沖擊吸收部件及其制造方法
【專利摘要】本發明涉及沖擊吸收部件（50），其具備陶瓷接合體（15），該陶瓷接合體（15）具有：由含有60質量%以上的碳化硼的陶瓷形成的厚度為0.1～50mm的多個第1片狀部件（5），和配置于鄰接的第1片狀部件（5）之間、將鄰接的第1片狀部件（5）的對置的接合面彼此接合的接合層；接合層由含有選自由鋁、銅、銀及金組成的組中的至少一種金屬的接合材料形成。
【專利說明】沖擊吸收部件及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及以將由陶瓷形成的部件接合而成的接合體為主要構成材料的沖擊吸收部件及其制造方法。更詳細地，涉及具備輕質且極其高硬度及高強度的特征、同時具有高效地吸收高速飛行體等所具有的能量的功能、作為保護設備等的構成材料極其有用的沖擊吸收部件及其制造方法。
【背景技術】
[0002]近幾年，對于以陶瓷為主要構成材料的沖擊能量的吸收性等優良的部件，提出了很多方案。例如，專利文獻I中記載了將由以碳化硼為主要成分的陶瓷形成的受沖擊部、和由以氮化硅為主要成分的陶瓷形成的基部用由樹脂形成的結合層結合而成的防護部件。此外，專利文獻2中記載了將部分穩定化氧化鋯制的片與由碳化硼或莫來石等形成的片層疊、用環氧樹脂等接合而成的沖擊吸收部件。
[0003]另一方面，公知的是不限于沖擊吸收部件，通過將由陶瓷等材料形成的部件層疊，能夠得到高性能的結構材料。例如，專利文獻3中記載了一種抗熱沖擊性強的作為切削工具有用的層疊燒結體，其具有由陶瓷或燒結合金形成的基材、由陶瓷形成的中間層、以及由熱膨脹系數比基材的熱膨脹率小的陶瓷形成的最外層。另外，記載了可將氧化鋁、氮化硅、氮化硼及碳化硅等適當組合作為構成基材或最外層的陶瓷。
[0004]此外，專利文獻4中記載了含有金屬、氧化鋁等陶瓷及金屬陶瓷的、作為在苛刻條件下使用的切削工具有用的層疊結構燒結體。進一步，專利文獻5中記載了對沖擊力、應力、或應變的耐受性強的 氮化硅燒結體，其具有將多孔質氮化硅的層、和致密質氮化硅的層層疊而成的層疊結構。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2008-275208號公報
[0008]專利文獻2:日本特開2010-210217號公報
[0009]專利文獻3:日本特開平4-319435號公報
[0010]專利文獻4:日本特開平7-137199號公報
[0011]專利文獻5:日本特開平9-169571號公報
【發明內容】
[0012]發明所要解決的課題
[0013]在上述以往技術的任一者中，均希望通過將顯示不同特性的材料、或材質相同但氣孔率等特性不同的材料組合，使其表現出目標功能。即，以往，希望通過選擇分別具有固有特性的多種材料并將其組合，得到具有目標特性的部件。然而，這有可能導致制造工序變復雜從而在成本方面不利、或者妨礙工業上的實用化。例如，專利文獻I中記載的防護部件例如比僅由碳化硼構成的部件重，進一步在強度方面也有問題。此外，專利文獻2中記載的沖擊吸收部件存在與僅由碳化硼構成的部件相比變重的問題。
[0014]進一步，專利文獻3中記載的層疊燒結體作為沖擊吸收部件不僅重，并且由于在邊加壓邊燒結的條件下制造，因此難以大型化。此外，專利文獻4中記載的層疊結構燒結體由于利用硅的化學反應熱來制造，因此溫度控制等困難，同時也難以大型化。此外，專利文獻5中記載的氮化硅燒結體在成本方面及大型化的方面存在問題，同時在穩定地供給材料方面也存在問題。
[0015]本發明鑒于這樣的以往技術所具有的問題而作出，其課題在于提供能夠破壞高速飛行體并使破碎產生的小片所具有的能量最小化、能夠切實地阻止沖擊應力波穿過背面偵U、并且為輕質且能簡便地制造的、作為保護設備的構成材料極其有用的沖擊吸收部件。
[0016]用于解決課題的手段
[0017]本
【發明者】們為了實現上述課題進行了深入研究，其結果發現:通過使用含有選自由鋁、銅、銀、及金組成的組中的至少一種金屬的接合材料將由陶瓷形成的規定厚度的多個第I片狀部件接合，能夠實現上述課題，從而完成了本發明。
[0018]即，根據本發明，提供以下所示的沖擊吸收部件。
