JP2003252682A

JP2003252682A - 窒化チタン質焼結体の焼成方法

Info

Publication number: JP2003252682A
Application number: JP2002052421A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nakasuga; 実中須賀; Kazuhide Kusano; 一英草野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で繰り返し使用できる窒化チタン質焼結体
の焼成容器を得る。【解決手段】全量中酸化アルミニウムを８０重量％以上
含む分割可能な容器に納めることにより、美しい色調の
窒化チタン質焼結体を得ることが可能となり、焼成容器
の調達コストや管理コストを抑え、作業性を向上させる
ことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に装飾部材用窒
化チタン質焼結体の焼成方法に関するものであり、焼結
体の色調を安定させ、焼成時に焼結体の表面に変質相が
生じることを防ぐ方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】窒化チタン質焼結体は鏡面加工を施すこ
とにより美しい金色を呈し、硬くて傷がつきにくく使用
中の変色もほとんど無いため、従来から時計部品や釣り
具等の装飾用部材として用いられてきた。

【０００３】例えば、特開１９９３−３１１３１１、特
開１９９３−４３９６６等には、時計用のケースや駒、
ペンダント、ボタン、ネックレス等の装飾用部材として
の利用方法が記載されている。また、窒化チタン質焼結
体は、金属系の金色部材とは異なり使用者に金属アレル
ギーが発生しにくいことも、装飾用部材として用いられ
る利点である。

【０００４】ところが、窒化チタンは単体では難焼結性
の材料であるため、窒化チタンを主成分として各種の焼
結助剤を含有させることにより焼結性の改善が図られて
きた。例えば、特開平３−６８７３８には窒化チタンに
Ｙ２Ｏ３あるいは希土類元素酸化物から選ばれる少なく
とも一種を０．０５乃至２０重量％の割合で含有するこ
とを特徴とする硬質焼結合金が紹介されている。また、
特開平５−３１１３１１にはクロムを含む周期律表第６
ａ族元素が全量中１０〜３０重量％含まれる焼結合金が
紹介されている。

