JP4213859B2

JP4213859B2 - Metal-ceramic composite material and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4213859B2
Application number: JP2000381297A
Authority: JP
Inventors: 保原田; 浩正下嶋; 直水小田野; 毅樋口
Original assignee: Nihon Ceratec Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; NTK Ceratec Co Ltd
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: JP2002180153A

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及びその製造方法に関し、特に軽量化を図った金属−セラミックス複合材料及びそ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ている。そして、その複合材料が、最近ではＸＹステージのレールのような長物の部材や露光装置のテーブルのような大型で肉厚の部材にも使われ始めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら長物の部材や大型肉厚の部材では、軽量なセラミックス粉末またはセラミックス繊維と軽量なアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複合材料であっても、２ｍを越えるような長物のもの、あるいは１ｍ角を越えるような大型肉厚のものになると、やはり未だ重いという問題があった。
【０００４】
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、軽量にすることのできる金属−セラミックス複合材料を提供し、その製造方法をも提供することにある。
【０００５】
【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、複合材料の内部に空間を設ければ、軽量にする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。
【０００６】
即ち、本発明は、
（１）セラミックス粉末を強化材とし、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であって、該複合材料が、内部にＳＵＳ製のボックスによりリブ構造で仕切られた空間を有する複合材料であることを特徴とする金属−セラミックス複合材料（請求項１）とし、
（２）セラミックス粉末の含有率が、３０〜８０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（請求項２）とし、
（３）セラミックス粉末で箱型のプリフォームを形成し、その箱型の中に間隔をおいて複数のＳＵＳ製のボックスを挿入し、そのボックスの周囲と上面にセラミックス粉末からなるスラリーを流し込み、それを乾燥した後、その乾燥した層を含めたプリフォームに窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を非加圧で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３）とし、
（４）セラミックス粉末でリブ構造を有するプリフォームを形成し、そのプリフォームのリブ構造の穴部にＳＵＳ製のボックスを挿入し、そのボックスの周囲と上面にセラミックス粉末からなるスラリーを流し込み、それを乾燥した後、その乾燥した層を含めたプリフォームに窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を非加圧で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４）とし、
（５）あらかじめリブ構造を有する金属−セラミックス複合材料を作製し、その複合材料のリブ構造の穴部にＳＵＳ製のボックスを挿入し、そのボックスの周囲と上面にセラミックス粉末からなるスラリーを流し込み、それを乾燥した後、その乾燥した層に窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を非加圧で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５）とし、
（６）セラミックス粉末の含有率が、３０〜８０体積％であることを特徴とする請求項３乃至５記載の金属−セラミックス複合材料の製造方法（請求項６）とすることを要旨とする。
以下さらに詳細に説明する。
【０００７】
上記で述べたように、本発明の金属−セラミックス複合材料としては、内部にＳＵＳ製のボックスによりリブ構造で仕切られた空間を有する複合材料とした（請求項１）。この複合材料は、内部に空間を設けているので軽量となるが、その反面、強度の低下が心配されるので、それを空間をＳＵＳ製のボックスによってリブ構造で仕切られた空間とすることにより、強度的に問題のない複合材料としている。
【０００８】
その複合材料中のセラミックス粉末の含有率としては、３０〜８０体積％とした（請求項２、６）。セラミックス粉末の含有率が３０体積％より低いと、高剛性が得られず、撓む恐れがあり、８０体積％より高いと、セラミックスに近くなって制振性や靭性が悪くなる。
【０００９】
その複合材料の作製方法としては、セラミックス粉末で箱型のプリフォームを形成し、その箱型の中に間隔をおいて複数のＳＵＳ製のボックスを挿入し、そのボックスの周囲と上面にセラミックス粉末からなるスラリーを流し込み、それを乾燥した後、その乾燥した層を含めたプリフォームに窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を非加圧で浸透させることとする製造方法とした（請求項３）。
