JPH0711041B2 - セラミックス粒子強化チタン複合材料 - Google Patents
セラミックス粒子強化チタン複合材料Info
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- JPH0711041B2 JPH0711041B2 JP1089927A JP8992789A JPH0711041B2 JP H0711041 B2 JPH0711041 B2 JP H0711041B2 JP 1089927 A JP1089927 A JP 1089927A JP 8992789 A JP8992789 A JP 8992789A JP H0711041 B2 JPH0711041 B2 JP H0711041B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はマトリックスであるチタン又はチタン合金に、
強化材として炭化けい素（SiC）、窒化チタン（TiN）及
び炭化タングステン（WC）等のセラミックス粒子が添加
されたセラミックス粒子強化チタン複合材料に関する。
強化材として炭化けい素（SiC）、窒化チタン（TiN）及
び炭化タングステン（WC）等のセラミックス粒子が添加
されたセラミックス粒子強化チタン複合材料に関する。
［従来の技術］ セラミックス粒子強化チタン複合材料は、理論上、高い
機械的強度を得ることができると共に、耐熱性及び耐蝕
性が優れていることから、宇宙航空分野及び自動車分野
等において、種々の構造材として実用化されつつある。
機械的強度を得ることができると共に、耐熱性及び耐蝕
性が優れていることから、宇宙航空分野及び自動車分野
等において、種々の構造材として実用化されつつある。
従来、セラミックス粒子強化チタン複合材料はチタン又
はチタン合金の粉末にセラミックス粒子を混合して得た
粉末をモールド成形した後、真空又は非酸化性雰囲気で
焼結させることにより製造されている。この場合に、こ
の複合材料の強度はセラミックス粒子とチタン又はチタ
ン合金マトリックスとの界面における両者の接着性の良
否に密接に関係している。従って、セラミックス粒子と
チタン又はチタン合金との相互間の濡れ性を改善するこ
とが両者の界面接着性を向上させ、複合材料の強度を理
論上の強度に近づけるための有効な手段である。このた
め、従来は、焼結温度を極めて高く設定することによ
り、セラミックス粒子とチタン又はチタン合金との間の
界面接着性を向上させている。
はチタン合金の粉末にセラミックス粒子を混合して得た
粉末をモールド成形した後、真空又は非酸化性雰囲気で
焼結させることにより製造されている。この場合に、こ
の複合材料の強度はセラミックス粒子とチタン又はチタ
ン合金マトリックスとの界面における両者の接着性の良
否に密接に関係している。従って、セラミックス粒子と
チタン又はチタン合金との相互間の濡れ性を改善するこ
とが両者の界面接着性を向上させ、複合材料の強度を理
論上の強度に近づけるための有効な手段である。このた
め、従来は、焼結温度を極めて高く設定することによ
り、セラミックス粒子とチタン又はチタン合金との間の
界面接着性を向上させている。
また、熱間プレス又は熱間静水圧プレスにより焼結され
て複合材料を製造する場合は、熱間成形温度及び加圧力
を極めて高くすることにより、セラミックス粒子とチタ
ン又はチタン合金との間の界面における接着性を向上さ
せている。
て複合材料を製造する場合は、熱間成形温度及び加圧力
を極めて高くすることにより、セラミックス粒子とチタ
ン又はチタン合金との間の界面における接着性を向上さ
せている。
上述の如く、従来、セラミックス粒子とチタン又はチタ
ン合金との複合材料においては、焼結温度又は熱間成形
温度及び加圧力を極めて高くすることにより、セラミッ
クス粒子とチタン又はチタン合金との間の十分な濡れ性
を確保している。
ン合金との複合材料においては、焼結温度又は熱間成形
温度及び加圧力を極めて高くすることにより、セラミッ
クス粒子とチタン又はチタン合金との間の十分な濡れ性
を確保している。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、焼結温度又は熱間成形温度及び加圧力を
高くするためには大規模な製造設備が必要であると共
に、作業時間も長期化する。従って、複合材料の製造コ
ストは極めて高いものとなり、これがセラミックス粒子
強化チタン複合材料の実用化を阻害する要因となってい
る。
高くするためには大規模な製造設備が必要であると共
