JPH08730B2 - 炭窒化チタン質焼結体及びその製造方法 - Google Patents

炭窒化チタン質焼結体及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、炭窒化チタン質焼結体及びその製造方法に
関するものである。さらに詳しくは、硬度、強度、耐食
性にすぐれ、美麗な色調を呈する炭窒化チタン質焼結体
及びその製造方法に関するものである。
［従来の技術、発明が解決しようとする問題点］ 炭窒化チタンは、強度、硬度、耐食性に優れているこ
とから構造用部材として、又、これらの性質に加え、充
分な光沢を有する美麗な色調を呈することから装飾用部
材として、その用途が期待されている。
しかしながら、炭窒化チタンは難焼結性物質であり、
炭窒化チタン単独では焼結を行うことが難しい。たとえ
ば炭窒化チタン原料粉末を単独で焼結して焼結体を得よ
うとする場合、ホットプレス装置のような特別な装置が
必要となる。更に、このような装置を使用しても緻密な
焼結体を得ることは極めて困難である。しかもホットプ
レス装置においては、使用するカーボンモールド等の型
材の寿命が長くなく、又ホットプレス装置の保守が厄介
であることなどから経済的に不利であり到底実用的とは
言い難い。
しかも、ホットプレス法では複雑形状品の製造が難し
いため複雑な形状が必然的に要求される構造用部材や、
装飾用部材を製造するためには、ホットプレス法は著し
く不利であった。
そこで高密度焼結体を得るため、炭窒化チタン原料粉
末には低融点金属であるFe,Co,Cr,又はNiを添加して焼
結することが提案されており、この方法によれば比較的
低い焼結温度で、緻密な焼結体を得ることができる。し
かしながら、この方法による焼結体は、必然的に金属か
らなる結合相が存在することから、硬度や、耐摩耗性が
低下し、高温下では結合相の軟化により強度の低下をも
たらすことともなり、構造用部材としては好ましくな
い。又、このような金属から成る結合相は、耐食性が低
く、酸、海水、汗などによる腐食が進行しやすく、この
点でも、構造用部材としてはもちろん、装飾用部材とし
てもすぐれた色調が次第に損われるなどの問題があっ
た。
本発明はこのような問題点を解決することを目的とす
るもので、硬度、強度、耐食性にすぐれ、美麗な色調を
呈する炭窒化チタン質焼結体を提供すること、及び、そ
のような炭窒化チタンを製造する方法を提供することを
目的とするものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明者は、このような問題点に鑑み鋭意研究を進め
た結果、炭窒化チタン原料粉末に焼結助剤として種々の
酸化物粉末を一定の割合で添加することによりこれを解
決することができることを見出し、本発明を完成するに
至った。
本発明は、チタンの酸化物0.5〜25重量％を含み、残
部が炭窒化チタンと不可避的不純物とからなることを特
徴とする炭窒化チタン質焼結体に関するものである。
本発明の炭窒化チタン質焼結体において、主成分とす
る炭窒化チタンは、式TiCxN1-x（０＜ｘ＜１）で表わさ
れる物質である。炭素と窒素の割合は任意の値をとるこ
とが可能である。
炭窒化チタンに対し、チタンの酸化物を含有させる。
チタンの酸化物は焼結助剤として作用するものと考えら
れる。チタンの酸化物の量は焼結体重量の0.5〜25重量
％とする。残部は炭窒化チタンと不可避的不純物から成
る。チタンの酸化物が0.5重量％未満では充分に緻密な
焼結体を得ることができないし、硬度や強度が低い。
又、充分な光沢を有する研摩面を得ることも難しい。一
方、添加量が25重量％を超えると、焼結体密度が若干低
下し、又、硬度や強度も低下する傾向があるため適切で
はない。