[0019][I] 一種沖擊吸收部件，其具備陶瓷接合體，所述陶瓷接合體具有:由含有60質量％以上的碳化硼的陶瓷形成的厚度為0.1~50mm的多個第I片狀部件，和配置于鄰接的所述第I片狀部件之間、將鄰接的所述第I片狀部件的對置的接合面彼此接合的接合層；所述接合層由含有選自由鋁、銅、銀、及金組成的組中的至少一種的金屬的接合材料形成。
[0020][2]根據所述[I]中記載的沖擊吸收部件，其中，2~1000片的所述第I片狀部件沿其厚度方向層疊而配置。
[0021][3]根據所述[·2]中記載的沖擊吸收部件，其中，從所述陶瓷接合體的表面側向背面側，所述第I片狀部件的厚度階梯性地增大。
[0022][4]根據所述[2]或[3]中記載的沖擊吸收部件，其中，所述陶瓷接合體進一步具有在所述第I片狀部件上經由所述接合層層疊而配置的、由碳化硅、莫來石或氧化鋁形成的一個以上的第2片狀部件。
[0023][5]根據所述[I]~[4]的任意一項中記載的沖擊吸收部件，其中，所述接合層的厚度為0.001~1mm。
[0024][6]根據所述[I]~[5]的任意一項中記載的沖擊吸收部件，其進一步具備配置于所述陶瓷接合體的背面側的、阻擋在破損時產生的碎片的接受層。
[0025][7]根據所述[I]~[6]的任意一項中記載的沖擊吸收部件，其中，在所述第I片狀部件與所述接合層的界面處形成有多個空隙。
[0026][8]根據所述[7]中記載的沖擊吸收部件，其中，多個所述第I片狀部件沿厚度方向層疊而配置(除了所述第I片狀部件的數目為2的情況以外)，作為用于防護高速飛行體的碰撞時的沖擊的保護設備使用。
[0027][9]根據所述[7]或[8]中記載的沖擊吸收部件，其中，所述第I片狀部件的所述接合面包括在所述多個空隙處不與所述接合層接觸的非接觸區域，所述非接觸區域在所述第I片狀部件的各個所述接合面中所占的面積比例為6~60%。
[0028]此外，根據本發明，提供以下所示的沖擊吸收部件的制造方法。
[0029][10] 一種沖擊吸收部件的制造方法，其為所述[7]~[9]的任意一項中記載的沖擊吸收部件的制造方法，包括下述工序:將多個所述第I片狀部件經由所述接合層沿厚度方向層疊而得到層疊體的工序，和將所得到的所述層疊體在600~1600°C的溫度下加熱而形成所述陶瓷接合體的工序；所述沖擊吸收部件的制造方法滿足下述(I)及(2)中的至少任意一個條件:
[0030](I)所述第I片狀部件的所述接合面的最大高度Rz (JISB0601:2001)為5μπι以上；
[0031](2)將所述層疊體邊沿層疊方向以30kPa以下的壓力加壓，邊進行加熱。
[0032]發明效果
[0033]本發明的沖擊吸收部件由于為薄且輕質的板狀部件，因此能夠充分吸收碰撞的高速飛行體的運動能量。進一步，能破壞碰撞的高速飛行體，并使破碎產生的小片所具有的能量最小化，能夠切實地阻止沖擊波穿過背面側(背后)。并且，由于能夠簡便地制造，因此經濟性也良好。特別地，通過將由含有碳化硼的陶瓷形成的片狀部件(板狀部件)的厚度和層疊片數適當地組合，可提供與上述專利文獻I及2中記載的部件相比對于高速飛行體的運動能量的吸收能力高、且高速飛行體碰撞時最表面難以破壞、功能性更良好的沖擊吸收部件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034][圖1A]為示意性地表示本發明的沖擊吸收部件的一實施方式的部分截面圖。
[0035][圖1B]為圖1A所示的沖擊吸收部件的局部放大圖。
[0036][圖2]為示意性地表示本發明的沖擊吸收部件的其它實施方式的部分截面圖。
[0037][圖3]為示意性地表 示本發明的沖擊吸收部件的另一其它實施方式的部分截面圖。
[0038][圖4]為示意性地表示接合界面處的空隙的一個例子的部分截面圖。
[0039][圖5]為示意性地表示接合界面處的空隙的其它例子的部分截面圖。
[0040][圖6]為示意性地表示接合界面處的空隙的另一其它例子的部分截面圖。
[0041][圖7]為示意性地表示第I片狀部件的接合面處的非接觸區域和接觸區域的立體圖。
