本申請是申請日為2011年6月3日、國際申請?zhí)枮閜ct/jp2011/062824、中國申請?zhí)枮?01180027677.9的專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及適合于制造純鎂或鎂合金的鑄造材料的連續(xù)鑄造用部件，并且特別是涉及適合用于連續(xù)鑄造用噴嘴中的復(fù)合材料。本發(fā)明還涉及使用所述連續(xù)鑄造用噴嘴的連續(xù)鑄造方法和通過所述方法得到的鑄造材料和鎂合金鑄造卷材。

背景技術(shù)：

如下的連續(xù)鑄造是已知的：其中，將在熔化爐中熔融的金屬熔融液從中間包供給至由輥、帶等構(gòu)成的動模，并且通過使所述金屬熔融液與所述動模接觸而使其冷卻并固化，從而連續(xù)地制造鑄造材料。金屬熔融液經(jīng)由噴嘴被供給至動模。這種鑄造用噴嘴的例子包括在專利文獻1和2中描述的噴嘴。在專利文獻1中，公開了具有前端的噴嘴，所述前端具有包括高熱導(dǎo)率層、低熱導(dǎo)率層和高強度彈性層的三層結(jié)構(gòu)，其降低了鑄造期間金屬熔融液在材料寬度方向上的溫度變化。專利文獻2公開了適用于純鎂或鎂合金的連續(xù)鑄造中的噴嘴。為了防止噴嘴形成材料和作為活性金屬的鎂的金屬熔融液之間的反應(yīng)，這種噴嘴包含由氧化物材料構(gòu)成的主體，和由低氧材料構(gòu)成并設(shè)置在所述主體與所述金屬熔融液接觸的表面上的包覆層。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2006-015361號公報

專利文獻2：日本特開2006-263784號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

然而，當(dāng)將金屬熔融液從噴嘴供給至動模時，所述噴嘴不斷地接觸非常熱的金屬熔融液。因此，由于所述金屬熔融液的熱所造成的氧化和所述金屬熔融液的滲透，所述部件的構(gòu)成成分可能被所述金屬熔融液消耗或者發(fā)生部件的耗損或劣化。這在一些情況下可能導(dǎo)致部件的破損。因為由部件劣化造成的部件變形與金屬熔融液的組成變化使得所述金屬熔融液的流動不均勻，所以變得難以繼續(xù)長時間的連續(xù)鑄造。

此外，在噴嘴和動模之間在供給金屬熔融液的部位形成間隙。該間隙產(chǎn)生于由動模和從噴嘴前端的內(nèi)周緣起在噴嘴軸方向上延伸的延長線限定的區(qū)域中。少量已經(jīng)流入間隙中的金屬熔融液被動模冷卻并在間隙中固化，由此局部地干擾金屬熔融液流并導(dǎo)致鑄造材料的表面性狀的下降。固化的金屬熔融液也附著到動模(例如，輥)上并可能成為產(chǎn)生鑄造材料的表面缺陷的原因。

在上述情況下做出了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的是提供適合于形成連續(xù)鑄造用部件的復(fù)合材料，使用該復(fù)合材料盡管可以進行長時間鑄造，但是抑制了部件的劣化和耗損與金屬熔融液的組成變化；阻止了金屬熔融液流入噴嘴和動模之間的間隙中；并且可以長時間連續(xù)鑄造表面品質(zhì)優(yōu)異的鑄造材料。本發(fā)明的另一目的是提供使用所述復(fù)合材料的連續(xù)鑄造用部件，特別是連續(xù)鑄造用噴嘴。本發(fā)明的又一目的是提供使用連續(xù)鑄造用噴嘴的連續(xù)鑄造方法，和通過該方法獲得鑄造材料和鎂合金鑄造卷材。

解決問題的手段

通過使機械強度高并且與諸如純鎂熔融液或鎂合金熔融液的金屬熔融液的反應(yīng)性低的多孔體的至少一部分和對金屬熔融液的潤濕性低的填充材料形成復(fù)合材料，本發(fā)明實現(xiàn)了上述目的。

本發(fā)明的復(fù)合材料涉及如下復(fù)合材料，其構(gòu)成在純鎂熔融液或鎂合金熔融液的連續(xù)鑄造時使用的連續(xù)鑄造用部件的至少一部分。所述復(fù)合材料具有：具有孔的多孔體，和在所述多孔體的表面部中與所述金屬熔融液接觸的部位的至少一部分中包含的填充材料。所述填充材料含有選自氮化物、碳化物和碳的至少一種作為主成分。這些材料是相比于所述多孔體對所述金屬熔融液的潤濕性低的材料(下文中稱為金屬熔融液排斥材料)。此處，所述表面部是指距所述多孔體的表面具有特定深度的三維區(qū)域。因為所述填充材料需要至少包含在所述表面部中，因此所述填充材料可以不僅存在于所述表面部中，而且存在于所述多孔體的內(nèi)側(cè)中。所述填充材料的主成分是指占所述填充材料的60質(zhì)量％以上的成分。

當(dāng)使用本發(fā)明的復(fù)合材料時，在包含含有金屬熔融液排斥材料的填充材料的部位可排斥純鎂、鎂合金等的金屬熔融液。因此，當(dāng)連續(xù)鑄造用部件(特別是連續(xù)鑄造用噴嘴)由這種復(fù)合材料制成時，可抑制鑄造期間的金屬熔融液流的干擾，并且作為結(jié)果，可獲得表面品質(zhì)優(yōu)異的鑄造材料。由于存在填充材料，所以可容易地抑制由于金屬熔融液的熱、金屬熔融液的氧化和金屬熔融液到多孔體中的滲透而對多孔體造成的損傷。因此，通過使用本發(fā)明的復(fù)合材料而制成的連續(xù)鑄造用部件是耐損傷的。結(jié)果，可獲得表面品質(zhì)長期穩(wěn)定的鑄造材料。此外，由于所述復(fù)合材料具有包含多孔體和包含在其孔中的填充材料的結(jié)構(gòu)，因此所述復(fù)合材料可顯示高韌性并且難以產(chǎn)生機械破損。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料，可制造具有適合于連續(xù)鑄造的薄壁和/或復(fù)雜形狀的連續(xù)鑄造用噴嘴。在使用具有這種結(jié)構(gòu)的噴嘴的情況下，可減少在將金屬熔融液供給至動模時形成的彎液面。結(jié)果，可抑制波痕尺寸增大和鑄造材料的表面缺陷的產(chǎn)生。

