JP4701402B2 - 傾斜機能材料及びその製造方法 - Google Patents
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(1)所定の形状の成形空間を有する型内で金属及び/又はセラミックスの被焼結材料を直接通電により加圧焼結して傾斜機能材料を製造する方法であって、チタン、シリコン、及び炭化チタンの混合粉末を、その配合割合が変化するように調整した粉末材料群を型内に段階的又は傾斜的組成となるように配置し、通電された加熱領域において、それらの被焼結材料の焼結特性に応じて、焼結温度分布を制御しながら直接通電により加圧焼結することを特徴とするチタンシリコンカーバイド−炭化チタン系傾斜機能材料の製造方法。
(2)被焼結材料の組成に対応して所定の焼結温度となるように焼結温度を制御しながら焼結を行う、前記(1)に記載の方法。
(3)焼結温度の異なる原料粉末群を、型内に配置し、それぞれの材料に適するように部位ごとに焼結温度を変化させながら焼結を行う、前記(1)に記載の方法。
(4)被焼結材料に対して、通電加熱装置における加熱領域の位置を移動させながら、被焼結材料の被加熱領域の各領域ごとに独立して焼結温度を設定して焼結を行う、請求項2に記載の方法。
(5)上記混合粉末として、Ti/Si/1.8TiC〜Ti/Si/7.0TiCの範囲の原料粉末を用いる、前記(1)に記載のチタンシリコンカーバイド−炭化チタン系傾斜機能材料の製造方法。
(6)Ti3SiC2とTiCの2相組織の焼結体を含むチタンシリコンカーバイド−炭化チタン系傾斜機能材料であって、1)炭化チタンが、段階的又は傾斜的である組成を有する、2)炭化チタンの組成が異なる材料が全体の緻密性を確保しながら一体成形されている、ことを特徴とするチタンシリコンカーバイド−炭化チタン系傾斜機能材料。
(7)焼結体中の炭化チタンが、0wt%〜56wt%の範囲で段階的又は傾斜的組成を有する、前記(6)に記載の傾斜機能材料。
本発明の方法は、筒状等の所定の形状の成形空間を有する型内の成形空間に配置した被焼結材料を直接通電加熱により加圧焼結して傾斜機能材料を製造する方法であって、型内の成形空間に被焼結材料を配置して、被焼結材料の焼結特性に応じて、被焼結材料を任意の焼結温度分布に制御しながら焼結を行うこと、を特徴とするものである。本発明では、段階的又は傾斜的組成となるように原料粉末群を型内に配置して焼結を行うこと、を好ましい実施の態様としている。また、本発明は、チタンシリコンカーバイド−炭化チタン系傾斜機能材料の製造方法であって、チタン、シリコン、及び炭化チタンの混合物からなる組成の異なる被焼結材料を、型内で段階的又は傾斜的組成となるように配置し、被焼結材料の焼結特性に応じて、被焼結材料の焼結温度分布を制御しながら直接通電により加圧焼結すること、を特徴とするものである。
(1)本発明は、従来の焼結法ではきわめて困難であった、焼結温度の異なる材料を焼結によって一体成形することを可能とし、傾斜的機能を有する焼結体の製造時において、その特性の変化に対応して焼結温度の変更が必要となる場合であっても、所望の温度分布により一体成形することを可能とする。
(2)本発明の傾斜機能材料の製造方法によって、例えば、炭化チタンの硬質性とチタンシリコンカーバイドの成形性及び機械加工性を兼備させた新材料を創製することができる。
(3)例えば、一端を炭化チタンリッチとし、徐々にチタンシリコンカーバイドの割合を増やして、更には、チタンシリコンカーバイド単相となるように組成を傾斜させることにより、先端がきわめて硬く、胴体は靱性に富み、また、単相部分においては機械加工も可能となる焼結体の製造が可能となり、新しい切削加工用部材として、幅広い応用が考えられる。
(4)従来から、傾斜機能材料は焼結法によって製造されてきたが、これは、全体を均等な温度で焼結できるものに限定されていた。本発明は、当該傾斜機能材料の製造方法において、その適用範囲を任意の温度分布による一体焼結へ拡大できるという格別の効果を発揮するものである。
