JP3285635B2

JP3285635B2 - Ｔａ−Ｂ−Ｃ系焼結体およびその製造方法

Info

Publication number: JP3285635B2
Application number: JP00820393A
Authority: JP
Inventors: 浩浜島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 2002-05-27
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: JPH06220568A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、美しい色調の
金色装飾用部材，耐摩耗部材として、壁材，時計部材，
ブローチ，ネックレス，メダル，ボタン，釣具等に使用
される高硬度Ｔａ−Ｂ−Ｃ系焼結体およびその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、例えば、装飾用に使用される薄金色
を呈する材料としては、１８Ｋやホワイトゴールド，イ
エローゴールド等の金の合金、または、金属表面に１８
Ｋメッキを施したものが使用されていたが、これらはい
ずれも硬度が低く、硬質物質との接触により表面に傷が
生じ易く、或いは割れ等が発生するという欠点があっ
た。

【０００３】このような欠点を解決するため、従来で
は、高硬度で耐酸化性に優れ、かつ美麗な薄金色の発色
が得られる炭化タンタルが使用されていた。しかしなが
ら、炭化タンタルを単味焼結体として得るためには、２
３００℃以上の高温で、しかも特殊な方法で焼結させる
必要があった。また、得られた焼結体は抗折強度が低く
脆いという欠点があった。

【０００４】そこで、最近においては、炭化タンタルを
Ｎｉ，Ｃｏ等の鉄族金属で結合させた薄金色焼結合金が
用いられるようになってきている（特開昭６４−８７５
６４号公報及び特公平１−２８８２５号公報等参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、炭化
タンタルに鉄族金属からなる焼結助剤を添加すると、焼
結体中の金属成分の腐食の進行により、例えば、海水や
汗などのため変色し、装飾部材の呈色が損なわれるとい
う問題があった。しかも、前記焼結助剤は炭化タンタル
との濡れ性が悪く、結晶および粒界の全般にわたり、多
くの空隙が現れ、鏡面研磨しても鮮やかな鏡面が出現し
ないという欠点があった。

【０００６】さらに、炭化タンタルに鉄族金属や他の耐
食助剤等を添加して焼結して得られる焼結合金は、いず
れもビッカース硬度Ｈ_Vが１５００ｋｇ／ｍｍ²以下の
ものであり、近年における各種セラミック製品や高硬度
コーティング製品の普及により、耐摩耗性，耐キズ性と
いう面で必ずしも充分な硬度を有しているとは言えない
状況となってきている。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】本発明者は、上記の問
題点について検討を重ねた結果、炭化タンタルに硼化タ
ンタルおよびボロン金属を添加して焼結させると、炭化
タンタル本来の高硬度を低下させずに、充分に高い強度
および優れた耐酸化性，耐食性を有する薄金色の焼結体
を得ることができることを知見し、本発明に至った。

【０００８】即ち、本発明のＴａ−Ｂ−Ｃ系焼結体は、
タンタル，ボロン，カーボンを構成元素とし、タンタル
８３．０〜９３．５重量％、ボロン０．７〜１３．０重
量％、カーボン２．５〜５．９重量％の組成からなるＴ
ａ−Ｂ−Ｃ系焼結体であって、該合金中に結晶相として
炭化タンタルと硼化タンタルが存在するものである。

【０００９】このようなＴａ−Ｂ−Ｃ系焼結体は、炭化
タンタル３５．０〜９４．５重量％、硼化タンタル５．
０〜５５．０重量％、ボロン金属０．５〜１０．０重量
％の割合からなる混合粉末を焼結することにより得られ
る。

【００１０】ここで、全体組成をタンタル８３〜９３．
５重量％、ボロン０．７〜１３重量％、カーボン２．５
〜５．９重量％から構成したのは、タンタルが８３重量
％よりも少ないと色調が暗くなり、９３．５重量％より
も多くなると焼結性が低下し、硬度および強度が低下す
るからである。また、ボロンが０．７重量％よりも少な
いと硬度及び強度が低下し、１３重量％よりも多くなる
と焼結性が不安定となり、色調および耐食性が悪くなる
からである。さらに、カーボンが２．５重量％よりも少
ないと焼結性が低下して強度が低下し、５．９重量％よ
りも多いと光沢が乏しくなるからである。

【００１１】また、焼結体中に存在する結晶相の平均結
晶粒径は４μｍ以下とすることが望ましい。４μｍより
も大きいと、焼結体の強度および硬度が低下する傾向に
あるからである。焼結体中のタンタル，ボロン，カーボ
ンの量は、特にタンタル８５〜９２重量％、ボロン１〜
８．５重量％、カーボン２．８〜５．５重量％含有する
ことが望ましく、平均結晶粒径は３μｍ以下が望まし
い。このような平均結晶粒径は、原料粉末を３μｍ以下
に粉砕し、かつ、炭化タンタルに、硼化タンタルを５〜
５５重量％と、ボロン金属を０．５〜１０重量％添加し
て、適正温度下において焼成することにより制御するこ
とができる。

【００１２】また、炭化タンタルに硼化タンタルを５．
０〜５５重量％を含有させて焼成したのは、硼化タンタ
ルが５重量％よりも少ないと焼結性が著しく低下し、５
５重量％よりも多いと焼結中に硼素が分解して結晶中に
空隙等の欠陥の発生が著しくなり、強度が低下するとと
もに鏡面状態が悪くなるからである。炭化タンタルに含
有される硼化タンタルは、特に１０〜５０重量％の割合
で配合することが望ましい。

【００１３】また、炭化タンタルに添加されるボロン金
属を０．５〜１０重量％添加して焼成したのは、０．５
重量％よりも少ないと硬度および強度が低下し、１０重
量％よりも多いと、薄金色の色調が薄暗い金属色とな
り、また、強度が低下するからである。ボロン金属は１
〜７重量％の範囲で配合することが望ましい。

【００１４】本発明のＴａ−Ｂ−Ｃ系焼結体は、炭化タ
ンタルに、硼化タンタルを５〜５５重量％と、ボロン金
属を０．５〜１０重量％添加した混合粉末を焼結するこ
とにより得られるが、炭化タンタルの原料粉末、硼化タ
ンタルの原料粉末の平均粒径はいずれも４μｍ以下であ
れば良く、焼結性の活性化の点から特に３μｍ以下が好
ましい。

【００１５】ボロン金属は、アモルファスボロンおよび
結晶化ボロンのいずれでも良いが、特に焼結性および反
応性の活性化の点からアモルファスボロンが特に好まし
い。

【００１６】このボロン金属の粒径については４μｍ以
下であれば良く、特に分散および活性化の点から２μｍ
以下が好ましい。

【００１７】尚、原料組成と焼結体組成が理論上一致し
ないのは、焼成中に硼化タンタルやボロン金属における
ボロンや炭素がガスとして分解飛散するからである。

【００１８】また、本発明のＴａ−Ｂ−Ｃ系焼結体の構
造は炭化タンタルと硼化タンタルが分散粒子相として存
在し、ボロン金属はそれぞれ分散粒子に固溶してＴａＣ
とＴａＢの濡れ性を向上している。また、ボロン金属が
ＴａＢの分解を抑制していると考えられる。

【００１９】本発明のＴａ−Ｂ−Ｃ系焼結体の製造方法
を具体的に説明すると、炭化タンタルの原料粉末に硼化
タンタルの原料粉末およびボロン金属原料粉末を上述し
た割合で添加し、均一に混合した後、この混合粉末を、
公知の成形方法、例えば、プレス成形により加圧成形
し、焼成する。焼成は窒素，アルゴン等の非酸化性雰囲
気または真空雰囲気（真空度１０^-2〜10^-5ｔｏｒｒ）に
おいて１８００〜２０００℃の温度範囲で０．５〜３時
間行う。この焼結の過程においてボロンやカーボンがガ
スとして分解飛散する。このため、焼結体組成が前述し
た組成となるように、原料組成および焼成時間等を制御
する必要がある。これにより高強度，耐酸化性，耐食性
にすぐれた高硬度金色焼結体を得ることができる。

【００２０】

【作用】本発明によれば、炭化タンタル本来の高硬度を
低下させずに、充分に高い強度および優れた耐食性を有
する金色焼結体を得ることが可能となる。

【００２１】これは、炭化タンタルにボロン金属を添加
することにより、ボロンが炭化タンタル粒子の表面を均
一に包み込み、高硬度粒子を形成するとともに、硼化タ
ンタルとの濡れ性を向上するからである。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を次の例で説明する。

【００２３】炭化タンタル（ＴａＣ）粉末，硼化タンタ
ル（ＴａＢ）粉末，アモルファス状のボロン金属（ａ−
Ｂ）粉末を表１に示す量比で配合し６８時間混合粉砕し
た。

【００２４】これを乾燥後、パラフィンを４重量％添加
し、１．５ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力で加圧成形し、脱バイ
ンダー後、１０^-3ｔｏｒｒの真空中において１８５０℃
で１時間焼成した。

【００２５】得られた焼結体の表面を研削した後、抗折
強度を測定した。また、鏡面研磨した後、その色調、ビ
ッカース硬度、焼結体の平均結晶粒径および鏡面の耐食
性を測定した。また、焼結体を粉砕してその焼結体組成
を測定した。抗折強度はＪＩＳＲ１６０１の３点曲げ試
験法に従い、ビッカース硬度の測定はＪＩＳＺ２２４４
試験法に従った。また、平均結晶粒径はＳＥＭ写真によ
り算出した。さらに、耐食試験については、ＩＳＯ（国
際標準化機構）規格に則した人工汗（ＰＨ４．７）を腐
食液とし、これに試料を浸すという耐汗試験、および塩
水（４ｗｔ％／ｖｏｌ）を霧状にして吹きかけるという
塩水噴霧試験（ＪＩＳＺ２３７１）を行った。そして、
焼結体組成はＩＣＰ発光分光分析およびＬＥＣＯ社製炭
素分析検出器にて、タンタル，ボロン，カーボンの定量
分析を行った。

【００２６】これらの結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１において、耐食性試験の結果について
は、耐汗試験および塩水噴霧試験とも、変色および腐食
が全くなく、色調劣化の全くないものを○、これとは逆
に変色または腐食が認められ、徐々に色調が劣化し、装
飾部材として不適であるものを×とした。

【００２９】表１より明らかなように、試料４，５，
６，７，９，１０，１１，１３，１４の焼結体は耐食性
に優れ、装飾用途上、何ら支障のない優れた硬度および
強度を示している。また、その焼結体を研磨すると鮮や
かな薄金色の鏡面が現出し、著しく優れた薄金色装飾部
材となることがわかった。また、焼結体中には結晶相と
してＴａＣとＴａＢが存在することを確認した。

【００３０】一方、試料１，８，１２，１５では強度に
劣り、試料８，１２，１５は耐食性に劣り、それぞれ光
沢に乏しい薄金色および暗い薄金色となり、いずれも薄
金色装飾部材として不適であった。さらに、試料１，
２，３，８，１２では硬度が充分に高いものとは言えな
いものであった。

【００３１】

【発明の効果】以上記述したように、本発明のＴａ−Ｂ
−Ｃ系焼結体およびその製造方法では、炭化タンタル本
来の高硬度を低下させずに、充分に高い強度および優れ
た耐食性を有する薄金色の焼結体を得ることができ、装
飾用途上および耐摩耗用途上、何ら支障のない硬度およ
び強度を有するとともに、従来の薄金色焼結合金と比較
して耐食性が向上し、かつ鮮やかな薄金色の鏡面が現出
し、その結果、長期に渡り腐食やキズが発生しない美し
い色調の薄金色装飾用部材および耐摩耗部材として、壁
材，時計部材，ブローチ，ネックレス，メダル，ボタ
ン，釣具等に好適に用いることができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】タンタル，ボロン，カーボンを構成元素と
し、タンタル８３．０〜９３．５重量％、ボロン０．７
〜１３．０重量％、カーボン２．５〜５．９重量％の組
成からなるＴａ−Ｂ−Ｃ系焼結体であって、該合金中に
結晶相として炭化タンタルと硼化タンタルが存在するこ
とを特徴とするＴａ−Ｂ−Ｃ系焼結体。
【請求項２】炭化タンタル３５．０〜９４．５重量％、
硼化タンタル５．０〜５５．０重量％、ボロン金属０．
５〜１０．０重量％の割合からなる混合粉末を焼結する
ことを特徴とするＴａ−Ｂ−Ｃ系焼結体の製造方法。