JPH1180860A - Production of metal-ceramics composite material - Google Patents

Production of metal-ceramics composite material

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JPH1180860A
JPH1180860A JP25267897A JP25267897A JPH1180860A JP H1180860 A JPH1180860 A JP H1180860A JP 25267897 A JP25267897 A JP 25267897A JP 25267897 A JP25267897 A JP 25267897A JP H1180860 A JPH1180860 A JP H1180860A
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JP
Japan
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metal
preform
composite material
powder
ceramic
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Application number
JP25267897A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiromasa Shimojima
浩正 下嶋
Mitsuyoshi Kimura
光良 木村
Kazunari Naito
一成 内藤
Mutsuo Hayashi
睦夫 林
Heishiro Takahashi
平四郎 高橋
Takeshi Higuchi
毅 樋口
Tomikazu Koyama
富和 小山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SERANKUSU KK
Chichibu Onoda Cement Corp
Original Assignee
SERANKUSU KK
Chichibu Onoda Cement Corp
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Publication date
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Publication of JPH1180860A publication Critical patent/JPH1180860A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that, the conventional metal-ceramics composite material is inferior in heat resistance in the case the content of Mg is increased, and though the heat-resistance can be improved in the case the Mg content is reduce, time is required for the infiltration of metal. SOLUTION: In the method for producing a metal-ceramics composite material in which a preform is formed with ceramics powder as a reinforcing material, and a metal as a base material is infiltrated into the preform, the method forming the preform is the one in which AlN powder of 1 to 150 μm average particle size having 40 to 80 vol.% powder filling ratio is added with an inorganic binder, which is molded and sintered, and the method for infiltrating the metal is the one in which the formed preform is infiltrated with an alloy essentially consisting of aluminum and contg. 1 to 10 wt.% Mg at 860 to 1000 deg.C in a nitrogen air flow.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属に強化材を複
合させた金属−セラミックス複合材料の製造方法に関
し、特に耐クリープ特性を改善した金属−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 metal is combined with a reinforcing material, and more particularly to a method for producing a metal-ceramic composite material having improved creep resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックス繊維または粒子で強化され
たセラミックスと金属の複合材料は、セラミックスと金
属の両方の特性を兼ね備えており、例えばこの複合材料
は、高剛性、低熱膨張性、耐摩耗性等のセラミックスの
優れた特性と、延性、高靱性、高熱伝導性等の金属の優
れた特性を備えている。このように、従来から難しいと
されていたセラミックスと金属の両方の特性を備えてい
るため、機械装置メーカ等の業界から次世代の材料とし
て注目されている。
2. Description of the Related Art A ceramic-metal composite material reinforced with ceramic fibers or particles has both characteristics of ceramic and metal. For example, this composite material has high rigidity, low thermal expansion property, abrasion resistance, etc. It has the excellent properties of ceramics and the excellent properties of metals such as ductility, high toughness, and high thermal conductivity. As described above, since it has both the characteristics of ceramics and metal, which have been considered difficult, it has been drawing attention as a next-generation material from industries such as mechanical device manufacturers.

【0003】この複合材料、特に金属としてアルミニウ
ムをマトリックスとする複合材料の製造方法は、粉末冶
金法、高圧鋳造法、真空鋳造法等の方法が従来から知ら
れている。しかし、これらの方法は、強化材であるセラ
ミックスの含有量を多くできない、あるいは大型の加圧
装置が必要である、もしくはニアネット成形が困難であ
る、コストが極めて高いなどの理由により、いずれも満
足できるものではなかった。
As a method for producing this composite material, particularly a composite material using aluminum as a matrix as a metal, methods such as powder metallurgy, high pressure casting, and vacuum casting have been conventionally known. However, all of these methods are not capable of increasing the content of ceramics as a reinforcing material, require a large-sized pressurizing device, are difficult to form near nets, and are extremely expensive. It was not satisfactory.

【0004】そこで最近では、上記問題を解決する製造
方法として、米国ランクサイド社が開発した非加圧金属
浸透法が特に注目されている。この方法は、SiCやA
23などのセラミックス粉末で形成されたプリフォー
ムに、Mgを含むアルミニウムインゴットを接触させ、
これをN2雰囲気中で700〜900℃に加熱して溶融
したアルミニウム合金をプリフォームに浸透させる方法
である。これは、合金中のMgが浸透温度まで加熱され
る間に揮発し、N2と反応してセラミックス粉末の表面
に窒化マグネシウムが生成(N2+3Mg→Mg32
され、このMg32がAlと極めて反応し易い(Mg3
2+2Al→2AlN+3Mg)ため、溶融したアル
ミニウム合金がプリフォームに加圧しなくても浸透して
いくものである。この反応で生成した窒化アルミニウム
(AlN)は、セラミックス表面に薄い層となって沈積
し、Mgはアルミニウム合金中に溶け込み、このMg濃
度が高いほどプリフォーム中へのアルミニウム合金の浸
透速度が大となり、浸透時間を短縮する働きを持つ。
Accordingly, recently, a non-pressurized metal infiltration method developed by Rankside Company of the United States has attracted particular attention as a manufacturing method for solving the above problem. This method uses SiC or A
An aluminum ingot containing Mg is brought into contact with a preform formed of a ceramic powder such as l 2 O 3 ,
This is a method in which the molten aluminum alloy is heated to 700 to 900 ° C. in an N 2 atmosphere to penetrate the preform. This is because Mg in the alloy volatilizes while being heated to the infiltration temperature and reacts with N 2 to form magnesium nitride on the surface of the ceramic powder (N 2 + 3Mg → Mg 3 N 2 ).
This Mg 3 N 2 reacts very easily with Al (Mg 3
(N 2 + 2Al → 2AlN + 3Mg), the molten aluminum alloy permeates the preform without pressing. The aluminum nitride (AlN) produced by this reaction is deposited as a thin layer on the ceramic surface, and Mg dissolves into the aluminum alloy. As the Mg concentration increases, the penetration rate of the aluminum alloy into the preform increases. , Works to shorten the permeation time.

【0005】また、この方法では、セラミックスの含有
率を30〜85vol%と広く、かつ高い範囲まで変え
ることができ、しかも、この方法で形成されたプリフォ
ームは、その形状の自由度が高いので、かなり複雑な形
状をニアネットで作ることも可能である。このようにこ
の方法は、加圧装置が不要であり、セラミックスの含有
率を高くすることができ、ニアネット成形も可能となる
方法であるので、前記した問題が解決される優れた方法
である。
Further, according to this method, the content of ceramics can be varied as wide as 30 to 85 vol% and a high range, and the preform formed by this method has a high degree of freedom in its shape. It is also possible to make quite complex shapes with near nets. As described above, this method does not require a pressurizing device, can increase the content of ceramics, and enables near-net molding. Therefore, this method is an excellent method that solves the above-described problem. .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法で作製した複合材料は、耐熱性に劣ることに問題があ
った。それは、この複合材料中のAl−Mg系合金(5
000系)は、一般にヒドロナリウムと呼ばれ、アルミ
ニウム合金の中では、超々ジュラルミン(Al−Zn−
Mg、7000系)、ジュラルミン(Al−Cu、20
00系)に次いで高強度であり、重金属を含まないこと
から半導体や液晶の製造装置にもよく使われているが、
それら装置の中のCVDに用いるサセプタなどのよう
に、高温高真空環境(例えば、500℃、〜10-5
a)で用いる装置も多く、そのような高温高真空下で用
いるには、以下に述べる耐熱性に関する二つの問題があ
った。
However, the composite material produced by this method has a problem in that it has poor heat resistance. This is because the Al-Mg based alloy (5
000 series) is generally called hydronarium, and among aluminum alloys, ultra super duralumin (Al-Zn-
Mg, 7000 series), duralumin (Al-Cu, 20
It has the highest strength next to (00 series) and does not contain heavy metals, so it is often used in semiconductor and liquid crystal manufacturing equipment.
High temperature and high vacuum environment (for example, 500 ° C., 10 -5 P
There are many devices used in a), and when used under such high temperature and high vacuum, there are two problems regarding heat resistance described below.

