JPH06128608A - 傾斜組成材料の製造方法 - Google Patents
傾斜組成材料の製造方法Info
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- JPH06128608A JPH06128608A JP30624492A JP30624492A JPH06128608A JP H06128608 A JPH06128608 A JP H06128608A JP 30624492 A JP30624492 A JP 30624492A JP 30624492 A JP30624492 A JP 30624492A JP H06128608 A JPH06128608 A JP H06128608A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２種類以上の融点・比重が大幅に異なる粉末
を使用して傾斜組成材料を焼結する方法を提供する。 【構成】 ２種類以上の粉末の均質混合物を、まず融点
の高い粉末融点以下でかつ融点の低い粉末の融点以上の
温度にて加熱し、次いで融点の低い粉末が液相を形成
し、融点の高い粉末が固相である間に、それらの比重の
差によって傾斜組成を生成させ、そのまま焼結する。
を使用して傾斜組成材料を焼結する方法を提供する。 【構成】 ２種類以上の粉末の均質混合物を、まず融点
の高い粉末融点以下でかつ融点の低い粉末の融点以上の
温度にて加熱し、次いで融点の低い粉末が液相を形成
し、融点の高い粉末が固相である間に、それらの比重の
差によって傾斜組成を生成させ、そのまま焼結する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２種類以上の粉末を用
いて傾斜組成材料を製造する方法に関するものであり、
特に融点・比重が大幅に異なる粉末を使用して傾斜組成
材料を焼結する方法に関するものである。
いて傾斜組成材料を製造する方法に関するものであり、
特に融点・比重が大幅に異なる粉末を使用して傾斜組成
材料を焼結する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】傾斜組成材料は、図２に模式図で示すよ
うに組成を連続的に傾斜させる（あるいは各成分の濃度
に勾配を持たせる）ことにより得られる製品の、耐熱
性、機械的強度、熱伝導性等の機能を単一組成材料の機
能より優れたものとすることを意図したものである。こ
のように傾斜組成材料の製造方法として、２種以上の粉
末の体積混合割合を適宜変え、傾斜組成を持つ粉末混合
物を調整した後、得られた混合物を焼結する方法があ
る。その代表例を図３、図４に示す。
うに組成を連続的に傾斜させる（あるいは各成分の濃度
に勾配を持たせる）ことにより得られる製品の、耐熱
性、機械的強度、熱伝導性等の機能を単一組成材料の機
能より優れたものとすることを意図したものである。こ
のように傾斜組成材料の製造方法として、２種以上の粉
末の体積混合割合を適宜変え、傾斜組成を持つ粉末混合
物を調整した後、得られた混合物を焼結する方法があ
る。その代表例を図３、図４に示す。
【０００３】図３の方法は、２種の粉末混合体積率の異
なる数板の均一混合粉末シートＳ1、Ｓ2、……Ｓnを予
め調製し、これらを成分の傾斜を形成するように数段階
積層し、得られた傾斜組成を有する積層体Ｌを、熱間等
方性プレス（以下ＨＩＰと略す）またはホットプレスに
よって焼結してＦＧＭ製品Ｐを得る方法である。
なる数板の均一混合粉末シートＳ1、Ｓ2、……Ｓnを予
め調製し、これらを成分の傾斜を形成するように数段階
積層し、得られた傾斜組成を有する積層体Ｌを、熱間等
方性プレス（以下ＨＩＰと略す）またはホットプレスに
よって焼結してＦＧＭ製品Ｐを得る方法である。
【０００４】図４の方法は２種の粉末の混合時に振動を
加えることによって比重差を利用して傾斜組成を有する
粉末混合体を作成するものである。例えば、Ｎｉ粉末１
