JPH0610106B2 - 導電性可変ＺｒＢ２質複合焼結体 - Google Patents
導電性可変ＺｒＢ２質複合焼結体Info
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- JPH0610106B2 JPH0610106B2 JP60128216A JP12821685A JPH0610106B2 JP H0610106 B2 JPH0610106 B2 JP H0610106B2 JP 60128216 A JP60128216 A JP 60128216A JP 12821685 A JP12821685 A JP 12821685A JP H0610106 B2 JPH0610106 B2 JP H0610106B2
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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ZrB2（２硼化ジルコニウム）質焼結体に関する
ものである。一般的に金属硼化物セラミックは高融点で
高強度、高硬度、高耐食の特徴を有し、従来から切削工
具熱機械部品材料となどとして用いられているが、実際
に実用化されているものは、チタンの硼化物であって、
ジルコニウムの硼化物は殆ど実用化されていないのが実
状である。
ものである。一般的に金属硼化物セラミックは高融点で
高強度、高硬度、高耐食の特徴を有し、従来から切削工
具熱機械部品材料となどとして用いられているが、実際
に実用化されているものは、チタンの硼化物であって、
ジルコニウムの硼化物は殆ど実用化されていないのが実
状である。
本発明のZrB2質複合焼結体は、高融点、高強度、高硬
度、導電性、耐酸化性等の優れた特徴を有するもので、
発熱体電極、蒸着ヒーター、接点材料等に広く使用でき
る材料である。
度、導電性、耐酸化性等の優れた特徴を有するもので、
発熱体電極、蒸着ヒーター、接点材料等に広く使用でき
る材料である。
［従来の技術］ ZrB2質複合焼結体として現在広く実用化されているもの
は殆どないが特許などに種々のものが提案されている。
は殆どないが特許などに種々のものが提案されている。
即ち、焼結助剤又は複合材などのZrB2焼結体のける副成
分としてはMoSi2，ZrSi2などの珪化物、BN，TaN，HfN等
の窒化物、ZrO2などの酸化物MoSi2，SiC，B4C質の炭化
物、種々の金属等が知られている。
分としてはMoSi2，ZrSi2などの珪化物、BN，TaN，HfN等
の窒化物、ZrO2などの酸化物MoSi2，SiC，B4C質の炭化
物、種々の金属等が知られている。
［発明の解決しようとする問題点］ 例えば、珪化物については、特公昭38-6098にZrSi2等が
又米国特許第3705112号にMoSi2等が開示されているが、
これらのSi系化合物は高温雰囲気下での焼結で溶融又は
分解するため組織が多孔質で結晶が粒成長することが多
く、そのため強度、耐食性も十分でなく、耐酸化性もSi
O2の皮膜としての効率が予測されるがこれらの副成分の
みでは空気中の使用には十分でない。
又米国特許第3705112号にMoSi2等が開示されているが、
これらのSi系化合物は高温雰囲気下での焼結で溶融又は
分解するため組織が多孔質で結晶が粒成長することが多
く、そのため強度、耐食性も十分でなく、耐酸化性もSi
O2の皮膜としての効率が予測されるがこれらの副成分の
みでは空気中の使用には十分でない。
次に窒化物については、米国特許第3305374に開示され
ているTaNは高強度材料としてZrB2，TiB2等に添加で
き、工具材料装飾材に応用されているが高硬度、高強度
の点では優れているが、高温耐食部材、発熱体電極、蒸
着ヒーター、接点材料等に使用する場合耐酸化性、耐ス
ポール性、耐食性の点で十分でない。
ているTaNは高強度材料としてZrB2，TiB2等に添加で
き、工具材料装飾材に応用されているが高硬度、高強度
の点では優れているが、高温耐食部材、発熱体電極、蒸
着ヒーター、接点材料等に使用する場合耐酸化性、耐ス
ポール性、耐食性の点で十分でない。
次に炭化物については、米国特許第3775137号にSiC、米
国特許第3325300号にB4CやSiCが開示されているが、米
国特許第3375137号のSiCのみの添加では耐酸化性の点で
不十分であり、又、第3325300号のMoSi2＋B4C、MoSi2＋