に、作業時間も長期化する。従って、複合材料の製造コ
ストは極めて高いものとなり、これがセラミックス粒子
強化チタン複合材料の実用化を阻害する要因となってい
る。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
成形加工時の作業時間が短く、大規模な製造設備を必要
とせずに製造することができて低コストであり、セラミ
ックス粒子とチタン又はチタン合金との間に良好な濡れ
性が得られて高強度且つ高延性であるセラミックス粒子
強化チタン複合材料を提供することを目的とする。
成形加工時の作業時間が短く、大規模な製造設備を必要
とせずに製造することができて低コストであり、セラミ
ックス粒子とチタン又はチタン合金との間に良好な濡れ
性が得られて高強度且つ高延性であるセラミックス粒子
強化チタン複合材料を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明に係るセラミックス粒子強化チタン複合材料は、
Fe、Ni及びSiからなる群から選択された少なくとも１種
の元素を総量で0.1乃至22重量％含有し、残部がチタン
又はチタン合金とセラミックス粒子との混合物からなる
ことを特徴とする。
Fe、Ni及びSiからなる群から選択された少なくとも１種
の元素を総量で0.1乃至22重量％含有し、残部がチタン
又はチタン合金とセラミックス粒子との混合物からなる
ことを特徴とする。
［作用］ 本願発明者はセラミックスとチタン又はチタン合金との
間の界面接着性を向上させるべく、種々実験研究を重ね
た結果、セラミックス粒子とチタン又はチタン合金粉末
とを混合する際に、Fe、Ni又はSiのいずれか１種以上の
元素を所定量添加することにより、この目的を達成する
ことができることに想到した。
間の界面接着性を向上させるべく、種々実験研究を重ね
た結果、セラミックス粒子とチタン又はチタン合金粉末
とを混合する際に、Fe、Ni又はSiのいずれか１種以上の
元素を所定量添加することにより、この目的を達成する
ことができることに想到した。
セラミックス粒子とチタン又はチタン合金との複合材料
中に添加された前記元素は、成形時の加熱によりチタン
又はチタン合金と反応し、これによりその界面に液相が
生じる。この液相はセラミックス粒子とチタン又はチタ
ン合金との混合粉末中に浸潤して両者の界面における濡
れ性を向上させる作用を有している。このため、この混
合粉末を焼結させる際の温度及び加圧力を従来に比して
低くしても、セラミックス粒子とチタン又はチタン合金
との間には十分な界面接着性を得ることができる。従っ
て、この複合材料は大規模は製造設備を使用することな
く、短時間で製造することができると共に、強度及び延
性が優れている。
中に添加された前記元素は、成形時の加熱によりチタン
又はチタン合金と反応し、これによりその界面に液相が
生じる。この液相はセラミックス粒子とチタン又はチタ
ン合金との混合粉末中に浸潤して両者の界面における濡
れ性を向上させる作用を有している。このため、この混
合粉末を焼結させる際の温度及び加圧力を従来に比して
低くしても、セラミックス粒子とチタン又はチタン合金
との間には十分な界面接着性を得ることができる。従っ
て、この複合材料は大規模は製造設備を使用することな
く、短時間で製造することができると共に、強度及び延
性が優れている。
この場合に、セラミックス粒子とチタン又はチタン合金
との混合物中に添加されたFe、Ni又はSiのいずれか１種
以上の元素の含有量は総量で0.1重量％以上であること
が必要である。この添加元素の含有量が0.1重量％未満
の場合は、上述の添加元素による界面接着性の向上効果
が得られない。一方、上記添加元素の含有量が22重量％
を超えると、添加元素とマトリックス中のチタンとの間
の金属間化合物が必要量以上に析出する。この金属間化
合物は極めて高い硬度を有しており、複合材料の強度を
向上させる効果がある。しかし、過剰に析出すると複合
材料が脆性化し、複合材料としての所望の機械的特性が
得られなくなる。そうすると、熱処理及び二次加工の際
に支障が生じる。このため複合材料中のFe、Ni又はSiの
いずれか１種以上の元素の含有量は総量で0.1乃至22重
量％とする。
との混合物中に添加されたFe、Ni又はSiのいずれか１種
以上の元素の含有量は総量で0.1重量％以上であること
が必要である。この添加元素の含有量が0.1重量％未満
の場合は、上述の添加元素による界面接着性の向上効果
が得られない。一方、上記添加元素の含有量が22重量％
を超えると、添加元素とマトリックス中のチタンとの間
