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JPH09131828A - Functionally graded material and manufacturing method thereof - Google Patents

Functionally graded material and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JPH09131828A
JPH09131828A JP29144595A JP29144595A JPH09131828A JP H09131828 A JPH09131828 A JP H09131828A JP 29144595 A JP29144595 A JP 29144595A JP 29144595 A JP29144595 A JP 29144595A JP H09131828 A JPH09131828 A JP H09131828A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
polymer material
functionally graded
functionally
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP29144595A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Nojiri
仁志 野尻
Koji Sezaki
好司 瀬崎
Toshio Hirai
敏雄 平井
Mamoru Omori
守 大森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP29144595A priority Critical patent/JPH09131828A/en
Publication of JPH09131828A publication Critical patent/JPH09131828A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼結温度のより高い金属を用い、その金属と
高分子材料から成る傾斜機能材料とその製造方法を得る
ことにある。 【解決手段】 熱可塑性を有しない高分子材料と金属と
からなり、少なくとも、金属のみからなる層、金属と高
分子材料の両方を含む層、高分子材料のみからなる層を
有する傾斜機能材料を構成した。また、熱可塑性を有し
ない高分子材料と金属とからなり、該金属のみからなる
層と該高分子材料のみからなる層との間に、金属と高分
子材料の成分比が連続的または階段状に変化する中間層
を有する傾斜機能材料を構成した。そして、これら傾斜
機能材料は、熱可塑性を有しない高分子材料の粉粒体と
金属の粉粒体とを異なる比率で混ぜ合わせ、該比率を連
続的又は階段状に変化させつつ型内に充填した後、放電
プラズマ焼結法により成型することにより製造した。
(57) Abstract: A metal having a higher sintering temperature is used, and a functionally graded material composed of the metal and a polymer material and a method for producing the same are provided. Kind Code: A1 A functionally gradient material composed of a polymer material having no thermoplasticity and a metal, and having at least a layer composed of only the metal, a layer containing both of the metal and the polymer material, and a layer composed of the polymer material. Configured. In addition, the composition ratio of the metal and the polymer material is continuous or stepwise between the layer composed only of the metal and the layer composed only of the metal, which is composed of the polymer material having no thermoplasticity and the metal. A functionally graded material was constructed with an intermediate layer that changed to. These functionally graded materials are filled in a mold while mixing powder particles of a polymer material having no thermoplasticity and powder particles of a metal at different ratios and changing the ratio continuously or stepwise. After that, it was manufactured by molding by a discharge plasma sintering method.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は傾斜機能材料とその
製造方法に関し、より詳しくは高耐熱性高分子/金属系
傾斜機能材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a functionally graded material and a method for producing the same, and more particularly to a high heat resistant polymer / metal functionally graded material.

【0002】[0002]

【従来の技術】傾斜機能材料は一般に性質の異なる2種
の素材を組み合わせて、各々単独の層の中間に、両成分
比が連続的または階段状に変化するように成形されたも
のであり、新しい機能材料として開発が進められてい
る。この傾斜機能材料の作製にあたっては、焼結法、溶
射法、CVD・PVD法等の種々の方法が採用されてい
るが、これらのなかで、作製し得る成形体の大きさに関
する自由度が高く、しかも比較的大きな成形体を得る方
法としては、焼結法が適している。この焼結法により作
製される傾斜機能材料としては、従来、金属/セラミッ
ク系もしくはセラミック/セラミック系が中心であっ
た。
2. Description of the Related Art A functionally graded material is generally formed by combining two kinds of materials having different properties, and is formed in the middle of a single layer so that the ratio of both components changes continuously or stepwise. Development is underway as a new functional material. Various methods such as a sintering method, a thermal spraying method, and a CVD / PVD method are adopted in the production of this functionally graded material. Among these, there is a high degree of freedom regarding the size of a molded body that can be produced. Moreover, the sintering method is suitable as a method for obtaining a relatively large compact. Conventionally, the functionally gradient material produced by this sintering method has been mainly a metal / ceramic system or a ceramic / ceramic system.

【0003】ところで、近年、セラミックの代わりに、
熱可塑性高分子の優れた特性から、様々な分野において
有用に使用されている熱可塑性高分子を用いた傾斜機能
材料の開発が進められており、熱可塑性高分子/金属系
傾斜機能材料が提案されている。これは、有機高分子の
中で熱可塑性高分子は融点または軟化点を有し、一定温
度以上に加熱することによって流動性を生じ、種々の方
法で成型することが可能であることによる。より具体的
には、フッ素樹脂と金属の傾斜機能材料(特公平5−1
8860号)や、高分子材料として耐熱性の高い熱可塑
性ポリイミドと焼結温度の低い金属との傾斜機能材料
(ニューセラミックス1994、No. 7、p27)が提
案されている。
By the way, in recent years, instead of ceramics,
Due to the excellent properties of thermoplastic polymers, functionally graded materials using thermoplastic polymers that are usefully used in various fields are under development, and thermoplastic polymers / metallic functionally graded materials are proposed. Has been done. This is because, among the organic polymers, the thermoplastic polymer has a melting point or a softening point, and when heated to a certain temperature or higher, it becomes fluid and can be molded by various methods. More specifically, functionally graded materials of fluororesin and metal (Japanese Patent Publication 5-1
No. 8860) and functionally graded materials (New Ceramics 1994, No. 7, p27) made of a thermoplastic polyimide having high heat resistance as a polymer material and a metal having a low sintering temperature have been proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな熱可塑性高分子/金属系の傾斜機能材料を作製する
場合の最大の課題は、焼結温度の異なる素材の両方を同
時に緻密化して成型することにある。ところが、熱可塑
性高分子を使用した場合、焼結時の温度や圧力を上げる
と樹脂が流れ出てしまうため、どうしても緻密化に限界
があった。また、熱可塑性高分子は成型後であっても、
一定の温度以上になると軟化するため、耐熱性が要求さ
れる用途では使用することができないという問題もあっ
た。さらに、高分子の耐熱性から加熱できる温度に限界
があり、このため、使用できる金属についてもその温度
以下、すなわち400℃以下の比較的低い焼結温度を有
する銀等のごく限られた金属のみであった。
However, the biggest problem in producing such a thermoplastic polymer / metal functionally gradient material is to simultaneously densify and mold both materials having different sintering temperatures. Especially. However, when a thermoplastic polymer is used, if the temperature and pressure during sintering are increased, the resin will flow out, so there is a limit to the densification. Also, even after the thermoplastic polymer is molded,
There is also a problem that it cannot be used in applications requiring heat resistance because it softens at a certain temperature or higher. Furthermore, there is a limit to the temperature that can be heated due to the heat resistance of the polymer, and therefore, the metals that can be used are less than that temperature, that is, only very limited metals such as silver that have a relatively low sintering temperature of 400 ° C. or less. Met.

