(57)【要約】【課題】  緻密で硬質のチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体を得ること、さらには複雑な形状の基板に気相合成ダイヤモンド等をコーティングすることができること、切削加工又は放電加工等の加工が容易であること、脆化しない材料であること、製造が容易で安価なこと等の問題を解決できるチタン炭化物又はチタンシリコン炭化物を得る。また安価なスポンジチタンを出発原料とし、上記のチタンシリコン炭化物焼結体又は炭化チタン焼結体を、低コストで安定して製造する技術を得る。【解決手段】バインダーとしての役割を担う水素化チタン(TiH2)粉と炭化チタン(TiC)粉の加圧焼結により得られたチタン炭化物(Ti(２−ｘ)C, 但しｘ＝0〜1)からなることを特徴とするチタン炭化物焼結体及び水素化チタン(TiH2)粉、炭化チタン(TiC)粉及び珪素(Si)粉末又は炭化珪素(SiC)粉末を原料とし、加圧焼結により得られたチタンシリコン炭化物(Ti3SiC2)からなることを特徴とするチタンシリコン炭化物焼結体。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダーとしての役割を担う水素化チタン(TiH2)粉と炭化チタン(TiC)粉の加圧焼結により得られたチタン炭化物(Ti(２−ｘ)C, 但しｘ＝0〜1)からなることを特徴とするチタン炭化物焼結体。
【請求項２】
水素化チタン(TiH2)粉、炭化チタン(TiC)粉及び珪素(Si)粉末又は炭化珪素(SiC)粉末を原料とし、加圧焼結により得られたチタンシリコン炭化物(Ti3SiC2)からなることを特徴とするチタンシリコン炭化物焼結体。
【請求項３】
水素化チタン粉と炭素粉末をモル比１：１で混合し、これを水素雰囲気中で1200°C以下の低温で加熱して得られた材料であることを特徴とする請求項１記載のチタン炭化物焼結体。
【請求項４】
水素化チタン粉、炭化珪素粉末、炭化チタン粉を、それぞれ2：1：(0．5〜0．8)の比で混合して得られた材料であることを特徴とする請求項２記載のチタンシリコン炭化物焼結体。
【請求項５】
8〜20質量％の水素化チタンを結合材として、焼結して得られた材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体。
【請求項６】
切削加工又は放電加工等の加工が可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体からなる加工用基板。
【請求項７】
ダイヤモンド等のコーティングが可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体からなるコーティング用基板。
【請求項８】
水素化チタン(TiH2)粉と炭化チタン(TiC)粉を混合し、水素化チタン粉を結合材として加圧焼結することを特徴とするチタン炭化物焼結体の製造方法。
【請求項９】
水素化チタン(TiH2)粉、炭化チタン(TiC)粉及び珪素(Si)粉末又は炭化珪素(SiC)粉末からなる原料を混合し、これを加圧焼結することを特徴とするチタンシリコン炭化物(Ti3SiC2)焼結体の製造方法。
【請求項１０】
水素化チタン粉と炭素粉末をモル比１：１で混合し、これを水素雰囲気中で加熱焼結することを特徴とする請求項８記載のチタン炭化物焼結体の製造方法。
【請求項１１】
水素化チタン粉、炭化珪素粉末、炭化チタン粉を、それぞれ2：1：(0．5〜0．8)の比で混合して加熱焼結することを特徴とする請求項９記載のチタンシリコン炭化物焼結体の製造方法。
【請求項１２】
水素化チタンを結合材として、1200°C以下の温度で焼結することを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載のチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体の製造方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれかに記載の製造方法によって得たチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体に切削加工又は放電加工等の加工を施すことを特徴とするチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体の加工方法。
【請求項１４】
請求項８〜１２のいずれかに記載の製造方法によって得たチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体からなる基板にダイヤモンドをコーティングすることを特徴とするチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体からなる基板へのダイヤモンドコーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体、同製造方法、同加工方法又はコーティング方法及び同用基板に関するものであり、緻密で硬質の同材料が容易に得られるだけでなく、ある程度空孔を持った同材料を得ることも可能であり、さらに複雑な形状の基板に気相合成ダイヤモンド等をコーティングすることができ、かつ切削加工又は放電加工等の加工も可能であるチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体、同材料の製造方法、同材料加工法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
