JPH0545549B2 - - Google Patents
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- JPH0545549B2 JPH0545549B2 JP60137442A JP13744285A JPH0545549B2 JP H0545549 B2 JPH0545549 B2 JP H0545549B2 JP 60137442 A JP60137442 A JP 60137442A JP 13744285 A JP13744285 A JP 13744285A JP H0545549 B2 JPH0545549 B2 JP H0545549B2
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- titanium compound
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Description
（産業上の利用分野）
本発明は、チタンを含有した化合物を主成分と
するチタン化合物基高硬度焼結体に関する。 （従来の技術） 従来、実質的に金属を含有していないチタン化
合物基焼結体は、難焼結性で緻密な焼結体を得る
のが困難であるためかあまり研究されていない。
このチタン化合物基焼結体としては、本発明者の
１人がスピノーダル分解又はバイノーダル分解を
応用した焼結体として、特願昭58−123855号及び
特願昭58−226379号などによつて提供したものが
ある。また、その他にタングステンの析出によつ
て焼結したものとして開示されているのに特開昭
59−195582号公報及び特開昭59−232968号公報が
ある。 （発明が解決しようとする問題点） 実質的に金属を含有してなく、チタン化合物を
主成分とした焼結体として開示されている特開昭
59−195582号公報及び特開昭59−232968号公報
は、TiとＷの複合炭窒化物固溶体に微量の酸化
マグネシウムや酸化カルシウムを添加して分解さ
せ、この分解により生成した酸素がTiとＷの複
合炭窒化物固溶体中の炭素と反応して複合炭窒化
物固溶体中のＷを析出させることにより緻密な焼
結体にしているものである。しかしながら、これ
ら特開昭59−195582号公報及び特開昭59−232968
号公報は、Ｗを含んだTiの複合炭窒化物固溶体
であるために耐酸化性、耐食性及び比強度が低い
のとＷの析出を利用した焼結であることから焼結
性が悪いという問題がある。 本発明は、上述のような問題点を解決したもの
で、具体的には、チタンの化合物を主成分とする
緻密な焼結体で、耐酸化性、耐食性、強度及び硬
度の高いチタン化合物基焼結体の提供を目的とす
るものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明者らは、スピノーダル分解又はバイノー
ダル分解を応用した焼結体として提供した特願昭
58−123855号及び特願昭58−226379号に基づいて
更に研究を進めた結果、スピノーダル分解又はバ
イノーダル分解するチタンの化合物に分散相を添
加することによつて耐酸化性、耐食性及び焼結性
にすぐれ、しかも硬度及び比強度の高い焼結体に
なることを見出すことによつて本発明を完成する
に至つたものである。 すなわち、本発明のチタン化合物基高硬度焼結
体は、Be，Mg，Ca，Sr，Al，Sc，Ｙ、ランタ
ノイドの酸化物、窒化物又はZr，Hf，Nbの酸化
物もしくはこれらの相互固溶体の中の少なくとも
１種の分散相１〜15重量％と残り（Tia，Mb）
（Cx，Ny，Oz）ｎで表示される硬質相と不可避
不純物からなる焼結体であつて、この（Tia，
Mb）（Cx，Ny，Oz）ｎで表示したＭはZr，Hf，
Ｖ，Ta，Nbの中の少なくとも１種からなる金属
元素であり、ａ，ｂはTi及び金属元素Ｍのモル
比である。ｘ，ｙ，ｚはＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ
（酸素）のモル比であり、ｎはTiとＭとを合計し
た金属元素に対するＣ，Ｎ，Ｏを合計した非金属
元素のモル比を示し、その関係は、ａ＋ｂ＝１，
0.33＜ａ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，0.5＜ｘ≦0.95，
０≦ｙ≦0.5，０≦ｘ＜0.4，ｙ＋ｚ≠０，0.6≦ｎ
≦１を満足するものである。 本発明の焼結体中の分散相とは、例えばBeO，
MgO，CaO，SrO，Al2O3，Sc2O3，Y2O3，La2
O3，Ce2O3，Mg3N2，Ca3N2，Sr3N2，AlN，
