JPH11199950A - SiC粒子の製造方法 - Google Patents

SiC粒子の製造方法

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JPH11199950A
JPH11199950A JP10006585A JP658598A JPH11199950A JP H11199950 A JPH11199950 A JP H11199950A JP 10006585 A JP10006585 A JP 10006585A JP 658598 A JP658598 A JP 658598A JP H11199950 A JPH11199950 A JP H11199950A
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良智 新谷
Yukio Okochi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、金属基複合材料の強化材としての
SiC粒子の製造方法に関し、特に、AlまたはAl合
金粉末と、Cおよび/またはSiの粉末を混合・成形後
に直接的に固体反応させることによって生成する微細な
SiC粒子の製造方法を提供する。 【解決手段】 アルミニウム系複合材料の強化材として
のSiC粒子の製造方法であって、AlまたはAl合金
粉末とSi粉末とC粉末を混合する工程と、前記混合物
を圧縮することにより成形する工程と、前記成形体を不
活性雰囲気中で加熱する工程からなることを特徴とし、
また、Al−SiまたはAl−Si合金粉末とC粉末を
混合する工程と、前記混合物を圧縮することにより成形
する工程と、前記成形体を不活性雰囲気中で加熱する工
程からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属基複合材料の
強化材としてのSiC粒子の製造方法に関し、特に、A
lまたはAl合金粉末と、Cおよび/またはSiの粉末
を混合・成形後に直接的に固体反応させることによって
生成される微細なSiC粒子を得る製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属基複合材料として、マトリックス中
にSiC等の硬質な微細粒子を分散させた粒子分散型複
合材料は、分散粒としてのセラミックス本来の特性と、
さらに粒子を均一分散させることによる材料の破壊強度
の向上、特に高温破壊特性の改善が可能となる。この内
アルミニウムおよびその合金をベースとするものでは、
粉末冶金法による製造が主体であったが、この方法で
は、切削工程が無くかなり複雑な製品を作ることは出来
るが、強度的には低いものであり、かつ製造効率の点に
おいて問題があった。その他、レオキャスティング法に
よって半溶融スラリー状にて強化材を添加し攪拌する方
法、またはメカニカルアロイング法等があるが、これら
においても均質性および製造工程の複雑さからコスト上
昇は避けられない。
【0003】特に、マトリックスがAlまたはAl合金
で強化材としてSiCである場合においては、元来Al
の反応性が良いために、AlはSiより優先してCと反
応する傾向にあり、所望のSiCが得られず、むしろそ
の複合材としての特性を低下させることにもなりかねな
い。このため、安定してその強度向上効果を得ることは
かなりの困難性が存在していた。この分野の公知技術と
して、例えば特開平6−108180号公報には、S
i:8〜16%のAl合金の溶湯にセラミックス粒等を
添加してCと反応させてSiCを形成する方法が開示さ
れている。しかし、この方法でも添加可能なSi量がA
l量によって制約を受け、生成するSiC粒子が粗大で
あるという問題があった。そこでAl系金属基複合材料
において、強度向上に安定して機能させるためのSiC
粒子を均一に分散させた粒子分散型複合材料をコスト的
に有利に製造を可能とする技術開発が望まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Al
系金属基複合材料にSiCを均一に分散させる方法を検
討し、出発原料粉としてAlまたはAl合金粉末、Si
粉末、C粉末を混合して成形後、この成形体を加熱処理
することによって、SiCを生成・分散させ、この成形
体を溶融AlまたはAl合金に添加することによりAl
系金属基複合材料を製造することを可能とする、強化材
としてのSiC粒子の製造方法を提供することにある。
