JP4431703B2

JP4431703B2 - 金属強化繊維とチタニウム又はチタニウム系合金からなる繊維強化複合材料とその放電プラズマ焼結法（ｓｐｓ法）による作製方法

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Publication number: JP4431703B2
Application number: JP2003323646A
Authority: JP
Inventors: 裕出井
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Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: JP2005089807A

Description

本願発明は、ＳｉＣ（炭化けい素）繊維等の金属強化繊維とチタニウム又はチタニウム系合金からなる繊維強化複合材料とその放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法）による作製方法に関する。

従来繊維強化チタニウム基複合材料は、金属強化繊維とチタニウム又はチタニウム系合金をホットプレス法やＨＩＰ法により焼結して作製している。例えばチタニウム系合金（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ）箔とＳｉＣ（炭化けい素）繊維を積層し、ホットプレス法により作製した繊維強化複合材料（例えば非特許文献１参照）、或いはチタニウム系合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）箔と、ＳｉＣ（炭化けい素）繊維とチタニウム系合金粉体からなるテープ予備成形体とを積層し、ホットプレス法により作製したゴルフクラブ用の繊維強化複合材料（例えば特許文献１参照）等が提案されている。
ここで、以下本願において、ＳｉＣ（炭化けい素）繊維をＳｉＣ繊維と呼び、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖを６４Ｔｉ合金と呼ぶ。

特表２００２−５２０１２７号公報出井裕，「Ａｌ基およびＴｉ基繊維強化複合材料（ＦＲＭ）の特性評価に関する研究」，研究概要報告書国際交流報告書（１４），財団法人天田金属加工機械技術振興財団，平成１４年２月，Ｐ．８８−９３

従来のホットプレス法により、チタニウム系合金箔とＳｉＣ繊維とを積層して作製した繊維強化複合材料、或いはチタニウム系合金箔と、ＳｉＣ繊維とチタニウム系合金粉体からなるテープ予備成形体とを積層して作製した繊維強化複合材料は、繊維とマトリックスの界面の密着性が低く界面の接合強度が低いため、繊維がマトリックスから抜け易く、繊維強化複合材料の引張強度が低くなる。
本願発明は、この点に鑑み、ＳｉＣ繊維等の金属強化繊維とマトリックスとの密着性及び界面の接合強度を高くし、引張強度の高いＳｉＣ繊維等の金属強化繊維とチタニウム又はチタニウム系合金からなる繊維強化複合材料を作製し、その繊維強化複合材料を用いて作製するゴルフクラブ等の製品の強度を高くすることを目的とする。

請求項１に記載の繊維強化複合材料は、所定の間隔で平行に配置した連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維とチタニウムの粉体とを交互に夫々複数層積層し、連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の層は連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の長手方向が一層毎に直交するように積層し、放電プラズマ焼結法により焼結加圧６０ＭＰａ以上、焼結温度８００℃以上で焼結して作製したことを特徴とする。
請求項２に記載の繊維強化複合材料は、所定の間隔で平行に配置した連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維とＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の粉体とを交互に夫々複数層積層し、連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の層は連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の長手方向が一層毎に直交するように積層して放電プラズマ焼結法により焼結加圧３０ＭＰａ以上、焼結温度９００℃以上で焼結して作製したことを特徴とする。
請求項３に記載の繊維強化複合材料は、請求項１叉は請求項２に記載の繊維強化複合材料をゴルフクラブの作製に用いることを特徴とする。
請求項４に記載の繊維強化複合材料は、請求項１又は請求項２に記載の繊維強化複合材料を航空宇宙機器用材料の作製に用いることを特徴とする。

請求項５に記載の繊維強化複合材料の作製方法は、所定の間隔で平行に配置した連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維とチタニウムの粉体とを交互に夫々複数層積層し、連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の層は連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の長手方向が一層毎に直交するように積層して焼結ダイに充填し、焼結ダイの一対のパンチに焼結加圧６０ＭＰａ以上の圧力をかけて圧縮し、その一対のパンチに直流パルス電流を印加して放電プラズマを発生し、焼結温度８００℃以上で焼結体を作製することを特徴とする。
請求項６に記載の繊維強化複合材料の作製方法は、繊維強化複合材料の作製方法所定の間隔で平行に配置した連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維とＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の粉体とを交互に夫々複数層積層し、連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の層は連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の長手方向が一層毎に直交するように積層して焼結ダイに充填し、焼結ダイの一対のパンチに焼結加圧３０ＭＰａ以上の圧力をかけて圧縮し、その一対のパンチに直流パルス電流を印加して放電プラズマを発生し、焼結温度９００℃以上で焼結体を作製することを特徴とする。

本願発明は、ＳｉＣ繊維等の金属強化繊維とチタニウムの粉体又はチタニウム系合金の粉体を用いて、放電プラズマ焼結法によって繊維強化複合材料を作製することにより、その粉体がＳｉＣ繊維等の金属強化繊維の周囲に均一に分散し、その粉体とＳｉＣ繊維等の金属強化繊維が緻密に強固に接合するため、従来の同じ種類のチタニュウム又はチタニウム系合金を用いて作製した繊維強化複合材料よりも、引張強度やヤング率の高い繊維強化複合材料を作製できる。また本願発明の繊維強化複合材料は、高い耐熱性を有する。また本願発明の繊維強化複合材料は、ＳｉＣ繊維等の金属強化繊維の高い耐摩耗性と、ＳｉＣ繊維等の金属強化繊維とマトリックスの高い密着性及び界面の高い接合強度とが相俟って高い耐摩耗性を有する。また本願発明の繊維強化複合材料は、高い耐熱性を有している。したがって本願発明により、チタニウム又はチタニウム系合金の利用範囲を拡大することができる。

また本願発明によるチタニウム又は６４Ｔｉ合金等のチタニウム系合金の繊維強化複合材料は強度が高いから、この繊維強化複合材料を用いてゴルフクラブのヘッドを作製すると、ヘッドの肉厚を薄くすることができ、より軽いヘッドを作製できる。またヘッドのフェイス部分にこの繊維強化複合材料を採用した場合には、フェイス部分を薄くできるから、その分打球面の面積を大きくすることができ、打球方向の安定したゴルフクラブを作製できる。６４Ｔｉ合金以外のチタニウム系合金の繊維強化複合材料についても同様である。

６４Ｔｉ合金は、航空宇宙機器用材料として多用されているが、６４Ｔｉ合金の使用温度は５００〜６００℃が限度である。本願発明の繊維強化複合材料は、高温での強度低下が少なく、８００℃においても、繊維強化複合材料の引張強度は６４Ｔｉ合金の室温時の強度に匹敵している。また本願発明の繊維強化複合材料は、比強度が高い。したがって、本願発明の繊維強化複合材料は、ジェットエンジン、ロケットエンジン等に使用する耐熱材料としての応用が可能であり、航空宇宙機器用材料に適している。６４Ｔｉ合金以外のチタニウム系合金の繊維強化複合材料についても同様である。

本願発明の実施の形態は、ＳｉＣ繊維とチタニウム又はチタニウム系合金の粉体を用い、それらを放電プラズマ焼結法によって焼結し、繊維強化複合材料を作製する。
図１は、本願発明の実施の形態に用いた放電プラズマ焼結装置の概要を示す。
図１において、１１は真空チャンバー、１２は焼結ダイ、１３１，１３２は上部パンチ，下部パンチ、１５１，１５２は上部パンチ電極，下部パンチ電極、１４は焼結材料、１６は焼結電源、１７は加圧装置である。なお焼結電源１６及び加圧装置１７は、制御装置（図示せず）により、焼結条件等が設定される。

