(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉＢ２粉末に、焼結助剤として、Ｎｉ：０．２〜１０重量%，ＷＣ：０．１〜７重量%，及びＣｒ３Ｃ２：０．３〜３０重量％を配合してなる粉末混合物の常圧焼結体である二硼化チタンセラミックス焼結体。
【請求項２】
Ｎｉ/ＷＣの比(重量):０．５〜７、Ｃｒ３Ｃ２/(Ｎｉ＋ＷＣ)の比(重量):１〜６、Ｃｒ３Ｃ２＋Ｎｉ＋ＷＣ:４３重量％以下である請求項１に記載の二硼化チタンセラミックス焼結体。
【請求項３】
硬さ(ＨＲＡ)が９２．３以上である請求項１又は請求項２に記載の二硼化チタンセラミックス焼結体。
【請求項４】
温度１５００〜１９００℃で焼結処理された常圧焼結体である請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の二硼化チタンセラミックス焼結体。
【請求項５】
ＴｉＢ２粉末に、焼結助剤として、Ｎｉ：０．２〜１０重量%，ＷＣ：０．１〜７重量%，Ｃｒ３Ｃ２：０．３〜３０重量％を配合してなる粉末混合物を加圧成形し、その圧粉成形体を、真空又は不活性雰囲気中、１５００〜１９００℃で焼結処理することからなる二硼化チタンセラミックス焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温耐熱部材，耐摩耗部材，耐食（耐溶融金属）部材，あるいはこれらの物性と共に導電性を要求される部材等、各種構造部材料として有用な二硼化チタンセラミックス焼結体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二硼化チタン（ＴｉＢ２）は、耐熱性，耐酸化性，高温強度，溶融金属に対する腐食抵抗性等にすぐれ、また導電性を有するセラミックスであり、資源的にも豊富な材料であることから、耐熱材，耐摩耗材，切削工具材，非鉄溶湯部材，導電性を必要とする金型材等、多方面の工学的応用が期待されている。
二硼化チタンは難焼結材料であるため、緻密質の焼結体を常圧焼結法（無加圧焼結法）で製造することは困難であり、高緻密質で、高硬度，高耐摩耗性等を備えた焼結体を得るための焼結手法として、ホットプレス、熱間静水圧加圧焼結等の加圧焼結法が適用されている。
【０００３】
しかし、加圧焼結法では、複雑形状、大型製品の製造が困難であり、製造コストも高くつく。複雑・大型製品の量産化，コスト低減等を可能とするには、常圧焼結法による製造技術の確立が必要である。そのためには、この物質系に適した焼結助剤を見出すことが不可欠である。
硼化物系セラミックスの難焼結性の改善については種々の工夫がなされており、その焼結助剤成分として、例えば、Co，Ni，Fe等の鉄族金属の硼化物（特公昭56-41690号公報）、Ni，Fe等の鉄族金属とTi，Hf，W，Zr等の炭化物からなる混合物（特公平7-822号公報）、あるいはNi-Zr合金粉末とWC粉末との混合物（特開平9-3586号公報）等の各種成分組成を有するものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、焼結助剤の工夫により、二硼化チタンセラミックスの焼結反応性を高め、構造部材料として必要な高緻密質，高硬度等の諸特性を備えた二硼化チタンセラミックス焼結体を、複雑形状・大型製品の製造が容易でコスト的にも有利な常圧焼結体として得ることを目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の二硼化チタンセラミックス焼結体は、
ＴｉＢ２粉末に、焼結助剤として、Ｎｉ：０．２〜１０重量%，ＷＣ：０．１〜７重量%，及びＣｒ３Ｃ２：０．３〜３０重量％を配合してなる粉末混合物の常圧焼結体である。
【０００６】
このように Ｎｉ，ＷＣおよびＣｒ３Ｃ２の３成分の所定量を助剤成分として複合配合することにより、二硼化チタンの焼結反応性が高められ、常圧焼結体として、構造部材料に要求される高緻密性，高硬度等の諸特性具備した二硼化チタンセラミックス焼結体を得ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の二硼化チタンセラミックス焼結体を製造するには、まず主剤成分であるＴｉＢ２粉末に、焼結助剤として、ニッケル（Ｎｉ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）の各成分を混合して焼結原料を調製する。
ＴｉＢ２粉末は、市販品として入手容易な粉末（平均粒径 約４〜１２μｍ）、またはこれをボールミル等で粉砕処理した微粉末（例えば，平均粒径約２μｍ以下）等が使用される。微細粉末の使用は、焼結反応性を高めるのに有効である。
【０００８】
