JP2001517733A - 硬質材料の、炭化チタンを基礎にした合金、その製法及び使用法 - Google Patents
硬質材料の、炭化チタンを基礎にした合金、その製法及び使用法Info
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Abstract
Description
び/又はホウ化物の群からの合金成分を含む、炭化チタンを基礎にした硬質材料
の合金に関し、前記合金は溶融法により製造される。前記物質はまたCu、Ni
、Si、Al、Sc、Fe及びMnのような微細粉砕合金元素を含むことができ
る。物質の応用範囲は、研磨剤中の砥粒として、難燃剤分野の高融点化合物とし
て、抗研磨材料としてのその使用、及び/又は金属切削工具におけるその使用を
含むことが好ましい。
常の研磨剤の場合には、カーボランダム、炭化ケイ素、又はその他の研磨剤が砥
粒として使用され、これらは比較的以前から知られており、経済的に製造又は入
手できるが、それらの性能は、なかでも、研磨工程に対して不都合な特性である
、硬度の欠乏又は不足した靭性、又は、化学反応性のようなその他の特徴により
制約される。このために、最近、ダイアモンド及びキュービックの窒化ホウ素の
ようないわゆる超研磨剤が、より広範に使用されるようになり、これらは著しい
硬度及び、この結果として、研磨剤としての極めて良好な性能を特徴としてもつ
。超研磨剤の欠点は、砥粒自体に伴うそれらの非常に高い製造コストである。こ
れらのコストは通常の砥粒の製造コストの1000倍ないし10000倍にわた
る。にもかかわらず、ある用途に対しては、この高い性能、減少した機械停止回
数、及び研磨剤の少い消費量が、好ましい経費/性能比率をもたらす。しかし、
高性能研磨剤に対する応用の範囲は、それらの高い製造コストのために未だ制約
されている。
間のギャップを無くすために、高性能の研磨剤の特徴を示すか又は研磨工程に好
ましいその他の特性を有する砥粒の製造を説明することが本発明の目的である。
同時に、できるだけ広範な用途のための砥粒を使用することができなければなら
ない。
る抵抗性、良好な熱伝導性、等のようなその他の特徴をもたねばならない。
は高性能の砥粒に最も近付く。従って例えば、遷移族元素の炭化物、窒化物、ホ
ウ化物が極めて金属的な性質を有し、著しい硬度及び高い融点を特徴としてもつ
。それらの組成に関しては、これらの化合物は、それらの化学量論式の組成と異
なり、広い範囲で安定である。砥粒又は研磨剤としての硬質材料の使用は文献に
考察されているが、それらの粉磨用研磨剤としての商業的使用は大規模な程度で
は知られていない。
素化合物、窒素含有気体又はホウ素含有化合物の存在下における酸化物粉末の還
元により、固体物質/気体反応により又は気相反応により(例えば、有機金属化
合物との転化によりハロゲンから)製造される。前記の場合すべてにおいて、硬
質材料は、より小さいμm範囲の粒子の粒度をもつ微細粉砕粉末として存在する
。しかし、研磨剤として大部分の応用のためには、稠密な、孔のないそして比較
的粗い粒子が要求される。このような稠密な、孔のない、そして比較的粗い粒子
を得るためには、粉末を焼結剤及び/又は結合剤の存在下で圧縮(consol
idated)、焼結しなければならない。しかし、それらの、結合剤の高い含
量のために、このように製造された焼結物体はごく限られた硬度をもつか、又は
それらの純粋な形態において、非常に脆弱なので砥粒としては不適である。
砕形態で研磨剤産業に使用されてきただけである。
6 206号は、それらの基礎的母材がホウ化チタン粒子を含む、TiC、Ta
C、及びZrCを基礎にした研磨剤粒子につき開示している。熱圧縮により圧縮
されるこれらの材料の欠点は、関与するコストの高い製法及びそれらの残留する
多孔性(高価な方法にもかかわらず)であり、両者とも研磨法における経済的で
高範囲の適用を確保することを困難にさせる。この種類の材料が、研磨剤の分野
で研磨剤として有意な量を使用することができるか否か未知である。
組み合わせた炭化チタンが研磨の目的に使用された事実を考察している。しかし
、同時に、その脆さのためにその使用が制約される事実も述べている。
