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 |
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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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