JPH03115506A

JPH03115506A - 複合焼結材料の製造方法

Info

Publication number: JPH03115506A
Application number: JP1250618A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Abe; 知行阿部
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1989-09-28
Publication date: 1991-05-16
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JP2825098B2

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】〔概　要〕粉末焼結法による、酸化物セラミックスと金属との複合
焼結材料の製造方法に関し、焼結過程や脱脂工程における活性金属の酸化に帰因した
諸々の問題点（焼結密度の低さ等）を解決する目的で、原料の酸化物セラミックス粉末と金属水素化物粉末との
組成を段階的に制御した圧粉体を作成し、次いで該圧粉体を焼結するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、セラミックスと金属の複合焼結材料の製造方
法に関し、更に詳しくは粉末冶金技術を用いて連続的に
成分、組織を制御して、その機能を順次変化させた複合
焼結材料の製造方法に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕セラ
ミックスは、金属では得られないようなレベルの耐熱、
耐食、耐摩耗性を有しており、多くの分野への応用が期
待されている。しかし、その多くは、金属に比べると靭
性、剛性等が不足するため加工性に難点がある。また、
強い衝撃力、ねじり力等が加わると容易に破損しやすく
、実用には乏しい欠点があった。従って、加工性に優れ
た金属材料との複合化の技術が不可欠になってきている
。

従来この複合化の手法としてセラミックスと金属とを、
ろう付けや樹脂などで接着する方法が実施されてきた。

また、拡散接合や焼き嵌め等の方法でも接合して使用さ
れてきた。しかし、これらの方法で複合された材料は、
熱膨張率の差に起因する応力によって接合部が破壊して
しまうという問題があった。

ところで、従来の複合焼結材料の作製方法では、出発物
質の粉末に、目的の組成成分そのものの粉末を用いるの
が一般的であった。しかし、酸化物セラミックスと活性
金属を組み合わせた複合焼結材料を作製するには、従来
の複合焼結材料の作製方法では、焼結露囲気を真空や不
活性ガスにしても、焼結過程で、酸化物の表面に物理、
化学吸着している酸素や水和物などの影響で、活性金属
が酸化してしまうという問題があった。また、活性金属
が酸化してしまうと、複合材料の焼結密度が低いものと
なったり、焼結が進行しない場合がある等の問題があっ
た。更に、セラミックス富の組成では、成形性が悪いた
め、有機バインダなどを用いることもあるが、その場合
、脱脂工程で活性金属が既に酸化されてしまうという問
題があった。

〔課題を解決するための手段および発明の作用〕本発明
は、このような従来の課題を解決するためになされたも
のであり、第１成分であるセラミックスと第２成分であ
る金属あるいは他のセラミックスとの間に、両者の成分
比が連続的に変化する中間層を設け、その中間層の組成
成分を制御させ、その機能を変えることによって優れた
耐熱、耐食、耐摩耗性を持つとともに密着性が良く、熱
応力にも十分耐えられる複合焼結材料の製造方法を提供
することを目的とする。

かかる目的のため本発明は、原料の酸化物セラミックス
粉末と金属水素化物粉末との組成を段階的に制御した圧
粉体を作成し、次いで該圧粉体を焼結することを特徴とする。

すなわち、本発明方法は、第１成分であるセラミックス
と第２成分である金属との間に、両者の成分比が連続的
に変化する中間層を有するように構造を制御する。構造
制御は、粒子レベルで配列することが望ましいが、ある
程度段階的に変化させても差し支えない。予め設計した
構造となるように制御するために、原料粉末を混合比を
変えて順次積層し、焼結することにより、複合焼結材料
を得ることができる。

