JPH06256872A - チタニウム基質複合物およびその製造方法 - Google Patents

チタニウム基質複合物およびその製造方法

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JPH06256872A
JPH06256872A JP5069201A JP6920193A JPH06256872A JP H06256872 A JPH06256872 A JP H06256872A JP 5069201 A JP5069201 A JP 5069201A JP 6920193 A JP6920193 A JP 6920193A JP H06256872 A JPH06256872 A JP H06256872A
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Viktor Ivanovich Trefilov
ビクトル、イワノウィッチ、トレビロフ
Sergey Alexeevich Firstov
セルゲイ、アレクセーエウィッチ、フィルストフ
Leonid Denisovich Kulak
レオニード、デニソウィッチ、クラーク
Vladislav Justinovich Mazur
ウラジスラフ、ユスチノウィッチ、マズール
Yuri Nikolaevich Taran
ユーリー、ニコラエウィッチ、タラン
Svetlana Vasilevna Kapustnikova
スベトラナ、ワシルイエウナ、カプストニコワ
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】チタニウム基質特性（引っ張り強さ、こわれに
くさ）とチタニウム・セラミック特性（低密度、低熱伝
導率）とを併せもつチタニウム基質複合物の提供。 【構成】高含有率のシリコンを含む基質複合物が、共融
点において、その中に（１）アルミニウムと、（２）ジ
ルコニウム、クロム、モリブデン、ホウ素、マンガン、
炭素、鉄から選ばれた少なくともひとつの元素とを含む
チタニウム合金補強物を形成してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高含有率のシリコンを
含み、その中に共融的に形成したチタニウム合金補強物
を有するチタニウム基質複合物に関するものであり、特
に詳細には、高率のシリコンを含むチタニウム基質複合
物が共融点において、その中にシリコン、アルミニウ
ム、ジルコニウム、マンガン、クロム、モリブデン、炭
素、鉄、およびホウ素などの元素のうち少なくとも２種
含むチタニウム合金補強物を形成することに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】チタニウム基の金属基質（マトリック
ス）複合物は、飛行機や高圧のディーゼル・エンジンな
ど高負荷を支える用途に使われてきた。これらの複合物
に使われる補強用の素材としてはセラミック類が好まれ
ている。これらの金属セラミック複合物の利点は、主に
この物質が低密度、引っ張り強さ、高い破壊抵抗、高温
における安定性、それに低熱伝導率を合わせ持つことに
ある。
【０００３】金属セラミック複合物は、セラミックの持
つ低密度、低熱伝導率、それに高温における安定性と、
金属の持つ引っ張り強さと破壊抵抗、といったそれぞれ
の構成成分の強みをそのまま保持しいる。このような金
属基質セラミック複合物が適正に化合される場合には、
そのふたつの構成成分の最高の特性を発揮する。金属基
質セラミック複合物の最高の特性を発揮させるには、合
金の製造過程および特質安定のために合金の熱循環処理
が適格に行なわなければならない。
【０００４】他者により多数のチタニウム基質複合物が
提案されてきた。グラズノフその他による発明者証ＵＳ
ＳＲ５５６９１合には、広く使われているＴｉ−６Ａｌ
−４Ｖのチタニウム複合物が開示されている。グラズノ
フ等はさらに別の複合物であるＴｉ−５．５Ａｌ−２Ｓ
ｎ−２Ｚｒ−４．５Ｖ−２Ｍｏ−１．５Ｃｒ−０．７Ｆ
ｅ−０．２Ｃｕ−０．２Ｃも公開した。この合金の引っ
張り強さは、相対伸張度が１０％で、１４００ＭＰａに
達する。
【０００５】バーバーのヨーロッパ特許出願ＥＰ０２４
３０５６には、チタニウム基合金とその合金の製造方法
が公開されている。バーバーによって公開された基盤複
合物は、Ｔｉ−７Ａｌ−７Ｚｒ−２Ｍｏ−１０Ｇｅであ
る。バーバーはまた、５．０％−７．０％アルミニウ
ム、２．０％−７．０％ジルコン、０．１％−２．５％
モリブデン、０．０１−１０．０％ゲルマニウム、それ
に付加的に亜鉛２．０−６．０％、ニオブ０．１−０．
２％、炭素０−０．１％、それにシリコン０．１−２．
０％のいずれか一成分、またはそれ以上を含み残りの部
分はチタニウムであるような、チタニウム基盤の合金を
公開している。バーバーの複合物において必須元素はモ
リブデンとゲルマニウムであることは注目に値する。
【０００６】ブラックパッカーその他の米国特許第４，
９１５，９０３号明細書、クリストドーローの米国特許
第４，１９５，９０４号明細書、およびケンブその他の
米国特許第４，９１５，９０５号明細書は、金属基盤複
合物のチタニウム・アルミナイド中のチタニウム・硅素
化合物粒子の安定化のプロセスを公開したものである。
それらの特許には、複合物に溶解することを防ぐために
チタニウム・硅素化合物を安定させるためにはジルコニ
ウムの存在が必要であると列挙されているが、チタニウ
ム・硅素化合物相はチタニウムではなく、チタニウム・
アルミナイドの複合物の中にある。さらにこれらの特許
は、チタニウム・硅素化合物粒子がチタニウム環境の中
では非常に不安定であることを示唆している。
【０００７】マズアーその他の発明者証ＵＳＲＲ１５０
１１７０号には、２．０−７．０％モリブデン、２．０
−５．０％アルミニウム、４．０−８．０％シリコン、
および０．５−１．５％マンガンを含むチタニウム複合
物が公開されている。
【０００８】クロスマンその他は、１０％ジルコニウム
と８％シリコンを含むチタニウム複合物を公開した。雑
誌メタルージカル、トランザクション誌、１９７１年、
第２巻第６号、１５４５−１５５５ページにおいて、ク
ロスマンその他は、補強材としてＴｉＢ繊維を７．７体
積パーセントおよびＴｉ5 Ｓｉ3 繊維を３１体積パーセ
ント含むものを使用した。単一指向性の凝固結晶した共
融複合物を作成するのに、誘導溶解あるいは電子ビーム
溶解の技術を使用した。しかしながら、Ｔｉ１０Ｚｒ−
８Ｓｉの物理的特性に関しては報告されなかった。
【０００９】ズーその他は、チタニウム・シリコン基盤
の合金内の硅素化合物相を研究した。雑誌メタルージカ
ル・トランザクション誌、１９９１年、第７巻第９号、
８１２−８１７ページにおいて、ズーその他は、Ｔｉ−
４．０Ｓｉ−５．０Ａｌ−５．０Ｚｒの鋳造されたチタ
ニウム合金中の硅素化合物の格子パラメーターを使い、
その分布、型、構成等を調査した。ズーその他は、シリ
コンを４％以上含むチタニウム複合物については研究し
なかった。
【００１０】フラワーその他は、数多くの、マルテンサ
イト使用のチタニウム・シリコン合金や三元合金、それ
にジルコニウムとアルミニウムを含むより複雑な合金に
おける、硅素化合物の沈積状況を研究した。雑誌メタル
ージカル・トランザクション誌、１９７１年、第２巻第
１２号、３２８９−３２９７ページにおいて、ジルコニ
ウムとアルミニウムを含むチタニウム複合物中、シリコ
ンの最大含有量は１．０％という結果がでている。
【００１１】ホリムラは日本特許公報３−２１９０３５
号において、４０〜８０％の原子量チタニウム、２〜５
