JPS63270359A - ＴｉＮ質複合セラミツクス焼結体 - 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、ＴｉＮ相及びＢＮ相から本質的になるセラミ
ックス複合焼結体に関するものである。

［従来の技術］ 一般的にＴｉＮは高硬度の特性をもち発色は黄金色を示
す事から古くから切削工具、装飾部材等の主要材料とし
て用いられているが切削工具としてはＴｉＮ単体でな（
ＴｉＢ、やＴｉＧＮ等の複合セラミックス焼結体が多い
。又、装飾部材としては焼結体としてでなく　ＣＶＤ等
の方法による表面コーティングが主流になっており眼鏡
フレーム、時計やロール型材などの高硬度耐摩耗性表面
コートとして広く実用化されている。ＴｉＮは導電性、
高硬度、高耐食性の特性をもつ材料であるか常温、中温
付近で使用される切削工具、装飾部材として種々の特許
が提案されているが、しかしＴｉＮは高、中温度域で使
用する耐食部材、構造部材には＃＃酸化性、＃熱衝撃性
か低く実用的でない。

８Ｎは白いｃａｒｂｏｎと云われる程、耐熱衝撃性が高
く、又熔融金属に対しても耐食性も高い。しかし機械加
工が出来る程軟かく耐摩耗性は劣る。ＢＮは広く耐食部
材としてルツボや保護等又、摺動特性をよくするための
潤滑材、表面コーテイング材として使用されている。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明は前述の観点からＴｉＮとして優れた耐食性、高
硬度の性質をもちながら耐酸化性、耐熱衝撃性の性能か
か低いために高温耐食部材、構造部材として使用されて
いないＴｉＮを、ＢＮと複合し焼結助剤としてＡｌ化合
物を添加する事によって、より高い耐食性、耐酸化性、
耐熱衝撃性、高強度で適度な導電性を有する溶融金属用
耐食部材ばかりか種々の用途に適用しうる新規なセラミ
ックス焼結体を提供するものである。

［問題点を解決するための・手段］ 即ち本発明は本質的にＴｉＨ相とＢＮ相からなるセラミ
ックス焼結体である。本発明は副成分としてＢＮ及びＡ
ｌ化合物を少なくとも重量％で１％以上含みこれらの合
量が２〜５０％であって残部が実質的にＴｉＮからなる
ＴｉＮ質複合セラミックス焼結体を要旨とするものであ
る。

本発明に用いるＴｉＮはＴｉＯ２の還元窒化法又はＴｉ
の直接窒化法により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又粒径も可及的に
小さい粉末が好ましい。具体的には純度８９％以上、平
均粒径ｌＯμｍ特には５μｍ以下のものがそれである。

又副成分として存在せしめるＢＮ及びＡｌ（アルミニウ
ム）化合物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、ＢＮ、Ａｌ化合
物以外の原料を使用した場合には焼結段階で特別な配慮
が必要となるため通常配合原料としてＢＮ、ＳｉＧとし
て調整しておくのがよい、このＢＮ、Ａｌ化合物原料に
ついても可及的に純度の高いものが好ましく通常８９％
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１１
０１Ｌ以下がよく好ましくは平均粒径ｌＪＬｍ以下にま
で十分調整しておく事である。

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
真空中又は窒素などの中性雰囲気下で常圧焼成するか５
０〜２０００ｋｇ／ｃｍ２程度の加圧下で焼成するかい
ずれも焼結可能である。

尚焼成温度は１８００〜２２００℃、焼成時間は大きさ
にもよるが０．５〜２時間程度が適当である０本発明焼
結体における副成分の割合は焼結体中においてｆｆｉ量
％（以下同じ）で２〜５０％であり、残部は実質的にＴ
ｉＮからなっているものであるがこのＴｉＨの１部をＴ
ｉＨの特性を損なわない程度の少量を他の成分例えばＺ
ｒＮ、ＨｆＮ等で置換する事は差支えない。

副成分としてＢＮ、Ａｌ化合物はそれぞれ少なくとも１
％以上必要であるがこれはＢＮが１％以下では耐スポー
ル性、耐酸化性、高耐食の特徴が十分発揮されず、また
Ａｌ化合物の合量が１％以下ではＢＮの難焼結性のため
の高密度化か難しくなるなどのためである。

この焼結体において耐酸化性の向上が何故もたらされる
かについては明らかでないが使用条件下において高粘性
のＴｉＯ□−Ａｌ２０ｉ−ＢｚＯ３系の皮膜が形成され
るためであろうと考えられ、このような事は本焼結体が
発熱体のような用途にも十分耐用しうる事を示している
。

又、発熱体のような用途では、電気抵抗を可変しつる事
が有利であるが、この点本発明焼結体はＡｌ化合物、例
えばＡｌａＯｉ、　ＡｌＮ等とともに絶縁成分として作
用するＢＮを併用しているため大変有利である。