【００１０】
この方法は、内部に空間を有するプリフォームを形成し、そのプリフォームに溶融アルミニウム合金を浸透させることにより作製するものであるが、そのプリフォームの強度の低下を抑えるために、プリフォーム内部の空間をＳＵＳ製のボックスによってリブ構造で仕切られた空間としたものである。これにより、複合材料の強度のみならず、プリフォームの強度も問題ないものとしている。なお、空間を形成するためにＳＵＳ製のボックスを用いることにしたが、このボックスの材質は、融点が８５０℃以上のものであれば、どんな材質のものでもよい。
【００１１】
上記とは別の製造方法としては、セラミックス粉末でリブ構造を有するプリフォームを形成し、そのプリフォームのリブ構造の穴部にＳＵＳ製のボックスを挿入し、そのボックスの周囲と上面にセラミックス粉末からなるスラリーを流し込み、それを乾燥した後、その乾燥した層を含めたプリフォームに窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を非加圧で浸透させることとする製造方法とした（請求項４）。
【００１２】
この方法は、内部にＳＵＳ製のボックスによってリブ構造で仕切られた空間を有するプリフォームを形成するのに、あらかじめ形成したリブ構造を有するプリフォームを利用する方法であるが、先の方法よりリブの間隔、リブの肉厚などがあらかじめ形成されるので一定とできる点で優れている。
【００１３】
さらに別の製造方法としては、あらかじめリブ構造を有する金属−セラミックス複合材料を作製し、その複合材料のリブ構造の穴部にＳＵＳ製のボックスを挿入し、そのボックスの周囲と上面にセラミックス粉末からなるスラリーを流し込み、それを乾燥した後、その乾燥した層に窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を非加圧で浸透させることとする製造方法とした（請求項４）。
【００１４】
この方法は、先と違ってあらかじめリブ構造を有する複合材料を作製しその複合材料を利用するものであるが、先の方法より多少手間がかかるものの、プリフォームより強度的に優れる点で優っている。この複合材料も先と同じようにセラミックス粉末の含有率は３０〜８０体積％が好ましい。
【００１５】
【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、先ずセラミックス粉末としてＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮなどのセラミックス粉末を用意し、これにさら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。
【００１６】
用意したセラミックス粉末でセディメントキャスト法などにより箱型のプリフォームを形成する。そのプリフォームの形成方法は、例えばスラリーを流し込むゴム型を箱型のプリフォームが得られるゴム型とすればよい。得られたプリフォームの箱内に間隔をおいてＳＵＳ製のボックスを置く。ボックスの大きさは、作製する複合材料の大きさとの兼ね合いもあるが、おおむね１００ｍｍ角で深さが３０ｍｍ程度でよい。ボックスとボックスとの間、ボックスと箱の壁面との間の間隔としては、１０ｍｍ程度あればよい。またボックス上面のスラリーを流し込む厚さとしては、これも１０ｍｍ程度でよい。
【００１７】
そのボックスの周囲と上面に例えば先のセディメントキャストで用いたスラリーを流し込み、それを乾燥する。得られた乾燥層を有するプリフォームに窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を非加圧で浸透させることにより、ＳＵＳ製のボックスによりリブ構造で仕切られた空間を有する金属−セラミックス複合材料を作製することができる。
【００１８】
上記とは別の方法を述べると、先と同じく用意したセラミックス粉末でセディメントキャスト法などによりリブ構造を有するプリフォームを形成する。そのプリフォームの形成方法は、先と同じようにスラリーを流し込むゴム型をリブ構造を有するプリフォームが得られるゴム型とすればよい。リブ構造で仕切られる穴の大きさとしては、挿入するボックスの大きさより数ｍｍ程度大きければよい。リブの厚さとしては、１０ｍｍ程度でよい。
【００１９】
得られたプリフォームのリブ構造の穴部にＳＵＳ製のボックスを挿入し、そのボックスの周囲と上面に先と同様スラリーを流し込み、それを乾燥する。得られた乾燥層を有するプリフォームにこれも先と同様窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を非加圧で浸透させることにより、先と同様ＳＵＳ製のボックスによりリブ構造で仕切られた空間を有する金属−セラミックス複合材料を作製することができる。
【００２０】
上記とはさらに別の方法では、先に述べたように先ずリブ構造を有する金属−セラミックス複合材料を作製する必要があるが、その場合、リブ構造の穴部に溶融アルミニウム合金の浸出を抑えるために浸透防止材を塗布、または充填したプリフォームとする必要があり、そのプリフォームに溶融アルミニウム合金を浸透させれば、リブ構造を有する複合材料を作製することができる。
【００２１】
その作製した複合材料のリブ構造の穴部にＳＵＳ製のボックスを挿入し、そのボックスの周囲と上面にセラミックス粉末からなるスラリーを流し込み、それを乾燥し、その乾燥した層に窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で溶融したＭｇを含むアルミニウム合金を非加圧で浸透させれば、先と同様ＳＵＳ製のボックスによってリブ構造で仕切られた空間部を有する複合材料を作製することができる。
【００２２】
以上の方法で金属−セラミックス複合材料を作製すれば、軽量化された複合材料を得ることができる。
【００２３】
【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。
