JPH0310834A - 耐熱性金属間化合物複合材料の製造方法 - Google Patents
耐熱性金属間化合物複合材料の製造方法Info
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- JPH0310834A JPH0310834A JP14751789A JP14751789A JPH0310834A JP H0310834 A JPH0310834 A JP H0310834A JP 14751789 A JP14751789 A JP 14751789A JP 14751789 A JP14751789 A JP 14751789A JP H0310834 A JPH0310834 A JP H0310834A
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Landscapes
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、軽量で耐熱性が高く、加熱炉、自動車、航空
機等のエンジンやガスタービン、ロケットや宇宙往還機
の機体材料等として有用な耐熱性金属間化合物複合材料
の製造方法に関するものである。
機等のエンジンやガスタービン、ロケットや宇宙往還機
の機体材料等として有用な耐熱性金属間化合物複合材料
の製造方法に関するものである。
［従来の技術］
軽量で耐熱性に優れた構造材料として、金属をセラミッ
クスで強化した種々の複合材料が検討されている。とこ
ろがＡｔやＴｉを基地とするものは溶融温度が低く且つ
耐酸化性も不十分であり、６００℃を超える温度での使
用には耐えられない、これらに比べてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ
等の金属もしくは合金を基地とする複合材料の耐熱性は
良好であるが、ＡｌやＴｉに比べて比重が大きいため軽
量化の目的に沿わず、しかも成形温度が高いので成形時
にセラミックス繊維が金属と反応して劣化し易く、十分
な強度を持った複合材料は得られない、他方、軽量で耐
熱性に優れた基地としてＡ１とＴｉで構成される金属間
化合物が知られているが、これをセラミックス繊維と複
合して複合材料とするには１０００℃を超える加工温度
が必要であるため、やはりセラミックス繊維がＡｌ−Ｔ
ｉ金属間化合物と反応して劣化し、十分な強度の複合材
料が得られない。
クスで強化した種々の複合材料が検討されている。とこ
ろがＡｔやＴｉを基地とするものは溶融温度が低く且つ
耐酸化性も不十分であり、６００℃を超える温度での使
用には耐えられない、これらに比べてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ
等の金属もしくは合金を基地とする複合材料の耐熱性は
良好であるが、ＡｌやＴｉに比べて比重が大きいため軽
量化の目的に沿わず、しかも成形温度が高いので成形時
にセラミックス繊維が金属と反応して劣化し易く、十分
な強度を持った複合材料は得られない、他方、軽量で耐
熱性に優れた基地としてＡ１とＴｉで構成される金属間
化合物が知られているが、これをセラミックス繊維と複
合して複合材料とするには１０００℃を超える加工温度
が必要であるため、やはりセラミックス繊維がＡｌ−Ｔ
ｉ金属間化合物と反応して劣化し、十分な強度の複合材
料が得られない。
［発明が解決しようとする課題］
本発明は上記の事情に着目して成されたものであって、
その目的は、Ａ Ｉ −Ｔ ｉ金属間化合物を基地とし
、セラミックス繊維を劣化させることなくこれと強固に
複合一体化し、軽量で耐熱性および強度の優れた複合材
料を得ることのできる方法を提供しようとするものであ
る。
その目的は、Ａ Ｉ −Ｔ ｉ金属間化合物を基地とし
、セラミックス繊維を劣化させることなくこれと強固に
複合一体化し、軽量で耐熱性および強度の優れた複合材
料を得ることのできる方法を提供しようとするものであ
る。
［課題を解決するための手段］
上記課題を解決することのできた本発明の構成は、Ａ１
：１５〜６５重量％、Ｔｉ ：８５〜３５重量％よりな
る混合粉末またはその成形体をセラミックス繊維と複合
し、温度５００〜９００℃、圧力５ ｋｇ／ ｍ１０２
以上で加熱・加圧し、ＡｌとＴｉの金属間化合物を生成
