JP2000017351A - Production of metal-ceramics composite material - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、金属に強化材を複
合させる金属−セラミックス複合材料の製造方法に関
し、特に強化材がＡｌ2Ｏ3粉末である金属−セラミック
ス複合材料の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a metal-ceramic composite material in which a metal is combined with a reinforcing material, and more particularly to a method for producing a metal-ceramic composite material in which the reinforcing material is Al 2 O 3 powder.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art A ceramic-metal composite material reinforced with ceramic fibers or particles has both characteristics of ceramic and metal. For example, this composite material has high rigidity, low thermal expansion property, abrasion resistance, etc. It has the excellent properties of ceramics and the excellent properties of metals such as ductility, high toughness, and high thermal conductivity. As described above, since it has both the characteristics of ceramics and metal, which have been considered difficult, it has been drawing attention as a next-generation material from industries such as mechanical device manufacturers.
【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。As a method for producing this composite material, particularly a composite material using aluminum as a matrix as a metal, methods such as powder metallurgy, high pressure casting, and vacuum casting have been conventionally known. However, all of these methods are not capable of increasing the content of ceramics as a reinforcing material, require a large-sized pressurizing device, are difficult to form near nets, and are extremely expensive. It was not satisfactory.
【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。Accordingly, recently, a non-pressurized metal infiltration method developed by Rankside Company of the United States has attracted particular attention as a manufacturing method for solving the above problem. This method uses SiC or A
An aluminum ingot containing Mg is brought into contact with a preform formed of a ceramic powder such as l 2 O 3 ,
This is a method in which the preform is impregnated with a molten aluminum alloy by heating the same to 700 to 900 ° C. in an N 2 atmosphere. This is an excellent method in which the preform can be impregnated with metal without applying pressure by improving the wettability of the molten metal to the ceramic powder by utilizing the chemical reaction between Mg and N 2. .
【０００５】また、この方法では、セラミックス粉末の
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。[0005] Further, according to this method, the content of the ceramic powder can be varied as wide as 30 to 85 vol% to a high range, and the preform formed by this method has a high degree of freedom in its shape. Therefore, it is possible to make a fairly complicated shape with a near net. As described above, this method does not require a pressurizing device, can increase the content of ceramics, and enables near-net molding. Therefore, this method is an excellent method that solves the above-described problem. .
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記製
造方法の内セラミックス粉末がＡｌ2Ｏ3粉末でかつプリ
フォームがスラリーから形成される場合には、作製した
複合材料の表面に時々黒い斑点が発生することがあり、
この斑点はごく表面部分に存在するだけなので、材料全
体としての物性には悪影響を及ぼさないが、表面を１〜
２ｍｍ程度研削するだけでは取り去ることはできなかっ
た。それを解決するため、表面をサンドブラストで処理
すればよいが、この処理では斑点部分を取り去ることは
できるものの、この部分が除去されて浅い穴となって残
ってしまうという問題があった。そのため、何れの処理
方法でもこの複合材料の商品価値を著しく貶め、極めて
好ましくなかった。However, when the ceramic powder in the above-mentioned manufacturing method is Al 2 O 3 powder and the preform is formed from a slurry, black spots sometimes occur on the surface of the produced composite material. May be
Since these spots are present only on the surface portion, they do not adversely affect the physical properties of the material as a whole.
It could not be removed only by grinding about 2 mm. In order to solve this, the surface may be treated with sandblasting. However, in this treatment, although a spot portion can be removed, there is a problem that this portion is removed and a shallow hole remains. Therefore, the commercial value of the composite material is significantly reduced by any of the processing methods, and is not preferable.
【０００７】本発明は、上述した金属−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、表面の黒い斑点の発生をなくすこと
ができる金属−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] The present invention has been made in view of the problems of the above-described method for producing a metal-ceramic composite material, and has as its object to provide a metal-ceramic composite material capable of eliminating black spots on the surface. It is to provide a manufacturing method.
【０００８】[0008]
【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、スラリーに増粘剤を
加えれば、あるいは形成したプリフォームの上面に含浸
促進材を敷いて金属を浸透させれば、黒い斑点の発生を
なくすことができるとの知見を得て本発明を完成するに
至った。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above-mentioned object, and as a result, it has been found that adding a thickener to a slurry or laying an impregnation-promoting material on the upper surface of a formed preform to form a metal. It was found that the black spots could be eliminated by infiltrating the black spots, thereby completing the present invention.
