JPH11269578A - 複合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多孔質無機構造体に金属を含浸するに際して、
破損を生じたり、不均質な複合体となるのを防止する。 【解決手段】多孔質無機構造体に繊維状無機材料を隣接
配置しながら金属を含浸することを特徴とする複合体の
製造方法であって、高圧鋳造法及び／又は溶湯段造法に
好ましく適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属或いは合金と
セラミックスとからなる複合体（以下、「金属−セラミ
ックス複合体」又は単に「複合体」という）の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属−セラミックス複合体は、金属、セ
ラミックスの各々単独では得られない機械的熱的性質の
向上を達成できる材料として期待されている。例えば、
自動車のピストン部品の耐磨耗材料、ヒートシンクなど
の放熱材料としての応用が挙げられる。

【０００３】金属−セラミックス複合体は、セラミック
粉、セラミック繊維を成形し、必要な場合にはさらにこ
れを焼成して作製した多孔質セラミックス構造体を用
い、これを所望の型内の空間に配置し、この空間に溶融
金属を流し込むことによって、前記多孔質セラミックス
構造体に前記金属を含浸し、これを凝固させることによ
り作製する。溶融金属を含浸する方法としては、粉末冶
金法に基づく方法、例えば、ダイキャスト法（特表平５
−５０８３５０号公報）や溶湯鍛造法（まてりあ、第３
６巻、第１号、１９９７、４０−４６ページ）等の圧力
鋳造による方法、自発浸透による方法（特開平２−１９
７３６８号公報）等の各種の方法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの製造方法で
は、金属を含浸する際に、多孔質無機構造体が、それを
支える治具、金型等を通じて熱を放散し、局部的な温度
不均一を伴い、均質な複合体とならない、或いは溶融金
属が金型に接することにより温度が低下し、部分的な流
動性の低下が起こり、それに圧力が加わることにより、
多孔質構造体が破損されること等の問題がある。

【０００５】本発明者らは上記課題を解決するために鋭
意検討を行なった結果、多孔質無機構造体に繊維状無機
材料を隣接配置しながら金属を含浸することで、上記問
題が無く、金属−セラミックス複合体が作製できること
を見出し、本発明を完成するに至った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、多孔質
無機構造体に繊維状無機材料を隣接配置しながら金属を
含浸することを特徴とする複合体の製造方法であり、含
浸方法が高圧鋳造法及び／又は溶湯鍛造法であることを
特徴とする前記の複合体の製造方法である。

【０００７】本発明は、繊維状無機材料がアルミナを主
成分とし、多孔質無機構造体が炭化珪素、窒化アルミニ
ウム、窒化珪素、酸化アルミニウムからなる群より選ば
れる１種以上であり、金属がアルミニウムを主成分とす
ることを特徴とする前記の複合体の製造方法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、多孔質無機構造体に繊
維状無機材料を隣接配置しながら金属を含浸することを
特徴とする複合体の製造方法である。前記構成を採用す
ることで、金属を含浸する際に、多孔質構造体からの治
具、金型等を通しての熱の放散が少なくなるため、該構
造体の局部的な温度不均一がおさえられるため、均質な
複合体を得ることができる。また、溶融金属の金型等と
の接触による部分的温度低下も防ぐことができるため、
溶融金属の部分的な固化にともなう流動性の低下が起こ
らず破損が少なくなる。

【０００９】本発明の多孔質無機構造体としては、金属
を含浸し得る気孔を有し、含浸操作等において変形、破
壊等が生じがたい、例えば１０ＭＰａ程度の機械的強さ
を有する無機物をいい、各種のセラミックス焼結体が挙
げられる。また、本発明の繊維質無機材料とは、繊維状
の無機化合物の集合体をいい、特に機械的な強さを必要
とせず、ブランケット、マット等のいずれの状態であっ
ても構わない。

【００１０】更に、本発明の複合体の製造方法によれ
ば、多孔質無機構造体に金属が含浸されている第１相
と、繊維質無機材料に金属が含浸されている第２相とが
互いに隣接している構造を有する複合体を得ることがで
きる。第１相と第２相は互いに同一の金属により連続的
につながっているので、互いに隣接する多孔質無機構造
体と繊維質無機材料とが形成する界面で剥離等が起こる
のを防止できる効果がある。

【００１１】本発明において、繊維質無機材料は多孔質
無機構造体に隣接して設置されていれば良いが、繊維質
無機材料が多孔質無機構造体の周囲全面を覆う状態の場
合には、得られる複合体の表面に切削加工性に富む前記
第２相が存在することになり、好ましい。

【００１２】更に、本発明によれば、多孔質無機構造
体、繊維状無機材料と溶融金属を流し込む型内空間の大
きさとを調整することで、例えば、一部がフィン状に突
出した形状の第２相からなる層を有する複合体、第２相
からなる層で埋まった穴を有する複合体、一部に肉厚の
大きな第２相からなる層を有する複合体等を作製するこ
とができ、しかも前記第２相からなる層を従来公知の金
属加工法を適用することでいろいろな形状の複合体を得
ることができる。ここで、従来公知の金属加工法として
は、前記の平面研削方法、穴あけ加工方法に例示される
機械加工法に限定されるものでなく、金属の加工に適用
できるあらゆる方法をいう。

【００１３】従って、第２相からなる層の厚み、従って
多孔質無機構造体に隣接配置する繊維状無機材料の厚み
については、選択される金属加工方法、加工後の複合体
の寸法精度等により異なるが、少なくとも０．５μｍ以
上であれば良い。金属加工法のうち安価で生産性の高い
汎用の機械加工法を適用する場合には、前記第２相から
なる層の厚みとしては５０μｍ以上が好ましく、１ｍｍ
以上であることが一層好ましい。尚、その上限値に関し
ては、特に限定するべき理由がないが、２０ｍｍを越え
るときには、例えば、半導体搭載用回路基板の放熱部品
として用いるときに、高熱伝導、低熱膨張率であるとい
う複合体の特徴を発揮することが出来ないおそれがあ
る。また、第１相と第２相の熱膨張率の著しい違いによ
り、複合体の平面度の保持も難しくなる。

【００１４】本発明の多孔質無機構造体は、上述したと
おりに、金属或いは合金を含浸させることが可能な開放
気孔を有し、しかも含浸操作において破壊することのな
い機械的強度を有する構造体であれば、どのようなもの
でも構わない。

【００１５】本発明の繊維質無機材料としては、アルミ
ナ、シリカ、窒化硼素、窒化アルミニウム、窒化珪素、
炭化珪素、炭素等を主成分とする市販のものを用いるこ
とができる。このうち、アルミナ、シリカを主成分とす
るものは、安価で入手し易い。

【００１６】本発明に用いる金属については、本発明の
目的を達成し得れば、どのようなものであっても構わな
いが、高熱伝導性、軽量性を達成する目的から、アルミ
ニウム、マグネシウム等の軽合金又はそれらの合金が好
ましい。前記合金についても格別の制限はなく、汎用の
アルミニウム合金やマグネシウム合金を用いることがで
きる。アルミニウム合金の場合には、鋳造のしやすさ、
高熱伝導性の発現の点から、Ｓｉ含有量が４〜１０％の
ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｃ、
ＡＣ８Ｂ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ８Ｃ、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１
２等の鋳造用アルミニウム合金や、１０００系、２００
０系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００
系、７０００系の展伸用アルミニウム合金が特に好まし
い。

【００１７】上記の多孔質無機構造体と金属の組み合わ
せに関して、金属としてアルミニウムあるいはアルミニ
ウム系合金、多孔質無機構造体として炭化珪素を用いた
アルミニウム−炭化珪素複合体は、軽量、高熱伝導、セ
ラミック基板との熱膨張の適合性の点で特に優れた組合
せである。

【００１８】本発明において、金属の含浸方法として
は、従来公知のいろいろな含浸方法を適用することがで
きるが、複合体表面に金属を多量に含む第２相を形成さ
せる必要から、圧力鋳造による方法が望ましい。すなわ
ち、ダイキャスト法による場合には、金型のキャビティ
をプリフォームよりも表面層の分だけ大きめに作り、キ
ャビティのプリフォーム以外の空間に繊維状無機材料を
配置して金属を含浸することにより、表面に第２相を持
った複合体を容易に作製することができる。又、溶湯鍛
造による場合には、多孔質無機構造体を繊維状無機材料
で挟み、或いは包みながら金属を含浸させることによ
り、或いは、金型内面に繊維状無機材料を配置して金属
を含浸させることにより容易に作製することができる。

【００１９】以下、実施例及び比較例に基づき、本発明
を更に詳細に説明する。

【００２０】

【実施例】〔実施例〕平均粒径５０μｍの炭化珪素に、
バインダーとしてシリカゾルを固形分濃度で５重量％添
加し、混合し、プレス成形した後、空気中９００℃で２
時間焼成し、気孔率４０％で、大きさ１００ｍｍ×１０
０ｍｍ×３ｍｍの多孔質炭化珪素構造体を作製した。

【００２１】前記の多孔質炭化珪素構造体１０個につい
て、それぞれを厚さ１０ｍｍのアルミナ質のフェルト
（電気化学工業（株）製、アルセンフェルト）２枚で挟
み、内径２００ｍｍの金型内に納め、更に金型内に８０
０℃で溶融したＡｌ−１２重量％Ｓｉ−１重量％Ｍｇ合
金を流し込み、押し棒にて１００ＭＰａの圧力で加圧
し、複合体を作製した。冷却後、複合体を切り出し、破
損状態を目視にて観察したが、何ら異常を認めなかっ
た。

【００２２】〔比較例〕アルミナ質のフェルトを用いな
いこと以外は、実施例と同じ操作を行い、得られた１０
個の複合体について、異常の有無を観察したところ、多
孔質炭化珪素構造体が割れているものが１個、多孔質炭
化珪素構造体にクラックが認められたものが４個であっ
た。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、金属を含浸する際に、
多孔質無機構造体が、それを支える治具、金型等を通じ
て熱を放散し、局部的な温度不均一を伴い、均質な複合
体とならない、或いは溶融金属の部分的な流動性の低下
によって多孔質無機構造体が破損されること等の不都合
を解決し、安定して、生産性良く複合体を得ることがで
きるという特徴を有しており、産業上有用である。

フロントページの続き (72)発明者 小畑 正明 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社総合研究所内 (72)発明者 廣津留 秀樹 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社総合研究所内 (72)発明者 寺崎 隆一 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社総合研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質無機構造体に繊維状無機材料を隣
   接配置しながら金属を含浸することを特徴とする複合体
   の製造方法。
2. 【請求項２】 含浸方法が高圧鋳造法及び／又は溶湯鍛
   造法であることを特徴とする請求項１記載の複合体の製
   造方法。
3. 【請求項３】 繊維状無機材料がアルミナを主成分とす
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の複合体
   の製造方法。
4. 【請求項４】 多孔質無機構造体が炭化珪素、窒化アル
   ミニウム、窒化珪素、酸化アルミニウムからなる群より
   選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１、請
   求項２又は請求項３記載の複合体の製造方法。
5. 【請求項５】 金属がアルミニウムを主成分とすること
   を特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項
   ４記載の複合体の製造方法。