JPS648681B2

JPS648681B2 -

Info

Publication number: JPS648681B2
Application number: JP58079891A
Authority: JP
Inventors: Migiwa Ando
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1983-05-06
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1989-02-15
Also published as: JPS59205433A

Description

【発明の詳細な説明】

金属の耐摩耗性を高めるため、セラミツクを金
属中に分散させてなるセラミツクと金属の複合体
が注目されているが、満足すべきものは得難かつ
た。すなわち、従来この種複合体の製造法として、
溶融金属を撹拌しながらこれにセラミツクの微粉
末を分散させることが知られているが、設備、特
に金属が高融点材料の場合は溶融、撹拌装置自体
の耐火性等の難点があるだけでなく、金属とセラ
ミツク間の比重の差によつ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
るセラミツクは添加量と共に溶融金属の流動性を
低下させるので、この面からセラミツクの添加量
が制限される等の問題があつた。また、無電解メツキの技術によつてセラミツク
粉末の表面を金属によつて被覆し、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
ツキしうる金属が限られ、メツキ処理の費用が著
しく高くなる欠点があつた。更に、セラミツクと金属の複合材料としてサー
メツトが耐摩耗性材料として広く実用されている
が、サーメツトはセラミツクを主体とし、これを
金属によつて結合する関係から、優れた耐摩耗性
を示す反面、セラミツ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
は焼成によつ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油系のスラリーＯ
中に、セラミツ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Ｗ／
Ｏエマルジヨン化し、このＷ／Ｏエマルジヨンを
原料として常法に従つて所望の形状、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、これによつて金属中にセラミツクが
均一に分散し、所望の特性を満足させたセラミツ
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）…
…180c.c. シランカツプリング剤によつて表面処理を施し
て親油性とした平均粒径0.1μｍの酸化第２鉄…
…19ｇ同じ親油性表面処理を施した平均粒径0.5μｍの
三酸化モリブデン……34ｇ乳化剤（日本油脂・ノニオン0P―80R・HLB
価42）……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500mlのポリエチレン製ボールミル
（アルミナ球石）によつて15時間混合を行い、
親油性処理を施したFe₂O₃及びMoO₃の微粉末
をトリクロルエチレン中に分散させた油系のス
ラリーＯを調整する。 (ロ) 水……100c.c. アルミナ（昭和軽金属・UA―008・平均粒径
0.4μｍ……）40ｇ水酸化アルミニウム（昭和軽金属・ハイジライ
ト・Ｈ―42M）……20ｇ結合剤（明成化学工業・アルコツクス）……
1.3ｇ分散剤（ヘキサメタリン酸ソーダ）……0.5c.c. を内容積500mlのポリエチレン製ボールミル
（アルミナ球石）によつて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) 上記油系のスラリーＯを内容積500mlのビー
カーに移してプロペラ撹拌機によつて撹拌しな
がら、このスラリーＯ中に水系のスラリーＷを
毎秒１c.c.の割合で注ぎ入れ30秒間撹拌を続け、
上記油系のスラリーＯ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Ｗ／Ｏ
エマルジヨンを得た。 (ニ) このＷ／Ｏエマルジヨンを、ガス温度200℃、
デイスク径110mm、7200RPM、毎秒１c.c.の条件
によつて噴霧乾燥し、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30〜50μｍの
塊を、シランカツ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
つ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/cm²の圧力で金型プレス成
形した後、アンモニア分解ガスによつて1520
℃、１時間、露点10℃の条件で焼成し、外径25
mm、内径15mm、厚さ３mm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、粉末治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
呈するマトリツ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る環状の焼結品をメカニ
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Al₂O₃70％―Cr30％のサーメツトと
比較して次表に示す。

【表】上記の通り、本発明によつて得られた複合焼結
体は耐摩耗性、熱衝撃強度共に著しく高価なサー
メツトよりも優れ、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Ｗ／Ｏエマルジヨンをドクタ
ーブレード法によつてポリエステルフイルム上に
シート成形した後、約15時間ドラフトチヤンバー
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つて1510℃、１時間、露
点15℃の条件で焼成して長さ100mm、幅50mm、厚
さ0.8mm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
末治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３〜5μｍの網目状を呈するマトリツ
クス中に均一に分散してなるセラミツクと金属の
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つた。以上の通り本発明は、金属または還元焼成によ
つて金属化する金属化合物に予め親油性の表面処
理を施すことによつ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、セラミツ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Ｗ／Ｏエマルジヨンを作
り、このエマルジヨンをそのまま、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
によつ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、全く相異ある分野である粉末治
金と乳化の技術を巧妙に組み合わせたものであつ
てセラミツ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Ｗ／Ｏエマル
ジヨンによるセラミツクと金属とのいかなる組み
合わせも可能とし、乳化条件によつてこれら両者
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、油系のスラリーＯ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つ
て金属化する金属化合物と、水系のスラリーＷを
主体とするセラミツクの粉末またはゾルの関係
は、緻密に焼結されたセラミツク粉末の無数を、
粉末治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ツ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ツ
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
セラミツクは金属マトリツクス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ツクの金属マト
リツクスに対する容量比0.5〜0.8は、油系のスラ
リーＯと水系のスラリーＷとの混合比によつて得
られるが、両スラリーを十分エマルジヨン化する
ため油系のスラリーＯ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、油系のスラリーＯ及び水系のスラリーＷ
についてそれぞれ説明する。 (A) 油系のスラリーＯ金属成分前に述べた通り焼結したセラミツクスの粒
子を分散させた網目状の金属マトリツクスを
生成するものであるから、緻密組織を得るに
は上記セラミツクスと焼結温度及び熱膨脹係
数を近似させることが好ましく、実施例にお
いてはセラミツ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つて満
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ツプリン
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、本
油系のスラリーＯ中に乳化させてＷ／Ｏエマ
ルジヨ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。その他油系のスラリーＯは上記の金属成分、乳化
剤、有機溶剤の３者によつてスラリー化する
が、慣用技術に従つ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Ｗ／Ｏエ
マルジヨ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セラミツ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、油系のスラリーＯの
金属成分と熱膨脹係数、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Ｏ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
目状マトリツクスを生成する油系のスラリー
Ｏの金属成分に対応して材質が定められる。
なお粒径は上記油系のスラリーＯ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。その他セラミツク成分のみによつて充分スラリー
化するが、スラリーを更に安定させるために
は油系のスラリー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、
容量比でセラミツク成分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

【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つて金属化
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Ｏを調
整し撹拌しながらこのスラリーＯにセラミツクの
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Ｏ中
に、水系のスラリーＷを粒子状に分散させてＷ／
Ｏエマルジヨン化し、このエマルジヨンを用いて
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ツ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Ｗ／Ｏエマルジ
ヨンを用いて鋳込みあるいはドクターブレード法
によつて成形することを特徴としたセラミツクと
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Ｗ／Ｏエマルジ
ヨンを噴霧乾燥によつて造粒した後、プレス成形
することを特徴としたセラミツクと金属の複合焼
結体の製造法。