JPH11228262A - Metal-ceramic composite material and its production - Google Patents

Metal-ceramic composite material and its production

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JPH11228262A
JPH11228262A JP3657798A JP3657798A JPH11228262A JP H11228262 A JPH11228262 A JP H11228262A JP 3657798 A JP3657798 A JP 3657798A JP 3657798 A JP3657798 A JP 3657798A JP H11228262 A JPH11228262 A JP H11228262A
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JP
Japan
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metal
composite material
ceramic
aluminum alloy
ceramic powder
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JP3657798A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiromasa Shimojima
浩正 下嶋
Mitsuyoshi Kimura
光良 木村
Kazunari Naito
一成 内藤
Mutsuo Hayashi
睦夫 林
Heishiro Takahashi
平四郎 高橋
Takeshi Higuchi
毅 樋口
Tomikazu Koyama
富和 小山
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
Taiheiyo Cement Corp
Original Assignee
SERANKUSU KK
Taiheiyo Cement Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a metal-ceramic composite material capable of improving the heat resistance of not only an Mg free composite material but also an Mg-containing composite material. SOLUTION: This metal-ceramic composite material comprises a ceramic powder composed of SiC, Al2 O3 or an AlN powder and a metal composed of an aluminum alloy containing Ti, Cr or Mn. The method for producing the metal-ceramic composite material comprises making the aluminum alloy containing the Ti, Cr or Mn permeate into a preform composed of the ceramic powder or the ceramic powder filled in a frame mold.

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及びその製造方法
に関し、特に耐熱性を向上させた金属−セラミックス複
合材料及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal-ceramic composite material in which a metal is combined with a reinforcing material and a method for producing the same, and more particularly to a metal-ceramic composite material having improved heat resistance and a method for producing the same.

【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。
2. Description of the Related Art A ceramic-metal composite material reinforced with ceramic fibers or particles has both characteristics of ceramic and metal. For example, this composite material has high rigidity, low thermal expansion property, abrasion resistance, etc. 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】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。
As a method for producing this composite material, particularly a composite material using aluminum as a matrix as a metal, methods such as powder metallurgy, high pressure casting, and vacuum casting have been conventionally known. However, all of these methods are not capable of increasing the content of ceramics as a reinforcing material, require a large-sized pressurizing device, are difficult to form near nets, and are extremely expensive. It was not satisfactory.

【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
23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含浸させる方法
である。これは、MgとN2との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。
Accordingly, recently, a non-pressurized metal infiltration method developed by Rankside Company of the United States has attracted particular attention as a manufacturing method for solving the above problem. This method uses SiC or A
An aluminum ingot containing Mg is brought into contact with a preform formed of a ceramic powder such as l 2 O 3 ,
This is a method in which the preform is impregnated with a molten aluminum alloy by heating the same to 700 to 900 ° C. in an N 2 atmosphere. This is an excellent method in which the preform can be impregnated with metal without applying pressure by improving the wettability of the molten metal to the ceramic powder by utilizing the chemical reaction between Mg and N 2. .

【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。
Further, according to this method, the content of ceramics can be varied as wide as 30 to 85 vol% and a high range, and the preform formed by this method has a high degree of freedom in its shape. It is also possible to make quite complex shapes with near nets. As described above, this method does not require a pressurizing device, can increase the content of ceramics, and enables near-net molding. Therefore, this method is an excellent method that solves the above-described problem. .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法で作製した複合材料は、耐熱性に劣ることに問題があ
った。それは、一つは、Mgを含むAl−Mg系の合金
は、Mgが35.0%のところに450℃の共晶点があ
るため融点が低いことであり、この合金はAl−5Mg
で570℃程度、Al−10Mgで500℃程度である
ため、変形を起こさずに使える温度は、荷重によっても
異なるが最高450〜500℃程度であり、融点が67
0℃程度であるAlに比べて100℃以上も低くなるこ
とである。
However, the composite material produced by this method has a problem in that it has poor heat resistance. One is that the melting point of Al-Mg based alloy containing Mg is low because Mg has a eutectic point of 450 ° C at 35.0%, and this alloy is Al-5Mg.
Is about 570 ° C. for Al-10Mg, and about 500 ° C. for Al-10Mg. Therefore, the temperature that can be used without causing deformation varies depending on the load but is about 450-500 ° C. at the maximum, and the melting point is 67 ° C.
That is, the temperature is 100 ° C. or more lower than that of Al which is about 0 ° C.

