JPS61291462A - 表面が窒化チタンで内部が酸窒化チタンよりなる焼結体の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は表面層が窒化チタンで内部が酸窒化チタンより
なる焼結体の製法に関する。

〈従来技術およびその問題点〉 ＩＶａ族、Ｖａ族金属の窒化物、即ち、窒化チタン、窒
化ジルコニウム、窒化へフニウム、窒化ニオブ等は耐熱
性、耐食性に優れた高硬度化合物で、美麗な黄金光沢を
有する。さらに、これらの化合物は導電性を有するため
、はこり等が付着しにくい。それゆえ、フィルムや磁気
テープの巻き取りのガイド部材や、合成繊維やフィルム
等を製造する際のガイド部材として極めて優れた特性を
有し、また装飾用としても有用である。

これらの化合物のなかでも、窒化チタンは低比重であり
、比較的安価であるため最も一般的に使用されている。

窒化チタンの焼結体は、従来、二酸化チタンと炭素材料
を混合した粉末を窒素雰囲気中で還元窒化することによ
って、窒化チタン粉末を得、該粉末を圧縮成形し、真空
中またはアルゴン等の不活性雰囲気中で１３００〜１５
００℃で焼結して製造している。しかし、前記方法で得
られる窒化チタン粉末は粒度が粗く、焼結に長時間を要
し、しかも緻密な焼結体を得ることができない、緻密な
焼結体を得ようとして、より高温で焼結を行なうと、脱
窒を起す。

それゆえ、他の化合物の焼結体の表面に窒化チタンをコ
ーティングすることも行なわれているが、母材と窒化チ
タンの被膜が剥離し易いという欠点があり、さらに被膜
自体の強度にも問題がある。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は酸窒化チタン粉末を用い、これを所定の窒素雰
囲気で焼結する独自の処理工程により表面は窒化チタン
で内部が酸窒化チタンであり、緻密な強度の大きい焼結
体の製造を可能にしたものである。

〈発明の構成〉 本発明方法によれば、酸窒化チタン粉末を圧縮成形し、
１２００〜１７００℃の温度範囲において窒素雰囲気中
で焼結することによって、表面層のみが窒化チタンで内
部が酸窒化チタンよりなる焼結体の製法が提供される。

アンモニア雰囲気中において、二酸化チタン粉末を７０
０〜１０００℃に加熱することにより、二酸化チタンの
還元と窒化が起って酸窒化チタン粉末が得られる。この
温度範囲では焼結は殆ど起らないので、微細な二酸化チ
タン粉末を原料として使用すると、そのままの微細な酸
窒化チタンを得ることができる。

このようにして得られる酸窒化チタン粉末を圧縮成形し
て窒素雰囲気中で焼結すると、表面層のみ窒化還元され
て、表面が窒化チタンで内部は酸窒化チタンのままであ
る焼結体となり、微細な酸窒化チタン粉末を焼結原料と
するため、短時間で緻密な焼結体が得られる。また窒化
チタン層と内部の酸窒化チタンとの結合も強固である。

酸窒化チタンの原料となる二酸化チタンは、どのような
製法のものでもよいが、微細な酸窒化チタン粉末を得る
ためには、できるだけ微細な二酸化チタン粉末を用いな
ければならない。二酸化チタン粉末とアンモニアの反応
は７００〜ｉｏｏ。

°Ｃの温度範囲において１時間以上行なう、７００°Ｃ
未満では反応速度が充分でなく、未反応の二酸化チタン
が多量に残留し、高強度の焼結体を得るための原料とし
ては不適である。また１０００℃を超える温度では粒子
の結合が起り、得られる酸窒化チタン粉末は粗大なもの
となるので焼結原料としては同様に不適である。

上記のようにして得られた酸窒化チタン粉末を所望の形
状に圧縮成形する。この時、バインダーとしてＰＶＡ、
ＣＭＣ，ＰＶＰ等の粘結物質（糊料）を少量添加してお
く方が圧粉体の強度を高め取扱いを容易にする。プレス
圧は特に限定されないが、高圧でプレスするほど窒化チ
タン層は薄くなる。

この圧粉体を窒素雰囲気中で１２００〜１７００℃の温
度範囲において焼結する。

この時、窒素ガスに５０マｏｌｚ未満の割合でアルゴン
等の不活性ガスを混合し、表面層をなす窒化チタン層の
厚さを制御することも可能である。なお、アルゴン等の
流量が５０マｏｎ以上になると表面の窒化が不充分にな
り、窒化チタンと酸窒化チタンとの二重構造にならず、
また焼結体の強度も大幅に低下する。

焼結温度を１２００〜１７００℃に限定する理由は、１
２００℃未満では、いかに長時間焼結しても密度は上が
らず、充分な硬度を宥する焼結体が得られない、また１
７００℃を超える温度で焼結しても、焼結時間は短縮さ
れないのみならず、脱窒素が起りはじめ、緻密な焼結体
を得ることができない、また焼結温度に達するまでの昇
温速度は５００℃／ｈｒ以下が望ましい、５００℃／ｈ
ｒを超える速度で昇温すると、ひび割れを生じたり、表
面の窒化チタン層が剥離することがある。

なお、内部の酸窒化チタンの酸素量は二酸化チタン粉末
をアンモニアと反応させる際の温度と反応時間を調整す
ることによって制御できる。

〈発明の効果〉 本発明の製法によって得られる焼結体は表面層が窒化チ
タンからなり、該表面層から内部にかけて窒素含有量が
次第に減少する一方酸素含有量が増加し内部が酸窒化チ
タンである二重構造を有しており、緻密でかつ強度が大
きい。

また、本発明の製造方法は従来の二酸化チタンと炭素材
料とを混合して用いる方法に比べて焼結時間も短く、か
つ得られる焼結体も緻密である。

〈実施例および比較例〉 平均粒径ｏ、ｏ３１Ｌの二酸化チタンを第１表に示す条
件でアンモニアガス雰囲気中で反応させて得られた酸窒
化チタン粉末２．０ｇを直径１０腸■の円柱形に１　ｔ
／ｃｍ２の圧力で圧縮成型し、窒素雰囲気中で焼結した
。生成した焼結体の性状も同表中に示した。

上記本発明の製法によるものの他、本発明方法の条件に
外れる方法で製造したものを比較例として第１表に示し
た。

なお、本発明の製法と比較するための従来の製法を実施
したところ従来法による窒化チタン粉末は直径１’、０
−以下のものは得がたく、このような１．０ｇをこえる
粒径の窒化チタン粉末を使用して焼結体を造ると、各種
の条件で焼結しても密度は９６．８％以下の低密度の焼
結体しか得られなかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸窒化チタン粉末を圧縮成形し、１２００〜１７０
   ０℃の温度範囲において窒素雰囲気中で焼結することか
   らなる、表面層のみが窒化チタンで内部が酸窒化チタン
   からなる焼結体の製法。 ２、上記酸窒化チタン粉末が、二酸化チタン粉末を７０
   ０〜１０００℃の温度範囲においてアンモニアガスと反
   応させて得られるものである特許請求の範囲第１項の製
   法。 ３、上記窒素雰囲気中にアルゴン等の不活性ガスが混合
   され、表面の窒化チタン層の厚さが制御される特許請求
   の範囲第１項の製法。