(57)【要約】【課題】  超硬合金を焼結する用途により好適な焼結用セッターを提供する。【解決手段】  本発明の焼結用セッターは、炭素質材料からなる基材とその基材の上に設けられたコーティング層とを備える。コーティング層は炭化チタンを主成分とする溶射皮膜である。コーティング層の厚さは２０〜１０００μｍであることが好ましい。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質材料から形成された基材とその基材の上に設けられたコーティング層とを備えた焼結用セッターであって、
前記コーティング層は炭化チタンを主成分とする溶射皮膜である焼結用セッター。
【請求項２】
前記コーティング層の厚さは２０〜１０００μｍである請求項１に記載の焼結用セッター。
【請求項３】
前記焼結用セッターは、前記基材と前記コーティング層との間に設けられた中間層をさらに備え、その中間層は、基材からコーティング層への炭素の移動を抑制する請求項１又は２に記載の焼結用セッター。
【請求項４】
前記焼結用セッターは、前記基材と前記コーティング層との間に設けられた中間層をさらに備え、その中間層は、イットリア及びジルコニアからなる請求項１又は２に記載の焼結用セッター。
【請求項５】
前記中間層の厚さは１０〜２００μｍである請求項３又は４に記載の焼結用セッター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結用セッターに関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結用セッターを用いて部材を焼結する際には、焼結する部材を焼結用セッターの上に載せ、その状態で部材の周囲温度を加熱する。例えば炭化タングステンを主成分とする超硬合金を焼結する用途に焼結用セッターを用いた場合、焼結する超硬合金と焼結用セッターとの間で焼結時に脱炭、浸炭又は溶着が起こると、超硬合金に不良が発生したり焼結用セッターの耐用回数が減少したりする。そのため、酸化物セラミックスからなる溶射皮膜を基材の表面に設けることによって焼結用セッターを形成することが提案されている（例えば特許文献１，２参照。）しかしながら、提案されている焼結用セッターを超硬合金の焼結に繰り返し用いた場合には、超硬合金と溶射皮膜との間で溶着が起こったり最終的に溶射皮膜の剥離に至る亀裂が溶射皮膜に生じたりといった不具合が比較的早期に出現する。
【特許文献１】特表２０００−５０９１０２号公報
【特許文献２】特開２００３−８２４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、超硬合金を焼結する用途により好適な焼結用セッターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、炭素質材料から形成された基材とその基材の上に設けられたコーティング層とを備えた焼結用セッターであって、前記コーティング層が炭化チタンを主成分とする溶射皮膜である焼結用セッターを提供する。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、前記コーティング層の厚さが２０〜１０００μｍである請求項１に記載の焼結用セッターを提供する。
請求項３に記載の発明は、前記焼結用セッターが前記基材と前記コーティング層との間に設けられた中間層をさらに備え、その中間層が基材からコーティング層への炭素の移動を抑制する請求項１又は２に記載の焼結用セッターを提供する。
【０００６】
請求項４に記載の発明は、前記焼結用セッターが前記基材と前記コーティング層との間に設けられた中間層をさらに備え、その中間層がイットリア及びジルコニアからなる請求項１又は２に記載の焼結用セッターを提供する。
【０００７】
請求項５に記載の発明は、前記中間層の厚さが１０〜２００μｍである請求項３又は４に記載の焼結用セッターを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、超硬合金を焼結する用途により好適な焼結用セッターが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
本実施形態に係る焼結用セッターは、超硬合金などを焼結する用途に使用されるものであって、基材、基材の上に設けられたコーティング層、及び基材とコーティング層との間に設けられた中間層からなる。
【００１０】
前記基材は炭素質材料から形成されている。基材を形成する炭素質材料は、特に限定されないが、具体例としては黒鉛が挙げられる。
前記コーティング層は炭化チタンから主に形成された溶射皮膜である。換言すればコーティング層は炭化チタンを主成分とする溶射皮膜である。コーティング層中に含まれる炭化チタンの量は、好ましくはコーティング層の全重量の９０％以上であり、より好ましくは同９８％以上である。炭化チタン以外の成分を多く含んだコーティング層は、超硬合金との間で脱炭、浸炭又は溶着を起こしやすく、また、繰り返し高温にさらされることによって基材からの剥離を起こしやすい。
【００１１】
コーティング層が炭化チタン以外の成分を含む場合、その炭化チタン以外の成分は酸化チタンであることが好ましい。炭化チタン以外の成分が酸化チタンであれば、炭化チタン以外の成分を含むことによるコーティング層の特性の低下は少ない。
【００１２】
コーティング層の厚さは、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上であり、好ましくは１０００μｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下である。コーティング層が薄すぎると、基材の表面の一部が剥き出しになることがある。逆に、厚すぎるコーティング層は、繰り返し高温にさらされることによって基材からの剥離を起こしやすい。
【００１３】
コーティング層は、炭化チタンを主成分とする溶射材料を溶射して形成される。溶射材料を溶射する方法は、好ましくはプラズマ溶射法である。
前記溶射材料中に含まれる炭化チタンの量は、好ましくは溶射材料の全重量の９０％以上である。炭化チタン以外の成分を多く含んだ溶射材料から形成されるコーティング層は、超硬合金との間で脱炭、浸炭又は溶着を起こしやすく、また、繰り返し高温にさらされることによって基材からの剥離を起こしやすい。
【００１４】
溶射材料の形態が粉末である場合、その粉末の平均粒子径は、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上であり、好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。平均粒子径が小さすぎる粉末は、流動性が悪いために粉末供給機から溶射装置へと安定して供給することが難しい。平均粒子径の大きすぎる粉末は、溶射時に十分に軟化又は溶融しにくいために付着効率（溶射歩留まり）の低下の原因となる。
【００１５】
炭化チタンを主成分とする粉末状の溶射材料は、例えば、炭化チタン微粉末を造粒することによって作製される。より具体的には、炭化チタン微粉末及び有機バインダーを含んだスラリーが噴霧造粒機にて造粒されることにより、炭化チタンを主成分とする粉末状の溶射材料は製造される。炭化チタン微粉末の平均粒子径は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。この平均粒子径が大きすぎると、溶射時に溶射材料が十分に軟化又は溶融しないために付着効率が低下することがある。
【００１６】
前記中間層は、基材からコーティング層への炭素の移動を抑制するためのものであって、イットリア（Ｙ2Ｏ3）及びジルコニア（ＺｒＯ2）からなるジルコニア−イットリア（ＺｒＯ2−Ｙ2Ｏ3）から形成されることが好ましい。ジルコニア−イットリアからなる中間層は、基材からコーティング層への炭素の移動を効果的に抑制する。中間層中に含まれるジルコニアの量は好ましく２０〜５０重量％であり、中間層中に含まれるイットリアの量は好ましくは５０〜８０重量％である。中間層中のジルコニアの含有量が０重量％以上２０重量％未満であって尚かつ中間層中のイットリアの含有量が８０重量％を超える場合には、中間層中に遊離イットリアが多く存在することによる不均一性のせいで中間層の熱的機械的強度が低下するため、繰り返し高温にさらされたときに中間層が基材からの剥離を起こしやすい。中間層中のイットリアの含有量が０重量％以上５０重量％未満であって尚かつ中間層中のジルコニアの含有量が５０重量％を超える場合には、中間層がジルコニアを多く含むことによって基材から中間層への浸炭が起こりやすくなるため、繰り返し高温にさらされたときに中間層が基材からの剥離を起こしやすい。
【００１７】
中間層の厚さは好ましくは１０〜２００μｍである。中間層の厚さが１０μｍ未満であると、基材からコーティング層への炭素の移動が十分に抑制されない。中間層の厚さが２００μｍを超えると、基材からの中間層の剥離、及び中間層からのコーティング層の剥離が起こりやすくなる。
【００１８】
中間層は、ジルコニア−イットリアからなる溶射材料を溶射して形成されることが好ましい。溶射によって中間層を形成する場合、好ましい溶射方法はプラズマ溶射法である。中間層用の溶射材料の形態は好ましくは粉末であって、その粉末の平均粒子径は、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上であり、好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。
【００１９】
中間層用の粉末状の溶射材料は、例えば溶融−粉砕法によって作製される。より具体的には、まず、ジルコニアとイットリアの混合物を溶融した後、冷却により固化することによってインゴットが作製される。更に、そのインゴットを粉砕及び分級することにより、中間層用の粉末状の溶射材料は作製される。あるいは、溶融−粉砕法でなく、ジルコニア微粉末とイットリア微粉末を造粒することにより、中間層用の粉末状の溶射材料は作製されてもよい。ジルコニア微粉末とイットリア微粉末を造粒して得られる造粒粉末は必要ならば焼結してもよい。粉末状の溶射材料の原料となるジルコニア微粉末及びイットリア微粉末の平均粒子径は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。この平均粒子径が大きすぎると、溶射時に溶射材料が十分に軟化又は溶融しないために付着効率が低下する。
【００２０】
本実施形態は以下の利点を有する。
・  炭化チタンを主成分とする溶射皮膜は、酸化物セラミックスからなる溶射皮膜と比べて、焼結する超硬合金との間で脱炭、浸炭及び溶着が起こりにくい。これは、酸化物セラミックスと比べて炭化チタンが高温非酸化環境下での化学的安定性に優れるためと考えられる。また、炭化チタンを主成分とする溶射皮膜は、酸化物セラミックスからなる溶射皮膜と比べて、繰り返し高温にさらされたときに基材からの剥離を起こしにくい。これは、酸化物セラミックスと比べて炭化チタンが機械的強度に優れるためと考えられる。従って、炭化チタンを主成分とする溶射皮膜からなるコーティング層を備えた本実施形態に係る焼結用セッターは、超硬合金を焼結する用途に最適である。
【００２１】
・  炭化チタン微粉末及び有機バインダーを含んだスラリーを噴霧造粒機にて造粒することによって製造される粉末状の溶射材料は付着効率に優れる。これは、上記の方法で製造される溶射材料中の各粒子が、炭化チタンの微粒子が凝集した形態であって比表面積が大きいためと考えられる。
【００２２】
・  本実施形態の焼結用セッターは、基材からコーティング層への炭素の移動を抑制する中間層を備えている。そのため、基材からの炭素によるコーティング層の特性の低下が抑制される。
【００２３】
前記実施形態は次のように変更されてもよい。
・  中間層は省略されてもよい。すなわち、焼結用セッターは、基材とその基材の上に直接設けられたコーティング層とからなるものであってもよい。
【００２４】
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１〜８及び比較例１，２では、表１の“コーティング層”欄に示す組成及び厚さのコーティング層と表１の“中間層”欄に示す組成及び厚さの中間層とを基材上に形成することによって焼結用セッターを作製した。実施例９及び比較例３，４では、表１の“コーティング層”欄に示す組成及び厚さのコーティング層を基材上に形成することによって焼結用セッターを作製した。いずれのコーティング層及び中間層もプラズマ溶射法により作製される。基材は、エスイーシー社製の黒鉛質押出材“ＰＳＧ−３３２”からなり、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍである。
【００２５】
実施例１〜９のコーティング層の材料である溶射用粉末は、３μｍの平均粒子径を有する炭化チタン微粉末を造粒して作製され、３０μｍの平均粒子径を有する。比較例１，２の中間層の材料である溶射用粉末は、１．５μｍの平均粒子径を有するモリブデン微粉末を造粒して作製され、３０μｍの平均粒子径を有する。実施例１〜８の中間層の材料及び比較例１〜４のコーティング層の材料である溶射用粉末は、溶融粉砕法により作製され、３０μｍの平均粒子径を有する。
【００２６】
表１の「耐用回数」欄には、加熱及び冷却が交互に繰り返される熱サイクル試験に焼結用セッターを供したときの焼結用セッターの耐用回数を示す。一回の熱サイクル試験では、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの超硬合金（ＷＣ−１０ｗｔ％Ｃｏ）が載せられた状態のプレートの周囲温度を、アルゴン雰囲気下において、１５００℃まで３００℃／時間の昇温速度で加熱し、１５００℃に１時間保持した後に３００℃／時間の降温速度で６００℃まで冷却するという操作が１０回繰り返される。表１の「耐用回数」欄に示す数値は、熱サイクル試験を繰り返した場合にコーティング層に亀裂が生じるか又はコーティング層と超硬合金との間で溶着が生じるまでに要する回数である。
【００２７】
【表１】
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表１に示す結果から、炭化チタンからなるコーティング層を備えた焼結用セッターは、酸化物セラミックスからなるコーティング層を備えた焼結用セッターと比べて耐用回数が多いことが明らかである。さらに、炭化チタンからなるコーティング層に加えて中間層を備えた焼結用セッターは、中間層を備えない焼結用セッターと比べて耐用回数が多い傾向も認められる。