JP3245698B2 - オキシカーバイト系焼結体の製造方法 - Google Patents
オキシカーバイト系焼結体の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗・耐食用途等に
有用なオキシカーバイト系焼結体およびその製造方法に
関する。
有用なオキシカーバイト系焼結体およびその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは、耐摩耗性，耐食性等を
要求される使用環境における構造部材，機能部材等とし
て有用な材料であり、金属材料の代替材としてまたは金
属材料との複合材として多方面の工学的応用がなされて
いる。セラミックスの材種は、Ｓｉ3 Ｎ4 等の窒化物
系、ＷＣ, ＴｉＣ, ＳｉＣ等の炭化物系, Ａｌ2 Ｏ3 等
の酸化物系など各種のものが工業的に供給されており、
その焼結体の製造プロセスとして、セラミックス粉末を
加圧成形に付し、適宜形状の圧粉体として焼結処理する
方法、粉末をカプセルに真空密封し、静水圧媒体の加圧
力の作用下に加熱焼結する方法（熱間静水圧加圧焼結
法）等が行われている。
要求される使用環境における構造部材，機能部材等とし
て有用な材料であり、金属材料の代替材としてまたは金
属材料との複合材として多方面の工学的応用がなされて
いる。セラミックスの材種は、Ｓｉ3 Ｎ4 等の窒化物
系、ＷＣ, ＴｉＣ, ＳｉＣ等の炭化物系, Ａｌ2 Ｏ3 等
の酸化物系など各種のものが工業的に供給されており、
その焼結体の製造プロセスとして、セラミックス粉末を
加圧成形に付し、適宜形状の圧粉体として焼結処理する
方法、粉末をカプセルに真空密封し、静水圧媒体の加圧
力の作用下に加熱焼結する方法（熱間静水圧加圧焼結
法）等が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、固体燃
焼反応を利用した材料合成の研究過程において、一定の
燃焼条件下に生成するＴｉ，Ｚｒ等のオキシカーバイト
が、耐摩耗・耐食用途等のセラミックス材料として有用
であること、またこのものは難焼結性のため、通常の焼
結プロセスによる焼結製品の製造は困難であるが、燃焼
反応条件の制御により、緻密質あるいは多孔質の焼結体
として製造できることを見出した。本発明はこの知見に
基づいてなされたものである。
焼反応を利用した材料合成の研究過程において、一定の
燃焼条件下に生成するＴｉ，Ｚｒ等のオキシカーバイト
が、耐摩耗・耐食用途等のセラミックス材料として有用
であること、またこのものは難焼結性のため、通常の焼
結プロセスによる焼結製品の製造は困難であるが、燃焼
反応条件の制御により、緻密質あるいは多孔質の焼結体
として製造できることを見出した。本発明はこの知見に
基づいてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のオキシカーバイ
ト系焼結体は、周期律表第IVａ族元素および第Vａ族元
素から選ばれる金属元素のオキシカーバイトを主相とす
る成分構成を有している。本発明のオキシカーバイト系
焼結体の製造方法は、周期律表第IVａ族元素および第V
ａ族元素から選ばれる金属の粉末と、該金属の炭化物の
粉末とからなる混合粉末を加圧成形して圧粉体とし、Ｃ
Ｏ２ガス雰囲気中、圧粉体に着火して金属粉末とＣＯ２
との間に生起する自己燃焼反応により、該金属のオキシ
カーバイトを生成させることを特徴としている。
ト系焼結体は、周期律表第IVａ族元素および第Vａ族元
素から選ばれる金属元素のオキシカーバイトを主相とす
る成分構成を有している。本発明のオキシカーバイト系
焼結体の製造方法は、周期律表第IVａ族元素および第V
ａ族元素から選ばれる金属の粉末と、該金属の炭化物の
粉末とからなる混合粉末を加圧成形して圧粉体とし、Ｃ
Ｏ２ガス雰囲気中、圧粉体に着火して金属粉末とＣＯ２
との間に生起する自己燃焼反応により、該金属のオキシ
カーバイトを生成させることを特徴としている。
【０００５】
【作用】反応物の少なくとも一方を固体とする固体燃焼
反応において、反応に伴う熱放出量が十分に大きけれ
