JP2852406B2 - 高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体及びその製造法 - Google Patents
高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体及びその製造法Info
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- JP2852406B2 JP2852406B2 JP5226589A JP22658993A JP2852406B2 JP 2852406 B2 JP2852406 B2 JP 2852406B2 JP 5226589 A JP5226589 A JP 5226589A JP 22658993 A JP22658993 A JP 22658993A JP 2852406 B2 JP2852406 B2 JP 2852406B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高圧型窒化硼素を含有
し、金属結合材を結合材とする高強度高圧型窒化硼素・
金属複合焼結体及びその製造法に関する。
し、金属結合材を結合材とする高強度高圧型窒化硼素・
金属複合焼結体及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】耐摩耗部材や機械部材等の用途で、立方
晶窒化硼素及び／又はウルツ鉱型窒化硼素からなる高圧
型窒化硼素を含有し、金属結合材による高靱性を生かし
た緻密で高強度な、高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼
結体は、高圧型窒化硼素がグラファイト型相(hBN)への
相転移を防止し、且つ当該高強度高圧型窒化硼素・金属
複合焼結体を緻密に強固に焼結するために、高圧型窒化
硼素が熱力学的に安定な2000MPaを越える超高圧力及び
高温度下で製造していた。例えば特開昭63-35456号公報
に記載の立方晶窒化硼素は、4000MPa(40kb)、1200℃以
上で焼結される。この焼結条件は、極限状態として大変
厳しいもので、例えば、ガードル型或はベルト型等の超
高圧力装置を使用しなければ発生し得なかった。
晶窒化硼素及び／又はウルツ鉱型窒化硼素からなる高圧
型窒化硼素を含有し、金属結合材による高靱性を生かし
た緻密で高強度な、高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼
結体は、高圧型窒化硼素がグラファイト型相(hBN)への
相転移を防止し、且つ当該高強度高圧型窒化硼素・金属
複合焼結体を緻密に強固に焼結するために、高圧型窒化
硼素が熱力学的に安定な2000MPaを越える超高圧力及び
高温度下で製造していた。例えば特開昭63-35456号公報
に記載の立方晶窒化硼素は、4000MPa(40kb)、1200℃以
上で焼結される。この焼結条件は、極限状態として大変
厳しいもので、例えば、ガードル型或はベルト型等の超
高圧力装置を使用しなければ発生し得なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】それが為、2000MPaを
越える超高圧力を発生させる、当該ガードル型或はベル
ト型等の超高圧力装置を使用する制約により、高強度高
圧型窒化硼素・金属複合焼結体は多量生産が困難で製造
コストが高く、また大型形状品を製造できなかった。
越える超高圧力を発生させる、当該ガードル型或はベル
ト型等の超高圧力装置を使用する制約により、高強度高
圧型窒化硼素・金属複合焼結体は多量生産が困難で製造
コストが高く、また大型形状品を製造できなかった。
【０００４】しかし、例えば立方晶窒化硼素は、若槻ら
が超高圧力下での実験により、立方晶窒化硼素が熱力学
的には安定な状態でなくとも、熱力学的に準安定である
場合、相転移に要する時間が極めて長いために事実上安
定に存在し、その事実上安定に存在する上限として線
を示して報告している (若槻、市瀬、青木、前田、第14
回高圧討論会講演要旨集 (1972) P78)。従ってこれによ
れば、熱力学的平衡線に対して安定ではない低圧力・
高温度の条件でも、線を越えない温度、例えば、1200
℃以下ならば、立方晶窒化硼素が事実上安定に存在す
る。
が超高圧力下での実験により、立方晶窒化硼素が熱力学
的には安定な状態でなくとも、熱力学的に準安定である
場合、相転移に要する時間が極めて長いために事実上安
定に存在し、その事実上安定に存在する上限として線
を示して報告している (若槻、市瀬、青木、前田、第14
回高圧討論会講演要旨集 (1972) P78)。従ってこれによ
れば、熱力学的平衡線に対して安定ではない低圧力・
高温度の条件でも、線を越えない温度、例えば、1200
℃以下ならば、立方晶窒化硼素が事実上安定に存在す
る。
【０００５】
【図１】
【０００６】つまり、高強度な金属結合材と、少なくと
も立方晶窒化硼素を含む高圧型窒化硼素による、高強度
高圧型窒化硼素・金属複合焼結体を焼結するときに、少
なくとも高強度な金属結合材の緻密化を促進することに
のみ効果のある圧力を作用すれば、高強度高圧型窒化硼
素・金属複合焼結体の製造が可能であり、2000MPa未満
の比較的緩い超高圧力を作用可能の超高圧力装置、例え
ば、ピストン・シリンダー(ＰＣ)型超高圧力装置、又は
公知の技術として1000MPaまで加圧が可能な超高圧ＨＩ
Ｐ装置、或は当該超高圧ＨＩＰ装置を除く熱間静水圧加
圧(ＨＩＰ：ＨｏｔＩｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ)装
置、若しくはホットプレス(ＨＰ：Ｈｏｔ Ｐｒｅｓｓ)
装置を使用することが可能となる。
も立方晶窒化硼素を含む高圧型窒化硼素による、高強度
高圧型窒化硼素・金属複合焼結体を焼結するときに、少
なくとも高強度な金属結合材の緻密化を促進することに
のみ効果のある圧力を作用すれば、高強度高圧型窒化硼
素・金属複合焼結体の製造が可能であり、2000MPa未満
の比較的緩い超高圧力を作用可能の超高圧力装置、例え
ば、ピストン・シリンダー(ＰＣ)型超高圧力装置、又は
公知の技術として1000MPaまで加圧が可能な超高圧ＨＩ
Ｐ装置、或は当該超高圧ＨＩＰ装置を除く熱間静水圧加
圧(ＨＩＰ：ＨｏｔＩｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ)装
置、若しくはホットプレス(ＨＰ：Ｈｏｔ Ｐｒｅｓｓ)
装置を使用することが可能となる。
【０００７】従って、例えば当該ＰＣ型超高圧力装置、
又は超高圧ＨＩＰ装置、或は当該超高圧ＨＩＰ装置を除
くＨＩＰ装置、若しくはＨＰ装置を使用して充分に緻密
に焼結可能で且つ高強度な金属結合材が探索されれば、
当該ＰＣ型超高圧力装置、又は超高圧ＨＩＰ装置、或は
当該超高圧ＨＩＰ装置を除くＨＩＰ装置、若しくはＨＰ
装置により、前記ガードル型やベルト型等の、２０００
ＭＰａを越える超高圧力を発生させる超高圧力装置の場
合と異なり、多量生産が容易で、且つ大型形状の焼結体
を製造可能なため、上記欠点が解決される。しかしなが
ら、例えば、特開昭６０−３３３３６号公報に記載の、
焼結過程の温度圧力下で、金属単体で、若しくは当該金
属と外の物質との反応などで液相を生成する結合材で
は、高強度な高圧型窒化硼素・金属複合焼結体が望めな
い。
又は超高圧ＨＩＰ装置、或は当該超高圧ＨＩＰ装置を除
くＨＩＰ装置、若しくはＨＰ装置を使用して充分に緻密
に焼結可能で且つ高強度な金属結合材が探索されれば、
当該ＰＣ型超高圧力装置、又は超高圧ＨＩＰ装置、或は
当該超高圧ＨＩＰ装置を除くＨＩＰ装置、若しくはＨＰ
装置により、前記ガードル型やベルト型等の、２０００
ＭＰａを越える超高圧力を発生させる超高圧力装置の場
合と異なり、多量生産が容易で、且つ大型形状の焼結体
を製造可能なため、上記欠点が解決される。しかしなが
ら、例えば、特開昭６０−３３３３６号公報に記載の、
