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JPS59184767A - B↓4cの高強度高密度焼結体およびその製造方法 - Google Patents

B↓4cの高強度高密度焼結体およびその製造方法

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Publication number
JPS59184767A
JPS59184767A JP58059499A JP5949983A JPS59184767A JP S59184767 A JPS59184767 A JP S59184767A JP 58059499 A JP58059499 A JP 58059499A JP 5949983 A JP5949983 A JP 5949983A JP S59184767 A JPS59184767 A JP S59184767A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sintered body
powder
density
strength
sintering aid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP58059499A
Other languages
English (en)
Inventor
勝村 祐次
白石 顕
山本 征五郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Tungaloy Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Tungaloy Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Tungaloy Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP58059499A priority Critical patent/JPS59184767A/ja
Publication of JPS59184767A publication Critical patent/JPS59184767A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、B4Cの高強度高密度焼結体およびその製造
方法に関し、特に有効な焼結助剤を選択したことによシ
、高強度高密度のB4C焼結体が容易に多量生産できる
ようにしたものである。
B4C焼結体は、高温水中や放射線場などの厳しい環境
下でも使用できるという良い特質全もっている。したが
って、これらの環境下で使用する耐摩耗材料あるいは原
子炉用機器材料として、B4Cの焼結体を使用すべきと
する考えもあり、現にホットプレスによる焼結体が実用
化されている。
しかしながら、ホットプレス法は、多量生産的でないこ
と、また製造コストが編いなどの欠点もhb、それほど
普及していないのが実状である。
発明者等は、このような実状に鑑み、廉価にしかも多量
生産が可能なり4C焼結体およびその製造方法を検討し
た。そして、その前提として、84C焼結体の強度はホ
ットプレス品に準じ、焼結体密度は、現行の粉末充填密
度70〜80%に対し85%以上、さらに84C以外の
成分は、1重量%以下にすることを目標とした。
また、発明者は、B4C焼結体が、硬く、高温でも塑性
流動しにくい材料であることから、高温でgI3Mする
こと、B4C粉末を微細に粉砕すること、焼結助剤全選
択するなど種々の検討を重ねた。
この結果、発明者等は、B4Cの高強度高密度滉結体を
得るための有効な焼結助剤全発見し、さらにこの焼結助
剤は、焼結体中に0.2重量−以下しか残らないという
理想的なり4Cの高強度高密度焼結体およびその製造方
法全開発した。
すなわち、B4C粉末に対し、At粉末、At合金粉末
およびAt化合物粉末の一確又は二橿以上全1〜10重
量%添加し、真空又は不活性ガス中で、1800℃以上
で焼結する方法である。
さらに、この方法によシ得られるB4Cの焼結体は、B
4Cの理論密度2.52g/cnlに対して高密度の相
対密度分有し、かつ添加したAz、Ni、Cuその他の
成分の焼結体の残存量は、0.2重量%以下であること
全特徴とするものである。
この場合At合金粉末としては、Aj−Cu合金、At
−Ni合金粉末等が選択され、またへL化合物粉末とし
ては、AtN、 AtB、 AtB+z、AtC。
At203、At203・B2O3、AtCt3、At
(OH)zの各粉末等が選択されるものである。そして
、これらの焼結助剤の各成分は意識的に加えた場合だけ
でなく、ボールミル容器、ボールなどにより混入される
場合もある。これは、例えば、B4C粉末をアルミナポ
ット、アルミナボール全相いて30Hr粉砕すれば、1
.8%の、kt20sカ混入されるが、これも充分な焼
結助剤としての効果を示すからである。ぼた、ステンレ
スポットなど全用いれば鉄等が混入されるが、これらは