ば、その生成熱が反応の促進・伝播の駆動力となり、着
火による反応開始後は、外部からの給熱を要することな
く、液相を形成しつつ燃焼波の迅速伝播により瞬時に反
応を完結する。周期律表第IVａ族および第Vａ族から選
ばれる、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ等の金属元
素（Ｍ）の粉末は、ＣＯ２ガスとの間に、多量の熱放出
を伴う燃焼反応を生起する。その金属粉末に、炭化物
（ＭＣ）の粉末を適量配合した混合粉末とすることによ
り、その圧粉体の燃焼反応を効率よく行わせて、オキシ
カーバイト［例えば、ＴｉＣ（Ｏ）］を主相とする焼結
体が得られる。その燃焼反応における燃焼波の伝播速度
は、燃焼条件（炭化物粉末の配合割合，ＣＯ２ガス圧力
等）により異なるが、概ね５〜７０ｍｍ/secと迅速であ
り、瞬時に反応の完結をみる。また、原料粉末が低沸点
揮発性物質や気体の吸着等で汚染されていても、これら
の汚染物質は燃焼反応過程で、燃焼先端部から蒸発気化
し、反応生成物である焼結体を汚染することがない。こ
の自己浄化作用も固体燃焼反応の特長の一つである。
反応において、反応に伴う熱放出量が十分に大きけれ
ば、その生成熱が反応の促進・伝播の駆動力となり、着
火による反応開始後は、外部からの給熱を要することな
く、液相を形成しつつ燃焼波の迅速伝播により瞬時に反
応を完結する。周期律表第IVａ族および第Vａ族から選
ばれる、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ等の金属元
素（Ｍ）の粉末は、ＣＯ２ガスとの間に、多量の熱放出
を伴う燃焼反応を生起する。その金属粉末に、炭化物
（ＭＣ）の粉末を適量配合した混合粉末とすることによ
り、その圧粉体の燃焼反応を効率よく行わせて、オキシ
カーバイト［例えば、ＴｉＣ（Ｏ）］を主相とする焼結
体が得られる。その燃焼反応における燃焼波の伝播速度
は、燃焼条件（炭化物粉末の配合割合，ＣＯ２ガス圧力
等）により異なるが、概ね５〜７０ｍｍ/secと迅速であ
り、瞬時に反応の完結をみる。また、原料粉末が低沸点
揮発性物質や気体の吸着等で汚染されていても、これら
の汚染物質は燃焼反応過程で、燃焼先端部から蒸発気化
し、反応生成物である焼結体を汚染することがない。こ
の自己浄化作用も固体燃焼反応の特長の一つである。
【０００６】燃焼反応に供される混合粉末圧粉体におけ
る炭化物粉末の配合割合や、その燃焼反応におけるＣＯ
2 ガス圧力等の調整により、得られる焼結体の相構成お
よび密度の高低等を制御でき、例えば実質的にオキシカ
ーバイト相だけの単相組織を有する焼結体として、また
はオキシカーバイト相が組織の大部分（面積率約８０％
以上）を占め、これに酸化物，炭化物，あるいは未反応
残留金属相等が混在する複相焼結体（ＭがＴｉの場合
は、 TiC(O) に、TiO 2,TiC,Ti等の１種ないし２種以上
の相が混在した複合組織を呈する）として収得され、更
にはこれ等の焼結体を、多孔質体または緻密質体として
収得することもできる。また、オキシカーバイト系焼結
体は導電性を有し、放電加工等による成形加工も可能で
ある。
る炭化物粉末の配合割合や、その燃焼反応におけるＣＯ
2 ガス圧力等の調整により、得られる焼結体の相構成お
よび密度の高低等を制御でき、例えば実質的にオキシカ
ーバイト相だけの単相組織を有する焼結体として、また
はオキシカーバイト相が組織の大部分（面積率約８０％
以上）を占め、これに酸化物，炭化物，あるいは未反応
残留金属相等が混在する複相焼結体（ＭがＴｉの場合
は、 TiC(O) に、TiO 2,TiC,Ti等の１種ないし２種以上
の相が混在した複合組織を呈する）として収得され、更
にはこれ等の焼結体を、多孔質体または緻密質体として
収得することもできる。また、オキシカーバイト系焼結
体は導電性を有し、放電加工等による成形加工も可能で
ある。
【０００７】以下、本発明について詳しく説明する。焼
結体原料として燃焼反応に供される反応物は、金属粉末
（Ｍ）とその炭化物粉末（ＭＣ）を均一に混合し、円柱
