JPH0717450B2

JPH0717450B2 - 高靭性炭窒化チタン系セラミックス材料

Info

Publication number: JPH0717450B2
Application number: JP2223355A
Authority: JP
Inventors: 忠彦渡辺; 一久菖蒲; 英治谷; ガルゲリュック・アレキサンダー
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1990-08-23
Filing date: 1990-08-23
Publication date: 1995-03-01
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: JPH04104957A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高密度、高強度、高硬度及び高靱性など優れ
た機械的性質を有する新規なセラミックス材料に関する
ものであり、切削工具材料や耐摩材料あるいは高耐熱性
機械部品材料など、多くの用途がある。

〈従来の技術〉この種の用途に供される材料として、本発明者らが提案
した「炭窒化チタン−硼化金属系セラミックス材料」
（特公昭59−18349号）、「高強度炭窒化チタン系セラ
ミックス材料」（特公昭61−43308号）、「炭窒化チタ
ン系セラミックス材料（特公昭63−32750号）がある。

特に、「炭窒化チタン系セラミックス材料」（特公昭63
−32750号）は、本発明の基本特許であり、Ti（C,N）と
炭化クロムとの複合セラミックスに関するものである。
これらのセラミックスは耐摩性が良好で、耐摩材などに
使用できるものであるが、さらに靱性を改善すると、さ
らに使用範囲が広がると期待されている。

（発明が解決しようとする問題点）特公昭59−18349号公報、特公昭61−43308号公報に記載
されているTi（C,N）と硼化物との複合セラミックスは
機械的強度に優れた耐摩材料として利用されているが、
これらよりさらに耐摩性に優れているのが、本特許の基
本特許である特許第1487373号のTi（C,N）と炭化クロム
との複合セラミックスである。しかしながら、これらの
セラミックスは、いずれも、靱性が低く、利用範囲に制
限を受けており、特に靱性の改善が求められている。

本発明は、このような要求を十分に満たし、切削工具
材、耐摩材あるいは機械部品として広範囲に使用できる
セラミックスを提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） Ti（C,N）−炭化クロム系の靱性改善を行うため、種々
の添加物効果を検討していたが、特にZrO₂の添加による
靱性改善効果が大きいことを見いだし、これらの知見に
基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明が提供する高靱性炭窒化チタン系セラ
ミックス材料は、炭素と窒素との比率が種々になる炭窒
化チタンの中から選ばれた少なくとも１種の炭窒化チタ
ン粉末に、全重量に対して1/10重量％となる炭化クロム
を添加したものを基本成分とし、それに部分安定化もし
くは安定化されたZrO₂の粉末又は繊維を全重量に対して
30〜80重量％の範囲で添加した混合物を焼結して成る材
料（第１のセラミックス材料）、あるいは上記の炭窒化
チタン粉末に全重量に対して３〜50重量％となる炭化ク
ロムと全重量に対して0.5〜５重量％となるB₄Cを添加し
た混合粉末を基本成分とし、それに部分安定化もしくは
安定化されたZrO₂の粉末又は繊維を30〜80重量％添加し
た混合物を焼結して成る材料（第２のセラミックス材
料）である。

本発明の主成分である炭窒化チタンの炭素と窒素の割合
（α：β）は、10:90〜90:10までの範囲のものが適当で
ある。この炭窒化チタン粉末は、平均粒径２μｍ以下、
望ましくは１μｍ以下がよい。また、用いる炭化クロム
としては、Cr₃C₂,Cr₂₃C₆,Cr₇C₃，の単味もしくは２種以
上を混合したもので、平均粒径は２μｍ以下、望ましく
は１μｍ以下がよい。本発明の添加成分であるZrO₂の粉
末又は繊維は、Y₂O₃,CaOで部分安定化もしくは安定化し
たものである。繊維も10μｍ以下の細いものが望まし
い。

本発明の上記第１のセラミックス材料では、炭化クロム
の添加量を１〜10重量％としたが、この範囲の炭化クロ
ムは、焼結中にほとんどTi（C,N）中に固溶すると同時
に一部は蒸発し、焼結体中に炭化クロムとして残留する
のは、わずかな量となる。10重量％以上の炭化クロムを
添加すると、焼結体中に残留する炭化クロム量が多くな
り、焼結体中に気孔が多くなる。そのため、機械的強度
の低下が著しくなる。また、１重量％未満の炭化クロム
の添加では、耐摩性の向上が十分でない。

ZrO₂は、30重量％未満の添加では靱性改善効果が十分で
ないし、80重量％を超えた添加では焼結が困難となり、
焼結体にしばしばクラックが生じ、セラミックス材料と
して使用できなくなる。

本発明の上記第２のセラミックス材料では、炭化硼素の
添加量を0.5〜５重量％としたが、この炭化硼素は焼結
中に残留する炭化クロムと反応し、CrB₂を生成するもの
である。すなわち、炭窒化チタンと炭化クロムの混合物
を焼結すると、炭窒化チタンに炭化クロムが固溶するた
め、焼結体中に残存する炭化クロムが減少し、その減少
量は全重量の10重量％程度である。そして、炭化クロム
を10重量％以上添加し、さらに炭化硼素を添加して焼結
すると、炭窒化チタンに固溶できない炭化クロムと炭化
硼素とが反応し、主にCrB₂を生成する。そのため、炭化
クロム３〜50重量％添加した場合でも、炭化硼素を適量
添加すると炭化クロムは残存しなくなる。炭化硼素の適
量は、炭化クロム３〜50重量％の添加に対し、0.5〜５
重量％である。その結果、焼結後の焼結体中に残留する
炭化クロム量が少なくなり、気孔の形成が抑止される。

しかし、炭化硼素を５重量％以上添加し、炭化クロムを
50重量％以上添加すると、生成するCrB₂量が多量とな
り、Ti（C,N）の特性が低下するので、炭化硼素量は５
重量％以下であることが必要であり、また、炭化クロム
量は50重量％以下であることが必要である。

また、ZrO₂については、前記第１のセラミックス材料と
同様に、30重量％未満の添加では靱性改善効果が十分で
ないし、80重量％を超えた添加では焼結が困難となり、
焼結体にしばしばクラックが生じ、セラミック材料とし
て使用できなくなる。

本発明のセラミックス材料は、これまで知られているセ
ラミックス材料と同じような方法によって製造すること
ができる。

例えば、原料混合物を黒鉛型に充填し、真空中もしくは
中性あるいは還元ガス中で100〜300kg/cm²の圧縮力でプ
レスしながら1300℃〜1600℃で30〜120minホットプレス
することで焼結体を得ることが出来るし、また、普通焼
結法やHIP法によってももちろん、製造することが出来
る。

（実施例）以下、本発明のセラミック材料をその実施例により更に
記述する。

実施例1.Ti（C_0.5,N_0.5）65重量％とCr₃C₂５重量％を基
本成分とし、それに2mol％のY₂O₃で部分安定化したZrO₂
を30重量％添加し、よく均一に混合したのち、黒鉛ダイ
スに充填した。その黒鉛ダイスを真空中で、ダイ圧力20
0kg/cm²のもとでプレスしながら1400℃で1h焼結した。

得られた焼結体の物性を調べたところ、抗折力700MPa、
ビッカース硬度1680、K_IC4.4MPa・m_1/2で気孔は全く見
あたらなかった。この例を第１表の試料No.1に示してい
る。

実施例2.Ti（C_0.5,N_0.5）38重量％、Cr₃C₂20重量％、Zr
O₂40重量％、B₄C２重量％を均一混合し、黒鉛ダイスに
その混合物を充填したのち、真空中で、ダイ圧力200kg/
cm²のもとでプレスしながら1400℃で1h焼結した。

得られた焼結体の物性を調べたところ、抗折力700MPa、
ビッカース硬度1550、K_IC4.5MPa・m_1/2で、気孔は全く
見られなかった。この例を第１表のNo.12に示す。な
お、No.5〜７及びNo.13は比較例を示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リュック・アレキサンダーガルゲ佐賀県鳥栖市宿町字野々下807番地１九州工業技術試験所内 (56)参考文献特開平１−126272（ＪＰ，Ａ) 特開平２−48467（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭窒化チタンに、全重量に対して１〜10重
量％となる炭化クロムを加えたものを基本成分とし、そ
れに部分安定化もしくは安定化されたZrO₂の粉末又は繊
維を全重量に対して30〜80重量％の範囲で添加した混合
物を焼結して成る高靱性炭窒化チタン系セラミックス材
料。
【請求項２】炭窒化チタンに、全重量に対して３〜50重
量％となる炭化クロムと全重量に対して0.5〜５重量％
となる炭化硼素を添加した混合粉末を基本成分とし、そ
れに部分安定化もしくは安定化されたZrO₂の粉末又は繊
維を全重量に対して30〜80重量％の範囲で添加した混合
物を焼結して成る高靱性炭窒化チタン系セラミックス材
料。