JPH0796693B2 - Ａｌ▲下２▼Ｏ▲下３▼―Ａｌ―Ｓｉ系の複合材の製造方法 - Google Patents
Ａｌ▲下２▼Ｏ▲下３▼―Ａｌ―Ｓｉ系の複合材の製造方法Info
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- JPH0796693B2 JPH0796693B2 JP60106942A JP10694285A JPH0796693B2 JP H0796693 B2 JPH0796693 B2 JP H0796693B2 JP 60106942 A JP60106942 A JP 60106942A JP 10694285 A JP10694285 A JP 10694285A JP H0796693 B2 JPH0796693 B2 JP H0796693B2
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、Al2O3−Al−Si系の複合材の製造方法に関
する。
する。
従来の技術 アルミナ系セラミック材料は硬さ、機械的強度、耐熱
性、化学的安定性等に優れており、またSiCやSi3N4のセ
ラミック材料と比較しても耐熱性が劣っておらず、しか
も安価に得られることから、工業用セラミック材料とし
て広く用いられている。
性、化学的安定性等に優れており、またSiCやSi3N4のセ
ラミック材料と比較しても耐熱性が劣っておらず、しか
も安価に得られることから、工業用セラミック材料とし
て広く用いられている。
従来、アルミナ系セラミック製品は、単結晶ファイバー
を除き、粉体を所定形状に成形したのちに焼成するか、
あるいは成形と焼成を同時に行うことによって製造して
いた。
を除き、粉体を所定形状に成形したのちに焼成するか、
あるいは成形と焼成を同時に行うことによって製造して
いた。
第１図に示すように、従来のアルミナ系セラミック材料
は、単純形状をした粒状体１がマトリックスを構成して
いる。
は、単純形状をした粒状体１がマトリックスを構成して
いる。
発明が解決しようとする問題点 従来のアルミナ系セラミック材料には次のような欠点が
あった。
あった。
（１）硬いため加工性が劣る。
（２）脆性の強い材料であるため衝撃に弱い。一般的に
いって、セラミック材料は破壊靭性値が金属に比べ大巾
に劣っている。
いって、セラミック材料は破壊靭性値が金属に比べ大巾
に劣っている。
（３）複雑形状の製品を精密に成形加工するのが困難で
ある。
ある。
（４）焼成温度が1500〜1900℃と高い。
（５）焼成収縮が大きい。
（６）耐熱衝撃性が小さい。
（７）金属に比べて潤滑性が劣っている。
このような欠点があるため、アルミナ系セラミック製品
は、多くの優れた基本的特性を有しながら、強度特性と
か機械的な信頼性が厳しく要求される複雑形状の構造材
としては使用が困難であった。
は、多くの優れた基本的特性を有しながら、強度特性と
か機械的な信頼性が厳しく要求される複雑形状の構造材
としては使用が困難であった。
この発明は、前述のような従来技術の欠点を解消して、
複雑な形状であっても強度特性や機械的な信頼性を低下
させずに、しかも安価に製造できるAl2O3−Al−Si系の
複合材の製造方法を提供することを目的としている。
複雑な形状であっても強度特性や機械的な信頼性を低下
させずに、しかも安価に製造できるAl2O3−Al−Si系の
複合材の製造方法を提供することを目的としている。
問題点を解決するための手段 本発明の要旨とするところは、SiO2を主成分とする一体
物のガラス成形体を高純度のAl融液中に浸漬し、AlとSi
O2を反応させてガラス成形体中のSiO2をAl2O3に置換
し、その後、前記Al融液の温度よりも高い温度で加熱処
理することを特徴とするAl2O3−Al−Si系の複合材の製
造方法にある。
物のガラス成形体を高純度のAl融液中に浸漬し、AlとSi
O2を反応させてガラス成形体中のSiO2をAl2O3に置換
し、その後、前記Al融液の温度よりも高い温度で加熱処
理することを特徴とするAl2O3−Al−Si系の複合材の製
造方法にある。
実施例 第２図は、この発明の方法によって製造されたAl2O3−A
l−Si系複合材の微細構造を示す断面図で、第３図はそ
の複合材の切断面（ダイヤモンドペーストによる研磨
面）を示す倍率800倍の顕微鏡写真である。
