JPH0119458B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 本発明は、各種のセラミツクスを焼結する際に
用いるモリブデン合金製の治具とその製造方法に
関し、更に詳しくは、高温強度に優れたモリブデ
ン合金の治具とその製造方法に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 一般に各種セラミツクスの焼結は、例えばプレ
ス成形したセラミツクス粉末成形体を通常は黒鉛
製の棚板に載置し、これを1500〜1800℃の不活性
雰囲気中で加熱して行なわれる。 ところが、黒鉛はその機械的強度が小さいの
で、載置できるセラミツクス粉末成形体の総量を
あまり重くすることができず焼結時の生産性を高
めるという点では問題がある。 このため、最近では、高温における強度も大き
く、耐熱性も高いモリブデンの板材による焼結用
治具が使用されている。 このようなモリブデンの板材は一般に次のよう
にして製造されている。すなわち、まずモリブデ
ン粉末を焼結したインゴツトに高温下で鍛造、圧
延などの熱間加工を施して板材とする。この板材
をそのまま治具として実用に供するか、又は、こ
の板材に二次再結晶温度以下の温度、通常は800
〜1200℃の温度域で加工歪みを除去する焼鈍を施
したのち二次成形加工を施してから実用に供され
ている。 しかしながら、このような方法で得られたモリ
ブデンの板材はセラミツクス焼結用治具として用
いた場合次のような不都合な問題を生ずる。 一般に治具は1500〜1800℃の温度域で使用され
る。そして、モリブデンの二次再結晶温度は約
1200℃である。したがつて、モリブデンの治具に
は、使用中に二次再結晶粒が成長し、その粗大化
に伴なう脆化により治具の破壊が生ずる。更に
は、加熱・冷却サイクルの反復による熱疲労又は
高温使用時のクリープ現象の発生などにより、治
具が大きく変形することがある。 例えば、セラミツクス基板焼結用の自動化ライ
ンで使用される治具にあつては、上記した現象が
起ると、セラミツクス基板の治具からの転落又は
変形を招き、極端な場合には、隣接するモリブデ
ン治具が接触してセラミツクス基板の収納が不可
能になる。そして、長期に亘る使用ができなくな
る。 このように、セラミツクス焼結用治具としてモ
リブデン板材を使用するに当り、更に高温強度に
優れ、変形することのないモリブデン材料が必要
とされる。 〔発明の目的〕 本発明は、セラミツクスの焼結時の温度下にあ
つても、上記した変形等の現象を起すことがな
く、高温強度に優れたモリブデン合金で構成され
たセラミツクス焼結用治具とその製造方法の提供
を目的とする。 〔発明の概要〕 本発明のセラミツクス焼結用治具は、マグネシ
ウム、ジルコニウム及び希土類元素の酸化物の１
種または２種以上を0.05〜5.0重量％含有し、残
部がモリブデンと不可避的不純物から成るモリブ
デン鍛造合金から構成され、該モリブデン鍛造合
金が、モリブデンの再結晶粒が扁平状に成長して
おり、該酸化物がこの扁平状組織に沿つて整列分
布した組織を有するものであることを特徴とし、
その製造方法は、 マグネシウム、ジルコニウム及び希土類元素の
酸化物に１種又は２種以上を0.05〜5.0重量％含
有し、残部がモリブデンと不可避的不純物から成
るモリブデン合金に、室温から一次再結晶温度未
満の温度域で加工率80％以上の鍛造又は圧延加工
を施す第１の工程；得られた加工材に治具形状の
成形加工を施す第２の工程；得られた治具前駆体
に、二次再結晶温度より100℃高い温度から2200
℃以下の温度域で加熱処理を施す第３の工程；と
から成ることを特徴とする。 本発明の治具は、後述する方法で製造したモリ
ブデン鍛造合金から成る。治具は種々の形状をと
りうるが、例えば、第１図に示すような両端を折
り曲げた板状体が一般的である。折り曲げ部分を
下から支え、板面部分を浮かし、板面上にセラミ
ツクス粉末成形体を載置して使用に供する。後述
する加熱処理によつて成長させる二次再結晶粒の
方向は、折り曲げ部分の支点間を跨ぐ状態にある
ことが好ましい。 本発明の治具は次の工程を経て製造される。第
１の工程は、Mg、Zn及び希土類元素の酸化物の
