JPH045722B2 - - Google Patents

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JPH045722B2
JPH045722B2 JP61071669A JP7166986A JPH045722B2 JP H045722 B2 JPH045722 B2 JP H045722B2 JP 61071669 A JP61071669 A JP 61071669A JP 7166986 A JP7166986 A JP 7166986A JP H045722 B2 JPH045722 B2 JP H045722B2
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JP
Japan
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metal
powder
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boride
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JP61071669A
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JPS62227005A (ja
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Nobuhiro Sata
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は一体的に結合した硬質表面層をもつセ
ラミツクス成形体及びその製造方法に関するもの
である。さらに詳しくいえば、本発明は、切削工
具や耐摩耗用材料として好適な、高強度及び高靱
性を有するホウ化物−金属複合材料から成る成形
体の表面に、硬質セラミツクス層が一体的に形成
された新規な構造体及びこのものを簡単な装置を
用い簡単な手段で製造する方法に関するものであ
る。
従来の技術 従来、硬質層を表面に有する成形体の製造方法
としては、例えば金属から成る基体の表面に、
CVD法、PVD法、溶射法などによつて硬質セラ
ミツクス層をコーテイングする方法、あるいは浸
炭処理や窒化処理などによつて、該金属表面を硬
質化する方法などが知られている。
しかしながら、従来のコーテイング法による硬
質層の形成方法においては、硬質層と基体金属と
の熱応力差により、該硬質層が剥離しやすいとい
う欠点を伴う。この剥離を防ぐためには、種類の
異なつた複数の層から成るコーテイングを行う必
要があるが、これを行うには、製造工程が著しく
複雑となる結果、コスト高になるのを免れない。
一方、浸炭処理や窒化処理により金属表面を硬
質化する方法は、前記のコーテイング法に比較し
てコストを低くすることはできるとしても、十分
に硬質のものが得られないという欠点がある。
発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、このような従来の硬質層を表
面に有する成形体がもつ欠点を改良し、切削工具
や耐摩耗用材料として好適な、高強度及び高靱性
を備え、しかも表面硬質層が一体的に基体に結合
して剥離することのない新規なセラミツクス成形
体を提供することである。
課題を解決するための手段 本発明者は、高強度及び高靱性とを合わせ有
し、かつ剥離しない硬質層を表面にもつセラミツ
クス成形体を開発するために鋭意研究を重ねた結
果、ある種の金属ホウ素化物を金属で結合した基
体の表面に、硬質セラミツクス層を特定の手段で
一体的に形成させることによりその目的を達成し
うることを見出し、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、周期表第A族及び第
VA族から選ばれた少なくとも1種の金属のホウ
化物と、この金属ホウ化物を形成した金属及び周
期表第B族の金属から選ばれた結合用金属とか
ら成る基体表面に、周期表第A族及び第VA族
の金属のホウ化物又はそのホウ化物に他の硬質セ
ラミツクスを分散させたものから成る硬質セラミ
ツクス層が一体的に積層されていることを特徴と
するセラミツクス成形体及びこれを製造するため
の、(A)鋳型内に、周期表第A族及び第VA族か
ら選ばれた少なくとも1種の金属の粉末とホウ素
粉末との金属ホウ化物生成に際し、前者が化学量
論的に過剰になる割合の混合物又は周期表第A
族及び第VA族から選ばれた少なくとも1種の金
属の粉末とホウ素粉末との化学量論的割合の混合
物に周期表第B族の金属を加えたものから成る
基体形成用成分を充てんし、(B)次いでその上を、
周期表第A族及び第VA族から選ばれた少なく
とも1種の金属の粉末とホウ素粉末との化学量論
的割合の混合物又はそれに硬質セラミツクス粉末
を配合したものから成る硬質セラミツクス層形成
用成分の層で被覆したのち、真空下鋳型内底部に
接する粉末混合物に着火するとともに、上方より
加圧しながら発熱反応を進行させることを特徴と
するセラミツクス成形体の製造方法を提供するも
のである。
本発明の成形体は、周期表第A族及び第VA
族に属する金属、すなわちチタン、ジルコニウ
ム、ハフニウム、ニオブ、タンタルの中から選ば
