特許 6646273 予備成形体およびそれを用いた金属基複合材料ならびにその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6646273

(24)【登録日】2020年1月15日

(45)【発行日】2020年2月14日

(54)【発明の名称】予備成形体およびそれを用いた金属基複合材料ならびにその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 47/06 20060101AFI20200203BHJP

   B22D 19/14 20060101ALI20200203BHJP

   C01B 32/15 20170101ALI20200203BHJP

   C22C 1/10 20060101ALI20200203BHJP

   C22C 49/14 20060101ALI20200203BHJP

   C22C 49/06 20060101ALN20200203BHJP

   C22C 101/10 20060101ALN20200203BHJP

【ＦＩ】

   C22C47/06

   B22D19/14 B

   C01B32/15

   C22C1/10 G

   C22C49/14

   !C22C49/06

   C22C101:10

【請求項の数】15

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2015-202940(P2015-202940)

(22)【出願日】2015年10月14日

(65)【公開番号】特開2017-75357(P2017-75357A)

(43)【公開日】2017年4月20日

【審査請求日】2018年10月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】崔 龍範

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 元

(72)【発明者】

【氏名】松木 一弘

(72)【発明者】

【氏名】杉尾 健次郎

(72)【発明者】

【氏名】許 哲峰

(72)【発明者】

【氏名】氏野 洋志

【審査官】 池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５１８１１６９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００８−２６６７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２０４８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０４２３２９７３（ＣＮ，Ａ）

【文献】 佐々木元 他，高熱伝導性アルミニウム基複合材料の開発とプロセス制御，軽金属，日本，軽金属学会，２０１２年 ５月３０日，第６２巻、第５号，ｐ２２３−２３０，https://doi.org/10.2464/jilm.62.223

【文献】 小澤啓太 他，C/VGCFフォームを用いた高熱伝導性Al-Si合金基複合材料の開発，炭素，日本，炭素材料学会，２００７年 ８月３１日，２００７年巻、Ｎｏ．２２９，ｐ２３３−２３６，https:doi.org/10.7209/tanso.2007.233

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ １９／００−１９／１０

Ｃ２２Ｃ １／１０

Ｃ２２Ｃ ４７／００−４９／１４

Ｃ０４Ｂ ４１／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ナノ炭素繊維からなる強化材によりアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる母材金属の特性が強化された金属基複合材料における予備成形体の製造方法であって、
前記強化材の粉末体と、該強化材同士を架橋するための炭素粉末のメソフェーズピッチからなる架橋材の粉末体と、溶媒に対する可溶性を有するスペーサ粒子とを混入撹拌して混合材料を形成するステップと、
前記混合材料を加圧成形して固体状の混合体を形成するステップと、
前記混合体を加熱して前記架橋材の粉末体を構成する少なくとも１つの微細な粒子により前記強化材を構成するナノ炭素繊維の端部同士が結合した状態となるように前記強化材同士を架橋するステップと、
前記混合体を溶媒に浸して前記スペーサ粒子を溶媒により溶解除去することにより、残留した前記強化材および前記架橋材からなり、該スペーサ粒子が溶解した後に形成される複数の気孔同士が互いに連通した連続気孔を有する基体を生成するステップと、
前記基体の外表面ないし前記連続気孔の表面に無電解めっき処理により無電解めっき層を形成するステップと、を備える、予備成形体の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の予備成形体の製造方法において、
前記スペーサ粒子の粒子径は６００〜７００μｍの範囲である、予備成形体の製造方法。

【請求項3】

請求項１に記載の予備成形体の製造方法において、
前記スペーサ粒子の粒子径は１８０〜３５５μｍの範囲である、予備成形体の製造方法。

【請求項4】

請求項１に記載の予備成形体の製造方法において、
前記スペーサ粒子の粒子径は３０〜６０μｍの範囲である、予備成形体の製造方法。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の予備成形体の製造方法において、
前記混合材料を形成するステップでは、前記スペーサ粒子と前記架橋材および前記強化材とを重量比が９０：１０〜７０：３０の範囲内でそれぞれ混合する、予備成形体の製造方法。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の予備成形体の製造方法において、
前記混合材料を形成するステップでは、前記架橋材と前記強化材とを重量比が７０：３０〜３０：７０の範囲内でそれぞれ混合する、予備成形体の製造方法。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載の予備成形体の製造方法において、
前記気孔同士の間に形成される前記予備成形体の内壁が６０μｍ以上の厚さになるように該予備成形体を生成し、
前記無電解めっき層を形成するステップでは、ニッケル無電解めっき処理により、前記連続気孔の表面から少なくとも３０μｍの深さまでニッケルが入り込むようにニッケル無電解めっき層を形成する、予備成形体の製造方法。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１項に記載の予備成形体の製造方法において、
前記スペーサ粒子はＮａＣｌの粒子からなる、予備成形体の製造方法。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれか１項に記載の予備成形体を、溶融した母材金属内で大気圧の１０倍以下となる圧力下の低圧含浸法により処理して、前記連続気孔内に該母材金属が充填された金属基複合材料を製造する、金属基複合材料の製造方法。

【請求項10】

アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる母材金属の特性を強化するためのナノ炭素繊維からなる強化材と、該強化材同士を架橋するための炭素粉末のメソフェーズピッチからなる架橋材と、を有する金属基複合材料の予備成形体であって、
前記予備成形体は、前記強化材および前記架橋材が骨格をなす網目構造の組織として構成されており、
前記予備成形体は、
前記強化材および前記架橋材により形成されかつ各々の厚みが６０μｍ以上となるように形成される複数の内壁と、
前記複数の内壁により囲まれた複数の気孔同士が互いに連通している連続気孔と、を有しており、
前記複数の内壁は、前記架橋材を構成する少なくとも１つの微細な粒子により前記強化材を構成するナノ炭素繊維の端部同士が結合された状態となるように構成されており、
前記予備成形体の外表面ないし前記複数の内壁には無電解めっき層が形成されている、金属基複合材料の予備成形体。

【請求項11】

請求項１０に記載の金属基複合材料の予備成形体において、
前記気孔の各々の大きさは６００〜７００μｍの範囲である、金属基複合材料の予備成形体。

【請求項12】

請求項１０に記載の金属基複合材料の予備成形体において、
前記気孔の各々の大きさは１８０〜３５５μｍの範囲である、金属基複合材料の予備成形体。

【請求項13】

請求項１０に記載の金属基複合材料の予備成形体において、
前記気孔の各々の大きさは３０〜６０μｍの範囲である、金属基複合材料の予備成形体。

【請求項14】

請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の金属基複合材料の予備成形体において、
前記無電解めっき層は、前記複数の内壁の各々の表面から少なくとも３０μｍの深さまでニッケルが入り込むように形成されたニッケル無電解めっき層である、金属基複合材料の予備成形体。

【請求項15】

請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の金属基複合材料の予備成形体の前記連続気孔内に前記母材金属が低圧含浸処理により充填されている、金属基複合材料。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、予備成形体およびそれを用いた金属基複合材料ならびにその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、種々の要求に適合する材料を実現すべく、母材金属に強化材を複合化させることにより、単体の材料では持ち合わせなかった特性を向上させた複合材料、特にカーボンナノファイバ等のナノ炭素繊維を複合化させて母材金属の特性を強化した金属基複合材料が開発されている。

