JP3210792B2 - 繊維強化焼結体 - Google Patents
繊維強化焼結体Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性，靱性に優れ
た繊維強化焼結体に関するもので、特にチタン化合物ウ
イスカーと、立方晶および／またはウルツ鉱型結晶の窒
化硼素（ｃＢＮ，ｗＢＮ）との複合材料に関するもので
ある。
た繊維強化焼結体に関するもので、特にチタン化合物ウ
イスカーと、立方晶および／またはウルツ鉱型結晶の窒
化硼素（ｃＢＮ，ｗＢＮ）との複合材料に関するもので
ある。
【０００２】
【従来技術】従来、切削工具の耐摩耗性と靱性を向上さ
せるため種々の改善が行われている。その１つの例に、
炭化珪素（ＳｉＣ）ウイスカーに代表される繊維状物質
をＡｌ2 Ｏ3 などに配合することにより靱性を改善する
ことが、特開昭６１−２８６２７１号公報や特開昭６２
−４１７７６号公報等にて提案されている。
せるため種々の改善が行われている。その１つの例に、
炭化珪素（ＳｉＣ）ウイスカーに代表される繊維状物質
をＡｌ2 Ｏ3 などに配合することにより靱性を改善する
ことが、特開昭６１−２８６２７１号公報や特開昭６２
−４１７７６号公報等にて提案されている。
【０００３】一方、切削工具材料や耐摩耗材料の用途は
近年ますます広がりを見せており、従来以上に高硬度，
高靱性の双方が要求される場合が多くなっているが、こ
れらの用途に対しては、従来ｃＢＮやｗＢＮを用いた高
硬度の切削工具が使用されている。
近年ますます広がりを見せており、従来以上に高硬度，
高靱性の双方が要求される場合が多くなっているが、こ
れらの用途に対しては、従来ｃＢＮやｗＢＮを用いた高
硬度の切削工具が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従来
のｃＢＮやｗＢＮを用いた切削工具では欠損するなど性
能上問題があった。また、適当な材料が存在しないこと
が各種機械の開発を制約していた。
のｃＢＮやｗＢＮを用いた切削工具では欠損するなど性
能上問題があった。また、適当な材料が存在しないこと
が各種機械の開発を制約していた。
【０００５】そこで、ｃＢＮやｗＢＮにＳｉＣウイスカ
ーを配合した複合材料を作成することが考えられる。し
かしながら、ＳｉＣは鉄、特に酸化鉄と容易に反応しや
すい性質を有するために、ＳｉＣウイスカーを含有する
工具では急激に摩耗が進展し切削が不可能となる問題が
ある。
ーを配合した複合材料を作成することが考えられる。し
かしながら、ＳｉＣは鉄、特に酸化鉄と容易に反応しや
すい性質を有するために、ＳｉＣウイスカーを含有する
工具では急激に摩耗が進展し切削が不可能となる問題が
ある。
【０００６】ところが、最近に至りこのような被削材と
の反応性を防止することを目的として、ｃＢＮやｗＢＮ
にＳｉＣよりも鉄との反応性が低い炭化チタン（Ｔｉ
Ｃ）の繊維状物質（ウイスカー）を添加することが提案
されている（特開平２−１１６６７３号公報、特開平２
−７１９０５号公報）。
の反応性を防止することを目的として、ｃＢＮやｗＢＮ
にＳｉＣよりも鉄との反応性が低い炭化チタン（Ｔｉ
Ｃ）の繊維状物質（ウイスカー）を添加することが提案
されている（特開平２−１１６６７３号公報、特開平２
−７１９０５号公報）。
【０００７】しかしながら、ｃＢＮやｗＢＮにＴｉＣウ
イスカーを配合する技術は、抗折強度，靱性，硬度等の
特性の点から未だ十分に検討されておらず、実用的なレ
ベルに達していないという問題があった。
イスカーを配合する技術は、抗折強度，靱性，硬度等の
特性の点から未だ十分に検討されておらず、実用的なレ
ベルに達していないという問題があった。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記問
題点に対して詳細に検討を重ねた結果、ｃＢＮやｗＢＮ
に所定の組成からなるチタン化合物ウイスカーを配合す
ることにより、焼結体の抗折強度，靱性，硬度等の特性
を大幅に改善できることを見出し、本発明に至った。
題点に対して詳細に検討を重ねた結果、ｃＢＮやｗＢＮ
に所定の組成からなるチタン化合物ウイスカーを配合す
ることにより、焼結体の抗折強度，靱性，硬度等の特性
を大幅に改善できることを見出し、本発明に至った。
【０００９】即ち、本発明の繊維強化焼結体は、立方晶
窒化硼素およびウルツ鉱型結晶窒化硼素のうち少なくと
も一種からなるマトリックス中に、Ｔｉ（Ｃx ，Ｎy ，
Ｏz）（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｚ≦０．１）で表されるチ
タン化合物ウイスカーが分散しているものであり、チタ
ン化合物ウイスカーには、Ｔｉを除く周期律表第４ａ，
５ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なくとも１種が
固溶していることが望ましい。また、チタン化合物ウイ
スカーのまわりのマトリックス中に、Ｔｉを除く周期律
表第４ａ，５ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なく
とも１種が固溶していることが望ましい。
窒化硼素およびウルツ鉱型結晶窒化硼素のうち少なくと
も一種からなるマトリックス中に、Ｔｉ（Ｃx ，Ｎy ，
Ｏz）（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｚ≦０．１）で表されるチ
タン化合物ウイスカーが分散しているものであり、チタ
ン化合物ウイスカーには、Ｔｉを除く周期律表第４ａ，
５ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なくとも１種が
固溶していることが望ましい。また、チタン化合物ウイ
スカーのまわりのマトリックス中に、Ｔｉを除く周期律
表第４ａ，５ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なく
とも１種が固溶していることが望ましい。
【００１０】ここで、チタン化合物ウイスカーは、Ｔｉ
（Ｃx ，Ｎy ，Ｏz ）（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｚ≦０．
１）で表わすことができ、ｘおよびｙはこの範囲で任意
の値を取ることができるが、耐摩耗性を重視するなら
ば、ｘは０．７以上であるほうが望ましい。ｚは０．１
以下であり、０．１を越えると焼結体の硬度と強度が低
下して耐摩耗性に劣る材料となる。
（Ｃx ，Ｎy ，Ｏz ）（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｚ≦０．
１）で表わすことができ、ｘおよびｙはこの範囲で任意
の値を取ることができるが、耐摩耗性を重視するなら
ば、ｘは０．７以上であるほうが望ましい。ｚは０．１
以下であり、０．１を越えると焼結体の硬度と強度が低
下して耐摩耗性に劣る材料となる。
【００１１】また、チタン化合物ウイスカーは、炭化チ
タン（ＴｉＣ），窒化チタン（ＴｉＮ），炭窒化チタン
（ＴｉＣＮ）から選ばれる一種よりなる単体であっても
良いが、例えば、ＴｉＣウイスカーにはＮやＯが不可避
不純物として混入されるように、本発明のチタン化合物
ウイスカーには、微量のＣ，Ｎ，Ｏが不可避不純物とし
て混入されてくる。さらに、チタン化合物ウイスカーは
炭化チタン（ＴｉＣ），窒化チタン（ＴｉＮ），炭窒化
チタン（ＴｉＣＮ）のうち少なくとも二種以上からなる
固溶体であっても良い。固溶体としては、例えば、Ｔｉ
ＣウイスカーとＴｉＮウイスカーの組合せや、ＴｉＮウ
イスカーとＴｉＣＮウイスカーの組合せＴｉＣウイスカ
ーとＴｉＣＮウイスカーの組合せがある。
タン（ＴｉＣ），窒化チタン（ＴｉＮ），炭窒化チタン
（ＴｉＣＮ）から選ばれる一種よりなる単体であっても
良いが、例えば、ＴｉＣウイスカーにはＮやＯが不可避
不純物として混入されるように、本発明のチタン化合物
ウイスカーには、微量のＣ，Ｎ，Ｏが不可避不純物とし
て混入されてくる。さらに、チタン化合物ウイスカーは
炭化チタン（ＴｉＣ），窒化チタン（ＴｉＮ），炭窒化
チタン（ＴｉＣＮ）のうち少なくとも二種以上からなる
固溶体であっても良い。固溶体としては、例えば、Ｔｉ
ＣウイスカーとＴｉＮウイスカーの組合せや、ＴｉＮウ
イスカーとＴｉＣＮウイスカーの組合せＴｉＣウイスカ
ーとＴｉＣＮウイスカーの組合せがある。
【００１２】配合されるチタン化合物ウイスカーはそれ
自体、単結晶あるいは多結晶質からなるもので、最適に
は単結晶が用いられるが、一つの針状粒子が１００個程
度以下の多結晶からなっていてもよい。チタン化合物ウ
イスカーの平均径は１０μm以下、特に０．５〜３．０
μm が好ましく、また長径／短径で表させるアスペクト
比の平均が２〜１００、特に１０〜５０のものが用いら
れる。平均径が１０μm 以下では靱性改善の効果が大き
く、高い抗折強度を維持できるのに対し、平均径が１０
μm より大きいと焼成時の粒成長をコントロールするこ
とが難しくなり、強度，靱性とも低下し易い。一方、ア
スペクト比の平均が２より小さいと靱性改善の効果が少
なく、１００より大きいと原料の取扱が難しく、均一に
分散できないため密度が低下する傾向にある。
自体、単結晶あるいは多結晶質からなるもので、最適に
は単結晶が用いられるが、一つの針状粒子が１００個程
度以下の多結晶からなっていてもよい。チタン化合物ウ
イスカーの平均径は１０μm以下、特に０．５〜３．０
μm が好ましく、また長径／短径で表させるアスペクト
比の平均が２〜１００、特に１０〜５０のものが用いら
れる。平均径が１０μm 以下では靱性改善の効果が大き
く、高い抗折強度を維持できるのに対し、平均径が１０
μm より大きいと焼成時の粒成長をコントロールするこ
とが難しくなり、強度，靱性とも低下し易い。一方、ア
スペクト比の平均が２より小さいと靱性改善の効果が少
なく、１００より大きいと原料の取扱が難しく、均一に
分散できないため密度が低下する傾向にある。
【００１３】また、上記複合材料では、長さ１００μｍ
以下であり、かつアスペクト比が２以上のウイスカーが
チタン化合物ウイスカーの全量中２０体積％以上である
ことが望ましい。また、チタン化合物ウイスカーは全体
としては１０体積％以上含有することが望ましい。本発
明のチタン化合物ウイスカーはＣＶＤや固相反応法で作
製できる。このようなチタン化合物ウイスカーが立方晶
窒化硼素（ｃＢＮ）やウルツ鉱型結晶窒化硼素（ｗＢ
Ｎ）からなるマトリックス中に含有する量は、１０体積
％以上が好ましく、特に３０〜７０体積％が最適であ
る。
以下であり、かつアスペクト比が２以上のウイスカーが
チタン化合物ウイスカーの全量中２０体積％以上である
ことが望ましい。また、チタン化合物ウイスカーは全体
としては１０体積％以上含有することが望ましい。本発
明のチタン化合物ウイスカーはＣＶＤや固相反応法で作
製できる。このようなチタン化合物ウイスカーが立方晶
窒化硼素（ｃＢＮ）やウルツ鉱型結晶窒化硼素（ｗＢ
Ｎ）からなるマトリックス中に含有する量は、１０体積
％以上が好ましく、特に３０〜７０体積％が最適であ
る。
【００１４】また、単純なチタン化合物ウイスカーを含
有する焼結体では、チタン化合物ウイスカー自体が高温
で硬度や強度が低下して変形すると、焼結体の抗折強
度，靱性，硬度等の種々の特性を低下するため、チタン
化合物ウイスカーに対して特定の元素を固溶させること
によりウイスカー自体の変形を防止することが望まれ
る。したがって本発明の繊維強化焼結体は、チタン化合
物ウイスカーにＴｉを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ
族元素およびホウ素のうち少なくとも１種を固溶させる
ことがが好ましい。チタン化合物ウイスカーに固溶する
Ｔｉを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素およびホ
ウ素の固溶量は、０．１モル％以上であれば靱性等の特
性を向上することができ、特に、２〜８モル％固溶させ
ることにより特性が最適となる。固溶量の上限は実用上
２０モル％である。Ｔｉを除く周期律表第４ａ，５ａ，
６ａ族元素としては、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗがある。
有する焼結体では、チタン化合物ウイスカー自体が高温
で硬度や強度が低下して変形すると、焼結体の抗折強
度，靱性，硬度等の種々の特性を低下するため、チタン
化合物ウイスカーに対して特定の元素を固溶させること
によりウイスカー自体の変形を防止することが望まれ
る。したがって本発明の繊維強化焼結体は、チタン化合
物ウイスカーにＴｉを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ
族元素およびホウ素のうち少なくとも１種を固溶させる
ことがが好ましい。チタン化合物ウイスカーに固溶する
Ｔｉを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素およびホ
