JPH09109311A - 複合材料、複合材料作製用部材、および複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属材料と樹脂材料というような異種材料を
複合した複合材料では、複合材料自体の強度低下等を招
くことなく、異種材料間の結合強度や密着性を高めるこ
とが課題とされている。 【解決手段】 第１の部材１と、第１の部材１上に設け
られた多孔質中間層２と、第１の部材１とは異種材料か
らなり、かつ多孔質中間層２内に一部が含浸された第２
の部材５とを具備する複合材料６であって、多孔質中間
層２は粒状物３および繊維状物から選ばれる少なくとも
1種の中間層構成物質の多孔性接合体からなると共に、
中間層構成物質間および中間層構成物質と第１の部材１
との間が中間層構成物質より低融点の物質もしくは低融
点の物質を生成し得る物質４を介して接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異種部材間の複合
材料、そのような複合材料を作製するための中間材とな
る複合材料作製用部材、および複合材料の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、工業技術の発展に伴って、単独材
料では実現が不可能な複数の機能を兼備した材料、例え
ば特性の異なる 2種類の材料を積層、接合した複合材料
に対する要求が高まっている。このような複合材料のう
ち、異なる 2種類の金属材料を複合する場合には、熱間
圧延法（例えばクラッド法）、溶湯凝固法（例えば鋳造
法）等を適用して複合材料を作製することができ、これ
らの作製方法により比較的良好な接合強度を得ることが
できる。

【０００３】ところで、複合材料に対する要求特性はよ
り複雑化しており、例えば金属材料と樹脂材料というよ
うに異種材料を複合化するようなことも求められてい
る。しかし、金属材料と樹脂材料とを積層した複合材料
等においては、従来の溶湯凝固法等では十分な接合強度
を得ることが難しいという問題がある。すなわち、異な
る金属部材を溶湯凝固法で接合する場合には、金属材料
同士であるために拡散反応等が起こり、機械的な結合と
共に物理的もしくは化学的な結合が生じるのに対して、
金属材料と樹脂材料とでは単純な機械的結合となるた
め、良好な接合強度を得ることは非常に困難である。

【０００４】一方、金属材料と樹脂材料とを複合する場
合に、接着剤等を用いて接合することも考えられるが、
金属材料および樹脂材料の双方に対して良好な接着性を
示す接着剤の選定が困難であることに加えて、樹脂系接
着剤の場合には金属／樹脂接合界面が必ず存在すること
になるため、金属材料および樹脂材料間の接合強度を基
本的に改善することはできない。

【０００５】また、 2種類の金属材料を接合する際に界
面強度の向上を図る方法として、例えばホーニングや化
学エッチング等により表面積を拡大し、これにより接合
面積を増大させる方法が知られている。しかし、この方
法を金属材料と樹脂材料との複合材料等に適用しても、
ホーニングや化学エッチング等では接合面積の拡大に限
界があり、また界面のせん断剥離に対する抵抗が小さい
ため、異種材料間の複合材料の接合強度を十分に高める
ことはできない。

【０００６】さらに、 2種類の金属材料からなる複合材
料においては、接合界面に金属粉末の多孔質焼結層等か
らなる多孔質中間層を設け、この多孔質中間層内に一方
の金属材料を含浸しつつ他方の金属材料上に積層するこ
とが提案されている（特開平7-232261号公報参照）。し
かし、このような構成を金属材料と樹脂材料との複合材
料等に適用したとしても、金属粉末の多孔質焼結層自体
の強度が低いことに加えて、樹脂材料自体は強度メンバ
ーになりにくいことから、中間層の強度不足が起こり、
これに起因して複合材料自体の強度が低下するという問
題が生じてしまう。さらに、金属粉末の多孔質焼結層で
は樹脂材料の十分な含浸量が得にくいことから、金属材
料と樹脂材料との複合材料等においては十分な結合力を
得ることが困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の複合材料およびその製造方法では、金属材料と樹脂材
料というような異種材料を積層、接合しようとした場合
に、十分な結合強度を得ることが難しいという問題が生
じてしまう。また、異種材料間に金属粉末の多孔質焼結
層等の中間層を介在させても、一方が樹脂材料等の低強
度材料である場合には、それ自体が強度メンバーになり
にくいことに加えて、多孔質焼結層自体の強度が低いこ
とから、複合材料自体の強度が低下するという問題が生
じてしまう。さらに、金属粉末の多孔質焼結層では十分
な含浸量が得にくいことから、十分な結合力を得ること
は困難であった。

【０００８】このようなことから、例えば金属材料と樹
脂材料というような異種材料を複合した複合材料におい
ては、複合材料自体の強度低下等を招くことなく、異種
材料間の結合強度を高めることによって、複合材料の信
頼性を高めることが課題とされている。

