(57)【要約】【課題】Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含み、高温で高い耐摩耗性を有し、かつ高い寸法精度（ニアネットシェイプ）を有する材料および同材料の製造方法を提供する。【解決手段】７５ａｔ％〜８５ａｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、８ａｔ％〜１３ａｔ％のシリコン（Ｓｉ）と、３ａｔ％〜１３ａｔ％のチタン（Ｔｉ）とを含んでなる主相であって、結晶構造がＬ１２型であるＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む主相を有することを特徴とする焼結体である。【選択図】図３７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
７５ａｔ％〜８５ａｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、８ａｔ％〜１３ａｔ％のシリコン（Ｓｉ）と、３ａｔ％〜１３ａｔ％のチタン（Ｔｉ）とを含んでなる主相であって、結晶構造がＬ１２型であるＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む主相を有することを特徴とする焼結体。
【請求項２】
前記主相が、更にボロン（Ｂ）を含み、該ボロンの含有量が前記主相のボロン（Ｂ）以外の元素の合計質量に対して１０ｍaｓｓ ｐｐｍ〜１０００ｍaｓｓ ｐｐｍであることを特徴とする請求項１に記載の焼結体。
【請求項３】
金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含む硬質粒子であって、前記主相の間に分散した硬質粒子を更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載の焼結体。
【請求項４】
前記硬質粒子が、チタン（Ｔｉ）の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含むＴｉ化合物硬質粒子であることを特徴とする請求項３に記載の焼結体。
【請求項５】
前記Ｔｉ化合物硬質粒子が、ＴｉＣ粒子、ＴｉＮ粒子、ＴｉＣＮ粒子、ＴｉＯ２粒子およびＴｉＢ２粒子から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項４に記載の焼結体。
【請求項６】
前記主相が、タンタル（Ｔａ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、ニオブ（Ｎｂ）：０．５ａｔ％〜４ａｔ％、アルミニウム（Ａｌ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、クロム（Ｃｒ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、モリブデン（Ｍｏ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％およびコバルト（Ｃｏ）：０．５ａｔ％〜４ａｔ％から選択される少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の焼結体。
【請求項７】
７５ａｔ％〜８５ａｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、８ａｔ％〜１３ａｔ％のシリコン（Ｓｉ）と、３ａｔ％〜１３ａｔ％のチタン（Ｔｉ）とを含有する混合粉末または合金粉末を準備する粉末準備工程と、
前記混合粉末または合金粉末に圧力を付与した状態で、前記混合粉末または合金粉末を加熱し、結晶構造がＬ１２型であるＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む主相を有する焼結体を形成する焼結工程と、
を含むことを特徴とするニッケル（Ｎｉ）基金属間化合物焼結体の製造方法。
【請求項８】
前記焼結工程の前に、金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含む硬質粒子を混合する工程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記硬質粒子がチタン（Ｔｉ）の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含むＴｉ化合物硬質粒子であることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記混合粉末または合金粉末が、タンタル（Ｔａ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、ニオブ（Ｎｂ）：０．５ａｔ％〜４ａｔ％、アルミニウム（Ａｌ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、クロム（Ｃｒ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、モリブデン（Ｍｏ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％およびコバルト（Ｃｏ）：０．５ａｔ％〜４ａｔ％から選択される少なくとも１つを更に含有することを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
７５ａｔ％〜８５ａｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、８ａｔ％〜１３ａｔ％のシリコン（Ｓｉ）と、３ａｔ％〜１３ａｔ％のチタン（Ｔｉ）とを含有する母材と、金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つと、を用いて、少なくとも前記母材が溶融した溶融金属を得る溶融工程と、
前記溶融金属をアトマイズして、７５ａｔ％〜８５ａｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、８ａｔ％〜１３ａｔ％のシリコン（Ｓｉ）と、３ａｔ％〜１３ａｔ％のチタン（Ｔｉ）とを含むニッケル基合金マトリクス中に金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを有するアトマイズ粉末を得るアトマイズ工程と、
前記アトマイズ粉末に圧力を付与した状態で加熱し、７５ａｔ％〜８５ａｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、８ａｔ％〜１３ａｔ％のシリコン（Ｓｉ）と、３ａｔ％〜１３ａｔ％のチタン（Ｔｉ）とを含んでなり、且つ結晶構造がＬ１２型であるＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む主相と、該主相の間に分散した、金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含む硬質粒子とを含む焼結体を得る工程と、
を含むことを特徴とするニッケル（Ｎｉ）基金属間化合物焼結体の製造方法。
【請求項１２】
前記金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物が、チタン（Ｔｉ）の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つであり、
前記硬質粒子が、前記チタン（Ｔｉ）の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含むＴｉ化合物硬質粒子であることを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮｉ（ニッケル）基金属間化合物を含む焼結体、とりわけＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む焼結体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型、切削工具およびベアリング等の耐摩耗性が要求される用途には、従来から工具鋼、超硬合金およびセラミックスが用いられている。
そして、これらの用途の多くでは、高温においても耐摩耗性を有することが期待されている。
例えば、金型および切削工具では、より高い温度で耐摩耗性を確保することで、加工速度の向上等、より好ましい加工条件を選択でき、ベアリングについてはより高い回転速度および／またはより高い温度での使用が可能となる。
【０００３】
しかし、工具鋼は、高い硬さを得るために実施する焼入焼戻処理の焼戻温度よりも高い温度になると、焼入焼戻組織が分解し軟化してしまうなど高温で耐摩耗性を維持することが困難である。
また、超硬合金は、ＷＣ（炭化タングステン）自体は高温でも高い硬さを有しているものの、ＷＣ粒子同士を結合するための結合剤として用いるＣｏ（コバルト）等の金属相が、高温では軟化してしまうことから高温で耐摩耗性を維持するのは困難である。
一方、セラミックスは高温でも高い硬さを有することから高温でも耐摩耗性を維持できる。しかし、セラミックス材料は、室温および高温のどちらにおいても延性および靱性に乏しく、またコストも高いことから、使用できる用途が狭い範囲に限定されてしまい、多くの用途で用いることが困難である。
【０００４】
そこで、高温で耐摩耗性を有し、広い用途で用いることができる材料として、Ｎｉ基金属間化合物、とりわけＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物が注目されている（非特許文献１）。
Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）は、工具鋼および超硬合金を含む一般の金属材料と比べて、高温での硬さが高く、このため高温での耐摩耗性に優れている。
また、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）は室温および高温において、十分な延性および靱性を有している。
このため、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）を含む材料を用いることで、幅広い用途において、高温で高い耐摩耗性を得ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】金属  Ｖｏｌ．８０（２０１０）Ｎｏ．７ p．５４８−５５４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む材料は、溶製材として作製されるため、アーク溶解等を用いて高温に加熱して鋳造材を得る必要があり、高温の液相から鋳造するために、例え、精密鋳造を実施しても熱収縮等の影響で所望の形状を得ることができず、鋳造後、更に切断加工および切削加工等の加工を行う必要があるという問題があった。