【0003】

具体的には、金属基複合材料は、高熱伝導率、低熱膨張係数、高強度、優れた加工性、低コスト等といった種々の特性を有している。そして、金属基複合材料は、このような特性が期待される製品として、例えばディスクブレーキ、ヒートシンク（放熱板）、サングラスのフレーム構造、ベアリング等といった様々な製品に用いられている。このような金属基複合材料を製造する一般的な方法として、粉末冶金法や高圧鋳造法が挙げられる。

【0004】

例えば、特許文献１には、粉末冶金法を基本とする、複合材を作製するための金属粒子（マグネシウム合金やアルミニウム合金）とカーボンナノファイバ（ＶＧＣＦ）等の炭素粉末との複合化方法、および金属基複合材料の製造方法が開示されている。

【0005】

また、特許文献２には、アルミニウム合金等からなる不定形状の母粒子の表面や内部に、短繊維からなるカーボンナノファイバ等の子粒子を固着させて金属基複合粉体とし、これを出発原料として押出し加工や粉末冶金法によって製造される金属基複合材料が開示されている。

【0006】

また、特許文献３には、メソフェーズピッチにカーボンナノファイバが混入され、メソフェーズピッチが連続多孔質構造体に形成されると共に、該連続多孔質構造体が不活性ガス下１０００℃〜３０００℃の温度範囲で加熱されて炭化または黒鉛化され、高圧鋳造法によりキャビティ内の溶融アルミニウムが約１００ＭＰａの高圧で加圧されて、該炭化もしくは黒鉛化された連続多孔質構造体の連続孔内に溶融アルミニウムが連続孔の内壁と密着した状態で充填されている金属基複合材料およびその製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第５３６０５４７号公報

【特許文献2】特開２００７−２２４３５９号公報

【特許文献3】特許第５１８１１６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ここで、特許文献１および２の粉末冶金法は、アルミニウム粉末とカーボンナノファイバとを混合した構成材料を、型に入れて高圧下で押出し、その後に構成材料の融点以下の温度で焼成するというプロセスからなる。しかしながら、この粉末冶金法では、アルミニウム粉末に対するカーボンナノファイバ粉末の分散率を十分に保ったまま型押し後における成形品の強度が低下しないように高い圧力で押し固めるため、自ずと製品の大きさが限られてしまい、その結果として、大型製品への適用が困難になるという問題があった。

【0009】

また、粉末冶金法では、ベアリングのような比較的単純な形状の製品であれば高圧下の型押しによって所望の形状を得ることが可能であるが、上記ディスクブレーキ、ヒートシンク、サングラスのフレーム構造のような比較的複雑な形状を有する製品の場合では、型押し成形後に更なる加工処理を行わなければ所望の形状を得ることができない。すなわち、粉末冶金法では、高圧下での押出し成形が前提となっているため、比較的複雑な形状を有する製品を製造することが容易でなかった。

【0010】

さらに、粉末冶金法では、高圧下で型押し成形しなければならないため、高圧状態を作り出すための製造設備が大がかりとなり、その結果として、金属基複合材料の製造に伴うコストが高くなってしまうという問題もあった。

【0011】

一方、特許文献３の高圧鋳造法では、一般的にメソフェーズピッチおよびカーボンナノファイバからなる予備成形体と溶融金属との濡れ性が劣ることから、連続多孔質構造体の連続孔内に溶融アルミニウムを充填する際、約１００ＭＰａといった高い圧力をかけて連続孔の内壁とアルミニウムとの密着性を高めている。しかしながら、特許文献３による製造方法でも、特許文献１および２の製造方法と同様、高圧状態を作り出すための製造設備が大がかりとなって、金属基複合材料の製造に伴うコストが高くなるという問題があった。さらに、大型製品を製造するためには、高圧を加えることができるより大きな設備が必要となることから、高圧鋳造法でも大型製品への適用が困難であった。

【0012】

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の製造方法とは異なる製造プロセスにより、予備成形体およびそれを用いた金属基複合材料を得られるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記の目的を達成するために、本発明は、スペーサ粒子が溶解した後に形成される連続気孔を有する予備成形体に無電解めっき処理を行うようにした。また、低圧含浸法により、その予備成形体の連続気孔内に母材金属を充填して金属基複合材料を製造するようにした。

【0014】

具体的には、本発明の第１の形態は、ナノ炭素繊維からなる強化材によりアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる母材金属の特性が強化された金属基複合材料における予備成形体の製造方法であって、強化材の粉末体、該強化材同士を架橋するための炭素粉末のメソフェーズピッチからなる架橋材の粉末体、および溶媒に対する可溶性を有するスペーサ粒子を混入撹拌して混合材料を形成するステップと、混合材料を加圧成形して固体状の混合体を形成するステップと、混合体を加熱して架橋材の粉末体を構成する少なくとも１つの微細な粒子により強化材を構成するナノ炭素繊維の端部同士が結合した状態となるように強化材同士を架橋するステップと、混合体を溶媒に浸してスペーサ粒子を溶媒により溶解除去することにより、残留した強化材および架橋材からなり、該スペーサ粒子が溶解した後に形成される複数の気孔同士が互いに連通した連続気孔を有する基体を生成するステップと、基体の外表面ないし連続気孔の表面に無電解めっき処理により無電解めっき層を形成するステップと、を備えることを特徴とする。

【0015】

この第１の形態によれば、混合材料の形成から固体状の混合体を加熱するまでのプロセスを経ることにより、強化材の各々が架橋材によって架橋され、強化材の各々は予備成形体のマトリクス内で熱伝導経路が縦横に構築された状態とすることができる。その結果、予備成形体内に滞留している熱がスムーズに流れるようにすることが可能となる。また、混合体を溶媒に浸してスペーサ粒子を溶媒により溶解除去する処理（スペーサ処理）を行うことによって、複数の気孔同士が互いに連通している連続気孔が適切に形成され、低圧含浸処理を行う際に溶融した母材金属を連続気孔内に含浸させることができる。その結果、製造された金属基複合材料内における気孔欠陥の発生を抑制することが可能となる。さらに、基体の外表面ないし連続気孔の表面に無電解めっき層を形成することにより、基体
の外表面付近ないし連続気孔の表面付近に残留するマイクロポア（微少な気孔欠陥）が無電解めっき層に埋め尽くされ、予備成形体と溶融した母材金属との濡れ性が向上する。その結果、高圧を必要としない低圧含浸法により、金属基複合材料を製造することが可能となる。

【0016】

第２の形態は、第１の形態において、スペーサ粒子の粒子径は６００〜７００μｍの範囲であることを特徴とする。

【0017】

この第２の形態によれば、所望の大きさによる気孔を得ることができる。

【0018】

第３の形態は、第１の形態において、スペーサ粒子の粒子径は１８０〜３５５μｍの範囲であることを特徴とする。

【0019】

この第３の形態によれば、スペーサ粒子の粒子径をより小さくすることによって、連続気孔における各気孔を微細化できかつ予備成形体内の組織を緻密化できる。

【0020】

第４の形態は、第１の形態において、スペーサ粒子の粒子径は３０〜６０μｍの範囲であることを特徴とする。

【0021】

この第４の形態によれば、第３の形態による効果をより顕著に得ることができる。

【0022】

第５の形態は、第１〜第４の形態のいずれかにおいて、混合材料を形成するステップでは、スペーサ粒子と架橋材および強化材とを重量比が９０：１０〜７０：３０の範囲内でそれぞれ混合することを特徴とする。

