JP2016083813A - 多孔質層、相互浸透層、金属と樹脂との接合構造、多孔質層の作製方法、相互浸透層の作製方法、金属と樹脂との接合方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂との間で高い接合強度を実現し得る相互浸透層を形成可能な多孔質層、相互浸透層、金属と樹脂との接合構造、多孔質層の作製方法、相互浸透層の作製方法、金属と樹脂との接合方法を提供することにある。
請求項6に記載した多孔質層の作製方法は、金属粉末とスペーサー粉末とを含む原料粉末を、前記スペーサー粉末が圧壊又は分解しない圧力及び温度の条件下で加圧及び加熱して前記金属粉末を焼結させ、その後に前記スペーサー粉末を除去して空隙部を形成する方法により、金属に接する側の気孔率が相対的に低く、樹脂が浸入する側の気孔率が相対的に高くなるように多孔質層を作製することを特徴とする。
・Al粉末の粒径:<45μm
・NaCl粉末の粒径:330−430μm
・Ti粉末とAl粉末との原子組成比:Ti−0,20,50at%Al
・NaCl粉末の体積分率(原料粉末全体に対するNaCl粉末の割合):0−70vol%
・圧力:1.8MPa,10MPa
・昇温速度:1℃/sec
・設定温度:500−650℃
・保持時間(設定温度で保持する時間):0h,1h
尚、設定温度は、型2において原料粉末を充填する箇所付近に熱電対を設けて測定する。
手順2:多孔質層単体を作製する場合であれば、下側部材4を型2に装着した状態で、原料粉末を型2の中空部2aに充填する。接合体を作製する場合であれば、最初にTi基板を型2の中空部2aに充填し、続いて原料粉末を型2の中空部2aに充填する。尚、Ti基板のサイズは、例えば直径20mm、高さ5mmである。
このようにして生成されたTiAl3(化合物)は、Ti粉末同士を結合させるバインダーとして機能する。即ち、Al粉末を添加していることで、TiAl3が生成され、その生成されたTiAl3がTi粉末同士を結合させることで、空隙部(気孔)が形成される。尚、このとき、設定温度によっては拡散しないAl粉末が残留している場合もあり得る。又、設定温度をNaCl粉末の融点(約800℃)よりも十分に低い温度に抑えているので、Ti粉末同士の結合が進んでいる最中にNaCl粉末が分解することはない。即ち、Ti粉末同士のTiAl3を介した結合によるTi粉末の焼結により空隙部が形成され、且つNaCl粉末が散在されている(原形を留めている)Ti−Al合金が作製される。
手順5:Ti−Al合金を常温まで冷却した後に型2から離型し、静水が注入されている容器(ビーカー)5内に放置し、Ti−Al合金を静水で水洗する。このとき、NaCl粉末が静水に溶解して除去されるので、図4に示すように、NaCl粉末が散在していた箇所にも空隙部(気孔)が形成される。
手順6:NaCl粉末が除去されたTi−Al合金を容器5から取り出す。
このような手順1から6を行うことで、Ti粉末の焼結による空隙部と、NaCl粉末の除去による空隙部とが形成された試料を作製することができる。
図7は、Ti粉末の粒径:<45μm、Al粉末の粒径:<45μm、NaCl粉末の粒径:330−430μm、Ti粉末とAl粉末との原子組成比:Ti−50at%Al、NaCl粉末の体積分率:70vol%、圧力:1.8MPa、昇温速度:1℃/sec、設定温度:600℃、保持時間:0hを条件とし、手順1から6を行うことで作製した試料を示し、(a)は外観を撮像した外観画像、(b)は断面(垂直断面)の組織を撮像したSEM画像を示す。上記した条件で作製した試料では、断面のEDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)分析により、TiAl3が生成されていることが確認された。図7(b)において丸数字「1」の部分がNaCl粉末の除去による形成された空隙部である。即ち、添加したNaCl粉末の粒径が数100μm程度であるので、NaCl粉末の除去により数100μm程度の空隙部が形成されていることが確認された。図7(c)において丸数字「2」の部分がTi粉末の焼結により形成された空隙部である。NaCl粉末の除去により形成される空隙部ほどのサイズではないが、Ti粉末の焼結により数〜数10μm程度の空隙部が形成されていることが確認された。このようにTi粉末よりも融点が低いAl粉末を添加することで、高い気孔率と十分な焼結性とを両立することが可能となる。尚、気孔率は、外部と連通する空隙部の容積と内部に封入されている空隙部の容積との和を、全容積(見かけ上の容積)で除した値であり、試料の質量と容積を用いて計算している。
