JPH03141182A - セラミック金属複合材料および該材料を金属構造と結合する方法 - Google Patents

セラミック金属複合材料および該材料を金属構造と結合する方法

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JPH03141182A
JPH03141182A JP2193198A JP19319890A JPH03141182A JP H03141182 A JPH03141182 A JP H03141182A JP 2193198 A JP2193198 A JP 2193198A JP 19319890 A JP19319890 A JP 19319890A JP H03141182 A JPH03141182 A JP H03141182A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属を浸透させに多孔性セラミックからなる
セラミック金属複合材料(OMO−Oeramia M
atal Compound )に関する。
〔従来の技術〕
欧州特許第0 155 831号明細書(Lanxl・
)から、冒頭記載の形式のセラミック金属複合材料は公
知である。該特許明細書の請求項11によれば、セラミ
ック成形体の良好な浸透を可能にする丸めには、小角粒
子限界(Klainivinkelkorngrenz
en )が所定の範囲内にあらねばならない。
特開昭6を1632.24号公報(住人電工、1986
年7月23日)から、加圧下で85〜90%の気孔率を
有するセラミック成形体にアルミニウム溶融物vi−浸
透させることは公知であるO 更に、英国特許第21 48 270号明細書(英国セ
ラミック研究協会、1985年5月30日)から、気孔
率39チt−Wする多孔性810セラミツクに階融した
アルミニウムt700℃および6.72 kp81の圧
力で浸透させることにより、サーメットkli!造する
ことは公知であるO 別のサーメットはテエコスロバキア国特許第20 61
 32号明細書(1985年10月1日)に記載さnて
いる□この場合には、Al120395〜90 To 
s 81os残りからなる多孔性セラミック材料t−X
空化し、かつアルミニウムま友はアルミニウム化合物を
700〜900℃の温度で、不活性ガス下にかつI M
Paより大きい圧力で浸透させることにより製造される
0瞑セラミック成形体は浸透前は41%の気孔率を有し
ている〇 したがって従来技術水準では、高多孔性セラミック材料
に金属浴融物t−浸透させている。その結果そこから裏
道さn九良品は主に金属構造七有する。該金属/セラミ
ック複合材料(OMO)はその特性が十分に金属の性質
であるので、硬度、温度安定性および摩耗特性に関する
要求は純セラミック材料のそれらの値のはるか下に位置
している。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、曲げ強さ、靭性、弾性率、硬度および
耐摩耗性に関するセラミック材料の特性を金属材料に比
較して、硬度、温度特性、および耐摩耗性等のすぐtた
特性の維持もしくは向上のもとに改良することであった
〇〔課題を解決するための手段〕 前記課題は、冒頭に記載しに形式のセラずンク金a複合
材料において、セラミックが多数の層から構成され、そ
の際層厚は10〜150μm訃よび平均気孔半径は10
0〜1000 nmで、開口Rk終気気孔率5〜14俤
および全気孔率は5〜30%であジ、かつ金属は出発気
孔率に対して0.1〜10%の残シ気孔体積にまで気孔
に充填さnていることにより解決される。
セラミックの多層構造および全気孔is〜30%の場合
には金属溶融物の浸透が特性の望ましい組み合わせを可
能にすることが明らかとなった。この場合、全気孔率は
金属#融物の浸透の前のセラミックの出発気孔率であろ
0この場合、平均気孔半径100〜1000 nmは重
要でおり、該気孔半径はカルロΦエルバの水銀ボロクメ
ータを用いて検査されるO 多層構造により、特に有利な方法で金属浴融物全浸透さ
せることのできるセラミック材料の気孔網状構造が得ら
れるO気孔網状構造は、本発明によれば使用さnるセラ
ミック材料の粒度ならびに液体安定化さnfcプラズマ
ビーム内の級覆速度により制御可能であるO 実験にもとづいて、Lan!id@特許明細誉で提示さ
れた小角粒子限界は、お互いに結合状態にある気孔およ
び気孔通路から構成さnている気孔網状構造tセラミッ
クが有する場合には、必要でないことが明らかとなった
0更にこの特殊な構造は、本発明によれば、セラミック
が多数の薄い層から構成嘔n、核層が調!I司能な気孔
′at有して形成される場合に、存在する。
決定した適用挙例、たとえば連接されたま九ははんだ付
けさnfcセラミック/金属構造のような金属構造の結
合に関しては、セラミック材料が内側から外側に増加す
る気孔率およびそnとともに上昇する金属分を有するこ
とが有利であることが立証さnた0このように構成さn
た気孔網状組織は勾配構造(Gradienten−8
truktur )と称される。金属的特性は複合材料
の外側帯域で優勢であるが、内側帯域ではセラミックの
特性が優勢である◇ 該勾配構造は液体安定化されmプラズマビーム内で基礎
成形体に連射する場合の粒度を変化させることにより達
成される◎たとえばaao ”20μmo非常に歇細な
粉末で開始し、かつ該粒度tセラミック材料の外側層で
は己5o値〉100μmに上昇させるoしかしまた、そ
の都度の金属表面に面し7c側に基づき逆の操作法も可
能である0セラミック複合成形体の金属構造にすぐ銃く
面が、大きな粒子直径t■する粉末から生じ1こ構造ケ
有することは重要である。
硬度および耐摩耗性の向上の7’(めに、W第1」には
前反応した状態の酸化物をベースとじた多成分材料を使
用することができる。多成分材料とは、2種類以上の酸
化物セラミック材料?l−意味し、該材料を粉砕により
粉末状にしかつ焼tJ温度で前反応させるCその後初め
て、プラズマバーナの反応帯域内に尋人する。
〔実施例〕
次に若干の実施例にもとづき本発明の詳細な説明する、
その際本発明にもとづくセラミンク金属複合材料はプラ
ズマ溶射により製造し、かつその後金F4を浸透させる
ことにより 0MOに刀口工した0そnに対してLan
:cide%Iff:BA細書にもとづ〈従来C) O
MO材料ケ対比させる0この場合1本発明にもとづ< 
CUaの材料%aは、瞑CMOが請求項3〜5に定義し
た勾配構!’に有する場合、−層間らかに向上すること
が判明する。
密度および気孔率に関する値はドイツ工業規格(D工N
)51[156によυ、ビッカース硬さに胸する値はD
工N50133により決定した。
まず材料At2 o 3およびu2Tio、からプラズ
マビームによりプレートt−fi造する、その際粒度d
δ0は60′70μmであplかつプラズマビーム内溶
射での検使速度は300 !Q/8であった0個々の′
@Q層の厚さが100μmであり、達成さ:rした全気
孔率は酸化アルミニウムの場合18%およびチタン酸ア
ルきニウムの場合15%であった0溶射した粒子の形状
係数は、h!化アルミ=ウムO4合1 : 5〜1:2
0まで、およびチタン酸アルミニウムの場合1:15〜
1;25であった0 該プレートから、vC,数片を材料特性値の検査のため
に100 x 100 X 30 nmの寸法に切断し
、温度1000℃で予熱し、かっAJSl 10Mg合
金からなる金属溶融物を750℃で圧力P−35バール
で時間15秒以内で浸透させた。
浸透後の冷却速度はプログラム制御される炉内で200
℃/hであった0従って該#、験数片5時間以内で厘温
に冷却された0 その後、酸化アルずニウムセラミックの場合、出発気孔
率に対して5%、およびチタン醒アルミニウムの場合は
7チ七有する残り気孔体積が1堅された0 別の試験片を本発明にもとつく勾配′a造を用いて製造
しzom造条件は前記に提示されたと同じであるが、但
しこの場合にはago fL = 4.0ま几は100
μmt−有する2つの異なる粒度のもの1に2つの通路
を経て施し友0その際、d、。
値−40μmk有する粒子流は連続的に0から25に?
