JPH01115871A - 炭窒化チタン質焼結体及びその製造方法 - Google Patents

炭窒化チタン質焼結体及びその製造方法

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JPH01115871A JP62271541A JP27154187A JPH01115871A JP H01115871 A JPH01115871 A JP H01115871A JP 62271541 A JP62271541 A JP 62271541A JP 27154187 A JP27154187 A JP 27154187A JP H01115871 A JPH01115871 A JP H01115871A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、炭窒化チタン質焼結体及びその製造方法に関
するものである。さらに詳しくは、硬度、強度、耐食性
にすぐれ、美麗な色調を呈する炭窒化チタン質焼結体及
びその製造方法に関するものである。
［従来の技術、発明が解決しようとする問題点コ炭窒化
チタンは強度、硬度、耐食性に優れていることから構造
用部材として、又、これらの性質に加え、充分な光沢を
有する美麗な色調を呈することから装飾用部材として、
その用途が期待されている。
しかしながら、炭窒化チタンは難焼結性物質であり、炭
窒化チタン単独では焼結を行うことが難しい。たとえば
炭窒化チタン原料粉末を単独で焼結して焼結体を得よう
とする場合、ホットプレス装置のような特別な装置が必
要となる。更に、このような装置を使用しても緻密な焼
結体を得ることは極めて困難である。しかもホットプレ
ス装置においては、使用するカーボンモールド等の型材
の寿命が長くなく、又ホットプレス装置の保守が厄介で
あることなどから経済的に不利であり側底実用的とは言
い難い。
しかも、ホットプレス法では複雑形状品の製造が難しい
ため複雑な形状が必然的に要求される構造用部材や、装
飾用部材を製造するためには、ホットプレス法は著しく
不利であった。
そこで高密度焼結体を得るため、炭窒化チタン原料粉末
に低融点金属であるＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒ。
又はＮ１を添加して焼結することが提案されており、こ
の方法によれば比較的低い焼結温度で、緻密な焼結体を
得ることができる。しかしながら、この方法による焼結
体は、必然的に金属からなる結合相が存在することから
、硬度や、耐摩耗性が低下し、高温下では結合相の軟化
により強度の低下をもたらすことともなり、構造用部材
としては好ましくない。又、このような金属から成る結
合相は、耐食性が低く、酸、海水、汗などによる腐食が
進行しやすく、この点でも、構造用部材としてはもちろ
ん、装飾用部材としてもすぐれた色調が次第に損われる
などの問題があった。
本発明はこのような問題点を解決することを目的とする
もので、硬度、強度、耐食性にすぐれ、美麗な色調を呈
する炭窒化チタン質焼結体を提供すること、及び、その
ような炭窒化チタンを製造する方法を提供することを目
的とするものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明者は、このような問題点に鑑み鋭意研究を進めた
結果、炭窒化チタン原料粉末に焼結助剤として種々の酸
化物粉末を一定の割合で添加することによりこれを解決
することができることを見出し、本発明を完成するに至
った。
本発明は、炭窒化チタンを主成分とし、これにチタン、
ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タン
タル、クロム、モリブデン、タングステン、イツトリウ
ム、及びランタニド系希土類元素からなる群から選択し
た１種又は２種以上の元素の酸化物０．５〜２５重量％
を添加してなる炭窒化チタン質焼結体に関するものであ
る。
本発明の炭窒化チタン質焼結体において、主成分とする
炭窒化チタンは、式Ｔ１ＣｘＮ１−ｘ（０＜ｘ＜１）で
表わされる物質である。炭素と窒素の割合は任意の値を
とることが可能である。
この炭窒化チタンに対し、チタン、ジルコニウム、ハフ
ニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリ
ブデン、タングステン、イツトリウム、及びランタニド
系希土類元素から成る群から選択した１種または２種以
上の元素の酸化物を添加する。これら酸化物は焼結助剤
として作用するものと考えられる。主成分とする炭窒化
チタン７５〜９９．５重量％に対し、これらの酸化物を
０．５〜２５重量％となるような割合で添加する。０．
５重量％未満では充分に緻密な焼結体を得ることができ
ないし、硬度や強度が低い。又、充分な光沢を有する研
摩面を得ることも難しい。一方、添加量が２５重量％を
超えると、焼結体密度が若干低下し、又、硬度や強度も
低下する傾向があるため適切ではない。
本発明の炭窒化チタン質焼結体において、炭窒化チタン
原料の粒度は特に限定されない。一般に１０μｍ以下の
ものを使用して、好結果を得ることができる。５μｍ以
下のものの場合、特に好ましい結果が得られる。又、金
属酸化物は、いずれの酸化物であっても、一般に５μｍ
以下の粒度として使用することにより好ましい結果が得
られる。
２μｍ以下とすることが特に好ましい。
かかる炭窒化チタン質焼結体は成形後、ホットプレス法
によらないで焼結することにより得ることができ、充分
に緻密で機械的性質及び耐食性に優れ、しかも充分な光
沢を有する美麗な色調を呈するものである。
本発明は、又、前記炭窒化チタン質焼結体の製造方法に
関する。本発明の製造方法は、炭化チタン、窒化チタン
、炭素・窒素比が任意の割合の炭窒化チタンから成る群
から選ばれた１種又は２種以上の化合物を所望の炭素・
窒素比の炭窒化チタンを得るような割合で混合した混合
物、又は所望の炭素・窒素比を有する炭窒化チタン７５
〜９９．５重量％と、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデ
ン、タングステン、イツトリウム、及びランタニド系希
土類元素から成る群から選択した１種又は２種以上の元
素の酸化物０．５〜２５重金％とを混合し、この混合物
を加圧成形し、得られた加圧成形圧粉体を非゛酸化性雰
囲気中で１６００〜２１００℃の温度で焼結することを
特徴とする。
炭化チタンと窒化チタンとの混合物を出発原料とする場
合、混合割合は、所望の任意の比率をとることができる
。又、炭窒化チタンから出発する場合、炭素と窒素との
比率は任意に選択してよい。この炭窒化チタンは式Ｔ１
ＣＮ　　　（０＜　　１−ｘ Ｘく１）で表わすことができる。炭窒化チタンは炭化チ
タンと窒化チタンを端成分とする連続固溶体であるため
、炭化チタン、窒化チタン及び炭素・窒素比が任意の割
合の炭窒素チタンから成る群から選ばれた化合物を出発
原料とする場合、その混合比率は所望により任意の比率
とすることができる。この場合、焼成過程で所望の炭窒
化チタンが形成され、出発原料として１種の炭窒化チタ
ンを使用した場合と全く同様の結果が得られる。
引続いて、炭化チタンと窒化チタンとの混合物、。
又は炭窒化チタンに対し、焼結助剤酸化物を加えて加圧
成形する。その割合は、すでに説明したとおり、前者７
５〜９９．５重量％、後者０．５〜２５重量％とする。
焼成非酸化性雰囲気、例えば、アルゴン窒素などの雰囲
気中で、又は真空中で１６００〜２１００℃の温度で行
う。１６００℃未満の温度では高緻密体を得るのが困難
であり、２１００℃を超える温度では焼結体の分解や異
常粒成長を生じるためいずれも好ましくない。焼結時間
は、焼結温度などの要件にもよるが、通常３０分〜５時
間が適当である。
又、いうまでもなく、本発明の炭窒化チタン質焼結体は
、ホットプレス法、あるいは熱間静水圧加圧法等の加圧
焼結法によっても製造可能である。
このように本発明においては組成中に一定範囲の酸化物
を存在させることにより、意外にも、ホットプレスのよ
うな不利な装置を使用することなく、ホットプレスによ
り得ることができる焼結体に比し極めてすぐれた性質を
有する炭窒化チタン質焼結体を得ることができた。この
焼結体は、硬度及び強度に優れていることから耐摩耗摺
動部材、ダイス型、工具、内燃機関用部材等としての利
用が期待される。また、光沢に富んだ美麗な色調を有し
、且つ高硬度で耐スクラッチ性に優れていることからア
クセサリ−１時計用外装部品、食器等の装飾用部材に利
用することができる。更に、美麗な色調に加え、耐食性
に優れていることから、化粧タイル等の建設用部材や衛
生陶器、釣り具などにも利用可能である。
［実　施　例］ 実施例１〜３９、比較例１〜６ 平均粒径１．３μｍの炭窒化チタン （Ｔｉｃ　　　Ｎ　　　、Ｔｉｃ　　　Ｎ　　　、又は
０．７　０．３　　　０．５　０．５ ＴｉＣｏ、３Ｎｏ、７）と平均粒径０．０５〜１．０μ
ｍの下記第１表に示す酸化物粉末とを第１表に示す割合
で秤取し、エタノールを加えて湿式ボールミル中で２１
時間混合した。得られた混合粉末からエタノールを蒸発
乾燥後２トン／　ｃｄの圧力で加圧成形し第１表に示し
た温度でアルゴンガス１気圧の条件下の雰囲気中で１時
間焼成を行った。′このようにして得られた炭窒化チタ
ン質焼結体を加工し、強度、ビッカース硬度、密度、耐
食性、及び色調を試験した。得られた結果を第１表にま
とめて示す。
ここで、強度は常温３点曲げ強度で、 ＪＩＳ　Ｒ１６０１に準拠して測定した。焼結体密度は
アルキメデス法により測定し、理論密度に対する相対値
として示す。また、耐食性試験は、鏡面研摩を施した試
料を海水中に浸漬して変色を観察した。
耐食性試験結果に示すＱ印は変色が全く認められない状
態を示し、Ｘ印は変色が認められたことを示す。
実施例４０〜５１、比較例７〜１０ 平均粒径１．２μｍの炭化チタン、平均粒径１．３μｍ
の窒化チタン、平均粒径１．３μｍの炭窒化チタン、平
均粒径０．８μｍの二酸化チタンを下記第２表に示す割
合で秤取し、エタノールを加えて湿式ボールミル中で２
１時間混合した。得られた混合粉末からエタノールを蒸
発乾燥後２トン／ｃｒｉの圧力で加圧成形し、１６００
〜２０００℃の温度でアルゴンガス１気圧の条件下の雰
囲気中で１時間焼成を行った。
得られた炭窒化チタン質焼結体を加工し、実施例１〜３
９と同様に試験をした。得られた結果を第２表にまとめ
て示す。
第１表及び第２表に示したように、比較例１゜２．４．
　７．　９では、酸化物を全く添加しないか、又は酸化
物添加量が０．１重量％と低いため、焼結が十分に行わ
れないことから、緻密でない焼結体しか得られなかった
ため低密度であり、硬度、強度も低い。又研摩加工を施
しても光沢に富んだ研摩面は得られなかった。又、比較
例３．　５．８゜ｌＯでは、酸化物添加量が３０重量％
と多く、硬度、強度とも低いものしか得られなかった。
比較例６は金属、すなわちＮ１とＦ［３とを添加した例
であり、硬度が低く、研摩面の色調はくすんだ赤黒色で
あり、耐食性の面でも望ましからざる結果を示した。
これに対し、各実施例の組成のものは、いずれも緻密な
焼結体が得られたことを示しており、硬度、強度、耐食
性ともすぐれ、充分な光沢を有する美麗な色調を呈した
。
［発明の効果］ 本発明は、硬度、強度に優れ、しかも光沢に富んだ美麗
な色調を有する炭窒化チタン質焼結体を、その製造のた
めの特別な装置を必要とすることなく容易に製造するこ
とができる形で提供することを可能としたものであり、
前述した如き、広範な用途への適用を可能としたもので
ある。
特許出願人　　小野田セメント株式会社（外３名）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. １．炭窒化チタンを主成分とし、チタン、ジルコニウム
    、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム
    、モリブデン、タングステン、イットリウム、及びラン
    タニド系希土類元素から成る群から選択した１種又は２
    種以上の元素の酸化物０．５〜２５重量％を含有させて
    なることを特徴とする炭窒化チタン質焼結体。
  2. ２．炭化チタン、窒化チタン、炭素・窒素比が任意の割
    合の炭窒化チタンから成る群から選ばれた１種又は２種
    以上の化合物を所望の炭素・窒素比の炭窒化チタンを得
    るような割合で混合した混合物、又は所望の炭素・窒素
    比を有する炭窒化チタン７５〜９９．５重量％と、チタ
    ン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、
    タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、イット
    リウム、及びランタニド系希土類元素から成る群から選
    択した１種又は２種以上の元素の酸化物０．５〜２５重
    量％とを混合し、混合物を加圧成形し、得られた加圧成
    形圧粉体を非酸化性雰囲気中で１６００〜２１００℃の
    温度で焼結することを特徴とする炭窒化チタン質焼結体
    の製造方法。
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