JPH11236222A - 高融点金属窒化物材料及びその製造方法 - Google Patents

高融点金属窒化物材料及びその製造方法

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JPH11236222A
JPH11236222A JP4158398A JP4158398A JPH11236222A JP H11236222 A JPH11236222 A JP H11236222A JP 4158398 A JP4158398 A JP 4158398A JP 4158398 A JP4158398 A JP 4158398A JP H11236222 A JPH11236222 A JP H11236222A
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Ryoji Yamamoto
良治 山本
Tadashi Igarashi
廉 五十嵐
Yoshihiko Doi
良彦 土井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定に製造することができる窒化タングステ
ンモリブデン等の高融点金属窒化物材料とその製造方法
とを提供すること。 【解決手段】 高融点金属窒化物材料の一つである窒化
タングステンモリブデンは,一般式が(Wm ,Mon
1-x x で表され,mとnとの間に,m+n=1,0<
m<1(ここで,m,nは金属成分のモル比),0.0
1≦x≦0.33(ここで,xは非金属成分のモル比)
なる関係がある。この窒化タングステンモリブデンは,
タングステン,モリブデンを所定の合成雰囲気,所定の
合成圧力,所定の温度で処理することにより製造され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,ニオブ(Nb),
モリブデン(Mo),タンタル(Ta),タングステン
(W)等の高融点金属の窒化物からなる材料に関し,詳
しくは,硬質材料,電子材料,超伝導材料等に用いる窒
化タングステンモリブデン(Wm ,Mon1-x x
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来,高融点金属の窒化技術は,鋼など
とは異なりガス媒質内のみで窒化することが行われてい
る。それに用いる窒化媒質には,窒素,アンモニアなど
を使用している。
【0003】しかし,窒化に用いるガス媒質が0.01
%以上の酸素や水分を含んでいる場合は,ガスを清浄す
る必要がある。
【0004】ところで,従来,窒化のための加熱装置と
しては,電気抵抗炉,高周波電流炉,低温プラズマ炉等
が用いられる。窒化工程のパラメーターは,主に加熱温
度,及び保持時間が種々設定されている。このような状
況下において,原料として,金属,酸化物,水素化物,
などを用い高融点金属のチタニウム(Ti),ジルコニ
ウム(Zr),ハフニウム(Hf),バナジウム
(V),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),及びクロ
ム(Cr)の窒化物が上記の方法を組合せて作られてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし,窒化モリブデ
ンについては,400℃〜2500℃までの温度におい
ては,窒素ガス中1気圧においては,窒化物形成が見ら
れない。
【0006】以上,従来のいずれのタングステンやモリ
ブデンの夫々の窒化物においても,安定に製造すると言
う点からは欠けるという問題点があった。
【0007】そこで,本発明の一般的な技術的課題は,
安定に製造することができる高融点金属窒化物材料とそ
の製造方法とを提供することにある。
【0008】また,本発明の特別な技術的課題は,硬質
材料に適用できる高融点金属材料とその製造方法とを提
供することにある。
【0009】さらに,本発明のさらに特別な技術的課題
は,前記高融点金属材料として窒化タングステンモリブ
デンとその製造方法とを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】そこで,本発明者らは,
上述のような観点から,これらの課題を解決するため
に,新しい窒化方法の高融点金属窒化物,例えば,窒化
タングステンモリブデンの合成について,鋭意研究を行
った結果,一般式が(Wm ,Mon 1-x x で表さ
れ,0.01≦x≦0.33(ここで,xは非金属成分
のモル比)なる関係を有する窒化タングステンモリブデ
ンを,窒素気流中で圧力を調整することにより合成でき
ることを見い出し,本発明をなすに至ったものである。
【0011】本発明によれば,一般式が(M1m ,M2
n 1-x x で表され,mとnとの間に,m+n=1,
0<m<1(ここで,M1及びM2は,Nb,Mo,T
a,Wの内の互いに異なる高融点金属元素,m,nは金