とＡｌ2Ｏ3粉末４を混合するに当たり、Ｎｉ粉末１を２
００メッシュの振動ふるい２に装入し、ふるいを振動さ
せてＮｉ粉末をふるいの目からその下方に設けた直径２
０ｍｍ，高さ４０ｍｍのシリンダーセル３内の底部に予
め装入しておいたＡｌ2Ｏ3粉末４の上に落下させる。シ
リンダーセル３は取り付けベース５を介して振動装置６
上に載置されているので、その振動によりＮｉ粉末１は
徐々にＡｌ2Ｏ3粉末４中に侵入して行き、所定の傾斜組
成をもつ粉末混合物が形成される。ついで、その粉末混
合物をＨＩＰまたはホットプレスによって焼結する方法
である。
加えることによって比重差を利用して傾斜組成を有する
粉末混合体を作成するものである。例えば、Ｎｉ粉末１
とＡｌ2Ｏ3粉末４を混合するに当たり、Ｎｉ粉末１を２
００メッシュの振動ふるい２に装入し、ふるいを振動さ
せてＮｉ粉末をふるいの目からその下方に設けた直径２
０ｍｍ，高さ４０ｍｍのシリンダーセル３内の底部に予
め装入しておいたＡｌ2Ｏ3粉末４の上に落下させる。シ
リンダーセル３は取り付けベース５を介して振動装置６
上に載置されているので、その振動によりＮｉ粉末１は
徐々にＡｌ2Ｏ3粉末４中に侵入して行き、所定の傾斜組
成をもつ粉末混合物が形成される。ついで、その粉末混
合物をＨＩＰまたはホットプレスによって焼結する方法
である。
【０００５】このように、従来技術では、焼結前の粉末
混合状態で所望の傾斜組成を有する粉末混合体を作成す
ることが基本となっており、その傾斜組成を崩すことな
く焼結するのが通常である。このため焼結温度は、融点
の低い粉末が溶融することがないよう、融点以下の温度
に設定されている。
混合状態で所望の傾斜組成を有する粉末混合体を作成す
ることが基本となっており、その傾斜組成を崩すことな
く焼結するのが通常である。このため焼結温度は、融点
の低い粉末が溶融することがないよう、融点以下の温度
に設定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法により、融
点が大幅に異なる粉末を用いて傾斜組成を有する粉末混
合素材を作成した後、通常用いられる温度（すなわち、
融点が低い粉末の融点以下の温度）で焼結すると、融点
の高い粉末が十分に焼結せず、得られる焼結体の材料強
度が不足したり、あるいは最悪の場合には融点の高い粉
末の体積率が大きい部分で粉末が未焼結のまま残留し、
材料としての機能を果たさないという問題が生じる。
点が大幅に異なる粉末を用いて傾斜組成を有する粉末混
合素材を作成した後、通常用いられる温度（すなわち、
融点が低い粉末の融点以下の温度）で焼結すると、融点
の高い粉末が十分に焼結せず、得られる焼結体の材料強
度が不足したり、あるいは最悪の場合には融点の高い粉
末の体積率が大きい部分で粉末が未焼結のまま残留し、
材料としての機能を果たさないという問題が生じる。
【０００７】したがって従来の方法で焼結によって傾斜
組成材料を作成するには、融点の高い粉末も十分焼結で
きるように、使用する粉末として、融点の近い材料を選
定しなければならないという材料組み合わせ上の制約が
ある。また、この問題を回避するため、焼結温度を上げ
融点の低い粉末の融点以上となると、当該粉末が溶融・
液相化して流動するため、初期の粉末混合体の傾斜組成
が崩れるという別の問題が生じる。
組成材料を作成するには、融点の高い粉末も十分焼結で
きるように、使用する粉末として、融点の近い材料を選
定しなければならないという材料組み合わせ上の制約が
ある。また、この問題を回避するため、焼結温度を上げ
融点の低い粉末の融点以上となると、当該粉末が溶融・
液相化して流動するため、初期の粉末混合体の傾斜組成
が崩れるという別の問題が生じる。
【０００８】さらに従来の方法では、所望の傾斜組成を
有する粉末混合体を作成するのに、粉末均一混合・積層
工程を数回繰り返したり、また振動を強制的に与えたり
するため、多大なコストがかかっていた。