気相ダイヤモンドコーティングを機械部品に施すと、耐摩耗性の向上、摩擦係数の低下が期待できる。ダイヤモンドの気相合成の研究は20年の歴史があり、比較的簡単な装置とプロセスによりダイヤモンド膜を得ることができるようになっている。
しかしながら、気相ダイヤモンドを機械部品又は加工面へ適用したものの具体例としては、超硬工具へのコーティングに利用されている程度である。
【０００３】
このように、機械部品又は加工面へのダイヤモンドコーティング技術が進まない大きな原因の一つとして、コーティングが可能である基板材料が極めて限定されていることが挙げられる。
現在、気相ダイヤモンド用基板として用いられている主な材料として、シリコン(Si)、炭化珪素(SiC)、窒化珪素(Si3N4)、超硬合金(WC−Co)などである。この他に、モリブデンやチタンへのダイヤモンド成膜があるが剥離し易いという問題がある。
【０００４】
上記に挙げた材料の中で、シリコンが気相ダイヤモンド成膜の最も容易な基板材料である。しかし、シリコンは極めて脆いので、機械部品としては役に立たないという問題がある。
炭化珪素と窒化珪素は、それ自体強度が高く、機械部品としては問題がないが、これらは難焼結材であるという問題がある。焼結の際には、焼結温度が2000°C近くになるため、焼結助剤が必要となる。
しかし、焼結助剤の添加は、気相ダイヤモンド成長の障害となる場合が多い。また、加工に時間がかかり、微細な亀裂が入りやすいという難加工性が実用化を進める上で大きな問題となっている。
【０００５】
超硬合金について、上記と同様に難加工性材料であるとともに、比重が鉄の2倍以上であり、さらに面倒なのは焼結の際にコバルト（10％程度）やニッケル等の結合材が必要となり、この結合材が気相ダイヤモンドの剥離の問題となることである。
したがって、このようなことからダイヤモンドコーティングする超硬材料の表面は脱コバルト処理が必要であるという煩雑な作業がある。この脱コバルト処理は手数がかかる上、その処理の程度がダイヤモンド膜の密着強度や母材自体の強度に影響を及ぼすという問題がある。
【０００６】
一方、チタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）等の金属性セラッミク材料は、金属原子が規則配列する金属間化合物の格子の間に、規則的にセラミックスが存在する構造となっており、金属の特徴である高い熱・電気伝導率、耐熱衝撃性、易加工性と、セラミックスの特徴である優れた耐熱・耐酸化性を有している。
現在、航空宇宙分野や高効率ガスタービン・エンジンなどにおいては超合金や、グラファイト、炭化珪素、窒化珪素、サイアロンなどのセラミックスが用いられているが、超合金では耐熱性が劣り、セラミックスの場合は加工性が悪いことが実用上の問題となっている。
【０００７】
Ti-Si-C系の金属性セラミック材料であるチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）粉末はチタン(Ti)、シリコン(Si)およびグラファイト(C)の混合粉末から固相―液相反応法、温度変動法によって合成が試みられていたが、その場合、環境に悪影響を及ぼすＮａＦが添加されている。  
また、チタン(Ti)、シリコン(Si)およびグラファイト(C)混合粉末から燃焼合成(SHS)法も試みられた。これらの方法では、いずれもセラミックである炭化チタン(TiC)相が多量に残留して性質が劣化することが問題となっている。
【０００８】
チタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）粉末は1999年に、Z.M.SunらによってTi、Si、Cを固相−液相反応で合成したが、副成物（副次的に生成する物質）であるTiC などの相が50wt％以上占めていた。
また、同じく1999年にZ.M.SunらによってTi、Si、Cの混合粉末から温度変動法によって合成されたが、Ti3SiC2相の含有量が83wt％に過ぎなかった。Ti、Si、Cの混合粉末から燃焼合成法によって合成した粉末の中も40wt％以上の副成物を含んでいた。
従来のTi3SiC2粉末の合成に関する文献は次の通りである。
【非特許文献１】Z. M. Sun, Y. C. Zhou, Scripta Mater., 41, (1999) 61-66
【非特許文献２】Z. M. Sun, Y. C. Zhou. Mat. Res. Innovat., 2(4), (1999) 227-231
【非特許文献３】R. Pampuch, J. Lis, J. Piekarczyk and L. Stobierski, J. Mater. Synth. Proc. (1993) 93.