ウ素の固溶量は、０．１モル％以上であれば靱性等の特
性を向上することができ、特に、２〜８モル％固溶させ
ることにより特性が最適となる。固溶量の上限は実用上
２０モル％である。Ｔｉを除く周期律表第４ａ，５ａ，
６ａ族元素としては、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗがある。
【００１５】本発明の繊維強化焼結体の組織図を、図１
に示す。この図１から判るように、周期律表第４ａ，５
ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なくとも１種を添
加するとともに、チタン、アルミニウム、ニッケル、コ
バルトおよびこれらの化合物を添加した場合の本発明の
繊維強化焼結体は、チタン化合物ウイスカー１と、ｃＢ
ＮまたはｗＢＮ粒子２と、結合相３とから構成されてい
ることが判る。そして、チタン化合物ウイスカー１は、
全体的に元素が固溶しているものとウイスカーの外周部
に元素が固溶しているもの（有芯構造）が存在すること
が判る。
に示す。この図１から判るように、周期律表第４ａ，５
ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なくとも１種を添
加するとともに、チタン、アルミニウム、ニッケル、コ
バルトおよびこれらの化合物を添加した場合の本発明の
繊維強化焼結体は、チタン化合物ウイスカー１と、ｃＢ
ＮまたはｗＢＮ粒子２と、結合相３とから構成されてい
ることが判る。そして、チタン化合物ウイスカー１は、
全体的に元素が固溶しているものとウイスカーの外周部
に元素が固溶しているもの（有芯構造）が存在すること
が判る。
【００１６】本発明の複合材料は、Ｔｉ（Ｃx ，Ｎy ，
Ｏz ）（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｚ≦０．１）で表されるチ
タン化合物ウイスカーと、ｃＢＮやｗＢＮとの複合体か
らなるものである。チタン化合物ウイスカーとｃＢＮや
ｗＢＮを複合させることにより、複合材料としての特性
を改善することができる。このようなｃＢＮやｗＢＮか
らなるマトリックスは、１０〜９０体積％、特に、３０
〜７０体積％含有することが望ましい。これは、１０体
積％よりも少ないと、硬度と強度が低下して耐摩耗性の
劣る材料となり、９０体積％よりも多いと靱性が低下し
て耐欠損性の劣る材料となるからである。
Ｏz ）（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｚ≦０．１）で表されるチ
タン化合物ウイスカーと、ｃＢＮやｗＢＮとの複合体か
らなるものである。チタン化合物ウイスカーとｃＢＮや
ｗＢＮを複合させることにより、複合材料としての特性
を改善することができる。このようなｃＢＮやｗＢＮか
らなるマトリックスは、１０〜９０体積％、特に、３０
〜７０体積％含有することが望ましい。これは、１０体
積％よりも少ないと、硬度と強度が低下して耐摩耗性の
劣る材料となり、９０体積％よりも多いと靱性が低下し
て耐欠損性の劣る材料となるからである。
【００１７】本発明の繊維強化セラミックスを作成する
には、まずＴｉ（Ｃx ，Ｎy ，Ｏz）（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
かつｚ≦０．１）で表されるチタン化合物ウイスカー、
或いは、このウイスカーにＴｉを除く周期律表第４ａ，
５ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なくとも１種が
固溶したチタン化合物ウイスカーと、立方晶またはウル
ツ鉱型結晶の窒化硼素又は工程中それらに変換する原料
粉末と、所望によりチタン、アルミニウム、ニッケル、
コバルトおよびこれらの化合物のうち少なくとも１種の
粉末を混合し、その後に所望の成形手段、例えば、金型
プレス，押し出し成形，射出成形，冷間静水圧成形等に
よって成形後、超高圧焼結用ヒーター等に組入れ、超高
圧焼結を行う。
には、まずＴｉ（Ｃx ，Ｎy ，Ｏz）（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
かつｚ≦０．１）で表されるチタン化合物ウイスカー、
或いは、このウイスカーにＴｉを除く周期律表第４ａ，
５ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なくとも１種が
固溶したチタン化合物ウイスカーと、立方晶またはウル
ツ鉱型結晶の窒化硼素又は工程中それらに変換する原料
粉末と、所望によりチタン、アルミニウム、ニッケル、
コバルトおよびこれらの化合物のうち少なくとも１種の
粉末を混合し、その後に所望の成形手段、例えば、金型
プレス，押し出し成形，射出成形，冷間静水圧成形等に
よって成形後、超高圧焼結用ヒーター等に組入れ、超高
圧焼結を行う。
【００１８】焼結は、少なくとも一部の工程で１ＧＰａ
以上の圧力と、望ましくは４ＧＰａの圧力下、１３００
℃〜２０００℃の温度で０．１〜１時間行う。焼成中に
は、チタン化合物ウイスカーにＴｉを除く周期律表第４
ａ，５ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なくとも１
種が加熱により拡散される。
以上の圧力と、望ましくは４ＧＰａの圧力下、１３００
℃〜２０００℃の温度で０．１〜１時間行う。焼成中に
は、チタン化合物ウイスカーにＴｉを除く周期律表第４
ａ，５ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なくとも１
種が加熱により拡散される。
【００１９】上記方法において、出発原料としてＴｉを
除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素およびホウ素の
少なくとも一種が固溶したチタン化合物ウイスカーを用
いているが、原料の調合時にウイスカーに固溶させよう
とする元素を含有する原料を添加し、焼成過程で固溶さ
せても良い。加えられる粉末はＴｉを除く周期律表第４
ａ，５ａ，６ａ族元素、ホウ素およびこれらの炭化物、
窒化物もしくは炭窒化物の１種以上を選択できる。添加
した元素はそれぞれチタン化合物ウイスカーに固溶しウ
イスカーを強化する。これらの固溶が焼結中に行われる
ことにより工程を簡略にし、かつ焼結体の特性を向上さ
せる。チタン化合物ウイスカー中に元素を効率よく拡散
させて固溶させるためには、焼成過程で１２００〜１４
００℃の温度で１０分以上保持すれば良い。上記の場
合、焼結体はチタン化合物ウイスカーと、添加した元素
のうちチタン化合物ウイスカーに固溶しきれなかった余
剰の粒子と、ＢＮ粒子からなるものが得られる。所望に
より添加したチタン、アルミニウム、ニッケル、コバル
トおよびこれらの化合物は、チタン化合物ウイスカーに
固溶しきれなかった余剰の粒子とｃＢＮまたはｗＢＮか
らなるマトリックス中に存在する。
除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素およびホウ素の
少なくとも一種が固溶したチタン化合物ウイスカーを用
いているが、原料の調合時にウイスカーに固溶させよう
とする元素を含有する原料を添加し、焼成過程で固溶さ
せても良い。加えられる粉末はＴｉを除く周期律表第４
ａ，５ａ，６ａ族元素、ホウ素およびこれらの炭化物、
窒化物もしくは炭窒化物の１種以上を選択できる。添加
した元素はそれぞれチタン化合物ウイスカーに固溶しウ
イスカーを強化する。これらの固溶が焼結中に行われる
ことにより工程を簡略にし、かつ焼結体の特性を向上さ
せる。チタン化合物ウイスカー中に元素を効率よく拡散
させて固溶させるためには、焼成過程で１２００〜１４
００℃の温度で１０分以上保持すれば良い。上記の場
合、焼結体はチタン化合物ウイスカーと、添加した元素
のうちチタン化合物ウイスカーに固溶しきれなかった余
剰の粒子と、ＢＮ粒子からなるものが得られる。所望に
より添加したチタン、アルミニウム、ニッケル、コバル
トおよびこれらの化合物は、チタン化合物ウイスカーに
固溶しきれなかった余剰の粒子とｃＢＮまたはｗＢＮか
らなるマトリックス中に存在する。
【００２０】チタン化合物ウイスカーの周囲のｃＢＮま
たはｗＢＮからなるマトリックス中に、チタン化合物ウ
イスカーに固溶しきれなかった余剰の周期律表第４ａ，
５ａ，６ａ族元素およびホウ素が存在することが望まし
い。これにより、チタン化合物ウイスカーとｃＢＮまた
はｗＢＮからなるマトリックスとの結合力を強化するこ
とができるからである。
たはｗＢＮからなるマトリックス中に、チタン化合物ウ
イスカーに固溶しきれなかった余剰の周期律表第４ａ，
