JPH0132297B2 - - Google Patents
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- JPH0132297B2 JPH0132297B2 JP55045955A JP4595580A JPH0132297B2 JP H0132297 B2 JPH0132297 B2 JP H0132297B2 JP 55045955 A JP55045955 A JP 55045955A JP 4595580 A JP4595580 A JP 4595580A JP H0132297 B2 JPH0132297 B2 JP H0132297B2
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- Japan
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- metal
- calcium
- ceramic
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- aluminum
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は相互に混和しにくい溶融金属とセラミ
ツクとを均一に混合し、均質な複合体を製造する
方法に関するものである。
ツクとを均一に混合し、均質な複合体を製造する
方法に関するものである。
最近、各種の使用目的に応じた性質をもつ材料
を得るために、金属に対し、種々のセラミツク粒
子を混合して複合体とすることが行われている。
例えばアルミニウムや銅合金に黒鉛微粒子を加え
て減摩材とすること、アルミニウムにシラスバル
ーンのような超軽量ガラス質微小中空球を高配合
率で混入させて軽量複合材とすること、アルミニ
ウムその他の金属に炭素短繊維や、酸化物、炭化
物のような充てん剤を加えて強度を交上させるこ
と、溶融アルミニウムにシラス、雲母及び炭酸カ
ルシウムのような発泡源を含む粒子を加えて発泡
させ超軽量発泡アルミニウムとすることなどが知
られている。
を得るために、金属に対し、種々のセラミツク粒
子を混合して複合体とすることが行われている。
例えばアルミニウムや銅合金に黒鉛微粒子を加え
て減摩材とすること、アルミニウムにシラスバル
ーンのような超軽量ガラス質微小中空球を高配合
率で混入させて軽量複合材とすること、アルミニ
ウムその他の金属に炭素短繊維や、酸化物、炭化
物のような充てん剤を加えて強度を交上させるこ
と、溶融アルミニウムにシラス、雲母及び炭酸カ
ルシウムのような発泡源を含む粒子を加えて発泡
させ超軽量発泡アルミニウムとすることなどが知
られている。
しかしながら、一般にこれらの金属複合材に配
合されるセラミツクは溶融金属とのぬれが悪く、
また両者間には比重差があるため、溶融金属中に
セラミツク粒子を加え十分にかきまぜても両者は
完全に分散させることが困難であり、冷却固化す
る間に両者が分離するのを免れない。このような
難点を解決する方法として、これまで、セラミツ
ク粒子の表面をあらかじめ金属で被覆し、これを
溶融金属に加える方法、溶融金属の温度、合金成
分、セラミツク粒子の混合条件を厳密に制御して
混合する方法などが行われているが、処理がはん
雑であつたり、期待どおりの効果が得られないた
め、工業的方法としてはまだ十分に満足しうるも
のとはいえない。また、アルミニウムにセラミツ
ク中空細球を分散させる際、先ず、アルミニウム
にアルカリ金属、又はアルカリ土類金属を添加し
てセラミツクとのぬれを向上させる方法も知られ
ているが、これは適用可能な基材がアルミニウム
に、充てん材がガラス中空球に限定される上に、
均一な分散を得るには、かなり多量のアルカリ金
属、または、アルカリ土類金属を必要とするな
ど、実用に際して必ずしも満足しうるものではな
い。そのほか、溶融金属の粘性を増大させてセラ
ミツクを分散可能にする方法として、固相線と液
相線の温度範囲の広い合金成分を用いて固相粒子
（初晶）の晶出する温度域で強力なかきまぜを行
い、固相粒子を均一に分散させた高粘度固液共存
融成体を形成させ、これに炭化ケイ素、酸化アル
ミニウム、酸化ケイ素のようなセラミツク粒子を
添加する方法あるいは溶融金属中に空気、酸素又
は、二酸化炭素などの気体を吹き込んでかきま
ぜ、融成体中に均一に生成させた微細な酸化物粒
子により増粘化し、これに発泡性セラミツクを添
加混合して金属発泡液体を得る方法などが知られ
ている。しかしながら、これらの増粘方法は、適
用される溶融金属やセラミツクに制限がある上
に、条件制御が厳しく、普遍的に利用しうるもの
とはいえない。
合されるセラミツクは溶融金属とのぬれが悪く、
また両者間には比重差があるため、溶融金属中に
セラミツク粒子を加え十分にかきまぜても両者は
完全に分散させることが困難であり、冷却固化す
る間に両者が分離するのを免れない。このような
難点を解決する方法として、これまで、セラミツ
ク粒子の表面をあらかじめ金属で被覆し、これを
溶融金属に加える方法、溶融金属の温度、合金成
分、セラミツク粒子の混合条件を厳密に制御して
混合する方法などが行われているが、処理がはん
雑であつたり、期待どおりの効果が得られないた
め、工業的方法としてはまだ十分に満足しうるも
のとはいえない。また、アルミニウムにセラミツ
ク中空細球を分散させる際、先ず、アルミニウム
にアルカリ金属、又はアルカリ土類金属を添加し
てセラミツクとのぬれを向上させる方法も知られ
ているが、これは適用可能な基材がアルミニウム
に、充てん材がガラス中空球に限定される上に、
均一な分散を得るには、かなり多量のアルカリ金
属、または、アルカリ土類金属を必要とするな
ど、実用に際して必ずしも満足しうるものではな
い。そのほか、溶融金属の粘性を増大させてセラ
ミツクを分散可能にする方法として、固相線と液
相線の温度範囲の広い合金成分を用いて固相粒子
（初晶）の晶出する温度域で強力なかきまぜを行
い、固相粒子を均一に分散させた高粘度固液共存
融成体を形成させ、これに炭化ケイ素、酸化アル
ミニウム、酸化ケイ素のようなセラミツク粒子を
添加する方法あるいは溶融金属中に空気、酸素又
は、二酸化炭素などの気体を吹き込んでかきま
ぜ、融成体中に均一に生成させた微細な酸化物粒
子により増粘化し、これに発泡性セラミツクを添
加混合して金属発泡液体を得る方法などが知られ
ている。しかしながら、これらの増粘方法は、適
用される溶融金属やセラミツクに制限がある上
に、条件制御が厳しく、普遍的に利用しうるもの
とはいえない。
本発明者らは、多くの金属に対して共通的に通
用することができる。溶融金属とセラミツクとの
均一な混合方法を開発するために、鋭意研究を重
ねた結果、少量の金属カルシウムを含むアルミニ
ウム、マグネシウム、スズ、鉛、亜鉛などの融成
物を、酸素の存在下で激しく撹拌を続けると、そ
の粘性が著しく増大し、セラミツク粒子を加えた
ときに、十分な分散状態を与えうることを見出
し、この知見に基づいて本発明をなすに至つた。
用することができる。溶融金属とセラミツクとの
均一な混合方法を開発するために、鋭意研究を重
ねた結果、少量の金属カルシウムを含むアルミニ
ウム、マグネシウム、スズ、鉛、亜鉛などの融成
物を、酸素の存在下で激しく撹拌を続けると、そ
の粘性が著しく増大し、セラミツク粒子を加えた
ときに、十分な分散状態を与えうることを見出
し、この知見に基づいて本発明をなすに至つた。
すなわち、本発明は、アルミニウム、マグネシ
ウム、スズ、鉛及び亜鉛の中から選ばれた１種の
金属と、その重量に基づき、0.05〜５％のカルシ
ウムとの金属−カルシウム混合物を溶製したの
ち、セラミツク粒子の添加混合に適した粘性に達
するまで該混合物の融成物を酸素の存在下で激し
くかきまぜ続けて酸化促進し、しかるのちセラミ
ツクを加え分散をはかることを特徴とするセラミ
ツク−金属複合体の製造方法を提供するものであ
る。
ウム、スズ、鉛及び亜鉛の中から選ばれた１種の
金属と、その重量に基づき、0.05〜５％のカルシ
ウムとの金属−カルシウム混合物を溶製したの
ち、セラミツク粒子の添加混合に適した粘性に達
するまで該混合物の融成物を酸素の存在下で激し
くかきまぜ続けて酸化促進し、しかるのちセラミ
ツクを加え分散をはかることを特徴とするセラミ
ツク−金属複合体の製造方法を提供するものであ
る。
一般に、前記金属の融成物に金属カルシウムを
添加すると、僅かに粘性が増加することが認めら
れる。このような合金化による増粘現象は、例え
ば溶融アルミニウムに対するチタニウム、鉄、銅
などの溶融時にみられるようによく知られており
鋳造関係では重要な現象である。しかし、このカ
ルシウムの溶解による粘性の増加のみでは各種の
セラミツク粒子を任意に添加、混合できるほどの
十分な粘性を得ることができず、僅かにアルミニ
ウム−ガラス中空球の系にその可能性が認められ
るにすぎない。
添加すると、僅かに粘性が増加することが認めら
れる。このような合金化による増粘現象は、例え
ば溶融アルミニウムに対するチタニウム、鉄、銅
などの溶融時にみられるようによく知られており
鋳造関係では重要な現象である。しかし、このカ
ルシウムの溶解による粘性の増加のみでは各種の
セラミツク粒子を任意に添加、混合できるほどの
十分な粘性を得ることができず、僅かにアルミニ
ウム−ガラス中空球の系にその可能性が認められ
るにすぎない。
一方、カルシウムを含有する溶融金属の酸素存
在下における撹拌による増粘機構は、以下のよう
に考えることができる。すなわち、カルシウムが
酸素との親和力の最も大きい元素であるため、溶
融金属中に添加、溶解後、空気に接したカルシウ
ム分を直ちに酸化して微細な酸化カルシウムとな
り、かきまぜにより融成物中に分散する。引続き
かきまぜるとこの溶融金属中の酸化カルシウムの
量は次第に増大し、同時に見掛けの粘性の増加も
著しくなる。このような溶融金属中のカルシウム
の優先酸化を利用することが、本発明の特徴とな
つている。
在下における撹拌による増粘機構は、以下のよう
に考えることができる。すなわち、カルシウムが
酸素との親和力の最も大きい元素であるため、溶
融金属中に添加、溶解後、空気に接したカルシウ
ム分を直ちに酸化して微細な酸化カルシウムとな
り、かきまぜにより融成物中に分散する。引続き
かきまぜるとこの溶融金属中の酸化カルシウムの
量は次第に増大し、同時に見掛けの粘性の増加も
著しくなる。このような溶融金属中のカルシウム
の優先酸化を利用することが、本発明の特徴とな
つている。
溶融アルミニウムに空気等の吹き込みにより強
制酸化を行い、同じく見掛けの粘性の増加法につ
いて前に記したが、この方法は本発明者らの実験
によると、増粘効果をあげるためには、かなりの
長時間空気吹き込みを必要とし、またマグネシウ
ムには危険であり、スズ、鉛、亜鉛には空気吹き
込みによる増粘効果は少ない。また合金の固液共
存領域を用いる増粘法は純金属あるいは共晶合金
など任意の金属には適用できない。さらにセラミ
ツク微粒子を、あらかじめ金属膜の被覆処理を行
う方法は経済的には不利である。これに対し本発
明方法は溶融金属自体の酸化よりも添加されたカ
ルシウムの優先酸化によるため、酸化速度が大き
く、したがつて増粘時間も短くて済み、しかも任
意の純金属に対して適用でき、また複合化するセ
ラミツク粒子の材質や形状を選ばないなどの優れ
た特徴をもつのである。
制酸化を行い、同じく見掛けの粘性の増加法につ
いて前に記したが、この方法は本発明者らの実験
によると、増粘効果をあげるためには、かなりの
長時間空気吹き込みを必要とし、またマグネシウ
ムには危険であり、スズ、鉛、亜鉛には空気吹き
込みによる増粘効果は少ない。また合金の固液共
存領域を用いる増粘法は純金属あるいは共晶合金
など任意の金属には適用できない。さらにセラミ
ツク微粒子を、あらかじめ金属膜の被覆処理を行
う方法は経済的には不利である。これに対し本発
明方法は溶融金属自体の酸化よりも添加されたカ
ルシウムの優先酸化によるため、酸化速度が大き
く、したがつて増粘時間も短くて済み、しかも任
意の純金属に対して適用でき、また複合化するセ
ラミツク粒子の材質や形状を選ばないなどの優れ
た特徴をもつのである。
従来より金属に対するカルシウムの添加例は非
常に少く、僅かに酸化防止剤あるいは脱酸剤とし
て極く微量（0.01〜0.02％以下）を用いる例が知
られているにすぎない。ただし、一般にカルシウ
ムは金属を脆化する効果があるため、添加量を多
くすることは控えるべきである。本発明はこの点
を十分検討した結果、添加量が重量当り0.05％か
ら増粘作用が顕著になり、５％を超えると増粘作
用は増々大きくなるが、金属自体の脆化が著しく
なり、特性が失われることから、添加量として
は、0.05から５％の範囲内が選ばれる。望ましく
は、0.5％から１％の範囲であるが、溶融金属の
種類やセラミツク粒子の添加量などにより変動す
る。
常に少く、僅かに酸化防止剤あるいは脱酸剤とし
て極く微量（0.01〜0.02％以下）を用いる例が知
られているにすぎない。ただし、一般にカルシウ
ムは金属を脆化する効果があるため、添加量を多
くすることは控えるべきである。本発明はこの点
を十分検討した結果、添加量が重量当り0.05％か
ら増粘作用が顕著になり、５％を超えると増粘作
用は増々大きくなるが、金属自体の脆化が著しく
なり、特性が失われることから、添加量として
は、0.05から５％の範囲内が選ばれる。望ましく
は、0.5％から１％の範囲であるが、溶融金属の
種類やセラミツク粒子の添加量などにより変動す
る。
本発明の利用分野は、すでに記したように金属
中にセラミツク粒子の分散を必要とする各種のセ
ラミツク金属複合体の製造にあり、具体的には例
えば、減摩材を目的とする黒鉛、金属系複合体、
軽量化金属を目的とする軽量ガラス質微小中空球
金属複合体、強化を目的とする酸化物、炭化物、
窒化物、炭素などの微粒子、短繊維、金属複合体
超軽量化を目的とするシラス、雲母、炭酸塩、水
素化物など発泡源を含むセラミツクを用いた発泡
金属などに対しても極めて有効である。
中にセラミツク粒子の分散を必要とする各種のセ
ラミツク金属複合体の製造にあり、具体的には例
えば、減摩材を目的とする黒鉛、金属系複合体、
軽量化金属を目的とする軽量ガラス質微小中空球
金属複合体、強化を目的とする酸化物、炭化物、
窒化物、炭素などの微粒子、短繊維、金属複合体
超軽量化を目的とするシラス、雲母、炭酸塩、水
素化物など発泡源を含むセラミツクを用いた発泡
金属などに対しても極めて有効である。
次に実施例により、本発明をさらに詳細に説明
する。
する。
実施例 １
電気炉により＃10の黒鉛ルツボ中で720℃の溶
融状態に保たれた１Kgの純度99.95％の純アルミ
ニウムにカルシウムを10ｇ添加混合し、増粘のた
め約５分間回転翼により機械的にかきまぜたの
ち、前もつた十分な脱水処理を行つた水置換比重
0.45平均粒径150μｍのシラスバルーン（南九州に
堆積するシラスを原料にしたガラス質微小中空
球）500mlを徐々に添加混合した後、冷却凝固し
て複合体を得た。この複合体は、シラスバルーン
が母相のアルミニウム中に均質に分散し、比重
1.55の軽量化材であつた。なお、カルシウムの添
加を行わない場合は、シラスバルーンの混入の途
中で分離現象がみられ、複合体の製造は不可能で
あつた。
融状態に保たれた１Kgの純度99.95％の純アルミ
ニウムにカルシウムを10ｇ添加混合し、増粘のた
め約５分間回転翼により機械的にかきまぜたの
ち、前もつた十分な脱水処理を行つた水置換比重
0.45平均粒径150μｍのシラスバルーン（南九州に
堆積するシラスを原料にしたガラス質微小中空
球）500mlを徐々に添加混合した後、冷却凝固し
て複合体を得た。この複合体は、シラスバルーン
が母相のアルミニウム中に均質に分散し、比重
1.55の軽量化材であつた。なお、カルシウムの添
加を行わない場合は、シラスバルーンの混入の途
中で分離現象がみられ、複合体の製造は不可能で
あつた。
実施例 ２
実施例１の方法で、400ｇの純アルミニウムの
溶湯に１％のカルシウムを添加し、増粘処理を行
つた後、平均粒径３mmの鱗片状天然黒鉛をかきま
ぜながら混入し、冷却凝固した。得られた複合体
は、一部黒鉛粒子からの揮発分による発泡がみら
れたが、黒鉛粒子が均一に分散したものとなり、
黒鉛粒子の前処理は不要であつた。なおカルシウ
ムの添加を行わない場合は、黒鉛粒子の混入は殆
ど不可能であつた。
溶湯に１％のカルシウムを添加し、増粘処理を行
つた後、平均粒径３mmの鱗片状天然黒鉛をかきま
ぜながら混入し、冷却凝固した。得られた複合体
は、一部黒鉛粒子からの揮発分による発泡がみら
れたが、黒鉛粒子が均一に分散したものとなり、
黒鉛粒子の前処理は不要であつた。なおカルシウ
ムの添加を行わない場合は、黒鉛粒子の混入は殆
ど不可能であつた。
実施例 ３
それぞれの融点より約50℃高い温度に保たれた
スズ、鉛、亜鉛の各溶湯約200mlに対するシラス
バルーン、シラス粉、ホウ化チタニウム、窒化ケ
イ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウムなど各セラミツク微粒子の添加実
験において、各溶湯に前もつてカルシウム0.5％
を添加し増粘処理を行つた場合には、いずれも容
易に混入できることが確められた。しかし、カル
シウムの添加を行わないものは、セラミツク微粒
子の添加時に、始め一部混入する場合もあつたが
添加量を増すと共に必ず分離現象がみられ、完全
な混入は不可能であつた。
スズ、鉛、亜鉛の各溶湯約200mlに対するシラス
バルーン、シラス粉、ホウ化チタニウム、窒化ケ
イ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウムなど各セラミツク微粒子の添加実
験において、各溶湯に前もつてカルシウム0.5％
を添加し増粘処理を行つた場合には、いずれも容
易に混入できることが確められた。しかし、カル
シウムの添加を行わないものは、セラミツク微粒
子の添加時に、始め一部混入する場合もあつたが
添加量を増すと共に必ず分離現象がみられ、完全
な混入は不可能であつた。
実施例 ４
実施例５の方法において溶融金属にマグネシウ
ム200mlを用い、これにカルシウムを重量当り５
％を添加し、撹拌による増粘処理を行つた溶湯に
シラスバルーン、シラス粉、酸化マグネシウム、
黒鉛粒子等のセラミツク粒子の混入実験を行つた
ところ、いずれも十分な均一混合の状態が得られ
た。なお、カルシウムの添加量が１％以下におい
ては、シラスバルーン、シラス粉の混入は途中で
分離現象が生じ、複合体の製造ができなかつた。
ム200mlを用い、これにカルシウムを重量当り５
％を添加し、撹拌による増粘処理を行つた溶湯に
シラスバルーン、シラス粉、酸化マグネシウム、
黒鉛粒子等のセラミツク粒子の混入実験を行つた
ところ、いずれも十分な均一混合の状態が得られ
た。なお、カルシウムの添加量が１％以下におい
ては、シラスバルーン、シラス粉の混入は途中で
分離現象が生じ、複合体の製造ができなかつた。
Claims (1)
- １ アルミニウム、マグネシウム、スズ、鉛及び
亜鉛の中から選ばれた１種の金属と、その重量に
基づき、0.05〜５％のカルシウムとの金属−カル
シウム混合物を溶製したのち、セラミツク粒子の
添加混合に適した粘性に達するまで該混合物の融
成物を酸素の存在下で激しくかきまぜ続けて酸化
促進し、しかるのちセラミツクを加え分散をはか
ることを特徴とするセラミツク−金属複合体の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4595580A JPS56141960A (en) | 1980-04-08 | 1980-04-08 | Production of ceramic-metal composite body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4595580A JPS56141960A (en) | 1980-04-08 | 1980-04-08 | Production of ceramic-metal composite body |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6711989A Division JPH01309934A (ja) | 1989-03-18 | 1989-03-18 | セラミック‐合金複合体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56141960A JPS56141960A (en) | 1981-11-05 |
| JPH0132297B2 true JPH0132297B2 (ja) | 1989-06-30 |
Family
ID=12733687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4595580A Granted JPS56141960A (en) | 1980-04-08 | 1980-04-08 | Production of ceramic-metal composite body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56141960A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5832565A (ja) * | 1981-08-19 | 1983-02-25 | Ig Tech Res Inc | 軽量不燃性複合板の製造方法 |
| JPS60138041A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-22 | Ibiden Co Ltd | セラミツクス−金属複合体とその製造方法 |
| JPS6199606A (ja) * | 1984-10-22 | 1986-05-17 | Hitachi Ltd | 複合粉末の製造方法 |
| US4889774A (en) * | 1985-06-03 | 1989-12-26 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Carbon-fiber-reinforced metallic material and method of producing the same |
| JPS6220846A (ja) * | 1985-07-19 | 1987-01-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 発泡金属の製造方法 |
| US5076340A (en) * | 1989-08-07 | 1991-12-31 | Dural Aluminum Composites Corp. | Cast composite material having a matrix containing a stable oxide-forming element |
| JPH0978159A (ja) * | 1995-09-14 | 1997-03-25 | Sugitani Kinzoku Kogyo Kk | 金属合金の複合材 |
| DE19537137A1 (de) * | 1995-10-05 | 1997-04-10 | Zeiss Carl Fa | Metallmatrix-Hohlkugel-Kompositwerkstoff |
| SG75852A1 (en) * | 1998-06-23 | 2000-10-24 | Univ Singapore | Functionally gradient materials and the manufacture thereof |
| JP2012132034A (ja) * | 2010-12-18 | 2012-07-12 | Hisanori Makuta | 中空構造を有する金属材料、金属粒子およびその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4831217A (ja) * | 1971-08-26 | 1973-04-24 |
-
1980
- 1980-04-08 JP JP4595580A patent/JPS56141960A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56141960A (en) | 1981-11-05 |
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