(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスと金属とを含有するとともに、第１の表面部位および前記第１の表面部位に比して金属の組成比が低くかつ縦弾性率が高い第２の表面部位が設けられ、
前記第１の表面部位から内部に指向して金属の組成比が低下する部位と、
前記第２の表面部位から内部に指向して金属の組成比が上昇する部位と、
を有し、
前記第１の表面部位の縦弾性率が２００〜４００ＧＰａであり、かつ前記第２の表面部位の縦弾性率が４２０〜６４０ＧＰａであることを特徴とする傾斜複合材。
【請求項２】
請求項１記載の傾斜複合材において、当該傾斜複合材が鍛造加工用金型であることを特徴とする傾斜複合材。
【請求項３】
請求項２記載の傾斜複合材において、前記第１の表面部位は引っ張り応力が作用する箇所であり、前記第２の表面部位は圧縮応力が作用する箇所であることを特徴とする傾斜複合材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の傾斜複合材において、セラミックスとしてＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｃｒ3Ｃ2の少なくともいずれか１つを含有し、金属としてＦｅ、Ｆｅ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、ＣｏまたはＣｏ合金の少なくともいずれか１つを含有するとともに、前記第１の表面部位におけるセラミックスと金属との重量比が４０：６０〜７０：３０であり、かつ前記第２の表面部位におけるセラミックスと金属との重量比が７５：２５〜９５：５であることを特徴とする傾斜複合材。
【請求項５】
請求項４記載の傾斜複合材において、前記第１の表面部位のビッカース硬度が７００〜８５０であり、かつ前記第２の表面部位のビッカース硬度が１０００〜１６００であることを特徴とする傾斜複合材。
【請求項６】
金属粒子およびセラミックス粒子を含有する成形体を焼成処理して多孔質体とする第１の工程と、
前記多孔質体に粒成長促進剤含有溶液を含浸する第２の工程と、
前記多孔質体に金属を接触させた状態で該多孔質体を焼成処理することによって前記金属粒子および前記セラミックス粒子を粒成長させるとともに、前記金属を構成する金属元素が前記多孔質体に拡散することによって設けられた縦弾性率が２００〜４００ＧＰａの第１の表面部位、および前記金属元素が拡散せず縦弾性率が４２０〜６４０ＧＰａである第２の表面部位を具備し、かつ前記第１の表面部位から内部に指向して金属の濃度が低下する部位と、前記第２の表面部位から内部に指向して金属の濃度が上昇する部位とを具備する焼結体とする第３の工程と、
を有することを特徴とする傾斜複合材の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の製造方法において、セラミックス粒子としてＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｃｒ3Ｃ2の少なくともいずれか１つの粒子を使用し、かつ金属粒子としてＦｅ、Ｆｅ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、ＣｏまたはＣｏ合金の少なくともいずれか１つの粒子を使用して、前記セラミックス粒子と前記金属粒子との組成比が重量比で９３：７〜７０：３０である成形体を作製するとともに、
金属元素の拡散源である前記金属としてＦｅ、Ｆｅ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、ＣｏまたはＣｏ合金を使用することを特徴とする傾斜複合材の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の製造方法において、拡散源である前記金属の融点を低下させる元素を含む物質からなる膜を介して前記多孔質体と前記金属とを互いに接触させることを特徴とする傾斜複合材の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の製造方法において、前記膜としてＣ、ＢまたはＮを含む物質からなる膜を設けることを特徴とする傾斜複合材の製造方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