【0007】また、二つ目は、蒸気圧が極めて低く、揮
発し易いことであり、そのため、400℃以上の温度下
では、高真空度を達成するのが難しく、かつ常圧に戻し
た際に揮発したMgが凝固し、ダストとして発生してし
まうことである。さらに、三つ目は、セラミックス粉末
がSiCの場合、AlとSiCが反応して炭化アルミニ
ウム(Al43)を生成し、このAl43が常温で空気
中の水分と容易に反応して水酸化アルミニウムとなり、
複合材料の物理的特性を著しく劣化させることであり、
それを防ぐためにアルミニウム金属中には必ずSiの含
有が必要であった。そして、Al−Si系においてSi
が11.6%のところに577℃の共晶点があるため融
点がさらに低くなり、Al−5Mg−12Siで450
℃程度にすぎなかった。
Secondly, the vapor pressure is extremely low and it is easy to volatilize. Therefore, it is difficult to achieve a high degree of vacuum at a temperature of 400 ° C. or more, and when returning to normal pressure. Mg that has volatilized is solidified and generated as dust. Third, when the ceramic powder is SiC, Al and SiC react to form aluminum carbide (Al 4 C 3 ), and this Al 4 C 3 easily reacts with moisture in the air at room temperature. To become aluminum hydroxide,
Significantly degrading the physical properties of the composite material,
In order to prevent this, Si must be contained in the aluminum metal. And, in the Al-Si system, Si
Has a eutectic point of 577 ° C. at 11.6%, the melting point is further lowered, and the melting point of Al-5Mg-12Si is 450%.
It was only about ° C.

【0008】この耐熱性を改善するため、発明者等はア
ルミニウム合金中のSiやMgの含有量を極力減らすこ
とで対応してきた。しかし、Mgを少なくすると当然金
属の浸透時間が長くなるという問題があり、また、浸透
時間が長くなると複合材料中にポアや未浸透部分が発生
し易いという問題もあった。
In order to improve the heat resistance, the inventors have responded by reducing the content of Si and Mg in the aluminum alloy as much as possible. However, when the amount of Mg is reduced, there is a problem that the permeation time of the metal becomes longer, and when the permeation time becomes longer, there is also a problem that pores and unpermeated portions are easily generated in the composite material.

【0009】本発明は、上述したセラミックスと金属の
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、耐熱性を改善することのできる金属−セラミ
ックス複合材料を提供しその製造方法をも提供すること
にある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the ceramic-metal composite material, and has as its object to provide a metal-ceramic composite material capable of improving heat resistance and a method for producing the same. Is also to provide.

【0010】[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、マトリックスである
アルミニウム合金中にTi、CrまたはMnを含有させ
れば、耐熱性を改善することのできる金属−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。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, it has been found that if Ti, Cr or Mn is contained in an aluminum alloy as a matrix, heat resistance can be improved. The present inventors have found that a metal-ceramic composite material that can be obtained can be obtained, and have completed the present invention.