【００２４】
（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ＳｉＣ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。
【００２５】
得られたスラリーを大きさが５００×５００×５０ｍｍで肉厚が１０ｍｍの箱を形成できる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ＳｉＣ粉末の充填率が７０体積％のプリフォームを形成した。
【００２６】
そのプリフォームの箱内に１００ｍｍ角で深さが３０ｍｍのＳＵＳ製のボックスを１０ｍｍ間隔で置き、このボックス間、ボックスとプリフォームとの間及びボックスの上面に先のスラリーにエチルシリケートを加えたスラリーを流し込み、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、それを乾燥した。
【００２７】
得られた乾燥層を有するプリフォームの下面にＡｌ−１２Ｓｉ−３Ｍｇ組成のアルミニウム合金のインゴットを置き、それを窒素雰囲気中で８２５℃の温度で熱処理し、溶融したアルミニウム合金を２４時間非加圧浸透させた後、冷却して複合材料を作製した。
【００２８】
（２）評価
得られた複合材料の重量を秤で測定した。その結果、２７ｋｇと引用例よりかなり軽量となっていた。このことは、長物や大型肉厚の複合材料であっても、従来よりかなり軽量となる金属−セラミックス複合材料とすることができることを示している。
【００２９】
（実施例２）
（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ＳｉＣ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。
【００３０】
得られたスラリーを上部に１１０ｍｍ角で深さが４０ｍｍのリブ構造の穴を形成できる５００×５００×５０ｍｍ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ＳｉＣ粉末の充填率が７０体積％のプリフォームを形成した。
【００３１】
そのプリフォームの穴に１００ｍｍ角で深さが３０ｍｍのＳＵＳ製のボックスを挿入し、このボックスとプリフォームとの間及びボックスの上面に先のスラリーにエチルシリケートを加えたスラリーを流し込み、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、それを乾燥した。
【００３２】
得られた乾燥層を有するプリフォームの下面にＡｌ−１２Ｓｉ−３Ｍｇ組成のアルミニウム合金のインゴットを置き、それを窒素雰囲気中で８２５℃の温度で熱処理し、溶融したアルミニウム合金を２４時間非加圧浸透させた後、冷却して複合材料を作製した。
【００３３】
（２）評価
得られた複合材料の重量を秤で測定した。その結果、実施例１と同様２７ｋｇと引用例よりかなり軽量となっていた。
【００３４】
（実施例３）
（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ＳｉＣ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。
【００３５】
得られたスラリーを上部に１１０ｍｍの角で深さが４０ｍｍのリブ構造の穴を形成できる５００×５００×５０ｍｍ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ＳｉＣ粉末の充填率が７０体積％のプリフォームを形成した。
【００３６】
得られたプリフォームの穴内部に酸化物からなる浸透防止材を充填し、そのプリフォームの下面にＡｌ−１２Ｓｉ−３Ｍｇ組成のアルミニウム合金のインゴットを置き、それを窒素雰囲気中で８２５℃の温度で熱処理し、溶融したアルミニウム合金を２４時間非加圧浸透させた後、冷却して複合材料を作製した。
【００３７】
得られた複合材料のリブ構造の穴に１００角で深さ３０ｍｍのＳＵＳ製のボックスを挿入し、このボックスと複合材料との間及びボックスの上面に先のスラリーにエチルシリケートを加えたスラリーを流し込み、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、それを乾燥した。
【００３８】
得られた複合材料の乾燥層の上面にＡｌ−１２Ｓｉ−３Ｍｇ組成のアルミニウム合金のインゴットを置き、それを窒素雰囲気中で８２５℃の温度で熱処理し、溶融したアルミニウム合金を２４時間非加圧浸透させた後、冷却して複合材料を作製した。
【００３９】
（２）評価
得られた複合材料の重量を秤で測定した。その結果、２７ｋｇと実施例１と同じく引用例よりかなり軽量となっていた。
【００４０】
（比較例）
比較のために実施例と同じ大きさであるものの、リブ構造の穴を有さないプリフォームとした他は実施例１と同様に複合材料を作製し、評価した。その結果、３８ｋｇと実施例よりかなり重かった。
【００４１】
【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であれば、重量をかなり軽量化した金属−セラミックス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、ＸＹステージのレールや露光装置のテーブルのような長物や大型肉厚の部材でも、従来よりかなり軽量化した部材を提供できるようになった。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal-ceramic composite material and a method for producing the same, and more particularly to a metal-ceramic composite material and a method for producing the same that are reduced in weight.