前述のように本発明では出発物質に酸化物セラミックス
粉末と活性な金属の水素化物粉末を用いる。

酸化物セラミックスとしては例えばジルコニア粉末が、
金属水素化物粉末としては例えば水素化チタン粉末が好
ましく用いられる。

ところで、活性金属水素化物は、ある温度まで加熱する
と、水素を放出する性質がある。この性質を利用するこ
とが本発明の特徴である。先ず脱脂工程を水素化物の分
解温度よりも低い温度で行うことにより、酸化を御坊げ
る。焼結過程においては、金属の水素化物は約１０００
℃位まで水素を放出し続け、しかも、物理、化学吸着し
ている酸素や水和物などはその範囲内で離脱するため、
放出された水素と離脱した酸素や水和物などが結びつく
ため、活性金属は酸化されない。さらに、水素放出後は
、より活性な金属となるため、焼結が進行しやすい。こ
のため、緻密な焼結体を得ることが可能となる。

〔実施例および比較例〕

ＺｒＯ，−Ｘｖｏ１％Ｔ　ｉ　（Ｘ＝０〜１００）とな
るようにＺｒＯ２粉末とＴｉＨ，粉末を秤量、混合し、
組成を１０％ずつ変化させ、１１種類の粉末試料を作成
した。次いで、これらの粉末を各々４ｇずつ秤量し、円
柱金型（φ３０Ｘ１．５ｍｍ）に順次積層した。なお、
最下層に水素化チタン粉末、最上層にジルコニア粉末が
積層されるようにした。金型を２５０ＭＰａの圧力で加
圧し圧粉体を成形した。得られた圧粉体の断面図を第１
図に示す。

図中、１はジルコニア（ＺｒＯ□）粉末、２は組成制細
部、３は水素化チタン（Ｔ　ＩＨ２）粉末を示す。

次いで圧粉体試料を真空中で、１４５０℃、１時間焼成
した。焼成して得られた複合焼結材料断面の顕微鏡写真
（×１０倍）を第２図に示す。図中、Ａはジルコニア（
ＺｒＯ２）を示し、Ｂは中間層（組成制御部）を示し、
Ｃはチタン（Ｔｉ）を示す。この顕微鏡写真の観察の結
果、クラックの発生もなく密着性の良い複合材料を得る
ことができた。

なお、前記１１種の各組成毎に焼結密度を測定した。そ
の結果、焼結密度は理論密度の９８％以上であった。

一方、水素化チタン粉末の代りにチタン粉末を使用して
同様に１１種の粉末試料を作成し、各組成部分の焼結密
度を測定した。その結果、中間層となる各組成体では理
論密度の７０〜８０％であった。

従って本発明方法による焼結複合材料は、より高密度で
ありかつ緻密であることが判明した。

また、この複合焼結材料を作製するに重要なファクター
となる収縮率について測定した。すなわち、チタン粉末
を使用したものでは、各組成間の差が１０％以上であっ
た。しかし、水素化チタンの粉末を使用することによっ
て、各組成間の差が３％以下に抑えることができた。

従って、本発明方法によって得られる焼結材料は、剥離
やキレンもなく、高強度の焼結材料である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は構成されるものであるから
、優れた耐熱、耐食、耐摩耗性を持つとともに密着性が
良く、熱応力にも十分耐えられ、高速で駆動する耐摩耗
性を要求される部材などに適用できる複合焼結材料を提
供できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の一実施例による圧粉体の構成を
示す模式図である。第２図は、本発明方法によって得られる複合焼結材料金
属酸化物および金属組織の顕微鏡写真（倍率：１０倍）
である。１・・・２ｒ０２粉末、３・・・組成制御部。２・・・ＴｉＨ，粉末、

Claims

【特許請求の範囲】

１．粉末焼結法による、酸化物セラミックスと金属との
複合焼結材料の製造方法であって、原料の酸化物セラミ
ックス粉末と金属水素化物粉末との組成を段階的に制御
した圧粉体を作成し、次いで該圧粉体を焼結することを特徴とする複合焼結材料の製
造方法。
２．原料の酸化物セラミックスがジルコニア粉末であり
、金属水素化物粉末が水素化チタン粉末である、請求項
１記載の方法。