JP2000017351A - 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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Abstract
(57)【要約】
【課題】 セラミックス粉末がＡｌ2Ｏ3粉末でかつプリ
フォームがスラリーから形成される場合には、複合材料
の表面に時々黒い斑点が発生することがあった。 【解決手段】 セラミックス粉末を強化材としてプリフ
ォームを形成し、そのプリフォームに基材である金属を
浸透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法にお
いて、該セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、該
プリフォームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に水、コ
ロイダルシリカ液を加え、これにさらに増粘剤を加えて
混合し、得られたスラリーを沈降成形し、その成形体を
焼成する方法であるか、あるいは該金属を浸透させる方
法が、形成したプリフォームの上面にＭｇを含む含浸促
進材を薄く敷き、さらにその上に含浸促進材の５〜１０
重量％の量のＴｉ粉末を振り撒いた後、その上面からア
ルミニウムを主成分とする合金を浸透させる方法である
こととする金属−セラミックス複合材料の製造方法。
フォームがスラリーから形成される場合には、複合材料
の表面に時々黒い斑点が発生することがあった。 【解決手段】 セラミックス粉末を強化材としてプリフ
ォームを形成し、そのプリフォームに基材である金属を
浸透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法にお
いて、該セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、該
プリフォームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に水、コ
ロイダルシリカ液を加え、これにさらに増粘剤を加えて
混合し、得られたスラリーを沈降成形し、その成形体を
焼成する方法であるか、あるいは該金属を浸透させる方
法が、形成したプリフォームの上面にＭｇを含む含浸促
進材を薄く敷き、さらにその上に含浸促進材の５〜１０
重量％の量のＴｉ粉末を振り撒いた後、その上面からア
ルミニウムを主成分とする合金を浸透させる方法である
こととする金属−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、金属に強化材を複
合させる金属−セラミックス複合材料の製造方法に関
し、特に強化材がＡｌ2Ｏ3粉末である金属−セラミック
ス複合材料の製造方法に関する。
合させる金属−セラミックス複合材料の製造方法に関
し、特に強化材がＡｌ2Ｏ3粉末である金属−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】セラミックス繊維または粒子で強化され
たセラミックスと金属の複合材料は、セラミックスと金
属の両方の特性を兼ね備えており、例えばこの複合材料
は、高剛性、低熱膨張性、耐摩耗性等のセラミックスの
優れた特性と、延性、高靱性、高熱伝導性等の金属の優
れた特性を備えている。このように、従来から難しいと
されていたセラミックスと金属の両方の特性を備えてい
るため、機械装置メーカ等の業界から次世代の材料とし
て注目されている。
たセラミックスと金属の複合材料は、セラミックスと金
属の両方の特性を兼ね備えており、例えばこの複合材料
は、高剛性、低熱膨張性、耐摩耗性等のセラミックスの
優れた特性と、延性、高靱性、高熱伝導性等の金属の優
れた特性を備えている。このように、従来から難しいと
されていたセラミックスと金属の両方の特性を備えてい
るため、機械装置メーカ等の業界から次世代の材料とし
て注目されている。
【０００３】この複合材料、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、これらの方法は、強化材であるセラ
ミックスの含有量を多くできない、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。
ムをマトリックスとする複合材料の製造方法は、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、これらの方法は、強化材であるセラ
ミックスの含有量を多くできない、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
浸透法が特に注目されている。この方法は、ＳｉＣやＡ
ｌ2Ｏ3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インゴットを接触させ、
これをＮ2雰囲気中で７００〜９００℃に加熱して溶融
したアルミニウム合金をプリフォームに含浸させる方法
である。これは、ＭｇとＮ2との化学反応を利用してセ
ラミックス粉末への溶融金属の濡れ性を改善することに
より、加圧しなくても金属をプリフォームに含浸できる
ようにした優れた方法である。
方法として、米国ランクサイド社が開発した非加圧金属
