JPH08208273A - 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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- JPH08208273A JPH08208273A JP7120427A JP12042795A JPH08208273A JP H08208273 A JPH08208273 A JP H08208273A JP 7120427 A JP7120427 A JP 7120427A JP 12042795 A JP12042795 A JP 12042795A JP H08208273 A JPH08208273 A JP H08208273A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 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。 【構成】 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。該複合材料は、延性金属粉末と酸化物系ガラス粉
末を混合することにより、該延性金属粉末を塑性変形さ
せて扁平化させて得られた混合粉末を成形後、２００〜
１８００℃で焼結することにより得られる。
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。 【構成】 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。該複合材料は、延性金属粉末と酸化物系ガラス粉
末を混合することにより、該延性金属粉末を塑性変形さ
せて扁平化させて得られた混合粉末を成形後、２００〜
１８００℃で焼結することにより得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、約１０００℃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。
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。複合化させる強化材と
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５
６−１６９１５２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。複合化させる強化材と
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５
６−１６９１５２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、ボロンシ
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〜
１８kg／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、ボロンシ
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〜
１８kg／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、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、２００〜１８００℃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。
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、２００〜１８００℃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
構成する酸化物系ガラスとしては、特に制限はなく、結
晶化ガラス、汎用ガラス等から選ばれる一種又は二種以
上の酸化物系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-SiO
2-MgO系）、ＬＡＳII、III（Li2O-Al2O3-SiO2-MgO-Nb2O
5系）、ＭＡＳ（MgO-Al2O3-SiO2系）、ＢＭＡＳ（BaO-M
gO-Al2O3-SiO2系）、Ternary mullite（BaO-Al2O3-SiO2
系）、Hexacelsian（BaO-Al2O3-SiO2系）や、Li2O-Al2O
3-SiO2系、Na2O-Al2O3-SiO2系、Na2O-CaO-MgO-SiO2系、
PbO-ZnO-B2O3系、ZnO-B2O3-SiO2系、ZrO2-SiO2系、CaO-
Y2O3-Al2O3-SiO2系、CaO-Al2O3-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-SiO2系）、カリ石灰ガラス
（K2O-CaO-SiO2系）、ホウケイ酸ガラス（Na2O-B2O3-Si
O2系）、アルミノケイ酸ガラス（Al2O3-MgO-CaO-SiO
2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-Na2O-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。
構成する酸化物系ガラスとしては、特に制限はなく、結
晶化ガラス、汎用ガラス等から選ばれる一種又は二種以
上の酸化物系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-SiO
2-MgO系）、ＬＡＳII、III（Li2O-Al2O3-SiO2-MgO-Nb2O
5系）、ＭＡＳ（MgO-Al2O3-SiO2系）、ＢＭＡＳ（BaO-M
gO-Al2O3-SiO2系）、Ternary mullite（BaO-Al2O3-SiO2
系）、Hexacelsian（BaO-Al2O3-SiO2系）や、Li2O-Al2O
3-SiO2系、Na2O-Al2O3-SiO2系、Na2O-CaO-MgO-SiO2系、
PbO-ZnO-B2O3系、ZnO-B2O3-SiO2系、ZrO2-SiO2系、CaO-
Y2O3-Al2O3-SiO2系、CaO-Al2O3-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-SiO2系）、カリ石灰ガラス
（K2O-CaO-SiO2系）、ホウケイ酸ガラス（Na2O-B2O3-Si
O2系）、アルミノケイ酸ガラス（Al2O3-MgO-CaO-SiO
2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-Na2O-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。
【０００８】また、強化相の金属としては、Ｔｉ、Ｖ、
Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、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。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、マトリックスがケイ酸ガラス系や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、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、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、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６００〜１０００℃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、Ｍ
ｇ、Ｚｎ及びそれらの合金を使用することができる。
Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、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。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、マトリックスがケイ酸ガラス系や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、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、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、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６００〜１０００℃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、Ｍ
ｇ、Ｚｎ及びそれらの合金を使用することができる。
【０００９】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。
【００１０】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。
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。
【００１１】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。酸化物系ガ
ラス粉末の粒度は、特に制限はないが、５０μｍ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３〜１
００μｍの範囲が好ましい。延性金属粉末の粒子径が１
μｍ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。酸化物系ガ
ラス粉末の粒度は、特に制限はないが、５０μｍ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３〜１
００μｍの範囲が好ましい。延性金属粉末の粒子径が１
μｍ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。
【００１２】延性金属粉末と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−混合
の面で有利である。
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−混合
の面で有利である。
【００１３】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、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、２００〜１８００℃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２００〜１８００℃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、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、２００〜１８００℃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。
【００１４】
【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、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、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。
【００１５】
【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 ＭＡＳ（MgO-Al2O3-SiO2系）粉末（粒径２０μｍ以下）
と粒径５３〜１０μｍのＭｏ粉末（Ｍ−６０；昭和電工
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５３
〜１０μｍＭｏ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 ＭＡＳ（MgO-Al2O3-SiO2系）粉末（粒径２０μｍ以下）
