JPH10287934A - 傾斜機能材の製造方法 - Google Patents
傾斜機能材の製造方法Info
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- JPH10287934A JPH10287934A JP9098655A JP9865597A JPH10287934A JP H10287934 A JPH10287934 A JP H10287934A JP 9098655 A JP9098655 A JP 9098655A JP 9865597 A JP9865597 A JP 9865597A JP H10287934 A JPH10287934 A JP H10287934A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡単な工程で、金属層とセラミックス層とが傾
斜層を介して強固かつ確実に一体化された傾斜機能材を
得る。 【解決手段】金属側組成にセラミックス成分を添加した
金属粉末混合物と、セラミックス側組成に金属成分を添
加したセラミックス粉末混合物とから成形体を得、この
成形体に焼成処理を施して傾斜機能材１０を製造する。
この傾斜機能材１０は、添加されたセラミックス成分が
金属に転化する一方、添加された金属成分がセラミック
スに転化する。これにより、一方の端面が金属層１２で
かつ他方の端面がセラミックス層１４であり、これらが
拡散層１６を介して一体化された傾斜機能材１０が得ら
れる。
斜層を介して強固かつ確実に一体化された傾斜機能材を
得る。 【解決手段】金属側組成にセラミックス成分を添加した
金属粉末混合物と、セラミックス側組成に金属成分を添
加したセラミックス粉末混合物とから成形体を得、この
成形体に焼成処理を施して傾斜機能材１０を製造する。
この傾斜機能材１０は、添加されたセラミックス成分が
金属に転化する一方、添加された金属成分がセラミック
スに転化する。これにより、一方の端面が金属層１２で
かつ他方の端面がセラミックス層１４であり、これらが
拡散層１６を介して一体化された傾斜機能材１０が得ら
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一方の端面が金属
層でかつ他方の端面がセラミックス層である傾斜機能材
の製造方法に関する。
層でかつ他方の端面がセラミックス層である傾斜機能材
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、耐蝕性、絶縁性および高温耐久
性等に優れるセラミックスと靭性に優れる金属との特性
を一体的に備えた傾斜機能材が知られている。この種の
傾斜機能材は、例えば、半導体回路基板として使用され
ることが望まれている。半導体回路では、最近、高集積
化、高容量化および高周波数化の傾向が著しく、この半
導体回路を搭載するセラミックス基板と、該半導体回路
に発生する熱を外部に効率よく排出するためのヒートシ
ンクとを一体化する必要があるからである。
性等に優れるセラミックスと靭性に優れる金属との特性
を一体的に備えた傾斜機能材が知られている。この種の
傾斜機能材は、例えば、半導体回路基板として使用され
ることが望まれている。半導体回路では、最近、高集積
化、高容量化および高周波数化の傾向が著しく、この半
導体回路を搭載するセラミックス基板と、該半導体回路
に発生する熱を外部に効率よく排出するためのヒートシ
ンクとを一体化する必要があるからである。
【０００３】上記の傾斜機能材は、一方の端面が金属で
かつ他方の端面がセラミックスであり、その間における
組成や特性が滑らかに変化することが望まれる。このた
め、通常、組成が徐々に異なる積層体（必要に応じて１
０層以上）を用意し、所定の形状に成形した後に焼結処
理を施すことにより、所望の傾斜機能材を製造する作業
が行われている。
かつ他方の端面がセラミックスであり、その間における
組成や特性が滑らかに変化することが望まれる。このた
め、通常、組成が徐々に異なる積層体（必要に応じて１
０層以上）を用意し、所定の形状に成形した後に焼結処
理を施すことにより、所望の傾斜機能材を製造する作業
が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、積層体
が多層になるに従って、組成が変更される界面でプレス