さらに、溶解鋳造法で作製した鋳塊は凝固組織となるため、全体に結晶粒径が粗大で、かつ製品部位によって結晶粒形状や粒径が不均一であり、材料強度や延性、靱性にバラツキが生じやすいという問題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含み、高温で高い耐摩耗性を有し、かつ高い寸法精度（ニアネットシェイプ）を有する材料および同材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様１は、７５ａｔ％〜８５ａｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、８ａｔ％〜１３ａｔ％のシリコン（Ｓｉ）と、３ａｔ％〜１３ａｔ％のチタン（Ｔｉ）とを含んでなる主相であって、結晶構造がＬ１２型であるＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む主相を有することを特徴とする焼結体である。
【０００９】
本発明の態様２は、前記主相が、更にボロン（Ｂ）を含み、該ボロン（Ｂ）の含有量が前記主相のボロン以外の元素の合計質量に対して１０ｍaｓｓ  ｐｐｍ〜１０００ｍaｓｓ  ｐｐｍであることを特徴とする態様１に記載の焼結体である。
【００１０】
本発明の態様３は、金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含む硬質粒子であって、前記主相の間に分散した硬質粒子を更に含むことを特徴とする態様１または２〜３に記載の焼結体である。
【００１１】
本発明の態様４は、前記硬質粒子が、チタン（Ｔｉ）の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含むＴｉ化合物硬質粒子であることを特徴とする態様３に記載の焼結体である。
【００１２】
本発明の態様５は、前記Ｔｉ化合物硬質粒子が、ＴｉＣ粒子、ＴｉＮ粒子、ＴｉＣＮ粒子、ＴｉＯ２粒子およびＴｉＢ２粒子から選択される少なくとも１つであることを特徴とする態様４に記載の焼結体である。
【００１３】
本発明の態様６は、前記主相が、タンタル（Ｔａ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、ニオブ（Ｎｂ）：０．５ａｔ％〜４ａｔ％、アルミニウム（Ａｌ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、クロム（Ｃｒ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、モリブデン（Ｍｏ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％およびコバルト（Ｃｏ）：０．５ａｔ％〜４ａｔ％から選択される少なくとも１つを更に含むことを特徴とする態様１〜５のいずれかに記載の焼結体である。
【００１４】
本発明の態様７は、７５ａｔ％〜８５ａｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、８ａｔ％〜１３ａｔ％のシリコン（Ｓｉ）と、３ａｔ％〜１３ａｔ％のチタン（Ｔｉ）とを含有する混合粉末または合金粉末を準備する粉末準備工程と、
前記混合粉末または合金粉末に圧力を付与した状態で、前記混合粉末または合金粉末を加熱し、結晶構造がＬ１２型であるＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む主相を有する焼結体を形成する焼結工程と、
を含むことを特徴とするニッケル（Ｎｉ）基金属間化合物焼結体の製造方法である。
【００１５】
本発明の態様８は、前記焼結工程の前に、金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含む硬質粒子を混合する工程を更に含むことを特徴とする態様７に記載の製造方法である。
【００１６】
本発明の態様９は、前記硬質粒子がチタン（Ｔｉ）の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含むＴｉ化合物硬質粒子であることを特徴とする態様８に記載の製造方法である。
【００１７】
本発明の態様１０は、タンタル（Ｔａ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、ニオブ（Ｎｂ）：０．５ａｔ％〜４ａｔ％、アルミニウム（Ａｌ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、クロム（Ｃｒ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％、モリブデン（Ｍｏ）：０．５ａｔ％〜８ａｔ％およびコバルト（Ｃｏ）：０．５ａｔ％〜４ａｔ％から選択される少なくとも１つを更に含有することを特徴とする態様７〜９のいずれかに記載の製造方法である。
【００１８】
本発明の態様１１は、７５ａｔ％〜８５ａｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、８ａｔ％〜１３ａｔ％のシリコン（Ｓｉ）と、３ａｔ％〜１３ａｔ％のチタン（Ｔｉ）とを含有する母材と、金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つと、を用いて、少なくとも前記母材が溶融した溶融金属を得る溶融工程と、前記溶融金属をアトマイズして、７５ａｔ％〜８５ａｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、８ａｔ％〜１３ａｔ％のシリコン（Ｓｉ）と、３ａｔ％〜１３ａｔ％のチタン（Ｔｉ）とを含むニッケル基合金マトリクス中に金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを有するアトマイズ粉末を得るアトマイズ工程と、前記アトマイズ粉末に圧力を付与した状態で加熱し、７５ａｔ％〜８５ａｔ％のニッケル（Ｎｉ）と、８ａｔ％〜１３ａｔ％の（Ｓｉ）と、３ａｔ％〜１３ａｔ％のチタン（Ｔｉ）とを含んでなり、且つ結晶構造がＬ１２型であるＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む主相と、該主相の間に分散した、金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含むチタン化合物硬質粒子とを含む焼結体を得る工程と、を含むことを特徴とするニッケル（Ｎｉ）基金属間化合物焼結体の製造方法である。
【００１９】
本発明の態様１２は、前記金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物が、チタン（Ｔｉ）の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つであり、前記硬質粒子が、前記チタン（Ｔｉ）の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含むＴｉ化合物硬質粒子であることを特徴とする態様１１に記載の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る焼結体は、所定量のＮｉとＴｉとＳｉとを含み且つ結晶構造がＬ１２型であるＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含むことを特徴としている。
これにより本発明に係る焼結体は、高温で高い耐摩耗性を有するとともに、最終製品の形状に近い（ニアネットシェイプ）形状を容易に得ることができる。
また、本発明に係る製造方法により、このような特徴を有する焼結体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（ａ）は、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｔｉの３元状態図（部分）であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の直線ｂに沿った断面を示す状態図である。
【図２】図２は、放電プラズマ焼結を行うのに用いる放電プラズマ焼結装置１００を示す模式側面図である。
【図３】図３（ａ）は、焼結温度８００℃の焼結後サンプルのＳＥＭ観察結果であり、図３（ｂ）は、焼結温度８００℃の均質化処理後サンプルのＳＥＭ観察結果である。
【図４】図４（ａ）は、焼結温度８００℃の焼結後サンプルのＸ線回折（ＸＲＤ）結果であり、図４（ｂ）は、焼結温度８００℃の均質化処理後サンプルのＸ線回折結果である。
【図５】図５（ａ）は、焼結温度９００℃の焼結後サンプルのＳＥＭ観察結果であり、図５（ｂ）は、焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルのＳＥＭ観察結果である。
【図６】図６（ａ）は、焼結温度９００℃の焼結後サンプルのＸ線回折結果であり、図６（ｂ）は、焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルのＸ線回折結果である。
【図７】図７は、かさ密度測定結果を示す。比較のため溶製材の密度を図７中に点線で示した。
【図８】図８は、室温硬さ試験結果である。
【図９】図９は、焼結後（均質化処理前）のＳＥＭ観察結果であり、図９（ａ）は実施例１−３の金属組織、図９（ｂ）は実施例１−２の金属組織、図９（ｃ）実施例１−１の金属組織を示す。
【図１０】図１０は、焼結後（均質化処理前）のＸ線回折結果であり、図１０（ａ）は実施例１−３のＸ線回折結果を示し、図１０（ｂ）は実施例１−２のＸ線回折結果を示し、図１０（ｃ）実施例１−１のＸ線回折結果を示す。
【図１１】図１１は、９００℃×１２０時間の均質化処理後のＳＥＭ観察結果であり、図１１（ａ）は実施例１−３の金属組織、図１１（ｂ）は実施例１−２の金属組織、図１１（ｃ）は実施例１−１の金属組織を示す。
【図１２】図１２は、９００℃×１２０時間の均質化処理後のＸ線回折結果であり、図１２（ａ）は実施例１−３のＸ線回折結果を示し、図１２（ｂ）は実施例１−２のＸ線回折結果を示し、図１２（ｃ）実施例１−１のＸ線回折結果を示す。
【図１３】図１３は、１０５０℃×４８時間の均質化処理後のＳＥＭ観察結果であり、図１３（ａ）は実施例１−３の金属組織、図１３（ｂ）は実施例１−２の金属組織、図１３（ｃ）実施例１−１の金属組織を示す。
【図１４】図１４は、１０５０℃×４８時間の均質化処理後のＸ線回折結果であり、図１４（ａ）は実施例１−３のＸ線回折結果を示し、図１４（ｂ）は実施例１−２のＸ線回折結果を示し、図１４（ｃ）実施例１−１のＸ線回折結果を示す。
【図１５】図１５は、実施例１−１〜１−３のサンプルの焼結後および１０５０℃×４８時間の均質化処理後のかさ密度を示すグラフである。
【図１６】図１６は、得られたアトマイズ粉末の粒度分布測定結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、アトマイズ粉末のＸ線回折結果である。
【図１８】図１８（ａ）は焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルの金属組織観察結果であり、図１８（ｂ）は焼結温度１０００℃の均質化処理後サンプルの金属組織観察結果である。
【図１９】図１９は、密度測定結果を示すグラフである。
【図２０】図２０（a）は実施例１−３サンプルの平均結晶粒径測定結果を示し、図２０（ｂ）は実施例１−２サンプルの平均結晶粒径測定結果を示し、図２０（ｃ）は実施例１−１サンプルの平均結晶粒径測定結果を示し、図２０（ｄ）は実施例２サンプルの平均結晶粒径測定結果を示す。
