(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）溶湯加圧装置内に配設した容器内に窒化アルミニウム粉末を入れ、次いで、容器内の窒化アルミニウム粉末に圧力を加えた後、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによって窒化アルミニウム粉末間にアルミニウム系材料を充填することで母材を作製する工程と、
（ロ）溶射法により該母材の表面をセラミックス材料から成る被覆層で被覆する工程、
から成ることを特徴とする窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法。
【請求項２】
工程（イ）において、ケイ素を添加した溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込むことを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法。
【請求項３】
溶射法により母材の表面をセラミックス材料から成る被覆層で被覆する前に、溶射下地層としてアルミニウムを含んだニッケルを母材表面に溶射することを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法。
【請求項４】
母材の線膨張率をα1［単位：１０-6／Ｋ］、被覆層を構成するセラミックス材料の線膨張率をα2［単位：１０-6／Ｋ］としたとき、（α1−３）≦α2≦（α1＋３）を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法。
【請求項５】
被覆層を構成するセラミックス材料はＡｌ2Ｏ3又は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法。
【請求項６】
（イ）窒化アルミニウム粉末を焼成して得られたプリフォームを溶湯加圧装置内に配設した容器内に収納し、次いで、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによってプリフォームの気孔中にアルミニウム系材料を充填することで母材を作製する工程と、
（ロ）溶射法により該母材の表面をセラミックス材料から成る被覆層で被覆する工程、
から成ることを特徴とする窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法。
【請求項７】
工程（イ）において、ケイ素を添加した溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込むことを特徴とする請求項６に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法。
【請求項８】
溶射法により母材の表面をセラミックス材料から成る被覆層で被覆する前に、溶射下地層としてアルミニウムを含んだニッケルを母材表面に溶射することを特徴とする請求項６に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法。
【請求項９】
母材の線膨張率をα1［単位：１０-6／Ｋ］、被覆層を構成するセラミックス材料の線膨張率をα2［単位：１０-6／Ｋ］としたとき、（α1−３）≦α2≦（α1＋３）を満足することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法。
【請求項１０】
被覆層を構成するセラミックス材料はＡｌ2Ｏ3又は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項６に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法。
【請求項１１】
（イ）溶湯加圧装置内に配設した容器内に窒化アルミニウム粉末を入れ、次いで、容器内の窒化アルミニウム粉末に圧力を加えた後、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによって窒化アルミニウム粉末間にアルミニウム系材料を充填することで得られた母材、及び
（ロ）該母材の表面を被覆したセラミックス材料から成り、溶射法により形成された被覆層、
から成ることを特徴とする窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料。
【請求項１２】
ケイ素を添加した溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込むことを特徴とする請求項１１に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料。
【請求項１３】
母材表面にはアルミニウムを含んだニッケルから成る溶射下地層が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料。
【請求項１４】
母材の線膨張率をα1［単位：１０-6／Ｋ］、被覆層を構成するセラミックス材料の線膨張率をα2［単位：１０-6／Ｋ］としたとき、（α1−３）≦α2≦（α1＋３）を満足することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料。
【請求項１５】
被覆層を構成するセラミックス材料はＡｌ2Ｏ3又は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１１に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料。
【請求項１６】
（イ）窒化アルミニウム粉末を焼成して得られたプリフォームを溶湯加圧装置内に配設した容器内に収納し、次いで、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによってプリフォームの気孔中にアルミニウム系材料を充填することで得られた母材、及び、
（ロ）該母材の表面を被覆したセラミックス材料から成り、溶射法により形成された被覆層、
から成ることを特徴とする窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料。
【請求項１７】
ケイ素を添加した溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込むことを特徴とする請求項１６に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料。
【請求項１８】
母材表面にはアルミニウムを含んだニッケルから成る溶射下地層が設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料。
【請求項１９】
母材の線膨張率をα1［単位：１０-6／Ｋ］、被覆層を構成するセラミックス材料の線膨張率をα2［単位：１０-6／Ｋ］としたとき、（α1−３）≦α2≦（α1＋３）を満足することを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料。
【請求項２０】
被覆層を構成するセラミックス材料はＡｌ2Ｏ3又は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１６に記載の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属粉末を焼結した多孔質金属焼結体を用い、この多孔質金属焼結体の気孔部分にアルミニウム系材料を含浸、固化させた複合材料が、例えば、特開平３−１８９０６３号公報あるいは特開平３−１８９０６４号公報から公知である。このような複合材料は、新規材料として注目されており、自動車の内燃機関部品を始めとする各種の産業分野での実用化が期待されている。
【０００３】
また、このような複合材料は、ヤング率を密度で除した値である比ヤング率を大きくすることが可能なことから、大きな固有音速を有し、優れた振動減衰特性を備えている。従って、このような優れた制震性を有する複合材料を、例えば、ロボットの高速移動アームに応用することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許公開公報に開示された複合材料に、例えば一層優れた耐酸化性や耐腐食性を付与する必要がある場合、この複合材料の表面をＡｌ2Ｏ3や窒化アルミニウムといったセラミックス材料から成る被覆層で被覆する必要がある。然るに、このような被覆層で被覆された複合材料の温度を急変させたとき、複合材料とセラミックス材料との線膨張率の相違に起因して、被覆層に亀裂が入るという問題がある。更には、この複合材料は、自動車の内燃機関部品やロボットのアームの他にも、特性に依っては各種の応用用途が考えられるが、製造コストを抑制することも重要である。
【０００５】
従って、本発明の目的は、耐熱性、耐酸化性、耐腐食性に優れ、しかも、高い熱伝導率と低い線膨張率を有することが要求される構造体の部分や部品あるいは製品の素材として好適に利用され得る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料及びそ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】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法は、溶湯加圧装置内に配設した容器内に窒化アルミニウム粉末を入れ、次いで、容器内の窒化アルミニウム粉末に圧力を加えた後、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによって窒化アルミニウム粉末間にアルミニウム系材料を充填することを特徴とする。
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法は、窒化アルミニウム粉末を焼成して得られたプリフォームを溶湯加圧装置内に配設した容器内に収納し、次いで、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによってプリフォームの気孔中にアルミニウム系材料を充填することを特徴とする。
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法は、
（イ）溶湯加圧装置内に配設した容器内に窒化アルミニウム粉末を入れ、次いで、容器内の窒化アルミニウム粉末に圧力を加えた後、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによって窒化アルミニウム粉末間にアルミニウム系材料を充填することで母材を作製する工程と、
（ロ）該母材の表面をセラミックス材料から成る被覆層で被覆する工程、
から成ることを特徴とする。
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の第４の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法は、
（イ）窒化アルミニウム粉末を焼成して得られたプリフォームを溶湯加圧装置内に配設した容器内に収納し、次いで、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによってプリフォームの気孔中にアルミニウム系材料を充填することで母材を作製する工程と、
（ロ）該母材の表面をセラミックス材料から成る被覆層で被覆する工程、
から成ることを特徴とする。
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料は、溶湯加圧装置内に配設した容器内に窒化アルミニウム粉末を入れ、次いで、容器内の窒化アルミニウム粉末に圧力を加えた後、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによって窒化アルミニウム粉末間にアルミニウム系材料を充填することで製造されることを特徴とする。
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料は、窒化アルミニウム粉末を焼成して得られたプリフォームを溶湯加圧装置内に配設した容器内に収納し、次いで、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによってプリフォームの気孔中にアルミニウム系材料を充填することで製造されることを特徴とする。
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料は、
（イ）溶湯加圧装置内に配設した容器内に窒化アルミニウム粉末を入れ、次いで、容器内の窒化アルミニウム粉末に圧力を加えた後、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによって窒化アルミニウム粉末間にアルミニウム系材料を充填することで得られた母材、及び
（ロ）該母材の表面を被覆したセラミックス材料から成る被覆層、
から成ることを特徴とする。
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明の第４の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料は、
（イ）窒化アルミニウム粉末を焼成して得られたプリフォームを溶湯加圧装置内に配設した容器内に収納し、次いで、溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込み、その後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧することによってプリフォームの気孔中にアルミニウム系材料を充填することで得られた母材、及び、
（ロ）該母材の表面を被覆したセラミックス材料から成る被覆層、
から成ることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１若しくは第２の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料及びその製造方法においては、窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の線膨張率を制御するために、また、本発明の第３若しくは第４の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料及びその製造方法においては、窒化アルミニウム−アルミニウム系材料から成る母材の線膨張率を制御するために、ケイ素を添加した溶融アルミニウム系材料を容器内に流し込むことが好ましい。この場合、アルミニウム系材料とケイ素の合計を１００重量％としたとき、ケイ素を１０乃至３５重量％、好ましくは１６乃至３５重量％、一層好ましくは２０乃至３５重量％添加することが望ましい。尚、以下、本発明の第１若しくは第２の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料及びその製造方法における窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料、並びに、本発明の第３若しくは第４の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料及びその製造方法における窒化アルミニウム−アルミニウム系材料から成る母材を、総称して「複合材料等」と呼ぶ場合がある。
【００１５】
本発明の第３若しくは第４の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料あるいはその製造方法においては、母材の線膨張率をα1［単位：１０-6／Ｋ］、被覆層を構成するセラミックス材料の線膨張率をα2［単位：１０-6／Ｋ］としたとき、（α1−３）≦α2≦（α1＋３）を満足することが、窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の温度を急変させたとき、母材と被覆層を構成するセラミックス材料との線膨張率の相違に起因して被覆層に亀裂が入るという問題の発生を回避する上で好ましい。尚、被覆層を構成するセラミックス材料としてはアルミニウム系材料が好ましく、例えば、Ａｌ2Ｏ3や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を挙げることができる。また、被覆層を構成するセラミックス材料の線膨張率や電気特性を制御するために、例えばＴｉＯ2を添加してもよい。母材の表面をセラミックス材料から成る被覆層で被覆するためには、例えば、被覆層を溶射法にて母材の表面に形成すればよく、あるいは又、予めシート（板）状に作製された被覆層を、例えばロウ付け法にて母材の表面に取り付けてもよい。被覆層で母材の表面全体を被覆してもよいし、表面の一部分を被覆してもよい。尚、一般に、線膨張率αは、物体の長さをＬ、０゜Ｃにおける物体の長さをＬ0、θを温度としたとき、α＝（ｄＬ／ｄθ）／Ｌ0で表すことができる。
【００１６】
母材を構成するアルミニウム系材料としては、純アルミニウムの他、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ等を適宜含むアルミニウム合金等を例示することができる。
【００１７】
窒化アルミニウム／アルミニウム系材料の容積比は、４／６乃至８／２、好ましくは６／４乃至７／３とすることが望ましい。このような容積比にすることによって、複合材料等の線膨張率の適切な制御が得られるばかりか、複合材料等は、純粋なセラミックスの電気伝導度や熱伝導度よりも金属に近づいた値を有するようになる。
