JPH083601A - アルミニウムー窒化アルミニウム複合材料およびその製造方法 - Google Patents
アルミニウムー窒化アルミニウム複合材料およびその製造方法Info
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- JPH083601A JPH083601A JP6130659A JP13065994A JPH083601A JP H083601 A JPH083601 A JP H083601A JP 6130659 A JP6130659 A JP 6130659A JP 13065994 A JP13065994 A JP 13065994A JP H083601 A JPH083601 A JP H083601A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】130GPa以上のヤング率をもつAI/AI
N複合材およびその製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】本発明のAI/AIN複合材は、Alを主成分
とするマトリックス中に、40〜90体積%を占め、直
径が1μm以下の粒子状または針状のAlNが分散保持
されている。このAlNが極めて細かいためAlNとマ
トリックスのAlとがより一体化している。このためA
lNの塑性割合に見合った高い剛性をもち、塑性加工
性、切削性もよい。また、摺動時における相手材攻撃性
も小さく、摺動材として適している。このAI/AIN
複合材は、微細なAlをそのAlの融点以下の温度で窒
化することにより得られる。
N複合材およびその製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】本発明のAI/AIN複合材は、Alを主成分
とするマトリックス中に、40〜90体積%を占め、直
径が1μm以下の粒子状または針状のAlNが分散保持
されている。このAlNが極めて細かいためAlNとマ
トリックスのAlとがより一体化している。このためA
lNの塑性割合に見合った高い剛性をもち、塑性加工
性、切削性もよい。また、摺動時における相手材攻撃性
も小さく、摺動材として適している。このAI/AIN
複合材は、微細なAlをそのAlの融点以下の温度で窒
化することにより得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウムー窒化アル
ミニウム複合材料およびその製造方法に関する。このア
ルミニウムー窒化アルミニウム複合材料は高弾性の構造
材料として広く利用できる。
ミニウム複合材料およびその製造方法に関する。このア
ルミニウムー窒化アルミニウム複合材料は高弾性の構造
材料として広く利用できる。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム(以下Alと表示する)合
金粉末と窒化アルミニュム(以下AlNと表示する)粉
末を粉末段階で混合後、押出し法、焼結法で製造したア
ルミニウム/窒化アルミニウム複合材料(以下AI/A
IN複合材と表示する。)が知られている。この従来の
AI/AIN複合材はそのAIN含有量は高々30体積
%以下であり、その剛性率(ヤング率)は130GPa
未満である。
金粉末と窒化アルミニュム(以下AlNと表示する)粉
末を粉末段階で混合後、押出し法、焼結法で製造したア
ルミニウム/窒化アルミニウム複合材料(以下AI/A
IN複合材と表示する。)が知られている。この従来の
AI/AIN複合材はそのAIN含有量は高々30体積
%以下であり、その剛性率(ヤング率)は130GPa
未満である。
【0003】また、Al溶湯中に窒素ガス等を吹き込
み、炉中でAlNを合成することによりAI/AIN複
合材を製造する試みがある。しかしこの方法では、20
体積%以上のAlNを含有するAI/AIN複合材は得
られていない。さらに最近、窒素プラズマをAl溶湯に
吹き付け、その噴霧体をノズルを介して微小凝集粉とし
て回収し、その後、この微小凝集粉をホットプレスする
ことによりAI/AIN複合材を製造する方法が報告さ
れている(A.INOUE 、K.NOSAKI他:JOURNAL OF MATERIAL
S SCIENCE 28(1993)4398-4404)。この方法で得られるA
I/AIN複合材の最大AlN含有量は36.5体積%
であり、その最大の剛性率(ヤング率)は113GPa
と報告されている。
み、炉中でAlNを合成することによりAI/AIN複
合材を製造する試みがある。しかしこの方法では、20
体積%以上のAlNを含有するAI/AIN複合材は得
られていない。さらに最近、窒素プラズマをAl溶湯に
吹き付け、その噴霧体をノズルを介して微小凝集粉とし
て回収し、その後、この微小凝集粉をホットプレスする
ことによりAI/AIN複合材を製造する方法が報告さ
れている(A.INOUE 、K.NOSAKI他:JOURNAL OF MATERIAL
S SCIENCE 28(1993)4398-4404)。この方法で得られるA
I/AIN複合材の最大AlN含有量は36.5体積%
であり、その最大の剛性率(ヤング率)は113GPa
と報告されている。
【0004】一方、セラミックスとしてのAlNは熱伝
導性に優れ、かつ電気絶縁性が良いため、基板材料とし
て使用されている。このセラミックスとしてのAlN
は、アルミナの炭素還元またはアルミ粉体の直接窒化に
より製造され、その剛性率(ヤング率)は270〜31
4GPaと報告されている。しかし、これらの炭素還元
および直接窒化でAI/AIN複合材を製造するとする
報告あるいは窒化の程度をコントロールする報告はな
い。
導性に優れ、かつ電気絶縁性が良いため、基板材料とし
て使用されている。このセラミックスとしてのAlN
は、アルミナの炭素還元またはアルミ粉体の直接窒化に
より製造され、その剛性率(ヤング率)は270〜31
4GPaと報告されている。しかし、これらの炭素還元
および直接窒化でAI/AIN複合材を製造するとする
報告あるいは窒化の程度をコントロールする報告はな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般に、Al合金粉末
とセラミックス粉末とを粉末段階で混合し製造するAI
/セラミックス複合材では、粉末を均一混合することが
難しい。そのためセラミックス量を30体積%以上とし
ても、その剛性率はあまり向上しない。また、セラミッ
クス量を30体積%以上とすると、混合体の塑性加工が
困難と成ることにより、30体積%以上のセラミックス
量を有する複合材は実用的では無い。
とセラミックス粉末とを粉末段階で混合し製造するAI
/セラミックス複合材では、粉末を均一混合することが
難しい。そのためセラミックス量を30体積%以上とし