SiC＋B4Cの添加ではMoSi2が焼結温度によっては低融点
であり、焼結中に溶けて分解したり、粒成長を促進する
など組織を多孔質化するため、高密度化しにくく耐酸化
性、強度も十分ではない。
国特許第3325300号にB4CやSiCが開示されているが、米
国特許第3375137号のSiCのみの添加では耐酸化性の点で
不十分であり、又、第3325300号のMoSi2＋B4C、MoSi2＋
SiC＋B4Cの添加ではMoSi2が焼結温度によっては低融点
であり、焼結中に溶けて分解したり、粒成長を促進する
など組織を多孔質化するため、高密度化しにくく耐酸化
性、強度も十分ではない。
最近では特開昭58-209084、59-78973、60-29518等にSiC
に導電性セラミックス粉末としてZrB2等を添加し、SiC
の焼結助剤としてAl2O3を少量添加する組成が開示され
ているが、2000℃以上の焼結温度ではAl2O3が蒸発し、
組織が多孔質化し高密度化しにくく又そのため、強度耐
酸化性も低く十分でない。
に導電性セラミックス粉末としてZrB2等を添加し、SiC
の焼結助剤としてAl2O3を少量添加する組成が開示され
ているが、2000℃以上の焼結温度ではAl2O3が蒸発し、
組織が多孔質化し高密度化しにくく又そのため、強度耐
酸化性も低く十分でない。
さらに、これらの提案においてより重要な点は、空気中
で使用される発熱体電極接点材料等に用いる接合耐酸化
性、強度が十分満足しうるものが得られてないというこ
とである。
で使用される発熱体電極接点材料等に用いる接合耐酸化
性、強度が十分満足しうるものが得られてないというこ
とである。
又、発熱体は加熱時における電流の暴走を防ぎ、かつそ
の抵抗温度係数を利用して、ヒーター表面温度を一定に
保持する電流制御がしやすくするため、正の抵抗温度係
数を有することが必要である。
の抵抗温度係数を利用して、ヒーター表面温度を一定に
保持する電流制御がしやすくするため、正の抵抗温度係
数を有することが必要である。
このような点に鑑み、優れた特質を備えていながらその
特質を生かしきれず、極めて限られた用途にしか実際に
使われていないZrB2焼結体について、従来の問題点を克
服すべく研究を進めた結果、優れた高密度、高強度、高
硬度、耐酸化性、特に可変導電性（電気抵抗）、などの
諸性能を兼ね備え、かついくつかについてはその特質を
著しく向上せしめた焼結体の開発に成功したものであ
る。
特質を生かしきれず、極めて限られた用途にしか実際に
使われていないZrB2焼結体について、従来の問題点を克
服すべく研究を進めた結果、優れた高密度、高強度、高
硬度、耐酸化性、特に可変導電性（電気抵抗）、などの
諸性能を兼ね備え、かついくつかについてはその特質を
著しく向上せしめた焼結体の開発に成功したものであ
る。
［問題を解決する為の手段］ 即ち、本発明はZrB2を主成分とし重量％で５〜60％のSi
C５〜30％のB4C及び２〜20％のAl2O3を含むことで特徴
づけられた導電性可変のZrB2質複合焼結体を要旨とする
ものである。
C５〜30％のB4C及び２〜20％のAl2O3を含むことで特徴
づけられた導電性可変のZrB2質複合焼結体を要旨とする
ものである。
本発明に用いるZrB2は例えば酸化ジルコニウム、酸化硼
素及びカーボンの混合物を高温で反応させることにより
得られ本焼結体の製造には可及的に純度の高いものを用
いるのが好ましく、又粒径も可及的に小さい粉末が好ま
しい。
素及びカーボンの混合物を高温で反応させることにより
得られ本焼結体の製造には可及的に純度の高いものを用
いるのが好ましく、又粒径も可及的に小さい粉末が好ま
しい。
具体的には純度99％以上、平均粒径10μｍ特には１μｍ
以下のものがそれである。
以下のものがそれである。
又、副成分として存在せしめるSiC，B4C，Al2O3につい
ては、焼結体としてそのような化合物として、所定料が
存在していればよいので、出発原料としてはどのような
形態のものとして配合してもよいが、SiC，B4C，Al2O3
以外の原料を使用した場合には、焼結段階で特別な配慮
が必要となるため通常配合原料としてSiC，B4C，Al2O3
として調整しておくのがよい。
ては、焼結体としてそのような化合物として、所定料が
存在していればよいので、出発原料としてはどのような
形態のものとして配合してもよいが、SiC，B4C，Al2O3
以外の原料を使用した場合には、焼結段階で特別な配慮
が必要となるため通常配合原料としてSiC，B4C，Al2O3
として調整しておくのがよい。
このSiC，B4C，Al2O3原料についても可及的に純度の高
いものが好ましく通常99％以上ものがよい。
いものが好ましく通常99％以上ものがよい。
原料混合物は通常これら４種の微粉末を均一に混合する
ことにより調整するが粉砕混合を目的として超微粉砕し
ても同様である。一般に混合原料の粒度は10μｍ以下が
よく好ましくは、平均粒径１μｍ以下にまで十分調整し
ておくことである。これらの粉砕にはSiCボール又はAl2
O3を用いることが適当である。
ことにより調整するが粉砕混合を目的として超微粉砕し
ても同様である。一般に混合原料の粒度は10μｍ以下が
よく好ましくは、平均粒径１μｍ以下にまで十分調整し
ておくことである。これらの粉砕にはSiCボール又はAl2
O3を用いることが適当である。
本発明焼結体はこれらの混合物を例えば黒鉛型に充填
し、真空中又はアルゴン、ヘリウム、一酸化炭素等の中
性あるいは還元性の雰囲気下でホットプレスするか上記
混合物をラバープレス成形してから常圧焼成、加圧焼成
するなどにより得ることができる。尚、焼成温度は1700
〜2300℃焼成時間は試料の大きさにもよるが、通常0.5
〜５時間程度が適当である。
し、真空中又はアルゴン、ヘリウム、一酸化炭素等の中
性あるいは還元性の雰囲気下でホットプレスするか上記
混合物をラバープレス成形してから常圧焼成、加圧焼成
するなどにより得ることができる。尚、焼成温度は1700
〜2300℃焼成時間は試料の大きさにもよるが、通常0.5
〜５時間程度が適当である。
本発明において、SiC（シリコンカーバイト）は少なく
とも重量％（以下同じ）で５％は必要であるが、これは
それ以下では耐酸化性が十分でなく、又発熱体等として
の導電性（電気抵抗）が低く、一方、多すぎてもSiCが
難焼結性のため高密度化しにくく、又蒸着ヒーター等に
用いる場合、耐食性の効果が発揮されないことや、発熱
体としての電気抵抗が高くなるなどのため好ましくな
く、最大60％にとどめることが必要であり、望ましくは
10〜55％である。
とも重量％（以下同じ）で５％は必要であるが、これは
それ以下では耐酸化性が十分でなく、又発熱体等として
の導電性（電気抵抗）が低く、一方、多すぎてもSiCが
難焼結性のため高密度化しにくく、又蒸着ヒーター等に
用いる場合、耐食性の効果が発揮されないことや、発熱
体としての電気抵抗が高くなるなどのため好ましくな
く、最大60％にとどめることが必要であり、望ましくは
10〜55％である。
B4C（ボロンカーバイト）は少なくとも５％は必要であ
るが、これはそれ以下だと、耐酸化性、高強度化、高密
度化が困難となるからであり、一方、多すぎても耐熱性
が低下したり、耐食性が悪くなるなどのため好ましくな
く、最大30％にとどめることが必要であり望ましくは７
〜25％である。
るが、これはそれ以下だと、耐酸化性、高強度化、高密
度化が困難となるからであり、一方、多すぎても耐熱性
が低下したり、耐食性が悪くなるなどのため好ましくな
く、最大30％にとどめることが必要であり望ましくは７
〜25％である。
B4Cの存在が何故に耐酸化性の向上を本焼結体にもたら
されるかについては明らかでないが、使用下において高
粘性のSiO2−B203系の皮膜が形成されるためであろうと
考えられ、このようなことは本焼結体が発熱体のような
用途にも十分耐用しうることを示している。
されるかについては明らかでないが、使用下において高
粘性のSiO2−B203系の皮膜が形成されるためであろうと
考えられ、このようなことは本焼結体が発熱体のような
用途にも十分耐用しうることを示している。
Al2O3（酸化アルミニウム）は少なくとも２％以上は必
要であるが、それ以下だと高密度化、高強度化が困難と
なるからであり、一方、多すぎてもAl2O3の蒸発により
多孔質化し、高密度化しにくい等のため好ましくなく、
最大20％にとどめることが必要であり、望ましくは５〜
15％である。
要であるが、それ以下だと高密度化、高強度化が困難と
なるからであり、一方、多すぎてもAl2O3の蒸発により
多孔質化し、高密度化しにくい等のため好ましくなく、
最大20％にとどめることが必要であり、望ましくは５〜
15％である。
Al2O3の存在が何故必要かについては明らかでないが、
焼結体の緻密化、電気抵抗のコントロールに有効となる
と考えられる。
