JPH09208349A - 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 - Google Patents
金属−セラミックス複合材料及びその製造方法Info
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- JPH09208349A JPH09208349A JP3117996A JP3117996A JPH09208349A JP H09208349 A JPH09208349 A JP H09208349A JP 3117996 A JP3117996 A JP 3117996A JP 3117996 A JP3117996 A JP 3117996A JP H09208349 A JPH09208349 A JP H09208349A
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基材としてアルミニウムまたはその合金から
成る金属を用い、強化材としてセラミックスを用いて強
化された金属−セラミックス複合材料は、十分な強度を
得るのが難しかった。 【解決手段】 強化材であるセラミックスに、最大粒径
が１０〜５０μｍのＡｌＮ粒子を用いてプリフォームを
形成し、そのプリフォームにアルミニウムまたはその合
金を高圧鋳造法で浸透させるとした金属−セラミックス
複合材料。
成る金属を用い、強化材としてセラミックスを用いて強
化された金属−セラミックス複合材料は、十分な強度を
得るのが難しかった。 【解決手段】 強化材であるセラミックスに、最大粒径
が１０〜５０μｍのＡｌＮ粒子を用いてプリフォームを
形成し、そのプリフォームにアルミニウムまたはその合
金を高圧鋳造法で浸透させるとした金属−セラミックス
複合材料。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属−セラミック
ス複合材料に関し、特に金属にアルミニウムまたはその
合金を用いた金属−セラミックス複合材料に関する。
ス複合材料に関し、特に金属にアルミニウムまたはその
合金を用いた金属−セラミックス複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】運輸、航空分野で使用される金属材料
は、軽量性が好ましい特性であることから、アルミニウ
ムなどの軽金属及びその合金の適用が拡大している。し
かし、これら金属の適用が高度化するにつれ、金属の比
強度、比弾性などの性能において、要求を満たすことが
困難となってきている。
は、軽量性が好ましい特性であることから、アルミニウ
ムなどの軽金属及びその合金の適用が拡大している。し
かし、これら金属の適用が高度化するにつれ、金属の比
強度、比弾性などの性能において、要求を満たすことが
困難となってきている。
【０００３】このような状況の中で近年になって、これ
ら金属を無機質繊維または粒子で強化したＭＭＣ（Ｍｅ
ｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と略称さ
れる金属−セラミックス複合材料が上記要求を満たす材
料として注目を集めている。これは強化材である無機質
繊維あるいは粒子をあらかじめ成形することでプリフォ
ームを形成し、そのプリフォームの繊維間あるいは粒子
間に基材（マトリックス）である金属を溶浸させた複合
材料である。用いられる強化材としては、アルミナ、炭
化珪素、シリカ、炭素などのセラミックスが用いられて
いる。
ら金属を無機質繊維または粒子で強化したＭＭＣ（Ｍｅ
ｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と略称さ
れる金属−セラミックス複合材料が上記要求を満たす材
料として注目を集めている。これは強化材である無機質
繊維あるいは粒子をあらかじめ成形することでプリフォ
ームを形成し、そのプリフォームの繊維間あるいは粒子
間に基材（マトリックス）である金属を溶浸させた複合
材料である。用いられる強化材としては、アルミナ、炭
化珪素、シリカ、炭素などのセラミックスが用いられて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、強化材
として上記セラミックスを用いて強化された複合材料
は、次の理由により十分な強度を得るのが難しいという
問題があった。 （１）溶融したマトリックスのアルミニウムまたはその
合金が、強化材であるアルミナやシリカとの濡れ性が悪
いため、高圧で浸透させてもマトリックスがプリフォー
ム全体に完全に行き渡ることが難しく、繊維間あるいは
粒子間に間隙が生じて強度の強化が不完全となる。 （２）マトリックスとプリフォームとが接触する時にセ
ラミックスと金属とが界面で反応し、例えば、溶融した
マトリックスがアルミニウム、強化材がＳｉＣであれば
界面にＡｌ4Ｃ3が生成して、脆化層が形成され、強度の
強化が不完全となる。 （３）出来上がった複合材料は、その使用中には、高温
に晒されるので、マトリックスとプリフォームとの反
応、拡散により脆化層がさらに形成され、高温下での強
度維持がより難しくなる。
として上記セラミックスを用いて強化された複合材料
は、次の理由により十分な強度を得るのが難しいという
問題があった。 （１）溶融したマトリックスのアルミニウムまたはその
合金が、強化材であるアルミナやシリカとの濡れ性が悪
いため、高圧で浸透させてもマトリックスがプリフォー
ム全体に完全に行き渡ることが難しく、繊維間あるいは
粒子間に間隙が生じて強度の強化が不完全となる。 （２）マトリックスとプリフォームとが接触する時にセ
ラミックスと金属とが界面で反応し、例えば、溶融した
マトリックスがアルミニウム、強化材がＳｉＣであれば
界面にＡｌ4Ｃ3が生成して、脆化層が形成され、強度の
強化が不完全となる。 （３）出来上がった複合材料は、その使用中には、高温
に晒されるので、マトリックスとプリフォームとの反
応、拡散により脆化層がさらに形成され、高温下での強
度維持がより難しくなる。
【０００５】本発明は、上述した金属としてアルミニウ
ムまたはその合金を用いた従来の金属−セラミックス複
合材料が有する課題に鑑みなされたものであって、その
目的は、常温では十分な強度を持ち、高温下での強度も
高い金属−セラミックス複合材料を提供することにあ
る。
ムまたはその合金を用いた従来の金属−セラミックス複
合材料が有する課題に鑑みなされたものであって、その
目的は、常温では十分な強度を持ち、高温下での強度も
高い金属−セラミックス複合材料を提供することにあ
る。
【０００６】
【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、強化材として窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）粒子を用いれば、常温では十分な
強度を発揮し、それを高温下で使用しても高い強度を維
持できる金属−セラミックス複合材料が得られるとの知
見を得て本発明を完成した。
を達成するため鋭意研究した結果、強化材として窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）粒子を用いれば、常温では十分な
強度を発揮し、それを高温下で使用しても高い強度を維
持できる金属−セラミックス複合材料が得られるとの知
見を得て本発明を完成した。
【０００７】即ち本発明は、（１）強化材であるセラミ
ックス粒子によって構成されたプリフォームに、基材で
あるアルミニウムまたはその合金を浸透させた金属−セ
ラミックス複合材料において、該セラミックス粒子が、
最大粒径が１０〜５０μｍのＡｌＮ粒子であることを特
徴とする金属−セラミックス複合材料（請求項１）と
し、（２）ＡｌＮ粒子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アルミニウムまたはその合金
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、ＡｌＮ粒子の最大粒径が１０〜５０μｍであ
り、アルミニウムまたはその合金を浸透させる方法が、
高圧鋳造法であ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）を要旨とする。以下さ
らに詳細に説明する。
ックス粒子によって構成されたプリフォームに、基材で
あるアルミニウムまたはその合金を浸透させた金属−セ
ラミックス複合材料において、該セラミックス粒子が、
最大粒径が１０〜５０μｍのＡｌＮ粒子であることを特
徴とする金属−セラミックス複合材料（請求項１）と
し、（２）ＡｌＮ粒子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アルミニウムまたはその合金
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、ＡｌＮ粒子の最大粒径が１０〜５０μｍであ
り、アルミニウムまたはその合金を浸透させる方法が、
高圧鋳造法であ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）を要旨とする。以下さ
らに詳細に説明する。
【０００８】ＡｌＮは金属との濡れ性が良好であるの
で、強化材としてこのＡｌＮ粒子を用いたものである。
用いるＡｌＮ粒子の細かさとしては、最大粒径で１０〜
５０μｍとした。最大粒径が１０μｍ未満であると粒子
が凝集し易く、凝集すると凝集した部分及びその近傍に
気孔が生成し、機械的特性が低下することがあり、最大
粒径が５０μｍを越えると、破壊時に粒子自体に亀裂が
生じて強化材による強化作用が十分に発揮されない。本
発明は金属との濡れ性が良好で、しかも適切な細かさを
有したＡｌＮ粒子を用いて作製した複合材料であるの
で、前述の（１）の問題が改善される。
で、強化材としてこのＡｌＮ粒子を用いたものである。
用いるＡｌＮ粒子の細かさとしては、最大粒径で１０〜
５０μｍとした。最大粒径が１０μｍ未満であると粒子
が凝集し易く、凝集すると凝集した部分及びその近傍に
気孔が生成し、機械的特性が低下することがあり、最大
粒径が５０μｍを越えると、破壊時に粒子自体に亀裂が
生じて強化材による強化作用が十分に発揮されない。本
発明は金属との濡れ性が良好で、しかも適切な細かさを
有したＡｌＮ粒子を用いて作製した複合材料であるの
で、前述の（１）の問題が改善される。
【０００９】また、ＡｌＮ粒子であるので、マトリック
スであるアルミニウムまたはその合金との反応が抑えら
れ、前述の（２）の問題も改善される。さらに、高温下
での反応も同様に抑えられ（３）の問題も改善される。
このように、強化材としてＡｌＮ粒子を用いれば、常温
での強度を高くすることができ、また高温での強度維持
も可能な金属−セラミックスの複合材料を得ることがで
きる。
スであるアルミニウムまたはその合金との反応が抑えら
れ、前述の（２）の問題も改善される。さらに、高温下
での反応も同様に抑えられ（３）の問題も改善される。
このように、強化材としてＡｌＮ粒子を用いれば、常温
での強度を高くすることができ、また高温での強度維持
も可能な金属−セラミックスの複合材料を得ることがで
きる。
【００１０】このＡｌＮ粒子を用いて形成したプリフォ
ームにアルミニウムまたはその合金を浸透させる方法と
しては、高圧鋳造法とした。アルミナやシリカは高圧鋳
造であっても十分にマトリックスを浸透させることが難
しかったが、ＡｌＮであれば高圧鋳造すればマトリック
スが十分に行き渡る。
ームにアルミニウムまたはその合金を浸透させる方法と
しては、高圧鋳造法とした。アルミナやシリカは高圧鋳
造であっても十分にマトリックスを浸透させることが難
しかったが、ＡｌＮであれば高圧鋳造すればマトリック
スが十分に行き渡る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の金属−セラミックス複合
材料を製造する方法を述べると、先ず強化材にＡｌＮ粒
子（粉末）を用いる。ＡｌＮ粒子は市販品を使用しても
よいし、自社で慣用の方法で製造してもよい。使用する
ＡｌＮ粒子にバインダを添加して混合した後、乾燥し、
慣用の方法、例えば金型等で所定形状に加圧成形してプ
リフォームを形成する。湿式で混合、成形するときは溶
媒がＡｌＮと反応しないことが望ましく、メタノール、
エタノール、トルエンなどの溶媒を用いるのが好まし
い。
材料を製造する方法を述べると、先ず強化材にＡｌＮ粒
子（粉末）を用いる。ＡｌＮ粒子は市販品を使用しても
よいし、自社で慣用の方法で製造してもよい。使用する
ＡｌＮ粒子にバインダを添加して混合した後、乾燥し、
慣用の方法、例えば金型等で所定形状に加圧成形してプ
リフォームを形成する。湿式で混合、成形するときは溶
媒がＡｌＮと反応しないことが望ましく、メタノール、
エタノール、トルエンなどの溶媒を用いるのが好まし
い。
【００１２】形成したプリフォームをアルミニウム鋳造
用の金型内に設置し、別に所定温度で加熱溶解したアル
ミニウムまたはその合金をプリフォームを設置した金型
内に注入し、所定の圧力で高圧鋳造してＡｌＮ粒子間に
金属を浸透させ、金属−セラミックス複合材料を作製す
る。
用の金型内に設置し、別に所定温度で加熱溶解したアル
ミニウムまたはその合金をプリフォームを設置した金型
内に注入し、所定の圧力で高圧鋳造してＡｌＮ粒子間に
金属を浸透させ、金属−セラミックス複合材料を作製す
る。
【００１３】以上、強化材にＡｌＮ粒子を用いれば、常
温での強度が高く、高温での強度も高い金属−セラミッ
クス複合材料が得られる。
温での強度が高く、高温での強度も高い金属−セラミッ
クス複合材料が得られる。
【００１４】
【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。
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００１５】（実施例１〜２） （１）プリフォームの形成 最大粒径が５０μｍのＡｌＮ粉末（電気化学工業社製Ａ
Ｓ−５０）または最大粒径が１０μｍのＡｌＮ粉末（電
気化学工業社製ＡＳ−１０）に、ＩＰＡ、ポリビニルブ
チラール（積水化学社製ＢＬ−１）を添加して混合し、
それを乾燥した後、金型（１００ｍｍ×５０ｍｍ）に充
填し、圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ2で３ｍｉｎ加圧するこ
とにより、プリフォーム（１００ｍｍ×５０ｍｍ×１５
ｍｍ）を形成した。このプリフォームの充填率はＡＳ−
５０で４５％、ＡＳ−１０で５５％であった。
Ｓ−５０）または最大粒径が１０μｍのＡｌＮ粉末（電
気化学工業社製ＡＳ−１０）に、ＩＰＡ、ポリビニルブ
チラール（積水化学社製ＢＬ−１）を添加して混合し、
それを乾燥した後、金型（１００ｍｍ×５０ｍｍ）に充
填し、圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ2で３ｍｉｎ加圧するこ
とにより、プリフォーム（１００ｍｍ×５０ｍｍ×１５
ｍｍ）を形成した。このプリフォームの充填率はＡＳ−
５０で４５％、ＡＳ−１０で５５％であった。
【００１６】（２）金属−ＡｌＮ複合材料の作製 形成したプリフォームから直径５０ｍｍ×厚さ１５ｍｍ
の円板を切出し、この円板を円柱形のアルミニウム鋳造
用金型（直径５０ｍｍ×高さ５０ｍｍ）内にセットし
た。別にアルミニウム合金（ＪＩＳ呼称 ＡＣ７Ａ）を
鋳造用黒鉛坩堝（日本坩堝社製＃２）に入れ、７５０℃
で加熱、溶解した。この溶融アルミニウム合金をプリフ
ォームをセットした金型内に注入し、パンチ棒で５０Ｍ
Ｐａの圧力で３ｍｉｎ加圧し、ＡｌＮ粒子間に溶融アル
ミニウム合金を浸透させて金属−ＡｌＮ複合材料を作製
した。
の円板を切出し、この円板を円柱形のアルミニウム鋳造
用金型（直径５０ｍｍ×高さ５０ｍｍ）内にセットし
た。別にアルミニウム合金（ＪＩＳ呼称 ＡＣ７Ａ）を
鋳造用黒鉛坩堝（日本坩堝社製＃２）に入れ、７５０℃
で加熱、溶解した。この溶融アルミニウム合金をプリフ
ォームをセットした金型内に注入し、パンチ棒で５０Ｍ
Ｐａの圧力で３ｍｉｎ加圧し、ＡｌＮ粒子間に溶融アル
ミニウム合金を浸透させて金属−ＡｌＮ複合材料を作製
した。
【００１７】（３）評価 得られた複合材料より試験片を切出し、ＪＩＳ Ｒ１６
０１により、常温及び表１に示す温度で曲げ強度を測定
した。その結果を表１に示す。
０１により、常温及び表１に示す温度で曲げ強度を測定
した。その結果を表１に示す。
【００１８】（比較例１〜３）比較のために、強化材と
して最大粒径が３０μｍのＳｉＣ粉末（信濃電気精錬社
製＃５００）、最大粒径が１．８μｍのＡｌＮ粉末（ト
クヤマ社製Ｆグレード）または最大粒径が１８０μｍの
ＡｌＮ粉末（ダウケミカル社製ＸＵＳ３５５５４．０
６）を用いてプリフォームを形成（プリフォームの充填
率はＳｉＣで５０％、最大粒径が１．８μｍのＡｌＮで
５５％、最大粒径が１８０μｍのＡｌＮで４０％であっ
た）した他は実施例と同様に複合材料を作製し、同様に
評価した。その結果を表１に示す。
して最大粒径が３０μｍのＳｉＣ粉末（信濃電気精錬社
製＃５００）、最大粒径が１．８μｍのＡｌＮ粉末（ト
クヤマ社製Ｆグレード）または最大粒径が１８０μｍの
ＡｌＮ粉末（ダウケミカル社製ＸＵＳ３５５５４．０
６）を用いてプリフォームを形成（プリフォームの充填
率はＳｉＣで５０％、最大粒径が１．８μｍのＡｌＮで
５５％、最大粒径が１８０μｍのＡｌＮで４０％であっ
た）した他は実施例と同様に複合材料を作製し、同様に
評価した。その結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１から明らかなように、実施例において
は、比較例より常温強度、高温強度ともいずれも高かっ
た。これに対して比較例１では、強化材として従来のＳ
ｉＣを用いているので、常温、高温とも強度が大幅に低
かった。また、比較例２、３においては強化材としてＡ
ｌＮ粉末を用いているものの、ＡｌＮの細かさが本発明
の範囲内にないので、常温、高温とも強度が低下してい
た。
は、比較例より常温強度、高温強度ともいずれも高かっ
た。これに対して比較例１では、強化材として従来のＳ
ｉＣを用いているので、常温、高温とも強度が大幅に低
かった。また、比較例２、３においては強化材としてＡ
ｌＮ粉末を用いているものの、ＡｌＮの細かさが本発明
の範囲内にないので、常温、高温とも強度が低下してい
た。
【００２１】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、強化材と
してＡｌＮ粒子を用いたので、アルミニウムまたはその
合金との濡れ性が良好で、常温強度、高温強度とも従来
より高い金属−セラミックス複合材料とすることができ
た。このことにより、強度、特に高温での強度性能が良
好な金属−セラミックス複合材料が得られるようになっ
た。
してＡｌＮ粒子を用いたので、アルミニウムまたはその
合金との濡れ性が良好で、常温強度、高温強度とも従来
より高い金属−セラミックス複合材料とすることができ
た。このことにより、強度、特に高温での強度性能が良
好な金属−セラミックス複合材料が得られるようになっ
た。
Claims (2)
- 【請求項１】 強化材であるセラミックス粒子によって
構成されたプリフォームに、基材であるアルミニウムま
たはその合金を浸透させた金属−セラミックス複合材料
において、該セラミックス粒子が、最大粒径が１０〜５
０μｍのＡｌＮ粒子であることを特徴とする金属−セラ
ミックス複合材料。 - 【請求項２】 ＡｌＮ粒子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アルミニウムまたはその
合金を浸透させる金属−セラミックス複合材料の製造方
法において、ＡｌＮ粒子の最大粒径が１０〜５０μｍで
あり、アルミニウムまたはその合金を浸透させる方法
が、高圧鋳造法であ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 |
|---|---|---|---|
| JP3117996A JPH09208349A (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3117996A JPH09208349A (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09208349A true JPH09208349A (ja) | 1997-08-12 |
Family
ID=12324230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3117996A Withdrawn JPH09208349A (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09208349A (ja) |
-
1996
- 1996-01-26 JP JP3117996A patent/JPH09208349A/ja not_active Withdrawn
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| Date | Code | Title | Description |
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| A761 | Written withdrawal of application |
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