JP2003020279A - Metallic ceramic sintered compact and method for producing the same - Google Patents
Metallic ceramic sintered compact and method for producing the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は金属性セラッミク材
料であるチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）の新し
い製造方法に関する。更に詳しく言えば、本発明は金属
とセラッミク材料の両方の特性を合わせ持つ金属性セラ
ッミク材料チタンシリコンカーバイド（Ti 3SiC2）を、
チタン（Ti）、シリコン（Si）、炭化チタン（TiC）の
粉末を原料として、これらを混合し、低温かつ迅速に焼
結成形する金属性セラミック材料であるチタンシリコン
カーバイド焼結体及びその製造方法に関するものであ
る。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metallic ceramic material.
Titanium Silicon Carbide (Ti3SiC2) New
Manufacturing method. More specifically, the present invention relates to metal
And metallic ceramics that combine the properties of both ceramic and ceramic materials
EMIKU Material Titanium Silicon Carbide (Ti 3SiC2),
Of titanium (Ti), silicon (Si), titanium carbide (TiC)
Powder is used as raw material, these are mixed and baked at low temperature and quickly.
Titanium silicon, which is a metallic ceramic material for consolidation
The present invention relates to a carbide sintered body and a manufacturing method thereof.
It
【０００２】[0002]
【従来の技術】金属性セラッミク材料は、金属原子が規
則配列する金属間化合物の格子の間に、規則的にセラミ
ックスが存在する構造となっており、金属の特徴である
高い熱・電気伝導率、耐熱衝撃性、易加工性と、セラミ
ックスの特徴である優れた耐熱・耐酸化性を有してい
る。現在、航空宇宙分野や高効率ガスタービン・エンジ
ンなどにおいては超合金や、グラファト、炭化珪素、窒
化珪素、サイアロンなどのセラミックスが用いられてい
るが、超合金では耐熱性が劣り、セラミックスの場合は
加工性が悪いことが実用上の問題となっている。2. Description of the Related Art A metallic ceramic material has a structure in which ceramics are regularly present between the lattices of intermetallic compounds in which metal atoms are regularly arranged, and the high thermal and electrical conductivity characteristic of metals is high. , Heat shock resistance, easy workability, and excellent heat resistance and oxidation resistance, which are the characteristics of ceramics. Currently, ceramics such as superalloys, graphat, silicon carbide, silicon nitride, and sialon are used in the aerospace field and high-efficiency gas turbine engines. However, superalloys have poor heat resistance and Poor workability is a practical problem.
【０００３】Ti-Si-C系の金属性セラッミク材料である
チタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）はアーク溶解法
や長時間反応焼結法によって合成が試みられている。こ
れらの方法では、いずれも不均一な組織となるので、高
温で長時間の均質化熱処理が必要とされている。しか
し、この均質化熱処理後も、なおセラミックである炭化
チタン（TiC）相が残留して性質が劣化することが問題
となっている。Titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) which is a Ti-Si-C type metallic ceramic material has been attempted to be synthesized by an arc melting method or a long-time reaction sintering method. All of these methods result in a non-uniform structure, and therefore require homogenizing heat treatment at high temperature for a long time. However, even after this homogenizing heat treatment, titanium carbide (TiC) phase, which is still ceramic, remains and its properties deteriorate.
