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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-222904(P2017-222904A)
(43)【公開日】2017年12月21日
(54)【発明の名称】チタン複合材料及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
C22C 32/00 20060101AFI20171124BHJP
C22C 14/00 20060101ALI20171124BHJP
B22F 3/10 20060101ALI20171124BHJP
【ＦＩ】
C22C32/00 H
C22C14/00 Z
B22F3/10 G
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2016-119126(P2016-119126)
(22)【出願日】2016年6月15日
(71)【出願人】
【識別番号】516178723
【氏名又は名称】釧機科技有限公司
(74)【代理人】
【識別番号】100087918
【弁理士】
【氏名又は名称】久保田 耕平
(72)【発明者】
【氏名】呉騰飛
【テーマコード（参考）】
4K018
【Ｆターム（参考）】
4K018AA06
4K018AB01
4K018AB03
4K018AB04
4K018AB10
4K018AC01
4K018AD09
4K018AD10
4K018AD12
4K018AD20
4K018BA03
4K018BA11
4K018BB04
4K018BC12
4K018CA31
4K018EA31
4K018HA01
4K018HA04
4K018HA07
4K018HA08
4K018KA29
4K018KA32
4K018KA35
4K018KA42
4K018KA45
(57)【要約】
【課題】耐摩耗性及び熱伝導率を高めてなるチタン複合材料及びその製造方法を提供する。【解決手段】α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ相のチタン金属母材から選択したチタン複合材料であって、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の少なくとも１種類の１０％以上の成分の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物のうちの何れか１種類の粉末強化複合材料を混合し、鋳造方式により製造されたチタン複合材料。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、或いは金属間オメガ相のチタン金属母材からなる群より選択してなるチタン複合材料であって、
該チタン複合材料に対し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合し、鋳造方式により製造してなることを特徴とするチタン複合材料。
該チタン複合材料に対し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合し、鋳造方式により製造してなることを特徴とするチタン複合材料。
【請求項2】
α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、或いは金属間オメガ相のチタン金属母材からなる群より選択してなるチタン複合材料であって、
該チタン複合材料に対し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合し、焼結方式により製造してなることを特徴とするチタン複合材料。
該チタン複合材料に対し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合し、焼結方式により製造してなることを特徴とするチタン複合材料。
【請求項3】
α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、或いは金属間オメガ相のチタン金属母材からなる群より選択してなるチタン複合材料であって、該チタン複合材料に対し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合し、加圧方式により製造してなることを特徴とするチタン複合材料。
【請求項4】
加熱溶解：α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、或いは金属間オメガ相のチタン金属母材から選択し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上含み、溶解するまで加熱してキャスト液を形成するステップ（Ａ）と、
キャスト液の撹拌：ステップ（Ａ）で得た溶解したキャスト液を撹拌するステップ（Ｂ）と、
キャスト液の加圧：ステップ（Ｂ）で得たキャスト液を加圧処理するステップ（Ｃ）と、
金型注入：ステップ（Ｃ）で得たキャスト液を金型へ注入するステップ（Ｄ）と、
冷却成形：ステップ（Ｄ）で得た金型を冷却処理し、離型してチタン複合材料の成形体を形成するステップ（Ｅ）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法。
