JPH09255363A

JPH09255363A - 耐熱衝撃性、耐食性材料

Info

Publication number: JPH09255363A
Application number: JP8090000A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Waku; 芳春和久; Michiyuki Suzuki; 道之鈴木; Yoshihiko Oda; 良彦織田; Yasuhiko Kamitoku; 泰彦神徳
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1997-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で比較的低密度であり、しかも機械的特
性に優れた耐熱衝撃性、耐食性材料を提供する。【解決手段】ガラス又はセラミックスをマトリックス
とし、金属粒子を複合相とする複合材料からなる耐熱衝
撃性、耐食性材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な耐熱衝撃
性、耐食性材料に関する。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】従来、耐酸性、耐アルカリ
性、耐水性が必要とされる部材、製品は各種のガラスや
ステンレスやハステロイ（Ｎｉ基合金の一種）、Ｔｉ等
が用いれられてきた。しかし、ガラスは強度、靱性等の
機械的性質が低く、耐熱衝撃性も非常に乏しい。一方、
前記した金属類は機械的性質は優れるものの密度が高
く、また高価である等の欠点があった。

【０００３】

【発明の目的】本発明の目的は、前記問題点を解決し、
安価で比較的低密度であり、しかも機械的特性に優れた
耐熱衝撃性、耐食性材料を提供するものである。

【０００４】

【問題点を解決するための手段】本発明によれば、ガラ
ス又はセラミックスをマトリックスとし、金属粒子を複
合相とする複合材料からなる耐熱衝撃性、耐食性材料が
提供される。本発明においては、複合相の金属粒子とし
て粒状金属を用いることにより、粒子分散効果によりマ
トリックス部の高強度化が図れるため、複合体の強度を
向上させることができる。また、複合相の金属粒子を扁
平状の延性金属粒子とすることにより複合体の機械的特
性、特に強度及び靱性を改善することができる。さら
に、複合相の金属粒子として、粒状金属と扁平状の延性
金属粒子を併用してもよい。

【０００５】本発明における複合材料のマトリックスを
構成するガラスとしては、特に制限はなく、例えば、結
晶化ガラス、汎用ガラス等の酸化物系ガラスや非酸化物
系ガラスから選ばれる一種又は二種以上のガラスを用い
ることができる。具体的には、結晶化ガラスとしては、
ＬＡＳ I（Li₂O-Al₂O₃-SiO₂-MgO系）、ＬＡＳII、III
（Li₂O-Al₂O₃-SiO₂-MgO-Nb₂O₅系）、ＭＡＳ（MgO-Al₂O₃
-SiO₂系）、ＢＭＡＳ（BaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系）、Terna
ry mullite（BaO-Al₂O₃-SiO₂系）、Hexacelsian（BaO-A
l₂O₃-SiO₂系）や、Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系、Na₂O-Al₂O₃-SiO
₂系、Na₂O-CaO-MgO-SiO₂系、PbO-ZnO-B₂O₃系、ZnO-B₂O₃
-SiO₂系、ZrO₂-SiO₂系、CaO-Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂系、CaO-A
l₂O₃-SiO₂系、MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂系、SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃
-MgO-K₂O-F系等が挙げられる。汎用ガラスとしては、ケ
イ酸ガラス（SiO₂系）、ソーダ石灰ガラス（Na₂O-CaO-S
iO₂系）、カリ石灰ガラス（K₂O-CaO-SiO₂系）、ホウケ
イ酸ガラス（Na₂O-B₂O₃-SiO₂系）、アルミノケイ酸ガラ
ス（Al₂O₃-MgO-CaO-SiO₂系）、鉛ガラス（K₂O-PbO-SiO₂
系）、バリウムガラス（BaO-SiO₂-B₂O₃系）等が挙げら
れる。また、低融点ガラスとして、鉛ケイ酸塩ガラス
（PbO-SiO₂系、PbO-B₂O₃-SiO₂系等）、ほう酸塩ガラス
（B₂O₃系、Li₂O-B₂O₃系、Na₂O-B₂O₃系等）、りん酸塩ガ
ラス（Na₂O-P₂O₅系、B₂O₃-P₂O₅系等）やAl₂O₃-Li₂O-Na₂
O-K₂O-P₂O₅系等が挙げられる。さらに、近年、開発が進
められているY₂O₃-Al₂O₃-SiO₂系ガラス、オキシナイト
ライドガラス（La-Si-O-N系、Ca-Al-Si-O-N系、Y-Al-Si
-O-N系、Na-Si-O-N系、Na-La-Si-O-N系、Mg-Al-Si-O-N
系、Si-O-N系、Li-K-Al-Si-O-N系）や熱膨張率の小さい
TiO₂-SiO₂系、Cu₂O-Al₂O₃-SiO₂系等が挙げられる。ま
た、非酸化物系ガラスとしては、ふっ化物系ガラスやカ
ルコゲン系ガラスを用いることができる。