浸透法が特に注目されている。この方法は、ＳｉＣやＡ
ｌ2Ｏ3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インゴットを接触させ、
これをＮ2雰囲気中で７００〜９００℃に加熱して溶融
したアルミニウム合金をプリフォームに含浸させる方法
である。これは、ＭｇとＮ2との化学反応を利用してセ
ラミックス粉末への溶融金属の濡れ性を改善することに
より、加圧しなくても金属をプリフォームに含浸できる
ようにした優れた方法である。
【０００５】また、この方法では、セラミックス粉末の
含有率を３０〜８５ｖｏｌ％と広く、かつ高い範囲まで
変えることができ、しかも、この方法で形成されたプリ
フォームは、その形状の自由度が高いので、かなり複雑
な形状をニアネットで作ることも可能である。このよう
にこの方法は、加圧装置が不要であり、セラミックスの
含有率を高くすることができ、ニアネット成形も可能と
なる方法であるので、前記した問題が解決される優れた
方法である。
含有率を３０〜８５ｖｏｌ％と広く、かつ高い範囲まで
変えることができ、しかも、この方法で形成されたプリ
フォームは、その形状の自由度が高いので、かなり複雑
な形状をニアネットで作ることも可能である。このよう
にこの方法は、加圧装置が不要であり、セラミックスの
含有率を高くすることができ、ニアネット成形も可能と
なる方法であるので、前記した問題が解決される優れた
方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記製
造方法の内セラミックス粉末がＡｌ2Ｏ3粉末でかつプリ
フォームがスラリーから形成される場合には、作製した
複合材料の表面に時々黒い斑点が発生することがあり、
この斑点はごく表面部分に存在するだけなので、材料全
体としての物性には悪影響を及ぼさないが、表面を１〜
２ｍｍ程度研削するだけでは取り去ることはできなかっ
た。それを解決するため、表面をサンドブラストで処理
すればよいが、この処理では斑点部分を取り去ることは
できるものの、この部分が除去されて浅い穴となって残
ってしまうという問題があった。そのため、何れの処理
方法でもこの複合材料の商品価値を著しく貶め、極めて
好ましくなかった。
造方法の内セラミックス粉末がＡｌ2Ｏ3粉末でかつプリ
フォームがスラリーから形成される場合には、作製した
複合材料の表面に時々黒い斑点が発生することがあり、
この斑点はごく表面部分に存在するだけなので、材料全
体としての物性には悪影響を及ぼさないが、表面を１〜
２ｍｍ程度研削するだけでは取り去ることはできなかっ
た。それを解決するため、表面をサンドブラストで処理
すればよいが、この処理では斑点部分を取り去ることは
できるものの、この部分が除去されて浅い穴となって残
ってしまうという問題があった。そのため、何れの処理
方法でもこの複合材料の商品価値を著しく貶め、極めて
好ましくなかった。
【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、表面の黒い斑点の発生をなくすこと
ができる金属−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、表面の黒い斑点の発生をなくすこと
ができる金属−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、スラリーに増粘剤を
加えれば、あるいは形成したプリフォームの上面に含浸
促進材を敷いて金属を浸透させれば、黒い斑点の発生を
なくす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、スラリーに増粘剤を
加えれば、あるいは形成したプリフォームの上面に含浸
促進材を敷いて金属を浸透させれば、黒い斑点の発生を
なくす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）セラミックス粉末を
強化材としてプリフォームを形成し、そのプリフォーム
に基材である金属を浸透させる金属−セラミックス複合
材料の製造方法において、該セラミックス粉末が、Ａｌ
2Ｏ3粉末であり、該プリフォームの形成方法が、そのＡ
ｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バインダーとしてコロイ
ダルシリカ液を加え、これにさらに増粘剤を加えて混合
し、得られたスラリーを沈降成形し、その成形体を焼成
する方法であり、その形成したプリフォームにアルミニ
ウムを主成分とする合金を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、また、（２）セラミックス粉末を強化材としてプリ
フォームを形成し、そのプリフォームに基材である金属
を浸透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法に
おいて、該セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、
該プリフォームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒
として水を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加
えて混合し、得られたスラリーを沈降成形し、その成形