属成分のモル比),0.01≦x≦0.33(ここでx
は非金属成分のモル比)なる関係があることを特徴とす
る高融点金属窒化物材料が得られる。
【0012】また,本発明によれば,前記高融点金属窒
化物材料において,前記M1がW,前記M2がMoであ
ることを特徴とする高融点金属窒化物材料が得られる。
【0013】また,本発明によれば,前記高融点金属窒
化物材料を製造する方法であって,前記M1及びM2を
所定の合成雰囲気,所定の合成圧力,所定の温度で処理
することにより製造することを特徴とする高融点金属窒
化物材料の製造方法が得られる。
【0014】また,本発明によれば,前記高融点金属窒
化物材料の製造方法において,前記M1はW,前記M2
はMoであることを特徴とする高融点金属窒化物材料の
製造方法が得られる。
【0015】また,本発明によれば,前記いずれかの高
融点金属窒化物材料の製造方法において,前記合成温度
は,500℃から2000℃の間であることを特徴とす
る高融点金属窒化物材料の製造方法が得られる。
【0016】また,本発明によれば,前記いずれかの高
融点金属窒化物材料の製造方法において,前記合成雰囲
気は窒素ガス中であることを特徴とする高融点金属窒化
物材料の製造方法が得られる。
【0017】また,本発明によれば,前記いずれかの高
融点金属窒化物材料の製造方法において,前記合成圧力
は10気圧以上であることを特徴とする高融点金属窒化
物材料の製造方法が得られる。
【0018】即ち,具体的に本発明では,タングステン
及びモリブデンの粉末を,合成温度が500℃から20
00℃,合成雰囲気は窒素ガス,合成圧力が10気圧以
上で合成されることにより,化学式が(Wm ,Mon
1-x x で表され,0.01≦x≦0.33(ここでx
は非金属成分のモル比)なる関係がある窒化タングステ
ンモリブデンが合成される。
【0019】次に,本発明において,上記のように限定
した理由を説明する。
【0020】まず,本発明において,合成温度を500
℃から2000℃が好ましいとしたのは,合成温度が5
00℃未満では,高融点金属であるモリブデンの窒化が
十分行われず,酸素の多い粉末となり,例えば,硬質材
料を製造した場合に障害となるからであり,又2000
℃を越えると,高融点金属窒化物である窒化タングステ
ンモリブデンの固相焼結が進み後工程に支障をきたすか
らである。
【0021】また,本発明において,合成圧力が10気
圧以上が好ましいとしたのは,合成圧力が10気圧未満
では,モリブデンの窒化が十分行われず,窒素含有量の
少ない粉末となるため所定の粒度を有する硬質材料の製
造が困難になるためである。
【0022】また,本発明において,反応合成に用いる
窒素ガスは,アンモニアの分解によって生じる窒素ガス
であってもその合成反応に関わる効果はかわらない。
【0023】さらに,窒化タングステンモリブデン粉を
使用した場合,超硬合金中の粒成長抑制は以下のように
説明できる。
【0024】まず,合金中のWC平均粒度と各炭化物の
標準生成自由エネルギーΔGfo との間にはかなりの強
い相関が認められる。そして,ΔGfo が小さい,即
ち,VC,Mo2 C,Cr3 2 ,などは,Co液相中
への溶解度が大きく,このようなWC以外の炭化物(以
下,他炭化物と呼ぶ)はWCの粒成長抑制効果が大き
い。
【0025】一方,Co液相中へのWC溶解度とWC平
均粒度との間には,殆ど相関はない。また,他炭化物を
構成している金属原子とは,いずれもWC中へは,殆ど
固溶しない。これらのことを総合的に考慮すると,以下
のように考えられる。
【0026】Co液相中へ溶解している他炭化物の金属
原子がWC固相の成長面ステップの端部に吸着すると,
この吸着原子が表面から脱着し,液相へ再溶解しないか
ぎり,W原子と親和力の無い(Wm ,Mon 1-x x
が存在していると,WCは成長と続けられない。従っ
て,同じ原理で,WC固相の成長面ステップの端部に窒
素原子が吸着していると,他炭化物を用いなくともWC
の粒成長は,十分抑制できると考えられる。
【0027】この原理は,TiC系サーメットにおいて
も同様に成り立ち,成長面ステップの端部に窒素原子が
あるとモリブデン原子が液相中に脱着しない限り,窒素
原子と結合しうるTi原子は,ステップ端部へ移動でき
ない。このため,液相中からの溶質原子の固相表面上へ
の析出速度は,窒素原子がない場合に比べて遅くなり,
粒成長しにくくなる。即ち,粒成長抑制効果が奏され
る。
【0028】
【発明の実施の形態】以下,本発明の実施の形態につい
て説明する。
【0029】(第1の実施の形態)原料粉末として,平
均粒径:1.0μmのタングステン粉末,5.0μmの
モリブデン粉末を,下記表1に示した組成に配合した
後,下記表1に示した圧力,温度で保持した。その後,
得られた材料は,超硬合金製乳鉢で粉砕し,窒素量を分
析した。その結果を下記表3に示した。なお,比較粉末
も同様に調整し,同様に分析した結果を下記表2及び4