ScN，YN，LaN，CeN，ZrO2、HfO2，NbO2，
Mg（Ｏ，Ｎ），Al，（Ｏ，Ｎ），（Al，Mg）Ｏ，
（Al，Ｙ）Ｏ，（Zr，Mg）Ｏ，（Zr，Ca）Ｏ，
（Zr，Ｙ）Ｏなどを挙げることができる。また、
（Tia，Mb）（Cx，Ny，Oz）で表示される硬質
相とは、例えばTiC，Ti（Ｃ，Ｎ），Ti（Ｃ，Ｏ），
Ti（Ｃ，Ｎ，Ｏ，），（Ti，Ｍ）Ｃ，（Ti，Ｍ）（Ｃ，
Ｎ），（Ti，Ｍ）（CO），（Ti，Ｍ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）
などを挙げることができる。この内、分散相とし
ては、Mg，Al，Ｙの酸化物、窒化物又はZrの酸
化物もしくはこれらの相互固溶体の中の少なくと
も１種を含有していると高温における焼結体の特
性を高める効果が高くなるので好ましいものであ
る。また、硬質相としては、Tiの炭窒化物、Ti
の炭酸化物又はTiの炭窒酸化物からなる場合に
は焼結体の軽量化及び比強度の点から好ましいも
のである。 分散相と硬質相からなる本発明の焼結体は、硬
質相自体が金相学的に全率固溶又は溶解度ギヤツ
プのある組合わせになつており、このために焼結
工程でスピノーダル分解又はバイノーダル分解が
生じて緻密になつている。また、分散相は、硬質
相であるチタン化合物の自己拡散係数を大きくす
る役割を果たし、硬質相の格子中の窒素、酸素及
び空孔子は共に格子内の陰イオンの移動を促進さ
せて、より一層緻密な焼結体にする作用をしてい
る。 この本発明の焼結体は、硬質相自体が有してい
る高硬度性、耐食性、耐摩耗性、耐酸化性、耐熱
性及び耐熱中性子損傷性に加えて、更に分散相に
よつて高温における耐溶着性、耐酸化性及び強度
が高くなつているものである。また、低比重であ
ることから比強度も高く、熱伝導性もすぐれてい
ることから熱が蓄積され難い焼結体である。さら
に、放電加工が可能な電気伝導性を有しており、
複雑な形状品での焼結後に放電加工成形ができる
焼結体である。 ここで本発明のチタン化合物基高硬度焼結体の
数値限定した理由について説明する。 分散相について 本発明の焼結体中の分散相は、焼結過程で焼結
促進性、硬質性の結晶粒子成長抑制及び緻密性に
寄与し、焼結後は耐酸化性の向上に寄与している
ものである。この分散相が１重量％未満になると
焼結促進性、緻密性及び耐酸化性に対する効果が
弱く、15重量％を超えて多くなると焼結体の強度
低下が著しいために分散相は、１〜15重量％と定
めたものである。 硬質相について 本発明の焼結体中の硬質相は、Tiと他の金属
元素を含む固溶体からなる硬質相の場合には、
Ti元素が33モル％以下になると焼結体の硬度を
低下させる傾向にあることからTi元素のモル比
を示すａは0.33＜ａ≦１と定めたものである。 硬質相中の炭素量は、50モル％以下になると窒
素及び／又は酸素が相対的に増加して焼結体の強
度及び硬度を低下させるために炭素量は0.5＜ｘ
≦0.95と定めたものである。 硬質相中の窒素量は、硬質相の結晶粒子を微細
化し、焼結体の硬度を高めるが、50モル％を超え
て多くなると逆に焼結体の硬度を低下させ、焼結
性も悪くなるために窒素量は０≦ｙ≦0.5と定め
たものである。 硬質相中の酸素量は、微量存在すると焼結性を
促進させるが40モル％以上含有すると焼結体の強
度を著しく劣下させるために酸素量は０≦ｚ＜
0.4と定めたものである。 硬質相中の金属１モルに対する非金属元素は、
0.6モル未満になると空孔が多くなつて硬質相を
不安定化させ、粒成長させたり、又は金属を析出
させて焼結体の諸特性の低下となるために、その
指数は0.6≦ｎ≦１と定めたものである。 本発明のチタン化合物基高硬度焼結体の製造方
法の内、硬質相を形成するための出発原料として
は、Tiの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、
炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物の粉末を用い、
これらのチタン化合物と必要に応じて、例えば
TiCと金相学的に全率固溶又は溶解度ギヤツプの
あるZr，Hf，Ｖ，Ta，Nbの炭化物、窒化物、
酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも
１種の粉末との混合粉末を用いることができる。
また、硬質相を形成する（Ti，Ｍ）Ｃ，（Ti，
Ｍ）（Ｃ，Ｎ），（Ti，Ｍ）（CO），（Ti，Ｍ）（Ｃ，
Ｎ，Ｏ）の固溶体粉末を出発原料として用いるこ
とができる。この内、電子論的に格子の維持が不
安定で原子空孔により電気的中性を保持している