【０００９】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、複合材料自体の強度を低下させるこ
となく、異種材料間の結合強度の向上を図ることを可能
にした複合材料とその製造方法、およびそのような複合
材料を作製するための中間材となる複合材料作製用部材
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明における第１の複
合材料は、請求項１に記載したように、第１の部材と、
前記第１の部材上に接合形成された多孔質中間層と、前
記第１の部材とは異種材料からなり、前記多孔質中間層
内に一部が含浸された第２の部材とを具備する複合材料
であって、前記多孔質中間層は、粒状物および繊維状物
から選ばれる少なくとも 1種の中間層構成物質の多孔性
接合体からなると共に、前記中間層構成物質間および前
記中間層構成物質と第１の部材との間が前記中間層構成
物質より低融点の物質もしくは低融点の物質を生成し得
る物質を介して接合されていることを特徴としている。

【００１１】第２の複合材料は、請求項４に記載したよ
うに、第１の部材と、前記第１の部材上に接合形成され
た多孔質中間層と、前記第１の部材とは異種材料からな
り、前記多孔質中間層内に一部が含浸された第２の部材
とを具備する複合材料であって、前記多孔質中間層は、
球体および円柱体から選ばれる少なくとも 1種の粒状物
と繊維状物との混合物の多孔性接合体からなることを特
徴としている。

【００１２】また、本発明における第１の複合材料作製
用部材は、請求項８に記載したように、複合材料の一方
の部材となる複合材料構成部材と、前記複合材料構成部
材上に接合形成された多孔質中間層とを具備する複合材
料作製用部材であって、前記多孔質中間層は、粒状物お
よび繊維状物から選ばれる少なくとも 1種の中間層構成
物質の多孔性接合体からなると共に、前記中間層構成物
質間および前記中間層構成物質と第１の部材との間が前
記中間層構成物質より低融点の物質もしくは低融点の物
質を生成し得る物質を介して接合されていることを特徴
としている。

【００１３】第２の複合材料作製用部材は、請求項９に
記載したように、複合材料の一方の部材となる複合材料
構成部材と、前記複合材料構成部材上に接合形成された
多孔質中間層とを具備する複合材料作製用部材であっ
て、前記多孔質中間層は、球体および円柱体から選ばれ
る少なくとも 1種の粒状物と繊維状物との混合物の多孔
性接合体からなることを特徴としている。

【００１４】さらに、本発明の複合材料の製造方法は、
請求項１０に記載したように、第１の部材と、前記第１
の部材とは異種材料からなる第２の部材とを積層して複
合材料を製造するにあたり、粒状物および繊維状物から
選ばれる少なくとも 1種の中間層構成物質と、前記中間
層構成物質より低融点の物質もしくは低融点の物質を生
成し得る物質と、有機バインダとの混合物を、前記第１
の部材上に塗布する工程と、前記混合物の塗布層を焼成
して、前記中間層構成物質間およびこれらと前記第１の
部材との間を、前記低融点物質もしくは低融点物質を生
成し得る物質を介して接合し、多孔質中間層を形成する
工程と、前記第２の部材の一部を前記多孔質中間層内に
含浸しつつ、前記第２の部材を前記第１の部材上に積層
する工程とを有することを特徴としている。

【００１５】本発明の第１の複合材料においては、中間
層構成物質としては粒状物および繊維状物から選ばれる
少なくとも 1種を用いると共に、これらより低融点の物
質もしくは低融点の物質を生成し得る物質を介して接合
して多孔質中間層を形成しているため、多孔質中間層自
体の強度を低下させることなく、空間率を大きく設定す
ることが可能となる。さらに、多孔質中間層の空間構造
を三次元的に入り組んだものとすることができる。従っ
て、高強度の多孔質中間層内に第２の部材を多量含浸で
きると共に、含浸形状の複雑化を図ることが可能となる
ため、第２の部材として樹脂材料やガラス材料等の低強
度材料を用いた場合においても、第２の部材の結合強度
および複合材料自体の強度を高めることができ、異種材
料間の複合材料の信頼性を大幅に高めることが可能とな
る。

【００１６】また、本発明の第２の複合材料において
は、球体や円柱体等の粒状物と繊維状物との混合物の多
孔性接合体で多孔質中間層を構成しているため、多孔質
中間層の強度を向上させた上で、多孔質中間層の空間率
をより大きく設定することが可能となる。従って、多孔
質中間層の強度向上と多孔質中間層内への第２の部材の
含浸量の増大により、第２の部材と多孔質中間層ひいて
は第１の部材との結合強度や密着性と複合材料自体の強
度をより一層向上させることが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施形態による複合材
料の構成を模式的に示す断面図である。同図において、
１は複合材料の一方の構成部材となる第１の部材であ
り、この第１の部材１の表面には多孔質中間層２が接合
形成されている。ここで、第１の部材１を構成する材料
は特に限定されるものでないが、例えば各種の金属材料
を用いることができる。

【００１９】このような第１の部材１の表面に設けられ
た多孔質中間層２は、球体３等の多数の粒状物の多孔性
接合体により構成されている。多孔質中間層２を構成す
る物質（以下、中間層構成物質と記す）は、上記した球
体３に限らず円柱体等の粒状物、あるいは球体と円柱体
との混合物からなる粒状物等を用いてもよく、さらに繊
維状物であってもよい。なお、ここで言う球体や円柱体
は、厳密な意味での球体や円柱体に限られるものではな
く、ある程度の変形は当然許容されるものである。例え
ば球体に関しては、回転楕円体等も含まれるものであ
る。

【００２０】多孔質中間層２を構成する球体３等の粒状
物や繊維状物には、第１の部材１と親和性、すなわち良
好な接合性や反応性等を有し、さらには熱膨張率が近似
する等の特性を有する材料、例えば第１の部材１が金属
材料の場合には同様な金属材料を用いることが好まし
い。具体的には、例えば第１の部材１が鋼材であれば同
材や鉄基合金等が挙げられる。ただし、この第１の実施
形態においては、後述するように球体３間等を低融点物
質等を介して接合しているため、中間層構成物質は上記
した材料に限られるものではない。

【００２１】球体３等の粒状物の大きさは、多孔質中間
層２自体が十分な強度を維持し得るように設定される。
具体的には、球体３であれば平均直径が 0.001〜10mmの
範囲であることが好ましく、また円柱体であれば平均直
径が 0.001〜10mmの範囲であると共に、平均アスペクト
比（長さ／直径の平均値）が 100以下であることが好ま
しい。球体３や円柱体の平均直径が 0.001mm未満である
と、多孔質中間層２の空間率を十分に高めることができ
ないと共に、多孔質中間層２自体の強度が低下するおそ
れがある。一方、球体３や円柱体の平均直径が10mmを超
えると、逆に多孔質中間層２自体の強度が低下するおそ
れがある。また、円柱体の平均アスペクト比についても
同様である。

【００２２】さらに、中間層構成物質として繊維状物を
用いる場合には、平均直径が 0.001〜10mmの範囲である
と共に、平均アスペクト比が 2〜 100の範囲の短繊維が
好ましい。なお、中間層構成物質としては後述するよう
に粒状物と繊維状物との混合物を使用することも可能で
あるが、単体として用いる場合には多孔質中間層２の強
度向上や空間率制御が容易であることから粒状物を用い
ることが好ましい。

【００２３】上述したような球体３等の粒状物の多孔性
接合体や繊維状物の多孔性接合体は、それ自体の強度が
大きいことから、例えば後述するように第２の部材５と
して樹脂材料等の低強度材料を用いた場合においても、
中間層（多孔質中間層２に第２の部材５を含浸した層）
が複合材料の強度低下要因となることが防止できる。ま
た、球体３や円柱体等の粒状物や繊維状物によれば、そ
れらの大きさ（あるいは長さ）を選択することによっ
て、多孔質中間層２の空間率を容易に制御することがで
きる。

【００２４】このように、多孔質中間層２を球体３等の
粒状物や繊維状物の多孔性接合体で構成することによっ
て、多孔質中間層２自体の強度を低下させることなく、
空間率を大きく設定することができる共に、空間構造を
三次元的に入り組んだものとすることができる。これに
よって、後述する第２の部材５の多孔質中間層２内への
含浸量の増大および含浸形状の複雑化を図ることが可能
となるため、第２の部材５の密着性および結合強度を高
めることができる。多孔質中間層２の具体的な空間率は
10〜 90%程度とすることが好ましい。

【００２５】また、多孔質中間層２の厚さは特に限定さ
れるものではなく、また球体３等の粒状物の大きさによ
っても異なるが、0.01〜 100mm程度とすることが好まし
い。さらに、多孔質中間層２はその空間率を傾斜させる
等、種々に変形することができる。そして、球体３等の
粒状物の大きさや空間率の設定等によって、多孔質中間
層２と第２の部材５との結合強度を第２の部材５自体の
引張強度もしくはせん断強度と同程度まで高めることが
好ましい。

【００２６】上述した球体３等の粒状物間およびこれら
と第１の部材１との間は、図２に示すように、球体３よ
り低融点の物質もしくは低融点の物質を生成し得る物質
（以下、まとめて低融点物質と記す）４を介して接合さ
れている。これは、上述したような大きさを有する球体
３等の粒状物を用いた場合、それらの間の接触面積が小
さくなるため、固相拡散接合では十分な強度を有する多
孔質中間層２を得ることが難しいためである。これに対
して、低融点物質４を介して接合することによって、接
合強度の増大を図ることができる。なお、中間層構成物
質として繊維状物を用いる場合においても同様である。