体等の適宜形状の圧粉体に加圧成形することにより調製
される。加圧成形は、一軸プレス，冷間静水圧加圧成形
法等の公知の方法を適用して行えばよい。粉末粒径は特
に限定されず、粉末冶金やセラミックス焼結体の製造に
通常使用されるものを使用すればよい。金属粉末に対す
る炭化物粉末の配合は重要である。希釈剤としての炭化
物粉末の配合を省略した金属粉末のみの圧粉体である場
合の燃焼反応は、反応率が低く、未反応物質が多量に残
留する。また、その反応生成物は、炭化物，酸化物等を
主体とし、オキシカーバイト相の生成は殆どなく、生成
してもその量は微量にとどまる。これは、燃焼反応過程
で生成する融液相により、反応物内部へのＣＯ2の十分
な供給が阻害されることによると考えられる。
結体原料として燃焼反応に供される反応物は、金属粉末
（Ｍ）とその炭化物粉末（ＭＣ）を均一に混合し、円柱
体等の適宜形状の圧粉体に加圧成形することにより調製
される。加圧成形は、一軸プレス，冷間静水圧加圧成形
法等の公知の方法を適用して行えばよい。粉末粒径は特
に限定されず、粉末冶金やセラミックス焼結体の製造に
通常使用されるものを使用すればよい。金属粉末に対す
る炭化物粉末の配合は重要である。希釈剤としての炭化
物粉末の配合を省略した金属粉末のみの圧粉体である場
合の燃焼反応は、反応率が低く、未反応物質が多量に残
留する。また、その反応生成物は、炭化物，酸化物等を
主体とし、オキシカーバイト相の生成は殆どなく、生成
してもその量は微量にとどまる。これは、燃焼反応過程
で生成する融液相により、反応物内部へのＣＯ2の十分
な供給が阻害されることによると考えられる。
【０００８】上記と異なって、金属粉末に炭化物粉末を
添加した圧粉体の燃焼反応においては、炭化物粉末を配
合したことによる希釈効果として、反応物内部へのＣＯ
2 の十分な供給が保証されることにより、反応率が大き
く高められ、豊富な熱量放出のもとに効率よく反応を完
結し、反応生成物であるオキシカーバイト相を含む焼結
体が得られる。なお、炭化物粉末の配合により、圧粉体
の燃焼反応中の保形性も高められる。混合粉末中の炭化
物粉末の占める割合は、約１０〜７０重量％の範囲が適
当である。約１０重量％に満たないと、その配合効果に
乏しく、他方７０重量％を越える多量配合では、金属粉
末量の相対的減少に伴う生成熱量の不足により、反応率
の低下をきたす。より好ましくは、１５〜６０重量％で
ある。
添加した圧粉体の燃焼反応においては、炭化物粉末を配
合したことによる希釈効果として、反応物内部へのＣＯ
2 の十分な供給が保証されることにより、反応率が大き
く高められ、豊富な熱量放出のもとに効率よく反応を完
結し、反応生成物であるオキシカーバイト相を含む焼結
体が得られる。なお、炭化物粉末の配合により、圧粉体
の燃焼反応中の保形性も高められる。混合粉末中の炭化
物粉末の占める割合は、約１０〜７０重量％の範囲が適
当である。約１０重量％に満たないと、その配合効果に
乏しく、他方７０重量％を越える多量配合では、金属粉
末量の相対的減少に伴う生成熱量の不足により、反応率
の低下をきたす。より好ましくは、１５〜６０重量％で
ある。
【０００９】上記圧粉体のＣＯ2 ガス雰囲気における燃
焼反応は、その雰囲気圧力により制御することもでき、
ＣＯ2 ガス圧を高めることにより、反応率は向上し、燃
焼温度の上昇，ＣＯ2 ガス吸収量の増大を伴い、また得
られる焼結体の密度も高くなる。そのＣＯ2 ガス圧は、
反応効率の改善効果の点から、約０．１ＭＰａ以上とす
るのがよく、より好ましくは１ＭＰａ以上である。しか
し、５ＭＰａを越えると、増圧効果はほぼ飽和し、それ
以上の高圧化は経済性を損なう。
焼反応は、その雰囲気圧力により制御することもでき、
ＣＯ2 ガス圧を高めることにより、反応率は向上し、燃
焼温度の上昇，ＣＯ2 ガス吸収量の増大を伴い、また得
られる焼結体の密度も高くなる。そのＣＯ2 ガス圧は、
反応効率の改善効果の点から、約０．１ＭＰａ以上とす
るのがよく、より好ましくは１ＭＰａ以上である。しか
し、５ＭＰａを越えると、増圧効果はほぼ飽和し、それ
以上の高圧化は経済性を損なう。