(5)一方の材料の融点が他方の好適な焼結温度より低い材料系であっても、それらの傾斜機能材料の焼結が可能である。
図1に、本発明の傾斜機能材料に対する焼結方法を実施するために以下の実施例で使用した焼結装置の一例を示す。図中、1は原料粉末、2はシリンダ(焼結用の型)、3は上パンチ、4は下パンチ、5は加圧ラム、6は昇降テーブル、7は電極、8は加熱領域、を示す。原料粉末は、その組成を段階的に変化させて又は傾斜させて、シリンダ内に充填される。充填された原料粉末は、所定の荷重を負荷した加圧ラムによって加圧される。原料粉末は、電極に通電して通電加熱されるが、その際に、昇降テーブルを昇降して位置制御することで、原料粉末に対する加熱領域を移動させることにより、傾斜機能材料の組成に応じて加熱焼結条件を任意に調節することができる。図1の左は、昇降テーブルを上昇させて、加熱領域を下方に移動させた状態、同左は、昇降テーブルを下降させて、加熱領域を上方に移動させた状態、を示す。
本実施例では、図1に示される焼結装置及び方法により、チタン、シリコン及び炭化チタンからなるTi/Si/xTiCの混合粉末を焼結した場合の焼結体の組織中に占める炭化チタン(TiC)の割合を検討した。焼結体の製造は、温度1400〜1460℃、10分間、圧力60MPa、焼結雰囲気は真空中(5Pa)の条件下で実施した。図2は、チタン、シリコン及び炭化チタンの粉末をそれぞれモル比で1:1:xの割合で混合し、xを1.8から7.0まで変化させたときの焼結体中に占める炭化チタンの質量割合を示したものである。Ti3SiC2の化学量論的組成であるx=2以下のとき、ほぼ単相のTi3SiC2となるのに対し、xが2よりも大きくなると、焼結体は、Ti3SiC2とTiCとの2相組織となり、xの増加とともにTiC相の割合が増大していくことがわかる。すなわち、xの量を調整することによって、単相のTi3SiC2、又はTi3SiC2とTiCの2相組織が得られ、2相組織におけるそれぞれの成分の割合を自在に変化させ得ることが明らかである。xを7.0とした原料組成では、約56wt%のTiCを含む焼成体が生成した。
1:原料粉末
2:シリンダ(焼結用の型)
3:上パンチ
4:下パンチ
5:加圧ラム
6:昇降テーブル
7:電極
8:加熱領域
Claims (7)
- 所定の形状の成形空間を有する型内で金属及び/又はセラミックスの被焼結材料を直接通電により加圧焼結して傾斜機能材料を製造する方法であって、チタン、シリコン、及び炭化チタンの混合粉末を、その配合割合が変化するように調整した粉末材料群を型内に段階的又は傾斜的組成となるように配置し、通電された加熱領域において、それらの被焼結材料の焼結特性に応じて、焼結温度分布を制御しながら直接通電により加圧焼結することを特徴とするチタンシリコンカーバイド−炭化チタン系傾斜機能材料の製造方法。
- 被焼結材料の組成に対応して所定の焼結温度となるように焼結温度を制御しながら焼結を行う、請求項1に記載の方法。
- 焼結温度の異なる原料粉末群を、型内に配置し、それぞれの材料に適するように部位ごとに焼結温度を変化させながら焼結を行う、請求項1に記載の方法。
- 被焼結材料に対して、通電加熱装置における加熱領域の位置を移動させながら、被焼結材料の被加熱領域の各領域ごとに独立して焼結温度を設定して焼結を行う、請求項2に記載の方法。
- 上記混合粉末として、Ti/Si/1.8TiC〜Ti/Si/7.0TiCの範囲の原料粉末を用いる、請求項1に記載のチタンシリコンカーバイド−炭化チタン系傾斜機能材料の製造方法。
- Ti3SiC2とTiCの2相組織の焼結体を含むチタンシリコンカーバイド−炭化チタン系傾斜機能材料であって、(1)炭化チタンが、段階的又は傾斜的である組成を有する、(2)炭化チタンの組成が異なる材料が全体の緻密性を確保しながら一体成形されている、ことを特徴とするチタンシリコンカーバイド−炭化チタン系傾斜機能材料。
- 焼結体中の炭化チタンが、0wt%〜56wt%の範囲で段階的又は傾斜的組成を有する、請求項6に記載の傾斜機能材料。
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