金属複合材および金属複合材の製造方法
【課題】所望の耐摩耗性を維持して摺動寿命を延長できる金属複合材およびその製造方法を提案する。
【解決手段】平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が、金属母材内に分散されてなり、外表面に、多孔質状を維持したセラミック粒子が露出されてなる金属複合材であるから、外表面に露出したセラミック粒子の微細孔内に潤滑オイルを侵入して保持できるため、耐摩耗性が向上して摺動寿命を延長できる。この金属複合材は、所定の焼結温度により焼結することにより、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を備えたプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を含浸し、その外表面を研磨することにより成形することができる。
【解決手段】平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が、金属母材内に分散されてなり、外表面に、多孔質状を維持したセラミック粒子が露出されてなる金属複合材であるから、外表面に露出したセラミック粒子の微細孔内に潤滑オイルを侵入して保持できるため、耐摩耗性が向上して摺動寿命を延長できる。この金属複合材は、所定の焼結温度により焼結することにより、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を備えたプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を含浸し、その外表面を研磨することにより成形することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金等の金属母材と強化材とを複合化してなる金属複合材および該金属複合材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車には、燃費や走安性等を向上させるために、軽量化、耐久性、熱膨張性等に優れるアルミニウム合金等の軽金属から製造された部品が増加する傾向にある。さらに、アルミニウム合金等の軽金属とセラミック繊維等の強化材とを複合化した金属複合材は、軽金属の特性を有しかつ優れた耐摩耗性を有していることから、エンジンを構成するシリンダやピストン等の所謂摺動部材に適用されている。尚、このような金属複合材は、一般的に、セラミック短繊維や粒子等の強化材を焼結することにより所定形状のプリフォームを成形し、このプリフォームに、ダイカスト成形等により金属の溶湯を加圧含浸することによって製造される。
【０００３】
上記した金属複合材としては、シリンダ等の摺動部材に適用する場合、高速の往復作動に充分に耐え得る耐摩耗性が必要とされていることから、自己摺動性を有する黒鉛や活性炭などのセラミック粒子を含有した構成のものが一般的に良く知られている。具体的には、摺動相手材と対面する摺動面に、前記した黒鉛等のセラミック粒子を露出してなる構成とすることによって、耐摩耗性を向上するようにしている。また、摺動面には、金属母材（例えば、アルミニウム合金）も露出していることから、該摺動面の金属母材と摺動相手材との間で焼き付きが発生することを防止するために、所定の潤滑オイルが使用されている。この摺動オイルによって、摺動面を保護し、金属母材が摺動相手材と直接接触することを防ぐことができるため、所望の耐摩耗性を長期に亘って維持することができ得る。
【０００４】
また、本発明の発明者らは、以前に、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を、外表面に露出してなる構成の金属複合材を提案している（特許文献１）。この金属複合材を上記の摺動部材に適用した場合には、外表面（摺動面）に露出したホウ酸アルミニウム粒子の空孔内に潤滑オイルを保持できるため、摺動時に前記空孔内から潤滑オイルが滲み出ることにより、耐摩耗性を長期に亘って維持し、摺動寿命を向上でき得る。ここで、ホウ酸アルミニウム粒子を外表面に露出した構成とするためには、金属母材の溶湯を含浸する工程で、該溶湯がホウ酸アルミニウム粒子の空孔内に侵入することを防ぐ必要がある。そのため、プリフォームの成形工程で、ホウ酸アルミニウム粒子と、負に帯電したシリカ粒子を有するシリカゾルと、正に帯電したアルミナ粒子を有するアルミナゾルとを水中で混合することによって、電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とをホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集して被覆する。これにより、当該プリフォームに溶湯を含浸する際に、該ホウ酸アルミニウム粒子の孔内に溶湯が侵入しないようにしている。そして、摺動面（外表面）を研磨することによって、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を露出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した特許文献１にあっては、シリカ粒子とアルミナ粒子とをホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集することによって、金属母材の溶湯の侵入を防止するようにした製造方法を提案しているが、全てのホウ酸アルミニウム粒子を均しく被覆することは難しく、各ホウ酸アルミニウム粒子の多孔質状を維持する作用の発現性にバラツキが生じ易い。これに伴って、ホウ酸アルミニウム粒子の空孔に潤滑オイルを保持できるという作用効果に限界が生じている。尚、ホウ酸アルミニウム粒子を完全に被覆するためには、シリカゾルとアルミナゾルとを多量に添加することを要するが、この場合には、プリフォームの通気性が低減するという懸念もある。
【０００７】
以上のことから、本発明は、エンジンのシリンダ等に適用した場合にあっても、潤滑オイルの保持性に優れ、所望の摺動寿命を安定して発揮し得る金属複合材およびその製造方法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が、金属母材内に分散されてなり、外表面に、多孔質状を維持したセラミック粒子が露出されてなるものであることを特徴とする金属複合材である。ここで、多孔質状のセラミック粒子が平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであるとした金属複合材が好適である。
【０００９】
本発明の発明者らは、多孔質状のセラミック粒子内に溶湯が侵入することを防ぐ方法について鋭意研鑽したところ、極めて微細な孔には溶湯が侵入できないことを見出した。そして、溶湯の侵入できない孔径についてさらに精究したところ、孔径４０ｎｍ以下の微細孔には溶湯が侵入しないことを確認した。すなわち、平均孔径４０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子によりプリフォームを成形して、金属溶湯を含浸しても、該金属溶湯が微細孔内に侵入せずに、多孔質状を維持できる。そのため、上述した従来方法のように粒子を被覆して孔への溶湯の侵入を防ぐための手段を必要とせずに、本発明の金属複合材を成形することができる。さらに、微細孔の孔径について検討した結果、孔径８０ｎｍ以下の場合にも、溶湯が侵入し難く、溶湯の侵入を防ぐことができると予見するに至った。
【００１０】
一方、多孔質状のセラミック粒子への潤滑オイルの侵入および保持について精究したところ、孔径１ｎｍより小さい孔には、潤滑オイルが侵入できないことを確認した。そして、平均孔径１ｎｍ以上の孔には、潤滑オイルが侵入して保持できるという知見を得た。
【００１１】
本発明は、上記した知見に基づいて成し得たものであり、平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が、その多孔質状を維持して外表面に露出していることから、外表面に露出したセラミック粒子の微細孔内に潤滑オイルを侵入して保持できる。そして、当該セラミック粒子の多孔質状が安定かつ確実に維持されていることから、外表面に露出したセラミック粒子によって潤滑オイルの保持量も安定する。尚、このような潤滑オイルを侵入して保持するという作用効果は、多孔質状のセラミック粒子が平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものとした場合に、一層安定かつ確実に発揮され得る。
【００１２】
本発明の金属複合材は、上記したシリンダ等の摺動部材へ適用することによって、長期に亘って摺動を繰り返しても、外表面に露出したセラミック粒子の微細孔から滲み出る潤滑オイルにより外表面の摩耗を抑制でき、摺動寿命を著しく向上することができ得る。さらに詳述すれば、摺動部材と摺動相手材との間では、長期に亘って摺動を繰り返すと、潤滑オイルは徐々に劣化していく。しかし、外表面に露出したセラミック粒子の微細孔内に保持した潤滑オイルが滲み出ることによって補充されることから、所望の耐摩耗性を維持して摺動寿命を向上でき得る。
【００１３】
ここで、本発明の金属複合材により摺動部材を構成する場合には、少なくともその摺動面となる特定の外表面に、多孔質状を維持したセラミック粒子が露出したものであれば、上記した作用効果を発揮できる。
【００１４】
尚、多孔質状のセラミック粒子としては、一般的に、微細孔の孔径にバラツキを有していたり、様々な孔形状の微細孔を有するものもある。本発明にあって、平均孔径により規定した微細孔は、前記孔径のバラツキや様々な孔形状をも含むものである。そして、このように規定した微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を備えた構成では、上述した作用効果が発揮され得る。また、通常、このような極めて微細な平均孔径を規定した多孔質状のセラミック粒子を積極的に使用することはないことから、当該セラミック粒子を備えた本発明の意義は極めて高い。
【００１５】
また、本発明にかかる多孔質状のセラミック粒子としては、ガス吸着法に基づいて測定される細孔容積が０．１ｃｃ／ｇ以上である微細孔を有するものが好適である。細孔容積は、セラミック粒子が有する各微細孔の内容積の総和であり、これによりセラミック粒子がその微細孔内に保持できる潤滑オイル量が定まる。すなわち、細孔容積が小さければ、潤滑オイルの保持量が小さいことを示す。このようなことから、上記した摺動部材に適用した場合に、所望の耐摩耗性を維持して摺動寿命を向上するためには、細孔容積が０．１ｃｃ／ｇ以上である微細孔を有することが好ましい。一方、細孔容積の上限としては、微細孔の平均孔径を考慮すると、１．０ｃｃ／ｇ以下であることが好適にである。
【００１６】
尚、多孔質状のセラミック粒子としては、その微細孔の平均孔径が２ｎｍ以上のものが一層好適に用い得る。これにより、潤滑オイルが微細孔内に一層容易に侵入し易く、該潤滑オイルを一層安定して保持できる。また、微細孔の平均孔径が３０ｎｍ以下であるものが一層好適に用い得る。これにより、溶湯の侵入を防ぐ効果がさらに向上する。
【００１７】
一方、強化材としては、アルミナ繊維などのセラミック繊維、ウィスカ等が適用できる。さらには、上記した平均孔径の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子に該当しない他のセラミック粒子を、強化材として使用した構成としても良い。
【００１８】
上述した本発明の金属複合材にあって、多孔質状のセラミック粒子は、微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物を所定温度で加熱することによって、微細孔内の結晶水を除去してなるものであるとした構成が提案される。
【００１９】
ここで、微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物は、その微細孔内の結晶水を除去することにより、上記した平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子となる。尚、セラミック粒子の水和物としては、結晶水を結合している微細孔の平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下であるものであって、所定温度で加熱することにより前記平均孔径が維持されるものが好適に用い得る。
【００２０】
上述した本発明の金属複合材にあって、多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子である構成が提案される。水酸化酸化アルミニウム粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることから、上述した本発明の作用効果を適正に発揮できる。
【００２１】
一方、本発明にかかる金属複合材の製造方法としては、所定の焼結温度で焼結することにより、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子と所定の強化材とが混在するプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を加圧含浸して、所定の外表面を研磨することにより、当該外表面に多孔質状を維持したセラミック粒子が露出する金属複合材を成形するようにしていることを特徴とする製造方法である。ここで、多孔質状のセラミック粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであるとした製造方法が好適である。
【００２２】
