JPH0759299B2 - 傾斜機能材料の原料製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば金属とセラミックスなどの二種の原料
粉を設定割合で混合して造粒する傾斜機能材料の原料製
造法に関する。

更に説明すると、傾斜機能材料は第３図に示すように、
例えば金属層とセラミック層の間に、金属とセラミック
スの混合割合が相違する多数の混合層を有し、それら混
合層において金属層に近いものほど金属含有率が高くな
ると共に、セラミック層に近いものほどセラミックス含
有率が高くなり、組成が金属からセラミックスにわたっ
て徐々に変化するように調製されたものである。つま
り、セラミックスの優れた耐熱性、耐スポーリング性、
及び、金属の優れた靱性を兼備させると共に、層間での
熱応力を十分に小さくできる等、二種の材料の機能を効
果的に複合できる複合材料である。

そして、本発明は、混合層夫々を形成するための原料の
製造法の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来、設定割合の二種の原料粉をロータリー式などの混
合機で混合処理し、その混合処理で得た混合材料を、バ
インダーを添加した状態で傾斜回転盤型などの造粒機で
造粒処理し、二種の原料粉が設定割合で混合造粒された
原料を造っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、造粒物が例えば0.1〜0.5mm程度の大きなものに
なるために、型内に造粒物を充填して混合層を形成する
際に、精密充填が困難であり、充填、圧粉、焼結によっ
て得られる傾斜機能材料に強度欠陥や構造欠陥を生じや
すい。

また、単に二種の原料粉をバインダーで結合させただけ
であるから、造粒物夫々の構造が緻密にならず、このこ
とによっても傾斜機能材料の強度欠陥や構造欠陥を生じ
やすい。

さらに、造粒物相互間における組成のバラツキが、バイ
ンダーによる結合であるために大きくなり、原料層の組
成分布が不均一になりやすく、傾斜機能が不十分になり
やすい。

本発明の目的は、造粒物を数μｍ〜数十μｍの微細な球
状にできて、精密充填を容易に実行できるように、か
つ、造粒物自体を緻密の構造にできるようにして、強度
欠陥や構造欠陥の極めて少ない傾斜機能材料を確実に得
られるようにし、さらには、造粒物相互の組成のバラツ
キを十分に小さくできて、優れた傾斜機能を有する傾斜
機能材料を得られるようにする点にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の特徴構成は、ケーシングを高速駆動回転させ
て、設定割合の二種の原料をそのケーシングの内周面に
遠心力で押付け、その押付けで形成した原料層に、前記
ケーシングに対して相対回転する摩砕片と掻取り片を作
用させ、前記掻取り片の作用で原料粉を撹拌混合すると
共に、前記摩砕片の作用に伴う発熱で二種の原料粉どう
しを熱溶着させ、かつ、熱溶着した原料を前記摩砕片の
摩砕作用で微細な球状に造粒することにあり、その作用
・効果は次の通りである。

〔作 用〕

つまり、高速駆動回転するケーシングの内周面に遠心力
によって原料層を形成し、その原料層をそれに対して相
対回転する掻取り片で撹拌混合するから、原料粉の混合
及び分散を確実かつ十分に、さらには効率良く実現でき
る。

そして、動きが遠心力で制限されている原料層に対し
て、摩砕片を相対回転させて摩砕作用させるから、摩砕
片による原料の擦りつぶしを強力に実行でき、その強力
な擦りつぶしに伴う発熱で、二種の原料粉どうしを確実
に熱溶着させることができると共に、熱溶着した原料を
強力な擦りつぶしによって数μｍ〜数十μｍの微細な球
状に確実に造粒できる。

したがって、前述の従来技術に比して、造粒物を極めて
微細な球状にでき、混合層形成のために型内に充填する
際に精密充填を容易に実現でき、強度欠陥や構造欠陥の
極めて少ない高品質の傾斜機能材料を容易に製造でき
る。

また、熱溶着によって造粒物を形成するから、造粒物自
体が緻密な構造になり、このことによっても強度欠陥や
構造欠陥の極めて少ない高品質の傾斜機能材料を容易に
製造できる。

さらに、原料粉の混合及び分散を十分にして、造粒物相
互間の組成のバラツキを十分に小さくできるから、原料
層の組成分布を十分に均一化でき、優れた傾斜機能を有
する傾斜機能材料を確実に製造できる。

〔発明の効果〕

その結果、強度欠陥や構造欠陥が極めて少なくて優れた
傾斜機能を有する傾斜機能材料を容易に製造できる、一
段と優秀な原料を製造できるようになった。

〔実施例〕

次に実施例を示す。

第１図に示すように、例えば金属と耐熱セラミックス、
あるいは、金属とプラスチックスなどの二種の原料粉夫
々を秤量し、二種の原料粉を設定割合で乾式の摩際混合
装置に供給し、摩砕混合装置による処理で二種の原料粉
を十分に撹拌混合すると共に、摩砕に伴う発熱で二種の
原料粉どうしを熱溶融させ、かつ、熱溶着した原料を摩
砕作用で数μｍ〜数十μｍの微細な球状に造粒し、傾斜
機能材料の原料を製造する。

上述のようにして、下記表に示す９種の原料を調製す
る。

造粒物の状態は組成によって変化し、例えば粒径の大き
い金属粉と粒径の小さいセラミック粉を原料とする場
合、金属粉が多くてセラミック粉が少ないと、第２図
（ィ）に示すように金属粉体（Ｍ）の表面のセラミック
粉体（Ｃ）が熱溶着した状態、あるいは、第２図（ロ）
に示すように金属粉体（Ｍ）の表面にセラミック溶融物
の膜（Ｃ）が形成される状態になり、逆に、金属粉が少
なくてセラミック粉が多いと、第２図（ハ）に示すよう
に、セラミック粉（Ｃ）が溶融した金属（Ｍ）に内蔵さ
れる状態になる。

金属としては、例えばAl合金、Ti合金、Ni合金、スーパ
アロイ、Mo合金、その他の軽量高強度合金、又は、耐熱
金属粉などを使用する。

耐熱セラミックスとしては、例えばZrO₂、ZrO₂＋Y₂O₃、
その他の酸化物、又は、窒化物系セラミックスなどを使
用する。

プラスチックスとしては、例えばアクリル樹脂など、そ
の他適当なものを使用する。

次に、第２原料粉を層状にして型に入れ、さらに、上記
原料No.1〜９をその順に層状にして型に入れ、最後に、
第１原料を層状にして型に入れ、第３図に示すように多
数の原料層を傾斜組成になるように重ねた状態で原料粉
を型に充填する。

次に、型内で原料粉を原料層が並んだ方向において加圧
して成型し、成型品を焼結して、傾斜機能材料を製造す
る。

前述の摩砕混合装置について、第４図及び第５図により
次に詳述する。

基台（１）に取付けられた縦向き回転軸（２）の上端
に、処理室（３）を形成する有底筒状ケーシング（４）
を同芯状に取付け、電動モータ（5a）及び変速機（5b）
等から成る駆動装置（５）を回転軸（２）の下端に連動
させ、ケーシング（４）をその内部の原料が遠心力によ
りケーシング内周面（4a）に押付けられるように高速駆
動回転すべく構成し、かつ、原料の性状に応じて適切な
遠心力が得られるようにケーシング（４）の回転速度を
調節可能に構成してある。

ケーシング（４）はカバー（７）で包囲され、ケーシン
グ（４）の下部のファン（12）を連設し、カバー（７）
に形成した吸気口（13）から外気を吸引して、カバー
（７）に接続した排気パイプ（10）から吸引外気を放出
するように構成してある。

回転軸（２）と同芯の回転軸（8a）の上端部に固定した
状態で、中心上部に円錐状部分（8c）を形成した支持体
（8b）をケーシング（４）内に設けてある。

ケーシング内周面（4a）との協働で原料を圧縮し剪断す
る摩砕片（9a）、及び、原料を攪拌混合し分散する掻取
り片（9b）を、ケーシング（４）回転方向に適当な間隔
で並べた状態で支持体（8a）の先端に取付けて処理室
（３）内に配置してある。摩砕片（9a）に、ケーシング
（４）との隙間がケーシング（４）の回転方向側ほど狭
くなるように形成した傾斜面を持たせ、そして、掻取り
片（9b）を、ケーシング（４）との隙間がケーシング
（４）の回転方向側ほど広くなり、かつ、その作用面が
次第に幅広となるようなくさび状又は櫛菌状に形成して
ある。

回転軸（8a）を駆動装置（５）に連動させ、ケーシング
（４）に対して一定の速度差で摩砕片（9a）及び掻取り
片（9b）を相対回転させて、掻取り片（9b）による撹拌
混合が行われるように構成し、摩砕片（9a）による摩砕
に伴う発熱で二種の原料粉どうしを熱溶着させ、かつ、
熱溶着した原料を摩砕片（9a）の摩砕作用で数μｍ〜数
十μｍの微細な球状に造粒するように構成してある。

