JPH0336780B2

JPH0336780B2 -

Info

Publication number: JPH0336780B2
Application number: JP60109924A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Watanabe; Kazuhisa Shobu
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1985-05-21
Filing date: 1985-05-21
Publication date: 1991-06-03
Also published as: JPS61266361A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、高温においても室温下と同様の物性
を示す高強度構造材として利用しうる新規な高強
度耐熱セラミツクス材料に関するものである。（従来の技術）周期表〜族の遷移金属の炭化物、窒化物、
ホウ化物及びケイ化物は、一般に融点が高く、硬
度その他の機械的特性が優れているため、高強度
構造材として好適なことはよく知られている。な
かでも、炭化物、窒化物は硬度が高く、超硬合金
に代表されるように従来から、その高硬度性を活
かして切削工具材等に利用されてきた。それに対
し、ホウ化物はこれまであまり利用されていな
い。またケイ化物は、わずかに抵抗発熱体として
実用化されている例があるにすぎない。炭窒化物は焼結性はよいが、粒成長が著しく粗
大組織となるため、その単味焼結体は強度が低
い。またホウ化物は、単味では焼結性が極めて悪
く、焼結させるためには、高温、高圧を必要とす
る。先に本発明者らが提案した炭窒化チタン−ホ
ウ化金属化合物系（特公昭59−18349号）は、炭
窒化物とホウ化物を組み合わせることにより、炭
窒化チタンの粒成長を抑制し、かつホウ化物の焼
結性を改善した高密度かつ、高強度のセラミツク
ス材料である。しかしながら、このセラミツクス材料は、それ
を製造するのに高温での加熱が必要である上に、
高温化での耐酸化性が不十分である。他方、ケイ化物については良好な焼結性、耐酸
化性を有することが知られているが、その単味焼
結体は室温において極めて脆いという欠点があ
る。（発明が解決しようとする課題）本発明は、従来の炭窒化物−ホウ化物系焼結体
やケイ化物系焼結体がもつ欠点を克服し、高温下
においても室温下におけると同様な優れた機械的
特性を示す、耐熱性高強度構造材として有用な新
規なセラミツクス材料を提供することを目的とし
てなされたものである。（課題を解決するための手段）本発明者らは、高強度耐熱セラミツクス材料に
ついて種々研究を重ねた結果、炭窒化物−ホウ化
物系にケイ化物系を複合させた系が、それぞれの
長所を合わせ有すると共に、それぞれの短所を補
つた優れた特性を示すことを見い出し、この知見
に基づいて本発明をなすに至つた。すなわち、本発明は(A)Ti、Zr、Hf、Ｖ、Nb、
Ta、Cr、Mo又はＷの炭窒化物及びホウ化物の
中から選ばれた少なくとも１種の金属化合物の粉
末20〜90重量％と、(B)Ti、Zr、Hf、Ｖ、Nb、
Ta、Cr又はＷのケイ化物の中から選ばれた少な
くとも１種の金属化合物の粉末80〜10重量％の混
合物の焼結体から成る高強度耐熱セラミツクス材
料を提供するものである。本発明のセラミツクス材料の(A)成分の炭窒化物
は、炭化物、窒化物を個別に用いず原料の段階で
固溶させて用いる。この炭窒化物は、Ｍを金属と
してＭ（CαNβ）と表わされるもので、固溶効果
により炭化物、窒化物に比べ機械特性が優れてい
る。原子割合α：βは、10：90〜90：10のものが
好ましい。また、焼結性をよくし、かつ焼結体組織を微細
化するため、(A)成分及び(B)成分は、平均粒径2μ
ｍ以下の粉末として用いるのが好ましい。 (A)成分と(B)成分の混合割合は、混合粉末全重量
に基づき、(A)成分20〜90重量％、(B)成分80〜10重
量％、好ましくは(A)成分40〜80重量％、(B)成分60
〜20重量％の範囲内で選ばれる。この範囲を逸脱
すると焼結性が悪化するとともに強度が著しく低
下する。特に炭窒化物の場合は、これが多くなる
と焼結体組織が粗大化する傾向にあるので、60重
量％以下にするのが望ましい。他方、ホウ化物の
場合は、これが多すぎると焼結性の低下を生じ空
隙が残るようになる。また、ケイ化物の場合は、
これが多くなりすぎると、硬度が低下し、脆弱に
なる。 (A)成分と(B)成分の混合粉末は、易焼結性であ
り、通常のホツトプレス法や普通焼結法などによ
り容易に焼結し、所望のセラミツクス材料を形成
することができる。（発明の効果）本発明のセラミツクス材料は、高融点であり、
また常温においてと同様、高温においても高強
度、高硬度、高靭性という高温構造材として極め
て好適の特性を備えている。また、易焼結性であ
るので製造も容易である。しかも、炭窒化物が少
ない場合は、耐酸化性をも有するという利点もあ
る。このように極めて優れた特性を有する材料で
あり、構造材、耐摩性材料、切削工具材等の他、
耐熱性、高強度、高硬度等が要求される多くの分
野において利用が可能である。（実施例）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 Ti（C₅₀N₅₀）粉末を40重量部、TiB₂粉末を20重
量部及びNbSi₂粉末を40重量部の割合で秤量し、
均一に混合して混合粉末組成物を調整した。次い
でこの混合粉末組成物を黒鉛型に充填し、真空
中、20MPaの一軸加圧のもと、1600℃において、
30分間加圧焼成し、セラミツクス材料を製造し
た。得られたセラミツクス材料の抗折力
1100MN／m²、硬度は1680Kg／mm²、破壊靭性値は
4.7MN／ｍ^3/2であり、空〓はなかつた。実施例２〜19、比較例１〜10 原料の混合粉末組成物の組成を変え、次表に示
す焼結条件を用いて、セラミツクス材料を製造し
た。このようにして得たセラミツクス材料の特性
を次表に示す。なお、表中TiCNはTi（C₅₀N₅₀）
の略である。

【表】

【表】なお、上記の表中の実施例15で得たセラミツク
スについて、1000℃における酸化試験を行つたと
ころ、表面にガラス相が形成され、酸化は進行し
なかつた。

Claims

【特許請求の範囲】

１ (A)Ti、Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta、Cr、Mo又は
Ｗの炭窒化物及びホウ化物の中から選ばれた少な
くとも１種の金属化合物の粉末20〜90重量％と、
(B)Ti、Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta、Cr又はＷのケイ
化物の中から選ばれた少なくとも１種の金属化合
物の粉末80〜10重量％の混合物の焼成体から成る
高強度耐熱セラミツクス材料。