[0042][圖8]為表示用6kPa的壓力接合而得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片。
[0043][圖9]為表示用35kPa的壓力接合而得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片。
[0044][圖10]為表示使用接合面的最大高度Rz為6.0 μ m的第I片狀部件得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片。
[0045][圖11]為表示使用接合面的最大高度Rz為0.1 μ m的第I片狀部件得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片。
[0046][圖12A]為表示加熱72小時并接合而得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片。
[0047][圖12B]為將圖12A放大的顯微鏡照片。
[0048][圖13A]為表示加熱2小時并接合而得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片。[0049][圖13B]為將圖13A放大的顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0050]以下，對用于實施本發明的優選方式進行舉例，進一步詳細地對本發明進行說明。在以往的技術中，僅從輕質化、高強度化及高硬度化的觀點出發，選擇了碳化硼作為沖擊吸收部件的構成材料。相對于此，本
【發明者】們為了獲得在能維持輕質性的同時發揮作為保護設備的良好的功能的部件，認識到在有效地吸收高速飛行體的運動能量的同時，能夠切實地減輕高速飛行體碰撞時產生的破碎片對沖擊吸收部件的內側存在的人或車輛等的損傷是很重要的。并且，本
【發明者】們從該認識出發，對作為沖擊吸收部件的構成材料的碳化硼進行了各種研究。
[0051]其結果發現將由以碳化硼為主要成分的陶瓷形成的片狀(薄板狀)部件多片層疊、并用特定的金屬進行低溫接合而得到的接合體，與未接合的同一厚度的板(非接合體)相t匕，沖擊吸收能力顯著不同。該接合體在靜態下顯示出與非接合體基本同樣的機械性能。然而，該接合體在與高速飛行體碰撞時，在能夠破壞高速飛行體的同時，被細微地破壞，從而能夠高效地吸收高速飛行體的運動能量。此外，由于表面被細微地破壞，因此容易抑制沖擊波的擴大、維持高速飛行體碰撞后的面的形狀。另外，認為本發明的沖擊吸收部件通過將多片的片狀部件的對置的接合面彼此用由含有特定金屬的接合材料形成的接合層進行接合，在能夠破壞碰撞的高速飛行體的同時，可通過存在于陶瓷接合體的內部的高應力場阻礙從沖擊吸收部件中通過的沖擊波的進展。進一步，本
【發明者】們的研究的結果發現，通過在使片狀部件變薄的同時增加層疊片數，能夠將高速飛行體的運動能量更有效地轉換為表面能量。[0052]以往，使用碳化硼作為沖擊吸收部件的構成材料。然而，由于碳化硼是極其高價的材料，因此僅在具有極其高的運動能量的高速飛行體碰撞的情況下使用。相對于此，本發明的沖擊吸收部件可以使將含有碳化硼的多個片狀部件接合而成的陶瓷接合體的厚度變薄。因此，在能輕質化的同時，能大大地有助于低成本化。即，輕質化的結果是，能夠降低使用中的移動或搬運時的能量消耗。因此，能夠降低對人體或車輛等的負擔。進一步，由于能夠使片狀部件變薄，能縮短燒結工序等的時間。此外，即使在表面形成凸凹面的情況下，在成本方面也是極其有利的，因而，與以往的沖擊吸收部件相比，制造成本低，其實用價值極其高。因此，本發明的沖擊吸收部件不僅可在高速飛行體碰撞的情況下使用，還可期待在各種【技術領域】中使用。
[0053]圖1A為示意性地表示本發明的沖擊吸收部件的一個實施方式的部分截面圖。此外，圖1B為圖1A所示的沖擊吸收部件的局部放大圖。如圖1A及IB所示，本實施方式的沖擊吸收部件50具備陶瓷接合體15，該陶瓷接合體15具有由陶瓷構成的多個第I片狀部件