【0023】

この第５の形態によれば、予備成形体内に占める連続気孔の気孔率が適切な範囲に抑えられ、予備成形体の骨格が脆くならず、スペーサ処理後でも予備成形体の外形を十分に維持することができる。

【0024】

第６の形態は、第１〜第５の形態のいずれかにおいて、混合材料を形成するステップでは、架橋材と強化材とを重量比が７０：３０〜３０：７０の範囲内でそれぞれ混合することを特徴とする。

【0025】

この第６の形態によれば、スペーサ処理後であっても、亀裂や欠損が生じないような、適切な予備成形体を得ることができる。また、スペーサ処理により各気孔の大きさにバラツキが生じないような適切な連続気孔を形成することができる。

【0026】

第７の形態は、第１〜第６の形態のいずれか１つにおいて、気孔同士の間に形成される予備成形体の内壁が６０μｍ以上の厚さになるように予備成形体を生成し、無電解めっき層を形成するステップでは、ニッケル無電解めっき処理により、連続気孔の表面から少なくとも３０μｍの深さまでニッケルが入り込むようにニッケル無電解めっき層を形成することを特徴とする。

【0027】

この第７の形態によれば、気孔間の内壁に残留するマイクロポアがニッケル無電解めっき層に埋め尽くされ、連続気孔の表面と溶融した母材金属との濡れ性をさらに向上させることができる。さらに、内壁の厚みが隣り合うそれぞれの気孔表面から形成される無電解めっき層同士の厚みと同じ厚さになり、気孔間の内壁全体に無電解めっき層が形成されるようにすることができる。

【0028】

第８の形態は、第１〜第７の形態のいずれかにおいて、スペーサ粒子はＮａＣｌの粒子からなることを特徴とする。

【0029】

この第８の形態によれば、高融点（８００℃）かつ水溶性のＮａＣｌ粒子を用いることにより、低コストで容易にマイクロメートル単位の気孔を形成することができる。

【0030】

第９の形態は、金属基複合材料の製造方法であって、第１〜第８の形態のいずれかの予備成形体を、溶融した母材金属内で大気圧の１０倍以下となる圧力下の低圧含浸法により処理して、連続気孔内に母材金属が充填された金属基複合材料を製造することを特徴とする。

【0031】

この第９の形態によれば、第１〜第８の形態のいずれかの予備成形体を用いて、高圧を必要としない低圧含浸法により、金属基複合材料を製造することができる。

【0032】

第１０の形態は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる母材金属の特性を強化するためのナノ炭素繊維からなる強化材と、該強化材同士を架橋するための炭素粉末のメソフェーズピッチからなる架橋材と、を有する金属基複合材料の予備成形体であって、予備成形体は、強化材および架橋材が骨格をなす網目構造の組織として構成されている。予備成形体は、強化材および架橋材により形成されかつ各々の厚みが６０μｍ以上となるように形成される複数の内壁と、前記複数の内壁により囲まれた複数の気孔同士が互いに連通している連続気孔と、を有している。複数の内壁は、架橋材を構成する少なくとも１つの微細な粒子により強化材を構成するナノ炭素繊維の端部同士が結合された状態となるように構成されている。そして、予備成形体の外表面ないし複数の内壁には無電解めっき層が形成されていることを特徴とする。

【0033】

この第１０の形態によれば、第１の形態と同様の効果を得ることができる。

【0034】

第１１の形態は、第１０の形態において、気孔の各々の大きさは６００〜７００μｍの範囲であることを特徴とする。

【0035】

この第１１の形態によれば、第２の形態と同様の効果を得ることができる。

【0036】

第１２の形態は、第１０の形態において、気孔の各々の大きさは１８０〜３５５μｍの範囲であることを特徴とする。

【0037】

この第１２の形態によれば、第３の形態と同様の効果を得ることができる。

【0038】

第１３の形態は、第１０の形態において、気孔の各々の大きさは３０〜６０μｍの範囲であることを特徴とする。

【0039】

この第１３の形態によれば、第４の形態と同様の効果を得ることができる。

【0040】

第１４の形態は、第１０〜第１３の形態のいずれか１つにおいて、無電解めっき層は、複数の内壁の各々の表面から少なくとも３０μｍの深さまでニッケルが入り込むように形成されたニッケル無電解めっき層であることを特徴とする。

【0041】

この第１４の形態によれば、第７の形態と同様の効果を得ることができる。

【0042】

第１５の形態は、第１０〜第１４の形態のいずれかの金属基複合材料の予備成形体の連続気孔内に母材金属が低圧含浸処理により充填されていることを特徴とする。

【0043】

この第１５の形態によれば、第９の形態と同様の効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0044】

本発明では、従来の製造方法とは異なる製造プロセスにより、予備成形体およびそれを用いた金属基複合材料を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る金属基複合材料を示す概略図である。

【図2】図２は、金属基複合材料の組織状態を示す概略図である。

【図3】図３は、強化材と架橋材との構成を示す概略図である。

【図4】図４は、予備成形体の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図5】図５は、ニッケル無電解めっき処理が行われる前の金属基複合材料の組織状態を概略的に示す断面図である。

【図6】図６は、ニッケル無電解めっき処理が行われた後の金属基複合材料の組織状態を示す図５相当図である。

【図7】図７は、気孔間の内壁全体にニッケル無電解めっき処理が行われた状態を示す図５相当図である。

【図8】図８は、混合材料を形成する工程を模式的に示す図である。

【図9】図９は、混合材料を加圧して固体状の混合体を形成する工程を模式的に示す図である。

【図10】図１０は、混合体を加熱処理する工程を模式的に示す図である。

【図11】図１１は、スペーサ処理で基体を形成する工程を模式的に示す図である。

【図12】図１２は、ニッケル無電解めっき処理の工程を模式的に示す図である。

【図13】図１３は、低圧鋳造装置を模式的に示す図である。

【図14】図１４は、実施例によるＶＧＣＦの組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図15】図１５は、実施例によるＭＰの組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図16】図１６は、加熱処理後のサンプル１（混合体）を示す写真である。

【図17A】図１７Ａは、スペーサ処理後のサンプル１（基体）を示す写真である。

【図17B】図１７Ｂは、サンプル１の組織を部分的に拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図18】図１８は、加熱処理後のサンプル２（混合体）を示す写真である。

【図19A】図１９Ａは、スペーサ処理後のサンプル２（基体）を示す写真である。

【図19B】図１９Ｂは、サンプル２の組織を部分的に拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図20】図２０は、加熱処理後のサンプル３（混合体）を示す写真である。

【図21】図２１は、スペーサ処理後のサンプル３（基体）を示す写真である。

【図22】図２２は、スペーサ処理後のサンプル４（基体）を示す写真である。

【図23A】図２３Ａは、スペーサ処理後のサンプル４（基体）の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図23B】図２３Ｂは、図２３Ａの（ｃ）部を拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図24】図２４は、サンプル５（基体）を示す写真である。

