JP2809331B2 - 金属・セラミックス複合材料の製造装置 - Google Patents
金属・セラミックス複合材料の製造装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属とセラミックスとを
一体化した複合材料を製造する装置に関する。
一体化した複合材料を製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】異種材料を一体化することで、夫々の材
料の長所を備えた複合材料とすることが可能となる。斯
かる複合材料として最近では金属・セラミックス複合材
料が注目されており、このような金属・セラミックス複
合材料の製造方法としては、セラミックス強化材中に金
属溶湯を自然浸透させる方法が従来から提示されている
が、母材となる金属のセラミックス（強化材）に対する
濡れ性が悪く、濡れ性改善のために、強化材の表面を金
属コーティングする必要があり、複合化に数時間かかり
生産性に劣る。そこで、一般的には型内にセラミックス
強化材をセットした後、溶湯を加圧して強制的に複合化
せしめる加圧鋳造を行っている。
料の長所を備えた複合材料とすることが可能となる。斯
かる複合材料として最近では金属・セラミックス複合材
料が注目されており、このような金属・セラミックス複
合材料の製造方法としては、セラミックス強化材中に金
属溶湯を自然浸透させる方法が従来から提示されている
が、母材となる金属のセラミックス（強化材）に対する
濡れ性が悪く、濡れ性改善のために、強化材の表面を金
属コーティングする必要があり、複合化に数時間かかり
生産性に劣る。そこで、一般的には型内にセラミックス
強化材をセットした後、溶湯を加圧して強制的に複合化
せしめる加圧鋳造を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来方法にあ
っては、金型や加圧装置が必要となり、全体として大掛
りになる。また加圧を行うことで強化材の体積率（Ｖ
f）が変化し、更に大きな寸法の複合材を作製すること
が困難である。
っては、金型や加圧装置が必要となり、全体として大掛
りになる。また加圧を行うことで強化材の体積率（Ｖ
f）が変化し、更に大きな寸法の複合材を作製すること
が困難である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明に係る金属・セラミックス複合材料の製造装置は、
ガス導入部とガス排出部とヒータとを備えた炉内に、酸
化物系セラミックスからなる多孔質体を収納するセット
台と、マグネシウムを収納する坩堝と、溶融金属供給装
置とを配設し、更に移動装置によって前記セット台及び
溶融金属供給装置のうちの一方を他方の位置まで移動可
能とした。
発明に係る金属・セラミックス複合材料の製造装置は、
ガス導入部とガス排出部とヒータとを備えた炉内に、酸
化物系セラミックスからなる多孔質体を収納するセット
台と、マグネシウムを収納する坩堝と、溶融金属供給装
置とを配設し、更に移動装置によって前記セット台及び
溶融金属供給装置のうちの一方を他方の位置まで移動可
能とした。
【０００５】ここで、前記炉内を開閉自在な遮蔽部材に
て第１チャンバーと第２チャンバーとに画成した場合に
は、第１チャンバー内にはマグネシウムを収納する坩堝
を配設し、第２チャンバー内には溶融金属供給装置を配
設し、更に酸化物系セラミックスからなる多孔質体を収
納するセット台については移動装置によって第１チャン
バーと第２チャンバーとの間を往復動可能とする。
て第１チャンバーと第２チャンバーとに画成した場合に
は、第１チャンバー内にはマグネシウムを収納する坩堝
を配設し、第２チャンバー内には溶融金属供給装置を配
設し、更に酸化物系セラミックスからなる多孔質体を収
納するセット台については移動装置によって第１チャン
バーと第２チャンバーとの間を往復動可能とする。
【０００６】
【作用】炉内を希ガス雰囲気としてマグネシウムを昇華
させ、このマグネシウム蒸気を多孔質体内に分散せし
め、更に炉内に窒素ガスを導入しマグネシウムと反応さ
せて窒化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）を生成し、この窒化
マグネシウムを多孔質体表面の酸化物と接触させて還元
することで金属原子を露出せしめ、次いで、この多孔質
体に金属溶湯を供給し自然浸透させる。
させ、このマグネシウム蒸気を多孔質体内に分散せし
め、更に炉内に窒素ガスを導入しマグネシウムと反応さ
せて窒化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）を生成し、この窒化
マグネシウムを多孔質体表面の酸化物と接触させて還元
することで金属原子を露出せしめ、次いで、この多孔質
体に金属溶湯を供給し自然浸透させる。
【０００７】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここで、図１は本発明に係る金属・セラミッ
クス複合材料の製造装置の第１チャンバーと第２チャン
バーとを遮蔽した状態を示す断面図、図２は同製造装置
の第１チャンバーと第２チャンバーとを遮蔽した状態を
示す断面図であり、製造装置はベース１上に炉２を設け
ている。
説明する。ここで、図１は本発明に係る金属・セラミッ
クス複合材料の製造装置の第１チャンバーと第２チャン
バーとを遮蔽した状態を示す断面図、図２は同製造装置
の第１チャンバーと第２チャンバーとを遮蔽した状態を
示す断面図であり、製造装置はベース１上に炉２を設け
ている。
【０００８】炉２は図示しない駆動源によって開閉動を
行う遮蔽部材３にて第１チャンバーＳ１と第２チャンバ
ーＳ２とに画成されている。尚、遮蔽部材３は後述する
第１チャンバーＳ１ないで発生したＭg蒸気がなるべく
第２チャンバーＳ２内に入らないようにするためのもの
であり、完全に第１チャンバーＳ１と第２チャンバーＳ
２とを気密に分離する必要はない。したがって、遮蔽部
材３としては板状でなくともカーテンのようなものでも
よい。
行う遮蔽部材３にて第１チャンバーＳ１と第２チャンバ
ーＳ２とに画成されている。尚、遮蔽部材３は後述する
第１チャンバーＳ１ないで発生したＭg蒸気がなるべく
第２チャンバーＳ２内に入らないようにするためのもの
であり、完全に第１チャンバーＳ１と第２チャンバーＳ
２とを気密に分離する必要はない。したがって、遮蔽部
材３としては板状でなくともカーテンのようなものでも
よい。
【０００９】また、前記第１チャンバーＳ１及び第２チ
ャンバーＳ２の天井部にはそれぞれ開閉バルブを備えた
ガス導入管４と真空引き装置につながるガス排出管５を
貫通せしめ、また天井部内側面にはヒータ６を設け、更
に第１チャンバーＳ１の天井部には攪拌装置７を臨ませ
ている。
ャンバーＳ２の天井部にはそれぞれ開閉バルブを備えた
ガス導入管４と真空引き装置につながるガス排出管５を
貫通せしめ、また天井部内側面にはヒータ６を設け、更
に第１チャンバーＳ１の天井部には攪拌装置７を臨ませ
ている。
【００１０】また、第１チャンバーＳ１内には坩堝８を
配設し、第２チャンバー内には溶融金属供給装置９を配
設している。坩堝８は後述するＭgを入れるものであ
り、Ｍgを昇華させるためのヒータ８ａ或いは電子ビー
ム発生装置を備えている。また溶融金属供給装置９はＡ
l等の純金属の溶湯を保持する密閉容器９ａに不活性ガ
ス供給源９ｂを接続し、この不活性ガス供給源９ｂから
のガス圧を利用して密閉容器９ａ内の溶湯をパイプ９ｃ
を介して取り出す。尚、パイプ９ｃの途中には外部操作
可能なバルブ９ｄを設けている。
配設し、第２チャンバー内には溶融金属供給装置９を配
設している。坩堝８は後述するＭgを入れるものであ
り、Ｍgを昇華させるためのヒータ８ａ或いは電子ビー
ム発生装置を備えている。また溶融金属供給装置９はＡ
l等の純金属の溶湯を保持する密閉容器９ａに不活性ガ
ス供給源９ｂを接続し、この不活性ガス供給源９ｂから
のガス圧を利用して密閉容器９ａ内の溶湯をパイプ９ｃ
を介して取り出す。尚、パイプ９ｃの途中には外部操作
可能なバルブ９ｄを設けている。
【００１１】一方、第１チャンバーＳ１と第２チャンバ
ーＳ２に亘ってレール部材１０を設け、このレール部材
１０に走行体１１を係合し、炉２外に設けた駆動装置１
２によって走行体１１を第１チャンバーＳ１と第２チャ
ンバーＳ２との間で往復動可能とし、更に走行体１１に
は酸化物系セラミックスからなる多孔質体１３を収納す
るセット台１４を固定している。
ーＳ２に亘ってレール部材１０を設け、このレール部材
１０に走行体１１を係合し、炉２外に設けた駆動装置１
２によって走行体１１を第１チャンバーＳ１と第２チャ
ンバーＳ２との間で往復動可能とし、更に走行体１１に
は酸化物系セラミックスからなる多孔質体１３を収納す
るセット台１４を固定している。
【００１２】以上において、複合材を製造するには、図
１に示すように遮蔽部材３を降ろして第１チャンバーＳ
１と第２チャンバーＳ２とを分けた状態で、坩堝８内に
マグネシウムを、セット台１４に多孔質体（プリフォー
ム）１３をそれぞれセットする。ここで、多孔質体１３
としてはＡl2Ｏ3繊維或いはＡl2Ｏ3粒子からなる例えば
体積率（Ｖf）が２０％程度のものとする。
１に示すように遮蔽部材３を降ろして第１チャンバーＳ
１と第２チャンバーＳ２とを分けた状態で、坩堝８内に
マグネシウムを、セット台１４に多孔質体（プリフォー
ム）１３をそれぞれセットする。ここで、多孔質体１３
としてはＡl2Ｏ3繊維或いはＡl2Ｏ3粒子からなる例えば
体積率（Ｖf）が２０％程度のものとする。
【００１３】而る後、第１チャンバーＳ１内をＡrガス
で置換し、７５０℃以上好ましくは９００℃まで昇温し
且つ炉内を０．５atmまで減圧することでマグネシウム
を完全に昇華せしる。すると、昇華したマグネシウム蒸
気は多孔質体１３に含浸し、多孔質体１３を構成するＡ
l2Ｏ3繊維或いはＡl2Ｏ3粒子表面に均一に付着する。こ
の時の原子の状態を図３（ａ）で示している。尚、第１
チャンバーＳ１内をＡrガスで置換するのは酸素を除去
するためであり、酸素濃度はできるだけ少ない方が好ま
しいが、０．２％以下であれば十分である。
で置換し、７５０℃以上好ましくは９００℃まで昇温し
且つ炉内を０．５atmまで減圧することでマグネシウム
を完全に昇華せしる。すると、昇華したマグネシウム蒸
気は多孔質体１３に含浸し、多孔質体１３を構成するＡ
l2Ｏ3繊維或いはＡl2Ｏ3粒子表面に均一に付着する。こ
の時の原子の状態を図３（ａ）で示している。尚、第１
チャンバーＳ１内をＡrガスで置換するのは酸素を除去
するためであり、酸素濃度はできるだけ少ない方が好ま
しいが、０．２％以下であれば十分である。
【００１４】次いで、炉２内に窒素ガスを内圧が１atm
になるまで導入し、前記昇華したマグネシウムと反応さ
せて窒化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）をＡl2Ｏ3繊維或いは
Ａl2Ｏ3粒子表面に生成せしめる。この時の原子の状態
を図３（ｂ）で示している。
になるまで導入し、前記昇華したマグネシウムと反応さ
せて窒化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）をＡl2Ｏ3繊維或いは
Ａl2Ｏ3粒子表面に生成せしめる。この時の原子の状態
を図３（ｂ）で示している。
【００１５】そして、８００℃以上好ましくは９００℃
〜９５０℃で約１０分間保持することで、生成された窒
化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）をＡl2Ｏ3繊維或いはＡl2Ｏ
3粒子表面に形成されたＡl2Ｏ3と接触させて還元するこ
とで金属原子（Ａl）を露出せしめる。
〜９５０℃で約１０分間保持することで、生成された窒
化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）をＡl2Ｏ3繊維或いはＡl2Ｏ
3粒子表面に形成されたＡl2Ｏ3と接触させて還元するこ
とで金属原子（Ａl）を露出せしめる。
【００１６】以下に焼結炉内での反応式を示す。 ３Ｍg(gas)＋Ｎ2＝Ｍg3Ｎ2 ２Ｍg3Ｎ2＋２Ａl2Ｏ3＝２ＡlＮ＋６ＭgＯ＋２Ａl＋
Ｎ2 Ｍg3Ｎ2＋２Ａl2Ｏ3＋３Ｍg＝２ＡlＮ＋６ＭgＯ＋２
Ａl これらの式のΔＧ（ギブスの標準生成エネルギー）は負
であり、反応は右に進むため、Ｍg3Ｎ2の存在下でＡl2
Ｏ3からＯ原子が離脱する。
Ｎ2 Ｍg3Ｎ2＋２Ａl2Ｏ3＋３Ｍg＝２ＡlＮ＋６ＭgＯ＋２
Ａl これらの式のΔＧ（ギブスの標準生成エネルギー）は負
であり、反応は右に進むため、Ｍg3Ｎ2の存在下でＡl2
Ｏ3からＯ原子が離脱する。
【００１７】以上のようにしてＡl2Ｏ3からＯ原子が離
脱し、Ａl2Ｏ3繊維或いはＡl2Ｏ3粒子表面には液状Ａ
l，及び濡れのよいＡlＮが生成される。
脱し、Ａl2Ｏ3繊維或いはＡl2Ｏ3粒子表面には液状Ａ
l，及び濡れのよいＡlＮが生成される。
【００１８】次いで、図２に示すように遮蔽部材３を上
昇せしめ、第１チャンバーＳ１と第２チャンバーＳ２と
を連通せしめ、駆動装置１２を駆動して走行体１１を第
１チャンバーＳ１から第２チャンバーＳ２に押し込み、
走行体１１状に固定したセット台１４を溶融金属供給装
置９のパイプ９ｃの真下に位置せしめ、更にバルブ９ｄ
を開とし、密閉容器９ａ内のＡl溶湯をセット台１４上
の多孔質体１３に注ぐ。
昇せしめ、第１チャンバーＳ１と第２チャンバーＳ２と
を連通せしめ、駆動装置１２を駆動して走行体１１を第
１チャンバーＳ１から第２チャンバーＳ２に押し込み、
走行体１１状に固定したセット台１４を溶融金属供給装
置９のパイプ９ｃの真下に位置せしめ、更にバルブ９ｄ
を開とし、密閉容器９ａ内のＡl溶湯をセット台１４上
の多孔質体１３に注ぐ。
【００１９】すると、前記したように多孔質体１３を構
成するＡl2Ｏ3繊維或いはＡl2Ｏ3粒子表面には液状Ａ
l，及び濡れのよいＡlＮが生成され、極めて活性な状態
となっているので、注がれたＡl溶湯は自然浸透によっ
て多孔質体１３内に瞬時に入り込み、複合一体化する。
成するＡl2Ｏ3繊維或いはＡl2Ｏ3粒子表面には液状Ａ
l，及び濡れのよいＡlＮが生成され、極めて活性な状態
となっているので、注がれたＡl溶湯は自然浸透によっ
て多孔質体１３内に瞬時に入り込み、複合一体化する。
【００２０】尚、実施例にあってはセット台と移動装置
を１つしか設けなかったが、これらを２つ設けること
で、一方のセット台を第１チャンバー内に位置せしめて
多孔質体内にＭg蒸気を含浸させている間に、他方のセ
ット台を第２チャンバー内に位置せしめ、既に表面が活
性になっている多孔質体に金属溶湯を供給するようにし
てもよい。このようにすることにより装置の稼働率を高
めることができる。
を１つしか設けなかったが、これらを２つ設けること
で、一方のセット台を第１チャンバー内に位置せしめて
多孔質体内にＭg蒸気を含浸させている間に、他方のセ
ット台を第２チャンバー内に位置せしめ、既に表面が活
性になっている多孔質体に金属溶湯を供給するようにし
てもよい。このようにすることにより装置の稼働率を高
めることができる。
【００２１】
【発明の効果】以上に説明したように本発明に係る金属
・セラミックス複合材料の製造装置によれば、酸化物系
セラミックスからなる多孔質体表面の酸化物に窒化マグ
ネシウム（Ｍg3Ｎ2）を接触させ、還元によって酸素を
除去しＡl等の金属原子を露出せしめ、表面が極めて活
性な多孔質体内に金属溶湯を供給するようにしたので、
加圧等を行うことなく自然浸透によって金属溶湯を多孔
質体内まで行き渡らせることが可能となり、極めて複合
率の高い材料を連続的に製造することができる。
・セラミックス複合材料の製造装置によれば、酸化物系
セラミックスからなる多孔質体表面の酸化物に窒化マグ
ネシウム（Ｍg3Ｎ2）を接触させ、還元によって酸素を
除去しＡl等の金属原子を露出せしめ、表面が極めて活
性な多孔質体内に金属溶湯を供給するようにしたので、
加圧等を行うことなく自然浸透によって金属溶湯を多孔
質体内まで行き渡らせることが可能となり、極めて複合
率の高い材料を連続的に製造することができる。
【図１】本発明に係る金属・セラミックス複合材料の製
造装置の第１チャンバーと第２チャンバーとを遮蔽した
状態を示す断面図
造装置の第１チャンバーと第２チャンバーとを遮蔽した
状態を示す断面図
【図２】同製造装置の第１チャンバーと第２チャンバー
とを遮蔽した状態を示す断面図
とを遮蔽した状態を示す断面図
【図３】（ａ）はＭgが昇華した状態のＡl粉末粒子の原
子配列の模式図、（ｂ）は昇華したＭgとＮとが結合し
た状態を示す模式図、（ｃ）はＭgとＯとが結合しＡlが
露出した状態を示す模式図
子配列の模式図、（ｂ）は昇華したＭgとＮとが結合し
た状態を示す模式図、（ｃ）はＭgとＯとが結合しＡlが
露出した状態を示す模式図
１…ベース、２…炉、３…遮蔽部材、８…坩堝、９…金
属溶湯供給装置、１０…レール部材、１１…走行体、１
３…多孔質体、１４…セット台、Ｓ１…第１チャンバ
ー、Ｓ２…第２チャンバー。
属溶湯供給装置、１０…レール部材、１１…走行体、１
３…多孔質体、１４…セット台、Ｓ１…第１チャンバ
ー、Ｓ２…第２チャンバー。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22D 19/14 B22D 21/04
Claims (2)
- 【請求項１】 金属・セラミックス複合材料を製造する
装置において、この装置は、ガス導入部とガス排出部と
ヒータとを備えた炉内に、酸化物系セラミックスからな
る多孔質体を収納するセット台と、マグネシウムを収納
する坩堝と、溶融金属供給装置とを配設し、更に移動装
置によって前記セット台及び溶融金属供給装置のうちの
