JPH11172347A - 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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- JPH11172347A JPH11172347A JP34732697A JP34732697A JPH11172347A JP H11172347 A JPH11172347 A JP H11172347A JP 34732697 A JP34732697 A JP 34732697A JP 34732697 A JP34732697 A JP 34732697A JP H11172347 A JPH11172347 A JP H11172347A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の金属−セラミックス複合材料は加工コ
ストが高く、特に深穴等の貫通穴の加工が難しかった。 【解決手段】 加工する部分が５〜４０ｖｏｌ％の充填
率を有するセラミックス粉末等から成り、その他の部分
が５０〜８０ｖｏｌ％の充填率を有するＳｉＣ等の粉末
から成り、その境界に３５〜５５ｖｏｌ％の充填率を有
するＳｉＣ等の粉末から成ることとした金属−セラミッ
クス複合材料。上記複合材料の製造方法において、金属
の浸透方法を、５０〜８０ｖｏｌ％の充填率を有するＳ
ｉＣ等の粉末であらかじめ加工する部分を空間とするプ
リフォームを形成し、その空間部に５〜４０ｖｏｌ％の
充填率を有するセラミックス粉末等を充填し、さらにそ
の周囲に３５〜５５ｖｏｌ％の充填率を有するＳｉＣ等
の粉末を充填した後、そのプリフォーム全体にアルミニ
ウムを主成分とする合金を浸透させる方法とした金属−
セラミックス複合材料の製造方法。
ストが高く、特に深穴等の貫通穴の加工が難しかった。 【解決手段】 加工する部分が５〜４０ｖｏｌ％の充填
率を有するセラミックス粉末等から成り、その他の部分
が５０〜８０ｖｏｌ％の充填率を有するＳｉＣ等の粉末
から成り、その境界に３５〜５５ｖｏｌ％の充填率を有
するＳｉＣ等の粉末から成ることとした金属−セラミッ
クス複合材料。上記複合材料の製造方法において、金属
の浸透方法を、５０〜８０ｖｏｌ％の充填率を有するＳ
ｉＣ等の粉末であらかじめ加工する部分を空間とするプ
リフォームを形成し、その空間部に５〜４０ｖｏｌ％の
充填率を有するセラミックス粉末等を充填し、さらにそ
の周囲に３５〜５５ｖｏｌ％の充填率を有するＳｉＣ等
の粉末を充填した後、そのプリフォーム全体にアルミニ
ウムを主成分とする合金を浸透させる方法とした金属−
セラミックス複合材料の製造方法。
Description
【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及びその製造方法
に関し、特に加工性に優れた金属−セラミックス複合材
料及びその製造方法に関する。
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、特に加工性に優れた金属−セラミックス複合材
料及びその製造方法に関する。
【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。
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。
【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。
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。
【０００４】そこで最近では、上記問題を解決する製造
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、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含浸させる方法である。こ
れは、化学反応を利用してセラミックス粉末への溶融金
属の濡れ性を改善することにより、加圧しなくても金属
をプリフォームに含浸できるようにした優れた方法であ
る。
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、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含浸させる方法である。こ
れは、化学反応を利用してセラミックス粉末への溶融金
属の濡れ性を改善することにより、加圧しなくても金属
をプリフォームに含浸できるようにした優れた方法であ
る。
【０００５】また、この方法では、セラミックスの含有
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、この方法で作製されたプリフォ
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。
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、この方法で作製されたプリフォ
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法で作製された複合材料は、アルミニウム合金と極めて