０％の原子量アルミニウム、０．５〜４０％の原子量シ
リコン、および原子量ニッケル、コバルト、鉄、マンガ
ン、銅の内少なくともひとつの元素２〜５０Ｆｅ重量％
から成る強化構造を持つチタニウム基盤合金を公開し
た。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
のチタニウム複合物作成技術の使用に関連する様々な欠
陥をなくすことにある。
【００１３】本発明のもうひとつの目的は、共融的にそ
の中にチタニウム合金補強物を持つチタニウム基質複合
物を提供することである。
【００１４】さらに、本発明の目的は、重量シリコンで
９％以上を含み、共融的にその中にチタニウム合金補強
物を持つチタニウム基質複合物を提供することである。
【００１５】加えて、本発明の目的は、チタニウム基質
固形融解物とチタニウム合金の補強相を持つチタニウム
基質複合物を提供することである。
【００１６】また、本発明の目的は、共融的にその中に
チタニウム合金補強物を持つチタニウム基質複合物であ
り、合金の材料がシリコン、ゲルマニウム、アルミニウ
ム、ジルコニウム、モリブデン、クロム、マンガン、
鉄、ホウ素、ニッケル、炭素、窒素で構成されるグルー
プの中から選ばれたものを提供することである。
【００１７】さらに、本発明の目的は、その引っ張り強
さとこわれにくい特性を持つチタニウム基質と、低密度
と低熱伝導率の特性を持つチタニウム・セラミックを組
み合わせ、その両方の利点を最高にその構成材料の中に
生かしたチタニウム基質複合物の一群を提供することで
ある。
【００１８】さらに、本発明の目的は、共融的にその中
にチタニウム合金補強物を持ち、シリコン、アルミニウ
ム、それに最低３０サイクルで８００℃から１０２０℃
の間で熱循環を行なったジルコニウム、モリブデン、ク
ロム、炭素、鉄、およびホウ素の中から選ばれた少なく
ともひとのつ元素から成るチタニウム基質複合物を最適
特性に達成するための方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、チタニウム基
質固形融解物とチタニウム合金の補強相を持つ新しい金
属基質複合物を紹介するものである。合金の元素はシリ
コン、ゲルマニウム、アルミニウム、ジルコニウム、モ
リブデン、クロム、マンガン、鉄、ホウ素、ニッケル、
炭素、および窒素の中から選ばれる。シリコンの含有量
は、重量で２０％まで、ジルコニウムの含有量は重量で
１５％まで、モリブデン、クロム、鉄、それにホウ素は
重量で４％まで、アルミニウム、ゲルマニウム、マンガ
ン、それにニッケルは重量で３５％まで、炭素、それに
窒素は重量で１％までである。新しい金属基質複合物の
材料は、鋳造、粒子化、粉末冶金、または自己燃焼統合
のような方法のひとつかそのいくつかを組み合わせて作
ることができる。必要であれば、金属基質複合物は、そ
の最適特性を得るために熱循環処置を受けることもでき
る。
【００２０】チタニウム基質の金属基質複合物は、ター
ビン・エンジンや高圧のディーゼル・エンジンの部品の
ような、高負荷を支える必要のある用途に最適である。
チタニウム基質の金属基質複合物は、低密度、低熱伝導
率といったセラミックの優れた特性を持つと共に、高温
における強度、磨耗抵抗、極端に悪い条件における熱安
定性の点でも進歩している。この新しいチタニウム基質
の金属基質複合物は、引っ張り強さ、破壊靭性、変形が
しにくい点でも優れている。
【００２１】本発明の特徴を具体化したものとして、共
融的にその中にチタニウム合金補強物を持つチタニウム
基質複合物は、シリコン９％から２０重量％で作ること
ができる。もうひとつ、本発明の特徴を具体化したもの
として、モリブデンを含まず共融的にその中にチタニウ
ム合金補強物を持つチタニウム基質複合物は、シリコン
４．５％から２０重量％で形成することができる。加え
て、本発明の特徴を具体化したものとして、モリブデン
とジルコニウムを含まず共融的にその中にチタニウム合
金補強物を持つチタニウム基質複合物は、シリコン２％
〜２０重量％で形成することができる。さらに加えて、
この発明の特徴を具体化したものとして、マンガンを含
まず共融的にその中にチタニウム合金補強物を持つチタ
ニウム基質複合物は、シリコン４．５％から２０重量％
で形成することができる。
【００２２】本発明はまた、チタニウム、シリコン、ア
ルミニウム、それにジルコニウム、モリブデン、クロ
ム、炭素、鉄、およびホウ素の中から選ばれた少なくと
もひとつの元素を含む、共融的にその中にチタニウム合
金補強物を持つチタニウム基質複合物の、最適特性を達
成する方法に関するものである。熱循環を実行するに
は、まず第一炉の温度を６５０゜から８５０゜の間に前
もってセットし、あらかじめ決められた長さの時間その
中に入れ、複合物をあらかじめ決められた長さの時間が
終了してから取りだし、その直後、温度が９２０゜から
１０７０゜の間に前もってセットされた第二炉に、あら
かじめ決められた長さの時間その中に入れ、あらかじめ
決められた長さの時間が終了したら第二炉から取りだ
し、複合物のすべての準安定相が分解するまで、その熱
循環を十分な回数繰り返す。
【００２３】
【実施例】本発明を望ましい形で実現することに関連し
て、チタニウム基質の金属基質複合物は、シリコン、ゲ
ルマニウム、アルミニウム、ジルコニウム、モリブデ
ン、クロム、マンガン、鉄、ホウ素、ニッケル、炭素、
および窒素で構成されるグループの中から少なくともふ
たつの合金成分を選ぶことによって、チタニウム固形融
解物とチタニウム合金の補強相から形成することができ
る。シリコン成分が重量で１５％まで、ジルコニウム成
分が重量で１５％まで、モリブデン、クロミウム、鉄、
それにホウ素成分が重量で４％まで、アルミニウム、ジ
ルコニウム、マンガン、それにニッケル成分が重量で３
５％まで、それに炭素と窒素が重量で１％であることが
望ましい。
【００２４】この新しいチタニウム基質の金属基質複合
物の主要構成物は、チタニウム合金の補強相が共融反応
と同時か、チタニウム相の沈澱に続いて凝固するように
選ばれている。ひとつの、あるいはそれ以上の補強相
は、融解した金属から全合金のかなりの量を構成するま
で沈澱するので、複合物材質の全特性に重要な影響を及
ぼす。
【００２５】このような特性としては、引っ張り強さ、
重量に対する強さの比率の高さ、温度抵抗の高さ、破壊
靭性、悪条件な環境における熱安定性の高さ、低密度、
そして熱伝導率の低さなどを含むが、それらのみに限る
ものではない。
【００２６】アルファとベータ、あるいはアルファまた
はベータの安定剤の量を調節することによるアルファ／
ベータ・チタニウムの量の比率をコントロールすること
を通じて、そして様々な凝固成分でアルファとベータ固
形融解物の合金をつくることを通じて、合金が強化され
ることが発見された。少しの量しか存在しない時は、こ
れらの凝固成分は完全にチタニウム基盤の固形融解物に
溶解する。しかし、その量が可溶性の限界を越える時、
補強相は主に粒限界上あるいは相限界上に沈澱する。こ
れは、図１（ａ）に示されている。これらの沈澱物は物
質の強度と高温抵抗を増すが、場合によっては複合物の
可塑性と壊れにくさを減少させる。
【００２７】合金成分のかなりの量が、沈澱過程によっ
てではなく補強を形成する新しいメカニズムを持つ、か
なりの種類のチタニウム基盤の合金があることが発見さ
れた。このような合金では、補強相ベータ・チタニウム
と同時に、あるいはベータ・チタニウムの結晶後に、凝
固することによって形成される。これは共融凍結過程と
呼ばれ、その値の合金は、その内部で共融反応がおこる