關(guān)于構(gòu)成所述填充材料的主成分，氮化物對由與鎂的反應(yīng)引起的腐蝕特別具有耐性，因為氮化物是低氧材料。氮化物也具有高熱導(dǎo)率和低熱膨脹性，并且因此在源自金屬熔融液的熱下經(jīng)歷較小的膨脹和收縮，并且很少從多孔體中剝離。這樣的復(fù)合材料具有高韌性并且難以發(fā)生機械破損。此外，由與金屬熔融液和空氣的接觸造成的劣化小，并且可容易地保持均勻的金屬熔融液流。

根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實施方式，包覆層優(yōu)選還設(shè)置在所述多孔體的包含所述填充材料的部分的表面上。在這種情況下，包覆層含有選自氮化物、碳化物和碳的至少一種作為主成分。包覆層的主成分是指占包覆層的60質(zhì)量％以上的成分。

根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置有包覆層的部分可更有效地排斥金屬熔融液。在氮化物、碳化物和碳中，氮化物在顯示化學(xué)穩(wěn)定性的同時不被金屬熔融液潤濕，不與金屬熔融液反應(yīng)，并且高度排斥金屬熔融液。由于氮化物是基本上不含氧的低氧材料，因此氮化物對由與純鎂熔融液或鎂合金熔融液的反應(yīng)造成的腐蝕具有耐性。此外，由于氮化物具有高熱導(dǎo)率和低熱膨脹性，因此氮化物的由源自金屬熔融液的熱造成的膨脹和收縮較小，并且包覆層很少從多孔體的表面剝離且難以破損。

根據(jù)包含上述包覆層的本發(fā)明復(fù)合材料的實施方式，所述包覆層可含有氧化鋁作為主成分以外的成分。

包覆層的密度是決定金屬熔融液對包覆層的潤濕性的要素中的重要要素。其對于層的耐久性，即對剝離和破損的耐性，以及與金屬熔融液和空氣的反應(yīng)性也是重要要素。氧化鋁具有提高包覆層的密度的效果。

根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實施方式，所述包覆層的相對密度優(yōu)選為30％以上且95％以下，并且更優(yōu)選40％以上且85％以下。

包覆層隨其密度升高而更加排斥金屬熔融液。因此，當(dāng)將這種復(fù)合材料用于連續(xù)鑄造用噴嘴中時，防止金屬熔融液流入噴嘴和動模之間的間隙中。當(dāng)包覆層的密度為上述上限以下時，可能降低包覆層的熱導(dǎo)率。特別是當(dāng)在噴嘴構(gòu)件的不與金屬熔融液接觸的前端區(qū)域中設(shè)置包覆層時，可抑制由從噴嘴構(gòu)件至鑄造輥的排熱而引起的金屬熔融液的溫度降低，并且這對于穩(wěn)定鑄造是優(yōu)選的。在此，所述相對密度是指由(包覆層的密度)/(主成分的理論密度×主成分含量+副成分的理論密度×副成分含量)×100(％)確定的值。包覆層的主成分的密度是通過體積密度測定或阿基米德法測定的值。

根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實施方式，所述包覆層的厚度為200μm以上。

當(dāng)將復(fù)合材料用于連續(xù)鑄造用部件中時，過薄的包覆層可能由于金屬熔融液的滲透而剝離或破裂，因此所述厚度優(yōu)選為200μm以上。更優(yōu)選地，所述厚度為300μm以上。然而，當(dāng)包覆層過厚時，在包覆層和噴嘴主體之間的粘附性可能降低，并且包覆層可能從多孔體剝離。因此，所述厚度優(yōu)選為1000μm以下，并且更優(yōu)選500μm以下。

根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實施方式，所述包覆層通過經(jīng)由熱處理將粉末固定至所述多孔體的表面而形成。

用于形成包覆層的方法的例子是包括如下的方法：將用作包覆層原料的粉末(主成分的粉末)與特定量的溶劑和粘合劑混合以制備漿體，將該漿體涂布至多孔體的表面，并對涂布的漿體進行熱處理。可以利用刷子或通過使用空氣噴射的噴涂來涂布漿體。當(dāng)對涂布的漿體進行熱處理時，對粉末進行焙燒或燒結(jié)，并且形成緊密地粘附至多孔體表面的高強度高硬度包覆層。所述粉末優(yōu)選具有使得在熱處理之后包覆層的表面粗糙度ra為10μm以下的平均粒徑。根據(jù)所述粉末固定方法，不僅獲得堅固并且具有低潤濕性的包覆層，而且可容易地控制密度。這樣的材料可能不具有足以用于噴嘴主體中的強度，但是對于包覆層中的應(yīng)用是優(yōu)選的。粉末固定還提供了高生產(chǎn)率。

用于形成包覆層的方法的其它例子包括cvd法和pvd法。然而，使用有機溶劑稀釋至20％以下和使用有機粘合劑的市售脫模劑(噴霧劑)是不優(yōu)選的，因為密度低、粘附強度低、耐久性差、并且不能充分實現(xiàn)本發(fā)明旨在實現(xiàn)的效果。

根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實施方式，所述多孔體的彎曲彈性模量優(yōu)選為90gpa以下。