【非特許文献４】J. Lis, Y. Miyamoto, R. Pampuch and K. Tanihata, Mater. Lett., 22, (1995)163-168
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の従来技術の問題点から、緻密で硬質のチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体を提供すると共に、ある程度空孔を持った同材料を得ることが可能であり、さらに気相ダイヤモンドコーティングを機械部品に広く利用するためには、複雑な形状の基板に気相合成ダイヤモンド等をコーティングすることができること、製造が容易で安価なこと、切削加工又は放電加工等の加工が容易であること、さらには脆化しない材料であることが必要であるが、本願発明はこのような材料にも適用できるチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体を提供する。さらに、本発明は、安価なスポンジチタンを出発原料とし、上記のチタンシリコン炭化物焼結体又は炭化チタン焼結体を、低コストで安定して製造する技術を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記のような知見から、
１）バインダーとしての役割を担う水素化チタン(TiH2)粉と炭化チタン(TiC)粉の加圧焼結により得られたチタン炭化物(Ti(２−ｘ)C, 但しｘ＝0〜1)からなることを特徴とするチタン炭化物焼結体。
２）水素化チタン(TiH2)粉、炭化チタン(TiC)粉及び珪素(Si)粉末又は炭化珪素(SiC)粉末を原料とし、加圧焼結により得られたチタンシリコン炭化物(Ti3SiC2)からなることを特徴とするチタンシリコン炭化物焼結体。
３）水素化チタン粉と炭素粉末をモル比１：１で混合し、これを水素雰囲気中で1200°C以下の低温で加熱して得られた材料であることを特徴とする上記１）記載のチタン炭化物焼結体。
４）水素化チタン粉、炭化珪素粉末、炭化チタン粉を、それぞれ2：1：(0．5〜0．8)の比で混合して得られた材料であることを特徴とする上記２）記載のチタンシリコン炭化物焼結体。
５）8〜20質量％の水素化チタンを結合材として、焼結して得られた材料であることを特徴とする上記１）〜４）のいずれかに記載のチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体。
を提供する。
【００１１】
また、本発明は、
６）切削加工又は放電加工等の加工が可能であることを特徴とする上記１）〜５）のいずれかに記載のチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体からなる加工用基板。
７）ダイヤモンド等のコーティングが可能であることを特徴とする上記１）〜５）のいずれかに記載のチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体からなるコーティング用基板。
を提供する。
【００１２】
また、本発明は、
８）水素化チタン(TiH2)粉と炭化チタン(TiC)粉を混合し、水素化チタン粉を結合材として加圧焼結することを特徴とするチタン炭化物(Ti(２−ｘ)C, 但しｘ＝0〜1)焼結体の製造方法。
９）水素化チタン(TiH2)粉、炭化チタン(TiC)粉及び珪素(Si)粉末又は炭化珪素(SiC)粉末からなる原料を混合し、これを加圧焼結することを特徴とするチタンシリコン炭化物(Ti3SiC2)焼結体の製造方法。
１０）水素化チタン粉と炭素粉末をモル比１：１で混合し、これを水素雰囲気中で加熱焼結することを特徴とする上記８）記載のチタン炭化物焼結体の製造方法。
１１）水素化チタン粉、炭化珪素粉末、炭化チタン粉を、それぞれ2：1：(0．5〜0．8)の比で混合して加熱焼結することを特徴とする上記９）記載のチタンシリコン炭化物焼結体の製造方法。