【００２７】低融点物質４としては、球体３等の粒状物
が金属材料からなる場合には、それより低融点の金属材
料や、球体３等と反応して低融点の物質（合金等）を生
成し得る金属材料等が用いられる。このような低融点物
質４としては、いわゆるろう材として機能するような材
料であってもよいが、特に球体３等の粒状物間の液相焼
結を促進し得るような物質が好ましく、さらには球体３
等の粒状物と合金を生成する等して、多孔性接合体を高
強度化し得る金属材料を用いることが好ましい。すなわ
ち、球体３等の粒状物間およびこれらと第１の部材１と
の間は、液相焼結接合されていることが好ましい。な
お、中間層構成物質として繊維状物を用いる場合におい
ても同様である。

【００２８】具体的には、球体３等の粒状物が鉄系材料
からなる場合には銅や銅合金、アルミニウムやアルミニ
ウム合金等が例示される。銅や銅合金等は鉄系材料から
なる球体３等より低温で液相を形成し、球体３等の粒状
物間およびこれらと第１の部材１との間の液相焼結に寄
与すると共に、銅や銅合金等（４）と球体３等との界面
にＦｅ−Ｃｕ系合金等を生成することから、球体３間等
の接合強度、さらには多孔質中間層２自体の強度を向上
させることができる。

【００２９】上述したような多孔質中間層２は、例えば
以下のようにして作製することができる。すなわち、ま
ず球体３等の粒状物や繊維状物等の中間層構成物質と上
述した低融点物質４と有機バインダとの混合物を、第１
の部材１上に塗布する。この際、有機バインダを混合す
ることによって、球体３等の塗布層を各種形状の第１の
部材１上に容易に形成することが可能となる。次いで、
この混合物の塗布層を低融点物質４に応じた温度で焼成
して、中間層構成物質間およびこれらと第１の部材１と
の間を低融点物質４を介して接合する。

【００３０】このようにして、中間層構成物質の多孔性
接合体を形成すると共に、この多孔性接合体と第１の部
材１とを接合することによって、第１の部材１上に設け
られた多孔質中間層２が得られる。この際、中間層構成
物質間およびこれらと第１の部材１との間は液相焼結接
合することが好ましい。また、多孔質中間層２を組成傾
斜させる場合には、各組成層に応じて複数の塗布層を形
成すればよい。なお、この工程までの状態が本発明の複
合材料作製用部材となる。

【００３１】上述した多孔質中間層２内には、第１の部
材１とは異種材料からなる第２の部材５が一部含浸され
ている。すなわち、第２の部材５は多孔質中間層２内に
一部が含浸された状態で第１の部材１上に積層されてお
り、第１の部材１上に接合形成された多孔質中間層２を
介して、第１の部材１と第２の部材５とが積層、結合さ
れている。これらによって、複合材料６が構成されてい
る。

【００３２】第２の部材５としては、第１の部材１とは
異種材料からなるものであればよいが、それ自体の強度
が低い樹脂材料、ゴム材料、ガラス材料等を用いる場合
に本発明は好適である。なお、それらの具体的な材質は
複合材料に求められる特性に応じて選択するものとす
る。

【００３３】多孔質中間層２内に第２の部材５を一部含
浸させつつ、第１の部材１上に積層する方法としては、
第２の部材５を構成する材料の粉末等を多孔質中間層２
内に加圧充填した後に加熱して溶融含浸や軟化含浸させ
る方法や、第２の部材５を構成する材料の融液や溶液を
含浸させる方法等を適用することができる。なおこの
後、第２の部材５の材質によっては熱硬化処理等を施
す。

【００３４】上述した実施形態の複合材料６において
は、前述したように空間率が大きく、かつ空間構造が三
次元的に入り組んだ多孔質中間層２内に、第２の部材５
の一部が含浸されているため、第２の部材５と多孔質中
間層２との接触面積を大きく設定することができると共
に、良好なくさび効果を得ることができる。すなわち、
多孔質中間層２とその内部に含浸された第２の部材５と
が引張方向に対して複雑に係合した状態が得られるた
め、大きなくさび効果を発揮して結合強度の増大を図る
ことができると共に、接触面積が大幅に拡大して密着性
の向上を図ることができる。

【００３５】そして、前述したように多孔質中間層２自
体の強度向上を図っているため、第２の部材５として低
強度の樹脂材料やガラス材料等を用いた場合において
も、中間層（多孔質中間層２に第２の部材５を含浸した
層）が複合材料６の強度低下要因となることが防止でき
る。これらによって、複合材料６の強度低下を招くこと
なく、第２の部材５と多孔質中間層２、その結果として
第２の部材５と第１の部材１との密着性および結合強度
を大幅に高めることが可能となる。すなわち、密着性お
よび結合強度に優れると共に、それ自体の機械的強度に
優れる複合材料６が得られる。

【００３６】次に、本発明の他の実施形態について、図
３を参照して説明する。

【００３７】図３に示す複合材料７は、多孔質中間層２
を球体３等の粒状物と繊維状物８との混合物の多孔性接
合体により構成したものである。すなわち、図３に示す
複合材料７においては、球体３等の粒状物と繊維状物８
とが多孔質中間層２を構成する物質（中間層構成物質）
となるものである。なお、ここで言う粒状物や繊維状物
としては、前述した実施形態と同様なものが用いられ
る。また、第１の部材１や第２の部材５についても前述
した実施形態と同様である。

【００３８】このように、球体３等の粒状物と繊維状物
８との混合物で多孔質中間層２を形成することによっ
て、多孔質中間層２の強度を低下させることなく、より
容易に多孔質中間層２の空間率を高めることができる。
従って、多孔質中間層２内への第２の部材５の含浸量が
増大するため、多孔質中間層２ひいては第１の部材１と
第２の部材５との結合強度や密着性をより一層向上させ
ることが可能となる。

【００３９】さらに、球体３等の粒状物を単体で用いた
場合に比べ、中間層構成物質間の接触面積の増大を図る
ことができると共に、繊維状物８が多孔質中間層２の強
度向上に寄与するため、多孔質中間層２の強度をより一
層高めることが可能となる。ここで、球体３等の粒状物
と繊維状物８との混合物で多孔質中間層２を形成する場
合、上記したように接触面積が増大することから、一般
的な焼結接合のような固相拡散により球体３等の粒状物
と繊維状物８との混合物の多孔性接合体を形成してもよ
いが、多孔質中間層２の信頼性や接合強度を高める上
で、前述した実施形態と同様に、球体３等の粒状物や繊
維状物８より低融点の物質もしくは低融点の物質を生成
し得る物質を介して接合することが好ましく、さらには
液相焼結接合することが望ましい。具体的な条件等は前
述した通りである。

【００４０】球体３等の粒状物と繊維状物８との混合比
は特に限定されるものではないが、粒状物に対して繊維
状物を10〜90重量% の範囲で混合することが好ましい。
粒状物に対する繊維状物の混合比が少なすぎると、上述
したような多孔質中間層２の空間率や強度の向上効果を
十分に得ることができないおそれがあり、一方あまり多
くしすぎると、逆に多孔質中間層２の強度が低下するお
それがある。

【００４１】上述した球体３等の粒状物と繊維状物８と
の混合物の多孔性接合体により構成した多孔質中間層２
は、その出発原料として球体３等の粒状物と繊維状物８
と有機バインダとの混合物を用いる以外は前述した実施
形態と同様にして作製することができる。なお、この工
程までの状態が本発明の複合材料作製用部材となる。こ
の後、前述した実施形態と同様に、第２の部材５を多孔
質中間層２内に一部含浸しつつ、第１の部材１上に積層
することによって、複合材料７が得られる。

【００４２】なお、上記実施形態においては、金属材料
等からなる第１の部材１上に樹脂材料、ゴム材料、ガラ
ス材料等からなる第２の部材５を積層した複合材料につ
いて説明したが、本発明の複合材料を構成する各部材は
これらに限定されるものではなく、例えば第１の部材と
してセラミックス材料やガラス材料等を用いると共に、
第２の部材として金属材料、樹脂材料、ゴム材料等を用
いることも可能である。第１の部材としてセラミックス
材料やガラス材料等を用いる場合には、同様な材料から
なる中間層構成物質を使用すればよい。

【００４３】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００４４】実施例１ まず、第１の部材として直径 100mm、高さ10mmのS45C炭
素鋼板を用意し、このS45C炭素鋼板上に、中間層構成物
質として平均直径 0.5mmの炭素鋼球と低融点物質として
平均直径 0.3mmの純銅球を適量の有機バインタと共に混
合したものを塗布した。なお、炭素鋼球と純銅球との混
合比は、重量比で炭素鋼球：純銅球＝10:1とした。ま
た、塗布厚は 3mmとした。

【００４５】次に、上記塗布層を形成したS45C炭素鋼板
を、1.33×10^-2Paの真空中にて1373K で 2時間焼成し
て、S45C炭素鋼板上に多孔質中間層を形成した。この多
孔質中間層は、炭素鋼球間および炭素鋼球とS45C炭素鋼
板との間がＣｕおよびＣｕ−Ｆｅ合金等を介して良好に
接合されており、また空間率は約 20%であった。

