JP2002322521A - ヒータを埋め込んだ金属−セラミックス複合材料の製造方法 - Google Patents

ヒータを埋め込んだ金属−セラミックス複合材料の製造方法

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JP2002322521A
JP2002322521A JP2001127757A JP2001127757A JP2002322521A JP 2002322521 A JP2002322521 A JP 2002322521A JP 2001127757 A JP2001127757 A JP 2001127757A JP 2001127757 A JP2001127757 A JP 2001127757A JP 2002322521 A JP2002322521 A JP 2002322521A
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heater
composite material
ceramic
space
preform
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JP2001127757A
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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】 曲線状の曲がりくねったヒータでも、隙間や
空隙を生じることなく簡単に埋め込むことのできる金属
−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
ラミックス繊維で内部に空間部を有するプリフォームを
形成し、その空間部にヒータを挿入すると共にセラミッ
クス粉末またはセラミックス繊維を含んだスラリーを流
し込み、それを乾燥した後、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ヒ
ータを埋め込んだ金属−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、特にヒータを埋め込んだ
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】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法で作製した複合材料にヒータを埋め込むには、棒状の
簡単なものであれば、比較的簡単であるが、曲線状の曲
がりくねったヒータでは、隙間や空隙を生じることなく
埋め込むには極めて難しい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、曲線状の曲がりくねったヒータで
も、隙間や空隙を生じることなく簡単に埋め込むことの
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、プリフォームまたは
複合材料の内部に空間部を設け、その空間部にヒータを
挿入すると共にスラリーを流し込み、そのスラリーを乾
燥した乾燥部にアルミニウムまたはアルミニウム合金を
浸透させれば、曲線状の曲がりくねったヒータでも、隙
間や空隙を生じることなく簡単に埋め込むことができる
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)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内部に空間部を
有するプリフォームを形成し、その空間部にヒータを挿
入すると共にセラミックス粉末またはセラミックス繊維
を含んだスラリーを流し込み、それを乾燥した後、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ヒータを埋め込んだ金属−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
ス繊維とマトリックスであるアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金とで内部に空間部を有する複合材料を作製
し、その空間部にヒータを挿入すると共にセラミックス
粉末またはセラミックス繊維を含んだスラリーを流し込
み、それを乾燥した後、その乾燥部に溶融したアルミニ
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ヒータを埋め込んだ金属−
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、本発明の複合材料の
製造方法として、先ず空間部を有するプリフォームを形
成し、その空間部にヒータを挿入すると共にセラミック
ス粉末またはセラミックス繊維を含んだスラリーを流し
込むことにより、ヒータが曲がりくねっていても、スラ
リーがそのヒータの周りに隙間や空隙を生じることなく
行き渡るので、そのスラリーを乾燥し、その乾燥したプ
リフォームにアルミニウムまたはアルミニウム合金を浸
透させることにより、曲線状の曲がりくねったヒータで
あっても、そのヒータを複合材料中に問題なく埋め込む
ことのできる製造方法となる。
【0010】また、上記とは別の製造方法としては、上
記とは違って空間部を有する複合材料を作製し、その空
間部にヒータを挿入すると共にセラミックス粉末または
セラミックス繊維を含んだスラリーを流し込み、それを
乾燥することにより、前記と同様ヒータが乾燥粉末中に
隙間や空隙を生じることなく埋め込まれた複合材料とな
るので、その乾燥粉末にアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金を浸透させることにより、曲線状の曲がりくねっ
たヒータであっても、そのヒータを複合材料中に問題な
く埋め込むことのできる製造方法となる。
【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。そし
て、複合材料中に埋め込むヒータも用意する。
【0012】用意したセラミックス粉末またはセラミッ
クス繊維で内部に空間部を有するプリフォームを形成す
る。空間部を有するプリフォームを形成するのは、あら
かじめ空間部を有するプリフォームを形成してもよい
し、形成したプリフォームに機械加工により空間部を設
けてもよい。
【0013】得られたプリフォームの空間部にヒータを
挿入する。そして、そのヒータの周囲にセラミックス粉
末またはセラミックス繊維を含むスラリーを流し込み乾
燥する。セラミックスの種類としては、プリフォームと
同じとした方がよい。得られたプリフォームに用意した
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
却してヒータを埋め込んだ複合材料を作製する。
【0014】複合材料の空間部にヒータを挿入する場合
には、先ずセラミックス粉末またはセラミックス繊維で
内部に空間部を有するプリフォームを形成し、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を浸透
させて複合材料を作製する。プリフォームの空間部がそ
の大きさにもよるが、そのまま作製した複合材料に空間
部として残る場合には、その空間部にヒータを挿入し、
その周りにセラミックス粉末またはセラミックス繊維を
含むスラリーを流し込み乾燥し、その乾燥部にアルミニ
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、冷却することにより、
ヒータを埋め込んだ複合材料が作製される。
【0015】作製した複合材料に空間部として残らない
場合には、その空間部がアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金で充填されているので、その金属部に機械加工で
空間部を設け、その空間部にヒータを挿入し、その周り
にセラミックス粉末またはセラミックス繊維を含むスラ
リーを流し込み乾燥し、その乾燥部にアルミニウム合金
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、冷却することにより、ヒータを
埋め込んだ複合材料が作製される。
【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、曲線状の曲がりくねったヒータでも、隙
間や空隙を生じることなく複合材料中に問題なく埋め込
まれた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。
【0018】(実施例1) (1)ヒータが埋め込まれた金属−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。
【0019】得られたスラリーを150×150×30
mmの空間部を有する200×200×50mm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Si
C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の空間部に図1に示
すヒータ(坂口電熱社製、丸型、径管10mm内径10
0mm)を挿入し、その周囲に先のスラリーを流し込
み、それを乾燥機で乾燥した。その乾燥したプリフォー
ムに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2
4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、冷却してヒータを埋め込んだ複合材料を作
製した。
【0021】(2)評価 得られた複合材料をヒータ部分を含めて切断し、その切
断面のヒータとその周囲の状態を目視で調べた。その結
果、ヒータの周りには隙間や空隙、亀裂は認められず、
ヒータが複合材料中に問題なく埋め込まれたことが確認
された。
【0022】(実施例2)実施例1と同様に空間部を有
するプリフォームを形成し、そのプリフォームに実施例
1と同様にアルミニウム合金を浸透させて複合材料を作
製し、得られた複合材料の空間部に実施例1と同じヒー
タを挿入し、その周囲に先のスラリーを流し込み、それ
を乾燥機で乾燥した。その乾燥した複合材料の乾燥部に
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、冷却してヒータを埋め込んだ複合材料を作製し
た。
【0023】得られた複合材料を実施例1と同様に評価
した。その結果、ヒータの周りには隙間や空隙、亀裂は
認められず、ヒータが複合材料中に問題なく埋め込まれ
たことが確認された。このことは、実施例1を含めて述
べると、本発明の製造方法であれば、曲がりくねったヒ
ータであっても、隙間や空隙を生じることなく簡単に埋
め込む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のプリフ
ォームの周りにスラリーを流し込まないでそのままプリ
フォームにアルミニウム合金を浸透させた他は実施例1
と同様に複合材料を作製し、評価した。その結果、ヒー
タの曲がりくねった部分にアルミニウム合金の行き渡ら
ない部分、すなわち空隙がいくつか生じていた。
【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、曲線状の曲がりくねっ
たヒータであっても、隙間や空隙を生じることなく簡単
に埋め込む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、形状に限定されないヒー
タを複合材料に埋め込むことができるので、半導体製造
装置関係の分野にも参入することができるようになり、
販路拡大につながるようになった。
───────────────────────────────────────────────────── 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) C22C 47/08 C22C 47/08 49/06 49/06 49/14 49/14 H05B 3/18 H05B 3/18 3/48 3/48 // C22C 101:04 C22C 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) 3K092 PP20 TT37 VV40 4K020 AA05 AA22 AC01 BA06 BB02 BB22

Claims (2)

    【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
    ラミックス繊維で内部に空間部を有するプリフォームを
    形成し、その空間部にヒータを挿入すると共にセラミッ
    クス粉末またはセラミックス繊維を含んだスラリーを流
    し込み、それを乾燥した後、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
    するヒータを埋め込んだ金属−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
    ラミックス繊維と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とで内部に空間部を有する複合材料
    を作製し、その空間部にヒータを挿入する共にセラミッ
    クス粉末またはセラミックス繊維を含んだスラリーを流
    し込み、それを乾燥した後、その乾燥部に溶融したアル
    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ヒータを埋め込んだ金
    属−セラミックス複合材料の製造方法。
JP2001127757A 2001-04-25 2001-04-25 ヒータを埋め込んだ金属−セラミックス複合材料の製造方法 Pending JP2002322521A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7378210B2 (ja) 2019-01-17 2023-11-13 新光電気工業株式会社 セラミック部材の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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