JPH10219368A - Production of metal-ceramic composite material - Google Patents

Production of metal-ceramic composite material

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JPH10219368A
JPH10219368A JP9110118A JP11011897A JPH10219368A JP H10219368 A JPH10219368 A JP H10219368A JP 9110118 A JP9110118 A JP 9110118A JP 11011897 A JP11011897 A JP 11011897A JP H10219368 A JPH10219368 A JP H10219368A
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metal
composite material
ceramic composite
preform
cavity
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Kazunari Naito
一成 内藤
Hiromasa Shimojima
浩正 下嶋
Mitsuyoshi Kimura
光良 木村
Heishiro Takahashi
平四郎 高橋
Mutsuo Hayashi
睦夫 林
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SERANKUSU KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that the working cost of the conventional metal- ceramic composite material is high, and especially a recess such as a tapped hole is difficult to work. SOLUTION: In the production of the metal-ceramic composite material with the metal embedded in a part of the metal-ceramic composite material, the metal is embedded by forming a preform having a cavity at the metal embedding place and consisting of ceramic fiber or grain, supplying the molten metal to the cavity and simultaneously infiltrating the same molten metal into the preform. Otherwise, the metal powder or the metal lump having the same shape as the cavity is previously filled in the cavity, and simultaneously the same or different molten metal is infiltrated into the preform.

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
合させた金属−セラミックス複合材料の製造方法に関
し、特に加工性に優れた金属−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 for producing a metal-ceramic composite material in which a metal is combined with a reinforcing material, and more particularly to a method for producing a metal-ceramic composite material having excellent workability.

【0002】[0002]

【従来の技術】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、高剛性、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 A metal-ceramic composite material reinforced with ceramic fibers or particles has both characteristics of a metal and a ceramic. For example, this composite material has high rigidity, low thermal expansion, abrasion resistance and the like. It has the excellent properties of ceramics and the 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】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この複
合材料は、工業用部品として使用するためにはそのまま
使用することも構わないが、多くは加工する必要があ
り、加工するためにはセラミックスが複合されているた
め、加工性に劣りコストが高いものになっていた。具体
的にはセラミックスの含有率が40vol%より高い複
合材料に対しては切削加工は出来ず、ダイヤモンド砥石
による研削加工、研磨加工が行われ、40vol%以下
の複合材料に対しては超硬合金または多結晶ダイヤモン
ドの工具によりフライス加工、エンドミル加工で切削加
工が行われ、これら加工に用いる砥石や工具の価格が高
い上に加工時間が長くかかるため、加工コストが高いも
のとなっていた。特に複合材料にネジ穴等の凹部を設け
る場合には、コストが金属部品の10倍以上という非常
に高いものとなっていた。
However, this composite material may be used as it is for use as an industrial part, but it needs to be processed in many cases, and ceramics is required for processing. Therefore, the workability is inferior and the cost is high. Specifically, cutting cannot be performed on a composite material with a ceramic content higher than 40 vol%, but grinding and polishing with a diamond grindstone are performed. For composite materials with a content of 40 vol% or less, a cemented carbide is used. Alternatively, cutting is performed by milling or end milling using a polycrystalline diamond tool, and the cost of the grinding wheel and tool used for these processes is high and the processing time is long, resulting in high processing costs. In particular, when a concave portion such as a screw hole is provided in a composite material, the cost is very high, which is ten times or more that of a metal part.

【0004】本発明は、上述した金属−セラミックス複
合材料が有する課題に鑑みなされたものであって、その
目的は、容易に且つ安価に凹部を設けることのできる金
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 above-mentioned problems of the metal-ceramic composite material, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a metal-ceramic composite material that can easily and inexpensively form a concave portion. To provide.

【0005】[0005]

【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、複合材料に金属を埋
め込むことができれば、その金属を加工することにより
容易に且つ安価に複合材料に凹部を設けることができる
との知見を得て本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object. As a result, if a metal can be embedded in a composite material, the composite material can be processed easily and inexpensively by processing the metal. The inventors have found that a concave portion can be provided in the present invention, and have completed the present invention.

【0006】即ち本発明は、(1)金属−セラミックス
複合材料の一部に金属が埋め込まれている金属−セラミ
ックス複合材料の製造方法において、該金属の埋め込み
方法が、金属の埋め込み箇所に空洞部を有したセラミッ
クス繊維または粒子から成るプリフォームを形成し、そ
の空洞部に溶融金属を供給すると同時に同じ溶融金属を
プリフォームに浸透させる方法であ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)前記金属が、Al−Mg系、Al−S
i−Mg−Cu系またはAl−Si−Mg−Cu−Ni
系のアルミニウム合金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)とし、さらに、(3)金属−セラミックス複合材料
の一部に金属が埋め込まれている金属−セラミックス複
合材料の製造方法において、該金属の埋め込み方法が、
金属の埋め込み箇所に空洞部を有したセラミックス繊維
または粒子から成るプリフォームを形成し、その空洞部
に金属粉末または空洞部の形状に合わせた金属塊をあら
かじめ詰め込み加熱すると同時に同じまたは異なる溶融
金属をプリフォームに浸透させる方法であることを特徴
とする金属−セラミックス複合材料の製造方法(請求項
3)とし、また、(4)前記金属が、Al−Mg系、A
l−Si−Mg系、Al−Si−Mg−Cu系またはA
l−Si−Mg−Cu−Ni系のアルミニウム合金であ
ることを特徴とする請求項3記載の金属−セラミックス
複合材料の製造方法(請求項4)とし、さらに、(5)
前記埋め込み金属が、Al、Al−Cr系、Al−Ti
系、Al−Ni系またはAl−Fe系のアルミニウム合
金であることを特徴とする請求項3記載の金属−セラミ
ックス複合材料の製造方法(請求項5)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 provides (1) a method of manufacturing a metal-ceramic composite material in which a metal is embedded in a part of the metal-ceramic composite material, wherein the method of embedding the metal comprises: A method for producing a metal-ceramic composite material, comprising: forming a preform made of ceramic fibers or particles having particles, supplying molten metal to the cavity thereof, and simultaneously infiltrating the same molten metal into the preform. (Claim 1), and (2) the metal is an Al-Mg based metal, Al-S
i-Mg-Cu or Al-Si-Mg-Cu-Ni
2. An aluminum alloy according to claim 1, wherein:
The method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 2, further comprising (3) a method for producing a metal-ceramic composite material in which a metal is embedded in a part of the metal-ceramic composite material. The embedding method is
A preform made of ceramic fibers or particles having a cavity at the place where the metal is embedded is formed, and the cavity is filled with metal powder or a metal lump that conforms to the shape of the cavity in advance, and the same or different molten metal is simultaneously heated. A method for producing a metal-ceramic composite material, characterized in that it is a method of infiltrating a preform (claim 3).
l-Si-Mg system, Al-Si-Mg-Cu system or A
4. A method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 3, wherein the method is a 1-Si-Mg-Cu-Ni-based aluminum alloy (claim 4).
The buried metal is Al, Al-Cr, Al-Ti
It is an essential feature of the present invention to provide a method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 3, wherein the method is a system, an Al—Ni system, or an Al—Fe system aluminum alloy. This will be described in more detail below.

【0007】上記複合材料に金属を埋め込む方法として
は、金属の埋め込み箇所に空洞部を有したセラミックス
繊維または粒子から成るプリフォームを形成し、その空
洞部に溶融金属を供給すると同時に同じ溶融金属をプリ
フォームに浸透させる方法とした(請求項1)。この方
法は、あらかじめ設けられた空洞部に溶融金属が供給さ
れるので、空洞部全体が溶融金属で充填され、同時にそ
の同じ溶融金属をプリフォーム中に浸透させ冷却して複
合材料とするので、空洞部の溶融金属と浸透金属とが融
着し、空洞部に金属がしっかりと埋め込まれた金属−セ
ラミックス複合材料が作製されることとなる。この方法
では、埋め込み金属と浸透金属とが同一でなければなら
ない。
[0007] As a method of embedding a metal in the composite material, a preform made of ceramic fibers or particles having a cavity at a place where the metal is embedded is formed, and the molten metal is supplied to the cavity at the same time as the same molten metal is supplied. A method of permeating the preform (claim 1). In this method, since the molten metal is supplied to the cavity provided in advance, the entire cavity is filled with the molten metal, and at the same time, the same molten metal permeates into the preform and is cooled to form a composite material. The molten metal in the cavity and the permeated metal are fused together, and a metal-ceramic composite material in which the metal is firmly embedded in the cavity is produced. In this method, the embedded metal and the penetrating metal must be the same.