l−Si系複合材の微細構造を示す断面図で、第３図はそ
の複合材の切断面（ダイヤモンドペーストによる研磨
面）を示す倍率800倍の顕微鏡写真である。
この明細書では「Al2O3−Al−Si系」という表現は最も
広義に使用しており、Al2O3、AlおよびSiが主成分であ
ることを意味し、主成分以外の未反応のSiO2を含むこと
もあり、すべて本発明の範囲に入る。
広義に使用しており、Al2O3、AlおよびSiが主成分であ
ることを意味し、主成分以外の未反応のSiO2を含むこと
もあり、すべて本発明の範囲に入る。
第２〜３図からも明らかなように、この発明の方法によ
り製造されたAl2O3−Al−Si系の複合材は、Al2O3の複雑
形状の長尺体３が互いに連結されて連続する三次元網状
のマトリックスを構成し、そのマトリックス中にAlとSi
の固溶体４が複雑形状の長尺体の形に密に設けられてお
り、複合材全体が一体物になっている。
り製造されたAl2O3−Al−Si系の複合材は、Al2O3の複雑
形状の長尺体３が互いに連結されて連続する三次元網状
のマトリックスを構成し、そのマトリックス中にAlとSi
の固溶体４が複雑形状の長尺体の形に密に設けられてお
り、複合材全体が一体物になっている。
第４〜６図は、それぞれ、本発明の方法により製造され
た複合材からAlとSiの固溶体４を完全に除去してAl2O3
のマトリックスのみを示す倍率1000倍、2000倍および70
00倍の顕微鏡写真である。
た複合材からAlとSiの固溶体４を完全に除去してAl2O3
のマトリックスのみを示す倍率1000倍、2000倍および70
00倍の顕微鏡写真である。
第４〜６図からも明白なように、Al2O3の長尺体３から
なるマトリックスは、全体として三次元網状になってい
る。Al2O3の長尺体３が種々の三次元方向にランダムに
向くように不規則に配置されている。しかも、Al2O3の
長尺体３は規則的な一定形状でなく不規則な形状をして
いて、各々が比較的偏平になっている。
なるマトリックスは、全体として三次元網状になってい
る。Al2O3の長尺体３が種々の三次元方向にランダムに
向くように不規則に配置されている。しかも、Al2O3の
長尺体３は規則的な一定形状でなく不規則な形状をして
いて、各々が比較的偏平になっている。
この発明による複合材の製造方法について述べると、ま
ずSiO2を主成分とする一体物のガラス成形体（例えば石
英ガラス）をつくり、必要に応じて所望の形状に加工す
る。そして、そのガラス成形体を減圧下または不活性雰
囲気下で高純度（例えば99％以上、好ましくは99.9％以
上）のAl融液中に浸漬し、4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの
式に従ってAlとSiO2を反応させ、ガラス成形体中のSiO2
をAl2O3に置換する。その結果、複合体ができる。
ずSiO2を主成分とする一体物のガラス成形体（例えば石
英ガラス）をつくり、必要に応じて所望の形状に加工す
る。そして、そのガラス成形体を減圧下または不活性雰
囲気下で高純度（例えば99％以上、好ましくは99.9％以
上）のAl融液中に浸漬し、4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの
式に従ってAlとSiO2を反応させ、ガラス成形体中のSiO2
をAl2O3に置換する。その結果、複合体ができる。
その後、Al融液から複合体を取り出し、さらに、Al融液
の温度よりも30〜200℃高い温度（たとえば780〜950
℃）で減圧中に加熱処理する。それにより、複合体に付
着している過剰のAl融液を揮散させる。このとき、未反
応のSiO2がある場合、Alとそれが反応する。しかも、複
合体中に残留している歪みが除去される。
の温度よりも30〜200℃高い温度（たとえば780〜950
℃）で減圧中に加熱処理する。それにより、複合体に付
着している過剰のAl融液を揮散させる。このとき、未反
応のSiO2がある場合、Alとそれが反応する。しかも、複
合体中に残留している歪みが除去される。
この第２の加熱工程は、複合体表面に付着している過剰
のAl融液を揮散させるためのものであるが、ルツボ中の
Al融液に原材料を浸漬すると、Al融液中には、Alと置換
したSiも溶融している状態となり、Alの溶融温度で生成
したAi−Si合金の状態も存在すると考えられる。Al融液
