JPH07268508A

JPH07268508A - 超微細な補強材料およびそれの生成物によって補強された金属マトリックス組成物の製造方法および装置

Info

Publication number: JPH07268508A
Application number: JP6076642A
Authority: JP
Inventors: Seihin Rin; 清彬林
Original assignee: KO CHORYO; KOU NAGAYOSHI; SO KIYOO; SO SEIYU
Current assignee: KO CHORYO; KOU NAGAYOSHI; SO KIYOO; SO SEIYU
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-10-17

Abstract

(57)【要約】【目的】改良した機械的な特性を有する金属マトリッ
クス組成物の製造方法を提供する。【構成】金属マトリックス組成物の製造方法は、該組
成物中の空孔を取り除くためにガスを除去するために脱
気されてなる精製プロセスによって金属マトリックス組
成物を生成するために該マトリックスに均一に分散され
てなる精製炉の該金属合金マトリックスの中に０．０５
μｍと同じ細かさの粒子サイズを有する超微細な補強材
料の添加を含む。【効果】改良した機械的な特性を有する金属マトリッ
クス組成物を生成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超微細な補強材料およ
びそれの生成物によって補強された金属マトリックス組
成物の新規な製造方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】伝統的な金属マトリックス組成物は、そ
の機械的な特性の強化のために該組成物中で補強材料と
混合されている。

【０００３】オロワン（Orowan's) 理論によれば、金属
マトリックス中の転位の運動が、２相または分散補強材
料にぶつかった場合、該転位の運動は材料の変形を防
ぎ、かつ該組成物の該特性を強くすることによって妨げ
られる。

【０００４】オロワン（Orowan) によって発表されたよ
うな粒子分散理論を観察した場合、金属マトリックス組
成物の強さの増分（τ−τo ）は、下記の式 τ−τo ＝Ｇｂ／λ で表される。

【０００５】上記式中、τおよびτo は、金属マトリッ
クス組成物およびそれの最初の金属マトリックスの各々
の降伏強度(yeild strenght)であり、Ｇは、金属マトリ
ックスのせん断係数であり、ｂは、バーガーズベクトル
(Burgers vector)であり、そしてλは、該２相または分
散補強材料の２つの隣接する粒子間の距離である。

【０００６】該補強材料の粒子が球面形状をしたもので
あるとすれば、該該補強材料の粒子の粒子間の距離λ
は、 λ＝４（１−ｆ）ｒ／３ｆとなるであろう。

【０００７】ここで、ｆは、該マトリック中の該補強材
料粒子の体積率であり、そしてｒは、該補強材料粒子の
半径である。

【０００８】そして、該金属マトリックス組成物の強さ
の増分は、次の τ−τo ＝３ｆＧｂ／４（１−ｆ）ｒのように該分散補強材料の該粒子の半径と関係があると
ころの式で表される。

【０００９】前記の式について、該マトリックス中の該
補強材料粒子の体積率ｆが一定であるならば、該金属マ
トリックス組成物の該強さの増分（τ−τo ）は、該分
散補強材料の該粒子半径ｒの減少にしたがって増加する
であろう。

【００１０】従って、できるだけ微細な該補強材料を作
製することが期待されており、そして該マトリックス中
の該補強材料を均一に分散させ、それによって、金属マ
トリックス組成物の機械的な特性を増大させることが期
待されている。

【００１１】しかしながら、該微細な補強材料は、かつ
て該金属マトリックス中に直接供給され、粒子間に存在
するファン・デル・ワールス力のため該微細な粒子は、
補強材料の該微細な粒子と混合される該金属マトリック
ス中でかたまり、それによって、該マトリックス中の該
微細な粒子の不均一な分散を生じ、それから完成された
鋳造生成物の該特性を低下させる。

【００１２】一方では、乾燥した粒子の微細な補強材料
は、アルミニウム合金のような溶融した金属合金に直接
に混合され、該乾燥した微細な粒子の補強材料は該供給
した補強材料の損失させる前記溶融した合金のホットエ
ア層流の対流がもたらされる際に容易に飛散してしまう
であろう。一方では、該マトリックス中の該微細な補強
材料を添加するための供給速度は、困難を伴って制御さ
れる。

【００１３】金属マトリックス組成物を精製するために
渦動かきまぜ機(vortex agitator)を用いることによっ
て、ガスは、鋳造プロセス以前に脱気操作によって除去
されるべき該溶融した金属溶液中に注がれてもよい。高
真空度下、再溶融の該金属マトリックス組成物は、該組
成物中の部分的なガスを除去してもよい。しかしなが
ら、該溶融した金属溶液は、高粘性を有し、それによっ
て、該粘性のある溶融した溶液から表面にガスを容易に
は抜き取ることはできないものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、それの鋳
造プロセスの間に該金属マトリックス中で微細な粒子補
強材料をよく混合するためのプロセスを発明しようとす
るものであり、そして、また該組成物の生成物中のガス
を効率よく除去するための信頼できる脱気操作を提供す
るものである。

