JPS62235258A - 炭化物−酸化物複合焼結体の製造方法 - 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、超硬工具や高温構造材として用いられる炭化
物−酸化物複合焼結体の製造方法に関する。

従来の技術 従来、炭化物−酸化物複合焼結体は、まず金属またはそ
の酸化物に炭素粉末または固形炭素を混合し、高温で反
応させることによって合成した炭化物粉末と酸化物粉末
を十分に混合した後高温高圧下で焼結させることによっ
て製造していた。

発明が解決しようとする問題点 この方法は、製造工程が長く複雑であるため不純物が混
入しやす＜、シかもエネルギー消費が非常に大きかった
。

問題点を解決するための手段 本発明の特徴は、還元用金属粉末（反応後には酸化物と
なる）と酸化物（反応後には炭化物になる）それに炭素
とからなる混合物の成形体に圧力をかけた状態で、その
成形体の一部を強熱点火して燃焼反応を起こさせ、この
化学反応によって炭化物と酸化物の粒子を合成し、反応
熱によってこれらの粒子を焼結して炭化物−酸化物複合
焼結体を得ることにある。

作用 本発明によれば、加圧で成形体に点火するだけで高密度
の炭化物−酸化物焼結体が容易に得られる。したがって
従来の炭化物と酸化物の粉末を用いて作成する焼結体の
製造方法と比較してきわめて省エネルギーであり、しか
も得られる焼結体もきわめて高純度である。また本発明
の製造方法によれば、従来の製造方法では困難であった
炭化物と酸化物の複合焼結体もきわめて容易に作製でき
る。

実施例 実施例１ 出発原料として粒径１０μｍ以下のアルミニウム粉末、
平均粒径２μｍの二酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末、それ
にアセチレンを原料とするカーボンブラックを用い、そ
れらを４：３：３のモル比で混合後、直径１０ｍｍ、高
さ１０＋ｎｍの柱状にプレス成形した。この成形体を炭
化ケイ素製の型材を用いた一軸加圧真空ホットプレスを
用いて焼結を行った。

成形体への着火は、タングステンフィラメントに通電す
ることによって行った。試料を室温・真空（１ｍｍＨｇ
）雰囲気・０．ＩＧＰａの圧力条件下で、着火用ヒータ
ーに通電して反応を開始させた。得られた焼結体をＸ線
回折を用いて同定したところ炭化チタンと酸化アルミニ
ウムの回折線しか見られなかった。またこの焼結体の相
対密度は、９３．５％であった。焼結体組織は平均粒径
が約２０μｍのほぼ均一な炭化チタンの粒子と約５μｍ
のほぼ均一な酸化アルミニウムの粒子からなっていた。

プロセスの化学反応式は以下のようになる。

４Ａｌ＋３Ｔｉ○２＋３Ｃ→２ＡＩ２０　＊＋３Ｔｉに
の化学反応式かられかるようにこの反応は、Ａｌによる
ＴｉＣ２の還元を基本にして、還元されたＴｉ金属がＣ
と反応してＴｉＣになるのである。このときの反応熱が
大きいので外部から加熱しなくても試料が高温（２００
０℃程度まで上昇する）になり、しかも加圧しているの
でＡｌ２Ｏ３粒子とＴｉＣ粒子が焼結してＡｌ２０ｓ−
ＴｉＣ複合焼結体が得られるのである。

実施例２ 出発原料として粒径１０μｍ以下のアルミニウム粉末、
平均粒径２μｍの酸化ジルコニウム粉末（ＺｒＯ２）、
それにアセチレンを原料とするカーボンブラックを用い
、それらを４：３．３のモル比で混合後、実施例１と同
様のプロセスで処理した。但し、本実施例では５００℃
まで加熱して反応を開始させた。得られた焼結体をＸ線
回折を用いて同定したところ炭化ジルコニウムと酸化ア
ルミニウムの回折線しか見られなかった。またこの焼結
体の相対密度は、９３．５％であった。焼結体組織は平
均粒径が約１０μｍのほぼ均一な炭化ジルコニウムの粒
子と約５μｍのほぼ均一な酸化アルミニウムの粒子から
なっていた。

実施例３ 出発原料として粒径１０μｍ以下のアルミニウム粉末、
焼成非晶質二酸化ケイ素（ジオツギ製薬製カープレック
スＣ３−５）それにアセチレンを原料とするカーボンブ
ラックを用い、それらを４：３：３のモル比で混合後、
実施例１と同様のプロセスで処理した。但し、本実施例
では２００℃まで加熱して反応を開始させた。得られた
焼結体をＸ線回折を用いて同定したところ炭化ケイ素と
酸化アルミニウムの回折線しか見られなかった。またこ
の焼結体の相対密度は、８７Ｊ％であった。焼結体組織
は平均粒径が約５μｍのほぼ均一な炭化ケイ素の粒子と
約５μｍのほぼ均一な酸化アルミニウムの粒子からなっ
ていた。

