JPS62199797A

JPS62199797A - 可撓性金属−セラミツクス複合材料とその製造方法

Info

Publication number: JPS62199797A
Application number: JP4009686A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Yano; 邦彦矢野; Katsuhide Oshima; 勝英大島; Shuji Igarashi; 五十嵐　周二; Hidesato Igarashi; 五十嵐　英郷
Original assignee: DEITSUPUSOOLE KK; Dipsol Chemicals Co Ltd
Current assignee: DEITSUPUSOOLE KK; Dipsol Chemicals Co Ltd
Priority date: 1986-02-25
Filing date: 1986-02-25
Publication date: 1987-09-03

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）本発明は、金属とその表面に形成されたセラミックス層
から成る金属−セラミック複合材料に関し、特に陽極火
花放電によって得られる金属−セラミック複合材料及び
その製造方法に関する。

（従来技術）金属とセラミックスとを組合わせた金属−セラミック複
合材料は従来から知られている。この複合材料を形成す
る方法としては、溶射法、化成法、焼結法、あるいは蒸
着法等が知られているが、これらの方法によって、形成
されたセラミックス層は、金属母材表面との密着性が悪
く、複合材料に僅かな変形が生じた場合でも金属母材か
ら剥離するという問題がある。また、形成されるセラミ
ックス層の厚さの制御が困難であり、このため、複合材
料の適用分野が限定されるという不利が生じる。上記以
外に金属面上に、セラミックス層を形成する方法として
、陽極火花放電による方法が知られている。例えば、特
公昭５８−１７２７８号、５９−２８６３６号、５９−
２８６３７号、５９−２８６３８号、５９−４５７２２
号、及び６０−１２４３８号等には、シリケートあるい
は、各種の金属酸素酸塩のアルカリ性水溶液から成る電
解槽を構成し陽極付近に吸引されるケイ酸イオン、金属
酸素酸イオンと、陽極金属との間に陽極火花放電を生じ
させ、これによって、陽極金属表面上に、シリカ、金属
酸化物等のセラミックス層を形成する方法が開示されて
いる。

この陽極火花放電による方法で形成されたセラミックス
層は、他の方法に比べて、金属母材表面に対する良好な
密着性を有するとともに、形成される層の厚さを広範囲
に制御できる等の利点を有するものである。

（解決しようとする問題点）従来、陽極火花放電によってセラミックス層を金属母材
上に形成する場合、印加電流密度を一定に保持しながら
放電を行わせるいわゆる定電流処理によってセラミック
ス層を形成するのが普通である。しかし、この従来の陽
極火花放電による方法で形成したセラミックス層は、金
属母材表面に対する密着性は良好であるが、セラミック
ス層組織自体の強度が十分でなく、複合材料に変形が生
じた場合、組織の一部が破壊して脱落するという現象が
頻繁に生じるという問題があった。この問題はセラミッ
クス層の厚さが増大する程、顕著となる。

（問題を解決するための手段）本発明は、上記事情に鑑みて構成されたものであって、
セラミックス層と金属母材とが強固な結合力を存し、か
つ、セラミックス層自体も十分な強度を有しており、従
って、複合材料が変形した場合であっても、組織の脱落
が生じにくい性質を有する、すなわち、可撓性を有する
金属−セラミック複合材料を提供することを目的として
いる。

本発明者らは、陽極火花放電により全屈表面上に形成さ
れるセラミックス層の性質について研究を重ねた結果、
セラミックス粒子の大きさ、粒子の分布状態、及び気孔
率がセラミックス層の可撓性、及び金属母材表面への密
着性に対して重大な影警を与えることを見出した。そし
て、この知見に基づき、さらに研究をすすめた結果、本
発明に到達したものである。本発明者らは、様々な陽極
火花放電方法により陽極金属母材表面上に１０〜２０μ
ｍ厚さのセラミックス層を形成し、その金属母材表面へ
の密着性及び可撓性について調査した。この目的のため
に、本発明者らは、上記セラミックス層につき、ＪＩＳ
　　Ｈ８６８４に規定される延伸率を測定した。この延
伸率は上記セラミックス層を備えた金属−セラミックス
複合材料の所定の試験片を作成し、該試験片の一端を固
定し湾曲面に沿って試験片を曲げ、セラミックス層にひ
びわれが現れる境界点の目盛りを、読み取ることによっ
て求めることができる。この延伸率はセラミックス層自
体の強度、すなわち可撓性を表すものとして評価できる
。また、本発明者らは、ＪＩＳ　　Ｋ５４００に規定さ
れる方法にしたがってこの複合材料の耐屈曲性試験をお
こなった。この耐屈曲性はセラミックス層を有する複合
材料の所定の試験片を作成し、所定の試験装置を用い、
セラミックス層が内側になるようにして１８０度折り曲
げ、セラミックス層の剥離が生じる心棒の大きさの逆数
に基づいて求められる。この試験はセラミックス層の密
着性及び可撓性の両方を表すものとして評価できる。第
１図に示すように延伸率はセラミックス層の最大粒径が
大きくなる程また気孔率が大きくなる程低下する。そし
て、気孔率がほぼ２０％を越えると延伸率は著しい低下
傾向を示す。第２図には耐屈曲性試験の結果が示されて
いる。これによれば、耐屈曲性も延伸率と同様の傾向を
示し、最大粒子径が大きくなる程、気孔率が増大する程
低下する。そして、最大粒子径がほぼ５μｍを越えると
、また、気孔率が２０％を越えると耐屈曲性は著しく低
下する。また、本発明者らの研究によれば粒子の分布状
態が不均一になると、延伸率及び耐屈曲性が低下しセラ
ミックス粒子の脱落傾向が顕著となる。従って、本発明
の可撓性金属−セラミック複合材料は、ケイ酸塩又は金
属酸素酸塩を含む電解槽において少なくとも表置部分が
金属で構成された金属母材を陽極火花放電によって金属
母材表面にセラミックス層を電着して成る可撓性金属−
セラミック複合材料であって、前記セラミックス層がほ
ぼ一様に分布した実質的に５μｍ以下の粒子から成り、
かつ気孔率がほぼ２０％以下であることを特徴とする。

従来の陽極火花放電による方法では、セラミックス層の
気孔率を約３０％以下に、また、最大粒子径を約１０μ
ｍ以下にすることができないとともに、均一な粒子分布
状態を有する組織を形成することが困難であり、このた
め、十分な強度を有するセラミックス層を得ることが不
可能であった。

しかし、本発明者らの研究により、陽極火花放電の処理
電流及び電圧を一定の条件を満足するように制御するこ
とにより十分な強度すなわち、可撓性を有するセラミッ
クス層が得られることが確認された。本発明の可撓性金
属−セラミック複合材料は、ケイ酸塩又は金属酸素酸塩
を含む電解槽を調製し、少なくとも表面部分が金属で構
成された金属母材で陽極を形成しパルス電源を使用して
陽極火花放電を定電流処理と定電圧処理との２段処理に
よって行い、前記金属母材表面にセラミックス層を電着
形成することによって製造される。

この場合、火花放電が開始する前後まで電流密度を一定
に保持して定電流処理を行い、その後、はぼ火花放電開
始時のピーク電圧により、継続して定電圧処理を行うよ
うにすることが好ましい。

本発明の複合材料の金属母材としては、八ｔ、Ｍｇ。

Ｔｉあるいは、これらの合金を使用゛することができる
。また、電解液として使用されるケイ酸塩は、一般式ｉ
Ａ　２０・ｎＳｉ２（Ｍはアルカリ金属を示し、ｎは０
．５乃至２０の正数を示す）で表される種々の水溶性の
又は水分散性のものであって、例えばケイ酸ナトリウム
、メタケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチ
ウム、コロイダルシリカ等を挙げることができる。

また、電解液に金属酸素酸塩を溶解させて調製すること
ができ、この場合の酸素酸塩としてタングステン酸塩、
すず酸塩、モリブデン酸塩、りん酸塩、バナジン酸塩、
はう酸塩、クロム酸塩及び過マンガン酸塩を挙げること
ができる。これらは単独で若しくは２種又はそれ以上を
組み合わせて（重用することができる。さらに、これら
の金属酸素酸塩は、適当な割合でケイ酸塩と混合して使
用することもできる。本発明の電解処理に使用し碍る電
源には、直流電源をスイッチでオン、オフするもの、パ
ルスや、三角波形の電流を出力するものが代表的なパル
ス電源と考えることができ、その他任意の電流波形を有
するものが含まれる。そして、電解処理は被処理金属材
料を陽極として、鉄、ステンレス又はニッケル等を陰極
として上記電解浴に浸漬し、パルス電源を使用する場合
には電解浴の成分及び濃度に応じて通電中及び体電巾を
制御し、火花放電が生じはじめる前後まで一定の電流密
度を保持する定電流処理を行い、次いで火花放電を維持
しつつ所定電圧まで上昇させ所定厚さの被膜が形成され
るまで該電圧を維持する。

形成される被膜の厚さは、電解浴の濃度、電解浴温度、
処理電圧、処理時間等によって決定され、この内の電解
浴温度は目的とする被膜に応じて決定されるが、通例５
〜８０℃でおこなわれる。

（発明の効果）本発明の金属−セラミックス複合材料のセラミックス層
は金属母材表面との良好な密着性を有しているとともに
、材料が変形した場合であっても容易に脱落しない強固
な組織構造を有している。

即ち、本発明にしたがう複合材料は可撓性、屈曲性に富
んでおり、この点において、従来の金属−セラミック複
合材料にない新たな有用性を見出すことができるもので
ある。

例えば、本発明に係る金属−セラミックス複合材料を用
いて、耐衝撃性の良好なプリント基板を製造することが
できる。　また、金、曙材料とセラミックス材料とを組
み合わせたものとして遠赤外線ヒーターが知られており
、この不重のヒーターでは遠赤外線を効果的に発生させ
るためにセラミックス材料の使用が不可欠となるが、従
来の遠赤外線ヒーターでは過熱源としての金属材料を覆
うセラミックス層は衝撃が加わると極めて容易に脆性破
壊や！７；す離を生じる傾向があり、耐久性の面で問題
を有するものである。しかし、本発明に従う金属−セラ
ミックス複合材料におけるセラミックス層は、金属材料
との良好な密着性及び可撓性を有するので、本発明の複
合材料を遠赤外線ヒーターに用いることによりヒーター
の耐久性を著しく向上させることができる。

（実施例の説明）（実施例１）ＮａＪｏ○４・２ｌ−（２０ｔＯｇ／ｌ及びＮａｚ　　
Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２０２０ｇ／］を含む電解液を調製し
、この電解液中に厚さ５０μのＡ４−１１００箔を陽極
、Ｆｅ板を陰掻とし、パルス電源の通電巾と体電巾との
比を０．２５”／　１０”に設定し、Ｉ　Ａ　／ｄｍ２
　の定電流密度となるように電圧を調整し火花放電が開
始するまで印加した。この時の印加ピーク電圧は３００
■であり、火花放電が開始するまでの時間は１０分であ
った。その後、印加ピーク電圧を２５０■に保持しなが
ら、通電電流値が０になるまで定電圧電解を１０分おこ
なった。この結果、ＡＩ陽極上に膜厚が１０．２μｍの
セラミックス被膜が得られた。このセラミックス層の気
孔率をＪＩＳ　　Ｃ−２１４１にしたがって測定したと
ころ、６．６％であった。また、このセラミックス被膜
を電子顕微鏡により観察したところ、第３図の写真に示
すように、粒径が約２〜４μｍのほぼ一様な組織を有し
ていることが判明した。

（実施例２）Ｋ２Ｏ・５１０２　５０ｇ／ｌの電解液を調製し、実施
例１と同様の電極を用い、パルス電源の通電巾ト体１ｒ
ｌＢ：ノ比ヲ０．２５”／　１０”ｌ、：設定し、ｌΔ
／ｄｍ２　の定電流密度となるように電圧を調整し火花
放電が開始するまで印加した。この時の印加ピーク電圧
は３００■であり、火花放電が開始するまでの時間は２
分であった。その後、この印加ピーク電圧３００■を保
持しながら、通電電流値が０になるまで定電圧電解をお
こなった。この定電圧電解処理時間は１５分であった。

この結果、Ａ１陽極上に膜厚が約１０．８μｍのセラミ
ックス被膜が得られた。このセラミックス層の気孔率は
１５．１％であった。また、このセラミックス被膜を電
子顕微鏡により観察したところ、第４図の写真に示すよ
うに、粒径が２〜４μｍのほぼ一様な組織を有している
ことが判明した。

（実施例３）実施例２と同様の電解液を調製し、同様の電極を用い、
パルス電源の通電巾と体電巾との比を１．０”／９”に
設定し、ｌ　Ａ　／ｄｍ２　の定電流密度となるように
電圧を調整し火花放電が開始するまで印加した。この時
の印加ピーク電圧は３００■であり、火花放電が開始す
るまでの時間は３分であった。その後、この印加ピーク
電圧３００■を保持しながら、通電電流値が０になるま
で定電圧電解をおこなった。この定電圧電解処理時間は
１２分であった。この結果、層陽極上に膜厚が約１０．
５μｍのセラミックス被膜が得られた。このセラミック
ス層の気孔率は１９．８％であった。また、このセラミ
ックス被膜を電子’；ｌｎ　６’＆鏡により観察したと
ころ、第５図の写真に示すように、粒径が２〜５μｍの
ほぼ一様な組織を有していることが判明した。

（比較例１）Ｋ２Ｏ・８１０２．１００ｇ／ｌ及びに２Ｃ，０４７、
５ｇ　／　Ｉを含む電解液を調製し、実施例１と同様の
電極を用い、パルス電源の通電巾と体電巾との比を０．
５″ｓ／　３”に設定し、０．５　Ａ　／ｄｍ２　の定
電流密度となるように電圧を調整し２５分間火花放電処
理をおこなった。この結果、へ１陽極上に膜厚が約１５
．８μｍのセラミックス被膜が得られた。

このセラミックス層の気孔率は２７．０％であった。

また、このセラミックス被膜を電子顕微鏡により観察し
たところ、第６図の写真に示すように、１〜１０μｍ程
度の粒径を有し、表面に近づく程粒径がおおきくなるよ
うな組織を有していることが判明した。

（比較例２）実施例３と同じ成分及び濃度の電解液、電極、及びパル
ス電源を使用し、印加電流密度を１．ＯＡ／ｄｍ２　と
して定電流火花放電処理を５分間おこなった。この結果
、へ１陽極上に膜厚が約１３．２μｍのセラミックス被
膜が得られた。このセラミックス層の気孔率は１９．６
％であった。また、このセラミ、クス被膜を電子顕微鏡
により観察したところ、第７図の写真に示すように、５
〜１５μｍ程度の粒径を有し、表面に近づく程粒径がお
おきくなるような組織を有している。

（比較例３〉実施例２及び実施例３と同じ成分及び濃度の電解液すな
わちに２０・Ｓ＋０２５０ｇ／ｌの電解液を調製し、実
施例１と同様の電極を用い、パルス電源の通電巾と体電
巾との比を０．５”／３’″５に設定し、印加電流密度
を２．　ＯＡ　／ｄｍ２　として定電流火花放電処理を
１０分間おこなった。この結果、へ１陽極上に膜厚が約
１０．１μｍのセラミックス被膜が得られた。このセラ
ミックス層の気孔率は１５．０％であった。また、この
セラミックス被膜を電子顕微鏡により観察したところ、
第８図の写真に示すように、５〜１５μｍ程度の粒径を
有し、表面に近づく程粒径がおおきくなるような組織を
有している。

（比較例４）比較例３と同じ成分及び濃度の電解液すなわちに２０・
Ｓ、０，５０ｇ／ｌの電解液を調製し、実施例１と同様
の電極を用い、パルス電源の通電巾と体電巾との比を０
．５”／３”に設定し、印加電流密度を１．　ＯＡ　／
ｄｍ２　として定電流火花放電処理を７分間おこなった
。この結果、ＡＩ陽極上に膜厚が約１０．９μｍのセラ
ミックス被膜が得られた。

このセラミックス層の気孔率は２１．１％であった。

また、このセラミックス被膜を電子顕微鏡により観察し
たところ、第９図の写真に示すように、５〜１５μｍ程
度の粒径を有し、表面に近づく程粒径がおおきくなるよ
うな組織を有している。

（延伸率及び耐屈曲性試験）上記実施例及び比較例の金属−セラミックス複合材料に
つきＪＩＳ　　Ｈ８６８４に従い、延伸率を測定すると
ともに、ＪＩＳ　　Ｋ５４００にしたがって耐屈曲性試
験をおこなった。その結果を第１表に示す。これによれ
ば、本発明にしたがう複合材料は延伸率及び耐屈曲性の
いずれにおいても比較例のものに比し優れた特性を有し
ている。

第　　１　　表

【図面の簡単な説明】

第１図は、金属−セラミックス複合材料の延伸率と気孔
率との関係を示すグラフ、第２図は金属−セラミックス
複合材料の耐屈曲性と気孔率との関係を示すグラフ、第
３図は実施例１の金属−セラミックス複合材料のセラミ
ックス層の顕微鏡写真、第４図は実施例２の金属−セラ
ミックス複合材料のセラミックス層の顕微鏡写真、第５
図は実施例３０金属−セラミックス複合材料のセラミッ
クス層の顕微鏡写真、第６図は比較例１０金属−セラミ
ックス複合材料のセラミックス層の顕微鏡写真、第７図
は比較例２０金属−セラミックス複合材料のセラミック
ス層の顕微鏡写真、第８図は比較例３の金属−セラミッ
クス複合材料のセラミックス層の顕微鏡写真、第９図は
比較例４の金属−セラミックス複合材料のセラミックス
層の顕微鏡写真である。迭神井（Ａ）１１３図第１Ａ（Ｘ　１０００）第５１補第６図（Ｘ１０００）第７図（ｘｌｏｏＯ）第８図第ｊ図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ケイ酸塩又は金属酸素酸塩を含む電解槽において
少なくとも表面部分が金属で構成された金属母材を陽極
火花放電によって金属母材表面にセラミックス層を電着
して成る可撓性金属−セラミック複合材料であって、前
記セラミックス層がほぼ一様に分布した実質的に５μｍ
以下の粒子から成り、かつ気孔率がほぼ２０％以下であ
ることを特徴とする可撓性金属−セラミック複合材料。
（２）ケイ酸塩又は金属酸素酸塩を含む電解槽を調製し
、少なくとも表面部分が金属で構成された金属母材で陽
極を形成し、定電流処理と定電圧処理との２段処理によ
って陽極火花放電を行い、前記金属母材表面にセラミッ
クス層を電着形成することを特徴とする可撓性金属−セ
ラミック複合材料の製造方法。