１２）水素化チタンを結合材として、1200°C以下の温度で焼結することを特徴とする上記８）〜１１）のいずれかに記載のチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体の製造方法。
を提供する。
【００１３】
また、本発明は、
１３）上記８）〜１２）のいずれかに記載の製造方法によって得たチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体に切削加工又は放電加工等の加工を施すことを特徴とするチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体の加工方法。
１４）上記８）〜１２）のいずれかに記載の製造方法によって得たチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体からなる基板にダイヤモンドをコーティングすることを特徴とするチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体からなる基板へのダイヤモンドコーティング方法。
を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体は、緻密で硬質の焼結体であり、これらの焼結体を容易に得ることができる。またある程度の空孔を備えた同材料を得ることも可能である。これにより、複雑な形状の基板に気相合成ダイヤモンド等をコーティングすることができる効果を有する。
このようなある程度の空孔を備えたチタン炭化物焼結体又はチタンシリコン炭化物焼結体は、通常の切削加工が可能である。また電気伝導性を有するので、放電加工で容易に加工することが可能であるという特徴を有する。
また、炭化チタンにおいては1200°C以下という低温で焼結が可能であり、またチタンシリコン炭化物の場合には、同様に1300°C以下の低温で焼結が可能なので、炉の損傷が少なく短時間で安価に製造できるという優れた効果を有する。
また、これによって複雑な形状の基板に気相合成ダイヤモンドをコーティングすることができるという著しい効果を有する。
【発明の実施の形態】
【００１５】
本発明の実施に際して、安価なスポンジチタンを使用するのが望ましい。スポンジチタンを約500°Cで10分程度加熱して脆い水素化チタン(TiH2)を製造することができる。これ自体は公知である。水素化チタンは脆いので、容易に粉砕することが可能であり、水素化チタン粉を得ることができる。
本発明は、このようにして製造した水素化チタン(TiH2)粉と炭素(C)粉末を水素雰囲気中で加熱して炭化チタン(TiC)粉を製造することができる。さらに、バインダーとしての役割を担う水素化チタン(TiH2)粉と炭化チタン(TiC)粉を加圧焼結することによりチタン炭化物(Ti(２−ｘ)C, 但しｘ＝0〜1)からなるチタン炭化物焼結体を製造することができる。この場合、炭化チタン(TiC)粉は他の製造方法により得た材料又は市販の材料を使用することもできる。
【００１６】
さらに、前記チタン炭化物粉の製造に際しては、水素化チタン粉と炭素粉末をモル比1：1で混合し、次にこれを水素雰囲気中で1200°C以下の低温で加熱して、前記炭化チタン粉を合成することがより好ましい。
通常の合成では、1500°C〜2000°Cが必要とされるが、微粉砕して反応面積を増加させ、また水素雰囲気中では炭化チタンが合成され易くなるために、このように低温でも合成可能となった。また、合成温度が1200°Cを超えると炉の昇温に時間がかかり不経済となるので、1200°C以下の低温で加熱するのが、より望ましいといえる。しかし、必要に応じて1200°Cを超える焼結温度を採用できることも知るべきである。本願発明は、これらを包含する。
【００１７】
加工性に富み又はコーティング可能なチタン炭化物の焼結に際しては、8〜20質量％の水素化チタンを結合材として、焼結することが望ましい。この場合、水素化チタンを8〜20質量％とするのは、8質量％未満では低温焼結が困難であり、また20質量％を超えると強度が高くなり、切削加工が困難となるからである。
