JPH02258948A

JPH02258948A - セラミックス粒子強化チタン複合材料

Info

Publication number: JPH02258948A
Application number: JP7894989A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Soeda; 知美副田
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1990-10-19

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】［産業上の利用分野コ本発明はマトリックスであるチタン又はチタン合金に、
強化材として炭化けい素（Ｓ　ｉ　Ｃ）　、窒化チタン
（Ｔ　ｉ　Ｎ）又は炭化タングステン（ＷＣ）等のセラ
ミックス粒子が添加されたセラミックス粒子強化チタン
複合材料に関する。

［従来の技術］セラミックス粒子強化チタン複合材料は、理論上、高い
機械的強度を得ることができると共に、耐熱性及び耐蝕
性が優れていることから、宇宙航空分野及び自動車分野
等において、種々の構造材として実用化されつつある。

従来、セラミックス粒子強化チタン複合材料はチタン又
はチタン合金の粉末にセラミックス粒子を混合して得た
粉末をモールド成形した後、真空又は非酸化性雰囲気で
焼結させることにより製造されている。この場合に、こ
の複合材料の強度はセラミックス粒子とチタン又はチタ
ン合金マトリックスとの界面における両者の接着性の良
否に密接に関係している。従って、セラミックス粒子と
チタン又はチタン合金との相互間の濡れ性を改善するこ
とが両者の界面接着性を向上させ、複合材料の強度を理
論上の強度に近づけるための有効な手段である。このた
め、従来は、焼結温度を極めて高く設定することにより
、セラミックス粒子とチタン又はチタン合金との間の界
面接着性を向上させている。

また、熱間プレス又は熱間静水圧プレスにより焼結させ
て複合材料を製造する場合は、熱間成形温度及び加圧力
を極めて高（することにより、セラミックス粒子とチタ
ン又はチタン合金との間の界面における接着性を向上さ
せている。

上述の如く、従来、セラミックス粒子とチタン又はチタ
ン合金との複合材料においては、焼結温度又は熱間成形
温度及び加圧力を極めて高くすることにより、セラミッ
クス粒子とチタン又はチタン合金との間の十分な濡れ性
を確保している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、焼結温度又は熱間成形温度及び加圧力を
高くするためには大規模な製造設備が必要であると共に
、作業時間も長期化する。従って、複合材料の製造コス
トは極めて高いものとなり、これがセラミックス粒子強
化チタン複合材料の実用化を阻害する要因となっている
。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
成形加工時の作業時間が短く、大規模な製造設備を必要
とせずに製造することができて低コストであり、セラミ
ックス粒子とチタン又はチタン合金との間に良好な濡れ
性が得られて高強度且つ高延性であるセラミックス粒子
強化チタン複合材料を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係るセラミックス粒子強化チタン複合材料は、
マトリックスとしてのチタン又はチタン合金に強化材と
してのセラミックス粒子を含有するセラミックス粒子強
化チタン複合材料において、０．１乃至２２重量％のコ
バルトを含有することを特徴とする。

［作用コ本願発明者はセラミックスとチタン又はチタン合金との
間の界面接着性を向上させるべく、種々実験研究を重ね
た結果、セラミックス粒子とチタン又はチタン合金粉末
とを混合する際に、金属コバルト粉末を添加することに
より、この目的を達成することができることに想到した
。

セラミックス粒子とチタン又はチタン合金との複合材料
中に添加された金属コバルトは、例えば成形時の加熱又
は焼結時の加熱等の熱処理によりチタン又はチタン合金
と反応し、これによりその界面に液相が生じる。この液
相はセラミックス粒子とチタン又はチタン合金上の混合
粉末中に浸潤して両者の界面における濡れ性を向上させ
る作用を有している。このため、この混合粉末を焼結さ
せる際の温度及び加圧力を従来に比して低くしても、セ
ラミックス粒子とチタン又はチタン合金との間には十分
な界面接着性を得ることができる。

従って、この複合材料は大規模な製造設備を使用するこ
となく、短時間で製造することができると共に、強度及
び延性が優れている。

この場合に、セラミックス粒子とチタン又はチタン合金
マトリックスとからなるチタン複合材料中におけるコバ
ルトの含有量は０．１重量％以上であることが必要であ
る。コバルトの含有量が０．１重量％未溝の場合は、上
述のコバルトによる界面接着性の向上効果が得られない
。一方、コバルトの含有量が２２重量％を超えると、コ
バルトとマトリックス中のチタンとの間の金属間化合物
が必要量以上に析出する。この金属間化合物は極めて高
い硬度を有しており、複合材料の強度を高める作用があ
るが、この金属間化合物が過剰であると複合材料は脆化
し、複合材料としての所望の機械的特性が得られなくな
る。そうすると、熱処理及び二次加工の際に支障が生じ
る。このため、複合材料中のコバルトの含有量は０．１
乃至２２重量％とする。

〔実施例コ次に１本発明の実施例についてその比較例と比較して説
明する。

先ず、平均粒径が５μｍの炭化けい素（ＳｉＣ）粉末と
、平均粒径が２５μｍであり、純度がＳ３．７重量％以
上のチタン粉末とを１：５の重量比で混合した。この混
合粉体に、下記第１表に示す添加量のコバルト（ＣＯ）
粉末を均一に混合して原料とした。

