JPH03226585A - Production of laminated structure by coating - Google Patents

Production of laminated structure by coating

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JPH03226585A
JPH03226585A JP2020332A JP2033290A JPH03226585A JP H03226585 A JPH03226585 A JP H03226585A JP 2020332 A JP2020332 A JP 2020332A JP 2033290 A JP2033290 A JP 2033290A JP H03226585 A JPH03226585 A JP H03226585A
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JP
Japan
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composition
fine powders
solidifying
coating
coating layer
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Application number
JP2020332A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiko Kubo
敏彦 久保
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To produce a fine and uniform laminated material of intermetallic compound with certainty by successively applying plural pasty compositions prepared by mixing dissimilar fine powders, respectively, to a substrate and solidifying the resulting coating layers. CONSTITUTION:Plural pasty compositions 3 respectively prepared by uniformly mixing dissimilar fine powders by regulating blending ratio are successively applied to a substrate 2 by using a screen 1. The resulting coating layers are solidified, and the desired distribution of composition is attained in the direction of coating. The thicknesses of the coating layers are regulated to values between micron order and several tens microns, respectively. The substrate 2 is recoated, in succession, with respective pasty compositions in which blending ratios of dissimilar fine powders are changed by stages in the direction of thickness. At the time of solidifying the coating layers, the reaction of diffusion combination is performed by means of heating. By this method, the laminated material in which the distribution of composition is intentionally provided can be produced.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、塗布による複合構造物の製造方法に関する。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a method for manufacturing composite structures by coating.

より特定的には、本発明は、0ミクロンオーダーの組成
分布の制御を要求される複合材料、■溶製材ではできな
いような十分にコントロールされた微細均一組織を有す
る新材料、■金属間化合物材料等の新素材分野での利用
が考えられる複合構造物の製造方法に関する。
More specifically, the present invention is applicable to composite materials that require control of composition distribution on the order of 0 microns, ■ new materials that have a sufficiently controlled micro-uniform structure that cannot be achieved with cast lumber, and ■ intermetallic compound materials. The present invention relates to a method for manufacturing composite structures that can be used in the field of new materials such as.

本発明にかかる製造方法は、例えば以下の材料分野へ適
用が可能と考えられる。したがって、本発明にかかる方
法によって製造される複合構造物はそれらの材料の改良
材として意義をも有するのである。
It is thought that the manufacturing method according to the present invention can be applied to, for example, the following material fields. Therefore, the composite structure manufactured by the method according to the present invention has significance as an improved material for those materials.

(1)傾斜型複合材料: ある方向に10って組成分布を意図的に変えた複合材料
(1) Gradient composite material: A composite material whose composition distribution is intentionally changed by 10 degrees in a certain direction.

(2) ’R製材料ではできない、コントロールされた
均一微細組織を有する材料: ■相互溶融しない成分の均一微細混合材料■金属間化合
物の均一微細組織材料 (従来の技術) 複合構造物の従来の技術として傾斜型複合材料製造技術
がある。かかる傾斜型複合材料製造技術として完成され
た従来技術は、勿論均一微細組織材料の製造技術として
も適用できるので、本明細書にあって従来技術としてこ
の傾斜型複合材料製造技術について主に記述する。
(2) Materials with a controlled uniform microstructure that cannot be achieved with 'R materials: ■ Uniform finely mixed materials of components that do not melt together ■ Materials with uniform microstructures of intermetallic compounds (conventional technology) Conventional techniques for composite structures One such technology is gradient composite material manufacturing technology. The conventional technology that has been completed as a technology for producing graded composite materials can of course be applied as a technology for producing materials with a uniform microstructure, so in this specification, this technology for producing graded composite materials will be mainly described as the prior art. .

すなわち、高精密成形性および靭性と耐熱性を同時に要
求される場合、加工された金属表面にセラミック層をコ
ーティングすることが物性的には望ましい。しかしなが
ら、金属とセラミックスは一般には熱膨張係数が大きく
異なるため高温雰囲気下で使用すると、お互いに剥離し
やすいという基本的矛盾点がある。このため金属とセラ
ミック系、特に金属と耐熱セラミック材料において精密
な組成分布のコントロールが要求される。
That is, when high precision formability, toughness, and heat resistance are required at the same time, it is physically desirable to coat the processed metal surface with a ceramic layer. However, since metals and ceramics generally have significantly different coefficients of thermal expansion, there is a fundamental contradiction in that they tend to separate from each other when used in a high-temperature atmosphere. For this reason, precise control of composition distribution is required in metals and ceramics, especially in metals and heat-resistant ceramic materials.