【０００９】即ち本発明は、（１）セラミックス粉末を
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、該セラミックス粉末が、Ａｌ
2Ｏ3粉末であり、該プリフォームの形成方法が、そのＡ
ｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バインダーとしてコロイ
ダルシリカ液を加え、これにさらに増粘剤を加えて混合
し、得られたスラリーを沈降成形し、その成形体を焼成
する方法であり、その形成したプリフォームにアルミニ
ウムを主成分とする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１）と
し、また、（２）セラミックス粉末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、該セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、
該プリフォームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒
として水を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加
えて混合し、得られたスラリーを沈降成形し、その成形
体を焼成する方法であり、該金属を浸透させる方法が、
その形成したプリフォームの上面にＭｇ粉末を混合した
セラミックス粉末を敷き、さらにその上に前記Ｍｇ粉末
を含むセラミックス粉末の５〜１０重量％の量のＴｉ粉
末を振り撒いた後、その上面からアルミニウムを主成分
とする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２）とし、さらに、
（３）セラミックス粉末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、該
セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、該プリフォ
ームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水
を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加え、これ
にさらに増粘剤を加えて混合し、得られたスラリーを沈
降成形し、その成形体を焼成する方法であり、該金属を
浸透させる方法が、その形成したプリフォームの上面に
Ｍｇ粉末を混合したセラミックス粉末を敷き、さらにそ
の上に前記Ｍｇ粉末を含むセラミックス粉末の５〜１０
重量％の量のＴｉ粉末を振り撒いた後、その上面からア
ルミニウムを主成分とする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
３）とすることを要旨とする。以下さらに詳細に説明す
る。That is, the present invention provides (1) a method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed using ceramic powder as a reinforcing material, and a metal as a base material is impregnated into the preform. Al
2 O 3 powder, and the method of forming the preform is
a method in which water is added as a solvent to l 2 O 3 powder, colloidal silica liquid is added as a binder, a thickener is further added and mixed, the obtained slurry is subjected to sedimentation molding, and the molded body is fired. A method for producing a metal-ceramic composite material, characterized in that an alloy containing aluminum as a main component is infiltrated into the formed preform (claim 1). (2) The preform is formed by using ceramic powder as a reinforcing material. formed, the metal is infiltrated metal are the substrate in the preform - the method of manufacturing a ceramic composite material, the ceramic powder are Al 2 O 3 powder,
A method of forming the preform is a method of adding water as a solvent to the Al 2 O 3 powder, adding and mixing a colloidal silica liquid as a binder, subjecting the obtained slurry to sedimentation molding, and firing the molded body, The method of infiltrating the metal,
A ceramic powder mixed with Mg powder is spread on the upper surface of the formed preform, and a Ti powder in an amount of 5 to 10% by weight of the ceramic powder containing the Mg powder is sprinkled thereon. A method for producing a metal-ceramic composite material characterized by impregnating an alloy containing
(3) A method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed by using ceramic powder as a reinforcing material and a metal as a base material is penetrated into the preform, wherein the ceramic powder is Al 2 O 3 powder; The preform is formed by adding water as a solvent to the Al 2 O 3 powder, adding a colloidal silica liquid as a binder, further adding a thickener thereto, mixing the resultant slurry, and subjecting the resulting slurry to sedimentation molding. This is a method of firing a formed body, and the method of infiltrating the metal is to spread a ceramic powder mixed with Mg powder on the upper surface of the formed preform, and to further form a ceramic powder containing the Mg powder on the preform.
A method for producing a metal-ceramic composite material, characterized in that an alloy containing aluminum as a main component is permeated from the upper surface thereof after sprinkling Ti powder in an amount of% by weight. I do. This will be described in more detail below.
【００１０】上記複合材料の製造方法としては、セラミ
ックス粉末をＡｌ2Ｏ3粉末とし、プリフォームの形成方
法を、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バインダー
としてコロイダルシリカ液を加え、これにさらに増粘剤
を加えて混合し、得られたスラリーを沈降成形し、その
成形体を焼成する方法とし、その形成したプリフォーム
にアルミニウムを主成分とする合金を浸透させる製造方
法とした（請求項１）。As a method for producing the above-mentioned composite material, a ceramic powder is made of Al 2 O 3 powder, a preform is formed by adding water as a solvent to the Al 2 O 3 powder and a colloidal silica liquid as a binder. Was further added and mixed with a thickener, the resulting slurry was subjected to sedimentation molding, the molded body was fired, and the formed preform was impregnated with an alloy containing aluminum as a main component. Claim 1).
【００１１】前記したように発生した黒い斑点部分は、
その部分をサンドブラストで処理すると、この部分が除
去されて浅い穴となることから、この斑点部分のＡｌ2
Ｏ3粒子が抜け落ちたものと思われる。その理由を掴む
ため、黒い斑点部分を光学顕微鏡で観察したところ、そ
の他の部分にはみられない特徴として、Ａｌ2Ｏ3粒子の
間隔が狭くなっているのが認められた。また、ＥＰＭＡ
（Ｘ線マイクロアナライザー、Ｋｅｖｅｘ Ｉｎｓｔｒ
ｕｍｅｎｔｓ社製）によって黒い斑点部分を成分分析し
たところ、Ｓｉが多く分析された。このことは、浸透さ
せるアルミニウム合金にはＳｉを含む合金を用いていな
いので、バインダーであるコロイダルシリカが斑点部分
に特に多く残存したものと思われる。これらのことか
ら、斑点部分では、バインダーがＡｌ2Ｏ3粒子間に充分
に行き渡らず、Ａｌ2Ｏ3粒子の間隔が他に比べて狭くな
り、その結果、マトリックスであるアルミニウム合金も
Ａｌ2Ｏ3粒子間に充分行き渡らず、Ａｌ2Ｏ3粒子がアル
ミニウム合金に充分包まれないでＡｌ2Ｏ3粒子が抜け落
ちてしまったものと思われる。そして、コロイダルシリ
カ液中のＳｉ分が黒いため、十分に行き渡らずに残存し
たコロイダルシリカの多い部分が黒い斑点として観察さ
れるものと思われる。The black spots generated as described above are:
Treatment of that portion sandblasting, since the shallow well this part is removed, Al 2 in this spot portion
It is thought that the O 3 particles had fallen off. To understand the reason, when the black spots were observed with an optical microscope, it was recognized that the interval between Al 2 O 3 particles was narrow as a feature not found in other portions. Also, EPMA
(X-ray microanalyzer, Kevex Instr
When the black spot portion was subjected to a component analysis by using U.S. This is because colloidal silica, which is a binder, remained particularly in the spots, since an alloy containing Si was not used as the aluminum alloy to be infiltrated. From these, the spots portions, the binder is not spread sufficiently between Al 2 O 3 particles, the spacing of the Al 2 O 3 particles is narrower than the other, as a result, the aluminum alloys Al 2 O is a matrix It is considered that the Al 2 O 3 particles did not sufficiently spread among the three particles, and the Al 2 O 3 particles were not sufficiently wrapped in the aluminum alloy, so that the Al 2 O 3 particles fell off. Then, since the Si component in the colloidal silica liquid is black, it is considered that a portion of the colloidal silica remaining without being sufficiently distributed and having a large amount is observed as black spots.
【００１２】この黒い斑点は、増粘剤を加えてスラリー
を調製し、そのスラリーでプリフォームを形成すること
により、なくすことができる。その理由は、恐らくスラ
リーが増粘してＡｌ2Ｏ3粒子の沈降が遅くなってバイン
ダーがＡｌ2Ｏ3粒子間に行き渡り、その結果、Ａｌ2Ｏ3
粒子間の間隔の狭い部分がなくなり、アルミニウム合金
も充分行き渡ってＡｌ2Ｏ3粒子がアルミニウム合金に充
分包まれ、黒い斑点が生じなくなるものと思われる。[0012] The black spots can be eliminated by preparing a slurry by adding a thickener and forming a preform with the slurry. The reason is probably that the slurry thickens and the sedimentation of the Al 2 O 3 particles slows down, so that the binder spreads between the Al 2 O 3 particles, and as a result, the Al 2 O 3
It is considered that the narrow portion between the particles disappears, the aluminum alloy spreads sufficiently, the Al 2 O 3 particles are sufficiently wrapped in the aluminum alloy, and no black spots are generated.
【００１３】上記以外の別の製造方法としては、セラミ
ックス粉末をＡｌ2Ｏ3粉末とし、プリフォームの形成方
法を、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バインダー
としてコロイダルシリカ液を加えて混合し、得られたス
ラリーを沈降成形し、その成形体を焼成する方法とし、
該金属を浸透させる方法を、その形成したプリフォーム
の上面にＭｇ粉末を混合したセラミックス粉末を敷き、
さらにその上に前記Ｍｇ粉末を含むセラミックス粉末の
５〜１０重量％の量のＴｉ粉末を振り撒いた後、その上
面からアルミニウムを主成分とする合金を浸透させる製
造方法とした（請求項２）。As another manufacturing method other than the above, a ceramic powder is made of Al 2 O 3 powder, a preform is formed by adding water as a solvent to the Al 2 O 3 powder and a colloidal silica liquid as a binder. Mixing, sedimentation molding the resulting slurry, and firing the molded body,
The method of infiltrating the metal is performed by laying ceramic powder mixed with Mg powder on the upper surface of the formed preform,
Further, a Ti powder in an amount of 5 to 10% by weight of the ceramic powder containing the Mg powder is sprinkled thereon, and then an alloy containing aluminum as a main component is permeated from the upper surface thereof. .
【００１４】この方法は、アルミニウム合金とＡｌ2Ｏ3
粒子との濡れ性を改善して金属の浸透をよくし、その結
果、Ａｌ2Ｏ3粒子間が狭くてもアルミニウム合金をＡｌ
2Ｏ3粒子間に充分に行き渡らせ、黒い斑点を生じさせな
くする方法である。This method uses an aluminum alloy and Al 2 O 3
To improve the wettability between the particles to improve the penetration of the metal, the result, the aluminum alloy be narrow between Al 2 O 3 particles Al
This is a method of sufficiently dispersing between 2 O 3 particles so as not to generate black spots.
【００１５】金属の浸透をよくするのは、アルミニウム
合金中にＭｇの含有率を増やせばよいが、作製した複合
材料の耐熱性を大きく劣化させるので好ましくなく、プ
リフォームの上面にＭｇ粉末などの含浸促進材を敷いて
金属の浸透を良くした方がＭｇの含有が少なくて済み好
ましい。しかし、その含浸促進材からもＭｇがマトリッ
クスのアルミニウム合金中に入り、やはり耐熱性を劣化
させるので、それをさらにできるだけ抑えるため、先の
含浸促進材をプリフォームの上面にできるだけ薄く敷
き、その上に同様の効果を有するＴｉ粉末を振り撒き、
金属を浸透させる方がより好ましい。それは、このＴｉ
粉末は、金属の浸透効果はＭｇ粉末より多少落ちるが、
耐熱性の劣化がないからである。その振り撒く量として
は、前記したＭｇを含むセラミックス粉末、すなわち含
浸促進材の５〜１０重量％に相当する量が好ましく、５
重量％より少ないと、効果は少なく、１０重量％より多
いと、Ｔｉから成る析出物が生じるので好ましくない。The penetration of metal can be improved by increasing the content of Mg in the aluminum alloy. However, it is not preferable because the heat resistance of the produced composite material is greatly deteriorated. It is preferable to improve the metal penetration by laying an impregnation promoting material since the content of Mg is small. However, Mg enters the aluminum alloy of the matrix from the impregnation promoting material, and also deteriorates the heat resistance. Therefore, in order to further suppress the heat resistance, the impregnation promoting material is spread as thinly as possible on the upper surface of the preform. Sprinkle Ti powder having the same effect on
It is more preferable to impregnate the metal. It is this Ti
Powder has a slightly lower metal penetration effect than Mg powder,
This is because heat resistance does not deteriorate. The amount to be sprinkled is preferably an amount corresponding to 5 to 10% by weight of the ceramic powder containing Mg, that is, 5% by weight of the impregnation accelerator.
If the amount is less than 10% by weight, the effect is small, and if it is more than 10% by weight, precipitates composed of Ti are generated, which is not preferable.
【００１６】上記以外のさらに別な方法としては、セラ
ミックス粉末をＡｌ2Ｏ3粉末とし、該プリフォームの形
成方法を、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒として水を、バイン
ダーとしてコロイダルシリカ液を加え、これにさらに増
粘剤を加えて混合し、得られたスラリーを沈降成形し、
その成形体を焼成する方法とし、該金属を浸透させる方
法を、その形成したプリフォームの上面にＭｇ粉末を混
合したセラミックス粉末を敷き、さらにその上に前記Ｍ
ｇ粉末を含むセラミックス粉末の５〜１０重量％の量の
Ｔｉ粉末を振り撒いた後、その上面からアルミニウムを
主成分とする合金を浸透させることとする製造方法とし
た（請求項３）。As still another method other than the above, the ceramic powder is made of Al 2 O 3 powder, the preform is formed by adding water as a solvent to the Al 2 O 3 powder and adding a colloidal silica liquid as a binder. , A thickener was further added thereto and mixed, and the resulting slurry was subjected to sedimentation molding,
As a method of firing the molded body, a method of infiltrating the metal is described by laying a ceramic powder mixed with Mg powder on the upper surface of the formed preform, and further laying the M powder on the ceramic powder.
After the Ti powder is sprinkled with 5 to 10% by weight of the ceramic powder containing the g powder, an alloy containing aluminum as a main component is infiltrated from the upper surface thereof (claim 3).
【００１７】この方法は、上記説明した２つの製造方法
が、両方を同時に実施しても、互いにそれぞれの効果を
阻害するものではなく、また、効果がより大きくなるの
で、その２つの方法を合わせた製造方法を第３の製造方
法として提案したものである。この製造方法で黒い斑点
の発生防止がより完璧となる。According to this method, even if the two manufacturing methods described above are performed simultaneously, the respective effects are not hindered from each other, and the effects are further increased. The proposed manufacturing method is proposed as a third manufacturing method. With this manufacturing method, the occurrence of black spots is more completely prevented.
【００１８】[0018]
【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Ａｌ2Ｏ3粉末を用意する。
この粉末に溶媒として水を、バインダーとしてコロイダ
ルシリカ液を、それにさらに増粘剤としてサンノブコ社
製のフォーマスタＶＬ等を加え、ポットミル等で混合す
る。このフォーマスタＶＬは、界面活性剤の一種であっ
て消泡剤の役目もするので、スラリー中の気泡を少なく
するという副次的効果もある。その増粘剤の添加量は、
０．１〜０．２重量％程度でよく、ごく微量で有効なの
で必要以上に多く加えても意味がない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The production method of the present invention will be described in more detail. First, Al 2 O 3 powder is prepared as a reinforcing material.
Water is added to the powder as a solvent, colloidal silica liquid as a binder, and Formaster VL manufactured by Sannobuco as a thickener, and the mixture is mixed with a pot mill or the like. The Formaster VL is a type of surfactant and also functions as an antifoaming agent, and thus has a secondary effect of reducing bubbles in the slurry. The amount of the thickener added is
It may be about 0.1-0.2% by weight, and it is effective in a very small amount, so that it is meaningless to add more than necessary.
【００１９】得られたスラリーを振動をかけながら型枠
に流し込み、沈降成形する。それを冷凍して脱型し、成
形体を得る。得られた成形体を１２００℃の温度で焼成
してプリフォームを形成する。The obtained slurry is poured into a mold while vibrating, and settled and formed. It is frozen and demolded to obtain a molded body. The obtained molded body is fired at a temperature of 1200 ° C. to form a preform.
【００２０】形成したプリフォームの上部にＡｌ−Ｍｇ
系のアルミニウム合金を置き、窒素気流中で７００〜１
０００℃の温度で溶融し、その溶融金属を非加圧で浸透
させた後、冷却して複合材料を作製する。Al-Mg is placed on top of the formed preform.
System aluminum alloy, 700-1 in nitrogen stream
After melting at a temperature of 000 ° C., the molten metal is infiltrated without pressure, and then cooled to produce a composite material.
【００２１】一方、増粘剤を使わない場合には、増粘剤
を添加しないでスラリーを調製し、そのスラリーでプリ
フォームを形成し、形成したプリフォームの上面に先ず
Ｍｇを混合したＡｌ2Ｏ3等の含浸促進材をできるだけ薄
く敷く。用いるセラミックス粉末は、金属の浸透に差し
支えないように粗めの方がよい。また、金属の浸透の効
果は、Ｍｇ粉末の濃度に比例するので、プリフォーム上
に不均一に存在すると、浸透が不均一に進行することに
なり好ましくないので、できるだけ均一に敷く必要があ
る。そして、その上にさらに前記含浸促進材の５〜１０
重量％の量のＴｉ粉末を振り撒く。これも当然均一に振
り撒く必要がある。その上部にＡｌ−Ｍｇ系のアルミニ
ウム合金を置き、窒素気流中で７００〜１０００℃の温
度で溶融し、その溶融金属を非加圧で浸透させた後、冷
却して複合材料を作製する。On the other hand, when a thickener is not used, a slurry is prepared without adding a thickener, a preform is formed from the slurry, and Al 2 on which Mg is mixed first is formed on the upper surface of the formed preform. Lay the impregnation promoting material such as O 3 as thinly as possible. The ceramic powder used is preferably coarse so as not to impede the penetration of metal. In addition, since the effect of metal penetration is proportional to the concentration of Mg powder, if it is present unevenly on the preform, the penetration proceeds unevenly, which is not preferable. Therefore, it is necessary to spread the metal as uniformly as possible. And, on top of this, 5-10
Sprinkle Ti powder in an amount of weight%. Of course, this also needs to be spread evenly. An Al-Mg-based aluminum alloy is placed on top of it, melted in a nitrogen stream at a temperature of 700 to 1000C, and the molten metal is infiltrated without pressure, and then cooled to produce a composite material.
【００２２】上記製造方法の両方を実施する場合には、
プリフォームの形成を先の方法で形成し、そのプリフォ
ームに後の方法でアルミニウム合金を浸透させれば、黒
い斑点の発生をさらに抑えることのできる第３の方法に
よる複合材料が作製される。When both of the above manufacturing methods are performed,
If the preform is formed by the first method and the aluminum alloy is permeated into the preform by the later method, a composite material according to the third method that can further suppress the occurrence of black spots is produced.
【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、表面に黒い斑点のない金属−セラミック
ス複合材料が得られる。When a metal-ceramic composite material is produced by the above method, a metal-ceramic composite material having no black spots on the surface can be obtained.
【００２４】[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。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by giving specific examples of the present invention.
【００２５】（実施例１） （１）プリフォームの形成 強化材として＃３２０のＡｌ2Ｏ3粉末（平均粒径４０μ
ｍ）７０重量部と＃６００のＡｌ2Ｏ3粉末（平均粒径２
０μｍ）３０重量部の混合粉末を用い、これにバインダ
ーとしてコロイダルシリカ液をそのシリカ固形分が２重
量部となるよう加え、さらにイオン交換水を２４重量部
加えた後、これにさらに増粘剤（フォーマスタＶＬ、サ
ンノブコ社製）をＡｌ2Ｏ3粉末に対し０．２０重量％加
え、ポットミルで１６時間混合した。得られたスラリー
をφ１８０×厚さ２０ｍｍの成形体が得られるシリコー
ンゴム型に流し込み、沈降成形した。得られた成形体を
−３０℃で冷凍させた後、脱型し、それを１２００℃で
５時間焼成してプリフォームを形成した。Example 1 (1) Formation of Preform # 320 Al 2 O 3 powder (average particle size 40 μm) as a reinforcing material
m) 70 parts by weight and # 600 Al 2 O 3 powder (average particle size 2
0 μm) 30 parts by weight of the mixed powder, a colloidal silica liquid as a binder was added so that the silica solid content was 2 parts by weight, ion-exchanged water was further added at 24 parts by weight, and then a thickener was further added. (Formaster VL, manufactured by Sannobuco Co.) was added in an amount of 0.20% by weight based on the Al 2 O 3 powder, and mixed in a pot mill for 16 hours. The obtained slurry was poured into a silicone rubber mold from which a molded article having a diameter of 180 mm and a thickness of 20 mm was obtained, followed by sedimentation molding. After the obtained molded body was frozen at −30 ° C., it was released from the mold, and calcined at 1200 ° C. for 5 hours to form a preform.
【００２６】（２）複合材料の作製 耐熱性容器にオーバーグロース（浸透してきたアルミニ
ウム合金がプリフォームの外にはみ出てしまう現象）防
止用のカーボン粉末（平均粒径０．５ｍｍ）を敷き、そ
の粉末に先に形成したプリフォームをその上面が露出す
るよう埋め込み、その上にＡｌ−７Ｍｇ組成のアルミニ
ウム合金を載せて電気炉に入れ、窒素気流中で８２５℃
の温度で３６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。(2) Preparation of Composite Material A carbon powder (average particle size: 0.5 mm) for preventing overgrowth (a phenomenon in which the infiltrated aluminum alloy protrudes out of the preform) is spread in a heat-resistant container. The preform previously formed is embedded in the powder so that the upper surface thereof is exposed, and an aluminum alloy having an Al-7Mg composition is placed on the preform and placed in an electric furnace at 825 ° C. in a nitrogen stream.
At 36 ° C for 36 hours, and then cooled to
A ceramic composite material was produced.
【００２７】（３）評価 得られた複合材料の表面を目視観察し、黒い斑点の有無
を調べた。その結果、斑点は認められなかった。また、
その複合材料を切断し、その切断面を目視観察し、金属
の浸透状況を調べた。その結果、浸透不良の部分は認め
られなかった。このことは、スラリーを増粘すれば、複
合材料の表面には黒い斑点がなくなることを示してい
る。(3) Evaluation The surface of the obtained composite material was visually observed to check for the presence of black spots. As a result, no spot was observed. Also,
The composite material was cut, the cut surface was visually observed, and the state of metal penetration was examined. As a result, a part with poor penetration was not recognized. This indicates that thickening the slurry eliminates black spots on the surface of the composite.
【００２８】（実施例２）増粘剤を用いないでスラリー
を調製した他は実施例１と同様にプリフォームを形成
し、そのプリフォームの上面に、＃９０のＡｌ2Ｏ3粉末
９０重量部にＭｇ粉末１０重量部添加混合した含浸促進
材を敷き、その上にさらに含浸促進材の７重量％の量の
Ｔｉ粉末（ＴＳ−４５０、東邦チタニウム製）を篩を用
いて均一に振り撒き、実施例１と同様に金属を浸透さ
せ、評価した。その結果、斑点は認められなかった。ま
た、金属の浸透不良の部分も認められなかった。このこ
とは、金属の浸透を良好にすれば、黒い斑点がなくなる
ことを示している。(Example 2) A preform was formed in the same manner as in Example 1 except that a slurry was prepared without using a thickener, and 90 wt. Of Al 2 O 3 powder of # 90 was formed on the upper surface of the preform. Is spread with an impregnating accelerator mixed with 10 parts by weight of Mg powder, and Ti powder (TS-450, manufactured by Toho Titanium) in an amount of 7% by weight of the impregnating accelerator is evenly spread over the sieve using a sieve. In the same manner as in Example 1, metal was infiltrated and evaluated. As a result, no spot was observed. In addition, there was no part with poor metal penetration. This indicates that the black spots disappear when the metal penetration is improved.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上の通り、本発明の金属−セラミック
ス複合材料の製造方法であれば、セラミックス粉末がＡ
ｌ2Ｏ3粉末であってしかもスラリーからプリフォームを
形成しても、複合材料の表面に黒い斑点の発生をなくす
ことができるようになった。このことにより、複合材料
の商品価値が貶められることがなくなった。As described above, according to the method for producing a metal-ceramic composite material of the present invention, the ceramic powder is A
Even l 2 O 3 powder addition from the slurry to form a preform, it has become possible to eliminate the occurrence of black spots on the surface of the composite material. This has prevented the commercial value of the composite material from being degraded.
───────────────────────────────────────────────────── 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 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 Ｆターム(参考） 4K020 AA22 AC01 BA05 BA06 BA08 BB22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor, Mutsuo Hayashi 560, Omaki, Urawa-shi, Saitama (72) Inventor, Takeshi Higuchi 1-3-9, Hikawadai, Higashikurume-shi, Tokyo (72) Inventor, Tomiwa Koyama, Kita, Tokyo 1-3-1-805 Ward, Ward F-term (reference) 4K020 AA22 AC01 BA05 BA06 BA08 BB22
Claims (3)
ォームを形成し、そのプリフォームに基材である金属を
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、該セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、該
プリフォームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒と
して水を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加
え、これにさらに増粘剤を加えて混合し、得られたスラ
リーを沈降成形し、その成形体を焼成する方法であり、
その形成したプリフォームにアルミニウムを主成分とす
る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。1. A method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed by using ceramic powder as a reinforcing material and a metal as a base material is permeated into the preform, wherein the ceramic powder is Al 2 O 3 powder. There is a method for forming the preform, in which water is added to the Al 2 O 3 powder as a solvent, colloidal silica liquid is added as a binder, a thickener is further added and mixed, and the obtained slurry is subjected to sedimentation molding. Is a method of firing the molded body,
A method for producing a metal-ceramic composite material, comprising infiltrating an alloy containing aluminum as a main component into the formed preform.
ォームを形成し、そのプリフォームに基材である金属を
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、該セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、該
プリフォームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒と
して水を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加え
て混合し、得られたスラリーを沈降成形し、その成形体
を焼成する方法であり、該金属を浸透させる方法が、そ
の形成したプリフォームの上面にＭｇ粉末を混合したセ
ラミックス粉末を敷き、さらにその上に前記Ｍｇ粉末を
含むセラミックス粉末の５〜１０重量％の量のＴｉ粉末
を振り撒いた後、その上面からアルミニウムを主成分と
する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。2. A method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed using ceramic powder as a reinforcing material and a metal as a base material is penetrated into the preform, wherein the ceramic powder is Al 2 O 3 powder. There is a method of forming the preform by a method in which water is added to the Al 2 O 3 powder as a solvent, and a colloidal silica liquid is added and mixed as a binder, the resulting slurry is subjected to sedimentation molding, and the molded body is fired. There is a method of infiltrating the metal by laying a ceramic powder mixed with Mg powder on the upper surface of the formed preform, and further laying thereon a Ti powder in an amount of 5 to 10% by weight of the ceramic powder containing the Mg powder. And then infiltrate an alloy containing aluminum as a main component from the top surface of the metal-ceramic composite material. Production method.
ォームを形成し、そのプリフォームに基材である金属を
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、該セラミックス粉末が、Ａｌ2Ｏ3粉末であり、該
プリフォームの形成方法が、そのＡｌ2Ｏ3粉末に溶媒と
して水を、バインダーとしてコロイダルシリカ液を加
え、これにさらに増粘剤を加えて混合し、得られたスラ
リーを沈降成形し、その成形体を焼成する方法であり、
該金属を浸透させる方法が、その形成したプリフォーム
の上面にＭｇ粉末を混合したセラミックス粉末を敷き、
さらにその上に前記Ｍｇ粉末を含むセラミックス粉末の
５〜１０重量％の量のＴｉ粉末を振り撒いた後、その上
面からアルミニウムを主成分とする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。3. A method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed using ceramic powder as a reinforcing material and a metal as a base material is penetrated into the preform, wherein the ceramic powder is Al 2 O 3 powder. There is a method for forming the preform, in which water is added to the Al 2 O 3 powder as a solvent, colloidal silica liquid is added as a binder, a thickener is further added and mixed, and the obtained slurry is subjected to sedimentation molding. Is a method of firing the molded body,
The method of infiltrating the metal is to spread a ceramic powder mixed with Mg powder on the upper surface of the formed preform,
Further, a Ti-powder of 5 to 10% by weight of the ceramic powder containing the Mg powder is sprinkled thereon, and an alloy containing aluminum as a main component is infiltrated from the upper surface thereof. Material manufacturing method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10193592A JP2000017351A (en) | 1998-06-25 | 1998-06-25 | Production of metal-ceramics composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10193592A JP2000017351A (en) | 1998-06-25 | 1998-06-25 | Production of metal-ceramics composite material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000017351A true JP2000017351A (en) | 2000-01-18 |
Family
ID=16310533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10193592A Pending JP2000017351A (en) | 1998-06-25 | 1998-06-25 | Production of metal-ceramics composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000017351A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6635357B2 (en) * | 2002-02-28 | 2003-10-21 | Vladimir S. Moxson | Bulletproof lightweight metal matrix macrocomposites with controlled structure and manufacture the same |
| JP2011073904A (en) * | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Taiheiyo Cement Corp | Method for producing ceramic porous body |
| JP2011176188A (en) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | Glass ceramic wiring board |
| US10229811B2 (en) | 2013-10-03 | 2019-03-12 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle beam inclination correction method and charged particle beam device |
-
1998
- 1998-06-25 JP JP10193592A patent/JP2000017351A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6635357B2 (en) * | 2002-02-28 | 2003-10-21 | Vladimir S. Moxson | Bulletproof lightweight metal matrix macrocomposites with controlled structure and manufacture the same |
| JP2011073904A (en) * | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Taiheiyo Cement Corp | Method for producing ceramic porous body |
| JP2011176188A (en) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | Glass ceramic wiring board |
| US10229811B2 (en) | 2013-10-03 | 2019-03-12 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle beam inclination correction method and charged particle beam device |
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