JP2593735B2 - 傾斜機能材料の製造方法 - Google Patents
傾斜機能材料の製造方法Info
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- JP2593735B2 JP2593735B2 JP21294890A JP21294890A JP2593735B2 JP 2593735 B2 JP2593735 B2 JP 2593735B2 JP 21294890 A JP21294890 A JP 21294890A JP 21294890 A JP21294890 A JP 21294890A JP 2593735 B2 JP2593735 B2 JP 2593735B2
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- mixture
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、片側の面から反対側に面に向けて特性が連
続的に変化する傾斜機能を持った傾斜機能材料の製造方
法に関する。
続的に変化する傾斜機能を持った傾斜機能材料の製造方
法に関する。
たとえば宇宙往還機の機体およびエンジンに用いられ
る材料は片側の面においては優れた熱伝導特性が要求さ
れ、反対側の面では超高温に耐える耐熱特性が要求され
る。この要求に適合するためには、熱伝導特性に優れた
金属とセラミック材料とを併用することが考えられる
が、この方法では金属とセラミック材料との間の界面に
生じる熱応力により剥離を生じるという問題がある。こ
の問題に対処するために、材料の組成を厚さ方向に連続
的に変化させる、いわゆる傾斜機能材料の構想が提案さ
れている。
る材料は片側の面においては優れた熱伝導特性が要求さ
れ、反対側の面では超高温に耐える耐熱特性が要求され
る。この要求に適合するためには、熱伝導特性に優れた
金属とセラミック材料とを併用することが考えられる
が、この方法では金属とセラミック材料との間の界面に
生じる熱応力により剥離を生じるという問題がある。こ
の問題に対処するために、材料の組成を厚さ方向に連続
的に変化させる、いわゆる傾斜機能材料の構想が提案さ
れている。
従来から検討されている傾斜機能材料の製造方法とし
ては、固体原料を気体化してエネルギを付与し、基体上
に物理的に付着される物理蒸着（PVD）法や気体原料か
ら蒸着により膜生成を行う過程で化学反応を生じさせる
化学蒸着（CVD）法等の気相法、粉末材料の焼結技術に
基づく焼結法などがある。これらの方法は、日本複合材
料学会誌第13巻第６号の７ページないし14ページに掲載
された新野正之らの論文「傾斜機能材料−宇宙機器用超
耐熱材料を目指して」に詳述されている。
ては、固体原料を気体化してエネルギを付与し、基体上
に物理的に付着される物理蒸着（PVD）法や気体原料か
ら蒸着により膜生成を行う過程で化学反応を生じさせる
化学蒸着（CVD）法等の気相法、粉末材料の焼結技術に
基づく焼結法などがある。これらの方法は、日本複合材
料学会誌第13巻第６号の７ページないし14ページに掲載
された新野正之らの論文「傾斜機能材料−宇宙機器用超
耐熱材料を目指して」に詳述されている。
また、特開昭63−42859号公報には、セラミック材料
と金属、またはセラミック材料とセラミック材料の混合
粉体を着火して自己発熱反応を生じさせることにより傾
斜機能材料を製造する方法が開示されている。
と金属、またはセラミック材料とセラミック材料の混合
粉体を着火して自己発熱反応を生じさせることにより傾
斜機能材料を製造する方法が開示されている。
これら従来から検討されている各種の方法には材料の
代表的な製造方法である溶融法が含まれていない。溶融
法は、他の方法に比較して工程が簡単である、という利
点を有するが、傾斜機能材料の製造にこの方法を適用す
る場合には、原料の比重差により重量偏析を生じ、所望
の混合比変化が得られない、という問題がある。
代表的な製造方法である溶融法が含まれていない。溶融
法は、他の方法に比較して工程が簡単である、という利
点を有するが、傾斜機能材料の製造にこの方法を適用す
る場合には、原料の比重差により重量偏析を生じ、所望
の混合比変化が得られない、という問題がある。
本発明は、溶融法を傾斜機能材料の製造に適用する場
合に問題となる重力偏析を無くすことができる方法を提
供することを目的とする。
合に問題となる重力偏析を無くすことができる方法を提
供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明においては、材料の
溶融および冷却固化を無重力環境で行うことを特徴とす
る。すなわち、本発明による傾斜機能材料の製造方法
は、熱伝導率の大きいCuやTiのような第１材料粉末と耐
熱性に優れた酸化物、炭化物、窒化物などの第２材料の
粉末または繊維とを、片側の面は第１材料粉末のみで構
成され反対側の面では第２材料の混合割合が最大にな
り、該片側の面と反対側の面との間では第２材料の混合
割合が該反対側の面に向かって漸次増加するような傾斜
特性を持たせて混合して混合体を形成し、この混合体を
型内に保持した状態で、無重力環境のもとで溶融させ、
次いで冷却固化させることを特徴とする。
溶融および冷却固化を無重力環境で行うことを特徴とす
る。すなわち、本発明による傾斜機能材料の製造方法
は、熱伝導率の大きいCuやTiのような第１材料粉末と耐
熱性に優れた酸化物、炭化物、窒化物などの第２材料の
粉末または繊維とを、片側の面は第１材料粉末のみで構
成され反対側の面では第２材料の混合割合が最大にな
り、該片側の面と反対側の面との間では第２材料の混合
割合が該反対側の面に向かって漸次増加するような傾斜
特性を持たせて混合して混合体を形成し、この混合体を
型内に保持した状態で、無重力環境のもとで溶融させ、
次いで冷却固化させることを特徴とする。
本発明による上記した方法では、材料の溶融および冷
却固化が無重力環境のもとで行われるために、溶融中に
材料の流れを生じることがなく、したがって重力偏析に
よる混合比の変化を生じることがない。その結果、製造
される材料は、混合体を形成したときの混合割合をその
まま保持し、傾斜機能特性を持つものとなる。
却固化が無重力環境のもとで行われるために、溶融中に
材料の流れを生じることがなく、したがって重力偏析に
よる混合比の変化を生じることがない。その結果、製造
される材料は、混合体を形成したときの混合割合をその
まま保持し、傾斜機能特性を持つものとなる。
本発明の方法の実施にあたっては、混合体の溶融およ
び冷却固化に１時間程度の時間を要するので、無重力環
境をこの程度の時間だけ維持できることを必要な条件と
なる。現在のところ考えられる無重力環境としては、宇
宙空間がある。たとえば人工衛星、スペースシャトル、
宇宙ステーション等において本発明の方法を実施するこ
とができる。
び冷却固化に１時間程度の時間を要するので、無重力環
境をこの程度の時間だけ維持できることを必要な条件と
なる。現在のところ考えられる無重力環境としては、宇
宙空間がある。たとえば人工衛星、スペースシャトル、
宇宙ステーション等において本発明の方法を実施するこ
とができる。
以下、本発明の実施例を図について説明する。第１図
に本発明の方法により製造される傾斜機能材料の板１の
例を示す。この板１は、正方形に形成され、片側に面1a
を、反対側に面1bを有する。厚さｔは5mmである。熱伝
導特性に優れた材料として、本例では無酸素銅（Cu）を
選ぶ。この他にも、Tiなどの材料が傾斜機能材料の原料
として適当である。この銅には酸化珪素（SiO2）が混合
される。酸化珪素の混合比は第２図に示すように、板１
の厚さ方向に連続的に変化する。すなわち、板１の面1a
においては酸化珪素に混合比は０％であり、面1bでは1v
ol％となる。この混合比は、面1aから面1bに向けて連続
的に増加する。酸化珪素の代わりに、ThO2、Al2O3、Y2O
3、Zr2O3などの酸化物やSiC、TiCなどの炭化物、または
Si3N4などの窒化物を使用することができる。
に本発明の方法により製造される傾斜機能材料の板１の
例を示す。この板１は、正方形に形成され、片側に面1a
を、反対側に面1bを有する。厚さｔは5mmである。熱伝
導特性に優れた材料として、本例では無酸素銅（Cu）を
選ぶ。この他にも、Tiなどの材料が傾斜機能材料の原料
として適当である。この銅には酸化珪素（SiO2）が混合
される。酸化珪素の混合比は第２図に示すように、板１
の厚さ方向に連続的に変化する。すなわち、板１の面1a
においては酸化珪素に混合比は０％であり、面1bでは1v
ol％となる。この混合比は、面1aから面1bに向けて連続
的に増加する。酸化珪素の代わりに、ThO2、Al2O3、Y2O
3、Zr2O3などの酸化物やSiC、TiCなどの炭化物、または
Si3N4などの窒化物を使用することができる。
この板の製造は次のようにして行う。先ず銅を平均粒
径１μｍの粉末にして準備する。また、酸化珪素は、平
均粒径0.1μｍの粉末を準備する。酸化珪素は粉末状で
なくともよく、たとえば繊維状のものを使用することが
できる。これら原料粉末を第３図に概略的に示す定量混
合機２を用いて混合比を制御しながら金型４に充填す
る。すなわち、定量混合機２には、原料粉末に揮発性バ
インダーを混合して流動性にしたものを供給する。定量
混合機２は、コンピュータ３により制御され、混合比が
板の厚さ方向に連続的に変化するように制御される。充
填後、原料に混合されたバインダーを蒸発させ除去す
る。
径１μｍの粉末にして準備する。また、酸化珪素は、平
均粒径0.1μｍの粉末を準備する。酸化珪素は粉末状で
なくともよく、たとえば繊維状のものを使用することが
できる。これら原料粉末を第３図に概略的に示す定量混
合機２を用いて混合比を制御しながら金型４に充填す
る。すなわち、定量混合機２には、原料粉末に揮発性バ
インダーを混合して流動性にしたものを供給する。定量
混合機２は、コンピュータ３により制御され、混合比が
板の厚さ方向に連続的に変化するように制御される。充
填後、原料に混合されたバインダーを蒸発させ除去す
る。
次いで、金型４をプレスに配置して約2000kg/cm2の圧
力で加圧して混合体すなわち成形原料を得る。加圧され
た原料はガラスカプセルのような別の型に移す。このよ
うにして得られた複数の成形原料５を、ガラスカプセル
に収容したまま、第４図に示すカートリッジ６内に、セ
ラミックウール７を間に挟んで配置する。この成形原料
５を配置したカートリッジ６を宇宙船内に搭載して宇宙
空間に打ち上げ、宇宙空間の無重力環境のもとで、1200
℃に加熱し、この温度のもとで約１時間保持する。昇温
速度は約10℃/minとする。この加熱により銅粉末は溶融
する。カートリッジ６は溶融時の内部圧力が約10kg/cm2
に維持されるようにクランプする。次いでこのカートリ
ッジ６を約10℃/minの降温速度で室温まで冷却して第１
図に示すような傾斜機能材料の板１を得る。
力で加圧して混合体すなわち成形原料を得る。加圧され
た原料はガラスカプセルのような別の型に移す。このよ
うにして得られた複数の成形原料５を、ガラスカプセル
に収容したまま、第４図に示すカートリッジ６内に、セ
ラミックウール７を間に挟んで配置する。この成形原料
５を配置したカートリッジ６を宇宙船内に搭載して宇宙
空間に打ち上げ、宇宙空間の無重力環境のもとで、1200
℃に加熱し、この温度のもとで約１時間保持する。昇温
速度は約10℃/minとする。この加熱により銅粉末は溶融
する。カートリッジ６は溶融時の内部圧力が約10kg/cm2
に維持されるようにクランプする。次いでこのカートリ
ッジ６を約10℃/minの降温速度で室温まで冷却して第１
図に示すような傾斜機能材料の板１を得る。
以上の説明により明らかなように、本発明の方法によ
れば、混合比が連続的に変化するように熱伝導性に優れ
た材料と耐熱性に優れた材料を混合した混合体を無重力
環境のもとで溶融および冷却固化させるので、重力偏析
を生じることなく傾斜機能材料を溶融法により製造する
ことができる。
れば、混合比が連続的に変化するように熱伝導性に優れ
た材料と耐熱性に優れた材料を混合した混合体を無重力
環境のもとで溶融および冷却固化させるので、重力偏析
を生じることなく傾斜機能材料を溶融法により製造する
ことができる。
第１図は本発明の方法により得られた傾斜機能材料の板
の例を示す斜視図、第２図は第１図の板における混合比
の変化を示す図表、第３図は傾斜混合のシステムを示す
概略図、第４図は混合成形された混合体をカートリッジ
に封入した状態を示す断面図である。 １……板、1a、1b……面、 ２……定量混合機、３……コンピュータ、 ４……金型。
の例を示す斜視図、第２図は第１図の板における混合比
の変化を示す図表、第３図は傾斜混合のシステムを示す
概略図、第４図は混合成形された混合体をカートリッジ
に封入した状態を示す断面図である。 １……板、1a、1b……面、 ２……定量混合機、３……コンピュータ、 ４……金型。
フロントページの続き (72)発明者 南方 俊一 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 藤岡 順三 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 日野 春樹 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 松村 宏之 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社岐阜工場内
Claims (4)
- 【請求項１】熱伝導率の大きい第１材料粉末と耐熱性に
優れた第２材料粉末とを、片側の面は前記第１材料粉末
のみで構成され反対側の面では前記第２材料粉末の混合
割合が最大になり、前記片側の面と前記反対側の面との
間では前記第２材料の混合割合が前記反対側の面に向か
って漸次増加するような傾斜特性を持たせて混合して混
合体を形成し、前記混合体を型内に保持した状態で、無
重力環境のもとで溶融させ、次いで冷却固化させること
を特徴とする傾斜機能材料の製造方法。 - 【請求項２】熱伝導率の大きい第１材料粉末と耐熱性に
優れた第２材料繊維とを、片側の面は前記第１材料粉末
のみで構成され反対側の面では前記第２材料繊維の混合
割合が最大になり、前記片側の面と前記反対側の面との
間では前記第２材料繊維の混合割合が前記反対側の面に
向かって漸次増加するような傾斜特性を持たせて混合し
混合体を形成し、前記混合体を型内に保持した状態で、
無重力環境のもとで溶融させ、次いで冷却固化させるこ
とを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。 - 【請求項３】請求項１または２に記載した方法におい
て、前記第１材料粉末はCuまたはTiであり、前記第２材
料は酸化物、炭化物または窒化物であることを特徴とす
る方法。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載した方
法において、前記溶融および冷却固化は１ないし100kg/
cm2の圧力のもとで行われることを特徴とする方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21294890A JP2593735B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 傾斜機能材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21294890A JP2593735B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 傾斜機能材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0494926A JPH0494926A (ja) | 1992-03-27 |
| JP2593735B2 true JP2593735B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=16630952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21294890A Expired - Lifetime JP2593735B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 傾斜機能材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2593735B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4161051B2 (ja) * | 2003-06-16 | 2008-10-08 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 傾斜材料の製造方法 |
-
1990
- 1990-08-10 JP JP21294890A patent/JP2593735B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0494926A (ja) | 1992-03-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |