JPH0335263B2 - - Google Patents

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JPH0335263B2
JPH0335263B2 JP61259691A JP25969186A JPH0335263B2 JP H0335263 B2 JPH0335263 B2 JP H0335263B2 JP 61259691 A JP61259691 A JP 61259691A JP 25969186 A JP25969186 A JP 25969186A JP H0335263 B2 JPH0335263 B2 JP H0335263B2
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JP
Japan
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titanium carbide
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sintered body
parts
carbon
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JP61259691A
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JPS63112465A (ja
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Kazuo Ueno
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕 本発明は炭素複合炭化チタンセラミツクスとそ
の製造方法に関し、より詳細には板状の黒鉛微結
晶が炭化チタンセラミツクス中に析出した炭素複
合炭化チタンセラミツクスとその製造方法に関す
る。 〔従来技術〕 セラミツクスは耐熱性や強度に優れているの
で、耐熱部材や構造部材として注目されている。
その中でも、SiCやTiCなどの炭化物セラミツク
スは耐熱性に優れており、エンジン用やガスター
ビン用材料として期待されている。しかし、その
応用がかならずしも広範囲に亙らない理由は、こ
れら炭化物セラミツクスが極めて脆く、また強度
も低い水準にあることが原因である。 〔発明の目的〕 本発明は従来の炭化物セラミツクスの脆さおよ
び低強度の問題が解消もしくは改良された炭素複
合炭化チタンセラミツクスとその製造方法を提供
することを目的とするものである。 〔発明の構成〕 上記目的を達成する本発明の炭素複合炭化チタ
ンセラミツクスは、炭化チタンセラミツクス中に
黒鉛の板状結晶が析出してなることを特徴とする
ものである。 また、本発明の炭素複合炭化チタンセラミツク
スの製造方法は、炭化チタンに、全重量の5〜30
%の範囲内で粒径0.5μm以下のカーボンブラツク
を混合し、この混合物を成形、焼成することを特
徴とするものである。 本発明の炭素複合炭化チタンセラミツクスにお
いては、母相として炭化チタンが用いられる。 本発明においては、かかる母相としての炭化チ
タンセラミツクス中に、すなわち炭化チタンセラ
ミツクスの粒子内に、または粒子間に黒鉛の板状
結晶が析出した状態にある。 この黒鉛の板状結晶は、母相に対してあたかも
補強材料の如く機能すると考えられ、炭化チタン
セラミツクスの強度および靭性を後述するように
大きく向上させることができる。 かかる本発明の炭素複合炭化チタンセラミツク
スは、炭化チタンセラミツクスを母相とし、これ
に非晶質炭素粉末を混合し、この混合物を成形、
焼成することにより製造される。 炭化チタンセラミツクスは、非晶質炭素粉末と
の混合を均一にするために、通常では粒径0.5〜
5μmの粉末状で用いられる。 非晶質炭素とは、黒鉛の構造を持たない炭素を
意味し、黒鉛構造を持つ天然黒鉛、石油コーク
ス、グラツシイカーボン等の炭素材料では、焼結
中の黒鉛への転換が充分に起こらず、これらの炭
素の使用は好ましくない。 具体的には非晶質炭素として、カーボンブラツ
ク、活性炭素、塩化ビニリデン炭、砂糖炭、セル
ローズ炭、アセトンフルフラール樹脂炭、フエノ
ールホルムアルデヒド炭、低質炭、木炭等の、い
わゆる難黒鉛化炭素類の使用が好ましい。 非晶質炭素は、その粒径として0.5μm以下のも
のを使用するのが良い。粒径が1μmより大きく
なると、焼結中の黒鉛結晶への変換が進みにく
く、得られる複合セラミツクス中の黒鉛の板状結
晶の量が少ないため、充分な強度および破壊靭性
