JPH01239068A - 硼化チタン系焼結体及びその製造方法 - Google Patents

硼化チタン系焼結体及びその製造方法

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JPH01239068A
JPH01239068A JP63063013A JP6301388A JPH01239068A JP H01239068 A JPH01239068 A JP H01239068A JP 63063013 A JP63063013 A JP 63063013A JP 6301388 A JP6301388 A JP 6301388A JP H01239068 A JPH01239068 A JP H01239068A
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titanium
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titanium boride
carbide
boride
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Tsunesuke Shioi
恒介 塩井
Masayasu Yamaguchi
山口 雅靖
Koji Nitta
耕司 新田
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Onoda Cement Co Ltd
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Onoda Cement Co Ltd
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
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    • C04B35/58064Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides
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    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64Burning or sintering processes
    • C04B35/645Pressure sintering

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〉 本発明は硬度及び靭性に優れた硼化チタン焼結体、炭化
チタン−硼化チタン複合焼結体及びそれらの製造方法に
関する。更に詳しくは高強度で耐熱性、耐食性あるいは
耐摩耗性などのセラミックス本来の優れた性質を損うこ
となく高靭性のセラミック材料を提供し、しかも出発原
料として異方性粒子を用いないでこのようなセラミック
材料を容易かつ効果的に製造する方法を提供することに
ある。
〈従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〉セラ
ミックスは高硬度で耐熱性、耐食性あるいは耐摩耗性に
優れた材料であり、産業用機械部材、内燃機関用部材工
具、耐摩耗摺動部材等の多方面にわたり、その適用が検
討されつつある。しかし、同時にセラミックスは脆性材
料であるために、信頼性等に難点があり、その充分な実
用化には未だ至っていない。したがって、高硬度等の優
れた性質を損わずにこの脆さを克服することは、現今の
セラミック材料開発に於いては最大の課題であると言っ
ても過言ではない。
炭化チタンや硼化チタンは高硬度、高融点等の優れた性
質を有する化合物である。しかしながら、これらの化合
物は、緻密化が困難な難焼結性物質であり、また、焼結
体とした場合は、低い靭性しか得られない。
そのため、Fc、Co、Ni等の低融点金属を添加し焼
結することがなされているが、この方法によると、高靭
性の緻密質焼結体を容易に得ることはできるが、粒界相
が金属により形成されるため、硬度の低下や高温に於け
る機械的性質の低下をもたらしてしまう。また、このよ
うな金属からなる粒界相は、酸、海水、汗などによる腐
食が進行し易く、この点でも難点があった。このため、
Fe、Co、Ni等の低融点金属を用いて炭化チタンや
硼化チタンの焼結体を作製することは構造部材としては
好ましくない。
また、炭化チタンや硼化チタンの焼結体は、構造部材と
してより多岐にわたる適用が検討されるようになりつつ
