(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質無機構造体に繊維状無機材料を隣接配置しながら金属を含浸する複合体の製造方法において、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体からなる多孔質無機構造体、及びアルミナを主成分とする繊維状無機材料を用いることにより、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体に金属が含浸されている第１相と、アルミナを主成分とする繊維状無機材料に金属が含浸されている第２相とが互いに隣接している構造を有する複合体を得ることを特徴とする複合体の製造方法。
【請求項２】
含浸方法が圧力鋳造法及び／又は溶湯鍛造法であることを特徴とする請求項１記載の複合体の製造方法。
【請求項３】
金属がアルミニウムあるいはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の複合体の製造方法。
【請求項４】
前記第２相からなる層の厚みが１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の複合体の製造方法。
【請求項５】
アルミナを主成分とする繊維状無機材料が多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の周囲全面を覆う状態とするか、又は、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体をアルミナを主成分とする繊維状無機材料２枚で挟む状態とすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属或いは合金とセラミックスとからなる複合体（以下、「金属−セラミックス複合体」又は単に「複合体」という）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属−セラミックス複合体は、金属、セラミックスの各々単独では得られない機械的熱的性質の向上を達成できる材料として期待されている。例えば、自動車のピストン部品の耐磨耗材料、ヒートシンクなどの放熱材料としての応用が挙げられる。
【０００３】
金属−セラミックス複合体は、セラミック粉、セラミック繊維を成形し、必要な場合にはさらにこれを焼成して作製した多孔質セラミックス構造体を用い、これを所望の型内の空間に配置し、この空間に溶融金属を流し込むことによって、前記多孔質セラミックス構造体に前記金属を含浸し、これを凝固させることにより作製する。溶融金属を含浸する方法としては、粉末冶金法に基づく方法、例えば、ダイキャスト法（特表平５−５０８３５０号公報）や溶湯鍛造法（まてりあ、第３６巻、第１号、１９９７、４０−４６ページ）等の圧力鋳造による方法、自発浸透による方法（特開平２−１９７３６８号公報）等の各種の方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの製造方法では、金属を含浸する際に、多孔質無機構造体が、それを支える治具、金型等を通じて熱を放散し、局部的な温度不均一を伴い、均質な複合体とならない、或いは溶融金属が金型に接することにより温度が低下し、部分的な流動性の低下が起こり、それに圧力が加わることにより、多孔質構造体が破損されること等の問題がある。
【０００５】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行なった結果、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体からなる多孔質無機構造体にアルミナを主成分とする繊維状無機材料を隣接配置しながら金属を含浸することで、上記問題が無く、金属−セラミックス複合体が作製できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体からなる多孔質無機構造体にアルミナを主成分とする繊維状無機材料を隣接配置しながら金属を含浸することにより、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体に金属が含浸されている第１相と、アルミナを主成分とする繊維状無機材料に金属が含浸されている第２相とが互いに隣接している構造を有する複合体を得ることを特徴とする複合体の製造方法であり、含浸方法が圧力鋳造法及び／又は溶湯鍛造法であることを特徴とする前記の複合体の製造方法である。
【０００７】
本発明は、金属がアルミニウムあるいはアルミニウム合金であることを特徴とする前記の複合体の製造方法であり、アルミナを主成分とする繊維質無機材料に金属が含浸されている第２相からなる層の厚みが１ｍｍ以上であることを特徴とする前記の複合体の製造方法であり、アルミナを主成分とする繊維状無機材料が多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の周囲全面を覆う状態とするか、又は、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体をアルミナを主成分とする繊維状無機材料２枚で挟む状態とすることを特徴とする前記の複合体の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体からなる多孔質無機構造体にアルミナを主成分とする繊維状無機材料を隣接配置しながら金属を含浸することを特徴とする複合体の製造方法である。前記構成を採用することで、金属を含浸する際に、多孔質構造体からの治具、金型等を通しての熱の放散が少なくなるため、該構造体の局部的な温度不均一がおさえられ、均質な複合体を得ることができる。また、溶融金属の金型等との接触による部分的温度低下も防ぐことができるため、溶融金属の部分的な固化にともなう流動性の低下が起こらず破損が少なくなる。
【０００９】
本発明の多孔質炭化珪素セラミックス焼結体からなる多孔質無機構造体としては、金属を含浸し得る気孔を有し、含浸操作等において変形、破壊等が生じがたい、例えば１０ＭＰａ程度の機械的強さを有する各種の多孔質炭化珪素セラミックス焼結体が挙げられる。また、本発明のアルミナを主成分とする繊維質無機材料とは、繊維状のアルミナを主成分とする無機化合物の集合体をいい、特に機械的な強さを必要とせず、ブランケット、マット等のいずれの状態であっても構わない。
【００１０】