繊維強化複合材料の作製には、まず焼結材料１４のＳｉＣ繊維とマトリックスを、交互に夫々複数層積層して焼結ダイ１２に充填する。焼結材料１４を焼結ダイ１２に充填すると、加圧装置１７によりパンチ電極１５１，１５２、及びパンチ１３１，１３２にＸ１方向の圧力をかけて焼結材料１４を圧縮する。この状態でパンチ電極１５１，１５２に直流のＯＮ，ＯＦＦパルス電流を印加すると、ＯＮ時に高温の放電プラズマが発生し、瞬時に発生するプラズマの高エネルギーが熱拡散と電界拡散によりＳｉＣ繊維とマトリックスの粉体中を高速で分散して、ＳｉＣ繊維とマトリックスを焼結する。その際直流パルス電流は、ＯＮ，ＯＦＦを繰返すためマトリックスの粒子の成長は少なく、微細な組織が生成する。またマトリックスは、粉体であるから所定の間隔で配列されたＳｉＣ繊維の周囲に均一に分散し、かつＳｉＣ繊維とマトリックスは、放電プラズマの放電衝撃圧力により表面がスパッタされるため、それらは緻密に強固に接合し、高い密着性と界面の高い接合強度が得られる。

ここで放電プラズマ焼結装置は、住友石炭鉱業社製装置（ＤＲ．ＳＩＮＴＥＲＳＰＳ３．２０ＭＫ−ＩＶ）を用い、ＳｉＣ繊維は、米国ＳｐｅｃｉａｌｔｙＭａｔｅｒｉａｌｓ社製のＳＣＳ−６（連続繊維）を用いた。
１層のＳｉＣ繊維は、直径約１５０μｍの繊維を間隔約１５０μｍで平行に配列してあり、各繊維は炭素の芯線の周囲にＳｉＣを蒸着してある。マトリックスは、チタニウム（Ｔｉ）の粉体と６４Ｔｉ合金の粉体を用い、チタニウム粉体は、粒径が約４５〜１００μｍのものを用い、６４Ｔｉ合金粉体は、粒径が約３５〜５５μｍのものを用いた。ＳｉＣ繊維は、４層積層し、繊維の長手方向が１層毎に直交するように積層した。なおそれらの粉体の粒径は、前記粒径に限らず他の粒径でもよいし、超微粉体（ナノサイズ）でもよい。

また焼結条件は、直流パルス電流のＯＮ・ＯＦＦ周期（１周期）３．３ｍｓｅｃ、ＯＮ／ＯＦＦ比１２／２、昇温速度２００℃／分、充填加圧２０ＭＰａ、保持時間１５分、炉冷に設定し、焼結温度と焼結加圧を後述する値に設定して、真空中で焼結した。

マトリックスは、チタニウム（純Ｔｉ）である。
焼結温度は、６００，７００，８００，９００，１０００，１１００℃、焼結加圧は、３０，６０，７５ＭＰａに設定した。

図２は、焼結体の焼結温度に対する相対密度を示し、焼結体が、チタニウムのみからなる場合の特性である。焼結加圧は、３０，６０ＭＰａの場合である。
焼結体の相対密度は、焼結加圧が６０ＭＰａの場合は焼結温度８００℃で１００％になり、焼結加圧が３０ＭＰａの場合は焼結温度１０００℃で１００％になる。

図３は、焼結体の焼結温度に対する引張強度を示し、焼結体がＳｉＣ繊維／チタニウムからなる繊維強化複合材料の場合と、焼結体がチタニウム（純Ｔｉ）のみからなる場合の特性である。焼結加圧は、６０，７５ＭＰａ、ＳｉＣ繊維含有率Ｖｆは、２１．５％の場合である。
繊維強化複合材料の引張強度は、焼結加圧が６０ＭＰａの場合、焼結温度が８００℃のとき最高になり、１０００℃まで略同じであるが、１０００℃を越すと低下する。焼結加圧が７５ＭＰａの場合、焼結温度が８００〜９００℃のとき最高になり、９００℃を越すと低下する。一方チタニウムのみからなる焼結体の引張強度は、焼結加圧が７５ＭＰａの場合、焼結温度が１１００℃のとき最高になり、焼結加圧が６０ＭＰａの場合、焼結温度が１０００℃のとき最高になる。

