JP2002241871A - 切削加工可能な部分を有する金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 - Google Patents
切削加工可能な部分を有する金属−セラミックス複合材料及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 切削加工可能な部分を有する金属−セラミッ
クス複合材料を提供し、その製造方法をも提供するこ
と。 【解決手段】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
ラミックス繊維で形成されたプリフォームが、一部にマ
シナブルセラミックスが組み込まれたプリフォームであ
り、そのプリフォームにアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金が浸透された複合材料からなることとした切削加
工可能な部分を有する金属−セラミックス複合材料。
クス複合材料を提供し、その製造方法をも提供するこ
と。 【解決手段】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
ラミックス繊維で形成されたプリフォームが、一部にマ
シナブルセラミックスが組み込まれたプリフォームであ
り、そのプリフォームにアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金が浸透された複合材料からなることとした切削加
工可能な部分を有する金属−セラミックス複合材料。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属−セラミック
ス複合材料及びその製造方法に関し、特に切削加工可能
な金属−セラミックス複合材料及びその製造方法に関す
る。
ス複合材料及びその製造方法に関し、特に切削加工可能
な金属−セラミックス複合材料及びその製造方法に関す
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】
【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、セラミックスを多く含んで
いる難削材料であるため、切削加工することが極めて難
しいという問題があった。そのため、穴を形成する場合
には、研削加工で穴を開けるしかなく、それがために特
に小径で長穴を形成する場合には、コストが極めて高い
ものとなっていた。
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、切削加工することが極めて難
しいという問題があった。そのため、穴を形成する場合
には、研削加工で穴を開けるしかなく、それがために特
に小径で長穴を形成する場合には、コストが極めて高い
ものとなっていた。
【０００６】本発明は、上述した金属−セラミックス複
合材料が有する課題に鑑みなされたものであって、その
目的は、切削加工可能な部分を有する金属−セラミック
ス複合材料を提供し、その製造方法をも提供することに
ある。
合材料が有する課題に鑑みなされたものであって、その
目的は、切削加工可能な部分を有する金属−セラミック
ス複合材料を提供し、その製造方法をも提供することに
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、切削する部分や穴を
開けたりする部分をマシナブルセラミックスで構成され
た複合材料とすれば、切削加工可能な部分を有する複合
材料とな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、切削する部分や穴を
開けたりする部分をマシナブルセラミックスで構成され
た複合材料とすれば、切削加工可能な部分を有する複合
材料とな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、（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形成されたプリ
フォームが、一部にマシナブルセラミックスが組み込ま
れたプリフォームであり、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が浸透された複合材料から
なることを特徴とする切削加工可能な部分を有する金属
−セラミックス複合材料（請求項１）とし（２）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一部
にマシナブルセラミックスを組み込んだプリフォームを
形成し、そのプリフォームに窒素雰囲気中で溶融したア
ルミニウムまたはアルミニウム合金を非加圧で浸透させ
ることを特徴とする切削加工可能な部分を有する金属−
セラミックス複合材料の製造方法（請求項２）とするこ
とを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。
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
フォームが、一部にマシナブルセラミックスが組み込ま
れたプリフォームであり、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が浸透された複合材料から
なることを特徴とする切削加工可能な部分を有する金属
−セラミックス複合材料（請求項１）とし（２）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一部
にマシナブルセラミックスを組み込んだプリフォームを
形成し、そのプリフォームに窒素雰囲気中で溶融したア
ルミニウムまたはアルミニウム合金を非加圧で浸透させ
ることを特徴とする切削加工可能な部分を有する金属−
セラミックス複合材料の製造方法（請求項２）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、この複合材料は、切
削したい部分や穴を開けたりしたい部分をマシナブルセ
ラミックスで構成された複合材料とするため、そのマシ
ナブルセラミックスで構成されている部分が切削加工可
能な部分となるので、切削工具で切削することができ、
また、ドリルで穴を直接開けることができる複合材料と
なり、切削加工可能な部分を有する複合材料となる。
削したい部分や穴を開けたりしたい部分をマシナブルセ
ラミックスで構成された複合材料とするため、そのマシ
ナブルセラミックスで構成されている部分が切削加工可
能な部分となるので、切削工具で切削することができ、
また、ドリルで穴を直接開けることができる複合材料と
なり、切削加工可能な部分を有する複合材料となる。
【００１０】その複合材料の製造方法としては、先ずセ
ラミックス粉末またはセラミックス繊維で形成したプリ
フォームの一部にマシナブルセラミックスを組み込むこ
ととするが、そのマシナブルセラミックスが組み込まれ
ても、マシナブルセラミックスの熱膨張係数がプリフォ
ームを構成するセラミックスと近いことから、プリフォ
ームに変形を与えることなく、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金が浸透されていくこととなる。
ラミックス粉末またはセラミックス繊維で形成したプリ
フォームの一部にマシナブルセラミックスを組み込むこ
ととするが、そのマシナブルセラミックスが組み込まれ
ても、マシナブルセラミックスの熱膨張係数がプリフォ
ームを構成するセラミックスと近いことから、プリフォ
ームに変形を与えることなく、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金が浸透されていくこととなる。
【００１１】そして、そのアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金が浸透されることにより、マシナブルセラミッ
クスが多孔体であれば、そのマシナブルセラミックスに
もアルミニウムまたはアルミニウム合金が浸透され、マ
シナブルセラミックスがプリフォームと強固に密着され
た複合材料とすることができる。一方、マシナブルセラ
ミックスが緻密体であっても、その緻密体とアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金とが溶融接着されると同時
に、冷却と共に熱膨張係数の大きいアルミニウムまたは
アルミニウム合金で緻密体が締められるので、これもマ
シナブルセラミックスがプリフォームと強固に密着され
た複合材料とすることができ、切削加工可能な部分を有
する複合材料とすることのできる製造方法となる。
ウム合金が浸透されることにより、マシナブルセラミッ
クスが多孔体であれば、そのマシナブルセラミックスに
もアルミニウムまたはアルミニウム合金が浸透され、マ
シナブルセラミックスがプリフォームと強固に密着され
た複合材料とすることができる。一方、マシナブルセラ
ミックスが緻密体であっても、その緻密体とアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金とが溶融接着されると同時
に、冷却と共に熱膨張係数の大きいアルミニウムまたは
アルミニウム合金で緻密体が締められるので、これもマ
シナブルセラミックスがプリフォームと強固に密着され
た複合材料とすることができ、切削加工可能な部分を有
する複合材料とすることのできる製造方法となる。
【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、さらに、マシナブルセラミックス
も用意する。マシナブルセラミックスの種類は、どんな
ものでも構わない。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、さらに、マシナブルセラミックス
も用意する。マシナブルセラミックスの種類は、どんな
ものでも構わない。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
クス繊維及びマシナブルセラミックスでセディメントキ
ャスト法などによりマシナブルセラミックスを組み込ん
だプリフォームを形成する。マシナブルセラミックスを
組み込む方法としては、例えばスラリーを流し込む鋳型
にあらかじめマシナブルセラミックスを載置してスラリ
ーを流し込む方法でもよいし、また、あらかじめ形成し
たプリフォームに機械加工でマシナブルセラミックスを
組み込める部分を設け、その部分にマシナブルセラミッ
クスを組み込む方法でもよいし、あるいはマシナブルセ
ラミックスを組み込める部分を設けたプリフォームをあ
らかじめ形成し、それにマシナブルセラミックスを組み
込む方法でもよい。
クス繊維及びマシナブルセラミックスでセディメントキ
ャスト法などによりマシナブルセラミックスを組み込ん
だプリフォームを形成する。マシナブルセラミックスを
組み込む方法としては、例えばスラリーを流し込む鋳型
にあらかじめマシナブルセラミックスを載置してスラリ
ーを流し込む方法でもよいし、また、あらかじめ形成し
たプリフォームに機械加工でマシナブルセラミックスを
組み込める部分を設け、その部分にマシナブルセラミッ
クスを組み込む方法でもよいし、あるいはマシナブルセ
ラミックスを組み込める部分を設けたプリフォームをあ
らかじめ形成し、それにマシナブルセラミックスを組み
込む方法でもよい。
【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、冷却してマシナブ
ルセラミックスの部分を含めてアルミニウムまたはアル
ミニウム合金が浸透された複合材料を作製する。
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、冷却してマシナブ
ルセラミックスの部分を含めてアルミニウムまたはアル
ミニウム合金が浸透された複合材料を作製する。
【００１５】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、切削加工可能な部分を有する金属−セラ
ミックス複合材料が得られる。
を作製すれば、切削加工可能な部分を有する金属−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）切削加工可能な部分を有する金属−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。
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。
【００１８】得られたスラリーを中央部にコーニング・
インユーポレイテッド社製のマシナブルセラミックスか
ら切り出した縦３０ｍｍで横４０ｍｍで厚さ１０ｍｍの
板を立てて載置した５０×５０×３０ｍｍ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、Ｓｉ
Ｃ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縦３
０ｍｍで横４０ｍｍで厚さ１０ｍｍのマシナブルセラミ
ックスが組み込まれたＳｉＣ粉末の充填率が７０体積％
のプリフォームを形成した。
インユーポレイテッド社製のマシナブルセラミックスか
ら切り出した縦３０ｍｍで横４０ｍｍで厚さ１０ｍｍの
板を立てて載置した５０×５０×３０ｍｍ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、Ｓｉ
Ｃ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縦３
０ｍｍで横４０ｍｍで厚さ１０ｍｍのマシナブルセラミ
ックスが組み込まれた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。
【００２０】（２）評価 得られた複合材料のマシナブルセラミックスの部分が切
削加工できるかどうかを調べた。その結果、その部分を
φ３ハイスドリルの切削工具で切削加工したところ、切
削できることが分かった。
削加工できるかどうかを調べた。その結果、その部分を
φ３ハイスドリルの切削工具で切削加工したところ、切
削できることが分かった。
【００２１】（実施例２）マシナブルセラミックスをφ
１０ｍｍで長さ３０ｍｍの棒とした他は実施例１と同様
に複合材料を作製し、評価した。その結果、複合材料の
マシナブルセラミックスの部分にφ３ｍｍの貫通した穴
をドリルで綺麗に形成することができることが分かっ
た。このことは、実施例１を含めて述べると本発明の複
合材料であれば、切削加工可能な部分を有する複合材料
とすることができることを示している。
１０ｍｍで長さ３０ｍｍの棒とした他は実施例１と同様
に複合材料を作製し、評価した。その結果、複合材料の
マシナブルセラミックスの部分にφ３ｍｍの貫通した穴
をドリルで綺麗に形成することができることが分かっ
た。このことは、実施例１を含めて述べると本発明の複
合材料であれば、切削加工可能な部分を有する複合材料
とすることができることを示している。
【００２２】（比較例）比較のためにマシナブルセラミ
ックスを組み込まないプリフォームとした他は実施例１
と同様に複合材料を作製し、評価した。その結果、切削
工具で切削加工もできなかったし、ドリルで穴も開ける
ことができなかった。
ックスを組み込まないプリフォームとした他は実施例１
と同様に複合材料を作製し、評価した。その結果、切削
工具で切削加工もできなかったし、ドリルで穴も開ける
ことができなかった。
【００２３】
【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料であれば、切削加工可能な部分を有する金属
−セラミックス複合材料とすることができるようになっ
た。このことにより、従来は難しかった切削加工、例え
ば小径で長穴を、あるいはネジ穴（φ１ｍｍ以下、Ｍ３
以下）をドリル、あるいはタップで直接開けることが可
能となった。そのため、加工コストを大幅に低くするこ
とができることは勿論のこと、加工時間が大きく短縮さ
れるので、研削加工して穴加工する場合より穴加工の効
率が従来より数倍向上した。
ス複合材料であれば、切削加工可能な部分を有する金属
−セラミックス複合材料とすることができるようになっ
た。このことにより、従来は難しかった切削加工、例え
ば小径で長穴を、あるいはネジ穴（φ１ｍｍ以下、Ｍ３
以下）をドリル、あるいはタップで直接開けることが可
能となった。そのため、加工コストを大幅に低くするこ
とができることは勿論のこと、加工時間が大きく短縮さ
れるので、研削加工して穴加工する場合より穴加工の効
率が従来より数倍向上した。
フロントページの続き (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 AA22 AC01 BA05 BB02 BB22
Claims (2)
- 【請求項１】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
ラミックス繊維で形成されたプリフォームが、一部にマ
シナブルセラミックスが組み込まれたプリフォームであ
り、そのプリフォームにアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金が浸透された複合材料からなることを特徴とする
切削加工可能な部分を有する金属−セラミックス複合材
料。 - 【請求項２】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
ラミックス繊維で一部にマシナブルセラミックスを組み
込んだプリフォームを形成し、そのプリフォームに窒素
雰囲気中で溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合
金を非加圧で浸透させることを特徴とする切削加工可能
な部分を有する金属−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 |
|---|---|---|---|
| JP2001037981A JP2002241871A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 切削加工可能な部分を有する金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001037981A JP2002241871A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 切削加工可能な部分を有する金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002241871A true JP2002241871A (ja) | 2002-08-28 |
Family
ID=18901039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001037981A Pending JP2002241871A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 切削加工可能な部分を有する金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002241871A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009013460A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Denki Kagaku Kogyo Kk | アルミニウム−セラミックス複合体及びその製造方法 |
| US10869413B2 (en) * | 2014-07-04 | 2020-12-15 | Denka Company Limited | Heat-dissipating component and method for manufacturing same |
-
2001
- 2001-02-15 JP JP2001037981A patent/JP2002241871A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009013460A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Denki Kagaku Kogyo Kk | アルミニウム−セラミックス複合体及びその製造方法 |
| US10869413B2 (en) * | 2014-07-04 | 2020-12-15 | Denka Company Limited | Heat-dissipating component and method for manufacturing same |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090128 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090217 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090416 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20091013 |