かかる方法によれば、上述したように、平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を適用することにより、微細孔を維持したセラミック粒子が外表面に露出する金属複合材を成形可能である。ここで、このセラミック粒子は、金属複合材内に分散している状態でも、その微細孔が埋っていないため、外表面を研磨することにより、該外表面に露出したセラミック粒子の微細孔が開口する。さらに、外表面に露出したセラミック粒子によって、当該金属複合材の外表面に保持できる潤滑オイルの保持量も安定する。したがって、本発明の製造方法によれば、上述した作用効果を安定して発揮する本発明の金属複合材を安定かつ確実に製造することができる。尚、平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を適用した方法では、上述した溶湯の侵入防止効果と潤滑オイルの保持効果とを一層確実かつ安定して発揮できる。
【００２３】
また、本発明の製造方法は、平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を用いてプリフォームを成形することによって、該セラミック粒子の多孔質状を維持可能とする方法であるから、様々なプリフォームの成形方法や該プリフォームを用いた金属複合材の製造方法に、比較的容易に適用することができる。そして、上述した従来方法のように、セラミック粒子を被覆するような手段を要しないことから、セラミック粒子の多孔質状を安定して維持できる。以上のことから、本発明の製造方法によれば、上述した摺動寿命の向上という作用効果を安定して発揮する金属複合材を、安定して製造することができ得る。
【００２４】
上述した本発明の金属複合材の製造方法にあって、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物と、所定の強化材とを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、該予備混合体を、前記セラミック粒子の水和物の結晶水を除去すると共に平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を維持する所定の焼結温度で焼結することにより、多孔質状のセラミック粒子と強化材とが混在するプリフォームを成形する焼結工程と、該プリフォームに、金属の溶湯を加圧鋳造により含浸させる溶湯含浸工程と、金属との結合後に、所定の外表面を研磨することにより、当該外表面に多孔質状を維持したセラミック粒子を露出させる研磨工程とを実行するようにした製造方法が提案される。ここで、多孔質状のセラミック粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであるとした製造方法が好適であり、上述した溶湯の侵入防止効果と潤滑オイルの保持効果とを一層確実かつ安定して発揮できる。
【００２５】
かかる製造方法にあっては、微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物を混合した予備混合体を、所定の焼結温度で焼結することにより、多孔質状を維持したセラミック粒子が分散したプリフォームを成形できるため、金属複合材の外表面に多孔質状のセラミック粒子を安定して露出形成することができる。これは、混合工程により、セラミック粒子の水和物と強化材とを混合した混合水溶液を調合していることから、該セラミック粒子の水和物と強化材とを均一に分散し易く、その後の焼結工程によって多孔質状のセラミック粒子と強化材とを均一に混在したプリフォームを安定して形成できることに因る。これにより、上述した潤滑オイルを安定かつ確実に保持できるという本発明の作用効果を一層安定して発揮できる金属複合材を製造できる。
【００２６】
尚、焼結工程により、セラミック粒子の水和物の結晶水を除去することと、強化材の焼結とを一度に行うようにしている。
【００２７】
また、上述の金属複合材の製造方法にあって、混合工程は、無機バインダーとしてアルミナゾル又はシリカゾルのいずれか一方を混合することにより、混合水溶液を調合するようにした製造方法が提案される。
【００２８】
かかる製造方法にあっては、アルミナゾルまたはシリカゾルのいずれか一方を混合することにより、セラミック粒子と強化材とを粘着し、予備混合体を所定の形状に保つことができる。そのため、焼結工程により、所望の形状のプリフォームを容易かつ安定して成形することができ得る。本製造方法では、アルミナゾルとシリカゾルを無機バインダーとして用いているため、いずれか一方を混合すれば足りる。すなわち、上述した従来方法のようにアルミナゾルとシリカゾルとを混合して中和する必要がなく、多孔質状のセラミック粒子を被覆することも要しない。
【００２９】
さらに、アルミナゾル又はシリカゾルは、無機バインダーとしての性能を発揮するに足る適量を混合すれば良いことから、セラミック粒子と強化材との間の空隙が低減してしまうことを充分抑制できるため、高い通気性を有するプリフォームを成形し易いという利点がある。これにより、溶湯含浸工程で溶湯の含浸性が向上し、巣（未含浸部位）の発生を抑制することができるため、所望の機械的特性を充分に発揮し得る金属複合材を安定して製造できる。
【００３０】
上述した金属複合材の製造方法にあって、多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子であるとした製造方法が提案される。水酸化酸化アルミニウム粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることから、上述した本発明の作用効果を適正に発揮できる。尚、上記した混合工程にあっては、微細孔内に結晶水を結合している水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物を用いる。
【００３１】
ここで、焼結温度が、１１００℃以上かつ１２５０℃以下であるとした製造方法が提案される。水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物を１２５０℃より高い温度に加熱すると、結晶水を除去できるものの、形状変化を生じて、該結晶水を除去後の微細孔が平均孔径１ｎｍ以上を維持し難くなる。そのため、微細孔の形状変化を抑制して平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下を維持できるように、１２５０℃以下の焼結温度によりプリフォームを成形する。一方、焼結温度が低いと、強化材同士が充分に焼結せず、また、結晶水の除去作用の安定性も低減する傾向にある。そのため、強化材同士を充分に焼結でき、かつ水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物から結晶水を充分に除去できるように、１１００℃以上の焼結温度とする。このように１１００℃以上かつ１２５０℃以下の焼結温度で焼結することによって、上述した本発明にかかる金属複合材を一層安定して製造することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の金属複合材は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が、金属母材内に分散されてなり、外表面に、多孔質状を維持したセラミック粒子が露出されてなるものであるから、外表面に露出したセラミック粒子の微細孔内に潤滑オイルを侵入して保持できると共に、その保持量も安定する。したがって、本発明の金属複合材により構成されるシリンダ等の摺動部材は、その外表面に露出したセラミック粒子の微細孔から滲み出る潤滑オイルにより外表面の摩耗を抑制できるため、高い摺動寿命を安定して発揮できる。ここで、多孔質状のセラミック粒子が、平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであるとした場合には、多孔質状を維持する効果が一層確実かつ安定して発揮されるため、前記した本発明の作用効果が一層向上する。
【００３３】
上述した金属複合材にあって、多孔質状のセラミック粒子が、微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物を所定温度で加熱することによって、微細孔内の結晶水を除去してなるものであるとした構成の場合には、当該セラミック粒子が、平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有するものとして、容易かつ安定して得られる。そのため、当該セラミック粒子を備えた金属複合材が、上記した作用効果を一層安定かつ適正に発揮できるものなる。
【００３４】
上述した金属複合材にあって、多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子である構成とした場合には、水酸化酸化アルミニウム粒子が平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることから、上述した本発明の作用効果を適正に発揮できる。
【００３５】
一方、本発明の金属複合材の製造方法は、所定の焼結温度で焼結することにより、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子と所定の強化材とが混在するプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を加圧含浸して、所定の外表面を研磨することにより、前記微細孔を維持したセラミック粒子が当該外表面に露出する金属複合材を成形するようにした製造方法であるから、多孔質状が維持されたセラミック粒子を外表面に露出した金属複合材を安定して製造することができる。したがって、本製造方法によれば、上述した作用効果を発揮する本発明の金属複合材を安定して製造できる。ここで、平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を適用した方法では、微細孔への溶湯の侵入を防止する効果が一層確実かつ安定して発揮されるため、前記した本発明の作用効果が一層向上する。
【００３６】
上述した金属複合材の製造方法にあって、平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物と所定の強化材とを混合した混合水溶液から予備混合体を形成し、該予備混合体を所定の焼結温度で焼結することにより、前記平均孔径を維持して結晶水を除去した多孔質状のセラミック粒子と強化材とが混在するプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を含浸し、外表面を研磨することにより金属複合材を製造する方法とした場合には、微細孔を有するセラミック粒子が均一に分散したプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を含浸することから、該微細孔が維持されたセラミック粒子を均一に分散した金属複合材を安定して得ることができる。そして、このように製造される金属複合材は、微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が外表面に安定かつ均しく露出したものであることから、本発明の製造方法によれば、摺動寿命の向上という作用効果を安定して発揮できる金属複合材を一層安定して製造できる。ここで、平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を適用した方法では、微細孔への溶湯の侵入を防止する効果が一層確実かつ安定して発揮されるため、前記した本発明の作用効果が一層向上する。
【００３７】
上述した金属複合材の製造方法にあって、多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子であるとした製造方法の場合には、水酸化酸化アルミニウム粒子が平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることから、金属複合材の製造安定性が一層向上する。
【００３８】
ここで、焼結温度が、１１００℃以上かつ１２５０℃以下であるとした製造方法の場合には、水酸化酸化アルミニウム粒子を、所望の形態に維持することができるため、上述した本発明にかかる金属複合材を一層安定して製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１のプリフォーム成形工程を表す説明図である。
【図２】ダイカスト成形装置３３による溶湯含浸工程を表す説明図である。
【図３】図２から連続する溶湯含浸工程を表す説明図である。
【図４】水酸化酸化アルミニウム粒子３の拡大写真である。
【図５】実施例１〜４の各金属複合材１０の外表面をカラーチェックした状態を示す拡大写真である。
【図６】実施例１〜４および比較例１，２の各金属複合材の、オイル保持性を測定した結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施例を添付図面を用いて詳述する。
図１は、プリフォーム１を成形する工程を表した図であり、このプリフォーム成形工程は、混合工程（図１（Ａ）参照）、脱水工程（図１（Ｂ）参照）、乾燥工程（図示せず）、焼結工程（図１（Ｃ）参照）から構成されている。これら各工程を順次行うことにより、所望のプリフォーム１を得る。
【００４１】
次に、上記のプリフォーム成形工程により成形したプリフォーム１に、ダイカスト成形装置３３を用いて溶湯含浸工程（図２，３参照）を行うことによって、上記したプリフォーム１にアルミニウム合金の溶湯６を含浸した金属複合材１０を成形する。その後、溶湯含浸工程により成形した金属複合材１０を、その外表面を切削加工することにより、この外表面を所望の形状寸法に整える研磨工程を行う。これにより、所望の形状寸法の金属複合材１０を得る。
