JP2003147495A - 金属−セラミックス複合材料用プリフォームの作製方法 - Google Patents
金属−セラミックス複合材料用プリフォームの作製方法Info
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- JP2003147495A JP2003147495A JP2001339280A JP2001339280A JP2003147495A JP 2003147495 A JP2003147495 A JP 2003147495A JP 2001339280 A JP2001339280 A JP 2001339280A JP 2001339280 A JP2001339280 A JP 2001339280A JP 2003147495 A JP2003147495 A JP 2003147495A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属−セラミックス複合材料用プリフォーム
の作製方法において、プリフォーム強度が均一でかつニ
アネットでの成形が可能なプリフォーム作製方法を提供
する。 【解決手段】 セラミックス粉末とバインダー等と溶媒
とを混合してスラリーとし、これを注型して成形する金
属−セラミックス複合材料用プリフォームの作製方法に
おいて、前記スラリーに、バインダーと反応せずかつ注
型後の溶媒乾燥前または乾燥時に増粘作用を示す増粘材
を添加する。
の作製方法において、プリフォーム強度が均一でかつニ
アネットでの成形が可能なプリフォーム作製方法を提供
する。 【解決手段】 セラミックス粉末とバインダー等と溶媒
とを混合してスラリーとし、これを注型して成形する金
属−セラミックス複合材料用プリフォームの作製方法に
おいて、前記スラリーに、バインダーと反応せずかつ注
型後の溶媒乾燥前または乾燥時に増粘作用を示す増粘材
を添加する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属に強化材を複
合させる金属−セラミックス複合材料の製造方法に関
し、特に非加圧で強化材のプリフォームに金属を含浸さ
せる製造方法に用いる金属−セラミックス複合材料用プ
リフォームの作製方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】技術革新が急速に進む中で、宇宙開発、
エネルギー、原子力等の分野においては、その構造部材
として、耐熱性が必要とされる中高温（２００〜２００
０℃）の環境下でも、高強度、高靭性、耐衝撃性、耐食
性、耐酸化性、耐放射線性等の特性を有する材料が要求
されている。現在、耐熱性に優れた材料としてはセラミ
ックスがあり、その中でも特にＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4等が優
れているが、これらセラミックスはその固有の性質とし
て脆さという欠点を有している。 【０００３】一方、ＳｉＣ等のセラミックスを強化材と
し、ＳｉまたはＳｉ合金をマトリックスとした金属−セ
ラミックス複合材料が開発されている。この材料は、セ
ラミックスと、高融点あるいは高靭性の金属とを複合化
させた複合材料であるので、特に耐熱性、熱膨張特性に
優れている。 【０００４】その製造については、カーボンあるいは、
焼成すればカーボンとなる樹脂等でプリフォームを成形
し、そのプリフォームに溶融Ｓｉを含浸させると同時に
プリフォーム中のＣとＳｉとを反応させＳｉＣを生成さ
せる、いわゆる反応焼結法によって生成されたＳｉＣと
残余のＳｉとを共存させることにより複合材料を製造す
る方法、もしくは、ＳｉＣ等の粉末とカーボンあるいは
焼成すればカーボンとなる樹脂等でプリフォームを成形
し、そのプリフォームに溶融ＳｉまたはＳｉ合金を含浸
させることにより、合金中のＳｉとプリフォーム中のＣ
とを反応させてＳｉＣを生成させ、この生成されたＳｉ
Ｃと残余のＳｉ合金およびあらかじめ含んでいるＳｉＣ
等とを共存させることにより複合材料を製造する方法が
ある。 【０００５】また、最近では米国ランクサイド社が開発
した非加圧浸透法が注目されている。この方法は、Ｓｉ
ＣやＡｌ2Ｏ3等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Ａｌインゴットを接触させ、これ
をＮ2雰囲気中で７００〜９００℃の温度に加熱して溶
