JPH0356284B2 - - Google Patents
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- JPH0356284B2 JPH0356284B2 JP62011114A JP1111487A JPH0356284B2 JP H0356284 B2 JPH0356284 B2 JP H0356284B2 JP 62011114 A JP62011114 A JP 62011114A JP 1111487 A JP1111487 A JP 1111487A JP H0356284 B2 JPH0356284 B2 JP H0356284B2
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、一体的に結合した 密な硬質表面層
をもつセラミツクス複合成形体及びその製造方法
に関するものである。さらに詳しくいえば、本発
明は、切削工具や耐摩耗用材料として好適な、高
強度及び高靭性を有するホウ化物−金属複合材料
から成る成形体の表面に、硬質セラミツクス層が
一体的に形成された新規な構造体及びこのものを
簡単な装置を用い簡単な手段で製造する方法に関
するものである。
をもつセラミツクス複合成形体及びその製造方法
に関するものである。さらに詳しくいえば、本発
明は、切削工具や耐摩耗用材料として好適な、高
強度及び高靭性を有するホウ化物−金属複合材料
から成る成形体の表面に、硬質セラミツクス層が
一体的に形成された新規な構造体及びこのものを
簡単な装置を用い簡単な手段で製造する方法に関
するものである。
従来の技術
従来、硬質層を有する成形体の製造方法として
は、例えば金属から成る基体の表面に、CVD法
PVD法、溶射法などによつて硬質セラミツクス
層をコーテイングする方法などが知られている。
は、例えば金属から成る基体の表面に、CVD法
PVD法、溶射法などによつて硬質セラミツクス
層をコーテイングする方法などが知られている。
しかしながら、従来のコーテイング法による硬
質層の形成方法においては、硬質層と基体金属と
の熱応力差により、該硬質層が剥離しやすいとい
う欠点を伴う。この剥離を防ぐためには、種類の
異なつた複数の層から成るコーテイングを行う必
要があるが、これを行うには製造工程が著しく複
雑となる結果コスト高になるのを免れない。これ
らのことを考慮して、特に最近では、金属と非金
属の粉末混合物の局所に着火することにより反応
がさらに混合物の次の層へと伝播する条件下で自
己増殖的に合成反応を進展させ、硬質セラミツク
ス層を表面に有する無機化合物成形体の製造方法
が提案されている。（特願昭61−071669号） 発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、このような従来の硬質層を表
面に有する成形体がもつ欠点を改良し、切削工具
や耐摩耗用材料や超耐熱材料として好適な高強度
及び高靭性を備え、しかも表面硬質層が一体的に
基体に結合して剥離することのない新規なセラミ
ツクス成形体を提供することである。基体材料と
して金属をマトリツクスとした複合材を合成し、
さらにその表面にセラミツクス単体を形成させる
場合には相対密度は95％以下で硬質層の緻密化に
は限界があつた。また一部の成形体では基体のマ
トリツクス金属の侵入によつて表面に金属層が露
出することがあつた。
質層の形成方法においては、硬質層と基体金属と
の熱応力差により、該硬質層が剥離しやすいとい
う欠点を伴う。この剥離を防ぐためには、種類の
異なつた複数の層から成るコーテイングを行う必
要があるが、これを行うには製造工程が著しく複
雑となる結果コスト高になるのを免れない。これ
らのことを考慮して、特に最近では、金属と非金
属の粉末混合物の局所に着火することにより反応
がさらに混合物の次の層へと伝播する条件下で自
己増殖的に合成反応を進展させ、硬質セラミツク
ス層を表面に有する無機化合物成形体の製造方法
が提案されている。（特願昭61−071669号） 発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、このような従来の硬質層を表
面に有する成形体がもつ欠点を改良し、切削工具
や耐摩耗用材料や超耐熱材料として好適な高強度
及び高靭性を備え、しかも表面硬質層が一体的に
基体に結合して剥離することのない新規なセラミ
ツクス成形体を提供することである。基体材料と
して金属をマトリツクスとした複合材を合成し、
さらにその表面にセラミツクス単体を形成させる
場合には相対密度は95％以下で硬質層の緻密化に
は限界があつた。また一部の成形体では基体のマ
トリツクス金属の侵入によつて表面に金属層が露
出することがあつた。
問題を解決するための手段
本発明者は、高強度と高靭性とを合わせ有し、
かつ剥離しない緻密な硬質層を表面にもつセラミ
ツクス成形体を開発するために鋭意研究を重ねた
結果、ある種の金属ホウ化物を金属又は合金で結
合した基体の表面に緻密な硬質セラミツクス層を
一体的に形成させる方法として、超微粒子の粉末
層を基体が合成される時の反応熱で焼結させるこ
とにより相対密度95％以上の焼結層を形成しその
目的を達成しうることを見出し、この知見に基づ
いて本発明をなすに至つた。
かつ剥離しない緻密な硬質層を表面にもつセラミ
ツクス成形体を開発するために鋭意研究を重ねた
結果、ある種の金属ホウ化物を金属又は合金で結
合した基体の表面に緻密な硬質セラミツクス層を
一体的に形成させる方法として、超微粒子の粉末
層を基体が合成される時の反応熱で焼結させるこ
とにより相対密度95％以上の焼結層を形成しその
目的を達成しうることを見出し、この知見に基づ
いて本発明をなすに至つた。
すなわち本発明は、周期律表第Ａ族及び第
Ａ族から選ばれた少なくとも１種の金属のホウ化
物と結合用金属又は合金とから成る基体表面に、
緻密な硬質セラミツクス層を一体的に形成させた
セラミツクス複合成形体を提供するものである。
Ａ族から選ばれた少なくとも１種の金属のホウ化
物と結合用金属又は合金とから成る基体表面に、
緻密な硬質セラミツクス層を一体的に形成させた
セラミツクス複合成形体を提供するものである。
本発明の成形体は周期律表第Ａ族及び第Ａ
族に属する金属、すなわち、チタン、ジルコニウ
ム、ニオブ、タンタルの中から選ばれた少なくと
も１種のホウ化物を結合用金属又は合金で結合し
たホウ化物−金属複合材料を基体し、その表面部
分に緻密な硬質セラミツクス層を設けた組織構造
を有している。結合用金属としては、上記のホウ
化物の成分として用いた周期律表第Ａ族及び第
Ａ族の金属や、ホウ素と反応させたときにホウ
化物を生成しない周期律表Ｂ族の金属すなわち
銅、金、銀あるいはそれらの合金を用いるのがそ
の製造が容易であるという点で有利である。この
基体における組成としては、金属ホウ化物50〜99
重量％、結合用金属又は合金50〜１重量％の範囲
が好ましい。
族に属する金属、すなわち、チタン、ジルコニウ
ム、ニオブ、タンタルの中から選ばれた少なくと
も１種のホウ化物を結合用金属又は合金で結合し
たホウ化物−金属複合材料を基体し、その表面部
分に緻密な硬質セラミツクス層を設けた組織構造
を有している。結合用金属としては、上記のホウ
化物の成分として用いた周期律表第Ａ族及び第
Ａ族の金属や、ホウ素と反応させたときにホウ
化物を生成しない周期律表Ｂ族の金属すなわち
銅、金、銀あるいはそれらの合金を用いるのがそ
の製造が容易であるという点で有利である。この
基体における組成としては、金属ホウ化物50〜99
重量％、結合用金属又は合金50〜１重量％の範囲
が好ましい。
また、基体表面に設けられる硬質セラミツクス
層は、硬質セラミツクス例えば金属の窒化物、炭
化物、ホウ化物、酸化物でもよいし、あるいは硬
質材料の粉末例えばこれらの金属化合物、炭化ホ
ウ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンドな
どの粉末を分散したセラミツクスでもよい。特に
好ましいのは、基体の構成成分の金属ホウ化物自
体で構成された層である。この硬質セラミツクス
層は、基体の表面におよそ0.1〜１mmの厚みで形
成させれば十分である。
層は、硬質セラミツクス例えば金属の窒化物、炭
化物、ホウ化物、酸化物でもよいし、あるいは硬
質材料の粉末例えばこれらの金属化合物、炭化ホ
ウ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンドな
どの粉末を分散したセラミツクスでもよい。特に
好ましいのは、基体の構成成分の金属ホウ化物自
体で構成された層である。この硬質セラミツクス
層は、基体の表面におよそ0.1〜１mmの厚みで形
成させれば十分である。
本発明の成形体においては、上記のホウ化物−
金属複合材料から成る基体と硬質セラミツクス層
が一体的に結合していることが必要であるが、こ
のような成形体は例えば以下の方法によつて製造
することができる。
金属複合材料から成る基体と硬質セラミツクス層
が一体的に結合していることが必要であるが、こ
のような成形体は例えば以下の方法によつて製造
することができる。
すなわち、(A)基体中に存在するホウ化物を生成
させるのに必要な周期律表第Ａ族及び第Ａ族
に属する金属の粉末とホウ素粉末とを、前者が化
学量論的に過剰になるような割合で混合し、この
混合物を鋳型内に充填し、次にこの表面を(B)セラ
ミツクスの超微粒子で被覆した後、混合物の局所
に強熱着火させ発熱反応が漸次伝播するようにし
てホウ化物の生成と金属の溶融を行わせる。この
反応はホウ化物の生成を確実にし、かつ緻密化の
ために加圧しながら行うことが必要である。この
反応により、基体部分において周期律表第Ａ族
及び第Ａ族の金属のホウ化物が生成するととも
に、過剰の金属が溶融してこのホウ化物を結合し
ホウ化物−金属複合材料を形成する。一方、表面
部分には反応熱により焼結した緻密な硬質セラミ
ツクス層が形成され、これは基体部分に一体的に
結合される。
させるのに必要な周期律表第Ａ族及び第Ａ族
に属する金属の粉末とホウ素粉末とを、前者が化
学量論的に過剰になるような割合で混合し、この
混合物を鋳型内に充填し、次にこの表面を(B)セラ
ミツクスの超微粒子で被覆した後、混合物の局所
に強熱着火させ発熱反応が漸次伝播するようにし
てホウ化物の生成と金属の溶融を行わせる。この
反応はホウ化物の生成を確実にし、かつ緻密化の
ために加圧しながら行うことが必要である。この
反応により、基体部分において周期律表第Ａ族
及び第Ａ族の金属のホウ化物が生成するととも
に、過剰の金属が溶融してこのホウ化物を結合し
ホウ化物−金属複合材料を形成する。一方、表面
部分には反応熱により焼結した緻密な硬質セラミ
ツクス層が形成され、これは基体部分に一体的に
結合される。
前記の(A)において、周期律表第Ａ族及び第
Ａ族の金属を過剰に用いて結合剤とする代りにそ
の過剰分をホウ素と反応しない金属例えば周期律
表第Ｂ族の金属又はその合金で置きかえること
もできる。また硬質セラミツクス層を形成させる
原料として、前記の(A)で用いたと同種の金属の超
微粒子粉末に硬質材料例えばB4C、Al2O3、
ZrO2、TiC、SiCなどの超微粒子の粉末を加えた
ものを用いることもできる。この硬質材料の超微
粒子配合割合としては10〜95重量％の範囲が適当
である。
Ａ族の金属を過剰に用いて結合剤とする代りにそ
の過剰分をホウ素と反応しない金属例えば周期律
表第Ｂ族の金属又はその合金で置きかえること
もできる。また硬質セラミツクス層を形成させる
原料として、前記の(A)で用いたと同種の金属の超
微粒子粉末に硬質材料例えばB4C、Al2O3、
ZrO2、TiC、SiCなどの超微粒子の粉末を加えた
ものを用いることもできる。この硬質材料の超微
粒子配合割合としては10〜95重量％の範囲が適当
である。
この方法は加圧しながら行うことが必要である
が、この加圧はバネ圧縮（特願昭60−298619号）
や静水圧圧縮（特願昭61−284879号）など任意の
手段により少なくとも5MPaの圧力で行われる。
が、この加圧はバネ圧縮（特願昭60−298619号）
や静水圧圧縮（特願昭61−284879号）など任意の
手段により少なくとも5MPaの圧力で行われる。
次に、反応の開始のための着火は、例えば２本
のタングステン線の端部に白金などの金属線を溶
接した着火治具を混合粉末の端部に挿入し、電流
を通すことによつて行うことができる。
のタングステン線の端部に白金などの金属線を溶
接した着火治具を混合粉末の端部に挿入し、電流
を通すことによつて行うことができる。
本発明の成形体は、任意の形状、例えば板状、
棒状、円柱状、筒状、ブロツク状などに成型する
ことができる。
棒状、円柱状、筒状、ブロツク状などに成型する
ことができる。
発明の効果
本発明方法によると、高強度及び高靭性を有す
るホウ化物−金属複合材料から成る基体の表面に
緻密な硬質セラミツクス層を有するセラミツクス
複合成形体を簡単な装置と操作で製造することが
できる。
るホウ化物−金属複合材料から成る基体の表面に
緻密な硬質セラミツクス層を有するセラミツクス
複合成形体を簡単な装置と操作で製造することが
できる。
本発明のセラミツクス複合成形体は、例えば切
削工具や耐摩耗用材料や超耐熱材料として好適に
用いられる。
削工具や耐摩耗用材料や超耐熱材料として好適に
用いられる。
実施例
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る。
る。
実施例 １
減圧可能な容器内に黒鉛で内張りした金属製鋳
型を設置し、この鋳型内にチタンとホウ素の粉末
をモル比11：９の割合で十分に混合した混合粉末
