形成したプリフォームに
溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を窒素雰囲気中で
非加圧で浸透させ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001010505A JP2002212657A (ja) | 2001-01-18 | 2001-01-18 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP2001010505A JP2002212657A (ja) | 2001-01-18 | 2001-01-18 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002212657A true JP2002212657A (ja) | 2002-07-31 |
Family
ID=18877805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001010505A Pending JP2002212657A (ja) | 2001-01-18 | 2001-01-18 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002212657A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112570690A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-03-30 | 广州城建职业学院 | 一种三维网状碳化硅陶瓷增强铝基复合材料制备方法 |
| CN114164354A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-11 | 山西瑞格金属新材料有限公司 | 一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法 |
-
2001
- 2001-01-18 JP JP2001010505A patent/JP2002212657A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112570690A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-03-30 | 广州城建职业学院 | 一种三维网状碳化硅陶瓷增强铝基复合材料制备方法 |
| CN114164354A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-11 | 山西瑞格金属新材料有限公司 | 一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060808 |