金属−セラミック−複合材料の製造法
プレスおよび同時熱処理または後熱処理による硬質金属粉末からなる成形体の製造は公知である。乾燥プレスされた成形体を製造するための硬質粉末とアルミニウム粉末との混合はその一例である。分離および均質性の喪失の危険に基づき、例えば従来技術により硬質材料粒子をアルミニウム粉末へ添加する際、上限は約２０体積％である。混合物中の硬質材料粒子の割合を高めるために、本発明により金属−セラミック−複合材料の製造法が提案され、該方法は２５〜７９体積％の割合を有する１種以上の金属相、有利にはアルミニウムおよびその合金と、７５〜２１体積％の割合を有するセラミック材料としての１種以上の非金属無機成分、有利には炭化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、炭素およびケイ酸塩とからなるベース組成物を有する粉末を乾燥プレスすることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属−セラミック−複合材料（ＭＫＶ−材料）の製造に関する。
【０００２】
こんにち市場で公知の金属−セラミック−複合材料のための製造法は、液体金属による多孔質の前駆体の溶浸、粒子または繊維の金属溶融物への導入、金属−セラミック−混合物の噴霧圧密成形(Spruehkompaktieren)または遠心鋳造のいずれかに基づいている。
【０００３】
溶浸法の場合、セラミックのベース材料がプレスされかつ９００℃〜１２００℃の温度で硬化される。引き続き多孔質のプレスされた物体は、費用が掛かる第二の処理工程において金属材料により溶浸される。粒子または繊維が溶融物中に導入される場合、充填率は一般的に最大２５体積％に制限される。問題は液体溶融物中に粒子が沈降することであり、該沈降により不均質の構造物が生じる。遠心鋳造のような代替的な製造法では、異なった重さの硬質材料粒子にかかる遠心力の影響に基づき該粒子がワークピース中で不均質に分散される。粒子強化射出成形材料 (partikelverstaerkter Spritzgussmassen)が使用される場合、組織が形成される危険が存在する。
【０００４】
プレスおよび同時熱処理または後熱処理による硬質金属粉末からなる成形体の製造は公知である。複合材料の製造では材料特性により混合物の比が決定される。乾式プレスされた成形体を製造するための硬質材料粉末とアルミニウム粉末との混合はその一例である。分離および均質性の喪失の危険に基づき、例えば従来技術により硬質材料粒子をアルミニウム粉末へ添加する場合、上限は約２０体積％である。
【０００５】
本発明の課題は、乾式プレスされた成形体の混合物中での硬質材料粒子の割合を公知の欠点が生じることなく高めることである。
【０００６】
前記課題の解決は、２１〜７５体積％のセラミック割合を有する金属−セラミック−粉末−混合物を用いて行われ、これは乾式プレスによりプレスされ安定な成形体となる。セラミック材料の一部は、硬質材料、例えばＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（ＣＮ）およびＷＣで取り替えてもよい。
【０００７】
そのつどの硬質材料粒子またはセラミック粒子の粒径は０．２μｍ〜１５０μｍであり、有利なのは３０μｍ〜７０μｍのＤ５０値である。
【０００８】
意想外にも、粉末冶金学から公知の例えば６０００ｂａｒの高いプレス圧力は必要ではない。すでに２０００ｂａｒのプレス圧力により、高密度のかつ機能性の構成部材を製造することができる。
【０００９】
乾式プレスのために金属−セラミック−粉末−混合物が使用され、該混合物は２５〜７９体積％の割合を有する１種以上の金属相、有利にはアルミニウムおよびその合金と、７５〜２１体積％の割合を有するセラミック材料としての１種以上の非金属無機成分、有利には炭化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、炭素およびケイ酸塩とからなるベース組成物により特徴づけられる。プレス工程の間またはプレスした後に、構造物を硬化させかつその結合強度を高めるために圧縮された粉末体を熱的に処理する。
【００１０】
ＳｉＣおよびＡｌをベースとする有利なＭＫＶ−材料は、Ａｌ２５〜７９体積％およびＳｉＣ７５〜２１体積％の組成を有し、例えば１８０Ｗ／ｍＫの熱伝導率、例えば２００ＭＰａの曲げ強度ならびに例えば２００ＧＰａの弾性係数を伴う。
【００１１】
５０体積％より大きい金属割合を有する金属−セラミック−複合材料は、金属−マトリックス−複合材（ＭＭＣ）と呼ばれる。セラミック割合が５０体積％を上回る場合、材料はセラミック−マトリックス−複合材（ＣＭＣ）と呼ばれる。
【００１２】
該材料は高い熱伝導率を有し、これは殊に局所的な過熱の回避下での、熱源から加熱されるべき材料への迅速でかつ均一な熱の伝達のために有利である。そのためここでは熱アシストされた形状付与の技術も一緒に組み込んでよい。成形体の均一かつ迅速な加熱は熱処理をプレス成形用金型において行うホットプレス法の際にとりわけ有利である。これは均一な材料構造物を形成するための条件である。材料を加熱するためのマイクロ波放射線の使用も考えられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属−セラミック−複合材料（ＭＫＶ−材料）の製造に関する。
【０００２】