【００１５】従って、本発明の目的は、該組成物中の空
孔を取り除くために該組成物からガスを除去すべく脱気
され、精製炉中の該マトリックスに均一に分散されるこ
とで該金属合金マトリックス中になるべく０．０５μｍ
と同じほど微細なまたはより一層微細な粒子サイズを有
する超微細な補強材料を添加することによって金属マト
リックス組成物を作製し、それによって改良した機械的
な特性を有する金属マトリックス組成物を製造する方法
を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決しようとするための手段】すなわち、本発
明の目的は、（１）密閉状態で分散剤を含有する蒸留
水に超微細な補強材料を懸濁することによって懸濁液を
調製し、密閉状態で超音波波動によって該懸濁液を振動
させ、温度１００℃〜６６０℃で該懸濁液を予熱し、温
度６６０℃〜７００℃で金属合金マトリックスを溶融
し、そして散布方法によって前記マトリックスおよび前
記補強材料を混合するために連続的にかき混ぜながら該
金属合金マトリックスの溶融溶液の表面上へ、操作に先
だって熱せられた該懸濁液を散布し、前記超微細な補強
材料で補強された前記金属合金マトリックスによって形
成された金属マトリックス組成物の溶融溶液を脱気し、
インゴットを形成するために該金属マトリックス組成物
の該溶融溶液を鋳造し、そして、４０〜６０時間、温度
４００〜４５０℃で該インゴットを均質にし、そしてそ
の後、完成した金属マトリックス組成物を得るために室
温まで冷却することよりなる金属マトリックス組成物の
製造方法により達成される。

【００１７】また、本発明の目的は、（２）溶融溶液
の表面上へ該懸濁液を散布するための前記散布方法が、
吹付操作である上記（１）に示す金属マトリックス組成
物の製造方法によっても達成される。

【００１８】さらに、本発明の目的は、（３）溶融溶
液の表面の上へ該懸濁液を散布するための前記散布方法
が、噴霧操作である上記（１）に示す金属マトリックス
組成物の製造方法によっても達成される。

【００１９】さらにまた、本発明の目的は、（４）脱
気が、前記補強材料と混合した前記金属合金の該溶融溶
液中に管を穿孔して形成した多数の貫通孔を有する脱気
手段の脱気管を挿入し、そして該脱気管にガス除去のた
めに該脱気操作の間、前記溶融溶液中で該脱気管を動か
すことによって操作されるものである上記（１）に示す
金属マトリックス組成物の製造方法によっても達成され
る。

【００２０】なお、本発明の目的は、（５）金属合金
マトリックスが、アルミニウム合金から選ばれたもので
ある上記（１）に示す金属マトリックス組成物の製造方
法によっても達成される。

【００２１】あるいは、本発明の目的は、（６）マト
リックスの該溶融、前記補強材料の該吹付、前記マトリ
ックスと前記補強材料の該混合および該脱気が、すべて
不活性ガス雰囲気下で行われるものである上記（１）に
示す金属マトリックス組成物の製造方法によっても達成
される。

【００２２】あるいはまた、本発明の目的は、（７）
超微細な補強材料が、アルミナ、珪素窒化物、珪素炭化
物、チタン炭化物、酸化ジルコニウム、ホウ素炭化物お
よびタンタル炭化物の群から選ばれてなり、粒子、ウイ
スカおよび短繊維から選ばれた形で存在するものである
上記（１）に示す金属マトリックス組成物の製造方法に
よっても達成される。

【００２３】あるいはまたさらに、本発明の目的は、
（８）超微細な補強材料が、アルミナ、珪素窒化物お
よび珪素炭化物から選ばれてなり、粒子、ウイスカおよ
び短繊維から選ばれた形で存在するものである上記
（１）に示す金属マトリックス組成物の製造方法によっ
ても達成される。

【００２４】本発明の目的は、（９）上記（１）に示
すと同様の制約を有する方法によって調製した生成物に
よっても達成される。

【００２５】また、本発明の目的は、（１０）金属合
金マトリックスの溶融のための該金属合金マトリックス
充填用の、および加熱炉の上部口に蓋をするセラミック
カバーを有する該加熱炉、酸化防止のために該炉の溶融
溶液のガスシールによって該炉の中に不活性ガスを注ぐ
ために該炉に連結された導管を有する不活性ガス供給手
段、密閉供給容器に蒸留水および分散剤中に分散した超
微細な補強材料の該懸濁液を満たすための該密閉供給容
器の上部の位置に備えられた懸濁液弁を有し、該密閉供
給容器の該懸濁液の加熱によって該容器に熱対流を引き
起こすために該供給容器の周囲の媒体を加熱する、該炉
の上部に取り付けられた該密閉供給容器、不活性ガス管
の入口部分に形成されたガス弁を通じて不活性ガス源か
ら供給される不活性ガスを泡だたせる該不活性ガス管に
穿孔された多数の貫通孔を有する該供給容器に配置され
た該不活性ガス管、少なくとも散布管上に形成された散
布制御弁および該炉の中に該供給容器から該懸濁液を散
布する該散布管の下端部に固定されたノズルを有する該
散布管、該供給容器から散布された該懸濁液と該合金マ
トリックスを完全に混合するために該炉に備えられたか
き混ぜ手段、およびその中に空孔防止のために該調微細
な補強材料を含む該懸濁液と該合金マトリックスとの混
合により該溶融溶液に現れるガスを除去するため該炉に
備えられた脱気手段、からなる上記（１）に示すと同様
の金属マトリックス組成物の製造方法を実施するための
装置により達成される。