有する粉末混合体を作成するのに、粉末均一混合・積層
工程を数回繰り返したり、また振動を強制的に与えたり
するため、多大なコストがかかっていた。
【０００９】そこで、本発明者らは、上記の問題点を解
決するために、鋭意研究の結果、以下のような傾斜組成
材料の製造方法を開発した。融点、比重の異なる２種類
以上の粉末の均質混合物を焼結して傾斜組成材料を製造
する方法において、上記粉末混合物をまず融点の高い粉
末の融点以下でかつ融点の低い粉末の融点以上の温度に
て加熱し、次いで融点の低い粉末が液相を形成し、融点
の高い粉末が固相である間に、それらの比重の差によっ
て傾斜組成を生成させ、そのまま焼結することを特徴と
する傾斜組成材料の製造方法。
決するために、鋭意研究の結果、以下のような傾斜組成
材料の製造方法を開発した。融点、比重の異なる２種類
以上の粉末の均質混合物を焼結して傾斜組成材料を製造
する方法において、上記粉末混合物をまず融点の高い粉
末の融点以下でかつ融点の低い粉末の融点以上の温度に
て加熱し、次いで融点の低い粉末が液相を形成し、融点
の高い粉末が固相である間に、それらの比重の差によっ
て傾斜組成を生成させ、そのまま焼結することを特徴と
する傾斜組成材料の製造方法。
【００１０】
【作 用】図１に本発明の傾斜組成材料の製造方法の一
例を模式的に示す。図１（ａ）は融点・比重の異なる２
種類の粉末を単に均一混合させた状態を示す。図１
（ｂ）は、粉末混合物を融点の高い粉末（第１相）の融
点以下でかつ融点の低い粉末（第２相）の融点以上の温
度にて加熱して第２相を液相化させ、さらに液相化させ
た第２相（比重が大）と固相のままの第１相（比重が
小）との比重差によって傾斜組成材料を生成させ、その
まま焼結させた状態を示す。図１（ｃ）は傾斜組成材料
を示す。
例を模式的に示す。図１（ａ）は融点・比重の異なる２
種類の粉末を単に均一混合させた状態を示す。図１
（ｂ）は、粉末混合物を融点の高い粉末（第１相）の融
点以下でかつ融点の低い粉末（第２相）の融点以上の温
度にて加熱して第２相を液相化させ、さらに液相化させ
た第２相（比重が大）と固相のままの第１相（比重が
小）との比重差によって傾斜組成材料を生成させ、その
まま焼結させた状態を示す。図１（ｃ）は傾斜組成材料
を示す。
【００１１】本発明で、焼結温度を融点の高い粉末の融
点以下かつ融点の低い粉末の融点以上とするのは、２種
の粉末の融点の差により融点の低い粉末が液相となって
流れやすくなり、また比重の差により、液相となった融
点の低い粉末と融点の高い粉末が上下に分かれるように
流れることによって傾斜組成材料を生成させるためであ
る。
点以下かつ融点の低い粉末の融点以上とするのは、２種
の粉末の融点の差により融点の低い粉末が液相となって
流れやすくなり、また比重の差により、液相となった融
点の低い粉末と融点の高い粉末が上下に分かれるように
流れることによって傾斜組成材料を生成させるためであ
る。
【００１２】本発明法を用いて傾斜組成材料を作成する
際、使用粉末の融点の差、比重の差が大きく、焼結温度
保持時間が長いほど、液相となった融点の低い粉末と、
融点の高い粉末が上下に分かれる割合が大きくなり、生
成される傾斜組成の厚さが小さくなる。したがって、使
用粉末の融点の差、比重の差、焼結前の適度に混合した
粉末混合体の厚さ、焼結温度保持時間を適正に選択する
ことによって、傾斜組成の厚さを制御できる。
際、使用粉末の融点の差、比重の差が大きく、焼結温度
保持時間が長いほど、液相となった融点の低い粉末と、
融点の高い粉末が上下に分かれる割合が大きくなり、生
成される傾斜組成の厚さが小さくなる。したがって、使
用粉末の融点の差、比重の差、焼結前の適度に混合した
粉末混合体の厚さ、焼結温度保持時間を適正に選択する
ことによって、傾斜組成の厚さを制御できる。
【００１３】また、本発明によれば、焼結前の粉末混合
体の作成において使用粉末を所望の傾斜組成にあらかじ
め混合する必要がなく、単純に混合するだけですむた