、双結助剤の効果を阻害しないからである。
以下、本発明B<Cの關強度高密度焼精体およびその製
造方法について、その一実施例全説明する。
第1図は、B4C粉末にAt、 AtzOz全添加した
ときの各試料の相対密度の変化を示した結果であり、各
試料は、以下のように焼結されたも 。
のである。すなわち、各試料は、市販の1000メツシ
ユB4C粉末に20μmのAt粉末および0.5μmの
AzzOs全15重量%まで添加し、メノーの乳鉢で混
合、さらに成形助剤として5重量愛のパラフィンワック
スを添加し、lt/cffl  の圧力で10ψX10
xmの圧粉体とし、これ全1O−3torrの真空炉で
1800℃および2000℃でIHr廃結したものであ
る。この場合の焼結体密度は後にも述べるように残存A
 t o rA、t203が微量なのでB4Cのみと仮
定した。
At添加の場合は1〜10重i襲で目標とする相対密度
85%以上が得られ3〜4重駄チ添加で最大密度92%
が得られた。一方At 203の場合は1〜10重量愛
で目標の85%以上が得られ、6重量%添加で最大密度
9エチが得られた。1soo’c焼結の場合は2000
’Cに比べてやや焼結体密度は低いかほぼ同様の傾向全
示した。
AtやAt20gがなぜB4C焼結体の焼結助剤として
有効なのか未だよくわかっていないが、B4C表面に形
成されるH3BO4などの酸化物被膜を除去し、B4C
表面全活性化するのではないかと思われる。次にAt添
加とAz20a添加の場合の密度変化についてみてみる
At203中のAtは53%であるから最大密度の得ら
れるAzzOa5重量係中のAtは約3直量チでAt添
加の場合に最大密度が得られる3〜4爪鼠チに匹適する
。このように考えるとAz20a 10重量%添加はA
t添加5N量饅に相当し相対密度90%金示すはずであ
るが85%と低くなっている。多分AtzOaが分解し
て発生するV索などが密度低下の原因になっていると思
われる。その他の焼結助剤もAt203の場合と同様密
度は5〜6重量裂添カロで最大値を示した。
これらの焼結体中のAtは分析の結果1800℃あるい
は2000℃でもほぼ同じ値であり焼結助剤1屯量裂添
加で10100PP Q直量係添加で1800PPMで
あった。
第2図はkt添加零の場合と5爪量襲の場合について焼
結過程中での重量減少全測定した結果である。重量減少
は焼結温度に対してほぼ3段階に分けられる。すなわち
第1段階の500℃までの急激な減少は成形助剤として
加えたパラフィンワックスの蒸発である。この温度を越
えて1000℃までの変化のない部分が第2段階であシ
、さらに1000℃以上の重量減少が第3段階である。
第3段階はAt2加えないB4Cだけの場合も多少減少
するか5重量%At金加えた場合は急激に減少する。す
なわち第3段階はAtが蒸発すること分意味しておりM
量減からみても焼結助剤として加えたAtは1800℃
以上の温度では焼結体中にほとんど残っていない。
このような傾向は第3段階の始る温度に差はあってもA
z203その他の焼結助剤についてもほぼ同様の傾向に
めった。これら焼結助剤のすぐれた効果につき5以下実
施例について説明する。
実施例1 市販の1000メツシユB4Cに平均粒径20μmのA
t粉末3重量%全添加し、アルミナ製ボットおよびアル
ミナ製ボールを用いて5Hrボールミル混合し、その後
成形助剤としてパラフインワンクス全5重M%添加した
。この粉末i1tβの圧力で成形し1O−3torrの
真空炉で2000’CIf−Ir焼結した。
この焼結体の見掛密度は2.36g/i揃でB4Cの理
論密度2゜52g〆侃に対し93.5 %であった。表
1には焼結体中の不純物元系全分析した結果を示した。
以下余白 表I  B4C粉末と焼結体中の不純物特にAtについ
ては3重ffi%添加しているにも係わらず、焼結体中
には750PPJ、か残らずむしろ原料粉末より少くな
っている。この焼結体の物理的性質全公表されているホ
ットプレス品(例えば!セラミックス技術集成I産業技
術センター出版854.410)と比較した結果を表2
に示した。
表2 本発明とホットプレス品の物理的性質本発明の硬
さはロックフェル硬さで示しである。なぜならば本発明
のように多少空孔を有している材料をビッカース測定す
るとバラツキが大き過ぎるからである。HRA92.3
 e通常の方法でHv換算すると約2000Kt/md
iとなり、本発明品の硬さがホットプレス品に比べては
るかに低い感じもするが、本発明品f Hv測定すると
4500〜5000の値を示すことから本発明品とホッ
ト177品はほぼ同じ硬さを有すると思われる。
その他の性質はホットプレス品とほぼ同じ値を示し目標
を達している。
尚この場合Atの焼結助剤としての効果全確認するため
Atを添加しないB4Cのみの場合も同時に併行して行
なった。B4Cのみの場合も同時に併行して行なった。
B4C粉末のみの粉砕でボールミルよりAt分は0.3
 軍蛍襲混入された。
しかし、この焼結体密度は82%であり、At3軍量チ
添加で93.5%の相対密度を得たことはAtが焼結助
剤として有効であることが理解できよう。
実施例2 市販の1000メツシュBaC粉末94重1に矛と各榎
