JPH07233429A - 耐磨耗性セラミック強化金属およびその製造方法 - Google Patents
耐磨耗性セラミック強化金属およびその製造方法Info
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- JPH07233429A JPH07233429A JP2412494A JP2412494A JPH07233429A JP H07233429 A JPH07233429 A JP H07233429A JP 2412494 A JP2412494 A JP 2412494A JP 2412494 A JP2412494 A JP 2412494A JP H07233429 A JPH07233429 A JP H07233429A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 セラミック繊維と平均粒径１０μｍ以上の単
結晶セラミック粒子とを含むプリフォームに溶湯金属を
含浸して成る耐磨耗性セラミック強化金属。 【効果】 本発明によれば、金属中にセラミック繊維と
セラミック粒子を均一に分散することができ、容易に耐
磨耗性セラミック強化金属を得ることができる。
結晶セラミック粒子とを含むプリフォームに溶湯金属を
含浸して成る耐磨耗性セラミック強化金属。 【効果】 本発明によれば、金属中にセラミック繊維と
セラミック粒子を均一に分散することができ、容易に耐
磨耗性セラミック強化金属を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は耐磨耗性セラミック強化
金属に関する。
金属に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム合金は軽量であり、低温で
塑性加工が容易なので、機械の部材として広く用いられ
ているが、軟質であるため、高強度を要する部品には適
さなかった。強度、特に耐磨耗性を向上させるために、
強化粒子や繊維を溶湯状態のアルミニウム合金に撹拌混
合して強化金属を得る方法（特開昭６３−４１９６８号
公報）が開発されている。しかし、このように撹拌混合
する方法では、強化粒子や繊維が均一に分散することが
難しかった。
塑性加工が容易なので、機械の部材として広く用いられ
ているが、軟質であるため、高強度を要する部品には適
さなかった。強度、特に耐磨耗性を向上させるために、
強化粒子や繊維を溶湯状態のアルミニウム合金に撹拌混
合して強化金属を得る方法（特開昭６３−４１９６８号
公報）が開発されている。しかし、このように撹拌混合
する方法では、強化粒子や繊維が均一に分散することが
難しかった。
【０００３】また、繊維で作成されたプリフォームに溶
湯金属を含浸させる方法（特開昭５８−１１７８４９号
公報）が提案されているが、繊維のみによる強化では十
分な耐磨耗性を得ることはできなかった。さらに、強化
材粒子を付着した毛球状繊維体から成る成形体に溶湯ア
ルミニウム合金を含浸させる方法（特開昭６１−１５７
６４７号公報）も提案されているが、成形体を製造する
工程が複雑であった。
湯金属を含浸させる方法（特開昭５８−１１７８４９号
公報）が提案されているが、繊維のみによる強化では十
分な耐磨耗性を得ることはできなかった。さらに、強化
材粒子を付着した毛球状繊維体から成る成形体に溶湯ア
ルミニウム合金を含浸させる方法（特開昭６１−１５７
６４７号公報）も提案されているが、成形体を製造する
工程が複雑であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の繊維および粒子
強化金属では強化金属の耐磨耗性が不十分であった。
強化金属では強化金属の耐磨耗性が不十分であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題に
鑑み鋭意検討した結果、セラミック繊維と特定粒径を有
する単結晶セラミック粒子とを含むプリフォームを用い
ることにより、強化金属の磨耗が防げることを見い出
し、本発明に到達した。すなわち本発明の要旨は、セラ
ミック繊維と平均粒径１０μｍ以上の単結晶セラミック
粒子とを含むプリフォームに溶湯金属を含浸して成る耐
磨耗性強化金属に存する。
鑑み鋭意検討した結果、セラミック繊維と特定粒径を有
する単結晶セラミック粒子とを含むプリフォームを用い
ることにより、強化金属の磨耗が防げることを見い出
し、本発明に到達した。すなわち本発明の要旨は、セラ
ミック繊維と平均粒径１０μｍ以上の単結晶セラミック
粒子とを含むプリフォームに溶湯金属を含浸して成る耐
磨耗性強化金属に存する。
【０００６】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
耐磨耗性セラミック強化金属は以下の方法で製造され
る。まず、セラミック繊維、セラミック粒子、バインダ