【００４２】
尚、上記のプリフォーム成形工程、溶湯含浸工程、研磨工程により、本発明にかかる金属複合材の製造方法を構成している。
【００４３】
以下に、本発明にかかる金属複合材１０を製造する上述の各工程について、順次説明する。
【００４４】
プリフォーム成形工程にあって、混合工程では、図１（Ａ）のように、所定の容器２１内の水中に下記（ｉ）〜（iv）の各材料を入れて混合する。
（ｉ）アルミナ短繊維２（平均繊維径３μｍ、平均繊維長４００μｍ）
（ii）水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３（平均粒径１０μｍ）
（iii）アルミナゾル４（水素イオン濃度ｐＨ３、濃度約３０％のコロイド状水溶液）
（iv）ポリアクリルアミド５（濃度約１０％の水溶液）
ここで、平均繊維径、平均繊維長、平均粒径は、それぞれ繊維径、繊維長、粒径の平均値であり、バラツキを有している。尚、アルミナ短繊維２が、本発明にかかる強化材であり、アルミナゾル４が、無機バインダーである。また、ポリアクリルアミド５が、いわゆる凝集剤であり、各材料を安定して接着する。
【００４５】
本実施例にあっては、上記したアルミナ短繊維２の添加量を、後述する脱水工程および乾燥工程により成形した予備混合体９の体積率で５体積％以上かつ１５体積％以下の添加量となるように調整している。また、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３の添加量を、同じく予備混合体９の体積率で８体積％以上かつ１２体積％以下の添加量となるように調整している。また、アルミナゾル４の添加量は、アルミナ短繊維２と水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３との総重量に対して約０．０５〜０．１０の重量比とするように調整している。
【００４６】
上記した水酸化酸化アルミニウム粒子３’の拡大写真を図４に示す。この水酸化酸化アルミニウム粒子３’は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものである。この水酸化酸化アルミニウム粒子３’と結晶水とが結合した結晶構造をなすものが、上記した水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３である。この水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３は、水酸化酸化アルミニウム粒子３’の微細孔内に結晶水が結合しており、結晶水と結合した微細孔の平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下のものである。そして、この水和物３を所定温度に加熱することにより、結晶水を除去しかつ前記平均孔径の微細孔を維持した多孔質状の水酸化酸化アルミニウム粒子３を得ることができる。
【００４７】
混合工程では、図１（Ａ）のように、上記（ｉ）〜（iv）の各材料を入れた水溶液を攪拌棒３１で攪拌することにより、各材料がほぼ均一に混在した混合水溶液８を得る。尚、混合水溶液８中では、無機バインダーであるアルミナゾル４がアルミナ短繊維２や水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３に付着するが、該水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３を被覆できない。
【００４８】
次に、この混合水溶液８を吸引成形器２２に移し、図１（Ｂ）のように、脱水工程を行う。この吸引成形器２２は、混合水溶液８を流入する円筒状の流入槽２６と、該流入槽２６の下部領域２６ｂと連通する吸水槽２７と、該吸水槽２７を介して流入槽２６から水分を吸引する真空ポンプ２３とを備えている。ここで、流入槽２６には、その内部を上下に区画するようにフィルター２４が配設されており、該フィルター２４上の上部領域２６ａに混合水溶液８を流入する。
【００４９】
脱水工程にあっては、流入槽２６の上部領域２６ａに混合水溶液８を流入した後、真空ポンプ２３を作動させることにより、該混合水溶液８の水分を、流入槽２６から吸水槽２７へ吸引する。すなわち、真空ポンプ２３により混合水溶液８が吸引されて、混合水溶液８がフィルター２４により濾過されることによって、該混合水溶液８の水分が、フィルター２４を通過し、流入槽２６の下部領域２６ｂを介して吸水槽２７へ入る。これにより、混合水溶液８中の上記各材料が、流入槽２６の上部領域２６ａに残り、円柱状の予備混合体９が形成される。
【００５０】
ここで、上記した脱水工程後の予備混合体９は、混合工程で各材料がほぼ均一に分散されて存在する混合水溶液８から得られるものであるから、同様に各材料がほぼ均一に分散された状態となっている。すなわち、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３も、予備混合体９の全体に亘ってほぼ均一に分散している。この予備混合体９では、アルミナゾル４を無機バインダーとして混合していることから、アルミナ短繊維２や水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３の互いに夫々隣接するもの同士がアルミナゾル４により接着されている。これにより、焼結工程までの搬送時に、円筒形状の予備混合体９が変形したり壊れたりすることを防止でき、該予備混合体９の形態が維持され得る。さらに、アルミナゾル４を上記した適量混合していることから、予備混合体９では、アルミナ短繊維２と水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３との間の空隙が、比較的広く維持されている。
【００５１】
脱水工程後に、吸引成形器２２の流入槽２６から予備混合体９を取り出し、約１００℃の乾燥炉等に入れ、充分に水分を除去する乾燥工程を行う（図示省略）。
【００５２】
次に、焼結工程（図１（Ｃ））に移行する。上記の予備混合体９を、加熱炉２８内に設置されたテーブル２９上に置く。そして、１１００℃〜１２５０℃の焼結温度で約１０分間保持する。このような焼結温度で加熱すると、予備混合体９を構成する水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３では、その微細孔内に結合している結晶水が除去されると共に、該微細孔が平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の孔形態で維持される。これにより、平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下に維持された微細孔を有する多孔質状の水酸化酸化アルミニウム粒子３’が生成される。
【００５３】
この焼結工程により、上記の水酸化酸化アルミニウム粒子３’とアルミナ短繊維２とを焼結した円柱形状のプリフォーム１を得る。このプリフォーム１では、アルミナ短繊維２や水酸化酸化アルミニウム粒子３’の表面に付着したアルミナゾル４に含まれるアルミナ粒子が結晶化することによって、それぞれに隣り合うもの同士が比較的強く結合している。しかし、上述したように、アルミナゾル４は、水酸化酸化アルミニウム粒子３’を被覆していないことから、該水酸化酸化アルミニウム粒子３’の微細孔は開口した状態で維持されている。
【００５４】
このプリフォーム１は、アルミナ短繊維２や水酸化酸化アルミニウム粒子３’が、全体に亘ってほぼ均一に分散しているものとなっている。さらに、このプリフォーム１は、上述したように、アルミナ短繊維２や水酸化酸化アルミニウム粒子３’の間の空隙が比較的広い予備混合体９を焼結したものであるから、この比較的広い空隙が維持され、通気性に優れたものである。
【００５５】
次に、上記したプリフォーム１を、図２，３のダイカスト成形装置３３により、アルミニウム合金と複合化させる溶湯含浸工程を行い、金属複合材１０を成形する。このダイカスト成形装置３３は、図２のように、固定型３４ａと可動型３４ｂとから構成される金型３４を備え、可動型３４ｂを案内軸４４に沿って開放位置（図２（Ａ）参照）と閉鎖位置（図２（Ｂ）参照）とに移動制御し、該閉鎖位置で円柱状のキャビティ３５を形成する。ここで、固定型３４ａには、その下部にスリーブ３７が連結されており、該スリーブ３７の先端側に湯口３６が形成されている。そして、このスリーブ３７には、その内部で進退作動するプランジャーチップ３８が配されている。さらに、スリーブ３７の上部には、該スリーブ３７内へ溶湯６を注入するための注入口３９が設けられている。
【００５６】
上記の可動型３４ｂには、キャビティ３５を構成する内面と整一な保持位置（図２参照）と、キャビティ３５内へ突出する突出位置（図３（Ｂ）参照）とに変換される押出ピン４１が設けられている。尚、この押出ピン４１の位置変換作動、可動型３４ｂの開閉作動、プランジャーチップ３８の進退作動は、図示しない制御装置により夫々に作動制御するようになっている。さらに、このダイカスト成形装置３３には、スリーブ３７内へ所定量の溶湯６を流入するための柄杓４２（図２（Ｂ）参照）を備えており、この柄杓４２も、図示しない制御装置により作動制御するようにしている。
【００５７】
ここで、本実施例にあっては、アルミニウム合金として、ＡＤＣ１２（ＪＩＳ規格）のものを用いており、上記したダイカスト成形装置３３により、当該アルミニウム合金の溶湯６をプリフォーム１に含浸するようにしている。
【００５８】
このダイカスト成形装置３３による溶湯含浸工程は、以下の順序で実行される。
先ず、上記したプリフォーム１を約５００℃で予熱すると共に、金型３４を約１００℃に保持しておく。そして、図２（Ａ）のように、可動型３４ｂを開放位置とした状態で、キャビティ３５を形成する空域内に、予熱したプリフォーム１を配置する。その後、図２（Ｂ）のように、可動型３４ｂを閉鎖位置へ移動して、キャビティ３５を形成する。これにより、キャビティ３５内にプリフォーム１が収容される。ここで、可動型３４ｂを閉鎖位置とすると、キャビティ３５と湯口３６とを連通する湯路４０が形成される。
【００５９】
そして、上記したプランジャーチップ３８を、スリーブ３７の注入口３９より後方となる退避位置で待機させた状態で、約６８０℃に保持されたアルミニウム合金の溶湯６を注入口３９からスリーブ３７内へ所定量注入する。そして、図３（Ａ）のように、プランジャーチップ３８を退避位置から所定の駆動速度で進出作動することにより、スリーブ３７内の溶湯６を、湯口３６から湯路４０を通じてキャビティ３５内へ射出する。これにより、キャビティ３５内に配したプリフォーム１へ溶湯６が含浸する。尚、上記の湯路４０は、スリーブ３７や湯口３６の各断面積より小さい断面積として形成されていることにより、プランジャーチップ３８の駆動速度に比して、キャビティ３５内へ射出される溶湯６の射出速度が高速化するようにしている。本実施例にあっては、プランジャーチップ３８の駆動速度を２ｍ／ｓとすることにより、射出速度が３０ｍ／ｓとなる。また、含浸圧力は、約３００ａｔｍに設定している。
【００６０】
ここで、プリフォーム１は、上述したように、優れた通気性を有していることから、その内部へ溶湯６が比較的容易に含浸する。さらに、プリフォーム１を構成する水酸化酸化アルミニウム粒子３’は、その微細孔を開口した状態であるが、この微細孔に溶湯６が侵入しない。これは、水酸化酸化アルミニウム粒子３’の微細孔が、平均孔径２ｎｍ〜４０ｎｍと極めて小さいために、溶湯６が侵入できないことに因る。これにより、水酸化酸化アルミニウム粒子の多孔質状が維持される。
【００６１】
そして、キャビティ３５内に溶湯６が充填されると、プランジャーチップ３８が停止して該溶湯６の注入が止まり、冷却後に、図３（Ｂ）のように、可動型３４ｂを開放位置とし、該可動型３４ｂの押出ピン４１を保持位置（図２参照）から突出位置へ移動することにより、可動型３４ｂから金属複合材１０を取り出す。
【００６２】
次に、上述したダイカスト成形工程で成形した金属複合材１０を、フライス盤により切削加工する。この切削加工により、湯口３６及び湯路４０により形成された部位（図３（Ｄ）参照）を除去して、所望の円柱形状とする。さらに、この金属複合材１０の外周表面を切削することにより、該外周表面を機械研磨する（図示省略）。これにより、金属複合材１０を所望寸法形状に整えている。すなわち、このフライス盤による切削加工により、本発明にかかる研磨工程を行っている。
【００６３】
このように製造された金属複合材１０の外周表面を観ると、水酸化酸化アルミニウム粒子３’が露出しており、該水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔が維持されていることを確認できる（図５参照）。すなわち、水酸化酸化アルミニウム粒子３’の微細孔にアルミニウム合金６’が侵入しておらず、多孔質状が維持されている。これは、上述したように、水酸化酸化アルミニウム粒子３が、孔径１ｎｍ〜４０ｎｍの微細孔を有するものであることから、該微細孔に溶湯が侵入できないために、多孔質状を維持して金属複合材１０内に分散していることに因る。そして、金属複合材１０は、その外周表面に、多孔質状を維持した水酸化酸化アルミニウム粒子３が露出してなるものとなっている。
【００６４】
また、本実施例の金属複合材１０は、アルミニウム合金６’が充分に含浸されており、巣（未含浸部位）を生じていない。さらに、金属複合材１０には、亀裂や割れ等も生じていない。このことから、プリフォーム１は、溶湯６の加圧含浸に充分耐え得る強度と優れた通気性とを有していることがわかる。
【００６５】
尚、本実施例にあっては、円筒形状の外周表面を研磨することにより所望の金属複合材１０を製造していることから、この外周表面が、本発明にかかる外表面である。
【００６６】
次に、このような実施例の金属複合材１０について、その評価試験を行った結果について説明する。
