JPH04144968A - 高硬度硼化チタン系セラミックス - Google Patents
高硬度硼化チタン系セラミックスInfo
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- JPH04144968A JPH04144968A JP2267112A JP26711290A JPH04144968A JP H04144968 A JPH04144968 A JP H04144968A JP 2267112 A JP2267112 A JP 2267112A JP 26711290 A JP26711290 A JP 26711290A JP H04144968 A JPH04144968 A JP H04144968A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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。
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、常圧焼結法によって得ることのできる新規な
硼化チタン系セラミックスに関し、このセラミックスは
高硬度で耐熱性の優れたものであり、且つ高温における
熱伝導性および電気伝導性が良好で、高温条件下でも硬
度および強度の劣化が少ないといった特徴を有しており
、たとえば超合金やステンレス鋼、工具鋼の如き難加工
材の切削工具やＳＵＳ用線引ダイス、熱間加工用金型等
の素材として有用である。
硼化チタン系セラミックスに関し、このセラミックスは
高硬度で耐熱性の優れたものであり、且つ高温における
熱伝導性および電気伝導性が良好で、高温条件下でも硬
度および強度の劣化が少ないといった特徴を有しており
、たとえば超合金やステンレス鋼、工具鋼の如き難加工
材の切削工具やＳＵＳ用線引ダイス、熱間加工用金型等
の素材として有用である。
［従来の技術］
硼化チタン等の金属硼化物は高硬度で且つ高温下でも硬
度および強度の劣化が少なく、更に高温における熱伝導
性および電気伝導性が良好であるといった特性を有して
いるため、前述の様な用途に実用化されている。
度および強度の劣化が少なく、更に高温における熱伝導
性および電気伝導性が良好であるといった特性を有して
いるため、前述の様な用途に実用化されている。
しかしながらこれらの金属硼化物は難加工性でしかも常
圧′焼結が困難であるため、焼結成形体の成形にはホッ
トプレス法等を採用しなければならず、複雑な形状への
成形が非常にむつかしい。
圧′焼結が困難であるため、焼結成形体の成形にはホッ
トプレス法等を採用しなければならず、複雑な形状への
成形が非常にむつかしい。
これに対し常圧焼結法によって緻密な焼結成形体を得よ
うとする試みもなされているが、この場合は焼結性を高
めるため原料粉末を１μｍ程度以下の非常に微細なもの
とし、且つ２０００℃以上といった高温で焼結を行なわ
なければならず、大気中での粉末の取扱が面倒になるば
かりでなく焼結炉の寿命も短縮されるという欠点がある
。
うとする試みもなされているが、この場合は焼結性を高
めるため原料粉末を１μｍ程度以下の非常に微細なもの
とし、且つ２０００℃以上といった高温で焼結を行なわ
なければならず、大気中での粉末の取扱が面倒になるば
かりでなく焼結炉の寿命も短縮されるという欠点がある
。
こうした状況の下で、硼化チタン等の焼結性を高めるた
めの手段として、硼化チタン等にタングステンの知合高
融点金属を混合することによって焼結反応を促進させる
方法が提案された（特公昭６３−５３５３号公報）。こ
の方法は、硼化チタン等の硼化物とタングステン等の高
融点金属を非酸化性雰囲気下で均一に混合粉砕し、原料
粉末粒子の表面活性化エネルギーと粒子の内部歪を増大
して焼結性を促進させると共に、高融点金属と硼化物を
反応させることによって焼結反応性を高めるものであり
、比較的低い焼結温度を採用した場合でも緻密で高硬度
の焼結体を得ることができる。
めの手段として、硼化チタン等にタングステンの知合高
融点金属を混合することによって焼結反応を促進させる
方法が提案された（特公昭６３−５３５３号公報）。こ
の方法は、硼化チタン等の硼化物とタングステン等の高
融点金属を非酸化性雰囲気下で均一に混合粉砕し、原料
粉末粒子の表面活性化エネルギーと粒子の内部歪を増大
して焼結性を促進させると共に、高融点金属と硼化物を
反応させることによって焼結反応性を高めるものであり
、比較的低い焼結温度を採用した場合でも緻密で高硬度
の焼結体を得ることができる。
尚上記方法においてタングステン等の高融点金属は、硼