硬いセラミックス粒子から成るため難削性の材料であ
る。そのため、セラミックス粒子の含有率が４０ｖｏｌ
％以下であれば、金属加工と同様に切削加工が可能であ
るが、それが４０ｖｏｌ％を超えるともはや切削加工は
不可能となり、砥石を用いた研削加工で対応せざるを得
なく、この砥石で削る研削加工が、刃物で削る切削加工
の比べ、１パスで削り取れる量が極めて少ないため、コ
ストが著しく高くなるという問題があった。
法で作製された複合材料は、アルミニウム合金と極めて
硬いセラミックス粒子から成るため難削性の材料であ
る。そのため、セラミックス粒子の含有率が４０ｖｏｌ
％以下であれば、金属加工と同様に切削加工が可能であ
るが、それが４０ｖｏｌ％を超えるともはや切削加工は
不可能となり、砥石を用いた研削加工で対応せざるを得
なく、この砥石で削る研削加工が、刃物で削る切削加工
の比べ、１パスで削り取れる量が極めて少ないため、コ
ストが著しく高くなるという問題があった。
【０００７】この問題を解決するため、最近発明者等は
加工を必要とする部分を空間としたプリフォームを形成
し、その空間部に４０ｖｏｌ％以下の低充填率を有する
セラミックス繊維または粉末を充填し、そのプリフォー
ム全体に金属を浸透させることで加工が容易な複合材料
とすることができることを見いだし提案した。ところが
この方法で作製した複合材料は、その製造中の冷却過程
で充填率の異なることに起因して冷却収縮に差異が生
じ、その差異の部分が大きくなる、即ち低充填率部と高
充填率部との境界の割合が大きくなるとその境界面で剥
離（引け鬆と称する）が生じるという欠点があった。
加工を必要とする部分を空間としたプリフォームを形成
し、その空間部に４０ｖｏｌ％以下の低充填率を有する
セラミックス繊維または粉末を充填し、そのプリフォー
ム全体に金属を浸透させることで加工が容易な複合材料
とすることができることを見いだし提案した。ところが
この方法で作製した複合材料は、その製造中の冷却過程
で充填率の異なることに起因して冷却収縮に差異が生
じ、その差異の部分が大きくなる、即ち低充填率部と高
充填率部との境界の割合が大きくなるとその境界面で剥
離（引け鬆と称する）が生じるという欠点があった。
【０００８】これは、例えば、平板の厚さの中心部に平
行して何本もの貫通穴を有する構造の複合材料を作製す
る場合、貫通穴を設ける部分を低充填率のファイバーボ
ードから成るものとするサンドイッチ構造とするため、
高充填率のプリフォーム板の間にそのファイバーボード
を挟み、ファイバーボードを含んだプリフォーム全体に
アルミニウム合金を浸透させ、そのファイバーボードの
部分をガンドリルで貫通穴を形成することで作製するこ
とができるが、その場合には、低充填率と高充填率の境
界面が板全体の大きさに及び、境界面に剥離が生じ得る
こととなる。
行して何本もの貫通穴を有する構造の複合材料を作製す
る場合、貫通穴を設ける部分を低充填率のファイバーボ
ードから成るものとするサンドイッチ構造とするため、
高充填率のプリフォーム板の間にそのファイバーボード
を挟み、ファイバーボードを含んだプリフォーム全体に
アルミニウム合金を浸透させ、そのファイバーボードの
部分をガンドリルで貫通穴を形成することで作製するこ
とができるが、その場合には、低充填率と高充填率の境
界面が板全体の大きさに及び、境界面に剥離が生じ得る
こととなる。
【０００９】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、高充填率のセラミックス粉末から成る複合材料
の一部に低充填率の部分を設けてもその境界面で剥離が
生じることのない金属−セラミックス複合材料を提供し
その製造方法を提供することにある。
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、高充填率のセラミックス粉末から成る複合材料
の一部に低充填率の部分を設けてもその境界面で剥離が
生じることのない金属−セラミックス複合材料を提供し
その製造方法を提供することにある。
【００１０】
【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、加工が必要な個所と
それ以外との境界部に、加工が必要な個所の充填率より
高く、それ以外の個所の充填率より低い粉末充填率を有
するＳｉＣ粉末層を設ければ、その境界面で剥離が生じ
ることのない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。
を達成するため鋭意研究した結果、加工が必要な個所と
それ以外との境界部に、加工が必要な個所の充填率より
高く、それ以外の個所の充填率より低い粉末充填率を有
するＳｉＣ粉末層を設ければ、その境界面で剥離が生じ
ることのない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。
【００１１】即ち本発明は、（１）セラミックス繊維ま
たは粉末に金属を浸透させた金属−セラミックス複合材
料において、該セラミックス粉末が、５０〜８０ｖｏｌ
％の粉末充填率を有するＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3もしくはＡｌ
Ｎ粉末から成り、かつ複合材料の加工する部分が、５〜
４０ｖｏｌ％の繊維充填率または粉末充填率を有するセ
