JPH1171620A - Production of metal-ceramics composite material - Google Patents

Production of metal-ceramics composite material

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JPH1171620A
JPH1171620A JP3032598A JP3032598A JPH1171620A JP H1171620 A JPH1171620 A JP H1171620A JP 3032598 A JP3032598 A JP 3032598A JP 3032598 A JP3032598 A JP 3032598A JP H1171620 A JPH1171620 A JP H1171620A
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JP
Japan
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powder
metal
composite material
ceramic
alloy
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Application number
JP3032598A
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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
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.)
Chichibu Onoda Cement Corp
Original Assignee
Chichibu Onoda Cement Corp
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Publication of JPH1171620A publication Critical patent/JPH1171620A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a composite material without forming a preform by filling ceramics powder into a produced molding flask and infiltrating an aluminum alloy into the ceramics powder in a specified temp. range. SOLUTION: At first, a molding flask is produced, ceramics powder mixed with an impregnation accelerator is packed into the flask by tapping, and an alloy essentially consisting of Al is infiltrated into the ceramics powder at 700 to 1000 deg.C. Preferably, the impregnation accelerator is composed of Al-Mg alloy powder having 1 to 100 μm average particle size, where the ratio of Mg to Al is >=1, and the amt. of the impregnation accelerator to the ceramics powder is regulated to 1 to 10 pts.wt. based on 100 pts.wt. ceramics powder. Furthermore, the molding flask is produced from a mixture of a glass frit contg. carbon, a carbon sheet, Al2 O3 and boron, the ceramics powder is composed of Al2 O3 , SiC or AlN having 0.1 to 150 μm average particle size, and the Al alloy is composed of the one contg. no Mg.

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
合させる金属−セラミックス複合材料の製造方法に関
し、特に金属を強化材に浸透させて複合化させる金属−
セラミックス複合材料の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a metal-ceramic composite material in which a reinforcing material is combined with a metal, and more particularly, to a method in which a metal is penetrated into a reinforcing material to form a composite material.
The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic composite material.

【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
た金属−セラミックスの複合材料は、金属とセラミック
スの両方の特性を兼ね備えており、例えばこの複合材料
は、高剛性、低熱膨張性、耐摩耗性等のセラミックスの
優れた特性と、延性、高靱性、高熱伝導性等の金属の優
れた特性を備えている。このように、従来から難しいと
されていたセラミックスと金属の両方の特性を備えてい
るため、機械装置メーカ等の業界から次世代の材料とし
て注目されている。
2. Description of the Related Art A metal-ceramic composite material reinforced with ceramic fibers or particles has both characteristics of a metal and a ceramic. For example, this composite material has high rigidity, low thermal expansion, abrasion resistance and the like. 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、アルミニウムインゴットを接触させ、これをN2
雰囲気中で700〜900℃に加熱して溶融したアルミ
ニウム合金をプリフォームに含浸させる方法である。こ
れは、化学反応を利用してセラミックス粉末への溶融金
属の濡れ性を改善することにより、加圧しなくても金属
をプリフォームに含浸できるようにした優れた方法であ
る。
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
l to 2 O 3 preform formed of ceramic powder, such as, by contacting the aluminum ingots, which N 2
This is a method of impregnating a preform with an aluminum alloy that has been heated to 700 to 900 ° C. and melted in an atmosphere. This is an excellent method in which the preform can be impregnated with the metal without applying pressure by improving the wettability of the molten metal to the ceramic powder using a chemical reaction.

【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
法では、プリフォームを形成することによって以下の問
題があった。それは、第一にプリフォームを形成する手
間が掛かり、特に大型なプリフォームを形成するのは、
あるいは量産が必要な場合、同じプリフォームをいくつ
も形成するのは、手間が極めて大きくなるという問題が
あった。
However, this method has the following problems by forming a preform. It takes time and effort to form the preform first, especially when forming a large preform,
Alternatively, when mass production is required, forming the same preform several times has a problem that the labor is extremely large.

【0007】また、第二にプリフォームの強さがあまり
強くなく、破損し易いため、ハンドリングに注意が必要
である上に、プリフォームに亀裂が入った場合、その部
分が金属の浸透後、金属だけになり、機械的特性に悪影
響を及ぼすいわゆるメタルベインという欠陥が生じると
いう問題があった。
Second, the strength of the preform is not so strong, and the preform is easily broken. Therefore, care must be taken in handling the preform, and when the preform is cracked, the part is impregnated with metal after penetration. There has been a problem in that only metal is used, which causes a defect called metal vane, which adversely affects mechanical properties.

【0008】さらに、第三にプリフォームの強度を上げ
るためにアルミナ水和物のコロイド液あるいはコロイダ
ルシリカ液などの無機バインダーを使用しているため、
複合材料に不純物として残存し、金属とセラミックス粉
末との結合を妨げ、引張り強さや破壊靱性などの材料特
性を劣化させるという問題があった。
Third, since an inorganic binder such as a colloidal solution of alumina hydrate or a colloidal silica solution is used to increase the strength of the preform,
There is a problem that it remains as an impurity in the composite material, hinders bonding between the metal and the ceramic powder, and deteriorates material properties such as tensile strength and fracture toughness.

【0009】さらにまた、第四に金属の浸透を助ける含
浸促進材には、その中にMg金属を含んでいることか
ら、湿式で形成するプリフォームには、その含浸促進材
をあらかじめ含ませることができないため、プリフォー
ムの外側から金属の浸透につれて内部に含浸させていく
しかなく、金属の浸透時間が長時間になり、かつ浸透不
良となり易いという問題があった。これが大型になれば
なるほどその問題が大きかった。
Furthermore, fourthly, since the impregnation-promoting material for assisting metal penetration contains Mg metal therein, the wet-formed preform must contain the impregnation-promoting material in advance. However, there is no other choice but to impregnate the inside of the preform as the metal permeates from the outside of the preform, and there is a problem that the permeation time of the metal becomes long and poor permeation tends to occur. The bigger this was, the bigger the problem.

【0010】本発明は、上述した金属−セラミックス複
合材料の製造方法が有する課題に鑑みなされたものであ
って、その目的は、プリフォームを形成することなしに
複合材料を作製することのできる金属−セラミックス複
合材料の製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the problems of the above-described method for producing a metal-ceramic composite material, and has as its object to provide a metal capable of producing a composite material without forming a preform. -To provide a method for producing a ceramic composite material.

【0011】[0011]

【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、所望の複合材料を得
ることのできる型枠を先ず作製し、その型枠内にセラミ
ックス粉末を充填し、そのセラミックス粉末に金属を浸
透させれば、プリフォームを形成しなくても、目的とす
る大きさと形状を有する金属−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, first produced a mold from which a desired composite material can be obtained, and placed ceramic powder in the mold. Filling and infiltrating the metal into the ceramic powder gives the knowledge that a metal-ceramic composite material having the desired size and shape can be obtained without forming a preform, thereby completing the present invention. Reached.

【0012】即ち本発明は、(1)セラミックス粉末を
強化材とする金属−セラミックス複合材料の製造方法に
おいて、先ず最初に型枠を作製し、その型枠内に含浸促
進材を混合したセラミックス粉末をタッピングで充填し
た後、該セラミックス粉末にアルミニウムを主成分とす
る合金を700〜1000℃の温度で浸透させることを
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1)とし、また、(2)含浸促進材が、平均粒径で
1〜100μmのAlとMgの合金から成る粉末であ
り、そのMgの割合が、少なくとも5割以上であり、前
記含浸促進材の混合量が、セラミックス粉末100重量
部に対し、1〜10重量部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の製造方法(請
求項2)とし、さらに、(3)型枠が、カーボン、カー
ボンシート、Al23粉末とホウ素を含むガラスフリッ
トの混合物またはSiO2粉末とホウ素を含むガラスフ
リットの混合物から成ることを特徴とする請求項1また
は2記載の金属−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
が、平均粒径で0.1〜150μmのAl23粉末、S
iC粉末またはAlN粉末であることを特徴とする請求
項1、2または3記載の金属−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)アルミ
ニウムを主成分とする合金が、Mgを含まないアルミニ
ウム合金であることを特徴とする請求項1、2、3また
は4記載の金属-セラミックス複合材料の製造方法(請
求項5)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, according to the present invention, there is provided (1) a method for producing a metal-ceramic composite material using a ceramic powder as a reinforcing material. First, a mold is prepared, and a ceramic powder obtained by mixing an impregnation promoting material in the mold. And filling the ceramic powder with an alloy containing aluminum as a main component at a temperature of 700 to 1000 ° C. (Claim 1). (2) The impregnation-promoting material is a powder composed of an alloy of Al and Mg having an average particle diameter of 1 to 100 μm, the Mg content is at least 50% or more, and the mixing amount of the impregnation-promoting material is ceramic. The method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 1, wherein the amount is 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the powder. , (3) type frame, carbon, carbon sheet, according to claim, characterized in that it consists of a mixture or a mixture of glass frit including a SiO 2 powder and boron glass frit containing Al 2 O 3 powder and boron 1 or 2 metal according - a method of producing a ceramic composite material (claim 3), furthermore, (4) ceramic powder, the average particle size of 0.1~150μm Al 2 O 3 powder, S
The method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 1, wherein the alloy is an iC powder or an AlN powder (claim 4). , Mg, does not contain an aluminum alloy, wherein the method of manufacturing a metal-ceramic composite material according to any one of claims 1, 2, 3, and 4 is provided. This will be described in more detail below.