焼結過程の温度圧力下で、金属単体で、若しくは当該金
属と外の物質との反応などで液相を生成する結合材で
は、高強度な高圧型窒化硼素・金属複合焼結体が望めな
い。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、2000MPa未満
の比較的緩い超高圧力を作用可能のＰＣ型超高圧力装
置、又は1000MPaまで加圧が可能の超高圧ＨＩＰ装置、
或は当該超高圧ＨＩＰ装置を除くＨＩＰ装置、若しくは
ＨＰ装置を使用して、各々の焼結環境下において、高圧
型窒化硼素が事実上安定な状態で存在する温度を実験的
に検討し、同時に当該温度下で緻密で高強度に焼結可能
な金属結合材として適用可能な当該結合材及びその強度
について鋭意研究を行った結果、高圧型窒化硼素粉体が
体積で1%〜90%と、残部が、圧力が2000MPa未満で1850℃
を越えない温度で焼結してなることにより室温強度100M
Pa以上の高強度な金属結合材が体積で99%〜10%とを混合
してなる混合物をその儘又は成形後、圧力が2000MPa未
満で温度が1850℃を越えない、高圧型窒化硼素が熱力学
的に安定ではないが準安定な圧力・温度の焼結条件にお
いて固相で適宜時間焼結することを特徴とする、高強度
高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法、又は当該高
強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法により製
造することを特徴とする、高強度高圧型窒化硼素・金属
複合焼結体を発明したものであり、これらを提供するも
のである。
の比較的緩い超高圧力を作用可能のＰＣ型超高圧力装
置、又は1000MPaまで加圧が可能の超高圧ＨＩＰ装置、
或は当該超高圧ＨＩＰ装置を除くＨＩＰ装置、若しくは
ＨＰ装置を使用して、各々の焼結環境下において、高圧
型窒化硼素が事実上安定な状態で存在する温度を実験的
に検討し、同時に当該温度下で緻密で高強度に焼結可能
な金属結合材として適用可能な当該結合材及びその強度
について鋭意研究を行った結果、高圧型窒化硼素粉体が
体積で1%〜90%と、残部が、圧力が2000MPa未満で1850℃
を越えない温度で焼結してなることにより室温強度100M
Pa以上の高強度な金属結合材が体積で99%〜10%とを混合
してなる混合物をその儘又は成形後、圧力が2000MPa未
満で温度が1850℃を越えない、高圧型窒化硼素が熱力学
的に安定ではないが準安定な圧力・温度の焼結条件にお
いて固相で適宜時間焼結することを特徴とする、高強度
高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法、又は当該高
強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法により製
造することを特徴とする、高強度高圧型窒化硼素・金属
複合焼結体を発明したものであり、これらを提供するも
のである。
【０００９】手段の説明 高圧型窒化硼素原料 本発明の原料粉体としての高圧型窒化硼素は、立方晶窒
化硼素及び／又はウルツ鉱型窒化硼素からなる合成品と
する。好適には立方晶窒化硼素を用いる。高圧型窒化硼
素の粒子サイズは特別な制限はなく、当該原料として製
造可能な範囲で、焼結後の製品としての用途に適したサ
イズとするが、機械部材用としては粒径１０μｍ以下が
好適である。更に高強度や高靱性を必要とする部材とし
ては粒径５μｍ以下が好適である。高圧型窒化硼素は、
グラファイト型相への相転移を抑止するため、合成時に
触媒作用のある物質を使用した場合は、当該物質を可能
な限り取り除いたものが好適である。最も好適な例とし
て、例えば、物理蒸着法（ＰＶＤ法）或は化学蒸着法
（ＣＶＤ法）による、気相を介して合成される超高純度
な立方晶窒化硼素が選択可能である。薄膜状に合成され
る場合は、不純物による汚染に注意しながら、粉砕して
使用する。粒状、或は粉体状に合成される場合はその儘
使用可能である。これ以外の高純度な例としては、時間
をかけて成長させた高純度な単結晶からなるものが選択
可能である。或は積極的に不純物を除去してなる立方晶
窒化硼素粉体も選択できる。尚、原料となる高圧型窒化
硼素原料粉体の粒子に溶融塩を用いる浸漬法（例えば、
特開平２−２５２６６０号公報に記載の溶融塩浸漬法）
により、浸漬法に由来する被覆物質で一層以上被覆する
と、浸漬法に由来する被覆物質が高圧型窒化硼素粉体の
粒子の一個一個の表面に緻密な硬質膜として被覆され
る。より具体的には、当該特開平２−２５２６６０号公
報第２頁左下段第１９行〜同頁右下段第１０行に、「こ
の手段によれば、特定の浸漬浴を利用することによって
難焼結性粉末の表面で不均化反応により被覆用金属組成
成分が反応して、金属炭化物の形成、またその粉末表面
において置換反応を起こし、金属窒化物、金属硼化物の
形成を生じさせる。例えばダイヤモンドの場合、金属組
成成分が反応する。そして硬質ＢＮ、Ｓｉ ３ Ｎ ４ 、Ｚｒ
Ｂ ２ 、ＳｉＣ粉末の場合、置換反応が起こる。そのた
め、難焼結性粉末の表面に非晶質に近く（結晶性が悪
く、例えばＸ線回折法で８００ 以下）活性に富んだ金
属炭化物、窒化物、硼化物が均一かつ微細なものとして
存在する。・・・ （以降略） 」、のであり、同公報第
３頁左下段第２０行〜同頁右下段第３行に、「（前略）
・・・この金属成分としては、周期律表４Ａ族（Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、６Ａ族（Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ）の遷移金属が好ましい。」と記述してあ
るように、窒化物、硼化物が均一かつ微細に被覆される
ので、当該被覆された高圧型窒化硼素粉体の粒子は、雰
囲気から完全に隔離できる。従って、当該高圧型窒化硼
素と反応性が高い或は高圧型窒化硼素に対して触媒作用
が強いために適用困難な物質を、金属結合材及び／又は
繊維状物質として選択可能となり、本発明の高強度高圧
型窒化硼素・金属複合焼結体に使用できる金属結合材や
繊維状物質の適用範囲が飛躍的に広がり好適である。
化硼素及び／又はウルツ鉱型窒化硼素からなる合成品と
する。好適には立方晶窒化硼素を用いる。高圧型窒化硼
素の粒子サイズは特別な制限はなく、当該原料として製
造可能な範囲で、焼結後の製品としての用途に適したサ
イズとするが、機械部材用としては粒径１０μｍ以下が
好適である。更に高強度や高靱性を必要とする部材とし
ては粒径５μｍ以下が好適である。高圧型窒化硼素は、
グラファイト型相への相転移を抑止するため、合成時に
触媒作用のある物質を使用した場合は、当該物質を可能
な限り取り除いたものが好適である。最も好適な例とし
て、例えば、物理蒸着法（ＰＶＤ法）或は化学蒸着法
（ＣＶＤ法）による、気相を介して合成される超高純度
な立方晶窒化硼素が選択可能である。薄膜状に合成され
る場合は、不純物による汚染に注意しながら、粉砕して
使用する。粒状、或は粉体状に合成される場合はその儘
使用可能である。これ以外の高純度な例としては、時間
をかけて成長させた高純度な単結晶からなるものが選択
可能である。或は積極的に不純物を除去してなる立方晶
窒化硼素粉体も選択できる。尚、原料となる高圧型窒化
硼素原料粉体の粒子に溶融塩を用いる浸漬法（例えば、
特開平２−２５２６６０号公報に記載の溶融塩浸漬法）
により、浸漬法に由来する被覆物質で一層以上被覆する
と、浸漬法に由来する被覆物質が高圧型窒化硼素粉体の
粒子の一個一個の表面に緻密な硬質膜として被覆され
る。より具体的には、当該特開平２−２５２６６０号公
報第２頁左下段第１９行〜同頁右下段第１０行に、「こ
の手段によれば、特定の浸漬浴を利用することによって
難焼結性粉末の表面で不均化反応により被覆用金属組成
成分が反応して、金属炭化物の形成、またその粉末表面
において置換反応を起こし、金属窒化物、金属硼化物の