Ａｌ化合物としてはＡｌ、Ａｌｚ０３．ＡｌＮ、ＡｌＢ
２．Ａｌ４ｃ：＋等の任意の化合物の形て加える事が出
来るし、そのような形で焼結体中に存在することが多い
。このＡｌ化合物の添加の効果はＴｉＮやＢＮの難焼結
性に対して、焼結助剤としての働きがあるものと思われ
る。Ａｌ化合物の中では特にＡｌ２Ｏ３゜ＡｌＮが助剤
や発熱体特性として好ましい。

ＢＮは焼結体中において半分量程度まで存在せしめる事
は可能であるかＢＮが５０％を越えると焼結が困難とな
って高密産品が得られないし、Ａｌ化合物かＢＮとＡｌ
化合物の合量において１５％を越えると耐スポール性や
高密度化が発揮されなくなるので好ましくなく、いずれ
にしても、　ＴｉＮ質の特質を本質的に損なう事になる
のでＢＮとＡｌ化合物の合量として５０％程度に留める
事が必要である。

これらの範囲についてさらに望ましい範囲は、　ＢＮと
Ａｌ化合物の合量が５〜４５％であってＢＮとＡｌ化合
物の割合は両者の合量中前者を８５〜８９％、後者を１
５〜１％とする事である。

尚副成分としても本発明焼結体の目的効果を木質的に損
なわない範囲で他の成分が含まれていても勿論差支えな
いが不可避的不純物を含めて可及的に少量に留める事が
必要である。

このように本発明の焼結体は組織的には平均粒径２壓程
度の粒状のＴｉＮ結晶を主成分に均一に分散しており、
その結晶粒の周りや粒間に副成分であるＢＮやＡｌ□０
．、　ＡｌＮ等が分布している微細な組織構造を有して
いた。

又ＢＮを１５％以上含んだ組織ではＢＮが潤滑性を看す
る事から、ＢＮ自体は径５ｐｍ長さ１０ルｍ程度の板状
組織からなり主成分であるＴｉＮ微細の結晶の周りに存
在していた。

［実施例］ （実施例１） ＴｉＮ粉末（純度９８％以上）　、　ＢＮ粉末（純度８
８％以上）　、　Ａｌ２Ｏ３（純度８９％以上）を十分
に混合すべくボットミルを用いエタノール溶媒中でＡｌ
２Ｏ３ポールを用い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０．１路以下の粉末を得た、この粉末をラバープレ
スで２０００ｋｇ／ｃｍ２で成型し窒素雰囲気下で２１
００℃で１時間加熱して焼結体を得た。得られた焼結体
の特性を表−１に示した。所定の配合原料を実施例とほ
ぼ同様な方法で調整し所定の焼成条件で処理して得た各
試料の結果も表−１に示した。

注１）＃＃化性は大気中１４００℃Ｘ　２４ｈｒ条件下
での重量増加率の程度を示す。

注２）電気抵抗は４端子法で測定した値を示す（２５℃
）。

注３）耐熱衝撃性は電気炉中で各温度に５分間急熱し水
中に急冷した試料の曲げ強さを測定し強度が急激に低下
した試料の処理温度を示すもので△Ｔ（”Ｃ）で表わす
。

注４）耐食性は２０ｍｍφＸ　１００ｍｍの試料を誘導
炉で１６００℃１時間溶鋼（ＳＳ−４１）とスラグ中に
浸漬１ノだ後の試料の直径方向における侵食量（ｍｍ）
を測定し示した。

［発明の効果］ このようにして得られる本発明焼結体は前述してきたよ
うに高密度で、耐酸化性、耐スポール性、高硬度、高強
度、耐食性に優れた導電性のある緻密な焼結体であるた
め特に空気中で使用するような高温耐食部材、発熱体、
ルツボ等に最適であり、その低機械部品材料、電極等に
も適用可能でありさらに発色が黄金色を呈するので装飾
用部材などの用途にも使用できるものてあってその実用
的価値は多大である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）副成分としてＢＮ及びＡｌ化合物（Ａｌを含む）を
   少なくともそれぞれ重量％で、１％以上含みこれらの合
   量が重量％で２〜５０％であって残部が実質的にＴｉＮ
   からなるＴｉＮ複合セラミックス焼結体。 ２）ＢＮとＡｌ化合物の合量が５〜４５％である特許請
   求範囲第１項記載の焼結体。 ３）Ａｌ化合物はＡｌ＿２Ｏ＿３、ＡｌＮ、Ａｌ、Ａｌ
   ＿４Ｃ＿３、ＡｌＢ＿２として含有してなる事を特徴と
   する特許請求範囲第１項記載の焼結体。 ４）ＢＮとＡｌ化合物の割合がＢＮとＡｌ化合物の合量
   中ＢＮが８５〜８９％、Ａｌ化合物の合量が１５〜１％
   である特許請求範囲第１項又は第２項記載の焼結体。