このように、傾斜機能型複合材料の製造方法は、金属と
セラミックを直接貼り合わせて耐熱材料として使用する
場合、金属とセラミックの熱膨張が異なることにより発
生する熱応力に起因する亀裂を抑制するため考えられた
技術であって、それによれば、金属粉末とセラミック粉
末との混合比を厚み方向に連続的に変化させた複合材料
を金属とセラミックの間に挟み込むことにより熱膨張差
を緩和せしめて、加熱・冷却時に発生する熱応力に起因
する熱割れを防止しようとするのである。かくして、セ
ラミックの耐熱性と金属の精密加工性という各々の長所
を生かした複合材料が得られる。
In this way, the manufacturing method for functionally graded composite materials suppresses cracks caused by thermal stress caused by the difference in thermal expansion between metal and ceramic when metal and ceramic are directly bonded together and used as a heat-resistant material. According to this technology, the difference in thermal expansion is alleviated by sandwiching a composite material in which the mixing ratio of metal powder and ceramic powder is continuously changed in the thickness direction between metal and ceramic. The aim is to prevent thermal cracking caused by thermal stress that occurs during heating and cooling. In this way, a composite material can be obtained that takes advantage of the heat resistance of ceramics and the precision workability of metals.

かかる特徴を有する+11斜機能型複合材料の製造方法
として現在知られている方法には、以下の方法がある。
Currently known methods for manufacturing +11 functional composite materials having such characteristics include the following methods.

■ 物理蒸着法(PVD) スパック−法、イオンブレーティング法等の物理茎着法
を利用した表面コーティングである。表面コーティング
時に反応ガスを雰囲気中に流通させ、経時的にガス組成
を変化させて蒸着方向に組成の異なる薄層を順次形成せ
しめる。
■Physical Vapor Deposition (PVD) This is a surface coating that uses physical vapor deposition methods such as spackle method and ion blating method. During surface coating, a reactive gas is passed through the atmosphere, and the gas composition is changed over time to sequentially form thin layers with different compositions in the deposition direction.

例えば、Ti−TiCの成膜においては、Tiをイオン
ブレーティング法で蒸着させなからCH4ガスの流量を
段階的に経時変化することにより、蒸着方向へTi−T
iC0比を傾斜的に変化させることができる。
For example, in forming a Ti-TiC film, Ti is not deposited by the ion-blating method, but by changing the flow rate of CH4 gas stepwise over time, Ti-TiC is deposited in the deposition direction.
The iC0 ratio can be changed in a gradient manner.

■ 化学蒸着法(CV D) 気相化学反応法を利用した表面コーティング法である。■Chemical vapor deposition method (CV D) This is a surface coating method that uses a gas phase chemical reaction method.

表面コーティング時に、異なる反応ガスを更に流通させ
、経時的にガス組成を変化させながら茶着方向シこ組成
の異なる薄層を連続的に形成する。例えば、5i−5i
Cの成膜二こおいては、Siを気相反応法で茅発させな
がら、CI(4ガスの流量を段階的に経時変化させるこ
とにより蒸着方向へ5iC−Cの比を傾斜的に変化させ
ることができる。
During surface coating, different reactive gases are further passed through, and while the gas composition is changed over time, thin layers having different texture compositions in the browning direction are continuously formed. For example, 5i-5i
In the second case of C film formation, Si was oxidized by a gas phase reaction method, and the 5iC-C ratio was changed in a gradient direction in the evaporation direction by changing the flow rate of CI (4 gases stepwise over time). can be done.

この場合の反応式による表示を以下に示す。The reaction formula in this case is shown below.

5iCQa+CH4−5iC(s)+C(s)+4HC
Q(g)■(物理蒸着+化学蒸着)融合法 物理蒸着と化学蒸着を同時に行い、連続的に化合物を生
成させながら成膜する方法である。そのときガス圧力を
変化させることにより組成比を傾斜的に変化させること
できる。
5iCQa+CH4-5iC(s)+C(s)+4HC
Q(g)■ (Physical vapor deposition + chemical vapor deposition) fusion method This is a method in which physical vapor deposition and chemical vapor deposition are performed simultaneously to form a film while continuously generating a compound. At this time, the composition ratio can be changed in a gradient manner by changing the gas pressure.

例えば、Snのスパフタリングと、5iHnガスによる
プラズマCVDを同時に行い、SnとSiの成膜をさせ
る。SnとSiの組成比はプラズマCVDのガス(Si
H4、Ar)の圧力を変化させることにより変化させる
。やはり、圧力を段階的に経時変化させることにより蒸
着方向へ5n−Siの比を傾斜的に変化させるのである
For example, sputtering of Sn and plasma CVD using 5iHn gas are performed simultaneously to form films of Sn and Si. The composition ratio of Sn and Si is determined by the plasma CVD gas (Si
The pressure is changed by changing the pressure of H4, Ar). Again, by changing the pressure stepwise over time, the ratio of 5n-Si is changed in a gradient manner in the deposition direction.

■ ドクター・ブレード法 予めスラリー状にした混合粉末をドクター・ブレード法
を用いて、板状の厚膜として組成の異なる厚膜板を重ね
合わせることにより傾斜機能材料を作成する。
■ Doctor blade method A functionally graded material is created by stacking thick film plates with different compositions as plate-shaped thick films using the doctor blade method using a mixed powder that has been made into a slurry in advance.

■ 溶射法 肉tr’18射等で用いられている、所謂、プラズマ溶
射を利用した複合化法であり、異種粒子を目的の組成比
に変化させながら配合してプラズマ中に粉体輸送により
供給、成膜する。異種粒子の粉体輸送による供給方法に
は、異なるノズルから供給する異種粒子独立法と同しノ
ズルから供給する異種粒子同時法とがある。
■ Thermal Spraying Method This is a composite method using so-called plasma spraying, which is used in meat tr'18 spraying, etc., and mixes different types of particles while changing the desired composition ratio and supplies them into the plasma by powder transport. , to form a film. Methods for supplying different types of particles by powder transportation include an independent method for supplying different types of particles from different nozzles, and a simultaneous method for supplying different types of particles from the same nozzle.

■ 粒子噴射法 異種粒子を目的の組成比に変化させながら配合して、基
板上のノズルを通して混合粉体の形態で供給し、供給後
焼結により成膜化する。
(2) Particle injection method Different types of particles are mixed while changing the composition ratio as desired, and then supplied in the form of a mixed powder through a nozzle on a substrate, and then sintered to form a film.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、かかる複合構造物の製造方法にあっては
、現在、理論および設計から出される2種以上の成分の
理想的な組成分布を工業的な規模で具現化できる製造方
法がない。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the manufacturing method of such a composite structure, it is currently difficult to realize the ideal compositional distribution of two or more components derived from theory and design on an industrial scale. There is no manufacturing method available.

前述の方法は以下に述べる技術上、経済上の問題点があ
る。
The above method has the following technical and economical problems.

■ 物理蒸着法(PVD) 一般に、蒸着速度が小さいので十分な厚さの製品を得る
ことが困難である。通常その厚みはミクロンオーダー未
満であり工業的に十分意味のある厚みとするには、かな
りの長時間必要とする。
■Physical Vapor Deposition (PVD) In general, it is difficult to obtain a product with sufficient thickness because the deposition rate is slow. Usually, the thickness is less than the micron order, and it takes a considerable amount of time to obtain a thickness that is industrially meaningful.

また、組成制御にはガスとの同時反応を利用するので対
象組成の組合せが限定される。
Furthermore, since simultaneous reaction with gas is used for composition control, the combinations of target compositions are limited.

■ 化学蒸着法(CV D) 一般に、1曹達度は物理薄着法に比較して速いが、それ
でも工業的に十分な厚みをとることが困難な場合が多い
。組成制御にはガス反応を利用するので対象組成の組合
せが限定される。
■Chemical Vapor Deposition (CVD) In general, 1 Sodium Soda is faster than the physical thinning method, but it is still often difficult to obtain a sufficient thickness for industrial use. Since gas reactions are used for composition control, the combinations of target compositions are limited.

このように物理芸者および化学蒸着は、傾斜組成制御の
観点から言えば理想に近いが、実際の製造過程から生し
る基本的な欠陥のため生産性、組成の組み合わせに限界
がある。
As described above, physical deposition and chemical vapor deposition are close to ideal from the viewpoint of compositional gradient control, but there are limits to productivity and composition combinations due to fundamental defects arising from the actual manufacturing process.

したがって、特殊な場合を除いて工業的な適用は困難で
ある。
Therefore, industrial application is difficult except in special cases.

■(物理蒸着↑化学蒸着)融合法 この方法は、前述の物理蒸着法および化学蒸着法の組合
せであるので両方法の問題点を有している。
■(Physical vapor deposition↑Chemical vapor deposition) fusion method This method is a combination of the above-mentioned physical vapor deposition method and chemical vapor deposition method, so it has the problems of both methods.

■ ドクター・ブレード法 現状のドクター・ブレード法による薄板はハンドリング
の制約から、その厚みは50uI11以上である。
■ Doctor Blade Method The thickness of thin plates produced by the current doctor blade method is 50uI11 or more due to handling constraints.

従って、組成の傾斜分布も粗い段階状とならざるを得す
、本来の目的が損なわれる場合も多い。
Therefore, the gradient distribution of the composition has to be roughly step-like, which often defeats the original purpose.

さらに−枚、−枚薄板を作成していては、極めて効率が
悪い。
Furthermore, producing thin plates one after another is extremely inefficient.

このようにドクター・ブレード法は傾斜組成分布の精度
および生産性からみると、実用上十分とは言えない。
As described above, the doctor blade method cannot be said to be practically sufficient in terms of accuracy and productivity of gradient composition distribution.

■ 溶射法 本方法も量産という意味では問題点は少ないが、組成制
御からみて手法上からくる精度上の問題がある。
■ Thermal spraying method Although this method has few problems in terms of mass production, there are problems with accuracy due to the method when it comes to composition control.

つまり、現状のプラズマ溶射法では、−層の厚みは高々
数−と限界がある上、溶融、凝固という局部的反応の繰
返しであるため、現状では平坦な界面が得られ難く厚み
方向での組成制御性に問題がある。
In other words, with the current plasma spraying method, there is a limit to the thickness of the layer, which is at most a few layers, and because the local reactions of melting and solidification are repeated, it is currently difficult to obtain a flat interface, and the composition in the thickness direction is limited. There is a problem with controllability.

