JPS6144769A - 高強度ＺｒＢ↓２質複合焼結体 - 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ＺｒＢｔ（２ａ化ジルコニウム）質焼結体に関
するものである。

一般的に金属硼化物セラミックスは高融点で高硬度、高
強度、高耐蝕の特ｉｔ有し、従来から切削工具、熱機関
部品材料などとして用いられでいるが、実際に実用化さ
れているものの多くはチタンの硼化物であって、ジルコ
ニウムの硼化物は殆んど実用化されていないのが実状で
ある。

本発明のＺｒＢｚ複合焼結体は、高融点、高強度、高耐
蝕、高硬度、導電性、耐酸化性等の優れた特徴を有する
ので高温耐蝕性部材、機械部材、発熱体、電極、誘導炉
用ルツボ等に広く使用できる材料である。

（従来の技術） ＺｒＢｚ　質の複合焼結体として現在広く実用化されて
いるものは殆んどないが特許などには種々のものが提案
されている。

即ち、焼結助剤又は複合材などのＺｒＥ２焼結体におけ
る副成分としてはＭｏ５ｉｌ　ｑどの珪化物、ＴａＮ、
　　ｎｆｉｉなどの窒化物、ＺｒＯ２などの酸化物、８
１Ｃ，Ｂ２Ｏなどの炭化物、種々の金属などが知られて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 例えば珪化物については特公昭３Ｂ−６０９８にＺｒＳ
ｉ２が、また米国特許第３７０５１１２号にＭＯ８ｉｆ
ｉなどが開示されているが、これらのＢ１系化合物は高
温雰囲気下での焼結で溶融又は分解するため組織が多孔
質で結晶の粒成長が大きくなることが多く、そのため強
度も、耐蝕性も十分でないことが多いし、耐酸化性もＥ
ＩｉＯ，の皮膜としての効果が予測されるがこれらの副
成分のみで空気中での使用には十分でない。

つぎに窒化物については、米国特許第３３０５３７４に
開示されているＴａＮは高硬度材料としてＺｒＢ２．　
Ｔｉ１％　等に添加され、工具材料、装飾材に応用され
ているが高硬度、高強度の点では優れているが高温耐蝕
部材、発熱体、電極、誘導炉用ルツボ等の高温酸化雰囲
気に使用する場合耐酸化性、耐スポール性、耐蝕性など
の点で十分ではない。

つぎに炭化物については米国特許第３７７５１３７にｓ
ｉｃ　、米国特許第３３２５３００ＫＢ４０やＳｉＯが
開示されなどしているが、米国特許第３７７５１３７の
８１０のみの添加では耐酸化性の点で不十分であり文箱
３３２５３００のＭｏＳｉ２＋Ｂ４０　、　　ＭｏＳｉ
２＋８１０　＋　Ｂ４０の添加ではＭＯＥＩｉｌが焼結
温度よシ低融点であり焼結中に融けて、分解したり、粒
成長を促進するなど組織を多孔質化するため高密度化し
に＜＜、耐酸化性も十分ではない。

さらにこれらの提案においてより重量な点は強度的に十
分満足しりるものが得られていないということである。

このような点に鑑み、優れた特質を備えていながらその
特質を生かしきれず極めて限られた用途にしか実際に使
われていないＺｒＢ２　質焼結体について、従来の問題
点を克服すべく研究を進めた結果、優れた高密度、高強
度、耐酸化性、耐蝕性さらには耐スポール性などの諸性
能を兼ね備えかついくつかについてはその特質、特にこ
の種複合体としての強度向上を著しく向上せしめた焼結
体の開発に成功したのである。

（問題を解決するための手段） 即ち、本発明はＺｒＢ１　を主成分とし、重量％で１〜
１５チのＳｉＯ及び５〜４０％のＴｉＯ（炭化チタン）
？含むことで特徴づけられた高強度Ｚｒ馬質複合焼結体
を要旨とするものである。

本発明に用いるＺｒＢ２　は例えば酸化ジルコニウム、
酸化硼素およびカーボンの混合物を高温で反応させるこ
とによシ得られ、本焼結体の製造には可及的に純度の高
いものを用いるのが好ましく、また粒径も可及的に小さ
い粉末が好ましい。

具体的には純度９９％以上、平均粒径１０μｍ特には１
μｍ以下のものがそれである。

また副成分として存在せしめるＳｉＣ及びＴＩＣについ
ては、焼結体としてそのような化合物として所定量が存
在していればよいので、出発原料としてはどのような形
態のものとして配合してもよいが、ＳｉＣ及びＴｉＣ以
外の原料を使用した場合には焼結段階で特別な配慮が必
快となるため、通常配合原料としてＳｉＯ及びＴｉ（３
として調整しておくのがよい。

このｓｉｃ及びＴｉＣ原料についても可及的に純度の高
いものが好ましく通常９９％以上のものがよい。

原料混合物は通常これら３種の微粉末を均一に混合する
事により調整するが、粉砕混合を目的として超微粉砕し
ても同様である。一般に混合原料の粒度は１０μｍ以下
がよく好ましくは平均粒径１μｍ以下にまで十分調整し
ておくことである。

これらの粉砕は１３１ｃｉポール會用いることが適当で
ある。

本発明焼結体はこれらの混合物を例えば黒鉛型に充填し
、真空中又はアルゴン、ヘリウム、−酸化炭素などの中
性或は還元性の雰囲気下で、ホットプレスするか上記混
合物をラバープレス成形してから常圧焼成することなど
により得ることができる。尚、焼成温度は１７００〜２
２００℃、焼成時間は試料の大きさ等にもよるが、通常
ｃＬ５〜５時間程度が適当である。

本発明焼結体において、８１Ｃは少くとも重量％（以下
同じ）１チ以上必要であるが、これはそれ以下では耐酸
化性が十分でなく高密度化も難かしくなるからであり、
一方多すぎてもＺｒＢ２本来の特質である耐食性や耐熱
性が低下するなどのため好ましくなく、最大１５％にと
どめることが必要であり、望ましくは３〜１０％である
。

またＴｉＯは少くとも５％必要であるが、これはそれ以
下では緻密質の焼結体が得られず目的とする十分な強度
が得られないからであり、一方多すぎても耐蝕性、耐酸
化性等の特性が揮われるなどのため最大４０係にとどめ
ることが必要であシ、望ましくは１０〜３５％である。

また、これらのＳｉＯとＴＩＣは焼結体中において合量
で少くとも６％以上必要で好ましくは１０％以上存在せ
しめることがよく、これはこれらの副成分が少なすぎる
と耐酸化性が十分でなく又、緻密質の焼結体が得られな
いことから目的とする十分な強度が得られないなどのた
めである。

尚、本発明焼結体は、これらの副成分以外の成分、即ち
、残部は実質的にＺｒＢ２　からなるものであるが、Ｚ
ｒＢ１質の特質を損わない範囲でＺｒＢ１以外の成分例
えばＴｉＢ！　などが少量含まれていても勿論差支えは
ないが可及的少量にとどめることが望ましい。

また、副成分としても本発明焼結体の目的効果を本質的
に損わない範囲において他の成分が含まれていて勿論差
支えないが不可避的不純物を含めて可及的少量にとどめ
ることが必要である。

本発明焼結体の組織はＺｒＢ２　の微細結晶が均一に分
散している極めて緻密なものであり、副成分はＺｒＢ２
　の微細結晶粒間に分布している良好な組織から成って
いる。

（発明の効果） このようにして得られた本発明焼結体は、高密度、高硬
度特に高強度であってかつ耐蝕性に優れた導電性のある
焼結体であるため高温界ｊ造部材、高温耐蝕部材、発熱
体等に好ましく適用可能であり、そのほかＺｒＢ１　質
焼結体の特質を発揮した種々の用途に使用できるもので
あってその実用的価値は多大である。

（実施例） 実施例１ ＺｒＢ２　粉末（純度９９％以上）、ＴｉＣ粉末（純度
９９％以上）及びｓｉｃ粉末（純度９９％以上）を十分
に混合粉砕すべく、ポットミルを使用しエタノール溶媒
中でＳＩＣボールを用い３日間粉砕混合した。得られた
粉末をエバポレーターでアルコール除去して十分乾燥し
、平均粒径ＣＬ１５μの粉末を得た。この粉末を黒鉛型
に充填しアルゴン雰囲気下で３５０　Ｊ／ｃｍ”の圧力
下２０００℃で６０分間加熱して焼結体を得た。

得られた焼結体の物性を第１表に試料翫１として示す。

また、この焼結体の組織は良好で、平均粒子径４μｍの
ＺｒＢｚ微細結晶が均一に分散しており、そのＺｒＢ１
結晶粒間に副成分の’ｒｉｃ、　　ｓｉｃ結晶粒が存在
している極めて緻密な組織構造を有していた。

実施例２乃￥６及び比較例７．８ 所定の配合原料を実施例１とほぼ同様の方法で調整し所
定の焼成条件で処理して得た各試料についての結果を第
１表に示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＺｒＢ＿２を主成分とし、重量％で１〜１５％のＳ
   ｉＣ及び５〜４０％のＴｉＣを含むことで特徴づけられ
   た高強度ＺｒＢ＿２質複合焼結体。 ２、３〜１０％のＳｉＣ、１０〜３５％のＴｉＣを含む
   特許請求の範囲第１項記載の焼結体。 ３、ＳｉＣとＴｉＣを合量で１０％以上含む特許請求の
   範囲第１項記載の焼結体。 ４、ＳｉＣとＴｉＣを合量で１３％以上含む特許請求の
   範囲第２項記載の焼結体。