【0005】また、本発明の他の目的は、前記SiCを
均一に分散させる方法として、出発原料粉としてAl−
SiまたはAl−Si合金粉末、C粉末を混合して成形
後、前記工程によってSiCを生成・分散させ、この成
形体を溶融Al金属または合金に添加することによりA
l系金属基複合材料を製造することを可能とする、強化
材としてのSiC粒子の製造方法を提供することにあ
る。さらに、本発明の他の目的は、前記SiCを均一に
分散させ高強度化したAlまたはAl合金基複合材料
を、内燃機関等の構成部材に適用する際にコスト的に有
利となるAl系金属基複合材料を製造することを可能と
する、強化材としてのSiC粒子の製造方法を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、アルミニ
ウム系複合材料の強化材としてのSiC粒子の製造方法
であって、AlまたはAl合金粉末と、Si粉末とC粉
末を混合する工程と、前記混合物を圧縮することにより
成形する工程と、前記成形体を不活性雰囲気中で加熱す
る工程からなることを特徴とするSiC粒子の製造方法
によって達成される。また、上記の目的は、アルミニウ
ム系複合材料の強化材としてのSiC粒子の製造方法で
あって、Al−SiまたはAl−Si合金粉末と、C粉
末を混合する工程と、前記混合物を圧縮することにより
成形する工程と、前記成形体を不活性雰囲気中で加熱す
る工程からなることを特徴とするSiC粒子の製造方法
によっても達成される。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明によれば、アルミニウム系
複合材料の強化材としてのSiC粒子を生成することが
でき、必要な量をAl溶湯に添加することにより、Si
C複合Al合金を得ることができる。第一発明では、
(Al粉末またはAl合金粉末)+Si粉末+C粉末
で、第二発明では、(Al−Si粉末またはAl−Si
合金粉末)+C粉末で混合した粉末を成形し成形体とな
し、前記成形体を不活性雰囲気にて加熱してこの中にS
iC粒子を生成させる。この初期の混合・成形工程で
は、混合のためにはダブルコーンブレンダまたはV字形
混合機等が使用され、常圧下での成形法としては、プレ
ス法、遠心力法、押出し法または静水圧法等を適用す
る。その他いかなる混合・成形装置も適用でき、要する
に原料粉体が攪拌混合された状態で成形されるものであ
ればよく、このことによって本発明の効果はいささかも
影響されるものではない。
【0008】また、前記不活性雰囲気には、Ar,H
e,N2 等を使用してもよいが、AlおよびCとの反応
がおこさないためには、好ましくはArまたはHe雰囲
気とする。また、本発明の合成法はSiのCによる直接
的炭化反応を利用する。この反応は発熱反応であるため
温度管理には十分にこの発熱量を考慮して雰囲気制御を
する必要がある。この反応においてAlは、前記炭化反
応の反応助剤として、また反応の安定化の作用をするも
ので、このため、さらに好ましくはSi単独よりはSi
を含有した合金粉末を使用する。なお、各原料粉の添加
量は、後述の実施例にあるとおりC/Siは化学量論的
当量比として、Alについては前記効果が期待できる量
として、生成SiCの少なくとも1重量部以上となるよ
うにする。
【0009】その後、前記成形体の所要量をAlまたは
Al合金の溶湯中に溶解してSiCを分散させるもので
ある。この前記成形体を添加するAl合金としては、一
般的なSiを含有するAl合金、例えばAl−Si,A
l−Mg−Si系合金への適用が好ましく、その他構造
用Al合金(Al−Cu,Al−Cu−Mg,Al−M
g,Al−Zn−Mg−Cu,Al−Zn−Mg等)で
もSiの許容量までの添加によって高強度化が可能であ
る。特に、内燃機関のピストン、軸受け等の部材への適
用によって、前記SiCの分散強化による高温強度のさ
らなる改善が可能となる。以下、本発明について実施例
に基づいてさらに詳述する。
【0010】
【実施例】実施例1 本実施例では、図2(a)〜(d)の製造工程によって
SiCを製造したものである。先ず、混合工程では、図
2(a)の原料粉末槽1〜3から4.5gのSi粉末
と、2gの炭素粉末および10gのアルミニウム粉末を
図2(b)のダブルコーンブレンダの混合機4に供給
し、これらを均一に混合した。次に、図2(c)の加圧
成形工程では、上下金型6内に前記混合粉末を入れ、上
下パンチ6によって加圧するプレス法によって、直径3
0mm、高さ10mmの寸法を有する円盤状の成形体7
