JPH0892671A - 金属マトリックス複合材料の製造方法 - Google Patents
金属マトリックス複合材料の製造方法Info
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- JPH0892671A JPH0892671A JP25754794A JP25754794A JPH0892671A JP H0892671 A JPH0892671 A JP H0892671A JP 25754794 A JP25754794 A JP 25754794A JP 25754794 A JP25754794 A JP 25754794A JP H0892671 A JPH0892671 A JP H0892671A
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- Japan
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属マトリックス複合材料を低コストで製造
する。 【構成】 セラミックス等の強化材粒子１と基体金属と
濡れ性の良いコーティング用低融点金属粒子２とを予め
混合し、該混合物をコーティング用金属の融点以上に加
熱して前記強化材粒子の表面に前記コーティング金属を
被覆し、これに溶解した基体金属を加えて加熱、攪拌し
た後に冷却する。強化材粒子とコーティング金属粒子と
の混合物をコーティング金属の融点以上に加熱すると、
強化材粒子の表面には、コーティング金属が被覆されて
いるので、これに溶解した基体金属を加えたときに、強
化材粒子の表面に接触する基体金属溶湯の表面張力が低
く抑制され、強化材粒子の基体金属への均一な分散が行
える。
する。 【構成】 セラミックス等の強化材粒子１と基体金属と
濡れ性の良いコーティング用低融点金属粒子２とを予め
混合し、該混合物をコーティング用金属の融点以上に加
熱して前記強化材粒子の表面に前記コーティング金属を
被覆し、これに溶解した基体金属を加えて加熱、攪拌し
た後に冷却する。強化材粒子とコーティング金属粒子と
の混合物をコーティング金属の融点以上に加熱すると、
強化材粒子の表面には、コーティング金属が被覆されて
いるので、これに溶解した基体金属を加えたときに、強
化材粒子の表面に接触する基体金属溶湯の表面張力が低
く抑制され、強化材粒子の基体金属への均一な分散が行
える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基体金属にセラミック
ス粒子等の強化材を添加した金属マトリックス複合材料
の製造方法に関するものである。
ス粒子等の強化材を添加した金属マトリックス複合材料
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】硬度及び強度とともに、耐熱性に優れた
セラミックスの粒子等を強化材として基体金属に添加し
た金属マトリックス複合材料は、比強度及び比弾性率が
高く耐熱性に優れていることから航空機、自動車分野等
において構造材料として実用化されつつある。従来の金
属マトリックス複合材料の製造法は、強化材としてのセ
ラミックス粒子等を前処理（プリフォーム）又は低密度
焼結などの方法で成形体を形成し、次いでこの成形体に
溶融した基体金属を不活性ガス又は真空雰囲気内で浸透
させて金属基の複合材料を形成するものであり、最終的
には前記複合材料を鋳造又は鍛造等の方法で加工して製
品として供用する。
セラミックスの粒子等を強化材として基体金属に添加し
た金属マトリックス複合材料は、比強度及び比弾性率が
高く耐熱性に優れていることから航空機、自動車分野等
において構造材料として実用化されつつある。従来の金
属マトリックス複合材料の製造法は、強化材としてのセ
ラミックス粒子等を前処理（プリフォーム）又は低密度
焼結などの方法で成形体を形成し、次いでこの成形体に
溶融した基体金属を不活性ガス又は真空雰囲気内で浸透
させて金属基の複合材料を形成するものであり、最終的
には前記複合材料を鋳造又は鍛造等の方法で加工して製
品として供用する。
【０００３】特開昭６０−１６２７４０号公報には、ア
ルミニウム粉末とセラミックス粒子の混合粉末を、攪拌
しながら昇温溶解することにより、セラミック粒子をア
ルミニウム溶湯中に均一に分散させるセラミックス粒子
分散アルミニウム鋳造合金の製造法が記載されている。
ルミニウム粉末とセラミックス粒子の混合粉末を、攪拌
しながら昇温溶解することにより、セラミック粒子をア
ルミニウム溶湯中に均一に分散させるセラミックス粒子
分散アルミニウム鋳造合金の製造法が記載されている。
【０００４】特開昭６３−３０３０１８号公報には、金
属基体にセラミックス粒子を添加するセラミックス強化
金属複合材料において、セラミックス粒子に予め銀を化
学的に被覆するようにしたセラミックス強化金属複合材
料が記載されている。
属基体にセラミックス粒子を添加するセラミックス強化
金属複合材料において、セラミックス粒子に予め銀を化
学的に被覆するようにしたセラミックス強化金属複合材
料が記載されている。
【０００５】また、特開平２−２４７０６８号公報に
は、粉末マトリックス金属を充填材及びプレフォームか
らなる群より選ばれる少なくとも一つの物質と混合して
通気性素材を形成し、この通気性素材をマトリックス金
属合金の溶融源と接触させ、次いで通気性素材内のマト
リックス材を冷却して金属マトリックス複合体を形成す
る金属マトリックス複合体の形成方法が記載されてい
る。
は、粉末マトリックス金属を充填材及びプレフォームか
らなる群より選ばれる少なくとも一つの物質と混合して
通気性素材を形成し、この通気性素材をマトリックス金
属合金の溶融源と接触させ、次いで通気性素材内のマト
リックス材を冷却して金属マトリックス複合体を形成す
る金属マトリックス複合体の形成方法が記載されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記特開昭６０−１６
２７４０号公報に記載されたものは、原料として基体金
属及び強化材のいずれも粉状の粒子を用いるため大量な
複合材料を一回の工程で形成するのは困難であり、攪拌
の状況によっては偏析（凝集）の問題が生じ易く、また
基体金属と強化材との比重差が大きい場合には、比重差
によるマクロ偏析が発生する。また、前記特開昭６３−
３０３０１８号公報に記載されたものは、セラミックス
粒子の基体金属との濡れ性確保のため銀の被覆を行う
が、その方法には化学反応を用い、硝酸銀アンモニア溶
液と還元性有機化合物による銀イオンの作用でセラミッ
クス粒子表面を銀で被覆するため、瀘過、乾燥も含めて
工程が複雑となり、時間とコストも増加する。更に、特
開平２−２４７０６８号公報に記載されたものは、通気
性素材の形成にプレフォーム、浸透推進剤等を必要と
し、マトリックス金属合金の加熱浸透には長時間を必要
とする。
２７４０号公報に記載されたものは、原料として基体金
属及び強化材のいずれも粉状の粒子を用いるため大量な
複合材料を一回の工程で形成するのは困難であり、攪拌
の状況によっては偏析（凝集）の問題が生じ易く、また
基体金属と強化材との比重差が大きい場合には、比重差
によるマクロ偏析が発生する。また、前記特開昭６３−
３０３０１８号公報に記載されたものは、セラミックス
粒子の基体金属との濡れ性確保のため銀の被覆を行う
が、その方法には化学反応を用い、硝酸銀アンモニア溶
液と還元性有機化合物による銀イオンの作用でセラミッ
クス粒子表面を銀で被覆するため、瀘過、乾燥も含めて
工程が複雑となり、時間とコストも増加する。更に、特
開平２−２４７０６８号公報に記載されたものは、通気
性素材の形成にプレフォーム、浸透推進剤等を必要と
し、マトリックス金属合金の加熱浸透には長時間を必要
とする。
【０００８】本発明は、基体金属を粉状の粒子とする必
要がなく、また強化材粒子の基体金属への濡れ性確保の
ために化学反応を用いず、簡単な工程と短時間で基体金
属と強化材との均一な混合が可能となり、低コストの金
属マトリックス複合材料の製造方法を提供するものであ
る。
要がなく、また強化材粒子の基体金属への濡れ性確保の
ために化学反応を用いず、簡単な工程と短時間で基体金
属と強化材との均一な混合が可能となり、低コストの金
属マトリックス複合材料の製造方法を提供するものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
等の強化材粒子と基体金属と濡れ性の良いコーティング
用低融点金属粒子とを予め混合し、該混合物をコーティ
ング用金属の融点以上に加熱して前記強化材粒子の表面
に前記コーティング金属を被覆し、これに溶解した基体
金属を加えて加熱、攪拌した後に冷却する金属マトリッ
クス複合材料の製造方法である。
等の強化材粒子と基体金属と濡れ性の良いコーティング
用低融点金属粒子とを予め混合し、該混合物をコーティ
ング用金属の融点以上に加熱して前記強化材粒子の表面
に前記コーティング金属を被覆し、これに溶解した基体
金属を加えて加熱、攪拌した後に冷却する金属マトリッ
クス複合材料の製造方法である。
【００１０】
【作用】強化材粒子とコーティング金属粒子との混合物
をコーティング金属の融点以上に加熱すると、強化材粒
子の表面には、少なくとも局部的に基体金属と濡れ性の
良いコーティング金属が被覆されているので、これに溶
解した基体金属を加えたときに、強化材粒子の表面に接
触する基体金属溶湯の表面張力が低く抑制され、強化材
粒子の基体金属への均一な分散が行える。
をコーティング金属の融点以上に加熱すると、強化材粒
子の表面には、少なくとも局部的に基体金属と濡れ性の
良いコーティング金属が被覆されているので、これに溶
解した基体金属を加えたときに、強化材粒子の表面に接
触する基体金属溶湯の表面張力が低く抑制され、強化材
粒子の基体金属への均一な分散が行える。
【００１１】
【実施例】図１ないし図４は、本発明の製造工程の一実
施例を示す。強化材としてＳｉＣセラミックス粒子を用
い、そのコーティング金属として基体金属と同じアルミ
ニウム（Ａｌ）を用いる。図１において、Ａｌ粒子１
は、その粒径を１０〜１５０μｍとし、強化材のＳｉＣ
粒子２は、その粒径を約２０μｍのものとし、前もって
ボールミルにより強化材粒子とコーティング金属粒子と
を４：１の混合比で十分に混合し、この混合物をるつぼ
３に投入したものである。ヒーター４，５によりＡｌ粒
子１が溶解する８００℃への昇温を３０分で行い、０．
５〜１時間この温度に保持し、以後冷却して３００℃に
維持する。この昇温と温度維持工程では、るつぼ３内の
攪拌等は行わずに静止状態とする。Ａｌ粒子１は、この
加熱により溶解、蒸発して強化材であるＳｉＣ粒子２の
表面に局部的にＡｌの被覆が行われる。
施例を示す。強化材としてＳｉＣセラミックス粒子を用
い、そのコーティング金属として基体金属と同じアルミ
ニウム（Ａｌ）を用いる。図１において、Ａｌ粒子１
は、その粒径を１０〜１５０μｍとし、強化材のＳｉＣ
粒子２は、その粒径を約２０μｍのものとし、前もって
ボールミルにより強化材粒子とコーティング金属粒子と
を４：１の混合比で十分に混合し、この混合物をるつぼ
３に投入したものである。ヒーター４，５によりＡｌ粒
子１が溶解する８００℃への昇温を３０分で行い、０．
５〜１時間この温度に保持し、以後冷却して３００℃に
維持する。この昇温と温度維持工程では、るつぼ３内の
攪拌等は行わずに静止状態とする。Ａｌ粒子１は、この
加熱により溶解、蒸発して強化材であるＳｉＣ粒子２の
表面に局部的にＡｌの被覆が行われる。
【００１２】図２は、図１に示するつぼ３とは別個のる
つぼ７に、Ａｌインゴットを投入し、ヒーター８，９で
７５０℃へ加熱し、基体金属であるＡｌ（融点：６６
０．２℃）の溶湯６を作る状況を示す。
つぼ７に、Ａｌインゴットを投入し、ヒーター８，９で
７５０℃へ加熱し、基体金属であるＡｌ（融点：６６
０．２℃）の溶湯６を作る状況を示す。
【００１３】図３は、前記の図１で示す工程で作られ、
Ａｌで被覆された強化材ＳｉＣ粒子２の入ったるつぼ３
へ、前記の図２で示す工程で加熱溶解した基体金属であ
るＡｌの溶湯６を注入する状況を示す。この際には、Ａ
ｒガス雰囲気として黒鉛攪拌棒１０で攪拌を行う。所用
時間は注入が１分、攪拌が３〜５分とする。るつぼ３内
の温度は、８００〜７５０℃から３００℃へと低下す
る。
Ａｌで被覆された強化材ＳｉＣ粒子２の入ったるつぼ３
へ、前記の図２で示す工程で加熱溶解した基体金属であ
るＡｌの溶湯６を注入する状況を示す。この際には、Ａ
ｒガス雰囲気として黒鉛攪拌棒１０で攪拌を行う。所用
時間は注入が１分、攪拌が３〜５分とする。るつぼ３内
の温度は、８００〜７５０℃から３００℃へと低下す
る。
【００１４】図４は、図３に示す工程で強化材に基体金
属であるＡｌの溶湯を加えて攪拌した材料を、再度８０
０℃に加熱し、るつぼ３内を黒鉛攪拌器１１で強制攪拌
を行う状況を示す。この際にはＡｒガス雰囲気とし、黒
鉛攪拌器１１による攪拌を２０〜３０分間行い、この間
の温度は８００℃に保持し、以後、放冷して凝固させ
る。このようにして基体金属Ａｌと濡れ性の悪い強化材
であるＳｉＣ粒子２が、基体金属中に偏析がなく均一に
分散する。
属であるＡｌの溶湯を加えて攪拌した材料を、再度８０
０℃に加熱し、るつぼ３内を黒鉛攪拌器１１で強制攪拌
を行う状況を示す。この際にはＡｒガス雰囲気とし、黒
鉛攪拌器１１による攪拌を２０〜３０分間行い、この間
の温度は８００℃に保持し、以後、放冷して凝固させ
る。このようにして基体金属Ａｌと濡れ性の悪い強化材
であるＳｉＣ粒子２が、基体金属中に偏析がなく均一に
分散する。
【００１５】前記実施例は、強化材をＳｉＣ粒子、その
コーティング金属及び基体金属をＡｌとして説明した
が、強化材としてはセラミックス材のＡｌ2Ｏ3，Ｓｉ3
Ｎ4，ＴｉＣ，ＴｉＮ等やカーボン、高融点金属等を粒
子、ウィスカー又は繊維状として使用し、基体金属とし
てはＡｌの他にＭｇ合金、Ｔｉ合金、鉄金属等を用いる
ことができる。
コーティング金属及び基体金属をＡｌとして説明した
が、強化材としてはセラミックス材のＡｌ2Ｏ3，Ｓｉ3
Ｎ4，ＴｉＣ，ＴｉＮ等やカーボン、高融点金属等を粒
子、ウィスカー又は繊維状として使用し、基体金属とし
てはＡｌの他にＭｇ合金、Ｔｉ合金、鉄金属等を用いる
ことができる。
【００１６】強化材のコーティング材としては、基体金
属と濡れ性が良く、かつ７００℃以下の低融点金属を使
用するのが有利であり、Ａｌの他にＭｇ（融点：６５０
℃）や更に低融点のＳｎ，Ｌｉ，Ｐｂ等の使用も可能で
ある。Ａｇ（融点：９６０．５℃）は、融点が上記の金
属に比べて高いが、基体金属との濡れ性が良好であるの
で、コーティング材として適用できる。
属と濡れ性が良く、かつ７００℃以下の低融点金属を使
用するのが有利であり、Ａｌの他にＭｇ（融点：６５０
℃）や更に低融点のＳｎ，Ｌｉ，Ｐｂ等の使用も可能で
ある。Ａｇ（融点：９６０．５℃）は、融点が上記の金
属に比べて高いが、基体金属との濡れ性が良好であるの
で、コーティング材として適用できる。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、金属マトリックス複合材料の
製造において、セラミックス強化材と基体金属との濡れ
性確保に複雑で高価となる化学反応を用いず、また基体
金属を粉状の粒子とする必要もなく、簡単な工程と短時
間で製造できるので、金属マトリックス複合材料の製造
を低コストで行うことができる。
製造において、セラミックス強化材と基体金属との濡れ
性確保に複雑で高価となる化学反応を用いず、また基体
金属を粉状の粒子とする必要もなく、簡単な工程と短時
間で製造できるので、金属マトリックス複合材料の製造
を低コストで行うことができる。
【図１】本発明の強化材の表面にコーティング金属を被
覆する工程を示す図。
覆する工程を示す図。
【図２】本発明の基体金属溶湯の製造工程を示す図。
【図３】図１の材料に図２の溶湯を添加する工程を示す
図。
図。
【図４】図３の材料を加熱、攪拌する工程を示す図。
１ コーティング金属の粒子 ２ 強化材の粒子
３ るつぼ ４、５ヒーター ６ 基体金属の溶湯
１０ 黒鉛攪拌棒 １１ 黒鉛攪拌器
３ るつぼ ４、５ヒーター ６ 基体金属の溶湯
１０ 黒鉛攪拌棒 １１ 黒鉛攪拌器
Claims (1)
- 【請求項１】セラミックス等の強化材粒子と基体金属と
濡れ性の良いコーティング用低融点金属粒子とを混合す
る工程と、該混合物をコーティング用金属の融点以上に
加熱して前記強化材粒子の表面に前記コーティング用金
属を被覆する工程と、該前工程による強化材に溶解した
基体金属を加える工程と、該前工程による材料を加熱、
攪拌した後に冷却する工程とからなることを特徴とする
金属マトリックス複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25754794A JPH0892671A (ja) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | 金属マトリックス複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25754794A JPH0892671A (ja) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | 金属マトリックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0892671A true JPH0892671A (ja) | 1996-04-09 |
Family
ID=17307807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25754794A Pending JPH0892671A (ja) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | 金属マトリックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0892671A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004128451A (ja) * | 2002-07-30 | 2004-04-22 | Toyota Industries Corp | 低膨張材料の製造方法及び低膨張材料を用いた半導体装置 |
| JP2008049399A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-03-06 | Iwate Industrial Research Center | プリフォームの製造方法，プリフォーム及びプリフォームを使用した鋳ぐるみ品 |
| JP2008284589A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Nagoya Institute Of Technology | 微細粒子粉末が複合化された微細粒子複合材料の製造方法 |
-
1994
- 1994-09-27 JP JP25754794A patent/JPH0892671A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004128451A (ja) * | 2002-07-30 | 2004-04-22 | Toyota Industries Corp | 低膨張材料の製造方法及び低膨張材料を用いた半導体装置 |
| JP2008049399A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-03-06 | Iwate Industrial Research Center | プリフォームの製造方法，プリフォーム及びプリフォームを使用した鋳ぐるみ品 |
| JP2008284589A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Nagoya Institute Of Technology | 微細粒子粉末が複合化された微細粒子複合材料の製造方法 |
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