JP3371939B2 - 金属基複合材料及びその製法 - Google Patents
金属基複合材料及びその製法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や液晶など
を製造するＣＶＤやＰＶＤなどの真空装置内で用いられ
る器物の一種である金属基複合材料及びその材料の製造
方法に関するものである。
を製造するＣＶＤやＰＶＤなどの真空装置内で用いられ
る器物の一種である金属基複合材料及びその材料の製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、真空装置内にて使用される台、
棚、壁面などの器物は、主としてアルミニウムやその合
金材を陽極酸化などの方法により、表面にアルミナ皮
膜、即ち不働態膜を形成させたものが用いられていた。
これは、アルミニウムが軽量であること、良好な熱伝導
度の特性を利用できること、又、表面に不働態膜を容易
に形成できるので、高真空、高温下にて使用しても器物
からのガス放出や金属イオンの飛散が少なく、化学蒸着
（ＣＶＤ）や物理蒸着（ＰＶＤ）の装置内の器物として
良好であるからである。
棚、壁面などの器物は、主としてアルミニウムやその合
金材を陽極酸化などの方法により、表面にアルミナ皮
膜、即ち不働態膜を形成させたものが用いられていた。
これは、アルミニウムが軽量であること、良好な熱伝導
度の特性を利用できること、又、表面に不働態膜を容易
に形成できるので、高真空、高温下にて使用しても器物
からのガス放出や金属イオンの飛散が少なく、化学蒸着
（ＣＶＤ）や物理蒸着（ＰＶＤ）の装置内の器物として
良好であるからである。
【０００３】他方、真空装置の付属器物として搬送装置
などが真空容器外で使用されているが、その器物の素材
は、高温で剛性を有しかつ熱膨脹率の少ないアルミニウ
ム基複合材料が、熱的な形状安定性ばかりでなくその器
物寿命が長いなどの理由で近年その利用が検討されつつ
ある。
などが真空容器外で使用されているが、その器物の素材
は、高温で剛性を有しかつ熱膨脹率の少ないアルミニウ
ム基複合材料が、熱的な形状安定性ばかりでなくその器
物寿命が長いなどの理由で近年その利用が検討されつつ
ある。
【０００４】このようなアルミニウム基複合材料が真空
装置容器内でも利用できれば、容器内で使用される器物
類は、熱的な形状安定性が発揮でき、なおかつ長寿命が
期待されるが、高真空、高温下での使用に際しての不働
態膜形成、例えば酸溶液中での処理の際、従来の形態の
アルミニウム基複合材料、例えば、その材料を構成する
素材、例えばセラミックスや他の金属の強化材とマトリ
ックス材との間で電位差を生じるため、マトリックス部
に異常な腐食現象が起きるなどで利用が困難であった。
装置容器内でも利用できれば、容器内で使用される器物
類は、熱的な形状安定性が発揮でき、なおかつ長寿命が
期待されるが、高真空、高温下での使用に際しての不働
態膜形成、例えば酸溶液中での処理の際、従来の形態の
アルミニウム基複合材料、例えば、その材料を構成する
素材、例えばセラミックスや他の金属の強化材とマトリ
ックス材との間で電位差を生じるため、マトリックス部
に異常な腐食現象が起きるなどで利用が困難であった。
【０００５】又、従来の金属材料のみで器物を作成した
際には、不働態膜の生成には何等問題はなかったが、高
温での剛性が充分でなく寿命が極めて短いなどの問題が
あった。
際には、不働態膜の生成には何等問題はなかったが、高
温での剛性が充分でなく寿命が極めて短いなどの問題が
あった。
【０００６】このような問題の解決のため、真空容器内
でも用いられる器物を金属基複合材料で作成する試みが
なされている。即ち、金属基複合材料を大気中にて金型
内の所定の位置に配置しておき、その表面を金属溶湯で
鋳ぐるむ方法である。しかしこの方法は、金型に接触す
る部分を鋳ぐるむのが不可能である。そこでスペーサー
等を金型に配置して鋳ぐるむことが試みられたが、鋳ぐ
るみの際にスペーサーの全表面に酸化物が形成し、その
結果、前記した不働態化処理の際、元のスペーサーと鋳
ぐるみした部分の界面で電位差が生じ、不働態膜生成中
に異常な腐食現象が起きるなど問題があった。
でも用いられる器物を金属基複合材料で作成する試みが
なされている。即ち、金属基複合材料を大気中にて金型
内の所定の位置に配置しておき、その表面を金属溶湯で
鋳ぐるむ方法である。しかしこの方法は、金型に接触す
る部分を鋳ぐるむのが不可能である。そこでスペーサー
等を金型に配置して鋳ぐるむことが試みられたが、鋳ぐ
るみの際にスペーサーの全表面に酸化物が形成し、その
結果、前記した不働態化処理の際、元のスペーサーと鋳
ぐるみした部分の界面で電位差が生じ、不働態膜生成中