【0011】即ち本発明は、(1)セラミックス粉末に
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、SiC、Al23またはA
lN粉末から成り、該金属が、Ti、CrまたはMnを
含むアルミニウム合金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)
アルミニウム合金が、Ti、CrまたはMnを0.5〜
20重量%含む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(請求項
2)とし、さらに、(3)セラミックス粉末に金属を浸
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、先ずセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス
粉末でプリフォームを形成した後、該プリフォームの上
面にMgまたはAl−Mg、Mg2Si等のMg含有金
属粉末を薄く敷き、その上にMgを含まずTi、Crま
たはMnを含むアルミニウム合金を載せた後、該プリフ
ォームにアルミニウム合金を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3)とし、さらにまた、(4)
セラミックス粉末に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、先ず含浸促進材を混合
したセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス粉末
を型枠内に充填し、そのセラミックス粉末の上にMgを
含まずTi、CrまたはMnを含むアルミニウム合金を
載せた後、該セラミックス粉末にアルミニウム合金を7
00〜1000℃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4)と
し、そしてまた、(5)セラミックス粉末に金属を浸透
させる金属−セラミックス複合材料の製造方法におい
て、先ずセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス
粉末でプリフォームを形成した後、あるいはそのセラミ
ックス粉末を型枠内に充填した後、そのプリフォームま
たはセラミックス粉末の上にMgを含み、かつTi、C
rまたはMnを含むアルミニウム合金を載せた後、該プ
リフォームまたはセラミックス粉末に700〜1000
℃の温度でアルミニウム合金を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
5)とし、そしてさらにまた、(6)アルミニウム合金
が、Ti、CrまたはMnを0.5〜20重量%含むア
ルミニウム合金であることを特徴とする請求項3、4ま
たは5記載の金属−セラミックス複合材料の製造方法
(請求項6)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 metal-ceramic composite material in which a ceramic powder is impregnated with a metal, wherein the ceramic powder is made of SiC, Al 2 O 3 or A
1N powder, wherein the metal is an aluminum alloy containing Ti, Cr or Mn.
A ceramic composite material (claim 1); and (2)
Aluminum alloy, Ti, Cr or Mn 0.5 ~
2. A method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 1, wherein the metal-ceramic composite material is an aluminum alloy containing 20% by weight (claim 2). First, a ceramic powder is prepared, a preform is formed from the ceramic powder, and a Mg-containing metal powder such as Mg or Al-Mg or Mg 2 Si is thinly spread on the upper surface of the preform. A method for producing a metal-ceramic composite material, comprising: mounting an aluminum alloy containing Ti, Cr or Mn, and then infiltrating the preform with a temperature of 700 to 1000 ° C (Claim 3). And (4)
In a method for producing a metal-ceramic composite material in which a metal is infiltrated into a ceramic powder, first, a ceramic powder mixed with an impregnating accelerator is prepared, the ceramic powder is filled in a mold, and Mg is contained on the ceramic powder. After placing an aluminum alloy containing Ti, Cr or Mn on the ceramic powder,
A method for producing a metal-ceramic composite material characterized by infiltrating at a temperature of 00 to 1000 ° C. (Claim 4), and (5) A method for producing a metal-ceramic composite material wherein metal is penetrated into ceramic powder. First, after preparing a ceramic powder and forming a preform with the ceramic powder, or after filling the ceramic powder in a mold, containing Mg on the preform or the ceramic powder, and Ti, C
After placing an aluminum alloy containing r or Mn, 700-1000
A method for producing a metal-ceramic composite material characterized by infiltrating an aluminum alloy at a temperature of ° C. (Claim 5). The gist of the invention is to provide a method for producing a metal-ceramic composite material according to claims 3, 4 or 5, characterized in that it is an aluminum alloy containing 20% by weight. This will be described in more detail below.

【0012】上記複合材料中のセラミックス粉末として
は、SiC、Al23またはAlN粉末から成るとし、
そのセラミックス粉末に浸透させた金属としては、T
i、CrまたはMnを含むアルミニウム合金から成るこ
ととする金属−セラミックス複合材料とした(請求項
1)。セラミックス粉末をSiC、Al23またはAl
N粉末としたのは、これら粉末が金属に浸透され易いこ
とによる。また、浸透させた金属をTi、CrまたはM
nを含むアルミニウム合金としたのは、Ti、Crまた
はMnがAlと共晶点を作らず、またAlより融点が高
いので、これら金属が加わると必ずAlより高い融点に
なり耐熱性が向上することによる。これは、耐熱性を低
くするMgを多く含んでいても同様で、Mgの含有量が
同じであれば必ず耐熱性が改善される。
The ceramic powder in the composite material is made of SiC, Al 2 O 3 or AlN powder,
As the metal that has penetrated the ceramic powder, T
A metal-ceramic composite material made of an aluminum alloy containing i, Cr or Mn (claim 1). Ceramic powder of SiC, Al 2 O 3 or Al
The reason for using N powder is that these powders easily penetrate into the metal. In addition, the infiltrated metal is Ti, Cr or M
The reason why the aluminum alloy containing n is that Ti, Cr or Mn does not form a eutectic point with Al and has a higher melting point than Al, so that when these metals are added, the melting point is always higher than that of Al and the heat resistance is improved. It depends. This is the same even when a large amount of Mg that lowers the heat resistance is contained. If the content of Mg is the same, the heat resistance is always improved.

【0013】このTi、CrまたはMnの含有量として
は、アルミニウム合金中に0.5〜20%重量%とした
(請求項2)。これらTi、CrまたはMnの含有量が
0.5重量%より少ないと耐熱性を向上させる効果が少
なく、20重量%より多いと金属の浸透速度が遅くなり
工業的には適さない。これら金属による効果はほぼ同程
度であるので、要求される物理的特性ないしは経済性を
考慮して適宜選択して用いればよい。
[0013] The content of Ti, Cr or Mn is 0.5 to 20% by weight in the aluminum alloy. If the content of Ti, Cr or Mn is less than 0.5% by weight, the effect of improving heat resistance is small, and if the content is more than 20% by weight, the metal penetration rate becomes slow, which is not industrially suitable. Since the effects of these metals are almost the same, they may be appropriately selected and used in consideration of required physical characteristics or economics.

