JPH0952184A - 単結晶積層材 - Google Patents
単結晶積層材Info
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- JPH0952184A JPH0952184A JP7206915A JP20691595A JPH0952184A JP H0952184 A JPH0952184 A JP H0952184A JP 7206915 A JP7206915 A JP 7206915A JP 20691595 A JP20691595 A JP 20691595A JP H0952184 A JPH0952184 A JP H0952184A
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- Japan
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- single crystal
- laminated
- bonding
- grain boundary
- laminated material
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
-
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- Y10T428/12771—Transition metal-base component
- Y10T428/12806—Refractory [Group IVB, VB, or VIB] metal-base component
- Y10T428/12826—Group VIB metal-base component
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単結晶材を結合する有効な手段がない点、ま
た、多結晶体における粒界偏析や、粒界の整合性がない
ことによる粒界腐食、材料の脆化、そして強度の低下等
の問題がなく、しかも単結晶材としての信頼性を高め
る。 【解決手段】 金属およびその合金の単結晶材料を非酸
化性雰囲気中において、積層部材間での接合面間の結晶
方位の差を捻り角と傾斜角との和で１０度以内で整合さ
せて拡散接合して、３層以上の単結晶積層材とする。
た、多結晶体における粒界偏析や、粒界の整合性がない
ことによる粒界腐食、材料の脆化、そして強度の低下等
の問題がなく、しかも単結晶材としての信頼性を高め
る。 【解決手段】 金属およびその合金の単結晶材料を非酸
化性雰囲気中において、積層部材間での接合面間の結晶
方位の差を捻り角と傾斜角との和で１０度以内で整合さ
せて拡散接合して、３層以上の単結晶積層材とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、単結晶材料を積
層して拡散接合した積層材に関するものである。
層して拡散接合した積層材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】材料の機械的な強さ、耐食性
などの各種の特性は、材料の粒界の性質に大きく左右さ
れることが知られている。不純物または溶質原子の粒界
偏析が粒界の結合力を低下させ、粒界破壊を促進させ
て、脆化を引き起こす。そして、この粒界の偏析度は粒
界の方位差に大きく依存し、方位差が少ない粒界では、
偏析度合いが少なくなること、また、粒界の偏析がなく
とも、粒界の強さも粒界の方位差に依存し、粒界での原
子の整合性が高いときには、粒界の強度が高いこと、粒
界の腐食においても、粒界での整合性の向上が腐食性能
を向上させることが知られてもいる。
などの各種の特性は、材料の粒界の性質に大きく左右さ
れることが知られている。不純物または溶質原子の粒界
偏析が粒界の結合力を低下させ、粒界破壊を促進させ
て、脆化を引き起こす。そして、この粒界の偏析度は粒
界の方位差に大きく依存し、方位差が少ない粒界では、
偏析度合いが少なくなること、また、粒界の偏析がなく
とも、粒界の強さも粒界の方位差に依存し、粒界での原
子の整合性が高いときには、粒界の強度が高いこと、粒
界の腐食においても、粒界での整合性の向上が腐食性能
を向上させることが知られてもいる。
【０００３】このような従来の知見からも、粒界を制御
することが重要であることから、粒界の制御技術が特性
の優れた新しい材料の製造技術を決定するといっても過
言ではない。このような粒界の存在にともなう不都合を
解消するものとして単結晶材料があるが、単結晶材を使
用すれば問題は解決されると期待されるものの、実際に
は、たとえばモリブデン単結晶では、単結晶なるが故
に、ある特定の結晶面に沿って破壊しやすいことが知ら
れている。すなわち、モリブデン単結晶材料で実際に検
討した結果、（１１０）面に沿って破壊し易いことが確
認された。単結晶材料にわずかでも欠陥が存在すると、
その欠陥がノッチとして働き、特定な結晶面で破壊する
のである。従って、モリブデンの場合だけでなく、単結
晶材料においては、どうしても、強度の信頼性に欠ける
という問題があった。
することが重要であることから、粒界の制御技術が特性
の優れた新しい材料の製造技術を決定するといっても過