という合金の構成により共融型合金と呼ばれる。
【００２８】補強相の量画分が十分な大きさである時、
共融型の合金は市販の合金には見られない特有で新しい
有用な特性を持つ。これらの新しく向上した特性は、強
化ロッドまたは補強相の薄層の特別な構造の形成による
ものである。これらのロッドや薄層は、図１の（ｂ）と
（ｃ）に示されている。これらのロッドや薄層が延性を
持つチタニウム基質に分配される時、チタニウム基質の
特性は大幅に向上する。これらの共融的に形成された合
金は、その構造が、インシトゥー形成（ｉｎ−ｓｉｔｕ
ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）と呼ばれる溶解の過程の中で凝
固する時に形成されるところの、従来から製作されてき
た複合物とは別のものである。それらのインシトゥー複
合物は、その単一性と製造過程における経費有効性の点
で非常に優れている。
【００２９】これらの合金割合の高い共融チタニウム合
金の僅かな不利な点は、中温範囲における強度と可塑性
が他の市販合金に比べてそれほど良くないことである。
これは、ホウ化物、２種以上の金属からな複合物、ある
いは硅素化合物のように強さがあり順応性の低い補強相
の、高容積破壊（２０％から６０％）の結果である。し
かしながら、６００℃以上の高い温度範囲では、これら
の共融型の合金はより優れた特性を示す。
【００３０】我々はまた、低温での可塑性が共融複合物
を最適に合金することによって向上することを発見し
た。例をあげると、可塑性はロッドや薄層の厚さの減少
を統合することによって向上する。これは、クラス・ロ
ッドの直径を縮小する時みられるのと同じ現象である。
言い換えると、０．００１ｃｍのグラス・フィラメント
がしなやかなのに比べて、直径１ｃｍのグラス・ロッド
はもろい。
【００３１】本発明の実験方法を以下に説明する。
【００３２】溶解は、水冷のアラゴンガスで満たされた
銅グラファイトるつぼを持つ非消耗のスカル誘導炉、２
重の電子ビームによる再溶解設備、アラゴンガスで満た
されたエレクトロスラグ再溶解設備、またはアラゴンガ
スで満たされた磁気空中浮揚機構を持つるつぼ無しの誘
導炉、を使って行なわれる。インゴットは、機構の実験
と共に金属組織学、物理学、化学の研究に使われる試料
の準備に使われる。
【００３３】また、ディーゼル・エンジンのシリンダー
およびピストン部のブランクについても実験した。これ
らの恒久鋳型によるバーやブランクは、図２に示されて
いる。場合によって、５５ｍｍの直径と７００ｍｍの長
さを持つバーは、再融解および急速な凝固化を促進する
ため、金属あるいはグラファイト・モールドを使って鋳
造された。
【００３４】焼結した合金は、アラゴンあるいはヘリウ
ムガスで満たされ、プラズマで暖められて溶解した、回
転する直径５５ｍｍのバーの先端の回転分離によって生
じた、球状あるいは薄層状の微粒あるいは粉末から産み
出される。図３は、実験前（ａ）と実験後（ｂ、ｃと
ｄ）のディーゼル・エンジンのシリンダーとピストン部
を示した写真である。図４は、急速に凝固するチタニウ
ム基質複合物の（ａ）球状と（ｂ）薄層状の粒子を示し
た顕微鏡写真（５０倍）である。
【００３５】次の複合系が形成さた。Ｔｉ−Ａｌ、Ｔｉ
−Ｓｉ、Ｔｉ−Ｚｒ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｔｉ−Ｓｉ−
Ｚｒ、Ｔｉ−Ａｌ−Ｍｎ、Ｔ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｚｒ、Ｔｉ
−Ｓｉ−Ａｌ−Ｍｎ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｆｅ、Ｔｉ−
Ｓｉ−Ａｌ−Ｚｒ−Ｍｎ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ｚｒ−Ｇｅ（又
はＶ）、Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｃｒ−Ｍｏ、Ｔｉ−Ｓｉ−
Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｚｒ−Ｆｅ、Ｔ
ｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｚｒ−Ｍｏ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｚｒ
−Ｎ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ
−Ｍｎ−Ｚｒ−Ｆｅ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｃｒ−Ｍｏ−
Ｆｅ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｚｒ−Ｃｒ−Ｍｏ、Ｔｉ−Ｓ
ｉ−Ａｌ−Ｚｒ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｂ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ−
Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ。
【００３６】作成された試料は一連の物理的試験に供さ
れた。最初に行なわれた試験は、合金の温度安定性ある
いは酸化抵抗を調べるものであった。条件の悪い環境に
おける高温ガスによる破壊活動に対する抵抗は、高温環
境下で使用される構造物質のもっとも重要な機能特性の
ひとつである。
【００３７】チタニウム基質複合物の熱抵抗に関する合
金成分の影響を見るために、四連の試料が作成された。
二元系のＴｉ−Ａｌ、Ｔｉ−ＳｉとＴｉ−Ｚｒ、三元系
のＴｉ−Ａｌ−Ｍｎ、Ｔｉ−Ｓｉ−ＡｌとＴｉ−Ｓｉ−
Ｚｒ、四元系のＴｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｚｒ、それにより複
雑なＴｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏのような合金
が、基本物質であるシリコン窒化物Ｓｉ3 Ｎ4 と比較す
るために作成された。
【００３８】これらの試料は、アラゴンガスで満たされ
た磁気空中浮揚方式で、るつぼ無しに溶解を行ない作成
された。熱抵抗は、酸素で満たされた垂直抵抗炉に置か
れた試料の重量増加を継続的に測定することによって決
定された。炉の温度は、高精度の温度測定機で調整され
た。炉の温度の偏差は前後７℃以内であった。この試験
は７００゜、８００゜、および９５０゜で２５時間行な
われた。
【００３９】
【表１】 ９５０℃での種々の合金組成における重量増加比率デー
タを表１に示す。試料の１から６とＳｉ3 Ｎ4 は比較す
る目的で示され、本発明の一部ではない。二元、三元、
それに五元素の合金の熱抵抗が十分なものでないことが
ここに示された。それに比較して、少なくとも６％のＳ
ｉを持つ四元複合物Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｚｒは、Ｓｉ3
Ｎ4 セラミック材と共に、９５０℃でのその重量増加比
率が好ましいものとなっている。最高の熱抵抗率を持つ
物質は、複合物Ｔｉ−１０Ｓｉ−７Ａｌ−７Ｚｒの試料
の中に見られる。この合金は、高温での酸化に抵抗する
優れた性質を持つ、共融的に作成された相Ｔｉ5 Ｓｉ3
の大きな量を持つものと思われる。
【００４０】チタニウム基質複合物に対して行なわれた
２番目の物理的試験は破壊靭性破壊靭性を計るテストで