実施例４ 出発原料として、粒径１０μｍ以下のアルミニウム粉末
と、平均粒径１μｍの五酸化ニオブ（ＮｂｓＯｓ）及び
アセチレンを原料とするカーボンブラックを用い、本実
施例ではさらに平均粒径０．５μｍの酸化アルミニウム
粉末を加えた。それらを ２０：６：１２：２のモル比で混合後、実施例１と同様
のプロセスで処理した。得られた焼結体をＸ線回折を用
いて同定したところ炭化ニオブと酸化アルミニウムの回
折線しか見られなかった。またこの焼結体の相対密度は
、８９．６％であった。焼結体組織は平均粒径が約１０
μｍのほぼ均一な炭化ニオブの粒子と約５μｍのほぼ均
一な酸化アルミニウムの粒子からなっていた。

実施例５ 出発原料として粒径３２５メツシユ以下のアルミニウム
粉末、平均粒径１μｍの五酸化タンタル（Ｔａ２０５　
）及びアセチレンを原料とするカーボンブラックを用い
、本実施例ではさらに平均粒径０．５μｍの酸化アルミ
ニウム粉末を加えた。それらを２０　、６　：　１２　
：　１のモル比で混合後、実施例１と同様のプロセスで
処理した。得られた焼結体をＸ線回折を用いて同定した
ところ炭化タンタルと酸化アルミニウムの回折線しか見
られなかった。

またこの焼結体の相対密度は、９１．２％であった。

実施例６ 出発原料として粒径１０００メツシユ以下のアルミニウ
ム粉末、平均粒径３μｍの三酸化タングステン（ＷＯ３
）それにアセチレンを原料とするカーボンブラックを用
い、本実施例では実施例４と同様に平均粒径０．５μｍ
の酸化アルミニウム粉末を加え、それらを２：１：１：
０．５のモル比で混合後、実施例１と同様のプロセスで
処理した。得られた焼結体をＸ線回折を用いて同定した
ところα型の炭化タングステントと酸化アルミニウムの
回折線しか見られなかった。またこの焼結体の相対密度
は、９０．３％であった。

実施例７ 出発原料として、粒径２００メツシユ以下のマグネシウ
ム粉末、平均粒径２μｍの酸化チタン（Ｔｉ０２）、そ
れにアセチレンを原料とするカーボンブラックを用い、
それらを２：１：１のモル比で混合後、実施例１と同様
のプロセスで処理した。

得られた焼結体をＸ線回折を用いて同定したところ炭化
チタンと酸化マグネシウムの回折線しか見られなかった
。またこの焼結体の相対密度は、９２．７％であった。

発明の効果 本発明の製造方法によれば、金属粉末と酸化物それに炭
素とからなる混合物の成形体に圧力をかけた状態で、そ
の成形体の一部を強熱点火して燃焼反応を起こさせるだ
けで炭化物−酸化物複合焼結体が作製できる。従って、
本発明の製造方法によれば、従来の炭化物粉末と酸化物
粉末を用いた製造方法に比較してはるかに低温のプロセ
スで、つまり、きわめて小さなエネルギーで炭化物−酸
化物複合焼結体が作製できる。しかも、得られた焼結体
は、従来の製造方法によって作製した焼結体と全く変わ
らない特性を有している。また本発明の製造方法によれ
ば従来の製造方法では困難であった炭化物−酸化物複合
焼結体もきわめて容易に作製できるという特徴も有して
いる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）還元用金属粉末と酸化物粉末と炭素とからなる成
   形体を、加圧条件下でその成形体の一部に点火して燃焼
   過程を開始させ、その後の金属粉末と酸化物粉末それに
   炭素との反応及び生成した炭化物と酸化物の焼結を、燃
   焼過程の結果発生する熱によって進行させる炭化物−酸
   化物複合焼結体の製造方法。
2. （２）加圧・加熱の条件下で、還元用金属粉末と酸化物
   粉末それに炭素とからなる成形体に点火して燃焼過程を
   開始させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の炭化物−酸化物焼結体の製造方法。
3. （３）還元用金属粉末が、アルミニウム粉末およびマグ
   ネシウム粉末のうちのいずれかである特許請求の範囲第
   １項記載の炭化物−酸化物複合焼結体の製造方法。
4. （４）酸化物粉末が周期率表第４族、５ｂ族、６ｂ族の
   いずれかの元素の酸化物である特許請求の範囲第１項記
   載の炭化物−酸化物複合焼結体の製造方法。
5. （５）還元用金属粉末と酸化物粉末それに炭素、さらに
   反応に関与しない酸化物粉末とからなる成形体を、加圧
   条件下でその成形体の一部に点火して燃焼過程を開始さ
   せ、その後の金属粉末と酸化物粉末それに炭素との反応
   及び生成した炭化物と酸化物それに反応に関与しない酸
   化物の焼結を、燃焼過程の結果発生する熱によって進行
   させる炭化物−酸化物複合焼結体の製造方法。
6. （６）反応に関与しない酸化物粉末が還元用金属粉末の
   酸化物である特許請求の範囲第５項記載の炭化物−酸化
   物複合焼結体の製造方法。