の金属間化合物が必要量以上に析出する。この金属間化
合物は極めて高い硬度を有しており、複合材料の強度を
向上させる効果がある。しかし、過剰に析出すると複合
材料が脆性化し、複合材料としての所望の機械的特性が
得られなくなる。そうすると、熱処理及び二次加工の際
に支障が生じる。このため複合材料中のFe、Ni又はSiの
いずれか１種以上の元素の含有量は総量で0.1乃至22重
量％とする。
［実施例］ 次に、本発明の実施例についてその比較例と比較して説
明する。
明する。
先ず、平均粒径が５μｍの炭化けい素（SiC）粉末と、
平均粒径が25μｍであり、純度が99.7重量％以上のチタ
ン粉末とを1:5の重量比で混合した。この混合粉体に下
記第１表に示す配合量のカーボニル鉄粉を添加して均一
に混合し、原料とした。
平均粒径が25μｍであり、純度が99.7重量％以上のチタ
ン粉末とを1:5の重量比で混合した。この混合粉体に下
記第１表に示す配合量のカーボニル鉄粉を添加して均一
に混合し、原料とした。
次に、この原料をモールド成形して圧粉体を得た。この
ときの成形圧は2t/cm2である。次いで、この圧粉体を10
-5Torrの真空雰囲気下で1200℃に加熱して真空焼結を行
い、セラミックス粒子強化チタン複合材料を得た。その
後、この複合材料から所定の大きさの引張試験片を切出
した。この引張試験片をインストロン型引張試験機（最
大能力10t）により引張試験し、引張強さ及び伸びを測
定した。この結果を第１表に併せて示す。
ときの成形圧は2t/cm2である。次いで、この圧粉体を10
-5Torrの真空雰囲気下で1200℃に加熱して真空焼結を行
い、セラミックス粒子強化チタン複合材料を得た。その
後、この複合材料から所定の大きさの引張試験片を切出
した。この引張試験片をインストロン型引張試験機（最
大能力10t）により引張試験し、引張強さ及び伸びを測
定した。この結果を第１表に併せて示す。
この第１表から明らかなように、従来のようにFe、Ni又
はSiを含有しないセラミックス粒子強化チタン複合材料
（比較例１）に比して、実施例１乃至４はいずれも引張
強さが48kg/mm2以上と高く、伸びも2.1％以上と大き
い。特に、Feの含有量が0.1乃至20重量％の実施例１乃
至３の場合は引張強さが69kg/mm2以上、伸びが3.9％以
上と従来に比して極めて優れた特性を有している。一
方、Feを25重量％と過剰に含有した比較例２は比較例１
に比して伸びが低下している。
はSiを含有しないセラミックス粒子強化チタン複合材料
（比較例１）に比して、実施例１乃至４はいずれも引張
強さが48kg/mm2以上と高く、伸びも2.1％以上と大き
い。特に、Feの含有量が0.1乃至20重量％の実施例１乃
至３の場合は引張強さが69kg/mm2以上、伸びが3.9％以
上と従来に比して極めて優れた特性を有している。一
方、Feを25重量％と過剰に含有した比較例２は比較例１
に比して伸びが低下している。
次に、本発明の他の実施例について説明する。
先ず、平均粒径が２μｍの窒化チタン（TiN）粉末と、
平均粒径が25μｍであり、純度が99.7重量％以上のチタ
ン粉末とを1:4の重量比で配合し、下記第２表に示す割
合でNi粉末を添加した後、均一に混合して原料とした。
平均粒径が25μｍであり、純度が99.7重量％以上のチタ
ン粉末とを1:4の重量比で配合し、下記第２表に示す割
合でNi粉末を添加した後、均一に混合して原料とした。
次に、この原料を10-3Torrの真空雰囲気中にて温度が11
00℃、加圧力が300kg/cm2の条件で真空熱間プレス加工
を行って、セラミックス粒子強化チタン複合材料を得
た。その後、前述の実施例と同様に、この複合材料から
引張試験片を切出し、この試験片の引張強さ及び伸びを
測定した。この結果を第２表に併せて示す。
00℃、加圧力が300kg/cm2の条件で真空熱間プレス加工
を行って、セラミックス粒子強化チタン複合材料を得
た。その後、前述の実施例と同様に、この複合材料から
引張試験片を切出し、この試験片の引張強さ及び伸びを
測定した。この結果を第２表に併せて示す。
比較例３はFe、Ni又はSiを含有しない従来のセラミック
ス粒子強化チタン複合材料である。この比較例３に比し
て実施例５乃至８は引張強度及び伸びが向上しており、
Niによる界面接着性の向上効果が認められる。しかし、
Ni含有量が25重量％と多い比較例４は比較例３に比して
引張強さが低下している。
ス粒子強化チタン複合材料である。この比較例３に比し
て実施例５乃至８は引張強度及び伸びが向上しており、