焼結体の緻密化、電気抵抗のコントロールに有効となる
と考えられる。
又、これらのSiC，B4C，Al2O3はその合量として少なく
とも12％は必要で、最大80％程度まで存在せしめること
も可能であるが、合量が多すぎるとそれに伴なってZrB2
の特性を損ってくることになるので通常は合量として22
〜70％が適切である。
とも12％は必要で、最大80％程度まで存在せしめること
も可能であるが、合量が多すぎるとそれに伴なってZrB2
の特性を損ってくることになるので通常は合量として22
〜70％が適切である。
本発明焼結体は発熱体等の用途に用いる場合、低抵抗率
で正の温度係数を有する耐熱性の高い焼結体であること
が判明した。
で正の温度係数を有する耐熱性の高い焼結体であること
が判明した。
尚、本発明焼結体は、これらの別成分以外の成分即ち残
部は実質的にZrB2からなるものであるが、ZrB2の特質を
損わない範囲でZrB2以外の成分例えばTiB2等が少量含ま
れていても勿論差し支えないが、可及的少量にとどめる
ことが望ましい。
部は実質的にZrB2からなるものであるが、ZrB2の特質を
損わない範囲でZrB2以外の成分例えばTiB2等が少量含ま
れていても勿論差し支えないが、可及的少量にとどめる
ことが望ましい。
又、副成分としても本発明焼結体の目的効果を本質的に
損なわない範囲において、他の成分が含まれていても勿
論差し支えはないが、不可避的不純物を含めて、可及的
少量にとどめることが必要である。
損なわない範囲において、他の成分が含まれていても勿
論差し支えはないが、不可避的不純物を含めて、可及的
少量にとどめることが必要である。
本発明焼結体の組成はZrB2を主成分としこの間をSiC，B
4C，ZrB2が強固に結合している緻密なものであって、Zr
B2結晶は極めて微細な結晶で存在し、その特質を存分に
発揮せしめるに至っている。具体的に言えば、本発明焼
結体におけるZrB2結晶はその大部分が粒径10μｍ以下と
して存在しているものであり、SiC，B4C，及びZrB2につ
いてはその大部分が５μｍ以下として存在している。
4C，ZrB2が強固に結合している緻密なものであって、Zr
B2結晶は極めて微細な結晶で存在し、その特質を存分に
発揮せしめるに至っている。具体的に言えば、本発明焼
結体におけるZrB2結晶はその大部分が粒径10μｍ以下と
して存在しているものであり、SiC，B4C，及びZrB2につ
いてはその大部分が５μｍ以下として存在している。
［発明の効果］ このようにして得られた本発明焼結体は高密度、高強
度、高硬度であってかつ耐酸化性に優れた導電性の可変
できる焼結体であるため、発熱体電極、蒸着ヒーター接
点材料等の電気部材に好ましく適用可能である。その
他、ZrB2質複合焼結体の特質を発揮した高温耐食部材、
構造部材、産業用機械部材等の種々の用途に使用できる
ものであってその実用的価値は多大である。
度、高硬度であってかつ耐酸化性に優れた導電性の可変
できる焼結体であるため、発熱体電極、蒸着ヒーター接
点材料等の電気部材に好ましく適用可能である。その
他、ZrB2質複合焼結体の特質を発揮した高温耐食部材、
構造部材、産業用機械部材等の種々の用途に使用できる
ものであってその実用的価値は多大である。
（実施例） 実施例１ ZrB2粉末（純度99％以上）、SiC粉末（純度99％以
上）、B4C粉末（純度99％以上）及びAl2O3粉末（純度99
％以上）を十分に混合粉砕すべくポットミルを使用し、
エタノール溶媒中でSiCボールを用い３日間粉砕混合し
た。得られた粉末をエバポレーターでアルコールを除去
して十分乾燥し、平均粒径0.15μｍの粉末を得た。この
粉末を黒鉛型に充填し、アルゴン雰囲気下で350kg/cm2
に加圧しながら、1800℃で30分間加熱した。このように
して得られた焼結体の特性を第１表に示す。
上）、B4C粉末（純度99％以上）及びAl2O3粉末（純度99
％以上）を十分に混合粉砕すべくポットミルを使用し、
エタノール溶媒中でSiCボールを用い３日間粉砕混合し
た。得られた粉末をエバポレーターでアルコールを除去
して十分乾燥し、平均粒径0.15μｍの粉末を得た。この
粉末を黒鉛型に充填し、アルゴン雰囲気下で350kg/cm2
に加圧しながら、1800℃で30分間加熱した。このように
して得られた焼結体の特性を第１表に示す。
実施例６ 実施例１と同様のZrB2，SiC，B4C，Al2O3粉末をポット
ミルを使用しエタノール溶媒下でSiCボールを用い、３
日間粉砕混合した。この粉末をエバポレーターでアルコ
ール除去して十分乾燥し、平均粒径0.15μｍの粉末を得
た。この粉末をラバープレスを用い2000kg/cm2で成形
し、アルゴン雰囲気下2100℃で２時間焼成した。このよ
うにして得られた焼結体の特性を第１表に示す。
ミルを使用しエタノール溶媒下でSiCボールを用い、３
日間粉砕混合した。この粉末をエバポレーターでアルコ
ール除去して十分乾燥し、平均粒径0.15μｍの粉末を得
た。この粉末をラバープレスを用い2000kg/cm2で成形
し、アルゴン雰囲気下2100℃で２時間焼成した。このよ
うにして得られた焼結体の特性を第１表に示す。
実施例２乃至５及び７乃至10ならびに比較例１乃至５ 所定の配合原料を実施例１及び６に準じて調整し所定の
焼成条件で処理して得た各試料についての効果を第１表
に示す。
焼成条件で処理して得た各試料についての効果を第１表
に示す。
注１）耐酸化性は酸素雰囲気下1500℃×24hrの条件下で
の重量増加率の程度 注２）電気抵抗は４端子法で測定した値を示す。
の重量増加率の程度 注２）電気抵抗は４端子法で測定した値を示す。
（25℃）
Claims (4)
- 【請求項１】ZrB2を主成分とし、重量％で、５〜60%のS
iC，５〜30％のB4C及び２〜20％のAl2O3を含むことで特
徴づけられた導電性可変ZrB2質複合焼結体。 - 【請求項２】SiCとB4CとAl2O3の合量が12〜80％である
特許請求の範囲第１項記載の焼結体。 - 【請求項３】SiCとB4CとAl2O3の合量が22〜70％である
特許請求の範囲第２項記載の焼結体。 - 【請求項４】SiCが10〜55％，B4Cが７〜25％，Al2O3が
５〜15％である特許請求の範囲第３項記載の焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60128216A JPH0610106B2 (ja) | 1985-06-14 | 1985-06-14 | 導電性可変ＺｒＢ２質複合焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60128216A JPH0610106B2 (ja) | 1985-06-14 | 1985-06-14 | 導電性可変ＺｒＢ２質複合焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61286268A JPS61286268A (ja) | 1986-12-16 |
| JPH0610106B2 true JPH0610106B2 (ja) | 1994-02-09 |
Family
ID=14979364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60128216A Expired - Fee Related JPH0610106B2 (ja) | 1985-06-14 | 1985-06-14 | 導電性可変ＺｒＢ２質複合焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0610106B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62230674A (ja) * | 1986-03-29 | 1987-10-09 | 黒崎窯業株式会社 | ＺｒＢ２複合焼結体 |
| DE102006013746A1 (de) * | 2006-03-24 | 2007-09-27 | Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg | Gesinterter verschleißbeständiger Werkstoff, sinterfähige Pulvermischung, Verfahren zur Herstellung des Werkstoffs und dessen Verwendung |
-
1985
- 1985-06-14 JP JP60128216A patent/JPH0610106B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61286268A (ja) | 1986-12-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |