JP2002322520A - 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

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JP2002322520A
JP2002322520A JP2001125767A JP2001125767A JP2002322520A JP 2002322520 A JP2002322520 A JP 2002322520A JP 2001125767 A JP2001125767 A JP 2001125767A JP 2001125767 A JP2001125767 A JP 2001125767A JP 2002322520 A JP2002322520 A JP 2002322520A
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preform
ceramic
composite material
powder
aluminum alloy
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English (en)
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Tamotsu Harada
保 原田
Hiromasa Shimojima
浩正 下嶋
Chokusui Odano
直水 小田野
Takeshi Higuchi
毅 樋口
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Taiheiyo Cement Corp
Ceranx Co Ltd
Original Assignee
Taiheiyo Cement Corp
Ceranx Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面にAl43の生成を抑えることのできる
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またはセ
ラミックス繊維でプリフォームを形成し、そのプリフォ
ームの表面にグラファイト系粉末からなるバリア材を塗
布した後、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ることとした金属−セラミックス
複合材料の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【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、特に表面にAl43の生
成を抑える金属−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。
【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Al23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、この方法で複合材料を作製する場
合には、浸透させたアルミニウムまたはアルミニウム合
金がプリフォームの外側に浸出するため、プリフォーム
の表面にカーボン系粉末からなるバリア材を塗布してそ
の浸出を抑えていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バリア
材がこのカーボン系粉末では、そのカーボン系粉末がプ
リフォームの表面に入り込み、その入り込んだカーボン
系粉末と浸透してきたアルミニウムまたはアルミニウム
合金とが反応して複合材料の表面に有害なAl43を生
成するという問題があった。
【0007】そのため、この生成したAl43が空気中
の水分と反応しやすいために、場合によってはその生成
したAl43が空気中の水分と反応し、その反応物が表
面から離脱して微細なゴミとして発生するという問題が
生じていた。
【0008】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、表面にAl43の生成を抑えること
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。
【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、バリア材としてグラ
ファイト系粉末からなるバリア材を、あるいは酸化物系
セラミックス粉末からなるバリア材を用いれば、もしく
は事前にアクリル樹脂を塗布した上面にカーボン系粉末
からなるバリア材を塗布すれば、バリア材がプリフォー
ム内に侵入することがないので、Al43が内部で生成
することを抑え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。
【0010】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プリフォームを
形成し、そのプリフォームの表面にグラファイト系粉末
からなるバリア材を塗布した後、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)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プリフォームを形成し、そのプリ
フォームの表面に酸化物系セラミックス粉末からなるバ
リア材を塗布した後、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)と
し、(3)強化材であるセラミックス粉末またはセラミ
ックス繊維でプリフォームを形成し、そのプリフォーム
の表面にアクリル樹脂を塗布し、その上面にカーボン系
粉末からなるバリア材を塗布した後、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。
【0011】上記で述べたように、本発明の複合材料の
製造方法として、先ずプリフォームを形成し、そのプリ
フォームの表面に塗布するバリア材を空気中の水分に対
して安定なグラファイト系粉末とすることにより、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金のプリフォームからの
浸出を抑えると同時に、アルミニウム又はアルミニウム
合金のグラファイトとの反応がカーボン系粉末よりはる
かに小さいので、Al 43の生成も抑えることができる
製造方法となる。
【0012】また、上記とは別の製造方法として、プリ
フォームの表面に酸化物系セラミックス粉末を塗布する
ことにより、アルミニウムまたはアルミニウム合金のプ
リフォームからの浸出を抑えると同時に、その酸化物系
セラミックス粉末には炭素を全く含んでいないので、上
記と同様Al43の生成も抑えることができる製造方法
となる。
【0013】上記とはさらに別の製造方法として、プリ
フォームの表面に先ずアクリル樹脂を塗布し、その樹脂
の表面にさらにカーボン粉末を塗布することにより、ア
ルミニウムまたはアルミニウム合金のプリフォームから
の浸出を抑えると同時に、カーボン系粉末のプリフォー
ムへの入り込むのを樹脂で抑えることができるので、A
43が内部で生成することを抑えることができる製造
方法となる。
【0014】
【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、先ず強化材であるセラミックス粉
末またはセラミックス繊維としてSiC、Al23、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、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。
【0015】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形成する。得られたプリフォ
ームの表面に先のバリア材を塗布するか、あるいはアク
リル樹脂を塗布した後カーボン系粉末を塗布する。バリ
ア材の作製は、例えば、バリア材にバインダーを加え、
それを混錬機でペースト状にすればよい。そのペースト
をアルミニウムまたはアルミニウム合金の浸透面以外を
刷毛などで塗布すればよい。
【0016】バリア材を塗布したプリフォームの浸透面
に用意したMgを含む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、表面のバリア材をサンドブラストなど
で除去して複合材料を作製する。
【0017】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、表面にAl43の生成を抑えた複合材料
が得られる。
【0018】
【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。
【0019】(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、それにさらに消泡剤としてフォーマスタV
L(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。
【0020】得られたスラリーを200×200×50
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。
【0021】得られたプリフォームのアルミニウム合金
を浸透させる面以外の表面にグラファイト系粉末(日本
黒鉛工業、プロハイト15Z−4C)のペーストを刷毛
で塗布し、その浸透させる面にAl−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24時間熱処理し、溶融したア
ルミニウム合金を非加圧浸透させた後、冷却して複合材
料を作製した。
【0022】(2)評価 得られた複合材料のグラファイト系粉末を塗布した面の
表面からサンドブラストなどを用いて表面部分を除去
し、その削り取った複合材料中のAl43の有無をX線
回折で調べた。その結果、Al43のピークはなく、A
43の存在は認められなかった。
【0023】(実施例2)グラファイト系粉末の代わり
に酸化物系セラミックス粉末(関西マテックス、ワラス
トナイト)のペーストを塗布した他は実施例1と同様に
複合材料を作製し、評価した。その結果、Al43のピ
ークはなく、Al43の存在は認められなかった。
【0024】(実施例3)グラファイト系粉末の代わり
に市販のアクリル樹脂を塗布し、その上面にカーボン系
粉末(日本アチソン、DAG154)のペーストを塗布
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、Al43のピークはなく、Al43の存
在は認められなかった。このことは、実施例1、2を含
めて述べると、カーボン系のバリア材を使わないように
すれば、あるいはカーボン系のバリア材を使ってもアク
リル樹脂を事前に塗布すれば、複合材料の表面にAl4
3の生成を抑えることができることを示している。
【0025】(比較例)比較のために、グラファイト系
粉末の代わりにカーボン系粉末(日本アチソン、DAG
154)のペーストを塗布した他は実施例1と同様に複
合材料を作製し、評価した。その結果、Al43のピー
クが認められ、Al43の存在が確認された。
【0026】
【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、表面にAl43の生成
を抑え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、この複合材料を微細なゴミを嫌う半導体製造装置な
どの分野でも用い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 21/04 B22D 21/04 A 23/00 23/00 B C22C 47/04 C22C 47/04 47/06 47/06 49/06 49/06 49/14 49/14 // C22C 101:04 101:04 101:14 101:14 101:16 101:16 (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 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 BA01 BA03 BB02 BB22

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
    ラミックス繊維でプリフォームを形成し、そのプリフォ
    ームの表面にグラファイト系粉末からなるバリア材を塗
    布した後、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。
  2. 【請求項2】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
    ラミックス繊維でプリフォームを形成し、そのプリフォ
    ームの表面に酸化物系セラミックス粉末からなるバリア
    材を塗布した後、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。
  3. 【請求項3】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
    ラミックス繊維でプリフォームを形成し、そのプリフォ
    ームの表面にアクリル樹脂を塗布し、その上面にカーボ
    ン系粉末からなるバリア材を塗布した後、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。
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