JPH09255361A - ガラス複合材料及びガラス複合粉末並びにそれらの製造方法 - Google Patents
ガラス複合材料及びガラス複合粉末並びにそれらの製造方法Info
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- JPH09255361A JPH09255361A JP9000496A JP9000496A JPH09255361A JP H09255361 A JPH09255361 A JP H09255361A JP 9000496 A JP9000496 A JP 9000496A JP 9000496 A JP9000496 A JP 9000496A JP H09255361 A JPH09255361 A JP H09255361A
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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- C03C14/004—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of particles or flakes
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/04—Particles; Flakes
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/08—Metals
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造部材に適した高強度高靱性のガラス複合
材料及びその焼結用原料粉末並びにそれらの製造方法を
提供する。 【解決手段】 非酸化物系ガラスをマトリックスとし、
扁平状の延性金属を強化相とすることを特徴とする。
材料及びその焼結用原料粉末並びにそれらの製造方法を
提供する。 【解決手段】 非酸化物系ガラスをマトリックスとし、
扁平状の延性金属を強化相とすることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、約６００℃以下の
温度域で構造材料部材として安定的に使用されるガラス
複合材料及びその焼結用原料粉末並びにそれらの製造方
法に関する。
温度域で構造材料部材として安定的に使用されるガラス
複合材料及びその焼結用原料粉末並びにそれらの製造方
法に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】ガラスは現在工業材料とし
て広範な分野に使用されているが、強度及び靱性が低い
ことから、その構造部材ヘの利用が阻害されている。こ
のため、機械的特性、特に靱性や強度の向上を目的とし
た複合化が検討されてきている。複合させる強化材とし
ては、セラミックスの粒子やウイスカー（例えば特開昭
６３−２８２１３１号）及び長繊維（例えば特開昭５６
−１６９１５２号）を使用した技術が開示されている。
て広範な分野に使用されているが、強度及び靱性が低い
ことから、その構造部材ヘの利用が阻害されている。こ
のため、機械的特性、特に靱性や強度の向上を目的とし
た複合化が検討されてきている。複合させる強化材とし
ては、セラミックスの粒子やウイスカー（例えば特開昭
６３−２８２１３１号）及び長繊維（例えば特開昭５６
−１６９１５２号）を使用した技術が開示されている。
【０００３】上述した技術によれば、いずれにおいても
機械的特性は改善され、実際に論文で報告されている結
果を示すと、ウイスカーを使用した場合では、ボロシリ
ケートガラスマトリックスを各種のＳｉＣウイスカーで
強化（２０体積％）した複合材料で、曲げ強度１２〜１
８kg／mm2 、破壊靱性３．８〜５．５ＭPaｍ1/2 の値
（Ceram.Eng.Sci.Proc.,7(7-8)(1986)978.）が報告され
ている。長繊維を使用した場合では、ＬＡＳガラスマト
リックスをＳｉＣ繊維で一方向強化（４４体積％）した
複合材料で繊維方向では、曲げ強度約６５kg／mm2 、破
壊靱性１７ＭPaｍ1/2 の値が報告されているが、繊維と
直角方向の強度を補うため、０゜／９０゜の積層したも
のでは、曲げ強度約３５kg／mm2 、破壊靱性９ＭPaｍ
1/2 と大きく低下している（Amer.Ceram.Soc.Bull.,65
(1986)305）。
機械的特性は改善され、実際に論文で報告されている結
果を示すと、ウイスカーを使用した場合では、ボロシリ
ケートガラスマトリックスを各種のＳｉＣウイスカーで
強化（２０体積％）した複合材料で、曲げ強度１２〜１
８kg／mm2 、破壊靱性３．８〜５．５ＭPaｍ1/2 の値
（Ceram.Eng.Sci.Proc.,7(7-8)(1986)978.）が報告され
ている。長繊維を使用した場合では、ＬＡＳガラスマト
リックスをＳｉＣ繊維で一方向強化（４４体積％）した
複合材料で繊維方向では、曲げ強度約６５kg／mm2 、破
壊靱性１７ＭPaｍ1/2 の値が報告されているが、繊維と
直角方向の強度を補うため、０゜／９０゜の積層したも
のでは、曲げ強度約３５kg／mm2 、破壊靱性９ＭPaｍ
1/2 と大きく低下している（Amer.Ceram.Soc.Bull.,65
(1986)305）。
【０００４】これからウイスカー強化では、構造部材と
しての使用を考えると強度、靱性共に不十分である。ま
た、長繊維強化では、繊維方向では優れた値を示してい
るが、強度の低い直角方向の強度を改善するため、積層
パターンを変えると特性は大きく低下する。しかも、実
用部材を考えた場合、応力状態は複雑で形状も複雑であ
るから、一方向材の使用は困難であり、上記の一方向材
の値は実用の際にはあまり参考とならない。さらに、長
繊維は高価であり、複合化プロセスも複雑であるから製
品コストは非常に高いものとなり、一般工業材料として
の使用は困難である。
しての使用を考えると強度、靱性共に不十分である。ま
た、長繊維強化では、繊維方向では優れた値を示してい
るが、強度の低い直角方向の強度を改善するため、積層
パターンを変えると特性は大きく低下する。しかも、実
用部材を考えた場合、応力状態は複雑で形状も複雑であ
るから、一方向材の使用は困難であり、上記の一方向材
の値は実用の際にはあまり参考とならない。さらに、長
繊維は高価であり、複合化プロセスも複雑であるから製
品コストは非常に高いものとなり、一般工業材料として
の使用は困難である。
【０００５】
【発明の目的】本発明の目的は、前記問題点を解決し、
構造部材に適した高強度高靱性のガラス複合材料及びそ
の焼結用原料粉末並びにそれらの製造方法を提供するも
のである。
構造部材に適した高強度高靱性のガラス複合材料及びそ
の焼結用原料粉末並びにそれらの製造方法を提供するも
のである。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明によれば、非酸
化物系ガラスをマトリックスとし、扁平状の延性金属を
強化相とすることにより高強度高靱性のガラス複合材料
が提供される。このような高強度高靱性のガラス複合材
料は、扁平な延性金属粉末表面に非酸化物系ガラス粉末
が付着しているガラス複合粉末を出発原料とし、この混
合粉末を成形後、２００〜７００℃で焼結することによ
り得られる。また、本発明によれば、扁平な延性金属粉
末表面に非酸化物系ガラス粉末が付着していることを特
徴とするガラス複合粉末が提供される。このようなガラ
ス複合粉末は、延性金属粉末と非酸化物系ガラス粉末を
混合することにより、該延性金属粉末を塑性変形させて
扁平化させることにより得られる。
化物系ガラスをマトリックスとし、扁平状の延性金属を
強化相とすることにより高強度高靱性のガラス複合材料
が提供される。このような高強度高靱性のガラス複合材
料は、扁平な延性金属粉末表面に非酸化物系ガラス粉末
が付着しているガラス複合粉末を出発原料とし、この混
合粉末を成形後、２００〜７００℃で焼結することによ
り得られる。また、本発明によれば、扁平な延性金属粉
末表面に非酸化物系ガラス粉末が付着していることを特
徴とするガラス複合粉末が提供される。このようなガラ
ス複合粉末は、延性金属粉末と非酸化物系ガラス粉末を
混合することにより、該延性金属粉末を塑性変形させて
扁平化させることにより得られる。
【０００７】本発明のガラス複合材料のマトリックスを
構成する非酸化物系ガラスとしては、特に制限はなく、
ふっ化物系ガラスやカルコゲン系ガラス等から選ばれる
一種又は二種以上の非酸化物系ガラスを用いることがで
きる。具体的には、ふっ化物系ガラスとしては、HfF4-B
aF2-LaF3-AlF3系、ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3系、ZrF4-BaF2-
LaF3-AlF3-NaF系、BaF2-ZnF2-LuF3-ThF4系、ZrF4-ThF4
系、ZrF4-ThF4-YF3系、ZrF4-BaF2-YF3-AlF3系等が挙げ
られる。カルコゲン系ガラスとしては、Ge-As-Se系、Ge
-Sb-Se系、Ge-Se-Te系、As-Se-Tl系、As-S-Tl系等が挙
げられる。また、強化相の金属としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ及びそれらの合金、ステ
ンレス鋼及び超耐熱合金から選ばれる少なくとも一種の
延性金属が用いられる。
構成する非酸化物系ガラスとしては、特に制限はなく、
ふっ化物系ガラスやカルコゲン系ガラス等から選ばれる
一種又は二種以上の非酸化物系ガラスを用いることがで
きる。具体的には、ふっ化物系ガラスとしては、HfF4-B
aF2-LaF3-AlF3系、ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3系、ZrF4-BaF2-
LaF3-AlF3-NaF系、BaF2-ZnF2-LuF3-ThF4系、ZrF4-ThF4
系、ZrF4-ThF4-YF3系、ZrF4-BaF2-YF3-AlF3系等が挙げ
られる。カルコゲン系ガラスとしては、Ge-As-Se系、Ge
-Sb-Se系、Ge-Se-Te系、As-Se-Tl系、As-S-Tl系等が挙
げられる。また、強化相の金属としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ及びそれらの合金、ステ
ンレス鋼及び超耐熱合金から選ばれる少なくとも一種の