5、和配置于鄰接的第I片狀部件之間的接合層65。第I片狀部件5沿其厚度方向層疊而配置。接合層65將鄰接的第I片狀部件5的對置的接合面5a、5b彼此接合。作為第I片狀部件5的構成材料的陶瓷含有碳化硼60質量％以上，優選含有80質量％以上，進一步優選含有90質量％以上。通過層疊由含有碳化硼的陶瓷形成的第I片狀部件，能夠得到極其良好的沖擊吸收性。另外，陶瓷中所含的碳化硼的比例的上限值沒有特別的限定，最優選為100質量％。[0054]第I片狀部件5的厚度為0.1~50臟，優選為I~10mm。第I片狀部件的厚度不足0.1mm時，由于過于薄而存在欠缺制造上實用性的情況。另一方面，第I片狀部件的厚度超過50mm時，沖擊吸收性會降低。
[0055]構成陶瓷接合體的第I片狀部件的片數只要為多個就沒有特別的限定，通常為2~1000片，優選為5~50片。第I片狀部件的層疊片數過少時，存在通過層疊而得到的效果不充分的情況。另一方面，第I片狀部件的層疊片數過多時，效果達到極限，同時得到的陶瓷接合體變重，存在作為保護設備的操作性降低的趨勢。
[0056]構成第I片狀部件5的陶瓷所含的碳化硼為高硬度，且為低比重。因此，在高速飛行體碰撞的最表面配置的第I片狀部件5因碳化硼的特性而能夠破壞碰撞的高速飛行體。此外，將多片的第I片狀部件層疊并接合而成的陶瓷接合體15顯示出碳化硼的機械特性，同時在接合界面處具有高應力場。因此，高速飛行體碰撞時，通過第I片狀部件5被細微地破壞而吸收高速飛行體的運動能量。另外，由碳化硼構成的第I片狀部件的相對密度優選為89%以上的致密質。如前所述，將由以碳化硼為主要成分的陶瓷構成的多片第I片狀部件層疊并接合而成的陶瓷接合體在其內部具有高的應力場。該應力場在高速飛行體的碰撞時使從陶瓷接合體的內部通過的沖擊波偏轉。由此，向本發明的沖擊吸收部件的內側的沖擊被顯著地緩和。
[0057]接合層65由接合材料形成。本發明中，考慮到強度或比重及工序的簡便性等，由含有選自由鋁、銅、銀、及金組成的組中的至少一種的金屬的接合材料形成接合層。此外，本實施方式的構成沖擊吸 收部件50的陶瓷接合體15的抗彎強度優選為IOOMPa以上。另外，本說明書中的“抗彎強度”是指通過4點彎折法測定的、包括接合部分的陶瓷接合體的物性值。
[0058]接合層65的厚度優選為0.001~1mm，進一步優選為0.005~0.1mm,特別優選為0.01~0.05mm。另外，接合層的厚度可以通過改變所使用的接合材料的量(厚度)進行調整。接合層的厚度不足0.0Olmm時，存在接合強度變得不充分的情況。另一方面，接合層的厚度超過Imm時，存在金屬的量變得過多而使陶瓷浮起，導致接合強度變得不充分的情況。
[0059]碳化硼由于為輕質且斷裂韌性值低，因而通過施加沖擊可細微地破碎。因此，碳化硼適合作為用于構成本發明的沖擊吸收部件的材料。另外，本
【發明者】們已經開發了經濟性地制作碳化硼的技術(參照國際公開第2008/153177號)。利用該技術時，能夠更廉價地提供由碳化硼構成的各種形狀的部件，并不限于片狀的部件。進一步，本
【發明者】們已經開發了將由碳化硼構成的部件接合的工業上有益的技術(參照日本特開2012-072044號公報)。利用該技術時，可期待在更廣泛的沖擊吸收部件中的應用。
[0060]圖4為示意性地表示接合界面處的空隙的一個例子。如圖4所示，在構成本發明的沖擊吸收部件的陶瓷接合體的第I片狀部件6與接合層66的界面處，優選形成有多個空隙80。高速飛行體的碰撞時產生的沖擊波因這些多個空隙80而有效地偏轉，可抑制從陶瓷接合體的表面(碰撞面)側向背面側直線地傳遞。由此，向本發明的沖擊吸收部件的內側的沖擊被顯著地緩和。
[0061]此外，如圖5所示，多個空隙82也可以以貫穿將第I片狀部件7的對置的接合面100彼此接合的接合層67的方式形成。進一步如圖6所示，也可以不在接合層68側，而是在第I片狀部件8的接合面100的凹陷處形成有多個空隙84。[0062]在第I片狀部件與接合層的界面處存在的多個空隙以使鄰接的第I片狀部件彼此不完全密合地接合的方式形成，相當于所謂的接合缺陷。即，通過適當地控制第I片狀部件的接合狀態，任意地形成作為接合缺陷的多個空隙，可更有效地控制高速飛行體的碰撞時產生的沖擊波的傳遞。