通過使用包含彎曲彈性模量為90gpa以下的柔性多孔體的復(fù)合材料制備的連續(xù)鑄造用噴嘴較少遭遇缺陷和破損，并且即使當(dāng)所述噴嘴是薄壁時，也顯示高耐久性。因此，可獲得小型且薄壁的噴嘴，其對于長時間連續(xù)鑄造是優(yōu)選的。這樣的多孔體的構(gòu)成材料的例子包括碳化物和碳。由于碳化物和碳具有高機械強度，因此噴嘴變得對連續(xù)使用期間的耗損和劣化具有耐性，顯示高耐久性，并且可長時間連續(xù)使用。此外，由于熱導(dǎo)率高，所以可將在與金屬熔融液接觸的部位的溫度變化抑制至低水平。此外，由于氧含量低，因此可避免鎂與氧的結(jié)合。例如，多孔體優(yōu)選由在壓力下成型的sic纖維或碳纖維，或者c/c復(fù)合材料(碳-碳復(fù)合材料，含有碳作為基質(zhì)并含有碳纖維作為強化材料的復(fù)合材料)形成。

根據(jù)本發(fā)明復(fù)合材料的實施方式，所述多孔體的平面方向的熱導(dǎo)率優(yōu)選為15w/m·k以上。

當(dāng)通過使用包含平面方向的熱導(dǎo)率為15w/m·k以上的多孔體的復(fù)合材料制備連續(xù)鑄造用噴嘴時，可使得在鑄造期間在平面方向連續(xù)鑄造用噴嘴的溫度是均勻的。結(jié)果，可使得在鑄造期間在平面方向金屬熔融液的溫度是均勻的，可均勻地固化動模中的金屬熔融液，并且可獲得表面性狀優(yōu)異的鑄造材料。用于這樣的多孔體的材料的例子包括由碳和sic構(gòu)成的材料。

根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造用部件是在純鎂或鎂合金的連續(xù)鑄造時使用的連續(xù)鑄造用部件，其中與純鎂或鎂合金的金屬熔融液接觸的部位的至少一部分由本發(fā)明的復(fù)合材料構(gòu)成。

當(dāng)通過使用本發(fā)明的復(fù)合材料形成連續(xù)鑄造用部件時，可抑制與鎂的反應(yīng)，可抑制由金屬熔融液的氧化和金屬熔融液的滲透造成的耗損和劣化，可提高耐久性，并且可長時間繼續(xù)連續(xù)鑄造。

根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造用噴嘴將純鎂或鎂合金的金屬熔融液供給至連續(xù)鑄造用動模，并且由本發(fā)明的復(fù)合材料構(gòu)成。

當(dāng)將本發(fā)明的復(fù)合材料用于形成連續(xù)鑄造用噴嘴時，可抑制與鎂的反應(yīng)，可抑制由金屬熔融液的氧化和金屬熔融液的滲透造成的耗損和劣化，可提高耐久性，并且可長時間繼續(xù)連續(xù)鑄造。此外，在用作金屬熔融液的通道的噴嘴內(nèi)部，可以將金屬熔融液流保持均勻，并且可防止金屬熔融液流的局部干擾。

根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造用噴嘴的實施方式，相比于復(fù)合材料的多孔體對金屬熔融液的潤濕性低的包覆層至少設(shè)置在從動模側(cè)的前端面向外周面延伸的前端區(qū)域中，所述前端區(qū)域是連續(xù)鑄造用噴嘴的表面的一部分。在這種情況下，包覆層含有選自氮化物、碳化物和碳中的至少一種作為主成分。

當(dāng)連續(xù)鑄造用噴嘴的前端區(qū)域由本發(fā)明的復(fù)合材料構(gòu)成時，金屬熔融液不易流入到噴嘴和動模之間的間隙中。因此，避免了在所述間隙中的金屬熔融液流的局部干擾，可防止金屬熔融液的固化，并且可獲得表面品質(zhì)優(yōu)異的鑄造材料。

本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法包括通過使用本發(fā)明的連續(xù)鑄造用噴嘴和雙輥型動模來進行雙輥鑄造。

當(dāng)通過雙輥法進行連續(xù)鑄造時，可以容易地將模具表面(與金屬熔融液接觸的模具的表面)保持在特定位置，并且也可進行快速冷卻。由于與金屬熔融液接觸的表面隨著輥的旋轉(zhuǎn)而連續(xù)出現(xiàn)，因此生產(chǎn)率高，并且可以在用于鑄造的表面與金屬熔融液再次接觸之前有效地進行脫模劑的涂布和附著物質(zhì)的除去，由此簡化了其中進行諸如涂布和除去的處理的設(shè)備。自然地，根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造用噴嘴也可以用于雙輥鑄造以外的任何連續(xù)鑄造中。

根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法的實施方式，優(yōu)選在將連續(xù)鑄造用噴嘴設(shè)置為面向所述雙輥型動模以使得d1<1.4×d2的同時進行所述雙輥鑄造，其中d1是在所述連續(xù)鑄造用噴嘴和所述雙輥型動模之間的間隙中形成的所述金屬熔融液的彎液面部分的厚度，且d2是所述輥間的距離。在這種結(jié)構(gòu)的情況下，可快速冷卻金屬熔融液，并且可制造品質(zhì)長時間穩(wěn)定的鑄造材料。

連續(xù)鑄造用噴嘴優(yōu)選盡可能地接近動模。如果連續(xù)鑄造用噴嘴和動模之間的間隙大，則金屬熔融液泄漏到間隙中、在其中固化并附著至動模，由此造成鑄造材料的表面缺陷。此外，穩(wěn)定且快速的冷卻變得困難，并且很少獲得良好的品質(zhì)。如果連續(xù)鑄造用噴嘴接觸動模，則所述連續(xù)鑄造用噴嘴被冷卻，并且在所述噴嘴內(nèi)部的金屬熔融液也被冷卻并且在其接觸所述動模之前可能固化。相反，當(dāng)將連續(xù)鑄造用噴嘴設(shè)置為面向動模以使得d1<1.4×d2時，可有效地避免這些問題。通過使用d1和d2滿足上述關(guān)系的本發(fā)明連續(xù)鑄造用噴嘴的連續(xù)鑄造，可制造表面性狀優(yōu)異的鑄造材料。