の向上の効率が小さい。 また、非晶質炭素の炭化チタンセラミツクスへ
の混合量は、全重量に対して5〜30%であり、好
ましくは10〜30%である。 非晶質炭素の量が5%未満では、焼成により生
成する黒鉛微結晶の量が不充分なため、焼結体の
特性が充分に改善されず、一方、30%を上回る場
合には生成される黒鉛が大きくなり過ぎ、逆に強
度が低下する傾向にある。 炭化物セラミツクスと非晶質炭素とを均一に混
合した後、この混合物を成形する。 本発明の炭素複合炭化物セラミツクスは、原料
とする非晶質炭素粉末がしばしば極めて小さいか
さ密度を持つがために、その原料混合物は低い密
度となり、焼結の進行が遅れたり、あるいはち密
度の不足した焼結体しか得られない場合がある。
かかる焼結体の低密度化を妨ぐために、原料混合
物は、金型加圧成形、静水圧加圧成形(ラバープ
レス)、もしくは鋳込み成形等により、焼結前に
予め相対密度を40%以上にしておく必要がある。 なお、加圧焼結(ホツトプレス法)及び熱間加
圧焼結法を用いる場合には、焼結時において同時
に加圧成形を行うがためこの限りではない。 また、有機系樹脂を相当量添加し行う、射出成
形法および押出し成形法も相対密度を高めておく
ために有効な手段であり、本発明の複合セラミツ
クスにも適用される。 以上の成形法により予め成形体を得る際には、
ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアセタール、
アクリル系樹脂、ワツクス等の有機高分子、また
鋳込み成形におけるポリアミド系樹脂、射出成形
等における離型促進剤等、各種有機物が使用され
るが、本発明においてはその種類、量を限定する
ものではなく、当該成形法において最も高い相対
密度を得ることのできるよう、添加物の種類、
量、組み合せを選べばよい。 なお、ホツトプレス法および熱間加圧焼結法に
おいては、以上のような有機成形剤の添加をしな
くとも焼結が可能であることは勿論である。ただ
し、これらの焼結法において、若干量の有機物の
添加により予め、原料粉末混合物を適当な大きさ
に造粒することを妨げるものではない。 次に成形物を焼結すると、本発明の炭素複合炭
化物が得られる。焼結は加圧下、又は非加圧下
1600〜2200℃程度の温度で行う。 尚、必要に応じ、少量のAl2O3、MgO、B4C、
B、WB等の酸化物、炭化物、ほう化物、ほう素
等の焼結助剤の併用を妨げない。 〔発明の効果〕 以上述べたように本発明の炭素複合炭化チタン
セラミツクスは、炭化チタンに非晶質炭素を添
加、混合し、次いで成形、焼結することにより製
造されるので、結晶性を全く持たないか、又は極
めて小さい非晶質炭素が焼結の過程において結晶
性の黒鉛微結晶に転換し、セラミツクス粒子内も
しくは粒子間に板状に析出し、炭化物セラミツク
スの強度及び靭性の向上に大きな寄与をする。 従つて本発明の炭素複合炭化チタンセラミツク
スは高い強度を持ち、またその破壊靭性も高い水
準にあるので、各種の構造材料としての用途が期
待される。具体的には、機械用材料、工具材料、
耐食容器材料、耐熱材料等がある。 また、本複合セラミツクスは黒鉛微結晶をその
組職に含むため、黒鉛の潤滑作用を利用すること
が出来、摩擦係数の小さくなるという効果が得ら
れるため、優れた耐摩耗材料となりうる。 以下、本発明の実施例を述べる。 実施例 1 炭化チタン粉末(平均粒径1μm)95重量部に、
カーボンブラツク(平均粒径0.03μm)を5重量
部添加混合し、2100℃、300Kg/cm2の圧力で、1
時間ホツトプレスし、複合セラミツクスを得た。
得られた焼結体の3点曲げ強度および破壊靭性値
を測定した。結果を第1表に示す。 また得られた焼結体、すなわち本発明の炭素複
合炭化チタンセラミツクスにおける黒鉛の板状結
晶の構造を第1図および第2図で示す。 第2図においてGは黒鉛板状結晶を、Tは炭化
チタンを示す。 実施例 2 炭化チタンを90重量部、カーボンブラツクを10
重量部とする以外は実施例1と同様にして焼結体
を得た。得られた焼結体の特性を第1表に併せて
示す。 実施例 3 炭化チタンを80重量部、カーボンブラツクを20
重量部とする以外は実施例1と同様にして焼結体
を得た。得られた焼結体の特性を第1表に併せて
示す。 実施例 4 炭化チタンを70重量部、カーボンブラツクを30
重量部とする以外は実施例1と同様にして焼結体
を得た。得られた焼結体の特性を第1表に併せて
示す。 比較例 1 炭化チタンを100重量部、カーボンブラツクを
添加しない以外は実施例1と同様にして焼結体を
得た。得られた焼結体の特性を第1表に併せて示
す。 比較例 2 炭化チタン97重量部、カーボンブラツクを3重
量部とする以外は実施例1と同様にして焼結体を
得た。得られた焼結体の特性を第1表に併せて示
す。 比較例 3 炭化チタンを60重量部、カーボンブラツクを40
重量部とする以外は実施例1と同様にして焼結体
を得た。得られた焼結体の特性を第1表に併せて
示す。 比較例 4 カーボンブラツクの代りに粉末状黒鉛(平均粒
径5〜10μm)を20重量部含む以外は実施例1と
同様にして焼結体を得た。得られた焼結体の強度
および破壊靭性値を第1表に示す。 比較例 5 カーボンブラツクとして平均粒径が1.0μmのカ
ーボンブラツクを用いた以外は実施例3と同様に
して焼結体を得た。得られた焼結体の強度および
破壊靭性値を第1表に併せて示す。 比較例 6 カーボンブラツクとして平均粒径が2.5μmのカ
ーボンブラツクを用いた以外は実施例3と同様に
して焼結体を得た。得られた焼結体の強度および
破壊靭性値を第1表に併せて示す。
【表】 上記実施例1〜4および比較例1〜4から明ら
かなように、カーボンブラツクを使用しない場
合、カーボンブラツクの使用量が本発明の範囲外
の場合および非晶質炭素に代えて粉末状黒鉛を使
用した場合には、黒鉛の板状結晶が析出しない
か、板状結晶量が少ないか板状結晶が大きくなり
すぎて曲げ強度、破壊靭性ともに低下する。また
比較例5および6では、カーボンブラツクの粒径
が本発明における範囲外なので、カーボンブラツ
クから黒鉛板状結晶への転換、析出が極めておそ
くなり、曲げ強度も破壊強度も向上がみられな
い。 実施例 5 炭化チタン(1μm)90重量部に、カーボンブ
ラツク(0.03μm)10重量部を添加混合し、2100
℃、300Kg/cm2の圧力で、1時間ホツトプレスし、
複合セラミツクスを得た。得られた焼結体の、3
点曲げ強度を測定した。結果を第2表に示す。ま
た、面圧20Kg/cm2、回転数1000rpmの条件で、摺
動軸受としての特性を測定した。比摩耗率及び摩
擦係数を併せて第2表に示す。 実施例 6 炭化チタンを85重量部、カーボンブラツクを15
重量部とした以外は、実施例5と同様にして焼結
体を得た。得られた焼結体の特性を第2表に併せ
て示す。 比較例 7 カーボンブラツクを含まず、炭化チタンを100
重量部とした以外は、実施例5と同様にして焼結
体を得た。得られた焼結体の特性を第2表に併せ
つ示す。
【表】 第2表から明らかなように、比較例7ではカー
ボンブラツクを使用しないので、曲げ強度が実施
例5および6に比較して低いばかりでなく、比摩
耗率および摩擦係数も低下している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の炭素複合チタンセラミツクス
の結晶の構造を示す電子顕微鏡写真、第2図は第
1図の説明図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 炭化チタンセラミツクス中に黒鉛の板状結晶
    が析出してなることを特徴とする炭素複合炭化チ
    タンセラミツクス。 2 炭化チタンに、全重量の5〜30重量%の範囲
    内で粒径0.5μm以下のカーボンブラツクを混合
    し、この混合物を成形、焼成することを特徴とす
    る炭素複合炭化チタンセラミツクスの製造方法。
JP61259691A 1986-10-30 1986-10-30 炭素複合炭化チタンセラミックスとその製造方法 Granted JPS63112465A (ja)

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JPS63112465A JPS63112465A (ja) 1988-05-17
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63230569A (ja) * 1987-03-20 1988-09-27 イビデン株式会社 TiC焼結体およびその製造方法
JP2652938B2 (ja) * 1991-10-31 1997-09-10 新日本製鐵株式会社 炭化チタン―炭素複合セラミックス焼成体及び製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5161412A (ja) * 1974-11-27 1976-05-28 Torishima Pump Mfg Co Ltd
JPS59102872A (ja) * 1982-12-06 1984-06-14 日本特殊陶業株式会社 炭化珪素.黒鉛複合焼結体の製造方法

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