JPH06508658A - Ｂ↓４ｃ／ａ１サーメット及びこれを作るための方法 - Google Patents

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】 Ｂ４Ｃ／ＡＩサーメット及びこれを作るための方法本発明はセラミックー金属組 成物即ちサーメットに関する。更に特別には、本発明は、別々のセラミック及び 金属出発成分から誘導される選ばれた望ましい特徴を有する高密度化されたサー メットに関する。

特性の特異な組み合わせ、例えば金属の延性と組み合わせられたセラミック物質 の硬さを含むセラミックー金属組成物の潜在力は、長らく興味の対象であった。

しかしながら、十分に高密度化されそして特に望ましい範囲の特性を有するサー メット組成物を得ることは困難であることが証明された。これらの困難は、出発 物質の相反する物理的及び化学的性質から生じる。

セラミックー金属複合体の処理における困難の主な領域は、（ｉ）酸化及び／ま たは金属枯渇及びセラミックと金属との間の望ましくない相の形成を結果として もたらす出発物質の化学的反応性、並び（ｎ）セラミック成分に関する金属のぬ らさない（ｎｏｎ−ｗｅｔｔｉｎｇ）挙動 と関係付けられる。

密度が達成される前に起きる複合のセラミックと金属成分との間の化学的反応は しばしば望ましくない。何故ならば、高密度化のために必要場合にはサーメット に必要とされる特性を賦与するであろう、十分な量の望ましいセラミックー金属 相を欠くであろう。

密度が達成された孝の反応は有益である可能性がある。何故ならば、望ましい量 のセラミック相を制御して発現させて（ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ）生成する製品に硬 さ及び耐摩耗性のような品質を賦与することができるからである。

セラミック成分の高い硬さ及び耐摩耗性を利用するために、高いセラミック含量 を有する物品を望む場合には、高密度化が特に困難になる。

例えば、高度に反応性のシステム例えばＢ４Ｃ／ＡＩにおいては、十分に高密度 化された組成物を達成することは困難である。何故ならば、金属がセラミック物 質を濡らしそしてさもなければ多孔性セラミック物体または予備成形物の細孔を 完全に満たすかまたは多孔性セラミック物体または予備成形物中に浸透するであ ろう温度に金属が達するにつれてＡＩとＢ４Ｃとの有意の反応が存在するからで ある。

２つの一般的なタイプの８４Ｃ−Ａｌサーメットがこれまでのところ当該技術に おいて知られている。１つのタイプのＢ、Ｃ−Ａｌサーメットは、Ｂ−Ｃ−ＡＩ 相を形成するための高い反応性及び低い、７ｏ容量％未満のセラミック含量によ って特徴付けられる。第二のタイプのＢ。

Ｃ−Ａｌサーメットは、所望のセラミック相を発現させるための低い反応性及び 高い、７０％より大きいセラミック含量によって特徴付けられる。

り大きなセラミック含量を有し、実質的に十分に高密度化され、そして金属に関 してのセラミックの十分な反応性を保留して後続の処理によって更なる有利なセ ラミック相の制御された形成を可能にする反応性セラミック金属システムのセラ ミックー金属組成物を製造することが望ましいであろう。

本発明は、金属相によって浸透されているセラミック相を含有して成る高密度化 された反応性セラミックー金属組成物またはサーメットであって、前記セラミッ ク相は前記組成物の少なくとも７０容量％を構成しそして前記組成物は理論密度 の少な（とも約９５％である組成物またはサーメットである。本発明のサーメッ トは、高密度化の後でも、セラミック相と反応性である金属相によって更に特徴 付けられる。このような組成物は、高密度化の後で、熱処理して制御可能なやり 方で付加的なセラミック相を形成することができる。金属及びセラミックが反応 性である好ましいセラミック金属組成物は、例えば、Ｂ、Ｃ−ＡｌまたはＢ４Ｃ −Ｍｇから成る。好ましくは、Ｂ４Ｃセラミック相は前記組成物の７０〜９５容 量％を構成し、そして最も好ましくは８０〜９５容量％のＢ４Ｃセラミックであ る。本発明のサーメットは、先行技術の浸透方法によって製造されたサーメット と比較してそれらのより大きい硬さによって特に特徴付けられる。

