JPH08246082A - 炭窒化チタン−炭化チタン系複合焼結体の製造方法 - Google Patents

炭窒化チタン−炭化チタン系複合焼結体の製造方法

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JPH08246082A
JPH08246082A JP7077095A JP7709595A JPH08246082A JP H08246082 A JPH08246082 A JP H08246082A JP 7077095 A JP7077095 A JP 7077095A JP 7709595 A JP7709595 A JP 7709595A JP H08246082 A JPH08246082 A JP H08246082A
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JP
Japan
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powder
titanium
weight
titanium carbonitride
titanium carbide
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JP7077095A
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English (en)
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Masahiro Ando
正博 安藤
Shusuke Yamaoka
秀典 山岡
Hiroaki Kotaka
啓章 小鷹
Hideyasu Matsuo
秀逸 松尾
Yoshiro Aiba
吉郎 相庭
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Coorstek KK
Original Assignee
Toshiba Ceramics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度・高破壊靭性であり、かつ金属成分が
少なく摺動部材としても利用可能な炭窒化チタン−炭化
チタン系複合焼結体の製造方法を提供することを目的と
する。 【構成】 炭窒化チタン粉末70〜95重量%に金属又
は合金粉末5〜30重量%を加え、これに、外率で10
〜60重量%の炭化チタン粉末を混合し、所定形状に成
形してから、非酸化性雰囲気中1300〜1700℃の
温度で無加圧焼結することを特徴とする炭窒化チタン−
炭化チタン系複合焼結体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、炭窒化チタン−炭化
チタン系複合焼結体及びその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】TiC(炭化チタン)やTiN(窒化チ
タン)は、きわめて堅い特性を有するが、単独では焼結
して緻密化することが難しい。このため、例えば、M
o、Ni等を添加して焼結することによってサーメット
の形で実用化されている。
【0003】しかし、このようなサーメットにおいて
は、セラミックスとメタルの熱膨張係数及び弾性率に差
があるため、高温使用時に両者の粒界に熱応力が生じて
脆化し易い欠点があった。
【0004】この欠点を解決するために、特願平5−2
74791号は、高靭性・高強度の炭窒化チタン焼結体
の製法を提示している。すなわち、金属と固溶し易い炭
窒化チタンを用いて、セラミックスとメタルの粒界にお
ける熱膨張係数の差を低減するのである。この製法は、
炭窒化チタン70〜95重量%にステンレス粉末5〜3
0重量%を添加し、非酸化性雰囲気でこれを焼結するも
のである。
【0005】炭窒化チタンは、炭化チタンと窒化チタン
の全率固容体であり、高強度、高融点、高耐熱衝撃性を
有し、かつ電気の良導体でもある。
【0006】炭窒化チタンを母材とする焼結体に関して
は、Mo2 C−Ni系、Cr3 2−Ni系、WC−N
i系粉末を添加したサーメットが、「粉体および粉末冶
金、第38巻」等の技術文献に記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、炭窒化
チタンの焼結体にNi等の助剤金属成分を添加して焼結
することによって、高靭性・高強度の焼結体を得ること
ができるが、金属成分が多くなると、製品の用途が制限
されることがある。
【0008】例えば、金属成分を多く含むサーメット
は、焼き付きを起し易いため、摺動部材としては不向き
である。
【0009】このため、炭窒化チタン質サーメットの種
々の長所を生かし、破壊靭性値がより大きく、しかも摺
動部材としても使用できる炭窒化チタン質焼結体の開発
が待たれている。
【0010】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は、高強度・高破壊靭性であり、かつ金属成分が少な
く摺動部材としても利用可能な炭窒化チタン−炭化チタ
ン系複合焼結体及びその製造方法を提供することを目的
としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願発明は、炭窒化チタ
ン粉末70〜95重量%と、金属粉末又は合金粉末5〜
30重量%と、外率で10〜60重量%の炭化チタン粉
末とを混合し、所定形状に成形してから、非酸化性雰囲
気中1300〜1700℃の温度で無加圧焼結すること
を特徴とする炭窒化チタン−炭化チタン系複合焼結体の
製造方法を要旨としている。
【0012】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例による炭窒化チ
タン−炭化チタン系複合焼結体の製造方法を説明する。
【0013】炭窒化チタン{Ti(C,N)}の粉末7
0〜95重量%に金属粉末又は合金粉末5〜30重量%
を加え、これに外率で10〜60%のTiC粉末を添加
し、均一に混合する。均一に混合した粉末を、所定の形
状(たとえば60×40×10mm)に成形し、成形物
を非酸化性雰囲気中1300℃〜1700℃の温度で無
加圧焼結する。
【0014】金属粉末又は合金粉末としては、1000
℃以上の融点を持つものを用いる。好ましい金属粉末と
しては、Ni、Fe、Cr、Co、Mo等が挙げられ
る。
【0015】また、好ましい合金粉末としては、ステン
レス綱、Fe−Cr−Ni系合金、Fe−Cr系合金、
Ni−Cr系合金、Fe−Ni系合金、Cu−Co系合
金、Ni−Cu系合金、Fe−Co系合金、Ni−Cu
−Mo系合金等が挙げられる。
【0016】金属粉末又は合金粉末の添加量が5重量%
未満の場合には、焼結性が悪くなり、緻密で高強度の焼
結体を得ることができない。一方、金属粉末又は合金粉
末の添加量が30重量%を超える場合には、機械的強度
が低下してしまう。
【0017】金属粉末又は合金粉末の好ましい添加量は
用途により高硬度性又は高強度性の必要に応じて7〜2
0%である。添加量をこのような範囲にすることによ
り、緻密で高強度かつ摺動特性に優れた焼結体を得るこ
とができる。
【0018】TiC粉末の添加率が外率で10重量%未
満の場合には、強度、特に破壊靭性値を十分に大きくす
ることができない。TiC粉末を10重量%以上添加す
ることによって、実質的な金属含有量が少なくなってい
るにもかかわらず、破壊靭性値を向上できるのである。
一方、TiC粉末の添加率が外率で60重量%を超える
場合には、強度、特に曲げ強さが低下してしまう。
【0019】TiC粉末の好ましい添加量は外率で10
〜60%であり、さらに好ましい添加量は外率で20〜
40%である。添加量をこのような範囲にすることによ
り、各種用途に応じた摺動特性、機械的強度、破壊靭性
の優れた焼結体を得ることができる。
【0020】焼結温度が1300℃未満の場合には、焼
結が不十分となり、また、1700℃を超える場合に
は、粒成長が顕著になり機械的高度と破壊靭性が低下し
てしまう。
【0021】非酸化性雰囲気としては、真空中又は水
素、アルゴン、窒素ガス等を用いることができる。
【0022】炭窒化チタン{Ti(Cx ,N1-X )}に
おいては、炭化チタン(TiC)に窒素(N)が固溶し
ているので、炭化チタン焼結体(TiC焼結体)、窒化
チタン焼結体(TiN焼結体)と比較して、焼結時にお
けるTi(C,N)の粒成長が抑制されるとともに、焼
結性が向上する。従って、常圧焼結に最適なTi
(Cx ,N1-X )(0<x<1)の組成、つまりC及び
Nの固溶量を選択することによって、炭窒化チタン焼結
体の焼結性と機械的特性を改善できる。Ti(Cx ,N
1-X )は、CとNの固溶量の比がx:(1−x)である
ことを示す。xの値は0<x<1の範囲であり、好まし
くは0.3〜0.9であり、さらに好ましくは、0.5
〜0.7とする。
【0023】また、粉末の粒径について説明すると、粒
径が10μm以下が良く、さらに好ましくは1μm以下
が良い。
【0024】前述のように、焼結性の良い組成を選定
し、これに金属粉末又は合金粉末を5〜30重量%添加
し、さらに外率で10〜60%のTiC粉末を添加し、
これらの粉末を均一に混合して、所定の形状に成形し、
成形物を非酸化性雰囲気中1300℃〜1700℃の温
度で無加圧焼結することによって、摺動部材として用い
ても焼き付きが少なく、しかも、機械的強度、破壊靭性
に優れた焼結体を得ることができる。
【0025】このような製造方法によって炭窒化チタン
−炭化チタン系複合焼結体を製造したので、以下、その
例を説明する。
【0026】炭窒化チタンTi(Cx ,N1-X )におい
てxを0.7とし、その粉末93重量%又は80重量%
に、ステンレス鋼粉末7重量%又はNi20重量%を加
え、これに外率で0〜70重量%の炭化チタン(Ti
C)を添加し、それらを結合剤添加のトルエン溶液中で
湿式混合して、スラリーを得た。
【0027】なお、TiC添加率は外率で0、5、1
0、20、30、40、50、60、70重量%の9通
りに設定した。
【0028】結合剤添加のトルエン溶液は、結合剤とし
てパラフィンをトルエン溶液に添加したものである。パ
ラフィンのそれぞれの量は、混合粉に対して外率0.5
〜5重量%とした。
【0029】このスラリーを乾燥してから造粒した。し
かる後に、300MPaの圧力でCIP(冷間静水圧成
形)を行い、60×40×10mm形状の圧粉体を得
た。最後に、この圧粉体を脱脂し、非酸化性雰囲気で1
300℃〜1700℃の温度で無加圧焼結し、炭窒化チ
タン−炭化チタン系複合焼結体を得た。
【0030】得られた焼結体の曲げ強さ(3点曲げ)及
び破壊靭性値KIC(IS法)を測定した。その結果を図
1及び図2に示す。図1は、93重量%Ti(C,N)
−7重量%SUS316Lの場合、図2は、80重量%
Ti(C,N)−20重量%Niの場合である。なお、
SUS316Lの主な化学組成はFe68wt%、Cr
17wt%、Ni12wt%から成り立っている。
【0031】図1及び図2に示されているように、Ti
C添加率が外率で10重量%未満の場合には、破壊靭性
値の顕著な向上が認められず、また、60重量%を超え
る場合には、曲げ強さが低下してしまう。TiC添加率
が外率で10〜60重量%の時に、優れた破壊靭性及び
曲げ強さが得られる。
【0032】さらに、得られた焼結体の摺動特性を調べ
たところ、外率30重量%のTiCを添加した鋼材加工
用ロールで評価し、TiC無添加と比較し焼付がなく良
好な結果が得られた。
【0033】実験例 平均粒径1μmの炭窒化チタン(Ti(C,N))粉末
93gに平均粒径3μmのステンレス鋼(SUS316
L)粉末7gを添加し、さらに平均粒径1μmの炭化チ
タン(TiC)粉末5gを添加した。これに結合剤とし
てパラフィン3.2g(3wt%)を添加し、トルエン
溶液中で24時間湿式混合し、スラリーを得た。そのス
ラリーを乾燥してから60メッシュのふるいで造粒した
後、300MPaの圧力でCIP成形し、60×40×
10mmの成形体を得た。その成形体を脱脂後、アルゴン
ガス中1700℃で1時間焼結し、炭窒化チタン−炭化
チタン複合焼結体を得た。
【0034】得られた焼結体を加工後、破壊靱性値(I
S法)及び曲げ強さ(JISR1601)を測定した。
【0035】同様に、TiC粉末の外率添加量を0、1
0、20、30、40、50、60、70重量%と変化
させ、またパラフィン添加量を粉体総重量に対して、3
wt%添加し、同様の実験をおこなった。これらの結果
を図1に示す。
【0036】図2はTi(C,N)粉末80gにNi粉
末20gを添加し、TiC粉末をそれぞれ0、5、1
0、20、30、40、50、60、70重量%外率で
添加して、同様の実験をおこなったものである。そのと
きの焼成温度は1550℃であった。
【0037】また、図3はTiC粉末添加量30gの本
発明品、つまり93wt%Ti(C,N)−7wt%S
US316L−30wt%TiC(外率)の焼結体研磨
面のSEM写真である。図4はTiC粉末添加量0gの
比較品、つまり93wt%Ti(C,N)−7wt%S
US316Lの焼結体研磨面のSEM写真である。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、破壊靭性値を低下させ
ることなく、従来品に比べて金属成分を低減することが
可能である。従って、従来品に比べて優れた摺動特性を
得ることができる。
【0039】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。例えば、他の助剤系(Cr3 2 、Mo2 C等)を
用いた場合にも、概ね同様の効果を得ることができる。
【0040】また、粉体の混合は、トルエン溶液による
湿式混合に限らず、その他の溶液による湿式混合を採用
できる。この際、結合剤は、パラフィン又はステアリン
酸に限らず、その他の結合剤を採用できる。
【0041】なお、Ti(Cx ,N1-X )にTiCを加
える際に、xを大きくした場合を考えると、Ti(C
N)の固溶体は焼成時にガス分圧、焼成温度等の環境に
より、Ti(Cx ,N1-X )組成が変動し、Ti(C
N)単体のみで焼成したときに組成変動によりガスが発
生し易く、部分的密度が下がるが、一方、TiCを別途
添加すると、分離するガス現象を安定化させることがで
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の実施例で、93重量%Ti(C,
N)−7重量%SUS316Lの場合における、TiC
添加率に対する破壊靭性値及び曲げ強さの測定値を示す
グラフ。
【図2】本願発明の実施例で、80重量%Ti(C,
N)−20重量%Niの場合における、TiC添加率に
対する破壊靭性値及び曲げ強さの測定値を示すグラフ。
【図3】本発明方法により製造された複合焼結体の断面
の粒子構造を示す写真。
【図4】本発明の範囲に入らないが比較例として製造さ
れた複合焼結体の断面の粒子構造を示す写真。
フロントページの続き (72)発明者 松尾 秀逸 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 相庭 吉郎 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭窒化チタン粉末70〜95重量%と、
    金属粉末又は合金粉末5〜30重量%と、外率で10〜
    60重量%の炭化チタン粉末とを混合し、所定形状に成
    形してから、非酸化性雰囲気中1300〜1700℃の
    温度で無加圧焼結することを特徴とする炭窒化チタン−
    炭化チタン系複合焼結体の製造方法。
  2. 【請求項2】 金属粉末又は合金粉末が、Fe粉末、N
    i粉末またはステンレス粉末の少なくとも1種であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の炭窒化チタン−炭化チ
    タン系複合焼結体の製造方法。
JP7077095A 1995-03-09 1995-03-09 炭窒化チタン−炭化チタン系複合焼結体の製造方法 Pending JPH08246082A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106399797A (zh) * 2016-10-28 2017-02-15 四川科力特硬质合金股份有限公司 一种以钴粘结碳化钛基耐磨耐腐蚀硬质合金及制备方法

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