JPH0860207A - Production of composite body of metal and oxide - Google Patents

Production of composite body of metal and oxide

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JPH0860207A
JPH0860207A JP19709094A JP19709094A JPH0860207A JP H0860207 A JPH0860207 A JP H0860207A JP 19709094 A JP19709094 A JP 19709094A JP 19709094 A JP19709094 A JP 19709094A JP H0860207 A JPH0860207 A JP H0860207A
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oxide
composite
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aluminum
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Masaatsu Fukushima
昌孜 福島
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Abstract

PURPOSE: To provide a method for producing a composite body of oxide and metal capable of obtaining a composite body of oxide and metal having an optional constitution by a simple device and simultaneously capable of joining a metallic body or a ceramic body. CONSTITUTION: The powder 2 of oxide as an oxygen feeding source required for the growth of a composite body and an aluminum powder press formed part 1 or a metallic lump are brought into contact and are heated, and by reaction sintering by a thermit reaction of the oxide and aluminum fed by a capillary phenomenon, the composite body is grown.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、アルミニウム
とアルミナのような金属とその金属酸化物の複合体およ
び、その複合体と金属体又はセラミックス体とを接合せ
しめた複合体の製造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite of a metal such as aluminum and alumina and a metal oxide thereof and a composite of the composite and a metal body or a ceramic body.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、金属酸化物と金属との通常の
接合体における金属酸化物のもつ耐熱、耐食、耐摩耗性
と金属のもつ高靱性などの機械的、化学的、物理的特性
の向上のために、片状、粒状、繊維状の炭化物等を適切
な割合で含有させることにより耐摩耗性、靱性あるいは
耐熱性を向上させている。この複合体の特性を利用して
サイクロンライナー、ピストンエンジンカム、バーナー
チューブその他加熱炉の部品等の用途に広く使用されて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, the heat resistance, corrosion resistance, wear resistance and high toughness of a metal oxide in an ordinary bonded body of the metal oxide and the metal have been investigated for mechanical, chemical and physical properties. In order to improve, wear resistance, toughness, or heat resistance is improved by adding flaky, granular, or fibrous carbide in an appropriate ratio. Utilizing the characteristics of this composite, it is widely used in applications such as cyclone liners, piston engine cams, burner tubes and other parts of heating furnaces.

【0003】特公平3−75508号公報には、かかる
複合体の製造方法として、母材金属を酸化反応により、
その母材金属の酸化物セラミックスを形成し、且つ、そ
の形成される酸化物中に成長原料となる母材金属を三次
元に網状に形成したセラミックスマトリックス複合体が
得られることが記載されている。
Japanese Patent Publication No. 3-75508 discloses a method for producing such a composite, in which a base metal is oxidized by an oxidation reaction.
It is described that a ceramic matrix composite can be obtained in which an oxide ceramic of the base metal is formed and a base metal as a growth raw material is three-dimensionally reticulated in the formed oxide. .

【0004】このような母材金属の酸化は、気相酸化剤
による酸化反応によって行われるため酸素又は空気の気
相酸化剤の導入が必要となり、炉内外に酸素ガス導入の
ための特別な装置が必要となり設備費が嵩む問題があ
り、また、複合体の成長の供給原料である母材金属が溶
解して溶湯になるために溶解炉又は溶湯溜めが必要とな
り、そのため専用の焼成炉が必要となり、焼成の作業工
程、作業管理も複雑になるという問題もある。
Since the oxidation of the base metal is carried out by an oxidation reaction with a gas phase oxidant, it is necessary to introduce a gas phase oxidant of oxygen or air, and a special apparatus for introducing oxygen gas into and out of the furnace. Therefore, there is a problem that the equipment cost increases, and a melting furnace or a molten metal reservoir is required because the base metal, which is the feedstock for the growth of the composite, melts into a molten metal, so a dedicated firing furnace is required. Therefore, there is also a problem that the firing work process and work management become complicated.

【0005】また、かかる複合体の製造方法では、金属
体との接合は、金属体の金属表面が酸化されるためにで
きないという致命的欠点もある。
In addition, the method for producing such a composite has a fatal drawback that it cannot be joined to the metal body because the metal surface of the metal body is oxidized.

【0006】さらには、酸素供給源が気体であるため複
合体への合金元素の添加が困難であり、さらには、プリ
フォームの酸素供給を遮断する方向への複合体成長がで
きず、また、複合体成長を阻止するには、バリアーを形
成しなければならず、そのため、溶解炉へのプリフォー
ムの浸漬に方向性があり、焼成中の炉内操作に注意しな
ければならないという欠点もある。
Furthermore, since the oxygen supply source is a gas, it is difficult to add alloying elements to the composite, and further, the composite cannot grow in the direction of interrupting the oxygen supply of the preform, and There is also the drawback that barriers have to be formed to prevent complex growth, so the dipping of the preform in the melting furnace is directional and care must be taken in furnace operation during firing. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属基体を
酸化雰囲気中で酸化することによって、酸化物と金属と
の複合体を製造するに当たっての上記欠点を解消するも
ので、その目的は、簡便な装置によって任意構成の金属
と酸化物の複合体を得ることができ、さらに、同時に金
属体又はセラミックス体との接合を行うことができる酸
化物と金属との複合体の製造方法を提供することにあ
る。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention solves the above drawbacks in producing a composite of an oxide and a metal by oxidizing a metal substrate in an oxidizing atmosphere. Provided is a method for producing a complex of an oxide and a metal, which can obtain a complex of a metal and an oxide having an arbitrary configuration by a simple device and can simultaneously bond a metal body or a ceramic body. Especially.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】複合体成長に必要な酸素
供給源としての酸化物粉末と金属塊又は金属粉末のプレ
ス成形品を接触させ、加熱することを特徴とする金属と
酸化物をマトリックスとする複合体の製造方法及びその
複合体と金属体又はセラミックス体との接合方法であ
る。
[Means for Solving the Problems] A matrix of a metal and an oxide, characterized in that an oxide powder as a source of oxygen required for growth of a composite and a metal lump or a press-molded product of the metal powder are brought into contact with each other and heated. And a method of joining the composite with a metal body or a ceramic body.

【0009】また、上記複合体成長に必要な酸素供給源
である酸化物の粉末として、複合体に固溶又は化合させ
たい合金元素の酸化物の粉末を使用して、合金元素を含
有する複合体を造り複合体の物性を向上させることがで
きる。
Further, as an oxide powder which is an oxygen supply source necessary for the growth of the composite, an oxide of an alloy element which is desired to be solid-solved or combined with the composite is used, and a composite containing the alloy element is used. You can build a body and improve the physical properties of the complex.

【0010】具体的な一例として、複合体成長に必要な
酸素供給源としての酸化物の粉末と毛細管現象で供給さ
れるアルミニウムとのテルミット反応による反応焼結に
よって複合体の成長を行うことに適用することができ
る。
As a concrete example, the present invention is applied to the growth of a composite by reaction sintering by the thermite reaction between an oxide powder as an oxygen source necessary for the growth of the composite and aluminum supplied by a capillary phenomenon. can do.

【0011】反応焼結のための焼成雰囲気としては、気
体酸素の供給を必要とせずに固体酸化物の形で存在する
酸素を利用するため、焼成雰囲気を処理対象によって選
択できる。例えば、金属と一緒に焼成して接合する場合
は不活性雰囲気とし、セラミックスとの接合とか複合体
だけの製造の場合には、酸素又は空気を導入する雰囲気
から大気雰囲気のような酸化性雰囲気あるいは不活性雰
囲気まで広い選択ができる。さらには、酸化物粉末の種
類及び配合次第ではコストのかからない大気雰囲気中で
の焼成も可能となる。
As the firing atmosphere for the reactive sintering, oxygen existing in the form of a solid oxide is used without the need to supply gaseous oxygen, so that the firing atmosphere can be selected depending on the object to be treated. For example, when firing and joining together with a metal, an inert atmosphere is used, and when joining with ceramics or when manufacturing only a composite, from an atmosphere in which oxygen or air is introduced to an oxidizing atmosphere such as an air atmosphere or You can make a wide selection of inert atmospheres. Furthermore, depending on the type and composition of the oxide powder, it is possible to perform firing in an air atmosphere at a low cost.

【0012】これら酸素供給源の酸化物としては、Fe
O、Fe2 3 の鉄系酸化物の他に、NiO、Cr2
3 等の酸化物の1種であってもよいし、2種以上の混合
物であってよく、さらに、耐熱、耐食、耐摩耗性を要求
とするの場合には、これらの酸化物に窒化物、炭化物、
ホウ化物を混合することも可能である。ただし、アルミ
ナ、ジルコニア、カルシア等のAlより酸素親和力の弱
い酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物は酸素供給源にな
らないため、酸化物粉末充填剤中に含有する割合が98
%以上あってはならない。
As the oxides of these oxygen sources, Fe is used.
O, Fe 2 O 3 iron oxides, NiO, Cr 2 O
One of the oxides such as 3 may be used, or a mixture of two or more thereof may be used. Further, when heat resistance, corrosion resistance and wear resistance are required, these oxides may be nitrided. ,carbide,
It is also possible to mix borides. However, oxides, nitrides, carbides, and borides, which have a weaker oxygen affinity than Al, such as alumina, zirconia, and calcia, do not serve as an oxygen supply source, so that the content of the oxide powder filler in the oxide powder filler is 98%.
% Should not be exceeded.

【0013】[0013]

【作用】複合体成長に必要な酸素供給源として酸化マグ
ネシウムを含めて二種類以上の酸化物粉末を含む充填剤
と金属塊又は金属粉末のプレス成形品を接触させて加熱
し、毛細管現象で供給される金属により前記酸化物が還
元され、同時に金属は新たな酸化物を生成する。その
時、酸化マグネシウム粉末の存在により還元されて新た
に生成した酸化物中に、三次元網状構造をもつ溶融通路
の形成が同時におこり毛細管で供給された金属と新たに
生成した酸化物の複合体が生成し、その反応が繰り返さ
れ積層されて、複合体層が成長する。
[Function] A filler containing two or more kinds of oxide powders including magnesium oxide as a source of oxygen required for growth of a complex is brought into contact with a metal lump or a press-formed product of the metal powder, heated, and supplied by a capillary phenomenon. The metal is reduced to reduce the oxide, and at the same time, the metal forms a new oxide. At that time, in the newly formed oxide that was reduced due to the presence of the magnesium oxide powder, a melt passage having a three-dimensional network structure was simultaneously formed, and a complex of the metal supplied by the capillary and the newly formed oxide was formed. As the reaction is repeated, the reaction is repeated and laminated to grow a composite layer.

【0014】例えば、金属基体がアルミニウムの場合、
焼成温度におけるアルミニウム、酸素、アルミナの平衝
酸素分圧を調べると物性を向上する合金化元素のほとん
どがアルミニウムの平衝酸素分圧より高い。そのため、
アルミニウムと酸化物のテルミット反応により酸化物を
構成する元素は、還元されて元素単体になり蒸発する以
外は、複合体中に固溶化合物をつくって残留するか、こ
の複合体に固溶、化合しない分離層を造ることになり、
種々の酸化物の配合により、異なった特性をもつ複合体
とすることができる。
For example, when the metal substrate is aluminum,
When the equilibrium oxygen partial pressures of aluminum, oxygen, and alumina at the firing temperature are examined, most of the alloying elements that improve the physical properties are higher than the equilibrium oxygen partial pressure of aluminum. for that reason,
The elements that make up the oxide by the thermite reaction of aluminum and oxides are reduced to form elemental solids and evaporate. Not to make a separation layer,
By blending various oxides, composites having different properties can be obtained.

【0015】この酸化物を利用する接合において、複合
体の成長がテルミット反応によってになわれている。従
って、その反応熱により、その反応界面は最低2000
℃前後にまで昇温し、このため、接合部まで反応界面が
成長してきたとき、接合部は高温状態に暴露された状態
にあって、基体金属がアルミニウムの場合、酸化物の種
類と配合によって接合の形態がかわってくる。
In the bonding using this oxide, the growth of the composite is performed by the Thermite reaction. Therefore, due to the heat of reaction, the reaction interface must be at least 2000.
When the reaction interface grows to the joint, the joint is exposed to high temperature and the base metal is aluminum, depending on the type and composition of the oxide. The form of joining will change.

【0016】I.配合酸化物原料が主としてFeOあるい
はFe2 3 の場合 2Al+3FeO=Al2 3 +3Fe 2Al+Fe2 3 =Al2 3 +2Fe 上記テルミット反応により、普通はアルミナと鉄が分離
して比重の大きい鉄が下に沈むものであるが、本発明で
は複合体の成長最先端に鉄が押し出される現象になる。
このため、金属との接合ではこの鉄同志が接合界面で接
触し、接合部が溶融して接合することになる。
I. When the compounded oxide raw material is mainly FeO or Fe 2 O 3 2Al + 3FeO = Al 2 O 3 + 3Fe 2Al + Fe 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Fe Normally, alumina and iron are separated by the above-mentioned thermite reaction. Although iron having a large specific gravity sinks downward, in the present invention, iron is extruded at the leading edge of the growth of the composite.
Therefore, in joining with a metal, the iron members come into contact with each other at the joining interface, and the joining portion is melted and joined.

【0017】このように、FeO、Fe2 3 等の鉄系
酸化物を原料としての接合は、金属と金属の接合と考え
た方が良い。
As described above, it is better to consider that the joining using an iron oxide such as FeO or Fe 2 O 3 as a raw material is a joining of metals.

【0018】II.主原料がFeOあるいはFe2 3
の鉄系酸化物以外のNiO、Cr2 3 等の酸化物の場
合 2Al+Fe2 3 =Al2 3 +2Fe 2Al+3NiO=Al2 3 +3Ni 2Al+Cr2 3 =Al2 3 +2Cr 上記のように酸素源がFe2 3 、NiO、Cr2 3
であって、Fe2 3の配合されている割合が少ない場
合、Crは勿論、Ni、Feも、Iで述べたように複合
体から分離して、押し出された金属層を作ることはな
い。この場合Crはほとんどが蒸発するがNi、Fe共
に複合体中に固溶するか、化合物をつくって、残留して
しまう。従って、接合界面は毛細管現象によって上昇し
てくるNi、Cr、Feを固溶したアルミニウムとアル
ミニウム化合物と接合相手の金属又はセラミックスであ
る。
II. When the main raw material is an oxide such as NiO or Cr 2 O 3 other than iron-based oxides such as FeO or Fe 2 O 3 2Al + Fe 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Fe 2Al + 3NiO = Al 2 O 3 + 3Ni 2Al + Cr 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Cr As described above, the oxygen source is Fe 2 O 3 , NiO, Cr 2 O 3
However, when the proportion of Fe 2 O 3 is small, not only Cr but also Ni and Fe do not separate from the composite as described in I to form an extruded metal layer. . In this case, most of Cr evaporates, but Ni and Fe both form a solid solution in the complex or form a compound and remain. Therefore, the joint interface is aluminum or aluminum compound in which Ni, Cr, and Fe are solid-solved, which rises due to the capillary phenomenon, and the metal or ceramic as the joint partner.

【0019】接合相手が金属の場合は、毛細管により浸
出してくるNi、Cr、Feを固溶したアルミニウム及
びその化合物との拡散による結合の場合と、高温状態に
ある複合体が金属を溶かして溶融結合する場合がある。
When the joining partner is a metal, it is bonded by diffusion with aluminum and its compound in which Ni, Cr, and Fe which are leached by a capillary tube are dissolved, and when the complex in a high temperature state melts the metal. It may be melt-bonded.

【0020】セラミックスとの接合の場合は接合界面に
出てくるNi、Cr、Feを固溶したアルミニウム及び
アルミニウム化合物の拡散が起こり接合する。
In the case of joining with ceramics, aluminum and aluminum compound in which Ni, Cr, and Fe are solid-dissolved, which appear at the joining interface, are diffused to join.

【0021】また、本発明は複合体の成長原料の金属基
体として、金属ブロックを溶解して製造した溶湯だけで
なく、金属粉末プレス品も使用することができることに
意味がある。金属の融点以上の温度であっても、金属粉
末個々が酸化膜で被われているため溶融しているのは、
その粉末の内部のみであり、また、その粉末は酸化膜の
一部が熱応力で破壊連結された状態で溶融金属の通路を
形成しているため、酸化物粉末に溶湯を供給する。
溶落しないため、酸化物粉末充填剤の収納容器又はその
一部。以上、の役目をはたしている。
Further, the present invention has a meaning that not only a molten metal produced by melting a metal block but also a pressed metal powder product can be used as a metal base material for a growth material of a composite. Even if the temperature is higher than the melting point of the metal, the metal powder is melted because it is covered with the oxide film.
The molten metal is supplied to the oxide powder only inside the powder, and because the powder forms a passage for the molten metal in a state where a part of the oxide film is fractured and connected by thermal stress.
Storage container for oxide powder filler or part of it because it does not burn through. The above functions are fulfilled.

【0022】[0022]

【実施例】本発明の金属基体として、アルミニウム粉末
を使用した場合の実施例に基づいて説明する。
EXAMPLE An explanation will be given based on an example in which aluminum powder is used as the metal substrate of the present invention.

【0023】図1は焼成前の混合粉末の構成体の一般断
面図を示す。同図において、1は平均粒径0.3mmの
アルミニウム粉末を円柱状に500Kg/cm2 の圧力
でプレス成形した粉末成形体を示す。2は酸化物粉末を
含む充填剤を示し、収納筒3の材質によって酸化物の種
類や組成を変化させる。3は収納筒を示し、鋼管製から
なるが、同収納筒3はアルミナ管あるいは未焼成のアル
ミナグリーンであてもよい。また、4は架台を示す。
FIG. 1 shows a general cross-sectional view of a mixed powder component before firing. In the figure, reference numeral 1 denotes a powder compact obtained by press-molding aluminum powder having an average particle diameter of 0.3 mm into a cylindrical shape at a pressure of 500 Kg / cm 2 . Reference numeral 2 denotes a filler containing oxide powder, which changes the type and composition of the oxide depending on the material of the storage cylinder 3. Reference numeral 3 denotes a storage cylinder, which is made of steel pipe, but the storage cylinder 3 may be an alumina pipe or unfired alumina green. Moreover, 4 shows a mount.

【0024】実施例1 金属との接合も目的とした複合
体の製造例(表1) 図2は、図1において、収納筒3をSUS304ステン
レス鋼管で作成し、酸化物粉末を含む充填剤2をFe2
3 92重量%と微粒MgO8重量%との混合粉末充填
材とした場合の焼成中の状態を示す。雰囲気としてはア
ルゴンガスを用い、焼成温度1100℃の下で8時間保
持した。この焼成過程において、図2に示すアルミニウ
ム粉末プレス品1の粉末粒の内部の溶融アルミニウムが
酸化膜が破壊し連結された状態で、酸化物粉末2に向か
って浸出して酸化物と接触して下式(1)のテルミット
反応を起こした。
Example 1 Production Example of Composite for Jointing with Metal (Table 1) FIG. 2 shows that in FIG. 1, the storage cylinder 3 is made of SUS304 stainless steel pipe, and the filler 2 containing oxide powder is used. To Fe 2
The following shows the state during firing when a mixed powder filler of 92% by weight of O 3 and 8% by weight of fine MgO is used. Argon gas was used as the atmosphere, and the atmosphere was maintained at a firing temperature of 1100 ° C. for 8 hours. In this firing process, molten aluminum inside the powder particles of the aluminum powder press product 1 shown in FIG. 2 is leached toward the oxide powder 2 in a state where the oxide film is broken and connected, and comes into contact with the oxide. The thermite reaction of the following formula (1) occurred.

【0025】 2Al+Fe2 3 =2Fe+Al2 3 (1)式 この毛細管現象によって供給されるアルミニウムと酸化
物充填剤2が反応して、複合体5とその複合体から分離
浸出した溶融鉄6をステンレス鋼管壁3に向かって成長
させて行き、酸化物粉末3が消耗される最後の段階で、
高温溶融状態の溶融鉄6とステンレス鋼管壁3が接触溶
融して接合される。この場合のようにFe2 3 など鉄
系酸化物の配合の割合が多い場合は図2のように複合体
と鉄が分離して、結果的にその鉄が接合の役目を果た
す。
2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3 (1) Formula Aluminum supplied by this capillary phenomenon reacts with the oxide filler 2 to form the complex 5 and the molten iron 6 leached separately from the complex. At the last stage where the oxide powder 3 is consumed by growing toward the stainless steel pipe wall 3,
Molten iron 6 in a high-temperature molten state and stainless steel pipe wall 3 are contact-melted and joined. When the proportion of the iron-based oxide such as Fe 2 O 3 is large as in this case, the composite and iron are separated as shown in FIG. 2, and as a result, the iron serves as a joint.

【0026】また、酸化物粉末2がFeO46%、Ni
2 46%、MgO8%の割合の充填剤の場合とか、N
iO 46%、Cr2 3 46%、MgO 8%の割
合の場合には成長する複合体5と溶融鉄6が分離する形
態はとらないで次のようになる。
Further, the oxide powder 2 is FeO 46%, Ni
In the case of a filler containing O 2 46% and MgO 8%, N
When the ratio of iO is 46%, Cr 2 O 3 is 46%, and MgO is 8%, the growing composite body 5 and the molten iron 6 are not separated from each other.

【0027】 2Al+3FeO=3Fe+Al2 3 (2)式 2Al+3NiO=3Ni+Al2 3 2Al+3NiO=3Ni+Al2 3 (3)式 2Al+Cr2 3 =2Cr+Al2 3 上記式(2)の場合、図2の溶融鉄6に相当するものは
Fe、Niであるが、Feが表面にわずか分離している
だけで、Fe、Niとも複合体5中に含有された状態に
なる。
2Al + 3FeO = 3Fe + Al 2 O 3 (2) Formula 2Al + 3NiO = 3Ni + Al 2 O 3 2Al + 3NiO = 3Ni + Al 2 O 3 (3) Formula 2Al + Cr 2 O 3 = 2Cr + Al 2 O 3 In the case of the above formula (2), melting of FIG. Fe and Ni correspond to iron 6, but Fe is only slightly separated on the surface and both Fe and Ni are contained in the composite 5.

【0028】上式(3)の場合、図2の溶融鉄6に相当
するものはNi、Crであるが、この場合、Crは大部
分が蒸発していしまうが、Cr、Niとも複合体5中に
含有された状態なる。
In the case of the above formula (3), Ni and Cr correspond to the molten iron 6 in FIG. 2, but in this case, most of Cr is evaporated, but both Cr and Ni are in the composite body 5. It will be in a state of being contained inside.

【0029】即、鉄系の酸化物の割合に比して他元素の
酸化物の割合が多い場合や鉄系の酸化物が少ない場合
は、図3に示すように一層の複合体5が成長するだけで
ある。
Immediately, when the ratio of the oxides of other elements is higher than the ratio of the iron-based oxides or the ratio of the iron-based oxides is low, one layer of composite 5 grows as shown in FIG. Just do.

【0030】この場合(2)、(3)の場合の接合は、
その接合界面において、その界面に浸出してくる、F
e、Ni又はNi、Crを固溶したアルミニウム及びそ
の化合物の拡散による結合、あるいはテルミット反応に
より高温溶融状態にある複合体による金属の溶融が行わ
れ結合される。
In this case, the joining in the cases of (2) and (3) is
At the joint interface, leaching to the interface, F
Bonding by diffusion of aluminum and its compound containing e, Ni or Ni, Cr as a solid solution, or melting of the metal by the complex in a high temperature molten state by the thermite reaction is carried out and bonded.

【0031】以上まとめると酸化物の種類及び配合によ
って結合の仕方が違ってくる。図2の場合のように溶融
鉄6と複合体5が分離される接合は金属と金属の接合で
あり、図3の場合のように鉄も含めて元金元素が複合体
5に固溶する接合は金属と複合体の接合である。
In summary, the way of bonding depends on the type and composition of the oxide. As in the case of FIG. 2, the joining in which the molten iron 6 and the composite body 5 are separated is a metal-to-metal joining, and as in the case of FIG. 3, the original gold element including iron dissolves in the composite body 5 as a solid solution. Bonding is a metal-composite bond.

【0032】実施例2 セラミックスとの接合も目的と
した複合体の製造例 セラミックスの場合は、金属との接合を目的とした複合
体の製造例で述べた式(1)で表わされる鉄系酸化物の
多い配合は、図2に示すように5と6の二層に分離され
6の溶融鉄とセラミックスとの接合になり、セラミック
スとの接合の場合、このような形態になる配合は望まし
くない。
Example 2 Production Example of Composite for Jointing with Ceramics In the case of ceramics, the iron-based oxide represented by the formula (1) described in the production example of composite for joining with metal is used. As shown in FIG. 2, the mixture containing a large amount of substances is divided into two layers of 5 and 6 to join the molten iron of 6 and the ceramic, and in the case of joining with the ceramic, such a composition is not desirable. .

【0033】また、式(2)、(3)で表わされる酸化
物の配合の場合、即、鉄系の酸化物の割合が少ない場合
か全くない場合には、図2に示すように、5、6の二層
に分離することがなく、図3の5に示すように複合体の
一層のみが成長し、接合界面になる場合は浸出してくる
Fe、Ni又はNi、Crを固溶したアルミニウム及び
その化合物の拡散による接合或いはそれらの浸出金属を
含めた高温溶融状態の複合体との拡散、溶融結合がセラ
ミックスとの間で行われている。
Further, in the case of blending the oxides represented by the formulas (2) and (3), immediately when the proportion of the iron-based oxide is small or not at all, as shown in FIG. , 6 without separating into two layers, and only one layer of the composite grew as shown in 5 of FIG. 3 and when it became a bonding interface, Fe, Ni or Ni, Cr leaching out was dissolved. Diffusion bonding of aluminum and its compound, or diffusion and fusion bonding with a complex in a high-temperature molten state including the leached metal thereof are performed with ceramics.

【0034】実施例3 接合を目的とせず、複合体の製
造だけを目的とする実施例 この場合は酸化物を含む充填剤でプリフォームをつく
り、溶湯に浸漬する方法で良く、また、図1のようにア
ルミ粉末プレス品を使っての方法も可能であるが、この
場合、3で示す収納筒は金属又はセラミックスである必
要はない。セラミックスのグリーン体、仮焼品又は、黒
鉛カーボン等充填剤を保持するものであれば良い。
Example 3 Example for the purpose of producing a composite only, not for joining, in this case, a method of forming a preform from a filler containing an oxide and immersing it in a molten metal is also possible. As described above, a method using an aluminum powder pressed product is also possible, but in this case, the storage cylinder indicated by 3 need not be metal or ceramics. Any material that holds a ceramic green body, a calcined product, or a filler such as graphite carbon may be used.

【0035】ただガスの発生、雰囲気との反応、成長す
る複合体との反応するものは留意する必要がある。
However, it is necessary to pay attention to the generation of gas, the reaction with the atmosphere, and the reaction with the growing complex.

【0036】なお、図1、2、3、のアルミニウム粉末
プレス成形品はアルミニウムの溶融点以上に加熱されて
いるにもかかわらず溶落せず、外形を保持しているた
め、炉内保持中に溶湯溜りの必要がなく設備上、経済的
であることが確認できた。
The aluminum powder press-molded products shown in FIGS. 1, 2, and 3 do not burn through even though they are heated above the melting point of aluminum and retain their outer shapes. It was confirmed that there was no need for a pool of molten metal and it was economical in terms of equipment.

【0037】ただ金属と一緒に処理するとき、不活性雰
囲気中で焼成せねばならず、アルミニウム粉末プレス成
形品を形成する粉末一つ一つの酸化膜は不活性雰囲気中
では溶落を阻止できるほどの厚みに成長しないため、一
部溶落して外形を保持できなかった。従って不活性雰囲
気中での焼成の場合は、予め酸化膜を厚く造ることが必
要である。
However, when it is treated with a metal, it must be fired in an inert atmosphere, and the oxide film of each powder forming the aluminum powder press-formed product can prevent burn-through in an inert atmosphere. Since it did not grow to the thickness of 1), it was partially burned out and the outer shape could not be retained. Therefore, when firing in an inert atmosphere, it is necessary to make the oxide film thick beforehand.

【0038】表1は酸化物を含む充填剤への成長が可能
であることを証明したものである。
Table 1 demonstrates that growth to fillers containing oxides is possible.

【0039】[0039]

【表1】 これら酸化物はアルミニウムの平衝酸素分圧より高いた
めアルミニウムとこれら酸化物はテルミット反応を起こ
し、反応焼結により複合体を形成したことが確認され
た。
[Table 1] Since these oxides have higher partial oxygen partial pressure than aluminum, it was confirmed that aluminum and these oxides undergo a thermite reaction to form a composite by reaction sintering.

【0040】実施例12から16までは酸化物粉末10
0%に対し窒化物、炭化物が50〜900%の割合で混
合されたものであるが骨材として複合体中に分散された
状態になっていた。
Examples 12 to 16 were oxide powders 10.
It was a mixture of nitride and carbide in an amount of 50 to 900% with respect to 0%, but was in a state of being dispersed in the composite as an aggregate.

【0041】表2は表1の実施例によって得られた複合
物の物性測定値である。
Table 2 shows the measured physical properties of the composites obtained by the examples of Table 1.

【0042】[0042]

【表2】 同表に示す参考例1は気相酸化物法による複合体でSi
Cが骨材として70%以上分散されている耐摩耗材料で
ある。参考例2は同じく気相酸化法による複合体である
が、酸素ガスを吹き付け成長させたものなので、純粋に
アルミナとアルミニウムのみの複合体である。この為、
参考例1の耐摩耗性は参考例2から飛躍的に向上してい
る。ただ曲げ強度の低下が著しい。本発明に係る実施例
8は曲げ強度も高いが破壊靱性値が16MP√mとF
e、Ni、CrMgの合金元素添加により高められるこ
とを示している。
[Table 2] Reference Example 1 shown in the same table is a composite obtained by the vapor phase oxide method and is made of Si.
It is a wear resistant material in which C is dispersed in an amount of 70% or more as an aggregate. Reference Example 2 is also a composite obtained by the vapor phase oxidation method, but since it was grown by blowing oxygen gas, it is a composite of only alumina and aluminum. Therefore,
The wear resistance of Reference Example 1 is dramatically improved from that of Reference Example 2. However, the bending strength is significantly reduced. Example 8 according to the present invention has a high bending strength but a fracture toughness value of 16 MP√m and F
It is shown that it is increased by the addition of alloy elements such as e, Ni, and CrMg.

【0043】これに対して本発明な係る実施例9は複合
体にNi、Cr、Mgが含有されているだけで骨材とし
て耐摩耗性を高めるSiCが含有されていないにもかか
わらず、参考例1よりもさらに5割近く、摩耗性が向上
している。また、曲げ強度、破壊靱性値も高く、合金元
素が含有されると種々の物性が向上する。
On the other hand, Example 9 according to the present invention is a reference even though the composite contains only Ni, Cr and Mg but does not contain SiC as an aggregate to enhance wear resistance. The wear property is improved by about 50% as compared with Example 1. Further, the flexural strength and fracture toughness are also high, and the inclusion of alloying elements improves various physical properties.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。According to the present invention, the following effects can be obtained.

【0045】(1)気相酸化剤の導入及び供給装置が不
要 炉外から炉内への配管、プリフォーム本体周りの酸素供
給容器等、全て不用となる。金属との接合等をする場合
を除き、一般の加熱炉での処理が可能となり、特殊な技
術装置を必要とせず、複合体の焼成と接合を同時に安価
に簡単に行うことができるため、セラミックス及び金属
の利用、用途の拡大につながる。
(1) No need for introduction and supply of vapor phase oxidizer. All of the piping from outside the furnace to the inside of the furnace, the oxygen supply container around the preform body, etc. are unnecessary. Except when joining with a metal, it can be processed in a general heating furnace, does not require special technical equipment, and can simultaneously perform firing and joining of a composite at a low cost and easily. It also leads to the use of metals and expansion of applications.

【0046】また、従来法は気相酸化剤を的確に複合体
が成長している反応界面に供給せねばならず、炉内外の
装置が複雑で専用炉が必要となり、また、焼成物になる
プリフォームの成形とプリフォームへのバリヤー処理も
必要である。しかし、本発明では不活性雰囲気が必要な
場合のみ、その雰囲気を保持するための気密性が機能す
れば良く、焼成炉や装置及びその構成も特に工夫が必要
なものではない。
Further, in the conventional method, the gas phase oxidant must be accurately supplied to the reaction interface where the complex is growing, the equipment inside and outside the furnace is complicated, and a dedicated furnace is required, and it becomes a fired product. Molding of the preform and barrier treatment to the preform are also required. However, in the present invention, only when an inert atmosphere is required, the airtightness for holding the atmosphere needs to function, and the firing furnace, the apparatus, and the configuration thereof do not particularly need to be devised.

【0047】(2)設備が簡易 アルミニウム原料として粉末プレス形状のものを使用す
る場合、焼成温度が粉末の酸化膜がプレス品の形状を保
ち、溶落しないため、従来法の母材溶融による溶湯溜り
が不要でこの面でも特別設備を必要としない。
(2) Simple equipment When using a powder press shape as the aluminum raw material, the oxide film of the powder keeps the shape of the pressed product at the firing temperature and does not burn through. There is no need for a puddle, and no special equipment is required in this respect.

【0048】(3)雰囲気制御の必要がない 本発明による複合体の製造方法は雰囲気は酸化性でも不
活性でもまた、大気中でもいずれでも可能であるが金属
との同時焼成をする以外は雰囲気制御しない大気雰囲気
(炉中へ酸素も空気も導入しない)で十分である。
(3) No Atmosphere Control Needed In the method for producing a composite according to the present invention, the atmosphere can be either oxidative or inert, and it can be either in the air, but the atmosphere is controlled except for simultaneous firing with a metal. No air atmosphere (no oxygen or air introduced into the furnace) is sufficient.

【0049】(4)アルミニウム粉末プレス成形品を使
用するときプレフォームを造らなくてよい。
(4) It is not necessary to make a preform when using an aluminum powder press-molded product.

【0050】従来法はアルミ原料が溶湯となるため、プ
レフォームを造らねばならなかったが本発明では粉末ア
ルミニウムプレス品を使うこともできるため、そのプレ
ス品に接触、隣接させて酸化物を充填させればよく、プ
レフォームを造る必要はない。
In the conventional method, since the aluminum raw material becomes a molten metal, a preform had to be prepared. However, in the present invention, a powder aluminum pressed product can be used. Therefore, the pressed product is brought into contact with and adjacently filled with an oxide. You don't have to make a preform.

【0051】(5)任意の合金元素を添加できる。(5) Any alloying element can be added.

【0052】複合体中に合金元素が含有されると、曲げ
強度、破壊靱性値、耐摩耗性その他の物性の改善ができ
る。
When the alloy element is contained in the composite, the bending strength, fracture toughness value, wear resistance and other physical properties can be improved.

【0053】(6)金属及びセラミックスとの接合がで
きる。
(6) Bonding with metals and ceramics is possible.

【0054】従来法では、金属又はセラミックスと接合
しようとすると、複合体の成長方向が気相酸化剤を遮断
する方向に進めることになり、最後の段階で金属又はセ
ラミックスと複合体成長界面の境界は成長及び接合のた
めの駆動力となる酸素供給ができなくなり、接合が不可
能となる。もっとも金属の場合、従来法では接合面が酸
化され接合不能であるのに対して、本発明ではプリフォ
ーム又は充填剤の全部又はその一部が酸素供給源である
ため、気相酸化剤であれば供給されにくい、接合界面に
も酸素は酸化物の形で予め配置されているため、テルミ
ット反応が起こり、その反応熱でセラミックス又は金属
が拡散及び溶融の現象を起こし接合する。その際、接合
対象が金属の場合、不活性雰囲気であれば接合される。
また、接合対象がセラミックス体の場合は図3の5で表
示される複合体一層ができる酸化物粉末の配合割合のと
き、酸化雰囲気であっても、複合体と鉄が分離しないの
で鉄が酸化されることはないから、接合界面は活性化状
態が保持され接合される。
In the conventional method, when attempting to bond with a metal or ceramics, the growth direction of the composite advances in the direction of blocking the vapor phase oxidant, and at the last stage, the boundary between the metal or ceramics and the growth interface of the composite. Since oxygen cannot be supplied as a driving force for growth and bonding, bonding becomes impossible. However, in the case of metal, in the conventional method, the joint surface is oxidized and cannot be joined, whereas in the present invention, all or part of the preform or the filler is an oxygen supply source, and therefore a gas phase oxidizer is not required. Since oxygen is preliminarily arranged in the form of an oxide at the bonding interface, which is difficult to supply, the thermite reaction occurs, and the heat of reaction causes the diffusion of ceramics or metal and the phenomenon of melting to cause bonding. At that time, when the joining target is a metal, the joining is performed in an inert atmosphere.
When the object to be joined is a ceramic body, when the mixture ratio of the oxide powder that forms one layer of the composite shown in 5 of FIG. 3 does not separate iron from the composite even in an oxidizing atmosphere, iron is oxidized. Since it is not performed, the activated state is maintained at the bonding interface and bonding is performed.

【0055】(7)固相酸化剤による酸化組織が微細に
なる。
(7) Oxidized structure by the solid-phase oxidizing agent becomes fine.

【0056】従来法の気相酸化剤による単なる酸化反応
による複合体のミクロ組織と本発明の固相酸化剤のテル
ミット反応による複合体のミクロ組織を比較すると本発
明組織は従来法に比べアルミニウム三次元網状組織が微
細であり、強度、靱性が高くなる。
Comparing the microstructure of the composite by the simple oxidation reaction with the gas phase oxidant of the conventional method and the microstructure of the composite by the thermite reaction of the solid-phase oxidant of the present invention, the microstructure of the present invention is aluminum tertiary The original network structure is fine, and the strength and toughness are high.

【0057】(8)加熱温度を低くすることができる。(8) The heating temperature can be lowered.

【0058】本発明の固相酸化剤のテルミット反応によ
る複合体の製造法では酸素ガス酸化による方法と比較し
て、焼成温度が100℃〜350℃も低くなり、金属と
一緒に焼成する温度は950℃〜1200℃に維持でき
た。この加熱温度の低下は、炭素鋼、ステンレス鋼の結
晶粒の粗大化、粒界のバーニング現象など金属の品質劣
化防止に役立つと共に、同時焼成できる金属材質の拡大
をもたらす。
In the method for producing a complex by the thermite reaction of the solid-phase oxidant of the present invention, the firing temperature is 100 ° C. to 350 ° C. lower than that in the oxygen gas oxidation method, and the firing temperature with the metal is It could be maintained at 950 ° C to 1200 ° C. This decrease in heating temperature helps prevent the deterioration of the quality of the metal such as coarsening of crystal grains of carbon steel and stainless steel and the burning phenomenon of grain boundaries, and expands the metal material that can be co-fired.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 焼成前の構成の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a structure before firing.

【図2】 焼成中の実施例を示す。FIG. 2 shows an example during firing.

【図3】 焼成中の他の実施例を示す。FIG. 3 shows another example during firing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アルミニウム粉末プレス品 2 酸化物粉末
を含む充填剤 3 ステンレス鋼管又はセラミックス等又はセラミック
スグリーン等 4 架台 5 複合体 6 溶融鉄
1 Aluminum Powder Pressed Product 2 Filler Containing Oxide Powder 3 Stainless Steel Pipe or Ceramics or Ceramics Green, etc. 4 Stand 5 Composite 6 Molten Iron

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属粉末プレス成形品又は金属塊に隣接
して、複合体成長に必要な酸素供給源としての酸化物粉
末を配置して加熱し、複合体の成長を行うことを特徴と
する金属とその酸化物との複合体の製造方法。
1. A composite is grown by arranging an oxide powder as an oxygen supply source required for growth of a composite adjacent to a metal powder press-formed product or a metal block and heating the composite. A method for producing a composite of a metal and its oxide.
【請求項2】 請求項1に記載において、複合体成長に
必要な酸素供給源となる酸化物粉末として、複合体中に
含有させたい合金元素の酸化物を使用することにより、
複合体中に同合金元素を固溶させ、化合させることを特
徴とする金属とその酸化物との複合体の製造方法。
2. The oxide according to claim 1, wherein an oxide of an alloying element to be contained in the composite is used as the oxide powder which is an oxygen supply source necessary for growth of the composite.
A method for producing a complex of a metal and an oxide thereof, which comprises solid-solubilizing the same alloying element in the complex and combining them.
【請求項3】 金属体又はセラミックス体と金属粉末プ
レス成形品又は金属塊との間に複合体成長に必要な酸素
供給源としての酸化物粉末を配置して加熱し複合体の成
長を行うと共に、前記、金属体又はセラミックス体との
接合を行うことを特徴とする金属とその酸化物との複合
体の製造方法。
3. A composite is grown by arranging an oxide powder as an oxygen supply source necessary for the growth of the composite between the metal body or the ceramic body and the metal powder press-formed product or the metal lump and heating the composite. And a method for producing a composite of a metal and an oxide thereof, which comprises bonding with the metal body or the ceramic body.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104475734A (en) * 2015-01-23 2015-04-01 武汉大学 Manufacturing method for ceramic lining aluminum pipe

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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