JP2002275559A - 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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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複合材料を連続的に作製することのできる金
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】 500〜700℃の温度でMg蒸気を充
満させた窒素雰囲気中にセラミックス粉末またはセラミ
ックス繊維からなるプリフォームを挿入して保持し、続
いてそのプリフォームを非加圧の窒素雰囲気中で700
〜900℃の温度で溶融したアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金中に浸漬することとした金属−セラミックス
複合材料の製造方法。
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】 500〜700℃の温度でMg蒸気を充
満させた窒素雰囲気中にセラミックス粉末またはセラミ
ックス繊維からなるプリフォームを挿入して保持し、続
いてそのプリフォームを非加圧の窒素雰囲気中で700
〜900℃の温度で溶融したアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金中に浸漬することとした金属−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、特に複合材料を連続的に
作製す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、特に複合材料を連続的に
作製す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、半導体製造装置や液晶製造装置等
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。
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。
【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、浸透促進剤であるMgが水溶液に反応するた
め、水溶液を用いるセディメントキャストなどの湿式法
では、そのMgをプリフォーム中に含ませることができ
ないという問題があった。そのため、水溶液を用いる湿
式法で形成したプリフォームの場合には、アルミニウム
またはアルミニウム合金の浸透が遅くなり、複合材料を
例えば連続炉のような連続的に作製することができない
いう問題があった。
法では、浸透促進剤であるMgが水溶液に反応するた
め、水溶液を用いるセディメントキャストなどの湿式法
では、そのMgをプリフォーム中に含ませることができ
ないという問題があった。そのため、水溶液を用いる湿
式法で形成したプリフォームの場合には、アルミニウム
またはアルミニウム合金の浸透が遅くなり、複合材料を
例えば連続炉のような連続的に作製することができない
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、複合材料を連続的に作製することの
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、複合材料を連続的に作製することの
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、プリフォーム中にM
g3N2を生成させ、そのプリフォームを溶融したアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金中に浸漬すれば、複合材
料を連続的に作製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、プリフォーム中にM
g3N2を生成させ、そのプリフォームを溶融したアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金中に浸漬すれば、複合材
料を連続的に作製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、(1)500〜700℃
の温度でMg蒸気を充満させた窒素雰囲気中にセラミッ
クス粉末またはセラミックス繊維からなるプリフォーム
を挿入して保持し、次いで、続いてそのプリフォームを
非加圧の窒素雰囲気中で700〜900℃の温度で溶融
したアルミニウムまたはアルミニウム合金中に浸漬する
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(請求項1)とし、(2)前記プリフォームが、穴を
有したプリフォームであることを特徴とする請求項1記
載の金属−セラミックス複合材料の製造方法(請求項
2)とし、(3)500〜700℃の温度の窒素雰囲気
中に穴を有し、その穴にMg粉末を充填したセラミック
ス粉末またはセラミックス繊維からなるプリフォームを
挿入して保持し、続いてそのプリフォームを非加圧の窒
素雰囲気中で700〜900℃の温度溶融したアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金中に浸漬することを特徴と
する金属−セラミックス複合材料の製造方法(請求項
3)とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説明す
る。
の温度でMg蒸気を充満させた窒素雰囲気中にセラミッ
クス粉末またはセラミックス繊維からなるプリフォーム
を挿入して保持し、次いで、続いてそのプリフォームを
非加圧の窒素雰囲気中で700〜900℃の温度で溶融
したアルミニウムまたはアルミニウム合金中に浸漬する
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(請求項1)とし、(2)前記プリフォームが、穴を
有したプリフォームであることを特徴とする請求項1記
載の金属−セラミックス複合材料の製造方法(請求項
2)とし、(3)500〜700℃の温度の窒素雰囲気
中に穴を有し、その穴にMg粉末を充填したセラミック
ス粉末またはセラミックス繊維からなるプリフォームを
挿入して保持し、続いてそのプリフォームを非加圧の窒
素雰囲気中で700〜900℃の温度溶融したアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金中に浸漬することを特徴と
する金属−セラミックス複合材料の製造方法(請求項
3)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、本発明の製造方法と
して、先ず500〜700℃の温度でMg蒸気を充満さ
せた窒素雰囲気中にプリフォームを挿入して保持するこ
とにより、Mg3N2となっている蒸気がプリフォーム中
に入り込んで内部のセラミックス粉末またはセラミック
ス繊維に付着し、それを溶融したアルミニウムまたはア
ルミニウム合金中に浸漬することにより、アルミニウム
またはアルミニウム合金がプリフォーム中に速やかに短
時間で浸透していくので、複合材料を連続的に作製する
ことのできる製造方法となる。
して、先ず500〜700℃の温度でMg蒸気を充満さ
せた窒素雰囲気中にプリフォームを挿入して保持するこ
とにより、Mg3N2となっている蒸気がプリフォーム中
に入り込んで内部のセラミックス粉末またはセラミック
ス繊維に付着し、それを溶融したアルミニウムまたはア
ルミニウム合金中に浸漬することにより、アルミニウム
またはアルミニウム合金がプリフォーム中に速やかに短
時間で浸透していくので、複合材料を連続的に作製する
ことのできる製造方法となる。
【0010】その浸透させるプリフォームとしては、そ
のままでも勿論構わないが、穴を設けた方がその穴部を
起点としてMg3N2がプリフォーム中の全体に渡って行
き渡るので、より好ましいものとなる。その穴部の大き
さとしては、径で3mm程度でよく、深さとしては、厚
さの1/4程度でよく、穴の数としては、10cm3あ
たり4個程度でよい。
のままでも勿論構わないが、穴を設けた方がその穴部を
起点としてMg3N2がプリフォーム中の全体に渡って行
き渡るので、より好ましいものとなる。その穴部の大き
さとしては、径で3mm程度でよく、深さとしては、厚
さの1/4程度でよく、穴の数としては、10cm3あ
たり4個程度でよい。
【0011】上記以外の他の製造方法としては、前述し
たと違ってプリフォームの穴にMgを存在させるもので
あって、これを窒素雰囲気中で熱処理することにより、
Mgが蒸発するとともにMg3N2となり、そのMg3N2
蒸気が前記したと同様プリフォーム中に入り込んで内部
のセラミックス粉末またはセラミックス繊維に付着し、
それを溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金中
に浸漬することにより、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金がプリフォーム中に速やかに短時間で浸透してい
くので、先と同様複合材料を連続的に作製することので
きる製造方法となる。
たと違ってプリフォームの穴にMgを存在させるもので
あって、これを窒素雰囲気中で熱処理することにより、
Mgが蒸発するとともにMg3N2となり、そのMg3N2
蒸気が前記したと同様プリフォーム中に入り込んで内部
のセラミックス粉末またはセラミックス繊維に付着し、
それを溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金中
に浸漬することにより、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金がプリフォーム中に速やかに短時間で浸透してい
くので、先と同様複合材料を連続的に作製することので
きる製造方法となる。
【0012】この方法は、Mgを充填した穴部を起点と
して生成したMg3N2が直接プリフォーム中の全体に渡
って速やかに行き渡るので、前記したと同様やはりより
好ましいものとなる。その穴部の大きさとしては、前述
と同様径で3mm程度でよく、深さとしては厚さの1/
2程度でよく、その数としては、10cm3あたり4個
程度でよい。
して生成したMg3N2が直接プリフォーム中の全体に渡
って速やかに行き渡るので、前記したと同様やはりより
好ましいものとなる。その穴部の大きさとしては、前述
と同様径で3mm程度でよく、深さとしては厚さの1/
2程度でよく、その数としては、10cm3あたり4個
程度でよい。
【0013】
【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、先ず強化材としてセラミックス粉
末またはセラミックス繊維としてSiC、Al2O3、A
lN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、金属の浸透を改善するMg粉末も用意する。一
方、マトリックスとする金属としてアルミニウムまたは
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、先ず強化材としてセラミックス粉
末またはセラミックス繊維としてSiC、Al2O3、A
lN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、金属の浸透を改善するMg粉末も用意する。一
方、マトリックスとする金属としてアルミニウムまたは
アルミニウム合金のインゴットも用意する。
【0014】用意したセラミックス粉末またはセラミッ
クス繊維でプリフォームを、または穴を有するプリフォ
ームを形成する。得られたプリフォームを500〜70
0℃の温度で用意したMgの蒸気を充満させた窒素雰囲
気中に挿入して保持し、それを窒素雰囲気中で700〜
900℃の温度で非加圧で溶融したアルミニウムまたは
アルミニウム合金中に浸漬してアルミニウムまたはアル
ミニウム合金を浸透させる。
クス繊維でプリフォームを、または穴を有するプリフォ
ームを形成する。得られたプリフォームを500〜70
0℃の温度で用意したMgの蒸気を充満させた窒素雰囲
気中に挿入して保持し、それを窒素雰囲気中で700〜
900℃の温度で非加圧で溶融したアルミニウムまたは
アルミニウム合金中に浸漬してアルミニウムまたはアル
ミニウム合金を浸透させる。
【0015】一方、別の製造方法として、用意したセラ
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
フォームを形成する。得られたプリフォームの穴に用意
したMg粉末を充填し、それを500〜700℃の温度
の窒素雰囲気中に挿入して保持し、それを先の溶融した
アルミニウムまたはアルミニウム合金中に浸漬してアル
ミニウムまたはアルミニウム合金を浸透させる。
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
フォームを形成する。得られたプリフォームの穴に用意
したMg粉末を充填し、それを500〜700℃の温度
の窒素雰囲気中に挿入して保持し、それを先の溶融した
アルミニウムまたはアルミニウム合金中に浸漬してアル
ミニウムまたはアルミニウム合金を浸透させる。
【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、連続的に作製することのできる複合材料
が得られる。
を作製すれば、連続的に作製することのできる複合材料
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) (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重量部と#500(平均粒径25μm)の市
販SiC粉末30重量部を用い、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、それにさらにイオン交換水を24重量部加
え、ポットミルで12時間混合した。
C粉末70重量部と#500(平均粒径25μm)の市
販SiC粉末30重量部を用い、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、それにさらにイオン交換水を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、上澄み液を布など
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、上澄み液を布など
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。
【0020】得られたプリフォームを500〜700℃
の温度でMg蒸気を充満させた窒素雰囲気中に挿入して
保持し、そのプリフォームをAl−12Si−3Mg組
成のアルミニウム合金のインゴットを非加圧の窒素雰囲
気中で825℃の温度で溶融したアルミニウム合金中に
12時間浸漬してアルミニウム合金をプリフォーム中に
浸透させた後、冷却して複合材料を作製した。
の温度でMg蒸気を充満させた窒素雰囲気中に挿入して
保持し、そのプリフォームをAl−12Si−3Mg組
成のアルミニウム合金のインゴットを非加圧の窒素雰囲
気中で825℃の温度で溶融したアルミニウム合金中に
12時間浸漬してアルミニウム合金をプリフォーム中に
浸透させた後、冷却して複合材料を作製した。
【0021】(2)評価 得られた複合材料を切断し、アルミニウム合金の浸透状
態を目視で調べた。その結果、連続的に浸透させた短い
時間でも未浸透部分は認められず、アルミニウム合金は
プリフォーム中に問題なく浸透されていた。
態を目視で調べた。その結果、連続的に浸透させた短い
時間でも未浸透部分は認められず、アルミニウム合金は
プリフォーム中に問題なく浸透されていた。
【0022】(実施例2)プリフォームとして径が3m
mで、深さが15mmの穴を16個設けたプリフォーム
とし、浸透させるアルミニウム合金の浸透時間を10時
間とした他は実施例1と同様に複合材料を作製し、評価
した。その結果、実施例1よりさらに短い時間でも未浸
透部分は認められず、アルミニウム合金は問題なく浸透
されていた。
mで、深さが15mmの穴を16個設けたプリフォーム
とし、浸透させるアルミニウム合金の浸透時間を10時
間とした他は実施例1と同様に複合材料を作製し、評価
した。その結果、実施例1よりさらに短い時間でも未浸
透部分は認められず、アルミニウム合金は問題なく浸透
されていた。
【0023】(実施例3)プリフォームとして径が3m
mで、深さが25mmの穴を16個設けた穴にMgを充
填したプリフォームとし、それを500〜700℃の温
度の窒素雰囲気中に挿入する他は実施例2と同様に複合
材料を作製し、評価した。その結果、実施例2と同様未
浸透部分は認められず、アルミニウム合金は問題なく浸
透されていた。このことは、実施例1、2を含めて述べ
ると、本発明の製造方法とすれば、複合材料を連続的に
作製することのできる製造方法とすることができること
を示している。
mで、深さが25mmの穴を16個設けた穴にMgを充
填したプリフォームとし、それを500〜700℃の温
度の窒素雰囲気中に挿入する他は実施例2と同様に複合
材料を作製し、評価した。その結果、実施例2と同様未
浸透部分は認められず、アルミニウム合金は問題なく浸
透されていた。このことは、実施例1、2を含めて述べ
ると、本発明の製造方法とすれば、複合材料を連続的に
作製することのできる製造方法とすることができること
を示している。
【0024】(比較例)比較のために、実施例1で得ら
れたプリフォームをそのまま実施例1の溶融したアルミ
ニウム合金中に浸漬した他は実施例1と同様に複合材料
を作製し、評価した。その結果、複合材料中に未浸透部
がいくつか認められ、この時間ではアルミニウム合金の
浸透を完了させることができなかった。これをアルミニ
ウム合金中に浸漬させる時間を24時間と延長したが、
これでもアルミニウム合金を浸透させることができなか
った。
れたプリフォームをそのまま実施例1の溶融したアルミ
ニウム合金中に浸漬した他は実施例1と同様に複合材料
を作製し、評価した。その結果、複合材料中に未浸透部
がいくつか認められ、この時間ではアルミニウム合金の
浸透を完了させることができなかった。これをアルミニ
ウム合金中に浸漬させる時間を24時間と延長したが、
これでもアルミニウム合金を浸透させることができなか
った。
【0025】
【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、複合材料を連続的に作
製することのでき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、現在バッチ式で製造していた
ものが連続炉のような連続的に製造できる連続式で製造
することができるようになり、生産性が大幅に向上させ
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、複合材料を連続的に作
製することのでき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、現在バッチ式で製造していた
ものが連続炉のような連続的に製造できる連続式で製造
することができるようになり、生産性が大幅に向上させ
ることが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) B22D 23/00 B22D 23/00 B C22C 47/06 C22C 47/06 49/06 49/06 (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 BA03 BB02 BB22
Claims (3)
- 【請求項1】 500〜700℃の温度でMg蒸気を充
満させた窒素雰囲気中にセラミックス粉末またはセラミ
ックス繊維からなるプリフォームを挿入して保持し、続
いてそのプリフォームを非加圧の窒素雰囲気中で700
〜900℃の温度で溶融したアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金中に浸漬す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。 - 【請求項2】 前記プリフォームが、穴を有するプリフ
ォームであることを特徴とする請求項1記載の金属−セ
ラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項3】 500〜700℃の温度の窒素雰囲気中
に穴を有し、その穴にMg粉末を充填したセラミックス
粉末またはセラミックス繊維からなるプリフォームを挿
入して保持し、続いてそのプリフォームを非加圧の窒素
雰囲気中で700〜900℃の温度溶融したアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金中に浸漬することを特徴とす
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 |
---|---|---|---|
JP2001080480A JP2002275559A (ja) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | 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 |
---|---|---|---|
JP2001080480A JP2002275559A (ja) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002275559A true JP2002275559A (ja) | 2002-09-25 |
Family
ID=18936759
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001080480A Pending JP2002275559A (ja) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002275559A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013237597A (ja) * | 2012-05-17 | 2013-11-28 | Hitachi Metals Ltd | プリフォーム、それを用いた金属−セラミックス複合材及びその製造方法 |
-
2001
- 2001-03-21 JP JP2001080480A patent/JP2002275559A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013237597A (ja) * | 2012-05-17 | 2013-11-28 | Hitachi Metals Ltd | プリフォーム、それを用いた金属−セラミックス複合材及びその製造方法 |
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