JP2000034550A - Production of metal-ceramic composite material - Google Patents
Production of metal-ceramic composite materialInfo
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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、特に加工性に優れた金属−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 having excellent workability.
【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、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 metal-ceramic composite material reinforced with ceramic fibers or particles has both characteristics of a metal and a ceramic. For example, this composite material has high rigidity, low thermal expansion, abrasion resistance and the like. 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、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、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
l to 2 O 3 preform formed of ceramic powder, such as, by contacting the aluminum ingots, which N 2
In this method, a preform is impregnated with an aluminum alloy melted by heating to 700 to 900 ° C. in an atmosphere. This is an excellent method in which the preform can be impregnated with the metal without applying pressure by improving the wettability of the molten metal to the ceramic powder using a chemical reaction.
【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。Further, according to this method, the content of ceramics can be varied as wide as 30 to 85 vol% and a high range, and the preform formed by this method has a high degree of freedom in its shape. It is also possible to make quite complex shapes with near nets. 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】しかし、この複合材料は、工業用部品とし
て使用するためにはそのまま使用することも構わない
が、多くは加工する必要があり、加工するためにはセラ
ミックスが複合されているため、加工性に劣りコストが
高いものになっていた。特に複合材料に深い止まり穴な
どの凹部を加工する場合には、コストが金属部品の１０
倍以上という非常に高いものになっており、貫通穴の加
工に至っては、ほとんど不可能と言ってよい状況にあっ
た。[0006] However, this composite material may be used as it is for use as an industrial part, but it needs to be processed in many cases. Inferiority and high cost. In particular, when machining a concave portion such as a deep blind hole in a composite material, the cost is reduced to 10% of the metal component.
It was extremely high, more than double, and it was almost impossible to process through holes.
【０００７】それを解決するため、加工する部分を金属
化して加工し易くする次の３つの方法が提案された。そ
れは、 プリフォームにあらかじめ穴を設けておき、そのプリ
フォームに金属を浸透させると同時にその穴にも浸透金
属を充填させ、加工する部分を金属化する。 プリフォームにあらかじめ穴を設けておき、その穴に
金属棒などの金属塊を埋め込み、そのプリフォームに金
属を浸透させると同時に金属塊との隙間に浸透金属を充
填させ、加工する部分を金属化する。 プリフォームにあらかじめ穴を設けておき、その穴に
金属粉を埋め込み、そのプリフォームに金属を浸透させ
ると同時に金属粉の隙間に浸透金属を充填させ、加工す
る部分を金属化する。[0007] In order to solve this, the following three methods have been proposed for metallizing a portion to be processed to facilitate processing. That is, a hole is provided in the preform in advance, and the metal is penetrated into the preform, and at the same time, the hole is filled with the penetrating metal, and the portion to be processed is metallized. A hole is made in the preform in advance, a metal lump such as a metal rod is buried in the hole, and the metal is penetrated into the preform and at the same time, the gap between the metal lump is filled with penetrating metal, and the part to be processed is metallized I do. A hole is provided in the preform in advance, a metal powder is buried in the hole, and the metal is infiltrated into the preform, and at the same time, a gap between the metal powders is filled with a penetrating metal, and a portion to be processed is metallized.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記３
つの方法は、次の問題があった。それは、前記では、
穴径が１０ｍｍ以下であれば、浸透金属でその穴がほぼ
完全に充填されるが、これ以上の穴径であると、充填が
不十分となり、穴部に空隙が生ずる恐れがある。で
は、埋め込む金属塊と穴の内壁との隙間に適切な余裕が
ないと、金属塊とプリフォームとの熱膨張率の差により
金属の浸透中にプリフォームに亀裂を生じさせる恐れが
あり、逆に余裕がありすぎると、金属塊との隙間に充填
不十分な部分が生じ、その部分に空隙を生じる恐れがあ
る。However, the above 3)
One method had the following problems. That said,
If the hole diameter is 10 mm or less, the hole is almost completely filled with the penetrating metal. However, if the hole diameter is larger than this, the filling is insufficient, and there is a possibility that a void may be formed in the hole. If there is not enough space between the metal block to be embedded and the inner wall of the hole, there is a risk that the preform may crack during metal penetration due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the metal block and the preform. If there is too much space, a gap between the metal block and the metal block may cause an insufficiently filled portion, and a gap may be formed in that portion.
【０００９】一方、では、前記、を改良したもの
であるので、のようなプリフォームに亀裂が生じるこ
とはなく、のような充填が不十分となることはない
が、浸透金属を金属粉の隙間に完全に充填するのが難し
く、ポアなどの欠陥として残り、その部分を穴加工した
場合、穴面にポアによる欠陥を生じる恐れがある。穴面
にそれほどの精度を必要としない場合、例えば、貫通穴
を冷却水を通すだけの用途に用いる場合には、穴面に若
干の欠陥があっても問題はないが、より精度の高い穴を
求められる場合、例えば、穴内にシーズヒーターを通
し、このヒーターとそれを取り巻く部分とに高い密着性
が要求される半導体装置用部品などに使われるヒーター
の場合には、穴面に欠陥があると均熱性が悪くなる、シ
ーズヒーターの劣化が懸念されるなどの問題が生じるこ
ととなる。On the other hand, since the above is an improvement of the above, the preform does not crack, and the filling does not become insufficient. It is difficult to completely fill the gap, and the gap remains as a defect such as a pore. When the portion is drilled, there is a possibility that a defect due to the pore may occur on the hole surface. If the hole surface does not require much precision, for example, if the through hole is used only for passing cooling water, there is no problem even if there is a slight defect in the hole surface, but a more accurate hole Is required, for example, a sheath heater is passed through the hole, and in the case of a heater used for a semiconductor device component or the like in which high adhesion is required between the heater and a portion surrounding the heater, the hole surface has a defect. This causes problems such as poor heat uniformity and concern about deterioration of the sheathed heater.
【００１０】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、穴面に欠陥のない穴を加工すること
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。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 capable of processing a hole having no defect in a hole surface. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a material.
【００１１】[0011]
【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、あらかじめ空間部を
有した複合材料を作製し、その空間部に溶融金属を充填
すれば、あるいはその空間部に金属塊を埋め込み、それ
を加熱処理すれば、加工する部分が金属化され、その金
属部分を加工すれば、穴面に欠陥のない穴が得られると
の知見を得て本発明を完成するに至った。Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to achieve the above object, and as a result, have prepared a composite material having a space in advance and filled the space with a molten metal, or By embedding a metal lump in the space and heat-treating the metal lump, the portion to be processed is metallized. Was completed.
【００１２】即ち本発明は、（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、該プリフォーム
が、ボルト穴等の空間部を有したプリフォームであり、
そのプリフォームにアルミニウム合金を窒素気流中で７
００〜１０００℃の温度で浸透させ冷却して空間部を有
した複合材料と成した後、その複合材料を窒素気流中で
７００〜９００℃の温度で加熱し、同時に窒素気流中で
７００〜９００℃の温度で加熱溶融したアルミニウム合
金を該空間部に流し込む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、該プリフォームが、ボルト穴等の空間部を有し
たプリフォームであり、そのプリフォームにアルミニウ
ム合金を窒素気流中で７００〜１０００℃の温度でアッ
プワード法で浸透させ冷却して空間部を有した複合材料
と成した後、該空間部にアルミニウム合金を埋め込み、
それを窒素気流中で７００〜９００℃の温度で加熱処理
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）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 relates to (1) a method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed by using ceramic fibers or particles as a reinforcing material and a metal as a base material is penetrated into the preform. Is a preform having a space such as a bolt hole,
An aluminum alloy is applied to the preform in a nitrogen stream.
After permeating at a temperature of 00 to 1000 ° C. and cooling to form a composite material having a space, the composite material is heated at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen stream, and at the same time 700 to 900 in a nitrogen stream. A method of manufacturing a metal-ceramic composite material, wherein an aluminum alloy heated and melted at a temperature of about 0 ° C. is poured into the space.
(2) In a method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed using ceramic fibers or particles as a reinforcing material, and a metal as a base material is penetrated into the preform, the preform may be formed in a space such as a bolt hole. The aluminum alloy is permeated into the preform in a nitrogen stream at a temperature of 700 to 1000 ° C. by an upward method and cooled to form a composite material having a space. Embedded aluminum alloy in
The gist of the invention is to provide a method for producing a metal-ceramic composite material (claim 2), which comprises subjecting it to a heat treatment at a temperature of 700 to 900C in a nitrogen stream. This will be described in more detail below.
【００１３】上記で述べたように複合材料の製造方法と
しては、プリフォームをボルト穴等の空間部を有したプ
リフォームとし、そのプリフォームにアルミニウム合金
を窒素気流中で７００〜１０００℃の温度で浸透させ冷
却して空間部を有した複合材料と成した後、その複合材
料を窒素気流中で７００〜９００℃の温度で加熱し、同
時に窒素気流中で７００〜９００℃の温度で加熱溶融し
たアルミニウム合金を該空間部に流し込むこととした
（請求項１）。空間部を有したプリフォームにアルミニ
ウム合金を浸透させることで、その空間部に浸透してき
たアルミニウム合金の充填が不十分であったとしても、
成した複合材料を新たに加熱することにより、空間部に
流れ込んだアルミニウム合金が溶融し、同時にその空間
部に別に加熱溶融したアルミニウム合金を流し込むこと
により、充填不十分な部分が溶融金属で完全に充填され
た複合材料となる。なお、後記するように空間部にアル
ミニウム合金がほとんど浸透してこない場合でも、この
方法で同様に空間部に完全に金属を充填することができ
る。As described above, as a method of manufacturing a composite material, a preform is formed into a preform having a space such as a bolt hole, and an aluminum alloy is placed on the preform at a temperature of 700 to 1000 ° C. in a nitrogen stream. After cooling to form a composite material having a space by cooling, the composite material is heated at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen stream, and simultaneously heated and melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen stream. The poured aluminum alloy is poured into the space (claim 1). By infiltrating the aluminum alloy into the preform having a space, even if the aluminum alloy permeated into the space is insufficiently filled,
The newly heated composite material melts the aluminum alloy that has flowed into the space, and simultaneously poured the separately heated and melted aluminum alloy into the space, thereby completely filling the insufficiently filled portion with molten metal. It becomes a filled composite material. In addition, even when the aluminum alloy hardly permeates into the space as described later, the space can be completely filled with the metal by the same method.
【００１４】その加熱温度としては、窒素気流中で７０
０〜９００℃が好ましく、７００℃より低いと、アルミ
ニウム合金の溶融が充分でないため、空間部の充填が不
十分となり、９００℃より高いと、空間部の充填は充分
となるものの、複合材料中のアルミニウム合金の溶融が
進みすぎ、複合材料に変形を生じる恐れがある。加熱を
窒素気流中で行うのは、空間部に充填するアルミニウム
合金の酸化を防ぎ、かつそれが空気中であると溶融アル
ミニウムが空気中の水蒸気と接触してＨ2を溶融アルミ
ニウム中に吸収し、そのＨ2が冷却して硬化する時に排
出され、ポアとなることを防ぐためである。The heating temperature is 70 ° C. in a nitrogen stream.
If the temperature is lower than 700 ° C, the space is insufficiently filled because the aluminum alloy is not sufficiently melted. If the temperature is higher than 900 ° C, the space is sufficiently filled. Melting of the aluminum alloy excessively proceeds, and the composite material may be deformed. Perform heating in a nitrogen stream is to prevent oxidation of the aluminum alloy filled into the space portion, and it of H 2 was absorbed into the molten aluminum and molten aluminum is in the air in contact with the water vapor in the air , To prevent the H 2 from being discharged when the H 2 is cooled and hardened, and to form pores.
【００１５】上記以外の別の製造方法としては、プリフ
ォームをボルト穴等の空間部を有したプリフォームと
し、そのプリフォームにアルミニウム合金を窒素気流中
で７００〜１０００℃の温度でアップワード法で浸透さ
せ冷却して空間部を有した複合材料と成した後、該空間
部にアルミニウム合金を埋め込み、それを窒素気流中で
７００〜９００℃の温度で加熱処理することとした（請
求項２）。As another manufacturing method other than the above, the preform is a preform having a space such as a bolt hole, and an aluminum alloy is applied to the preform in a nitrogen stream at a temperature of 700 to 1000 ° C. by an upward method. After cooling to form a composite material having a space portion, an aluminum alloy is embedded in the space portion, and the aluminum alloy is heat-treated at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen stream. ).
【００１６】プリフォームにアルミニウム合金を浸透さ
せるのは、上から浸透させるダウンワード法と下から浸
透させるアップワード法があるが、そのアップワード法
で浸透させる場合には、空間部へのオーバーグロース
（金属の浸透時に溶融金属がプリフォームを突き抜け
る）による金属の浸透が少ないため、棒状などのアルミ
ニウム合金を埋め込むことのできる空間部を有した複合
材料とすることができ、その空間部にアルミニウム合金
を埋め込んで加熱処理することにより、埋め込んだアル
ミニウム合金と複合材料から染みだしたアルミニウム合
金とが融着して強固に接合された複合材料となる。ま
た、成した複合材料の強度は、プリフォームに比べ著し
く高くなるため、埋め込むアルミニウム合金の隙間が狭
すぎても、プリフォームのような亀裂を生じる心配はな
く、余裕がありすぎても埋め込んだアルミニウム合金と
複合材料中のアルミニウム合金とが融着されるので、空
間部が金属で完全に充填された欠陥のない複合材料とな
る。なお、この空間部に溶融アルミニウム合金を流し込
んでも、前記で述べたように空間部に完全に金属を充填
することができる。There are two methods for infiltrating an aluminum alloy into a preform: a downward method in which the aluminum alloy is penetrated from above, and an upward method in which the aluminum alloy is impregnated from below. (Molten metal penetrates the preform when metal penetrates) Because of low penetration of metal, it can be a composite material having a space such as a rod-shaped aluminum alloy can be embedded, and the space can be made of aluminum alloy By embedding and heat-treating, the embedded aluminum alloy and the aluminum alloy exuded from the composite material are fused and strongly joined to form a composite material. Also, since the strength of the formed composite material is significantly higher than that of the preform, even if the gap between the aluminum alloys to be embedded is too narrow, there is no fear that a crack like the preform will occur, and the embedded material is embedded even if there is too much room. The fusion of the aluminum alloy and the aluminum alloy in the composite material results in a defect-free composite material whose space is completely filled with metal. Even if the molten aluminum alloy is poured into this space, the space can be completely filled with metal as described above.
【００１７】その加熱温度としては、前記したと同様窒
素気流中で７００〜９００℃が好ましく、７００℃より
低いと、アルミニウム合金の溶融が充分でないため接合
が充分でなく、９００℃より高いと、アルミニウム合金
の溶融は充分なので接合も充分であるものの、複合材料
中のアルミニウム合金の溶融が進みすぎ、複合材料に変
形を生じる恐れがある。加熱処理を窒素気流中で行うの
は、空間部に埋め込むアルミニウム合金及び複合材料の
空間部内面に露出しているアルミニウム合金が酸化さ
れ、接合し難くなるのを防ぐためである。The heating temperature is preferably from 700 to 900 ° C. in a nitrogen stream as described above. If the heating temperature is lower than 700 ° C., the aluminum alloy is not sufficiently melted and the bonding is not sufficient. Although the joining of the aluminum alloy is sufficient because the melting of the aluminum alloy is sufficient, the melting of the aluminum alloy in the composite material proceeds too much, and the composite material may be deformed. The heat treatment is performed in a nitrogen stream in order to prevent the aluminum alloy embedded in the space and the aluminum alloy exposed on the inner surface of the space of the composite material from being oxidized and becoming difficult to join.
【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Ａｌ2Ｏ3粉末、ＡｌＮ粉末、ＳｉＣ粉末
などのセラミックス粉末を用意する。これらの粉末を単
味で用いるが、別の粉末を一部混合しても構わない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The production method of the present invention will be described in more detail. First, ceramic powders such as Al 2 O 3 powder, AlN powder and SiC powder are prepared. These powders are used simply, but another powder may be partially mixed.
【００１９】用意した粉末を用いて必要な部分を空間部
としたプリフォームを形成する。成形方法は、金属が浸
透を終了するまで形態を保っており、かつその浸透を阻
害しない方法であればどんな方法でもよく、例えば沈降
成形法、射出成形法、ＣＩＰ成形法などが挙げられる。
このうち多用される沈降成形法による成形を述べると、
先ずセラミックス粉末に水、バインダーなどを加え、こ
れを混合してスラリーを得る。得たスラリーを成形型に
注入して振動を掛け、固形分を沈降させた後、冷凍して
脱型する。これを焼成してプリフォームを形成する。Using the prepared powder, a preform is formed in which a necessary portion is a space portion. The molding method may be any method as long as the shape is maintained until the metal is completely infiltrated and does not inhibit the infiltration, and examples thereof include a sedimentation molding method, an injection molding method, and a CIP molding method.
Among them, the molding by the sedimentation molding method, which is frequently used,
First, water, a binder, and the like are added to the ceramic powder and mixed to obtain a slurry. The obtained slurry is poured into a mold and vibrated to settle solids, then frozen and removed from the mold. This is fired to form a preform.
【００２０】プリフォームに空間部を形成するのは、成
形によってもあるいは加工によってもいずれでも構わな
い。例えば、穴を開けたマスター型を反転させて作った
シリコーンゴム型にセラミックス粉末から成るスラリー
を注入して沈降、固化するのもよいし、あらかじめ埋め
込んだ金属棒を引き抜くのもよいし、あるいは形成した
プリフォームにボール盤で空間部を開けるのもよい。要
は必要な部分のみを確実に欠落させる手段を選べばよ
い。必要でない部分にチッピングや亀裂を発生させると
それから得られる複合材料の特性を著しく損ねる恐れが
あるので、チッピングや亀裂を発生させる手段は避けな
ければならない。空間部の大きさは、それほど厳密に合
わせる必要はないが、穴開け加工によって得られる穴径
に対し４ｍｍ程度以上の余裕を持たせることが望まし
い。それは、成した複合材料の熱膨張率がプリフォーム
より大きくなるので、冷却過程で収縮した穴径がプリフ
ォームの段階での穴径より小さくなるからである。The space may be formed in the preform by molding or processing. For example, a slurry made of ceramic powder may be poured into a silicone rubber mold made by inverting a master mold with a hole, settled and solidified, or a metal rod previously embedded may be pulled out or formed. It is also good to open the space in the preform with a drilling machine. In short, it is only necessary to select a means for ensuring that only necessary parts are missing. Chipping and cracking means must be avoided because chipping or cracking in unnecessary parts can significantly impair the properties of the composite material obtained therefrom. The size of the space does not need to be so strictly adjusted, but it is desirable to have a margin of about 4 mm or more with respect to the diameter of the hole obtained by drilling. This is because the formed composite material has a larger coefficient of thermal expansion than the preform, and the diameter of the hole shrunk in the cooling process becomes smaller than the diameter of the hole at the stage of the preform.
【００２１】次いで、形成したプリフォームの上部（ダ
ウンワード法）または下部（アップワード法）にアルミ
ニウム合金を置き、窒素気流中で非加圧で７００〜１０
００℃の温度で合金を浸透させ、冷却する。用いるアル
ミニウム合金にはＡｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系など
のＭｇを含んだものを使用した方が浸透は容易である
が、これに限定されるものではなく、最終製品に要求さ
れる物性を劣化させる元素が含まれていないアルミニウ
ム合金であれば何を用いても構わず、また、含浸促進材
をプリフォームとアルミニウム合金との間に敷いても何
ら構わない。そして、ダウンワード法で成した複合材料
の場合には、その複合材料を７００〜９００℃の温度で
加熱した後、複合材料に形成されている空間部に別に７
００〜９００℃の温度で溶融したアルミニウム合金を流
し込んで冷却し、加工する部分を金属化した複合材料を
作製する。一方、アップワード法で成した複合材料の場
合には、前記したと同様成した複合材料の空間部に溶融
したアルミニウム合金を流し込み冷却するか、あるいは
空間部にアルミニウム合金を埋め込み、それを７００〜
９００℃の温度で加熱処理し冷却して同様に加工する部
分を金属化した複合材料を作製する。Then, an aluminum alloy is placed on the upper part (downward method) or the lower part (upward method) of the formed preform, and is pressed in a nitrogen stream under non-pressurization at 700 to 10%.
Infiltrate the alloy at a temperature of 00 ° C. and cool. It is easier to infiltrate the aluminum alloy to be used if it contains Mg such as Al-Mg or Al-Mg-Si, but it is not limited to this, and the physical properties required for the final product Any aluminum alloy may be used as long as it does not contain an element that degrades the aluminum alloy, and the impregnation promoting material may be laid between the preform and the aluminum alloy. In the case of a composite material formed by the downward method, the composite material is heated at a temperature of 700 to 900 ° C., and then is separately placed in a space formed in the composite material.
An aluminum alloy melted at a temperature of 00 to 900 ° C. is poured and cooled to produce a composite material in which a portion to be processed is metallized. On the other hand, in the case of a composite material formed by the upward method, a molten aluminum alloy is poured into the space of the composite material formed in the same manner as described above and cooled, or the aluminum alloy is buried in the space and the aluminum alloy is 700 to
A composite material is prepared by heat-treating at a temperature of 900 ° C., cooling, and metalizing a portion to be processed in the same manner.
【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、欠陥のない穴を加工することができる金
属−セラミックス複合材料を得ることができる。When a metal-ceramic composite material is manufactured by the above-described method, a metal-ceramic composite material capable of processing a hole having no defect can be obtained.
【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.
【００２３】（実施例） （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１０重量部（シリカ分が２重量部とな
る量）添加し、それにイオン交換水を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。(Example) (1) Formation of preform Commercially available Si of # 180 (average particle size 66 μm) as a reinforcing material
To 70 parts by weight of C powder and 30 parts by weight of commercially available SiC powder of # 800 (average particle size: 14 μm), 10 parts by weight of a colloidal silica liquid as a binder (an amount of 2 parts by weight of silica) was added, and ion exchange was performed. Add 24 parts by weight of water,
Mix for 12 hours in a pot mill without media.
【００２４】得られたスラリーを４００×４００×深さ
４０ｍｍの空間を有し、かつその空間の深さの中心位置
にφ１４ｍｍのアルミニウム製の丸棒を中子として８本
平行に固定したシリコーンゴム型に流し込んで沈降成形
した後、静かに丸棒を引き抜いた。次にこの成形体を−
３０℃に冷却して冷凍し、脱型し、それを１０５０℃で
３時間焼成して側面にφ１４ｍｍの貫通穴を８個有した
プリフォームを形成した。Silicone rubber having the obtained slurry having a space of 400 × 400 × 40 mm in depth and fixed in parallel at the center of the depth of the space with eight round rods made of aluminum having a diameter of 14 mm as cores. After casting into a mold for sedimentation molding, the round bar was gently pulled out. Next, this compact is
The preform was cooled to 30 ° C., frozen, demolded, and fired at 1050 ° C. for 3 hours to form a preform having eight φ14 mm through holes on the side surface.
【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下にプリフォームの１．０倍重
量のＡＣ８Ａ（Ａｌ−Ｓｉ−Ｎｉ−Ｍｇ−Ｃｕ系）組成
のアルミニウム合金を置き、窒素気流中で８２５℃の温
度で２４時間アップワード法で非加圧浸透させた後、冷
却し、粉末充填率が７０ｖｏｌ％の貫通穴を有した複合
材料を作製した。この貫通穴に同じＡＣ８Ａ組成のφ１
２ｍｍのアルミニウム合金製の丸棒を挿入し、それを窒
素気流中で８２５℃の温度で２４時間加熱処理して冷却
し、加工する部分を金属化した複合材料を作製した。(2) Preparation of Metal-Ceramic Composite Material An aluminum alloy having a composition of AC8A (Al-Si-Ni-Mg-Cu) 1.0 times the weight of the preform was placed under the obtained preform. After non-pressurized infiltration by an upward method at a temperature of 825 ° C. for 24 hours in a nitrogen stream, the mixture was cooled to prepare a composite material having a through hole with a powder filling rate of 70 vol%. The same AC8A composition φ1
A 2 mm round bar made of an aluminum alloy was inserted, and the bar was heated at 825 ° C. for 24 hours in a nitrogen stream and cooled to produce a composite material in which a portion to be processed was metallized.
【００２６】（３）評価 得られた複合材料の金属部分をガンドリルでφ１０ｍｍ
の貫通穴を加工し、その穴面を目視で観察し、欠陥の有
無を調べた。その結果、ポアなどによる欠陥は皆無であ
った。このことは、本発明で複合材料を作製し、その金
属部分を穴加工すれば、穴面に欠陥のない、しかも寸法
精度の良い穴を加工することができることを示してい
る。(3) Evaluation The metal part of the obtained composite material was φ10 mm with a gun drill.
Was machined, and the hole surface was visually observed to check for defects. As a result, there were no defects due to pores or the like. This indicates that if a composite material is manufactured in the present invention and the metal portion is drilled, a hole having no defect on the hole surface and high dimensional accuracy can be drilled.
【００２７】[0027]
【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、穴面に欠陥のない、し
かも寸法精度の良い穴を加工できる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、半導体装置用
部品などに用いられるヒーターにも使われることができ
るようになり、ヒーターの需要が大幅に増えるものとし
て大いに期待できるようになった。As described above, according to the method for producing a metal-ceramic composite material of the present invention, it is possible to obtain a composite material having no defect on the hole surface and capable of processing a hole with high dimensional accuracy. Was. As a result, it can be used for heaters used for components for semiconductor devices and the like, and the demand for heaters can be expected to be greatly increased.
───────────────────────────────────────────────────── 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 AA05 AA22 AC01 BA02 BA05 BB02 BB22 BC02 ──────────────────────────────────────────────────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 1-3-805 Ward, Ward F-term (reference) 4K020 AA05 AA22 AC01 BA02 BA05 BB02 BB22 BC02
Claims (2)
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、該プリフォームが、ボルト穴等の空間部
を有したプリフォームであり、そのプリフォームにアル
ミニウム合金を窒素気流中で７００〜１０００℃の温度
で浸透させ冷却して空間部を有した複合材料と成した
後、その複合材料を窒素気流中で７００〜９００℃の温
度で加熱し、同時に窒素気流中で７００〜９００℃の温
度で加熱溶融したアルミニウム合金を該空間部に流し込
む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 fibers or particles as a reinforcing material, and a metal as a base material is penetrated into the preform. A preform having a space, and an aluminum alloy is infiltrated into the preform at a temperature of 700 to 1000 ° C. in a nitrogen stream and cooled to form a composite material having a space. A method for producing a metal-ceramic composite material, comprising: heating at a temperature of 700 to 900 ° C. in an air stream, and simultaneously flowing an aluminum alloy heated and melted at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen stream into the space.
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、該プリフォームが、ボルト穴等の空間
部を有したプリフォームであり、そのプリフォームにア
ルミニウム合金を窒素気流中で７００〜１０００℃の温
度でアップワード法で浸透させ冷却して空間部を有した
複合材料と成した後、該空間部にアルミニウム合金を埋
め込み、それを窒素気流中で７００〜９００℃の温度で
加熱処理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。2. A method for producing a metal-ceramic composite material in which a preform is formed by using ceramic fibers or particles as a reinforcing material, and a metal as a base material is penetrated into the preform. A preform having a space, and an aluminum alloy is permeated into the preform in a nitrogen stream at a temperature of 700 to 1000 ° C. by an upward method and cooled to form a composite material having a space. A method for producing a metal-ceramic composite material, comprising embedding an aluminum alloy in a space and heat-treating the aluminum alloy at a temperature of 700 to 900 ° C. in a nitrogen stream.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10216571A JP2000034550A (en) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | Production of metal-ceramic composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10216571A JP2000034550A (en) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | Production of metal-ceramic composite material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000034550A true JP2000034550A (en) | 2000-02-02 |
Family
ID=16690516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10216571A Pending JP2000034550A (en) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | Production of metal-ceramic composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000034550A (en) |
-
1998
- 1998-07-16 JP JP10216571A patent/JP2000034550A/en active Pending
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