JPH11228262A - 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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- JPH11228262A JPH11228262A JP3657798A JP3657798A JPH11228262A JP H11228262 A JPH11228262 A JP H11228262A JP 3657798 A JP3657798 A JP 3657798A JP 3657798 A JP3657798 A JP 3657798A JP H11228262 A JPH11228262 A JP H11228262A
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の金属−セラミックス複合材料は、耐熱
性に劣っていた。 【解決手段】 セラミックス粉末が、SiC、Al2O3
またはAlN粉末から成り、金属が、Ti、Crまたは
Mnを含むアルミニウム合金から成ることとした金属−
セラミックス複合材料。セラミックス粉末から成るプリ
フォームに、あるいは型枠内に充填したセラミックス粉
末にTi、CrまたはMnを含むアルミニウム合金を浸
透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。
性に劣っていた。 【解決手段】 セラミックス粉末が、SiC、Al2O3
またはAlN粉末から成り、金属が、Ti、Crまたは
Mnを含むアルミニウム合金から成ることとした金属−
セラミックス複合材料。セラミックス粉末から成るプリ
フォームに、あるいは型枠内に充填したセラミックス粉
末にTi、CrまたはMnを含むアルミニウム合金を浸
透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
合させた金属−セラミックス複合材料及びその製造方法
に関し、特に耐熱性を向上させた金属−セラミックス複
合材料及びその製造方法に関する。
合させた金属−セラミックス複合材料及びその製造方法
に関し、特に耐熱性を向上させた金属−セラミックス複
合材料及びそ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
たセラミックスと金属の複合材料は、セラミックスと金
属の両方の特性を兼ね備えており、例えばこの複合材料
は、高剛性、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。
たセラミックスと金属の複合材料は、セラミックスと金
属の両方の特性を兼ね備えており、例えばこの複合材料
は、高剛性、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製造方法は、粉末冶
金法、高圧鋳造法、真空鋳造法等の方法が従来から知ら
れている。しかし、これらの方法は、強化材であるセラ
ミックスの含有量を多くできない、あるいは大型の加圧
装置が必要である、もしくはニアネット成形が困難であ
る、コストが極めて高いなどの理由により、いずれも満
足できるものではなかった。
ムをマトリックスとする複合材料の製造方法は、粉末冶
金法、高圧鋳造法、真空鋳造法等の方法が従来から知ら
れている。しかし、これらの方法は、強化材であるセラ
ミックスの含有量を多くできない、あるいは大型の加圧
装置が必要である、もしくはニアネット成形が困難であ
る、コストが極めて高いなどの理由により、いずれも満
足できるものではなかった。
【0004】そこで最近では、上記問題を解決する製造
方法として、米国ランクサイド社が開発した非加圧金属
浸透法が特に注目されている。この方法は、SiCやA
l2O3などのセラミックス粉末で形成されたプリフォー
ムに、Mgを含むアルミニウムインゴットを接触させ、
これをN2雰囲気中で700〜900℃に加熱して溶融
したアルミニウム合金をプリフォームに含浸させる方法
である。これは、MgとN2との化学反応を利用してセ
ラミックス粉末への溶融金属の濡れ性を改善することに
より、加圧しなくても金属をプリフォームに含浸できる
ようにした優れた方法である。
方法として、米国ランクサイド社が開発した非加圧金属
浸透法が特に注目されている。この方法は、SiCやA
l2O3などのセラミックス粉末で形成されたプリフォー
ムに、Mgを含むアルミニウムインゴットを接触させ、
これをN2雰囲気中で700〜900℃に加熱して溶融
したアルミニウム合金をプリフォームに含浸させる方法
である。これは、MgとN2との化学反応を利用してセ
ラミックス粉末への溶融金属の濡れ性を改善することに
より、加圧しなくても金属をプリフォームに含浸できる
ようにした優れた方法である。
【0005】また、この方法では、セラミックスの含有
率を30〜85vol%と広く、かつ高い範囲まで変え
