JPH07277828A - 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 - Google Patents
硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法Info
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- JPH07277828A JPH07277828A JP6064868A JP6486894A JPH07277828A JP H07277828 A JPH07277828 A JP H07277828A JP 6064868 A JP6064868 A JP 6064868A JP 6486894 A JP6486894 A JP 6486894A JP H07277828 A JPH07277828 A JP H07277828A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アルミニウム合金との耐溶着性、高温特性に
優れた高強度、高靭性材料を提供する。 【構成】 平均粒径０．３μｍ〜５μｍの硼化物マトリ
ックスの結晶粒内又は粒界に、金属分散微粒子を３〜３
０体積％分散させた硼化物系セラミックス複合材料。Ｍ
ｏＢ又はＣｒＢのマトリックスに対してＴｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｃｏ又はＮｉを分散させる、ＴｉＢ2 又はＺｒＢ2
に対してＣｏ又はＮｉを分散させる。硼化物と金属分散
微粒子を混合して成形後、真空又は不活性雰囲気中、１
３００℃以上で焼結する。 【効果】 硼化物マトリックス中に金属分散微粒子が分
散した特殊な組織構造を有するものであり、破壊強度、
破壊靭性等の機械的特性が著しく高い。超硬合金より軽
量で優れた耐久性及び切削特性を有し、ダイヤモンド焼
結体よりも安価に提供される。
優れた高強度、高靭性材料を提供する。 【構成】 平均粒径０．３μｍ〜５μｍの硼化物マトリ
ックスの結晶粒内又は粒界に、金属分散微粒子を３〜３
０体積％分散させた硼化物系セラミックス複合材料。Ｍ
ｏＢ又はＣｒＢのマトリックスに対してＴｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｃｏ又はＮｉを分散させる、ＴｉＢ2 又はＺｒＢ2
に対してＣｏ又はＮｉを分散させる。硼化物と金属分散
微粒子を混合して成形後、真空又は不活性雰囲気中、１
３００℃以上で焼結する。 【効果】 硼化物マトリックス中に金属分散微粒子が分
散した特殊な組織構造を有するものであり、破壊強度、
破壊靭性等の機械的特性が著しく高い。超硬合金より軽
量で優れた耐久性及び切削特性を有し、ダイヤモンド焼
結体よりも安価に提供される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は特殊な組織構造を有した
硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法に係
り、詳しくは、アルミニウム合金などの難削材を切削す
る工具用材料、アルミニウム缶製造治具用材料又は耐摩
耗部材等として有用な高強度、高靭性の硼化物系セラミ
ックス複合材料及びその製造方法に関する。
硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法に係
り、詳しくは、アルミニウム合金などの難削材を切削す
る工具用材料、アルミニウム缶製造治具用材料又は耐摩
耗部材等として有用な高強度、高靭性の硼化物系セラミ
ックス複合材料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】切削工具の最も大きな市場である自動車
関連産業では、環境問題が大きなテーマとなってきてい
る。その中で、軽量化による燃費の低減が最も有効な手
段と考えられ、エンジン部品等のアルミニウム化が急速
に進みつつある。それに伴って、アルミニウム切削技術
の需要も増加している。
関連産業では、環境問題が大きなテーマとなってきてい
る。その中で、軽量化による燃費の低減が最も有効な手
段と考えられ、エンジン部品等のアルミニウム化が急速
に進みつつある。それに伴って、アルミニウム切削技術
の需要も増加している。
【０００３】アルミニウムの切削において、最も大きな
課題は、切れ刃に生じる溶着である。また、アルミニウ
ム切削用工具の特性としては、刃先のシャープさ、面粗
度の良さ等が必要とされる。そのため、鋼等の切削工具
に対して広く採用されているＣＶＤコーティングは、面
粗度が上がらないことから、アルミニウムの加工用工具
には採用されていない。
課題は、切れ刃に生じる溶着である。また、アルミニウ
ム切削用工具の特性としては、刃先のシャープさ、面粗
度の良さ等が必要とされる。そのため、鋼等の切削工具
に対して広く採用されているＣＶＤコーティングは、面
粗度が上がらないことから、アルミニウムの加工用工具
には採用されていない。
【０００４】現在、アルミニウム加工分野で、一般的に
使用されている工具材料は、ダイヤモンド焼結体、ＩＳ
Ｏ規格のＫ１０相当の超硬合金である。
使用されている工具材料は、ダイヤモンド焼結体、ＩＳ
Ｏ規格のＫ１０相当の超硬合金である。
【０００５】また、アルミニウム缶製造用治具において
も、一部でジルコニアセラミックスやサーメットが使用
されているが、アルミニウム缶との溶着が問題になって
いる。このため、現在、アルミニウム缶製造で一般的に
使用されている治具用材料は、超硬合金である。
も、一部でジルコニアセラミックスやサーメットが使用