焼結助剤として配合される、Ｎｉ，ＷＣ，Ｃｒ３Ｃ２の各助剤成分は、ＴｉＢ２粉末と同程度の粒度を有する粉末であってもよいが、ミクロン・オーダの微粉末が適切である。好ましくは、約０．５μｍ以下である。微細粉末を使用することにより、焼結反応促進効果をより高めることができるからである。
【０００９】
Ｎｉ、ＷＣ、Ｃｒ３Ｃ２の各成分の配合量を前記のように規定したのは、この配合範囲において、３成分の複合配合に基づく焼結反応促進作用を効果的に発現させることができるからであり、配合量がこれに満たないとその効果が不足し、他方それ以上に配合しても効果の増加はなく、むしろ主剤成分（ＴｉＢ２）の相対的量比の低下とそれによる製品焼結体の材料特性の低下をきたすことになる。
【００１０】
焼結助剤成分である、Ｎｉ，ＷＣ，Ｃｒ３Ｃ２について規定される前記配合量比は、好ましくは、Ｎｉ／ＷＣの比（重量）：０．５〜７、Ｃｒ３Ｃ２／（Ｎｉ+ＷＣ）の比（重量）：１〜６、３成分の合計量（Ｃｒ３Ｃ２+Ｎｉ+ＷＣ）：４３（重量％）以下、となるように相互の調整が施される。この量比の調整は、３成分の複合効果をより高度に発現させるのに有効である。
【００１１】
主剤成分（ＴｉＢ２）と焼結助剤成分（Ｎｉ，ＷＣ，Ｃｒ３Ｃ２）とを均一に混合して焼結原料とする。この粉末混合物は、好ましくは、スプレードライヤー（湿式噴霧乾燥機）で適当な粒径の造粒粉（粒径：約１０〜１００μｍ）に造粒される。造粒処理は、比重の異なる複数種の粉末（比重：TiＢ２ 4.52，Ni 8.9，WC 15.7，Cr3C2 6.88）の分布の偏りを防止し、焼結原料粉末の均質性を高める。このことは、焼結原料中に配合された助剤成分の焼結反応促進効果を高めるのに効果的である。
【００１２】
原料粉末混合物の造粒処理は、所望により二段処理として行われる。まず、第１段処理として、ＴｉＢ２とＮｉとＷＣの粉末を造粒する。ついで、その造粒粉とＣｒ３Ｃ２粉末とを混合して第２段の造粒（再造粒）を行う。二段処理を行うことにより、原料粉末混合物の組成的均質性がより高められ、このことは助剤配合による焼結反応の促進作用をより一層効果的に発現させることを可能にする。
【００１３】
原料粉末混合物は、所望形状に加圧成形されたうえ、焼結処理に付される。
加圧成形処理は、一軸プレス，押出成形，冷間静水圧加圧成形（ＣＩＰ）等が適用される。また、これらの加圧成形を併用し、例えば一軸プレスによる加圧成形を行い、ついでその成形体にＣＩＰ処理を施す等の各種工程を適用することにより行われる。
【００１４】
本発明の焼結処理は、常圧焼結法を適用して行われる。この焼結処理は、真空（１０Ｐａ以下）又はＡｒ等の不活性雰囲気（約１０Ｐａ〜１０ＭＰａ）において圧粉成形体を１５００℃以上の温度域に加熱保持することにより行われる。処理温度を高めることにより処理時間が短縮される。好ましくは１８００℃以上である。しかし、処理温度を過度に高くすると、製品焼結体の組織が粗大化し、硬度等の材料特性の低下をきたすので、１９００℃を上限とすべきである。
【００１５】
焼結処理を行うための熱供給源として、近時はマイクロ波照射法や放電プラズマ法などの内部加熱方式も提案されているが、本発明における焼結処理は、そのような特殊な加熱手段を必要とせず、従来から汎用されている抵抗発熱体等を給熱源とする外部加熱方式により達成することができる。
【００１６】
【実施例】
ＴｉＢ２粉末（粒径 １μm以下）に、焼結助剤成分として、Ｎｉ粉末，ＷＣ粉末およびＣｒ３Ｃ２粉末（いずれも粒径 １μｍ以下）を添加してボールミルで混合し、ついでスプレードライヤーで造粒する。
得られた造粒粉（平均粒径 ５０μｍ）を、ＣＩＰ処理（加圧力１５０ＭＰａ）に付して圧粉成形体（φ６０×１０ｔ，ｍｍ）とする。これを常圧焼結処理して供試焼結体を得た。焼結処理時間はいずれも１〜２Ｈｒとした。
比較例として、助剤成分の異なる原料粉末混合物を使用し、上記と同じ工程による焼結体を得た。
【００１７】
表１は、各供試焼結体について、成分組成、焼結条件および得られた焼結体の物性を示している。表中、硬度欄の数値は、同一試料の複数箇所の測定値である。発明例中、No.7およびNo.8は、再造粒粉を使用した例である。
比較例No.11〜14は、焼結助剤成分が本発明の規定から外れている例である。発明例の二硼化チタンセラミックス焼結体は、高緻密質性と高硬度を有し、かつ均質性に優れている。
【００１８】
【表１】
0003859224.tif 000002
【００１９】
【発明の効果】
本発明の二硼化チタンセラミックス焼結体は、高緻密性を有し二硼化チタンの物性を効果的に発現するものである。また、本発明の二硼化チタンセラミックス焼結体は、常圧焼結体として得られるので、加圧焼結（ホットプレス，ＨＩＰ等）に比し、コスト的に有利であるのみならず、加圧焼結法では困難な複雑形状・大型製品の製造および量産化が容易であり、二硼化チタンセラミックス焼結体の多方面の工学的応用を促進するものである。