の揮散には、このような表面部分のAl−Siも揮散させよ
うとするものであり、この場合に、特に揮散のために生
成温度以上に高くする必要がある。この第２の加熱工程
をあまり長時間にわたって行うと、Al2O3−Al−Si系複
合体中のAl−Siも揮散してしまうが、短時間の処理によ
れば、表面部分のみを揮散させることができる。
のAl融液を揮散させるためのものであるが、ルツボ中の
Al融液に原材料を浸漬すると、Al融液中には、Alと置換
したSiも溶融している状態となり、Alの溶融温度で生成
したAi−Si合金の状態も存在すると考えられる。Al融液
の揮散には、このような表面部分のAl−Siも揮散させよ
うとするものであり、この場合に、特に揮散のために生
成温度以上に高くする必要がある。この第２の加熱工程
をあまり長時間にわたって行うと、Al2O3−Al−Si系複
合体中のAl−Siも揮散してしまうが、短時間の処理によ
れば、表面部分のみを揮散させることができる。
この第２の加熱工程を減圧状態で行うのは、過剰のAl融
液を効率的に揮散させるためである。減圧化の他に、よ
り高温化することも効率を上げる一つの方法であるが、
例えば、揮散したAlの冷却時の再付着とか、あるいは、
反応容器内壁への付着などを防止する観点から、減圧中
での加熱処理の方が好適である。しかしながら、このよ
うなことは、減圧状態での加熱処理以外の処理でも解決
し得るものであるので、この工程は必須のものではな
い。当業者が必要に応じて行えばよいことである。
液を効率的に揮散させるためである。減圧化の他に、よ
り高温化することも効率を上げる一つの方法であるが、
例えば、揮散したAlの冷却時の再付着とか、あるいは、
反応容器内壁への付着などを防止する観点から、減圧中
での加熱処理の方が好適である。しかしながら、このよ
うなことは、減圧状態での加熱処理以外の処理でも解決
し得るものであるので、この工程は必須のものではな
い。当業者が必要に応じて行えばよいことである。
また、未反応のSiO2とは、原材料内部に残存するものを
意味している。第２の加熱処理により、元のAl溶融温度
と第２の加熱処理時の温度が同じであっても、未反応の
SiO2とAlとの反応は進行する。
意味している。第２の加熱処理により、元のAl溶融温度
と第２の加熱処理時の温度が同じであっても、未反応の
SiO2とAlとの反応は進行する。
また、残留している歪みは、応力歪と考えてよいもので
ある。
ある。
また、本発明で用いられるSiO2を主成分とするガラス成
形体としては、石英ガラスの他にAl2O3、Na2OあるいはC
aO等を含有したSiO2系ガラスでも良い。
形体としては、石英ガラスの他にAl2O3、Na2OあるいはC
aO等を含有したSiO2系ガラスでも良い。
実施例１ 第７図はこの発明によるAl2O3−Al−Si系の複合材の製
造方法を実施するための反応炉の一例の概略を示してい
る。
造方法を実施するための反応炉の一例の概略を示してい
る。
石英ガラス製の反応容器１は上部が開放されていて、下
方部が閉じられている。その内部には高純度カーボン製
のルツボ２が配置してある。反応容器１の上部にはシャ
ッター３が設けてある。シャッター３の上部には出入れ
部分４が設けてある。出入れ部分４の側部には別のシャ
ッター５が設けてある。出入れ部分４とシャッター３を
貫通して線状の保持器６が垂直に配装できるようになっ
ている。保持器６の上部は上下駆動機構13に連結されて
いて、昇降可能になっている。保持器６の下方部はガラ
ス成形体７を保持するようになっている。
方部が閉じられている。その内部には高純度カーボン製
のルツボ２が配置してある。反応容器１の上部にはシャ
ッター３が設けてある。シャッター３の上部には出入れ
部分４が設けてある。出入れ部分４の側部には別のシャ
ッター５が設けてある。出入れ部分４とシャッター３を
貫通して線状の保持器６が垂直に配装できるようになっ
ている。保持器６の上部は上下駆動機構13に連結されて
いて、昇降可能になっている。保持器６の下方部はガラ
ス成形体７を保持するようになっている。
また、反応容器１の上方側部には排気口８が形成してあ
って、真空ポンプ９に接続してある。
って、真空ポンプ９に接続してある。
さらに、反応容器１の外側にはヒータ10が螺旋状に配置
してある。ヒータ10は、ルツボ２付近に比較して、そこ
