(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物系セラミックスからなる多孔質成形体とともに、アルミニウム合金及び、マグネシウム又はマグネシウム発生源を炉内に納め、前記炉内を昇温するとともに窒素ガスを供給し窒素ガスの雰囲気下にして、窒化マグネシウムを生成し、該窒化マグネシウムの作用で酸化物系セラミックスを還元し、酸化物系セラミックスの多孔質にアルミニウム合金の溶湯を浸透させてアルミニウム基複合材を製造する方法において、
アルミニウム合金の溶湯を重力作用ではほとんど通さずに、溶湯に圧力を掛ければ通すような微細な孔を有するとともに、アルミニウム基複合材から容易に剥がれる性質を有する多孔性仕切り体及び坩堝を準備し、前記坩堝に前記多孔質成形体を入れ、前記多孔質成形体に多孔性仕切り体を載せ、この多孔性仕切り体に前記アルミニウム合金を載せ、炉内を減圧するとともに、加熱することで、前記アルミニウム合金を溶かして多孔性仕切り体上に溜め、次に、炉内を加圧することで溶解アルミニウム合金の上面を加圧して多孔性仕切り体を強制的に通過させ、前記坩堝と多孔性仕切り体の上面を封じる溶解アルミニウム合金により囲まれ炉内と連通していない減圧状態の多孔質成形体に浸透させ、凝固後、アルミニウム基複合材から前記多孔性仕切り体を剥離させて分割することを特徴とするアルミニウム基複合材の製造方法。
【請求項２】
前記多孔性仕切り体は、アルミナの粒子に炭素の粉末を混合したものであり、アルミナの重量に対して炭素の重量は０．３〜５重量％の範囲に設定することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム基複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム基複合材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、先に特願２０００−２１０４３１号「アルミニウム基複合材の製造方法」を提案した。この技術では、次図で説明するようにアルミニウム基複合材を製造する。
図９（ａ）〜（ｃ）は先に提案したアルミニウム基複合材の製造方法の説明図である。
（ａ）：まず、坩堝１０１内に順に多孔質成形体１０２、多孔性仕切り体１０３及びアルミニウム合金１０４を入れ、坩堝１０１を炉１０５内に置く。その次に、炉内を加熱しながら、窒化マグネシウム雰囲気下で多孔質成形体１０２を還元し、その後、炉内を減圧し、溶解アルミニウム合金を多孔性仕切り体１０３上に溜め、引き続き、溶解アルミニウム合金の上面を加圧し、多孔性仕切り体１０３を強制的に通過させて、多孔質成形体１０２に浸透させる。
【０００３】
（ｂ）：溶解アルミニウム合金が凝固することで、アルミニウム基複合材１０６は完成するとともに、多孔性仕切り体１０３及び余ったアルミニウム合金１０４が一体化した状態となる。
（ｃ）：アルミニウム基複合材１０６と多孔性仕切り体１０３との境目を切断工具１０７で切断することにより、アルミニウム基複合材１０６を得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のアルミニウム基複合材の製造方法では、アルミニウム基複合材１０６から多孔性仕切り体１０３並びに余ったアルミニウム合金１０４を切り離す必要があり、アルミニウム基複合材の製造に手間がかかる。すなわち、溶解アルミニウム合金が凝固すると、還元した多孔性仕切り体１０３は強固に接合するため、多孔性仕切り体１０３並びに余ったアルミニウム合金１０４をアルミニウム基複合材１０６から分割するのに時間がかかり、生産コストが嵩む。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、生産コストを低減することができるアルミニウム基複合材の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、酸化物系セラミックスからなる多孔質成形体とともに、アルミニウム合金及び、マグネシウム又はマグネシウム発生源を炉内に納め、炉内を昇温するとともに窒素ガスを供給し窒素ガスの雰囲気下にして、窒化マグネシウムを生成し、窒化マグネシウムの作用で酸化物系セラミックスを還元し、酸化物系セラミックスの多孔質にアルミニウム合金の溶湯を浸透させてアルミニウム基複合材を製造する方法において、アルミニウム合金の溶湯を重力作用ではほとんど通さずに、溶湯に圧力を掛ければ通すような微細な孔を有するとともに、アルミニウム基複合材から容易に剥がれる性質を有する多孔性仕切り体及び坩堝を準備し、坩堝に多孔質成形体を入れ、多孔質成形体に多孔性仕切り体を載せ、この多孔性仕切り体にアルミニウム合金を載せ、炉内を減圧するとともに、加熱することで、アルミニウム合金を溶かして多孔性仕切り体上に溜め、次に、炉内を加圧することで溶解アルミニウム合金の上面を加圧して多孔性仕切り体を強制的に通過させ、坩堝と多孔性仕切り体の上面を封じる溶解アルミニウム合金により囲まれ炉内と連通していない減圧状態の多孔質成形体に浸透させ、凝固後、アルミニウム基複合材から多孔性仕切り体を剥離させて分割することを特徴とする。