に異常な腐食現象が起きるなど問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な問題のない、真空容器内で使用する器物の素材として
有用な金属基複合材料を提供することを課題とするもの
である。
な問題のない、真空容器内で使用する器物の素材として
有用な金属基複合材料を提供することを課題とするもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
の解決のため鋭意検討を行った結果、アルミニウム等の
金属質材料で構成されたある種の形状の複合材料は、こ
れを真空容器内で使用する器物の素材として用いた際、
上記したような問題のない器物となることを見出し本発
明を完成した。
の解決のため鋭意検討を行った結果、アルミニウム等の
金属質材料で構成されたある種の形状の複合材料は、こ
れを真空容器内で使用する器物の素材として用いた際、
上記したような問題のない器物となることを見出し本発
明を完成した。
【０００９】即ち本発明は、強化材と金属マトリックス
材及びマトリックス材と同種又は異種の金属からなる金
属基複合材料であって、前記強化材と前記金属マトリッ
クス材とからなる部分の表面がマトリックス材と同種又
は異種の金属層で被覆され、前記金属基複合材料の全表
面が同一材質となっていることを特徴とするものであ
る。
材及びマトリックス材と同種又は異種の金属からなる金
属基複合材料であって、前記強化材と前記金属マトリッ
クス材とからなる部分の表面がマトリックス材と同種又
は異種の金属層で被覆され、前記金属基複合材料の全表
面が同一材質となっていることを特徴とするものであ
る。
【００１０】図１は本発明の金属基複合材料の一実施態
様の構成を示す断面図で、図中１は複合材料の強化材と
金属マトリックス材とからなる部分、２はマトリックス
材と同種又は異種の金属層、３は不働態化層を夫々示
す。
様の構成を示す断面図で、図中１は複合材料の強化材と
金属マトリックス材とからなる部分、２はマトリックス
材と同種又は異種の金属層、３は不働態化層を夫々示
す。
【００１１】図１に示すように本発明の金属基複合材料
はその全表面はマトリックス材と同種又は異種の金属層
で被覆されており、このものを真空容器内で使用する器
物として用いる際に施す、表面の不働態化処理の際にも
何等問題となることは無い。
はその全表面はマトリックス材と同種又は異種の金属層
で被覆されており、このものを真空容器内で使用する器
物として用いる際に施す、表面の不働態化処理の際にも
何等問題となることは無い。
【００１２】この複合材料の形状は図１に示したような
板状のみでなく、棚状、目皿状等特に限定されず、又、
表面金属層の厚さは特に制限されるものではないが、少
なくともその表面部分はマトリックス材と同種又は異種
の金属層で被覆された状態であれば良い。
板状のみでなく、棚状、目皿状等特に限定されず、又、
表面金属層の厚さは特に制限されるものではないが、少
なくともその表面部分はマトリックス材と同種又は異種
の金属層で被覆された状態であれば良い。
【００１３】本発明の金属基複合材料で用いる強化材
は、セラミック質材料、金属質材料等であり、具体的に
は、シリコンカーバイト、シリコンナイトライト、シリ
カ、アルミナ、ムライト、硼酸アルミニウム、コーディ
エライト等のセラミック質材料、ステンレススティー
ル、チタン等の金属質材料、炭素等から選ばれる一種以
上である。これら強化材の形状は繊維状、粉状、粒状等
のいづれでも良く、その太さ、大きさは特に制限されな
いが、μ単位からmm単位までのいづれでも良い。
は、セラミック質材料、金属質材料等であり、具体的に
は、シリコンカーバイト、シリコンナイトライト、シリ
カ、アルミナ、ムライト、硼酸アルミニウム、コーディ
エライト等のセラミック質材料、ステンレススティー
ル、チタン等の金属質材料、炭素等から選ばれる一種以
上である。これら強化材の形状は繊維状、粉状、粒状等
のいづれでも良く、その太さ、大きさは特に制限されな
いが、μ単位からmm単位までのいづれでも良い。
【００１４】本発明のマトリックス材及び表面層を構成
する金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネ
シウム、マグネシウム合金から選ばれる。金属基複合材
料中のマトリックス材と表面層は同種でも異種でも良
い。
する金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネ
シウム、マグネシウム合金から選ばれる。金属基複合材
料中のマトリックス材と表面層は同種でも異種でも良
い。
【００１５】本発明の金属基複合材料の製造方法は、例
えば次の方法がある。即ち、セラミック質材料などの強
化材を所定の形状に加圧、焼結などの方法で成型し予成
型体（プリフォーム）とし、これを金型（ダイ）内に設
置し、マトリックス材例えばアルミニウムの溶湯をこれ
に浸し、金型（パンチ）を加圧して溶湯鍛造処理を行な
いマトリックス材充填（含浸）の強化材とする。
えば次の方法がある。即ち、セラミック質材料などの強
化材を所定の形状に加圧、焼結などの方法で成型し予成
型体（プリフォーム）とし、これを金型（ダイ）内に設
置し、マトリックス材例えばアルミニウムの溶湯をこれ
に浸し、金型（パンチ）を加圧して溶湯鍛造処理を行な
いマトリックス材充填（含浸）の強化材とする。
【００１６】このようにして得たマトリックス材充填の
強化材は、これを包含しうる形状に予め加工した、表面
層を形成する金属材料で溶接などの方法で全ての面を被
覆する状態に加工する。又、マトリックス材充填の強化
材を形成する際に、一部、又は一面は強化材部分が露出
し、他の表面はマトリックス材料によって被覆されたも
のを作成し、その後、露出部（面）をマトリックス材と
同材質の金属材料で露出した強化材部分を密封するよう
に構成して加工する。この際、表面層を形成する金属材
料は酸、アルカリ、純水等によってその表面の酸化皮膜
層を可能な限り除去・洗浄することが好ましい。
強化材は、これを包含しうる形状に予め加工した、表面
層を形成する金属材料で溶接などの方法で全ての面を被
覆する状態に加工する。又、マトリックス材充填の強化
材を形成する際に、一部、又は一面は強化材部分が露出
し、他の表面はマトリックス材料によって被覆されたも
のを作成し、その後、露出部（面）をマトリックス材と
同材質の金属材料で露出した強化材部分を密封するよう
に構成して加工する。この際、表面層を形成する金属材
料は酸、アルカリ、純水等によってその表面の酸化皮膜
層を可能な限り除去・洗浄することが好ましい。
【００１７】金属層で強化材層を包んだ形状とした複合
材料は、その表面及び内部を適宜減圧し、付着残存する
水分等を除去し、通常の加熱・加圧法（温度２００℃〜
金属の融点を越えない温度、圧力５００〜１５００ Kg/
cm2 ）、例えば熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）法により接
合処理する。この減圧に際しては複合材料を密封する必
要があるが、これはステンレスやアルミニウムなどの薄
板を用いて密封しても良く、又、全表面層を形成する金
属材料で封入した状態としても良い。
材料は、その表面及び内部を適宜減圧し、付着残存する
水分等を除去し、通常の加熱・加圧法（温度２００℃〜
金属の融点を越えない温度、圧力５００〜１５００ Kg/
cm2 ）、例えば熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）法により接
合処理する。この減圧に際しては複合材料を密封する必
要があるが、これはステンレスやアルミニウムなどの薄
板を用いて密封しても良く、又、全表面層を形成する金
属材料で封入した状態としても良い。
【００１８】このようにして得た金属基複合材料は、こ
れを真空容器内で使用する器物の素材として用いる際そ
の表面を不働態化して用いるが、この処理は、通常の方
法例えば陽極酸化などの方法で処理して不働態化する。
れを真空容器内で使用する器物の素材として用いる際そ
の表面を不働態化して用いるが、この処理は、通常の方
法例えば陽極酸化などの方法で処理して不働態化する。
【００１９】
【発明の効果】本発明の金属基複合材料は強化材層を内
部に包含しているので剛性が大であり機械的強度に優れ
ている。又、複合材料中に異質の材料を含んでいるにも
かかわらず本発明の構成では、このものの不働態化処理
においても、ハロゲン雰囲気で用いた際にも腐食による
材質の損耗がない。
部に包含しているので剛性が大であり機械的強度に優れ
ている。又、複合材料中に異質の材料を含んでいるにも
かかわらず本発明の構成では、このものの不働態化処理
においても、ハロゲン雰囲気で用いた際にも腐食による
材質の損耗がない。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を用いて説
明する。
明する。
【００２１】実施例１
アルミナ８５% 、シリカ１５% の成分を有するアルミナ
質繊維（真比重３．２、平均長さ１．８mm、平均径３μ
m ）を用いて、嵩比重１．１の予成型体を作成した。こ
のものを所定の金型内に置き、アルミニウム（ＪＩＳＡ
Ｃ４ＣＨ）溶湯を注いで、圧力９５０ Kg/cm2 にて加圧
しアルミナ質繊維内に溶融アルミニウムを含浸させ複合
化した。冷却後金型から取出し複合部分を切削加工して
長さ６００mm、幅２８０mm、厚さ８mmのアルミニウムを
含む強化材を得た。
質繊維（真比重３．２、平均長さ１．８mm、平均径３μ
m ）を用いて、嵩比重１．１の予成型体を作成した。こ
のものを所定の金型内に置き、アルミニウム（ＪＩＳＡ
Ｃ４ＣＨ）溶湯を注いで、圧力９５０ Kg/cm2 にて加圧
しアルミナ質繊維内に溶融アルミニウムを含浸させ複合
化した。冷却後金型から取出し複合部分を切削加工して
長さ６００mm、幅２８０mm、厚さ８mmのアルミニウムを
含む強化材を得た。
【００２２】次に、アルカリ洗浄−水洗−酸洗浄−水洗
の各処理をしたアルミニウム（Ａ１０７０）板材でアル
ミニウムを含む強化材を収納する形状の容器を組み立
て、高真空中で強化材を封入し、高真空中で溶接加工し
て密封した。
の各処理をしたアルミニウム（Ａ１０７０）板材でアル
ミニウムを含む強化材を収納する形状の容器を組み立
て、高真空中で強化材を封入し、高真空中で溶接加工し
て密封した。
【００２３】その後、このものを温度５８０℃、圧力１
５００ Kg/cm2 にて３時間ＨＩＰ処理を行い、長さ６１
０mm、幅２８８mm、厚さ９．５mmの、全表面をＡ１０７
０材で被覆した金属基複合材料を得た。このものを２０
wt% 硫酸溶液中、０℃で陽極酸化を施したところ、約６
０μm の均質なアルミナ皮膜で全表面が覆われた複合材
料となった。この金属基複合材料は真空容器内器物の一
つであるＣＶＤ用ガラス搬送ロボットアームとして使用
可能であった。比較のためアルミニウム合金（Ａ５０５
２）材で作られた器物との諸性質を表１に示した。
５００ Kg/cm2 にて３時間ＨＩＰ処理を行い、長さ６１
０mm、幅２８８mm、厚さ９．５mmの、全表面をＡ１０７
０材で被覆した金属基複合材料を得た。このものを２０
wt% 硫酸溶液中、０℃で陽極酸化を施したところ、約６
０μm の均質なアルミナ皮膜で全表面が覆われた複合材
料となった。この金属基複合材料は真空容器内器物の一
つであるＣＶＤ用ガラス搬送ロボットアームとして使用
可能であった。比較のためアルミニウム合金（Ａ５０５
２）材で作られた器物との諸性質を表１に示した。
【００２４】∴
【表１】
実施例２
実施例１と同様の予成型体を用い、同様にアルミニウム
（Ａ１０５０）溶湯にて複合化し一面のみがアルミニウ
ム層で被覆されない状態のアルミニウムを含む強化材を
得た。次いで、実施例１と同様の洗浄工程を経たＡ１０
５０板材でアルミニウム層で被覆されない面を被覆して
全面をＡ１０５０で被覆したに金属基複合材料を得た。
この複合材料をさらにステンレス箔で覆い真空密封し、
実施例１と同様の温度、圧力でＨＩＰ処理、陽極酸化を
行った。得られた金属基複合材料はＣＶＤ用シャワープ
レートとして使用可能であった。このもののアルミナ皮
膜は熱変化によっても表面割れを起こすことなく良好で
あった。これは金属基複合材料の低熱膨脹によるものと
考えられる。
（Ａ１０５０）溶湯にて複合化し一面のみがアルミニウ
ム層で被覆されない状態のアルミニウムを含む強化材を
得た。次いで、実施例１と同様の洗浄工程を経たＡ１０
５０板材でアルミニウム層で被覆されない面を被覆して
全面をＡ１０５０で被覆したに金属基複合材料を得た。
この複合材料をさらにステンレス箔で覆い真空密封し、
実施例１と同様の温度、圧力でＨＩＰ処理、陽極酸化を
行った。得られた金属基複合材料はＣＶＤ用シャワープ
レートとして使用可能であった。このもののアルミナ皮
膜は熱変化によっても表面割れを起こすことなく良好で
あった。これは金属基複合材料の低熱膨脹によるものと
考えられる。
【００２５】比較例１
実施例２と同様の形状のアルミニウムを含む強化材を用
い、強化材層の露出した面とアルミニウム（Ａ１０５
０）板材とを積層した状態で高圧鋳造した。得られたも
のは両者よく接合したものであった。このものを実施例
１と同様に陽極酸化を施したところ、Ａ１０５０板材層
と強化材のＡ１０５０層の界面より異常に腐食が進行し
た。この原因は板材の表面に形成されたアルミナ皮膜と
周辺のアルミニウムとで電位差が生ずるために起こった
ものと結論できる。当然ＣＶＤ装置内での器物としての
使用は不可能であった。
い、強化材層の露出した面とアルミニウム（Ａ１０５
０）板材とを積層した状態で高圧鋳造した。得られたも
のは両者よく接合したものであった。このものを実施例
１と同様に陽極酸化を施したところ、Ａ１０５０板材層
と強化材のＡ１０５０層の界面より異常に腐食が進行し
た。この原因は板材の表面に形成されたアルミナ皮膜と
周辺のアルミニウムとで電位差が生ずるために起こった
ものと結論できる。当然ＣＶＤ装置内での器物としての
使用は不可能であった。
【図１】表面を不働態化した金属基複合材料の断面を示
す図。
す図。
１：複合材料の強化材と金属マトリックス材とからなる
部分 ２：マトリックス材と同種又は異種の金属層 ３：不働態化層
部分 ２：マトリックス材と同種又は異種の金属層 ３：不働態化層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−215828（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−177140（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−184570（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−104663（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B22D 19/00
B22D 27/09
B22D 27/15
C22C 47/08
Claims (6)
- 【請求項１】 強化材と金属マトリックス材及びマトリ
ックス材と同種又は異種の金属からなる金属基複合材料
であって、前記強化材と前記金属マトリックス材とから
なる部分の表面がマトリックス材と同種又は異種の金属
層で被覆され、前記金属基複合材料の全表面が同一材質
となっていることを特徴とする金属基複合材料。 - 【請求項２】 マトリックス材、金属層を構成する金属
がアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マ
グネシウム合金から選ばれる一種以上である請求項１記
載の複合材料。 - 【請求項３】 強化材がシリコンカーバイト、シリコン
ナイトライト、アルミナ、ムライト、硼酸アルミニウ
ム、コーディエライト、炭素、ステンレススティール、
チタンから選ばれる一種以上である請求項１又は２記載
の複合材料。 - 【請求項４】 金属マトリックス材を含浸した強化材の
全表面を、これを包含しうる形状に予め加工したマトリ
ックス材と同種又は異種の金属で被覆して包含しこれを
加熱・加圧処理することを特徴とする金属基複合材料の
製造方法。 - 【請求項５】 金属マトリックス材を含浸した強化材
の、前記強化材が露出している露出部を前記マトリック
ス材と同材質の金属で被覆して包含しこれを加熱・加圧
処理することを特徴とする金属基複合材料の製造方法。 - 【請求項６】 金属で包含したものを密封容器に収納し
減圧処理した後加熱・加圧処理するする請求項４又は５
記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35120695A JP3371939B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 金属基複合材料及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35120695A JP3371939B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 金属基複合材料及びその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09174222A JPH09174222A (ja) | 1997-07-08 |
| JP3371939B2 true JP3371939B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=18415773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35120695A Expired - Fee Related JP3371939B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 金属基複合材料及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3371939B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106270465A (zh) * | 2016-08-23 | 2017-01-04 | 张家港华日法兰有限公司 | 一种复合层法兰连接工艺 |
| CN112918039A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-08 | 西安工业大学 | 一种金属复合材料的复合结构及其成型方法 |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP35120695A patent/JP3371939B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09174222A (ja) | 1997-07-08 |
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