ー、凝集剤及び必要に応じてｐＨ調整剤を含む水スラリ
ーを作成する。該水スラリーは濾水加圧成形等により成
形された後、乾燥、焼成されプリフォームが得られる。
耐磨耗性セラミック強化金属は以下の方法で製造され
る。まず、セラミック繊維、セラミック粒子、バインダ
ー、凝集剤及び必要に応じてｐＨ調整剤を含む水スラリ
ーを作成する。該水スラリーは濾水加圧成形等により成
形された後、乾燥、焼成されプリフォームが得られる。
【０００７】次いで、加熱され溶湯した金属を、予熱し
たプリフォームに含浸させることにより、セラミック強
化金属を得ることができる。本発明で用いるセラミック
繊維は、通常、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂなど
の金属の酸化物、炭化物、窒化物等、好ましくはアルミ
ナ（α−Ａｌ2 Ｏ3）、ムライト（Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ
2 ＝７２／２８）、シリカアルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ／Ｓｉ
Ｏ2 ＝５０／５０〜９５／５）、炭化珪素等から構成さ
れる。繊維径は通常１〜２０μｍ、好ましくは２〜１０
μｍ、繊維長は通常３０〜２００μｍ、好ましくは５０
〜１００μｍである。繊維長が長いとプリフォームに対
する繊維の割合が小さくなり、短いと割合が大きくなる
傾向にある。
たプリフォームに含浸させることにより、セラミック強
化金属を得ることができる。本発明で用いるセラミック
繊維は、通常、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂなど
の金属の酸化物、炭化物、窒化物等、好ましくはアルミ
ナ（α−Ａｌ2 Ｏ3）、ムライト（Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ
2 ＝７２／２８）、シリカアルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ／Ｓｉ
Ｏ2 ＝５０／５０〜９５／５）、炭化珪素等から構成さ
れる。繊維径は通常１〜２０μｍ、好ましくは２〜１０
μｍ、繊維長は通常３０〜２００μｍ、好ましくは５０
〜１００μｍである。繊維長が長いとプリフォームに対
する繊維の割合が小さくなり、短いと割合が大きくなる
傾向にある。
【０００８】セラミック繊維の添加量はプリフォームに
対して通常５〜３０体積％（以下、ｖｏｌ％）、好まし
くは１０〜２０ｖｏｌ％となるようにする。本発明にお
いてセラミック繊維はセラミック粒子の支持体として作
用し、また、プリフォームの機械的強度を発現する作用
を有するものである。従って、セラミック繊維が５ｖｏ
ｌ％より少ないとセラミック繊維表面に保持しているセ
ラミック粒子をプリフォーム中に均一に分散させること
が難しく、また、プリフォームに十分な強度を与えるこ
とが困難である。また、３０ｖｏｌ％を超えると、プリ
フォームの空隙が少なくなり、溶湯金属との複合が不十
分となる。
対して通常５〜３０体積％（以下、ｖｏｌ％）、好まし
くは１０〜２０ｖｏｌ％となるようにする。本発明にお
いてセラミック繊維はセラミック粒子の支持体として作
用し、また、プリフォームの機械的強度を発現する作用
を有するものである。従って、セラミック繊維が５ｖｏ
ｌ％より少ないとセラミック繊維表面に保持しているセ
ラミック粒子をプリフォーム中に均一に分散させること
が難しく、また、プリフォームに十分な強度を与えるこ
とが困難である。また、３０ｖｏｌ％を超えると、プリ
フォームの空隙が少なくなり、溶湯金属との複合が不十
分となる。
【０００９】本発明の大きな特徴とするところは、セラ
ミック粒子として平均粒径１０μｍ以上の単結晶セラミ
ック粒子を用いることにある。セラミック粒子の平均粒
径は好ましくは２０μｍ以上、更に好ましくは３０μｍ
以上である。平均粒径が１０μｍに満たないと耐磨耗性
が不十分である。粒径は大きいほど耐磨耗性を向上させ
るが、スラリー中でセラミック粒子が均一に分散しない
と、均一なプリフォームが得られないので好ましくな
い。セラミック粒子の比重、スラリー粘度によって異な
るが、粒径の上限は通常１５０μｍ、好ましくは１００
μｍ程度である。ここでいう平均粒径とはメジアン径の
ことである。
ミック粒子として平均粒径１０μｍ以上の単結晶セラミ
ック粒子を用いることにある。セラミック粒子の平均粒
径は好ましくは２０μｍ以上、更に好ましくは３０μｍ
以上である。平均粒径が１０μｍに満たないと耐磨耗性
が不十分である。粒径は大きいほど耐磨耗性を向上させ
るが、スラリー中でセラミック粒子が均一に分散しない
と、均一なプリフォームが得られないので好ましくな
い。セラミック粒子の比重、スラリー粘度によって異な
るが、粒径の上限は通常１５０μｍ、好ましくは１００