め、大幅なコスト削減が可能となる。
体の作成において使用粉末を所望の傾斜組成にあらかじ
め混合する必要がなく、単純に混合するだけですむた
め、大幅なコスト削減が可能となる。
【００１４】
【実施例】Ｃｕ（純銅）粉末（粒径１６０μｍ以下）お
よびＺｒＯ2（部分安定化ジルコニア）粉末（平均粒径
０．３μｍ）を用いて傾斜組成材料を作成した。Ｃｕ粉
末の融点は１０８３℃、通常使用される焼結温度は８０
０〜１０００℃である。ＺｒＯ2粉末の融点は２７００
℃、通常使用される焼結温度は１３００〜１５００℃で
ある。ＺｒＯ2粉末とＣｕ粉末を混合し各粉末の体積率
がＺｒＯ2：１００％、ＺｒＯ2：７５％・Ｃｕ：２５
％、ＺｒＯ2：２５％・Ｃｕ：７５％、Ｃｕ：１００％
となる４段階の均一混合粉末を積層することによって傾
斜組成を有する粉末合体を作成し、従来の焼結法に準じ
て、１０００℃にて焼結した。
よびＺｒＯ2（部分安定化ジルコニア）粉末（平均粒径
０．３μｍ）を用いて傾斜組成材料を作成した。Ｃｕ粉
末の融点は１０８３℃、通常使用される焼結温度は８０
０〜１０００℃である。ＺｒＯ2粉末の融点は２７００
℃、通常使用される焼結温度は１３００〜１５００℃で
ある。ＺｒＯ2粉末とＣｕ粉末を混合し各粉末の体積率
がＺｒＯ2：１００％、ＺｒＯ2：７５％・Ｃｕ：２５
％、ＺｒＯ2：２５％・Ｃｕ：７５％、Ｃｕ：１００％
となる４段階の均一混合粉末を積層することによって傾
斜組成を有する粉末合体を作成し、従来の焼結法に準じ
て、１０００℃にて焼結した。
【００１５】しかしながら、焼結温度（１０００℃）が
ＺｒＯ2の通常用いられる焼結温度（１３００〜１５０
０℃）よりかなり低いために、ＺｒＯ2粉末が十分に焼
結せず、ＺｒＯ2の体積率が７５％以上の部分ではＺｒ
Ｏ2粉末がそのまま残留しており、Ｃｕ／ＺｒＯ2の傾斜
組成材料は作成できなかった。
ＺｒＯ2の通常用いられる焼結温度（１３００〜１５０
０℃）よりかなり低いために、ＺｒＯ2粉末が十分に焼
結せず、ＺｒＯ2の体積率が７５％以上の部分ではＺｒ
Ｏ2粉末がそのまま残留しており、Ｃｕ／ＺｒＯ2の傾斜
組成材料は作成できなかった。
【００１６】一方、あらかじめ同体積のＣｕ／ＺｒＯ2
粉末で均一に混合し,これを図５に示す形状の軟鋼カプ
セルに充填し真空脱気した後、カプセルの封入口をＴＩ
Ｇ溶接し、粉末混合体を得る。次いでこの粉末混合体を
ＨＩＰによって１３００℃、２０００Ａｔｍ，Ａｒ（ア
ルゴン）雰囲気の条件下で、１時間保持して焼結した。
焼結時にＣｕが液相となることによってＣｕとＺｒＯ2
の比重の差（Ｃｕ：８.６、ＺｒＯ2：６.１）からＣｕ
（液相）が下方に流れ、Ｃｕ／ＺｒＯ2の傾斜組成材料
が得られた。この傾斜組成材料は厚さ５mmの傾斜組成の
領域を有していた。したがって本発明法によって,Ｃｕ
／ＺｒＯ2系傾斜機能材料の作成が可能となった。
粉末で均一に混合し,これを図５に示す形状の軟鋼カプ
セルに充填し真空脱気した後、カプセルの封入口をＴＩ
Ｇ溶接し、粉末混合体を得る。次いでこの粉末混合体を
ＨＩＰによって１３００℃、２０００Ａｔｍ，Ａｒ（ア
ルゴン）雰囲気の条件下で、１時間保持して焼結した。
焼結時にＣｕが液相となることによってＣｕとＺｒＯ2
の比重の差（Ｃｕ：８.６、ＺｒＯ2：６.１）からＣｕ
（液相）が下方に流れ、Ｃｕ／ＺｒＯ2の傾斜組成材料
が得られた。この傾斜組成材料は厚さ５mmの傾斜組成の
領域を有していた。したがって本発明法によって,Ｃｕ
／ＺｒＯ2系傾斜機能材料の作成が可能となった。
【００１７】
【発明の効果】本発明法を用いることにより、まず第一
に、大幅に融点が異なる２種類の粉末を使用しても傾斜
組成材料が作成できるようになり、粉末の組み合わせに
関する制約が大幅に改善される。つぎに、傾斜組成を有
する粉末混合体をあらかじめ作成する必要がなくなり、
これにかかる工程が省略できるため、傾斜組成材料の製
造コストが大幅に削減される。
に、大幅に融点が異なる２種類の粉末を使用しても傾斜