【０００７】
完成したアルミニウム基複合材から多孔性仕切り体を分割する工程では、アルミニウム基複合材から容易に剥がれる性質を有する多孔性仕切り体によって、多孔性仕切り体をアルミニウム基複合材から容易に剥離させて、分割することができる。
【０００８】
請求項２では、多孔性仕切り体は、アルミナの粒子に炭素の粉末を混合したものであり、アルミナの重量に対して炭素の重量は０．３〜５重量％の範囲に設定することを特徴とする。
炭素が０．３重量％未満では、アルミナの粒子の濡れ性がよくなるので、アルミナの粒子と溶解アルミニウム合金とは強固な接合となり、剥離し難い。
炭素が５重量％を超えると、多孔性仕切り体の浸透性は悪くなる。
その結果、剥離性の観点から下限を０．３重量％とし、浸透性の観点から上限を５重量％とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法のフローチャートであり、ＳＴはステップを示す。
ＳＴ０１：多孔質成形体、多孔性仕切り体及びアルミニウム合金を準備する。
ＳＴ０２：坩堝内に順に多孔質成形体、多孔性仕切り体及びアルミニウム合金を載せ、坩堝を炉内に置く。
ＳＴ０３：炉内を加熱しながら、窒化マグネシウム雰囲気下で多孔質成形体を還元し、その後、炉内を減圧する。
【００１０】
ＳＴ０４：加熱、減圧状態でアルミニウム合金を溶かし、多孔性仕切り体上に溜める。
ＳＴ０５：溶解アルミニウム合金の上面を加圧し、多孔性仕切り体を強制的に通過させて、多孔質成形体に浸透させる。
ＳＴ０６：凝固後、アルミニウム基複合材から剥離させ分割する。
次に、ＳＴ０１〜ＳＴ０６を具体的に説明する。
【００１１】
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第１説明図である。
（ａ）：まず、多孔性仕切り体用粒子１１を造る。具体的にはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の粒子１２に炭素の粉末１３を混合する。一例として、アルミナの粒子１２の平均粒径は８０μｍで、それを重量Ｗａだけ用意し、一方、炭素の粉末１３の平均粒径は０．１μｍで、それを重量Ｗｃだけ用意する。
【００１２】
炭素の粉末１３の重量Ｗｃは、アルミナの重量Ｗａに対して０．３〜５重量％の範囲に設定する。
炭素が０．３重量％未満では、アルミナの粒子の濡れ性がよくなるので、アルミナの粒子と溶解アルミニウム合金とは強固な接合となり、剥離し難い。
炭素が５重量％を超えると、多孔性仕切り体の浸透性は悪くなる。
その結果、剥離性の観点から下限を０．３重量％とし、浸透性の観点から上限を５重量％とする。
このように炭素の粉末１３を混合することで、アルミニウム基複合材から容易に剥がれる性質を有する多孔性仕切り体を得ることができる。
【００１３】
（ｂ）は（ａ）のｂ部詳細図であり、多孔性仕切り体用粒子１１を示すとともに、混合することで、アルミナの粒子１２の全面に炭素の粉末１３を付着させたことを示す。
【００１４】
（ｃ）：多孔性仕切り体用粒子１１の他に、多孔質成形体１４、及びアルミニウム合金１５を準備する。１６は坩堝である。
多孔質成形体１４は、多孔質アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）にマグネシウム（Ｍｇ）を、例えば、３重量％含有させたものである。
アルミニウム合金１５は、例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の一種であるＪＩＳ−Ａ６０６１（以下、Ａ６０６１と略記する。）である。
【００１５】
図３（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第２説明図である。
（ａ）：引き続いて、坩堝１６に多孔質成形体１４を入れ、この多孔質成形体１４の上に多孔性仕切り体用粒子１１を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの厚さに平に置いて多孔性仕切り体１７を形成し、この多孔性仕切り体１７にアルミニウム合金１５を載せる。
【００１６】
この場合、多孔性仕切り体１７は、多孔性仕切り体用粒子１１を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの厚さに堆積させて形成したもので、アルミニウム基複合材から容易に剥がれる性質を有するものである。
また、多孔性仕切り体１７は、微細な孔であるところの３０μｍ程度の隙間を形成し、多孔性仕切り体１７の厚さが０．５ｍｍ未満だと、重力作用において多孔性仕切り体１７を通る量が多くなり、厚さが２．０ｍｍを超えると、浸透し難くなる。
【００１７】
（ｂ）：素材を入れた坩堝１６をアルミニウム基複合材製造装置２０の雰囲気炉２１内に置く。アルミニウム基複合材製造装置２０は、雰囲気炉２１と、この雰囲気炉２１にガスを供給するアルゴンガス供給手段２２及び窒素ガス供給手段２３と、雰囲気炉２１内を減圧する真空ポンプ２４と、を備えたものである。ここで、減圧とは、大気圧より低い圧力を意味する。
【００１８】
この坩堝１６を置いた雰囲気炉２１内の空気を真空ポンプ２４で真空引きし、一定の真空度に達したら、真空ポンプ２４を止め、アルゴンガス供給手段２２から雰囲気炉２１へアルゴンガス（Ａｒ）２６を矢印▲１▼の如く供給する。そして、雰囲気炉２１内を所望の大気圧以上の圧力に設定する。図面では、白抜き矢印が図面下方に向いて雰囲気炉２１内の圧力が大気圧より高いことを示す。引続いて、雰囲気炉２１内を加熱コイル２７で矢印▲２▼の如く加熱する。
【００１９】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第３説明図である。
（ａ）：雰囲気炉２１内を昇温し、多孔質成形体１４に含有したマグネシウム２８を矢印▲３▼の如く蒸発させる。そして、真空ポンプ２４でアルゴンガス２６を抜きながら窒素ガス（Ｎ2）２９を窒素ガス供給手段２３で流し込み、雰囲気炉２１に窒素ガス２９を矢印▲４▼の如く供給しつつ、大気圧以上に加圧し、窒素ガス２９に置換する。
【００２０】
雰囲気炉２１内が窒素ガス２９の雰囲気になると、窒素ガス（Ｎ2）２９は蒸発したマグネシウム（Ｍｇ）２８と反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ3Ｎ2）３１を生成する。この窒化マグネシウム３１は多孔質成形体１４のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）３２を還元するので、アルミナ３２は濡れ性がよくなる。また、窒化マグネシウム３１は多孔性仕切り体１７のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の粒子１２を少し還元するので、粒子１２は僅かに濡れ性がよくなる。
【００２１】
（ｂ）：アルミナ３２を還元後、窒素ガスの供給を停止し、雰囲気炉２１内の気体を真空ポンプ２４で真空引きし、所定の真空度にする。その際、多孔質成形体１４の気孔内の気体、及び多孔性仕切り体１７の隙間内の気体は矢印▲５▼，▲５▼の如く吸引され、真空度は雰囲気炉２１内と同様となる。図面では、白抜き矢印が図面上方に向いて雰囲気炉２１内及び多孔質成形体１４内の圧力が大気圧より低いことを示す。
【００２２】
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第４説明図である。
（ａ）：所定の真空度に達した後、アルミニウム合金１５の温度は溶解が始まる温度に至り、アルミニウム合金１５の溶湯が多孔性仕切り体１７の上面に溜まり始め、溶湯は上面を封じる。
この場合、多孔性仕切り体１７はアルミナの粒子１２を用いたものなので、溶湯が通過しようとする隙間は小さく、重力作用では溶湯をほとんど通さない。
【００２３】
（ｂ）：アルミニウム合金が全て溶解し、溶解アルミニウム合金３３を得るとともに、溶解アルミニウム合金３３が多孔性仕切り体１７上に溜る。溶解が完了すると、再び溶解アルミニウム合金３３の温度は上昇を始めるので、所定の上限の温度（例えば、９００℃）で保持する。
【００２４】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第５説明図である。
（ａ）：温度を保持しつつ、雰囲気炉２１にアルゴンガス２６をアルゴンガス供給手段２２で矢印▲６▼の如く供給する。そして、雰囲気炉２１内の圧力を所望の圧力まで上げ、保持する。図面では、雰囲気炉２１内の白抜き矢印のみが図面下方に向いて大気圧より高いことを示し、一方、多孔質成形体１４内の白抜き矢印が図面上方に向いて大気圧より低いことを示す。
【００２５】
このようにアルゴンガス２６で雰囲気炉２１内を加圧すると、溶解アルミニウム合金３３の上面が押され、溶解アルミニウム合金３３は多孔性仕切り体１７のそれぞれ隙間に多量に入り始める。このとき、一方の多孔質成形体１４は真空であり、この真空によって、溶解アルミニウム合金３３は多孔性仕切り体１７に引き込まれるから、押し込みの抵抗を小さくすることができる。
【００２６】
（ｂ）：溶解アルミニウム合金３３の上面を加圧して多孔性仕切り体１７を強制的に通過させることで、減圧状態の多孔質成形体１４に溶解アルミニウム合金３３を浸透させる。
【００２７】
図に示す通り多孔性仕切り体１７を設けることで、アルミニウム合金１５（図５（ａ））が全て溶解するまで多孔質成形体１４への浸透を一旦止め、所定量の溶解アルミニウム合金３３を確保する。その結果、加圧によって所定量の溶解アルミニウム合金３３を均等に多孔質成形体１４に浸透させることができる。
【００２８】
また、多孔性仕切り体１７を設けることで、アルミニウム合金１５（図５（ａ））が全て溶解するまで多孔質成形体１４への浸透を一旦止め、浸透しやすい気孔のみから集中して浸透するのを防止する。その後、溶解アルミニウム合金３３の上面を加圧して多孔性仕切り体１７を強制的に通過させることで、減圧状態の多孔質成形体１４に浸透させる。すなわち、多孔質成形体１４の上方の全面からほぼ同時に溶湯の流し込みを開始し、流れやすさに影響されることなく、そのまま下方まで全体的に流しながら、浸透を進めることができる。従って、浸透不良部をなくすることができる。
【００２９】
さらに、多孔性仕切り体１７上に溶解アルミニウム合金３３溜め、その次に、溶解アルミニウム合金３３の上面を加圧して多孔性仕切り体１７を強制的に通過させることで、減圧状態の多孔質成形体１４に浸透させる。その結果、減圧状態の多孔質成形体１４が溶解アルミニウム合金３３を吸引するので、空気溜まりが発生しない。従って、浸透不良部をなくすることができる。
その上、減圧状態の多孔質成形体１４が溶解アルミニウム合金３３を吸引するので、加圧との相乗効果によって効率的に浸透させることができ、生産効率の向上を図ることができる。
【００３０】
図７（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第６説明図である。
（ａ）：溶解アルミニウム合金３３が多孔質成形体１４の全体に浸透する。特に、本発明のアルミニウム基複合材の製造方法では、多孔質成形体１４の深層に位置する中心部３４にまで浸透させることができる。
【００３１】
このように、多孔性仕切り体１７にアルミナの粒子１２を用いることで、多孔質成形体１４内の気体の吸引、溶解アルミニウム合金３３の溜め、及び通過といった流れを制御することができる。その結果、炉内で新たな機械的動作を行う装置を設置する必要がなく、生産コストを削減することができる。
また、アルミナの粒子１２は安価であり、より生産コストを削減することができる。
さらに、アルミナの粒子１２を用いると、多孔性仕切り体１７は多孔質成形体１４に対し同等の成分となり、多孔質成形体１４に悪影響を及ぼさない。
【００３２】
（ｂ）：溶解アルミニウム合金が凝固し、アルミニウム基複合材３５が完成するとともに、アルミニウム基複合材３５に多孔性仕切り体１７並びに余ったアルミニウム合金１５が接合した状態となる。
【００３３】
（ｃ）は（ｂ）のｃ部詳細図であり、多孔性仕切り体１７を設けると、溶解アルミニウム合金が凝固しても、アルミニウム基複合材３５に対する多孔性仕切り体１７の接合強度は弱くなるとともに、多孔性仕切り体１７に対する余ったアルミニウム合金１５の接合強度も弱く、接合強度が弱い状態で一体的になることを示す。
【００３４】
図８（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第７説明図である。
（ａ）：アルミニウム基複合材３５から多孔性仕切り体１７を離す。ここでは、アルミニウム基複合材３５を固定台４１に置き、ハンマ４２などの工具で多孔性仕切り体１７に剪断の力を加えることで、凝固後、アルミニウム基複合材３５から多孔性仕切り体１７を剥離させて分割する。
【００３５】
（ｂ）は（ａ）のｂ部詳細図であり、アルミナの粒子１２に炭素の粉末１３を混合したので、炭素の粉末１３によってアルミナの粒子１２は濡れ性が悪くなり、アルミニウム合金との接合の程度は弱い。その結果、多孔性仕切り体１７に剪断力を矢印▲７▼の如く加えると、炭素の粉末１３が起点となって割れ４３が発生するとともに、炭素の粉末１３を境に割れは伝播し、多孔性仕切り体１７は剥離する。同様に、余ったアルミニウム合金１５も割れ４４を起点に剥離する。
【００３６】
（ｃ）：すなわち、アルミニウム基複合材３５から容易に剥がれる性質を有する多孔性仕切り体１７を設けたので、アルミニウム基複合材３５から多孔性仕切り体１７並びに余ったアルミニウム合金１５を分割するは容易である。従って、アルミニウム基複合材の生産コストを低減することができる。
【００３７】
尚、本発明の実施の形態に示した図８の剥離用工具は一例であり、多孔性仕切り体１７を剥離させる際に使用する工具や治具は任意である。
図３の多孔性仕切り体１７に用いた粒子はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）に限定するものではない。
また、アルミナの平均粒径は８０μｍのみに限定するものではない。
炭素の粉末１３の平均粒径は０．１μｍのみに限定するものではない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、坩堝に酸化物系セラミックスからなる多孔質成形体を入れ、多孔質成形体に微細な孔を有するとともに、アルミニウム基複合材から容易に剥がれる性質を有する多孔性仕切り体を載せ、この多孔性仕切り体にアルミニウム合金を載せ、炉内を減圧するとともに、加熱することで、アルミニウム合金を溶かして多孔性仕切り体上に溜め、次に、炉内を加圧することで溶解アルミニウム合金の上面を加圧して多孔性仕切り体を強制的に通過させることで、坩堝と多孔性仕切り体の上面を封じる溶解アルミニウム合金により囲まれ炉内と連通していない減圧状態の多孔質成形体に浸透させ、凝固後、アルミニウム基複合材から多孔性仕切り体を剥離させて分割する。
完成したアルミニウム基複合材から多孔性仕切り体を分割する際に、アルミニウム基複合材から容易に剥がれる性質を有する多孔性仕切り体によって、多孔性仕切り体を剥離させる。すなわち、多孔性仕切り体に用いた炭素の粉末が濡れ性を悪くするので、多孔性仕切り体とアルミニウム合金とは強固に接合せず、アルミニウム基複合材から多孔性仕切り体を分割するのに手間がかからない。従って、アルミニウム基複合材の生産コストを低減することができる。
【００３９】
請求項２では、多孔性仕切り体は、アルミナの粒子に炭素の粉末を混合したものであり、アルミナの重量に対して炭素の重量は０．３〜５重量％の範囲に設定する。
炭素が０．３重量％未満では、アルミナの粒子の濡れ性がよくなるので、アルミナの粒子と溶解アルミニウム合金とは強固な接合となり、多孔性仕切り体を分割するのに手間がかかる。
炭素が５重量％を超えると、多孔性仕切り体の浸透性は悪くなる。
すなわち、剥離性の観点から下限を０．３重量％とし、浸透性の観点から上限を５重量％とするので、多孔性仕切り体の浸透性を確保することができるとともに、剥離性を確保することができる。従って、生産効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法のフローチャート
【図２】本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第１説明図
【図３】本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第２説明図
【図４】本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第３説明図
【図５】本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第４説明図
【図６】本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第５説明図
【図７】本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第６説明図
【図８】本発明に係るアルミニウム基複合材の製造方法の第７説明図
【図９】先に提案したアルミニウム基複合材の製造方法の説明図
【符号の説明】
１１…多孔性仕切り体用粒子、１２…アルミナの粒子、１３…炭素の粉末、１４…多孔質成形体、１５…アルミニウム合金、１７…多孔性仕切り体、２１…炉（雰囲気炉）、３１…窒化マグネシウム、３５…アルミニウム基複合、Ｗａ…アルミナの重量、Ｗｃ…炭素の重量。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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