JPH10102162A - 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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- JPH10102162A JPH10102162A JP27522396A JP27522396A JPH10102162A JP H10102162 A JPH10102162 A JP H10102162A JP 27522396 A JP27522396 A JP 27522396A JP 27522396 A JP27522396 A JP 27522396A JP H10102162 A JPH10102162 A JP H10102162A
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属の強化材として用いるプリフォームは、
その粉末充填率を高くしても強度が小さくなり、その強
度を上げると閉気孔が生じ、いずれも金属の含浸に障害
となっていた。 【解決手段】 １．０〜１００μｍの平均粒径を有する
ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3粉末に、バインダーとしてコロイダル
シリカ液、アルミナ水和物のコロイド液、その混合液、
ＳｉＣまたはＡｌ2Ｏ3微粉末とし、それらバインダーを
適量加え、適切な焼成温度で１〜３時間焼成してプリフ
ォームを形成した後、そのプリフォームにアルミニウム
合金を含浸させることとした金属−セラミックス複合材
料の製造方法。
その粉末充填率を高くしても強度が小さくなり、その強
度を上げると閉気孔が生じ、いずれも金属の含浸に障害
となっていた。 【解決手段】 １．０〜１００μｍの平均粒径を有する
ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3粉末に、バインダーとしてコロイダル
シリカ液、アルミナ水和物のコロイド液、その混合液、
ＳｉＣまたはＡｌ2Ｏ3微粉末とし、それらバインダーを
適量加え、適切な焼成温度で１〜３時間焼成してプリフ
ォームを形成した後、そのプリフォームにアルミニウム
合金を含浸させることとした金属−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
合させる複合材料に関し、特に強化材にセラミックスを
用いる金属−セラミックス複合材料の製造方法に関す
る。
合させる複合材料に関し、特に強化材にセラミックスを
用いる金属−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
た金属−セラミックスの複合材料は、金属とセラミック
スの両方の特性を兼ね備えており、例えばこの複合材料
は、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。
た金属−セラミックスの複合材料は、金属とセラミック
スの両方の特性を兼ね備えており、例えばこの複合材料
は、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作製方法は、粉末冶
金法、圧力鋳造法、真空鋳造法等の作製法がある。これ
らの内、粉末冶金法では、粉末状の金属に粒状のあるい
はウィスカー状もしくはファイバー状のセラミックスを
強化材として混合し、成形し、その成形体を非加圧、あ
るいは加圧下で焼成し作製していた。しかしこの方法で
作製された複合材料中の強化材の粉末充填率は、高くな
ると、言い換えれば強化材が多くなると焼結し難くなる
ため、粉末充填率は、ウィスカーやファイバー状の繊維
状のもので最大２５％程度であり、粒子状のもので最大
４０％程度であった。
ムをマトリックスとする複合材料の作製方法は、粉末冶
金法、圧力鋳造法、真空鋳造法等の作製法がある。これ
らの内、粉末冶金法では、粉末状の金属に粒状のあるい
はウィスカー状もしくはファイバー状のセラミックスを
強化材として混合し、成形し、その成形体を非加圧、あ
るいは加圧下で焼成し作製していた。しかしこの方法で
作製された複合材料中の強化材の粉末充填率は、高くな
ると、言い換えれば強化材が多くなると焼結し難くなる
ため、粉末充填率は、ウィスカーやファイバー状の繊維
状のもので最大２５％程度であり、粒子状のもので最大
４０％程度であった。
【０００４】前記粉末冶金法の他の圧力鋳造法、真空鋳
造法においても、溶解している金属がセラミックス粒子
に濡れ難いため、強化材を多くすると強化材の均一な混
合が難しくなり、強化材の粉末充填率は最大でやはり高
々４０％程度であった。このように、従来の複合材料の
作製方法では強化材の含有量が低く剛性が小さいため、
剛性の高いものが要求される用途には用いることが難し
かった。そのため最近では強化材の粉末充填率を高くす
べく、強化材であるセラミックス繊維または粒子で構成
されたプリフォームをあらかじめ作製し、そのプリフォ
ームに基材である金属を含浸させる含浸法が採られてい
る。
造法においても、溶解している金属がセラミックス粒子
に濡れ難いため、強化材を多くすると強化材の均一な混
合が難しくなり、強化材の粉末充填率は最大でやはり高
々４０％程度であった。このように、従来の複合材料の
作製方法では強化材の含有量が低く剛性が小さいため、
剛性の高いものが要求される用途には用いることが難し
かった。そのため最近では強化材の粉末充填率を高くす
べく、強化材であるセラミックス繊維または粒子で構成
されたプリフォームをあらかじめ作製し、そのプリフォ
ームに基材である金属を含浸させる含浸法が採られてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法も強化材の粉末充填率を６０％以上と高くしても、プ
リフォームの強度が曲げ強度で１ＭＰａ未満と小さくな
るため、金属を含浸させる途中でプリフォームに亀裂や
割れが生じて複合化しなかったり、亀裂部分に金属が入
り込んで複合化が不均一となるなどの問題があった。ま
た、セラミックス粒子を結合するバインダーの種類や量
を代えてプリフォームの強度を上げることも試みられて
いるが、強度を上げるとプリフォームに閉気孔が生じて
金属の含浸に障害となり、複合化できないという問題も
あった。
法も強化材の粉末充填率を６０％以上と高くしても、プ
リフォームの強度が曲げ強度で１ＭＰａ未満と小さくな
るため、金属を含浸させる途中でプリフォームに亀裂や
割れが生じて複合化しなかったり、亀裂部分に金属が入
り込んで複合化が不均一となるなどの問題があった。ま
た、セラミックス粒子を結合するバインダーの種類や量
を代えてプリフォームの強度を上げることも試みられて
いるが、強度を上げるとプリフォームに閉気孔が生じて
金属の含浸に障害となり、複合化できないという問題も
あった。
【０００６】本発明は、上述した含浸法による金属−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、粉末充填率が高く、か
つ金属を含浸するに十分な強度を有するプリフォームか
ら成る金属−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。
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、粉末充填率が高く、か
つ金属を含浸するに十分な強度を有するプリフォームか
ら成る金属−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。
【０００７】
【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、強化材であるセラミ
ックス粒子を結合するバインダーにコロイダルシリカ
液、アルミナ水和物のコロイド液、コロイダルシリカ液
とアルミナ水和物のコロイド液との混合液、微粉のＳｉ
Ｃ粉末もしくは微粉のＡｌ2Ｏ3粉末を用いれば、粉末充