【０００４】チタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）は
１９６７年にJeitschkoらよってTiH2、Si、Cを２０００
°Ｃで反応させる方法で初めて合成された。また、１９
８７年に後藤らによって、SiCl4、TiCl2、H2ガスを使っ
たＣＶＤで厚膜状のチタンシリコンカーバイドが合成さ
れた。前者は高温による合成が必要であり、後者は高純
度の材料が得られるがバルク状の材料が得られないとい
う問題がある。最近高温において粉末法による種種の焼
結プロセスによってチタンシリコンカーバイドを合成す
る方法が報告されており、主として以下のような反応に
よるものである：
（１）3Ti+Si+2C → Ti3SiC2
（２）3Ti+SiC+C → Ti3SiC2
上記反応（１）は多数の研究者によってTi/Si/C混合粉
末から焼結成形することが試みられたものである。一
方、アメリカDrexel大学のBarsoum 教授ら（1999年）、
Gao et al （1999年）、Tang et al（2001年）は、上記
（２）の反応を利用してチタンシリコンカーバイド（Ti
3SiC2）の多結晶を作製した。しかしいずれの作製プロ
セスでも高温で（１４００℃以上）長時間（４時間以
上）を必要とした。この場合、高温・長時間の加熱焼結
のために効率が悪く、エネルギー消費が多い。また、結
晶粒径が粗大化して不均一組織となり、特性が劣化す
る。[0004] TiH 2 titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2) is Te Jeitschko Rayo' in 1967, Si, the C 2000
It was first synthesized by the method of reacting at ° C. Also, 19
In 1987, Goto et al. Synthesized thick film titanium silicon carbide by CVD using SiCl 4 , TiCl 2 , and H 2 gas. The former requires high temperature synthesis, and the latter has a problem that a high-purity material can be obtained but a bulk material cannot be obtained. Recently, a method of synthesizing titanium silicon carbide by various sintering processes by powder method at high temperature has been reported, which is mainly due to the following reactions: (1) 3Ti + Si + 2C → Ti 3 SiC 2 ( 2) 3Ti + SiC + C → Ti 3 SiC 2 The above reaction (1) has been attempted by a number of researchers to perform sinter molding from Ti / Si / C mixed powder. Meanwhile, Professor Barsoum et al. (1999) of Drexel University, USA,
Gao et al (1999) and Tang et al (2001) use the reaction of (2) above to develop titanium silicon carbide (Ti
3 SiC 2 ) polycrystal was prepared. However, in any manufacturing process, a high temperature (1400 ° C. or higher) and a long time (4 hours or longer) were required. In this case, the efficiency is low due to the high temperature and long time heating and sintering, and the energy consumption is large. In addition, the crystal grain size becomes coarse to form a non-uniform structure, and the characteristics deteriorate.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、結晶粒の粗
大化を防止し、残留炭化チタン（TiC）相の発生を抑制
して均質化による特性の向上を図るとともに、エネルギ
ー多消費型の製造法から、より低温、短時間での合成法
を確立するものであり、かつパルス通電加圧焼結方法に
よる短時間成形法により、優れた特性を持つチタンシリ
コンカーバイド焼結体及びその製造方法を得ることを目
的としてなされたものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention prevents coarsening of crystal grains, suppresses generation of residual titanium carbide (TiC) phase to improve characteristics by homogenization, and is energy-consuming type. A method for establishing a synthesis method at a lower temperature in a shorter time from the manufacturing method, and a titanium silicon carbide sintered body having excellent characteristics by a short-time molding method by a pulse current pressure sintering method, and a manufacturing method thereof It was made for the purpose of obtaining.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】１．炭化チタン（TiC）
含有量が７ｗｔ％以下であることを特徴とする金属性セ
ラミック材料チタンシリコンカーバイド焼結体。
２．炭化チタン（TiC）含有量が１ｗｔ％以下であるこ
とを特徴とする金属性セラミック材料チタンシリコンカ
ーバイド焼結体。
３．パルス通電加圧焼結により得られた上記１又は２記
載の金属性セラミック材料チタンシリコンカーバイド焼
結体。
４．相対密度９７％以上であることを特徴とする上記１
〜３のそれぞれに記載の金属性セラミック材料チタンシ
リコンカーバイド焼結体。
５．相対密度９９％以上であることを特徴とする上記１
〜３のそれぞれに記載の金属性セラミック材料チタンシ
リコンカーバイド焼結体。
６．チタン（Ti）、シリコン（Si）、炭化チタン（Ti
C）の混合粉末をパルス通電加圧焼結することを特徴と
する金属性セラミック材料チタンシリコンカーバイド焼
結体の製造法。
７．焼結温度１２００〜１３５０°Ｃ、焼結時間３分〜
１２０分で、固相反応により金属性セラミック材料チタ
ンシリコンカーバイドを合成することを特徴とする上記
６記載のチタンシリコンカーバイド焼結体の製造法。
８．焼結温度１２５０〜１３５０°Ｃ、焼結時間１５分
〜６０分で、固相反応によりチタンシリコンカーバイド
を合成することを特徴とする上記６記載の金属性セラミ
ック材料チタンシリコンカーバイド焼結体の製造法。
９．焼結後の組織の中に、炭化チタン（TiC）含有量が
７ｗｔ％以下であることを特徴とする上記６〜８のそれ
ぞれに記載の金属性セラミック材料チタンシリコンカー
バイド焼結体の製造法。
１０．焼結後の組織の中に、炭化チタン（TiC）含有量
が１ｗｔ％以下であることを特徴とする上記６〜８のそ
れぞれに記載の金属性セラミック材料チタンシリコンカ
ーバイド焼結体の製造法。
１１．相対密度９７％以上であることを特徴とする請求
項６〜１０のそれぞれに記載の金属性セラミック材料チ
タンシリコンカーバイド焼結体の製造方法。
１２．相対密度９９％以上であることを特徴とする請求
項６〜１０のそれぞれに記載の金属性セラミック材料チ
タンシリコンカーバイド焼結体の製造方法。[Means for Solving the Problems] 1. Titanium carbide (TiC)
A metallic ceramic material titanium silicon carbide sintered body, characterized in that the content is 7 wt% or less. 2. A metallic ceramic material titanium silicon carbide sintered body, characterized in that the content of titanium carbide (TiC) is 1 wt% or less. 3. 3. The metallic ceramic material titanium silicon carbide sintered body according to 1 or 2, which is obtained by pulse current pressure sintering. 4. The above 1 characterized by a relative density of 97% or more
3 to 3, each of the metallic ceramic material titanium silicon carbide sintered body. 5. The above 1 characterized in that the relative density is 99% or more.