【0007】その一つは、Mgを含むAl−Mg系の合
金は融点が低いことで、その融点が低いことに起因する
耐クリープ性の悪いことである。金属−セラミックス複
合材料中のマトリックスはアルミニウムを主成分とする
合金であることから、その耐クリープ性はマトリックス
の耐熱性に大きく影響される。例えば、Al−5Mgの
融点は570℃程度、Al−10Mgの融点は500℃
程度であるため、これらの合金をマトリックスとする金
属−セラミックス複合材料を変形を起こさずに使える温
度は、荷重によっても異なるが最高450〜500℃程
度であり、600℃以上の用途に使うのは困難である。
One of the problems is that the Al-Mg alloy containing Mg has a low melting point, and has a poor creep resistance due to the low melting point. Since the matrix in the metal-ceramic composite material is an alloy containing aluminum as a main component, its creep resistance is greatly affected by the heat resistance of the matrix. For example, the melting point of Al-5Mg is about 570 ° C, and the melting point of Al-10Mg is 500 ° C.
Therefore, the temperature at which the metal-ceramic composite material using these alloys as a matrix can be used without deformation, depending on the load, is up to about 450 to 500 ° C, depending on the load. Have difficulty.

【0008】そして、二つ目は、蒸気圧が極めて低く、
揮発し易いことであり、そのため、400℃以上の温度
下では、高真空度を達成するのが難しく、かつ常圧に戻
した際に揮発したMgが凝固し、ダストとして発生する
ことから、半導体等の前記した真空装置に使うには極め
て難しかった。この発生したダストをクリーニングして
使用することも考えられるが、これもダストの除去にか
なりの手間がかかりやはり使うことが難しかった。
[0008] Second, the vapor pressure is extremely low.
Since it is easy to volatilize, it is difficult to achieve a high degree of vacuum at a temperature of 400 ° C. or more, and when returned to normal pressure, the volatilized Mg solidifies and is generated as dust. It was very difficult to use the above-mentioned vacuum apparatus. It is conceivable to use the generated dust after cleaning it, but this also requires considerable time and effort to remove the dust, and it is also difficult to use the dust.

【0009】そこで本発明者等は、耐熱性、即ち耐クリ
ープ性を改善するため、Mgの含有量が1重量%以下の
アルミニウム合金をプリフォームに浸透させることので
きる金属−セラミックス複合材料とその製造方法を提案
した(特願平9−213847)。これは、Mgの含有
量を1%以下に抑えることができるため、耐クリープ性
は大きく改善される。しかし、この複合材料は、Mgの
含有量が少ないため、N2との反応量が低下して浸透を
促進する働きが低下し、浸透速度が遅くなるという問題
があった。例えば、従来品であればアルミニウム合金が
20mmの厚さを浸透するのにN2気流中、850℃で
20時間程度で浸透できるのに対して、同条件で3倍程
度の時間が掛かるため、肉厚品を製造するのは難しかっ
た。
In order to improve the heat resistance, that is, the creep resistance, the present inventors have developed a metal-ceramic composite material capable of infiltrating an aluminum alloy having a Mg content of 1% by weight or less into a preform and a metal-ceramic composite material. A manufacturing method was proposed (Japanese Patent Application No. 9-213847). This is because the content of Mg can be suppressed to 1% or less, so that the creep resistance is greatly improved. However, this composite material has a problem that, since the content of Mg is small, the amount of reaction with N 2 is reduced, the function of accelerating permeation is reduced, and the permeation speed is reduced. For example, in the case of a conventional product, while the aluminum alloy can penetrate a thickness of 20 mm in a N 2 stream at 850 ° C. for about 20 hours, it takes about three times as long under the same conditions. It was difficult to make thick products.

【0010】本発明は、上述したセラミックスと金属の
複合材料が有する課題に鑑みなされたものであって、そ
の目的は、浸透時間を長くすることなく、耐クリープ性
を改善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 above-mentioned problems of the composite material of ceramic and metal, and has as its object to improve the creep resistance without increasing the penetration time. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing 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、Mgを1%以上含む
アルミニウム合金であっても、浸透温度を限定すれば、
耐クリープ性が改善さ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. As a result, even if an aluminum alloy containing 1% or more of Mg is used, if the infiltration temperature is limited,
The inventors have found that the creep resistance is improved, and have completed the present invention.

【0012】即ち本発明は、(1)セラミックス粉末を
強化材としてプリフォームを形成し、そのプリフォーム
に基材である金属を浸透させる金属−セラミックス複合
材料の製造方法において、該プリフォームの形成方法
が、40〜80vol%の粉末充填率を有する平均粒径
が1〜150μmのAlN粉末に、無機バインダーを加
えて成形し、焼成する方法であり、該金属の浸透方法
が、その形成したプリフォームにMgを1〜10重量%
含むアルミニウムを主成分とする合金を窒素気流中で8
60〜1000℃の温度で浸透させる方法であることを
特徴とする金属−セラミックス複合材料の製造方法とす
ることを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。
That is, the present invention provides (1) a method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed by using ceramic powder as a reinforcing material, and a metal as a base material is penetrated into the preform. The method is a method in which an inorganic binder is added to AlN powder having an average particle diameter of 1 to 150 μm having a powder filling rate of 40 to 80 vol%, and the mixture is calcined. 1-10% by weight of Mg for reform
Alloy containing aluminum as the main component
The gist is to provide a method for producing a metal-ceramic composite material, which is a method of infiltrating at a temperature of 60 to 1000C. This will be described in more detail below.

【0013】上記複合材料の製造方法としては、先ずプ
リフォームの形成方法を40〜80vol%の粉末充填
率を有する平均粒径が1〜150μmのAlN粉末に、
無機バインダーを加えて成形し、焼成する方法とした。
セラミックス粉末の粉末充填率は40〜80vol%が
好ましく、40vol%より低いとプリフォームを形成
し難くなるので好ましくなく、80vol%を超えると
プリフォーム中の空隙が狭く、金属の浸透が難しくなる
ので好ましくない。また、粉末の平均粒径は1〜150
μmが好ましく、1μmより細かいとアルミニウムの浸
透が難しくなり、150μmより粗いとプリフォームの
形成が難しくなるので好ましくない。
As a method of manufacturing the above-mentioned composite material, first, a method of forming a preform is performed on an AlN powder having a powder filling rate of 40 to 80 vol% and an average particle diameter of 1 to 150 μm.
A method was employed in which an inorganic binder was added to mold and fired.
The powder filling rate of the ceramic powder is preferably from 40 to 80 vol%, and if it is lower than 40 vol%, it is not preferable because it is difficult to form a preform. If it exceeds 80 vol%, the voids in the preform are narrow and metal penetration becomes difficult. Not preferred. The average particle size of the powder is 1 to 150.
If it is smaller than 1 μm, penetration of aluminum becomes difficult, and if it is coarser than 150 μm, it becomes difficult to form a preform.

【0014】その形成したプリフォームに金属を浸透さ
せる方法としては、Mgを1〜10重量%含むアルミニ
ウムを主成分とする合金を窒素気流中で860〜100
0℃の温度で浸透させる方法とした。金属の浸透温度を
860〜1000℃に限定することにより、複合材料の
耐クリープ性が向上する。金属の浸透は、700〜10
00℃の温度で行われ、多くは800〜850℃の温度
領域で行われるが、耐クリープ性に絞って浸透温度を調
査したところ、860〜1000℃の温度領域で行う
と、Mgを1%より多く含んでも耐クリープ性が向上す
ることを見い出した。温度が860℃より低いと耐クリ
ープ性が改善されず、1000℃を超えてるとAl−M
g系の金属が酸化する。
As a method of infiltrating a metal into the formed preform, an alloy containing aluminum as a main component containing 1 to 10% by weight of Mg is mixed in a nitrogen stream at 860 to 100%.
A method of infiltrating at a temperature of 0 ° C. was adopted. By limiting the metal penetration temperature to 860 to 1000 ° C., the creep resistance of the composite material is improved. Metal penetration of 700-10
It is carried out at a temperature of 00 ° C., and most of the time, it is conducted in a temperature range of 800 to 850 ° C. It has been found that the creep resistance is improved even if it is contained more. If the temperature is lower than 860 ° C., the creep resistance is not improved, and if it exceeds 1000 ° C., Al-M
The g-based metal is oxidized.

【0015】そこで、耐クリープ性を向上させる理由を
探るため、光学顕微鏡で観察したところ、AlN粒子が
小さくなっているのが見い出された。詳細なメカニズム
は不明であるが、本発明で観察されたAlN粒子の微細
化が耐クリープ性の向上に何らかの寄与をしているもの
と推定される。このように、複合材料の耐クリープ性の
改善には、Mgを少なくして耐熱性を向上させることの
みが唯一の方法ではないことが示唆される。
[0015] In order to find out the reason for improving the creep resistance, observation with an optical microscope revealed that AlN particles had become smaller. Although the detailed mechanism is unknown, it is assumed that the refinement of the AlN particles observed in the present invention contributes to improving the creep resistance. Thus, it is suggested that the only way to improve the creep resistance of the composite material is to reduce the amount of Mg and improve the heat resistance.

【0016】その金属中に含まれるMgの量としては、
1〜10重量%が好ましく、1重量%より少ないと、金
属の浸透を促進する効果が少ない。逆に10重量%より
多いと、金属の浸透の際にMgの蒸発が多くなって浸透
速度に差異が生じ、浸透の取り残し部分が発生し好まし
くない。このように、耐クリープ性は改善されるがMg
の含有量が多いため、前記したMgの蒸発については改
善されず、高温かつ高真空条件で使用する場合には、特
願平9−213847で明らかにしたごとく、Mgの含
有量が1重量%以下のアルミニウム合金を用いる必要が
ある。
The amount of Mg contained in the metal is as follows:
The content is preferably 1 to 10% by weight, and if it is less than 1% by weight, the effect of promoting metal penetration is small. On the other hand, if the content is more than 10% by weight, the evaporation of Mg increases at the time of permeation of the metal, causing a difference in the permeation rate, and a portion of the permeation remaining is undesirably generated. Thus, the creep resistance is improved, but the Mg
Is not improved because of the high content of Mg, and when used under high-temperature and high-vacuum conditions, the Mg content is 1% by weight as disclosed in Japanese Patent Application No. 9-13847. The following aluminum alloys must be used.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明の製造方法をさらに詳しく
述べると、先ず強化材として1〜150μmの平均粒径
を有するAlN粉末を用意し、この粉末に無機バインダ
ーを、必要があれば有機バインダーも加えて混合する。
混合方法は均一に混合できればどんな方法でも構わな
い。但し、水を用いて混合する場合には注意を要する。
すなわち、AlNは水と反応し、分解してしまう。この
問題を避けるには、シリカで表面を被覆したAlN粉末
が市販されているので、それを用いればよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The production method of the present invention will be described in more detail. First, an AlN powder having an average particle size of 1 to 150 .mu.m is prepared as a reinforcing material, and an inorganic binder and an organic binder if necessary. And mix.
Any mixing method may be used as long as it can be uniformly mixed. However, care must be taken when mixing with water.
That is, AlN reacts with water and decomposes. In order to avoid this problem, AlN powder whose surface is coated with silica is commercially available and may be used.

【0018】得られた混合物を成形する。成形方法は、
沈降成形、射出成形、CIP成形などがあるが、いずれ
の方法でも構わない。要は非加圧で金属を浸透するのに
プリフォームの形態を保つことができ、かつ浸透を阻害
しない方法であれば何でもよい。その一例として沈降成
形について述べると、例えば、上述のセラミック粉末と
金属粉末にアンモニウムシリケートなどのバインダーを
3〜10重量%、イオン交換水を20〜40重量%、そ
の他必要に応じて消泡剤などを若干加え、ポットミルで
湿式混合する。混合の効率を上げるため、多少の媒体を
入れてもよいが、その場合には、セラミックス粉末の粒
径分布を変えてしまい、粉末充填率が狙い通りのものに
ならない可能性があるので、セラミックス粉末の破砕が
進まない10時間以内の混合とするのがよい。混合した
スラリーは、振動しながら鋳込み成形する。鋳型は通常
はシリコーンゴム型を使用するが、プラスチック、アル
ミニウム等の型であってもよく、特に限定はない。鋳込
んだ後粒子が沈降する間はなるべく振動を加え充填をよ
くする。それを冷凍して脱型し、成形体を得る。
The resulting mixture is shaped. The molding method is
There are sedimentation molding, injection molding, CIP molding and the like, but any method may be used. In short, any method can be used as long as it can maintain the form of the preform to penetrate the metal under no pressure and does not hinder the penetration. As an example, the sedimentation molding is described. For example, a binder such as ammonium silicate is added to the above-mentioned ceramic powder and metal powder in an amount of 3 to 10% by weight, ion exchange water is 20 to 40% by weight, and an antifoaming agent if necessary. , And wet-mix with a pot mill. A small amount of medium may be added to increase the mixing efficiency.However, in this case, the particle size distribution of the ceramic powder may be changed and the powder filling rate may not be as intended. The mixing is preferably performed within 10 hours, at which the crushing of the powder does not proceed. The mixed slurry is cast and formed while vibrating. The mold is usually a silicone rubber mold, but may be a mold of plastic, aluminum, or the like, and is not particularly limited. During the settling of the particles after casting, vibration is applied as much as possible to improve the filling. It is frozen and demolded to obtain a molded body.

【0019】得られた成形体は、900〜1100℃の
温度で焼成してプリフォームを形成する。形成したプリ
フォームの上面にMgを1〜10重量%含むアルミニウ
ム合金を置き、窒素気流中で非加圧で860〜1000
℃の温度で溶融し、その溶融金属をプリフォームに浸透
させた後、50〜300℃/hrで冷却して複合材料を
作製する。
The obtained molded body is fired at a temperature of 900 to 1100 ° C. to form a preform. An aluminum alloy containing 1 to 10% by weight of Mg is placed on the upper surface of the formed preform, and 860 to 1000 in a nitrogen stream without pressure.
After melting at a temperature of ° C and infiltrating the molten metal into the preform, the preform is cooled at 50 to 300 ° C / hr to produce a composite material.

【0020】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、Mgを1%以上含んでも耐クリープ性に
優れた金属−セラミックス複合材料を得ることができ
る。
If a metal-ceramic composite material is produced by the above method, a metal-ceramic composite material having excellent creep resistance can be obtained even if it contains 1% or more of Mg.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的
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 with reference to Examples of the present invention and Comparative Examples.

【0022】(実施例) (1)プリフォームの形成 強化材として16μmの平均粒径を有するシリカコーテ
ィングしたAlN粉末(ダウケミカル社製)を用い、そ
れにバインダーとしてコロイダルシリカ液をそのシリカ
固形分がセラミックス粉末100重量部に対し2重量部
になる量を添加し、さらにイオン交換水を30重量部加
え、媒体を入れてないポットミルで16時間混合した。
得られたスラリーを200×200×20mmの成形体
が得られるシリコンーゴム型に流し込んでセディメント
キャスト(沈降成形)を行ない、−30℃に冷却して冷
凍品を得た。得られた冷凍品を700℃で5時間焼成し
てプリフォームを形成した。
(Example) (1) Formation of preform Silica-coated AlN powder (manufactured by Dow Chemical Company) having an average particle size of 16 μm was used as a reinforcing material, and a colloidal silica liquid was used as a binder and the silica solid content was changed. An amount of 2 parts by weight was added to 100 parts by weight of the ceramic powder, 30 parts by weight of ion-exchanged water was further added, and the mixture was mixed in a pot mill without a medium for 16 hours.
The obtained slurry was poured into a silicon-rubber mold from which a molded body of 200 × 200 × 20 mm was obtained, sediment cast (sedimentation molding) was performed, and cooled to −30 ° C. to obtain a frozen product. The obtained frozen product was fired at 700 ° C. for 5 hours to form a preform.

【0023】(2)複合材料の作製 プリフォームの上面にAl23粉末と150μmアンダ
ーのMg粉末とを重量比9:1で混合した粉末200g
を篩を用いて薄く敷き、さらにその上にプリフォームの
2倍量のアルミニウム合金を置き、窒素雰囲気中で87
5℃の温度で24時間非加圧浸透させた後、徐冷して金
属−セラミックス複合材料を作製した。用いたアルミニ
ウム合金は、Al−5Mg、Al−2Mg、Al−1M
g及び純Alの4種類である。
(2) Preparation of Composite Material 200 g of powder obtained by mixing Al 2 O 3 powder and Mg powder 150 μm under at a weight ratio of 9: 1 on the upper surface of the preform.
Was spread thinly using a sieve, and an aluminum alloy twice the amount of the preform was further placed thereon.
After non-pressurized infiltration at a temperature of 5 ° C. for 24 hours, the mixture was gradually cooled to produce a metal-ceramic composite material. The aluminum alloy used was Al-5Mg, Al-2Mg, Al-1M
g and pure Al.

【0024】(3)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、70vol%であ
った。また、得られた複合材料を切断し、切断面を目視
で観察して金属の浸透状態を調べた。その結果、Al−
1Mgと純Alを用いた複合材料は、一部未浸透部分が
観察されたが、Al−5MgとAl−2Mgを用いた複
合材料は、完全に浸透していた。さらに、得られた複合
材料から長さ40×幅4×厚さ3mmの試験片を切り出
し、その試験片に16MPaの4点曲げ応力を負荷し、
昇温速度5℃/minで700℃まで昇温してクリープ
特性を測定した。その結果、ほとんどクリープしなかっ
た。
(3) 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 70 vol%. Further, the obtained composite material was cut, and the cut surface was visually observed to check the state of penetration of the metal. As a result, Al-
In the composite material using 1Mg and pure Al, a part of the unpermeated portion was observed, but the composite material using Al-5Mg and Al-2Mg was completely permeated. Further, a test piece having a length of 40 × width 4 × thickness of 3 mm was cut out from the obtained composite material, and a 4-point bending stress of 16 MPa was applied to the test piece.
The temperature was increased to 700 ° C. at a rate of 5 ° C./min, and the creep characteristics were measured. As a result, it hardly creeped.

【0025】(比較例)比較としてアルミニウム合金の
浸透温度を850℃にした他は前記実施例と同様にプリ
フォームを形成し、金属を浸透させ、複合材料を作製
し、評価した。その結果、金属の浸透状態は、前記実施
例と同様Al−1Mgと純Alを用いた複合材料は、一
部未浸透部分が観察されたが、Al−5MgとAl−2
Mgを用いた複合材料は、完全に浸透していた。さら
に、得られた複合材料から実施例と同様長さ40×幅4
×厚さ3mmの試験片を切り出し、その試験片に16M
Paの4点曲げ応力を負荷し、昇温速度5℃/minで
700℃まで昇温してクリープ特性を測定した。その結
果、Al−5MgとAl−2Mgを用いた複合材料は、
540℃で、Al−1Mgを用いた複合材料は、560
℃で破断した。なお、純Alを用いた複合材料は、70
0℃までほとんどクリープしなかった。このことは、金
属の浸透温度を860℃より低くすると耐熱性が大きく
低下することを示している。
(Comparative Example) As a comparison, a preform was formed in the same manner as in the above example except that the infiltration temperature of the aluminum alloy was 850 ° C., a metal was infiltrated, and a composite material was prepared and evaluated. As a result, as for the permeation state of the metal, in the composite material using Al-1Mg and pure Al as in the above-described example, a part of the composite material using non-permeation was observed.
The composite material using Mg was completely infiltrated. Further, from the obtained composite material, length 40 × width 4
× Cut out a test piece having a thickness of 3 mm.
A 4-point bending stress of Pa was applied, and the temperature was increased to 700 ° C. at a rate of 5 ° C./min to measure creep characteristics. As a result, a composite material using Al-5Mg and Al-2Mg is:
At 540 ° C., the composite material using Al-1Mg is 560
Fracture at ℃. The composite material using pure Al is 70%.
Little creep up to 0 ° C. This indicates that when the permeation temperature of the metal is lower than 860 ° C., the heat resistance is greatly reduced.

【0026】[0026]

【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、Mgの含有量が1%以
上であっても、耐熱性の良好な金属−セラミックス複合
材料とすることができるようになった。
As described above, according to the method for producing a metal-ceramic composite material of the present invention, a metal-ceramic composite material having good heat resistance even when the Mg content is 1% or more. Is now available.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 睦夫 埼玉県浦和市大牧560 (72)発明者 高橋 平四郎 千葉県松戸市松戸新田314−1 (72)発明者 樋口 毅 東京都東久留米市氷川台1−3−9 (72)発明者 小山 富和 東京都北区浮間1−3−1−805 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Mutsumi Hayashi 560 Omaki, Urawa-shi, Saitama (72) Inventor Heishiro Takahashi 314-1 Matsudo-Shinda, Matsudo-shi, Chiba (72) Inventor Takeshi Higuchi Tokyo Higashi-Kurume, Tokyo 1-3-9 Hikawadai, City (72) Inventor Tomiwa Koyama 1-3-1-805, Ukima, Kita-ku, Tokyo

Claims (1)

【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してプリフ
ォームを形成し、そのプリフォームに基材である金属を
浸透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法にお
いて、該プリフォームの形成方法が、40〜80vol
%の粉末充填率を有する平均粒径が1〜150μmのA
lN粉末に、無機バインダーを加えて成形し、焼成する
方法であり、該金属の浸透方法が、その形成したプリフ
ォームにMgを1〜10重量%含むアルミニウムを主成
分とする合金を窒素気流中で860〜1000℃の温度
で浸透させる方法であ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 method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed by using ceramic powder as a reinforcing material and a metal as a base material is penetrated into the preform, the method for forming the preform comprises 40 to 80 vol.
A having an average particle size of 1 to 150 μm
This is a method in which an inorganic binder is added to 1N powder, and the mixture is molded and fired. The method of infiltrating the metal is to form an alloy mainly containing aluminum containing 1 to 10% by weight of Mg in a preform formed in a nitrogen stream. A method of infiltrating at a temperature of 860 to 1000 ° C.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9677228B2 (en) 2004-10-25 2017-06-13 Oldcastle Building Products Canada Inc. Artificial flagstone for providing a surface with a natural random look
US9752288B2 (en) 2012-06-18 2017-09-05 Oldcastle Building Products Canada Inc. Dual-unit paving system
US9840813B2 (en) 2012-10-19 2017-12-12 Oldcastle Architectural, Inc. Paving stones

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US10087585B2 (en) 2012-06-18 2018-10-02 Oldcastle Building Products Canada Inc. Dual-unit paving system
US10337152B2 (en) 2012-06-18 2019-07-02 Oldcastle Building Products Canada Inc. Dual-unit paving system
US9840813B2 (en) 2012-10-19 2017-12-12 Oldcastle Architectural, Inc. Paving stones

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