JPH0361304A - 複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は宇宙航空機用耐熱材料及びエレクトロニクス、
装置材料等で使用環境により表裏面間で大きな温度差を
生じる材料に使用しうる複合材料の製造方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

セラミクス、金属からなる複合材料を製造する方法とし
て最も安価であり量産の可能な方法として粉末法がある
。粉末法はセラミクス、金属の粉末をボールミル等にて
混合し、成形後焼成する方法である。

この方法で作られた焼結体は組成を巾広く変えられるた
め、目的、用途に応じた複合材料の設計、製造が可能と
なる。

しかしながら、このような複合焼結体は耐熱特性には優
れているものの、曲げ強度などに弱いため使用環境での
表裏面の温度差によって生じる応力によって破壊される
ことがある。更に非常に厳しい高温環境にあって、その
材料の裏面から強制的に冷却をしなければならない場合
にも、セラミクス焼結体に特有な熱伝達率の低さのため
冷却効率が十分生かせないという問題もある。

上述のような表裏面の温度差によって材料内に生じる応
力を緩和するため組成比を変えた（例：セラミクス１０
０九〜金属１００％）グリーンシートを積層して焼結し
、材料の厚さ方向に組成を変化させた傾斜組成材料が最
近注目されている。

［発明が解決しようとする課題〕 金属高含有量側の焼結層は通常のバルク金属と異なり微
小なボアを含んでいることが多く、それによって強度が
損なわれたり伝熱性が低下したりする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれらの問題点を解決して物理強度にすぐれ表
裏面間の温度差の大きな厳しい条件下で使用しうる複合
材料を製造する方法を提供するものである。

かかる本発明は電気メッキ法に着目してなされたもので
ある。すなわち、電気メッキ法は焼結法とは異なり緻密
な金属層を作り出すことが可能である。また、メッキ液
にセラミクス粒子を添加することによって金属とセラミ
クスが緻密に複合化した複合メッキ層も作製できる。こ
のような電気メッキ法で作った金属層又は金属−セラミ
クス複合層は強度・靭性などには優れるものの４０％を
越えるようなセラミック含有率の高い複合層を作るのは
容易ではなかった。その結果、電気メッキ法で作製した
複合材料は熱遮断性が充分でなかった。

そこで本発明者らは焼結法に電気メッキ法を組合わせる
ことによって前記の欠点のない複合材料の取得に成功し
たものである。

すなわち１１本発明は、セラミクス粉末と金属粉末の混
合物を焼成じて得た複合焼結体に電気メッキを施して金
属層又は金属−セラミクス複合体層を形成することを特
徴とする複合材料の製造方法に関するものである。

セラミクス粉末及び金属粉の種類は問うところではなく
、例えば鉄粉、ニッケル粉、コバルト粉、ステンレス鋼
粉、高速度鋼粉、炭化タングステン粉、炭化ケイ素粉、
アル暑す粉、酸化ジルコニウム粉、シリカ粉、窒化ケイ
素粉、窒化チタン粉、ホウ化チタン粉等を利用できる。

セラミクス粉末及び金属粉末はいずれも複数種類の混合
物であってもよい。粒径は焼結体の製造に使用される０
、０１〜１００！ＪＴｎ程度でよい。混合比は焼成して
得た複合焼結体に電気メッキが可能であればよく、体積
比で金属粉末が３０％程度以上であれば、良好な電気め
っきが施せる。

表裏面間で大きな温度差を生じる環境で使用する場合に
は金属−セラミクスの組成を変えた複数のグリーンシー
トを組成変化が一方向になるように積層した積層体が好
ましい。この組成は体積比で金属Ｏ〜７０％程度、従っ
てセラ果りス１００〜３０％程度の範囲で変化させるこ
とが好ましい。組成の変化は等間隔でなくてもよい。ま
た、各層の層厚は使用目的にもよるが０．１〜Ｉｎｍ程
度が適当である。この層厚は各層ごとに異なっていても
よい。

積層数は２以上であればよいが、通常３〜１０程度でよ
い。

焼結させる成形体はグリーンシートであると否とを問わ
ず有機バインダー、可塑剤等を含むことができる。

成形体の成形方法は公知のいかなる方法によって行って
もよい。グリーンシートの積層体を成形する場合には一
般的には熱板プレス法を用いるが、これに準するもので
行えばよい。