3 to 3, each of the metallic ceramic material titanium silicon carbide sintered body. 6. Titanium (Ti), Silicon (Si), Titanium Carbide (Ti
A method for producing a sintered body of metallic ceramic material titanium silicon carbide, which comprises subjecting the mixed powder of C) to pulse current pressure sintering. 7. Sintering temperature 1200 to 1350 ° C, sintering time 3 minutes to
The method for producing a titanium silicon carbide sintered body according to the above 6, wherein the metallic ceramic material titanium silicon carbide is synthesized by a solid phase reaction in 120 minutes. 8. 7. Manufacture of a sintered body of metallic ceramic material titanium silicon carbide according to the above 6, characterized in that titanium silicon carbide is synthesized by a solid-phase reaction at a sintering temperature of 1250 to 1350 ° C. and a sintering time of 15 minutes to 60 minutes. Law. 9. 9. The method for producing a metal-ceramic-material-titanium-silicon-carbide-sintered-body according to each of 6 to 8 above, wherein the content of titanium carbide (TiC) in the structure after sintering is 7 wt% or less. 10. The method for producing a metallic ceramic material titanium silicon carbide sintered body according to each of 6 to 8 above, wherein the content of titanium carbide (TiC) in the structure after sintering is 1 wt% or less. 11. The method for producing a metallic ceramic material titanium silicon carbide sintered body according to each of claims 6 to 10, wherein the relative density is 97% or more. 12. The method for producing a metallic ceramic material titanium silicon carbide sintered body according to each of claims 6 to 10, wherein the relative density is 99% or more.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】本発明者は今までにない製造経路
を勘案し、チタン（Ti）、シリコン（Si）、炭化チタン
（TiC）の粉末を混合し、パルス通電加圧焼結方法によ
って、短時間で緻密かつ高純度の金属性セラッミク材料
であるチタンシリコンカーバイド焼結体（Ti3SiC2）を
製造する方法を見出した。これによって得られたチタン
シリコンカーバイド焼結体の組織には、炭化チタン（Ti
C）含有量が７ｗｔ％以下、さらには１ｗｔ％以下であ
り、また相対密度が９７％以上、さらには９９％以上で
ある均一な組織の優れた特性を有するチタンシリコンカ
ーバイド焼結体が得られる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventor considers a manufacturing route that has never existed before, mixes powders of titanium (Ti), silicon (Si), and titanium carbide (TiC), and uses a pulse current pressure sintering method. Have found a method for producing a titanium silicon carbide sintered body (Ti 3 SiC 2 ) which is a dense and highly pure metallic ceramic material in a short time. The structure of the titanium-silicon-carbide sintered body obtained by this is the titanium carbide (Ti
C) It is possible to obtain a titanium silicon carbide sintered body having excellent characteristics of a uniform structure having a content of 7 wt% or less, further 1 wt% or less, and a relative density of 97% or more, further 99% or more. .