すると共にセラミックスｉａ維と接合一体化するところ
に要旨を有するものである。
：１５〜６５重量％、Ｔｉ ：８５〜３５重量％よりな
る混合粉末またはその成形体をセラミックス繊維と複合
し、温度５００〜９００℃、圧力５ ｋｇ／ ｍ１０２
以上で加熱・加圧し、ＡｌとＴｉの金属間化合物を生成
すると共にセラミックスｉａ維と接合一体化するところ
に要旨を有するものである。
［作用］
ＡｌとＴｉを予め金属間化合物にしてからセラミックス
繊維と複合化しようとした場合、Ａｌ−Ｔｉ金属間化合
物は耐熱性に優れており熱変形温度が高いので、これを
変形してセラミックス繊維と接合するには１０００℃以
上に加熱しなければならず、前述の様な問題が生じてく
る。ところがＡｌとＴｉを混合粉末の状態でセラミック
ス繊維と複合し、これを５００〜９００℃程度の温度で
加圧成形すると、ＡｌとＴｉの粉末はセラミックス繊維
の隙間に入り込んで圧密状態となると共に、ＡｌとＴｉ
が反応して金属間化合物を形成し、Ａ Ｉ −Ｔ ｉ金
属間化合物とセラミックス繊維が絡まり合う様に複合一
体化した高強度の複合体が得られる。この場合、Ａ１と
Ｔｉの各粉末が表面酸化を受けている場合でも、加圧成
形時に該粉末の表面を覆っている酸化物皮膜が破れ新生
面が露出して相互に接触し、Ａ １−Ｔ ｉ金属間化合
物を形成する。この加熱・加圧によりＡ Ｉ −Ｔ ｉ
金属間化合物を生成させるには少なくとも５００℃以上
に加熱しなければならず、またセラミックス繊維と共に
隙間のない緻密な複合成形体を得るには少なくとも５ｋ
ｇ／ｍｅ”以上に加圧しなければならない。しかして加
熱温度が５００℃未満である場合はＡｌ−Ｔｉ金属間化
合物の生成反応が十分に進行せず、Ａｌ粒粉末Ｔｉ粉末
の一部がそのままで残されて成形体の強度および耐熱性
が十分に上がらず、また成形圧力が５ｋｇ／ｍｍ２未満
である場合は、圧密不足により成形体に空孔欠陥が生じ
易くなるばかりでなく、酸化皮膜で覆われたＡ１粉末や
Ｔｉ粉末を使用したときに該皮膜の破壊が不十分となり
、ＡｌとＴｉの金属間化合物生成反応も起こりにくくな
る。一方、加熱温度が高過ぎる場合は、従来例で指摘し
た様にＡ Ｉ −Ｔ ｉ金属間化合物とセラミックス繊
維の反応が起こって繊維が劣化し満足のいく強度が得ら
れなくなる。これに対し成形圧力の上限は特に制限され
ないが、成形体の圧密化と酸化皮膜の破壊によるＡｌ−
Ｔｉ金属間化合物生成反応の促進という２つの目的を有
効果に達成するには２０ ｋｇ／ ｉｎ’程度あれば十
分であり、それ以上の加圧は必要でない。
繊維と複合化しようとした場合、Ａｌ−Ｔｉ金属間化合
物は耐熱性に優れており熱変形温度が高いので、これを
変形してセラミックス繊維と接合するには１０００℃以
上に加熱しなければならず、前述の様な問題が生じてく
る。ところがＡｌとＴｉを混合粉末の状態でセラミック
ス繊維と複合し、これを５００〜９００℃程度の温度で
加圧成形すると、ＡｌとＴｉの粉末はセラミックス繊維
の隙間に入り込んで圧密状態となると共に、ＡｌとＴｉ
が反応して金属間化合物を形成し、Ａ Ｉ −Ｔ ｉ金
属間化合物とセラミックス繊維が絡まり合う様に複合一
体化した高強度の複合体が得られる。この場合、Ａ１と
Ｔｉの各粉末が表面酸化を受けている場合でも、加圧成
形時に該粉末の表面を覆っている酸化物皮膜が破れ新生
面が露出して相互に接触し、Ａ １−Ｔ ｉ金属間化合
物を形成する。この加熱・加圧によりＡ Ｉ −Ｔ ｉ
金属間化合物を生成させるには少なくとも５００℃以上
に加熱しなければならず、またセラミックス繊維と共に
隙間のない緻密な複合成形体を得るには少なくとも５ｋ
ｇ／ｍｅ”以上に加圧しなければならない。しかして加
熱温度が５００℃未満である場合はＡｌ−Ｔｉ金属間化
合物の生成反応が十分に進行せず、Ａｌ粒粉末Ｔｉ粉末
の一部がそのままで残されて成形体の強度および耐熱性
が十分に上がらず、また成形圧力が５ｋｇ／ｍｍ２未満
である場合は、圧密不足により成形体に空孔欠陥が生じ
易くなるばかりでなく、酸化皮膜で覆われたＡ１粉末や
Ｔｉ粉末を使用したときに該皮膜の破壊が不十分となり
、ＡｌとＴｉの金属間化合物生成反応も起こりにくくな
る。一方、加熱温度が高過ぎる場合は、従来例で指摘し
た様にＡ Ｉ −Ｔ ｉ金属間化合物とセラミックス繊
維の反応が起こって繊維が劣化し満足のいく強度が得ら