延性金属が用いられる。
【０００８】また、本発明においては、複合相として扁
平状の延性金属とともに、粒状金属粒子、セラミックス
粒子、セラミックスウイスカー、無機質短繊維等を併用
してもよい。これらを併用することにより、複合体の強
度、靱性をさらに向上させることができる。粒状金属と
しては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ及
びそれらの合金、ステンレス鋼、パーマロイ及び超耐熱
合金から選ばれる少なくとも一種の金属が用いられる。
粒状金属と扁平状の延性金属を併用する場合、これらは
同一でも異なっていてもよい。セラミックス粒子として
は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｉ及びＢの酸化
物、窒化物、炭化物、ほう化物、珪化物及び炭窒化物か
ら選ばれる少なくとも一種のセラミックス粒子が挙げら
れる。セラミックスウイスカーとしては、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓ
ｉＣ、ＴｉＣ、グラファイト、チタン酸カリウム、ほう
酸アルミニウム、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ほう酸マグネシウ
ム、ＴｉＢ2 、ムライト等のセラミックスウイスカーか
ら選ばれる少なくとも一種が挙げられる。また、無機質
短繊維としては、アルミナ、アルミナ・シリカ、シリ
カ、ジルコニア等の短繊維、アルミナ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ
Ｃ、特公昭５８−５２８６号公報に代表されるＳｉ、Ｔ
ｉ、Ｃ及びＯを主成分とする無機繊維等の長繊維をチョ
ップ状に切断したものから選ばれる少なくとも一種が挙
げられる。これらは、特に、焼結温度で使用する金属粒
子と反応して脆弱な化合物を生成しないものを選択する
ことが重要である。
平状の延性金属とともに、粒状金属粒子、セラミックス
粒子、セラミックスウイスカー、無機質短繊維等を併用
してもよい。これらを併用することにより、複合体の強
度、靱性をさらに向上させることができる。粒状金属と
しては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ及
びそれらの合金、ステンレス鋼、パーマロイ及び超耐熱
合金から選ばれる少なくとも一種の金属が用いられる。
粒状金属と扁平状の延性金属を併用する場合、これらは
同一でも異なっていてもよい。セラミックス粒子として
は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｉ及びＢの酸化
物、窒化物、炭化物、ほう化物、珪化物及び炭窒化物か
ら選ばれる少なくとも一種のセラミックス粒子が挙げら
れる。セラミックスウイスカーとしては、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓ
ｉＣ、ＴｉＣ、グラファイト、チタン酸カリウム、ほう
酸アルミニウム、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ほう酸マグネシウ
ム、ＴｉＢ2 、ムライト等のセラミックスウイスカーか
ら選ばれる少なくとも一種が挙げられる。また、無機質
短繊維としては、アルミナ、アルミナ・シリカ、シリ
カ、ジルコニア等の短繊維、アルミナ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ
Ｃ、特公昭５８−５２８６号公報に代表されるＳｉ、Ｔ
ｉ、Ｃ及びＯを主成分とする無機繊維等の長繊維をチョ
ップ状に切断したものから選ばれる少なくとも一種が挙
げられる。これらは、特に、焼結温度で使用する金属粒
子と反応して脆弱な化合物を生成しないものを選択する
ことが重要である。
【０００９】マトリックスと金属の組み合わせは、焼結
時に扁平な延性金属の形状が保持されるように、マトリ
ックスの焼結可能温度より延性金属の融点が高い組み合
わせを選択することが必要である。例えば、カルコゲン
系ガラスやふっ化物ガラスの大部分（ZrF4-ThF4系、ZrF
4-ThF4-YF3系以外）は焼結温度がおよそ４５０℃以下で
あるので前記したすべての延性金属が使用できる。ZrF4
-ThF4系、ZrF4-ThF4-YF3系は焼結温度がおよそ５００℃
以上であるので、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，
Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ及びそ
れらの合金、ステンレス鋼及び超耐熱合金から選ばれる
少なくとも一種の延性金属を用いることが好ましい。
時に扁平な延性金属の形状が保持されるように、マトリ
ックスの焼結可能温度より延性金属の融点が高い組み合
わせを選択することが必要である。例えば、カルコゲン
系ガラスやふっ化物ガラスの大部分（ZrF4-ThF4系、ZrF
4-ThF4-YF3系以外）は焼結温度がおよそ４５０℃以下で
あるので前記したすべての延性金属が使用できる。ZrF4
-ThF4系、ZrF4-ThF4-YF3系は焼結温度がおよそ５００℃