成形体の焼結方法も公知の方法、例えば常圧焼結、ホッ
トプレス、ＨＩＰ等によって行えばよい。

焼結条件は原料等にもよるが、不活性ガスあるいは還元
ガス雰囲気で８００〜２０００″Ｃ程度で行えばよい。

こうして得られた複合焼結体に電気メッキを施す。メッ
キ液にはメッキする金属の金属塩のほか、必要に応じて
ｐＨ緩衝剤、柔軟剤などを含む液を用いる。メッキ層が
金属−セラミクス複合体層の場合にはメッキするセラミ
クスの微粉末をメッキ液中に分散含有させる。セラミク
ス微粉末の分散濃度は１０〜２００　ｇ　／　１程度が
適当である。析出するメッキ層の金属とセラミクスとの
比は、メッキ液の両者の比に加えてセラミクスの濃度、
電流密度、メッキ液の流速等の影響も受ける。一般にセ
ラミクスの濃度が高い程、電流密度が低い程、そしてメ
ッキ液の流速がはやい程金属の比率が高くなる。

メッキ液のｐＨ１温度、メッキ時間等の条件は予め試験
を行って定めるのがよい。

電気メッキによって形成される層は金属とセラミクスの
比が体積比で金属１００〜５０％程度、好ましくは１０
０〜６０％程度、従ってセラミクスＯ〜５０％程度、好
ましくはＯ〜４０％程度である。Ｎ厚は通常０．１〜１
０肺程度である。

傾斜組成複合材料の場合には電気メッキは傾斜組成複合
焼結体の金属高含有層側に施す。形成されるメッキ層は
単一層であってもよく、複合層であってもよい。複合層
の場合にはセラミクス濃度が連続的に変化していてもよ
くまた段階的な変化であってもよい。メッキ層の金属−
七うミクス比はメッキ液の金属塩及びセラミクス濃度、
電気密度、メッキ液の流速等比の関係を予め試験して定
められた条件に従って電気メッキを行えばよい。

メッキ層の金属−セラミクス組成は傾斜組成複合焼結体
からひき続いて組成変化が一方向になるようにする。

〔作用〕

金属−セラミクス複合体上に電気メッキ法によって形成
されるメッキ層の金属−セラミクス組成はメッキ液の金
属塩濃度、セラくクス粒子の分散濃度、両者の混合比、
電流密度、メッキ液の流速等によって異なる。これらを
制御することによって所定組成比の金属−セラ逅りス層
を形成している。

〔実施例〕

実施例１ ４３重量部のＺｒＯ２粉末に２９重量部のＮｉ粉末及び
バインダーとして２８重量部を加えスラリーを作製した
。このスラリーをドクターブレード法により薄層状に形
成し、乾燥後水素ガスを１０％含むアルゴンガス雰囲気
中で１３５０″Ｃで２時間加熱して焼成した。得られた
焼結体はＮｉ含有率が体積比で５０％であり、厚さが０
．７ｍｍであった。

この複合焼結体の表面を脱脂、酸洗した後、ＺｒＯ□を
添加したＮｉメッキ液中に浸し、焼結体を陰極にＮｉ板
を陽極にして電気メッキを施した。メッキ装置にはメッ
キ液を循環させる循環セル型のものを用いた。メッキ液
にはスルファミン酸ニッケル５００ｇ／　Ｒ１粒径ｌ〜
２即のＺｒ０ｚ粉末２０〜１００ｇ／Ｅ及びホウ酸３０
ｇ／　１を含むｐｌ＋３．５の液を用いた。メッキ条件
としては、液温５０″Ｃ１電流密度１〜５Ａ／ｄｍ２で
ある。電流密度に応して通電時間を設定した結果焼結体
上に厚さ３〇四のメッキ層が形成された。

このメッキ層のＺｒＯ２含有量を蛍光Ｘ線法により求め
た。得られたＺｒＯ□含有量とメッキ液のＺｒｏｚｅＡ
度との関係を第１図に示す。図中、丸印は電流密度がＩ
　Ａ／ｄｍｚの場合を、四角間は３　Ａ／ｄｍ”の場合
をそして三角印は５　Ａ／ｄｍ２の場合をそれぞれ示し
ている。