ても、その剛性率はあまり向上しない。また、セラミッ
クス量を30体積%以上とすると、混合体の塑性加工が
困難と成ることにより、30体積%以上のセラミックス
量を有する複合材は実用的では無い。
【0006】一方、実用面ではAl材料の剛性は鋼の1
/3と低いので、少しでも剛性の高いAl材料が求めら
れている。例えば、現在は鋼で製造されている自動車エ
ンジンのピストンピンを外径を変えずにAlに置き換え
ようとすると、最低ヤング率として160GPaが必要
とされる。若干の形状変更をした場合でも130GPa
以上が希望されている。
/3と低いので、少しでも剛性の高いAl材料が求めら
れている。例えば、現在は鋼で製造されている自動車エ
ンジンのピストンピンを外径を変えずにAlに置き換え
ようとすると、最低ヤング率として160GPaが必要
とされる。若干の形状変更をした場合でも130GPa
以上が希望されている。
【0007】本発明はかかる問題を基本的に解決するも
ので、130GPa以上のヤング率をもつAI/AIN
複合材およびその製造方法を提供することを目的とす
る。
ので、130GPa以上のヤング率をもつAI/AIN
複合材およびその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、AlとAI
Nが製造段階で原子オ−ダで配合されていれば、理論値
通りの剛性値が得られ、かつ微細な純Alが結合剤とし
て働き、塑性加工も容易となると考え、実験を進めた。
そして粉末状および繊維状のAlまたはAl合金を融点
以下の固体状態で窒素を主体としたガス体により、半窒
化することによりAlとAINが原子オ−ダに近い形態
で配合されたAI/AIN複合材が得られることを発見
し、本発明を完成したものである。
Nが製造段階で原子オ−ダで配合されていれば、理論値
通りの剛性値が得られ、かつ微細な純Alが結合剤とし
て働き、塑性加工も容易となると考え、実験を進めた。
そして粉末状および繊維状のAlまたはAl合金を融点
以下の固体状態で窒素を主体としたガス体により、半窒
化することによりAlとAINが原子オ−ダに近い形態
で配合されたAI/AIN複合材が得られることを発見
し、本発明を完成したものである。
【0009】すなわち、本発明のAI/AIN複合材
は、Alを主成分とするマトリックスと該マトリックス
中に分散保持された直径が1μm以下の粒子状または針
状のAlNとからなり全体積を100体積%としたとき
該AlNが40〜90体積%を占めていることを特徴と
する。本発明のAI/AIN複合材は、Alを主成分と
するマトリックス中にAlNが1μ以下の細かさの粒子
あるいは数十ナノメートルの径で長さが数百ナノメート
ルの針状体として分散保持されている。AlNの粒径は
できるだけ小さく、かつAl合金と微小状態で均一混合
していることが、複合材料の強度、剛性上望ましい。
は、Alを主成分とするマトリックスと該マトリックス
中に分散保持された直径が1μm以下の粒子状または針
状のAlNとからなり全体積を100体積%としたとき
該AlNが40〜90体積%を占めていることを特徴と
する。本発明のAI/AIN複合材は、Alを主成分と
するマトリックス中にAlNが1μ以下の細かさの粒子
あるいは数十ナノメートルの径で長さが数百ナノメート
ルの針状体として分散保持されている。AlNの粒径は
できるだけ小さく、かつAl合金と微小状態で均一混合
していることが、複合材料の強度、剛性上望ましい。
【0010】Al合金粉末とAlNとを粉末段階で混合
する方法では、Al合金粉末の粒径が最小でも数μmあ
る事より、1μ以下の細かさの混合物体を得ることは不
可能である。本発明では、後で説明するように、粉末
状、フレーク状あるいは繊維状のAlを窒化し、粉末状
あるいは繊維状のAl内部に微細なAlNを析出させて
いる。このため、Alを主成分とするマトリックス中に
AlNが1μ以下の細かさで分散させることができる。
AlNが分散保持されたAl合金粉末あるいは繊維とし
ては、直径が10μm〜150μm程度のものが好まし
い。また、Alはフレーク状でもよい。この場合厚さ
が、1μm〜100μm程度のものが好ましい。
する方法では、Al合金粉末の粒径が最小でも数μmあ
る事より、1μ以下の細かさの混合物体を得ることは不
可能である。本発明では、後で説明するように、粉末
状、フレーク状あるいは繊維状のAlを窒化し、粉末状
あるいは繊維状のAl内部に微細なAlNを析出させて
いる。このため、Alを主成分とするマトリックス中に
AlNが1μ以下の細かさで分散させることができる。
AlNが分散保持されたAl合金粉末あるいは繊維とし
ては、直径が10μm〜150μm程度のものが好まし
い。また、Alはフレーク状でもよい。この場合厚さ
が、1μm〜100μm程度のものが好ましい。
【0011】なお、この粉末状、繊維状あるいはフレー
ク状の微細なAlNが分散したAlは通常の粉末冶金の
手段で、一体化され、直接所定形状の部品とされたり、
ビレット状の棒材あるいは板材に加工される。具体的に
は通常焼結あるいはホット焼結で一体化されたり、熱間
組成加工で一体化される。本発明のAI/AIN複合材
は、AlNが1μ以下の細かさでAl中に分散保持され
ているので、強度、剛性に優れ、かつ塑性加工性にも優
れる。また、切削性もよい。
ク状の微細なAlNが分散したAlは通常の粉末冶金の
手段で、一体化され、直接所定形状の部品とされたり、
ビレット状の棒材あるいは板材に加工される。具体的に
は通常焼結あるいはホット焼結で一体化されたり、熱間
組成加工で一体化される。本発明のAI/AIN複合材
は、AlNが1μ以下の細かさでAl中に分散保持され
ているので、強度、剛性に優れ、かつ塑性加工性にも優
れる。また、切削性もよい。
【0012】なお、微細なAlNが分散した本発明の粉
末状、繊維状あるいはフレーク状のAI/AIN複合材
は、Alあるいは他の金属またはセラミックスと配合さ
れ、高度に複合化された複合材料とすることもできる。
本発明のAI/AIN複合材のAlNは、全体積を10
0体積%としたとき40〜90体積%を占める。
末状、繊維状あるいはフレーク状のAI/AIN複合材
は、Alあるいは他の金属またはセラミックスと配合さ
れ、高度に複合化された複合材料とすることもできる。
本発明のAI/AIN複合材のAlNは、全体積を10
0体積%としたとき40〜90体積%を占める。
【0013】AI/AIN複合材のAlNが1μ以下の
細かさでAlマトリックス中に分散している場合、この
AI/AIN複合材の剛性(E)は次式で示されると考
えられる。 InE=VAlN ×InEAlN +(1−VAlN )×InE
Al VAlN ;AI/AIN複合材中のAIN の体積%, EAlN ;AIN の剛性率(314Pa ) EAl;AI合金材の剛性率、 この式によれば、AINの剛性率が314Paと大き