言ではない。このような粒界の存在にともなう不都合を
解消するものとして単結晶材料があるが、単結晶材を使
用すれば問題は解決されると期待されるものの、実際に
は、たとえばモリブデン単結晶では、単結晶なるが故
に、ある特定の結晶面に沿って破壊しやすいことが知ら
れている。すなわち、モリブデン単結晶材料で実際に検
討した結果、（１１０）面に沿って破壊し易いことが確
認された。単結晶材料にわずかでも欠陥が存在すると、
その欠陥がノッチとして働き、特定な結晶面で破壊する
のである。従って、モリブデンの場合だけでなく、単結
晶材料においては、どうしても、強度の信頼性に欠ける
という問題があった。
【０００４】このことは、単結晶材料では性能に異方性
があることを意味している。このため、実際上は、単結
晶材料を構造材や機能材として使用することは容易でな
く、信頼性に欠けるという問題が解消できないでいた。
しかしながら、単結晶材料に対する期待は大きく、多結
晶体の場合の粒界偏析や、粒界の整合性のないことによ
る粒界腐食、材料の脆化、そして強度の低下という欠点
を解消することのできる材料としての実用への応用は大
きな課題となっている。
があることを意味している。このため、実際上は、単結
晶材料を構造材や機能材として使用することは容易でな
く、信頼性に欠けるという問題が解消できないでいた。
しかしながら、単結晶材料に対する期待は大きく、多結
晶体の場合の粒界偏析や、粒界の整合性のないことによ
る粒界腐食、材料の脆化、そして強度の低下という欠点
を解消することのできる材料としての実用への応用は大
きな課題となっている。
【０００５】そこで、この発明は、単結晶材料の特徴を
生かしつつ、しかも性能に異方性があるとの現実をも考
慮して、信頼性が高く、広範囲な応用をも可能とするこ
とのできる、単結晶を用いた材料を新たに提供すること
を目的としている。
生かしつつ、しかも性能に異方性があるとの現実をも考
慮して、信頼性が高く、広範囲な応用をも可能とするこ
とのできる、単結晶を用いた材料を新たに提供すること
を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、金属およびその合金の単結晶材
料の非酸化性雰囲気中での加圧・加熱による拡散接合に
よって形成された層数３以上の積層材であって、単結晶
材料からなる積層部材の接合面間の結晶方位の差が直接
的に接合できる範囲内の角度で整合されて拡散接合され
ていることを特徴とする単結晶積層材を提供する（請求
項１）。
を解決するものとして、金属およびその合金の単結晶材
料の非酸化性雰囲気中での加圧・加熱による拡散接合に
よって形成された層数３以上の積層材であって、単結晶
材料からなる積層部材の接合面間の結晶方位の差が直接
的に接合できる範囲内の角度で整合されて拡散接合され
ていることを特徴とする単結晶積層材を提供する（請求
項１）。
【０００７】そしてまた、この発明は、この積層材につ
いて、接合面間の結晶方位の差が、捻り角及び傾斜角の
和で１０度以内の直接的に接合できる範囲内の角度で整
合されて拡散接合されていること（請求項２）等もその
一つの態様としている。
いて、接合面間の結晶方位の差が、捻り角及び傾斜角の
和で１０度以内の直接的に接合できる範囲内の角度で整
合されて拡散接合されていること（請求項２）等もその
一つの態様としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】この発明は、上記の通りの積層材
を提供するものであるが、その本質的特徴は、 １）単結晶の金属または合金の材料をもって、積層材と
すること、 ２）この積層材は、３層以上のものとして構成されてい
ること、 ３）この積層材は、非酸化性雰囲気中での加圧・加熱に
よる拡散接合で形成されていること、 ４）積層部材としての単結晶の接合面間の結晶方位の差
は、直接的に接合できる範囲 内の角度にあるように
整合されていることにある。そして、この特徴によっ
て、単結晶の特性を最大限に生かし、しかも、実際上の
単結晶材料の性能の異方性も考慮して、積層材としての
新しい構成と作用効果をこの発明は実現している。
を提供するものであるが、その本質的特徴は、 １）単結晶の金属または合金の材料をもって、積層材と
すること、 ２）この積層材は、３層以上のものとして構成されてい
ること、 ３）この積層材は、非酸化性雰囲気中での加圧・加熱に
よる拡散接合で形成されていること、 ４）積層部材としての単結晶の接合面間の結晶方位の差
は、直接的に接合できる範囲 内の角度にあるように
整合されていることにある。そして、この特徴によっ
て、単結晶の特性を最大限に生かし、しかも、実際上の
単結晶材料の性能の異方性も考慮して、積層材としての
新しい構成と作用効果をこの発明は実現している。
【０００９】すなわち、単結晶が接合された積層材で
は、粒界に伴う問題が解消されるとともに、単結晶とし
ての最適な特性をもたせた構成をつくることが可能とな
る。この場合、単結晶材料の種類には特に限定はなく、
たとえば前記のモリブデン単結晶をはじめ各種のものが
この発明の構成部材となる。そして、積層後の全体形状
についても各種の対応が可能であることは多言を要しな
い。
は、粒界に伴う問題が解消されるとともに、単結晶とし
ての最適な特性をもたせた構成をつくることが可能とな