よりも上方のところで密に配装して、ルツボ２の上方で
より高温に加熱しうるようになっている。その高温加熱
領域に均熱パイプ（例えば高純度カーボン製のパイプ）
11が配置してある。
してある。ヒータ10は、ルツボ２付近に比較して、そこ
よりも上方のところで密に配装して、ルツボ２の上方で
より高温に加熱しうるようになっている。その高温加熱
領域に均熱パイプ（例えば高純度カーボン製のパイプ）
11が配置してある。
符号12はルツボ２に収容されている純度99.9％のAl融液
を示している。
を示している。
なお、ルツボ２やパイプ11を支持するための手段は図の
簡略をはかるため図示を省略している。
簡略をはかるため図示を省略している。
使用にあたっては、まず円筒状のプリフォームをつく
る。すなわち、SiO2を主成分とする（たとえば石英ガラ
ス製の）一体物のガラス成形体７をつくる。シャッター
５を開けて、そのガラス成形体７を保持器６の下端に取
りつけ、しかるのちシャッター５を閉じる。つぎはシャ
ッター３を開けて、保持器６の下端を下降させることに
より、そのようなガラス成形体７を10〜15Torrの減圧下
または不活性雰囲気で純度99.9％のAl融液12中に30分だ
け750℃で浸漬し、 4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの式にしたがってAlとSiO2を
反応させ、ガラス成形体７中のSiO2をAl2O3に置換し、
複合体を得る。その後、保持器６の下端を上昇させて、
Al融液12から複合体を取り出し、さらに、パイプ11のと
ころまで上昇させて、そこでAl融液12の温度よりも30〜
200℃高い温度（つまり780〜950℃）で前述の減圧下で
加熱処理する。
る。すなわち、SiO2を主成分とする（たとえば石英ガラ
ス製の）一体物のガラス成形体７をつくる。シャッター
５を開けて、そのガラス成形体７を保持器６の下端に取
りつけ、しかるのちシャッター５を閉じる。つぎはシャ
ッター３を開けて、保持器６の下端を下降させることに
より、そのようなガラス成形体７を10〜15Torrの減圧下
または不活性雰囲気で純度99.9％のAl融液12中に30分だ
け750℃で浸漬し、 4Al＋3SiO2→2Al2O3＋3Siの式にしたがってAlとSiO2を
反応させ、ガラス成形体７中のSiO2をAl2O3に置換し、
複合体を得る。その後、保持器６の下端を上昇させて、
Al融液12から複合体を取り出し、さらに、パイプ11のと
ころまで上昇させて、そこでAl融液12の温度よりも30〜
200℃高い温度（つまり780〜950℃）で前述の減圧下で
加熱処理する。
そのあと、保持器６の下端をさらに上昇させることによ
り複合体を出入れ部分４まで上昇させ、シャッター３を
閉じる。そのあと、シャッター５を開け、複合体を保持
器６から除去する。
り複合体を出入れ部分４まで上昇させ、シャッター３を
閉じる。そのあと、シャッター５を開け、複合体を保持
器６から除去する。
以上の製造方法で得られたAl2O3−Al−Si系複合材は、7
6重量％のAl2O3、16重量％のAl、８重量％のSiよりなっ
ていた。また、この複合材の一例の性質は表１に示すと
おりであった。
6重量％のAl2O3、16重量％のAl、８重量％のSiよりなっ
ていた。また、この複合材の一例の性質は表１に示すと
おりであった。
発明の効果 本発明の方法によって製造されたAl2O3−Al−Si系の複
合材は、複雑な形状であっても容易に製造することがで
きるばかりでなく、機械的強度、耐摩耗性が高いととも
に、従来のセラミック材料に比較して靭性や潤滑性を大
巾に向上させることができる。したがって、複雑形状の
製品の大型化をはかっても、割れの心配がなくなった。
合材は、複雑な形状であっても容易に製造することがで
きるばかりでなく、機械的強度、耐摩耗性が高いととも
に、従来のセラミック材料に比較して靭性や潤滑性を大
巾に向上させることができる。したがって、複雑形状の
製品の大型化をはかっても、割れの心配がなくなった。
また、金属と比較すると、この発明の方法によって製造
されたAl2O3−Al−Si系複合材の比重は大巾に小さい。
されたAl2O3−Al−Si系複合材の比重は大巾に小さい。
本発明の方法によって製造されたAl2O3−Al−Si系の複
合材は、靭性および軽量を必要とする航空機の構造材、