本發(fā)明的鑄造材料通過上述本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法來制造。

通過本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法獲得的鑄造材料具有均勻的表面性狀。

通過將本發(fā)明的鑄造材料卷繞而制造本發(fā)明的鎂合金鑄造卷材，并且所述鑄造材料的長度為100m以上。

根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法，可獲得在100m以上的長度上沒有缺陷的本發(fā)明鑄造材料。本發(fā)明的鎂合金鑄造卷材可通過將本發(fā)明的鑄造材料卷繞來制造。

在本發(fā)明中，純鎂是指在沒有故意添加其它元素的情況下以質(zhì)量計含有99.0質(zhì)量％以上的mg成分的材料，且鎂合金是指含有添加元素并且余量為mg和雜質(zhì)的材料。所述添加元素為例如選自al、zn、mn、si、cu、ag、y、zr、ca、sr、sn、li、ce、be、ni、au和稀土元素(不包括y和ce)的至少一種元素。這樣的添加元素優(yōu)選以7.3質(zhì)量％以上的量包含在鎂合金中。含有添加元素的鎂合金的例子包括根據(jù)astm命名系統(tǒng)的az系列、as系列、am系列和zk系列合金。特別優(yōu)選含有7.3至12質(zhì)量％al的鎂合金與含有總計0.1質(zhì)量％以上的選自y、ce、ca和稀土元素的至少一種的鎂合金，因為它們具有高強度和高耐腐蝕性。根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)鑄造用噴嘴還可用于含有鎂合金和碳化物的復(fù)合材料與含有鎂合金和氧化物的復(fù)合材料的連續(xù)鑄造。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料，可以在包含填充材料的部位排斥純鎂或鎂合金等的金屬熔融液。因此，當(dāng)通過使用所述復(fù)合材料來制造連續(xù)鑄造用部件(特別是連續(xù)鑄造用噴嘴)時，可抑制在鑄造期間金屬熔融液流的干擾，并且作為結(jié)果，可獲得表面品質(zhì)優(yōu)異的鑄造材料。

附圖說明

圖1(a)是其中將金屬熔融液供給至動模的連續(xù)鑄造用裝置的示意圖，圖1(b)是形態(tài)與圖1(a)的裝置中所裝配的連續(xù)鑄造用噴嘴不同的連續(xù)鑄造用噴嘴的示意圖。

具體實施方式

下文參考附圖描述本發(fā)明的實施方式。

<實施方式>

<<復(fù)合材料>>

本發(fā)明的復(fù)合材料構(gòu)成用于純鎂熔融液或鎂合金熔融液的連續(xù)鑄造中的連續(xù)鑄造用部件的至少一部分。所述復(fù)合材料包含具有孔的多孔體，和包含在與所述金屬熔融液接觸的部位的至少一部分中的填充材料，所述部位為所述多孔體的表面部的一部分。多孔體的表面部是指從所述多孔體的表面起至所述多孔體的5％深度的區(qū)域。自然地，填充材料可存在于比表面部更深的位置。

[多孔體]

可以將通過將碳化硅纖維或碳纖維壓縮成型成坯塊并對所述坯塊進行焙燒而形成的主體用作多孔體。碳化硅的形態(tài)沒有限制，并且可以為短纖維或長纖維。也可使用市售的多孔體(例如，平均孔徑為約5μm的多孔碳基底)。特別地，最優(yōu)選c/c復(fù)合材料?；蛘撸€可以使用由氧化鋁或氧化鋁纖維等構(gòu)成的多孔體。

多孔體的尺寸可以是任意尺寸，但是孔隙率優(yōu)選為30至70％。在30％以上的孔隙率下，充分量的填充材料填充孔內(nèi)部，且在70％以下的孔隙率下，可保持機械強度。

[填充材料]

包含在多孔體的孔中的填充材料含有相比于多孔體對金屬熔融液的潤濕性低的材料(下文中稱為金屬熔融液排斥材料)作為主成分。所述材料的例子包括氮化物例如aln、bn和sin，碳化物例如sic和tac，和c。特別優(yōu)選bn。主成分是指占填充材料的60質(zhì)量％以上的成分。

填充有填充材料的孔相對于多孔體表面部中的孔的比例優(yōu)選為80％以上。以這種方式，復(fù)合材料可充分地排斥金屬熔融液并可具有提高的強度。

根據(jù)孔的尺寸，金屬熔融液排斥材料的平均粒徑優(yōu)選為20μm以下。當(dāng)平均粒徑降低時，金屬熔融液排斥材料的表面積增大，并且復(fù)合材料更加排斥金屬熔融液。因此，平均粒徑優(yōu)選為5μm以下。考慮到金屬熔融液排斥材料的易于處理，平均粒徑優(yōu)選為1μm以上。金屬熔融液排斥材料相對于多孔體的含量優(yōu)選為10至70質(zhì)量％。在10質(zhì)量％以上的氮化硼含量下，復(fù)合材料可有效地排斥金屬熔融液。在70質(zhì)量％以下的含量下，復(fù)合材料可保持足夠的機械強度。

除了金屬熔融液排斥材料之外，填充材料還可以含有使得填充材料的填充狀態(tài)更致密的粘合劑如氧化鋁。例如，將諸如氧化鋁的粘合劑添加至含有金屬熔融液排斥的填充材料中，使得所述粘合劑用作膠粘劑并且將金屬熔融液排斥材料緊密地固定至孔。

粘合劑的平均粒徑優(yōu)選為1μm以下。當(dāng)粘合劑的平均粒徑為1μm以下時，可將金屬熔融液排斥材料緊密地固定至孔。相對于金屬熔融液排斥材料，填充材料中的粘合劑含量優(yōu)選為0.1至30質(zhì)量％。在0.1質(zhì)量％以上的含量下，可將金屬熔融液排斥材料緊密地固定至孔，且在30質(zhì)量％以下的含量下，可以使得相對于金屬熔融液排斥材料的混合比低，并且因此金屬熔融液排斥材料可充分地排斥金屬熔融液。