体を焼成する方法であり、該金属を浸透させる方法が、
その形成したプリフォームの上面にＭｇ粉末を混合した
セラミックス粉末を敷き、さらにその上に前記Ｍｇ粉末
を含むセラミックス粉末の５〜１０重量％の量のＴｉ粉
末を振り撒いた後、その上面からアルミニウムを主成分
とする合金を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）とし、さらに、
（３）セラミックス粉末を強化材としてプリフォームを
形成し、そのプリフォームに基材である金属を浸透させ
る金属−セラミックス複合材料の製造方法において、該
セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、該プリフォ
ームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水
を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加え、これ
にさらに増粘剤を加えて混合し、得られたスラリーを沈
降成形し、その成形体を焼成する方法であり、該金属を
浸透させる方法が、その形成したプリフォームの上面に
Ｍｇ粉末を混合したセラミックス粉末を敷き、さらにそ
の上に前記Ｍｇ粉末を含むセラミックス粉末の５〜１０
重量％の量のＴｉ粉末を振り撒いた後、その上面からア
ルミニウムを主成分とする合金を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
３）とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説明す
る。
強化材としてプリフォームを形成し、そのプリフォーム
に基材である金属を浸透させる金属−セラミックス複合
材料の製造方法において、該セラミックス粉末が、Ａｌ
2Ｏ3粉末であり、該プリフォームの形成方法が、そのＡ
ｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バインダーとしてコロイ
ダルシリカ液を加え、これにさらに増粘剤を加えて混合
し、得られたスラリーを沈降成形し、その成形体を焼成
する方法であり、その形成したプリフォームにアルミニ
ウムを主成分とする合金を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、また、（２）セラミックス粉末を強化材としてプリ
フォームを形成し、そのプリフォームに基材である金属
を浸透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法に
おいて、該セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、
該プリフォームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒
として水を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加
えて混合し、得られたスラリーを沈降成形し、その成形
体を焼成する方法であり、該金属を浸透させる方法が、
その形成したプリフォームの上面にＭｇ粉末を混合した
セラミックス粉末を敷き、さらにその上に前記Ｍｇ粉末
を含むセラミックス粉末の５〜１０重量％の量のＴｉ粉
末を振り撒いた後、その上面からアルミニウムを主成分
とする合金を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）とし、さらに、
（３）セラミックス粉末を強化材としてプリフォームを
形成し、そのプリフォームに基材である金属を浸透させ
る金属−セラミックス複合材料の製造方法において、該
セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、該プリフォ
ームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水
を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加え、これ
にさらに増粘剤を加えて混合し、得られたスラリーを沈
降成形し、その成形体を焼成する方法であり、該金属を
浸透させる方法が、その形成したプリフォームの上面に
Ｍｇ粉末を混合したセラミックス粉末を敷き、さらにそ
の上に前記Ｍｇ粉末を含むセラミックス粉末の５〜１０
重量％の量のＴｉ粉末を振り撒いた後、その上面からア
ルミニウムを主成分とする合金を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
３）とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説明す
る。
【００１０】上記複合材料の製造方法としては、セラミ
ックス粉末をＡｌ2Ｏ3粉末とし、プリフォームの形成方
法を、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バインダー
としてコロイダルシリカ液を加え、これにさらに増粘剤
を加えて混合し、得られたスラリーを沈降成形し、その
成形体を焼成する方法とし、その形成したプリフォーム
にアルミニウムを主成分とする合金を浸透させる製造方
法とした（請求項１）。
ックス粉末をＡｌ2Ｏ3粉末とし、プリフォームの形成方
法を、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バインダー
としてコロイダルシリカ液を加え、これにさらに増粘剤
を加えて混合し、得られたスラリーを沈降成形し、その
成形体を焼成する方法とし、その形成したプリフォーム
にアルミニウムを主成分とする合金を浸透させる製造方
法とした（請求項１）。
【００１１】前記したように発生した黒い斑点部分は、
その部分をサンドブラストで処理すると、この部分が除
去されて浅い穴となることから、この斑点部分のＡｌ2
Ｏ3粒子が抜け落ちたものと思われる。その理由を掴む
ため、黒い斑点部分を光学顕微鏡で観察したところ、そ
の他の部分にはみられない特徴として、Ａｌ2Ｏ3粒子の
間隔が狭くなっているのが認められた。また、ＥＰＭＡ
（Ｘ線マイクロアナライザー、Ｋｅｖｅｘ Ｉｎｓｔｒ
ｕｍｅｎｔｓ社製）によって黒い斑点部分を成分分析し
たところ、Ｓｉが多く分析された。このことは、浸透さ
せるアルミニウム合金にはＳｉを含む合金を用いていな
いので、バインダーであるコロイダルシリカが斑点部分
に特に多く残存したものと思われる。これらのことか
ら、斑点部分では、バインダーがＡｌ2Ｏ3粒子間に充分
に行き渡らず、Ａｌ2Ｏ3粒子の間隔が他に比べて狭くな
り、その結果、マトリックスであるアルミニウム合金も
Ａｌ2Ｏ3粒子間に充分行き渡らず、Ａｌ2Ｏ3粒子がアル
ミニウム合金に充分包まれないでＡｌ2Ｏ3粒子が抜け落
ちてしまったものと思われる。そして、コロイダルシリ
カ液中のＳｉ分が黒いため、十分に行き渡らずに残存し
たコロイダルシリカの多い部分が黒い斑点として観察さ
れるものと思われる。
その部分をサンドブラストで処理すると、この部分が除
去されて浅い穴となることから、この斑点部分のＡｌ2
Ｏ3粒子が抜け落ちたものと思われる。その理由を掴む
ため、黒い斑点部分を光学顕微鏡で観察したところ、そ
の他の部分にはみられない特徴として、Ａｌ2Ｏ3粒子の
間隔が狭くなっているのが認められた。また、ＥＰＭＡ
（Ｘ線マイクロアナライザー、Ｋｅｖｅｘ Ｉｎｓｔｒ
ｕｍｅｎｔｓ社製）によって黒い斑点部分を成分分析し
たところ、Ｓｉが多く分析された。このことは、浸透さ
せるアルミニウム合金にはＳｉを含む合金を用いていな
いので、バインダーであるコロイダルシリカが斑点部分
に特に多く残存したものと思われる。これらのことか
ら、斑点部分では、バインダーがＡｌ2Ｏ3粒子間に充分
に行き渡らず、Ａｌ2Ｏ3粒子の間隔が他に比べて狭くな
り、その結果、マトリックスであるアルミニウム合金も
Ａｌ2Ｏ3粒子間に充分行き渡らず、Ａｌ2Ｏ3粒子がアル
ミニウム合金に充分包まれないでＡｌ2Ｏ3粒子が抜け落
ちてしまったものと思われる。そして、コロイダルシリ
カ液中のＳｉ分が黒いため、十分に行き渡らずに残存し
たコロイダルシリカの多い部分が黒い斑点として観察さ
れるものと思われる。
【００１２】この黒い斑点は、増粘剤を加えてスラリー
を調製し、そのスラリーでプリフォームを形成すること
により、なくすことができる。その理由は、恐らくスラ
リーが増粘してＡｌ2Ｏ3粒子の沈降が遅くなってバイン
ダーがＡｌ2Ｏ3粒子間に行き渡り、その結果、Ａｌ2Ｏ3
粒子間の間隔の狭い部分がなくなり、アルミニウム合金
も充分行き渡ってＡｌ2Ｏ3粒子がアルミニウム合金に充
分包まれ、黒い斑点が生じなくなるものと思われる。
を調製し、そのスラリーでプリフォームを形成すること
により、なくすことができる。その理由は、恐らくスラ
リーが増粘してＡｌ2Ｏ3粒子の沈降が遅くなってバイン
ダーがＡｌ2Ｏ3粒子間に行き渡り、その結果、Ａｌ2Ｏ3
粒子間の間隔の狭い部分がなくなり、アルミニウム合金
も充分行き渡ってＡｌ2Ｏ3粒子がアルミニウム合金に充
分包まれ、黒い斑点が生じなくなるものと思われる。
【００１３】上記以外の別の製造方法としては、セラミ
ックス粉末をＡｌ2Ｏ3粉末とし、プリフォームの形成方
法を、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バインダー
としてコロイダルシリカ液を加えて混合し、得られたス
ラリーを沈降成形し、その成形体を焼成する方法とし、
該金属を浸透させる方法を、その形成したプリフォーム
の上面にＭｇ粉末を混合したセラミックス粉末を敷き、
さらにその上に前記Ｍｇ粉末を含むセラミックス粉末の
５〜１０重量％の量のＴｉ粉末を振り撒いた後、その上
面からアルミニウムを主成分とする合金を浸透させる製
造方法とした（請求項２）。
ックス粉末をＡｌ2Ｏ3粉末とし、プリフォームの形成方
法を、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バインダー
としてコロイダルシリカ液を加えて混合し、得られたス
ラリーを沈降成形し、その成形体を焼成する方法とし、
該金属を浸透させる方法を、その形成したプリフォーム
の上面にＭｇ粉末を混合したセラミックス粉末を敷き、
さらにその上に前記Ｍｇ粉末を含むセラミックス粉末の
５〜１０重量％の量のＴｉ粉末を振り撒いた後、その上
面からアルミニウムを主成分とする合金を浸透させる製
造方法とした（請求項２）。
【００１４】この方法は、アルミニウム合金とＡｌ2Ｏ3
粒子との濡れ性を改善して金属の浸透をよくし、その結
果、Ａｌ2Ｏ3粒子間が狭くてもアルミニウム合金をＡｌ
2Ｏ3粒子間に充分に行き渡らせ、黒い斑点を生じさせな
くする方法である。
粒子との濡れ性を改善して金属の浸透をよくし、その結
果、Ａｌ2Ｏ3粒子間が狭くてもアルミニウム合金をＡｌ
2Ｏ3粒子間に充分に行き渡らせ、黒い斑点を生じさせな
くする方法である。
【００１５】金属の浸透をよくするのは、アルミニウム
合金中にＭｇの含有率を増やせばよいが、作製した複合
材料の耐熱性を大きく劣化させるので好ましくなく、プ
リフォームの上面にＭｇ粉末などの含浸促進材を敷いて
金属の浸透を良くした方がＭｇの含有が少なくて済み好
ましい。しかし、その含浸促進材からもＭｇがマトリッ
クスのアルミニウム合金中に入り、やはり耐熱性を劣化
させるので、それをさらにできるだけ抑えるため、先の
含浸促進材をプリフォームの上面にできるだけ薄く敷
き、その上に同様の効果を有するＴｉ粉末を振り撒き、
金属を浸透させる方がより好ましい。それは、このＴｉ
粉末は、金属の浸透効果はＭｇ粉末より多少落ちるが、
耐熱性の劣化がないからである。その振り撒く量として
は、前記したＭｇを含むセラミックス粉末、すなわち含
浸促進材の５〜１０重量％に相当する量が好ましく、５
重量％より少ないと、効果は少なく、１０重量％より多
いと、Ｔｉから成る析出物が生じるので好ましくない。
合金中にＭｇの含有率を増やせばよいが、作製した複合
材料の耐熱性を大きく劣化させるので好ましくなく、プ
リフォームの上面にＭｇ粉末などの含浸促進材を敷いて
金属の浸透を良くした方がＭｇの含有が少なくて済み好
ましい。しかし、その含浸促進材からもＭｇがマトリッ
クスのアルミニウム合金中に入り、やはり耐熱性を劣化
させるので、それをさらにできるだけ抑えるため、先の
含浸促進材をプリフォームの上面にできるだけ薄く敷
き、その上に同様の効果を有するＴｉ粉末を振り撒き、
金属を浸透させる方がより好ましい。それは、このＴｉ
粉末は、金属の浸透効果はＭｇ粉末より多少落ちるが、
耐熱性の劣化がないからである。その振り撒く量として
は、前記したＭｇを含むセラミックス粉末、すなわち含
浸促進材の５〜１０重量％に相当する量が好ましく、５
重量％より少ないと、効果は少なく、１０重量％より多
いと、Ｔｉから成る析出物が生じるので好ましくない。
【００１６】上記以外のさらに別な方法としては、セラ
ミックス粉末をＡｌ2Ｏ3粉末とし、該プリフォームの形
成方法を、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バイン
ダーとしてコロイダルシリカ液を加え、これにさらに増
粘剤を加えて混合し、得られたスラリーを沈降成形し、
その成形体を焼成する方法とし、該金属を浸透させる方
法を、その形成したプリフォームの上面にＭｇ粉末を混
合したセラミックス粉末を敷き、さらにその上に前記Ｍ
ｇ粉末を含むセラミックス粉末の５〜１０重量％の量の
Ｔｉ粉末を振り撒いた後、その上面からアルミニウムを
主成分とする合金を浸透させることとする製造方法とし
た（請求項３）。
ミックス粉末をＡｌ2Ｏ3粉末とし、該プリフォームの形
成方法を、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バイン
ダーとしてコロイダルシリカ液を加え、これにさらに増
粘剤を加えて混合し、得られたスラリーを沈降成形し、
その成形体を焼成する方法とし、該金属を浸透させる方
法を、その形成したプリフォームの上面にＭｇ粉末を混
合したセラミックス粉末を敷き、さらにその上に前記Ｍ
ｇ粉末を含むセラミックス粉末の５〜１０重量％の量の
Ｔｉ粉末を振り撒いた後、その上面からアルミニウムを
主成分とする合金を浸透させることとする製造方法とし
た（請求項３）。
【００１７】この方法は、上記説明した２つの製造方法
が、両方を同時に実施しても、互いにそれぞれの効果を
阻害するものではなく、また、効果がより大きくなるの
で、その２つの方法を合わせた製造方法を第３の製造方
法として提案したものである。この製造方法で黒い斑点
の発生防止がより完璧となる。
が、両方を同時に実施しても、互いにそれぞれの効果を
阻害するものではなく、また、効果がより大きくなるの
で、その２つの方法を合わせた製造方法を第３の製造方
法として提案したものである。この製造方法で黒い斑点
の発生防止がより完璧となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法をさらに詳しく
述べると、先ず強化材としてＡｌ2Ｏ3粉末を用意する。
この粉末に溶媒として水を、バインダーとしてコロイダ
ルシリカ液を、それにさらに増粘剤としてサンノブコ社
製のフォーマスタＶＬ等を加え、ポットミル等で混合す
る。このフォーマスタＶＬは、界面活性剤の一種であっ
て消泡剤の役目もするので、スラリー中の気泡を少なく
するという副次的効果もある。その増粘剤の添加量は、
０．１〜０．２重量％程度でよく、ごく微量で有効なの
で必要以上に多く加えても意味がない。
述べると、先ず強化材としてＡｌ2Ｏ3粉末を用意する。
この粉末に溶媒として水を、バインダーとしてコロイダ
ルシリカ液を、それにさらに増粘剤としてサンノブコ社
製のフォーマスタＶＬ等を加え、ポットミル等で混合す
る。このフォーマスタＶＬは、界面活性剤の一種であっ
て消泡剤の役目もするので、スラリー中の気泡を少なく
するという副次的効果もある。その増粘剤の添加量は、
０．１〜０．２重量％程度でよく、ごく微量で有効なの
で必要以上に多く加えても意味がない。
【００１９】得られたスラリーを振動をかけながら型枠
に流し込み、沈降成形する。それを冷凍して脱型し、成
形体を得る。得られた成形体を１２００℃の温度で焼成
してプリフォームを形成する。
に流し込み、沈降成形する。それを冷凍して脱型し、成
形体を得る。得られた成形体を１２００℃の温度で焼成
してプリフォームを形成する。
【００２０】形成したプリフォームの上部にＡｌ−Ｍｇ
系のアルミニウム合金を置き、窒素気流中で７００〜１
０００℃の温度で溶融し、その溶融金属を非加圧で浸透
させた後、冷却して複合材料を作製する。
系のアルミニウム合金を置き、窒素気流中で７００〜１
０００℃の温度で溶融し、その溶融金属を非加圧で浸透
させた後、冷却して複合材料を作製する。
【００２１】一方、増粘剤を使わない場合には、増粘剤
を添加しないでスラリーを調製し、そのスラリーでプリ
フォームを形成し、形成したプリフォームの上面に先ず
Ｍｇを混合したＡｌ2Ｏ3等の含浸促進材をできるだけ薄
く敷く。用いるセラミックス粉末は、金属の浸透に差し
支えないように粗めの方がよい。また、金属の浸透の効
果は、Ｍｇ粉末の濃度に比例するので、プリフォーム上
に不均一に存在すると、浸透が不均一に進行することに
なり好ましくないので、できるだけ均一に敷く必要があ
る。そして、その上にさらに前記含浸促進材の５〜１０
重量％の量のＴｉ粉末を振り撒く。これも当然均一に振
り撒く必要がある。その上部にＡｌ−Ｍｇ系のアルミニ
ウム合金を置き、窒素気流中で７００〜１０００℃の温
度で溶融し、その溶融金属を非加圧で浸透させた後、冷
却して複合材料を作製する。
を添加しないでスラリーを調製し、そのスラリーでプリ
フォームを形成し、形成したプリフォームの上面に先ず
Ｍｇを混合したＡｌ2Ｏ3等の含浸促進材をできるだけ薄
く敷く。用いるセラミックス粉末は、金属の浸透に差し
支えないように粗めの方がよい。また、金属の浸透の効
果は、Ｍｇ粉末の濃度に比例するので、プリフォーム上
に不均一に存在すると、浸透が不均一に進行することに
なり好ましくないので、できるだけ均一に敷く必要があ
る。そして、その上にさらに前記含浸促進材の５〜１０
重量％の量のＴｉ粉末を振り撒く。これも当然均一に振
り撒く必要がある。その上部にＡｌ−Ｍｇ系のアルミニ
ウム合金を置き、窒素気流中で７００〜１０００℃の温
度で溶融し、その溶融金属を非加圧で浸透させた後、冷
却して複合材料を作製する。
【００２２】上記製造方法の両方を実施する場合には、
プリフォームの形成を先の方法で形成し、そのプリフォ
ームに後の方法でアルミニウム合金を浸透させれば、黒
い斑点の発生をさらに抑えることのできる第３の方法に
よる複合材料が作製される。
プリフォームの形成を先の方法で形成し、そのプリフォ
ームに後の方法でアルミニウム合金を浸透させれば、黒
い斑点の発生をさらに抑えることのできる第３の方法に
よる複合材料が作製される。
【００２３】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、表面に黒い斑点のない金属−セラミック
ス複合材料が得られる。
を作製すれば、表面に黒い斑点のない金属−セラミック
ス複合材料が得られる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に挙げ、本発
明をより詳細に説明する。
明をより詳細に説明する。
【００２５】（実施例１） （１）プリフォームの形成 強化材として＃３２０のＡｌ2Ｏ3粉末（平均粒径４０μ
ｍ）７０重量部と＃６００のＡｌ2Ｏ3粉末（平均粒径２
０μｍ）３０重量部の混合粉末を用い、これにバインダ
ーとしてコロイダルシリカ液をそのシリカ固形分が２重
量部となるよう加え、さらにイオン交換水を２４重量部
加えた後、これにさらに増粘剤（フォーマスタＶＬ、サ
ンノブコ社製）をＡｌ2Ｏ3粉末に対し０．２０重量％加
え、ポットミルで１６時間混合した。得られたスラリー
をφ１８０×厚さ２０ｍｍの成形体が得られるシリコー
ンゴム型に流し込み、沈降成形した。得られた成形体を
−３０℃で冷凍させた後、脱型し、それを１２００℃で
５時間焼成してプリフォームを形成した。
ｍ）７０重量部と＃６００のＡｌ2Ｏ3粉末（平均粒径２
０μｍ）３０重量部の混合粉末を用い、これにバインダ
ーとしてコロイダルシリカ液をそのシリカ固形分が２重
量部となるよう加え、さらにイオン交換水を２４重量部
加えた後、これにさらに増粘剤（フォーマスタＶＬ、サ
ンノブコ社製）をＡｌ2Ｏ3粉末に対し０．２０重量％加
え、ポットミルで１６時間混合した。得られたスラリー
をφ１８０×厚さ２０ｍｍの成形体が得られるシリコー
ンゴム型に流し込み、沈降成形した。得られた成形体を
−３０℃で冷凍させた後、脱型し、それを１２００℃で
５時間焼成してプリフォームを形成した。
【００２６】（２）複合材料の作製 耐熱性容器にオーバーグロース（浸透してきたアルミニ
ウム合金がプリフォームの外にはみ出てしまう現象）防
止用のカーボン粉末（平均粒径０．５ｍｍ）を敷き、そ
の粉末に先に形成したプリフォームをその上面が露出す
るよう埋め込み、その上にＡｌ−７Ｍｇ組成のアルミニ
ウム合金を載せて電気炉に入れ、窒素気流中で８２５℃
の温度で３６時間非加圧浸透させた後、冷却して金属−
セラミックス複合材料を作製した。
ウム合金がプリフォームの外にはみ出てしまう現象）防
止用のカーボン粉末（平均粒径０．５ｍｍ）を敷き、そ
の粉末に先に形成したプリフォームをその上面が露出す
るよう埋め込み、その上にＡｌ−７Ｍｇ組成のアルミニ
ウム合金を載せて電気炉に入れ、窒素気流中で８２５℃
の温度で３６時間非加圧浸透させた後、冷却して金属−
セラミックス複合材料を作製した。
【００２７】（３）評価 得られた複合材料の表面を目視観察し、黒い斑点の有無
を調べた。その結果、斑点は認められなかった。また、
その複合材料を切断し、その切断面を目視観察し、金属
の浸透状況を調べた。その結果、浸透不良の部分は認め
られなかった。このことは、スラリーを増粘すれば、複
合材料の表面には黒い斑点がなくなることを示してい
る。
を調べた。その結果、斑点は認められなかった。また、
その複合材料を切断し、その切断面を目視観察し、金属
の浸透状況を調べた。その結果、浸透不良の部分は認め
られなかった。このことは、スラリーを増粘すれば、複
合材料の表面には黒い斑点がなくなることを示してい
る。
【００２８】（実施例２）増粘剤を用いないでスラリー
を調製した他は実施例１と同様にプリフォームを形成
し、そのプリフォームの上面に、＃９０のＡｌ2Ｏ3粉末
９０重量部にＭｇ粉末１０重量部添加混合した含浸促進
材を敷き、その上にさらに含浸促進材の７重量％の量の
Ｔｉ粉末（ＴＳ−４５０、東邦チタニウム製）を篩を用
いて均一に振り撒き、実施例１と同様に金属を浸透さ
せ、評価した。その結果、斑点は認められなかった。ま
た、金属の浸透不良の部分も認められなかった。このこ
とは、金属の浸透を良好にすれば、黒い斑点がなくなる
ことを示している。
を調製した他は実施例１と同様にプリフォームを形成
し、そのプリフォームの上面に、＃９０のＡｌ2Ｏ3粉末
９０重量部にＭｇ粉末１０重量部添加混合した含浸促進
材を敷き、その上にさらに含浸促進材の７重量％の量の
Ｔｉ粉末（ＴＳ−４５０、東邦チタニウム製）を篩を用
いて均一に振り撒き、実施例１と同様に金属を浸透さ
せ、評価した。その結果、斑点は認められなかった。ま
た、金属の浸透不良の部分も認められなかった。このこ
とは、金属の浸透を良好にすれば、黒い斑点がなくなる
ことを示している。
【００２９】
【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、セラミックス粉末がＡ
ｌ2Ｏ3粉末であってしかもスラリーからプリフォームを
形成しても、複合材料の表面に黒い斑点の発生をなくす
ことができるようになった。このことにより、複合材料
の商品価値が貶められることがなくなった。
ス複合材料の製造方法であれば、セラミックス粉末がＡ
ｌ2Ｏ3粉末であってしかもスラリーからプリフォームを
形成しても、複合材料の表面に黒い斑点の発生をなくす
ことができるようになった。このことにより、複合材料
の商品価値が貶められることがなくなった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 睦夫 埼玉県浦和市大牧560 (72)発明者 樋口 毅 東京都東久留米市氷川台１−３−９ (72)発明者 小山 富和 東京都北区浮間１−３−１−805 Ｆターム(参考） 4K020 AA22 AC01 BA05 BA06 BA08 BB22
Claims (3)
- 【請求項１】 セラミックス粉末を強化材としてプリフ
ォームを形成し、そのプリフォームに基材である金属を
浸透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法にお
いて、該セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、該
プリフォームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒と
して水を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加
え、これにさらに増粘剤を加えて混合し、得られたスラ
リーを沈降成形し、その成形体を焼成する方法であり、
その形成したプリフォームにアルミニウムを主成分とす
る合金を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】 セラミックス粉末を強化材としてプリフ
ォームを形成し、そのプリフォームに基材である金属を
浸透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法にお
いて、該セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、該
プリフォームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒と
して水を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加え
て混合し、得られたスラリーを沈降成形し、その成形体
を焼成する方法であり、該金属を浸透させる方法が、そ
の形成したプリフォームの上面にＭｇ粉末を混合したセ
ラミックス粉末を敷き、さらにその上に前記Ｍｇ粉末を
含むセラミックス粉末の５〜１０重量％の量のＴｉ粉末
を振り撒いた後、その上面からアルミニウムを主成分と
する合金を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３】 セラミックス粉末を強化材としてプリフ
ォームを形成し、そのプリフォームに基材である金属を
浸透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法にお
いて、該セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、該
プリフォームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒と
して水を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加
え、これにさらに増粘剤を加えて混合し、得られたスラ
リーを沈降成形し、その成形体を焼成する方法であり、
該金属を浸透させる方法が、その形成したプリフォーム
の上面にＭｇ粉末を混合したセラミックス粉末を敷き、
さらにその上に前記Ｍｇ粉末を含むセラミックス粉末の
５〜１０重量％の量のＴｉ粉末を振り撒いた後、その上
面からアルミニウムを主成分とする合金を浸透させるこ
とを特徴とする金属−セラミックス複合材料の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10193592A JP2000017351A (ja) | 1998-06-25 | 1998-06-25 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP10193592A JP2000017351A (ja) | 1998-06-25 | 1998-06-25 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000017351A true JP2000017351A (ja) | 2000-01-18 |
Family
ID=16310533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10193592A Pending JP2000017351A (ja) | 1998-06-25 | 1998-06-25 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000017351A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6635357B2 (en) * | 2002-02-28 | 2003-10-21 | Vladimir S. Moxson | Bulletproof lightweight metal matrix macrocomposites with controlled structure and manufacture the same |
| JP2011073904A (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Taiheiyo Cement Corp | セラミックス多孔体の製造方法 |
| JP2011176188A (ja) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | ガラスセラミック配線基板 |
| US10229811B2 (en) | 2013-10-03 | 2019-03-12 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle beam inclination correction method and charged particle beam device |
-
1998
- 1998-06-25 JP JP10193592A patent/JP2000017351A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6635357B2 (en) * | 2002-02-28 | 2003-10-21 | Vladimir S. Moxson | Bulletproof lightweight metal matrix macrocomposites with controlled structure and manufacture the same |
| JP2011073904A (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Taiheiyo Cement Corp | セラミックス多孔体の製造方法 |
| JP2011176188A (ja) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | ガラスセラミック配線基板 |
| US10229811B2 (en) | 2013-10-03 | 2019-03-12 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle beam inclination correction method and charged particle beam device |
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