JPH11199343A

JPH11199343A - 複合化用予備成形体及びこれを用いた複合化部材並びにこれらの製造方法

Info

Publication number: JPH11199343A
Application number: JP430698A
Authority: JP
Inventors: Makoto Fujita; 誠藤田; Nobuyuki Oda; 信行小田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ウィスカを用いることなく、セラミックス粒
子を主体として、微小な空孔が均一的に存在する複合化
用予備成形体、及びその予備成形体を用いた複合化部
材、及びこれらの製造方法を提供する。【解決手段】易焼結性セラミックス粒子及び焼失性粒
子、必要に応じて難焼結性セラミックス粒子が均一に混
合された混合体を加熱して、前記焼失性粒子を焼失させ
るとともに、前記セラミックス粒子を焼結させる工程を
含む予備成形体の製造方法；セラミックス粒子の焼結体
で構成され、且つ連通気孔を有する多孔質体の予備成形
体；該成形体に、軽金属の溶湯を充填する工程を含む複
合化部材の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽金属母材の所要
部位に強化材を複合化してなる部分複合化部材の強化材
として用いられる複合化用予備成形体及び当該予備成形
体の製造方法及び当該予備成形体を用いた複合化部材及
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軽金属を母材とし、これを強化材で強化
してなる複合化部材の製造方法としては、母材となる軽
金属粉末と強化材用粒子とを混合し、ホットプレス法等
で加圧成形する方法がある。しかし、この方法は製造工
程が複雑な上に、部材全体を強化することとなる。近
年、強化が要求される部分だけ複合化する方法として、
まず、所定形状に成形された連通気孔体タイプの多孔質
である予備成形体を製造し、この予備成形体を軽金属の
溶湯に浸漬し、溶湯を加圧することにより該予備成形体
の気孔内に軽金属を含浸させるという複合化方法が提案
され、当該方法に用いられる予備成形体及びその製造方
法が種々提案されている。

【０００３】例えば、特開平５−３３９６０５号公報に
金属粉末又は金属化合物粉末を分散媒に加えて調製した
スラリー液を、発泡樹脂体に塗着含浸させ、次いで乾燥
焼成して、スラリーが塗着含浸した発泡樹脂体の樹脂部
分を焼失させることによりスラリー液の金属粉末を焼結
させるという金属多孔体からなる予備成形体の製造方法
が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記方法で得られる予
備成形体の構造は、発泡樹脂体が有している骨格構造が
投影されたものとなる。従って、複合化部材の特性を向
上するために強化材の占める体積率を上げる場合、発泡
樹脂体の発泡率を下げることになるが、発泡率の低下は
形成される個々の気孔の大きさが小さくなるだけでな
く、空孔の個数の減少ももたらす。逆に、空孔率を上げ
る場合、空孔の割合だけでなく個々の空孔が大きくな
り、結局気孔の分散状態の均一性の低下につながり、結
果として複合化部材の特性、特に摩耗特性について、強
化材の体積率に見合った効果が得られない。

【０００５】また、金属粒子を焼結して金属多孔体を製
造する場合、金属粒子の酸化を抑制する一方、発泡樹脂
体を構成する炭素原子及び水素原子をＣＯ₂ 、Ｈ₂ Ｏ、
Ｈ₂等として焼失させる必要があるため、一般に焼結条
件の設定が難しく、複合化部材の製造コスト低減の支障
となっている。

【０００６】本出願人は、このような問題を解決するた
めに、発泡樹脂体のように予め成形された多孔質体を用
いることなく、且つ金属粉末に代えて、セラミックスを
用いた複合化用予備成形体を製造することを検討してい
る。そして、セラミックス粒子、ウィスカ、及び焼失性
粒子を分散させたスラリー液を濾過して得られた脱液体
部材を加熱して、前記セラミックス粒子を焼結させると
ともに、前記焼失性粒子を焼失させるという複合化用予
備成形体の製造方法を出願している（特願平８−３３１
５７８号）。

【０００７】当該方法により製造される複合化予備成形
体は、脱液体部材において存在していたセラミックス粒
子間の間隙、セラミックス粒子とウィスカとの間隙、並
びに焼失性粒子が焼失したことにより形成される空隙が
気孔となった予備成形体である。脱液体部材には、セラ
ミックス粒子、ウィスカ、焼失性粒子がほぼ均一的に分
散し、しかもセラミックス粒子間の間隙、セラミックス
粒子とウィスカとの間隙、並びに焼失性粒子が焼失した
ことにより形成される空隙は、発泡樹脂体中の気孔に比
べて小さい。よって、従来の製造方法により形成される
予備成形体よりも微小な空孔が均一的に存在する緻密な
多孔質構造を有する予備成形体を製造することができ
る。また、セラミックス粒子やウィスカの焼結条件は、
金属粉末の焼結条件のように厳しくないので、予備成形
体の製造コスト、ひいては複合化部材の製造コストの低
減に繋がる。

