JPH0791567B2 - 焼結方法 - Google Patents
焼結方法Info
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- JPH0791567B2 JPH0791567B2 JP60026424A JP2642485A JPH0791567B2 JP H0791567 B2 JPH0791567 B2 JP H0791567B2 JP 60026424 A JP60026424 A JP 60026424A JP 2642485 A JP2642485 A JP 2642485A JP H0791567 B2 JPH0791567 B2 JP H0791567B2
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- B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
- B01J3/062—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies characterised by the composition of the materials to be processed
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
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- B22F3/08—Compacting only by explosive forces
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/645—Pressure sintering
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- B01J2203/06—High pressure synthesis
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- B01J2203/0645—Boronitrides
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、金属粉末、セラミツクス粉末および金属粉末
とセラミツクス粉末の混合粉末の焼結方法に関し、さら
に詳しくは、上記粉末に圧力を加えながらテルミツト反
応によつて上記粉末を加熱する焼結方法に関するもので
ある。
とセラミツクス粉末の混合粉末の焼結方法に関し、さら
に詳しくは、上記粉末に圧力を加えながらテルミツト反
応によつて上記粉末を加熱する焼結方法に関するもので
ある。
従来の技術 粉末を出発原料としてこれを焼結して塊状体にするいわ
ゆる焼結法は、金属、セラミツクス、ならびにこれらの
複合材料に広く用いられている。
ゆる焼結法は、金属、セラミツクス、ならびにこれらの
複合材料に広く用いられている。
焼結法における最大の課題は、緻密で、微細な結晶粒か
ら成る塊状体を得ることである。緻密化促進のためにホ
ツト・プレスや熱間静水圧プレスなどの加圧焼結法があ
り、それぞれ500気圧、2,000気圧程度の圧力が用いられ
ている。これらより高い圧力で加熱するためには、例え
ば特公昭36−23463号に示されているような超高圧、高
温発生装置を使用する必要があり、これによれば１万気
圧以上の圧力で焼結を行うことができる。
ら成る塊状体を得ることである。緻密化促進のためにホ
ツト・プレスや熱間静水圧プレスなどの加圧焼結法があ
り、それぞれ500気圧、2,000気圧程度の圧力が用いられ
ている。これらより高い圧力で加熱するためには、例え
ば特公昭36−23463号に示されているような超高圧、高
温発生装置を使用する必要があり、これによれば１万気
圧以上の圧力で焼結を行うことができる。
例えば、非平衡相より成る合金粉末を１万気圧以上で焼
結することにより、緻密で微細組織の焼結体を得る焼結
法が考えられる。
結することにより、緻密で微細組織の焼結体を得る焼結
法が考えられる。
発明が解決しようとする問題点 超高圧焼結法における問題は次の点である。
固体の圧力媒体を用いるため、静水圧性に乏しく、
焼結体に異方性が生じる。
焼結体に異方性が生じる。
加熱は試料外部に設けたヒータ又は試料自体を通電
して抵抗発熱を利用するため、大容量の電源装置を必要
とする。
して抵抗発熱を利用するため、大容量の電源装置を必要
とする。
電気絶縁性の耐火物材料に有効な物質が無く、2,00
0℃以上の高温加熱がむずかしい。
0℃以上の高温加熱がむずかしい。
加熱速度が遅いため、昇温過程で拡散が起り、結晶
粒が粗大化する。
粒が粗大化する。
問題点を解決するための手段及び作用 被焼結粉末の加圧方向外側に遮断物を介在させてテルミ
ット組成物を配置し、この状態で加圧すると共に、テル
ミット組成物のテルミット反応の発熱によって加熱する
焼結方法であり、これにより圧力下でテルミット反応に
よる発熱で急速に加熱して焼結するから前述の問題点が
解決される。
ット組成物を配置し、この状態で加圧すると共に、テル