[0002]
[Prior art]
Recently, metal-ceramic composite materials using ceramic powder or ceramic fiber as a reinforcing material and aluminum or an aluminum alloy as a matrix have begun to be used in semiconductor manufacturing equipment or the like. The composite material has recently started to be used for a long member such as a rail of an XY stage or a large and thick member such as a table of an exposure apparatus.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these long members and large-walled members, even a composite material made of lightweight ceramic powder or ceramic fiber and lightweight aluminum or aluminum alloy has a long length exceeding 2 m, or 1 m square. There was still a problem that it was still heavy when it was oversized.
[0004]
This invention is made in view of the subject which the metal-ceramics composite material mentioned above has, The objective provides the metal-ceramics composite material which can be reduced in weight, and also provides the manufacturing method. It is in.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have obtained the knowledge that if a space is provided inside the composite material, the present invention can be achieved.
[0006]
That is, the present invention
(1) A metal-ceramic composite material using ceramic powder as a reinforcing material and an aluminum alloy as a matrix, and the composite material is a composite material having a space partitioned by a rib structure by a SUS box inside. A metal-ceramic composite material (claim 1),
(2) The metal powder-ceramic composite material (claim 2), wherein the content of the ceramic powder is 30 to 80% by volume,
(3) A box-shaped preform is formed with ceramic powder, a plurality of SUS boxes are inserted into the box mold at intervals, and a slurry made of ceramic powder is poured into the periphery and top surface of the box, A metal-ceramic composite characterized in that after drying it, an aluminum alloy containing Mg melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere is impregnated into the preform including the dried layer without pressure. A material manufacturing method (Claim 3),
(4) A preform having a rib structure is formed from ceramic powder, a SUS box is inserted into a hole in the rib structure of the preform, and a slurry made of ceramic powder is poured into the periphery and top surface of the box. The aluminum-containing alloy containing Mg melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere is impregnated into the preform including the dried layer in a non-pressurized state after being dried. And manufacturing method (Claim 4),
(5) A metal-ceramic composite material having a rib structure is prepared in advance, a SUS box is inserted into the hole of the rib structure of the composite material, and a slurry made of ceramic powder is poured into the periphery and top surface of the box, After drying it, the dried layer is impregnated with non-pressurized aluminum alloy containing Mg melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere. Claim 5)
(6) The content of the ceramic powder is 30 to 80% by volume, and the gist of the present invention is the metal-ceramic composite material production method (claim 6).
This will be described in more detail below.
[0007]
As described above, the metal-ceramic composite material of the present invention is a composite material having a space partitioned by a rib structure by a box made of SUS (Claim 1). This composite material is lightweight because it has a space inside, but on the other hand, there is a concern about a decrease in strength. By making the space into a space partitioned by a rib structure by a SUS box. It is a composite material with no problem in strength.
[0008]
The content of the ceramic powder in the composite material was 30 to 80% by volume (claims 2 and 6). If the content of the ceramic powder is lower than 30% by volume, high rigidity cannot be obtained and there is a risk of bending, and if it is higher than 80% by volume, it becomes close to ceramics and vibration damping and toughness deteriorate.