あった。動きや衝撃の負荷の下で使用される物質の適合
性は、一般的に破壊靭性値をもって計られる。高温テス
ト設備の中でまっすぐな、あるいはＶ字形の刻み目を持
った四角なバー試料を使い、単一３点曲げテストが行な
われた。使用された試料のサイズは４２×７．５×５ｍ
ｍであった。
【００４１】図５はＴｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｚｒ系のいくつ
かの複合物の温度相関として、破壊靭性の３曲線を示し
ている。温度が高まるにつれて継続的に破壊靭性が減少
するような市販のチタニウム合金に比べて、この合金は
６００−７５０℃の温度範囲で破壊靭性が増加するとい
う特徴を示す。この、シリコンの含有率の高いＴｉ−
６、２Ｓｉ−５、４Ａｌ−６Ｚｒ複合物は、９００℃で
の破壊靭性値によって特徴付けられる。これは特に、ピ
ストンやタービン・エンジンのような用途に使われる素
材として重要なことである。これらの複合物は、市販の
チタニウム合金と比較して、６００゜〜７５０℃の温度
範囲、向上した破壊靭性値を示すことが観察される。そ
れ以上の温度でもかなり高い価値で壊れにくさを保つこ
とは注目されてしかるべきことである。特に、ピストン
やタービン・エンジンのような用途に使われる素材にと
って重要なことである。
【００４２】
【表２】 ３段階の異なる温度における、１１種類の合金の破壊靭
性値を、表２に示したものである。合金の組成がこわれ
にくさに及ぼす影響はかなり複雑なものである。破壊靭
性値とジルコニウムとシリコンの比率との関係を図６に
示す。許容できる破壊靭性値は、比率が１かそれ以上の
場合に起こることが示されている。この現象は以下のよ
うに説明ができるものと思われる。要求された高温特性
を複合物に提供する主要補強相はＴｉ5 Ｓｉ3 であり、
それはかなりもろいものである。ジルコニウムと合金さ
れると、チタニウム・硅素化合物中のジルコニウム固形
溶解物が、物理特性を向上させるために形成される。こ
れは図７に示されている。Ｔｉ−５Ｓｉ−４Ａｌ−０．
８Ｍｎ合金内のマンガンの働きはジルコニウムのそれと
同様なものであると思われる。表２より、８００゜−９
００℃での最高の破壊靭性値は、Ｔｉ−６．２Ｓｉ−
５．４Ａｌ−６ＺｒとＴｉ−５Ｓｉ−４Ａｌ−０．８Ｍ
ｎの複合物において得られることがわかる。
【００４３】表２はまた、最高の破壊靭性値は８００゜
で、Ｚｒ／Ｓｉが約２の時に得られることを示してい
る。同じ結果が、９００゜では、Ｚｒ／Ｓｉが約１の時
に限られた。本発明による複合物は、破壊靭性値が５か
ら７MPam1/2 であるＳｉ3 Ｎ4基盤のセラミック材より
も優れたクラッキング抵抗を持っていることがわかる。
【００４４】
【表３】 ３番目に行なわれた物理試験は、引っ張り強さと破壊時
の相対的伸張性に関するものであった。引っ張り強さと
破壊時の相対的伸張性は、広い温度範囲にわたって負荷
に抵抗する能力を現わしているので、複合物の構造上に
おいてふたつの重要な特性である。表３に含まれている
データは、実験合金の化学成分が、様々な温度におい
て、いかに引っ張り強さと破壊時の相対的伸張性に影響
を及ぼすかを示している。これらのデータは市販のチタ
ニウム合金と同等価値において比較される。
【００４５】室温においては市販のチタニウム合金は本
発明によって公開されたチタニウム複合物よりも優れた
強度を持っている。しかしながら、市販合金の利点は、
温度が上昇するにつれて減少し、６００℃およびそれ以
上の温度においては、本発明の複合物のほうが優れた引
っ張り強を示す。これは、３０％−４０％の補強硅素化
合物相のかなりの量の画分によるものと思われる。
【００４６】６００゜から７００℃の中温の範囲におい
ては、引っ張り強さの最大の価値は、Ｔｉ−４Ｓｉ−２
Ａｌ−１ＭｎとＴｉ−４．２Ｓｉ−２Ａｌ−２Ｍｎ−
２．５Ｃｒ−２．３Ｍｏ−１．５Ｆｅ複合物から得られ
る。後者はまたは８００℃で可塑性の向上を示した。
【００４７】８００℃というより高い温度範囲において
は、Ｔｉ−５．２Ｓｉ−５．７Ａｌ−０．３Ｆｅ、Ｔｉ
−６Ｓｉ−４．６Ａｌ−４Ｚｒ−０．３ＦｅそれにＴｉ
−５．３Ｓｉ−５Ａｌ−１Ｍｎ複合物が最大の引っ張り
強さを持つ。これはＴｉ5 Ｓｉ3 を形成するシリコンの
量が多く、鉄あるいはマンガンと硅素化合物を合金した
結果によるものと思われる。
【００４８】Ｔｉ−４．２Ｓｉ−４．５Ａｌ−２．５Ｃ
ｒ−２．３Ｍｏ−１．５Ｆｅ、Ｔｉ−７Ｓｉ−２．５Ａ
ｌ−０．２Ｍｎ、Ｔｉ−４．２Ｓｉ−４．５Ａｌ−２．
５Ｃｒ−２．３Ｍｏ−０．１ＦｅおよびＴｉ−５．８Ｓ
ｉ−４．３Ａｌ−４Ｚｒ−３．７Ｃｒ−２．６Ｍｏ−
０．０１Ｂ複合物が、８００℃で相対的伸張性を見せる
ことは注目に値する。明確な影響は、マンガン、クロミ
ウム、それにモリブデンと硅素化合物相の複雑な合金の
結果であり、さらに、後者の合金ではホウ素が存在する
ことにより複合物の構造を改変する。
【００４９】このチタニウム基質複合物について４番目
に行なわれた物理テストは、クリープ硬度の決定であ
る。クリープ硬度テストは高温な環境で使用される物質
にとって重要なものであると考えられる。クリープ硬度
テストから得たデータは表４に示されている。
【００５０】
【表４】 表４は２０゜、５００゜、７００゜、そして８００℃に
おけるチタニウム複合物のクリープ硬度データを示して
いる。８５０℃での最大クリープ硬度価値が、シリコン
とジルコニウムを高い値で持つＴｉ−９Ｓｉ−５Ａｌ−
６Ｚｒ複合物から得られたことは注目に値する。十分に
高いクリープ硬度価値（２８０−３００ＭＰａ）はＴｉ
−４．７Ｓｉ４．４Ａｌ−９．４ＺｒとＴｉ−５．５Ｓ
ｉ−５．４Ａｌ−７．２Ｚｒからも得られた。これは合
金中に含まれる高いアルミニウムの割合と共融硅素化合
物の量の多さによるものと思われる。図８ａで、黒い部
分が硅素化合物の粒子、白い部分がチタニウム複合物を
示している。図８ｂは、チタニウム基質の硅素化合物の
結晶が扇子のような形に広がっているのを示している。
【００５１】異なったプロセス方法では、違ったクリー
プ硬度が結果として得られる可能性がある。我々は、電
子ビーム・プロセスによって融解した複合物のほうが、
空中浮揚した試料の誘導溶解によって作成されたものよ
りも、優れたクリープ硬度を持つことを発見した。この
理由は後者が少ない量の共融成分を持ち、硅素化合物の
共融した樹枝上結晶がより細い枝を持つためである。
【００５２】我々が行なった最後の物理試験は、柔軟強
度を決めるためのものであった。柔軟強度あるいは曲げ
強度の価値とは、緊張の状態が引っ張りだけでなくより
複雑な原因によっての破壊に対して抵抗する、物質的な
特質を表すものである。高温での柔軟強度は、高負荷お
よび高温環境で使用される物質にとっても重要な特性で
ある。
【００５３】
【表５】 表５は、本発明のチタニウム金属基質複合物を、ＶＴ５
という市販のチタニウム合金と比較した時の柔軟強度の
温度依存性を示したものである。ＶＴ５は、明白に本発
明のチタニウム複合物に比べ利点を持っているが、高温
では本発明のほうが、優れた特性を持つ合金を作りだし
ている。
【００５４】８００℃という最高温度でのテストでは、
Ｔｉ−６．２Ｓｉ−５．４Ａｌ−６Ｚｒが４００ＭＰａ
で最高の柔軟強度を示した。Ｔｉ−５．３Ｓｉ−５Ａｌ
とＴｉ−２．８Ｓｉ−６．４Ａｌ−１２．４Ｚｒ−０．
８Ｆｅも３００から３３０ＭＰａという高い柔軟強度を
示した。チタニウム基質素材の強度に加えて、補強相の
強度は重要な役割を果たすものと思われる。補強相の強
度は主に、シリコンとジルコニウムの量に加えて硅素化
合物に含まれるジルコニウムによって決定されるところ
