JPH0219441A

JPH0219441A - 複硼化物基焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0219441A
Application number: JP63168930A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shinozaki; 泰夫篠崎; Noritoshi Horie; 堀江　則俊; Kazuo Hamashima; 和雄浜島
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1988-07-08
Filing date: 1988-07-08
Publication date: 1990-01-23
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: US5022919A; EP0349740A2; JP2668955B2; EP0349740B1; EP0349740A3; DE68925310D1; DE68925310T2

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Ｎ　ｉ　、　Ｍｏ複硼化物基焼結体、さらに詳
しくは強度、靭性ならびに耐熱衝撃性に優れたＮｉ、Ｍ
ｏ複硼化物基焼結体、特に常温から高温までの広い範囲
での強度を維持しつつ靭性に優れた旧、Ｍｏ複硼化物基
焼結体に関するものである。

［従来の技術］一般に遷移金属等の硼化物は高融点、高硬度で電気、熱
の良導体であることから、耐摩耗材料を中心とした用途
での実用化か様々に検討されているが、強度や靭性は十
分てはなく、機械部品等の用途には実用化されるに至っ
ていない。

そこで、これらの硼化物と金属を複合化して強度や靭性
を向上させる試み（木下他窯協誌７５（１９６７）８４
など）が行われているが、その目的は十分には満たされ
ていない。これは硼化物と金属が容易に反応し、新たに
脆弱な生成物を形成するためと考えられる。

この問題点を解決すべく、硼化物として金属複硼化物を
用いる提案（特公昭５６−１５７７３）かなされている
か、これも硼化物の特性を十分に生かすには至っていな
い。

［発明の解決しようとする課題］これらの点に鑑み、本発明者らは、Ｎ　ｉ　、　Ｍｏ複
硼化物を硬質相とし、Ｎｉ合金を結合相とした強度、靭
性、耐食性等に優れたサーメットをさらにはＮ　ｉ　、
　Ｍｏを結合相としかつ炭化物又は窒化物を添加したサ
ーメットも提案したが、さらに強度、靭性、耐熱衝撃性
などの向上、特に広い温度範囲での強度の向とに関して
鋭意研究を重ねた結果、焼結体に炭素及び窒素を同時に
含有させることが効果的であることを見出し、本発明に
至ったものである。

［課題を解決するための手段］すなわち本発明は、Ｎｉ−Ｍｏ複硼化物（Ｍｏ□Ｎ１ｐ
２と記載する）および／またはＭＯの一部がＷに置換さ
れたＮｉ−Ｍｏ複硼化物（（Ｍｏ−Ｗ）２Ｎｉ８２と記
載する）を硬質相とし、結合相が主として、Ｎｉ−Ｍｏ
合金からなる焼結体において、炭素及び窒素を含有せし
めることにより、室温〜１０００℃程度までの高温域で
の強度と靭性か高められた焼結体を提供するものである
。

本発明の焼結体を得るには、例えば好ましくはＭｏＢ、
ＷＢ、Ｍｏ、Ｎｉの各粉末に４ａ、５ａ、６ａ族の遷移
金属炭化物の一種以上、及び４ａ、５ａ、６ａ族の遷移
金属窒化物の一種以上または、４ａ、５ａ、６ａ族の遷
移金属窒化物の１種以上又はこれらの炭窒化物の一種以
上を添加し、回転ボールミルや振動ボールミル等を用い
て、エタノール等の有機溶媒中で混合・粉砕し、乾燥後
、金型プレスやラバープレスで加圧成形して、真空中ま
たはアルゴン、水素等の中性あるいは還元性雰囲気にお
いて、１０００°Ｃ以上の温度、多くの場合１１００〜
１５００°Ｃ程度の温度領域で加熱すればよい。用いる
原料粉は必ずしも上記のＭｏＢ粉、ＷＢ粉、ＭＯ粉、Ｎ
ｉ粉の形である必要はなく、Ｎ１−８合金粉とＭＯ粉、
Ｗ粉およびＮｉ粉との組み合わせ、あるいは予めアトマ
イズ法やその他の方法で作製したＭｏ２Ｎ！Ｂｚ粉末お
よび／または（Ｍｏ−Ｗ）２ＮｉＢｔ粉末とＮｉ粉とＭ
Ｏ粉の組み合わせ、またあるいはＮｉ、Ｍｏ、Ｗ等の単
体金属粉末とＢ粉末との組み合わせでもよく、これらの
組み合わせの原料粉に所定量の金属炭化物および金属窒
化物または金属炭窒化物を添加すればよい。さらに原料
粉は出来る限り純度か高く、微細である方が優れた特性
を有する最終焼結体を得る上で有利であることは言うま
でもない。

上記原料を焼成すると昇温過程で原料中の訃、Ｎｉ、Ｂ
、Ｗの各成分か反応し、ＭＭｏ２Ｎ１Ｂあるいは（Ｍｏ
４）、ＮｉＢ２などの複硼化物を生成し、次にこれらの
複硼化物とＮｉおよびＭｏを主成分とする残りの相か共
晶反応を起こし液相な生ずる。この液相焼結のため、相
対密度がほぼ１００％の緻密な焼結体か得られる。本発
明の特徴はこの液相焼結にもあり通常の固相焼結では得
られないような高密度の焼結体が容易に得られる。

本発明の場合、焼成後の、主にＮｉとＭｏからなる結合
部相と、複硼化物相の割合は、結合部が５〜７０重量％
、複硼化物か９５〜３０重量％、好ましくは結合部か１
０〜６０重量％、複硼化物が４０〜９０重量％、特に結
合部が１５〜３０重量％、複硼化物が７０〜８５重量％
か好ましい。本発明において結合部と複硼化物の割合を
上記の値とする理由は、結合部が５重量％未満では靭性
が不足し、結合部か７０重量％を越えると硬度や高温強
度（耐熱性）の低下や、焼結時の変形が著しくなるなど
好ましくないためである。

焼結体中に炭素を含有させる方法としては前述した炭化
物、炭窒化物として添加する方法のほかに原料粉に炭素
粉（カーボンブラック、黒鉛粉等）を添加する方法かあ
るが、炭素粉の形で添加した場合、炭素粉と、焼成中に
生じた液相との濡れが悪いため、焼結か阻害され、最終
焼結体中にボアか残ることかある。これに対して、金属
炭化物（又は炭窒化物）の形、好ましくは、　４ａ、５
ａ、６ａ属遷移金属炭化物の形、特にＴａＣ，ＮｂＣ，
ＶＩＣ，ＭｏｔＣの形で炭素を添加すると、焼結か阻害
されることもなく、また、金属炭化物中の金属元素によ
る固溶強化も期待できることから好ましい。

添加する炭素の量は、焼結体の全重量に対する重量％で
０．０５〜３重量％好ましくは０．１〜２重量％、特に
０．１〜１．０重量％で強度向上への効果が顕著である
。

炭素の添加量を上記のように限定した理由は炭素の量か
０．０５重量％より少ないと焼結体の強度向上効果があ
まり認められず、３重量％より多いと強度と靭性、特に
靭性が大きく低下するためである。

焼結体中に窒素を含有させる方法としては。

前述のように原料粉に金属窒化物又は炭窒化物を添加す
る方法か簡便であり、焼結体の高温強度を上昇させる上
て効果的である。添加する金属窒化物の種類は４ａ、５
ａ、６ａ属遷移金属であれば、いずれも室温並びに高温
強度の改善に有効であるが本発明者らの検討範囲内では
特に、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＴｉＮの添加が強度向上の効果
に秀いてでおり、好ましいことか見い出された。

添加する窒素の量は、焼結体の全重量に対する重量％て
０．０５〜２重量％、好ましくは０．１〜１重量％、特
に０．１〜０．８重量％て強度の向上か顕著である。窒
素の添加量をこのように限定したのは、添加量か少なす
ぎると焼結体の強度のｔ！に廊に及ぼす効果かあまり見
られず、逆に添加量が多ずぎると、窒素ガスが焼結体中
にボアとして残り、このボアが欠陥として作用するため
に強度か低下するからである。

［作用］次に、焼結体中に、含有された炭素及び窒素の作用につ
いて述べる。

原料粉に添加された炭化物の一部あるいは大部分は、焼
成中に金属と炭素の各元素に分解して結合相及び硬質相
中に固溶し、これらの元素の固溶強化作用により強度か
上昇させるものと考えられる。さらに、炭化物の添加に
より、焼結体の組織が著しく変化し、特に複硼化物粒子
の粒径が微細化することが認められることから、炭化物
添加による複硼化物粒子の微細化効果も強度の向上に有
効に作用していると考えられる。添加した炭化物中の炭
素の作用をより明確にするため、原料粉に炭化物の構成
成分の金属元素を単体で添加（すなわち、　Ｔａ、Ｎｂ
、Ｗ、Ｍｏ等を添加）して焼結体を得た。この場合、炭
化物添加した場合にみられたような、組織の微細化か認
められず１強度の向上も炭化物添加に比べて満足の行く
ものではなかった。このことから、炭化物の形で炭素を
添加した場合の、炭素の強度向上に対する作用は明らか
である。

原料粉に添加された窒化物の一部または大部分は焼成中
に金属と、窒素の各元素に分解しく窒素の一部はＮ２ガ
スの形で焼結体の外へ放出される）、このうちの窒素は
、主に結合相中に固溶し、金属元素は、結合相と、複硼
化物相の両相に固溶することかＸＭＡや＾ＥＳ分析によ
り確認されている。金属元素を単体で添加した焼結体と
、窒化物を添加した焼結体の室温〜８００℃程度まての
強度を比較すると、窒化物添加した焼結体にのみ、高温
での強度の改善が認められることから、結合相中に固溶
した窒素が、結合相の耐熱性を高めているものと考えら
れる。

また、窒化物添加には焼結体中の複硼化物粒子の均質化
効果と、異常粒成長の抑制効果が認められており、この
結果強度のバラツキか低減される。

以上のように、炭素添加には、焼結体の室温強度の向上
効果、窒素添加には、高温強度の向上と強度のバラツキ
中の低減効果があり、さらに、炭素と窒素を同時に含有
させることにより、これらの効果か相乗的に作用して、
炭素や窒素を単独で含有させた場合より、−そうの強度
の向上がもたらされる。

なお、望ましい本発明焼結体としての複硼化物粒子の粒
径はそのほとんど、例えば８０％以１が３〜４ｐｍ以下
の微細なものであり、かつ粒径５井履以上の粗大粒はほ
とんどなく焼結体としての気孔率は０．１％以下の緻密
なものとして得られる。

［実施例］以下、実施例により発明の詳細な説明する。

実施例（１）ＭｏＢ粉末（純度９９．５％、平均粒径４．５　ｇｍ）
３８重量％、ＷＢ粉末（純度８８．５％、平均粒径３，
５）７重量％、ＴａＣ粉末（純度９８．５％、平均粒径
１、＋　７ｚｍ）８重量％、ＴａＮ粉末（９８，４％、
平均粒径３ｐｍ）４重量％、Ｎｏ粉末（純度９９．９％
、平均粒径０．７８ｔＬｍ）６重量％、旧粉末（純度９
９．６％、平均粒径２．８　ｇ　ｍ）３７重量％を秤量
後、振動ミルを用いて、エタノール中で２４ｈ混合粉砕
した。

スラリーを真空乾燥後、２　ｔｏｎ／ｃ＋ｓ２の圧力で
静水圧プレスを行い、１０−’ｔｏｒｒの真空中に於い
て１２７５℃で１時間焼成した。こうして得られた焼結
体は、主として（Ｍｏ・Ｗ）ＪｉＢｇ及びＭｏＪｉＢｇ
からなる硬質相がＴａＣの添加により、微細化され、か
つ、ＴａＮの添加により異常粒成長が抑制された、理想
的な組織を呈していた。なお、添加したＴａＣとＴａＨ
の一部は、焼成中に分解して、主としてＮｉとＭＯから
構成される結合相中に溶解していることが、分析により
明らかとなった。

またこの焼結体は相対密度９９．９％、で、機械的性質
としては、室温曲げ強度２５０ｋｇ／５ｍ２８０口℃の
大気中での曲げ強度２０５ｋｇ／ａｍ２破壊靭性値Ｋｌ
ａ＝　２１ＭＮ／ｓ””　、室温でのビッカース硬度９
５０ｋｇ／＊ｍ”　８００℃でのビッカース硬度８００
ｋｇ／ａｍ”であった。

実施例２）〜１０）実施例１）と同様のプロセスで種々の組成の焼結体を作
製し、特性を調べたところ表１のような結果を得た。な
お、これらの焼結体は、実施例１）と同様に、窒化物及
び炭化物の添加効果により、硬質相が微細化され１．か
つ異常粒成長が少ない組織を呈していた。

比較例１）〜３）実施例１）と同様のプロセスで窒化物や炭化物を添加し
ない焼結体を作製し、特性を調べたところ表１のような
結果を得た。これらの焼結体の組織は、硬質相の粒径が
大きく（例えば５ｇｍ以上のものか多くなる）またスケ
ルトンを多く形成していた。

［発明の効果］このように、本発明焼結体は高密度で広い温度範囲にわ
たって高強度に加えて高靭性を兼ね備えており、さらに
十分な硬度、耐熱衝撃性やＩ耐酸化性も有している材料
であるため、各種金型や機械構成部材、特に高耐熱性を
要求されるこれらの部材に最適であるばかりか、耐食性
、導電性にも本質的に優れているため、高温耐食部材、
電極等の広い用途にも使用できるもので、硼化物の特質
をまさに有効に発揮しうろことを可能となしたものであ
って、その実用的価値は多大である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｎｉ，Ｍｏ複硼化物及び／又はＮｉ，Ｍｏ，Ｗ複
硼化物を主たる硬質相とし、結合相が主としてＮｉ，Ｍｏからなる焼結体において、炭素及び窒素を含
有することを特徴とする高強度、高靭性の焼結体。
（２）結合相が５〜７０重量％である請求項（１）記載
の焼結体。
（３）結合相が１０〜６０重量％である請求項（２）記
載の焼結体。
（４）含有される炭素及び窒素の量が各々０．０５〜３
重量％、０．０５〜２重量％である請求項第（１）乃至
（３）のいづれか一つに記載の焼結体。
（５）含有される炭素及び窒素の量が各々０．１〜２重
量％、０．１〜１重量％である請求項（４）記載の焼結
体。
（６）炭素及び窒素を周期律表４ａ，５ａ，６ａ族の遷
移金属炭化物の一種以上及び４ａ，５ａ，６ａ族の遷移
金属窒化物の一種以上又は４ａ，５ａ，６ａ族の遷移金
属の炭窒化物の１種以上として添加する，請求項第（１
）乃至（５）のいづれか一つに記載の焼結体。