■ 粒子噴射法 本方法も量産という意味では問題点は少ないが、単にノ
ズルから混合粉末を基板上に吹きつけ積層させるのみで
は厚み制御の問題および異種粒子混合物の供給に不可欠
の分級という基本的課題は原理的に避けられず、組成制
御からみて手法上からくる精度上の問題がある。
■ Particle injection method This method also has few problems in terms of mass production, but simply spraying the mixed powder from a nozzle onto the substrate and laminating it raises the problem of thickness control and the basic problem of classification, which is essential for supplying a mixture of different particles. is unavoidable in principle, and there are problems with accuracy due to the method from the viewpoint of composition control.

ここに、本発明の目的は、理論および設計上の理由から
出される2種以上の成分の理想的な組成分布に対して機
能上許容できる精度での組成分布を与え、かつ工業的に
実用可能な生産性を持つ複合構造物の製造方法を捉案す
ることである。
The purpose of the present invention is to provide a composition distribution with functionally acceptable accuracy relative to the ideal composition distribution of two or more components derived from theoretical and design reasons, and to achieve an industrially practical composition distribution. The aim is to develop a manufacturing method for composite structures with high productivity.

(課題を解決するための手段) すなわち、本発明の第一の目的は、これらの課題に対応
して、より薄い複合層を同時に形成できるように、改善
、工夫した複合構造物の製造方法を提供することである
(Means for Solving the Problems) In other words, the first object of the present invention is to solve these problems by providing an improved and devised method for manufacturing a composite structure so that a thinner composite layer can be formed at the same time. It is to provide.

本発明の第二の目的は、量産性と組成制御精度のバラン
スのとれた複合構造物の製造方法を提供することである
A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a composite structure that achieves a good balance between mass productivity and composition control accuracy.

かかる目的を達成すべく、種々検討を重ね、次のような
知見を得、それに基づいて本発明を完成した。
In order to achieve this object, various studies have been carried out, and the following findings have been obtained, and the present invention has been completed based on these findings.

すなわち、例えばスクリーン印刷法などによる塗布方法
によれば、膜厚の制御は容易であり、特にミクロンオー
ダから数十ミクロン以下の厚みに各回の塗布層が形成さ
れる場合には組成成分の制御もさらに容易に行うことが
できる。しかも、塗布法であれば簡便な装置で実施可能
である上に広い面積の基板を一度に被覆可能であるから
生産性の向上は著しい。
In other words, with a coating method such as screen printing, it is easy to control the film thickness, and especially when the thickness of each coating layer is on the order of microns to several tens of microns or less, it is also easy to control the composition. It can be done even more easily. Furthermore, since the coating method can be carried out using a simple device and can cover a wide area of the substrate at once, the productivity is significantly improved.

ここに、本発明の要旨とするところは、 それぞれ配合
比を調整して異種微粉末を均一に混合した複数のペース
ト状組成物を、順次、基板上に塗布し、得られた塗布層
を固化することから成り、塗布方向に目的の組成分布を
実現することを特徴とする塗布による複合構造物の製造
方法である。
Here, the gist of the present invention is to sequentially apply a plurality of paste-like compositions in which dissimilar fine powders are uniformly mixed by adjusting the blending ratio of each composition onto a substrate, and to solidify the obtained coating layer. This is a method of manufacturing a composite structure by coating, which is characterized by realizing a desired composition distribution in the coating direction.

本発明の好適態様によれば、各塗布層の厚さはミクロン
オーダー以上数十ミクロン以下であって、さらに異種微
粉末の配合比を厚み方向に段階的に変化させたペースト
状組成物を、順次、塗り重ねても、あるいは異種微粉末
の配合比を一定とした各ペースト状組成物を、順次、塗
り重ねるようにしてもよい。
According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of each coating layer is on the order of microns or more and less than several tens of microns, and the paste-like composition further includes a composition in which the blending ratio of different types of fine powders is changed stepwise in the thickness direction. The paste composition may be coated one after another, or each paste composition having a constant blending ratio of different fine powders may be coated one after another.

また、前記塗布層を固化する手段として、乾燥および/
または加熱および/または焼結を行ってもよく、その場
合、各回の塗布の後にその都度固化を行うようにしても
よい。
Further, as a means for solidifying the coating layer, drying and/or
Alternatively, heating and/or sintering may be performed, in which case solidification may be performed after each application.

本発明の別の態様によれば、前記塗布層を固化するに際
し、加熱により拡散化合反応を行わせてもよく、さらに
固化後、得られた厚膜焼成体をさらに緻密化のために圧
延、HIPなどにより加圧するようにしてもよい。
According to another aspect of the present invention, when solidifying the coating layer, a diffusion compounding reaction may be performed by heating, and after solidifying, the obtained thick film fired body is further rolled for densification. Pressure may be applied by HIP or the like.