る。この場合、単結晶材料の種類には特に限定はなく、
たとえば前記のモリブデン単結晶をはじめ各種のものが
この発明の構成部材となる。そして、積層後の全体形状
についても各種の対応が可能であることは多言を要しな
い。
【００１０】単結晶材料の種類に応じて、前記の整合の
ための角度範囲に合致するようにすればよく、拡散接合
は、非酸化性雰囲気、すなわち、真空、あるいはＡｒ、
Ｈｅ、Ｎ2 等の不活性雰囲気中において、所要の圧力下
で、加熱すればよい。そして、この発明では、積層は、
その層数を少くとも３以上とする。このことは、２層の
場合には、単結晶相互の接合は可能であるものの、性能
の異方性に対しての対策として必ずしも充分でなく、し
かも、より大型の材料として積層材を構成することが必
ずしも容易でないことになる。
ための角度範囲に合致するようにすればよく、拡散接合
は、非酸化性雰囲気、すなわち、真空、あるいはＡｒ、
Ｈｅ、Ｎ2 等の不活性雰囲気中において、所要の圧力下
で、加熱すればよい。そして、この発明では、積層は、
その層数を少くとも３以上とする。このことは、２層の
場合には、単結晶相互の接合は可能であるものの、性能
の異方性に対しての対策として必ずしも充分でなく、し
かも、より大型の材料として積層材を構成することが必
ずしも容易でないことになる。
【００１１】加圧・加熱による拡散接合は、１層毎に行
ってもよいし、多層をまとめて加圧・加熱して拡散接合
するようにしてもよい。整合のための角度は、より具体
的には、たとえば、接合面の傾斜角と捻り角との和とし
て考えることができる。たとえば以上の通りのこの発明
の積層材について、さらに詳しく説明すると、Ｎｉ基単
結晶耐熱合金では（１００）方向において、その機械的
性能が優れるため、この材料を図１に示すように、第１
番目の単結晶材料を（１００）方向とし、個々の単結晶
材の積層面間の結晶方位差を、その整合性を確保しなが
ら接合できる約７度の角度で回転しながら積層すること
で、Ｎ番目までの部材を接合し、Ｎ層のＮｉ基単結晶積
層材を形成する。
ってもよいし、多層をまとめて加圧・加熱して拡散接合
するようにしてもよい。整合のための角度は、より具体
的には、たとえば、接合面の傾斜角と捻り角との和とし
て考えることができる。たとえば以上の通りのこの発明
の積層材について、さらに詳しく説明すると、Ｎｉ基単
結晶耐熱合金では（１００）方向において、その機械的
性能が優れるため、この材料を図１に示すように、第１
番目の単結晶材料を（１００）方向とし、個々の単結晶
材の積層面間の結晶方位差を、その整合性を確保しなが
ら接合できる約７度の角度で回転しながら積層すること
で、Ｎ番目までの部材を接合し、Ｎ層のＮｉ基単結晶積
層材を形成する。
【００１２】モリブデン単結晶接合では、上記の７度以
内の角度を１０度以内とすることができる。このように
積層した部材では、個々の箇所で応力方向に最適な結晶
方位をもった単結晶材料を配置し、部材として全体的な
性能向上が図られる。板材だけでなく、この発明によっ
てパイプ（管状体）やその他の異形材の各種のものを形
成することもできる。
内の角度を１０度以内とすることができる。このように
積層した部材では、個々の箇所で応力方向に最適な結晶
方位をもった単結晶材料を配置し、部材として全体的な
性能向上が図られる。板材だけでなく、この発明によっ
てパイプ（管状体）やその他の異形材の各種のものを形
成することもできる。
【００１３】パイプについて例示説明してみると、たと
えば従来の観点から単結晶のパイプを構成する場合、図
２の格子は原子の配列方向を示すが、Ａ方向の箇所では
単結晶材料は強いが、Ｂ方向の箇所では弱いため、Ｂ方
向の箇所で破断することになる。そこで、図２の単結晶
パイプから図３（ａ）に示すように単結晶部材を切り出
し、それを積層して図３（ｂ）のようにパイプに積層す
ると、Ｎｉ基単結晶の場合に、図３（ａ）の切出し角θ
が７度以内、たとえば６度であれば、拡散接合され、得
られた積層パイプの強度は、内圧方向に等方で、優れた
機械的性能を持つことになる。
えば従来の観点から単結晶のパイプを構成する場合、図
２の格子は原子の配列方向を示すが、Ａ方向の箇所では
単結晶材料は強いが、Ｂ方向の箇所では弱いため、Ｂ方
向の箇所で破断することになる。そこで、図２の単結晶
パイプから図３（ａ）に示すように単結晶部材を切り出
し、それを積層して図３（ｂ）のようにパイプに積層す
ると、Ｎｉ基単結晶の場合に、図３（ａ）の切出し角θ
が７度以内、たとえば６度であれば、拡散接合され、得
られた積層パイプの強度は、内圧方向に等方で、優れた
機械的性能を持つことになる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。２次再
結晶法で作成したモリブデンの単結晶板（幅５０ｍｍ，
厚み１０ｍｍ）を使用し、この単結晶板から図４に示す
ように１０ｍｍ角の試料（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）を切り
出した。さらに個々の試料（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５）を厚
さ方向に３等分（ａ，ｂ，ｃ）した。Ｎｏ．２のａ、ｂ
と、Ｎｏ．４のａを、図５のように積層した。なお、接
