JPS6143308B2 - - Google Patents
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- JPS6143308B2 JPS6143308B2 JP58036427A JP3642783A JPS6143308B2 JP S6143308 B2 JPS6143308 B2 JP S6143308B2 JP 58036427 A JP58036427 A JP 58036427A JP 3642783 A JP3642783 A JP 3642783A JP S6143308 B2 JPS6143308 B2 JP S6143308B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、高強度の炭窒化チタン系セラミツク
ス材料に関し、特に炭素と窒素の原子割合の異な
る炭窒化チタンを2種以上とホウ化チタンとの混
合粉末から形成される高強度、高硬度かつ高密度
の炭窒化チタン系複合セラミツクス材料に関する
ものである。 炭窒化チタンTi(C〓N〓)は、チタンに結
合する炭素と窒素の原子割合(α:β)が広い範
囲にわたつて変わり得る物質であり、その割合に
よつて性質も若干異なるが、一般に融点,硬度,
じん性が高く、また耐酸化性をよいため、切削工
具材料,機械部品材料としての用途が期待されて
いる。しかし炭窒化チタン単味焼結体の抗折強度
は低く、もろいという欠点があり、単味焼結体は
工業的に利用されていない。またサーメツト材の
母材として炭窒化チタンは使われているが、結合
剤としてて添加するNiのため、炭窒化チタン系
サーメツト材は耐酸化性および耐熱性に難点が生
じる。 本発明者らは、このような欠点を改良する目的
で、炭窒化チタン粉末に対し、種々のセラミツク
ス粉末を添加し、焼結実験を重ねた結果、炭窒化
チタンの原子割合α:βの異なる少なくとも2種
を組み合わせ、この組合せ粉末とホウ化金属粉末
とを混合した組成物が比較的低い温度条件で焼成
することができ、しかも優れた諸物性を有する焼
結体を提供し得ることを見出し、本発明をなすに
至つた。 すなわち、本発明は(A)炭窒化チタン中の炭素と
窒素の原子割合の異なる少なくとも2種の炭窒化
チタン粉末5〜95重量%及び(B)二ホウ化金属化合
物並びに五二ホウ化金属化合物の中から選択され
る少なくとも1種のホウ化金属の粉末95〜5重量
%より成る粉末組成物を焼結して成る高強度炭窒
化チタン系セラミツク材料を提供する。 本発明の材料形成用組成物の(A)成分として用い
られる炭窒化チタンは、前記のように、一般に
Ti(C〓N〓)で表わされ、チタンに結合する
炭素と窒素の原子割合は大幅に変化させ得るもの
である。 そのような炭素と窒素の原子割合の異なる炭窒
化チタンは、その製造において、高温反応系に存
在させる炭素量と雰囲気中の窒素ガス分圧とをコ
ントロールすることにより所望の割合のものを得
ることができる。 このような各種炭窒化チタンは、例えば原子比
α:βが50:50のもの〔以下、Ti(C50N50)と表
示する〕とTi(C30N70)では、明確に区別され、
例えばX線回折パターンによつて異なる物質であ
ることが確認できる。 本発明においては、このようなα:βの割合の
異なる炭窒化チタンの少なくとも2種が組合せ使
用される。その組合せは特に制限はない。本発明
において好ましく用いられる炭窒化チタンは、
α:βが5:95〜95:5の範囲のもので、特に好
ましいのは10:90〜90:10の範囲のものである。 このような組合せの炭窒化チタンは、粉末状、
例えば平均粒径2μ以下の微粉末に調製して用い
ることが好ましい。また、例えば2種の炭窒化チ
タンを組み合わせるときは、その組合せ効果が得
られる割合、好ましくは、通常20:80〜80:20の
重量範囲で混用される。 次に本発明の(B)成分として用いられる粉末状の
二ホウ化金属化合物及び五二ホウ化金属化合物
は、それぞれMB2及びM2B5(Mは金属類であ
る)の形式で表わされるホウ化金属である。MB2
型の物質としては、例えばTiB2,CrB2,TaB2,
MnB2,MoB2,VB2,NbB2,HfB2,AlB2,ZrB2