回転軸（8a）内に、支持体（8b）、摩砕片（9a）、掻取
り片（9b）に加熱あるいは冷却用媒体を流入させる通路
（27）を形成し、ロータリージョイント（24）により通
路（27）を媒体貯蔵用タンク（26）に接続してある。

カバー（７）の中心部に、支持体（8b）の円錐状部分
（8c）に向けてフィーダ（19）からの原料を流下供給さ
せるための経路（６）をパイプ（14）の付設によって形
成し、必要により加熱あるいは冷却させた適量の空気や
不活性ガス等の搬送用がスを供給する送風機（18）を経
路（６）に接続し、又、カバー（７）の周囲にジャケッ
ト（25）を具備させ、タンク（26）からの加熱又は冷却
用の媒体を通すように構成してある。

カバー（７）の上部（7a）をパイブ（10），（14）と共
に取外し自在に取付け、製造した傾斜機能材料の原料の
回収を可能に構成してある。

要するに、ケーシング（４）を高速駆動回転させて、フ
ィーダ（19）からの粉粒状原料をケーシング内周面（4
a）に遠心力で押付け、その押付けで形成した原料層
に、ケーシング（４）に対して相対回転する摩砕片（9
a）と掻取り片（9b）を作用させ、均一に混合され、か
つ、数μｍ〜数十μｍに造粒された傾斜機能材料の原料
を製造するのである。

〔実験例〕

次に実験例を示す。

平均粒径５μｍのステンレス鋼（SUS 316L）115gと、平
均粒径0.025μｍの部分安定化ジルコニアPSZ（3Y−Zr
O₂）46gを、前述の摩砕混合装置で混合造粒処理し、造
粒物を金型に充填して2t/cm²で加圧成型し、成型品を13
00℃で１時間真空焼結した。

焼結品は組成が均質で強度が十分に大きく、良好な傾斜
機能材料が得られることが判った。

〔別実施例〕

次に、別実施例を説明する。

原料は種類、混合割合、粒度、その他において適当に選
択できる。原料によっては粉砕処理を混合造粒に際して
実施してもよい。

摩砕混合装置の具体構成は適当に変更でき、例えば、ケ
ーシング（４）の回転軸芯を傾斜させたり横向きにした
り、摩砕片（9a）や掻取り片（9b）をケーシング（４）
側へ接触しない範囲で流体圧やスプリングで付勢した
り、摩砕片（9a）と掻取り片（9b）の回転を停止させた
り、摩砕片（9a）、掻取り片（9b）の形状、材質、設置
数などを適当に変更する等が可能である。

摩砕混合装置の運転条件は原料に見合って適当に選定で
きるが、例えばステンレス鋼の粒子とセラミック粉末の
混合物を対象にする場合、次の条件が望ましい。

内径150mmのケーシング（４）を回転数1500rpmで駆動回
転し、ケーシング（４）の内部温度を110〜150℃に維持
し、ケーシング（４）の内部にアルゴンガス等の不活性
ガスを封入する。

運転時間はセラミックスの配合割合が増すほど長くし、
セラミックスの配合割合が３重量％で約10分間に、か
つ、50重量％で約１時間にする。

セラミックスの配合割合が多くなると、セラミックスを
数回に分けてケーシング（４）内に供給し、すでに熱溶
着した粒子の状にセラミックスをさらに重ねて熱溶着さ
せることが望ましい。

尚、特許請求の範囲の項の図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
および方法に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はフローシート、
第２図（イ）ないし（ハ）は原料の概念図、第３図は傾
斜機能材料の説明図、第４図は摩砕混合装置の概念図、
第５図は第４図のＶ−Ｖ線矢視図である。 （４）……ケーシング、（9a）……摩砕片、 （9b）……掻取り片。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二種の原料粉を設定割合で混合して造粒す
   る傾斜機能材料の原料製造法であって、 ケーシング（４）を高速駆動回転させて、設定割合の二
   種の原料をそのケーシング（４）の内周面に遠心力で押
   付け、その押付けで形成した原料層に、前記ケーシング
   （４）に対して相対回転する摩砕片（9a）と掻取り片
   （9b）を作用させ、前記掻取り片（9b）の作用で原料粉
   を撹拌混合すると共に、前記摩砕片（9a）の作用に伴う
   発熱で二種の原料粉どうしを熱溶着させ、かつ、熱溶着
   した原料を前記摩砕片（9a）の摩砕作用で微細な球状に
   造粒する傾斜機能材料の原料製造法。