【図２１】図２１は室温硬さ試験結果を示すグラフである。
【図２２】図２２は高温硬さ試験結果を示すグラフである。
【図２３】図２３は引張試験の結果を示すグラフである。
【図２４】図２４（ａ）は実施例１−３サンプルの引張試験破断面のＳＥＭ観察結果であり、図２４（ｂ）は実施例１−２サンプルの引張試験破断面のＳＥＭ観察結果である。
【図２５】図２５（ａ）は焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルの金属組織観察結果であり、図２５（ｂ）は焼結温度１０００℃の均質化処理後サンプルの金属組織観察結果である。
【図２６】図２６（ａ）は焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルのＸ線回折結果であり、図２６（ｂ）は焼結温度１０００℃の均質化処理後サンプルのＸ線回折結果である。
【図２７】図２７は、焼結後および均質化処理後のかさ密度測定結果を示すグラフである。
【図２８】図２８は、焼結後および均質化処理後の室温硬さを示すグラフである。
【図２９】図２９（ａ）は実施例４−１サンプルの均質化処理後の金属組織観察結果であり、図２９（ｂ）は実施例４−２サンプルの均質化処理後の金属組織観察結果であり、図２９（ｃ）は実施例４−３サンプルの均質化処理後の金属組織観察結果であり、図２９（ｄ）は実施例４−４サンプルの均質化処理後の金属組織観察結果である。
【図３０】図３０は、図２９と同じサンプルの同じ部位の金属組織の高倍率での観察結果であり、図３０（ａ）は実施例４−１サンプル、図３０（ｂ）は実施例４−２サンプル、図３０（ｃ）は実施例４−３サンプル、図３０（ｄ）は実施例４−４サンプルの結果を示す。
【図３１】図３１（ａ）は実施例４−１サンプルのＸ線回折結果を示し、図３１（ｂ）は実施例４−２サンプルのＸ線回折結果を示し、図３１（ｃ）は実施例４−３サンプルのＸ線回折結果を示し、図３１（ｄ）は実施例４−４サンプルのＸ線回折結果を示す。
【図３２】図３２は、実施例４−０〜４−４サンプルの室温硬さを示すグラフであり、横軸をＴｉＣ粒子の体積率にして整理している。
【図３３】図３３は、実施例４−０、４−１および４−３サンプルの高温硬さを示すグラフである。
【図３４】図３４は、実施例４−０〜４−４サンプルのかさ密度の測定結果と理論値とを示すグラフである。
【図３５】図３５は実施例４−４サンプルの金属組織観察において認められたボイドを示す写真であり、丸で囲った部分にボイドが認められる。
【図３６】図３６（ａ）は、ＳＥＭによる実施例４−５サンプルの金属組織観察結果であり、図３６（ｂ）は、図３６（ａ）よりも高い倍率でのＳＥＭによる実施例４−５サンプルの金属組織観察結果である。
【図３７】図３７は、実施例５−０〜５−４サンプルの均質化処理後の室温硬さ試験定結果を示すグラフであり、横軸をＴｉＢ２粒子の体積率にして整理している。
【図３８】図３８は、均質化処理後の実施例５−０（０％ＴｉＢ２）、実施例５−１（１０％ＴｉＢ２）および実施例５−３サンプル（３０％ＴｉＢ２）および比較のために用いた実用材料として最高レベルの高温での耐摩耗性を有するＷＣ−Ｃｏの高温硬さを示すグラフである。
【図３９】図３９は、均質化処理後の実施例５−５サンプルのＸ線回折結果である。
【図４０】図４０（ａ）は均質化処理後の実施例５−３サンプルの金属組織観察結果であり、図４０（ｂ）は図４０（ａ）の拡大写真であり、図４０（ｃ）は均質化処理後の実施例５−５サンプルの金属組織観察結果であり、図４０（ｄ）は図４０（ｃ）の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
【００２３】
本願発明者らは、鋭意検討した結果、詳細を後述するように、焼結法（粉末冶金法）、より詳細には、所定の組成を有する粉末を用い、加圧下で焼結を行う焼結法を用いることで、７５ａｔ％〜８５ａｔ％のＮｉと、８ａｔ％〜１３ａｔ％のＳｉと、３ａｔ％〜１３ａｔ％のＴｉとを含んでなり且つ結晶構造がＬ１２型であるＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む主相を有する焼結体を得ることができることを見いだした。
一般に複数成分、とりわけ３つ以上の元素（金属元素）を含む焼結体を得ようとすると、目的とする相以外に脆い中間相が出現することが多く、例え、本発明に係るＮｉ３（Ｓｉ、Ｔｉ）金属間化合物のような規則結晶構造を焼結により形成できたとしても、同時に存在する中間相に起因して、所望の耐摩耗性（硬さ）を得ることは困難であると考えられてきた。
しかし、本願発明者らは、加圧下で焼結を行うことで、硬さを著しく低下させるような中間相（有害な中間相）を形成せずに、Ｎｉ３（Ｓｉ、Ｔｉ）金属間化合物を含み所望の耐摩耗性を有する焼結体が得られることを初めて見出したものである。そして、好適な実施形態の１つにおいては、実質的にＮｉ３（Ｓｉ、Ｔｉ）金属間化合物のみから成る（Ｎｉ３（Ｓｉ、Ｔｉ）金属間化合物単相）の焼結体が得られることも初めて見出したものである。
すなわち、このような焼結法を用いることで、鋳造材を得ることなく、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む材料をニアネットシェイプで得ることができることを見出した。
以下にこれを実施形態１として説明する。
【００２４】
さらに本願発明者らは、主相（主相同士の間）の間に金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含む粒子（硬質粒子）、好ましくはＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１種を含む粒子（Ｔｉ化合物硬質粒子）、を分散させることで高温での硬さがよりいっそう向上し、さらに優れた耐摩耗性を有する複合材料を得ることができることを見出した。
また、Ｔｉ化合物硬質粒子を分散させた焼結体の中には室温においても優れた耐摩耗性を有するものがあることも見出した。
以下にこれを実施形態２として説明する。
【００２５】
本願発明の実施形態１および２に係る焼結体およびその製造方法について以下に詳述するが、その前に本明細書で用いるいくつかの用語の意味について明らかにしておく。
【００２６】
用語「主相」とは、文字通り主たる相であり、通常は最も量の多い相であり、より具体的には、例えば、視野が１００μｍ×１００μｍ以上の断面組織観察において、画像解析等により求めた面積比が５０％以上である。
ただし、詳細を後述する実施形態２においては、硬さ向上を目的に意図的に分散させた硬質粒子（例えばＴｉ化合物硬質粒子）の方が体積比（または面積比）で主相より多くてもよい。この場合を考慮すると、主相は上述の面積比で３０％以上存在すればよい。
【００２７】
また、用語「主相」を用いる理由の１つは、実施形態２において、硬さ向上（耐摩耗性向上）を目的に意図的に分散させた金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１種を含む粒子（金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１種を含む粒子を「硬質粒子」と言う場合がある）と、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含むように形成された７５ａｔ％〜８５ａｔ％のＮｉ、８ａｔ％〜１３ａｔ％のＳｉおよび３ａｔ％〜１３ａｔ％のＴｉを含んでなる部分（マトリクス）と、を区別することである。
このため、「主相」は、硬質粒子以外の部分を総称して指す場合がある。そして、「主相」は、その全体としての組成が、７５ａｔ％〜８５ａｔ％のＮｉと、８ａｔ％〜１３ａｔ％のＳｉと、３ａｔ％〜１３ａｔ％のＴｉとを含み、かつＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む限りは。例えば後述する実施例にあるように、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物と、これ以外のＮｉ１６Ｔｉ６Ｓｉ７の化合物のように複数の相（Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物とそれ以外の相）を含んでよい。
【００２８】
「主相がＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む」とは、通常のＸ線回折（ＸＲＤ）、すなわち、シンクロトロン放射光等の特殊なＸ線源を用いずに通常の測定条件において、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物のＬ１２構造に起因する回折ピークを確認できる程度の量を含んでいることを意味する。そして、通常は、主相全体に対し、体積比で５％以上含まれていればこの条件を確実に満足する。
【００２９】
Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物は、Ｌ１２型の結晶構造を有する金属間化合物である。Ｌ１２型の金属間化合物としてよく知られているＮｉ３ＳｉのＳｉの一部がＴｉにより置換された金属間化合物である。なお、本明細書において「金属間化合物Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）」という場合、Ｌ１２型の結晶構造を有する限り、原子比でＮｉの量と、ＳｉおよびＴｉの合計量との比率が３：１である化学量論組成にある場合だけでなく、化学量論組成から外れた組成を有していてよい。
【００３０】
次に用語「Ｎｉ基（ニッケル基）」とは、含有されるそれぞれの元素の中でＮｉの量が最も多いことを意味し、好ましくは原子比（ａｔ％）で５０％以上のＮｉを含み、より好ましくは原子比（ａｔ％）で６０％以上のＮｉを含む。
以下、本発明の実施形態を詳述する。
【００３１】
Ａ．実施形態１
１．焼結用粉末 
（１）焼結用粉末の形態
上述のように、本願発明は、加圧下で焼結を行う焼結法を用いることを特徴の１つとしていることから、焼結の前に所定の組成を有する焼結用粉末を作製する。
焼結用粉末は、例えば、Ｎｉ粉末、Ｓｉ粉末、Ｔｉ粉末、必要に応じてＴａ粉末およびＢ粉末等の元素粉末を原料粉末とし、これらを混合した混合粉末であってよい。これらの原料粉末は、全体としてその組成が、本発明に係る所定の範囲内であれば、単一の粉末が２種類以上の元素を含有する合金粉末を含んでよい。
また、所定の組成を有する溶湯（溶融合金）をアトマイズする等により得た合金粉末であってよい。さらには、元素粉末と合金粉末とを混合した混合粉末であってもよい。
アトマイズ粉末を作製する場合、好ましい条件として、不活性ガス雰囲気中１４００〜１８００℃で溶融させた溶湯を滴下し、そこへ３０〜１００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で不活性ガスを吹き付けることを例示できる。
【００３２】
これらの中でも元素粉末が好ましい。元素粉末を用いることで配合組成を容易に変更することが出来、かつ、アトマイズ粉末を作製する手間が省略でき、低コスト化に有利になるからである。
なお、焼結用粉末の粒子径は、任意の粒子径を有してよい。
しかし、粉末の粒子径は１〜１５０μｍが好ましい。粒子径が１５０μｍより大きいと、焼結体の密度低下を防止するために、場合によっては焼結温度を高くする必要があるからである。また、粉末の粒子径が１μｍより小さいと粉末の酸化が過度に進み、もって酸化物の生成など焼結体に悪影響をもたらす場合があるからである。
混合粉末を得る際の原料粉末の混合は、乳鉢と乳棒等当該技術分野で用いられる任意の方法を用いてよいが、好ましくはボールミルを用いて混合する。ボールミルが好ましい理由は、より均一に原料粉末を分散・混合できるためである。
なお、ボールミルを用いた好適な混合条件として、アルコール等の媒液を用いて、湿式で混合することを例示できる。
【００３３】
（２）焼結用粉末の組成
焼結用粉末の組成は、詳細を後述する焼結後または焼結後に必要に応じて適宜実施する熱処理後の主相の組成とほぼ等しい。
すなわち、ここで焼結用粉末の組成を規定することは、焼結体の主相の組成を規定することである。
従って、焼結用粉末（主相）の組成は、７５ａｔ％〜８５ａｔ％のＮｉと、８ａｔ％〜１３ａｔ％のＳｉと、３ａｔ％〜１３ａｔ％のＴｉとを含む
残部は、不可避的不純物からなってもよい。
【００３４】
また、焼結用粉末（すなわち、主相）は、Ｎｉ、ＳｉおよびＴｉ以外の任意の元素を意図的に添加されてよい。
このような元素として、Ｂ（ボロン）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｏ（コバルト）を挙げることができる。
Ｂは、粒界破壊抑制効果を有する。その効果は、Ｂ以外の元素の合計質量（質量で示した合計含有量）に対して１０ｍaｓｓ  ｐｐｍ（質量ｐｐｍ）未満では限定的であり、Ｂ以外の元素の合計質量に対して１０００ｍaｓｓ  ｐｐｍを超えるとＢ化合物（ボライド）を形成して脆化を引き起こす場合がある。従って、Ｂ以外の元素の合計質量（質量で示した合計含有量）に対して１０〜１０００ｍaｓｓ  ｐｐｍの範囲（すなわち、Ｂ以外の元素の合計質量：Ｂの質量＝１：０．００００１〜１：０．００１）が好ましい。
Ｔａは、固溶強化（硬化）に有効な元素である。その効果は、Ｔａの含有量が０．５ａｔ％未満では限定的であり、８ａｔ％を超えると硬さ向上の効果が飽和してしまい、主相中にＮｉ３Ｔａなどの金属間化合物相がより多く出現するという問題を生じる場合がある。従って、Ｔａの含有量は０．５ａｔ％〜８ａｔ％が好ましい。
Ｎｂは、固溶強化（硬化）と耐酸化性向上に有効な元素である。その効果は、Ｎｂの含有量が０．５ａｔ％未満では限定的であり、４ａｔ％を超えると強度向上の効果が飽和してしまい、主相中にＮｉ３Ｎｂなどの金属間化合物相がより多く出現するという問題を生じる場合がある。従って、Ｎｂの含有量は０．５ａｔ％〜４ａｔ％が好ましい。
Ａｌも、固溶強化（硬化）と耐酸化性向上に有効な元素である。その効果は、Ａｌの含有量が０．５ａｔ％未満では限定的であり、８ａｔ％を超えると延性が低下する問題を生じる場合がある。従って、Ａｌの含有量は０．５ａｔ％〜８ａｔ％が好ましい。
Ｃｒは、高温延性と耐酸化性向上に有効な元素である。その効果は、Ｃｒの含有量が０．５ａｔ％未満では限定的である。Ｃｒ添加の上限は特に規定されないが、おおよそ８ａｔ％を超えると延性や耐酸化性向上効果は飽和すると考えられ、従って、Ｃｒの含有量は０．５ａｔ％〜８ａｔ％が好ましい。
Ｍｏは、強度向上に有効な元素である。その効果は、Ｍｏの含有量が０．５ａｔ％未満では限定的であり、８ａｔ％を超えると強度向上の効果が飽和してしまい、主相中にＮｉ４Ｍｏなどの金属間化合物相がより多く出現するという問題を生じる場合がある。従って、Ｍｏの含有量は０．５ａｔ％〜８ａｔ％が好ましい。
Ｃｏは、強度、延性向上に有効な元素である。その効果は、Ｃｏの含有量が０．５ａｔ％未満では限定的である。Ｃｏも添加量の上限値は特に規定されないが、おおよそ４ａｔ％を超えると強度、延性向上の効果が飽和してしまうと考えられるので、従って、Ｃｏの含有量は０．５ａｔ％〜４ａｔ％が好ましい。
【００３５】
・焼結用粉末の好ましい組成１
好ましい組成範囲の１つは、Ｎｉ：７５．５〜８２ａｔ％と、Ｓｉ：１０〜１３ａｔ％と、Ｔｉ：９〜１１ａｔ％とを含む。
この組成が好ましい理由を説明する。
図１（ａ）は、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｔｉの３元状態図（部分）であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の直線ｂに沿った断面を示す状態図である。
Ｎｉ：７５．５〜８２ａｔ％、Ｓｉ：１０〜１３ａｔ％、Ｔｉ：９〜１１ａｔ％であればＬ１２単相、もしくは、大部分がＬ１２相となり、常温延性、高温強度、高温硬さの観点から望ましい特性が得られる。
残部は不可避的不純物のみであってもよく、また例えばＢのような任意の元素が添加されていてよい。Ｂを添加する場合、Ｂ以外の元素の合計質量（質量で示した合計含有量）に対して１０〜１０００ｍaｓｓ  ｐｐｍの範囲でＢを含んでもよい。
また、上述した、Ｔａ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｃｒ、ＭｏおよびＣｏから選択される１種以上を含んでよい（含有量の好ましい範囲も上述の通りである）。
【００３６】
また、Ｓｉ含有量とＴｉ含有量とは１つの好ましい実施形態においては、その比率が原子比で、Ｓｉ：Ｔｉ＝１１．０：９．２〜９．７となっている。これにより常温延性と高温強度の両方の高特性が実現できる。
【００３７】
・焼結用粉末の好ましい組成２
好ましい組成範囲の１つは、Ｎｉ：７６．５〜８２ａｔ％と、Ｓｉ：１０〜１３ａｔ％と、Ｔｉ：４〜１１ａｔ％と、Ｔａ：０．５〜７．５ａｔ％とを含む。
この組成が好ましい理由を説明する。
この組成は、上述の組成において、ＮｉまたはＴｉの一部をＴａに置き換えた組成となっている。Ｌ１２結晶構造のＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）相にＮｉあるいはＴｉを減じてＴａを添加すると顕著な固溶硬化が発現する。同一量のＴａを添加する場合、Ｔｉを減じて添加するよりも、Ｎｉを減じてＴａ添加する方が硬化の度合いは大きいが、延性低下の度合いも大きい。一方、Ｔｉを減じてＴａを添加する場合は、Ｎｉを減じて添加する場合に比べてより多くのＴａを添加することができ、その結果、合金中のＴｉ量が減少することによって耐酸化性が向上できるメリットがある。Ｎｉを減じて添加する場合はおよそ２ａｔ％以上のＴａ添加で硬さの値は飽和する。一方、Ｔｉを減じて添加する場合はおよそ７．５ａｔ％以上のＴａ添加で硬さは飽和する。いずれの場合も、過剰のＴａ添加はＬ１２相以外の金属相の出現を招き、強度・延性などの機械的特性や耐食性や耐酸化性などの化学的特性を損なう恐れが生じる。
したがって、上述したＴａ添加の効果をより確実に得ることができる。
【００３８】
残部は不可避的不純物のみであってもよく、また例えばＢのような任意の元素が添加されていてよい。Ｂを添加する場合、Ｂ以外の元素の合計質量（質量で示した合計含有量）に対して１０〜１０００ｍaｓｓ  ｐｐｍの範囲でＢを含んでもよい。
また、上述した、Ｔａ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｃｒ、ＭｏおよびＣｏから選択される１種以上を含んでよい（含有量の好ましい範囲も上述の通りである）。
【００３９】
また、Ｓｉの含有量と、ＴｉおよびＴａの合計含有量とは、１つの好ましい実施形態においては、その比率が原子比で、Ｓｉ：（Ｔｉ＋Ｔａ）＝１１．０：９．２〜９．７となっている。これにより常温延性と高温強度の両方の高特性が実現できる。
【００４０】
２．焼結
次に、所望の組成を有する焼結用粉末を用いて焼結を行う。
焼結は、例えば、焼結用粉末をダイに入れてパンチにて圧力を付与して成形体（圧粉体）を得た後、所定の焼結温度に加熱する、一般的な焼結法により行ってもよい。
実施形態１では、適切な条件を選択することにより、得られた焼結体のほとんど（例えば実質的に焼結体全体）を、７５ａｔ％〜８５ａｔ％のＮｉと、８ａｔ％〜１３ａｔ％のＳｉと、３ａｔ％〜１３ａｔの％Ｔｉとを含んでなり、且つ結晶構造がＬ１２型であるＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む主相とすることができる。
本願発明に係る製造方法では、焼結法を用いることで、容易に最終製品の形状またはこれに近い形状（ニアネットシェイプ）を有する焼結体を得ることができる。すなわち高い寸法精度で焼結体を製造できる。
【００４１】
焼結用粉末に圧力を付与しながら焼結すること（加圧焼結）が好ましい。得られる焼結体のかさ密度を高くすることができ、溶製材の密度（真密度）により近づけることができるからである。
なお、「焼結用粉末に圧力を付与する」とは、成形体を得た後に焼結を行う場合、成形体に圧力を付与することにより、成形体中の焼結用粉末に圧力が付与されることを含む。
【００４２】
このような、焼結用粉末に圧力を付与しながら焼結する方法（加圧焼結法）の好ましい例としてホットプレスを挙げることをできる。
また、ホットプレス以外の例として真空焼結後に熱間静水圧成形（ＨＩＰ処理）またはガス圧焼結を行う方法などがある。
【００４３】
ホットプレス法による加圧焼結は、以下のように行ってよい。
例えば黒鉛より成るダイに設けた上下方向に延在する貫通孔に下方から下パンチを挿入し、貫通孔の内部でかつ下パンチの上部に上述の焼結用粉末または焼結用粉末を含む粉末を配置する。
その後貫通孔の上方から上パンチを挿入し、焼結用粉末に所定の圧力が付与されるように上パンチと下パンチに応力を付与する。
そして、焼結用粉末に所定の圧力が付与された状態で、例えばダイを加熱する等により焼結用粉末を加熱し焼結する。
また、ダイの貫通孔内部でかつ下パンチの上部に焼結用粉末または焼結用粉末を含む粉末を配置することに代えて、焼結用粉末または焼結用粉末を含む粉末を用いて作製した成形体を配置してもよい。
【００４４】
ホットプレス法を用いる際の焼結温度、昇温速度、焼結時間、焼結用粉末（または成形体）を加圧する応力、焼結雰囲気等の焼結条件は、用いる焼結用粉末の組成、得ようとする焼結体の特性に応じて適宜調整すればよい。
以下に、好適な条件を例示する。
【００４５】
焼結温度は、好ましくは７５０℃〜１０５０℃である。この温度範囲であればＬ１２結晶構造のＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）相を得ることができるからである。より好ましくは、焼結温度は、７８０℃〜１０２０℃である。より確実にＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を形成し、高温でより高い硬さを得ることができるからである。
【００４６】
この焼結温度まで昇温する際の昇温速度は、１０℃／分以下が好ましい。昇温速度が速すぎた場合、温度分布が不均一となり、焼結体の特性に内外差が生じる場合があるためである。
また、上述の好ましい焼結温度で保持する時間は、６０分〜３６０分が好ましい。保持時間が短過ぎると緻密化が不十分となる場合があり、長過ぎると結晶粒が粗大化して特性が低下（または劣化）する場合があるからである。
【００４７】
焼結用粉末（または成形体）に付与する応力は、１０ＭＰａ〜６０ＭＰａが好ましい。応力が低すぎると緻密化が不十分となる場合があり、高すぎるとカーボン型が破損する場合があるからである。
