JP4591900B2

JP4591900B2 - Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造方法

Info

Publication number: JP4591900B2
Application number: JP2000086312A
Authority: JP
Inventors: 隆幸高杉; 博史井上; 雅昭石尾
Original assignee: Neomax Materials Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Neomaterial Ltd
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001271127A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、軽量耐熱材料等として好適なＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴｉＡｌおよびＴｉ₃Ａｌの２相組織を有するＴｉ−Ａｌ系金属間化合物は軽量耐熱材料として期待される材料であり、その金属間化合物板は様々な用途に利用可能である。
【０００３】
Ｔｉ−Ａｌ系合金をアーク溶解し、鋳造し、その鋳塊を圧延する溶解圧延法によってＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板を製造することが試みられているが、Ｔｉ−Ａｌ系合金は酸化し易く延性に乏しいため、その製造方法は未だ実験段階に止まっており、現在のところ工業的生産可能な実用性のあるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板は得られていない。
【０００４】
また、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の製造方法として、Ｔｉ粉末とＡｌ粉末との混合粉末を製品形状に近似した形状に圧粉成形して固相拡散によって焼結する粉末冶金法も試みられているが、高価なＴｉ粉末を必要とし、生産性に劣り、そもそも大面積の板材の製造には適さない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、溶解圧延法も粉末冶金法も、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物板を工業的に製造するには不適当であり、実用段階に至っていない。
【０００６】
なお、特開平７−５４０６８号公報には、Ｎｉ箔とＴｉ箔とを交互に積層した積層体を圧下し、この圧下積層材に固相拡散熱処理、液相拡散熱処理を施してＮｉ−Ｔｉ金属間化合物板を製造する方法が記載されているが、単相組織であるＮｉ−Ｔｉ金属間化合物とＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとの２相組織であるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物とは組織が本質的に異なり、また前記公報には高融点のＴｉと低融点のＡｌとを素材としてＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板を製造する点について記載、示唆されるところはない。
【０００７】
本発明はかかる問題に鑑みなされたものであり、工業的生産方法として実用性に優れたＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造方法を提供することを目的とする。この目的は下記の発明によって達成される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造方法は、請求項１に記載したように、厚さ方向の平均組成がat％でＴｉ：６５〜５２％、Ａｌ：４８〜３５％とされ、ＴｉからなるＴｉ層とＡｌからなるＡｌ層とが交互に積層された積層体を圧延接合により作製する圧延接合工程と、全圧下率を３％以上として連続的あるいは間欠的に加圧しながら６３０〜５００℃の温度に加熱保持し前記Ｔｉ層のＴｉと前記Ａｌ層のＡｌとを反応させてＡｌ₃Ｔｉを生成させ、未反応のＴｉからなる残存Ｔｉ層と前記Ａｌ₃ＴｉからなるＡｌ₃Ｔｉ層とが積層された第１反応積層体を形成する第１固相拡散熱処理と、前記第１反応積層体を８００℃以上、８８２℃未満の温度に加熱保持してＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとを主相とする２相組織を形成する第２固相拡散熱処理とを備える。
【０００９】
この発明によると、圧延接合により積層体を作製するので、通常の圧延設備により表面積の大きい板状の積層材を容易に得ることができ、引いては第１固相拡散熱処理、第２固相拡散熱処理を施すことで大面積のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板を容易に製造することができる。
ところで、Ａｌ層のＡｌとＴｉ層のＴｉとが反応してＡｌ₃Ｔｉを生成する際、カーケンドール効果による空隙（ボイド）のほか、Ｔｉ、ＡｌおよびＡｌ₃Ｔｉの各結晶構造の相違に基づき３％程度の体積減少が生じ、多量の空隙が発生し、著しい場合には剥離が生じる。このため、単にＡｌの融点未満の温度で固相拡散熱処理を行っても、空隙のために反応が抑制されて未反応のＡｌが残存するようになる。残存Ａｌがあると、第２固相拡散熱処理の際に、残存Ａｌが積層体から流出してＴｉ−Ａｌ系金属間化合物が得られない。本発明では、Ａｌ₃Ｔｉを生成させる第１固相拡散熱処理の際に、積層体の体積率を３％以上縮小すべく全圧下率を３％以上、好ましくは５％以上として連続的あるいは間欠的に加圧しながら前記積層体をＡｌの融点未満の温度に加熱保持する。その結果、空隙の生成を抑制ないし防止しつつ、残存Ｔｉ層とＡｌ₃Ｔｉ層とが積層された第１反応積層体を容易に形成することができる。この第１反応積層体にはＡｌが実質的に含まれないので、第１固相拡散熱処理後の第２固相拡散熱処理においてはＡｌの融点以上の高温に加熱保持することができ、Ｔｉ₃Ａｌ相とＴｉＡｌ相とを主相とする２相組織からなるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板を容易かつ効率よく製造することができる。
【００１０】
また、前記第２固相拡散熱処理は、請求項２に記載したように、前記第１反応積層体を８００℃以上、８８２℃未満の温度に加熱保持して前記残存Ｔｉ層のＴｉと前記Ａｌ₃Ｔｉ層のＡｌ₃Ｔｉとを反応させてＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとを生成させ、このＴｉ₃Ａｌを主相とするＴｉ₃Ａｌ層と前記ＴｉＡｌを主相とするＴｉＡｌ層とが積層された第２反応積層体を形成する熱処理とすることができる。
前記第２固相拡散熱処理の際の加熱保持温度が８８２℃未満であると、残存Ｔｉ（αＴｉ）が結晶構造の全く異なるβＴｉに変態して成長することがない。したがって特定の結晶面の配向を板面にほぼ平行に保持したままＴｉ₃Ａｌ層とＴｉＡｌ層とが層状に積層された構造の第２反応積層体を容易に得ることができる。この第２反応積層体は、層状構造を有し、各層の結晶配向が概ね板面に平行である故に良好な機械的性質を有するＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板として用いることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載したように、前記第２反応積層体をαＴｉ単相温度域で加熱保持して前記第２反応積層体の各相をαＴｉ相に変態させた後冷却する第３固相拡散熱処理を行うことにより、組織中の空隙量を減少させることができる。また、板厚方向のほぼ全域にわたり板面にほぼ平行に配向したＴｉ₃Ａｌ／ＴｉＡｌラメラを主体とするＴｉ₃Ａｌ／ＴｉＡｌラメラ粒組織からなるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板を容易に得ることができる。この金属間化合物板は、その結晶構造の故に板面方向の機械的性質に優れる。
【００１２】
また、請求項４に記載したように、前記第２反応積層体を９６０℃以上、Ｔｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとの共析変態点未満の温度に加熱保持する第４固相拡散熱処理を施すことにより、結晶の配向や層状組織を保持しつつ、組織中の空隙を減少させた機械的性質の良好なＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板を容易に得ることができる。
【００１３】
また、前記第２固相拡散熱処理として、請求項５に記載したように、前記第１反応積層体をαＴｉ単相温度域で加熱保持して前記第１反応積層体の各相をαＴｉ相に変態させ、その後冷却することにより、残存Ｔｉが一旦βＴｉに変態するため結晶の配向がランダム化し、従って共析変態により生成したＴｉ₃Ａｌ／ＴｉＡｌラメラの配向もランダム化するものの、Ｔｉ₃Ａｌ／ＴｉＡｌラメラ結晶粒組織を有するＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板を容易に製造することができる。
【００１４】
また、請求項６に記載したように、前記積層体を中心層に対してＴｉ層あるいはＡｌ層が対称に配置された奇数層からなる構造とすることで、ＴｉとＡｌとの熱膨張率差に起因した熱変形を防止することができ、熱変形に起因した製造トラブルを防止して生産性を向上させることができる。この場合、最外層をＴｉ層とすることで、すべてのＡｌ層はＴｉ層によって挟持された状態となるので、第１固相拡散熱処理の際に全Ａｌ層のＡｌを無理なく反応させてＡｌ₃Ｔｉを生成させることができ、未反応Ａｌの残存を防止することができる。また、万一、未反応のＡｌが残存しても、高温熱処理の際にその流出を防止することができ、所期のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造歩留まりを向上させることができる。
【００１５】
本発明のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板は、請求項７に記載したように、板厚方向のほぼ全域が実質的にＴｉ₃Ａｌ／ＴｉＡｌラメラ粒組織からなり、前記ラメラ粒組織は板面にほぼ平行に配向したＴｉ₃Ａｌ／ＴｉＡｌラメラを主体とするものであるので、板面方向の機械的性質に優れる。
【００１６】
上記本発明の製造方法により製造したＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板は、Ｔｉ₃Ａｌ相を主相とするＴｉ₃Ａｌ層とＴｉＡｌ相を主相とするＴｉＡｌ層とが板厚方向にマクロ的に積層されたものであるので、板厚の内部が均質な従来の金属間化合物板に比して良好な機械的性質を備える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造方法およびこの製造方法によって得られたＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板について詳細に説明する。
【００１８】
本発明の製造方法を実施するには、まず、圧延接合工程によりＴｉからなるＴｉ層とＡｌからなるＡｌ層とが交互に積層された積層体を作製する。前記圧延接合工程は、Ｔｉ薄板とＡｌ薄板とを適宜の枚数を重ねて圧延接合して複数層の積層素材を得て、さらにＴｉ層とＡｌ層とが交互に配置されるように前記積層素材を適宜数重ね合わせて圧延接合するものである。圧延接合は、冷間で行えばよく、１回の圧延当たりの圧下率は２０〜６０％、好ましくは２５〜５０％程度で行えばよい。圧延接合後は各層の接合強度を向上させるために、積層素材あるいはその接合材をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中でＡｌの融点以下の温度、例えば６００℃程度で数分〜十数分程度の拡散焼鈍を行うようにするのがよい。
【００１９】
前記積層体の各層の厚さは、層厚が薄すぎると圧延接合工程における後述の拡散焼鈍の際に燃焼反応が生じるようになるので、２μm 以上、好ましくは５μm 以上にするのがよい。一方、厚すぎると後述する固相拡散熱処理に長時間を要し、工業的生産性を損なうようになるので、５０μm 以下、好ましくは３０μm 以下にするのがよい。なお、圧延接合工程の途中あるいは後に適宜冷間圧延を施すことによって、前記積層体の各層の厚さを調整することができる。
【００２０】
前記積層体のＴｉ層、Ａｌ層の各層数は任意に設定することができるが、積層体の厚さ方向（積層方向）においてＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとの２相組織が得られるようにＴｉ−Ａｌ組成を設定する必要がある。２相組織が得られる平均組成としては、at％でＴｉ：６５〜５２％、好ましくは６０〜５２％程度（残部Ａｌ）である。
【００２１】
もっとも、前記積層体の層数は、好ましくは奇数とし、最外層にＴｉ層が来るようにするのがよい。このように、中心層を中心として厚さ方向に対称にＴｉ層、Ａｌ層を配置することで、後述の固相拡散熱処理の際に熱膨張率差に起因した反り等の熱変形を防止することができる。また、Ａｌ層は必ずＴｉ層に挟持されるので後述の第１固相拡散熱処理の際にＴｉと容易確実に反応するようになり、未反応のＡｌの残存を防止することができる。また、万一、未反応のＡｌが残存しても、高温熱処理の際にその流出を防止することができる。