【０００６】また、セラミックスとしては、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＺｒＯ₂、ＭｇＯ、ムライト、ＭｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃、Ａｌ₂
Ｏ₃／Ｙ₂Ｏ₃等が挙げられる。また、複合相の金属とし
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。
複合相の金属として、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。

【０００７】また、本発明においては、複合相として金
属粒子とともに、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。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、ＳｉＣ、Ｔｉ
Ｃ、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、Ｔｉ
Ｂ₂、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、ＳｉＣ、特公昭
５８−５２８６号公報に代表されるＳｉ、Ｔｉ、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。

【０００８】マトリックスと金属の組み合わせは、マト
リックスの焼結可能温度より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、マトリックス
がガラスの場合、例えば、ケイ酸ガラス系やTiO₂-SiO₂
系の場合には、焼結温度が１６００℃以上になるため、
それより高い融点を持つ金属であるＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ及びそれらの合金を用いるこ
とが好ましい。また、オキシナイトライドガラスの焼結
温度、及びPbO-ZnO-B₂O₃系を除く結晶化ガラスの焼結温
度と結晶化温度は、およそ７００〜１３００℃であるた
め、さらにＴｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ及びそれらの合金、
ステンレス鋼、パーマロイ、超耐熱合金も使用すること
ができる。さらに、汎用ガラスでは焼結温度がおよそ６
００〜１０００℃であるため、上記の他にＣｕも使用す
ることができ、PbO-ZnO-B₂O₃系結晶化ガラスと低融点ガ
ラスでは焼結温度がおよそ２００〜６００℃であるた
め、さらにＡｌ、Ｍｇ、Ｚｎ及びそれらの合金を使用す
ることができる。

【０００９】セラミックスをマトリックスとする場合
は、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃の場合には、一般的な粉末では焼
結温度が１６００℃であるため、それより高い融点を持
つ金属であるＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗを用いることが好ましい。また、低温度焼結タイ
プ（例えば、タイミクロンＴＭ−ＤＡＲ；大明化学工業
株式会社製）では、焼結温度が１２００℃となるため、
さらにＴｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、ステンレス鋼、超耐熱
合金も使用することができる。さらに、Ａｌ₂Ｏ₃にガラ
ス相を加えていくと焼結温度を約９００℃まで下げるこ
とができるので、上記の他にＣｕも使用することができ
る。また、ＺｒＯ₂（焼結温度＞１８００℃）とＭｇＯ
（焼結温度＞１４００℃）の場合には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｏ、ステンレス鋼、超耐熱合金を用いることができ
る。ムライト（焼結温度＞１５００℃）の場合には、
Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅを
用いることができる。

【００１０】本発明においては、ガラス又はセラミック
スマトリックスに複合相としてマトリックスより熱膨張
係数の大きい金属粒子を用いることにより、急冷時の熱
衝撃の際にガラス又はセラミックスマトリックス中に圧
縮の残留応力が発生するため熱衝撃特性が向上する。ま
た、本発明においては、以下に示すように複合相として
用いる金属を、それぞれの環境に対応して選択すること
により、優れた耐食性を示す複合材料が得られる。塩酸
溶液に対しては、複合相として、Ｆｅ合金、ステンレス
鋼、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ及
びそれらの合金から選ばれる少なくとも一種の金属を用
いることが好ましい。硫酸溶液に対しては、複合相とし
て、Ｆｅ合金、ステンレス鋼、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ及びそれらの合金から選ばれ
る少なくとも一種の金属を用いることが好ましい。硝酸
溶液に対しては、複合相として、Ｆｅ合金、ステンレス
鋼、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ及
びそれらの合金から選ばれる少なくとも一種の金属を用
いることが好ましい。ふっ酸溶液に対しては、複合相と
して、Ｆｅ合金、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ及びそれ
らの合金から選ばれる少なくとも一種の金属を用いるこ
とが好ましい。水酸化ナトリウム溶液に対しては、複合
相として、Ｆｅ合金、ステンレス鋼、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔ
ｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ及びそれらの合金から選ばれ
る少なくとも一種の金属を用いることが好ましい。塩化
ナトリウム溶液に対しては、複合相として、Ｆｅ合金、
ステンレス鋼、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ及びそれ
らの合金から選ばれる少なくとも一種の金属を用いるこ
とが好ましい。水に対しては、複合相として、Ｆｅ合
金、ステンレス鋼、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ及び
それらの合金から選ばれる少なくとも一種の金属を用い
ることが好ましい。