されているが、アルミニウム缶との溶着が問題になって
いる。このため、現在、アルミニウム缶製造で一般的に
使用されている治具用材料は、超硬合金である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のダイヤモンド焼
結体製切削工具は、切削特性は良いが、値段が高いとい
う欠点がある。一方、超硬合金製工具は、切削抵抗を少
なくし、溶着を防止するために、鋭利な刃先形状にして
いるが、切削寿命が短いという欠点がある。
結体製切削工具は、切削特性は良いが、値段が高いとい
う欠点がある。一方、超硬合金製工具は、切削抵抗を少
なくし、溶着を防止するために、鋭利な刃先形状にして
いるが、切削寿命が短いという欠点がある。
【０００７】最近では、アルミニウム合金の中でも、よ
り削り難い高Ｓｉ含有率のアルミニウム合金が多く用い
られる傾向にある。このため、このような難削性のアル
ミニウム合金に対しても、耐摩耗性、耐久性、耐溶着性
に優れ、切削特性に優れた安価な工具用材料の開発が望
まれている。
り削り難い高Ｓｉ含有率のアルミニウム合金が多く用い
られる傾向にある。このため、このような難削性のアル
ミニウム合金に対しても、耐摩耗性、耐久性、耐溶着性
に優れ、切削特性に優れた安価な工具用材料の開発が望
まれている。
【０００８】また、アルミニウム缶製造用治具において
は、現在、主に超硬合金が使用されているが、製造効率
の向上のために、治具の軽量化と長寿命化が可能な治具
用材料の開発が望まれている。
は、現在、主に超硬合金が使用されているが、製造効率
の向上のために、治具の軽量化と長寿命化が可能な治具
用材料の開発が望まれている。
【０００９】本発明は上記従来の実状に鑑みてなされた
ものであって、アルミニウム合金との耐溶着性、高温特
性に優れ、かつ高強度、高靭性の硼化物系セラミックス
複合材料及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
ものであって、アルミニウム合金との耐溶着性、高温特
性に優れ、かつ高強度、高靭性の硼化物系セラミックス
複合材料及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の硼化物系セラ
ミックス複合材料は、粒子径０．３〜５μｍの結晶粒子
を有する硼化モリブデン又は硼化クロムをマトリックス
とし、その結晶粒内又は粒界に、チタン，ジルコニウ
ム，ハフニウム，コバルト又はニッケルの微粒子を３〜
３０体積％分散させたことを特徴とする。
ミックス複合材料は、粒子径０．３〜５μｍの結晶粒子
を有する硼化モリブデン又は硼化クロムをマトリックス
とし、その結晶粒内又は粒界に、チタン，ジルコニウ
ム，ハフニウム，コバルト又はニッケルの微粒子を３〜
３０体積％分散させたことを特徴とする。
【００１１】請求項２の硼化物系セラミックス複合材料
は、請求項１に記載のセラミックス複合材料において、
更に０．３〜３重量％の炭素を分散させたことを特徴と
する。
は、請求項１に記載のセラミックス複合材料において、
更に０．３〜３重量％の炭素を分散させたことを特徴と
する。
【００１２】請求項３の硼化物系セラミックス複合材料
は、請求項１に記載のセラミックス複合材料において、
炭素をＣＶＤコートした、硼化モリブデン又は硼化クロ
ムをマトリックスとし、炭素の含有割合が０．３〜３重
量％であることを特徴とする。
は、請求項１に記載のセラミックス複合材料において、
炭素をＣＶＤコートした、硼化モリブデン又は硼化クロ
ムをマトリックスとし、炭素の含有割合が０．３〜３重
量％であることを特徴とする。
【００１３】請求項４の硼化物系セラミックス複合材料
の製造方法は、請求項１に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、硼化モリブデン又は硼化クロ
ムと、チタン，ジルコニウム，ハフニウム，コバルト又
はニッケルの微粒子とを混合して成形した後、真空又は
不活性雰囲気中で１３００℃以上の温度で焼結すること
を特徴とする。
の製造方法は、請求項１に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、硼化モリブデン又は硼化クロ
ムと、チタン，ジルコニウム，ハフニウム，コバルト又
はニッケルの微粒子とを混合して成形した後、真空又は
不活性雰囲気中で１３００℃以上の温度で焼結すること
を特徴とする。
【００１４】請求項５の硼化物系セラミックス複合材料
の製造方法は、請求項２に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、硼化モリブデン又は硼化クロ
ムと、チタン，ジルコニウム，ハフニウム，コバルト又
はニッケルの微粒子と、炭素とを混合して成形した後、
真空又は不活性雰囲気中で１３００℃以上の温度で焼結
することを特徴とする。
の製造方法は、請求項２に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、硼化モリブデン又は硼化クロ
ムと、チタン，ジルコニウム，ハフニウム，コバルト又
はニッケルの微粒子と、炭素とを混合して成形した後、
真空又は不活性雰囲気中で１３００℃以上の温度で焼結
することを特徴とする。
【００１５】請求項６の硼化物系セラミックス複合材料
の製造方法は、請求項３に記載のセラミックス材料を製
造する方法であって、硼化モリブデン又は硼化クロムに
炭素をＣＶＤコートした後、該硼化モリブデン又は硼化
クロムと、チタン，ジルコニウム，ハフニウム，コバル
ト又はニッケルの微粒子とを混合して成形し、次いで真
空又は不活性雰囲気中で１３００℃以上の温度で焼結す
ることを特徴とする。