合面はエメリー研磨紙で研磨した後、化学研磨した。ま
た、Ｎｏ．２とＮｏ．４は接合面で単結晶方位が捻り角
が１０度（傾斜角０度）となるように切り出してある。
このように積層した部材を１８００℃、５ＭＰａ、３０
分の条件で、真空雰囲気中で拡散接合した。接合した部
材の一方を固定し、他方に１ｋｇの鉄球を高さ１ｍから
落下させたところ、破断しなかった。この接合結果は表
１の実施例１にも示した。一方、参考例１は接合しない
単結晶の試料Ｎｏ．１を用いた結果で、試験片は鉄球の
衝撃で破断した。
結晶法で作成したモリブデンの単結晶板（幅５０ｍｍ，
厚み１０ｍｍ）を使用し、この単結晶板から図４に示す
ように１０ｍｍ角の試料（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）を切り
出した。さらに個々の試料（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５）を厚
さ方向に３等分（ａ，ｂ，ｃ）した。Ｎｏ．２のａ、ｂ
と、Ｎｏ．４のａを、図５のように積層した。なお、接
合面はエメリー研磨紙で研磨した後、化学研磨した。ま
た、Ｎｏ．２とＮｏ．４は接合面で単結晶方位が捻り角
が１０度（傾斜角０度）となるように切り出してある。
このように積層した部材を１８００℃、５ＭＰａ、３０
分の条件で、真空雰囲気中で拡散接合した。接合した部
材の一方を固定し、他方に１ｋｇの鉄球を高さ１ｍから
落下させたところ、破断しなかった。この接合結果は表
１の実施例１にも示した。一方、参考例１は接合しない
単結晶の試料Ｎｏ．１を用いた結果で、試験片は鉄球の
衝撃で破断した。
【００１５】参考例２は、Ｎｏ．３のａとｂと、試料Ｎ
ｏ．５のａを図６のように積層して拡散接合したもので
ある。なお、Ｎｏ．３とＮｏ．５は接合面で結晶方位が
捻り角が２０度となるように切り出してある。この場合
には個々の単結晶同士の接合は見られなかった。
ｏ．５のａを図６のように積層して拡散接合したもので
ある。なお、Ｎｏ．３とＮｏ．５は接合面で結晶方位が
捻り角が２０度となるように切り出してある。この場合
には個々の単結晶同士の接合は見られなかった。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、この発明の
積層材は単結晶がこれまでにない強力な接合力で接合さ
れており、形成された単結晶積層材は衝撃による破断に
対して従来にない抵抗力を有している。すなわち、単結
晶材料であるので、多結晶材料にみられる粒界に伴う種
々の問題も生じることもなく、かつ、単結晶材料であり
ながら、３層以上に積層されていることで、単結晶材料
自体が有する特定の結晶面に沿って破壊し易いという単
結晶材料の信頼性の問題点も解消されている。単結晶材
料の積層材により新たな特性を持つ材料の開発、単結晶
材料の利用拡大が図られることとなる。
積層材は単結晶がこれまでにない強力な接合力で接合さ
れており、形成された単結晶積層材は衝撃による破断に
対して従来にない抵抗力を有している。すなわち、単結
晶材料であるので、多結晶材料にみられる粒界に伴う種
々の問題も生じることもなく、かつ、単結晶材料であり
ながら、３層以上に積層されていることで、単結晶材料
自体が有する特定の結晶面に沿って破壊し易いという単
結晶材料の信頼性の問題点も解消されている。単結晶材
料の積層材により新たな特性を持つ材料の開発、単結晶
材料の利用拡大が図られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の単結晶積層材を得るための積層方法
の一例を示した斜視図である。
の一例を示した斜視図である。
【図２】従来の単結晶パイプに内圧が加わった場合を示
した断面図である。
した断面図である。
【図３】この発明による単結晶パイプの例を示した断面
図である。
図である。
【図４】実施例としての、モリブデン単結晶材からの試
料の切り出し方法を例示した斜視図である。
料の切り出し方法を例示した斜視図である。
【図５】実施例としての単結晶材の積層方法を例示した
斜視図である。
斜視図である。
【図６】参考例としての単結晶材の積層方法を示した斜
視図である。
視図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 金属およびその合金の単結晶材料の非酸
化雰囲気中での加圧・加熱による拡散接合によって形成
された層数３以上の積層材であって、単結晶材料からな
る積層部材の接合面の結晶方位が直接的に接合できる範
囲内の角度で整合されて拡散接合されていることを特徴
とする単結晶積層材。 - 【請求項２】 接合面間の結晶方位の差が、捻り角及び
傾斜角の和で１０度以内の直接的に接合できる範囲内の
角度で整合されて拡散接合されている請求項１の単結晶
積層材。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7206915A JPH0952184A (ja) | 1995-08-14 | 1995-08-14 | 単結晶積層材 |