μｍ程度である。ここでいう平均粒径とはメジアン径の
ことである。
【００１０】セラミック粒子は通常、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂなどの金属の酸化物、炭化物、窒化
物等、好ましくはアルミナ（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）、ムライ
ト（Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 ＝７２／２８）、シリカアル
ミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 ＝５０／５０〜９５／
５）、炭化珪素等であり、強化金属の要求される耐磨耗
性により適宜選択される。セラミック粒子の添加量はプ
リフォームに対して通常１０〜４０ｖｏｌ％、好ましく
は２０〜３０ｖｏｌ％である。添加量が１０ｖｏｌ％に
満たないと耐磨耗性が不十分であり、４０ｖｏｌ％を超
えると含浸金属との複合が不十分となる。
ｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂなどの金属の酸化物、炭化物、窒化
物等、好ましくはアルミナ（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）、ムライ
ト（Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 ＝７２／２８）、シリカアル
ミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 ＝５０／５０〜９５／
５）、炭化珪素等であり、強化金属の要求される耐磨耗
性により適宜選択される。セラミック粒子の添加量はプ
リフォームに対して通常１０〜４０ｖｏｌ％、好ましく
は２０〜３０ｖｏｌ％である。添加量が１０ｖｏｌ％に
満たないと耐磨耗性が不十分であり、４０ｖｏｌ％を超
えると含浸金属との複合が不十分となる。
【００１１】また、本発明で用いるセラミック粒子は単
結晶でなければならない。ここでいう単結晶とは、走査
型電子顕微鏡観察において、１つのブロックから成る粒
子である。結晶が多結晶であると、微細な単結晶を用い
るのと同様になり、耐磨耗性は得られない。
結晶でなければならない。ここでいう単結晶とは、走査
型電子顕微鏡観察において、１つのブロックから成る粒
子である。結晶が多結晶であると、微細な単結晶を用い
るのと同様になり、耐磨耗性は得られない。
【００１２】セラミック繊維とセラミック粒子はセラミ
ック強化金属が必要とする耐磨耗性に応じて上記の範囲
で種々の組み合わせが可能である。また、セラミック繊
維とセラミック粒子は、その合計量としてプリフォーム
に対して通常６０ｖｏｌ％以下、好ましくは３０〜５０
ｖｏｌ％となるように配合する。合計量が６０ｖｏｌ％
を超えると含浸金属との複合が不十分となる。
ック強化金属が必要とする耐磨耗性に応じて上記の範囲
で種々の組み合わせが可能である。また、セラミック繊
維とセラミック粒子は、その合計量としてプリフォーム
に対して通常６０ｖｏｌ％以下、好ましくは３０〜５０
ｖｏｌ％となるように配合する。合計量が６０ｖｏｌ％
を超えると含浸金属との複合が不十分となる。
【００１３】プリフォームを作成するには、セラミック
繊維、セラミック粒子を水スラリーとして充分均一に混
合することが重要である。スラリー濃度としては通常１
〜４０ｖｏｌ％、好ましくは５〜３０ｖｏｌ％である。
濃度が高すぎると、繊維同士がからまったり、スラリー
粘度が高くなるため均一混合や成形に支障がある。一
方、低すぎる場合は均一混合に支障はないが濾水成形が
効率的でないので通常は上記範囲から選択される。
繊維、セラミック粒子を水スラリーとして充分均一に混
合することが重要である。スラリー濃度としては通常１
〜４０ｖｏｌ％、好ましくは５〜３０ｖｏｌ％である。
濃度が高すぎると、繊維同士がからまったり、スラリー
粘度が高くなるため均一混合や成形に支障がある。一
方、低すぎる場合は均一混合に支障はないが濾水成形が
効率的でないので通常は上記範囲から選択される。
【００１４】水スラリー中にはセラミック粒子を均一に
分散させるとともにセラミック繊維上への凝集付着を促
進するために凝集剤を添加することが好ましい。凝集剤
としてはポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリアクリルアミドあるいは界面活性剤が用いられ
る。
分散させるとともにセラミック繊維上への凝集付着を促
進するために凝集剤を添加することが好ましい。凝集剤
としてはポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリアクリルアミドあるいは界面活性剤が用いられ
る。