以上であるので、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，
Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ及びそ
れらの合金、ステンレス鋼及び超耐熱合金から選ばれる
少なくとも一種の延性金属を用いることが好ましい。
【００１０】本発明においては、強化相の形態を扁平状
とすることにより強度及び靱性が向上し、特に靱性にお
いて大きな向上が達成できる。特に、扁平面の最小径を
ｄ、厚さをｔとしたときにｄ／ｔ≧３であることが好ま
しい。ｄ／ｔが３未満の場合には、クラックが金属粒子
とマトリックスとの界面を進行しやすくなるため金属相
の塑性変形を十分に利用できなくなるので好ましくな
い。厚さｔは０．５μｍ以上であることが望ましい。こ
れより小さくなると塑性変形による効果が発揮されな
い。ｄの範囲としては特に制限はないが、ｄ／ｔ≧３の
関係を満足していることが好ましい。
とすることにより強度及び靱性が向上し、特に靱性にお
いて大きな向上が達成できる。特に、扁平面の最小径を
ｄ、厚さをｔとしたときにｄ／ｔ≧３であることが好ま
しい。ｄ／ｔが３未満の場合には、クラックが金属粒子
とマトリックスとの界面を進行しやすくなるため金属相
の塑性変形を十分に利用できなくなるので好ましくな
い。厚さｔは０．５μｍ以上であることが望ましい。こ
れより小さくなると塑性変形による効果が発揮されな
い。ｄの範囲としては特に制限はないが、ｄ／ｔ≧３の
関係を満足していることが好ましい。
【００１１】また、複合相として粒状金属粒子、セラミ
ックス粒子、セラミックスウイスカー、無機質短繊維等
を併用することにより、マトリックス部の高強度化が図
れるため、複合体の強度、靱性をさらに向上させること
ができる。粒状金属の粒径は２μｍ以下、好ましくは、
１μｍ以下であることが望ましい。粒径が２μｍよりも
大きくなると粒子分散効果が得られないので好ましくな
い。セラミックス粒子の粒径は２μｍ以下、好ましく
は、１μｍ以下であることが望ましい。粒径が２μｍよ
りも大きくなると粒子分散効果が得られないので好まし
くない。セラミックスウイスカーの形状については、特
に制限はなく、無機質短繊維は、分散性から長さが５ｍ
ｍ以下のものが好ましい。
ックス粒子、セラミックスウイスカー、無機質短繊維等
を併用することにより、マトリックス部の高強度化が図
れるため、複合体の強度、靱性をさらに向上させること
ができる。粒状金属の粒径は２μｍ以下、好ましくは、
１μｍ以下であることが望ましい。粒径が２μｍよりも
大きくなると粒子分散効果が得られないので好ましくな
い。セラミックス粒子の粒径は２μｍ以下、好ましく
は、１μｍ以下であることが望ましい。粒径が２μｍよ
りも大きくなると粒子分散効果が得られないので好まし
くない。セラミックスウイスカーの形状については、特
に制限はなく、無機質短繊維は、分散性から長さが５ｍ
ｍ以下のものが好ましい。
【００１２】ガラス複合材料における強化相の体積率は
２〜６０％、特に１０〜５０％であることが好ましい。
強化相の体積率が２％よりも少ない場合には、金属の塑
性変形量が相対的に少なすぎるために強度及び靱性の向
上が十分でなく、また、強化相の体積率が６０％よりも
多くなると、複合体の硬度が下がり、耐熱性も低下する
ため実用的でない。また、複合相として粒状金属粒子、
セラミックス粒子、セラミックスウイスカー、無機質短
繊維等を併用する場合、これらの体積率は、２〜４０
％、特に３〜３０％であることが好ましい。体積率が２
％よりも少ない場合には、添加の効果が発現しない。ま
た、体積率が４０％よりも多くなってもそれ以上機械的
物性は向上しない。
２〜６０％、特に１０〜５０％であることが好ましい。
強化相の体積率が２％よりも少ない場合には、金属の塑
性変形量が相対的に少なすぎるために強度及び靱性の向
上が十分でなく、また、強化相の体積率が６０％よりも
多くなると、複合体の硬度が下がり、耐熱性も低下する
ため実用的でない。また、複合相として粒状金属粒子、
セラミックス粒子、セラミックスウイスカー、無機質短
繊維等を併用する場合、これらの体積率は、２〜４０
％、特に３〜３０％であることが好ましい。体積率が２
％よりも少ない場合には、添加の効果が発現しない。ま
た、体積率が４０％よりも多くなってもそれ以上機械的
物性は向上しない。
【００１３】本発明のガラス複合材料は、以下の方法で
製造される。まず、扁平な延性金属粉末表面に非酸化物
系ガラス粉末が付着しているガラス複合粉末を製造す
る。このような複合粉末は、延性金属粉末と非酸化物系
ガラス粉末を混合することにより、該延性金属粉末を塑
性変形させて扁平化させることにより製造できる。非酸
化物系ガラス粉末の粒度は、特に制限はないが、５０μ
ｍ以下のものが望ましい。また、延性金属粉末の粒子径
は、扁平化を容易に促進するために１〜２００μｍ、特
に３〜１００μｍの範囲が好ましい。延性金属粉末の粒
子径が１μｍよりも小さいと、微粒のため扁平化させる
ことができない。また、２００μｍよりも大きくなる
と、粗粒のため焼結を困難にし、またガラス粉末との分
離が激しくなるため、均一混合が困難となる。延性金属
粉末と非酸化物系ガラス粉末の混合割合は、混合粉末に