い。このためAI/AIN複合材の剛性にはVAlN が大
きく寄与する。
細かさでAlマトリックス中に分散している場合、この
AI/AIN複合材の剛性(E)は次式で示されると考
えられる。 InE=VAlN ×InEAlN +(1−VAlN )×InE
Al VAlN ;AI/AIN複合材中のAIN の体積%, EAlN ;AIN の剛性率(314Pa ) EAl;AI合金材の剛性率、 この式によれば、AINの剛性率が314Paと大き
い。このためAI/AIN複合材の剛性にはVAlN が大
きく寄与する。
【0014】また、マトリックスとなるAI合金材の剛
性率も、AINに比較すると小さいが、AI/AIN複
合材の剛性に影響する。このため、AI合金材を構成す
る合金成分は重要である。合金成分として、マンガン、
チタン、シリコン等は窒化物を形成し、Al合金材を脆
くするため望ましくなく。これに対して、ニッケル、
鉄、銅、など窒素との親和力が小さく、かつ剛性upに
寄与する元素が合金成分として望ましい。しかし、これ
ら成分を多量に配合するとAl合金材を脆くする。この
ため配合量は20体積%以下が望ましい。
性率も、AINに比較すると小さいが、AI/AIN複
合材の剛性に影響する。このため、AI合金材を構成す
る合金成分は重要である。合金成分として、マンガン、
チタン、シリコン等は窒化物を形成し、Al合金材を脆
くするため望ましくなく。これに対して、ニッケル、
鉄、銅、など窒素との親和力が小さく、かつ剛性upに
寄与する元素が合金成分として望ましい。しかし、これ
ら成分を多量に配合するとAl合金材を脆くする。この
ため配合量は20体積%以下が望ましい。
【0015】なお、Alが純Al材であり、VAlN が4
0体積%以上である場合の上記式によるAI/AIN複
合材の剛性率は126Paとなる。前述したように、現
在鋼で製造されている部品、例えば自動車エンジンの重
要部分であるピストンピンをAl材料に置き換えようと
すると、そのヤング率として望ましくは160GPa以
上、少なくとも130GPaが要望される。この点から
も、VAlN としては40体積%以上が必要とされる。1
60GPaを得ようとするとVAlN は50体積%が必要
である。
0体積%以上である場合の上記式によるAI/AIN複
合材の剛性率は126Paとなる。前述したように、現
在鋼で製造されている部品、例えば自動車エンジンの重
要部分であるピストンピンをAl材料に置き換えようと
すると、そのヤング率として望ましくは160GPa以
上、少なくとも130GPaが要望される。この点から
も、VAlN としては40体積%以上が必要とされる。1
60GPaを得ようとするとVAlN は50体積%が必要
である。
【0016】なおVAlN が90体積%を越えると、AI
分が減少し、塑性加工性が困難となり、好ましくない。
以上のことより、VAlN は範囲は40体積%〜90体積
%、好ましくは50体積%〜85体積%がよい。AI/
AIN複合材の硬さとしては、VAlN 0%のカタサ(純
Alのカタサ):Hv30VAlN から100%のカタ
サ; Hv1400まで可能である。しかし、強度面か
らはHv150以上が、切削性の点からはHv1000
以下が奨励される。
分が減少し、塑性加工性が困難となり、好ましくない。
以上のことより、VAlN は範囲は40体積%〜90体積
%、好ましくは50体積%〜85体積%がよい。AI/
AIN複合材の硬さとしては、VAlN 0%のカタサ(純
Alのカタサ):Hv30VAlN から100%のカタ
サ; Hv1400まで可能である。しかし、強度面か
らはHv150以上が、切削性の点からはHv1000
以下が奨励される。
【0017】本発明のAI/AIN複合材は、粉末状、
フレーク状もしくは繊維状のAlまたはAl合金をその
融点以下の温度において窒化することにより製造され
る。なお、窒化は、その窒化温度がAlまたはAl合金
の融点以下の温度で、AlまたはAl合金が5体積%に
なる前に窒化を終了するするようにする。さらに、窒化
はAlまたはAl合金の融点以下の温度で行う第1窒化
とその後で該第1窒化より高い温度で窒化する第2窒化
のように複数工程で窒化することとすることができる。
フレーク状もしくは繊維状のAlまたはAl合金をその
融点以下の温度において窒化することにより製造され
る。なお、窒化は、その窒化温度がAlまたはAl合金
の融点以下の温度で、AlまたはAl合金が5体積%に
なる前に窒化を終了するするようにする。さらに、窒化
はAlまたはAl合金の融点以下の温度で行う第1窒化
とその後で該第1窒化より高い温度で窒化する第2窒化
のように複数工程で窒化することとすることができる。
【0018】窒化のためのAl合金としてはマグネシウ
ムを重量%で0.5%以上含む合金であるのが好まし
い。また、Al合金はニッケル、鉄、銅の少なくても1
種類以上を含み、かつニッケル、鉄、銅の合計量が20
重量%以下の合金であるのが良い。また、窒化のための
原料は、全体を100体積%としたとき、10〜70体
積%の粉末状、フレーク状もしくは繊維状のAlまたは
Al合金と、残り30〜90体積%を占めかつ窒化Al
を30〜90体積%含む粉末状、フレーク状もしくは繊
維状のAlー窒化Al複合材料との混合物を窒化原料と
するのが好ましい。
ムを重量%で0.5%以上含む合金であるのが好まし
い。また、Al合金はニッケル、鉄、銅の少なくても1
種類以上を含み、かつニッケル、鉄、銅の合計量が20
重量%以下の合金であるのが良い。また、窒化のための
原料は、全体を100体積%としたとき、10〜70体
積%の粉末状、フレーク状もしくは繊維状のAlまたは
Al合金と、残り30〜90体積%を占めかつ窒化Al
を30〜90体積%含む粉末状、フレーク状もしくは繊
維状のAlー窒化Al複合材料との混合物を窒化原料と
するのが好ましい。
【0019】本発明の窒化で使用するガスは純窒素ガス
が好ましい。水素は窒化を阻害する。なお、アルゴンガ
ス等の不活性ガスの配合は窒化に影響が少ないと思われ
る。また、水蒸気等の水分の混入も可能な限り避けるよ
うにするのが好ましい。窒化温度は原料として使用する
AlあるいはAl合金の融点以下である。融点以上で
は、原料の粉末、フレークあるいは繊維形態が維持され
ず、原料がブロック化し、原料内部までの窒化が困難に
なるからである。
が好ましい。水素は窒化を阻害する。なお、アルゴンガ
ス等の不活性ガスの配合は窒化に影響が少ないと思われ
る。また、水蒸気等の水分の混入も可能な限り避けるよ
うにするのが好ましい。窒化温度は原料として使用する
AlあるいはAl合金の融点以下である。融点以上で
は、原料の粉末、フレークあるいは繊維形態が維持され
ず、原料がブロック化し、原料内部までの窒化が困難に
なるからである。
【0020】窒化温度としては540℃程度(温度一
定)で10時間程度の窒化処理により窒化率70〜80
%のAl/AlN複合材を得ることができる。なお、A
l材料は非常に酸化されやすい金属であり、その最表面
には若干の自然酸化膜を有しているのが普通である。こ
の酸化膜が窒化を妨害する。原料のAl材料の表面に酸
化膜が存在する場合、原料のAl材料中にMgを0.5
重量%以上を配合することにより解決される。Mgは大
変蒸発しやすい金属であり、大気圧下540℃で300
Pa程度の蒸気圧を有し、このMg蒸気が酸素ゲッタと
して作用し、窒化が促進されると思われる。
定)で10時間程度の窒化処理により窒化率70〜80
%のAl/AlN複合材を得ることができる。なお、A
l材料は非常に酸化されやすい金属であり、その最表面
には若干の自然酸化膜を有しているのが普通である。こ
の酸化膜が窒化を妨害する。原料のAl材料の表面に酸
化膜が存在する場合、原料のAl材料中にMgを0.5
重量%以上を配合することにより解決される。Mgは大
変蒸発しやすい金属であり、大気圧下540℃で300
Pa程度の蒸気圧を有し、このMg蒸気が酸素ゲッタと
して作用し、窒化が促進されると思われる。
【0021】次ぎに窒化率を70〜95%に向上させる
方法としては、600℃以下の第一段階の窒化処理に引
き続き、Al材料の完全溶融点(完全に溶融する温度)
以上の650〜950℃で第二段階の窒化処理を行うこ
とにより達成される。この場合の出発原料として、A
l、またはAl合金粉末、またはAl合金の繊維体の他
に、30〜90体積%のAlNを含有するAI粉末を5
〜20体積%混合し使用することにより、より窒化を容
易とする事ができる。
方法としては、600℃以下の第一段階の窒化処理に引
き続き、Al材料の完全溶融点(完全に溶融する温度)
以上の650〜950℃で第二段階の窒化処理を行うこ
とにより達成される。この場合の出発原料として、A
l、またはAl合金粉末、またはAl合金の繊維体の他
に、30〜90体積%のAlNを含有するAI粉末を5
〜20体積%混合し使用することにより、より窒化を容
易とする事ができる。
【0022】一方、窒化率が40〜70%と低いAI/
AIN複合材を希望する場合では、上法の逆で、520
〜550℃での2〜5時間程度の第一段階の窒化処理に
引き続き、完全溶融点以下の580〜620℃という融
点以下の比較的低い温度で第二段階の窒化処理を行う事
により達成される。なお、窒化処理により、窒化物は部
分的に焼結した状態となりやすい。このため窒化物を粉
砕し、微粉化することが好ましい。この微粉化した窒化
物を通常の粉体冶金の技術で集積し、得られた集積体を
塑性加工することにより、棒状、板状等のバルク状のA
l/AlN複合材料とすることができる。
AIN複合材を希望する場合では、上法の逆で、520
〜550℃での2〜5時間程度の第一段階の窒化処理に
引き続き、完全溶融点以下の580〜620℃という融
点以下の比較的低い温度で第二段階の窒化処理を行う事
により達成される。なお、窒化処理により、窒化物は部
分的に焼結した状態となりやすい。このため窒化物を粉
砕し、微粉化することが好ましい。この微粉化した窒化
物を通常の粉体冶金の技術で集積し、得られた集積体を
塑性加工することにより、棒状、板状等のバルク状のA
l/AlN複合材料とすることができる。
【0023】
【作用及び発明の効果】本発明のAI/AIN複合材
は、Alを主成分とするマトリックスと該マトリックス
中に分散保持された直径が1μm以下の粒子状または針
状のAlNとからなり、全体積を100体積%としたと
きAlNが40〜90体積%を占める。マトリックスに
分散保持されているAlNが直径が1μm以下の粒子状
または針状と極めて細かい。このためAlNとマトリッ
クスのAlとがより一体化している。このためAlNの
塑性割合に見合った高い剛性をもつ。また、AlNが極
めて細かいため、AlNの硬い粒子としての性質が抑制
され、塑性加工性、切削性もよい。また、摺動時におけ
る相手材攻撃性も小さく、摺動材として適している。
は、Alを主成分とするマトリックスと該マトリックス
中に分散保持された直径が1μm以下の粒子状または針
状のAlNとからなり、全体積を100体積%としたと
きAlNが40〜90体積%を占める。マトリックスに
分散保持されているAlNが直径が1μm以下の粒子状
または針状と極めて細かい。このためAlNとマトリッ
クスのAlとがより一体化している。このためAlNの
塑性割合に見合った高い剛性をもつ。また、AlNが極
めて細かいため、AlNの硬い粒子としての性質が抑制
され、塑性加工性、切削性もよい。また、摺動時におけ
る相手材攻撃性も小さく、摺動材として適している。
【0024】このAI/AIN複合材は、微細なAlを
そのAlの融点以下の温度で窒化することにより得られ
る。AlNは窒素とAlが反応して形成され、Al内部
で樹枝状に結晶化する。このため、AlNはマトリック
スのAl中に極めて微細に分散する。
そのAlの融点以下の温度で窒化することにより得られ
る。AlNは窒素とAlが反応して形成され、Al内部
で樹枝状に結晶化する。このため、AlNはマトリック
スのAl中に極めて微細に分散する。
【0025】
(窒化処理1)実験には耐熱鋼製マッフルの電気炉(エ
レマ炉)を使用した。この電気炉は通常鉄系焼結材の焼
結に使用されているものである。この電気炉は完全には
密閉されない構造のもので、その中央部に中間シャッタ
ーをもつ。導入ガスは中央部の上方から炉内に入り、マ
ッフル奥部で横に吹き出し、装入口より排出される構造
のものである。なお、炉内容積は16l程度である。こ
の電気炉は、Alの窒化処理の実験炉としては最適とは
いえないが、この程度の炉でも処理できなければ工業的
には成立しないと考え、この電気炉を使用した。なお、
炉に問題かある場合も想定し、石英ガラス製管状炉での
実験も平行して行った。
レマ炉)を使用した。この電気炉は通常鉄系焼結材の焼
結に使用されているものである。この電気炉は完全には
密閉されない構造のもので、その中央部に中間シャッタ
ーをもつ。導入ガスは中央部の上方から炉内に入り、マ
ッフル奥部で横に吹き出し、装入口より排出される構造
のものである。なお、炉内容積は16l程度である。こ
の電気炉は、Alの窒化処理の実験炉としては最適とは
いえないが、この程度の炉でも処理できなければ工業的
には成立しないと考え、この電気炉を使用した。なお、
炉に問題かある場合も想定し、石英ガラス製管状炉での
実験も平行して行った。
【0026】実験方法は、ステンレス製の角形バット
(17×21cm2 、高さ3cm)に被窒化原料のAl
材100gを薄く、均一に敷き詰めの状態で入れ、その
バット炉内に挿入し、その後、窒素ガスを1分間30リ
ットルの割合で約5時間炉内に導入し、炉内のガスを窒
素ガスに置換した。その後1時間あたり約100℃の昇
温速度で、所定窒化温度に加熱し、その温度で所定時間