【0014】その複合材料の製造方法としては、浸透さ
せる金属にMgを含まないアルミニウム合金を用いる場
合には、先ずセラミックス粉末を用意し、そのセラミッ
クス粉末でプリフォームを形成した後、該プリフォーム
の上面にMgまたはAl−Mg、Mg2Si等のMg含
有金属粉末を薄く敷き、その上にMgを含まずTi、C
rまたはMnを含むアルミニウム合金を載せた後、該プ
リフォームに700〜1000℃の温度でアルミニウム
合金を浸透させることとする金属−セラミックス複合材
料の製造方法とした(請求項3)。
As a method for producing the composite material, when an aluminum alloy containing no Mg is used as a metal to be infiltrated, first, a ceramic powder is prepared, and a preform is formed from the ceramic powder. Spread a thin layer of Mg-containing metal powder such as Mg or Al-Mg, Mg 2 Si on the top surface, and
After the aluminum alloy containing r or Mn is placed, the aluminum alloy is infiltrated into the preform at a temperature of 700 to 1000 ° C. to provide a method for producing a metal-ceramic composite material.

【0015】この製造方法は、形成されたプリフォーム
と浸透させる金属との間にMgを含む金属粉末を敷くこ
とで金属を浸透させるもので、このMgを含む金属粉末
を敷いてないと、溶融金属がプリフォームに浸透されな
い。その金属粉末の平均粒径としては、1〜300μm
が好ましく、1μmより細かいと大気中の水分と反応し
てしまいMg(OH)2となり好ましくなく、300μ
mより粗いと混合が不均一となり浸透が進まない部分が
生じる。また、その金属粉末のプリフォーム上面に敷く
量としては、耐熱性を向上させるためには全金属中のM
g含有量が1%以下となる量とする必要がある。それを
敷く方法としては、篩などを用いてできるだけ均一に振
り撒くことが望ましい。量が足りなくて均一に振り撒く
ことができない場合には、Al23等のセラミックス粉
末と充分混合し、増量したものを用いてもよい。
In this manufacturing method, the metal is infiltrated by laying a metal powder containing Mg between the formed preform and the metal to be infiltrated. Metal does not penetrate the preform. The average particle size of the metal powder is 1 to 300 μm
If it is finer than 1 μm, it reacts with moisture in the atmosphere and becomes Mg (OH) 2 , which is not preferable.
If it is coarser than m, mixing becomes uneven and a portion where penetration does not proceed is generated. The amount of the metal powder to be laid on the upper surface of the preform is, in order to improve heat resistance, M
It is necessary that the g content be 1% or less. As a method of laying it, it is desirable to sprinkle as uniformly as possible using a sieve or the like. If the amount is insufficient and cannot be evenly distributed, an increased amount may be used by sufficiently mixing with a ceramic powder such as Al 2 O 3 .

【0016】Mgを含まないアルミニウム合金を用いる
場合の他の製造方法としては、先ず含浸促進材を混合し
たセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス粉末を
型枠内に充填し、そのセラミックス粉末の上にMgを含
まずTi、CrまたはMnを含むアルミニウム合金を載
せた後、該セラミックス粉末に700〜1000℃の温
度でアルミニウム合金を浸透させることとする金属−セ
ラミックス複合材料の製造方法とした(請求項4)。
As another manufacturing method when an aluminum alloy containing no Mg is used, first, a ceramic powder mixed with an impregnation promoter is prepared, the ceramic powder is filled in a mold, and the ceramic powder is placed on the ceramic powder. A method of manufacturing a metal-ceramic composite material, comprising: mounting an aluminum alloy containing Ti, Cr or Mn without containing Mg, and then infiltrating the ceramic powder with the aluminum alloy at a temperature of 700 to 1000 ° C. 4).

【0017】この製造方法は、強化材であるセラミック
ス粉末にMgを含む金属粉末から成る含浸促進材を混ぜ
型枠内に充填するもので、含浸促進材がセラミックス粉
末に含まれていないと、前記したと同様溶融金属がセラ
ミックス粉末に浸透されない。その金属粉末の平均粒径
としては、これも前記したと同様1〜300μmが好ま
しい。またその量としては、これも全アルミニウム合金
中のMg含有量が1%以下となるように調整する必要が
ある。
In this manufacturing method, a ceramic powder as a reinforcing material is mixed with an impregnating accelerator made of a metal powder containing Mg and filled in a mold. Similarly, the molten metal does not penetrate into the ceramic powder. The average particle size of the metal powder is preferably 1 to 300 μm, as described above. It is necessary to adjust the amount so that the Mg content in the total aluminum alloy is 1% or less.

