熱間爆発衝撃圧接によるセラミックスと金属からなる積層型複合材料の作製と耐熱衝撃性の評価

摘要

セラミックス材料には高硬度、耐熱性、耐薬品性に優れる一方、脆性材料であることから加工性に乏しいという性質もある。一方、金属は電気·熱伝導性、延性に優れるが、強度や機能的な性質ではセラミッタスに劣る。このようなセラミックスを金属と複合化させ相補的に機能性を高める考えは以前からあった。それにより新たな価値を見いだそうとする研究が長年試みられてきており、両者を強固に接合できる方法としてレーザー溶接法や電圧印加法などが実用化されている。しかしながら、大面積の複合材料を作ろうとした場合、大規模な装置や、圧力負荷状態を長時間にわたって厳密に制御するシステムが必要であるなど、プロセスが長時間·髙コスト化する傾向にある。一方、我々の研究グループでは物性の異なる金属同士を瞬間的に低コストで接合することができる爆発衝撃圧着法や、金属間化合物やセラミックス材料を燃焼合成という特異な合成法を利用してin-situ合成し、その直後の高温下で衝撃負荷することで高密度化した材料が得られることを示してきた。本研究では、当研究グループが開発した高温の化学反応を伴いながら化合物を形成する燃焼合成法を爆発圧接と組み合わせる「熱間衝撃加工法」を用い、高強度·耐摩耗性を有するTiC+Al_2O_3複合セラミック材料と金属Cuとの接合体を作製し、その微細組織、硬度および耐熱衝撃性を評価したのでその結果について報告する。