【０００８】本発明の製造方法は、まず原料として用い
られるチタン粉末、シリコン粉末および炭化チタン粉末
をアルゴン雰囲気の容器で混合する。この混合時間には
特に制限はなく、通常１〜５０時間程度混合する。これ
らの粉末は、目的とするチタンシリコンカーバイド（Ti
3SiC2）の単一相になるように配合する。この混合粉末
をグラファイトダイスに装入して、パルス通電加圧焼結
装置によって固化成形する。焼結は真空において実施
し、焼結温度は１２００°Ｃから１４００°Ｃの範囲で
行う。焼結温度は１２００°Ｃ未満では焼結が十分でな
く、未反応の炭化チタン（TiC）が多量（７ｗｔ％を超
える量）に存在するので好ましくない。また、焼結温度
が１４００°Ｃを超えると結晶粒が粗大化し、エネルギ
ーの消費量も増すので無駄である。より好ましい焼結温
度は、焼結温度１２５０〜１３５０°Ｃである。In the manufacturing method of the present invention, first, titanium powder, silicon powder and titanium carbide powder used as raw materials are mixed in a container in an argon atmosphere. The mixing time is not particularly limited and is usually about 1 to 50 hours. These powders are used for the target titanium silicon carbide (Ti
3 SiC 2 ) to be a single phase. This mixed powder is charged into a graphite die and solidified by a pulse current pressure sintering device. Sintering is carried out in vacuum and the sintering temperature is in the range of 1200 ° C to 1400 ° C. If the sintering temperature is less than 1200 ° C, the sintering is not sufficient and unreacted titanium carbide (TiC) is present in a large amount (exceeding 7 wt%), which is not preferable. Further, if the sintering temperature exceeds 1400 ° C, the crystal grains become coarse and the energy consumption increases, which is wasteful. A more preferable sintering temperature is 1250 to 1350 ° C.
【０００９】前記焼結温度での保持時間は３分から１２
０分間とする。焼結保持時間は焼結温度との関係で決定
するが、３分未満であると、焼結反応が十分でなく、ま
た１２０分間を超えると結晶粒が粗大化するので好まし
くない。そして、より好ましい焼結時間は１５分〜６０
分の範囲である。焼結の際、油圧によって２０〜１００
ＭＰａの圧力を加える。以上の工程によって、相対密度
９７％以上、さらには９９％以上のチタンシリコンカー
バイドが得られる。２０ＭＰａ未満では、緻密なチタン
シリコンカーバイド組織が得られ難い。また、１００Ｍ
Ｐａを超える圧力を加えても密度の向上はなく、それ以
上の加圧は無駄である。このように、焼結体中の炭化チ
タン（TiC）含有量が７ｗｔ％以下となったのは、原料
成分の原子配合比を最適に調整できたこと、及び前記炭
化チタン（TiC）の粉末を使用することによって、反応
のプロセスが変化し、焼結体中の残留TiCの量がかえっ
て低くなったと考えられ、予想外の良好な結果が得られ
た。The holding time at the sintering temperature is 3 minutes to 12 minutes.
0 minutes. The sintering holding time is determined in relation to the sintering temperature, but if it is less than 3 minutes, the sintering reaction is not sufficient, and if it exceeds 120 minutes, the crystal grains become coarse, which is not preferable. And more preferable sintering time is 15 minutes to 60 minutes.
It is in the range of minutes. 20-100 by hydraulic pressure during sintering
A pressure of MPa is applied. Through the above steps, titanium silicon carbide having a relative density of 97% or more, and further 99% or more can be obtained. If it is less than 20 MPa, it is difficult to obtain a dense titanium silicon carbide structure. Also, 100M
Even if a pressure exceeding Pa is applied, the density is not improved, and further pressurization is useless. As described above, the content of titanium carbide (TiC) in the sintered body was 7 wt% or less because the atomic composition ratio of the raw material components could be optimally adjusted, and the titanium carbide (TiC) powder was It was considered that the use changed the reaction process and the amount of residual TiC in the sintered body became rather low, and unexpectedly good results were obtained.
【００１０】[0010]
【実施例及び比較例】次に、実施例により本発明をさら
に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなん
ら限定されるものではない。すなわち、本発明の技術思
想の範囲で、本実施例以外の態様あるいは変形を全て包
含するものである。EXAMPLES AND COMPARATIVE EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail by way of examples, which should not be construed as limiting the invention thereto. That is, it includes all aspects or modifications other than the present embodiment within the scope of the technical idea of the present invention.