ミット組成物のテルミット反応の発熱によって加熱する
焼結方法であり、これにより圧力下でテルミット反応に
よる発熱で急速に加熱して焼結するから前述の問題点が
解決される。
即ち、化学反応の発熱となるいわゆるテルミツト反応を
用いる。例えばFe2O3粉末１モルとAl粉末２モルの混合
物に着火すると Fe2O3＋2Al→Al2O3＋2Fe の反応が１秒以下で完了し、204Kcalの熱が短時間に放
出される。
用いる。例えばFe2O3粉末１モルとAl粉末２モルの混合
物に着火すると Fe2O3＋2Al→Al2O3＋2Fe の反応が１秒以下で完了し、204Kcalの熱が短時間に放
出される。
そして被焼結粉末の周囲にテルミツト組成物を配置する
ことによつて被焼結粉末をきわめて短時間に加熱するこ
とができる。また、反応によつてテルミツト組成物は溶
融し、被焼結粉末を静水圧的に加圧する。更に、加熱が
きわめて短時間に完了するため、テルミツト組成物を保
持する耐火物は従来の抵抗加熱では実現されない高温加
熱にも耐えることができる。加熱温度はテルミツト組成
物の充填量、組成比あるいは種類を変化させることによ
り調節できる。例えば還元性金属粉末としてAlの代りに
Si、Ti、Mg、Caなどが使用できる。
ことによつて被焼結粉末をきわめて短時間に加熱するこ
とができる。また、反応によつてテルミツト組成物は溶
融し、被焼結粉末を静水圧的に加圧する。更に、加熱が
きわめて短時間に完了するため、テルミツト組成物を保
持する耐火物は従来の抵抗加熱では実現されない高温加
熱にも耐えることができる。加熱温度はテルミツト組成
物の充填量、組成比あるいは種類を変化させることによ
り調節できる。例えば還元性金属粉末としてAlの代りに
Si、Ti、Mg、Caなどが使用できる。
またFe2O3の代りにFeO、Fe3O4あるいはその他生成自由
エネルギーの小さい酸化物を用いることができる。更に
酸化物と金属の組合せばかりでなく、生成自由エネルギ
の小さい炭化物、窒化物、ホウ化物粉末とそれらを還元
できる金属粉末を組合せてもよい。但し、大きな化学反
応熱を生成する組成物であつても火薬のようにガス相を
生成するものは、著しい圧力も同時に発生するため用い
ることはできない。
エネルギーの小さい酸化物を用いることができる。更に
酸化物と金属の組合せばかりでなく、生成自由エネルギ
の小さい炭化物、窒化物、ホウ化物粉末とそれらを還元
できる金属粉末を組合せてもよい。但し、大きな化学反
応熱を生成する組成物であつても火薬のようにガス相を
生成するものは、著しい圧力も同時に発生するため用い
ることはできない。
テルミツト組成物と被焼結粉末との間にはテルミツト反
応生成物によつて焼結体が侵食されないようするために
例えば六方晶窒化硼素などより成る遮断物を設ける。
応生成物によつて焼結体が侵食されないようするために
例えば六方晶窒化硼素などより成る遮断物を設ける。
テルミツトの着火は、テルミツト組成物の一部又は全部
をテルミツト組成物又は別途に装着したヒータに通電加
熱して行なう。
をテルミツト組成物又は別途に装着したヒータに通電加
熱して行なう。
例えば、Fe2O3１モル、Al2モルより成るテルミツト組成
物を２万気圧に加圧した状態ではテルミツト組成物の一
部がおよそ830〜1,000℃に達すると着火をする。
物を２万気圧に加圧した状態ではテルミツト組成物の一
部がおよそ830〜1,000℃に達すると着火をする。
実施例 本発明の効果を以下実施例に基づき詳説する。
実施例１ 325メッシユより細かい粒度を持つTiB2（セ
ラミック社製）7.0gを直径22mmの円板状に金型を用いて
冷間成形した。Fe2O3粉末とAl粉末をモル比で１対２で
混合したテルミツト組成物18.3gを２分割し直径22mmに
冷間金型成形した２枚の円板の間に別途成形した前記Ti
B2円板を六方晶窒化ホウ素の薄層を介して配置させた。
この組立物をベルト型の超高圧発生装置の中に充填し
た。第１図は、超高圧発生装置への配置状態を示したも
のである。1,2はそれぞれシリンダおよびアンビルで超
高圧発生容器を形成する。３はパイロフイライト製のガ
スケツトで圧力を封止する。４はパイロフイライト製の
断熱材である。5,6,7,8はそれぞれ銅板、鋼製リング、
鋼板（又はモリブデン板）、セラミツク製断熱材であ
り、これらによつて円筒状、黒鉛ヒータ９に電気を供給
する組立物を構成する。10はパイロフイライト製断熱
材,11は六方晶窒化ホウ素の円筒と薄板で、12のテルミ
ツト組成物とヒータおよび被焼結粉末（TiB2）13との反
応防止および電気的絶縁の働きをする。
ラミック社製）7.0gを直径22mmの円板状に金型を用いて
冷間成形した。Fe2O3粉末とAl粉末をモル比で１対２で
混合したテルミツト組成物18.3gを２分割し直径22mmに
冷間金型成形した２枚の円板の間に別途成形した前記Ti
B2円板を六方晶窒化ホウ素の薄層を介して配置させた。
この組立物をベルト型の超高圧発生装置の中に充填し
た。第１図は、超高圧発生装置への配置状態を示したも
のである。1,2はそれぞれシリンダおよびアンビルで超
高圧発生容器を形成する。３はパイロフイライト製のガ
スケツトで圧力を封止する。４はパイロフイライト製の