に成形した。次に、この成形体7を加熱装置8に入れ、
アルゴン雰囲気9内で外熱式のヒーター10によって1
200℃まで加熱し、この時発熱反応を十分に生じさせ
る時間保持した後、装置内で室温まで冷却した。この冷
却後の成形体について、成形体組織調査のため調査用サ
ンプルを切り出し、顕微鏡によって内部組織観察を実施
した。その結果、成形体の内部には多数の微細な粒子が
析出しており、これらの析出粒子をX線回折法により同
定したところ炭化珪素であることが確認できた。
【0011】実施例2 本実施例では、実施例1と同様にして良好に合成するこ
とが出来た成形体としての炭化珪素粒子分散アルミニウ
ムペレットを、850℃のアルミニウム溶湯およびアル
ミニウム−5wt%Cu溶湯中に入れたところ、このペ
レットは容易に溶解して、金型に凝固後室温に持ちきた
り組織観察およびX線回折法を行った。その結果炭化珪
素粒子が均一に分散した複合材料が得られたことを確認
し、本実施例によって直接溶湯添加による製造が可能で
あることがわかった。
【0012】実施例3 本実施例では、製造工程は図2(a)〜(d)と同様と
して、原料粉末を変更して本発明SiCを製造したもの
である。すなわち、混合工程で図2(a)の原料粉末槽
1、2から、20gのAl−12wt%Si−3wt%
Cu粉末と、1gの炭素粉末を図2(b)のダブルコー
ンブレンダの混合機4に供給し、これらを均一に混合し
た。その後、図2(c)の加圧成形工程では、上下金型
6内に混合粉末を入れ、上下パンチ6によって加圧する
プレス法によって、直径30mm、高さ10mmの寸法
を有する円盤状の成形体7に成形した。次に、この成形
体7を加熱装置8に入れ、アルゴン雰囲気9内でヒータ
ー10によって、1000〜1800℃まで100℃間
隔で加熱温度を変えて加熱し、この時に発熱反応を生じ
させた後、装置内で室温まで冷却した。
【0013】この冷却後の成形体について、成形体から
調査用のサンプルを切り出し内部組織観察を実施した。
その結果、成形体の内部には多数の微細な粒子が析出し
ており、これらの析出粒子をX線回折法により同定した
ところ炭化珪素であることが確認できた。これらの粒子
の平均粒度と加熱温度との関係を図1に示す。いずれの
成形体においても析出した炭化珪素粒子は微細であった
が、特に1000〜1200℃の温度では2μm以下の
粒径であり、好ましい範囲にあった。次いで、良好に合
成することのできた炭化珪素粒子分散アルミニウムペレ
ットを、750℃のアルミニウム溶湯およびアルミニウ
ム−3wt%Cu溶湯中に入れたところ、このペレット
は溶湯に溶解して、炭化珪素粒子が均一に分散した金属
基複合材料を製造することができた。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、金属基複合材料のSi
C粒子をAl溶湯に所要の量添加することによって、効
率よくSiC複合Al合金が得られる。また、固体反応
による合成であるので、常温成形および不活性雰囲気加
熱による製造工程の簡略化が図られ、かつ粒子径の安定
化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例3に係る加熱温度と平均粒子径
の関係を示す図である。
【図2】本発明の実施例1および3のSiC粒子の製造
工程を示す概要図である。
【符号の説明】
1、2、3…原料粉末槽 4…混合機 5…金型 6…パンチ 7…成形体 8…加熱装置 9…不活性雰囲気 10…ヒーター

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム系複合材料の強化材として
    のSiC粒子の製造方法であって、AlまたはAl合金
    粉末と、Si粉末とC粉末を混合する工程と、該混合物
    を圧縮することにより成形する工程と、該成形体を不活
    性雰囲気中で加熱する工程からなることを特徴とするS
    iC粒子の製造方法。
  2. 【請求項2】 アルミニウム系複合材料の強化材として
    のSiC粒子の製造方法であって、Al−SiまたはA
    l−Si合金粉末と、C粉末を混合する工程と、該混合
    物を圧縮することにより成形する工程と、該成形体を不
    活性雰囲気中で加熱する工程からなることを特徴とする
    SiC粒子の製造方法。
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