のＴｉ5 Ｓｉ3 の量画分に左右される。
【００５５】チタニウム基質複合物の特性を測るのに異
なるプロセス方法を使った場合の影響も研究された。現
在のところ、鋳造に使われるチタニウム合金の世界生産
は、バキューム・イン・アーク、誘導、それに電子ビー
ム炉の使用によって行なわれている。不活性な気体を使
った設備はまれである。そのような理由で、生産設備は
その設計が複雑で、大きな面積を必要とし、生産性を上
げたコストを削減することも困難である。
【００５６】近年、自己燃焼統合のような、素材を製造
する新しい方法が開発され、商業化されてきている。こ
のプロセスでは、主要成分であるチタニウムと窒素ガス
は一定の圧力に保たれた室に入れられる。例えば、電流
を流すとタングステン線が熱せられるように、化学反応
がこの室の中で徐々におこり始める。この統合の化学反
応中に発せられる熱は、主要成分が完全に消耗するまで
そのプロセスに参加する反応物の隣接する部分を熱す
る。チタニウム・ニトライドは窒素の気体の中で燃焼し
た固体相のチタニウムの結果生じる。
【００５７】チタニウム基質複合物の自己燃焼統合は、
次のような方法により行なわれた。帯電した成分が撹拌
機で撹拌され、液圧プレスを使い１００ＭＰａの圧力で
プリケットにされた。そのプリケットは８５０゜−１０
００℃の温度の電気間接加熱炉に入れられた。プリケッ
トの温度が８３０℃に到達すると同時に、Ｔｉ5 Ｓｉ 3
統合の反応が始まり、温度は１９００゜から２０００℃
に上昇し始めた。プリケットの原形は、そのプリケット
の共融溶解が起こったにもかかわらず、そまままであっ
た。プリケットが１０００゜から１１００゜に冷却され
た時、それは最終圧密と成形のために打ち抜き型に移行
された。
【００５８】入手した反応品の顕微鏡写真を詳しく調べ
てみると、鋳造された成分構成と違い、自己燃焼サンプ
ルは複合型共融構造を含んでいることが示されている。
これは凝固中において、共融液が統合反応中に大幅にオ
ーバーヒートした結果、十分に冷却が行なわれないため
に起こるものである。
【００５９】粉末冶金は、必要な相構成と素材の緻密な
構造を提供し、樹枝状あるいは帯状の偏析と好ましから
ざる相の粗い団粒の発生を防止するために、本発明に使
用された。
【００６０】好結果が予想される最新式の粉末冶金のプ
ロセスは、一層の圧縮段階を加えた粉末の急速な固形化
をするものである。これは、事実上１００％の密度と非
常に緻密な構造を持つ素材を提供し、それにより物理特
性を向上させるものである。
【００６１】電子ビーム溶解によって作られた最初のビ
レットは、直径が５０ｍｍで長さが７００ｍｍであるよ
うに機械加工された。ビレットは機械にかけられ、回転
による完全溶解によって微塵にされた。ビレットの表面
は、ヘリウム９、アラゴンガス１の混合気体から成るプ
ラズマ・ビームで熱せられた。ビレットの回転速度は、
一分につき８００から５０００回転の範囲で異なってい
た。
【００６２】融解液の冷却比率は、ガスの気体中では１
００゜から１０，０００℃／秒の間で、水冷の金属板に
置かれた場合は１０００゜から１，０００，０００℃／
秒の間であった。最初の冷却方法では、大きさが３０か
ら８００マイクロメートルの球状粒子が形作られ、二番
目の冷却方法では、厚さ２０から８０マイクロメートル
の薄層が形成された。
【００６３】
【表６】 粉末成分を表６に示す。粉末はグラファイト製の打ち抜
き型にかけられ、１０００゜から１４００℃で誘導加熱
され、１０分間置かれ、そして７５ＭＰａの圧力で圧縮
される。
【００６４】
【表７】 異なる柔軟テスト温度におけるＴｉ−６．７Ｓｉ−５．
７Ａｌ−５．７Ｚｒ粉末複合物の柔軟強度における圧縮
温度の影響を、表７に示す。１２００゜から１３００゜
の範囲における圧縮は、強度特性の向上を提供する。こ
れは、複合基質中のベータＴｉの可塑性が向上したから
である。それと共に、Ｔｉ−２Ｓｉ−５．４Ａｌ−５．
３Ｚｒ−０．６ＦｅとＴｉ−６．２Ｓｉ−５．４Ａｌ−
６Ｚｒ複合物が、それぞれ１１５０゜と１２５０℃で圧
縮された時、同様の特性が得られすることも証明され
た。
【００６５】
【表８】
【００６６】
【表９】 表８と表９は、異なる温度でのＴｉ−２Ｓｉ−５．４Ａ
ｌ−５．３Ｃｒ−０．６ＦｅとＴｉ−６．２Ｓｉ−５．
４Ａｌ−６Ｚｒの一定特性の作成過程における影響を示
したものである。
【００６７】表８と表９のデータは、Ｔｉ−２Ｓｉ−
５．４Ａｌ−５．３Ｚｒ−０．６Ｆｅ合金の、圧縮され
たものと鋳造されたものの構成は、特性において同様な
ものであることを示している。Ｔｉ−６．２Ｓｉ−５．
４Ａｌ−６Ｚｒ複合物がより多くのシリコンの量を持っ
ているので、その圧縮されたものの構成は、鋳造された
ものに比べて、特に８００゜から８５０℃間の温度範囲
における破損抵抗の点で大幅に優れている。
【００６８】変形が大きかった場合、粉末素材の熱成形
は、焼結または高温プレスの粉末と比べて、改善された
構造と物理的、機械的、そして有用特性に優れた強力な
圧縮素材を提供する。
【００６９】表７に示された粉末は、直径２９ｍｍの金
属製カプセルに入れられ、少なくとも７０％の密度まで
５００−６００ＭＰａの圧力であらかじめ圧縮され、カ
プセルに密封される。そのカプセルは抵抗炉に入れら
れ、１０００℃の温度で３０分間保たれ、８０％変形し
た後、押し出し成形にかけられる。
【００７０】Ｔｉ−２Ｓｉ−５．４Ａｌ−５．３Ｚｒ−
０．６Ｆｅ複合物の機械的特性を表１０に示す。鋳造あ
るいは焼結による合金サンプルに比べて、強度と曲げ抵
抗においての向上が、より細かい粒子と硅素分子により
達成されたことは明らかである。
【００７１】
【表１０】 鋳造、圧縮製造、あるいは押し出し成形されたＴｉ−２
Ｓｉ−５．４Ａｌ−５．３Ｚｒ−０．６Ｆｅ複合物の破
壊靭性の温度依存性は、表１１に示されている。低い温
度でのテストにおいて、製作工程は複合物の壊れにくさ
には影響を及ぼさないことが認められた。中間温度で、
押し出し成形された複合物は最大の破壊靭性を持ってい
る。高温では、圧縮された複合物が破壊靭性値を持つ。
【００７２】
【表１１】 複合物の温度循環による熱処理の効果もまた調査の対象
となった。内蔵用の燃焼エンジン、ガスタービン等の熱
エンジンにおける構成物の役目は、周囲の温度によって
起こる冷却と共に運転温度への複合的な加熱を含む。こ
の温度循環はエンジンの運転サイクルの結果によって、
高い割合で起こる温度変化を伴う。そのような温度変化
は成分の複雑な緊張状態を引き起こし、場合によっては
合金の相の成分置換の原因ともなる。
【００７３】以上のような理由から、そのような熱エン
ジン製造に使われる構成部品は、成分の耐用期間中に相
の成分置換が全く起こらないか、あるいはそれを最小に
留めるようなものが望ましい。複合合金の相成分置換
は、いくつかの工程の結果であることが認められた。例
えば、純粋な過飽和固形融解物は、プロユーテクトイド
相沈澱を伴う。それはまた、低温での非均衡相の溶解か
らもたらされる。合金の相成分置換は、共融によって起
こった、補強相に属する樹枝上結晶の細かい枝の長球形
化および癒着化によっても起こる。
【００７４】以上のような理由から、最終的な成形の機
械加工をする前に、高温における構成分の形と寸法を安
定させる熱処理工程によって、すべての工程を完了させ
ておくことが望ましい。
【００７５】チタニウム複合物を取り扱うのに、下記の
異なる熱処理方法を使った。
【００７６】１． 恒温焼きなし、９００℃、４時間保
持、空冷。
【００７７】２． 二段焼なまし、９００℃、４時間保
持、炉内で６５０℃まで冷却、２時間保持、空冷。