断熱材である。5,6,7,8はそれぞれ銅板、鋼製リング、
鋼板（又はモリブデン板）、セラミツク製断熱材であ
り、これらによつて円筒状、黒鉛ヒータ９に電気を供給
する組立物を構成する。10はパイロフイライト製断熱
材,11は六方晶窒化ホウ素の円筒と薄板で、12のテルミ
ツト組成物とヒータおよび被焼結粉末（TiB2）13との反
応防止および電気的絶縁の働きをする。
アンビルに荷重を加え、試料室に２万気圧の圧力を発生
させたのち対向したアンビルからヒータに通電し試料室
を加熱したところ、試料室が920℃に達した時点でテル
ミツト組成物が自発的に着火した。
させたのち対向したアンビルからヒータに通電し試料室
を加熱したところ、試料室が920℃に達した時点でテル
ミツト組成物が自発的に着火した。
テルミツトの着火は、黒鉛ヒータの電気抵抗の温度係数
が負であるために急激な温度上昇による電気抵抗の減少
によつて容易に検出できる。またテルミツトの着火によ
り、アンビル間の距離が減少することからも着火が検出
できる。
が負であるために急激な温度上昇による電気抵抗の減少
によつて容易に検出できる。またテルミツトの着火によ
り、アンビル間の距離が減少することからも着火が検出
できる。
着火直後にヒータによる加熱を停止し、テルミツト反応
熱により被焼結粉末を加熱した。本実施例におけるテル
ミツトの発熱量は、およそ18Kcalであり、既知の熱力学
諸データから見積つた試料室の到達温度は2590℃であ
る。テルミツト反応は１秒以下で完了するかが、圧力を
保持したまま５分間保持して試料部を冷却したのち、圧
力を除去し、TiB2を回収した。
熱により被焼結粉末を加熱した。本実施例におけるテル
ミツトの発熱量は、およそ18Kcalであり、既知の熱力学
諸データから見積つた試料室の到達温度は2590℃であ
る。テルミツト反応は１秒以下で完了するかが、圧力を
保持したまま５分間保持して試料部を冷却したのち、圧
力を除去し、TiB2を回収した。
TiB2粉末は完全に緻密な焼結体となつており、アルキメ
デス法で測定した相対密度は99％以上であつた。尚従来
TiB2の単味の焼結体でこのような緻密なものは得られて
いない。
デス法で測定した相対密度は99％以上であつた。尚従来
TiB2の単味の焼結体でこのような緻密なものは得られて
いない。
実施例２ テルミツト組成物の量を36.7gにして圧力を
１万気圧にした以外は実施例１と同様の条件でテストを
行なつた。テルミツト反応発熱量は約35KcalでありTiB2
の融点（既知のデータでは2,980℃）以上に加熱される
と見積られた。この実施例でもTiB2粉末は緻密な焼結体
として得られた。
１万気圧にした以外は実施例１と同様の条件でテストを
行なつた。テルミツト反応発熱量は約35KcalでありTiB2
の融点（既知のデータでは2,980℃）以上に加熱される
と見積られた。この実施例でもTiB2粉末は緻密な焼結体
として得られた。
光学顕微鏡を用いて結晶粒径を観察したところ著しく成
長粗大化をしており、平均100〜200μｍであつた。出発
原料がおよそ10μｍであることから、著しい高温まで加
熱できたことが判明した。
長粗大化をしており、平均100〜200μｍであつた。出発
原料がおよそ10μｍであることから、著しい高温まで加
熱できたことが判明した。
実施例３ 粒度325メツシユ以下のHfB2粉末（セラツク
社製）20.0gをその他の条件は実施例１と全く同様の条
件で焼結テストを行なつた。HfB2は緻密な焼結体の状態
で得られ、良好な電気伝導性を示した。また硬度が大き
く超硬合金に傷をつけることのできることが確認され
た。
社製）20.0gをその他の条件は実施例１と全く同様の条
件で焼結テストを行なつた。HfB2は緻密な焼結体の状態
で得られ、良好な電気伝導性を示した。また硬度が大き
く超硬合金に傷をつけることのできることが確認され
た。
実施例４ 粒度325メツシユ以下のZfB2粉末（セラツク
社製）11.3gを24gの量のFe2O3/Al＝1/2組成のテルミツ
ト組成物を用いそれ以外は実施例１と同じ条件で焼結テ
ストを行なつた。本実施例の反応発熱量は約23Kcalであ
り、試料部の到達温度はおよそ2640℃と見積られた。
社製）11.3gを24gの量のFe2O3/Al＝1/2組成のテルミツ
ト組成物を用いそれ以外は実施例１と同じ条件で焼結テ
ストを行なつた。本実施例の反応発熱量は約23Kcalであ
り、試料部の到達温度はおよそ2640℃と見積られた。
本実施例でもZfB2は緻密な灰色、金属光沢を呈する焼結
体として得られ、電気の良導体であつた。また結晶粒の
成長は認められず微細な組織で構成される高硬度の焼結
体で超硬合金に容易に傷をつけることができた。
体として得られ、電気の良導体であつた。また結晶粒の
成長は認められず微細な組織で構成される高硬度の焼結
体で超硬合金に容易に傷をつけることができた。
実施例５ 平均粒度およそ0.5μｍα結晶化率およそ90
％のSi3N4（シユタルク社製）1.6gを直径12.8mm高さ7.2
mmに金型冷間成形した。この円板体の上下面および側面
を厚さ0.1mmのタンタル板で囲み、更に、六方晶窒化硼
素を介して、Fe2O3/Al＝1/2モルのテルミツト組成物10.