用于使得將填充材料包含在多孔體的孔中的方法的例子是包括如下的方法：將多孔體浸漬在含有分散于有機溶劑或水介質(zhì)中的粉末狀金屬熔融液排斥材料(以及如果需要的粘合劑)的漿體中，使得填充材料浸滲到孔內(nèi)部中。當(dāng)使多孔體以這種狀態(tài)保持特定長的時間時填充材料在孔中沉降，并且不僅多孔體的表面部而且多孔體的內(nèi)側(cè)均被填充材料填充。然后，通過干燥除去溶劑，并且在600至800℃的溫度下進行熱處理以將填充材料固定至孔。結(jié)果，可獲得期望的復(fù)合材料。

用于使填充材料包含在多孔體的孔中的其它方法包括氣相法和化學(xué)氣相浸滲法(cvi)法。所述cvi法包括在置于密閉室中的多孔體周圍導(dǎo)入原料氣體并且使填充材料在多孔體的孔的內(nèi)部以膜狀析出。

[包覆層]

在多孔體的包含填充材料的部分的表面上，本發(fā)明的復(fù)合材料可還包含包覆層，所述包覆層相對于所述多孔體對金屬熔融液的潤濕性低。當(dāng)設(shè)置包覆層時，在設(shè)置包覆層的位置可進一步強化排斥金屬熔融液的能力。

包覆層的結(jié)構(gòu)可以與上述填充材料的結(jié)構(gòu)基本相同。換言之，與上述填充材料一樣，包覆層含有選自諸如aln、bn或sin的氮化物、諸如sic或tac的碳化物和碳的至少一種作為金屬熔融液排斥材料。除了金屬熔融液排斥材料之外，包覆層還可以含有增加包覆層密度的粘合劑如氧化鋁。

相對于金屬熔融液排斥材料，即包覆層的主成分，包覆層中的粘合劑(氧化鋁)含量優(yōu)選為2至10質(zhì)量％(換言之，當(dāng)金屬熔融液排斥材料的量以質(zhì)量百分比計為100時，氧化鋁的量為2至10)。

包覆層可通過借助于熱處理將作為包覆層原料的粉末固定至多孔體的表面而形成。例如，在待形成含有bn作為主成分并且含有氧化鋁作為主成分以外的成分的包覆層的情況下，首先制備含有bn粉末和氧化鋁粉末的漿體。然后，將該漿體涂布至多孔體的表面，之后進行熱處理。bn粉末的平均粒徑優(yōu)選為5μm以下，并且氧化鋁粉末的平均粒徑優(yōu)選為1μm以下。以這種方式，可以使包覆層3的表面平滑。

包覆層的厚度優(yōu)選為200μm以上。當(dāng)包覆層過薄時，當(dāng)其與金屬熔融液接觸時包覆層可能從多孔體的表面剝離。更優(yōu)選地，所述厚度為300μm以上。當(dāng)包覆層過厚時，在包覆層和多孔體之間的粘附性降低，并且包覆層可能從多孔體剝離。因此，包覆層的厚度優(yōu)選為1000μm以下并且更優(yōu)選500μm以下。當(dāng)包覆層由純bn構(gòu)成時，包覆層可能變得易碎并且在過大的厚度下破裂。

《連續(xù)鑄造用裝置》

接著，描述其中將上述本發(fā)明復(fù)合材料應(yīng)用于連續(xù)鑄造用裝置的實例。圖1(a)是將諸如純鎂熔融液或鎂合金熔融液的金屬熔融液10供給至動模20的連續(xù)鑄造用裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。該裝置包含將純鎂或鎂合金熔化成金屬熔融液10的熔化爐(未示出)、暫時貯存源自熔化爐的金屬熔融液10的中間包30、用于將金屬熔融液10從熔化爐輸送至中間包30的流槽31和通過其將金屬熔融液10從中間包30供給至動模20的噴嘴1。還包含用于將金屬熔融液10鑄造成鑄造材料100的一對輥21(動模20)。

噴嘴1是管狀的并且其內(nèi)周側(cè)用作金屬熔融液10的輸送路徑。噴嘴1的一端具有開口并用作供液口4，通過該供液口4將金屬熔融液10供給至動模20。供液口4具有與鑄造材料100的橫斷面匹配并滿足如下關(guān)系的矩形形狀：供液口4的長徑(鑄造材料100的寬度)>>供液口4的短徑(鑄造材料100的厚度)。供液口4的長徑和短徑根據(jù)期望的鑄造材料100的寬度和厚度進行適當(dāng)?shù)刈兏?。或者，可以在供液?的兩側(cè)形成堰以改變鑄造材料100的寬度。噴嘴1的另一端固定至中間包30。流槽31與中間包30連接，并且源自熔化爐的金屬熔融液10通過流槽31供給至中間包30。金屬熔融液10從中間包30輸送至噴嘴1并且從噴嘴1輸送至輥21之間的間隙。輥21各自為圓筒狀構(gòu)件，被設(shè)置為以其間具有特定間隙的方式相互面對，并且如圖1中的箭頭所示以相互相反的方向旋轉(zhuǎn)。輥21之間的間隙根據(jù)期望的鑄造材料100厚度進行調(diào)節(jié)，并且優(yōu)選等于或略小于噴嘴1的供液口4的短徑。水路22形成在各個輥21的內(nèi)部，并且根據(jù)必要使水流通。通過這種水來冷卻輥21的表面。換言之，輥21配備有水冷卻結(jié)構(gòu)。

當(dāng)使用噴嘴1和輥21進行鑄造時，可獲得鑄造材料100。隨著在噴嘴1中輸送金屬熔融液10并將其從噴嘴1前端的供液口4供給至輥21之間的間隙，將金屬熔融液10逐漸冷卻。當(dāng)供給的金屬熔融液10接觸旋轉(zhuǎn)的輥21時，其被快速冷卻并固化，并作為鑄造材料100從輥21間的間隙排出。如上所述，通過將金屬熔融液10連續(xù)供給至輥21之間的間隙，獲得了長的鑄造材料100。在該實例中，制造了板狀的鑄造材料100。