成形時に剥離が起こり易くなり、安定した形状が得られ
ないという問題が指摘されている。しかも、所望の形状
を得るためには、多量の有機添加材が必要となり、焼結
時の緻密化が阻害されるとともに、金属層に悪影響を与
えるという不具合がある。
が多層になるに従って、組成が変更される界面でプレス
成形時に剥離が起こり易くなり、安定した形状が得られ
ないという問題が指摘されている。しかも、所望の形状
を得るためには、多量の有機添加材が必要となり、焼結
時の緻密化が阻害されるとともに、金属層に悪影響を与
えるという不具合がある。
【０００５】さらに、金属とセラミックスとは、それぞ
れの焼結温度に３００℃〜１０００℃の差があり、金属
層の緻密化温度では、セラミックス側の緻密化が進まな
い。このため、セラミックスの焼結温度まで加熱しよう
とすると、殆どの金属の融点を大きく超えてしまい、軟
化が生じて形状を保つことができないという問題があ
る。
れの焼結温度に３００℃〜１０００℃の差があり、金属
層の緻密化温度では、セラミックス側の緻密化が進まな
い。このため、セラミックスの焼結温度まで加熱しよう
とすると、殆どの金属の融点を大きく超えてしまい、軟
化が生じて形状を保つことができないという問題があ
る。
【０００６】さらにまた、金属の緻密化温度領域とセラ
ミックスの緻密化温度領域が大きく異なるとともに、そ
れぞれの熱伝導率や熱膨張が大きく異なる。これによ
り、大きな熱応力が発生して焼成中の反りや割れ等が生
じるために、実用に適さないという問題が指摘されてい
る。
ミックスの緻密化温度領域が大きく異なるとともに、そ
れぞれの熱伝導率や熱膨張が大きく異なる。これによ
り、大きな熱応力が発生して焼成中の反りや割れ等が生
じるために、実用に適さないという問題が指摘されてい
る。
【０００７】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、簡単な工程で、金属層とセラミックス層とが強固
かつ確実に一体化された高品質な傾斜機能材を得ること
が可能な傾斜機能材の製造方法を提供することを目的と
する。
あり、簡単な工程で、金属層とセラミックス層とが強固
かつ確実に一体化された高品質な傾斜機能材を得ること
が可能な傾斜機能材の製造方法を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明に係る傾斜機能材の製造方法では、金属側
組成にセラミックス成分を添加した金属粉末混合物と、
セラミックス側組成に金属成分を添加したセラミックス
粉末混合物とを用意し、これらを積層して焼成処理を施
す。このため、焼結時の熱伝導率差、熱膨張差および収
縮温度差領域を極小化し、発生する熱応力を最小限に抑
えて界面付近での剥離や反り等の変形を有効に阻止する
ことができる。
めに、本発明に係る傾斜機能材の製造方法では、金属側
組成にセラミックス成分を添加した金属粉末混合物と、
セラミックス側組成に金属成分を添加したセラミックス
粉末混合物とを用意し、これらを積層して焼成処理を施
す。このため、焼結時の熱伝導率差、熱膨張差および収
縮温度差領域を極小化し、発生する熱応力を最小限に抑
えて界面付近での剥離や反り等の変形を有効に阻止する
ことができる。
【０００９】しかも、焼結時乃至は焼結の終了時におい
て、金属側組成に添加したセラミックス成分が金属に転
化するとともに、セラミックス側組成に添加した金属成
分がセラミックスに転化する。従って、２層の界面近傍
が相互拡散層となって所望の傾斜組成を有する傾斜機能
材が得られる。
て、金属側組成に添加したセラミックス成分が金属に転
化するとともに、セラミックス側組成に添加した金属成
分がセラミックスに転化する。従って、２層の界面近傍
が相互拡散層となって所望の傾斜組成を有する傾斜機能
材が得られる。
【００１０】焼成後に傾斜機能材の一方の端面である金
属層を形成する金属側組成では、５０％以上含有されて
主体となる金属として、銅合金、アルミニウム合金、チ
タン合金、タングステン合金、ニッケル合金およびコバ
ルト合金等、実用合金の殆どが対応可能である。また、
傾斜機能材の他方の端面であるセラミックス層を形成す
るセラミックス側組成では、５０％以上含有されて主体
となるセラミックスとして、窒化アルミニウム、窒化珪
素、炭化珪素、窒化ジルコニム、窒化チタン、炭化チタ
ン、炭化ジルコニウム、硼化チタンおよび硼化ジルコニ
ウム等、代表的なセラミックスが殆ど該当する。
