JP2002339025A - 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】 セラミックス粉末の含有率が高くても、切削
加工可能な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】 アルミナ粉末に無機系バインダーを加
え、それを混合して成形体を成形し、その成形体を７０
０〜１０５０℃の温度で焼成してプリフォームを形成し
た後、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。
加工可能な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】 アルミナ粉末に無機系バインダーを加
え、それを混合して成形体を成形し、その成形体を７０
０〜１０５０℃の温度で焼成してプリフォームを形成し
た後、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
【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、特に加工性を向上させた
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、特に加工性を向上させた
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】
【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では、セラミックス粉末の含有
率を高くすることができるものの、そのセラミックス粉
末の含有率が高いがために、刃物による切削加工が極め
て難しく、ダイヤモンド砥石を用いた研削加工でしか加
工し得ないという問題があった。
法で作製された複合材料では、セラミックス粉末の含有
率を高くすることができるものの、そのセラミックス粉
末の含有率が高いがために、刃物による切削加工が極め
て難しく、ダイヤモンド砥石を用いた研削加工でしか加
工し得な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
合材料が有する課題に鑑みなされたものであって、その
目的は、セラミックス粉末の含有率が高くても、切削加
工可能な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。
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、セラミックス粉末の含有率が高くても、切削加
工可能な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。
【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、セラミックス粉末の
種類を特定し、そのセラミックス粉末でプリフォームを
形成するための焼成温度を限定すれば、セラミックス粉
末の含有率が高くても、作製された複合材料が切削加工
可能に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、セラミックス粉末の
種類を特定し、そのセラミックス粉末でプリフォームを
形成するための焼成温度を限定すれば、セラミックス粉
末の含有率が高くても、作製された複合材料が切削加工
可能に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）アルミナ粉末に無
機系バインダーを加え、それを混合して成形体を成形
し、その成形体を７００〜１０５０℃の温度で焼成して
プリフォームを形成した後、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）前記アルミナ
粉末の複合材料中の含有率が、４０〜８０体積％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）前記無機系
バインダーが、コロイダルシリカ液であることを特徴と
する請求項１または２記載の金属−セラミックス複合材
料の製造方法（請求項３）とし、（４）前記無機系バイ
ンダーが、アルミナ水和物コロイド液であることを特徴
とする請求項１または２記載の金属−セラミックス複合
材料の製造方法（請求項４）とすることを要旨とする。
以下さらに詳細に説明する。
機系バインダーを加え、それを混合して成形体を成形
し、その成形体を７００〜１０５０℃の温度で焼成して
プリフォームを形成した後、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）前記アルミナ
粉末の複合材料中の含有率が、４０〜８０体積％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）前記無機系
バインダーが、コロイダルシリカ液であることを特徴と
する請求項１または２記載の金属−セラミックス複合材
料の製造方法（請求項３）とし、（４）前記無機系バイ
ンダーが、アルミナ水和物コロイド液であることを特徴
とする請求項１または２記載の金属−セラミックス複合
材料の製造方法（請求項４）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、アルミナ粉末に無機系バインダーを加
え、それを混合して成形体を成形し、その成形体を７０
０〜１０５０℃の温度で焼成してプリフォームを形成し
た後、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浸透させることとす
る製造方法とした（請求項１）。
製造方法として、アルミナ粉末に無機系バインダーを加
え、それを混合して成形体を成形し、その成形体を７０
０〜１０５０℃の温度で焼成してプリフォームを形成し
た後、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浸透させることとす
る製造方法とした（請求項１）。
【００１０】これは、セラミックス粉末がアルミナ粉末
の場合、従来はプリフォームを形成する焼成温度を１２
００℃程度としていたものを７００〜１０５０℃と限定
することにより、研削加工しかでき得なかったものを切
削加工可能としたものである。切削加工できる理由は恐
らくアルミナ粉末自体が比較的切削し易いセラミックス
粉末であることに加えて、アルミナ粉末を接着する無機
系のバインダーが焼成温度を下げることにより軟質化し
たことによるものと思われる。その焼成温度が１０５０
℃より高いと切削加工ができ難くなり、７００℃より低
いとバインダーとしての効果が発揮できなくなる。
の場合、従来はプリフォームを形成する焼成温度を１２