ラミックス繊維または粉末から成り、さらにその周囲
が、３５〜５５ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉＣ等
の粉末から成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）セラミックス繊
維または粉末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、該金属の浸透
方法が、５０〜８０ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉ
Ｃ、Ａｌ2Ｏ3もしくはＡｌＮ粉末であらかじめ加工する
部分を空間とするプリフォームを形成し、その空間部に
５〜４０ｖｏｌ％の繊維充填率または粉末充填率を有す
るセラミックス繊維または粉末を充填し、さらにその周
囲に３５〜５５ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉＣ等
の粉末を充填した後、その充填したセラミックス繊維ま
たは粉末を含むプリフォーム全体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
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２）とすることを要旨とする。以
下さらに詳細に説明する。
たは粉末に金属を浸透させた金属−セラミックス複合材
料において、該セラミックス粉末が、５０〜８０ｖｏｌ
％の粉末充填率を有するＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3もしくはＡｌ
Ｎ粉末から成り、かつ複合材料の加工する部分が、５〜
４０ｖｏｌ％の繊維充填率または粉末充填率を有するセ
ラミックス繊維または粉末から成り、さらにその周囲
が、３５〜５５ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉＣ等
の粉末から成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）セラミックス繊
維または粉末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、該金属の浸透
方法が、５０〜８０ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉ
Ｃ、Ａｌ2Ｏ3もしくはＡｌＮ粉末であらかじめ加工する
部分を空間とするプリフォームを形成し、その空間部に
５〜４０ｖｏｌ％の繊維充填率または粉末充填率を有す
るセラミックス繊維または粉末を充填し、さらにその周
囲に３５〜５５ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉＣ等
の粉末を充填した後、その充填したセラミックス繊維ま
たは粉末を含むプリフォーム全体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
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２）とすることを要旨とする。以
下さらに詳細に説明する。
【００１２】上記複合材料としては、５０〜８０ｖｏｌ
％の粉末充填率を有するＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3もしくはＡｌ
Ｎ粉末から成り、かつ複合材料中の加工する部分が、５
〜４０ｖｏｌ％の繊維充填率または粉末充填率を有する
セラミックス繊維または粉末から成り、さらにその周囲
が、３５〜５５ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉＣ等
の粉末から成る金属−セラミックス複合材料とした（請
求項１）。加工する部分を５〜４０ｖｏｌ％の低充填率
のセラミックス繊維または粉末とすることにより、加工
する部分が切削加工可能な複合材料となり、その周囲に
３５〜５５ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉＣ等の粉
末とすることにより、その境界面で剥離の生じない複合
材料となる。
％の粉末充填率を有するＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3もしくはＡｌ
Ｎ粉末から成り、かつ複合材料中の加工する部分が、５
〜４０ｖｏｌ％の繊維充填率または粉末充填率を有する
セラミックス繊維または粉末から成り、さらにその周囲
が、３５〜５５ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉＣ等
の粉末から成る金属−セラミックス複合材料とした（請
求項１）。加工する部分を５〜４０ｖｏｌ％の低充填率
のセラミックス繊維または粉末とすることにより、加工
する部分が切削加工可能な複合材料となり、その周囲に
３５〜５５ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉＣ等の粉
末とすることにより、その境界面で剥離の生じない複合
材料となる。
【００１３】その複合材料の製造方法としては、金属の
浸透方法を、５０〜８０ｖｏｌ％の粉末充填率を有する
ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3もしくはＡｌＮ粉末であらかじめ加工
する部分を空間とするプリフォームを形成し、その空間
部に５〜４０ｖｏｌ％の繊維充填率または粉末充填率を
有するセラミックス繊維または粉末を充填し、さらにそ
の周囲に３５〜５５ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉ
Ｃ等の粉末を充填した後、その充填したセラミックス繊
維または粉末を含むプリフォーム全体にアルミニウムを
主成分とする合金を７００〜１０００℃の温度で浸透さ
せる方法とする金属−セラミックス複合材料の製造方法
とした（請求項２）。
浸透方法を、５０〜８０ｖｏｌ％の粉末充填率を有する
ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3もしくはＡｌＮ粉末であらかじめ加工
する部分を空間とするプリフォームを形成し、その空間
部に５〜４０ｖｏｌ％の繊維充填率または粉末充填率を
有するセラミックス繊維または粉末を充填し、さらにそ
の周囲に３５〜５５ｖｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉ
Ｃ等の粉末を充填した後、その充填したセラミックス繊
維または粉末を含むプリフォーム全体にアルミニウムを
主成分とする合金を７００〜１０００℃の温度で浸透さ
せる方法とする金属−セラミックス複合材料の製造方法
とした（請求項２）。
【００１４】加工する部分を前記した通り、切削可能と
するため、空間部に低充填率のセラミックス繊維または
粉末を充填することとするが、これだけでは境界面で剥
離が生じ得るため、それを防止すべくその周囲に加工す
る部分より高く、加工しない部分より低い粉末充填率を
有するＳｉＣ等の粉末を充填することとした。この充填
したセラミックス繊維または粉末を含むプリフォーム全
体にアルミニウムを主成分とする合金を浸透させること
により、冷却過程における収縮差が緩和され、境界面で
の剥離が抑制される。
するため、空間部に低充填率のセラミックス繊維または
粉末を充填することとするが、これだけでは境界面で剥
離が生じ得るため、それを防止すべくその周囲に加工す
る部分より高く、加工しない部分より低い粉末充填率を
有するＳｉＣ等の粉末を充填することとした。この充填
したセラミックス繊維または粉末を含むプリフォーム全
体にアルミニウムを主成分とする合金を浸透させること
により、冷却過程における収縮差が緩和され、境界面で
の剥離が抑制される。
【００１５】境界面で剥離が生じるのは、金属を浸透さ
せた後の冷却過程における収縮が高充填率の部分と低充
填率の部分とで差異が生じ、その差異の生じる境界部分
の割合が大きすぎると、高充填率の部分の収縮が低充填
率の部分の収縮に追いつかず、境界面で剥離が生じるも
のと思われる。そのため、その境界部に中間の収縮率を
有するＳｉＣ等の粉末を設けることで収縮差が吸収さ
れ、境界面での剥離が抑制できるものと思われる。従っ
て、その部分の粉末充填率は、加工する部分の収縮率と
そうでない部分の収縮率の中間の収縮率を有する粉末充
填率にしなければならないが、その粉末充填率として
は、セラミックス粉末の種類が異なっても３５〜５５ｖ
ｏｌ％の範囲にあればよく、３５ｖｏｌ％より低いと高
充填率部分の充填率との差が大きすぎ好ましくなく、５
５ｖｏｌ％より高いと高充填率部分の充填率との差が小
さすぎこれも好ましくない。
せた後の冷却過程における収縮が高充填率の部分と低充
填率の部分とで差異が生じ、その差異の生じる境界部分
の割合が大きすぎると、高充填率の部分の収縮が低充填
率の部分の収縮に追いつかず、境界面で剥離が生じるも
のと思われる。そのため、その境界部に中間の収縮率を
有するＳｉＣ等の粉末を設けることで収縮差が吸収さ
れ、境界面での剥離が抑制できるものと思われる。従っ
て、その部分の粉末充填率は、加工する部分の収縮率と
そうでない部分の収縮率の中間の収縮率を有する粉末充
填率にしなければならないが、その粉末充填率として
は、セラミックス粉末の種類が異なっても３５〜５５ｖ
ｏｌ％の範囲にあればよく、３５ｖｏｌ％より低いと高
充填率部分の充填率との差が大きすぎ好ましくなく、５
５ｖｏｌ％より高いと高充填率部分の充填率との差が小
さすぎこれも好ましくない。
【００１６】
【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ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏもしくは
ＡｌＮ粉末を用意する。これら粉末に無機バインダー
を、必要があれば有機バインダーを加えて混合する。混
合方法は均一に混合できればどんな方法でも構わない。
述べると、先ず強化材としてＳｉＣ、Ａｌ2Ｏもしくは
ＡｌＮ粉末を用意する。これら粉末に無機バインダー
を、必要があれば有機バインダーを加えて混合する。混
合方法は均一に混合できればどんな方法でも構わない。
【００１７】得られた混合物を成形する。成形方法は、
沈降成形、射出成形、ＣＩＰ成形などがあるが、いずれ
の方法でも構わない。要は非加圧で金属を浸透するのに
プリフォームの形態を保つことができ、かつ浸透を阻害
しない方法であれば何でもよい。加工する部分の空間部
の形成は、既に述べたサンドイッチ構造のような場合に
は、プリフォームに特に空間部を設ける必要はないが、
それ以外はプリフォーム自体に空間部を設ける必要があ
る。この場合の空間部を設ける手段は、成形によって
も、あるいは加工によってもいずれでも構わない。例え
ば、穴を設けることを例に採れば、穴を開けたマスター
型を反転させて作ったシリコーンゴム型にスラリーを流
し込んで成形してもよいし、スラリー中に予め埋め込ん
だ金属丸棒を成形後に引き抜いて空間部としてもよい
し、成形体にボール盤で穴を開けて空間部としてもよ
く、それらを焼成すれば空間部を有したプリフォームが
得られる。但し、チッピングや亀裂の発生は、金属が浸
透するとその個所がメタルベインと称する欠陥部となる
ため極力避けなければならない。空間部の大きさは、そ
の周囲の境界部のスペースも含んだ大きさとする必要で
あり、少なくとも加工する部分より３〜４ｍｍくらいの
余裕を見た大きさの空間部とするべきである。
沈降成形、射出成形、ＣＩＰ成形などがあるが、いずれ
の方法でも構わない。要は非加圧で金属を浸透するのに
プリフォームの形態を保つことができ、かつ浸透を阻害
しない方法であれば何でもよい。加工する部分の空間部
の形成は、既に述べたサンドイッチ構造のような場合に
は、プリフォームに特に空間部を設ける必要はないが、
それ以外はプリフォーム自体に空間部を設ける必要があ
る。この場合の空間部を設ける手段は、成形によって
も、あるいは加工によってもいずれでも構わない。例え
ば、穴を設けることを例に採れば、穴を開けたマスター
型を反転させて作ったシリコーンゴム型にスラリーを流
し込んで成形してもよいし、スラリー中に予め埋め込ん
だ金属丸棒を成形後に引き抜いて空間部としてもよい
し、成形体にボール盤で穴を開けて空間部としてもよ
く、それらを焼成すれば空間部を有したプリフォームが
得られる。但し、チッピングや亀裂の発生は、金属が浸
透するとその個所がメタルベインと称する欠陥部となる
ため極力避けなければならない。空間部の大きさは、そ
の周囲の境界部のスペースも含んだ大きさとする必要で
あり、少なくとも加工する部分より３〜４ｍｍくらいの
余裕を見た大きさの空間部とするべきである。
【００１８】次に空間部を有するプリフォームの場合に
は、その空間部の中央に別に充填して固めた目標充填率
を有する充填物を置くか、あるいは仕切を設けその仕切
内に目標充填率を有するセラミックス繊維または粉末を
充填し、その周囲のスペースに目標充填率を有するＳｉ
ＣやＡｌ2Ｏ3等の粉末を充填する。目標の充填率にする
には、セラミックス粉末の粒径によってほぼ制御でき、
例えば、４０ｖｏｌ％程度の充填率であれば、＃８００
（平均粒径１４μｍ）のセラミックス粉末を単独で充填
することで得られる。また、＃８００のセラミックス粉
末をスラリーにして塗布しても同程度の充填率が得ら
れ、サンドイッチ構造のような場合には、＃８００のＳ
ｉＣ粉末から成るスラリーをファイバーボードの両面に
適当な厚さで塗布し、しかる後に高充填率のプリフォー
ム板で挟めば極めて容易に形成できる。
は、その空間部の中央に別に充填して固めた目標充填率
を有する充填物を置くか、あるいは仕切を設けその仕切
内に目標充填率を有するセラミックス繊維または粉末を
充填し、その周囲のスペースに目標充填率を有するＳｉ
ＣやＡｌ2Ｏ3等の粉末を充填する。目標の充填率にする
には、セラミックス粉末の粒径によってほぼ制御でき、
例えば、４０ｖｏｌ％程度の充填率であれば、＃８００
（平均粒径１４μｍ）のセラミックス粉末を単独で充填
することで得られる。また、＃８００のセラミックス粉
末をスラリーにして塗布しても同程度の充填率が得ら
れ、サンドイッチ構造のような場合には、＃８００のＳ
ｉＣ粉末から成るスラリーをファイバーボードの両面に
適当な厚さで塗布し、しかる後に高充填率のプリフォー
ム板で挟めば極めて容易に形成できる。
【００１９】その得られたセラミックス繊維または粉末
を含むプリフォーム全体の上部あるいは下部にアルミニ
ウムを主成分とする合金を置き、窒素気流中で非加圧で
７００〜１０００℃の温度で合金を浸透させ、冷却す
る。用いるアルミニウム金属にはＡｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系などのＭｇを含んだものを使用した方が浸透
は容易であるが、これに限定されるものではなく、最終
製品に要求される物性を劣化させる元素が含まれていな
いアルミニウム合金であれば何を用いてもよい。
を含むプリフォーム全体の上部あるいは下部にアルミニ
ウムを主成分とする合金を置き、窒素気流中で非加圧で
７００〜１０００℃の温度で合金を浸透させ、冷却す
る。用いるアルミニウム金属にはＡｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系などのＭｇを含んだものを使用した方が浸透
は容易であるが、これに限定されるものではなく、最終
製品に要求される物性を劣化させる元素が含まれていな
いアルミニウム合金であれば何を用いてもよい。
【００２０】以上の方法で材料の一部に繊維充填率また
は粉末充填率の低い箇所を設けた金属−セラミックス複
合材料を作製すれば、その部分が加工し易くなるので、
深穴等の貫通穴を容易にか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、しかもその境界