本発明の炭窒化チタン質焼結体において、炭窒化チタ
ン原料の粒度は特に限定されない。一般に10μｍ以下の
ものを使用して、好結果を得ることができる。５μｍ以
下のものの場合、特に好ましい結果が得られる。又、金
属酸化物は、いずれの酸化物であっても、一般に５μｍ
以下の粒度として使用することにより好ましい結果が得
られる。２μｍ以下とすることが特に好ましい。
かかる炭窒化チタン質焼結体は成形後、ホットプレス
法によらないで焼結することにより得ることができ、充
分に緻密で機械的性質及び耐食性に優れ、しかも充分な
光沢を有する美麗な色調を呈するものである。
本発明は、又、前記炭窒化チタン質焼結体の製造方法
に関する。本発明の製造方法は、炭化チタン、窒化チタ
ン、炭素・窒素比が任意の割合の炭窒化チタンから成る
群から選ばれた１種又は２種以上の化合物を所望の炭素
・窒素比の炭窒化チタンを得るような割合で混合した混
合物、又は所望の炭素・窒素比を有する炭窒化チタン
に、チタンの酸化物を0.5〜25重量％混合し、この混合
物を加圧成形し、得られた加圧成形圧粉体を非酸化性雰
囲気中で1600〜2100℃の温度で焼結することを特徴とす
る。
炭化チタンと窒化チタンとの混合物を出発原料とする
場合、混合割合は、所望の任意の比率をとることができ
る。又、炭窒化チタンから出発する場合、炭素と窒素と
の比率は任意に選択してよい。この炭窒化チタンは式Ti
CxN1-x（０＜ｘ＜１）で表わすことができる。炭窒化チ
タンは炭化チタンと窒化チタンを端成分とする連続固溶
体であるため、炭化チタン、窒化チタン及び炭素・窒素
比が任意の割合の炭窒素チタンから成る群から選ばれた
化合物を出発原料とする場合、その混合比率は所望によ
り任意の比率とすることができる。この場合、焼成過程
で所望の炭窒化チタンが形成され、出発原料として１種
の炭窒化チタンを使用した場合と全く同様の結果が得ら
れる。
引続いて、炭化チタンと窒化チタンとの混合物、又は
炭窒化チタンに対し、焼結助剤酸化物を加えて加圧成形
する。その場合は、すでに説明したとおり、前者75〜9
9.5重量％、後者0.5〜25重量％とする。
焼成非酸化性雰囲気、例えば、アルゴン窒素などの雰
囲気中で、又は真空中で1600〜2100℃の温度で行う。16
00℃未満の温度では高緻密体を得るのが困難であり、21
00℃を超える温度では焼結体の分解や異常粒成長を生じ
るためいずれも好ましくない。焼結時間は、焼結温度な
どの要件にもよるが、通常30分〜５時間が適当である。
又、いうまでもなく、本発明の炭窒化チタン質焼結体
は、ホットプレス法、あるいは熱間静水圧加圧法等の加
圧焼結法によっても製造可能である。
このように本発明においては組成中に一定範囲のチタ
ンの酸化物を存在させることにより、意外にも、ホット
プレスのような不利な装置を使用することなく、ホット
プレスにより得ることができる焼結体に比し極めてすぐ
れた性質を有する炭窒化チタン質焼結体を得ることがで
きた。この焼結体は、硬度及び強度に優れていることか
ら耐摩耗摺動部材、ダイス型、工具、内燃機関用部材等
としての利用が期待される。また、光沢に富んだ美麗な
色調を有し、且つ高硬度で耐スクラッチ性に優れている
ことからアクセサリー、時計用外装部品、食器等の装飾
用部材に利用することができる。更に、美麗な色調に加
え、耐食性に優れていることから、化粧タイル等の建設
用部材や衛生陶器、釣り具などにも利用可能である。
［実 施 例］ 実施例１〜８、比較例１〜４ 平均粒径1.3μｍの炭窒化チタン（TiC0.7Ｎ0.3、TiC
0.5Ｎ0.5、又はTiC0.3Ｎ0.7）と平均粒径0.05〜1.0μｍ
の下記第１表に示すチタンの酸化物粉末とを第１表に示
す割合で秤取し、エタノールを加えて湿式ボールミル中