こんにち市場で公知の金属−セラミック−複合材料のための製造法は、液体金属による多孔質の前駆体の溶浸、粒子または繊維の金属溶融物への導入、金属−セラミック−混合物の噴霧圧密成形(Spruehkompaktieren)または遠心鋳造のいずれかに基づいている。
【０００３】
溶浸法の場合、セラミックのベース材料がプレスされかつ９００℃〜１２００℃の温度で硬化される。引き続き多孔質のプレスされた物体は、費用が掛かる第二の処理工程において金属材料により溶浸される。粒子または繊維が溶融物中に導入される場合、充填率は一般的に最大２５体積％に制限される。問題は液体溶融物中に粒子が沈降することであり、該沈降により不均質の構造物が生じる。遠心鋳造のような代替的な製造法では、異なった重さの硬質材料粒子にかかる遠心力の影響に基づき該粒子がワークピース中で不均質に分散される。粒子強化射出成形材料 (partikelverstaerkter Spritzgussmassen)が使用される場合、組織が形成される危険が存在する。
【０００４】
プレスおよび同時熱処理または後熱処理による硬質金属粉末からなる成形体の製造は公知である。複合材料の製造では材料特性により混合物の比が決定される。乾式プレスされた成形体を製造するための硬質材料粉末とアルミニウム粉末との混合はその一例である。分離および均質性の喪失の危険に基づき、例えば従来技術により硬質材料粒子をアルミニウム粉末へ添加する場合、上限は約２０体積％である。
【０００５】
本発明の課題は、乾式プレスされた成形体の混合物中での硬質材料粒子の割合を公知の欠点が生じることなく高めることである。
【０００６】
前記課題の解決は、２１〜７５体積％のセラミック割合を有する金属−セラミック−粉末−混合物を用いて行われ、これは乾式プレスによりプレスされ安定な成形体となる。セラミック材料の一部は、硬質材料、例えばＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（ＣＮ）およびＷＣで取り替えてもよい。
【０００７】
そのつどの硬質材料粒子またはセラミック粒子の粒径は０．２μｍ〜１５０μｍであり、有利なのは３０μｍ〜７０μｍのＤ５０値である。
【０００８】
意想外にも、粉末冶金学から公知の例えば６０００ｂａｒの高いプレス圧力は必要ではない。すでに２０００ｂａｒのプレス圧力により、高密度のかつ機能性の構成部材を製造することができる。
【０００９】
乾式プレスのために金属−セラミック−粉末−混合物が使用され、該混合物は２５〜７９体積％の割合を有する１種以上の金属相、有利にはアルミニウムおよびその合金と、７５〜２１体積％の割合を有するセラミック材料としての１種以上の非金属無機成分、有利には炭化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、炭素およびケイ酸塩とからなるベース組成物により特徴づけられる。プレス工程の間またはプレスした後に、構造物を硬化させかつその結合強度を高めるために圧縮された粉末体を熱的に処理する。
【００１０】
ＳｉＣおよびＡｌをベースとする有利なＭＫＶ−材料は、Ａｌ２５〜７９体積％およびＳｉＣ７５〜２１体積％の組成を有し、例えば１８０Ｗ／ｍＫの熱伝導率、例えば２００ＭＰａの曲げ強度ならびに例えば２００ＧＰａの弾性係数を伴う。
【００１１】
５０体積％より大きい金属割合を有する金属−セラミック−複合材料は、金属−マトリックス−複合材（ＭＭＣ）と呼ばれる。セラミック割合が５０体積％を上回る場合、材料はセラミック−マトリックス−複合材（ＣＭＣ）と呼ばれる。
【００１２】
該材料は高い熱伝導率を有し、これは殊に局所的な過熱の回避下での、熱源から加熱されるべき材料への迅速でかつ均一な熱の伝達のために有利である。そのためここでは熱アシストされた形状付与の技術も一緒に組み込んでよい。成形体の均一かつ迅速な加熱は熱処理をプレス成形用金型において行うホットプレス法の際にとりわけ有利である。これは均一な材料構造物を形成するための条件である。材料を加熱するためのマイクロ波放射線の使用も考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属−セラミック−複合材料の製造法において、２５〜７９体積％の割合を有する１種以上の金属相、有利にはアルミニウムおよびその合金と、７５〜２１体積％の割合を有するセラミック材料としての１種以上の非金属無機成分、有利には炭化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、炭素およびケイ酸塩とからなるベース組成物を有する粉末を乾式プレスすることを特徴とする、金属−セラミック−複合材料の製造法。
【請求項２】
セラミック材料の一部が、硬質材料、例えばＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（ＣＮ）およびＷＣで取り替えられることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
成形体にするための粉末圧縮を単軸プレスにより行うことを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
成形体にするための粉末圧縮を等方プレスにより行うことを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