1gでとり囲んだ、これを図１と同様に超高圧装置の中に
設置し、１万気圧に加圧後テルミツトに着火した。本実
施例のテルミツト反応熱は10Kcalである。
％のSi3N4（シユタルク社製）1.6gを直径12.8mm高さ7.2
mmに金型冷間成形した。この円板体の上下面および側面
を厚さ0.1mmのタンタル板で囲み、更に、六方晶窒化硼
素を介して、Fe2O3/Al＝1/2モルのテルミツト組成物10.
1gでとり囲んだ、これを図１と同様に超高圧装置の中に
設置し、１万気圧に加圧後テルミツトに着火した。本実
施例のテルミツト反応熱は10Kcalである。
得られた焼結体は、直径11.7mmの緻密な円板状で、半径
方向に収縮していた。ベルト型超高圧装置では上下の対
向するアンビルで加圧するため、加圧と直角の半径方向
は、初期直径より若干膨張するのが一般的である。これ
に対して本実施例でみられた半径方向の収縮は、その周
囲に配置したテルミツト組成物が着火により溶融し、静
水圧的に加圧したことを示している。得られた焼結体の
相対密度は97％以上で、Ｘ線回折により完全にβ結晶に
相変態した良好な焼結体であつた。
方向に収縮していた。ベルト型超高圧装置では上下の対
向するアンビルで加圧するため、加圧と直角の半径方向
は、初期直径より若干膨張するのが一般的である。これ
に対して本実施例でみられた半径方向の収縮は、その周
囲に配置したテルミツト組成物が着火により溶融し、静
水圧的に加圧したことを示している。得られた焼結体の
相対密度は97％以上で、Ｘ線回折により完全にβ結晶に
相変態した良好な焼結体であつた。
実施例６ テルミツト組成物の量を実施例７の２倍に
し、他は実施例５と全く同じ条件でテストした。実施例
５と同じく相対密度97％以上の焼結体が得られた。焼結
体断面のＸ線回折ではβ相と共にα相がかなり存在する
ことが明らかになつた。α相は低温、β相は高温で安定
な構造であり、本実施例では実施例７より発熱量を増加
したにもかかわらずむしろ試料部が低温になつたことを
示している。この理由としては、Si3N4が熱伝導率が著
しく小さいために表面温度が著しく上昇し、テルミツト
組成物との間に配置した六方晶窒化ホウ素およびSi3N4
被焼結物の表面層が分解的に蒸発し、断熱的なガス相を
形成したためと推定される。本発明法で熱伝導率の低い
物質を焼結する場合には、焼結体寸法に制限があること
を示すものと考えられる。しかし、このことは、本発明
法の欠点の１つとはなつても、結合助剤なしに単味のSi
3N4焼結体が得られるという大きな効果を否定するもの
ではない。
し、他は実施例５と全く同じ条件でテストした。実施例
５と同じく相対密度97％以上の焼結体が得られた。焼結
体断面のＸ線回折ではβ相と共にα相がかなり存在する
ことが明らかになつた。α相は低温、β相は高温で安定
な構造であり、本実施例では実施例７より発熱量を増加
したにもかかわらずむしろ試料部が低温になつたことを
示している。この理由としては、Si3N4が熱伝導率が著
しく小さいために表面温度が著しく上昇し、テルミツト
組成物との間に配置した六方晶窒化ホウ素およびSi3N4
被焼結物の表面層が分解的に蒸発し、断熱的なガス相を
形成したためと推定される。本発明法で熱伝導率の低い
物質を焼結する場合には、焼結体寸法に制限があること
を示すものと考えられる。しかし、このことは、本発明
法の欠点の１つとはなつても、結合助剤なしに単味のSi
3N4焼結体が得られるという大きな効果を否定するもの
ではない。
実施例７ ５重量％Y2O3、３重量％Al2O3残部のSi3N4よ
り成る粉末の混合物9gを36.7gのFe2O3/Al＝1/2モルの組
成より成るテルミツト組成物を用い実施例１と同様に配
置し、２万気圧で焼結テストを行なつた。緻密な円板状
焼結体が得られ、円板表面で測定した硬さはビツカース
1,950kg/cm2であつた。
り成る粉末の混合物9gを36.7gのFe2O3/Al＝1/2モルの組
成より成るテルミツト組成物を用い実施例１と同様に配
置し、２万気圧で焼結テストを行なつた。緻密な円板状
焼結体が得られ、円板表面で測定した硬さはビツカース
1,950kg/cm2であつた。
Y2O3、Al2O3、MgOなどの焼結助剤を用いれば、Si3N4は
常圧焼結が可能である。しかし窒素雰囲気中で１気圧、
1750℃で焼結した本実施例と同じ結成の常圧焼結体の硬
さはビツカース1,300〜1,400kg/cm2であり、本発明法に
より著しく高硬度になることがわかつた。また、大きな
荷重で押しつけたビツカース硬さ試験の圧痕の角から発
生する亀裂長さによつて破壊靱性を測定するいわゆるマ
イクロインデンテーシヨン法で求めたKICは９〜10MNm
-3/2であり、前記常圧焼結体の4.5〜5.5MNm-3/2のおよ
そ２倍の靱性が得られた。
常圧焼結が可能である。しかし窒素雰囲気中で１気圧、
1750℃で焼結した本実施例と同じ結成の常圧焼結体の硬
さはビツカース1,300〜1,400kg/cm2であり、本発明法に
より著しく高硬度になることがわかつた。また、大きな
荷重で押しつけたビツカース硬さ試験の圧痕の角から発
生する亀裂長さによつて破壊靱性を測定するいわゆるマ
イクロインデンテーシヨン法で求めたKICは９〜10MNm
-3/2であり、前記常圧焼結体の4.5〜5.5MNm-3/2のおよ
そ２倍の靱性が得られた。
本実施例のように、焼結助剤を添加してSi3N4を焼結す