る材料の欠点を示さない、研磨の目的のための硬質材料の製法につき説明するこ
とが本発明の更なる目的である。
された。
の合金は極めて硬質で、更に比較的強靭で、それらは砥粒として有効に使用する
ことができることが判明した。
の還元剤により転化されて対応する炭化物又はホウ化物を形成する酸化物又は酸
化物の混合物を、原料として使用することが好ましい。しかし、同様に、合金に
直接対応する適当な硬質材料の粉末を使用するか又は、出発物質としてその他の
化合物又は金属自体を使用することも可能である。原料の混合物は好都合には、
所望に応じて、空気中又は不活性雰囲気中でアーク又はプラズマ炉内で溶融され
る。窒化物又は窒化炭素を製造するためには、この作業を窒素雰囲気内で実施す
ることが好都合である。
質の適当な発熱反応により、インサイチューで発生される、いわゆるSHS合成
(Self−Propagating High Temperature S
ynthesis(自己生長高温合成))によるものである。
用され、含まれ得ることを除外はしないが、硬質材料の合金又は硬質材料の稠密
な物体を製造するために金属結合相を必要としない点である。
成され、必要な場合は、それに続く熱処理により最適化することができる。冷却
が実施される条件及び出発物質の選択により、硬質材料の合金の一次結晶は1な
いし数百μmの直径を有するであろう。しかし、共融(eutectic)組成
物の場合にそしてその後のアニールに応じて、ずっと微細な構造を得ることがで
きる。生成物として、研磨剤中への使用ための、その後の還元及び選別により所
望の粒度又は粒子に形成することができる溶融された硬質材料のレギュルス(r
egulus)が得られる。
に形成された部品の製造のため、研磨用部品及び切削工具の製造のための出発物
質として使用することができる。
より詳細に説明される。 実施例1 3000gTiO2(Bayertitan T,Bayer AG)、28 14gのV2O3(Treibacher Ind.AG.)からなる酸化物混合
物を火炎のすすの形態の炭素2372g(Luvocarb−Russ,非ビー
ド状、Lehmann&Voss&Co.)とともに注意してホモジナイズして
、酸化物を対応する炭化物に還元する。これを80〜110kNの圧力下の圧縮
(Bepex圧縮機)により、ペレット化された圧縮形態にし、次いで52V及
び100kWの電力の電気アーク中で、黒鉛電極及び水冷坩堝をもつ溶融反応容
器中で溶融する。
とを抑制する。予備試験により、これは適当な溶融計画により最小に減少させる
ことができるが、炭素はある程度、電極から溶融物中に移動されることが示され
た。このため、酸化物を還元するための炭素の必要量は式に従って計算された理
論的組成より少ない。
体的な適用に適する粒子に還元し、そして分級する。(Ti0.5V0.5)C0.8の式
の組成をもつ、この方法により製造される粒子は、すべての実際的な目的のため
に孔のない、非常に少ない酸素を含み、そして炭素を含まない、約30μmない
し数百μmの範囲の粒度の、多角形に形成された結晶をもつ、粗い結晶性の構造
を特徴としてもつ。
組成式が引用されている。 実施例2 最終生成物中に低いホウ素を含むために(例えば、0.3%B)、TiO24 000g、MoO3(H.C.Starck,等級1)1802g及び準化学料 論的に計算された量の炭素2250gからなる酸化物混合物をB4C(Elek troschmelzwerk Kempten,B4C−100メッシュ)3 gと混合し、次いで、これを注意して混合、ホモジナイズし、そして圧縮により
ペレット化し、次いで実施例1と同様に更に処理する。その一部が格子構造中に
溶解されているそのホウ素含量のために大体の組成(Ti0.8MO0.2)(C0.8 ,B)の生成される粒子は、混合されない硬質材料の合金に比較して改善された
研磨動態を示す。 実施例3 TiB2−TiC系において共融組成物(57+−2モル%TiC)の硬質材 料の合金を得るために、酸化チタン5000gを酸化ホウ素(B2O3)1875
g及びすす2450gと混合し、ホモジナイズし、次いで実施例1と同様に更に