亜化学量論組成のVC，NbC，TaC，ZrN，
YiN，HfNの少なくとも１種の粉末と化学量論
組成又は亜化学量論組成のTiC粉末との混合粉末
を出発原料とするのが焼結の促進と緻密性から好
ましいものである。 分散相を形成するための出発原料としては、単
一化合物粉末を少なくとも１種用いたり又は単一
化合物粉末と固溶体粉末もしくは固溶体粉末のみ
で用いることができる。また、分散相と硬質相の
混合粉末あるいは分散相と硬質相の固溶体粉末を
出発原料とすることもできる。 この硬質相及び分散相を形成するための出発原
料は、微細な粒子を使用する程焼結が著しく促進
されるので一層低温での焼結が可能である。硬質
相の内、特にTiCは共有結合性の強い物質で、焼
結過程中特定方向の結晶面が異方成長しやすく、
この異方成長した結晶が破壊の起源として作用す
るために強度が低下しやすくなる。そこで、硬質
相及び分散相を形成するための出発原料は、共に
微細な粉末を使用し、低温で焼結すると硬質相の
結晶粒子が均質化し、分散相の分散性もよくな
り、又分散相による硬質相の粒成長抑制効果と併
せて焼結体の硬度と強度を増大させる。このため
に、出発原料は2μm以下、特に0.5μm以下のもの
が好ましい。出発原料は、化学量論組成又は非化
学量論組成のものを使用でき、非化学量論組成の
内非金属元素の欠乏した亜化学量論組成のものを
用いると焼結過程で固相拡散反応を促進させると
共に固相反応の際に生じる炭素、窒素、酸素を吸
収するため緻密で高強度の焼結体が得られやす
い。 本発明の焼結体を製造する工程の内、出発原料
の混合粉砕は、ステンレス製容器、超硬合金を内
張りした容器又はウレタンゴムを内張した容器を
使用してステンレス製ボール、超硬合金製ボール
又は表面被覆したボールと共に混合粉砕する。粉
砕効果を高めて出発原料を微細化するには、ステ
ンレス製容器又は超硬合金を内張りした容器を使
用して超硬合金製ボールと共に混合粉砕するのが
よい。また、混合は、アセトン、ヘキサン、ベン
ゼン、アルコールなどの有機溶媒を加えて湿式混
合粉砕するのがよい。耐食性及び高温での耐摩耗
性を利用する用途向けなどで金属、主として鉄族
金属からなる不純物の混入を考慮する必要がある
ときはウレタンゴムで内張りした容器を使用して
表面被覆したボール又は本発明の焼結体で作製し
たボールと共に混合するのがよい。不可避不純物
は、出発原料中にも含まれているけれども混合粉
砕工程から混入する割合が高く、特に混合粉砕工
程で使用する超硬合金の内、超硬合金の主成分で
ある周期律表4a，5a，6a族の金属化合物が不純
物として混入するのはそれほど問題にならないの
に対して超硬合金の結合相である鉄族金属の混入
は出来るだけ混入しないようにするのが好まし
い。鉄族金属の混入量は、混合粉砕条件によつて
異なつてくるが0.5体積％以下の混入量にすれば
焼結体の諸特性にも殆ど問題がなく、特に問題が
生じてくる用途の場合は、不純物としての鉄族金
属を、例えば酸化物のような化合物として分散相
中に存在させるようにすると問題がなくなる。本
発明の焼結体を製造する工程の内、混合粉末の成
形は、混合粉砕した粉末を黒鉛モールドに充填し
て非酸化性雰囲気中でホツトプレスする方法、又
は混合粉砕した粉末にパラフイン、カンフアなど
の成形助剤を添加して必要ならば顆粒状にした後
金型モールドに充填して加圧成形する方法、もし
くはラバープレスなどの静水圧加圧によつて成形
する方法、あるいは射出成形法で成形する方法が
ある。このようにして成形した粉末圧粉体を直接
焼結したり、又は粉末圧粉体を焼結温度よりも低
い温度で予備焼結した後切断、研削及び切削など
の機械加工によつて目的の形状に成形してから焼
結することもできる。 本発明の焼結体を製造する工程の内、焼結は、
非酸化性雰囲気中で 無加圧焼結したり、又は減
圧ガス雰囲気中もしくは真空中で1500℃〜1900℃
で焼結することができる。特に、窒素元素の含有
した焼結体を得るときは、脱窒の防止からN2ガ
スを含有した非酸化性雰囲気中で焼結することが
望ましい。このような条件で焼結したものを熱間
静水圧加圧法（HIP法）によつて再処理すると一
層緻密で高靱性の焼結体にすることもできる。 （作用） 本発明のチタン化合物基高硬度焼結体は、金属
元素を実質的に含有してない焼結体であるけれど
もスピノーダル分解又はバイノーダル分解によつ
て焼結性を促進する硬質相と焼結を促進する分散
相とによつて焼結性及び緻密性にすぐれた焼結体
になつている。また、本発明の焼結体は、硬質相
の特性に、微細で均一に分散した分散相の特性が
プラスされて高硬度、高靱性になり、しかも耐酸
化性、耐溶着性、耐食性、耐熱性及び耐摩耗性に