金属複合材１０を構成する水酸化酸化アルミニウム粒子について、その微細孔の平均孔径と細孔容積とを測定する。水酸化酸化アルミニウム粒子は、結晶水を結合している水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３を所定温度で加熱することにより、該結晶水を除去して生成する。ここで、本実施例では、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３を、１１５０℃、１２００℃、１２２５℃、１２５０℃で夫々加熱した場合について、それぞれ水酸化酸化アルミニウム粒子を生成した。
【００６７】
上記した平均孔径と細孔容積との測定方法としては、「ガス吸着による粉体（固体）のメソ細孔の特性および細孔径分布の測定方法」を規定するＪＩＳ Ｚ８８３１−２に従い、その詳細については省略する。尚、本実施例では、窒素ガスを用いて測定している。
【００６８】
水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３を１１５０℃で加熱して生成した水酸化酸化アルミニウム粒子は、その平均孔径が６ｎｍであり、細孔容積が０．３５ｃｃ／ｇであった。１２００℃で加熱して生成した水酸化酸化アルミニウム粒子は、その平均孔径が１１ｎｍであり、細孔容積が０．２５ｃｃ／ｇであった。また、１２２５℃で加熱して生成した水酸化酸化アルミニウム粒子は、その平均孔径が１５ｎｍであり、細孔容積が０．２２ｃｃ／ｇであった。また、１２５０℃で加熱して生成した水酸化酸化アルミニウム粒子は、その平均孔径が３０ｎｍであり、細孔容積が０．１６ｃｃ／ｇであった。いずれの水酸化酸化アルミニウム粒子にあっても、結晶水が除去されると共に、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下に維持されていることを確認した。
【００６９】
この水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３を用いて、上述したプリフォーム成形工程、溶湯含浸工程、研磨工程により、金属複合材１０を成形した。ここで、焼結工程における焼結温度を、１１５０℃、１２００℃、１２２５℃、１２５０℃の夫々に設定しており、それぞれについて金属複合材１０を成形している。焼結温度１１５０℃で成形した金属複合材１０を実施例１とし、１２００℃で成形した金属複合材１０を実施例２とし、１２２５℃で成形した金属複合材１０を実施例３とし、１２５０℃で成形した金属複合材１０を実施例４とする。各実施例１〜４の金属複合材１０について、その外表面をカラーチェックした状態を図５の拡大写真に示す。ここで、各金属複合材１０の外表面は、探傷剤の「カラーチェック液」を塗布し、その後ふき取って水洗いした状態である。焼結温度１１５０℃の実施例１（図５（Ａ））、焼結温度１２００℃の実施例２（図５（Ｂ））、焼結温度１２２５℃の実施例３（図５（Ｃ））では、焼結温度の上昇に伴って、カラーチェック液による着色箇所が増加する傾向を示し、１２５０℃の実施例４（図５（Ｄ））では、１２２５℃の実施例３に比して着色箇所が減少していることが確認できる。着色箇所が多くなるに従って、外表面に露出した水酸化酸化アルミニウム粒子内に保持できるオイル量が増加すると考えられる。
【００７０】
さらに、上記した実施例１〜実施例４の各金属複合材１０について、オイル保持性を測定する試験を実施した。このオイル保持性の測定試験は、各金属複合材の外周表面を３０ｍｍ×８０ｍｍの長方形とするように切り出した矩形状の試験片を準備し、該試験片の外周表面に、自動車用のエンジンオイル（潤滑オイル）を塗布し、塗布前後の重量増加を測定する。ここで、エンジンオイルを塗布した後は、１０分間放置し、外周表面を布で拭き取る作業を行う。この拭き取り作業は、測定した重量が安定するまで繰り返し行う。そして、安定した重量から得た重量増加分がオイルの保持量を表しており、これに従って保持性を評価している。尚、本実施例にあっては、オイル保持量を単位面積当りの値として求めている。
【００７１】
オイル保持性の比較検討のために、ホウ酸アルミニウム粒子を備えた比較例１の金属複合材と、ゼオライト粒子を備えた比較例２の金属複合材とについて、同様のオイル保持性の測定を行った。ここで、比較例１の金属複合材は、上述したプリフォーム成形工程の混合工程で、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物に代えて、ホウ酸アルミニウム粒子を混合し、１２００℃の焼結温度で焼結工程を行うことにより、成形したものである。このホウ酸アルミニウム粒子は、その平均孔径が１００ｎｍであり、細孔容積が０．１４ｃｃ／ｇであった。一方、比較例２の金属複合材は、上述したプリフォーム成形工程の混合工程で、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物に代えて、ゼオライト粒子を混合し、１２００℃の焼結温度で焼結工程を行うことにより、成形したものである。ゼオライト粒子は、その平均孔径が０．５ｎｍであり、細孔容積が０．１ｃｃ／ｇであった。尚、前記の比較例１，２の各金属複合材は、前記以外は上述した実施例と同じ製造工程により成形している。
【００７２】
実施例１〜４の金属複合材１０と比較例１，２の金属複合材とについて、オイル保持性の測定試験結果を図６に示す。この結果により、実施例１〜４の各金属複合材１０では、オイル保持性を有していることが明らかである。これは、エンジンオイルが、実施例１〜４の各金属複合材１０の外周表面に露出した水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔内に保持されているためであると言える。特に、焼結温度１２２５℃に設定して成形した実施例３の金属複合材１０にあっては、高いオイル保持性を発揮している。各実施例１〜４の各金属複合材１０を比較すると、オイル保持性の測定結果は、上記したカラーチェック状態の結果（図５参照）と同じ傾向を示している。このことからも、外周表面に露出した水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔によってオイル保持性が発揮されることが明らかである。
【００７３】
一方、比較例１，２の各金属複合材では、オイル保持性をほとんど有していない。比較例１の場合には、ホウ酸アルミニウム粒子が平均孔径１００ｎｍの孔を有するものであることから、溶湯含浸工程によりホウ酸アルミニウム粒子内に溶湯が侵入してしまうために、エンジンオイルが侵入できず、オイル保持性が無い。また、比較例２の場合には、ゼオライト粒子が平均孔径０．５ｎｍの孔を有するものであることから、溶湯含浸工程により溶湯が侵入せずに多孔質状が維持されるものの、平均孔径が小さいためにエンジンオイルが侵入できず、オイル保持性が発揮できない。
【００７４】
このように本実施例の各金属複合材１０は、高いオイル保持性を有していることから、シリンダやピストン等の摺動部材に適用することにより、高い耐摩耗性を発揮することが可能である。すなわち、本実施例の金属複合材１０と同様に所望の摺動部材を形成し、その摺動面を、上記の外周表面と同様に研磨して成形する。このように製造した摺動部材は、その摺動面に、多孔質状を維持した水酸化酸化アルミニウム粒子が露出形成されたものとなる。
【００７５】
そして、例えば、摺動部材としてエンジンのシリンダやピストンを、本実施例の金属複合材１０により夫々形成した場合には、この摺動部材はエンジンオイル中で摺動することから、その摺動面に露出した水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔内にエンジンオイルが吸入して保持される。そして、摺動が繰り返されるに従って、水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔内に保持したエンジンオイルが徐々に滲み出てくる。そのため、各摺動部材間に存在するエンジンオイルが、摺動を繰り返すことによって徐々に劣化しても、水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔内からエンジンオイルが滲み出ることにより、該摺動部材の摩耗を抑制することができ、総じて摺動寿命を向上することができ得る。
【００７６】
このように、本実施例の金属複合材により構成したシリンダやピストンは、所望の耐摩耗性を維持できる摺動寿命が延び、耐久性が著しく向上する。
【００７７】
さらにまた、実施例の金属複合材は、水酸化酸化アルミニウム粒子が平均孔径１ｎｍ〜４０ｎｍの微細空孔を有するものであるため、該金属複合材を構成する全ての水酸化酸化アルミニウム粒子が多孔質状を維持している。そのため、上記した研磨工程により、外表面を研磨して露出した水酸化酸化アルミニウム粒子は、全て微細孔が維持されており、上記したオイル保持性を安定して発揮する金属複合材を安定して製造することができ得る。そして、上記したシリンダ等の摺動部材に適用した場合にあって、高い品質のものを安定供給することが可能である。尚、水酸化酸化アルミニウム粒子の他の、平均孔径１ｎｍ〜４０ｎｍの微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子の場合にあっても、同様の作用効果を奏し得る。さらに、平均孔径１ｎｍ〜８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を適用しても、同様の作用効果を奏すると予見される。
【００７８】
上述した実施例にあっては、混合工程で無機バインダーとしてアルミナゾルを用いた方法であるが、アルミナゾルに代えてシリカゾルを用いることもできる。また、上述した実施例にあっては、混合工程で水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物を添加し、その結晶水を焼結工程で除去するようにした製造方法であるが、その他の製造方法として、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物を所定温度で加熱することにより生成した水酸化酸化アルミニウム粒子を、混合工程で添加するようにしてもよい。
【００７９】
本発明にあっては、上述した実施例に限定されるものではなく、その他の構成についても、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１ プリフォーム
２ アルミナ短繊維（強化材）
３ 水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物
３’ 水酸化酸化アルミニウム粒子
６ アルミニウム合金の溶湯（金属の溶湯）
６’ アルミニウム合金（金属母材）
８ 混合水溶液
９ 予備混合体
１０ 金属複合材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金等の金属母材と強化材とを複合化してなる金属複合材および該金属複合材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車には、燃費や走安性等を向上させるために、軽量化、耐久性、熱膨張性等に優れるアルミニウム合金等の軽金属から製造された部品が増加する傾向にある。さらに、アルミニウム合金等の軽金属とセラミック繊維等の強化材とを複合化した金属複合材は、軽金属の特性を有しかつ優れた耐摩耗性を有していることから、エンジンを構成するシリンダやピストン等の所謂摺動部材に適用されている。尚、このような金属複合材は、一般的に、セラミック短繊維や粒子等の強化材を焼結することにより所定形状のプリフォームを成形し、このプリフォームに、ダイカスト成形等により金属の溶湯を加圧含浸することによって製造される。
【０００３】
上記した金属複合材としては、シリンダ等の摺動部材に適用する場合、高速の往復作動に充分に耐え得る耐摩耗性が必要とされていることから、自己摺動性を有する黒鉛や活性炭などのセラミック粒子を含有した構成のものが一般的に良く知られている。具体的には、摺動相手材と対面する摺動面に、前記した黒鉛等のセラミック粒子を露出してなる構成とすることによって、耐摩耗性を向上するようにしている。また、摺動面には、金属母材（例えば、アルミニウム合金）も露出していることから、該摺動面の金属母材と摺動相手材との間で焼き付きが発生することを防止するために、所定の潤滑オイルが使用されている。この摺動オイルによって、摺動面を保護し、金属母材が摺動相手材と直接接触することを防ぐことができるため、所望の耐摩耗性を長期に亘って維持することができ得る。
【０００４】