従来のチタニウムの引張強度は、５５０ＭＰａ（ＪＩＳ３種）程度であるから、ＳｉＣ繊維とチタニウム粉体を放電プラズマ焼結法によって焼結し複合化することにより、引張強度を飛躍的に高くすることができる。

本実施例は、ＳｉＣ繊維とチタニウム粉体を用いて、放電プラズマ焼結法によって焼結するため、チタニウム粉体の粒子がＳｉＣ繊維の周囲に均一に分散し、かつ放電プラズマのスパッタ作用により、ＳｉＣ繊維とチタニウム粉体が緻密に接合して、密着性が高くなり界面の接合強度が高くなるために引張強度が高くなると考えられる。

図４は、焼結体のＳｉＣ繊維の含有率に対する引張強度を示し、焼結体がＳｉＣ繊維／チタニウムからなる場合の繊維強化複合材料の特性である。焼結温度は、８００℃、焼結加圧は、６０ＭＰａの場合である。
図の理論値は、次の複合材料の強度の複合側より算出した。
σ_c＝Ｖ_fσ_f＋（１−Ｖ_f）σ_m
ただし、σ_cは複合材料の引張強さ、σ_fは繊維の引張強さ、σ_m：マトリックスの引張強さ、Ｖ_fは繊維の体積含有率である。
繊維強化複合材料の引張強度は、ＳｉＣ繊維の含有率が２０％を越すとほとんど増加しなくなり、理論値との差が大きくなる。これは、ＳｉＣ繊維の含有率が２０％を超えると、ＳｉＣ繊維の間隔が小さくなる、或いは繊維同士が接触するため、ＳｉＣ繊維の周囲にマトリックスの粒子が十分に分散できなくなることによるものと考えられる。

図５は、焼結体の焼結温度に対するヤング率を示し、焼結体が、ＳｉＣ繊維／チタニウムからなる繊維強化複合材料の場合の特性である。焼結加圧は、６０，７５ＭＰａ、ＳｉＣ繊維含有率Ｖｆは、２１．５％の場合である。
チタニウムのヤング率は、１０６ＧＰａ程度（ＪＩＳ第１，２種）であるから、ＳｉＣ繊維とチタニウム粉体を放電プラズマ焼結法によって焼結することにより、ヤング率を高くすることができる。なおＳｉＣ繊維のヤング率は、４００ＧＰａ程度である。

図６は、焼結体の使用温度（試験温度）に対する引張強度の変化を示し、焼結体がＳｉＣ繊維／チタニウムからなる繊維強化複合材料の場合と、焼結体がチタニウムのみからなる場合の特性である。繊維強化複合材料のＳｉＣ繊維の含有率Ｖｆは、３０％の場合である。
焼結体の引張強度は、使用温度が高くなると焼結体が繊維強化複合材料の場合も、焼結体がチタニウムのみからなる場合もともに低くなるが、繊維強化複合材料の引張強度は、使用温度が高くなってもチタニウムのみからなる焼結体よりも依然として高く、８００℃においても略８００ＭＰａを保持し、チタニュウムの常温の引張強度よりも高い引張強度を保持している。即ち繊維強化複合材料の引張強度は、使用温度が高くなってもＳｉＣ繊維の優れた高温強度の効果が失われずに保たれている。