処理した。
をもつTiC及びTiB2結晶の共融構造を有し、その構造のために、特に強度 の特性を特徴としてもつ。酸化チタンはまた、周期系のIVb、Vb、VIbの
元素からの酸化物転化剤により置き換えることができる。 実施例4 TiC−TiB2系からの硬質材料の合金を得るために、TiO25000g、
ホウ酸(H3BO3)1548g及び火炎のすす2300gからなる原料混合物を 、前記の実施例のように、約80モル-%のTiC及び20モル-%のTiB2と ともに処理した。
もつ、等量に粉砕されたTiB2結晶を特徴としてもつ。 実施例5 酸化チタン5000g及びZrO2(Baddeleyit BC99 SH ,Foskor Ltd.)1545g及び火炎のすすの形態の炭素2600g
を実施例1と同様に処理した。次いで、炭化Tiの豊富な(Ti、Zr)及び炭
化Zrの豊富な(Zr,Ti)C−混合結晶からなる微細な分離物を達成するた
めに、最終粒子を不活性雰囲気内で、1100℃と2200℃の間の温度でアニ
ールする。 実施例6 TiO3000g、MoO2316g、及びすす1900gの混合物を調製し
、最終生成物中に窒化炭素を得るために、溶融処理期間に窒素が導入されるよう
に、酸化物−すす混合物の溶融を実施したことを除いて、実施例1と同様に処理
した。
と比較して、0.5ないし1mmの画分による粒子の引っ掻き硬度試験により実
施した。 材料 100Cr6(1.3505)、硬度66HRC 切削速度 30m/s 加工物の供給速度 0.5mm/s 前進(advance) 0.020mm 冷却用潤滑剤 3%Esso BS40 引用される性能の因子は25mmの引っ掻き長さにおける引っ掻きの交叉部に
対する、1mmにおける引っ掻き跡の交叉部の比率から計算される。
徴とする、請求項1に記載の方法。
徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
を特徴とする、請求項1ないし3のうちの1項以上に記載の方法。
請求項4に記載の方法。
れ、反応期間中に、窒素が形成される時に、これが分解されることを特徴とする
、請求項1ないし5のうちの1項以上に記載の方法。
る、請求項6に記載の方法。
00℃の間の温度でアニール処理にかけることを特徴とする、請求項1ないし7 のうちの1項以上に記載の方法。
とを特徴とする、請求項8に記載の方法。
求項8又は9に記載の方法。
常の研磨剤の場合には、カーボランダム、炭化ケイ素、又はその他の研磨剤が砥
粒として使用され、これらは比較的以前から知られており、経済的に製造又は入
手できるが、それらの性能は、なかでも、研磨工程に対して不都合な、硬度の欠
乏又は不足した靭性、又は、化学反応性のようなその他の特徴により制約される
。このために、最近、ダイアモンド及びキュービックの窒化ホウ素のようないわ
ゆる超研磨剤が、より広範に使用されるようになり、これらは著しい硬度及び、
この結果として、研磨剤としての極めて良好な性能を特徴としてもつ。超研磨剤
の欠点は、砥粒自体に伴うそれらの非常に高い製造コストである。これらのコス
トは通常の砥粒の製造コストの1000倍ないし10000倍にわたる。にもか
かわらず、ある用途に対しては、この高い性能、減少した機械停止回数、及び研
磨剤の少い消費量が、好ましい経費/性能比率をもたらす。しかし、高性能研磨
剤に対する応用の範囲は、それらの高い製造コストのために未だ制約されている
。
様に、合金に直接対応する適当な硬質材料の粉末を使用するか又は、出発材料と
してその他の化合物又は金属自体を使用することも可能である。原料の混合物は
好都合には、所望に応じて、空気中又は不活性雰囲気中でアーク又はプラズマ炉
内で溶融される。窒化物又は窒化炭素を製造するためには、この作業を窒素雰囲
気内で実施することが好都合である。
物体を製造するために、どんな金属結合相をも必要としない点である。
Claims (20)
- 【請求項1】 炭化チタンの含量が10と99.9モル−%の間にあり、亜
族IVb、Vb及びVIbの炭化物、窒化物及び/又はホウ化物の含量が0.1
と90モル−%の間にあることを特徴とする、周期系の亜族IVb、Vb及びV
Ibからの炭化物、窒化物及び/又はホウ化物を含む炭化チタンを基礎にした溶
融方法により製造される硬質材料の合金。 - 【請求項2】 亜族IVb、Vb及びVIbの元素の化合物の合金成分が、
炭化チタン中で固体の溶液としてそして/又は分離相(類)として存在すること
を特徴とする、請求項1に記載の硬質材料の合金。 - 【請求項3】 亜族IVb、Vb及びVIbの元素の化合物の合金成分が、
元素Cu、Ni、Fe、Al、Si、Sc及びMnの群からの付加的合金用貢献
物質を含むことを特徴とする、請求項2に記載の硬質材料の合金。 - 【請求項4】 元素Cu、Ni、Fe、Al、Si、Sc及びMnの群から
の付加的合金用貢献物質が、亜族IVb、Vb、VIbの元素の化合物からの合
金成分に対して0.1ないし30モル−%の量であることを特徴とする、請求項
3記載の硬質材料の合金。 - 【請求項5】 完成生成物中の平均一次結晶の粒度が1ないし500μmで
あることを特徴とする、請求項1ないし4のうちの1項以上に記載の硬質材料の
合金。 - 【請求項6】 完成生成物中の平均一次結晶の粒度が5ないし200μmで
あることを特徴とする、請求項1ないし5のうちの1項以上に記載の硬質材料の
合金。 - 【請求項7】 出発物質がアーク又はプラズマ炉内で溶融され、次に生成物
が還元され、次いで分級されることを特徴とする、請求項1ないし6のうちの1
項以上に記載の硬質材料の合金を製造するために使用される方法。 - 【請求項8】 出発物質が還元剤の存在下で溶融されることを特徴とする、
請求項7に記載の硬質材料の合金を製造するために使用される方法。 - 【請求項9】 出発物質が相互に直接的発熱反応により転化されることを特
徴とする、請求項1ないし6のうちの1項以上に記載の硬質材料の合金を製造す
るために使用される方法。 - 【請求項10】 対応する元素の化合物及び/又は金属形態の元素が出発物
質として使用されることを特徴とする、請求項7ない9のうちの1項以上に記載
の硬質材料の合金を製造するために使用される方法。 - 【請求項11】 酸化物が出発物質として使用されることを特徴とする、請
求項7ない10のうちの1項以上に記載の硬質材料の合金を製造するために使用
される方法。 - 【請求項12】 炭素が還元剤として使用されることを特徴とする、請求項
7ないし11のうちの1項以上に記載の硬質材料の合金を製造するために使用さ
れる方法。 - 【請求項13】 溶融が大気、窒素中で又は不活性雰囲気中で終結されるこ
とを特徴とする、請求項7ないし12のうちの1項以上に記載の硬質材料の合金
を製造するために使用される方法。 - 【請求項14】 アルゴンが不活性ガスとして使用されることを特徴とする
、請求項13に記載の硬質材料の合金を製造するために使用される方法。 - 【請求項15】 窒素を含む化合物が窒素供給体として出発混合物に添加さ
れ、反応期間中に、窒素が形成される時に、これが分解されることを特徴とする
、請求項7ないし14のうちの1項以上に記載の硬質材料の合金を製造するため
に使用される方法。 - 【請求項16】 尿素が、窒素を含む化合物として使用されることを特徴と
する、請求項15に記載の硬質材料の合金を製造するために使用される方法。 - 【請求項17】 成功した溶融及び還元の後に、生成物が1100℃及び2
200℃の間の温度でアニール処理を受けることを特徴とする、請求項7ないし
16のうちの1項以上に記載の硬質材料の合金を製造するために使用される方法
。 - 【請求項18】 アニールが不活性ガス、窒素内、又は真空内で実施される
ことを特徴とする、請求項17に記載の硬質材料の合金を製造するために使用さ
れる方法。 - 【請求項19】 アニールが還元雰囲気内で終結することを特徴とする、請
求項17又は18に記載の硬質材料の合金を製造するために使用される方法。 - 【請求項20】 金属除去処理のための工具及び/又は摩耗に対する保護物
として、耐火物分野内の研磨剤中の砥粒としての請求項1ないし6のうちの1項
以上に記載の硬質材料の合金の使用。
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