等の二ホウ化金属が挙げられ、またM2B5型の物
質としては高温時に六方晶系になるW2B5,
Mo2B5が挙げられる。これらのホウ化金属も微粉
砕して、平均粒径2μ以下、好ましくは0.5μ以
下に調製して用いられる。上記ホウ化金属粉末は
単独種で用いてもよいし、2種以上を組み合わせ
て用いることができる。 上記2種以上を混用する炭窒化チタン粉末とホ
ウ化金属粉末の配合割合は5〜95:95〜5重量%
である。この範囲割合を逸脱するときは、焼結体
材料の強度の低下が著しく、また有利な焼成温度
で焼結体を得ることが困難である。好ましい炭窒
化チタン混合粉末とホウ化チタン粉末の配合割合
は30〜80:20〜70重量%の範囲である。 また、このような粉末組成物にホウ素粉末を、
例えばホウ化金属の1〜10重量%程度加えて、緩
和された焼結条件、特に焼結圧力で同様に優れた
高強度、高硬度かつち密な焼結体を容易に得るこ
とができる。 本発明のセラミツクス材料は、原料混合粉末を
例えば黒鉛型のような型に充てんし、真空中又は
窒素、アルゴン、水素、炭酸ガスのような中性も
しくは還元性雰囲気において、ダイ圧力50〜300
Kg/cm2の圧力下に1500゜〜2000℃の温度、とりわ
け1700゜〜1800℃で10分から200分間加熱焼結す
ることにより容易に得ることができる。また通常
知られた普通焼結法、H.I.P.法等を使用して焼結
することもできる。 本発明の材料は、高強度、高硬度、高密度及び
良好な組織を有し、また耐酸化性にも優れている
ので、切削工具材、耐摩耗性機械部品材料あるい
は耐熱材料として極めて好適であり、広い分野に
利用することができる。又、この材料中のホウ化
金属は、周期率表のb族化合物を含む環境中で
は潤滑性に富むM―(b)2化合物表面層を形
成し、一層すぐれた摺動性能を付与できる。 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。 実施例 1 炭素と窒素の原子比率50:50の炭窒化チタン
(以下Ti(C50N50)のように表示する)及び30:70
の炭窒化チタンTi(C30N70)の各粉末の等重量混
合物40重量%と二ホウ化チタン粉末60重量%を均
一に混合し、この混合粉末を黒鉛型に充てんす
る。この黒鉛型をダイ圧力200Kg/cm2で加圧しな
がら、真空中で1700℃に30分間加熱焼成した。こ
のようにして得られた焼結体は抗折力110Kg/
mm2、ビツカース硬度2300Kg/mm2を有していた。こ
の焼結体の組織を走査型電子顕微鏡で観察する
と、組織内には空孔は見られなつた。またこの焼
結体を空気中で加熱したが、1000℃までは酸化さ
れず、1200℃でわずかに酸化膜で表面がおおわれ
た。 実施例 2 表の試料組成の欄に示す各種の粉末組成物を調
製し、これらを30分間ホツトプレスするか、ある
いは冷間圧縮成形したのち、表中の焼結条件で、
2時間普通焼結し、焼結体を製造した。 こうして得られた各焼結体セラミツクス材料の
特性を測定し、それらの結果を次表にまとめて示
した。ただし、表中のNo.5は比較例として示し
た。 【表】
ス材料に関し、特に炭素と窒素の原子割合の異な
る炭窒化チタンを2種以上とホウ化チタンとの混
合粉末から形成される高強度、高硬度かつ高密度
の炭窒化チタン系複合セラミツクス材料に関する
ものである。 炭窒化チタンTi(C〓N〓)は、チタンに結
合する炭素と窒素の原子割合(α:β)が広い範
囲にわたつて変わり得る物質であり、その割合に
よつて性質も若干異なるが、一般に融点,硬度,
じん性が高く、また耐酸化性をよいため、切削工
具材料,機械部品材料としての用途が期待されて
いる。しかし炭窒化チタン単味焼結体の抗折強度
は低く、もろいという欠点があり、単味焼結体は
工業的に利用されていない。またサーメツト材の
母材として炭窒化チタンは使われているが、結合
剤としてて添加するNiのため、炭窒化チタン系
サーメツト材は耐酸化性および耐熱性に難点が生
じる。 本発明者らは、このような欠点を改良する目的
で、炭窒化チタン粉末に対し、種々のセラミツク
ス粉末を添加し、焼結実験を重ねた結果、炭窒化