【００１０】図６は、燃焼反応装置を模式的に示してい
る。１は燃焼反応チャンバ、Ｒは反応物（混合粉末の圧
粉体）である。この例における圧粉体Ｒは円柱形状に成
形され、チャンバ１内の試料台２に直立設置されてい
る。チャンバ１は、ＣＯ2 ガス雰囲気を形成するための
ＣＯ2 ガス供給配管３を備え、かつ圧粉体Ｒの燃焼反応
を起爆するための着火装置４が付設されている。着火装
置４は、カーボンリボン４1 を有し、これに電気回路４
2 が接続されており、カーボンリボン４1 は、圧粉体Ｒ
の頂部端面に接触載置されている。チャンバ１内を所定
のＣＯ2 ガス雰囲気圧力に調整したうえ、カーボンリボ
ン４1 を介して圧粉体Ｒに通電着火する。圧粉体Ｒは、
通電着火により自己燃焼反応を開始し、豊富な熱放出量
を伴つて、圧粉体の頂部から下端部に向う迅速な燃焼伝
播により燃焼反応を完結し、ついで急速に冷却凝固す
る。これにより、圧粉体Ｒは、オキシカーバイトを主相
とする組織の焼結体に変換する。焼結体は当初の圧粉体
と同様の円柱形状を呈している。
る。１は燃焼反応チャンバ、Ｒは反応物（混合粉末の圧
粉体）である。この例における圧粉体Ｒは円柱形状に成
形され、チャンバ１内の試料台２に直立設置されてい
る。チャンバ１は、ＣＯ2 ガス雰囲気を形成するための
ＣＯ2 ガス供給配管３を備え、かつ圧粉体Ｒの燃焼反応
を起爆するための着火装置４が付設されている。着火装
置４は、カーボンリボン４1 を有し、これに電気回路４
2 が接続されており、カーボンリボン４1 は、圧粉体Ｒ
の頂部端面に接触載置されている。チャンバ１内を所定
のＣＯ2 ガス雰囲気圧力に調整したうえ、カーボンリボ
ン４1 を介して圧粉体Ｒに通電着火する。圧粉体Ｒは、
通電着火により自己燃焼反応を開始し、豊富な熱放出量
を伴つて、圧粉体の頂部から下端部に向う迅速な燃焼伝
播により燃焼反応を完結し、ついで急速に冷却凝固す
る。これにより、圧粉体Ｒは、オキシカーバイトを主相
とする組織の焼結体に変換する。焼結体は当初の圧粉体
と同様の円柱形状を呈している。
【００１１】
【実施例】次に、金属チタン（Ｔｉ）粉末と、希釈剤で
ある炭化チタン（ＴｉＣ）の粉末からなるＴｉ系混合粉
末の圧粉体を反応物とするチタンオキシカーバイト系焼
結体の製造を例に挙げて具体的に説明する。図１〜図３
は、圧粉体の燃焼反応における燃焼温度（図１）、ＣＯ
2 ガス吸収量（図２）、および得られた焼結体の密度
（図３）を示している。圧粉体は、円柱体（直径40mm×
長さ10mm) であり、炭化物粉末（ＴｉＣ）の配合比は、
いずれも４０重量％である（各図中、イ：CO2 圧0.1MP
a, ロ：同1.0MPa, ハ：同5.0MPa）。
ある炭化チタン（ＴｉＣ）の粉末からなるＴｉ系混合粉
末の圧粉体を反応物とするチタンオキシカーバイト系焼
結体の製造を例に挙げて具体的に説明する。図１〜図３
は、圧粉体の燃焼反応における燃焼温度（図１）、ＣＯ
2 ガス吸収量（図２）、および得られた焼結体の密度
（図３）を示している。圧粉体は、円柱体（直径40mm×
長さ10mm) であり、炭化物粉末（ＴｉＣ）の配合比は、
いずれも４０重量％である（各図中、イ：CO2 圧0.1MP
a, ロ：同1.0MPa, ハ：同5.0MPa）。
【００１２】図１，図２に示したように、燃焼反応温度
は、希釈剤としての炭化物粉末（ここではＴｉＣ粉末）
の配合割合、およびＣＯ2 ガス圧力により変化し、反応
物のＣＯ2 ガス吸収量も同じように、粉末の配合割合、
およびＣＯ2 ガス圧力により変化している。ＣＯ2 ガス
圧の増加に伴う燃焼温度の上昇は、その増圧に伴って反
応体内へのＣＯ2 ガスの供給が促進され、反応率が高め
られることを示している。また、ＴｉＣ粉末を増量して
いくと、燃焼温度は、当初（配合量約10重量％以下）は
低下し、ついで上昇し、更に配合量が増加するにつれ、
再び低下する傾向を示す。その最初の温度低下は、Ｔｉ
Ｃ粉末の配合効果（反応率の向上による放出熱量の増量
効果）よりも、ＴｉＣ粉末の配合に起因する吸熱量が大
きいことによるものであり、後の段階で生じる温度低下
は、圧粉体に占める金属粉末（Ｔｉ）量の相対的減少に