で剥離が生じ難い複合材料とすることができる。
は粉末充填率の低い箇所を設けた金属−セラミックス複
合材料を作製すれば、その部分が加工し易くなるので、
深穴等の貫通穴を容易にか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、しかもその境界
で剥離が生じ難い複合材料とすることができる。
【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。
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００２２】（実施例１） （１）プリフォームの形成 強化材として＃１８０（平均粒径が６６μｍ）の市販Ｓ
ｉＣ粉末を７０重量部、＃８００（平均粒径が１４μ
ｍ）の市販ＳｉＣ粉末を３０重量部配合し、その粉末に
対し、バインダーとしてコロイダルシリカ液を１０重量
部（シリカ分が２重量部となる量）添加し、それに消泡
剤としてフォーマスタＶＬ（サンノブコ社製）を０．２
重量部、イオン交換水を２４重量部加え、媒体を入れて
ないポットミルで１２時間混合した。得られたスラリー
を５０×５０×厚さ２０ｍｍで面中央部にφ２０ｍｍの
貫通穴を有する成形体ができるシリコーンゴム型に流し
込んでセディメントキャスト（沈降成形）を行ない、−
３０℃に冷却して冷凍品を得た。得られた冷凍品を脱型
し、１０５０℃で３時間焼成し、プリフォームを形成し
た。
ｉＣ粉末を７０重量部、＃８００（平均粒径が１４μ
ｍ）の市販ＳｉＣ粉末を３０重量部配合し、その粉末に
対し、バインダーとしてコロイダルシリカ液を１０重量
部（シリカ分が２重量部となる量）添加し、それに消泡
剤としてフォーマスタＶＬ（サンノブコ社製）を０．２
重量部、イオン交換水を２４重量部加え、媒体を入れて
ないポットミルで１２時間混合した。得られたスラリー
を５０×５０×厚さ２０ｍｍで面中央部にφ２０ｍｍの
貫通穴を有する成形体ができるシリコーンゴム型に流し
込んでセディメントキャスト（沈降成形）を行ない、−
３０℃に冷却して冷凍品を得た。得られた冷凍品を脱型
し、１０５０℃で３時間焼成し、プリフォームを形成し
た。
【００２３】（２）金属−セラミックス複合材料の作製 次にプリフォームの貫通穴中央に別に作製した平均粒径
が１２０μｍのＡｌ2Ｏ3粉末からなるφ１６ｍｍの充填
物（プリフォームと同じ）を置き、その周りの隙間に＃
８００のＳｉＣ粉末を充填した。その上部にＡＣ８Ａ組
成（Ａｌ−１２Ｓｉ−１．０Ｍｇ−１．８Ｎｉ−１．１
Ｃｕ−１．０Ｚｎ−０．８Ｆｅ）のアルミニウム合金を
置き、窒素雰囲気中で８２５℃の温度で２４時間非加圧
浸透させ金属−セラミックス複合材料を作製した。
が１２０μｍのＡｌ2Ｏ3粉末からなるφ１６ｍｍの充填
物（プリフォームと同じ）を置き、その周りの隙間に＃
８００のＳｉＣ粉末を充填した。その上部にＡＣ８Ａ組
成（Ａｌ−１２Ｓｉ−１．０Ｍｇ−１．８Ｎｉ−１．１
Ｃｕ−１．０Ｚｎ−０．８Ｆｅ）のアルミニウム合金を
置き、窒素雰囲気中で８２５℃の温度で２４時間非加圧
浸透させ金属−セラミックス複合材料を作製した。
【００２４】（３）評価 得られた複合材料の加工する部分とそれ以外の部分を切
り出し、切り出し部の嵩密度をアルキメデス法で測定
し、金属と強化材の比重を基に粉末充填率を求めた。そ
の結果、加工する部分の粉末充填率は３０ｖｏｌ％であ
り、それ以外の部分の粉末充填率は７０ｖｏｌ％であっ
た。なお、それら境界部の粉末充填率は、その厚さが薄
いため別に充填した粉末充填率の結果で４０ｖｏｌ％と
推定した。また、得られた複合材料の加工する部分を含
め切断し、その切断面の加工する部分とそれ以外の部分
の境目を中心に目視で観察し、切断面の状態を調べた。
その結果、境界部を含め金属が完全に浸透し、境目の剥
離も認められず、完全に一体化していた。さらに、加工
する部分の中央部にφ１５ｍｍの超硬製のドリルで穴開
けを行ったところ、容易に貫通穴ができた。
り出し、切り出し部の嵩密度をアルキメデス法で測定
し、金属と強化材の比重を基に粉末充填率を求めた。そ
の結果、加工する部分の粉末充填率は３０ｖｏｌ％であ
り、それ以外の部分の粉末充填率は７０ｖｏｌ％であっ
た。なお、それら境界部の粉末充填率は、その厚さが薄
いため別に充填した粉末充填率の結果で４０ｖｏｌ％と
推定した。また、得られた複合材料の加工する部分を含
め切断し、その切断面の加工する部分とそれ以外の部分
の境目を中心に目視で観察し、切断面の状態を調べた。
その結果、境界部を含め金属が完全に浸透し、境目の剥
離も認められず、完全に一体化していた。さらに、加工
する部分の中央部にφ１５ｍｍの超硬製のドリルで穴開
けを行ったところ、容易に貫通穴ができた。
【００２５】（実施例２） （１）プリフォームの形成 強化材として＃１８０（平均粒径が６６μｍ）の市販Ｓ
ｉＣ粉末を７０重量部、＃８００（平均粒径が１４μ
ｍ）の市販ＳｉＣ粉末を３０重量部配合し、その粉末に
対し、バインダーとしてコロイダルシリカ液を１０重量
部（シリカ分が２重量部となる量）添加し、それに消泡
剤としてフォーマスタＶＬ（サンノブコ社製）を０．２
重量部、イオン交換水を２４重量部加え、媒体を入れて
ないポットミルで１２時間混合した。得られたスラリー
を５０×５０×厚さ２０ｍｍで面中央部にφ２０ｍｍの
貫通穴を有する成形体ができるシリコーンゴム型に流し
込んでセディメントキャスト（沈降成形）を行ない、−
３０℃に冷却して冷凍品を得た。得られた冷凍品を脱型
し、１０５０℃で３時間焼成し、プリフォームを形成し
た。
ｉＣ粉末を７０重量部、＃８００（平均粒径が１４μ
ｍ）の市販ＳｉＣ粉末を３０重量部配合し、その粉末に
対し、バインダーとしてコロイダルシリカ液を１０重量
部（シリカ分が２重量部となる量）添加し、それに消泡
剤としてフォーマスタＶＬ（サンノブコ社製）を０．２
重量部、イオン交換水を２４重量部加え、媒体を入れて
ないポットミルで１２時間混合した。得られたスラリー
を５０×５０×厚さ２０ｍｍで面中央部にφ２０ｍｍの
貫通穴を有する成形体ができるシリコーンゴム型に流し
込んでセディメントキャスト（沈降成形）を行ない、−
３０℃に冷却して冷凍品を得た。得られた冷凍品を脱型
し、１０５０℃で３時間焼成し、プリフォームを形成し
た。
【００２６】（２）金属−セラミックス複合材料の作製 プリフォームの貫通穴中央に別に作製した平均粒径が４
０μｍのＡｌ2Ｏ3粉末からなるφ１６×厚さ２０ｍｍの
充填物（プリフォームと同じ）を置き、その周りの隙間
に＃８００のＳｉＣ粉末を充填した。その上部にＡＣ８
Ａ組成（Ａｌ−１２Ｓｉ−１．０Ｍｇ−１．８Ｎｉ−
１．１Ｃｕ−１．０Ｚｎ−０．８Ｆｅ）のアルミニウム
合金を置き、窒素雰囲気中で８２５℃の温度で２４時間
非加圧浸透させ金属−セラミックス複合材料を作製し
た。
０μｍのＡｌ2Ｏ3粉末からなるφ１６×厚さ２０ｍｍの
充填物（プリフォームと同じ）を置き、その周りの隙間
に＃８００のＳｉＣ粉末を充填した。その上部にＡＣ８
Ａ組成（Ａｌ−１２Ｓｉ−１．０Ｍｇ−１．８Ｎｉ−
１．１Ｃｕ−１．０Ｚｎ−０．８Ｆｅ）のアルミニウム
合金を置き、窒素雰囲気中で８２５℃の温度で２４時間
非加圧浸透させ金属−セラミックス複合材料を作製し
た。
【００２７】（３）評価 得られた複合材料の加工する部分とそれ以外の部分を切
り出し、切り出し部の嵩密度をアルキメデス法で測定
し、金属と強化材の比重を基に粉末充填率を求めた。そ
の結果、加工する部分の粉末充填率は４０ｖｏｌ％であ
り、それ以外の部分の粉末充填率は７０ｖｏｌ％であっ
た。なお、それら境界部の粉末充填率は、実施例１と同
様に４０ｖｏｌ％と推定した。また、得られた複合材料
の加工する部分を含め切断し、その切断面の加工する部
分とそれ以外の部分の境目を中心に目視で観察し、切断
面の状態を調べた。その結果、境界部を含め金属が完全
に浸透し、境目の剥離も認められず、完全に一体化して
いた。さらに、加工する部分の中央部にφ１５ｍｍの超
硬製のドリルで穴開けを行ったところ、容易に貫通穴が
できた。
り出し、切り出し部の嵩密度をアルキメデス法で測定
し、金属と強化材の比重を基に粉末充填率を求めた。そ
の結果、加工する部分の粉末充填率は４０ｖｏｌ％であ
り、それ以外の部分の粉末充填率は７０ｖｏｌ％であっ
た。なお、それら境界部の粉末充填率は、実施例１と同
様に４０ｖｏｌ％と推定した。また、得られた複合材料
の加工する部分を含め切断し、その切断面の加工する部
分とそれ以外の部分の境目を中心に目視で観察し、切断
面の状態を調べた。その結果、境界部を含め金属が完全
に浸透し、境目の剥離も認められず、完全に一体化して
いた。さらに、加工する部分の中央部にφ１５ｍｍの超
硬製のドリルで穴開けを行ったところ、容易に貫通穴が
できた。
【００２８】（比較例）実施例１での貫通穴に平均粒径
が１２０μｍのＡｌ2Ｏ3と平均粒径が２０μｍのＡｌ2
Ｏ3とを８：２で混合した充填率が３０ｖｏｌ％の粉末
を充填する他は実施例１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。その結果、高充填率
部と低充填率部の境目で剥離が生じていた。
が１２０μｍのＡｌ2Ｏ3と平均粒径が２０μｍのＡｌ2
Ｏ3とを８：２で混合した充填率が３０ｖｏｌ％の粉末
を充填する他は実施例１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。その結果、高充填率
部と低充填率部の境目で剥離が生じていた。
【００２９】
【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料であれば、容易にかつ安価に深穴等の貫通穴
を加工ができる金属−セラミックス複合材料とすること
ができ、しかも充填率の異なる部分があってもその境界
面で剥離の生じない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、大幅な加工コストの低減を可能にす
る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。
ス複合材料であれば、容易にかつ安価に深穴等の貫通穴
を加工ができる金属−セラミックス複合材料とすること
ができ、しかも充填率の異なる部分があってもその境界
面で剥離の生じない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、大幅な加工コストの低減を可能にす
る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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 1/10 Ｃ２２Ｃ 1/10 Ｇ 32/00 32/00 Ｚ (72)発明者 林 睦夫 埼玉県浦和市大牧560 (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 樋口 毅 東京都東久留米市氷川台１−３−９ (72)発明者 小山 富和 東京都北区浮間１−３−１−805
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミックス繊維または粉末に金属を浸
透させた金属−セラミックス複合材料において、該セラ
ミックス粉末が、５０〜８０ｖｏｌ％の粉末充填率を有
するＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3もしくはＡｌＮ粉末から成り、か
つ複合材料中の加工する部分が、５〜４０ｖｏｌ％の繊
維充填率または粉末充填率を有するセラミックス繊維ま
たは粉末から成り、さらにその周囲が、３５〜５５ｖｏ
ｌ％の粉末充填率を有するＳｉＣ等の粉末から成ること
を特徴とする金属−セラミックス複合材料。 - 【請求項２】 セラミックス繊維または粉末を強化材と
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、該金属の浸透方法が、５０〜８０ｖｏ
ｌ％の粉末充填率を有するＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3もしくはＡ
ｌＮ粉末であらかじめ加工する部分を空間とするプリフ
ォームを形成し、その空間部の内側に５〜４０ｖｏｌ％
の繊維充填率または粉末充填率を有するセラミックス繊
維または粉末を充填し、さらにその周囲に３５〜５５ｖ
ｏｌ％の粉末充填率を有するＳｉＣ等の粉末を充填した
後、その充填したセラミックス繊維または粉末を含むプ
リフォーム全体にアルミニウムを主成分とする合金を７
００〜１０００℃の温度で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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34732697A JPH11172347A (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34732697A JPH11172347A (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11172347A true JPH11172347A (ja) | 1999-06-29 |
Family
ID=18389471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34732697A Pending JPH11172347A (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11172347A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003003221A (ja) * | 2001-06-25 | 2003-01-08 | Taiheiyo Cement Corp | 金属−セラミックス複合材料 |
| JP2008050647A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Taiheiyo Cement Corp | Ａｌ−ＳｉＣ複合材料接合体及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-12-03 JP JP34732697A patent/JPH11172347A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003003221A (ja) * | 2001-06-25 | 2003-01-08 | Taiheiyo Cement Corp | 金属−セラミックス複合材料 |
| JP2008050647A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Taiheiyo Cement Corp | Ａｌ−ＳｉＣ複合材料接合体及びその製造方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
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|
| A977 | Report on retrieval |
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|
| A711 | Notification of change in applicant |
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
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|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080108 |