このように、焼結温度を1200°C 以下とする場合には、焼結が可能でありかつ切削加工が可能な範囲の強度を形成するための温度である。上記の通り、焼結温度が1200°C 以下であれば、焼結品が黒鉛型への食いつきが大きく減少し、焼結助剤を必要としないという大きなメリットが得られる。さらに、この温度は熱電対が黒鉛型と反応しない温度でもある。このように焼結温度が1200°C であることは、多くの利点を有している。
【００１８】
これによって、ある程度の強度と切削性を併せ持ち、かつ気相ダイヤモンドコーティングが可能である材料となる。このようにして得た炭化チタン焼結体は、導電性があるので、放電加工も可能となる。しかし、上記の温度範囲は、製造上のメリットが非常にあるため、好ましい温度であるということであり、これら温度範囲以外を除外することでないことは理解すべきである。
すなわち、高硬度及び高強度のチタン炭化物を得る場合には、20質量％を超える水素化チタン量を添加することで達成することができる。この場合は、空孔が減少し、さらに緻密なチタン炭化物焼結体を得ることができる。また、８質量％未満で焼結することも可能であることを知るべきである。この場合、水素化チタンによる結合材としての役割が減少するので、その分焼結温度を上昇させる必要がある。しかし、それでも1200°C以下での焼結が可能である。
【００１９】
本発明のチタンシリコン炭化物の製造方法に際しては、水素化チタン(TiH2)粉と炭素(C)粉末を水素雰囲気中で加熱して炭化チタン(TiC)粉を製造し、さらに水素化チタン(TiH2)粉を結合材として前記炭化チタン(TiC)粉と混合し、このようにして製造した水素化チタン(TiH2)粉、炭化チタン(TiC)粉及び珪素(Si)粉末又は炭化珪素(SiC)粉末からなる原料を混合し、これを加圧焼結することによりチタンシリコン炭化物(Ti3SiC2)焼結体を製造することができる。この場合、炭化チタン(TiC)粉は、他の製造方法により得た材料又は市販の材料を使用することもできる。
【００２０】
加熱焼結に際しては、真空中1300°C以下、特に1200〜1300°Cで加熱焼結することが望ましい。加熱焼結温度を1200〜1300°Cとするのは、1200°C未満では焼結が十分に起こらず、また1300°Cを超えると、切削が困難になるという理由による。また、チタンシリコン炭化物の高温での焼結に際しては、焼結時にチタンシリコン炭化物が黒鉛型と反応するので、粉末を黒鉛シートでくるむのが望ましい。
しかし、上記の温度範囲は、製造上のメリットが非常にあるため、好ましい温度であるということであり、これら温度範囲以外を除外することでないことは理解すべきである。
【００２１】
切削加工性及び放電加工性を得るためには、水素化チタン粉(TiH2)、炭化珪素粉末(SiC)、炭化チタン粉(TiC)を、それぞれ2：1：(0．5〜0．8)の比で混合することが望ましい。これを例えば、TiH2：SiC：TiC＝2：1：1（理論比）とした場合、切削が著しく困難となる。
これに対して、TiC量が少ない場合(0．5〜0．8)には、その機構が必ずしも明確されてはいないが、切削が容易になるという現象が生ずる。これによって本発明のチタンシリコン炭化物は、切削加工性及び放電加工性が著しく向上する。このようにして得たチタンシリコン炭化物からなる材料は、ダイヤモンドをコーティングすることが容易であり、剥離等を生じないという優れた効果を有する。
【００２２】
一方、高硬度及び高強度のチタンシリコン炭化物を製造する場合は、むしろTiH2：SiC：TiC＝2：1：1（理論比）として焼結するのが望ましい。これによって緻密な組織のチタンシリコン炭化物を得ることができる。
従来の焼結では1800°C以上温度での焼結が必要であったが、本願発明に示すように、水素化チタンを結合材として使用する場合には、1200°C以下での焼結が容易となるという優れた効果を有する。