の製造方法は、請求項３に記載のセラミックス材料を製
造する方法であって、硼化モリブデン又は硼化クロムに
炭素をＣＶＤコートした後、該硼化モリブデン又は硼化
クロムと、チタン，ジルコニウム，ハフニウム，コバル
ト又はニッケルの微粒子とを混合して成形し、次いで真
空又は不活性雰囲気中で１３００℃以上の温度で焼結す
ることを特徴とする。
【００１６】請求項７の硼化物系セラミックス複合材料
は、粒子径０．３〜５μｍの結晶粒子を有する硼化チタ
ン又は硼化ジルコニウムをマトリックスとし、その結晶
粒内又は粒界に、コバルト又はニッケルの微粒子を３〜
３０体積％分散させたことを特徴とする。
は、粒子径０．３〜５μｍの結晶粒子を有する硼化チタ
ン又は硼化ジルコニウムをマトリックスとし、その結晶
粒内又は粒界に、コバルト又はニッケルの微粒子を３〜
３０体積％分散させたことを特徴とする。
【００１７】請求項８の硼化物系セラミックス複合材料
は、請求項７に記載のセラミックス複合材料において、
更に０．３〜３重量％の炭素を分散させたことを特徴と
する。
は、請求項７に記載のセラミックス複合材料において、
更に０．３〜３重量％の炭素を分散させたことを特徴と
する。
【００１８】請求項９の硼化物系セラミックス複合材料
は、請求項７に記載のセラミックス複合材料において、
炭素をＣＶＤコートした、硼化チタン又は硼化ジルコニ
ウムをマトリックスとし、炭素の含有割合が０．３〜３
重量％であることを特徴とする。
は、請求項７に記載のセラミックス複合材料において、
炭素をＣＶＤコートした、硼化チタン又は硼化ジルコニ
ウムをマトリックスとし、炭素の含有割合が０．３〜３
重量％であることを特徴とする。
【００１９】請求項１０の硼化物系セラミックス複合材
料の製造方法は、請求項７に記載のセラミックス複合材
料を製造する方法であって、硼化チタン又は硼化ジルコ
ニウムとコバルト又はニッケルの微粒子とを混合して成
形した後、真空又は不活性雰囲気中で１３００℃以上の
温度で焼結することを特徴とする。
料の製造方法は、請求項７に記載のセラミックス複合材
料を製造する方法であって、硼化チタン又は硼化ジルコ
ニウムとコバルト又はニッケルの微粒子とを混合して成
形した後、真空又は不活性雰囲気中で１３００℃以上の
温度で焼結することを特徴とする。
【００２０】請求項１１の硼化物系セラミックス複合材
料の製造方法は、請求項８に記載のセラミックス複合材
料を製造する方法であって、硼化チタン又は硼化ジルコ
ニウムと、コバルト又はニッケルの微粒子と、炭素とを
混合して成形した後、真空又は不活性雰囲気中で１３０
０℃以上の温度で焼結することを特徴とする。
料の製造方法は、請求項８に記載のセラミックス複合材
料を製造する方法であって、硼化チタン又は硼化ジルコ
ニウムと、コバルト又はニッケルの微粒子と、炭素とを
混合して成形した後、真空又は不活性雰囲気中で１３０
０℃以上の温度で焼結することを特徴とする。
【００２１】請求項１２の硼化物系セラミックス複合材
料の製造方法は、請求項９に記載のセラミックス材料を
製造する方法であって、硼化チタン又は硼化ジルコニウ
ムに炭素をＣＶＤコートした後、該硼化チタン又は硼化
ジルコニウムと、コバルト又はニッケルの微粒子とを混
合して成形し、次いで真空又は不活性雰囲気中で１３０
０℃以上の温度で焼結することを特徴とする。
料の製造方法は、請求項９に記載のセラミックス材料を
製造する方法であって、硼化チタン又は硼化ジルコニウ
ムに炭素をＣＶＤコートした後、該硼化チタン又は硼化
ジルコニウムと、コバルト又はニッケルの微粒子とを混
合して成形し、次いで真空又は不活性雰囲気中で１３０
０℃以上の温度で焼結することを特徴とする。
【００２２】なお、本発明において、チタン（Ｔｉ），
ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），コバルト
（Ｃｏ），又はニッケル（Ｎｉ）の金属微粒子（以下
「金属分散微粒子」と称する場合がある。）の分散割合
は、マトリックスと該金属分散微粒子との合計に対する
体積％であり、また、炭素（Ｃ）の含有割合（重量％）
は、マトリックスと該金属分散微粒子との合計に対する
重量％である。
ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），コバルト
（Ｃｏ），又はニッケル（Ｎｉ）の金属微粒子（以下
「金属分散微粒子」と称する場合がある。）の分散割合
は、マトリックスと該金属分散微粒子との合計に対する
体積％であり、また、炭素（Ｃ）の含有割合（重量％）
は、マトリックスと該金属分散微粒子との合計に対する
重量％である。
【００２３】以下に本発明を詳細に説明する。
【００２４】本発明の硼化物系セラミックス複合材料
は、次の又はである。
は、次の又はである。
【００２５】 結晶粒径０．３〜５μｍ、好ましくは
１μｍ以下の、硼化モリブデン（ＭｏＢ）又は硼化クロ
ム（ＣｒＢ）をマトリックスとし、このマトリックスの
結晶粒内又は粒界に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ又はＮｉ
の微粒子が３〜３０体積％均一に分散してなる構造のセ
ラミックス複合材料。
１μｍ以下の、硼化モリブデン（ＭｏＢ）又は硼化クロ
ム（ＣｒＢ）をマトリックスとし、このマトリックスの
結晶粒内又は粒界に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ又はＮｉ
の微粒子が３〜３０体積％均一に分散してなる構造のセ
ラミックス複合材料。
【００２６】 結晶粒径０．３〜５μｍ、好ましくは
１μｍ以下の、硼化チタン（ＴｉＢ2 ）又は硼化ジルコ