属層を形成する金属側組成では、５０％以上含有されて
主体となる金属として、銅合金、アルミニウム合金、チ
タン合金、タングステン合金、ニッケル合金およびコバ
ルト合金等、実用合金の殆どが対応可能である。また、
傾斜機能材の他方の端面であるセラミックス層を形成す
るセラミックス側組成では、５０％以上含有されて主体
となるセラミックスとして、窒化アルミニウム、窒化珪
素、炭化珪素、窒化ジルコニム、窒化チタン、炭化チタ
ン、炭化ジルコニウム、硼化チタンおよび硼化ジルコニ
ウム等、代表的なセラミックスが殆ど該当する。
【００１１】上記の金属を主体とする金属側組成には、
セラミックス成分が添加されるとともに、上記のセラミ
ックスを主体とするセラミックス側組成には、金属成分
が添加される。金属側組成に添加されたセラミックス成
分の金属化やセラミックス側組成に添加された金属成分
のセラミックス化は、焼成時の温度、雰囲気ガスの分圧
および焼成後の熱処理等により進行され、また、拡散層
の厚さも上記の条件によって設定される。
セラミックス成分が添加されるとともに、上記のセラミ
ックスを主体とするセラミックス側組成には、金属成分
が添加される。金属側組成に添加されたセラミックス成
分の金属化やセラミックス側組成に添加された金属成分
のセラミックス化は、焼成時の温度、雰囲気ガスの分圧
および焼成後の熱処理等により進行され、また、拡散層
の厚さも上記の条件によって設定される。
【００１２】焼結中に金属に転化するセラミックス成分
としては、ランタン系元素を含む第ＩＩＩ族元素、第Ｉ
Ｖ族元素、第Ｖ族元素または第ＶＩ族元素の炭化物、窒
化物、炭窒化物または酸化物のいずれか、またはこれら
の混合物が該当する。一方、焼結中にセラミックスに転
化する金属成分としては、ランタン系元素を含む第ＩＩ
Ｉ族元素、第ＩＶ族元素、第Ｖ族元素または第ＶＩ族元
素のいずれか、またはこれらの混合物が該当する。
としては、ランタン系元素を含む第ＩＩＩ族元素、第Ｉ
Ｖ族元素、第Ｖ族元素または第ＶＩ族元素の炭化物、窒
化物、炭窒化物または酸化物のいずれか、またはこれら
の混合物が該当する。一方、焼結中にセラミックスに転
化する金属成分としては、ランタン系元素を含む第ＩＩ
Ｉ族元素、第ＩＶ族元素、第Ｖ族元素または第ＶＩ族元
素のいずれか、またはこれらの混合物が該当する。
【００１３】上記セラミックス成分および金属成分は、
焼結中にセラミックスから金属へ、および金属からセラ
ミックスへ変化しながら相互拡散が行われ、傾斜機能材
が製造される。実際に得られた傾斜機能材では、添加さ
れたセラミックス成分が金属層側に殆ど観測されず、こ
のセラミックス成分が金属へ転化乃至は傾斜層への再配
列が進んだ。また、セラミックス層中にも、添加された
金属が殆ど観測されずに、前記金属成分は、セラミック
スに転化乃至は傾斜層への再配列が生じていた。
焼結中にセラミックスから金属へ、および金属からセラ
ミックスへ変化しながら相互拡散が行われ、傾斜機能材
が製造される。実際に得られた傾斜機能材では、添加さ
れたセラミックス成分が金属層側に殆ど観測されず、こ
のセラミックス成分が金属へ転化乃至は傾斜層への再配
列が進んだ。また、セラミックス層中にも、添加された
金属が殆ど観測されずに、前記金属成分は、セラミック
スに転化乃至は傾斜層への再配列が生じていた。
【００１４】傾斜層における相互拡散は、通常の接合や
熱処理の拡散厚さより大きくする必要があり、金属粉末
混合物とセラミックス粉末混合物とをそれぞれ所定の厚
さに設定して２層に積層した成形体が用いられる。これ
により、最低積層数（２層）であっても、緻密化過程で
発生する熱応力を極小化することができ、金属とセラミ
ックスとが相互に拡散した傾斜層を有し、かつ両端面に
金属層とセラミックス層とを有した傾斜機能材を容易か
つ確実に製造することが可能になる。また、ホットプレ
スやＨＩＰ（ホットアイソスタティックプレス）のよう
な特殊な装置を用いる必要がなく、常圧乃至は加圧焼結
によって製造することができ、生産性の向上が図られ
る。
熱処理の拡散厚さより大きくする必要があり、金属粉末
混合物とセラミックス粉末混合物とをそれぞれ所定の厚
さに設定して２層に積層した成形体が用いられる。これ
により、最低積層数（２層）であっても、緻密化過程で
発生する熱応力を極小化することができ、金属とセラミ
ックスとが相互に拡散した傾斜層を有し、かつ両端面に
金属層とセラミックス層とを有した傾斜機能材を容易か
つ確実に製造することが可能になる。また、ホットプレ
スやＨＩＰ（ホットアイソスタティックプレス）のよう
な特殊な装置を用いる必要がなく、常圧乃至は加圧焼結
によって製造することができ、生産性の向上が図られ
る。
【００１５】なお、金属成分のセラミックス化およびセ
ラミックス成分の金属化の際に必要な雰囲気は、窒素、
大気または炭素である。炭素は、ＣＯ等を用いてもよい
が、焼結しようとするものを炭素粉末中に埋設して焼成
処理を施してもよい。これらの必要圧力は、減圧から数
気圧程度でよい。
ラミックス成分の金属化の際に必要な雰囲気は、窒素、
大気または炭素である。炭素は、ＣＯ等を用いてもよい
が、焼結しようとするものを炭素粉末中に埋設して焼成
処理を施してもよい。これらの必要圧力は、減圧から数
気圧程度でよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態に係る傾
斜機能材の製造方法について、以下に説明する。
斜機能材の製造方法について、以下に説明する。
【００１７】先ず、金属側の主体となる原料粉末組成を
銅−タングステン合金とし、セラミックス側の主体とな
る原料粉末組成を窒化アルミニウムとし、表１に示す組
成に設定された金属粉末混合物とセラミックス粉末混合
物とが用意された。
銅−タングステン合金とし、セラミックス側の主体とな
る原料粉末組成を窒化アルミニウムとし、表１に示す組
成に設定された金属粉末混合物とセラミックス粉末混合
物とが用意された。
【００１８】
【表１】
【００１９】ここで、金属粉末混合物には、セラミック
ス成分粉末として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および炭
化タングステン（ＷＣ）が配合されており、これらのセ
ラミックスの総重量が４０％であった。一方、セラミッ
クス粉末混合物には、金属成分粉末としてアルミニウム
（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）およ
び銀（Ａｇ）が配合されており、これらの金属粉末の総
量は、１７．０％であった。
ス成分粉末として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および炭
化タングステン（ＷＣ）が配合されており、これらのセ
ラミックスの総重量が４０％であった。一方、セラミッ
クス粉末混合物には、金属成分粉末としてアルミニウム
（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）およ
び銀（Ａｇ）が配合されており、これらの金属粉末の総
量は、１７．０％であった。
【００２０】次いで、金属粉末混合物およびセラミック
ス粉末混合物は、金属層の厚さが５ｍｍでセラミックス
層の厚さが１．５ｍｍであり、焼結後に５０ｍｍ×５０
ｍｍの大きさになるように２層積層して成形体を得た
（以下、実験例という）。一方、金属側組成が銅−タン
グステン（８％−９２％）合金粉末であり、セラミック
ス側組成が窒化アルミニウム−酸化イットリウム（９８
％−２％）粉末とし、それぞれ１０％ずつ組成を変えて
１０層に積層し、成形体を得た（以下、比較例とい
う）。
ス粉末混合物は、金属層の厚さが５ｍｍでセラミックス
層の厚さが１．５ｍｍであり、焼結後に５０ｍｍ×５０
ｍｍの大きさになるように２層積層して成形体を得た
（以下、実験例という）。一方、金属側組成が銅−タン
グステン（８％−９２％）合金粉末であり、セラミック
ス側組成が窒化アルミニウム−酸化イットリウム（９８
％−２％）粉末とし、それぞれ１０％ずつ組成を変えて
１０層に積層し、成形体を得た（以下、比較例とい
う）。
【００２１】なお、成形は、それぞれ金型内静水圧加圧
成形法を用いて行っており、実験例では、容易に成形を
行うことができたが、比較例では、その組成間で成形後
に剥離が生じ、２０個成形した中で試験に供せられるも
のが１個だけしか得られなかった。また、比較例では、
各層の厚さを均質に維持することが難しく、そのため、
成形後の厚さが１５ｍｍ程度となった。
成形法を用いて行っており、実験例では、容易に成形を
行うことができたが、比較例では、その組成間で成形後
に剥離が生じ、２０個成形した中で試験に供せられるも
のが１個だけしか得られなかった。また、比較例では、