融したＡｌ合金をプリフォーム中に含浸させる方法であ
る。これは、ＭｇとＮ2との化学反応を利用してセラミ
ックス粉末と溶融金属の濡れ性を改善することにより、
非加圧で溶融Ａｌ合金をプリフォームに含浸することを
可能とする優れた方法である。 【０００６】こうした金属−セラミックス複合材料の製
造方法では、ニアネット成形が可能であることから、プ
リフォームの作製方法が重要である。プリフォームはプ
レス成形や鋳込み成形等種々の方法で作製可能である
が、特に、強化材粉末にバインダー等を含む溶媒を添加
してスラリーとし、このスラリーを注型したのち乾燥固
化させる湿式成形法は、ニアネット性の面で優れた方法
である。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
での湿式成形法では、注型後溶媒を乾燥させる際にスラ
リー中に含まれているバインダーの偏析が生じやすく、
プリフォーム強度の不十分な部分が発生したり、亀裂発
生の原因になることがあった。 【０００８】本発明は、上述した金属−セラミックス複
合材料用プリフォームの作製方法における課題に鑑みな
されたものであって、その目的は、プリフォーム強度が
均一でかつニアネットでの成形が可能なプリフォーム作
製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、セラミックス粉末、
バインダー、溶媒を含むスラリー中に増粘材を添加する
ことで、溶媒乾燥工程でのバインダーの偏析を抑制で
き、ニアネットでのプリフォーム作製が可能であるとの
知見を得て本発明を完成するに至った。 【００１０】即ち本発明は、セラミックス粉末とバイン
ダー等と溶媒とを混合してスラリーとし、これを注型し
て成形する金属−セラミックス複合材料用プリフォーム
の作製方法において、セラミックス粉末およびバインダ
ー等を含むスラリーが、バインダーと反応せずかつ注型
後の溶媒乾燥前または乾燥時に増粘作用を示す増粘材を
含んでいることを特徴とする、金属−セラミックス複合
材料用プリフォームの作製方法であることを要旨とす
る。以下本発明について具体的に説明する。 【００１１】 【発明の実施の形態】本発明のプリフォーム作製方法
は、セラミックス粉末とバインダー等と溶媒とを混合し
たスラリー中に、ある特性を有する増粘材を添加するこ
とを特徴とする。セラミックス粉末としては、プリフォ
ームにマトリックス金属を含浸させる温度において溶
融、昇華または分解しないものであれば良い。また、そ
の粒度分布においては特に制限される範囲は無いが、
０.１μｍ以下の粒子の割合が１０体積％以上である
と、スラリーの粘性が高くなり型の転写性が低下するた
め好ましくなく、逆に５００μｍ以上の粒子の割合が１
０体積％以上であると沈降分離によって強化材の分布が
均一でなくなる場合があり好ましくない。 【００１２】増粘材としては、スラリー中のバインダー
と反応しないものであり、また、注型前のスラリーの粘
性が高いと微細形状の型に対する転写性が低下する恐れ
があるため、注型時には増粘せず、かつ注型後の溶媒乾
燥前または溶媒乾燥時に増粘作用を発現する特性を有す
る増粘材であればよく、例えばバインダーが水溶性フェ
ノール樹脂の場合は、重合性樹脂、セルロースや澱粉等
が挙げられる。 【００１３】スラリーは、強化材であるセラミックス粉
末にバインダーおよび水等の溶媒と増粘材を添加し、ポ
ットミル等の混合方法により調整する。このとき必要に
応じてカーボン等の含浸助剤を添加してもよい。 【００１４】得られたスラリーを注型した後、スラリー
を加熱することにより溶媒を乾燥させる。このときの乾
燥方法は、スラリー中に添加したバインダーの種類によ
り考える必要があるが、溶媒の乾燥過程において、例え
ば加熱することにより増粘材が作用して溶媒を著しく増
粘させることで、バインダーの偏析を抑制することがで
きる。この結果、乾燥後のプリフォームはバインダーの
偏析が抑制され、偏析に起因する割れや亀裂発生を抑え
ることができる。 【００１５】 【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともに示
す。 【００１６】（実施例）まず、強化材であるセラミック
ス粉末として粒度＃４００のＳｉＣ粉末を用意し、この
ＳｉＣ粉末２００質量部に対し、イオン交換水１００質
量部および水溶性フェノール樹脂５０質量部、さらにセ
ルロースを５質量部添加してスラリーを調整した。離型
