JPH07206521A - ホウ化チタン焼結体、その製造方法及び焼成用治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ホウ化チタン焼結体において、ホウ化チタ
ン、焼結助剤及びホウ化チタン生成成分を混合し、これ
を成形、焼結することによって、相対密度７５％未満
で、三点曲げ強度が５ｋｇ／ｍｍ²以上のホウ化チタン
焼結体を得る。これは、焼成用治具として有効である。 【効果】 本発明のホウ化チタン焼結体によれば、相対
密度が７５％未満、三点曲げ強度が５ｋｇ／ｍｍ²以上
の焼結体としたことにより、低密度でありながら高強度
を有し、耐熱衝撃性に優れ、急速な昇温、冷却を含む用
途において、割れの発生を防止することができる。従っ
て、セラミックスや活性金属の焼成用治具、特に永久磁
石焼成用治具として優れた特性を有する。また、本発明
の製造方法によれば、かかる低密度・高強度のホウ化チ
タン焼結体を簡単かつ確実に得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低密度で高強度を有
し、耐熱衝撃性に優れ、急速な昇温、冷却を含む用途に
おいても割れの発生がないホウ化チタン焼結体、その製
造方法及び該焼結体よりなる焼成用治具に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ホウ化
チタン焼結体は、優れた機械的物性を有し、化学的、熱
的にも安定な材料であるが、非常に難焼結性の物質であ
るため、従来はホットプレス等の限られた製法でのみ製
造されていた。従って工業用材料としては非常に高価な
材料であり、広く普及するまでには至っていない。

【０００３】しかしながら、近年焼結助剤の改良等によ
りホウ化チタンを常圧焼結で比較的安価に製造する方法
が開発され、今後ホウ化チタン焼結体の用途が更に拡大
することが予想されている。

【０００４】例えば、ホウ化チタンは真空下、高温でも
安定なことからセラミックスや活性金属の真空中での焼
成の際の治具として使用することが考えられているが、
このような焼成プロセスにおいては急速加熱や急冷など
の大きな熱衝撃のかかる工程を要する場合が多く、耐熱
衝撃性に劣る従来のホウ化チタン焼結体では使用中に割
れが発生するという欠点があり、ホウ化チタン焼結体を
治具として使用することが困難であった。

【０００５】このような問題に対し、従来、ホウ化チタ
ン焼結体の気孔率を下げ、密度を高くしたホウ化チタン
焼結体、具体的には気孔率を８〜２５％としたホウ化チ
タン焼結体を永久磁石焼成用セッターとして用いること
が提案されている（特開平２−２０４３６９号公報）。

【０００６】この提案では、気孔率を８〜２５％とする
ことにより耐熱衝撃性を向上させることができ、気孔率
が２５％以上であると強度が低下し、ハンドリングに必
要な強度（三点曲げ強度：１０〜３０ｋｇ／ｍｍ²）が
得られないとしている。

【０００７】しかしながら、本発明者が検討した結果で
は、このように気孔率の小さい（密度の大きい）ホウ化
チタン焼結体は耐熱衝撃性がなお十分でなく、このため
焼成プロセスに急冷工程の多い活性金属の焼成用の治具
として用いる場合は、更に耐熱衝撃性を向上させること
が望まれた。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
耐熱衝撃性に優れ、急速な昇温、冷却工程を含むセラミ
ックスや活性金属の焼成用治具、特に永久磁石焼成用治
具として好適に用いられるホウ化チタン焼結体、その製
造方法及び焼成用治具を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的を達成するため鋭意検討を行った結果、ホウ化チタ
ンを焼結する際に焼結助剤の他に焼結時にホウ化チタン
を生成する物質を添加し、気孔率が高く低密度の物質を
得ることにより、耐熱衝撃性が高く、ハンドリングに十
分な強度を持つホウ化チタン焼結体を製造することが可
能であることを知見した。

【００１０】即ち、ホウ化チタン生成成分、特に酸化ホ
ウ素、酸化チタン及び炭素の混合物をホウ化チタンに添
加して焼結し、相対密度が７５％未満のホウ化チタン焼
結体を得た場合（ここで、相対密度＋気孔率＝１００％
の関係がある）、このように密度が小さく、気孔率が高
いにも拘らず、三点曲げ強度が５ｋｇ／ｍｍ²以上とい
う高強度を有し、ハンドリング性に支障がない上、低密
度で気孔率が高いため、優れた耐熱衝撃性を有し、急速
な昇温、冷却を与えても、割れが発生し難いことを知見
し、本発明をなすに至ったものである。

【００１１】従って、本発明は、（１）相対密度が７５
％未満であり、かつ三点曲げ強度が５ｋｇ／ｍｍ²以上
であることを特徴とするホウ化チタン焼結体、（２）ホ
ウ化チタン、焼結助剤及び焼結時にホウ化チタンを生成
するホウ化チタン生成成分（特に、酸化ホウ素、酸化チ
タン、炭素の混合物）を混合し、これを成形、焼結する
ことを特徴とするホウ化チタン焼結体の製造方法、及
び、（３）上記ホウ化チタン焼結体よりなる焼成用治具
を提供する。

【００１２】ここで、本発明のホウ化チタン焼結体が優
れた耐熱衝撃性を有する理由は、必ずしも明らかではな
いが、焼結時に原料のホウ化チタン粒子の粒間で新たに
ホウ化チタンが生成し、生成したホウ化チタン粒子が原
料のホウ化チタン粒子と強固に結合するために低密度で
ありながら十分な強度を有すると考えることができる。

【００１３】以下、本発明につき更に詳述すると、本発
明のホウ化チタン焼結体は、相対密度が７５％未満であ
り、かつ三点曲げ強度（ＪＩＳ−Ｒ１６０１）が５ｋｇ
／ｍｍ²以上のものである。相対密度が７５％以上であ
ると耐熱衝撃性が劣り、本発明の目的を達成し得ない。
なお、相対密度は、より好ましくは７０％以下であり、
また強度の点から６０％以上であることが好ましい。一
方、三点曲げ強度は５ｋｇ／ｍｍ²以上であるが、より
好ましくは５〜１０ｋｇ／ｍｍ²以上であり、５ｋｇ／
ｍｍ²より小さいと、特にセラミックスや活性金属の焼
成用治具としての用途において、ハンドリング性が低下
することから不適である。

【００１４】上記ホウ化チタン焼結体は、耐熱衝撃性が
高く、かつ機械的強度も高いので、セラミックス等の焼
成用治具や活性金属の焼成用治具、とりわけ永久磁石の
焼成用治具として好適に用いられる。

【００１５】本発明のホウ化チタンの製造方法は、ホウ
化チタン粉末に焼結助剤、更に焼結によりホウ化チタン
を生成する成分を混合し、これを所定の形状に成形した
後、焼結を行うものである。

【００１６】この場合、ホウ化チタン粉末としては、特
に制限はされないが、平均粒径０．１〜１０μｍ、特に
１〜５μｍのものを用いることが好適である。また、焼
結助剤としては、ニッケル、クロム、モリブデン等の金
属又はこれらの金属のホウ化物や炭化物あるいはカーボ
ンなどの粉末が用いられる。これら焼結助剤の配合量
は、ホウ化チタン１００重量部に対して好ましくは０．
１〜５０重量部、より好ましくは１〜１０重量部であ
る。

【００１７】次に、ホウ化チタン生成成分としては、酸
化チタン、酸化ホウ素、炭素を混合したものが好適であ
るが、これらを含有する化合物の混合物でも差し支えな
い。この混合物は、下記反応によりホウ化チタンを生成
する。 ＴｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃＋５Ｃ→ＴｉＢ₂＋５ＣＯ

【００１８】上記混合物において、酸化チタン、酸化ホ
ウ素、炭素の混合比は特に制限されないが、典型的には
約１：１：５である。

【００１９】なお、ホウ化チタン生成成分の配合量は、
ホウ化チタン１００重量部に対して０．１〜５０重量部
とすることが好ましく、より好ましくは１〜１０重量部
である。配合量が０．１重量部より少ないと低密度であ
りながら高強度のホウ化チタン焼結体が得難い。