【００１５】また、水スラリー中にはプリフォームの成
形および焼成前後の取扱いにおいて型くずれを防ぐため
にバインダーを添加することが好ましい。バインダーと
してはシリカゾル、アルミナゾル、粘土、硫酸アルミ、
ミョウバンなどの無機バインダーが用いられる。これら
の一部は前記凝集剤としての作用をも有する。更に、水
スラリー中には、シリカゾル等のゾルのゲル化を促進さ
せ、また、セラミック繊維同士がからみ合うのを防ぐた
めにｐＨ調整剤を添加することが好ましい。ｐＨ調整剤
としては硫酸アルミ、硫酸、硝酸などｐＨを低下させる
ものが用いられ、ｐＨ値としてはｐＨ５〜６が好まし
い。
形および焼成前後の取扱いにおいて型くずれを防ぐため
にバインダーを添加することが好ましい。バインダーと
してはシリカゾル、アルミナゾル、粘土、硫酸アルミ、
ミョウバンなどの無機バインダーが用いられる。これら
の一部は前記凝集剤としての作用をも有する。更に、水
スラリー中には、シリカゾル等のゾルのゲル化を促進さ
せ、また、セラミック繊維同士がからみ合うのを防ぐた
めにｐＨ調整剤を添加することが好ましい。ｐＨ調整剤
としては硫酸アルミ、硫酸、硝酸などｐＨを低下させる
ものが用いられ、ｐＨ値としてはｐＨ５〜６が好まし
い。
【００１６】水スラリーは濾水加圧成形、真空吸引成形
等一般にスラリーからの成形に用いられる湿式成形法を
用いて所望の形状に成形される。成形されたプリフォー
ムは室温ないし２００℃以下程度で乾燥後、通常１００
０〜１５００℃で焼成される。次いで、加熱され溶湯し
た金属を、予熱したプリフォームに含浸させる。この時
用いる金属は、通常の溶湯鍛造法で鋳造可能な金属や合
金であればよく、アルミニウム又はその合金、亜鉛又は
その合金が挙げられる。
等一般にスラリーからの成形に用いられる湿式成形法を
用いて所望の形状に成形される。成形されたプリフォー
ムは室温ないし２００℃以下程度で乾燥後、通常１００
０〜１５００℃で焼成される。次いで、加熱され溶湯し
た金属を、予熱したプリフォームに含浸させる。この時
用いる金属は、通常の溶湯鍛造法で鋳造可能な金属や合
金であればよく、アルミニウム又はその合金、亜鉛又は
その合金が挙げられる。
【００１７】場合によっては、ステンレス鋼等からなる
部材とセラミック強化金属とを溶湯金属によって、鋳込
みと接続を同時に行うことも可能である。本発明の耐磨
耗性セラミック強化金属は、耐磨耗性が要求されるコン
プレッサー用部品、自動車部品、軸受、ベアリングなど
の材料として有用である。
部材とセラミック強化金属とを溶湯金属によって、鋳込
みと接続を同時に行うことも可能である。本発明の耐磨
耗性セラミック強化金属は、耐磨耗性が要求されるコン
プレッサー用部品、自動車部品、軸受、ベアリングなど
の材料として有用である。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、金属中にセラミック繊
維とセラミック粒子を均一に分散することができ、容易
に耐磨耗性セラミック強化金属を得ることができる。
維とセラミック粒子を均一に分散することができ、容易
に耐磨耗性セラミック強化金属を得ることができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、本
発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定さ
れるものではない。
発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定さ
れるものではない。
【００２０】実施例１〜６ Ａｌ2 Ｏ3 ：ＳｉＯ2 ＝７２：２８の組成で繊維径約３
μｍ、平均繊維長６０μｍであるアルミナ繊維をスラリ
ー濃度３％となるように水に投入した。次いで該スラリ
ーにアルミナ繊維の２倍量のアルミナ粒子単結晶（Ａｌ
2 Ｏ3 含有量９９．５％以上、平均粒径は表−１に示
す）、アルミナ繊維およびアルミナ粒子の合計量に対し
て、それぞれシリカゾル（濃度２０％）１３．４％、ポ
リエチレンオキサイド（濃度１０％）１３．４％、該シ
リカゾルに対して硫酸アルミ（２０％水溶液）６０％を
添加し、３０分間撹拌した。該スラリーを濾水加圧成形
機を用い、１〜５分間、１０〜２０ｋｇ／ｃｍ2 の加圧
を行い５×５×１０ｃｍのプリフォームを作成した。
μｍ、平均繊維長６０μｍであるアルミナ繊維をスラリ
ー濃度３％となるように水に投入した。次いで該スラリ
ーにアルミナ繊維の２倍量のアルミナ粒子単結晶（Ａｌ
2 Ｏ3 含有量９９．５％以上、平均粒径は表−１に示
す）、アルミナ繊維およびアルミナ粒子の合計量に対し
て、それぞれシリカゾル（濃度２０％）１３．４％、ポ
リエチレンオキサイド（濃度１０％）１３．４％、該シ
リカゾルに対して硫酸アルミ（２０％水溶液）６０％を
添加し、３０分間撹拌した。該スラリーを濾水加圧成形
機を用い、１〜５分間、１０〜２０ｋｇ／ｃｍ2 の加圧
を行い５×５×１０ｃｍのプリフォームを作成した。
【００２１】一昼夜乾燥後１２００℃で３時間焼成し
た。プリフォームに対して、セラミック繊維は１０ｖｏ
ｌ％、セラミック粒子は２０ｖｏｌ％、空隙率は７０ｖ
ｏｌ％であった。該プリフォームは６００℃で予熱さ
れ、次いでダイカストマシンにて７５０〜８００℃の溶
湯アルミニウムを含浸した。得られたセラミック強化金
属を切削し、１５ｍｍ角の角柱とし、下記磨耗試験に供
した。磨耗量を表−１に示す。
た。プリフォームに対して、セラミック繊維は１０ｖｏ
ｌ％、セラミック粒子は２０ｖｏｌ％、空隙率は７０ｖ
ｏｌ％であった。該プリフォームは６００℃で予熱さ
れ、次いでダイカストマシンにて７５０〜８００℃の溶
湯アルミニウムを含浸した。得られたセラミック強化金
属を切削し、１５ｍｍ角の角柱とし、下記磨耗試験に供
した。磨耗量を表−１に示す。
【００２２】磨耗試験：金属片の自動研磨機（ＢＵＥＨ
ＬＥＲ社製，オートメット２）で粒径１００μｍの炭化
珪素を研磨材として用い、６ｋｇの加圧下、２００ｒｐ
ｍで１分間研磨し、磨耗量（長さ：ｍｍ）を測定した。
ＬＥＲ社製，オートメット２）で粒径１００μｍの炭化
珪素を研磨材として用い、６ｋｇの加圧下、２００ｒｐ
ｍで１分間研磨し、磨耗量（長さ：ｍｍ）を測定した。
【００２３】実施例７〜１４ アルミナ粒子単結晶の代りに表−２に示す平均粒径を有
する純度９８．７％の炭化珪素単結晶を用いた他は実施
例１と同様に行った。磨耗量を表−２に示す。
する純度９８．７％の炭化珪素単結晶を用いた他は実施
例１と同様に行った。磨耗量を表−２に示す。
【００２４】実施例１５，１６ アルミナ粒子の添加量を表−３に示すように変えた他は
実施例１と同様に行った。磨耗量を表−３に示す。
実施例１と同様に行った。磨耗量を表−３に示す。
【００２５】実施例１７，１８ アルミナ繊維の組成を表−４に示すものに変えた他は実
施例１と同様に行った。磨耗量を表−４に示す。
施例１と同様に行った。磨耗量を表−４に示す。
【００２６】比較例１，２ アルミナ粒子の粒子径を表−１に示すものに変えた他は
実施例１と同様に行った。磨耗量を表−１に示す。
実施例１と同様に行った。磨耗量を表−１に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
【表４】
Claims (4)
- 【請求項１】 セラミック繊維と平均粒径１０μｍ以上
の単結晶セラミック粒子とを含むプリフォームに溶湯金
属を含浸して成る耐磨耗性セラミック強化金属。 - 【請求項２】 セラミック粒子がアルミナ粒子又は炭化
珪素粒子であることを特徴とする請求項１に記載の耐磨
耗性セラミック強化金属。 - 【請求項３】 セラミック粒子がプリフォームの１０〜
４０体積％であることを特徴とする請求項１または２に
記載の耐磨耗性セラミック強化金属。 - 【請求項４】 セラミック繊維、平均粒径１０μｍ以上
の単結晶セラミック粒子、凝集剤およびバインダーを水
スラリーとし、該水スラリーを湿式成形法にてプリフォ
ームに成形し、該プリフォームを焼成後、溶湯金属を含
浸することを特徴とする耐磨耗性セラミック強化金属の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2412494A JPH07233429A (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 耐磨耗性セラミック強化金属およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2412494A JPH07233429A (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 耐磨耗性セラミック強化金属およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07233429A true JPH07233429A (ja) | 1995-09-05 |
Family
ID=12129568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2412494A Pending JPH07233429A (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 耐磨耗性セラミック強化金属およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07233429A (ja) |
-
1994
- 1994-02-22 JP JP2412494A patent/JPH07233429A/ja active Pending
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