組成材料が作成できるようになり、粉末の組み合わせに
関する制約が大幅に改善される。つぎに、傾斜組成を有
する粉末混合体をあらかじめ作成する必要がなくなり、
これにかかる工程が省略できるため、傾斜組成材料の製
造コストが大幅に削減される。
【図１】本発明法による傾斜組成材料の製造工程の概要
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図２】傾斜組成材料の断面を模式的に示す説明図であ
る。
る。
【図３】従来の薄膜積層法による傾斜組成材料の製造工
程の概要を示す説明図である。
程の概要を示す説明図である。
【図４】従来の振動混合法による傾斜組成材料の製造の
ための実験装置の概要を示す説明図である。
ための実験装置の概要を示す説明図である。
【図５】本発明法の実施例に用いた軟鋼カプセルの形状
を示す説明図である。
を示す説明図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 融点、比重の異なる２種類以上の粉末の
均質混合物を焼結して傾斜組成材料を製造する方法にお
いて、上記粉末混合物をまず融点の高い粉末の融点以下
でかつ融点の低い粉末の融点以上の温度にて加熱し、次
いで融点の低い粉末が液相を形成し、融点の高い粉末が
固相である間に、それらの比重の差によって傾斜組成を
生成させ、そのまま焼結することを特徴とする傾斜組成
材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30624492A JPH06128608A (ja) | 1992-10-20 | 1992-10-20 | 傾斜組成材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30624492A JPH06128608A (ja) | 1992-10-20 | 1992-10-20 | 傾斜組成材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06128608A true JPH06128608A (ja) | 1994-05-10 |
Family
ID=17954741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30624492A Pending JPH06128608A (ja) | 1992-10-20 | 1992-10-20 | 傾斜組成材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06128608A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008218249A (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Denso Corp | プラズマ式点火装置およびその製造方法 |
| JP2019502028A (ja) * | 2015-11-06 | 2019-01-24 | イノマック ２１ ソシエダ リミターダ | 金属部品の経済的な製造方法 |
-
1992
- 1992-10-20 JP JP30624492A patent/JPH06128608A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008218249A (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Denso Corp | プラズマ式点火装置およびその製造方法 |
| JP2019502028A (ja) * | 2015-11-06 | 2019-01-24 | イノマック ２１ ソシエダ リミターダ | 金属部品の経済的な製造方法 |
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