JPH11209834A - Production of alumina-aluminum composite material formed body - Google Patents
Production of alumina-aluminum composite material formed bodyInfo
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- JPH11209834A JPH11209834A JP10025064A JP2506498A JPH11209834A JP H11209834 A JPH11209834 A JP H11209834A JP 10025064 A JP10025064 A JP 10025064A JP 2506498 A JP2506498 A JP 2506498A JP H11209834 A JPH11209834 A JP H11209834A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミナ・アルミ
ニウム複合材成形体の製造方法に関し、より詳細には、
複雑な形状の中空成形体、例えば、蛇管、Ｕ字管等の管
状成形体、フラスコ、花瓶型等の容器状成形体であっ
て、中空内面側に金属アルミニウムの吹き出しのない、
均質なアルミナ・アルミニウム複合材質より成る成形体
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 an alumina-aluminum composite molded article, and more particularly, to a method for producing the same.
Hollow molded body of a complicated shape, for example, a tubular molded body such as a serpentine tube, a U-shaped tube, a flask, a container-shaped molded body such as a vase-shaped body, without blowing out aluminum metal on the hollow inner surface side,
The present invention relates to a method for manufacturing a molded article made of a homogeneous alumina / aluminum composite material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】アルミナ系セラミック材料は、硬さ、機
械的強度、耐熱性、化学的安定性等に優れており、また
ＳｉＣやＳｉ3 Ｎ4 等の高価なセラミック材料と比較し
ても耐熱性に遜色がなく、然も安価であるところから各
種製品の成形用材料として広く用いられている。しかし
ながら、アルミナ系セラミック材料には、硬くて脆いた
め加工性に劣る、また焼成時の収縮が大きい、更に耐熱
衝撃性が小さい等の欠点があるため、これらの欠点を補
強する目的で、例えば、アルミナ・アルミニウム複合材
等の複合化材料が開発され、これを用いた製品も広く用
いられるようになってきている。2. Description of the Related Art Alumina-based ceramic materials are excellent in hardness, mechanical strength, heat resistance, chemical stability, etc., and have high heat resistance compared to expensive ceramic materials such as SiC and Si 3 N 4. It is widely used as a molding material for various products because of its inexpensiveness and its inexpensiveness. However, alumina-based ceramic materials have drawbacks such as poor workability due to being hard and brittle, large shrinkage during firing, and low thermal shock resistance.For the purpose of reinforcing these drawbacks, for example, Composite materials such as alumina-aluminum composite materials have been developed, and products using the same have been widely used.
【０００３】アルミナ・アルミニウム系複合材料からな
る成形品は、一般に、アルミナや炭化珪素の粒子やファ
イバ−を有機バインダ−で固めて製品寸法形状に予備成
形した、所謂プリフォ−ムと呼ばれる予備成形体を、溶
融金属アルミニウムあるいは金属アルミニウム蒸気と接
触させ、該金属アルミニウムの予備成形体材料内への浸
透によって複合材質に変換することにより製作される。
特に、上記予備成形体を溶融アルミニウム金属中に浸漬
する方法が、前記蒸着法に比べ、金属アルミニウムの浸
透速度が速く、設備的にも操作上も簡易であるところか
ら実用的にはより広く使用されている。この製造方法に
よれば、成形体を高温で燒結する必要がなく、従って、
焼結収縮を起こすこともなく、そのまま靭性に富む粒子
分散型組織構造の部材を得ることができる。A molded article made of an alumina-aluminum composite material is generally a so-called preform formed by solidifying particles or fibers of alumina or silicon carbide with an organic binder and preforming into a product shape. Is made into contact with molten metallic aluminum or metallic aluminum vapor and converted into a composite material by infiltration of the metallic aluminum into the preform material.
In particular, the method of immersing the preformed body in molten aluminum metal is more widely used practically because the penetration rate of metal aluminum is faster than that of the vapor deposition method, and the facility and operation are simple. Have been. According to this manufacturing method, it is not necessary to sinter the molded body at a high temperature, and therefore,
A member having a particle-dispersed structure having high toughness can be obtained as it is without causing sintering shrinkage.
【０００４】ところが、上記の複合材物品成形方法で
は、作製する物品の形状、即ち、プリフォ−ム形状が、
比較的単純なものの場合は、支障なく製作出来るが、複
雑な形状の物品は、セラミック粒子やファイバ−に有機
バインダ−を配合した所謂セラミック強化材から正確に
その形状に予備成形することが困難で、例えば蛇管、Ｕ
字管等、曲がりを有する管状物品やフラスコ、花瓶型等
複雑な形状の容器は、プリフォーム成形途中で折れた
り、部分欠落したりして、実際にはその製作ができない
という不都合があった。このような従来方法の欠点を改
善するため、出願人は、石英ガラス等の珪酸系ガラス材
を用いたプリフォームからアルミナ・アルミニウム複合
材成形体を製造する方法を開発し、特許出願した（特開
昭６１−２６６５３６号公報）。この方法によれば、従
来のセラミック粒子やファイバ−を有機バインダ−で固
める方法に比べて、物品形状がかなり複雑なものでも充
分にその製作が可能となり、従来に比べて著しく複合材
成形体の製作可能範囲を広げることができる。However, in the above-mentioned method for molding a composite material article, the shape of the article to be produced, that is, the preform shape, is
If it is relatively simple, it can be manufactured without any trouble.However, it is difficult to accurately pre-form articles having complicated shapes into a so-called ceramic reinforcing material in which an organic binder is blended with ceramic particles or fibers. , For example, a serpentine tube, U
A tubular article having a bend, such as a tube, or a vessel having a complicated shape such as a flask or a vase type has a disadvantage that it cannot be actually manufactured because it is broken or partially dropped during preform molding. In order to improve the drawbacks of the conventional method, the applicant has developed a method of manufacturing an alumina-aluminum composite material from a preform using a silicate glass material such as quartz glass, and has filed a patent application. JP-A-61-266536). According to this method, compared to the conventional method of solidifying ceramic particles or fibers with an organic binder, even an article having a considerably complicated article shape can be manufactured sufficiently, and the molded article of the composite material is significantly remarkably compared with the conventional method. The range that can be manufactured can be expanded.