オールセラミックスのエンジン、防弾チョッキ、戦車の
そう甲板、ゴルフクラブのフェース、バイオセラミック
ス等に最適である。
合材は、靭性および軽量を必要とする航空機の構造材、
オールセラミックスのエンジン、防弾チョッキ、戦車の
そう甲板、ゴルフクラブのフェース、バイオセラミック
ス等に最適である。
また、本発明の方法によって製造されたAl2O3−Al−Si
系複合材は、潤滑性と耐摩耗性がよいので、メカニカル
シールや、つり糸リングとしても最適である。
系複合材は、潤滑性と耐摩耗性がよいので、メカニカル
シールや、つり糸リングとしても最適である。
また、本発明の方法によって製造されたAl2O3−Al−Si
系複合材は、AlとSiを含有しているので、発熱体として
も使用可能である。
系複合材は、AlとSiを含有しているので、発熱体として
も使用可能である。
第１図は従来のアルミナ系セラミック材料の微細構造を
示す断面図、第２図はこの発明の方法によって製造され
たAl2O3−Al−Si系複合材の微細構造を示す断面図、第
３図はこの発明の方法によって製造されたAl2O3−Al−S
i系複合材の微細構造の断面を示す顕微鏡写真、第４〜
６図は第３図に示した複合材のAl2O3マトリックスのみ
を示す互に倍率の異なる顕微鏡写真、第７図は本発明方
法を実施するための反応炉の一例を示す概略説明図、第
８図は第４〜６図に示した多孔体の気孔の特徴を示すグ
ラフである。 １……反応容器 ２……ルツボ ３、５……シャッター ４……出入れ部分 ７……ガラス成形体 12……Al融液
示す断面図、第２図はこの発明の方法によって製造され
たAl2O3−Al−Si系複合材の微細構造を示す断面図、第
３図はこの発明の方法によって製造されたAl2O3−Al−S
i系複合材の微細構造の断面を示す顕微鏡写真、第４〜
６図は第３図に示した複合材のAl2O3マトリックスのみ
を示す互に倍率の異なる顕微鏡写真、第７図は本発明方
法を実施するための反応炉の一例を示す概略説明図、第
８図は第４〜６図に示した多孔体の気孔の特徴を示すグ
ラフである。 １……反応容器 ２……ルツボ ３、５……シャッター ４……出入れ部分 ７……ガラス成形体 12……Al融液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 秀逸 山形県西置賜郡小国町大字小国町378 東 芝セラミツクス株式会社小国製造所内 (72)発明者 佐々木 泰実 山形県西置賜郡小国町大字小国町378 東 芝セラミツクス株式会社小国製造所内 (56)参考文献 特開 昭57−11761（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−266536（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−266531（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】SiO2を主成分とする一体物のガラス成形体
を高純度のAl融液中に浸漬し、AlとSiO2を反応させてガ
ラス成形体中の内部までSiO2をAl2O3に置換し、その
後、マトリックスのAl2O3とそこに密に設けられたAl−S
i融液からなる複合材をAl融液中から取出し、複合材表
面に付着している過剰のAlを揮散させる温度で複合材を
加熱処理することを特徴とするAl2O3−Al−Si系の複合
材の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60106942A JPH0796693B2 (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Ａｌ▲下２▼Ｏ▲下３▼―Ａｌ―Ｓｉ系の複合材の製造方法 |
| US06/855,448 US4673435A (en) | 1985-05-21 | 1986-04-24 | Alumina composite body and method for its manufacture |