各層の厚さを均質に維持することが難しく、そのため、
成形後の厚さが１５ｍｍ程度となった。
【００２２】そこで、図１に示すような焼成パターン
で、実験例および比較例に焼結処理を施した。ここで、
実験例の最高焼結温度は、１９８０℃であり、組成から
想到される焼結温度範囲よりかなり高い温度状態であっ
た。その際、焼結雰囲気を調製し、温度が比較的低い領
域では、窒素ガスを流通させながら減圧状態で５Ｐａ程
度であり、温度の上昇に伴って窒素圧を１気圧、２気圧
と上昇させた。
で、実験例および比較例に焼結処理を施した。ここで、
実験例の最高焼結温度は、１９８０℃であり、組成から
想到される焼結温度範囲よりかなり高い温度状態であっ
た。その際、焼結雰囲気を調製し、温度が比較的低い領
域では、窒素ガスを流通させながら減圧状態で５Ｐａ程
度であり、温度の上昇に伴って窒素圧を１気圧、２気圧
と上昇させた。
【００２３】比較例では、１２００℃から１００℃ずつ
温度を上昇させながら１８００℃まで焼結を試みたが、
１２００℃の低い温度でさえ積層の境界で界面剥離と反
りによる破断、クラックが生じてしまった。このため、
傾斜機能材としての断片さえも構成できず、圧力条件等
を真空から１０気圧未満まで変えて実験しても、実験に
供せられる形状を得ることはできなかった。
温度を上昇させながら１８００℃まで焼結を試みたが、
１２００℃の低い温度でさえ積層の境界で界面剥離と反
りによる破断、クラックが生じてしまった。このため、
傾斜機能材としての断片さえも構成できず、圧力条件等
を真空から１０気圧未満まで変えて実験しても、実験に
供せられる形状を得ることはできなかった。
【００２４】一方、実験例では、真空下での焼結により
収縮温度が低下し、〜１６００℃程度で大きく収縮して
緻密化が進行したことを確認することができた。そし
て、上記のようにして得られた傾斜機能材の両端面であ
る金属層およびセラミックス層を研磨するとともに、断
面を切り取って鏡面仕上げした後、導通試験と断面の硬
度を測定する実験とを行った。
収縮温度が低下し、〜１６００℃程度で大きく収縮して
緻密化が進行したことを確認することができた。そし
て、上記のようにして得られた傾斜機能材の両端面であ
る金属層およびセラミックス層を研磨するとともに、断
面を切り取って鏡面仕上げした後、導通試験と断面の硬
度を測定する実験とを行った。
【００２５】先ず、導通試験では、金属層の抵抗が略０
であり、端子の接触抵抗程度しか観測されなかった。こ
れに対して、セラミックス層では、全ての場所において
導通テストを行ったところ、全て１００ＭΩ以上という
値が得られ、測定器の能力以上となった。
であり、端子の接触抵抗程度しか観測されなかった。こ
れに対して、セラミックス層では、全ての場所において
導通テストを行ったところ、全て１００ＭΩ以上という
値が得られ、測定器の能力以上となった。
【００２６】図２は、得られた傾斜機能材の各部位にお
ける硬度Ｈｖの測定を行った結果が示されている。すな
わち、図３に示すように、傾斜機能材１０は、一方の端
面が金属層１２でかつ他方の端面がセラミックス層１４
であり、内部に金属とセラミックスとが相互拡散した拡
散層１６が設けられている。そして、セラミックス層１
４側を０．５ｍｍだけ削り取った後、このセラミックス
層１４から金属層１２側に向かって硬度を測定した。
ける硬度Ｈｖの測定を行った結果が示されている。すな
わち、図３に示すように、傾斜機能材１０は、一方の端
面が金属層１２でかつ他方の端面がセラミックス層１４
であり、内部に金属とセラミックスとが相互拡散した拡
散層１６が設けられている。そして、セラミックス層１
４側を０．５ｍｍだけ削り取った後、このセラミックス
層１４から金属層１２側に向かって硬度を測定した。
【００２７】この結果、図２に示すように、セラミック
ス層１４から０．５ｍｍ程度、セラミックスによる硬い
層が設けられており、その後なだらかに硬度が低下して
いることが分かった。傾斜層である拡散層１６の幅は約
２ｍｍにも達しており、硬度Ｈｖが１２００〜２００程
度という大きな差が存在していた。
ス層１４から０．５ｍｍ程度、セラミックスによる硬い
層が設けられており、その後なだらかに硬度が低下して
いることが分かった。傾斜層である拡散層１６の幅は約
２ｍｍにも達しており、硬度Ｈｖが１２００〜２００程
度という大きな差が存在していた。
【００２８】また、電子顕微鏡によるミクロ観察におい
ても、セラミックス層１４と金属層１２との間にクラッ
クや気孔等の欠陥は全く観測されず、高品質かつ所望の
傾斜機能材１０が製造されたことが確認された。セラミ
ックス層１４側では、０．５ｍｍの深さまで削り取って
も、金属の存在がミクロ観察においても発見できず、略
１００％のセラミックスであることが確認された。
ても、セラミックス層１４と金属層１２との間にクラッ
クや気孔等の欠陥は全く観測されず、高品質かつ所望の
傾斜機能材１０が製造されたことが確認された。セラミ
ックス層１４側では、０．５ｍｍの深さまで削り取って
も、金属の存在がミクロ観察においても発見できず、略
１００％のセラミックスであることが確認された。
【００２９】次に、本発明の第２の実施形態として、セ
ラミックス側組成の主体セラミックスとして窒化珪素を
用い、金属側組成の主体金属としてニッケル合金を用い
て実験を行った。この金属側組成およびセラミックス側
組成は、表２に示されている。
ラミックス側組成の主体セラミックスとして窒化珪素を
用い、金属側組成の主体金属としてニッケル合金を用い
て実験を行った。この金属側組成およびセラミックス側
組成は、表２に示されている。
【００３０】
【表２】
【００３１】ここで、金属粉末混合物には、セラミック
ス粉末が１６．５％配合されており、セラミックス粉末
混合物には、金属粉末が１３．３％配合されている。そ
して、セラミックス粉末混合物側の厚さが３ｍｍ、金属
粉末混合物側の厚さが３ｍｍとなるように、前記セラミ
ックス粉末混合物および前記金属粉末混合物が積層され
た。
ス粉末が１６．５％配合されており、セラミックス粉末
混合物には、金属粉末が１３．３％配合されている。そ
して、セラミックス粉末混合物側の厚さが３ｍｍ、金属
粉末混合物側の厚さが３ｍｍとなるように、前記セラミ
ックス粉末混合物および前記金属粉末混合物が積層され
た。
【００３２】次いで、この積層物は、金型内静水圧加圧
成形法により成形され、６０ｍｍ×６０ｍｍの成形体が
得られた。その際、アルコール：アセトンが３：１の媒
液を用い、成形圧が１２０ＭＰａに設定された。
成形法により成形され、６０ｍｍ×６０ｍｍの成形体が
得られた。その際、アルコール：アセトンが３：１の媒
液を用い、成形圧が１２０ＭＰａに設定された。
【００３３】成形体は、乾燥された後に最高温度が１７
８０℃による焼結がなされた。この温度は、ニッケル合
金である超耐熱合金組成の融点を遙かに超える温度であ
るが、焼結後の焼結体は、形状を保持するとともに緻密
化がなされており、傾斜機能材が構成されていた。
８０℃による焼結がなされた。この温度は、ニッケル合
金である超耐熱合金組成の融点を遙かに超える温度であ
るが、焼結後の焼結体は、形状を保持するとともに緻密
化がなされており、傾斜機能材が構成されていた。
【００３４】焼結後の傾斜機能材は、電子顕微鏡等を用
いて、その境界部付近や金属層、並びにセラミックス層
の観察が行われた。その結果、欠陥が殆ど観測されず、
傾斜層を含めて１００％の緻密化が達成されていた。
いて、その境界部付近や金属層、並びにセラミックス層
の観察が行われた。その結果、欠陥が殆ど観測されず、
傾斜層を含めて１００％の緻密化が達成されていた。
【００３５】さらに、実験例と同様に、セラミックス層
を最表面から０．５ｍｍだけ研磨除去した後、通電性の
実験を行ったところ、どの点においても１００ＭΩ以上
の抵抗が観測され、高い絶縁性が得られていることが分
かった。また、電子顕微鏡等を用いて断面観察を行った
ところ、傾斜層には金属の存在が観測されるものの、セ
ラミックス層には金属の存在が全く確認されなかった。
を最表面から０．５ｍｍだけ研磨除去した後、通電性の
実験を行ったところ、どの点においても１００ＭΩ以上
の抵抗が観測され、高い絶縁性が得られていることが分
かった。また、電子顕微鏡等を用いて断面観察を行った
ところ、傾斜層には金属の存在が観測されるものの、セ
ラミックス層には金属の存在が全く確認されなかった。
【００３６】さらにまた、実験例と同様に、硬度を測定
して傾斜層の幅等を確認したところ、完全にセラミック
スに転化したセラミックス層の厚さが１．６ｍｍであ
り、完全に金属に転化した金属層の厚さが１．３ｍｍ程
度であり、傾斜層の厚さが１．２ｍｍ程度であった。な
お、得られた傾斜機能材は、緻密化が進行しているもの
の、セラミックス単独や金属単独のように、収縮が２０
％を超えるまでには至らなかった。
して傾斜層の幅等を確認したところ、完全にセラミック
スに転化したセラミックス層の厚さが１．６ｍｍであ
り、完全に金属に転化した金属層の厚さが１．３ｍｍ程
度であり、傾斜層の厚さが１．２ｍｍ程度であった。な
お、得られた傾斜機能材は、緻密化が進行しているもの
の、セラミックス単独や金属単独のように、収縮が２０
％を超えるまでには至らなかった。
【００３７】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る傾斜機能材
の製造方法では、金属側組成にセラミックス成分を添加
した金属粉末混合物と、セラミックス側組成に金属粉末
を添加したセラミックス粉末混合物とを用いて焼成処理
が施されるため、前記セラミックス成分が金属に転化す
るとともに、前記金属成分がセラミックスに転化する。
の製造方法では、金属側組成にセラミックス成分を添加
した金属粉末混合物と、セラミックス側組成に金属粉末
を添加したセラミックス粉末混合物とを用いて焼成処理
が施されるため、前記セラミックス成分が金属に転化す
るとともに、前記金属成分がセラミックスに転化する。
【００３８】このため、一方の端面が金属層でかつ他方
の端面がセラミックス層であり、前記金属層と前記セラ
ミックス層とが傾斜機能層を介して一体的かつ強固に構
成される。これにより、セラミックスの利点と金属の利
点とを合わせ持った傾斜機能材が得られるとともに、ク
ラックや割れ等の欠陥がなく、接合強度に優れた高品質
の傾斜機能材を製造することが可能になる。
の端面がセラミックス層であり、前記金属層と前記セラ
ミックス層とが傾斜機能層を介して一体的かつ強固に構
成される。これにより、セラミックスの利点と金属の利
点とを合わせ持った傾斜機能材が得られるとともに、ク
ラックや割れ等の欠陥がなく、接合強度に優れた高品質
の傾斜機能材を製造することが可能になる。
【図１】本発明の実施形態に係る傾斜機能材の製造方法
における焼成パターンの説明図である。
における焼成パターンの説明図である。
【図２】前記傾斜機能材のセラミックス層側から金属層
側への距離と硬度との関係図である。
側への距離と硬度との関係図である。
【図３】前記傾斜機能材の縦断面説明図である。
１０…傾斜機能材 １２…金属層 １４…セラミックス層 １６…拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｃ２２Ｃ 29/16 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｍ
Claims (3)
- 【請求項１】一方の端面が金属層でかつ他方の端面がセ
ラミックス層である傾斜機能材の製造方法であって、 金属側組成にセラミックス成分を添加した金属粉末混合
物と、セラミックス側組成に金属成分を添加したセラミ
ックス粉末混合物とを用意する工程と、 前記金属粉末混合物と前記セラミックス粉末混合物とを
積層して成形体を得る工程と、 前記成形体に焼成処理を施して、前記金属側組成に添加
した前記セラミックス成分を金属に転化させるととも
に、前記セラミックス側組成に添加した前記金属成分を
セラミックスに転化させて傾斜機能材を製造する工程
と、 を有することを特徴とする傾斜機能材の製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載の製造方法において、前記金
属側組成は、銅合金、鉄合金、ニッケル合金、コバルト
合金またはアルミニウム合金のいずれかを５０％以上含
有しており、 前記セラミックス側組成は、窒化アルミニウム、窒化珪
素、窒化チタン、窒化ジルコニウム、炭化珪素、炭化チ
タン、炭化ジルコニウム、硼化チタンまたは硼化ジルコ
ニウムのいずれかを５０％以上含有することを特徴とす
る傾斜機能材の製造方法。 - 【請求項３】請求項１または２記載の製造方法におい
て、前記金属側組成に添加される前記セラミックス成分
は、ランタン系元素を含む第ＩＩＩ族元素、第ＩＶ族元
素、第Ｖ族元素または第ＶＩ族元素の炭化物、窒化物ま
たは酸化物のいずれか、またはこれらの混合物であり、 前記セラミックス側組成に添加される前記金属成分は、
ランタン系元素を含む第ＩＩＩ族元素、第ＩＶ族元素、
第Ｖ族元素または第ＶＩ族元素のいずれか、またはこれ
らの混合物であることを特徴とする傾斜機能材の製造方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09865597A JP4224141B2 (ja) | 1997-04-16 | 1997-04-16 | 傾斜機能材の製造方法 |
| CA002232517A CA2232517C (en) | 1997-03-21 | 1998-03-18 | Functionally gradient material and method for producing the same |
| US09/044,869 US6037066A (en) | 1997-03-21 | 1998-03-20 | Functionally gradient material and method for producing the same |
| US09/449,495 US6248290B1 (en) | 1997-03-21 | 1999-11-29 | Functionally gradient material and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09865597A JP4224141B2 (ja) | 1997-04-16 | 1997-04-16 | 傾斜機能材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10287934A true JPH10287934A (ja) | 1998-10-27 |
| JP4224141B2 JP4224141B2 (ja) | 2009-02-12 |
Family
ID=14225534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09865597A Expired - Fee Related JP4224141B2 (ja) | 1997-03-21 | 1997-04-16 | 傾斜機能材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4224141B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003193168A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-07-09 | Honda Motor Co Ltd | 傾斜複合材およびその製造方法 |
| JP2010052110A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Shimane Prefecture | 焼結体 |
| CN102605207A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-07-25 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种梯度金属陶瓷复合材料及其制备方法 |
-
1997
- 1997-04-16 JP JP09865597A patent/JP4224141B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003193168A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-07-09 | Honda Motor Co Ltd | 傾斜複合材およびその製造方法 |
| JP2010052110A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Shimane Prefecture | 焼結体 |
| CN102605207A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-07-25 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种梯度金属陶瓷复合材料及其制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4224141B2 (ja) | 2009-02-12 |
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