と粒径５３〜１０μｍのＭｏ粉末（Ｍ−６０；昭和電工
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５３
〜１０μｍＭｏ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。
【００１６】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。強化相は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３５kg／mm2 、破壊靱性７ＭPaｍ
1/2 という高い値が得られた。
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。強化相は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３５kg／mm2 、破壊靱性７ＭPaｍ
1/2 という高い値が得られた。
【００１７】比較例１ ＭＡＳ（MgO-Al2O3-SiO2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１０kg／mm2 、破壊靱性
１．１ＭPaｍ1/2 であり、本発明の効果が顕著であるこ
とがわかる。
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１０kg／mm2 、破壊靱性
１．１ＭPaｍ1/2 であり、本発明の効果が顕著であるこ
とがわかる。
【００１８】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
３．５ＭPaｍ1/2 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
３．５ＭPaｍ1/2 と靱性の向上効果は小さいことがわか
る。
【００１９】実施例３ ＬＡＳ I（Li2O-Al2O3-SiO2-MgO系）粉末（粒径２０μ
ｍ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。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４５kg／mm2 、破壊靱性９ＭPaｍ
1/2 という高い値が得られた。
ｍ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。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４５kg／mm2 、破壊靱性９ＭPaｍ
1/2 という高い値が得られた。
【００２０】実施例４ ＬＡＳIII（Li2O-Al2O3-SiO2-MgO-Nb2O5系）粉末（粒径
２０μｍ以下）と粒径４５μｍ以下のＮｂ粉末（石津製
薬製）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。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４７kg／mm2 、破壊靱性８．８ＭPaｍ
1/2 という高い値が得られた。
２０μｍ以下）と粒径４５μｍ以下のＮｂ粉末（石津製
薬製）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。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４７kg／mm2 、破壊靱性８．８ＭPaｍ
1/2 という高い値が得られた。
【００２１】実施例５ ソーダ石灰ガラス（Na2O-CaO-SiO2系）粉末（粒径４５
μｍ以下）と粒径４５〜１０μｍのＮｉ合金（Ｎｉ１７
Ｃｒ６Ａｌ１０．６Ｙ，ＭＡ−９０；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。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、７００℃、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３５kg／mm2 、破壊靱
性８．３ＭPaｍ1/2 という高い値が得られた。
μｍ以下）と粒径４５〜１０μｍのＮｉ合金（Ｎｉ１７
Ｃｒ６Ａｌ１０．６Ｙ，ＭＡ−９０；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。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、７００℃、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３５kg／mm2 、破壊靱
性８．３ＭPaｍ1/2 という高い値が得られた。
【００２２】実施例６ ケイ酸ガラス（SiO2系）粉末（粒径２０μｍ以下）と粒
径４５μｍ以下のＮｂ粉末（石津製薬製）を体積率が６
０：４０となるように秤量し、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。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、１６００℃、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３８kg／mm2 、破壊靱性９．
２ＭPaｍ1/2 という高い値が得られた。
径４５μｍ以下のＮｂ粉末（石津製薬製）を体積率が６
０：４０となるように秤量し、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。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、１６００℃、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３８kg／mm2 、破壊靱性９．
２ＭPaｍ1/2 という高い値が得られた。
【００２３】実施例７ アルミノケイ酸ガラス（Al2O3-MgO-CaO-SiO2系）粉末
（粒径４５μｍ以下）と粒径４５μｍ以下のステンレス
（ＳＵＳ３１６Ｌ）粉末（山陽特殊製鋼製）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
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。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、９５０℃、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３２kg／mm2 、破壊靱性７．
５ＭPaｍ1/2 という高い値が得られた。
（粒径４５μｍ以下）と粒径４５μｍ以下のステンレス
（ＳＵＳ３１６Ｌ）粉末（山陽特殊製鋼製）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
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。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、９５０℃、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３２kg／mm2 、破壊靱性７．
５ＭPaｍ1/2 という高い値が得られた。
【００２４】実施例８ 低融点ガラス（Al2O3-Li2O-Na2O-K2O-P2O5系）粉末（粒
径４５μｍ以下）と粒径９０〜３８μｍのＡｌ粉末（ス
ルザーサーフェイステックジャパン製）を体積率が８
０：２０となるように秤量し、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。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、４００℃、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２５kg／mm2 、破壊靱性６．３
ＭPaｍ1/2 という高い値が得られた。
径４５μｍ以下）と粒径９０〜３８μｍのＡｌ粉末（ス
ルザーサーフェイステックジャパン製）を体積率が８
０：２０となるように秤量し、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。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、４００℃、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２５kg／mm2 、破壊靱性６．３
ＭPaｍ1/2 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。
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】 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、２００〜１８００℃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 (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12042795A JP3596086B2 (ja) | 1994-11-29 | 1995-04-24 | 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 |
| EP95118751A EP0718249A1 (en) | 1994-11-29 | 1995-11-29 | High strength and high toughness glass matrix composite, glass composite powder therefor, and processes for preparing the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31775894 | 1994-11-29 | ||
| JP6-317758 | 1994-11-29 | ||
| JP12042795A JP3596086B2 (ja) | 1994-11-29 | 1995-04-24 | 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 (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08208273A true JPH08208273A (ja) | 1996-08-13 |
| JP3596086B2 JP3596086B2 (ja) | 2004-12-02 |
Family
ID=26458015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12042795A Expired - Lifetime JP3596086B2 (ja) | 1994-11-29 | 1995-04-24 | 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) | JP3596086B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017019685A (ja) * | 2015-07-09 | 2017-01-26 | 国立大学法人島根大学 | 電気抵抗材料およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-04-24 JP JP12042795A patent/JP3596086B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017019685A (ja) * | 2015-07-09 | 2017-01-26 | 国立大学法人島根大学 | 電気抵抗材料およびその製造方法 |
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|---|---|
| JP3596086B2 (ja) | 2004-12-02 |
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