JPS6221861B2 - - Google Patents

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JPS6221861B2
JPS6221861B2 JP15617784A JP15617784A JPS6221861B2 JP S6221861 B2 JPS6221861 B2 JP S6221861B2 JP 15617784 A JP15617784 A JP 15617784A JP 15617784 A JP15617784 A JP 15617784A JP S6221861 B2 JPS6221861 B2 JP S6221861B2
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JP
Japan
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thermal expansion
metal
composite material
mineral powder
alloy
Prior art date
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JP15617784A
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English (en)
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JPS6134157A (ja
Inventor
Kenki Ishizawa
Takehiko Kobayashi
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Shinagawa Refractories Co Ltd
Original Assignee
Shinagawa Refractories Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shinagawa Refractories Co Ltd filed Critical Shinagawa Refractories Co Ltd
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Priority to EP85103317A priority patent/EP0158187B1/en
Priority to DE8585103317T priority patent/DE3575311D1/de
Publication of JPS6134157A publication Critical patent/JPS6134157A/ja
Publication of JPS6221861B2 publication Critical patent/JPS6221861B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は低熱膨張性複合材料に係り、金属と膨
張率の低いLi2O−Al2O3−SiO2系鉱物粉末とを複
合せしめることによつて、金属の有する熱膨張率
を低下させるようにした低熱膨張性複合材料に関
するものである。 [従来の技術] 従来、低熱膨張材料としては金属では各種測定
器、バイメタル及び時計等の部品の材料として使
われているアンバー合金がある。しかしながらこ
のアンバー合金は比重が8〜8.5と大きく、価格
が高いと共に加工性にも問題がある。 またセラミツクの低熱膨張材としてはアルミニ
ウムチタネート、インデイアライト、ペタライト
等が知られているが、これらはいずれも機械的強
度が小さいと共に熱履歴性を有するため、精密機
械部品としての使用は困難である。 ところで一般に2種以上の素材を複合してなる
複合体においては、個々の素材の特性の体積分率
に比例して複合体の特性が定まると言われてい
る。これがいわゆる複合則である。例えば、n個
の素材からなる複合体の熱膨張率αcに関しては
次式のようになる。 αc=Kα+Kα+……+Kα
/K+K+……+K……… (1) (1)式において、αは熱膨張率、Vは体積分率、
Kは体積弾性率を表し、1ないしnの添字は1な
いしn番目の素材に係ることを示す。 従つて熱膨張率の低い鉱物の粉末と金属及び/
又はその合金とを複合させる際には、(1)式が利用
でき、低熱膨張性の金属質複合材料が得られると
考えられる。 [発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記複合則は、構成素材間に相
互作用が全くないことを前提としており、実際の
複合材料においては、界面拡散相、製造プロセス
に生じる残留応力相、それに複合材料の構成素材
間の熱膨張率と弾性率の違いによる界面の熱応力
等の因子が作用し、目標とする特性の複合材を得
ることは容易ではない。 例えば金属と低熱膨張性の鉱物粉末とを複合さ
せても、加工性に富み高強度の低熱膨張性金属複
合材料を得ることは困難であり、そのため従来、
金属と低熱膨張性の鉱物粉末とを組み合わせるこ
とにより両者の特徴を兼ね備えた複合材料を製造
しようとする試みはあまり行なわれなかつた。 [問題点を解決するための手段] 本発明の低熱膨張性複合材料は、Fe、Cu、
Ni、Co、Mo、Ti、Cr、Al、Mn、Si、Zn、Be及
びWの金属のうち1種又は2種以上40〜90%、