る場合、液相焼結となるため、結晶粒が著しく成長す
る。例えばSi3N4の１次粒子径が0.5μｍであつても得ら
れる焼結体のSi3N4はおよそ５〜10倍の大きさに成長す
る。これは常圧、高圧両方で共通して起る現象である。
る場合、液相焼結となるため、結晶粒が著しく成長す
る。例えばSi3N4の１次粒子径が0.5μｍであつても得ら
れる焼結体のSi3N4はおよそ５〜10倍の大きさに成長す
る。これは常圧、高圧両方で共通して起る現象である。
一方、本実施例で得られた焼結体のSi3N4結晶粒径を電
子顕微鏡で調べたところ、約0.5μｍの粒成長はほとん
ど見られなかつた。
子顕微鏡で調べたところ、約0.5μｍの粒成長はほとん
ど見られなかつた。
常圧焼結より高密度になり、かつ結晶粒が成長しにくい
本発明法の効果が、前記のような高硬度、高靱性の原因
と推定される。
本発明法の効果が、前記のような高硬度、高靱性の原因
と推定される。
実施例８ JIS SKH57相当の高速度鋼粉末20gを第１図の
13に示す位置に充填した。また第１図の12に示したテル
ミツト組成物としてFe2O3/Si＝2/3のモル比組成物を25g
用い１万気圧まで加圧し、黒鉛ヒータに通電して加熱し
た。試料部温度が480℃に達した時点で前記テルミツト
に着火した。
13に示す位置に充填した。また第１図の12に示したテル
ミツト組成物としてFe2O3/Si＝2/3のモル比組成物を25g
用い１万気圧まで加圧し、黒鉛ヒータに通電して加熱し
た。試料部温度が480℃に達した時点で前記テルミツト
に着火した。
本実施例のテルミツト発熱量は16kcalであり、反応速度
はAlを用いたテルミツトより遅い。着火後５分間保持
し、除圧したところ、高速度鋼の緻密な焼結体が得られ
た。焼結体の相対密度は100％であつた。このように本
発明方法によれば、短時間で緻密な金型焼結体が得られ
る。
はAlを用いたテルミツトより遅い。着火後５分間保持
し、除圧したところ、高速度鋼の緻密な焼結体が得られ
た。焼結体の相対密度は100％であつた。このように本
発明方法によれば、短時間で緻密な金型焼結体が得られ
る。
実施例９ Fe−18重量％Cr−２重量％Moの組成を持つフ
エライト系ステンレス鋼粉末に２体積％相当の0.1μｍ
より細かいγ−アルミナを添加し、高エネルギーボール
ミルを用いて20時間混合し、フエライト結晶粒を１μｍ
以下に微細化するとともにアルミナを均一に分散させ
た。
エライト系ステンレス鋼粉末に２体積％相当の0.1μｍ
より細かいγ−アルミナを添加し、高エネルギーボール
ミルを用いて20時間混合し、フエライト結晶粒を１μｍ
以下に微細化するとともにアルミナを均一に分散させ
た。
この混合物粉末20gを実施例８と全く同様に配置し２万
気圧で着火し焼結した。但し本実施例では実施例８の黒
鉛ヒータを使用せず、ガスケツト部より直径1mmのFe−A
l合金線を挿入し、その回路の一部を、Fe2O3/Siより成
るテルミツト組成物に接触させておいた。着火はこのFe
−Al合金線に電気を供給することによつて行なつた。得
られた焼結体は、焼結のままの硬さがビツカース硬さで
860kg/mm2、800℃の高温硬さが310kg/mm2、800℃×1H焼
もどしたのちの硬さが720kg/mm2と著しく高硬度であつ
た。高圧下での短時間急速加熱であるため、著しく微細
な結晶粒より成り、1000倍で光学顕微鏡観察を行なつて
も、アルミナの検出およびステンレスの結晶粒径の測定
は困難であつた。
気圧で着火し焼結した。但し本実施例では実施例８の黒
鉛ヒータを使用せず、ガスケツト部より直径1mmのFe−A
l合金線を挿入し、その回路の一部を、Fe2O3/Siより成
るテルミツト組成物に接触させておいた。着火はこのFe
−Al合金線に電気を供給することによつて行なつた。得
られた焼結体は、焼結のままの硬さがビツカース硬さで
860kg/mm2、800℃の高温硬さが310kg/mm2、800℃×1H焼
もどしたのちの硬さが720kg/mm2と著しく高硬度であつ
た。高圧下での短時間急速加熱であるため、著しく微細
な結晶粒より成り、1000倍で光学顕微鏡観察を行なつて
も、アルミナの検出およびステンレスの結晶粒径の測定
は困難であつた。
以上の如く、本発明法は高圧力と高温を加えることが可
能であり焼結が困難な高融点セラツクスや高融点金属の
焼結にきわめて有効である。上記実施例は本発明の実施
例の１部を示したものであつて、例えばAl,Mg,Be,Zr,Y,
Th,Ti,Hf,Cr,La,Sm,Erなどの元素の酸化物、Ti,Zr,Hf,
V,Nb,Ta,Al,Si,Th,Uなどの窒化物、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,S
i,W,Mo,Crなどの炭化物、C,Al,V,Nb,Ta,Ti,Zr,Hf,Sc,Y
などのホウ化物を基とするセラミツク焼結体の製造法に
用いることができる。
能であり焼結が困難な高融点セラツクスや高融点金属の
焼結にきわめて有効である。上記実施例は本発明の実施
例の１部を示したものであつて、例えばAl,Mg,Be,Zr,Y,
Th,Ti,Hf,Cr,La,Sm,Erなどの元素の酸化物、Ti,Zr,Hf,
V,Nb,Ta,Al,Si,Th,Uなどの窒化物、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,S
i,W,Mo,Crなどの炭化物、C,Al,V,Nb,Ta,Ti,Zr,Hf,Sc,Y