れた少なくとも1種のホウ化物を、結合用金属で
結合したホウ化物−金属複合材料を基体とし、そ
の表面部分に硬質セラミツクス層を設けた組織構
造を有している。結合用金属としては、上記のホ
ウ化物の成分として用いた周期表第A族及び第
VA族の金属や、ホウ素と反応させたときにホウ
化物を生成しない周期表第B族の金属すなわち
銅、金、銀が用いられる。
この基体における組成としては、金属ホウ素化
物50〜99重量%、結合用金属50〜1重量%の範囲
が好ましい。
また、基体表面に設けられる硬質セラミツクス
層は、硬質セラミツクス例えば金属の窒化物、炭
化物、ホウ化物、酸化物自体でもよいし、あるい
は硬質材料の粉末例えばこれらの金属化合物、炭
化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモン
ドなどの粉末を分散したセタミツクスでもよい。
特に好ましいのは、基体の構成成分の金属ホウ化
物自体で構成された層である。
この硬質セラミツクス層は、基体の表面に少な
くとも1mmの厚さで形成させれば十分である。
本発明の成形体においては、上記のホウ素化合
物−金属複合材料から成る基体と硬質セラミツク
ス層が一体的に結合していることが必要である。
本発明方法に従えば、このような成形体は、(A)
基体中に存在するホウ化物を生成させるのに必要
な周期表第A族又は第VA族に属する金属の粉
末とホウ素粉末とを、前者が化学量論的に過剰に
なるような割合で混合し、この混合物を鋳型内に
充てんし、次にこの表面を(B)周期表第A族又は
第VA族に属する金属の粉末とホウ素粉末との、
化学量論的量又は後者が過剰になる割合の混合物
で被覆したのち、この鋳型の底部付近で強熱着火
させ、発熱反応が上部に向つて漸次伝播するよう
にしてホウ素化物の生成と金属の溶融を行わせる
ことによつて製造することができる。
この際、ホウ素化物の生成を確実にし、かつち
密化のために、真空下で上方から加圧しながら反
応させることが必要である。
この反応により、基体部分において周期表第
A族又は第VA族の金属のホウ素化物が生成する
とともに、過剰の金属が溶融して、このホウ素化
物を結合し、ホウ素化合物−金属複合材料を形成
する。一方、表面部分には、同じ金属のホウ素化
物のみから成る硬質セラミツクス層が形成され、
これは基体部分に一体的に結合される。
前記の(A)において、周期表第A族又は第VA
族の金属の過剰に用いて結合剤とする代りに、そ
の過剰分をホウ素と反応しない金属例えば周期表
第B族の金属又はその合金で置きかえることも
できる。また硬質セラミツクス層を形成させる原
料として、周期表第A族又は第VA族の金属の
粉末とホウ素粉末との化学量論的割合の混合物
に、硬質セラミツクスの粉末、例えばB4C,Al2
O3,ZrO2,TiC,SiC、立方晶窒化ホウ素、ダイ
ヤモンドなどの粉末を加えたものを用いることも
できる。この硬質セラミツクス粉末の配合割合と
しては、10〜95重量%の範囲が適当である。
本発明方法は加圧しながら行うことが必要であ
るが、この加圧は、バネ圧縮や油圧プレス、静水
圧縮などの任意の手段により、少なくとも50Kg/
cm2の圧力で行なわれる。この加圧は、発熱反応の
進行方向と平行して圧力が与えられるようにして
行うのが好ましい。
次に、反応の開始のための着火は、例えば2本
のタングステン線の端部に白金線を溶接した着火
治具を鋳型の底部付近に挿入し、電流を通すこと
によつて行うことができる。
本発明の成形体における硬質セラミツクス層の
ち密化をいつそう確実にするためには、硬質セラ
ミツクス層を形成させるための原料混合物Bの表
面に金属銅板のような吸熱板を載置し、反応に際
し、吸熱冷却を助長させるのが望ましい。
本発明の成形体は、鋳型の形状を適当に選ぶこ
とにより任意の形状、例えば板状、棒状、円柱
状、筒状、ブロツク状などに成形することができ
る。
発明の効果 本発明によると、高強度及び高靱性を有するホ
ウ素化物−金属複合材料から成る基体の表面に、
硬質セラミツクス層を有するセラミツクス成形体
を、簡単な装置と操作で製造することができる。
本発明のセラミツクス成形体は、例えば切削工
具や耐摩耗用材料として好適に用いられる。
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 減圧可能な容器内に黒鉛で熱遮断した金属製鋳
型を設置し、この鋳型内にチタンとホウ素の粉末
をモル比11:9の割合で十分に混合した混合粉末
を充てんし、さらに、チタンとホウ素の粉末をモ
ル1:2の割合で十分に混合した混合粉末を約2
mmの厚さで充てんした。
次に、前記のチタンとホウ素のモル比1:2の
混合粉末層の表面に金属銅板が接するようにし
て、上下より200Kg/cm2の圧力をかけ、バネを圧
縮すると同時に圧粉を行い、着火治具(2本のタ
ングステン線の端部に0.2mm径の白金線を溶接し
たもの)に電流を瞬時流して、チタンとホウ素の
モル比11:9の混合粉末層の端部に着火し、反応
を開始させた。
反応が圧粉体の端部から進展するに従つて、約
3000Kに加熱された燃焼帯において、ホウ化チタ
ンの合成反応と過剰量のチタンの溶融が生じ、ち
密化が進行し、反応によつて収縮した分はバネの
伸張によって遂次補われ、ち密化に必要な圧力が
連続的に試料に加えられる。
反応終了後、冷却して成形体を鋳型より取り出