【図25A】図２５Ａは、サンプル５（基体）の図２３Ａ相当図である。

【図25B】図２５Ｂは、サンプル５（基体）の図２３Ｂ相当図である。

【図26】図２６は、サンプル６（基体）を示す写真である。

【図27A】図２７Ａは、サンプル６（基体）の図２３Ａ相当図である。

【図27B】図２７Ｂは、サンプル６（基体）の図２３Ｂ相当図である。

【図28】図２８は、サンプル７（基体）を示す写真である。

【図29A】図２９Ａは、サンプル７（基体）の図２３Ａ相当図である。

【図29B】図２９Ｂは、サンプル７（基体）の図２３Ｂ相当図である。

【図30】図３０は、サンプル８（基体）を示す写真である。

【図31】図３１は、ＮａＣｌ粒子（粒子径６００〜７００μｍ）の電子顕微鏡写真である。

【図32】図３２は、ＮａＣｌ粒子（粒子径１８０〜３５５μｍ）の電子顕微鏡写真である。

【図33】図３３は、ＮａＣｌ粒子（粒子径３０〜６０μｍ）の電子顕微鏡写真である。

【図34A】図３４Ａは、サンプル９（基体）の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図34B】図３４Ｂは、図３４Ａの内壁部分を拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図35A】図３５Ａは、サンプル１０（基体）の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図35B】図３５Ｂは、図３５Ａの内壁部分を拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図36】図３６は、サンプル１１（基体）の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図37A】図３７Ａは、ニッケル無電解めっき処理が行われたサンプル１０（予備成形体）の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図37B】図３７Ｂは、図３７Ａの（ａ）部を拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図38A】図３８Ａは、ニッケル無電解めっき処理が行われたサンプル１０（予備成形体）の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図38B】図３８Ｂは、図３８Ａの（ａ）部を拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図38C】図３８Ｃは、図３８Ａの（ｂ）部を拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図39】図３９は、ニッケル無電解めっき処理が行われたサンプル９（予備成形体）の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図40A】図４０Ａは、ニッケル無電解めっき処理が行われたサンプル９（予備成形体）の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図40B】図４０Ｂは、図４０Ａの（ａ）部を拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図41A】図４１Ａは、サンプル１２（金属基複合材料）の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図41B】図４１Ｂは、図４１Ａの（ａ）部を拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図42A】図４２Ａは、サンプル１２（金属基複合材料）の電子顕微鏡写真である。

【図42B】図４２Ｂは、サンプル１２（金属基複合材料）の電子顕微鏡写真である。

【図43】図４３は、図４１Ａに示す組織を部分的に拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図44A】図４４Ａは、サンプル１０（金属基複合材料）の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図44B】図４４Ｂは、図４４Ａの（ａ）部を拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図45】図４５は、図４４Ａに示す組織を部分的に拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図46】図４６は、サンプル９（金属基複合材料）の組織状態を説明する電子顕微鏡写真である。

【図47A】図４７Ａは、図４６に示す組織を部分的に拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【図47B】図４７Ｂは、図４７Ａの（ａ）部を拡大して説明する電子顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0046】

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものではない。

【0047】

本発明の実施形態に係る金属基複合材料１は、高熱伝導率、低熱膨張係数、高強度、優れた加工性、低コスト等といった種々の特性を有しており、例えばディスクブレーキ、ヒートシンク（放熱板）、サングラスのフレーム構造、ベアリング等といった様々な製品に用いられる。

【0048】

図１に示すように、金属基複合材料１は、母材金属２を備えている。この母材金属２としては、純アルミニウム、アルミニウム合金などが挙げられる。そして、アルミニウム合金としては、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎの少なくとも１種を含むものが採用され、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系のものが用いられる。本発明の実施形態に係る金属基複合材料１では、母材金属２として、純アルミニウムを用いている。

【0049】

また、図２および図３に示すように、金属基複合材料１は、金属基複合材料１が製造される前の中間体として機能する多孔性の予備成形体３を含む。予備成形体３は、上記母材金属２の特性を強化するための強化材４を有している。この強化材４は、カーボンナノファイバ（以下「ＣＮＦ」という）、カーボンナノチューブなどの短繊維からなるナノ炭素繊維が適している。本発明の実施形態に係る金属基複合材料１では、ＣＮＦからなる強化材４として、気相法炭素繊維のＶＧＣＦ（Ｖａｐｏｒ Ｇｒｏｗｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ：昭和電工株式会社製）を用いている。このＶＧＣＦは、平均繊維径が約１５０ｎｍ、平均繊維長さが１０〜２０μｍの短繊維により構成されており、特に熱伝導率に優れている。また、短繊維からなるＶＧＣＦは、３次元ないし２次元ランダム配向による等方性を有している。

【0050】

また、予備成形体３は、上記強化材４，４同士を架橋するための架橋材５を有している。この架橋材５は、例えば炭素粉末のメソフェーズピッチ（以下「ＭＰ」という）からなり、このＭＰが予備成形体３のマトリクス中で強化材４（ＶＧＣＦ）のそれぞれを架橋している。すなわち、図３に示すように、等方性を有する強化材４，４，…の各々が架橋材５（ＭＰ）によって架橋されているため、強化材４，４，…の各々は予備成形体３のマトリクス内で熱伝導経路が縦横に構築された状態となり、それによって、予備成形体３内に
滞留している熱がスムーズに流れるように構成されている。なお、ＭＰの材質を炭素粉末からなるものにすることにより、ナノ炭素繊維からなる強化材４と同種の材質により強化材４，４，…同士を架橋しやすくなる。

【0051】

図４および図５に示すように、予備成形体３には、後述する予備成形体３の作製過程において、混合材料を形成する際に混入されたスペーサ粒子を溶解除去する処理（すなわちスペーサ処理）によって複数の気孔６，６，…同士が互いに連通した連続気孔７が設けられている。本発明の実施形態に係る金属基複合材料１では、この連続気孔７内に、低圧含浸法によってアルミニウムが充填された状態となっている（図１参照）。また、予備成形体３の気孔６，６間には、所定の厚さを有する内壁８が形成されている。この内壁８は、後述する無電解めっき層との関係により、６０μｍ以上の厚さに形成されるようにするのが好ましい。

【0052】

ここで、上記気孔６，６，…の各々の大きさは、後述するＮａＣｌ粒子の粒子径に応じて、６００〜７００μｍの範囲であるのが好ましい。また、より好ましくは１８０〜３５５μｍの範囲である。さらに好ましくは３０〜６０μｍの範囲である。

【0053】

図６に示すように、予備成形体３の外表面ないし連続気孔７の表面には無電解めっき層９が形成されている。具体的には、無電解めっき層９は、予備成形体３（基体）の外表面ないし連続気孔７の表面からニッケルが入り込むようにニッケル無電解めっき層が形成されている。このように、予備成形体３の外表面ないし連続気孔７の表面に無電解めっき層９を形成することにより、予備成形体３（基体）の外表面付近ないし連続気孔７の表面付近に残留するマイクロポア（微少な気孔欠陥）が無電解めっき層９に埋め尽くされ、予備成形体３と溶融した母材金属２との濡れ性が向上する。その結果、１００ＭＰａ前後の高圧条件を必要としない低圧含浸法により、無電解めっき層９を介して母材金属２と予備成形体３（基体）とが十分に密着した金属基複合材料１を製造することが可能となる。

