JPH1199476A - 金属−セラミックス複合材料の加工方法 - Google Patents
金属−セラミックス複合材料の加工方法Info
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- JPH1199476A JPH1199476A JP27792997A JP27792997A JPH1199476A JP H1199476 A JPH1199476 A JP H1199476A JP 27792997 A JP27792997 A JP 27792997A JP 27792997 A JP27792997 A JP 27792997A JP H1199476 A JPH1199476 A JP H1199476A
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- composite material
- metal
- processing
- ceramic
- powder
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属−セラミックス複合材料の表面を加工す
るのは、精度をあまり必要としない浅くしかも簡単な加
工であっても加工コストが高かった。 【解決手段】 セラミックス繊維または粉末に金属を浸
透させた金属−セラミックス複合材料の加工方法におい
て、該加工方法が、複合材料表面の加工しない部分をマ
スキングした後、そのマスキングした部分を含む表面全
面をブラスト法で研削する方法であることとした金属−
セラミックス複合材料の加工方法。
るのは、精度をあまり必要としない浅くしかも簡単な加
工であっても加工コストが高かった。 【解決手段】 セラミックス繊維または粉末に金属を浸
透させた金属−セラミックス複合材料の加工方法におい
て、該加工方法が、複合材料表面の加工しない部分をマ
スキングした後、そのマスキングした部分を含む表面全
面をブラスト法で研削する方法であることとした金属−
セラミックス複合材料の加工方法。
Description
【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加工方法に関す
る。
合させた金属−セラミックス複合材料の加工方法に関す
る。
【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。
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。
【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。
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。
【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
ｌ2Ｏ3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。
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
ｌ2Ｏ3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。
【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、例えば熱膨張率で６．２×１０-6／℃、
ヤング率で２６５ＧＰａ、破壊靱性で１０ＭＮ／
ｍ2/3、熱伝導度で１７０ｗ／ｍ℃の特性値を有するＳ
ｉＣを７０ｖｏｌ％含む金属−セラミックス複合材料も
容易に作製することができる。さらに、この方法で作製
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。
率を３０〜８５ｖｏｌ％と広く、かつ高い範囲まで変え
ることができ、例えば熱膨張率で６．２×１０-6／℃、
ヤング率で２６５ＧＰａ、破壊靱性で１０ＭＮ／
ｍ2/3、熱伝導度で１７０ｗ／ｍ℃の特性値を有するＳ
ｉＣを７０ｖｏｌ％含む金属−セラミックス複合材料も
容易に作製することができる。さらに、この方法で作製
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この複
合材料は、セラミックス粒子がアルミニウムマトリック
ス中に分散共存しているため、砥石と同じ組織を有して
おり、それがために加工工具の刃先をも摩滅させてしま
うという極めて難削性の材料である。そのため、この複
合材料は、著しく加工性に劣るという問題があった。例
えば、真空チャックの排気溝や摺動部品の摺動部分に形
成される潤滑油溝のような精度をあまり必要としない簡
単な浅溝加工においても、加工性に劣り、コストが高く
なっていた。
合材料は、セラミックス粒子がアルミニウムマトリック
ス中に分散共存しているため、砥石と同じ組織を有して
おり、それがために加工工具の刃先をも摩滅させてしま
うという極めて難削性の材料である。そのため、この複
合材料は、著しく加工性に劣るという問題があった。例
えば、真空チャックの排気溝や摺動部品の摺動部分に形
成される潤滑油溝のような精度をあまり必要としない簡
単な浅溝加工においても、加工性に劣り、コストが高く
なっていた。
【０００７】それは、複合材料に含まれているセラミッ
クスが超硬合金より硬いため、前記した浅溝などの浅く
加工するものでも、ダイヤモンド以外のものでは加工が
難しく、従来は刃先にダイヤモンドを被覆した工具ある
いは電着した工具を用いて加工していたこと、そしてダ
イヤモンドを用いてもその摩耗はかなり激しいため、工
具自体の価格が高価なことと相俟って加工コストが相当
高いものとなっていた。
クスが超硬合金より硬いため、前記した浅溝などの浅く
加工するものでも、ダイヤモンド以外のものでは加工が
難しく、従来は刃先にダイヤモンドを被覆した工具ある
いは電着した工具を用いて加工していたこと、そしてダ
イヤモンドを用いてもその摩耗はかなり激しいため、工
具自体の価格が高価なことと相俟って加工コストが相当
高いものとなっていた。
【０００８】本発明は、上述した金属−セラミックス複
合材料の加工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、複合材料の表面を短時間で容易にか
つ安価に浅く加工することのできる金属−セラミックス
複合材料の加工方法を提供することにある。
合材料の加工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、複合材料の表面を短時間で容易にか
つ安価に浅く加工することのできる金属−セラミックス
複合材料の加工方法を提供することにある。
【０００９】
【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、複合材料の表面をブ
ラスト法で研削することで、短時間で容易にかつ安価に
浅く加工することができるとの知見を得て本発明を完成
するに至った。
を達成するため鋭意研究した結果、複合材料の表面をブ
ラスト法で研削することで、短時間で容易にかつ安価に
浅く加工することができるとの知見を得て本発明を完成
するに至った。
【００１０】即ち本発明は、セラミックス繊維または粉
末に金属を浸透させた金属−セラミックス複合材料の加
工方法において、該加工方法が、複合材料表面の加工し
ない部分をマスキングした後、そのマスキングした部分
を含む表面全面をブラスト法で研削する方法であること
を特徴とする金属−セラミックス複合材料の加工方法と
することを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。
末に金属を浸透させた金属−セラミックス複合材料の加
工方法において、該加工方法が、複合材料表面の加工し
ない部分をマスキングした後、そのマスキングした部分
を含む表面全面をブラスト法で研削する方法であること
を特徴とする金属−セラミックス複合材料の加工方法と
することを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。
【００１１】上記複合材料の表面を浅く加工する方法と
しては、加工しない部分をマスキングした後、そのマス
キングした部分を含む表面全面をブラスト法で研削する
加工方法とした。ブラスト加工とは、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＣ
などの硬いセラミックス粒を加工面に吹き付け、削り取
る方法で、加工しない部分をマスキングすることによ
り、マスキングしない部分のみが浅く削り取られ、マス
クしない部分がパターン通りの模様に浅く仕上げられ
る。特に、研削機等では難しい曲線状模様の研削でも、
容易に研削可能となる。この加工方法では、表面から２
ｍｍ程度の浅い部分しか加工できないが、エンドミルや
砥石などで順次掘り進める方法とは異なり、全面を一挙
に加工できるので、加工時間が短縮でき、しかも高価な
工具は不要である。
しては、加工しない部分をマスキングした後、そのマス
キングした部分を含む表面全面をブラスト法で研削する
加工方法とした。ブラスト加工とは、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＣ
などの硬いセラミックス粒を加工面に吹き付け、削り取
る方法で、加工しない部分をマスキングすることによ
り、マスキングしない部分のみが浅く削り取られ、マス
クしない部分がパターン通りの模様に浅く仕上げられ
る。特に、研削機等では難しい曲線状模様の研削でも、
容易に研削可能となる。この加工方法では、表面から２
ｍｍ程度の浅い部分しか加工できないが、エンドミルや
砥石などで順次掘り進める方法とは異なり、全面を一挙
に加工できるので、加工時間が短縮でき、しかも高価な
工具は不要である。
【００１２】その加工対象となる複合材料としては、マ
トリックスがアルミニウム合金であれば強化材がどんな
セラミックス繊維または粉末であっても構わず、またセ
ラミックス繊維または粉末がどんな含有量であっても構
わない。吹き付けるブラスト材の材質、粒径、吹き付け
流速及び吹き付け時間などをコントロールすることによ
り、強化材の種類、含有量が異なっても、それに合わせ
た加工で対応することができる。
トリックスがアルミニウム合金であれば強化材がどんな
セラミックス繊維または粉末であっても構わず、またセ
ラミックス繊維または粉末がどんな含有量であっても構
わない。吹き付けるブラスト材の材質、粒径、吹き付け
流速及び吹き付け時間などをコントロールすることによ
り、強化材の種類、含有量が異なっても、それに合わせ
た加工で対応することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の加工方法をさらに詳しく
述べると、先ず強化材としてＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3もしくは
ＡｌＮなどの粉末を用いたアルミニウム合金をマトリッ
クスとする金属−セラミックス複合材料を作製する。作
製方法は、どんな方法でも差し支えないが、前記したよ
うに優れた方法である非加圧浸透法が推奨される。
述べると、先ず強化材としてＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3もしくは
ＡｌＮなどの粉末を用いたアルミニウム合金をマトリッ
クスとする金属−セラミックス複合材料を作製する。作
製方法は、どんな方法でも差し支えないが、前記したよ
うに優れた方法である非加圧浸透法が推奨される。
【００１４】得られた複合材料の表面を平にするため研
削した後、その面の加工が必要な部分を除いて鉄やステ
ンレスなどの材質の板を用いてマスキングし、そのマス
キングした部分を含む全面を所定の平均粒径を有するＡ
ｌ2Ｏ3、ＳｉＣなどの粉末を所定流速、所定時間で吹き
付けた後、マスクを取り除くことにより、マスキングし
ない部分が浅溝などとして形成される。
削した後、その面の加工が必要な部分を除いて鉄やステ
ンレスなどの材質の板を用いてマスキングし、そのマス
キングした部分を含む全面を所定の平均粒径を有するＡ
ｌ2Ｏ3、ＳｉＣなどの粉末を所定流速、所定時間で吹き
付けた後、マスクを取り除くことにより、マスキングし
ない部分が浅溝などとして形成される。
【００１５】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
の表面を加工すれば、短時間で容易にかつ安価に浅く加
工できる金属−セラミックス複合材料の加工方法とする
ことができる。
の表面を加工すれば、短時間で容易にかつ安価に浅く加
工できる金属−セラミックス複合材料の加工方法とする
ことができる。
【００１６】
【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。
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００１７】（実施例） （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２５μｍの市販ＳｉＣ粉末を用
い、金属としてＡｌ−１０Ｓｉ−２Ｍｇ組成のアルミニ
ウム合金を用い、これらからφ４００×厚さ２０ｍｍの
円板形状で粉末充填率が７０ｖｏｌ％の金属−セラミッ
クス複合材料を非加圧浸透法で作製した。
い、金属としてＡｌ−１０Ｓｉ−２Ｍｇ組成のアルミニ
ウム合金を用い、これらからφ４００×厚さ２０ｍｍの
円板形状で粉末充填率が７０ｖｏｌ％の金属−セラミッ
クス複合材料を非加圧浸透法で作製した。
【００１８】（２）複合材料の加工 得られた複合材料の片面を＃３２０のダイヤモンド砥石
により表面粗さをＲａで１．６μｍに研削した後、その
面に幅２ｍｍで深さ１ｍｍの浅溝が中心からφ２００ｍ
ｍとφ３００ｍｍの位置に形成されるようにパターン付
けされたステンレスからなるマスクをかぶせ、＃２２０
（平均粒径６０μｍ）のＳｉＣ粉末をエアー圧４ｋｇ／
ｃｍ2程度の流速で３時間吹き付けて浅溝を形成した。
により表面粗さをＲａで１．６μｍに研削した後、その
面に幅２ｍｍで深さ１ｍｍの浅溝が中心からφ２００ｍ
ｍとφ３００ｍｍの位置に形成されるようにパターン付
けされたステンレスからなるマスクをかぶせ、＃２２０
（平均粒径６０μｍ）のＳｉＣ粉末をエアー圧４ｋｇ／
ｃｍ2程度の流速で３時間吹き付けて浅溝を形成した。
【００１９】（３）評価 加工した浅溝の位置、幅、深さをノギスとマイクロメー
タで計測した。その結果、パターン通りの位置に幅２ｍ
ｍで深さほぼ１ｍｍの浅溝が形成されていた。また、溝
の内面は比較的滑らかであった。
タで計測した。その結果、パターン通りの位置に幅２ｍ
ｍで深さほぼ１ｍｍの浅溝が形成されていた。また、溝
の内面は比較的滑らかであった。
【００２０】（比較例）実施例と同じ複合材料を用い、
同じ位置に同じ幅と深さの浅溝をダイヤモンド砥石を用
いた研削機で形成し、その加工した浅溝を同じように評
価した。その結果、溝の位置、幅、深さは目標通りきち
んと正確にしかも滑らかな面を有する溝が形成されてい
た。しかし、加工時間が８時間と実施例の倍以上の時間
が必要であった。このことは、ブラスト法による加工で
は、研削機等による加工に比べて精度の面で多少劣る
が、曲線状の加工であってもパターン通りに容易に加工
でき、しかも加工時間を極めて短くすることができるこ
とを示している。
同じ位置に同じ幅と深さの浅溝をダイヤモンド砥石を用
いた研削機で形成し、その加工した浅溝を同じように評
価した。その結果、溝の位置、幅、深さは目標通りきち
んと正確にしかも滑らかな面を有する溝が形成されてい
た。しかし、加工時間が８時間と実施例の倍以上の時間
が必要であった。このことは、ブラスト法による加工で
は、研削機等による加工に比べて精度の面で多少劣る
が、曲線状の加工であってもパターン通りに容易に加工
でき、しかも加工時間を極めて短くすることができるこ
とを示している。
【００２１】
【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料の加工方法であれば、浅溝等の浅く加工する
のをブラスト法で行うことで、短時間で容易にかつ安価
に加工することができるようになった。これにより、金
属−セラミックス複合材料の表面を精度をあまり必要と
しないで浅く加工する場合には、その加工コストを大幅
に低減することができ、工業的利用の範囲が非常に広が
った。
ス複合材料の加工方法であれば、浅溝等の浅く加工する
のをブラスト法で行うことで、短時間で容易にかつ安価
に加工することができるようになった。これにより、金
属−セラミックス複合材料の表面を精度をあまり必要と
しないで浅く加工する場合には、その加工コストを大幅
に低減することができ、工業的利用の範囲が非常に広が
った。
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (1)
- 【請求項１】 セラミックス繊維または粉末に金属を浸
透させた金属−セラミックス複合材料の加工方法におい
て、該加工方法が、複合材料表面の加工しない部分をマ
スキングした後、そのマスキングした部分を含む表面全
面をブラスト法で研削す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加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27792997A JPH1199476A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 金属−セラミックス複合材料の加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27792997A JPH1199476A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 金属−セラミックス複合材料の加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1199476A true JPH1199476A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17590259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27792997A Pending JPH1199476A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 金属−セラミックス複合材料の加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1199476A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009067978A1 (de) * | 2007-11-26 | 2009-06-04 | Eads Deutschland Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur oberflächenverfestigung eines metall-komposit-bauteils |
-
1997
- 1997-09-26 JP JP27792997A patent/JPH1199476A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009067978A1 (de) * | 2007-11-26 | 2009-06-04 | Eads Deutschland Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur oberflächenverfestigung eines metall-komposit-bauteils |
| DE102007056892B4 (de) * | 2007-11-26 | 2016-09-29 | Airbus Defence and Space GmbH | Oberflächenverfestigungsverfahren eines Metall-Komposit-Bauteils |
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