【００１８】
容器内に溶融アルミニウム系材料を流し込む際の窒化アルミニウム粉体若しくは窒化アルミニウムから作製されたプリフォームの温度は、５００乃至１０００゜Ｃ、好ましくは７００乃至８００゜Ｃとすることが望ましい。また、容器内に流し込む際の溶融アルミニウム系材料（溶湯アルミニウム系材料）の温度は、７００乃至１０００゜Ｃ、好ましくは７５０乃至９００゜Ｃとすることが望ましい。更には、容器内の溶融アルミニウム系材料の加圧は高圧鋳造法にて行うことが好ましい。この場合の溶融アルミニウム系材料に加える絶対圧は、２００乃至１５００ｋｇｆ／ｃｍ2、好ましくは８００乃至１０００ｋｇｆ／ｃｍ2とすることが望ましい。
【００１９】
本発明の第１あるいは第３の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料あるいはその製造方法においては、窒化アルミニウム粉末の平均粒径は１０乃至１００μｍであることが望ましい。尚、異なる平均粒径を有する窒化アルミニウム粉末を混合して窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料あるいは母材の製造に供してもよい。平均粒径の異なる窒化アルミニウム粉末を混合することによって、複合材料等の気孔率（空隙率）の制御を行うことができる。この場合には、平均粒径Ｒ1を有する窒化アルミニウム粉末と、平均粒径３Ｒ1を〜５Ｒ1を有する窒化アルミニウム粉末とを、前者に対して後者を３〜５倍の体積割合で混合して、窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料あるいは母材の製造に供することが好ましいが、このような値に限定するものではない。平均粒径の異なる窒化アルミニウム粉末をこのような条件にて混合することによって、複合材料等の気孔率の極小値化を図ることができる。尚、窒化アルミニウム粉末を入れるための容器は、窒化アルミニウムに圧力を加えたとき所望の形状に賦形できるような容器、具体的には鋳型とすることが好ましい。容器内の窒化アルミニウム粉末に加える絶対圧は、加圧後の窒化アルミニウム粉末に要求される気孔率に基づき決定すればよく、５０ｋｇｆ／ｃｍ2乃至３トンｆ／ｃｍ2、好ましくは１００ｋｇｆ／ｃｍ2乃至２．５トンｆ／ｃｍ2とすることが望ましい。
【００２０】
本発明の第２あるいは第４の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料及びその製造方法においては、窒化アルミニウム粉末を焼成してプリフォームを作製するが、かかるプリフォームは、例えば、金型プレス成形法、静水圧成形法、鋳込み成形法、あるいは泥漿鋳込み成形法によって窒化アルミニウム粉末を成形した後、５００乃至１０００゜Ｃ、好ましくは８００乃至１０００゜Ｃの温度で焼成を行うことによって得ることができる。プリフォームを収納するための容器も、具体的には鋳型とすることが好ましい。
【００２１】
アルミニウム系材料は、高い熱伝導率を有するが、耐熱性や耐酸化性、耐腐食性に問題があるし、線膨張率も２３×１０-6／Ｋと高い。一方、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、周知のように、セラミックスとしては高い熱伝導率（０．２３５ｃａｌ／ｃｍ・秒・Ｋ，９８．３Ｗ／ｍ・Ｋ）、及び、低い線膨張率（５．１×１０-6／Ｋ）を有し、また、セラミックスであるが故に、高い耐熱性や耐酸化性、耐腐食性を有する。本発明において、窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料は、窒化アルミニウムとアルミニウム系材料の２成分、所望に応じて、窒化アルミニウムとアルミニウム系材料とケイ素の３成分から構成されている。従って、本発明の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料は、窒化アルミニウムの有する性質とアルミニウム系材料の有する性質の中間的な性質を有する。
【００２２】
ところで、セラミックス材料とアルミニウム系材料から構成された複合材料の製造方法として、非加圧含浸法が知られている。この非加圧含浸法は、セラミックス製のプリフォームを１２００゜Ｃ前後に加熱した状態で、セラミックス材料の濡れ性向上のためにＭｇ雰囲気（例えば、Ｍｇ分圧が５ｈＰａ以上の雰囲気）とし、圧力を加えること無く、溶融アルミニウム系材料をプリフォームの気孔中に含浸、充填させる。しかしながら、含浸、充填に長時間を要するために、複合材料の製造コストが上昇するといった問題がある。
【００２３】
然るに、本発明においては、所謂高圧鋳造法を採用しているので、短時間で複合材料を作製することができる。
【００２４】
また、本発明の第２若しくは第４の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法においては、予め鋳型を作製しておき、係る鋳型を使用して窒化アルミニウムから成るプリフォームを作製すればよいので、複合材料の製造コストの低減を図ることができる。
【００２５】
製造すべき窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の形状にも依るが、場合によっては、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧したとき、窒化アルミニウムから作製されたプリフォームにクラックが発生し、このクラックの部分にはアルミニウム系材料のみが存在するといった問題が生じることがある。このような場合には、本発明の第１若しくは第３の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法を採用すればよい。即ち、原材料として窒化アルミニウムの粉末を使用し、容器内の窒化アルミニウム粉末に圧力を加えることによって所望の形状に賦形した後、あるいは窒化アルミニウム粉末を高密度化し固めた後、容器内の溶融アルミニウム系材料を加圧するので、クラックの発生を確実に防止することができ、複合材料の製造歩留まりの向上を図ることができる。また、容器（例えば鋳型）内で窒化アルミニウム粉末を所望の形状に賦形することができるので、複合材料の製造コストの低減を図ることができる。
【００２６】
尚、純アルミニウム９０重量％に対してケイ素を１０重量％添加したアルミニウム系材料の線膨張率は２１×１０-6／Ｋであり、純アルミニウムの線膨張率よりも低くなる。このようにケイ素の添加割合により複合材料等の線膨張率の制御を行うことができ、或る程度、所望の線膨張率を有する複合材料等を製造することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、発明の実施の形態（以下、実施の形態と略称する）に基づき本発明を説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
実施の形態１は、本発明の第１の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料及びその製造方法に関する。実施の形態１においては、先ず、図１の（Ａ）に模式図を示す溶湯加圧装置内に配設した容器（鋳型）１０内に窒化アルミニウム粉末１１を入れた（充填した）。窒化アルミニウム粉末としては、平均粒径１０μｍの窒化アルミニウム粉末と、平均粒径４０μｍの窒化アルミニウム粉末とを、前者を２５体積％、後者を７５体積％、混合したものを使用した。そして、容器１０内の窒化アルミニウム粉末を図示しないヒータで約７００゜Ｃに加熱した状態で、容器１０内の窒化アルミニウム粉末に絶対圧１００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力をプレス機１２によって加えた（図１の（Ｂ）の模式図参照）。これによって、窒化アルミニウム粉末１１は高密度化され固められ、所望の形状に賦形された。
【００２９】
その後、約８００゜Ｃの溶融（溶湯）アルミニウム系材料１３（実施の形態１においては、純アルミニウムを使用）を容器１０内に流し込んだ。尚、溶融アルミニウム系材料１３を容器１０内に流し込む際、溶融アルミニウム系材料１３に塊状のケイ素１４を添加した（図２の（Ａ）の模式図参照）。ケイ素の添加割合は、純アルミニウム７５重量％／ケイ素２５重量％とした。次いで、高圧鋳造法を実行した。即ち、容器１０内の溶融アルミニウム系材料を絶対圧１トン／ｃｍ2にてプレス機１２によって加圧した（図２の（Ｂ）の模式図参照）。これによって、窒化アルミニウム粉末間（気孔内）にアルミニウム系材料が含浸、充填された窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料を得ることができた。こうして得られた窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の熱伝導率は１７６Ｗ／ｍ・Ｋであり、線膨張率は６．７×１０-6／Ｋであった。
【００３０】
（実施の形態２）
実施の形態２は、本発明の第３の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料及びその製造方法に関する。実施の形態２においては、実施の形態１にて作製された窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料を母材１５とし、この母材１５の表面をセラミックス材料（実施の形態２においてはＡｌ2Ｏ3を使用）から成る被覆層１６で被覆した。このような構造を有する窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の模式的な断面図を図３に示す。被覆方法は真空溶射法とした。具体的には、厚さ約０．２ｍｍのＡｌ2Ｏ3から成る被覆層を、真空溶射法にて母材の表面に形成した。尚、Ａｌ2Ｏ3の線膨張率は約８×１０-6／Ｋである。従って、α2は約８である。一方、母材の線膨張率は６．７×１０-6／Ｋであり、（α1−３）≦α2≦（α1＋３）の関係を満足している。尚、溶射下地層として例えばアルミニウムを約５重量％含んだニッケル（Ｎｉ−５重量％Ａｌ）を母材表面に溶射しておき、この溶射下地層上にセラミックス材料から成る被覆層を真空溶射法にて形成してもよい。
【００３１】
（実施の形態３）
実施の形態３は、本発明の第２の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料及びその製造方法に関する。実施の形態３においては、先ず、図４に模式図を示す溶湯加圧装置内に配設した容器（鋳型）１０内に、窒化アルミニウム粉末を焼成して得られたプリフォーム２０を収納した。プリフォームは、平均粒径１５μｍの窒化アルミニウム粉末を泥漿鋳込み成形法にて成形した後、約５００゜Ｃの温度で焼成を行うことによって得た。
【００３２】
そして、容器１０内のプリフォーム２０を図示しないヒータで約８００゜Ｃに加熱した状態で、塊状のケイ素を１６重量％含む約８００゜Ｃの溶融（溶湯）アルミニウム系材料１３（実施の形態３においても、純アルミニウムを使用）を容器１０内に流し込んだ（図５の（Ａ）の模式図参照）。次いで、高圧鋳造法を実行した。即ち、容器１０内の溶融アルミニウム系材料を絶対圧１トン／ｃｍ2にてプレス機１２によって加圧した（図５の（Ｂ）の模式図参照）。これによって、プリフォームの気孔中にアルミニウム系材料が含浸、充填された窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料を得ることができた。こうして得られた窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の熱伝導率は１８５Ｗ／ｍ・Ｋであり、線膨張率は７．３×１０-6／Ｋであった。