本発明にあって、塗布方法としては特に制限されないが
、スクリーンを用いた印刷法を利用して前記ペースト状
組成物を塗布するのが好ましい。
In the present invention, the coating method is not particularly limited, but it is preferable to apply the paste composition using a printing method using a screen.

このように、本発明によれば、次にような構成が採られ
る。
Thus, according to the present invention, the following configuration is adopted.

■ 量産性を確保することから予め準備された微粉末を
利用する。
■ Use pre-prepared fine powder to ensure mass production.

■ 異種粉末の混合精度を確保するため粘性のある液体
を分散剤およびバインダーとして用いてペースト状とし
た混合粉末を用いる。
■ To ensure the precision of mixing different types of powders, a viscous liquid is used as a dispersant and binder to form a paste-like mixed powder.

■ 精度よい組成分布を有する均一微細組織材料あるい
は傾斜機能材料を得るため、それぞれ配合比が一定の均
一組成のあるいは段階的に組成を変化させた上記ペース
ト状混合組成物をミクロンオーダーないし数十ミクロン
以下の厚みで順次、塗布する。
■ In order to obtain a uniform microstructure material or a functionally graded material with an accurate composition distribution, the above paste-like mixed composition with a uniform composition with a fixed blending ratio or with a stepwise change in composition is mixed in micron order to several tens of microns. Apply in the following thicknesses sequentially.

■ ミクロンオーダー以上数十ミクロン以下の厚みで順
次、塗布させるためには、例えば、スクリーンを用いた
印刷法を利用する。
(2) In order to sequentially apply the coating to a thickness of the micron order or more and several tens of microns or less, for example, a printing method using a screen is used.

■ 固化後、得られた厚膜焼成体をさらに緻密化のため
に、圧延法あるいはHIP法による加圧あるいは焼結を
行うようにしてよい。
(2) After solidification, the obtained thick film sintered body may be pressurized by rolling or HIP or sintered to further densify it.

(作用) 次二二、本発明の構成と作用について添付図面を参照し
ながら説明する。
(Operation) Next, the configuration and operation of the present invention will be explained with reference to the attached drawings.

すなわち、本発明によれば、それぞれ異種微粉末の配合
比を調整して均一に混合したペースト状組成物を塗布す
るが、塗布および固化を複数回繰返すことにより、得ら
れる複合構造物を目的の組成分布に制御する。
That is, according to the present invention, a paste composition in which different types of fine powders are mixed uniformly by adjusting the blending ratio is applied, but by repeating the application and solidification multiple times, the resulting composite structure can be Control composition distribution.

ペースト状にするために使用する有機ビヒクルとしては
エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ニト
ロセルロース、ポリビニルアルコール、パラフィン、ポ
リエステル、ポリビニルクロライド、P?IMAアクリ
ル等の基材をテルピネオール、芳香族系溶剤、各種グリ
コール類、酢酸エステル等に溶解したものが使用され、
その他、オイレルアミン、N−アルキル−1,3−ジア
ミノプロパンジオレートなどを活性剤(分散剤)として
使用してもよい。粉末配合量は特に制限ないが、3〜1
5%(重量)程度で十分である。
Organic vehicles used to form a paste include ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, nitrocellulose, polyvinyl alcohol, paraffin, polyester, polyvinyl chloride, P? A base material such as IMA acrylic dissolved in terpineol, aromatic solvents, various glycols, acetic esters, etc. is used.
In addition, oleelamine, N-alkyl-1,3-diaminopropanediolate, etc. may be used as an activator (dispersant). There is no particular restriction on the amount of powder blended, but 3 to 1
About 5% (weight) is sufficient.

本発明が対象とする粉末組成物としては、特に制限ない
が、Ti/TiC組成物、Si/SiC組成物、SnO
/SiO□組成物および水酸アバタイ)/Ti合金組成
物が挙げられる。
Powder compositions targeted by the present invention include, but are not particularly limited to, Ti/TiC compositions, Si/SiC compositions, SnO
/SiO□ compositions and hydroxyl abatai)/Ti alloy compositions.

塗布および固化を複数回繰返すことにより、各回の塗布
層厚さを可及的に小とすることにより、理論および設計
上の理由から出される2種以上の成分の理想的な組成分
布に対して、機能上許容できる組成分布精度を与えるこ
とができるのであって、そのためには、塗布回数はでき
るだけ多いほうがよく、一方各塗布層における配合比は
場合によっては全く同一とするか場合によっては極微小
量つづ順次変化させる。このようにして連続組成分布を
機能上許容できる微小厚みの均一混合層の集合体に近似
すべく、微小厚みの均一混合層を順次積み重ねることに
より、理想的な組成分布を近似的にノユミレートするの
である。
By repeating coating and solidifying multiple times and minimizing the coating layer thickness each time, we can achieve the ideal composition distribution of two or more components based on theoretical and design reasons. , it is possible to provide functionally acceptable compositional distribution accuracy, and for this purpose, it is better to apply as many times as possible, while the blending ratio in each coating layer may be exactly the same in some cases, or it may be extremely small in some cases. Change the amount one by one. In this way, in order to approximate the continuous composition distribution to an aggregate of uniformly mixed layers with a functionally acceptable microthickness, by sequentially stacking uniformly mixed layers with a microscopic thickness, the ideal compositional distribution can be approximated. be.