填率が高く、かつ金属を含浸するに十分な強度を有する
プリフォームとすることができ、そのプリフォームを用
いて問題なく金属−セラミックス複合材料を得ることが
でき、さらに前記したバインダーの種類を選ぶことによ
り異なるレベルの曲げ強度や破壊靱性値を有した金属−
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。以下詳細に説明する。
を達成するため鋭意研究した結果、強化材であるセラミ
ックス粒子を結合するバインダーにコロイダルシリカ
液、アルミナ水和物のコロイド液、コロイダルシリカ液
とアルミナ水和物のコロイド液との混合液、微粉のＳｉ
Ｃ粉末もしくは微粉のＡｌ2Ｏ3粉末を用いれば、粉末充
填率が高く、かつ金属を含浸するに十分な強度を有する
プリフォームとすることができ、そのプリフォームを用
いて問題なく金属−セラミックス複合材料を得ることが
でき、さらに前記したバインダーの種類を選ぶことによ
り異なるレベルの曲げ強度や破壊靱性値を有した金属−
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。以下詳細に説明する。
【０００８】プリフォームの原料として用いるセラミッ
クス粉末としては、１．０〜１００μｍの平均粒径を有
するＳｉＣまたはＡｌ2Ｏ3粉末とした。これ以外のセラ
ミックス粉末、例えばシリカ、ムライト等の酸化物、窒
化けい素、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ジルコ
ニウム等の窒化物、炭化チタン、炭化ボロン等の炭化
物、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタン等のホウ化物等
も用いることができるが、ＳｉＣ粉末としたのは、Ｓｉ
Ｃ粉末を用いた複合体の熱膨張率が５〜１０-6／℃、熱
伝導度が１５０ｗ／ｍＫと低熱膨張性と高熱伝導性を兼
ね備えており、機械部品として付加価値の高いものとな
ることによる。他方Ａｌ2Ｏ3粉末としたのは、安価でか
つ耐プラズマ性が高く、また高強度等の特性に優れてい
ることによる。それらの粒径を１．０〜１００μｍとし
たのは、平均粒径が１．０μｍより小さいと粒子と粒子
との間隔が狭くなり、金属の含浸に支障を来たし、１０
０μｍより大きいとセラミックス粒子の充填率が５５％
より低くなりプリフォームの強度が低下して好ましくな
い。
クス粉末としては、１．０〜１００μｍの平均粒径を有
するＳｉＣまたはＡｌ2Ｏ3粉末とした。これ以外のセラ
ミックス粉末、例えばシリカ、ムライト等の酸化物、窒
化けい素、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ジルコ
ニウム等の窒化物、炭化チタン、炭化ボロン等の炭化
物、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタン等のホウ化物等
も用いることができるが、ＳｉＣ粉末としたのは、Ｓｉ
Ｃ粉末を用いた複合体の熱膨張率が５〜１０-6／℃、熱
伝導度が１５０ｗ／ｍＫと低熱膨張性と高熱伝導性を兼
ね備えており、機械部品として付加価値の高いものとな
ることによる。他方Ａｌ2Ｏ3粉末としたのは、安価でか
つ耐プラズマ性が高く、また高強度等の特性に優れてい
ることによる。それらの粒径を１．０〜１００μｍとし
たのは、平均粒径が１．０μｍより小さいと粒子と粒子
との間隔が狭くなり、金属の含浸に支障を来たし、１０
０μｍより大きいとセラミックス粒子の充填率が５５％
より低くなりプリフォームの強度が低下して好ましくな
い。
【０００９】上記セラミックスの内、ＳｉＣ粉末は、通
常研磨材、もしくは耐火物の原料として用いられている
ものでよく、研磨材であれば規格の＃８０００以上の大
きさの粒径のものを用いることができる。種類として
は、グリーン、ブラック等いずれの種類のものでもよ
い。また、Ａｌ2Ｏ3粉末もＳｉＣ粉末と同様研磨材、耐
火物の原料として用いられているものでよく、種類とし
ては、電融アルミナ、焼結アルミナ、仮焼アルミナ等い
ずれの種類のものでも使用可能であり、その中で電融ア
ルミナは、粉末充填率が高く好ましい。
常研磨材、もしくは耐火物の原料として用いられている
ものでよく、研磨材であれば規格の＃８０００以上の大
きさの粒径のものを用いることができる。種類として
は、グリーン、ブラック等いずれの種類のものでもよ
い。また、Ａｌ2Ｏ3粉末もＳｉＣ粉末と同様研磨材、耐
火物の原料として用いられているものでよく、種類とし
ては、電融アルミナ、焼結アルミナ、仮焼アルミナ等い
ずれの種類のものでも使用可能であり、その中で電融ア
ルミナは、粉末充填率が高く好ましい。
【００１０】上記ＳｉＣ粉末またはＡｌ2Ｏ3粉末に、前
記したシリカ、ムライト等の酸化物、窒化けい素、窒化
アルミニウム、窒化チタン、窒化ジルコニウム等の窒化
物、炭化チタン、炭化ボロン等の炭化物、ホウ化ジルコ
ニウム、ホウ化チタン等のホウ化物等の他の粉末を添加
しても構わないが、添加し過ぎると添加物によってはＳ
ｉＣの低熱膨張性や高熱伝導性あるいはヤング率の低
下、もしくはＳｉＯ2であればマトリックスと反応して
マトリックス中にＳｉあるいはＭｇ2Ｓｉ等の生成が多
くなり、脆性的になって破壊靱性が低下し複合体の特性
を損なうことになるので、１０％以上は好ましくない。
記したシリカ、ムライト等の酸化物、窒化けい素、窒化
アルミニウム、窒化チタン、窒化ジルコニウム等の窒化
物、炭化チタン、炭化ボロン等の炭化物、ホウ化ジルコ
ニウム、ホウ化チタン等のホウ化物等の他の粉末を添加
しても構わないが、添加し過ぎると添加物によってはＳ
ｉＣの低熱膨張性や高熱伝導性あるいはヤング率の低
下、もしくはＳｉＯ2であればマトリックスと反応して
マトリックス中にＳｉあるいはＭｇ2Ｓｉ等の生成が多
くなり、脆性的になって破壊靱性が低下し複合体の特性
を損なうことになるので、１０％以上は好ましくない。
【００１１】上記セラミックス粒子を結合するバインダ
ーとしては、水を分散媒とし、安定化剤をＮａ+、もし
くはＮＨ4 +とするコロイドの大きさが５〜５０ｎｍのコ
ロイダルシリカ液とし、または安定化剤をＣｌ-、ＣＨ3
ＣＯＯ-もしくはＮＯ3 -とするコロイドの大きさが１〜
１０００ｎｍのアルミナ水和物のコロイド液とし、その
添加量をＳｉＣまたはＡｌ2Ｏ3粉末に対しコロイダルシ
リカ液では０．５〜２５ｗｔ％（シリカとして０．１〜
５．０ｗｔ％）、アルミナ水和物のコロイド液では１．
０〜３０ｗｔ％（アルミナとして０．１〜１０ｗｔ％）
加えて成形し、焼成することとした。バインダーの添加
量が少なすぎるとプリフォームの強度が小さく複合化す
る際に支障が生じ、多すぎるとコロイダルシリカ液では
閉気孔が生じ複合化できず、アルミナ水和物のコロイド
液では密充填できなく粉末充填率が低くなり好ましくな
い。
ーとしては、水を分散媒とし、安定化剤をＮａ+、もし
くはＮＨ4 +とするコロイドの大きさが５〜５０ｎｍのコ
ロイダルシリカ液とし、または安定化剤をＣｌ-、ＣＨ3
ＣＯＯ-もしくはＮＯ3 -とするコロイドの大きさが１〜
１０００ｎｍのアルミナ水和物のコロイド液とし、その
添加量をＳｉＣまたはＡｌ2Ｏ3粉末に対しコロイダルシ
リカ液では０．５〜２５ｗｔ％（シリカとして０．１〜
５．０ｗｔ％）、アルミナ水和物のコロイド液では１．
０〜３０ｗｔ％（アルミナとして０．１〜１０ｗｔ％）
加えて成形し、焼成することとした。バインダーの添加
量が少なすぎるとプリフォームの強度が小さく複合化す
る際に支障が生じ、多すぎるとコロイダルシリカ液では
閉気孔が生じ複合化できず、アルミナ水和物のコロイド
液では密充填できなく粉末充填率が低くなり好ましくな
い。
【００１２】また、上記コロイダルシリカ液とアルミナ
水和物のコロイド液とを混合使用してもよく、その混合
割合としては、シリカ成分がアルミナ成分に対し１０〜
８０％となる混合液とし、その混合液をＳｉＣまたはＡ
ｌ2Ｏ3粉末に対し１．０〜３０ｗｔ％（シリカ＋アルミ
ナとして０．１〜５．０ｗｔ％）加えて成形し、焼成す
ることとした。混合液の添加量が少なすぎるとプリフォ
ームの強度が小さく複合化する際に支障が生じ、多すぎ
てもスラリーの粘性が高くなって粉末充填率が下がり、
プリフォームの強度が小さくなり好ましくない。
水和物のコロイド液とを混合使用してもよく、その混合
割合としては、シリカ成分がアルミナ成分に対し１０〜
８０％となる混合液とし、その混合液をＳｉＣまたはＡ
ｌ2Ｏ3粉末に対し１．０〜３０ｗｔ％（シリカ＋アルミ
ナとして０．１〜５．０ｗｔ％）加えて成形し、焼成す
ることとした。混合液の添加量が少なすぎるとプリフォ
ームの強度が小さく複合化する際に支障が生じ、多すぎ
てもスラリーの粘性が高くなって粉末充填率が下がり、
プリフォームの強度が小さくなり好ましくない。
【００１３】上記バインダーのうち安定化剤をＮａ+と
するコロイダルシリカ液の場合については、バインダー
中のＮａ+濃度をＮａ2Ｏ換算で０．０５〜０．４ｗｔ％
とした。０．０５ｗｔ％より低いと効果が少なく、０．
４ｗｔ％を超えると複合体の特性、特に曲げ強度及び破
壊靱性が低下する。これはＮａ+濃度が高くなるとＮａ2
Ｏが残存し、プリフォームに含浸させたＡｌ溶湯が酸化
しやすくなり、マトリックスが一部Ａｌ2Ｏ3化し、プリ
フォームは高強度になるが、複合体の特性、特に曲げ強
度及び破壊靱性が低下し好ましくなく、さらに強化材が
アルミナではＡｌ2Ｏ3の粒界がガラス化して閉気孔とな
り易く含浸を阻害し好ましくない。
するコロイダルシリカ液の場合については、バインダー
中のＮａ+濃度をＮａ2Ｏ換算で０．０５〜０．４ｗｔ％
とした。０．０５ｗｔ％より低いと効果が少なく、０．
４ｗｔ％を超えると複合体の特性、特に曲げ強度及び破
壊靱性が低下する。これはＮａ+濃度が高くなるとＮａ2
Ｏが残存し、プリフォームに含浸させたＡｌ溶湯が酸化
しやすくなり、マトリックスが一部Ａｌ2Ｏ3化し、プリ
フォームは高強度になるが、複合体の特性、特に曲げ強
度及び破壊靱性が低下し好ましくなく、さらに強化材が
アルミナではＡｌ2Ｏ3の粒界がガラス化して閉気孔とな
り易く含浸を阻害し好ましくない。
【００１４】また、安定化剤をＣｌ-とするアルミナ水
和物のコロイド液の場合については、バインダー中のア
ルミナ水和物の結晶形を非晶質である無定形とした。結
晶質であるベーマイトにするとプリフォームの強度が弱
くなり好ましくない。
和物のコロイド液の場合については、バインダー中のア
ルミナ水和物の結晶形を非晶質である無定形とした。結
晶質であるベーマイトにするとプリフォームの強度が弱
くなり好ましくない。
【００１５】上記以外の他のバインダーとしては、１．
０μｍ以下のＡｌ2Ｏ3微粉末、もしくはＳｉＣ微粉末と
し、それら粉末を強化材であるＳｉＣ粉末またはＡｌ2
Ｏ3粉末に対し、１〜１０ｗｔ％加え成形し焼成するこ
ととした。このバインダーを用いる場合には、強化材の
粒径が細かすぎると効果が少なくなるので、１０μｍ以
上の平均粒径を有する強化材が好ましい。バインダーの
添加量が１ｗｔ％より少ないとプリフォームの強度が低
下して好ましくなく、１０ｗｔ％より多いと閉気孔が生
じ金属の含浸に支障を来すので好ましくない。この粉末
の場合には、成形の際成形体が保形できるようにグリセ
リンやＰＶＡ系、アクリル系等の有機バインダーを加え
るのが望ましい。
０μｍ以下のＡｌ2Ｏ3微粉末、もしくはＳｉＣ微粉末と
し、それら粉末を強化材であるＳｉＣ粉末またはＡｌ2
Ｏ3粉末に対し、１〜１０ｗｔ％加え成形し焼成するこ
ととした。このバインダーを用いる場合には、強化材の
粒径が細かすぎると効果が少なくなるので、１０μｍ以
上の平均粒径を有する強化材が好ましい。バインダーの
添加量が１ｗｔ％より少ないとプリフォームの強度が低
下して好ましくなく、１０ｗｔ％より多いと閉気孔が生
じ金属の含浸に支障を来すので好ましくない。この粉末
の場合には、成形の際成形体が保形できるようにグリセ
リンやＰＶＡ系、アクリル系等の有機バインダーを加え
るのが望ましい。
【００１６】以上のバインダーを加え成形した成形体の
焼成としては、バインダーがコロイダルシリカ液の場合
には、ＳｉＣ粉末で８００〜１１００℃、１〜３時間、
Ａｌ2Ｏ3粉末で８００〜１２００℃、１〜３時間焼成す
ることとし、バインダーがアルミナ水和物のコロイド液
の場合には、ＳｉＣ粉末で８００〜１１００℃、１〜３
時間、Ａｌ2Ｏ3粉末で１３００〜１６００℃、１〜３時
間焼成することとし、バインダーがコロイダルシリカ液
とアルミナ水和物のコロイド液との混合液の場合には、
ＳｉＣ粉末で８００〜１１００℃、１〜３時間、Ａｌ2
Ｏ3粉末で８００〜１２００℃、１〜３時間焼成するこ
ととし、バインダーが微粉のＳｉＣまたはＡｌ2Ｏ3粉末
の場合には、ＳｉＣ粉末で９００〜１２００℃、１〜３
時間、Ａｌ2Ｏ3粉末で１０００〜１５００℃、１〜３時
間焼成することとした。焼成温度あるいはその温度での
焼成時間がこれら範囲より低い、もしくは短いと十分に
焼成せず好ましくなく、焼成温度あるいは焼成時間がこ
れら範囲より高い、もしくは長いとＳｉＣ粉末ではＳｉ
Ｃ粒子表面の酸化層が多くなり、その酸化層とＡｌ溶湯
とが反応して生成したＭｇ2ＳｉがＳｉＣ表面にとどま
らず、マトリックス中にも多量に生成して機械的特性を
低下させ好ましくなく、Ａｌ2Ｏ3粉末では焼結が進行し
て閉気孔となり好ましくない。
焼成としては、バインダーがコロイダルシリカ液の場合
には、ＳｉＣ粉末で８００〜１１００℃、１〜３時間、
Ａｌ2Ｏ3粉末で８００〜１２００℃、１〜３時間焼成す
ることとし、バインダーがアルミナ水和物のコロイド液
の場合には、ＳｉＣ粉末で８００〜１１００℃、１〜３
時間、Ａｌ2Ｏ3粉末で１３００〜１６００℃、１〜３時
間焼成することとし、バインダーがコロイダルシリカ液
とアルミナ水和物のコロイド液との混合液の場合には、
ＳｉＣ粉末で８００〜１１００℃、１〜３時間、Ａｌ2
Ｏ3粉末で８００〜１２００℃、１〜３時間焼成するこ
ととし、バインダーが微粉のＳｉＣまたはＡｌ2Ｏ3粉末
の場合には、ＳｉＣ粉末で９００〜１２００℃、１〜３
時間、Ａｌ2Ｏ3粉末で１０００〜１５００℃、１〜３時
間焼成することとした。焼成温度あるいはその温度での
焼成時間がこれら範囲より低い、もしくは短いと十分に
焼成せず好ましくなく、焼成温度あるいは焼成時間がこ
れら範囲より高い、もしくは長いとＳｉＣ粉末ではＳｉ
Ｃ粒子表面の酸化層が多くなり、その酸化層とＡｌ溶湯
とが反応して生成したＭｇ2ＳｉがＳｉＣ表面にとどま
らず、マトリックス中にも多量に生成して機械的特性を
低下させ好ましくなく、Ａｌ2Ｏ3粉末では焼結が進行し
て閉気孔となり好ましくない。
【００１７】上記プリフォームに金属を含浸させる方法
としては、アルミニウムを主成分とする合金を７００〜
１０００℃の温度で含浸させるとした。金属をアルミニ
ウム合金としたのは、アルミニウム合金は鋳鉄等の材料
より剛性が高く、比重も低いので比剛性が高く好まし
く、さらに、強化材がＳｉＣ粉末の場合には特に濡れ性
がよく好ましいことなどによる。この合金の含浸温度
は、この範囲より低いと合金が溶解せず、この範囲より
高いとアルミニウムとＳｉＣ粉末とが反応し、炭化アル
ミニウムを生成するので好ましくない。含浸後の冷却
は、小型部品であれば急冷でも構わないが、大型部品で
は亀裂、割れが発生し易いので徐冷することが望まし
い。また、Ｓｉを多く含むアルミニウム合金の場合に
は、冷却中にＭｇ2Ｓｉが生成し、そのＭｇ2Ｓｉにより
延性が低下し破壊靱性を低下させるが、この生成したＭ
ｇ2Ｓｉを徐冷することによりＳｉＣ粒子表面近傍に集
結し易くさせＳｉＣ粒子表面近傍に止めることで、延性
の低下を抑えることができるので、小型部品を含め徐冷
することが好ましい。
としては、アルミニウムを主成分とする合金を７００〜
１０００℃の温度で含浸させるとした。金属をアルミニ
ウム合金としたのは、アルミニウム合金は鋳鉄等の材料
より剛性が高く、比重も低いので比剛性が高く好まし
く、さらに、強化材がＳｉＣ粉末の場合には特に濡れ性
がよく好ましいことなどによる。この合金の含浸温度
は、この範囲より低いと合金が溶解せず、この範囲より
高いとアルミニウムとＳｉＣ粉末とが反応し、炭化アル
ミニウムを生成するので好ましくない。含浸後の冷却
は、小型部品であれば急冷でも構わないが、大型部品で
は亀裂、割れが発生し易いので徐冷することが望まし
い。また、Ｓｉを多く含むアルミニウム合金の場合に
は、冷却中にＭｇ2Ｓｉが生成し、そのＭｇ2Ｓｉにより
延性が低下し破壊靱性を低下させるが、この生成したＭ
ｇ2Ｓｉを徐冷することによりＳｉＣ粒子表面近傍に集
結し易くさせＳｉＣ粒子表面近傍に止めることで、延性
の低下を抑えることができるので、小型部品を含め徐冷
することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の金属−セラミックス複合
材料の製造方法を述べると、先ず強化材として１．０〜
１００μｍの平均粒径を有するＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3のセラ
ミック粉末、またはこれに他の粉末を１０ｗｔ％以下含
む粉末を用いる。セラミックス粉末は単一の粒径のもの
でもよいが、２種類の粒径の粉末を混合した方が充填率
が高くなり成形体の強度が増加するので望ましい。成形
方法は、鋳込法、射出法、プレス法等の慣用の方法で成
形でき、以下に鋳込法による例を述べる。
材料の製造方法を述べると、先ず強化材として１．０〜
１００μｍの平均粒径を有するＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3のセラ
ミック粉末、またはこれに他の粉末を１０ｗｔ％以下含
む粉末を用いる。セラミックス粉末は単一の粒径のもの
でもよいが、２種類の粒径の粉末を混合した方が充填率
が高くなり成形体の強度が増加するので望ましい。成形
方法は、鋳込法、射出法、プレス法等の慣用の方法で成
形でき、以下に鋳込法による例を述べる。
【００１９】そのセラミックス粉末に対し、イオン交換
水１０〜５０ｗｔ％程度、そしてバインダーとして前述
のコロイダルシリカ液、アルミナ水和物のコロイド液、
その混合液または微粉のＳｉＣあるいはＡｌ2Ｏ3粉末を
所要量配合し、そのほかに必要があれば消泡剤を２ｗｔ
％程度以下、尿素を２ｗｔ％程度以下加える。
水１０〜５０ｗｔ％程度、そしてバインダーとして前述
のコロイダルシリカ液、アルミナ水和物のコロイド液、
その混合液または微粉のＳｉＣあるいはＡｌ2Ｏ3粉末を
所要量配合し、そのほかに必要があれば消泡剤を２ｗｔ
％程度以下、尿素を２ｗｔ％程度以下加える。
【００２０】得られた配合物をポットミルなどで１時間
程度以上混合する。ポットミルにボールを入れる場合
は、ボールによって強化材が潰れるため、混合時間は長
くても１００時間程度以下とし、ボールを入れない場合
には、特に限定しない。混合したスラリーは、振動を印
加して沈降成形する。スラリーの粘度は、粘性が高いと
粉末が沈降しないため、１００ポイズ以下が望ましい。
通常はシリコーンゴム型を使用するが、プラスチック、
アルミニウム等の型であってもよく、特に限定はない。
粒子が沈降する間はなるべく振動を加え充填をよくす
る。得られた成形体は冷凍して脱型する。冷凍は水が凍
ればよく温度に限定はない。脱型した成形体を前記範囲
の焼成温度で大気中で１〜３時間焼成してプリフォーム
を作製する。
程度以上混合する。ポットミルにボールを入れる場合
は、ボールによって強化材が潰れるため、混合時間は長
くても１００時間程度以下とし、ボールを入れない場合
には、特に限定しない。混合したスラリーは、振動を印
加して沈降成形する。スラリーの粘度は、粘性が高いと
粉末が沈降しないため、１００ポイズ以下が望ましい。
通常はシリコーンゴム型を使用するが、プラスチック、
アルミニウム等の型であってもよく、特に限定はない。
粒子が沈降する間はなるべく振動を加え充填をよくす
る。得られた成形体は冷凍して脱型する。冷凍は水が凍
ればよく温度に限定はない。脱型した成形体を前記範囲
の焼成温度で大気中で１〜３時間焼成してプリフォーム
を作製する。
【００２１】得られたプリフォームに窒素気流中で非加
圧、あるいは加圧して７００〜１０００℃の温度でＡｌ
−Ｓｉ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金
を含浸させた後、炉内で徐冷して金属−セラミックス複
合材料を作製する。
圧、あるいは加圧して７００〜１０００℃の温度でＡｌ
−Ｓｉ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金
を含浸させた後、炉内で徐冷して金属−セラミックス複
合材料を作製する。
【００２２】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、粉末充填率が高く、強度が高い密で堅固
なプリフォームとすることができ、そのプリフォームに
アルミニウム合金を含浸させれば、亀裂や割れのない金
属−セラミックス複合材料が得られる。
を作製すれば、粉末充填率が高く、強度が高い密で堅固
なプリフォームとすることができ、そのプリフォームに
アルミニウム合金を含浸させれば、亀裂や割れのない金
属−セラミックス複合材料が得られる。
【００２３】
【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。
【００２４】（実施例１〜３） （１）プリフォームの形成 強化材として平均粒径が表１のＳｉＣ粉末に対し、イオ
ン交換水を２５ｗｔ％、表１の安定化剤で安定化したコ
ロイドの大きさが１０〜２０ｎｍのコロイダルシリカ液
（シリカ液中の固形分濃度は２０％）を表１の量添加
し、それに消泡剤（サンノブコ製 フォーマスターＶ
Ｌ）を１．２ｗｔ％加え、ボールを入れてないポットミ
ルで５時間混合した。得られたスラリーを２５×２５×
１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型に流し込み、４
時間振動を印加して強化材を沈降させ成形した。成形
後、ゴム型ごと−２５℃に冷却し冷凍して脱型した。脱
型後、５０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気中で表１に示
す焼成温度と焼成時間で焼成した後、５０℃／ｈの降温
速度で室温まで冷却してプリフォームを作製した。
ン交換水を２５ｗｔ％、表１の安定化剤で安定化したコ
ロイドの大きさが１０〜２０ｎｍのコロイダルシリカ液
（シリカ液中の固形分濃度は２０％）を表１の量添加
し、それに消泡剤（サンノブコ製 フォーマスターＶ
Ｌ）を１．２ｗｔ％加え、ボールを入れてないポットミ
ルで５時間混合した。得られたスラリーを２５×２５×
１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型に流し込み、４
時間振動を印加して強化材を沈降させ成形した。成形
後、ゴム型ごと−２５℃に冷却し冷凍して脱型した。脱
型後、５０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気中で表１に示
す焼成温度と焼成時間で焼成した後、５０℃／ｈの降温
速度で室温まで冷却してプリフォームを作製した。
【００２５】（２）金属−セラミックス複合材料の作製 得られたプリフォームの上にＡｌ−１４Ｓｉ−２Ｍｇの
合金をプリフォームと同量置き、８２０℃窒素気流中
（２リットル／ｍｉｎ：炉内容積０．０３ｍ3）でプリ
フォームに合金を含浸した後、炉内で１００℃／ｈで７
００℃まで冷却し、その温度で５時間保持してから再度
１００℃／ｈで室温まで冷却して金属ーセラミックス複
合材料を作製した。
合金をプリフォームと同量置き、８２０℃窒素気流中
（２リットル／ｍｉｎ：炉内容積０．０３ｍ3）でプリ
フォームに合金を含浸した後、炉内で１００℃／ｈで７
００℃まで冷却し、その温度で５時間保持してから再度
１００℃／ｈで室温まで冷却して金属ーセラミックス複
合材料を作製した。
【００２６】（３）評価 得られたプリフォームの嵩密度をアルキメデス法で測定
し、プリフォームの粉末充填率を求め、さらにＪＩＳ
Ｒ１６０１によりプリフォームの曲げ強度を求めた。ま
た、得られた複合材料の曲げ強度をＪＩＳ Ｒ１６０１
により求め、さらに別にシェブロンノッチを導入した試
験片を作製し、ＪＩＳ Ｒ１６０１により曲げ強度を求
め、その値から破壊靱性値を求めた。なお、下部支点間
距離は１００ｍｍとした。それらの結果を表１に示す。
し、プリフォームの粉末充填率を求め、さらにＪＩＳ
Ｒ１６０１によりプリフォームの曲げ強度を求めた。ま
た、得られた複合材料の曲げ強度をＪＩＳ Ｒ１６０１
により求め、さらに別にシェブロンノッチを導入した試
験片を作製し、ＪＩＳ Ｒ１６０１により曲げ強度を求
め、その値から破壊靱性値を求めた。なお、下部支点間
距離は１００ｍｍとした。それらの結果を表１に示す。
【００２７】（実施例４〜６） （１）プリフォームの形成 強化材として平均粒径が表１のＡｌ2Ｏ3粉末に対し、イ
オン交換水を２８ｗｔ％、表１の安定化剤で安定化した
コロイドの大きさが１０〜２０ｎｍのコロイダルシリカ
液（シリカ液中の固形分濃度は２０％）を表１の量添加
し、それに消泡剤（サンノブコ製 フォーマスターＶ
Ｌ）を１．２ｗｔ％加え、ボールを入れてないポットミ
ルで５時間混合した。得られたスラリーを２５×２５×
１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型に流し込み、４
時間振動を印加して強化材を沈降させ成形した。成形
後、ゴム型ごと−２５℃に冷却し冷凍して脱型した。脱
型後、５０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気中で表１に示
す焼成温度と焼成時間で焼成した後、５０℃／ｈの降温
速度で室温まで冷却してプリフォームを作製した。
オン交換水を２８ｗｔ％、表１の安定化剤で安定化した
コロイドの大きさが１０〜２０ｎｍのコロイダルシリカ
液（シリカ液中の固形分濃度は２０％）を表１の量添加
し、それに消泡剤（サンノブコ製 フォーマスターＶ
Ｌ）を１．２ｗｔ％加え、ボールを入れてないポットミ
ルで５時間混合した。得られたスラリーを２５×２５×
１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型に流し込み、４
時間振動を印加して強化材を沈降させ成形した。成形
後、ゴム型ごと−２５℃に冷却し冷凍して脱型した。脱
型後、５０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気中で表１に示
す焼成温度と焼成時間で焼成した後、５０℃／ｈの降温
速度で室温まで冷却してプリフォームを作製した。
【００２８】（２）金属−セラミックス複合材料の作製 得られたプリフォームの上にＡｌ−２Ｍｇの合金をプリ
フォームと同量置き、８６０℃窒素気流中（２リットル
／ｍｉｎ：炉内容積０．０３ｍ3）でプリフォームに合
金を含浸した後、炉内で１００℃／ｈで７００℃まで冷
却し、その温度で５時間保持してから再度１００℃／ｈ
で室温まで冷却して金属ーセラミックス複合材料を作製
した。
フォームと同量置き、８６０℃窒素気流中（２リットル
／ｍｉｎ：炉内容積０．０３ｍ3）でプリフォームに合
金を含浸した後、炉内で１００℃／ｈで７００℃まで冷
却し、その温度で５時間保持してから再度１００℃／ｈ
で室温まで冷却して金属ーセラミックス複合材料を作製
した。
【００２９】（３）評価 得られたプリフォームの粉末充填率、曲げ強度、複合材
料の曲げ強度、破壊靱性値を実施例１と同様に求めた。
それらの結果を表１に示す。
料の曲げ強度、破壊靱性値を実施例１と同様に求めた。
それらの結果を表１に示す。
【００３０】（実施例７〜９） （１）プリフォームの形成 強化材として平均粒径が表１のＳｉＣ粉末に対し、イオ
ン交換水を２５ｗｔ％、表１の安定化剤で安定化したコ
ロイドの大きさが１０〜２０ｎｍのアルミナ水和物のコ
ロイド液（コロイド液中の固形分濃度は２０％）を表１
の量添加し、それに消泡剤（サンノブコ製 フォーマス
ターＶＬ）を１．２ｗｔ％加え、ボールを入れてないポ
ットミルで５時間混合した。得られたスラリーを２５×
２５×１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型に流し込
み、４時間振動を印加して強化材を沈降させ成形した。
成形後、ゴム型ごと−２５℃に冷却し冷凍して脱型し
た。脱型後、５０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気中で表
１に示す焼成温度と焼成時間で焼成した後、５０℃／ｈ
の降温速度で室温まで冷却してプリフォームを作製し
た。
ン交換水を２５ｗｔ％、表１の安定化剤で安定化したコ
ロイドの大きさが１０〜２０ｎｍのアルミナ水和物のコ
ロイド液（コロイド液中の固形分濃度は２０％）を表１
の量添加し、それに消泡剤（サンノブコ製 フォーマス
ターＶＬ）を１．２ｗｔ％加え、ボールを入れてないポ
ットミルで５時間混合した。得られたスラリーを２５×
２５×１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型に流し込
み、４時間振動を印加して強化材を沈降させ成形した。
成形後、ゴム型ごと−２５℃に冷却し冷凍して脱型し
た。脱型後、５０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気中で表
１に示す焼成温度と焼成時間で焼成した後、５０℃／ｈ
の降温速度で室温まで冷却してプリフォームを作製し
た。
【００３１】（２）金属−セラミックス複合材料の作製 得られたプリフォームの上にＡｌ−１２Ｓｉ−１Ｍｇの
合金をプリフォームと同量置き、８５０℃窒素気流中
（２リットル／ｍｉｎ：炉内容積０．０３ｍ3）でプリ
フォームに合金を含浸した後、炉内で１００℃／ｈで７
００℃まで冷却し、その温度で５時間保持してから再度
１００℃／ｈで室温まで冷却して金属ーセラミックス複
合材料を作製した。
合金をプリフォームと同量置き、８５０℃窒素気流中
（２リットル／ｍｉｎ：炉内容積０．０３ｍ3）でプリ
フォームに合金を含浸した後、炉内で１００℃／ｈで７
００℃まで冷却し、その温度で５時間保持してから再度
１００℃／ｈで室温まで冷却して金属ーセラミックス複
合材料を作製した。
【００３２】（３）評価 得られたプリフォームの粉末充填率、曲げ強度、複合材
料の曲げ強度、破壊靱性値を実施例１と同様に求めた。
それらの結果を表１に示す。
料の曲げ強度、破壊靱性値を実施例１と同様に求めた。
それらの結果を表１に示す。
【００３３】（実施例１０〜１２） （１）プリフォームの形成 強化材として平均粒径が表１のＡｌ2Ｏ3粉末に対し、イ
オン交換水を３０ｗｔ％、表１の安定化剤で安定化した
コロイドの大きさが１０〜１００ｎｍのアルミナ水和物
のコロイド液（コロイド液中の固形分濃度は２０％）を
表１の量添加し、それに消泡剤（サンノブコ製 フォー
マスターＶＬ）を１．２ｗｔ％加え、ボールを入れてな
いポットミルで５時間混合した。得られたスラリーを２
５×２５×１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型に流
し込み、４時間振動を印加して強化材を沈降させ成形し
た。成形後、ゴム型ごと−２５℃に冷却し冷凍して脱型
した。脱型後、５０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気中で
表１に示す焼成温度と焼成時間で焼成した後、５０℃／
ｈの降温速度で室温まで冷却してプリフォームを作製し
た。
オン交換水を３０ｗｔ％、表１の安定化剤で安定化した
コロイドの大きさが１０〜１００ｎｍのアルミナ水和物
のコロイド液（コロイド液中の固形分濃度は２０％）を
表１の量添加し、それに消泡剤（サンノブコ製 フォー
マスターＶＬ）を１．２ｗｔ％加え、ボールを入れてな
いポットミルで５時間混合した。得られたスラリーを２
５×２５×１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型に流
し込み、４時間振動を印加して強化材を沈降させ成形し
た。成形後、ゴム型ごと−２５℃に冷却し冷凍して脱型
した。脱型後、５０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気中で
表１に示す焼成温度と焼成時間で焼成した後、５０℃／
ｈの降温速度で室温まで冷却してプリフォームを作製し
た。
【００３４】（２）金属−セラミックス複合材料の作製 得られたプリフォームの上にＡｌ−５Ｍｇの合金をプリ
フォームと同量置き、８２０℃窒素気流中（２リットル
／ｍｉｎ：炉内容積０．０３ｍ3）でプリフォームに合
金を含浸した後、炉内で１００℃／ｈで７００℃まで冷
却し、その温度で５時間保持してから再度１００℃／ｈ
で室温まで冷却して金属ーセラミックス複合材料を作製
した。
フォームと同量置き、８２０℃窒素気流中（２リットル
／ｍｉｎ：炉内容積０．０３ｍ3）でプリフォームに合
金を含浸した後、炉内で１００℃／ｈで７００℃まで冷
却し、その温度で５時間保持してから再度１００℃／ｈ
で室温まで冷却して金属ーセラミックス複合材料を作製
した。
【００３５】（３）評価 得られたプリフォームの粉末充填率、曲げ強度、複合材
料の曲げ強度、破壊靱性値を実施例１と同様に求めた。
それらの結果を表１に示す。
料の曲げ強度、破壊靱性値を実施例１と同様に求めた。
それらの結果を表１に示す。
【００３６】（実施例１３〜１５） （１）プリフォームの形成 強化材として平均粒径が表１のＳｉＣまたはＡｌ2Ｏ3粉
末に対し、イオン交換水を３０ｗｔ％、表１のＳｉＣま
たはＡｌ2Ｏ3微粉を表１の量添加し、ボールを入れてな
いポットミルで５時間混合した。得られたスラリーを２
５×２５×１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型に流
し込み、３時間振動を印加して強化材を沈降させ成形し
た。成形後、ゴム型ごと−２５℃に冷却し冷凍して脱型
した。脱型後、５０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気中で
表１に示す焼成温度と焼成時間で焼成した後、５０℃／
ｈの降温速度で室温まで冷却してプリフォームを作製し
た。
末に対し、イオン交換水を３０ｗｔ％、表１のＳｉＣま
たはＡｌ2Ｏ3微粉を表１の量添加し、ボールを入れてな
いポットミルで５時間混合した。得られたスラリーを２
５×２５×１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型に流
し込み、３時間振動を印加して強化材を沈降させ成形し
た。成形後、ゴム型ごと−２５℃に冷却し冷凍して脱型
した。脱型後、５０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気中で
表１に示す焼成温度と焼成時間で焼成した後、５０℃／
ｈの降温速度で室温まで冷却してプリフォームを作製し
た。
【００３７】（２）金属−セラミックス複合材料の作製 得られたプリフォームの上に強化材がＳｉＣ粉末の場合
にはＡｌ−１４Ｓｉ−５Ｍｇの合金を、Ａｌ2Ｏ3粉末の
場合にはＡｌ−４Ｍｇの合金をプリフォームと同量置
き、８５０℃窒素気流中（２リットル／ｍｉｎ：炉内容
積０．０３ｍ3）でプリフォームに合金を含浸した後、
炉内で１００℃／ｈで７００℃まで冷却し、その温度で
５時間保持してから再度１００℃／ｈで室温まで冷却し
て金属ーセラミックス複合材料を作製した。
にはＡｌ−１４Ｓｉ−５Ｍｇの合金を、Ａｌ2Ｏ3粉末の
場合にはＡｌ−４Ｍｇの合金をプリフォームと同量置
き、８５０℃窒素気流中（２リットル／ｍｉｎ：炉内容
積０．０３ｍ3）でプリフォームに合金を含浸した後、
炉内で１００℃／ｈで７００℃まで冷却し、その温度で
５時間保持してから再度１００℃／ｈで室温まで冷却し
て金属ーセラミックス複合材料を作製した。
【００３８】（３）評価 得られたプリフォームの粉末充填率、曲げ強度、複合材
料の曲げ強度、破壊靱性値を実施例１と同様に求めた。
それらの結果を表１に示す。
料の曲げ強度、破壊靱性値を実施例１と同様に求めた。
それらの結果を表１に示す。
【００３９】（比較例１） （１）プリフォームの形成 強化材として平均粒径が表２のグリーンＳｉＣ粉末に対
し、イオン交換水を２１ｗｔ％、固形分濃度が３０％の
リン酸アルミニウム溶液を４ｗｔ％加え、ボールを入れ
てないポットミルで４時間混合した。得られたスラリー
を２５×２５×１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型
に流し込み、４時間振動を印加して強化材を沈降させ成
形した。成形後、ゴム型ごと−４０℃に冷却し冷凍して
脱型した。脱型後、７０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気
中で１２００℃×２ｈ焼成し、５０℃／ｈの降温速度で
室温まで冷却してプリフォームを作製した。
し、イオン交換水を２１ｗｔ％、固形分濃度が３０％の
リン酸アルミニウム溶液を４ｗｔ％加え、ボールを入れ
てないポットミルで４時間混合した。得られたスラリー
を２５×２５×１８０ｍｍの大きさのシリコーンゴム型
に流し込み、４時間振動を印加して強化材を沈降させ成
形した。成形後、ゴム型ごと−４０℃に冷却し冷凍して
脱型した。脱型後、７０℃／ｈの昇温速度で大気雰囲気
中で１２００℃×２ｈ焼成し、５０℃／ｈの降温速度で
室温まで冷却してプリフォームを作製した。
【００４０】（２）金属−セラミックス複合材料の作製 得られたプリフォームの上にＡｌ−１４Ｓｉ−２Ｍｇの
合金をプリフォームと同量置き、８２０℃窒素気流中
（２リットル／ｍｉｎ：炉内容積０．０３ｍ3）でプリ
フォームに合金を含浸した後、炉内で１００℃／ｈで７
００℃まで冷却し、その温度で５時間保持してから再度
１００℃／ｈで室温まで冷却して金属ーセラミックス複
合材料を作製した。
合金をプリフォームと同量置き、８２０℃窒素気流中
（２リットル／ｍｉｎ：炉内容積０．０３ｍ3）でプリ
フォームに合金を含浸した後、炉内で１００℃／ｈで７
００℃まで冷却し、その温度で５時間保持してから再度
１００℃／ｈで室温まで冷却して金属ーセラミックス複
合材料を作製した。
【００４１】（３）評価 得られたプリフォームの粉末充填率、曲げ強度、複合材
料の曲げ強度、破壊靱性値を実施例１と同様に求めた。
それらの結果を表２に示す。
料の曲げ強度、破壊靱性値を実施例１と同様に求めた。
それらの結果を表２に示す。
【００４２】（比較例２〜４）比較例２では、実施例１
のＮａ+濃度を表２に示す濃度とし、比較例３では、実
施例１の焼成温度とその時間を表２の温度と時間とし、
比較例４では、実施例２のバインダーの添加量を表２と
する他は実施例１と同様にプリフォームを作製し、合金
を含浸させ、得られた複合材料の評価をした。それらの
結果を表２に示す。
のＮａ+濃度を表２に示す濃度とし、比較例３では、実
施例１の焼成温度とその時間を表２の温度と時間とし、
比較例４では、実施例２のバインダーの添加量を表２と
する他は実施例１と同様にプリフォームを作製し、合金
を含浸させ、得られた複合材料の評価をした。それらの
結果を表２に示す。
【００４３】（比較例５〜７）比較例５では、実施例４
のＮａ+濃度を表２に示す濃度とし、比較例６では、実
施例４の焼成温度とその時間を表２の温度と時間とし、
比較例７では、実施例４のバインダーの添加量を表２と
する他は実施例４と同様にプリフォームを作製し、合金
を含浸させ、得られた複合材料の評価をした。それらの
結果を表２に示す。
のＮａ+濃度を表２に示す濃度とし、比較例６では、実
施例４の焼成温度とその時間を表２の温度と時間とし、
比較例７では、実施例４のバインダーの添加量を表２と
する他は実施例４と同様にプリフォームを作製し、合金
を含浸させ、得られた複合材料の評価をした。それらの
結果を表２に示す。
【００４４】（比較例８〜１０）比較例８では、実施例
７のバインダーの添加量を表２にとし、比較例９では、
実施例８の焼成温度とその時間を表２の温度と時間と
し、比較例１０では、実施例８のアルミナ水和物の結晶
形を結晶質のベーマイトとする他は実施例８と同様にプ
リフォームを作製し、合金を含浸させ、得られた複合材
料の評価をした。それらの結果を表２に示す。
７のバインダーの添加量を表２にとし、比較例９では、
実施例８の焼成温度とその時間を表２の温度と時間と
し、比較例１０では、実施例８のアルミナ水和物の結晶
形を結晶質のベーマイトとする他は実施例８と同様にプ
リフォームを作製し、合金を含浸させ、得られた複合材
料の評価をした。それらの結果を表２に示す。
【００４５】（比較例１１〜１３）比較例１１では、実
施例１０のバインダーの添加量を表２にとし、比較例１
２では、実施例１１の焼成温度とその時間を表２の温度
と時間とし、比較例１３では、実施例１１のアルミナ水
和物の結晶形を結晶質のベーマイトとする他は実施例１
１と同様にプリフォームを作製し、合金を含浸させ、得
られた複合材料の評価をした。それらの結果を表２に示
す。
施例１０のバインダーの添加量を表２にとし、比較例１
２では、実施例１１の焼成温度とその時間を表２の温度
と時間とし、比較例１３では、実施例１１のアルミナ水
和物の結晶形を結晶質のベーマイトとする他は実施例１
１と同様にプリフォームを作製し、合金を含浸させ、得
られた複合材料の評価をした。それらの結果を表２に示
す。
【００４６】（比較例１４〜１５）比較例１４では、実
施例１３の焼成温度とその時間を表２の温度と時間と
し、比較例１５では、実施例１４の焼成温度とその時間
を表２の温度と時間とする他は実施例１３、１４と同様
にプリフォームを作製し、合金を含浸させ、得られた複
合材料の評価をした。それらの結果を表２に示す。
施例１３の焼成温度とその時間を表２の温度と時間と
し、比較例１５では、実施例１４の焼成温度とその時間
を表２の温度と時間とする他は実施例１３、１４と同様
にプリフォームを作製し、合金を含浸させ、得られた複
合材料の評価をした。それらの結果を表２に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】表１から明らかなように、実施例において
は、粉末充填率はいずれも６０％前後以上であり、曲げ
強度も１．５ＭＰａより大きく堅固なプリフォームとな
っていた。また、そのプリフォームから作製されたアル
ミニウムをマトリックスとする金属−セラミックスの複
合材料には亀裂や割れが生じていなかった。
は、粉末充填率はいずれも６０％前後以上であり、曲げ
強度も１．５ＭＰａより大きく堅固なプリフォームとな
っていた。また、そのプリフォームから作製されたアル
ミニウムをマトリックスとする金属−セラミックスの複
合材料には亀裂や割れが生じていなかった。
【００５０】これに対して比較例１では、粉末充填率、
曲げ強度とも実施例と同じような値であるが、本発明の
バインダーでないため、複合材料の機械的特性が低下し
た。また、比較例２、５では、安定化剤のＮａ+濃度が
高いため、比較例３、６、９、１２、１４、１５では、
焼成温度とその時間が高かったり、低かったり、長かっ
たりするため、比較例１０、１３では、バインダーのア
ルミナ水和物の結晶形が非晶質でなく、結晶質のベーマ
イトであるためいずれも複合材料の機械的特性が低下し
たり、金属の含浸が不可となったりした。さらに、比較
例４、７、８、１１では、バインダーの添加量が多いた
め、閉気孔が生じたり、プリフォームの強度が弱く亀裂
が入ったりして金属を含浸できなかった。
曲げ強度とも実施例と同じような値であるが、本発明の
バインダーでないため、複合材料の機械的特性が低下し
た。また、比較例２、５では、安定化剤のＮａ+濃度が
高いため、比較例３、６、９、１２、１４、１５では、
焼成温度とその時間が高かったり、低かったり、長かっ
たりするため、比較例１０、１３では、バインダーのア
ルミナ水和物の結晶形が非晶質でなく、結晶質のベーマ
イトであるためいずれも複合材料の機械的特性が低下し
たり、金属の含浸が不可となったりした。さらに、比較
例４、７、８、１１では、バインダーの添加量が多いた
め、閉気孔が生じたり、プリフォームの強度が弱く亀裂
が入ったりして金属を含浸できなかった。
【００５１】
【発明の効果】以上の方法で金属−セラミックス複合材
料を作製すれば、粉末充填率が高く、強度が高い密で堅
固なプリフォームとすることができ、そのプリフォーム
にアルミニウム合金を含浸させれば、亀裂や割れのない
金属−セラミックス複合材料が得られるようになった。
また、プリフォームの粉末の種類、粉末充填率、バイン
ダーの種類等を選んで作製すれば、それらに応じた必要
とする強度や破壊靱性値を有した金属−セラミックスの
複合材料が得られるようになった。このように、必要な
破壊靱性値や強度を選ぶことができるので、機械部品の
設計に十分に役立つ。
料を作製すれば、粉末充填率が高く、強度が高い密で堅
固なプリフォームとすることができ、そのプリフォーム
にアルミニウム合金を含浸させれば、亀裂や割れのない
金属−セラミックス複合材料が得られるようになった。
また、プリフォームの粉末の種類、粉末充填率、バイン
ダーの種類等を選んで作製すれば、それらに応じた必要
とする強度や破壊靱性値を有した金属−セラミックスの
複合材料が得られるようになった。このように、必要な
破壊靱性値や強度を選ぶことができるので、機械部品の
設計に十分に役立つ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 平四郎 千葉県松戸市松戸新田314−１ (72)発明者 林 睦夫 埼玉県浦和市大牧560
Claims (10)
- 【請求項１】 セラミックス繊維または粒子を強化材と
してプリフォームを形成し、そのプリフォームに基材で
ある金属を含浸させる金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該プリフォームの形成方法が、１．０
〜１００μｍの平均粒径を有するＳｉＣ粉末に対し、バ
インダーとして水を分散媒とし、Ｎａ+、もしくはＮＨ4
+を安定化剤とするコロイドの大きさが５〜５０ｎｍの
コロイダルシリカ液を０．５〜２５ｗｔ％（シリカとし
て０．１〜５．０ｗｔ％）加え成形した後、その成形体
を８００〜１１００℃の温度で１〜３時間焼成する方法
であることとし、その形成されたプリフォームにアルミ
ニウムを主成分とする合金を７００〜１０００℃の温度
で含浸させることとす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】 セラミックス繊維または粒子を強化材と
してプリフォームを形成し、そのプリフォームに基材で
ある金属を含浸させる金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該プリフォームの形成方法が、１．０
〜１００μｍの平均粒径を有するＡｌ2Ｏ3粉末に対し、
バインダーとして水を分散媒とし、Ｎａ+、もしくはＮ
Ｈ4 +を安定化剤とするコロイドの大きさが５〜５０ｎｍ
のコロイダルシリカ液を０．５〜２５ｗｔ％（シリカと
して０．１〜５．０ｗｔ％）加え成形した後、その成形
体を８００〜１２００℃の温度で１〜３時間焼成する方
法であることとし、その形成されたプリフォームにアル
ミニウムを主成分とする合金を７００〜１０００℃の温
度で含浸させることとす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】 セラミックス繊維または粒子を強化材と
してプリフォームを形成し、そのプリフォームに基材で
ある金属を含浸させる金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該プリフォームの形成方法が、１．０
〜１００μｍの平均粒径を有するＳｉＣ粉末に対し、バ
インダーとして水を分散媒とし、Ｃｌ-、ＣＨ3ＣＯＯ-
もしくはＮＯ3 -を安定化剤とするコロイドの大きさが１
〜１０００ｎｍのアルミナ水和物のコロイド液を１．０
〜３０ｗｔ％（アルミナとして０．１〜１０ｗｔ％）加
え成形した後、その成形体を８００〜１１００℃の温度
で１〜３時間焼成する方法であることとし、その形成さ
れたプリフォームにアルミニウムを主成分とする合金を
７００〜１０００℃の温度で含浸させることとすること
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４】 セラミックス繊維または粒子を強化材と
してプリフォームを形成し、そのプリフォームに基材で
ある金属を含浸させる金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該プリフォームの形成方法が、１．０
〜１００μｍの平均粒径を有するＡｌ2Ｏ3粉末に対し、
バインダーとして水を分散媒とし、Ｃｌ-、ＣＨ3ＣＯＯ
-もしくはＮＯ3 -を安定化剤とするコロイドの大きさが
１〜１０００ｎｍのアルミナ水和物のコロイド液を１．
０〜３０ｗｔ％（アルミナとして０．１〜１０ｗｔ％）
加え成形した後、その成形体を１３００〜１６００℃の
温度で１〜３時間焼成する方法であることとし、その形
成されたプリフォームにアルミニウムを主成分とする合
金を７００〜１０００℃の温度で含浸させることとする
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５】 セラミックス繊維または粒子を強化材と
してプリフォームを形成し、そのプリフォームに基材で
ある金属を含浸させる金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該プリフォームの形成方法が、１．０
〜１００μｍの平均粒径を有するＳｉＣ粉末に対し、バ
インダーとして水を分散媒とし、Ｎａ+、もしくはＮＨ4
+を安定化剤とするコロイドの大きさが５〜５０ｎｍの
コロイダルシリカ液と、Ｃｌ-、ＣＨ3ＣＯＯ-もしくは
ＮＯ3 -を安定化剤とするコロイドの大きさが１〜１００
０ｎｍのアルミナ水和物のコロイド液とをシリカ成分が
アルミナ成分に対し１０〜８０％となるべく混合し、そ
の混合液を１．０〜３０ｗｔ％（シリカ＋アルミナとし
て０．１〜５．０ｗｔ％）加え成形した後、その成形体
を８００〜１１００℃の温度で１〜３時間焼成する方法
であることとし、その形成されたプリフォームにアルミ
ニウムを主成分とする合金を７００〜１０００℃の温度
で含浸させることとす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６】 セラミックス繊維または粒子を強化材と
してプリフォームを形成し、そのプリフォームに基材で
ある金属を含浸させる金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該プリフォームの形成方法が、１．０
〜１００μｍの平均粒径を有するＡｌ2Ｏ3粉末に、バイ
ンダーとして水を分散媒とし、Ｎａ+、もしくはＮＨ4 +
を安定化剤とするコロイドの大きさが５〜５０ｎｍのコ
ロイダルシリカ液と、Ｃｌ-、ＣＨ3ＣＯＯ-もしくはＮ
Ｏ3 -を安定化剤とするコロイドの大きさが１〜１０００
ｎｍのアルミナ水和物のコロイド液とをシリカ成分がア
ルミナ成分に対し１０〜８０％となるべく混合し、その
混合液を１．０〜３０ｗｔ％（シリカ＋アルミナとして
０．１〜５．０ｗｔ％）加え成形した後、その成形体を
８００〜１２００℃の温度で１〜３時間焼成する方法で
あることとし、その形成されたプリフォームにアルミニ
ウムを主成分とする合金を７００〜１０００℃の温度で
含浸させることとす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７】 前記Ｎａ+を安定化剤としたバインダー
中のＮａ+濃度が、Ｎａ2Ｏ換算で０．０５〜０．４ｗｔ
％であることを特徴とする請求項１、２、５または６記
載の金属−セラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項８】 前記Ｃｌ-を安定化剤としたバインダー
中のアルミナ水和物の結晶形が、無定形であることを特
徴とする請求項３、４、５または６記載の金属−セラミ
ックス複合材料の製造方法。 - 【請求項９】 セラミックス繊維または粒子を強化材と
してプリフォームを形成し、そのプリフォームに基材で
ある金属を含浸させる金属−セラミックス複合材料の製
造方法において、該プリフォームの形成方法が、１０〜
１００μｍの平均粒径を有するＳｉＣ粉末に対し、バイ
ンダーとして平均粒径が１．０μｍ以下のＡｌ2Ｏ3粉末
またはＳｉＣ粉末を１．０〜１０ｗｔ％加え成形した
後、その成形体を９００〜１２００℃の温度で１〜３時
間焼成する方法であることとし、その形成されたプリフ
ォームにアルミニウムを主成分とする合金を７００〜１
０００℃の温度で含浸させることとすることを特徴とす
る金属−セラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項１０】 セラミックス繊維または粒子を強化材
としてプリフォームを形成し、そのプリフォームに基材
である金属を含浸させる金属−セラミックス複合材料の
製造方法において、該プリフォームの形成方法が、１０
〜１００μｍの平均粒径を有するＡｌ2Ｏ3粉末に対し、
バインダーとして平均粒径が１．０μｍ以下のＡｌ2Ｏ3
粉末またはＳｉＣ粉末を１．０〜１０ｗｔ％加え成形し
た後、その成形体を１０００〜１５００℃の温度で１〜
３時間焼成する方法であることとし、その形成されたプ
リフォームにアルミニウムを主成分とする合金を７００
〜１０００℃の温度で含浸させることとすることを特徴
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 |
|---|---|---|---|
| JP27522396A JP4217278B2 (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP27522396A JP4217278B2 (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10102162A true JPH10102162A (ja) | 1998-04-21 |
| JP4217278B2 JP4217278B2 (ja) | 2009-01-28 |
Family
ID=17552428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27522396A Expired - Lifetime JP4217278B2 (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4217278B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010260116A (ja) * | 2009-04-30 | 2010-11-18 | Mitsui Seiki Kogyo Co Ltd | セラミックス材を含有する固形状部材のキサゲ仕上げ加工方法及びそのためのスクレーパー |
| JP2020196933A (ja) * | 2019-06-04 | 2020-12-10 | アドバンスコンポジット株式会社 | アルミニウム合金基複合材料の製造方法 |
| CN114321291A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-04-12 | 亚超特工业有限公司 | 一种用于齿轮装置的铝基复合材料齿圈 |
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1996
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