の製造方法において、前記粒成長促進剤含有溶液として、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗの少なくとも１種を含有する金属塩溶液または有機金属化合物を使用することを特徴とする傾斜複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦弾性率が互いに異なる部位を表面に有する傾斜複合材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属とセラミックスとを含有する複合材は、種々の分野で広汎に使用されている。例えば、コバルトと炭化タングステンが焼結されてなる炭化タングステン−コバルト系超硬合金は、切削工具の刃具として採用されている他、近年では、鍛造金型装置におけるダイやパンチの構成材料としての検討がなされている。
【０００３】
ダイおよびパンチは、高硬度、高強度、高靭性等をともに兼ね備えることが本来は望ましい。すなわち、高硬度であるものは耐摩耗性も高く、したがって、長寿命であるからである。また、強度が高いと、ワークが打ち抜かれる際にダイおよびパンチに高応力が作用した場合であっても変形が生じ難いからである。さらに、高靭性であるものは割れや欠けが生じ難いからである。
【０００４】
この点に鑑み、本発明者は、特開２０００−３０１２７９号公報にて、セラミックスの組成比が表面において最も高く、内部に指向して金属の組成比が上昇する傾斜複合材製金型（ダイおよびパンチ）を提案している。この傾斜複合材製金型は、表面が高硬度であるので耐摩耗性に優れ、かつ内部が高靱性であるので割れや欠けが生じ難いという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記傾斜複合材製金型の表面におけるセラミックス対金属の組成比は、略均一である。換言すれば、表面における組成比が部位によって著しく異なることはない。このため、表面の縦弾性率は、部位に関わらず略同様である。勿論、焼結高速度工具鋼（粉末ハイス鋼）等からなる一般的な金型においても同様である。
【０００６】
ところで、ダイやパンチの表面には、鍛造加工時に圧縮応力が作用する部位と引っ張り応力が作用する部位とが別個に存在する。このうち、圧縮応力に対する耐久性を向上させるためには縦弾性率が大きいことが好ましく、一方、引っ張り応力に対する耐久性を向上させるためには縦弾性率が小さいことが好ましい。
【０００７】
しかしながら、上記したように、一般的な金型および前記複合材製金型の各表面における縦弾性率は略同等である。このため、縦弾性率が大きい金型は引っ張り応力によって割れや欠けが発生し易く、一方、縦弾性率が小さい金型は圧縮応力によって割れや欠けが発生し易くなるので、金型の耐久性を向上させることが容易ではないという不具合がある。
【０００８】
縦弾性率を大きくするにはセラミックスの組成比を大きくすればよく、また、縦弾性率を小さくするには金属の組成比を大きくすればよい。換言すれば、表面部位におけるセラミックス対金属の組成比を、作用する応力の種類に応じて相違させればよい。しかしながら、そのように、部位によって組成比が異なり、かつ内部に指向してセラミックス対金属の組成比が変化する金型はこれまでのところ知られていない。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、セラミックス対金属の組成比が異なり、このため、例えば、金型の構成材料とした場合に該金型の寿命を著しく長期化させることが可能な傾斜複合材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明に係る傾斜複合材は、セラミックスと金属とを含有するとともに、第１の表面部位および前記第１の表面部位に比して金属の組成比が低くかつ縦弾性率が高い第２の表面部位が設けられ、
前記第１の表面部位から内部に指向して金属の組成比が低下する部位と、
前記第２の表面部位から内部に指向して金属の組成比が上昇する部位と、
を有し、
前記第１の表面部位の縦弾性率が２００〜４００ＧＰａであり、かつ前記第２の表面部位の縦弾性率が４２０〜６４０ＧＰａであることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、この傾斜複合材では、表面における縦弾性率が部位によって異なっている。このため、該傾斜複合材は、ある部位には引っ張り応力が作用し、他の部位には圧縮応力が作用するような部材の構成材料として好適である。
【００１２】
しかも、この傾斜複合材は、セラミックスに由来する硬度および強度と、金属に由来する靱性とを兼ね備える。このため、割れや欠けが生じ難いものとなる。さらに、この場合、界面が存在することなく金属の組成比が変化するので、応力集中が起こることを回避することもできる。
【００１３】
上記した傾斜複合材を構成材料とする部材の好適な例としては、鍛造加工用金型を挙げることができる。この場合、引っ張り応力が作用する箇所を縦弾性率が小さい第１の表面部位とし、圧縮応力が作用する箇所を第２の表面部位とすればよい。
【００１４】
なお、第１の表面部位の縦弾性率を２００〜４００ＧＰａとし、第２の表面部位の縦弾性率を４２０〜６４０ＧＰａとするには、セラミックスをＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｃｒ3Ｃ2の少なくともいずれか１つを選定し、金属をＦｅ、Ｆｅ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、ＣｏまたはＣｏ合金の少なくともいずれか１つを選定した上で、第１の表面部位におけるセラミックスと金属との重量比を４０：６０〜７０：３０とし、かつ第２の表面部位におけるセラミックスと金属との重量比を７５：２５〜９５：５とすればよい。
【００１５】
ここで、傾斜複合材における縦弾性率およびセラミックス対金属の組成比は、直接的に測定されるのではなく、当該部位のビッカース硬度から求められるものである。第１の表面部位および第２の表面部位における各縦弾性率を上記した範囲内とするには、第１の表面部位のビッカース硬度が７００〜８５０であり、第２の表面部位のビッカース硬度が１０００〜１６００であればよい。
【００１６】
また、本発明に係る傾斜複合材の製造方法は、金属粒子およびセラミックス粒子を含有する成形体を焼成処理して多孔質体とする第１の工程と、
前記多孔質体に粒成長促進剤含有溶液を含浸する第２の工程と、
前記多孔質体に金属を接触させた状態で該多孔質体を焼成処理することによって前記金属粒子および前記セラミックス粒子を粒成長させるとともに、前記金属を構成する金属元素が前記多孔質体に拡散することによって設けられた縦弾性率が２００〜４００ＧＰａの第１の表面部位、および前記金属元素が拡散せず縦弾性率が４２０〜６４０ＧＰａである第２の表面部位を具備し、かつ前記第１の表面部位から内部に指向して金属の濃度が低下する部位と、前記第２の表面部位から内部に指向して金属の濃度が上昇する部位とを具備する焼結体とする第３の工程と、
を有することを特徴とする。
【００１７】
前記第３の工程にて金属元素を拡散させることにより、金属の組成比が比較的大きくかつ縦弾性率が２００〜４００ＧＰａである第１の表面部位を容易かつ簡便に設けることができる。また、金属元素が拡散しない部分が、セラミックスの組成比が比較的大きくかつ縦弾性率が４２０〜６４０ＧＰａである第２の表面部位となる。
【００１８】
セラミックス粒子としては、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｃｒ3Ｃ2の少なくともいずれか１つの粒子を使用することができ、金属粒子としては、Ｆｅ、Ｆｅ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、ＣｏまたはＣｏ合金の少なくともいずれか１つの粒子を使用することができる。そして、この場合、セラミックス粒子と前記金属粒子との組成比を、重量比で９３：７〜７０：３０とする。金属が３重量部未満であると、最終製品である傾斜複合材の靱性が乏しくなるので割れや欠けが生じ易くなる。また、３０重量部を超えると、傾斜複合材の硬度や強度が低下するので耐摩耗性が乏しくなる。なお、拡散させる金属は、Ｆｅ、Ｆｅ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、ＣｏまたはＣｏ合金とする。
【００１９】
セラミックス粒子および金属粒子として上記のものを使用する場合、拡散源である金属の融点を低下させる元素を含む物質からなる膜を介して多孔質体と金属とを互いに接触させることが好ましい。これにより、該金属からの金属元素が容易に拡散することができるからである。
【００２０】
この膜としては、Ｃ、ＢまたはＮを含む物質からなるものが好ましい。焼成処理が施されて緻密化している最中の多孔質体に金属元素が拡散した際、膜からＣ、ＢまたはＮが供給されるので、Ｗ6Ｃｏ6Ｃ等の金属間化合物が生成することが抑制される。このため、最終製品である傾斜複合材が脆性を示すことを回避することができるからである。
【００２１】
また、粒成長促進剤含有溶液の好適な例としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗの少なくとも１種を含有する金属塩溶液または有機金属化合物を挙げることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る傾斜複合材およびその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１に、本実施の形態に係る傾斜複合材としてのダイ１０を有する鍛造金型装置１２の要部概略縦断面図を示す。この鍛造金型装置１２は、後方押し出し成形を行うものであり、下型を構成する固定型１４と、上型を構成する可動型１６とを備える。
【００２４】
固定型１４においては、前記ダイ１０と、該ダイ１０を位置決め固定するためのスペーサ１８とがナット部材２０を介してダイ取り付け本体２２に締め付け支持されている。なお、図１中、参照符号２３は、プレッシャリングを示す。
【００２５】
ダイ１０の概略縦断面図を拡大して図２に示す。このダイ１０は、セラミックスとしてのＷＣと、金属としてのＣｏとを含有する焼結体（傾斜複合材）からなる。具体的には、該ダイ１０のキャビティ２４には、第１段部２６と第２段部２８とが形成されている。そして、開口部３０と第１段部２６の間、および第１段部２６と第２段部２８との間には第１傾斜部３２、第２傾斜部３４がそれぞれ設けられている。なお、図２中、参照符号３６は肩部を示す。
【００２６】
ここで、図２における参照符号Ｌ１〜Ｌ６は、ダイ１０における金属の組成比が等しい箇所を便宜的に等高線として表したものである。この場合、等高線Ｌ１〜Ｌ６は、ダイ１０における金属の組成比が１６重量部、２０重量部、２４重量部、４０重量部、３０重量部、２４重量部である箇所に引かれている。そして、開口部３０から第１傾斜部３２を経て第１段部２６に至る表面部位（以下、第１の表面部位と表記し、参照符号を３８とする）における金属の組成比は、５０重量部である。また、肩部３６からキャビティ２４のキャビティ面に至るまでの表面部位における金属の組成比は１４重量部であり、ダイ１０の底部４０および外周壁部４２における金属の組成比は１６重量部である。なお、以下の説明においては、ダイ１０の表面部位のうち、第１の表面部位３８を除いた残余の部位を第２の表面部位と表記し、参照符号を４４とする。
【００２７】
図２から諒解されるように、第１の表面部位３８における金属の組成比は第２の表面部位４４に比して高い。また、ダイ１０には、第１の表面部位３８から内部に指向して金属の組成比が上昇する部位Ａ１と、第２の表面部位４４から内部に指向して金属の組成比が低下する部位Ａ２とが形成されている。勿論、金属の組成比が上昇・低下するに従ってセラミックスの組成比は低下・上昇する。すなわち、ダイ１０は、表面から内部に指向してセラミックスおよび金属の組成比が連続的に変化する傾斜複合材である。
【００２８】
第１の表面部位３８の縦弾性率は、金属の組成比が大きいため、第２の表面部位４４に比して小さい。具体的には、第２の表面部位４４中、肩部３６からキャビティ２４のキャビティ面に至るまでの部位における縦弾性率が５７０ＧＰａであるのに対し、第１の表面部位３８の縦弾性率は３４０ＧＰａである。
【００２９】
ここで、金属の組成比および縦弾性率は、以下のようにして求めることができる。すなわち、セラミックス対金属の組成比が既知であり、かつ表面と内部における組成比が略同等の複合材からなるテストピースにてビッカース硬度と縦弾性率を測定し、セラミックス対金属の組成比とビッカース硬度または縦弾性率との相関関係を予め調べておく。
【００３０】
例えば、ＷＣとＣｏの複合材料の場合、図３に示すような相関関係がある。したがって、ダイ１０の各部位のビッカース硬度を測定した後、前記のようにして求めた相関関係から、金属の組成比および縦弾性率が求められる。なお、ダイ１０においては、第１の表面部位３８におけるビッカース硬度は７４６であり、底部４０のビッカース硬度は１４８０である。
【００３１】
なお、シミュレーション解析によれば、据え込み加工が遂行される際、ダイ１０では、第１の表面部位３８に６５０ＭＰａ程度の引っ張り応力が作用し、第２の表面部位４４の一部である肩部３６に４００ＭＰａ程度の圧縮応力が作用する。
【００３２】
以下、再び図１を参照する。前記キャビティ２４には、プレッシャリング２３内を貫通したノックアウトピン４６が摺動自在に配置される。据え込み加工が施された鍛造加工製品は、このノックアウトピン４６の押し出し作用下にキャビティ２４から導出される。
【００３３】
そして、ダイ１０は、ダイ取り付け本体２２とリング体４７によって挟持されている。
【００３４】
一方、可動型１６は、パンチ取り付け本体４８を備え、該パンチ取り付け本体４８には、パンチガイド５０およびナット部材５２を介してパンチ５４が取り付けられている。
【００３５】
このように構成された鍛造金型装置１２による鍛造加工は、以下のように遂行される。
【００３６】
まず、図示しないワークをキャビティ２４内に挿入した後、可動型１６を固定型１４に指向して下降させ、パンチ５４をキャビティ２４に挿入して該パンチ５４によりワークを押圧する。この際、ダイ１０における第１の表面部位３８には６５０ＭＰａ程度の引っ張り応力が作用し、第２の表面部位４４の一部である肩部３６には４００ＭＰａ程度の圧縮応力が作用する。しかしながら、第１の表面部位３８では、縦弾性率が３４０ＧＰａと比較的低いため、引っ張り応力に対して疲労破壊が起こり難い。一方、肩部３６では、縦弾性率が５７０ＧＰａと比較的高いため、圧縮応力に対して疲労破壊が起こり難い。
【００３７】
すなわち、ダイ１０では、作用する応力の種類に応じて縦弾性率が設定されている。このため、割れや欠け等が発生し難いので、寿命が長期化する。具体的には、粉末ハイス鋼の１種であるＳＫＤ６１からなるダイではショット回数が３０００〜１２０００回で交換が必要であったのに対し、ダイ１０では、１２０００〜６２０００回まで交換不要である。
【００３８】
しかも、第２の表面部位４４は硬度および強度に優れ、かつその内部は靱性に優れる。換言すれば、ワークに対する鍛造加工が施されるに際して充分な硬度、強度および靱性を兼ね備える。このため、該第２の表面部位４４においても変形が生じ難く、しかも、割れや欠けが生じ難い。しかも、内部における金属の組成比が互いに異なる箇所同士の間に界面が存在しないので、応力集中が起こることもない。
【００３９】
ダイ１０は、その過程がフローチャートとして図４に示される製造方法により製造することができる。図４に示されるように、この製造方法は、成形体を焼成処理して多孔質焼成体とする第１工程Ｓ１と、前記多孔質焼成体に粒成長促進剤含有溶液を含浸する第２工程Ｓ２と、表面に被膜が形成された前記多孔質焼成体を金属に接触させた状態で再焼成処理する第３工程Ｓ３とを有する。
【００４０】
まず、第１工程Ｓ１において、ＷＣ（セラミックス）粒子とＣｏ（金属）粒子の混合粉末を調製する。この場合、混合粉末におけるＷＣ粒子とＣｏ粒子との組成比をＷＣ粒子：Ｃｏ粒子＝８０：２０（重量比、以下同じ）とし、必要に応じて樹脂バインダ等を添加する。なお、特開平４−２１１９０４号公報に開示されている金型内静水圧加圧成形法を採用する場合には、樹脂バインダやワックス等を混合する必要は特にない。
【００４１】
この混合粉末に成形加重を加えて、ダイ１０に対応する形状の成形体を作製する。この際の成形荷重は、金属粒子が塑性変形を起こさない程度に設定される。具体的には、成形荷重を１００〜３００ＭＰａ程度とすることが好ましい。この場合、金属粒子が塑性変形を起こすことを回避することができるので、成形体の開気孔が閉塞されることはない。
【００４２】
そして、このようにして作製された成形体を、開気孔が残留するように焼成処理して図５に示す多孔質焼成体６０とする。具体的には、相対密度がおよそ５０％程度となるようにすればよい。この時点で緻密な焼成体とすると、第２工程Ｓ２において粒成長促進剤含有溶液を内部に含浸させることが困難となる。
【００４３】