形成を生じさせる。例えばダイヤモンドの場合、金属組
成成分が反応する。そして硬質ＢＮ、Ｓｉ ３ Ｎ ４ 、Ｚｒ
Ｂ ２ 、ＳｉＣ粉末の場合、置換反応が起こる。そのた
め、難焼結性粉末の表面に非晶質に近く（結晶性が悪
く、例えばＸ線回折法で８００ 以下）活性に富んだ金
属炭化物、窒化物、硼化物が均一かつ微細なものとして
存在する。・・・ （以降略） 」、のであり、同公報第
３頁左下段第２０行〜同頁右下段第３行に、「（前略）
・・・この金属成分としては、周期律表４Ａ族（Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、６Ａ族（Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ）の遷移金属が好ましい。」と記述してあ
るように、窒化物、硼化物が均一かつ微細に被覆される
ので、当該被覆された高圧型窒化硼素粉体の粒子は、雰
囲気から完全に隔離できる。従って、当該高圧型窒化硼
素と反応性が高い或は高圧型窒化硼素に対して触媒作用
が強いために適用困難な物質を、金属結合材及び／又は
繊維状物質として選択可能となり、本発明の高強度高圧
型窒化硼素・金属複合焼結体に使用できる金属結合材や
繊維状物質の適用範囲が飛躍的に広がり好適である。
【００１０】金属結合材 一方、本発明の高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体
及びその製造方法に係る金属結合材としては、圧力が２
０００ＭＰａ未満で１８５０℃を越えない温度で固相で
焼結してなることにより、室温強度が１００ＭＰａ以上
に高強度な金属結合材であって、主たる構成がＮｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｔ
ｉ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、
Ｃｕ、Ａｕの一種以上からなるＬｌ ２ 型、Ｌｌ０型、Ｄ
Ｏ１９型及び／又はＤＯ２２型金属間化合物の選択され
た一種類以上でなる当該金属結合材が選択される。好適
には更に、圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５０℃を越
えない温度で固相で焼結してなる焼結条件下、高圧型窒
化硼素をグラファイト型相に相転移を促進しない当該金
属結合材が選択される。或は、圧力が２０００ＭＰａ未
満で１８５０℃を越えない温度で固相で焼結してなるこ
とにより、窒化硼素の一部と反応してなる反応生成物を
含む室温強度１００ＭＰａ以上に高硬度な金属結合材で
なる当該金属結合材が選択される。より好ましくは、当
該金属結合材が、圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５０
℃を越えない温度で固相で焼結してなることにより、当
該金属結合材の強度が温度と正の相関を有する正の温度
依存性を有する、及び／又は３００℃乃至１０００℃の
内の選択された一種類以上の高温における高温強度が５
０ＭＰａの高強度な、及び／又はビッカース硬度は１５
０以上の高硬度な、及び／又はＬｌ２型、Ｌｌ０型、Ｄ
Ｏ１９型、ＤＯ２２型金属間化合物の選択された一種類
以上を含む当該金属結合材が選択される。具体的には、
圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５０℃を越えない温度
で固相で焼結してなることにより室温強度１００ＭＰａ
の高強度な金属結合材が、周期律表第１ａ、１ｂ、２
ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６
ａ、６ｂ、７ａ、８族金属、希土類族金属の一種類以上
を含む金属間化合物の選択された一種類以上を含むもの
が選択される。より具体的には、例えば圧力が２０００
ＭＰａ未満で１８５０℃を越えない温度で固相で焼結し
てなることにより室温強度１００ＭＰａの高強度な金属
結合材が、Ｎｉ３Ｇｅ、Ｎｉ３Ｓｉ、Ｎｉ３Ｇａ、Ｎｉ
３Ａｌ、Ｐｔ３Ｓｎ、Ｐｔ４Ｓｂ、Ｃｏ３Ｔｉ、Ｐｄ４
Ｔｉ、Ｐｔ３Ｔｉ、Ｐｔ３Ｇａ、Ｐｔ３Ａｌ、Ｐｄ３Ｐ
ｂ、Ｆｅ３Ｇａ、Ｚｒ３Ａｌ、Ｚｒ３Ｉｎ、Ｐｔ３Ｃ
ｒ、Ｐｔ３Ｍｎ、Ｐｔ３Ｖ、Ｐｄ３Ｍｎ、Ｃｕ３Ａｕ、
Ｃｕ３Ｐｔ、Ｃｕ３Ｐｄ、ＴｉＡｌ、Ｔｉ３Ａｌ、Ｔｉ
Ａｌ３の選択された一種類以上を含んでなるものが選択
できる。ここで金属間化合物の結晶構造と組成の関係を
説明すると、Ｎｉ３Ｇｅ、Ｎｉ３Ｓｉ、Ｎｉ３Ｇａ、Ｎ
ｉ３Ａｌ、Ｐｔ３Ｓｎ、Ｐｔ４Ｓｂ、Ｃｏ３Ｔｉ、Ｐｄ
４Ｔｉ、Ｐｔ３Ｔｉ、Ｐｔ３Ｇａ、Ｐｔ３Ａｌ、Ｐｄ３
Ｐｂ、Ｆｅ３Ｇａ、Ｚｒ３Ａｌ、Ｚｒ３Ｉｎ、Ｐｔ３Ｃ
ｒ、Ｐｔ３Ｍｎ、Ｐｔ３Ｖ、Ｐｄ３Ｍｎ、Ｃｕ３Ａｕは
Ｌｌ２型に、ＴｉＡｌはＬｌ０型に、Ｔｉ３ＡｌはＤＯ
１９型に、Ｃｕ３Ｐｔ、Ｃｕ３Ｐｄ、ＴｉＡｌ３はＤＯ
２２型に属する。尚、当該金属結合材は、圧力が２００
０ＭＰａ未満で１８５０℃を越えない温度の高圧型窒化
硼素が熱力学的に安定ではないが準安定な圧力・温度の
固相焼結の条件において、触媒作用のない物質が本発明
の高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体に適用可能で
ある。
及びその製造方法に係る金属結合材としては、圧力が２
０００ＭＰａ未満で１８５０℃を越えない温度で固相で
焼結してなることにより、室温強度が１００ＭＰａ以上
に高強度な金属結合材であって、主たる構成がＮｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｔ
ｉ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、
Ｃｕ、Ａｕの一種以上からなるＬｌ ２ 型、Ｌｌ０型、Ｄ
Ｏ１９型及び／又はＤＯ２２型金属間化合物の選択され
た一種類以上でなる当該金属結合材が選択される。好適
には更に、圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５０℃を越
えない温度で固相で焼結してなる焼結条件下、高圧型窒
化硼素をグラファイト型相に相転移を促進しない当該金
属結合材が選択される。或は、圧力が２０００ＭＰａ未
満で１８５０℃を越えない温度で固相で焼結してなるこ
とにより、窒化硼素の一部と反応してなる反応生成物を
含む室温強度１００ＭＰａ以上に高硬度な金属結合材で
なる当該金属結合材が選択される。より好ましくは、当
該金属結合材が、圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５０
℃を越えない温度で固相で焼結してなることにより、当
該金属結合材の強度が温度と正の相関を有する正の温度
依存性を有する、及び／又は３００℃乃至１０００℃の
内の選択された一種類以上の高温における高温強度が５
０ＭＰａの高強度な、及び／又はビッカース硬度は１５
０以上の高硬度な、及び／又はＬｌ２型、Ｌｌ０型、Ｄ
Ｏ１９型、ＤＯ２２型金属間化合物の選択された一種類
以上を含む当該金属結合材が選択される。具体的には、
圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５０℃を越えない温度
で固相で焼結してなることにより室温強度１００ＭＰａ
の高強度な金属結合材が、周期律表第１ａ、１ｂ、２
ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６
ａ、６ｂ、７ａ、８族金属、希土類族金属の一種類以上
を含む金属間化合物の選択された一種類以上を含むもの
が選択される。より具体的には、例えば圧力が２０００
ＭＰａ未満で１８５０℃を越えない温度で固相で焼結し
てなることにより室温強度１００ＭＰａの高強度な金属
結合材が、Ｎｉ３Ｇｅ、Ｎｉ３Ｓｉ、Ｎｉ３Ｇａ、Ｎｉ
３Ａｌ、Ｐｔ３Ｓｎ、Ｐｔ４Ｓｂ、Ｃｏ３Ｔｉ、Ｐｄ４
Ｔｉ、Ｐｔ３Ｔｉ、Ｐｔ３Ｇａ、Ｐｔ３Ａｌ、Ｐｄ３Ｐ