で21時間混合した。得られた混合粉末からエタノールを
蒸発乾燥後２トン/cm2の圧力で加圧成形し第１表に示し
た温度でアルゴンガス１気圧の条件の雰囲気中で１時間
焼成を行った。
このようにして得られた炭窒化チタン質焼結体を加工
し、強度、ビッカース硬度、密度、耐食性、及び色調を
試験した。得られた結果を第１表にまとめて示す。
ここで、強度は常温３点曲げ強度で、JIS R1601に準
拠して測定した。焼結体密度はアルキメデス法により測
定し、理論密度に対する相対値として示す。また、耐食
性試験は、鏡面研摩を施した試料を海水中に浸漬して変
色を観察した。耐食性試験結果に示す○印は変色が全く
認められない状態を示し、×印は変色が認められたこと
を示す。
実施例40〜51、比較例７〜10 平均粒径1.2μｍの炭化チタン、平均粒径1.3μｍの窒
化チタン、平均粒径1.3μｍの炭窒化チタン、平均粒径
0.8μｍの二酸化チタンを下記第２表に示す割合で秤取
し、エタノールを加えて湿式ボールミル中で21時間混合
した。得られた混合粉末からエタノールを蒸発乾燥後２
トン/cm2の圧力で加圧成形し、1600〜2000℃の温度でア
ルゴンガス１気圧の条件下の雰囲気中で１時間焼成を行
った。
得られた炭窒化チタン質焼結体を加工し、実施例１〜
39と同様に試験をした。得られた結果を第２表にまとめ
て示す。
第１表及び第２表に示したように、比較例1,2,7,9で
は、酸化物を全く添加しないか、又は酸化物添加量が0.
1重量％と低いため、焼結が十分に行われないことか
ら、緻密でない焼結体しか得られなかったため低密度で
あり、硬度、強度も低い。又研摩加工を施しても光沢に
富んだ研摩面は得られなかった。又、比較例3,8,10で
は、酸化物添加量が30重量％と多く、硬度、強度とも低
いものしか得られなかった。比較例４は金属、すなわち
NiとFeとを添加した例であり、硬度が低く、研摩面の色
調はくすんだ赤黒色であり、耐食性の面でも望ましから
ざる結果を示した。
これに対し、各実施例の組成のものは、いずれも緻密
な焼結体が得られたことを示しており、硬度、強度、耐
食性ともすぐれ、充分な光沢を有する美麗な色調を呈し
た。
［発明の効果］ 本発明は、硬度、強度に優れ、しかも光沢に富んだ美
麗な色調を有する炭窒化チタン質焼結体を、その製造の
ための特別な装置を必要とすることなく容易に製造する
ことができる形で提供することを可能としたものであ
り、前述した如き、広範な用途への適用を可能としたも
のである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】チタンの酸化物0.5〜25重量％を含み、残
    部が炭窒化チタンと不可避的不純物とからなることを特
    徴とする炭窒化チタン質焼結体。
  2. 【請求項２】炭化チタン、窒化チタン、炭素・窒素比が
    任意の割合の炭窒化チタンから成る群から選ばれた１種
    又は２種以上の化合物を所望の炭素・窒素比の炭窒化チ
    タンを得るような割合で混合した混合物、又は所望の炭
    素・窒素比を有する炭窒化チタン75〜99.5重量％と、チ
    タンの酸化物0.5〜25重量％とを混合し、混合物を加圧
    成形し、得られた加圧成形圧粉体を非酸化性雰囲気中で
    1600〜2100℃の温度で焼結することを特徴とする炭窒化
    チタン質焼結体の製造方法。
JP62271541A 1987-10-27 1987-10-27 炭窒化チタン質焼結体及びその製造方法 Expired - Lifetime JPH08730B2 (ja)

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