おける延性金属粉末の体積率が２〜６０％、特に１０〜
５０％であることが好ましい。
製造される。まず、扁平な延性金属粉末表面に非酸化物
系ガラス粉末が付着しているガラス複合粉末を製造す
る。このような複合粉末は、延性金属粉末と非酸化物系
ガラス粉末を混合することにより、該延性金属粉末を塑
性変形させて扁平化させることにより製造できる。非酸
化物系ガラス粉末の粒度は、特に制限はないが、５０μ
ｍ以下のものが望ましい。また、延性金属粉末の粒子径
は、扁平化を容易に促進するために１〜２００μｍ、特
に３〜１００μｍの範囲が好ましい。延性金属粉末の粒
子径が１μｍよりも小さいと、微粒のため扁平化させる
ことができない。また、２００μｍよりも大きくなる
と、粗粒のため焼結を困難にし、またガラス粉末との分
離が激しくなるため、均一混合が困難となる。延性金属
粉末と非酸化物系ガラス粉末の混合割合は、混合粉末に
おける延性金属粉末の体積率が２〜６０％、特に１０〜
５０％であることが好ましい。
【００１４】また、複合相として粒状金属粒子、セラミ
ックス粒子、セラミックスウイスカー、無機質短繊維等
を併用する場合、延性金属粉末とガラス粉末の混合時に
添加する。粒状金属の粒子径は、２μｍ以下、好ましく
は１μｍ以下であることが望ましい。セラミックス粉末
の粒子径は、２μｍ以下、特に１μｍ以下が好ましい。
セラミックス粉末の粒子径が２μｍよりも大きくなる
と、粒子分散効果が得られない。セラミックスウイスカ
ーの形状については、特に制限はなく市場にでているタ
イプをそのまま用いることができる。無機質短繊維や長
繊維を切断して用いる場合には、取扱易さや分散性から
長さが５ｍｍ以下のものを用いるのが好ましい。これら
の混合割合は、体積率が、２〜４０％、特に３〜３０％
であることが好ましい。
ックス粒子、セラミックスウイスカー、無機質短繊維等
を併用する場合、延性金属粉末とガラス粉末の混合時に
添加する。粒状金属の粒子径は、２μｍ以下、好ましく
は１μｍ以下であることが望ましい。セラミックス粉末
の粒子径は、２μｍ以下、特に１μｍ以下が好ましい。
セラミックス粉末の粒子径が２μｍよりも大きくなる
と、粒子分散効果が得られない。セラミックスウイスカ
ーの形状については、特に制限はなく市場にでているタ
イプをそのまま用いることができる。無機質短繊維や長
繊維を切断して用いる場合には、取扱易さや分散性から
長さが５ｍｍ以下のものを用いるのが好ましい。これら
の混合割合は、体積率が、２〜４０％、特に３〜３０％
であることが好ましい。
【００１５】延性金属粉末と非酸化物系ガラス粉末の混
合方法については、特に制限はなく湿式及び乾式のいず
れも採用できる。湿式混合の場合の溶媒としてはエ夕ノ
ール、メ夕ノール等が一般に使用される。混合装置につ
いては、ボールミル、振動ミル、アトライター、遊星型
ボールミル等を用いることができる。延性金属粉末は、
混合時のボール等の混合媒体による機械的混合により球
状から扁平状へと変形が進む。したがって、混合条件の
制御により扁平化の程度を制御することができる。一般
に、混合時間、回転数等の条件により変形量は変わって
くるので、扁平化の形状がｄ／ｔ≧３を満足するように
混合条件を制御することが望ましい。さらに、この混合
過程で、扁平化した延性金属粉末の表面に非酸化物系ガ
ラス粉末が付着するため、焼結過程で延性金属同士が接
触、造粒することを防止することができる。なお、延性
金属粉末と非酸化物系ガラス粉末の混合割合によって
は、金属表面に付着しないガラス粉末も共存することは
言うまでもない。また、使用する延性金属粉末の粒度に
よっては、混合後も未変形の粒子が残るが、扁平化した
粒子が適当量あれば、発明の効果は得られる。また、上
記の扁平な延性金属粉末表面に非酸化物系ガラス粉末が
付着しているガラス複合粉末は、予め延性金属粉末を圧
延加工等により扁平化させ、これと非酸化物系ガラス粉
末を混合することによっても製造することができるが、
混合と扁平化を同時に行う前述の方法が工程の簡略化と
均一混合の面で有利である。
合方法については、特に制限はなく湿式及び乾式のいず
れも採用できる。湿式混合の場合の溶媒としてはエ夕ノ
ール、メ夕ノール等が一般に使用される。混合装置につ
いては、ボールミル、振動ミル、アトライター、遊星型
ボールミル等を用いることができる。延性金属粉末は、
混合時のボール等の混合媒体による機械的混合により球
状から扁平状へと変形が進む。したがって、混合条件の
制御により扁平化の程度を制御することができる。一般
に、混合時間、回転数等の条件により変形量は変わって
くるので、扁平化の形状がｄ／ｔ≧３を満足するように
混合条件を制御することが望ましい。さらに、この混合
過程で、扁平化した延性金属粉末の表面に非酸化物系ガ
ラス粉末が付着するため、焼結過程で延性金属同士が接
触、造粒することを防止することができる。なお、延性
金属粉末と非酸化物系ガラス粉末の混合割合によって
は、金属表面に付着しないガラス粉末も共存することは
言うまでもない。また、使用する延性金属粉末の粒度に
よっては、混合後も未変形の粒子が残るが、扁平化した
粒子が適当量あれば、発明の効果は得られる。また、上
記の扁平な延性金属粉末表面に非酸化物系ガラス粉末が
付着しているガラス複合粉末は、予め延性金属粉末を圧
延加工等により扁平化させ、これと非酸化物系ガラス粉
末を混合することによっても製造することができるが、
混合と扁平化を同時に行う前述の方法が工程の簡略化と
均一混合の面で有利である。
【００１６】次に、得られた混合粉末を所望の形状に成
形した後、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下また
は真空中で２００〜７００℃で焼結する。焼結方法とし
ては、公知の焼結方法を用いることができる。例えば、
ＣＩＰ成形や射出成形した成形体を常圧焼結や真空焼結
さらにＨＩＰで高密度化するプロセスでは、扁平化した
粒子は３次元にランダムに配向するが、ホットプレス等
の一軸加圧方法により成形を行うと、扁平化した粒子は
プレス方向と垂直方向に２次元に配向するので、焼結体
の特牲（特に靱性）に異方性を持たせることもできる。
また、押し出し法やロール成形などにより、長尺の形状
に成形することもできる。さらに、鋳造法、好ましくは
加圧鋳造法により直接複雑形状の成形をすることもでき
る。また、焼結は、２００〜７００℃の温度範囲で行う
ことができるが、扁平な延性金属の形状が保持されるよ
うに延性金属の融点より低い温度で行えるように、前記
したガラス粉末と延性金属を選択することが必要であ
る。
形した後、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下また
は真空中で２００〜７００℃で焼結する。焼結方法とし
ては、公知の焼結方法を用いることができる。例えば、
ＣＩＰ成形や射出成形した成形体を常圧焼結や真空焼結
さらにＨＩＰで高密度化するプロセスでは、扁平化した
粒子は３次元にランダムに配向するが、ホットプレス等
の一軸加圧方法により成形を行うと、扁平化した粒子は
プレス方向と垂直方向に２次元に配向するので、焼結体
の特牲（特に靱性）に異方性を持たせることもできる。
また、押し出し法やロール成形などにより、長尺の形状
に成形することもできる。さらに、鋳造法、好ましくは
加圧鋳造法により直接複雑形状の成形をすることもでき
る。また、焼結は、２００〜７００℃の温度範囲で行う
ことができるが、扁平な延性金属の形状が保持されるよ
うに延性金属の融点より低い温度で行えるように、前記
したガラス粉末と延性金属を選択することが必要であ
る。
【００１７】
【作用】本発明によれば、強化相が扁平状の金属粒子で
あるので、球状粒子を用いた場合に発生するクラックが
粒子とマトリックスの界面を進行する現象を抑制するこ
とができ、したがって金属粒子の塑性変形による靱性向
上を十分に利用することができる。また、クラックが粒
子とマトリックスの界面を進行する場合でも異形である
ため、クラックは偏向し、高靱性化に寄与でき、さらに
強度も向上させることができるため、構造部材に適用で
きるガラス複合材料が提供できる。また、複合相として
粒状金属粒子、セラミックス粒子、セラミックスウイス
カー、無機質短繊維等を併用することにより、ガラスマ
トリックス部の高強度化が図れるため、複合体の強度、
靱性をさらに向上させることができる。また、前述した
ように強化相を２次元に配向させれば、配向方向と垂直
方向の靱性をさらに向上させることができる。さらに、
強化相の形態は、原料粉末である延性金属粉末と非酸化
物系ガラス粉末の混合中の変形を利用して扁平化が達成
できるため、強化相の形状の制御が容易であり、追加の
製造プロセスを必要とせず、複合化によるコスト増を抑
えることができる。
あるので、球状粒子を用いた場合に発生するクラックが
粒子とマトリックスの界面を進行する現象を抑制するこ
とができ、したがって金属粒子の塑性変形による靱性向
上を十分に利用することができる。また、クラックが粒
子とマトリックスの界面を進行する場合でも異形である
ため、クラックは偏向し、高靱性化に寄与でき、さらに
強度も向上させることができるため、構造部材に適用で
きるガラス複合材料が提供できる。また、複合相として
粒状金属粒子、セラミックス粒子、セラミックスウイス
カー、無機質短繊維等を併用することにより、ガラスマ
トリックス部の高強度化が図れるため、複合体の強度、
靱性をさらに向上させることができる。また、前述した
ように強化相を２次元に配向させれば、配向方向と垂直
方向の靱性をさらに向上させることができる。さらに、
強化相の形態は、原料粉末である延性金属粉末と非酸化
物系ガラス粉末の混合中の変形を利用して扁平化が達成
できるため、強化相の形状の制御が容易であり、追加の
製造プロセスを必要とせず、複合化によるコスト増を抑
えることができる。
【００１８】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明をさ
らに具体的に説明する。 実施例１ ふっ化物系ガラス（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3系)粉末（粒径
２０μｍ以下）と粒径４５〜１０μｍのＮｉ合金（Ｎｉ
１７Ｃｒ６Ａｌ１０．６Ｙ，ＭＡ−９０；昭和電工社
製）を体積率が８０：２０となるように秤量した。これ
らの混合粉末をエ夕ノール溶媒中、窒化珪素ボールを用
いてボールミル混合を行った。図１及び図２にボールミ
ル後の混合粉末の外観の走査型電子顕微鏡像と断面組織
の光学顕微鏡像を示す。これらより、添加した粒径４５
〜１０μｍのＮｉ合金粉末がボールミル混合により扁平
化し、さらにガラス粉末が表面に付着していることがわ
かる。
らに具体的に説明する。 実施例１ ふっ化物系ガラス（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3系)粉末（粒径
２０μｍ以下）と粒径４５〜１０μｍのＮｉ合金（Ｎｉ
１７Ｃｒ６Ａｌ１０．６Ｙ，ＭＡ−９０；昭和電工社
製）を体積率が８０：２０となるように秤量した。これ
らの混合粉末をエ夕ノール溶媒中、窒化珪素ボールを用
いてボールミル混合を行った。図１及び図２にボールミ
ル後の混合粉末の外観の走査型電子顕微鏡像と断面組織
の光学顕微鏡像を示す。これらより、添加した粒径４５
〜１０μｍのＮｉ合金粉末がボールミル混合により扁平
化し、さらにガラス粉末が表面に付着していることがわ
かる。
【００１９】この混合粉末を黒鉛のモールドにいれ、ホ
ットプレスにより、５００℃、１００kg／cm2 の圧力で
アルゴン中、１時間保持して焼結を行った。図３に得ら
れた複合材料のプレス方向と平行方向の断面組織の光学
顕微鏡像を示す。粒径４５〜１０μｍのＮｉ合金粉末は
２次元に配向し、ｄ／ｔ≧３を満たして扁平化している
ことがわかる。この複合材料から３×４×４０の試験片
を加工し、３点曲げ試験により曲げ強度を、ＳＥＶＮＢ
法により破壊靱性を測定したところ、曲げ強度２５kg／
mm2 、破壊靱性６ＭPaｍ1/2 という高い値が得られた。
ットプレスにより、５００℃、１００kg／cm2 の圧力で
アルゴン中、１時間保持して焼結を行った。図３に得ら
れた複合材料のプレス方向と平行方向の断面組織の光学
顕微鏡像を示す。粒径４５〜１０μｍのＮｉ合金粉末は
２次元に配向し、ｄ／ｔ≧３を満たして扁平化している
ことがわかる。この複合材料から３×４×４０の試験片
を加工し、３点曲げ試験により曲げ強度を、ＳＥＶＮＢ
法により破壊靱性を測定したところ、曲げ強度２５kg／
mm2 、破壊靱性６ＭPaｍ1/2 という高い値が得られた。
【００２０】比較例１ ふっ化物系ガラス（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3系)粉末（粒径
２０μｍ以下）のみを実施例１と同様の方法で焼結し
た。得られたガラス単相の焼結体は、曲げ強度８kg／mm
2 、破壊靱性０．８ＭPaｍ1/2 であり、本発明の効果が
顕著であることがわかる。
２０μｍ以下）のみを実施例１と同様の方法で焼結し
た。得られたガラス単相の焼結体は、曲げ強度８kg／mm
2 、破壊靱性０．８ＭPaｍ1/2 であり、本発明の効果が
顕著であることがわかる。
【００２１】実施例２ 実施例１と同じ組成の混合粉末で、混合条件を変え、ｄ
／ｔを変化させたものを用い、実施例１と同じ条件で焼
結を行った。得られた複合材料の破壊靱性を測定した結
果を図４に示す。これより破壊靱性はｄ／ｔ≧３で大き
な値を示しており、ｄ／ｔが１．５以下では破壊靱性
２．５ＭPaｍ1/2 と靱性の向上効果は小さいことがわか
る。
／ｔを変化させたものを用い、実施例１と同じ条件で焼
結を行った。得られた複合材料の破壊靱性を測定した結
果を図４に示す。これより破壊靱性はｄ／ｔ≧３で大き
な値を示しており、ｄ／ｔが１．５以下では破壊靱性
２．５ＭPaｍ1/2 と靱性の向上効果は小さいことがわか
る。
【００２２】実施例３ ふっ化物系ガラス（BaF2-ZnF2-LuF3-ThF4系）粉末（粒
径２０μｍ以下）と粒径４５〜５μｍのＴａ粉末（Ｍ−
４０；昭和電工製）を体積率が７０：３０となるように
秤量し、これらの混合粉末をエタノール溶媒中、窒化珪
素ボールを用いてボールミル混合を行った。この混合粉
末を用いて実施例１と同様にして焼結を行った。得られ
た複合材料の曲げ強度と破壊靱性を実施例１と同様の方
法で測定したところ、曲げ強度３５kg／mm2 、破壊靱性
８ＭＰａｍ1/2 という高い値が得られた。
径２０μｍ以下）と粒径４５〜５μｍのＴａ粉末（Ｍ−
４０；昭和電工製）を体積率が７０：３０となるように
秤量し、これらの混合粉末をエタノール溶媒中、窒化珪
素ボールを用いてボールミル混合を行った。この混合粉
末を用いて実施例１と同様にして焼結を行った。得られ
た複合材料の曲げ強度と破壊靱性を実施例１と同様の方
法で測定したところ、曲げ強度３５kg／mm2 、破壊靱性
８ＭＰａｍ1/2 という高い値が得られた。
【００２３】実施例４ Ge-As-Se系ガラス粉末（粒径２０μｍ以下）と粒径４５
μｍ以下のＮｂ粉末（石津製薬製）を体積率が７０：３
０となるように秤量し、これらの混合粉末をエタノール
溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボールミル混合を行っ
た。この混合粉末を用いて実施例１と同様にして焼結を
行った。得られた複合材料の曲げ強度と破壊靱性を実施
例１と同様の方法で測定したところ、曲げ強度３７kg／
mm2 、破壊靱性７．８ＭＰａｍ1/2 という高い値が得ら
れた。
μｍ以下のＮｂ粉末（石津製薬製）を体積率が７０：３
０となるように秤量し、これらの混合粉末をエタノール
溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボールミル混合を行っ
た。この混合粉末を用いて実施例１と同様にして焼結を
行った。得られた複合材料の曲げ強度と破壊靱性を実施
例１と同様の方法で測定したところ、曲げ強度３７kg／
mm2 、破壊靱性７．８ＭＰａｍ1/2 という高い値が得ら
れた。
【００２４】実施例５ As-S-Tl系ガラス粉末（粒径４５μｍ以下）と粒径５３
〜１０μｍのＭｏ粉末（ＭＡ−６０；昭和電工社製）を
体積率が７０：３０となるように秤量し、これらの混合
粉末をエタノール溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボー
ルミル混合を行った。この混合粉末を黒鉛のモールドに
いれホットプレスにより、２００℃、１００kg／cm2 の
圧力でアルゴン中、１時間保持して焼結を行った。得ら
れた複合材料の曲げ強度と破壊靱性を実施例１と同様の
方法で測定したところ曲げ強度２７kg／mm2 、破壊靱性
７．３ＭＰａｍ1/2 という高い値が得られた。
〜１０μｍのＭｏ粉末（ＭＡ−６０；昭和電工社製）を
体積率が７０：３０となるように秤量し、これらの混合
粉末をエタノール溶媒中、窒化珪素ボールを用いてボー
ルミル混合を行った。この混合粉末を黒鉛のモールドに
いれホットプレスにより、２００℃、１００kg／cm2 の
圧力でアルゴン中、１時間保持して焼結を行った。得ら
れた複合材料の曲げ強度と破壊靱性を実施例１と同様の
方法で測定したところ曲げ強度２７kg／mm2 、破壊靱性
７．３ＭＰａｍ1/2 という高い値が得られた。
【図１】 図１は、本発明の実施例１のボールミル後の
混合粉末の粒子構造を表す図面に代える走査型電子顕微
鏡写真である。
混合粉末の粒子構造を表す図面に代える走査型電子顕微
鏡写真である。
【図２】 図２は、本発明の実施例１のボールミル後の
混合粉末の粒子構造を表す図面に代える光学顕微鏡写真
である。
混合粉末の粒子構造を表す図面に代える光学顕微鏡写真
である。
【図３】 図３は、本発明の実施例１で得られた複合材
料の組織を表す図面に代える光学顕微鏡写真である。
料の組織を表す図面に代える光学顕微鏡写真である。
【図４】 図４は、本発明の実施例２で得られた複合材
料の破壊靱性を測定した結果を表す図面である。
料の破壊靱性を測定した結果を表す図面である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神徳 泰彦 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社宇部研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 非酸化物系ガラスをマトリックスとし、
扁平状の延性金属を強化相とすることを特徴とするガラ
ス複合材料。 - 【請求項２】 扁平な延性金属粉末表面に非酸化物系ガ
ラス粉末が付着しているガラス複合粉末を出発原料と
し、この混合粉末を成形後、２００〜７００℃で焼結す
ることを特徴とする請求項１記載のガラス複合材料の製
造方法。 - 【請求項３】 扁平な延性金属粉末表面に非酸化物系ガ
ラス粉末が付着していることを特徴とするガラス複合粉
末。 - 【請求項４】 延性金属粉末と非酸化物系ガラス粉末を
混合することにより、該延性金属粉末を塑性変形させて
扁平化させることを特徴とする請求項３記載のガラス複
合粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9000496A JPH09255361A (ja) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | ガラス複合材料及びガラス複合粉末並びにそれらの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9000496A JPH09255361A (ja) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | ガラス複合材料及びガラス複合粉末並びにそれらの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09255361A true JPH09255361A (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=13986478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9000496A Pending JPH09255361A (ja) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | ガラス複合材料及びガラス複合粉末並びにそれらの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09255361A (ja) |
-
1996
- 1996-03-21 JP JP9000496A patent/JPH09255361A/ja active Pending
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