れなくなる。これに対し成形圧力の上限は特に制限され
ないが、成形体の圧密化と酸化皮膜の破壊によるＡｌ−
Ｔｉ金属間化合物生成反応の促進という２つの目的を有
効果に達成するには２０ ｋｇ／ ｉｎ’程度あれば十
分であり、それ以上の加圧は必要でない。
本発明で使用するＡｌおよびＴｉの粉末は、セラミック
ス１ａｉａとの加圧成形および複合一体化を容易にする
と共に、Ａｔ−Ｔｉ金属間化合物の生成を効率良く進め
るうえでは、２００μｍ程度以下、より好ましくは５０
μｍ程度以下の微細なものを使用するのがよく、それに
より一層緻密で一体性の高い複合材料が得られ易くなる
。尚ＡｌとＴｉは混合粉末としてセラミックス繊維（そ
の形態は不織布マット状、織物状、繊維状の如何を問わ
ない）にまぶす様にして複合することも勿論可能である
が、このほか適当なバインダーを用いてシート状に成形
した後バインダーを焼失除去したり、圧粉成形してシー
ト状の予備成形体としこれをセラミックス繊維と積層し
て加熱・加圧成形するといった使用法を採用することも
できる。
ス１ａｉａとの加圧成形および複合一体化を容易にする
と共に、Ａｔ−Ｔｉ金属間化合物の生成を効率良く進め
るうえでは、２００μｍ程度以下、より好ましくは５０
μｍ程度以下の微細なものを使用するのがよく、それに
より一層緻密で一体性の高い複合材料が得られ易くなる
。尚ＡｌとＴｉは混合粉末としてセラミックス繊維（そ
の形態は不織布マット状、織物状、繊維状の如何を問わ
ない）にまぶす様にして複合することも勿論可能である
が、このほか適当なバインダーを用いてシート状に成形
した後バインダーを焼失除去したり、圧粉成形してシー
ト状の予備成形体としこれをセラミックス繊維と積層し
て加熱・加圧成形するといった使用法を採用することも
できる。
次にＡ１とＴｉの配合比率は複合成形体の強度および耐
熱性を高めるうえで極めて重要であり、その比率は重量
でＡ１：１５〜６５％、Ｔｉ：８５〜３５％の範囲であ
り、この範囲を外れる配合比率では、生成するＡｌ−Ｔ
ｉ金属間化合物の強度および耐熱性が十分に上がらず、
得られる複合材料の強度および耐熱性も乏しいものとな
る。尚本発明で使用されるセラミックス繊維としてはＳ
ｉＣ系、Ａｌ２Ｏ３系、Ｂ２Ｏ３系等様々のセラミック
ス繊維が挙げられるが、中でも最も好ましいのはＳｉＣ
系セラミックス１ｍ維である。
熱性を高めるうえで極めて重要であり、その比率は重量
でＡ１：１５〜６５％、Ｔｉ：８５〜３５％の範囲であ
り、この範囲を外れる配合比率では、生成するＡｌ−Ｔ
ｉ金属間化合物の強度および耐熱性が十分に上がらず、
得られる複合材料の強度および耐熱性も乏しいものとな
る。尚本発明で使用されるセラミックス繊維としてはＳ
ｉＣ系、Ａｌ２Ｏ３系、Ｂ２Ｏ３系等様々のセラミック
ス繊維が挙げられるが、中でも最も好ましいのはＳｉＣ
系セラミックス１ｍ維である。
を第１表に一括して示す。
［実施例］
Ａｌ粉末とＴｉ粉末（粒径はいずれも２００μｍ以下）
を第１表に示す比率で使用し、これを樹脂バインダー（
アクリル樹脂）の２５％有機溶媒溶液と混合してから所
定肉厚に押し拡げ、乾燥してＡ１・Ｔｉ混合粉末シート
状物を得た。このシートをＳｉＣ系セラミックス繊維マ
ットと積層し、真空加熱・加圧装置により１００気圧の
面圧で圧下しつつ、４５０℃に昇温しで樹脂バインダー
を分解除した。次いで１０ ”’Ｔｏｒｒ以下にまで減
圧して分解ガスを除去した後、第１表に示す温度・圧力
で３０分間加熱・加圧して複合成形体を得た。
を第１表に示す比率で使用し、これを樹脂バインダー（
アクリル樹脂）の２５％有機溶媒溶液と混合してから所
定肉厚に押し拡げ、乾燥してＡ１・Ｔｉ混合粉末シート
状物を得た。このシートをＳｉＣ系セラミックス繊維マ
ットと積層し、真空加熱・加圧装置により１００気圧の
面圧で圧下しつつ、４５０℃に昇温しで樹脂バインダー
を分解除した。次いで１０ ”’Ｔｏｒｒ以下にまで減
圧して分解ガスを除去した後、第１表に示す温度・圧力
で３０分間加熱・加圧して複合成形体を得た。
尚実験Ｎｏ、１５については、樹脂バインダーの使用を
省略し、Ａ１とＴｉの混合粉末を粉末圧延法によって粉
末シート状に成形したものを用いた。
省略し、Ａ１とＴｉの混合粉末を粉末圧延法によって粉
末シート状に成形したものを用いた。
得られたシート状複合材料の耐熱強度（８００℃で３０