また、焼結は、真空中またはＡｒ（アルゴン）、Ｎ２（窒素）およびＨｅ（ヘリウム）のような不活性ガスの減圧雰囲気中であることが好ましい。酸素を含む雰囲気中では粉末が酸化し、緻密化が阻害される場合があるからである。
【００４８】
各種の焼結方法の中でも放電プラズマ焼結（ＳＰＳ：Ｓｐａｒｋ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）法がより好ましい。放電プラズマ焼結法を用いることで、以下の効果を得ることができるからである。
１）より高密度の焼結体を比較的低温、短時間で得ることができる。
２）得られる焼結体の平均結晶粒径を微細にすることができる。
３）ランニングコストが比較的安価である。
【００４９】
放電プラズマ焼結法は、焼結用粉末の粒子間（または圧粉体粒子間）にパルス電流（パルス状電流）を流しながら、焼結を行う焼結法である。上述の効果をより確実に得るために、焼結用粉末の粒子に圧力を付与しながら焼結を行うことが好ましい。
このように、焼結用粉末の粒子間（または圧粉体粒子間）にパルス状電流、好ましくは低電圧のパルス状大電流を流すことにより、上述の効果が得られるメカニズムは、焼結用粉末の粒子間（または圧粉体粒子間）の間隙に火花放電現象により瞬時に発生する放電プラズマの高エネルギーが熱拡散および／または電界拡散等を促進するためであると考えられる。
但し、このメカニズムは得られている効果を基に推定されているものであって、本願発明の範囲を制限することを意図したものではないことに留意されたい。
【００５０】
図２は、放電プラズマ焼結を行うのに用いる放電プラズマ焼結装置１００を示す模式側面図である。
図２を用いて、放電プラズマ焼結法の詳細を以下に説明する。
放電プラズマ焼結装置１００の真空チャンバー３０の中にはその内部に焼結用粉末１０（または圧粉体）を配置可能なダイ２０と、パンチ２２内の焼結用粉末１０に加圧する（圧縮応力を付与する）ためのパンチ２２と、パンチ２２が焼結用粉末１０を加圧（圧縮）するための応力をパンチ２２に供給する加圧装置２４が配置されている。
パンチ２２は、加圧装置２４を介して、焼結電源（パルス電源）３２と電気的に接続されている。
また、放電プラズマ焼結装置１００は、制御装置３４を有している。制御装置３４は、焼結温度（ダイ２０の焼結用粉末１０が配置されている部分の温度）、パルス電流および加圧装置２４がパンチ２２に付与する応力等を制御できる。また、制御装置３４は、必要に応じて温度センサー等のセンサーと接続されており、これらセンサーの計測結果を用いたフィードバック制御を行ってよい。
【００５１】
所定の組成を有する焼結用粉末１０（または所定の組成を有する焼結用粉末を用いて得た圧粉体）をダイ２０内の上下方向に延在する貫通孔内に配置した後、当該貫通孔に上下方向それぞれからパンチ２２を挿入する。
【００５２】
その後、真空チャンバー３０内を真空にした後、加圧装置２４により、パンチ２２を介して焼結用粉末１０を加圧し、装置２４およびパンチ２２を介して、焼結電源３２から焼結用粉末１０にパルス電流を印加することにより、焼結用粉末１０（または圧粉体）を所定の焼結温度まで加熱してよい。
なお、「焼結用粉末にパルス電流を印加する」とは、成形体を得た後に焼結を行う場合、成形体にパルス電流を印加することにより、成形体中の焼結用粉末にパルス電流が印加されることを含む。
【００５３】
焼結温度、昇温速度、焼結時間、焼結用粉末１０（または圧粉体）を加圧する応力、パルス電流（電圧、電流、パルス幅、通電時間等）等の焼結条件は、用いる焼結用粉末１０の組成、得ようとする焼結体の特性に応じて適宜調整すればよい。
以下に好適な条件を例示する。
【００５４】
焼結温度は、好ましくは７５０℃〜１０５０℃である。より好ましくは、焼結温度は、７８０〜１０２０℃である。焼結後に粒子の形状まま残る未反応粒子の形成をより確実に防止できるからである。
【００５５】
また、得られた焼結体の高密度化（低気孔率化）の観点からは、焼結温度は好ましくは、８００℃〜１０００℃であり、より好ましくは９００℃〜１０００℃である。この温度であれば、十分な硬さ（強度）を確保した焼結体を得ることができるからである。
なお、焼結温度は上述した好ましい範囲に限定されるものではない。例えば、上述の焼結温度範囲外（より高い温度）おいて、焼結中に液相を形成する液相焼結を行ってもよい。
【００５６】
所定の焼結温度まで昇温する際の昇温速度は、１℃／分〜２００℃／分が好ましい。昇温速度が１℃／分より遅い場合は生産性が悪くなり、２００℃／分を超える昇温速度では望む焼結温度に制御することが困難となるためである。
また、上述の好ましい焼結温度で保持する時間は、１分〜６０分が好ましい。保持時間が短すぎると、組織の不均一が生ずる場合があり、保持時間が長すぎると組織の均一化に対する効果が飽和する場合があるからである。
【００５７】
焼結体を加圧する応力は、０．５ＭＰａ〜５０ＭＰａが好ましい。低過ぎる圧力では気孔率が過度に大きくなってしまい、十分な硬さを得られない場合がある。高過ぎる圧力では効果が飽和し、さらにはカーボン型が破損する場合があるためである。
また、焼結用粉末１０（または圧粉体）に付与するパルス電流は、得ようとする焼結体の特性に合わせて、オン／オフ値および電流値を適宜調整する等、任意の方法で印加してよい。
【００５８】
３．熱処理
このようにして作製した複合焼結材料（焼結体）は、焼結条件によっては、焼結体の一部（主相の一部）にＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）以外の金属間化合物が形成される場合がある。このような部分の少なくとも一部からＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）を形成するように熱処理を行ってよい。
焼結温度より高く、液相が出ない１１００℃以下、好ましくは１０８０℃以下の温度まで加熱する熱処理を行うことが好ましい。
このような熱処理を行ったとしても、熱処理温度は、溶製材（鋳造材）を作製する際の溶融温度よりも低い温度が選択されることから、より低い温度でＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を形成でき、本願の効果が得られる。
【００５９】
以下に好適な条件を例示する。
好ましい、熱処理温度は、９００℃〜１０５０℃である。
この熱処理温度で、０．５時間〜７２時間保持することが好ましい。
また、熱処理は、真空中、またはＡｒ等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
【００６０】
以上により、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む主相を有する焼結体を得ることができる。
そして、好ましい実施形態の１つでは、本発明に係る焼結体は、その全体が実質的にＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物のみから成る。
【００６１】
II．実施形態２
本実施形態では、主相と、金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含む粒子（硬質粒子）とを複合させた焼結体およびその製造方法について説明する。
実施形態２に係る複合焼結体では、実施形態１で示したＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を含む主相に加え、主相の間（または主相内に）に硬質粒子が分散している。
【００６２】
硬質粒子の中でもＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物から選択される１種以上を含む粒子（以下、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物から選択される１種以上を含む粒子を「Ｔｉ化合物硬質粒子（チタン化合物硬質粒子）」という場合がある。）が好ましい。
Ｔｉ化合物粒子が好ましい理由として、本発明者らが現在までに得られている知見に基づいて考える、本発明の技術的範囲を拘束するものではない理由は以下の通りである。
Ｔｉの炭化物、窒化物、硼化物は他の金属元素の炭化物、窒化物、硼化物に比べて総じて硬さの値が高く、また融点および熱的安定性（形成エネルギーの絶対値が大きい）も高いため、高温での高さ向上の効果がより大きいと考えられる。
このように、硬さが高く、かつ融点および熱的安定性（形成エネルギーの絶対値が大きい）も高い硬質粒子であればＴｉ化合物硬質粒子と同様な効果が得られると考えられる。このような硬質粒子としてＷＢ（硼化タングステン）を含む粒子（より好ましくはＷＢ粒子）を例示できる。
【００６３】
従来の溶解鋳造法では，Ｔｉ化合物硬質粒子等の硬質粒子を金属・合金中に比較的均一に分散させることは困難であったが、本発明では、詳細を後述するように焼結法を用いていることから、マトリクスである主相中にＴｉ化合物硬質粒子等の硬質粒子を均質に分散できるという効果を有する。
【００６４】
実施形態２に係る焼結体は、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物に加えて、硬質粒子に含まれる金属の炭化物、金属の窒化物、金属の炭窒化物、金属の酸化物または金属の硼化物（「金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物」と記載する場合がある）から選択される１種以上が存在していることから、より高い硬さを有する。
【００６５】
本実施形態では、主相の間に分散させる粒子として、金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物（好ましくはＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物）から選択される１種以上を含む粒子を用いることを特徴とする。
【００６６】
主相の間に分散させる金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物を含む硬質粒子として、実に多くの種類の粒子が考えられる。本発明者らは、例えば、後述の実施例で比較例として示すＮｂＣ（炭化ニオブ）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）のように、粒子の種類によっては所望の特性を得ることができない場合があることを見出している。しかし、当業者であれば、過度な負荷を伴うことなく、試験・評価を行うことで、適当でない金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物およびこれらを含む粒子を排除し、適切な金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物およびこれらを含む粒子に到達できることは言うまでもない。
そして本願発明者らは硬質粒子の中でも、Ｔｉ化合物硬質粒子を用いることでより確実に高温においてより高い硬さを得ることができる。また、Ｔｉ化合物硬質粒子を用いると、室温においても高い硬さを有し、室温および高温の両方で耐摩耗性を有する焼結体が得られ場合があることを見出したものである。