００℃程度としていたものを７００〜１０５０℃と限定
することにより、研削加工しかでき得なかったものを切
削加工可能としたものである。切削加工できる理由は恐
らくアルミナ粉末自体が比較的切削し易いセラミックス
粉末であることに加えて、アルミナ粉末を接着する無機
系のバインダーが焼成温度を下げることにより軟質化し
たことによるものと思われる。その焼成温度が１０５０
℃より高いと切削加工ができ難くなり、７００℃より低
いとバインダーとしての効果が発揮できなくなる。
【００１１】その複合材料中のアルミナ粉末の含有率と
しては、４０〜８０体積％とした（請求項２）。アルミ
ナ粉末の含有率が４０体積％より低いと、成した複合材
料の切削加工ができ得るので効果が少なく、８０体積％
より高くすると、複合材料中にアルミナ粉末を含有する
ことができ難くなる。
しては、４０〜８０体積％とした（請求項２）。アルミ
ナ粉末の含有率が４０体積％より低いと、成した複合材
料の切削加工ができ得るので効果が少なく、８０体積％
より高くすると、複合材料中にアルミナ粉末を含有する
ことができ難くなる。
【００１２】一方、用いる無機系バインダーとしては、
コロイダルシリカ液（請求項３）またはアルミナ水和物
コロイド液（請求項４）とした。コロイダルシリカ液
は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の浸透温度で
ある７００〜９００℃でも他より大きな強度を保ってい
るのでより好ましく、アルミナ水和物コロイド液は、他
より大型品への適用に適しているのでより好ましい。
コロイダルシリカ液（請求項３）またはアルミナ水和物
コロイド液（請求項４）とした。コロイダルシリカ液
は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の浸透温度で
ある７００〜９００℃でも他より大きな強度を保ってい
るのでより好ましく、アルミナ水和物コロイド液は、他
より大型品への適用に適しているのでより好ましい。
【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、先ず強化材であるアルミナ粉末を
用意し、これに添加するコロイダルシリカ液、アルミナ
水和物コロイド液などの無機系バインダーも用意する。
そして、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、先ず強化材であるアルミナ粉末を
用意し、これに添加するコロイダルシリカ液、アルミナ
水和物コロイド液などの無機系バインダーも用意する。
そして、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。
【００１４】用意したアルミナ粉末に用意した無機系バ
インダーを所定量添加し、それに水などの溶媒を加え、
混合してスラリーを調製し、それをセディメントキャス
ト法などで成形体を成形する。得られた成形体を７００
〜１０５０℃の温度で焼成して粉末充填率が４０〜８０
体積％のプリフォームを形成する。
インダーを所定量添加し、それに水などの溶媒を加え、
混合してスラリーを調製し、それをセディメントキャス
ト法などで成形体を成形する。得られた成形体を７００
〜１０５０℃の温度で焼成して粉末充填率が４０〜８０
体積％のプリフォームを形成する。
【００１５】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浸透させ、冷却して複合材料を作
製する。
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浸透させ、冷却して複合材料を作
製する。
【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、アルミナ粉末の含有率が高くても、切削
加工可能な複合材料が得られる。
を作製すれば、アルミナ粉末の含有率が高くても、切削
加工可能な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＃３２０（平均粒径８８μｍ）の市販Ａｌ
2Ｏ3粉末７０質量部と＃５００（平均粒径６６μｍ）の
市販Ａｌ2Ｏ3粉末３０質量部を用い、それに無機バイン
ダーとしてコロイダルシリカ液（触媒化成工業製、カタ
ロイド）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。
2Ｏ3粉末７０質量部と＃５００（平均粒径６６μｍ）の
市販Ａｌ2Ｏ3粉末３０質量部を用い、それに無機バイン
ダーとしてコロイダルシリカ液（触媒化成工業製、カタ
ロイド）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。
【００１９】得られたスラリーを１００×１００×１５
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、Ａｌ2Ｏ3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９００℃の温度で焼成
して粉末充填率が６０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、Ａｌ2Ｏ3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９００℃の温度で焼成
して粉末充填率が６０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。
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。
【００２１】（２）評価 得られた複合材料をフライス盤（ＤＡＩＮＩＣＨＩ社
製、ＤＬ６５Ｎ１００）で切削加工し、切削加工できる
か否かを調べた。その結果、複合材料の表面１ｍｍ程度
を切削で切り取ることができた。
製、ＤＬ６５Ｎ１００）で切削加工し、切削加工できる
か否かを調べた。その結果、複合材料の表面１ｍｍ程度
を切削で切り取ることができた。
【００２２】（実施例２）実施例１の無機バインダーを
アルミナ水和物コロイド液（日産化学工業社製、アルミ
ナゾル５２０）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、複合材料の表面１ｍｍ程
度を切削で切り取ることができた。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、アル
ミナ粉末の含有率が高くても、切削加工可能な複合材料
とすることができることを示している。
アルミナ水和物コロイド液（日産化学工業社製、アルミ
ナゾル５２０）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、複合材料の表面１ｍｍ程