【0013】上記のように複合材料の製造方法として
は、先ず必要な型枠を作製し、その型枠内に含浸促進材
を混合したセラミックス粉末をタッピングで充填した
後、該セラミックス粉末にアルミニウムを主成分とする
合金を700〜1000℃の温度で浸透させることとし
た(請求項1)。この方法は、作製した型枠内にセラミ
ックス粉末を充填すれば、充填されたセラミックス粉末
がプリフォームの代わりとなり、そのセラミックス粉末
に金属を浸透させて脱型すれば、金属の鋳込みと同じよ
うにプリフォームを形成する必要なしに目的とする大き
さと形状を有する複合材料を作製できるので、プリフォ
ームを形成して複合材料を作製することによる前記した
問題が以下のように全て解消される。
As described above, the method for producing a composite material is as follows. First, a required mold is prepared, and a ceramic powder mixed with an impregnation promoter is filled in the mold by tapping, and then aluminum is added to the ceramic powder. The alloy as a main component is infiltrated at a temperature of 700 to 1000 ° C. (Claim 1). In this method, if the ceramic powder is filled in the prepared mold, the filled ceramic powder becomes a substitute for the preform. Since a composite material having a desired size and shape can be produced without the need to form a preform, all of the above-described problems caused by producing a composite material by forming a preform are solved as follows.

【0014】それは、第一の問題では、金属の鋳込みと
同様に複合材料を作製できることから、所望の複合材料
が得られる型枠を作製し、その型枠を用いて複合材料を
作製すれば、大型品であっても、複雑形状品であっても
プリフォームを形成して作製するよりはるかに簡単で容
易となり、また、同じ物をいくつも作製できるので、量
産に適していることとなる。また、第二の問題では、強
度の弱いプリフォームを形成しないことから、プリフォ
ームの亀裂が原因となるメタルベインは生じないことと
なる。さらに、第三の問題では、バインダーを一切使用
していないことから、これに起因する不純物の混入がな
く、材料特性が劣化しないこととなる。さらにまた、第
四の問題では、セラミックス粉末に含浸促進材を直接混
入できることから、金属の浸透をより促進することがで
きるようになり、浸透不良を起こし難いこととなる。
In the first problem, since a composite material can be produced in the same manner as casting a metal, if a mold for obtaining a desired composite material is produced and the composite material is produced using the mold, Even if it is a large product or a complicated product, it is much easier and easier than forming and manufacturing a preform, and the same product can be manufactured many times, which is suitable for mass production. In the second problem, since a preform having low strength is not formed, metal vanes due to cracks in the preform do not occur. Further, in the third problem, since no binder is used at all, there is no mixing of impurities due to this, and the material characteristics do not deteriorate. Furthermore, in the fourth problem, since the impregnation promoting material can be directly mixed into the ceramic powder, the penetration of the metal can be further promoted, and poor penetration hardly occurs.

【0015】以上述べたように前記した問題が全て解消
されるが、その他に、プリフォームを形成して複合材料
を作製する方法に比べ、粉末充填率が低いことによる不
利を除けば以下の点で有利である。それは、メタルベイ
ンが生じない、また材料特性が劣化しないことで、複合
材料の機械的特性の劣化が抑えられることとなる。ま
た、含浸促進材による金属の浸透をより促進できること
で、浸透時間が大幅に短縮でき、例えば従来では600
×400×50mmのブロックに浸透する時間は96時
間要するが、それが粉末充填率が低いせいもあるが24
時間に短縮されることとなる。さらに、浸透不良が少な
くなることで、歩留まりも大幅に向上することとなる。
このように、本発明では、プリフォームを形成する工程
を省略できることを含めて生産性が大幅に向上すること
となり、特に大型品、量産品にはその効果が著しい。
As described above, all of the above-mentioned problems are solved. However, in addition to the disadvantages due to a low powder filling rate as compared with the method of forming a preform to produce a composite material, the following points are also excluded. Is advantageous. That is, since the metal vanes do not occur and the material characteristics do not deteriorate, the deterioration of the mechanical characteristics of the composite material is suppressed. In addition, since the penetration of metal by the impregnation promoting material can be further promoted, the penetration time can be greatly reduced.
It takes 96 hours to penetrate a × 400 × 50 mm block, but this is due to the low powder filling rate.
It will be reduced to time. Furthermore, the yield is greatly improved by reducing the penetration failure.
As described above, in the present invention, the productivity is greatly improved including the fact that the step of forming the preform can be omitted, and the effect is remarkable especially for large-sized products and mass-produced products.