【００１１】（実施例１）まず原料として用いられるチ
タン（Ti）粉末２８．６ａｔ％、シリコン（Si）粉末２
８．６ａｔ％および炭化チタン（TiC）粉末４２．８ａ
ｔ％をアルゴン雰囲気の容器で２４時間を混合した。こ
れらの粉末は、目的とするチタンシリコンカーバイド
（Ti3SiC2）の単一相になるように比率を調整して、す
なわちTi：Si：TiC＝２：２：３（Ti：Si：C＝５：２：
３）となるように配合したものである。この混合粉末を
グラファイトダイスに装入して、パルス通電加圧焼結装
置によって焼結した。焼結は真空において実施し、焼結
温度１２２５°Ｃ、１２５０℃、１２７５°Ｃ、１３０
０°Ｃ、１３２５°Ｃの５段階の範囲で、それぞれ１５
分間の焼結を実施した。この結果を表１及び図１に示
す。表１及び図１から明らかなように、相対密度がいず
れも９７％以上であり、１２７５°Ｃ以上では９９％以
上の相対密度が得られる。また、性質劣化の原因となる
残留炭化チタン（TiC）相の量はいずれの場合も７ｗｔ
％以下であり、良好な結果となる。特に、１３００°Ｃ
の焼結温度では１ｗｔ％以下となり、最も特性に優れた
チタンシリコンカーバイド（Ti3SiC 2）金属性セラミッ
ク焼結体が得られた。Example 1 First, the chi used as a raw material
Tan (Ti) powder 28.6 at%, silicon (Si) powder 2
8.6 at% and titanium carbide (TiC) powder 42.8a
t% was mixed in a container under an argon atmosphere for 24 hours. This
These powders are the target titanium silicon carbide.
(Ti3SiC2) Adjust the ratio so that it becomes a single phase of
That is, Ti: Si: TiC = 2: 2: 3 (Ti: Si: C = 5: 2:
3) to be blended. This mixed powder
Insert into a graphite die and apply pulse current pressure sintering equipment.
And sintered. Sintering is performed in vacuum and sintering
Temperature 1225 ° C, 1250 ° C, 1275 ° C, 130
15 degrees in each of 5 stages of 0 ° C and 1325 ° C
Minute sintering was performed. The results are shown in Table 1 and FIG.
You As is clear from Table 1 and FIG.
These are 97% or more, and 99% or more at 1275 ° C or more.
The above relative density is obtained. It also causes property deterioration.
The amount of residual titanium carbide (TiC) phase is 7 wt in each case
% Or less, which is a good result. Especially 1300 ° C
The sintering temperature was less than 1wt%, which was the most excellent
Titanium Silicon Carbide (Ti3SiC 2) Metallic ceramic
A sintered body was obtained.
【００１２】また、同様の混合粉末について、最適焼結
温度と考えられる１３００°Ｃに設定し、焼結時間８分
間、１５分間、３０分間、６０分間、１２０分間、２４
０分間の６段階に分けて焼結を実施した。焼結の際、油
圧によって５０ＭＰａの圧力を加えた。この結果を表２
及び図２に示す。表２及び図２に示す通り、いずれの焼
結体も相対密度９９％以上のものが得られた。また、性
質劣化の原因となる残留炭化チタン（TiC）相の量はい
ずれの場合も２ｗｔ％以下であり、優れた特性のチタン
シリコンカーバイド（Ti3SiC2）金属性セラミック焼結
体が得られた。With respect to the same mixed powder, the optimum sintering temperature is set to 1300 ° C. and the sintering time is 8 minutes, 15 minutes, 30 minutes, 60 minutes, 120 minutes, 24 minutes.
Sintering was performed in 6 stages of 0 minutes. During the sintering, a pressure of 50 MPa was applied by hydraulic pressure. The results are shown in Table 2.
And shown in FIG. As shown in Table 2 and FIG. 2, each sintered body had a relative density of 99% or more. In addition, the amount of residual titanium carbide (TiC) phase that causes property deterioration is 2 wt% or less in any case, and a titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) metallic ceramic sintered body with excellent characteristics can be obtained. It was
【００１３】[0013]
【表１】 [Table 1]
【００１４】[0014]
【表２】 [Table 2]
【００１５】焼結成形した金属性セラミック材料チタン
シリコンカーバイド焼結体の相組成をＸ線回折で分析
し、顕微鏡によるミクロ組織観察特性を調べた。図３は
焼結温度１３００°Ｃ、１５分間焼結した金属性セラミ
ック材料チタンシリコンカーバイド焼結体のＸ線回折パ
ターンを示す。焼結体の中にほぼ単一な金属性セラッミ
ク材料であるチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）相
になっていることが分かる。回折角度２θが４１.８度
にあるTiCのメインピークが殆ど示されていなく、Ｘ線
回折結果から計算すると、約０.８ｗｔ％になっている
ことが分かる。The phase composition of the sintered metal-ceramic material titanium silicon carbide sintered body was analyzed by X-ray diffraction, and the microstructure observation characteristics by a microscope were examined. FIG. 3 shows an X-ray diffraction pattern of a metallic ceramic material titanium silicon carbide sintered body sintered at a sintering temperature of 1300 ° C. for 15 minutes. It can be seen that the sintered body has a titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) phase, which is an almost single metallic ceramic material. The main peak of TiC at a diffraction angle 2θ of 41.8 degrees is hardly shown, and it is found from the result of X-ray diffraction that it is about 0.8 wt%.