プレス圧力が７０００ｂａｒより小さく、有利には２０００ｂａｒより小さいことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
プレスされた成形体を硬化させるために続けて熱処理を５００℃〜１０００℃の温度で行うことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
成形体をすでにプレス工程において１００℃〜１０００℃の温度で、有利には５５０℃〜７００℃の温度で熱処理に供することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
粉末の粒径が０．２μｍ〜１５０μｍ、有利なＤ５０値が３０μｍ〜７０μｍにあることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
金属材料とのろう接−接合技術、溶接−接合技術および摩擦溶接−接合技術のためのベース材料として使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１０】
金属材料がアルミニウムおよびその合金であることを特徴とする、請求項９記載の成形体。
【請求項１１】
金属および非金属材料との収縮−接合技術、クリンピング−接合技術およびクリッピング−接合技術のためのベース材料として使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１２】
ポンプおよび圧縮機のためのスライダーリング、カウンターリング、軸方向のスラストワッシャ、シールワッシャ、ラジアル軸受、側板、およびベーンセル式ポンプおよびローターセル式ポンプおよびローターセル式圧縮機のローター、ベーンおよびハウジングリングとして使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１３】
個人保護、車両保護および物体保護の領域において使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１４】
ナイフエッジおよび相応する切断工具の刃先および切断エッジを研磨するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１５】
ラジアル軸受およびスラスト軸受のためのシャフト材料および軸材料として使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１６】
計量弁、調整弁および閉鎖弁および付属品において使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１７】
ミルおよび他の粉砕装置において使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１８】
繊維工業におけるガイドとして、繊維およびヤーンを偏向するために、およびテキスチャリングするために、スレッドブレーキとして、および回転紡績におけるローター材料として使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１９】
線引加工の際およびワイヤ変形する際に使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項２０】
輸送工学における部材において使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項２１】
ワークピース加工および表面加工において切削工具としてかつ研削工具として使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１】
金属−セラミック−複合材料の製造法において、２５〜７９体積％の割合を有する１種以上の金属相、有利にはアルミニウムおよびその合金と、７５〜２１体積％の割合を有するセラミック材料としての１種以上の非金属無機成分、有利には炭化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、炭素およびケイ酸塩とからなるベース組成物を有する粉末を乾式プレスすることを特徴とする、金属−セラミック−複合材料の製造法。
【請求項２】
セラミック材料の一部が、硬質材料、例えばＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（ＣＮ）およびＷＣで取り替えられることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
成形体にするための粉末圧縮を単軸プレスにより行うことを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
成形体にするための粉末圧縮を等方プレスにより行うことを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
プレス圧力が７０００ｂａｒより小さく、有利には２０００ｂａｒより小さいことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
プレスされた成形体を硬化させるために続けて熱処理を５００℃〜１０００℃の温度で行うことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
成形体をすでにプレス工程において１００℃〜１０００℃の温度で、有利には５５０℃〜７００℃の温度で熱処理に供することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
粉末の粒径が０．２μｍ〜１５０μｍ、有利なＤ５０値が３０μｍ〜７０μｍにあることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
金属材料とのろう接−接合技術、溶接−接合技術および摩擦溶接−接合技術のためのベース材料として使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１０】
金属材料がアルミニウムおよびその合金であることを特徴とする、請求項９記載の成形体。
【請求項１１】
金属および非金属材料との収縮−接合技術、クリンピング−接合技術およびクリッピング−接合技術のためのベース材料として使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１２】
ポンプおよび圧縮機のためのスライダーリング、カウンターリング、軸方向のスラストワッシャ、シールワッシャ、ラジアル軸受、側板、およびベーンセル式ポンプおよびローターセル式ポンプおよびローターセル式圧縮機のローター、ベーンおよびハウジングリングとして使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１３】
個人保護、車両保護および物体保護の領域において使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１４】
ナイフエッジおよび相応する切断工具の刃先および切断エッジを研磨するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１５】
ラジアル軸受およびスラスト軸受のためのシャフト材料および軸材料として使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１６】
計量弁、調整弁および閉鎖弁および付属品において使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１７】
ミルおよび他の粉砕装置において使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１８】
繊維工業におけるガイドとして、繊維およびヤーンを偏向するために、およびテキスチャリングするために、スレッドブレーキとして、および回転紡績におけるローター材料として使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項１９】
線引加工の際およびワイヤ変形する際に使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項２０】
輸送工学における部材において使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【請求項２１】
ワークピース加工および表面加工において切削工具としてかつ研削工具として使用するための、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造された金属−セラミック−複合材料からなる成形体。
【公表番号】特表２００７−５３８１４８（Ｐ２００７−５３８１４８Ａ）
【公表日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１７０３７（Ｐ２００７−５１７０３７）
【出願日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００５／００５１７１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１３４６４
【国際公開日】平成１７年１２月１日（２００５．１２．１）
【出願人】（５９７１６５０５４）セラムテック アクチエンゲゼルシャフト イノヴェイティヴ セラミック エンジニアリング (11)
【氏名又は名称原語表記】ＣｅｒａｍＴｅｃ ＡＧ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
【住所又は居所原語表記】Ｆａｂｒｉｋｓｔｒａｓｓｅ ２３−２９， Ｄ−７３２０７ Ｐｌｏｃｈｉｎｇｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００５／００５１７１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１３４６４
【国際公開日】平成１７年１２月１日（２００５．１２．１）
【出願人】（５９７１６５０５４）セラムテック アクチエンゲゼルシャフト イノヴェイティヴ セラミック エンジニアリング (11)
【氏名又は名称原語表記】ＣｅｒａｍＴｅｃ ＡＧ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
【住所又は居所原語表記】Ｆａｂｒｉｋｓｔｒａｓｓｅ ２３−２９， Ｄ−７３２０７ Ｐｌｏｃｈｉｎｇｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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