したところ、TiB−Ti複面に、体剥離性に優れ
た二ホウ化チタン層を有する成形体が得られた。
このものの表面硬度は3100Kg/mm2であつた。
またその断面を電子顕微鏡で観察したところ基
体部と硬質セラミツクス部との接合は連続的であ
り、一体化していることが認められた。
実施例 2 基体を形成するための原料組成物として、チタ
ン粉末とホウ素粉末とをモル比1:2の割合で含
有し、かつ銅粉末を3重量%含有する混合粉末を
用い、硬質層を形成するための原料組成物とし
て、チタン粉末とホウ素粉末とをモル比1:2の
割合で含む混合粉末に、B4粉末50重量%を配合
した混合粉末を用いて、実施例1と同じようにし
て反応させることにより、TiB2−Cu複合材料か
ら成る基体の表面に、B4C分散層が一体的に積
層した組織構造を有する成形体が得られた。
このものの表面硬度は3130Kg/mm2であつた。
実施例 3 基体を形成するための原料組成物として、ジル
コニウム粉末とホウ素粉末とをモル比1:1の割
合で含有する混合粉末を用い、硬質層を形成する
ための原料組成物として、ジルコニウム粉末とホ
ウ素粉末とをモル比1:2の割合で含有する混合
粉末を用いて、実施例1と同じようにして反応さ
せることにより、ZrB2−Zr複合材料から成る基
体の表面に、ZrB2硬質層が一体的に積層した組
織構造を有する成形体が得られた。
このものの表面硬度は2050Kg/mm2であつた。
実施例 4 基体を形成するための原料組成物として、チタ
ン粉末とホウ素粉末とをモル比11:9の割合で含
有する混合粉末を用い、硬質層を形成するための
原料組成物として、チタン粉末とホウ素粉末とを
モル比1:2の割合で含む混合粉末にCBN(立方
晶窒化ホウ素)粉末20重量%を配合したものを用
いて、実施例1と同じようにして反応させること
により、TiB−Ti複合材料から成る基体の表面
に、CBN分散セラミツクス層が一体的に積層し
た組織構造を有する成形体が得られた。
このものの表面硬度は3900Kg/mm2あつた。
実施例 5 基体を形成するための原料組成物として、ニオ
ブ粉末とホウ素粉末とをモル比1:2の割合で含
有し、かつ銅粉末を3重量%含有する混合粉末を
用い、硬質層を形成するための原料組成物とし
て、ニオブ粉末とホウ素粉末のモル比1:2の混
合粉末を用いて、実施例1と同じようにして反応
させたところ、NbB2−Cu複合材料から成る基体
の表面に、NbB2層が一体的に積層した組織構造
を有する成形体が得られた。
このものの表面硬度は2340Kg/mm2であつた。
実施例 6 基体を形成するための原料組成物として、タン
タル粉末とホウ素粉末とをモル比3:4の割合で
含有し、かつ銅粉末を3重量%含有する混合粉末
を用い、硬質層を形成するための原料組成物とし
て、タンタル粉末とホウ素粉末のモル比3:4の
混合粉末を用いて、実施例1と同じようにして反
応させることにより、Ta3B4−Cu複合材料から
成る基体の表面に、Ta3B4層が一体的に積層した
組織構造を有する成形体が得られた。
このものの表面硬度は2970Kg/mm2であつた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 周期表第A族及び第VA族から選ばれた少
    なくとも1種の金属のホウ化物と、この金属ホウ
    化物を形成した金属及び周期表第B族の金属か
    ら選ばれた結合用金属とから成る基体表面に、周
    期表第A族及び第VA族の金属のホウ化物又は
    そのホウ化物に他の硬質セラミツクスを分散させ
    たものから成る硬質セラミツクス層が一体的に積
    層されていることを特徴とするセラミツクス成形
    体。 2 (A)鋳型内に、周期表第A族及び第VA族か
    ら選ばれた少なくとも1種の金属の粉末とホウ素
    粉末との金属ホウ化物生成に際し、前者が化学量
    論的に過剰になる割合の混合物又は周期表第A
    族及び第VA族から選ばれた少なくとも1種の金
    属の粉末とホウ素粉末との化学量論的割合の混合
    物に周期表第B族の金属を加えたものから成る
    基体形成用成分を充てんし、(B)次いでその上を、
    周期表第A族及び第VA族から選ばれた少なく
    とも1種の金属の粉末とホウ素粉末との化学量論
    的割合の混合物又はそれに硬質セラミツクス粉末
    を配合したものから成る硬質セラミツクス層形成
    用成分の層で被覆したのち、真空下鋳型内底部に
    接する粉末混合物に着火するとともに、上方より
    加圧しながら発熱反応を進行させることを特徴と
    する、基体表面に硬質セラミツクス層が一体的に
    積層されたセラミツクス成形体の製造方法。
JP61071669A 1986-03-28 1986-03-28 セラミツクス成形体及びその製造方法 Granted JPS62227005A (ja)

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JPS6123705A (ja) * 1984-07-10 1986-02-01 Tatsuro Kuratomi ダイアモンド工具材およびその製造法

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