JPH01129937A - 高温耐食性焼結体の製造方法 - Google Patents

高温耐食性焼結体の製造方法

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JPH01129937A
JPH01129937A JP62286485A JP28648587A JPH01129937A JP H01129937 A JPH01129937 A JP H01129937A JP 62286485 A JP62286485 A JP 62286485A JP 28648587 A JP28648587 A JP 28648587A JP H01129937 A JPH01129937 A JP H01129937A
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Kenichi Adachi
健一 安達
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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、例えば真空中で金属を蒸発させる際に用いら
れる高温耐食性焼結体の製造方法に関する。
〈従来の技術〉 金属の真空蒸着を行う際には、2ホウ化チタン(TiB
z)や2ホウ化ジルコニウム(Zrth)等の如き導電
性耐食物質と窒化硼素(BN)や窒化アルミニウム(A
t)N)等の如き電気絶縁性耐食物質の焼結体からなる
ポートに蒸発させる金属を入れ、真空中でボートに電流
を流し金属を真空蒸発させる方法−が知られている(特
公昭55−16234号公報)。
また、その耐食性焼結体の製造方法については、上記組
成からなる原料をホットプレス焼結することが知られて
いる(特公昭55−8586号公報、特公昭58−22
60号公報)。
ホットプレスは、真空またはアルゴン、窒素などの非酸
化性雰囲気下、1700〜2150℃にて100 kg
/a(を超える圧力をかけて実施するものであるため、
大型形状品は得られず、また、複雑形状品の製造には適
さない等の問題がある。しかも、現在市販されている耐
食性焼結体は、−旦、円柱状にホ・ノドプレスされた焼
結体を機械加工して最終製品形状に仕上げる方法がとら
れているので高価格となる。
このような問題を解決するための手段として常圧焼結法
が考えられるが、BNやTiBzは焼結性が悪いため現
在までのところ溶融金属に対して高い耐食性を有する焼
結体は得られていない。
これらの理由で、溶融金属に対する優れた耐食性、耐摩
耗性、耐熱衝撃性等を有し、安価に容易にかつ効率良く
製造できる高温耐食性焼結体の出現が待たれている。
〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、このような耐食性焼結体の形状制約と生産性
を改善し大型形状品、複雑形状品を効率良く製造でき、
しかもホットプレス品と同等以上の溶融金属に対する優
れた耐食性、耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する高温耐食性
焼結体の提供を目的とするものである。
〈問題点を解決するための手段〉 すなわち、本発明は、窒化硼素20〜500〜50重量
ミニウム1〜15重量%、残部が2ホウ化チタンからな
る粉末混合物を5 ton/a(以上の圧力にて成形し
た後、非酸化性雰囲気下、温度1100〜2100℃で
常圧焼結することを特徴とする高温耐食性焼結体の製造
方法である。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明で用いるBN粉末は、市販品で良いが望ましくは
結晶性の高い六方晶のBN粉末である。この粉末は、予
備成形時の可塑変形性に優れているため高密度の予備成
形体が得られ易い。
TiBz粉末は、市販品で良いが、望ましくは純度99
.0%以上、平均粒子径5μm以下のものである。Ti
Bzの粒度は、BN、 AI!N粉末と同等あるいは微
細粒はど焼結体密度及び強度が向上する。
アルミニウム(Al)粉は市販品で良いが、望ましくは
アトマイズ品、純度99.0%以上、粒度250メツシ
ュ下品である。その理由は、Mは焼成中(1)式に示す
ようにBNと反応してA1’Nとホウ素(B)を生成し
、さらにこのBは(2)式に示すようにMと反応してj
V−B化合物となりBNとTith及びAI?+BN 
  →  A1’N+B      (1)B+Aff
   −→  Aff −B        (2)以
上のBN粉末、M粉末及びTiBz粉末を、BN20〜
50重量%、AI’l〜15重量%、残部がTiB、に
混合する。
8Nが20重量%未満では耐熱衝撃性が低下し、更にM
と反応するBNが不足気味となり得られた焼結体中に未
反応のM粉が存在するので、高温下で使用した場合、軟
化変形を起こし易くなる。一方、50重量%を超えると
得られた焼結体の比抵抗が上昇するのでボートに直接電
流を通じて加熱することが不可能となる。
Mが1重量%未満では焼結体強度の向上が認められず、
15重量%を超えると得られた焼結体中に未反応のM粉
が存在し耐食性、耐熱衝撃性が低下するばかりでなく、
高温下で使用した場合、軟化変形を起こし易くなる。
TiB2は、比抵抗とも関係があり常温の成形体の比抵
抗が50〜300μΩ国程度になるように配合すること
が好ましい。
本発明は”、上記したBN、 M、TiB、の粉末混合
物を粉砕せずにそのまま成形用混合粉末として用いるか
、比表面積が入手時の2倍以上になるまで微粉砕したB
N粉末とAi!、TiB2粉末の混合物を成形用混合粉
末として使用するか、さらにはまた、BN、M、 Ti
B2粉末の混合物を比表面積が2倍以上になるように破
断、せん断、磨砕等の粉砕を行って粉末の焼結性を高め
た後それを5 ton/ca1以上の圧力にて成形し、
次いで非酸化性雰囲気下、温度1100〜2100℃で
焼成するものである。
本発明においては、BN、 AI!、TiB2の原料は
粉砕することが望ましく、それには一般に良く知られて
いるボールミル、振動ボールミル、アトライター、ライ
カイ機等が使用される。粉砕は、元の粉末の比表面積の
2倍以上好ましくは10倍以上になるまで行うのが望ま
しい。2倍未満の粉砕では耐摩耗性と耐食性を十分に高
めた高温耐食性焼結体を得ることが困難である。
なお、粉砕を行う場合、それを酸化雰囲気で行うと酸化
物の生成がみられ、そのまま焼成すると耐食性、耐摩耗
性、耐熱衝撃性の低下をきたすばかりでなく焼結体にク
ランクが発生する。従って、粉砕は、酸化物が生成しな
いような例えばN2、Ar等の非酸化性雰囲気下で行う
必要がある。粉砕を行ったものの方が耐摩耗性、耐食性
に優れる理由は、結晶の格子不整及び部分的な非晶質化
が進むと同時に新たに形成された粒子面が現われ所謂メ
カノケミカル効果により活性化された粉末となったため
と考えられる。
本発明で用いる成形装置としては、一般に良く知られて
いる金型成形機、冷間等方圧成形機(CIP)等が挙げ
られる。成形圧力は5 ton/cm2以上望ましくは
7 ton/cfii以上で行う。5 ton/a(未
満の成形圧力では、耐摩耗性と耐食性に優れた焼結体を
得ることができない。
焼成は、1100〜2100℃の非酸化性雰囲気下で行
う。焼成温度が1100℃未満では、(1)、(2)式
に示すような反応が起こりにくいため高強度の焼結体が
得られない。一方、2100℃を超えるとBN、 AI
’Nの熱分解が起こりその本来の性質を失うことになる
。特に高強度、高耐食性の焼結体を得るには1400〜
1700℃の非酸化性雰囲気下で焼成することが好まし
い。非酸化性雰囲気としては、Hes Ars Nz等
の不活性雰囲気かまたは真空中である。酸化性雰囲気で
焼成すると耐食性、耐熱衝撃性が著しく低下するばかり
でなく焼結体にクランクが発生する。焼成装置としては
、タンマン類、抵抗加熱炉、高周波炉等が用いられる。
〈実施例〉 以下本発明を実施例並びに比較例をもってさらに具体的
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
犬J!1llL 市販のBN粉末(六方晶、純度99.0%、比表面積6
nf/g)30重量部にM粉末(−250メツシユ、純
度99%、比表面積0.5m/g)3重量部、TtJ粉
末(純度99%、比表面積2rrr/g)67重量部を
添加した後振動ボールミルにて混合し成形用混合粉末を
得た。
この混合粉末を5ton/crAの圧力で冷間等方圧成
形した。得られた予備成形体を前記BN粉末の入った黒
鉛容器中に埋め込み高周波炉にて1700°C160分
間、Nt雰囲気下で焼成した。得られた焼結体の気孔率
、曲げ強さ、ショアー硬度、耐食性の測定結果を表に示
す。
実U 実施例1で得た成形用混合粉末を用い、成形圧力を7 
ton/catとしたこと以外は実施例1と同様の方法
にて実施した。
J1舅−」− 焼成温度を1600℃としたこと以外は実施例2と同様
の方法にて実施した。
大旅貫−工 硼酸とメラミンとを1:1の重量比率で混合しアンモニ
アガス気流中にて1200℃、4時間、加熱処理してB
N純度90%、比表面積5jrrr/gの8N粉末を得
た。この粉末をX線回折した結果、非晶質BNであるこ
とが判った。この粉末50重量部にM6重量部、TiB
244重量部を添加した後ボールミルにて混合し成形用
混合粉末を得た。
この混合粉末を用い、成形圧力を7ton/c++1及
び焼成温度を1600℃としたこと以外は実施例1と同
様の方法にて実施した。
大施炎−工 実施例1で用いたBN粉末をアトライターで比表面積が
5 On?/gになるまでN2雰囲気下にて粉砕してB
N微粉末を得た。比表面積はBET法にて測定した。こ
の粉末35重量部にAIi’5重量部、Ti8260重
量部を添加した後ボールミルにて混合し成形用混合粉末
を得た。
この成形用混合粉末を用いたこと以外は実施例1と同様
の方法にて実施した。
実見■−旦 実施例5で得たBN微粉末45重量部に、AI!5重量
部、TiBg50重量部を添加した後ボールミルにて混
合し成形用混合粉末を得た。
この混合粉末を用い、焼成温度を1400℃としたこと
以外は実施例1と同様の方法にて実施した。
実1」[−り 実施例1で用いたBN40重量部に、Ai’7重量部、
TiBz53重量部を添加した後アトライターで比表面
積が60 rd/gになるまで静雰囲気下にて粉砕し成
形用混合粉末を得た。
この混合粉末を用いたこと以外は実施例1と同様の方法
にて実施した。
実施tfl− 実施例7で得た成形用混合粉末を用い、成形圧力を7 
ton/aJ及び焼成温度を1600℃としたこと以外
は実施例1と同様の方法にて実施した。
北較拠−土二↓ 実施例1で用いたBN粉末、M粉末及びTiB2粉末を
本発明と異なる割合で各種配合した後振動ボールミルに
て混合し成形用混合粉末を得た。
この混合粉末を用いたこと以外は実施例1と同様の方法
にて実施した。
止較■−工 実施例1で得た成形用混合粉末を用い、成形方法を2 
ton/−の金型成形としたこと以外は実施例1と同様
の方法によって実施した。
北較皿−工 実施例5で得た成形用混合粉末を用い、成形圧力を2 
ton/−としたこと以外は実施例1と同様の方法にて
実施した。
北較■−エニエ 焼成温度を1000℃(比較例7)又は2200℃(比
較例8)としたこと以外は実施例1と同様の方法にて実
施した。
尚、表に記載した各物性の測定は、次の方法によった。
(1)  気孔率・・・・・・JISR2205に準拠
した。
(2)  常温曲げ強さ・・・・・・JISR1601
に準拠した。
(3)  シジアー硬度・・・・・・JISZ246に
準拠した。
(4)  ボート寿命・・・・・・得られた焼結体より
長さ100鶴、幅4鶴、厚さ4flの角材に加工し、こ
の棒にボート状の窪みを堀り(長さ3011、幅5 m
m、深さ3皿)、通常真空蒸着に使用されているタング
ステンボートと同様に両端を電極にクランプし、直接電
流を通じてこのボート状容器を約1500℃に急加熱し
、M線0.6gを蒸発させたのち室温まで急冷した。こ
のテストを繰り返し、反り、割れを生じ、電流が流れな
くなるまでのM線の蒸発回数をボート寿命とし、耐食性
及び耐熱衝撃性の指標とした。
〈発明の効果〉 本発明の方法によれば、従来のホットプレス法で実現で
きなかった大型形状品、複雑形状品を安価に効率良く製
造でき、しかも、ホットプレス品と同等以上の溶融金属
に対する優れた耐食性、耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する
高温耐食性焼結体を製造することができる。
特許出願人  電気化学工業株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.窒化硼素20〜50重量%、アルミニウム1〜15
    重量%、残部が2ホウ化チタンからなる粉末混合物を5
    ton/cm^2以上の圧力にて成形した後、非酸化性
    雰囲気下、温度1100〜2100℃で常圧焼結するこ
    とを特徴とする高温耐食性焼結体の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5061662A (en) * 1989-11-08 1991-10-29 Samsung Electron Devices Co., Ltd. Method for preparing sintered body of the titanium boride and apparatus therefor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4884819A (ja) * 1972-02-16 1973-11-10

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