一方を他方の位置まで移動可能としたことを特徴とする
金属・セラミックス複合材料の製造装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の金属・セラミックス複
合材料の製造装置において、前記炉内は開閉自在な遮蔽
部材にて第１チャンバーと第２チャンバーとに画成さ
れ、第１チャンバー内にはマグネシウムを収納する坩堝
が配設され、第２チャンバー内には溶融金属供給装置が
配設され、酸化物系セラミックスからなる多孔質体を収
納するセット台は移動装置によって第１チャンバーと第
２チャンバーとの間を往復動可能とされていることを特
徴とする金属・セラミックス複合材料の製造装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18258694A JP2809331B2 (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | 金属・セラミックス複合材料の製造装置 |
| GB9515138A GB2294272B (en) | 1994-07-28 | 1995-07-24 | Method for producing metal-ceramic composite materials. |
| US08/507,727 US5786035A (en) | 1994-07-28 | 1995-07-26 | Method for producing metal-ceramic composite materials |
| DE19527495A DE19527495C2 (de) | 1994-07-28 | 1995-07-27 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Metall-Keramik-Verbundmaterials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18258694A JP2809331B2 (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | 金属・セラミックス複合材料の製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0847766A JPH0847766A (ja) | 1996-02-20 |
| JP2809331B2 true JP2809331B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=16120881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18258694A Expired - Fee Related JP2809331B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-08-03 | 金属・セラミックス複合材料の製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2809331B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4516243B2 (ja) * | 2001-07-23 | 2010-08-04 | 本田技研工業株式会社 | 鋳包み鋳造方法 |
| JP4583334B2 (ja) * | 2006-05-02 | 2010-11-17 | 啓治 山部 | 鋳造用の金属−セラミックス複合材料の製造法 |
| US7623004B2 (en) * | 2006-09-13 | 2009-11-24 | Dieter Wolk | Method and structure for inhibiting multipactor |
-
1994
- 1994-08-03 JP JP18258694A patent/JP2809331B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0847766A (ja) | 1996-02-20 |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980716 |
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