JP2686795B2 - Titanium carbide-based composite sintered body - Google Patents

Titanium carbide-based composite sintered body

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JP2686795B2 JP63298195A JP29819588A JP2686795B2 JP 2686795 B2 JP2686795 B2 JP 2686795B2 JP 63298195 A JP63298195 A JP 63298195A JP 29819588 A JP29819588 A JP 29819588A JP 2686795 B2 JP2686795 B2 JP 2686795B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発熱体材料、切削工具材料、耐摩耗部材に
用いられ、特に、耐酸化性を向上させたチタンカーバイ
ド系複合焼結体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention is used for a heating element material, a cutting tool material, and a wear resistant member, and particularly to a titanium carbide based composite sintered body having improved oxidation resistance. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

チタンカーバイドは高強度、高硬度、高靭性、電気伝
導性などの特性が優れた材料として知られている。その
反面、耐酸化性が極めて劣っている。
Titanium carbide is known as a material having excellent properties such as high strength, high hardness, high toughness, and electrical conductivity. On the other hand, the oxidation resistance is extremely poor.

チタンカーバイドのもつ長所を生かしながら、耐酸化
性を向上させるものとして特開昭59−78973号、特開昭5
9−91685号などでチタンカーバイドとアルミナを複合化
することが開示されている。アルミナは高強度、高硬
度、耐酸化性は優れているが破壊靭性が低い材料であ
る。これは、チタンカーバイドとアルミナを複合化させ
ることにより、両者の欠点を補いあい、長所を生かすも
のである。
JP-A-59-78973 and JP-A-5-78973 are known to improve the oxidation resistance while taking advantage of the advantages of titanium carbide.
No. 9-91685 discloses that titanium carbide and alumina are compounded. Alumina is a material having high strength, high hardness, and excellent oxidation resistance, but low fracture toughness. This is to combine the drawbacks of both titanium carbide and alumina by compounding them and to take advantage of their advantages.

しかしながら、上記の複合材は耐酸化性が十分向上さ
れたとはいえないものであった。すなわち、該複合材は
酸化されるとチタン酸アルミニウムが形成されるが、こ
れは熱膨張の異方性が顕著であるため、微小クラックを
伴った酸化膜となる。該酸化膜はクラックのため酸化保
護膜とはならず、酸化が複合材内部に著しく進行する。
However, the above-mentioned composite material cannot be said to have sufficiently improved oxidation resistance. That is, when the composite material is oxidized, aluminum titanate is formed, but since the anisotropy of thermal expansion is remarkable, this becomes an oxide film accompanied by microcracks. The oxide film does not serve as an oxidation protection film due to cracks, and oxidation progresses significantly inside the composite material.

また、チタンオキシカーバイドとアルミナの複合材の
場合も、上記と同様で耐酸化性が十分でない。
Also in the case of a composite material of titanium oxycarbide and alumina, the oxidation resistance is not sufficient as in the above case.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

従来のチタンカーバイド−アルミナ複合焼結体を酸化
雰囲気で使用される発熱体や、高速で切断する切削工具
材として用いる場合、耐酸化性が要求されるが十分とは
いえなかった。
When a conventional titanium carbide-alumina composite sintered body is used as a heating element used in an oxidizing atmosphere or as a cutting tool material for cutting at high speed, oxidation resistance is required but not sufficient.

そのため該焼結体表面にアルミナをCVD法により被覆
する方法がとられてきた。しかしCVD法の被覆膜は該サ
イクルによりクラックが発生したり、はくりしたりし、
その部分から急速に酸化が進展するという問題があっ
た。
Therefore, a method of coating the surface of the sintered body with alumina by the CVD method has been adopted. However, the coating film of the CVD method may crack or peel off due to the cycle,
There is a problem that oxidation progresses rapidly from that part.

本発明は、従来法の欠点を解消すべくなされたもの
で、従来に比し、大巾に耐酸化性を向上させた新規なチ
タンカーバイド系複合焼結体を提供することにある。
The present invention has been made to solve the drawbacks of the conventional method, and an object of the present invention is to provide a novel titanium carbide-based composite sintered body having greatly improved oxidation resistance as compared with the conventional method.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

すなわち、本発明のチタンカーバイド系複合焼結体
は、チタンカーバイドおよび/またはチタンオキシカー
バイド10〜60wt%、酸化マグネシウム3〜10wt%を含有
し、残りがアルミナと不可避不純物からなる組成を有
し、酸化マグネシウムの15〜75モル%がチタン酸アルミ
ニウムに固溶した酸化保護被膜を有することを特徴とす
る。
That is, the titanium carbide-based composite sintered body of the present invention has a composition containing 10 to 60 wt% of titanium carbide and / or titanium oxycarbide and 3 to 10 wt% of magnesium oxide, and the balance of alumina and inevitable impurities. It is characterized in that 15 to 75 mol% of magnesium oxide has an oxidation protection film formed as a solid solution in aluminum titanate.