伴い、反応生成熱量が少なくなることに因るものと考え
られる。更に、図３に示したように、燃焼反応生成物と
して得られる焼結体の密度は、ＣＯ2 ガスの増圧により
顕著に向上し、また炭化物粉末の配合量により変化して
いる。このことは、ＣＯ2 ガス圧力および炭化物粉末の
配合比率の調整により、焼結体の密度を高低任意に制御
でき、焼結体を多孔質体あるいは緻密質体として収得で
きることを意味している。
は、希釈剤としての炭化物粉末（ここではＴｉＣ粉末）
の配合割合、およびＣＯ2 ガス圧力により変化し、反応
物のＣＯ2 ガス吸収量も同じように、粉末の配合割合、
およびＣＯ2 ガス圧力により変化している。ＣＯ2 ガス
圧の増加に伴う燃焼温度の上昇は、その増圧に伴って反
応体内へのＣＯ2 ガスの供給が促進され、反応率が高め
られることを示している。また、ＴｉＣ粉末を増量して
いくと、燃焼温度は、当初（配合量約10重量％以下）は
低下し、ついで上昇し、更に配合量が増加するにつれ、
再び低下する傾向を示す。その最初の温度低下は、Ｔｉ
Ｃ粉末の配合効果（反応率の向上による放出熱量の増量
効果）よりも、ＴｉＣ粉末の配合に起因する吸熱量が大
きいことによるものであり、後の段階で生じる温度低下
は、圧粉体に占める金属粉末（Ｔｉ）量の相対的減少に
伴い、反応生成熱量が少なくなることに因るものと考え
られる。更に、図３に示したように、燃焼反応生成物と
して得られる焼結体の密度は、ＣＯ2 ガスの増圧により
顕著に向上し、また炭化物粉末の配合量により変化して
いる。このことは、ＣＯ2 ガス圧力および炭化物粉末の
配合比率の調整により、焼結体の密度を高低任意に制御
でき、焼結体を多孔質体あるいは緻密質体として収得で
きることを意味している。
【００１３】図４は、Ｔｉ系混合粉末の圧粉体（直径40
mm×長さ10mm）とその燃焼反応により得られた焼結体の
Ｘ線回折パターン（Step sampling ：0.02°, scan spe
ed：4 °/min）を示す。原料粉末中の希釈剤である炭化
物粉末（ＴｉＣ粉末）の配合割合は４０重量％である。
図中、ａは燃焼反応前（圧粉体）、ｂ〜ｅは燃焼反応後
（焼結体）である。但し、燃焼反応におけるＣＯ2 ガス
圧力は、ｂ：0.1 ＭＰａ, ｃ：1.0 ＭＰａ, ｄ：3.0 Ｍ
Ｐａ, ｅ：5.0 ＭＰａ、である。図中のマークは次のと
おりである。 □：ＴｉＣ（Ｏ）、○：ＴｉＯ2 、●：ＴｉＣ、△：Ｔ
ｉ 反応前（ａ）の圧粉体は、金属チタン粉末（Ｔｉ）とチ
タン炭化物粉末（ＴｉＣ）とが同定され、反応後（ｂ〜
ｅ）は、Ｔｉは消失し、面心立方晶のＴｉＣに基づくピ
ークが検出されている。ｃおよびｄの回折図では、Ｔｉ
Ｃに基づくピークのみが観察されるが、反応物の元素分
析によれば、酸素（Ｏ）が検出される。その構成元素の
原子比は、Ｔｉ／Ｃ／Ｏ≒１／0.6 〜0.7 ／0.3 〜0.4
、である。ＴｉＣとＴｉＯの結晶構造は、同じＮａＣ
ｌ型構造ではあるが、格子定数が異なるので、ＴｉＣの
ピークとは異なる位置にＴｉＯの存在を示すピークが現
れるはずである。しかし、そのピークは検出されず、上
記のようにＴｉＣ単相に基づくピークのみが観察され
る。これは、ＴｉＣ構造の空位に、Ｏが侵入し、ＴｉＣ
とＴｉＯとの固溶体としてオキシカーバイト〔 TiC(O)
〕を形成していると考えることができる。
mm×長さ10mm）とその燃焼反応により得られた焼結体の
Ｘ線回折パターン（Step sampling ：0.02°, scan spe
ed：4 °/min）を示す。原料粉末中の希釈剤である炭化
物粉末（ＴｉＣ粉末）の配合割合は４０重量％である。
図中、ａは燃焼反応前（圧粉体）、ｂ〜ｅは燃焼反応後
（焼結体）である。但し、燃焼反応におけるＣＯ2 ガス
圧力は、ｂ：0.1 ＭＰａ, ｃ：1.0 ＭＰａ, ｄ：3.0 Ｍ
Ｐａ, ｅ：5.0 ＭＰａ、である。図中のマークは次のと
おりである。 □：ＴｉＣ（Ｏ）、○：ＴｉＯ2 、●：ＴｉＣ、△：Ｔ
ｉ 反応前（ａ）の圧粉体は、金属チタン粉末（Ｔｉ）とチ
タン炭化物粉末（ＴｉＣ）とが同定され、反応後（ｂ〜
ｅ）は、Ｔｉは消失し、面心立方晶のＴｉＣに基づくピ