【０００５】しかしながら、この方法を用いた場合に於
いても、成形物品が、前記蛇管、Ｕ字管、フラスコ、花
瓶型等、中空部を有する複雑な形状の物品の場合、例
え、その形状の予備成形ができたとしても、その後の溶
融金属Ａｌの浸漬工程等の複合材化過程に於いて、成形
体のセラミック材料中に浸透したＡｌが、その物品の内
面側に吹き出し、極端な場合には内部空間をＡｌで満た
してしまうという不都合を生じ、必ずしもその目的を充
分に達成できない場合があった。従って、蛇管、Ｕ字
管、フラスコ、花瓶型等、中空部を有する複雑な形状を
有する物品でも、充分正確にその形状に予備成形できる
と共にその内面側にＡｌの吹き出し等の不都合を生じな
い均質なアルミナ・アルミニウム複合材質より成る中空
成形体の実用的な製造方法の完成が強く望まれていた。However, even when this method is used, when the molded article is an article having a complicated shape having a hollow portion such as the above-mentioned flexible tube, U-shaped tube, flask, vase, etc. Even if preforming can be performed, in the process of forming a composite material such as a dipping process of molten metal Al, Al that has penetrated into the ceramic material of the molded body blows out to the inner surface side of the article, and in extreme cases, However, there is a problem that the internal space is filled with Al, and in some cases, the purpose cannot always be sufficiently achieved. Therefore, even a product having a complicated shape having a hollow portion, such as a serpentine tube, a U-shaped tube, a flask, a vase type, etc., can be preformed to the shape with sufficient accuracy and a uniform shape which does not cause inconvenience such as blowing of Al on the inner surface side. It has been strongly desired to complete a practical manufacturing method of a hollow molded body made of a complex alumina-aluminum composite material.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、上記し
た従来のアルミナ・アルミニウム複合材成形体の製造技
術の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、石英ガ
ラス等の珪酸質ガラスを用いた予備成形体（プリホー
ム）の内表面にアルミナゾルゲルコーティングを施し、
これを焼成して該内面にアルミナ被膜層を形成させるこ
とにより溶融Ａｌとの反応時に生じる成形体内面へのＡ
ｌ吹き出しを抑止できることを見出し、この知見に基づ
き本発明を完成した。従って、本発明の課題は、蛇管、
Ｕ字管、フラスコ、花瓶型等、中空部を有する複雑な形
状のアルミナ・アルミニウム複合材成形体物品を、内面
側にＡｌの吹き出しを生ずることなく、全体として均質
な材質状態で得られる成形体製造方法を提供するにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems of the conventional technology for manufacturing a conventional alumina / aluminum composite molded product, and as a result, have found that silicate glass such as quartz glass or the like can be obtained. Alumina sol gel coating is applied to the inner surface of the preform (preform) using
By baking this to form an alumina coating layer on the inner surface, A
The inventors have found that blowing can be suppressed and completed the present invention based on this finding. Therefore, an object of the present invention is to provide a flexible tube,
A molded article obtained by molding a complex-shaped alumina / aluminum composite molded article having a hollow portion such as a U-shaped tube, a flask, a vase type, etc. in a uniform material state as a whole without blowing out Al on the inner surface side. It is to provide a manufacturing method.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、アルミ
ナ・アルミニウム複合材より成り、外表面と内表面とを
有する成形体の製造方法において、珪酸系ガラス材を所
定形状の成形体に成形し、該成形体の内表面側にアルミ
ナゾルを塗布し、ゲル化後焼成して該内表面にアルミナ
層を形成させ、然る後、アルミナ層が形成された成形体
を、不活性ガス雰囲気中で、金属アルミニウムの融液中
に浸積することにより、該成形体のアルミナ層非形成面
から金属アルミニウムを浸透させ、アルミニウムと成形
体内の珪酸成分とを反応させ、該成形体を構成するガラ
ス珪酸質をアルミナ・アルミニウム複合材質に転化させ
ることを特徴とするアルミナ・アルミニウム複合材成形
体の製造方法が提供される。According to the present invention, there is provided a method for producing a molded article comprising an alumina / aluminum composite material and having an outer surface and an inner surface. Then, an alumina sol is applied to the inner surface side of the formed body, gelled and fired to form an alumina layer on the inner surface. Thereafter, the formed body on which the alumina layer is formed is placed in an inert gas atmosphere. Then, by immersing in a melt of metallic aluminum, metallic aluminum is permeated from the non-alumina layer forming surface of the molded body, and the aluminum and the silicate component in the molded body are reacted to form a glass constituting the molded body. There is provided a method for producing an alumina / aluminum composite material, which comprises converting siliceous material to an alumina / aluminum composite material.
【０００８】本発明のアルミナ・アルミニウム複合材成
形体の製造方法は、従来製作が非常に困難であるとされ
ていた、蛇管、Ｕ字管乃至花瓶型、フラスコ等の形状の
複雑なアルミナ・アルミニウム複合材成形体を製造する
に際し、プリホームとして、石英ガラス等の珪素質ガラ
スより成る成形体を用いる点、及び、このプリフォーム
の内面に、アルミナゾルゲルコーティングを施し、ゲル
化後焼成して該内面に薄く緻密なアルミナ層を形成さ
せ、その成形体に金属アルミニウムを溶浸させ、反応さ
せる点が構成上の顕著な特徴である。プリフォームとし
て、石英ガラス等の珪酸質ガラスを用いることにより、
前記した蛇管、Ｕ字管乃至花瓶、フラスコ等の複雑な中
空形状のプリフォーム成形も、例えば、ガラス管を酸素
水素火炎中でガラス細工することにより容易に加工成形
することができる。[0008] The method for producing an alumina-aluminum composite molded article of the present invention is a complex alumina-aluminum having a complicated shape such as a serpentine tube, a U-shaped tube or a vase, and a flask, which has conventionally been considered to be extremely difficult to manufacture. In producing the composite material molded body, a point of using a molded body made of siliceous glass such as quartz glass as a preform, and applying an alumina sol-gel coating to the inner surface of the preform, gelling and firing the gel. A remarkable feature of the constitution is that a thin and dense alumina layer is formed on the inner surface, and the compact is infiltrated with metal aluminum and reacted. By using silicate glass such as quartz glass as the preform,
Preform molding of a complicated hollow shape such as the above-mentioned serpentine tube, U-shaped tube, vase, flask, etc. can also be easily processed and formed, for example, by glassworking a glass tube in an oxygen-hydrogen flame.
【０００９】また、アルミナ・アルミニウム複合材成形
体は、珪酸質物質から成るプリフォームに溶融金属アル
ミニウムを浸透させ、該プリフォーム材料中に於いて、
珪酸（ＳｉＯ2 ）成分と浸透したアルミニウム（Ａｌ）
との間に下記の反応を進行させて作られる。 ３ＳｉＯ2 ＋４Ａｌ→２Ａｌ2 Ｏ3 ＋３Ｓｉ このようにして得られたアルミナ・アルミニウム複合材
料は、典型的には、三次元網目状のマトリックス（Ａｌ
2 Ｏ3 ）の間にアルミニウム（Ａｌ）と珪素（Ｓｉ）の
固溶体が密に存在するミクロ組織構造を有する。このよ
うな組織構造が材料全体にわたって均質に存在した成形
体を得るには、Ａｌがガラス材中に均等に浸透分散しな
ければならないが、既に述べた通り、従来往々にして、
製造工程中に管や瓶の内側に、浸透したＡｌが吹き出
し、単にその内部形状を損ねるだけでなく均質な複合材
の形成をも阻害した。Further, the alumina-aluminum composite material molded article is formed by infiltrating molten metal aluminum into a preform made of a siliceous substance, and in the preform material,
Aluminum (Al) infiltrated with silicic acid (SiO 2 ) component
It is made by advancing the following reaction between 3SiO 2 + 4Al → 2Al 2 O 3 + 3Si The alumina-aluminum composite material thus obtained is typically a three-dimensional network matrix (Al
It has a microstructure structure in which a solid solution of aluminum (Al) and silicon (Si) exists densely between 2 O 3 ). In order to obtain a molded body in which such a structure is homogeneous throughout the material, Al must be uniformly permeated and dispersed in the glass material.
During the manufacturing process, the infiltrated Al blew into the inside of the tube or bottle, not only impairing its internal shape, but also inhibiting the formation of a homogeneous composite.