すぐれた焼結体になつている。さらに、低比重で
あることから比強度が高く、放電加工も可能な電
気伝導性を有する焼結体である。 （実施例） 実施例 １ 純度99.99％以上のサブミクロンの各種微粉末
を用いて、第１表の如くに配合した。この配合組
成からなる各試料をヘキサン溶媒中ウレタン内張
りのシリンダ中でナイロン被覆鋼球ボールと共に
ボールミルに混合粉砕した。この混合粉砕の溶媒
を乾燥後、ホツトプレス（Ｈ・Ｐ）の場合は黒鉛
モールド中で焼結をし、HIP焼結の場合はリキツ
ドプレスにて1t／cm2の加圧力で圧粉体を成形した
後HIP炉中で２段加圧焼結した。このときの各試
料の配合組成及び焼結条件を第１表に示し、得ら
れた焼結体の組成成分を第２表に示し、それらの
諸特性を第３表に示した。
するチタン化合物基高硬度焼結体に関する。 （従来の技術） 従来、実質的に金属を含有していないチタン化
合物基焼結体は、難焼結性で緻密な焼結体を得る
のが困難であるためかあまり研究されていない。
このチタン化合物基焼結体としては、本発明者の
１人がスピノーダル分解又はバイノーダル分解を
応用した焼結体として、特願昭58−123855号及び
特願昭58−226379号などによつて提供したものが
ある。また、その他にタングステンの析出によつ
て焼結したものとして開示されているのに特開昭
59−195582号公報及び特開昭59−232968号公報が
ある。 （発明が解決しようとする問題点） 実質的に金属を含有してなく、チタン化合物を
主成分とした焼結体として開示されている特開昭
59−195582号公報及び特開昭59−232968号公報
は、TiとＷの複合炭窒化物固溶体に微量の酸化
マグネシウムや酸化カルシウムを添加して分解さ
せ、この分解により生成した酸素がTiとＷの複
合炭窒化物固溶体中の炭素と反応して複合炭窒化
物固溶体中のＷを析出させることにより緻密な焼
結体にしているものである。しかしながら、これ
ら特開昭59−195582号公報及び特開昭59−232968
号公報は、Ｗを含んだTiの複合炭窒化物固溶体
であるために耐酸化性、耐食性及び比強度が低い
のとＷの析出を利用した焼結であることから焼結
性が悪いという問題がある。 本発明は、上述のような問題点を解決したもの
で、具体的には、チタンの化合物を主成分とする
緻密な焼結体で、耐酸化性、耐食性、強度及び硬
度の高いチタン化合物基焼結体の提供を目的とす
るものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明者らは、スピノーダル分解又はバイノー
ダル分解を応用した焼結体として提供した特願昭
58−123855号及び特願昭58−226379号に基づいて
更に研究を進めた結果、スピノーダル分解又はバ
イノーダル分解するチタンの化合物に分散相を添
加することによつて耐酸化性、耐食性及び焼結性
にすぐれ、しかも硬度及び比強度の高い焼結体に
なることを見出すことによつて本発明を完成する
に至つたものである。 すなわち、本発明のチタン化合物基高硬度焼結
体は、Be，Mg，Ca，Sr，Al，Sc，Ｙ、ランタ
ノイドの酸化物、窒化物又はZr，Hf，Nbの酸化
物もしくはこれらの相互固溶体の中の少なくとも
１種の分散相１〜15重量％と残り（Tia，Mb）
（Cx，Ny，Oz）ｎで表示される硬質相と不可避
不純物からなる焼結体であつて、この（Tia，
Mb）（Cx，Ny，Oz）ｎで表示したＭはZr，Hf，
Ｖ，Ta，Nbの中の少なくとも１種からなる金属
元素であり、ａ，ｂはTi及び金属元素Ｍのモル
比である。ｘ，ｙ，ｚはＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ
（酸素）のモル比であり、ｎはTiとＭとを合計し
た金属元素に対するＣ，Ｎ，Ｏを合計した非金属
元素のモル比を示し、その関係は、ａ＋ｂ＝１，
0.33＜ａ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，0.5＜ｘ≦0.95，
０≦ｙ≦0.5，０≦ｘ＜0.4，ｙ＋ｚ≠０，0.6≦ｎ
≦１を満足するものである。 本発明の焼結体中の分散相とは、例えばBeO，
MgO，CaO，SrO，Al2O3，Sc2O3，Y2O3，La2
O3，Ce2O3，Mg3N2，Ca3N2，Sr3N2，AlN，
ScN，YN，LaN，CeN，ZrO2、HfO2，NbO2，
Mg（Ｏ，Ｎ），Al，（Ｏ，Ｎ），（Al，Mg）Ｏ，
（Al，Ｙ）Ｏ，（Zr，Mg）Ｏ，（Zr，Ca）Ｏ，
（Zr，Ｙ）Ｏなどを挙げることができる。また、
（Tia，Mb）（Cx，Ny，Oz）で表示される硬質