【００４６】この後、上記した多孔質中間層を形成した
炭素鋼板を金型の底部に配置し、この金型内に第２の部
材の形成材料としてテトラフルオロエチレン系材料粉末
を充填し、 40MPaの圧力で加圧含浸した後、673K× 2時
間の条件でテトラフルオロエチレン系材料の融着処理を
行った。このようにして、炭素鋼板上に接合、形成した
炭素鋼球の多孔性接合体からなる多孔質中間層内にテト
ラフルオロエチレン系材料を一部含浸しつつ積層、結合
した複合材料を得た。

【００４７】この複合材料の特性評価としてせん断強度
を以下のようにして測定した。すなわち、上記実施例１
による条件にしたがって、それぞれ表面に多孔質中間層
を形成した 2個の第１の部材の間に、上記第２の部材と
してのテトラフルオロエチレン系材料を介在（含浸、積
層）させた試料を用いて、接合面と平行な方向に引張せ
ん断試験を行った。その結果、1.5MPaと良好なせん断強
度が得られた。

【００４８】実施例２ 第１の部材として直径 100mm、高さ10mmのS45C炭素鋼板
を用意し、このS45C炭素鋼板上に、中間層構成物質とし
て平均直径 0.5mmの炭素鋼球および平均直径0.5mm、平
均長さ10mmのステンレスワイヤと低融点物質として平均
直径 0.3mmの純銅球を適量の有機バインタと共に混合し
たものを塗布した。なお、炭素鋼球とステンレスワイヤ
との混合比は重量比で炭素鋼球：ステンレスワイヤ＝1
0:2とし、またこれらと純銅球との混合比は重量比で10:
1とした。また、塗布厚は 3mmとした。

【００４９】次に、上記塗布層を形成したS45C炭素鋼板
を、1.33×10^-2Paの真空中にて1373K で 2時間焼成し
て、S45C炭素鋼板上に多孔質中間層を形成した。この多
孔質中間層は、炭素鋼球間、炭素鋼球とステンレスワイ
ヤとの間、およびこれらとS45C炭素鋼板との間等がＣｕ
およびＣｕ−Ｆｅ合金等を介して良好に接合されてお
り、また空間率は約 35%であった。

【００５０】この後、上記した多孔質中間層を形成した
炭素鋼板を金型の底部に配置し、この金型内に第２の部
材の形成材料としてテトラフルオロエチレン系材料粉末
を充填し、 40MPaの圧力で加圧含浸した後、673K× 2時
間の条件でテトラフルオロエチレン系材料の融着処理を
行った。このようにして、炭素鋼板上に接合、形成した
炭素鋼球およびステンレスワイヤの多孔性接合体からな
る多孔質中間層内にテトラフルオロエチレン系材料を一
部含浸しつつ積層、結合した複合材料を得た。この複合
材料のせん断強度を実施例１と同様にして測定、評価し
たところ、1.6MPaと良好なせん断強度が得られた。

【００５１】比較例１ 上記実施例１において、純銅球を用いずに中間層構成物
質としての平均直径0.5mmの炭素鋼球を固相焼結（焼成
条件は実施例１と同一）により接合して多孔質中間層を
形成したところ、上記固相焼結では十分な接合強度が得
られず、大部分の炭素鋼球が脱落してしまった。このた
め、テトラフルオロエチレン系材料を含浸することはで
きなかった。

【００５２】実施例３ 第１の部材として直径 100mm、高さ10mmのSS41鋼板を用
意し、このSS41鋼板上に、中間層構成物質として平均直
径 0.5mm、平均長さ10mmのステンレスワイヤと低融点物
質として平均直径 0.1mmの純Ａｌ球を適量の有機バイン
タと共に混合したものを塗布した。なお、ステンレスワ
イヤと純Ａｌ球との混合比は、重量比でステンレスワイ
ヤ：純Ａｌ球＝2:1 とした。また塗布厚は 3mmとした。

【００５３】次に、上記塗布層を形成したSS41鋼板を、
水素ガス雰囲気中にて975Kで 2時間焼成して、SS41鋼板
上に多孔質中間層を形成した。この多孔質中間層は、ス
テンレスワイヤ間およびステンレスワイヤとSS41鋼板と
の間等がＡｌおよびＡｌ−Ｆｅ合金等を介して良好に接
合されており、また空間率は約 40%であった。

【００５４】この後、上記した多孔質中間層を形成した
SS41鋼板を金型の底部に配置し、この金型内に第２の部
材の形成材料として15重量% のガラス繊維を含有するテ
トラフルオロエチレン系材料粉末を充填し、 40MPaの圧
力で加圧含浸した後、673K×2時間の条件でテトラフル
オロエチレン系材料の融着処理を行った。このようにし
て、SS41鋼板上に接合、形成したステンレスワイヤの多
孔性接合体からなる多孔質中間層内にガラス繊維を含有
するテトラフルオロエチレン系材料を一部含浸しつつ積
層、結合した複合材料を得た。