【００２６】さらにまた、本発明の目的は、（１１）
かき混ぜ手段が、該供給容器の中央部分を貫通し、かつ
該炉に下向きに突きだしたかき混ぜ機シャフトを有する
該供給容器の上方に取り付けられた駆動モーターに固定
された該かき混ぜ機シャフト、および該超微細な補強材
料を含有する該懸濁液と該合金マトリックスを完全に混
合するために該炉の該溶融溶液に沈められた該かき混ぜ
機シャフトに放射状に固定された多数の羽根車を含むも
のであって、それぞれの上部羽根に形成された多数の羽
根貫通孔を有し、前記炉の内部縦壁に一般に垂直なそれ
ぞれの前記上部羽根を有する一般に垂直に配向された多
数の上部羽根を有する該上部羽根車、該炉の該超微細な
補強材料と合金マトリックスを完全に混合するために該
炉の溶融溶液の上部表面上に渦巻を操作上生じさせる前
記上部羽根、および該上部羽根車の下方のかき混ぜ機シ
ャフトのより下の部分に放射状に固定された多数の下部
羽根を有する下部羽根車、該炉の該超微細な補強材料と
合金マトリックスを完全に混合するために該炉に対流を
操作上生じさせる該下部羽根車の該下部羽根を含んでな
る前記かき混ぜ手段の前記羽根車、を含むものである上
記（１０）に示す装置によっても達成される。

【００２７】なお、本発明の目的は、（１２）脱気手
段が、その中にガスを除去するために該炉の溶融溶液に
沈めた該拡張した管部分を有し、該拡張した管部分に多
数の脱気貫通孔、該拡張した管部分の底部口の耐火粘土
シールおよび該脱気管に被覆された保護被覆を持つ穿孔
された該拡張した管部分に充填された熱耐性セラミック
ウールを持つ該脱気管の吸引端部に形成された該拡張し
た管部分を有する脱気管を含むものであって、該管部分
の後部に形成された排気制御弁を通じて該拡張した管部
分の吸引端部から吸引した際該ガスを排気するために該
コイル排気管に連結された該管部分の後部に備えられた
真空ポンプを有する熱交換器の排気管を冷却するため該
熱交換器の中に冷水を入れる冷水入口および該熱交換器
から温水を排出する温水出口を有する該熱交換器を貫通
するコイル排気管と連結されてなるフレキシブルホース
と連結された前記脱気管を含むものである上記（１０）
に示す装置によっても達成される。

【００２８】あるいはまた、本発明の目的は、（１３）
不活性ガス管が、前記不活性ガス管から分岐されたバ
イパス管を有し、かつ前記炉の前記金属マトリックスの
中に該超微細な補強材料を添加するために前記炉中に前
記供給容器から懸濁液を噴霧するために前記散布管の前
記ノズルの中に通されてなるものである上記（１０）に
示す装置によっても達成される。

【００２９】

【作用】本発明に従って金属マトリックス組成物を作製
するための方法を、以下に記載する。

【００３０】はじめに、密閉系において、超微細な補強
材料は、懸濁液を形成するために適当な量の分散剤を添
加した蒸留水で懸濁される。該懸濁液は、充分に該補強
材料を分散するために１時間の約半分の間、超音波波動
によって振動される。その後、該懸濁液は、その中に熱
対流を与えるために加熱された密閉供給容器に充填さ
れ、そして、また窒素ガス流量が、該懸濁液中に申し分
ない分散状態の該補強材料を維持するために該供給容器
に注がれる。

【００３１】該超微細な補強材料は、粒子、ウイスカお
よび短繊維の形をなしており、かつアルミナ、珪素窒化
物、珪素炭化物、チタン炭化物、酸化ジルコニウム、ホ
ウ素炭化物およびタンタル炭化物の群から選ばれてなる
ものである。

【００３２】溶融アルミニウム合金で充填された坩堝ま
たは炉において、該補強材料を含有する前記懸濁液は、
高温で該溶融アルミニウム合金の表面上に吹付けられま
たは噴霧される。この時に、該懸濁液中の該蒸留水は、
連続的にかき混ぜられ、かつ窒素またはアルゴンガスの
ような不活性ガスによってガスシールされてなる該溶融
アルミニウム合金上の該補強材料の分散を促進すべく速
やかに蒸発される。

【００３３】脱気管は、該かき混ぜられた溶融液中に現
れる泡またはガスを抜き取るために該溶融アルミニウム
合金および該補強材料を含有する該組成物中に挿入され
る。該脱気管は、該組成物から該気泡(gas bubbles) を
有効に除去するために該溶融液中の該気泡と接触する機
会を増加すべく該坩堝中を手で動かさせてもよい。該脱
気管は、該坩堝中の該溶融液と反応すべきでない。

【００３４】ファン・デル・ワールス力の引力がクラス
ター現象の原因となる本発明に用いられる該補強材料の
該超微細な粒子間に存在するので、該微細な補強材料が
その中に添加される分散剤を含有する該蒸留水中に懸濁
された際に懸濁液をなすべく調製される。該坩堝中に供
給される際に、該懸濁液が、熱対流によってよくかき混
ぜられ、そして窒素ガスが、クラスター現象を防ぐため
によりよい分散状態に保持すべく懸濁液中に噴霧され
る。

【００３５】該懸濁液が溶融アルミニウム合金の該表面
に散布され、噴霧されまたは吹付けられる際に、該懸濁
液中の該蒸留水は、該懸濁液および該熱溶融アルミニウ
ム合金の間の大きな温度差に基づく該溶融アルミニウム
合金の該表面上の全面に流され、それによって該合金中
に該補強材料の分散を高めるであろう。該溶融アルミニ
ウム合金の該表面上に吹付けられる該補強材料は、均一
に分散された補強材料の薄い層フィルムを即座に形成す
るだろう。その後、該分散された補強材料のフィルム
は、かき混ぜ手段によって該アルミニウム合金マトリッ
クス中に均一に分散させるべく該溶融アルミニウム合金
の中でかき混ぜられ、かつ力で押進められる。該微細な
補強材料は、補強材料の該懸濁液が伝統的な乾燥した微
細な補強材料と比較すれば該補強材料の最小にされた飛
散損失のために容易にかつ便利に取り扱うことができる
ので、該マトリックス中に供給される該補強材料のよく
制御された供給速度によって懸濁状態で保持されて、該
溶融アルミニウムマトリックス中に注がれる。

【００３６】本発明の該組成物を作製するための装置
が、図１に示されており、そして、該アルミニウム合金
マトリックス１の溶融のためにアルミニウム合金マトリ
ックス１で充填された加熱炉または坩堝２および該炉２
の上部口に蓋をするセラミックカバー３を有し、それか
ら酸化防止のために該炉２中に溶融合金溶液をガスシー
ルするために該炉２の中に窒素またはアルゴンガスのよ
うな不活性ガスを注ぐために該炉２に連結された導管を
有する不活性ガス供給手段４、密閉供給容器または充填
器７中に、蒸留水および分散剤中に分散された超微細な
補強材料の懸濁液５を充填するために該供給容器７のさ
らに上の部分に備えられた懸濁液弁６を有する該炉２の
上部の位置に取り付けられた該密閉供給容器または充填
器７、該供給容器７中に該懸濁液５を加熱するために該
容器７中に熱対流を生じさせる該供給容器７を囲む加熱
コイルのような加熱媒体８、不活性ガス管またはコイル
管１０の入口部分に形成されたガス弁１２を通じて窒素
源または束(bottle)１１から供給される窒素ガスのよう
な不活性ガスを泡立って流させるために該不活性ガス管
１０に穿孔された多数の貫通孔９を有する該供給容器７
に配置された（ステンレススチール製である）該不活性
ガス管またはコイル管１０、および少なくとも散布管１
４１に形成された散布制御弁１４および該炉２中に該供
給容器７から懸濁液５の散布、吹付または噴霧のために
該散布管１４１の最下端部分に確保されたノズル１３を
有する該散布管１４１（注意：該炉２内に該懸濁液を効
果的に噴霧するために、圧縮不活性ガスのバイパス管１
１１が管１０から分岐され、そして該ノズル１３を通じ
て該炉中への該懸濁液の噴霧を助け該圧縮不活性ガスを
注ぐために該ノズル１３に導かれる。）、該供給容器７
から吹付られまたは噴霧される該懸濁液と該アルミニウ
ム合金マトリックス１を完全に混合するために該炉２に
備えられたかき混ぜ手段１８、および本発明の完成され
た鋳造生成物の空孔発生防止のために該超微細な補強材
料を含有する該懸濁液５と該アルミニウム合金マトリッ
クス１の混合によって該溶融溶液１９中に発現するガス
を除去する該炉２に備えられた脱気手段２０を含む。

【００３７】該かき混ぜ手段１８は、該供給容器７内の
中央部分を突き通しかつ該炉２中に下向きに突き出して
なるかき混ぜ機シャフト１８１を有する該供給容器７の
上に取り付けられた（過変速調製付き直流モーターのよ
うな）駆動モーター１５に固定された（該シャフトを保
護するためにアルミナコーティングで被覆された）該か
き混ぜ機シャフト１８１および本発明の該超微細な補強
材料を含有する該懸濁液５と該合金マトリックス１を完
全に混合するために該炉２の該溶融溶液１９中に沈めら
れた該かき混ぜ機シャフト１８１にそれぞれ放射状に固
定された上部および下部羽根車１６、１７のような多数
の羽根車を含む。

【００３８】該上部羽根車１６は、該合金マトリックス
中に該超微細な粒子の該補強材料の能率のよい分散を高
めるために回転される際に、該上部羽根の該剪断強さを
増やすために各上部羽根に形成された多数の羽根貫通孔
１６１を有する該炉２の内側の垂直な壁に一般に垂直な
各上部羽根を用いて一般に垂直に配向された多数の上部
羽根を含む。該上部羽根は、該炉２中で該超微細な補強
材料と該合金マトリックスを完全に混合するために該溶
融溶液１９の該薄層中に（該懸濁液５と共に吹付られる
該溶融溶液１９の上部層の再循環的な転換(turnover)の
ために図１に示したような螺旋形の円錐体または渦巻１
ａを引き起こすことができる。

【００３９】該下部羽根車１７は、該上部羽根車１６の
上部羽根より下方で該かき混ぜ機シャフト１８１の下部
の部分に放射状に固定された多数の下部羽根、該炉２の
底面に通常水平な投影側面図を有するプロペラとして形
成されてなる該下部羽根車の該下部羽根を含むが、しか
し本発明はこれらに制限されるものではない。該下部羽
根は、特に該炉２の該底部分で該補強材料と該合金を完
全に混合するために該炉に対流の流れを引き起こす。羽
根車の羽根の他のデザインは、本発明において作ること
ができる。

【００４０】図２に示すように脱気手段２０は、その中
にガスを除去するために該炉２の該溶融溶液１９に沈め
られた拡張した管部分２０１と共に、該拡張した管部分
２０１に多数の脱気孔として穿孔された該拡張した管部
分２０１に充填された熱耐性セラミックウール２１を持
つ脱気管２００の吸い込み端部に形成された該拡張した
管部分２０１を持つステンレススチール製のような該脱
気管２００、該拡張した管部分２０１の底部口を密閉す
る耐火性粘土２２および該脱気管２００、２０１上に被
覆されたアルミナ製のような保護被覆物２３を含む。該
不活性ガスは、効果を全般に適用させるべく該不活性ガ
ス供給手段４から常に供給される。

【００４１】該脱気手段２０の脱気管２００は、該管部
分の後部２４２上に形成された排気制御弁２９を通じて
該拡張した管部分２０１の該端部から吸い込まれたよう
な該ガスを排気するために該コイル排気管２４１に連結
された該管部分の後部２４２に備えられた排気ファンま
たは真空ポンプ２８と共に、該熱交換器２５中の該排気
管２４１を冷却するために該熱交換器２５内に冷水を入
れる冷水入口２６および該熱交換器２５から温水を放出
する温水出口２７を持つ熱交換器２５を通り抜けてなる
コイル排気管２４１と連結された（フレキシブル金属ホ
ースのような）フレキシブルホース２４と連結されてい
る。

【００４２】セラミックハンドル３０が、該排気管２０
０の取扱いを安全にかつ容易にすべく該排気管２００を
取巻くべく備えられている。

【００４３】けれども、該脱気手段２０は、完全なガス
除去のために該炉２のあらゆるコーナーに該吸い込み端
部分を挿入すべく手で操作されてもよい。しかしなが
ら、ロボットのような自動装置が、前記脱気作業を自動
的に行うために備られていてもよく、本発明はこれらに
制限されるものではない。

【００４４】図１、２に例示されているような該装置を
用いることによって、本発明は、超微細な補強材料で補
強されるような金属マトリックス組成物を作製するのに
適用することができる。

【００４５】

【実施例】本発明のプロセスの説明は、以下の実施例に
ついて、さらに詳述する。

【００４６】実施例１アルミニウム合金（５０８３Ａｌ）は、図１に示すよ
うな炉２中で７００℃で再び溶融され、その時点で、フ
ラックスが添加され、窒素またはアルゴンガスによって
ガスシールされた保護ガス体が、部分的に密閉系の該炉
に加えられる。図１に示すような供給容器７およびかき
混ぜ手段１８は、炉２の中および／または上に取り付け
られている。該駆動モーター１５が、４００ｒｐｍの回
転速度でかき混ぜ手段１８の羽根車１６、１７を回転す
べく始動される。

【００４７】（２０容積％の補強材料を有する）懸濁液
が、主成分のアンモニウムポリメタクリレート(ammoniu
m polymethacrylate) を含有するアール．ティ．ファン
ダービルトコーポレート(R.T.Vanderbuilt Co.) 、取
引名称ダーベンシー(Darven C)から作られる０．０
５重量％分散剤の共存する蒸留水の中に、セラミック粒
子のγ（ガンマ）相アルミナ、粒子サイズ０．０５μｍ
の補強材料を添加することによって調製される。該懸濁
液５は、３０分間超音波波動によって振動させられ、該
供給容器７の中に注がれる。該容器７の中に窒素の流速
を調整するために該ガス制御弁１２を調整し、そして該
懸濁液弁１４を開くことによって、その後、アルミナの
該粒子で懸濁された該懸濁液は、かき混ぜによって該炉
２の該アルミニウム合金１の該溶融溶液の上へ該ノズル
１３を通じて定量的に吹付けられる。その後、該かき混
ぜ手段１８のかき混ぜ回転速度は、１０分間、回転を継
続するために溶融合金中への懸濁液の吹付操作を完了
後、８０ｒｐｍまで減らされる。該モーターが消され、
そして該かき混ぜ手段１８と共に該供給容器７が除去さ
れる。

【００４８】すなわち、８Ｖｆ（容量部(volume fracti
on))％、粒子サイズ０．０５μｍのアルミナを含有する
得られた組成物は、脱気のために７５０℃で保持され
る。該脱気管２００は、２分間該溶融溶液中に該脱気管
上のすべての貫通孔を静的に浸すために該炉中に挿入さ
れる。冷水２６が熱交換器２５中に注がれ、そして該排
気ファンまたは真空ポンプ２８が該炉から吸い込んだガ
スに対して１０^-2ｔｏｒｒの圧力に達すべく始動され
る。該脱気管２００、２０１は、脱気操作のために約３
０分間該溶融溶液のガスを吸い込むために（かき回すこ
となく）該溶融溶液中でゆっくり動かされる。

【００４９】その後、該脱気管２００は、該炉２から除
去される。その後、アルミナで補強された該溶融アルミ
ニウム合金は、該鋳造インゴットの均質化のために４８
時間４３０℃で均質化しまたはエア炉(air furnace) に
置かれたインゴットを得るために鋳造によって処理され
る。その後、該均質化した炉は、室温まで冷却される。
該組成物の顕微鏡写真が、該アルミニウム合金中の該補
強アルミナの効果的でかつ均一な混合を表わす図３に示
されている。

【００５０】実施例２８Ｖｆ％の窒化珪素Ｓｉ₃Ｎ₄ウイスカを含有するアル
ミニウム合金５０８３Ａｌの組成物は、該補強材料がＳ
ｉ₃Ｎ₄ウイスカ、長さ５〜１５μｍで直径０．３〜
０．６μｍ、アスペクト比１０〜４０で取り替えられ、
かつ該分散剤がヘキサ燐酸ナトリウム(sodium hexaphos
phate)の０．３％水溶液であることを除いて、実施例１
の示すと同様な該プロセス繰り返すことによって調整さ
れる。図４は、該アルミニウム合金中の窒化珪素の効果
的で均一な補強材を示す。

【００５１】実施例３８Ｖｆ％の炭化珪素（ＳｉＣ）粒子で補強された５０８
３Ａｌのアルミニウム合金マトリックス組成物は、該
補強材料が２．５〜３．５μｍ粒子のＳｉＣで取り替え
られ、かつ該分散剤が０．０１モルのピロ燐酸ナトリウ
ム水溶液であることを除いて、実施例１の該プロセスを
繰り返すことによって調整される。図５は、本発明に従
ってアルミニウム合金の該マトリックス中の前記ＳｉＣ
繊維の効果的で均一な補強材を示す。

【００５２】脱気がなされた後（実施例１により）本発
明に従って作製された鋳造インゴットが、（脱気段階な
しで）実施例１により鋳造生成物から脱気されなかった
ところの図６に示すような該合金に現れる該空孔と比較
すれば該合金中に空孔がほとんど現れない図７に示され
る。

【００５３】添付される前記のおよび描かれた図から、
これにより本発明は、任意の従来プロセスによって該金
属マトリックス中で補強される（１μｍほどの大きさと
同等の）該非常に微細な補強材料が本発明によって期待
されるような集まりおよび空孔なく均一な分散の組成生
成物をもたらすことはないので、組成物を作製するため
の任意の従来プロセスより優れる、空孔なく超微細な補
強材料で均一に補強されたアルミニウム合金マトリック
スを作製するプロセスを提供する。

【００５４】本実施例に示したように該アルミニウム合
金のほかに、他の金属マトリックスが金属マトリックス
組成物の液体鋳造について本発明の方法に従って使用す
ることができる。

【００５５】該アルミニウム合金マトリックスに添加さ
れる該超微細な補強材料は、（実施例１〜３に示すよう
な）アルミナ、珪素窒化物および珪素炭化物、並びにチ
タン炭化物、酸化ジルコニウム、ホウ素炭化物およびタ
ンタル炭化物のような他の超微細な材料から選ぶことが
できる。該該補強材料は、粒子、短繊維、またはウイス
カの形で添加することができる。

【００５６】本発明は、本発明で特許を請求した該精神
および範囲からはずれることなく改変されてもよい。前
述の実施例および説明は、本発明を制限するものでな
く、ちょうど本発明の該プロセスおよび該生成物を表わ
すために与えられる。

【００５７】本発明の該超微細な補強材料の粒子サイズ
は、０．０５μｍほどの細かさ、または一層細かに作製
されてもよいけれども、本発明について制限するもので
はない。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、より安価なコストおよび類似
なプロセスで金属マトリックス組成物を作製するための
方法を提供することができる。該超微細な補強材料は、
最小にされた空孔で均一な形に該金属マトリックスの中
にうまく混合されており、それによって該金属マトリッ
クス組成物の該品質および特性を改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って該金属マトリックス組成物を
作製するための装置を示す。

【図２】本発明に従って脱気する装置を示す。

【図３】本発明に従ってアルミナ粒子によって補強さ
れたアルミニウム合金マトリックスを示す図面に代わる
写真（金属組織を表わしているもの）である。

【図４】ケイ素窒化物ウィスカーで補強されたアルミ
ニウム合金マトリックスを示す図面に代わる写真（金属
組織を表わしているもの）である。

【図５】ケイ素炭化物粒子で補強されたアルミニウム
合金マトリックスを示す図面に代わる写真（金属組織を
表わしているもの）である。

【図６】脱気されるより前の本発明の組成物の断面図
の図面に代わる写真（金属組織を表わしているもの）で
ある。

【図７】本発明に従って完全な脱気された組成物の断
面図の図面に代わる写真（金属組織を表わしているも
の）である。

【符号の説明】

１…アルミニウム合金マトリックス、１ａ…螺旋形の
円錐体または渦巻、２…坩堝および炉、
３…セラミックカバー、４…不活性ガス供給手段、
５…懸濁液、６…濁液弁、
７…供給容器または充填器、８…加熱媒体、
９…貫通孔、１０…不活性ガス
管またはコイル管、１１…窒素源または束、１２…ガ
ス弁、１３…ノズル、１４…散
布制御弁、１５…駆動モーター、１
６…上部羽根車、１７…下部羽根
車、１８…かき混ぜ手段、１９…溶融
溶液、２０…脱気手段、２１…熱
耐性セラミックウール、２２…耐火性粘土、
２３…保護被覆物、２４…フレキシブルホー
ス、２５…熱交換器、２６…冷水入口、
２７…温水出口、２８…排気ファンま
たは真空ポンプ、２９…排気制御弁、３０…セラミッ
クハンドル、１１１…バイパス管、１
４１…散布管、１６１…羽根貫通孔、
１８１…かき混ぜ機シャフト、２００…脱気管、
２０１…拡張した管部分、２４１…コイ
ル排気管、２４２…後部管部分。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年７月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 594065386 曽清雄台湾台北縣永和市保平路292巷40弄10號２樓 (72)発明者林清彬台湾台北市合江街61巷６號１樓

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉状態で分散剤を含有する蒸留水に超
微細な補強材料を懸濁することによって懸濁液を調製
し、密閉状態で超音波波動によって該懸濁液を振動させ、温度１００℃〜６６０℃で該懸濁液を予熱し、温度６６０℃〜７００℃で金属合金マトリックスを溶融
し、そして散布方法によって前記マトリックスおよび前
記補強材料を混合するために連続的にかき混ぜながら該
金属合金マトリックスの溶融溶液の表面上へ、操作に先
だって熱せられた該懸濁液を散布し、前記超微細な補強材料で補強された前記金属合金マトリ
ックスによって形成された金属マトリックス組成物の溶
融溶液を脱気し、インゴットを形成するために該金属マトリックス組成物
の該溶融溶液を鋳造し、そして、４０〜６０時間、温度４００〜４５０℃で該インゴット
を均質にし、そしてその後、完成した金属マトリックス
組成物を得るために室温まで冷却することよりなる金属
マトリックス組成物の製造方法。
【請求項２】前記溶融溶液の表面上へ該懸濁液を散布
するための前記散布方法が、吹付操作である請求項１に
記載の金属マトリックス組成物の製造方法。
【請求項３】前記溶融溶液の表面の上へ該懸濁液を散
布するための前記散布方法が、噴霧操作である請求項１
に記載の金属マトリックス組成物の製造方法。
【請求項４】前記脱気が、前記補強材料と混合した前
記金属合金の該溶融溶液中に管を穿孔して形成した多数
の貫通孔を有する脱気手段の脱気管を挿入し、そして該
脱気管にガス除去のために該脱気操作の間、前記溶融溶
液中で該脱気管を動かすことによって操作されるもので
ある請求項１に記載の金属マトリックス組成物の製造方
法。
【請求項５】前記金属合金マトリックスが、アルミニ
ウム合金から選ばれたものである請求項１に記載の金属
マトリックス組成物の製造方法。
【請求項６】前記マトリックスの該溶融、前記補強材
料の該吹付、前記マトリックスと前記補強材料の該混合
および該脱気が、すべて不活性ガス雰囲気下で行われる
ものである請求項１に記載の金属マトリックス組成物の
製造方法。
【請求項７】前記超微細な補強材料が、アルミナ、珪
素窒化物、珪素炭化物、チタン炭化物、酸化ジルコニウ
ム、ホウ素炭化物およびタンタル炭化物の群から選ばれ
てなり、粒子、ウイスカおよび短繊維から選ばれた形で
存在するものである請求項１に記載の金属マトリックス
組成物の製造方法。
【請求項８】前記超微細な補強材料が、アルミナ、珪
素窒化物および珪素炭化物から選ばれてなり、粒子、ウ
イスカおよび短繊維から選ばれた形で存在するものであ
る請求項１に記載の金属マトリックス組成物の製造方
法。
【請求項９】請求項１に示すと同様の制約を有する方
法によって調製した生成物。
【請求項１０】金属合金マトリックスの溶融のための
該金属合金マトリックス充填用の、および加熱炉の上部
口に蓋をするセラミックカバーを有する該加熱炉、酸化防止のために該炉の溶融溶液のガスシールによって
該炉の中に不活性ガスを注ぐために該炉に連結された導
管を有する不活性ガス供給手段、密閉供給容器に蒸留水および分散剤中に分散した超微細
な補強材料の該懸濁液を満たすための該密閉供給容器の
上部の位置に備えられた懸濁液弁を有し、該密閉供給容
器の該懸濁液の加熱によって該容器に熱対流を引き起こ
すために該供給容器の周囲の媒体を加熱する、該炉の上
部に取り付けられた該密閉供給容器、不活性ガス管の入
口部分に形成されたガス弁を通じて不活性ガス源から供
給される不活性ガスを泡だたせる該不活性ガス管に穿孔
された多数の貫通孔を有する該供給容器に配置された該
不活性ガス管、少なくとも散布管上に形成された散布制
御弁および該炉の中に該供給容器から該懸濁液を散布す
る該散布管の下端部に固定されたノズルを有する該散布
管、該供給容器から散布された該懸濁液と該合金マトリ
ックスを完全に混合するために該炉に備えられたかき混
ぜ手段、およびその中に空孔防止のために該調微細な補
強材料を含む該懸濁液と該合金マトリックスとの混合に
より該溶融溶液に現れるガスを除去するため該炉に備え
られた脱気手段、からなる請求項１に示すと同様の金属
マトリックス組成物の製造方法を実施するための装置。
【請求項１１】前記かき混ぜ手段が、該供給容器の中
央部分を貫通し、かつ該炉に下向きに突きだしたかき混
ぜ機シャフトを有する該供給容器の上方に取り付けられ
た駆動モーターに固定された該かき混ぜ機シャフト、お
よび該超微細な補強材料を含有する該懸濁液と該合金マ
トリックスを完全に混合するために該炉の該溶融溶液に
沈められた該かき混ぜ機シャフトに放射状に固定された
多数の羽根車を含むものであって、それぞれの上部羽根に形成された多数の羽根貫通孔を有
し、前記炉の内部縦壁に一般に垂直なそれぞれの前記上
部羽根を有する一般に垂直に配向された多数の上部羽根
を有する該上部羽根車、該炉の該超微細な補強材料と合
金マトリックスを完全に混合するために該炉の溶融溶液
の上部表面上に渦巻を操作上生じさせる前記上部羽根、
および該上部羽根車の下方のかき混ぜ機シャフトのより
下の部分に放射状に固定された多数の下部羽根を有する
下部羽根車、該炉の該超微細な補強材料と合金マトリッ
クスを完全に混合するために該炉に対流を操作上生じさ
せる該下部羽根車の該下部羽根を含んでなる前記かき混
ぜ手段の前記羽根車、を含むものである請求項１０に記
載の装置。
【請求項１２】前記脱気手段が、その中にガスを除去
するために該炉の溶融溶液に沈めた該拡張した管部分を
有し、該拡張した管部分に多数の脱気貫通孔、該拡張し
た管部分の底部口の耐火粘土シールおよび該脱気管に被
覆された保護被覆を持つ穿孔された該拡張した管部分に
充填された熱耐性セラミックウールを持つ該脱気管の吸
引端部に形成された該拡張した管部分を有する脱気管を
含むものであって、該管部分の後部に形成された排気制御弁を通じて該拡張
した管部分の吸引端部から吸引した際該ガスを排気する
ために該コイル排気管に連結された該管部分の後部に備
えられた真空ポンプを有する熱交換器の排気管を冷却す
るため該熱交換器の中に冷水を入れる冷水入口および該
熱交換器から温水を排出する温水出口を有する該熱交換
器を貫通するコイル排気管と連結されてなるフレキシブ
ルホースと連結された前記脱気管を含むものである請求
項１０に記載の装置。
【請求項１３】前記不活性ガス管が、前記不活性ガス
管から分岐されたバイパス管を有し、かつ前記炉の前記
金属マトリックスの中に該超微細な補強材料を添加する
ために前記炉中に前記供給容器から懸濁液を噴霧するた
めに前記散布管の前記ノズルの中に通されてなるもので
ある請求項１０に記載の装置。