[0009]
As a method for producing the composite material, a box-shaped preform is formed with ceramic powder, a plurality of SUS boxes are inserted into the box at intervals, and ceramic powder is placed around and on the top of the box. After pouring a slurry consisting of the above, and drying it, an aluminum alloy containing Mg melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere is impregnated into the preform including the dried layer without pressure. A manufacturing method was defined (claim 3).
[0010]
In this method, a preform having a space inside is formed and a molten aluminum alloy is infiltrated into the preform. In order to suppress a decrease in the strength of the preform, The space is a space partitioned by a rib structure by a SUS box. As a result, not only the strength of the composite material but also the strength of the preform has no problem. Although a SUS box is used to form the space, the box may be made of any material as long as the melting point is 850 ° C. or higher.
[0011]
As another manufacturing method, a preform having a rib structure is formed from ceramic powder, a SUS box is inserted into a hole in the rib structure of the preform, and ceramic powder is formed around and on the upper surface of the box. After pouring a slurry consisting of the above, and drying it, an aluminum alloy containing Mg melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere is impregnated into the preform including the dried layer without pressure. A manufacturing method was defined (claim 4).
[0012]
In this method, a preform having a rib structure formed in advance is used to form a preform having a space partitioned by a rib structure by a SUS box. This is superior in that the distance between the ribs and the thickness of the ribs can be made constant.
[0013]
As another manufacturing method, a metal-ceramic composite material having a rib structure is prepared in advance, a SUS box is inserted into a hole portion of the rib structure of the composite material, and ceramic powder is formed around and around the box. The slurry is poured and dried, and then the dried layer is impregnated with non-pressurized aluminum alloy containing Mg melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere (claimed). Item 4).
[0014]
This method is different from the previous method in that a composite material having a rib structure is prepared in advance and the composite material is used. However, this method is somewhat troublesome than the previous method, but is superior in terms of strength superior to the preform. Yes. Similarly to the composite material, the content of the ceramic powder is preferably 30 to 80% by volume.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The composite material manufacturing method of the present invention will be described in more detail. First, ceramic powders such as SiC, Al ₂ O ₃ , and AlN are prepared as ceramic powders, and an aluminum alloy ingot containing Mg as an aluminum alloy to be further penetrated into the ceramic powders. prepare.
[0016]
A box-shaped preform is formed from the prepared ceramic powder by a cement cast method or the like. As a method for forming the preform, for example, a rubber mold into which slurry is poured may be a rubber mold from which a box-shaped preform can be obtained. An SUS box is placed in the preform box at intervals. The size of the box may have a balance with the size of the composite material to be produced, but it may be about 100 mm square and a depth of about 30 mm. The distance between the boxes and between the box and the wall surface of the box may be about 10 mm. Also, the thickness for pouring the slurry on the upper surface of the box may be about 10 mm.
[0017]
For example, the slurry used in the previous cement cast is poured around the top and the top of the box and dried. A space partitioned with a rib structure by a SUS box by impregnating an aluminum alloy containing Mg melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere into the preform having the dried layer. A metal-ceramic composite material having the following can be produced.
[0018]
When a method different from the above is described, a preform having a rib structure is formed by a ceramic casting method or the like using the ceramic powder prepared as described above. In the preform formation method, the rubber mold into which the slurry is poured may be a rubber mold from which a preform having a rib structure can be obtained. The size of the holes partitioned by the rib structure may be several mm larger than the size of the box to be inserted. The thickness of the rib may be about 10 mm.
[0019]
A SUS box is inserted into the hole portion of the rib structure of the obtained preform, and the slurry is poured into the periphery and upper surface of the box in the same manner as described above, and dried. A box made of SUS as in the previous case is obtained by impregnating the preform having the dried layer with an aluminum alloy containing Mg melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere as before. Thus, a metal-ceramic composite material having a space partitioned by a rib structure can be produced.
[0020]
In another method, the metal-ceramic composite material having the rib structure needs to be prepared first as described above. In this case, in order to suppress the leaching of the molten aluminum alloy in the hole portion of the rib structure. It is necessary to make a preform coated or filled with a penetration preventing material, and if a molten aluminum alloy is infiltrated into the preform, a composite material having a rib structure can be produced.