また、本発明の発明者らは、以前に、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を、外表面に露出してなる構成の金属複合材を提案している（特許文献１）。この金属複合材を上記の摺動部材に適用した場合には、外表面（摺動面）に露出したホウ酸アルミニウム粒子の空孔内に潤滑オイルを保持できるため、摺動時に前記空孔内から潤滑オイルが滲み出ることにより、耐摩耗性を長期に亘って維持し、摺動寿命を向上でき得る。ここで、ホウ酸アルミニウム粒子を外表面に露出した構成とするためには、金属母材の溶湯を含浸する工程で、該溶湯がホウ酸アルミニウム粒子の空孔内に侵入することを防ぐ必要がある。そのため、プリフォームの成形工程で、ホウ酸アルミニウム粒子と、負に帯電したシリカ粒子を有するシリカゾルと、正に帯電したアルミナ粒子を有するアルミナゾルとを水中で混合することによって、電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とをホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集して被覆する。これにより、当該プリフォームに溶湯を含浸する際に、該ホウ酸アルミニウム粒子の孔内に溶湯が侵入しないようにしている。そして、摺動面（外表面）を研磨することによって、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を露出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した特許文献１にあっては、シリカ粒子とアルミナ粒子とをホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集することによって、金属母材の溶湯の侵入を防止するようにした製造方法を提案しているが、全てのホウ酸アルミニウム粒子を均しく被覆することは難しく、各ホウ酸アルミニウム粒子の多孔質状を維持する作用の発現性にバラツキが生じ易い。これに伴って、ホウ酸アルミニウム粒子の空孔に潤滑オイルを保持できるという作用効果に限界が生じている。尚、ホウ酸アルミニウム粒子を完全に被覆するためには、シリカゾルとアルミナゾルとを多量に添加することを要するが、この場合には、プリフォームの通気性が低減するという懸念もある。
【０００７】
以上のことから、本発明は、エンジンのシリンダ等に適用した場合にあっても、潤滑オイルの保持性に優れ、所望の摺動寿命を安定して発揮し得る金属複合材およびその製造方法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が、金属母材内に分散されてなり、外表面に、多孔質状を維持したセラミック粒子が露出されてなるものであることを特徴とする金属複合材である。ここで、多孔質状のセラミック粒子が平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであるとした金属複合材が好適である。
【０００９】
本発明の発明者らは、多孔質状のセラミック粒子内に溶湯が侵入することを防ぐ方法について鋭意研鑽したところ、極めて微細な孔には溶湯が侵入できないことを見出した。そして、溶湯の侵入できない孔径についてさらに精究したところ、孔径４０ｎｍ以下の微細孔には溶湯が侵入しないことを確認した。すなわち、平均孔径４０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子によりプリフォームを成形して、金属溶湯を含浸しても、該金属溶湯が微細孔内に侵入せずに、多孔質状を維持できる。そのため、上述した従来方法のように粒子を被覆して孔への溶湯の侵入を防ぐための手段を必要とせずに、本発明の金属複合材を成形することができる。さらに、微細孔の孔径について検討した結果、孔径８０ｎｍ以下の場合にも、溶湯が侵入し難く、溶湯の侵入を防ぐことができると予見するに至った。
【００１０】
一方、多孔質状のセラミック粒子への潤滑オイルの侵入および保持について精究したところ、孔径１ｎｍより小さい孔には、潤滑オイルが侵入できないことを確認した。そして、平均孔径１ｎｍ以上の孔には、潤滑オイルが侵入して保持できるという知見を得た。
【００１１】
本発明は、上記した知見に基づいて成し得たものであり、平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が、その多孔質状を維持して外表面に露出していることから、外表面に露出したセラミック粒子の微細孔内に潤滑オイルを侵入して保持できる。そして、当該セラミック粒子の多孔質状が安定かつ確実に維持されていることから、外表面に露出したセラミック粒子によって潤滑オイルの保持量も安定する。尚、このような潤滑オイルを侵入して保持するという作用効果は、多孔質状のセラミック粒子が平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものとした場合に、一層安定かつ確実に発揮され得る。
【００１２】
本発明の金属複合材は、上記したシリンダ等の摺動部材へ適用することによって、長期に亘って摺動を繰り返しても、外表面に露出したセラミック粒子の微細孔から滲み出る潤滑オイルにより外表面の摩耗を抑制でき、摺動寿命を著しく向上することができ得る。さらに詳述すれば、摺動部材と摺動相手材との間では、長期に亘って摺動を繰り返すと、潤滑オイルは徐々に劣化していく。しかし、外表面に露出したセラミック粒子の微細孔内に保持した潤滑オイルが滲み出ることによって補充されることから、所望の耐摩耗性を維持して摺動寿命を向上でき得る。
【００１３】
ここで、本発明の金属複合材により摺動部材を構成する場合には、少なくともその摺動面となる特定の外表面に、多孔質状を維持したセラミック粒子が露出したものであれば、上記した作用効果を発揮できる。
【００１４】
尚、多孔質状のセラミック粒子としては、一般的に、微細孔の孔径にバラツキを有していたり、様々な孔形状の微細孔を有するものもある。本発明にあって、平均孔径により規定した微細孔は、前記孔径のバラツキや様々な孔形状をも含むものである。そして、このように規定した微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を備えた構成では、上述した作用効果が発揮され得る。また、通常、このような極めて微細な平均孔径を規定した多孔質状のセラミック粒子を積極的に使用することはないことから、当該セラミック粒子を備えた本発明の意義は極めて高い。
【００１５】
また、本発明にかかる多孔質状のセラミック粒子としては、ガス吸着法に基づいて測定される細孔容積が０．１ｃｃ／ｇ以上である微細孔を有するものが好適である。細孔容積は、セラミック粒子が有する各微細孔の内容積の総和であり、これによりセラミック粒子がその微細孔内に保持できる潤滑オイル量が定まる。すなわち、細孔容積が小さければ、潤滑オイルの保持量が小さいことを示す。このようなことから、上記した摺動部材に適用した場合に、所望の耐摩耗性を維持して摺動寿命を向上するためには、細孔容積が０．１ｃｃ／ｇ以上である微細孔を有することが好ましい。一方、細孔容積の上限としては、微細孔の平均孔径を考慮すると、１．０ｃｃ／ｇ以下であることが好適にである。
【００１６】
尚、多孔質状のセラミック粒子としては、その微細孔の平均孔径が２ｎｍ以上のものが一層好適に用い得る。これにより、潤滑オイルが微細孔内に一層容易に侵入し易く、該潤滑オイルを一層安定して保持できる。また、微細孔の平均孔径が３０ｎｍ以下であるものが一層好適に用い得る。これにより、溶湯の侵入を防ぐ効果がさらに向上する。
【００１７】
一方、強化材としては、アルミナ繊維などのセラミック繊維、ウィスカ等が適用できる。さらには、上記した平均孔径の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子に該当しない他のセラミック粒子を、強化材として使用した構成としても良い。
【００１８】
上述した本発明の金属複合材にあって、多孔質状のセラミック粒子は、微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物を所定温度で加熱することによって、微細孔内の結晶水を除去してなるものであるとした構成が提案される。
【００１９】
ここで、微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物は、その微細孔内の結晶水を除去することにより、上記した平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子となる。尚、セラミック粒子の水和物としては、結晶水を結合している微細孔の平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下であるものであって、所定温度で加熱することにより前記平均孔径が維持されるものが好適に用い得る。
【００２０】
上述した本発明の金属複合材にあって、多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子である構成が提案される。水酸化酸化アルミニウム粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることから、上述した本発明の作用効果を適正に発揮できる。
【００２１】
一方、本発明にかかる金属複合材の製造方法としては、所定の焼結温度で焼結することにより、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子と所定の強化材とが混在するプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を加圧含浸して、所定の外表面を研磨することにより、当該外表面に多孔質状を維持したセラミック粒子が露出する金属複合材を成形するようにしていることを特徴とする製造方法である。ここで、多孔質状のセラミック粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであるとした製造方法が好適である。
【００２２】
かかる方法によれば、上述したように、平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を適用することにより、微細孔を維持したセラミック粒子が外表面に露出する金属複合材を成形可能である。ここで、このセラミック粒子は、金属複合材内に分散している状態でも、その微細孔が埋っていないため、外表面を研磨することにより、該外表面に露出したセラミック粒子の微細孔が開口する。さらに、外表面に露出したセラミック粒子によって、当該金属複合材の外表面に保持できる潤滑オイルの保持量も安定する。したがって、本発明の製造方法によれば、上述した作用効果を安定して発揮する本発明の金属複合材を安定かつ確実に製造することができる。尚、平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を適用した方法では、上述した溶湯の侵入防止効果と潤滑オイルの保持効果とを一層確実かつ安定して発揮できる。
【００２３】
また、本発明の製造方法は、平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を用いてプリフォームを成形することによって、該セラミック粒子の多孔質状を維持可能とする方法であるから、様々なプリフォームの成形方法や該プリフォームを用いた金属複合材の製造方法に、比較的容易に適用することができる。そして、上述した従来方法のように、セラミック粒子を被覆するような手段を要しないことから、セラミック粒子の多孔質状を安定して維持できる。以上のことから、本発明の製造方法によれば、上述した摺動寿命の向上という作用効果を安定して発揮する金属複合材を、安定して製造することができ得る。
【００２４】
上述した本発明の金属複合材の製造方法にあって、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物と、所定の強化材とを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、該予備混合体を、前記セラミック粒子の水和物の結晶水を除去すると共に平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を維持する所定の焼結温度で焼結することにより、多孔質状のセラミック粒子と強化材とが混在するプリフォームを成形する焼結工程と、該プリフォームに、金属の溶湯を加圧鋳造により含浸させる溶湯含浸工程と、金属との結合後に、所定の外表面を研磨することにより、当該外表面に多孔質状を維持したセラミック粒子を露出させる研磨工程とを実行するようにした製造方法が提案される。ここで、多孔質状のセラミック粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであるとした製造方法が好適であり、上述した溶湯の侵入防止効果と潤滑オイルの保持効果とを一層確実かつ安定して発揮できる。
【００２５】
かかる製造方法にあっては、微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物を混合した予備混合体を、所定の焼結温度で焼結することにより、多孔質状を維持したセラミック粒子が分散したプリフォームを成形できるため、金属複合材の外表面に多孔質状のセラミック粒子を安定して露出形成することができる。これは、混合工程により、セラミック粒子の水和物と強化材とを混合した混合水溶液を調合していることから、該セラミック粒子の水和物と強化材とを均一に分散し易く、その後の焼結工程によって多孔質状のセラミック粒子と強化材とを均一に混在したプリフォームを安定して形成できることに因る。これにより、上述した潤滑オイルを安定かつ確実に保持できるという本発明の作用効果を一層安定して発揮できる金属複合材を製造できる。
【００２６】
尚、焼結工程により、セラミック粒子の水和物の結晶水を除去することと、強化材の焼結とを一度に行うようにしている。
【００２７】
また、上述の金属複合材の製造方法にあって、混合工程は、無機バインダーとしてアルミナゾル又はシリカゾルのいずれか一方を混合することにより、混合水溶液を調合するようにした製造方法が提案される。
【００２８】
かかる製造方法にあっては、アルミナゾルまたはシリカゾルのいずれか一方を混合することにより、セラミック粒子と強化材とを粘着し、予備混合体を所定の形状に保つことができる。そのため、焼結工程により、所望の形状のプリフォームを容易かつ安定して成形することができ得る。本製造方法では、アルミナゾルとシリカゾルを無機バインダーとして用いているため、いずれか一方を混合すれば足りる。すなわち、上述した従来方法のようにアルミナゾルとシリカゾルとを混合して中和する必要がなく、多孔質状のセラミック粒子を被覆することも要しない。
【００２９】