[0063]如圖7所示，第I片狀部件35的接合面100包括在多個空隙處不與接合層接觸的非接觸區域90和與接合層接觸的接觸區域95。并且，非接觸區域90在第I片狀部件35的各自的接合面100中所占的面積比例優選為6~60%，進一步優選為6~55%，特別優選為6~40%。非接觸區域在接合面中所占的面積比例不足6%時，由于在第I片狀部件與接合層的界面處形成的空隙的量(容積)過少，因而存在使當高速飛行體的碰撞時產生的沖擊波偏轉的效果降低的情況。另一方面，非接觸區域在接合面中所占的面積比例超過60%時，由于空隙的量(容積)過多，因而鄰接的第I片狀部件彼此的接合強度會降低，存在陶瓷接合體的抗彎強度降低的情況。
[0064]本發明的沖擊吸收部件中，優選陶瓷接合體進一步具有在第I片狀部件上經由接合層層疊而配置的一個以上的第2片狀部件。作為構成該第2片狀部件的材料，可舉出碳化硅、莫來石及氧化鋁等陶瓷。將這些由陶瓷構成的第2片狀部件與第I片狀部件組合而構成陶瓷接合體時，能夠進一步緩和對第2片狀部件的內側(人體或車輛等)的沖擊，因而作為保護設備的構成部件更有用。這是由于上述由陶瓷構成的第2片狀部件將高速飛行體的運動能量轉換為表面能量的能力高的原因。
[0065]圖2為示意性地表示本發明的沖擊吸收部件的其它實施方式的部分截面圖。如圖2所示的實施方式的沖擊吸收部件55具備:多個第I片狀部件5經由接合層(未圖示)接合而成的陶瓷接合體15、和配置于該陶瓷接合體15的背面側、由第3片狀部件30及第4片狀部件40構成的接受層。通過將這樣的接受層設置在陶瓷接合體的背面側，可以更切實地阻擋陶瓷接合體的破損所產生的碎片，使其難以進一步向背面側穿過。另外，圖2中，表示配置了由第3片狀部件30及·第4片狀部件40構成的接受層70的狀態，但是接受層70可以僅由第3片狀部件構成，也可以僅由第4片狀部件構成。
[0066]作為構成第3片狀部件30的材料，可舉出芳香族聚酰胺系纖維等高強度纖維。此外，作為構成第4片狀部件40的材料，可舉出鋁或鎂等比重小的金屬。構成第3片狀部件或第4片狀部件的這些材料，多以板狀提供，從低成本的觀點考慮也是優選的材料。另外，以金屬等構成的第4片狀部件也可以配置在與保護對象的人或車輛等對置的、距最表面最遠的一側(背面側)。
[0067]圖3為示意性地表示本發明的沖擊吸收部件的另一其它實施方式的部分截面圖。圖3所示的實施方式的沖擊吸收部件60具備:陶瓷接合體25、和配置于該陶瓷接合體25的背面側的、作為接受層的第3片狀部件30及第4片狀部件40。并且，該陶瓷接合體25以第I片狀部件10、20的厚度從其表面側向背面側呈階梯性增大的方式構成。這樣，通過使片狀部件10、20的厚度從表面側向背面側呈階梯性增大(變厚)，在內在的應力場中產生分布。因此，在高速飛行體的碰撞時產生的沖擊波的進展方向發生偏斜，同時陶瓷接合體的破損所產生的陶瓷小片的大小得以控制，可更有效地防止向背面側的飛散。
[0068]設想高速飛行體向圖3所示的沖擊吸收部件60的表面側(配置第I片狀部件10的一側)碰撞的情況。此時，向第I片狀部件10碰撞的高速飛行體被破壞，同時構成第I片狀部件10的含有碳化硼的陶瓷被細微地破壞。因此，高速飛行體的運動能量被有效地吸收。此外，由于衰減的沖擊波，配置于第1片狀部件10的背面側的、更厚的第1片狀部件20破損，形成較大的碎片。由此，高速飛行體的運動能量幾乎被完全吸收。并且，陶瓷接合體25的破損所產生的碎片被配置于陶瓷接合體25的背面側的作為接受層70的第3片狀部件30和第4片狀部件40吸收，不會穿過背面側。另外，通過使陶瓷接合體25以第1片狀部件10,20的厚度從其表面側向背面側呈階梯性增大的方式構成，能夠使陶瓷接合體25的厚度更薄，能夠在使沖擊吸收部件60維持以往同等以上的功能的同時輕質化。
[0069]另外，如前所述，構成圖1A所示的沖擊吸收部件50的第1片狀部件5沿其厚度方向層疊而配置。但是，本發明中，多個第1片狀部件并不限于沿厚度方向層疊而配置，例如，也可以橫向并排配置。在多個第1片狀部件橫向并排配置的情況下，接合層配置在鄰接的第1片狀部件的端面(窄幅端面)之間，將鄰接的所述第1片狀部件彼此接合。通過這樣構成，可以使本發明的沖擊吸收部件的形狀形成為彎曲形狀。因此，例如，能夠容易得到適應人的肩或肘等彎曲形狀而成形的沖擊吸收部件。
[0070]為了得到構成本發明的沖擊吸收部件的陶瓷接合體，例如，使含有鋁等金屬的接合材料介于使第1片狀部件彼此接合的部分。接合材料以厚度大致為1_以下的方式配置在規定的位置即可。此外，接合材料以例如箔、漿料、及蒸鍍層的任意一種狀態配置即可。在該狀態下保持，在真空條件下、不活潑性氣氛下、或大氣中，至少使接合的部分在600~Ieoo0C的溫度下加熱，能夠得到陶瓷接合體。
[0071]另外，(1)在真空條件下加熱時，至少使接合的部分在600~1500°C的溫度下加熱即可。此外，(2)在不活潑性氣氛下加熱時，至少使接合的部分在600~1600°C的溫度下加熱即可。進一步，(3)在大氣中加熱時，至少使接合的部分在600°C以上且低于800°C的溫度下加熱即可。通過將層疊體在上述條件下加熱，能夠得到陶瓷接合體。另外，可以將所得到的陶瓷接合體直接作為沖擊吸收部件使用，也可以適當配置第2片狀部件或接受層等構成沖擊吸收部件。
[0072]接著，對本發明的沖擊吸收部件中在第I片狀部件與接合層的界面處形成有多個空隙的沖擊吸收部件的制造方法(本發明的沖擊吸收部件的制造方法)進行說明。本發明的沖擊吸收部件的制造方法包括下述工序:將多個第1片狀部件經由接合材料沿厚度方向層疊而得到層疊體的工序(層疊工序)、和將所得到的層疊體加熱而形成陶瓷接合體的工序(接合工序)。
[0073]在層疊工序中，在使第I片狀部件彼此接合的部分(接合面)處配置含有鋁等金屬的接合材料。接合材料以厚度大致為1mm以下的方式配置在規定的位置即可。此外，接合材料以例如箔、漿料、及蒸鍍層的任意一種的狀態配置即可。這樣，經由接合材料將多片的第I片狀部件沿厚度方向層疊而得到層疊體。
[0074]在接合工序中，將通過上述層疊工序所得到的層疊體在真空條件下、不活潑性氣氛下、或大氣中，至少使接合的部分在600~1600°C的溫度下加熱。另外，為了在第I片狀部件與接合層的界面處形成多個空隙，可以使用以下所示的(i )~(iv)的至少任意一種方法。
[0075](i)在其層疊方向上以30kPa以下、優選為20kPa以下的壓力對層疊體加壓的狀態下進行加熱。特別優選在除了自重之外不對層疊體負載壓力的情況下(不加壓)進行加熱。[0076](ii)使用形成有多個貫穿孔和/或凹部的金屬箔，優選使用開孔加工后的金屬箔作為接合材料。
[0077](iii)使用在接合面上形成凹凸、優選接合面的最大高度Rz (JIS B0601:2001)為
5.0ym以上的第I片狀部件。
[0078](iv)使加熱時間為長時間，優選為15小時以上。
[0079]另外，(I)在真空條件下加熱時，至少使接合的部分在600~1500°C的溫度下加熱即可。此外，(2)在不活潑性氣氛下加熱時，至少使接合的部分在600~1600°C的溫度下加熱即可。進一步，(3)在大氣中加熱時，至少使接合的部分在600°C以上且低于800°C的溫度下加熱即可。通過將層疊體在上述條件下加熱，能夠得到在第I片狀部件與接合層的界面處形成有多個空隙的陶瓷接合體。另外，可以將所得到的陶瓷接合體直接作為沖擊吸收部件使用，也可以適當地配置第2片狀部件或接受層等來構成沖擊吸收部件。[0080]圖8為表示用6kPa的壓力接合得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片。此外，圖9為表示用35kPa的壓力接合得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片。如圖8所示，以在其層疊方向負載比較低的壓力的狀態加熱層疊體而接合時，在第I片狀部件(碳化硼(B4C))與接合層的界面處形成多個空隙。相對于此，如圖9所示，以在其層疊方向負載較高的壓力的狀態下加熱層疊體而接合時，在第I片狀部件(碳化硼(B4C))與接合層的界面處未形成空隙，鄰接的第I片狀部件彼此完全密合。