【００１１】さらに複合相の金属の形態を扁平状とする
ことにより金属の塑性変形がより作用するため、複合材
料の強度及び靱性を向上することができる。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
ることが望ましい。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。ｄ及びｔ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。
また、複合相として粒状金属と扁平状の延性金属を併用
することにより、粒状金属の粒子分散効果によりマトリ
ックス部の高強度化が図れるため、複合体の強度をさら
に向上させることができる。

【００１２】さらに、複合相としてセラミックス粒子、
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。セ
ラミックス粒子の粒径は２μｍ以下、好ましくは、１μ
ｍ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５ｍｍ以下の
ものが好ましい。

【００１３】本発明の複合材料における複合相の体積率
は２〜６０％、特に１０〜５０％であることが好まし
い。複合相の体積率が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機械的性質の
改善効果が十分ではなく、耐熱衝撃性も向上しない。ま
た、複合相の体積率が６０％よりも多くなると、複合体
の密度が上がり実用的でない。また、複合相としてセラ
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。

【００１４】本発明の耐熱衝撃性、耐食性材料は、以下
の方法で製造される。まず、金属粉末表面にガラス粉末
又はセラミック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、金属粉末とガラス粉
末又はセラミックス粉末を混合することにより製造でき
る。扁平状の金属粒子とするときには、、延性金属粉末
を混合中に塑性変形させて扁平化させることにより製造
できる。ガラス粉末の粒度は、特に制限はないが、５０
μｍ以下のものが望ましい。セラミックス粉末の粒度は
特に制限はないが、焼結性のよい平均粒径１μｍ以下の
ものが望ましい。また、金属粉末の粒子径は、球状の場
合は、機械的性質を維持する点から１５０μｍ以下、特
に１００μｍ以下のものが望ましい。扁平状とする場合
には、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、またガラス粉末又はセ
ラミック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。金属粉末とガラス粉末又はセラミックス粉
末の混合割合は、混合粉末における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。

【００１５】また、複合相としてセラミックス粒子、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、金属粉末とガラス粉末又はセラミックス粉末の混合
時に添加する。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。

【００１６】金属粉末とガラス粉末又はセラミックス粉
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、
球状あるいは扁平状の選択をすることができる。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、扁平粒子とする時はこれらの条件を制御し、
扁平化の形状がｄ／ｔ≧３を満足するように扁平化させ
ることが望ましい。さらに、この混合過程で、金属粉末
の表面にガラス粉末又はセラミックス粉末が付着するた
め、焼結過程で金属同士が接触、造粒することを防止す
ることができる。なお、金属粉末とガラス粉末又はセラ
ミックス粉末の混合割合によっては、金属表面に付着し
ないガラス粉末又はセラミックス粉末も共存することは
言うまでもない。また、使用する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、機械的特性の改善効果は得られる。ま
た、上記の扁平な延性金属粉末表面にガラス粉末又はセ
ラミックス粉末が付着している複合粉末は、予め延性金
属粉末を圧延加工等により扁平化させ、これとガラス粉
末又はセラミック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−混合の面で有利である。

【００１７】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２００〜１８００℃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、球状粒
子の場合や扁平化した粒子でも３次元にランダムに配向
するため等方的な組織となるが、扁平粒子を用いてホッ
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、特に厚さ方向の強度が向上する。また、マトリック
スがガラスの場合、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、鍛造
法や鋳造法、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、２００〜１
８００℃の温度範囲で行うことができるが、扁平粒子を
用いる場合には、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
したガラス粉末又はセラミックス粉末と延性金属を選択
することが必要である。

【００１８】

【作用】本発明によれば、ガラス又はセラミックスマト
リックスに複合相としてマトリックスより熱膨張係数の
大きい金属粒子を用いることにより、急冷時の熱衝撃の
際にガラス又はセラミックスマトリックス中に圧縮の残
留応力が発生するため熱衝撃特性が向上する。また、本
発明によれば、複合相として以下に示す金属を用いるこ
とにより、それぞれの環境に対し、優れた耐食性を示す
複合材料が得られる。複合相として、Ｆｅ合金、ステン
レス鋼、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚ
ｒ及びそれらの合金から選ばれる少なくとも一種の金属
を用いたものは、塩酸溶液に対して高い耐食性を示す。
複合相として、Ｆｅ合金、ステンレス鋼、Ｃｕ、Ｎｉ、
Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ及びそれらの合金か
ら選ばれる少なくとも一種の金属を用いたものは、硫酸
溶液に対して高い耐食性を示す。複合相として、Ｆｅ合
金、ステンレス鋼、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｚｒ及びそれらの合金から選ばれる少なくとも
一種の金属を用いたものは、硝酸溶液に対して高い耐食
性を示す。複合相として、Ｆｅ合金、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｍｏ、Ｗ及びそれらの合金から選ばれる少なくとも
一種の金属を用いたものは、ふっ酸溶液に対して高い耐
食性を示す。複合相として、Ｆｅ合金、ステンレス鋼、
Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ及びそれらの
合金から選ばれる少なくとも一種の金属を用いたもの
は、水酸化ナトリウム溶液に対して高い耐食性を示す。
複合相として、Ｆｅ合金、ステンレス鋼、Ａｌ、Ｃｕ、
Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ及びそれらの合金から選ばれる少なく
とも一種の金属を用いたものは、塩化ナトリウム溶液に
対して高い耐食性を示す。複合相として、Ｆｅ合金、ス
テンレス鋼、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ及びそれら
の合金から選ばれる少なくとも一種の金属を用いたもの
は、水に対して高い耐食性を示す。さらに複合相の金属
の形態を扁平状とすることにより扁平粒子の塑性変形も
十分利用することができるため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、機械的特性の
優れた耐熱衝撃性、耐食性材料が提供できる。また、複
合相としてセラミックス粒子、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。また、前述したように複
合相を２次元に配向させれば、配向方向と垂直方向の強
度をさらに向上させることができる。さらに、複合相の
形態は、原料粉末である延性金属粉末とガラス粉末又は
セラミック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、複合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。

【００１９】

【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１ＭＡＳ（MgO-Al₂O₃-SiO₂系）粉末（粒径２０μｍ以下）
と４５〜１０μｍのＮｉ合金（Ｎｉ１７Ｃｒ６Ａｌ１
０．６Ｙ，ＭＡ−９０；昭和電工社製）を体積率が８
０：２０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４５〜１０μｍのＮｉ合金
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。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、１０００℃、
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。４５〜１０μ
ｍのＮｉ合金は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。

【００２０】この複合材料から３×４×４０ｍｍの試験
片を加工し、大気中で各種の温度に加熱後、２０℃に保
持した水中に投入する熱衝撃試験を行った。試験後の曲
げ強度に及ぼす加熱温度の影響を図４に示す。曲げ強度
は４００℃付近からやや低下するが、９００℃において
も熱衝撃試験前の約６５％の強度を維持していることが
わかる。比較として共沈法によるコージェライト（ＭＡ
Ｓガラスの主結晶相）粉末から製造したコージェライト
単相の熱衝撃特性（J. Mat. Sci. 28(1993)74-78）も合
わせて示した。本発明とは製法が異なる等の差はあるも
ののコージェライト単相では３５０℃以上では急激に強
度が低下することから本発明により熱衝撃特性が大きく
改善されたことがわかる。また、試験前の強度もコージ
ェライト単相の１０kg／mm²に対し、３２kg／mm²と約
３倍の改善効果を示し、さらにＳＥＶＮＢ法により破壊
靱性を測定したところ７ＭＰａｍ^1/2とコージェライト
単相の約３．５倍の高い値が得られた。

【００２１】実施例２ＭＡＳ（MgO-Al₂O₃-SiO₂系）粉末（粒径２０μｍ以下）
に４５〜１０μｍのＮｉ合金（Ｎｉ１７Ｃｒ６Ａｌ１
０．６Ｙ，ＭＡ−９０；昭和電工社製）を２０体積％混
合し、実施例１と同様の方法で焼結した。得られた複合
材料の曲げ強度と破壊靱性は３２kg／mm²、７ＭＰａｍ
^1/2と高い値を示した。この材料の耐食性を評価するた
め１ＮのＮａＯＨとＮａＣｌに３００時間浸漬し、その
後の重量変化から腐食速度を求めたところ、いずれの場
合も重量変化は認められず優れた耐食性を示した。比較
材としてＴｉ合金（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）も同様に評価した
ところＮａＯＨでは０．０１１ｍｍ／年、ＮａＣｌでは
０．０２３ｍｍ／年の腐食速度を示し、本発明の効果が
示された。