このような塗布操作は、実用上の観点から、印刷または
印刷および固化過程を複数回繰返すスクリーン印刷法に
より行うのが好ましい。
From a practical standpoint, such a coating operation is preferably carried out by printing or by a screen printing method in which the printing and solidifying processes are repeated multiple times.

第111mは、本発明にかかる塗布方法をスクリーン印
刷法で行うときの操作を説明する概略説明図である。
No. 111m is a schematic explanatory diagram illustrating the operation when performing the coating method according to the present invention by a screen printing method.

て、ペースト3を基板2上に印刷することにより厚膜を
形成するものである。多層化するには、印刷後乾燥して
から同じ操作を繰り返えせばよい。
Then, a thick film is formed by printing the paste 3 on the substrate 2. To create multiple layers, the same operation can be repeated after printing and drying.

所定回数の塗り重ねを行ったら焼結・焼成する。After applying a predetermined number of coats, it is sintered and fired.

本発明の好適態様によれば、一種以上の金属粉末および
セラミックスの配合比を段階的に変化させたペースト状
組成物を塗り重ねる。一般に、配合物は金属粉末および
セラミックスに限定されるが、このような精密組成分布
を要求される具体的な材料は、金属とセラミックの複合
材料が主であるからである。
According to a preferred embodiment of the present invention, a paste composition in which the blending ratio of one or more metal powders and ceramics is changed in stages is coated over and over again. Compounds are generally limited to metal powders and ceramics, but the specific materials that require such precise composition distribution are mainly composite materials of metals and ceramics.

このようにして得た塗布層はその都度あるいは全層の塗
布が終了してから「固化」を行うが、ここに、「固化」
は乾燥・粒子層の焼結・溶融の工程を含むもので、要す
るに塗布層の構成粒子層の一体化が実現される操作をい
う。具体的には、(1)拡散現象による粉体層の一体化
(所謂:拡散焼結)、 (2)一部粒子表面溶融による粉体層の一体化(液相焼
結)、 (3)構成粒子の1種(例えばセラミック、金属複合層
における金属粒子)のみの溶融による粉体層の一体化、
そして (4)構成粒子全部を溶融させることによる粉体層の一
体化 等が挙げられる。
The coating layer obtained in this way is "solidified" each time or after the coating of the entire layer is completed.
This includes the steps of drying, sintering, and melting the particle layer, and in short, refers to an operation that realizes the integration of the particle layers constituting the coating layer. Specifically, (1) unification of the powder layer by diffusion phenomenon (so-called diffusion sintering), (2) unification of the powder layer by partial particle surface melting (liquid phase sintering), (3) Integration of powder layers by melting only one type of constituent particles (e.g. ceramic, metal particles in a metal composite layer);
and (4) integrating the powder layer by melting all the constituent particles.

なお、二種以上の微粉末のペースト状組成物の固化段階
において、加熱により拡散化合反応により物性の異なる
素材にすることも可能である。
In addition, in the solidification stage of the paste-like composition of two or more types of fine powders, it is also possible to form materials with different physical properties through a diffusion compounding reaction by heating.

本発明にかかる方法にあっては、微粉末を用いるため、
さらには拡散焼結により二種以上の微粉末から同時に化
合物を生成させることも可能である。金属間化合物を形
成させるには有効な方法である。
In the method according to the present invention, since fine powder is used,
Furthermore, it is also possible to simultaneously generate a compound from two or more types of fine powders by diffusion sintering. This is an effective method for forming intermetallic compounds.

このようにして得られた厚膜焼成体は、さらに6密化の
ためにHIP、圧延法などによりさらに加圧してもよい
The thick-film fired body thus obtained may be further pressed by HIP, rolling, etc. in order to further increase the density to 6-density.

微粉末の混合体は、印刷しやすくするため、ペースト状
組成物にする。ペースト化のため有機ビヒクル等を添加
してスラリー状とするが、そのため、−1cには焼成厚
膜体はポラースになりやすい。
The fine powder mixture is made into a paste-like composition for ease of printing. To make a paste, an organic vehicle or the like is added to form a slurry, but for this reason, the fired thick film body tends to become porous at -1c.

この厚膜体の空孔が、機能に悪影響を及ぼす場合、例え
ば、靭性は小さな空孔でも劣化する。このよ′うな場合
厚膜体を加圧して緻密化する。
If the pores in the thick film body have an adverse effect on the function, for example, the toughness deteriorates even with small pores. In such cases, the thick film body is densified by applying pressure.

次に、本発明を実施例に関連させてさらに具体的に説明
するが、それらは単なる例示であって、それによって本
発明が不当に限定されて解釈されるべきものではない。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but these are merely illustrative and the present invention should not be interpreted as being unduly limited thereby.

実施例1 本発明を金属の加工性および靭性とセラミックスの耐熱
性および耐摩耗性とを複合化により同時に利用する耐熱
Ni基超合金−セラミノクスの複合材料に適用した実施
例を以下に示す。複合化の狙いおよび成分系を第1表に
まとめて示す。
Example 1 An example in which the present invention was applied to a heat-resistant Ni-based superalloy-ceraminox composite material that simultaneously utilizes the workability and toughness of metal and the heat resistance and wear resistance of ceramics is shown below. The aim of the composite and the component system are summarized in Table 1.

本例では、第1図に示すスクリーン印刷操作を行うこと
により、ペースト状組成物の塗布を行った。
In this example, the paste composition was applied by performing the screen printing operation shown in FIG.

なお、本例に示すような成分系の複合材料を、CVD 
、 PVD法では製造することは困難である。何故なら
ば、耐熱Ni基超超合金ような複雑な成分系をセラミッ
ク成分と同時に蒸着させることは、現状技術では到底為
し得ないものである。
Note that the composite material of the component system as shown in this example is
, is difficult to manufacture using the PVD method. This is because, with the current state of the art, it is impossible to simultaneously deposit a complex component system such as a heat-resistant Ni-based superalloy with a ceramic component.

第1表 複合化の狙いと実施成分系 Nil超合金(ハステロイ)を基板としてこれにSi3
N4の配合比を段階的に変えた塗布層を厚さ5ff1m
だけ設けた。焼結はプラズマ焼鈍によって行い、緻!化
のための加圧はHIP法により行った。有機ビ巳クルと
しではPMMAアクリルを二基酸基酸エステルに溶解し
たものを用いた。製造方法および製造条件を第2表にま
とめて示す。
Table 1 Aims and implementation of composite composition Using Nil superalloy (Hastelloy) as a substrate, Si3
A coating layer with a stepwise change in the N4 blending ratio was made to a thickness of 5ff1m.
I set it up only. Sintering is done by plasma annealing, making it extremely fine! Pressure for the conversion was performed by the HIP method. As the organic vehicle, PMMA acrylic dissolved in dibasic acid ester was used. The manufacturing method and manufacturing conditions are summarized in Table 2.

組成分布は第2図に結果を示すように良好な組成分布制
御性を示す。図中、曲線で示す5iJiaの濃度分布は
設計濃度分布であり、階段状に示すのは本発明にかかる
方法により実現された段階的濃度分布を示す。
The composition distribution shows good controllability as shown in FIG. 2. In the figure, the concentration distribution of 5iJia shown by a curve is a designed concentration distribution, and the stepwise shape shows a stepwise concentration distribution realized by the method according to the present invention.

しかしながら、粒子噴射法では第2図に示すようなミク
ロンオーダーでの高精度の組成制御は困難であった。
However, with the particle injection method, it is difficult to control the composition with high precision on the micron order as shown in FIG.

実施例2 本発明を、CVD 、 PVD法でも製造することが可
能である5iC−Cについて適用した場合の実施例を以
下に示す。
Example 2 An example in which the present invention is applied to 5iC-C, which can also be manufactured by CVD or PVD, will be shown below.

本例では第1図に示すと同様の操作によって塗布操作を
行い、複合構造物を製造した。
In this example, the coating operation was performed in the same manner as shown in FIG. 1, and a composite structure was manufactured.

複合化の狙いと実施成分を第3表にまとめて示す。The aim of compounding and the components to be implemented are summarized in Table 3.

炭素材を基板としてこれにSiCの配合比を順次段階的
に変えた塗布層を厚さ1+wmだけ設けた。有機バイン
ダーとしては、エチルセルローズをテルピネオールに溶
解したものを用いた。成膜時間はI secであり、成
膜後レーザー焼結を行った。製造方法および製造条件を
第4表に示す。
A carbon material was used as a substrate, and a coating layer with a thickness of 1+wm in which the blending ratio of SiC was successively changed in stages was provided on this material. As the organic binder, ethyl cellulose dissolved in terpineol was used. The film formation time was I sec, and laser sintering was performed after film formation. The manufacturing method and manufacturing conditions are shown in Table 4.

組成分布は第3図に結果を示すように良好な組成分布制
御性を示す。図中、曲線で示すSiCの濃度分布は設計
濃度分布であり、階段状に示すのは本発明にかかる方法
により実現された段階的濃度分布を示す。
The composition distribution shows good composition distribution controllability as shown in FIG. In the figure, the SiC concentration distribution shown by a curve is a designed concentration distribution, and the step-like shape shows a stepwise concentration distribution realized by the method according to the present invention.

しかしながら、粒子噴射法では第3図に示すようなミク
ロンオーダーでの高精度の組成制御は困難であった。
However, with the particle injection method, it is difficult to control the composition with high accuracy on the micron order as shown in FIG.

本例の場合の成膜の生成速度についてCVD、 PVD
法との比較例を第4図に示す。本発明の場合、Oで示し
、制御可能範囲を矢印領域として示すが、CVO法、P
VD法の場合には同じく○で実績値として示す。
Regarding the film formation rate in this example, CVD, PVD
An example of comparison with the method is shown in Figure 4. In the case of the present invention, it is indicated by O, and the controllable range is indicated by an arrow region.
In the case of the VD method, the actual value is also indicated by ○.