窒化を行った。窒化中の純窒素ガスの導入量は1分間1
0〜30リットルとした。その後炉中で冷却し、窒化物
を得た。
(17×21cm2 、高さ3cm)に被窒化原料のAl
材100gを薄く、均一に敷き詰めの状態で入れ、その
バット炉内に挿入し、その後、窒素ガスを1分間30リ
ットルの割合で約5時間炉内に導入し、炉内のガスを窒
素ガスに置換した。その後1時間あたり約100℃の昇
温速度で、所定窒化温度に加熱し、その温度で所定時間
窒化を行った。窒化中の純窒素ガスの導入量は1分間1
0〜30リットルとした。その後炉中で冷却し、窒化物
を得た。
【0027】使用した被窒化原料の化学組成を表1に示
す。また、窒化の条件を表2に示す。表1のAl材1〜
3および6〜7の粉末は通常の急冷凝固粉末の製造法で
製造されたAl合金粉末で、その粒径が10μm〜15
0μmのものである。Al材4はAl材3を繊維とした
ものでその直径が60μm長さ3m/mのものである。
Al材5はAl材3のブロックを旋盤で切断しその時に
でた切粉で、切粉の形状は幅8mm、長さ15mm、厚
さ0.2mm程度のものである。なお、表2に示したN
o.5の窒化原料は、60体積%のAl材2と残部40
体積%の複合材とから構成されている。この複合材は、
本発明の方法で得られたAl/AlN複合材で、30〜
70体積%のAlNを含む。この複合材は粉末状でその
直径が5μm〜100μmのものである。
す。また、窒化の条件を表2に示す。表1のAl材1〜
3および6〜7の粉末は通常の急冷凝固粉末の製造法で
製造されたAl合金粉末で、その粒径が10μm〜15
0μmのものである。Al材4はAl材3を繊維とした
ものでその直径が60μm長さ3m/mのものである。
Al材5はAl材3のブロックを旋盤で切断しその時に
でた切粉で、切粉の形状は幅8mm、長さ15mm、厚
さ0.2mm程度のものである。なお、表2に示したN
o.5の窒化原料は、60体積%のAl材2と残部40
体積%の複合材とから構成されている。この複合材は、
本発明の方法で得られたAl/AlN複合材で、30〜
70体積%のAlNを含む。この複合材は粉末状でその
直径が5μm〜100μmのものである。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】なお、管状炉では、内周径55mmの石英
管を使用し、幅12mm、長さ80mmのアルミナ製ボ
ードに被窒化用原料を3g入れ、このボードを管状炉に
収納した。その後、真空ポンプでおよそ13Pa以下に
減圧した後、純窒素ガスを1分間当たり1リットルの割
合で導入し、続いて180℃に昇温し約2時間保持し
た。その後所定の窒化温度までおよそ100℃/10分
の速度で昇温し、その窒化温度で規定時間保持し、その
後管状炉内で冷却した。この間管状炉内には、1リット
ル/分の純窒素ガスを導入し続けた。
管を使用し、幅12mm、長さ80mmのアルミナ製ボ
ードに被窒化用原料を3g入れ、このボードを管状炉に
収納した。その後、真空ポンプでおよそ13Pa以下に
減圧した後、純窒素ガスを1分間当たり1リットルの割
合で導入し、続いて180℃に昇温し約2時間保持し
た。その後所定の窒化温度までおよそ100℃/10分
の速度で昇温し、その窒化温度で規定時間保持し、その
後管状炉内で冷却した。この間管状炉内には、1リット
ル/分の純窒素ガスを導入し続けた。
【0031】表2中、純窒素ガスの露点とあるのは、炉
内のガスを露点カップに導きドライアイスを用いて測定
した露点(℃)を示す。また、窒化率は得られた複合材
料の窒素を重量分析で測定し、この窒素量より求めた。
表2に示す、得られた複合材No.1およびNo.2は
管状炉での窒化を行ったものである。
内のガスを露点カップに導きドライアイスを用いて測定
した露点(℃)を示す。また、窒化率は得られた複合材
料の窒素を重量分析で測定し、この窒素量より求めた。
表2に示す、得られた複合材No.1およびNo.2は
管状炉での窒化を行ったものである。
【0032】No.1は純Al材の窒化実験結果であ
り、540℃に到達後、6時間後に反応に伴う発熱を生
じ、7.5時間後に発熱(反応)が終了した。得られた
窒化率は73%であった。一方No.2はMgを2.7
%含むJIS5052粉末材を窒化処理したもので、5
40℃に到達後すぐに発熱反応を生じている。これはM
gが酸素ゲッタ−として作用し、粉末表面に存在する自
然酸化膜の作用を除去し、早期の窒化反応を生じさせた
ものと思われる。
り、540℃に到達後、6時間後に反応に伴う発熱を生
じ、7.5時間後に発熱(反応)が終了した。得られた
窒化率は73%であった。一方No.2はMgを2.7
%含むJIS5052粉末材を窒化処理したもので、5
40℃に到達後すぐに発熱反応を生じている。これはM
gが酸素ゲッタ−として作用し、粉末表面に存在する自
然酸化膜の作用を除去し、早期の窒化反応を生じさせた
ものと思われる。
【0033】得られた複合材No.3およびNo.4
は、被窒化原料の表面に生じる酸化膜の作用を調べたも
ので、両者ともマッフル炉で実験した。複合材No.3
およびNo.4の被窒化原料ともに同じ化学組成をもつ
が、No.4の被窒化原料は予め500℃×1Hrの大
気中での酸化処理を施したものであり、表面に約0.0
3μmの酸化皮膜をもつ。No.3はNo.2同様Mg
を含み、直ぐに窒化反応が生ずるものの窒化率は46%
と低めであった。一方No.4は、活発な窒化反応は7
時間と遅れるものの、窒化率は77.8%と向上してい
る。
は、被窒化原料の表面に生じる酸化膜の作用を調べたも
ので、両者ともマッフル炉で実験した。複合材No.3
およびNo.4の被窒化原料ともに同じ化学組成をもつ
が、No.4の被窒化原料は予め500℃×1Hrの大
気中での酸化処理を施したものであり、表面に約0.0
3μmの酸化皮膜をもつ。No.3はNo.2同様Mg
を含み、直ぐに窒化反応が生ずるものの窒化率は46%
と低めであった。一方No.4は、活発な窒化反応は7
時間と遅れるものの、窒化率は77.8%と向上してい
る。
【0034】No.5およびNo.6は、被窒化原料の
形状を変えた、ファイバ−と切粉について調べた物であ
る。発熱、窒化率ともNo.4に類似している。No.
5のファイバ−はAl丸棒からビビリ切削加工で製作さ
れたものでありNo.6の切粉同様、切削加工の際、表
面に強固な酸化膜を生じたものと思われる。No.7〜
No.10は、窒化反応が早期に生じ、かつ高い窒化率
(≧80%)を得ている。すなわち、90%を越える高
い窒化率は600℃以下の第一段階の窒化処理に引き続
き、850℃での第二段階の窒化処理を行うことと、N
o.7〜No.9にみられるように、被窒化原料にAl
/AlN複合材を配合するのが効果的である。
形状を変えた、ファイバ−と切粉について調べた物であ
る。発熱、窒化率ともNo.4に類似している。No.