実施例２ 実施例１で得られた厚さ３０ｍｎ、２５％ＺｒＯ□−７
５％Ｎｉ複合メッキ層のものを伺し循環セル型メッキ装
置を用いて複合メッキ層の上にＮｉメッキを施した。

メッキ液にはスルファミン酸ニッケル５００ｇ／　１及
びホウ酸３０ｇ／、ｆを含むｐＨ３，５の液を用い、液
温５０°Ｃ１電流密度３Ａ／ｄ−で約４０分通電した。

その結果、複合メッキ層の上に厚さ３０μｍの純Ｎｉメ
ッキ層が形成され（５０％Ｚｒ０ｚ−５０％Ｎｉ）／（
２５％Ｚｒ０ｚ−７５％Ｎｉ）／１００％Ｎｉの３層か
らなる複合材料を得た。各層の蛍光Ｘ線分析を行って得
られた結果を第２図に示す。尚、各メッキ層の界面を断
面ＳＥＭ写真で確認したところ健全であった。

実施例３ ＺｒＯ□粉末とＮｉ粉末の混合比を変えて、１００％Ｚ
ｒＯ□スラリー、８０％ＺｒＯ，−２０％Ｎｉスラリー
、６０％ＺｒＯ２−４０％Ｎｉスラリー及び４０％Ｚｒ
Ｏ２−６０％Ｎｉスラリーを作製した。これらのグリー
ンシートを実施例１と同様にして順に積層し、この積層
品を焼成して各層の厚さがいずれも約０．２ｍｎ＋の１
００％〜４０％ＺｒＯ２傾斜組戊焼結体を得た。この焼
結体の４０％ＺｒＯ。

層側に実施例１と同様にして２０％ＺｒＯ□−８０％Ｎ
ｉ複合メッキ層を形成し、その上に純Ｎｉメッキ層を実
施例２と同様にして形成した。両層の厚さはいずれも約
０．２ｍｍであった。その結果、６層からなる厚さ１．
２ｍｍの１００％Ｎｉ〜１００％Ｚｒ０ｚの傾斜組成材
料を得た。この材料の各層の界面を断面ＳＥＭ写真で確
認したところいずれも健全であった。

〔発明の効果〕

分散メッキ法によれば、容易にＮｉ　−ＺｒＯ□組戒比
を調節することができ、しかもそのメッキ層はＮｉ−Ｚ
ｒＯ２複合焼結体上にも形成させることが可能である。

従って、組成を連続的に変化させた焼結体と分散メッキ
の組合せによって、０−１００％まで組成を任意に制御
した傾斜機能材料の作製が可能である。

本発明の方法においては、セラミックリッチな焼結体の
耐熱性と電気メッキ法で作った金属リッチな複合層の強
度・靭性との両者の特性を組合せることによって耐熱性
に優れ、同時に強度・靭性にも優れた複合材料を得てい
る。従来、セラ旦りス材料の補強用又は導電性付与とし
て無電解メッキが利用されているが、本発明の場合、少
なくともメッキを施す面は金属を含有する複合焼結層で
あるため無電解メッキを行うことなく電気メッキ法が適
用できる。電気メッキ法の利点は製膜速度が速いこと。

メッキ液の管理が容易であること。

更に皮膜の組成管理が容易であることなどである。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で得られたメッキ液のＺｒＯ□濃度とメ
ッキ層のＺｒ０ｔ含有率の関係を示す図であり、第２図
は実施例で得られた３層構成の複合材料の各層のＮｉ及
びＺｒ含有率を蛍光Ｘ線法で測定したチャートを示す図
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミクス粉末と金属粉末の混合物を焼成して得
   た複合焼結体に電気メッキを施して金属層又は金属−セ
   ラミクス複合体層を形成することを特徴とする複合材料
   の製造方法
2. （２）金属−セラミクスの組成比を変えた複数のグリー
   ンシートを組成変化が一方向になるように積層し焼成し
   て得た傾斜組成複合焼結体の金属高含有層側に電気メッ
   キを施して金属層又は金属−セラミクス複合体層を形成
   することを特徴とする傾斜組成複合材料の製造方法
3. （３）金属−セラミクス複合体層のセラミクス濃度が焼
   結体側から連続的又は段階的に低下している請求項（２
   ）に記載の複合材料の製造方法