【００７８】３． 二段焼なまし、９００℃、３時間保
持、炉内で６５０℃まで冷却し、０．５時間保持、空
冷。
【００７９】４． ９７０゜と７００℃の間で温度循
環、１５０循環、それぞれの温度にセットされたふたつ
の炉に試料を移し変えることを繰り返す。それぞれの炉
における保持時間は一回０．５時間である。
【００８０】５． １０２０゜と８００℃の間で温度循
環、１５０循環。
【００８１】次の相成分は、主な鋳造による複合合金中
に存在するものと思われる。アルファとベータ−Ｔｉ、
硅素化合物Ｔｉ5 Ｓｉと（Ｔｉ、Ｚｒ）5 （Ｓｉ、Ａ
ｌ）3、それにＴｉ3 Ａｌのような２種以上の金属から
成るその他の複合物。
【００８２】恒温焼なましでは、構造的変化は純粋な過
飽和固形融解物と共融反応アルファ→ベータ＋Ｔｉ5 Ｓ
ｉ3 を含む。過飽和固形融解物から沈澱した硅素化合物
は、アルファ基質の粒子内に分配される。共融をその基
とする硅素化合物は平行薄層の一群を形作る。共融硅素
化合物の構造的変化は認められなかった。焼なましによ
り、その強度は５０．６から４９．４ＨＲへと減少し
た。
【００８３】二段焼なましでは、相の成分置換は恒温焼
なましの場合ほど顕著ではなかった。共融反応促進の程
度は低く、第二次的硅素化合物の量は少なかった。
【００８４】上記第４と５番の温度循環熱処理方法は、
本発明の新しいチタニウム基質複合物にとって、最高に
効果的であることが証明された。第４番の温度循環熱処
理方法は、内蔵燃焼エンジンのピストンの役目とまった
く同様である。第５番の温度循環は、チタニウム基質の
アルファ相からベータ相間で起こる完全な成分置換の温
度範囲を含む。
【００８５】温度循環処理４と５においては、共融反
応、チタニウム基質中の合金要素の過飽和固形融解物が
他と交わらないこと、硅素化合物の樹枝上結晶の顆粒
化、長球形化と癒着化、などが基質構造の中で集約的に
起こるものと思われる。温度循環熱処理方法第５番にお
いて４０循環後には、非均衡のベータ相の中間層はアル
ファ基質の粒子の中にまったく見られなかった。共融に
よって生じた硅素化合物は粗大になり、基質粒子中にま
ばらに分配された。これは図９、（ａ）鋳造された、
（ｂ）１０２０゜から８００℃間で１５０循環の熱循環
によって熱処理された、複合物の顕微鏡写真に示されて
いる。１２０循環後、その他の構造的特徴は変わらず
に、硅素化合物の粒子の大きさだけが増大することが認
められた。
【００８６】その結果、第５番の方法による温度処理で
３５循環後、形と寸法の安定に必要なレベルを確かなも
のとするための、許容できる最小の構造変化が見られ
た。
【００８７】この結論は、ディーゼル・エンジンのピス
トンがテストされた実験によっても確かめられた。異な
る方向を向いたピストン先端上の評価ポイトン間の直径
の変化が測定された。寸法の変化において８０％の減少
が認められた。
【００８８】本発明によって公式化されたチタニウム基
質複合物の持つ最適有用特性は、表１２と表１３に示さ
れている。最高の熱抵抗特性、破壊靭性、引っ張り強
さ、破壊点での伸張性、クリープ硬度、それに柔軟強度
を持つ複合物は、表１２に示されている。表１２に使わ
れた試料は鋳造されたものを使用した。
【００８９】
【表１２】
【００９０】
【表１３】 粉末冶金による複合物の試料の破壊靭性、破壊点での伸
張性、クリープ硬度、それに柔軟強度の最高値を、表１
３に示す。ニッケルやコバルトのような第VIII群に属す
る他の金属、銅のようなＩＢ群に属する金属、あるいは
ゲルマニウムのようなＩＶＡ群の成分も、本発明に適す
る合金成分として使うことが可能である。
【００９１】本発明は例証的に述べられてきたが、使用
された術語は言葉による限定を目的とするものでなく、
本質的に説明することを目的としたものである。さら
に、本発明はいくつかの好ましい具体化例に関して述べ
てきたが、優れた技術を持った人々がここに書かれた事
柄を検証し、本発明とはまた違った方向に適用していた
だければ、喜びこれにすぐるところはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）市販されている従来のチタニウム合金、
（ｂ）棒状の補強物を持った、共融的に形成されたチタ
ニウム合金、および（ｃ）葉状の補強物を持った、共融
的に本発明の形成された本発明のチタニウム合金、の構
造を図解したものである。
【図２】鋳型のバーとブランクを示した写真であって、
（ａ）直径５５ｍｍのバー、（ｂ）エンジンのシリンダ
ーとピストン部のためのブランク、（ｃ）タービン・モ
ーターのためのブランク。
【図３】ディーゼル・エンジンのシリンダートとピスト
ン部を示した写真であって、（ａ）実験前、（ｂ，ｃお
よびｄ）実験後。
【図４】急速に固形化する金属／セラミック素材の
（ａ）球状の小片、（ｂ）薄片状の小片をとらえた顕微
鏡写真（５０倍）である。
【図５】本発明のＴｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｚｒ複合物の破壊
靭性値を、温度の関数をもって示したグラフである。
【図６】Ｔｉ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｚｒ複合物の破壊靭性値を
ジルコニウムとシリコンの組成比率の関数をもって示し
たグラフである。
【図７】チタニウム・硅素化合物、における合金成分の
配分を顕微鏡写真（１０００倍）で示したものであって
（ａ）二次電子で得た顕微鏡写真、（ｂ）独特なＳｉＫ
（アルファ）照射で得た顕微鏡写真、および（ｃ）独特
なＺｒＫ（アルファ）照射で得た顕微鏡写真である。
【図８】（ａ）自己燃焼統合、（ｂ）恒久鋳型、により
製造された複合物を示す（５００倍）顕微鏡写真であ
る。
【図９】１５０サイクルで１０２０℃と８００℃間の熱
循環により複合物が（ａ）鋳造された状態（ｂ）熱処理
を受けた状態、を示した顕微鏡写真（500 倍）である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビクトル、イワノウィッチ、トレビロフ ウクライナ共和国252142、キエフ、クルズ イザノフスキー、ストリート、３ (72)発明者 セルゲイ、アレクセーエウィッチ、フィル ストフ ウクライナ共和国252142、キエフ、クルズ イザノフスキー、ストリート、３ (72)発明者 レオニード、デニソウィッチ、クラーク ウクライナ共和国252142、キエフ、クルズ イザノフスキー、ストリート、３ (72)発明者 ウラジスラフ、ユスチノウィッチ、マズー ル ウクライナ共和国320635、ドニエプロピエ トロフスク、ガガーリン、アベニュ、４ (72)発明者 ユーリー、ニコラエウィッチ、タラン ウクライナ共和国320635、ドニエプロピエ トロフスク、ガガーリン、アベニュ、４ (72)発明者 スベトラナ、ワシルイエウナ、カプストニ コワ ウクライナ共和国320635、ドニエプロピエ トロフスク、ガガーリン、アベニュ、４

Claims (57)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マンガンと鉄を含有しないチタニウム合金
    補強物を含むものであって、 シリコン９％〜２０重量％、 アルミニウム２％〜１３重量％、 さらに、ジルコニウム、クロム、モリブデン、およびホ
    ウ素のうち、少なくともひとつの元素０．０１％〜１５
    重量％、 残部チタニウム、から成ることを特徴とするチタニウム
    基質複合物。
  2. 【請求項２】チタニウム合金補強物がチタニウム基質中
    に共融的に形成された請求項１に記載のチタニウム基質
