JPS6332750B2 - - Google Patents
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- JPS6332750B2 JPS6332750B2 JP58221068A JP22106883A JPS6332750B2 JP S6332750 B2 JPS6332750 B2 JP S6332750B2 JP 58221068 A JP58221068 A JP 58221068A JP 22106883 A JP22106883 A JP 22106883A JP S6332750 B2 JPS6332750 B2 JP S6332750B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
本発明は新規な高密度炭窒化チタン系セラミツ
クス材料及びその製造方法に関し、さらに詳しく
は、炭窒化チタンと、特定のホウ化金属化合物及
びタンタル化合物とを含有して成る混合粉末組成
物を焼結して得られた、高密度かつ高強度の炭窒
化チタン系セラミツクス材料及びその製造方法に
関するものである。 炭窒化チタンTi（CαNβ）は、チタンに結合す
る炭素と窒素との原子割合（α：β）が広い範囲
にわたつて変わりうる物質であつて、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、また耐酸化性がよいため、例えば
切削工具材料や機械部品材料などとしての用途が
期待されている。 しかしながら、この炭窒化チタン単味焼結体
は、その抗折強度が低く、もろいという欠点があ
るため、工業的に利用されていない。 本発明者らは、このような欠点を改良する目的
で、先に、炭窒化チタン粉末に特定のホウ化金属
化合物粉末を添加し、焼結して成る炭窒化チタン
―ホウ化金属系セラミツクス材料を提案した（特
公昭59―18349号公報）。このものは高強度材料で
あつて、工業的に十分に利用しうるものである
が、さらに、低温焼結が可能であり、しかもより
高密度の炭窒化チタン系セラミツクス材料を提供
すべく鋭意研究を進めた結果、炭窒化チタン粉末
に、特定のホウ化金属化合物粉末とタンタル化合
物粉末とを所定量添加して成る混合粉末組成物
は、低温焼結が可能であり、しかも得られた焼結
体の空隙率は低温焼結にもかかわらず、著しく低
下するということを見出し、この知見に基づいて
本発明を完成するに至つた。 すなわち、本発明は、(A)炭素と窒素との原子割
合が異なる炭窒化チタンの中から選ばれた少なく
とも１種の炭窒化チタン粉末に対し、(B)TiB2，
CrB2，TbB2，MnB2，MoB2，VB2，NbB2，
HfB2，AlB2，ZrB2，W2B5及びMo2B5の中から
選ばれた少なくとも１種のホウ化金属化合物粉末
を、(A)成分と(B)成分との重量割合が５：95ないし
95：５になるように添加し、さらに(C)炭化タンタ
ル及び窒化タンタルの中から選ばれた少なくとも
１種のタンタル化合物粉末を、混合粉末組成物全
重量に基づき0.01〜50重量％になるように添加し
て得られた混合粉末組成物を焼結して成る高密度
炭窒化チタン系セラミツクス材料、並びに、前記
の混合粉末組成物を真空中又は中性若しくは還元
性雰囲気中でホツトプレスにより焼結するか、又
は冷間圧縮し、ラバープレスにより圧粉体となす
が、あるいは泥漿法により圧粉体となしたのち、
真空中又は中性若しくは還元性雰囲気中で焼結す
ることを特徴とする高密度炭窒化チタン系セラミ
ツクス材料の製造方法を提供するものである。 本発明に用いる炭窒化チタンTi（CαNβ）は、
チタンに結合する炭素と窒素との原子割合（α：
β）が異なる炭窒化チタンの中から選ばれる。こ
のα：βの割合は、通常５：95ないし95：５の範
囲であり、特に10：90ないし90：10の範囲のもの
が好ましい。 このような炭窒化チタンは１種用いてもよい
し、２種以上組み合わせて用いてもよい。また、
該炭窒化チタンは粉末状で用いるが、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。 本発明に用いるホウ化金属化合物は、それぞれ
MB2及びM2B5（Ｍは金属である）で示される二
ホウ化金属化合物及び五二ホウ化金属化合物であ
つて、二ホウ化金属化合物として、TiB2，
CrB2，TaB2，MnB2，MoB2，VB2，NbB2，
HfB2及びZrB2が用いられ、五二ホウ化金属化合
物として、W2B5及びMo2B5が用いられる。 これらのホウ化金属化合物は、それぞれ単独で
用いてもよいし、２種以上組み合わせて用いても
よい。また該ホウ化金属化合物は粉末状で用いる
が、平均粒径2μ以下、好ましくは0.5μ以下の微粉
末に調整して用いるのがよい。 本発明に用いるタンタル化合物は炭化タンタル