ここでチタンカーバイドおよび/またはチタンオキシ
カーバイドが10重量%より少ないと得られる焼結体の破
壊靭性、電気伝導性、硬度が小さくなり、60重量%を超
えると高密度のものとはならず、耐酸化性が劣るので好
ましくない。
Here, when the titanium carbide and / or titanium oxycarbide is less than 10% by weight, the fracture toughness, electric conductivity, and hardness of the obtained sintered body become small, and when it exceeds 60% by weight, a high density is not obtained. It is not preferable because it has poor oxidation resistance.

酸化マグネシウムが3重量%より少ないと、形成する
チタン酸アルミニウムに固溶する酸化マグネシウム量が
少なくなり、微小クラックのない緻密な酸化保護が得ら
れない。又酸化マグネシウムが10重量%より多いと、高
密度のものとならず、耐酸化性が劣るので好ましくな
い。又、この組成から形成される酸化保護被膜は、酸化
マグネシウムの15〜75モル%がチタン酸アルミニウムに
固溶したものとなり、微小クラックのない緻密な酸化保
護被膜であった。
If the amount of magnesium oxide is less than 3% by weight, the amount of magnesium oxide that forms a solid solution in the formed aluminum titanate will be small, and dense oxidation protection without microcracks cannot be obtained. If the amount of magnesium oxide is more than 10% by weight, the density will not be high and the oxidation resistance will be poor, such being undesirable. The oxidation protective film formed from this composition was a dense oxide protective film with no microcracks, in which 15 to 75 mol% of magnesium oxide was solid-dissolved in aluminum titanate.

〔作用・構成〕[Operation / configuration]

従来のチタンカーバイドとアルミナの複合焼結体は、
酸化されると表面にチタン酸アルミニウムが生成される
のは前述のとおりである。このチタン酸アルミニウムは
熱膨張異方性が顕著であり、クラックの発生を伴い十分
な酸化保護被膜とならなかった。
The conventional composite sintered body of titanium carbide and alumina is
As described above, aluminum titanate is produced on the surface when oxidized. This aluminum titanate had a remarkable thermal expansion anisotropy, and a sufficient oxidation protection film was not formed due to the occurrence of cracks.

本発明では、チタンカーバイドおよび/またはチタン
オキシカーバイドとアルミナと酸化マグネシウムを複合
化させ、酸化マグネシウムを固溶させたチタン酸アルミ
ニウムの酸化保護被膜を生成させることにより、従来の
チタンカーバイドとアルミナの複合焼結体と比べ耐酸化
性が大幅に向上される。
In the present invention, by combining titanium carbide and / or titanium oxycarbide with alumina and magnesium oxide to form an oxidation protection film of aluminum titanate in which magnesium oxide is solid-solved, conventional titanium carbide-alumina composite materials are obtained. Oxidation resistance is greatly improved compared to the sintered body.

チタン酸アルミニウムに酸化マグネシウムを固溶させ
ると熱膨張異方性がなくなり、微小クラックがなくなる
事が知られている。すなわち、本発明にするチタンカー
バイド系複合セラミックスは、熱膨張異方性がなく、微
小クラックのない酸化マグネシウムを固溶させたチタン
酸アルミニウムの緻密な酸化保護膜を有する。又、酸素
が侵入しても、組材中のチタンカーバイドおよび/また
はチタンオキシカーバイドとアルミナと酸化マグネシウ
ムが反応して同様のチタン酸アルミニウムの酸化保護被
膜が形成される。このため、酸素の侵入が抑制され耐酸
化性が向上されたものである。
It is known that when magnesium oxide is solid-dissolved in aluminum titanate, the thermal expansion anisotropy disappears and microcracks disappear. That is, the titanium carbide based composite ceramics according to the present invention has a dense oxidation protection film of aluminum titanate having a solid solution of magnesium oxide having no thermal expansion anisotropy and no microcracks. Even if oxygen enters, titanium oxide and / or titanium oxycarbide in the assembly, alumina and magnesium oxide react with each other to form a similar aluminum oxide titanate protective film. Therefore, the invasion of oxygen is suppressed and the oxidation resistance is improved.

以下、実施例により本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

〔実施例1〕 平均粒子径1.5μmのチタンカーバイドと粒子径0.2μ
mのアルミナ粉末と0.01μmの酸化マグネシウム粉末の
重量比を変えたもの6種類混合した。この混合粉末をペ
レット状に成形し、アルゴン気流中1850℃で、アルミナ
粉末に包埋して常圧焼結した。
[Example 1] Titanium carbide having an average particle diameter of 1.5 µm and a particle diameter of 0.2 µ
m alumina powder and 0.01 μm magnesium oxide powder having different weight ratios were mixed in six kinds. This mixed powder was molded into pellets, embedded in alumina powder at 1850 ° C. in an argon stream and sintered under normal pressure.

得られた焼結体の相対密度、大気中1400℃2hの熱処理
後の酸化保護膜の組成を表1に示した。
Table 1 shows the relative density of the obtained sintered body and the composition of the oxidation protection film after heat treatment at 1400 ° C. for 2 hours in the atmosphere.

次に上記焼結体を空気中1500℃に放置し、重量変化を
測定した。
Next, the above sintered body was allowed to stand at 1500 ° C. in air, and the weight change was measured.

その結果を第一図に示す。すなわち、本発明に係る実
施例はサンプルNo.3、4、5であり、ほとんど重量変化
はないが酸化マグネシウムの量の少ないNo.1及び2は酸
化増量が大きく、また、量の多いNo.6は密度が低く酸化
増量の大きい結果となった。本発明は酸化マグネシウム
を適切な量(3〜10重量%)添加することにより耐酸化
性が大幅に向上させたものである。
The results are shown in Fig. 1. That is, the examples according to the present invention are sample Nos. 3, 4, and 5, and No. 1 and 2 having little weight change but a small amount of magnesium oxide have a large oxidative weight increase and a large amount. 6 has a low density and a large oxidation weight gain. The present invention significantly improves the oxidation resistance by adding an appropriate amount of magnesium oxide (3 to 10% by weight).

〔実施例2〕 平均粒子径1.5μmのチタンカーバイド粉末と平均粒
子径0.2μmのアルミナと平均粒子径0.01μmの酸化マ
グネシウム粉末を使用し、下記表2に示す三種の配合に
より焼結体を得た。焼結方法としては、アルゴン気流中
1850℃でアルミナ粉末に包埋して、常圧焼結する方法を
用いた。
Example 2 Using a titanium carbide powder having an average particle diameter of 1.5 μm, an alumina having an average particle diameter of 0.2 μm and a magnesium oxide powder having an average particle diameter of 0.01 μm, a sintered body was obtained by mixing three kinds shown in Table 2 below. It was As a sintering method, in an argon stream
A method of embedding in alumina powder at 1850 ° C. and sintering under normal pressure was used.

上記のサンプルの相対密度、室温導電率、3点曲げ強
度、破壊靭性を測定した結果を表2に示す。
Table 2 shows the results of measuring the relative density, room temperature conductivity, 3-point bending strength, and fracture toughness of the above samples.

上表のように本実施例の焼結体は電気伝導性に優れ、
高強度なセラミックスであった。また破壊靭性について
はTiC 30%のとき最大であったがTiC 60%で低下してい
るのは、相対密度が93.5%と緻密化しなかったことによ
ると考えられる。
As shown in the above table, the sintered body of this example has excellent electrical conductivity,
It was a high-strength ceramic. Fracture toughness was maximum at 30% TiC, but decreased at 60% TiC, probably because the relative density was 93.5%, which was not densified.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上記してきたように、本発明はチタンカーバイド系複
合焼結体において従来のものに比べ、耐酸化性が大幅に
向上した。本発明に係る焼結体は、電気伝導性、高硬
度、高強度で破壊靭性の高い材料であり、耐酸化性が具
備されたことにより、酸化雰囲気中で使用可能な発熱体
や高速で切削する工具材などに特に有用である。
As described above, the present invention significantly improves the oxidation resistance of the titanium carbide-based composite sintered body as compared with the conventional one. The sintered body according to the present invention is a material having high electrical conductivity, high hardness, high strength, and high fracture toughness, and since it is provided with oxidation resistance, it can be used as a heating element that can be used in an oxidizing atmosphere or can be cut at high speed. It is particularly useful as a tool material to be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明の実施例を大気中1500℃に放置したと
きの重量増加を示したグラフである。 3、4、5……本発明に係る実施例 1、2、6……比較例
FIG. 1 is a graph showing the weight increase when the example of the present invention was left at 1500 ° C. in the atmosphere. 3, 4, 5 ... Examples according to the present invention 1, 2, 6 ... Comparative examples

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】チタンカーバイドおよび/またはチタンオ
キシカーバイド10〜60重量%、酸化マグネシウム3〜10
重量%を含有し、残りがアルミナと不可避不純物からな
る組成を有し、酸化マグネシウムの15〜75モル%がチタ
ン酸アルミニウムに固溶した酸化保護被膜を有すること
を特徴とするチタンカーバイド系複合焼結体。
1. Titanium carbide and / or titanium oxycarbide 10 to 60% by weight, magnesium oxide 3 to 10
A titanium carbide-based composite calcination, characterized in that it has a composition comprising alumina and unavoidable impurities, and that 15 to 75 mol% of magnesium oxide has an oxide protective coating in solid solution in aluminum titanate. Union.
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