【０００８】しかし、一般にウィスカはセラミック粒子
と比べて高価であるため、予備成形体、ひいては複合化
部材の製造コストの更なる低減のためには、ウィスカを
用いることなく、微小な空孔が均一的に存在する予備成
形体の製造方法の開発が望まれる。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、ウィスカを用
いることなく、セラミックス粒子を主体として、微小な
空孔が均一的に存在する複合化用予備成形体、及びその
予備成形体を用いた複合化部材、及びこれらの製造方法
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の複合
化用予備成形体の第１の製造方法は、易焼結性セラミッ
クス粒子及び焼失性粒子が均一に混合された混合体を加
熱して、前記焼失性粒子を焼失させるとともに、前記易
焼結性セラミックス粒子を焼結させる工程を含むことを
特徴とする。第２の製造方法は、易焼結性セラミックス
粒子、難焼結性セラミックス粒子及び焼失性粒子が均一
に混合された混合体を、前記易焼結性セラミックス粒子
が焼結できる温度まで加熱して、前記焼失性粒子を焼失
させる工程を含むことを特徴とする。上記製造方法にお
いて、前記焼失性粒子は、黒鉛粉末であることが好まし
く、粒径は１〜２５０μｍであることが好ましい。

【００１１】本発明の複合化用予備成形体は、上記本発
明の製造方法で製造されるものである。すなわち、主と
して第１の製造方法で製造される複合化用予備成形体
は、易焼結性セラミックス粒子の焼結体で構成され、且
つ連通気孔を有する多孔質体であることを特徴とする。
主として第２の製造方法で製造される複合化用予備成形
体は、易焼結性セラミックス粒子及び難焼結性セラミッ
クス粒子を含む焼結体で構成され、且つ連通気孔を有す
る多孔質体であることを特徴とする。

【００１２】上記本発明の複合化用予備成形体におい
て、前記易焼結性セラミックス粒子は、ＴｉＯ₂ である
ことが好ましく、また、前記易焼結性セラミックス粒子
の粒径は、０．１〜１０μｍであることが好ましい。ま
た、前記難焼結性セラミックス粒子は、前記易焼結性セ
ラミックス粒子よりも融点が高く、且つ粒径が大きいセ
ラミックス粒子であることが好ましく、具体的には、Ｓ
ｉＣ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、及びＺｒＯ₂ よりなる群
から選ばれる少なくとも１種で、粒径は、０．１〜１０
０μｍであることが好ましい。さらに、本発明の複合化
用予備成形体を構成する焼結体には、さらに無機バイン
ダーが含まれていることが好ましい。

【００１３】また、複合化用予備成形体全体に占めるセ
ラミックスの体積率が、１２〜２５ｖｏｌ％であること
が好ましく、セラミックスが易焼結性セラミックスと難
焼結性セラミックスとから構成されている場合には、易
焼結性セラミックス粒子に対する難焼結性セラミックス
粒子の体積率が７０ｖｏｌ％以下であることが好まし
い。

【００１４】本発明の複合化部材の製造方法は、上記本
発明の複合化用予備成形体に、軽金属の溶湯を充填する
工程を含むことを特徴とする。

【００１５】本発明の複合化部材は、上記本発明の複合
化部材の製造方法により製造されるもので、本発明の複
合化用予備成形体の気孔部分に軽金属が充填されている
ことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係る複合化用予備成形体
を、製造方法とともに説明する。まず、本発明の第１の
製造方法について説明する。第１の製造方法では、ま
ず、易焼結性セラミックス粒子及び焼失性粒子が均一に
混合された混合体を作成する。

【００１７】混合体は、図１に示すように易焼結性セラ
ミックス粒子１と焼失性粒子２とがほぼ最密充填状態と
なっている。よって、図１中、３は易焼結性セラミック
ス粒子１間の間隙、易焼結性セラミックス粒子１と焼失
性粒子２との間隙である。

【００１８】上記易焼結性セラミックス粒子１とは、焼
結し易いセラミックスの粒子のことで、具体的には１７
００℃以下で焼結できるセラミック粒子であればよい
が、コストの点からＴｉＯ₂ が好ましく用いられる。本
発明に用いられるＴｉＯ₂ は、顔料としてよく用いられ
るルチル型の酸化チタンである。この酸化チタンは、モ
ース硬度が７程度で、加工し易く、耐摩耗性にも優れて
いるため、複合化部材の強化材として好適である。

【００１９】また、易焼結性粒子１の粒径は、易焼結性
粒子１の種類にもよるが、０．１〜１０．０μｍである
ことが好ましい。０．１μｍ未満のセラミックス粒子で
は、混合体の作成が困難となり、１０μｍを超えると粒
子の表面エネルギーの低下から、焼結しにくくなるから
である。