ニウム（ＺｒＢ2 ）をマトリックスとし、このマトリッ
クスの結晶粒内又は粒界に、Ｃｏ又はＮｉの微粒子が３
〜３０体積％均一に分散してなる構造のセラミックス複
合材料。
１μｍ以下の、硼化チタン（ＴｉＢ2 ）又は硼化ジルコ
ニウム（ＺｒＢ2 ）をマトリックスとし、このマトリッ
クスの結晶粒内又は粒界に、Ｃｏ又はＮｉの微粒子が３
〜３０体積％均一に分散してなる構造のセラミックス複
合材料。
【００２７】本発明において、金属分散微粒子の含有割
合を３〜３０体積％とする理由は、焼結時におけるマト
リックス粒子の寸法、形状の制御に効果があり、複合セ
ラミックス焼結体の組織を均質化して、破壊強度、破壊
靭性、硬度及び高温特性を高める効果が十分に得られる
ためである。
合を３〜３０体積％とする理由は、焼結時におけるマト
リックス粒子の寸法、形状の制御に効果があり、複合セ
ラミックス焼結体の組織を均質化して、破壊強度、破壊
靭性、硬度及び高温特性を高める効果が十分に得られる
ためである。
【００２８】また、マトリックスである各硼化物の結晶
粒径を０．３〜５μｍにする理由は、得られる材料の特
性が高くなるためであり、好ましくはこの結晶粒径は
０．３〜１μｍである。
粒径を０．３〜５μｍにする理由は、得られる材料の特
性が高くなるためであり、好ましくはこの結晶粒径は
０．３〜１μｍである。
【００２９】なお、マトリックス中に分散させるＴｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ，Ｎｉの微粒子の平均粒径は、材料の
組織制御がし易いこと、そして、マトリックス中で材料
欠陥となるほど不均質部分が発生しない範囲であること
等の理由から、２μｍ以下、特に１００〜５００ｎｍと
するのが好ましい。
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ，Ｎｉの微粒子の平均粒径は、材料の
組織制御がし易いこと、そして、マトリックス中で材料
欠陥となるほど不均質部分が発生しない範囲であること
等の理由から、２μｍ以下、特に１００〜５００ｎｍと
するのが好ましい。
【００３０】本発明のセラミックス複合材料において
は、更に、０．３〜３重量％の炭素を分散させることに
より、強度等の機械的特性の向上を図ることができる。
この炭素の割合は、０．３重量％未満では炭素を分散さ
せたことによる改善効果が十分に得られず、３重量％を
超えるとかえって焼結性が悪くなり、強度等を低下させ
ることとなることから、０．３〜３重量％とするのが好
ましい。
は、更に、０．３〜３重量％の炭素を分散させることに
より、強度等の機械的特性の向上を図ることができる。
この炭素の割合は、０．３重量％未満では炭素を分散さ
せたことによる改善効果が十分に得られず、３重量％を
超えるとかえって焼結性が悪くなり、強度等を低下させ
ることとなることから、０．３〜３重量％とするのが好
ましい。
【００３１】この炭素は、マトリックスを構成する硼化
物粉末にＣＶＤコートすることにより複合させることも
でき、この場合には、炭素の均一分散性が高まり、より
一層優れた改善効果が得られる。
物粉末にＣＶＤコートすることにより複合させることも
でき、この場合には、炭素の均一分散性が高まり、より
一層優れた改善効果が得られる。
【００３２】本発明の硼化物系セラミックス複合材料
は、本発明の方法に従って、好ましくは次のようにして
製造される。
は、本発明の方法に従って、好ましくは次のようにして
製造される。
【００３３】即ち、まず、平均粒径５μｍ以下、好まし
くは１μｍ以下の前記特定の硼化物粉末と、或いは、こ
の硼化物粉末に炭素をＣＶＤコートしたものと、平均粒
径２μｍ以下、好ましくは１００〜５００ｎｍの金属分
散微粒子、更に必要に応じて平均粒径０．０１〜１．０
μｍの炭素粉末を所定割合で混合して、所定形状に成形
する。得られた成形体は、焼結温度１３００℃以上、好
ましくは１４００〜１５００℃で焼結する。この焼結温
度が、１３００℃未満であると緻密化が不足し、十分に
緻密で高特性の焼結体が得られない。
くは１μｍ以下の前記特定の硼化物粉末と、或いは、こ
の硼化物粉末に炭素をＣＶＤコートしたものと、平均粒
径２μｍ以下、好ましくは１００〜５００ｎｍの金属分
散微粒子、更に必要に応じて平均粒径０．０１〜１．０
μｍの炭素粉末を所定割合で混合して、所定形状に成形
する。得られた成形体は、焼結温度１３００℃以上、好
ましくは１４００〜１５００℃で焼結する。この焼結温
度が、１３００℃未満であると緻密化が不足し、十分に
緻密で高特性の焼結体が得られない。
【００３４】焼結は、真空又は不活性雰囲気で常圧焼
結、常圧焼結＋ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）処理、或い
は、ホットプレス焼結にて行なうのが好ましい。ＨＩＰ
を採用する場合、ガス圧は、広範囲に用いられるが、特
に１０００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2 が好ましい。
結、常圧焼結＋ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）処理、或い
は、ホットプレス焼結にて行なうのが好ましい。ＨＩＰ
を採用する場合、ガス圧は、広範囲に用いられるが、特
に１０００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2 が好ましい。
【００３５】
【作用】本発明者等は、後述するように、アルミニウム
合金に対する耐溶着性に着目したセラミックス材種のス
クリーニングを実施した。その結果、元素周期律表４ａ
