JPH11323459A

JPH11323459A - 分散強化型複合材料の製造方法及び分散強化型複合材料

Info

Publication number: JPH11323459A
Application number: JP13635498A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nakae; 秀雄中江; Yoshiyuki Maeda; 芳之前田; Hideki Yamaura; 秀樹山浦; Satoaki Kimura; 聡朗木村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は、従来の方法と比較して、低
コストで均質な複合材料を製造することが可能である分
散強化型複合材料の製造方法及び分散強型複合材料を提
供することである。【解決手段】処理温度が１０００℃の場合、Ａｌ粉末
を添加しなくてもＡｌ合金の溶浸が起こる。しかしなが
ら、Ａｌ粉末を添加した場合、９００℃において溶浸が
起こるため、Ａｌ粉末を添加すれば、より低い温度でも
ＳｉＣへのＡｌ合金の溶浸が可能になる。以上により、
水ガラスを用いてＦｅ_３Ｏ_４をＳｉＣの表面に付着及び
／又は分散させることにより、より低温条件下でＡｌ合
金を溶浸させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分散強化型複合材
料の製造方法及び分散強化型複合材料に関する。詳しく
は、高い耐摩耗性、硬度、高制振性、及び低い熱膨張率
が要求される自動車用動力伝達部品であるプーリーや制
動部品であるブレーキディスク等の部材、又は低い熱膨
張率が要求される電子部品の基板等の部品に適してお
り、且つ軽量で経済的な分散強化型複合材料の製造方法
及び分散強化型複合材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複合材料とは、例えば金属と高分子材料
といったように、２種類以上の異なる材料を組み合わせ
ることで材料としての機械的性質を人為的に設計してな
るものである。例えば、鉄筋コンクリート等はマトリッ
クス材としてコンクリートと、強化材として鉄筋とを用
い、コンクリートに鉄筋を埋設することによって、強度
的な向上を図っている。

【０００３】複合材料の中でも、金属をマトリックスと
する金属基複合材料は、金属のもつ強度及び延性及び靭
性等の基本的属性を有することを特徴とし、係る金属に
様々な材料を組み合せることにより、更なる特性を発現
させるべく各種の金属基複合材料が製造されている。こ
の金属基複合材料は多くの場合、金属マトリックスと粒
子状の粉体、ウイスカ、又は繊維等の補強材料とからな
り、補強材料のもつ剛性や耐摩耗性と、金属マトリック
スのもつ延性及び靱性とを併せ持つことから、これらの
特徴を生かしてさまざまな用途に利用されている。

【０００４】上述の金属基複合材料の中には、例えば、
Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、又はＳｉ等の元素と、
Ａｌ又はＴｉ等の軽金属との合金をマトリックスとして
用いる軽合金複合材料がある。特に、Ａｌは軽量且つ安
価であるため、軽合金マトリックスとしてＡｌを適用す
ることは、複合材料を軽量化するために最も適する方法
の一つである。

【０００５】一般的に軽合金材料をマトリックスとする
複合材料では、軽合金材料のもつ特徴である強度、剛
性、耐摩耗性、熱膨張係数、密度、熱伝導性及び高温下
での強度等の各種特性が向上する。しかし、係る特性が
向上する程度は、特定の成分、容積分率、重量分率、及
び複合材料を製造する際の処理方法によって大きく異な
る。例えば、粒子状、ペレット状、又はウイスカ状のＳ
ｉＣ等の複合素材で強化した複合材料は、複合素材の持
つ剛性及び耐摩耗性と、金属が有する延性及び靱性とを
併せ持つ。そのため、軽合金材料をマトリックスとする
複合材料は、比剛性（例えば、弾性率／密度）、耐摩耗
性、熱伝導性、熱膨張係数、及び高温下での強度及び／
又は比強度（例えば、強度／密度）が軽合金それ自体よ
りも優れたものとなる。

【０００６】従来、軽合金材料をマトリックスとする複
合材料の製造に関しては種々の製造プロセスがあり、係
る製造プロセスは粉末冶金法と鋳造法とに主に大別され
る。粉末冶金法の場合、粉末状の金属と、粉末、ウイス
カ、又はチョップドファイバー等の形態の複合素材とを
混合し、その後、常温成形し焼結するか、又はホットプ
レスを行なうことで複合材料を製造する。係る方法によ
り製造され、ＳｉＣを用いて強化された複合材料では、
複合素材の最大体積分率は、ウイスカ状の複合素材を用
いる場合は約２５体積％であり、粒子状の粉体の場合は
約４０体積％である。

【０００７】したがって、以上の粉末冶金法による軽合
金材料をマトリックスとする複合材料の製造方法では、
複合素材の含有量に製法上の限界があることから、得ら
れる製品の特性に関する設計の自由度が低い。また、通
常粉末を成形するにあたっては、圧縮操作を行なう必要
があり、密度の均一な成形体を得るためには、製品の大
きさが制限される。さらに、後の工程で機械加工又は複
雑なプレスを行なう必要が生じ、そのような加工を行な
わない場合には、比較的簡単な形状の製品を対象とせざ
るを得ない。

【０００８】一方、鋳造法は、液体の金属を型に流し込
むことで、複合材料からなる部材を製造する方法であ
り、この方法を用いると、最終製品が複雑な形状を有す
る部材であっても、これを複合材料からなる部材として
製造することができる。係る鋳造法には、溶融金属にＳ
ｉＣ等の複合素材の粒子状粉体を添加して複合材料を得
る粒子添加法や、複合素材の粒子状粉体の隙間に溶湯状
態の金属を溶浸させることにより複合材料を得る粒子間
溶浸法等がある。製造する部材によっては、複合素材等
の粒子状粉体を用いて、製造する部材を形取った成形体
をあらかじめ製造しておき、係る成形体に溶湯状態の軽
合金を溶浸させることにより複合材料を鋳造することも
できる。

【０００９】係る粒子添加法や粒子間溶浸法等に代表さ
れる鋳造法は、軽合金材料をマトリックスとして用いる
複合材料の製造方法にも応用することができる。粒子添
加法は、溶融した金属中に粒子状の粉体を添加する方法
であるため、極めて簡単に複合材料を得ることができ
る。しかし、マトリックスと粒子との間に比重の差があ
るために粒子が偏析してしまうという難点がある。一
方、粒子間溶浸法では、溶湯状態の金属を溶浸させ、複
合素材の粒子を焼結することにより粒子の偏析を防ぐこ
とができる。均質な複合材料を大量に生産するという観
点からすると、粒子添加法よりも粒子間溶浸法が優れて
いるということができる。

【００１０】粒子間溶浸法により軽合金材料をマトリッ
クスとする分散強化型複合材料を製造する方法として、
特開平２−２３６２４４号等に、窒素雰囲気下で分散強
化型複合材料を製造する例が示されている。特開平２−
２３６２４４号には、ＰＲＩＭＡＸＴＭ法により分散強
化型複合材料を製造する方法が開示されており、Ｎｉ、
Ｓｒ、及びＳｉを含有するＡｌ合金と、ＡｌＮ（５％の
ＳｉＮを含有する）とを含む混合物を窒素雰囲気下、約
１２００℃で約１０時間保持する製造方法が開示されて
いる。

【００１０】また、「セラミックス」（１９９７年、３
２巻、２号）には、ＤＩＭＯＸＴＭ法を用いて、強化材
であるセラミックスから最終部品に近い成形体を形成
し、係る成形体に金属を流し込むことにより複合材料を
製造する方法が開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述の特開平２−２３
６２４４号等に開示された分散強化型複合材料の製造方
法及び分散強化型複合材料には次のような問題があっ
た。一般に、粒子間溶浸法を用いて複合材料を鋳造する
場合、ＳｉＣ粒子間に溶湯状態のＡｌ合金を溶浸させる
ことにより複合材料を製造する。その際に、Ａｌ合金中
にＳｉＣ粒子を均等に分散させることができないと、均
質な複合材料を製造することはできない。

【００１２】溶湯状態のＡｌ合金中にＳｉＣ粒子が均等
に分散しない原因の一つとして、Ａｌ合金に対するＳｉ
Ｃ粒子の濡れ性が悪い場合が考えられる。濡れとは一般
的に、固体、液体、気体の三相共存の状態において固体
の表面を液体が広がっていく現象のことであり、濡れ性
がよいということは、固体に対する液体の接触角が小さ
くなることであって、液体が固体表面上を広がり易いこ
とを指す。Ａｌ合金をマトリックスとする複合材料を製
造する場合、溶融状態であるため液状であるＡｌ合金と
固体であるＳｉＣ粒子との濡れ性の善し悪しが均質な複
合材料を生成するための重要な要因となる。濡れ性が悪
いとＡｌ合金がＳｉＣ粒子表面上を広がり難く、ＳｉＣ
粒子表面上でのＡｌ合金の流れが悪くなり、均質な複合
材料を得ることができない。

【００１３】この観点から、前述の特開平２−２３６２
４４号等に開示された軽合金複合材料の製造方法では、
均質な複合材料を製造することは容易でなかった。これ
を更に詳述すると、一般に、ＳｉＣ及びＡｌ合金から製
造される複合材料では、複合材料を製造する際に溶浸さ
せるＡｌ合金は融点に近い温度での濡れ性が悪く、高温
になればなるほど濡れ性は良くなる。したがって、均質
な複合材料を製造するためには、Ａｌ合金の融点よりも
可能な限り高い温度とする高温条件下にすることでＡｌ
合金の濡れ性を向上させなければならない。

【００１４】前述の特開平２−２３６２４４等に示され
た軽合金複合材料の製造方法でも、複合材料を製造する
際に溶浸させる軽合金材料の温度を高温とするようにす
れば、その方法により均質な複合材料を製造することは
可能である。しかしながら、そのように高温条件下で軽
合金材料を溶浸させるためには、当然のことながら炉を
高温にする必要がある。しかし、高温で炉を操業する
と、コストが高騰し、複合材料を生産するコストが極め
て高くなる。その結果として、得られる製品のコスト高
を招き、これが複合材料からなる製品の実用化を妨げる
要因となっていた。

【００１５】本発明は、以上の従来技術における問題に
鑑みてなされたものであって、前記の複合材料の製造方
法に応用することができる。本発明の目的は、従来の方
法と比較して、低コストで均質な複合材料を製造するこ
とが可能である複合材料の製造方法及び複合材料を提供
することである。

【課題を解決するための手段】

【００１６】以上の課題を解決するために、本発明者
は、軽合金マトリックスと複合素材の粒子間の濡れを制
御するための方法について鋭意研究を重ねた。その結
果、本発明者は、複合素材の粒子表面に軽合金マトリッ
クスを溶浸させる際に、水ガラス等のバインダを介して
金属酸化物及び／又は金属粉末を係る粒子表面に付着及
び／又は分散させることにより、金属酸化物及び／又は
金属粉末と軽合金材料とが反応し、その際に生成する反
応熱によりバインダもまた軽合金材料と反応することに
よりさらに反応熱が発生するため、これらの反応熱によ
って粒子表面の温度が上昇することにより、軽合金マト
リックスと複合素材の粒子との界面の濡れ性が向上し、
複合素材の粒子間での軽合金マトリックスの流れを改善
できるため、複合素材への軽合金マトリックスの溶浸が
進行し、均質な複合材料を得ることができるという着想
に基づき、金属酸化物及び／又は金属粉末を係る粒子表
面に付着及び／又は分散させることにより、低温条件下
での複合材料の製造を可能にした。

【００１７】前記の課題を解決するために提供する本発
明の複合材料の製造方法は、複合素材の表面に金属酸化
物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散させ、軽合
金材料を前記複合素材に溶浸させることを特徴とする。
本発明の複合材料の製造方法によれば、複合素材の表面
に金属酸化物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散
させることにより、低温条件下での軽合金材料と複合素
材との濡れ性が向上し、複合素材間での軽合金材料の流
れが改善されることより、低温条件下で複合素材に軽合
金材料を溶浸させることができる。そのため、複合材料
を製造する際に用いる炉の温度を従来の温度よりも低く
することができるため、低コストで均質な複合材料を製
造することができる。

【００１８】また、本発明の複合材料の製造方法は、複
合素材の表面に金属酸化物及び／又は金属粉末を付着及
び／又は分散させ、軽合金材料を前記複合素材に所定時
間所定温度で溶浸させ、さらに溶浸させた前記軽合金材
料を冷却することを特徴とする。本発明の複合材料の製
造方法によれば、複合素材の表面に金属酸化物及び／又
は金属粉末を付着及び／又は分散させることにより、低
温条件下での軽合金材料と複合素材との濡れ性が向上
し、複合素材間での軽合金材料の流れが改善されること
より、低温条件下で複合素材に軽合金材料を溶浸させる
ことができる。そのため、複合材料を製造する際に用い
る炉の温度を従来の温度よりも低くすることができるた
め、低コストで均質な複合材料を製造することができ
る。

【００１９】また、本発明の複合材料の製造方法は、複
合素材が粒子状の粉体及び／又は粒子状の粉体を原料と
して形成される成形体であることを特徴とする。これに
より本発明の複合材料の製造方法によれば、複合素材が
粒子状の粉体であることにより、粒子が軽合金材料中に
偏在することなく均等に分散し、粒子への軽合金材料の
溶浸が均等に進行するため、均質な複合材料を得ること
ができる。また、複合素材が粒子状の粉体を原料として
形成される成形体であることにより、複雑な形状を有す
る部材を製造する場合にも軽合金材料間に粒子を均等に
分散させることができ、複合素材に軽合金材料を溶浸さ
せることができるため、均質な複合材料を得ることがで
きる。

【００２０】また、本発明の複合材料の製造方法は、バ
インダと金属酸化物及び／又は金属粉末とを混合させ、
バインダと金属酸化物及び／又は金属粉末とを係る複合
素材の表面に付着及び／又は分散させることを特徴とす
る。本発明にいうバインダとは、第一義的には、金属酸
化物及び／又は金属粉末を複合素材の表面に均一に付着
及び／又は分散させるために使用するものである。これ
により本発明の複合材料の製造方法によれば、バインダ
を用いることにより複合素材の表面に金属酸化物及び／
又は金属粉末が偏在することなく均等に付着及び／又は
分散する。さらに、バインダを用いて複合素材の表面に
金属酸化物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散さ
せることにより、金属酸化物及び／又は金属粉末が複合
素材の表面から容易に剥がれ落ちるのを防ぐことができ
るため、軽合金材料中に金属酸化物及び／又は金属粉末
が均等に付着及び／又は分散する。以上のことより、複
合素材への軽合金材料の溶浸が均等に進行するため、均
質な複合材料を得ることができる。そのうえ、バインダ
と軽合金材料とが反応することにより、反応熱が発生
し、反応熱によって粒子表面の温度が上昇すると推定さ
れるため、軽合金マトリックスと複合素材の粒子との界
面の濡れ性が向上し、複合素材の粒子間での軽合金マト
リックスの流れを改善できることより、低温条件下で複
合素材に軽合金材料を溶浸させることができる。そのた
め、複合材料を製造する際に用いる炉の温度を従来の温
度よりも低くすることができるため、低コストで均質な
複合材料を製造することができる。

【００２１】また、本発明の複合材料の製造方法は、バ
インダを用いて複合素材の表面に金属酸化物及び／又は
金属粉末を付着及び／又は分散させることにより成形体
を形成し、前記成形体を用いて軽合金材料の少なくとも
一部分を複合化することを特徴とする。これにより本発
明の複合材料の製造方法によれば、係る成形体を用いる
ことにより、複雑な形状を有する部材を製造する場合に
も、複合素材への軽合金材料の溶浸を均等に進行させる
ことができるため、均質な複合材料を製造することがで
きる。さらに、複合化したい部分にあらかじめ係る成形
体を配置することにより、必要な部分のみを複合化する
ことができる。

【００２２】また、本発明の複合材料の製造方法は、バ
インダの主体がＳｉＯ２であることを特徴とする。本発
明の複合材料の製造方法によれば、バインダ中のＳｉＯ
２と軽合金材料とが反応することにより、反応熱が発生
し、反応熱によって粒子表面の温度が上昇すると推定さ
れるため、軽合金マトリックスと複合素材の粒子との界
面の濡れ性が向上し、複合素材の粒子間での軽合金マト
リックスの流れを改善できることより、低温条件下で複
合素材に軽合金材料を溶浸させることができる。そのた
め、複合材料を製造する際に用いる炉の温度を従来の温
度よりも低くすることができるため、低コストで均質な
複合材料を製造することができる。さらに、バインダの
主体がＳｉＯ２であるため、複合素材の表面に金属酸化
物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散させること
により、低温条件下での軽合金材料と複合素材との濡れ
性が向上し、複合素材間での軽合金材料の流れが改善さ
れることより、低温条件下で複合素材に軽合金材料を溶
浸させることができる。そのため、複合材料を製造する
際に用いる炉の温度を従来の温度よりも低くすることが
できるため、低コストで均質な複合材料を製造すること
ができる。そのうえ、ＳｉＯ２は複合素材との濡れ性が
高いため、軽合金材料の流れが改善されることにより、
バインダ複合素材への軽合金材料の溶浸が進行するた
め、均質な複合材料を得ることができる。

【００２３】また、本発明の複合材料の製造方法は、バ
インダとして水ガラス又はシリカゾルを用いることを特
徴とする。水ガラス又はシリカゾルは主成分がＳｉＯ２
であり、ＳｉＯ２は複合素材との濡れ性が高いうえ、水
ガラス及びシリカゾルは水を含むことより、水の表面張
力によって複合素材の表面に均等に分散させることがで
き且つ複合素材への吸着性がよい。これにより本発明の
複合材料の製造方法によれば、バインダとして水ガラス
又はシリカゾルを用いることにより、水ガラス又はシリ
カゾルが金属酸化物及び／又は金属粉末を複合素材の表
面に均等に付着及び／又は分散させる役割を果たすこと
により、複合素材への軽合金材料の溶浸が均等に進行す
るため、均質な複合材料を得ることができる。

【００２４】また、本発明の複合材料の製造方法は、軽
合金材料がＡｌ合金であり、前記Ａｌ合金を複合素材に
溶浸させる温度が８００〜１１００℃であることを特徴
とする。これにより本発明の複合材料の製造方法によれ
ば、軽合金材料がＡｌ合金であることにより、安価で且
つ軽量で耐腐食性に優れた複合材料を製造することがで
きる。さらに、軽合金材料を複合素材に溶浸させる温度
が８００〜１１００℃であることにより、複合材料を製
造する際に用いる炉の温度を従来の温度よりも低くする
ことができるため、低コストで複合材料を製造すること
ができる。

【００２５】また、本発明の複合材料の製造方法は、金
属酸化物が鉄、ニッケル、クロム、コバルト、マンガ
ン、及びバナジウムのうち少なくとも一つ以上から選択
される金属の酸化物であることを特徴とする。これによ
り本発明の複合材料の製造方法によれば、鉄、ニッケ
ル、クロム、コバルト、マンガン、又はバナジウムの酸
化物と軽合金材料とが反応し、その際に生成する反応熱
により粒子表面の温度が上昇することにより、軽合金マ
トリックスと複合素材の粒子との界面の濡れ性が向上
し、複合素材の粒子間での軽合金マトリックスの流れを
改善できるため、複合素材への軽合金マトリックスの溶
浸が進行する。そのため、複合材料を製造する際に用い
る炉の温度を従来の温度よりも低くすることができるた
め、低コストで均質な複合材料を製造することができ
る。

【００２６】また、本発明の複合材料の製造方法は、金
属酸化物が酸化鉄及び／又は酸化ニッケルであることを
特徴とする。これにより本発明の複合材料の製造方法に
よれば、酸化鉄及び／又は酸化ニッケルと軽合金材料と
が反応し、その際に生成する反応熱により粒子表面の温
度が上昇することにより、軽合金マトリックスと複合素
材の粒子との界面の濡れ性が向上し、複合素材の粒子間
での軽合金マトリックスの流れを改善できるため、複合
素材への軽合金マトリックスの溶浸が進行する。そのた
め、複合材料を製造する際に用いる炉の温度を従来の温
度よりも低くすることができるため、低コストで均質な
複合材料を製造することができる。さらに、酸化鉄は安
価であるため、低コストで複合材料を製造することがで
きる。

【００２７】また、本発明の複合材料の製造方法は、金
属粉末がＮｉであることを特徴とする。これにより本発
明の複合材料の製造方法によれば、Ｎｉと軽合金材料と
が反応し、その際に生成する反応熱により粒子表面の温
度が上昇することにより、軽合金マトリックスと複合素
材の粒子との界面の濡れ性が向上し、複合素材の粒子間
での軽合金マトリックスの流れを改善できるため、複合
素材への軽合金マトリックスの溶浸が進行する。そのた
め、複合材料を製造する際に用いる炉の温度を従来の温
度よりも低くすることができるため、低コストで均質な
複合材料を製造することができる。さらに、Ｎｉとの複
合化を行なうことにより、靱性が高く、耐熱性及び耐複
合材料に優れた複合材料を製造することができる。

【００２８】また、本発明の複合材料の製造方法は、活
性雰囲気下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させるこ
とを特徴とする。本発明にいう活性雰囲気とは、第一義
的には、複合材料を製造する際に、軽合金材料等の原料
と反応する可能性のある活性ガスを含む雰囲気をいう。
本発明の複合材料の製造方法によれば、活性雰囲気を用
いることにより、窒素、あるいはアルゴン等のコストの
高い雰囲気の調整を行なう必要がないため、低コストで
複合材料を製造することができる。

【００２９】また、本発明の複合材料の製造方法は、活
性雰囲気が酸素、二酸化炭素、水のうち少なくとも一つ
以上を含む活性雰囲気であることを特徴とする。酸素、
及び水は、活性ガスの一種であり、これらは複合材料を
製造する際に、原料である軽合金材料と反応する可能性
がある。しかしながら、これらの活性ガスの活性雰囲気
中における存在割合が一定以下であれば、軽合金材料の
溶浸に影響を及ぼさないと考えられる。よって、本発明
の複合材料の製造方法によれば、酸素、二酸化炭素、水
のうち少なくとも一つ以上を含む活性雰囲気中で、軽合
金材料を複合素材に溶浸させることにより、窒素、ある
いはアルゴン等のコストの高い雰囲気の調整を行なう必
要がないため、低コストで複合材料を製造することがで
きる。

【００３０】また、本発明の複合材料の製造方法は、活
性雰囲気中の酸素の存在割合が５〜５０％であることを
特徴とする。活性雰囲気中の酸素が存在割合が５〜５０
％であれば、軽合金材料の溶浸に影響を及ぼさないと考
えられる。これにより本発明の複合材料の製造方法によ
れば、活性雰囲気中に酸素が５〜５０％存在することに
より、窒素、あるいはアルゴン等のコストの高い雰囲気
の調整を行なう必要がないため、低コストで複合材料を
製造することができる。

【００３１】また、本発明の複合材料の製造方法は、軽
合金材料を複合素材に溶浸させる際に、反応系周辺に黒
鉛、グラファイト、木炭、可燃性材料のうち少なくとも
一つ以上を配置させることを特徴とする。これにより本
発明の複合材料の製造方法によれば、軽合金材料を複合
素材に溶浸させる際に、反応系周辺に黒鉛、グラファイ
ト、木炭、可燃性材料のうち少なくとも一つ以上を配置
させると、反応系内が高温になるため、これらの材料よ
り一酸化炭素、二酸化炭素等のガスが発生することによ
り、活性雰囲気中であっても反応系内の酸素の存在割合
が多くならないように保つことができる。これにより、
活性雰囲気中の酸素による軽合金材料の過度の酸化を防
ぐことができるため、軽合金材料の表面が酸化されてで
きる酸化被膜の過度の形成を抑制することができる。

【００３２】また、本発明の複合材料の製造方法は、軽
合金材料を複合素材に溶浸させる際に、反応系周辺に還
元性材料を配置させることを特徴とする。これにより本
発明の複合材料の製造方法によれば、軽合金材料を複合
素材に溶浸させる際に、反応系周辺に還元性材料を配置
させると、反応系内が高温になるため、還元性材料から
還元性ガス若しくは不活性ガスが発生することにより、
活性雰囲気中であっても反応系内の酸素の存在割合が多
くならないように保つことができる。これにより、活性
雰囲気中の酸素による軽合金材料の過度の酸化を防ぐこ
とができるため、軽合金材料の表面が酸化されてできる
酸化被膜の過度の形成を抑制することができる。

【００３３】また、本発明の複合材料の製造方法は、不
活性雰囲気下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させる
ことを特徴とする。これにより本発明の複合材料の製造
方法によれば、不活性雰囲気下で軽合金材料を前記複合
素材に溶浸させることにより、軽合金材料の酸化を防ぐ
ことができる。そのため、軽合金材料と複合素材との接
触面に軽合金材料が酸化されてできる被膜の形成を防止
することができることより、軽合金材料が複合素材に直
接溶浸する面積が増加するため、複合化を促進すること
ができる。

【００３４】また、本発明の複合材料の製造方法は、不
活性雰囲気が窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセ
ノンのうち少なくとも一つ以上を含む不活性雰囲気であ
ることを特徴とする。窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオ
ン、及びキセノンは、一般的に不活性ガスの一種であ
り、高温条件下において軽合金材料及び複合材料と接触
しても反応しない。これにより本発明の複合材料の製造
方法によれば、窒素、アルゴン、ネオン、キセノンのう
ち少なくとも一つ以上を含む不活性雰囲気下で、軽合金
材料を前記複合素材に溶浸させることにより、軽合金材
料の酸化を防ぐことができる。そのため、軽合金材料と
複合素材との接触面に軽合金材料が酸化されてできる被
膜の形成を防止することができることより、軽合金材料
が複合素材に直接溶浸する面積が増加するため、複合化
を促進することができる。

【００３５】また、本発明の複合材料の製造方法は、減
圧状態にすることにより不活性雰囲気下にすることを特
徴とする。系内を減圧状態にすると、系内に活性ガスが
ほとんど存在しなくなるため、反応系内を不活性雰囲気
下と同じような状態にすることができる。これにより本
発明の複合材料の製造方法によれば、減圧状態にするこ
とにより不活性雰囲気下とし、係る条件下で軽合金材料
を前記複合素材に溶浸させることにより、軽合金材料の
酸化を防ぐことができる。そのため、軽合金材料と複合
素材との接触面に軽合金材料が酸化されてできる被膜の
形成を防止することができることより、軽合金材料が複
合素材に直接溶浸する面積が増加するため、複合化を促
進することができる。

【００３６】また、本発明の複合材料の製造方法は、加
圧下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させることを特
徴とする。これにより本発明の複合材料の製造方法によ
れば、加圧下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させる
ことにより、軽合金材料と複合材料との接触が促進され
るため、複合化を促進することができる。さらに、加圧
下で軽合金材料を複合素材に溶浸させることにより、軽
合金材料と複合素材とが共に加圧された状態で複合化が
進行する。そのため、得られる複合材料は加圧された状
態で製造されたものであるので、係る複合材料は分子間
の隙間が少ない。これにより、密度が大きく且つ緊密な
複合材料を得ることができる。

【００３７】また、本発明の複合材料は、複合素材の表
面に金属酸化物を付着及び／又は分散させ、軽合金材料
を前記複合素材に溶浸させてなることを特徴とする。こ
れにより本発明の複合材料によれば、複合素材の表面に
金属酸化物を付着及び／又は分散させ、軽合金材料を前
記複合素材に溶浸させて得られるため、係る溶浸の際に
は低温条件下で軽合金材料と複合素材との濡れ性が向上
し、複合素材間での軽合金材料の流れが改善されること
より、生産コストが低く且つ汎用性が高いうえに、極め
て均質な材料として得ることができる。

【００３８】また、本発明の複合材料は、複合素材の表
面に金属酸化物を付着及び／又は分散させ、軽合金材料
を前記複合素材に所定時間所定温度で溶浸させ、さらに
溶浸させた前記軽合金材料を冷却させて得られることを
特徴とする。これにより本発明の複合材料によれば、複
合素材の表面に金属酸化物を付着及び／又は分散させ、
軽合金材料を前記複合素材に溶浸させて得られるため、
係る溶浸の際には低温条件下で軽合金材料と複合素材と
の濡れ性が向上し、複合素材間での軽合金材料の流れが
改善されることより、生産コストが低く且つ汎用性が高
いうえに、極めて均質な材料として得ることができる。

【００３９】また、本発明の複合材料は、複合素材が粒
子状の粉体及び／又は粒子状の粉体を原料として製造さ
れる成形体であることを特徴とする。これにより本発明
の複合材料によれば、複合素材が粒子状の粉体であるこ
とにより、粒子が軽合金材料中に偏在することなく均等
に分散し粒子への軽合金材料の溶浸が進行するため、軽
合金材料及び複合素材から極めて均質な材料として得る
ことができる。また、複合素材が粒子状の粉体を原料と
して形成される成形体であることにより、複雑な形状を
有する部材を製造する場合にも、複合素材への軽合金材
料の溶浸を均等に進行させることができるため、極めて
均質な材料として得ることができる。

【００４０】また、本発明の複合材料は、バインダを用
いて複合素材の表面に金属酸化物及び／又は金属粉末を
付着及び／又は分散させることにより形成される成形体
を用いて、軽合金材料の少なくとも一部分を複合化して
なることを特徴とする。これにより本発明の複合材料に
よれば、係る成形体を用いることにより、複雑な形状を
有する部材を製造する場合にも、複合素材への軽合金材
料の溶浸を均等に進行させることができるため、極めて
均質な材料として得ることができる。さらに、複合化し
たい部分にあらかじめ係る成形体を配置することによ
り、必要な部分のみを複合化した材料として得ることが
できる。

【００４１】また、本発明の複合材料は、軽合金材料が
Ａｌ合金であることを特徴とする。これにより本発明の
複合材料によれば、Ａｌ合金は安価であるため、軽合金
材料がＡｌ合金であることにより、安価で且つ軽量な材
料として得ることができる。

【００４２】また、本発明の複合材料は、金属酸化物が
鉄、ニッケル、クロム、コバルト、マンガン、及びバナ
ジウムのうち少なくとも一つ以上から選択される金属の
酸化物であることを特徴とする。これにより本発明の複
合材料によれば、鉄、ニッケル、クロム、コバルト、マ
ンガン、又はバナジウムの酸化物と軽合金材料とが反応
し、その際に生成する反応熱により粒子表面の温度が上
昇することにより、軽合金マトリックスと複合素材の粒
子との界面の濡れ性が向上し、複合素材の粒子間での軽
合金マトリックスの流れを改善できるため、生産コスト
が低いうえに、極めて均質な材料として得ることができ
る。

【００４３】また、本発明の複合材料は、金属酸化物が
酸化鉄及び／又は酸化ニッケルであることを特徴とす
る。これにより本発明の複合材料によれば、酸化鉄及び
／又は酸化ニッケルと軽合金材料とが反応し、その際に
生成する反応熱により粒子表面の温度が上昇することに
より、軽合金マトリックスと複合素材の粒子との界面の
濡れ性が向上し、複合素材の粒子間での軽合金マトリッ
クスの流れを改善できるため、生産コストが低く且つ汎
用性が高いうえに、極めて均質な材料として得ることが
でき、さらに、酸化鉄は安価であるため、安価な材料と
して得ることができる。

【００４４】また、本発明の複合材料は、金属粉末がＮ
ｉであることを特徴とする。これにより本発明の複合材
料によれば、Ｎｉと軽合金材料とが反応し、その際に生
成する反応熱により粒子表面の温度が上昇することによ
り、軽合金マトリックスと複合素材の粒子との界面の濡
れ性が向上し、複合素材の粒子間での軽合金マトリック
スの流れを改善できるため、汎用性が高いうえに、極め
て均質な材料として得ることができる。さらに、本発明
の複合材料は、Ｎｉとの複合化を行なうことにより製造
されることより、靱性が高く、耐熱性及び耐複合材料に
優れた材料として得ることができる。