本実施形態では、基板として用いる金属として比重が比較的小さいTi(比重は約4.54g/cm3)を例示したが、軽量化の要求が小さければ比重がTiよりも大きい例えばCu(銅、融点は約1085℃、比重は約8.96g/cm3)、Ni(ニッケル、融点は約1455℃、比重は約8.902g/cm3)、Fe(鉄、融点は約1538℃、比重は約7.874g/cm3)、W(タングステン、融点は約3422℃、比重は約19.3g/cm3)等の別の金属を用いても良い。Tiを焼結させるための補助剤として用いる金属としてAlを例示したが、スペーサー粉末であるNaCl粉末よりも融点が低い条件を満たせばMg(融点は約650℃)、Pb(融点は約327.5℃)等の別の金属を用いても良い。
Claims (16)
- 金属と樹脂との間に介在され、前記樹脂が浸透可能な空隙部を有する多孔質層であって、
金属に接する側の気孔率が相対的に低く、樹脂が浸入する側の気孔率が相対的に高く構成されていることを特徴とする多孔質層。 - 請求項1に記載した多孔質層において、
金属に接する側から樹脂が浸入する側に向かって気孔率が常に高くなるように構成されていることを特徴とする多孔質層。 - 金属からなる基板上に作製された多孔質層の空隙部に樹脂が浸透して形成された相互浸透層であって、金属に接している側の樹脂体積分率が相対的に低く、樹脂が浸入している側の樹脂体積分率が相対的に高く構成されていることを特徴とする相互浸透層。
- 請求項3に記載した相互浸透層において、
金属に接している側から樹脂が浸入している側に向かって樹脂体積分率が常に高くなるように構成されていることを特徴とする相互浸透層。 - 請求項3又は4に記載した相互浸透層を含み、
前記金属と前記樹脂とが前記相互浸透層を介して接合されていることを特徴とする金属と樹脂との接合構造。 - 金属粉末とスペーサー粉末とを含む原料粉末を、前記スペーサー粉末が圧壊又は分解しない圧力及び温度の条件下で加圧及び加熱して前記金属粉末を焼結させ、その後に前記スペーサー粉末を除去して空隙部を形成する方法により、金属に接する側の気孔率が相対的に低く、樹脂が浸入する側の気孔率が相対的に高くなるように多孔質層を作製することを特徴とする多孔質層の作製方法。
- 請求項6に記載した多孔質層の作製方法において、
金属に接する側ではスペーサー粉末の原料粉末全体に対する体積分率を相対的に低くし、樹脂が浸入する側ではスペーサー粉末の原料粉末全体に対する体積分率を相対的に高くして前記金属粉末を焼結させ、多孔質層を作製することを特徴とする多孔質層の作製方法。 - 請求項6に記載した多孔質層の作製方法において、
金属に接する側では原料粉末を加圧する圧力及び加熱する温度のうち少なくとも何れかを相対的に高くし、樹脂が浸入する側では原料粉末を加圧する圧力及び加熱する温度のうち少なくとも何れかを相対的に低くして前記金属粉末を焼結させ、多孔質層を作製することを特徴とする多孔質層の作製方法。 - 請求項6から8の何れか一項に記載した多孔質層の作製方法において、
金属に接する側から樹脂が浸入する側に向かって気孔率が常に高くなるように多孔質層を作製することを特徴とする多孔質層の作製方法。 - 請求項6から9の何れか一項に記載した多孔質層の作製方法において、
前記スペーサー粉末として、静水に溶解する粉末を用いて作製することを特徴とする多孔質層の作製方法。 - 金属からなる基板上で、金属粉末とスペーサー粉末とを含む原料粉末を、前記スペーサー粉末が圧壊又は分解しない圧力及び温度の条件下で加圧及び加熱して前記金属粉末を焼結させ、その後に前記スペーサー粉末を除去して多孔質層を作製し、樹脂を前記多孔質層の空隙部に浸透させる方法により、金属に接している側の樹脂体積分率が相対的に低く、樹脂が浸入している側の樹脂体積分率が相対的に高くなるように相互浸透層を作製することを特徴とする相互浸透層の作製方法。
- 請求項11に記載した相互浸透層の作製方法において、
金属に接している側ではスペーサー粉末の原料粉末全体に対する体積分率を相対的に低くし、樹脂が浸入する側ではスペーサー粉末の原料粉末全体に対する体積分率を相対的に高くして前記金属粉末を焼結させ、相互浸透層を作製することを特徴とする相互浸透層の作製方法。 - 請求項11に記載した相互浸透層の作製方法において、
金属に接している側では原料粉末を加圧する圧力及び加熱する温度のうち少なくとも何れかを相対的に高くし、樹脂が浸入する側では原料粉末を加圧する圧力及び加熱する温度のうち少なくとも何れかを相対的に低くして前記金属粉末を焼結させ、相互浸透層を作製することを特徴とする相互浸透層の作製方法。 - 請求項11から13の何れか一項に記載した相互浸透層の作製方法において、
金属に接している側から樹脂が浸入している側に向かって樹脂体積率が常に高くなるように相互浸透層を作製することを特徴とする相互浸透層の作製方法。 - 請求項11から14の何れか一項に記載した相互浸透層の作製方法において、
前記スペーサー粉末として、静水に溶解する粉末を用いて作製することを特徴とする相互浸透層の作製方法。 - 請求項11から15の何れか一項に記載した相互浸透層の作製方法を含み、
前記金属と前記樹脂とを前記相互浸透層を介して接合することを特徴とする金属と樹脂との接合方法。
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