JPH02240204A

JPH02240204A - 複合材料

Info

Publication number: JPH02240204A
Application number: JP1057748A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shimaguchi; 島口　崇; Toshihiro Yamada; 山田　俊宏; Akihisa Okada; 明久岡田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1990-09-25

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、セラミックと金属あるいはセラミツり同士、
または金属同士の複合化において、配合割合を連続的ま
たは段階的に変えて、一方向からの特性が順次異なる複
合材料に関する。

〔従来の技術〕

セラミックと金属の複合方法としては溶融金属中にセラ
ミック粒子を分散、凝固させるものと、両者を混合後、
焼結する粒末冶金法がある。

これらの方法では、セラミックと金属は均一に混合され
るため、複合化により得られる特性も均一となる。

例えば特開昭６２−９４３３３号公帽に示される金属強
化型セラミックス複合材料は、焼結温度を制御した結合
剤を含む複合セラミックを、強化用金属に被覆し、これ
をセラミックシート間に分布、積層している。

また、近年、高温耐熱材料に対する要求が高まり、表面
層はセラミックのような耐熱材料から成り、内部は靭性
の高い金属から成る複合材料が必要とされ、例えば、粒
子配列法による傾斜機能材料が注目されている（機能材
料、１９８８年４月号）。

〔発明が解決しようとする課題〕本発明の目的は材料内部での特性が１Ｍ次変化する複合
材料を提供することにある。

例えば、金属とセラミックの配合比を変えた混合体を数
層、積重ねて焼結した場合、一般にセラミックを多く含
むほど焼結時の収縮率は大きくなるので、不均一なひず
みを持つ形状品しか得られない。

また、一般的には、セラミックの焼結温度に比較して、
金属のそれは低いため、複合化に用いるセラミックの種
類は限定される０例えば、比較的低温で焼結が可能な部
分安定化ジルコニアが用いられることが多い。

本発明では、種々のセラミックや金属が利用でき、また
、焼結時の収縮率が均一かつ少量でありまた。内部の特
性が順次異なる複合材料を提供する。

〔課題を解決するための手段〕

材料内部の特性が順次変化する本発明の複合材料の基本
的構成を図を用いて説明する。

第２図において複合化を考えている一種類の物＊Ａ粒子
１．Ｂ粒子２及び金属シリコン粒子６と熱可塑性樹脂５
を混合し、目的とする形状に成形する（第２図の（ａ）
）。

ここで樹脂の添加は、成形時の保形性を具備するためと
、脱脂後はガスの通路とするためである。

次に、第２図の（ａ）に示したシート又はブロック状成
形体を加熱して、樹脂を昇華させる。この段階で急激に
加熱すると樹脂の膨張により成形体は破壊するので、徐
々に昇華させるために、加熱速度は極めて小さくする必
要がある。

脱脂された成形体は第２図の（ｂ）に示すように、Ａ粒
子１，８粒子２及び金属シリコン粒子６のみが残存し、
樹脂５が充填していた部分は微細孔となっている。

これを例えば１２００℃に保持し、窒素雰囲気中で焼結
すると、空孔４を通じてＮ２ガスが内部に浸透し、金属
シリコン６との反応により。

５ｉａＮａ・・・３が生成する。この５ｉａＮａ・・・
３が粘結剤となり、Ａ粒子１，８粒子２の複合材料がで
きる。

通常の焼結と異なり、空孔４は５ｉａＮａ反応物が、充
填されるため、焼結時の寸法収縮は小さい。

次にＡ粒子１と８粒子２の配合率を変えた混合体を順次
積層する０例えば、Ａ粒子１００重量部に対して、８粒
子を０．３０．７０重量部の混合体と８粒子のみの層を
順次積層し、加圧成形体を得る。

これを脱脂後、Ｎｚ雰囲気で加熱すると前に述べた反応
により、第１図に示すような、へ粒子と８粒子の組成が
異なる一体品が得られる。

ここで、物質Ａ粒子をＳｉＣのようなセラミック粒子と
し、物質８粒子をステンレス鋼粉末とすると、表層部が
セラミック、内部がセラミックスと金属の混合層で、か
つ１組成が段階的に変化している複合材料が得られ、耐
熱材料として使用することができる。

また、Ｎｚガスと金属Ｓｉとの反応は１１００〜１３５
０℃で行われるため、配合する粒子はこれらの温度では
溶融しないもの、すなわち溶融点が１１００〜１３５０
℃以上であることが前提となる。

さらに物質Ａ粒子に比較して、線膨張係数や弾性係数の
大きい物質粒子Ｂを用いることにより。

内部で線膨張係数や弾性係数が順次異なる特性を持つ複
合材料が得られ、応力緩和材料として利用できる。

線膨張係数を段階的に変化させるためには、物質へ粒子
にセラミック、８粒子に金属を選べば良い、また、全て
をセラミック体としたい場合には、Ａ粒子にＳｉＣや５
ｉａＮ４，８粒子にＡＱｚＯａやＺｒ０ｚを用いる。

さらに、全てを金属体とする場合には、Ａ粒子としてＷ
またはＷＣ粒未、８粒子に一般の金属粉末を用いれば良
い。

また、同一物質において粒径の異なる粒子を組合せるこ
とにより、粒径分布が制御された材料を得ることができ
る。

〔実施例〕

実施例１平均粒径が各々、１６μｍ、６μｍ、０．９μｍから成
るＳｉＣ，５ＵＳ３０４．金属Ｓｉ粒子を表１に示す５
種類の配合で準備し、各々の配合に対して、重量比で１
０％に相当する熱可塑性樹脂を混合し、原材料とした。

表１数値は重量比配合１より順次、積層した後、１８０℃に加熱後、１０
ＭＰａで加圧し、成形体を得た。

これをＡｒガス中で５００℃まで徐々に加熱し、樹脂分
を脱脂した。その後、１３５０℃のＮｌ雰囲気中で６０
時間焼結した。

本焼結晶を切断、調査した結果、最表面はＳｉＣと５１
ｇＮ４から成るセラミック相であり、以下、ＳｉＣと５
ｉａＮａの中に５ＵＳ３０４が段階的に増加し、最下層
においては５ＵＳ３０４と５ｉａＮａから成る複合体を
得た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、材料の表面と内部の特性が順次異って
いるので、耐熱性と靭性を兼ね備えた機能を発揮する効
果がある。

また、線膨張係数を段階的に変化させることができるの
で、応力緩和の効果がある。

本発明複合材料は、粒子の材質や組合せを選らばないの
で、複合化が容易であり、経済性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図１本発明の断面模式図、第２図は複合化工程の説
明図（断面模式図）である。１・・・物９ｔＡ粒子、２・・・物質８粒子、３・・・
５ｉｓＮ４．４・・・空孔、５・・・樹脂、６・・・金
属シリコン粒子。第　１　℃ 物質ＡＩ）物貰ドＵｉ３　Ｎ４墾ＪＬ

Claims

【特許請求の範囲】

１．２種類以上の異なる粒子を混合，成形，焼結して得
る複合材料においてセラミック粒子又は金属粒子又はセ
ラミック粒子と金属粒子の混合体に金属シリコン及び樹
脂を添加し、かつ、セラミック粒子と金属粒子の配合比
を調整し、セラミックと金属の組成が連続的又は段階的
に変化するように積層，加圧成形，脱脂後、窒素ガス中
での反応焼結により、セラミックと金属粒子及び各層の
界面結合を行わせしめることを特徴とする複合材料。
２．第１表面層がセラミック粒子単体，次層以降，セラ
ミックと金属の配合比において、金属粒子配合量が順次
増加し、最終層においては金属粒子単体から成ることを
特徴とする請求項１記載の複合材料。
３．線膨張係数の異なる２種類の粒子（１），（２）に
おいて、第１表面層を粒子（１）単体で、次層以降、粒
子（１），（２）の配合において、粒子（２）の配合量
が順次増加し、最終層は粒子（２）単体から成ることを
特徴とする請求項１記載の複合材料。
４．線膨張係数の異なる粒子（１）及び（２）がセラミ
ックであることを特徴とする請求項３記載の複合材料。
５．線膨張係数の異なる粒子（１）及び（２）が金属で
あることを特徴とする請求項３記載の複合材料。
６．線膨張係数の異なる粒子のうち、（１）がセラミッ
ク、（２）が金属であることを特徴とする請求項３記載
の複合材料。
７．粒径分布が第１表面層から順次異なるセラミック粒
子又は金属粒子を積層したことを特徴とする請求項１記
載の複合材料。