JPH04136133A - 粒子分散型複合材料の製造方法 - Google Patents

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】 ａ、　産業上の利用分野 本発明はＡ１合金又はＭ、合金をマトリックスとして、
高硬度のセラミックス粒子を部分的に複合化した粒子分
散型複合材料の製造方法に関する。

ｂ、　従来の技術 複合材料に関し、次のような従来技術が知られている。

たとえば、ＳｉＣやＣなどの繊維やウィスカーでプリフ
ォームを製作し、これを金型内にセントしたあと、Ａ１
合金などの溶場を注いで、プリフォームに加圧含浸させ
ることで複合材料（ＦＲＭ）　　とする方法である。

また、ＳｉＣやＣなどの粒子を、完全溶融、または部分
溶融の溶湯に添加し、これにｍ械的撹拌を与えて複合材
料（Ｍ＋ＩＣ）　　とするコンポキャスト法がある。

さらにＳｉＣやＣなどの粒子とＡ１合金等のむ）末とを
混合し、静水圧々縮や熱間押出し、または焼結等によっ
て複合材料を製造する方法（粉末冶金法）が広くおこな
われている。

また、ＳｉＣやＣなどの粒子と＾！金合金の粉末を混合
し、これに熱間で機械的撹拌を与えて、合金粉末中にＳ
ｉＣやＣなどの粒子を練込み、粒子分散複合材料とする
方法（メカニカルアロイング法）がある。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 ＳｉＣやＣなどの繊維やウィスカーは高価であり、また
、これらを用いておこなうプリフォームの製作には手間
がかかり、製品コストが高くなるという欠点がある。

また、前記コンポキャスト法においては、溶湯に添加す
る粒子に濡れ性の良いものを用いても、むらなく均一に
分散させるためには、溶湯に対する添加割合ば２Ｑｗ　
ｔ％が上限であり、これ以上の添加は困難である。また
複合化できる粒子径は５μ蒙が下限である。

さらに粉末冶金に用いる合金粉末は製造が難しく、その
ため高価であり、また複合材料として完成するまでの工
程が多くかかるという欠点がある。

そして押出しの方法で製造するため、単純形状に限られ
てしまうという問題がある。

また、メカニカルアロイング法に用いる合金粉末は、前
述のように高価であり、混合割合も５０賀【％程炭が限
度であり、製品製造には押出し工程が必要で、前記粉末
冶金と同様な問題点がある。

一方、材＃４全体をセラミックス粒子で複合したものは
伸びや靭性（吸収エネルギー）が劣る傾向があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、前記問題
点を解消し、部分的に複合化してなる粒子分散型複合材
料の製造方法を従供することを目的とする。

ｄ、　　１題を解決するだめの手段 前記目的に添い、本発明はセラミックス粒子を金型内で
加圧したあと、この上部にマトリックス合金の溶湯を注
湯し、この溶湯の上部に更にセラミックス粒子を投与し
、これらを直ちに加圧してセラミックス粒子間隙にマト
リ・ノクス合金を浸透せしめることによって前記＃Ｊ題
を解消した。

以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明
する。

本発明においては、複合用の添加材料として、ＳｉＣ，
＾ｌ　１０３＋　Ｓ＋ｓＮａ＋　ｔｉｃ、　ｗｃ、　Ｚ
ｒ０ｚ等の硬度の高い（ＦｌｙＩＯ００以上）セラミッ
クス粒子を用いる。

このセラミックスの粒子径（平均粒子径）は０．０１〜
３０μｍの範囲のものを用いる０粒子径が０．０１μ鱈
未満のものは製造が難しく高価であり、かつ均一な複合
化が困難である。また、粒子径が３０μ塀を越えると製
造する複合材料の強度の改善が期待できない。

用いるマトリックス合金には、Ａｆ金合金　ｈｇ金合金
用いる。たとえばＪＩＳ：１０１５．−Ｐ５などを用い
る。

まず、セラミックス粒子を、そこに含まれている水分を
除去するためと、後に添加する合金溶湯が浸入し易いよ
うにするため、３００〜９００　’Ｃの温度で予熱する
。この予熱温度が３００°Ｃ未満の場合であると接触し
た溶湯がすぐ凝固してしまうため、セラミックス粒子内
へ充分浸透しない、また、９００　°Ｃを越えて予熱す
ると溶湯が凝固するまでに時間がかかり、そのためセラ
ミックス粒子中の一部成分（たとえばＭＭＣなど）と７
８湯のＡＮとが反応して化合物（たとえば＾ｅ　、ｃ、
など）を作るため好ましくない。

次に、用いる金型及び下パンチはセラミックス粒子が急
冷されないように加熱しておく、即ち第１図（ａ）に示
すように温度１００〜４００″Ｃに加熱した金型２内に
、セラミックス粒子１を収容したあと、同図（ｂ）に示
すように上パンチ３と下バンチ５とによって１〜１００
１００Ｏ０／　ｃ−の圧力Ｐ１で加圧し、セラミックス
粒子の予成形体４を形成する。ここで圧力Ｐ１がＩ　ｋ
ｇ　ｒ　／　ｃｊ未満の場合は予成形体に強度かえられ
ず、後の工程で変形したり、壊れたりする。

また、圧力Ｐ１が１００１００ＯＯ／　ｃｊを越えると
、粒子密度が高くなりすぎたり、後の工程で添加する溶
湯が浸透しにくくなり、また金型自体の強度上の問題も
発生する。

次に、Ａｆｆｉ合金又はＭｇ合金を６６０〜８５０°Ｃ
に加熱して熔融した溶湯６を、同図（Ｃ）に示すように
金型２内の前記予成形体４の上部に給湯する。

そして、さらにこの熔ｔｌｋ　６の上部に、同図（ｄ）
に示すように所定量のセラミック粒子１１を投与する。

次に、同図（ｅｌに示すようにその上部から上パンチ７
によって１００〜１００１００Ｏ０／　ｃ−の圧力Ｐ、
で加圧する。ここで圧力Ｐｔが１００ｋｇｆ／ｃ−未満
の場合は、セラミックス粒子の間への浸透が充分ではな
く、また１００１００Ｏ０／　ｃ−を越えると金型の強
度に問題を生ずる。

このようにして製造された材料は、上下両面にあるセラ
ミックス粒子の層の間隙にマトリックス合金が浸透して
、そこで粒子分散複合部８が形成され、内部には複合化
されていないマトリックス合金６のみからなる部分複合
材料が得られる。

具体例１ まず、セラミックス粒子として粒径１μ−のＳｉＣを用
い、これを予め８００°Ｃに予熱する。次に３００゛Ｃ
に加熱した前記金型２にこれを収容したあと、５００ｋ
ｇｆ　／　ｃ−のＰ１圧力で加圧して予成形体を得た。

次に、マトリックス合金としてアルミ合金のＪＩＳ　７
０７５を用い、これを７５０°Ｃに加熱溶融して金型２
内の前記予成形体の上方に注ぎ、次に同しセラミックス
粒子のＳｉＣをその上方から投与したあと、１０００ｋ
ｇ　ｆ　／　ｃｊの圧力Ｐ！によって上方から加圧した
。

具体例２ セラミック粒子に＾Ｅ、０３を、マトリックス合金とし
てＪＩＳ　ＭＰ５をそれぞれ用い、前記具体例１と同し
条件で処理した。

以上、本発明の方法によって製造した粒子分散型の部分
複合材料は、表層は５０〜９０−１％が複合化部となっ
ており、その部分は硬度、耐摩耗性、耐熱性に優れ、一
方、内部は複合化していないマトリックス合金部のまま
であり、したがって材料全体として靭性が低下しない材
料となる。

ｅ、　発明の効果 以上のように本発明によれば、上下（又は左右）両面の
表層のみ硬度、耐摩耗性、耐熱性が優れ、内部はマトリ
ックス合金で靭性を確保した複合材料かえられる。そし
て全体として強度の優れた粒子分散型の部分複合材料か
えられる。

また、本発明の複合材料は比較的粒子径の小さいセラミ
ックス粒子まで利用することができる。

そして鋳造方法によって製造するためコストの安い材料
かえられる。

すなわち、本発明によればマトリ、クス合金とＭＭＣ（
Ｍｅｔａｌ門ａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）部の界
面剥離強度の高いサンドインチＭＭＣが比較的容易に製
造できる。

よって、本発明による部分複合材料１は自動車のブレー
キディスク等の用途に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ１，（ｄ）、　（ｅ）
は、本発明に係る粒子分散型複合材料の製造要領を説明
する図である。 １．１１・・・セラミックス粒子、 ２・・・金型、　　　　　４・・・予成形体、６・・・
溶湯。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミックス粒子を金型内で加圧したあと、この上部に
   マトリックス合金の溶湯を注湯し、この溶湯の上部に更
   にセラミックス粒子を投与し、これらを直ちに加圧して
   セラミックス粒子間隙にマトリックス合金を浸透せしめ
   ることを特徴とする粒子分散型複合材料の製造方法。