本発明の高密度化されたセラミックー金属組成物は、粒状セラミック粉末からま ず焼結された多孔性物体を成形することを含む方法によって製造される。多孔性 物体を金属と接触させることに続いて、本発明の方に無理に入れられ、細孔に浸 透しそして完全に満たすように、液化された金属に圧力をかけることを必要とす る。生成するセラミックー金属組成物は十分に高密度化される。液化する金属に 対する外部のカの付与の利点は、本発明の組成物を高密度化するためにより低い 温度しか必要としないことである。好ましいＢ、Ｃ−Ａｌシステムに関しては、 金属濡れ温度未満で、焼結されたＢ４Ｃ中に液体金属−セラミックを導入するが 、これは高い高密度化後の化学的反応性を有する実質的に十分に密なサーメット を結果としてもたらす。かくして、本発明の好ましい組成物は、高密度化後の熱 処理の後で、７０容量％より大きいＢ４Ｃ含量、Ｂ−Ｃ−ＡＩ相含量及び未反応 金属の所望の含量を有するＢ４Ｃ−Ａｌサーメットである。

本発明のサーメット組成物は高いセラミック成分含量を含※、その結果サーメッ トは、かなりの破壊靭性及び曲げ強さを維持しながら、先行技術のサーメットに 対しての高い硬さによって特徴付けられる。与えられたセラミックー金属システ ムに関して達成される特別な利点は、選ばれた個々の成分の特徴に依存する。

本発明の組成物の好ましいセラミック成分は、高い硬さ及び優れた耐摩耗性によ って特徴付けられるＢ４Ｃである。

本発明の組成物の金属成分は、一般に、セラミック物質に靭性または延性を賦与 するように選ばれる。好ましい金属成分は、例えば、マグネシウム及びアルミニ ウムを含む。セラミックシステムは、例えばＢ４Ｃ−ＡｌまたはＢ４Ｃ−Ｍｇで ある。

本発明は、セラミック相ｅ高い連続性及び高いセラミック含量によっ法を提供す る。この方法は、高密度化後の熱処理ステップを与えると、付加的なセラミック 含有相の形成が可能であるような残留反応性を保留する製品を製造する。

本発明の方法は、まず、セラミック粒子から多孔性物体予備成形体または生素地 物品を成形することを要求する。一般に、好ましくは領　１〜１０マイクロメー トルの粒径サイズ範囲を有する細かなセラミック粉末が利用される。血小板（ｐ 　ｌ　ａ　ｔ　ｅ　１　ｅ　ｔ　ｓ）またはウィスカーの形のセラミック物質も また使用して良い。慣用的であるように、粒状物質を乾燥混合するかまたは液体 中に分散し、引き続いて団結（ｃｏｎｓ。

１ｉｄａｔｉｏｎ）させて多孔性未加工物体を成形する。

次に、生素地を焼結して７０容量％より高いセラミック含量を達成する。セラミ ックがＢ、Ｃである場合には、生素地を約２０００℃以上で焼結して、理論密度 の７０より大きく９５％までの範囲の密度を有する多孔性成形体または予備成形 体を成形する。

次に、本発明の方法は、焼結された多孔性予備成形体をサーメットの選ばれた金 属成分と接触させてそして少な（ともほぼ金属の液化温度に加熱することを要求 する。加熱は真空中でまたは不活性ガスの下で行って良い。興味のあるシステム がＢ４Ｃ−Ａｌである場合には、多孔性予備成形体を、金属溶融温度より高く、 しかしほぼＡＩがＢ４Ｃを濡らす温度である約１１００°Ｃよりは高（なく加熱 する。液化に先立って多孔ように、液体金属に圧力をかける。一般に、金属に少 な（とも約２００ＭＰａを及ぼす任意の加圧技術が適切である。理論密度の９７ ％より高い製品の密度が必要とされる時には、予備成形体を制する（ｃｏｎｔａ ｉｎ）ために外部の力または圧力が必要とされる。

反応性Ｂ４Ｃ−Ａｌシステムに関しては、予期せぬ結果は、１１００℃未満の高 密度化温度では、本発明の生成する高密度化されたサーメットは、先行技術のシ ステムとは対照的に制御可能な化学的反応性を保留することである。かくして、 高密度化されたサーメットの一層の熱処理は、サーメット中に高い含量のＢ−Ｃ −ＡＩ相を形成することができる。