などのホウ化物を基とするセラミツク焼結体の製造法に
用いることができる。
また、W,Moなどの高融点金属の緻密な焼結法としても有
効である。更にまた、高圧下で短時間に加熱できること
から、結晶粒を成長させないで焼結でき、各種金属、合
金および金属とセラミツクスの複合体の焼結に適用でき
る。
効である。更にまた、高圧下で短時間に加熱できること
から、結晶粒を成長させないで焼結でき、各種金属、合
金および金属とセラミツクスの複合体の焼結に適用でき
る。
この結果、工業的にきわめて有用な材料を製造すること
ができる。例えば、実施例に示したTiB2，ZfB2，HfB2は
従来法では高密度の焼結体としては得られなかつたもの
で、高硬度、高融点、耐食、耐酸化性を利用し、耐熱材
料、耐食材料、耐摩耗材料、切削工具などに適用でき
る。更にそのすぐれた導電性と耐熱性により、高温用発
熱体、電気接点材、電極材料として適用できる。また、
その導電性により放電加工が可能という特徴も備えてい
る。更にまた、中性子吸収断面積が大きく、原子炉用の
中性子遮断壁として用いることができる。
ができる。例えば、実施例に示したTiB2，ZfB2，HfB2は
従来法では高密度の焼結体としては得られなかつたもの
で、高硬度、高融点、耐食、耐酸化性を利用し、耐熱材
料、耐食材料、耐摩耗材料、切削工具などに適用でき
る。更にそのすぐれた導電性と耐熱性により、高温用発
熱体、電気接点材、電極材料として適用できる。また、
その導電性により放電加工が可能という特徴も備えてい
る。更にまた、中性子吸収断面積が大きく、原子炉用の
中性子遮断壁として用いることができる。
一方、Si3N4の焼結体は高硬度、高靱性という特徴によ
り、従来より長寿命の切削工具として有望である。本発
明法で焼結された高速度鋼や粒子分散ステンレス鋼はす
ぐれた工具材料であり、粒子分散ステンレス鋼は耐食、
耐エロージヨン用材料および耐熱材料として有望であ
る。
り、従来より長寿命の切削工具として有望である。本発
明法で焼結された高速度鋼や粒子分散ステンレス鋼はす
ぐれた工具材料であり、粒子分散ステンレス鋼は耐食、
耐エロージヨン用材料および耐熱材料として有望であ
る。
このように本発明法は、ほとんど全ての材料焼結に適用
可能で工業的に有用な材料を積造することができる。
可能で工業的に有用な材料を積造することができる。
尚本発明の実施にあたつては、圧力は高い程、望ましい
が特に１万気圧以上の超高圧に限定されるものではな
く、例えば数百kg/cm2のホツトプレスに適用してもよい
ことは言うまでもない。
が特に１万気圧以上の超高圧に限定されるものではな
く、例えば数百kg/cm2のホツトプレスに適用してもよい
ことは言うまでもない。
発明の効果 超高圧、高温の加熱が可能であるため、従来焼結で
きなかった高融点物質の緻密な焼結が可能である。
きなかった高融点物質の緻密な焼結が可能である。
超高圧、急速焼結のため、結晶粒を粗大化させない
で緻密な焼結体が得られる。
で緻密な焼結体が得られる。
大容量の加熱電源が不要であり、短時間加熱のため
圧力容器材料に加わる熱負荷が小さく高温加熱が可能と
なる。
圧力容器材料に加わる熱負荷が小さく高温加熱が可能と
なる。
被焼結粉末とテルミット組成物との間に遮断物を介
在して加圧とともにテルミット反応の発熱により加熱す
るので、テルミット反応生成物が遮断物で遮断されて焼
結体がテルミット反応生成物で侵食されることがなく、
被焼結粉末のみの焼結体が得られる。
在して加圧とともにテルミット反応の発熱により加熱す
るので、テルミット反応生成物が遮断物で遮断されて焼
結体がテルミット反応生成物で侵食されることがなく、
被焼結粉末のみの焼結体が得られる。
第１図は超高圧装置内の組立物の配置を示したものであ
る。
る。
Claims (9)
- 【請求項１】金属粉末、セラミックス粉末または金属粉
末とセラミックス粉末の混合物より成る被焼結粉末を加
圧状態で加熱して焼結する焼結方法において、 前記被焼結粉末の加圧方向外側に遮断物を介在させてテ
ルミット組成物を配置し、この状態で加圧すると共に、
テルミット組成物のテルミット反応の発熱によって加熱
することを特徴とする焼結方法。 - 【請求項２】被焼結粉末の外側に遮断物を介在して外周
全部にテルミット組成物を配置し、テルミット反応の発
熱によって被焼結粉末を加熱すると共にテルミット反応
生成物の一部又は全てが溶融し、静水圧的に被焼結粉末
を加圧することを特徴とする前記特許請求の範囲第１項
記載の焼結方法。 - 【請求項３】前記遮断物を六方晶窒化硼素、又は、六方
晶窒化硼素及びタンタル板の複層とした前記特許請求の
範囲第１項又は第２項記載の焼結方法。 - 【請求項４】テルミット組成物が酸化鉄とアルミニウム
粉末の混合物、酸化鉄とシリコン粉末の混合物又は酸化
鉄とアルミニウム、シリコン粉末の混合物であることを
特徴とする前記特許請求の範囲第１項又は第２項又は第
３項記載の焼結方法。 - 【請求項５】圧力が１万気圧以上であること特徴とする
前記特許請求の範囲第１項記載の焼結方法。 - 【請求項６】被焼結粉末がTiB2、ZrB2、HfB2単体、又は
これらの混合物又はこれらを基とすることを特徴とする
前記特許請求の範囲第１項又は第５項記載の焼結方法。 - 【請求項７】被焼結粉末が１μｍ以下の粒子径であるこ
とを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の焼結方
法。 - 【請求項８】TiB2又はZrB2、又はHfB2又はそれらの２以
上の混合物を加圧状態でテルミット組成物の反応熱によ
って焼結して耐熱性、導電性、中性子遮断性高密度焼結
体とする特許請求の範囲第１項記載の焼結方法。 - 【請求項９】圧力が１万気圧以上であることを特徴とす
る前記特許請求の範囲第８項記載の焼結方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60026424A JPH0791567B2 (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 焼結方法 |
| PCT/JP1986/000069 WO1986004890A1 (en) | 1985-02-15 | 1986-02-14 | Sintering process |
| US06/928,220 US4761262A (en) | 1985-02-15 | 1986-02-14 | Sintering method |
| DE3690073A DE3690073C2 (de) | 1985-02-15 | 1986-02-14 | Drucksinterverfahren |
| DE19863690073 DE3690073T (ja) | 1985-02-15 | 1986-02-14 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60026424A JPH0791567B2 (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 焼結方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61186404A JPS61186404A (ja) | 1986-08-20 |
| JPH0791567B2 true JPH0791567B2 (ja) | 1995-10-04 |
Family
ID=12193137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60026424A Expired - Lifetime JPH0791567B2 (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 焼結方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4761262A (ja) |
| JP (1) | JPH0791567B2 (ja) |
| DE (2) | DE3690073T (ja) |
| WO (1) | WO1986004890A1 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01119568A (ja) * | 1987-10-30 | 1989-05-11 | Univ Osaka | 加圧自己燃焼焼結法 |
| JP2717541B2 (ja) * | 1988-04-21 | 1998-02-18 | 株式会社小松製作所 | 金属体上へのセラミック層形成方法 |
| US5302340A (en) * | 1988-04-21 | 1994-04-12 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Method of forming ceramic layer on metallic body |
| US5139720A (en) * | 1989-06-12 | 1992-08-18 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Method of producing sintered ceramic material |
| JP2538340B2 (ja) * | 1989-06-12 | 1996-09-25 | 株式会社小松製作所 | セラミックス焼結体の製造方法 |
| US5082540A (en) * | 1990-05-07 | 1992-01-21 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland | Fluoride ion sensitive materials |
| US5316723A (en) * | 1992-07-23 | 1994-05-31 | Reading Alloys, Inc. | Master alloys for beta 21S titanium-based alloys |
| US5580517A (en) * | 1994-11-08 | 1996-12-03 | Kyushu Ceramics Industry Co., Ltd. | Method of making composites of metals and oxides |
| US6168072B1 (en) | 1998-10-21 | 2001-01-02 | The Boeing Company | Expansion agent assisted diffusion bonding |
| JP2002363544A (ja) * | 2001-06-04 | 2002-12-18 | Sinto Brator Co Ltd | 球状投射材の製造方法及び投射材 |
| JP3697509B2 (ja) * | 2002-03-13 | 2005-09-21 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | タングステン粉末の焼結方法 |
| US8372327B2 (en) | 2007-09-13 | 2013-02-12 | The Boeing Company | Method for resin transfer molding composite parts |
| US8017059B2 (en) | 2007-09-13 | 2011-09-13 | The Boeing Company | Composite fabrication apparatus and method |
| US8865050B2 (en) | 2010-03-16 | 2014-10-21 | The Boeing Company | Method for curing a composite part layup |
| US8343402B1 (en) * | 2007-09-13 | 2013-01-01 | The Boeing Company | Consolidation of composite material |
| CN101423413B (zh) * | 2008-11-27 | 2011-09-21 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | 一种制备ZrB2—Al2O3复合粉体的方法 |
| JP5922758B2 (ja) * | 2012-02-28 | 2016-05-24 | 京セラ株式会社 | ドリル用ブランク、ドリル用ブランクの製造方法、およびドリル並びにドリルの製造方法 |
| CN108187588B (zh) * | 2018-01-25 | 2021-05-04 | 铜仁学院 | 解决合成金刚石泄压放气炮的叶腊石合成块及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US3865573A (en) * | 1973-05-23 | 1975-02-11 | Kennecott Copper Corp | Molybdenum and ferromolybdenum production |
| US3999952A (en) * | 1975-02-28 | 1976-12-28 | Toyo Kohan Co., Ltd. | Sintered hard alloy of multiple boride containing iron |
| JPS6054272B2 (ja) * | 1979-02-15 | 1985-11-29 | 黒崎窯業株式会社 | 耐火物の製造方法 |
| JPH0233676B2 (ja) * | 1981-11-28 | 1990-07-30 | Toyota Motor Co Ltd | Tankakeiso*kinzokufukugokanoyobisonoseizohoho |
| JPS6054272A (ja) * | 1983-09-03 | 1985-03-28 | Toyama Hiratsuka Kenkyusho:Kk | 切断，穿孔用加工ヘッド |
| US4610726A (en) * | 1984-06-29 | 1986-09-09 | Eltech Systems Corporation | Dense cermets containing fine grained ceramics and their manufacture |
| US4655830A (en) * | 1985-06-21 | 1987-04-07 | Tomotsu Akashi | High density compacts |
-
1985
- 1985-02-15 JP JP60026424A patent/JPH0791567B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-02-14 US US06/928,220 patent/US4761262A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-02-14 WO PCT/JP1986/000069 patent/WO1986004890A1/ja active Application Filing
- 1986-02-14 DE DE19863690073 patent/DE3690073T/de active Pending
- 1986-02-14 DE DE3690073A patent/DE3690073C2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3690073C2 (de) | 1994-01-13 |
| JPS61186404A (ja) | 1986-08-20 |
| WO1986004890A1 (en) | 1986-08-28 |
| DE3690073T (ja) | 1987-04-02 |
| US4761262A (en) | 1988-08-02 |
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