JP2002220629A - 表面処理した金属−セラミックス複合材料の製造方法 - Google Patents
表面処理した金属−セラミックス複合材料の製造方法Info
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- JP2002220629A JP2002220629A JP2001020008A JP2001020008A JP2002220629A JP 2002220629 A JP2002220629 A JP 2002220629A JP 2001020008 A JP2001020008 A JP 2001020008A JP 2001020008 A JP2001020008 A JP 2001020008A JP 2002220629 A JP2002220629 A JP 2002220629A
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 バリア材を除去する必要がなく、また、セラ
ミックスによる影響を与えないで下地の複合材料と密実
に接合されて表面処理した複合材料が得られる金属−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
ラミックス繊維で表面にバリア材の塗布のないプリフォ
ームを形成し、そのプリフォームにマトリックスである
アルミニウムまたはアルミニウム合金を表面に染み出す
まで浸透させて複合材料を作製し、その複合材料の表面
に表面処理して金属膜を形成することとした表面処理し
た金属−セラミックス複合材料の製造方法。
ミックスによる影響を与えないで下地の複合材料と密実
に接合されて表面処理した複合材料が得られる金属−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
ラミックス繊維で表面にバリア材の塗布のないプリフォ
ームを形成し、そのプリフォームにマトリックスである
アルミニウムまたはアルミニウム合金を表面に染み出す
まで浸透させて複合材料を作製し、その複合材料の表面
に表面処理して金属膜を形成することとした表面処理し
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、特に表面処理した金属−
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、特に表面処理した金属−
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られている。
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られている。
【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】しかし、この方法で作製した複合材料は、
その表面に多数のポアが存在するため、不純物の存在を
嫌う半導体製造装置等に使う場合には、そのポアに不純
物が取り込まれて悪影響を与えるため、そのままでは使
い難いという問題があった。そのため、複合材料の表面
にアルマイト処理やメッキ処理などの表面処理をして使
われている。
その表面に多数のポアが存在するため、不純物の存在を
嫌う半導体製造装置等に使う場合には、そのポアに不純
物が取り込まれて悪影響を与えるため、そのままでは使
い難いという問題があった。そのため、複合材料の表面
にアルマイト処理やメッキ処理などの表面処理をして使
われている。
【０００６】その表面処理については、プリフォームに
浸透させたアルミニウム合金がプリフォームから染み出
すため、プリフォームの表面にカーボン粉末などのバリ
ア材を塗布してその染み出しを抑えているので、作製し
た複合材料の表面に残存しているバリア材を除去した上
で表面処理している。
浸透させたアルミニウム合金がプリフォームから染み出
すため、プリフォームの表面にカーボン粉末などのバリ
ア材を塗布してその染み出しを抑えているので、作製し
た複合材料の表面に残存しているバリア材を除去した上
で表面処理している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バリア
材を除去しても、バリア材であるカーボン粉末が極めて
細かく、付着性が強いために綺麗に除去することが難し
く、下地である複合材料と密実に接合されて表面処理す
ることができないという問題があった。また、例えバリ
ア材を綺麗に除去できたとしても、複合材料の表面には
セラミックス粉末またはセラミックス繊維が露出してい
るため、同様複合材料と密実に接合されて表面処理する
ことができないという問題もあった。
材を除去しても、バリア材であるカーボン粉末が極めて
細かく、付着性が強いために綺麗に除去することが難し
く、下地である複合材料と密実に接合されて表面処理す
ることができないという問題があった。また、例えバリ
ア材を綺麗に除去できたとしても、複合材料の表面には
セラミックス粉末またはセラミックス繊維が露出してい
るため、同様複合材料と密実に接合されて表面処理する
ことができないという問題もあった。
【０００８】本発明は、上述した表面処理した金属−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、バリア材を除去する必
要がなく、また、セラミックスによる影響を与えないで
下地の複合材料と密実に接合されて表面処理した複合材
料が得られる金属−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。
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、バリア材を除去する必
要がなく、また、セラミックスによる影響を与えないで
下地の複合材料と密実に接合されて表面処理した複合材
料が得られる金属−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。
【０００９】
【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、表面にアルミニウム
またはアルミニウム合金を染み出させた複合材料を利用
して表面処理すれば、バリア材を除去する必要がなく、
また、セラミックスによる影響を与えないで下地の複合
材料と密実に接合されて表面処理した複合材料が得られ
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、表面にアルミニウム