【００１６】（比較例１）比較のために、従来技術であ
るTi粉、Si粉及びC粉を用いて、Ti：Si：C＝３：１：２
となるように配合し、実施例１と同様に混合した。そし
て、この混合粉末をグラファイトダイスに装入し、パル
ス通電加圧焼結装置により、真空下、焼結温度１３００
°Ｃで１５分間の焼結を実施した。反応は次の式で進
む。
３Ti+Si+２C→Ti3SiC2
これによってチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）を
得たが、該チタンシリコンカーバイド中に炭化チタン
（TiC）が多量に含有されており、Ｘ線回折分析によ
り、その含有量は３５ｗｔ％に達した。このような炭化
チタン（TiC）相の残留は、チタンシリコンカーバイド
の性質を著しく劣化させるものである。Comparative Example 1 For comparison, Ti: Si: C = 3: 1: 2 was used by using Ti powder, Si powder and C powder which are conventional techniques.
And mixed in the same manner as in Example 1. Then, this mixed powder is charged into a graphite die, and a sintering temperature of 1300 is obtained under vacuum by a pulse current pressure sintering device.
Sintering was carried out for 15 minutes at ° C. The reaction proceeds according to the following formula. 3Ti + Si + 2C → Ti 3 SiC 2 By this, titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) was obtained. However, a large amount of titanium carbide (TiC) was contained in the titanium silicon carbide. , Its content reached 35 wt%. Such residual titanium carbide (TiC) phase significantly deteriorates the properties of titanium silicon carbide.
【００１７】（比較例２）比較のために、従来技術であ
るTi粉、SiC粉及びC粉を用いて、Ti：SiC：C＝３：１：
１（Ti：Si：C＝３：１：２）となるように配合し、実
施例１と同様に混合し、この混合粉末をグラファイトダ
イスに装入して、パルス通電加圧焼結装置により、真空
下、焼結温度１３００°Ｃで１５分間の焼結を実施し
た。反応は次の式で進む。
３Ti+SiC+C→Ti3SiC2
これによってチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）を
得たが、該チタンシリコンカーバイド中に炭化チタン
（TiC）が多量に含有されており、Ｘ線回折分析によ
り、その含有量は３３ｗｔ％に達した。このような炭化
チタン（TiC）相の残留は、比較例１と同様にチタンシ
リコンカーバイドの性質を著しく劣化させるものであ
る。(Comparative Example 2) For comparison, Ti: SiC: C = 3: 1: using conventional Ti powder, SiC powder and C powder.
1 (Ti: Si: C = 3: 1: 2) and mixed in the same manner as in Example 1, charged with this mixed powder in a graphite die, and subjected to a pulse current pressure sintering device. Sintering was performed under vacuum at a sintering temperature of 1300 ° C. for 15 minutes. The reaction proceeds according to the following formula. 3Ti + SiC + C → Ti 3 SiC 2 By this, titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) was obtained. The titanium silicon carbide contained a large amount of titanium carbide (TiC), and it was confirmed by X-ray diffraction analysis. , Its content reached 33 wt%. The residual titanium carbide (TiC) phase significantly deteriorates the properties of titanium silicon carbide as in Comparative Example 1.
【００１８】（比較例３）比較のために、従来技術であ
るTi粉、Si粉及びC粉を用いて、実施例１と同様な原子
比の成分、すなわちTi：Si：C＝５：２：３となるよう
に配合してから混合し、この混合粉末をグラファイトダ
イスに装入して、パルス通電加圧焼結装置により、真空
下、焼結温度１３００°Ｃで１５分間の焼結を実施し
た。これによってチタンシリコンカーバイド（Ti3Si
C2）を得たが、該チタンシリコンカーバイド中に炭化チ
タン（TiC）が多量に含有されており、Ｘ線回折分析に
より、その含有量は９ｗｔ％に達した。標準成分配合の
比較例１に比べ、大分純度が上がっているが、このよう
な炭化チタン（TiC）相の残留はまた高い。(Comparative Example 3) For comparison, using Ti powder, Si powder and C powder which are conventional techniques, the components having the same atomic ratio as in Example 1, ie, Ti: Si: C = 5: 2. : 3 and mixed, and then this mixed powder is charged into a graphite die and sintered under a vacuum at a sintering temperature of 1300 ° C for 15 minutes by a pulse current pressure sintering device. Carried out. As a result, titanium silicon carbide (Ti 3 Si
C 2 ) was obtained, but a large amount of titanium carbide (TiC) was contained in the titanium silicon carbide, and the content thereof reached 9 wt% by X-ray diffraction analysis. Compared with Comparative Example 1 containing the standard components, the purity is largely increased, but the residual titanium carbide (TiC) phase is also high.
【００１９】（比較例４）比較のために、従来技術であ
るTi粉、SiC粉及びC粉を用いて、実施例１と同様な原子
比の成分、すなわちTi：SiC：C＝５：２：１（Ti：Si：
C＝５：２：３）となるように配合してから混合し、こ
の混合粉末をグラファイトダイスに装入して、パルス通
電加圧焼結装置により、真空下、焼結温度１３００°Ｃ
で１５分間の焼結を実施した。これによってチタンシリ
コンカーバイド（Ti3SiC2）を得たが、該チタンシリコ
ンカーバイド中に炭化チタン（TiC）が多量に含有され
ており、Ｘ線回折分析により、その含有量は９ｗｔ％に
達した。標準成分配合の比較例２に比べ、大分純度が上
がっているが、このような炭化チタン（TiC）相の残留
はまた高い。(Comparative Example 4) For comparison, using Ti powder, SiC powder and C powder, which are conventional techniques, the same atomic ratio components as in Example 1, namely, Ti: SiC: C = 5: 2. : 1 (Ti: Si:
C = 5: 2: 3) and then mixed, and the mixed powder is charged into a graphite die and sintered by a pulse current pressure and pressure sintering device under vacuum at a sintering temperature of 1300 ° C.
The sintering was carried out for 15 minutes. As a result, titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) was obtained, and the titanium silicon carbide contained a large amount of titanium carbide (TiC), and its content reached 9 wt% by X-ray diffraction analysis. . Compared to Comparative Example 2 containing the standard components, the purity is largely improved, but the residual titanium carbide (TiC) phase is also high.
【００２０】[0020]
【発明の効果】本発明は、金属性セラミック材料チタン
シリコンカーバイド焼結体の中に残留炭化チタン（Ti
C）相の発生を抑制して均質化による特性の向上を図る
とともに、エネルギー多消費型の製造法から、より低
温、短時間での合成法を確立することができ、かつパル
ス通電加圧焼結方法により短時間で合成することができ
るという優れた特性を持つチタンシリコンカーバイド焼
結体及びその製造方法が得られる。このようにして得た
焼結体は軽量耐熱材料として極めて有用である。INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, the residual titanium carbide (Ti
C) It is possible to suppress the generation of phases and improve the characteristics by homogenization, and from the energy-intensive manufacturing method, it is possible to establish a synthesis method at a lower temperature and in a shorter time. It is possible to obtain a titanium silicon carbide sintered body having a superior property that it can be synthesized in a short time by the binding method and a method for producing the same. The sintered body thus obtained is extremely useful as a lightweight heat resistant material.
【図１】１５分間で、各種焼結温度で得られたチタンシ
リコンカーバイド焼結体の密度の温度依存性を示す図で
ある。FIG. 1 is a diagram showing the temperature dependence of the density of a titanium silicon carbide sintered body obtained at various sintering temperatures for 15 minutes.
【図２】焼結温度１３００°Ｃで、各種焼結時間で得ら
れたチタンシリコンカーバイド焼結体における残留炭化
チタン（TiC）相の発生量と密度の推移を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing changes in the generation amount and density of residual titanium carbide (TiC) phase in a titanium silicon carbide sintered body obtained at various sintering times at a sintering temperature of 1300 ° C.
