JPS59162181A - 高強度炭窒化チタン系セラミツクス材料 - 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】 本発明は、高強度の炭窒化チタン系セラミックス材料に
関し、特に炭素と窒素の原子割合の異なる炭窒化チタン
を２種以上とホウ化チタンとの混合粉末から形成される
高強度、高硬度かつ高密度の炭窒化チタン系複合セラミ
ックス材料に関するものである。

炭窒化チタンＴｉ（ＣヶＮβ）は、　チタンに結合す、
る炭素と窒素の原子割合（α：β）が広い範囲にわたっ
て変わシ得る物質であシ、その割合によって性質も若干
具なるが、一般に融点、硬度、じん性が高く、マた耐酸
化性もよいため、切削工具材料１機械部品材別としての
用途が期待されている。

しかし炭窒化チタン単味焼結体の抗折強度は低く、もろ
いという欠点があり、単味焼結体は工業的に利用されて
いない。またサーメツト材の母材として炭窒化チタンは
使われているが、結合剤として添加するＮ１のため、炭
窒化チタン系サーメツト材は耐酸化性および耐熱性に難
点が生じる。

本発明者らは、このような欠点を改良する目的で、炭窒
化チタン粉末に対し、種々のセラミックス粉末を添加し
、焼結実験を重ねた結果、炭窒化チタンの原子割合・α
：βの真水る少なくとも２種を組み合わせ、この組合せ
粉末と′ホウ化金属粉末とを混合した組成物が比較的低
い温度条件で焼抜することができ、しかも優れた諸物性
を有する焼結体を提供し得ることを見出し、本発明をな
すに至った。

すなわち、本発明は（Ａ）炭窒化チタン中の炭素と窒素
の原子割合の異なる少なくとも２種の炭窒化チタン粉末
５〜９５重量％及び（Ｂ）ニホウ化金属化合物並びに五
ニホウ化金属化合物の中から選択される少なくとも１種
のホウ化金属の粉末９５〜５重量％より成る粉末組成物
を焼結しで成る高強度炭窒化チタン系セラミックス材料
を提供する。

本発明の材料形成用組成物の（Ａ）成分として用いられ
る炭窒化チタンは、前記のように、一般にＴｉ（Ｏｔｒ
Ｎβ）で表わされ、チタンに結合する炭素と窒素の原子
割合は大幅に変化させ得るものである。

そのような炭素と窒素の原子割合の異なる炭窒化チタン
は、その製造において、高温反応系に存在させる炭素量
と雰囲気中の窒素ガス分圧とをコントロールすることに
より所望の割合のものを得、ることかできる。

このような各種炭窒化チタンは、例えば原子比α；βが
５’Ｏ：５０のもの〔以下、Ｔｉ（ＣｓｏＮｓｏ）と表
示する〕と・Ｔｉ（０３ｏＮ−７ｏ）では、明確に区別
され、例えばＸ線回折パターンによって異なる物質であ
ることが確認できる。

本発明においては、このよりなα：βの割合の異なる炭
窒化チタンの少なくとも２種が組合せ使用される。その
組合せは特に制限はない。本発明において好ましく用い
られる炭窒化チタンは、α：βが５：９５〜９５：５の
範囲のもので、特に好ましいのは１０：９０〜９０：　
ｉｏの範囲のものである。

このような組合せの炭窒化チタンは、粉末状、例えば平
均粒径２μ以下の微粉末に調製して用いることが好まし
い。また、例えば２種の炭窒化チタンを組み合わせると
き−は、その組合せ効果が得られる割合、好ましくは、
通常２０：８０〜８０＝２０の重量範囲で混用される。

次に本発明の＜Ｂ）成分として用いられる粉末状のニホ
ウ化金属化合物及び五ニホウ化金属化合物は、それぞれ
ＭＢ２及びＭ２Ｂ５（Ｍは金属類である）の形式で春わ
されるホウ化金属である。ＭＢ２型の物質としては、例
えばＴｉＢ２　＊　ＣｒＢ２　＋　ＴａＢ２　、　Ｍｎ
Ｂ２　。

ＭｏＢ２　、　ＶＢ２　、　ＮｂＢ２　、　ＨｆＢ２　
、　ＡｌＢ２　、　ＺｒＢ２等ノ二ホウ化金属が挙げら
れ、またＭ２Ｂ５型の物質としては高温時に六方晶系に
なるＷ２Ｂ５　＋　Ｍｏ２Ｂ５が挙げられる。これらの
ホウ化金属も微粉砕して、平均粒径２μ以下、好ましく
は０．５μ以下に調製して用いられる。上記ホウ化金属
粉末は単独様で用いてもよいし、２種以上を組み合わせ
て用いることができる。

上記２種以上を混用する炭窒化チタン粉末とホウ化金属
粉末の配合割合は５〜９５：９５〜５重量％である。こ
の範囲割合を逸脱するときは、焼結体材料の強度の低下
が著しく、また有利な焼成温度で焼結体を得ることが困
難である。好ましい炭窒化チタン混合粉末とホウ化チタ
ン粉末の配合割合は３０〜８０：２０〜７０重量％の範
囲である。

また、このような粉末組成物に≠→輔吋つ素粉末を、例
えばホウ化金属の１〜１０重量％程度加えて、緩和され
°た焼結条件、特に焼結圧力で同様に優れた高強度、高
硬度かつち密な焼結体を容易に得ることができる。

本発明のセラミックス材料は、原料混合粉末を例えば黒
鉛型のような型に充てんし７、真空中又は窒素、アルゴ
ン、水素、炭酸ガスのような中性もしくは還元性雰囲気
において、ダイ圧力５０〜３００に９／ｃｎｌの圧力下
に１５００°〜２０ｏｏ℃の温度、とりわけ１７０００
〜１８００℃で１０分から２００分間加熱焼結すること
によシ容易に得ることができる。

また通常短ちれた普通焼結法、Ｈ，１，Ｐ、法等を使用
して焼結することもできる。

本発明の材料は、高強度、高硬度、高密度及び良好な組
織を有し、また耐酸化性にも優れているので、切削工具
材、耐摩耗性機械部品材料あるいは耐熱材料として極め
て好適であり、広い分野に利用することができる。又、
この材料中のホウ化金属は、周期率表のｌＶｂ族化合物
を含む環境中では潤滑性に富むＭ　−（■１））２化合
物表面層を形成し、一層すぐれた摺動性能を付与できる
。

以下、実施例によυ本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ つ化チタン粉末６０重量％を均一に混合し、こｄ混合粉
末を黒鉛型に充てんする。この黒鉛型をグイ圧力２００
　Ｋｙ　／ｃｎ４で加圧しながら、真空中で１７００℃
に３０分間加熱焼成した。このようにして得られた焼結
体は抗折力１１０Ｋｇ／ｍＡ、ビッカース硬度２３００
Ｋｆ／−を有していた。この焼結体の組織を走査型電子
顕微鏡で観察すると、組織内には空孔は見られなかった
。またこの焼結体を空気中で加熱したが、１０００℃ま
では酸化されず、、　　１２００℃でわずかに酸化膜で
表面がおおわれた。

実施例２ 表の試料組成の欄に示す各種の粉末組成物を調製し、こ
れらを３０分間ホットプレスするか、あるいは冷間圧縮
成形したのち、それぞれ表中の焼結条件で、２時間普通
焼結し、焼結体を製造した。

こうして得られた各焼結体セラミック材料の特性を測定
し、それらの結果を次表にまとめて示した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 】（Ａ）炭窒化チタン中の炭素と窒素の原子割合の異な
   る少なくとも２種の炭窒化チタン粉末５〜９５重量％及
   び（Ｂ）ニホウ化金属化合物並びに五ニホウ化金属化合
   物の中から選択される少々くとも１種のホウ化金属粉末
   ９５〜５重量％より成る粉末組成物を焼結して成る高強
   度炭窒化チタン系セラミックス材料。 ２　組み合わされる２種の炭窒化チタンが炭素：窒素の
   原子割合５：９５〜９５：５から選ばれた２種の炭窒化
   チタンによって構成される特許請求の範囲第１項記載の
   セラミックス材料。