いずれの場合も、C/(C+5iC)のモル%は1〜1
00%の範囲で調整可能であるが、成膜速度はCVD法
、PVD法に比較して本発明にかかる方法が著しく大き
い。焼結、HIPに要する時間を考慮しても、本発明に
かかる方法が現実的な方法であることば明らかである。
In either case, the mole percent of C/(C+5iC) is 1 to 1
However, the film forming rate of the method according to the present invention is significantly higher than that of the CVD method and the PVD method. Even considering the time required for sintering and HIP, it is clear that the method according to the present invention is a practical method.

(発明の効果) 本発明は、以上説明したように構成されているから、組
成分布を意図的に持たせた複合材料や、相互溶融しない
成分あるいは金属間化合物の均一微細複合材料を確実に
製造することが可能となり、産業上益するところ掻めて
大である。
(Effects of the Invention) Since the present invention is configured as described above, it is possible to reliably produce composite materials with an intentional compositional distribution or uniform fine composite materials of components or intermetallic compounds that do not melt together. It has become possible to do this, and the industrial benefits are enormous.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の連続複合形成の説明図;第2図は、
本発明の実施例による複合構造物の組成分布の制御の1
例を示す説明図) 第3図は、本発明の実施例における複合構造物の濃度分
布を示す説明図;および 第4図は、CVD法とPVD法による成膜の比較説明図
である。 ■=ニスクリーン   2:基板 3:ペースト     4:印刷後ペースト5:スキー
FIG. 1 is an explanatory diagram of continuous composite formation of the present invention; FIG. 2 is an illustration of continuous composite formation of the present invention;
Control of composition distribution of composite structure according to embodiments of the present invention 1
Explanatory diagram showing an example) FIG. 3 is an explanatory diagram showing the concentration distribution of a composite structure in an example of the present invention; and FIG. 4 is an explanatory diagram comparing film formation by CVD method and PVD method. ■ = Niscreen 2: Substrate 3: Paste 4: Paste after printing 5: Squeegee

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)それぞれ配合比を調整して異種微粉末を均一に混
合した複数のペースト状組成物を、順次、基板上に塗布
し、得られた塗布層を固化することから成り、塗布方向
に目的の組成分布を実現することを特徴とする塗布によ
る複合構造物の製造方法。
(1) It consists of sequentially applying a plurality of paste-like compositions in which different types of fine powders are uniformly mixed by adjusting the blending ratio on a substrate, and solidifying the obtained coating layer, and the method is applied in the direction of application. A method for manufacturing a composite structure by coating, characterized by realizing a composition distribution of.
(2)各塗布層の厚さがミクロンオーダー以上数十ミク
ロン以下である請求項1記載の方法。
(2) The method according to claim 1, wherein the thickness of each coating layer is on the order of microns or more and less than several tens of microns.
(3)異種微粉末の配合比を厚み方向に段階的に変化さ
せた各ペースト状組成物を、順次、塗り重ねる請求項1
または2記載の方法。
(3) Claim 1: Each paste composition in which the blending ratio of different types of fine powders is changed stepwise in the thickness direction is coated one after another.
Or the method described in 2.
(4)異種微粉末の配合比を一定とした各ペースト状組
成物を、順次、塗り重ねる請求項1または2記載の方法
(4) The method according to claim 1 or 2, wherein each paste composition in which the blending ratio of different types of fine powders is constant is applied over and over again.
(5)前記塗布層を固化する手段として、乾燥および/
または加熱および/または焼結を行う請求項1ないし3
のいずれかに記載の方法。
(5) As a means for solidifying the coating layer, drying and/or
or claims 1 to 3 in which heating and/or sintering is performed.
The method described in any of the above.
(6)各回の塗布の後に固化を行う請求項5記載の方法
(6) The method according to claim 5, wherein solidification is performed after each application.
(7)前記塗布層を固化するに際し、加熱により拡散化
合反応を行わせる請求項1ないし6のいずれかに記載の
方法。
(7) The method according to any one of claims 1 to 6, wherein a diffusion compounding reaction is performed by heating when solidifying the coating layer.
(8)固化後、得られた厚膜焼成体をさらに緻密化のた
めに加圧および/または焼結する請求項1ないし7のい
ずれかに記載の方法。
(8) The method according to any one of claims 1 to 7, wherein after solidification, the obtained thick film fired body is further pressurized and/or sintered for densification.
(9)スクリーンを用いた印刷法を利用して前記ペース
ト状組成物を塗布する請求項1ないし8のいずれかに記
載の方法。
(9) The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the paste composition is applied using a printing method using a screen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06228769A (en) * 1990-05-10 1994-08-16 Apv Corp Ltd Film coating method and metal or ceramic body coated by said method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06228769A (en) * 1990-05-10 1994-08-16 Apv Corp Ltd Film coating method and metal or ceramic body coated by said method

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