ークが検出されている。ｃおよびｄの回折図では、Ｔｉ
Ｃに基づくピークのみが観察されるが、反応物の元素分
析によれば、酸素（Ｏ）が検出される。その構成元素の
原子比は、Ｔｉ／Ｃ／Ｏ≒１／0.6 〜0.7 ／0.3 〜0.4
、である。ＴｉＣとＴｉＯの結晶構造は、同じＮａＣ
ｌ型構造ではあるが、格子定数が異なるので、ＴｉＣの
ピークとは異なる位置にＴｉＯの存在を示すピークが現
れるはずである。しかし、そのピークは検出されず、上
記のようにＴｉＣ単相に基づくピークのみが観察され
る。これは、ＴｉＣ構造の空位に、Ｏが侵入し、ＴｉＣ
とＴｉＯとの固溶体としてオキシカーバイト〔 TiC(O)
〕を形成していると考えることができる。
【００１４】上記図４のｂ〜ｅのうち、ＣＯ２ガス圧
を、1.0ＭＰａに制御したｃ、および3.0ＭＰａに制御し
たｄの焼結体は、チタンオキシカーバイト[ＴｉＣ
（Ｏ）]の単相構成を有し、他方ＣＯ２ガス圧を0.1ＭＰ
ａと低めに制御したｂの焼結体は、Ｔｉ（原料中の未反
応残留チタン）とオキシカーバイト[ＴｉＣ（Ｏ）]との
混相組織を呈し、またＣＯ２ガス圧を5.0ＭＰａの高め
の値に設定したｅの焼結体は、オキシカーバイト相の他
に、ＴｉＯ２が生成し、これらの相からなる混相組織を
有している。なお、焼結体硬度は、ＣＯ２ガス圧を高め
るに従って上昇し、例えばｄ（ＣＯ２ガス圧3.0ＭＰ
ａ）の焼結体のそれは、ビッカース硬さ約２１ＧＰａ
（密度約４．６ｇ／ｃｍ３）である。
を、1.0ＭＰａに制御したｃ、および3.0ＭＰａに制御し
たｄの焼結体は、チタンオキシカーバイト[ＴｉＣ
（Ｏ）]の単相構成を有し、他方ＣＯ２ガス圧を0.1ＭＰ
ａと低めに制御したｂの焼結体は、Ｔｉ（原料中の未反
応残留チタン）とオキシカーバイト[ＴｉＣ（Ｏ）]との
混相組織を呈し、またＣＯ２ガス圧を5.0ＭＰａの高め
の値に設定したｅの焼結体は、オキシカーバイト相の他
に、ＴｉＯ２が生成し、これらの相からなる混相組織を
有している。なお、焼結体硬度は、ＣＯ２ガス圧を高め
るに従って上昇し、例えばｄ（ＣＯ２ガス圧3.0ＭＰ
ａ）の焼結体のそれは、ビッカース硬さ約２１ＧＰａ
（密度約４．６ｇ／ｃｍ３）である。
【００１５】図５は、Ｔｉ系混合粉末の圧粉体における
炭化物粉末（ＴｉＣ粉末）の配合比率を高低各種の値に
調整する一方、ＣＯ2 ガス雰囲気圧は、３．０ＭＰａの
一定値に設定した燃焼反応により得られた反応生成物の
Ｘ線回折結果を示している。図中、ピークの結晶相を示
す記号は前記図４のそれと同じである。図中，ａ〜ｈの
炭化チタン（TiC ）粉末配合比率は次のとおりである。 ａ：０重量％，ｂ：10重量％，ｃ：20重量％, ｄ：30重
量％, ｅ：40重量％,ｆ：50重量％，ｇ：60重量％,
h：70重量％。 図示のように、ＴｉＣ粉末の配合を省略したａ、および
その配合比を10重量％と比較的低い値に設定したｂの焼
結体では、反応生成物であるチタンオキシカーバイト
〔 TiC(O) 〕および酸化チタン（ＴｉＯ2 ）に、未反応
の金属チタンが残留した混相組織を呈している。ａにお
いて TiC(O) を生成しているのは、ＣＯ2ガス圧を比較
的高く設定したことによる効果であるが、その生成量は
少なく、ｂでは炭化物粉末の配合効果として TiC(O) を
主相とする組織を有する。ＴｉＣ粉末配合比を20〜60重
量％に調節したｃ〜ｇの焼結体は、TiC(O)の単相組織を
呈し、更にその配合比を70重量％と高めに設定したｈの
焼結体は、TiC(O)とＴｉＯ2を含む混相組織を有してい
る。
炭化物粉末（ＴｉＣ粉末）の配合比率を高低各種の値に
調整する一方、ＣＯ2 ガス雰囲気圧は、３．０ＭＰａの
一定値に設定した燃焼反応により得られた反応生成物の
Ｘ線回折結果を示している。図中、ピークの結晶相を示
す記号は前記図４のそれと同じである。図中，ａ〜ｈの
炭化チタン（TiC ）粉末配合比率は次のとおりである。 ａ：０重量％，ｂ：10重量％，ｃ：20重量％, ｄ：30重
量％, ｅ：40重量％,ｆ：50重量％，ｇ：60重量％,
h：70重量％。 図示のように、ＴｉＣ粉末の配合を省略したａ、および
その配合比を10重量％と比較的低い値に設定したｂの焼
結体では、反応生成物であるチタンオキシカーバイト
〔 TiC(O) 〕および酸化チタン（ＴｉＯ2 ）に、未反応
の金属チタンが残留した混相組織を呈している。ａにお
いて TiC(O) を生成しているのは、ＣＯ2ガス圧を比較
的高く設定したことによる効果であるが、その生成量は
少なく、ｂでは炭化物粉末の配合効果として TiC(O) を
主相とする組織を有する。ＴｉＣ粉末配合比を20〜60重
量％に調節したｃ〜ｇの焼結体は、TiC(O)の単相組織を
呈し、更にその配合比を70重量％と高めに設定したｈの
焼結体は、TiC(O)とＴｉＯ2を含む混相組織を有してい
る。
【００１６】上記のように、金属粉末に希釈剤として配
合される炭化物粉末の配合比率の調整、およびＣＯ2 ガ
ス雰囲気圧力の制御により、オキシカーバイト単相、ま
たはこれに酸化物，炭化物, あるいは未反応の金属相等
が混在する多相組織を有するオキシカーバイト系焼結体
が得られる。また、その焼結体は、緻密性の高い焼結
体、または粗密な多孔質の焼結体として製造することが
できる。得られる焼結体は、目的とする用途・使用態
様、所望の材料特性等の要求に応じて、これを適宜の緻
密化処理（ホットプレス，熱間静水圧加圧処理等）に付
して、より高緻密性の焼結製品に仕上げることもでき、
またそれとは逆に粗密な多孔質の焼結体を製造した後、
粉砕処理し、焼結原料粉末として使用することも可能で
ある。
合される炭化物粉末の配合比率の調整、およびＣＯ2 ガ
ス雰囲気圧力の制御により、オキシカーバイト単相、ま
たはこれに酸化物，炭化物, あるいは未反応の金属相等
が混在する多相組織を有するオキシカーバイト系焼結体
が得られる。また、その焼結体は、緻密性の高い焼結
体、または粗密な多孔質の焼結体として製造することが
できる。得られる焼結体は、目的とする用途・使用態
様、所望の材料特性等の要求に応じて、これを適宜の緻
密化処理（ホットプレス，熱間静水圧加圧処理等）に付
して、より高緻密性の焼結製品に仕上げることもでき、
またそれとは逆に粗密な多孔質の焼結体を製造した後、
粉砕処理し、焼結原料粉末として使用することも可能で
ある。
【００１７】
【発明の効果】本発明のオキシカーバイト系焼結体は、
耐摩耗性や耐食性等を要求され使用環境の構造部材，機
能部材等として有用である。オキシカーバイトは難焼結
性のセラミックスであるが、本発明によれば、熱間静水
圧加圧焼結装置のような大掛かりな装置を必要とせず、
簡素な燃焼反応装置と簡素な処理操作により、安価にオ
キシカーバイト系焼結体を製造することができ、経済性
にすぐれ、また原料粉末配合や反応雰囲気圧の制御によ
り、オキシカーバイト単相あるいは他相との混相複合組
織を有する、緻密質ないしは多孔質の焼結体を製造で
き、その工業的価値は大である。
耐摩耗性や耐食性等を要求され使用環境の構造部材，機
能部材等として有用である。オキシカーバイトは難焼結
性のセラミックスであるが、本発明によれば、熱間静水
圧加圧焼結装置のような大掛かりな装置を必要とせず、
簡素な燃焼反応装置と簡素な処理操作により、安価にオ
キシカーバイト系焼結体を製造することができ、経済性
にすぐれ、また原料粉末配合や反応雰囲気圧の制御によ
り、オキシカーバイト単相あるいは他相との混相複合組
織を有する、緻密質ないしは多孔質の焼結体を製造で
き、その工業的価値は大である。
【図１】燃焼反応における燃焼温度に及ぼす原料粉末中
の炭化物粉末配合比率およびＣＯ2 ガス圧力の影響を示
すグラフである。
の炭化物粉末配合比率およびＣＯ2 ガス圧力の影響を示
すグラフである。
【図２】燃焼反応におけるＣＯ2 ガス吸収量に及ぼす原
料粉末中の炭化物粉末配合比率およびＣＯ2 ガス圧力の
影響を示すグラフである。
料粉末中の炭化物粉末配合比率およびＣＯ2 ガス圧力の
影響を示すグラフである。
【図３】燃焼反応により得られる焼結体の密度に及ぼす
原料粉末中の炭化物粉末配合比率およびＣＯ2 ガス圧力
の影響を示すグラフである。
原料粉末中の炭化物粉末配合比率およびＣＯ2 ガス圧力
の影響を示すグラフである。
【図４】チタンオキシカーバイト系焼結体のＸ線回折パ
ターンを示す図である。
ターンを示す図である。
【図５】チタンオキシカーバイト系焼結体のＸ線回折パ
ターンを示す図である。
ターンを示す図である。
【図６】原料粉末圧粉体の燃焼反応装置を模式的に示す
図である。
図である。
Ｒ：原料粉末の圧粉体 １：燃焼反応チャンバ ２：圧粉体設置台 ３：ＣＯ2 ガス供給配管 ４：着火装置 ４1 ：カーボンリボン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大柳 満之 滋賀県大津市大萱１−９−14メゾンエイ コー瀬田903 (72)発明者 蒲 隆弘 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株式会社クボタ 枚方製造所内 (72)発明者 土田 二朗 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株式会社クボタ 枚方製造所内 (56)参考文献 特開 昭61−6169（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−162176（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−37562（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/00 - 35/64
Claims (2)
- 【請求項１】 周期律表第IVａ族元素および第Vａ族元
素から選ばれる金属の粉末と、該金属の炭化物の粉末と
からなる混合粉末を加圧成形して圧粉体とし、ＣＯ２ガ
ス雰囲気中、圧粉体に着火して金属粉末とＣＯ２との間
に生起する自己燃焼反応により、該金属のオキシカーバ
イトを生成させることを特徴とするオキシカーバイト系
焼結体の製造方法。 - 【請求項２】 混合粉末に占める炭化物粉末の配合割合
（重量比）を１０〜７０重量％とし、ＣＯ２ガス圧力を
０．１ＭＰａ以上に調節することを特徴とする請求項１
に記載のオキシカーバイト系焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07316495A JP3245698B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | オキシカーバイト系焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07316495A JP3245698B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | オキシカーバイト系焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08268759A JPH08268759A (ja) | 1996-10-15 |
| JP3245698B2 true JP3245698B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=13510257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07316495A Expired - Fee Related JP3245698B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | オキシカーバイト系焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3245698B2 (ja) |
-
1995
- 1995-03-30 JP JP07316495A patent/JP3245698B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08268759A (ja) | 1996-10-15 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |