JPS5817144B2 - 加圧加熱速度の管理された焼結 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、改良された一様に微細な粒子のアルミナ−炭
化物材料の製造法に関する。

アルミナ（Ａ１２０３）及びアルミナ化合物は長年にわ
たって高温高強度の目的に用いられてきた。

これらの物質は例えば、耐火性適用物及び高速大摩耗に
付される金属工作工具において広範な工業的受容を見出
している。

更に、該物質の強度は、成る態様で、その密度及び結晶
寸法と関連があるように思われる。

すなわち、密度が高ければ高い程、また結晶構造が小さ
ければ小さい程、強度が高く、耐久性のすぐれた工具が
得られる。

従って、これらの性質を有するセラミックバイトを製造
することが太いに重要視される。

しかしながら、アルミナは刃先又は切り刃として用いら
れるときしばしば破損する。

一般に、この破損は、比較的大きなアルミナ結晶の存在
或は本質上小結晶の”粒（ｇｒａｉｎ ）”又は０微細
な”粒組織と関連があるように思われる。

かくして、アルミナ研究の努力は多く、一様に微細な粒
子構造を有する高密度物質を大量生産するための技術開
発に特に向けられてきた。

粉末状の原料を加熱して融合（又は焼結）したときに生
ずる結晶生長は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を０．５
％又はそれ以下の量で加えることによりしばしば阻止又
は遅延される。

この加熱は真空炉内で原料温度を１４００〜１５５０℃
範囲に上げることによって遂行され得る。

なお、この種の方法は、２〜３ミクロン程度の結晶寸法
を有する物質を生成すると報告されている。

しかしながら、この結果を得るには、焼結の際４時間以
上の加熱時間が必要である。

加熱時間の短縮は、特にこの短縮された加熱時間をより
一様に微細な粒子構造物の製造と組合せることができる
なら、効率及び製造コストという経済性の面で望ましい
ことは明らかである。

またアルミナ工具が破損しやすいので、この強度を高め
るために一層小さな結晶寸法をもたらす方法が必要であ
る。

本発明に従えば、短縮された加熱時間及びこれまでに得
られたものよりも粒度の一様性が目立って改良された微
細な結晶構造は、アルミナ粉末に適用される物理的な圧
力及びこの圧力に付された粉末の加熱速度の新規な制御
によって達成される１この方法により製造される成る物
質は、、最良の入手可能なアルミナよりも目立って大き
な圧縮強さ及び破壊係数を示す。

本発明の特徴をなす方法は本質上、速度制御された焼結
の一形態であり、そしてそこでは比較的低い圧力をダイ
に適用しながらダイ内のアルミナ粉末を加熱するという
ものである。

この加熱過程で、ダイ内に締固められた粉末は先ずその
容積を高める。

しかしながら、“収縮温度の訪米又は開始”と呼ばれる
時点があって、そのときに焼結が始まり、粉末の容積が
収縮し始める。

最高ホットプロセス圧力はこの状態が得られたときの粉
末に対して適用される。

また、引続いで、粉末温度が製造プロセスで達成される
最高温度になるように高められる。

かくして、焼結する粉末に適用される物理的な圧力は、
製造時間を短縮するのみならず明らかにすぐれた製品を
もたらすところの付加的駆動力を与えるように思われる
。

図１は焼結処理中の粉末材料を圧縮するのに用いられる
ラムの、時間を関数とした移動によって表わされる本発
明の特徴をグラフで示している。

ラム移動１０は、時間０−１１において粉末状の混合物
を０予備プレス”して焼結を促進し且つ粉末中に閉じ込
められたガスを除去するのに必要である。

時間ｔ１後から時間ｔ２前において、予備圧縮せる粉末
を加熱すると、ラムの熱膨張移動１２が招来される。

製造プロセス中のこの工程は、時間ｔ２における′°分
岐点（ｂｒｅａｋ ａｗａｙ ｐｏｉｎｔ）’１３によ
って終結する。

この”分岐点″は、予備圧縮せる粉末が膨張状態から、
焼結開始時にはじまる収縮状態へと変化することにより
特徴づけられる。

収縮は時間ｔ３で最高点に達する。時間ｔ３は、焼結し
た粉末が最大限に密度を高め且つ融合する時間である。

時間ｔ３の後頁に加熱すると、ラム移動の増加によって
示されるように過剰の粒子生長又は”ふくれ（ｂｌｏａ
ｔｉｎｇ） ” ｉ ５がもたらされる。

製造プロセスの終結点は、材料がふくれを始める前の１
３時点である。

図２は、下記の材料に関して焼結物の温度、密度および
分岐点を時間の関数として表わしたグラフである。

図１と図２との間の時間の関係に言及すれば、図２の開
始時間Ｏが図１の時間ｔ、に相当する。

ν これら材料の全てに対する圧力“ヒストリー”２０
は、初期圧力から最高ホットプロセス圧力（この圧力は
本プロセスの残り部分にわたって保持される）へと圧力
が増加する一つの工程関数を示した直線部分によって画
成されている。

； 温度ヒスＨ−２２もまた直線部分によって境界をつ
けられている。

これらの温度境界線は、初期加熱に応じて上昇する温度
更には後続のプロセス部分に関する最低と最高のプロセ
ス温度範囲を示している。

； 理論上の最高密度”ヒス） ’Ｊ −” ２４は、
総合グラフ２４によって表わされる最高値への進路をた
どっている。

この理論上の最高密度は、原子を配夕１ルて不純物のい
っさい除外された化合物の結晶構造に形成しようとする
ときに可能な原子の最密充填として定義される。

しかして、該最密充填は、詰められた原子間に最小の隙
間容量をもたらす。

尚、時間を関数とする分岐点３０は、材料およびビレッ
ト寸法によって変化する。

参考例 １ミクロンよりも小さい好ましくは１／１０ミクロンよ
りも小さい粒度を有するα−アルミナ粉末を乾式ミル内
で４時間〜８時間処理し又はボールミリングする。

好ましくは、Ｗ、Ｒ，ブレース社（Ｇｒａｃｅ Ｃｏｍ
ｐａｎｙ）より商品名”ブレース−ＫＡ２１０”として
市販されているアルミナを、本発明実施のための材料と
して使用すべきであ句このアルミナ粉末は９ ｒｒｔ７
１１程度の表面積を有している。

更に、それはきわめて高い純度のものであるが、しかし
０．１％量のＭｇＯという添加物を含んでいる。

他のアルミナもまた使用することができる。

しかしながら、実験データは、ブレース−ＫＡ２１０を
以て最良の結果が得られることを示しているように思わ
れる。

更に、粉末の純度を保持するために、ボールミルもまた
きわめて純粋なアルミナから形成すべきである。

ミリング工程を完了したら、粉末を更に４〜８時間の間
５０°Ｃ〜１００℃でベーキングする。

粉末を７２℃でベーキングすることが本プロセスのこの
工程に好ましいように思われる。

かかるボールミリング作業及び乾燥作業は、余分の表面
ガスを除去することによって一層微細な粒組織をもつ最
終製品をもたらすという効果を有するように思われる。

表面ガスと十分に処理された材料の粒寸法との間の関係
は判然とは確立されていない。

しかしながら、表面ガスが不純物相として挙動し、そし
てそれが高温において苛酷な選択的粒成長を引き起こす
ことはあり得ることである。

脱ガスした後、本発明に従ってＡｌ２Ｏ３の２５４ｃｒ
ＩＬ（ｌｉｎ）径ビレットを形成するために、粉末を２
００メツシユの米国標準ふるいで篩別して、既に形成し
ているかも知れないアグロメレートを全てばらばらに解
体し又は分離する。

篩別処理した粉末を高温高強度のダイ又はパンチに入れ
る。

この目的に、不活性、真空又は減圧雰囲気中のグラファ
イトダイが代表的に適している。

このダイ内の粉末に２８１．２〜５６２．５ｋｇ／ｄ（
４，０００〜ｓ、ｏｏｏ、Ａｂ／１ｎ２（ｐｓｉ））の
締固め圧力を適用する。

この圧力は、初期、粉末をその理論的最高密度の３０％
〜５０％に締固めるために適用される。

この試料の場合には、４０４．２ｋｇ／ｃｒ？Ｌ（５，
７５０ｐｓｉ ）の初期締固め又は６予備プレス”圧力
が最終製品の最良結果をもたらすとわかった。

次いで、この予備ブレス力を３５．２〜７０．３に１９
／ｆｆ１（５００〜１，０００ ｐｓｉ）の範囲に低下
させる。

一般には７０．３ｋｇ／ｃｙｙＥ（１，０００ｐｓｉ
）に減圧すると、受容され得る結果がもたらされる。

粉末及びダイをホットプレス又は他の高温高圧焼結装置
内に入れる。

更に、ダイを保護するために、保護雰囲気を系内に確立
する。

真空、ヘリウム若しくは他の不活性雰囲気、又は不活性
ガスと水素８重量％との混合雰囲気がこの目的に適する
とわかった。

次いで、締固められた粉末上の低められた圧力を以て出
発するとき、粉末及びダイの温度は、誘導ヒータによっ
て１分当り４００〜１，０００℃に限定された割合で高
められる。

誘導ヒータを適当に位置づけ且つビレットを適当な寸法
にすることによって、粉末分体にわたり一般に一様な加
熱を確立することができる。

上記範囲内では、温度変化の速度は、収縮の開始又はパ
分岐点”１３（図１）に達するまで最終製品の品質劣化
を伴うことなくほとんど無作為の態様で変化しうるよう
に思われる。

研究対象になっている試料に関しては、粉末およびダイ
の温度を上記の加熱速度範囲内で７６０〜８１５℃（こ
れは光高温計で測定したときの温度）に上げると、望ま
しい結果が生ずることが多くの試験で示されている。

すなわち、収縮の開始又は１分岐点”は通常、温度が約
ｓｏｏ’ｃに達するときに始まる。

本発明の特徴に従えば、温度を例えば８００℃に上げな
がら、収縮を開始させるために７０．３ｋｇ／ｃＴＬ（
１，０００ｐｓｉ ）の低められた圧力を粉末ビレット
に適用する。

この収縮は、焼結中の粉末に圧力を適用するラムに取り
付けられた直線可変変位変換器によって観察することが
できる。

“分岐点″に達した後、特定の材料およびビレット寸法
に固有の高密度化速度を促進するために温度と圧力の双
方を高める。

圧力と温度はいずれも、上記の固有速度に近づくように
モニターでき且つ調整することができる。

この固有の高密度化速度は、試料粉末を用いて実施され
る一連の試験によって決定される。

これらの試験の各々において、圧力および温度の上昇速
度を変化させて、理論的最高密度２４に最も近い密度を
もたらす圧力２０（図２）および温度２２の範囲になる
ようにする。

図１中、時間ｔ３におけるビレットの最低容積によって
示される如く、粉末が焼結してその最高密度に達すると
きに、固有く高密度化速度が変化することは注意される
べきである。

上記のアルミナ例に関していえば、収縮の開始は、焼結
しようとするビレットに２５３．１ｋｇ／ｃ／ｌ（３，
６００ｐｓｉ ）の物理的圧力又はラム圧力を加えるこ
とによって達成される。

これは好ましい最高プロセス圧力であるけれども、適当
な結果は１４１〜４２１．８ｋｇ／ｃＩ／Ｌ（２，００
０〜６，０００ｐｓｉ）範囲の圧力を以て得られる。

この迅速な圧力増加は、圧力グラフ２０を特徴づける工
程関数圧力変化に反映される。

この圧力の適用を続行するときは、温度もまた高められ
るが、しかしその昇温速度は８００℃への初期上昇を特
徴づけるものよりも低い。

最良の結果は、初期温度８００℃に達した後約８分で到
達される約１６００℃の温度を以て達成されるように思
われる。

この高い温度もまた光高温計によって観察される。

この最高の温度および圧力は、もしも１６００℃という
最高プロセス温度が達成されるならば２〜６分好ましく
は３分の間保持される。

この間、アルミナはその固有の速度で焼結する。

図１に示される時間ｔ２と１３との間の直線状ラム移動
変化は、この固有の速度で焼結しているビレットの特徴
である。

他の固有の焼結速度指標が可能であるが、しかしながら
ラム移動が最も好都合な方法である。

本発明に従えば、広い見地からみて、“分岐点”１３に
到達したのち焼結中のビレットに適用される圧力および
温度は、この固有の焼結速度を確立させ且つ保持するよ
うに調整される。

熱論、この固有の焼結速度は被処理材料によって変化す
る。

更にまた、この固有の速度は、同じ材料であってもバッ
チが異なれば変化しつる。

従って、材料が任意物質に特定された場合、焼結中のビ
レットに適用されるべき精確な温度および圧力は、材料
のバッチが異なる毎に何回か試験することによって決定
することができる。

これらの試験は、被検材料に関して、直線状のラム移動
１４（図１）をもたらし又は他の焼結速度指標をもたら
す条件を決定する。

一度これらの焼結条件が決定すれば、後続のビレットは
、ラム移動の観察などをせずに処理することができる。

図１を更に詳細に考察すると、ラム移動は、焼結完了１
７に向けて完全には直線状でないことがわかる。

しかして、この図に示すように、焼結中のビレットが最
高密度の状態に近づくときに、時間を関数とするラム移
動の速度は低下する。

焼結プロセスの終り部分に近づ（／τたとき、ビレット
に適用される圧力および温度は、焼結中のビレットを０
硬化”させるように２〜６分間安定化される。

この時点では、６ふくれ”を示すビレットが生じないよ
うにするために生成条件をなくするよう注意せねばなら
ない。

この６ふくれ”１６は、密度の低下したビレットによっ
て特徴づけられ、そしてこの密度低下は、高まるラム移
動が示すビレットの容量増加によって表わされる。

もう一度焼結の完了１７に戻って論述するに、最高密度
に近づくとき明らかに変化する固有の焼結速度は、ラム
移動を図１に例示した好ましい曲線に一層近似せしめう
るようにして、焼結中のビレットに適用される温度およ
び圧力を調整することにより一層的確に促進することが
できる。

最高プロセス温度および圧力硬化期間又は持続された加
熱期間のあとでは、誘導ヒータ又は他の熱源が消勢され
、またダイ内のアルミナ上の圧力が零に低められる。

１〜５分の冷却期間はダイ（およびそのとき既に焼結し
ているアルミナ）を、プレスから取り外し且つダイから
離すべく室温に冷却せしめるのに十分であるべきである
。

このようにして製造せる焼結アルミナの試料は、注意深
〈実施された実験室での試験で次のような特性を示して
いる。

上記の表に関連して、用語°゛標準偏差”は本明細書中
に用いられるときは物理試験データの、その算術平均値
からの偏りを算術平均したものの平方根であることに注
目すべきである。

本発明の特徴をなす方法において基本原料（グレースー
ＫＡ２１０粉末）として用いるときに得ることのできる
焼結アルミナは、平均してすぐれた性質を有することは
明らかである。

グレースーＫＡ１００粉末が結晶生長抑制剤であるＭｇ
Ｏの０．１％添加量を有さないことに注目すべきである
。

上記の試験データを展開したとき、試料調製は目立った
影響を及ぼすことが見出された。

例えば、各試料の化学的なつや出しは破壊係数のより実
質的な試験データを与える。

しかしながら、機械的なつや出しは試験を受ける試料の
実際の強度に対して有害であるように思われる。

上記のように製造された代表的なアルミナセラミック試
料の破壊表面を（倍率１０，０００倍の）走査電子顕微
鏡で研究したところ、該材料は次のような粒度分布を有
することがわかった。

図２中”分岐点”グラフ３０は、最終製品ビレットの直
径と製造条件との間の関係を例示している。

しかして、本発明の原理に従ってＡ１１２０３の１２７
ｍ（５ｉｎ ）径ビレットを製造するには、製造プロセ
スの間２５４ｃｍ（ｆｉｎ）径ビレットに関して上述し
た条件よりも若干高い温度および圧力を適用すべきであ
る。

しかしながら、本明細書中に記載の材料およびビレット
寸法の全てに対する本発明の基本的特徴は高められたプ
ロセス圧力を、焼結プロセスを通して既述の制限内です
なわち”分岐点”（図１）の後で適用するということで
ある。

更に、観察される最適条件の最高プロセス圧力は、焼結
中のビレットの圧力゛ヒストリー”を処理試料の密度と
比較することによって得られる既述の制限内で決定され
る。

そして、更に好都合なことに、理論的最高密度に対して
所望される最も近い値の密度をもたらすように最高プロ
セス圧力をビレットに適用することができる。

かくして、本発明の原理に従って製造されるアルミナセ
ラミックは、従来技術を特徴づけているアルミナでラミ
ックの粒度とは異なった粒組織を有する。

該従来技術のアルミナにおいては、はるかに大きな平均
粒度例えば２〜３ミクロンの結晶が通常生長した。

然るに、本発明では約０．７５ミクロンの平均粒度を有
するアルミナが得られる。

従って、これまでには得られなかった微細な粒度及びよ
りよい粒度分布を有する新規なアルミナセラミックが本
発明によって与えられる。

更に、本発明はその適用がアルミナに限定されず、他の
金属酸化物と関連させて用いることができる。

例えば、二酸化ウラン（ＵＯ□）のベレット製造が本発
明の実施によって改善され得る。

代表的には、理論的に達成され得る最高値の０．５％内
にあるベレット密度が、圧力及び温度速度を制御した本
発明の焼結によって達成され得る。

例として、理論的最高密度の９５％を得るためには、粉
末を８〜９分の加熱サイクルで８００〜９００°Ｃ程度
の最高プロセス温度に付す。

更にまた、この時間サイクル内で、物理的な圧力を、焼
結中の粉末に適用する。

熱論、収縮の開始を特徴とする約１分の初期加熱又は予
備加熱の期間があり、その間粉末をより高い温度に速や
かに昇温し、且つ上昇する物理的な又は機械的な圧力に
付す。

得られた二酸化ウランのベレットは、それらが正確な直
径のダイ内で製造されるので、粉砕又は他の仕上げ作業
を必要としない。

二酸化ウランの原子炉燃料ベレットを製造するに当って
機械仕上げ作業を排除することは、それが製造コストを
下げ且つ核分裂物質の製造廃物の大部分の源を排除する
ので特に有利である。

更に、製品の物性を改善するためにアルミナを炭化物と
一緒に焼結することができる。

以下にその例を示す。

例 １２７ｃｒｆｔ（５ｉｎ）直径のアルミナ−炭化チタン
ビレットをアルミナ粉末（ブレース−ＫＡ２１０）７０
％と炭化チタン粉末３０％とから製造した。

炭化チタン粉末の初期粒度は２〜４ミクロンである。

この粒度をアルコール中で１６時間ボールミリングする
ことによって小さくし平均粒度１ミクロンとした。

このボールミリングした粉末をアルミナと一緒に機械的
に混合して、２種の材料が生成粉末中に一様に分布する
ようにする。

例えば、アルミナとボールミリングしたＴｉＣとをアル
コール混合物の形で一緒にボールミリング内で４時間混
合する。

これらの混合材料をボールミルから取出し、アルコール
を蒸発させ、そして得られた粉末を２８１．２〜５６２
．５ｋｇ／ｉ（４０００ｐｓｉ〜８０００ｐｓｉ）範囲
の圧力で予備プレスし又は締固めて、密度が理論的最高
密度の３０％〜５０％であるビレットを得るようにする
。

研究対象になっている上記例の場合番、ま、４４２．９
ｋｇ／ｄ（６３００ｐｓｉ）の予備プレス圧力が粉末の
充填と閉じ込められたガスの排除との間に適当な均衡を
もたらす。

適用せるラム圧力を次いで３５．２〜７０．３ｋｇ／ｆ
ｆ１（５００〜１０００ｐｓｉ）の範囲に低下させる。

この低い圧力を適用しながら、収縮が開始するまで材料
を４００°Ｃ／分よりも低くなくしかも１０００°Ｃ／
分よりも高くない速陳、通常約８００℃で加熱する。

換言すれば、材料をこの８００℃の温度に加熱している
間、上述の低い圧力を保持してビレットの一体性をもた
らすようにする。

図２中′°分岐点″グラフ３０の点３１で生ずる収縮の
開始と共に、焼結中のビレットに加えられるラム圧力は
、好ましい最高ホットプロセス圧力３５１．５ｋｇ／ｉ
（５０００ｐｓｉ）へと高められる。