ここで図１０と図１１により、本実施例と従来の繊維強化複合材料の引張試験片の破断面のＳＥＭ写真について説明する。
図１０は、本実施例のＳｉＣ繊維／チタニウムからなる繊維強化複合材料の写真で、図１０（ａ）は室温における写真であり、図１０（ｂ）は８００℃における写真である。図１０（ａ）の室温における破断面を見ると、繊維はマトリックスから抜けることなく切断し、かつマトリックスは、繊維の周囲に均一に隙間なく分散して繊維とマトリックスとが、緻密に強固に接合していることが分かる。また図１０（ｂ）の８００℃における破断面を見ると、８００℃においても、繊維はマトリックスから抜けることなく切断し、かつマトリックスと繊維の間には、ほとんど隙間を生じることなく緻密に強固に接合していることが分かる。

一方図１１は、ＳｉＣ繊維とＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ箔とを、ホットプレス法により焼結して作製した、従来の繊維強化複合材料の８００℃における写真である。図１１の破断面を見ると、繊維はマトリックスから抜けかけた状態で切断し、かつマトリックスと繊維の間には隙間が生じている。
このように本実施例のＳｉＣ繊維とチタニウムからなる繊維強化複合材料は、高温においても従来のホットプレス法によって作成した繊維強化複合材料よりも高い引張強度を保持している。

マトリックスは、６４Ｔｉ合金である。
焼結温度は、８００，９００，１０００℃、焼結加圧は、３０，６０ＭＰａに設定した。

図７は、焼結体の焼結温度に対する相対密度を示し、焼結体が６４Ｔｉ合金のみからなる場合の特性である。焼結加圧は、３０，６０ＭＰａの場合である。
焼結体の相対密度は、焼結加圧が３０，６０ＭＰａの場合ともに焼結温度が９００℃で略１００％になる。

図８は、焼結体の焼結温度に対する引張強度を示し、焼結体がＳｉＣ繊維／６４Ｔｉ合金からなる繊維強化複合材料の場合と６４Ｔｉ合金のみからなる場合の特性である。焼結加圧は、３０，６０ＭＰａ、繊維強化複合材料のＳｉＣ繊維の含有率Ｖｆは、２３．５％の場合である。

繊維強化複合材料の引張強度は、焼結加圧が３０，６０ＭＰａの場合ともに焼結温度が９００℃のとき最高になる。一方６４Ｔｉ合金のみからなる焼結体の引張強度は、焼結加圧が６０ＭＰａの場合、焼結温度が８００℃のとき最高になり、９００〜１０００℃のときやや低下する。焼結加圧が３０ＭＰａの場合、焼結温度が９００〜１０００℃とき最高になる。
マトリックスの６４Ｔｉ合金の引張強度は、９６０ＭＰａ程度であるから、ＳｉＣ繊維と６４Ｔｉ合金粉体を放電プラズマ焼結法によって焼結することにより、引張強度を飛躍的に高くすることができる。

因みに従来のＳｉＣ繊維とＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ箔とをホットプレス法によって作製した繊維強化複合材料の引張強度は、最高１３７５ＭＰａ程度（焼結温度７３０℃、焼結加圧６０ＭＰａのとき）であるが、本願発明のＳｉＣ繊維／６４Ｔｉ合金の繊維強化複合材料の引張強度は、その数値よりも相当高くなる。Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎと６４Ｔｉ合金の引張強度は、略同じ１１７１ＭＰａ程度であるから、繊維強化複合材料の引張強度は、放電プラズマ焼結法よって繊維強化複合材料を作製することによりホットプレス法によって作製する場合よりも高くすることができる。

本実施例は、ＳｉＣ繊維と６４Ｔｉ合金粉体を用いて、放電プラズマ焼結法によって焼結するため、６４Ｔｉ合金粉体の粒子がＳｉＣ繊維の周囲に均一に分散し、かつ放電プラズマのスパッタ作用により、ＳｉＣ繊維と６４Ｔｉ合金粉体が緻密に接合して、密着性が高くなり界面の接合強度が高くなるために引張強度が高くなると考えられる。

図９は、焼結体の焼結温度に対するヤング率を示し、焼結体がＳｉＣ繊維／６４Ｔｉ合金からなる繊維強化複合材料の場合の特性である。焼結加圧は、３０，６０ＭＰａ、繊維強化複合材料のＳｉＣ繊維の含有率Ｖｆは、２３．５％の場合である。
焼結体のヤング率は，焼結加圧が６０ＭＰａの場合、焼結温度が８００〜１０００℃のとき最高になり、焼結加圧が３０ＭＰａの場合、焼結温度が９００〜１０００℃のとき最高になる。６４Ｔｉ合金のヤング率は、１００ＧＰａ程度であるから、ＳｉＣ繊維と６４Ｔｉ合金粉体を放電プラズマ焼結法によって焼結することによりヤング率を高くすることができる。

本実施例の繊維強化複合材料の引張強度は、焼結温度９００℃、焼結加圧６０ＭＰａで焼結したとき１６９９ＭＰａになり、そのヤング率は、焼結温度９００〜１０００℃、焼結加圧６０ＭＰａで焼結したとき１７０〜１７６ＧＰａとなり、従来の６４Ｔｉ合金の繊維強化複合材料では得られなかった高い引張強度やヤング率を得ることができる。そして本実施例の繊維強化複合材料は、実施例１のＳｉＣ繊維とチタニウムからなる繊維強化複合材料の場合と同様に高温においても高い引張強度を保持している。また本発明の繊維強化複合材料は、ＳｉＣ繊維の高い耐摩耗性と、繊維とマトリックスの高い密着性及び界面の高い接合強度とが相俟って高い耐摩耗性を有している。したがって本願の発明は、チタニウム系合金の中でも利用頻度の高い６４Ｔｉ合金の利用範囲をさらに広くすることができる。

本実施例の６４Ｔｉ合金の繊維強化複合材料は、比強度が高いから、この繊維強化複合材料を用いてゴルフクラブのヘッドを作製すると、ヘッドの肉厚を薄くすることができ、より軽いヘッドを作製できる。またヘッドのフェイス部分にこの繊維強化複合材料を採用した場合には、フェイス部分を薄くできるから、その分打球面の面積を大きくすることができ、打球方向の安定したゴルフクラブを作製することができる。

本実施例の６４Ｔｉ合金の繊維強化複合材料は、比強度が高く、高温強度、耐熱性、耐磨耗性、耐食性も高いから、機体や翼、ジェットエンジンやロケットエンジン等の航空宇宙機器用材料に適している。６４Ｔｉ合金は、航空宇宙機器用材料として多用されているが、使用温度は５００〜６００℃が限度である。本実施例の繊維強化複合材料は、実施例１のＳｉＣ繊維とチタニウムからなる繊維強化複合材料の場合と同様に、高温での強度低下が少なく、８００℃においても、６４Ｔｉ合金の室温時の引張強度に匹敵する引張強度を有している。したがって、本願発明の繊維強化複合材料は、ジェットエンジン、ロケットエンジン等に使用する耐熱材料としての応用が可能である。

実施例１，２は、マトリックスにチタニウムと６４Ｔｉ合金を用いた例について説明したが、６４Ｔｉ合金以外のチタニウム系合金、例えば、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−６Ｖ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｃｒ−４Ｍｏ、Ｔｉ−３Ａｌ−１０Ｖ−２Ｆｅ、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−４Ｍｏ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ等にいても、本願の発明を適用できる。

実施例１，２は、金属強化繊維としてＳｉＣ繊維を用いた例について説明したが、金属強化繊維は、ＳｉＣ繊維に限らず、アルミナ、ボロン、窒化けい素、グラファイト、炭化チタン等の繊維であってもよい。
また本願発明により作製した繊維強化複合材料は、ゴルフクラブ、航空宇宙機器に限らず、自動車、自転車等の輸送機器、超伝導用機器、医用インプラント等のように高い強度、耐食性、耐磨耗性等が要求される分野の材料に適している。