【００５５】この複合材料のせん断強度を実施例１と同
様にして測定、評価したところ、2.1MPaと良好なせん断
強度が得られた。

【００５６】実施例４ 第１の部材として幅10mm、長さ 100mm、厚さ 1mmのパー
マロイ板（78.5wt%Ni-0.3wt%Mn-balFe）を用意し、この
パーマロイ板上に、中間層構成物質として平均直径 0.1
mm、平均長さ 3mmのSUS416ステンレスワイヤと低融点物
質として平均粒径10μm のＣｕ粉末を適量の有機バイン
タと共に混合したものを塗布した。なお、ステンレスワ
イヤとＣｕ粉末との混合比は、重量比でステンレスワイ
ヤ：Ｃｕ粉末＝10:1とした。また塗布厚は 0.5mmとし
た。

【００５７】次に、上記塗布層を形成したパーマロイ板
を、水素ガス雰囲気中にて 1373Kで2時間焼成して、パ
ーマロイ板上に多孔質中間層を形成した。この多孔質中
間層は、ステンレスワイヤ間およびステンレスワイヤと
パーマロイ板との間等がＣｕおよびＣｕ−Ｆｅ合金等を
介して良好に接合されており、また空間率は約 40%であ
った。

【００５８】この後、上記した多孔質中間層を形成した
パーマロイ板の表面に、第２の部材の形成材料として平
均粒径10μm のホウロウ用ホウケイ酸塩ガラスフリット
をと付した後、 1123K× 5分間の条件でホウケイ酸塩ガ
ラスの溶融固化処理を行った。このようにして、パーマ
ロイ板上に接合、形成したステンレスワイヤの多孔性接
合体からなる多孔質中間層内にホウケイ酸塩ガラスを一
部含浸しつつ積層、結合した複合材料を得た。

【００５９】この複合材料板に90°曲げ試験（曲率半径
Ｒ＝20mm）を行ったところ、剥離は生じなかった。

【００６０】実施例５ 第１の部材として幅10mm、長さ 100mm、厚さ 1mmのSS41
鋼板を用意し、このSS41鋼板上に、まず中間層構成物質
として平均直径 0.1mmのS45C炭素鋼球と低融点物質とし
て平均粒径10μm の純銅粉末を適量の有機バインタと共
に混合したものを塗布した。なお、炭素鋼球と純銅粉末
との混合比は重量比で10:1とした。また、塗布厚は 1mm
とした。次いで、この第１の塗布層上に、中間層構成物
質として平均直径 0.1mmのS45C炭素鋼球および平均直径
0.1mm、平均長さ 3mmのステンレスワイヤと低融点物質
として平均粒径10μm の純銅粉末を適量の有機バインタ
と共に混合したものを塗布し、塗布厚 1mmの第２の塗布
層を形成した。なお、炭素鋼球とステンレスワイヤとの
混合比は重量比で 1:1とし、またこれらと純銅粉末との
混合比は重量比で10:1とした。

【００６１】次に、上記 2層構造の塗布層を形成したSS
41鋼板を、水素ガス雰囲気中にて1373Kで 2時間焼成し
て、SS41鋼板上に多孔質中間層を形成した。この多孔質
中間層は、炭素鋼球間、炭素鋼球とSS41鋼板との間、お
よび炭素鋼球とステンレスワイヤとの間等がＣｕおよび
Ｃｕ−Ｆｅ合金等を介して良好に接合されており、また
空間率は第１の塗布層に対応する部分が約 20%、第２の
塗布層に対応する部分が約 35%であった。

【００６２】この後、上記した 2層構造の多孔質中間層
を形成したSS41鋼板を金型の底部に配置し、この金型内
に第２の部材の形成材料として10重量% の炭素繊維を含
有するエポキシ樹脂粉末を充填し、473Kの温度で加熱し
つつ 20MPaの圧力で加圧含浸して、エポキシ樹脂の含浸
固化処理を行った。このようにして、SS41鋼板上に接
合、形成した 2層構造の多孔質中間層内に炭素繊維を含
有するエポキシ樹脂を一部含浸しつつ積層、結合した複
合材料を得た。

【００６３】この複合材料板に90°曲げ試験（曲率半径
Ｒ＝20mm）を行ったところ、剥離は生じなかった。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の複合材料
によれば、中間層を含む複合材料自体の強度を低下させ
ることなく、異種材料間の密着性および結合強度を十分
に高めることができる。従って、信頼性に優れた異種材
料の複合材料を提供することが可能となる。また、本発
明の複合材料作製用部材や複合材料の製造方法によれ
ば、そのような異種材料による複合材料を再現性よく作
製することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による複合材料の構成を
模式的に示す断面図である。

