JP3582061B2 - 焼結材料及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属を含む焼結材料とその製造方法に関し、詳しくは、高温にて使用される機能材料及び構造材料等に用いられる焼結材料とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高融点金属であるタングステン並びにモリブデンは、融点が極めて高いことから溶解法による製造が困難なため、一般的には、粉末冶金法により生産されている。この従来の製法による工程は、金属粉末をプレス、成形し、常圧水素中において１８００℃程度以上の高温において焼結し、得られた理論密度比９０％〜９５％程度の焼結体に塑性加工を施し、理論密度比９９％〜１００％の材料とされている。この塑性加工された材料はまず水素中において焼結されるため、強度低下、伸び低下など脆化の原因となる水素を微量含有し、さらに大気中において塑性加工されるため、大気中成分であるＨ_２ ，Ｈｅ，Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｆ，Ｎｅ，Ｃｌ，Ａｒなどと反応、固溶していることが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、タングステン、モリブデン等の焼結材料は、前述のＨ_２ により脆化する他、Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｆ，Ｃｌの元素によっても脆化することが知られており、これらの脆化元素の含有を低減させ、脆化し難い材料が切望されている。
【０００４】
そこで、本発明の技術的課題は、前述のＨ_２ 元素などの含有元素の種類と量と低減させつつ、高密度かつ、結晶粒径の細かな、即ち、粒径が細かなことは、強度向上、伸び向上に繋がる焼結材料とその製造方法とを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討した結果、塑性加工手段を用いずに従来材料以上の密度と細かな結晶状態を保持させつつ、Ｈ_２ 等含有量の少ない焼結材料を製造できることを見出し、本発明を成すに至ったものである。
【０００６】
即ち、本発明によれば、タングステン又はモリブデンの粉末成形体を真空度１０ ^−４ Ｔｏｒｒ以上で１５００℃以上の温度で脱気焼結処理した後、４００ｋｇ／ｃｍ ^２ 〜２０００ｋｇ／ｃｍ ^２ （３９．２ＭＰａ〜１９６ＭＰａ）の圧力で、１０００℃〜２０００℃の温度で加圧処理した焼結材料であって、前記焼結材料は、水素、ヘリウム、炭素、窒素、酸素、沸素、ネオン、塩素、及びアルゴンのうちの少くとも一種の含有合量が５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする焼結材料が得られる。
【０００７】
また、本発明によれば、前記焼結材料において、理論密度比が９８．５％以上で、平均粒径が１０〜６００μｍであることを特徴とする焼結材料が得られる。
前記高融点金属又は合金は、タングステン、モリブデン又はこれらの合金から実質的になることを特徴とする焼結材料が得られる。
【０００９】
さらに、本発明によれば、前記いずれかの焼結材料を製造する方法であって、タングステン又はモリブデン粉末をプレス成形して粉末成形体を得、この粉末成形体を真空度１０ ^−４ Ｔｏｒｒ以上で１５００℃以上の温度で脱気焼結処理した後、４００ｋｇ／ｃｍ^２ 〜２０００ｋｇ／ｃｍ^２ （３９．２ＭＰａ〜１９６ＭＰａ）の圧力で、１０００℃〜２０００℃の温度で等方加圧焼結することを特徴とする焼結材料の製造方法が得られる。
【００１０】
要するに、本発明は、タングステン、モリブデン材料素材に等方的に加圧しながら焼結処理を行うことによって焼結材料を得るものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
本発明の焼結材料は、一般的な粉末冶金法によって得られるＷ，Ｍｏ粉末を原料とする。この原料は、Ｋ，Ａｌ，Ｓｉをドープしたものであっても良く、その場合、ドープ剤は、Ｋ，Ａｌ，Ｓｉをタングステンの場合には、青色酸化物、
モリブデンの場合は、褐色酸化物に、硝酸溶解液として添加し、水素中にて、ｃｏ−ｒｅｄｕｃｔｉｏｎする。これによって、ドープタングステンやドープモリブデンなどの金属粉末（Ｗ粉末、Ｍｏ粉末）が得られる。このような原料を汎用手法でプレス、成形し、成型体を得た。これに等方加圧焼結処理をする。
【００１３】
加圧焼結処理の前準備として、次の２通りの手法があるが、効果は最初の第１の方法により得られる材料が、第２の方法によって得られるものより高密度、細粒である。
【００１４】
（ｉ）第１の方法（予備処理として真空焼結）：粉末成型体を真空中において予備的に脱気焼結処理する。処理条件は１５００℃以上の温度に加熱し、真空度を１０^−４Ｔｏｒｒ以上の高真空を保持することにより粉末表面に吸着していた前述のＨ_２ などの元素が除去される。又、予備焼結密度は理論密度比８５％以上となり、加圧焼結処理に好適となる。この予備焼結処理体に本発明の加圧焼結処理を実施することにより高密度、細粒の焼結材料が得られた。
【００１５】
（ｉｉ）第２の方法（予備処理として缶体封止）：粉末成形体をＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂなどの高温耐熱金属の缶に封入し、缶体内を真空脱気した後封止する。缶体ごと加圧焼結することによって、発明の材料が得られた。缶の材質を軟鋼やステンレス鋼に替え、真空脱気、封止した後、前記より低温度で一旦加圧焼結処理を行う。缶体から予備焼結材料を取り出し、発明の加圧焼結処理条件によって処理することによっても本発明の焼結材料を得ることができた。
【００１６】
下記表１は、本発明の焼結材料における予備処理として真空焼結を用いた場合と、予備処理として缶体封止を用いた場合の焼結材料における水素などの元素含有量と平均粒径、密度を夫々示す。
【００１７】
【表１】

本発明の実施の形態による技術（現時点における技術）においては、加圧焼結処理条件は、最大２０００ｋｇ／ｃｍ^２ 、最高２０００℃が限界である。
【００１８】
しかし、技術改革により条件がより高圧、高温を可能となれば、より高密度、微細粒の材料が得られることは、明らかである。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｈ_２ 元素などの含有元素の種類と量と低減させつつ、高密度かつ、結晶粒径の細かな強度向上や伸び向上した焼結材料とその製造方法とを提供することができる。

Claims (3)

1. タングステン又はモリブデンの粉末成形体を真空度１０ ^−４ Ｔｏｒｒ以上で１５００℃以上の温度で脱気焼結処理した後、４００ｋｇ／ｃｍ ^２ 〜２０００ｋｇ／ｃｍ ^２ の圧力で、１０００℃〜２０００℃の温度で加圧処理した焼結材料であって、前記焼結材料は、水素、ヘリウム、炭素、窒素、酸素、沸素、ネオン、塩素、及びアルゴンのうちの少くとも一種の含有合量が５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする焼結材料。
2. 請求項１記載の焼結材料において、理論密度比が９８．５％以上で、平均粒径が１０〜６００μｍであることを特徴とする焼結材料。
3. 請求項１又は２に記載された焼結材料を製造する方法であって、タングステン又はモリブデン粉末をプレス成形して粉末成形体を得、この粉末成形体を真空度１０ ^−４ Ｔｏｒｒ以上で１５００℃以上の温度で脱気焼結処理した後、４００ｋｇ／ｃｍ^２ 〜２０００ｋｇ／ｃｍ^２ の圧力で、１０００℃〜２０００℃の温度で等方加圧焼結することを特徴とする焼結材料の製造方法。