化チタン等から硼素を奪って硼化タングステンを生成し
、焼結体は硼化チタン−硼化タングステン−タングステ
ン系の組織になることが確認されている。
化チタン等から硼素を奪って硼化タングステンを生成し
、焼結体は硼化チタン−硼化タングステン−タングステ
ン系の組織になることが確認されている。
［発明が解決しようとする課題］
ところが、上記公告公報記載の方法について更に詳細な
検討を行なったところ、次の様な事実が明らかとなって
きた。即ち上記の方法では、焼結工程で硼化タングステ
ンが生成すると共にＴｉ−Ｗ−Ｂ系の脆化相が生成し、
焼結成型体の靭性や抗折力に悪影響が現われる。
検討を行なったところ、次の様な事実が明らかとなって
きた。即ち上記の方法では、焼結工程で硼化タングステ
ンが生成すると共にＴｉ−Ｗ−Ｂ系の脆化相が生成し、
焼結成型体の靭性や抗折力に悪影響が現われる。
本発明は上記の様な欠点に着目してなされたものであっ
て、その目的は２０００℃程度以下の比較的低い温度で
常圧焼結することにより緻密な焼結体として得ることが
でき、しかもＴｉ−Ｗ−Ｂ系脆化相が生成せず、靭性お
よび抗折力に優れ、且つ高温硬゛度、熱伝導性、電気伝
導性の良好な硼化チタン系セラミックスを提供しようと
するものである。
て、その目的は２０００℃程度以下の比較的低い温度で
常圧焼結することにより緻密な焼結体として得ることが
でき、しかもＴｉ−Ｗ−Ｂ系脆化相が生成せず、靭性お
よび抗折力に優れ、且つ高温硬゛度、熱伝導性、電気伝
導性の良好な硼化チタン系セラミックスを提供しようと
するものである。
［課題を解決するための手段］
上記課題を解決することのできた本発明の構成は、
硼化チタン ：２５〜８０重量％
硼化タングステン：１９〜６０重量％
硼化クロムおよび／または炭化硼素
： １〜２０重量％
を含み、Ｔｉ−Ｗ−Ｂ系脆化相が存在しない焼結体組織
を有するものであるところに要旨が存在する。。
を有するものであるところに要旨が存在する。。
［作用コ
本発明者らは、硼化チタンにタングステンを混合して焼
結した場合に生じるＴｉ−Ｗ−Ｂ系脆化相の生成を阻止
して、焼結体の靭性および抗折力の低下を防止すると共
に、焼結性を更に高めて低温での常圧焼結を可能にすべ
く種々研究を進めた。その結果、硼化チタンとタングス
テンに適量の硼化クロムおよび／または炭化硼素を混合
して焼結すれば、これらの混合物は比較的低温での常圧
焼結が可能になること、またタングステンは硼化チタン
、硼化クロム、炭化硼素等との焼結反応によって硼化タ
ングステンを生成するが、この焼結反応によって生じる
硼素量の減少したチタン、クロム、炭素の硼化物（Ｔ
ｉ Ｂ、Ｘ、 Ｃｒ Ｂ、−、、Ｂ、、Ｃ： ｘ、ｙ、
ＺはＷとの反応に消費されたＢ量を表わす）は硼化チタ
ンまたは硼化ンタングステン中に固溶して安定化し、脆
弱なＴｉ−Ｗ−Ｂ系脆化相は生成せず、靭性および抗折
力においても極めて良好な硼化チタン系セラミックスに
なることが明らかとなった。そしてこの様にして得られ
る焼結体は、硼化チタン粒子とＣｒやＣの硼化物を固溶
した硼化タングステン粒子とが均一に分散し合った状態
のものとなり、硼化チタン単独の焼結体よりも高硬度で
あり、且つ熱伝導性や電気伝導性においてもホットプレ
ス等によって得られる緻密な硼化チタン焼結体に比べて
遜色のない良好なものとなる。
結した場合に生じるＴｉ−Ｗ−Ｂ系脆化相の生成を阻止
して、焼結体の靭性および抗折力の低下を防止すると共
に、焼結性を更に高めて低温での常圧焼結を可能にすべ
く種々研究を進めた。その結果、硼化チタンとタングス
テンに適量の硼化クロムおよび／または炭化硼素を混合
して焼結すれば、これらの混合物は比較的低温での常圧
焼結が可能になること、またタングステンは硼化チタン
、硼化クロム、炭化硼素等との焼結反応によって硼化タ
ングステンを生成するが、この焼結反応によって生じる
硼素量の減少したチタン、クロム、炭素の硼化物（Ｔ
ｉ Ｂ、Ｘ、 Ｃｒ Ｂ、−、、Ｂ、、Ｃ： ｘ、ｙ、
ＺはＷとの反応に消費されたＢ量を表わす）は硼化チタ
ンまたは硼化ンタングステン中に固溶して安定化し、脆
弱なＴｉ−Ｗ−Ｂ系脆化相は生成せず、靭性および抗折
力においても極めて良好な硼化チタン系セラミックスに
なることが明らかとなった。そしてこの様にして得られ
る焼結体は、硼化チタン粒子とＣｒやＣの硼化物を固溶
した硼化タングステン粒子とが均一に分散し合った状態
のものとなり、硼化チタン単独の焼結体よりも高硬度で
あり、且つ熱伝導性や電気伝導性においてもホットプレ
ス等によって得られる緻密な硼化チタン焼結体に比べて
遜色のない良好なものとなる。
但し、上記諸特性を享受するには、硼化チタン、硼化タ
ングステン、硼化クロムおよび／または炭化硼素の量が
下記の範囲に収まるものでなければならず、その設定理
由は下記の通りである。
ングステン、硼化クロムおよび／または炭化硼素の量が
下記の範囲に収まるものでなければならず、その設定理
由は下記の通りである。
硼化チタン＝２５〜８０重量％
硼化チタンは、高温硬度および耐摩耗性を高めるための
主成分となるものであり、２５重量％未満では硬度が低
下して目標レベルの耐摩耗性は得られなくなる。しかし
８０重量％を超えると全体としての焼結性が悪くなり、
常圧焼結が困難になる。硼化チタンのより好ましい配合
量は５０〜７０重量％の範囲である。
主成分となるものであり、２５重量％未満では硬度が低
下して目標レベルの耐摩耗性は得られなくなる。しかし
８０重量％を超えると全体としての焼結性が悪くなり、
常圧焼結が困難になる。硼化チタンのより好ましい配合
量は５０〜７０重量％の範囲である。
硼化タングステン：１９〜６０重量％
硼化タングステンは、焼結性を高めるためのバインダー
として用いられるタングステンが硼化物と焼結反応して
生成するもので、硼化チタンとの複合作用によって焼結
体の耐熱性や硬度を一段と高める作用があり、１９重量
％未満ではそれらの効果が有効に発揮されない、しかし
硼化タングステン量が多過ぎると焼結体の高温における
耐酸化性が乏しくなるので、６０重量％以下に抑えなけ
ればならない。硼化タングステンのより好ましい配合量
は２０〜４５重量％の範囲である。
として用いられるタングステンが硼化物と焼結反応して
生成するもので、硼化チタンとの複合作用によって焼結
体の耐熱性や硬度を一段と高める作用があり、１９重量
％未満ではそれらの効果が有効に発揮されない、しかし
硼化タングステン量が多過ぎると焼結体の高温における
耐酸化性が乏しくなるので、６０重量％以下に抑えなけ
ればならない。硼化タングステンのより好ましい配合量
は２０〜４５重量％の範囲である。
これらは、比較的低温での常圧焼結を可能にするうえで
欠くことのできないものである。しかもこれらの成分を
適量配合すると、上記反応によって生成する硼化タング
ステンとクロムや炭素の硼化物がタングステンリッチの
固溶体を形成して、クロムや炭素を固溶した硼化タング
ステンが生成し、従来技術で指摘した様なＴｉ−Ｗ−Ｂ
系脆化相の生成が阻止される。またこれらの成分を使用
すると、焼結時における粒成長が抑制され、緻密で靭性
および抗折力の優れた焼結体を得ることができる。こう
した効果は硼化クロムおよび／または炭化硼素を１重量
％以上含有させることによって有効に発揮されるが、２
０重量％を超えると焼結体の硬度および強度がかえって
低下傾向を示す様になるので注意しなければならない。
欠くことのできないものである。しかもこれらの成分を
適量配合すると、上記反応によって生成する硼化タング
ステンとクロムや炭素の硼化物がタングステンリッチの
固溶体を形成して、クロムや炭素を固溶した硼化タング
ステンが生成し、従来技術で指摘した様なＴｉ−Ｗ−Ｂ
系脆化相の生成が阻止される。またこれらの成分を使用
すると、焼結時における粒成長が抑制され、緻密で靭性
および抗折力の優れた焼結体を得ることができる。こう
した効果は硼化クロムおよび／または炭化硼素を１重量
％以上含有させることによって有効に発揮されるが、２
０重量％を超えると焼結体の硬度および強度がかえって
低下傾向を示す様になるので注意しなければならない。
硼化クロムおよび／゛または炭化硼素のより好ましい配
合量は５〜１２重量％の範囲である。
合量は５〜１２重量％の範囲である。
尚、硼化モリブデンもタングステンに硼素を提供して硼
化タングステンを生成させると共に焼結促進作用を有し
ているが、これらは硼化タングステンの固溶体を形成し
ないためＴｉ−Ｗ−Ｂ系脆化相の生成を抑制する作用が
見られず、本発明の目的に沿わない。
化タングステンを生成させると共に焼結促進作用を有し
ているが、これらは硼化タングステンの固溶体を形成し
ないためＴｉ−Ｗ−Ｂ系脆化相の生成を抑制する作用が
見られず、本発明の目的に沿わない。
硼化クロムおよび／または炭化硼素の好適配合量は上記
の通りであるが、その効果がより有効に発揮される含有
量は、硼化チタンに対して９〜１３重量％、硼化タング
ステンに対して１０〜３４重量％の範囲であり、この範
囲で含有させることによって、より低い温度での常圧焼
結で高性能の焼結体を得ることが可能となる。
の通りであるが、その効果がより有効に発揮される含有
量は、硼化チタンに対して９〜１３重量％、硼化タング
ステンに対して１０〜３４重量％の範囲であり、この範
囲で含有させることによって、より低い温度での常圧焼
結で高性能の焼結体を得ることが可能となる。
本発明の硼化チタン系セラミックスを製造するに当たっ
ては、Ｔｉ Ｂ２ 、Ｗ、ＣｒＢ２および／またはＢ４
Ｃよりなる原料粉末を均一に混合し常法によって常圧
焼結すればよく、このとき原料粉末は特に細かくする必
要はなく２０μｍ程度以下のものであればよい、尚、本
発明のセラミックスは、前述の如く硼化クロムおよび／
または炭化硼素の使用により２０００℃程度以下の比較
的低温で常圧焼結することによって得ることができるが
、焼結後ＨＩＰｆｉ埋などを行なえば、焼結体は更に緻
密化し強度および硬度は一段と高められる。またホット
プレス等を用いて加圧焼結することも勿論可能であり、
この場合はより低い温度（１５００℃程度以下）で焼結
することができ、それにより粒成長は更に起こり難くな
って硬度、強度は一層優れたものとなる。
ては、Ｔｉ Ｂ２ 、Ｗ、ＣｒＢ２および／またはＢ４
Ｃよりなる原料粉末を均一に混合し常法によって常圧
焼結すればよく、このとき原料粉末は特に細かくする必
要はなく２０μｍ程度以下のものであればよい、尚、本
発明のセラミックスは、前述の如く硼化クロムおよび／
または炭化硼素の使用により２０００℃程度以下の比較
的低温で常圧焼結することによって得ることができるが
、焼結後ＨＩＰｆｉ埋などを行なえば、焼結体は更に緻
密化し強度および硬度は一段と高められる。またホット
プレス等を用いて加圧焼結することも勿論可能であり、
この場合はより低い温度（１５００℃程度以下）で焼結
することができ、それにより粒成長は更に起こり難くな
って硬度、強度は一層優れたものとなる。
［実施例］
次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発
明は下記実施例によって制限を受けるものではない。
明は下記実施例によって制限を受けるものではない。
各原料粉末（粒径はいずれも１．０〜６．０μｍ）を第
１表に示す配合組成で小型ボールミルを用いて均一に混
合し、乾燥後通常の粉末冶金法によって直径１１ｍｍの
円柱に形成した後、真空下に１９００℃で焼結した。
１表に示す配合組成で小型ボールミルを用いて均一に混
合し、乾燥後通常の粉末冶金法によって直径１１ｍｍの
円柱に形成した後、真空下に１９００℃で焼結した。
得られた焼結体の成分組成を第１表に併記すると共に、
物性を第２表に示す。尚、焼結体の成分組成は化学分析
並びにＸ線回折法によって調べた。また各焼結体を用い
て切削用チップを製作しくＪＩＳ：５ＮＧＮ４３２）、
５５０Ｃを被剛材として切削した場合の摩耗量を測定し
、結果を第２表に示した。尚、切削条件は下記の通りと
した。
物性を第２表に示す。尚、焼結体の成分組成は化学分析
並びにＸ線回折法によって調べた。また各焼結体を用い
て切削用チップを製作しくＪＩＳ：５ＮＧＮ４３２）、
５５０Ｃを被剛材として切削した場合の摩耗量を測定し
、結果を第２表に示した。尚、切削条件は下記の通りと
した。
切削条件： ４００ ｍ／ｍｉｎ
切込み量： ０．Ｅｖ＋ｍ
送り ： ０．２＋ｎｍ／ｒｅｖ
切削時間：
ｍｉｎ
測定面
：チップの逃げ面
第１．２表より次の様に考えることができる。
Ｎｏ、 １ ：バインダー（タングステン）と硼化クロ
ム、炭化硼素のいずれも配合しなかった比較例であり、
焼１．！ｉ温度が低いため常圧焼結しない。
ム、炭化硼素のいずれも配合しなかった比較例であり、
焼１．！ｉ温度が低いため常圧焼結しない。
Ｎｏ、２．３，４：バインダーを配合しなかったもので
あって焼結性が悪く、また焼結物中には硼化タングステ
ンが存在せず、硬度、靭性、抗折力のいずれも劣悪であ
る。
あって焼結性が悪く、また焼結物中には硼化タングステ
ンが存在せず、硬度、靭性、抗折力のいずれも劣悪であ
る。
Ｎｏ、５：バインダーとしてタングステンを用いている
ため焼結はよく進んでいるが、硼化クロムおよび炭化硼
素が配合されていないため、焼結体中にはＴｉ−Ｗ−Ｂ
系の脆化相が見られ、破壊靭性および抗折力が不十分で
ある。
ため焼結はよく進んでいるが、硼化クロムおよび炭化硼
素が配合されていないため、焼結体中にはＴｉ−Ｗ−Ｂ
系の脆化相が見られ、破壊靭性および抗折力が不十分で
ある。
Ｎｏ、１０：硼化チタン量が過剰で硼化タングステン量
が不足する比較例であり、焼結性が悪い。
が不足する比較例であり、焼結性が悪い。
Ｎｏ、１１：硼化タングステン量が過剰で硼化チタン量
が不足する比較例であり、硬度が低く抗折力も低い。
が不足する比較例であり、硬度が低く抗折力も低い。
Ｎ００６〜９：本発明の規定要件を満たす実施例であり
、比較的低温で常圧焼結したものであるにもかかわらず
相対密度は非常に高く、優れた焼結性が得られており、
焼結体は高硬度で破壊靭性や抗折力等も非常に良好であ
ることが分かる。
、比較的低温で常圧焼結したものであるにもかかわらず
相対密度は非常に高く、優れた焼結性が得られており、
焼結体は高硬度で破壊靭性や抗折力等も非常に良好であ
ることが分かる。
［発明の効果コ
本発明は以上の様に構成されており、硬度および強度に
優れ且つ破壊靭性、抗折力が良好でしかも熱伝導性およ
び電気伝導性の良好な硼化チタン系セラミックスを提供
し得ることになった。しかもこのセラミックスは比較的
低温度の常圧焼結によて得ることができ、焼結炉の寿命
も延長することができる。
優れ且つ破壊靭性、抗折力が良好でしかも熱伝導性およ
び電気伝導性の良好な硼化チタン系セラミックスを提供
し得ることになった。しかもこのセラミックスは比較的
低温度の常圧焼結によて得ることができ、焼結炉の寿命
も延長することができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 硼化チタン：２５〜８０重量％ 硼化タングステン：１９〜６０重量％ 硼化クロムおよび／または炭化硼素 １〜２０重量％ を含み、Ｔｉ−Ｗ−Ｂ系脆化相が存在しない焼結体組織
を有するものであることを特徴とする高硬度硼化チタン
系セラミックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2267112A JPH04144968A (ja) | 1990-10-03 | 1990-10-03 | 高硬度硼化チタン系セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2267112A JPH04144968A (ja) | 1990-10-03 | 1990-10-03 | 高硬度硼化チタン系セラミックス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04144968A true JPH04144968A (ja) | 1992-05-19 |
Family
ID=17440231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2267112A Pending JPH04144968A (ja) | 1990-10-03 | 1990-10-03 | 高硬度硼化チタン系セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04144968A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0697938A1 (en) * | 1993-05-10 | 1996-02-28 | Kennametal Inc. | Group ivb boride based cutting tools |
| WO2007110148A1 (de) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg | Gesinterter werkstoff, sinterfähige pulvermischung, verfahren zur herstellung des werkstoffs und dessen verwendung |
| WO2016085843A1 (en) * | 2014-11-26 | 2016-06-02 | Corning Incorporated | Composite ceramic composition and method of forming same |
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| CN113403554A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-17 | 西安理工大学 | 一种高强度钛基复合材料的制备方法 |
-
1990
- 1990-10-03 JP JP2267112A patent/JPH04144968A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN113403554B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-04-26 | 西安理工大学 | 一种高强度钛基复合材料的制备方法 |
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