JPS6021346A - 金属化合物粒子分散金属マトリツクス複合材料の製造方法 - Google Patents
金属化合物粒子分散金属マトリツクス複合材料の製造方法Info
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- JPS6021346A JPS6021346A JP12744083A JP12744083A JPS6021346A JP S6021346 A JPS6021346 A JP S6021346A JP 12744083 A JP12744083 A JP 12744083A JP 12744083 A JP12744083 A JP 12744083A JP S6021346 A JPS6021346 A JP S6021346A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、金属化合物粒子分散金属マトリックス複合材
オ°1に係り、更に社用に(よイの製造方法に係る。 一般に71−リックスとしての金属材料に他の材料の粒
子を分散させて粒子分散金属マトリックス複合材料とす
ることにより金属材料のもつ優れた性質を活しつつその
欠点を補填することができることから、アルミニウム合
金、マグネシウム合金、チタン合金の如き軽金属に於て
は炭化ケイ素、窒化ケイ素の如きセラミック粒子や硬質
金属の粒子を分散させてイの強度や耐熱性を向上させる
ことが試みられており、スポット溶接用電極ブーツブを
構成する銅合金や軸受用銅合金などに於てはそれぞれ導
電性や軸受性能を害さない範囲にてヒラミック粒子や硬
質金属の粒子を分散させてその耐摩耗性を向上させるこ
とが試みられている。かかる粒子分散金属マトリックス
複合材料に於て、マトリックス金属のもつ優れた性質を
活しつつその欠点を有効に補填づるためには、分散され
る粒子は微細且均Y1でありマトリックス金属中に均一
に分散されなければならず、また粒子分散金属マトリッ
クス複合材料を低部に製造するためには分散さ4′シる
ll’i’r了は安1dliなしのr″4鵞りればなら
ない。 しかし従)1(の粒子分散全屈マトリックス複合材オ′
;1は、一般に、機械的破砕法J、たけアトマイズ法に
よりTJ造され/C1−敗−1μmの粒子をマトリック
ス金属の溶湯と機械的に混合づる方法J:たは71−リ
ックス金属の清潔中にアルゴンガスと一緒に吹込む1I
rS用分散法4Tどにより製造されてIr3す、機械的
破砕法やアトマイズ法によ−,)Cは粒径1μn1以上
の微tlIIな粒子を低囲に製造VることができずJ、
lζこれらの方法により製造される粒子は表面話111
1良が低くマトリックス金属の溶湯どの濡れ性が悪いた
め、粒子と溶湯との比重差により溶湯の上層部と下層部
との間に於ては粒子の充填密瓜に差が生じ、従・)’C
ll械的混合法や+1′i川分敞法などにJ−っては微
細な粒子をマトリックス金属の溶湯中に均一に分散させ
ることが困難である。 本願発明者智は従来の粒子分散金属71−リックス複合
材料の製造方法に於りる上述の如き問題に鑑み、種々の
実験的(−1究を行った結果、金属化合物を構成Jべき
金属の蒸気と他の元素のガスとj;りなる混合ガスを冷
却用ノズルに通して断熱膨張させることにより急冷さぜ
れば粒径数15Å以下の非常に微細で■表面活性痕の高
い金属化合物の粒子を能率よく低降に製造することがで
き、また冷却用ノズルより噴出した噴流を71〜リツク
ス金属の溶湯中に導くことにより非常に微細な粒子をマ
トリックス金属の溶湯中に均一に分散させることができ
ることを見出した。 本発明は、本願発明石等が行った種々の実験的研究の結
果得らねた知見に基き、非常に微IIIな金属化合物の
粒子がマ[・リックス金属中に均一に分散された金属化
合物粒子分散金属マトリックス複合材料を能率よく低癩
に製造することのできる方法を提供づることを目的とし
ている。 かかる目的は、本発明によれば、少くとも一つの金属化
合物を構成づべき少くとも一つの金属と他の元素との気
体状混合物を冷却用ノズルに通して断熱膨張させること
により急冷さVつつ前記金属と前記他の元素とを反応さ
せ前記ノズルより噴出した噴流を金属溶湯中に導く金属
化合物粒子分数金属マ;ヘリックス複合材ス′≧1の製
造方法によって達成される。 本発明によれば、混合ガス(気体状混合物)が冷却用ノ
ズルに通され断熱膨張によつ−C急冷されこの過程に於
て金属と他の元素との化合反応が行われるので、粒仔数
百入程痕の非常に微細な金属化合物粒子を形成すること
ができ、j、たかくして形成された表面活性匹の高い金
属化合物粒子がそのPI、まマトリックス金属の溶湯中
に導かれるので金属化合物粒子とマトリックス金属との
密着性を向−Lさけ−ることができ、更には冷却用ノズ
ルよりpQ出した噴流により71〜リツクス金属の溶湯
が適宜に112打されるので、粒子を構成覆る金属化合
物とマトリックス金属との比重差が比較的大きい場合に
し、金属化合物粒子をマトリックス金属中に均一に分散
させることができる。また本発明によれば、非常に微I
IIな金属化合物#l子を形成すること及び金属化合物
粒子をマトリックス金属の溶湯中に分散させることが連
続的に行われるので、非常1こ微IIIな金属粒子がマ
トリックス金属中に均一に分散された複合材料を能率よ
く低回に製造することができる。 水元、I!llの方法に於ては、金属蒸気が保有する熱
エネルギの一部は冷却用ノズルによる自己断熱膨張によ
り運動エネルギに変換され、冷却用ノズルより噴出した
噴流はマツハ1〜4の高速流となる。 今冷却用ノズルより上流側の混合ガスの圧力及び渇敗を