本願発明の繊維強化複合材料の作製に用いる放電プラズマ焼結装置の構成図である。本願発明により作製したチタニウムの焼結体の焼結温度に対する密度の関係を示す図である。本願発明により作製したチタニウムの焼結体と、ＳｉＣ繊維／チタニウムからなる繊維強化複合材料の焼結温度に対する引張強度の関係を示す図である。本願発明により作製したＳｉＣ繊維／チタニウムからなる繊維強化複合材料のＳｉＣ繊維の含有率と引張強度の関係を示す図である。本願発明により作製したＳｉＣ繊維／チタニウムからなる繊維強化複合材料の焼結温度に対するヤング率の関係を示す図である。本願発明により作製したチタニウムの焼結体と、ＳｉＣ繊維／チタニウムからなる繊維強化複合材料の使用温度に対する引張強度の変化を示す図である。本願発明により作製した６４Ｔｉ合金の焼結体の焼結温度に対する密度の関係を示す図である。本願発明により作製した６４Ｔｉ合金の焼結体と、ＳｉＣ繊維／６４Ｔｉ合金からなる繊維強化複合材料の焼結温度に対する引張強度の関係を示す図である。本願発明により作製したＳｉＣ繊維／６４Ｔｉ合金からなる繊維強化複合材料の焼結温度に対するヤング率の関係を示す図である。本願発明により作製したＳｉＣ繊維／チタニウムからなる繊維強化複合材料の破断面のＳＥＭ写真である。一方図１１は、従来のＳｉＣ繊維とＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ箔とを、ホットプレス法により焼結して作製した繊維強化複合材料の破断面の写真である。

符号の説明

１１真空チャンバー
１２焼結ダイス
１３１，１３２上部パンチ，下部パンチ
１４焼結材料
１５１，１５２上部パンチ電極，下部パンチ電極
１６焼結電源
１７加圧装置
Ｘ１加圧方向

Claims

所定の間隔で平行に配置した連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維とチタニウムの粉体とを交互に夫々複数層積層し、連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の層は連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の長手方向が一層毎に直交するように積層し、放電プラズマ焼結法により焼結加圧６０ＭＰａ以上、焼結温度８００℃以上で焼結して作製した繊維強化複合材料。
所定の間隔で平行に配置した連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維とＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の粉体とを交互に夫々複数層積層し、連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の層は連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の長手方向が一層毎に直交するように積層して放電プラズマ焼結法により焼結加圧３０ＭＰａ以上、焼結温度９００℃以上で焼結して作製した繊維強化複合材料。
ゴルフクラブの作製に用いる請求項１又は請求項２に記載の繊維強化複合材料。
航空宇宙機器用材料の作製に用いる請求項１又は請求項２に記載の繊維強化複合材料。
所定の間隔で平行に配置した連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維とチタニウムの粉体とを交互に夫々複数層積層し、連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の層は連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の長手方向が一層毎に直交するように積層して焼結ダイに充填し、焼結ダイの一対のパンチに焼結加圧６０ＭＰａ以上の圧力をかけて圧縮し、その一対のパンチに直流パルス電流を印加して放電プラズマを発生し、焼結温度８００℃以上で焼結体を作製する繊維強化複合材料の作製方法。
所定の間隔で平行に配置した連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維とＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の粉体とを交互に夫々複数層積層し、連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の層は連続ＳｉＣ（炭化けい素）繊維の長手方向が一層毎に直交するように積層して焼結ダイに充填し、焼結ダイの一対のパンチに焼結加圧３０ＭＰａ以上の圧力をかけて圧縮し、その一対のパンチに直流パルス電流を印加して放電プラズマを発生し、焼結温度９００℃以上で焼結体を作製する繊維強化複合材料の作製方法。