[0021]
A box made of SUS is inserted into the hole portion of the rib structure of the produced composite material, and a slurry made of ceramic powder is poured into the periphery and upper surface of the box, and then dried, and the dried layer is subjected to 700 in a nitrogen atmosphere. If an aluminum alloy containing Mg melted at a temperature of ˜900 ° C. is infiltrated with no pressure, a composite material having a space portion partitioned by a rib structure by a SUS box can be produced.
[0022]
If a metal-ceramic composite material is produced by the above method, a lightweight composite material can be obtained.
[0023]
【Example】
Examples of the present invention will be specifically described below together with comparative examples to explain the present invention in more detail.
[0024]
Example 1
(1) Preparation of metal-ceramic composite material 70 parts by mass of commercially available SiC powder # 180 (average particle size 66 μm) and 30 parts by mass of commercially available SiC powder # 500 (average particle size 25 μm) were used as binders. To the colloidal silica solution, an amount of 2 parts by weight of the silica solid content is added, 0.2 parts by weight of Formaster VL (manufactured by Sannobuco) and 24 parts by weight of ion-exchanged water are added as an antifoaming agent. Mixed for hours.
[0025]
The obtained slurry is poured into a rubber mold from which a molded body capable of forming a box having a size of 500 × 500 × 50 mm and a wall thickness of 10 mm is obtained, and is allowed to stand for 24 hours to precipitate SiC powder. After removing with a cloth or the like, it was placed in a freezer, frozen for 30 hours and demolded. The obtained molded body was fired at a temperature of 1000 ° C. to form a preform having a filling rate of SiC powder of 70% by volume.
[0026]
SUS boxes of 100 mm square and 30 mm depth were placed at 10 mm intervals in the preform box, and ethyl silicate was added to the previous slurry between the box, between the box and the preform, and on the top surface of the box. The slurry was poured, and the slurry was allowed to stand for 24 hours to precipitate SiC powder. After removing the top liquid with a cloth or the like, it was dried.
[0027]
An aluminum alloy ingot having an Al-12Si-3Mg composition is placed on the lower surface of the preform having the dried layer, heat-treated at a temperature of 825 ° C. in a nitrogen atmosphere, and the molten aluminum alloy is unpressurized for 24 hours. After infiltration, the composite material was produced by cooling.
[0028]
(2) Evaluation The weight of the obtained composite material was measured with a scale. As a result, it was 27 kg, much lighter than the cited example. This indicates that even a long or large-sized composite material can be a metal-ceramic composite material that is considerably lighter than before.
[0029]
(Example 2)
(1) Preparation of metal-ceramic composite material 70 parts by mass of commercially available SiC powder # 180 (average particle size 66 μm) and 30 parts by mass of commercially available SiC powder # 500 (average particle size 25 μm) were used as binders. To the colloidal silica solution, an amount of 2 parts by weight of the silica solid content is added, 0.2 parts by weight of Formaster VL (manufactured by Sannobuco) and 24 parts by weight of ion-exchanged water are added as an antifoaming agent. Mixed for hours.
[0030]
The obtained slurry is poured into a rubber mold that gives a molded body of 500 × 500 × 50 mm capable of forming a hole of 110 mm square and 40 mm deep rib structure at the top, and is left to stand for 24 hours to precipitate SiC powder. After removing the upper liquid with a cloth or the like, it was put in a freezer, frozen for 30 hours, and demolded. The obtained molded body was fired at a temperature of 1000 ° C. to form a preform having a filling rate of SiC powder of 70% by volume.
[0031]
Insert a 100 mm square, 30 mm deep SUS box into the preform hole, and pour a slurry of ethyl silicate added to the previous slurry between this box and the preform and into the top of the box. The mixture was allowed to stand for 24 hours to precipitate SiC powder, and the upper liquid was removed with a cloth or the like, followed by drying.
[0032]
An aluminum alloy ingot having an Al-12Si-3Mg composition is placed on the lower surface of the preform having the dried layer, heat-treated at a temperature of 825 ° C. in a nitrogen atmosphere, and the molten aluminum alloy is not pressurized for 24 hours. After infiltration, the composite material was produced by cooling.