例えば、アルミニウム金属が浸透したＢ４Ｃ−ＡｌＢ２４Ｃ４の２相ネツトワー クから成る、生成する高密度化された微細構造は、８００℃に加熱することによ って、望ましい量でＡＩ金金属後枯渇させて、主にＡｌＢ２及びＡＩ、ＢＣを形 成させることができる。サーメットの硬さ及び硬さに関連するすべての特性は、 高密度化後の熱処理の間に増加する。一般に、高密度化後に１０〜３０容量％の 金属をそして前記金属及びセラミックで反応した後で６〜１０容量％の金属を含 有して成る組成物を作ることができる。

反応性サーメット製品は、化学的に安定な高温焼結されたＢ４Ｃを６６０℃より も高いが１１００℃未満の温度でＡＩによって加圧高密度化する時に製造される 。その結果は、Ｂ、Ｃ−Ａｌシステムに関する予期せぬ達成である。温度が増加 すると拡散の速度が増加するような、温度ＡＩの濡れ温度よりも高い温度を、１ １００〜１２００℃に増すことは、生成する８４Ｃ−Ａｌシステムの反応性を増 すであろうと予期するであろう。本発明を導く仕事において、反対の結果が起き ること、即ち、焼結された８４Ｃはもっとずっと安定でそして非反応性になるこ とが発見された。本発明は、高密度化後のＢ４Ｃ及びＡ１の反応性の欠如の問題 を解決し、加えて先行技術の反応性セラミックー金属組成物に特徴的である低い セラミック含量を克服する。

以下の実施例は、本発明を更に規定するが、本発明の範囲を限定することを意図 しない。

実施例Ｉ Ｂ、Ｃ（ＥＳＫ明細事項　１５ｏｏ１ドイツのミュンヘンのＥｌｅｋｔｒｏｓｃ ｈｅｍｅｌｔｚｗｅｒｋ　Ｋｅｍｐｔｅｎによって製造されそして３マイクロメ ートルの平均粒径を有する）粉末を、ｐＨ６，５で水中に分散させた。この懸濁 液をパリ（Ｐａｒｉｓ）金型のプラスターの上にキャストして、理論（１００％ ）密度の６３容量％の密度を有する多孔性セラミック物体を成形した。Ｂ４Ｃ生 素地を１０５℃で２４時間乾燥し、そして次にグラファイト要素炉中で３０分間 ２２５０’Ｃで理論の８２容量％の密度に焼結した。生成した予備成形体を２つ の部分に切断した。第一の部分を、先行技術の真空浸透法を使用して１１８０℃ で３０分間、溶融されたアルミニウム（明細事項　６０６１合金、商業的グレー ドのアルミニウムであり、４％未満のその他の金属を含み、アメリカのＡｌｕｍ ｉｎｕｍ　Ｃｏｍｐａｎｙによって製造された）によって満たした。Ｂ４Ｃ予備 成形体の第二の部分を、本発明に従って、７゜ＯｏＣで圧力をかけることによっ て６０６１ＡＩ合金によって満たした。

ｇ）の荷重を使用してビッカース硬度を測定した。熱処理時間の関数としての硬 度を表１中に示す。処理の間のサーメットの金属含量を示差熱量測定技術によっ て監視したが、データを表２中に提示する。

表１ 高密度化／浸透後の８００℃熱処理の時間の関数としての硬度圧力高密度化１　 真空浸透２ ’　８３０ＭＰａでの圧力高密度化一本発明の製品及び方法２　比較の真空浸透 一本発明ではない 実施例２ Ｂ、Ｃの多孔性生素地物体を、実施例１中で述べたように製造しそして焼結した 。次に、サンプルを、先行技術の真空浸透及び本発明の圧力高密度化方法を使用 することによってＡＩによ”って満たした。理論の１００容量％の８２容量％の 密度を有するＢ、Ｃ−Ａｔサーメットが製造された。高密度化された製品の機械 的特性を表３中に提示する。

表３ 実施例２のサーメットの機械的特性 比較の真空浸透　４８０　７．１９　１２００圧力浸透、　４４０　６．９３　 １４１３本発明の方法 １　米軍標準規格１９４２による４点曲げテスト２　Ｃｈｅｖｒｏｎノツチ法 ３３０ポンド（１３，６ｋｇ）荷重を使用するビッカース微小硬度法表３は、本 発明の製品の改善された硬度を示し、一方強さ及び靭性は、比較の方法の製品よ りもほんの僅かに低いに過ぎない。

補正音の写しく翻訳文）提出書　（特許法館１８４条の７第１項） −Ｐ、、５□１２カ、８ヨ　ヘ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高密度化された反応性セラミックー金属組成物であって、高密度化の前に少 なくとも７０容量％の該組成物を構成するセラミック相、及び 該セラミック相に浸透する金属相（ここで該金属は、高密度化の後で、新しいセ ラミックー金属相が形成され得るように該セラミック相と反応性で留まる） を含有して成り、そして該組成物は理論密度の少なくとも約９５％である組成物 。 ２．高密度化前の該セラミック相が該組成物の７０〜９５容量％である、請求の 範囲１記載の組成物。 ３．高密度化前の該セラミック相が該組成物の８０〜９５容量％である、請求の 範囲１記載の組成物。 ４．高密度化後の該セラミックー金属組成物を付加的なセラミック相がその中に 形成されるように熱処理する、請求の範囲１記載の組成物。 ５．該セラミックー金属組成物がＢ４Ｃ−ＡＩまたはＢ４Ｃ−Ｍｇを含有して成 る、請求の範囲１記載の組成物。 ６．該セラミック相が浸透に先立って焼結される多孔性物体である、請求の範囲 １記載の組成物。 該多孔性物体が２０００℃より高い温度で焼される、請求の範囲６記載の組成物 。 ８．該組成物の約７０〜９５容量％である炭化ホウ素及びアルミニウムを含有し て成る高密度化されたセラミックー金属組成物であって、該組成物が十分に高密 度化されそして該金属が十分な密度で該炭化ホウ素と反応性で留まる組成物。 ９．６．５ＭＰａ・ｍ１／２より大きい、Ｂ４Ｃより２００％大きい破壊靭性に よって特徴付けられる、請求の範囲８記載の組成物。 １０．該金属及びセラミックが反応してＢ−Ｃ−金属相を形成する、請求の範囲 ８記載の組成物。 １１．該高密度化された組成物がアルミニウム金属によって浸透されたＢ４Ｃ− ＡＩＢ２４Ｃ４の２相ネットワークを含有して成り、そして該金属が引き続いて 該セラミック相ネットワークと反応して主にＡｌＢ２及びＡｌ４ＢＣを形成する 、請求の範囲１０記載の組成物。 １２．高密度化後に約１０〜３０容量％の金属そして該金属及びセラミックが反 応した後で６〜１０容量％の金属を含有して成る、請求の範囲１記載の組成物。 １３．粒状セラミック粉末から多孔性物体を成形すること、該多孔性物体を２０ ００℃以上で焼結すること、該多孔性物体を金属と接触させること、該セラミッ ク及び金属を、該金属を液化するが、該金属が該セラミックを濡らす温度未満で ある温度に加熱すること、並びに該金属が該多孔性物体の細孔中に無理に入れら れそしてそれらを実質的に完全に満たしそして該セラミックー金属組成物が十分 に高密度化されるように該液化された金属に圧力をかけること（ここで該金属は 、付加的なセラミツクー金属相が形成され得るように該セラミック相と反応性で 留まる） を有して成る、高密度化された反応性セラミックー金属組成物を作るための方法 。 １４．該圧力が少なくとも約２００ＭＰａである、請求の範囲１３記載の方法。 １５．該セラミックがＢ４Ｃでありそして該金属がＡｌである、請求の範囲１３ 記載の方法。 １６．該セラミックと接触している該金属を加熱することが約６６０〜１１００ ℃においてである、請求の範囲１５記載の方法。 １７．該高密度化されたセラミックー金属組成物の付加的なＢ−Ｃ−金属相が、 該組成物を約９００℃で約２５時間加熱することによって形成される、請求の範 囲１５記載の方法。 １８．該加熱が約８００℃で約２０時間である、請求の範囲１７記載の方法。