ｂ、Ｆｅ３Ｇａ、Ｚｒ３Ａｌ、Ｚｒ３Ｉｎ、Ｐｔ３Ｃ
ｒ、Ｐｔ３Ｍｎ、Ｐｔ３Ｖ、Ｐｄ３Ｍｎ、Ｃｕ３Ａｕ、
Ｃｕ３Ｐｔ、Ｃｕ３Ｐｄ、ＴｉＡｌ、Ｔｉ３Ａｌ、Ｔｉ
Ａｌ３の選択された一種類以上を含んでなるものが選択
できる。ここで金属間化合物の結晶構造と組成の関係を
説明すると、Ｎｉ３Ｇｅ、Ｎｉ３Ｓｉ、Ｎｉ３Ｇａ、Ｎ
ｉ３Ａｌ、Ｐｔ３Ｓｎ、Ｐｔ４Ｓｂ、Ｃｏ３Ｔｉ、Ｐｄ
４Ｔｉ、Ｐｔ３Ｔｉ、Ｐｔ３Ｇａ、Ｐｔ３Ａｌ、Ｐｄ３
Ｐｂ、Ｆｅ３Ｇａ、Ｚｒ３Ａｌ、Ｚｒ３Ｉｎ、Ｐｔ３Ｃ
ｒ、Ｐｔ３Ｍｎ、Ｐｔ３Ｖ、Ｐｄ３Ｍｎ、Ｃｕ３Ａｕは
Ｌｌ２型に、ＴｉＡｌはＬｌ０型に、Ｔｉ３ＡｌはＤＯ
１９型に、Ｃｕ３Ｐｔ、Ｃｕ３Ｐｄ、ＴｉＡｌ３はＤＯ
２２型に属する。尚、当該金属結合材は、圧力が２００
０ＭＰａ未満で１８５０℃を越えない温度の高圧型窒化
硼素が熱力学的に安定ではないが準安定な圧力・温度の
固相焼結の条件において、触媒作用のない物質が本発明
の高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体に適用可能で
ある。
【００１１】繊維状物質 本発明に係る金属結合材が、短径が500μm以下で当該短
径に対する長径との比が２以上でなる形状の金属又は化
合物の一種類以上からなる繊維状物質を含むと本発明の
高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体のより一層の高
靱性化が期待できて好適である。本発明において、短径
が500μm以下で当該短径に対する長径との比が２以上で
なる形状の棒状物質及び／又は融解紡糸して繊維形状に
する連続繊維でなる長繊維及び／又は結晶自体が繊維形
状をとる自形繊維でなる短繊維及び／又は一方向に結晶
成長させて繊維形状にしてなるウィスカー(wisker)から
なる。当該ウィスカー(ヒゲ結晶)は、その形成において
は、相変化や体積全体に及ぼす化学反応という現象は起
こらないものと定義されている真性のウィスカー及び／
又は相変化とか体積全体に及ぶ化学変化によって生成す
る結晶の一つの結晶面のみを成長させることにより、長
い針状晶となった単結晶を指す広義のウィスカー及び／
又は断面積が8×10-5in2以下で、長さが平均直径の10倍
以上の単結晶であるウィスカーからなる。
径に対する長径との比が２以上でなる形状の金属又は化
合物の一種類以上からなる繊維状物質を含むと本発明の
高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体のより一層の高
靱性化が期待できて好適である。本発明において、短径
が500μm以下で当該短径に対する長径との比が２以上で
なる形状の棒状物質及び／又は融解紡糸して繊維形状に
する連続繊維でなる長繊維及び／又は結晶自体が繊維形
状をとる自形繊維でなる短繊維及び／又は一方向に結晶
成長させて繊維形状にしてなるウィスカー(wisker)から
なる。当該ウィスカー(ヒゲ結晶)は、その形成において
は、相変化や体積全体に及ぼす化学反応という現象は起
こらないものと定義されている真性のウィスカー及び／
又は相変化とか体積全体に及ぶ化学変化によって生成す
る結晶の一つの結晶面のみを成長させることにより、長
い針状晶となった単結晶を指す広義のウィスカー及び／
又は断面積が8×10-5in2以下で、長さが平均直径の10倍
以上の単結晶であるウィスカーからなる。
【００１２】前記繊維状物質として、周期律表第1b、2
a、3a、4a、5a、6a、7a、8 族金属、希土類金属、B 、S
i、Al、又はこれらの内の一種類以上を含む化合物の一
種類以上からなる、短径が500μm以下で当該短径に対す
る長径との比が２以上でなる形状の繊維状物質を用い
る。化合物では、より具体的には、周期律表第1b、2a、
3a、4a、5a、6a、7a、8 族金属、希土類金属、B 、Si、
Alの酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物、炭
窒化物、酸炭窒化物、硼化物、珪化物の一種類以上を含
んでなる、短径が500μm以下で当該短径に対する長径と
の比が２以上でなる形状の繊維状物質を使用する。好適
には、例えば、Ta、Zr、Cr、Si、C 、W 、B、Mo、Nb、V
、Al2O3 、Fe2C、B4C 、SiC 、TiC 、Fe3C、Ta2C、Nb2
C、Si3N4、Cr2N、AlN 、Si2ON2、TiN の一種類以上から
なる、短径が500μm以下で当該短径に対する長径との比
が２以上でなる形状の繊維状物質が選択される。当該繊
維状物質は、金属結合材よりも融点が高く、且つ圧力が
2000MPa未満で1850℃を越えない温度の高圧型窒化硼素
が熱力学的に安定ではないが準安定な圧力・温度の固相
焼結の条件において、触媒作用のない物質が本発明の高
強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体に適用可能であ
る。
a、3a、4a、5a、6a、7a、8 族金属、希土類金属、B 、S
i、Al、又はこれらの内の一種類以上を含む化合物の一
種類以上からなる、短径が500μm以下で当該短径に対す
る長径との比が２以上でなる形状の繊維状物質を用い
る。化合物では、より具体的には、周期律表第1b、2a、
3a、4a、5a、6a、7a、8 族金属、希土類金属、B 、Si、
Alの酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物、炭
窒化物、酸炭窒化物、硼化物、珪化物の一種類以上を含
んでなる、短径が500μm以下で当該短径に対する長径と
の比が２以上でなる形状の繊維状物質を使用する。好適
には、例えば、Ta、Zr、Cr、Si、C 、W 、B、Mo、Nb、V
、Al2O3 、Fe2C、B4C 、SiC 、TiC 、Fe3C、Ta2C、Nb2
C、Si3N4、Cr2N、AlN 、Si2ON2、TiN の一種類以上から
なる、短径が500μm以下で当該短径に対する長径との比
が２以上でなる形状の繊維状物質が選択される。当該繊
維状物質は、金属結合材よりも融点が高く、且つ圧力が
2000MPa未満で1850℃を越えない温度の高圧型窒化硼素
が熱力学的に安定ではないが準安定な圧力・温度の固相
焼結の条件において、触媒作用のない物質が本発明の高
強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体に適用可能であ
る。
【００１３】温度の上限 特に高純度の高圧型窒化硼素、例えば、ＰＶＤ法或はＣ
ＶＤ法による、気相を介して合成される超高純度の立方
晶窒化硼素、或は長時間かけて超高圧合成した超高純度
の立方晶窒化硼素を用いれば、超高圧ＨＩＰ焼結又はＨ
ＩＰ焼結を行うか或は真空若しくは不活性ガス中でＨＰ
焼結を行うことにより、熱力学的に安定な状態ではなく
とも、前記若槻らの報告の1200℃よりも遥かに高い1850
℃まで立方晶窒化硼素が現実上安定に存在する。しか
し、1850℃を越えると、短時間でグラファイト型相に相
転移する。また、公知の立方晶窒化硼素で積極的に不純
物を除去してなる高純度の立方晶窒化硼素からなるもの
を用いれば、同様の焼結方法により、1700℃まで立方晶
窒化硼素が存在する。或は、公知の立方晶窒化硼素で微
粒子を含まない、好適には3 μm 以上の立方晶窒化硼素
を用いれば、同様の焼結方法により、1600℃まで立方晶
窒化硼素が存在する。若しくは、公知の比較的高純度の
立方晶窒化硼素の場合は、同様の焼結方法により、1500
℃まで立方晶窒化硼素が存在する。しかし、公知の一般
的な立方晶窒化硼素やウルツ鉱型窒化硼素を含む場合
は、1400℃までが好適である。
ＶＤ法による、気相を介して合成される超高純度の立方
晶窒化硼素、或は長時間かけて超高圧合成した超高純度
の立方晶窒化硼素を用いれば、超高圧ＨＩＰ焼結又はＨ
ＩＰ焼結を行うか或は真空若しくは不活性ガス中でＨＰ
焼結を行うことにより、熱力学的に安定な状態ではなく
とも、前記若槻らの報告の1200℃よりも遥かに高い1850
℃まで立方晶窒化硼素が現実上安定に存在する。しか
し、1850℃を越えると、短時間でグラファイト型相に相
転移する。また、公知の立方晶窒化硼素で積極的に不純
物を除去してなる高純度の立方晶窒化硼素からなるもの
を用いれば、同様の焼結方法により、1700℃まで立方晶
窒化硼素が存在する。或は、公知の立方晶窒化硼素で微
粒子を含まない、好適には3 μm 以上の立方晶窒化硼素
を用いれば、同様の焼結方法により、1600℃まで立方晶
窒化硼素が存在する。若しくは、公知の比較的高純度の
立方晶窒化硼素の場合は、同様の焼結方法により、1500
℃まで立方晶窒化硼素が存在する。しかし、公知の一般
的な立方晶窒化硼素やウルツ鉱型窒化硼素を含む場合
は、1400℃までが好適である。
【００１４】従って、焼結温度の上限は1850℃である。
尚前記の通り、使用する高圧型窒化硼素の品質により高
圧型窒化硼素が存在する温度は異なるので、高圧型窒化
硼素原料の品質に応じた焼結温度を設定する必要があ
る。前記高圧型窒化硼素の原料の品質に応じた温度に近
い焼結温度を設定する必要がある場合は、綿密に当該焼
結温度を制御する必要がある。
尚前記の通り、使用する高圧型窒化硼素の品質により高
圧型窒化硼素が存在する温度は異なるので、高圧型窒化
硼素原料の品質に応じた焼結温度を設定する必要があ
る。前記高圧型窒化硼素の原料の品質に応じた温度に近
い焼結温度を設定する必要がある場合は、綿密に当該焼
結温度を制御する必要がある。
【００１５】圧力の範囲 本発明は、前記のように、2000MPa 未満の比較的緩い超
高圧力を作用可能のＰＣ型超高圧力装置、又は超高圧Ｈ
ＩＰ装置、或は当該超高圧ＨＩＰ装置を除くＨＩＰ装
置、若しくはＨＰ装置を使用した高強度高圧型窒化硼素
・金属複合焼結体の製造に関して、焼結温度の上限が18
50℃であることと、当該焼結温度範囲で、前記結合材の
適用条件を明らかにし、且つ、高圧型窒化硼素が熱力学
的に安定な状態となるための圧力を作用させることを必
要としていないということを明示するものである。
高圧力を作用可能のＰＣ型超高圧力装置、又は超高圧Ｈ
ＩＰ装置、或は当該超高圧ＨＩＰ装置を除くＨＩＰ装
置、若しくはＨＰ装置を使用した高強度高圧型窒化硼素
・金属複合焼結体の製造に関して、焼結温度の上限が18
50℃であることと、当該焼結温度範囲で、前記結合材の
適用条件を明らかにし、且つ、高圧型窒化硼素が熱力学
的に安定な状態となるための圧力を作用させることを必
要としていないということを明示するものである。
【００１６】従って、ＰＣ型超高圧力装置を使用する場
合は、圧力は2000MPa未満を適用しても差し支えない
が、当該ＰＣ型超高圧力装置の耐久性を考慮すると1500
MPaを越えないことが好ましい。圧力発生に関する公知
の技術としては、超高圧ＨＩＰ装置の場合1000MPaまで
ＨＩＰ圧力を作用可能であり、当該超高圧ＨＩＰ装置を
除くＨＩＰ装置及びＨＰ装置の場合は、200MPaまでそれ
ぞれ作用可能である。尚、超高圧ＨＩＰ焼結又はＨＩＰ
焼結を行うに際して、圧力を伝達可能なカプセルに脱気
封入すると、当該超高圧ＨＩＰ装置又はＨＩＰ装置の圧
力を高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体により確実
に作用できて好適である。当該カプセルとしては、ガラ
スカプセルや金属カプセル等の公知のカプセルが選択可
能である。
合は、圧力は2000MPa未満を適用しても差し支えない
が、当該ＰＣ型超高圧力装置の耐久性を考慮すると1500
MPaを越えないことが好ましい。圧力発生に関する公知
の技術としては、超高圧ＨＩＰ装置の場合1000MPaまで
ＨＩＰ圧力を作用可能であり、当該超高圧ＨＩＰ装置を
除くＨＩＰ装置及びＨＰ装置の場合は、200MPaまでそれ
ぞれ作用可能である。尚、超高圧ＨＩＰ焼結又はＨＩＰ
焼結を行うに際して、圧力を伝達可能なカプセルに脱気
封入すると、当該超高圧ＨＩＰ装置又はＨＩＰ装置の圧
力を高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体により確実
に作用できて好適である。当該カプセルとしては、ガラ
スカプセルや金属カプセル等の公知のカプセルが選択可
能である。
【００１７】以上の方法により焼結せしめてなる金属結
合材による高靱性な高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼
結体は、高強度な耐摩耗部材や機械部材としては好適に
はビッカース硬度が500以上の、より苛酷な使用条件に
供する高強度な耐摩耗部材や機械部材には、より好適な
例としてビッカース硬度が1000以上の高硬度な高強度高
圧型窒化硼素・金属複合焼結体を製造できる。
合材による高靱性な高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼
結体は、高強度な耐摩耗部材や機械部材としては好適に
はビッカース硬度が500以上の、より苛酷な使用条件に
供する高強度な耐摩耗部材や機械部材には、より好適な
例としてビッカース硬度が1000以上の高硬度な高強度高
圧型窒化硼素・金属複合焼結体を製造できる。
【００１８】以下、本発明の高強度高圧型窒化硼素・金
属複合焼結体及びその製造法を実施例により説明する。
属複合焼結体及びその製造法を実施例により説明する。
【００１９】
実施例１ 高圧型窒化硼素粉体粒子として立方晶窒化硼素粉体粒
子、金属結合材の原料としてNi3Al粉体粒子とを用いた
高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体及びその製造法
を例に、更に詳しく説明する。
子、金属結合材の原料としてNi3Al粉体粒子とを用いた
高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体及びその製造法
を例に、更に詳しく説明する。
【００２０】立方晶窒化硼素粉体粒子(粒径4〜8μm)を
体積で40%、Ni3Al粉体粒子を体積で60%をアセトン中湿
式で２時間混合した。その後、10-6torr、200℃で当該
混合粉体を真空乾燥した。
体積で40%、Ni3Al粉体粒子を体積で60%をアセトン中湿
式で２時間混合した。その後、10-6torr、200℃で当該
混合粉体を真空乾燥した。
【００２１】次いで、直径16mm、厚さ5mm の円盤状に型
押し成形し、当該成形体を、hBN粉体を充填したパイレ
ックスガラス製のカプセルに配置し、10-6torr、400
℃、12時間脱気後封入封した。
押し成形し、当該成形体を、hBN粉体を充填したパイレ
ックスガラス製のカプセルに配置し、10-6torr、400
℃、12時間脱気後封入封した。
【００２２】当該カプセルをアルゴンガスを圧力媒体と
するＨＩＰ装置に配置し、焼結温度1100℃、焼結圧力15
0MPaで３時間保持して焼結した。しかる後、炉冷し、圧
力を開放して、焼結体を取り出した。
するＨＩＰ装置に配置し、焼結温度1100℃、焼結圧力15
0MPaで３時間保持して焼結した。しかる後、炉冷し、圧
力を開放して、焼結体を取り出した。
【００２３】焼結体は、密度が測定誤差範囲内で100%で
大変緻密であり、また室温の圧縮強度は約400MPaでこの
600℃における圧縮強度は500MPaであった。またビッカ
ース微小硬度は、Hv(0.5/10):約1050と大変高硬度であ
った。
大変緻密であり、また室温の圧縮強度は約400MPaでこの
600℃における圧縮強度は500MPaであった。またビッカ
ース微小硬度は、Hv(0.5/10):約1050と大変高硬度であ
った。
【００２４】Ｘ線回折により実施例１の焼結体の結晶相
を調べたところ、立方晶窒化硼素及びNi3Al以外の回折
ピークは認められなかった。
を調べたところ、立方晶窒化硼素及びNi3Al以外の回折
ピークは認められなかった。
【００２５】実施例２ 高圧型窒化硼素粉体粒子として立方晶窒化硼素粉体粒子
(粒径4〜8μm)を体積で40%、金属結合材の原料粉体とし
て、NiAl粉体粒子を体積で60%をアセトン中湿式で２時
間混合した。その後、10-6torr、200℃で当該混合粉体
を真空乾燥した。
(粒径4〜8μm)を体積で40%、金属結合材の原料粉体とし
て、NiAl粉体粒子を体積で60%をアセトン中湿式で２時
間混合した。その後、10-6torr、200℃で当該混合粉体
を真空乾燥した。
【００２６】次いで、直径16mm、厚さ5mmの円盤状に型
押し成形し、当該成形体を、hBN粉体を充填したステン
レス箔製のカプセルに配置し、10-6torr、200℃、12時
間脱気後封入封した。
押し成形し、当該成形体を、hBN粉体を充填したステン
レス箔製のカプセルに配置し、10-6torr、200℃、12時
間脱気後封入封した。
【００２７】当該カプセルをアルゴンガスを圧力媒体と
するＨＩＰ装置に配置し、焼結温度1100℃、焼結圧力15
0MPaで３時間保持して焼結した。しかる後、炉冷し、圧
力を開放して、焼結体を取り出した。
するＨＩＰ装置に配置し、焼結温度1100℃、焼結圧力15
0MPaで３時間保持して焼結した。しかる後、炉冷し、圧
力を開放して、焼結体を取り出した。
【００２８】焼結体は、密度が測定誤差範囲内で100%で
大変緻密であり、また室温の圧縮強度は約400MPaでこの
600℃における圧縮強度は300MPaであった。またビッカ
ース微小硬度は、Hv(0.5/10):約950と大変高硬度であっ
た。
大変緻密であり、また室温の圧縮強度は約400MPaでこの
600℃における圧縮強度は300MPaであった。またビッカ
ース微小硬度は、Hv(0.5/10):約950と大変高硬度であっ
た。
【００２９】Ｘ線回折により実施例２の焼結体の結晶相
を調べたところ、立方晶窒化硼素及びNiAl以外の回折ピ
ークは認められなかった。
を調べたところ、立方晶窒化硼素及びNiAl以外の回折ピ
ークは認められなかった。
【００３０】実施例３ 高圧型窒化硼素粉体粒子として立方晶窒化硼素粉体粒
子、金属結合材の原料としてNi3Al粉体粒子、繊維状物
質として炭化珪素製ウィスカーとを用いた高強度高圧型
窒化硼素・金属複合焼結体及びその製造法を例に、更に
詳しく説明する。
子、金属結合材の原料としてNi3Al粉体粒子、繊維状物
質として炭化珪素製ウィスカーとを用いた高強度高圧型
窒化硼素・金属複合焼結体及びその製造法を例に、更に
詳しく説明する。
【００３１】立方晶窒化硼素粉体粒子(粒径4〜8μm)を
体積で36%、Ni3Al粉体粒子を体積で54%、炭化珪素製ウ
ィスカー(SiC:短径0.5μm、平均長さ30μm)を体積で10%
をアセトン中湿式で２時間混合した。その後、10-6tor
r、200℃で当該混合粉体を真空乾燥した。
体積で36%、Ni3Al粉体粒子を体積で54%、炭化珪素製ウ
ィスカー(SiC:短径0.5μm、平均長さ30μm)を体積で10%
をアセトン中湿式で２時間混合した。その後、10-6tor
r、200℃で当該混合粉体を真空乾燥した。
【００３２】次いで、直径16mm、厚さ5mm の円盤状に型
押し成形し、当該成形体を、hBN粉体を充填したパイレ
ックスガラス製のカプセルに配置し、10-6torr、400
℃、12時間脱気後封入封した。
押し成形し、当該成形体を、hBN粉体を充填したパイレ
ックスガラス製のカプセルに配置し、10-6torr、400
℃、12時間脱気後封入封した。
【００３３】当該カプセルをアルゴンガスを圧力媒体と
するＨＩＰ装置に配置し、焼結温度1100℃、焼結圧力15
0MPaで３時間保持して焼結した。しかる後、炉冷し、圧
力を開放して、焼結体を取り出した。
するＨＩＰ装置に配置し、焼結温度1100℃、焼結圧力15
0MPaで３時間保持して焼結した。しかる後、炉冷し、圧
力を開放して、焼結体を取り出した。
【００３４】焼結体は、密度が測定誤差範囲内で100%で
大変緻密であり、また室温の圧縮強度は約500MPaでこの
600℃における圧縮強度は600MPaであった。またビッカ
ース微小硬度は、Hv(0.5/10):約1100と大変高硬度であ
った。
大変緻密であり、また室温の圧縮強度は約500MPaでこの
600℃における圧縮強度は600MPaであった。またビッカ
ース微小硬度は、Hv(0.5/10):約1100と大変高硬度であ
った。
【００３５】Ｘ線回折により実施例３の焼結体の結晶相
を調べたところ、立方晶窒化硼素、SiC及びNi3Al以外の
回折ピークは認められなかった。
を調べたところ、立方晶窒化硼素、SiC及びNi3Al以外の
回折ピークは認められなかった。
【００３６】実施例４ 高圧型窒化硼素粉体粒子として立方晶窒化硼素粉体粒子
を用い、当該立方晶窒化硼素粉体粒子の表面に、窒化チ
タン(TiN)・二硼化チタン(TiB2)を立方晶窒化硼素に対
し、外部添加による添加量が体積で約10%を溶融塩を用
いる浸漬法により被覆した。金属結合材の原料としてTi
Al粉体粒子とを用いた高強度高圧型窒化硼素・金属複合
焼結体及びその製造法を例に、更に詳しく説明する。
を用い、当該立方晶窒化硼素粉体粒子の表面に、窒化チ
タン(TiN)・二硼化チタン(TiB2)を立方晶窒化硼素に対
し、外部添加による添加量が体積で約10%を溶融塩を用
いる浸漬法により被覆した。金属結合材の原料としてTi
Al粉体粒子とを用いた高強度高圧型窒化硼素・金属複合
焼結体及びその製造法を例に、更に詳しく説明する。
【００３７】立方晶窒化硼素粉体粒子(粒径4〜8μm)の
表面に、窒化チタン(TiN)・二硼化チタン(TiB2)を外部
添加による添加量が体積で約10%を溶融塩を用いる浸漬
法により被覆してなる立方晶窒化硼素粉体粒子を体積で
44%、TiAl粉体粒子をアセトン中湿式で２時間混合し
た。その後、10-6torr、200℃で当該混合粉体を真空乾
燥した。
表面に、窒化チタン(TiN)・二硼化チタン(TiB2)を外部
添加による添加量が体積で約10%を溶融塩を用いる浸漬
法により被覆してなる立方晶窒化硼素粉体粒子を体積で
44%、TiAl粉体粒子をアセトン中湿式で２時間混合し
た。その後、10-6torr、200℃で当該混合粉体を真空乾
燥した。
【００３８】次いで、直径16mm、厚さ5mm の円盤状に型
押し成形し、当該成形体を、hBN粉体を充填したパイレ
ックスガラス製のカプセルに配置し、10-6torr、400
℃、12時間脱気後封入封した。
押し成形し、当該成形体を、hBN粉体を充填したパイレ
ックスガラス製のカプセルに配置し、10-6torr、400
℃、12時間脱気後封入封した。
【００３９】当該カプセルをアルゴンガスを圧力媒体と
するＨＩＰ装置に配置し、焼結温度1100℃、焼結圧力15
0MPaで３時間保持して焼結した。しかる後、炉冷し、圧
力を開放して、焼結体を取り出した。
するＨＩＰ装置に配置し、焼結温度1100℃、焼結圧力15
0MPaで３時間保持して焼結した。しかる後、炉冷し、圧
力を開放して、焼結体を取り出した。
【００４０】焼結体は、密度が測定誤差範囲内で100%で
大変緻密であり、また室温の圧縮強度は約200MPaでこの
700℃における圧縮強度は300MPaであった。またビッカ
ース微小硬度は、Hv(0.5/10):約600と大変高硬度であっ
た。
大変緻密であり、また室温の圧縮強度は約200MPaでこの
700℃における圧縮強度は300MPaであった。またビッカ
ース微小硬度は、Hv(0.5/10):約600と大変高硬度であっ
た。
【００４１】Ｘ線回折により実施例４の焼結体の結晶相
を調べたところ、立方晶窒化硼素、TiN、TiB2及びTiAl
以外の回折ピークは認められなかった。
を調べたところ、立方晶窒化硼素、TiN、TiB2及びTiAl
以外の回折ピークは認められなかった。
【００４２】
【発明の効果】本発明の高強度高圧型窒化硼素・金属複
合焼結体及びその製造法は、高圧型窒化硼素粉体が体積
で1%〜90%と、残部が、圧力が2000MPa未満で1850℃を越
えない温度で焼結してなることにより室温強度100MPa以
上の高強度な金属結合材でなる当該金属結合材の原料を
体積で99%〜10%とを混合してなる混合物を、その儘又は
成形後、圧力が2000MPa未満で温度が1850℃を越えな
い、高圧型窒化硼素が熱力学的に安定ではないが準安定
な圧力・温度の焼結条件において固相で適宜時間焼結す
る高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法、又
は、当該高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造
法により製造することを特徴とする高強度高圧型窒化硼
素・金属複合焼結体を提供するものであり、実質的にグ
ラファイト型相を含まない、金属結合材による高靱性で
高強度な、高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体が製
造できるので、2000MPaを越える超高圧力を発生するた
めの超高圧力発生装置を使用する制約上の欠点が解消さ
れる。特に、超高圧ＨＩＰ装置或は当該超高圧ＨＩＰ装
置を除くＨＩＰ装置を使用する場合は、更に複雑形状の
焼結体の製造も可能である等、本発明は工業生産上のメ
リットが頗る大きい。
合焼結体及びその製造法は、高圧型窒化硼素粉体が体積
で1%〜90%と、残部が、圧力が2000MPa未満で1850℃を越
えない温度で焼結してなることにより室温強度100MPa以
上の高強度な金属結合材でなる当該金属結合材の原料を
体積で99%〜10%とを混合してなる混合物を、その儘又は
成形後、圧力が2000MPa未満で温度が1850℃を越えな
い、高圧型窒化硼素が熱力学的に安定ではないが準安定
な圧力・温度の焼結条件において固相で適宜時間焼結す
る高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法、又
は、当該高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造
法により製造することを特徴とする高強度高圧型窒化硼
素・金属複合焼結体を提供するものであり、実質的にグ
ラファイト型相を含まない、金属結合材による高靱性で
高強度な、高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体が製
造できるので、2000MPaを越える超高圧力を発生するた
めの超高圧力発生装置を使用する制約上の欠点が解消さ
れる。特に、超高圧ＨＩＰ装置或は当該超高圧ＨＩＰ装
置を除くＨＩＰ装置を使用する場合は、更に複雑形状の
焼結体の製造も可能である等、本発明は工業生産上のメ
リットが頗る大きい。
【図１】高圧型窒化硼素の安定な領域を示す圧力・温度
線図である。
線図である。
【符号の説明】 高圧型窒化硼素の熱力学的平衡線 若槻らの報告による立方晶窒化硼素が事実上安定に
存在する線
存在する線
Claims (13)
- 【請求項１】 高圧型窒化硼素粉体が体積で１％〜９０
％と、残部が、圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５０℃
を越えない温度で固相で焼結してなることにより室温強
度１００ＭＰａ以上の高強度な金属結合材であって、主
たる構成がＮｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｓ
ｎ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｉ
ｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｕ、Ａｕの一種以上からなるＬ
ｌ ２ 型、Ｌｌ０型、ＤＯ１９型及び／又はＤＯ２２型金
属間化合物の選択された一種類以上でなる当該金属結合
材の原料を体積で９９％〜１０％とを混合してなる混合
物を、その侭又は成形後、圧力が２０００ＭＰａ未満で
温度が１８５０℃を越えない、高圧型窒化硼素が熱力学
的に安定ではないが準安定な圧力・温度の焼結条件にお
いて固相で適宜時間焼結することを特徴とする、高強度
高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法。 - 【請求項２】 前記圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５
０℃を越えない温度で固相で焼結してなることにより室
温強度１００ＭＰａ以上の高強度な金属結合材が、前記
高圧型窒化硼素をグラファイト型相に相転移を促進しな
い金属結合材であることを特徴とする請求項１に記載の
高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法。 - 【請求項３】 前記圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５
０℃を越えない温度で固相で焼結してなることにより室
温強度１００ＭＰａ以上の高強度な金属結合材が、５０
０℃乃至１０００℃の内の選択された一種類以上の高温
において高温強度が５０ＭＰａ以上の金属結合材である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高強度
高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法。 - 【請求項４】 前記圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５
０℃を越えない温度で固相で焼結してなることにより室
温強度１００ＭＰａ以上の高強度な金属結合材が、ビッ
カース硬度が１５０以上の金属結合材であることを特徴
とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の高強度
高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法。 - 【請求項５】 前記圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５
０℃を越えない温度で固相で焼結してなることにより常
温強度１００ＭＰａの高強度な金属結合材が、当該結合
材の強度が正の温度依存性を有する金属結合材の選択さ
れた一種類以上を含んでなることを特徴とする請求項
１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の高強度高
圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法。 - 【請求項６】 前記圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５
０℃を越えない温度で固相で焼結してなることにより常
温強度１００ＭＰａの高強度な金属結合材が、Ｎｉ３Ｇ
ｅ、Ｎｉ３Ｓｉ、Ｎｉ３Ｇａ、Ｎｉ３Ａｌ、Ｐｔ３Ｓ
ｎ、Ｐｔ４Ｓｂ、Ｃｏ３Ｔｉ、Ｐｄ４Ｔｉ、Ｐｔ３Ｔ
ｉ、Ｐｔ３Ｇａ、Ｐｔ３Ａｌ、Ｐｄ３Ｐｂ、Ｆｅ３Ｇ
ａ、Ｚｒ３Ａｌ、Ｚｒ３Ｉｎ、Ｐｔ３Ｃｒ、Ｐｔ３Ｍ
ｎ、Ｐｔ３Ｖ、Ｐｄ３Ｍｎ、Ｃｕ３Ａｕ、Ｃｕ３Ｐｔ、
Ｃｕ３Ｐｄ、Ｔｉ３Ａｌ、ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌ３の選択
された一種類以上でなることを特徴とする請求項１、請
求項２、請求項３、請求項４又は請求項５に記載の高強
度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法。 - 【請求項７】 前記圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５
０℃を越えない温度で固相で焼結してなることにより常
温強度１００ＭＰａの高強度な金属結合材が、短径が５
００μｍ以下で当該短径に対する長径との比が２以上で
