JPH02259031A

JPH02259031A - 強化金属複合材料の製造方法

Info

Publication number: JPH02259031A
Application number: JP8273089A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Nishida; 義則西田; Hiromi Matsubara; 松原　弘美; Masaru Nakanishi; 勝中西
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1990-10-19

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】産業上の利用分野本発明は、ウィスカーと粒子を強化材としてマトリック
ス金属中に含有する強化金属複合材料に関するものであ
る。

従来の技術金属複合材料としては、繊維強化複合材料、ウィスカー
強化複合材料、粒子分散強化型複合材料などがあり、こ
れらの製造法も種々提案されている。

粒子分散強化型複合材料の製造法としては、メカニカル
アロイイング法、表面酸化法、共沈法などの粉末冶金的
方法が優れており、工業化されている。

しかしながら、これらの粉末冶金的方法は製造コストが
極めて高いため、得られる粒子分散強化を複合材料は用
途が極端に制限されるのを免れない。

そのため、粒子分散強化型複合材料を溶製法で作製する
試みが多くなされ、そのうち、溶湯鍛造法、すなわち鋳
を内に粒子を充てんしておくか、あるいは粒子で成形し
たプリフォームを装入しておき、さらにその上に溶融マ
トリックス金属を導入し、プランジャにて溶融マトリッ
クス金属を鋳型内にて加圧しつつ凝固させる方法が代表
的である。

しかしながら、この溶湯鍛造法は、粒子径が１ミクロン
以下の微細な粒子を用いる場合、該粒子を型内に充てん
したり、あるいは粒子でプリフォームを作製したりする
際に、粒子と粒子との間隙すなわち粒子間間隙が非常に
小さくなり、その間隙内に溶融金属を圧入させるには極
めて高い圧力を必要とするのを免れない。この高圧を要
するのは、一般にセラミックス粒子は溶融金属とのぬれ
性が良好でないことも原因となっている。そのため、い
ずれの方法でも溶融金属を圧入できるのは表面から限ら
れた深さまでであり、十分な厚さの複合材料を得るのは
きわめて困難であった。

発明が解決しようとする課題本発明は、このような従来の複合材料の製法における欠
点を克服し、微細な粒子間間隙に溶融金属を容易に圧入
することができ、均一分散を可能にするとともに、優れ
た強度を有する強化複合材料を簡単に効率よく製造しう
る方法を提供することを目的としてなされｔこものであ
る。

課題を解決するための手段本発明者らは、このような好ましい特徴を有する強化複
合材料の工業的製法を開発するために種々研究を重ねた
結果、プリフォーム作製を、ウィスカーと粒子を同時に
バインダーを含む溶媒中で均一に混合してバインダーで
粒子をウィスカーに付着させたのち、脱溶媒し、加熱し
てバインダーを固化する方法で行うことにより、粒子間
間隙を広くして、溶融金属の圧入圧力を低減するととも
に、粒子と溶融金属間のぬれ性に基づく各素材の複合化
に必要な圧力も低減することができることを見出し、こ
の知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、少なくとも１種のセラミックスウ
ィスカーとともに少なくとも１種の粒径１μｍ以下のセ
ラミックス粒子を含有する強化材にマトリックスとなる
金属材料を加熱加圧下に含浸させて強化金属複合材料を
製造する方法において、ウィスカーと粒子を無機質バイ
ンダーを含む溶媒中で均一に混合したのち、脱溶媒し、
次いでバインダー固化温度に加熱することによってプリ
フォームを作製し、これを強化材として用いることを特
徴とする強化金属複合材料の製造方法を提供するもので
ある。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明においては、先ず、ウィスカーと粒子を同時にバ
インダーを含む溶媒中で均一に混合してバインダーで粒
子をウィスカーに付着させたのち、脱溶媒し、次いでバ
インダー固化温度に加熱してバインダーを固化すること
によってプリフォームを作製することが必要である。

この際に用いるウィスカーとしては、例えば窒化ケイ素
、チタン酸カリウム、アルミナなどのウィスカーを挙げ
ることができ、これらは単独で用いてもよいし、２種以
上を組合せて用いてもよい。

まＩ；、粒子としては、例えば５ｉＣＳＺｒ０２、Ｔｈ
ｅ、、Ｍｇ０ｓ　ＹｘＯｓ、ＴｉＯ□などの粒子を挙げ
ることができ、これらは単独で用いてもよいし、２種以
上を組合せて用いてもよい。

また、無機質バインダーとしては、例えばケイ酸ソーダ
、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナなどを挙げる
ことができ、これらは単独で用いてもよいし、２種以上
を組合せて用いてもよい。

また、溶媒としては、例えば水、アルコールなどを挙げ
ることができ、これらは単独で用いてもよいし、２種以
上を組合せて用いてもよい。

前記脱溶媒は、例えば真空ポンプ等でろ紙等のろ過材を
介して所定の溶媒混合物を吸引ろ過するなどの吸引脱溶
媒やフィルタープレス等で圧搾脱液するなどの圧縮脱溶
媒などの方法で一般に行われる。

吸引ろ過による脱溶媒用の装置の１例を第１図に示す。

ｌは吸引容器であって、この中のバインダーを含む溶媒
２中でウィスカーと粒子を均一に混合すると、底部に沈
殿物３を生じる。この溶媒２はろ紙４を介して真空ポン
プ７で吸引されると、保持板５に穿設した吸引孔６から
滴状となって脱液されるようになっている。

本発明においては、次いでこのようにして得られたプリ
フォームにマトリックスとなる金属材料を加熱加圧下に
含浸させることが必要である。

この際に用いる金属材料は、例えば通常の溶湯鍛造法で
鋳造可能な金属や合金であればいかなるものでもよく、
このようなものとしては、例えばアルミニウム又はその
合金、マグネシウム又はその合金等を挙げることができ
る。

製造条件は、各種原料に応じ、また、加熱温度と圧力と
は相互に関係するので、−様ではないが、通常、温度７
００〜８００°Ｃ１好ましくは７００°Ｃ１圧力５００
〜１００１００Ｏ／　ｃｍ”、好ましくは５００ｋｇｆ
／　ｃｒｎ２の範囲で選ばれる。

このようにして、所望の強化金属複合材料を簡単に効率
よく得ることができる。

発明の効果本発明方法によれば、平均粒子径が１ミクロン以下の微
細な粒子を金属中に分散する手段としてセラミックスウ
ィスカー並びに無機質バインダーを用いることにより、
均一分散が可能になるとともに、従来の溶湯鍛造法等で
は困難であった優れた強度を有する分散強化型複合材料
を簡単に経済的に製造することができるという顕著な効
果を奏する。

実施例次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１セラミックス粒子として平均粒径０．２μｍのαアルミ
ナ粒子を用い、これとＳｉＣウィスカーを所定割合とし
、これを無機質バインダーとしてのケイ酸ソーダを０．
０１％含む水に加えてよく混合し、水中に均一に分散さ
せた。こ−の際、水の量はウィスカーと粒子の合計量の
５〜１０倍とした。

このようにして得られた分散物を第１図に示す装置によ
り、ろ紙を通して水分だけ吸引することによりケーキ状
物を作製し、これを十分乾燥してプリフォーム素材を得
た。

このようにして、ウィスカーと粒子との合計量に対し、
重量基準で粒子量が２０％までは粒子が比較的均一に分
散したプリフォーム素材が得られたが、２０％を超える
と粒子の凝集物を生じて均＝７＝ −分散したプリフォーム素材の作製は困難になった。従
って、この方法によって強化材中の粒子量が約２０％ま
ではプリフォーム素材を生産性よく製造することができ
る。

次に、このようにして得られたプリフォーム素材を約７
００°Ｃに３０分以上加熱保持して固化させ、プリフォ
ームを得た。このプリフォームを同じ７００℃に保持し
て約３００’Ｃ！に予熱した金型内に入れ、これに約７
５０°Ｃの溶解アルミニウム（９９，９％）を注ぎ、す
ばや＜　１．０００ｋｇｆ／　ｃｍ”の圧力を加えてプ
リフォーム内に含浸させたのち、金型内で冷却凝固させ
たところ、所望の分散強化型複合材料が得られた。

実施例２ウィスカーと粒子の合計量に対するアルミナ粒子量を３
０％まで種々変えて作製したプリフォームを強化材に用
いた以外は実施例１と同様にして複合材料を製造し、そ
の引張強さを測定した。その結果を第２図に示す。

この第２図から明らかなように、アルミナ粒子が約５％
加わるとウィスカーだけの場合に比べて引張強さが約５
０％増大する。また、さらに粒子を加えると却って引張
強さは少しずつ低下する。

次に、第３図は、２０％アルミナを含む複合材料（アル
ミナ粒子Ｖｆは約２．５％）の表面を腐食してウィスカ
ーと粒子を表面に露出させＳＥＭにより観察した組織構
造の顕微鏡写真である。これから、粒子はウィスカーに
付着しているものだけが残っていることが分るが、その
理由は腐食の際に多くの粒子はマトリックス金属の溶出
とともに脱落するためであると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の１例の模式
図、第２図は強化材中のアルミナ粒子量と、本発明の複
合材料の引張強さ及び強化材のトータルｖｆとの関係を
示すグラフ、第３図は本発明の複合材料の腐食表面の組
織構造を示す顕微鏡写真である。 ■・・・吸引容器、２・・・溶媒、３・・・沈殿物、４
・・・ろ紙、５・・・保持板、６・・・吸引孔、７・・
・真空ポンプ手続補正書（方式）％式％１、事件の表示平成　１　年特許願第０８２７３０号２、発明の名称強化金属複合材料の製造方法３、補正をする者事件との関係　　　特許出願人東京都千代田区霞が関１丁目３番１号（１１４）工業技術院長　杉　　浦　　　賢４、指定代
理人６、補正の対象明細書の発明の詳細な説明の欄７、補正の内容（１）明細書第１０ページ第７行のを「金属組織」に訂正します。（２）同第１Ｏページ下より４行のを「金属組織」に訂正します。「組織構造」「組織構造」

Claims

【特許請求の範囲】

１　少なくとも１種のセラミックスウィスカーとともに
少なくとも１種の粒径１μｍ以下のセラミックス粒子を
含有する強化材にマトリックスとなる金属材料を加熱加
圧下に含浸させて強化金属複合材料を製造する方法にお
いて、ウィスカーと粒子を無機質バインダーを含む溶媒
中で均一に混合したのち、脱溶媒し、次いでバインダー
固化温度に加熱することによってプリフォームを作製し
、これを強化材として用いることを特徴とする強化金属
複合材料の製造方法。