あり、それに伴って、より高い信頼性が要求されるよう
になってきた。このため、更に高い靭性を有する焼結体
の実現に対する要求が高まってきた。
〈問題点を解決するための手段〉 このため、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果粒界相
として金属を含まない、板状乃至は柱状の結晶の硼化チ
タンを有する硼化チタン焼結体又は炭化チタン−硼化チ
タン複合焼結体が、高硬度、高融点の如き硼化チタンや
炭化チタンの優れた性質を維持し、しかも優れた靭性を
有する新しい焼結体であることを見出した。
すなわち、本発明は、実質的に硼化チタンから成り、か
つこの硼化チタンが実質的に板状又は柱状の結晶から成
ることを特徴とする硼化チタン焼結体に関する。
又、本発明は、実質的に炭化チタンと硼化チタンとから
成り、かつ、この硼化チタンが実質的に板状又は柱状の
結晶から成ることを特徴とする炭化チタン−硼化チタン
複合焼結体に関する。
このような硼化チタン焼結体、又は炭化チタン−硼化チ
タン焼結体は、焼結体組織中に硼化チタンの板状又は柱
状の異方性の結晶粒子を有するため、これにより亀裂の
進行を抑制し、高い靭性を得ることができる。
本発明は又、かかる硼化チタン焼結体、又は炭化チタン
−硼化チタン複合焼結体を製造する方法に関する。
すなわち、本発明は、硼化チタンを生成するのに必要な
化学量論量に実質的に相当する量の、炭化硼素、窒化硼
素及び硼素から選ばれた少くとも1種の硼素化合物と酸
化チタンと及び炭化チタンとを混合し、非酸化性雰囲気
中又は真空下で1500〜2200℃に加熱することを
特徴とする硼化チタン系焼結体の製造方法、及び目的と
する複合焼結体中に存在すべき炭化チタンの割合に実質
的に相当する量の炭化チタンと、同複合焼結体中に存在
すべき割合の硼化チタンを生成するのに必要な化学量論
量に実質的に相当する炭化硼素、窒化硼素及び硼素から
選ばれた少くとも1種の硼素化合物と酸化チタンと及び
炭化チタンとを混合し、非酸化性雰囲気中又は真空下で
1500〜2200℃に加熱することを特徴とする炭化
チタン−硼化チタン複合焼結体の製造方法に関する。
本発明の焼結体の製造方法にあっては、硼化チタンの異
方性結晶は、焼結反応過程において、その場で生成され
なければならない。出発原料として板状や柱状の異方性
粒子を使用すると、原料の均一化が非常に困難であるし
、通常の加圧成形方法によっては高密度化が困難であり
、焼結体中の欠陥の原因になったり、焼結過程での緻密
化を妨げる原因ともなるので避けなければならない。
硼化チタンの異方性結晶は、焼結過程に於いて以下の反
応により生成するものと考えられる。
T i C+ T io 2 + B 4C→2 T 
L B 2 +2 CO・・・・・・・・・・・・(1
)2Ti c+”riO2+6B→ 3 T r B 2 +2 C○ ・・・・・・・・・
・・・(2)2 T IC+ T io 2 +68 
N→3 T i B  + 2 CO+ 3 N 2・
・・(3)T iC+ 3 T I O+284C→4
TiB2+3CO・・・・・・・・・・・・(4)Ti
C+TiO+4B→ 2 T i B 2 + CO・・・・・・・・・・・
・(5)T i c+Tio+48N→ 2 T iB Q 十CO+ 2 N 2・・・・・・
(6)これらの式による、化学量論比による配合により
出発原料を均一に混合して反応させる。かかる配合割合
は、厳密であるのに越したことはないが、ある程度の範
囲は許容できる。又、当然に、原料の粒度や純度に応じ
若干の変更を行うことは差支えない。また、本発明品を
熱間静水圧加圧法や、ホットプレス方等の加圧焼結法を
用いずに、真空あるいは雰囲気中での非加圧焼結法によ
り得ようとする場合、酸化チタンの含有量は、(1)〜
(6)式で規定される含有量より、必要に応じて増大さ
せる方が好ましい。これは、酸化チタンが焼結助剤とし
て作用し、非加圧焼結での緻密化を促進させるためであ
る。酸化チタンの増加分は、 (1)〜(6)式で規定
される酸化チタン曾に加え10重量%以内であることが
好ましい。10重量%を超えると、得られる焼結体の硬
度が低下してしまうので好ましくない。酸化チタンの増
加分は焼結過程で炭化チタン−硼化チタンに固溶するが
、一部は揮散するものと考えられる。
炭化チタン−硼化チタン複合焼結体を製造する場合は、
出発原料中の炭化チタンの量は、複合焼結体中の硼化チ
タン部分を生成するために必要な化学量論量と、同複合
焼結体中の炭化チターン部分の量との合計量に相当する
量を基準として決定する。例えば、硼化チタン50モル
%(61,9重量%)を含む複合焼結体を式(1)の反
応で製造しようとする場合、下記すなわち、 硼化チタン分  T i CL9.0重量%T i 0
2 25.a  1l B4C17,5ll 炭化チタン分  TiC38,1ll により、T i C57,1重量%、T t O225
,4重量%、84C17,5重量%の原料配合とする。
出発原料は均一に混合した後、非酸化性雰囲気中又は真
空中で1500〜2200℃で焼結して反応させる。好
ましくはアルゴン雰囲気中又は真空中である。反応温度
に好ましくは1800〜2100℃とする。
]、500℃未満で焼結した場合は、目的とする焼結体
を得るのに長時間を要するため不適である。また、22
00℃を超える温度で焼結すると、異常粒成長を生じ、
強度の低下をもたらす結果となるため適切では4ない。
出発原料として使用する炭化硼素、窒化硼素、硼素、酸
化チタン及び炭化チタンは、一般に5μm以下の粒度と
して用いることにより好ましい結果が得られるが、2μ
m以下とすることが特に好ましい。
〈実 施例〉 平均粒径0.8IEnの炭化硼素粉末、0.8μmの硼
素粉末0.5−の窒化硼素粉末、0.5μm及び0.1
μmの酸化チタン粉末、1.2μmの炭化チタン粉末を
下記表に示す割合いで秤取し、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。得られた混合物から
エタノールを蒸発乾燥し、出発原料とし、表に示す条件
で焼成を行った。
このようにして得られた焼結体を加工し、ビッカース硬
度及び破壊靭性値(K、o)を測定した。
得られた結果を表にまとめて示す。
ここで破壊靭性値(KIo)は片側切欠は試験片を作製
し、3点曲げにより測定した。
第1図は後記実施例1の焼結体を濃硝酸を用いて表面に
エツチングを施したもののSEM′r;真である。写真
中のバーは10μmを示す。
〈発明の効果〉 本発明は、柱状乃至は板状晶の硼化チタンを有する硼化
チタン焼結体又は炭化チタン−硼化チタン焼結体を提供
するものであり、硼化チタンの優れた性質を損うこと無
く、優れた機械的性質を有する焼結体を提供するもので
ある。本発明の焼結体は、硬度及び靭性に優れているこ
とから、産業用機械部材、内燃機関用部材、工具、耐摩
耗初動部材等の多方面にわたる利用が可能である。また
、本発明品は、導電体であるために、放電加工が可能で
あり、複雑形状の加工を安価に行うことができる。
又、本発明は、かかる焼結体を格別の困難性なく容易に
製造する方法をも提供するものであり、かかる焼結体の
工業的生産を可能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例1の焼結体を濃硝酸を用いて表面にエ
ツチングを施したもののSEM写真である。写真中のバ
ーは10陣を示す。 尾1図 手続補正書(方式) %式% 硼化チタン系焼結体及びその製造方法 5、補正をする者 事件との関係   出 願 人 住所 名 称  (024)小野田セメント株式会社4代理人 5補正命令の日付  昭和66年6月28日(発送臼)
(2)図面を削除する。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1.  (1)実質的に硼化チタンから成り、かつ該硼化チタ
    ンは実質的に板状又は柱状の結晶であり、かつ均一緻密
    な組織を有することを特徴とする硼化チタン系焼結体。
  2.  (2)実質的に炭化チタンと硼化チタンとから成り該
    硼化チタンは実質的に板状又は柱状の結晶であり、かつ
    均一緻密な組織を有することを特徴とする炭化チタン−
    硼化チタン複合焼結体。
  3.  (3)硼化チタンを生成するのに必要な化学量論量に
    実質的に相当する量の、炭化硼素、窒化硼素及び硼素か
    ら選ばれた少くとも1種の硼素化合物と酸化チタンと及
    び炭化チタンとを混合し、非酸化性雰囲気中又は真空下
    で1500〜2200℃に加熱することを特徴とする硼
    化チタン系焼結体の製造方法。
  4. (4)目的とする複合焼結体中に存在すべき炭化チタン
    の割合に実質的に相当する量の炭化チタンと、同複合焼
    結体中に存在すべき割合の硼化チタンを生成するのに必
    要な化学量論量に実質的に相当する炭化硼素、窒化硼素
    及び硼素から選ばれた少くとも1種の硼素化合物と酸化
    チタンと及び炭化チタンとを混合し、非酸化性雰囲気中
    又は真空下で1500〜2200℃に加熱することを特
    徴とする炭化チタン−硼化チタン複合焼結体の製造方法
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