【００２２】実施例３ＭＡＳ（MgO-Al₂O₃-SiO₂系）粉末（粒径２０μｍ以下）
と純度９９．９９％のアルミナ粉末（ＡＫＰ−３０；住
友化学製）に粒径５３〜１０μｍのＭｏ粉末（Ｍ−６
０；昭和電工製）をそれぞれ２０体積％混合し、実施例
１と同様の方法で焼結した。なお、アルミナマトリック
スの場合、ホットプレス温度は１６００℃、圧力は３０
０kg／cm²とした。得られた複合材料は、ＭＡＳガラス
マトリックス複合材料では、曲げ強度と破壊靱性は３５
kg／mm²、７ＭＰａｍ^1/2と高い値を示し、アルミナマ
トリックス複合材料では、曲げ強度５０kg／mm²、破壊
靱性１１ＭＰａｍ^1/2という高い値が得られた。これら
の複合材料の耐食性を評価するため１ＮのＨＣｌとＨ₂
ＳＯ₄に３００時間浸漬し、その後の重量変化から腐食
速度を求めたところ、ＭＡＳガラスマトリックス複合材
料では、ＨＣｌで０．０１ｍｍ／年、Ｈ₂ＳＯ₄で０．０
４７ｍｍ／年と、アルミナマトリックス複合材料では、
ＨＣｌで０．０１３ｍｍ／年、Ｈ₂ＳＯ₄で０．０５０ｍ
ｍ／年と、比較材としてハステロイＢを同様に評価した
ところＨＣｌでは０．０９５ｍｍ／年、Ｈ₂ＳＯ₄では
０．１０９ｍｍ／年の腐食速度を示し、本発明の効果が
示された。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図３】図３は、本発明の実施例１で得られた複合材
料のガラス材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１で得られた複合材
料の熱衝撃特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

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス又はセラミックスをマトリックス
とし、金属粒子を複合相とする複合材料からなる耐熱衝
撃性、耐食性材料。
【請求項２】複合相の金属粒子が扁平状の延性金属粒
子であることを特徴とする請求項１記載の耐熱衝撃性、
耐食性材料。
【請求項３】複合相の体積率が、２〜６０％である請
求項１又は２記載の耐熱衝撃性、耐食性材料。
【請求項４】複合相の熱膨張係数が、ガラス又はセラ
ミックスマトリックスより大きいことを特徴とする請求
項１又は２記載の耐熱衝撃性、耐食性材料。
【請求項５】複合相の金属が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚ
ｒ、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、パーマロイ及び超耐熱合金から選ばれる少なくとも
一種である請求項１又は２記載の耐熱衝撃性、耐食性材
料。
【請求項６】複合相の金属が、Ｆｅ合金、ステンレス
鋼、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ及
びそれらの合金から選ばれる少なくとも一種であり、塩
酸溶液に対する耐食性に優れていることを特徴とする請
求項１又は２記載の耐熱衝撃性、耐食性材料。
【請求項７】複合相の金属が、Ｆｅ合金、ステンレス
鋼、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ及
びそれらの合金から選ばれる少なくとも一種であり、硫
酸溶液に対する耐食性に優れていることを特徴とする請
求項１又は２記載の耐熱衝撃性、耐食性材料。
【請求項８】複合相の金属が、Ｆｅ合金、ステンレス
鋼、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ及
びそれらの合金から選ばれる少なくとも一種であり、硝
酸溶液に対する耐食性に優れていることを特徴とする請
求項１又は２記載の耐熱衝撃性、耐食性材料。
【請求項９】複合相の金属が、Ｆｅ合金、Ｍｇ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ及びそれらの合金から選ばれる少な
くとも一種であり、ふっ酸溶液に対する耐食性に優れて
いることを特徴とする請求項１又は２記載の耐熱衝撃
性、耐食性材料。
【請求項１０】複合相の金属が、Ｆｅ合金、ステンレ
ス鋼、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ及びそ
れらの合金から選ばれる少なくとも一種であり、水酸化
ナトリウム溶液に対する耐食性に優れていることを特徴
とする請求項１又は２記載の耐熱衝撃性、耐食性材料。
【請求項１１】複合相の金属が、Ｆｅ合金、ステンレ
ス鋼、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ及びそれらの合金
から選ばれる少なくとも一種であり、塩化ナトリウム溶
液に対する耐食性に優れていることを特徴とする請求項
１又は２記載の耐熱衝撃性、耐食性材料。
【請求項１２】複合相の金属が、Ｆｅ合金、ステンレ
ス鋼、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ及びそれらの合金
から選ばれる少なくとも一種であり、水に対する耐食性
に優れていることを特徴とする請求項１又は２記載の耐
熱衝撃性、耐食性材料。