【００１０】本発明に於いては、Ａｌ融液の浸漬時や反
応時に生ずるこのＡｌの内面への吹き出しのバリヤーと
して、該内面にアルミナゾルゲルコーティングを施した
もので、目的の形状に成形した石英ガラスプリフォーム
の管内面又は容器内面に、例えばアルミニウムアルコキ
シドの加水分解液からなるアルミナゾル塗布液を塗布
し、ゲル化後焼成して薄いアルミナ被膜層を該内面に形
成させる。このようにして形成したアルミナ薄膜層は成
形体内表面に強固に密着し、容易に剥離しないだけでな
く組織が緻密、且つ強靱で、高い耐熱性を示す。この内
面にゾルゲルコーティングにより形成された薄く緻密な
アルミナ層がバリヤーとなって溶融Ａｌの内面側への浸
入を阻止すると共に複合材質の均質化をも担保する。In the present invention, an alumina sol-gel coating is applied to the inner surface as a barrier for blowing the Al to the inner surface generated during immersion or reaction of the Al melt. An alumina sol coating solution composed of, for example, a hydrolyzed solution of aluminum alkoxide is applied to the inner surface of the tube or the inner surface of the container of the glass preform, gelled and fired to form a thin alumina coating layer on the inner surface. The alumina thin film layer thus formed firmly adheres to the surface of the molded body, does not easily peel off, and has a dense and tough structure, and exhibits high heat resistance. A thin and dense alumina layer formed by sol-gel coating on the inner surface serves as a barrier to prevent infiltration of the molten Al into the inner surface and to ensure homogeneity of the composite material.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】本発明に於いて、プリフォームに
用いられる珪酸系ガラスとしては、加工性の良好な、Ｓ
ｉＯ2 成分含有率の高い珪酸質ガラスであれば特に限定
されるものではないが、ＳｉＯ2 成分が９０％以上の珪
酸系ガラス、例えば、石英ガラス、或いはＡｌ2 Ｏ3 、
Ｎａ2 Ｏ、ＣａＯ等の金属酸化物の１種乃至多種とＳｉ
Ｏ2 から成るガラスが好適に使用でき、これ等の内で
も、特に石英ガラスの使用が好ましい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, as a silicate glass used for a preform, S
It is not particularly limited as long as it is a silicate glass having a high iO 2 component content, but a silicate glass having a SiO 2 component of 90% or more, for example, quartz glass or Al 2 O 3 ,
One or more metal oxides such as Na 2 O and CaO and Si
Glass made of O 2 can be suitably used, and among them, quartz glass is particularly preferable.
【００１２】また、成形体の内表面側に塗布するアルミ
ナゾルとしては、これも特に限定されるものではない
が、本発明に於いては、アルミニウムアルコキシドの加
水分解水性液から成るアルミナゾル塗布液を用いること
が好ましく、例えば、アルミニウムトリエトキシド、ア
ルミニウムトリプロポキシド、アルミニウムトリイソプ
ロポキシド、アルミニウムトリブトキシド、モノヒドロ
キシアルミニウムジエトキシド、モノヒドロキシアルミ
ニウムジプロポキシド、モノヒドロキシアルミニウムジ
イソプロポキシド、モノヒドロキシアルミニウムジブト
キシド又はこれらの混合物等のアルミニウムアルコキシ
ド類を希薄鉱酸等で加水分解して得られたコーティング
用のアルミナゾル塗布液を用いることが好ましい。これ
らのアルミニウムアルコキシド類の内でも、本発明に於
いては、特にアルミニウムトリイソプロポキシドの加水
分解物より成るアルミナゾル水溶液を塗布液として用い
ることが、その適正な加水分解速度、ゲル加速度、及び
その焼成により得られるアルミナ被膜層の強靭性、緻密
性、密着性等の観点から最も好ましい。The alumina sol applied to the inner surface side of the molded article is not particularly limited, but in the present invention, an alumina sol coating liquid composed of a hydrolyzed aqueous solution of aluminum alkoxide is used. Preferably, for example, aluminum triethoxide, aluminum tripropoxide, aluminum triisopropoxide, aluminum tributoxide, monohydroxyaluminum diethoxide, monohydroxyaluminum dipropoxide, monohydroxyaluminum diisopropoxide, monohydroxy It is preferable to use an alumina sol coating solution for coating obtained by hydrolyzing aluminum alkoxides such as aluminum dibutoxide or a mixture thereof with a dilute mineral acid or the like. Among these aluminum alkoxides, in the present invention, the use of an aqueous solution of alumina sol composed of a hydrolyzate of aluminum triisopropoxide as the coating liquid particularly provides an appropriate hydrolysis rate, gel acceleration, and the like. It is most preferable from the viewpoint of toughness, denseness, adhesion and the like of the alumina coating layer obtained by firing.
【００１３】該塗布溶液の濃度としては、例えば、アル
ミニウムトリイソプロポキシドを加水分解して用いる場
合、アルミニウムトリイソプロポキシドとして１ｇ／１
００ｍｌ乃至１００ｇ／１００ｍｌの濃度のものを用い
ることが好ましい。アルミナゾルの濃度が、上記下限よ
り薄い場合には、これを焼成して得られるアルミナ被膜
層が、成形体内面全域に連続して形成されず、内面の一
部に皮膜の欠落部が発生する可能性があり、一方、上記
上限より濃い溶液の場合にはゲル化の過程で、成形体内
面相との熱膨張率の相違に起因する剥離が生じやすくな
るため何れも好ましくない。The concentration of the coating solution is, for example, when aluminum triisopropoxide is hydrolyzed and used, 1 g / 1 aluminum triisopropoxide is used.
It is preferable to use one having a concentration of 00 ml to 100 g / 100 ml. If the concentration of the alumina sol is lower than the above lower limit, the alumina coating layer obtained by firing the alumina sol is not continuously formed on the entire inner surface of the molded body, and a missing portion of the coating may be generated on a part of the inner surface. On the other hand, when the solution is thicker than the above upper limit, peeling due to a difference in the coefficient of thermal expansion from the surface phase in the molded body is apt to occur during the gelation, and neither is preferable.
【００１４】このようなアルミニウムアルコキシドの加
水分解水性液から成るアルミナゾル塗布液を調製する方
法としては、例えば、アルミニウムトリイソプロポキシ
ド等のアルミニウムアルコキシド粉末を水あるいはアル
コール性水溶液に懸濁あるいは溶解した液に、塩酸、硫
酸、硝酸等の鉱酸の希薄水溶液を添加し、攪拌しながら
加温還流下に加水分解し、該加水分解反応の終結後更
に、室温で攪拌下に養生してアルミナゾル塗布溶液とす
る。本発明に於いて、珪酸質ガラス成形体（プリフォー
ム成形体）の複合材質化に用いられる浸漬乃至蒸着用の
金属アルミニウムとしては、純度９９％以上、更に好ま
しくは純度９９．９％以上の高純度金属アルミニウムを
用いることが好ましい。As a method for preparing such an alumina sol coating solution comprising an aqueous solution of aluminum alkoxide hydrolyzed, for example, a solution prepared by suspending or dissolving an aluminum alkoxide powder such as aluminum triisopropoxide in water or an alcoholic aqueous solution is used. , A diluted aqueous solution of a mineral acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid is added thereto, and the mixture is hydrolyzed while heating and refluxing with stirring. After the hydrolysis reaction is completed, the mixture is further cured with stirring at room temperature to form an alumina sol coating solution. And In the present invention, the metallic aluminum for immersion or vapor deposition used for forming a composite material of a siliceous glass molded article (preform molded article) has a purity of at least 99%, more preferably at least 99.9%. It is preferable to use pure metal aluminum.
【００１５】次に、本発明のアルミナ・アルミニウム複
合材成形体の製造方法についてより具体的に述べる。前
記石英ガラス等の珪酸系ガラスから成る管、シート、そ
の他の素材を、蛇管、Ｕ字管、フラスコ、花瓶等目的と
する中空物品の形状に、例えば酸素水素火炎バーナーを
用いてガラス細工する等により、加工成形する。続い
て、この予備成形体の内面側表面を必要に応じてフッ酸
洗浄した後、該内面に前記アルミナゾル塗布液を塗布す
る。アルミナゾル塗布量は、塗布液の有効成分含有濃度
等を考慮して、ゲル化焼成後のアルミナ層膜厚が０．１
μｍ乃至５μｍ程度となるように所定厚さ塗布する。こ
の内面アルミナゾル塗布成形体を４０℃乃至２００℃に
保持して塗布されたゾルをゲル化させると共に乾燥し、
その後７００乃至１１００℃で焼成して該成形体の内表
面にアルミナ薄膜層を形成させる。この成形体を、例え
ば、図１に示すような反応炉１中にプリフォ−ム２をワ
−ク上下機構５に吊り下げて装填し、炉内の坩堝３に収
容された溶融金属アルミニウム４中に投入浸漬し、成形
体の外面側から溶融金属アルミニウムを浸透させると共
に反応させる。なお、図１中、符号６は加熱ヒ−タ、７
は不活性ガスであるＡｒガス導入口、８は前記ガスの排
出口である。Next, the method of producing the alumina / aluminum composite material of the present invention will be described more specifically. Tubes, sheets, and other materials made of silicate glass such as the above quartz glass are formed into a hollow article of interest such as a snake tube, a U-shaped tube, a flask, a vase, and the like, for example, by using an oxygen-hydrogen flame burner. To form and process. Subsequently, the inner surface of the preform is washed with hydrofluoric acid as needed, and then the alumina sol coating solution is applied to the inner surface. The amount of the alumina sol applied is set such that the thickness of the alumina layer after gelling and firing is 0.1% in consideration of the concentration of the active ingredient contained in the coating solution.
A predetermined thickness is applied so as to be about 5 μm to 5 μm. This inner surface alumina sol coated molded body is kept at 40 ° C. to 200 ° C. to gel the applied sol and dried,
Thereafter, firing is performed at 700 to 1100 ° C. to form an alumina thin film layer on the inner surface of the molded body. For example, a preform 2 is suspended from a work vertical mechanism 5 in a reaction furnace 1 as shown in FIG. The molten metal aluminum is permeated from the outer surface side of the molded body and reacted. In FIG. 1, reference numeral 6 denotes a heating heater,
Is an inlet for an Ar gas, which is an inert gas, and 8 is an outlet for the gas.
【００１６】この浸漬は、アルミニウムの融点（６６
０．４℃）以上１３００℃以下の温度で、浸漬時間は、
浸漬温度、成形体のサイズ、材料の肉厚等を勘案して適
宜設定されるが、通常、１乃至２０時間程度浸漬する。
本発明では、この浸漬終了後、該アルミニウム融液温度
より、３０乃至２００℃高い温度で加熱後処理すること
が好ましく、これにより成形体の外表面に付着している
過剰のアルミニウム融液を揮散させると共に未反応の珪
酸とアルミニウムとを反応させ、更に複合化された成形
体に残存する歪みを除去する。This immersion is carried out at the melting point of aluminum (66).
0.4 ° C) or more and 1300 ° C or less, and the immersion time is
The temperature is appropriately set in consideration of the immersion temperature, the size of the molded body, the thickness of the material, and the like. Usually, the immersion is performed for about 1 to 20 hours.
In the present invention, after completion of the immersion, it is preferable to perform a post-heating treatment at a temperature 30 to 200 ° C. higher than the temperature of the aluminum melt, thereby volatilizing excess aluminum melt adhering to the outer surface of the molded body. At the same time, unreacted silicic acid is reacted with aluminum, and the distortion remaining in the composite formed body is removed.
【００１７】このようにして得られた本発明のアルミナ
・アルミニウム複合材成形体は、その材質組成が、Ａｌ
2 Ｏ3 ５０乃至９３重量％、Ａｌ５乃至２５重量％、Ｓ
ｉ２乃至２５重量％で、そのミクロ組織構造が、三次元
網目状のＡｌ2 Ｏ3 マトリックスの間にＡｌとＳｉの固
溶体が密に存在する態ようの均質なＡｌ2 Ｏ3 ーＡｌー
Ｓｉ系複合材質となり、中空内面側に金属アルミニウム
の吹き出しのない完全な目的形状を有する中空成形体と
成る。The alumina-aluminum composite material of the present invention thus obtained has a material composition of Al
2 O 3 50 to 93% by weight, Al 5 to 25% by weight, S
i2 to 25% by weight, the microstructure of the homogeneous Al 2 O 3 -Al-Si system is such that a solid solution of Al and Si exists densely between the three-dimensional network Al 2 O 3 matrix. It becomes a composite material and becomes a hollow molded body having a complete target shape without blowing out aluminum metal on the hollow inner surface side.
【００１８】[0018]
【実施例】「実施例１」 （プリホームの作製）外径２０ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの
石英ガラス管を用いて、ガラス細工によりＵ字管を作製
しプリフォームとした。 （アルミナゾル塗布液の調製）８０℃に加温した純水２
５０ｍｌ中にアルミニウムトリイソプロポキシド２５ｇ
を投入し攪拌しながら、これに７０％濃度の硝酸１ｍｌ
を５ｍｌの純水に希釈した希硝酸水溶液を添加して８０
℃で攪拌還流しながら２４時間保持してアルミニウムト
リイソプロポキシドを加水分解させ、アルミナゾル塗布
液を調整した。EXAMPLES Example 1 (Preparation of Preform) A U-shaped tube was prepared by glasswork using a quartz glass tube having an outer diameter of 20 mm and a thickness of 2.5 mm to obtain a preform. (Preparation of alumina sol coating solution) Pure water 2 heated to 80 ° C
25 g of aluminum triisopropoxide in 50 ml
While stirring, add 1 ml of 70% nitric acid
Was added to a diluted aqueous solution of nitric acid diluted with
Aluminum triisopropoxide was hydrolyzed by maintaining the mixture at 24 ° C. with stirring and refluxing for 24 hours to prepare an alumina sol coating solution.
【００１９】（プリホームのアルミナゾルコーティン
グ）前記石英ガラス製Ｕ字管プリフォームの管内面をフ
ッ酸洗浄し、この内面に前記アルミナゾル塗布液を塗布
し、６０℃で３時間以上、更に１２０℃で２時間以上乾
燥さて該塗布層のゾルをゲル化させた。そして、乾燥ゲ
ル化後のプリフォームを１０５０℃で焼成し、本発明の
内面アルミナバリヤー膜付きプリフォームを得た。(Alumina Sol Coating of Preform) The inner surface of the quartz glass U-shaped tube preform was washed with hydrofluoric acid, and the inner surface was coated with the alumina sol coating solution. After drying for 2 hours or more, the sol of the coating layer was gelled. Then, the preform after drying and gelling was fired at 1050 ° C. to obtain a preform with an inner alumina barrier film of the present invention.
【００２０】（プリフォームの複合材化）前記内面アル
ミナバリヤー膜付きＵ字管プリフォームを図１に示した
反応炉内に装填し、該炉内の坩堝に収容された溶融金属
Ａｌ中に、図示した状態に浸漬し、Ａｒガス雰囲気中
で、１０００℃、６時間保持し、Ａｌの浸透と、ＳｉＯ
2 のＡｌ2 Ｏ3 への転化反応を進行させた。反応後のア
ルミナ・アルミニウム複合体化Ｕ字管を取り出し、この
Ｕ字管を縦に切断し、管内部へのＡｌの吹き出し状況を
観察した。結果を表１に示す。(Conversion of Preform into Composite Material) The U-tube preform with the inner surface alumina barrier film was loaded into the reaction furnace shown in FIG. 1, and the molten metal Al contained in the crucible in the furnace was placed in the furnace. It was immersed in the state shown in the figure, kept at 1000 ° C. for 6 hours in an Ar gas atmosphere,
2 was converted to Al 2 O 3 . The alumina-aluminum composite U-tube after the reaction was taken out, the U-tube was cut vertically, and the state of Al blowing into the tube was observed. Table 1 shows the results.
【００２１】「比較例１」実施例１と同ようの石英ガラ
スＵ字管を作製し、内面コーティングを施さず、該内面
を油脂で汚染した石英ガラスＵ字管プリフォームを、実
施例１と同ように反応炉内でアルミナ・アルミニウム複
合材化した。得られたアルミナ・アルミニウム複合材化
Ｕ字管を取り出し、このＵ字管を実施例１と同ように縦
に切断し、管内部へのＡｌの吹き出し状況を観察した。
結果を表１に示す。[Comparative Example 1] A quartz glass U-shaped tube similar to that of Example 1 was prepared, and the inner surface of the quartz glass U-shaped tube preform was coated with oil and grease without coating the inner surface. Similarly, an alumina / aluminum composite material was formed in the reaction furnace. The obtained alumina / aluminum composite material U-shaped tube was taken out, and this U-shaped tube was cut vertically in the same manner as in Example 1, and the state of Al blowing into the tube was observed.
Table 1 shows the results.
【００２２】「比較例２」実施例１と同ようの石英ガラ
スＵ字管を作製し、内面コーティングを施さず、該内面
をフッ酸洗浄した石英ガラスＵ字管プリフォームを、実
施例１と同ように反応炉内でアルミナ・アルミニウム複
合材化した。得られたアルミナ・アルミニウム複合材化
Ｕ字管を取り出し、このＵ字管を実施例１と同ように縦
に切断し、管内部へのＡｌの吹き出し状況を観察した。
結果を表１に示す。Comparative Example 2 A quartz glass U-shaped tube similar to that of Example 1 was manufactured, and the inner surface of the quartz glass U-shaped tube preform was coated with hydrofluoric acid without being coated. Similarly, an alumina / aluminum composite material was formed in the reaction furnace. The obtained alumina / aluminum composite material U-shaped tube was taken out, and this U-shaped tube was cut vertically in the same manner as in Example 1, and the state of Al blowing into the tube was observed.
Table 1 shows the results.
【００２３】[0023]
【表１】 [Table 1]
【００２４】「実施例２」外径１０ｍｍ、肉厚１ｍｍの
石英ガラス管を用いて、巻き内径７０ｍｍ、ピッチ２０
ｍｍ、全長３００ｍｍの蛇管プリフォームをガラス細工
により成形し、この内面に実施例１で用いたアルミナゾ
ル塗布液を塗布し、その後は実施例１と同ように処理し
てアルミナ・アルミニウム複合材化蛇管を作製し、この
蛇管を数カ所で切断して管内部へのＡｌの吹き出し状況
を観察した。その結果切断箇所から観察できた蛇管内部
には、何れにもＡｌの吹き出しは見られなかった。Example 2 Using a quartz glass tube having an outer diameter of 10 mm and a wall thickness of 1 mm, a winding inner diameter of 70 mm and a pitch of 20 mm
A preform having a length of 300 mm and a total length of 300 mm is formed by glasswork, and the inner surface of the preform is coated with the alumina sol coating solution used in Example 1, and then treated in the same manner as in Example 1 to form an alumina / aluminum composite material. Was manufactured, and this serpentine tube was cut at several places, and the state of Al blowing into the tube was observed. As a result, no blow-out of Al was observed in any of the insides of the snake tubes observed from the cut portions.
【００２５】「比較例３」９０メッシュの耐火性アルミ
ナ粒子粉末に有機バインダーを添加し、良く混合した
後、押出成形機を用いて外径１０ｍｍ、肉厚１ｍｍの直
管状に形成し、この管を、実施例２と同型の蛇管に巻こ
うと試みたが途中で折れて蛇管プリフォームを製作する
ことができなかった。Comparative Example 3 An organic binder was added to 90-mesh refractory alumina particle powder, mixed well, and then formed into a straight tube having an outer diameter of 10 mm and a wall thickness of 1 mm using an extruder. Was wound around the same type of flexible tube as in Example 2, but was broken in the middle and a flexible tubular preform could not be manufactured.
【００２６】[0026]
【発明の効果】上述した通り、本発明のアルミナ・アル
ミニウム複合材成形体の製造方法によれば、例えば、蛇
管、Ｕ字管等の管状成形体、フラスコ、花瓶型等の容器
状成形体等、複雑な形状の成形体を、正確にその目的と
する形状に成形できると共に従来のこの種のアルミナ・
アルミニウム複合材成形体の製造方法の問題点とされて
いた、成形体の内面側に金属アルミニウムが吹き出すこ
とがなく、均質なアルミナ・アルミニウム複合材質より
成る成形体を確実且つ容易に製造することができる。As described above, according to the method for producing an alumina / aluminum composite molded product of the present invention, for example, a tubular molded product such as a serpentine tube or a U-shaped tube, a container-shaped molded product such as a flask or a vase type, etc. In addition, it is possible to accurately mold a complex shaped product into its target
A method of manufacturing an aluminum composite material was regarded as a problem, and it was possible to reliably and easily manufacture a molded product made of a homogeneous alumina-aluminum composite material without blowing aluminum metal to the inner surface side of the molded product. it can.
【図１】図１は、本発明の方法で用いるプリフォームの
複合材質化反応炉の一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a reactor for converting a preform into a composite material used in the method of the present invention.
１ 反応炉 ２ プリフォーム ３ 坩堝 ４ 溶融金属アルミニウム ５ ワーク上下機構 ６ ヒーター ７ Ａｒガス導入口 ８ Ａｒガス排出口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactor 2 Preform 3 Crucible 4 Molten aluminum 5 Work vertical mechanism 6 Heater 7 Ar gas inlet 8 Ar gas outlet
Claims (6)
り、外表面と内表面とを有する成形体の製造方法におい
て、珪酸系ガラス材を所定形状の成形体に成形し、該成
形体の内表面側にアルミナゾルを塗布し、ゲル化後焼成
して該内表面にアルミナ層を形成させ、然る後、アルミ
ナ層が形成された成形体を、不活性ガス雰囲気中で、金
属アルミニウムの融液中に浸積することにより、該成形
体のアルミナ層非形成面から金属アルミニウムを浸透さ
せ、アルミニウムと成形体内の珪酸成分とを反応させ、
該成形体を構成するガラス珪酸質をアルミナ・アルミニ
ウム複合材質に転化させることを特徴とするアルミナ・
アルミニウム複合材成形体の製造方法。1. A method for producing a molded body comprising an alumina / aluminum composite material and having an outer surface and an inner surface, wherein a silicate glass material is molded into a molded body having a predetermined shape, and the molded body is provided with an inner surface. Alumina sol is applied, gelled and fired to form an alumina layer on the inner surface. Thereafter, the formed body on which the alumina layer has been formed is immersed in a melt of metallic aluminum in an inert gas atmosphere. By laminating, the metal aluminum penetrates from the alumina layer non-formed surface of the molded body, and reacts the aluminum with the silicate component in the molded body,
Characterized in that the glass silicic acid constituting the molded body is converted into an alumina / aluminum composite material.
A method for producing an aluminum composite material molded article.
ることを特徴とする請求項１に記載されたアルミナ・ア
ルミニウム複合材成形体の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the silicate glass material is a quartz glass material.
液がアルミニウムアルコキシドの加水分解により得られ
たアルミナゾル塗布液であることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載されたアルミナ・アルミニウム複
合材成形体の製造方法。3. An alumina sol coating solution obtained by hydrolysis of an aluminum alkoxide, wherein the coating solution used for the alumina sol coating is used.
A method for producing the alumina-aluminum composite material according to claim 2.
ルミニウムアルコキシドがアルミニウムトリイソプロポ
キシドであることを特徴とする請求項３に記載されたア
ルミナ・アルミニウム複合材成形体の製造方法。4. The method for producing an alumina-aluminum composite material according to claim 3, wherein the aluminum alkoxide used in the alumina sol coating liquid is aluminum triisopropoxide.
トリイソプロポキシド濃度１ｇ／１００ｍｌ乃至１００
ｇ／１００ｍｌの水溶液を加水分解して得られたアルミ
ナゾル溶液であることを特徴とする請求項４に記載され
たアルミナ・アルミニウム複合材成形体の製造方法。5. The alumina sol coating solution has an aluminum triisopropoxide concentration of 1 g / 100 ml to 100 ml.
The method for producing an alumina-aluminum composite material according to claim 4, wherein the aqueous solution is an alumina sol solution obtained by hydrolyzing an aqueous solution of g / 100 ml.
不活性ガス雰囲気中で、高純度アルミニウム融液中に浸
漬し、アルミニウムと成形体内の珪酸成分とを反応さ
せ、その後前記アルミニウム融液温度よりも３０乃至２
００℃高い温度で加熱処理することを特徴とする請求項
１乃至請求項５のいずれかに記載されたのアルミナ・ア
ルミニウム複合材成形体の製造方法。6. A molded article on which the alumina layer is formed,
In an inert gas atmosphere, it is immersed in a high-purity aluminum melt to react aluminum with a silicate component in the molded body.
The method for producing an alumina-aluminum composite material according to any one of claims 1 to 5, wherein the heat treatment is performed at a temperature higher by 00 ° C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10025064A JPH11209834A (en) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | Production of alumina-aluminum composite material formed body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10025064A JPH11209834A (en) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | Production of alumina-aluminum composite material formed body |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11209834A true JPH11209834A (en) | 1999-08-03 |
Family
ID=12155504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10025064A Pending JPH11209834A (en) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | Production of alumina-aluminum composite material formed body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11209834A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100321295B1 (en) * | 1999-06-25 | 2002-03-18 | 박호군 | Ceramics-aluminum composite and its preparation method |
| CN110791673A (en) * | 2019-10-23 | 2020-02-14 | 中国航空制造技术研究院 | Preparation method of nano-particle/hollow sphere composite reinforced metal matrix composite material |
-
1998
- 1998-01-22 JP JP10025064A patent/JPH11209834A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100321295B1 (en) * | 1999-06-25 | 2002-03-18 | 박호군 | Ceramics-aluminum composite and its preparation method |
| CN110791673A (en) * | 2019-10-23 | 2020-02-14 | 中国航空制造技术研究院 | Preparation method of nano-particle/hollow sphere composite reinforced metal matrix composite material |
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