１種又は２種以上が0.05〜5.0重量％含有されて
いるモリブデン合金に、室温から一次再結晶温度
未満の温度域で加工率80％以上の鍛造又は圧延加
工を施す工程である。まず、出発素材は、Mg、
Zr及び希土類元素の酸化物の１種又は２種以上
が添加されたモリブデン粉末を常法によつて焼結
した焼結体である。 このMg、Zr及び希土類元素の酸化物は、後述
する加熱処理によつてモリブデン材に成長させる
二次再結晶粒の組織を後述する加工方向とは直交
する方向に細長くかつ大きく成形させるために添
加する成分である。具体的には、酸化マグネシウ
ム（MgO）、二酸化ジルコニウム（ZrO₂）、希土
類元素の酸化物、例えば、酸化イツトリウム
（Y₂O₃）、酸化ランタン（La₂O₃）、酸化セリウム
（Ce₂O₃）等が挙げられる。これらは単独で用い
てもよいし適宜な組合せで２種以上を用いてもよ
い。 これらMg、Zr及び希土類元素の酸化物は通常
粒径0.005〜0.1μｍの粉末の形で用いられる。マ
トリツクスであるモリブデンへの含有量が、0.05
重量％未満の場合には、その効果が小さく後述の
加熱処理を施しても二次再結晶粒の形状が亀甲状
の等軸結晶粒となつて高温強度の向上に寄与せ
ず、また、5.0重量％を超えると第１工程、第２
工程における加工が著しく困難になる。 本発明にあつては、まず、このようなモリブデ
ン合金を室温から一次再結晶温度未満の温度域で
鍛造又は圧延して冷間加工する。このときの加工
温度が一次再結晶温度以上になると、加工中にサ
ブグレインが発生し、加工繊維組織の発達と加工
繊維組織に沿つたMg、Zr及び希土類元素の酸化
物の粒子の配列ができなくなるなどの問題が生じ
てくる。また、鍛造、圧延は常法をそのまま適用
すればよい。 この加工処理により、モリブデン合金の組織が
加工方向と直交する方向には引き伸ばされ加工方
向には押しつぶされて全体として繊維状組織に配
列されていく。このとき、添加したMg、Zr及び
希土類元素の酸化物の粉末の多くは上記した繊維
状組織に沿つて配列する。また一部は繊維状組織
内に分散してその組織の強度を高める。 本発明にあつては、この冷間加工の加工率が80
％以上である。ここで、加工率とは、加工前後に
おけるモリブデン材の断面積の減少を加工前の断
面積で除した値の百分率表示値であつて、この値
が大きいほど加工は進んでいることを意味する。 加工率が80％未満の場合には、上記した繊維状
組織に沿つてMg、Zr及び希土類元素の酸化物の
粉末が充分に配列せず、後述の加熱処理時に二次
再結晶粒が亀甲状の等軸状結晶組織になり易す
い。そのため、高温下での使用時には、前記した
ようにモリブデン材には粒界すべりに伴なう異常
変形、粒界割れ等の現象が発生し易すくなる。加
工率としては90％以上であることが望ましい。た
だし、加工率100％はあり得ないので本発明にあ
つて加工率100％は含まない。 第２の工程は、以上のようにして加工されたモ
リブデンの板材に成形加工を施して板材を治具の
形状にして治具前駆体を製造する工程である。例
えば、第１図の治具の製造に当つては、第１工程
で得られた加工材の両端を図のように折り曲げ
る。このとき、繊維状組織が伸びている方向の両
端を折り曲げると、板面にかかる重量を有効に支
持できるので好ましい。なお、このような折り曲
げ加工の際には、加工する部分を若干加熱すると
加工時の亀裂、サケ等を防げるので有効である。 第３の工程は、得られた治具前駆体に、二次再
結晶温度より100℃高い温度から2200℃以下の温
度域で加熱処理を施す工程である。その結果、前
駆体の中には扁平で細長く大きな二次再結晶粒が
成長する。 このときの加熱温度が上記温度以下の場合に
は、そもそも二次再結晶粒の成長が不充分であ
り、そのため、高温下での使用時にモリブデン治
具に不安定な結晶粒の成長が進んで熱疲労強度や
クリーブ強度にバラツキが生ずる。 しかしながら、加熱処理時の温度が2200℃より
高くなると、細長く大きな二次再結晶粒が過大に
ジグザグと成長して等軸状結晶組織に類似した結
晶粒界の状態になつてしまい、治具としての使用
時に、粒界すべりや高温強度の低下に伴う異常変
形、粒界割れが起りやすくなり、脆化による破
損、割れ現象を招きやすくなる。 なお、本発明にあつては、鍛造又は圧延加工を
施こした加工材に直接上記した加熱処理を施こす
が、加工後に一度二次再結晶温度より低い温度で
歪み除去の焼鈍を行なつてから上記加熱処理を施
こしてもよい。 本発明の治具は、第１図に例示したような１枚
の治具であつてもよいが、例えば、第２図に例示
したように、この治具板１を複数枚、支持棒２で
固定されたカラー３の上に重ねていく多段構造の
ものであつてもよい。 このような多段構造の治具の場合には、炉内空
間を有効に利用することができ、しかも各治具板
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにはそれぞれ別種のセラ
ミツクス粉末成形体をのせることができて有用で
ある。 〔発明の実施例〕 第１表に示した割合（重量％）でMo粉末と
Mg、Zr及び希土類元素の酸化物の粉末とを混合
して４種類の混合粉末試料を調製した。試料１、
２についてはポツトローラ中で20時間混合し、試
料３、４は各ゾルとMo粉末を撹拌機で５時間混
合したのち120℃で加熱乾燥した。試料５は比較
例としてのMo粉末のみのもの。

【表】 これらの混合粉末をそれぞれ約2ton／cm²の圧力
でプレス成形し、得られた成形体を1830℃の水素
炉中で９時間焼結した。比較のために、Moのみ
の焼結体も同様の条件で製造した。 これらの焼結体につき、1100〜1400℃で鍛造し
ついで1100℃以下の温度で圧延して冷間加工率95
％で厚み２mmの板材とした。なお、試料１のモリ
ブデン合金からは冷間加工率75％の板材（厚み２
mm）も製造した。 これら板材から第１図に示した形状（たて130
mm、横200mm）の治具板を成形加工した。 各治具板につき、第２表に示したような加熱処
理を施した。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明方法で製
造された治具は、セラミツクス粉末成形体の焼結
温度である1500〜1800℃の温度域にあつても、変
形が非常に小さくかつ長時間に亘つて安定状態を
保持するので、例えば自動化ラインの焼結用治具
として用いた場合、その使用寿命が長くなること
はもちろんのこと、保守点検回数を削減すること
が可能となり炉の運転効率を高めることができ
る。 また、この治具の高温強度は高いので、これを
複数段積みあげた多段構造にすることによつて、
セラミツクス粉末成形体の焼結時における炉内空
間を有効に活用することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明治具の１例を示す斜視図、第２
図は第１図の治具を積みあげて成る多段構造の治
具である。第３図は実施例に述べた各治具板の反
り量を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マグネシウム、ジルコニウム及び希土類元素
   の酸化物の１種又は２種以上を0.05〜5.0重量％
   含有し、残部がモリブデンと不可避的不純物から
   成るモリブデン鍛造合金から構成され、該モリブ
   デン鍛造合金が、モリブデンの再結晶粒が扁平状
   に成長しており、該酸化物がこの扁平状組織に沿
   つて整列分布した組織を有するものであることを
   特徴とするセラミツクス焼結用治具。 ２ 該治具が複数段重ね合わされている特許請求
   の範囲第１項記載のセラミツクス焼結用治具。 ３ マグネシウム、ジルコニウム及び希土類元素
   の酸化物の１種又は２種以上を0.05〜5.0重量％
   含有し、残部がモリブデンと不可避的不純物から
   成るモリブデン合金に、室温から一次再結晶温度
   未満の温度域で加工率80％以上の鍛造又は圧延加
   工を施す第１の工程； 得られた加工材に治具形状の成形加工を施す第
   ２の工程； 得られた治具前駆体に、二次再結晶温度より
   100℃高い温度から2200℃以下の温度域で加熱処
   理を施す第３の工程； の各工程の処理を施すことを特徴とするモリブデ
   ンの再結晶粒が扁平状に成長しており、該酸化物
   がこの扁平状組織に沿つて整列分布した組織を有
   するモリブデン鍛造合金から構成されているセラ
   ミツクス焼結用治具の製造方法。