第　　１　　表次に、この原料をモールド成形して圧粉体を得た。この
ときの成形圧は２ｔ／ｃｌである。次いで、この圧粉体
を１０”’　Ｔｏｒｒの真空雰囲気下で１２００℃に加
熱して真空焼結を行い、セラミックス粒子強化チタン複
合材料を得た。その後、この複合材料から所定の大きさ
の引張試験片を切出し、この引張試験片に（α＋β）焼
入れを施した。即ち、この引張試験片を９００℃の温度
で３０分間加熱した後、水冷し、次いで７２０℃の温度
に５０時間保持した後、再度水冷した。

この熱処理後の引張試験片をインストロン型引張試験機
（最大能力１０ｔ）により引張試験し、引張強さ及び伸
びを測定した。この結果を第１表に併せて示す。

この第１表から明らかなように、従来のようにＣＯを含
有しないセラミックス粒子強化チタン複合材料（比較例
１）に比して、実施例１乃至４はいずれも引張強さが４
７ｋｇ／−以上と高く、伸びも２．３％以上と大きい。

特に、ＣＯの含有量が０．１乃至２０重量％の実施例１
乃至３の場合は、引張強さが８５ｋｇ／−以上、伸びが
３．８％以上と極めて高い。一方、ＣＯを２５重量％と
過剰に含有した比較例２は引張強さ及び伸びのいずれも
、比較例１に比して低下している。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

先ず、平均粒径が２μｍの窒化チタン（ＴｉＮ）粉末と
、平均粒径が２５μｍであり、純度が９９．７重量％以
上のチタン粉末とを１：４の重量比で配合し、下記第２
表に示す割合でＣｏ粉末を添加した後、均一に混合して
原料とした。

第２表次に、この原料を１０−’Ｔｏｒｒの真空雰囲気中にて
温度カ月１００℃、加圧力が３００ｋｇ／ｃＪの条件で
真空熱間プレス加工を行って、セラミックス粒子強化チ
タン複合材料を得た。その後、前述の実施例と同様に、
この複合材料から引張試験片を切出し、（α＋β）焼入
れを施した後、この試験片の引張強さ及び伸びを測定し
た。この結果を第２表に併せて示す。

比較例３はＣＯを含有しない従来のセラミックス粒子強
化チタン複合材料である。この比較例３に比して実施例
５乃至８は引張強度及び伸びが向上しており、ｃｏによ
る界面接着性の向上効果が認められる。しかし、ｃｏ含
有量が２５重量％と多い比較例４は比較例３に比して引
張強さが低下している。

次に、本発明の更に他の実施例について説明する。

先ず、平均粒径が５μｍの炭化タングステン（Ｗｅ）粉
末と、平均粒径が３０μｍのチタン合金（Ｔｆ　−８Ａ
Ｉ−４Ｖ）粉末とを１＝５の重量比で混合した。この混
合粉末に下記第３表に示す添加量のＣｏ粉末を均一に混
合して原料とした。

第３表次に、この原料を鉄容器に充填した。そして、この鉄容
器内を真空引きした後、これを封止した。

その後、温度が１１００℃、アルゴンガス圧がＩｔ／ｃ
Ｊの条件で熱間静水圧プレス加工を行ってセラミックス
粒子強化チタン複合材料を得た。そして、この複合材料
から所定の大きさの引張試験片を切り出した。この引張
試験片に対して、前述の実施例と同様に引張試験を行い
、引張強さ及び伸びを測定した。この結果を第３表に併
せて示す。

この第３表から明らかなように、Ｇｏを含有しない従来
のセラミックスで強化されたチタン合金である比較例５
に比して、実施例９乃至工２はいずれも引張強さが４５
ｋｇ／−以上と高く、伸びも３．２％以上と著しく向上
している。一方、ＣＯを２５重量％と過剰に含有した比
較例６は引張強さ及び伸び共、比較例５に比して劣化し
た。

なお、本発明において使用可能なセラミックスは上述の
ＳｉＣ，ＴｉＮ及びＷＣに限定されるものではなく、Ａ
ｌｘ　０３　＋　　Ｚ　ｒ　０２　＋　Ｍｇ　０９Ｓｉ
ｎ２及びＴｔＣ２等の酸化物系セラミックス、ＴｔＣ，
Ｂ４　ＣＩ　ＺｒＣ及びＣｒｚＣ等の炭化物系セラミッ
クス、Ｓ　ｉ３Ｎ４　＋　Ａ　ｊ’　Ｎ及びＺｒＮ等の
窒化物系セラミックス、ＺｒＢ２及びＴｆＢ２等の硼化
物系セラミックス並びにサイアロン等種々のものを使用
することができる。また、これらのセラミックスを２種
類以上混合して使」することもできる。

［発明の効果］以上説明したように本発明に係るセラミックス粒子強化
チタン複合材料は、チタン又はチタン合金とセラミック
粒子とからなる複合材料に０．１乃至２２重量％のコバ
ルトを添加しであるから、製造時の加熱により例えば粉
末状のコバルトが反応して生成する液相がセラミックス
粒子とチタン又はチタン合金との界面における濡れ性を
向上させるので、両者の界面接着性が極めて高い。従っ
て、本発明に係る複合材料は引張強さ及び伸び等の機械
的特性が極めて優れていて構造材料等として有益である
と共に、焼結温度及び加圧力を高くする必要がないので
、作業性が改善され、製造コストが低い。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マトリックスとしてのチタン又はチタン合金に強
化材としてのセラミックス粒子を含有するセラミックス
粒子強化チタン複合材料において、０．１乃至２２重量
％のコバルトを含有することを特徴とするセラミックス
粒子強化チタン複合材料。