さらに、アルミナゾル又はシリカゾルは、無機バインダーとしての性能を発揮するに足る適量を混合すれば良いことから、セラミック粒子と強化材との間の空隙が低減してしまうことを充分抑制できるため、高い通気性を有するプリフォームを成形し易いという利点がある。これにより、溶湯含浸工程で溶湯の含浸性が向上し、巣（未含浸部位）の発生を抑制することができるため、所望の機械的特性を充分に発揮し得る金属複合材を安定して製造できる。
【００３０】
上述した金属複合材の製造方法にあって、多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子であるとした製造方法が提案される。水酸化酸化アルミニウム粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることから、上述した本発明の作用効果を適正に発揮できる。尚、上記した混合工程にあっては、微細孔内に結晶水を結合している水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物を用いる。
【００３１】
ここで、焼結温度が、１１００℃以上かつ１２５０℃以下であるとした製造方法が提案される。水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物を１２５０℃より高い温度に加熱すると、結晶水を除去できるものの、形状変化を生じて、該結晶水を除去後の微細孔が平均孔径１ｎｍ以上を維持し難くなる。そのため、微細孔の形状変化を抑制して平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下を維持できるように、１２５０℃以下の焼結温度によりプリフォームを成形する。一方、焼結温度が低いと、強化材同士が充分に焼結せず、また、結晶水の除去作用の安定性も低減する傾向にある。そのため、強化材同士を充分に焼結でき、かつ水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物から結晶水を充分に除去できるように、１１００℃以上の焼結温度とする。このように１１００℃以上かつ１２５０℃以下の焼結温度で焼結することによって、上述した本発明にかかる金属複合材を一層安定して製造することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の金属複合材は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が、金属母材内に分散されてなり、外表面に、多孔質状を維持したセラミック粒子が露出されてなるものであるから、外表面に露出したセラミック粒子の微細孔内に潤滑オイルを侵入して保持できると共に、その保持量も安定する。したがって、本発明の金属複合材により構成されるシリンダ等の摺動部材は、その外表面に露出したセラミック粒子の微細孔から滲み出る潤滑オイルにより外表面の摩耗を抑制できるため、高い摺動寿命を安定して発揮できる。ここで、多孔質状のセラミック粒子が、平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであるとした場合には、多孔質状を維持する効果が一層確実かつ安定して発揮されるため、前記した本発明の作用効果が一層向上する。
【００３３】
上述した金属複合材にあって、多孔質状のセラミック粒子が、微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物を所定温度で加熱することによって、微細孔内の結晶水を除去してなるものであるとした構成の場合には、当該セラミック粒子が、平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有するものとして、容易かつ安定して得られる。そのため、当該セラミック粒子を備えた金属複合材が、上記した作用効果を一層安定かつ適正に発揮できるものなる。
【００３４】
上述した金属複合材にあって、多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子である構成とした場合には、水酸化酸化アルミニウム粒子が平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることから、上述した本発明の作用効果を適正に発揮できる。
【００３５】
一方、本発明の金属複合材の製造方法は、所定の焼結温度で焼結することにより、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子と所定の強化材とが混在するプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を加圧含浸して、所定の外表面を研磨することにより、前記微細孔を維持したセラミック粒子が当該外表面に露出する金属複合材を成形するようにした製造方法であるから、多孔質状が維持されたセラミック粒子を外表面に露出した金属複合材を安定して製造することができる。したがって、本製造方法によれば、上述した作用効果を発揮する本発明の金属複合材を安定して製造できる。ここで、平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を適用した方法では、微細孔への溶湯の侵入を防止する効果が一層確実かつ安定して発揮されるため、前記した本発明の作用効果が一層向上する。
【００３６】
上述した金属複合材の製造方法にあって、平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物と所定の強化材とを混合した混合水溶液から予備混合体を形成し、該予備混合体を所定の焼結温度で焼結することにより、前記平均孔径を維持して結晶水を除去した多孔質状のセラミック粒子と強化材とが混在するプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を含浸し、外表面を研磨することにより金属複合材を製造する方法とした場合には、微細孔を有するセラミック粒子が均一に分散したプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を含浸することから、該微細孔が維持されたセラミック粒子を均一に分散した金属複合材を安定して得ることができる。そして、このように製造される金属複合材は、微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が外表面に安定かつ均しく露出したものであることから、本発明の製造方法によれば、摺動寿命の向上という作用効果を安定して発揮できる金属複合材を一層安定して製造できる。ここで、平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を適用した方法では、微細孔への溶湯の侵入を防止する効果が一層確実かつ安定して発揮されるため、前記した本発明の作用効果が一層向上する。
【００３７】
上述した金属複合材の製造方法にあって、多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子であるとした製造方法の場合には、水酸化酸化アルミニウム粒子が平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることから、金属複合材の製造安定性が一層向上する。
【００３８】
ここで、焼結温度が、１１００℃以上かつ１２５０℃以下であるとした製造方法の場合には、水酸化酸化アルミニウム粒子を、所望の形態に維持することができるため、上述した本発明にかかる金属複合材を一層安定して製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１のプリフォーム成形工程を表す説明図である。
【図２】ダイカスト成形装置３３による溶湯含浸工程を表す説明図である。
【図３】図２から連続する溶湯含浸工程を表す説明図である。
【図４】水酸化酸化アルミニウム粒子３の拡大写真である。
【図５】実施例１〜４の各金属複合材１０の外表面をカラーチェックした状態を示す拡大写真である。
【図６】実施例１〜４および比較例１，２の各金属複合材の、オイル保持性を測定した結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施例を添付図面を用いて詳述する。
図１は、プリフォーム１を成形する工程を表した図であり、このプリフォーム成形工程は、混合工程（図１（Ａ）参照）、脱水工程（図１（Ｂ）参照）、乾燥工程（図示せず）、焼結工程（図１（Ｃ）参照）から構成されている。これら各工程を順次行うことにより、所望のプリフォーム１を得る。
【００４１】
次に、上記のプリフォーム成形工程により成形したプリフォーム１に、ダイカスト成形装置３３を用いて溶湯含浸工程（図２，３参照）を行うことによって、上記したプリフォーム１にアルミニウム合金の溶湯６を含浸した金属複合材１０を成形する。その後、溶湯含浸工程により成形した金属複合材１０を、その外表面を切削加工することにより、この外表面を所望の形状寸法に整える研磨工程を行う。これにより、所望の形状寸法の金属複合材１０を得る。
【００４２】
尚、上記のプリフォーム成形工程、溶湯含浸工程、研磨工程により、本発明にかかる金属複合材の製造方法を構成している。
【００４３】
以下に、本発明にかかる金属複合材１０を製造する上述の各工程について、順次説明する。
【００４４】
プリフォーム成形工程にあって、混合工程では、図１（Ａ）のように、所定の容器２１内の水中に下記（ｉ）〜（iv）の各材料を入れて混合する。
（ｉ）アルミナ短繊維２（平均繊維径３μｍ、平均繊維長４００μｍ）
（ii）水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３（平均粒径１０μｍ）
（iii）アルミナゾル４（水素イオン濃度ｐＨ３、濃度約３０％のコロイド状水溶液）
（iv）ポリアクリルアミド５（濃度約１０％の水溶液）
ここで、平均繊維径、平均繊維長、平均粒径は、それぞれ繊維径、繊維長、粒径の平均値であり、バラツキを有している。尚、アルミナ短繊維２が、本発明にかかる強化材であり、アルミナゾル４が、無機バインダーである。また、ポリアクリルアミド５が、いわゆる凝集剤であり、各材料を安定して接着する。
【００４５】
本実施例にあっては、上記したアルミナ短繊維２の添加量を、後述する脱水工程および乾燥工程により成形した予備混合体９の体積率で５体積％以上かつ１５体積％以下の添加量となるように調整している。また、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３の添加量を、同じく予備混合体９の体積率で８体積％以上かつ１２体積％以下の添加量となるように調整している。また、アルミナゾル４の添加量は、アルミナ短繊維２と水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３との総重量に対して約０．０５〜０．１０の重量比とするように調整している。
【００４６】
上記した水酸化酸化アルミニウム粒子３’の拡大写真を図４に示す。この水酸化酸化アルミニウム粒子３’は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものである。この水酸化酸化アルミニウム粒子３’と結晶水とが結合した結晶構造をなすものが、上記した水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３である。この水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３は、水酸化酸化アルミニウム粒子３’の微細孔内に結晶水が結合しており、結晶水と結合した微細孔の平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下のものである。そして、この水和物３を所定温度に加熱することにより、結晶水を除去しかつ前記平均孔径の微細孔を維持した多孔質状の水酸化酸化アルミニウム粒子３を得ることができる。
【００４７】
混合工程では、図１（Ａ）のように、上記（ｉ）〜（iv）の各材料を入れた水溶液を攪拌棒３１で攪拌することにより、各材料がほぼ均一に混在した混合水溶液８を得る。尚、混合水溶液８中では、無機バインダーであるアルミナゾル４がアルミナ短繊維２や水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３に付着するが、該水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３を被覆できない。
【００４８】
次に、この混合水溶液８を吸引成形器２２に移し、図１（Ｂ）のように、脱水工程を行う。この吸引成形器２２は、混合水溶液８を流入する円筒状の流入槽２６と、該流入槽２６の下部領域２６ｂと連通する吸水槽２７と、該吸水槽２７を介して流入槽２６から水分を吸引する真空ポンプ２３とを備えている。ここで、流入槽２６には、その内部を上下に区画するようにフィルター２４が配設されており、該フィルター２４上の上部領域２６ａに混合水溶液８を流入する。
【００４９】
脱水工程にあっては、流入槽２６の上部領域２６ａに混合水溶液８を流入した後、真空ポンプ２３を作動させることにより、該混合水溶液８の水分を、流入槽２６から吸水槽２７へ吸引する。すなわち、真空ポンプ２３により混合水溶液８が吸引されて、混合水溶液８がフィルター２４により濾過されることによって、該混合水溶液８の水分が、フィルター２４を通過し、流入槽２６の下部領域２６ｂを介して吸水槽２７へ入る。これにより、混合水溶液８中の上記各材料が、流入槽２６の上部領域２６ａに残り、円柱状の予備混合体９が形成される。
【００５０】
ここで、上記した脱水工程後の予備混合体９は、混合工程で各材料がほぼ均一に分散されて存在する混合水溶液８から得られるものであるから、同様に各材料がほぼ均一に分散された状態となっている。すなわち、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３も、予備混合体９の全体に亘ってほぼ均一に分散している。この予備混合体９では、アルミナゾル４を無機バインダーとして混合していることから、アルミナ短繊維２や水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３の互いに夫々隣接するもの同士がアルミナゾル４により接着されている。これにより、焼結工程までの搬送時に、円筒形状の予備混合体９が変形したり壊れたりすることを防止でき、該予備混合体９の形態が維持され得る。さらに、アルミナゾル４を上記した適量混合していることから、予備混合体９では、アルミナ短繊維２と水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３との間の空隙が、比較的広く維持されている。
【００５１】
脱水工程後に、吸引成形器２２の流入槽２６から予備混合体９を取り出し、約１００℃の乾燥炉等に入れ、充分に水分を除去する乾燥工程を行う（図示省略）。
【００５２】
次に、焼結工程（図１（Ｃ））に移行する。上記の予備混合体９を、加熱炉２８内に設置されたテーブル２９上に置く。そして、１１００℃〜１２５０℃の焼結温度で約１０分間保持する。このような焼結温度で加熱すると、予備混合体９を構成する水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３では、その微細孔内に結合している結晶水が除去されると共に、該微細孔が平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の孔形態で維持される。これにより、平均孔径１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下に維持された微細孔を有する多孔質状の水酸化酸化アルミニウム粒子３’が生成される。
【００５３】
この焼結工程により、上記の水酸化酸化アルミニウム粒子３’とアルミナ短繊維２とを焼結した円柱形状のプリフォーム１を得る。このプリフォーム１では、アルミナ短繊維２や水酸化酸化アルミニウム粒子３’の表面に付着したアルミナゾル４に含まれるアルミナ粒子が結晶化することによって、それぞれに隣り合うもの同士が比較的強く結合している。しかし、上述したように、アルミナゾル４は、水酸化酸化アルミニウム粒子３’を被覆していないことから、該水酸化酸化アルミニウム粒子３’の微細孔は開口した状態で維持されている。
【００５４】
このプリフォーム１は、アルミナ短繊維２や水酸化酸化アルミニウム粒子３’が、全体に亘ってほぼ均一に分散しているものとなっている。さらに、このプリフォーム１は、上述したように、アルミナ短繊維２や水酸化酸化アルミニウム粒子３’の間の空隙が比較的広い予備混合体９を焼結したものであるから、この比較的広い空隙が維持され、通気性に優れたものである。
【００５５】
次に、上記したプリフォーム１を、図２，３のダイカスト成形装置３３により、アルミニウム合金と複合化させる溶湯含浸工程を行い、金属複合材１０を成形する。このダイカスト成形装置３３は、図２のように、固定型３４ａと可動型３４ｂとから構成される金型３４を備え、可動型３４ｂを案内軸４４に沿って開放位置（図２（Ａ）参照）と閉鎖位置（図２（Ｂ）参照）とに移動制御し、該閉鎖位置で円柱状のキャビティ３５を形成する。ここで、固定型３４ａには、その下部にスリーブ３７が連結されており、該スリーブ３７の先端側に湯口３６が形成されている。そして、このスリーブ３７には、その内部で進退作動するプランジャーチップ３８が配されている。さらに、スリーブ３７の上部には、該スリーブ３７内へ溶湯６を注入するための注入口３９が設けられている。
【００５６】
上記の可動型３４ｂには、キャビティ３５を構成する内面と整一な保持位置（図２参照）と、キャビティ３５内へ突出する突出位置（図３（Ｂ）参照）とに変換される押出ピン４１が設けられている。尚、この押出ピン４１の位置変換作動、可動型３４ｂの開閉作動、プランジャーチップ３８の進退作動は、図示しない制御装置により夫々に作動制御するようになっている。さらに、このダイカスト成形装置３３には、スリーブ３７内へ所定量の溶湯６を流入するための柄杓４２（図２（Ｂ）参照）を備えており、この柄杓４２も、図示しない制御装置により作動制御するようにしている。
【００５７】
ここで、本実施例にあっては、アルミニウム合金として、ＡＤＣ１２（ＪＩＳ規格）のものを用いており、上記したダイカスト成形装置３３により、当該アルミニウム合金の溶湯６をプリフォーム１に含浸するようにしている。
【００５８】
このダイカスト成形装置３３による溶湯含浸工程は、以下の順序で実行される。
先ず、上記したプリフォーム１を約５００℃で予熱すると共に、金型３４を約１００℃に保持しておく。そして、図２（Ａ）のように、可動型３４ｂを開放位置とした状態で、キャビティ３５を形成する空域内に、予熱したプリフォーム１を配置する。その後、図２（Ｂ）のように、可動型３４ｂを閉鎖位置へ移動して、キャビティ３５を形成する。これにより、キャビティ３５内にプリフォーム１が収容される。ここで、可動型３４ｂを閉鎖位置とすると、キャビティ３５と湯口３６とを連通する湯路４０が形成される。
【００５９】
そして、上記したプランジャーチップ３８を、スリーブ３７の注入口３９より後方となる退避位置で待機させた状態で、約６８０℃に保持されたアルミニウム合金の溶湯６を注入口３９からスリーブ３７内へ所定量注入する。そして、図３（Ａ）のように、プランジャーチップ３８を退避位置から所定の駆動速度で進出作動することにより、スリーブ３７内の溶湯６を、湯口３６から湯路４０を通じてキャビティ３５内へ射出する。これにより、キャビティ３５内に配したプリフォーム１へ溶湯６が含浸する。尚、上記の湯路４０は、スリーブ３７や湯口３６の各断面積より小さい断面積として形成されていることにより、プランジャーチップ３８の駆動速度に比して、キャビティ３５内へ射出される溶湯６の射出速度が高速化するようにしている。本実施例にあっては、プランジャーチップ３８の駆動速度を２ｍ／ｓとすることにより、射出速度が３０ｍ／ｓとなる。また、含浸圧力は、約３００ａｔｍに設定している。
【００６０】
ここで、プリフォーム１は、上述したように、優れた通気性を有していることから、その内部へ溶湯６が比較的容易に含浸する。さらに、プリフォーム１を構成する水酸化酸化アルミニウム粒子３’は、その微細孔を開口した状態であるが、この微細孔に溶湯６が侵入しない。これは、水酸化酸化アルミニウム粒子３’の微細孔が、平均孔径２ｎｍ〜４０ｎｍと極めて小さいために、溶湯６が侵入できないことに因る。これにより、水酸化酸化アルミニウム粒子の多孔質状が維持される。
【００６１】
そして、キャビティ３５内に溶湯６が充填されると、プランジャーチップ３８が停止して該溶湯６の注入が止まり、冷却後に、図３（Ｂ）のように、可動型３４ｂを開放位置とし、該可動型３４ｂの押出ピン４１を保持位置（図２参照）から突出位置へ移動することにより、可動型３４ｂから金属複合材１０を取り出す。
【００６２】
次に、上述したダイカスト成形工程で成形した金属複合材１０を、フライス盤により切削加工する。この切削加工により、湯口３６及び湯路４０により形成された部位（図３（Ｄ）参照）を除去して、所望の円柱形状とする。さらに、この金属複合材１０の外周表面を切削することにより、該外周表面を機械研磨する（図示省略）。これにより、金属複合材１０を所望寸法形状に整えている。すなわち、このフライス盤による切削加工により、本発明にかかる研磨工程を行っている。
【００６３】
このように製造された金属複合材１０の外周表面を観ると、水酸化酸化アルミニウム粒子３’が露出しており、該水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔が維持されていることを確認できる（図５参照）。すなわち、水酸化酸化アルミニウム粒子３’の微細孔にアルミニウム合金６’が侵入しておらず、多孔質状が維持されている。これは、上述したように、水酸化酸化アルミニウム粒子３が、孔径１ｎｍ〜４０ｎｍの微細孔を有するものであることから、該微細孔に溶湯が侵入できないために、多孔質状を維持して金属複合材１０内に分散していることに因る。そして、金属複合材１０は、その外周表面に、多孔質状を維持した水酸化酸化アルミニウム粒子３が露出してなるものとなっている。
【００６４】
また、本実施例の金属複合材１０は、アルミニウム合金６’が充分に含浸されており、巣（未含浸部位）を生じていない。さらに、金属複合材１０には、亀裂や割れ等も生じていない。このことから、プリフォーム１は、溶湯６の加圧含浸に充分耐え得る強度と優れた通気性とを有していることがわかる。
【００６５】
尚、本実施例にあっては、円筒形状の外周表面を研磨することにより所望の金属複合材１０を製造していることから、この外周表面が、本発明にかかる外表面である。
【００６６】
次に、このような実施例の金属複合材１０について、その評価試験を行った結果について説明する。
金属複合材１０を構成する水酸化酸化アルミニウム粒子について、その微細孔の平均孔径と細孔容積とを測定する。水酸化酸化アルミニウム粒子は、結晶水を結合している水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３を所定温度で加熱することにより、該結晶水を除去して生成する。ここで、本実施例では、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３を、１１５０℃、１２００℃、１２２５℃、１２５０℃で夫々加熱した場合について、それぞれ水酸化酸化アルミニウム粒子を生成した。
【００６７】
上記した平均孔径と細孔容積との測定方法としては、「ガス吸着による粉体（固体）のメソ細孔の特性および細孔径分布の測定方法」を規定するＪＩＳ Ｚ８８３１−２に従い、その詳細については省略する。尚、本実施例では、窒素ガスを用いて測定している。
【００６８】
水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３を１１５０℃で加熱して生成した水酸化酸化アルミニウム粒子は、その平均孔径が６ｎｍであり、細孔容積が０．３５ｃｃ／ｇであった。１２００℃で加熱して生成した水酸化酸化アルミニウム粒子は、その平均孔径が１１ｎｍであり、細孔容積が０．２５ｃｃ／ｇであった。また、１２２５℃で加熱して生成した水酸化酸化アルミニウム粒子は、その平均孔径が１５ｎｍであり、細孔容積が０．２２ｃｃ／ｇであった。また、１２５０℃で加熱して生成した水酸化酸化アルミニウム粒子は、その平均孔径が３０ｎｍであり、細孔容積が０．１６ｃｃ／ｇであった。いずれの水酸化酸化アルミニウム粒子にあっても、結晶水が除去されると共に、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下に維持されていることを確認した。
【００６９】
この水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物３を用いて、上述したプリフォーム成形工程、溶湯含浸工程、研磨工程により、金属複合材１０を成形した。ここで、焼結工程における焼結温度を、１１５０℃、１２００℃、１２２５℃、１２５０℃の夫々に設定しており、それぞれについて金属複合材１０を成形している。焼結温度１１５０℃で成形した金属複合材１０を実施例１とし、１２００℃で成形した金属複合材１０を実施例２とし、１２２５℃で成形した金属複合材１０を実施例３とし、１２５０℃で成形した金属複合材１０を実施例４とする。各実施例１〜４の金属複合材１０について、その外表面をカラーチェックした状態を図５の拡大写真に示す。ここで、各金属複合材１０の外表面は、探傷剤の「カラーチェック液」を塗布し、その後ふき取って水洗いした状態である。焼結温度１１５０℃の実施例１（図５（Ａ））、焼結温度１２００℃の実施例２（図５（Ｂ））、焼結温度１２２５℃の実施例３（図５（Ｃ））では、焼結温度の上昇に伴って、カラーチェック液による着色箇所が増加する傾向を示し、１２５０℃の実施例４（図５（Ｄ））では、１２２５℃の実施例３に比して着色箇所が減少していることが確認できる。着色箇所が多くなるに従って、外表面に露出した水酸化酸化アルミニウム粒子内に保持できるオイル量が増加すると考えられる。
【００７０】
さらに、上記した実施例１〜実施例４の各金属複合材１０について、オイル保持性を測定する試験を実施した。このオイル保持性の測定試験は、各金属複合材の外周表面を３０ｍｍ×８０ｍｍの長方形とするように切り出した矩形状の試験片を準備し、該試験片の外周表面に、自動車用のエンジンオイル（潤滑オイル）を塗布し、塗布前後の重量増加を測定する。ここで、エンジンオイルを塗布した後は、１０分間放置し、外周表面を布で拭き取る作業を行う。この拭き取り作業は、測定した重量が安定するまで繰り返し行う。そして、安定した重量から得た重量増加分がオイルの保持量を表しており、これに従って保持性を評価している。尚、本実施例にあっては、オイル保持量を単位面積当りの値として求めている。
【００７１】
オイル保持性の比較検討のために、ホウ酸アルミニウム粒子を備えた比較例１の金属複合材と、ゼオライト粒子を備えた比較例２の金属複合材とについて、同様のオイル保持性の測定を行った。ここで、比較例１の金属複合材は、上述したプリフォーム成形工程の混合工程で、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物に代えて、ホウ酸アルミニウム粒子を混合し、１２００℃の焼結温度で焼結工程を行うことにより、成形したものである。このホウ酸アルミニウム粒子は、その平均孔径が１００ｎｍであり、細孔容積が０．１４ｃｃ／ｇであった。一方、比較例２の金属複合材は、上述したプリフォーム成形工程の混合工程で、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物に代えて、ゼオライト粒子を混合し、１２００℃の焼結温度で焼結工程を行うことにより、成形したものである。ゼオライト粒子は、その平均孔径が０．５ｎｍであり、細孔容積が０．１ｃｃ／ｇであった。尚、前記の比較例１，２の各金属複合材は、前記以外は上述した実施例と同じ製造工程により成形している。
【００７２】
実施例１〜４の金属複合材１０と比較例１，２の金属複合材とについて、オイル保持性の測定試験結果を図６に示す。この結果により、実施例１〜４の各金属複合材１０では、オイル保持性を有していることが明らかである。これは、エンジンオイルが、実施例１〜４の各金属複合材１０の外周表面に露出した水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔内に保持されているためであると言える。特に、焼結温度１２２５℃に設定して成形した実施例３の金属複合材１０にあっては、高いオイル保持性を発揮している。各実施例１〜４の各金属複合材１０を比較すると、オイル保持性の測定結果は、上記したカラーチェック状態の結果（図５参照）と同じ傾向を示している。このことからも、外周表面に露出した水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔によってオイル保持性が発揮されることが明らかである。
【００７３】
一方、比較例１，２の各金属複合材では、オイル保持性をほとんど有していない。比較例１の場合には、ホウ酸アルミニウム粒子が平均孔径１００ｎｍの孔を有するものであることから、溶湯含浸工程によりホウ酸アルミニウム粒子内に溶湯が侵入してしまうために、エンジンオイルが侵入できず、オイル保持性が無い。また、比較例２の場合には、ゼオライト粒子が平均孔径０．５ｎｍの孔を有するものであることから、溶湯含浸工程により溶湯が侵入せずに多孔質状が維持されるものの、平均孔径が小さいためにエンジンオイルが侵入できず、オイル保持性が発揮できない。
【００７４】
このように本実施例の各金属複合材１０は、高いオイル保持性を有していることから、シリンダやピストン等の摺動部材に適用することにより、高い耐摩耗性を発揮することが可能である。すなわち、本実施例の金属複合材１０と同様に所望の摺動部材を形成し、その摺動面を、上記の外周表面と同様に研磨して成形する。このように製造した摺動部材は、その摺動面に、多孔質状を維持した水酸化酸化アルミニウム粒子が露出形成されたものとなる。
【００７５】
そして、例えば、摺動部材としてエンジンのシリンダやピストンを、本実施例の金属複合材１０により夫々形成した場合には、この摺動部材はエンジンオイル中で摺動することから、その摺動面に露出した水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔内にエンジンオイルが吸入して保持される。そして、摺動が繰り返されるに従って、水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔内に保持したエンジンオイルが徐々に滲み出てくる。そのため、各摺動部材間に存在するエンジンオイルが、摺動を繰り返すことによって徐々に劣化しても、水酸化酸化アルミニウム粒子の微細孔内からエンジンオイルが滲み出ることにより、該摺動部材の摩耗を抑制することができ、総じて摺動寿命を向上することができ得る。
【００７６】
このように、本実施例の金属複合材により構成したシリンダやピストンは、所望の耐摩耗性を維持できる摺動寿命が延び、耐久性が著しく向上する。
【００７７】
さらにまた、実施例の金属複合材は、水酸化酸化アルミニウム粒子が平均孔径１ｎｍ〜４０ｎｍの微細空孔を有するものであるため、該金属複合材を構成する全ての水酸化酸化アルミニウム粒子が多孔質状を維持している。そのため、上記した研磨工程により、外表面を研磨して露出した水酸化酸化アルミニウム粒子は、全て微細孔が維持されており、上記したオイル保持性を安定して発揮する金属複合材を安定して製造することができ得る。そして、上記したシリンダ等の摺動部材に適用した場合にあって、高い品質のものを安定供給することが可能である。尚、水酸化酸化アルミニウム粒子の他の、平均孔径１ｎｍ〜４０ｎｍの微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子の場合にあっても、同様の作用効果を奏し得る。さらに、平均孔径１ｎｍ〜８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子を適用しても、同様の作用効果を奏すると予見される。
【００７８】
上述した実施例にあっては、混合工程で無機バインダーとしてアルミナゾルを用いた方法であるが、アルミナゾルに代えてシリカゾルを用いることもできる。また、上述した実施例にあっては、混合工程で水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物を添加し、その結晶水を焼結工程で除去するようにした製造方法であるが、その他の製造方法として、水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物を所定温度で加熱することにより生成した水酸化酸化アルミニウム粒子を、混合工程で添加するようにしてもよい。
【００７９】
本発明にあっては、上述した実施例に限定されるものではなく、その他の構成についても、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１ プリフォーム
２ アルミナ短繊維（強化材）
３ 水酸化酸化アルミニウム粒子の水和物
３’ 水酸化酸化アルミニウム粒子
６ アルミニウム合金の溶湯（金属の溶湯）
６’ アルミニウム合金（金属母材）
８ 混合水溶液
９ 予備混合体
１０ 金属複合材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が、金属母材内に分散されてなり、外表面に、多孔質状を維持したセラミック粒子が露出されてなるものであることを特徴とする金属複合材。
【請求項２】
多孔質状のセラミック粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の金属複合材。
【請求項３】
多孔質状のセラミック粒子は、微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物を所定温度で加熱することによって、微細孔内の結晶水を除去してなるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属複合材。
【請求項４】
多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の金属複合材。
【請求項５】
所定の焼結温度で焼結することにより、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子と所定の強化材とが混在するプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を加圧含浸して、所定の外表面を研磨することにより、当該外表面に多孔質状を維持したセラミック粒子が露出する金属複合材を成形するようにしていることを特徴とする金属複合材の製造方法。
【請求項６】
平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物と、所定の強化材とを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、
該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、
該予備混合体を、前記セラミック粒子の水和物の結晶水を除去すると共に平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を維持する所定の焼結温度で焼結することにより、多孔質状のセラミック粒子と強化材とが混在するプリフォームを成形する焼結工程と、
該プリフォームに、金属の溶湯を加圧鋳造により含浸させる溶湯含浸工程と、
金属との結合後に、所定の外表面を研磨することにより、当該外表面に多孔質状を維持したセラミック粒子を露出させる研磨工程と
を実行するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項７】
混合工程は、無機バインダーとしてアルミナゾル又はシリカゾルのいずれか一方を混合することにより、混合水溶液を調合するようにしていることを特徴とする請求項６に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項８】
多孔質状のセラミック粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項９】
多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項１０】
焼結温度が、１１００℃以上かつ１２５０℃以下であることを特徴とする請求項９に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項１】
平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子が、金属母材内に分散されてなり、外表面に、多孔質状を維持したセラミック粒子が露出されてなるものであることを特徴とする金属複合材。
【請求項２】
多孔質状のセラミック粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の金属複合材。
【請求項３】
多孔質状のセラミック粒子は、微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物を所定温度で加熱することによって、微細孔内の結晶水を除去してなるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属複合材。
【請求項４】
多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の金属複合材。
【請求項５】
所定の焼結温度で焼結することにより、平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を有する多孔質状のセラミック粒子と所定の強化材とが混在するプリフォームを成形し、該プリフォームに金属の溶湯を加圧含浸して、所定の外表面を研磨することにより、当該外表面に多孔質状を維持したセラミック粒子が露出する金属複合材を成形するようにしていることを特徴とする金属複合材の製造方法。
【請求項６】
平均孔径が１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔内に結晶水を結合しているセラミック粒子の水和物と、所定の強化材とを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、
該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、
該予備混合体を、前記セラミック粒子の水和物の結晶水を除去すると共に平均孔径１ｎｍ以上かつ８０ｎｍ以下の微細孔を維持する所定の焼結温度で焼結することにより、多孔質状のセラミック粒子と強化材とが混在するプリフォームを成形する焼結工程と、
該プリフォームに、金属の溶湯を加圧鋳造により含浸させる溶湯含浸工程と、
金属との結合後に、所定の外表面を研磨することにより、当該外表面に多孔質状を維持したセラミック粒子を露出させる研磨工程と
を実行するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項７】
混合工程は、無機バインダーとしてアルミナゾル又はシリカゾルのいずれか一方を混合することにより、混合水溶液を調合するようにしていることを特徴とする請求項６に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項８】
多孔質状のセラミック粒子は、平均孔径が１ｎｍ以上かつ４０ｎｍ以下の微細孔を有するものであることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項９】
多孔質状のセラミック粒子が、水酸化酸化アルミニウム粒子であることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項１０】
焼結温度が、１１００℃以上かつ１２５０℃以下であることを特徴とする請求項９に記載の金属複合材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図６】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５７２０５（Ｐ２０１２−５７２０５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２００４４３（Ｐ２０１０−２００４４３）
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（３９１００６４３０）中央精機株式会社 (128)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（３９１００６４３０）中央精機株式会社 (128)
【Ｆターム（参考）】
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