本發(fā)明的特征是連續(xù)鑄造用裝置的部件由上述復(fù)合材料構(gòu)成。連續(xù)鑄造用裝置的部件的例子包括噴嘴1、中間包30、流槽31和堰(在圖中未示出)。至少在與金屬熔融液10接觸的部位中，這些連續(xù)鑄造用部件由所述復(fù)合材料構(gòu)成。此外，當(dāng)與金屬熔融液10接觸的部位完全由所述復(fù)合材料構(gòu)成時，可進一步抑制連續(xù)鑄造用部件的耗損和劣化。或者，連續(xù)鑄造用部件整體可以由所述復(fù)合材料構(gòu)成。例如，噴嘴1整體可以作為多孔體2而形成，并且可以在多孔體2的表面部中包含填充材料以抑制由于源自金屬熔融液10的熱與金屬熔融液10到多孔體中的滲透而對多孔體2(噴嘴1)造成破壞。結(jié)果，可提高鑄造材料100的表面品質(zhì)。

噴嘴1優(yōu)選設(shè)置為面向輥21以使得d1<1.4×d2，其中d1是在噴嘴1和輥21之間的間隙中形成的彎液面部分的厚度(最大厚度)，d2是輥21之間的距離。以這種方式，可以將噴嘴1和輥21之間的距離d控制為合適的值而與噴嘴1和輥21的尺寸無關(guān)?？赏ㄟ^中斷鑄造而確認d1和d2。

噴嘴1的另一種形態(tài)示于圖1(b)中。包覆層3可形成在噴嘴1的前端區(qū)域1r的部分(圖中交叉陰影線所示的部分)中。以這種方式，抑制金屬熔融液10流入到噴嘴1和動模20之間的間隙中。結(jié)果，可獲得表面品質(zhì)高的鑄造材料100。噴嘴1的前端區(qū)域1r是噴嘴1的動模20側(cè)區(qū)域，該區(qū)域覆蓋噴嘴1的內(nèi)周緣和外周緣之間的前端區(qū)域和從噴嘴1的前端表面向噴嘴1的外周面連續(xù)延伸的區(qū)域?？梢詫⑴c復(fù)合材料的項目的說明相同的包覆層用作包覆層3。

《效果》

當(dāng)連續(xù)鑄造用部件由本發(fā)明的復(fù)合材料構(gòu)成時，抑制了由金屬熔融液10的氧化和金屬熔融液10的滲透造成的耗損和劣化，可增強部件的耐久性，并且可形成形狀適合于鑄造的噴嘴，例如薄壁且小型形狀的噴嘴。因此，可以更長時間地繼續(xù)連續(xù)鑄造。

特別地，當(dāng)連續(xù)鑄造用噴嘴1由所述復(fù)合材料構(gòu)成時，在用作輸送通道的噴嘴1內(nèi)部可容易地保持均勻的金屬熔融液10流，并且可防止金屬熔融液流的局部干擾。如圖1(b)中所示，當(dāng)在噴嘴1的前端區(qū)域1r上設(shè)置包覆層3時，抑制了金屬熔融液10流入到噴嘴1和動模20之間的間隙中。因此防止了金屬熔融液流的局部干擾，并且可避免金屬熔融液10在所述間隙中固化，并且可獲得表面品質(zhì)高的鑄造材料100。

<試驗例1>

在本試驗例中，研究了填充材料對由鎂合金構(gòu)成的所得鑄造材料的影響。

[試樣1]

通過將碳化硅纖維壓縮成型并焙燒而制備具有噴嘴1形狀的多孔體2。多孔體2的前端的厚度為1mm，并且寬度為300mm。多孔體2的孔隙率為45％，并且多孔體2的彎曲彈性模量為90gpa。多孔體2的平面方向的熱導(dǎo)率為17w/m·k。

然后，以平均粒徑1μm的氮化鋁填充多孔體2的表面部中的孔。填充有氮化鋁的孔相對于多孔體2中的孔的比例為90％。在以氮化鋁填充多孔體2的孔時，首先制備含有平均粒徑為1μm的氮化鋁和平均粒徑為0.8μm的氧化鋁粉末的漿體(以質(zhì)量百分比計的氧化鋁粉末對氮化鋁粉末的比例為5:100)。然后，將多孔體2浸漬在漿體中，并且用氮化鋁浸滲多孔體2的表面部的孔內(nèi)部。通過干燥除去溶劑，并在800℃下進行熱處理以將氮化鋁固定在多孔體2的孔中。

將相當(dāng)于az91的鎂合金的金屬熔融液10從噴嘴1供給至動模20，并制造厚度為5mm且寬度為300mm的板狀鑄造材料100。彎液面部分的厚度d1為輥21之間的距離d2的1.2倍。確定通過使用0.5噸/批的所述鎂合金金屬熔融液10來制造鑄造材料100的合格率。通過如下來計算合格率：目視檢查所制造的鑄造材料100的表面性狀，并確定鑄造材料100從鑄造開始至表面性狀劣化(由于破裂等)的位置處的長度相對于通過使用所有金屬熔融液鑄造的鑄造材料100的長度的比例合格率。將合格率和噴嘴1的結(jié)構(gòu)示于表i中。

在連續(xù)鑄造后，在與金屬熔融液10接觸的部位中目視檢查連續(xù)鑄造用部件(噴嘴1、中間包30和流槽31)。未觀察到金屬熔融液的滲透，并且未發(fā)現(xiàn)明顯的劣化。

[試樣2]

試樣2與試樣1除了如下之外都是相同的：金屬熔融液排斥材料是平均粒徑0.6μm的bn粉末，并且多孔體2具有通過將碳纖維壓縮成型并且焙燒而制備的噴嘴形狀。

[試樣3]

試樣3與試樣2除了如下之外都是相同的：填充材料由sic單獨構(gòu)成，并且噴嘴1(多孔體2)的全部表面部通過化學(xué)氣相浸滲法浸滲有填充材料。

[試樣4]

試樣4與試樣2除了如下之外都是相同的：填充材料由c單獨構(gòu)成，并且噴嘴1(多孔體2)的全部表面部通過化學(xué)氣相浸滲法浸滲有填充材料。

[試樣5]

試樣5與試樣2的不同之處在于將氧化鋁多孔體用作多孔體2。氧化鋁多孔體的彎曲彈性模量為180gpa，并且平面方向的熱導(dǎo)率為5w/m·k。由這種材料構(gòu)成的噴嘴的強度差，并且在鑄造期間觀察到噴嘴前端部分的劣化(碎片)。此外，難以確定滿足d<1.4×d2的設(shè)置。

[試樣6]

試樣6與試樣1的不同之處在于噴嘴1全部由sic纖維材料單獨構(gòu)成。噴嘴1、鑄造部件的尺寸，鑄造方法和計算合格率的方法與試樣1中相同。在連續(xù)鑄造后，在與金屬熔融液10接觸的部位中目視檢查連續(xù)鑄造用部件(噴嘴1、中間包30和流槽31)。觀察到了金屬熔融液的滲透，并且發(fā)現(xiàn)了劣化。

[結(jié)果]

將上述試樣1至6的一般結(jié)構(gòu)和合格率示于表i中。應(yīng)注意，在表中的“填充率”是指在多孔體2的表面部中填充有填充材料的孔的比例，并且在本試驗例中通過使用光學(xué)顯微鏡觀察橫斷面來測定。

[表i]

在其中在多孔體2中包含填充材料的試樣1至5與其中未包含填充材料的試樣6之間進行比較發(fā)現(xiàn)，在多孔體2中包含填充材料提高了合格率。推測這是由于填充材料對金屬熔融液10的潤濕性低，因為金屬熔融液10被填充材料排斥，并且抑制金屬熔融液10流入噴嘴1內(nèi)部與噴嘴1和動模20之間的間隙中。換言之，不發(fā)生部件的劣化或變形，并且從噴嘴1供給至動模20的金屬熔融液10可平滑地流動。因此，在噴嘴1和動模20之間的間隙中沒有局部干擾金屬熔融液流，可防止金屬熔融液10的固化，并且可獲得長時間表面品質(zhì)高的鑄造材料100。

在試樣1至4和試樣5之間進行比較發(fā)現(xiàn)，與試樣5中相比，在其中多孔體2的彎曲彈性模量為90gpa以下且熱導(dǎo)率為15w/m·k以上的試樣1至4中，合格率更高。推測這是由于高韌性、高熱導(dǎo)率、低氧含量和高機械強度，因為盡管連續(xù)使用但抑制了耗損和劣化，耐久性高并可長時間連續(xù)使用。換言之，從噴嘴1供給至動模20的金屬熔融液10可平滑地流動。

<試驗例2>

在試驗例2中，如圖1(b)中所示，包覆層3還形成在噴嘴1的前端區(qū)域1r中，并且研究了包覆層3對鑄造材料的影響。

首先制備用于制備試驗例1的試樣4的噴嘴1。制備相對于氮化硼粉末含有5質(zhì)量％平均粒徑為0.8μm的氧化鋁粉末的漿體。然后，通過噴涂將該漿體涂布到多孔體2的前端區(qū)域1r上，并且在800℃下的溫度進行熱處理。結(jié)果，將氮化硼固定至多孔體2的前端區(qū)域的表面，并且完成了包覆層3。包覆層3的表面粗糙度ra(算術(shù)平均粗糙度)為5μm，并且包覆層3的厚度為200μm。氮化硼的相對密度為95％。表面粗糙度ra根據(jù)jisb0601中規(guī)定的方法進行測定。具體地，表面粗糙度ra是在3mm測定長度中的五個點處測定的值的平均值。

通過使用具有上述包覆層3的噴嘴1進行連續(xù)鑄造。鑄造材料的合格率為99％以上。這表明，使用填充材料浸滲多孔體2的全部表面部并且在前端區(qū)域1r的表面上形成包覆層3可有效地抑制金屬熔融液10在噴嘴1和輥21之間的間隙中的固化，并且以這種方式可更加穩(wěn)定地獲得表面品質(zhì)高的鑄造材料。換言之，從噴嘴1的前端表面起在噴嘴1的外周面上延伸的前端區(qū)域lr大大影響鑄造材料的表面品質(zhì)。

<試驗例2-1>

在本試驗例中，研究了包覆層的存在與否和包覆層的厚度對由鎂合金構(gòu)成的鑄造材料的影響。然而，在試驗例2-1中，圖1(b)中所示的多孔體2未浸滲有填充材料，并且在多孔體(噴嘴1)的前端區(qū)域1r上形成包覆層3以進行試驗。這是為了研究涂覆層3對鑄造材料的純粹影響。這也適用于下文的試驗例2-2。

[試樣α1]

通過處理多孔碳而制備具有噴嘴1形狀的部件(在下文中稱為噴嘴主體)。噴嘴主體的前端的厚度為1mm，并且寬度為300mm。

然后，在噴嘴主體的動模20側(cè)的前端區(qū)域中形成包覆層3以完成噴嘴1。通過如下形成包覆層3：制備含有氮化鋁粉末和相對于氮化鋁粉末為10質(zhì)量％的平均粒徑0.3μm的氧化鋁粉末的漿體，通過噴涂用該漿體涂布噴嘴主體的前端區(qū)域1r，并且在800℃下的溫度進行熱處理。包覆層3在熱處理后的表面粗糙度ra(算術(shù)平均粗糙度)為5μm，包覆層3的厚度為300μm，并且氮化鋁的相對密度為65％。表面粗糙度ra根據(jù)jisb0601規(guī)定的方法進行測定。特別地，表面粗糙度是在3mm測定長度中的五個點處測定的值的平均值。

