JPS59205433A - セラミツクと金属の複合焼結体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属の耐摩耗性を高めるため、セラミックを金属中に分
散させてなるセラミックと金属の複合体が注目されてい
るが、満足すべきものは得難かった。

すなわち、従来この種複合体の製造法として、熔融金属
を攪拌しながらこれにセラミックの微粉末を分散させる
ことが知られているが、設備、特に金属が高融点材荊の
場合は溶融、攪拌装置自体の耐火性等の難点があるだけ
でなく、金属とセラミック間の比重の差によって均一に
分散されることがなかなか難しく、また分散させるため
添加するセラミックは添加量と共に熔融金属の流動性を
低下させるので、この面からセラミックの添加量が制限
される等の問題があった。

また、無電解メッキの技術によってセラミソク粉末の表
面を金属によって被覆し、これを原料としてプレス成形
した後、非酸化性雰囲気中において焼成する手段も知ら
れているが、この場合はメンキしうる金属が限られ、メ
ッキ処理の費用が著しく高くなる欠点があった。

更に、セラミックと金属の複合材料としてサーメットが
耐摩耗性材料として広く実用されているが、サーメット
はセラミックを主体とし、これを金属によって結合する
関係から、優れた耐醸耗性を示す反面、セラミック特有
の弱点である脆性が強く表われ、また厳重な工程管理を
必要とする関係から著しく高価格となるため、用途が制
限されていた。

本発明は、親油性の表面処理を施した金属または焼成に
よって金属化する金属化合物の粉末を非水溶性の有機溶
剤に分散させた部系のスラリー〇中に、セラミックの粉
末あるいはゾルを水に分散させた水系のスラリーＷを乳
化、分散させてＷ１０エマルジョン化し、このＷ１０エ
マルジョンを原料として常法に従って所望の形状、寸法
に成形した後、非酸化性雰囲気中において焼成すること
を特徴とし、これによって金属中にセラミックが均一に
分散し、所望の特性を満足させたセラミックと金属の複
合焼結体の製造法を確立したもので、以下、実施例と共
にその詳細を説明する。

実施例１ （イ）トリクロルエチレン（非水溶性有機溶剤）・・・
・・・１８０ｃｃ シランカップリング剤によって表面処理を施して親油性
とした平均粒径０．１　μｍの酸化第２鉄・旧・・９ｇ 同じ親油性表面処理を施した平均粒径０．５μｍの二酸
化モリブデン・・・・・・３４ｇ 乳化剤（日本油脂・ノニオン０Ｐ−８ＯＲ−ＨＬＢ　ｆ
ｉ［１４２）・・・・・・２．４ｇ 結合剤（エチルセルロース）・・・・・・４．５ｇ可塑
剤（ジオクチルフタレート）・・・・・・６ｇを内容積
５００ｍｊ！のポリエチレン製ボールミル（アルミナ球
石）によって１５時間混合を行い、親油性処理を施した
Ｆｅ　　Ｏ及びＭ　ｏ　Ｏ３の微２、　２ 粉末をトリクロルエチレン中に分散させた部系のスラリ
ー〇を調整する。

（ロ）水・・・・・・１００　ｃｃ アルミナ（昭和軽金属・［ＩＡ−００８・平均粒径０．
４μｍ・・・・・・）４０ｇ 水酸化アルミニウム（昭和軽金属・ハイシライト・Ｈ−
４２Ｍ　）　−旧・・２０　ｇ 結合剤（明成化学工業・アルコックス）町・・１．３ｇ 分散剤（ヘキサメタメリン酸ソーダ）　−−０，５ｃｃ
を内容積５００ｍＡのポリエチレン製ボールミル（アル
ミナ球石）によって１５時間混合を行ない、アルミナ及
び水酸化アルミニウムの微粉末を水中に分散させた水系
のスラリーＷを調整する。

（ハ）上記部系のスラリー〇を内容積５００ｍｊ！のビ
ーカーに移してプロペラ攪拌機によって攪拌しながら、
このスラリー〇中に水系のスラリーＷを毎秒１　ｃｃの
割合で注ぎ入れ３０秒間攪拌を続け、上記部系のスラリ
ー〇中に水系のスラリーＷを５０〜１００μｍの粒状に
一様に分散させたＷ１０エマルジョンを得た。

（ニ）このＷ１０エマルジョンを、ガス温度２００℃、
ディスク径１１０ｍ、　７２００　ＲＰＭ。

毎秒１　ｃｃの条件によって噴霧乾燥し、アルミナと水
酸化アルミニウムの微粉末の混合体からなる３０〜５０
μｍの塊を、シランカップリングによる親油性処理の施
された酸化第２鉄と三酸化モリブデンの微粉末の混合体
からなる厚さ５〜１０μｍの薄膜によって被覆してなる
平均粒径４５μｍの顆粒に造粒した。

（ホ）この顆粒を１５００ｋｇ／ｃｄの圧力で金型ブレ
ス成形した後、アンモニア分解ガスによって１５２０℃
、１時間、露点１０”Ｃの条件で焼成し、外径２５ｍ、
内径１５１１ｍ、厚さ３Ｎの焼結品を得た。

この焼結品は周囲から圧縮されたアルミナ粒子集団が緻
密に焼結し、２０〜３０μｍを呈する無数の多面体が、
粉末冶金状に焼結された鉄とモリブデンの微粉末からな
り、膜圧２〜５μｍの網目状を呈するマトリックス中に
均一に分散した緻密な断面形状を呈した。

上記の断面形状を呈すご環状の焼結晶をメカニカルシー
ルリングとしてその耐摩耗性及び熱衝撃強度について、
同寸法の鋳鉄（ネズミ鋳鉄６種ＦＣ３５）及びＡｌｚ０
３７θ％−Ｃ’ｒ３０％のサーメットと比較して次表に
示す。

スプリングによる５ｋｇ／ｃＩａの面圧で一方の主表面
をカーボン材（ｍ密焼結）に圧接した状態で３６０ＯＲ
ＰＭ、１０００時間の連続回転を行ない、摩耗量ｍｇを
測定した、（但し両者の当接面をそれぞれ０．５μｍ〜
１μｍに研磨した。） 熱衝撃強度 水中急冷によってキレが発生したときの温度差によって
表わした。

上記の通り、本発明によっそ得られた複合焼結体は耐摩
耗性、熱衝撃強度共に著しく高価なサーメットよりも優
れ、鋳鉄に比しては熱衝撃強度において僅かに劣るが耐
摩耗性において格段と高い値を示した。

実施例２ 前例の（ハ）に示したＷ１０エマルジョンをドクターブ
レード法によってポリエステルフィルム上にシート成形
した後、約１５時間ドラフトチャンバー内において自然
乾燥を行ない、これを前と同様にアンモニア分解ガスに
よって１５１０℃、１時間、露点１５℃の条件で焼成し
て長さ１００１、幅５０ｍｍ、厚さ０．８鶴の薄膜を得
た。

この薄膜の断面形状は、前例と同様に焼結された２０〜
３０μｍを呈するアルミナの粒子集団が、粉末冶金状に
焼結された鉄とモリブデンの微粉末からなる膜厚３〜５
μｍの網目状を呈するマトリックス中に均一に分散して
なるセラミックと金属の複合体を呈したが、焼結された
アルミナの粒子集団は球状及至は楕円球であった。

以上の通り本発明は、金属または還元焼成によって金属
化する金属化合物に予め親油性の表面処理を施すことに
よって非水溶性の有機溶剤に対する高い分散性を付与し
、この親油性を巧みに利用して上記金属成分を分散させ
た非水溶性の溶剤に、セラミックの粉末またはゾルを分
散させた水を粒子状に分散させてＷ１０エマルジョンを
作り、このエマルジョンをそのまま、ドクターブレード
、鋳込成形用のスラリーとするか、噴霧乾燥によってプ
レス成形用の顆粒として所望の形状に成形した後、非酸
化性雰囲気中において焼成することを特徴とし、全く相
異なる分野である粉末冶金と乳化の技術を巧妙に組み合
わせたものであってセラミックと金属の複合体の量産を
容易にした製造法を確立したもので、上記のりＷ１０エ
マルジョンによるセラミックと金属とのいかなる組み合
わせも可能とし、乳化条件によってこれら両者の配合比
及び断面形状を自由に制御できる等大きな工業的効果を
奏するものである。

しかして、部系のスラリー〇の主体とする親油性の表面
処理を施した金属または還元焼成によって金属化する金
属化合物と、水系のスラリーＷを主体とするセラミック
の粉末またはゾルの関係は、緻密に焼結されたセラミッ
ク粉末の無数を、粉末冶金状に焼結された前者金属成分
からなる上下四方に連続するマトリックス中に分散させ
て、耐摩耗性を高めるためのものであるからセラミック
粉末の多量の分散、含有が望ましいが過大の場合は脆化
するので最終生成物（焼結後）においてセラミックは金
属マトリックス１００に対して５０〜８０容量部程度が
好ましい。

上記最終生成物におけるセラミックの金属マトリックス
に対する容量比０．５〜０．８は、部系のスラリー〇と
水系のスラリーＷとの混合比によって得られるが、両ス
ラリーを十分エマルジョン化するため部系のスラリー〇
に対する水系のスラリーＷは容量比で１／１〜１／３、
特に２／３程度が適当である。

次に、部系のスラリー〇及び水系のスラリーＷについて
それぞれ説明する。

（Ａ）部系のスラリー〇 ■金属成分 前に述べた通り焼結したセラミックスの粒子を分散させ
た網目状の金属マトリックスを生成するものであるから
、緻密組織を得るには上記セラミックスと焼結温度及び
熱膨張係数を近似させることが好ましく、実施例におい
てはセラミックのアルミナに対して酸化第２鉄と三酸化
モリブデンの混合物によって満足すべき成果を得たが、
これらは目的に応じて選択せられ限定されるものではな
い。

なお、ここに使用する金属成分は金属元素あるいは他の
有機化合物を使用することができるが、いずれの場合に
おいても１μｍ以下の微粒が好ましい。

また、表面に親油性を付与するカンプリング剤もシラン
系に限らずチタン系、アルミニウム系等も使用できる。

■有機溶剤 取扱い上、なるべく高沸点が好ましく５０〜１２０℃、
特に７０〜９０℃が好ましく、■の金属成分との配合割
合（容量比）は、本溶剤１００部に対し、金属成分４〜
１０部の範囲が好ましい。

■乳化剤 これは次に述べる水系のスラリーＷを、、重油系のスラ
リーＯ中に乳化させてＷ１０エマルジョン化するため必
要で、そのＨＬＢ価は５以下で、有機溶剤１００部に対
して０．５〜２容量部の範囲内である。

■その他 部系のスラリー〇は上記の金属成分、乳化剤、有機溶剤
の３者によってスラリー化するが、慣用技術に従って実
施例においても用いた有機質の結合剤及び可塑剤の添加
が、該スラリーＯを安定化し、延いては上記Ｗ１０エマ
ルジョンを安定化するため好ましいが、それらの添加量
は金属成分１００部に対して結合剤は７０容量部以下、
可塑剤は５０容量部以下である。

（Ｂ）水系のスラリーＷ ■セラミック成分 耐摩耗性の面からアルミナが好ましいが、アルミナ等の
酸化物に限らず耐摩耗性焼結材料に使用される炭化珪素
等金属類の炭化物、窒化物も使用できるが、部系のスラ
リー〇の金属成分と熱膨張係数、焼結温度等を近似させ
る要があり、実施例においてアルミナと水酸化アルミニ
ウムを併用した理由も、該水酸化アルミニウムの大きな
焼成収縮を利用して上記スラリー〇の金属成分と焼結時
の体積収縮をマツチングさせるためで、このように網目
状マトリックスを生成する部系のスラリーＯの金属成分
に対応して材質が定められる。なお粒径は上記部系のス
ラリー〇の金属成分と異なり、粒子状に集合するもので
あるから平均粒径１μｍまで許容され、溶体である水に
対する配合割合は水１００部に対して１０〜３０容量部
の範囲が適当である。

■その他 セラミック成分のみによって充分スラリー化するが、ス
ラリーを更に安定させるためには部系のスラリーＯの場
合と同様に少量の粘結剤、可塑剤と共に分散剤の添加が
有効で、容量比でセラミック成分１００部に対して粘結
剤は５部以下、可塑剤は１部以下、また分散剤は低い水
分における低粘度を目的とするものでこれは全スラリー
に対して２容量部以下である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）水と相溶性のない有機溶剤に、親油性の表面処理
   を施した金属または還元焼成によって金属化する金属化
   合物の粉末を、油中に水を乳化する乳化材と共に配合さ
   せてなる油系のスラリー〇を調整し攪拌しｌながらこの
   スラリー〇にセラミックの粉末あるいはゾルを水に分散
   させてなる水系のスラリーＷを注ぎ込み、上記油系のス
   ラリー〇中に、水系のスラリーＷを粒子状に分散させて
   Ｗ１０エマルジョン化し、このエマルジョンを用いて成
   形し、非酸化性雰囲気中において焼成することを特徴と
   したセラミックと金属の複合焼結体の製造法。 （２、特許請求の範囲第１項記載のＷ１０エマルジョン
   を用いて鋳込みあるいはドクターブレード法によって成
   形することを特徴としたセラミックと金属の複合焼結体
   の製造法。 （３）特許請求の範囲第１項記載のＷ１０エマルジョン
   を噴霧乾燥によって造粒した後、プレス成形することを
   特徴としたセラミックと金属の複合焼結体の製造法。