JPH0474842A - 粒子分散型複合材料とその製造方法 - 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 本発明は過共晶へ〇−３ｉ系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
分散型複合材料とそ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、＾ｉ
金合金どの溶湯を注いで、プリフォームに加圧含浸させ
ることで複合材料（ＦＩ？Ｍ）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熔
融の溶湯に添加し、これに機械的撹拌を与えて複合材料
（＋’１Ｍｃ）とするコンポキャスト法がある。

さらにＳｉＣＪｐＣなどの粒子とＡ２合金等の粉末とを
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ＡＩ１合金等の粉末を混
合し、これに熱間で機械的撹拌を与えて、合金粉末中に
ＳｉＣ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。

Ｃ１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は２０−ｔ
％が上限であり、これ以上の添加は困難である。

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５０ｗ　ｔ％程度が
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。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、前記問題
点を解消してなる粒子分散型複合材料とその製造方法を
擢供することを目的とする。

ｄ、　課題を解決するための手段 前記目的に添い、本発明は過共晶へ！−５ｌ系合金をマ
トリックスとし、セラミックス粒子との複合部の境界付
近の非複合部に、Ｓｉ結晶を多く存在せしめた粒子分散
型複合材＄４きすることによって、前記課題を解消した
。

さらにまた、セラミックス粒子を加圧して成形体をつく
り、これに半溶融状態の過共晶ＡＥ　　Ｓｉ系合金を注
湯して加圧し溶湯中のＳｉ結晶を成形体付近に残しなが
らマトリックス合金を成形体内に浸透させることによっ
て、前記課題を解消した。

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，
Ａ１．Ｊｓ、　５ｊＪ４＋　ＴｉＣ，ｈｌｃ、　Ｚｒ０
ｚ等の硬度の高い（ＨｖｌＯＯＯ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〜
３０μ−の範囲のものを用いる。粒子径が０．０１１Ｉ
園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−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、過共晶Ａｊ２ｓｉ系合金
（１５≦５１ｗｔ％）、たとえばＪＩＳ：ＡＣ９ＡやＡ
ＳＴＭ４３９０などを用いる。

まず、セラミックス粒子を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３００〜１ｏｏｏ
℃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、１０００
℃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
遊＋ＩＣなど）と溶湯のＡ！とが反応して化合物（たと
えば八１３Ｃ４など）を作るため好ましくない。

次に、第１図（ａ）に示すように温度１００〜４００℃
に加熱した金型２内に、セラミックス粒子ｌ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１−１００１００Ｏ０／　ｃｄの圧力Ｐ、テ
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Ｐ、が１　ｋｇｆ／ｃｄ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Ｐ＋が１００１００Ｏ０／　ｃｉｉｌ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。

次に一部面相が存在する半溶融状態に加熱した過共晶Ａ
Ｉ！、−３ｉ系合金（たとえばＡＣ９Ａは５１７〜７２
６’Ｃ，Ａ３９０は５０２〜６８１　℃）の溶湯６を同
図（Ｃ）に示すように金型２内の予成形体４の上部に給
湯する。

そして直ちに、同図（ｄ）に示すように上パンチ７によ
って１００〜ＩＯ０００ｋｇｆ　／　ｃｄの圧力Ｐ！で
加圧し、製品８をうる。

このようにして製造した製品は、セラミックス粒子の予
成形体内に溶湯のＡｌ１が浸透し、その予成形体と接す
る凝固した溶湯の境界部分には濾過されずに残った初晶
が多く存在する組織のものが得られる。

次に具体例について説明する。まず、セラミ。

クス粒子として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、１００１００Ｏ／ｃ−ｄのＰｌ　圧力
で加圧して予成形体を得る。

次に、マトリックス合金しとて八Ｃ９Ａを用い、これを
６００°Ｃに加熱してＳｉ結晶が固相として存在する半
溶融状態とし、これを前記予成形体の上方に注ぎ、１０
００ｋｇ　ｆ　／　ｃｄ　の圧力Ｐ！によって前記溶湯
の上方から加圧した。得られた製品は、第２図に示すよ
うに、Ａ部分（第１図参照）には通常の組織のＳｉ結晶
が晶出したものが、複合部分Ｃには加圧によってＳｌ量
の低くなった液相だけがＳ】粒子の成形体内に侵入して
マトリックスとなり、また複合部分Ｃに近接したＢ部分
には濾過されずに残った分だけＳｉ結晶の多い組織のも
のかえられた。

すなわち、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を用いるため全体的
に耐摩耗性、硬さ、耐熱性に優れたものかえられるが、
セラミックス粒子で複合化した部分には、更にその性質
の優れたものができる。すなわち、通常、複合部分は伸
びや靭性が劣っているが、初晶のＳｉ結晶を残すように
してｎ過しく即ちＳｉ％を低くした）、伸びや靭性に傍
れたＡＥ金合金選択的に含浸させるので複合化した部分
の性質が改善されたものとなる。

ｅ、　発明の効果 以上のように本発明によれば全体的に耐摩耗性、硬さ、
耐熱性に優れ、特定部分が更に優れた性質を有する部分
複合材料かえられる。

また、本発明の複合材料は鋳造方法によって製造するた
め、コストの安い複合材料かえられる。

すなわち本発明によればセラミックス粒子による予成形
体をメツシュとして、溶湯をその手前で濾過し、ＳＩ結
晶を残すようにしたため、複合部分にさらに靭性を与え
ることができ、またその境界付近の非複合部も初晶Ｓｉ
結晶を多く含むことによって複合部はどではないが性質
の優れた材料かえられる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）、（イ）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、第２
図は第１図（ｄ）に示す製品の各部の組織状態を説明す
る図である。 １・・・セラミックス粒子、 ２・・・金型、 ４・・・予成形体、 ６・・・過共晶Ａｌ　−３ｉ系合金の溶湯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金をマトリックスとし、セラ
   ミックス粒子との複合部の境界付近の非複合部に、Ｓｉ
   結晶を多く存在せしめたことを特徴とする粒子分散型複
   合材料。 ２）セラミックス粒子を加圧して成形体をつくり、これ
   に半溶融状態の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を注湯して加圧
   し溶湯中のＳｉ結晶を成形体付近に残しながらマトリッ
   クス合金を成形体内に浸透させることを特徴とする粒子
   分散型複合材料の製造方法。