JPH11116360A - 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 - Google Patents
金属−セラミックス複合材料及びその製造方法Info
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- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
- C04B41/5035—Silica
Abstract
は、研削、研磨しても平滑性に劣っていた。 【解決手段】 SiC、Al2O3またはAlN粉末とア
ルミニウム合金から成る金属−セラミックス複合材料に
おいて、該複合材料の表面が、SiO2膜で被覆され、
かつそのSiO2膜の表面が研磨されていることとした
金属−セラミックス複合材料。表面がSiO2膜で被覆
され、かつそのSiO2膜の表面が研磨されているSi
C、Al2O3またはAlN粉末とアルミニウム合金から
成る金属−セラミックス複合材料の製造方法において、
該SiO2膜の被覆方法が、複合材料の表面に有機けい
素を含む溶液を塗布し、これを熱硬化させる方法であ
り、この被覆したSiO2膜の表面をダイヤモンド等の
砥粒で研磨することとした金属−セラミックス複合材料
の製造方法。
Description
合させた金属−セラミックス複合材料及びその製造方法
に関し、特に平滑性に優れた表面を有する金属−セラミ
ックス複合材料及びその製造方法に関する。
たセラミックスと金属の複合材料は、セラミックスと金
属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。
ムをマトリックスとする複合材料の製造方法は、粉末冶
金法、高圧鋳造法、真空鋳造法等の方法が従来から知ら
れている。しかし、これらの方法は、強化材であるセラ
ミックスの含有量を多くできない、あるいは大型の加圧
装置が必要である、もしくはニアネット成形が困難であ
る、コストが極めて高いなどの理由により、いずれも満
足できるものではなかった。
方法として、米国ランクサイド社が開発した非加圧金属
浸透法が特に注目されている。この方法は、SiCやA
l2O3などのセラミックス粉末で形成されたプリフォー
ムに、Mgを含むアルミニウムインゴットを接触させ、
これをN2雰囲気中で700〜900℃に加熱して溶融
したアルミニウム合金をプリフォームに浸透させる方法
である。これは、合金中のMgが揮発し、N2と反応し
てセラミックス粉末の表面に窒化マグネシウムが生成
(N2+3Mg→Mg3N2)され、このMg3N2がAl
と極めて反応し易い(Mg3N2+2Al→2AlN+3
Mg)ため、溶融したアルミニウム合金がプリフォーム
に加圧しなくても浸透していくものである。この反応で
生成した窒化アルミニウム(AlN)は、セラミックス
表面に薄い層となって沈積し、Mgはアルミニウム合金
中に溶け込み、このMg濃度が高いほどプリフォーム中
へのアルミニウム合金の浸透速度が大となり、浸透時間
を短縮する働きを持つ。
率を30〜85vol%と広く、かつ高い範囲まで変え
ることができ、しかも、この方法で形成されたプリフォ
ームは、その形状の自由度が高いので、かなり複雑な形
状をニアネットで作ることも可能である。このようにこ
の方法は、加圧装置が不要であり、セラミックスの含有
率を高くすることができ、ニアネット成形も可能となる
方法であるので、前記した問題が解決される優れた方法
である。
合材料を摺動材のような用途に用いる場合、その表面の
平滑性が劣るという問題があった。それは、この複合材
料の表面を研削、研磨すると複合材料中の軟らかい金属
マトリックスが先に削り取られて凹凸が生じ、さらにそ
れを最終仕上げしても、難削材であるセラミックス部分
が凸として一部残存し、望むような平滑さにならないか
らである。この平滑性が悪いと摺動時に発生する高い摩
擦力のため、複合材料自身が摩耗しなくても相手材の摩
耗を早めてしまう等の問題が生じ、前述した耐摩耗性、
高靱性等のメリットを考慮してもこの複合材料を現状の
ままで摺動材として用いるのは難しい。
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、平滑性に優れた表面を有する金属−セラミック
ス複合材料を提供しその製造方法も提供することにあ
る。
を達成するため鋭意研究した結果、複合材料の表面をS
iO2膜で被覆し、そのSiO2膜の表面を研磨すれば、
平滑性に優れた表面を有する金属−セラミックス複合材
料が得られるとの知見を得て本発明を完成するに至っ
た。
たはAlN粉末とアルミニウム合金から成る金属−セラ
ミックス複合材料において、該複合材料の表面が、Si
O2膜で被覆され、かつそのSiO2膜の表面が研磨され
ていることを特徴とする金属−セラミックス複合材料
(請求項1)とし、また、(2)SiO2膜の研磨後の
表面粗さが、中心線平均粗さ(Ra)で0.1μm以下
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(請求項2)とし、さらに、(3)表面が
SiO2膜で被覆され、かつそのSiO2膜の表面が研磨
されているSiC、Al2O3またはAlN粉末とアルミ
ニウム合金から成る金属−セラミックス複合材料の製造
方法において、該SiO2膜の被覆方法が、複合材料の
表面に有機けい素を含む溶液を塗布し、これを熱硬化さ
せる方法であり、その被覆されたSiO2膜の表面をダ
イヤモンド等の砥粒で研磨す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、さ
らにまた、(4)SiO2膜の研磨後の表面粗さが、R
aで0.1μm以下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)とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説明す
る。
2膜で被覆され、かつそのSiO2膜の表面が研磨されて
いることとする金属−セラミックス複合材料とした(請
求項1)。複合材料の表面をSiO2膜で被覆すること
により、単一な成分を有する表面となり、また硬さも膜
全面で均一となるので、この表面を研削、研磨すること
により、均一に研削、研磨され、凹凸の少ない平滑な表
面が得られることになる。また、気孔の少ないSiO2
膜で被覆されているので、複合材料の素面で認められた
ポアが表面に出現せず、これも平滑な表面とすることに
役だっている。
線平均粗さ(以降、Ra)で0.1μm以下とした(請
求項2)。表面が望みの平滑性にあればどんな平滑性で
あっても構わないが、スライドガイド等の表面の如く格
段の平滑性が要求される場合には、その表面粗さはRa
で0.1μm以下が必要となるため、それに対応できる
平滑性にするものであり、0.1μmより大きいと対応
でき難い。
合材料の表面に有機けい素を含む溶液を塗布し、これを
熱処理してSiO2膜を被覆することとし、この被覆し
たSiO2膜の表面をダイヤモンド等の砥粒で研磨する
こととする金属−セラミックス複合材料の製造方法とし
た(請求項3)。このように、複合材料の表面に有機け
い素を含む溶液を塗布し、それを熱処理すれば、堅牢な
SiO2膜が形成され、その形成されたSiO2膜の表面
をダイヤモンド等の砥粒で研磨すれば、平滑な表面を有
する複合材料が得られる。そのSiO2膜の表面粗さと
しては、前述したと同様にRaで0.1μm以下とした
(請求項4)。
述べると、先ず強化材としてSiC、Al2O3もしくは
AlN粉末を用い、金属にはアルミニウム合金を用いて
金属−セラミックス複合材料を作製する。作製方法はど
んな方法でも差し支えないが、前記したように優れた方
法である非加圧金属浸透法が推奨される。
削または研磨する。その後、表面に付着している油分や
塵埃を除くためエタノールなどの揮発性有機溶媒で洗浄
し、80℃程度の温度で乾燥する。乾燥は塵埃の再付着
を防ぐために清浄な環境下で行わなくてはならない。次
いで、その面に溶液状の有機けい素を筆などで塗布す
る。膜厚はその膜の表面粗さより厚くしなければならな
いので、1回の塗布で十分な厚さの膜が得られない場合
には、それを乾燥してさらに重ね塗りをし、これを所望
の膜厚が得られるまで繰り返せばよい。但し、膜厚をあ
まり厚くしすぎると、熱膨張率の違いが出て膜に亀裂が
入るなどの不具合が生じる恐れがあるため、膜厚の上限
としては、20μm程度である。
ば塗布した有機けい素を先ず乾燥し、その乾燥した有機
けい素をさらに加熱処理して熱硬化させる。乾燥は、8
0℃程度の温度で10分間程度行えばよい。熱硬化は、
例えば、大気中で250℃程度の温度で2時間程度加熱
すれば、硬化した堅牢なSiO2膜が形成される。その
形成されたSiO2膜をダイヤモンド等の砥粒で研磨す
ることにより、平滑な表面を有する複合材料が得られ
る。
を作製すれば、平滑性に優れた表面を有する金属−セラ
ミックス複合材料とすることができる。
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
い、金属としてAl−12Si−2Mg組成のアルミニ
ウム合金を用い、これらから200×200×厚さ20
mmの板状で粉末充填率が70vol%の金属−セラミ
ックス複合材料を非加圧金属浸透法で作製した。
により表面粗さがRaで0.5μm程度に研磨した後、
その研磨面をエタノールで洗浄し、それを80℃で乾燥
後、その面に有機けい素溶液(エヌ・イーケムキャット
社製、品名HERVIC LT 20%)を筆を用いて
約5μmの厚さに塗布し、それを80℃で10分間乾燥
した後、250℃で2時間加熱処理してSiO2膜を形
成した。その膜の表面を粒径1μmのダイヤモンド砥粒
を用いて研磨した。
フコムで計測した。その結果、Raで0.02μmであ
った。
その表面にはSiO2膜を被覆せずに直接複合材料の表
面を研削し、研磨した面を同様に評価した。その結果、
表面粗さは、Raで0.5μmと実施例に比べて非常に
粗かった。このことは、複合材料の表面をSiO2膜で
被覆すれば、優れた平滑性を有する表面が得られること
を示している。
あれば、平滑性に優れた表面を有する金属−セラミック
ス複合材料とすることができ、表面平滑性を必要とする
摺動材のような用途にも十分適用できるようになり、工
業的利用の範囲が非常に広がった。
Claims (4)
- 【請求項1】 SiC、Al2O3またはAlN粉末とア
ルミニウム合金から成る金属−セラミックス複合材料に
おいて、該複合材料の表面が、SiO2膜で被覆され、
かつそのSiO2膜の表面が研磨されていることを特徴
とする金属−セラミックス複合材料。 - 【請求項2】 SiO2膜の研磨後の表面粗さが、中心
線平均粗さ(Ra)で0.1μm以下であることを特徴
とする請求項1記載の金属−セラミックス複合材料。 - 【請求項3】 表面がSiO2膜で被覆され、かつその
SiO2膜の表面が研磨されているSiC、Al2O3ま
たはAlN粉末とアルミニウム合金から成る金属−セラ
ミックス複合材料の製造方法において、該SiO2膜の
被覆方法が、複合材料の表面に有機けい素を含む溶液を
塗布し、これを熱硬化させる方法であり、その被覆され
たSiO2膜の表面をダイヤモンド等の砥粒で研磨する
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4】 SiO2膜の研磨後の表面粗さが、Ra
で0.1μm以下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。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP28924497A JP3923622B2 (ja) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002280502A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-27 | Dowa Mining Co Ltd | 金属−セラミックス複合体及びその製造方法 |
JP2004076003A (ja) * | 2002-07-30 | 2004-03-11 | Jfe Steel Kk | 機械要素部品の潤滑方法 |
-
1997
- 1997-10-07 JP JP28924497A patent/JP3923622B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP4613281B2 (ja) * | 2001-03-21 | 2011-01-12 | Dowaメタルテック株式会社 | 金属−セラミックス複合体の製造方法 |
JP2004076003A (ja) * | 2002-07-30 | 2004-03-11 | Jfe Steel Kk | 機械要素部品の潤滑方法 |
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