キャスト液の撹拌：ステップ（Ａ）で得た溶解したキャスト液を撹拌するステップ（Ｂ）と、
キャスト液の加圧：ステップ（Ｂ）で得たキャスト液を加圧処理するステップ（Ｃ）と、
金型注入：ステップ（Ｃ）で得たキャスト液を金型へ注入するステップ（Ｄ）と、
冷却成形：ステップ（Ｄ）で得た金型を冷却処理し、離型してチタン複合材料の成形体を形成するステップ（Ｅ）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法。
【請求項5】
材料混合：粒径０．８ｍｍ以下のα相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ（Ｏｍｅｇａ）相のチタン金属母材から選択し、体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合するステップ（Ａ１）と、
ブランク製造：ステップ（Ａ１）において材料を混合した混合粉末を常温又は加熱で押出してブランクを形成するステップ（Ｂ１）と、
焼結成形：焼結方式によりステップ（Ｂ１）の混合粉末ブランクを焼結成形し、チタン複合材料の成形体を形成するステップ（Ｃ１）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法。
ブランク製造：ステップ（Ａ１）において材料を混合した混合粉末を常温又は加熱で押出してブランクを形成するステップ（Ｂ１）と、
焼結成形：焼結方式によりステップ（Ｂ１）の混合粉末ブランクを焼結成形し、チタン複合材料の成形体を形成するステップ（Ｃ１）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法。
【請求項6】
材料混合：粒径０．８ｍｍ以下のα相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、或いは金属間オメガ（Ｏｍｅｇａ）相のチタン金属母材から選択し、体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合するステップ（Ａ２）と、
加圧成形：加圧方式によりステップ（Ａ２）で混合した粉末材料を、特定の金型又は治具内に封入、注入又は押入してから、混合粉末材料を押圧して締め固め、チタン複合材料の成形体を形成するステップ（Ｂ２）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法。
加圧成形：加圧方式によりステップ（Ａ２）で混合した粉末材料を、特定の金型又は治具内に封入、注入又は押入してから、混合粉末材料を押圧して締め固め、チタン複合材料の成形体を形成するステップ（Ｂ２）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、チタン複合材料及びその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、純チタン又はチタン合金母材にセラミック又は磁性粉末強化複合材料を加えて鋳造、焼結又は加圧方式により製作した母材と複合材料との両者に物理又は化学、電気性質を付与する、チタン複合材料及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来のチタン合金は、高強度、軽量、高耐熱性を有する特徴を有するため、高強度が求められる場合に大量に使用されていた。関連分野に応用するために、既に多種類の複合方式と関連した製造工程によりその基本的な特性（例えば、靭性、引張及び降伏強度を目的とする関連した技術開発）が改良されているが、従来のチタン合金は、耐摩耗性及び熱伝導率が低いという問題点を有するため、すでに開示されている関連技術は、摩擦又は熱伝導が求められる部品に応用することは困難であった。
【0003】
また、チタン及びその合金に元々備えていなかった特徴を付与することができる上、電磁特性を有する成分を添加してもよく、複合後の材料は添加量に等しい電磁特性（例えば、圧電効果、焦電効果、磁力効果など）を有し、各種特定の分野に応用することができる。
【0004】
例えば、熱伝導、耐摩耗性、表面硬度を高めるために、チタン金属の母材は、１０％以上の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物など１種類又は複数種類を含むセラミック材料を必要に応じて添加してもよい。
【0005】
また圧電効果、焦電効果が必要な場合、１０％以上のチタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体など１種類又は複数種類を含む粉末材料を必要に応じて添加してもよい。
【0006】
磁力効果の必要に応じて、１０％以上のネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物などの磁性粉末を混入して複合性質の磁石を製造すると、強磁性体の物理特性が向上し、成形、抵抗環境の影響に適する。
【0007】
特許文献１には、従来のチタン合金のように、耐摩耗性及び熱伝導率が低いという問題点があったため、高耐摩耗性及び高熱伝導率が必要な車両部品に応用することができないという欠点があり、多様な材料性質を得ることはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】米国特許第５８９７８３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の課題は、耐摩耗性及び熱伝導率を高めたチタン複合材料及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、チタン複合材料は、α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ相のチタン金属母材から選択し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の少なくとも１種類の１０％以上の成分の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物のうちの何れか１種類の粉末強化複合材料を混合し、鋳造方式により製造することを特徴とするチタン複合材料が提供される。
【0011】
上記課題を解決するために、本発明の第２の形態によれば、チタン複合材料は、α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ相のチタン金属母材から選択し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の少なくとも１種類の１０％以上の成分の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物のうちの何れか１種類の粉末強化複合材料を混合し、焼結方式により製造することを特徴とするチタン複合材料が提供される。
【0012】
上記課題を解決するために、本発明の第３の形態によれば、チタン複合材料は、α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ相のチタン金属母材から選択し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の少なくとも１種類の１０％以上の成分の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物のうちの何れか１種類の粉末強化複合材料を混合し、加圧方式により製造することを特徴とするチタン複合材料が提供される。
【0013】
上記課題を解決するために、本発明の第４の形態によれば、加熱溶解：α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ相のチタン金属母材から選択し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の少なくとも１種類の１０％以上の成分の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物のうちの何れか１種類の粉末強化複合材料を含み、溶解するまで加熱してキャスト液を形成するステップ（Ａ）と、キャスト液の撹拌：ステップ（Ａ）で得た溶解したキャスト液を撹拌するステップ（Ｂ）と、キャスト液の加圧：ステップ（Ｂ）で得たキャスト液を加圧処理するステップ（Ｃ）と、金型注入：ステップ（Ｃ）で得たキャスト液を金型へ注入するステップ（Ｄ）と、冷却成形：ステップ（Ｄ）で得た金型を冷却処理し、離型してチタン複合材料の製品を形成するステップ（Ｅ）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法が提供される。
【0014】
上記課題を解決するために、本発明の第５の形態によれば、材料混合：粒径０．８ｍｍ以下のα相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ（Ｏｍｅｇａ）相のチタン金属母材から選択し、体積比１０〜７０％の１０％以上の成分の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物のうちの何れか１種類の粉末強化複合材料を一緒に混合するステップ（Ａ１）と、ブランク製造：ステップ（Ａ１）において材料を混合した混合粉末を常温又は加熱で押出してブランクを形成するステップ（Ｂ１）と、焼結成形：焼結方式によりステップ（Ｂ１）の混合粉末ブランクを焼結成形し、チタン複合材料の製品を形成するステップ（Ｃ１）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法が提供される。
【0015】
上記課題を解決するために、本発明の第６の形態によれば、材料混合：粒径０．８ｍｍ以下のα相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ（Ｏｍｅｇａ）相のチタン金属母材から選択し、体積比１０〜７０％の少なくとも１種類の１０％以上の成分の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物のうちの何れか１種類の粉末強化複合材料を一緒に混合するステップ（Ａ２）と、加圧成形：加圧方式によりステップ（Ａ２）で混合した粉末材料を、特定の金型又は治具内に封入、注入又は押入してから、混合粉末材料を押圧して締め固め、チタン複合材料の製品を形成するステップ（Ｂ２）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法が提供される。
【0016】