したがって、第１工程Ｓ１における焼成温度や時間は、Ｃｏ粒子同士の融着が起こることにより該Ｃｏ粒子同士にネックが形成され、かつＷＣ粒子同士が融着されない状態で終了されるように設定される。具体的には、温度を１０００〜１３００Ｋとして１５〜３０分保持するようにすればよい。
【００４４】
次いで、第２工程Ｓ２において、粒成長促進剤が溶媒中に溶解ないし分散された粒成長促進剤含有溶液を前記多孔質焼成体６０の内部に含浸させる。具体的には、粒成長促進剤含有溶液中に多孔質焼成体６０を浸漬する。この浸漬により、粒成長促進剤含有溶液が多孔質焼成体６０の開気孔を介してその内部へと浸透する。
【００４５】
なお、粒成長促進剤は、第３工程Ｓ３でＷＣ粒子の粒成長を促進する金属であれば特に限定されるものではないが、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等を好適な例として挙げることができる。粒成長促進剤含有溶液としては、上記した金属を含有する金属塩を溶媒に溶解したものや、有機金属溶液を使用することができる。
【００４６】
この場合、粒成長促進剤は、溶媒中に分散または溶解されることにより単一分子またはイオンの状態にまで解離される。したがって、第２工程Ｓ２においては、単一分子またはイオンにまで解離された粒成長促進剤（金属）が多孔質焼成体６０の内部に均一に分散される。このため、第３工程Ｓ３におけるセラミックス粒子の粒成長が、多孔質焼成体６０の表面から内部に亘り促進される。
【００４７】
ＷＣとＣｏを含有する多孔質焼成体６０の場合、Ｎｉイオンの濃度が１０％である金属塩溶液に浸漬すればよい。
【００４８】
第２工程Ｓ２を行った後、自然放置により粒成長促進剤含有溶液の溶媒を揮発除去する。または、多孔質焼成体６０を加熱して粒成長促進剤含有溶液の溶媒を揮発除去するようにしてもよい。
【００４９】
次いで、第３工程Ｓ３を遂行する。
【００５０】
まず、前記第２工程Ｓ２を経て乾燥した多孔質焼成体６０の表面に、図６に示すように、被膜６２を形成する。この場合、被膜６２は、カーボンブラックやグラファイト、あるいはｈ−ＢＮ等、ＣやＢ、Ｎの供給源となる物質から構成されている。勿論、これらの混合物であってもよい。なお、被膜６２の厚みは、５μｍ程度で充分である。
【００５１】
そして、被膜６２が形成された多孔質焼成体６０に対し、図６に示すように、第１の表面部位（縦弾性率を低下させる部位）３８を設ける箇所に金属としてのＣｏ製有脚リング体６４を接触させる。すなわち、環状脚部６６を第２段部２８上に載置するとともに、円環部６８の底面を第１段部２６に当接させる。
【００５２】
このＣｏ製有脚リング体６４は、金属粉末を加圧して得られた成形体であってもよいし、加工製品であってもよい。なお、Ｃｏ製有脚リング体６４の重量は、該Ｃｏ製有脚リング体６４の全てが多孔質焼成体に拡散した際、第１の表面部位３８の縦弾性率が２００〜４００ＧＰａとなる量に設定される。
【００５３】
この状態で、多孔質焼成体６０を窒素等の窒化雰囲気下で再焼成処理する。この際の条件は、例えば、昇温速度１０Ｋ／分、窒素圧５Ｐａ下で室温から９００Ｋまで昇温した後に３０分保持、昇温速度１０Ｋ／分、減圧下で９００Ｋから１６２０Ｋまで昇温した後に３０分保持、昇温速度５Ｋ／分、窒素圧５Ｐａ下で１６２０Ｋから１６５０Ｋまで昇温した後に同じ昇温速度で窒素圧２ＭＰａ下で１６７０Ｋまで昇温して９０分保持、降温速度２５０Ｋ／分で１６５０Ｋから１３５０Ｋまで降温した後６０分保持、降温速度１２０Ｋ／分で１３５０Ｋから３２０Ｋまで降温するようにすればよい。
【００５４】
このような再焼成処理が行われている最中に、Ｃｏ製有脚リング体６４のＣｏ元素が環状脚部６６および円環部６８の各底面を介して多孔質焼成体６０の内部に拡散する。この拡散は、多孔質焼成体６０の表面に設けられた被膜６２によって促進される。すなわち、ＣやＢ、Ｎ等はＣｏの融点を低下させるので、Ｃｏが拡散することが容易となるからである。最終的に、Ｃｏ製有脚リング体６４は、その全てが多孔質焼成体６０の内部に拡散する。これにより第１の表面部位３８が形成され、残余の部分が第２の表面部位４４となる。Ｃｏの拡散量は、第１の表面部位３８において最も多く、該第１の表面部位３８から内部に向かうに従って減少している。換言すれば、表面から内部に指向してＣｏの組成比が減少している。
【００５５】