族及び６ａ族の硼化物セラミックス、炭化珪素、炭化硼
素が耐溶着性に優れていることを見出した。
合金に対する耐溶着性に着目したセラミックス材種のス
クリーニングを実施した。その結果、元素周期律表４ａ
族及び６ａ族の硼化物セラミックス、炭化珪素、炭化硼
素が耐溶着性に優れていることを見出した。
【００３６】しかしながら、これらの単相材料では、構
造用材料として必要な特性は不十分であった。そこで、
前記，の如く、特定の硼化物の結晶粒内ないし粒界
に分散した、前記特定の金属分散微粒子に、以下のよう
な役割を与えることにより、アルミニウム合金などの非
鉄金属を切削する工具材料、アルミニウム缶製造用治具
材料、アルミニウム溶湯用構造材料などとしての問題点
を克服した。
造用材料として必要な特性は不十分であった。そこで、
前記，の如く、特定の硼化物の結晶粒内ないし粒界
に分散した、前記特定の金属分散微粒子に、以下のよう
な役割を与えることにより、アルミニウム合金などの非
鉄金属を切削する工具材料、アルミニウム缶製造用治具
材料、アルミニウム溶湯用構造材料などとしての問題点
を克服した。
【００３７】即ち、本発明に係わる硼化物系セラミック
ス複合材料において、硼化物の結晶粒内ないし粒界に分
散させる金属分散微粒子のうち、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの分
散微粒子の役割は、次の通りである。
ス複合材料において、硼化物の結晶粒内ないし粒界に分
散させる金属分散微粒子のうち、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの分
散微粒子の役割は、次の通りである。
【００３８】i) マトリックスである特定の硼化物の結
晶粒内又は粒界に金属分散微粒子を分散させることで、
硼化物と金属分散微粒子の熱膨張係数の差により、焼結
温度から冷却する際に生じる熱応力によって、金属分散
微粒子と周囲のマトリックスに局部的な残留応力場が形
成される。この応力は、進展するクラックを偏向させる
ことにより、破壊靭性を改善する。また、硼化物の結晶
粒子は、金属分散微粒子によって、結晶粒子が細分化さ
れた組織になっている。このように金属分散微粒子の添
加により発生した応力場による粒内破壊への誘導及び金
属分散微粒子の粒界、粒内でのマトリックスの拡散制御
による組織の微細化によって、破壊強度を改善すること
ができる。
晶粒内又は粒界に金属分散微粒子を分散させることで、
硼化物と金属分散微粒子の熱膨張係数の差により、焼結
温度から冷却する際に生じる熱応力によって、金属分散
微粒子と周囲のマトリックスに局部的な残留応力場が形
成される。この応力は、進展するクラックを偏向させる
ことにより、破壊靭性を改善する。また、硼化物の結晶
粒子は、金属分散微粒子によって、結晶粒子が細分化さ
れた組織になっている。このように金属分散微粒子の添
加により発生した応力場による粒内破壊への誘導及び金
属分散微粒子の粒界、粒内でのマトリックスの拡散制御
による組織の微細化によって、破壊強度を改善すること
ができる。
【００３９】ii) 上記応力場によって、高温での硼化物
の強度低下の大きな原因である硼化物結晶粒界のすべり
が抑制されるために、高温強度が改善される。更に、分
散した金属分散微粒子は、高温における硼化物の転位移
動を阻害することにより、高温時のキャビテーションの
発生を抑制し、硼化物自身の高温変形も抑制される。ま
た、破壊靭性についても、分散粒子の周りに生じた応力
場がクラックを誘導し、クラック進展の経路を偏向する
ことにより改善される。
の強度低下の大きな原因である硼化物結晶粒界のすべり
が抑制されるために、高温強度が改善される。更に、分
散した金属分散微粒子は、高温における硼化物の転位移
動を阻害することにより、高温時のキャビテーションの
発生を抑制し、硼化物自身の高温変形も抑制される。ま
た、破壊靭性についても、分散粒子の周りに生じた応力
場がクラックを誘導し、クラック進展の経路を偏向する
ことにより改善される。
【００４０】また、Ｃｏ，Ｎｉ微粒子の役割は、次の通
りである。
りである。
【００４１】i) Ｃｏ，Ｎｉの金属分散微粒子は、焼結
中に反応により硼化物に変わり、マトリックスの結晶粒
内、粒界に存在する。マトリックスと分散粒子の熱膨張
係数の差により、金属分散微粒子と周囲のマトリックス
に局部的な応力場が形成される。特に、マトリックスで
ある硼化物粒子と金属分散微粒子の界面には、大きな残
留応力が作用し、この応力場によって亀裂の進展が阻害
されるため、破壊靭性が向上する。
中に反応により硼化物に変わり、マトリックスの結晶粒
内、粒界に存在する。マトリックスと分散粒子の熱膨張
係数の差により、金属分散微粒子と周囲のマトリックス
に局部的な応力場が形成される。特に、マトリックスで
ある硼化物粒子と金属分散微粒子の界面には、大きな残
留応力が作用し、この応力場によって亀裂の進展が阻害
されるため、破壊靭性が向上する。
【００４２】ii) 分散した金属分散微粒子は、反応焼結
により硼化物に変わるため、焼結性も改善され、材料の
組織も微細化される。また、金属分散微粒子は粒界にメ
タルの形ではなく、硼化物として存在するために、高温
特性を損なわず、機械的特性も改善される。
により硼化物に変わるため、焼結性も改善され、材料の
組織も微細化される。また、金属分散微粒子は粒界にメ
タルの形ではなく、硼化物として存在するために、高温
特性を損なわず、機械的特性も改善される。
【００４３】なお、炭素の役割は、酸化不純物の還元除
去と、金属分散微粒子の添加により可能となった材料組
織の制御性をより高め、更に組織を微細均質化すること
により、機械的特性をより一層改善することにある。
去と、金属分散微粒子の添加により可能となった材料組
織の制御性をより高め、更に組織を微細均質化すること
により、機械的特性をより一層改善することにある。
【００４４】
【実施例】以下に本発明をなすに至った実験例並びに実
施例及び比較例を挙げて、本発明を更に詳しく説明する
が、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に
限定されるものではない。
施例及び比較例を挙げて、本発明を更に詳しく説明する
が、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に
限定されるものではない。
【００４５】実験例１ アルミニウム合金を切削する工具用材料、アルミニウム
缶製造治具用材料などのアルミニウムとの耐食性に優れ
たセラミックス材料は、アルミニウムとの濡れだけでは
分からない。そこで、各種セラミックス材料で切削チッ
プ（形状：SPGN120308、ホーニングなし）を試作し、下
記の切削条件でアルミニウム合金を切削して、アルミニ
ウム合金に対する耐溶着性を調べた。切削は１分間切削
して、溶着が生じない場合は、更に１分間の切削を繰り
返した。比較のために、ダイヤモンド焼結体、超硬合
金、サーメットを用いて同様に切削を行なった。結果を
表１に示す。
缶製造治具用材料などのアルミニウムとの耐食性に優れ
たセラミックス材料は、アルミニウムとの濡れだけでは
分からない。そこで、各種セラミックス材料で切削チッ
プ（形状：SPGN120308、ホーニングなし）を試作し、下
記の切削条件でアルミニウム合金を切削して、アルミニ
ウム合金に対する耐溶着性を調べた。切削は１分間切削
して、溶着が生じない場合は、更に１分間の切削を繰り
返した。比較のために、ダイヤモンド焼結体、超硬合
金、サーメットを用いて同様に切削を行なった。結果を
表１に示す。
【００４６】切削条件（乾式による連続切削） 被削材 ：Ａｌ−１１％Ｓｉ合金（Ａ４０３２） 切削速度 ：４００ｍ／ｍｉｎ． 切込み深さ：１ｍｍ 送り量 ：０．１ｍｍ／ｒｅｖ． 表１から明らかなように、アルミニウム合金との耐溶着
性に優れたセラミックス材種は、ＴｉＢ2 ，ＺｒＢ2 ，
ＨｆＢ2 ＷＢ，ＣｒＢ2 ，ＭｏＢ2 の硼化物、炭化珪
素、炭化硼素である。
性に優れたセラミックス材種は、ＴｉＢ2 ，ＺｒＢ2 ，
ＨｆＢ2 ＷＢ，ＣｒＢ2 ，ＭｏＢ2 の硼化物、炭化珪
素、炭化硼素である。
【００４７】
【表１】
【００４８】実施例１〜４６，比較例１〜２０ 実験例１で得られた結果を基に、硼化物に金属微粒子を
分散し、複合化することにより構造材料としての特性を
改善した。以下に、本発明の硼化物系セラミックス複合
材料及び比較材料の製造方法、得られた材料の機械的特
性及び切削試験の結果を説明する。
分散し、複合化することにより構造材料としての特性を
改善した。以下に、本発明の硼化物系セラミックス複合
材料及び比較材料の製造方法、得られた材料の機械的特
性及び切削試験の結果を説明する。
【００４９】なお、硼化物粉末には、ＴｉＢ2 （出光石
油化学社製，平均粒径０．８μｍ），ＺｒＢ2 （日本新
金属社製，平均粒径１．５μｍ），ＭｏＢ（日本新金属
社製，平均粒径１．２μｍ），或いは、ＣｒＢ（日本新
金属社製，平均粒径１．２μｍ）を用い、金属微粒子と
しては下記のものを用いた。
油化学社製，平均粒径０．８μｍ），ＺｒＢ2 （日本新
金属社製，平均粒径１．５μｍ），ＭｏＢ（日本新金属
社製，平均粒径１．２μｍ），或いは、ＣｒＢ（日本新
金属社製，平均粒径１．２μｍ）を用い、金属微粒子と
しては下記のものを用いた。
【００５０】Ｔｉ（東邦チタニウム社製，ＴｉＨ2 平
均粒径１０μｍ） Ｚｒ（ニラコ社製，平均粒径３．５μｍ） Ｈｆ（ニラコ社製，平均粒径３．５μｍ） Ｃｏ（日本新金属社製，平均粒径１μｍ） Ｎｉ（日本新金属社製，平均粒径１０μｍ） また、炭素としては三菱化成社製カーボンブラック（平
均粒径３０ｎｍ）を用いた。
均粒径１０μｍ） Ｚｒ（ニラコ社製，平均粒径３．５μｍ） Ｈｆ（ニラコ社製，平均粒径３．５μｍ） Ｃｏ（日本新金属社製，平均粒径１μｍ） Ｎｉ（日本新金属社製，平均粒径１０μｍ） また、炭素としては三菱化成社製カーボンブラック（平
均粒径３０ｎｍ）を用いた。
【００５１】硼化物粉末と金属微粒子を表２〜５に記載
の配合割合で、分散媒としてエタノールを用いて撹拌ミ
ルで湿式粉砕し、その後、必要に応じて表２〜５に示す
割合で炭素を添加し、撹拌ミルで１時間湿式混合した。
この混合スラリーをスプレードライヤーで乾燥造粒して
原料粉末とした。なお、表２〜５中、※を付したものに
おいては、硼化物粉末に、炭素をＣＶＤコートすること
により、炭素を配合した。
の配合割合で、分散媒としてエタノールを用いて撹拌ミ
ルで湿式粉砕し、その後、必要に応じて表２〜５に示す
割合で炭素を添加し、撹拌ミルで１時間湿式混合した。
この混合スラリーをスプレードライヤーで乾燥造粒して
原料粉末とした。なお、表２〜５中、※を付したものに
おいては、硼化物粉末に、炭素をＣＶＤコートすること
により、炭素を配合した。
【００５２】この原料粉末を黒鉛ダイス（内径φ６０ｍ
ｍあるいは１３．５×１３．５ｍｍのものも用いた。）
に充填し、ホットプレス装置（富士電波工業社製）で焼
結した。焼結条件は、焼結温度１５００℃まで昇温させ
た後、２０分保持するものとした。また、プレス圧は３
０ＭＰａとし、真空中で行なった。得られた各種の焼結
体は、研削・研摩加工して、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準じ
た３×４×４０ｍｍの３点曲げ試験片の大きさとし、破
壊強度、破壊靭性を調べ、結果を表２〜５に示した。
ｍあるいは１３．５×１３．５ｍｍのものも用いた。）
に充填し、ホットプレス装置（富士電波工業社製）で焼
結した。焼結条件は、焼結温度１５００℃まで昇温させ
た後、２０分保持するものとした。また、プレス圧は３
０ＭＰａとし、真空中で行なった。得られた各種の焼結
体は、研削・研摩加工して、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準じ
た３×４×４０ｍｍの３点曲げ試験片の大きさとし、破
壊強度、破壊靭性を調べ、結果を表２〜５に示した。
【００５３】なお、曲げ強度は、３点曲げ試験法によ
り、荷重速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ．、スパン長さ３０ｍ
ｍにて測定した。破壊靭性は、５ｋｇ重、保持時間１０
秒で、ＩＦ法により測定した。
り、荷重速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ．、スパン長さ３０ｍ
ｍにて測定した。破壊靭性は、５ｋｇ重、保持時間１０
秒で、ＩＦ法により測定した。
【００５４】表２〜５から明らかなように、硼化物に対
する金属分散微粒子添加量３０体積％までは、破壊強
度、破壊靭性は大幅に改善される。これらの材料の組織
は、微細で均質になっている。一方、金属分散微粒子添
加量が３０体積％を超えると材料の組織制御が困難で、
材料組織の特性は僅かしか向上しない。
する金属分散微粒子添加量３０体積％までは、破壊強
度、破壊靭性は大幅に改善される。これらの材料の組織
は、微細で均質になっている。一方、金属分散微粒子添
加量が３０体積％を超えると材料の組織制御が困難で、
材料組織の特性は僅かしか向上しない。
【００５５】
【表２】
【００５６】
【表３】
【００５７】
【表４】
【００５８】
【表５】
【００５９】また、上記で得られた１３．５×１３．５
ｍｍの各焼結体を、切削チップ（形状：ＳＰＧＮ１２０
３０８、ホーニングなし）に加工して、アルミニウム合
金（Ａ４０３２）の切削を行なった。切削条件及び切削
方法は、前記の実験例１と同様とした。その結果を表６
に示した。なお、比較例１９，２０として市販品のダイ
ヤモンド焼結体及び超硬合金についても同様に切削試験
を行なって、結果を表３に併記した。
ｍｍの各焼結体を、切削チップ（形状：ＳＰＧＮ１２０
３０８、ホーニングなし）に加工して、アルミニウム合
金（Ａ４０３２）の切削を行なった。切削条件及び切削
方法は、前記の実験例１と同様とした。その結果を表６
に示した。なお、比較例１９，２０として市販品のダイ
ヤモンド焼結体及び超硬合金についても同様に切削試験
を行なって、結果を表３に併記した。
【００６０】表６から明らかなように、硼化物に対する
金属分散微粒子添加量３０体積％までの材料では、２０
分間切削しても、刃先にアルミニウム合金の溶着は生じ
なかった。一方、金属分散微粒子添加量が３０体積％を
超えた材料では、材料の機械的特性が低いために、切削
途中より刃先に著しい摩耗やチッピングが生じ、アルミ
ニウム合金との溶着を引き起こした。
金属分散微粒子添加量３０体積％までの材料では、２０
分間切削しても、刃先にアルミニウム合金の溶着は生じ
なかった。一方、金属分散微粒子添加量が３０体積％を
超えた材料では、材料の機械的特性が低いために、切削
途中より刃先に著しい摩耗やチッピングが生じ、アルミ
ニウム合金との溶着を引き起こした。
【００６１】
【表６】
【００６２】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の硼化物系セ
ラミックス複合材料は、硼化物マトリックス中に微細な
金属分散微粒子が分散した特殊な組織構造を有するもの
であり、破壊強度、破壊靭性等の機械的特性が著しく高
い。このような本発明の硼化物系セラミックス複合材料
は、特に刃先との溶着を引き起こし易いアルミニウム合
金の切削においては、超硬合金より優れた切削特性を有
し、かつ、ダイヤモンド焼結体よりも安価に提供され
る。また、アルミニウム缶の製造用治具材料において
も、超硬合金より軽量で優れた耐久性を示す。
ラミックス複合材料は、硼化物マトリックス中に微細な
金属分散微粒子が分散した特殊な組織構造を有するもの
であり、破壊強度、破壊靭性等の機械的特性が著しく高
い。このような本発明の硼化物系セラミックス複合材料
は、特に刃先との溶着を引き起こし易いアルミニウム合
金の切削においては、超硬合金より優れた切削特性を有
し、かつ、ダイヤモンド焼結体よりも安価に提供され
る。また、アルミニウム缶の製造用治具材料において
も、超硬合金より軽量で優れた耐久性を示す。
【００６３】請求項２，３，８，９の硼化物系セラミッ
クス複合材料では、炭素の不純物除去及び組織の微細・
均質化作用により、より一層機械的特性が改善される。
クス複合材料では、炭素の不純物除去及び組織の微細・
均質化作用により、より一層機械的特性が改善される。
【００６４】請求項４〜６，１０〜１２の硼化物系セラ
ミックス複合材料の製造方法によれば、このような本発
明の硼化物系セラミックス複合材料を容易かつ効率的に
製造することができる。
ミックス複合材料の製造方法によれば、このような本発
明の硼化物系セラミックス複合材料を容易かつ効率的に
製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 16/26 // Ｂ２３Ｂ 27/14 Ｂ
Claims (12)
- 【請求項１】 粒子径０．３〜５μｍの結晶粒子を有す
る硼化モリブデン又は硼化クロムをマトリックスとし、
その結晶粒内又は粒界に、チタン，ジルコニウム，ハフ
ニウム，コバルト又はニッケルの微粒子を３〜３０体積
％分散させたことを特徴とする硼化物系セラミックス複
合材料。 - 【請求項２】 請求項１に記載のセラミックス複合材料
において、更に０．３〜３重量％の炭素を分散させたこ
とを特徴とする硼化物系セラミックス複合材料。 - 【請求項３】 請求項１に記載のセラミックス複合材料
において、炭素をＣＶＤコートした、硼化モリブデン又
は硼化クロムをマトリックスとし、炭素の含有割合が
０．３〜３重量％であることを特徴とする硼化物系セラ
ミックス複合材料。 - 【請求項４】 請求項１に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、硼化モリブデン又は硼化クロ
ムと、チタン，ジルコニウム，ハフニウム，コバルト又
はニッケルの微粒子とを混合して成形した後、真空又は
不活性雰囲気中で１３００℃以上の温度で焼結すること
を特徴とする硼化物系セラミックス複合材料の製造方
法。 - 【請求項５】 請求項２に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、硼化モリブデン又は硼化クロ
ムと、チタン，ジルコニウム，ハフニウム，コバルト又
はニッケルの微粒子と、炭素とを混合して成形した後、
真空又は不活性雰囲気中で１３００℃以上の温度で焼結
することを特徴とする硼化物系セラミックス複合材料の
製造方法。 - 【請求項６】 請求項３に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、硼化モリブデン又は硼化クロ
ムに炭素をＣＶＤコートした後、該硼化モリブデン又は
硼化クロムと、チタン，ジルコニウム，ハフニウム，コ
バルト又はニッケルの微粒子とを混合して成形し、次い
で真空又は不活性雰囲気中で１３００℃以上の温度で焼
結することを特徴とする硼化物系セラミックス複合材料
の製造方法。 - 【請求項７】 粒子径０．３〜５μｍの結晶粒子を有す
る硼化チタン又は硼化ジルコニウムをマトリックスと
し、その結晶粒内又は粒界に、コバルト又はニッケルの
微粒子を３〜３０体積％分散させたことを特徴とする硼
化物系セラミックス複合材料。 - 【請求項８】 請求項７に記載のセラミックス複合材料
において、更に０．３〜３重量％の炭素を分散させたこ
とを特徴とする硼化物系セラミックス複合材料。 - 【請求項９】 請求項７に記載のセラミックス複合材料
において、炭素をＣＶＤコートした、硼化チタン又は硼
化ジルコニウムをマトリックスとし、炭素の含有割合が
０．３〜３重量％であることを特徴とする硼化物系セラ
ミックス複合材料。 - 【請求項１０】 請求項７に記載のセラミックス複合材
料を製造する方法であって、硼化チタン又は硼化ジルコ
ニウムとコバルト又はニッケルの微粒子とを混合して成
形した後、真空又は不活性雰囲気中で１３００℃以上の
温度で焼結することを特徴とする硼化物系セラミックス
複合材料の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項８に記載のセラミックス複合材
料を製造する方法であって、硼化チタン又は硼化ジルコ
ニウムと、コバルト又はニッケルの微粒子と、炭素とを
混合して成形した後、真空又は不活性雰囲気中で１３０
０℃以上の温度で焼結することを特徴とする硼化物系セ
ラミックス複合材料の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項９に記載のセラミックス材料を
製造する方法であって、硼化チタン又は硼化ジルコニウ
ムに炭素をＣＶＤコートした後、該硼化チタン又は硼化
ジルコニウムと、コバルト又はニッケルの微粒子とを混
合して成形し、次いで真空又は不活性雰囲気中で１３０
０℃以上の温度で焼結することを特徴とする硼化物系セ
ラミックス複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6064868A JPH07277828A (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6064868A JPH07277828A (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07277828A true JPH07277828A (ja) | 1995-10-24 |
Family
ID=13270566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6064868A Withdrawn JPH07277828A (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07277828A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023080513A (ja) * | 2021-11-30 | 2023-06-09 | 株式会社パイロットコーポレーション | シャープペンシル用ガイドパイプおよびシャープペンシル |
-
1994
- 1994-04-01 JP JP6064868A patent/JPH07277828A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023080513A (ja) * | 2021-11-30 | 2023-06-09 | 株式会社パイロットコーポレーション | シャープペンシル用ガイドパイプおよびシャープペンシル |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |