JP2010235417A - 多孔体、金属−セラミックス複合材料、及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加圧浸透法によりアルミニウムまたはアルミニウム合金を浸透させて金属−セラミックス複合材料を得るためのSiCを主成分とする多孔体であって、Siとカーボンが反応してなる反応焼結SiCを1〜10質量%含み、SiCの充填率が50体積%以上であり、カーボン含有率が0.1質量%未満、Si含有率が0.5質量%未満であることを特徴とする多孔体。
【選択図】なし
Description
(2)カーボン及びSiを含まないこと特徴とする(1)の多孔体。
(3)上記(1)または(2)の多孔体に加圧浸透法によりアルミニウムまたはアルミニウム合金が浸透された金属−セラミックス複合材料であって、気孔率が0.1%以下である金属−セラミックス複合材料。
(4)ヤング率が200GPa以上である(3)の金属−セラミックス複合材料。
(5)SiC粉末に有機バインダーとSi粉末を所定量添加して混合粉末を得る工程と、
前記混合粉末を成形して成形体を得る工程と、前記成形体を大気中で加熱して残留カーボンを生成する工程と、非酸化雰囲気で前記残留カーボンとSiを反応させて反応焼結SiCを生成する工程と、前記反応焼結SiCを生成する工程において残留したSiを除去する工程とを含む多孔体の製造方法。
(6)有機バインダーの添加は、残留カーボンがSiC粉末100質量部に対して2〜10質量部となる添加量とし、Si粉末の添加は、残留カーボンとの質量比(Si粉末質量部/残留カーボン質量部)がの2.5以上となる添加量とする(5)の多孔体の製造方法。
(7)上記(5)または(6)に記載の製造方法により得られた多孔体にアルミニウムまたはアルミニウム合金を加圧浸透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法。
市販のSiC粉末(#800(JISR6001規定の粒度))、Si粉末(平均粒径20μm)、フェノール樹脂粉末(残留炭素分:58%)を乾式で混合し、150℃の熱プレスで成形を行、直径300mm×厚さ20mmの成形体を作製した。その後、得られた成形体を600℃、大気中で脱脂し残留カーボンを生成した。次に1600℃、Ar雰囲気で5時間熱処理を行い、Siと残留カーボンとを反応させた。次に1450〜1500℃の真空中で残留Siを除去する熱処理を行った。その後、10MPaの圧力でアルミニウム合金(AC3A:JIS規格)を加圧浸透し、金属−セラミックス複合材料を作製した。
残留カーボン量はフェノール樹脂粉末の残留炭素分から算出した。多孔体に含まれるカーボン含有率は熱重量分析により、Si含有率は30%塩酸に浸漬した前後での重量変化により測定し求めた。また、多孔体に含まれる反応焼結SiCの含有率は、残留カーボン量と多孔体に含まれるカーボン量の差から算出した。
Si粉末の添加量をSiCに対して11質量部、フェノールの添加量を6質量部(残留カーボン量3.5質量部)とし、Siを除去するための熱処理条件を1450℃、2時間保持、5×10−1PaとしてSiC多孔体を作製した。この多孔体のSiCの充填率および曲げ強度を測定したところ、61体積%、13.3MPaであった。この多孔体にアルミニウム合金を浸透してヤング率を測定したところ、231GPaであった。また密度は2.7g/cm3であった。なお、作製した複合材料の断面をXRDで測定したところ、Al4C3のピークは確認されなかった。
Si粉末の添加量をSiCに対して8質量部、フェノールの添加量を4質量部(残留カーボン量2.3質量部)とし、Siを除去するための熱処理条件を1450℃、2時間保持、5×10−1PaとしてSiC多孔体を作製した。この多孔体のSiCの充填率および曲げ強度を測定したところ、55体積%、10.2MPaであった。この多孔体にアルミニウム合金を浸透してヤング率を測定したところ、203GPaであった。
Si粉末の添加量をSiCに対して19質量部、フェノールの添加量を11質量部(残留カーボン量6.4質量部)とし、Siを除去するための熱処理条件を1500℃、2時間保持、5×10−1PaとしてSiC多孔体を作製した。この多孔体のSiCの充填率および曲げ強度を測定したところ、63体積%、15.2MPaであった。この多孔体にアルミニウム合金を浸透してヤング率を測定したところ、243GPaであった
Si粉末の添加量をSiCに対して23質量部、フェノールの添加量を15質量部(残留カーボン量8.7質量部)とし、Siを除去するための熱処理条件を1500℃、2時間保持、5×10−1PaとしてSiC多孔体を作製した。この多孔体のSiCの充填率および曲げ強度を測定したところ、72体積%、16.1MPaであった。この多孔体にアルミニウム合金を浸透してヤング率を測定したところ、267GPaであった。
多孔体を作製する工程のうち、Siを除去する工程を除いた以外は実施例1と同様の方法で複合材料を作製した。多孔体のSi含有率は、5.3質量%であった。得られた複合材料の気孔率は9.8%(密度2.1g/cm3)であり、研磨後の複合材料の表面にはアルミニウム合金が浸透していない箇所が多数見られた。
Si粉末の添加量をSiCに対して14質量部、フェノールの添加量を13質量部(残留カーボン量7.5質量部)とした以外は実施例1と同様の方法で複合材料を作製した。多孔体のカーボン含有率は、2.8質量%であった。得られた複合材料の断面をXRDで測定したところ、実施例1では見られなかったAl4C3のピークが見られ、Al4C3が発生していることが確認された。
添加するSiおよびフェノールの添加量をSiCに対してそれぞれ28質量部、20質量部(残留カーボン量11.6質量部)とした以外は実施例1と同様の方法で複合材料を作製したところ、浸透後の複合材料の表面には多数のクラックが発生していた。
Claims (7)
- 加圧浸透法によりアルミニウムまたはアルミニウム合金を浸透させて金属−セラミックス複合材料を得るためのSiCを主成分とする多孔体であって、
Siとカーボンが反応してなる反応焼結SiCを1〜10質量%含み、
SiCの充填率が50体積%以上であり、
カーボン含有率が0.1質量%未満、Si含有率が0.5質量%未満であることを特徴とする多孔体。 - カーボン及びSiを含まないこと特徴とする請求項1記載の多孔体。
- 請求項1または2記載の多孔体に加圧浸透法によりアルミニウムまたはアルミニウム合金が浸透された金属−セラミックス複合材料であって、気孔率が0.1%以下である金属−セラミックス複合材料。
- ヤング率が200GPa以上である請求項3記載の金属−セラミックス複合材料。
- SiC粉末に有機バインダーとSi粉末を所定量添加して混合粉末を得る工程と、
前記混合粉末を成形して成形体を得る工程と、
前記成形体を大気中で加熱して残留カーボンを生成する工程と、
非酸化雰囲気で前記残留カーボンとSiを反応させて反応焼結SiCを生成する工程と、
前記反応焼結SiCを生成する工程において残留したSiを除去する工程とを含む多孔体の製造方法。 - 有機バインダーの添加は、残留カーボンがSiC粉末100質量部に対して2〜10質量部となる添加量とし、
Si粉末の添加は、残留カーボンとの質量比(Si粉末質量部/残留カーボン質量部)がの2.5以上となる添加量とする請求項5記載の多孔体の製造方法。 - 請求項5または6に記載の製造方法により得られた多孔体にアルミニウムまたはアルミニウム合金を加圧浸透させる金属−セラミックス複合材料の製造方法。
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