【0018】一方、浸透させる金属にMgを含むアルミ
ニウム合金を用いる場合には、先ずセラミックス粉末を
用意し、そのセラミックス粉末でプリフォームを形成し
た後、あるいはそのセラミックス粉末を型枠内に充填し
た後、そのプリフォームまたはセラミックス粉末の上に
Mgを含み、かつTi、CrまたはMnを含むアルミニ
ウム合金を載せた後、該プリフォームまたはセラミック
ス粉末に700〜1000℃の温度でアルミニウム合金
を浸透させることとする金属−セラミックス複合材料の
製造方法とした(請求項5)。
On the other hand, when using an aluminum alloy containing Mg as the metal to be infiltrated, first prepare a ceramic powder and form a preform with the ceramic powder, or after filling the ceramic powder into a mold. Placing an Mg alloy on the preform or the ceramic powder and an aluminum alloy containing Ti, Cr or Mn, and then infiltrating the preform or the ceramic powder with the aluminum alloy at a temperature of 700 to 1000 ° C. (Claim 5).

【0019】この製造方法は、浸透させる金属にMgを
含んでいることから、プリフォームの上面にMgを含む
金属粉末を敷く必要はなく、あるいは型枠内に充填する
セラミックス粉末に含浸促進材を混ぜる必要もなく、浸
透させるアルミニウム合金にTi、CrまたはMnが含
まれていることを除けば従来通りの方法で製造できる。
そして、Mgを含まないアルミニウム合金を浸透させる
方法で作製された複合材料より耐熱性には劣るが、浸透
時間がはるかに短い利点がある。
In this manufacturing method, since the metal to be impregnated contains Mg, it is not necessary to spread a metal powder containing Mg on the upper surface of the preform, or a ceramic powder to be filled in the mold is filled with the impregnation-promoting material. It does not need to be mixed and can be manufactured in a conventional manner except that the aluminum alloy to be infiltrated contains Ti, Cr or Mn.
And although the heat resistance is inferior to the composite material produced by the method of infiltrating an aluminum alloy containing no Mg, there is an advantage that the permeation time is much shorter.

【0020】[0020]

【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、Al23またはA
lN粉末を用意する。プリフォームを作製する場合に
は、これら粉末に無機バインダーを、必要があれば有機
バインダーも加えて混合する。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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The production method of the present invention will be described in more detail. First, SiC, Al 2 O 3 or A
Prepare 1N powder. When producing a preform, an inorganic binder is added to these powders, and if necessary, an organic binder is added and mixed. Any mixing method may be used as long as it can be uniformly mixed.

【0021】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。得られた成形体は、9
00〜1100℃の温度で焼成してプリフォームを形成
する。Mgを含まないアルミニウム合金を浸透させる場
合には、形成したプリフォームの上面に1〜300μm
の平均粒径を有するMgを含む金属粉末を篩等を用いて
振り撒いて薄く敷き、その上にTi、CrまたはMnを
含むアルミニウム合金を置いた後、あるいはMgを含む
アルミニウム合金を浸透させる場合には、プリフォーム
の上に金属粉末を敷くことなくそのままTi、Crまた
はMnを含むアルミニウム合金を置いた後、窒素気流中
で非加圧で700〜1000℃の温度でアルミニウム合
金を浸透させ、冷却して複合材料を作製する。
The resulting mixture is shaped. The molding method is
There are sedimentation molding, injection molding, CIP molding and the like, but any method may be used. In short, any method can be used as long as it can maintain the form of the preform to penetrate the metal under no pressure and does not hinder the penetration. The obtained molded body is 9
It is fired at a temperature of 00 to 1100 ° C. to form a preform. When infiltrating an aluminum alloy containing no Mg, 1 to 300 μm
When a metal powder containing Mg having an average particle size of is sprinkled using a sieve or the like and spread thinly, and an aluminum alloy containing Ti, Cr or Mn is placed thereon, or an aluminum alloy containing Mg is infiltrated. After placing an aluminum alloy containing Ti, Cr or Mn as it is without laying metal powder on the preform, infiltrate the aluminum alloy at a temperature of 700 to 1000 ° C. in a nitrogen stream without pressure, Cool to make composite material.