及び窒化タンタルであつて、それらには、それぞ
れTaC，Ta2C及びTaN，Ta2Nの化合物がある。 これらのタンタル化合物はそれぞれ単独で用い
てもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよ
い。また該タンタル化合物は粉末状で用いるが、
平均粒径2μ以下の微粉末に調整して用いること
が好ましい。 本発明においては、前記の炭窒化チタン粉末と
ホウ化金属化合物粉末との配合割合は、重量基準
で５：95ないし95：５の範囲であり、また前記タ
ンタル化合物粉末は、混合粉末組成物全重量に対
して0.01〜50重量％の範囲で配合される。 これらの配合割合が前記範囲を逸脱すると、得
られた焼結体の強度が著しく低下し、また有利な
焼結温度で焼結体を得ることが困難となる。ま
た、タンタル化合物は高価であるため、50重量％
より多く添加すると、焼結体の強度は保持しうる
が、価格が高くなつて工業的に実用性がなくな
る。好ましい配合割合は、炭窒化チタン粉末とホ
ウ化金属化合物粉末との割合が重量基準で80：20
ないし30：70の範囲であり、タンタル化合物粉末
の配合量が混合粉末組成物全重量に対して0.1〜
50重量％の範囲である。 本発明のセラミツクス材料は、次の２種類の方
法によつて容易に製造することができる。 すなわち、まず第１の方法として、前記のよう
な割合で配合された混合粉末組成物を、例えば黒
鉛型などの型に充てんしたのち、真空中又は窒
素、アルゴン、水素、二酸化炭素ガスなどの中性
若しくは還元性雰囲気中において、ダイ圧力50〜
300Kg／cm2、温度1300〜2000℃、好ましくは1500
〜1800℃の条件で、10〜200分間加熱焼結するホ
ツトプレス法を用いて焼結体を容易に得ることが
できる。 次に第２の方法として、該混合粉末組成物を金
型に充てんして、0.5〜10ton／cm2程度のプレス圧
により冷間圧縮し、次いでその圧粉体をラバープ
レス、例えば該圧粉体をゴムチユーブに装てん
後、0.5〜10ton／cm2程度の静水圧でプレスして圧
力分布が取り除かれた圧粉体を得るか、例えばボ
ールミルを用いて泥漿化したのち、差圧を利用し
たり加圧することにより成形する、いわゆる泥漿
法によつて圧粉体を得る。次にこのようにして得
た圧粉体を真空中又は窒素、アルゴン、水素、二
酸化炭素ガスなどの中性若しくは還元性雰囲気中
で1300〜2000℃、好ましくは1500〜2000℃の温度
で60〜200分間焼結するという方法を用いて焼結
体を容易に得ることができる。 また、本発明のセラミツクス材料は、通常知ら
れているH.I.P.法などによつても製造することが
できる。 本発明の炭窒化チタン系セラミツクス材料は高
密度である上に、高強度かつ高硬度であるので、
耐摩耗性機械部品材料や切削工具材料として極め
て好適であり、多くの分野において利用すること
ができる。また、この材料中に含まれているホウ
化金属化合物及びタンタル化合物は、周期律表の
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、一層優れた摺動
性能を付与できる。 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る。 実施例 １ 炭素と窒素との原子比率50：50の炭窒化チタン
粉末〔以下Ti（C50N50）のように表示する）65重
量部、二ホウ化チタン粉末30重量部及び窒化タン
タル粉末５重量部を均一に混合して混合粉末組成
物を調整したのち、この組成物を黒鉛型に充てん
する。次に、この黒鉛型をダイ圧力200Kg／cm2で
加圧しながら真空中で1600℃にて60分間加熱焼結
した。 このようにして得られた焼結体は抗折力110
Kg／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顕微鏡写真で観察
したところ、空隙率は0.1vol％であつた。この例
を第１表のNo.６に示すとともに、同様の方法で得
た焼結体の物性及び焼結条件を第１表に示す。 ただし、第１表において、No.１及びNo.２は比較
例である。
クス材料及びその製造方法に関し、さらに詳しく
は、炭窒化チタンと、特定のホウ化金属化合物及
びタンタル化合物とを含有して成る混合粉末組成
物を焼結して得られた、高密度かつ高強度の炭窒
化チタン系セラミツクス材料及びその製造方法に
関するものである。 炭窒化チタンTi（CαNβ）は、チタンに結合す
る炭素と窒素との原子割合（α：β）が広い範囲
にわたつて変わりうる物質であつて、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、また耐酸化性がよいため、例えば
切削工具材料や機械部品材料などとしての用途が
期待されている。 しかしながら、この炭窒化チタン単味焼結体
は、その抗折強度が低く、もろいという欠点があ
るため、工業的に利用されていない。 本発明者らは、このような欠点を改良する目的
で、先に、炭窒化チタン粉末に特定のホウ化金属
化合物粉末を添加し、焼結して成る炭窒化チタン
―ホウ化金属系セラミツクス材料を提案した（特
公昭59―18349号公報）。このものは高強度材料で
あつて、工業的に十分に利用しうるものである
が、さらに、低温焼結が可能であり、しかもより
高密度の炭窒化チタン系セラミツクス材料を提供
すべく鋭意研究を進めた結果、炭窒化チタン粉末
に、特定のホウ化金属化合物粉末とタンタル化合
物粉末とを所定量添加して成る混合粉末組成物
は、低温焼結が可能であり、しかも得られた焼結
体の空隙率は低温焼結にもかかわらず、著しく低
下するということを見出し、この知見に基づいて
本発明を完成するに至つた。 すなわち、本発明は、(A)炭素と窒素との原子割
合が異なる炭窒化チタンの中から選ばれた少なく
とも１種の炭窒化チタン粉末に対し、(B)TiB2，
CrB2，TbB2，MnB2，MoB2，VB2，NbB2，
HfB2，AlB2，ZrB2，W2B5及びMo2B5の中から
選ばれた少なくとも１種のホウ化金属化合物粉末
を、(A)成分と(B)成分との重量割合が５：95ないし
95：５になるように添加し、さらに(C)炭化タンタ
ル及び窒化タンタルの中から選ばれた少なくとも
１種のタンタル化合物粉末を、混合粉末組成物全
重量に基づき0.01〜50重量％になるように添加し
て得られた混合粉末組成物を焼結して成る高密度
炭窒化チタン系セラミツクス材料、並びに、前記
の混合粉末組成物を真空中又は中性若しくは還元
性雰囲気中でホツトプレスにより焼結するか、又
は冷間圧縮し、ラバープレスにより圧粉体となす
が、あるいは泥漿法により圧粉体となしたのち、
真空中又は中性若しくは還元性雰囲気中で焼結す
ることを特徴とする高密度炭窒化チタン系セラミ
ツクス材料の製造方法を提供するものである。 本発明に用いる炭窒化チタンTi（CαNβ）は、
チタンに結合する炭素と窒素との原子割合（α：
β）が異なる炭窒化チタンの中から選ばれる。こ
のα：βの割合は、通常５：95ないし95：５の範
囲であり、特に10：90ないし90：10の範囲のもの
が好ましい。 このような炭窒化チタンは１種用いてもよい
し、２種以上組み合わせて用いてもよい。また、
該炭窒化チタンは粉末状で用いるが、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。 本発明に用いるホウ化金属化合物は、それぞれ
MB2及びM2B5（Ｍは金属である）で示される二
ホウ化金属化合物及び五二ホウ化金属化合物であ
つて、二ホウ化金属化合物として、TiB2，
CrB2，TaB2，MnB2，MoB2，VB2，NbB2，
HfB2及びZrB2が用いられ、五二ホウ化金属化合
物として、W2B5及びMo2B5が用いられる。 これらのホウ化金属化合物は、それぞれ単独で
用いてもよいし、２種以上組み合わせて用いても
よい。また該ホウ化金属化合物は粉末状で用いる
が、平均粒径2μ以下、好ましくは0.5μ以下の微粉
末に調整して用いるのがよい。 本発明に用いるタンタル化合物は炭化タンタル
及び窒化タンタルであつて、それらには、それぞ
れTaC，Ta2C及びTaN，Ta2Nの化合物がある。 これらのタンタル化合物はそれぞれ単独で用い
てもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよ
い。また該タンタル化合物は粉末状で用いるが、
平均粒径2μ以下の微粉末に調整して用いること
が好ましい。 本発明においては、前記の炭窒化チタン粉末と
ホウ化金属化合物粉末との配合割合は、重量基準
で５：95ないし95：５の範囲であり、また前記タ
ンタル化合物粉末は、混合粉末組成物全重量に対
して0.01〜50重量％の範囲で配合される。 これらの配合割合が前記範囲を逸脱すると、得
られた焼結体の強度が著しく低下し、また有利な
焼結温度で焼結体を得ることが困難となる。ま
た、タンタル化合物は高価であるため、50重量％
より多く添加すると、焼結体の強度は保持しうる
が、価格が高くなつて工業的に実用性がなくな
る。好ましい配合割合は、炭窒化チタン粉末とホ
ウ化金属化合物粉末との割合が重量基準で80：20
ないし30：70の範囲であり、タンタル化合物粉末
の配合量が混合粉末組成物全重量に対して0.1〜
50重量％の範囲である。 本発明のセラミツクス材料は、次の２種類の方
法によつて容易に製造することができる。 すなわち、まず第１の方法として、前記のよう
な割合で配合された混合粉末組成物を、例えば黒
鉛型などの型に充てんしたのち、真空中又は窒
素、アルゴン、水素、二酸化炭素ガスなどの中性
若しくは還元性雰囲気中において、ダイ圧力50〜
300Kg／cm2、温度1300〜2000℃、好ましくは1500
〜1800℃の条件で、10〜200分間加熱焼結するホ
ツトプレス法を用いて焼結体を容易に得ることが
できる。 次に第２の方法として、該混合粉末組成物を金
型に充てんして、0.5〜10ton／cm2程度のプレス圧
により冷間圧縮し、次いでその圧粉体をラバープ
レス、例えば該圧粉体をゴムチユーブに装てん
後、0.5〜10ton／cm2程度の静水圧でプレスして圧
力分布が取り除かれた圧粉体を得るか、例えばボ
ールミルを用いて泥漿化したのち、差圧を利用し
たり加圧することにより成形する、いわゆる泥漿
法によつて圧粉体を得る。次にこのようにして得
た圧粉体を真空中又は窒素、アルゴン、水素、二
酸化炭素ガスなどの中性若しくは還元性雰囲気中
で1300〜2000℃、好ましくは1500〜2000℃の温度
で60〜200分間焼結するという方法を用いて焼結
体を容易に得ることができる。 また、本発明のセラミツクス材料は、通常知ら
れているH.I.P.法などによつても製造することが
できる。 本発明の炭窒化チタン系セラミツクス材料は高
密度である上に、高強度かつ高硬度であるので、
耐摩耗性機械部品材料や切削工具材料として極め
て好適であり、多くの分野において利用すること
ができる。また、この材料中に含まれているホウ
化金属化合物及びタンタル化合物は、周期律表の
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、一層優れた摺動
性能を付与できる。 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る。 実施例 １ 炭素と窒素との原子比率50：50の炭窒化チタン
粉末〔以下Ti（C50N50）のように表示する）65重
量部、二ホウ化チタン粉末30重量部及び窒化タン
タル粉末５重量部を均一に混合して混合粉末組成
物を調整したのち、この組成物を黒鉛型に充てん
する。次に、この黒鉛型をダイ圧力200Kg／cm2で
加圧しながら真空中で1600℃にて60分間加熱焼結
した。 このようにして得られた焼結体は抗折力110
Kg／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顕微鏡写真で観察
したところ、空隙率は0.1vol％であつた。この例
を第１表のNo.６に示すとともに、同様の方法で得
た焼結体の物性及び焼結条件を第１表に示す。 ただし、第１表において、No.１及びNo.２は比較
例である。
【表】
実施例 ２
Ti（C50N50）粉末69重量部、二ホウ化チタン粉
末30重量部及び炭化タンタル粉末１重量部を均一
に混合して混合粉末組成物を調製した。次いでこ
の組成物を金型に入れ、1ton／cm2の圧力で圧縮成
形したのち、さらに3ton／cm2の圧力でラバープレ
スして圧縮する。このようにして得られた圧粉体
を真空中、1800℃で90分間加熱焼結した。得られ
た焼結体の抗折力は80Kg／cm2、空隙率は2.0vol
％、ビツカース硬度は2300Kg／cm2であつた。この
例を第２表のNo.17に示すとともに、同様の方法で
得た焼結体の物性及び焼結条件を第２表に示す。 ただし、第２表においてNo.１及びNo.２は比較例
である。
末30重量部及び炭化タンタル粉末１重量部を均一
に混合して混合粉末組成物を調製した。次いでこ
の組成物を金型に入れ、1ton／cm2の圧力で圧縮成
形したのち、さらに3ton／cm2の圧力でラバープレ
スして圧縮する。このようにして得られた圧粉体
を真空中、1800℃で90分間加熱焼結した。得られ
た焼結体の抗折力は80Kg／cm2、空隙率は2.0vol
％、ビツカース硬度は2300Kg／cm2であつた。この
例を第２表のNo.17に示すとともに、同様の方法で
得た焼結体の物性及び焼結条件を第２表に示す。 ただし、第２表においてNo.１及びNo.２は比較例
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ (A)炭素と窒素との原子割合が異なる炭窒化チ
タンの中から選ばれた少なくとも１種の炭窒化チ
タン粉末に対し、(B)TiB2，CrB2，TaB2，
MnB2，MoB2，VB2，NbB2，HfB2，AlB2，
ZrB2，W2B5及びMo2B5の中から選ばれた少なく
とも１種のホウ化金属化合物粉末を、(A)成分と(B)
成分との重量割合が５：95ないし95：５になるよ
うに添加し、さらに(C)炭化タンタル及び窒化タン
タルの中から選ばれた少なくとも１種のタンタル
化合物粉末を、混合粉末組成物全重量に基づき
0.01〜50重量％になるように添加して得られた混
合粉末組成物を焼結して成る高密度炭窒化チタン
系セラミツクス材料。 ２ (A)炭素と窒素との原子割合が異なる炭窒化チ
タンの中から選ばれた少なくとも１種の炭窒化チ
タン粉末に対し、(B)TiB2，CrB2，TaB2，
MnB2，MoB2，VB2，NbB2，HfB2，AlB2，
ZrB2，W2B5及びMo2B5の中から選ばれた少なく
とも１種のホウ化金属化合物粉末を、(A)成分と(B)
成分との重量割合が５：95ないし95：５になるよ
うに添加し、さらに(C)炭化タンタル及び窒化タン
タルの中から選ばれた少なくとも１種のタンタル
化合物粉末を、混合粉末組成物全重量に基づき
0.01〜50重量％になるように添加して混合粉末組
成物を調製し、次いでこの組成物を真空中又は中
性若しくは還元性雰囲気中でホツトプレスにより
焼結することを特徴とする高密度炭窒化チタン系
セラミツクス材料の製造方法。 ３ (A)炭素と窒素との原子割合が異なる炭窒化チ
タンの中から選ばれた少なくとも１種の炭窒化チ
タン粉末に対し、(B)TiB2，CrB2，TaB2，
MnB2，MoB2，VB2，NbB2，HfB2，AlB2，
ZrB2，W2B5及びMo2B5の中から選ばれた少なく
とも１種のホウ化金属化合物粉末を、(A)成分と(B)
成分との重合割合が５：95ないし95：５になるよ
うに添加し、さらに(C)炭化タンタル及び窒化タン
タルの中から選ばれた少なくとも１種のタンタル
化合物粉末を、混合粉末組成物全重量に基づき
0.01〜50重量％になるように添加して混合粉末組
成物を調製し、次いでこの組成物を冷間圧縮し、
ラバープレスにより圧粉体となすか、あるいは泥
漿法により圧粉体となしたのち、真空中又は中性
若しくは還元性雰囲気中で焼結することを特徴と
する高密度炭窒化チタン系セラミツクス材料の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58221068A JPS60112668A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 高密度炭窒化チタン系セラミツクス材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58221068A JPS60112668A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 高密度炭窒化チタン系セラミツクス材料及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60112668A JPS60112668A (ja) | 1985-06-19 |
| JPS6332750B2 true JPS6332750B2 (ja) | 1988-07-01 |
Family
ID=16760984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58221068A Granted JPS60112668A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 高密度炭窒化チタン系セラミツクス材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60112668A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63111154A (ja) * | 1986-10-29 | 1988-05-16 | Agency Of Ind Science & Technol | 鉄族金属を微量含有した炭窒化チタン系セラミツク材料 |
| ATE157806T1 (de) * | 1990-11-30 | 1997-09-15 | Intermetallics Co Ltd | Verfahren zur herstellung eines permanentmagneten und vorrichtung zur herstellung eines grünlings |
| ATE148641T1 (de) * | 1992-08-10 | 1997-02-15 | Intermetallics Co Ltd | Beschichtungsverfahren |
| CN109053191B (zh) * | 2018-08-17 | 2021-11-30 | 中南大学 | 一种无粘结相碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法 |
-
1983
- 1983-11-24 JP JP58221068A patent/JPS60112668A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60112668A (ja) | 1985-06-19 |
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