[0081]圖10為表示使用接合面的最大高度Rz為6.0ym的第I片狀部件得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片。此外，圖11為表示使用接合面的最大高度Rz為0.1 μ m的第I片狀部件得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片。如圖10所示，使用在層疊面上具有凹凸的第I片狀部件時，在第I片狀部件(碳化硼(B4C))與接合層的界面處形成多個空隙。相對于此，如圖11所示，使用層疊面的凹凸十分小的第I片狀部件時，在第I片狀部件(碳化硼(B4C))與接合層的界面處未形成空隙，鄰接的第I片狀部件彼此幾乎完全密合。
[0082]圖12A為表示加熱72小時接合而得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片，圖12B為將圖12A放大的顯微鏡照片。此外，圖13A為表示加熱2小時接合而得到的陶瓷接合體的界面結構的顯微鏡照片，圖13B為將圖13A放大的顯微鏡照片。如圖12A及12B所示，將層疊體長時間加熱而接合時，在第I片狀部件(碳化硼(B4C))與接合層的界面處形成多個空隙。相對于此，如圖13A及13B所示，將層疊體短時間加熱而接合時，在第I片狀部件(碳化硼(B4C))與接合層的界面處未形成空隙，鄰接的第I片狀部件彼此完全密合。
[0083]由于鋁與碳化硼的潤濕性良好，認為能夠容易地均勻地遍布接合面。此外，鋁與碳化硼形成各種化合物，形成硼鋁化物、鋁和碳和硼的化合物。因此，認為使含有鋁90質量％以上的接合材料介于第I片狀部件彼此之間，邊在該狀態下保持，邊在鋁的熔點以上的溫度下加熱時，鋁以均勻的狀態遍布接合面，碳化硼與鋁反應，形成它們混合存在的接合層。即，在接合層中，鋁不是單獨地存在，而是生成硼化鋁和碳硼化鋁等，成為它們混合存在的狀態，其結果是，經由該接合層使第I片狀部件彼此牢固地接合。因此，推測能得到顯示出與僅由碳化硼構成的陶瓷的強度大體接近的IOOMPa以上的接合強度、以往的技術無論如何也無法得到的陶瓷接合體。
[0084]如上述那樣形成的接合層中，存在以下的任意的物質:金屬鋁；A13BC、Al3B48C2,AlB12C2' Al8B4C7' Al2B51C8' AlB40C4 及 AlB24C4 所示的任一種碳硼化鋁；A1B2、AlB10 及 AlB12 所示的任一種硼化鋁。并且，關于如上述那樣得到的陶瓷接合體，例如，其接合層中在第I片狀部件的表面上存在龜裂和/或氣孔，接合材料滲透在這些龜裂或氣孔的內部。因此，通過滲透在龜裂或氣孔的內部的接合材料的固著效果，使鄰接的第I片狀部件彼此牢固地一體化。 [0085]另一方面，認為將銅、銀、及金在它們的熔點以上的溫度下加熱時，由于與碳化硼的潤濕性良好，因此能夠使它們容易地均勻地遍布接合面。此外，銅、銀、及金缺乏與碳化硼或硼的反應性，即使在與碳化硼或硼接觸的狀態下進行加熱的情況下，直到高溫下仍以銅、銀、及金的狀態穩定地存在。因此，加熱到高溫時，在接合層中通過向在第I片狀部件的表面上存在的龜裂和/或氣孔的內部滲透銅、銀、及金，發揮固著效果。由此，鄰接的第I片狀部件彼此牢固地一體化。
[0086]實施例
[0087]以下，基于實施例對本發明進行具體地說明，但本發明并不限于這些實施例。另外，實施例、比較例中的“份”及“％”只要沒有特別說明，則為質量基準。
[0088](第I片狀部件的制作(I))
[0089]將市售的碳化硼(B4C)粉末填充到9cm見方的模具中，以200kg/cm2的壓力加壓后，以lOOOkg/cm2的壓力進行流體靜壓按壓，得到燒結、加工后的厚度為0.1~50mm的碳化硼成形體。另外，作為碳化硼粉末，使用平均粒度0.8 μ m、純度99.5% (含氧量1.2%及含氮量
0.2%除外)的碳化硼。將所得到的碳化硼成形體放入配置有鋁和硅的燒結爐內，在常壓下，邊流通氬(Ar)氣體邊在2200°C下保持4小時進行燒結，得到燒結體。使用金剛石砂輪將所得到的燒結體分別磨削加工使得厚度為0.1~50mm，得到由碳化硼構成的7cm見方的第I片狀部件。所得到的第I片狀部件均為相對密度為95%以上極其致密的部件。
[0090](接受層的準備)
[0091]將由用市售的芳香族聚酰胺系樹脂形成的芳香族聚酰胺系纖維(Kevlar:注冊商標、Du Pont公司制)構成的厚度為1mm的片多片層疊并用環氧樹脂一體化，準備厚度為3mm、7cm見方的第3片狀部件。此外,準備厚度4mm、7cm見方的招制金屬板，以其作為第4片狀部件。
[0092](實施例1)
[0093]經由厚度為10 μ m的鋁制薄膜(純度:99%)將厚度為0.1mm的第I片狀部件100片層疊，得到層疊體。將所得到的層疊體在真空中、在1000°c下加熱2小時，使第I片狀部件接合而得到厚度為IOmm的陶瓷接合體。將所得到的陶瓷接合體作為沖擊吸收部件(實施例1)。
[0094](實施例2~14、比較例I和3)
[0095]除了將第I片狀部件的厚度和片數、使用的金屬制的薄膜(接合層)、及加熱溫度按照表1所示設定以外，與所述的實施例1同樣地得到作為陶瓷接合體的沖擊吸收部件(實施例2~14、比較例I和3)。
[0096](比較例2)
[0097]將未使用鋁等金屬制薄膜進行接合、厚度為IOmm的第I片狀部件作為沖擊吸收部件(比較例2)。
[0098](沖擊破壞試驗(I))[0099]使用將壓縮氣體的壓力傳遞給飛行體、使通過發射管內的飛行體碰撞試樣的方式的氣體加速裝置進行沖擊破壞試驗。另外，作為飛行體，使用直徑為4_Φ的軸承鋼。此外，使飛行體大致以音速碰撞并穿透試樣(沖擊吸收部件)，測定損傷體積(cm3)及產生的小片的平均直徑(mm)。結果表示在表1中。
【權利要求】
1.一種沖擊吸收部件，其具備陶瓷接合體，所述陶瓷接合體具有:由含有60質量％以上的碳化硼的陶瓷形成的厚度為0.1~50mm的多個第1片狀部件，和配置于鄰接的所述第1片狀部件之間、將鄰接的所述第I片狀部件的對置的接合面彼此接合的接合層； 所述接合層由含有選自由鋁、銅、銀及金組成的組中的至少一種金屬的接合材料形成。
2.根據權利要求1所述的沖擊吸收部件，其中，2~1000片的所述第I片狀部件沿其厚度方向層疊而配置。
3.根據權利要求2所述的沖擊吸收部件，其中，從所述陶瓷接合體的表面側向背面側，所述第I片狀部件的厚度階梯性地增大。
4.根據權利要求2或3所述的沖擊吸收部件，其中，所述陶瓷接合體進一步具有在所述第I片狀部件上經由所述接合層層疊而配置的、由碳化硅、莫來石或氧化鋁形成的一個以上的第2片狀部件。
5.根據權利要求1~4中任意一項所述的沖擊吸收部件，其中，所述接合層的厚度為0.001 ~1mm。
6.根據權利要求1~5中任意一項所述的沖擊吸收部件，其進一步具備配置于所述陶瓷接合體的背面側的、阻擋在破損時產生的碎片的接受層。
7.根據權利要求1~6中任意一項所述的沖擊吸收部件，其中，在所述第I片狀部件與所述接合層的界面處形成有多個空隙。
8.根據權利要求7所述的沖擊吸收部件，其中，除了所述第I片狀部件的數目為2的情況以外，多個所述第I片狀部件沿厚度方向層疊而配置，作為用于防護高速飛行體的碰撞時的沖擊的保護設備使用。
9.根據權利要求7或8所述的沖擊吸收部件，其中，所述第I片狀部件的所述接合面包括在所述多個空隙處不與所述接合層接觸的非接觸區域，所述非接觸區域在所述第I片狀部件的各個所述接合面中所占的面積比例為6~60%。
10.一種沖擊吸收部件的制造方法，其是權利要求7~9中任意一項所述的沖擊吸收部件的制造方法，其包括下述工序: 將多個所述第I片狀部件經由所述接合層沿厚度方向層疊而得到層疊體的工序，和 將所得到的所述層疊體在600~1600°C的溫度下加熱而形成所述陶瓷接合體的工序； 所述沖擊吸收部件的制造方法滿足下述(1)及(2)中的至少任意一個條件: (1)所述第I片狀部件的所述接合面的基于JISB0601:2001的最大高度Rz為5 μ m以上； (2)將所述層疊體邊沿層疊方向以30kPa以下的壓力進行加壓邊進行加熱。
【文檔編號】B23K1/19GK103596904SQ201380001642
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年2月27日 優先權日:2012年2月28日
【發明者】熊澤猛, 關根圭人, 辻野鲇美 申請人:美濃窯業株式會社