JP2002348623A - 中空構造を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法 - Google Patents
中空構造を有する金属−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】 中空を有する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】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
ラミックス繊維で所定のブロック形状をしたプリフォー
ムを複数個形成し、それら複数個のプリフォームを内部
に中空を有するように組み上げ、その組み上げたプリフ
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
ることとした中空構造を有する金属−セラミックス複合
材料の製造方法。
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
ラミックス繊維で所定のブロック形状をしたプリフォー
ムを複数個形成し、それら複数個のプリフォームを内部
に中空を有するように組み上げ、その組み上げたプリフ
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
ることとした中空構造を有する金属−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、特に中空構造を有する金
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、特に中空構造を有する金
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。
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、プリフォームを鋳込み成
形、あるいはプレス成形で形成するため、内部に中空を
有する複合材料を作製することができないという問題が
あった。
法で作製された複合材料では、プリフォームを鋳込み成
形、あるいはプレス成形で形成するため、内部に中空を
有する複合材料を作製することができないという問題が
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、中空を有する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、中空を有する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、ブロック状のプリフ
ォームを内部に中空を有するように組み上げ、その組み
上げたプリフォームに溶融した金属を浸透させれば、中
空を有する複合材料が得られ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、ブロック状のプリフ
ォームを内部に中空を有するように組み上げ、その組み
上げたプリフォームに溶融した金属を浸透させれば、中
空を有する複合材料が得られ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所定のブロック
形状をしたプリフォームを複数個形成し、それら複数個
のプリフォームを内部に中空を有するように組み上げ、
その組み上げた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中空構造を有
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）前記組み上げたプリフォームが、側壁
の個々のプリフォーム同士をＳＵＳ棒を貫通させて繋ぎ
あわせたプリフォームであることを特徴とする請求項１
記載の中空構造を有する金属−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所定のブロック
形状をしたプリフォームを複数個形成し、それら複数個
のプリフォームを内部に中空を有するように組み上げ、
その組み上げた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中空構造を有
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）前記組み上げたプリフォームが、側壁
の個々のプリフォーム同士をＳＵＳ棒を貫通させて繋ぎ
あわせたプリフォームであることを特徴とする請求項１
記載の中空構造を有する金属−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、本発明の複合材料の
製造方法としては、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所定のブロック形状をしたプリフ
ォームを複数個形成し、それら複数個のプリフォームを
内部に中空を有するように組み上げ、その組み上げたプ
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
させることとする製造方法とした（請求項１）。
製造方法としては、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所定のブロック形状をしたプリフ
ォームを複数個形成し、それら複数個のプリフォームを
内部に中空を有するように組み上げ、その組み上げたプ
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
させることとする製造方法とした（請求項１）。
【００１０】これは、先ずブロック状のプリフォームを
形成し、そのブロック状のプリフォームを図１、２、３
に示すように内部に中空を有するように組み上げ、その
組み上げたプリフォームに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により、図３と同じ
内部に中空を有する複合材料が作製されるものである。
形成し、そのブロック状のプリフォームを図１、２、３
に示すように内部に中空を有するように組み上げ、その
組み上げたプリフォームに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により、図３と同じ
内部に中空を有する複合材料が作製されるものである。
【００１１】通常はプリフォームの表面にアルミニウム
またはアルミニウム合金が染み出さないようにカーボン
などからなるバリア材を塗布するが、この場合には、ブ
ロック状のプリフォーム同士の接触面にはバリア材の塗
布をしないでその他には塗布して組み上げる必要があ
り、これによってプリフォーム同士はしっかりと接合さ
れ、一方、組み上げられたプリフォームの外側の面と内
部の中空部内面とにはアルミニウムまたはアルミニウム
合金の染み出しが抑えられた複合材料となる。
またはアルミニウム合金が染み出さないようにカーボン
などからなるバリア材を塗布するが、この場合には、ブ
ロック状のプリフォーム同士の接触面にはバリア材の塗
布をしないでその他には塗布して組み上げる必要があ
り、これによってプリフォーム同士はしっかりと接合さ
れ、一方、組み上げられたプリフォームの外側の面と内
部の中空部内面とにはアルミニウムまたはアルミニウム
合金の染み出しが抑えられた複合材料となる。
【００１２】その組み上げられたプリフォームが大型に
なると不安定になる場合があるので、その場合には、図
４に示すように側壁の個々のプリフォーム同士をＳＵＳ
棒を貫通させて繋ぎあわせることとした（請求項２）。
これにより大型品は勿論のこと、不安定になる要素を有
する複雑形状品にも対応することができる。
なると不安定になる場合があるので、その場合には、図
４に示すように側壁の個々のプリフォーム同士をＳＵＳ
棒を貫通させて繋ぎあわせることとした（請求項２）。
これにより大型品は勿論のこと、不安定になる要素を有
する複雑形状品にも対応することができる。
【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、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。
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、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、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。
【００１４】用意したセラミックス粉末またはセラミッ
クス繊維でブロック状のプリフォームを複数個形成す
る。プリフォームの形成は、鋳込み成形、プレス成形な
どどんな方法でも構わない。ＳＵＳ棒で補強する場合に
は、ＳＵＳ棒を挿入する穴を有するプリフォームを複数
個形成する。穴を有するプリフォームを形成するのは、
あらかじめ穴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穴を設けて
もよい。
クス繊維でブロック状のプリフォームを複数個形成す
る。プリフォームの形成は、鋳込み成形、プレス成形な
どどんな方法でも構わない。ＳＵＳ棒で補強する場合に
は、ＳＵＳ棒を挿入する穴を有するプリフォームを複数
個形成する。穴を有するプリフォームを形成するのは、
あらかじめ穴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穴を設けて
もよい。
【００１５】得られた複数個のプリフォームを用いて、
先ず図１、２，３に示すようにブロック状の底板となる
プリフォームを載置し、その上面にブロック状の側壁と
なる複数個のプリフォームを積み上げ、その上面にさら
にブロック状の上板となるプリフォームを被せて組み上
げる。この際、プリフォーム同士が接触する面及びアル
ミニウム合金を浸透させる面には何も塗布しないが、そ
れ以外にはカーボンなどからなるバリア材を塗布する。
先ず図１、２，３に示すようにブロック状の底板となる
プリフォームを載置し、その上面にブロック状の側壁と
なる複数個のプリフォームを積み上げ、その上面にさら
にブロック状の上板となるプリフォームを被せて組み上
げる。この際、プリフォーム同士が接触する面及びアル
ミニウム合金を浸透させる面には何も塗布しないが、そ
れ以外にはカーボンなどからなるバリア材を塗布する。
【００１６】得られた組み上げ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
て内部に中空を有する複合材料を作製する。
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
て内部に中空を有する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、内部に中空を有する複合材料が得られ
る。
を作製すれば、内部に中空を有する複合材料が得られ
る。
【００１８】
【実施例】以下本発明の実施例を具体的に挙げ、本発明
をより詳細に説明する。
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。
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１０００×１０００×
ｔ２０ｍｍ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
で焼成して粉末充填率が７０体積％の底板及び上板とな
るプリフォームを２個形成した。次いで、同じスラリー
で別に９８０×１００×ｔ２０ｍｍの成形体が得られる
ゴム型に流し込み、前記と同様にして側壁となるプリフ
ォームを１２個形成した。
ｔ２０ｍｍ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
で焼成して粉末充填率が７０体積％の底板及び上板とな
るプリフォームを２個形成した。次いで、同じスラリー
で別に９８０×１００×ｔ２０ｍｍの成形体が得られる
ゴム型に流し込み、前記と同様にして側壁となるプリフ
ォームを１２個形成した。
【００２１】得られたプリフォームの表面にカーボンか
らなるバリア材を塗布（但し、アルミニウム合金を浸透
させる面及びプリフォーム同士が接触する面を除く）
し、それらを図１、２，３に示すように組み上げ、その
組み上げたプリフォームに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、冷却して中空を有す
る複合材料を作製した。
らなるバリア材を塗布（但し、アルミニウム合金を浸透
させる面及びプリフォーム同士が接触する面を除く）
し、それらを図１、２，３に示すように組み上げ、その
組み上げたプリフォームに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、冷却して中空を有す
る複合材料を作製した。
【００２２】（２）評価 得られた複合材料を切断して２分割し、その複合材料の
外側面と内部中空面を目視で観察し、アルミニウム合金
の染み出しを調べた。その結果、アルミニウム合金の大
きな染み出しはなかった。また、その複合材料のプリフ
ォーム同士の接触面を切断し、その面の接合状態を目視
で調べた。その結果、プリフォーム同士の接触面には、
隙間や剥がれがなく、よく接合されていた。
外側面と内部中空面を目視で観察し、アルミニウム合金
の染み出しを調べた。その結果、アルミニウム合金の大
きな染み出しはなかった。また、その複合材料のプリフ
ォーム同士の接触面を切断し、その面の接合状態を目視
で調べた。その結果、プリフォーム同士の接触面には、
隙間や剥がれがなく、よく接合されていた。
【００２３】（実施例２）前記と同じスラリーで図４に
示すようにφ１１ｍｍの穴を２個有する側壁となるプリ
フォームを１２個形成し、その穴にφ１０×長さ３００
ｍｍのＳＵＳ棒を２本挿入した他は実施例１と同様に複
合材料を作製し、評価した。その結果、複合材料の外側
面と内部中空面には、アルミニウム合金の大きな染み出
しはなく、また、プリフォーム同士の接触面には、隙間
や剥がれがなく、よく接合されており、プリフォーム同
士のズレもなかった。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、中空を有する複合
材料が得られる製造方法とすることができることを示し
ている。
示すようにφ１１ｍｍの穴を２個有する側壁となるプリ
フォームを１２個形成し、その穴にφ１０×長さ３００
ｍｍのＳＵＳ棒を２本挿入した他は実施例１と同様に複
合材料を作製し、評価した。その結果、複合材料の外側
面と内部中空面には、アルミニウム合金の大きな染み出
しはなく、また、プリフォーム同士の接触面には、隙間
や剥がれがなく、よく接合されており、プリフォーム同
士のズレもなかった。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、中空を有する複合
材料が得られる製造方法とすることができることを示し
ている。
【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、中空を有する複合材料
が得られる金属−セラミックス複合材料の製造方法とす
ることができるようになった。このことにより、従来で
き得なかった中空構造を有する複合材料を作製すること
ができるようになり、剛性を保ったまま軽量化すること
ができるため、半導体製造装置等の部材に使われること
が大いに期待できるようになった。
ス複合材料の製造方法であれば、中空を有する複合材料
が得られる金属−セラミックス複合材料の製造方法とす
ることができるようになった。このことにより、従来で
き得なかった中空構造を有する複合材料を作製すること
ができるようになり、剛性を保ったまま軽量化すること
ができるため、半導体製造装置等の部材に使われること
が大いに期待できるようになった。
【図１】底板または上板であるプリフォームを示す模式
図である。
図である。
【図２】プリフォームの側壁を組み上げたところを示す
模式図である。
模式図である。
【図３】プリフォーム全体を組み上げたところを示す模
式図である。
式図である。
【図４】プリフォームの側壁にＳＵＳ棒を挿入する穴を
示す模式図である。
示す模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 101:14 Ｃ２２Ｃ 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 AA06 AA08 AA22 AC01 BA02 BA08 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
ラミックス繊維で所定のブロック形状をしたプリフォー
ムを複数個形成し、それら複数個のプリフォームを内部
に中空を有するように組み上げ、その組み上げたプリフ
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中空構造を有する金属−セラミック
ス複合材料の製造方法。 - 【請求項２】 前記組み上げたプリフォームが、側壁の
個々のプリフォーム同士をＳＵＳ棒を貫通させて繋ぎあ
わせたプリフォームであることを特徴とする請求項１記
載の中空構造を有する金属−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 |
|---|---|---|---|
| JP2001150678A JP4744722B2 (ja) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | 中空構造を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001150678A JP4744722B2 (ja) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | 中空構造を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002348623A true JP2002348623A (ja) | 2002-12-04 |
| JP4744722B2 JP4744722B2 (ja) | 2011-08-10 |
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ID=18995659
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001150678A Expired - Fee Related JP4744722B2 (ja) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | 中空構造を有する金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4744722B2 (ja) |
Cited By (2)
| 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 |
| CN113718186A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-11-30 | 上海大学 | 汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带晶须材料及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH109298A (ja) * | 1996-06-26 | 1998-01-13 | Akebono Brake Ind Co Ltd | ブレーキキャリパ |
| JPH11269574A (ja) * | 1998-03-19 | 1999-10-05 | Toyoda Mach Works Ltd | ウィスカ強化合金製機械部材の製造方法およびウィスカ強化合金製機械部材 |
| JP2001123234A (ja) * | 1999-10-21 | 2001-05-08 | Taiheiyo Cement Corp | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
-
2001
- 2001-05-21 JP JP2001150678A patent/JP4744722B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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| JPH11269574A (ja) * | 1998-03-19 | 1999-10-05 | Toyoda Mach Works Ltd | ウィスカ強化合金製機械部材の製造方法およびウィスカ強化合金製機械部材 |
| JP2001123234A (ja) * | 1999-10-21 | 2001-05-08 | Taiheiyo Cement Corp | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN113718186A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-11-30 | 上海大学 | 汽车尾气催化净化载体用稀土铁素体不锈钢薄带晶须材料及其制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4744722B2 (ja) | 2011-08-10 |
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