JPS6357390B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞ 本発明は表面層が窒化チタンで内部が酸窒化チ
タンよりなる焼結体の製法に関する。 ＜従来技術およびその問題点＞ IVa族，Va族金属の窒化物、即ち、窒化チタ
ン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化ニ
オブ等は耐熱性、耐食性に優れた高硬度化合物
で、美麗な黄金光沢を有する。さらに、これらの
化合物は導電性を有するため、ほこり等が付着し
にくい。それゆえ、フイルムや磁気テープの巻き
取りのガイド部材や、合成繊維やフイルム等を製
造する際のガイド部材として極めて優れた特性を
有し、また装飾用としても有用である。 これらの化合物のなかでも、窒化チタンは低比
重であり、比較的安価であるため最も一般的に使
用されている。 窒化チタンの焼結体は、従来、二酸化チタンと
炭素材料を混合した粉末を窒素雰囲気中で還元窒
化することによつて、窒化チタン粉末を得、該粉
末を圧縮成形し、真空中またはアルゴン等の不活
性雰囲気中で1300〜1500℃で焼結して製造してい
る。しかし、前記方法で得られる窒化チタン粉末
は粒度が粗く、焼結に長時間を要し、しかも緻密
な焼結体を得ることができない。緻密な焼結体を
得ようとして、より高温で焼結を行なうと、脱窒
を起す。 それゆえ、他の化合物の焼結体の表面に窒化チ
タンをコーテイングすることも行なわれている
が、母材と窒化チタンの被膜が剥離し易いという
欠点があり、さらに被膜自体の強度にも問題があ
る。 ＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は酸窒化チタン粉末を用い、これを所定
の窒素雰囲気で焼結する独自の処理工程により表
面は窒化チタンで内部が酸窒化チタンであり、緻
密な強度の大きい焼結体の製造を可能にしたもの
である。 ＜発明の構成＞ 本発明方法によれば、酸窒化チタン粉末を圧縮
成形し、1200〜1700℃の温度範囲において窒素雰
囲気中で焼結することによつて、表面層のみが窒
化チタンで内部が酸窒化チタンよりなる焼結体の
製法が提供される。 アンモニア雰囲気中において、二酸化チタン粉
末を700〜1000℃に加熱することにより、二酸化
チタンの還元と窒化が起つて酸窒化チタン粉末が
得られる。この温度範囲では焼結は殆ど起らない
ので、微細な二酸化チタン粉末を原料として使用
すると、そのまま微細な酸窒化チタンを得ること
ができる。 このようにして得られる酸窒化チタン粉末を圧
縮成形して窒素雰囲気中で焼結すると、表面層の
み窒化還元されて、表面が窒化チタンで内部は酸
窒化チタンのままである焼結体となり、微細な酸
窒化チタン粉末を焼結原料とするため、短時間で
緻密な焼結体が得られる。また窒化チタン層と内
部の酸窒化チタンとの結合も強固である。 酸窒化チタンの原料となる二酸化チタンは、ど
のような製法のものでもよいが、微細な酸窒化チ
タン粉末を得るためにはは、できるだけ微細な二
酸化チタン粉末を用いなければならない。二酸化
チタン粉末とアンモニアの反応は700〜1000℃の
温度範囲において１時間以上行なう。700℃未満
では反応速度が充分でなく、未反応の二酸化チタ
ンが多量に残留し、高強度の焼結体を得るための
原料としては不適である。また1000℃を超える温
度では粒子の結合が起り、得られる酸窒化チタン
粉末は粗大なものとなるので焼結原料としては同
様に不適である。 上記のように得られた酸窒化チタン粉末を所望
の形状に圧縮成形する。この時、バインダーとし
てPVA、CMC、PVP等の粘結物質（糊料）を少
量添加しておく方が圧粉体の強度を高め取扱いを
容易にする。プレス圧は特に限定されないが、高
圧でプレスするほど窒化チタン層は薄くなる。 この圧粉体を窒素雰囲気中で1200〜1700℃の温
度範囲において焼結する。 この時、窒素ガスに50vol％未満の割合でアル
ゴン等の不活性ガスを混合し、表面層をなす窒化
チタン層の厚さを制御することも可能である。な
お、アルゴン等の流量が50vol％以上になると表
面の窒化が不充分になり、窒化チタンと酸窒化チ
タンとの二重構造にならず、また焼結体の強度も
大幅に低下する。 焼結温度を1200〜1700℃に限定する理由は、
1200℃未満では、いかに長時間焼結しても密度は
上がらず、充分な硬度を有する焼結体が得られな
い。また1700℃を超える温度で焼結しても、焼結
時間は短縮されないのみならず、脱窒素が起りは
じめ、緻密な焼結体を得ることができない。また
焼結温度に達するまでの昇温速度は500℃／hr以
下が望ましい。500℃／hrを超える速度で昇温す
ると、ひび割れを生じたり、表面の窒化チタン層
が剥離することがある。 なお、内部の酸窒化チタンの酸素量は二酸化チ
タン粉末をアンモニアと反応させる際の温度と反
応時間を調整することによつて制御できる。 ＜発明の効果＞ 本発明の製法によつて得られる焼結体は表面層
が窒化チタンからなり、該表面層から内部にかけ
て窒素含有量が次第に減少する一方酸素含有量が
増加し内部が酸窒化チタンである二重構造を有し
ており、緻密でかつ強度が大きい。 また、本発明の製造方法は従来の二酸化チタン
と炭素材料とを混合して用いる方法に比べて焼結
時間も短く、かつ得られる焼結体も緻密である。 ＜実施例および比較例＞ 平均粒径0.03μの二酸化チタンを第１表に示す
条件でアンモニアガス雰囲気中で反応させて得ら
れた酸窒化チタン粉末2.0ｇを直径10mmの円柱形
に1t／cm²の圧力で圧縮成型し、窒素雰囲気中で焼
結した。生成した焼結体の性状も同表中に示し
た。 上記本発明の製法によるものの他、本発明方法
の条件に外れる方法で製造したものを比較例とし
て第１表に示した。

【表】 なお、本発明の製法と比較するための従来の製
法を実施したところ従来法による窒化チタン粉末
は直径1.0μ以下のものは得がたく、このような
1.0μをこえる粒径の窒化チタン粉末を使用して焼
結体を造ると、各種の条件で焼結しても密度は
96.8％以下の低密度の焼結体しか得られなかつ
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸窒化チタン粉末を圧縮成形し、1200〜1700
   ℃の温度範囲において窒素雰囲気中で焼結するこ
   とからなる、表面層のみが窒化チタンで内部が酸
   窒化チタンからなる焼結体の製法。 ２ 上記酸窒化チタン粉末が、二酸化チタン粉末
   を700〜1000℃の温度範囲においてアンモニアガ
   スと反応させて得られるものである特許請求の範
   囲第１項の製法。 ３ 上記窒素雰囲気中にアルゴン等の不活性ガス
   が混合され、表面の窒化チタン層の厚さが制御さ
   れる特許請求の範囲第１項記の製法。