Li2O−Al2O3−SiO2系鉱物粉末10〜60%を含んで
なることを特徴とする低熱膨張性複合材料(ただ
し上記の金属の1種又は2種以上はFe、Cu、
Ni、Co、Mo、Ti、Cr、Alの金属のうちの1種又
は2種以上であるものを除く。)である。 以下、%は重量%を示す。 なお、本出願人により、既に、Fe、Cu、Ni、
Co、Mo、Ti、Cr及びAlよりなる群から選ばれる
1種又は2種以上の金属と、Li2O−Al2O3−SiO2
系鉱物粉末を含む低熱膨張性複合材料が出願され
ている(特願昭59−72110号。以下、先願とい
う。) 本発明はこの先願発明に基いて更に研究を重ね
ることにより完成されたものである。 本発明の低熱膨張性複合材料を製造するに際し
ては、後述のように、通常、これらの金属や合金
の粉末が鉱物粉末と混合されて成形、焼結される
のであるが、この複合材料を製造するに際して、
用いる金属、合金の粒度は50μm以下とりわけ平
均粒径が20μm以下であることが好ましい。粒径
が50μm以上の粒子を多量に含有した金属、合金
粉末を使用すると高密度の複合材料が得られ難
い。なお粒径5μm以下の金属、合金粉末を多く
含有すると金属、合金粉末が酸化され易くなるた
め好ましくない。 また本発明で使用できるLi2O−Al2O3−SiO2
鉱物粉末としてはモル比でLi2O:Al2O3:SiO2
1:1:2〜10のものが使用でき、具体的には例
えばLi2O−Al2O3−2SiO2(β−ユークリプタイ
ト)、Li2O−Al2O3−4SiO2(β−スポジエメ
ン)、Li2O−Al2O3−8SiO2(ペタライト)、等が
挙げられる。なお複合材料の目標特性に対応して
任意の種類のLi2O−Al2O3−SiO2系鉱物粉末を選
ぶことができる。 複合材料を製造するに際してはこの鉱物粉末と
しては500μm以下の粒度のものが好ましく、と
りわけ平均粒径が10μmから200μmであること
が特に好ましい。500μmを超える粒度を多く含
有すると、焼結性に悪影響を及ぼす。また平均粒
径が10μm未満であると金属の平均粒径が5μm
未満となり好ましくない。(これは後に述べるよ
うに、本発明の低熱膨張性複合材料を製造するに
際して、鉱物粉末の粒径を金属、合金粉末の粒径
の2倍以上とするのが好ましいからである。) 一般に金属又は合金と鉱物粉末とからなる複合
材料においては、金属又は合金と鉱物粉末との熱
膨張差に伴う相互の結晶粒間の歪と金属又は合金
の弾性率の積である界面の熱応力並びに、製造プ
ロセスにて発生する残留応力などの原因により、
構成素材相互の熱膨張差相殺が定常的でなくな
る。即ち金属又は合金に対するLi2O−Al2O3
SiO2系鉱物粉末の熱膨張率低減効果が現われに
くいという傾向がある。ところが本発明者らが鋭
意研究を重ねた結果、金属又は合金とLi2O−
Al2O3−SiO2系の鉱物粉末の粒径を制御すること
(詳しくは、金属又は合金に対して鉱物粉末の粒
径を大きくする程鉱物粉末の金属又は合金への熱
膨張率低減効果が大きくなり、鉱物粉末の粒径を
金属又は合金の粒径の好ましくは2倍以上にする
こと)によつて熱膨張効果に対する熱応力及び残
留応力の影響を克服することができることが見い
出されたのである。 即ち金属又は合金の粉末の粒径に対して鉱物粉
末の粒径を大きくする程、鉱物粉末の金属又は合
金への熱膨張率低減効果が大きくなり、この効果
は鉱物粉末の粒径を金属又は合金の粒径の好まし
くは2倍以上にすることにより顕著になるのであ
る。(2倍未満であると上記のように金属複合材
料の界面の熱応力及び残留応力の影響によつて熱
膨張低減効果が少ない。) また、鉱物粉末の粒径が金属又は合金の粉末の
粒径の10倍を超えるとLi2O−Al2O3−SiO2系鉱物
粉末の粒径が過度に大きくなり高密度の金属複合
材料が得られ難いことも見い出された。 このようなことから、本発明の低熱膨張性複合
材料を製造するに際しては、金属及び/又は合金
とLi2O−Al2O3−SiO2系鉱物粉末とを配合すると
きには、金属、合金の平均粒径に対し該鉱物粉末
の平均粒径を2倍以上とし、且つ10倍以下にする
ことが好ましい。 本発明の金属複合材料を製造する配合比は金属
を40〜90重量%、Li2O−Al2O3−SiO2系鉱物粉末
を10〜60重量%である。 金属及び/又はその合金の含有量が40%未満の
場合、又は、Li2O−Al2O3−SiO2系鉱物粉末の含
有量が60%を超える場合には、該鉱物粉末の間に
介在される金属又は合金の量が少なくなり、複合
材料の金属的性質が極端に低減し、強度が低下す
ると共に、加工性が悪化する。また金属及び/又
は合金の含有量が90%を超える場合、又は、上記
鉱物粉末の含有量が10%未満の場合には、該鉱物
粉末を複合することによる熱膨張率低減効果が殆
ど現れない。 本発明の低熱膨張性複合材料においては、
Li2O−Al2O3−SiO2系鉱物と上記金属又は合金と
の間で若干の拡散反応があるものの、その反応量
も少量で、金属、合金あるいはLi2O−Al2O3
SiO2系鉱物粉末の性質に影響を与えるものでも
なく広義に構成素材の結晶間は物理的結合が主体
的であり、結晶相としては金属又は合金とLi2O
−Al2O3−SiO2系鉱物粉末のみである。従つて、
熱膨張率の複合効果のずれの原因になるような界
面拡散相の形成はない。 本発明の低熱膨張性複合材料を製造するには、
一般には、予め均一分散させた配合物を公知の手
段で成形し、600〜1300℃の真空中又は非酸化雰