なる形状の金属又は化合物の一種類以上からなる繊維状
物質を含んでなることを特徴とする請求項１、請求項
２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に記載
の高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法。 - 【請求項８】 前記短径が５００μｍ以下で当該短径に
対する長径との比が２以上でなる形状の繊維状物質が、
周期律表第１ｂ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、７
ａ、８族金属、希土類金属、Ｂ 、Ｓｉ、Ａｌ、又はこ
れらの内の一種類以上を含む化合物の一種類以上からな
る短径が５００μｍ以下で当該短径に対する長径との比
が２以上でなる形状の繊維状物質でなることを特徴とす
る請求項７に記載の高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼
結体の製造法。 - 【請求項９】 前記短径が５００μｍ以下で当該短径に
対する長径との比が２以上でなる形状の繊維状物質が、
周期律表第１ｂ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、７
ａ、８ 族金属、希土類金属、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌの酸化
物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物、炭窒化物、
酸炭窒化物、硼化物、珪化物の一種類以上を含んでなる
短径が５００μｍ以下で当該短径に対する長径との比が
２以上でなる形状の繊維状物質でなることを特徴とする
請求項７又は請求項８に記載の高強度高圧型窒化硼素・
金属複合焼結体の製造法。 - 【請求項１０】 前記短径が５００μｍ以下で当該短径
に対する長径との比が２以上でなる形状の繊維状物質
が、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｂ４Ｃ、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、Ｔ
ｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｃ、Ｗ、Ｂ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｖ、Ｚｒの一種類以上からなる短径が５００μｍ以下
で、当該短径に対する長径との比が２以上でなる形状の
繊維状物質でなることを特徴とする請求項７、請求項８
又は請求項９に記載の高強度高圧型窒化硼素・金属複合
焼結体の製造法。 - 【請求項１１】 前記高圧型窒化硼素粉体の粒子が、溶
融塩を用いる浸漬法により、周期律表４Ａ族（Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ）、５Ａ族（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）又は６Ａ族（Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ）の選択された一種類以上からなる遷移金
属の窒化物、硼化物からなる被覆物質を一層以上被覆さ
れた高圧型窒化硼素粉体の粒子であることを特徴とする
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、
請求項６、請求項７、請求項８、請求項９又は請求項１
０に記載の高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製
造法。 - 【請求項１２】 前記高強度高圧型窒化硼素・金属複合
焼結体が、圧力が２０００ＭＰａ未満で１８５０℃を越
えない温度で固相で焼結してなることにより密度が９５
％以上の緻密な高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体
であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項
８、請求項９、請求項１０又は請求項１１に記載の高強
度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法。 - 【請求項１３】 請求項１、請求項２、請求項３、請求
項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求
項９、請求項１０、請求項１１又は請求項１２に記載の
高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体の製造法により
製造したことを特徴とする高強度高圧型窒化硼素・金属
複合焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5226589A JP2852406B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | 高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5226589A JP2852406B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | 高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0734156A JPH0734156A (ja) | 1995-02-03 |
| JP2852406B2 true JP2852406B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=16847551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5226589A Expired - Lifetime JP2852406B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | 高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2852406B2 (ja) |
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| JP6330387B2 (ja) * | 2013-03-22 | 2018-05-30 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体およびその製造方法 |
| WO2021193956A1 (ja) * | 2020-03-26 | 2021-09-30 | 株式会社村田製作所 | 複合繊維 |
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| JPS6033336A (ja) * | 1983-08-04 | 1985-02-20 | Asahi Daiyamondo Kogyo Kk | 硬質立方晶窒化硼素焼結体の製造法 |
| JP2708245B2 (ja) * | 1989-11-07 | 1998-02-04 | 株式会社神戸製鋼所 | 熱間静水圧プレス方法 |
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-
1993
- 1993-07-15 JP JP5226589A patent/JP2852406B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0734156A (ja) | 1995-02-03 |
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