またはアルミニウム合金を染み出させた複合材料を利用
して表面処理すれば、バリア材を除去する必要がなく、
また、セラミックスによる影響を与えないで下地の複合
材料と密実に接合されて表面処理した複合材料が得られ
るとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１０】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表面にバリア材の塗布
のないプリフォームを形成し、そのプリフォームにマト
リックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金を
表面に染み出すまで浸透させて複合材料を作製し、その
複合材料の表面に表面処理して金属膜を形成することを
特徴とする表面処理した金属−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表面にバリア材の塗布
のないプリフォームを形成し、そのプリフォームにマト
リックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金を
表面に染み出すまで浸透させて複合材料を作製し、その
複合材料の表面に表面処理して金属膜を形成することを
特徴とする表面処理した金属−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。
【００１１】上記で述べたように、表面処理した複合材
料の製造方法として、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表面にバリア材の塗布のないプ
リフォームを形成し、そのプリフォームにマトリックス
であるアルミニウムまたはアルミニウム合金を表面に染
み出すまで浸透させることにより、表面処理する面全体
が染み出したアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆
われた複合材料が得られ、その複合材料の表面処理する
面に表面処理する製造方法とすることにより、バリア材
を除去する必要がなく、また、セラミックスによる影響
を与えないで下地の複合材料と密実に接合されて表面処
理した複合材料が得られる製造方法となる。
料の製造方法として、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表面にバリア材の塗布のないプ
リフォームを形成し、そのプリフォームにマトリックス
であるアルミニウムまたはアルミニウム合金を表面に染
み出すまで浸透させることにより、表面処理する面全体
が染み出したアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆
われた複合材料が得られ、その複合材料の表面処理する
面に表面処理する製造方法とすることにより、バリア材
を除去する必要がなく、また、セラミックスによる影響
を与えないで下地の複合材料と密実に接合されて表面処
理した複合材料が得られる製造方法となる。
【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、先ずセラミックス粉末またはセラ
ミックス繊維として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する。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する。
らに詳しく述べると、先ずセラミックス粉末またはセラ
ミックス繊維として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する。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の成形法により
プリフォームを形成する。表面処理する面にはバリア材
を塗布しないが、その他の表面には必要があればバリア
材を塗布してもよい。
クス繊維でセディメントキャスト法などの成形法により
プリフォームを形成する。表面処理する面にはバリア材
を塗布しないが、その他の表面には必要があればバリア
材を塗布してもよい。
【００１４】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、表面処理する面全体が覆われる
まで浸透させ、冷却して複合材料を作製する。得られた
複合材料の表面処理する面を必要があれば機械加工など
で研削、研磨などした後、その表面に表面処理する。表
面処理する方法は、例えば、アルマイト処理、メッキ処
理、溶射処理等が挙げられる。
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、表面処理する面全体が覆われる
まで浸透させ、冷却して複合材料を作製する。得られた
複合材料の表面処理する面を必要があれば機械加工など
で研削、研磨などした後、その表面に表面処理する。表
面処理する方法は、例えば、アルマイト処理、メッキ処
理、溶射処理等が挙げられる。
【００１５】以上の方法で表面処理した金属−セラミッ
クス複合材料を作製すれば、バリア材を除去する必要が
なく、また、セラミックスによる影響を与えないで下地
の複合材料と密実に接合されて表面処理した金属−セラ
ミックス複合材料が得られる。
クス複合材料を作製すれば、バリア材を除去する必要が
なく、また、セラミックスによる影響を与えないで下地
の複合材料と密実に接合されて表面処理した金属−セラ
ミックス複合材料が得られる。
【００１６】
【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。
【００１７】（実施例１） （１）表面処理した金属−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。
【００１８】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℃の温度で焼成
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℃の温度で焼成
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。
【００１９】得られたプリフォームにはバリア材を塗布
せずに、そのままで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
ム合金を表面全体に亘ってアルミニウム合金が染み出る