    複合物。
  3. 【請求項３】少なくともひとつの元素がジルコニウムで
    ある請求項１に記載のチタニウム基質複合物。
  4. 【請求項４】シリコン９％〜１５重量％、アルミニウム
    ３％〜９重量％、ジルコニウム、マンガン、クロム、モ
    リブデン、炭素、鉄、およびホウ素から選ばれた、少な
    くともひとつの元素が４％〜９重量％含有することを特
    徴とする請求項１に記載のチタニウム基質複合物。
  5. 【請求項５】密度が５ｇｍ／ｃｍ3 以下であり、引っ張
    り強さが４００から７００ＭＰａであり、破壊靭性が１
    ０から５０ＭＰａｍ1/2 であり、熱伝導率が１０ｗ／
    ｍ．ｋ以下の複合物である請求項１に記載のチタニウム
    基質複合物。
  6. 【請求項６】モリブデン、マンガン、および鉄を含有し
    ないチタニウム合金補強物を含むものであって、 シリコン４．１％〜２０重量％ アルミニウム２％〜１３重量％、 ジルコニウム、クロム、炭素、およびホウ素の中から選
    ばれた、少なくともひとつの元素が０．０１％〜１５重
    量％、 残部チタニウム、から成ることを特徴とするチタニウム
    基質複合物。
  7. 【請求項７】モリブデンを含有しないチタニウム合金補
    強物を含むものであって、 シリコン４．１％〜２０重量％、 アルミニウム２％〜１３重量％、 ジルコニウム、マンガン、クロム、炭素、鉄、およびホ
    ウ素の中から選ばれた、少なくともひとつの元素が０．
    ０１％〜２重量％、 残部チタニウム、から成ることを特徴とするチタニウム
    基質複合物。
  8. 【請求項８】チタニウム合金補強物がチタニウム基質中
    で共融的に形成されたものである請求項６に記載のチタ
    ニウム基質複合物。
  9. 【請求項９】チタニウム合金補強物がチタニウム基質中
    で共融的に形成されたものである請求項７に記載のチタ
    ニウム基質複合物。
  10. 【請求項１０】少なくともひとつの元素がジルコニウム
    である請求項６に記載のチタニウム基質複合物。
  11. 【請求項１１】少なくともひとつの元素がマンガンであ
    る請求項７に記載のチタニウム基質複合物。
  12. 【請求項１２】少なくともひとつの元素が鉄である請求
    項７に記載のチタニウム基質複合物。
  13. 【請求項１３】少なくともひとつの元素がジルコニウム
    および鉄である請求項７に記載のチタニウム基質複合
    物。
  14. 【請求項１４】少なくともひとつの元素がジルコニウム
    およびマンガンである請求項７に記載のチタニウム基質
    複合物。
  15. 【請求項１５】シリコン４．５％から１２重量％、アル
    ミニウム３％から９重量％、ジルコニウム、クロム、炭
    素、およびホウ素の中から選ばれた、少なくともひとつ
    の元素が０．０１％から１１重量％である請求項６に記
    載のチタニウム基質複合物。
  16. 【請求項１６】密度が５ｇｍ／ｃｍ3 以下で、引っ張り
    強さが４００から７００ＭＰａであり、破壊靭性が１０
    から５０ＭＰａｍ1/2 であり、熱伝導率が１０ｗ／ｍ
    ｋ、以下の複合物である請求項６に記載のチタニウム基
    質複合物。
  17. 【請求項１７】モリブデン、ジルコニウム、マンガン、
    および鉄を含有しないチタニウム合金補強物を含むもの
    であって、 シリコン２％から２０重量％、 アルミニウム２％から１３重量％、 クロム、炭素、およびホウ素の中から選ばれた、少なく
    ともひとつの元素が０．０１％から１５重量％、 残部チタニウム、から成ることを特徴とするチタニウム
    基質複合物。
  18. 【請求項１８】モリブデン、およびジルコニウムを含有
    しないチタニウム合金補強物を含むものであって、 シリコン２％から２０重量％、 アルミニウム２％から１３重量％、 マンガン、クロム、炭素、鉄、およびホウ素の中から選
    ばれた、少なくともひとつの元素が０．０１％から２重
    量％、 残部チタニウム、から成ることを特徴とするチタニウム
    基質複合物。
  19. 【請求項１９】チタニウム合金補強物がチタニウム基質
    中で共融的に形成されたものである請求項１７に記載の
    チタニウム基質複合物。
  20. 【請求項２０】チタニウム合金補強物がチタニウム基質
    中で共融的に形成されたものである請求項１８に記載の
    チタニウム基質複合物。
  21. 【請求項２１】少なくともひとつの元素がマンガンであ
    る請求項１８に記載のチタニウム基質複合物。
  22. 【請求項２２】少なくともひとつの元素が鉄である請求
    項１８に記載のチタニウム基質複合物。
  23. 【請求項２３】シリコン３％から９重量％、アルミニウ
    ム３％から７重量％、およびマンガン、クロム、炭素、
    およびホウ素の中から選ばれた、少なくともひとつの元
    素が０．０１％から２重量％含有する請求項１８に記載
    のチタニウム基質複合物。
  24. 【請求項２４】密度が５ｇｍ／ｃｍ3 以下であって、引
    っ張り強さが４００から７００ＭＰａであり、破壊靭性
    が１０から５０ＭＰａｍ1/2 であり、熱伝導率が１０ｗ
    ／ｍ．ｋ以下の複合物である請求項１８に記載のチタニ
    ウム基質複合物。
  25. 【請求項２５】チタニウム合金補強物を含むものであっ
    て、 シリコン０．０１％から２０重量％、 アルミニウム０．０１％から１３重量％、 ジルコニウム、モリブデン、クロム、炭素、マンガン、
    鉄、およびホウ素の中から選ばれた、少なくともひとつ
    の元素が０．０１％から１５重量％、 残部チタニウム、から成ることを特徴とするチタニウム
    基質複合物。
  26. 【請求項２６】チタニウム合金補強物がチタニウム基質
    中で共融的に形成されたものである請求項２５に記載の
    チタニウム基質複合物。
  27. 【請求項２７】少なくともひとつの元素がジルコニウ
    ム、モリブデン、クロム、およびホウ素である請求項２
    ５に記載のチタニウム基質複合物。
  28. 【請求項２８】シリコン５．８重量％、アルミニウム
    ４．３重量％、ジルコニウム４重量％、クロム３．７重
    量％、モリブデン２．６重量％、およびホウ素０．１重
    量％である請求項２５に記載のチタニウム基質複合物。
  29. 【請求項２９】チタニウム、シリコン、アルミニウム、
    に加えてジルコニウム、モリブデン、クロム、炭素、鉄
    およびホウ素のうち少なくともひとつの元素を含み、そ
    の中に共融的に形成されたチタニウム合金補強物を持っ
    たチタニウム基質複合物が最適特性に達成するための方
    法であって、 複合物を７５０゜から８５０℃の温度にセットされた第
    一炉の中で所定時間加熱し、第一炉から所定時間の経過
    後、該複合物を取り出し、その後直ちに９７０゜から１
    ０７０℃の温度にセットされた第二炉の中に、所定時間
    送入し、該第二炉から所定時間経過後、該複合物を取り
    だし、複合物中のすべての準安定相が分解するまでその
    温度循環を十分な回数繰り返すことを特徴とするチタニ
    ウム基質複合物の製造方法。
  30. 【請求項３０】チタニウム、シリコン、アルミニウム、
    に加えてジルコニウム、モリブデン、クロム、炭素、鉄
    およびホウ素のうち少なくともひとつの元素を含み、そ
    の中に共融的に形成されたチタニウム合金補強物を持っ
    たチタニウム基質複合物が最適特性に達成するための方
    法であって、 該複合物を６５０゜から７５０℃の温度にセットされた
    第一炉の中に、所要時間加熱し、第一炉から所要時間経
    過後、その複合物を取りだし、その後直ちに９２０゜か
    ら１０２０℃にセットされた第二炉の中に、所要時間送
    入し、第二炉から所要時間経過後、その複合物を取り出
    し、複合物中のすべての準安定相が分解するまでその温
    度循環を十分な回数繰り返すことを含むことを特徴とす
    るチタニウム基質複合物の製造方法。
  31. 【請求項３１】請求項２９に記載された温度循環方式に
    より熱処理されたチタニウム基質複合物。
  32. 【請求項３２】請求項３０に記載された温度循環方式に
    より熱処理されたチタニウム基質複合物。
  33. 【請求項３３】請求項２９に記載された十分な回数が３
    ０回であるような温度循環の方法。
  34. 【請求項３４】請求項３０に記載のされた十分な回数が
    ３０回であるような温度循環の方法。
  35. 【請求項３５】チタニウム合金補強物を含むものであっ
    て、 シリコン０．０１％から２０重量％、 アルミニウム０．０１％から１５重量％、 ジルコニウム０．０１％から１５重量％、 モリブデン、クロム、炭素、マンガン、鉄、およびホウ
    素の中から選ばれた、少なくともひとつの元素が０．０
    １％から１５重量％、 残部チタニウム、からなることを特徴とするチタニウム
    基質複合物。
  36. 【請求項３６】マンガンと鉄を含有しないチタニウム合
    金補強物を含むものであって、 シリコン０．０１％から２０重量％、 アルミニウム５．１％から１５重量％、 ジルコニウム、モリブデン、クロム、炭素、およびホウ
    素の中から選ばれた、少なくともひとつの元素が０．０
    １％から１５重量％、 残部チタニウム、からなることを特徴とするチタニウム
    基質複合物。
  37. 【請求項３７】シリコンが２．５％から３．９重量％で
    ある請求項３５に記載のチタニウム基質複合物。
  38. 【請求項３８】急速な凝固とそれに続く圧縮過程によっ
    て作られることを特徴とする請求項１に記載のチタニウ
    ム基質複合物。
  39. 【請求項３９】急速な凝固とそれに続く高温成形過程に
    よって作られる請求項１に記載のチタニウム基質複合
    物。
  40. 【請求項４０】急速な凝固とそれに続く圧縮過程によっ
    て作られる請求項６に記載のチタニウム基質複合物。
  41. 【請求項４１】急速な凝固とそれに続く高温成形過程に
    よって作られる請求項６に記載のチタニウム基質複合
    物。
  42. 【請求項４２】急速な凝固とそれに続く圧縮過程によっ
    て作られる請求項７に記載のチタニウム基質複合物。
  43. 【請求項４３】急速な凝固とそれに続く高温成形過程に
    よって作られる請求項７に記載のチタニウム基質複合
    物。
  44. 【請求項４４】Ｓｉ９〜３２重量％、Ｆｅ０．７〜２重
    量％、０．１〜０．３重量％Ｚｒ、Ｔｉ０．０５〜０．
    ２重量％、さらにゲルマニウム、クロム、マンガンおよ
    びジルコニウムから選ばれた少なくともひとつの合金成
    分０．０１から３０重量％、残部チタニウムから成るＡ
    ｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｔｉの合金顆粒の２５重量％か
    ら成るチャージを使うことによる自己燃焼統合によって
    作られる請求項７に記載のチタニウム基質複合物。
  45. 【請求項４５】急速な凝固とそれに続く圧縮過程によっ
    て作られる請求項１７に記載のチタニウム基質複合物。
  46. 【請求項４６】急速な凝固とそれに続く高温成形過程に
    よって作られる請求項１７に記載のチタニウム基質複合
    物。
  47. 【請求項４７】急速な凝固とそれに続く圧縮過程によっ
    て作られる請求項１８に記載のチタニウム基質複合物。
  48. 【請求項４８】急速な凝固とそれに続く高温成形過程に
    よって作られる請求項１８に記載のチタニウム基質複合
    物。
  49. 【請求項４９】急速な凝固とそれに続く圧縮過程によっ
    て作られる請求項２５に記載のチタニウム基質複合物。
  50. 【請求項５０】急速な凝固とそれに続く高温成形過程に
    よって作られる請求項２５に記載のチタニウム基質複合
    物。
  51. 【請求項５１】Ｓｉ９〜３２重量％、Ｆｅ０．７〜２重
    量％、Ｚｒ０．１〜０．３重量％、Ｔｉ０．０５〜０．
    ２重量、さらにゲルマニウム、クロム、マンガンおよび
    ジルコニウムから選ばれた少なくともひとつの合金成分
    ０．０１〜３０重量％、残部チタニウムから成るＡｌ−
    Ｓｉ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｔｉの合金顆粒の２５重量％から成
    るチャージを使うことによる自己燃焼統合によって作ら
    れる請求項２５に記載のチタニウム基質複合物。
  52. 【請求項５２】急速な凝固とそれに続く圧縮過程によっ
    て作られる請求項３５に記載のチタニウム基質複合物。
  53. 【請求項５３】急速な凝固とそれに続く高温成形過程に
    よって作られる請求項３５に記載のチタニウム基質複合
    物。
  54. 【請求項５４】Ｓｉ９〜３２重量％、Ｆｅ０．７〜２重
    量％、Ｚｒ０．１〜０．３重量％、Ｔｉ０．０５〜０．
    ２重量％、さらにゲルマニウム、クロム、マンガンおよ
    びジルコニウムから選ばれた少なくともひとつの合金成
    分０．０１〜３０重量％、残部チタニウムから成るＡｌ
    −Ｓｉ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｔｉの合金顆粒の２５重量％から
    成るチャージを使うことによる自己燃焼統合によって作
    られる請求項３５に記載のチタニウム基質複合物。
  55. 【請求項５５】シリコン６．２重量％、アルミニウムが
    ５．４重量％、およびジルコニウム６．０重量％である
    請求項６に記載のチタニウム基質複合物。
  56. 【請求項５６】ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、お
    よび銅を含有しないチタニウム合金補強物を含むもので
    あって、 シリコン４．１％〜２０重量％、 アルミニウム０．０１％〜１５重量％、 ジルコニウム、モリブデン、クロム、ゲルマニウム、炭
    素、およびホウ素の中から選ばれた、少なくともひとつ
    の元素０．０１％〜１５重量％、 残部チタニウム、から成ることを特徴とするチタニウム
    基質複合物。
  57. 【請求項５７】マンガンを含有しないチタニウム合金補
    強物を含むものであって、 シリコン０．０１％〜２０重量％、 アルミニウム０．０１％〜１５重量％、 ジルコニウム、モリブデン、クロム、ゲルマニウム、炭
    素、ホウ素、コバルト、鉄、および銅の中から選ばれ
    た、少なくともひとつの元素が０．０１％〜１５％、 残部チタニウム、から成ることを特徴とするチタニウム
    基質複合物。
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