JPS6339543B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6339543B2
JPS6339543B2 JP59191816A JP19181684A JPS6339543B2 JP S6339543 B2 JPS6339543 B2 JP S6339543B2 JP 59191816 A JP59191816 A JP 59191816A JP 19181684 A JP19181684 A JP 19181684A JP S6339543 B2 JPS6339543 B2 JP S6339543B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sintered body
zrb
sic
tic
strength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP59191816A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6172687A (en
Inventor
Otojiro Kida
Masaru Segawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP59191816A priority Critical patent/JPS6172687A/en
Priority to US06/751,528 priority patent/US4636481A/en
Priority to EP85108300A priority patent/EP0170889B1/en
Priority to DE8585108300T priority patent/DE3569365D1/en
Publication of JPS6172687A publication Critical patent/JPS6172687A/en
Publication of JPS6339543B2 publication Critical patent/JPS6339543B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明はZrB2(2硼化ジルコニア)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ツクスは高融点で高
硬度、高強度、高耐食の特徴を有し、従来から切
削工具、熱機関部品材料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の大チタンの
硼化物であつて、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、高耐蝕、高硬度、導電性、耐酸化性等の優れ
た特徴を有するので高温耐蝕性部材、機械部材、
発熱体、電極、誘導炉用ルツボ等に広く使用でき
る材料である。 (従来の技術) ZrB2質の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は種々のも
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
における副成分としてはMoSi2などの珪化物、
TaN、Hf、N、BNなどの窒化物、ZrB2などの
酸化物、SiC、B4Cなどの炭化物、種々の金属な
どが知られている。 (発明が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が、また米国特許第3705112号にMoSi2など
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解又は分解するための組織
が多孔質で結晶の粒成長が大きくなることが多
く、そのため強度も、耐蝕性も十分でないことが
多いし、耐酸化性もSiO2の皮膜としての効果が
予測されるがこれらの副成分のみで空気中での使
用には十分でない。 つぎ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等に添加され、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
いるが高温耐蝕部材、発熱体、電極、誘導炉用ル
ツボ等の高温酸化雰囲気に使用する場合耐酸化
性、耐スポール性、耐蝕性などの点で十分ではな
い。 つぎに炭化物については米国特許第3775137に
SiC、米国特許第3325300にB4CやSiCが開示され
などしているが、米国特許第3775137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のMoSi2+B4C、MoSi2+SiC+B4Cの添
加ではMoSi2が焼結温度により低融点であり焼結
中に融けて、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
化性も十分でない。 さらにこれらの提案においてより重要な点は強
度的に十分満足しうるものが得られていないとい
うことである。 このような点に鑑み、優れた特質を備えていな
がらその特性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質焼結体につ
いて、従来の問題点を克服すべく研究を進めた結
果、従来より優れた高密度、高強度、高硬度を有
し、耐食性、耐スポール性、耐酸化性などにおい
てもそれなりに実用しうる諸性能を兼ね備えた焼
結体の開発に成功したものである。 そのものの一つは副成分としてSiC及びTiCを
所定量配合したもので、それらは特に配合したも
ので、それらは特に高密度、高硬度でかつ強度に
おいても十分な特質をもつているものである。 しかしながら、その後、検討が進むにつれて、
そのような焼結体は耐酸化性を強く要求される用
途においては必ずしも十分なものでなく、一方で
は強度に対する優れた要求も根強く、さらに性能
の向上した焼結体が望まれていたことをも事実で
ある。 本発明者らは、このような要望に応えるべく
種々研究の結果、この種複合焼結体としての性能
向上特により一層の強度向上及び耐酸化性の向上
を可能にする焼結体の開発に成功したのである。 (問題を解決するための手段) 即ち、本発明はZrB2を主成分とし、重量%で
1〜15%のSiC、3〜35%のTiC(炭化チタン)及
び2〜30%のB4C(炭化硼素)を含むことで特徴
づけられた高強度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、酸化硼素およ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が好ましく、また粒径も
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。 また副成分として存在せしめるSiC、B4C及び
TiCについては、焼結体としてそのような化合物
として所定量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及びTiC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及びTiCと
して調整しておくのがよい。 このSiC、B4C及びTiC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%以上のもの
がよい。 原料混合物は通常これら3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返金粒径
1μm以下にまで十分調整しておくことである。 これらの粉砕はSiCボール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
化炭素などの中性或は還元性の雰囲気下で、ホツ
トプレスするか上記混合物をラバープレス成形し
てから常圧焼成することなどにより得ることがで
きる。尚、焼成温度は1700〜2200℃、焼成時間は
試料の大きさ等にもよるが通常0.5時間〜3時間
程度が適当である。 本発明焼結体において、SiCは少なくとも重量
%(以下同じ)で1%は必要であるが、これはそ
れ以下ではB4Cを加えても耐酸化性が十分でなく
高密度化も難しくなるからであり、一方多すぎて
もZrB2本来の特質である耐食性や耐熱性が低下
するなどのため好ましくなく、最大15%ににとど
めることが必要であり、望ましくは3〜10%であ
る。 またTiCは少なくとも3%は必要であるが、こ
れはそれ以下だと緻密質の焼結体が得られずB4C
と併用しても目的とする十分な強度が得られない
からであり、一方、多すぎても耐食性、耐酸化性
等の特性が損なわれること、特にB4C配合による
耐酸化性向上の目的を達成するには最大35%にと
どめることが必要であり、望ましくは5〜20%で
ある。 またB4Cは少なくとも3%は必要で、これはそ
れ以下だとこの種組成における強度向上が十分で
なく、また耐酸化性も向上しないからであり、一
方、多すぎて耐食性や耐熱性が低下するので最大
30%にとどめることが必要であり、望ましくは5
〜20%である。 また、これらのSiCとTiC及びB4Cは焼結体中
において合量として少なくとも7%は以上必要で
好ましくは15%以上存在せしめうることがよく、
これはこれらの副成分が少なすぎると耐酸化性が
十分でなく又、緻密質の焼結体が得られないこと
から目的とする十分な強度が得られないなどのた
めである。また、これらの副成分の合量が多すぎ
るとZrB2質の特質を本質的に損なうことになる
ので最大60%まで通常は50%まで望ましくは40%
までにとどめるのがよい。 尚、本発明焼結体は、これらの副成分以外の成
分即ち残部は実質的にZrB2からなるものである
がZrB2質の特質を損なわない範囲でZrB2以外の
成分例えばTiB2などが少量含まれていても勿論
差支えないが、可及的少量にとどめることが望ま
しい。 また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。 本発明焼結体の組織はZrB2の微細結晶が均一
に分散している極めて緻密なものであり、副成分
はZrB2の微細結晶粒間に分布している良好な組
織から成つている。具体的にいえば本発明焼結体
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。 (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、高硬度、特に高強度であつて、かつ耐酸化性
に優れた導電性のある焼結体であるため高温構造
部材、高温耐食部材、産業用機械部材、発熱体等
に好ましく適用可能であり、そのはかZrB2質複
合焼結体の特質を発揮した種々の用途に使用でき
るものであつ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)、TiC粉末(純度99
%以上)、B4C粉末(純度99%以上)及びSiC粉末
(純度99%以上)を十分に混合粉砕すべく、ポツ
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除去して十分乾燥し、平均
粒径0.15μ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2200℃で60分間加熱して
焼結体を得た。 得られた焼結体の物性を第1表に試料No.1とし
て示す。 また、この焼結体の組織は良好で、大きさは殆
どが粒径5μm以下のZrB2微細結晶が均一に分散
しており、そのZrB2結晶のまわりに副成分とし
てのTiC、SiC及びB4C結晶が存在し強度に結合
している極めて緻密な組織構造を有していた。 実施例2及び6乃至ならびに比較例7乃至11 所定の配合原料を実施例1とほぼ同様の方法で
調整し所定の焼成条件で処理して得た各試料につ
いての結果を第1表に示す。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a ZrB 2 (zirconia diboride) sintered body. In general, metal boride ceramics have the characteristics of high melting point, high hardness, high strength, and high corrosion resistance, and have traditionally been used as cutting tools and heat engine parts materials, but although they have not been put into practical use yet. Among large titanium borides, zirconium borides have hardly ever been put to practical use. The ZrB two- component sintered body of the present invention has excellent characteristics such as high melting point, high strength, high corrosion resistance, high hardness, electrical conductivity, and oxidation resistance, so it can be used as a high-temperature corrosion-resistant member, a mechanical member, etc.
It is a material that can be widely used for heating elements, electrodes, crucibles for induction furnaces, etc. (Prior Art) There are currently very few ZrB 2- quality composite sintered bodies that are in widespread practical use, but various ones have been proposed in patents and the like. That is, silicides such as MoSi 2 ,
Nitrides such as TaN, Hf, N, and BN, oxides such as ZrB 2 , carbides such as SiC and B 4 C, and various metals are known. (Problems to be solved by the invention) For example, regarding silicides, the Japanese Patent Publication No. 38-6098
ZrSi 2 and MoSi 2 are disclosed in U.S. Patent No. 3705112, but these Si-based compounds have a porous structure that dissolves or decomposes during sintering in a high-temperature atmosphere, and crystal grain growth. As a result, the strength and corrosion resistance are often insufficient, and the oxidation resistance is expected to be effective as a SiO 2 film, but with these subcomponents alone, it is not suitable for use in air. not enough. Next, regarding nitrides, U.S. Patent No. 3305374
TaN disclosed in
It is added to ZrB 2 , TiB 2 , etc. and applied to tool materials and decorative materials, and is excellent in terms of high hardness and high strength. When used in an atmosphere, oxidation resistance, spalling resistance, corrosion resistance, etc. are not sufficient. Next, regarding carbides, refer to U.S. Patent No. 3775137.
SiC, B 4 C and SiC are disclosed in U.S. Patent No. 3,325,300, but the addition of only SiC as in U.S. Pat. No. 3,775,137 is insufficient in terms of oxidation resistance, and
When adding MoSi 2 + B 4 C or MoSi 2 + SiC + B 4 C in 3325300, MoSi 2 has a low melting point depending on the sintering temperature, and it melts during sintering, decomposing, promoting grain growth, and making the structure porous. Therefore, it is difficult to increase the density, and the oxidation resistance is not sufficient. Furthermore, the more important point in these proposals is that nothing that is fully satisfactory in terms of strength has been achieved. In view of these points, we are conducting research to overcome the conventional problems with ZrB 2- material sintered bodies, which have excellent properties but are not fully utilized and are actually used for only extremely limited applications. As a result of our efforts, we succeeded in developing a sintered body that has higher density, higher strength, and higher hardness than conventional products, and also has various performances that can be put to practical use in terms of corrosion resistance, spalling resistance, oxidation resistance, etc. This is what I did. One of them is one that contains a certain amount of SiC and TiC as subcomponents, which are specially blended to have particularly high density, high hardness, and sufficient strength. . However, as the study progressed,
Such sintered bodies are not necessarily sufficient for applications that require strong oxidation resistance, but on the other hand, there is also a deep-rooted demand for superior strength, and there has been a desire for sintered bodies with even better performance. is also true. As a result of various studies to meet these demands, the present inventors have developed a sintered body that can improve the performance of this type of composite sintered body, especially further improve its strength and oxidation resistance. It was successful. (Means for solving the problem) That is, the present invention has ZrB 2 as a main component, 1 to 15% SiC, 3 to 35% TiC (titanium carbide), and 2 to 30% B 4 C by weight. The gist is a high-strength ZrB dual- composite sintered body characterized by containing (boron carbide). The ZrB 2 used in the present invention can be obtained, for example, by reacting a mixture of zirconium oxide, boron oxide, and carbon at high temperatures, and for the production of the present sintered body, it is preferable that the purity is as high as possible, and the particle size is also Powders as small as possible are preferred. Specifically, it has a purity of 99% or more and an average particle size of 10 μm or less, especially 1 μm or less. SiC, B 4 C and
Regarding TiC, it is sufficient that it exists in a predetermined amount as such a compound in the form of a sintered body, so it may be blended in any form as a starting material, but other than SiC, B 4 C and TiC When using these raw materials, special consideration is required in the sintering stage, so it is best to prepare them as SiC, B 4 C, and TiC as the usual blended raw materials. The raw materials for SiC, B 4 C and TiC are preferably as high in purity as possible, usually at least 99%. The raw material mixture is usually prepared by uniformly mixing these three types of fine powders, but the same effect can be obtained by ultrafinely pulverizing them for the purpose of pulverizing and mixing. In general, the particle size of the mixed raw material is preferably 10μm or less, preferably a refundable particle size.
It is necessary to sufficiently adjust the thickness to 1 μm or less. It is appropriate to use SiC balls for these pulverizations. The sintered body of the present invention can be obtained by filling a graphite mold with these mixtures and hot-pressing the mixture in vacuum or in a neutral or reducing atmosphere such as argon, helium, or carbon monoxide, or by rubber-press molding the mixture. It can be obtained by, for example, baking under normal pressure. Note that the firing temperature is 1700 to 2200°C, and the firing time is usually about 0.5 to 3 hours, although it depends on the size of the sample. In the sintered body of the present invention, SiC is required to be at least 1% by weight (the same applies hereinafter), but if it is less than that, even if B 4 C is added, oxidation resistance will not be sufficient and it will be difficult to achieve high density. On the other hand, if it is too large, it is not preferable because the corrosion resistance and heat resistance, which are the inherent characteristics of ZrB 2 , will deteriorate, so it is necessary to limit it to a maximum of 15%, and preferably 3 to 10%. Also, TiC must be at least 3%, but if it is less than that, a dense sintered body cannot be obtained and B 4 C
This is because even if it is used in combination with B 4 C, the desired sufficient strength cannot be obtained.On the other hand, if it is added too much, properties such as corrosion resistance and oxidation resistance will be impaired.In particular, the purpose of improving oxidation resistance by blending B 4 C In order to achieve this, it is necessary to keep it to a maximum of 35%, preferably 5 to 20%. In addition, B 4 C is required to be at least 3%, because if it is less than that, the strength of this type of composition will not be improved enough, and the oxidation resistance will not improve, but if it is too high, the corrosion resistance and heat resistance will be reduced. max.
It is necessary to keep it at 30%, preferably 5%.
~20%. In addition, these SiC, TiC and B 4 C must be present in a total amount of at least 7% in the sintered body, preferably 15% or more,
This is because if these subcomponents are too small, oxidation resistance will not be sufficient, and a dense sintered body will not be obtained, so that the desired sufficient strength will not be obtained. In addition, if the total amount of these subcomponents is too large, it will essentially impair the characteristics of ZrB2 , so the maximum amount is 60%, usually 50%, and preferably 40%.
It is best to keep it to within. The sintered body of the present invention consists of components other than these subcomponents, that is, the remainder, which essentially consists of ZrB 2 , but components other than ZrB 2 , such as TiB 2 , may be added to the extent that the characteristics of the ZrB 2 quality are not impaired . Of course, there is no problem even if it is contained in a small amount, but it is desirable to keep the amount as small as possible. Furthermore, there is of course no problem in including other components as subcomponents as long as they do not essentially impair the intended effects of the sintered body of the present invention, but they should be kept in as small a quantity as possible, including unavoidable impurities. is necessary. The structure of the sintered body of the present invention is extremely dense in which fine crystals of ZrB 2 are uniformly dispersed, and the subcomponent is composed of a good structure distributed between the fine crystal grains of ZrB 2 . Specifically, most of the ZrB 2 crystals in the sintered body of the present invention exist with a grain size of 10 μm or less. (Effects of the Invention) The thus obtained sintered body of the present invention has high density, high hardness, especially high strength, and is a conductive sintered body with excellent oxidation resistance, so it can be heated at high temperatures. It can be preferably applied to structural members, high-temperature corrosion-resistant parts, industrial machine parts, heating elements, etc., and can be used in a variety of applications that exhibit the characteristics of the ZrB dual -composite sintered body. The value is enormous. (Example) Example 1 ZrB 2 powder (purity 99% or more), TiC powder (purity 99% or more)
% or more), B 4 C powder (purity of 99% or more), and SiC powder (purity of 99% or more) were pulverized and mixed in a pot mill for 3 days using SiC balls in an ethanol solvent in order to thoroughly mix and pulverize them. The obtained powder was thoroughly dried by removing alcohol with an evaporator to obtain a powder with an average particle size of 0.15μ. This powder was filled into a graphite mold and heated at 2200°C for 60 minutes in an argon atmosphere to obtain a sintered body. The physical properties of the obtained sintered body are shown in Table 1 as sample No. 1. In addition, the structure of this sintered body is good, with ZrB 2 microcrystals, most of which have a grain size of 5 μm or less, uniformly dispersed, and surrounding the ZrB 2 crystals are TiC, SiC, and B as subcomponents. It had an extremely dense microstructure in which 4C crystals were present and strongly bonded. Examples 2 and 6 and Comparative Examples 7 to 11 Table 1 shows the results for each sample obtained by preparing predetermined mixed raw materials in substantially the same manner as in Example 1 and treating them under predetermined firing conditions.

【表】【table】

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ZrB2を主成分とし、重量%で、1〜15%の
SiC、3〜35%のTiC及び3〜30%のB4Cを含む
ことで特徴づけられた高強度ZrB2質焼結体。 2 SiCとTiCとB4Cの合量が7〜60%である特
許請求の範囲第1項記載の焼結体。 3 SiCとTiCとB4Cの合量が15〜50%である特
許請求の範囲第2項記載の焼結体。
[Claims] 1 ZrB 2 as the main component, 1 to 15% by weight
A high-strength ZrB binary sintered body characterized by containing SiC, 3-35% TiC and 3-30% B4C . 2. The sintered body according to claim 1, wherein the total amount of SiC, TiC, and B4C is 7 to 60%. 3. The sintered body according to claim 2, wherein the total amount of SiC, TiC, and B4C is 15 to 50%.
JP59191816A 1984-07-10 1984-09-14 High strength zrb2 base sintered body Granted JPS6172687A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59191816A JPS6172687A (en) 1984-09-14 1984-09-14 High strength zrb2 base sintered body
US06/751,528 US4636481A (en) 1984-07-10 1985-07-03 ZrB2 composite sintered material
EP85108300A EP0170889B1 (en) 1984-07-10 1985-07-04 Zrb2 composite sintered material
DE8585108300T DE3569365D1 (en) 1984-07-10 1985-07-04 Zrb2 composite sintered material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59191816A JPS6172687A (en) 1984-09-14 1984-09-14 High strength zrb2 base sintered body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6172687A JPS6172687A (en) 1986-04-14
JPS6339543B2 true JPS6339543B2 (en) 1988-08-05

Family

ID=16280998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59191816A Granted JPS6172687A (en) 1984-07-10 1984-09-14 High strength zrb2 base sintered body

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6172687A (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6172687A (en) 1986-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS5924751B2 (en) Sintered shaped body
EP0170864B1 (en) Zrb2 composite sintered material
EP0170889B1 (en) Zrb2 composite sintered material
JPH0627036B2 (en) High strength and high toughness TiB ▲ Bottom 2 ▼ Ceramics
JPS6339543B2 (en)
JPS6337069B2 (en)
JPS6339542B2 (en)
JPS6337068B2 (en)
JPS6339544B2 (en)
JPH0610106B2 (en) Variable conductivity ZrB2 composite sintered body
JPH0712980B2 (en) Silicon carbide sintered body and method for producing the same
JPS6337070B2 (en)
JP2742620B2 (en) Boride-aluminum oxide sintered body and method for producing the same
JP2997320B2 (en) Fiber reinforced ceramics
CN109485422A (en) A kind of in-situ preparation SiC lath activeness and quietness tantalum carbide hafnium diphase ceramic material and preparation method thereof
JPS6337066B2 (en)
JPS61270265A (en) High strength high tougness tib2 base composite sintered body
JPS6144768A (en) High strength boride sintered body
JP2794121B2 (en) Fiber reinforced ceramics
JPS6144769A (en) High strength zrb2 composite sintered body
JPS6212672A (en) High strength zrb2 base composite sintered body
JP2794122B2 (en) Fiber reinforced ceramics
JPS62288171A (en) Zrb2 base composite sintered body
JPS62119168A (en) High anticorrosion high thermal shock resistance zrb2 base composite sintered body
JPS597669B2 (en) Metal boride-zirconium oxide ceramic materials