JPH04358004A - アモルファス合金粉末製焼結体の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえばアモルファ
ス母相中に微細な結晶相が均一に析出したアモルファス
超電導体や、アモルファス母相中にナノメータスケール
の微細な結晶相が存在するアモルファス磁性材料や、全
体がナノメータスケールの微細な結晶粒組織となってい
る磁性材料のような非平衡相材料として用いられる大型
のアモルファス合金粉末製焼結体を製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術と発明の課題】たとえば上記アモルファス
超電導体や磁性材料は、アモルファス合金を用いて作製
することが、その構造制御の点から容易である。すなわ
ち、アモルファス合金を、これが部分的に結晶化する温
度および時間で加熱すると結晶相が析出してくるので、
この温度および時間を制御することにより、所望の構造
のアモルファス超電導体や磁性材料が得られることが判
明している。

【０００３】そこで、従来、液体急冷法によりつくられ
た急冷凝固アモルファス合金粉末を用いてホットプレス
法、圧延法、熱間押出法、爆発成形法などにより、アモ
ルファス合金が部分的に結晶化する温度および時間で焼
結することによってアモルファス超電導体や、アモルフ
ァス磁性材料のような非平衡相材料として用いられるア
モルファス合金粉末製焼結体を製造していた。

【０００４】しかしながら、ホットプレス法の場合には
、製造される焼結体の密度比が小さくて高密度の焼結体
を得ることができず、超電導体としての超電導特性や磁
性材料としての磁気特性などの温度依存性が高くなり、
これらの特性の安定性を損なうという問題がある。 しかも、焼結体の密度が低いと、強度が不足して機械加
工ができず、所望の形状に仕上げることができないとい
う問題がある。また、ホットプレス法の場合には、負荷
応力が不均一のため形成された焼結体の密度にばらつき
が生じるという問題がある。さらに、高密度の大型焼結
体を得るためには、大きな圧縮荷重を負荷することので
きる装置を必要とするので、コストが高くなるという問
題がある。

【０００５】圧延法および熱間押出法の場合には、高密
度のものが得られるが、厚さが５ｍｍ以上、あるいは直
径が１０ｍｍ以上の実使用に適した大型の焼結体をつく
ることができないという問題がある。しかも、負荷応力
が不均一のため形成された焼結体の密度にばらつきがあ
るという問題がある。

【０００６】爆発成形の場合には、実使用に適した大型
の焼結体を形成すると、クラックが発生するという問題
がある。

【０００７】さらに、高密度の焼結体を製造するのに適
した粉末冶金法である熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）によ
って焼結体を製造することも考えられるが、ＨＩＰで所
定のニアネットシェイプの焼結体を製造するためには、
複雑な形状の金属製カプセルを用いなければならないの
でカプセルの製作が極めて困難であり、かつカプセルへ
の封入作業も面倒であるとともに、ＨＩＰを不活性ガス
雰囲気中で行う必要があるので密閉形の装置を必要とす
る。したがって、コストが高くなるとともに大量生産に
向かないという問題がある。しかも、急冷凝固アモルフ
ァス合金粉末の表面には、酸化皮膜が形成されているた
め、ＨＩＰによっても、アモルファス超電導体やアモル
ファス磁性材料として用いるのに適するとともに、仕上
げ機械加工を施すことの可能な高密度の焼結体を製造す
ることができないという問題がある。

【０００８】この発明の目的は、上記問題を解決したア
モルファス合金粉末製焼結体の製造方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明によるアモルフ
ァス合金粉末製焼結体の製造方法は、メカニカルアロイ
ング法やメカニカルグライディング法により製造された
アモルファス合金粉末を、プラズマ焼結法によりアモル
ファス合金が部分的または全体的に結晶化する温度およ
び時間で焼結することを特徴とするものである。

【００１０】上記の方法において、プラズマ焼結の後、
焼結体を、さらに熱間等方圧プレス法によりアモルファ
ス合金が部分的または全体的に結晶化する温度および時
間で圧縮成形して密度を高めるようにするのがよい。

【００１１】上記の方法において、メカニカルアロイン
グ法またはメカニカルグライディング法は、たとえばボ
ールミルのような装置を用いて行うものである。すなわ
ち、アモルファス合金を構成する金属の混合粉末や合金
粉末をミルの容器内に入れ、不活性ガス雰囲気中または
真空雰囲気中で、アジテータを所定時間回転させること
によりアモルファス合金粉末を得ることができる。この
メカニカルアロイング法やメカニカルグライディング法
は、上述のように不活性ガス雰囲気中または真空雰囲気
中で行われるとともに、破壊と冷間圧接との繰返により
粉末表面が常に新表面となされるので、これらの方法に
より製造されたアモルファス合金粉末の表面には酸化皮
膜が存在しない。

【００１２】プラズマ焼結法は、直流に高周波を重畳し
た特殊な電源を使用することにより、アモルファス合金
粉末間で起こる放電現象を利用したものであり、放電に
よって発生したガスイオン、および電子などの荷電粒子
は粉末間の接触部を衝撃して浄化する。しかも、接触部
における物質の蒸発も作用して粉末表面に強い衝撃圧が
加えられる。したがって、数ｋｇ／ｍｍ２　程度の低い
圧力での焼結が可能となる。

【００１３】プラズマ焼結のさいの温度および時間は、
使用するアモルファス合金粉末を加熱した場合の温度と
結晶化時間との関係を調べておき、その結果からアモル
ファス合金が部分的または全体的に結晶化を起こして結
晶相が析出し、しかも析出した結晶相の量およびサイズ
が所望のものとなるような温度および時間の条件を予め
求めておくことにより決定する。たとえば、Ｃｏ８０Ｎ
ｂ２０の場合、上記温度と結晶化時間との関係は、図１
に示すグラフのようになる。図１のグラフにおいて、実
線（Ａ）　より下方の部分が、アモルファスの領域で、
上方の部分が結晶の領域である。

【００１４】プラズマ焼結により焼結体を成形した後、
さらにＨＩＰにより圧縮成形するさいの温度および時間
の条件も、上記と同様に決定する。ＨＩＰの温度は、Ｈ
ＩＰ終了まで一定温度に保持しておいてもよいし、ある
いは上記温度範囲であれば、一定でなくてもよい。

【００１５】また、この発明の方法は、Ｎｉ−Ｔｉ、Ｔ
ｉ−Ａｌ、Ｎｂ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕなどの
その他の種々のアモルファス合金にも適用できる。この
中で、たとえばＴｉ５０Ａｌ５０の場合、上記加熱温度
または成形温度と結晶化時間との関係は、図２に示すグ
ラフのようになる。図２のグラフにおいて、実線（Ａ１
）より下方の部分が、アモルファスの領域で、上方の部
分が結晶の領域である。

【００１６】

【発明の効果】この発明の方法によれば、メカニカルア
ロイング法やメカニカルグライディング法により製造さ
れたアモルファス合金粉末を使用し、アモルファス合金
が部分的または全体的に結晶化する温度および時間でプ
ラズマ焼結法により焼結体を成形するので、数ｋｇ／ｍ
ｍ２　程度の低い成形圧力で高密度でかつ均一な密度の
大型焼結体を成形することが可能になり、高圧を付加す
るための特別の装置を必要とせず、装置のコストが安く
なる。また、プラズマ焼結法は、大気中において実施す
ることができるので、密閉形の装置や、カプセルへの封
入などを必要とせず、装置のコストが安くなるとともに
、作業が簡単になって大量生産に適する。したがって、
高密度でかつ均一な密度の大型焼結体を簡単かつ安価に
製造することができる。

【００１７】また、製造された焼結体は高密度であるか
ら、超電導特性や磁気特性が優れたものとなるとともに
、その強度が大きくなって機械加工を施すことが可能と
なる。したがって、この焼結体から所望形状の高性能ア
モルファス超電導体や、アモルファス磁性材料や、全体
がナノメータスケールの微細な結晶粒組織となっている
磁性材料を得ることができる。

【００１８】さらに、プラズマ焼結後のＨＩＰにより、
上記焼結体に、圧力を等方的に加えることができるので
、焼結体をさらに高密度でかつ均一な密度とすることが
できる。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の実施例を比較例とともに説
明する。

【００２０】実施例１ Ｃｏ粉末と、Ｎｂ粉末とを、Ｃｏ８０Ｎｂ２０の原子量
割合となるように混合し、得られた混合粉末を、メディ
ア撹拌型ボールミルを用いてメカニカルアロイング法に
よりアモルファス化し、平均粒径２５μｍのアモルファ
ス合金粉末をつくった。ついで、このアモルファス合金
粉末を、内径２０ｍｍの黒鉛ダイス内に入れ、３ｋｇ／
ｍｍ２　の圧力を負荷して９５０℃および１０００℃の
各温度で１０分間プラズマ焼結を行い、焼結体を成形し
た。

【００２１】得られた焼結体の密度比を測定したところ
、焼結温度９５０℃の場合は９２％、１０００℃の場合
は９６％であった。また、この焼結体を顕微鏡で観察し
たところ、ナノメータスケールのγ相が単相になってい
た。さらに、この焼結体は、機械加工可能な十分な強度
を有していた。

【００２２】実施例２ Ｃｏ粉末と、Ｎｂ粉末とを、Ｃｏ８０Ｎｂ２０の原子量
割合となるように混合し、得られた混合粉末を、メディ
ア撹拌型ボールミルを用いてメカニカルアロイング法に
よりアモルファス化し、平均粒径２５μｍのアモルファ
ス合金粉末をつくった。ついで、このアモルファス合金
粉末を、内径２０ｍｍの黒鉛ダイス内に入れ、３ｋｇ／
ｍｍ２　の圧力を負荷して８００℃および９００℃の各
温度で１０分間プラズマ焼結を行い、焼結体を成形した
。得られた焼結体の密度比を測定したところ、焼結温度
８００℃の場合は８０％、９００℃の場合は８９％であ
った。

【００２３】ついで、この焼結体を８００℃まで加熱し
、この温度において、カプセル中に封入することなくＨ
ＩＰにより、時間３０分、Ａｒガス圧２０ｋｇ／ｍｍの
条件で圧縮成形し、直径１７ｍｍ、長さ９ｍｍの焼結体
を製造した。

【００２４】このようにして製造された焼結体の密度比
を測定したところ、９９％であった。また、この焼結体
を顕微鏡で観察したところ、アモルファス母相中にナノ
メータスケールの微細結晶相が析出していた。さらに、
この焼結体は、機械加工可能な十分な強度を有していた
。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｃｏ８０Ｎｂ２０アモルファス合金粉末の加熱
温度または成形温度と結晶化時間との関係を示すグラフ
である。

【図２】Ｔｉ５０Ａｌ５０アモルファス合金粉末の加熱
温度または成形温度と結晶化時間との関係を示すグラフ
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　メカニカルアロイング法やメカニカル
   グライディング法により製造されたアモルファス合金粉
   末を、プラズマ焼結法によりアモルファス合金が部分的
   または全体的に結晶化する温度および時間で焼結するこ
   とを特徴とするアモルファス合金粉末製焼結体の製造方
   法。
2. 【請求項２】　　プラズマ焼結の後、さらに焼結体を、
   熱間等方圧プレス法により、アモルファス合金が部分的
   または全体的に結晶化する温度および時間で圧縮成形し
   て密度を高めることを特徴とする請求項１記載のアモル
   ファス合金粉末製焼結体の製造方法。