しかも、この被膜６２からＣ、ＢまたはＮ等が供給されるので、ＷＣ粒子が粒成長する過程でＷ6Ｃｏ6Ｃ等の金属間化合物が生成することを抑制することもできる。このため、最終製品であるダイ１０が脆性を示すことを回避することができる。
【００５６】
このようにＣｏが拡散する一方で、ＷＣ粒子が粒成長する。これに伴い、多孔質焼成体６０が緻密な焼成体（ダイ１０）となる。
【００５７】
この際、多孔質焼成体６０の表面に存在するＷＣ粒子の粒成長は、被膜６２から供給されたＣやＢ、Ｎと前記粒成長促進剤の存在によって促進される。このため、表面のＷＣ粒子は、内部のＷＣ粒子に比して大きく粒成長する。Ｃｏ粒子は、このように粒成長するＷＣ粒子によって押し出されることに伴い、内部へと移動する。その結果、第２の表面部位４４から内部に指向してＣｏの組成比が減少するダイ１０が得られるに至る。なお、多孔質焼成体６０の内部に存在するＷＣ粒子の粒成長は、粒成長促進剤によって促進される。したがって、緻密化が阻害されることはない。
【００５８】
しかも、この場合、表面のＷＣ粒子の一部は、雰囲気である窒素によって窒化される。その結果、端点が丸みを帯び、これにより、硬度、強度および靱性に一層優れるダイ１０となる。
【００５９】
なお、上記した実施の形態においては、ＷＣとＣｏを含有するダイ１０を例示して説明したが、特にこれに限定されるものではなく、その他のセラミックスと金属を含有するものであってもよい。
【００６０】
また、この実施の形態では、傾斜複合材としてダイ１０を例示したが、その他のものであってもよいことはいうまでもない。例えば、パンチを本発明に係る傾斜複合材で構成するようにしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る傾斜複合材によれば、表面におけるセラミックス対金属の組成比が部位によって異なる。金属の組成比が大きい部位は引っ張り応力に対する耐久性が高く、セラミックスの組成比が大きい部位は圧縮応力に対する耐久性が高い。このため、例えば、該傾斜複合材にて鍛造加工用金型を構成した場合、寿命が長期化し、しかも、変形や割れ、欠けが著しく生じ難くなるという効果が達成される。
【００６２】
また、本発明に係る傾斜複合材の製造方法によれば、多孔質体に金属を接触させた状態で焼成処理を施し、該金属から金属元素を多孔質体に拡散させるようにしている。このため、表面におけるセラミックス対金属の組成比が部位によって異なる傾斜複合材を容易かつ簡便に製造することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るダイ（傾斜複合材）を有する鍛造金型装置の要部概略縦断面図である。
【図２】図１のダイの要部拡大縦断面図である。
【図３】ＷＣ−Ｃｏ複合材料におけるＷＣ対Ｃｏの組成比と、ビッカース硬度および縦弾性率との関係を示す図表である。
【図４】本実施の形態に係るパンチ（傾斜複合材）の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】図１および図２のダイに対応する多孔質焼成体の概略縦断面図である。
【図６】図５の多孔質焼成体の表面に被膜を形成し、かつＣｏ製有脚リング体を載置した状態を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１０…ダイ                          １２…鍛造金型装置
１４…固定型                        １６…可動型
２４…キャビティ                    ２６、２８…段部
３０…開口部                        ３２、３４…傾斜部
３６…肩部                          ３８…第１の表面部位
４０…底部                          ４２…外周壁部
４４…第２の表面部位                ５４…パンチ
６０…多孔質焼成体                  ６２…被膜
６４…Ｃｏ製有脚リング体            ６６…環状脚部
Ｌ１〜Ｌ６…等高線                  Ａ１、Ａ２…部位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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