Niによる界面接着性の向上効果が認められる。しかし、
Ni含有量が25重量％と多い比較例４は比較例３に比して
引張強さが低下している。
次に、本発明の更に他の実施例について説明する。
先ず、平均粒径が５μｍの炭化タングステン（WC）粉末
と、平均粒径が30μｍのチタン合金（Ti-6Al-4V）粉末
とを1:5の重量比で混合した。この混合粉末に下記第３
表に示す添加量のSi粉末を均一に混合して原料とした。
と、平均粒径が30μｍのチタン合金（Ti-6Al-4V）粉末
とを1:5の重量比で混合した。この混合粉末に下記第３
表に示す添加量のSi粉末を均一に混合して原料とした。
次に、この原料を鉄容器に充填した。そして、この鉄容
器内を真空引きした後、これを封止した。その後、温度
が1100℃、アルゴンガス圧が1t/cm2の条件で熱間静水圧
プレス加工を行ってセラミックス粒子強化チタン複合材
料を得た。そして、この複合材料から所定の大きさの引
張試験片を切り出した。この引張試験片に対して、前述
の実施例と同様に引張試験を行い、引張強さ及び伸びを
測定した。この結果を第３表に併せて示す。
器内を真空引きした後、これを封止した。その後、温度
が1100℃、アルゴンガス圧が1t/cm2の条件で熱間静水圧
プレス加工を行ってセラミックス粒子強化チタン複合材
料を得た。そして、この複合材料から所定の大きさの引
張試験片を切り出した。この引張試験片に対して、前述
の実施例と同様に引張試験を行い、引張強さ及び伸びを
測定した。この結果を第３表に併せて示す。
この第３表から明らかなように、Fe、Ni又はSiを含有し
ない従来のセラミックスで強化されたチタン合金である
比較例５に比して、実施例９乃至12はいずれも引張強さ
が47kg/mm2以上と高く、伸びも1.2％以上と著しく向上
している。一方、Siを25重量％と過剰に含有した比較例
６は比較例５に比して伸びが劣化した。
ない従来のセラミックスで強化されたチタン合金である
比較例５に比して、実施例９乃至12はいずれも引張強さ
が47kg/mm2以上と高く、伸びも1.2％以上と著しく向上
している。一方、Siを25重量％と過剰に含有した比較例
６は比較例５に比して伸びが劣化した。
なお、本発明において使用可能なセラミックスは上述の
SiC、TiN及びWCに限定されるものではなく、Al2O3,Zr
O2,MgO,SiO2及びTiO2等の酸化物系セラミックス、TiC,B
4C,ZrC及びCr2C等の炭化物系セラミックス、Si3N4,AlN
及びZrN等の窒化物系セラミックス、ZrB2及びTiB2等の
硼化物系セラミックス並びにサイアロン、等種々のもの
を使用することができる。また、これらのセラミックス
を２種類以上混合して使用することもできる。
SiC、TiN及びWCに限定されるものではなく、Al2O3,Zr
O2,MgO,SiO2及びTiO2等の酸化物系セラミックス、TiC,B
4C,ZrC及びCr2C等の炭化物系セラミックス、Si3N4,AlN
及びZrN等の窒化物系セラミックス、ZrB2及びTiB2等の
硼化物系セラミックス並びにサイアロン、等種々のもの
を使用することができる。また、これらのセラミックス
を２種類以上混合して使用することもできる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係るセラミックス粒子強化
チタン複合材料は、チタン又はチタン合金及びセラミッ
クス粒子に、Fe、Ni又はSiのいずれか１種以上の元素を
総量で0.1乃至22重量％添加して混合してあるから、加
熱により前記元素がチタン又はチタン合金が反応して生
成する液相がセラミックス粒子とチタン又はチタン合金
との界面における濡れ性を向上させるので、両者の界面
接着性が極めて高い。従って、本発明に係る複合材料は
引張強さ及び伸び等の機械的特性が極めて優れており、
例えば、コネクティングロッド、ロッカーアーム、ピス
トン及びシリンダ等のエンジン構成部品の材料として有
益である。また、焼結温度及び加圧力を高くする必要が
ないので、作業性が改善され、製造コストが低い。
チタン複合材料は、チタン又はチタン合金及びセラミッ
クス粒子に、Fe、Ni又はSiのいずれか１種以上の元素を
総量で0.1乃至22重量％添加して混合してあるから、加
熱により前記元素がチタン又はチタン合金が反応して生
成する液相がセラミックス粒子とチタン又はチタン合金
との界面における濡れ性を向上させるので、両者の界面
接着性が極めて高い。従って、本発明に係る複合材料は
引張強さ及び伸び等の機械的特性が極めて優れており、