| DE19863616578 DE3616578A1 (de) | 1985-05-21 | 1986-05-16 | Aluminiumoxid-verbundkoerper und verfahren zu seiner herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60106942A JPH0796693B2 (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Ａｌ▲下２▼Ｏ▲下３▼―Ａｌ―Ｓｉ系の複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61266534A JPS61266534A (ja) | 1986-11-26 |
| JPH0796693B2 true JPH0796693B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=14446430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60106942A Expired - Fee Related JPH0796693B2 (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Ａｌ▲下２▼Ｏ▲下３▼―Ａｌ―Ｓｉ系の複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0796693B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0657859B2 (ja) * | 1985-05-21 | 1994-08-03 | 東芝セラミツクス株式会社 | Ａｌ２Ｏ３―Ａｌ―Ｓｉ系複合材 |
| JP2014005486A (ja) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Aisin Seiki Co Ltd | アルミニウム複合材の製造方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1595280A (en) * | 1978-05-26 | 1981-08-12 | Hepworth & Grandage Ltd | Composite materials and methods for their production |
| JPS5711761A (en) * | 1980-06-26 | 1982-01-21 | Daido Steel Co Ltd | Composite casting and production thereof |
| JPS60106931A (ja) * | 1983-11-15 | 1985-06-12 | Showa Alum Corp | 繊維強化金属材料の製造方法 |
| JPS60106935A (ja) * | 1983-11-16 | 1985-06-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 真空インタラプタの接点材料 |
| JPS61136643A (ja) * | 1984-12-04 | 1986-06-24 | Toyota Motor Corp | 酸化還元反応を利用した合金の製造方法 |
| JPS61136642A (ja) * | 1984-12-04 | 1986-06-24 | Toyota Motor Corp | 酸化還元反応を利用した合金の製造方法 |
| JPS61136641A (ja) * | 1984-12-04 | 1986-06-24 | Toyota Motor Corp | 酸化還元反応を利用した合金の製造方法 |
| JPS61136640A (ja) * | 1984-12-04 | 1986-06-24 | Toyota Motor Corp | 酸化還元反応を利用した合金の製造方法 |
| JPH0638978B2 (ja) * | 1985-01-18 | 1994-05-25 | トヨタ自動車株式会社 | 酸化還元反応を利用した複合材料の製造方法 |
-
1985
- 1985-05-21 JP JP60106942A patent/JPH0796693B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61266534A (ja) | 1986-11-26 |
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