【0005】一方、有機高分子のなかで、非熱可塑性高
分子は、基本的には熱可塑性高分子と同様な線状高分子
であるにもかかわらず、軟化点を有さず、分解開始温度
も高い。このため、非常に高い耐熱性を有し広範な用途
において使用することができるため広い利用分野が考え
られる。しかし、この非熱可塑性高分子は熱により軟化
しないため、成型することは困難であった。また、従来
の焼結法や他の成型方法では、金属・非熱可塑性高分子
の両方を緻密に成型することは困難であることから、こ
れまで、非熱可塑性高分子は傾斜機能材料の機能要素と
しては考えられていなかった。
On the other hand, among the organic polymers, the non-thermoplastic polymer basically has the same softening point as that of the thermoplastic polymer, but does not have a softening point and starts to decompose. The temperature is also high. Therefore, it has very high heat resistance and can be used in a wide range of applications, so that it can be used in a wide range of fields. However, since this non-thermoplastic polymer does not soften by heat, it was difficult to mold it. In addition, since it is difficult to precisely mold both metal and non-thermoplastic polymers by conventional sintering methods and other molding methods, non-thermoplastic polymers have hitherto been used as functionally graded materials. It was not considered an element.

【0006】しかしながら、本発明者らは、非熱可塑性
高分子の優れた特性に着目し、耐熱性の高い非熱可塑性
高分子を用いることにより、焼結温度のより高い金属を
用いることが可能となり、両者による傾斜機能材料を得
ることによって、一層、高機能の傾斜機能成形体を提供
することが可能となることから、鋭意研究開発に努め
た。その結果、本発明者らは傾斜機能材料の機能要素と
してはこれまで考えられていなかった非熱可塑性高分子
と金属を用い、放電プラズマ焼結法を用いることによっ
て、比較的低圧力で非熱可塑性高分子と金属がともに緻
密に成型されることを見出し、本発明に至ったのであ
る。
However, the present inventors have paid attention to the excellent properties of non-thermoplastic polymers, and by using non-thermoplastic polymers with high heat resistance, it is possible to use metals with higher sintering temperatures. Therefore, by obtaining a functionally graded material by both of them, it becomes possible to provide a highly functional functionally graded product, and therefore, the present inventors made extensive efforts for research and development. As a result, the present inventors have used a non-thermoplastic polymer and a metal, which have not been considered so far, as the functional elements of the functionally gradient material, and by using the spark plasma sintering method, the non-thermoplastic polymer can be treated at a relatively low pressure. The inventors have found that both the plastic polymer and the metal are densely molded, and have arrived at the present invention.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る傾斜機能材
料の要旨とするところは、熱可塑性を有しない高分子材
料と金属とからなり、少なくとも、金属のみからなる
層、金属と高分子材料の両方を含む層、高分子材料のみ
からなる層を有することにある。
The gist of the functionally gradient material according to the present invention is that it is composed of a polymer material having no thermoplasticity and a metal, at least a layer composed only of the metal, a metal and the polymer material. It is to have a layer containing both of them, and a layer made of only a polymer material.

【0008】また、本発明に係る傾斜機能材料の他の要
旨とするところは、熱可塑性を有しない高分子材料と金
属とからなり、該金属のみからなる層と該高分子材料の
みからなる層との間に、金属と高分子材料の成分比が連
続的または階段状に変化する中間層を有することにあ
る。
Another feature of the functionally gradient material according to the present invention is that it is composed of a polymer material having no thermoplasticity and a metal, a layer composed only of the metal and a layer composed only of the polymer material. And an intermediate layer in which the component ratio of the metal and the polymer material changes continuously or stepwise.

【0009】更に、かかる傾斜機能材料において、前記
金属が前記高分子材料の熱分解温度より約100℃高い
温度以下、より好ましくは、該高分子材料の熱分解温度
以下の焼結温度を有するものであることにある。
Further, in such a functionally gradient material, the metal has a sintering temperature not higher than about 100 ° C. higher than the thermal decomposition temperature of the polymer material, more preferably not higher than the thermal decomposition temperature of the polymer material. Is to be.

【0010】更に、かかる傾斜機能材料において、前記
金属が銅またはアルミニウムであることにある。
Furthermore, in such a functionally graded material, the metal is copper or aluminum.

【0011】更に、かかる傾斜機能材料において、前記
熱可塑性を有しない高分子材料が非熱可塑性型のポリイ
ミドであることにある。
Further, in the functionally gradient material, the polymer material having no thermoplasticity is a non-thermoplastic polyimide.

【0012】次に、本発明に係る傾斜機能材料の製造方
法の要旨とするところは、熱可塑性を有しない高分子材
料の粉粒体と金属の粉粒体とを異なる比率で混ぜ合わ
せ、該比率を連続的又は階段状に変化させつつ型内に充
填した後、放電プラズマ焼結法により成型することにあ
る。
Next, the gist of the method for producing a functionally graded material according to the present invention is to mix powder particles of a polymer material having no thermoplasticity and powder particles of a metal at different ratios. This is to fill the mold while changing the ratio continuously or stepwise, and then mold by the spark plasma sintering method.

【0013】また、かかる傾斜機能材料の製造方法にお
いて、前記高分子材料の粉粒体と金属の粉粒体とを遠心
分離法により拡散させながら型内に充填することにあ
る。
Further, in the method of manufacturing such a functionally gradient material, the powder particles of the polymer material and the powder particles of the metal are filled in the mold while diffusing by a centrifugal separation method.

【0014】更に、かかる傾斜機能材料の製造方法にお
いて、前記高分子材料の粉粒体と金属の粉粒体とを振動
を加えながら型内に充填することにある。
Further, in the method of manufacturing a functionally gradient material, the powder particles of the polymer material and the powder particles of the metal are filled in a mold while applying vibration.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る傾斜機能材料
とその製造方法の実施の形態を図面を参照しつつ詳しく
説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, embodiments of a functionally graded material and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0016】本発明に係る傾斜機能材料は熱可塑性を有
しないいわゆる非熱可塑性の高分子材料と金属とからな
り、少なくとも、金属のみからなる層、金属と高分子材
料の両方を含む層、高分子材料のみからなる層を有して
構成され、あるいは金属のみからなる層と高分子材料の
みからなる層との間に、金属と高分子材料の成分比が連
続的または階段状に変化する中間層を有して構成されて
いる。そして、これらの層はいずれも焼結されて、全体
として一体化されて形成されている。
The functionally gradient material according to the present invention is composed of a so-called non-thermoplastic polymer material having no thermoplasticity and a metal, at least a layer consisting of only the metal, a layer containing both the metal and the polymer material, and a high functional material. An intermediate layer in which the composition ratio of the metal and the polymer material changes continuously or stepwise between the layer composed of only the metal material and the layer composed of only the metal and the polymer material. It is configured with layers. Then, all of these layers are sintered and integrally formed as a whole.