ｋｇ／ ｍｍの荷重を加えたときの破断時間）また第
１図は、第１表の結果より、Ａｌ、Ｔｉ粉末の配合比と
複合材強度の関係（ｓ ｉ ｃ系セラミックスｔａ維：
４０体積％、成形条件：５００℃ｘ１０００気圧）を整
理して示したものであり、第２図は、同じく成形温度と
複合材強度の関係、第３図は成形圧力と強度の関係を示
している。
ｋｇ／ ｍｍの荷重を加えたときの破断時間）また第
１図は、第１表の結果より、Ａｌ、Ｔｉ粉末の配合比と
複合材強度の関係（ｓ ｉ ｃ系セラミックスｔａ維：
４０体積％、成形条件：５００℃ｘ１０００気圧）を整
理して示したものであり、第２図は、同じく成形温度と
複合材強度の関係、第３図は成形圧力と強度の関係を示
している。
第１表および第１〜３図より次の様に考えることができ
る。
る。
実験Ｎｏ、１．２，２１，２２：Ａ１粉末とＴｉ粉末の
配合比が本発明の規定範囲を外 れる比較例であり、いずれも複合成 形体の破断時間が極端に短い、これ ら成形体のＸ線回折結果によると、 Ｎｏ、１．２ではＴｉが多量残存して おり、またＮｏ、２１．２２ではＡｌ が多量残存していることが認めら れ、殊にＮｏ、２２では試験治具内面 にＡ１の溶融液滴が付着しているこ とが確認され、目的にかなうＡｌ− Ｔｉ金属間化合物基地が得られてい なかった。
配合比が本発明の規定範囲を外 れる比較例であり、いずれも複合成 形体の破断時間が極端に短い、これ ら成形体のＸ線回折結果によると、 Ｎｏ、１．２ではＴｉが多量残存して おり、またＮｏ、２１．２２ではＡｌ が多量残存していることが認めら れ、殊にＮｏ、２２では試験治具内面 にＡ１の溶融液滴が付着しているこ とが確認され、目的にかなうＡｌ− Ｔｉ金属間化合物基地が得られてい なかった。
実験Ｎｏ、４：成形温度が５ｏｏ℃未満である比較例で
あり、Ａ Ｉ −Ｔ ｉ金属間化合物の生成が不十分で
あるため破断時間 は極端に短い。この成形体は、基地 にＡｌおよびＴｉの金属相が殆んど そのまま残されており、Ａｌ−Ｔｉ 金属間化合物相は殆んど認められな かった。
あり、Ａ Ｉ −Ｔ ｉ金属間化合物の生成が不十分で
あるため破断時間 は極端に短い。この成形体は、基地 にＡｌおよびＴｉの金属相が殆んど そのまま残されており、Ａｌ−Ｔｉ 金属間化合物相は殆んど認められな かった。
実験Ｎｏ、９：成形温度が９００℃を超える比較例であ
り、破断時間はやはり短い。
り、破断時間はやはり短い。
この成形体の基地にはＡｌａＣｓや
Ｔｉ、Ｓｔ、等の化合物が多量に確
認され、ＳｉＣ系セラミックス繊維
の劣化が認められた。
実験Ｎｏ、１０． １１ ：成形圧力が５００気圧に満
たない比較例であり、破断時間が短 い。この成形体には基地中に多数の ミクロ空洞が存在し、破断面には ＳｉＣ系セラミックス繊維の長い引 き抜けが生じており、繊維と基地の 接合も不十分であることが確認され た。
たない比較例であり、破断時間が短 い。この成形体には基地中に多数の ミクロ空洞が存在し、破断面には ＳｉＣ系セラミックス繊維の長い引 き抜けが生じており、繊維と基地の 接合も不十分であることが確認され た。
実験Ｎｏ、１４：ＳｉＣ系セラミックス繊維を用いなか
った比較例であり、破断時間 が不十分である。
った比較例であり、破断時間 が不十分である。
実験Ｎｏ、２３：Ａｌ−Ｔｉ金属間化合物粉末を原料と
して用いた比較例であり、成 形温度および成形圧力をかなり高 めているが複合成形体の破断時間 は本発明材のレベルに達していな い。
して用いた比較例であり、成 形温度および成形圧力をかなり高 めているが複合成形体の破断時間 は本発明材のレベルに達していな い。
実験Ｎｏ、３．５．６，７．８゜
９．１２，１３．１５〜２０：本発明の規定要件を充足
する実施例であり、いず れも低比重で破断時間は前述の比 較例で得たものに比べて格段に長 くなっている。
する実施例であり、いず れも低比重で破断時間は前述の比 較例で得たものに比べて格段に長 くなっている。
実験Ｎｏ、２４＋市販の耐熱金属材であり、破断時間は
一応満足し得る値が得られて いるものの、比重が本発明材の約 ２倍であり、軽量化の要請には沿 わない。
一応満足し得る値が得られて いるものの、比重が本発明材の約 ２倍であり、軽量化の要請には沿 わない。
［発明の効果］
本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約す
ると次の通りである。
ると次の通りである。
■Ａ１とＴｉを混合粉末の状態でセラミックス繊維と複
合し、比較的低い温度で加熱・加圧してＡｌ−Ｔｉ金属
間化合物の生成およびセラミックス繊維との接合−株化
を行なう方法であり、成形工程でセラミックス繊維の変
質が起こらず軽量で高強度の複合材料を得ることができ
る。
合し、比較的低い温度で加熱・加圧してＡｌ−Ｔｉ金属
間化合物の生成およびセラミックス繊維との接合−株化
を行なう方法であり、成形工程でセラミックス繊維の変
質が起こらず軽量で高強度の複合材料を得ることができ
る。
■成形温度が低いので成形が容易で装置コストも抑えら
れる。
れる。
■予め金属間化合物としてから成形するのではなく、Ａ
ｌとＴｉを粉末状態でそのまま使用できるので、成形工
程も簡素化される。
ｌとＴｉを粉末状態でそのまま使用できるので、成形工
程も簡素化される。
■混合粉末と繊維の複合状態で加熱・加圧する方法であ
るから、金型の形状を変えることにょって任意の形状に
成形することができる。
るから、金型の形状を変えることにょって任意の形状に
成形することができる。
第１図はＡｌ粉末とＴｉ粉末の配合比が複合成形体の破
断時間に与える影響を示すグラフ、第２．３図は成形温
度および成形圧力が複合成形体の破断時間に与える影響
を示すグラフである。
断時間に与える影響を示すグラフ、第２．３図は成形温
度および成形圧力が複合成形体の破断時間に与える影響
を示すグラフである。
Claims (1)
- （１）Ａｌ：１５〜６５重量％、Ｔｉ：８５〜３５重量
％よりなる混合粉末またはその成形体をセラミックス繊
維と複合し、温度５００〜９００℃、圧力５ｋｇ／ｍｍ
＾２以上で加熱・加圧し、ＡｌとＴｉの金属間化合物を
生成すると共にセラミックス繊維と接合一体化すること
を特徴とする、耐熱性金属間化合物複合材料の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14751789A JPH0310834A (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 耐熱性金属間化合物複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14751789A JPH0310834A (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 耐熱性金属間化合物複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0310834A true JPH0310834A (ja) | 1991-01-18 |
Family
ID=15432126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14751789A Pending JPH0310834A (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 耐熱性金属間化合物複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0310834A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0368724A (ja) * | 1989-08-04 | 1991-03-25 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | アルミナイド基複合材の製造方法 |
-
1989
- 1989-06-09 JP JP14751789A patent/JPH0310834A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0368724A (ja) * | 1989-08-04 | 1991-03-25 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | アルミナイド基複合材の製造方法 |
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