【０００５】これらの窒化チタン質焼結体は、一般的
に、次の工程を経て製造されることになる。第一に、原
料を調合した後ミルに投入し、溶媒と共に所定の粒度と
なるまで粉砕混合を行い、粉砕終了後にバインダーを加
えスラリー状態にする。第二に、スラリー状態の原料を
スプレードライにより顆粒状の粉末とする。第三に、粉
末原料を金型に充填し加圧することにより、所定の形状
に成形する。第四に、この成形体を容器に納め、真空雰
囲気中で脱バインダー処理を施した後、真空雰囲気中か
不活性ガス雰囲気中にて焼成を行う。この成形体を納め
る容器の材質として、従来は同系統の材質である窒化
チタン製容器や、モリブデン製容器や、カーボンにセラ
ミックコーティング等の表面処理を施した容器等が利用
されてきた。例えば、図４はモリブデン製容器の断面図
を示したものであり、窒化チタン質焼結体４はモリブデ
ン製容器６に納められ、モリブデン製フタ５で閉じられ
ている。また、図５はカーボン容器の母材７にセラミッ
クのコーティング８が施された焼成容器に窒化チタン質
焼結体４が納められた場合の断面図である。成形体をこ
れらの容器に納めた状態で焼成する目的は、焼成時に炉
材のカーボンと窒化チタンが反応し製品に変色や変形が
生じることを防止する為である。容器内においては、容
器外と比較しカーボン雰囲気が弱く、製品の窒化チタン
からわずかに窒素等の組成成分が放出され、焼結に適し
た雰囲気が形成されるのである。また、真空炉内に窒素
ガスを充填して焼結体の色調を安定させる方法もあっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら用いられてきた窒化チタン製容器は高価であり耐久性
や強度に問題があった。モリブデン製容器は高価である
点や、窒化チタンがモリブデンに固溶するため製品が変
色する問題があった。カーボンのセラミックコーティン
グ容器は、焼結後の製品がコーティング面を傷つけるた
め耐久性に欠ける問題があった。更に、作業者の取り扱
い方によりコーティング面に母材のカーボンが付着する
場合もあり、再使用した時に窒化チタンと付着したカー
ボンが反応し製品が変色するという問題点があった。更
に、これらの変色や変質層が発生すると製品形状も変形
してしまう場合が多いため、加工時の研削代を多く見積
もって成形する必要がありコストや納期の面から問題と
なっていた。また、真空炉内に窒素ガスを充填し窒素雰
囲気中で焼成する方法では、製品の色調は安定するが、
窒素ガスが炉材に吸着するため、同じ焼成炉で他材質の
製品を焼成する時、吸着したガスが炉内に放出され、他
材質の製品と反応し悪影響を及ぼすことがあった。この
方法では、焼成炉を窒化系素質焼結体の専用炉として使
用することになり、設備使用上の融通性が低下するとい
う問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明は酸化アルミニウムを８０重量％以上含む焼
結体からなり、底板と側壁と天板とに分割可能な容器を
用い、この容器内に窒化チタンを４０重量％以上含有す
る成形体を納めて、１Ｐａ以下の真空雰囲気で焼成する
ことを特徴とする。また本発明は、該底板と該側壁と該
天板はそれぞれ分割可能な構造であることを特徴とす
る。該容器において、天板と側壁と底板の互いに接触す
る面の中心線平均粗さＲａが０．３μｍ以上、５．０μ
ｍ以下であることを特徴とする。該容器内で焼成される
製品の焼結後の全体積が、該容器の内容積と比較し０．
２％以上となることを特徴とする窒化チタン質焼結体の
焼成方法を提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【０００９】図１は本発明による窒化チタン質焼結体の
焼成方法を説明した図である。１は底板であり、２は側
壁であり、３は天板であり、４は窒化チタン質焼結体で
ある。底板１と側壁２と天板３は分割可能となってお
り、更に側壁２は二分割される構造である。容器を構成
するこれらの部材が分割できるようにする利点として、
容器の長寿命化とそれにともなうコストメリットや製品
を容器に詰める時の作業性が良い点にある。例えば、酸
化アルミニウム製の容器で底板と側壁を一体形成する
と、焼成時の膨張・収縮時に容器が割れやすくなるため
寿命が短かかったが、これらを単純形状部品に分割形成
することにより耐久性が向上する。また仮に側壁が割れ
た際は残った底板と天板に他の側壁を組み合わせること
により有効活用することができ、容器の補充コストも低
減することができる。更に、図２のように容器の底板
１、側壁２を細かく分割することにより各部品の寿命が
長くなるとともに、製品を容器に入れるとき一体形成品
と比較して作業的な自由度が高くなる。また図３のよう
に、底板１、天板３を更に分割した構造とすることもで
きる。例えば、製品が花瓶や胸像のように大型の磁器で
あれば容器に収める時または容器から出す時、側壁は着
脱可能である方が作業性はよいことが判る。また、製品
が時計部品やイヤリング等のような比較的小型の装飾用
部品でもこの分割方式が同様に有効であることは言うま
でもない。更に大型の容器を作製する場合においても分
割方式にする事により、容器の素材を小型化することが
可能になるため容器の製造コストを下げることができ
る。

【００１０】また、容器をなす底板１、側壁２、天板３
は全て酸化アルミニウムが８０重量％以上含まれる材質
からなっている。容器の材質を酸化アルミニウムとした
のは安価で耐久性があり窒化チタンとの反応性が低いた
めである。ここで酸化アルミニウムを全量中８０重量％
以上としたのは、例えば、酸化マグネシウムや酸化珪素
や酸化カルシウム等の焼結助剤が多くなると、使用中に
容器が熱で変形し寿命が短くなるためである。また、
天板３と側壁２と底板１が互いに接触する面の中心線平
均粗さＲａは０．３μｍ以上、５．０μｍ以下とするこ
とが好ましい。これは中心線平均粗さが０．２μｍ未満
になると酸化アルミニウム磁器の表面が鏡面状態にな
り、底板と側壁と天板の接触部における気密性が高くな
りすぎるためである。実際に製品を製造する際には焼成
工程における真空引きの時、容器内から空気が確実に排
気される必要があり適度な隙間が必要となるため中心線
平均粗さＲａは０．３μｍ以上であることが望ましい。
例えば、容器内からの排気が円滑に行われないと、炉内
と容器内の圧力差により容器内の空気が接触面から突発
的に吹き出し、側壁や天板がずれる原因になるためであ
る。また、これらの容器は炉内で積み重ねて設置される
場合があるため下段の容器の接触面には大きな荷重が加
わり、容器内からの排気が更に困難となり、圧力差によ
り容器が破損する場合もある。次に中心線平均粗さを
５．０μｍ以下としたのは、底板１と側壁２と天板３の
隙間が大きすぎると炉内の雰囲気が容器内に侵入し製品
の色調を低下させる原因となるためである。中心線平均
粗さＲａを調整するには接触面を加工する際、適当な砥
石や砥粒の番定を選択すればよい。例えば、ＧＣラップ
盤を使用する場合は２０００〜３０００番のＧＣ砥粒を
選択することにより、底板１、側壁２、天板３の互いに
接触する面の中心線平均粗さＲａを１μｍ前後にするこ
とができる。

【００１１】また、容器内で焼成される窒化チタン質焼
結体の焼結後の全体積は、該容器の内容積の０．２％以
上とすることが望ましい。これは内容積と比較して焼結
体の量が少なすぎると焼成時に焼結体から放出される組
成成分による容器内の雰囲気形成が不十分となり、炉内
雰囲気が焼結体の色調を低下させるためである。

【００１２】本発明の窒化チタン質焼結体は、窒化チタ
ンの含まれる割合を全量中４０重量％以上とするが、こ
れは窒化チタンが４０重量％未満になると金色が薄くな
り金色部材としての装飾的価値が低下するためである。
焼結体に含まれる他の含有成分としてはクロム、モリブ
デン、ニッケル、チタンやそれらの炭化物、窒化物等が
あり、相互作用により様々な発色を呈する。例えば、窒
化チタンを全量中４０〜１００重量％、炭化クロムを全
量中３〜１０重量％、モリブデンを全量中３〜２０重量
％、ニッケルを全量中５〜２５重量％、酸化チタンを全
量中０〜３０重量％、窒化ジルコニウムを全量中０〜２
０重量％の範囲で調合し、本発明による焼成容器に製品
を納め、１Ｐａ以下の真空雰囲気にて１３５０℃〜１８
００℃の範囲で焼成する事により、美しい色調の金色を
呈する装飾用部材を作製することができる。ここで、窒
化チタン以外の添加剤は、窒化チタン質焼結体の強度、
硬度、耐食性、色調等を所望の状態となるように調合す
ることが望ましい。また、窒化チタンは大気雰囲気で焼
成すると約４００℃から大気中の酸素と反応が始まり８
００℃付近で急激に反応が進み組成が変化するため少な
くとも１Ｐａ以下の真空雰囲気で焼成することが望まし
い。真空度を１Ｐａ以下としたのは炉材や製品の表面に
吸着した原子や分子が昇温中に放出され真空度が低下す
ることを考慮したためである。実際に製造する時は上記
の事情を考慮し室温で炉内が０．１Ｐａ以下の真空状態
にした後に昇温を開始することが望ましい。また、炉材
や製品からの放出ガスが多く昇温中に真空度が急激に悪
化するような場合には、窒化チタンの酸化温度以下で数
時間の中間キープ温度を設定する方法や４００℃〜８０
０℃の昇温カーブを緩やかにする方法により放出ガスを
排気し真空度を保ち窒化チタンの酸化を防ぐことができ
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１４】本実施例において使用した窒化チタン質焼
結体は、全量中窒化チタンが８８重量％、炭化クロムが
５重量％、ニッケルが７重量％の割合で調合した。製品
の製造方法は、原料を前述の割合で調合しミルで粉砕混
合しスラリー状態とした後、スプレードライにより粉体
原料を作製し、粉体原料をメカプレス法により成形体と
なし、成形体を本発明による容器にセットした後、真空
脱脂炉で成形体に含まれるバインダーを除去し、真空炉
で０．１Ｐａ以下まで真空引きした状態から昇温を開始
し、最高温度を１３５０℃〜１４００℃として製品を焼
結させた。製品は釣り竿の糸の案内部に用いられるリン
グである。また容器は全量中酸化アルミニウムが約９７
重量％のものを使用した。容器の形状は図３のように底
板１と天板３が２分割でき側壁２は円筒形状のものを使
用した。この形状は、底板１と天板３の面積が大きく焼
成時に容器が割れやすい場合に有効である。また、底板
３と側壁２と天板１の接触面の表面粗さＲａは、０．８
〜２．０μｍのものを使用した。また、製品を容器に収
める作業の注意点として、製品と容器の付着を防ぐため
に酸化アルミニウム製の敷き粉を底板に散布する際、敷
き粉が底板１と側壁２の接触面に入り込み隙間が生じな
いようにすることである。接触面に隙間が生じると、炉
内のカーボン雰囲気が容器内に侵入し製品の色調を低下
させる原因になる為である。

【００１５】本発明による焼成方法を用いることによ
り、色調が美しく容器や雰囲気との反応による磁器表面
の変質層がない窒化チタン質焼結体を得ることができ
た。また、本発明の容器を繰り返して使用した結果、表
１のように他の容器と比較して容器の破損や変形が無く
作業性にも優れていることを確認した。モリブデン製の
容器も優れた結果が得られたが、１５００℃以上の温度
帯では強度が低下し容器を重ねることが出来なくなる欠
点があり、本発明の容器がより優れていると考えられ
る。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明による窒化チタン
質焼結体の焼成方法では、全量中窒化チタンを４０重量
％以上含む焼結体を焼成する際、全量中酸化アルミニウ
ムを８０重量％以上含む分割可能な容器に納めることに
より、美しい色調の窒化チタン質焼結体を得ることが可
能となり、焼成容器の調達コストや管理コストを抑え、
作業性を向上させることが可能となる。また、色調を安
定化するため窒素ガスを真空炉内に充填する必要がな
く、焼成炉を別の材質の焼成にも使用することが可能と
なり、設備的な融通性を改善することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による窒化チタン質焼結体の焼成方法に
用いる容器を示す図である

【図２】本発明による窒化チタン質焼結体の焼成方法に
用いる容器を示す図である

【図３】本発明による窒化チタン質焼結体の焼成方法に
用いる容器を示す図である

【図４】従来の窒化チタン質焼結体の製造方法に用いる
モリブデン製容器を示す図である

【図５】従来の窒化チタン質焼結体の製造方法に用いる
カーボン容器を示す図である

【符号の説明】

１底板２側壁３天板４窒化チタン質焼結体５モリブデン製フタ６モリブデン製容器７カーボン母材８コーティング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化アルミニウムを８０重量％以上含む焼
結体からなり、底板と側壁と天板とに分割可能な容器を
用い、この容器内に窒化チタンを４０重量％以上含有す
る成形体を納めて、１Ｐａ以下の真空雰囲気で焼成する
ことを特徴とする窒化チタン質焼結体の製造方法。
【請求項２】上記底板、側壁、天板の少なくともひとつ
はさらに分割可能な構造であることを特徴とする請求項
１に記載の窒化チタン質焼結体の焼成方法。
【請求項３】上記天板、側壁、底板の互いに接触する面
の中心線平均粗さＲａが０．３μｍ以上、５．０μｍ以
下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化チタン
質焼結体の焼成方法。
【請求項４】焼結後の窒化チタン質焼結体の全体積が、
該容器の内容積に対して０．２％以上となることを特徴
とする請求項１に記載の窒化チタン質焼結体の焼成方
法。