JPH1110310A - 金属基複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属基複合材料の表面形状が複雑な場合で
も，該表面形状を容易に任意形状に成形することがで
き，生産性に優れた金属基複合材料の製造方法を提供す
ること。 【解決手段】 金属のマトリクス中にセラミックよりな
る強化材２を内蔵させてなる金属基複合材料を製造する
に当り，成形型１内に上記強化材２を配置すると共に該
成形型１内に金属溶湯３０を注湯し冷却する方法におい
て，上記成形型１は，上記金属溶湯３０の温度以下にお
いては分解，溶融することがなく安定に存在し，一方鋳
造後には溶媒に易溶解性を有するか又は易崩壊性を有す
る材料により形成してあること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，アルミニウム合金等の金属のマ
トリクス中にセラミックスよりなる強化材を内蔵させた
金属基複合材料の製造方法，特にその成形型の材料に関
する。

【０００２】

【従来技術】従来，金属基複合材料は，例えば，セラミ
ックス繊維等の強化材を成形型内に配置し，これに金属
溶湯を注湯し，該金属溶湯に圧力を加えた状態で凝固さ
せることにより行なっている。上記金属基複合材料は，
高強度，高靭性等の優れた特性を有し，各種機能部品と
して使用されている。

【０００３】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記成形型
は，従来，鋼，セラミックス等の高い硬度を有する材料
が用いられている。そのため，成形型のキャビティ内面
が複雑な場合，その加工が難しい。また，得られた金属
基複合材料もその表面の加工が困難である。そのため，
金属基複合材料の生産性が低く，コスト高となってい
る。

【０００４】また，金属基複合材料の表面形状が複雑な
場合，即ち成形型の型面形状が複雑な場合には，金属基
複合材料を成形型から容易に取り出すことができない。
そのため，製造しようとする金属基複合材料の形状も限
定される。本発明はかかる従来の問題点に鑑み，金属基
複合材料の表面形状が複雑な場合でも，該表面形状を容
易に任意形状に成形することができ，生産性に優れた金
属基複合材料の製造方法を提供しようとするものであ
る。

【０００５】

【課題の解決手段】請求項１に記載の発明は，金属のマ
トリクス中にセラミックスよりなる強化材を内蔵させて
なる金属基複合材料を製造するに当り，成形型内に上記
強化材を配置すると共に該成形型内に金属溶湯を注湯し
冷却する方法において，上記成形型は，上記金属溶湯の
温度以下においては分解，溶融することがなく安定に存
在し，一方鋳造後には溶媒に易溶解性を有するか又は易
崩壊性を有する材料により形成してなることを特徴とす
る金属基複合材料の製造方法である。

【０００６】本発明において最も注目すべき点は，上記
金属基複合材料を成形するための成形型は，上記金属溶
湯の温度以下では分解，溶融せず，鋳造後には易溶解
性，又は易崩壊性を有する材料により作製しておくこと
である。本発明において，上記セラミックス強化材とし
ては，セラミックスの粉末，ウィスカ，繊維等がある。
また，上記セラミックスの材質としては，炭化珪素，ア
ルミナ，ジルコニア，窒化アルミニウム，炭化ホウ素，
窒化珪素，ベリリア，ダイヤモンド，立方晶窒化ホウ素
等がある。上記，金属としては，アルミニウム合金，マ
グネシウム合金，銅合金，亜鉛合金等がある。

【０００７】次に，本発明の作用効果につき説明する。
即ち，本発明によれば，成形型は易溶解性，又は易崩壊
性の材料で作製してある。そのため，金属基複合材料を
成形した後は，溶媒によって，金属基複合材料から成形
型を容易に除去することができる。そのため，型面形状
が複雑な場合であっても，容易に金属基複合材料を製造
することができ，生産性に優れている。

【０００８】次に，上記成形型の材質としては，塩化ナ
トリウム，岩塩，塩化カリウム，塩化カルシウムのいず
れか一種以上の塩を用いることができる。この場合に
は，上記塩が水，有機溶媒等に易溶解性であるか，また
は易崩壊性である。なお，成形型の材料中にはセラミッ
クス又は金属，合金の粉末を混合してもよい。この場合
には強度が向上し，取り扱い時等における破壊を防止で
きる。

【０００９】また，これらの塩は，例えばその粉末を金
型により加圧成形することによって，容易に所望のキャ
ビティ内面を有する成形型に作製することができる（実
施形態例参照）。また，これらの塩は，溶融温度が高
く，金属としてアルミニウム合金，マグネシウム合金を
用いる場合にも，その金属溶湯に対して，充分に耐え
る。また，鋳造後には水洗又は高圧ガス吹き付けによっ
て，容易に除去することができる。

【００１０】次に，上記強化材は炭化珪素の粒子であ
り，上記成形型の材料は塩化ナトリウムとすることが好
ましい。この場合には，特に炭化珪素は熱伝導性が高
く，低熱膨張性であり，高性能複合材料に好適である。
塩化ナトリウムは，高耐熱性，易成形性，易崩壊性であ
り，生産性に優れるという効果を得ることができる。

【００１１】また，上記金属基複合材料はエレクトロニ
クス用放熱板とすることもできる。この場合には，プリ
ント配線板，パワーデバイス等の電子部品と接触させた
状態で効率良く放熱を行なわせることができる，複雑形
状のエレクトロニクス用放熱板を容易に製造することが
できる。また，上記各発明においては，上記エレクトロ
ニクス用放熱板の外，内燃機関用ピストン等の各種金属
基複合材料を容易に製造することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】

実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかる金属基複合材料の製造方法
につき，図１〜図３を用いて説明する。本例は，図１〜
図３に示すごとく，金属のマトリクス３中にセラミック
スよりなる強化材２を内蔵させてなる金属基複合材料１
０（図３）を製造するに当り，成形型１内に上記強化材
２を配置すると共に該成形型１内に金属溶湯３０を注湯
し冷却する方法である。

【００１３】上記成形型１は，上記金属溶湯３０の温度
以下においては分解，溶融することがなく安定に存在
し，一方鋳造後には溶媒に易溶解性を有するか又は易崩
壊性を有する材料により形成してある。また，本例にお
いては，成形型１の材料として塩化ナトリウムの粉末
を，強化材２として炭化珪素の粉末を，金属３としてア
ルミニウム合金を用いた場合の各工程について説明す
る。

【００１４】（塩化ナトリウム製成形型１の成形）最終
製品である金属基複合材料１０（図３Ｂ）の形状の型面
を有する成形型１を得るために，塩化ナトリウムの粉末
を成形する。成形型１を固化させるためには，成るべく
高い圧力で成形する。成形時の圧力は，５００ｋｇ／ｃ
ｍ² 以上が好ましい。成形後，強度向上のために加熱を
行なうこともできるが，成形のままでも充分である。

【００１５】塩化ナトリウムの純度は溶融温度が高圧鋳
造にて用いる金属の融点よりも高いこと，または強化材
の予熱条件で溶融しないことが重要である。塩化ナトリ
ウムの粉末の粒度は生産性，成形型の強度の制御の目的
によって変えることができるが，金属基複合材料の製品
の表面をなめらかにする場合には全体または表面付近に
５０〜０．５μｍの微粉末を用いることが好ましい。

【００１６】（鋳造の準備）図１に示すごとく，成形型
１の内部（キャビティ）に炭化珪素粉末からなる強化材
２を充填する。粉末の粒度や充填量は製造しようとする
金属基複合材料１０の特性によって変えることができ
る。特に，充填量を増やしたい場合には，微粉と粗粉末
の混合粉末を用いると良い。充填後鋳造前に，粉末に充
填用の圧力をかけることもできる。

【００１７】（鋳造）図２に示すごとく，粉末を充填し
た成形型を約７５０℃に予熱する。その後に，あらかじ
め予熱しておいた上記成形型１とは別の金型１５内に上
記成形型１を配置し，直ちに金属溶湯３０としての溶融
アルミニウム合金を注湯する。次いで，加圧パンチ１６
にて加圧し，炭化珪素粉末の間隙に溶融アルミニウム合
金を浸透させて凝固，冷却する。

【００１８】（金属基複合材料の取り出し）上記金型１
５から，上記成形型１を取り出す。次いで，成形型を流
水内に浸漬することによって，成形型材料である塩化ナ
トリウムを溶解除去する。これにより，図３Ａに示すご
とく，金属基複合材料１０とその上部に余分の金属３１
を有する成形品を得る。そこで，金属基複合材料１０の
上部に付着している余分の金属３１を切断により除去す
る。これにより，図３Ｂに示す金属基複合材料１０を得
る。

【００１９】実施形態例２ 本例は，図４〜図６に示すごとく，エレクトロニクス用
放熱板（図６）として用いる金属基複合材料を製造する
例につき示す。上記エレクトロニクス用放熱板５は，図
６に示すごとく，電子部品等に接合する板状の基部５１
と，その上部に一体形成した放熱用フィン５５とよりな
る。また，該エレクトロニクス用放熱板５は，アルミニ
ウム合金からなる金属３のマトリクス中に炭化珪素粉末
からなるセラミックス強化材２を内蔵したものである。

【００２０】上記エレクトロニクス用放熱板５の製造法
につき，以下に具体例を示す。市販の純度９９％以上の
塩化ナトリウム粉末を用いて，１０００ｋｇ／ｃｍ²で
１０秒間加圧して縦５０ｍｍ，横８０ｍｍ，深さ５ｍｍ
の矩形状キャビティ４０を有する成形型４を作製した。
この成形型４は，矩形状キャビティ４０の底に，直径３
ｍｍ，深さ５ｍｍの円柱状キャビティを５０個有する。

【００２１】この成形型４内に，平均粒径２０μｍの粉
末３０重量％に対して１００μｍの粉末７０重量％の割
合で混合した炭化珪素粉末を充填した。粉末が成形型４
内に充填されるように，充分に充填の際に振動を加え
た。

【００２２】次に，炭化珪素粉末を充填した成形型４を
窒素ガス中にて７００℃で約１５分予熱した。該成形型
４を約３００℃に予熱しておいた金型内に配置（図２参
照）した。その後，７５０℃に保持したＡｌ−１２％Ｓ
ｉ−０．３％Ｍｇ合金を注湯し，直ちに加圧パンチにて
加圧し，凝固させた。

【００２３】冷却後金属基複合材料から余分なアルミニ
ウム合金を除去するとともに，塩化ナトリウム成形型を
水洗除去した。得られた金属基複合材料としての上記エ
レクトロニクス用放熱板５（図６）は塩化ナトリウム成
形型の型面と同一形状であり，表面はなめらかで，仕上
げ研磨加工をすることなく使用することができるもので
あった。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば，金属基複合材料の表面
形状が複雑な場合でも，該表面形状を容易に任意形状に
成形することができ，生産性に優れた金属基複合材料の
製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における，セラミックスよりなる
粉末状の強化材を入れた成形型の内部へ金属溶湯を注湯
する状態を示す説明図。

【図２】実施形態例１における，上記成形型を金型内に
入れ，加圧鋳造している状態を示す説明図。

【図３】実施形態例１における，（Ａ）鋳造品，及び
（Ｂ）余分の金属部分を除去した金属基複合材料の説明
図。

【図４】実施形態例２における，成形型の平面図。

【図５】実施形態例２における，成形型の断面図。

【図６】実施形態例２における，エレクトロニクス用放
熱板の説明図。

【符号の説明】

１．．．成形型， １５．．．金型， ２．．．強化材， ３．．．金属， ３０．．．金属溶湯， ４．．．成形型， ５．．．エレクトロニクス用放熱板，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西野 直久 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 神谷 信雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 北條 浩 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属のマトリクス中にセラミックスより
   なる強化材を内蔵させてなる金属基複合材料を製造する
   に当り，成形型内に上記強化材を配置すると共に該成形
   型内に金属溶湯を注湯し冷却する方法において，上記成
   形型は，上記金属溶湯の温度以下においては分解，溶融
   することがなく安定に存在し，一方鋳造後には溶媒に易
   溶解性を有するか又は易崩壊性を有する材料により形成
   してあることを特徴とする金属基複合材料の製造方法。