チタンの原子割合α:βの異なる少なくとも2種
を組み合わせ、この組合せ粉末とホウ化金属粉末
とを混合した組成物が比較的低い温度条件で焼成
することができ、しかも優れた諸物性を有する焼
結体を提供し得ることを見出し、本発明をなすに
至つた。 すなわち、本発明は(A)炭窒化チタン中の炭素と
窒素の原子割合の異なる少なくとも2種の炭窒化
チタン粉末5〜95重量%及び(B)二ホウ化金属化合
物並びに五二ホウ化金属化合物の中から選択され
る少なくとも1種のホウ化金属の粉末95〜5重量
%より成る粉末組成物を焼結して成る高強度炭窒
化チタン系セラミツク材料を提供する。 本発明の材料形成用組成物の(A)成分として用い
られる炭窒化チタンは、前記のように、一般に
Ti(C〓N〓)で表わされ、チタンに結合する
炭素と窒素の原子割合は大幅に変化させ得るもの
である。 そのような炭素と窒素の原子割合の異なる炭窒
化チタンは、その製造において、高温反応系に存
在させる炭素量と雰囲気中の窒素ガス分圧とをコ
ントロールすることにより所望の割合のものを得
ることができる。 このような各種炭窒化チタンは、例えば原子比
α:βが50:50のもの〔以下、Ti(C50N50)と表
示する〕とTi(C30N70)では、明確に区別され、
例えばX線回折パターンによつて異なる物質であ
ることが確認できる。 本発明においては、このようなα:βの割合の
異なる炭窒化チタンの少なくとも2種が組合せ使
用される。その組合せは特に制限はない。本発明
において好ましく用いられる炭窒化チタンは、
α:βが5:95〜95:5の範囲のもので、特に好
ましいのは10:90〜90:10の範囲のものである。 このような組合せの炭窒化チタンは、粉末状、
例えば平均粒径2μ以下の微粉末に調製して用い
ることが好ましい。また、例えば2種の炭窒化チ
タンを組み合わせるときは、その組合せ効果が得
られる割合、好ましくは、通常20:80〜80:20の
重量範囲で混用される。 次に本発明の(B)成分として用いられる粉末状の
二ホウ化金属化合物及び五二ホウ化金属化合物
は、それぞれMB2及びM2B5(Mは金属類であ
る)の形式で表わされるホウ化金属である。MB2
型の物質としては、例えばTiB2,CrB2,TaB2,
MnB2,MoB2,VB2,NbB2,HfB2,AlB2,ZrB2
等の二ホウ化金属が挙げられ、またM2B5型の物
質としては高温時に六方晶系になるW2B5,
Mo2B5が挙げられる。これらのホウ化金属も微粉
砕して、平均粒径2μ以下、好ましくは0.5μ以
下に調製して用いられる。上記ホウ化金属粉末は
単独種で用いてもよいし、2種以上を組み合わせ
て用いることができる。 上記2種以上を混用する炭窒化チタン粉末とホ
ウ化金属粉末の配合割合は5〜95:95〜5重量%
である。この範囲割合を逸脱するときは、焼結体
材料の強度の低下が著しく、また有利な焼成温度
で焼結体を得ることが困難である。好ましい炭窒
化チタン混合粉末とホウ化チタン粉末の配合割合
は30〜80:20〜70重量%の範囲である。 また、このような粉末組成物にホウ素粉末を、
例えばホウ化金属の1〜10重量%程度加えて、緩
和された焼結条件、特に焼結圧力で同様に優れた
高強度、高硬度かつち密な焼結体を容易に得るこ
とができる。 本発明のセラミツクス材料は、原料混合粉末を
例えば黒鉛型のような型に充てんし、真空中又は
窒素、アルゴン、水素、炭酸ガスのような中性も
しくは還元性雰囲気において、ダイ圧力50〜300
Kg/cm2の圧力下に1500゜〜2000℃の温度、とりわ
け1700゜〜1800℃で10分から200分間加熱焼結す
ることにより容易に得ることができる。また通常
知られた普通焼結法、H.I.P.法等を使用して焼結
することもできる。 本発明の材料は、高強度、高硬度、高密度及び
良好な組織を有し、また耐酸化性にも優れている
ので、切削工具材、耐摩耗性機械部品材料あるい
は耐熱材料として極めて好適であり、広い分野に
利用することができる。又、この材料中のホウ化
金属は、周期率表のb族化合物を含む環境中で
は潤滑性に富むM―(b)2化合物表面層を形
成し、一層すぐれた摺動性能を付与できる。 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。 実施例 1 炭素と窒素の原子比率50:50の炭窒化チタン
(以下Ti(C50N50)のように表示する)及び30:70
の炭窒化チタンTi(C30N70)の各粉末の等重量混
合物40重量%と二ホウ化チタン粉末60重量%を均
一に混合し、この混合粉末を黒鉛型に充てんす
る。この黒鉛型をダイ圧力200Kg/cm2で加圧しな
がら、真空中で1700℃に30分間加熱焼成した。こ
のようにして得られた焼結体は抗折力110Kg/
mm2、ビツカース硬度2300Kg/mm2を有していた。こ
の焼結体の組織を走査型電子顕微鏡で観察する
と、組織内には空孔は見られなつた。またこの焼
結体を空気中で加熱したが、1000℃までは酸化さ
れず、1200℃でわずかに酸化膜で表面がおおわれ
た。 実施例 2 表の試料組成の欄に示す各種の粉末組成物を調
製し、これらを30分間ホツトプレスするか、ある
いは冷間圧縮成形したのち、表中の焼結条件で、
2時間普通焼結し、焼結体を製造した。 こうして得られた各焼結体セラミツクス材料の
特性を測定し、それらの結果を次表にまとめて示
した。ただし、表中のNo.5は比較例として示し
た。 【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 (A)炭窒化チタン中の炭素と窒素の原子割合の
異なる少なくとも2種の炭窒化チタン粉末5〜95
重量%及び(B)二ホウ化金属化合物並びに五二ホウ
化金属化合物の中から選択される少なくとも1種
のホウ化金属粉末95〜5重量%より成る粉末組成
物を焼結して成る高強度炭窒化チタン系セラミツ
クス材料。 2 組み合わされる2種の炭窒化チタンが炭素:
窒素の原子割合5:95〜95:5から選ばれた2種
の炭窒化チタンによつて構成される特許請求の範
囲第1項記載のセラミツクス材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58036427A JPS59162181A (ja) | 1983-03-05 | 1983-03-05 | 高強度炭窒化チタン系セラミツクス材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58036427A JPS59162181A (ja) | 1983-03-05 | 1983-03-05 | 高強度炭窒化チタン系セラミツクス材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59162181A JPS59162181A (ja) | 1984-09-13 |
JPS6143308B2 true JPS6143308B2 (ja) | 1986-09-26 |
Family
ID=12469515
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58036427A Granted JPS59162181A (ja) | 1983-03-05 | 1983-03-05 | 高強度炭窒化チタン系セラミツクス材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59162181A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03101713U (ja) * | 1990-02-07 | 1991-10-23 |
-
1983
- 1983-03-05 JP JP58036427A patent/JPS59162181A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03101713U (ja) * | 1990-02-07 | 1991-10-23 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS59162181A (ja) | 1984-09-13 |
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