かくして、本発明の要旨は、次の（１）〜（６）に示す通りのものである。（１）α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、或いは金属間オメガ相のチタン金属母材からなる群より選択してなるチタン複合材料であって、
該チタン複合材料に対し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合し、鋳造方式により製造してなることを特徴とするチタン複合材料。
（２）α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、或いは金属間オメガ相のチタン金属母材からなる群より選択してなるチタン複合材料であって、
該チタン複合材料に対し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合し、焼結方式により製造してなることを特徴とするチタン複合材料。
（３）α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、或いは金属間オメガ相のチタン金属母材からなる群より選択してなるチタン複合材料であって、該チタン複合材料に対し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合し、加圧方式により製造してなることを特徴とするチタン複合材料。
（４）加熱溶解：α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、或いは金属間オメガ相のチタン金属母材から選択し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上含み、溶解するまで加熱してキャスト液を形成するステップ（Ａ）と、
キャスト液の撹拌：ステップ（Ａ）で得た溶解したキャスト液を撹拌するステップ（Ｂ）と、
キャスト液の加圧：ステップ（Ｂ）で得たキャスト液を加圧処理するステップ（Ｃ）と、
金型注入：ステップ（Ｃ）で得たキャスト液を金型へ注入するステップ（Ｄ）と、
冷却成形：ステップ（Ｄ）で得た金型を冷却処理し、離型してチタン複合材料の成形体を形成するステップ（Ｅ）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法。
（５）材料混合：粒径０．８ｍｍ以下のα相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ（Ｏｍｅｇａ）相のチタン金属母材から選択し、体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合するステップ（Ａ１）と、
ブランク製造：ステップ（Ａ１）において材料を混合した混合粉末を常温又は加熱で押出してブランクを形成するステップ（Ｂ１）と、
焼結成形：焼結方式によりステップ（Ｂ１）の混合粉末ブランクを焼結成形し、チタン複合材料の成形体を形成するステップ（Ｃ１）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法。
（６）材料混合：粒径０．８ｍｍ以下のα相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、或いは金属間オメガ（Ｏｍｅｇａ）相のチタン金属母材から選択し、体積比１０〜７０％の酸化物セラミック、窒化物セラミック、チタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体、ネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物からなる群より選択された少なくとも１種類の粉末強化複合材料を１０％以上混合するステップ（Ａ２）と、
加圧成形：加圧方式によりステップ（Ａ２）で混合した粉末材料を、特定の金型又は治具内に封入、注入又は押入してから、混合粉末材料を押圧して締め固め、チタン複合材料の成形体を形成するステップ（Ｂ２）と、を含むことを特徴とするチタン複合材料の製造方法。
【発明の効果】
【0017】
本発明のチタン複合材料及びその製造方法は、α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ（Ｏｍｅｇａ）相のチタン金属母材中に、少なくとも１種類の１０％以上の成分の炭化物、窒化物、酸化物又はホウ化物により構成されたセラミック粉末強化複合材料を添加し、添加するパウダー材料は、α相、α相＋β相格子又はβ相格子に中間相が発生された後でも元々の硬度を有するため、耐摩耗性及び表面の最大硬度が高く、最終的に形成されたチタン複合材料の製品を耐摩耗性、高熱伝導性の関連用途に応用することができる。
【0018】
また、機能性材料にとって電気性能は非常に重要であるため、本発明のチタン複合材料は、電気性能を備えたセラミック材料に加えることができ、応用物の必要に応じ、例えば、圧電結晶、焦電部材、半導体ターゲットなどの応用物に、１０％以上の成分のチタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、又は、強誘電体などの粉末強化複合材料を添加し、例えば、圧電の圧電効果性、焦電の熱電変換・温度検出などの電気特性を発生させるか、磁石の応用物中に、少なくとも１種類の１０％以上の成分のネオジウム−鉄−ホウ素化合物又はサマリウム−コバルト化合物の磁性粉末に添加し、磁場、磁力などを発生させる特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【0021】
図１を参照する。図１に示すように、本発明の一実施形態に係るチタン複合材料１００は、α相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ（Ｏｍｅｇａ）相のチタン合金母材１０から選択し、粒径０．８ｍｍ以下で体積比１０〜７０％の粉末強化複合材料２０を混合し、鋳造、焼結又は加圧方式により製造される。粉末強化複合材料２０は、成分１０％以上の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物などを含むセラミック材料のうちの少なくとも１種類により構成されるか、１０％以上の成分のチタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、又は、１０％以上の成分の強誘電体成分のうちの少なくとも１種類の材料により構成されるか、１０％以上の成分のネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物などのうちの少なくとも１種類の磁性粉末により構成される。
【0022】
（第１実施形態）図２を参照する。図２は、本発明の第１実施形態に係るチタン複合材料の製造方法を示す流れ図である。図２に示すように、本発明の第１実施形態に係るチタン複合材料の製造方法は、ステップ（２００）〜（２４０）を含む。
【0023】
ステップ（２００）：溶解するまで加熱するα相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ（Ｏｍｅｇａ）相のチタン合金母材１０から選択し、体積比１０〜７０％の粉末強化複合材料２０を加熱溶解してキャスト液（ｃａｓｔｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ）を形成する。粉末強化複合材料２０は、１０％以上の成分の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物などの成分を含むセラミック材料のうちの少なくとも１種類により構成されるか、１０％以上の成分のチタン酸塩、ニオブ化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合物、タンタル化合物、イットリウム化合物、強誘電体の成分のうちの少なくとも１種類の材料により構成されるか、１０％以上の成分のネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物などのうちの少なくとも１種類の磁性粉末により構成される。
【0024】
ステップ（２１０）：キャスト液の撹拌ステップ（２００）で得た溶解したキャスト液を撹拌する。
【0025】
ステップ（２２０）：キャスト液の加圧ステップ（２１０）で得たキャスト液を加圧処理する。
【0026】
ステップ（２３０）：金型注入ステップ（２２０）で得たキャスト液を金型へ注入する。
【0027】
ステップ（２４０）：冷却成形ステップ（２３０）で得た金型を冷却処理し、離型してチタン複合材料１００の製品を形成する。
【0028】
（第２実施形態）図３を参照する。図３は、本発明の第２実施形態に係るチタン複合材料の製造方法を示す流れ図である。図３に示すように、本発明の第２実施形態に係るチタン複合材料の製造方法は、ステップ（２５０）〜（２７０）を含む。
【0029】
ステップ（２５０）：材料混合粒径０．８ｍｍ以下のα相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ（Ｏｍｅｇａ）相などのチタン金属粉末のチタン合金母材１０から選択し、体積比１０〜７０％の少なくとも１種類の粉末強化複合材料２０を一緒に混合し、粉末強化複合材料２０は、同様に上述した図２のステップ（２００）のセラミック又は磁性粉末強化複合材料２０により構成される。
【0030】
ステップ（２６０）：ブランク製造ステップ（２５０）において材料を混合した混合粉末は、常温又は加熱で押出してブランクを形成する。
【0031】
ステップ（２７０）：焼結成形焼結方式によりステップ（２６０）の混合粉末ブランクを焼結成形し、チタン複合材料１００の製品を形成する。
【0032】
（第３実施形態）図４を参照する。図４は、本発明の第３実施形態に係るチタン複合材料の製造方法を示す流れ図である。図４に示すように、本発明の第３実施形態に係るチタン複合材料の製造方法は、ステップ（２８０）及び（２８１）を含む。
【0033】
ステップ（２８０）：材料混合粒径０．８ｍｍ以下のα相純チタン又はチタン合金母材、α相＋β相純チタン又はチタン合金母材、β相純チタン又はチタン合金母材、もしくは金属間オメガ（Ｏｍｅｇａ）相などのチタン金属粉末のチタン合金母材１０の粉末、体積比１０〜７０％のうちの少なくとも１種類の粉末強化複合材料２０を一緒に混合し、粉末強化複合材料２０は、同様に上述の図２のステップ（２００）のセラミック又は磁性粉末強化複合材料２０でもよい。
【0034】
ステップ（２８１）：加圧成形加圧成形、加圧方式によりステップ２８０で混合した粉末材料を、特定の金型又は治具内に封入、注入又は押入してから、混合粉末材料を押圧して締め固め、チタン複合材料１００の製品を形成する。
【0036】
図７は、本発明の一実施形態に係るチタン複合材料１００を車両のシリンダー４００のピストン４１０及びシリンダージャケット４２０へ応用したときの状態を示す説明図である。
【0037】
図８は、本発明の一実施形態に係るチタン複合材料１００を車両のブレーキディスク５００のブレーキパッド５１０へ応用したときの状態を示す説明図である。
【0038】
図９は、本発明の一実施形態に係るチタン複合材料１００を車両のカムシャフト６００へ応用したときの状態を示す説明図である。
【0039】
図１０は、本発明の一実施形態に係るチタン複合材料１００を圧電結晶７００へ応用したときの状態を示す説明図である。図１０に示すように、圧電結晶（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ）７００は、圧力センサ７１０のハウジング７１０ａ内のキャビティ７１０ｂの圧電結晶支持体７１０ｃ中に設置される。圧電結晶７００の一面には、プローブ７１０ｄが接続され、プローブ７１０ｄは、ばね７１０ｅの弾性伸縮により案内され、圧力センサ７１０はプローブ７１０ｄの末端を介して圧力を感知し、本発明のチタン複合材料１００と一体成形した圧電結晶７００へ伝送して対応した電流を発生させ、圧力値を測定することができる上、圧電結晶７００に耐圧縮性、耐圧性及び耐久性に優れた物理特性を付与することができる。
【0040】
図１１を参照する。図１１は、本発明の一実施形態に係るチタン複合材料１００を１対のセラミック圧電結晶７２０，７３０へ応用したときの状態を示す説明図である。図１１は、セラミック圧電結晶７２０，７３０それぞれが圧力を受けて振動するときの圧電電位の正極及び負極を表す。複数対のセラミック圧電結晶７２０，７３０は、弾性金属部材７４０の一面に設置され、弾性金属部材７４０が圧力を受けて振動変形すると、１対のセラミック圧電結晶７２０，７３０間の交流電流の変化の大きさと、電子の伝達方向（図１１の矢印で示す）、極性により弾性金属部材７４０が圧力を受けて変形する方向、部位及び受ける圧力の大きさを判断し、車両及び飛行機のシェル又はアルミニウム合金のコーティングが圧力を受けて変形して生じる金属疲労の検出に利用することができ、勿論、本発明のチタン複合材料１００が一体成形されたセラミック圧電結晶７２０，７３０を使用すると、同様に耐圧縮性、耐圧性及び耐久性を備えた物理特性を得ることができる。
【0041】
図１２を参照する。図１２は、本発明の一実施形態に係るチタン複合材料を焦電部材で構成した温度検出器へ応用したときの状態を示す説明図である。図１２に示すように、本発明のチタン複合材料１００を温度変化に応じて異なる誘導起電力を発生させる焦電材料に加えて焦電部材８００を一体成形し、好ましい熱電変換物理性能及び所望の耐熱特性を得て、ハウジング８１０及び複数の接続ピン８２０，８３０，８４０をパッケージすると、温度検出器又は熱電対の物理的な温度検出部品を形成することができる。
【0042】
図１３を参照する。図１３は、本発明の一実施形態に係るチタン複合材料１００を半導体ターゲット材料９００へ応用したときの状態を示す説明図である。図１３に示すように、本発明のチタン複合材料１００は、半導体を蒸着するかカバーする半導体ターゲット材料９００に応用することができる。本発明のチタン複合材料１００を半導体ターゲット材料９００中へ加えて一体成形すると、熱伝導、耐磨耗、化学的耐蝕性などの性能を有するチタン複合材料１００により半導体ターゲット材料９００を製作し、半導体ターゲット材料９００は、熱伝導、耐磨耗、化学的耐蝕性などの全材料の物理性を得ることができる。例えば、純金耐蝕性、純銀導電・熱伝導などの特性は、蒸着するかカバーするターゲット半導体製品上へ移転される。即ち、この半導体ターゲット材料９００により製作される半導体の製品表面は、熱伝導、耐磨耗、化学的耐蝕性などの性能を得ることができる。
【0043】
図１４を参照する。図１４は、本発明の一実施形態に係るチタン複合材料１００を磁石９５０へ応用したときの状態を示す説明図であり、上述したネオジウム−鉄−ホウ素化合物、サマリウム−コバルト化合物などの磁性粉末により構成される粉末強化複合材料２０とチタン合金母材１０により構成される磁石９５０とから、良好な強化磁石構造強度の物理性能を得て損壊し難くし、磁石９５０の製品を小型化する精密工業技術分野に応用することができる。
【0044】
図１〜図１４に示すように、本発明のチタン複合材料及びその製造方法は、説明の便宜上、単なる一実施形態であり、その他等しい効果を有する熱溶融、プレス成形、焼結組合構造及び方法、技術は本発明の範囲に含まれる。
【0045】
当該分野の当業者が理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0046】
１０ チタン合金母材２０ 粉末強化複合材料
１００ チタン複合材料
３００ａ 車両のクラッチ
３００ｂ 車両のクラッチ
３１０ クラッチプレート
４００ 車両のシリンダー
４１０ ピストン
４２０ シリンダージャケット
５００ ブレーキディスク
５１０ ブレーキパッド
６００ 車両カムシャフト
７００ 圧電結晶
７１０ 圧力センサ
７１０ａ ハウジング
７１０ｂ キャビティ
７１０ｃ 圧電結晶支持体
７１０ｄ プローブ
７１０ｅ ばね
７２０ セラミック圧電結晶
７３０ セラミック圧電結晶
７４０ 弾性金属部材
８００ 焦電部材
８１０ ハウジング
８２０ 接続ピン
８３０ 接続ピン
８４０ 接続ピン
９００ 半導体ターゲット材料
９５０ 磁石