を充填し、さらにTiB2の超微粒子を約１mmの厚
さで充填した。次に上下より20MPaの圧力をか
け、バネを圧縮すると同時に圧粉を行い、着火治
具（２本のタングステン線の端部に0.2mm径の白
金線を溶接したもの）に電流を瞬時流してチタン
とホウ素とのモル比が11：９の混合粉末層の端部
に着火し反応を開始させた。
型を設置し、この鋳型内にチタンとホウ素の粉末
をモル比11：９の割合で十分に混合した混合粉末
を充填し、さらにTiB2の超微粒子を約１mmの厚
さで充填した。次に上下より20MPaの圧力をか
け、バネを圧縮すると同時に圧粉を行い、着火治
具（２本のタングステン線の端部に0.2mm径の白
金線を溶接したもの）に電流を瞬時流してチタン
とホウ素とのモル比が11：９の混合粉末層の端部
に着火し反応を開始させた。
反応が圧粉体の端部から進展するにしたがつて
約3000Kに加熱された合成帯において、ホウ化チ
タンの合成反応と過剰量のチタンの溶融が生じ、
緻密化が進行し反応によつて収縮した分はバネの
伸長によつて逐次補われ、緻密化に必要な圧力が
連続的に試料に加えられる。
約3000Kに加熱された合成帯において、ホウ化チ
タンの合成反応と過剰量のチタンの溶融が生じ、
緻密化が進行し反応によつて収縮した分はバネの
伸長によつて逐次補われ、緻密化に必要な圧力が
連続的に試料に加えられる。
反応終了後、冷却した成形体を鋳型から取り出
したところ、TiB−Ti複合材料から成る基体の
表面に耐剥離性に優れたTiB2層を有する成形体
が得られた。
したところ、TiB−Ti複合材料から成る基体の
表面に耐剥離性に優れたTiB2層を有する成形体
が得られた。
実施例 ２
基体を形成するための原料組成物として、チタ
ン粉末とホウ素粉末とをモル比１：２の割合で含
有し、かつ銅粉末を３重量％含有する混合粉末を
用い、硬質層を形成するための原料組成物として
TiB2の超微粒子を用いて、実施例１と同様な方
法でTiB2−Cu複合材料から成る基体の表面に、
耐剥離性に優れた緻密なTiB2層を有する成形体
を得た。
ン粉末とホウ素粉末とをモル比１：２の割合で含
有し、かつ銅粉末を３重量％含有する混合粉末を
用い、硬質層を形成するための原料組成物として
TiB2の超微粒子を用いて、実施例１と同様な方
法でTiB2−Cu複合材料から成る基体の表面に、
耐剥離性に優れた緻密なTiB2層を有する成形体
を得た。
実施例 ３
基体を形成するための原料組成物として、ジル
コニウム粉末とホウ素粉末とをモル比１：１の割
合で含有する混合粉末を用い、硬質層を形成する
ための原料組成物としてSiCの超微粒子粉末を用
いて、実施例１と同様な方法でZrB2−Zr複合材
料から成る基体の表面に、耐剥離性に優れた緻密
なSiC層を有する成形体を得た。
コニウム粉末とホウ素粉末とをモル比１：１の割
合で含有する混合粉末を用い、硬質層を形成する
ための原料組成物としてSiCの超微粒子粉末を用
いて、実施例１と同様な方法でZrB2−Zr複合材
料から成る基体の表面に、耐剥離性に優れた緻密
なSiC層を有する成形体を得た。
実施例 ５
基体を形成するための原料組成物として、ニオ
ブ粉末とホウ素粉末とをモル比１：２の割合で含
有し、かつ銅粉末を３重量％含有する混合粉末を
用い、硬質層を形成するための原料組成物として
TiNの超微粒子粉末を用いて、実施例１と同様
な方法でNbB2−Cu複合材料から成る基体の表面
に、耐剥離性に優れた緻密なTiN層を有する成
形体を得た。
ブ粉末とホウ素粉末とをモル比１：２の割合で含
有し、かつ銅粉末を３重量％含有する混合粉末を
用い、硬質層を形成するための原料組成物として
TiNの超微粒子粉末を用いて、実施例１と同様
な方法でNbB2−Cu複合材料から成る基体の表面
に、耐剥離性に優れた緻密なTiN層を有する成
形体を得た。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 周期律表Ａ族及び第Ａ族から選ばれた少
なくとも１種の金属のホウ化物と、ホウ化物を形
成した金属及び第Ｂ族から選ばれた少なくとも
１種の結合用金属又は合金とから成る基体表面に
超微粒子の焼結層から成るち密な硬質セラミツク
ス層を一体的に形成させたセラミツクス複合成形
体。 ２ 鋳型内に(A)周期律表Ａ族及び第Ａ族から
選ばれた少なくとも１種の金属の粉末とホウ素粉
末とを、金属ホウ化物生成に際し、前者が化学量
論的に過剰になる割合で含む混合物を充填し、さ
らにその上を、(B)硬質セラミツクスの超微粒子の
少なくとも１種からなる粉末層で被覆したのち、
鋳型内底部に着火して真空下上方から加圧しなが
ら発熱反応を進行させ、反応進展時の発生熱で超
微粒子の粉末層を焼結させることにより、周期律
表Ａ族及び第Ａ族から選ばれた少なくとも１
種の金属ホウ化物と、ホウ化物を形成した金属と
ほぼ同種の結合用金属又は合金とから成る基体表
面にち密な硬質セラミツクス層を一体的に形成さ
せたセラミツクス複合成形体の製造方法。 ３ 鋳型内に(A)周期律表Ａ族及び第Ａ族から
選ばれた少なくとも１種の金属の粉末とホウ素粉
末とを、金属ホウ化物生成に際し、前者が化学量
論的量になる割合で含み、さらに第Ｂ族から選
ばれた少なくとも１種の金属の粉末を含む混合物
を充填し、その上を、(B)硬質セラミツクスの超微
粒子の少なくとも１種からなる粉末層で被覆した
のち、鋳型内底部に着火して真空下上方から加圧
しながら発熱反応を進行させ、反応進展時の発生
熱で超微粒子の粉末層を焼結させることにより、
周期律表Ａ族及び第Ａ族から選ばれた少なく
とも１種の金属のホウ化物と、第Ｂ族から選ば
れた少なくとも１種の結合用金属又は合金とから
成る基体表面にち密な硬質セラミツクス層を一体
的に形成させたセラミツクス複合成形体の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1111487A JPS63179006A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | セラミツクス複合成形体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1111487A JPS63179006A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | セラミツクス複合成形体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63179006A JPS63179006A (ja) | 1988-07-23 |
| JPH0356284B2 true JPH0356284B2 (ja) | 1991-08-27 |
Family
ID=11768981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1111487A Granted JPS63179006A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | セラミツクス複合成形体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63179006A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS518615A (ja) * | 1974-07-10 | 1976-01-23 | Yoshinobu Myaji | Tojochukeijabara |
| JPS6123705A (ja) * | 1984-07-10 | 1986-02-01 | Tatsuro Kuratomi | ダイアモンド工具材およびその製造法 |
| JPS62227005A (ja) * | 1986-03-28 | 1987-10-06 | Agency Of Ind Science & Technol | セラミツクス成形体及びその製造方法 |
-
1987
- 1987-01-20 JP JP1111487A patent/JPS63179006A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS518615A (ja) * | 1974-07-10 | 1976-01-23 | Yoshinobu Myaji | Tojochukeijabara |
| JPS6123705A (ja) * | 1984-07-10 | 1986-02-01 | Tatsuro Kuratomi | ダイアモンド工具材およびその製造法 |
| JPS62227005A (ja) * | 1986-03-28 | 1987-10-06 | Agency Of Ind Science & Technol | セラミツクス成形体及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63179006A (ja) | 1988-07-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |