(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス粉末またはセラミックス繊維でプリフォームを形成し、そのプリフォームにアルミニウムまたはアルミニウム合金を浸透させ、その浸透させたアルミニウムまたはアルミニウム合金をプリフォームの表面に染み出させることにより作製する金属を被覆した金属−セラミックス複合材料の製造方法において、該製造方法が、次の工程、すなわち、
（１）セラミックス粉末またはセラミックス繊維でプリフォームを形成する工程
（２）金属を被覆する複合材料の表面と一致するプリフォームの表面にＴｉＯ2粉末、ＳｉＯ2粉末またはＳｉ粉末からなるバリア剤を０．１２〜０．３０ｇ／ｃｍ2塗布する工程
（３）アルミニウムまたはアルミニウム合金を浸透させるプリフォームの表面にアルミニウムまたはアルミニウム合金を接触させる工程
（４）それを窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で熱処理して溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を非加圧でプリフォームに浸透させる工程
を順次経る製造方法であることを特徴とする金属を被覆した金属−セラミックス複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属−セラミックス複合材料の製造方法に関し、特に金属を被覆した金属−セラミックス複合材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックス粉末またはセラミックス繊維と金属との複合材料の製造方法においては、鋳造法、高圧鋳造法、高圧含浸法、非加圧浸透法、粉末冶金法等の方法がある。そのうち非加圧浸透法については、セラミックス粉末またはセラミックス繊維でプリフォームを形成し、そのプリフォームに溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で浸透させる方法がある。
【０００３】
この製造方法では、浸透させたアルミニウムまたはアルミニウム合金がプリフォームの表面に染み出るため、通常その染み出る場所のプリフォームの表面にカーボン粉末等のバリア剤を塗布することにより、アルミニウム合金が染み出るのを抑えていた（この製造方法では、後述するように浸透させた金属がアルミニウムであっても染み出る金属はアルミニウム合金となる）。
【０００４】
一方、複合材料の表面に金属を被覆する必要がある場合には、その被覆の必要がある場所の表面と一致するプリフォームの表面に先のバリア剤を塗布しないようにしておくことにより、プリフォームの表面にアルミニウム合金を染み出させ、作製した複合材料の表面にアルミニウム合金、すなわち金属を被覆していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、アルミニウム合金の染み出方が不均一でその染み出る量を均一にすることが難しいため、被覆した金属の表面が、２〜３ｍｍの大きさの凹凸を有する凹凸の大きい表面になるという問題があった。そのため、この面をブラスタ加工やリュウター加工で平滑にしなければならなかった。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術が有する課題に鑑みなされるものであって、その目的は、金属を被覆する方法が浸透させたアルミニウムまたはアルミニウム合金をプリフォームの表面に染み出させる方法であっても、その被覆した金属の表面の凹凸の大きさが従来よりはるかに小さい、金属を被覆した金属−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】
【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、バリア剤を使用するもののそのバリア剤の種類を特定すれば、アルミニウム合金がプリフォームの表面に染み出し、しかもその染み出る量が均一となり、被覆した金属の表面の凹凸の大きさが、０．５ｍｍ以下になるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち本発明は、
セラミックス粉末またはセラミックス繊維でプリフォームを形成し、そのプリフォームにアルミニウムまたはアルミニウム合金を浸透させ、その浸透させたアルミニウムまたはアルミニウム合金をプリフォームの表面に染み出させることにより作製する金属を被覆した金属−セラミックス複合材料の製造方法において、該製造方法が、次の工程、すなわち、
（１）セラミックス粉末またはセラミックス繊維でプリフォームを形成する工程
（２）金属を被覆する複合材料の表面と一致するプリフォームの表面にＴｉＯ2粉末、ＳｉＯ2粉末またはＳｉ粉末からなるバリア剤を０．１２〜０．３０ｇ／ｃｍ2塗布する工程
（３）アルミニウムまたはアルミニウム合金を浸透させるプリフォームの表面にアルミニウムまたはアルミニウム合金を接触させる工程
（４）それを窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で熱処理して溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を非加圧でプリフォームに浸透させる工程
を順次経る製造方法であることを特徴とする金属を被覆した金属−セラミックス複合材料の製造方法とすることを要旨とする。
以下さらに詳細に説明する。
【０００９】
この製造方法は、使用するバリア剤をＴｉＯ2粉末、ＳｉＯ2粉末またはＳｉ粉末に特定し、そのバリア剤を金属を被覆する複合材料の表面と一致するプリフォームの表面に塗布することにより、プリフォームの表面にアルミニウム合金を染み出させることができると共に、その染み出たアルミニウム合金の上面を塗布したバリア剤の膜によって抑えることができるので、染み出たアルミニウム合金の表面、即ち複合材料に被覆した金属の表面の凹凸の大きさを、従来よりはるかに小さくなるようにしたものである。
【００１０】
カーボン粉末などのバリア剤では、浸透したアルミニウムまたはアルミニウム合金がプリフォームの表面に染み出ることはほとんどないが、このＴｉＯ2粉末、ＳｉＯ2粉末またはＳｉ粉末からなるバリア剤では、アルミニウム合金がプリフォームの表面に染み出るものの、それらバリア剤に対するアルミニウム合金の濡れ性がプリフォーム中のセラミックス粉末に対する濡れ性よりはるかに悪いため、その染み出たアルミニウム合金がバリア剤の外側にさらに染み出るのを抑えることができるので、プリフォームの表面に染み出るアルミニウム合金の量が均一となり、複合材料に被覆した金属の表面の凹凸の大きさが、０．５ｍｍ以下の小さい凹凸となる。
【００１１】
そのバリア剤の塗布量としては、０．１２〜０．３０ｇ／ｃｍ2とした。バリア剤の塗布量が０．１２ｇ／ｃｍ2より少ないとアルミニウム合金の染み出る量を均一にできずに被覆した金属の表面の凹凸の大きさが大きくなり、逆に０．３０ｇ／ｃｍ2より多いと雰囲気ガス（窒素）の通気性が悪くなってアルミニウムまたはアルミニウム合金の浸透が悪くなり、バリア剤が塗布されている複合材料の表面にアルミニウム合金の被覆されない部分が発生し、ひいては複合材料の表面部分に浸透されない未浸透部分さえ発生する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法をさらに詳細に述べると、まずセラミックスとして、炭化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム等の一般的なセラミックス粉末またはセラミックス繊維を用意する。そのほかのセラミックスについても、アルミニウムまたはアルミニウム合金と反応しないものであれば何でも構わない。
【００１３】
次にプリフォームに浸透させる金属として、粉末状またはインゴット状のアルミニウムまたはアルミニウム合金を用意する。溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金をプリフォーム中に非加圧で浸透させるには、Ｍｇの存在が必要であるが、そのためには、Ｍｇをアルミニウムまたはアルミニウム合金中に含ませてもよいし、窒素雰囲気中に蒸気として含ませてもよい。従って、浸透させる金属がアルミニウムであっても最終的にはＭｇが取り込まれるため、染み出る金属、すなわち被覆される金属はアルミニウム合金となる。
【００１４】
用意した先のセラミックス粉末またはセラミックス繊維でプリフォームを形成する。プリフォームの形成は慣用の方法で形成することができ、例えば、乾式プレス法、フィルタープレス法、セディメントキャスト法、押出成形法などで形成できる。
【００１５】
得られたプリフォームに対し、まず金属を被覆する複合材料の表面と一致する表面にＴｉＯ2粉末、ＳｉＯ2粉末またはＳｉ粉末からなるバリア剤を０．１２〜０．３０ｇ／ｃｍ2塗布し、次いで、アルミニウムまたはアルミニウム合金を浸透させる表面に用意した先のアルミニウムまたはアルミニウム合金を接触させて配置する。バリア剤の塗布は、スラリー状、あるいはペースト状にすれば簡単に塗布できる。なお、金属を被覆しない面には従来通りその面にカーボン粉末等のバリア剤を塗布すればよい。
【００１６】
それを窒素雰囲気中で７００〜９００℃の温度で熱処理することにより、溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金がプリフォーム中に非加圧で浸透し、それを冷却して塗布したバリア剤を剥がすことにより、表面が平滑なアルミニウム合金で被覆された、即ち金属で被覆された金属−セラミックス複合材料が作製される。表面の凹凸の大きさをさらに小さくする必要があれば、ブラストなどで軽く研磨などすればよく、従来の半分以下の加工時間で平滑な面に仕上げることができる。
【００１７】
以上の方法で複合材料を作製すれば、金属を被覆する方法が浸透させたアルミニウムまたはアルミニウム合金をプリフォームの表面に染み出させる方法であっても、被覆した金属の表面の凹凸の大きさが０．５ｍｍ以下になる、金属を被覆した金属−セラミックス複合材料の製造方法となる。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の実施例を比較例と共に具体的に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００１９】
（実施例１〜６）
（１）金属を被覆した金属−セラミックス複合材料の作製
市販の炭化珪素粉末（信濃電気製錬社製、商品名ＣＧ８００、平均粒径１５μｍ）により３００×３００×１０ｍｍのプリフォームをセディメントキャスト法で形成し、そのプリフォームの下面以外の表面に表１に示すバリア剤をスラリーにして表１に示す量を塗布した後、プリフォームの下面にＡｌ−３Ｍｇ組成のアルミニウム合金のインゴットを配置し、それを窒素雰囲気中で８２５℃の温度で２４時間熱処理して冷却した後、バリア剤を剥がして金属を被覆した複合材料を作製した。
【００２０】
（２）評価
得られた複合材料の被覆した金属の表面の凹凸の大きさをデブスゲージで求めた。また、得られた複合材料を切断し、その切断面を目視観察してアルミニウム合金の浸透状態を調べた。それらの結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１から明らかなように、実施例全てが複合材料の表面に金属が被覆されており、その被覆された金属の表面の凹凸の大きさが０．５ｍｍ以下で、従来例の比較例１よりはるかに凹凸の小さい平滑な表面であった。また、複合材料中のアルミニウム合金の浸透状態も特に問題はなかった。このことは、本発明の製造方法であれば、金属を被覆する方法が浸透させたアルミニウムまたはアルミニウム合金をプリフォームの表面に染み出させる方法であっても、被覆した金属の表面の凹凸の大きさが従来よりはるかに小さい、金属を被覆した金属−セラミックス複合材料の製造方法となることを示している。
【００２３】
（比較例１〜５）
比較として比較例１では、金属を被覆する表面にはバリア剤を塗布しないこととした他は実施例１と同様に金属を被覆した複合材料を作製し、評価した。また、比較例２では、バリア剤を本発明のバリア剤ではないカーボン粉末とした他は実施例２と同様に金属を被覆した複合材料を作製し、評価した。さらに、比較例３〜５では、バリア剤の塗布量を本発明の範囲より多くした他は、それぞれ実施例１、３、５と同様に金属を被覆した複合材料を作製し、評価した。それらの結果も表１に示す。
【００２４】
表１から明らかなように、比較例１では、バリア剤を塗布していないので、被覆された金属の表面の凹凸は３．４５ｍｍと実施例より極めて大きかった。また、比較例２では、バリア剤が本発明のバリア剤でないカーボン粉末であったため、アルミニウム合金の染み出しはほとんどなく、金属を被覆することはできなかった。さらに、比較例３〜５では、バリア剤の塗布量を本発明の範囲より多くしたため、全てに、バリア剤が塗布されている複合材料の表面部分にアルミニウム合金の未浸透部分が発生していた。
【００２５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の製造方法であれば、金属を被覆する方法が浸透させたアルミニウムまたはアルミニウム合金をプリフォームの表面に染み出させる方法であっても、被覆した金属の表面の凹凸の大きさが従来よりはるかに小さい、金属を被覆した金属−セラミックス複合材料の製造方法とすることができるようになった。このことにより、表面の仕上げ加工を必要としない、あるいはそれを必要としてもブラスト加工等の短時間の加工で済む優れた製造方法とすることができるようになった。