JPH01247539A - 金属基複合材料の製造方法 - Google Patents

金属基複合材料の製造方法

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JPH01247539A
JPH01247539A JP7471088A JP7471088A JPH01247539A JP H01247539 A JPH01247539 A JP H01247539A JP 7471088 A JP7471088 A JP 7471088A JP 7471088 A JP7471088 A JP 7471088A JP H01247539 A JPH01247539 A JP H01247539A
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JP
Japan
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metal
reinforcing material
whiskers
composite material
ceramic
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JP7471088A
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English (en)
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Toron Ron Tan
トロン ロン タン
Takanobu Nishimura
隆宣 西村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は強化材としてセラミックスウィスカを用いた金
属基複合材料の製造方法に係り、特にいわゆるコンポキ
ャスティング法を利用した金属暴複合材料の製造方法に
関する。
(従来の技術) 従来金属基複合材料として、セラミックスのウィスカ、
粒子、短ms、長繊維等を強化材とし、これをアルミニ
ウム(Ajり、マグネシウム(H(+)、銅(Cu)ま
たはそれらの合金等からなるマトリックス金属中に混合
分散して構成したものが知られている。
このような金属基複合材料の¥J造方法と1ノでは溶浸
法、粉末法、拡散法等、種々の方法が考えられているが
、最近コンポキャスティング法(半溶融混合攪拌法)が
注目されている。コンポキャスティング法はマトリック
ス金属の半溶融体に粒状または切断された繊維状等の材
料を添加する方法で、半溶融金属中に存在する固相、即
ち初晶粒子によって、混入した材料の浮上、沈降、凝集
等が阻止され、液相のみからなる溶融金属では全く、ま
たは少量しか添加できない材料でも比較的多量に均一に
分散混合できることを利用して複合化を達成するもので
ある。このようなコンポキャスティング法が利用できれ
ば、溶浸法を用いる場合のようなプリフォーム作成等の
中間工程が必要なく、生産性がよく、かつ杼済的で実用
性に富む方法が実現するものと考えられる。
(発明が解決しようとする課題) ところが、1M状または粒子状のすべての材料がそのま
まの状態で、半溶融金属に十分均一に混合分散できるも
のではなく、材料の大きさ等によっては凝集や浮上等が
生じることがある。特に強化材どしてセラミックスウィ
スカを用いる場合、一定優をそのままの状態で半溶融金
属に混合しても、成る大きさの斑点状塊となり、金属凝
固時には浮上して上部に偏在する傾向がある。このため
、従来ではウィスカを強化材として含む金属基複合材料
をコンポキャスティング法で製造することが極めて困難
であった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、強化
材としてのセラミックスウィスカが半溶融状態のマトリ
ックス金属中に均一に分散でき、これによりコンホキl
ジスティング法の利用を可能としてセラミックスウィス
カを含む強化材を用いた金属複合材料の生産性および経
済性等の向上が図れる金属基複合材料の製造方法を提供
することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段と作用) 前記の課題解決のため、本発明は、半溶融状態のマトリ
ックス金属にセラミックス強化材を添加、混合した後凝
固させて金属基複合材料を製造する方法において、前記
強化材として少なくともセラミックスウィスカを含むも
のを使用し、かつその強化材の表面に予め前記マトリッ
クス金属の半溶融温度に耐え得るバインダの被膜を形成
することを特徴とする。
本発明において、マトリックス金属としてはアルミニウ
ム(A!>、マグネシウム(Mg)、銅(Cu)または
これらの合金を適用することができる。特にAI Mo
またはこれらの合金は融点が低く成形性に富み、また軽
量で多用途に適用できるため、適用材料として好適であ
る。
Δ1合金、例えば6061AJ合金の半溶融温度は57
5〜650℃、MCJ合金、例えばMo−3%Sn合金
のそれは560〜650℃、Cu合金、例えばCu−1
0%BO合金のそれは900〜1000℃である。
ところで、発明者らの研究によれば、ウィスカ、粒子、
繊維等のいずれか一形態の強化材を1ド独で用いるより
も、例えばIINまたは粒子を主成分とし、ウィスカを
従成分とするなど、複数種類の強化材を混合してハイブ
リッドとした場合の方が同一体積率のもとでは耐摩耗性
等の機械特性が優れたちのになることが認められている
したがって、本発明では強化材としてセラミックスウィ
スカと、ヒラミックス繊維および粒子の少なくともいず
れか一方との混合体を用いることが望ましい。
セラミックスウィスカとしては、例えばSiCその(I
!!Aj!  O、C,Si  N  、に2O−nT
 i 0 .840− seo等が適用テキル。
また、セラミックスmttttまたは粒子としては、例
えばAJ  Oその他S i C,C,Z r 02 
K  0−nTio  、S +3 N4 、Mgc、
Y203、CaO等が適用できる。
バインダは、強化材、特にセラミックスウィスカをマト
リックスの半溶融金属中に均一に混合、分散するために
用い、強化材表面に予め被膜として形成する。
このバインダとしては、アルミナゾル、ケイ酸ソーダ、
その他の無機バインダが適用できるが、マトリックス金
属の半溶融温度に耐え得ることが条件となる。なお、セ
ラミックスウィスカのみにアルミナゾルを添加した場合
には、セラミックスウィスカの塊が生じ易い。そこで、
セラミックスII雑等とセラミックスウィスカとの混合
体にアルミナゾルを添加することが望ましい。このよう
にすれば、各繊維の表面にウィスカが付着した状態で良
好に分散する。I!]ち、セラミックスウィスカとセラ
ミックス繊維等との混合によるハイブリッド強化材とす
れば、バインダの被膜形成が良好になるとともに、複合
材料製品の機械的特性も向上できるという両面からの効
果が奏されることになる。
強化材へのバインダ被膜形成工程では、目的に応じた所
定の割合でセラミックスウィスカと、セラミックス繊維
または粒子とを混合し、その混合体にアルミナゾル等の
バインダを添加し、攪拌した侵乾燥させる。
〈実施例1〉 強化材として、SiCウィスカ(平均直径0゜05〜1
.50tlTrL、平均長さ20〜200umのβ−8
iCCンイスカ)と、AJ203短繊維(平均直径3μ
m、平均長さ100μmのδ−A1203短繊緒)とを
用意し、これらを1=5の割合で混合した。そして、そ
の総重量の15%のアルミナゾル(アルミナ水和物含有
110wt%)を添加して、30分間攪拌、混合した後
、500℃に加熱して4時間乾燥した。この結果、強化
材としてのSiCウィスカおよびAJ、03短繊維の表
面にアルミナ結晶による被膜が形成され、かつ第1図(
A)に示すように、混合の過程でAl2O3繊維の表面
にSiCウィスカが均一に分散、付着する状態が得られ
た。
次に、このような強化材を、マトリックス金属としての
Aj!−4wt%Mg合金の半溶融体(625℃)中に
攪拌しながら添加し、強化材の体積率を15%まで上昇
して複合化した。その後さらに加熱して、マトリックス
金属を700℃まで昇温して金型に注入した。これによ
り鋳造された複合材料の状態を調べたところ、第1図(
8)に示すように、A I −4WE%MQ合金中に、
SiCウィスカとAJ、0311維とが均一に分布して
いた。
〈実施例2〉 強化材として、前記同様のSiCウィスカと、Al2O
3粒子(平均粒径10μTrL)とを用意し、これらに
前記同様にアルミナゾルを添加して混合し、AJ−4w
t%MQ合金の半溶融体に混合して鋳造した。
この結果、実施例1と同様に、マトリックス金属中に、
SiCウィスカとAl2O3粒子とが均一に分散した。
なお、マトリックス金属としてCuを用いた場合、およ
びバインダとしてケイ酸ソーダを用いた場合等にも、前
記各実施例と同様に強化材が均一にマトリックス金属中
に分散した。
また、本発明の方法は強化材の添加量に特に影響される
ことな〈実施できる。
〈比較例〉 前記実施例1と同様のSiCウィスカとAl2O3繊維
とを、バインダを用いることなく混合、攪拌した。この
場合には第2図(A)に示すように、微細なSiCウィ
スカ同士が絡み合い、毛玉状の塊となった。これを前記