まで非加圧浸透させた後、冷却して複合材料を作製し、
その複合材料の表面に硝酸硬質アルマイト法でアルマイ
ト処理した。
せずに、そのままで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
ム合金を表面全体に亘ってアルミニウム合金が染み出る
まで非加圧浸透させた後、冷却して複合材料を作製し、
その複合材料の表面に硝酸硬質アルマイト法でアルマイ
ト処理した。
【００２０】（２）評価 得られた表面処理した複合材料を切断し、複合材料内部
のアルマイト処理した界面の状態を目視で調べた。その
結果、界面は密実に接合されていた。
のアルマイト処理した界面の状態を目視で調べた。その
結果、界面は密実に接合されていた。
【００２１】（実施例２）実施例１のアルマイト処理を
電解ニッケルメッキ処理とした他は実施例１と同様に表
面処理した複合材料を作製し、評価した。その結果、実
施例１と同様界面は密実に接合されていた。このこと
は、実施例１を含めて述べると本発明で表面処理した複
合材料を作製すれば、バリア材を除去する必要がなく、
また、セラミックスによる影響を与えないで下地の複合
材料と密実に接合されて表面処理した複合材料が得られ
ることを示している。
電解ニッケルメッキ処理とした他は実施例１と同様に表
面処理した複合材料を作製し、評価した。その結果、実
施例１と同様界面は密実に接合されていた。このこと
は、実施例１を含めて述べると本発明で表面処理した複
合材料を作製すれば、バリア材を除去する必要がなく、
また、セラミックスによる影響を与えないで下地の複合
材料と密実に接合されて表面処理した複合材料が得られ
ることを示している。
【００２２】（比較例）比較のために、カーボン粉末を
塗布したプリフォームとし、そのプリフォームで実施例
と同様に複合材料を作製し、その複合材料にバリア材を
除去した上で実施例と同様に表面処理して表面処理した
複合材料を作製し、評価した。その結果、所々に間隙が
認められ、密実に接合されていなかった。
塗布したプリフォームとし、そのプリフォームで実施例
と同様に複合材料を作製し、その複合材料にバリア材を
除去した上で実施例と同様に表面処理して表面処理した
複合材料を作製し、評価した。その結果、所々に間隙が
認められ、密実に接合されていなかった。
【００２３】
【発明の効果】以上の通り、本発明の表面処理した金属
−セラミックス複合材料の製造方法であれば、バリア材
を除去する必要がなく、また、セラミックスによる影響
を与えないで下地の複合材料と密実に接合されて表面処
理した複合材料が得られる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、バリア材の除去をする
必要がないので、コストを大幅に低減することができ、
しかも従来より密実に接合されて表面処理されているの
で、耐久性の向上した複合材料を提供できるようになっ
た。
−セラミックス複合材料の製造方法であれば、バリア材
を除去する必要がなく、また、セラミックスによる影響
を与えないで下地の複合材料と密実に接合されて表面処
理した複合材料が得られる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、バリア材の除去をする
必要がないので、コストを大幅に低減することができ、
しかも従来より密実に接合されて表面処理されているの
で、耐久性の向上した複合材料を提供できるようになっ
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） Ｃ０４Ｂ 41/88 Ｃ０４Ｂ 41/88 Ｕ Ｅ Ｃ２２Ｃ 47/06 Ｃ２２Ｃ 47/06 47/08 47/08 Ｃ２３Ｃ 26/00 Ｃ２３Ｃ 26/00 Ｋ (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 樋口 毅 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 AA22 AC01 BA02 BB01 BB21 BC03 4K044 AA06 AA13 AB08 BA06 BA13 CA17 CA18 CA59
Claims (1)
- 【請求項１】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
ラミックス繊維で表面にバリア材の塗布のないプリフォ
ームを形成し、そのプリフォームにマトリックスである
アルミニウムまたはアルミニウム合金を表面に染み出す
まで浸透させて複合材料を作製し、その複合材料の表面
に表面処理して金属膜を形成することを特徴とする表面
処理した金属−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 |
|---|---|---|---|
| JP2001020008A JP2002220629A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 表面処理した金属−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 |
|---|---|---|---|
| JP2001020008A JP2002220629A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 表面処理した金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002220629A true JP2002220629A (ja) | 2002-08-09 |
Family
ID=18885787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001020008A Pending JP2002220629A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 表面処理した金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002220629A (ja) |
-
2001
- 2001-01-29 JP JP2001020008A patent/JP2002220629A/ja active Pending
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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 |