更に、本発明の複合体の製造方法によれば、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体からなる多孔質無機構造体に金属が含浸されている第１相と、アルミナを主成分とする繊維質無機材料に金属が含浸されている第２相とが互いに隣接している構造を有する複合体を得ることができる。第１相と第２相は互いに同一の金属により連続的につながっているので、互いに隣接する多孔質無機構造体と繊維質無機材料とが形成する界面で剥離等が起こるのを防止できる効果がある。
【００１１】
本発明において、アルミナを主成分とする繊維質無機材料は多孔質炭化珪素セラミックス焼結体からなる多孔質無機構造体に隣接して設置されていれば良いが、繊維質無機材料が多孔質無機構造体の周囲全面を覆う状態の場合には、得られる複合体の表面に切削加工性に富む前記第２相が存在することになり、好ましい。
【００１２】
更に、本発明によれば、多孔質無機構造体、繊維状無機材料と溶融金属を流し込む型内空間の大きさとを調整することで、例えば、一部がフィン状に突出した形状の第２相からなる層を有する複合体、第２相からなる層で埋まった穴を有する複合体、一部に肉厚の大きな第２相からなる層を有する複合体等を作製することができ、しかも前記第２相からなる層を従来公知の金属加工法を適用することでいろいろな形状の複合体を得ることができる。ここで、従来公知の金属加工法としては、前記の平面研削方法、穴あけ加工方法に例示される機械加工法に限定されるものでなく、金属の加工に適用できるあらゆる方法をいう。
【００１３】
従って、第２相からなる層の厚み、従って多孔質無機構造体に隣接配置する繊維状無機材料の厚みについては、選択される金属加工方法、加工後の複合体の寸法精度等により異なるが、少なくとも０．５μｍ以上であれば良い。金属加工法のうち安価で生産性の高い汎用の機械加工法を適用する場合には、前記第２相からなる層の厚みとしては５０μｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上であることが一層好ましい。尚、その上限値に関しては、特に限定するべき理由がないが、２０ｍｍを越えるときには、例えば、半導体搭載用回路基板の放熱部品として用いるときに、高熱伝導、低熱膨張率であるという複合体の特徴を発揮することが出来ないおそれがある。また、第１相と第２相の熱膨張率の著しい違いにより、複合体の平面度の保持も難しくなる。
【００１４】
本発明の多孔質無機構造体は、上述したとおりに、金属或いは合金を含浸させることが可能な開放気孔を有し、しかも含浸操作において破壊することのない機械的強度を有する炭化珪素セラミックス焼結体であれば、どのようなものでも構わない。
【００１５】
本発明の繊維質無機材料としては、アルミナを主成分とする市販のものを用いることができる。アルミナを主成分とするものは、安価で入手し易い。
【００１６】
本発明に用いる金属については、本発明の目的を達成し得れば、どのようなものであっても構わないが、高熱伝導性、軽量性を達成する目的から、アルミニウム、マグネシウム等の軽合金又はそれらの合金が好ましい。前記合金についても格別の制限はなく、汎用のアルミニウム合金やマグネシウム合金を用いることができる。アルミニウム合金の場合には、鋳造のしやすさ、高熱伝導性の発現の点から、Ｓｉ含有量が４〜１０％のＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ８Ｂ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ８Ｃ、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１２等の鋳造用アルミニウム合金や、１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系、７０００系の展伸用アルミニウム合金が特に好ましい。
【００１７】
上記の多孔質無機構造体と金属の組み合わせに関して、金属としてアルミニウムあるいはアルミニウム系合金、多孔質無機構造体として炭化珪素を用いたアルミニウム−炭化珪素複合体は、軽量、高熱伝導、セラミック基板との熱膨張の適合性の点で特に優れた組合せである。
【００１８】
本発明において、金属の含浸方法としては、従来公知のいろいろな含浸方法を適用することができるが、複合体表面に金属を多量に含む第２相を形成させる必要から、圧力鋳造による方法が望ましい。すなわち、ダイキャスト法による場合には、金型のキャビティをプリフォームよりも表面層の分だけ大きめに作り、キャビティのプリフォーム以外の空間に繊維状無機材料を配置して金属を含浸することにより、表面に第２相を持った複合体を容易に作製することができる。又、溶湯鍛造による場合には、多孔質無機構造体を繊維状無機材料で挟み、或いは包みながら金属を含浸させることにより、或いは、金型内面に繊維状無機材料を配置して金属を含浸させることにより容易に作製することができる。
【００１９】
以下、実施例及び比較例に基づき、本発明を更に詳細に説明する。
【００２０】
【実施例】
〔実施例〕
平均粒径５０μｍの炭化珪素に、バインダーとしてシリカゾルを固形分濃度で５重量％添加し、混合し、プレス成形した後、空気中９００℃で２時間焼成し、気孔率４０％で、大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍの多孔質炭化珪素構造体を作製した。
【００２１】
前記の多孔質炭化珪素構造体１０個について、それぞれを厚さ１０ｍｍのアルミナ質のフェルト（電気化学工業（株）製、アルセンフェルト）２枚で挟み、内径２００ｍｍの金型内に納め、更に金型内に８００℃で溶融したＡｌ−１２重量％Ｓｉ−１重量％Ｍｇ合金を流し込み、押し棒にて１００ＭＰａの圧力で加圧し、複合体を作製した。冷却後、複合体を切り出し、破損状態を目視にて観察したが、何ら異常を認めなかった。
【００２２】
〔比較例〕
アルミナ質のフェルトを用いないこと以外は、実施例と同じ操作を行い、得られた１０個の複合体について、異常の有無を観察したところ、多孔質炭化珪素構造体が割れているものが１個、多孔質炭化珪素構造体にクラックが認められたものが４個であった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、金属を含浸する際に、多孔質無機構造体が、それを支える治具、金型等を通じて熱を放散し、局部的な温度不均一を伴い、均質な複合体とならない、或いは溶融金属の部分的な流動性の低下によって多孔質無機構造体が破損されること等の不都合を解決し、安定して、生産性良く複合体を得ることができるという特徴を有しており、産業上有用である。