相とは、例えばTiC，Ti（Ｃ，Ｎ），Ti（Ｃ，Ｏ），
Ti（Ｃ，Ｎ，Ｏ，），（Ti，Ｍ）Ｃ，（Ti，Ｍ）（Ｃ，
Ｎ），（Ti，Ｍ）（CO），（Ti，Ｍ）（Ｃ，Ｎ，Ｏ）
などを挙げることができる。この内、分散相とし
ては、Mg，Al，Ｙの酸化物、窒化物又はZrの酸
化物もしくはこれらの相互固溶体の中の少なくと
も１種を含有していると高温における焼結体の特
性を高める効果が高くなるので好ましいものであ
る。また、硬質相としては、Tiの炭窒化物、Ti
の炭酸化物又はTiの炭窒酸化物からなる場合に
は焼結体の軽量化及び比強度の点から好ましいも
のである。 分散相と硬質相からなる本発明の焼結体は、硬
質相自体が金相学的に全率固溶又は溶解度ギヤツ
プのある組合わせになつており、このために焼結
工程でスピノーダル分解又はバイノーダル分解が
生じて緻密になつている。また、分散相は、硬質
相であるチタン化合物の自己拡散係数を大きくす
る役割を果たし、硬質相の格子中の窒素、酸素及
び空孔子は共に格子内の陰イオンの移動を促進さ
せて、より一層緻密な焼結体にする作用をしてい
る。 この本発明の焼結体は、硬質相自体が有してい
る高硬度性、耐食性、耐摩耗性、耐酸化性、耐熱
性及び耐熱中性子損傷性に加えて、更に分散相に
よつて高温における耐溶着性、耐酸化性及び強度
が高くなつているものである。また、低比重であ
ることから比強度も高く、熱伝導性もすぐれてい
ることから熱が蓄積され難い焼結体である。さら
に、放電加工が可能な電気伝導性を有しており、
複雑な形状品での焼結後に放電加工成形ができる
焼結体である。 ここで本発明のチタン化合物基高硬度焼結体の
数値限定した理由について説明する。 分散相について 本発明の焼結体中の分散相は、焼結過程で焼結
促進性、硬質性の結晶粒子成長抑制及び緻密性に
寄与し、焼結後は耐酸化性の向上に寄与している
ものである。この分散相が１重量％未満になると
焼結促進性、緻密性及び耐酸化性に対する効果が
弱く、15重量％を超えて多くなると焼結体の強度
低下が著しいために分散相は、１〜15重量％と定
めたものである。 硬質相について 本発明の焼結体中の硬質相は、Tiと他の金属
元素を含む固溶体からなる硬質相の場合には、
Ti元素が33モル％以下になると焼結体の硬度を
低下させる傾向にあることからTi元素のモル比
を示すａは0.33＜ａ≦１と定めたものである。 硬質相中の炭素量は、50モル％以下になると窒
素及び／又は酸素が相対的に増加して焼結体の強
度及び硬度を低下させるために炭素量は0.5＜ｘ
≦0.95と定めたものである。 硬質相中の窒素量は、硬質相の結晶粒子を微細
化し、焼結体の硬度を高めるが、50モル％を超え
て多くなると逆に焼結体の硬度を低下させ、焼結
性も悪くなるために窒素量は０≦ｙ≦0.5と定め
たものである。 硬質相中の酸素量は、微量存在すると焼結性を
促進させるが40モル％以上含有すると焼結体の強
度を著しく劣下させるために酸素量は０≦ｚ＜
0.4と定めたものである。 硬質相中の金属１モルに対する非金属元素は、
0.6モル未満になると空孔が多くなつて硬質相を
不安定化させ、粒成長させたり、又は金属を析出
させて焼結体の諸特性の低下となるために、その
指数は0.6≦ｎ≦１と定めたものである。 本発明のチタン化合物基高硬度焼結体の製造方
法の内、硬質相を形成するための出発原料として
は、Tiの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、
炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物の粉末を用い、
これらのチタン化合物と必要に応じて、例えば
TiCと金相学的に全率固溶又は溶解度ギヤツプの
あるZr，Hf，Ｖ，Ta，Nbの炭化物、窒化物、
酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも
１種の粉末との混合粉末を用いることができる。
また、硬質相を形成する（Ti，Ｍ）Ｃ，（Ti，
Ｍ）（Ｃ，Ｎ），（Ti，Ｍ）（CO），（Ti，Ｍ）（Ｃ，
Ｎ，Ｏ）の固溶体粉末を出発原料として用いるこ
とができる。この内、電子論的に格子の維持が不
安定で原子空孔により電気的中性を保持している
亜化学量論組成のVC，NbC，TaC，ZrN，
YiN，HfNの少なくとも１種の粉末と化学量論
組成又は亜化学量論組成のTiC粉末との混合粉末
を出発原料とするのが焼結の促進と緻密性から好
ましいものである。 分散相を形成するための出発原料としては、単
一化合物粉末を少なくとも１種用いたり又は単一
化合物粉末と固溶体粉末もしくは固溶体粉末のみ
で用いることができる。また、分散相と硬質相の
混合粉末あるいは分散相と硬質相の固溶体粉末を
出発原料とすることもできる。 この硬質相及び分散相を形成するための出発原
料は、微細な粒子を使用する程焼結が著しく促進
されるので一層低温での焼結が可能である。硬質
相の内、特にTiCは共有結合性の強い物質で、焼
結過程中特定方向の結晶面が異方成長しやすく、
この異方成長した結晶が破壊の起源として作用す
るために強度が低下しやすくなる。そこで、硬質
相及び分散相を形成するための出発原料は、共に
微細な粉末を使用し、低温で焼結すると硬質相の
結晶粒子が均質化し、分散相の分散性もよくな
り、又分散相による硬質相の粒成長抑制効果と併
せて焼結体の硬度と強度を増大させる。このため
に、出発原料は2μm以下、特に0.5μm以下のもの
が好ましい。出発原料は、化学量論組成又は非化
学量論組成のものを使用でき、非化学量論組成の
内非金属元素の欠乏した亜化学量論組成のものを
用いると焼結過程で固相拡散反応を促進させると
共に固相反応の際に生じる炭素、窒素、酸素を吸
収するため緻密で高強度の焼結体が得られやす
い。 本発明の焼結体を製造する工程の内、出発原料
の混合粉砕は、ステンレス製容器、超硬合金を内
張りした容器又はウレタンゴムを内張した容器を
使用してステンレス製ボール、超硬合金製ボール
又は表面被覆したボールと共に混合粉砕する。粉
砕効果を高めて出発原料を微細化するには、ステ
ンレス製容器又は超硬合金を内張りした容器を使
用して超硬合金製ボールと共に混合粉砕するのが
よい。また、混合は、アセトン、ヘキサン、ベン
ゼン、アルコールなどの有機溶媒を加えて湿式混
合粉砕するのがよい。耐食性及び高温での耐摩耗
性を利用する用途向けなどで金属、主として鉄族
金属からなる不純物の混入を考慮する必要がある
ときはウレタンゴムで内張りした容器を使用して
表面被覆したボール又は本発明の焼結体で作製し
たボールと共に混合するのがよい。不可避不純物
は、出発原料中にも含まれているけれども混合粉
砕工程から混入する割合が高く、特に混合粉砕工
程で使用する超硬合金の内、超硬合金の主成分で
ある周期律表4a，5a，6a族の金属化合物が不純
物として混入するのはそれほど問題にならないの
に対して超硬合金の結合相である鉄族金属の混入
は出来るだけ混入しないようにするのが好まし
い。鉄族金属の混入量は、混合粉砕条件によつて
異なつてくるが0.5体積％以下の混入量にすれば
焼結体の諸特性にも殆ど問題がなく、特に問題が
生じてくる用途の場合は、不純物としての鉄族金
属を、例えば酸化物のような化合物として分散相
中に存在させるようにすると問題がなくなる。本
発明の焼結体を製造する工程の内、混合粉末の成
形は、混合粉砕した粉末を黒鉛モールドに充填し
て非酸化性雰囲気中でホツトプレスする方法、又
は混合粉砕した粉末にパラフイン、カンフアなど
の成形助剤を添加して必要ならば顆粒状にした後
金型モールドに充填して加圧成形する方法、もし
くはラバープレスなどの静水圧加圧によつて成形
する方法、あるいは射出成形法で成形する方法が
ある。このようにして成形した粉末圧粉体を直接
焼結したり、又は粉末圧粉体を焼結温度よりも低
い温度で予備焼結した後切断、研削及び切削など
の機械加工によつて目的の形状に成形してから焼
結することもできる。 本発明の焼結体を製造する工程の内、焼結は、
非酸化性雰囲気中で 無加圧焼結したり、又は減
圧ガス雰囲気中もしくは真空中で1500℃〜1900℃
で焼結することができる。特に、窒素元素の含有
した焼結体を得るときは、脱窒の防止からN2ガ
スを含有した非酸化性雰囲気中で焼結することが
望ましい。このような条件で焼結したものを熱間
静水圧加圧法（HIP法）によつて再処理すると一
層緻密で高靱性の焼結体にすることもできる。 （作用） 本発明のチタン化合物基高硬度焼結体は、金属
元素を実質的に含有してない焼結体であるけれど
もスピノーダル分解又はバイノーダル分解によつ
て焼結性を促進する硬質相と焼結を促進する分散
相とによつて焼結性及び緻密性にすぐれた焼結体
になつている。また、本発明の焼結体は、硬質相
の特性に、微細で均一に分散した分散相の特性が
プラスされて高硬度、高靱性になり、しかも耐酸
化性、耐溶着性、耐食性、耐熱性及び耐摩耗性に
すぐれた焼結体になつている。さらに、低比重で
あることから比強度が高く、放電加工も可能な電
気伝導性を有する焼結体である。 （実施例） 実施例 １ 純度99.99％以上のサブミクロンの各種微粉末
を用いて、第１表の如くに配合した。この配合組
成からなる各試料をヘキサン溶媒中ウレタン内張
りのシリンダ中でナイロン被覆鋼球ボールと共に
ボールミルに混合粉砕した。この混合粉砕の溶媒
を乾燥後、ホツトプレス（Ｈ・Ｐ）の場合は黒鉛
モールド中で焼結をし、HIP焼結の場合はリキツ
ドプレスにて1t／cm2の加圧力で圧粉体を成形した
後HIP炉中で２段加圧焼結した。このときの各試
料の配合組成及び焼結条件を第１表に示し、得ら
れた焼結体の組成成分を第２表に示し、それらの
諸特性を第３表に示した。
【表】
【表】
【表】
【表】
実施例 ２
実施例１で得た本発明の焼結体の内、試料番号
１，４，５，７，８と市販のAl2O3系セラミツク
ス（Al2O3−0.5wt％MgO焼結体）、ZrO2系セラ
ミツクス（ZrO2−5.4wt％Y2O3焼結体）、SiC系
セラミツクス（SiC−0.5wt％B4Ｃ焼結体）、Si3
N4系セラミツクス（Si3N4−4wt％Al2O3−8wt％
Y2O3焼結体）を比較に加えて各試料の形状寸法
を30×30×10mmに作製し、＃800のダイヤモンド
砥石で研摩後大越式摩耗試験機を用いて室温にお
ける耐摩耗性試験を行なつた。試験条件は、相手
材SKD１１（HRc60）、荷重18.9Kg、時間９分58
秒、摩擦速度0.94m／sec、摩擦距離600mである。
この試験結果を第３表に示した。
１，４，５，７，８と市販のAl2O3系セラミツク
ス（Al2O3−0.5wt％MgO焼結体）、ZrO2系セラ
ミツクス（ZrO2−5.4wt％Y2O3焼結体）、SiC系
セラミツクス（SiC−0.5wt％B4Ｃ焼結体）、Si3
N4系セラミツクス（Si3N4−4wt％Al2O3−8wt％
Y2O3焼結体）を比較に加えて各試料の形状寸法
を30×30×10mmに作製し、＃800のダイヤモンド
砥石で研摩後大越式摩耗試験機を用いて室温にお
ける耐摩耗性試験を行なつた。試験条件は、相手
材SKD１１（HRc60）、荷重18.9Kg、時間９分58
秒、摩擦速度0.94m／sec、摩擦距離600mである。
この試験結果を第３表に示した。
【表】
実施例 ３
実施例１で得た本発明の焼結体の内、試料番号
１，２，４，５，７に実施例２で用いたAl2O3系
セラミツクス、Si3N4系セラミツクスと他にTiC
−TiN系サーメツト（TiC−20wt％TiN−10wt
％WC−10wt％Mo2Ｃ−5wt％Ni焼結合金）を比
較に加えて各試料の形状寸法をCIS規格SNP432
に作製して、次に示す施削試験(A)とフライス試験
(B)による切削試験を行なつた。 (A) 施削試験条件 被削材 S48C（HB208） 切削速度 250m／min 切込み量 1.5mm 送り速度 0.3mm／rev (B) フライス試験条件 被削材 S55C（HB245） 100×150mm角材 切削速度 100m／min 切込み量 1.5mm 送り速度 0.2mm／刃から送りアツプ この切削試験による結果を第４表に示した。
１，２，４，５，７に実施例２で用いたAl2O3系
セラミツクス、Si3N4系セラミツクスと他にTiC
−TiN系サーメツト（TiC−20wt％TiN−10wt
％WC−10wt％Mo2Ｃ−5wt％Ni焼結合金）を比
較に加えて各試料の形状寸法をCIS規格SNP432
に作製して、次に示す施削試験(A)とフライス試験
(B)による切削試験を行なつた。 (A) 施削試験条件 被削材 S48C（HB208） 切削速度 250m／min 切込み量 1.5mm 送り速度 0.3mm／rev (B) フライス試験条件 被削材 S55C（HB245） 100×150mm角材 切削速度 100m／min 切込み量 1.5mm 送り速度 0.2mm／刃から送りアツプ この切削試験による結果を第４表に示した。
【表】
（発明の効果）
本発明のチタン化合物基高硬度焼結体は、高硬
度、高靱性の他に各種のすぐれた特性を有してい
ることから耐摩擦摩耗性に対してすぐれているば
かりでなく、高温における耐摩耗性及び耐欠損性
にもすぐれているものである。このために各種の
切削工具及び各種の耐摩耗工具に利用することが
できる。また、低比重で比強度も高く、耐摩耗性
にすぐれていることから各種の精密測定用部品及
び電子材料用部品などにも利用することができ
る。さらに熱伝導性、耐熱衝撃性及び耐スパツタ
リング性から核融合炉用壁材としても利用できる
可能性がある産業上有用な材料である。
度、高靱性の他に各種のすぐれた特性を有してい
ることから耐摩擦摩耗性に対してすぐれているば
かりでなく、高温における耐摩耗性及び耐欠損性
にもすぐれているものである。このために各種の
切削工具及び各種の耐摩耗工具に利用することが
できる。また、低比重で比強度も高く、耐摩耗性
にすぐれていることから各種の精密測定用部品及
び電子材料用部品などにも利用することができ