【0016】セラミックス粉末に混入する含浸促進材と
しては、平均粒径で1〜100μmのAlとMgの合金
から成る粉末とし、そのAlとMgとの割合としては、
少なくとも5割以上をMgとし、その含浸促進材のセラ
ミックス粉末への混合量としては、セラミックス粉末1
00重量部に対し、1〜10重量部とした(請求項
2)。AlとMgの合金粉末としたのは、AlとMgの
合金であるとMgの蒸気圧がMg単味よりも低くなるた
め、Mgがセラミックス粒子表面に均一に付着するよう
になることによる。また、その細かさを平均粒径で1〜
100μmとしたのは、粗すぎるとMgの蒸発が局所的
になるため、不均一となり、細かすぎると引火性が強い
ため、取扱いが困難となることによる。さらに、Mgを
5割以上としたのは、Mg成分が少ないと窒素中での加
熱によりAlN骨格を形成し易くなり、メタルスポット
になり易くなることによる。さらにまた、混合率を1〜
10重量部としたのは、Mg成分が多くなるとMg蒸気
が粒子間に詰まり、その蒸気が固化して金属の浸透を阻
害することとなり、少ないと金属の浸透が遅くなる、ま
たは全く浸透しなくなることによる。
The impregnation promoting material to be mixed into the ceramic powder is a powder composed of an alloy of Al and Mg having an average particle diameter of 1 to 100 μm, and the ratio of Al to Mg is as follows:
At least 50% or more is made of Mg, and the amount of the impregnating accelerator mixed with the ceramic powder is as follows.
1 to 10 parts by weight with respect to 00 parts by weight (claim 2). The reason why the alloy powder of Al and Mg is used is that when the alloy of Al and Mg is used, the vapor pressure of Mg is lower than that of Mg alone, so that Mg is uniformly attached to the surface of the ceramic particles. Moreover, the fineness is 1 to
The reason why the thickness is set to 100 μm is that if it is too coarse, the evaporation of Mg becomes local, resulting in non-uniformity. If it is too fine, the flammability becomes strong and handling becomes difficult. Further, the reason why the content of Mg is set to 50% or more is that if the content of the Mg component is small, the AlN skeleton is easily formed by heating in nitrogen, and the metal spot is easily formed. Furthermore, the mixing ratio is 1 to
The reason for setting the amount to 10 parts by weight is that when the Mg component increases, the Mg vapor clogs between the particles, and the vapor solidifies and impedes the penetration of the metal. It depends.

【0017】また、外側の型枠としては、カーボン、カ
ーボンシート、Al23粉末とホウ素を含むガラスフリ
ットの混合物またはSiO2粉末とホウ素を含むガラス
フリットの混合物から成る型枠とした(請求項3)。型
枠をこれら材質から作製されるものとしたのは、これら
がアルミニウム合金との濡れ性が悪いため、金属の浸透
を阻害し、その結果、アルミニウム合金が型枠に浸透せ
ず、脱型が容易になることによる。
The outer mold is a mold made of carbon, a carbon sheet, a mixture of Al 2 O 3 powder and glass frit containing boron or a mixture of SiO 2 powder and glass frit containing boron (claim). Item 3). The molds were made from these materials because they have poor wettability with aluminum alloys and impede the penetration of metal.As a result, the aluminum alloy does not penetrate the molds and the mold is removed. By making it easier.

【0018】さらに、用いるセラミックス粉末として
は、平均粒径で0.1〜150μmのAl23粉末、S
iC粉末またはAlN粉末とした(請求項4)。セラミ
ックス粉末の種類をAl23粉末、SiC粉末またはA
lN粉末としたのは、これら粉末がアルミニウム金属に
浸透され易いことによる。その粉末の平均粒径として
は、タッピングで充填するだけであるため、粉末充填率
は50vol%程度が限度で、従来ほど充填率の高いプ
リフォームとすることが無理なため、細かいものまで用
い、それらを適切に組み合わせで充填率の向上をはかる
ことで、0.1〜150μmとした。セラミックス粉末
が平均粒径で0.1μmより細かいと、金属の浸透が難
しくかつ粉末充填率が低くなりすぎ、150μmより粗
いと粉末充填率が低くなりすぎる。
Further, as the ceramic powder to be used, Al 2 O 3 powder having an average particle size of 0.1 to 150 μm, S 2
iC powder or AlN powder (claim 4). The type of ceramic powder is Al 2 O 3 powder, SiC powder or A
The reason for using 1N powder is that these powders easily penetrate into aluminum metal. As the average particle size of the powder is only filling by tapping, the powder filling rate is limited to about 50 vol%, and it is impossible to make a preform having a higher filling rate than before, so use finer powders. By appropriately combining them to improve the filling rate, the thickness is set to 0.1 to 150 μm. If the average particle size of the ceramic powder is smaller than 0.1 μm, it is difficult to penetrate the metal, and the powder filling ratio is too low. If the ceramic powder is coarser than 150 μm, the powder filling ratio is too low.

【0019】さらにまた、用いるアルミニウム合金とし
ては、Mgを含まないアルミニウム合金とした(請求項
5)。Mgを含む合金を用いることは勿論構わないが、
Mgを含まない合金であると次の理由でより好ましい。
それは、Mgを含む合金では、共晶点があるためMgを
含まない合金より融点がかなり低くなってMgとN2
の反応が十分進む前に合金が溶融して浸透を開始してし
まうことがあり、その浸透が早く始まってしまうとMg
とN2との反応生成物がセラミックス粉末の表面を十分
覆うことができなくなってセラミックス粉末への合金の
濡れ性も悪くなり、その濡れ性が悪くなると合金の浸透
がポアを巻き込んで進んで複合材料中に大きなポアが残
存する恐れが生じることとなるが、Mgを含まない合金
では、その恐れを抑えることができ得るからである。
Further, the aluminum alloy used is an aluminum alloy containing no Mg. It is of course possible to use an alloy containing Mg,
It is more preferable that the alloy does not contain Mg for the following reasons.
The reason is that the alloy containing Mg has a eutectic point, so its melting point is much lower than that of the alloy without Mg, and the alloy melts and starts to infiltrate before the reaction between Mg and N 2 proceeds sufficiently. If the penetration starts early, Mg
The reaction product is also deteriorated wettability of the alloy on the ceramic powder becomes impossible sufficiently cover the surface of the ceramic powder, the composite proceeding involving an alloy of penetration pores when the wettability is deteriorated and N 2 and This is because there is a possibility that large pores remain in the material, but in an alloy containing no Mg, the possibility can be suppressed.

【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、先ず平均粒径が0.1〜150μmのSiC
粉末、Al23粉末、AlN粉末を用意する。これらの
粉末を単味で用いてもよいし、別の粉末を一部混合して
も構わない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The production method of the present invention will be described in more detail. First, SiC having an average particle size of 0.1 to 150 .mu.m is used.
Powder, Al 2 O 3 powder and AlN powder are prepared. These powders may be used alone or another powder may be partially mixed.

【0021】用意した粉末に平均粒径が1〜100μm
でMgを5割以上含むAlとMgの合金粉末をセラミッ
クス粉末100重量部に対し、1〜10重量部加え、ボ
ールミルなどで乾式混合する。乾式混合するのは、含ま
れているMg金属が水和して金属の浸透の促進効果が失
われるからである。混合する時間は、長いほどよいが、
あまり長いとセラミックス粉末が破砕され、粒度分布が
変わるので好ましくなく、10〜20時間が適切であ
る。
The prepared powder has an average particle size of 1 to 100 μm.
Then, 1 to 10 parts by weight of an alloy powder of Al and Mg containing 50% or more of Mg is added to 100 parts by weight of the ceramic powder, and dry-mixed with a ball mill or the like. The dry mixing is performed because the contained Mg metal hydrates and loses the effect of promoting the penetration of the metal. The longer the mixing time, the better,
If the length is too long, the ceramic powder is crushed and the particle size distribution is changed, which is not preferable.

【0022】次に、前記したカーボンなどの材料を用い
て、型枠を作製する。その方法は、例えば、簡単なもの
であれば、カーボン等の板状のものを組み合わせて組み
立てれば作製でき、複雑形状品であれば、その形状を転
写した金型等の内部に空気中で燃えて消失する材料、例
えばプラスチックなどを注入し、成形し、その成形体の
周囲をAl23粉末とホウ素を含むガラスフリットの混
合物等の粉末で覆い、焼成することで空間部が所要の形
状と大きさを有する型枠を作製することができる。
Next, a mold is manufactured using the above-mentioned materials such as carbon. For example, if the method is simple, it can be manufactured by assembling a combination of plate-like materials such as carbon, and if it is a complex shape product, it can be burned in air inside a mold or the like to which the shape has been transferred. A material that disappears by injection, for example, plastic, is injected, molded, the periphery of the molded body is covered with powder of a mixture of Al 2 O 3 powder and glass frit containing boron, etc., and fired to form a space having a required shape. Can be produced.

【0023】作製した型枠の内部に含浸促進材を含むセ
ラミックス粉末をタッピングで充填する。その型枠の溶
融金属の注入口上部にアルミニウム合金のインゴットを
載せ、それを電気炉等にセットし、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、冷却することにより金属−セラミックス複合材料
が得られる。用いるアルミニウム合金にはAl−Mg、
Al−Mg−Si系などのMgを含んだもの、あるいは
純Al、Al−Si系などのMgを含まないものなどが
挙げられるが、これに限定されるものではなく、最終製
品に要求される物性を劣化させる元素が含まれていない
アルミニウム合金であれば何を用いても構わない。
A ceramic powder containing an impregnating material is filled into the formed mold by tapping. An aluminum alloy ingot is placed above the molten metal injection port of the formwork, set in an electric furnace or the like, and the aluminum alloy is infiltrated at a temperature of 700 to 1000 ° C. in a nitrogen stream at a non-pressurized temperature and cooled. Thereby, a metal-ceramic composite material is obtained. The aluminum alloy used is Al-Mg,
Examples include those containing Mg such as Al-Mg-Si or those not containing Mg such as pure Al and Al-Si, but are not limited thereto, and are required for final products. Any aluminum alloy containing no element that deteriorates the physical properties may be used.

【0024】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、プリフォームを形成しなくても、金属−
セラミックス複合材料を作製することができる。
When a metal-ceramic composite material is prepared by the above method, the metal-ceramic composite material can be formed without forming a preform.
A ceramic composite material can be manufactured.

【0025】[0025]

【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.

【0026】(実施例1) (1)金属−セラミックス複合材料の作製 強化材として#320(平均粒径40μm)の市販Al
23粉末70重量部と#600(平均粒径20μm)の
市販Al23粉末30重量部に対し、AlとMgの合金
粉末(重量比4:6)を3重量部添加し、媒体を入れて
ないポットミルで12時間乾式混合した。得られた粉末
をカーボンシート(日本カーボン社製ニカフィルム)で
作製した長さ600×幅400×高さ50mmのブロッ
クが得られる型枠の中にタッピングで充填し、型枠の注
入口上部に粉末と同重量のAl−7Mgのインゴットを
置き、電気炉で窒素雰囲気中で825℃の温度で24時
間浸透させた後、100℃/hrで冷却し、型枠より脱
型して金属−セラミックス複合材料を作製した。
Example 1 (1) Preparation of Metal-Ceramic Composite Material Commercially available Al having # 320 (average particle size: 40 μm) as a reinforcing material
To commercially available Al 2 O 3 powder 30 parts by weight of 2 O 3 powder 70 parts by weight # 600 (average particle size 20 [mu] m), an alloy powder of Al and Mg (weight ratio 4: 6) was added 3 parts by weight, medium The mixture was dry-mixed for 12 hours in a pot mill containing no. The obtained powder is filled by tapping into a mold having a block of length 600 × width 400 × height 50 mm made of a carbon sheet (Nika film manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.). An ingot of Al-7Mg of the same weight as the powder was placed and infiltrated at 825 ° C. for 24 hours in a nitrogen atmosphere in an electric furnace, then cooled at 100 ° C./hr, demolded from the mold, and then subjected to metal-ceramics. A composite material was made.

【0027】(2)評価 得られたプリフォームの嵩密度をアルキメデス法で測定
し、粉末充填率を求めた。その結果、42vol%であ
った。また、得られた複合材料を切断し、その切断面の
金属の浸透状態を目視観察した。その結果、アルミニウ
ム合金は完全に浸透していた。
(2) Evaluation The bulk density of the obtained preform was measured by the Archimedes method, and the powder filling rate was determined. As a result, it was 42 vol%. Further, the obtained composite material was cut, and the permeation state of the metal on the cut surface was visually observed. As a result, the aluminum alloy was completely infiltrated.

【0028】(実施例2) (1)金属−セラミックス複合材料の作製 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、AlとMgの合金粉末
(重量比4:6)を4重量部添加し、媒体を入れてない
ポットミルで12時間乾式混合した。得られた粉末をカ
ーボンシート(日本カーボン社製ニカフィルム)で作製
した長さ760×幅430×高さ200mmのブロック
が得られる型枠の中にタッピングで充填し、型枠の注入
口上部に粉末と同重量のAl−12Si−5Mgのイン
ゴットを置き、窒素雰囲気中で825℃の温度で48時
間浸透させた後、100℃/hrで冷却し、型枠より脱
型して金属−セラミックス複合材料を作製した。
Example 2 (1) Production of Metal-Ceramic Composite Material Commercially available Si of # 180 (average particle size 66 μm) as a reinforcing material
Pot mill with no medium added, with 70 parts by weight of C powder and 30 parts by weight of commercially available SiC powder of # 800 (average particle size: 14 μm) added with 4 parts by weight of an alloy powder of Al and Mg (weight ratio 4: 6). For 12 hours. The obtained powder is filled by tapping into a mold having a length of 760 × 430 × 200 mm blocks made of carbon sheet (Nika film manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.). An ingot of Al-12Si-5Mg of the same weight as the powder was placed and infiltrated at 825 ° C. for 48 hours in a nitrogen atmosphere, cooled at 100 ° C./hr, demolded from the mold, and subjected to metal-ceramic composite. Materials were made.

【0029】(2)評価 得られたプリフォームの嵩密度をアルキメデス法で測定
し、粉末充填率を求めた。その結果、49vol%であ
った。また、得られた複合材料を切断し、その切断面の
金属の浸透状態を目視観察した。その結果、アルミニウ
ム合金は完全に浸透していた。このことは、実施例1を
含めプリフォームを形成しなくても、浸透法で問題のな
い複合材料が作製されることを示している。
(2) Evaluation The bulk density of the obtained preform was measured by the Archimedes method, and the powder filling rate was determined. As a result, it was 49 vol%. Further, the obtained composite material was cut, and the permeation state of the metal on the cut surface was visually observed. As a result, the aluminum alloy was completely infiltrated. This shows that a composite material having no problem can be produced by the infiltration method without forming a preform including Example 1.

【0030】(実施例3) (1)金属−セラミックス複合材料の作製 強化材として平均粒径が16μmのシリカコーティング
したAlN粉末(ダウケミカル社製)100重量部に対
し、AlとMgの合金粉末(重量比4:6)を10重量
部添加し、媒体を入れてないポットミルで12時間乾式
混合した。得られた粉末をカーボンシート(日本カーボ
ン社製ニカフィルム)で作製した200×200×厚さ
40mmのブロックが得られる型枠の中にタッピングで
充填し、型枠の注入口上部に粉末と同重量の純Alのイ
ンゴットを置き、窒素雰囲気中で825℃の温度で24
時間浸透させた後、100℃/hrで冷却し、型枠より
脱型して金属−セラミックス複合材料を作製した。
Example 3 (1) Preparation of Metal-Ceramic Composite Material 100 parts by weight of silica-coated AlN powder (manufactured by Dow Chemical Company) having an average particle size of 16 μm as a reinforcing material, and alloy powder of Al and Mg (Weight ratio of 4: 6) was added in an amount of 10 parts by weight, and dry-mixed in a pot mill containing no medium for 12 hours. The obtained powder was filled by tapping into a mold having a block of 200 × 200 × 40 mm thick made of a carbon sheet (Nika Film manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.), and the same powder as the powder was placed above the injection port of the mold. A weight of pure Al ingot is placed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 825 ° C.
After infiltration for 100 hours, the mixture was cooled at 100 ° C./hr, and released from the mold to produce a metal-ceramic composite material.

【0031】(2)評価 得られたプリフォームの嵩密度をアルキメデス法で測定
し、粉末充填率を求めた。その結果、47vol%であ
った。また、得られた複合材料を切断し、その切断面の
金属の浸透状態を目視観察した。その結果、アルミニウ
ム合金は完全に浸透していた。さらに、作製した複合材
料の表面から約3mmを超硬製チップミルを用いて切削
した後、ダイヤモンド砥粒で研磨加工し、その面を目視
観察した。その結果、0.5mm以上のポアは全く観察
されなかった。このことは、Mgを含まないアルミニウ
ム合金を用いれば、Mgを含む合金と同様短時間で浸透
させることができることに加えて大きなポアの生成を抑
えることができ得ることも示している。
(2) Evaluation The bulk density of the obtained preform was measured by the Archimedes method to determine the powder filling rate. As a result, it was 47 vol%. Further, the obtained composite material was cut, and the permeation state of the metal on the cut surface was visually observed. As a result, the aluminum alloy was completely infiltrated. Furthermore, after cutting about 3 mm from the surface of the produced composite material using a carbide tip mill, the surface was polished with diamond abrasive grains, and the surface was visually observed. As a result, pores of 0.5 mm or more were not observed at all. This indicates that when an aluminum alloy containing no Mg is used, infiltration can be performed in a short time as in the case of an alloy containing Mg, and in addition, generation of large pores can be suppressed.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料の製造方法であれば、プリフォームを形成し
なくても、問題のない複合材料が作製できるようになっ
た。このことにより、従来のプリフォームを形成して複
合材料を作製する方法に比べ、歩留まりが向上し、金属
の浸透時間が短縮され、その結果、生産性が大幅に向上
する金属−セラミックス複合材料の製造方法を提供でき
るようになった。特に大型品や量産品を製造するのにそ
の効果が大きい。よって、高い粉末充填率を有する複合
材料を要求される場合のように、プリフォームを形成す
る方法でなければ作製し得ないことが当然あるので、両
方法に通暁し、製品に要求される特質によって製造方法
を使い分けるのがよい。
As described above, according to the method for producing a metal-ceramic composite material of the present invention, a composite material having no problem can be produced without forming a preform. As a result, compared with the conventional method of forming a preform to produce a composite material, the yield is improved, the permeation time of the metal is reduced, and as a result, the productivity of the metal-ceramic composite material is significantly improved. Manufacturing methods can now be provided. In particular, the effect is great for manufacturing large-sized products and mass-produced products. Therefore, as in the case where a composite material having a high powder filling factor is required, it is naturally possible to produce the composite material only by a method of forming a preform. It is better to use different manufacturing methods depending on the method.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 富和 東京都北区浮間1−3−1−805 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tomiwa Koyama 1-3-1-805 Ukima, Kita-ku, Tokyo

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックス粉末を強化材とする金属−
セラミックス複合材料の製造方法において、先ず最初に
型枠を作製し、その型枠内に含浸促進材を混合したセラ
ミックス粉末をタッピングで充填した後、該セラミック
ス粉末にアルミニウムを主成分とする合金を700〜1
000℃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。
1. A metal comprising a ceramic powder as a reinforcing material.
In the method for producing a ceramic composite material, first, a mold is prepared, and the mold is filled with a ceramic powder mixed with an impregnating accelerator by tapping, and then an alloy containing aluminum as a main component is added to the ceramic powder. ~ 1
A method for producing a metal-ceramic composite material, comprising infiltrating at a temperature of 000 ° C.
【請求項2】 含浸促進材が、平均粒径で1〜100μ
mのAlとMgの合金から成る粉末であり、そのMgの
割合が、少なくとも5割以上であり、前記含浸促進材の
混合量が、セラミックス粉末100重量部に対し、1〜
10重量部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の製造方法。
2. The impregnation-promoting material has an average particle size of 1 to 100 μm.
m is a powder composed of an alloy of Al and Mg, the ratio of Mg is at least 50% or more, and the mixing amount of the impregnating accelerator is 1 to 100 parts by weight of the ceramic powder.
The method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 1, wherein the amount is 10 parts by weight.
【請求項3】 型枠が、カーボン、カーボンシート、A
23粉末とホウ素を含むガラスフリットの混合物また
はSiO2粉末とホウ素を含むガラスフリットの混合物
から成ることを特徴とする請求項1または2記載の金属
−セラミックス複合材料の製造方法。
3. A mold made of carbon, carbon sheet, A
l 2 O 3 powder according to claim 1 or 2, wherein the metal, characterized in that it consists of a mixture of glass frit containing boron or a mixture of glass frit including a SiO 2 powder and a boron - method of manufacturing a ceramic composite material.
【請求項4】 セラミックス粉末が、平均粒径で0.1
〜150μmのAl23粉末、SiC粉末またはAlN
粉末であることを特徴とする請求項1、2または3記載
の金属−セラミックス複合材料の製造方法。
4. The ceramic powder has an average particle size of 0.1%.
~ 150 μm Al 2 O 3 powder, SiC powder or AlN
4. The method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 1, wherein the composite material is a powder.
【請求項5】 アルミニウムを主成分とする合金が、M
gを含まないアルミニウム合金であることを特徴とする
請求項1、2、3または4記載の金属−セラミックス複
合材料の製造方法。
5. An alloy containing aluminum as a main component is selected from the group consisting of M
5. The method for producing a metal-ceramic composite material according to claim 1, wherein the metal alloy is an aluminum alloy containing no g.
JP3032598A 1997-06-19 1998-01-29 Production of metal-ceramics composite material Pending JPH1171620A (en)

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JP21141397 1997-06-19
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002285259A (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Toyota Industries Corp Heat radiation member for electronic apparatus and production method therefor

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