[0033]
(2) Evaluation The weight of the obtained composite material was measured with a scale. As a result, as with Example 1, it was 27 kg, which was considerably lighter than the cited example.
[0034]
(Example 3)
(1) Preparation of metal-ceramic composite material 70 parts by mass of commercially available SiC powder # 180 (average particle size 66 μm) and 30 parts by mass of commercially available SiC powder # 500 (average particle size 25 μm) were used as binders. To the colloidal silica solution, an amount of 2 parts by weight of the silica solid content is added, 0.2 parts by weight of Formaster VL (manufactured by Sannobuco) and 24 parts by weight of ion-exchanged water are added as an antifoaming agent. Mixed for hours.
[0035]
The obtained slurry was poured into a rubber mold from which a molded body of 500 × 500 × 50 mm capable of forming 110 mm square and 40 mm deep rib structure holes was obtained. After precipitating and removing the finished liquid with a cloth or the like, it was put in a freezer, frozen for 30 hours and demolded. The obtained molded body was fired at a temperature of 1000 ° C. to form a preform having a filling rate of SiC powder of 70% by volume.
[0036]
The hole of the obtained preform was filled with a penetration preventing material made of oxide, and an ingot of an aluminum alloy having an Al-12Si-3Mg composition was placed on the lower surface of the preform, which was placed at a temperature of 825 ° C. in a nitrogen atmosphere. The molten aluminum alloy was infiltrated with no pressure for 24 hours and then cooled to prepare a composite material.
[0037]
Insert a SUS box with 100 squares and a depth of 30 mm into the hole of the rib structure of the obtained composite material, and add a slurry obtained by adding ethyl silicate to the previous slurry between this box and the composite material. After pouring and allowing it to stand for 24 hours, SiC powder was allowed to settle, and the top liquid was removed with a cloth or the like, followed by drying.
[0038]
An aluminum alloy ingot having an Al-12Si-3Mg composition is placed on the upper surface of the dried layer of the obtained composite material, which is heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature of 825 ° C., and the molten aluminum alloy is infiltrated under pressure for 24 hours Then, it was cooled to produce a composite material.
[0039]
(2) Evaluation The weight of the obtained composite material was measured with a scale. As a result, the weight was 27 kg, which was much lighter than the cited example as in Example 1.
[0040]
(Comparative example)
For comparison, a composite material was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the preform was the same size as that of the example, but the preform did not have a rib structure hole. As a result, 38 kg was considerably heavier than the examples.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, the metal-ceramic composite material of the present invention can be a metal-ceramic composite material having a considerably reduced weight. This makes it possible to provide a member that is considerably lighter than conventional ones, such as a long member such as a rail of an XY stage or a table of an exposure apparatus or a large-sized member.

Claims

A metal-ceramic composite material comprising ceramic powder as a reinforcing material and an aluminum alloy as a matrix, wherein the composite material is a composite material having a space partitioned by a rib structure by a SUS box inside. Metal-ceramic composite material.

The metal-ceramic composite material according to claim 1, wherein the content of the ceramic powder is 30 to 80% by volume.

A box-shaped preform is formed from ceramic powder, and a plurality of SUS boxes are inserted into the box at intervals, and a slurry made of ceramic powder is poured into the periphery and top surface of the box and dried. After that, the preform including the dried layer is impregnated with non-pressurized aluminum alloy containing Mg melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere. Method.

A preform having a rib structure is formed from ceramic powder, a SUS box is inserted into a hole in the rib structure of the preform, and a slurry made of ceramic powder is poured into the periphery and upper surface of the box, and then dried. Thereafter, the preform including the dried layer is impregnated with non-pressurized aluminum alloy containing Mg melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere. .

A metal-ceramic composite material having a rib structure is prepared in advance, a SUS box is inserted into the hole of the rib structure of the composite material, and a slurry made of ceramic powder is poured into the periphery and top surface of the box, and then dried. After that, an aluminum alloy containing Mg melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere is infiltrated into the dried layer under no pressure, and a method for producing a metal-ceramic composite material.

6. The method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 3, wherein the content of the ceramic powder is 30 to 80% by volume.