しかし、上記の温度は製造上のメリットが非常にあるため、好ましい温度であるということであり、これら温度範囲以外を除外することでないことは理解すべきである。
【実施例】
【００２３】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲で、本実施例以外の態様あるいは変形を全て包含するものである。
【００２４】
（チタン炭化物の製造方法及びダイヤモンドコーティング）
（実施例１）
スポンジチタンを水素雰囲気中、500°Cで10分間保持することにより、水素化チタンを得た。この水素化チタンと炭素粉末をモル比で1：1に配合し、これをボールミル中で10時間粉砕して、平均粒径5μm以下とした。
この粉砕粉を、水素雰囲気中で1200°C30分間加熱した。Ｘ線回折により、100％の炭化チタンが合成されていた。
【００２５】
このようにして得た炭化チタン(TiC)に、1wt％（実施例1−1）、3wt％（実施例1−2）、6wt％（実施例1−3）、8wt％（実施例1−4）、10wt％（実施例1−5）、15wt％（実施例1−6）、20wt％（実施例1−7）、30wt％（実施例1−8）の、水素化チタン(TiH2)を加えてボールミルにより10時間粉砕した。
さらに、このようにして製造した各粉末を、黒鉛型中に入れて50MPaに加圧した状態で、パルス通電によって焼結した。
上記の焼結はいずれも1200°C以下での焼結が可能であった。しかし、水素化チタン8質量％未満の混合粉末では、焼結温度1000°C以下での焼結できなかったので、温度を1000°C以下にして焼結する場合には、8％質量以上の水素化粉末を使用することが必要ある。
【００２６】
このような焼結条件の中で、水素化チタン20質量％以下を混合して得た炭化チタン焼結体の３点曲げ強度は100〜150MPaの範囲であり、切削加工又は放電加工が可能であったのは水素化チタン20質量％以下であった。以上から、切削加工又は放電加工等の加工性をもたせるためには、水素化チタンを20質量％以下とする必要があるということが分った。
また、このようにして得た炭化チタン焼結体を基板として、マイクロ波CVD法により、98％水素＋2％メタンガス中、基板温度800〜1000°Cとして、気相ダイヤモンドをコーティングした。その結果、10時間で約8μm厚のダイヤモンド膜が形成された。このダイヤモンド膜は基板からの剥離がなく、良好なダイヤモンドコーティングが達成された。
一方、高硬度及び高強度の焼結材を製造する場合には、上記20質量％以上の添加がむしろ望ましいと言える。
【００２７】
(実施例２)
（チタンシリコン炭化物の製造方法及びダイヤモンドコーティング）
水素化チタン粉(TiH2)、炭化珪素粉末(SiC)、炭化チタン粉(TiC)の混合比率を理論値である2：1：1から、これを変えた配合比率の混合紛を準備した。
具体的には、TiH2：SiC＝２：１に一定とし、TiCを1（実施例2−1），0．77（実施例2−2），0．71（実施例2−3），0．67（実施例2−4），0．57（実施例2−5），0．5（実施例2−6）と変えながら、同一の条件（黒鉛型、50MPa、パルス通電法、真空中1300°Cで15分間）焼結した。混合比率が2：1：0．71の焼結体（実施例）と2：1：1の焼結体（実施例１）のSEM画像を図１と図２に示す。図１における板状結晶がTi3SiC2であり、細かく分散しているのがTiCである。図中横線の長さは10μmである。図２では、Ti3SiC2とTiCがいずれも細かく分散・混合していた。
【００２８】
このようにして得た焼結体の表面を高速度鋼製のドリルで穴あけ加工をして切削性を調べた。この結果、混合比率が2：1：1と2：1：0．45のもの、すなわち硬度が高い場合ものは切削できなかったが、その他の比率のものは切削可能であった。硬度の結果を表１に示す。
このようにして得られたチタンシリコン炭化物は、電気の良導体でもあるので、放電加工も容易であった。また、本発明の実施例で得られた焼結体は真密度に近く、３点曲げ強度は、600MPaと大きな値を示した。また、TiCと同様に、同条件で気相ダイヤモンドをコーティングすることができた。
高硬度及び高強度のチタンシリコン炭化物焼結材を製造する場合には、むしろ上記の範囲外、すなわち混合比率を理論上の組成範囲として焼結するのが好ましいことが分かる。この場合は、加工性は犠牲となるが硬度及び強度は向上する。
従来の焼結では1800〜2000°Cの温度での焼結が必要であったが、本願発明に示すように、水素化チタンを結合材として使用する場合には、1300°C以下での焼結が容易となるという優れた効果を有する。
【００２９】
【表１】
2006001829.tif 000003
【００３０】
（実施例３）
（チタンシリコン炭化物の製造方法及びダイヤモンドコーティング）
水素化チタン粉(TiH2)、炭化珪素粉末(SiC)、炭化チタン粉(TiC)の混合比率を理論値である2：1：1から、これを変えた配合比率の混合紛を準備した。
そして、SiC＝１に一定とし、TiH2を1.71、TiCを0.57（実施例3−1），TiH2を1.75、TiCを0.5（実施例3−2），TiH2を2.18、TiCを0.63（実施例3−3）と変え、実施例２と同一の条件（黒鉛型、50MPa、パルス通電法、真空中1300°Cで15分間）焼結した。
【００３１】
この結果、表２に示すような硬度の結果が得られた。すなわち、実施例3−1でHv：9．1GPa、実施例3−2でHv：6．2GPa、実施例3−3でHv：6GPaとなり、いずれもHv6GPa以上であり、高硬度のチタンシリコン炭化物が得られた。この場合は、切削性は劣る。
但し、このようにして得られたチタンシリコン炭化物は、電気の良導体であるので、放電加工は可能であった。また、本発明の実施例で得られた焼結体は真密度に近く、３点曲げ強度は、600MPaと大きな値を示した。また、TiCと同様に、同条件で気相ダイヤモンドをコーティングすることができた。
高硬度及び高強度のチタンシリコン炭化物焼結材を製造する場合には、このような混合比率の組成範囲として焼結するのが好ましいことが分かる。この場合は、加工性は犠牲となるが硬度及び強度は向上する。
従来の焼結では1800〜2000°Cの温度での焼結が必要であったが、本願発明に示すように、水素化チタンを結合材として使用する場合には、1300°C以下での焼結が容易となるという優れた効果を有する。
【００３２】
【表２】
2006001829.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のチタン炭化物又はチタンシリコン炭化物は、緻密で硬質の材料が容易に得られる。また空孔を持った同材料を得ることも可能であり、さらに複雑な形状の基板に気相合成ダイヤモンド等をコーティングすることができる。ある程度の空孔を持ったチタン炭化物又はチタンシリコン炭化物は、通常の切削加工が可能である。また電気伝導性を有するので、放電加工で容易に加工することが可能である。また、炭化チタンにおいては1200°C以下という低温で焼結が可能であり、またチタンシリコン炭化物の場合には、同様に1300°C以下の低温で焼結が可能なので、炉の損傷が少なく短時間で安価に製造できるという優れた効果を有する。これによって複雑な形状の基板に気相合成ダイヤモンドをコーティングすることができるという著しい効果を有する。したがって、特に固体潤滑による摺動面や回転軸受等に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】TiH2：SiC：TiCの混合比率が2：1：0．71のチタンシリコン炭化物焼結体のSEM画像を示す図である。
【図２】TiH2：SiC：TiCの混合比率がと2：1：1のチタンシリコン炭化物焼結体のSEM画像を示す図である。
【図１】
2006001829.tif 000005
【図２】
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