【００６７】
以下に実施形態２に係る焼結体の製造方法について説明する。
以下に硬質粒子として好適なＴｉ化合物硬質粒子を用いた実施形態を説明する。
しかし、本実施形態において、Ｔｉ化合物硬質粒子について説明したことは、Ｔｉ化合物硬質粒子以外の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物および硼化物から選択される少なくとも１つを含む硬質粒子（このような硬質粒子は「セラミックス硬質粒子」と呼ばれる場合がある）についてもそのまま適用可能であることに留意されたい。
【００６８】
１．Ｔｉ化合物硬質粒子を含有した焼結用粉末の作製
（１）Ｔｉ化合物硬質粒子
上述のように、Ｔｉ化合物硬質粒子は、炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物から選択される１種以上を含む粒子であり、好ましくはＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物から選択される１種以上を主成分（質量比で５０％以上）とする。
このような硬質粒子として、ＴｉＣ粒子、ＴｉＮ粒子、ＴｉＣＮ粒子、ＴｉＯ２粒子およびＴｉＢ２粒子を例示できる。
硬質粒子の粒径は、好ましくは、０．５〜１０μｍである。この場合、粒径の測定は、各種方法により行ってよく、測定法の１つとしてフィッシャーサブシーブサイザーによる方法を例示できる。
【００６９】
（２）Ｔｉ化合物硬質粒子と焼結用粉末の混合
次に、上述の硬質粒子と焼結用粉末（実施形態１に示した焼結用粉末）を混合し、Ｔｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末を得る。
混合は、粉末の混合に用いられる各種の方法を用いてよい。
例えば、焼結用粉末が元素粉末を混合した混合粉末の場合、乳棒と乳鉢またはボールミルを用いて、元素粉末を混合する際に、硬質粒子を添加して、混合粉末の作製と混合粉末とＴｉ化合物硬質粒子の混合を同時に行ってもよい。
また、予め乳棒と乳鉢またはボールミルを用いて、混合粉末を得た後、袋の中に混合粉末とＴｉ化合物硬質粒子とを入れて、例えば袋を振動させて混合してもよい。
【００７０】
焼結用粉末がアトマイズ粉末のような合金粉末の場合、合金粉末を得た後、袋または乳鉢等の中に合金粉末とＴｉ化合物硬質粒子とを入れて、例えば、袋または乳鉢等を振動させて混合し、Ｔｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末を得てよい。
【００７１】
Ｔｉ化合物硬質粒子と焼結用粉末との混合比は、得ようとする焼結体の特性に合わせて調整してよい。
例えば、Ｔｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末（すなわち、Ｔｉ化合物硬質粒子と焼結用粉末との合計）に対して、Ｔｉ化合物硬質粒子が１０〜９０体積％、より好ましくは１０〜６０体積％である。
Ｔｉ化合物硬質粒子の割合が大きいほど、得られた焼結体の硬さの値は高くなる傾向がある。
【００７２】
なお、このような方法に代えて、例えば、焼結用粉末の組成を得るための母材と、Ｔｉ化合物硬質粒子とを予め混合し、この混合物を例えば２０００℃以上に加熱して母材を溶融して、アトマイズを行って、その内部にＴｉ化合物硬質粒子を含むアトマイズ粉末を得て、これをＴｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末として用いてよい。アトマイズ粉末を作製するために母材を溶融させる際に、Ｔｉ化合物硬質粒子は、その一部分または全部を溶融させてよい。
母材は、例えば合金インゴット、各成分に対応した純金属のインゴット（すなわち、複数の種類のインゴット）、合金粉末、混合粉末等の任意の形態であってよい。
【００７３】
２．焼結
焼結は、実施形態１と同じ方法により実施してよい。
すなわち、実施形態１で示した焼結方法において、焼結用粉末をＴｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末に置き換えることで焼結を行うことができる。
その他の焼結条件は実施形態１と同じでよい。
【００７４】
３．熱処理
得られた焼結体の主相の少なくとも一部（Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物以外の部分）にＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物を形成するように、実施形態１と同じ条件で熱処理を行ってよい。
熱処理の条件は、実施形態１と同じであってよい。
【実施例】
【００７５】
１．実施例１        
１−１．焼結温度の影響 
（１）混合粉末の作製
表１に示す粉末サイズ（粒子径）を有する元素粉末を用いて、表２に示す組成を有する混合粉末（「要素粉末」と呼ばれる場合がある）を作製した。なお、ＢについてはＢ以外の元素の合計質量に対する比率（ｍaｓｓ  ｐｐｍ）で示した。
混合は、乳鉢と乳棒を用いて行いて３０分間行った。
【００７６】
【表１】
2014169471.tif 000003
【００７７】
【表２】
2014169471.tif 000004
【００７８】
（２）焼結
得られた実施例１−１の混合粉末（焼結用粉末）を用いて、図２に示す放電プラズマ焼結装置１００（住友石炭鉱業（現：富士電波工機）株式会社製  ＳＰＳ−１０２０）にて放電プラズマ焼結を行った。
焼結温度が８００℃と９００℃の２種類のサンプルを作製した。
いずれの焼結温度においても、雰囲気は真空中、昇温速度１００℃／分、保持時間５分、加圧力３０ＭＰａ、パルス電流オン／オフ比  １２／２で焼結を行った。
（３）熱処理（均質化処理）
得られた焼結体サンプルを放電加工機で切り出した後、真空中で１０５０℃×４８時間、均質化熱処理を行った。
【００７９】
（３）組織観察とＸ線回折
焼結温度８００℃と９００℃の両方のサンプルについて、焼結後（均質化処理なし）および均質化処理後（熱処理後）の金属組織を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察するとともに、Ｘ線回折（ＣｕＫα）を行った。
図３（ａ）は、焼結温度８００℃の焼結後サンプルのＳＥＭ観察結果であり、図３（ｂ）は、焼結温度８００℃の均質化処理後サンプルのＳＥＭ観察結果である。
図４（ａ）は、焼結温度８００℃の焼結後サンプルのＸ線回折（ＸＲＤ）結果であり、図４（ｂ）は、焼結温度８００℃の均質化処理後サンプルのＸ線回折結果である。
図５（ａ）は、焼結温度９００℃の焼結後サンプルのＳＥＭ観察結果であり、図５（ｂ）は、焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルのＳＥＭ観察結果である。
図６（ａ）は、焼結温度９００℃の焼結後サンプルのＸ線回折結果であり、図６（ｂ）は、焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルのＸ線回折結果である。
なお、図３（ｂ）および図５（ｂ）において、左下部に白枠で囲って示した部分は、中央部に白枠で囲って示した部分をより高い倍率で観察した結果を示す。
【００８０】
図３（以下、図３（ａ）および図３（ｂ）のように数字が同じで括弧内のアルファベットが異なる図を総称して、「図３」のように数字で表す場合がある。）および図４から判るように、焼結温度が８００℃の場合、焼結体は実質的に主相のみから成り、焼結後では主相にＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物が認められないが、均質化処理後は、主相は、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物とＮｉ固溶体相とからなる二相組織となっている。
【００８１】
一方、焼結温度が９００℃の場合、図５および図６から明らかなように、焼結体は実質的に主相のみから成り、焼結後では主相は、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物とＮｉ固溶体とを主とし、少量のＮｉ３Ｔｉを含んでおり、均質化処理後は、主相は、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物とＮｉ固溶体相とからなる二相組織となっている。
【００８２】
（５）かさ密度、硬さ試験結果
次に、８００℃焼結材および９００℃焼結材の両方について、焼結後と均質化処理後のかさ密度と均質化処理後の室温硬さを測定した。
【００８３】
かさ密度は以下の方法で求めた。
各サンプルを耐水エメリー紙にて＃１５００まで湿式研磨を行い、吊り下げ式電子天秤を用いて乾燥重量、水中重量、含水重量を測定し、アルキメデス法にてかさ密度を算出した。また比較のために組成の等しい溶製材についても同様に密度測定を行った。密度（かさ密度）は以下の（２）式を用いて算出した。
ρｂ＝Ｗ１ρ１／（Ｗ２−Ｗ’）    （２）
ここで、ρｂは密度（かさ密度）であり、Ｗ１は乾燥重量であり、Ｗ２は含水重量であり、Ｗ’は水中重量である。
【００８４】
硬さは、以下の方法により求めた。
各サンプルを耐水エメリー紙にて＃１５００まで湿式研磨した後、アルミナ粉末を用いバフ研磨をした。その後、この研磨したサンプルを用いて、室温硬さと高温硬さを測定した。室温硬さは、マイクロビッカース硬さ計を用いて、各サンプルについて１２箇所で測定を行い、最大値および最小値を除いた１０点の測定値の平均値を算出し硬さとした。高温硬さの測定はビッカース硬さ計を用い、各測定温度において、それぞれ５箇所で測定を行い、測定値の平均値を算出し硬さとした。室温硬さおよび高温硬さのどちらも測定条件は、荷重１ｋｇ、保持時間２０秒であった。
【００８５】
図７は、かさ密度測定結果を示す。比較のため溶製材の密度を図７中に点線で示した。
図８は、室温硬さ試験結果である。図８中には、硬さの平均値に加え、平均値を算出するのに用いた１０点の測定値の最大値と最小値も示した。また、比較のため溶製材の硬さも示した。
【００８６】
図７から判るように、いずれのサンプルもかさ密度が７．７ｇ／ｃｍ３以上と十分に高い値となっており、特に焼結温度９００℃の場合は、焼結後および溶質化処理後の両方のサンプルとも密度８．０ｇ／ｃｍ３程度となっており、溶製材にかなり近いレベルとなっている。
また、図８から判るように、焼結温度８００℃および焼結温度９００℃のどちらのサンプルも高温硬さの平均値が３５０ＨＶ以上と高い値となっており、溶製材に近いレベルである。特に焼結温度９００℃のサンプルについては３７０ＨＶ以上とより高い硬さが得られている。
【００８７】
１−１．組成と熱処理条件の影響 
表３に示すように、上述した実施例１−１に加え、実施例１−２および実施例１−３の組成を有する混合粉末（焼結用粉末）を用意した。なお、ＢについてはＢ以外の元素の合計質量に対する比率（ｍaｓｓ  ｐｐｍ）で示した。
なお、実施例１−１〜１−３のいずれもＳｉの含有量とＴｉの含有量を原子比で１１：９．５とした。
【００８８】
【表３】
2014169471.tif 000005
【００８９】
これらの混合粉末を用いて、焼結温度９００℃で焼結を行って焼結体を得た後、得られた焼結体サンプルを９００℃×１２０時間および１０５０℃×４８時間の２つの条件のどちらかで均質化処理（熱処理）した。
なお、特に述べない条件（製造条件および評価条件）については、本実施例で既に述べた条件と同じである（以後、説明する他の実施例でも同じ）。
【００９０】
得られたサンプルについて、ＳＥＭによる組織観察、Ｘ線回折および密度測定を行った。
図９は、焼結後（均質化処理前）のＳＥＭ観察結果であり、図９（ａ）は実施例１−３の金属組織、図９（ｂ）は実施例１−２の金属組織、図９（ｃ）実施例１−１の金属組織を示す。
図１０は、焼結後（均質化処理前）のＸ線回折結果であり、図１０（ａ）は実施例１−３のＸ線回折結果を示し、図１０（ｂ）は実施例１−２のＸ線回折結果を示し、図１０（ｃ）実施例１−１のＸ線回折結果を示す。
図１１は、９００℃×１２０時間の均質化処理後のＳＥＭ観察結果であり、図１１（ａ）は実施例１−３の金属組織、図１１（ｂ）は実施例１−２の金属組織、図１１（ｃ）は実施例１−１の金属組織を示す。
図１２は、９００℃×１２０時間の均質化処理後のＸ線回折結果であり、図１２（ａ）は実施例１−３のＸ線回折結果を示し、図１２（ｂ）は実施例１−２のＸ線回折結果を示し、図１２（ｃ）実施例１−１のＸ線回折結果を示す。
図１３は、１０５０℃×４８時間の均質化処理後のＳＥＭ観察結果であり、図１３（ａ）は実施例１−３の金属組織、図１３（ｂ）は実施例１−２の金属組織、図１３（ｃ）実施例１−１の金属組織を示す。なお、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）において、丸で囲った部分は面心立方（ＦＣＣ）構造のＮｉ固溶体相である。
図１４は、１０５０℃×４８時間の均質化処理後のＸ線回折結果であり、図１４（ａ）は実施例１−３のＸ線回折結果を示し、図１４（ｂ）は実施例１−２のＸ線回折結果を示し、図１４（ｃ）実施例１−１のＸ線回折結果を示す。
【００９１】
いずれのサンプルも実質的に主相のみから成っている。
焼結後のサンプルについて、実施例１−３および実施例１−２では主相にＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物が認められないが、実施例１−１では、主相は、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物とＮｉ固溶体相とからなる二相組織となっている。
【００９２】
９００℃×１２０時間の均質化処理後のサンプルについて、実施例１−３および実施例１−２では、焼結後では主相は、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物とＮｉ固溶体とを主とし、少量のＮｉ３Ｔｉを含んでいる。一方、実施例１−１では、主相は、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物とＮｉ固溶体相とからなる二相組織となっている。
【００９３】
１０５０℃×４８時間の均質化処理後のサンプルについて、実施例１−３および実施例１−２では、主相は、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物とＮｉ固溶体相とからなる二相組織となっている。一方、実施例１−１では、主相は実質的にＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物のみから成っている。
【００９４】
図１５は、実施例１−１〜１−３のサンプルの焼結後および１０５０℃×４８時間の均質化処理後のかさ密度を示すグラフである。図１５のグラフでは、横軸をＮｉ含有量として整理した。
いずれの組成でも７．９ｇ／ｃｍ３以上と計算値（図１５中の一点鎖線）に近い高いかさ密度が得られている。また、Ｎｉ量の少ないサンプルほど均質化処理による密度の上昇が大きいことが判る。
【００９５】
２．実施例２
本実施例では、アトマイズ粉末（合金粉末の一種）を用いた。
【００９６】
・アトマイズ粉末の作製
表４の組成を有するアトマイズ粉末を得た。
なお、表４では、Ｂは、他の元素の合計質量に対する比率（ｍaｓｓ ｐｐｍ）として示してある。
【００９７】
【表４】
2014169471.tif 000006
【００９８】
図１６は、得られたアトマイズ粉末の粒度分布測定結果を示すグラフである。粒度分布は、メッシュ法により測定した。
図１６より累積頻度５０％の粒径が９０μｍ、１２５μｍに最大頻度径を有する粉末
であることが判る。
図１７はアトマイズ粉末のＸ線回折結果である。使用したアトマイズ粉末はＬ１２結晶構造のＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）のみで、他の相は含まれていないことがわかる。
【００９９】
得られたアトマイズ粉末（合金粉末）を焼結用粉末として用いて、焼結温度９００℃および１０００℃の２つの条件のどちらかで焼結を行った。
焼結体を得た後、得られた焼結体サンプル（９００℃焼結材と１０００℃焼結材）を１０５０℃×４８時間で均質化処理（熱処理）した。
【０１００】
得られたサンプルについて、Ｘ線回折、ＳＥＭによる金属組織観察、密度測定、平均結晶粒径測定、硬さ試験（室温、高温）および引張試験を行った。
なお、平均結晶粒径測定、室温硬さ試験および引張試験については、上述した焼結温度９００℃、均質化処理条件１０５０℃×４８時間の実施例１−１、１−２および１−３のサンプルについても実施し、高温硬さ試験については、上述した焼結温度９００℃、均質化処理条件１０５０℃×４８時間の実施例１−１および１−３のサンプルについても実施した。
また、焼結温度９００℃、均質化処理条件１０５０℃×４８時間の実施例１−２および１−３のサンプルについては、引張試験後の破面をＳＥＭにより観察した。
【０１０１】
なお平均結晶粒径については以下の方法により測定した。
それぞれのサンプルについて、電解研磨を行った後、ＳＥＭを用いた電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ：Ｅｌｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法により結晶方位解析を行ってパターンクオリティマップから切片法を用いて平均切片長さＬを求めた。
そして、以下の（３）式より公称粒径ｄを算出した。結晶方位解析を行う時、解析範囲に結晶粒が１００個以上入るようにＳＥＭの倍率を選び各試料について３箇所分析を行った。
ｄ＝１．１２８Ｌ    （３）
【０１０２】
図１８（ａ）は焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルの金属組織観察結果であり、図１８（ｂ）は焼結温度１０００℃の均質化処理後サンプルの金属組織観察結果である。
図１９は、密度測定結果を示すグラフである。図１９のグラフでは、横軸を焼結温度にして整理している。
図１８より焼結温度９００℃の焼結体および１０００℃の焼結体のどちらも、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物から成る主相のみから成ることがわかる。
図１８および図１９より、いずれのサンプルも７．５ｇ／以上と十分に高いかさ密度を有し、焼結温度１０００℃のサンプルの方が焼結温度９００℃のサンプルよりもかさ密度が高くなっていること、および焼結温度９００℃のサンプルではボイドが認められるが、焼結温度１０００℃のサンプルではボイドが認められないことが判る。
【０１０３】
図２０（a）は実施例１−３サンプルの平均結晶粒径測定結果を示し、図２０（ｂ）は実施例１−２サンプルの平均結晶粒径測定結果を示し、図２０（ｃ）は実施例１−１サンプルの平均結晶粒径測定結果を示し、図２０（ｄ）は実施例２サンプルの平均結晶粒径測定結果を示す。図２０のそれぞれの写真の左下に示す数字はそれぞれのサンプルの平均結晶粒径である。
アトマイズ粉末を用いた実施例２のサンプルの結晶粒径は、混合粉末を用いた実施例１−１〜１−３のサンプルの結晶粒径より大きいことが判る。
【０１０４】
図２１は室温硬さ試験結果を示すグラフである。
図２１よりいずれのサンプルも室温硬さが溶製材と同レベルと高くなっている。また、Ｎｉ含有量が少なくなるほど硬さが高くなる傾向が認められる。なお、組成が同じであるが、用いた焼結用粉末が混合粉末か合金粉末かが異なる実施例１−１のサンプルと実施例２のサンプルは、ほぼ同じ硬さを有している。
【０１０５】
図２２は高温硬さ試験結果を示すグラフである。図２２は、室温、５７３Ｋ（３００℃）、７７３Ｋ（５００℃）、８７３Ｋ（６００℃）および１０７３Ｋ（８００℃）で測定した硬さを示している。
いずれのサンプルの例えば１０７３Ｋ（８００℃）で概ね３００ＨＶ程度またはそれ以上と高い高温硬さを有しており、高温で優れた耐摩耗性を有することが判る。
【０１０６】
図２３は引張試験の結果を示すグラフである。
図２３から、実施例１−１〜１−３および２のサンプルは溶製材よりも高い降伏強度を有していること、および実用上十分な破断伸びを有することが判る。また、実施例１−１〜１−３サンプルを比べると、Ｎｉ含有量が少ないほど降伏応力が高くなっていることが判る。
【０１０７】
図２４（ａ）は実施例１−３サンプルの引張試験破断面のＳＥＭ観察結果であり、図２４（ｂ）は実施例１−２サンプルの引張試験破断面のＳＥＭ観察結果である。
実施例１−３のサンプルでは一部に粒界破壊が認められるが、実施例１−２のサンプルでは粒界破壊は認められなかった。
【０１０８】
３．実施例３
本実施例では、アトマイズ粉末（焼結用粉末）がＴａを含有する。
表５の組成を有するアトマイズ粉末を得た。
なお、表５では、Ｂは、他の元素の合計質量に対する比率（ｍaｓｓ ｐｐｍ）として示してある。
アトマイズ粉末の作製条件は、組成以外は実施例２と同じ条件で行った。
【０１０９】
【表５】
2014169471.tif 000007
【０１１０】
得られたアトマイズ粉末（合金粉末）を焼結用粉末として用いて、焼結温度９００℃および１０００℃の２つの条件のどちらかで焼結を行った。
焼結体を得た後、得られた焼結体サンプル（９００℃焼結材と１０００℃焼結材）を１０５０℃×４８時間で均質化処理（熱処理）した。
【０１１１】
得られたサンプルについて、ＳＥＭによる金属組織観察、Ｘ線回折、ＥＰＭＡによる組成分析、室温硬さ試験およびかさ密度測定を行った。
【０１１２】
図２５（ａ）は焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルの金属組織観察結果であり、図２５（ｂ）は焼結温度１０００℃の均質化処理後サンプルの金属組織観察結果である。
図２６（ａ）は焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルのＸ線回折結果であり、図２６（ｂ）は焼結温度１０００℃の均質化処理後サンプルのＸ線回折結果である。
いずれのサンプルも実質的に主相のみから成っている。
焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルの主相は実質的にＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物のみから成り、焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルの主相はＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物とＮｉＴａ金属間化合物とからなる二相組織となっている。
【０１１３】
表６に焼結温度９００℃の均質化処理後サンプルの主相と焼結温度１０００℃の均質化処理後サンプルの主相のＥＰＭＡによる組成分析結果を示す。
表６には参考のためアトマイズ粉末の公称（目標）組成も示した。
なお、Ｂについては添加量が微量であるためＥＰＭＡによる分析では有意な値を検出できなかった。
表６より、焼結温度が９００℃および１０００℃のどちらであっても、均質化熱処理サンプルの組成はほぼ目標組成通りになっていることがわかる。
【０１１４】
【表６】
2014169471.tif 000008
【０１１５】
図２７は、焼結後および均質化処理後のかさ密度測定結果を示すグラフである。図２７では、焼結温度を横軸に整理している。
いずれのサンプルも溶製材とほぼ同等のかさ密度を有している。
【０１１６】
図２８は、焼結後および均質化処理後の室温硬さを示すグラフである。図２８では、焼結温度を横軸に整理している。
いずれのサンプルも４００ＨＶを超える高い硬さを有している。特に焼結温度が９００℃の場合、焼結後および均質化処理後の両方で溶製材と同じレベルの硬さを有している。
【０１１７】
４．実施例４
４−１．混合粉末とＴｉ化合物硬質粒子
本実施例では、混合粉末とＴｉ化合物硬質粒子であるＴｉＣ粒子とからＴｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末を得て、主相の間にＴｉＣが分散する焼結体を得た。
表１に示す粉末サイズ（粒子径）を有する元素粉末を、表２に示す組成を有するように秤量し、これに０体積％（実施例４−０）、１０体積％（実施例４−１）、２０体積％（実施例４−２）、３０体積％（実施例４−３）および４０体積％（実施例４−４）のＴｉＣ粒子を加え、それぞれの粉末サンプルをボールミルを用いて混合し、Ｔｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末（各３０グラム）を得た。
ボールミルによる混合は、エタノールを溶媒とした湿式法で２４時間行った。
【０１１８】
得られたＴｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末を用いて、焼結温度１０００℃で焼結した後、１０５０℃×４８時間の均質化処理を行った。
得られたサンプルについて、ＳＥＭによる金属組織観察（ＰＣ画像解析によりＴｉＣの面積率（体積率）を測定）、Ｘ線回折、室温硬さ試験、高温硬さ試験およびかさ密度測定を行った。
【０１１９】
図２９（ａ）は実施例４−１サンプルの均質化処理後の金属組織観察結果であり、図２９（ｂ）は実施例４−２サンプルの均質化処理後の金属組織観察結果であり、図２９（ｃ）は実施例４−３サンプルの均質化処理後の金属組織観察結果であり、図２９（ｄ）は実施例４−４サンプルの均質化処理後の金属組織観察結果である。図２９のそれぞれの写真の左下の数字はＰＣ画像解析により得たＴｉＣの体積率を示す数字である。
図３０は、図２９と同じサンプルの同じ部位の金属組織の高倍率での観察結果であり、図３０（ａ）は実施例４−１サンプル、図３０（ｂ）は実施例４−２サンプル、図３０（ｃ）は実施例４−３サンプル、図３０（ｄ）は実施例４−４サンプルの結果を示す。
図３１（ａ）は実施例４−１サンプルのＸ線回折結果を示し、図３１（ｂ）は実施例４−２サンプルのＸ線回折結果を示し、図３１（ｃ）は実施例４−３サンプルのＸ線回折結果を示し、図３１（ｄ）は実施例４−４サンプルのＸ線回折結果を示す。
均質処理後の実施例４−１〜４−４サンプルの全てが、実質的に主相と、主相の間に分散したＴｉＣ粒子とのみからなり、主相は実質的にＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物のみから成る。
【０１２０】
図３２は、実施例４−０〜４−４サンプルの室温硬さを示すグラフであり、横軸をＴｉＣ粒子の体積率にして整理している。
ＴｉＣの体積率の増加とともに室温硬さが上昇し、実施例４−４サンプルでは７８３ＨＶに達している。
【０１２１】
図３３は、実施例４−０、４−１および４−３サンプルの高温硬さを示すグラフである。高温硬さは、室温、３００℃、５００℃、６００℃および８００℃において測定した。
いずれの温度においてもＴｉＣ粒子を含有する実施例４−１および４−３サンプルの硬さがＴｉＣ粒子を含有しない実施例４−０サンプルの硬さより高くなっている。
【０１２２】
図３４は、実施例４−０〜４−４サンプルのかさ密度の測定結果と理論値とを示すグラフである。図３４のグラフでは、横軸をＴｉＣの体積率にして整理している。
図３５は実施例４−４サンプルの金属組織観察において認められたボイドを示す写真であり、丸で囲った部分にボイドが認められる。
いずれのサンプルも理論値に近いかさ密度を有している。
【０１２３】
４−１．混合粉末とＴｉ化合物硬質粒子
上述の実施例４−３と同じ組成および同じＴｉＣの体積率を有するＴｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末をアトマイズ粉末とＴｉＣ粉末を用い、実施例４−５サンプルとして形成した。
表２に示す組成を有するアトマイズ粉末を用いた以外は、実施例４−３と同じ方法により、均質化処理後のサンプルを得た。
【０１２４】
図３６（ａ）は、ＳＥＭによる実施例４−５サンプルの金属組織観察結果であり、図３６（ｂ）は、図３６（ａ）よりも高い倍率でのＳＥＭによる実施例４−５サンプルの金属組織観察結果である。
図３６（ａ）で、灰色の球形部分（写真上で丸く灰色に見える部分）がＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）相で、黒い領域がＴｉＣ粒子である。使用したアトマイズ粉末の粒子径が比較的粗大であったため、一見するとＴｉＣ粒子にＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）粉末が埋まり混んだように見えるが、図３６（ｂ）の拡大写真より、ＴｉＣ粒子間の細部までＮｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）は行き渡っており、また、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）相とＴｉＣ粒子間にはボイドや欠陥も発生しておらず、焼結が良好に行われていることがわかる。
【０１２５】
５．実施例５
本実施例では、化合物硬質粒子としてＴｉＢ２粒子を用いて、主相の間にＴｉＢ２粒子が分散する焼結体を得た。
表７に示す実施例５Ａの組成を有するように元素粉末を秤量し、これに０体積％（実施例５−０）、１０体積％（実施例５−１）、２０体積％（実施例５−２）、３０体積％（実施例５−３）および４０体積％（実施例５−４）のＴｉＢ２粒子を加えた、それぞれの粉末サンプル（各３０グラム）をボールミルにより混合し、焼結用粉末（実施例５−１〜５−４はＴｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末）を得た。
ボールミルによる混合は、エタノールを溶媒とした湿式法で２４時間行った。
また、表７に示す実施例５Ｂの組成を有するようにアトマイズ粉末を作成し、このアトマイズ粉末とＴｉＢ２粒子とを乳鉢を用いて混合し実施例５−５のＴｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末を得た。
なお表７では、Ｂは、他の元素の合計質量に対する比率（ｍaｓｓ ｐｐｍ）として示してある。
【０１２６】
【表７】
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【０１２７】
得られた焼結用粉末（Ｔｉ化合物硬質粒子含有焼結用粉末）を用いて、焼結温度１０００℃で焼結した後、１０５０℃×４８時間の均質化処理を行った。
得られたサンプルについて、室温硬さ試験、高温硬さ試験、Ｘ線回折およびＳＥＭによる金属組織観察を行った。
【０１２８】
図３７は、実施例５−０〜５−４サンプルの均質化処理後の室温硬さ試験結果を示すグラフであり、横軸をＴｉＢ２粒子の体積率にして整理している。
ＴｉＢ２粒子の体積率の増加とともに室温硬さが上昇し、実施例５−４では１３００ＨＶ以上となっている。
【０１２９】
図３８は、均質化処理後の実施例５−０（０％ＴｉＢ２）、実施例５−１（１０％ＴｉＢ２）および実施例５−３サンプル（３０％ＴｉＢ２）および比較のために用いた実用材料として最高レベルの高温での耐摩耗性を有するＷＣ−Ｃｏの高温硬さを示すグラフである。高温硬さは、室温、３００℃、５００℃、６００℃および８００℃において測定した。
実施例５−１および５−３サンプルは８００℃においてＷＣ−Ｃｏよりも高い硬さ（耐摩耗性）を示している。また、実施例５−３サンプルは室温においてＷＣ−Ｃｏと同程度の硬さ、３００℃以上の温度でＷＣ−Ｃｏよりも高い硬さを示している。
【０１３０】
図３９は、均質化処理後の実施例５−５サンプルのＸ線回折結果である。
図４０（ａ）は均質化処理後の実施例５−３サンプルの金属組織観察結果であり、図４０（ｂ）は図４０（ａ）の拡大写真であり、図４０（ｃ）は均質化処理後の実施例５−５サンプルの金属組織観察結果であり、図４０（ｄ）は図４０（ｃ）の拡大写真である。図４０のそれぞれの写真の右上の数字は室温硬さを示している。
【０１３１】
均質化処理後の実施例５−５サンプルは、Ｎｉ３（Ｓｉ，Ｔｉ）金属間化合物とＮｉ３Ｂ金属間化合物とＮｉ１６Ｔｉ６Ｓｉ７金属間化合物とを含む多相組織の主相と、当該主相の間に分散するＴｉＢ２粒子とから成る。
【０１３２】
６．比較例
実施例４のＴｉ化合物硬質粒子に変えて、ＮｂＣ粒子、ＳｉＣ粒子およびＡｌ２Ｏ３粒子を用いたサンプルを製作した（特段記載の無い条件は実施例４と同じ）。
【０１３３】
ＮｂＣ粒子を体積率で１０％および３０％含む焼結体（合金粉末とＮｂＣ粒子とを乳鉢と乳棒で混合）は、均質化処理後の硬さ試験において、主相とＮｂＣ粒子との界面が剥離するという問題（主相とＮｂＣ粒子との濡れ性が不十分であることに起因すると考えられる十分な硬さおよび靱性が得られない）を生じた。
【０１３４】
Ａｌ２Ｏ３粒子を体積率で３０％含む焼結体（元素粉末とＡｌ２Ｏ３粒子とをボールミルで２４時間混合）は、ボールミル混合の際に粉末が分離し、Ａｌ２Ｏ３粒子が固化凝着した。再粉砕後、焼結を行ったが一部溶解した。表面観察のために均質化処理後の焼結体を研磨したが光沢面は得られなかった（靱性が不足）。
【０１３５】
ＳｉＣ粒子を体積率で３０％含む焼結体（元素粉末とＳｉＣ粒子とをボールミルで２４時間混合）は、均質化処理後、評価用サンプルを得るためマイクロカッターで加工した際に割れが発生した（靱性が不足）。
【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３５】
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【図３６】
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【図４０】
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