【0017】ここで、本発明における傾斜機能材料と
は、図1に示すように、複数の成分すなわち成分Aと成
分Bからなり、各成分A,Bの組成が連続的且つ直線的
に変化しているものに限るものではなく、図2に示すよ
うに、各成分A,Bの組成が連続的且つ曲線状に変化し
ているものも含まれる。また、これら各成分A,Bの組
成の変化が微小に階段状を成しているものも含まれるも
のである。更に、図3に示すように、各成分A,Bの組
成が階段状に変化しているものも含まれる。そして、図
3に示す例示の極端な場合として、成分Aの層と成分B
の層とそれらの中間に両成分を一定の比率で含む層の3
層の構造からなるものや、たとえば図4に示すように、
成分Aの層と成分Bの層との中間の層において、両成分
の比率が連続的に変化するものなども含まれる。その
他、たとえば図5に示すように、両端に成分Aのみの層
が形成されるとともに、その中間に成分Bのみの層が形
成され、これら成分Aのみの層と成分Bのみの層との間
に、各成分A,Bの組成が連続的または階段状に変化す
る層を設けたものも含まれ、更に、各種の例を組み合わ
せた形態も可能である。以上の構成において、成分Aと
成分Bは非熱可塑性の高分子材料と金属のいずれかを示
すものである。
Here, the functionally gradient material in the present invention is composed of a plurality of components, that is, component A and component B, as shown in FIG. 1, and the composition of each component A and B changes continuously and linearly. However, the composition of each of the components A and B is continuously and curvedly changed as shown in FIG. Further, it also includes those in which the change in the composition of each of these components A and B is minutely stepwise. Further, as shown in FIG. 3, those in which the composition of each of the components A and B changes stepwise are also included. Then, as an extreme case of the example shown in FIG.
3 layers and a layer containing both components in a fixed ratio between them
A layer structure or, for example, as shown in FIG.
In the intermediate layer between the component A layer and the component B layer, those in which the ratio of both components continuously changes are also included. In addition, for example, as shown in FIG. 5, a layer containing only the component A is formed at both ends, and a layer containing only the component B is formed in the middle of the layers, and the layer containing only the component A and the layer containing only the component B are formed. Includes a layer in which the composition of each of the components A and B changes continuously or stepwise, and a combination of various examples is also possible. In the above constitution, the component A and the component B represent either a non-thermoplastic polymer material or a metal.

【0018】本発明の傾斜機能材料を構成する高分子材
料として非熱可塑性高分子材料を用いていることによ
り、熱可塑性樹脂を使った場合に比較して、焼結温度・
圧力ともに高く設定することができ、このため、従来の
高分子/金属系の傾斜機能材料では用いることのできな
かった高い焼結温度の金属を用いることができる。すな
わち、非熱可塑性高分子材料の耐熱性自体が高いため、
傾斜機能材料としてより高性能なものが得られることに
なる。
Since the non-thermoplastic polymer material is used as the polymer material constituting the functionally gradient material of the present invention, the sintering temperature is higher than that when a thermoplastic resin is used.
Both the pressure and the pressure can be set to be high, so that a metal having a high sintering temperature, which cannot be used in the conventional polymer / metal functionally gradient material, can be used. That is, since the heat resistance of the non-thermoplastic polymer material is high,
Higher performance materials can be obtained as the functionally gradient material.

【0019】このように、熱可塑性高分子材料を用いた
場合に比べて、高い焼結温度が用いられることになる
が、非熱可塑性高分子材料の分解温度を上回る温度で焼
結したのでは、出来上がった傾斜機能材料の性能が低下
する恐れがある。したがって、非熱可塑性高分子材料の
部分にかかる焼結温度は、高分子の分解温度以下とする
ことが好ましい。ただし、後述するように、放電プラズ
マ焼結法においては、用いる型の形を工夫することなど
により、金属部分と高分子材料部分との温度に差を生ぜ
しめることが可能であることから、金属部分の焼結温度
を高く設定すると同時に高分子材料部分の焼結温度を低
く設定することができ、それぞれより高い焼結温度が使
用できることになる。
As described above, a higher sintering temperature is used as compared with the case where the thermoplastic polymer material is used, but if the sintering is performed at a temperature higher than the decomposition temperature of the non-thermoplastic polymer material. However, the performance of the finished functionally graded material may deteriorate. Therefore, the sintering temperature applied to the portion of the non-thermoplastic polymer material is preferably not higher than the decomposition temperature of the polymer. However, as will be described later, in the spark plasma sintering method, it is possible to make a difference in temperature between the metal part and the polymer material part by devising the shape of the mold to be used. It is possible to set the sintering temperature of the part high and simultaneously set the sintering temperature of the polymer material part low, which means that a higher sintering temperature can be used for each.

【0020】この金属部分と高分子材料部分との温度差
として設定し得る限界は約100℃程度であると考えら
れ、傾斜機能材料の成分として用い得る金属の焼結温度
は、非熱可塑性高分子材料の熱分解温度より約100℃
程度高い温度以下、より好ましくは熱分解温度以下であ
ることを必要とする。なお、工業的に有用な非熱可塑性
高分子材料の多くは、分解温度が500℃以下であるた
め、用いる金属の焼結温度は600℃以下が好ましく、
さらには、非熱可塑性高分子材料の熱分解温度以下であ
る500℃以下が好ましい。このような焼結温度を備え
た金属として、具体的には、アルミニウム、銅、真鍮、
マグネシウムなどがあげられるが、工業的に極めて汎用
であるとともに、強度や熱伝導性や電気伝導度の観点か
ら、高分子との組み合わせにおいて高い価値を持つ金属
として、特に銅やアルミニウムが好ましく挙げられる。
It is considered that the limit that can be set as the temperature difference between the metal portion and the polymer material portion is about 100 ° C., and the sintering temperature of the metal that can be used as a component of the functionally gradient material is high in non-thermoplasticity. About 100 ℃ from the thermal decomposition temperature of molecular materials
It is necessary that the temperature is not higher than a moderately high temperature, more preferably not higher than the thermal decomposition temperature. Since most industrially useful non-thermoplastic polymer materials have a decomposition temperature of 500 ° C. or lower, the sintering temperature of the metal used is preferably 600 ° C. or lower,
Further, it is preferably 500 ° C. or lower, which is lower than the thermal decomposition temperature of the non-thermoplastic polymer material. As the metal having such a sintering temperature, specifically, aluminum, copper, brass,
Examples of such metals include magnesium, which are industrially extremely versatile, and from the viewpoint of strength, thermal conductivity, and electrical conductivity, copper and aluminum are particularly preferred as metals having high value in combination with polymers. .