焼結助剤6重量%全加えアルミナポット、アルミナボー
ルを用いて5 Hrボールミル混合した。後成形助剤と
して5%パラフィンワックス全添加し、It/cdの圧
力で10ψXIO皿の円柱状ベレットヲ成形し、黒鉛板
上に並べて1O−3torrの真空炉で2000℃−I
Hr焼結した。焼結体中のAt量はいずれも11000
PP以下であった。さらに、これらの相対密度、硬さ測
定結果を表3にまとめた。
表3 g8結助剤のイ重類と相対警度および硬さすなわ
ち、実施例1に示したAt粉末以外にも、アルミニウム
の酸化物、窒化物、硼化物あるいはA t 2含む合金
粉末、あるいはAtの無俄化合物などが有効であること
がわかった。
従って、この実施例には含まれていないアルミの炭化物
、硅化物あるいはAt−Ni%At−Cuその他のAt
合金あるいはその他の無機化合物を有効であることは容
易に理解される。
実施例3 市販の1000メツシュB4C粉末94重量*に表4に
示す焼結助剤6N量%を加え、実施例2と同様の方法で
混合、成形、焼結して、焼結体の相対密度、硬さを測定
した結果全表4にまとめた。
表4 焼結助剤の種類と相対密度、硬さの関係焼結体中
のAtやNI並はいずれも1000P PM以下であっ
た。焼結助剤として有効な成分を2棟以上添加しても有
効であることがわかる。さらに、これらに焼結助剤とし
ての効果のないB、CあるいはNiなどを加えても焼結
助剤としての効果は薄れないこともわかった。
実施例4 実施例1と同様の組成および同様の混合した粉末全ナウ
ターオツシレータ−144いて一40メツシュ、+20
0メツシユの造粒粉とした。
これ全超硬合金製のダイスおよびビンを用いたロータリ
ープレスで1100PPの回転数で3.5ψ×5關のペ
レットに成形した。このプレットヲV l#’e有する
炭素板状に並べ実施例1と同様の真空炉で2000℃−
IHr焼結し、後Arガス導入して急冷した。急冷する
ことは、作業能率を高めるためしばしば行なわれる作業
である。
これらの相対密度は92.3%であシ焼結体の寸法誤差
はほとんどなかった。従ってこの方法は多量生産的であ
ることも確認された。
本発明は、以上説明したように、有効な焼結助剤を選択
できたことから、高強度間密度のB4C焼結体を量産化
でき、耐摩耗材料原子炉用機器材料などの用途に広巾く
利用できるという
【図面の簡単な説明】
g1図は、本発明B4Cの冒強度高密度焼結体およびそ
の製造方法において、B4C粉末にA、t、AtzOs
 2添加したときの焼結体の密度変化を示す曲線図、第
2図は、焼結体の焼結時のM量減を示す曲線図である。 代理人 弁理士  則 近 憩イ志 ((J1石)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  基材としてのB4Cおよび焼結助剤からなる
    B4Cの高強度高密度焼結体において、前記焼結助剤は
    、At、At合金およびAt化合物の一種又は二種以上
    が選択され、しかも焼結時の蒸発により、その残存量が
    0.2重量%以下になっていることを特徴とするB4C
    のIg強度高密度焼結体。
  2. (2)前記焼結体中のAt元累は、100〜2000P
    PMの範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のB4C晶強度高密度焼結体。
  3. (3)基材としてのB4Cおよび焼結助剤からなるBa
    Cの高強度高密度焼結体の製造方法において、 前記焼結体の出発原料は、B4C粉末に対し、At粉末
    、At合金粉末およびAt化合物粉末の一種又は二種以
    上からなる焼結助剤全1〜10重量%添加、混合したも
    のからなシ、また、焼結体の焼結は、真空中又は不活性
    ガス中、1800℃以上で行なって、前記焼結助剤の一
    部全蒸発させることによシ、焼結助剤全0.2重量%以
    下残存させていることを特徴とするB4Cの高強度高密
    度焼結体の製造方法。
  4. (4)前記焼結体中のAt元索は、100〜2000P
    PMの範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第
    3項記載のB4Cの高強度高密度焼結体の製造方法
  5. (5)前記焼結助剤は、At合金粉末として、At−C
    u合金およびAt−Ni合金粉末が選択され、また、A
    t化合物粉末として、AtN。 IklBllkLBlx、AtC1IAtzOz、kt
    20x・B2O3、AtCtz、At(OH)z  の
    各粉末が選択されていること全特徴とする特許請求の範
    囲第3項又は第4項記載のB4Cの高強度高密度焼結体
    の製造方法。
JP58059499A 1983-04-05 1983-04-05 B↓4cの高強度高密度焼結体およびその製造方法 Pending JPS59184767A (ja)

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