度を切削で切り取ることができた。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、アル
ミナ粉末の含有率が高くても、切削加工可能な複合材料
とすることができることを示している。
【００２３】（比較例）比較のために実施例１の成形体
の焼成温度を１２００℃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、切削加工では複
合材料の表面を切り取ることができなかった。
の焼成温度を１２００℃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、切削加工では複
合材料の表面を切り取ることができなかった。
【００２４】
【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、アルミナ粉末の含有率
が高くても、切削加工可能な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、従来はダイヤモンド
砥石による研削加工では、１回の加工厚さが０．０５ｍ
ｍ程度であったものが、それを本発明の切削加工では、
１回の加工厚さが１ｍｍ程度にまで厚くすることができ
るようになったので、従来の数十倍の加工速度となり、
加工時間を大幅に短縮す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、アルミナ粉末の含有率
が高くても、切削加工可能な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、従来はダイヤモンド
砥石による研削加工では、１回の加工厚さが０．０５ｍ
ｍ程度であったものが、それを本発明の切削加工では、
１回の加工厚さが１ｍｍ程度にまで厚くすることができ
るようになったので、従来の数十倍の加工速度となり、
加工時間を大幅に短縮することができるようになった。
───────────────────────────────────────────────────── 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 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 AA22 AC01 BA05 BA08 BB22
Claims (4)
- 【請求項１】 アルミナ粉末に無機系バインダーを加
え、それを混合して成形体を成形し、その成形体を７０
０〜１０５０℃の温度で焼成してプリフォームを形成し
た後、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】 前記アルミナ粉末の複合材料中の含有率
が、４０〜８０体積％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】 前記無機系バインダーが、コロイダルシ
リカ液であることを特徴とする請求項１または２記載の
金属−セラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項４】 前記無機系バインダーが、アルミナ水和
物コロイド液であることを特徴とする請求項１または２
記載の金属−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 |
|---|---|---|---|
| JP2001146761A JP2002339025A (ja) | 2001-05-16 | 2001-05-16 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP2001146761A JP2002339025A (ja) | 2001-05-16 | 2001-05-16 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002339025A true JP2002339025A (ja) | 2002-11-27 |
Family
ID=18992354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001146761A Pending JP2002339025A (ja) | 2001-05-16 | 2001-05-16 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002339025A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100389213C (zh) * | 2005-09-13 | 2008-05-21 | 山东理工大学 | 一种铝基复合材料的工业化制备工艺 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11172348A (ja) * | 1997-12-03 | 1999-06-29 | Nippon Cement Co Ltd | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
| JPH11228262A (ja) * | 1998-02-04 | 1999-08-24 | Taiheiyo Cement Corp | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
-
2001
- 2001-05-16 JP JP2001146761A patent/JP2002339025A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11172348A (ja) * | 1997-12-03 | 1999-06-29 | Nippon Cement Co Ltd | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
| JPH11228262A (ja) * | 1998-02-04 | 1999-08-24 | Taiheiyo Cement Corp | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100389213C (zh) * | 2005-09-13 | 2008-05-21 | 山东理工大学 | 一种铝基复合材料的工业化制备工艺 |
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| A02 | Decision of refusal |
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