【００２０】上記焼失性粒子２とは、焼結温度で焼失し
てしまう粒子で、得られる予備成形体の気孔部分を形成
することになる。焼失粒子２としては、ポリプロピレン
粒子、ポリエチレン粒子、ポリアクリルアミド粒子等の
樹脂粉末、黒鉛粉末などが挙げられる。これらのうち、
焼失し易さの点から黒鉛粉末が好ましく用いられる。

【００２１】また、焼失性粒子２の大きさは、１μｍ以
上、特に３０μｍ以上で、２５０μｍ以下、特に１００
μｍ以下であることが好ましい。焼失性粒子が大きくな
りすぎると、焼失に時間がかかる上に、予備成形体に形
成される空孔が大きくなりすぎて最終的に形成される複
合化部材の均一化に影響するからである。一方、１μｍ
未満では、焼失性粒子２の焼失により形成される空孔部
分が、該焼失性粒子２の周囲に付着していた焼結性セラ
ミックス粒子の焼結時の体積収縮に利用される等の理由
から、多孔質の形成がうまくゆかないからである。

【００２２】前記混合体における焼失性粒子２の割合
は、複合化部材全体に対する強化材、すなわち易焼結性
セラミックスの体積率（Ｖｆ％）に応じて選択すればよ
い。焼失性粒子の割合が増加する程、予備成形体におけ
るセラミックスの占有割合、換言すると複合化部材にお
ける強化材の体積率（Ｖｆ％）の低下となって、複合化
部材の強度が低下することになる。ここで、複合化用予
備成形体は、複合化部材を製造するために、高圧鋳造に
耐えられる程度の強度を備えている必要があるので、少
なくとも強化材の体積率（Ｖｆ％）が１０％程度を確保
できるように、焼失性粒子２の混合割合を選択する必要
がある。ここで、混合体における粒子が占める体積率
は、粒径にもよるが、最密充填された場合であっても一
般に４０％程度が限界である。よって、焼失性粒子２と
易焼結性セラミックス粒子１との含有割合は、体積比
（セラミックス粒子：焼失性粒子）が１０：３０〜２
５：１５程度であることが好ましい。このような割合で
配合することにより、複合化部材に対する強化材の体積
率（Ｖｆ％）を１０〜２５ｖｏｌ％程度とすることがで
きる。

【００２３】ここで、Ｖｆは、焼結前の状態の混合体の
見かけの密度と、予備成形体の気孔に軽金属を含浸させ
て得られる複合化部材の密度に基づいて算出した割合で
ある。

【００２４】尚、上記混合体には、易焼結性セラミック
ス粒子１及び焼失性粒子２の他に、必要に応じて無機バ
インダー、凝集剤、その他の添加剤が含有され得る。

【００２５】無機バインダーは焼結助剤として配合され
るもので、具体的には、シリカゾルやアルミナゾル等の
コロイド物質が用いられる。また、凝集剤としては、ポ
リアクリルアミド樹脂などが挙げられる。さらにその他
の添加剤としては硫酸アンモニウムなどが挙げられる。

【００２６】以上のような構成を有する混合体を作製す
る方法は、含有される粒子を均一に混合して最密充填状
態が得られる方法であれば特に限定しないが、容易にそ
のような混合体が得られる方法として、例えば、本出願
人が先に出願した特願平８−３３１５７８号に記載の方
法を採用することができる。

【００２７】すなわち、易焼結性セラミックス粒子及び
焼失性粒子、及び無機バインダーなどの必要に応じて含
有される添加剤を、水等の分散媒に混合してスラリーを
調製し、このスラリーを所定形状を有する容器に入れて
吸引濾過等により脱水して脱液体物を得る。濾過により
得られた脱液体物を、パンチ等で加圧して圧縮すれば、
各粒子が均一に混合されるとともに、ほぼ最密充填状態
となった混合体が容易に得られる。

【００２８】第１の製造方法は、以上のような構成を有
する混合体を、焼結することにより、易焼結性セラミッ
クスの焼結体からなる多孔質の予備成形体を得る方法で
ある。

【００２９】焼結温度は、易焼結性セラミックス粒子１
が焼結できる温度であればよい。使用するセラミックス
粒子が０．２〜１μｍのＴｉＯ₂ の場合には、１０００
℃以上、好ましくは１０００〜１２００℃で、２時間程
度で焼結できる。尚、焼失性粒子２が黒鉛粉末の場合に
は、６００℃程度からＣＯ，ＣＯ₂ となって系外へ放出
除去、すなわち焼失しはじめる。

【００３０】このようにして得られる予備成形体は、図
２に示すように、易焼結性セラミックス粒子１が焼結に
より隣接の易焼結性セラミックス粒子１と融合一体化さ
れた状態のセラミックス５（図２中、斜線部分で示す）
を骨格としたもので、混合体においてセラミックス粒子
１間の間隙３、又はセラミックス粒子１と焼失性粒子２
との間隙３となっている部分、焼失性粒子２が存在して
いた部分（図２中、破線で囲まれた部分）が空孔となっ
た連通気孔タイプの多孔質構造となっている。そして、
複合化予備成形体全体に占めるセラミックス５の体積率
は、配合した焼失性粒子の量によるが、一般に１２〜２
５ｖｏｌ％程度となっている。

【００３１】尚、無機バインダー等の他の添加剤が配合
されていた場合には、セラミックス５部分とともに予備
成形体の骨格部分を形成することとなる。

【００３２】このようにして製造される予備成形体は、
一般にセラミックス粒子の焼結に伴う体積収縮が、ウィ
スカを用いた場合より大きいという問題がある。つま
り、ウィスカは焼結前後でほとんど形状が変化せず、ウ
ィスカと混合したセラミックス粒子はウィスカの周囲で
焼結されることとなるため体積収縮はそれ程問題となら
ない。しかし、本発明の方法では、易焼結性セラミック
ス粒子１は焼結により隣接の粒子と融合することに伴っ
て体積収縮が起こる。この収縮率は、複合化部材に対す
る強化材の体積率（Ｖｆ）が大きくなる程、大きくな
る。従って、強化材の体積率（Ｖｆ）が大きい場合や体
積収縮が問題となる場合（例えば、寸法精度が要求され
る部材に用いられる複合化部材の場合など）には、次に
述べる第２の製造方法により得られる予備成形体を用い
ることが好ましい。

【００３３】第２の製造方法は、易焼結性セラミックス
粒子、難焼結性セラミックス粒子及び焼失性粒子が均一
に混合された混合体を用いて焼結する方法である。すな
わち、第１の方法で用いた混合体において、更に難焼結
性セラミックス粒子が混合されたもので、具体的には図
３に示すような構造を有している。ここで、第２の方法
で用いる易焼結性セラミックス粒子１′及び焼失性粒子
２′の種類、並びに混合体の作成方法は、第１の方法と
同様である。また、混合体中、易焼結性セラミックス粒
子、難焼結性セラミックス粒子及び焼失性粒子以外に、
無機バインダー等の他の添加材を必要に応じて含有し得
ることも同様である。

【００３４】図３中、難焼結性セラミックス粒子は７で
示されている。本発明に用いられる難焼結性セラミック
ス粒子７とは、易焼結性セラミックス粒子１′よりも融
点が高い、あるいは粒径が大きい、あるいはその化学的
性質等の理由から、易焼結性セラミックス粒子よりも焼
結されにくい粒子である。具体的には、融点が１７００
℃、特に２０００℃以上のセラミックス粒子であるＳｉ
Ｃ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ などが挙げられ、
これらのセラミックス粒子は１種類だけであってもよい
し、２種類以上混合して用いてもよく、複合化部材とし
て要求され特性に基づいて適宜選択すればよい。このよ
うな難焼結性セラミックス粒子７は、易焼結性セラミッ
クス粒子１′間に介在して、易焼結性セラミックス粒子
１′が焼結に際して体積収縮方向に移動するのを妨害す
る。

【００３５】難焼結性セラミックス粒子７の粒径は、
０．１μｍ以上、特に１０μｍｍ以上で、１００μｍ以
下、特に５０μｍ以下であることが好ましい。０．１μ
ｍ未満では、難焼結性セラミックス粒子７が易焼結性セ
ラミックス粒子１′間の間隙３′に入り込んでしまうお
それがあるからである。難焼結性セラミックス粒子７
が、易焼結性セラミックス粒子１′間の間隙３に入り込
んでしまうと、隣接する易焼結性セラミックス粒子１′
同士の焼結、表面の融合一体化を妨害することができな
くなり、難焼結性セラミックス粒子７の混合による体積
収縮の防止効果が期待できなくなるからである。一方、
１００μｍを超えると、難焼結性セラミックス粒子７の
周囲に易焼結性セラミックス粒子１′が付着しにくくな
る。難焼結性セラミックス粒子７同士の焼結は起こらな
いので、難焼結性セラミックス粒子７の周囲に十分量の
易焼結性粒子１′が付着していないと、セラミックス粒
子同士の結合強度が不十分となり、ひいては予備成形体
としての強度低下を招くからである。

【００３６】難焼結性セラミックス粒子７の含有割合
は、易焼結性セラミックス粒子１′に対する体積率が７
０ｖｏｌ％未満の範囲で、複合化部材に要求される特性
に応じて適宜選択すればよい。つまり、難焼結性セラミ
ックス粒子７の含有割合が大きくなる程、焼結に際して
の体積収縮率が小さくなるので、複合化部材の製造にあ
たっては寸法精度が向上する。一方、難焼結性セラミッ
クス粒子７の含有割合が大きくなる程、難焼結性セラミ
ックス粒子７による易焼結性セラミックス粒子１′の焼
結、すなわち融合一体化が妨害されるため、焼結体の結
合強度が低下し、予備成形体としての強度が低下するか
らである。ここで、複合化部材の製造にあたり、軽金属
の溶湯を高圧鋳造する場合に必要とされる圧縮強度は、
一般に０．８ＭＰａ以上である。複合化部材に対する強
化材（易焼結性セラミックス及び難焼結性セラミック
ス）の体積率（Ｖｆ％）の値が大きくなるほど、予備成
形体の強度は高くなるが、本発明で製造される予備成形
体の強化材体積率（Ｖｆ）は最大でも２５ｖｏｌ％程度
であることとの関係から、易焼結性セラミックス粒子に
対する難焼結性セラミックス粒子の体積率は、７０ｖｏ
ｌ％が上限であり、４０ｖｏｌ％以下とすることが好ま
しい。

【００３７】また、第２の製造方法で用いられる混合体
における焼失性粒子２′の割合は、第１の製造方法と同
様の理由から、セラミックス粒子（易焼結性セラミック
ス粒子１′と難焼結性セラミックス粒子７の総量）と焼
失性粒子２′との体積比（セラミックス粒子：焼失性粒
子）が１０：３０〜２５：１５程度であることが好まし
い。

【００３８】以上のような構成を有する混合体を焼結す
る。第２の製造方法における焼結条件は、第１の方法の
焼結条件と同様である。すなわち、易焼結性セラミック
ス粒子１′が焼結し得る温度で、易焼結性セラミックス
粒子が酸化チタンの場合には１０００℃以上であればよ
い。

【００３９】このような条件で加熱した場合、第１の製
造方法の場合と同様に、易焼結性セラミックス粒子１′
の表面が融けて隣接の易焼結性セラミックス粒子１′と
融合一体化し、難焼結性セラミックス粒子７は融合一体
化した易焼結性セラミックスに包囲されるようにして固
定される。また、焼失性粒子２′は、気体となって系外
に放出除去されて焼失してしまう。その結果、図４に示
すように、易焼結性セラミックス粒子１′が難焼結性セ
ラミックス粒子７間をつなぐように焼結されてなるセラ
ミックス８（図４中、斜線及び格子部分で示す）を骨格
としたもので、易焼結性セラミックス粒子１′間の間隙
３′、易焼結性セラミックス粒子１′と難焼結性セラミ
ックス粒子７との間隙３′、及び焼失性粒子２′が存在
していた部分（図４中、破線で囲まれた部分）が空孔と
なった多孔質構造となる。

【００４０】このようにして形成される予備成形体にお
ける強化材（難焼結性セラミックス及び易焼結性セラミ
ックス）の複合化部材に対する体積率（Ｖｆ）は、第１
の方法で製造される予備成形体と同様に、１５〜２５ｖ
ｏｌ％程度であり、複合化部材に要求される特性に応じ
て適宜選択することができる。

【００４１】以上のようにして得られる複合化用予備成
形体を、例えば、図５に示すような金型１１内部にセッ
トし、これに母材となる軽金属の溶湯１２を注入し、パ
ンチ１３で溶湯１２を加圧する。図５中、１０はセット
された予備成形体であり、１４は金型１１を加熱するた
めのヒータである。加圧により、金属の溶湯１２は予備
成形体１０の連通気孔中に含浸され、予備成形体１０で
強化された複合化部材が得られる。

【００４２】上記高圧鋳造法が適用できる軽金属として
は、アルミニウム、アルミニウム系合金、マグネシウム
合金等が挙げられる。

【００４３】また、加圧圧力は、予備成形体の強化材体
積率（Ｖｆ）、溶湯の種類等により異なるが、１０〜１
５０ＭＰａ程度である。従って、用いる予備成形体は、
このような加圧圧力に耐えるような圧縮強度を備えたも
のを適宜選択すればよい。但し、連通気孔を有する多孔
質体に液体状態の金属が充填されることから、このよう
な高圧がそのまま予備成形体に直接かかるわけではな
い。

【００４４】

【実施例】〔第１の製造方法による予備成形体及びこれ
を用いた複合化部材の製造〕易焼結性セラミックス粒子
として、平均粒径０．３μｍの市販のＴｉＯ₂ （ルチル
型）粒子を用いた。また、焼失性粒子として、平均粒径
７５μｍの黒鉛粉末を用いた。易焼結性セラミックス粒
子及び焼失性粒子、さらに無機バインダーとしてアルミ
ナゾルを水中に添加して均一に分散させたスラリー液を
調製し、吸引脱水口を備えた容器に入れて吸引し、所定
形状を有する脱水物を得た。この脱水物の乾燥後の粒子
（セラミックス粒子、焼失性粒子、無機バインダー）が
占める体積率は約３８ｖｏｌ％程度であった。尚、セラ
ミックス粒子及び焼失性粒子の配合割合は、脱水物の粒
子の体積占有率３８ｖｏｌ％について、セラミックス粒
子の占有体積率（強化材体積率Ｖｆに相当）が１２％〜
２５ｖｏｌ％で、黒鉛粉末が２６〜１３ｖｏｌ％となる
ようにした。

【００４５】この脱水物をまず６００℃以上に加熱して
黒鉛粉末を焼失させ、次いで１１００℃で２時間加熱し
て、易焼結性セラミックスの占有体積率（強化材体積率
Ｖｆ）が１２ｖｏｌ％、１６ｖｏｌ％、１８ｖｏｌ％、
２０ｖｏｌ％、２５ｖｏｌ％の予備成形体（５８ｍｍ×
３６ｍｍ×１５ｍｍ）を得た。

【００４６】作成した予備成形体を、図５に示す金型容
器内にセットし、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格Ｈ５２
０２に規格されているＡＣ８Ａ）の溶湯を注入し、表１
に示すような条件で複合化して、複合化部材を得た。

【００４７】

【表１】

【００４８】以上のようにして製造した複合化部材の組
織状態を示す電子顕微鏡写真（４００倍）を、図６〜図
８に示す。図６，図７，図８は、それぞれ複合化部材に
対する強化材体積率（Ｖｆ）が１２ｖｏｌ％、１６ｖｏ
ｌ％、２０ｖｏｌ％の複合化部材である。顕微鏡写真に
おいて、白色部分が母材金属であるアルミニウム金属部
分であり、黒色部分が予備成形体、すなわちＴｉＯ₂ 部
分である。いずれの場合も白色部分がほぼ均一に細かく
分散して存在していることがわかる。尚、比較のため
に、発泡樹脂体を用いて作成した予備成形体（Ｖｆ＝１
０ｖｏｌ％）を用いて製造した複合化部材の組織状態を
示す電子顕微鏡写真（１００倍）を、図９に示す。島状
の部分が強化材の部分であり、図６と比べて偏在してい
ることがわかる。

【００４９】〔第２のの製造方法による予備成形体及び
これを用いた複合化部材の製造〕易焼結性セラミックス
粒子、焼失性粒子、無機バインダーは、第１の製造方法
で用いたものと同種類のものを用いた。さらに難焼結性
粒子として、平均粒径１２μｍのＳｉＣ粒子を用いた。
難焼結性粒子の含有割合は、易焼結性粒子に対する体積
率が２０ｖｏｌ％、４０ｖｏｌ％、７０ｖｏｌ％とし
た。

【００５０】易焼結性粒子、難焼結性粒子、焼失性粒
子、及び無機バインダーを水中に添加して均一に分散さ
せたスラリー液を調製し、上記第１製造方法と同様にし
て、所定形状を有する脱水物を得た。この脱水物の乾燥
後の粒子（易焼結性セラミックス粒子、難焼結性セラミ
ックス粒子、焼失性粒子、無機バインダー）が占める体
積率は約３８ｖｏｌ％程度であり、その内訳はセラミッ
クス粒子（易焼結性セラミックス粒子及び難焼結性セラ
ミックス粒子）の占有体積率が１2 〜２５ｖｏｌ％程
度、黒鉛粉末の占有体積率が２６〜１３ｖｏｌ％程度と
した。

【００５１】この脱水物を、上記第１製造方法と同様の
条件で加熱して、易焼結性セラミック及び難焼結性セラ
ミックスで構成される強化材体積率（Ｖｆ）が１２ｖｏ
ｌ％、１８ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ％、２５ｖｏｌ％の予
備成形体（５８ｍｍ×３６ｍｍ×１５ｍｍ）を得た。さ
らに、作成した予備成形体を、上記第１の製造方法と同
様にして、複合化部材を得た。

【００５２】〔予備成形体の特性〕圧縮強度第１の製造方法で作成した予備成形体（強化材体積率
（Ｖｆ）が１２ｖｏｌ％、１８ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ
％、２５ｖｏｌ％）、及び第２の製造方法で作成した予
備成形体（ＴｉＯ₂ に対するＳｉＣの体積率が２０ｖｏ
ｌ％、４０ｖｏｌ％、７０ｖｏｌ％の各々について、強
化材体積率（Ｖｆ）が１２ｖｏｌ％、１８ｖｏｌ％、２
０ｖｏｌ％、２５ｖｏｌ％）について、圧縮強度を測定
した。圧縮強度は、１５ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍの予
備成形体のサンプルをプレスし、サンプルが破壊したと
きの圧力（ＭＰａ）で評価した。

【００５３】測定結果を、図１０に示す。図１０の横軸
は強化材（ＴｉＯ₂ とＳｉＣの総体積）の体積率（Ｖｆ
％）を示しており、縦軸は圧縮強度（ＭＰａ）を示して
いる。いずれも強化材体積率が高くなるほど、圧縮強度
が上がることがわかる。また、ＳｉＣの含有割合が高く
なるのに従って、圧縮強度が下がることがわかる。図１
０中、一点鎖線（溶鍛可能ライン）は、複合化部材を製
造するのに必要な圧縮強度、特に金型に取り付けたり、
所定形状に加工するのに必要な強度を示しいる。強化材
体積率が１２〜２５ｖｏｌ％の範囲において複合化部材
の製造に要する圧縮強度を確保するためには、ＴｉＯ₂
に対するＳｉＣの体積率が７０ｖｏｌ％程度が上限であ
ることがわかる。

【００５４】収縮率第１の製造方法で作成した予備成形体（強化材体積率
（Ｖｆ）が１２ｖｏｌ％、１８ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ
％、２５ｖｏｌ％）、及び第２の製造方法で作成した予
備成形体（ＴｉＯ₂ に対するＳｉＣの体積率が２０ｖｏ
ｌ％、４０ｖｏｌ％、７０ｖｏｌ％の各々について、強
化材体積率（Ｖｆ）が１２ｖｏｌ％、１８ｖｏｌ％、２
０ｖｏｌ％、２５ｖｏｌ％）の製造に際して、焼結前後
の長さ方向の変化を測定した。

【００５５】測定結果を、図１１に示す。図１１の横軸
は強化材（ＴｉＯ₂ とＳｉＣの総体積）の体積率（Ｖｆ
％）を示しており、縦軸は長さ方向の収縮率（％）を示
している。いずれも強化材体積率が高くなるほど、収縮
率が上がることがわかる。また、ＳｉＣの含有割合が高
くなるのに従って、収縮率が下がることがわかる。ま
た、実用上一般に要求される長さ方向の収縮率１０％を
満足するためには、ＴｉＯ₂ に対するＳｉＣの体積率が
４０ｖｏｌ％以下が好ましいことがわかる。

【００５６】複合化部材の耐摩耗性第１の製造方法で作成した予備成形体（強化材体積率
（Ｖｆ）が１２ｖｏｌ％、１６ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ
％）を用いて製造したディスク状の複合化部材；第２の
製造方法で作成した予備成形体（複合化部材に対するＴ
ｉＯ₂ の体積率が１６ｖｏｌ％で、且つ複合化部材に対
するＳｉＣの体積率が４ｖｏｌ％、すなわち複合化部材
に対する強化材体積率（Ｖｆ）は２０ｖｏｌ％）を用い
て製造したディスク状の複合化部材；発泡樹脂体を用い
てこれにＮｉ粉末を付着させて焼結して作成した金属多
孔質の予備成形体（強化材の体積率８％）を用いて、本
実施例と同様の方法で作成したディスク状の複合化部材
（Ｎｉセルメット）；及び強化材なしのアルミニウム合
金（ＡＣ８Ａ）をＴ６熱処理したディスクについて、表
２に示すような条件で摩耗試験を行なった。

【００５７】

【表２】

【００５８】摩耗試験の結果を図１２に示す。図１２よ
り、第１の製造方法で製造した予備成形体（強化材がＴ
ｉＯ₂ のみ）を用いた複合化部材は、従来の製造方法で
作成した複合化部材（Ｎｉセルメット）と比べて、自ら
の摩耗が少なく、且つ相手材であるリングの摩耗も少な
くて、耐摩耗性に優れていることがわかる。そして、本
実施例の耐摩耗性は、ウィスカを含有する予備成形体を
用いた複合化部材の耐摩耗性よりも優れている。

【００５９】尚、第２の製造方法で製造した予備成形体
（強化材がＴｉＯ₂ とＳｉＣ）については、モース硬度
が高いＳｉＣ（モース硬度８）が含有されているので、
若干相手材を攻撃し、相手材（リング）の摩耗量が比較
例であるＮｉセルメットの予備成形体を用いた場合より
も大きくなったと考えられる。

【００６０】

【発明の効果】本発明の予備成形体は、粒子の充填を利
用して製造しているので、強化材体積率（Ｖｆ）の大小
に拘わらず、気孔が均一で緻密である。従って、強化材
による効果が均質に表れ、特に耐摩耗性に優れた複合化
部材を得ることができる。

【００６１】また、本発明の複合化用予備成形体の製造
方法によれば、上記優れた性質を有する予備成形体を製
造できる。さらに、難焼結性セラミックス粒子を含有さ
せることにより、ウィスカや短繊維を用いることなく、
粒子の焼結だけであっても体積収縮を抑制することがで
きる。さらにまた、本発明の製造方法によれば、ウィス
カを用いていなくても、ウィスカを用いた場合と同程度
の特性を有する複合化用予備成形体を安価に製造するこ
とができる。

【００６２】本発明の予備成形体を用いれば、所望の部
位のみ強化することができ、しかも高圧鋳造法を利用す
ることができるので、従来よりも製造手間及びコストを
低減した複合化部材を製造することができる。しかも、
複合化部材の高速摺動仕様における耐摩耗性について
は、ウィスカを用いた予備成形体よりも優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の製造方法で用いられる混合体の粒子混合
状態を示す模式図である。

【図２】第１の製造方法で製造される予備成形体の内部
状態を示す模式図である。

【図３】第２の製造方法で用いられる混合体の粒子混合
状態を示す模式図である。

【図４】第２の製造方法で製造される予備成形体の内部
状態を示す模式図である。

【図５】複合化に用いる装置の一実施例の構成を示す図
である。

【図６】第１の製造方法で製造した予備成形体（Ｖｆ＝
１２ｖｏｌ％）を用いて作製した複合化部材の組織状態
を示す電子顕微鏡写真（４００倍）である。

【図７】第１の製造方法で製造した予備成形体（Ｖｆ＝
１６ｖｏｌ％）を用いて作製した複合化部材の組織状態
を示す電子顕微鏡写真（４００倍）である。

【図８】第１の製造方法で製造した予備成形体（Ｖｆ＝
２０ｖｏｌ％）を用いて作製した複合化部材の組織状態
を示す電子顕微鏡写真（４００倍）である。

【図９】従来の製造方法で製造した予備成形体を用いて
作製した複合化部材の組織状態を示す電子顕微鏡写真
（１００倍）である。

【図１０】予備成形体の強化材体積率と圧縮強度の関係
を示すグラフである。

【図１１】予備成形体の強化材体積率と長さ方向の収縮
率との関係を示すグラフである。

【図１２】複合化部材の摩耗試験の結果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１，１′ 易焼結性セラミックス粒子２，２′ 焼失性粒子３間隙５セラミックス部分７難焼結性セラミックス粒子１０複合化用予備成形体１２溶湯

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】易焼結性セラミックス粒子及び焼失性粒
子が均一に混合された混合体を加熱して、前記焼失性粒
子を焼失させるとともに、前記易焼結性セラミックス粒
子を焼結させる工程を含むことを特徴とする複合化用予
備成形体の製造方法。
【請求項２】易焼結性セラミックス粒子、難焼結性セ
ラミックス粒子及び焼失性粒子が均一に混合された混合
体を、前記易焼結性セラミックス粒子が焼結できる温度
まで加熱して、前記焼失性粒子を焼失させる工程を含む
ことを特徴とする複合化用予備成形体の製造方法。
【請求項３】前記焼失性粒子は、黒鉛粉末である請求
項１又は２に記載の複合化用予備成形体の製造方法。
【請求項４】前記焼失性粒子の粒径は、１〜２５０μ
ｍである請求項１〜３のいずれかに記載の複合化用予備
成形体の製造方法。
【請求項５】易焼結性セラミックス粒子の焼結体で構
成され、且つ連通気孔を有する多孔質体であることを特
徴とする複合化用予備成形体。
【請求項６】易焼結性セラミックス粒子及び難焼結性
セラミックス粒子を含む焼結体で構成され、且つ連通気
孔を有する多孔質体であることを特徴とする複合化用予
備成形体。
【請求項７】前記易焼結性セラミックス粒子は、Ｔｉ
Ｏ₂ である請求項５又は６に記載の複合化用予備成形
体。
【請求項８】前記易焼結性セラミックス粒子の粒径
は、０．１〜１００μｍである請求項５〜７のいずれか
に記載の複合化用予備成形体。
【請求項９】前記難焼結性セラミックス粒子は、前記
易焼結性セラミックス粒子よりも融点が高く、且つ粒径
が大きいセラミックス粒子である請求項６〜８のいずれ
かに記載の複合化用予備成形体。
【請求項１０】前記難焼結性セラミックス粒子は、Ｓ
ｉＣ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、及びＺｒＯ₂ よりなる群
から選ばれる少なくとも１種である請求項６〜９のいず
れかに記載の複合化用予備成形体。
【請求項１１】前記難焼結性セラミックス粒子の粒径
は、０．１〜１００μｍである請求項６〜１０のいずれ
かに記載の複合化用予備成形体。
【請求項１２】易焼結性セラミックス粒子に対する難
焼結性セラミックス粒子の体積率は、７０ｖｏｌ％以下
である請求項６〜１１のいずれかに記載の複合化用予備
成形体。
【請求項１３】複合化用予備成形体全体に占めるセラ
ミックスの体積率が、１２〜２５ｖｏｌ％である請求項
５〜１２のいずれかに記載の複合化用予備成形体。
【請求項１４】前記焼結体には、さらに無機バインダ
ーが含まれている請求項５〜１３に記載の複合化用予備
成形体。
【請求項１５】請求項５〜１４のいずれかに記載の複
合化用予備成形体に、軽金属の溶湯を充填する工程を含
むことを特徴とする複合化部材の製造方法。
【請求項１６】請求項５〜１４のいずれかに記載の複
合化用予備成形体の気孔部分に軽金属が充填されている
ことを特徴とする複合化部材。