【0008】その金属としては、Al−Mg系、Al−
Si−Mg−Cu系またはAl−Si−Mg−Cu−N
i系のアルミニウム合金とした(請求項2)。アルミニ
ウム合金は、安価で剛性が高く、かつ比重が低いので、
比剛性も高く好ましく、アルミニウム合金であればいず
れでもよいが、その中で浸透金属については、Al−M
g系がセラミックス粉末に濡れ性が良好で鬆ができにく
く特に好ましい。一方、セラミックス粉末と金属との反
応により、Al43が生成する場合、例えばセラミック
スがSiCの場合には、Al43が生成するため、さら
にSiの入ったアルミニウム合金を使わざるを得ない
が、そのアルミニウム合金にAl−Si−Mg系を使っ
た場合には、埋め込み金属に複合材料の冷却時に生じる
引け鬆が生じ易く好ましくないので、セラミックスがS
iCの場合には、SiのほかにさらにCuの入ったAl
−Si−Mg−Cu系(例えばAC8B、AC8C)ま
たはAl−Si−Mg−Cu−Ni系(例えばAC8
A)のアルミニウム合金がよい。
As the metal, Al-Mg type, Al-
Si-Mg-Cu or Al-Si-Mg-Cu-N
An i-type aluminum alloy (claim 2). Aluminum alloy is inexpensive, has high rigidity, and low specific gravity.
The specific rigidity is also preferably high, and any aluminum alloy may be used.
The g-series is particularly preferable because it has good wettability with ceramic powders and hardly causes porosity. Obtained On the other hand, the reaction between the ceramic powder and the metal, when the Al 4 C 3 generates, for example, when ceramic of SiC, since the Al 4 C 3 to generate a forced further use containing aluminum alloy having Si However, when an Al-Si-Mg alloy is used for the aluminum alloy, the embedded metal tends to suffer from shrinkage during cooling of the composite material, which is not preferable.
In the case of iC, Al containing Cu in addition to Si
-Si-Mg-Cu system (for example, AC8B, AC8C) or Al-Si-Mg-Cu-Ni system (for example, AC8
The aluminum alloy of A) is preferable.

【0009】複合材料に金属を埋め込む他の方法として
は、金属の埋め込み箇所に空洞部を有したセラミックス
繊維または粒子から成るプリフォームを形成し、その空
洞部に金属粉末または合金をあらかじめ詰め込み加熱す
ると同時に同じまたは異なる溶融金属をプリフォームに
浸透させる方法とした(請求項3)。この方法は、あら
かじめ設けられた空洞部に前もって金属を詰め込んで加
熱すると同時に溶融金属をプリフォーム中に浸透させる
ので、浸透金属と詰め込んだ金属の溶融部とが複合材料
の界面で強く融着し、前記した方法と同じく空洞部に金
属がしっかりと埋め込まれた金属−セラミックス複合材
料が作製されることとなる。この方法では、埋め込み金
属と浸透金属とが異なっていても構わない。
Another method of embedding a metal in a composite material is to form a preform made of ceramic fibers or particles having a cavity at a place where the metal is embedded, fill the cavity with a metal powder or an alloy in advance, and heat the preform. The same or different molten metal is simultaneously infiltrated into the preform (claim 3). According to this method, the metal is packed in advance in the cavity provided in advance and heated, and at the same time, the molten metal is penetrated into the preform. As a result, a metal-ceramic composite material in which metal is firmly embedded in the cavity is produced in the same manner as described above. In this method, the embedded metal and the infiltrated metal may be different.

【0010】その金属としては、Al−Mg系、Al−
Si−Mg系、Al−Si−Mg−Cu系またはAl−
Si−Mg−Cu−Ni系のアルミニウム合金とした
(請求項4)。浸透金属については前記した方法で述べ
たのと同じく、Al−Mg系、Al−Si−Mg−Cu
系またはAl−Si−Mg−Cu−Ni系のアルミニウ
ム合金が好ましく、埋め込み金属と異なるものにする場
合はAl−Si−Mg系のアルミニウム合金でもよい。
一方、埋め込み金属については、前記したと同じくAl
−Mg系、Al−Si−Mg−Cu系またはAl−Si
−Mg−Cu−Ni系のアルミニウム合金が好ましい。
また、この埋め込み金属は、熱膨張係数がプリフォーム
に近い金属が望ましく、この点を満足しない金属では、
複合材料の界面にクラックを生じさせる原因となる。
As the metal, Al-Mg type, Al-
Si-Mg, Al-Si-Mg-Cu or Al-
An Si-Mg-Cu-Ni-based aluminum alloy was used. As for the infiltration metal, as described in the above method, Al-Mg based, Al-Si-Mg-Cu
Or an Al-Si-Mg-Cu-Ni-based aluminum alloy is preferable, and when different from the embedded metal, an Al-Si-Mg-based aluminum alloy may be used.
On the other hand, as for the buried metal, Al
-Mg-based, Al-Si-Mg-Cu-based or Al-Si
-A Mg-Cu-Ni-based aluminum alloy is preferable.
In addition, this embedded metal is preferably a metal having a coefficient of thermal expansion close to that of the preform.
This may cause cracks at the interface of the composite material.

【0011】また、上述の埋め込み金属については、浸
透金属と異なっていても構わないので、Mgを含まない
金属でも用いることができ、その金属としては、Al、
Al−Cr系、Al−Ti系、Al−Ni系あるいはA
l−Fe系のアルミニウム合金とした(請求項5)。こ
れらアルミニウム合金はいずれも浸透金属より高い溶融
温度を有するものであるため、次の理由で引け鬆がより
でき難いことでMgを含む上述の埋め込み金属に比べ
て、さらに好ましい金属となっている。
In addition, since the above-mentioned buried metal may be different from the infiltration metal, a metal containing no Mg can be used.
Al-Cr, Al-Ti, Al-Ni or A
An aluminum alloy of l-Fe system was used (claim 5). Each of these aluminum alloys has a higher melting temperature than the infiltration metal, and is therefore more preferable than the above-mentioned embedded metal containing Mg because it is less likely to be shattered for the following reasons.

【0012】その理由は、冷却時にできる引け鬆は、金
属の固化が遅れる部分に生じるものであるが、これらの
埋め込み金属については、その溶融温度が周りの浸透金
属よりいずれも高いことから、冷却時に先ずこの埋め込
み金属が固化し始めるので、埋め込み金属の部分の固化
が遅れることはなく、浸透金属の溶融温度と同じレベル
にあるMgを含む上述の埋め込み金属に比べて、埋め込
み金属の部分での引け鬆がよりでき難いこととなる。
The reason for this is that shrinkage formed during cooling occurs in a portion where solidification of the metal is delayed. However, since the melting temperature of these embedded metals is higher than that of the surrounding infiltrated metal, cooling is difficult. Sometimes, first, the buried metal begins to solidify, so that the solidification of the buried metal portion is not delayed, and compared to the above-mentioned buried metal containing Mg at the same level as the melting temperature of the infiltrated metal, Withdrawal is more difficult.

【0013】上記複合材料中のセラミックスとしては、
炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ホウ化チタン
等の非酸化物、酸化アルミニウム、酸化珪素等の酸化物
のいずれも使用することができ、限定されるものではな
いが、この中で炭化珪素、酸化アルミニウムが特性やコ
スト面で優れていて好ましい。
The ceramics in the composite material include:
Any of non-oxides such as silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, and titanium boride, aluminum oxide, and oxides such as silicon oxide can be used, but are not limited thereto. Aluminum oxide is preferable because of its excellent properties and cost.

【0014】また、上記プリフォームの形成方法として
は、セラミックス粉末を加圧する乾式加圧成形法で成形
体を作製し、その成形体を焼成して形成する方法と、セ
ラミックス粉末に水及びバインダーを添加し、それを鋳
込むセディメントキャスト法で成形体を作製し、その成
形体を焼成して形成する方法などがあるが、このセディ
メントキャスト法で成形体を作製する方が乾燥時にでき
る水分の通り道がそのまま浸透させる合金の通り道とな
るため閉気孔の生成がなく、また充填ムラが少なく支障
なく金属を浸透できる点で優れている。用いるバインダ
ーとしては、コロイダルアルミナ、コロイダルシリカ等
が使用できる。
Further, as a method of forming the preform, there is a method in which a compact is produced by a dry pressure molding method in which ceramic powder is pressed, and the compact is fired to form the compact, and water and a binder are added to the ceramic powder. There is a method in which a molded body is produced by a sediment cast method in which the molded body is added and cast, and the molded body is fired to form the molded body. Since the path of the alloy becomes the path of the alloy to be permeated as it is, there is no generation of closed pores, and there is little unevenness in filling and the metal can penetrate without any trouble. As the binder to be used, colloidal alumina, colloidal silica or the like can be used.

【0015】さらに、上記プリフォームに金属を浸透さ
せる方法としては、そのプリフォームに加圧または非加
圧で金属を浸透させる方法があり、加圧あるいは非加圧
のいずれの方法でも構わないが、種々の形状の複合材料
を簡単に且つ安価に作製できる非加圧の方がより優れて
いる。
Further, as a method of infiltrating a metal into the preform, there is a method in which a metal is infiltrated into the preform by pressurization or non-pressurization. Either pressurization or non-pressurization may be used. Non-pressurized, which can easily and inexpensively produce composite materials of various shapes, is more excellent.

【0016】[0016]

【発明に実施の形態】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SiC等の粉末を用意す
る。SiC等のセラミックス粉末は、単一の粒径のもの
でもよいが、2種類以上の平均粒径を有する粉末を混合
した方が粉末の充填率が高くなり、プリフォームの強度
が増加するので望ましい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The production method of the present invention will be described in more detail. First, a powder such as SiC is prepared as a reinforcing material. Ceramic powders such as SiC may have a single particle size, but it is desirable to mix powders having two or more types of average particle sizes because the powder filling rate increases and the strength of the preform increases. .

【0017】前記したSiC等の粉末に対し、イオン交
換水10〜50wt%程度、コロイダルアルミナ等のバ
インダーを0.1〜30wt%程度、その他に必要があ
れば消泡剤などを加える。バインダーの量は、少ないと
作製したプリフォームの強度が小さく、複合化する際に
支障が生じ、多すぎると閉気孔が生じて複合化できな
い。
About 10 to 50% by weight of ion-exchanged water and about 0.1 to 30% by weight of a binder such as colloidal alumina are added to the above-mentioned powder of SiC or the like, and if necessary, an antifoaming agent or the like is added. If the amount of the binder is small, the strength of the prepared preform is low, and there is a problem in forming a composite, and if the amount is too large, closed pores are formed and the composite cannot be formed.

【0018】得られた配合物をポットミルで混合する。
混合時間は長くても100時間程度以下でよい。混合し
たスラリーは、振動を印加しながら鋳込み成形する。ス
ラリーの粘度は、粘性が高いと粉末が沈降しないため、
100ポイズ以下が好ましい。鋳型は通常はシリコーン
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。その鋳型内部に複合
材料の金属の埋め込み箇所に見合う空洞部を形成すべく
凸部を設ける。鋳込んだ後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 resulting composition is mixed in a pot mill.
The mixing time may be at most about 100 hours or less. The mixed slurry is cast-molded while applying vibration. If the viscosity of the slurry is too high, the powder will not settle,
100 poise or less is preferable. The mold usually uses a silicone rubber mold, but may be a mold of plastic, aluminum, or the like, and is not particularly limited. A convex portion is provided inside the mold to form a cavity corresponding to a portion where the metal of the composite material is embedded. During the settling of the particles after casting, 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.

【0019】形成したプリフォームに上記(1)の方法
では、形成された空洞部を含めプリフォームの上部また
は下部にAl−Mg系、Al−Si−Mg−Cu系また
はAl−Si−Mg−Cu−Ni系のアルミニウム合金
を置き、窒素気流中で非加圧で700〜1000℃の温
度で合金を溶融し、空洞部に溶融金属を充填すると同時
に同じ溶融金属をプリフォームに浸透させた後、冷却し
て複合材料を作製する。一方、(3)の方法では、プリ
フォームの空洞部にAl−Mg系、Al−Si−Mg−
Cu系またはAl−Si−Mg−Cu−Ni系のアルミ
ニウム合金を、もしくはAl、Al−Cr系、Al−T
i系、Al−Ni系あるいはAl−Fe系のアルミニウ
ム合金を詰め込み、その上部または下部にAl−Mg
系、Al−Si−Mg−Cu系、Al−Si−Mg−C
u−Ni系またはAl−Si−Mg系のアルミニウム合
金を置き、窒素気流中で(1)と同様にプリフォームに
溶融金属を浸透させた後、冷却して複合材料を作製す
る。
According to the above-mentioned method (1), the formed preform is formed on the upper or lower part of the preform including the formed cavity by using an Al-Mg-based, Al-Si-Mg-Cu-based or Al-Si-Mg-based. After placing a Cu-Ni-based aluminum alloy and melting the alloy at a temperature of 700 to 1000 ° C under non-pressurization in a nitrogen stream, filling the cavity with the molten metal and simultaneously infiltrating the same molten metal into the preform And cooling to produce a composite material. On the other hand, in the method (3), the Al-Mg-based or Al-Si-Mg-
Cu-based or Al-Si-Mg-Cu-Ni-based aluminum alloy, or Al, Al-Cr-based, Al-T
i-type, Al-Ni-type or Al-Fe-type aluminum alloy is packed, and Al-Mg
System, Al-Si-Mg-Cu system, Al-Si-Mg-C
A u-Ni-based or Al-Si-Mg-based aluminum alloy is placed, the molten metal is infiltrated into the preform in a nitrogen stream in the same manner as in (1), and then cooled to produce a composite material.

【0020】以上の方法で材料の一部に金属を埋め込ん
だ金属−セラミックス複合材料を作製すれば、埋め込ん
だ金属部を加工することにより、ネジ穴等の凹部を容易
に且つ安価に加工できる金属−セラミックス複合材料と
することができる。
When a metal-ceramic composite material in which a metal is embedded in a part of the material is produced by the above-described method, by processing the embedded metal portion, it is possible to easily and inexpensively process a concave portion such as a screw hole. -It can be a ceramic composite material.

【0021】[0021]

【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.

【0022】(実施例1〜5) (1)プリフォームの形成 強化材として平均粒径が異なる表1に示す市販の研磨用
Al23またはSiC粉末を表1の割合で配合し、その
粉末に対し、実施例1、4、5ではコロイダルシリカ
を、実施例2、3ではコロイダルアルミナをそれぞれ1
0wt%、イオン交換水を24wt%、消泡剤を0.2
wt%加え、媒体を入れてないポットミルで16時間混
合した。得られたスラリーをφ10mm、φ15mm、
φ20mmの貫通穴を有した100×100×30mm
の型でセディメントキャストを行ない、−30℃に冷却
して冷凍品を得た。得られた冷凍品を1050℃で焼成
しプリフォームを形成した。
(Examples 1 to 5) (1) Formation of preform Commercially available Al 2 O 3 or SiC powder for polishing as shown in Table 1 having different average particle diameters was blended as a reinforcing material in the ratio shown in Table 1. In Examples 1, 4 and 5, colloidal silica was used, and in Examples 2 and 3, colloidal alumina was added to the powder.
0 wt%, ion exchange water 24 wt%, defoamer 0.2
wt%, and mixed for 16 hours in a pot mill containing no medium. The obtained slurry is φ10 mm, φ15 mm,
100 × 100 × 30mm with through hole of φ20mm
And then cooled to -30 ° C to obtain a frozen product. The obtained frozen product was fired at 1050 ° C. to form a preform.

【0023】(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実施例1、2では貫通穴部
を含め表1に示すアルミニウム合金を置き、実施例3、
4、5では得られたプリフォームの貫通穴に表1に示す
アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末を詰めた
後、貫通穴部を除いた部分のプリフォームの上に表1に
示す合金を置き、窒素雰囲気中で825℃の温度で貫通
穴部を加熱すると同時に合金をプリフォームに非加圧浸
透させ金属−セラミックス複合材料を作製した。
(2) Preparation of metal-ceramic composite material In Examples 1 and 2, the aluminum alloy shown in Table 1 including the through-hole was placed on the obtained preform.
In 4 and 5, after the aluminum or aluminum alloy powder shown in Table 1 was packed in the through-holes of the obtained preform, the alloy shown in Table 1 was placed on the preform except for the through-holes, and nitrogen was added. The through-hole was heated at a temperature of 825 ° C. in an atmosphere, and at the same time, the alloy was non-pressurized and penetrated into the preform to produce a metal-ceramic composite material.

【0024】(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、セラミックス粉末の充填率を求めた。また、得られ
た金属−セラミックス複合材料を貫通穴部を含め切断
し、その切断面を目視で観察し、切断面の状態を調べ
た。それらの結果を表1に示す。
(3) Evaluation The bulk density of the obtained preform was measured by the Archimedes method, and the filling rate of the ceramic powder was determined. Further, the obtained metal-ceramic composite material was cut including the through-hole portion, and the cut surface was visually observed to check the state of the cut surface. Table 1 shows the results.

【0025】(比較例1〜6)比較例として比較例1で
は、金属をAl−15Si−5Mgにした他は実施例2
と同様に、比較例2〜6では、埋め込み金属を表1にし
た他は実施例3と同様にプリフォームを形成し、複合材
料を作製し、評価した。それらの結果も表1に示す。
(Comparative Examples 1 to 6) As Comparative Example, Comparative Example 1 was repeated except that the metal was changed to Al-15Si-5Mg.
Similarly, in Comparative Examples 2 to 6, a preform was formed in the same manner as in Example 3 except that the embedded metal was changed to Table 1, and a composite material was prepared and evaluated. The results are also shown in Table 1.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】表1から明らかなように、実施例1〜5に
おいては、貫通穴部の金属に鬆がなく、また、複合材料
の部分にも亀裂がなく、問題なく複合材料に金属が埋め
込まれていた。これに対して、比較例1では、埋め込み
金属に引け鬆のでき難いAl−Mg系もしくはAl−S
i−Mg−Cu系またはAl−Si−Mg−Cu−Ni
系のアルミニウム合金を使用していないため、複合材料
との界面の金属部に引け鬆が生成していた。また、比較
例2、3では、埋め込み金属の融点が高いため界面にク
ラックが発生し、複合材料が割れていた。さらに、比較
例4では、埋め込み金属と反応して引け鬆が生じてい
た。さらにまた、比較例5、6では、比較例1と同様埋
込金属に引け鬆のでき難いアルミニウム金属を用いてい
ないので、これも引け鬆が生じていた。
As is clear from Table 1, in Examples 1 to 5, the metal in the through-hole has no porosity, the composite material has no crack, and the metal is embedded in the composite material without any problem. I was On the other hand, in Comparative Example 1, Al-Mg or Al-S
i-Mg-Cu or Al-Si-Mg-Cu-Ni
Since no system-based aluminum alloy was used, shrinkage porosity was generated in the metal portion at the interface with the composite material. In Comparative Examples 2 and 3, cracks occurred at the interface due to the high melting point of the embedded metal, and the composite material was cracked. Further, in Comparative Example 4, shrinkage occurred due to the reaction with the embedded metal. Furthermore, in Comparative Examples 5 and 6, similarly to Comparative Example 1, since the embedded metal is not made of aluminum metal which is unlikely to cause shrinkage, shrinkage also occurred.

【0028】[0028]

【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ることにより、材料の一部に
金属が埋め込まれた複合材料を作製することができ、そ
の埋め込まれた金属部を加工することにより、容易に且
つ安価にネジ穴等の凹部を設けることのできる金属−セ
ラミックス複合材料とすることができるようになった。
これにより、金属−セラミックス複合材料の性能を具備
しながら、加工性に優れた複合材料とすることができ、
工業的利用の範囲が非常に広がった。
As described above, by preparing a metal-ceramic composite material by the method of the present invention, a composite material in which a metal is embedded in a part of the material can be manufactured. By processing, a metal-ceramic composite material in which a recess such as a screw hole can be easily and inexpensively provided can be obtained.
Thereby, while having the performance of the metal-ceramic composite material, a composite material having excellent workability can be obtained.
The scope of industrial use has been greatly expanded.

───────────────────────────────────────────────────── 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 (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属−セラミックス複合材料の一部に金
属が埋め込まれている金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該金属の埋め込み方法が、金属の埋め
込み箇所に空洞部を有したセラミックス繊維または粒子
から成るプリフォームを形成し、その空洞部に溶融金属
を供給すると同時に同じ溶融金属をプリフォームに浸透
させる方法であ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 metal is embedded in a part of the metal-ceramic composite material, the method comprising the steps of: A method for producing a metal-ceramic composite material, comprising forming a preform composed of particles, supplying molten metal to a cavity thereof, and simultaneously infiltrating the same molten metal into the preform.
【請求項2】 前記金属が、Al−Mg系、Al−Si
−Mg−Cu系またはAl−Si−Mg−Cu−Ni系
のアルミニウム合金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. The method according to claim 1, wherein the metal is Al-Mg based, Al-Si
The method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 1, wherein the metal-ceramic composite material is an aluminum alloy based on -Mg-Cu or Al-Si-Mg-Cu-Ni.
【請求項3】 金属−セラミックス複合材料の一部に金
属が埋め込まれている金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該金属の埋め込み方法が、金属の埋め
込み箇所に空洞部を有したセラミックス繊維または粒子
から成るプリフォームを形成し、その空洞部に金属粉末
または空洞部の形状に合わせた金属塊をあらかじめ詰め
込み加熱すると同時に同じまたは異なる溶融金属をプリ
フォームに浸透させる方法であ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。
3. A method for producing a metal-ceramic composite material in which a metal is embedded in a part of the metal-ceramic composite material, the method comprising: It is a method of forming a preform made of particles, pre-packing a metal powder or a metal lump conforming to the shape of the cavity in the cavity, heating and simultaneously infiltrating the same or different molten metal into the preform. A method for producing a metal-ceramic composite material.
【請求項4】 前記金属が、Al−Mg系、Al−Si
−Mg系、Al−Si−Mg−Cu系またはAl−Si
−Mg−Cu−Ni系のアルミニウム合金であることを
特徴とする請求項3記載の金属−セラミックス複合材料
の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the metal is Al-Mg based, Al-Si
-Mg-based, Al-Si-Mg-Cu-based or Al-Si
The method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 3, wherein the metal-ceramic composite material is an aluminum alloy based on -Mg-Cu-Ni.
【請求項5】 前記埋め込み金属が、Al、Al−Cr
系、Al−Ti系、Al−Ni系、またはAl−Fe系
のアルミニウム合金であることを特徴とする請求項3記
載の金属−セラミックス複合材料の製造方法。
5. The buried metal is Al, Al—Cr.
The method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 3, wherein the metal-ceramic composite material is an aluminum alloy based on Al, Ti, Al-Ni, or Al-Fe.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023181532A1 (en) * 2022-03-25 2023-09-28 三井金属鉱業株式会社 Metal-ceramic composite material

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