実施例1と同一の条件下でへ1−4wt%Mg合金と複
合した。
この結果、第2図(B)に示すように、八J−4wt%
M(J合金中にAJ、、03繊維が均一に分散しl〔が
、SiCウィスカには溶湯が浸透せず、SiCウィスカ
塊が集合的に浮上して、良好な複合材料は得られなかっ
た。なお、へ1203粒子を用いた場合も同様であった
〔発明の効宋〕
以上のように、本発明によれば、セラミックスウィスカ
の表面にバインダ被膜を形成することにより、セラミッ
クスウィスカを含む強化材がマトリックス半溶融金属中
に均一に混合、分散でき、これによりコンポキャスティ
ング法の利用を可能として、生産性および経済性に優れ
た金属複合材料の製造が行なえるようになるという効果
が奏される。
特に強化材として、セラミックスウィスカとセラミック
ス繊維または粒子とを混合したハイブリッド強化材を用
いた場合には、バインダとの混合も良好に行なわれ、ま
た得られる金属複合材料も高耐摩耗性を有するものとな
る等の効果が奏される。
さらにバインダとしてアルミナゾルを用い、71−リツ
クス金属をアルミニウム、マグネシウムまたはそれらの
合金とした場合には、鋳造等が容易で床孔な用途の高耐
摩耗軽金属基複合材料が提供できるようになり、実用的
効果大となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明ツるためのもので、同
図(A)は¥J造途中の状態を拡大して示す模式図、同
図(B)は得られる製品の状態を拡大して示す模式図、
第2図は従来例を説明するためのもので同図(A)は製
造途中の状態を拡大して示す模式図、同図(B)は得ら
れる製品を拡大して示す模式図である。 出願人代理人   波 多 野   久A1203Mk
糸1 (Al 第1図 (Al 第2図 AIl、xOshDN 【 (B)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半溶融状態のマトリックス金属にセラミックス強化
    材を添加、混合した後凝固させて金属基複合材料を製造
    する方法において、前記強化材として少なくともセラミ
    ックスウィスカを含むものを使用し、かつその強化材の
    表面に予め前記マトリックス金属の半溶融温度に耐え得
    るバインダの被膜を形成することを特徴とする金属基複
    合材料の製造方法。 2、半溶融状態のマトリックス金属にセラミックスの強
    化材を添加混合した後凝固させて金属基複合材料を製造
    する方法において、前記強化材としてセラミックスウィ
    スカと、セラミックス繊維および粒子の少なくともいず
    れか一方との混合体を使用し、かつその混合体からなる
    強化材に前記マトリックス金属の溶融温度に耐え得るバ
    インダを添加、混合することにより、そのバインダの被
    膜を形成することを特徴とする金属基複合材料の製造方
    法。 3、セラミツクスウイスカと、セラミックス繊維および
    粒子の少なくともいずれか一方との混合体を強化材とし
    、その混合体からなる強化材にバインダとしてアルミナ
    ゾルを添加して、攪拌後乾燥することにより、その強化
    材表面にアルミナ被膜を形成し、この強化材をマトリッ
    クス金属としてのアルミニウム、マグネシウムまたはそ
    れらの合金の半溶融体に混合、攪拌して凝固形成するこ
    とを特徴とする金属基複合材料の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07268508A (ja) * 1994-03-23 1995-10-17 Seihin Rin 超微細な補強材料およびそれの生成物によって補強された金属マトリックス組成物の製造方法および装置
US5513688A (en) * 1992-12-07 1996-05-07 Rheo-Technology, Ltd. Method for the production of dispersion strengthened metal matrix composites
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US6544636B1 (en) 1999-02-02 2003-04-08 Hiroshima University Ceramic-reinforced metal-based composite material and a method for producing the same

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