囲気中で加熱して製造する。勿論その他の手段例
えば公知のホツトプレス、熱間静水圧加圧法等に
より高密度で高強度の複合材料を容易に得ること
ができる。また金属溶湯中に鉱物粉末を分散させ
た後冷却し凝固させるようにしても良い。 [作用] 金属及び/又はその合金に、膨張率の低い
Li2O−Al2O3−SiO2系鉱物粉末を複合せしめるこ
とによつて、金属の有する熱膨張率を低下させる
ようにすることができる。 [発明の実施例] 以下に本発明を実施例、参考例及び比較例によ
り更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を
超えない限り、以下の実施例に限定されるもので
はない。 実施例 1 第1表に示す金属又は合金(平均粒径5μm)
とβ−ユークリプタイト(純度99%以上、平均粒
径15μm)とを、第1表に示す割合で配合し、溶
媒としてイソプロピルアルコール、分散剤として
ヘキサメタリン酸ソーダ(添加量1重量%)を添
加して、ボールミル(アルミナポツトとアルミナ
ボール)で3時間混合した。 得られた混合粉末を成形圧1500Kg/cm2にて各々
成形し、その成形体を熱間静水圧加圧装置(以下
HIP装置と称する)にて第1表に示す処理条件で
処理した(No.1〜10及びNo.31)。 得られた試料の特性を第1表に示す。 参考例 1 粒径5μmのFe、Cu、Ti、Co、Ni、Crもしく
はAl又はTi−Fe合金、Mo−Fe合金を用いたこと
以外は実施例1と同様な方法で第2表に示す配合
割合で混合、成形し、得られた成形体を第2表に
示す条件でHIP処理した(No.11〜21)。 なお、この参考例1は、前掲の先願に係るもの
である。 得られた試料の特性を第2表に示す。 比較例 1 粒径5μmのFe又はCuを用いたこと以外は実
施例1と同様な方法で第3表に示す配合割合で混
合、成形し、得られた成形体を第3表に示す条件
でHIP処理した(No.22〜27)。 得られた試料の特性を第3表に示す。 第1表ないし第3表より、本発明の低熱膨張性
複合材料は参考例1に係る材料と同様に軽量且つ
高強度であり、低熱膨張性を有するものであるこ
とが認められる。
【表】
【表】
【表】 [効果] 以上詳述したように、本発明によれば熱膨張率
が金属及びその合金の熱膨張率付近から零に近い
範囲の任意の熱膨張率である複合材料が提供され
る。この低熱膨張性複合材料及びそれを含む材料
は、アンバー合金よりも低熱膨張且つ軽量であ
り、また安価に製造できる。さらにアルミニウム
チタネートより高強度(約10Kg/mm2以上)であ
る。 そのため、各機器装置特に測定機器や精密機器
であつて、ある程度以上の強度が必要で軽量且つ
低熱膨張性を必要とする箇所への装着部品に最適
である。また他金属との締付けも良好である。こ
の金属複合材料で形状が複雑で且つ寸法精度が要
求されるものに関しては切削等の加工を施して適
用すれば良い。その際、露出面は金属であるため
光沢面が得られる。また外表面のメツキ、コーチ
ングを施すことも可能である。 このように本発明の低熱膨張性複合材料は、軽
量、安価且つ高強度で加工性が極めて良好なた
め、測定及び精密機器用部品等として好適であ
り、その利用価値は大なるものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 Fe、Cu、Ni、Co、Mo、Ti、Cr、Al、Mn、
    Si、Zn、Be及びWの金属のうち1種又は2種以
    上40〜90%、Li2O−Al2O3−SiO2系鉱物粉末10〜
    60%を含んでなることを特徴とする低熱膨張性複
    合材料(ただし上記の金属の1種又は2種以上
    は、Fe、Cu、Ni、Co、Mo、Ti、Cr、Alの金属
    のうちの1種又は2種以上であるものを除く。)。
JP15617784A 1984-04-11 1984-07-26 低熱膨張性複合材料 Granted JPS6134157A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15617784A JPS6134157A (ja) 1984-07-26 1984-07-26 低熱膨張性複合材料
EP85103317A EP0158187B1 (en) 1984-04-11 1985-03-21 Composite material having a low thermal expansivity
DE8585103317T DE3575311D1 (de) 1984-04-11 1985-03-21 Verbundmaterial mit niedriger thermischer ausdehnung.

Applications Claiming Priority (1)

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JP15617784A JPS6134157A (ja) 1984-07-26 1984-07-26 低熱膨張性複合材料

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JPS6134157A JPS6134157A (ja) 1986-02-18
JPS6221861B2 true JPS6221861B2 (ja) 1987-05-14

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