| US08/681,400 US5902687A (en) | 1995-08-14 | 1996-07-23 | Laminated single crystalline materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7206915A JPH0952184A (ja) | 1995-08-14 | 1995-08-14 | 単結晶積層材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0952184A true JPH0952184A (ja) | 1997-02-25 |
Family
ID=16531191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7206915A Pending JPH0952184A (ja) | 1995-08-14 | 1995-08-14 | 単結晶積層材 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5902687A (ja) |
| JP (1) | JPH0952184A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2826378B1 (fr) * | 2001-06-22 | 2004-10-15 | Commissariat Energie Atomique | Structure composite a orientation cristalline uniforme et procede de controle de l'orientation cristalline d'une telle structure |
| US7306059B2 (en) * | 2005-06-09 | 2007-12-11 | Russell Douglas Ide | Thrust bearing assembly |
| US11318553B2 (en) * | 2019-01-04 | 2022-05-03 | Raytheon Technologies Corporation | Additive manufacturing of laminated superalloys |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5189815A (ja) * | 1974-12-23 | 1976-08-06 | ||
| JPH02258182A (ja) * | 1989-03-30 | 1990-10-18 | Natl Res Inst For Metals | Ｎｉ基単結晶耐熱合金の拡散接合方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3530568A (en) * | 1969-04-24 | 1970-09-29 | United Aircraft Corp | Diffusion welding of the nickel-base superalloys |
| US3678570A (en) * | 1971-04-01 | 1972-07-25 | United Aircraft Corp | Diffusion bonding utilizing transient liquid phase |
| US3826700A (en) * | 1972-06-28 | 1974-07-30 | Texas Instruments Inc | Welding method for fabricating large area single crystals and the product thereof |
| US4499155A (en) * | 1983-07-25 | 1985-02-12 | United Technologies Corporation | Article made from sheet having a controlled crystallographic orientation |
| US5201977A (en) * | 1989-08-09 | 1993-04-13 | Hiroaki Aoshima | Process for producing structures from synthetic single-crystal pieces |
-
1995
- 1995-08-14 JP JP7206915A patent/JPH0952184A/ja active Pending
-
1996
- 1996-07-23 US US08/681,400 patent/US5902687A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5189815A (ja) * | 1974-12-23 | 1976-08-06 | ||
| JPH02258182A (ja) * | 1989-03-30 | 1990-10-18 | Natl Res Inst For Metals | Ｎｉ基単結晶耐熱合金の拡散接合方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5902687A (en) | 1999-05-11 |
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