5のファイバ−はAl丸棒からビビリ切削加工で製作さ
れたものでありNo.6の切粉同様、切削加工の際、表
面に強固な酸化膜を生じたものと思われる。No.7〜
No.10は、窒化反応が早期に生じ、かつ高い窒化率
(≧80%)を得ている。すなわち、90%を越える高
い窒化率は600℃以下の第一段階の窒化処理に引き続
き、850℃での第二段階の窒化処理を行うことと、N
o.7〜No.9にみられるように、被窒化原料にAl
/AlN複合材を配合するのが効果的である。
【0035】Al/AlN複合材の配合量については1
0〜40%を試験したが、特に多量の配合は必要なく、
10%の配合で十分である。これは、Al/AlN複合
材の粉末がAl粉末同志の焼結による固着を防止し、最
後まで窒素ガスの流入路が確保されれば良いためと思わ
れる。またNo.10はAl/AlN複合材を配合しな
い、すなわち、0%複合材の高温2段窒化処理である。
高温2段窒化処理であればAl/AlN複合材を配合し
なくとも、窒化率を83.9%と一段窒化と比較して高
い窒化率が得られている。
0〜40%を試験したが、特に多量の配合は必要なく、
10%の配合で十分である。これは、Al/AlN複合
材の粉末がAl粉末同志の焼結による固着を防止し、最
後まで窒素ガスの流入路が確保されれば良いためと思わ
れる。またNo.10はAl/AlN複合材を配合しな
い、すなわち、0%複合材の高温2段窒化処理である。
高温2段窒化処理であればAl/AlN複合材を配合し
なくとも、窒化率を83.9%と一段窒化と比較して高
い窒化率が得られている。
【0036】No.11〜No.14は、低温2段窒化
処理のものである。N0.4のような酸化処理をするこ
と無く、窒化率50〜70%を達成している。先に述べ
たように、160GPaのヤング率を得ようとすると、
VAlN ≧50%が必要である。このためには一段の窒化
処理では不十分であり、かつ出来るだけ微細な結晶粒を
得る目的で、2段目の処理として600℃以下での処理
が推奨される。
処理のものである。N0.4のような酸化処理をするこ
と無く、窒化率50〜70%を達成している。先に述べ
たように、160GPaのヤング率を得ようとすると、
VAlN ≧50%が必要である。このためには一段の窒化
処理では不十分であり、かつ出来るだけ微細な結晶粒を
得る目的で、2段目の処理として600℃以下での処理
が推奨される。
【0037】No.11,No.12では2段目の温度
として580℃、No.13,No.14では600℃
が採用され、それぞれ窒化率;57.4%,55.2
%,68.0%、61.2%が得られている。一方、比
較材のNo.51(Al/AlN複合材を含み、900
×3Hrの処理)では窒化率が99%とほぼ完全なセラ
ミックス体となった。
として580℃、No.13,No.14では600℃
が採用され、それぞれ窒化率;57.4%,55.2
%,68.0%、61.2%が得られている。一方、比
較材のNo.51(Al/AlN複合材を含み、900
×3Hrの処理)では窒化率が99%とほぼ完全なセラ
ミックス体となった。
【0038】なお、窒素ガスの露点は低ければ低いほど
良いと考えられるが、この窒化処理では露点が−10℃
程度のものでも十分に窒化が可能であることが明らかに
なった。 (窒化処理2)前記(窒化処理1)の窒化ガス組成を代
え、純窒素ガスを30リットル/分と純水素ガス1.5
リットル/分の混合ガスを使用し、Al/AlN複合材
No.3と同じ条件で窒化を行った。この条件では被窒
化原料はほとんど窒化されなかった。セラミックスAl
Nの製造には通常窒素ガスと共に水素ガスが導入され、
窒化がなされる。しかしこの実験では明らかに水素ガス
の配合は窒化を阻害する。本試験のように540℃と低
い窒化温度では水素がAlH2 、AlH等としてAl内
に留まり、窒素との反応を妨害するものと思われる。従
って窒素ガスに水素ガスを混入するのは好ましいことで
はない。 (Al/AlN複合材の微細組織)Al/AlN複合材
No.12の透過電子顕微鏡(TEM)写真を図1、図
2に示す。この写真の倍率は図1は約10万倍、図2は
約20万倍で、黒い針状のものがAlNの結晶である。
バックの白い部分がマトリックスとなるAl合金であ
る。このAlN結晶の太さは約20〜30nm、長さは
約数100nmである。なお、このAlN結晶はその部
分を極微電子回折像を撮影することにより確認した。図
2に示す針状部分の極微電子回折像を図3に示す。この
極微電子回折像は亀甲状を呈している。さらにASTMカー
ドで調べると、面間隔、面角ともAINの理論値に等し
く、この棒状物はAINの結晶体(Wurtzite型
六方晶)であることが分かるこのように本発明のAl/
AlN複合材はAl合金マトリックス中に極めて微細な
AlN結晶が析出している。なお、Al/AlN複合材
中のAlNは、図lに示すように、樹枝状結晶の形態と
なったり、あるいは微細粒子状に析出しているのが観察
された。
良いと考えられるが、この窒化処理では露点が−10℃
程度のものでも十分に窒化が可能であることが明らかに
なった。 (窒化処理2)前記(窒化処理1)の窒化ガス組成を代
え、純窒素ガスを30リットル/分と純水素ガス1.5
リットル/分の混合ガスを使用し、Al/AlN複合材
No.3と同じ条件で窒化を行った。この条件では被窒
化原料はほとんど窒化されなかった。セラミックスAl
Nの製造には通常窒素ガスと共に水素ガスが導入され、
窒化がなされる。しかしこの実験では明らかに水素ガス
の配合は窒化を阻害する。本試験のように540℃と低
い窒化温度では水素がAlH2 、AlH等としてAl内
に留まり、窒素との反応を妨害するものと思われる。従
って窒素ガスに水素ガスを混入するのは好ましいことで
はない。 (Al/AlN複合材の微細組織)Al/AlN複合材
No.12の透過電子顕微鏡(TEM)写真を図1、図
2に示す。この写真の倍率は図1は約10万倍、図2は
約20万倍で、黒い針状のものがAlNの結晶である。
バックの白い部分がマトリックスとなるAl合金であ
る。このAlN結晶の太さは約20〜30nm、長さは
約数100nmである。なお、このAlN結晶はその部
分を極微電子回折像を撮影することにより確認した。図
2に示す針状部分の極微電子回折像を図3に示す。この
極微電子回折像は亀甲状を呈している。さらにASTMカー
ドで調べると、面間隔、面角ともAINの理論値に等し
く、この棒状物はAINの結晶体(Wurtzite型
六方晶)であることが分かるこのように本発明のAl/
AlN複合材はAl合金マトリックス中に極めて微細な
AlN結晶が析出している。なお、Al/AlN複合材
中のAlNは、図lに示すように、樹枝状結晶の形態と
なったり、あるいは微細粒子状に析出しているのが観察
された。
【0039】また、このAl/AlN複合材No.12
のX線解析チャートを図4に示す。なお、図4のピーク
の頂部に付したAおよびBの符号は、ピークの結晶構造
を示すもので、符号AはAlを符号BはAlNを示して
いる。このチャートからもAl/AlN複合材No.1
2はAlとAlNの複合材であることがわかる。 (窒化直後のAl/AlN複合材)前記したAl/Al
N複合材No.3のマッフル炉から取り出した複合材は
窒化原料を挿入した状態がそのまま焼結した形状を持っ
ていた。この複合材は表面部分が黒く、内部は白っぽい
状態であった。この焼結形態の複合材の端の部分、中央
の表面部分および内部についてそれぞれAlNおよびA
lの割合およびそれら部分の硬度を調べた。その結果を
表3に示す。
のX線解析チャートを図4に示す。なお、図4のピーク
の頂部に付したAおよびBの符号は、ピークの結晶構造
を示すもので、符号AはAlを符号BはAlNを示して
いる。このチャートからもAl/AlN複合材No.1
2はAlとAlNの複合材であることがわかる。 (窒化直後のAl/AlN複合材)前記したAl/Al
N複合材No.3のマッフル炉から取り出した複合材は
窒化原料を挿入した状態がそのまま焼結した形状を持っ
ていた。この複合材は表面部分が黒く、内部は白っぽい
状態であった。この焼結形態の複合材の端の部分、中央
の表面部分および内部についてそれぞれAlNおよびA
lの割合およびそれら部分の硬度を調べた。その結果を
表3に示す。
【0040】
【表3】
【0041】表3より、窒化は端部が一番進み、内部の
窒化は遅いことがわかる。 (Al/AlN複合材の性質1)前記したAl/AlN
複合材No.3〜No.14を一度粉砕し、100メッ
シュ以下の粉末とした。そして得られた各粉末を450
℃、1時間、240MPaの圧力でホットプレスし、5
0x50x10mm3 の板材を作った。これらの板材を
試験片とし、硬さおよび剛性を測定した。硬さはビッカ
ース硬度計により、剛性は超音波測定法で測定した。
窒化は遅いことがわかる。 (Al/AlN複合材の性質1)前記したAl/AlN
複合材No.3〜No.14を一度粉砕し、100メッ
シュ以下の粉末とした。そして得られた各粉末を450
℃、1時間、240MPaの圧力でホットプレスし、5
0x50x10mm3 の板材を作った。これらの板材を
試験片とし、硬さおよび剛性を測定した。硬さはビッカ
ース硬度計により、剛性は超音波測定法で測定した。
【0042】図5に測定された硬さの値と計算で求めら
れた硬さの値とを示す。計算では次の式を使用した。 InHv=VAlN ×InHvAlN +(1−VAlN )×I
nHvAl この式でHvAlN としては1400をHvAlとしては1
20と30との2つの硬さについて求めた。HvAlが1
20はマトリックスとなるAl合金で多量のFe、Ni
を含み、硬さも高目と思われるAl合金を想定したもの
であり、実線で示した。HvAlが30はマトリックスと
なるAlが最も柔らかい純Alを想定したものであり、
破線で示した。また、本発明のAl/AlN複合材を用
いて実際に測定された値は白丸印で示した。
れた硬さの値とを示す。計算では次の式を使用した。 InHv=VAlN ×InHvAlN +(1−VAlN )×I
nHvAl この式でHvAlN としては1400をHvAlとしては1
20と30との2つの硬さについて求めた。HvAlが1
20はマトリックスとなるAl合金で多量のFe、Ni
を含み、硬さも高目と思われるAl合金を想定したもの
であり、実線で示した。HvAlが30はマトリックスと
なるAlが最も柔らかい純Alを想定したものであり、
破線で示した。また、本発明のAl/AlN複合材を用
いて実際に測定された値は白丸印で示した。
【0043】また、図6に測定された剛性の値と計算で
求められた剛性の値とを示す。計算では次の式を使用し
た。 InE=NAlN ×InEAlN +(1−VAlN )×InE
Al この式でEAlN としては314をEAlとしては84.2
と68.6との2つの剛性について求めた。EAlが8
4.2はマトリックスとなるAl合金で多量のFe、N
iを含み、剛性の高目と思われるAl合金を想定したも
のであり、実線で示した。EAlが68.6はマトリック
スとなるAlが最も剛性が低い純Alを想定したもので
あり、破線で示した。また、本発明のAl/AlN複合
材を用いて実際に測定された値は白丸印で示した。
求められた剛性の値とを示す。計算では次の式を使用し
た。 InE=NAlN ×InEAlN +(1−VAlN )×InE
Al この式でEAlN としては314をEAlとしては84.2
と68.6との2つの剛性について求めた。EAlが8
4.2はマトリックスとなるAl合金で多量のFe、N
iを含み、剛性の高目と思われるAl合金を想定したも
のであり、実線で示した。EAlが68.6はマトリック
スとなるAlが最も剛性が低い純Alを想定したもので
あり、破線で示した。また、本発明のAl/AlN複合
材を用いて実際に測定された値は白丸印で示した。
【0044】図5および図6から明らかなように、本発
明のAl/AlN複合材の硬さおよび剛性は、ほぼ計算
値に近い値をとることがわかる。これは、AlNがAl
マトリックスに極めて微細に分散保持されているため、
マトリックスのAlと分散子のAlNとが一体化し、両
者の親密性が高いためだと考えられる。なお、通常のセ
ラミックスAlN粉末をAl合金粉末に混合し、熱間塑
性加工を施して作ったAl/AlN複合材でセラミック
AlN粉末の配合量が15重量%程度で最も高い剛性が
得られる。15重量%を超えて、20重量%、25重量
%とセラミックAlN粉末の配合量を増加させると得ら
れるAl/AlN複合材の剛性を逆に低くなる。 (Al/AlN複合材の性質2)本発明のAl/AlN
複合材とセラミックスとしてのAlN粉末との性質の差
異を明らかにするため、次の試験を実施した。
明のAl/AlN複合材の硬さおよび剛性は、ほぼ計算
値に近い値をとることがわかる。これは、AlNがAl
マトリックスに極めて微細に分散保持されているため、
マトリックスのAlと分散子のAlNとが一体化し、両
者の親密性が高いためだと考えられる。なお、通常のセ
ラミックスAlN粉末をAl合金粉末に混合し、熱間塑
性加工を施して作ったAl/AlN複合材でセラミック
AlN粉末の配合量が15重量%程度で最も高い剛性が
得られる。15重量%を超えて、20重量%、25重量
%とセラミックAlN粉末の配合量を増加させると得ら
れるAl/AlN複合材の剛性を逆に低くなる。 (Al/AlN複合材の性質2)本発明のAl/AlN
複合材とセラミックスとしてのAlN粉末との性質の差
異を明らかにするため、次の試験を実施した。
【0045】まず、表1に示す被窒化原料7を使用して
得られた表2に示すNo.14複合材をマッフル炉より
取り出した後一度破砕し、100メッシュ以下の粉末と
した。このAI/ALN複合材粉末をそれぞれ5体積%
および10体積%含み、残部を表1に示すAl材7とし
た2種類の混合粉末を調製し、通常のキャニング法で、
450℃で押出し加工し、棒状の複合材を得た。これら
を更に機械加工することによりLFW磨耗試験片を得
た。
得られた表2に示すNo.14複合材をマッフル炉より
取り出した後一度破砕し、100メッシュ以下の粉末と
した。このAI/ALN複合材粉末をそれぞれ5体積%
および10体積%含み、残部を表1に示すAl材7とし
た2種類の混合粉末を調製し、通常のキャニング法で、
450℃で押出し加工し、棒状の複合材を得た。これら
を更に機械加工することによりLFW磨耗試験片を得
た。
【0046】摺動相手材として比較的硬さの低いJI
S,AC2C材を用い、LFW磨耗試験機で摺動試験を
実施した。この摺動試験により得られた自己および相手
材の磨耗量を表4に示す。
S,AC2C材を用い、LFW磨耗試験機で摺動試験を
実施した。この摺動試験により得られた自己および相手
材の磨耗量を表4に示す。
【0047】
【表4】
【0048】表4より、本発明のAl/AlN複合材粉
末を配合したものはAINセラミックス粉末を配合した
ものに比較し、自己磨耗量および相手材磨耗量共に少な
い。特に相手材磨耗量が少ない。これはAINセラミッ
クス粉末の硬さはHv1300〜1400程度と極めて
硬いのに対し、No.14複合材の硬さはHv500程
度と低いことによると思われる。また、No.14複合
材の比重も3.0とAINセラミックスの比重3.26
に比較して低く、Al材の比重に近いため、Al材への
分散性に優れ、相手材磨耗量が少なくなったものと考え
られる。
末を配合したものはAINセラミックス粉末を配合した
ものに比較し、自己磨耗量および相手材磨耗量共に少な
い。特に相手材磨耗量が少ない。これはAINセラミッ
クス粉末の硬さはHv1300〜1400程度と極めて
硬いのに対し、No.14複合材の硬さはHv500程
度と低いことによると思われる。また、No.14複合
材の比重も3.0とAINセラミックスの比重3.26
に比較して低く、Al材の比重に近いため、Al材への
分散性に優れ、相手材磨耗量が少なくなったものと考え
られる。
【図1】Al/AlN複合材No.12のAlN結晶の
結晶構造を示す約10万倍の透過電子顕微鏡(TEM)
写真。
結晶構造を示す約10万倍の透過電子顕微鏡(TEM)
写真。
【図2】図1と同じAl/AlN複合材No.12のA
lN結晶の結晶構造を示す約29万倍の透過電子顕微鏡
(TEM)写真。
lN結晶の結晶構造を示す約29万倍の透過電子顕微鏡
(TEM)写真。
【図3】AlN結晶の極微電子回折像を示すX線写真。
【図4】Al/AlN複合材No.12のX線解析チャ
ート。
ート。
【図5】Al/AlN複合材のAlNの割合と硬さ(H
v)の関係を示す理論値と実測値を示す図。
v)の関係を示す理論値と実測値を示す図。
【図6】Al/AlN複合材のAlNの割合と剛性(G
Pa)の関係を示す理論値と実測値を示す図。
Pa)の関係を示す理論値と実測値を示す図。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年6月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
Claims (13)
- 【請求項1】アルミニウムを主成分とするマトリックス
と該マトリックス中に分散保持された直径が1μm以下
の粒子状または針状の窒化アルミニウムとからなり全体
積を100体積%としたとき該窒化アルミニウムが40
〜90体積%を占めていることを特徴とするアルミニウ
ムー窒化アルミニウム複合材料。 - 【請求項2】剛性率(ヤング率)が130Pa以上であ
る請求項1記載のアルミニウムー窒化アルミニウム複合
材料。 - 【請求項3】硬さがHv150〜1000の範囲にある
請求項1記載のアルミニウムー窒化アルミニウム複合材
料。 - 【請求項4】形状が粉末状、フレーク状もしくは繊維状
である請求項1記載のアルミニウムー窒化アルミニウム
複合材料。 - 【請求項5】粉末状、フレーク状もしくは繊維状のアル
ミニウムまたはアルミニウム合金をその融点以下の温度
において窒化することを特徴とするアルミニウムー窒化
アルミニウム複合材料の製造方法。 - 【請求項6】窒化はアルミニウム5体積%になる前に窒
化を終了する請求項5記載のアルミニウムー窒化アルミ
ニウム複合材料の製造方法。 - 【請求項7】窒化はアルミニウムまたはアルミニウム合
金の融点以下の温度で行う第1窒化とその後で該第1窒
化より高い温度で窒化する第2窒化とからなる請求項5
記載のアルミニウムー窒化アルミニウム複合材料の製造
方法。 - 【請求項8】第2窒化の窒化温度はアルミニウムまたは
アルミニウム合金の完全溶融点以下の温度である請求項
7記載のアルミニウムー窒化アルミニウム複合材料の製
造方法。 - 【請求項9】第2窒化の窒化温度はアルミニウムまたは
アルミニウム合金の完全溶融点以上の温度である請求項
7記載のアルミニウムー窒化アルミニウム複合材料の製
造方法。 - 【請求項10】アルミニウム合金はマグネシウムを重量
%で0.5%以上含む合金である請求項5記載のアルミ
ニウムー窒化アルミニウム複合材料の製造方法。 - 【請求項11】アルミニウム合金はニッケル、鉄、銅の
少なくても1種類以上を含み、かつニッケル、鉄、銅の
合計量が20重量%以下の合金である請求項5記載のア
ルミニウムー窒化アルミニウム複合材料の製造方法。 - 【請求項12】全体を100体積%としたとき、10〜
70体積%の粉末状もしくは繊維状のアルミニウムまた
はアルミニウム合金と、残り30〜90体積%を占めか
つ窒化アルミニウムを30〜90体積%含む粉末状もし
くは繊維状のアルミニウムー窒化アルミニウム複合材料
との混合物を窒化原料とする請求項5記載のアルミニウ
ムー窒化アルミニウム複合材料の製造方法。 - 【請求項13】粉末状もしくは繊維状のアルミニウムま
たはアルミニウム合金をその融点以下の温度において窒
化する窒化工程と、 窒化工程で得られた窒化物を粉砕する粉砕工程と、 粉砕工程で得られた粉体の集積体を加熱一体化する加熱
工程とからなることを特徴とするアルミニウムー窒化ア
ルミニウム複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6130659A JPH083601A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | アルミニウムー窒化アルミニウム複合材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6130659A JPH083601A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | アルミニウムー窒化アルミニウム複合材料およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH083601A true JPH083601A (ja) | 1996-01-09 |
Family
ID=15039541
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6130659A Pending JPH083601A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | アルミニウムー窒化アルミニウム複合材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH083601A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1994
- 1994-06-13 JP JP6130659A patent/JPH083601A/ja active Pending
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