JPH01184240A

JPH01184240A - セラミツクス複合材料の製造方法

Info

Publication number: JPH01184240A
Application number: JP929288A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kato; 隆之加藤; Tomomi Soeda; 知美副田
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 1988-01-19
Filing date: 1988-01-19
Publication date: 1989-07-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は金属又は合金とセラミックスとからなるセラミ
ックス複合材料の製造方法に関する。

［従来の技術］工具及び構造材料を始めとする広い分野において、高強
度且つ高耐摩耗性を有する材料の需要が多い。近時、こ
のような材料の１つとして、耐摩耗性が優れたセラミッ
クスが注目されており、種々の分野において、その利用
が検討されている。

しかし、このセラミックス単体の材料は靭性が低いとい
う基本的な難点があり、これがセラミックスの一般的な
分野又は広汎な分野における利用を阻止する要因になっ
ている。

そこで、高耐摩耗性というセラミックスが有する優れた
特性を生かしつつ靭性を高めるために、複合化する方法
が開発されている。次に、この従来のセラミックス複合
材料の製造方法について説明する。

■焼結法金属粉末とセラミックス粉末とを均一に混合し、モール
ド成形した後、熱間プレス、熱間押出し又は常圧焼結に
より、複合材料を製造する。

■溶湯混合法金属溶湯中ヘセラミックス粉末を投入し、このセラミッ
クス粉末を溶湯中で、攪拌して混合することにより、複
合材料を得る。

■溶湯含浸法（加圧鋳造法、真空鋳造法）予めポーラス
状に成形したセラミックス中に金属溶湯を含浸させて、
複合材料を得る。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、この従来のセラミックス複合材料の製造
方法には次のような問題点がある。

■焼結法熱間プレスにより焼結する方法においては、設備上の制
約から柱状又は板状の製品しか得ることができず、複雑
な形状をした複合材料を製造することは困難である。

また、熱間押出しにより焼結する方法においては、押出
方向に直交する断面については、複雑な形状のものを製
造することも可能であるが、押出方向については全ての
領域で一定の長さになる。

このため、製品形状に制約がある。

更に、常圧焼結方法においては、金属基体のみが焼結さ
れるので、金属基体が充分にセラミックスへ拡散せず、
空孔が生じやすい。

更にまた、セラミックスの体積含有率が高いと、熱間押
出しか困難になると共に、常圧焼結においては金属の拡
散が極めて困難になるという欠点も有する。

■溶湯混合法金属溶湯とセラミックスとの間に比重差が存在するため
、溶湯中にセラミックス粉末が浮上し、又は沈降して、
セラミックスの均一分散が困難になるという欠点がある
。また、その製造工程においては、金属を溶解すると共
に、セラミックス粉末を溶湯中で攪拌するために、比較
的高温下での作業を必要とするという欠点がある。

■溶湯含浸法セラミックスのポーラス体を製造するに際し、均一にセ
ラミックスが分散したポーラス体を製造することが困難
である。また、ポーラス体に金属溶湯を含浸させるため
に、溶湯を高圧力により、又は真空装置を使用して強制
的にポーラス体中に含浸させる必要がある。更に、セラ
ミックス体積含有率が高くなるにつれて、金属溶湯を含
浸させにくくなり、このため、セラミックス体積含有率
が高いポーラス体に金属溶湯を含浸させるためには、大
掛りな設備が必要となる。

このように、従来のセラミックス複合材料の製造方法は
、いずれも得られた複合材料の材質上又は製造工程上、
根本的な問題を有するものであり、このため、高品質の
複合材料を簡易な工程で製造することができるセラミッ
クス複合材料の製造方法の開発が要望されている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
耐摩耗性が優れていると共に、展性及び延性等の靭性が
優れたセラミックス複合材料を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］本発明に係るセラミックス複合材料の製造方法は、セラ
ミックス粉末の周囲に金属又は合金を被覆した後、この
セラミックス粉末を焼結することを特徴とする。

［作用］本発明においては、金属又は合金を被覆したセラミック
ス粉末を焼結して複合材料が製造されるから、焼結の過
程において、先ず、被覆金属合金が溶融してセラミック
ス粉末間に介在するので、セラミックス粉末同士の結合
が抑制され、複合材料中に均一にセラミックスを分散さ
せることができる。また、セラミックスの体積含有率を
高めても、セラミックスが均一に分散した複合材料を容
易に製造することができる。

これにより、耐摩耗性が優れていると共に、展性及び延
性が優れたセラミックス複合材料が容易に得られる。

［実施例］以下、本発明の実施例について具体的に説明する。先ず
、セラミックス粉末の粒子の表面に金属又は合金を、例
えば、無電解めっきにより被着させ、セラミックス粉末
の表面に金属又は合金の被覆層を形成する。次いで、こ
の金属又は合金を被覆したセラミックス粉末を焼結させ
て、複合材料を製造する。

セラミックス粉末としては、アルミナ又はジルコニア等
の粉末があるが、この外に以下に示すセラミックスがあ
る。

酸化物系セラミックス；マグネシア、チタニア、イツト
リア及びクロミア炭化物系セラミックス；炭化ホウ素、炭化タングステン
及び炭化クロム窒化物系セラミックス；窒化ホウ素、窒化アルミニウム
及び窒化チタンホウ化物系セラミックス；ＺｒＢ２及びＴｉＢ２酸窒化
物系セラミックス；サイアロンこれらのセラミックス粉末の単体又は２種以上の混合物
を使用することかできる。

被覆金属又は合金としては、Ｎｉ又はＣＯ金金属外に、
以下に示ずＮｉ合金又はＣＯ合金等がある。

Ｎｉ合金；Ｎ１−Ｗ、Ｎｉ−Ｃｕ、Ｎ１−Ｃｏ−Ｂ、Ｎ
１−Ｆｅ−Ｐ、Ｎ１−Ｗ−Ｐ。

Ｎ１−Ｐｄ−Ｐ、Ｎ１−Ｃｕ−Ｐ。

Ｎｉ−３ｎ−Ｐ、Ｎ１−Ｆｅ−Ｂ。

Ｎ１−Ｒｅ−ＰＣＯ合金；Ｃｏ−Ｐ、Ｃｏ−Ｎ１−Ｐ、Ｃｏ−ＷＰこれらの合金も無電解めっきによりセラミックス粉末の
表面に被覆することができる。なお、被覆処理の容易性
及びコストを考慮すると、Ｎｉ又はＣＯ金金属被覆層と
して使用することが好ましい。

また、焼結温度は、被覆金属又は合金の融点をＭ’Ｃと
すると、基本的には、０．６Ｍ乃至１．０Ｍ’Ｃの範囲
にすることが好ましい。しかしながら、焼結条件又はめ
つき層の膜厚及びセラミックス粉末の粒径によって、焼
結温度の最適条件は異なる。

特に、Ｎ２ガス又はＡｒガスの雰囲気下で、常圧で焼結
した場合には、焼結温度は０．８５Ｍ乃至１．０Ｍ℃に
することが好ましい。一方、熱間プレス又は熱間静水圧
プレスのように、焼結性を促進させる手段を併用して焼
結する場合は、焼結温度を０．６Ｍ乃至０．８５Ｍ℃に
することが好ましい。

次に、本発明方法により、セラミックス複合材料を実際
に製造した結果について説明する。

実施例１この実施例は、アルミナ粉末を無電解めっきによりＮｉ
被覆したものである。先ず、セラミックス粉末を前処理
した。つまり、平均粒径が１μｍのアルミナ粉末を蒸留
水により洗浄した後、硫酸水溶液（５０体積％）により
３０分間処理した。

これにより、アルミナ粉末の表面がエツチングされて清
浄化された。

次に、塩化第１スズ水溶液にアルミナ粉末を１０分間浸
漬し、ろ過した後、洗浄及び乾燥をした。

この塩化第１スズ水溶液は、その溶液ｌｐ中に塩化第１
スズ２０ｇと塩酸１０ｃｃとを含有する。

次に、上記アルミナ粉末を塩化パラジウム水溶液（０’
、２ｇ／ρ）に浸漬し、ろ過した後、洗浄及び乾燥をし
た。

次いで、この前処理済のアルミナ粉末をめっき浴の次亜
リン酸塩浴に投入して３０分間浸漬し、攪拌してアルミ
ナ粉末にＮｉめっきした。その後、ろ過及び水洗をくり
返した後乾燥した。その結果、その表面に約０．２μｍ
厚さのＮｉ層が被覆されたアルミナ粉末が得られた。な
お、次亜リン酸塩浴の組成は、塩化ニッケル；０．２モ
ル／ＩＩ、次亜リン酸ナトリウム、０．２５モル／（１
、酢酸ナトリウム；０．２モル／ρ、クエン酸アンモニ
ウム；０．０２モル／（である。また、この次亜リン酸
塩浴は酒石酸を添加してＰ）（を５．５に調整した。

Ｎｉ被覆したアルミナ粉末（以下、Ｎ１−Ａρ２０Ｂ粉
末ともいう）をラバープレスにより３トン／ｄの加圧力
を印加して成形し、この成形体を水素炉内で１４５０℃
に加熱して焼結することにより、Ｎ１−Ａρ２０３複合
材料を得た。上記複合材料のアルミナ体積含有率は６０
％である。

得られた複合材料から、縦が３　＋＋＋Ｉ１１、横が４
龍、長さが４’Ｏｍｍの試験片を切り出し、インストロ
ン型万能試験林（容量２トン）を使用して、スパン間隔
が３０ＩＩＩＩ１１、クロスヘツド速度が０．５ｍｍ／
秒の条件で３点曲げ試験を行ない、曲げ強度と破壊まで
のたわみ量を測定した。

比較例として、市販のアルミナ焼結体くアルミナ９８％
）を用意し、更に、平均粒径が１μｍのアルミナ粉末と
、平均粒径が１０μｍのＮｉ粉末とを体積含有率でアル
ミナ；６０％及びＮｉ；４０％の配合比になるように均
一に混合したものを用意し、上記と同様の方法で複合材
料を得た。そして、この複合材料から、前記試験片と同
様の形状の３　Ｘ　４　Ｘ　４０　ｍｍの試験片を切り
出し、同様の方法で曲げ試験を行なった。この実施例及
び比較例についての曲げ試験結果を第１図に示す。この
第１図から明らかなように、本実施例に係る複合材料は
比較例に比して、強度及び靭性が高い。

丸１鮪りこの実施例はジルコニア（ＰＳＺ）粉末を無電解めっき
にてＮｉ被覆したものである。平均粒径が０．６μｍの
ジルコニア粉末を実施例１と同様に硫酸水溶液（５０体
積％）、塩化第１スズ水溶液、塩化パラジウム水溶液に
より前処理した後、同じく次亜リン酸塩浴に投入して３
０分間浸漬し、攪拌した。その後、ろ過及び水洗をくり
返して乾燥した。その結果、表面に約０．０２μｍ厚さ
のＮｉ層が被覆されたジルコニア粉末が得られた。

このＮｉ被覆したジルコニア粉末（以下、Ｎｉ−ＺｒＯ
２粉末ともいう）を実施例１と同様の条件で、ラバープ
レスを使用して成形し、水素炉にて１４５０℃で焼結し
てジルコニアの体積含有率が９０％のＮｉ−ＺｒＯ２複
合材料を得た。この複合材料から、３　Ｘ　４　Ｘ　４
０１１ｍの試験片を切り出し、実施例１と同様の方法で
曲げ強度と破壊までのたわみ量を測定した。

比較例として市販のジルコニア（ｐｓｚ）焼結体を用意
し、更に平均粒径が０．６μｍのジルコニア（ＰＳＺ）
粉末と平均粒径が１０μｍのＮｉ粉末とを上記複合材料
と同じ配合比にて均一に配合したものを用意し、上記と
同様の方法で複合化して得られた複合材料から３　Ｘ　
４　Ｘ　４０　ｍｍの試験片を切り出し、同様の方法で
曲げ試験を行なった。

その結果を第２図に示す。本実施例においても、高強度
且つ高靭性の複合材料が得られた。

実施例３本実施例は、ＳｉＣセラミックスとＣｏ金属との複合材
料を製造したものである。平均粒径が５μｍのＳｉＣ粉
末を無電解めっきにてＣＯ被被覆るにあたり、ＳｉＣ粉
末を実施例１と同様にして前処理を施した後、めっき浴
のピロリン酸塩浴中に投入して３０分間浸漬し、攪拌し
た。その後、ろ過及び水洗をくり返して乾燥した。その
結果、表面に約０．２μｍ厚さの００層が被覆されたＳ
ｉｃ粉末（以下、Ｃｏ−３ｉＣ粉末ともいう）が得られ
た。なお、ピロリン酸塩浴の組成は、硫酸コバルト；０
．１モル／ρ、次亜リン酸ナトリウム；０．２モル／ｉ
、ピロリン酸ナトリウム；０゜４モル／ρ、硫酸アンモ
ニウム；０．５モル／ｊであり、アンモニア水溶液を添
加して浴をＰＨ１０゜５に調整した。得られたＣｏ−３
ｉＣ粉末を熱間プレスを使用して加圧力３００　ｋｇ　
／　ｃｎｔ、加熱温度１３００℃の条件で焼結すること
により、ＳｉＣの体積含有率が８９％のＣｏ−ＳｉＣ複
合材料を得た。上記複合材料から、３　Ｘ　４　Ｘ　４
０　ａｍの試験片を切り出し、実施例１と同様の方法で
曲げ強度とたわみ量とを測定した。

比較例として、市販のＳｉＣ焼結体を用意し、更に、平
均粒径が５μｍのＳｉＣ粉末と、平均粒径が１０μｍの
ＣＯ粉末とを上記複合材料と同じ配合比にて均一に混合
した後、熱間プレスを使用して同様の条件にて複合材料
を得た。各実施例及び比較例材から、３　Ｘ　４　Ｘ　
４０　ｍｍの試験片を切り出し、実施例１と同様の方法
で曲げ強さとたわみ量とを測定した。その結果を第３図
に示す。この第３図から明らかなように、本実施例材も
強度が高いと共に、靭性も優れている。

［発明の効果］本発明によれば、金属又は合金を被覆したセラミックス
粉末を焼結するから、金属相が完全にセラミックス相を
包含した焼結体が得られ、セラミックスの高強度と金属
の高靭性とを兼ね備えた複合材料を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＮ１−Ａρ２０３複合材料の曲げ−たわみ曲線
を示すグラフ図、第２図はＮｉ−ＺｒＯ２複合材料の曲
げ−たわみ曲線を示すグラフ図、第３図はＣｏ−ＳｉＣ
複合材料の曲げ−たわみ曲線を示すグラフ図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックス粉末の周囲に金属又は合金を被覆し
た後、このセラミックス粉末を焼結することを特徴とす
るセラミックス複合材料の製造方法。