【0021】なお、ここで、熱可塑性を有しないあるい
は非熱可塑性であることとは、たとえば、TMAや動的
粘弾性測定装置などにより、明確な融解点や軟化点を検
知し難い場合や、動的粘弾性測定装置などにより、明確
な融解点や軟化点を検知できても流動性がでるほどの軟
化を引き起こさない場合、さらには400℃以上の充分
高い温度であって且つ軟化温度と分解温度が近く、従来
の成型法では熱的成型が難しい場合などを含むものであ
る。
The term "non-thermoplastic" or "non-thermoplastic" means that it is difficult to detect a clear melting point or softening point by TMA, a dynamic viscoelasticity measuring device, or the like. Even if a clear melting point or softening point can be detected by a dynamic viscoelasticity measuring device or the like, if it does not cause softening to produce fluidity, the temperature is 400 ° C or higher and the softening temperature and decomposition are sufficiently high. This includes cases where the temperature is close and thermal molding is difficult with conventional molding methods.

【0022】より具体的に、非熱可塑性高分子として
は、たとえば芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、各
種の芳香族系ラダーポリマー、あるいは芳香族チアゾー
ル5員環・芳香族オキサゾール5員環・芳香族イミダゾ
ール5員環を含み且つ分子の対称性・剛直性が高く、非
熱可塑性を示す高分子、またそれらの共重合体やブレン
ド体などを挙げることができる。これらの中でも芳香族
ポリイミドは、樹脂そのものの優れた耐熱性・耐薬品性
・機械的特性・電気的特性などから、金属と組み合わせ
て傾斜機能材料とした場合に、特に優れた特性を示す。
More specifically, examples of the non-thermoplastic polymer include aromatic polyimide, aromatic polyamide, various aromatic ladder polymers, or aromatic thiazole 5-membered ring / aromatic oxazole 5-membered ring / aromatic. Examples thereof include polymers having an imidazole 5-membered ring, high molecular symmetry and rigidity, and exhibiting non-thermoplasticity, and copolymers and blends thereof. Among these, aromatic polyimide exhibits particularly excellent properties when it is used as a functionally gradient material in combination with a metal because of the excellent heat resistance, chemical resistance, mechanical properties, and electrical properties of the resin itself.

【0023】これら非熱可塑性高分子材料は言うまでも
なく加熱によって可塑性を有しない材料であるため、熱
可塑性高分子材料のように加熱溶融させて傾斜機能材料
を形成することができない。本発明の傾斜機能材料は非
熱可塑性高分子材料を使用して、放電プラズマ焼結法に
より、低温且つ比較的低圧で緻密化が可能であることを
見いだしたことにより完成したものであり、次に、本発
明に係る傾斜機能材料の製造方法について説明する。
Needless to say, since these non-thermoplastic polymer materials are materials that do not have plasticity by heating, they cannot be heated and melted to form a functionally gradient material like the thermoplastic polymer materials. The functionally gradient material of the present invention was completed by discovering that it is possible to densify at a low temperature and a relatively low pressure by a discharge plasma sintering method using a non-thermoplastic polymer material. First, a method of manufacturing a functionally gradient material according to the present invention will be described.

【0024】ここで、放電プラズマ焼結法は、圧粉体粒
子間隙に直接パルス状の電気エネルギーを投入し、火花
放電により瞬時に発生する高温プラズマの高エネルギー
を熱拡散・電界拡散などへ効果的に応用することで、低
温から2000℃以上の超高温領域において従来の方法
(ホットプレス法)に比べ、はるかに低い温度域で、昇
温、保持時間を含め、概ね、5〜20分程度の短時間の
焼結あるいは焼結接合を可能とする近年実用化された材
料合成加工技術である。詳しくは、放電プラズマ焼結法
は黒鉛型又は焼結金属、WC系超硬材、BNコンポジッ
トECなどを抵抗体として直接通電によるホットプレス
を行うものである。放電プラズマ焼結装置はその一例を
図6に示すように、油圧装置10を備えたプレス装置1
2に下部電極14と上部電極16を配設するとともに下
部パンチ18と上部パンチ20を配設し、更に、真空チ
ャンバーや電源装置、各種の制御装置を備えて構成され
ている。そして、型22の中に入れた混合粉粒体24を
下部パンチ18と上部パンチ20によって加圧して放電
プラズマにより焼結するのである。
Here, in the discharge plasma sintering method, pulsed electric energy is directly injected into the gap between the powder particles, and the high energy of high temperature plasma generated instantaneously by the spark discharge is effective for thermal diffusion, electric field diffusion and the like. By applying it, the temperature is much lower than the conventional method (hot press method) in the ultra-high temperature range from low temperature to 2000 ° C or higher, and the heating and holding time is about 5 to 20 minutes. This is a material synthesis processing technology that has been put into practical use in recent years and enables the short-time sintering or sinter bonding. More specifically, the spark plasma sintering method is a method of hot pressing by direct energization using a graphite type or a sintered metal, a WC-based cemented carbide material, a BN composite EC or the like as a resistor. As shown in FIG. 6, an example of the spark plasma sintering device is a press device 1 including a hydraulic device 10.
2, a lower electrode 14 and an upper electrode 16 are provided, a lower punch 18 and an upper punch 20 are provided, and further, a vacuum chamber, a power supply device, and various control devices are provided. Then, the mixed powder particles 24 placed in the mold 22 are pressed by the lower punch 18 and the upper punch 20 and sintered by discharge plasma.

【0025】前述のように、型22内に入れられる非熱
可塑性高分子材料の層と金属の層との材料層の間で温度
差をつけたい場合には、たとえば図7や図8に示される
ような異型の型26,28から成る黒鉛加熱体を用いる
ことにより実現することができる。特に、焼結温度の異
なる2つの材料から傾斜機能材料を製造するときには、
この種の型を用いる必要がある。
As described above, when it is desired to make a temperature difference between the material layers of the non-thermoplastic polymer material layer and the metal layer, which are put in the mold 22, as shown in FIGS. 7 and 8, for example. It can be realized by using a graphite heating body composed of different types of molds 26 and 28 as described above. Especially when a functionally graded material is manufactured from two materials having different sintering temperatures,
It is necessary to use this type of mold.

