JP2002241869A - 金属−セラミックス複合材料の製造方法 - Google Patents
金属−セラミックス複合材料の製造方法Info
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミニウムまたはアルミニウム合金の浸透
を改善することのできる金属−セラミックス複合材料の
製造方法を提供する。 【解決手段】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
ラミックス繊維にＴｉＯ 2粉末、ＭｇＯ粉末、ＴｉＣ粉
末またはＴｉＮ粉末の少なくとも１種を添加し、それを
混合したセラミックス粉末またはセラミックス繊維でプ
リフォームを形成し、そのプリフォームにマトリックス
である溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を
窒素雰囲気中で非加圧で浸透させることとした金属-セ
ラミックス複合材料の製造方法、
を改善することのできる金属−セラミックス複合材料の
製造方法を提供する。 【解決手段】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
ラミックス繊維にＴｉＯ 2粉末、ＭｇＯ粉末、ＴｉＣ粉
末またはＴｉＮ粉末の少なくとも１種を添加し、それを
混合したセラミックス粉末またはセラミックス繊維でプ
リフォームを形成し、そのプリフォームにマトリックス
である溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を
窒素雰囲気中で非加圧で浸透させることとした金属-セ
ラミックス複合材料の製造方法、
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属−セラミック
ス複合材料の製造方法に関し、特に金属の浸透を改善す
ることのできる金属−セラミックス複合材料の製造方法
に関する。
ス複合材料の製造方法に関し、特に金属の浸透を改善す
ることのできる金属−セラミックス複合材料の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、半導体製造装置等にセラミックス
粉末またはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニウ
ムまたは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が使われ始められている。
粉末またはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニウ
ムまたは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が使われ始められている。
【０００３】この複合材料の製造方法、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
としては、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、これらの方法で
は、強化材であるセラミックスの含有率を高くできな
い、あるいは大型の加圧装置が必要である、もしくはニ
アネットの成形が困難である、コストが極めて高いなど
の理由によりいずれも満足できるものではなかった。
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
としては、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、これらの方法で
は、強化材であるセラミックスの含有率を高くできな
い、あるいは大型の加圧装置が必要である、もしくはニ
アネットの成形が困難である、コストが極めて高いなど
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（ＰｒｉｍｅｘTM）がある。この方法は、ＳｉＣ
やＡｌ2Ｏ3などのセラミックス粉末で形成されたプリフ
ォームにＭｇを含むアルミニウム合金を接触させ、これ
をＮ2雰囲気炉中で７００〜９００℃の温度に加熱して
溶融したアルミニウム合金を浸透させる方法である。こ
れは、Ｍｇの化学反応を利用してセラミックス粉末と溶
融金属との濡れ性を改善し、機械的な加圧を行わなくて
もプリフォーム中に浸透できるという特徴があるので、
加圧装置が不要な優れた方法である。
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（ＰｒｉｍｅｘTM）がある。この方法は、ＳｉＣ
やＡｌ2Ｏ3などのセラミックス粉末で形成されたプリフ
ォームにＭｇを含むアルミニウム合金を接触させ、これ
をＮ2雰囲気炉中で７００〜９００℃の温度に加熱して
溶融したアルミニウム合金を浸透させる方法である。こ
れは、Ｍｇの化学反応を利用してセラミックス粉末と溶
融金属との濡れ性を改善し、機械的な加圧を行わなくて
もプリフォーム中に浸透できるという特徴があるので、
加圧装置が不要な優れた方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、浸透促進剤であるＭｇが水溶液に反応するた
め、水溶液を用いるセディメントキャストなどの湿式法
では、そのＭｇをプリフォームの内部に含めることがで
きないという問題があった。
法では、浸透促進剤であるＭｇが水溶液に反応するた
め、水溶液を用いるセディメントキャストなどの湿式法
では、そのＭｇをプリフォームの内部に含めることがで
きないという問題があった。
【０００６】そのため、水溶液を用いる湿式法で形成し
たプリフォームの場合には、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金の浸透が遅くなり、浸透時間が長いという問
題があった。しかもそのプリフォームが大型で肉厚にな
ると、アルミニウムまたはアルミニウム合金の浸透時間
が長くなるばかりでなく、未浸透部分が発生し易いとい
う問題もあった。
たプリフォームの場合には、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金の浸透が遅くなり、浸透時間が長いという問
題があった。しかもそのプリフォームが大型で肉厚にな
ると、アルミニウムまたはアルミニウム合金の浸透時間
が長くなるばかりでなく、未浸透部分が発生し易いとい
う問題もあった。
【０００７】本発明は、上述した金属−セラミックス複
合材料の製造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、アルミニウムまたはアルミニウム合
金の浸透を改善することのできる金属−セラミックス複
合材料の製造方法を提供することにある。
合材料の製造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、アルミニウムまたはアルミニウム合
金の浸透を改善することのできる金属−セラミックス複
合材料の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【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、ＴｉＯ2粉末などの
粉末をプリフォーム中に含ませれば、アルミニウムまた
はアルミニウム合金の浸透を改善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、ＴｉＯ2粉末などの
粉末をプリフォーム中に含ませれば、アルミニウムまた
はアルミニウム合金の浸透を改善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。
【０００９】即ち、本発明は、（１）強化材であるセラ
ミックス粉末またはセラミックス繊維にＴｉＯ2粉末、
ＭｇＯ粉末、ＴｉＣ粉末またはＴｉＮ粉末の少なくとも
１種を添加し、それを混合したセラミックス粉末または
セラミックス繊維でプリフォームを形成し、そのプリフ
ォームにマトリックスである溶融したアルミニウムまた
はアルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で浸透させ
ることを特徴とする金属-セラミックス複合材料の製造
方法（請求項１）とし、（２）前記ＴｉＯ2粉末、Ｍｇ
Ｏ粉末、ＴｉＣ粉末またはＴｉＮ粉末の少なくとも１種
の添加率が、２〜５重量％であることを特徴とする請求
項１記載の金属-セラミックス複合材料の製造方法（請
求項２）とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説
明する。
ミックス粉末またはセラミックス繊維にＴｉＯ2粉末、
ＭｇＯ粉末、ＴｉＣ粉末またはＴｉＮ粉末の少なくとも
１種を添加し、それを混合したセラミックス粉末または
セラミックス繊維でプリフォームを形成し、そのプリフ
ォームにマトリックスである溶融したアルミニウムまた
はアルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で浸透させ
ることを特徴とする金属-セラミックス複合材料の製造
方法（請求項１）とし、（２）前記ＴｉＯ2粉末、Ｍｇ
Ｏ粉末、ＴｉＣ粉末またはＴｉＮ粉末の少なくとも１種
の添加率が、２〜５重量％であることを特徴とする請求
項１記載の金属-セラミックス複合材料の製造方法（請
求項２）とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説
明する。
【００１０】上記で述べたように、本発明の複合材料の
製造方法として、ＴｉＯ2粉末、ＭｇＯ粉末、ＴｉＣ粉
末またはＴｉＮ粉末の少なくとも１種をプリフォーム中
に含ませることとしたのは、そのプリフォームに窒素雰
囲気中でアルミニウムまたはアルミニウム合金を浸透さ
せると、アルミニウムまたはアルミニウム合金が浸透し
ていくと同時に、前記した粉末が還元され、その還元反
応によってアルミニウムまたはアルミニウム合金の浸透
が促進されるので、アルミニウムまたはアルミニウム合
金の浸透を改善できる製造方法とすることができるから
である。
製造方法として、ＴｉＯ2粉末、ＭｇＯ粉末、ＴｉＣ粉
末またはＴｉＮ粉末の少なくとも１種をプリフォーム中
に含ませることとしたのは、そのプリフォームに窒素雰
囲気中でアルミニウムまたはアルミニウム合金を浸透さ
せると、アルミニウムまたはアルミニウム合金が浸透し
ていくと同時に、前記した粉末が還元され、その還元反
応によってアルミニウムまたはアルミニウム合金の浸透
が促進されるので、アルミニウムまたはアルミニウム合
金の浸透を改善できる製造方法とすることができるから
である。
【００１１】その粉末の添加率としては、２〜５重量％
とした。添加率が２重量％より少ないと、アルミニウム
またはアルミニウム合金の浸透を促進する効果が低下
し、５重量％より多いと、セラミックス粉末またはセラ
ミックス繊維の充填率が低下し、剛性（ヤング率）が低
くなるため好ましくない。
とした。添加率が２重量％より少ないと、アルミニウム
またはアルミニウム合金の浸透を促進する効果が低下
し、５重量％より多いと、セラミックス粉末またはセラ
ミックス繊維の充填率が低下し、剛性（ヤング率）が低
くなるため好ましくない。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の複合材料の製造方法をさ
らに詳しく述べると、先ず強化材であるセラミックス粉
末またはセラミックス繊維としてＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ａ
ｌＮなどのセラミックス粉末またはセラミックス繊維を
用意し、これにさらにＴｉＯ2粉末、ＭｇＯ粉末、Ｔｉ
Ｃ粉末またはＴｉＮ粉末、あるいはそれらの混合粉末も
用意する。一方、浸透させるアルミニウム合金としてＭ
ｇを含むアルミニウム合金のインゴットも用意する。
らに詳しく述べると、先ず強化材であるセラミックス粉
末またはセラミックス繊維としてＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ａ
ｌＮなどのセラミックス粉末またはセラミックス繊維を
用意し、これにさらにＴｉＯ2粉末、ＭｇＯ粉末、Ｔｉ
Ｃ粉末またはＴｉＮ粉末、あるいはそれらの混合粉末も
用意する。一方、浸透させるアルミニウム合金としてＭ
ｇを含むアルミニウム合金のインゴットも用意する。
【００１３】用意したセラミックス粉末またはセラミッ
クス繊維に、用意したＴｉＯ2粉末、ＭｇＯ粉末、Ｔｉ
Ｃ粉末またはＴｉＮ粉末、あるいはそれらの混合粉末を
２〜５重量％添加し、得られた混合物でセディメントキ
ャスト法などの湿式法でプリフォームを形成する。
クス繊維に、用意したＴｉＯ2粉末、ＭｇＯ粉末、Ｔｉ
Ｃ粉末またはＴｉＮ粉末、あるいはそれらの混合粉末を
２〜５重量％添加し、得られた混合物でセディメントキ
ャスト法などの湿式法でプリフォームを形成する。
【００１４】得られたプリフォームに用意したアルミニ
ウム合金のインゴットを接触させ、それを窒素雰囲気中
で７００〜９００℃の温度で熱処理し、溶融したアルミ
ニウム合金を非加圧で浸透させ、冷却して複合材料を作
製する。
ウム合金のインゴットを接触させ、それを窒素雰囲気中
で７００〜９００℃の温度で熱処理し、溶融したアルミ
ニウム合金を非加圧で浸透させ、冷却して複合材料を作
製する。
【００１５】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、アルミニウム合金の浸透を改善した複合
材料が得られる。
を作製すれば、アルミニウム合金の浸透を改善した複合
材料が得られる。
【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。
挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００１７】（実施例１） （１）金属−セラミックス複合材料の作製 強化材として＃１８０（平均粒径６６μｍ）の市販Ｓｉ
Ｃ粉末７０質量部と＃５００（平均粒径２５μｍ）の市
販ＳｉＣ粉末３０質量部を用い、それにＴｉＯ 2粉末を
４重量部加え、それにバインダーとしてコロイダルシリ
カ液をシリカ固形分が２重量部となる量を添加し、それ
に消泡剤としてフォーマスタＶＬ（サンノブコ社製）を
０．２重量部、イオン交換水を２４重量部加え、ポット
ミルで１２時間混合した。
Ｃ粉末７０質量部と＃５００（平均粒径２５μｍ）の市
販ＳｉＣ粉末３０質量部を用い、それにＴｉＯ 2粉末を
４重量部加え、それにバインダーとしてコロイダルシリ
カ液をシリカ固形分が２重量部となる量を添加し、それ
に消泡剤としてフォーマスタＶＬ（サンノブコ社製）を
０．２重量部、イオン交換水を２４重量部加え、ポット
ミルで１２時間混合した。
【００１８】得られたスラリーを長さ２０００×幅１０
０×厚さ１５ｍｍの成形体が得られるゴム型に流し込
み、それを２４時間静置し、ＳｉＣ粉末を沈殿させ、上
済み液を布などで除去した後、それを冷凍室に入れ、３
０時間冷凍させて脱型した。得られた成形体を１０００
℃の温度で焼成してＳｉＣ粉末の充填率が７０体積％の
プリフォームを形成した。
０×厚さ１５ｍｍの成形体が得られるゴム型に流し込
み、それを２４時間静置し、ＳｉＣ粉末を沈殿させ、上
済み液を布などで除去した後、それを冷凍室に入れ、３
０時間冷凍させて脱型した。得られた成形体を１０００
℃の温度で焼成してＳｉＣ粉末の充填率が７０体積％の
プリフォームを形成した。
【００１９】得られたプリフォームにＡｌ−１２Ｓｉ−
３Ｍｇ組成のアルミニウム合金のインゴットを接触さ
せ、それを窒素雰囲気中で８２５℃の温度で２４時間熱
処理し、溶融したアルミニウム合金を非加圧浸透させた
後、冷却して長物の複合材料を作製した。
３Ｍｇ組成のアルミニウム合金のインゴットを接触さ
せ、それを窒素雰囲気中で８２５℃の温度で２４時間熱
処理し、溶融したアルミニウム合金を非加圧浸透させた
後、冷却して長物の複合材料を作製した。
【００２０】（２）評価 得られた複合材料を切断し、その切断面のアルミニウム
合金の浸透状態を目視で調べた。その結果、複合材料に
はアルミニウム合金の未浸透部分は認めらず、浸透状態
は良好であった。
合金の浸透状態を目視で調べた。その結果、複合材料に
はアルミニウム合金の未浸透部分は認めらず、浸透状態
は良好であった。
【００２１】（実施例２）実施例２では、実施例１のＴ
ｉＯ2粉末の代わりにＭｇＯ粉末とした他は実施例１と
同様に複合材料を作製し、評価した。その結果、複合材
料にはアルミニウム合金の未浸透部分は認められず、浸
透状態は良好であった。
ｉＯ2粉末の代わりにＭｇＯ粉末とした他は実施例１と
同様に複合材料を作製し、評価した。その結果、複合材
料にはアルミニウム合金の未浸透部分は認められず、浸
透状態は良好であった。
【００２２】（実施例３）実施例３では、実施例１のＴ
ｉＯ2粉末の代わりにＴｉＣ粉末とした他は実施例１と
同様に複合材料を作製し、評価した。その結果、複合材
料にはアルミニウム合金の未浸透部分は認められず、浸
透状態は良好であった。このことは、実施例１、２を含
めて述べると、本発明の製造方法であれば、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金の浸透が改善されるので、長
物や大型肉厚であっても、未浸透部が生じない製造方法
とすることができることを示している。
ｉＯ2粉末の代わりにＴｉＣ粉末とした他は実施例１と
同様に複合材料を作製し、評価した。その結果、複合材
料にはアルミニウム合金の未浸透部分は認められず、浸
透状態は良好であった。このことは、実施例１、２を含
めて述べると、本発明の製造方法であれば、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金の浸透が改善されるので、長
物や大型肉厚であっても、未浸透部が生じない製造方法
とすることができることを示している。
【００２３】（比較例）比較のために実施例の浸透を促
進する粉末を加えないでプリフォームを形成した他は実
施例１と同様に複合材料を作製し、評価した。その結
果、アルミニウム合金の未浸透部分がところどころに認
められ、浸透状態が悪かった。そして、その加熱処理時
間をさらに１０時間延長しても、完全には未浸透部分が
なくならなかった。
進する粉末を加えないでプリフォームを形成した他は実
施例１と同様に複合材料を作製し、評価した。その結
果、アルミニウム合金の未浸透部分がところどころに認
められ、浸透状態が悪かった。そして、その加熱処理時
間をさらに１０時間延長しても、完全には未浸透部分が
なくならなかった。
【００２４】
【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料の製造方法であれば、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金の浸透を改善した製造方法とすることが
できるようになった。このことにより、長物品や大型品
であっても、未浸透部分を生じない複合材料を作製でき
るようになり、また、小型の複合材料であっても、浸透
時間を短縮できるという利点があり、さらに、複雑形状
品の場合にも、その複雑部にアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金が隅々まで行き渡るような複合材料を作製で
きるようになった。
ス複合材料の製造方法であれば、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金の浸透を改善した製造方法とすることが
できるようになった。このことにより、長物品や大型品
であっても、未浸透部分を生じない複合材料を作製でき
るようになり、また、小型の複合材料であっても、浸透
時間を短縮できるという利点があり、さらに、複雑形状
品の場合にも、その複雑部にアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金が隅々まで行き渡るような複合材料を作製で
きるようになった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） //(Ｃ２２Ｃ 49/14 (Ｃ２２Ｃ 49/14 101:04 101:04 101:14 101:14 101:16） 101:16） (72)発明者 小田野 直水 宮城県仙台市泉区明通３−７ セランクス 株式会社仙台工場 (72)発明者 樋口 毅 宮城県仙台市泉区明通３−７ セランクス 株式会社仙台工場 Ｆターム(参考） 4K020 AA05 AA06 AA08 AA22 AC01 BA05 BB02 BB22
Claims (2)
- 【請求項１】 強化材であるセラミックス粉末またはセ
ラミックス繊維にＴｉＯ2粉末、ＭｇＯ粉末、ＴｉＣ粉
末またはＴｉＮ粉末の少なくとも１種を添加し、それを
混合したセラミックス粉末またはセラミックス繊維でプ
リフォームを形成し、そのプリフォームにマトリックス
である溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を
窒素雰囲気中で非加圧で浸透させることを特徴とする金
属-セラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項２】 前記ＴｉＯ2粉末、ＭｇＯ粉末、ＴｉＣ
粉末またはＴｉＮ粉末の少なくとも１種の添加率が、２
〜５重量％であることを特徴とする請求項１記載の金属
-セラミックス複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001036343A JP2002241869A (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001036343A JP2002241869A (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN109898039A (zh) * | 2017-12-11 | 2019-06-18 | 江苏赛尔亚环保科技有限公司 | 一种脱硫脱硝装置用吸收塔塔体材料 |
| CN116141774A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-05-23 | 江苏礼德铝业有限公司 | 一种具有陶瓷纤维的铝板及其制造方法 |
-
2001
- 2001-02-14 JP JP2001036343A patent/JP2002241869A/ja active Pending
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