例えば、コネクティングロッド、ロッカーアーム、ピス
トン及びシリンダ等のエンジン構成部品の材料として有
益である。また、焼結温度及び加圧力を高くする必要が
ないので、作業性が改善され、製造コストが低い。
Claims (2)
- 【請求項１】Fe、Ni及びSiからなる群から選択された少
なくとも１種の元素を総量で0.1乃至22重量％含有し、
残部がチタン又はチタン合金とセラミックス粒子との混
合物からなることを特徴とするセラミックス粒子強化チ
タン複合材料。 - 【請求項２】前記Fe、Ni及びSiからなる群から選択され
た少なくとも１種の元素は総量で20重量％以下であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のセラミックス粒子強化
チタン複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1089927A JPH0711041B2 (ja) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | セラミックス粒子強化チタン複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1089927A JPH0711041B2 (ja) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | セラミックス粒子強化チタン複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02270931A JPH02270931A (ja) | 1990-11-06 |
| JPH0711041B2 true JPH0711041B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=13984334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1089927A Expired - Lifetime JPH0711041B2 (ja) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | セラミックス粒子強化チタン複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0711041B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102905822A (zh) * | 2010-05-31 | 2013-01-30 | 东邦钛株式会社 | 配合铜粉、铬粉或铁粉而成的钛合金复合粉、以其为原料的钛合金材料及其制造方法 |
| KR101410490B1 (ko) * | 2011-03-28 | 2014-06-23 | 박영석 | 분말사출 성형체 제조방법 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101076785B1 (ko) * | 2008-07-24 | 2011-10-25 | 박영석 | 분말사출 성형체 제조방법 |
| WO2011152359A1 (ja) * | 2010-05-31 | 2011-12-08 | 東邦チタニウム株式会社 | セラミックスを含有したチタン合金複合粉およびその製造方法、これを用いた緻密化されたチタン合金材およびその製造方法 |
| CN115026290B (zh) * | 2022-01-11 | 2024-03-22 | 昆明理工大学 | 一种层状陶瓷增强颗粒金属基复合材料的制备方法 |
-
1989
- 1989-04-10 JP JP1089927A patent/JPH0711041B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102905822A (zh) * | 2010-05-31 | 2013-01-30 | 东邦钛株式会社 | 配合铜粉、铬粉或铁粉而成的钛合金复合粉、以其为原料的钛合金材料及其制造方法 |
| KR101410490B1 (ko) * | 2011-03-28 | 2014-06-23 | 박영석 | 분말사출 성형체 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02270931A (ja) | 1990-11-06 |
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