【００３３】
（実施の形態４）
実施の形態４は、本発明の第４の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料及びその製造方法に関する。実施の形態４においては、実施の形態３にて作製された窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料を母材とし、この母材の表面をセラミックス材料（実施の形態４においてもＡｌ2Ｏ3を使用）から成る被覆層で被覆した。被覆方法は真空溶射法とした。具体的には、厚さ約０．２ｍｍのＡｌ2Ｏ3から成る被覆層を、真空溶射法にて母材の表面に形成した。尚、Ａｌ2Ｏ3の線膨張率は約８×１０-6／Ｋである。従って、α2は約８である。一方、母材の線膨張率は７．３×１０-6／Ｋであり、（α1−３）≦α2≦（α1＋３）の関係を満足している。尚、溶射下地層として例えばアルミニウムを約５重量％含んだニッケル（Ｎｉ−５重量％Ａｌ）を母材表面に溶射しておき、この溶射下地層上にセラミックス材料から成る被覆層を真空溶射法にて形成してもよい。
【００３４】
（実施の形態５）
実施の形態１の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法に基づき、自動車の内燃機関用のシリンダブロックを作製した。得られたシリンダブロックは高い耐摩耗性を有していた。また、実施の形態２の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法に基づき、自動車の内燃機関用のピストン部を作製した。尚、母材の表面を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る被覆層で被覆した。被覆方法として真空溶射法を採用した。得られたピストン部は、従来のピストン部に比べて熱負荷に対する耐性が大幅に向上し、ピストン部の摩耗を防ぐことができた。しかも、線膨張率α1とα2との差は約２×１０-6／Ｋであるが故に、高温下の内燃機関にて使用したときでも、線膨張率の差に起因したピストン部の損傷発生を防止することができた。
【００３５】
（実施の形態６）
実施の形態２の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法に基づき、自動車の内燃機関用の自動燃料噴射装置の制御用電子部品を実装するための基板を作製した。得られた基板は、高い熱伝導率を有し、しかも高い耐久性を有しており、基板の信頼性が大幅に向上した。
。
【００３６】
以上、本発明を、発明の実施の形態に基づき説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。発明の実施の形態にて説明した本発明の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料や母材の作製条件は例示であり、適宜変更することができる。また、発明の実施の形態にて説明した本発明の窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の適用分野も例示であり、制震性を利用したロボットのアームや、高い熱伝導率と高耐久性を利用した複写機のトナー定着（現像）ロール、あるいはロケット用部品等の宇宙科学分野等、広い技術分野への応用が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、耐熱性、耐酸化性、耐腐食性に優れ、且つ、高い熱伝導率と低い線膨張率を有することが要求される構造体の部分や部品あるいは製品の素材として好適に利用され得る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料を安価に提供することが可能となる。また、本発明の第１若しくは第３の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法を採用すれば、複合材料等にクラックが発生することを確実に防止することができ、複合材料の製造歩留まりの向上を図ることができる。尚、溶融アルミニウム系材料へのケイ素の添加割合により複合材料等の線膨張率の制御を行うことができるが故に、或る程度、所望の線膨張率を有する複合材料等を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法を説明するための容器等の模式図である。
【図２】図１に引き続き、本発明の第１の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法を説明するための容器等の模式図である。
【図３】本発明の第２の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法によって製造された窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の模式的な断面図である。
【図４】本発明の第３の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法を説明するための容器等の模式図である。
【図５】図４に引き続き、本発明の第３の態様に係る窒化アルミニウム−アルミニウム系複合材料の製造方法を説明するための容器等の模式図である。
【符号の説明】
１０・・・容器、１１・・・窒化アルミニウム粉末、１２・・・プレス機、１３・・・溶融（溶湯）アルミニウム系材料、１４・・・ケイ素、１５・・・母材、１６・・・被覆層、２０・・・プリフォーム
【図１】
0003739913.tif 000002
【図２】
0003739913.tif 000003
【図３】
0003739913.tif 000004
【図４】
0003739913.tif 000005
【図５】
0003739913.tif 000006