設(shè)置具有包覆層3的噴嘴1，使得在設(shè)置在動模20側(cè)的噴嘴1的前端與動模20之間的距離d為50μm。將相當(dāng)于az91的鎂合金的金屬熔融液10從噴嘴1供給至動模20，并制造厚度為5mm并且寬度為300mm的板狀鑄造材料100。此時彎液面部分的厚度d1是輥21之間的距離d2的1.2倍。計算通過使用0.5噸/批的所述鎂合金金屬熔融液10來制造鑄造材料100的不良率。目視檢查所制造的鑄造材料100以檢查具有由金屬熔融液10泄漏到噴嘴1和輥21之間的間隙中而造成的不良表面性狀的部位(凹陷或破裂的部位等)，并且計算鑄造材料被確定為不良的長度相對于通過鑄造所有金屬熔融液而制造的鑄造材料的長度的比例，并且將該比例視為不良率。將不良率和噴嘴1的結(jié)構(gòu)示于表ii中。

[試樣α2和α3]

試樣α2和α3僅在包覆層3的厚度方面與試樣α1不同。由碳構(gòu)成的噴嘴主體的尺寸、包覆層3除了厚度外的尺寸、鑄造方法和不良率計算方法與試樣α1中相同。

[試樣α4]

試樣α4與試樣α1的不同之處在于，包覆層3由aln單獨構(gòu)成，包覆層3的厚度為5μm，并且相對密度為29％。其余與試樣α1相同。

[試樣α5]

試樣α5與試樣α1僅存在如下差異：與試樣α1不同，沒有在噴嘴主體的前端區(qū)域中設(shè)置包覆層3。

[結(jié)果]

[表ii]

在其中使用具有包覆層3的噴嘴1的試樣α1至α4與其中使用不具有包覆層3的噴嘴的試樣α5之間進行比較發(fā)現(xiàn)，通過設(shè)置包覆層3可降低不良率。推測這是因為對金屬熔融液10的潤濕性低并且形成在噴嘴1的前端區(qū)域1r中的包覆層3排斥金屬熔融液10，并且因此抑制金屬熔融液10流入到噴嘴1和動模20之間的間隙中。因此，在噴嘴1和動模20之間的間隙中未局部干擾金屬熔融液流，可防止金屬熔融液10的固化，并且可獲得表面品質(zhì)優(yōu)異的鑄造材料100。

在試樣α1至α4之間進行比較顯示，通過將包覆層3的厚度調(diào)節(jié)為在200至1000μm的范圍內(nèi)，可明顯降低不良率。

試驗例2-1中的結(jié)果表明，包覆層3的厚度影響鑄造材料的品質(zhì)。在這些結(jié)果的基礎(chǔ)上推測，在包含填充材料的多孔體2上形成包覆層3的情況下，調(diào)節(jié)包覆層3的厚度是重要的。

<試驗例2-2>

研究了示出噴嘴1和輥21之間的位置關(guān)系的d1的差異對鑄造材料的影響。將試樣的一般結(jié)構(gòu)和結(jié)果示于表iii中。

[試樣α6]

試樣α6與試樣α2除了如下之外都是相同的：包覆層3的主成分是sic，包覆層3的厚度為200μm，并且相對密度是70％。

[試樣α7]

試樣α7與試樣α6除了如下之外都是相同的：包覆層3的主成分是bn，并且相對密度是95％。

[試樣α8]

試樣α8與試樣α6除了如下之外都是相同的：使用由鉬構(gòu)成的噴嘴主體(而非多孔構(gòu)件)，并且d1＝1.3×d2。

[試樣α9]

試樣α9與試樣α6除了如下之外都是相同的：使用由氧化鋁構(gòu)成的噴嘴主體，包覆層3的主成分是bn，包覆層3的相對密度為80％，并且d1＝1.5×d2。

[試樣α10]

試樣α10與試樣α6的不同之處僅在于d1＝1.5×d2。

[結(jié)果]

[表iii]

在試樣α6至α10之間進行比較顯示，當(dāng)d1<1.4×d2時可降低鑄造材料的不良率。推測這是因為如下事實：當(dāng)噴嘴1距離輥21過遠時，金屬熔融液泄漏到其間的間隙中并固化，并且附著至噴嘴1，因此不能實現(xiàn)良好的冷卻條件。

試驗例2-2的結(jié)果顯示，示出噴嘴1和輥21之間的位置關(guān)系的d1的差異影響鑄造材料的品質(zhì)?；谶@些結(jié)果推測，在使用包含填充材料的多孔體2的情況下，調(diào)節(jié)d1也是重要的。

<試驗例3>

在本試驗例中，研究了本發(fā)明的復(fù)合材料是否可有效地用于噴嘴1以外的連續(xù)鑄造用部件。

通過使用通過將壓縮成型的碳纖維焙燒而制成的多孔體(c/c復(fù)合材料)而形成連續(xù)鑄造用部件，即，形狀與試樣1的中間包和流槽相同的中間包30和流槽31。然后，使用含有氮化硼和氧化鋁的填充材料填充與金屬熔融液接觸的部位的碳纖維的孔。中間包30和流槽31與試樣1的不同之處在于使用的材料。形成噴嘴1的材料、噴嘴1的尺寸、中間包30和流槽31的尺寸以及鑄造方法與試樣1中相同。

通過使用上述中間包30和流槽31進行連續(xù)鑄造。然后，目視檢查連續(xù)鑄造用部件(噴嘴1、中間包30和流槽31)的與金屬熔融液10接觸的部位。結(jié)果，在與金屬熔融液10接觸的部位中沒有觀察到金屬熔融液的滲透，并且也沒有觀察到明顯的劣化。

在沒有背離本發(fā)明的主旨的情況下，可對上述實施方式進行變更和修改。本發(fā)明的范圍不受上述結(jié)構(gòu)限制。

產(chǎn)業(yè)實用性

本發(fā)明的復(fù)合材料適合用作形成用于純鎂或鎂合金的連續(xù)鑄造中的連續(xù)鑄造用部件的材料。此外，由這種復(fù)合材料制成的連續(xù)鑄造用部件，特別是連續(xù)鑄造用噴嘴最適合進行制造表面性狀優(yōu)異的鑄造材料的長期連續(xù)鑄造。

附圖標(biāo)記

1噴嘴(連續(xù)鑄造用噴嘴)

1r前端區(qū)域

2多孔體

3包覆層

4供液口

10金屬熔融液

100鑄造材料

20動模

21輥

22水路

30中間包

31流槽