【0026】本発明に係る傾斜機能材料の製造方法は、
主に、(1) 粉粒体を混合する工程、(2) 黒鉛型へ粉粒体
の混合物を投入する工程、(3) 黒鉛型内の粉粒体の混合
物を予備圧縮して成型する工程、(4) 放電プラズマ焼結
法により焼結する工程により製造される。この製造方法
は場合によっては、(3) の工程を省略することが可能で
あり、また(1) と(2) の工程を同時に行うことも可能で
ある。
The method for producing a functionally graded material according to the present invention comprises:
Mainly, (1) a process of mixing powder and granules, (2) a process of adding a mixture of powder and granules to a graphite mold, (3) a process of pre-compressing and molding the mixture of powder and granules in a graphite mold (4) It is manufactured by the process of sintering by the discharge plasma sintering method. In this manufacturing method, the step (3) can be omitted in some cases, and the steps (1) and (2) can be simultaneously performed.

【0027】さらに詳しくは、まず(1) 粉粒体混合工程
において、非熱可塑性高分子材料の粉粒体(A成分とす
る)と金属の粉粒体(B成分とする)とを混合するので
あるが、両成分は、できるだけ粒径の分布が小さいもの
を用いるのがより好ましい。そして、A、B両成分の粉
粒体の混合割合を、種々変えることにより任意の組成の
混合粉粒体を得ることができる。
More specifically, first, in the (1) powder / granule mixing step, the powder / granule of the non-thermoplastic polymer material (A component) and the metal powder / granule (B component) are mixed. However, it is more preferable to use both components having a particle size distribution as small as possible. Then, a mixed powder or granular material having an arbitrary composition can be obtained by variously changing the mixing ratio of the powder or granular materials of both the components A and B.

【0028】粉粒体の混合割合については、特に限定す
るものではないが、階段状に成分が変化する傾斜機能材
料の製造方法としては、非熱可塑性高分子粉粒体のみか
らなる層と金属粉粒体のみからなる層との中間に、階段
状にたとえば4層の混合層をなす階段状の傾斜機能材料
を製造する場合を例に説明する。この場合、たとえば
(A成分100%)、(A成分80%:B成分20
%)、(A成分60%:B成分40%)、(A成分40
%:B成分60%)、(A成分20%:B成分80
%)、(B成分100%)の各々の粉粒体とその混合物
を調整することにより、各層を形成するための混合粉粒
体ができる。調整のための混合機としては、ボールミ
ル、ロッド・ミル、ダブルコートブレンダ、V型混合機
などを使用することができる。
The mixing ratio of the powder and granules is not particularly limited, but as a method for producing a functionally graded material in which the components change stepwise, a layer made of only non-thermoplastic polymer powder and a metal An example will be described in which a stepwise functionally gradient material is formed in a stepwise manner, for example, a mixed layer of four layers, in the middle of the layer made of only the granular material. In this case, for example, (A component 100%), (A component 80%: B component 20
%), (A component 60%: B component 40%), (A component 40
%: B component 60%), (A component 20%: B component 80
%) And (B component 100%) and the mixture thereof, a mixed powder for forming each layer can be obtained. As a mixer for adjustment, a ball mill, a rod mill, a double coat blender, a V-type mixer, or the like can be used.

【0029】次に、(2) 黒鉛型への粉粒体投入工程にお
いて、これら単一の粉粒体及び混合粉粒体を順次黒鉛型
に投入するのであるが、この際、各成分を投入する毎に
予備加圧を行った後、次の混合粉粒体を投入するのが好
ましい。このように、各成分毎に予備加圧を行うことに
より、境界が明確な傾斜機能材料を得ることができる
が、予備加圧を行なわずに各成分を投入した後、振動な
どを与えることにより、境界が不明瞭な階段状の傾斜機
能材料をうることができる。
Next, (2) in the step of introducing the powder or granular material into the graphite mold, the single powder or granular material and the mixed powder or granular material are sequentially charged into the graphite mold. At this time, each component is added. It is preferable to add the next mixed powder or granular material after performing preliminary pressurization each time. In this way, by performing pre-pressurization for each component, it is possible to obtain a functionally graded material with clear boundaries, but by applying each component without pre-pressurizing and then applying vibration, etc. Thus, a stepwise functionally graded material with unclear boundaries can be obtained.

【0030】上記は階段状の傾斜機能材料の製造方法で
あるが、成分の混合比が連続的に変化する傾斜機能材料
を得ることも可能である。たとえば、各成分の混合比を
さらに細かく変化させた混合粉粒体を準備することによ
り、より連続的な機能変化をもたらすことができる。ま
た、たとえば図9に示すように、A成分30とB成分3
2を連続的に供給量を変化させながら混合装置34に送
り込んで攪拌混合し、これを連続的にあるいは極少量づ
つバッチ式に型36内に投入する方法を取ることもでき
る。
Although the above is the method of manufacturing the stepwise functionally gradient material, it is also possible to obtain a functionally gradient material in which the mixing ratio of the components continuously changes. For example, by preparing a mixed powder or granular material in which the mixing ratio of each component is further finely changed, a more continuous functional change can be brought about. Further, for example, as shown in FIG. 9, the A component 30 and the B component 3
It is also possible to adopt a method in which 2 is continuously fed to the mixing device 34 while the supply amount is being changed, stirred and mixed, and this is continuously or batchwise charged into the mold 36.

【0031】あるいは図示を省略するが、密度勾配管を
作製する際の方法と同様にして、一定量のA成分が入れ
られた混合装置に対して少量づつの一定量のB成分を送
り込み、混合装置で充分な速度で両成分A,Bの混合を
行いながら、同時に連続的に均一な混合粉粒体を型内に
送り込む方法でも可能である。
Although not shown in the figure, similar to the method for producing the density gradient tube, a small amount of a constant amount of B component is fed to a mixing device in which a constant amount of A component is put and mixed. It is also possible to use a method in which both components A and B are mixed at a sufficient speed in an apparatus, and at the same time, a uniform powder mixture is continuously fed into the mold.

【0032】さらには、遠心分離法によってもA成分と
B成分を連続的に変化させることが可能である。すなわ
ち、両成分A,Bを一旦均一に混合した後、型内に入
れ、次いで、その型内で両成分A,Bを遠心分離させ
て、両成分A,Bの混合比に傾斜を形成させるのであ
る。また、他の手法として、A成分とB成分の均一混合
粉粒体に振動を与えることにより、重量の重い金属成分
を下方に連続的に移動させることにより、両成分A,B
の混合比に傾斜を形成することも可能である。
Furthermore, it is also possible to continuously change the A component and the B component by the centrifugal separation method. That is, both components A and B are once uniformly mixed and then put into a mold, and then both components A and B are centrifuged in the mold to form a gradient in the mixing ratio of both components A and B. Of. In addition, as another method, by vibrating the uniformly mixed powder of the component A and the component B, the heavy metal component is continuously moved downward so that both components A and B are mixed.
It is also possible to form a gradient in the mixing ratio of.

【0033】このような方法により全粉粒体を投入した
後、(4) 加圧下で放電プラズマ焼結を行う。焼結時の圧
力は10〜200MPa、好ましくは20〜100MP
aである。これより低い圧力であると、焼結体の緻密性
に問題が生じ、これより高い圧力では、黒鉛型の耐性に
問題が生じる。また、焼結温度は前述のように、非熱可
塑性高分子材料の耐熱性すなわち熱分解温度と金属の焼
結温度によって適宜決定する。
After introducing all the powder particles by such a method, (4) spark plasma sintering is performed under pressure. Pressure during sintering is 10 to 200 MPa, preferably 20 to 100 MP
a. When the pressure is lower than this, there is a problem in the compactness of the sintered body, and when the pressure is higher than this, there is a problem in the resistance of the graphite type. Further, the sintering temperature is appropriately determined depending on the heat resistance of the non-thermoplastic polymer material, that is, the thermal decomposition temperature and the sintering temperature of the metal, as described above.

【0034】この放電プラズマ焼結法は、黒鉛型22に
直接通電することによりプラズマを発生させるのである
が、0.1〜20V好ましくは1〜5Vの電圧値、10
〜10000A好ましくは10〜3000Aの電流値
で、mS(ミリセカンド)単位でON、OFF直流パル
ス通電を繰り返すことでプラズマを発生させて焼結させ
ることができる。ここで、空気中では、酸素・水などが
金属や高分子材料に悪影響を及ぼす可能性があり、ま
た、型内でのプラズマの発生が阻害されるため緻密な成
形が出来ない場合があるため、焼結に先立ち焼結炉を減
圧し、焼結時も減圧下で行うのが好ましい。また、同様
の理由から、不活性ガス中で行うことも可能である。
In this discharge plasma sintering method, plasma is generated by directly energizing the graphite mold 22, and a voltage value of 0.1 to 20 V, preferably 1 to 5 V, 10
It is possible to sinter by generating plasma by repeating ON / OFF DC pulse energization in mS (millisecond) unit at a current value of 10000A, preferably 103000A. Here, in air, oxygen, water, etc. may adversely affect metals and polymer materials, and because the generation of plasma in the mold may be impeded, precise molding may not be possible. It is preferable that the sintering furnace is depressurized before the sintering and the sintering is also performed under the reduced pressure. Further, for the same reason, it is also possible to carry out in an inert gas.

【0035】更に、プラズマ焼結を行うのにあたり、型
22内の温度を所定温度まで昇温させるのであるが、昇
温に際しては最高温度に達するまでに1〜15分程度の
時間をかけ、最高温度で1〜30分間保持した後、徐冷
して、型22から焼結された傾斜機能材料を取り出すの
である。この際の焼結時における最高温度は、樹脂の分
解が起こらない範囲で、充分に緻密な成型が可能な最高
の温度を実験的に見つける必要がある。
Further, when performing the plasma sintering, the temperature inside the mold 22 is raised to a predetermined temperature. When raising the temperature, it takes about 1 to 15 minutes to reach the maximum temperature, and the maximum temperature is reached. After the temperature is maintained for 1 to 30 minutes, it is gradually cooled to take out the sintered functionally graded material from the mold 22. In this case, the maximum temperature at the time of sintering needs to be experimentally found to be the maximum temperature at which sufficiently dense molding can be performed within a range in which the resin does not decompose.

【0036】以上のようにして、本発明に係る傾斜機能
材料を作製することができ、放電プラズマ焼結法を応用
することにより、従来非常に高い耐熱性を有するが熱に
より軟化しないために成型が困難であった非熱可塑性高
分子材料を、非常に低圧力で成型することができ、しか
も比較的大型の成型体であっても容易に加工することが
可能となる。そして、かかる方法により得られた成型体
は、緻密性に優れ容易には欠け等が生じない強固なもの
である。
As described above, the functionally graded material according to the present invention can be produced, and by applying the discharge plasma sintering method, it has a very high heat resistance in the past, but it is not softened by heat and thus molded. It is possible to mold a non-thermoplastic polymer material that has been difficult to process at a very low pressure, and it is possible to easily process even a relatively large molded body. The molded product obtained by such a method is excellent in compactness and is a strong product that is not easily chipped.

【0037】以上、本発明に係る傾斜機能材料およびそ
の製造方法の実施の形態を説明したが、本発明はこれら
の実施の形態のみに限定されるものではない。たとえ
ば、上述では2成分について説明したが、3成分以上、
たとえば非熱可塑性高分子材料/金属/セラミックの順
にそれぞれの粉粒体と混合粉粒体を配設して、放電プラ
ズマ焼結して一体化した傾斜機能材料を得ることも可能
である。その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内
で当業者の知識に基づき、種々なる改良、変更、修正を
加えた態様で実施し得るものである。
Although the embodiments of the functionally gradient material and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the above description, two components were described, but three or more components,
For example, it is also possible to obtain the non-thermoplastic polymer material / metal / ceramic in the order of the powder particles and the mixed powder particles, and perform spark plasma sintering to obtain an integrated functionally graded material. In addition, the present invention can be carried out in a mode in which various improvements, changes and modifications are made based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.

【0038】以下に、芳香族ポリイミドとアルミニウム
を用いた場合の実施例を示し、本発明の内容を具体的に
説明するが、本発明はこれら実施例によって限定される
ものではない。
Examples of using aromatic polyimide and aluminum will be shown below to specifically explain the content of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.

【0039】[0039]

【実施例】まず、本発明において使用する非熱可塑性高
分子材料の1例として使用する芳香族ポリイミド粉体の
製造方法について説明する。窒素気流下において、N,N-
ジメチルアセトアミド(以下、DMAcとする。)とピ
リジンの混合溶液中(体積比1:1)で、同モル量の
4,4'-ジアミノジフェニルエーテルとピロメリット酸二
無水物からポリアミド酸溶液を得る。次に、得られたポ
リアミド酸溶液を加熱して加熱攪拌を続け、不溶化した
ポリイミドを粉末として析出させる。放冷後、ろ過して
得られた粉末を、DMAc、メタノールの順に洗浄・ろ
過を繰り返し、更に、窒素下で、イミド化と乾燥を完了
させるため、200℃、20時間加熱処理し、平均粒径
30μmの芳香族ポリイミド粉体を得た。
EXAMPLES First, a method for producing an aromatic polyimide powder used as an example of the non-thermoplastic polymer material used in the present invention will be described. Under a nitrogen stream, N, N-
In a mixed solution of dimethylacetamide (hereinafter, referred to as DMAc) and pyridine (volume ratio 1: 1), the same molar amount of
A polyamic acid solution is obtained from 4,4'-diaminodiphenyl ether and pyromellitic dianhydride. Next, the obtained polyamic acid solution is heated and continuously heated and stirred to precipitate insolubilized polyimide as a powder. After allowing to cool, the powder obtained by filtration is repeatedly washed and filtered in the order of DMAc and methanol, and further, under nitrogen, in order to complete imidization and drying, heat treatment is performed at 200 ° C. for 20 hours to obtain an average particle size. An aromatic polyimide powder having a diameter of 30 μm was obtained.

【0040】一方、アルミニウム粉体は、東洋アルミニ
ウム社製のアルミニウムパウダー・AC−2500(平
均粒径30μm)を使用した。
On the other hand, as the aluminum powder, aluminum powder AC-2500 (average particle size 30 μm) manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd. was used.

【0041】次に、このようにして得られた芳香族ポリ
イミド粉体とアルミニウム粉体を、配合比を芳香族ポリ
イミド粉体のみ、また、芳香族ポリイミド粉体/アルミ
ニウム粉体=80/20、同60/40、同40/6
0、同20/80、アウミニウム粉体のみ(比率は重量
比)とした各粉体を320mgづつ準備した。この混合
粉体は黒鉛型への投入に先立って、充分に均一になるま
で混合を行った。
Next, the aromatic polyimide powder and the aluminum powder thus obtained were mixed in a mixing ratio of only the aromatic polyimide powder, and the aromatic polyimide powder / aluminum powder = 80/20. 60/40, 40/6
0, 20/80, 320 mg of each powder containing only aluminum powder (ratio is weight ratio) was prepared. This mixed powder was mixed prior to being charged into a graphite mold until it became sufficiently uniform.

【0042】次に、これらの粉体について、放電プラズ
マ焼結法により成型を行った。詳しくは、上記の順に内
径2cmの円筒形黒鉛型に投入して、各単一の粉体また
は混合粉体を投入する毎に表面が平坦になるように数M
Paの軽圧力をかけた。そして、全ての成分を投入した
後、50MPaで加圧し、次いで成形雰囲気を約5Pa
に減圧して、5V、400Aの電気を通電して放電プラ
ズマ焼結を行った。この際の昇温ステップは、まず、室
温から400℃に6分かけて昇温し、さらに420℃ま
で2分かけて昇温し、420℃で10分間保持した後、
約30分間かけて室温にまでもどした。その後、型から
焼結されて一体化した傾斜機能材料を取り出した。
Next, these powders were molded by a discharge plasma sintering method. Specifically, the powder is charged in the above order into a cylindrical graphite mold having an inner diameter of 2 cm, and a few M is applied so that the surface becomes flat each time each single powder or mixed powder is charged.
A light pressure of Pa was applied. Then, after adding all the components, pressurizing at 50 MPa, and then setting the molding atmosphere at about 5 Pa.
The pressure was reduced to 5 V and electricity of 400 A was applied to carry out spark plasma sintering. In the temperature raising step at this time, first, the temperature is raised from room temperature to 400 ° C. in 6 minutes, further raised to 420 ° C. in 2 minutes, and held at 420 ° C. for 10 minutes.
It was returned to room temperature for about 30 minutes. Then, the functionally graded material which was sintered and integrated was taken out from the mold.

【0043】以上のようにして得られた傾斜機能材料に
ついて、断面の顕微鏡観察を行ったところ、芳香族ポリ
イミド層、アルミニウム層、両者の各混合層ともに、緻
密な成型状態が確認された。また、この成型体を400
℃で30秒間加熱した後、室温まで急冷させたが、形状
に変化はなかった。
When the cross-section of the functionally graded material obtained as described above was observed with a microscope, it was confirmed that the aromatic polyimide layer, the aluminum layer, and each mixed layer of both were in a precise molding state. In addition, this molded body is 400
After heating at ℃ for 30 seconds, it was rapidly cooled to room temperature, but the shape did not change.

【0044】[0044]

【比較例1】前記実施例と同じアルミニウム粉体と芳香
族ポリイミド粉体を用い、型内にアルミニウム粉体を一
定量入れた後、軽圧力をかけて表面を平坦にし、次い
で、その上に芳香族ポリイミド粉体を同量入れた。その
後、実施例と同様にして成型を行った。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 Using the same aluminum powder and aromatic polyimide powder as in the above example, a certain amount of aluminum powder was placed in a mold, light pressure was applied to flatten the surface, and The same amount of aromatic polyimide powder was added. Then, molding was performed in the same manner as in the example.

【0045】得られた成型体について、実施例と同様、
断面の顕微鏡観察を行ったところ、緻密な構造を有し
た。しかし、同様に、成型体を400℃で30秒間加熱
した後、室温まで急冷させたところ、両成分の界面で簡
単に剥離してしまった。
With respect to the obtained molded body, as in the examples.
Microscopic observation of the cross section revealed that it had a dense structure. However, similarly, when the molded body was heated at 400 ° C. for 30 seconds and then rapidly cooled to room temperature, it easily separated at the interface between both components.

【0046】[0046]

【比較例2】前記実施例と同様に、アルミニウム粉体と
芳香族ポリイミド粉体を用い、単一の粉体と混合粉体と
を同じ条件で型に入れた。但し、型として黒鉛型を用い
ずに金属型を用い、圧力を200MPaに上げて、プラ
ズマ焼結法を用いずに、すなわち通電を行わないで、そ
の他の条件は実施例と同様の方法で成型を行った。しか
し、得られた成型体は、緻密性が悪く、脆いものとなっ
た。
[Comparative Example 2] Similar to the above-described example, aluminum powder and aromatic polyimide powder were used, and a single powder and a mixed powder were put into a mold under the same conditions. However, a metal mold was used as the mold without using a graphite mold, the pressure was increased to 200 MPa, and the plasma sintering method was not used, that is, no current was applied, and other conditions were the same as in the example. I went. However, the obtained molded body had poor denseness and became brittle.

【0047】[0047]

【比較例3】芳香族ポリイミド粉体のかわりに、ポリテ
トラフルオロエチレン粉体を用いた以外は前記実施例と
同様に成型を行った。その結果、昇温工程で樹脂が流れ
出してしまい、成型体を得ることができなかった。
[Comparative Example 3] Molding was carried out in the same manner as in the above Example except that polytetrafluoroethylene powder was used instead of the aromatic polyimide powder. As a result, the resin flowed out in the temperature raising step, and a molded body could not be obtained.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明に係る傾斜機能材料及びその製造
方法は、非熱可塑性高分子材料を用いることにより、焼
結温度・圧力ともに熱可塑性樹脂を使った場合に比較し
て高く設定することができ、このため従来の高分子/金
属系の傾斜機能材料では用いることのできなかった高い
焼結温度の金属を用いることができる。したがって、高
い焼結温度の金属を用い、且つ耐熱性の高い非熱可塑性
高分子材料を用い、両成分から成る傾斜機能材料を構成
することにより、より高機能の成型体を得ることができ
る。また、焼結にあたって、放電プラズマ焼結法を用い
ることによって、従来考えられていなかった非熱可塑性
高分子材料と金属との傾斜機能材料を緻密に成型するこ
とができることになった。
EFFECTS OF THE INVENTION In the functionally graded material and the method for producing the same according to the present invention, by using a non-thermoplastic polymer material, both the sintering temperature and the pressure can be set higher than when a thermoplastic resin is used. Therefore, it is possible to use a metal having a high sintering temperature, which cannot be used in the conventional polymer / metal-based functionally gradient material. Therefore, by using a metal having a high sintering temperature and using a non-thermoplastic polymer material having high heat resistance and forming a functionally gradient material composed of both components, a molded article with higher functionality can be obtained. In addition, by using the discharge plasma sintering method for sintering, it has become possible to precisely mold a functionally graded material of a non-thermoplastic polymer material and a metal, which has not been considered in the past.

【0049】本発明により、耐食性熱交換機、耐摩耗性
軸受、電極一体型の絶縁体などの多数の用途において、
材料設計の自由度が飛躍的に増大し、航空・宇宙用、化
学工業用、機械工業用、電気・電子機器用、原子力発電
周辺機器用、研究・実験用などの分野において、幅広い
応用が期待できる。更に、耐放射線性を有するポリイミ
ド樹脂粉粒体を用いることにより、耐放射線性が要求さ
れる機器用にも使用し得ることになる。
According to the present invention, in many applications such as corrosion resistant heat exchangers, wear resistant bearings, electrode integrated insulators, etc.
The degree of freedom in material design has increased dramatically, and wide application is expected in fields such as aerospace, chemical industry, mechanical industry, electrical and electronic equipment, nuclear power peripheral equipment, research and experiment it can. Further, by using the polyimide resin powder particles having radiation resistance, it can be used for devices requiring radiation resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】傾斜機能材料の成分比の構成例を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a component ratio of a functionally gradient material.

【図2】傾斜機能材料の成分比の他の構成例を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the component ratio of the functionally graded material.

【図3】傾斜機能材料の成分比の更に他の構成例を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing still another configuration example of the component ratio of the functionally gradient material.

【図4】傾斜機能材料の成分比の更に他の構成例を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing still another configuration example of the component ratio of the functionally gradient material.

【図5】傾斜機能材料の成分比の更に他の構成例を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing still another configuration example of the component ratio of the functionally gradient material.

【図6】放電プラズマ焼結装置の一例を示す説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a discharge plasma sintering apparatus.

【図7】黒鉛加熱体の一例を示す断面説明図である。FIG. 7 is a cross-sectional explanatory view showing an example of a graphite heating body.

【図8】黒鉛加熱体の他の一例を示す断面説明図であ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view showing another example of the graphite heating body.

【図9】2成分の混合比を連続的に変化させた傾斜機能
材料を製造するための装置の一例を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of an apparatus for producing a functionally gradient material in which the mixing ratio of two components is continuously changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

22,26,28:型 24:混合粉粒体 22, 26, 28: Mold 24: Mixed powder

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08K 3/08 KAB C08K 3/08 KAB ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location C08K 3/08 KAB C08K 3/08 KAB

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 熱可塑性を有しない高分子材料と金属と
からなり、少なくとも、金属のみからなる層、金属と高
分子材料の両方を含む層、高分子材料のみからなる層を
有することを特徴とする傾斜機能材料。
1. A polymer material having no thermoplasticity and a metal, and having at least a layer composed only of metal, a layer containing both metal and polymer material, and a layer composed only of polymer material. Functionally graded material to be.
【請求項2】 熱可塑性を有しない高分子材料と金属と
からなり、該金属のみからなる層と該高分子材料のみか
らなる層との間に、金属と高分子材料の成分比が連続的
または階段状に変化する中間層を有することを特徴とす
る傾斜機能材料。
2. A component ratio of the metal and the polymer material is continuous between the layer composed of the polymer material having no thermoplasticity and the metal, and the layer composed of the metal only and the layer composed of the polymer material only. Alternatively, a functionally gradient material having an intermediate layer that changes stepwise.
【請求項3】 前記金属が前記高分子材料の熱分解温度
より約100℃高い温度以下、より好ましくは、該高分
子材料の熱分解温度以下の焼結温度を有するものである
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の傾斜機
能材料。
3. The metal has a sintering temperature not higher than about 100 ° C. above the thermal decomposition temperature of the polymeric material, more preferably below the thermal decomposition temperature of the polymeric material. The functionally graded material according to claim 1 or 2.
【請求項4】 前記金属が銅またはアルミニウムである
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3記載の傾斜機能
材料。
4. The functionally graded material according to claim 1, wherein the metal is copper or aluminum.
【請求項5】 前記熱可塑性を有しない高分子材料が非
熱可塑性型のポリイミドであることを特徴とする請求項
1乃至請求項4記載の傾斜機能材料。
5. The functionally gradient material according to claim 1, wherein the polymer material having no thermoplasticity is a non-thermoplastic polyimide.
【請求項6】 熱可塑性を有しない高分子材料の粉粒体
と金属の粉粒体とを異なる比率で混ぜ合わせ、該比率を
連続的又は階段状に変化させつつ型内に充填した後、放
電プラズマ焼結法により成型することを特徴とする傾斜
機能材料の製造方法。
6. A powdery material of a polymeric material having no thermoplasticity and a powdery material of a metal are mixed at different ratios, and the ratio is changed continuously or stepwise, and after filling the mold, A method for producing a functionally graded material, which comprises molding by a spark plasma sintering method.
【請求項7】 前記高分子材料の粉粒体と金属の粉粒体
とを遠心分離法により拡散させながら型内に充填するこ
とを特徴とする請求項6に記載する傾斜機能材料の製造
方法。
7. The method for producing a functionally graded material according to claim 6, wherein the powdery particles of the polymer material and the powdery particles of the metal are filled in the mold while being diffused by a centrifugal separation method. .
【請求項8】 前記高分子材料の粉粒体と金属の粉粒体
とを振動を加えながら型内に充填することを特徴とする
請求項6に記載する傾斜機能材料の製造方法。
8. The method for producing a functionally graded material according to claim 6, wherein the polymer material powder and the metal powder are filled in a mold while vibrating.
JP29144595A 1995-11-09 1995-11-09 Functionally graded material and manufacturing method thereof Withdrawn JPH09131828A (en)

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