しかしながら、好適な結果は２１０．９〜６６７．９ｋ
ｇ／ｉ（３０００〜９５００ ｐｓｉ）範囲で適用され
るラム圧力を以て得ることができる。

この圧力の適用を続行するときには温度が高められるが
、しかしその昇温速度は８００℃への初期上昇を特徴づ
けるものよりも低い。

しかして、最高プロセス温度は６〜１０分内で１２００
°Ｃ〜１８００℃の範囲に達する。

入手しえた実験データを基礎にすれば、最良の結果は約
１５００°Ｃの温度で得られる。

この最高温度および３５］、、５ｋｇ／ｆｆ１（５００
０ｐｓｉ ）の圧力は２〜６分間保たれる。

下記の表１に示す如く、得られた材料は、従来技術の方
法によって製造される化学的に類似の材料よりもすぐれ
ている。

製造プロセスの再現性および製品のすぐれた物性を立証
するために１２７ＣｒｒＬ（５ｉｎ）直径のアルミナ−
炭化チタンビレットを本発明に従って２０個製造した。

２０個の全ビレットに関して得られた密度データを表１
に示す。

ビレットの平均密度が４．２５７ｇＺＣＣ±０．０７％
であったのに対し、この材料に関する従来技術の密度は
４．２１ｇ／ｃｃである。

用語”平均″は、本明細書中で使用するときにデータ算
術合計値を該合計値の算定に使用したデータ値の数で割
った商である。

これらのビレットをブランチヤード（Ｂｌａｎｃｈ−ａ
ｒｄ）モデルＡｌｌ研摩機で上面および底面を研摩した
のち、各々から１．９ｃｒｒＬ（３／ ４ ｉｎ）平方
、０、７９ｃｒｆＬ（５／ １６ ｉｎ ）厚さの試片
２１個を形成した。

２０個のビレットの各々から得られた試片２１個のうち
２個を、横破壊強さ試験（ＴＲ８）のために無作為で選
択した。

選択した２個の破壊試片を各々三つの０．６４ｃｒＩＬ
Ｘ １．９ｃＩｒＬＸ Ｏ，７９ｃｆＩＬ（１／４ｉｎ
Ｘ３／４ｉｎＸ５／１６ｉｎ）平行六面体に薄片化し、
しかして各ビレットに関して合計６個の破壊試片を得る
ようにした。

得られた試片の六面全てを角をとがらせ且つ寸法を一様
にするために表面研摩した。

個々の試片の横破壊強さを３点荷重によって試験した。

これらの横破壊強さくＴＲ８）に関する試験結果を表■
に掲載する。

表Ｈには、各ビレットから調製した６個の破壊試片の平
均ＴＲ８をこのデータに関する標準偏差と一緒に記載さ
れている。

総平均（６個の試片の各群の平均の平均）および該総平
均の標準偏差は８７４１．４６ｋｇｙｃｒｉｔ±８１１
．４８ｋｇ／ｃＴＬ（１２４，３３３±１１，５４２ｐ
ｓｉ）とわかった。

１３０− １３１− 破断した横破壊試片を次いで、硬さ試験に付すべく台に
載せてつや出しした。

ロックウェルＡ硬さ試験は、３個のロックウェル圧子を
わずか５個のビレットに適用後それが破壊したときに中
断した。

ついでに注意すべきは、ロックウェル試験が、既知背型
の適用に応じた圧子の浸入に対する材料抵抗によって表
わされる硬さの尺度だということである。

この試験において、上記ロックウェルの下側に記した記
号Ａは、この材料のために本試験で用いたタイプの荷重
および圧子を示す。

（ＴｈｅＭａｋｉｎｇ、 Ｓｈａｐｉｎｇ ａｎｄ Ｔ
ｒｅａｔｉｎｇ ｏｆ ５ｔｅｅｌＵ、Ｓ、 ５ｔｅｅ
ｌ、第８版（１９６４）。

しかしながら、ヌープ硬さ試験を２０個の全ビレットに
対して行なった。

これらの硬さデータを表■に掲載する。

ロックウェルＡ試験は、上記の破断問題のために確実で
ハナいけれども、五つのデータ値の平均は、ロックウェ
ルＡ硬さが従来技術よりも０．８高いことを示している
。

この０．８という増加は従来技術に比して意義ある改良
である。

例数なら、０．１の増加が工業上実利的に重要であり、
例えば工具はロックウェルＡ硬さが０．１増すごとにグ
レード・アップされるからである。

各ビレットからの６個の破断せる横破壊試片のうち２個
（試料Ａ）を、マクロの均質性に関し、すなわち被検材
料の目に見える色の相違に関し倍率１０倍で写真にとっ
た。

下記の表■に列挙する如く、全被検試料のうち１個の試
片のみが不均質性（０，４ｍｍ相当直径の炭化チタン粒
子）を示した。

表■に記載の不均質性の相当寸法は不均質物の長軸と短
軸の平均として定義される。

各ビレットの残り試片のうち破断した横破壊試片２個（
試料Ｂ）をミクロ均質性試験のために無作為で選択した
。

これらのミクロ均質性試料をつや出しし、そしてこれを
倍率９００倍の顕微鏡写真にとった。

下記表Ｖに掲載の結果は、炭化チタンの平均最大アグロ
メレートが１２ミクロンであり且つ炭化チタンの平均粒
子が４．８２ミクロンであったことを示している。

アグロメレートは２個又はそれ以上の粒子が一緒になっ
て一つの塊りを形成したものであることは注量すべきで
ある。

走査電子顕微鏡は、この材料のアルミナ粒度が焼結した
アルミナ単独の粒度（０，３〜１．５ミクロン）と同程
度であることを示している。

しかしなから、ＴｉＣ１ミクロン程度であり、そしてこ
の１ミクロンはボールミリングした炭化チタン粉末の粒
度である。

既述の如く、本性は従来技術に比して目立って改善され
た製品をもたらす。

アルミナ−炭化チタンの高められた密度は、。

分岐”点に続いて直ちに速度制御された焼結法を適用し
たために材料の高密度化が従前取得しえた高密度化に比
して最大のものとなることを示している。

更に、本性は他の粉末状材料に対しても、一度その”分
岐点が決定され且つ、該材料の固有高密度化速度が確立
されるならば適用することができる。

【図面の簡単な説明】 図１は、”分岐点″を例示するラムの移動対時間を概略
的に示すグラフである。 そして図２は、種々の物質に関して時間を関数とした圧
力、温度、密度および分岐点を示す一連のグラフである
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ はゾ理論的最高密度を有するアルミナ−炭化物材料
   の製造方法であって、 （ａ） アルミナ粉末と炭化物粉末との混合物を約４
   ．０００〜８，０ＯＯｐｓｉ（２８１，２〜５６２．５
   ｋｇ／ｃｒ／ｌ ）の圧力で加圧して、理論的最高密度
   の３０％〜５０％の密度を有する圧縮体にし、（ｂ）
   次いで前記混合物上の圧力を５００〜１，０００ｐｓ
   ｉ （３５，２〜０．３に９／ｃｒｌ）減じたのち、（
   Ｃ） この５００〜１，０００ ｐｓｉの圧力下、該
   混合を４００〜１．ＯＯＯ’Ｃ／ｍｉｎの割合で加熱し
   、そしてかかる加熱を、粉末の収縮開始によって明示さ
   れる焼結開始時まで行ない、 （ｄ） 該焼結開始の時点から、混合粉末がその理論
   的最高密度にほぼ等しくなる時点まで粉末密度を絶えず
   モニターしながら、混合粉末の温度および圧力を管理し
   て、前記焼結開始の時点と、前記混合粉末がその理論的
   最高密度にはゾ等しくなり而して該粉末が一様且つ微細
   な粒子結晶構造物を含む時点との間で粉末密度上昇速度
   が事実上直線的になるようにするが、この際（ｉ）粉末
   上の圧力を速やかに（５，０００ｐｓｉ（３５１，５ｋ
   ｇ／ｃｒ／ｌ）に高め、また（１１）焼結中の混合粉末
   を６〜１０ｍ１ｎ間で１５００℃に加熱し、０１１）前
   記（［）の圧力および前記（１１）の最高温度を２〜６
   ｍ１ｎ間保持して、粉末がその固有の密度上昇速度で焼
   結するようにし、そして （ｅ） 理論的最高密度に最も近い密度になったとき
   すなわち粉末のふくれ開始前、粉末への加圧および加熱
   を停止する 諸工程からなる方も ２ 工程（Ｃ）〜（ｅ）を不活性雰囲気中で行なう特許
   請求の範囲第１項記載の方法。