る。さらに熱伝導性、耐熱衝撃性及び耐スパツタ
リング性から核融合炉用壁材としても利用できる
可能性がある産業上有用な材料である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Be，Mg，Ca，Sr，Al，Sc，Ｙ、ランタノ
イドの酸化物、窒化物又はZr，Hf，Nbの酸化物
もしくはこれらの相互固溶体の中の少なくとも１
種の分散相１〜15重量％と残り次式(A)で表示され
る硬質相と不可避不純物からなることを特徴とす
るチタン化合物基高硬度焼結体。 （Tia，Mb）（Cx，Ny，Oz）ｎ…… (A) 但し、ＭはZr，Hf，Ｖ，Ta，Nbの中の少な
くとも１種からなる金属元素であり、ａ，ｂは
Ti及び金属元素Ｍのモル比である。ｘ，ｙ，ｚ
はＣ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）のモル比であ
り、ｎはTiと金属元素Ｍとを合計した金属元素
に対するＣ，Ｎ，Ｏを合計した非金属元素のモル
比を示し、その関係は、ａ＋ｂ＝１，0.33＜ａ≦
１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，0.5＜ｘ≦0.95，０≦ｙ≦
0.5，０≦ｘ＜0.4，ｙ＋ｚ≠０，0.6≦ｎ≦１を満
足するものである。 ２ 上記分散相は、Mg，Al又はＹの酸化物、窒
化物もしくはZrの酸化物あるいはこれらの相互
固溶体の中の少なくとも１種を含有していること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のチタン
化合物基高硬度焼結体。 ３ 上記硬質相は、Tiの炭窒化物、Tiの炭酸化
物又はTiの炭窒酸化物からなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項又は第２項記載のチタン
化合物基高硬度焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60137442A JPS61295271A (ja) | 1985-06-24 | 1985-06-24 | チタン化合物基高硬度焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60137442A JPS61295271A (ja) | 1985-06-24 | 1985-06-24 | チタン化合物基高硬度焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61295271A JPS61295271A (ja) | 1986-12-26 |
| JPH0545549B2 true JPH0545549B2 (ja) | 1993-07-09 |
Family
ID=15198717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60137442A Granted JPS61295271A (ja) | 1985-06-24 | 1985-06-24 | チタン化合物基高硬度焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61295271A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08730B2 (ja) * | 1987-10-27 | 1996-01-10 | 秩父小野田株式会社 | 炭窒化チタン質焼結体及びその製造方法 |
| WO2020036009A1 (ja) * | 2018-08-13 | 2020-02-20 | 住友電気工業株式会社 | 硬質材料、焼結体、粉末、及び、硬質材料の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5221012A (en) * | 1975-08-11 | 1977-02-17 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Antiiabrasive materials and manufacture |
-
1985
- 1985-06-24 JP JP60137442A patent/JPS61295271A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61295271A (ja) | 1986-12-26 |
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