剤を塗布したφ２５０×ｔ５０ｍｍの金型中にスラリー
を流し込んだ後、型ごと８０℃に加熱してスラリーを乾
燥させた後、成形体を脱型し、さらに得られた成形体を
１５０℃で加熱して硬化させプリフォームとした。得ら
れたプリフォームを真空中で１０００℃まで加熱したと
ころ、プリフォームには割れ等の欠陥は見られず、ま
た、取扱に対しても充分な強度を有していた。 【００１７】（比較例）セルロースを添加しない他は実
施例と同様にしてプリフォームを作製したところ、１５
０℃加熱後には実施例と同様良好なプリフォームを作製
することができた。しかしながら、得られたプリフォー
ムを１０００℃に加熱したところ、円盤上面に割れが発
生した。 【００１８】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
強度が均一なプリフォームが作製でき、その結果、大型
製品のプリフォームの作製が容易となり、かつ複雑形状
品のプリフォームも容易に作製可能となった。これによ
り金属−セラミックス複合材料をニアネットで作製する
ことが可能になった。
合させる金属−セラミックス複合材料の製造方法に関
し、特に非加圧で強化材のプリフォームに金属を含浸さ
せる製造方法に用いる金属−セラミックス複合材料用プ
リフォームの作製方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】技術革新が急速に進む中で、宇宙開発、
エネルギー、原子力等の分野においては、その構造部材
として、耐熱性が必要とされる中高温（２００〜２００
０℃）の環境下でも、高強度、高靭性、耐衝撃性、耐食
性、耐酸化性、耐放射線性等の特性を有する材料が要求
されている。現在、耐熱性に優れた材料としてはセラミ
ックスがあり、その中でも特にＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4等が優
れているが、これらセラミックスはその固有の性質とし
て脆さという欠点を有している。 【０００３】一方、ＳｉＣ等のセラミックスを強化材と
し、ＳｉまたはＳｉ合金をマトリックスとした金属−セ
ラミックス複合材料が開発されている。この材料は、セ
ラミックスと、高融点あるいは高靭性の金属とを複合化
させた複合材料であるので、特に耐熱性、熱膨張特性に
優れている。 【０００４】その製造については、カーボンあるいは、
焼成すればカーボンとなる樹脂等でプリフォームを成形
し、そのプリフォームに溶融Ｓｉを含浸させると同時に
プリフォーム中のＣとＳｉとを反応させＳｉＣを生成さ
せる、いわゆる反応焼結法によって生成されたＳｉＣと
残余のＳｉとを共存させることにより複合材料を製造す
る方法、もしくは、ＳｉＣ等の粉末とカーボンあるいは
焼成すればカーボンとなる樹脂等でプリフォームを成形
し、そのプリフォームに溶融ＳｉまたはＳｉ合金を含浸
させることにより、合金中のＳｉとプリフォーム中のＣ
とを反応させてＳｉＣを生成させ、この生成されたＳｉ
Ｃと残余のＳｉ合金およびあらかじめ含んでいるＳｉＣ
等とを共存させることにより複合材料を製造する方法が
ある。 【０００５】また、最近では米国ランクサイド社が開発
した非加圧浸透法が注目されている。この方法は、Ｓｉ
ＣやＡｌ2Ｏ3等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Ａｌインゴットを接触させ、これ
をＮ2雰囲気中で７００〜９００℃の温度に加熱して溶
融したＡｌ合金をプリフォーム中に含浸させる方法であ
る。これは、ＭｇとＮ2との化学反応を利用してセラミ
ックス粉末と溶融金属の濡れ性を改善することにより、
非加圧で溶融Ａｌ合金をプリフォームに含浸することを
可能とする優れた方法である。 【０００６】こうした金属−セラミックス複合材料の製
造方法では、ニアネット成形が可能であることから、プ
リフォームの作製方法が重要である。プリフォームはプ
レス成形や鋳込み成形等種々の方法で作製可能である
が、特に、強化材粉末にバインダー等を含む溶媒を添加
してスラリーとし、このスラリーを注型したのち乾燥固
化させる湿式成形法は、ニアネット性の面で優れた方法
である。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
での湿式成形法では、注型後溶媒を乾燥させる際にスラ
リー中に含まれているバインダーの偏析が生じやすく、
プリフォーム強度の不十分な部分が発生したり、亀裂発
生の原因になることがあった。 【０００８】本発明は、上述した金属−セラミックス複
合材料用プリフォームの作製方法における課題に鑑みな
されたものであって、その目的は、プリフォーム強度が
均一でかつニアネットでの成形が可能なプリフォーム作
製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、セラミックス粉末、
バインダー、溶媒を含むスラリー中に増粘材を添加する
ことで、溶媒乾燥工程でのバインダーの偏析を抑制で
き、ニアネットでのプリフォーム作製が可能であるとの
知見を得て本発明を完成するに至った。 【００１０】即ち本発明は、セラミックス粉末とバイン
ダー等と溶媒とを混合してスラリーとし、これを注型し
て成形する金属−セラミックス複合材料用プリフォーム
の作製方法において、セラミックス粉末およびバインダ
ー等を含むスラリーが、バインダーと反応せずかつ注型
後の溶媒乾燥前または乾燥時に増粘作用を示す増粘材を
含んでいることを特徴とする、金属−セラミックス複合
材料用プリフォームの作製方法であることを要旨とす
る。以下本発明について具体的に説明する。 【００１１】 【発明の実施の形態】本発明のプリフォーム作製方法
は、セラミックス粉末とバインダー等と溶媒とを混合し
たスラリー中に、ある特性を有する増粘材を添加するこ
とを特徴とする。セラミックス粉末としては、プリフォ
ームにマトリックス金属を含浸させる温度において溶
融、昇華または分解しないものであれば良い。また、そ
の粒度分布においては特に制限される範囲は無いが、
０.１μｍ以下の粒子の割合が１０体積％以上である
と、スラリーの粘性が高くなり型の転写性が低下するた
め好ましくなく、逆に５００μｍ以上の粒子の割合が１
０体積％以上であると沈降分離によって強化材の分布が
均一でなくなる場合があり好ましくない。 【００１２】増粘材としては、スラリー中のバインダー
と反応しないものであり、また、注型前のスラリーの粘
性が高いと微細形状の型に対する転写性が低下する恐れ
があるため、注型時には増粘せず、かつ注型後の溶媒乾
燥前または溶媒乾燥時に増粘作用を発現する特性を有す
る増粘材であればよく、例えばバインダーが水溶性フェ
ノール樹脂の場合は、重合性樹脂、セルロースや澱粉等
が挙げられる。 【００１３】スラリーは、強化材であるセラミックス粉
末にバインダーおよび水等の溶媒と増粘材を添加し、ポ
ットミル等の混合方法により調整する。このとき必要に
応じてカーボン等の含浸助剤を添加してもよい。 【００１４】得られたスラリーを注型した後、スラリー
を加熱することにより溶媒を乾燥させる。このときの乾
燥方法は、スラリー中に添加したバインダーの種類によ
り考える必要があるが、溶媒の乾燥過程において、例え
ば加熱することにより増粘材が作用して溶媒を著しく増
粘させることで、バインダーの偏析を抑制することがで
きる。この結果、乾燥後のプリフォームはバインダーの
偏析が抑制され、偏析に起因する割れや亀裂発生を抑え
ることができる。 【００１５】 【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともに示
す。 【００１６】（実施例）まず、強化材であるセラミック
ス粉末として粒度＃４００のＳｉＣ粉末を用意し、この
ＳｉＣ粉末２００質量部に対し、イオン交換水１００質
量部および水溶性フェノール樹脂５０質量部、さらにセ
ルロースを５質量部添加してスラリーを調整した。離型
剤を塗布したφ２５０×ｔ５０ｍｍの金型中にスラリー
を流し込んだ後、型ごと８０℃に加熱してスラリーを乾
燥させた後、成形体を脱型し、さらに得られた成形体を
１５０℃で加熱して硬化させプリフォームとした。得ら
れたプリフォームを真空中で１０００℃まで加熱したと
ころ、プリフォームには割れ等の欠陥は見られず、ま
た、取扱に対しても充分な強度を有していた。 【００１７】（比較例）セルロースを添加しない他は実
施例と同様にしてプリフォームを作製したところ、１５
０℃加熱後には実施例と同様良好なプリフォームを作製
することができた。しかしながら、得られたプリフォー
ムを１０００℃に加熱したところ、円盤上面に割れが発
生した。 【００１８】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
強度が均一なプリフォームが作製でき、その結果、大型
製品のプリフォームの作製が容易となり、かつ複雑形状
品のプリフォームも容易に作製可能となった。これによ
り金属−セラミックス複合材料をニアネットで作製する
ことが可能になった。
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フロントページの続き
(72)発明者 青木 一郎
千葉県佐倉市大作二丁目４番２号 太平洋
セメント株式会社内
Ｆターム(参考） 4K020 AA05 BA05
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 セラミックス粉末とバインダー等と溶媒
とを混合してスラリーとし、これを注型して成形する金
属−セラミックス複合材料用プリフォームの作製方法に
おいて、前記スラリーが、バインダーと反応せずかつ注
型後の溶媒乾燥前または乾燥時に増粘作用を示す増粘材
を含んでいることを特徴とする金属−セラミックス複合
材料用プリフォームの作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001339280A JP2003147495A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 金属−セラミックス複合材料用プリフォームの作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001339280A JP2003147495A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 金属−セラミックス複合材料用プリフォームの作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003147495A true JP2003147495A (ja) | 2003-05-21 |
Family
ID=19153653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001339280A Pending JP2003147495A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 金属−セラミックス複合材料用プリフォームの作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003147495A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012114865A1 (ja) * | 2011-02-21 | 2012-08-30 | 日本碍子株式会社 | 粉末成形体の製造方法及び粉末成形体 |
| JP2021511278A (ja) * | 2018-01-19 | 2021-05-06 | アルバニー エンジニアード コンポジッツ インコーポレイテッド | セラミックマトリックス複合体を製造する方法 |
-
2001
- 2001-11-05 JP JP2001339280A patent/JP2003147495A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012114865A1 (ja) * | 2011-02-21 | 2012-08-30 | 日本碍子株式会社 | 粉末成形体の製造方法及び粉末成形体 |
| US9051220B2 (en) | 2011-02-21 | 2015-06-09 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for producing powder molded product and powder molded product |
| JP5907943B2 (ja) * | 2011-02-21 | 2016-04-26 | 日本碍子株式会社 | 粉末成形体の製造方法 |
| JP2021511278A (ja) * | 2018-01-19 | 2021-05-06 | アルバニー エンジニアード コンポジッツ インコーポレイテッド | セラミックマトリックス複合体を製造する方法 |
| JP7481256B2 (ja) | 2018-01-19 | 2024-05-10 | アルバニー エンジニアード コンポジッツ インコーポレイテッド | セラミックマトリックス複合体を製造する方法 |
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