【００２２】
圧延接合工程により作製された積層体は、次に第１固相拡散熱処理が施される。この第１固相拡散熱処理は、Ａｌの融点未満の温度、好ましくは６３０〜５００℃、より好ましくは６２０〜５５０℃程度の温度で、４０min 〜１０ｈｒ程度保持して、前記積層体のＴｉ層のＴｉとＡｌ層のＡｌとを反応させて、基本的にＡｌが無くなるまでＡｌ₃Ｔｉを生成させる処理である。例えば、平均組成をＴｉ−４５at％Ａｌとする場合、下記式によって全ＡｌとＴｉとが反応してＡｌ₃Ｔｉが生成し、未反応のＴｉが残存する。結局、第１固相拡散熱処理によって、残存ＴｉからなるＴｉ層とＡｌ₃Ｔｉ相からなるＡｌ₃Ｔｉ層とが積層した第１反応積層体が得られる。
５５Ｔｉ＋４５Ａｌ→４０Ｔｉ＋１５Ａｌ₃Ｔｉ
【００２３】
ところで、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｌ₃Ｔｉの結晶構造から格子定数を考慮して体積変化を計算すると、Ａｌ₃Ｔｉが生成する際の反応では体積減少が起こり、前記例示組成の場合では、その減少率は３．２％になる。カーケンドール効果のほか前記体積変化により残存Ｔｉ層に沿って多量の空隙（ボイド）が形成され、前記拡散反応が阻止されるようになる。また、著しい場合には層の剥離をも招来する。前記体積減少率３．２％はＴｉ−４５at％Ａｌの場合であるが、Ｔｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとの２相組織が得られる成分範囲については概ね３〜４％程度の空隙が形成されると考えられる。なお、前記体積率の減少量は、Ａｌ層、Ｔｉ層は厚さ方向に積層されているので、板厚方向の減少率として考えることができる。
【００２４】
このため、本発明では、第１固相拡散熱処理の際に、Ａｌ₃Ｔｉが生成する際に形成される空隙を排除すべく、全圧下率を３％以上、好ましくは５％以上として積層体を連続的あるいは間欠的に圧下する。これによって空隙が排除され、Ａｌ₃Ｔｉの生成反応が促進される。前記第１固相拡散熱処理の際の圧下方法としては、熱処理の途中に積層体に数％ないし十数％程度の軽圧下を数回以上、好ましくは数分ないし数十分間隔で付与してもよく、あるいは積層体に１０〜７０ＭＰａ程度の圧縮荷重を常時付加するようにしてもよい。なお、圧下率（％）は（板厚減少量）／（初期板厚）×１００を意味する。
【００２５】
次に、前記第１固相拡散熱処理によって得られた第１反応積層体に対してＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとを主相とする２相組織を形成する第２固相拡散熱処理を施す。先の組成例で説明すると、この第２固相拡散熱処理における反応は下記式にて表すことができる。なお、この反応では相全体の体積は２％程度の増加になる。
４０Ｔｉ＋１５Ａｌ₃Ｔｉ →５Ｔｉ₃Ａｌ＋４０ＴｉＡｌ
【００２６】
この第２固相拡散熱処理として、前記第１反応積層体を８８２℃未満の温度に加熱保持して前記残存Ｔｉ層のＴｉと前記Ａｌ₃Ｔｉ層のＡｌ₃Ｔｉとを反応させてＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとを生成させ、このＴｉ₃Ａｌを主相とするＴｉ₃Ａｌ層と前記ＴｉＡｌを主相とするＴｉＡｌ層とが積層された第２反応積層体を形成する熱処理を採ることができる。
【００２７】
この熱処理の特徴は、図１のＴｉ−Ａｌ二元系状態図中に記したＴ１線から理解されるように、残存Ｔｉ（αＴｉ）をβＴｉに変態させることなく、前記２相組織を得ることができる点にある。αＴｉから結晶構造が著しく異なるβＴｉに変態すると、結晶の配向が乱れ、また粒成長を起こして粗大化するが、この熱処理によれば結晶粒を粗大化させることなく、αＴｉの結晶の配向（多くは板面にほぼ平行になっている。）を維持したまま２相組織を得ることができる。しかも、主に残存Ｔｉのある部分からＴｉ₃Ａｌ相が生成しＡｌ₃Ｔｉの部分からＡｌＴｉ相を生成するため、マクロ的にＴｉ₃Ａｌ層とＴｉＡｌ層とが積層した層状構造の第２反応積層体を得ることができる。すなわち、この積層体は、その層状構造と結晶面の配向のために、板面方向の機械的性質が良好となる。なお、この第２反応積層体は本発明のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物の一態様をなすものである。
【００２８】
前記第２固相拡散熱処理の加熱保持は、酸化防止のために真空中で行うことが好ましい。また、加熱保持温度は、αＴｉがβＴｉに変態しないようにするためには８８２℃未満に設定すればよいが、処理の安定性を考慮すると好ましくは８７０℃以下、より好ましくは８６０℃以下にするのがよい。また、固相拡散の効率を考慮すると、８００℃以上に設定することが好ましい。加熱保持時間は、８００℃以上の温度で加熱保持する場合、１５〜２５ｈｒ程度とすればよい。
【００２９】
本発明においては、前記第２固相拡散熱処理によって得られた第２反応積層体をさらにαＴｉ単相温度域で加熱保持して前記第２反応積層体の各相を一旦αＴｉ相に変態させ、その後冷却する第３固相拡散熱処理を施すことができる。加熱温度は要はαＴｉ単相組織が得られる温度であればよく、その上限は液相が生じることなく、またβＴｉ相が生じない温度であればよい。加熱保持は酸化防止のために真空中で行うことが好ましく、また保持時間は、全組織をαＴｉ単相組織に変態させるとともに結晶粒の粗大化が生じないように、５〜１５ｈｒ程度が好ましい。
【００３０】
この第３固相拡散熱処理を施すことで、図１のＴ２線で示すように、一旦αＴｉに変態した後、共析変態点（１１１８℃）を通過する際に共析変態を起こして、Ｔｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとがミクロ的に層状のラメラ粒組織となり、しかも多くのラメラの配向が板面にほぼ平行になるため、板面方向に優れた機械的性質を有するＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板を得ることができる。また、第２反応積層体に中間反応生成物（例えば、Ａｌ₂Ｔｉ）や未反応Ｔｉが一部残存する場合においても、これらを完全にＴｉ₃ＡｌやＴｉＡｌに反応させることができ、また残存した空隙をより減少ないし消失させることができ、金属間化合物の品質を向上させることができる。なお、過共析組成の場合、αＴｉから温度の低下に従って初析ＴｉＡｌ（γ）が生成するが、このγ相はラメラ状に析出してくることが本発明者によって確かめられている。
【００３１】
前記第２反応積層体に対する熱処理としては、上記の第３固相拡散熱処理に限らず、図１のＴ３線で示すように第２反応積層体をＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとの共析変態点（１１１８℃）未満あるいはαＴｉとＴｉＡｌ（γ）との共存温度域の温度で加熱保持する第４固相拡散熱処理を施すこともできる。加熱保持温度は、反応の促進からは高い方がよいため、下限は９６０℃、より望ましくは１０００℃程度とすることが好ましい。もっとも、αＴｉとγとの共存温度域は高温領域まで及ぶので、結晶粒の粗大化防止、マクロ的積層構造の維持の観点からは共析変態点未満の温度で処理することが好ましい。この第４固相拡散熱処理における加熱保持も真空中で行うことが好ましく、また保持時間は結晶粒の粗大化が生じないように１０〜２５ｈｒ程度が好ましい。この第４固相拡散熱処理によって、第２反応積層体の層状構造や結晶の板面方向の配向をある程度維持したまま、中間反応生成物等が生じることが無く、空隙も減少ないし消失した高品質の金属間化合物を得ることができる。
【００３２】
上記第３、第４固相拡散熱処理は、第２固相拡散熱処理を施して得られたＴｉ₃Ａｌ相とＴｉＡｌ相とを主相とする第２反応積層体に対する熱処理を示すものである。これに対し、第２固相拡散熱処理としては、第１反応積層体を８８２℃未満の温度で加熱保持することなく、Ｔｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとの共析変態点超のαＴｉ単相温度域の温度で加熱保持後冷却する熱処理（α熱処理と呼ぶ。）としてもよく、あるいは第１反応積層体を共析変態点未満あるいはαＴｉとγとの共存温度域の温度で加熱保持後冷却する熱処理（β熱処理と呼ぶ。）としてもよい。対象とする反応積層体は異なるが、熱処理方法の考え方としては、α熱処理は前記第３固相拡散熱処理に対応し、β熱処理は前記第４固相拡散熱処理に対応した熱処理であり、その加熱温度、時間については前記第３、第４固相拡散熱処理と同様に設定することができる。もっとも、α熱処理の場合、Ａｌ₃Ｔｉが液相にならないように１３８７℃未満の温度で加熱保持する必要がある。
【００３３】
前記α熱処理、β熱処理の場合、結晶粒が粗大化し、残存Ｔｉ（αＴｉ相）がβＴｉ相に一旦変態するため板面に平行な結晶の配向も損なわれることになるが、Ｔｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとを主相とする２相組織を有するＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板を容易に得ることができる。
【００３４】
以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。
【００３５】
【実施例】
実施例１
(1) 圧延接合工程
純Ｔｉ板と純Ａｌ板の表面を金属ブラシを用いて粗く削った後、削った面どうしを重ね合わせて圧下率３０％にて冷間圧延を行い、その後、Ｔｉ層とＡｌ層とが圧接された複合材をアルゴン雰囲気中で６００℃、１０分間の拡散焼鈍を行い、両層が密着した２層素材を得た。この２層素材をＴｉ層とＡｌ層とが交互に重なるように３枚重ね合わせて圧延接合し、拡散焼鈍することで６層素材を得た。最終的にＴｉ層とＡｌ層とが交互に重ね合わされ、両最外層がＴｉ層となるように５５層からなる積層体を作製した。その際、積層体の平均組成がＴｉ−４５．５at％Ａｌとなるように板厚をＴｉ板：０．２５mm、Ａｌ板：０．２０mmとした。また、最終的に得られた積層体のＴｉ層の平均厚さは１７μm 、Ａｌ層の平均厚さは１３μm であった。
【００３６】
(2) 第１固相拡散熱処理
前記５５層の積層体に対して、６００℃で合計１ｈｒ加熱保持した。この際、図２に示すように、圧下率１０〜３％の熱間圧延を１０分間隔で６回行った。この熱処理によって得られた第１反応積層体のマクロ的断面組織をＳＥＭにより観察した。その結果を図３に示す。ＥＰＭＡによる分析からＡｌは完全に反応していることが確かめられたので、観察される層はＡｌ₃ＴｉからなるＡｌ₃Ｔｉ層と未反応のＴｉからなる残存Ｔｉ層であることがわかった。また、板面方向に伸びる線状の空隙が認められた。
【００３７】
(3) 第２固相拡散熱処理
前記第１反応積層体を真空中で８５０℃にて２０ｈｒ保持した。この際、積層体に熱変形（反り）が生じるのを防止するため、ステンレス片の重りをセラミック板を介して第１反応積層体に載置した。前記積層体にかかる圧縮応力は３ｋＰａ程度であった。前記セラミック板は、重りと第１反応積層体との反応を防ぐためのものである。この熱処理によって得られた第２反応積層体の断面組織をＳＥＭにより観察した。その結果を図４に示す。第２反応積層体は、主にＴｉＡｌ相とＴｉ₃Ａｌ相とが厚さ方向に積層された構造を示しているが、微量のＴｌ、Ａｌ₂Ｔｉが残存しており、また微細な空隙が観察された。
【００３８】
(4) 第３固相拡散熱処理、第４固相拡散熱処理
前記第２反応積層体を真空中で１３００℃にて１０ｈｒ保持し、徐冷した（第３固相拡散熱処理）。この熱処理によって得られた金属間化合物板のミクロ的断面組織をＳＥＭにより観察した。その結果を図５に示す。図５に示されるように、ラメラが板面にほぼ平行に配向したＴｉＡｌ(γ)／Ｔｉ₃Ａｌ(α₂)ラメラ組織粒が観察された。また、空隙については、第２反応積層体に比して線状の空隙は無くなり、空隙量も少なかった。
一方、前記第２反応積層体を真空中で１１００℃にて１０ｈｒ保持後、徐冷した（第４固相拡散熱処理）。この熱処理によって得られた金属間化合物板のマクロ的断面組織をＳＥＭにより観察した。この観察結果を図６に示す。図６より、板厚方向の積層構造は第２反応積層体よりも崩れたものの、マクロ的には全体として積層構造が維持されていた。また、空隙については、表面近傍には比較的多く観察されるものの、内部には微細な空隙しか観察されなかった。
【００３９】
実施例２
(1) 圧延接合工程
前記実施例１と同様にして、５５層からなる積層体を作製した。
【００４０】
(2) 第１固相拡散熱処理
前記５５層の積層体に対して、真空中で５０ＭＰａの圧縮応力を付加して６００℃にて５ｈｒ加熱保持した。
【００４１】
(3) 第２固相拡散熱処理
引き続いて、第１反応積層体を８５０℃にて２０ｈｒ保持した。この際、圧縮応力を５０ＭＰａから１０ＭＰａに減少させ、その後１０ＭＰａで保持した。平均圧縮応力は２２ＭＰａであった。この結果得られた第２反応積層体は、マクロ的には層状構造をしており、空隙はほとんど観察されず、局所的にわずかな線状の空隙が見られる程度であった。また、ＥＰＭＡ分析により、観察される相は、主相がＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとであったが、一部Ｔｉ、Ａｌ₃Ｔｉ、Ａｌ₂Ｔｉも認められ、第１実施例の第２反応積層体に比して反応が遅かった。これは、ＴｉとＴｉ₃Ａｌの２相が生成する際に生じる体積増加を圧縮荷重によって抑制したためと推測される。従って、圧縮荷重の付加は、第１固相拡散熱処理の段階で十分であり、第２固相拡散熱処理においては積層体の反り発生を防止する程度の軽荷重の付加に止めることが有効である。
【００４２】
(4) 第３固相拡散熱処理
前記第２反応積層体を真空中で１３００℃にて１０ｈｒ保持後、徐冷した。得られた積層体の断面をＳＥＭにて組織観察した結果、フルラメラ組織が観察され、空隙量も非常に微量であり、健全性に優れた金属間化合物板が得られらた。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、通常の圧延設備を用いて、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物板を容易かつ効率的に製造することができ、工業的製造方法として優れる。また、本発明により製造されたＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板は、板面方向の機械的性質が良好であり、実用性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｔｉ−Ａｌ二元系状態図である。
【図２】実施例１の第１固相拡散熱処理における積層体に対する圧下状態を示す温度−時間図である。
【図３】実施例１の第１固相拡散熱処理後の反応積層体のマクロ的断面組織を示す図面代用ＳＥＭ組織写真である。
【図４】実施例１の第２固相拡散熱処理後の反応積層体のマクロ的断面組織を示す図面代用ＳＥＭ組織写真である。
【図５】実施例１の第３固相拡散熱処理後の反応積層体のミクロ的断面組織を示す図面代用ＳＥＭ組織写真である。
【図６】実施例１の第４固相拡散熱処理後の反応積層体のマクロ的断面組織を示す図面代用ＳＥＭ組織写真である。

Claims

厚さ方向の平均組成がat％でＴｉ：６５〜５２％、Ａｌ：４８〜３５％とされ、ＴｉからなるＴｉ層とＡｌからなるＡｌ層とが交互に積層された積層体を圧延接合により作製する圧延接合工程と、
全圧下率を３％以上として連続的あるいは間欠的に加圧しながら６３０〜５００℃の温度に加熱保持し前記Ｔｉ層のＴｉと前記Ａｌ層のＡｌとを反応させてＡｌ₃Ｔｉを生成させ、未反応のＴｉからなる残存Ｔｉ層と前記Ａｌ₃ＴｉからなるＡｌ₃Ｔｉ層とが積層された第１反応積層体を形成する第１固相拡散熱処理と、
前記第１反応積層体を８００℃以上、８８２℃未満の温度に加熱保持してＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとを主相とする２相組織を形成する第２固相拡散熱処理とを備えたＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造方法。
前記第２固相拡散熱処理では、前記第１反応積層体を８００℃以上、８８２℃未満の温度に加熱保持して前記残存Ｔｉ層のＴｉと前記Ａｌ₃Ｔｉ層のＡｌ₃Ｔｉとを反応させてＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとを生成させ、このＴｉ₃Ａｌを主相とするＴｉ₃Ａｌ層と前記ＴｉＡｌを主相とするＴｉＡｌ層とが積層された第２反応積層体を形成する請求項１に記載したＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造方法。
前記第２反応積層体をＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌの共析変態点超のαＴｉ単相温度域で加熱保持して前記第２反応積層体の各相をαＴｉ相に変態させ、その後冷却する第３固相拡散熱処理をさらに備えた請求項２に記載したＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造方法。
前記第２反応積層体を９６０℃以上、Ｔｉ₃ＡｌとＴｉＡｌとの共析変態点未満の温度に加熱保持する第４固相拡散熱処理をさらに備えた請求項２に記載したＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造方法。
前記第２固相拡散熱処理として、前記第１反応積層体をＴｉ₃ＡｌとＴｉＡｌの共析変態点超のαＴｉ単相温度域で加熱保持して前記第１反応積層体の各相をαＴｉ相に変態させる熱処理を行い、その後冷却する請求項１に記載したＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造方法。
前記積層体は、奇数層からなり、中心層に対してＴｉ層あるいはＡｌ層が対称に配置された請求項１〜５のいずれか１項に記載したＴｉ−Ａｌ系金属間化合物板の製造方法。