【0054】

また、無電解めっき層９は、連続気孔７の表面から少なくとも３０μｍの深さまでニッケルが入り込むように形成されているのが好ましい。そして、気孔６，６間の内壁８が６０μｍ以上の厚さになるように予備成形体３が生成されていれば、図６に示すように、気孔６，６間に無電解めっき層９が十分に形成されることになる。これにより、気孔６，６間の内壁８に残留するマイクロポアが無電解めっき層９に埋め尽くされ、連続気孔７の表面と溶融した母材金属２との濡れ性をさらに向上させることができる。

【0055】

さらに、予備成形体３の気孔６，６間に６０μｍ程度の厚みを有する内壁８が形成されているのがより好ましい。すなわち、互いに隣り合う気孔６，６表面から形成される無電解めっき層９の厚みと同じ厚さになる内壁８が形成されていれば、図７に示すように、気孔６，６間の内壁８全体に無電解めっき層９が形成されるようになる。これにより、気孔６，６間の内壁８全体に残留するマイクロポアが無電解めっき層９に埋め尽くされ、連続気孔７の表面と溶融した母材金属２との濡れ性をさらに向上させることができる。

【0056】

次に、図８〜図１３を参照して、予備成形体３および金属基複合材料１の製造方法を説明する。

【0057】

［予備成形体の製造方法］
はじめに、予備成形体３の製造方法について詳述する。

【0058】

まず、図８に示すような攪拌器１１を用いて、予備成形体３の前段階となる各構成粉末の混合材料を形成する。具体的には、強化材４の粉末体と架橋材５の粉末体と溶媒に対する可溶性を有するスペーサ粒子１０とを容器１１ａ内に混入し、図８の矢印方向に撹拌棒１１ｂを回転させてしばらく撹拌することにより混合材料３ａを形成する。本実施形態では、スペーサ粒子１０としてＮａＣｌからなる粒子が用いられる。高融点（８００℃）かつ水溶性のＮａＣｌ粒子を用いることにより、低コストで容易にマイクロメートル単位の気孔６を形成することができる。

【0059】

ここで、スペーサ粒子１０の粒子径は６００〜７００μｍの範囲であるのが好ましい。また、より好ましいスペーサ粒子１０の粒子径は１８０〜３５５μｍの範囲である。さらに好ましくは３０〜６０μｍの範囲である。すなわち、スペーサ処理に用いられるＮａＣｌ粒子の粒子径をより小さくすることによって、連続気孔７における各気孔６，６，…を微細化できかつ予備成形体３内の組織を緻密化できる。さらに、混合材料３ａを生成する過程で混入されるスペーサ粒子１０（ＮａＣｌ粒子）の粒子径を適宜変えることにより、予備成形体３の組織状態および連続気孔７の大きさを調整することができる。

【0060】

また、混合材料３ａを形成するステップでは、スペーサ粒子１０と架橋材５（ＭＰ）および強化材４（ＶＧＣＦ）との重量比が９０：１０〜７０：３０の範囲内でそれぞれを混合するのが好ましい。特に、スペーサ粒子１０と架橋材５および強化材４との重量比が７０：３０となるようにそれぞれを混合するのが好ましい。このようにすれば、予備成形体３内に占める連続気孔７の気孔率が適切な範囲に抑えられ、予備成形体３の骨格が脆くならず、スペーサ処理後でも予備成形体３の外形を十分に維持することができる。さらに、連続気孔７として複数の気孔６，６，…同士が互いに連通した状態となり、複数の気孔６，６，…同士が互いに連通しない状態（すなわち各気孔６，６，…が互いに閉じたクロスポアの状態）にならないようにすることができる。そして、複数の気孔６，６，…同士が互いに連通している連続気孔７が適切に形成されていれば、後述する低圧含浸処理を行う際に溶融した母材金属２を連続気孔７内に含浸させることができ、製造された金属基複合材料１内における気孔欠陥の発生を抑制することができる。

【0061】

さらに、混合材料３ａを形成するステップでは、架橋材５（ＭＰ）と強化材４（ＶＧＣＦ）との重量比が７０：３０〜３０：７０の範囲内でそれぞれを混合するのが好ましい。このようにすれば、亀裂や欠損が生じないような適切な予備成形体３を得ることができる。また、後述するスペーサ処理により各気孔６，６，…の大きさにバラツキが生じないような適切な連続気孔７を形成することができる。より好ましくは、架橋材５と強化材４との重量比は７０：３０である。このような比率であれば、内部組織が緻密かつ強固になって、亀裂や欠損が生じないような、適切な強度の骨格をなす予備成形体３を得ることが可能となる。

【0062】

次に、図９に示すような加圧器１２を用いて、混合体３ｂを加圧成形して固体状の混合体３ｂを形成する。具体的には、加圧器１２の容器１２ａ内に上記混合材料３ａを封入し、加圧部１２ｂから混合材料３ａに７５ＭＰａ以下の圧力を加えることにより、固体状の混合体３ｂを形成する。ここで、混合材料３ａに加える圧力値としては、２５ＭＰａ以下になるように加圧部１２ｂを制御するのが好ましい。

【0063】

次に、図１０に示すような加熱器１３を用いて、固体状の混合体３ｂを加熱することにより、強化材４，４，…同士を架橋材５により架橋する。具体的には、加熱器１３内に固体状の混合体３ｂが封入された加圧器１２を設置し、約５００℃の温度で所定の時間（例えば約１時間）をかけて加熱部１３ａにより加熱処理を行う。この加熱処理が終了した後、加熱された混合体３ｂを大気雰囲気下で自然冷却する。

【0064】

次に、混合体３ｂを溶媒に浸してスペーサ粒子１０を溶媒により溶解除去する処理（スペーサ処理）を行うことにより、連続気孔７を有する基体３ｃを生成する。具体的には、図１１に示すように、蒸留水Ｗ（溶媒）が満たされた容器１４内に上記加熱処理された混合体３ｂを浸す。混合体３ｂがこの蒸留水Ｗに浸されることにより、混合体３ｂ内に含有されていたスペーサ粒子１０が蒸留水Ｗに溶け出すようになる。すなわち、混合体３ｂを蒸留水Ｗに浸してＮａＣｌからなるスペーサ粒子１０を蒸留水Ｗにより溶解除去することにより、強化材４および架橋材５が残留し、この残留した強化材４および架橋材５が予備成形体３の骨格をなす基体３ｃとなる。さらに、基体３ｃ内には、スペーサ粒子１０が溶解した後に複数の気孔６，６，…が形成され、これら複数の気孔６，６，…同士が互いに連通した連続気孔７が形成される（図４および図５参照）。

【0065】

スペーサ粒子１０が蒸留水Ｗに完全に溶けた後、容器１４内から基体３ｃを取り出し、基体３ｃに残っている蒸留水Ｗを乾燥により蒸発除去させる。以上により、基体３ｃの生成が終了する。

【0066】

次に、図１２に示すような無電解めっき装置１５を用いて、上記製造プロセスにより生成された基体３ｃに無電解めっき処理を行う。

【0067】

具体的には、例えば温度３４３ｋの水（すなわち約７０℃のお湯）が満たされた容器１５ａ内にめっき浴槽１５ｂを浸し、そのめっき浴槽１５ｂ内に満たされたニッケルめっき浴１５ｃの温度が３４３ｋ（約７０℃）かつ水素イオン指数（ＰＨ）の値が６．５となるように測定器具１５ｄにより調整する。そして、上記プロセスにより生成された基体３ｃをめっき浴槽１５ｂ内のニッケルめっき浴１５ｃに所定時間（例えば約５分間）浸漬させる。

【0068】

以上により、基体３ｃの外表面ないし連続気孔７の表面にニッケル無電解めっき層９を形成した予備成形体３の生成が終了する。

【0069】

ここで、上述のように、無電解めっき層９は、基体３ｃの外表面ないし連続気孔７の表面に形成される。具体的には、無電解めっき層９は、基体３ｃの外表面上ないし連続気孔７の表面上に積層されるのではなく、基体３ｃ内にニッケルが浸透することにより、基体３ｃの外表面ないし連続気孔７の表面から所定の深さまでニッケルが入り込むように形成される（図６および図７参照）。その結果、無電解めっき処理の前後にかかわらず、各気孔６，６，…の大きさが変わることなく、予備成形体３内における連続気孔７の気孔率が維持されることになる。

【0070】

［金属基複合材料の製造方法］
次に、図１３に示すような低圧鋳造装置１６を用いて、低圧含浸法により金属基複合材料１を製造する。

【0071】

低圧鋳造装置１６に設けられている黒鉛鋳型１６ａ内に上記予備成形体３を入れ、その予備成形体３の上から溶融した母材金属２（本実施形態では溶融アルミニウム）を黒鉛鋳型１６ａ内に流し込む。その後、黒鉛からなる封止体１６ｂにより黒鉛鋳型１６ａを封止して、ガス注入管１６ｃから不活性ガス（例えばアルゴンガス）を黒鉛鋳型１６ａ内に注入し、黒鉛鋳型１６ａ内の温度が高温状態（９７３ｋ）になるように黒鉛鋳型１６ａを加熱する。

【0072】

このような高温かつ不活性ガス雰囲気下で、低圧鋳造装置１６の押圧具１６ｄにより封止体１６ｂに圧力を加えて黒鉛鋳型１６ａ内を加圧する。具体的には、大気圧（約０．１ＭＰａ）の１０倍以下となる圧力（例えば０．８ＭＰａ）を黒鉛鋳型１６ａ内の予備成形体３および溶融アルミニウムに加えて、この加圧状態を所定の時間（例えば０．６ｋｓ）保持する。なお、押圧具１６ｄに連結されて低圧鋳造装置１６に吊り下げられている重り１６ｅの量を適宜変えることにより、押圧具１６ｄから黒鉛鋳型１６ａに加えられる圧力値を調整することが可能となる。これにより、予備成形体３の連続気孔７内に溶融アルミニウムが充填される。加圧処理が終了した後、加熱状態を解除し、黒鉛鋳型１６ａ内で予備成形体３を冷却する。

【0073】

以上のような低圧含浸法による処理を経て、予備成形体３の連続気孔７内に母材金属２が充填された金属基複合材料１が製造される。

【0074】

［参考の実施形態］
本発明の実施形態に係る金属基複合材料１の予備成形体３では、架橋材５として炭素粉末からなるメソフェーズピッチ（ＭＰ）を用いたが、参考の実施形態として、非鉄金属粉末からなる架橋材を用いてもよい。この非鉄金属粉末としては、Ｃｕ、Ｃａ、Ｍｇのいずれか１種からなるものが好ましい。このような非鉄金属粉末を架橋材として用いることにより、非鉄金属粉末を含む予備成形体３と母材金属２との濡れ性をさらに向上させることができ、かつ、金属基複合材料１における熱伝導率を高めることができる。

【0075】

以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。

【実施例】

【0076】

以下、本発明に係る実施例を示す。本実施例では、以下のプロセスによりサンプル１〜１２を作製した。

【0077】

［予備成形体の製造］
はじめに予備成形体を作製した。まず、ＶＧＣＦ粉末体（強化材）とＭＰ粉末体（架橋材）とＮａＣｌ粒子（スペーサ粒子）とを所定の容器内に混入し、撹拌棒で約１０分間撹拌して混合材料を形成した（図８参照）。本実施例で用いたＶＧＣＦの形状およびその物性を表１および図１４に示す。同様に、ＭＰ粉末の大きさおよびその物性を表２および図１５に示す。なお、サンプル１〜１２に関し、混合材料における各構成材料の重量比およびＮａＣｌ粒子の粒子径に関する詳細については後述する。

【0078】

【表1】

【0079】

【表2】

【0080】

混合材料を形成した後、所定の加圧器に上記混合材料を封入し、７５ＭＰａの圧力を加えて混合材料を固体状の混合体に成形した（図９参照）。その後、固体状の混合体を加熱器内に入れて、約５００℃の温度で約１時間加熱処理を行い、大気雰囲気下で混合体を冷却した（図１０参照）。この後、スペーサ処理により、蒸留水が満たされた容器内に上記混合体を浸し、その混合体内に含有されているＮａＣｌ粒子を溶解除去した（図１１参照）。これにより、残留したＶＧＣＦおよびＭＰからなる基体を生成し、この基体内に複数の気孔同士が互いに連通した連続気孔を形成した。ＮａＣｌ粒子が蒸留水に完全に溶けた後、容器内から基体を取り出して、基体に残っている蒸留水を乾燥により除却した。

【0081】

［ＮａＣｌ粒子とＭＰ粉末体およびＶＧＣＦ粉末体との重量比］
ここで、混合材料を形成する過程において、ＮａＣｌ粒子とＭＰ粉末体およびＶＧＣＦ粉末体との重量比が異なる３種類のサンプル１〜３および５を作製した。各サンプルにおける重量比の詳細を表３に示す。なお、サンプル１〜３および５では、粒子径が１８０〜３５５μｍの範囲に含まれるＮａＣｌ粒子を用いた。

【0082】

【表3】

【0083】

図１６、図１８および図２０は、サンプル１〜３のそれぞれについて、スペーサ処理前の加熱処理された混合体の状態を示している。図１６、図１８および図２０に示すように、サンプル１〜３は、スペーサ処理前の加熱処理された混合体の状態において、いずれも円柱形状を維持していた。また、図１７Ａ、図１９Ａおよび図２１は、サンプル１〜３のそれぞれについて、スペーサ処理を行った後の基体の状態を示している。

【0084】

図１７Ａ、図１９Ａおよび図２１に示すように、サンプル１〜３は、スペーサ処理後であっても混合体の外形（円柱形状）が崩れることなく、加熱処理後における混合体の外形が維持されていた。また、図１７Ｂおよび図１９Ｂに示すように、スペーサ処理で得られたサンプル１および２の電子顕微鏡写真による組織状態を観察すると、組織内に大きな亀裂や欠損は見られず、適切な連続気孔が形成されていた。特に、サンプル３と同じ条件で作製されたサンプル５の電子顕微鏡写真による組織状態（図２５Ａ参照）を確認したところ、組織内に大きな亀裂や欠損は見られず、各々の大きさがほぼ均等な連続気孔が適切に形成されていた。

【0085】

このように、ＮａＣｌ粒子とＭＰ粉末体およびＶＧＣＦ粉末体との重量比が９０：１０〜７０：３０の範囲であれば、ＮａＣｌ粒子の混入量が適切となって、基体内に占める連続気孔の気孔率が適切な範囲に抑えられることにより、基体が脆くならず、スペーサ処理後でも基体の外形が健全に維持された。特に、ＮａＣｌ粒子とＭＰ粉末体およびＶＧＣＦ粉末体との重量比が７０：３０であれば、より健全な基体を得ることができることがわかった。

【0086】

［ＭＰとＶＧＣＦとの重量比］
次に、混合材料を形成する過程において、ＮａＣｌ粒子とＭＰ粉末体およびＶＧＣＦ粉末体との重量比を上述した適正な範囲の中から７０：３０に固定した上で、ＭＰとＶＧＣＦとの重量比が異なる５種類のサンプル４〜８を作製した。表４にサンプル４〜８におけるそれぞれの重量比を示す。なお、サンプル４〜８では、粒子径が１８０〜３５５μｍの範囲に含まれるＮａＣｌ粒子を用いた。

【0087】

【表4】

【0088】

サンプル４〜８は、サンプル１〜３と同様、スペーサ処理前の加熱処理された混合体の状態で円柱形状を維持していた。その後、スペーサ処理で得られた各サンプル（基体）の状態における写真および電子顕微鏡写真による組織状態を図２２〜図３０にそれぞれ示す。さらに、各サンプルにおけるスペーサ処理後の基体の形状および判定結果を表５に示す。

【0089】

【表5】

【0090】

サンプル４（ＭＰとＶＧＣＦとの重量比が１００：０）では、図２２に示すように、スペーサ処理後に大きな亀裂や欠損は見られなかった。しかし、図２３Ａに示すように、スペーサ処理によって連続気孔が形成されていたものの、各気孔の大きさにバラツキが見られた。なお、サンプル４にはＶＧＣＦが混入されていないことから、基体内にＭＰしか存在しておらず（図２３Ｂ参照）、この点においてサンプル４は本発明に係る金属基複合材料の予備成形体として不適である。

【0091】

サンプル５（ＭＰとＶＧＣＦとの重量比が７０：３０）では、図２４に示すように、スペーサ処理後において、問題になるような大きな亀裂や欠損は見られなかった。そして、図２５Ａに示すように、スペーサ処理によって適切な連続気孔が形成されており、各気孔の大きさもほぼ均等に形成されていた。また、図２５Ｂに示すように、サンプル５では、ＶＧＣＦ同士がＭＰにより適切に架橋されていることが確認できた。このため、サンプル５では、後述するサンプル６および７よりも基体内の組織が緻密かつ強固になり、スペーサ処理後であっても亀裂や欠損が生じることなく加熱処理後における混合体の外形を維持することができた。

【0092】

サンプル６（ＭＰとＶＧＣＦとの重量比が５０：５０）では、図２６に示すように、スペーサ処理後において、大きな亀裂や欠損は見られなかった。そして、図２７Ａに示すように、サンプル６でも、スペーサ処理によって適切な連続気孔が形成されており、各気孔の大きさもほぼ均等に形成されていた。ただし、サンプル６では、サンプル５と比較してＭＰの混入量が相対的に増えていることから、図２７Ｂに示すように、ＭＰにより適切に架橋されていないＶＧＣＦがわずかだが確認された。

【0093】

サンプル７（ＭＰとＶＧＣＦとの重量比が３０：７０）では、図２８に示すように、スペーサ処理後において、大きな亀裂や欠損は見られなかった。そして、図２９Ａに示すように、サンプル７でも、スペーサ処理により適切な気孔が形成されており、各気孔の大きさもほぼ均等に形成されていた。ただし、サンプル７では、サンプル５および６と比較してＭＰの混入量が相対的に増えているため、図２９Ｂに示すように、ＭＰにより適切に架橋されていないＶＧＣＦが確認された。

【0094】

サンプル８（ＭＰとＶＧＣＦとの重量比が０：１００）は、ＭＰが混入されていないため、本発明に係る金属基複合材料の予備成形体として不適である。なお、サンプル８は、ＶＧＣＦ同士が架橋されていないため、図３０に示すように、基体内の組織が非常に脆くなっており、その結果としてスペーサ処理後に混合体の外形（円柱形状）が保たれなかった。

【0095】

このように、粒子径が適正な範囲に含まれるＮａＣｌ粒子を用いた場合、ＭＰ粉末体とＶＧＣＦ粉末体との重量比を７０：３０〜３０：７０の範囲にすれば、亀裂や欠損が生じないような適切な予備成形体を得ることができ、スペーサ処理により各気孔の大きさにバラツキが生じないような適切な連続気孔を形成することができることがわかった。特に、ＭＰ粉末体とＶＧＣＦ粉末体との重量比を７０：３０にすると、基体内の組織が緻密かつ強固になり、スペーサ処理後であっても基体の外形を健全に維持できることがわかった。

【0096】

［ＮａＣｌ粒子の粒子径］
次に、混合材料を形成する過程において、混入されるＮａＣｌ粒子の粒子径が異なる３種類のサンプル９〜１１を作製した。表６にそれぞれのＮａＣｌ粒子の粒子径を示す。また、各粒子径におけるＮａＣｌ粒子の電子顕微鏡写真を図３１〜図３３にそれぞれ示す。

【0097】

【表6】

【0098】

サンプル９〜１１のいずれも、上述した適正な範囲の中から、ＮａＣｌ粒子とＭＰ粉末体およびＶＧＣＦ粉末体との重量比が７０：３０であって、ＭＰ粉末体とＶＧＣＦ粉末体との重量比が７０：３０となるようにそれぞれを混合した。さらに、サンプル９〜１１の組織状態を表した電子顕微鏡写真を図３４Ａ〜図３６にそれぞれ示す。

【0099】

サンプル９では、図３４Ａに示すように、スペーサ処理により適切な連続気孔が形成されていることが確認できた。また、図３４Ｂを参照して、気孔間の内壁における組織状態を観察すると、ＭＰがＶＧＣＦ同士を適切に架橋していた。

【0100】

サンプル１０では、図３５Ａに示すように、スペーサ処理により適切な連続気孔が形成されていた。より具体的には、サンプル１０は、サンプル９に形成された連続気孔よりも緻密な連続気孔が形成されており、かつ、各気孔の大きさもほぼ均等に形成されていた。また、サンプル１０では、気孔間における内壁の厚みが薄く形成されており、サンプル９よりも基体内の組織がより緻密に構成されていた。さらに、図３５Ｂを参照して、気孔間の内壁における組織状態を観察すると、ＭＰがＶＧＣＦ同士を適切に架橋していた。

【0101】

サンプル１１では、図３６に示すように、スペーサ処理により理想的な連続気孔が形成されていた。すなわち、サンプル１１は、サンプル９および１０に形成された連続気孔よりも緻密な連続気孔が形成されており、かつ、各気孔の大きさもほぼ均等に形成されていた。また、サンプル１１では、気孔間における内壁の厚みがより薄く形成されていた。

【0102】

このように、スペーサ処理に用いられるＮａＣｌ粒子の粒子径をより小さくすることによって、連続気孔における各気孔を微細化できかつ基体内の組織を緻密化できることがわかった。さらに、混合材料を生成する過程で混入されるＮａＣｌ粒子の粒子径を適宜変えることにより、上記製造プロセスにより生成される基体の組織状態および連続気孔の大きさを調整できることもわかった。

【0103】

［ニッケル無電解めっき処理］
次に、サンプル９および１０に無電解めっき処理を行った。具体的には、温度３４３ｋの水（すなわち約７０℃のお湯）が満たされた容器内に無電解ニッケルめっき浴槽を浸し、めっき浴の温度が３４３ｋ（約７０℃）かつ水素イオン指数（ＰＨ）の値が６．５となるように調整した。そして、サンプル９および１０を無電解ニッケルめっき浴槽に約５分間浸漬させた（図１２参照）。これにより、サンプル９および１０における基体の外表面ないし連続気孔の表面にニッケル無電解めっき層を形成した。

【0104】

［ニッケル無電解めっき層におけるＮｉ含有率］
上記ニッケル無電解めっき処理を行ったサンプル１０（粒子径１８０〜３５５μｍのＮａＣｌ粒子を用いてスペーサ処理した予備成形体）の電子顕微鏡写真を図３７Ａ〜図３８Ｃに示す。図３７Ａおよび図３７Ｂに示すように、サンプル１０に形成されたニッケル無電解めっき層は、基体の外表面から約３５０μｍの深さまで入り込んでいた。

【0105】

また、図３８Ａ〜図３８Ｃに示すように、サンプル１０に形成されたニッケル無電解めっき層は、連続気孔を構成する気孔の表面から約３０μｍの深さまで入り込むように形成されていた。ここで、ニッケル無電解めっき処理を行ったサンプル１０に関し、図３８Ｂに示した『１』地点および図３８Ｃに示した『２』地点におけるニッケル原子（Ｎｉ）と炭素原子（Ｃ）との含有比率の計測結果を表７に示す。

【0106】

【表7】

【0107】

表７に示すように、基体（ＭＰおよびＶＧＣＦ）組織内に約１７％のニッケル原子（Ｎｉ）が含有されていた。すなわち、サンプル１０では、基体内にニッケルが入り込むようにしてニッケル無電解めっき層が形成されていることを確認した。

【0108】

一方、上記ニッケル無電解めっき処理を行ったサンプル９（粒子径６００〜７００μｍのＮａＣｌ粒子を用いてスペーサ処理した予備成形体）の電子顕微鏡写真を図３９〜図４０Ｂに示す。図３９に示すように、サンプル９に形成されたニッケル無電解めっき層は、基体の外表面から約９７０μｍの深さまで入り込んでいた。すなわち、サンプル９では、サンプル１０の計測結果よりも２倍以上の深さまで基体内にニッケルが入り込んでいた。

【0109】

また、ニッケル無電解めっき処理を行ったサンプル９に関し、図４０Ａに示した『１』地点および図４０Ｂに示した『２』地点におけるニッケル原子（Ｎｉ）と炭素原子（Ｃ）との含有比率を調べた結果を表８に示す。

【0110】

【表8】

【0111】

表８に示すように、基体の組織内において、約１０〜１３％の範囲でニッケル原子（Ｎｉ）が含有されていた。すなわち、サンプル９でも、基体内にニッケルが入り込むようにしてニッケル無電解めっき層が形成されていることを確認した。このように、基体にニッケル無電解めっき処理を行うことによって、基体の外表面上ないし連続気孔の表面上に積層されるのではなく、基体内にニッケルが浸透することにより、基体の外表面ないし連続気孔の表面から所定の深さまでニッケルが入り込むようにニッケル無電解めっき層が形成されることがわかった。そして、ニッケル無電解めっき処理の前後にかかわらず、各気孔の大きさが変化せず、予備成形体内における連続気孔の気孔率が維持されるようになる。

【0112】

［金属基複合材料の作製］
次に、上記ニッケル無電解めっき処理を行ったサンプル９および１０と、ニッケル無電解めっき処理を行わなかったサンプル１２とを用いて、低圧含浸法により金属基複合材料を作製した。なお、サンプル１２は、ニッケル無電解めっき処理を行う前のサンプル１０と同じ構成の予備成形体（すなわちニッケル無電解めっき処理がされていない基体）を用いた。ここで、表９に本実施例による低圧含浸法の作製条件を示す。

【0113】

【表9】

【0114】

具体的には、低圧鋳造装置（図１３参照）の黒鉛鋳型内に上記予備成形体を設置し、その予備成形体の上から母材金属となる溶融アルミニウムを黒鉛鋳型内に流し込んだ。その後、黒鉛からなる封止体により黒鉛鋳型を封止して、アルゴンガスを黒鉛鋳型内に注入し、鋳型内の温度が９７３ｋ（７００℃）になるように黒鉛鋳型を加熱した。この高温かつ不活性ガス雰囲気下で、低圧鋳造装置の押圧具により封止体に約０．８ＭＰａの圧力を鋳型内の予備成形体（サンプル９および１０）および溶融アルミニウムに加えて、約１０分間（０．６ｋｓ）保持した。加圧処理が終了した後、黒鉛鋳型内の加熱状態を解除し、黒鉛鋳型内で冷却処理した。このような低圧含浸法により、予備成形体の連続気孔内にアルミニウムが充填された金属基複合材料が製造された。

【0115】

サンプル１２の電子顕微鏡写真を図４１Ａ〜図４３に示す。特に、図４２Ａおよび図４２Ｂに示すように、サンプル１２では、母材金属となるアルミニウムと予備成形体との界面付近にマイクロポアが観察された。これは、無電解めっき処理がされていないＭＰおよびＶＧＣＦからなる基体と母材金属（アルミニウム）との濡れ性が低いことに起因し、低圧含浸法のような低圧条件下ではアルミニウムが予備成形体に十分に密着しなかった。

【0116】

次に、サンプル１０の電子顕微鏡写真を図４４Ａ〜図４５に示す。同様に、サンプル９の電子顕微鏡写真を図４６〜図４７Ｂに示す。図４５に示すように、サンプル１０では、予備成形体内に入り込んだニッケル無電解めっき層が確認された。また、図４６および図４７Ｂに示すように、サンプル９でも、予備成形体内に入り込んだニッケル無電解めっき層が確認された。そして、サンプル９および１０のいずれも、サンプル１２に見られたようなマイクロポアは全く存在しなかった。

【0117】

このように、ＭＰおよびＶＧＣＦからなる基体にニッケル無電解めっき処理を行った予備成形体を用いることによって、予備成形体に対する母材金属（アルミニウム）の濡れ性が大幅に改善され、低圧含浸法のような低圧条件下であっても、ニッケル無電解めっき層を介してアルミニウムが予備成形体に十分に密着することがわかった。

【産業上の利用可能性】

【0118】

本発明は、ディスクブレーキ、ヒートシンク、サングラスのフレーム構造、ベアリング等といった様々な製品に用いられる金属基複合材料として産業上の利用が可能である。

【符号の説明】

【0119】

１：金属基複合材料
２：母材金属
３：予備成形体
３ａ：混合材料
３ｂ：混合体
３ｃ：基体
４：強化材
５：架橋材
６：気孔
７：連続気孔
８：内壁
９：無電解めっき層
１０：スペーサ粒子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17A】

【図17B】

【図18】

【図19A】

【図19B】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図24】

【図25A】

【図25B】

【図26】

【図27A】

【図27B】

【図28】

【図29A】

【図29B】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34A】

【図34B】

【図35A】

【図35B】

【図36】

【図37A】

【図37B】

【図38A】

【図38B】

【図38C】

【図39】

【図40A】

【図40B】

【図41A】

【図41B】

【図42A】

【図42B】

【図43】

【図44A】

【図44B】

【図45】

【図46】

【図47A】

【図47B】