に示した。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【表3】
【0033】
【表4】
【0034】(第2の実施の形態)第1の実施の形態で
得られた本発明粉末No.13,比較粉末No.13を
(それぞれの粉末を(Wm ,Mon 1-x x として表
した)使用し,下記表5に示した組成に配合しアルコー
ル中湿式ボールミル混合した。その後,減圧乾燥して得
られた混合粉末を1トン/cm2 の圧力で圧粉体にプレ
ス成形し,この成形体を,1450℃,1時間,窒素雰
囲気の減圧下で焼結した。その後,得られた焼結体を1
000気圧で1350℃に保ちHIPを行った。これら
の焼結体をダイヤモンド砥石で研削して縦4mm,横8
mm,長さ25mmのJIS抗折試験片を作成し,3点
曲げによる抗折力を測定した。それぞれの合金の特性を
下記表6に示した。
【0035】下記表6の比較から,本発明の窒化タング
ステンモリブデン粉末を用いた合金の特性は,窒化タン
グステンモリブデン粉末を用いない比較合金よりも明ら
かに,抗折力及び硬度が勝っていることが分かる。
【0036】
【表5】
【0037】
【表6】
【0038】
【発明の効果】以上の説明のように,本発明によれば,
一般式(M1m ,M2n 1-x x で表され,0.01
≦x≦0.33(ここで,M1及びM2はNb,Mo,
Ta,Wの内の互いに異なる高融点金属元素,xは非金
属成分のモル比)なる関係を有する高融点金属窒化物材
料とその製造方法とを提供することができる。
【0039】また,本発明によれば,特に,一般式(W
m ,Mon 1-x x で表され,0.01≦x≦0.3
3(ここでxは非金属成分のモル比)なる関係を有する
窒化タングステンモリブデンとその製造方法とを提供す
ることができる。
【0040】また,本発明によれば,上記高融点金属窒
化物材料,特に,窒化タングステンモリブデンを用いる
ことで抗折力及び硬度共に優れた硬質材料等を提供する
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 良治 富山県富山市岩瀬古志町2番地 東京タン グステン株式会社富山製作所内 (72)発明者 五十嵐 廉 富山県富山市岩瀬古志町2番地 東京タン グステン株式会社富山製作所内 (72)発明者 土井 良彦 東京都台東区東上野五丁目24番8号 東京 タングステン株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式が(M1m ,M2n 1-x x
    表され,mとnとの間に,m+n=1,0<m<1(こ
    こで,M1及びM2は,Nb,Mo,Ta,Wの内の互
    いに異なる高融点金属元素,m,nは金属成分のモル
    比),0.01≦x≦0.33(ここでxは非金属成分
    のモル比)なる関係があることを特徴とする高融点金属
    窒化物材料。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の高融点金属窒化物材料に
    おいて,前記M1がW,前記M2がMoであることを特
    徴とする高融点金属窒化物材料。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の高融点金属窒化物材料を
    製造する方法であって,前記M1及びM2を所定の合成
    雰囲気,所定の合成圧力,所定の温度で処理することに
    より製造することを特徴とする高融点金属窒化物材料の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の高融点金属窒化物材料の
    製造方法において,前記M1はW,前記M2はMoであ
    ることを特徴とする高融点金属窒化物材料の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項3又は4記載の高融点金属窒化物
    材料の製造方法において,前記合成温度は,500℃か
    ら2000℃の間であることを特徴とする高融点金属窒
    化物材料の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項3乃至5の内のいずれかに記載の
    高融点金属窒化物材料の製造方法において,前記合成雰
    囲気は窒素ガス中であることを特徴とする高融点金属窒
    化物材料の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項3乃至5の内のいずれかに記載の
    高融点金属窒化物材料の製造方法において,前記合成圧
    力は10気圧以上であることを特徴とする高融点金属窒
    化物材料の製造方法。
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