/hに上昇させ、−万(160ML−100μmを有す
る粒子流は同じ方法で25kg/hから0に戻した〇−
万の通路から他方の通路への切僕先は1時間以内に行っ
た。その際達成さn*s個の層厚は80〜100μmで
1りり、全気孔率は12%であった◎AJ8110 M
g合金に&透させた後、該試験片は、出発気孔率に対し
て0.6−の残り気孔体積を有してい九〇 該試験片で測定δれ7c値は狭1にまとめて示す0曲げ
強ち(4点曲げ装置m)、弾性率′s?工びにICrc
LI&1する値は3.5 x 4.5 x 45 mの
寸法の基準曲げ試料で確認した〇比較として、従来方法
でkmしかつkmし1ζAJaO,としての一体セラミ
ック成形体の材料テークを示す(文献値)0不発明にも
とづき製造した金属セラミック複合材料か1i111i
、+’強さ、耐亀裂性(K工C)および硬度に関して非
常に良好なWiを示し、かつそnとともに林料特性値お
よび個々の特性値の組み合わせに関して従来の材料に比
して明日な改良を示すことが明らかでらる〇

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、金属を浸透した多孔性セラミックからなるセラミッ
    ク金属複合体において、セラミックが多数の層から構成
    され、その際層厚は10〜150μmおよび平均気孔半
    径は100〜1000nmで、開口最終気孔率は5〜1
    4%および全気孔率は5〜30%であり、かつ金属は出
    発気孔率に対して0.1〜10%までの残り気孔体積に
    まで気孔に充填されていることを特徴とするセラミック
    金属複合物。 2、該層が形状係数>5を有するセラミック粒子から構
    成されている請求項1記載のセラミック金属複合材料。 3、複合材料の個々の層内のセラミツク粒子が種々の形
    状係数を有する請求項1または2項記載のセラミック金
    属複合材料。 4、セラミック粒子が内側から外側へ増加する形状係数
    を有する請求項1から3までのいずれか1項記載のセラ
    ミック金属複合材料。 5、セラミック粒子が内側から外側へ減少する形状係数
    を有する請求項1から3までのいずれか1項記載のセラ
    ミック金属複合材料。 6、金属としてアルミニウムまたはアルミニウム合金が
    使用される請求項1から5までのいずれか1項記載のセ
    ラミック金属複合材料。 7、金属としてアルミニウムケイ素合金が使用される請
    求項1から6までのいずれか1項記載のセラミック金属
    複合材料。 8、金属としてマグネシウム、鉛、亜鉛、銅が使用され
    る請求項1から7までのいずれか1項記載のセラミック
    金属複合材料。 9 金属として鋼またはねずみ鋳鉄が使用される請求項
    1から8までのいずれか1項記載。 セラミック金属複合材料。 10、金属としてチタニウムまたはチタニウム合金が使
    用される請求項1から9までのいずれか1項記載のセラ
    ミック金属複合材料。 11、セラミックとして純粋な形の酸化物セラミック材
    料が使用される請求項1から10までのいずれか1項記
    載のセラミック金属複合材料。 12、セラミックとして前反応した状態の酸化物をベー
    スにした多成分材料が使用される請求項1から11まで
    のいずれか1項記載のセラミック金属複合材料。 13、セラミックとして、2種類以上の純粋な金属酸化
    物からプラズマビーム内での現場反応により生成した酸
    化物セラミック材料が使用される請求項1から12まで
    のいずれか1項記載のセラミック金属複合材料。 14、セラミックとして酸化アルミニウムまたはチタン
    酸アルミニウムが使用される請求項1から13までのい
    ずれか1項記載のセラミック金属複合材料。 15、複合材料の金属構造に面した側が反対側に比較し
    て金属が富化された表面構造を有するセラミック金属複
    合材料を使用することを特徴とする、金属構造物と結合
    する方法。16、セラミックが、金属構造に面した側で
    反対側に比較して増大する形状係数を有するセラミック
    粒子からなる請求項15記載の方法。
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