JPH10140263A - Production of metal-ceramics composite - Google Patents

Production of metal-ceramics composite

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Publication number
JPH10140263A
JPH10140263A JP8312639A JP31263996A JPH10140263A JP H10140263 A JPH10140263 A JP H10140263A JP 8312639 A JP8312639 A JP 8312639A JP 31263996 A JP31263996 A JP 31263996A JP H10140263 A JPH10140263 A JP H10140263A
Authority
JP
Japan
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powder
preform
metal
composite material
sintered
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8312639A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromasa Shimojima
浩正 下嶋
Mitsuyoshi Kimura
光良 木村
Kazunari Naito
一成 内藤
Heishiro Takahashi
平四郎 高橋
Mutsuo Hayashi
睦夫 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SERANKUSU KK
Nihon Cement Co Ltd
Original Assignee
SERANKUSU KK
Nihon Cement Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of production of a metal-ceramics composite with low powder filling ratio, hitherto considered to be difficult because powder filling ratio can be reduced only to about 50vol.% by a penetration method. SOLUTION: The metal-ceramics composite is produced by forming a preform by the use of ceramic fibers or grains as a reinforcement and impregnating a metal as a base material into the preform. At this time, the preform is composed of an Al2 O3 powder prepared by incorporating a sintered Al2 O3 powder of 1-130μm average grain size by 10-90wt.% into an electromelted Al2 O3 powder of 1-100μm average grain size, and this perform is obtained by adding a colloidal silica solution or/and a colloidal solution of aluminum hydrate to the Al2 O3 powder, molding the resultant mixture, and then burning the resultant molded body. Further, an alloy, composed essentially of aluminum, is allowed to penetrate into the perform at 700-1000 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属に強化材を複
合させる複合材料の製造方法に関し、特に強化材にセラ
ミックスを用いる金属−セラミックス複合材料の製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a composite material in which a metal is combined with a reinforcing material, and more particularly to a method of manufacturing a metal-ceramic composite material using ceramics as the reinforcing material.

【0002】[0002]

【従来の技術及びその課題】セラミックス繊維または粒
子で強化された金属−セラミックスの複合材料は、金属
とセラミックスの両方の特性を兼ね備えており、例えば
この複合材料は、剛性、低熱膨張性、耐摩耗性等のセラ
ミックスの優れた特性と、延性、高靱性、高熱伝導性等
の金属の優れた特性を備えている。このように、従来か
ら難しいとされていたセラミックスと金属の両方の特性
を備えているため、機械装置メーカ等の業界から次世代
の材料として注目されている。
2. Description of the Related Art Metal-ceramic composite materials reinforced with ceramic fibers or particles have the properties of both metals and ceramics. For example, this composite material has rigidity, low thermal expansion, and wear resistance. It has excellent properties of ceramics such as ductility, and excellent properties of metals such as ductility, high toughness, and high thermal conductivity. As described above, since it has both the characteristics of ceramics and metal, which have been considered difficult, it has been drawing attention as a next-generation material from industries such as mechanical device manufacturers.

【0003】この複合材料、特に金属としてアルミニウ
ムをマトリックスとする複合材料の作製方法は、粉末冶
金法、圧力鋳造法、真空鋳造法等の作製法がある。これ
らの内、粉末冶金法では、粉末状の金属に粒状のあるい
はウィスカー状もしくはファイバー状等のセラミックス
を強化材として混合し、成形し、その成形体を非加圧、
あるいは加圧下で焼成し作製していた。しかしこの方法
で作製された複合材料中の強化材の粉末充填率は、強化
材を多くすると焼結し難くなるため、ウィスカーやファ
イバー状の繊維状のもので最大25%程度であり、粒子
状のもので最大40%程度であった。
[0003] Methods for producing this composite material, particularly a composite material using aluminum as a matrix as a metal, include powder metallurgy, pressure casting, and vacuum casting. Among them, in powder metallurgy, powdered metal is mixed with granulated or whisker-shaped or fiber-shaped ceramics as a reinforcing material, molded, and the molded body is subjected to non-pressurization.
Alternatively, it was produced by firing under pressure. However, the powder filling rate of the reinforcing material in the composite material produced by this method is at most about 25% for whisker or fibrous fibrous material because sintering becomes difficult when the reinforcing material is increased, and The maximum was about 40%.