それぞれPI (tO口’) 、’1−+ (’ K
)とし、冷7J1用ノズルより下流側の流体の圧力、温
度、速度をそれぞれP2 (IO1’r) 、T2 じ
K ) ’t 1Vlp(マツへ数)とすると、冷却用
ノズルの下流側の任意の点に於ける流体の温度及び速度
は下記の式により与えられる。 (に=混合ガスの比熱比) 冷7J1用ノズルとして先細ノズルが使用される場なり
、それ以上圧力P2が減小しても速度M2は増大しない
。一方冷却用ノズルとして末広ノズル(ラバールノズル
ども呼ばれる)が使用される場合に(よ、P2/PIの
減小に伴い速度M2は加速磨的に増大し、P 27 P
I−1、’ 100の場合に速度fVI 2’ 4J
:マツハ4どなる1、温度1−1;ユマトリックス金属
中に分散される金属化合物を構成する金属の然気圧に応
じてjハ定されて良いが、今T+ −2273″K (
2000℃)、比熱比に=1.607どジすると、lj
力比1〕、、 /” P貫に応じC冷ム(1用ノズルト
流側の流体の温度−12及び速度M2は凡ざト記の人1
;に示され/j餡とイ
オ°1に係り、更に社用に(よイの製造方法に係る。 一般に71−リックスとしての金属材料に他の材料の粒
子を分散させて粒子分散金属マトリックス複合材料とす
ることにより金属材料のもつ優れた性質を活しつつその
欠点を補填することができることから、アルミニウム合
金、マグネシウム合金、チタン合金の如き軽金属に於て
は炭化ケイ素、窒化ケイ素の如きセラミック粒子や硬質
金属の粒子を分散させてイの強度や耐熱性を向上させる
ことが試みられており、スポット溶接用電極ブーツブを
構成する銅合金や軸受用銅合金などに於てはそれぞれ導
電性や軸受性能を害さない範囲にてヒラミック粒子や硬
質金属の粒子を分散させてその耐摩耗性を向上させるこ
とが試みられている。かかる粒子分散金属マトリックス
複合材料に於て、マトリックス金属のもつ優れた性質を
活しつつその欠点を有効に補填づるためには、分散され
る粒子は微細且均Y1でありマトリックス金属中に均一
に分散されなければならず、また粒子分散金属マトリッ
クス複合材料を低部に製造するためには分散さ4′シる
ll’i’r了は安1dliなしのr″4鵞りればなら
ない。 しかし従)1(の粒子分散全屈マトリックス複合材オ′
;1は、一般に、機械的破砕法J、たけアトマイズ法に
よりTJ造され/C1−敗−1μmの粒子をマトリック
ス金属の溶湯と機械的に混合づる方法J:たは71−リ
ックス金属の清潔中にアルゴンガスと一緒に吹込む1I
rS用分散法4Tどにより製造されてIr3す、機械的
破砕法やアトマイズ法によ−,)Cは粒径1μn1以上
の微tlIIな粒子を低囲に製造VることができずJ、
lζこれらの方法により製造される粒子は表面話111
1良が低くマトリックス金属の溶湯どの濡れ性が悪いた
め、粒子と溶湯との比重差により溶湯の上層部と下層部
との間に於ては粒子の充填密瓜に差が生じ、従・)’C
ll械的混合法や+1′i川分敞法などにJ−っては微
細な粒子をマトリックス金属の溶湯中に均一に分散させ
ることが困難である。 本願発明者智は従来の粒子分散金属71−リックス複合
材料の製造方法に於りる上述の如き問題に鑑み、種々の
実験的(−1究を行った結果、金属化合物を構成Jべき
金属の蒸気と他の元素のガスとj;りなる混合ガスを冷
却用ノズルに通して断熱膨張させることにより急冷さぜ
れば粒径数15Å以下の非常に微細で■表面活性痕の高
い金属化合物の粒子を能率よく低降に製造することがで
き、また冷却用ノズルより噴出した噴流を71〜リツク
ス金属の溶湯中に導くことにより非常に微細な粒子をマ
トリックス金属の溶湯中に均一に分散させることができ
ることを見出した。 本発明は、本願発明石等が行った種々の実験的研究の結
果得らねた知見に基き、非常に微IIIな金属化合物の
粒子がマ[・リックス金属中に均一に分散された金属化
合物粒子分散金属マトリックス複合材料を能率よく低癩
に製造することのできる方法を提供づることを目的とし
ている。 かかる目的は、本発明によれば、少くとも一つの金属化
合物を構成づべき少くとも一つの金属と他の元素との気
体状混合物を冷却用ノズルに通して断熱膨張させること
により急冷さVつつ前記金属と前記他の元素とを反応さ
せ前記ノズルより噴出した噴流を金属溶湯中に導く金属
化合物粒子分数金属マ;ヘリックス複合材ス′≧1の製
造方法によって達成される。 本発明によれば、混合ガス(気体状混合物)が冷却用ノ
ズルに通され断熱膨張によつ−C急冷されこの過程に於
て金属と他の元素との化合反応が行われるので、粒仔数
百入程痕の非常に微細な金属化合物粒子を形成すること
ができ、j、たかくして形成された表面活性匹の高い金
属化合物粒子がそのPI、まマトリックス金属の溶湯中
に導かれるので金属化合物粒子とマトリックス金属との
密着性を向−Lさけ−ることができ、更には冷却用ノズ
ルよりpQ出した噴流により71〜リツクス金属の溶湯
が適宜に112打されるので、粒子を構成覆る金属化合
物とマトリックス金属との比重差が比較的大きい場合に
し、金属化合物粒子をマトリックス金属中に均一に分散
させることができる。また本発明によれば、非常に微I
IIな金属化合物#l子を形成すること及び金属化合物
粒子をマトリックス金属の溶湯中に分散させることが連
続的に行われるので、非常1こ微IIIな金属粒子がマ
トリックス金属中に均一に分散された複合材料を能率よ
く低回に製造することができる。 水元、I!llの方法に於ては、金属蒸気が保有する熱
エネルギの一部は冷却用ノズルによる自己断熱膨張によ
り運動エネルギに変換され、冷却用ノズルより噴出した
噴流はマツハ1〜4の高速流となる。 今冷却用ノズルより上流側の混合ガスの圧力及び渇敗を
それぞれPI (tO口’) 、’1−+ (’ K
)とし、冷7J1用ノズルより下流側の流体の圧力、温
度、速度をそれぞれP2 (IO1’r) 、T2 じ
K ) ’t 1Vlp(マツへ数)とすると、冷却用
ノズルの下流側の任意の点に於ける流体の温度及び速度
は下記の式により与えられる。 (に=混合ガスの比熱比) 冷7J1用ノズルとして先細ノズルが使用される場なり
、それ以上圧力P2が減小しても速度M2は増大しない
。一方冷却用ノズルとして末広ノズル(ラバールノズル
ども呼ばれる)が使用される場合に(よ、P2/PIの
減小に伴い速度M2は加速磨的に増大し、P 27 P
I−1、’ 100の場合に速度fVI 2’ 4J
:マツハ4どなる1、温度1−1;ユマトリックス金属
中に分散される金属化合物を構成する金属の然気圧に応
じてjハ定されて良いが、今T+ −2273″K (
2000℃)、比熱比に=1.607どジすると、lj
力比1〕、、 /” P貫に応じC冷ム(1用ノズルト
流側の流体の温度−12及び速度M2は凡ざト記の人1
;に示され/j餡とイ
【ろ、。
この表1より例えば1F力比P 2 / P Iが1/
10の場合には1−2−905°K 、(632℃)、
M2−2.13(約140 Qm /sec )どなる
ことが解る。 かくして本発明にJ:れば、混合ガスが冷7dI用ノズ
ルに通されることにより形成された非常に微細な金属化
合物粒子がF5速またはそれ以上の高速反にてマトリッ
クス金属の溶湯中に叩き込まれるので、金属化合物粒子
をその表面活性態が低ドしないうちにマトリックス金属
の溶湯中に分散させることができ、ま1=冷却用ノズル
より噴出した音速またはそれ以上の噴流によりマトリッ
クス金属の溶湯が適宜に攪拌されるの(・、溶湯攪拌手
段を用いなくても化合物金属粒子をマ[・リツクス金属
の溶湯中に均一に分散さけることができる。尚金属化合
物粒子が保有りる運動エネルギの一部【まそれがマトリ
ックス金属の溶湯に衝突した際熱]エネルギに転換され
るので、マトリックス金属の溶湯の温度を実質的に一定
に訂(持りるlこめには、4A度−12はマトリックス
金属の溶湯の温度よりも僅かに低い温度に設定されるこ
とが好ましい。 また本発明ににれは、金属蒸気は他の元素のガスと混合
された状態にて冷却用ノズルに通される。 この明白他の元素のガスにJ、り金l1jX蒸気が集合
にJ一つCオ立成長りることが抑制され、また他の元素
のガスがキャリアガスどして機能りることにより金1j
K 然気がより速やかに目連続的に冷却用ノズルへ導か
れるのぐ、ントリックス金ljt中に分散される金属化
合物粒子の粒1¥、を一層小さくづることがCさ、また
金属化合物粒子の粒径のばらつきを低減りることができ
る。また他の元素のガスとの混合ガスがノズルに通され
るので、他の元素のガスの流量を制御することによりノ
ズル前後の混合ガスの1.iE力比を比較的容易に制御
することができ、これににり混合ガスの冷却速度及び金
属化合物粉j−の粒径を容易に制御4ることがCさる。 本発明の一つの実施例によれば、金属化合物粒子がマト
リックス金属の溶湯中にJ、り一層均−に分散されるに
−う、7F・リックス金属の溶湯は溶湯11′1柚手段
により攪1゛1′される。 本発明に於て使用される冷flIt用のノズルは末広ノ
ズルまたは先細ノズルの何れであつ(し良いが、ノズル
を通過づる混合ガスの流速をできるだけ速くすることに
にり混合ガスの冷却速度をできるだけ大きくし、これに
より微11Ir粒径の整った高品質の金属化合物粒子を
能率よく形成しまたノズルより噴出し1=噴流によりマ
トリックス金属の溶湯・をより効果的に攪拌するために
は、末広ノズルが使用されることが好ましい。J:た本
発明による金属化合物粒子分散金属71−リツクス複合
材わ1の製造方法に於て、マトリックス金属の溶湯を冷
却用ノズルに対し一定の流量にて流動させれば上述の如
き優れた特徴を右する金属化合物粒子分散金属マトリッ
クス複合材料をバッチ式ではなく連続的に製造すること
が可能である。 尚、本明用占に於て、「金属化合物」とはセラミックの
如く金属と他の元素との化合物を意味する。 以下に添(=lの図を参照しつつ本発明を実施例につい
て詳細に説明する。 実施例1 第1図は本発明による金属化合物粒子分散金属マトリッ
クス複合材料の製造方法を実施づるに好適な一つの複合
材料製造装置を示づ概略構成図でdうる。図に於て、1
は実質的に密[11された容器をイfり炉殻を示してL
13す、該炉殻1内に(よるつぼ2が配置されている。 るつぼ2は開閉弁33により連通を制御されるガス導入
ボート4をtjilるガス予熱室5と、該ガス予熱室と
連通する金し→S蒸気室6どを右しCいる。るつぽ2の
周りに(、東ガス予熱室55及び金属蒸気室6内を所定
の温度−r−1に維持づ−るヒータ7が配置されCおり
、このヒータ71;:より金属蒸気室6内に装入された
金属が溶融されて金属溶湯8とされ、更に番、1金属蒸
気として蒸発化されるJ二うにな−)Cいる。 るつぼ2の底壁9には金属蒸気室6と炉殻1内の複合月
利製造ゾーン′10どを連通接続する導管1′1が設置
フられており、該31+iI管の下傾には末広ノズル′
12が設()られ(いる。複合材料製造ゾーン10 に
は末広ノズル゛12の下方にマトリックス金属の溶湯′
13を貯容1−る容器1’lが配置されており、末広ノ
ズル12にり噴出した噴流′15を受けるJ、うになっ
【いる。容器14の周りにはヒータ16が配置されてお
り、容器14内に貯容されたマトリックス金属の溶湯1
3が実質的に一定の温度に維持されるように4にってい
る。また第1図に於て仮想線にて示されている如く、モ
ータ17により回転されるプロペラ18により必要に応
じて溶湯13を攪拌し得るようになっている。複合材オ
′)1製造ゾーン10は導管19により開閉弁2oを介
して真空ポンプ21に接続されて(I3す、真空ポンプ
21により複合材料製造ゾーン1o及び金属蒸気室6内
がそれぞれP2及びP+の所定圧ツノ←二減圧されるよ
うになっている。 か(して構成された複合材料製造装置を用いて以下の要
領にて窒化ケイ素の粒子を分散材としアルミニウム合金
(JIS規格AC8A)をマド・リックス金属とする金
属化合物粒子分散金属マトリックス複合材料を製造した
。 先り50(+の金属ケイ素を金属蒸気室6内に装入し、
ガス導入ボート4よりガス予熱室5を経て金属蒸気室6
内へ窒素ガスを導入し、ヒータ7によりるつぼ2を急速
加熱して金属蒸気室6内の温1、!I T Iを210
0℃とすることにより金属ケイ素4溶iW:さI4″C
り、イ晃溶湯8を形成し、更に窒素ガス尋人mを制御(
〕て金金属気室6内のL1力P1が15*orrにイj
るJ、う調整し/、:。 次いて′金111K RN気宇6内にて形成されたケイ
素蒸気と重重カスとJ4りなるfl’2合ガスを、圧力
P2=0.5〜l torrに肩f持された複0材料製
造ゾーン10 /\木広ノズル12を経て噴出さけた。 この場合+Iii Qガスは末広ノズル12にj;る自
己中i熱膨張にJ、り温石−1゛2−約7oo℃以上に
J、で悠冷され、fの過程に於て非常(二微細な窒化ケ
イ素粒子となり、余剰の窒素ガスと共に複合材1′+1
製造ゾーン1()I\移1−iシた1、更にかくして生
成した窒化ケイ素粒子を含む噴流15を容器14内に貯
容されヒータ′1Gにより1FaJffT3= 650
〜700 ℃ニ維持されたj′ルミニウム合金の溶湯1
3の液面に悟突させること(・二より、窒化ケイ素の粒
子をアルミニウム合金の溶湯13内に分散さU、また真
空ポンプ21により未反応の窒素ガスを複合材料製造ゾ
ーン10より除去した。 アルミニウム合金の溶湯13が完全に凝固した後、炉殻
1より容器14を取出し、更に容器14より窒化ケイ素
粒子が分散されたアルミニウム合金よりなる直径8Qm
m、高さ8Qmmのインゴット・を取出し、第2図に示
されている如くインゴット22より中心線23に沿って
直径10mm、高さ801の円柱体24を切出し、更に
円柱体の上面25よりそれぞれ15 mm、 40 m
m、65mmの点を中心に直径10mm、厚さ10mm
のリンプル△−Cを切出し、各サンプルについて窒化ケ
ーr素粒子の充填密度(重fft%)を測定した。その
測定結果を下記の表2の欄Iに示寸。第3図は上述のサ
ンプルAについての透過電子顕微鏡写真であり、図に於
て斑点状の部分が窒化ケイ素粒子であり、それ以外の部
分がアルミニウム合金である。この実施例によれば、粒
径の小さい窒化ケイ素粒子をアルミニウム合金中に均一
に分散させることができることが解る。 またプロペラ18によりアルミニウム合金の溶湯13が
攪拌された点を除き上述の実施例と同一の条1′1にて
製造された複合材料、及び冷IJI用ノズルどし−(第
4図に示されている如き先細ノズル2Gが使用された点
を除き上述の実61!i例と同一の条イ′1に(製造さ
朴た複合材オ′31についての窒化ケイ素粒子の充填密
1良の測定結果をそれぞれ下記の表2の欄11及び1]
[に示す。 また表2には金属クイ素窒化法にJ:り形成された窒化
ケイ素粒子(日本電気]二業株式会社製[N2−1)が
噴射弁(19,法にJ、リアルミーラム合金の溶湯中に
分散されることににり製造されたD径8011m1^さ
80mmの比較例としての複合材料につい(の窒化グイ
素粒子の充填密度の測定結果及び各少合材オ′;1に於
りる窒化クイ素粒子の粒径及びその″11均粒径も示さ
れている。尚この場合lf104分散法(ま、第5図に
示さねでいる如く、図には示されていイ「いアルゴンガ
ス供給源にリアルボンガスを供給される導管27ど、該
導管内l\分散粒子を供給し・てれらの旧合流体を形成
づる粒子供給器28ど、5管27ど連通し混合流体を1
射りるノズル29どを打りる噴QJ装置30により、取
鍋31に貯容された銅合金の溶湯32をるつぼ33内へ
少しずつ注湯しつつ、モリブデン粒子とアルゴンガスと
の混合噴流34を落下づる溶湯32内へ噴用づることに
より行われた。 X羞」Ll 上述の実施例1に於て窒素ガスの代わりにアンモニアガ
スが使用され、圧力P+ 1.P2及び温度T2がそれ
ぞれ20 torr、約1to+’r、約700℃に設
定された点を除き、実施例1と同様の要領にて窒化ケイ
素粒子を分散材としアルミニウム合金(JISIll1
<ACOA)をマトリックス金属とする複合0判を製造
したところ、表2の欄■・−Illに示された結果と実
質的に同一の結果が1qられた。 実施例2 第1図に示された複合材わI製造装首を用いて前述の実
施例1の場合と同様の要領にて炭化ケイ素の粒子を分散
材としアルミニウム合金(JIS規格AC8Δ)を71
−リツクス金属とづる全屈粒子分数金属マトリックス複
合材1’lを製造し、各複合材料のサンプルについて炭
化ケイ素粒子の充(眞密度、粒径、平均粒径を測定しl
ζ。尚この実施例の製造条件は以下の如くであった。 金属ケイ素装入ffi: 809 導入ガス: メタン 温バII−+ : 2100℃ 月力L)+:10劃Or+’ 温痕1.: 約800τ】以下 圧 ツノ P 2 : 0. 5−〜− 1 、 Q’
toζ゛1゛)品バE ’l−s : 6 5 0 〜
700 ℃この実施例に於()る測定結果を下記の表3
に承り、5尚比較例に於て1史用された炭化ケーで素粒
子1.1株式会社・イビデンの1−ベータラングムーウ
ルトラノフ?イン1であった、。 火遊+ (PJ 3 第1図に示された複合材f+1製造装首を用いて前述の
実施例1の場合とl1iJ 4)Aの要領にて炭化ケイ
素の粒子を分t’ll 4ΔとしtFJ合金(0,7%
Cr、残部C11)をマトリックス金属とする全屈化合
物粒子分11(分層マ;〜リックス複合材オ゛」を製造
し、各複合口11の4ノンブルト二ついて炭化ケイ素粒
子の充填密度、オ′◇径、平均粒径を測定した。尚この
実施例のl!i′l造糸作(、ロス下の如・くであった
。 金)35ケイ素装入fjj’: 100り導入ガス:
メタン 温L(1(丁1:2200℃ 圧力P+ : 15Lorr 渇曵−12−約900 ’C以下 圧力1)2 : 1. O〜1.5torr温庶T’3
: 1100〜11550℃この実施例に於()る測定
結果を上記の表4に示Il o尚比較例に於て使用され
た炭化グイ索粒子は1(1、式会dイビデンの[ベータ
ランダム−ウルトラノアlイン](あった。 」掲の族2乃至表4より、上)本の名実施1シ1によれ
ば、従来の方法に比しく遥かに粒径の小さい金L・−1
1化合物粒子を71ヘリツクス金属中に均一に分散さU
ることがでさ、特にマトリックス金属の溶湯<1−12
rrさ拷れば、金属化合物粒子をマトリックス令属の
溶湯中により一層均−に分11(させることが(さるこ
とが解る。にた冷7i1J用ノズルとして先却1ノズル
を用いた場合及び金属蒸気が不活性ガスと)111合、
きれイ【い九j合には金属化合物粒子のπ◇径及び平均
tit径が1ヴ・かに人きくイするが、その1易合にも
従来の/j法に比して溝か1J粒径の小さい金属化合物
粉1′をマトリックス金属の溶湯中に均一に分散さ【j
ることがでさることが解る。 Jx上(、二於て(、L*光明を特定の実M!j例につ
いて詳ff1ll lこ説明したが、本発明はこれらの
実施例に限定されるもので1−1 <K <本発明の範
囲内にて種々の実施例が11能【・あることは当業者に
とって明らかで(9ろう。
10の場合には1−2−905°K 、(632℃)、
M2−2.13(約140 Qm /sec )どなる
ことが解る。 かくして本発明にJ:れば、混合ガスが冷7dI用ノズ
ルに通されることにより形成された非常に微細な金属化
合物粒子がF5速またはそれ以上の高速反にてマトリッ
クス金属の溶湯中に叩き込まれるので、金属化合物粒子
をその表面活性態が低ドしないうちにマトリックス金属
の溶湯中に分散させることができ、ま1=冷却用ノズル
より噴出した音速またはそれ以上の噴流によりマトリッ
クス金属の溶湯が適宜に攪拌されるの(・、溶湯攪拌手
段を用いなくても化合物金属粒子をマ[・リツクス金属
の溶湯中に均一に分散さけることができる。尚金属化合
物粒子が保有りる運動エネルギの一部【まそれがマトリ
ックス金属の溶湯に衝突した際熱]エネルギに転換され
るので、マトリックス金属の溶湯の温度を実質的に一定
に訂(持りるlこめには、4A度−12はマトリックス
金属の溶湯の温度よりも僅かに低い温度に設定されるこ
とが好ましい。 また本発明ににれは、金属蒸気は他の元素のガスと混合
された状態にて冷却用ノズルに通される。 この明白他の元素のガスにJ、り金l1jX蒸気が集合
にJ一つCオ立成長りることが抑制され、また他の元素
のガスがキャリアガスどして機能りることにより金1j
K 然気がより速やかに目連続的に冷却用ノズルへ導か
れるのぐ、ントリックス金ljt中に分散される金属化
合物粒子の粒1¥、を一層小さくづることがCさ、また
金属化合物粒子の粒径のばらつきを低減りることができ
る。また他の元素のガスとの混合ガスがノズルに通され
るので、他の元素のガスの流量を制御することによりノ
ズル前後の混合ガスの1.iE力比を比較的容易に制御
することができ、これににり混合ガスの冷却速度及び金
属化合物粉j−の粒径を容易に制御4ることがCさる。 本発明の一つの実施例によれば、金属化合物粒子がマト
リックス金属の溶湯中にJ、り一層均−に分散されるに
−う、7F・リックス金属の溶湯は溶湯11′1柚手段
により攪1゛1′される。 本発明に於て使用される冷flIt用のノズルは末広ノ
ズルまたは先細ノズルの何れであつ(し良いが、ノズル
を通過づる混合ガスの流速をできるだけ速くすることに
にり混合ガスの冷却速度をできるだけ大きくし、これに
より微11Ir粒径の整った高品質の金属化合物粒子を
能率よく形成しまたノズルより噴出し1=噴流によりマ
トリックス金属の溶湯・をより効果的に攪拌するために
は、末広ノズルが使用されることが好ましい。J:た本
発明による金属化合物粒子分散金属71−リツクス複合
材わ1の製造方法に於て、マトリックス金属の溶湯を冷
却用ノズルに対し一定の流量にて流動させれば上述の如
き優れた特徴を右する金属化合物粒子分散金属マトリッ
クス複合材料をバッチ式ではなく連続的に製造すること
が可能である。 尚、本明用占に於て、「金属化合物」とはセラミックの
如く金属と他の元素との化合物を意味する。 以下に添(=lの図を参照しつつ本発明を実施例につい
て詳細に説明する。 実施例1 第1図は本発明による金属化合物粒子分散金属マトリッ
クス複合材料の製造方法を実施づるに好適な一つの複合
材料製造装置を示づ概略構成図でdうる。図に於て、1
は実質的に密[11された容器をイfり炉殻を示してL
13す、該炉殻1内に(よるつぼ2が配置されている。 るつぼ2は開閉弁33により連通を制御されるガス導入
ボート4をtjilるガス予熱室5と、該ガス予熱室と
連通する金し→S蒸気室6どを右しCいる。るつぽ2の
周りに(、東ガス予熱室55及び金属蒸気室6内を所定
の温度−r−1に維持づ−るヒータ7が配置されCおり
、このヒータ71;:より金属蒸気室6内に装入された
金属が溶融されて金属溶湯8とされ、更に番、1金属蒸
気として蒸発化されるJ二うにな−)Cいる。 るつぼ2の底壁9には金属蒸気室6と炉殻1内の複合月
利製造ゾーン′10どを連通接続する導管1′1が設置
フられており、該31+iI管の下傾には末広ノズル′
12が設()られ(いる。複合材料製造ゾーン10 に
は末広ノズル゛12の下方にマトリックス金属の溶湯′
13を貯容1−る容器1’lが配置されており、末広ノ
ズル12にり噴出した噴流′15を受けるJ、うになっ
【いる。容器14の周りにはヒータ16が配置されてお
り、容器14内に貯容されたマトリックス金属の溶湯1
3が実質的に一定の温度に維持されるように4にってい
る。また第1図に於て仮想線にて示されている如く、モ
ータ17により回転されるプロペラ18により必要に応
じて溶湯13を攪拌し得るようになっている。複合材オ
′)1製造ゾーン10は導管19により開閉弁2oを介
して真空ポンプ21に接続されて(I3す、真空ポンプ
21により複合材料製造ゾーン1o及び金属蒸気室6内
がそれぞれP2及びP+の所定圧ツノ←二減圧されるよ
うになっている。 か(して構成された複合材料製造装置を用いて以下の要
領にて窒化ケイ素の粒子を分散材としアルミニウム合金
(JIS規格AC8A)をマド・リックス金属とする金
属化合物粒子分散金属マトリックス複合材料を製造した
。 先り50(+の金属ケイ素を金属蒸気室6内に装入し、
ガス導入ボート4よりガス予熱室5を経て金属蒸気室6
内へ窒素ガスを導入し、ヒータ7によりるつぼ2を急速
加熱して金属蒸気室6内の温1、!I T Iを210
0℃とすることにより金属ケイ素4溶iW:さI4″C
り、イ晃溶湯8を形成し、更に窒素ガス尋人mを制御(
〕て金金属気室6内のL1力P1が15*orrにイj
るJ、う調整し/、:。 次いて′金111K RN気宇6内にて形成されたケイ
素蒸気と重重カスとJ4りなるfl’2合ガスを、圧力
P2=0.5〜l torrに肩f持された複0材料製
造ゾーン10 /\木広ノズル12を経て噴出さけた。 この場合+Iii Qガスは末広ノズル12にj;る自
己中i熱膨張にJ、り温石−1゛2−約7oo℃以上に
J、で悠冷され、fの過程に於て非常(二微細な窒化ケ
イ素粒子となり、余剰の窒素ガスと共に複合材1′+1
製造ゾーン1()I\移1−iシた1、更にかくして生
成した窒化ケイ素粒子を含む噴流15を容器14内に貯
容されヒータ′1Gにより1FaJffT3= 650
〜700 ℃ニ維持されたj′ルミニウム合金の溶湯1
3の液面に悟突させること(・二より、窒化ケイ素の粒
子をアルミニウム合金の溶湯13内に分散さU、また真
空ポンプ21により未反応の窒素ガスを複合材料製造ゾ
ーン10より除去した。 アルミニウム合金の溶湯13が完全に凝固した後、炉殻
1より容器14を取出し、更に容器14より窒化ケイ素
粒子が分散されたアルミニウム合金よりなる直径8Qm
m、高さ8Qmmのインゴット・を取出し、第2図に示
されている如くインゴット22より中心線23に沿って
直径10mm、高さ801の円柱体24を切出し、更に
円柱体の上面25よりそれぞれ15 mm、 40 m
m、65mmの点を中心に直径10mm、厚さ10mm
のリンプル△−Cを切出し、各サンプルについて窒化ケ
ーr素粒子の充填密度(重fft%)を測定した。その
測定結果を下記の表2の欄Iに示寸。第3図は上述のサ
ンプルAについての透過電子顕微鏡写真であり、図に於
て斑点状の部分が窒化ケイ素粒子であり、それ以外の部
分がアルミニウム合金である。この実施例によれば、粒
径の小さい窒化ケイ素粒子をアルミニウム合金中に均一
に分散させることができることが解る。 またプロペラ18によりアルミニウム合金の溶湯13が
攪拌された点を除き上述の実施例と同一の条1′1にて
製造された複合材料、及び冷IJI用ノズルどし−(第
4図に示されている如き先細ノズル2Gが使用された点
を除き上述の実61!i例と同一の条イ′1に(製造さ
朴た複合材オ′31についての窒化ケイ素粒子の充填密
1良の測定結果をそれぞれ下記の表2の欄11及び1]
[に示す。 また表2には金属クイ素窒化法にJ:り形成された窒化
ケイ素粒子(日本電気]二業株式会社製[N2−1)が
噴射弁(19,法にJ、リアルミーラム合金の溶湯中に
分散されることににり製造されたD径8011m1^さ
80mmの比較例としての複合材料につい(の窒化グイ
素粒子の充填密度の測定結果及び各少合材オ′;1に於
りる窒化クイ素粒子の粒径及びその″11均粒径も示さ
れている。尚この場合lf104分散法(ま、第5図に
示さねでいる如く、図には示されていイ「いアルゴンガ
ス供給源にリアルボンガスを供給される導管27ど、該
導管内l\分散粒子を供給し・てれらの旧合流体を形成
づる粒子供給器28ど、5管27ど連通し混合流体を1
射りるノズル29どを打りる噴QJ装置30により、取
鍋31に貯容された銅合金の溶湯32をるつぼ33内へ
少しずつ注湯しつつ、モリブデン粒子とアルゴンガスと
の混合噴流34を落下づる溶湯32内へ噴用づることに
より行われた。 X羞」Ll 上述の実施例1に於て窒素ガスの代わりにアンモニアガ
スが使用され、圧力P+ 1.P2及び温度T2がそれ
ぞれ20 torr、約1to+’r、約700℃に設
定された点を除き、実施例1と同様の要領にて窒化ケイ
素粒子を分散材としアルミニウム合金(JISIll1
<ACOA)をマトリックス金属とする複合0判を製造
したところ、表2の欄■・−Illに示された結果と実
質的に同一の結果が1qられた。 実施例2 第1図に示された複合材わI製造装首を用いて前述の実
施例1の場合と同様の要領にて炭化ケイ素の粒子を分散
材としアルミニウム合金(JIS規格AC8Δ)を71
−リツクス金属とづる全屈粒子分数金属マトリックス複
合材1’lを製造し、各複合材料のサンプルについて炭
化ケイ素粒子の充(眞密度、粒径、平均粒径を測定しl
ζ。尚この実施例の製造条件は以下の如くであった。 金属ケイ素装入ffi: 809 導入ガス: メタン 温バII−+ : 2100℃ 月力L)+:10劃Or+’ 温痕1.: 約800τ】以下 圧 ツノ P 2 : 0. 5−〜− 1 、 Q’
toζ゛1゛)品バE ’l−s : 6 5 0 〜
700 ℃この実施例に於()る測定結果を下記の表3
に承り、5尚比較例に於て1史用された炭化ケーで素粒
子1.1株式会社・イビデンの1−ベータラングムーウ
ルトラノフ?イン1であった、。 火遊+ (PJ 3 第1図に示された複合材f+1製造装首を用いて前述の
実施例1の場合とl1iJ 4)Aの要領にて炭化ケイ
素の粒子を分t’ll 4ΔとしtFJ合金(0,7%
Cr、残部C11)をマトリックス金属とする全屈化合
物粒子分11(分層マ;〜リックス複合材オ゛」を製造
し、各複合口11の4ノンブルト二ついて炭化ケイ素粒
子の充填密度、オ′◇径、平均粒径を測定した。尚この
実施例のl!i′l造糸作(、ロス下の如・くであった
。 金)35ケイ素装入fjj’: 100り導入ガス:
メタン 温L(1(丁1:2200℃ 圧力P+ : 15Lorr 渇曵−12−約900 ’C以下 圧力1)2 : 1. O〜1.5torr温庶T’3
: 1100〜11550℃この実施例に於()る測定
結果を上記の表4に示Il o尚比較例に於て使用され
た炭化グイ索粒子は1(1、式会dイビデンの[ベータ
ランダム−ウルトラノアlイン](あった。 」掲の族2乃至表4より、上)本の名実施1シ1によれ
ば、従来の方法に比しく遥かに粒径の小さい金L・−1
1化合物粒子を71ヘリツクス金属中に均一に分散さU
ることがでさ、特にマトリックス金属の溶湯<1−12
rrさ拷れば、金属化合物粒子をマトリックス令属の
溶湯中により一層均−に分11(させることが(さるこ
とが解る。にた冷7i1J用ノズルとして先却1ノズル
を用いた場合及び金属蒸気が不活性ガスと)111合、
きれイ【い九j合には金属化合物粒子のπ◇径及び平均
tit径が1ヴ・かに人きくイするが、その1易合にも
従来の/j法に比して溝か1J粒径の小さい金属化合物
粉1′をマトリックス金属の溶湯中に均一に分散さ【j
ることがでさることが解る。 Jx上(、二於て(、L*光明を特定の実M!j例につ
いて詳ff1ll lこ説明したが、本発明はこれらの
実施例に限定されるもので1−1 <K <本発明の範
囲内にて種々の実施例が11能【・あることは当業者に
とって明らかで(9ろう。
第゛1図は本発明による金属化合物粒子分散金属マトリ
ックス複合材オj1の製造方法を実施するにりY適な一
つの複合材料製造!i’fii2を示寸概略構成図、第
2図は実施例に於て製造された複合月利のインゴットの
縦断面を承り説明図、第3図は本発明に従って製造され
た窒化クイ素粒子を分散材としアルミニウム合金を71
−リックス金属とづる複合材料の透過電子顕微鏡写真、
第4図は冷1.11用ノズルとしての先細ノズルを示ず
部分縦断面図、第5図は噴射分散法による金属粒子分1
1に@屈マトリックス複合材利の製造態様を示1J解図
である。 1・・・炉殻、2・・・るつぼ、3・・・開rWJ弁、
4・・・ガス導入ボーh、5・・・ガス予熱室、6・・
・金属蒸気室。 7・・・ヒータ、8・・・金属溶湯、9・・・底壁、1
0・・・複合材料製造ゾーン、11・・・導管、12・
・・末広ノズル、13・・・マトリックス金属の溶湯、
14・・・容器15・・・噴流、16・・・ヒータ、1
7・・・−し−タ、18・・・プロペラ、19・・・導
管、20・・・開閉弁、21・・・真空ポンプ、22・
・・インゴット、23・・・@線、24・・・円柱体、
25・・・上面、26・・・先細ノズル、27・・・導
管、28・・・粒子供給器、29・・・ノズル、30・
・・噴01装首、3′1・・・取鍋、32・・・溶湯、
33・・・イ)つば、34・・・混合噴流 特 r! 出 願 人 i〜ヨタ自8車株式会社代 理
人 弁理士 明石 昌毅 16 第 2 図 第 4 図 画5図 (Ij 式) 1、JT(’lの表示 昭和58イl−狛i願第127
440弓2、発明の名称 金属化合物粒子分散金属71
〜リツクス複合祠オ゛31の製造り法 3、補正をづる名 小イ′1との関係 ’R訂出出願 人」 所 愛知県豊IJj市トヨタ町1番地名 称 (
32(1) l−ヨタ自動中株式会打4、代理人 居 所 の104東京都中火1g新川1丁目5M19弓
茅場町長岡ヒル3階 電話551−4171昭和58年
10月1日(昭和58年10月251」Jで送)6、補
正の対象 図面及び委任状
ックス複合材オj1の製造方法を実施するにりY適な一
つの複合材料製造!i’fii2を示寸概略構成図、第
2図は実施例に於て製造された複合月利のインゴットの
縦断面を承り説明図、第3図は本発明に従って製造され
た窒化クイ素粒子を分散材としアルミニウム合金を71
−リックス金属とづる複合材料の透過電子顕微鏡写真、
第4図は冷1.11用ノズルとしての先細ノズルを示ず
部分縦断面図、第5図は噴射分散法による金属粒子分1
1に@屈マトリックス複合材利の製造態様を示1J解図
である。 1・・・炉殻、2・・・るつぼ、3・・・開rWJ弁、
4・・・ガス導入ボーh、5・・・ガス予熱室、6・・
・金属蒸気室。 7・・・ヒータ、8・・・金属溶湯、9・・・底壁、1
0・・・複合材料製造ゾーン、11・・・導管、12・
・・末広ノズル、13・・・マトリックス金属の溶湯、
14・・・容器15・・・噴流、16・・・ヒータ、1
7・・・−し−タ、18・・・プロペラ、19・・・導
管、20・・・開閉弁、21・・・真空ポンプ、22・
・・インゴット、23・・・@線、24・・・円柱体、
25・・・上面、26・・・先細ノズル、27・・・導
管、28・・・粒子供給器、29・・・ノズル、30・
・・噴01装首、3′1・・・取鍋、32・・・溶湯、
33・・・イ)つば、34・・・混合噴流 特 r! 出 願 人 i〜ヨタ自8車株式会社代 理
人 弁理士 明石 昌毅 16 第 2 図 第 4 図 画5図 (Ij 式) 1、JT(’lの表示 昭和58イl−狛i願第127
440弓2、発明の名称 金属化合物粒子分散金属71
〜リツクス複合祠オ゛31の製造り法 3、補正をづる名 小イ′1との関係 ’R訂出出願 人」 所 愛知県豊IJj市トヨタ町1番地名 称 (
32(1) l−ヨタ自動中株式会打4、代理人 居 所 の104東京都中火1g新川1丁目5M19弓
茅場町長岡ヒル3階 電話551−4171昭和58年
10月1日(昭和58年10月251」Jで送)6、補
正の対象 図面及び委任状
Claims (1)
- (1)少くども一つの全屈化合物を構成1べき少くとも
一つの金属と他の元素との気体状混合物を冷却用ノズル
に通して所熱膨張さけることにより急冷させつつ前記金
属と前記他の元素とを反応さI前記ノズルJ、り噴出し
た噴流を金属溶湯中に導く金属化合物粒子分散金属マト
リックス複合材料の!’! 7” h’ 71 。 (2、特許請求の範囲第1項の金属化合物粉子分11(
!金属71−リツクス複合材料の製造方法に於て、11
0記冷7JI IIノズルは末広ノズルぐあることを特
徴どJる全屈化合物粒子分散金属マトリックス複合14
11+の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12744083A JPS6021346A (ja) | 1983-07-13 | 1983-07-13 | 金属化合物粒子分散金属マトリツクス複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12744083A JPS6021346A (ja) | 1983-07-13 | 1983-07-13 | 金属化合物粒子分散金属マトリツクス複合材料の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6021346A true JPS6021346A (ja) | 1985-02-02 |
JPH0472895B2 JPH0472895B2 (ja) | 1992-11-19 |
Family
ID=14959994
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12744083A Granted JPS6021346A (ja) | 1983-07-13 | 1983-07-13 | 金属化合物粒子分散金属マトリツクス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6021346A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02241642A (ja) * | 1988-11-10 | 1990-09-26 | Lanxide Technol Co Lp | 金属マトリックス複合体を形成するインベストメント鋳造法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5424204A (en) * | 1977-07-25 | 1979-02-23 | Hitachi Zosen Corp | Preparation of alloy of particle dispersion type |
-
1983
- 1983-07-13 JP JP12744083A patent/JPS6021346A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5424204A (en) * | 1977-07-25 | 1979-02-23 | Hitachi Zosen Corp | Preparation of alloy of particle dispersion type |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02241642A (ja) * | 1988-11-10 | 1990-09-26 | Lanxide Technol Co Lp | 金属マトリックス複合体を形成するインベストメント鋳造法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0472895B2 (ja) | 1992-11-19 |
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