【図２】 図１に示す複合材料の多孔質中間層部分を拡
大して示す断面図である。

【図３】 本発明の他の実施形態による複合材料の構成
を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１……第１の部材 ２……多孔質中間層 ３……球体 ４……低融点物質 ５……第２の部材 ６、７……複合材料 ８……繊維状物

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の部材と、前記第１の部材上に接合
   形成された多孔質中間層と、前記第１の部材とは異種材
   料からなり、前記多孔質中間層内に一部が含浸された第
   ２の部材とを具備する複合材料であって、 前記多孔質中間層は、粒状物および繊維状物から選ばれ
   る少なくとも 1種の中間層構成物質の多孔性接合体から
   なると共に、前記中間層構成物質間および前記中間層構
   成物質と第１の部材との間が前記中間層構成物質より低
   融点の物質もしくは低融点の物質を生成し得る物質を介
   して接合されていることを特徴とする複合材料。
2. 【請求項２】 請求項１記載の複合材料において、 前記中間層構成物質間および前記中間層構成物質と第１
   の部材との間は液相焼結接合されていることを特徴とす
   る複合材料。
3. 【請求項３】 請求項１記載の複合材料において、 前記多孔質中間層は平均直径が 0.001〜10mmの球体およ
   び円柱体から選ばれる少なくとも 1種の前記粒状物によ
   り構成されていることを特徴とする複合材料。
4. 【請求項４】 第１の部材と、前記第１の部材上に接合
   形成された多孔質中間層と、前記第１の部材とは異種材
   料からなり、前記多孔質中間層内に一部が含浸された第
   ２の部材とを具備する複合材料であって、 前記多孔質中間層は、球体および円柱体から選ばれる少
   なくとも 1種の粒状物と繊維状物との混合物の多孔性接
   合体からなることを特徴とする複合材料。
5. 【請求項５】 請求項４記載の複合材料において、 前記多孔質中間層は、平均直径が 0.001〜10mmの球体お
   よび円柱体から選ばれる少なくとも 1種の前記粒状物
   と、平均直径が 0.001〜10mmで平均アスペクト比が 2〜
   100の前記繊維状物との混合物により構成されているこ
   とを特徴とする複合材料。
6. 【請求項６】 請求項４記載の複合材料において、 前記粒状物および繊維状物からなる中間層構成物質間お
   よびこれらと前記第１の部材との間は、前記中間層構成
   物質より低融点の物質もしくは低融点の物質を生成し得
   る物質を介して接合されていることを特徴とする複合材
   料。
7. 【請求項７】 請求項１または請求項４記載の複合材料
   において、 前記第１の部材は金属材料からなり、かつ前記第２の部
   材は樹脂材料、ゴム材料およびガラス材料から選ばれる
   1種からなることを特徴とする複合材料。
8. 【請求項８】 複合材料の一方の部材となる複合材料構
   成部材と、前記複合材料構成部材上に接合形成された多
   孔質中間層とを具備する複合材料作製用部材であって、 前記多孔質中間層は、粒状物および繊維状物から選ばれ
   る少なくとも 1種の中間層構成物質の多孔性接合体から
   なると共に、前記中間層構成物質間および前記中間層構
   成物質と第１の部材との間が前記中間層構成物質より低
   融点の物質もしくは低融点の物質を生成し得る物質を介
   して接合されていることを特徴とする複合材料作製用部
   材。
9. 【請求項９】 複合材料の一方の部材となる複合材料構
   成部材と、前記複合材料構成部材上に接合形成された多
   孔質中間層とを具備する複合材料作製用部材であって、 前記多孔質中間層は、球体および円柱体から選ばれる少
   なくとも 1種の粒状物と繊維状物との混合物の多孔性接
   合体からなることを特徴とする複合材料作製用部材。
10. 【請求項１０】 第１の部材と、前記第１の部材とは異
    種材料からなる第２の部材とを積層して複合材料を製造
    するにあたり、 粒状物および繊維状物から選ばれる少なくとも 1種の中
    間層構成物質と、前記中間層構成物質より低融点の物質
    もしくは低融点の物質を生成し得る物質と、有機バイン
    ダとの混合物を、前記第１の部材上に塗布する工程と、 前記混合物の塗布層を焼成して、前記中間層構成物質間
    およびこれらと前記第１の部材との間を、前記低融点物
    質もしくは低融点物質を生成し得る物質を介して接合
    し、多孔質中間層を形成する工程と、 前記第２の部材の一部を前記多孔質中間層内に含浸しつ
    つ、前記第２の部材を前記第１の部材上に積層する工程
    とを有することを特徴とする複合材料の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の複合材料の製造方法
    において、 前記第１の部材として金属材料を用いると共に、前記第
    ２の部材として樹脂材料、ゴム材料およびガラス材料か
    ら選ばれる 1種を用いることを特徴とする複合材料の製
    造方法。