【0022】一方、型枠に充填する場合には、Mgを含
まないアルミニウム合金を浸透させるときは、前記した
セラミックス粉末に含浸促進材である1〜300μmの
平均粒径を有するMgを含む金属粉末を加え、乾式で混
合し、その混合粉末を型枠に充填した後、あるいはMg
を含むアルミニウム合金を浸透させるときには、セラミ
ックス粉末をそのまま型枠内に充填した後、充填したセ
ラミックス粉末に型枠上部から前記したプリフォームの
場合と同様金属を浸透させる。型枠に用いる材料として
は、グラフォイル等溶融金属との濡れ性が悪く、浸透を
阻害するものがよく、浸透後の脱型が容易になる。
On the other hand, when filling the mold with an aluminum alloy not containing Mg, a metal powder containing Mg having an average particle diameter of 1 to 300 μm, which is an impregnation accelerator, is added to the ceramic powder. And dry-mixing, and after filling the mixed powder into a mold, or
When infiltrating an aluminum alloy containing, the ceramic powder is directly filled in the mold, and then the metal is infiltrated into the filled ceramic powder from above the mold in the same manner as in the case of the preform described above. As a material used for the mold, a material that has poor wettability with a molten metal such as graphoil and inhibits permeation is preferable, and demolding after permeation becomes easy.

【0023】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、耐熱性を改善することのできる金属−セ
ラミックス複合材料を得ることができる。
When a metal-ceramic composite material is produced by the above method, a metal-ceramic composite material having improved heat resistance can be obtained.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に挙げ、本発
明をより詳細に説明する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by giving specific examples of the present invention.

【0025】(実施例1) (1)プリフォームの形成 強化材として16μmの平均粒径を有するシリカコーテ
ィングしたAlN粉末(ダウケミカル社製)を用い、そ
れにバインダーとしてコロイダルシリカ液をそのシリカ
固形分がセラミックス粉末100重量部に対し2重量部
になる量を添加し、さらにイオン交換水を30重量部加
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80×80×厚さ20mmの成形体
が得られ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700℃で5時間焼成し
て4枚のプリフォーム板を形成した。
Example 1 (1) Formation of Preform A silica-coated AlN powder (manufactured by Dow Chemical Company) having an average particle size of 16 μm was used as a reinforcing material, and a colloidal silica liquid was used as a binder and the silica solid content was used as a binder. Was added in an amount of 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic powder, 30 parts by weight of ion-exchanged water was further added, and the mixture was mixed for 16 hours in a pot mill without a medium.
The obtained slurry was poured into a silicone rubber mold from which a molded body having a size of 80 × 80 × 20 mm was obtained, subjected to sediment casting (sedimentation molding), and cooled to −30 ° C. to obtain a frozen product. The obtained frozen product was baked at 700 ° C. for 5 hours to form four preform plates.

【0026】(2)複合材料の作製 プリフォームの上面にAl23粉末と150μmアンダ
ーのMg粉末とを重量比9:1で混合した粉末200g
を篩を用いて薄く敷き、さらにその上に1,2倍量の純
Al、Al−5Ti組成、Al−5Cr組成、Al−5
Mn組成の板を各々のプリフォーム板の上に置き、窒素
雰囲気中で875℃の温度で45時間非加圧浸透させた
後、冷却して金属−セラミックス複合材料を作製した。
(2) Preparation of Composite Material 200 g of powder obtained by mixing Al 2 O 3 powder and Mg powder 150 μm under at a weight ratio of 9: 1 on the upper surface of the preform.
Is spread thinly by using a sieve, and further, a 1 / 2-fold amount of pure Al, Al-5Ti composition, Al-5Cr composition, Al-5
A plate having an Mn composition was placed on each preform plate, and allowed to infiltrate at 875 ° C. in a nitrogen atmosphere without pressure for 45 hours, and then cooled to produce a metal-ceramic composite material.

【0027】(3)評価 得られた複合材料から長さ80×幅20×厚さ4mmの
試験片を切り出し、その試験片を大気中で620℃の温
度で2時間保持した後、その表面を目視観察した。その
結果、純Alを浸透させた試験片では表面に球滴状の溶
融合金が付着しているのが観察されたが、Ti、Crま
たはMnを含むアルミニウム合金を浸透させた試験片で
は全く溶融した形跡がみられなかった。このことは、A
lにTi、CrまたはMnを含ませれば、Alより耐熱
性が改善されることを示している。
(3) Evaluation A test piece of 80 × 20 × 4 mm was cut out from the obtained composite material, and the test piece was kept at 620 ° C. for 2 hours in the atmosphere. It was visually observed. As a result, it was observed that the molten alloy in the form of spherical droplets adhered to the surface of the test piece impregnated with pure Al, whereas the test piece impregnated with the aluminum alloy containing Ti, Cr or Mn was completely molten. There was no evidence of this. This means that A
This indicates that when Ti, Cr or Mn is included in l, heat resistance is improved as compared with Al.

【0028】(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66μm)の市販Si
C粉末70重量部と#800(平均粒径14μm)の市
販SiC粉末30重量部に対し、バインダーとしてコロ
イダルシリカ液をそのシリカ固形分がセラミックス粉末
100重量部に対し2重量部になる量を添加し、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重量部加え、それにさらにイオン交換水を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80×80×厚さ20mmの
成形体が得られ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1050℃で3時
間焼成して4枚のプリフォーム板を形成した。
Example 2 (1) Formation of Preform Commercially available # 180 (average particle size 66 μm) Si as a reinforcing material
To 70 parts by weight of C powder and 30 parts by weight of commercially available SiC powder of # 800 (average particle size: 14 μm), a colloidal silica liquid was added as a binder in an amount such that the silica solid content was 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of ceramic powder. Then, 0.2 parts by weight of FORMASTER VL (manufactured by Sannobuco) as an antifoaming agent was added thereto, and 24 parts by weight of ion-exchanged water was further added thereto, followed by mixing in a pot mill without a medium for 12 hours. The obtained slurry was poured into a silicone rubber mold from which a molded body having a size of 80 × 80 × 20 mm was obtained, subjected to sediment casting (sedimentation molding), and cooled to −30 ° C. to obtain a frozen product. The obtained frozen product was fired at 1050 ° C. for 3 hours to form four preform plates.

【0029】(2)複合材料の作製 プリフォームの上面に市販のAC8B組成(Al−Si
−Cu−Ni−Mg系)にMgを3重量%添加したもの
(以下AC8B−3Mgと略記)、それにTi、Crま
たはMnを1重量%添加したものをプリフォームの1.
0倍量それぞれ置き、窒素雰囲気中で825℃の温度で
24時間非加圧浸透させた後、冷却して金属−セラミッ
クス複合材料を作製した。
(2) Preparation of Composite Material A commercially available AC8B composition (Al-Si
-Cu-Ni-Mg-based) and 3% by weight of Mg (hereinafter abbreviated as AC8B-3Mg), and 1% by weight of Ti, Cr or Mn added thereto.
After placing each in a 0-fold amount and infiltrating non-pressure at a temperature of 825 ° C. for 24 hours in a nitrogen atmosphere, it was cooled to prepare a metal-ceramic composite material.

【0030】(3)評価 得られた複合材料から長さ80×幅20×厚さ4mmの
試験片を切り出し、その試験片を大気中で550℃の温
度に設定した電気炉内に入れ、2時間保持した後、その
表面を目視観察した。その結果、AC8B−3Mgを浸
透させた試験片では表面に球滴状の溶融合金が付着して
いるのが観察されたが、AC8B−3MgにTi、Cr
またはMnを含む合金を浸透させた試験片では全く溶融
した形跡がみられなかった。このことは、アルミニウム
合金にTi、CrまたはMnを含ませれば、Mgを同じ
量含むものより耐熱性が改善されることを示している。
(3) Evaluation A test piece having a length of 80 × width 20 × 4 mm in thickness was cut out from the obtained composite material, and the test piece was placed in an electric furnace set at a temperature of 550 ° C. in the atmosphere to obtain a test piece. After holding for a time, the surface was visually observed. As a result, in the test piece in which AC8B-3Mg was infiltrated, it was observed that a molten alloy in the form of spherical droplets adhered to the surface, but Ti and Cr were added to AC8B-3Mg.
Alternatively, there was no evidence of melting at all in the test piece impregnated with the alloy containing Mn. This shows that when Ti, Cr or Mn is contained in the aluminum alloy, the heat resistance is improved as compared with the case where the same amount of Mg is contained.

【0031】[0031]

【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、Mgを含まないものは勿論Mgを
含んでも耐熱性を改善す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。このこ
とにより、従来欠点であった耐熱性の低さを大幅に改善
することができるようになり、特に強化材にAlN粉末
を用いたものは、耐熱性が600℃より高く、軽量、高
剛性を兼ね備えながらこれほどの高温に耐えられる材料
は他になく半導体製造装置の部材用などを中心に幅広い
応用が期待できる。
As described above, the metal-ceramic composite material of the present invention can be a metal-ceramic composite material which can improve heat resistance even if it contains Mg, not to mention containing Mg. It became so. This makes it possible to greatly improve the low heat resistance, which has been a drawback in the past. Particularly, those using AlN powder as the reinforcing material have heat resistance higher than 600 ° C., light weight, and high rigidity. There is no other material that can withstand such a high temperature while having the above, and a wide range of applications can be expected mainly for members of semiconductor manufacturing equipment.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Mutsumi Hayashi 560 Omaki, Urawa-shi, Saitama (72) Inventor Heishiro Takahashi 314-1 Matsudo-Shinda, Matsudo-shi, Chiba (72) Inventor Takeshi Higuchi Tokyo Higashi-Kurume, Tokyo 1-3-9 Hikawadai, City (72) Inventor Tomiwa Koyama 1-3-1-805, Ukima, Kita-ku, Tokyo

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックス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、SiC、Al23またはAlN粉末から成り、該
金属が、Ti、CrまたはMnを含むアルミニウム合金
から成ることを特徴とする金属−セラミックス複合材
料。
1. A metal-ceramic composite material having a ceramic powder impregnated with a metal, wherein the ceramic powder is made of SiC, Al 2 O 3 or AlN powder, and the metal is an aluminum alloy containing Ti, Cr or Mn. A metal-ceramic composite material, comprising:
【請求項2】 アルミニウム合金が、Ti、Crまたは
Mnを0.5〜20重量%含む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。
2. The metal-ceramic composite material according to claim 1, wherein the aluminum alloy is an aluminum alloy containing 0.5 to 20% by weight of Ti, Cr or Mn.
【請求項3】 セラミックス粉末に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、先ずセ
ラミックス粉末を用意し、そのセラミックス粉末でプリ
フォームを形成した後、該プリフォームの上面にMgま
たはAl−Mg、Mg2Si等のMg含有金属粉末を薄
く敷き、その上にMgを含まずTi、CrまたはMnを
含むアルミニウム合金を載せた後、該プリフォームにア
ルミニウム合金を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。
3. A method for producing a metal-ceramic composite material in which a metal is infiltrated into a ceramic powder. First, a ceramic powder is prepared, a preform is formed from the ceramic powder, and Mg or Al— A thin layer of Mg-containing metal powder such as Mg, Mg 2 Si or the like is placed thereon, and an aluminum alloy containing no Ti, Cr or Mn without Mg is placed thereon. Then, the aluminum alloy is placed on the preform at a temperature of 700 to 1000 ° C. A method for producing a metal-ceramic composite material, characterized by infiltrating.
【請求項4】 セラミックス粉末に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、先ず含
浸促進材を混合したセラミックス粉末を用意し、そのセ
ラミックス粉末を型枠内に充填し、そのセラミックス粉
末の上にMgを含まずTi、CrまたはMnを含むアル
ミニウム合金を載せた後、該セラミックス粉末にアルミ
ニウム合金を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。
4. A method for producing a metal-ceramic composite material in which a metal is impregnated into a ceramic powder, first, a ceramic powder mixed with an impregnation promoter is prepared, and the ceramic powder is filled in a mold. A method for producing a metal-ceramic composite material, comprising: mounting an aluminum alloy containing Ti, Cr, or Mn without containing Mg thereon, and then infiltrating the ceramic powder with a temperature of 700 to 1000 ° C.
【請求項5】 セラミックス粉末に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、先ずセ
ラミックス粉末を用意し、そのセラミックス粉末でプリ
フォームを形成した後、あるいはそのセラミックス粉末
を型枠内に充填した後、そのプリフォームまたはセラミ
ックス粉末の上にMgを含み、かつTi、CrまたはM
nを含むアルミニウム合金を載せた後、該プリフォーム
またはセラミックス粉末に700〜1000℃の温度で
アルミニウム合金を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。
5. A method for producing a metal-ceramic composite material in which a metal is infiltrated into a ceramic powder. First, a ceramic powder is prepared and a preform is formed from the ceramic powder, or the ceramic powder is filled in a mold. After that, Mg is contained on the preform or ceramic powder, and Ti, Cr or M
metal on the preform or ceramic powder at a temperature of 700 to 1000 ° C. after placing an aluminum alloy containing n.
Manufacturing method of ceramic composite material.
【請求項6】 アルミニウム合金が、Ti、Crまたは
Mnを0.5〜20重量%含むアルミニウム合金である
ことを特徴とする請求項3、4または5記載の金属−セ
ラミックス複合材料の製造方法。
6. The method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 3, wherein the aluminum alloy is an aluminum alloy containing 0.5 to 20% by weight of Ti, Cr or Mn.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002339025A (en) * 2001-05-16 2002-11-27 Taiheiyo Cement Corp Method for manufacturing ceramics and metal composite
US6635357B2 (en) * 2002-02-28 2003-10-21 Vladimir S. Moxson Bulletproof lightweight metal matrix macrocomposites with controlled structure and manufacture the same

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