【００４５】また、本発明の複合材料は、複合材料の主
体がセラミックスであることを特徴とする。セラミック
スは金属酸化物、炭化物、窒化物等の無機質の固体材料
であり、優れた剛性及び耐摩耗性を有するため、これに
より本発明の複合材料によれば、セラミックスを強化材
に用いることにより、剛性及び耐摩耗性に優れた有する
材料として得ることができる。また、セラミックスは安
価であるため、安価な材料として得ることができる。

【００４６】本発明者は、バインダを用いて金属酸化物
及び／又は金属粉末を複合素材に付着及び／又は分散さ
せ、係る複合素材に軽合金材料が溶浸する機構を以下の
ように推定している。

【００４７】複合素材の粒子表面に軽合金マトリックス
を溶浸させる過程において、金属酸化物及び／又は金属
粉末を用いて係る粒子表面に付着及び／又は分散させる
ことにより、金属酸化物及び／又は金属粉末と軽合金材
料とが反応し、その際に生成する反応熱により複合素材
の表面の温度が上昇する。複合素材の表面の温度が高く
なるにつれ、軽合金材料と複合素材との間の濡れ性が向
上することにより、複合素材間での軽合金材料の流れを
改善できるため、複合素材への軽合金マトリックスの溶
浸が進行し、軽合金材料と複合素材との間の複合化が促
進されると推定される。

【００４８】さらに、バインダとともに金属酸化物及び
／又は金属粉末を複合素材の表面に付着及び／又は分散
させる場合には、金属酸化物及び／又は金属粉末と軽合
金材料とが反応する際に生成する反応熱によってバイン
ダが熱せられた結果、バインダの反応性が高くなるた
め、バインダと軽合金材料とが反応し、その際に生成す
る反応熱により複合素材の表面の温度がさらに上昇す
る。そのため、軽合金材料と複合素材との間の濡れ性が
さらに向上することにより、複合素材間での軽合金材料
の流れをさらに改善できるため、複合素材への軽合金マ
トリックスの溶浸が進行し、軽合金材料と複合素材との
間の複合化が促進されると推定される。

【００４９】例えば、約１０００℃において、金属酸化
物にＦｅ３Ｏ４、ＮｉＯ、及びＮｉ、バインダに水ガラ
ス（ＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ・ｎＮａＯ２）、軽合金材料に
Ｓｉを含有するＡｌ合金、及び複合素材に粒子状の粉体
であるＳｉＣを用いて、複合材料を製造するためにＡｌ
合金を複合素材に溶浸させる場合、Ｆｅ３Ｏ４、Ｎｉ
Ｏ、及びＮｉとＡｌ合金とが接触して、それぞれ次式で
示されるような反応が起こる。Ａｌ＋３／８Ｆｅ３Ｏ４＝９／８Ｆｅ＋１／２
Ａｌ２Ｏ３＋９７ｋｃａｌ２／３Ａｌ＋ＮｉＯ＝Ｎｉ＋１／３Ａｌ２Ｏ３
＋７５．８ｋｃａｌ３Ａｌ＋Ｎｉ＝Ａｌ３Ｎｉ＋３６ｋｃａｌ以上の反応により生成する反応熱により、複合素材の表
面の温度が上昇する。複合素材の表面の温度が高くなる
につれ、Ａｌ合金とＳｉＣとの間の濡れ性が向上するこ
とにより、ＳｉＣ間でのＡｌ合金の流れが改善され、Ｓ
ｉＣへのＡｌ合金の溶浸が進行するため、均質な複合材
料が得られると推定される。

【００５０】さらに、上記の式に示されるように、Ｆｅ
３Ｏ４、ＮｉＯ、及びＮｉ等の金属酸化物及び／又は金
属粉末がＡｌ合金と反応する際に生成する反応熱によっ
て、バインダである水ガラスＳｉＯ２が熱せられた結
果、ＳｉＯ２とＡｌ合金とが次式で示されるように反応
する。４／３Ａｌ＋ＳｉＯ２＝Ｓｉ＋２／３Ａｌ２Ｏ
３＋４９．７ｋｃａｌその際に生成する反応熱により、ＳｉＣの表面の温度が
さらに上昇する。そのため、Ａｌ合金とＳｉＣとの間の
濡れ性がさらに向上することにより、ＳｉＣ間でのＡｌ
合金の流れをさらに改善され、ＳｉＣへのＡｌ合金の溶
浸が進行するため、均質な複合材料が得られると推定さ
れる。

【００５１】

【発明の実施の形態】本発明では、軽合金材料にＡｌを
主体とするＡｌ合金を用いる。前述したように、複合素
材の表面に金属酸化物及び／又は金属粉末を付着及び／
又は分散させ、複合素材間に軽合金材料を溶浸させる過
程において、Ａｌは金属酸化物及び／又は金属粉末と反
応し多量の反応熱を発生し、係る反応熱により複合素材
とＡｌとの濡れ性が向上するため、軽合金材料の粒子表
面での流れが改善されると考えられる。そのため、軽合
金材料にＡｌ合金を用いると、反応系内が従来と比較し
て低温条件下であっても、複合素材へのＡｌ合金の溶浸
が進行するため、複合素材とＡｌ合金との複合化が促進
される。すなわち、炉の温度を従来ほど高くする必要が
ないため、複合材料の製造コストを低減することができ
る。

【００５２】Ａｌ合金は、主体がＡｌであればよく、Ａ
ｌ合金中のＡｌの存在割合は、金属酸化物及び／又は金
属粉末とＡｌ合金とが反応する際に、複合素材とＡｌ合
金との濡れ性を向上させるために十分な量の反応熱が生
成する程度であればよい。また、Ａｌ合金は、複合素材
とＡｌ合金との濡れ性の低下を及ぼさない程度であれ
ば、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｓｎ
などの元素を含んでいてもよい。

【００５３】Ａｌ合金としては、例えば、Ｓｉを含むＡ
ｌ−Ｓｉ合金が挙げられる。かわりに、純ＡｌにＳｉ、
Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｓｎなどを添加
させて共に加熱することにより合金を製造してもよい。
あるいは、Ａｌ合金中のＡｌと前記の元素の量とを調節
するために、Ａｌ合金中に適切な量のＡｌを加えること
により合金を製造してもよいし、又は、Ａｌ若しくはＡ
ｌ合金中に適切な量の元素を加えることにより合金を製
造してもよい。Ａｌ合金中のＡｌの含有量を変えること
により、溶浸する際の時間及び温度を調節することがで
きる。また、用いるＡｌ合金、純Ａｌ、及び元素の形状
は塊状であっても粉末状であってもよい。

【００５４】金属酸化物及び／又は金属粉末は、前述し
たように、複合素材の表面に付着及び／又は分散させ、
軽合金材料と反応させて多量の反応熱を発生させること
により、複合素材と軽合金材料との濡れ性を向上させ、
均一な複合材料を製造するために用いられる。金属酸化
物は、例えば、軽合金材料であるＡｌ合金が複合素材に
溶浸する際に、Ａｌと反応し自らが還元される結果とし
て発熱するものであればよく、鉄、ニッケル、クロム、
コバルト、マンガン、及びバナジウムのうち少なくとも
一つ以上から選択される金属の酸化物であることが望ま
しい。なかでも、金属酸化物は、安価であることより、
酸化鉄及び／又は酸化ニッケルであるのがより望まし
く、さらには、酸化力が高いＦｅ３Ｏ４及び／又ＮｉＯ
であるのがさらに望ましい。

【００５５】金属酸化物の形状は、粉末状であっても、
塊状であってもよい。しかしながら、金属酸化物及び／
又は金属粉末を複合素材の表面に均等に分散させるため
には、粉末状であるのがより好ましい。また、複合素材
中に分散させる金属酸化物の量が多すぎると、軽合金材
料と金属酸化物が反応する際に形成する酸化物の被膜が
軽合金材料を覆ってしまうため、添加する金属酸化物の
量は多すぎないことが望ましい。しかしながら、係る金
属酸化物の量は、軽合金材料との反応によって濡れ性を
向上させるのに十分な量の反応熱を発生させるだけの量
を添加することが必要である。

【００５６】金属粉末は、軽合金材料であるＡｌ合金が
複合素材に溶浸する際に、Ａｌと反応する結果として発
熱するものであればよく、例えば、Ａｌとの反応性がよ
いニッケル等が挙げられる。

【００５７】また、金属酸化物及び／又は金属粉末にＢ
ａＯ２等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物
を混合して溶浸に用いてもよい。係る酸化物を添加する
ことにより、複合化をさらに進行させることができる。

【００５８】さらに、複合素材の表面に金属酸化物及び
／又は金属粉末を付着及び／又は分散させる際にバイン
ダを用いる。前述したように、バインダは、金属酸化物
及び／又は金属粉末を複合素材の表面に均等に分散及び
／又は吸着させ、定着させる役割を果たす。また、バイ
ンダは、必要な部分のみを複合化してなる部材を製造す
る場合には、複合化する部分を型取った成形体を形成す
る際に金属酸化物及び／又は金属粉末と複合素材とから
成形体を形成するための結合剤としての役割を果たす。
それに加えて、バインダは金属酸化物及び／又は金属粉
末と同様に、均質な複合材料を製造するために寄与する
役割を果たすものであるのが好ましい。金属酸化物及び
／又は金属粉末が軽合金材料と反応する際に発生する反
応熱によって、バインダが熱せられることにより、バイ
ンダが軽合金材料と発熱反応を起こす。その際に生成す
る反応熱により、複合素材の表面の温度がさらに上昇す
る。そのため、軽合金材料と複合素材との間の濡れ性が
さらに向上することにより、複合素材間での軽合金材料
の流れがさらに改善され、複合素材への軽合金材料の溶
浸が進行するため、バインダを用いることによって、よ
り均質な複合材料が得られると推定される。

【００５９】バインダとしては、前述したように、金属
酸化物及び／又は金属粉末を複合素材の表面に均等に分
散及び／又は吸着させ、定着させる役割を果たすと同時
に、均質な複合材料を製造するために寄与する役割を果
たすものが望ましい。このようなものとしては、例え
ば、ＳｉＯ２が挙げられる。ＳｉＯ２を複合材料の表面
に配置させると軽合金材料と反応して熱を発生するた
め、発生する熱により複合素材の表面温度が上昇し、軽
合金材料と複合素材との間の濡れ性が向上することによ
り、複合素材間での軽合金材料の流れが改善され、より
均質な複合材料を得ることができると考えられている。
これにより、バインダはＳｉＯ２を主体とするものが望
ましい。

【００６０】さらに、ＳｉＯ２を含むバインダとして、
水ガラス又はシリカゾルを用いることが望ましい。水ガ
ラス及びシリカゾルはその組成がそれぞれ、ＳｉＯ２・
ｎＨ２Ｏ・ｎＮａ２Ｏ（水ガラスは一般的にＮａ２Ｏ１
ｍｏｌにつきＳｉＯ２を２〜４ｍｏｌ含む）、ＳｉＯ２
・ｎＨ２Ｏで表されるものであり、どちらも主成分がＳ
ｉＯ２である。水ガラス及びシリカゾルは、その主成分
であるＳｉＯ２の複合素材との濡れ性が高いうえ、水ガ
ラス及びシリカゾルは水を含むことより、水の表面張力
によって複合素材の表面に均等に分散させることができ
且つ複合素材への吸着性がよい。さらに、水ガラスは、
粘性が高いため、金属酸化物及び／又は金属粉末を複合
素材の表面に強固に定着させることができる。また、水
ガラスの粘性が高すぎる場合には水で希釈して用いても
よい。

【００６１】バインダを用いる際には、複合素材の表面
に金属酸化物及び／又は金属粉末を均等且つ十分に付着
及び／又は分散させるために、バインダと金属酸化物及
び／又は金属粉末とを十分混合させることが好ましい。
さらに、バインダが水ガラスやシリカゾルである場合、
バインダ中の水分を飛ばすために、バインダと金属酸化
物及び／又は金属粉末とを十分混合させたのち乾燥さ
せ、仮焼結体を作成することが好ましい。乾燥するため
の温度及び時間は、バインダ中の水分の量によって調節
する。

【００６２】複合素材はセラミックス等の多孔性素材か
らなり、好ましくは、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ、Ａｌ
２Ｏ３等のセラミックス等の多孔性素材からなる。さら
に、セラミックの中でも、安価であり且つ軽合金材料と
の濡れ性がよいＳｉＣからなるのが好ましい。係る複合
素材は、粒子径が５μｍ〜１０ｍｍのものを使用する。
係る複合素材に軽合金材料を溶浸させることにより、セ
ラミックス等の多孔性素材のもつ剛性や耐摩耗性が付与
された複合材料を製造することができる。

【００６３】複合素材の形状は、粒子状の粉体であるの
が望ましい。なぜなら、軽合金材料を溶浸させる際に、
軽合金材料と複合素材との複合化が均等に進行するよう
に、複合素材を軽合金材料中に偏在することなく均等に
分散させることが必要だからである。また、複合素材の
形状が粒子状であることにより表面積が大きくなる。そ
のため、複合素材の粒子表面と軽合金材料との接触面積
が大きくなるため、軽合金材料と複合素材との複合化が
均等に進行する。以上のことから、複合素材の形状は粒
子状の粉体であるのが望ましい。

【００６４】あるいは、複合素材は、粒子状の粉体を原
料として形成される成形体であってもよい。なぜなら、
複合素材が成形体であることにより、あらかじめ部材を
型取った成形体を設置しておき成形体間に軽合金材料を
流し込むことができるため、複雑な形状を有する部材を
製造する場合にも、軽合金材料間に粒子を均等に分散さ
せることができるので、複合素材への軽合金材料の溶浸
が進行するため、軽合金材料と複合素材との複合化を均
等に進行させることができるからである。

【００６５】さらに、複合素材が成形体であることによ
り、必要な部分のみを複合化することが可能である。こ
の場合、バインダと金属酸化物及び／又は金属粉末とを
混合させることで複合素材の表面にこれらを付着及び／
又は分散させ、必要に応じてこれらを乾燥させたのち、
複合化を行なう部分を型取った成形体を形成し、係る成
形体を複合化したい部分にあらかじめ配置してから軽合
金材料を溶浸させることにより、複合化したい部分のみ
を複合化した部材を製造することができる。以上に示さ
れる成形体を用いた複合材料の製造を、「セラミック
ス」（１９９７年、３２巻、２号）に開示されているＤ
ＩＭＯＸＴＭ法や、特開平２−２３６２４４号等に開示
されているＰＲＩＭＥＸＴＭ法等を用いて行なうことが
できる。

【００６６】また、製造される複合材料の機械的及び／
又は物理的性質（すなわち、密度、弾性率、比弾性率、
強度、比強度等）は、複合素材の配合量を変えることこ
とにより調整することができる。

【００６７】軽合金材料を溶浸させる際の反応系の雰囲
気は、活性雰囲気であっても、不活性雰囲気であっても
よい。活性雰囲気を用いる場合、酸素、二酸化炭素、水
等の活性ガスのうち少なくとも一つ以上を含む活性雰囲
気を用いるのが好ましい。例えば、軽合金材料がＡｌ合
金である場合、活性雰囲気中に酸素が存在すると、Ａｌ
合金中のＡｌが酸素と反応し、熱と共にＡｌ２Ｏ３が生
成する。発生した反応熱によりＡｌ合金と複合素材との
濡れ性が向上し、Ａｌ合金の流れが向上するため、複合
化を進行させることができると考えられる。よって、活
性雰囲気中には酸素が存在していてもよい。

【００６８】しかしながら、活性雰囲気中の酸素の存在
割合が多すぎると、軽合金材料と酸素とが反応し、望ま
ない副生成物が多く生成してしまう。例えば、軽合金材
料にＡｌ合金を用いた場合、酸素の存在割合が多すぎる
と、複合素材へのＡｌ合金の溶浸を阻害するほど大量の
Ａｌ２Ｏ３が生成するため、Ａｌ合金と複合素材との複
合化が妨げられる。従って、活性雰囲気中の酸素の存在
割合は多すぎず、一定の範囲内であることが望ましい。
すなわち、活性雰囲気中の酸素の存在割合を一定の割合
以下に保てば、酸化による問題は発生しないと考えられ
る。以上のことから、活性雰囲気中における酸素の存在
割合は、好ましくは５〜５０％であり、より好ましくは
１０〜３０％であり、さらに好ましくは１５〜２５％で
ある。

【００６９】また、活性雰囲気中において水は気体とし
て存在している。活性雰囲気中における水の存在割合が
少なすぎると、反応系内が乾燥することより、静電気等
が原因で火災が発生しやすくなるため、活性雰囲気中に
は少なすぎないことが望ましい。

【００７０】しかしながら、活性雰囲気中における水の
存在割合が多すぎると、軽合金材料と水とが反応し、望
まない副生成物が多く生成してしまう。例えば、軽合金
材料にＡｌ合金を用いた場合、水の存在割合が多すぎる
と、Ａｌ合金と水とが反応し、副生成物ともに大量の水
素ガスが発生してしまい、発火する危険性が高くなる。
従って、活性雰囲気中の水の存在割合は多すぎず、一定
の範囲内であることが望ましい。以上のことから、活性
雰囲気中における水の存在割合は、好ましくは０．０１
％〜５％であり、より好ましくは０．０１〜３％であ
り、さらに好ましくは０．０１〜１％である。

【００７１】また、活性雰囲気中の二酸化炭素の存在割
合が少なすぎると、相対的に、活性雰囲気中の活性ガ
ス、例えば酸素の存在割合が増加するため、軽合金材料
と活性ガスとの反応を促進させてしまい、軽合金材料と
複合素材との溶浸を阻害する恐れがある。また、活性雰
囲気中における二酸化炭素の存在割合が多すぎると、相
対的に、二酸化炭素と軽合金材料との反応が起きること
より、軽合金材料の溶浸を妨げる可能性がある。従っ
て、活性雰囲気中の二酸化炭素の存在割合は少なすぎ
ず、一定の範囲内であることが望ましい。以上のことか
ら、活性雰囲気中における二酸化炭素の存在割合は、好
ましくは０．００１％〜５％であり、より好ましくは
０．００５〜１％であり、より好ましくは、０．００５
〜０．１％である。

【００７２】活性雰囲気に含まれる気体はすべて活性ガ
スである必要はなく、むしろ、例えば、窒素、アルゴ
ン、ヘリウム等の不活性ガスを含む方が好ましい。なぜ
なら、活性雰囲気中の存在する活性ガスの割合が多すぎ
ると、活性ガス、例えば酸素と軽合金材料との反応が過
剰に進行し、不必要な副生成物が多く生成するため、軽
合金材料の溶浸を阻害してしまい、その結果として、均
質な複合材料を製造することができなくなる可能性が高
くなるからである。

【００７３】また、活性雰囲気下で軽合金材料を複合素
材に溶浸させる際には、加圧下で係る溶浸を行なっても
よい。加圧下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させる
ことにより、軽合金材料と複合材料とがより密接に接触
するため、複合化を促進することができる。さらに、加
圧下で軽合金材料を複合素材に溶浸させることにより、
軽合金材料と複合素材とが共に加圧された状態で複合化
が進行する。そのため、得られる複合材料は加圧された
状態で製造されたものであるため、係る複合材料は分子
間の隙間が少ない。よって、活性雰囲気下で軽合金材料
を複合素材に加圧下溶浸させることにより、密度が大き
く且つ緊密な複合材料を得ることができる。

【００７４】活性雰囲気中で軽合金材料を複合素材に溶
浸させる際に、還元性材料を配置させてもよい。還元性
材料は高温条件下、例えば軽合金材料を溶浸させる際の
温度条件下で活性雰囲気中の酸素により酸化され酸素と
化合した気体を発生するものであり、軽合金材料を複合
素材に溶浸させる際に還元性材料を反応系内に配置する
ことにより活性雰囲気中の酸素の割合を下げることがで
きるため、軽合金材料の酸化を防止し軽合金材料の表面
に形成される酸化皮膜を少なくすることができる。

【００７５】また、活性雰囲気中で軽合金材料を複合素
材に溶浸させる際に、黒鉛、グラファイト、木炭、可燃
性材料のうち少なくとも一つ以上を配置させてもよい。
黒鉛、グラファイト、木炭、及び可燃性材料は、還元性
材料の一種であり、高温条件下、例えば軽合金材料を溶
浸させる際の温度条件下で活性雰囲気中の酸素により酸
化され二酸化炭素や一酸化炭素等に変換される。軽合金
材料を複合素材に溶浸させる際にこれらのうち一つ以上
を反応系内に配置することにより活性雰囲気中の酸素の
割合を下げることができるため、軽合金材料の酸化を防
止し軽合金材料の表面に形成される酸化皮膜を少なくす
ることができる。可燃性材料は、軽合金材料を溶浸させ
る際のような高温条件下で活性雰囲気中の酸素と反応し
二酸化炭素や一酸化炭素を発生する材料であり、例え
ば、建造家屋の廃材、樹脂、又は古タイヤ等の可燃性廃
棄物なども含まれる。

【００７６】軽合金材料を溶浸させる際の反応系の雰囲
気に不活性雰囲気を用いる場合、不活性雰囲気が窒素、
アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウムのうち一つ以上
を含む不活性雰囲気であることが好ましい。雰囲気が不
活性雰囲気であることにより、軽合金材料の酸化を防止
することができる。そのため、軽合金材料と複合素材と
の接触面に軽合金材料が酸化されてできる被膜の形成を
防止することができることより、軽合金材料が複合素材
に直接溶浸する面積が増加するため、複合化を促進する
ことができる。

【００７７】また、不活性雰囲気下で軽合金材料を複合
素材に溶浸させる際には、加圧下で係る溶浸を行なって
もよい。加圧下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させ
ることにより、軽合金材料と複合材料とがより密接に接
触するため、複合化を促進することができる。さらに、
加圧下で軽合金材料を複合素材に溶浸させることによ
り、軽合金材料と複合素材とが共に加圧された状態で複
合化が進行する。そのため、得られる複合材料は加圧さ
れた状態で製造されたものであるため、係る複合材料は
分子間の隙間が少ない。よって、不活性雰囲気下で軽合
金材料を複合素材に加圧下溶浸させることにより、密度
が大きく且つ緊密な複合材料を得ることができる。

【００７８】あるいは、軽合金材料を複合素材に溶浸さ
せる際に、減圧状態にすることにより不活性雰囲気下に
することができる。系内を減圧状態にすると、系内に雰
囲気がほとんど存在しなくなるため、系内をより真空状
態に近づけることができる。これにより、系内を周囲の
雰囲気に影響されない状態にすることができるため、反
応系内を不活性雰囲気下と同じような状態にすることが
できる。よって、雰囲気が不活性雰囲気にすることがで
きるため、軽合金材料の酸化を防止することができる。
そのため、軽合金材料と複合素材との接触面に軽合金材
料が酸化されてできる被膜の形成を防止することができ
ることより、軽合金材料が複合素材に直接溶浸する面積
が増加するため、複合化を促進することができる。

【００７９】複合材料を製造する場合、バインダと金属
酸化物及び／又は金属粉末とを十分混合させ、必要であ
ればこれらを乾燥させたのち、これらを軽合金材料と共
に反応容器に入れ、炉を所定の最高温度域まで昇温した
のち、係る最高温度域で所定時間保持し、その後炉を放
冷すること等により炉を冷却する。炉を係る最高温度域
で所定時間保持する間に、軽合金材料を複合素材に溶浸
させる。複雑な形状を有する部材を製造する場合や、部
材の一部のみを複合化する場合においては、バインダと
金属酸化物及び／又は金属粉末とを十分混合させたの
ち、適切な形の成形体を形成し、係る形成体を複合化し
たい場所に配置したのちに軽合金材料を溶浸させる。軽
合金材料を複合素材に溶浸させる際には、あらかじめ軽
合金材料を複合素材の近傍に供給しておいてから全体を
一定温度にて加熱することにより軽合金材料を溶浸させ
てもよい。あるいは、溶融した軽合金材料を複合素材間
に流し込むことにより溶浸を行なってもよい。

【００８０】軽合金材料を複合素材に溶浸させる際の温
度は、軽合金材料及び／又は複合素材の種類や配合の割
合によっても異なる。しかしながら、より近い温度で溶
浸させれば、炉を操業するためにかかるコストをより低
くすることができる。そのため、軽合金材料を複合素材
に溶浸させる際の温度は、例えば軽合金材料がＳｉを１
２〜１３ｗｔ％含むＡｌ合金である場合、８００〜１１
００℃であるのが好ましい。ここで、係る温度が８００
℃未満である場合は、溶浸が効率よく進まない。あるい
は、係る温度が１１００℃を越える場合は、反応系内を
高温にするためのコストが過剰となる。

【００８１】軽合金材料を複合素材に溶浸させるために
一定温度で保持するために要する時間は、溶浸させる際
の温度、軽合金材料及び／又は複合素材の種類や配合の
割合によっても異なる。しかしながら、一般的に、より
少ない時間で溶浸することができれば、炉を操業するた
めにかかるコストをより低くすることができる。本発明
の製造方法を用いると、１〜２時間で溶浸が完了するこ
とより、炉の操業時間を短縮できるため、製造コストを
低減することができる。

【００８２】以上の複合材料の製造方法によると、複合
素材の表面に金属酸化物及び／又は金属粉末を付着及び
／又は分散させることにより、軽合金材料と複合素材と
の反応が進行するとともに、複合素材に対する軽合金材
料の接触角が小さくなり、低温条件下での軽合金材料と
複合素材との濡れ性が向上し、複合素材間での軽合金材
料の流れが改善されるため、複合材料を製造する際に用
いる炉の温度を従来の温度よりも低くすることができる
ため、低コストで均質な複合材料を製造することができ
る。さらに、バインダを用いて複合素材の表面に金属酸
化物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散させるこ
とにより、軽合金材料と複合素材との反応がさらに進行
するとともに、低温条件下での軽合金材料と複合素材と
の濡れ性がより向上し、複合素材間での軽合金材料の流
れがさらに改善されるため、複合材料を製造する際に用
いる炉の温度を従来の温度よりもさらに低くすることが
できるため、より低コストで均質な複合材料を製造する
ことができる。そのうえ、バインダを用いて複合素材の
表面に金属酸化物及び／又は金属粉末を係る付着及び／
又は分散させることにより成形体を形成し、係る成形体
を用いることにより、複雑な形状を有する部材を製造す
る場合にも、複合素材への軽合金材料の溶浸を均等に進
行させることができるため、均質な複合材料を製造する
ことができる。さらに、複合化したい部分にあらかじめ
係る成形体を配置することにより、必要な部分のみを複
合化することができる。

【００８３】

【実施例１】本発明の一実施例を以下に示す。ＳｉＣの
粒子状粉体と、金属酸化物としてＦｅ３Ｏ４と、バイン
ダとして水ガラスと、軽合金材料としてＳｉ及びＣａを
含むＡｌ合金とを用いて複合材料を製造した。また、Ａ
ｌ合金を溶浸させる際に、Ａｌ合金にＡｌ粉末を添加し
た。Ａｌ合金は、９９．９９％のＡｌ、９９．９９％の
Ｓｉ、及び９９．５％のＣａから製作した。製作したＡ
ｌ合金中の元素の組成を分析した結果を表１に示す。Ａ
ｌ粉末は市販の純Ａｌを用い、Ｆｅ３Ｏ４もまた市販品
を用いた。ＳｉＣの粒子状粉体は、昭和電工（株）から
発売されているグリーンカーボランダム♯３６（平均粒
径５００μｍ）のみを使用した。試料容器にはＮＣタン
マン管（外径１５ｍｍ、内径１１ｍｍ、深さ１００ｍ
ｍ））、ＳｉＣ粒子状粉体の乾燥及び仮焼結体の作成に
は電気式マッフル炉（三田村理研工業（株）製ＭＯＤＥ
Ｌ２５ＰＡＦ）、また、試料の溶浸に用いる溶浸実験装
置には電気抵抗加熱炉（秦電機（株）製ＥＬＥＰＯＴ）
を使用した。また、本実施例に係る操作はすべて大気中
で行ない、Ａｌ合金をＳｉＣ粒子に溶浸させる際には黒
鉛るつぼにタンマン管を立てかけた。まず、バインダで
ある水ガラスとＦｅ３Ｏ４とを十分混合するために、ア
ルミナボールを用いたボールミルを使用した。ポリエス
テル容器に純水と水ガラスとを４：１の割合で入れ、さ
らにＦｅ３Ｏ４を前述の希釈した水ガラスの約１５ｗｔ
％程入れ、さらにアルミナボールを５〜６個入れたの
ち、ボ−ルミルにより約６時間撹拌を行なうことによ
り、水ガラスとＦｅ３Ｏ４とを混合した。次に、用いる
ＳｉＣ粒子をアセトンで洗浄した後、電気式マッフル炉
に入れ１６０℃で約２時間乾燥させた。このＳｉＣ粒子
に、前述の水ガラス−Ｆｅ３Ｏ４混合溶液をＳｉＣ粒子
が湿る程度加えた後、電気式マッフル炉に入れ７０℃で
２４時間乾燥を行なうことにより、仮焼結体を作成し
た。乾燥後、仮焼結体を炉から取り出し、細かく砕い
た。アルミナタンマン管に細かく砕いた仮焼結体（２．
５ｇ）を入れたのち、電気抵抗加熱炉に入れ９００℃で
約２時間保持することにより焼結体を作成した。アルミ
ナタンマン管内に形成された焼結体の上にＡｌ粉末を加
え、さらにその上に、塊状に切り出したＡｌ合金（７
ｇ）を加えた。試料が加えられたアルミナタンマン管を
黒鉛るつぼに立てかけ、予め所定の処理温度に加熱して
おいた炉の中にアルミナタンマン管を入れた黒鉛るつぼ
を入れ、約１．５時間所定の処理温度に保持した後、炉
を放冷することにより炉内を冷却した。炉を室温まで冷
却した後、アルミナタンマン管の底部を割ることにより
製造された複合材料を取り出し複合材料を得た。

【００８４】本実施例では、Ａｌ粉末の添加量と、試料
を約１．５時間保持する際の処理温度とを変えて、Ｓｉ
ＣへのＡｌ合金の溶浸を検討した。表２に実験条件及び
実験結果を示す。表２に示されるように、処理温度が１
０００℃の場合、Ａｌ粉末を添加しなくてもＡｌ合金の
溶浸が起こる。しかしながら、Ａｌ粉末を添加した場
合、９００℃において溶浸が起こるため、Ａｌ粉末を添
加すれば、より低い温度でもＳｉＣへのＡｌ合金の溶浸
が可能になる。Ｆｅ３Ｏ４が存在しない場合、処理温度
が１０００℃以上にならないとＡｌの溶浸が起こらな
い。Ａｌ粉末は、粉末であるため、水ガラス及びＦｅ３
Ｏ４とより均一に接触する。そのため、Ａｌ粉末を添加
することにより、Ａｌと水ガラス、及びＡｌとＦｅ３Ｏ
４との反応がより均等に起こると考えられる。また、Ａ
ｌ粉末を少量添加するだけでも、一旦Ａｌと水ガラス、
及びＡｌとＦｅ３Ｏ４との反応が開始すると、発生する
反応熱により反応が一気に進行することにより、濡れ性
が短時間で向上するため、短時間でＡｌ合金の溶浸が完
了すると推測される。また、Ｆｅ３Ｏ４が存在しない場
合、処理温度が１０００℃以上にならないとＡｌの溶浸
が起こらないことから、水ガラスを用いてＦｅ３Ｏ４を
ＳｉＣの表面に付着及び／又は分散させることにより、
より低温条件下でＡｌ合金を溶浸させることができると
考えられる。

【００８５】

【発明の効果】以上のように、本発明の複合材料の製造
方法は、複合素材の表面に金属酸化物及び／又は金属粉
末を付着及び／又は分散させ、軽合金材料を前記複合素
材に溶浸させることとしたことより、低温条件下におい
て複合素材に対する軽合金材料の濡れ性が向上し、軽合
金材料の流れが改善されるため、低温条件下で複合材料
を製造することができるため、低コストで複合材料を生
産することができる。

【００８６】また、本発明の複合材料は、複合素材の表
面に金属酸化物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分
散させ、軽合金材料を前記複合素材に溶浸させてなるこ
とより、低温条件下において複合素材に対する軽合金材
料の濡れ性が向上し、軽合金材料の流れが改善されるこ
とにより、生産コストが低く且つ汎用性が高いうえに、
極めて均質な材料として得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【表１】本発明の実施例１で用いるために製作された
Ａｌ合金の組成を示す表である。

【表２】本発明の実施例１における実験条件及び実験
結果を示す表である。 231

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年５月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】削除

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】分散強化型複合材料の製造方法及び分
散強化型複合材料

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００３】複合材料の中でも、金属をマトリックスと
する金属基複合材料は、金属のもつ強度及び延性及び靱
性等の基本的属性を有することを特徴とし、係る金属に
様々な材料を組み合せることにより、更なる特性を発現
させるべく各種の金属基複合材料が製造されている。こ
の金属基複合材料は多くの場合、金属マトリックスと粒
子状の粉体、ウイスカ、又は繊維等の補強材料とからな
り、補強材料のもつ剛性や耐摩耗性と、金属マトリック
スのもつ延性及び靭性とを併せ持つことから、これらの
特徴を生かしてさまざまな用途に利用されている。

【０００５】一般的に軽合金材料をマトリックスとする
複合材料では、軽合金材料のもつ特徴である強度、剛
性、耐摩耗性、熱膨張係数、密度、熱伝導性及び高温下
での強度等の各種特性が向上する。しかし、係る特性が
向上する程度は、特定の成分、容積分率、重量分率、及
び複合材料を製造する際の処理方法によって大きく異な
る。例えば、粒子状、ペレット状、又はウイスカ状のＳ
ｉＣ等の複合素材で強化した複合材料は、複合素材の持
つ剛性及び耐摩耗性と、金属が有する延性及び靭性とを
併せ持つ。そのため、軽合金材料をマトリックスとする
複合材料は、比剛性（例えば、弾性率／密度）、耐摩耗
性、熱伝導性、熱膨張係数、及び高温下での強度及び／
又は比強度（例えば、強度／密度）が軽合金それ自体よ
りも優れたものとなる。

【００１０】粒子間溶浸法により軽合金材料をマトリッ
クスとする分散強化型複合材料を製造する方法として、
特開平２−２３６２４４号等に、窒素雰囲気下で分散強
化型複合材料を製造する例が示されている。特開平２−
２３６２４４号には、ＰＲＩＭＡＸ^ＴＭ法により分散強
化型複合材料を製造する方法が開示されており、Ｎｉ、
Ｓｒ、及びＳｉを含有するＡｌ合金と、ＡｌＮ（５％の
ＳｉＮを含有する）とを含む混合物を窒素雰囲気下、約
１２００℃で約１０時間保持する製造方法が開示されて
いる。

【００１１】また、「セラミックス」（１９９７年、３
２巻、２号）には、ＤＩＭＯＸ^ＴＭ法を用いて、強化材
であるセラミックスから最終部品に近い成形体を形成
し、係る成形体に金属を流し込むことにより複合材料を
製造する方法が開示されている。

【００１２】

【００１３】溶湯状態のＡｌ合金中にＳｉＣ粒子が均等
に分散しない原因の一つとして、Ａｌ合金に対するＳｉ
Ｃ粒子の濡れ性が悪い場合が考えられる。濡れとは一般
的に、固体、液体、気体の三相共存の状態において固体
の表面を液体が広がっていく現象のことであり、濡れ性
がよいということは、固体に対する液体の接触角が小さ
くなることであって、液体が固体表面上を広がり易いこ
とを指す。Ａｌ合金をマトリックスとする複合材料を製
造する場合、溶融状態であるため液状であるＡｌ合金と
固体であるＳｉＣ粒子との濡れ性の善し悪しが均質な複
合材料を生成するための重要な要因となる。濡れ性が悪
いとＡｌ合金がＳｉＣ粒子表面上を広がり難く、ＳｉＣ
粒子表面上でのＡｌ合金の流れが悪くなり、均質な複合
材料を得ることができない。

【００１４】この観点から、前述の特開平２−２３６２
４４号等に開示された軽合金複合材料の製造方法では、
均質な複合材料を製造することは容易でなかった。これ
を更に詳述すると、一般に、ＳｉＣ及びＡｌ合金から製
造される複合材料では、複合材料を製造する際に溶浸さ
せるＡｌ合金は融点に近い温度での濡れ性が悪く、高温
になればなるほど濡れ性は良くなる。したがって、均質
な複合材料を製造するためには、Ａｌ合金の融点よりも
可能な限り高い温度とする高温条件下にすることでＡｌ
合金の濡れ性を向上させなければならない。

【００１５】前述の特開平２−２３６２４４等に示され
た軽合金複合材料の製造方法でも、複合材料を製造する
際に溶浸させる軽合金材料の温度を高温とするようにす
れば、その方法により均質な複合材料を製造することは
可能である。しかしながら、そのように高温条件下で軽
合金材料を溶浸させるためには、当然のことながら炉を
高温にする必要がある。しかし、高温で炉を操業する
と、コストが高騰し、複合材料を生産するコストが極め
て高くなる。その結果として、得られる製品のコスト高
を招き、これが複合材料からなる製品の実用化を妨げる
要因となっていた。

【００１６】本発明は、以上の従来技術における問題に
鑑みてなされたものであって、前記の複合材料の製造方
法に応用することができる。本発明の目的は、従来の方
法と比較して、低コストで均質な複合材料を製造するこ
とが可能である複合材料の製造方法及び複合材料を提供
することである。

【課題を解決するための手段】

【００１７】以上の課題を解決するために、本発明者
は、軽合金マトリックスと複合素材の粒子間の濡れを制
御するための方法について鋭意研究を重ねた。その結
果、本発明者は、複合素材の粒子表面に軽合金マトリッ
クスを溶浸させる際に、水ガラス等のバインダを介して
金属酸化物及び／又は金属粉末を係る粒子表面に付着及
び／又は分散させることにより、金属酸化物及び／又は
金属粉末と軽合金材料とが反応し、その際に生成する反
応熱によりバインダもまた軽合金材料と反応することに
よりさらに反応熱が発生するため、これらの反応熱によ
って粒子表面の温度が上昇することにより、軽合金マト
リックスと複合素材の粒子との界面の濡れ性が向上し、
複合素材の粒子間での軽合金マトリックスの流れを改善
できるため、複合素材への軽合金マトリックスの溶浸が
進行し、均質な複合材料を得ることができるという着想
に基づき、金属酸化物及び／又は金属粉末を係る粒子表
面に付着及び／又は分散させることにより、低温条件下
での複合材料の製造を可能にした。

【００１８】前記の課題を解決するために提供する本発
明の複合材料の製造方法は、複合素材の表面に金属酸化
物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散させ、軽合
金材料を前記複合素材に溶浸させることを特徴とする。
本発明の複合材料の製造方法によれば、複合素材の表面
に金属酸化物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散
させることにより、低温条件下での軽合金材料と複合素
材との濡れ性が向上し、複合素材間での軽合金材料の流
れが改善されることより、低温条件下で複合素材に軽合
金材料を溶浸させることができる。そのため、複合材料
を製造する際に用いる炉の温度を従来の温度よりも低く
することができるため、低コストで均質な複合材料を製
造することができる。

【００１９】また、本発明の複合材料の製造方法は、複
合素材の表面に金属酸化物及び／又は金属粉末を付着及
び／又は分散させ、軽合金材料を前記複合素材に所定時
間所定温度で溶浸させ、さらに溶浸させた前記軽合金材
料を冷却することを特徴とする。本発明の複合材料の製
造方法によれば、複合素材の表面に金属酸化物及び／又
は金属粉末を付着及び／又は分散させることにより、低
温条件下での軽合金材料と複合素材との濡れ性が向上
し、複合素材間での軽合金材料の流れが改善されること
より、低温条件下で複合素材に軽合金材料を溶浸させる
ことができる。そのため、複合材料を製造する際に用い
る炉の温度を従来の温度よりも低くすることができるた
め、低コストで均質な複合材料を製造することができ
る。

【００２０】また、本発明の複合材料の製造方法は、複
合素材が粒子状の粉体及び／又は粒子状の粉体を原料と
して形成される成形体であることを特徴とする。これに
より本発明の複合材料の製造方法によれば、複合素材が
粒子状の粉体であることにより、粒子が軽合金材料中に
偏在することなく均等に分散し、粒子への軽合金材料の
溶浸が均等に進行するため、均質な複合材料を得ること
ができる。また、複合素材が粒子状の粉体を原料として
形成される成形体であることにより、複雑な形状を有す
る部材を製造する場合にも軽合金材料間に粒子を均等に
分散させることができ、複合素材に軽合金材料を溶浸さ
せることができるため、均質な複合材料を得ることがで
きる。

【００２１】また、本発明の複合材料の製造方法は、バ
インダと金属酸化物及び／又は金属粉末とを混合させ、
バインダと金属酸化物及び／又は金属粉末とを係る複合
素材の表面に付着及び／又は分散させることを特徴とす
る。本発明にいうバインダとは、第一義的には、金属酸
化物及び／又は金属粉末を複合素材の表面に均一に付着
及び／又は分散させるために使用するものである。これ
により本発明の複合材料の製造方法によれば、バインダ
を用いることにより複合素材の表面に金属酸化物及び／
又は金属粉末が偏在することなく均等に付着及び／又は
分散する。さらに、バインダを用いて複合素材の表面に
金属酸化物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散さ
せることにより、金属酸化物及び／又は金属粉末が複合
素材の表面から容易に剥がれ落ちるのを防ぐことができ
るため、軽合金材料中に金属酸化物及び／又は金属粉末
が均等に付着及び／又は分散する。以上のことより、複
合素材への軽合金材料の溶浸が均等に進行するため、均
質な複合材料を得ることができる。そのうえ、バインダ
と軽合金材料とが反応することにより、反応熱が発生
し、反応熱によって粒子表面の温度が上昇すると推定さ
れるため、軽合金マトリックスと複合素材の粒子との界
面の濡れ性が向上し、複合素材の粒子間での軽合金マト
リックスの流れを改善できることより、低温条件下で複
合素材に軽合金材料を溶浸させることができる。そのた
め、複合材料を製造する際に用いる炉の温度を従来の温
度よりも低くすることができるため、低コストで均質な
複合材料を製造することができる。

【００２２】また、本発明の複合材料の製造方法は、バ
インダを用いて複合素材の表面に金属酸化物及び／又は
金属粉末を付着及び／又は分散させることにより成形体
を形成し、前記成形体を用いて軽合金材料の少なくとも
一部分を複合化することを特徴とする。これにより本発
明の複合材料の製造方法によれば、係る成形体を用いる
ことにより、複雑な形状を有する部材を製造する場合に
も、複合素材への軽合金材料の溶浸を均等に進行させる
ことができるため、均質な複合材料を製造することがで
きる。さらに、複合化したい部分にあらかじめ係る成形
体を配置することにより、必要な部分のみを複合化する
ことができる。

【００２３】また、本発明の複合材料の製造方法は、バ
インダの主体がＳｉＯ_２であることを特徴とする。本発
明の複合材料の製造方法によれば、バインダ中のＳｉＯ
_２と軽合金材料とが反応することにより、反応熱が発生
し、反応熱によって粒子表面の温度が上昇すると推定さ
れるため、軽合金マトリックスと複合素材の粒子との界
面の濡れ性が向上し、複合素材の粒子間での軽合金マト
リックスの流れを改善できることより、低温条件下で複
合素材に軽合金材料を溶浸させることができる。そのた
め、複合材料を製造する際に用いる炉の温度を従来の温
度よりも低くすることができるため、低コストで均質な
複合材料を製造することができる。さらに、バインダの
主体がＳｉＯ_２であるため、複合素材の表面に金属酸化
物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散させること
により、低温条件下での軽合金材料と複合素材との濡れ
性が向上し、複合素材間での軽合金材料の流れが改善さ
れることより、低温条件下で複合素材に軽合金材料を溶
浸させることができる。そのため、複合材料を製造する
際に用いる炉の温度を従来の温度よりも低くすることが
できるため、低コストで均質な複合材料を製造すること
ができる。そのうえ、ＳｉＯ_２は複合素材との濡れ性が
高いため、軽合金材料の流れが改善されることにより、
バインダ複合素材への軽合金材料の溶浸が進行するた
め、均質な複合材料を得ることができる。

【００２４】また、本発明の複合材料の製造方法は、バ
インダとして水ガラス又はシリカゾルを用いることを特
徴とする。水ガラス又はシリカゾルは主成分がＳｉＯ_２
であり、ＳｉＯ_２は複合素材との濡れ性が高いうえ、水
ガラス及びシリカゾルは水を含むことより、水の表面張
力によって複合素材の表面に均等に分散させることがで
き且つ複合素材への吸着性がよい。これにより本発明の
複合材料の製造方法によれば、バインダとして水ガラス
又はシリカゾルを用いることにより、水ガラス又はシリ
カゾルが金属酸化物及び／又は金属粉末を複合素材の表
面に均等に付着及び／又は分散させる役割を果たすこと
により、複合素材への軽合金材料の溶浸が均等に進行す
るため、均質な複合材料を得ることができる。

【００２５】また、本発明の複合材料の製造方法は、軽
合金材料がＡｌ合金であり、前記Ａｌ合金を複合素材に
溶浸させる温度が８００〜１１００℃であることを特徴
とする。これにより本発明の複合材料の製造方法によれ
ば、軽合金材料がＡｌ合金であることにより、安価で且
つ軽量で耐腐食性に優れた複合材料を製造することがで
きる。さらに、軽合金材料を複合素材に溶浸させる温度
が８００〜１１００℃であることにより、複合材料を製
造する際に用いる炉の温度を従来の温度よりも低くする
ことができるため、低コストで複合材料を製造すること
ができる。

【００２６】また、本発明の複合材料の製造方法は、金
属酸化物が鉄、ニッケル、クロム、コバルト、マンガ
ン、及びバナジウムのうち少なくとも一つ以上から選択
される金属の酸化物であることを特徴とする。これによ
り本発明の複合材料の製造方法によれば、鉄、ニッケ
ル、クロム、コバルト、マンガン、又はバナジウムの酸
化物と軽合金材料とが反応し、その際に生成する反応熱
により粒子表面の温度が上昇することにより、軽合金マ
トリックスと複合素材の粒子との界面の濡れ性が向上
し、複合素材の粒子間での軽合金マトリックスの流れを
改善できるため、複合素材への軽合金マトリックスの溶
浸が進行する。そのため、複合材料を製造する際に用い
る炉の温度を従来の温度よりも低くすることができるた
め、低コストで均質な複合材料を製造することができ
る。

【００２７】また、本発明の複合材料の製造方法は、金
属酸化物が酸化鉄及び／又は酸化ニッケルであることを
特徴とする。これにより本発明の複合材料の製造方法に
よれば、酸化鉄及び／又は酸化ニッケルと軽合金材料と
が反応し、その際に生成する反応熱により粒子表面の温
度が上昇することにより、軽合金マトリックスと複合素
材の粒子との界面の濡れ性が向上し、複合素材の粒子間
での軽合金マトリックスの流れを改善できるため、複合
素材への軽合金マトリックスの溶浸が進行する。そのた
め、複合材料を製造する際に用いる炉の温度を従来の温
度よりも低くすることができるため、低コストで均質な
複合材料を製造することができる。さらに、酸化鉄は安
価であるため、低コストで複合材料を製造することがで
きる。

【００２８】また、本発明の複合材料の製造方法は、金
属粉末がＮｉであることを特徴とする。これにより本発
明の複合材料の製造方法によれば、Ｎｉと軽合金材料と
が反応し、その際に生成する反応熱により粒子表面の温
度が上昇することにより、軽合金マトリックスと複合素
材の粒子との界面の濡れ性が向上し、複合素材の粒子間
での軽合金マトリックスの流れを改善できるため、複合
素材への軽合金マトリックスの溶浸が進行する。そのた
め、複合材料を製造する際に用いる炉の温度を従来の温
度よりも低くすることができるため、低コストで均質な
複合材料を製造することができる。さらに、Ｎｉとの複
合化を行なうことにより、靭性が高く、耐熱性及び耐複
合材料に優れた複合材料を製造することができる。

【００２９】また、本発明の複合材料の製造方法は、活
性雰囲気下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させるこ
とを特徴とする。本発明にいう活性雰囲気とは、第一義
的には、複合材料を製造する際に、軽合金材料等の原料
と反応する可能性のある活性ガスを含む雰囲気をいう。
本発明の複合材料の製造方法によれば、活性雰囲気を用
いることにより、窒素、あるいはアルゴン等のコストの
高い雰囲気の調整を行なう必要がないため、低コストで
複合材料を製造することができる。

【００３０】また、本発明の複合材料の製造方法は、活
性雰囲気が酸素、二酸化炭素、水のうち少なくとも一つ
以上を含む活性雰囲気であることを特徴とする。酸素、
及び水は、活性ガスの一種であり、これらは複合材料を
製造する際に、原料である軽合金材料と反応する可能性
がある。しかしながら、これらの活性ガスの活性雰囲気
中における存在割合が一定以下であれば、軽合金材料の
溶浸に影響を及ぼさないと考えられる。よって、本発明
の複合材料の製造方法によれば、酸素、二酸化炭素、水
のうち少なくとも一つ以上を含む活性雰囲気中で、軽合
金材料を複合素材に溶浸させることにより、窒素、ある
いはアルゴン等のコストの高い雰囲気の調整を行なう必
要がないため、低コストで複合材料を製造することがで
きる。

【００３１】また、本発明の複合材料の製造方法は、活
性雰囲気中の酸素の存在割合が５〜５０％であることを
特徴とする。活性雰囲気中の酸素が存在割合が５〜５０
％であれば、軽合金材料の溶浸に影響を及ぼさないと考
えられる。これにより本発明の複合材料の製造方法によ
れば、活性雰囲気中に酸素が５〜５０％存在することに
より、窒素、あるいはアルゴン等のコストの高い雰囲気
の調整を行なう必要がないため、低コストで複合材料を
製造することができる。

【００３２】また、本発明の複合材料の製造方法は、軽
合金材料を複合素材に溶浸させる際に、反応系周辺に黒
鉛、グラファイト、木炭、可燃性材料のうち少なくとも
一つ以上を配置させることを特徴とする。これにより本
発明の複合材料の製造方法によれば、軽合金材料を複合
素材に溶浸させる際に、反応系周辺に黒鉛、グラファイ
ト、木炭、可燃性材料のうち少なくとも一つ以上を配置
させると、反応系内が高温になるため、これらの材料よ
り一酸化炭素、二酸化炭素等のガスが発生することによ
り、活性雰囲気中であっても反応系内の酸素の存在割合
が多くならないように保つことができる。これにより、
活性雰囲気中の酸素による軽合金材料の過度の酸化を防
ぐことができるため、軽合金材料の表面が酸化されてで
きる酸化被膜の過度の形成を抑制することができる。

【００３３】また、本発明の複合材料の製造方法は、軽
合金材料を複合素材に溶浸させる際に、反応系周辺に還
元性材料を配置させることを特徴とする。これにより本
発明の複合材料の製造方法によれば、軽合金材料を複合
素材に溶浸させる際に、反応系周辺に還元性材料を配置
させると、反応系内が高温になるため、還元性材料から
還元性ガス若しくは不活性ガスが発生することにより、
活性雰囲気中であっても反応系内の酸素の存在割合が多
くならないように保つことができる。これにより、活性
雰囲気中の酸素による軽合金材料の過度の酸化を防ぐこ
とができるため、軽合金材料の表面が酸化されてできる
酸化被膜の過度の形成を抑制することができる。

【００３４】また、本発明の複合材料の製造方法は、不
活性雰囲気下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させる
ことを特徴とする。これにより本発明の複合材料の製造
方法によれば、不活性雰囲気下で軽合金材料を前記複合
素材に溶浸させることにより、軽合金材料の酸化を防ぐ
ことができる。そのため、軽合金材料と複合素材との接
触面に軽合金材料が酸化されてできる被膜の形成を防止
することができることより、軽合金材料が複合素材に直
接溶浸する面積が増加するため、複合化を促進すること
ができる。

【００３５】また、本発明の複合材料の製造方法は、不
活性雰囲気が窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセ
ノンのうち少なくとも一つ以上を含む不活性雰囲気であ
ることを特徴とする。窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオ
ン、及びキセノンは、一般的に不活性ガスの一種であ
り、高温条件下において軽合金材料及び複合材料と接触
しても反応しない。これにより本発明の複合材料の製造
方法によれば、窒素、アルゴン、ネオン、キセノンのう
ち少なくとも一つ以上を含む不活性雰囲気下で、軽合金
材料を前記複合素材に溶浸させることにより、軽合金材
料の酸化を防ぐことができる。そのため、軽合金材料と
複合素材との接触面に軽合金材料が酸化されてできる被
膜の形成を防止することができることより、軽合金材料
が複合素材に直接溶浸する面積が増加するため、複合化
を促進することができる。

【００３６】また、本発明の複合材料の製造方法は、減
圧状態にすることにより不活性雰囲気下にすることを特
徴とする。系内を減圧状態にすると、系内に活性ガスが
ほとんど存在しなくなるため、反応系内を不活性雰囲気
下と同じような状態にすることができる。これにより本
発明の複合材料の製造方法によれば、減圧状態にするこ
とにより不活性雰囲気下とし、係る条件下で軽合金材料
を前記複合素材に溶浸させることにより、軽合金材料の
酸化を防ぐことができる。そのため、軽合金材料と複合
素材との接触面に軽合金材料が酸化されてできる被膜の
形成を防止することができることより、軽合金材料が複
合素材に直接溶浸する面積が増加するため、複合化を促
進することができる。

【００３７】また、本発明の複合材料の製造方法は、加
圧下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させることを特
徴とする。これにより本発明の複合材料の製造方法によ
れば、加圧下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させる
ことにより、軽合金材料と複合材料との接触が促進され
るため、複合化を促進することができる。さらに、加圧
下で軽合金材料を複合素材に溶浸させることにより、軽
合金材料と複合素材とが共に加圧された状態で複合化が
進行する。そのため、得られる複合材料は加圧された状
態で製造されたものであるので、係る複合材料は分子間
の隙間が少ない。これにより、密度が大きく且つ緊密な
複合材料を得ることができる。

【００３８】また、本発明の複合材料は、複合素材の表
面に金属酸化物を付着及び／又は分散させ、軽合金材料
を前記複合素材に溶浸させてなることを特徴とする。こ
れにより本発明の複合材料によれば、複合素材の表面に
金属酸化物を付着及び／又は分散させ、軽合金材料を前
記複合素材に溶浸させて得られるため、係る溶浸の際に
は低温条件下で軽合金材料と複合素材との濡れ性が向上
し、複合素材間での軽合金材料の流れが改善されること
より、生産コストが低く且つ汎用性が高いうえに、極め
て均質な材料として得ることができる。

【００３９】また、本発明の複合材料は、複合素材の表
面に金属酸化物を付着及び／又は分散させ、軽合金材料
を前記複合素材に所定時間所定温度で溶浸させ、さらに
溶浸させた前記軽合金材料を冷却させて得られることを
特徴とする。これにより本発明の複合材料によれば、複
合素材の表面に金属酸化物を付着及び／又は分散させ、
軽合金材料を前記複合素材に溶浸させて得られるため、
係る溶浸の際には低温条件下で軽合金材料と複合素材と
の濡れ性が向上し、複合素材間での軽合金材料の流れが
改善されることより、生産コストが低く且つ汎用性が高
いうえに、極めて均質な材料として得ることができる。

【００４０】また、本発明の複合材料は、複合素材が粒
子状の粉体及び／又は粒子状の粉体を原料として製造さ
れる成形体であることを特徴とする。これにより本発明
の複合材料によれば、複合素材が粒子状の粉体であるこ
とにより、粒子が軽合金材料中に偏在することなく均等
に分散し粒子への軽合金材料の溶浸が進行するため、軽
合金材料及び複合素材から極めて均質な材料として得る
ことができる。また、複合素材が粒子状の粉体を原料と
して形成される成形体であることにより、複雑な形状を
有する部材を製造する場合にも、複合素材への軽合金材
料の溶浸を均等に進行させることができるため、極めて
均質な材料として得ることができる。

【００４１】また、本発明の複合材料は、バインダを用
いて複合素材の表面に金属酸化物及び／又は金属粉末を
付着及び／又は分散させることにより形成される成形体
を用いて、軽合金材料の少なくとも一部分を複合化して
なることを特徴とする。これにより本発明の複合材料に
よれば、係る成形体を用いることにより、複雑な形状を
有する部材を製造する場合にも、複合素材への軽合金材
料の溶浸を均等に進行させることができるため、極めて
均質な材料として得ることができる。さらに、複合化し
たい部分にあらかじめ係る成形体を配置することによ
り、必要な部分のみを複合化した材料として得ることが
できる。

【００４２】また、本発明の複合材料は、軽合金材料が
Ａｌ合金であることを特徴とする。これにより本発明の
複合材料によれば、Ａｌ合金は安価であるため、軽合金
材料がＡｌ合金であることにより、安価で且つ軽量な材
料として得ることができる。

【００４３】また、本発明の複合材料は、金属酸化物が
鉄、ニッケル、クロム、コバルト、マンガン、及びバナ
ジウムのうち少なくとも一つ以上から選択される金属の
酸化物であることを特徴とする。これにより本発明の複
合材料によれば、鉄、ニッケル、クロム、コバルト、マ
ンガン、又はバナジウムの酸化物と軽合金材料とが反応
し、その際に生成する反応熱により粒子表面の温度が上
昇することにより、軽合金マトリックスと複合素材の粒
子との界面の濡れ性が向上し、複合素材の粒子間での軽
合金マトリックスの流れを改善できるため、生産コスト
が低いうえに、極めて均質な材料として得ることができ
る。

【００４４】また、本発明の複合材料は、金属酸化物が
酸化鉄及び／又は酸化ニッケルであることを特徴とす
る。これにより本発明の複合材料によれば、酸化鉄及び
／又は酸化ニッケルと軽合金材料とが反応し、その際に
生成する反応熱により粒子表面の温度が上昇することに
より、軽合金マトリックスと複合素材の粒子との界面の
濡れ性が向上し、複合素材の粒子間での軽合金マトリッ
クスの流れを改善できるため、生産コストが低く且つ汎
用性が高いうえに、極めて均質な材料として得ることが
でき、さらに、酸化鉄は安価であるため、安価な材料と
して得ることができる。

【００４５】また、本発明の複合材料は、金属粉末がＮ
ｉであることを特徴とする。これにより本発明の複合材
料によれば、Ｎｉと軽合金材料とが反応し、その際に生
成する反応熱により粒子表面の温度が上昇することによ
り、軽合金マトリックスと複合素材の粒子との界面の濡
れ性が向上し、複合素材の粒子間での軽合金マトリック
スの流れを改善できるため、汎用性が高いうえに、極め
て均質な材料として得ることができる。さらに、本発明
の複合材料は、Ｎｉとの複合化を行なうことにより製造
されることより、靭性が高く、耐熱性及び耐複合材料に
優れた材料として得ることができる。

【００４６】また、本発明の複合材料は、複合材料の主
体がセラミックスであることを特徴とする。セラミック
スは金属酸化物、炭化物、窒化物等の無機質の固体材料
であり、優れた剛性及び耐摩耗性を有するため、これに
より本発明の複合材料によれば、セラミックスを強化材
に用いることにより、剛性及び耐摩耗性に優れた有する
材料として得ることができる。また、セラミックスは安
価であるため、安価な材料として得ることができる。

【００４７】本発明者は、バインダを用いて金属酸化物
及び／又は金属粉末を複合素材に付着及び／又は分散さ
せ、係る複合素材に軽合金材料が溶浸する機構を以下の
ように推定している。

【００４８】複合素材の粒子表面に軽合金マトリックス
を溶浸させる過程において、金属酸化物及び／又は金属
粉末を用いて係る粒子表面に付着及び／又は分散させる
ことにより、金属酸化物及び／又は金属粉末と軽合金材
料とが反応し、その際に生成する反応熱により複合素材
の表面の温度が上昇する。複合素材の表面の温度が高く
なるにつれ、軽合金材料と複合素材との間の濡れ性が向
上することにより、複合素材間での軽合金材料の流れを
改善できるため、複合素材への軽合金マトリックスの溶
浸が進行し、軽合金材料と複合素材との間の複合化が促
進されると推定される。

【００４９】さらに、バインダとともに金属酸化物及び
／又は金属粉末を複合素材の表面に付着及び／又は分散
させる場合には、金属酸化物及び／又は金属粉末と軽合
金材料とが反応する際に生成する反応熱によってバイン
ダが熱せられた結果、バインダの反応性が高くなるた
め、バインダと軽合金材料とが反応し、その際に生成す
る反応熱により複合素材の表面の温度がさらに上昇す
る。そのため、軽合金材料と複合素材との間の濡れ性が
さらに向上することにより、複合素材間での軽合金材料
の流れをさらに改善できるため、複合素材への軽合金マ
トリックスの溶浸が進行し、軽合金材料と複合素材との
間の複合化が促進されると推定される。

【００５０】例えば、約１０００℃において、金属酸化
物にＦｅ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、及びＮｉ、バインダに水ガラ
ス（ＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏ・ｎＮａＯ_２）、軽合金材料に
Ｓｉを含有するＡｌ合金、及び複合素材に粒子状の粉体
であるＳｉＣを用いて、複合材料を製造するためにＡｌ
合金を複合素材に溶浸させる場合、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｎｉ
Ｏ、及びＮｉとＡｌ合金とが接触して、それぞれ次式で
示されるような反応が起こる。Ａｌ＋３／８Ｆｅ_３Ｏ_４＝９／８Ｆｅ＋１／２Ａｌ_２Ｏ
_３＋９７ｋｃａｌ２／３Ａｌ＋ＮｉＯ＝Ｎｉ＋１／３Ａｌ_２Ｏ_３＋７５．
８ｋｃａｌ３Ａｌ＋Ｎｉ＝Ａｌ_３Ｎｉ＋３６ｋｃａｌ以上の反応により生成する反応熱により、複合素材の表
面の温度が上昇する。複合素材の表面の温度が高くなる
につれ、Ａｌ合金とＳｉＣとの間の濡れ性が向上するこ
とにより、ＳｉＣ間でのＡｌ合金の流れが改善され、Ｓ
ｉＣへのＡｌ合金の溶浸が進行するため、均質な複合材
料が得られると推定される。

【００５１】さらに、上記の式に示されるように、Ｆｅ
_３Ｏ_４、ＮｉＯ、及びＮｉ等の金属酸化物及び／又は金
属粉末がＡｌ合金と反応する際に生成する反応熱によっ
て、バインダである水ガラスＳｉＯ_２が熱せられた結
果、ＳｉＯ_２とＡｌ合金とが次式で示されるように反応
する。４／３Ａｌ＋ＳｉＯ_２＝Ｓｉ＋２／３Ａｌ_２Ｏ_３＋４
９．７ｋｃａｌその際に生成する反応熱により、ＳｉＣの表面の温度が
さらに上昇する。そのため、Ａｌ合金とＳｉＣとの間の
濡れ性がさらに向上することにより、ＳｉＣ間でのＡｌ
合金の流れをさらに改善され、ＳｉＣへのＡｌ合金の溶
浸が進行するため、均質な複合材料が得られると推定さ
れる。

【００５２】

【００５３】Ａｌ合金は、主体がＡｌであればよく、Ａ
ｌ合金中のＡｌの存在割合は、金属酸化物及び／又は金
属粉末とＡｌ合金とが反応する際に、複合素材とＡｌ合
金との濡れ性を向上させるために十分な量の反応熱が生
成する程度であればよい。また、Ａｌ合金は、複合素材
とＡｌ合金との濡れ性の低下を及ぼさない程度であれ
ば、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｓｎ
などの元素を含んでいてもよい。

【００５４】Ａｌ合金としては、例えば、Ｓｉを含むＡ
ｌ−Ｓｉ合金が挙げられる。かわりに、純ＡｌにＳｉ、
Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｓｎなどを添加
させて共に加熱することにより合金を製造してもよい。
あるいは、Ａｌ合金中のＡｌと前記の元素の量とを調節
するために、Ａｌ合金中に適切な量のＡｌを加えること
により合金を製造してもよいし、又は、Ａｌ若しくはＡ
ｌ合金中に適切な量の元素を加えることにより合金を製
造してもよい。Ａｌ合金中のＡｌの含有量を変えること
により、溶浸する際の時間及び温度を調節することがで
きる。また、用いるＡｌ合金、純Ａｌ、及び元素の形状
は塊状であっても粉末状であってもよい。

【００５５】金属酸化物及び／又は金属粉末は、前述し
たように、複合素材の表面に付着及び／又は分散させ、
軽合金材料と反応させて多量の反応熱を発生させること
により、複合素材と軽合金材料との濡れ性を向上させ、
均一な複合材料を製造するために用いられる。金属酸化
物は、例えば、軽合金材料であるＡｌ合金が複合素材に
溶浸する際に、Ａｌと反応し自らが還元される結果とし
て発熱するものであればよく、鉄、ニッケル、クロム、
コバルト、マンガン、及びバナジウムのうち少なくとも
一つ以上から選択される金属の酸化物であることが望ま
しい。なかでも、金属酸化物は、安価であることより、
酸化鉄及び／又は酸化ニッケルであるのがより望まし
く、さらには、酸化力が高いＦｅ_３Ｏ_４及び／又ＮｉＯ
であるのがさらに望ましい。

【００５６】金属酸化物の形状は、粉末状であっても、
塊状であってもよい。しかしながら、金属酸化物及び／
又は金属粉末を複合素材の表面に均等に分散させるため
には、粉末状であるのがより好ましい。また、複合素材
中に分散させる金属酸化物の量が多すぎると、軽合金材
料と金属酸化物が反応する際に形成する酸化物の被膜が
軽合金材料を覆ってしまうため、添加する金属酸化物の
量は多すぎないことが望ましい。しかしながら、係る金
属酸化物の量は、軽合金材料との反応によって濡れ性を
向上させるのに十分な量の反応熱を発生させるだけの量
を添加することが必要である。

【００５７】金属粉末は、軽合金材料であるＡｌ合金が
複合素材に溶浸する際に、Ａｌと反応する結果として発
熱するものであればよく、例えば、Ａｌとの反応性がよ
いニッケル等が挙げられる。

【００５８】また、金属酸化物及び／又は金属粉末にＢ
ａＯ_２等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物
を混合して溶浸に用いてもよい。係る酸化物を添加する
ことにより、複合化をさらに進行させることができる。

【００５９】さらに、複合素材の表面に金属酸化物及び
／又は金属粉末を付着及び／又は分散させる際にバイン
ダを用いる。前述したように、バインダは、金属酸化物
及び／又は金属粉末を複合素材の表面に均等に分散及び
／又は吸着させ、定着させる役割を果たす。また、バイ
ンダは、必要な部分のみを複合化してなる部材を製造す
る場合には、複合化する部分を型取った成形体を形成す
る際に金属酸化物及び／又は金属粉末と複合素材とから
成形体を形成するための結合剤としての役割を果たす。
それに加えて、バインダは金属酸化物及び／又は金属粉
末と同様に、均質な複合材料を製造するために寄与する
役割を果たすものであるのが好ましい。金属酸化物及び
／又は金属粉末が軽合金材料と反応する際に発生する反
応熱によって、バインダが熱せられることにより、バイ
ンダが軽合金材料と発熱反応を起こす。その際に生成す
る反応熱により、複合素材の表面の温度がさらに上昇す
る。そのため、軽合金材料と複合素材との間の濡れ性が
さらに向上することにより、複合素材間での軽合金材料
の流れがさらに改善され、複合素材への軽合金材料の溶
浸が進行するため、バインダを用いることによって、よ
り均質な複合材料が得られると推定される。

【００６０】バインダとしては、前述したように、金属
酸化物及び／又は金属粉末を複合素材の表面に均等に分
散及び／又は吸着させ、定着させる役割を果たすと同時
に、均質な複合材料を製造するために寄与する役割を果
たすものが望ましい。このようなものとしては、例え
ば、ＳｉＯ_２が挙げられる。ＳｉＯ_２を複合材料の表面
に配置させると軽合金材料と反応して熱を発生するた
め、発生する熱により複合素材の表面温度が上昇し、軽
合金材料と複合素材との間の濡れ性が向上することによ
り、複合素材間での軽合金材料の流れが改善され、より
均質な複合材料を得ることができると考えられている。
これにより、バインダはＳｉＯ_２を主体とするものが望
ましい。

【００６１】さらに、ＳｉＯ_２を含むバインダとして、
水ガラス又はシリカゾルを用いることが望ましい。水ガ
ラス及びシリカゾルはその組成がそれぞれ、ＳｉＯ_２・
ｎＨ_２Ｏ・ｎＮａ_２Ｏ（水ガラスは一般的にＮａ_２Ｏｌ
ｍＯｌにつきＳｉＯ_２を２〜４ｍｏｌ含む）、ＳｉＯ_２
・ｎＨ_２Ｏで表されるものであり、どちらも主成分がＳ
ｉＯ_２である。水ガラス及びシリカゾルは、その主成分
であるＳｉＯ_２の複合素材との濡れ性が高いうえ、水ガ
ラス及びシリカゾルは水を含むことより、水の表面張力
によって複合素材の表面に均等に分散させることができ
且つ複合素材への吸着性がよい。さらに、水ガラスは、
粘性が高いため、金属酸化物及び／又は金属粉末を複合
素材の表面に強固に定着させることができる。また、水
ガラスの粘性が高すぎる場合には水で希釈して用いても
よい。

【００６２】バインダを用いる際には、複合素材の表面
に金属酸化物及び／又は金属粉末を均等且つ十分に付着
及び／又は分散させるために、バインダと金属酸化物及
び／又は金属粉末とを十分混合させることが好ましい。
さらに、バインダが水ガラスやシリカゾルである場合、
バインダ中の水分を飛ばすために、バインダと金属酸化
物及び／又は金属粉末とを十分混合させたのち乾燥さ
せ、仮焼結体を作成することが好ましい。乾燥するため
の温度及び時間は、バインダ中の水分の量によって調節
する。

【００６３】複合素材はセラミックス等の多孔性素材か
らなり、好ましくは、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＢＮ、Ａｌ
_２Ｏ_３等のセラミックス等の多孔性素材からなる。さら
に、セラミックの中でも、安価であり且つ軽合金材料と
の濡れ性がよいＳｉＣからなるのが好ましい。係る複合
素材は、粒子径が５μｍ〜１０ｍｍのものを使用する。
係る複合素材に軽合金材料を溶浸させることにより、セ
ラミックス等の多孔性素材のもつ剛性や耐摩耗性が付与
された複合材料を製造することができる。

【００６４】複合素材の形状は、粒子状の粉体であるの
が望ましい。なぜなら、軽合金材料を溶浸させる際に、
軽合金材料と複合素材との複合化が均等に進行するよう
に、複合素材を軽合金材料中に偏在することなく均等に
分散させることが必要だからである。また、複合素材の
形状が粒子状であることにより表面積が大きくなる。そ
のため、複合素材の粒子表面と軽合金材料との接触面積
が大きくなるため、軽合金材料と複合素材との複合化が
均等に進行する。以上のことから、複合素材の形状は粒
子状の粉体であるのが望ましい。

【００６５】あるいは、複合素材は、粒子状の粉体を原
料として形成される成形体であってもよい。なぜなら、
複合素材が成形体であることにより、あらかじめ部材を
型取った成形体を設置しておき成形体間に軽合金材料を
流し込むことができるため、複雑な形状を有する部材を
製造する場合にも、軽合金材料間に粒子を均等に分散さ
せることができるので、複合素材への軽合金材料の溶浸
が進行するため、軽合金材料と複合素材との複合化を均
等に進行させることができるからである。

【００６６】さらに、複合素材が成形体であることによ
り、必要な部分のみを複合化することが可能である。こ
の場合、バインダと金属酸化物及び／又は金属粉末とを
混合させることで複合素材の表面にこれらを付着及び／
又は分散させ、必要に応じてこれらを乾燥させたのち、
複合化を行なう部分を型取った成形体を形成し、係る成
形体を複合化したい部分にあらかじめ配置してから軽合
金材料を溶浸させることにより、複合化したい部分のみ
を複合化した部材を製造することができる。以上に示さ
れる成形体を用いた複合材料の製造を、「セラミック
ス」（１９９７年、３２巻、２号）に開示されているＤ
ＩＭＯＸ^ＴＭ法や、特開平２−２３６２４４号等に開示
されているＰＲＩＭＥＸ^ＴＭ法等を用いて行なうことが
できる。

【００６７】また、製造される複合材料の機械的及び／
又は物理的性質（すなわち、密度、弾性率、比弾性率、
強度、比強度等）は、複合素材の配合量を変えることこ
とにより調整することができる。

【００６８】軽合金材料を溶浸させる際の反応系の雰囲
気は、活性雰囲気であっても、不活性雰囲気であっても
よい。活性雰囲気を用いる場合、酸素、二酸化炭素、水
等の活性ガスのうち少なくとも一つ以上を含む活性雰囲
気を用いるのが好ましい。例えば、軽合金材料がＡｌ合
金である場合、活性雰囲気中に酸素が存在すると、Ａｌ
合金中のＡｌが酸素と反応し、熱と共にＡｌ_２Ｏ_３が生
成する。発生した反応熱によりＡｌ合金と複合素材との
濡れ性が向上し、Ａｌ合金の流れが向上するため、複合
化を進行させることができると考えられる。よって、活
性雰囲気中には酸素が存在していてもよい。

【００６９】しかしながら、活性雰囲気中の酸素の存在
割合が多すぎると、軽合金材料と酸素とが反応し、望ま
ない副生成物が多く生成してしまう。例えば、軽合金材
料にＡｌ合金を用いた場合、酸素の存在割合が多すぎる
と、複合素材へのＡｌ合金の溶浸を阻害するほど大量の
Ａｌ_２Ｏ_３が生成するため、Ａｌ合金と複合素材との複
合化が妨げられる。従って、活性雰囲気中の酸素の存在
割合は多すぎず、一定の範囲内であることが望ましい。
すなわち、活性雰囲気中の酸素の存在割合を一定の割合
以下に保てば、酸化による問題は発生しないと考えられ
る。以上のことから、活性雰囲気中における酸素の存在
割合は、好ましくは５〜５０％であり、より好ましくは
１０〜３０％であり、さらに好ましくは１５〜２５％で
ある。

【００７０】また、活性雰囲気中において水は気体とし
て存在している。活性雰囲気中における水の存在割合が
少なすぎると、反応系内が乾燥することより、静電気等
が原因で火災が発生しやすくなるため、活性雰囲気中に
は少なすぎないことが望ましい。

【００７１】しかしながら、活性雰囲気中における水の
存在割合が多すぎると、軽合金材料と水とが反応し、望
まない副生成物が多く生成してしまう。例えば、軽合金
材料にＡｌ合金を用いた場合、水の存在割合が多すぎる
と、Ａｌ合金と水とが反応し、副生成物ともに大量の水
素ガスが発生してしまい、発火する危険性が高くなる。
従って、活性雰囲気中の水の存在割合は多すぎず、一定
の範囲内であることが望ましい。以上のことから、活性
雰囲気中における水の存在割合は、好ましくは０．０１
％〜５％であり、より好ましくは０．０１〜３％であ
り、さらに好ましくは０．０１〜１％である。

【００７２】また、活性雰囲気中の二酸化炭素の存在割
合が少なすぎると、相対的に、活性雰囲気中の活性ガ
ス、例えば酸素の存在割合が増加するため、軽合金材料
と活性ガスとの反応を促進させてしまい、軽合金材料と
複合素材との溶浸を阻害する恐れがある。また、活性雰
囲気中における二酸化炭素の存在割合が多すぎると、相
対的に、二酸化炭素と軽合金材料との反応が起きること
より、軽合金材料の溶浸を妨げる可能性がある。従っ
て、活性雰囲気中の二酸化炭素の存在割合は少なすぎ
ず、一定の範囲内であることが望ましい。以上のことか
ら、活性雰囲気中における二酸化炭素の存在割合は、好
ましくは０．００１％〜５％であり、より好ましくは
０．００５〜１％であり、より好ましくは、０．００５
〜０．１％である。

【００７３】活性雰囲気に含まれる気体はすべて活性ガ
スである必要はなく、むしろ、例えば、窒素、アルゴ
ン、ヘリウム等の不活性ガスを含む方が好ましい。なぜ
なら、活性雰囲気中の存在する活性ガスの割合が多すぎ
ると、活性ガス、例えば酸素と軽合金材料との反応が過
剰に進行し、不必要な副生成物が多く生成するため、軽
合金材料の溶浸を阻害してしまい、その結果として、均
質な複合材料を製造することができなくなる可能性が高
くなるからである。

【００７４】また、活性雰囲気下で軽合金材料を複合素
材に溶浸させる際には、加圧下で係る溶浸を行なっても
よい。加圧下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させる
ことにより、軽合金材料と複合材料とがより密接に接触
するため、複合化を促進することができる。さらに、加
圧下で軽合金材料を複合素材に溶浸させることにより、
軽合金材料と複合素材とが共に加圧された状態で複合化
が進行する。そのため、得られる複合材料は加圧された
状態で製造されたものであるため、係る複合材料は分子
間の隙間が少ない。よって、活性雰囲気下で軽合金材料
を複合素材に加圧下溶浸させることにより、密度が大き
く且つ緊密な複合材料を得ることができる。

【００７５】活性雰囲気中で軽合金材料を複合素材に溶
浸させる際に、還元性材料を配置させてもよい。還元性
材料は高温条件下、例えば軽合金材料を溶浸させる際の
温度条件下で活性雰囲気中の酸素により酸化され酸素と
化合した気体を発生するものであり、軽合金材料を複合
素材に溶浸させる際に還元性材料を反応系内に配置する
ことにより活性雰囲気中の酸素の割合を下げることがで
きるため、軽合金材料の酸化を防止し軽合金材料の表面
に形成される酸化皮膜を少なくすることができる。

【００７６】また、活性雰囲気中で軽合金材料を複合素
材に溶浸させる際に、黒鉛、グラファイト木炭、可燃性
材料のうち少なくとも一つ以上を配置させてもよい。黒
鉛、グラファイト、木炭、及び可燃性材料は、還元性材
料の一種であり、高温条件下、例えば軽合金材料を溶浸
させる際の温度条件下で活性雰囲気中の酸素により酸化
され二酸化炭素や一酸化炭素等に変換される。軽合金材
料を複合素材に溶浸させる際にこれらのうち一つ以上を
反応系内に配置することにより活性雰囲気中の酸素の割
合を下げることができるため、軽合金材料の酸化を防止
し軽合金材料の表面に形成される酸化皮膜を少なくする
ことができる。可燃性材料は、軽合金材料を溶浸させる
際のような高温条件下で活性雰囲気中の酸素と反応し二
酸化炭素や一酸化炭素を発生する材料であり、例えば、
建造家屋の廃材、樹脂、又は古タイヤ等の可燃性廃棄物
なども含まれる。

【００７７】軽合金材料を溶浸させる際の反応系の雰囲
気に不活性雰囲気を用いる場合、不活性雰囲気が窒素、
アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウムのうち一つ以上
を含む不活性雰囲気であることが好ましい。雰囲気が不
活性雰囲気であることにより、軽合金材料の酸化を防止
することができる。そのため、軽合金材料と複合素材と
の接触面に軽合金材料が酸化されてできる被膜の形成を
防止することができることより、軽合金材料が複合素材
に直接溶浸する面積が増加するため、複合化を促進する
ことができる。

【００７８】また、不活性雰囲気下で軽合金材料を複合
素材に溶浸させる際には、加圧下で係る溶浸を行なって
もよい。加圧下で軽合金材料を前記複合素材に溶浸させ
ることにより、軽合金材料と複合材料とがより密接に接
触するため、複合化を促進することができる。さらに、
加圧下で軽合金材料を複合素材に溶浸させることによ
り、軽合金材料と複合素材とが共に加圧された状態で複
合化が進行する。そのため、得られる複合材料は加圧さ
れた状態で製造されたものであるため、係る複合材料は
分子間の隙間が少ない。よって、不活性雰囲気下で軽合
金材料を複合素材に加圧下溶浸させることにより、密度
が大きく且つ緊密な複合材料を得ることができる。

【００７９】あるいは、軽合金材料を複合素材に溶浸さ
せる際に、減圧状態にすることにより不活性雰囲気下に
することができる。系内を減圧状態にすると、系内に雰
囲気がほとんど存在しなくなるため、系内をより真空状
態に近づけることができる。これにより、系内を周囲の
雰囲気に影響されない状態にすることができるため、反
応系内を不活性雰囲気下と同じような状態にすることが
できる。よって、雰囲気が不活性雰囲気にすることがで
きるため、軽合金材料の酸化を防止することができる。
そのため、軽合金材料と複合素材との接触面に軽合金材
料が酸化されてできる被膜の形成を防止することができ
ることより、軽合金材料が複合素材に直接溶浸する面積
が増加するため、複合化を促進することができる。

【００８０】複合材料を製造する場合、バインダと金属
酸化物及び／又は金属粉末とを十分混合させ、必要であ
ればこれらを乾燥させたのち、これらを軽合金材料と共
に反応容器に入れ、炉を所定の最高温度域まで昇温した
のち、係る最高温度域で所定時間保持し、その後炉を放
冷すること等により炉を冷却する。炉を係る最高温度域
で所定時間保持する間に、軽合金材料を複合素材に溶浸
させる。複雑な形状を有する部材を製造する場合や、部
材の一部のみを複合化する場合においては、バインダと
金属酸化物及び／又は金属粉末とを十分混合させたの
ち、適切な形の成形体を形成し、係る形成体を複合化し
たい場所に配置したのちに軽合金材料を溶浸させる。軽
合金材料を複合素材に溶浸させる際には、あらかじめ軽
合金材料を複合素材の近傍に供給しておいてから全体を
一定温度にて加熱することにより軽合金材料を溶浸させ
てもよい。あるいは、溶融した軽合金材料を複合素材間
に流し込むことにより溶浸を行なってもよい。

【００８１】軽合金材料を複合素材に溶浸させる際の温
度は、軽合金材料及び／又は複合素材の種類や配合の割
合によっても異なる。しかしながら、より近い温度で溶
浸させれば、炉を操業するためにかかるコストをより低
くすることができる。そのため、軽合金材料を複合素材
に溶浸させる際の温度は、例えば軽合金材料がＳｉを１
２〜１３ｗｔ％含むＡｌ合金である場合、８００〜１１
００℃であるのが好ましい。ここで、係る温度が８００
℃未満である場合は、溶浸が効率よく進まない。あるい
は、係る温度が１１００℃を越える場合は、反応系内を
高温にするためのコストが過剰となる。

【００８２】軽合金材料を複合素材に溶浸させるために
一定温度で保持するために要する時間は、溶浸させる際
の温度、軽合金材料及び／又は複合素材の種類や配合の
割合によっても異なる。しかしながら、一般的に、より
少ない時間で溶浸することができれば、炉を操業するた
めにかかるコストをより低くすることができる。本発明
の製造方法を用いると、１〜２時間で溶浸が完了するこ
とより、炉の操業時間を短縮できるため、製造コストを
低減することができる。

【００８３】以上の複合材料の製造方法によると、複合
素材の表面に金属酸化物及び／又は金属粉末を付着及び
／又は分散させることにより、軽合金材料と複合素材と
の反応が進行するとともに、複合素材に対する軽合金材
料の接触角が小さくなり、低温条件下での軽合金材料と
複合素材との濡れ性が向上し、複合素材間での軽合金材
料の流れが改善されるため、複合材料を製造する際に用
いる炉の温度を従来の温度よりも低くすることができる
ため、低コストで均質な複合材料を製造することができ
る。さらに、バインダを用いて複合素材の表面に金属酸
化物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散させるこ
とにより、軽合金材料と複合素材との反応がさらに進行
するとともに、低温条件下での軽合金材料と複合素材と
の濡れ性がより向上し、複合素材間での軽合金材料の流
れがさらに改善されるため、複合材料を製造する際に用
いる炉の温度を従来の温度よりもさらに低くすることが
できるため、より低コストで均質な複合材料を製造する
ことができる。そのうえ、バインダを用いて複合素材の
表面に金属酸化物及び／又は金属粉末を係る付着及び／
又は分散させることにより成形体を形成し、係る成形体
を用いることにより、複雑な形状を有する部材を製造す
る場合にも、複合素材への軽合金材料の溶浸を均等に進
行させることができるため、均質な複合材料を製造する
ことができる。さらに、複合化したい部分にあらかじめ
係る成形体を配置することにより、必要な部分のみを複
合化することができる。

【００８４】

【実施例１】本発明の一実施例を以下に示す。ＳｉＣの
粒子状粉体と、金属酸化物としてＦｅ_３Ｏ_４と、バイン
ダとして水ガラスと、軽合金材料としてＳｉ及びＣａを
含むＡｌ合金とを用いて複合材料を製造した。また、Ａ
ｌ合金を溶浸させる際に、Ａｌ合金にＡｌ粉末を添加し
た。Ａｌ合金は、９９．９９％のＡｌ、９９．９９％の
Ｓｉ、及び９９．５％のＣａから製作した。製作したＡ
ｌ合金中の元素の組成を分析した結果を表１に示す。Ａ
ｌ粉末は市販の純Ａｌを用い、Ｆｅ_３Ｏ_４もまた市販品
を用いた。ＳｉＣの粒子状粉体は、昭和電工（株）から
発売されているグリーンカーボランダム＃３６（平均粒
径５００μｍ）のみを使用した。

【００８５】

【表１】

【００８６】試料容器にはＮＣタンマン管（外径１５ｍ
ｍ、内径１１ｍｍ、深さ１００ｍｍ））、ＳｉＣ粒子状
粉体の乾燥及び仮焼結体の作成には電気式マッフル炉
（三田村理研工業（株）製ＭＯＤＥＬ２５ＰＡＦ）、ま
た、試料の溶浸に用いる溶浸実験装置には電気抵抗加熱
炉（秦電機（株）製ＥＬＥＰＯＴ）を使用した。また、
本実施例に係る操作はすべて大気中で行ない、Ａｌ合金
をＳｉＣ粒子に溶浸させる際には黒鉛るつぼにタンマン
管を立てかけた。まず、バインダである水ガラスとＦｅ
_３Ｏ_４とを十分混合するために、アルミナボールを用い
たボールミルを使用した。ポリエステル容器に純水と水
ガラスとを４：１の割合で入れ、さらにＦｅ_３Ｏ_４を前
述の希釈した水ガラスの約１５ｗｔ％程入れ、さらにア
ルミナボールを５〜６個入れたのち、ボールミルにより
約６時間攪拌を行なうことにより、水ガラスとＦｅ_３Ｏ
_４とを混合した。次に、用いるＳｉＣ粒子をアセトンで
洗浄した後、電気式マッフル炉に入れ１６０℃で約２時
間乾燥させた。このＳｉＣ粒子に、前述の水ガラス−Ｆ
ｅ_３Ｏ_４混合溶液をＳｉＣ粒子が湿る程度加えた後、電
気式マッフル炉に入れ７０℃で２４時間乾燥を行なうこ
とにより、仮焼結体を作成した。乾燥後、仮焼結体を炉
から取り出し、細かく砕いた。アルミナタンマン管に細
かく砕いた仮焼結体（２．５ｇ）を入れたのち、電気抵
抗加熱炉に入れ９００℃で約２時間保持することにより
焼結体を作成した。アルミナタンマン管内に形成された
焼結体の上にＡｌ粉末を加え、さらにその上に、塊状に
切り出したＡｌ合金（７ｇ）を加えた。試料が加えられ
たアルミナタンマン管を黒鉛るつぼに立てかけ、予め所
定の処理温度に加熱しておいた炉の中にアルミナタンマ
ン管を入れた黒鉛るつぼを入れ、約１．５時間所定の処
理温度に保持した後、炉を放冷することにより炉内を冷
却した。炉を室温まで冷却した後、アルミナタンマン管
の底部を割ることにより製造された複合材料を取り出し
複合材料を得た。

【００８７】本実施例では、Ａｌ粉末の添加量と、試料
を約１．５時間保持する際の処理温度とを変えて、Ｓｉ
ＣへのＡｌ合金の溶浸を検討した。表２に実験条件及び
実験結果を示す。

【００８８】

【表２】

【００８９】表２に示されるように、処理温度が１００
０℃の場合、Ａｌ粉末を添加しなくてもＡｌ合金の溶浸
が起こる。しかしながら、Ａｌ粉末を添加した場合、９
００℃において溶浸が起こるため、Ａｌ粉末を添加すれ
ば、より低い温度でもＳｉＣへのＡｌ合金の溶浸が可能
になる。Ｆｅ_３Ｏ_４が存在しない場合、処理温度が１０
００℃以上にならないとＡｌの溶浸が起こらない。Ａｌ
粉末は、粉末であるため、水ガラス及びＦｅ_３Ｏ_４とよ
り均一に接触する。そのため、Ａｌ粉末を添加すること
により、Ａｌと水ガラス、及びＡｌとＦｅ_３Ｏ_４との反
応がより均等に起こると考えられる。また、Ａｌ粉末を
少量添加するだけでも、一旦Ａｌと水ガラス、及びＡｌ
とＦｅ_３Ｏ_４との反応が開始すると、発生する反応熱に
より反応が一気に進行することにより、濡れ性が短時間
で向上するため、短時間でＡｌ合金の溶浸が完了すると
推測される。また、Ｆｅ_３Ｏ_４が存在しない場合、処理
温度が１０００℃以上にならないとＡｌの溶浸が起こら
ないことから、水ガラスを用いてＦｅ_３Ｏ_４をＳｉＣの
表面に付着及び／又は分散させることにより、より低温
条件下でＡｌ合金を溶浸させることができると考えられ
る。

【００９０】

【００９１】また、本発明の複合材料は、複合素材の表
面に金属酸化物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分
散させ、軽合金材料を前記複合素材に溶浸させてなるこ
とより、低温条件下において複合素材に対する軽合金材
料の濡れ性が向上し、軽合金材料の流れが改善されるこ
とにより、生産コストが低く且つ汎用性が高いうえに、
極めて均質な材料として得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村聡朗栃木県真岡市鬼怒ケ丘11番地日立金属株式会社素材研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複合素材の表面に金属酸化物及び／又
は金属粉末を付着及び／又は分散させ、軽合金材料を前
記複合素材に溶浸させることを特徴とする複合材料の製
造方法。
【請求項２】複合素材の表面に金属酸化物及び／又
は金属粉末を付着及び／又は分散させ、軽合金材料を前
記複合素材に所定時間所定温度で溶浸させ、さらに溶浸
させた前記軽合金材料を冷却することを特徴とする複合
材料の製造方法。
【請求項３】複合素材が粒子状の粉体及び／又は粒
子状の粉体を原料として形成される成形体であることを
特徴とする請求項１又は２に記載の複合材料の製造方
法。
【請求項４】バインダと金属酸化物及び／又は金属
粉末とを混合させ、バインダと金属酸化物及び／又は金
属粉末とを係る複合素材の表面に付着及び／又は分散さ
せることを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載の
複合材料の製造方法。
【請求項５】バインダを用いて複合素材の表面に金
属酸化物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散させ
ることにより成形体を形成し、前記成形体を用いて軽合
金材料の少なくとも一部分を複合化することを特徴とす
る請求項１〜４の何れか一に記載の複合材料の製造方
法。
【請求項６】バインダの主体がＳｉＯ２であること
を特徴とする請求項１〜５の何れか一に記載の複合材料
の製造方法。
【請求項７】バインダとして水ガラス又はシリカゾ
ルを用いることを特徴とする請求項１〜６の何れか一に
記載の複合材料の製造方法。
【請求項８】軽合金材料がＡｌ合金であり、前記Ａ
ｌ合金を複合素材に溶浸させる温度が８００〜１１００
℃であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一に記
載の複合材料の製造方法。
【請求項９】金属酸化物が鉄、ニッケル、クロム、
コバルト、マンガン、及びバナジウムのうち少なくとも
一つ以上から選択される金属の酸化物であることを特徴
とする請求項１〜８の何れか一に記載の複合材料の製造
方法。
【請求項１０】金属酸化物が酸化鉄及び／又は酸化ニ
ッケルであることを特徴とする請求項９に記載の複合材
料の製造方法。
【請求項１１】金属粉末がＮｉであることを特徴とす
る請求項１〜８の何れか一にに記載の複合材料の製造方
法。
【請求項１２】活性雰囲気下で軽合金材料を前記複合
素材に溶浸させることを特徴とする請求項１〜１１の何
れか一に記載の複合材料の製造方法。
【請求項１３】活性雰囲気が酸素、二酸化炭素、水の
うち少なくとも一つ以上を含む活性雰囲気であることを
特徴とする請求項１〜１２の何れか一に記載の複合材料
の製造方法。
【請求項１４】活性雰囲気中の酸素の存在割合が５〜
５０％であることを特徴とする請求項１３に記載の複合
材料の製造方法。
【請求項１５】軽合金材料を複合素材に溶浸させる際
に、反応系周辺に黒鉛、グラファイト、木炭、可燃性材
料のうち少なくとも一つ以上を配置させることを特徴と
する請求項１２〜１４の何れか一に記載の複合材料の製
造方法。
【請求項１６】軽合金材料を複合素材に溶浸させる際
に、反応系周辺に還元性材料を配置させることを特徴と
する請求項１２〜１４の何れか一に記載の複合材料の製
造方法。
【請求項１７】不活性雰囲気下で軽合金材料を前記複
合素材に溶浸させることを特徴とする請求項１〜１１の
何れか一に記載の複合材料の製造方法。
【請求項１８】不活性雰囲気が窒素、ヘリウム、アル
ゴン、ネオン、キセノンのうち少なくとも一つ以上を含
む不活性雰囲気であることを特徴とする請求項１７に記
載の複合材料の製造方法。
【請求項１９】減圧状態にすることにより不活性雰囲
気下にすることを特徴とする請求項１７に記載の複合材
料の製造方法。
【請求項２０】加圧下で軽合金材料を前記複合素材に
溶浸させることを特徴とする請求項１〜１８の何れか一
に記載の複合材料の製造方法。
【請求項２１】複合素材の表面に金属酸化物及び／又
は金属粉末を付着及び／又は分散させ、軽合金材料を前
記複合素材に溶浸させてなることを特徴とする複合材
料。
【請求項２２】複合素材の表面に金属酸化物及び／又
は金属粉末を付着及び／又は分散させ、軽合金材料を前
記複合素材に所定時間所定温度で溶浸させ、さらに溶浸
させた前記軽合金材料を冷却させて得られることを特徴
とする複合材料。
【請求項２３】複合素材が粒子状の粉体及び／又は粒
子状の粉体を原料として形成される成形体であることを
特徴とする請求項２１又は２２に記載の複合材料。
【請求項２４】バインダを用いて複合素材の表面に金
属酸化物及び／又は金属粉末を付着及び／又は分散させ
ることにより形成される成形体を用いて、軽合金材料の
少なくとも一部分を複合化してなることを特徴とする請
求項２１〜２３の何れか一に記載の複合材料。
【請求項２５】軽合金材料がＡｌ合金であることを特
徴とする請求項２１〜２４の何れか一に記載の複合材
料。
【請求項２６】金属酸化物が鉄、ニッケル、クロム、
コバルト、マンガン、及びバナジウムのうち少なくとも
一つ以上から選択される金属の酸化物であることを特徴
とする請求項２１〜２５の何れか一に記載の複合材料。
【請求項２７】金属酸化物が酸化鉄及び／又は酸化ニ
ッケルであることを特徴とする請求項２６に記載の複合
材料。
【請求項２８】金属粉末がＮｉであることを特徴とす
る請求項２１〜２５の何れか一にに記載の複合材料の製
造方法。
【請求項２９】複合素材の主体がセラミックスである
ことを特徴とする請求項２１〜２８の何れか一に記載複
合材料。