ることができ、しかも、この方法で形成されたプリフォ
ームは、その形状の自由度が高いので、かなり複雑な形
状をニアネットで作ることも可能である。このようにこ
の方法は、加圧装置が不要であり、セラミックスの含有
率を高くすることができ、ニアネット成形も可能となる
方法であるので、前記した問題が解決される優れた方法
である。
率を30〜85vol%と広く、かつ高い範囲まで変え
ることができ、しかも、この方法で形成されたプリフォ
ームは、その形状の自由度が高いので、かなり複雑な形
状をニアネットで作ることも可能である。このようにこ
の方法は、加圧装置が不要であり、セラミックスの含有
率を高くすることができ、ニアネット成形も可能となる
方法であるので、前記した問題が解決される優れた方法
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法で作製した複合材料は、耐熱性に劣ることに問題があ
った。それは、一つは、Mgを含むAl−Mg系の合金
は、Mgが35.0%のところに450℃の共晶点があ
るため融点が低いことであり、この合金はAl−5Mg
で570℃程度、Al−10Mgで500℃程度である
ため、変形を起こさずに使える温度は、荷重によっても
異なるが最高450〜500℃程度であり、融点が67
0℃程度であるAlに比べて100℃以上も低くなるこ
とである。
法で作製した複合材料は、耐熱性に劣ることに問題があ
った。それは、一つは、Mgを含むAl−Mg系の合金
は、Mgが35.0%のところに450℃の共晶点があ
るため融点が低いことであり、この合金はAl−5Mg
で570℃程度、Al−10Mgで500℃程度である
ため、変形を起こさずに使える温度は、荷重によっても
異なるが最高450〜500℃程度であり、融点が67
0℃程度であるAlに比べて100℃以上も低くなるこ
とである。
【0007】また、二つ目は、蒸気圧が極めて低く、揮
発し易いことであり、そのため、400℃以上の温度下
では、高真空度を達成するのが難しく、かつ常圧に戻し
た際に揮発したMgが凝固し、ダストとして発生してし
まうことである。さらに、三つ目は、セラミックス粉末
がSiCの場合、AlとSiCが反応して炭化アルミニ
ウム(Al4C3)を生成し、このAl4C3が常温で空気
中の水分と容易に反応して水酸化アルミニウムとなり、
複合材料の物理的特性を著しく劣化させることであり、
それを防ぐためにアルミニウム金属中には必ずSiの含
有が必要であった。そして、Al−Si系においてSi
が11.6%のところに577℃の共晶点があるため融
点がさらに低くなり、Al−5Mg−12Siで450
℃程度にすぎなかった。
発し易いことであり、そのため、400℃以上の温度下
では、高真空度を達成するのが難しく、かつ常圧に戻し
た際に揮発したMgが凝固し、ダストとして発生してし
まうことである。さらに、三つ目は、セラミックス粉末
がSiCの場合、AlとSiCが反応して炭化アルミニ
ウム(Al4C3)を生成し、このAl4C3が常温で空気
中の水分と容易に反応して水酸化アルミニウムとなり、
複合材料の物理的特性を著しく劣化させることであり、
それを防ぐためにアルミニウム金属中には必ずSiの含
有が必要であった。そして、Al−Si系においてSi
が11.6%のところに577℃の共晶点があるため融
点がさらに低くなり、Al−5Mg−12Siで450
℃程度にすぎなかった。
【0008】この耐熱性を改善するため、発明者等はア
ルミニウム合金中のSiやMgの含有量を極力減らすこ
とで対応してきた。しかし、Mgを少なくすると当然金
属の浸透時間が長くなるという問題があり、また、浸透
時間が長くなると複合材料中にポアや未浸透部分が発生
し易いという問題もあった。
ルミニウム合金中のSiやMgの含有量を極力減らすこ
とで対応してきた。しかし、Mgを少なくすると当然金
属の浸透時間が長くなるという問題があり、また、浸透
時間が長くなると複合材料中にポアや未浸透部分が発生
し易いという問題もあった。
【0009】本発明は、上述したセラミックスと金属の
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、耐熱性を改善することのできる金属−セラミ
ックス複合材料を提供しその製造方法をも提供すること
にある。
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、耐熱性を改善することのできる金属−セラミ
ックス複合材料を提供しその製造方法をも提供すること
にある。
【0010】
【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、マトリックスである
アルミニウム合金中にTi、CrまたはMnを含有させ
れば、耐熱性を改善することのできる金属−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する
に至った。
を達成するため鋭意研究した結果、マトリックスである
アルミニウム合金中にTi、CrまたはMnを含有させ
れば、耐熱性を改善することのできる金属−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する
に至った。
【0011】即ち本発明は、(1)セラミックス粉末に
金属を浸透させた金属−セラミックス複合材料におい
て、該セラミックス粉末が、SiC、Al2O3またはA
lN粉末から成り、該金属が、Ti、CrまたはMnを
含むアルミニウム合金から成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、また、(2)
アルミニウム合金が、Ti、CrまたはMnを0.5〜
20重量%含むアルミニウム合金であることを特徴とす
る請求項1記載の金属−セラミックス複合材料(請求項
2)とし、さらに、(3)セラミックス粉末に金属を浸
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、先ずセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス
粉末でプリフォームを形成した後、該プリフォームの上
面にMgまたはAl−Mg、Mg2Si等のMg含有金
属粉末を薄く敷き、その上にMgを含まずTi、Crま
たはMnを含むアルミニウム合金を載せた後、該プリフ
ォームにアルミニウム合金を700〜1000℃の温度
で浸透させ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)とし、さらにまた、(4)
セラミックス粉末に金属を浸透させる金属−セラミック
ス複合材料の製造方法において、先ず含浸促進材を混合
したセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス粉末
を型枠内に充填し、そのセラミックス粉末の上にMgを
含まずTi、CrまたはMnを含むアルミニウム合金を
載せた後、該セラミックス粉末にアルミニウム合金を7
00〜1000℃の温度で浸透させ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)と
し、そしてまた、(5)セラミックス粉末に金属を浸透
させる金属−セラミックス複合材料の製造方法におい
て、先ずセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス
粉末でプリフォームを形成した後、あるいはそのセラミ
ックス粉末を型枠内に充填した後、そのプリフォームま
たはセラミックス粉末の上にMgを含み、かつTi、C
rまたはMnを含むアルミニウム合金を載せた後、該プ
リフォームまたはセラミックス粉末に700〜1000
℃の温度でアルミニウム合金を浸透させることを特徴と
する金属−セラミックス複合材料の製造方法(請求項
5)とし、そしてさらにまた、(6)アルミニウム合金
が、Ti、CrまたはMnを0.5〜20重量%含むア
ルミニウム合金であることを特徴とする請求項3、4ま
たは5記載の金属−セラミックス複合材料の製造方法
(請求項6)とすることを要旨とする。以下さらに詳細
に説明する。
金属を浸透させた金属−セラミックス複合材料におい
て、該セラミックス粉末が、SiC、Al2O3またはA
lN粉末から成り、該金属が、Ti、CrまたはMnを
含むアルミニウム合金から成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、また、(2)
アルミニウム合金が、Ti、CrまたはMnを0.5〜
20重量%含むアルミニウム合金であることを特徴とす
る請求項1記載の金属−セラミックス複合材料(請求項
2)とし、さらに、(3)セラミックス粉末に金属を浸
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、先ずセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス
粉末でプリフォームを形成した後、該プリフォームの上
面にMgまたはAl−Mg、Mg2Si等のMg含有金
属粉末を薄く敷き、その上にMgを含まずTi、Crま
たはMnを含むアルミニウム合金を載せた後、該プリフ
ォームにアルミニウム合金を700〜1000℃の温度
で浸透させ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)とし、さらにまた、(4)
セラミックス粉末に金属を浸透させる金属−セラミック
ス複合材料の製造方法において、先ず含浸促進材を混合
したセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス粉末
を型枠内に充填し、そのセラミックス粉末の上にMgを
含まずTi、CrまたはMnを含むアルミニウム合金を
載せた後、該セラミックス粉末にアルミニウム合金を7
00〜1000℃の温度で浸透させ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)と
し、そしてまた、(5)セラミックス粉末に金属を浸透
させる金属−セラミックス複合材料の製造方法におい
て、先ずセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス
粉末でプリフォームを形成した後、あるいはそのセラミ
ックス粉末を型枠内に充填した後、そのプリフォームま
たはセラミックス粉末の上にMgを含み、かつTi、C
rまたはMnを含むアルミニウム合金を載せた後、該プ
リフォームまたはセラミックス粉末に700〜1000
℃の温度でアルミニウム合金を浸透させることを特徴と
する金属−セラミックス複合材料の製造方法(請求項
5)とし、そしてさらにまた、(6)アルミニウム合金
が、Ti、CrまたはMnを0.5〜20重量%含むア
ルミニウム合金であることを特徴とする請求項3、4ま
たは5記載の金属−セラミックス複合材料の製造方法
(請求項6)とすることを要旨とする。以下さらに詳細
に説明する。
【0012】上記複合材料中のセラミックス粉末として
は、SiC、Al2O3またはAlN粉末から成るとし、
そのセラミックス粉末に浸透させた金属としては、T
i、CrまたはMnを含むアルミニウム合金から成るこ
ととする金属−セラミックス複合材料とした(請求項
1)。セラミックス粉末をSiC、Al2O3またはAl
N粉末としたのは、これら粉末が金属に浸透され易いこ
とによる。また、浸透させた金属をTi、CrまたはM
nを含むアルミニウム合金としたのは、Ti、Crまた
はMnがAlと共晶点を作らず、またAlより融点が高
いので、これら金属が加わると必ずAlより高い融点に
なり耐熱性が向上することによる。これは、耐熱性を低
くするMgを多く含んでいても同様で、Mgの含有量が
同じであれば必ず耐熱性が改善される。
は、SiC、Al2O3またはAlN粉末から成るとし、
そのセラミックス粉末に浸透させた金属としては、T
i、CrまたはMnを含むアルミニウム合金から成るこ
ととする金属−セラミックス複合材料とした(請求項
1)。セラミックス粉末をSiC、Al2O3またはAl
N粉末としたのは、これら粉末が金属に浸透され易いこ
とによる。また、浸透させた金属をTi、CrまたはM
nを含むアルミニウム合金としたのは、Ti、Crまた
はMnがAlと共晶点を作らず、またAlより融点が高
いので、これら金属が加わると必ずAlより高い融点に
なり耐熱性が向上することによる。これは、耐熱性を低
くするMgを多く含んでいても同様で、Mgの含有量が
同じであれば必ず耐熱性が改善される。
【0013】このTi、CrまたはMnの含有量として
は、アルミニウム合金中に0.5〜20%重量%とした
(請求項2)。これらTi、CrまたはMnの含有量が
0.5重量%より少ないと耐熱性を向上させる効果が少
なく、20重量%より多いと金属の浸透速度が遅くなり
工業的には適さない。これら金属による効果はほぼ同程
度であるので、要求される物理的特性ないしは経済性を
考慮して適宜選択して用いればよい。
は、アルミニウム合金中に0.5〜20%重量%とした
(請求項2)。これらTi、CrまたはMnの含有量が
0.5重量%より少ないと耐熱性を向上させる効果が少
なく、20重量%より多いと金属の浸透速度が遅くなり
工業的には適さない。これら金属による効果はほぼ同程
度であるので、要求される物理的特性ないしは経済性を
考慮して適宜選択して用いればよい。
【0014】その複合材料の製造方法としては、浸透さ
せる金属にMgを含まないアルミニウム合金を用いる場
合には、先ずセラミックス粉末を用意し、そのセラミッ
クス粉末でプリフォームを形成した後、該プリフォーム
の上面にMgまたはAl−Mg、Mg2Si等のMg含
有金属粉末を薄く敷き、その上にMgを含まずTi、C
rまたはMnを含むアルミニウム合金を載せた後、該プ
リフォームに700〜1000℃の温度でアルミニウム
合金を浸透させることとする金属−セラミックス複合材
料の製造方法とした(請求項3)。
せる金属にMgを含まないアルミニウム合金を用いる場
合には、先ずセラミックス粉末を用意し、そのセラミッ
クス粉末でプリフォームを形成した後、該プリフォーム
の上面にMgまたはAl−Mg、Mg2Si等のMg含
有金属粉末を薄く敷き、その上にMgを含まずTi、C
rまたはMnを含むアルミニウム合金を載せた後、該プ
リフォームに700〜1000℃の温度でアルミニウム
合金を浸透させることとする金属−セラミックス複合材
料の製造方法とした(請求項3)。
【0015】この製造方法は、形成されたプリフォーム
と浸透させる金属との間にMgを含む金属粉末を敷くこ
とで金属を浸透させるもので、このMgを含む金属粉末
を敷いてないと、溶融金属がプリフォームに浸透されな
い。その金属粉末の平均粒径としては、1〜300μm
が好ましく、1μmより細かいと大気中の水分と反応し
てしまいMg(OH)2となり好ましくなく、300μ
mより粗いと混合が不均一となり浸透が進まない部分が
生じる。また、その金属粉末のプリフォーム上面に敷く
量としては、耐熱性を向上させるためには全金属中のM
g含有量が1%以下となる量とする必要がある。それを
敷く方法としては、篩などを用いてできるだけ均一に振
り撒くことが望ましい。量が足りなくて均一に振り撒く
ことができない場合には、Al2O3等のセラミックス粉
末と充分混合し、増量したものを用いてもよい。
と浸透させる金属との間にMgを含む金属粉末を敷くこ
とで金属を浸透させるもので、このMgを含む金属粉末
を敷いてないと、溶融金属がプリフォームに浸透されな
い。その金属粉末の平均粒径としては、1〜300μm
が好ましく、1μmより細かいと大気中の水分と反応し
てしまいMg(OH)2となり好ましくなく、300μ
mより粗いと混合が不均一となり浸透が進まない部分が
生じる。また、その金属粉末のプリフォーム上面に敷く
量としては、耐熱性を向上させるためには全金属中のM
g含有量が1%以下となる量とする必要がある。それを
敷く方法としては、篩などを用いてできるだけ均一に振
り撒くことが望ましい。量が足りなくて均一に振り撒く
ことができない場合には、Al2O3等のセラミックス粉
末と充分混合し、増量したものを用いてもよい。
【0016】Mgを含まないアルミニウム合金を用いる
場合の他の製造方法としては、先ず含浸促進材を混合し
たセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス粉末を
型枠内に充填し、そのセラミックス粉末の上にMgを含
まずTi、CrまたはMnを含むアルミニウム合金を載
せた後、該セラミックス粉末に700〜1000℃の温
度でアルミニウム合金を浸透させることとする金属−セ
ラミックス複合材料の製造方法とした(請求項4)。
場合の他の製造方法としては、先ず含浸促進材を混合し
たセラミックス粉末を用意し、そのセラミックス粉末を
型枠内に充填し、そのセラミックス粉末の上にMgを含
まずTi、CrまたはMnを含むアルミニウム合金を載
せた後、該セラミックス粉末に700〜1000℃の温
度でアルミニウム合金を浸透させることとする金属−セ
ラミックス複合材料の製造方法とした(請求項4)。
【0017】この製造方法は、強化材であるセラミック
ス粉末にMgを含む金属粉末から成る含浸促進材を混ぜ
型枠内に充填するもので、含浸促進材がセラミックス粉
末に含まれていないと、前記したと同様溶融金属がセラ
ミックス粉末に浸透されない。その金属粉末の平均粒径
としては、これも前記したと同様1〜300μmが好ま
しい。またその量としては、これも全アルミニウム合金
中のMg含有量が1%以下となるように調整する必要が
ある。
ス粉末にMgを含む金属粉末から成る含浸促進材を混ぜ
型枠内に充填するもので、含浸促進材がセラミックス粉
末に含まれていないと、前記したと同様溶融金属がセラ
ミックス粉末に浸透されない。その金属粉末の平均粒径
としては、これも前記したと同様1〜300μmが好ま
しい。またその量としては、これも全アルミニウム合金
中のMg含有量が1%以下となるように調整する必要が
ある。
【0018】一方、浸透させる金属にMgを含むアルミ
ニウム合金を用いる場合には、先ずセラミックス粉末を
用意し、そのセラミックス粉末でプリフォームを形成し
た後、あるいはそのセラミックス粉末を型枠内に充填し
た後、そのプリフォームまたはセラミックス粉末の上に
Mgを含み、かつTi、CrまたはMnを含むアルミニ
ウム合金を載せた後、該プリフォームまたはセラミック
ス粉末に700〜1000℃の温度でアルミニウム合金
を浸透させることとする金属−セラミックス複合材料の
製造方法とした(請求項5)。
ニウム合金を用いる場合には、先ずセラミックス粉末を
用意し、そのセラミックス粉末でプリフォームを形成し
た後、あるいはそのセラミックス粉末を型枠内に充填し
た後、そのプリフォームまたはセラミックス粉末の上に
Mgを含み、かつTi、CrまたはMnを含むアルミニ
ウム合金を載せた後、該プリフォームまたはセラミック
ス粉末に700〜1000℃の温度でアルミニウム合金
を浸透させることとする金属−セラミックス複合材料の
製造方法とした(請求項5)。
【0019】この製造方法は、浸透させる金属にMgを
含んでいることから、プリフォームの上面にMgを含む
金属粉末を敷く必要はなく、あるいは型枠内に充填する
セラミックス粉末に含浸促進材を混ぜる必要もなく、浸
透させるアルミニウム合金にTi、CrまたはMnが含
まれていることを除けば従来通りの方法で製造できる。
そして、Mgを含まないアルミニウム合金を浸透させる
方法で作製された複合材料より耐熱性には劣るが、浸透
時間がはるかに短い利点がある。
含んでいることから、プリフォームの上面にMgを含む
金属粉末を敷く必要はなく、あるいは型枠内に充填する
セラミックス粉末に含浸促進材を混ぜる必要もなく、浸
透させるアルミニウム合金にTi、CrまたはMnが含
まれていることを除けば従来通りの方法で製造できる。
そして、Mgを含まないアルミニウム合金を浸透させる
方法で作製された複合材料より耐熱性には劣るが、浸透
時間がはるかに短い利点がある。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法をさらに詳しく
述べると、先ず強化材としてSiC、Al2O3またはA
lN粉末を用意する。プリフォームを作製する場合に
は、これら粉末に無機バインダーを、必要があれば有機
バインダーも加えて混合する。混合方法は均一に混合で
きればどんな方法でも構わない。
述べると、先ず強化材としてSiC、Al2O3またはA
lN粉末を用意する。プリフォームを作製する場合に
は、これら粉末に無機バインダーを、必要があれば有機
バインダーも加えて混合する。混合方法は均一に混合で
きればどんな方法でも構わない。
【0021】得られた混合物を成形する。成形方法は、
沈降成形、射出成形、CIP成形などがあるが、いずれ
の方法でも構わない。要は非加圧で金属を浸透するのに
プリフォームの形態を保つことができ、かつ浸透を阻害
しない方法であれば何でもよい。得られた成形体は、9
00〜1100℃の温度で焼成してプリフォームを形成
する。Mgを含まないアルミニウム合金を浸透させる場
合には、形成したプリフォームの上面に1〜300μm
の平均粒径を有するMgを含む金属粉末を篩等を用いて
振り撒いて薄く敷き、その上にTi、CrまたはMnを
含むアルミニウム合金を置いた後、あるいはMgを含む
アルミニウム合金を浸透させる場合には、プリフォーム
の上に金属粉末を敷くことなくそのままTi、Crまた
はMnを含むアルミニウム合金を置いた後、窒素気流中
で非加圧で700〜1000℃の温度でアルミニウム合
金を浸透させ、冷却して複合材料を作製する。
沈降成形、射出成形、CIP成形などがあるが、いずれ
の方法でも構わない。要は非加圧で金属を浸透するのに
プリフォームの形態を保つことができ、かつ浸透を阻害
しない方法であれば何でもよい。得られた成形体は、9
00〜1100℃の温度で焼成してプリフォームを形成
する。Mgを含まないアルミニウム合金を浸透させる場
合には、形成したプリフォームの上面に1〜300μm
の平均粒径を有するMgを含む金属粉末を篩等を用いて
振り撒いて薄く敷き、その上にTi、CrまたはMnを
含むアルミニウム合金を置いた後、あるいはMgを含む
アルミニウム合金を浸透させる場合には、プリフォーム
の上に金属粉末を敷くことなくそのままTi、Crまた
はMnを含むアルミニウム合金を置いた後、窒素気流中
で非加圧で700〜1000℃の温度でアルミニウム合
金を浸透させ、冷却して複合材料を作製する。
【0022】一方、型枠に充填する場合には、Mgを含
まないアルミニウム合金を浸透させるときは、前記した
セラミックス粉末に含浸促進材である1〜300μmの
平均粒径を有するMgを含む金属粉末を加え、乾式で混
合し、その混合粉末を型枠に充填した後、あるいはMg
を含むアルミニウム合金を浸透させるときには、セラミ
ックス粉末をそのまま型枠内に充填した後、充填したセ
ラミックス粉末に型枠上部から前記したプリフォームの
場合と同様金属を浸透させる。型枠に用いる材料として
は、グラフォイル等溶融金属との濡れ性が悪く、浸透を
阻害するものがよく、浸透後の脱型が容易になる。
まないアルミニウム合金を浸透させるときは、前記した
セラミックス粉末に含浸促進材である1〜300μmの
平均粒径を有するMgを含む金属粉末を加え、乾式で混
合し、その混合粉末を型枠に充填した後、あるいはMg
を含むアルミニウム合金を浸透させるときには、セラミ
ックス粉末をそのまま型枠内に充填した後、充填したセ
ラミックス粉末に型枠上部から前記したプリフォームの
場合と同様金属を浸透させる。型枠に用いる材料として
は、グラフォイル等溶融金属との濡れ性が悪く、浸透を
阻害するものがよく、浸透後の脱型が容易になる。
【0023】以上の方法で金属−セラミックス複合材料
を作製すれば、耐熱性を改善することのできる金属−セ
ラミックス複合材料を得ることができる。
を作製すれば、耐熱性を改善することのできる金属−セ
ラミックス複合材料を得ることができる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に挙げ、本発
明をより詳細に説明する。
明をより詳細に説明する。
【0025】(実施例1) (1)プリフォームの形成 強化材として16μmの平均粒径を有するシリカコーテ
ィングしたAlN粉末(ダウケミカル社製)を用い、そ
れにバインダーとしてコロイダルシリカ液をそのシリカ
固形分がセラミックス粉末100重量部に対し2重量部
になる量を添加し、さらにイオン交換水を30重量部加
え、媒体を入れてないポットミルで16時間混合した。
得られたスラリーを80×80×厚さ20mmの成形体
が得られるシリコーンゴム型に流し込んでセディメント
キャスト(沈降成形)を行ない、−30℃に冷却して冷
凍品を得た。得られた冷凍品を700℃で5時間焼成し
て4枚のプリフォーム板を形成した。
ィングしたAlN粉末(ダウケミカル社製)を用い、そ
れにバインダーとしてコロイダルシリカ液をそのシリカ
固形分がセラミックス粉末100重量部に対し2重量部
になる量を添加し、さらにイオン交換水を30重量部加
え、媒体を入れてないポットミルで16時間混合した。
得られたスラリーを80×80×厚さ20mmの成形体
が得られるシリコーンゴム型に流し込んでセディメント
キャスト(沈降成形)を行ない、−30℃に冷却して冷
凍品を得た。得られた冷凍品を700℃で5時間焼成し
て4枚のプリフォーム板を形成した。
【0026】(2)複合材料の作製 プリフォームの上面にAl2O3粉末と150μmアンダ
ーのMg粉末とを重量比9:1で混合した粉末200g
を篩を用いて薄く敷き、さらにその上に1,2倍量の純
Al、Al−5Ti組成、Al−5Cr組成、Al−5
Mn組成の板を各々のプリフォーム板の上に置き、窒素
雰囲気中で875℃の温度で45時間非加圧浸透させた
後、冷却して金属−セラミックス複合材料を作製した。
ーのMg粉末とを重量比9:1で混合した粉末200g
を篩を用いて薄く敷き、さらにその上に1,2倍量の純
Al、Al−5Ti組成、Al−5Cr組成、Al−5
Mn組成の板を各々のプリフォーム板の上に置き、窒素
雰囲気中で875℃の温度で45時間非加圧浸透させた
後、冷却して金属−セラミックス複合材料を作製した。
【0027】(3)評価 得られた複合材料から長さ80×幅20×厚さ4mmの
試験片を切り出し、その試験片を大気中で620℃の温
度で2時間保持した後、その表面を目視観察した。その
結果、純Alを浸透させた試験片では表面に球滴状の溶
融合金が付着しているのが観察されたが、Ti、Crま
たはMnを含むアルミニウム合金を浸透させた試験片で
は全く溶融した形跡がみられなかった。このことは、A
lにTi、CrまたはMnを含ませれば、Alより耐熱
性が改善されることを示している。
試験片を切り出し、その試験片を大気中で620℃の温
度で2時間保持した後、その表面を目視観察した。その
結果、純Alを浸透させた試験片では表面に球滴状の溶
融合金が付着しているのが観察されたが、Ti、Crま
たはMnを含むアルミニウム合金を浸透させた試験片で
は全く溶融した形跡がみられなかった。このことは、A
lにTi、CrまたはMnを含ませれば、Alより耐熱
性が改善されることを示している。
【0028】(実施例2) (1)プリフォームの形成 強化材として#180(平均粒径66μm)の市販Si
C粉末70重量部と#800(平均粒径14μm)の市
販SiC粉末30重量部に対し、バインダーとしてコロ
イダルシリカ液をそのシリカ固形分がセラミックス粉末
100重量部に対し2重量部になる量を添加し、それに
消泡剤としてフォーマスタVL(サンノブコ社製)を
0.2重量部加え、それにさらにイオン交換水を24重
量部加え、媒体を入れてないポットミルで12時間混合
した。得られたスラリーを80×80×厚さ20mmの
成形体が得られるシリコーンゴム型に流し込んでセディ
メントキャスト(沈降成形)を行ない、−30℃に冷却
して冷凍品を得た。得られた冷凍品を1050℃で3時
間焼成して4枚のプリフォーム板を形成した。
C粉末70重量部と#800(平均粒径14μm)の市
販SiC粉末30重量部に対し、バインダーとしてコロ
イダルシリカ液をそのシリカ固形分がセラミックス粉末
100重量部に対し2重量部になる量を添加し、それに
消泡剤としてフォーマスタVL(サンノブコ社製)を
0.2重量部加え、それにさらにイオン交換水を24重
量部加え、媒体を入れてないポットミルで12時間混合
した。得られたスラリーを80×80×厚さ20mmの
成形体が得られるシリコーンゴム型に流し込んでセディ
メントキャスト(沈降成形)を行ない、−30℃に冷却
して冷凍品を得た。得られた冷凍品を1050℃で3時
間焼成して4枚のプリフォーム板を形成した。
【0029】(2)複合材料の作製 プリフォームの上面に市販のAC8B組成(Al−Si
−Cu−Ni−Mg系)にMgを3重量%添加したもの
(以下AC8B−3Mgと略記)、それにTi、Crま
たはMnを1重量%添加したものをプリフォームの1.
0倍量それぞれ置き、窒素雰囲気中で825℃の温度で
24時間非加圧浸透させた後、冷却して金属−セラミッ
クス複合材料を作製した。
−Cu−Ni−Mg系)にMgを3重量%添加したもの
(以下AC8B−3Mgと略記)、それにTi、Crま
たはMnを1重量%添加したものをプリフォームの1.
0倍量それぞれ置き、窒素雰囲気中で825℃の温度で
24時間非加圧浸透させた後、冷却して金属−セラミッ
クス複合材料を作製した。
【0030】(3)評価 得られた複合材料から長さ80×幅20×厚さ4mmの
試験片を切り出し、その試験片を大気中で550℃の温
度に設定した電気炉内に入れ、2時間保持した後、その
表面を目視観察した。その結果、AC8B−3Mgを浸
透させた試験片では表面に球滴状の溶融合金が付着して
いるのが観察されたが、AC8B−3MgにTi、Cr
またはMnを含む合金を浸透させた試験片では全く溶融
した形跡がみられなかった。このことは、アルミニウム
合金にTi、CrまたはMnを含ませれば、Mgを同じ
量含むものより耐熱性が改善されることを示している。
試験片を切り出し、その試験片を大気中で550℃の温
度に設定した電気炉内に入れ、2時間保持した後、その
表面を目視観察した。その結果、AC8B−3Mgを浸
透させた試験片では表面に球滴状の溶融合金が付着して
いるのが観察されたが、AC8B−3MgにTi、Cr
またはMnを含む合金を浸透させた試験片では全く溶融
した形跡がみられなかった。このことは、アルミニウム
合金にTi、CrまたはMnを含ませれば、Mgを同じ
量含むものより耐熱性が改善されることを示している。
【0031】
【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料であれば、Mgを含まないものは勿論Mgを
含んでも耐熱性を改善することのできる金属−セラミッ
クス複合材料とすることができるようになった。このこ
とにより、従来欠点であった耐熱性の低さを大幅に改善
することができるようになり、特に強化材にAlN粉末
を用いたものは、耐熱性が600℃より高く、軽量、高
剛性を兼ね備えながらこれほどの高温に耐えられる材料
は他になく半導体製造装置の部材用などを中心に幅広い
応用が期待できる。
ス複合材料であれば、Mgを含まないものは勿論Mgを
含んでも耐熱性を改善することのできる金属−セラミッ
クス複合材料とすることができるようになった。このこ
とにより、従来欠点であった耐熱性の低さを大幅に改善
することができるようになり、特に強化材にAlN粉末
を用いたものは、耐熱性が600℃より高く、軽量、高
剛性を兼ね備えながらこれほどの高温に耐えられる材料
は他になく半導体製造装置の部材用などを中心に幅広い
応用が期待できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 睦夫 埼玉県浦和市大牧560 (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 樋口 毅 東京都東久留米市氷川台1−3−9 (72)発明者 小山 富和 東京都北区浮間1−3−1−805
Claims (6)
- 【請求項1】 セラミックス粉末に金属を浸透させた金
属−セラミックス複合材料において、該セラミックス粉
末が、SiC、Al2O3またはAlN粉末から成り、該
金属が、Ti、CrまたはMnを含むアルミニウム合金
から成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】 アルミニウム合金が、Ti、Crまたは
Mnを0.5〜20重量%含むアルミニウム合金である
ことを特徴とする請求項1記載の金属−セラミックス複
合材料。 - 【請求項3】 セラミックス粉末に金属を浸透させる金
属−セラミックス複合材料の製造方法において、先ずセ
ラミックス粉末を用意し、そのセラミックス粉末でプリ
フォームを形成した後、該プリフォームの上面にMgま
たはAl−Mg、Mg2Si等のMg含有金属粉末を薄
く敷き、その上にMgを含まずTi、CrまたはMnを
含むアルミニウム合金を載せた後、該プリフォームにア
ルミニウム合金を700〜1000℃の温度で浸透させ
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】 セラミックス粉末に金属を浸透させる金
属−セラミックス複合材料の製造方法において、先ず含
浸促進材を混合したセラミックス粉末を用意し、そのセ
ラミックス粉末を型枠内に充填し、そのセラミックス粉
末の上にMgを含まずTi、CrまたはMnを含むアル
ミニウム合金を載せた後、該セラミックス粉末にアルミ
ニウム合金を700〜1000℃の温度で浸透させるこ
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】 セラミックス粉末に金属を浸透させる金
属−セラミックス複合材料の製造方法において、先ずセ
ラミックス粉末を用意し、そのセラミックス粉末でプリ
フォームを形成した後、あるいはそのセラミックス粉末
を型枠内に充填した後、そのプリフォームまたはセラミ
ックス粉末の上にMgを含み、かつTi、CrまたはM
nを含むアルミニウム合金を載せた後、該プリフォーム
またはセラミックス粉末に700〜1000℃の温度で
アルミニウム合金を浸透させ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】 アルミニウム合金が、Ti、Crまたは
Mnを0.5〜20重量%含むアルミニウム合金である
ことを特徴とする請求項3、4または5記載の金属−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 |
|---|---|---|---|
| JP3657798A JPH11228262A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP3657798A JPH11228262A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 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 |
|---|---|
| JPH11228262A true JPH11228262A (ja) | 1999-08-24 |
Family
ID=12473636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3657798A Pending JPH11228262A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 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) | JPH11228262A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002339025A (ja) * | 2001-05-16 | 2002-11-27 | Taiheiyo Cement Corp | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
| US6635357B2 (en) * | 2002-02-28 | 2003-10-21 | Vladimir S. Moxson | Bulletproof lightweight metal matrix macrocomposites with controlled structure and manufacture the same |
-
1998
- 1998-02-04 JP JP3657798A patent/JPH11228262A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002339025A (ja) * | 2001-05-16 | 2002-11-27 | Taiheiyo Cement Corp | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 |
| US6635357B2 (en) * | 2002-02-28 | 2003-10-21 | Vladimir S. Moxson | Bulletproof lightweight metal matrix macrocomposites with controlled structure and manufacture the same |
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