【００２０】上記焼結原料を用いて成形、焼結を行う場
合、成形としては金型プレス成型、ＣＩＰ成型法などが
採用し得る。また、焼結は、真空中又は窒素、アルゴン
等の不活性ガス中で１５００〜２１００℃、特に１６０
０〜１９００℃において行うことが好ましい。なお、焼
結時間は通常０．５〜３時間である。

【００２１】

【発明の効果】本発明のホウ化チタン焼結体によれば、
相対密度が７５％未満、三点曲げ強度が５ｋｇ／ｍｍ²
以上の焼結体としたことにより、低密度でありながら高
強度を有し、耐熱衝撃性に優れ、急速な昇温、冷却を含
む用途において、割れの発生を防止することができる。
従って、セラミックスや活性金属の焼成用治具、特に永
久磁石焼成用治具として優れた特性を有する。

【００２２】また、本発明の製造方法によれば、かかる
低密度・高強度のホウ化チタン焼結体を簡単かつ確実に
得ることができる。

【００２３】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。

【００２４】〔実施例、比較例〕酸化ホウ素１モル、酸
化チタン１モル、炭素粉末５モルを混合して、ホウ化チ
タン生成成分を得た。次に、ホウ化チタン、焼結助剤及
び上記ホウ化チタン生成成分を表１に示す割合で混合
し、この混合物を５０ＭＰａの圧力でプレス成形した
後、ＢＮ製容器中において１９００℃で１時間焼結を行
い、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍの板状のホウ化チ
タン焼結体を得た。なお、比較例３は焼結方法としてホ
ットプレスにより２０ＭＰａの圧力で１９００℃、３時
間焼結を行った。

【００２５】

【表１】

【００２６】得られたホウ化チタン焼結体の相対密度、
三点曲げ強度、落下試験及び耐熱衝撃性試験を下記方法
で評価した。結果を表２に示す。 相対密度：ホウ化チタン焼結体の密度をアルキメデス法
で測定し、理論上の密度から相対密度を求めた。 三点曲げ強度：ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠して行った。
３×４×４０ｍｍのサンプル１０ヶについて測定し、そ
の平均値より求めた。 落下試験：ホウ化チタン焼結体をコンクリート製の床か
ら高さ１０ｃｍの位置より落下させて、割れ及び亀裂の
発生の有無を調べた。割れや亀裂の発生が認められない
場合を良好、その他を不良と判定した。 耐熱衝撃性試験：加熱炉内において、室温から１５００
℃まで１５０分間で昇温した後、８００℃まで２０分間
で冷却後、更に５時間かけて２００℃まで冷却した。そ
の後、炉外へ取り出して室温まで放冷した後、焼結体の
割れや亀裂の発生の有無を調べた。割れや亀裂の発生が
認められない場合を良好、その他を不良と判定した。

【００２７】

【表２】

【００２８】以上の結果より、ホウ化チタンと焼結助剤
とにホウ化チタン生成成分を添加し、成形、焼結して得
られる相対密度７５％未満の焼結体は、実用上十分な強
度を有し、かつ耐熱衝撃性に優れた性能を有することが
認められた。

フロントページの続き (72)発明者 村山 俊幸 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対密度が７５％未満であり、かつ三点
   曲げ強度が５ｋｇ／ｍｍ²以上であることを特徴とする
   ホウ化チタン焼結体。
2. 【請求項２】 ホウ化チタン、焼結助剤及び焼結時にホ
   ウ化チタンを生成するホウ化チタン生成成分を混合し、
   これを成形、焼結することを特徴とするホウ化チタン焼
   結体の製造方法。
3. 【請求項３】 ホウ化チタン生成成分が酸化ホウ素、酸
   化チタン、炭素の混合物である請求項２記載の製造方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１記載のホウ化チタン焼結体より
   なる焼成用治具。