JPS61163224A - 複合部材およびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、耐摩耗性複合部材に関し、特にセラミック
スと金属もしくは合金とが複合された構造を有する複合
部材およびその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来より、ｌｉｌ量の耐摩耗性部材として１ｍ合金が用
いられてきている。他方、近年、同じく軽量の耐摩耗性
部材として、セラミックスを用いたものが注目されてい
る。

上記のような軽口の耐摩耗性部材の例は、たとえばへ〇
−８ｔ過共品番金、焼結アルミナなどがある。

［発明が解決しようとづ°る問題点］ しかしながら、アルミニウムは打倒であるが、硬度が比
較的低いため、その耐摩耗性は十分なものではなかった
。また、セラミックスについても、比較的高価であり、
かつ加工が困難であり、したがって精度を確保すること
が困難であるという問題があった。のみならず、セラミ
ックスを用いた耐摩耗性部材では、導電性をも要求され
る場合、電気伝導度が低いため用いることができないと
いう問題もあった。

さらに、たとえば半導体素子の基板に用いる材料として
、熱膨張が小さくかつ熱伝導性に優れた材料が求められ
ているが、このような要望を満づ材料も現実には少なか
った。

それゆえに、この発明の目的は、上述の問題点を解消し
、軽爵でありながら耐摩耗性に優れ、かつ高精度に加工
することが可能な耐摩耗性材料を提供することにある。

１問題点を解決するだめの手段］ 本願発明者は、上述の問題点を鋭意検討し、その結果、
セラミックスよりなる３次元ｍ状骨格構造体の空隙に、
金属もしくは合金を充填した構造を形成すれば、軒昂で
ありながら耐摩耗性に優れた材料を得ることを見出した
。

すなわち、この発明の第１の発明は、セラミックスより
なる３次元網状骨格ＭＰＪ造体の空隙に金属もしくは合
金を充填してなる構造を備える複合部材である。また第
２の発明および第３の発明は、この複合部材の製造方法
であり、セラミックスよりなる３次元網状骨格ｌｉｄ造
体の空隙に金属もしくは合金を高圧を付与する鋳造法に
より充填することを特徴とする製造方法、ならびに粉末
状の金属もしくは合金を、セラミックスよりなる３次元
網状骨格ｍ造体の空隙に充填し、しかる後加熱、焼結づ
−ることを特徴とする複合部材の製造方法である。

この発明において、「セラミックス」としては、第５図
に拡大図で示すような３次元網状骨格Ｉｆｆ造を有する
任意のものを用い得るが（第５図中、△で示されるのが
網状骨格である。）、たとえばアルミナ＜Ａｌ２Ｏ。）
およびコーディライト（２Ｍａ０・２Δ楚２００　・５
ＳｉＯ２）の少なくとも一方よりなるものを用いること
ができる。

また、「金属もしくは合金」としては、たとえばアルミ
ニウムを主体とする金属もしくは合金、あるいは銅を主
体とづ゛る金属もしくは合金を用いることができる。ア
ルミニウムを主体とする金属もしくは合金を用いた場合
に□ば、得られた複合部材の宙吊を軽くづ−ることがで
き、他方銅を主体とする金属もしくは合金を用いた場合
には電気伝導性および熱伝導性を高めることができる。

なお、この発明の複合部材では、上記のようにセラミッ
クスよりなる３次元網状骨格構造体の空隙に金属もしく
は合金を充填してなる構造は部分的に′のみ形成されて
いてもよく、あるいは全体がこのような構造により構成
されていてもよい。

また、この発明の複合部材の製造にあたっては、金属も
しくは合金は、高圧を付与する鋳造法により充填されて
もよく、あるいは粉末状の金属もしくは合金を空隙に充
填した後加熱、焼結処理を施すことによって複合部材を
得てもよい。

［作用］ この発明では、セラミックスよりなる３次元網状骨格構
造体の空隙に、金属もしくは合金が充填されてなるため
、セラミックスおよび金属双方の長所を有する。また、
３次元網状骨格構造体が用いられるため、セラミックス
が表面に分布しており、したがってセラミックスの耐摩
耗性が生かされている。

［実施例の説明１ 以下、具体的な実施例に曇づき、この発明をより詳細に
説明する。

１１九−エ コーディライト（’２Ｍ！ＩＱ・２Ａ立２０ｅ　・５Ｓ
ｉｏ２）よりなる平均口径１　ｍｍ、気孔率９０％の３
次元網状骨格構造体を、予め製品において必要とされる
位置にセットし、しかる後溶渇鋳造法によりへ０４０合
金を５００　ｋｃｌ／　ｃｍ２の圧力で鋳造し、Ｔ６処
理を行ない、第１図に斜視図で示づ゛ような軸受１を作
成１ノだ。この軸受１では、第１図に参照番号２で示す
部分が３次元網状骨格構造体中にＡＣ４Ｃの含浸した部
分を示し、参照番号３で示す部分がＡ０４Ｃのみからな
る部分を示す。

比較のために、Ａ０４Ｃのみからなる軸受を準備し比較
例とした。上記実施例の軸受１ど、比較例の軸受とに軸
を取付は軸を回転させることにより摩耗試験を実施した
。その結果、実施例の軸受１　（７）摩耗量は、Ａ０４
Ｃのみからなる比較例の軸受の摩耗量の約１／１０であ
ることが確められた。

また、両軸受の重さを測定したところ、この実施例の軸
受１は、比較例の軸受に比べてより軽いことも確められ
た。

衷濤例　２ ローディライ１−とアルミナ（Ａｆｌｚ　ｏｓ　＞より
なる、平均口径０．８ｍｌ１１１気孔率８５％の３次元
網状骨格構造体の空隙に、実施例１と同様にして、ＡＣ
８Ａ合金を６００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で溶湯鋳造法で鋳
造し、Ｔ６処理を行ない、第２図に斜視図で示すロータ
リコンプレッサのベーンを作成した。

比較のために、鋳鉄よりなるベーンを比較例として準備
し、該比較例のベーンおよび実施例のベーンを用いて鋳
鉄製シリンダで回転試験を行なった。その結果、この実
施例のベーンの摩耗量は、鋳鉄よりなるベーンにほとん
ど劣らず、かつ高速回転が可能であることが認められた
。また、両ベーンの宙吊を測定したところ、この実施例
のベーンは比較例のベーンに比べてはるかに軽量である
ことが確められた。

実施例　３ アルミナよりなる平均口径１．２ｍｍ１気孔率９０％の
３次元網状骨格構造体中に、Ｃｕ−３層合金溶融鋳造法
で鋳造し、第３図に斜視図で示１シュウ板を得た。この
シュウ板をパンタグラフに取付け、トロリー給電摺動試
験を行なった。比較のために、従来のＣｌ−３ｉ系焼結
合金からなるシコウ板についても同様に試験した。その
結果、この実施例の複合部材よりなるシコウ板は、比較
例に比べてその摩耗量が約１／２であることが確められ
た。

裏茄Ｊ４ アルミナよりなる平均口径０．５ｍｍ、気孔率８５％の
シート状の３次元網状骨格構造体中に、ＣＵ粉末を充填
し、第４図に断面図で示す複合体３１を得た。第４図に
おいて、３２は３次元網状骨格構造体中にＣＩＪ粉末を
充填された層を示し、３３．３４はＣ１１層を示す。し
かる後、被酸化性雰囲気中において、該複合体３１を８
００℃の湿度に保持し焼結を行なった。

得られた複合体３１の熱雷度率および電気伝導率を測定
したところ、ＣＬＩ約８０％であり、また熱膨張率は８
　ｘ　１０−　’　ａｍ／’Ｃｒアリ、Ｃｌｌｌ７）約
１／２であった。

得られた複合体３１を、８１半導体素子の基板としてヒ
ートサイクルを実施したところ、従来のＣＬＩ−Ｆｅ合
金に比べて、加熱時の信頼性がかなり優れていることが
確められた。

一９＝ ［発明の効果］ この発明は、セラミックスよりなる３次元網状骨格構造
体の空隙に金属もしくは合金を充填した構造を備えるた
め、セラミックスが表面に分布しており、したがって耐
摩耗性に優れ、また金属が充填されているため熱伝導性
および電気伝導性に優れ、さらに全体がセラミックスで
構成されているものでないため製造・加工が容易な複合
部材を得ることが可能となる。また、この発明の！Ｉｔ
ｕ造方法では、溶融金属を鋳造１ノで３次元網状骨格１
ｆＦｉ造体の空隙に金属もしくは合金を充填することが
できるため、複合化が容易であり、したがって安価にか
つ能率良く上記複合材を得ることができる。

特に、充填金属もしくは合金として、Ａｆｌを主体とす
る金属もしくは合金を用いた場合には、全体が経用であ
り、かつ耐摩耗性および熱伝導性に優れた複合部材とす
ることができる。

この発明は、実施例に記載したような軸受、ロークリコ
ンプレッサのベーンおよび給電部材などの摺動部品ある
いは半導体素子の基板に限らず、耐摩耗性および熱伝導
性等が要求される様々な用途に適用し得るものであるこ
とを指摘しておく。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の斜視図である。 第２図は、この発明の他の実施例を示す斜視図である。 第３図は、この発明のさらに他の実施例の斜視図である
。第４図は、この発明のさらに他の実施例を示す断面図
である。第５図は、この発明におけるセラミックスの３
次元網状骨格構造を模式的に示す図である。 図において、１は複合部材を用いた軸受、２はセラミッ
クスに合金が充填された層、３はＡＣ４Ｃ合金層、１１
は複合部材としてのベーン、２１は複合部材と１ノての
シュウ板、３１は複合部材としての基板を示す。 駅　　　　　　　　駅 μ） 恢

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックスよりなる３次元網状骨格構造体の空
   隙に金属もしくは合金を充填した構造を備えることを特
   徴とする複合部材。
2. （２）前記セラミックスがアルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）
   およびコーディライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ＿２Ｏ＿３・
   ５ＳｉＯ＿２）の少なくとも一方よりなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の複合部材。
3. （３）前記金属もしくは合金が、アルミニウムを主体と
   する金属もしくは合金である特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の複合部材。
4. （４）前記金属もしくは合金が、銅を主体とする金属も
   しくは合金である特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の複合部材。
5. （５）前記複合部材は、部分的に、セラミックスよりな
   る３次元網状骨格構造体の空隙に金属もしくは合金を充
   填した構造を備える特許請求の範囲第１項ないし第４項
   のいずれかに記載の複合部材。
6. （６）セラミックスよりなる３次元網状骨格構造体の空
   隙に金属もしくは合金を高圧を付与する鋳造法により充
   填することを特徴とする複合部材の製造方法。
7. （７）粉末状の金属もしくは合金を、セラミックスより
   なる３次元網状骨格構造体の空隙に充填し、しかる後加
   熱、焼結することを特徴とする複合部材の製造方法。