【0004】前記粉末冶金法の他の圧力鋳造法、真空鋳
造法においても、溶解した金属のセラミックス粒子への
濡れ性が悪いため、セラミックス粉末を増やすと金属と
混合し難くなり、強化材の粉末充填率は最大でやはり高
々40%程度であった。そのため最近では強化材の粉末
充填率を高めるべく、強化材であるセラミックス繊維ま
たは粒子で構成されたプリフォームをあらかじめ形成
し、そのプリフォームに基材である金属を浸透させる浸
透法が採られている。
In the pressure casting method and vacuum casting method other than the powder metallurgy method described above, the wettability of the melted metal to the ceramic particles is poor. The filling factor was also at most about 40% at the maximum. Therefore, recently, in order to increase the powder filling rate of the reinforcing material, a preform made of ceramic fibers or particles as the reinforcing material is formed in advance, and a permeation method of permeating the base metal into the preform has been adopted. I have.

【0005】この浸透法は、プリフォームの形成を主と
してセラミックス粉末に水及びバインダーを添加してス
ラリーを作製し、そのスラリーを鋳込むセディメントキ
ャスト法で成形し、その成形体を焼成する方法で形成す
るが、この方法では、60vol%以上の高い粉末充填
率を有するプリフォームを形成するのは容易であるもの
の、逆に低い充填率のプリフォームを形成するのは難し
く、例えばスラリー中にカーボン粉末を混合する方法で
粉末充填率を下げていた。
The infiltration method mainly involves forming a preform by adding water and a binder to a ceramic powder to form a slurry, forming the slurry by a sediment casting method in which the slurry is cast, and firing the formed body. According to this method, it is easy to form a preform having a high powder filling rate of 60 vol% or more, but it is difficult to form a preform having a low filling rate. The powder filling rate was reduced by mixing powder.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カーボ
ンを混合しても粉末充填率は50vol%程度にしか下
げられず、また、この方法で得たプリフォームは、大気
中で焼成するのでカーボンが抜けた構造となり、プリフ
ォームの強度が低いという問題があった。さらに、大気
中で焼成してもカーボンが若干残留するため、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金の浸透に障害となる問題も
あった。
However, even if carbon is mixed, the powder filling rate can be reduced to only about 50 vol%, and the preform obtained by this method is calcined in the atmosphere, so that carbon is not removed. And the strength of the preform is low. Further, there is also a problem that even if firing in the air, some carbon remains, which hinders penetration of aluminum or aluminum alloy.

【0007】本発明は、上述した浸透法による金属−セ
ラミックス複合材料の製造方法が有する課題に鑑みなさ
れたものであって、その目的は、低い粉末充填率を有す
る強度の高いプリフォームを形成でき、そのプリフォー
ムから金属の浸透に問題のない複合材料が得られる金属
−セラミックス複合材料の製造方法を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the problems of the above-described method for producing a metal-ceramic composite material by the infiltration method, and has an object to form a high-strength preform having a low powder filling rate. Another object of the present invention is to provide a method for producing a metal-ceramic composite material from which a composite material having no problem with metal penetration can be obtained from the preform.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、電融Al23粉末に
焼結Al23粉末を混合すれば、30〜60vol%の
粉末充填率を有する強度の高いプリフォームが形成で
き、そのプリフォームにアルミニウムを主成分とする合
金を浸透させれば、金属の浸透に問題のない金属−セラ
ミックス複合体が得られるとの知見を得て本発明を完成
した。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object. As a result, if the sintered Al 2 O 3 powder is mixed with the fused Al 2 O 3 powder, 30 to 60 vol% is obtained. That a high-strength preform having a powder filling rate of 5% can be formed, and a metal-ceramic composite having no problem with metal penetration can be obtained by infiltrating the preform with an alloy mainly composed of aluminum. And completed the present invention.

【0009】即ち本発明は、(1)セラミックス繊維ま
たは粒子を強化材としてプリフォームを形成し、そのプ
リフォームに基材である金属を浸透させる金属−セラミ
ックス複合材料の製造方法において、該プリフォーム
が、1〜100μmの平均粒径を有する電融Al23
末に、1〜130μmの平均粒径を有する焼結Al23
粉末を10〜90wt%含むAl23粉末から成り、該
プリフォームの形成方法が、Al23粉末にコロイダル
シリカ液または/及びアルミナ水和物のコロイダル液を
加えて成形した後、その成形体を焼成する方法であると
し、そのプリフォームにアルミニウムを主成分とする合
金を700〜1000℃の温度で浸透させることを特徴
とする金属−セラミックス複合材料の製造方法(請求項
1)とし、また、(2)焼結Al23粉末が、水酸化ア
ルミニウムを焼成して成る焼結Al23粉末であること
を特徴とする請求項1記載の金属−セラミックス複合材
料の製造方法(請求項2)とすることを要旨とする。以
下さらに詳細に説明する。
That is, the present invention relates to (1) a method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed by using ceramic fibers or particles as a reinforcing material, and a metal as a base material is penetrated into the preform. Is added to a fused Al 2 O 3 powder having an average particle size of 1 to 100 μm by adding a sintered Al 2 O 3 having an average particle size of 1 to 130 μm.
Comprises a powder from Al 2 O 3 powder containing 10 to 90 wt%, after formation method of the preform was molded by adding colloidal silica solution or / and colloidal solution of alumina hydrate Al 2 O 3 powder, the A method for producing a metal-ceramic composite material, characterized in that the method is a method of firing a molded body, and an alloy containing aluminum as a main component is infiltrated into the preform at a temperature of 700 to 1000 ° C. in addition, (2) sintered Al 2 O 3 powder, a metal according to claim 1, characterized in that the sintered Al 2 O 3 powder formed by calcining aluminum hydroxide - method of manufacturing a ceramic composite material (Claim 2). This will be described in more detail below.

【0010】上記プリフォームとしては、1〜100μ
mの平均粒径を有する電融Al23粉末に、1〜130
μmの平均粒径を有する焼結Al23粉末を10〜90
wt%含むAl23粉末から成るプリフォームとした。
電融Al23粉末に焼結Al23粉末を混合することと
したのは、嵩密度が電融Al23粉末よりかなり低い焼
結Al23粉末を混合することにより粉末充填率を低く
することができることによる。その粉末の平均粒径を電
融Al23粉末では1〜100μm、焼結Al23粉末
では1〜130μmとしたのは、この範囲でないと堅固
なプリフォームにし難いことによる。その混合率は焼結
Al23粉末で10〜90wt%が好ましく、10wt
%より低いと粉末充填率が下がらず、90wt%より高
いとプリフォームの強度が著しく低下する。
[0010] As the preform, 1 to 100 µm
1 to 130 to the fused Al 2 O 3 powder having an average particle size of m
A sintered Al 2 O 3 powder having an average particle size of
The preform was made of Al 2 O 3 powder containing wt%.
Fused Al 2 O 3 powder had a mixing sintered Al 2 O 3 powder, the powder by the bulk density mixed much lower sintering Al 2 O 3 powder than fused Al 2 O 3 powder This is because the filling rate can be reduced. The reason why the average particle size of the powder is 1 to 100 μm for the electrofused Al 2 O 3 powder and 1 to 130 μm for the sintered Al 2 O 3 powder is that it is difficult to form a solid preform outside this range. The mixing ratio of the sintered Al 2 O 3 powder is preferably 10 to 90 wt%, preferably 10 wt%.
%, The powder filling rate does not decrease, and if it is higher than 90 wt%, the strength of the preform is remarkably reduced.

【0011】この混合したAl23粉末に他の粉末を1
0wt%程度までなら、混合してもよい。例えばSiC
を混合する場合、この粉末が10wt%を越えるとSi
C表面のSiO2が金属と反応してマトリックス中にS
iもしくはMg2Siの脆性部分が多量に生成し、破壊
靱性値が低下する。また、WC等のヤング率の高い粉末
を混合してもよいが、比重がAl23に比べて高いこと
から”軽量”の特徴がなくなるのでこれも10wt%以
下が好ましい。上記以外の混合粉末としては、ムライ
ト、シリカ等の酸化物、窒化けい素、窒化アルミニウ
ム、窒化チタン、窒化ジルコニウム等の窒化物、炭化チ
タン、炭化ボロン等の炭化物、ホウ化ジルコニウム、ホ
ウ化チタン等のホウ化物等が挙げられるが、いずれも使
用できる。
Another powder is added to the mixed Al 2 O 3 powder.
Up to about 0 wt%, they may be mixed. For example, SiC
When this powder exceeds 10 wt%, Si
The SiO 2 on the C surface reacts with the metal to form S in the matrix.
A large number of brittle portions of i or Mg 2 Si are generated, and the fracture toughness value is reduced. Further, a powder having a high Young's modulus such as WC may be mixed, but since the specific gravity is higher than that of Al 2 O 3 , the feature of “light weight” is lost. Other mixed powders include oxides such as mullite and silica, silicon nitride, nitrides such as aluminum nitride, titanium nitride and zirconium nitride, carbides such as titanium carbide and boron carbide, zirconium boride, titanium boride and the like. And the like, but any of them can be used.

【0012】上記電融Al23粉末としては、通常の研
磨材、もしくは耐火物の原料として用いられるものでよ
いが、特に、低アルカリの粉末を用いた方が浸透中に浸
透してきたAlの酸化を抑えるので好ましい。一方、上
記焼結Al23粉末としては、耐火物、離型材、研磨材
などに使用される焼結Al23粉末でよいが、出発原料
を水酸化アルミニウムとしたのは、特に極めてポーラス
で嵩密度の低い焼結Al23粉末(電融Al23粉末は
2.0g/cm3弱であるが、水酸化アルミニウムを焼
成して成る焼結Al23粉末は1.0g/cm3前後)
となることによる。そしてこのような嵩密度の低い焼結
Al23粉末を混合しても後述のバインダーを使うこと
により十分な強度を有するプリフォームを形成すること
ができ、また、その混合率を増やすことにより粉末充填
率を大きく下げることができ、混合率を変えることによ
り充填率を制御することができる。
The electrofused Al 2 O 3 powder may be a normal abrasive or a material used as a raw material for refractories. Is preferred because oxidation of the compound is suppressed. On the other hand, examples of the sintered Al 2 O 3 powder, refractory, release agent, may be sintered Al 2 O 3 powder used in such abrasive, the starting material was aluminum hydroxide, very particularly Porous and low bulk density sintered Al 2 O 3 powder (Electrofused Al 2 O 3 powder is less than 2.0 g / cm 3 , but sintered Al 2 O 3 powder obtained by firing aluminum hydroxide is 1 .0g / cm 3 before and after)
Depending on Even if such a sintered Al 2 O 3 powder having a low bulk density is mixed, a preform having sufficient strength can be formed by using a binder described later, and by increasing the mixing ratio, The powder filling rate can be greatly reduced, and the filling rate can be controlled by changing the mixing rate.

【0013】上記プリフォームの形成方法としては、A
23粉末にコロイダルシリカ液または/及びアルミナ
水和物のコロイダル液を加え成形した後、その成形体を
焼成する方法とした。バインダーをコロイダルシリカ液
または/及びアルミナ水和物のコロイダル液としたの
は、プリフォームの強度を向上させることができること
による。以下に各バインダーをさらに詳細に説明する。
As a method for forming the preform, A
A method was employed in which a colloidal silica liquid or / and a colloidal liquid of alumina hydrate were added to l 2 O 3 powder, molded, and then the molded body was fired. The reason that the binder is a colloidal silica liquid or a colloidal liquid of alumina hydrate is that the strength of the preform can be improved. Hereinafter, each binder will be described in more detail.

【0014】コロイダルシリカ液は、アルカリ領域で安
定なシリカ液と酸性領域で安定なシリカ液とがあり、ア
ルカリ領域で安定なシリカ液では、Na+等で安定化し
たコロイドの大きさが5〜100nmのシリカ液を用い
ることができる。液中のシリカの濃度は10〜40wt
%程度の範囲にあり、安定化剤のアルカリ成分の濃度と
しては、Na2O換算で0.4wt%以下が好ましい。
これ以上の濃度であるとNaイオンによりプリフォーム
に浸透してきたAlがAl23化し易くなり、プリフォ
ームは高強度になるが、複合材料の特性、特に曲げ強
度、破壊靱性が低下するので好ましくない。また、Al
23の粒界がガラス化して閉気孔となり易く浸透の阻害
となる。
The colloidal silica liquid includes a silica liquid stable in an alkaline region and a silica liquid stable in an acidic region. In a silica liquid stable in an alkaline region, the size of a colloid stabilized with Na + or the like is 5 to 5. A 100 nm silica liquid can be used. The concentration of silica in the liquid is 10-40wt
%, And the concentration of the alkali component of the stabilizer is preferably 0.4 wt% or less in terms of Na 2 O.
If the concentration is higher than this, Al that has penetrated into the preform by Na ions easily becomes Al 2 O 3, and the preform becomes high in strength, but the properties of the composite material, particularly, the bending strength and the fracture toughness decrease. Not preferred. Also, Al
Grain boundaries of 2 O 3 are vitrified to form closed pores, which hinders permeation.

【0015】一方、酸性領域で安定なシリカ液では、酸
性で安定したコロイドの大きさが5〜100nmのシリ
カ液を用いることができる。液中のシリカの濃度は前記
したと同じく10〜40wt%程度の範囲にあり、アル
カリ成分の濃度は、Na2O換算で0.05wt%以下
が好ましい。
On the other hand, in the case of a silica liquid which is stable in an acidic region, a silica liquid having an acidic and stable colloid having a size of 5 to 100 nm can be used. The concentration of silica in the liquid is in the range of about 10 to 40 wt% as described above, and the concentration of the alkali component is preferably 0.05 wt% or less in terms of Na 2 O.

【0016】次に、アルミナ水和物のコロイド液は、コ
ロイドの大きさが1〜1000nmで、Cl-、CH3
OO-もしくはNO3 -で安定化したコロイド液を用いる
ことができる。このアルミナ水和物のコロイド液と前記
したコロイダルシリカ液とを混合して用いることもでき
る。混合の目安としては、シリカ成分の割合がアルミナ
成分に対し、10〜80wt%とする。これらバインダ
ーをAl23粉末に適量加え成形し、焼成することで堅
固なプリフォームを形成することができる。
Next, a colloidal solution of alumina hydrate has a colloid size of 1 to 1000 nm, and is composed of Cl - and CH 3 C.
OO - or NO 3 - stabilized colloidal solution can be used. This colloidal solution of alumina hydrate and the above-mentioned colloidal silica solution can be used in combination. As a standard for mixing, the ratio of the silica component is set to 10 to 80 wt% with respect to the alumina component. A proper preform can be formed by adding an appropriate amount of these binders to Al 2 O 3 powder and molding and firing.

【0017】上記のプリフォームに金属を浸透する方法
としては、アルミニウムを主成分とする合金を700〜
1000℃の温度で浸透させることとした。金属をアル
ミニウム合金としたのは、Al23粉末に濡れ性がよ
く、また、アルミニウム合金は鋳鉄等の材料より剛性が
高く、比重も低いので比剛性が高く好ましいことによ
る。この合金の浸透温度は、この範囲より低いと合金が
溶解せず、高いとアルミニウムが酸化する。
As a method for infiltrating a metal into the above preform, an alloy containing aluminum as a main component is used in an amount of 700 to
The penetration was performed at a temperature of 1000 ° C. The metal was an aluminum alloy, Al 2 O 3 powder wettability good, also the aluminum alloy is higher rigidity than the material, such as cast iron, due to specific gravity is low specific rigidity high preferred. If the infiltration temperature of this alloy is lower than this range, the alloy will not melt, and if it is higher, aluminum will be oxidized.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の製造方法をさらに詳しく
述べると、先ず強化材として1〜100μmの平均粒径
を有する電融Al23粉末に、1〜130μmの平均粒
径を有する焼結Al23粉末を10〜90wt%混合
し、さらに必要があれば他のセラミックス粉末を10%
以下混合した粉末を用いる。Al23粉末は電融、焼結
のいずれも単一の粒径のものでもよいが、2種類の粒径
の粉末を混合した方がプリフォームの強度を高めること
ができ、また粉末充填率を制御し易いので望ましい。成
形方法は、セディメントキャスト法で成形する。
More particularly the manufacturing method of the embodiment of the present invention, first, the fused Al 2 O 3 powder having an average particle size of 1~100μm as reinforcement, baked with an average particle size of 1~130μm 10% to 90% by weight of Al 2 O 3 powder and 10% of other ceramic powder if necessary
The mixed powder is used below. The Al 2 O 3 powder may have a single particle size for both electrofusion and sintering. However, mixing two types of powders can increase the strength of the preform, This is desirable because the rate can be easily controlled. The molding is performed by a sediment cast method.

【0019】前記したAl23粉末に対し、イオン交換
水10〜50wt%程度、前記したバインダーを1〜3
0wt%程度(アルミナまたはシリカ成分としては0.
2〜10wt%)、そのほか必要があれば消泡剤を2w
t%程度以下、尿素を2wt%程度以下加える。バイン
ダーは、添加量が少ないと形成したプリフォームの強度
が小さく複合化する際に支障を生じ、多すぎると閉気孔
を生じて複合化できない。
The above-mentioned Al 2 O 3 powder is mixed with about 10 to 50 wt% of ion-exchanged water,
About 0 wt% (alumina or silica component is 0.1 wt%).
2 to 10 wt%), and if necessary, defoamer 2w
Add about t% or less and urea about 2 wt% or less. If the amount of the binder is too small, the strength of the formed preform is small, which hinders the formation of a composite. If the amount is too large, closed pores are formed and the composite cannot be formed.

【0020】得られた配合物をポットミルなどで1時間
以上混合する。ポットミルにボールを入れる場合は、ボ
ールによって強化材が潰れるため、混合時間は長くても
100時間程度以下とし、ボールを入れない場合には、
特に限定しない。混合したスラリーは、振動を印加して
沈降成形、すなわちセディメントキャストする。スラリ
ーの粘度は、粘性が高いと粉末が沈降しないため、10
0ポイズ以下が望ましい。通常はシリコーンゴム型を使
用するが、プラスチック、アルミニウム等の型であって
もよく、特に限定はない。粒子が沈降する間はなるべく
振動を加え充填をよくする。得られた成形体は冷凍して
脱型する。冷凍は水が凍ればよく温度に限定はない。脱
型した成形体を800〜1600℃の温度で焼成してプ
リフォームを形成する。
The obtained composition is mixed for 1 hour or more using a pot mill or the like. When the ball is put into the pot mill, the reinforcing material is crushed by the ball, so the mixing time is at most about 100 hours or less.
There is no particular limitation. The mixed slurry is subjected to sedimentation molding, that is, sediment casting by applying vibration. If the viscosity of the slurry is high, the powder does not settle,
0 poise or less is desirable. Normally, a silicone rubber mold is used, but a mold of plastic, aluminum or the like may be used, and there is no particular limitation. During the sedimentation of the particles, vibration is applied as much as possible to improve the filling. The obtained compact is frozen and demolded. Freezing is not limited as long as the water is frozen. The demolded compact is fired at a temperature of 800 to 1600 ° C. to form a preform.

【0021】得られたプリフォームに窒素気流中で非加
圧、あるいは加圧して700〜1000℃の温度でAl
−Si−Mg系またはAl−Mg系のアルミニウム合金
を浸透させる。浸透させた後、そのまま炉内で50〜3
00℃/hの降温速度で冷却する。冷却の際、熱歪の発
生を抑えるためにマトリックスが固化する直前の温度で
1〜10時間程度保持してもよい。
The obtained preform is unpressurized or pressurized in a nitrogen stream at a temperature of 700 to 1000 ° C.
-Infiltrate a Si-Mg-based or Al-Mg-based aluminum alloy. After infiltration, 50 to 3
Cool at a cooling rate of 00 ° C / h. During cooling, the temperature may be maintained at a temperature immediately before the matrix solidifies for about 1 to 10 hours in order to suppress the occurrence of thermal strain.

【0022】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、30〜60vol%の粉末充填率を有す
る強度の高いプリフォームが形成でき、そのプリフォー
ムから金属の浸透に問題のない金属−セラミックス複合
材料が得られる。
When a metal-ceramic composite material is prepared by the above-described method, a high-strength preform having a powder filling rate of 30 to 60 vol% can be formed, and a metal-ceramic having no problem in penetration of metal from the preform. A composite material is obtained.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples of the present invention and Comparative Examples.

【0024】(実施例1〜6) (1)プリフォームの形成 強化材として表1に示す平均粒径を有する電融Al23
粉末に、水酸化アルミニウムを焼成して得た表1に示す
平均粒径を有する焼結Al23粉末を表1の割合で配合
し、その粉末に対し、イオン交換水を25〜45wt
%、Na+(Na2O換算で0.05wt%)で安定化し
たコロイダルシリカ液またはNO3 -で安定化させたアル
ミナ水和物のコロイド液を表1に示す量だけ加え、ボー
ルを入れてないポットミルで5〜16時間混合した。得
られたスラリーを180×25×25mmの大きさのシ
リコーンゴム型に流し込み、2時間振動を印加して強化
材を沈降させ成形した。成形後、ゴム型ごと−25℃に
冷却し冷凍して脱型した。脱型後、50℃/hの昇温速
度で大気雰囲気中で表2に示す焼成条件で焼成し、50
〜300℃/hの降温速度で室温まで冷却してプリフォ
ームを形成した。
(Examples 1 to 6) (1) Formation of preform Electrolytic Al 2 O 3 having an average particle size shown in Table 1 as a reinforcing material
Sintered Al 2 O 3 powder having the average particle size shown in Table 1 obtained by calcining aluminum hydroxide was mixed with the powder at the ratio shown in Table 1, and 25 to 45 wt.
%, Na + colloidal silica solution stabilized with (Na 0.05 wt% in 2 O equivalent) or NO 3 - adding a colloidal solution of alumina hydrate was stabilized by an amount shown in Table 1, to power the ball Mix in a fresh pot mill for 5-16 hours. The obtained slurry was poured into a silicone rubber mold having a size of 180 × 25 × 25 mm, and vibration was applied for 2 hours to set a reinforcing material and settle. After molding, the entire rubber mold was cooled to -25 ° C, frozen, and demolded. After demolding, firing was performed at a heating rate of 50 ° C./h in the air atmosphere under the firing conditions shown in Table 2,
The preform was formed by cooling to room temperature at a temperature lowering rate of ~ 300 ° C / h.

【0025】(2)金属−セラミックス複合材料の作製 得られたプリフォームの上にプリフォームと同等量のA
l−5Mgの合金を置き、830℃窒素気流中(2リッ
トル/min:炉内容積0.03m3)でプリフォーム
に合金を浸透させた後、炉内で100℃/hの降温速度
で700℃まで冷却し、その温度で5時間保持してから
再度100℃/hで室温まで冷却して金属−セラミック
スの複合材料を作製した。
(2) Preparation of Metal-Ceramic Composite Material A
An alloy of 1-5Mg was placed, and the alloy was infiltrated into the preform in a nitrogen gas stream at 830 ° C. (2 liters / min: furnace volume 0.03 m 3 ). C., and kept at that temperature for 5 hours, and then cooled again to room temperature at 100.degree. C./h to produce a metal-ceramic composite material.

【0026】(3)評価 得られたプリフォームの嵩密度をアルキメデス法で測定
し、プリフォームの粉末充填率を求めた。また、JIS
R1601により曲げ強度を求めた。さらに、得られ
た複合材料を切断し、その表面を顕微鏡で観察し、1m
m以上のポアの存在と金属の浸透状態を調査した。それ
らの結果を表2に示す。
(3) Evaluation The bulk density of the obtained preform was measured by Archimedes' method, and the powder filling rate of the preform was determined. Also, JIS
The bending strength was determined by R1601. Furthermore, the obtained composite material was cut, and its surface was observed with a microscope.
The presence of pores of m or more and the state of metal penetration were investigated. Table 2 shows the results.

【0027】(比較例1)比較として電融Al23粉末
を用いないで焼結Al23粉末のみを表1に示す割合で
配合する他は実施例3と同様にしてプリフォームを形成
し、金属−セラミックス複合材料を作製し、評価した。
それらの結果も表2に示す。
Comparative Example 1 As a comparison, a preform was prepared in the same manner as in Example 3 except that only sintered Al 2 O 3 powder was blended in the proportions shown in Table 1 without using electrofused Al 2 O 3 powder. After forming, a metal-ceramic composite material was prepared and evaluated.
The results are also shown in Table 2.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】[0029]

【表2】 [Table 2]

【0030】表2から明らかなように、実施例において
は、プリフォームの粉末充填率がいずれも60vol%
より低く、30vol%台のものも作製された。そして
その強度も焼結Al23粉末を増やせば下がるものの、
曲げ強度で2.7MPa以上あり、金属を問題なく浸透
できる強度である1MPaをいずれも大きく上回ってい
た。また、複合材料においても金属の浸透状態は良好
で、1mm以上のポアも認められなかった。これは、プ
リフォームの粉末充填率が下がってもプリフォームの強
度を1MPa以上維持できるので、問題なく金属を浸透
することができることを示している。
As is apparent from Table 2, in the examples, the powder filling rate of the preform was 60 vol%.
Lower versions, on the order of 30 vol%, were also made. And although the strength is reduced by increasing the sintered Al 2 O 3 powder,
The flexural strength was 2.7 MPa or more, which was much higher than 1 MPa, which is the strength that can penetrate metal without any problem. Also, in the composite material, the permeation state of the metal was good, and pores of 1 mm or more were not observed. This indicates that the strength of the preform can be maintained at 1 MPa or more even if the powder filling rate of the preform is reduced, so that the metal can penetrate without any problem.

【0031】これに対して比較例1では、プリフォーム
の粉末充填率を42vol%と低くすることができるも
のの、電融Al23粉末が入っていないため、プリフォ
ームの強度が0.1MPaと1MPaを大きく下回り、
その結果金属の浸透で亀裂が入り、浸透できなかった。
On the other hand, in Comparative Example 1, although the powder filling rate of the preform could be reduced to 42 vol%, the strength of the preform was 0.1 MPa since no fused Al 2 O 3 powder was contained. And below 1MPa,
As a result, cracks were formed due to metal penetration, and the metal could not be permeated.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上の通り、本発明の方法で金属−セラ
ミックス複合材料を作製すれば、30〜60vol%の
粉末充填率を有する強度の高いプリフォームを形成で
き、金属の浸透に問題のない金属−セラミックスの複合
材料が得られることとなった。これにより、低い粉末充
填率を有する金属−セラミックス複合材料を容易に作製
することができ、かつその充填率を容易に制御できるよ
うになった。
As described above, if a metal-ceramic composite material is produced by the method of the present invention, a high-strength preform having a powder filling rate of 30 to 60 vol% can be formed, and there is no problem in metal penetration. A composite material of metal-ceramics was obtained. Thereby, a metal-ceramic composite material having a low powder filling rate can be easily produced, and the filling rate can be easily controlled.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 平四郎 千葉県松戸市松戸新田314−1 (72)発明者 林 睦夫 埼玉県浦和市大牧560 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Heishiro Takahashi 314-1 Matsudo Nitta, Matsudo City, Chiba Prefecture (72) Mutsui Hayashi 560 Omaki, Urawa City, Saitama Prefecture

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックス繊維または粒子を強化材と
してプリフォームを形成し、そのプリフォームに基材で
ある金属を浸透させる金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該プリフォームが、1〜100μmの
平均粒径を有する電融Al23粉末に、1〜130μm
の平均粒径を有する焼結Al23粉末を10〜90wt
%含むAl23粉末から成り、該プリフォームの形成方
法が、Al23粉末にコロイダルシリカ液または/及び
アルミナ水和物のコロイダル液を加えて成形した後、そ
の成形体を焼成する方法であるとし、そのプリフォーム
にアルミニウムを主成分とする合金を700〜1000
℃の温度で浸透させることを特徴とする金属−セラミッ
クス複合材料の製造方法。
1. A method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed by using ceramic fibers or particles as a reinforcing material and a metal as a base material is penetrated into the preform, wherein the preform has a size of 1 to 100 μm. 1-130 μm to the fused Al 2 O 3 powder having an average particle size
Al 2 O 3 powder having an average particle size of 10 to 90 wt.
% Of Al 2 O 3 powder. The preform is formed by adding a colloidal silica liquid or / and a colloidal liquid of alumina hydrate to the Al 2 O 3 powder and molding, and then firing the molded body. In the preform, an alloy containing aluminum as a main component is used in the preform.
A method for producing a metal-ceramic composite material, characterized by infiltrating at a temperature of ° C.
【請求項2】 焼結Al23粉末が、水酸化アルミニウ
ムを焼成して成る焼結Al23粉末であることを特徴と
する請求項1記載の金属−セラミックス複合材料の製造
方法。
2. A sintered Al 2 O 3 powder, a metal according to claim 1, characterized in that the sintered Al 2 O 3 powder formed by calcining aluminum hydroxide - method of manufacturing a ceramic composite material.
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