【図３】１３００°Ｃの焼結温度において、１５分間焼
結した金属性セラミック材料チタンシリコンカーバイド
焼結体のＸ線回折パターンを示す図である。FIG. 3 is a view showing an X-ray diffraction pattern of a metallic ceramic material titanium silicon carbide sintered body that was sintered for 15 minutes at a sintering temperature of 1300 ° C.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 利彦 宮城県仙台市宮城野区苦竹４丁目２番１号 産業技術総合研究所 東北センター内 (72)発明者 橋本 等 宮城県仙台市宮城野区苦竹４丁目２番１号 産業技術総合研究所 東北センター内 Ｆターム(参考） 4G001 BA25 BA61 BB21 BC41 BC46 BC52 BC55 BC62 BD01 BD04 BD22 BD37 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Toshihiko Abe 4-2-1 Gotake, Miyagino-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture AIST Tohoku Center (72) Inventor Hashimoto et al. 4-2-1 Gotake, Miyagino-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture AIST Tohoku Center F-term (reference) 4G001 BA25 BA61 BB21 BC41 BC46 BC52 BC55 BC62 BD01 BD04 BD22 BD37
Claims (12)
下であることを特徴とするチタンシリコンカーバイド
（Ti3SiC2）金属性セラミック焼結体。1. A titanium-silicon-carbide (Ti 3 SiC 2 ) metallic ceramic sintered body, characterized in that the content of titanium carbide (TiC) is 7 wt% or less.
下であることを特徴とするチタンシリコンカーバイド
（Ti3SiC2）金属性セラミック焼結体。2. A titanium-silicon-carbide (Ti 3 SiC 2 ) metallic ceramic sintered body, characterized in that the titanium carbide (TiC) content is 1 wt% or less.
項１又は２記載の金属性セラミック焼結体。3. The metallic ceramic sintered body according to claim 1, which is obtained by pulse current pressure sintering.
する請求項１〜３のそれぞれに記載の金属性セラミック
焼結体。4. The metallic ceramic sintered body according to each of claims 1 to 3, which has a relative density of 97% or more.
する請求項１〜３のそれぞれに記載の金属性セラミック
焼結体。5. The metallic ceramic sintered body according to each of claims 1 to 3, which has a relative density of 99% or more.
タン（TiC）の混合粉末をパルス通電加圧焼結すること
を特徴とするチタンシリコンカーバイド（Ti 3SiC2）金
属性セラミック焼結体の製造法。6. Titanium (Ti), silicon (Si), carbonized carbon
Pulse current pressure sintering of mixed powder of tan (TiC)
Titanium Silicon Carbide (Ti 3SiC2)Money
Attribute Ceramic sintered body manufacturing method.
時間３分〜１２０分で、固相反応により金属性セラミッ
クを合成することを特徴とする請求項６記載の金属性セ
ラミック焼結体の製造法。7. The metallic ceramic sintered body according to claim 6, wherein the metallic ceramic is synthesized by a solid phase reaction at a sintering temperature of 1200 to 1400 ° C. and a sintering time of 3 minutes to 120 minutes. Manufacturing method.
時間１５分〜６０分で、固相反応により金属性セラミッ
クを合成することを特徴とする請求項６記載の金属性セ
ラミック焼結体の製造法。8. The metallic ceramic sintered body according to claim 6, wherein the metallic ceramic is synthesized by a solid phase reaction at a sintering temperature of 1250 to 1350 ° C. and a sintering time of 15 minutes to 60 minutes. Manufacturing method.
中、炭化チタン（TiC）含有量が７ｗｔ％以下であるこ
とを特徴とする請求項６〜８のそれぞれに記載の金属性
セラミック焼結体の製造法。9. The sintered metal ceramic material according to claim 6, wherein the content of titanium carbide (TiC) in the structure of the sintered metal ceramic material is 7 wt% or less. Body manufacturing method.
中、炭化チタン（TiC）含有量が１ｗｔ％以下であるこ
とを特徴とする請求項６〜８のそれぞれに記載の金属性
セラミック焼結体の製造法。10. The sintered metal ceramic material according to claim 6, wherein the content of titanium carbide (TiC) in the structure of the sintered metal ceramic material is 1 wt% or less. Body manufacturing method.
とする請求項６〜１０のそれぞれに記載の金属性セラミ
ック焼結体の製造方法。11. The method for producing a metallic ceramic sintered body according to claim 6, wherein the relative density is 97% or more.
とする請求項６〜１０のそれぞれに記載の金属性セラミ
ック焼結体の製造方法。12. The method for producing a metallic ceramic sintered body according to each of claims 6 to 10, wherein the relative density is 99% or more.
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Cited By (7)
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| EP1456149A1 (en) * | 2001-12-18 | 2004-09-15 | Ansell Healthcare Products Inc. | Carbide and nitride ternary ceramic glove and condom formers |
| EP1456149A4 (en) * | 2001-12-18 | 2007-12-12 | Ansell Healthcare Prod Llc | Carbide and nitride ternary ceramic glove and condom formers |
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| JP2011068538A (en) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Method for producing titanium silicon carbide ceramic |
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