５ａ，６ａ族元素およびホウ素が存在することが望まし
い。これにより、チタン化合物ウイスカーとｃＢＮまた
はｗＢＮからなるマトリックスとの結合力を強化するこ
とができるからである。
【００２１】
【作用】本発明の繊維強化焼結体では、ｃＢＮ，ｗＢＮ
からなるマトリックス中に、Ｔｉ（Ｃx ，Ｎy ，Ｏz ）
（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｚ≦０．１）で表されるチタン化
合物ウイスカーが分散しているので、ｃＢＮ，ｗＢＮか
らなるマトリックスが有する高い硬度と、チタン化合物
ウイスカーが存在することによる高い靱性を兼ね備えた
焼結体が得られる。
からなるマトリックス中に、Ｔｉ（Ｃx ，Ｎy ，Ｏz ）
（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｚ≦０．１）で表されるチタン化
合物ウイスカーが分散しているので、ｃＢＮ，ｗＢＮか
らなるマトリックスが有する高い硬度と、チタン化合物
ウイスカーが存在することによる高い靱性を兼ね備えた
焼結体が得られる。
【００２２】また、チタン化合物ウイスカーに、Ｔｉを
除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素およびホウ素の
うち少なくとも１種を固溶させることにより、ウイスカ
ーの高温での強度や硬度が低下することなく、高温での
変形が抑制されるため、焼結体自体の硬度，靱性，強度
等の特性を更に向上することが可能となる。
除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素およびホウ素の
うち少なくとも１種を固溶させることにより、ウイスカ
ーの高温での強度や硬度が低下することなく、高温での
変形が抑制されるため、焼結体自体の硬度，靱性，強度
等の特性を更に向上することが可能となる。
【００２３】さらに、チタン化合物ウイスカーの周辺部
のマトリックス中に、Ｔｉを除く周期律表第４ａ，５
ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なくとも１種が存
在することにより、チタン化合物ウイスカーとマトリッ
クスとの結合力が強化されるため、靱性、強度等の特性
を向上することが可能となる。
のマトリックス中に、Ｔｉを除く周期律表第４ａ，５
ａ，６ａ族元素およびホウ素のうち少なくとも１種が存
在することにより、チタン化合物ウイスカーとマトリッ
クスとの結合力が強化されるため、靱性、強度等の特性
を向上することが可能となる。
【００２４】
【実施例】ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮウイスカーに、所
望によりＴｉを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素
およびホウ素の少なくとも一種を含む原料の微粉末を混
合し、不活性雰囲気中で７００℃の温度を加えて熱処理
し、表１に示すような組成のチタン化合物ウイスカーを
得た。
望によりＴｉを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素
およびホウ素の少なくとも一種を含む原料の微粉末を混
合し、不活性雰囲気中で７００℃の温度を加えて熱処理
し、表１に示すような組成のチタン化合物ウイスカーを
得た。
【００２５】
【表１】
【００２６】そして、これらのチタン化合物ウイスカー
における固溶元素を発光分光分析装置により測定した。
また、チタン化合物ウイスカーを１５００℃まで加熱
し、高温で変形する量を調べた結果、高温での変形量は
従来のウイスカーよりも大幅に小さいことを確認した。
特に、Ｔｉを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素お
よびホウ素の少なくとも一種が固溶したチタン化合物ウ
イスカーでは、高温での変形は小さいことを確認した
（特願平５−３８６９２号参照）。
における固溶元素を発光分光分析装置により測定した。
また、チタン化合物ウイスカーを１５００℃まで加熱
し、高温で変形する量を調べた結果、高温での変形量は
従来のウイスカーよりも大幅に小さいことを確認した。
特に、Ｔｉを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素お
よびホウ素の少なくとも一種が固溶したチタン化合物ウ
イスカーでは、高温での変形は小さいことを確認した
（特願平５−３８６９２号参照）。
【００２７】一方、上記チタン化合物ウイスカーと、ｃ
ＢＮ，ｗＢＮ又は工程中それらに変換する原料粉末と、
所望によりチタン、アルミニウム、ニッケル、コバルト
およびこれらの化合物のうち少なくとも１種の粉末を、
最終焼結体の組成が表１の割合になるように秤量混合し
た後、１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力でプレス成形し、こ
の後、成形体を超高圧焼結用ヒーター等に組入れ、５．
５ＧＰａ、１４００℃の温度で０．５時間超高圧焼結を
行った。
ＢＮ，ｗＢＮ又は工程中それらに変換する原料粉末と、
所望によりチタン、アルミニウム、ニッケル、コバルト
およびこれらの化合物のうち少なくとも１種の粉末を、
最終焼結体の組成が表１の割合になるように秤量混合し
た後、１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力でプレス成形し、こ
の後、成形体を超高圧焼結用ヒーター等に組入れ、５．
５ＧＰａ、１４００℃の温度で０．５時間超高圧焼結を
行った。
【００２８】得られた各焼結体に対してＪＩＳＲ１６０
１に従い３点曲げ抗折強度、ビッカース硬度並びにビッ
カース硬度用ダイヤモンド圧子を用いて荷重２０Ｋｇで
圧痕法により破壊靱性を測定した。結果を表２に示す。
１に従い３点曲げ抗折強度、ビッカース硬度並びにビッ
カース硬度用ダイヤモンド圧子を用いて荷重２０Ｋｇで
圧痕法により破壊靱性を測定した。結果を表２に示す。
【００２９】
【表２】
【００３０】表２によれば、ＢＮからなるマトリックス
中に、所定の組成からなるチタン化合物ウイスカーを配
合した焼結体では優れた特性を示すことが判る。Ｔｉを
除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素およびホウ素の
少なくとも一種が固溶したチタン化合物ウイスカーを使
用した試料では、更に強度，硬度および靱性が向上して
いることがわかる。尚、試料Ｎo.１５〜１７および２０
は、ＺｒＣ，Ｍｏ2 Ｏ，ＴｉＢ2 を添加してウイスカー
中に周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素を固溶させた例
である。
中に、所定の組成からなるチタン化合物ウイスカーを配
合した焼結体では優れた特性を示すことが判る。Ｔｉを
除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素およびホウ素の
少なくとも一種が固溶したチタン化合物ウイスカーを使
用した試料では、更に強度，硬度および靱性が向上して
いることがわかる。尚、試料Ｎo.１５〜１７および２０
は、ＺｒＣ，Ｍｏ2 Ｏ，ＴｉＢ2 を添加してウイスカー
中に周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素を固溶させた例
である。
【００３１】また、チタン化合物ウイスカーに固溶した
元素の量を正確に測定することは困難であるが、透過電
子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた測定では、試料Ｎo.８〜１
３では０．５〜２重量％、試料Ｎo.１４〜１８，２１で
は、ウイスカーの外周部で０．０５〜２重量％、芯部で
は０％であった。ただし、こられの値には測定上不可避
の誤差が含まれているため、この誤差を考慮すると、ウ
イスカー中に固溶している元素量は、０．０５〜５重量
％程度と考えられる。尚、試料Ｎo.２０では、ホウ素の
定量分析が特に困難であるため定量できていない。これ
も同様に０．０５〜５重量％程度と考えられる。
元素の量を正確に測定することは困難であるが、透過電
子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた測定では、試料Ｎo.８〜１
３では０．５〜２重量％、試料Ｎo.１４〜１８，２１で
は、ウイスカーの外周部で０．０５〜２重量％、芯部で
は０％であった。ただし、こられの値には測定上不可避
の誤差が含まれているため、この誤差を考慮すると、ウ
イスカー中に固溶している元素量は、０．０５〜５重量
％程度と考えられる。尚、試料Ｎo.２０では、ホウ素の
定量分析が特に困難であるため定量できていない。これ
も同様に０．０５〜５重量％程度と考えられる。
【００３２】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の繊維強化焼
結体では、特定の組成からなるチタン化合物ウイスカー
をｃＢＮまたはｗＢＮからなるマトリックス中に分散し
たので、抗折強度，硬度，靱性を向上することができ
る。これにより、例えば、工具として用いた場合に、適
用可能な切削条件を拡大するとともに工具の長寿命化を
図ることができる。
結体では、特定の組成からなるチタン化合物ウイスカー
をｃＢＮまたはｗＢＮからなるマトリックス中に分散し
たので、抗折強度，硬度，靱性を向上することができ
る。これにより、例えば、工具として用いた場合に、適
用可能な切削条件を拡大するとともに工具の長寿命化を
図ることができる。
【図１】本発明の繊維強化焼結体の組織を示す説明図で
ある。
ある。
１ チタン化合物ウイスカー ２ ｃＢＮ，ｗＢＮ粒子 ３ 結合相
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/583 - 35/5835 C04B 35/80 - 35/81
Claims (1)
- 【請求項１】立方晶窒化硼素およびウルツ鉱型結晶窒化
硼素のうち少なくとも一種からなるマトリックス中に、
Ｔｉを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族元素およびホ
ウ素のうち少なくとも１種が固溶した、Ｔｉ（Ｃx，
Ｎy，Ｏz）（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｚ≦０．１）で表され
るチタン化合物ウイスカーが分散していることを特徴と
する繊維強化焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32417393A JP3210792B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 繊維強化焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32417393A JP3210792B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 繊維強化焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07172922A JPH07172922A (ja) | 1995-07-11 |
| JP3210792B2 true JP3210792B2 (ja) | 2001-09-17 |
Family
ID=18162914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32417393A Expired - Fee Related JP3210792B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 繊維強化焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3210792B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201002372D0 (en) * | 2010-02-12 | 2010-03-31 | Element Six Production Pty Ltd | A superhard multiphase material and method of using same |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP32417393A patent/JP3210792B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07172922A (ja) | 1995-07-11 |
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