多元系陶瓷粉末的制造方法和烧结体的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种制备多元系陶瓷粉末的方法，包括：用机械混合生成以Ｗ和Ｃｒ，Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ中至少一种，Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ中至少一种为构成成分的合金粉末后，在氮气存在下将该合金粉末和粉末碳材料及催化剂一起进行热处理从而使其碳氮化，成为多元系陶瓷粉末。对该多元系陶瓷粉末进行烧结从而制得烧结体。还提供了一种制备另一多元系陶瓷粉末的方法，包括：通过成型以从Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ中选取的至少两种金属元素为构成元素的第１物质粉末，得到成型体；然后，用以第１物质中不含的金属元素为构成元素的第２物质将该成型体的表面围绕，在存在Ｎ的氛围中进行热处理；将这样制得的多孔质烧结体粉碎，制得多元系陶瓷粉末。在制备烧结体时，可以在能够将成型体烧结的温度下对该成型体进行加热。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及以数种金属元素和N、有时还包含C为构成元素的多元系陶瓷粉末及其制造方法和烧结体及其制造方法。
技术介绍
通过将金属粉末和陶瓷粉末一起烧结而制造的复合材料既具有来自于金属的高韧性，又具有来自于陶瓷的高硬度及高强度，因此在各种领域中得到了广泛的使用。例如，由碳化钨(WC)和钴(Co)烧结而成的WC-Co系超硬合金以及由碳化钛(TiC)和钼(Mo)烧结而成的TiC系金属陶瓷被用作切削工具的刃具。有时还在这些物质中配合碳化铌(NbC)等。用作复合材料原料的陶瓷粉末是上述WC或TiC、NbC等以一种金属元素和C为构成元素的二元系碳化物陶瓷或TiN等以一种金属元素和N为构成元素的二元系氮化物陶瓷等。这些物质其自身具有足够的硬度，但有时根据用途的需要还希望具有更高硬度的陶瓷。高硬度陶瓷包括例如金刚石或正方晶系氮化硼(c-BN)等。此外，近年来还报道以Ti、Al及N为构成元素的Ti-Al-N三元系陶瓷的薄膜具有与c-BN相匹敌的高硬度。即，Ti-Al-N三元系陶瓷的硬度显著高于TiN或AlN的硬度，并且比TiN和AlN一起烧结所得到的烧结体的硬度还高。Ti-Al-N三元系陶瓷的薄膜可以用物理气相成长(PVD)法或化学气相成长(CVD)法制作。由于耐氧化性不良而且价格高，因此金刚石或c-BN具有复合材料制造成本激增的不利之处。因此，为了以低成本制得化学上稳定且具有高硬度的复合材料，考虑到如Ti-Al-N三元系陶瓷那样，使用两种以上金属元素和C或N为构成元素的多元系陶瓷粉末作为原料是有效的。但是，如上所述，用PVD法或CVD法制作的Ti-Al-N三元系陶瓷的形态为薄膜，关于粉末至今尚未报道。又，要用PVD法或CVD法制造多元系陶瓷粉末时，产生了复合材料制造成本激增的不利之处。其原因在于由于这些方法的反应效率低且反应速度慢，因此多元系陶瓷粉末的生产效率低。又，这些方法中制得粉末的反应条件需要由实验求得，因此需要长时间，烦杂的不利之处显现出来。作为制作Ti-Al-N三元系陶瓷粉末的其他方法，想起了将Ti和Al的混合粉末进行氮化。但是，在这种情况下，只能得到TiN和AlN的混合粉末，而不能得到Ti-Al-N三元系陶瓷粉末。因此，想到了将Ti-Al二元系合金氮化。但是，其表面被空气中的氧所氧化而形成的氧化物膜将该合金包覆。因此使Ti-Al二元系合金氮化到内部非常困难，即使将制得的粉末作为原料，也没有发现复合材料的硬度有所提高。如上所述，制造以两种以上金属元素和C或N为构成元素的多元系陶瓷粉末伴有显著的困难，因此尚未制得该多元系陶瓷粉末。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种能够制得比以二元系陶瓷为原料的烧结体具有更高硬度及更高韧性的烧结体的多元系陶瓷粉末及其制造方法，以其为原料的烧结体及其制造方法。根据本专利技术的一种实施形态，提供了一种多元系陶瓷粉末，其以56～92重量％的W，0.5～7重量％的Cr，从Ti、Zr、Hf中选取的至少一种，从V、Nb、Ta中选取的至少一种，0.3～8.2重量％的N和C为构成成分，并且作为不可避免的杂质所含有的O的比例为0.5重量％以下。即，本专利技术的多元系陶瓷粉末的一种形态为，例如W-Cr-Ti-V-N-C或W-Cr-Ti-Zr-V-Nb-N-C等所示的五元系以上的碳氮化物粉末。以该多元系陶瓷粉末为原料的烧结体显示出比以WC或NbC等二元系陶瓷粉末为原料的烧结体更高的硬度及韧性。又，强度、刚性基本相同。即，在不损害强度和刚性的情况下，可以提高硬度及韧性。根据本专利技术的另一实施形态，提供了一种多元系陶瓷粉末的制造方法，其包括如下工序将以W为构成成分的物质粉末，以Cr为构成成分的物质粉末，以Ti、Zr或Hf为构成成分的物质粉末的至少一种，以V、Nb或Ta为构成成分的物质粉末的至少一种，对于100重量％上述物质而以3.0～11.5重量％的比例添加的粉末碳材料和促进碳氮化的催化剂混合，通过机械混合生成以W和、Ti、Zr、Hf的至少一种以及V、Nb、Ta的至少一种为构成成分的合金粉末的工序和在氮气存在下对含有上述合金粉末的混合粉末进行热处理而使上述合金粉末碳氮化，成为多元系陶瓷粉末的工序。在本专利技术的制造方法中，在实施热处理时首先用粉末碳材料将存在于合金粉末表面的氧化物膜还原。因此，该合金粉末的表面成为极具活性的状态。因此，可以容易、简便且大量地从表面到内部将该合金粉末碳氮化。因此，可以以低成本制造多元系陶瓷粉末。粉末碳材料由于将氧化物膜还原而使自身被氧化，变成CO或CO2。这些都是气体，因此可以容易且迅速地排出到反应炉外。根据本专利技术的另一实施形态，提供了一种含有65重量％以上多元系陶瓷的烧结体，该多元系陶瓷以56～92重量％的W，0.5～7重量％的Cr，从Ti、Zr、Hf中选取的至少一种，从V、Nb、Ta中选取的至少一种，0.3～8.2重量％的N和C为构成成分，并且作为不可避免的杂质所含有的O的比例为0.5重量％以下。即，本专利技术中的烧结体包括只由上述五元系以上的多元系陶瓷粉末烧结的烧结体和该多元系陶瓷粉末与金属粉末相互烧结的复合材料。该烧结体显示出与以WC或NbC等二元系陶瓷为原料的烧结体基本相同的强度和刚性，又，显示出非常高的硬度及韧性。根据本专利技术的又一实施形态，提供了一种以从Ti、Al、V、Nb、Zr、Hf、Mo、Ta、Cr、W中选取的至少两种金属元素与N为构成元素的多元系陶瓷粉末的制造方法，其包括如下工序将含有第1物质粉末的粉末成型而成为成型体的成型工序，其中第1物质粉末以Ti、Al、V、Nb、Zr、Hf、Mo、Ta、Cr、W的任一种作为构成元素；对于与以Ti、Al、V、Nb、Zr、Hf、Mo、Ta、Cr、W中任一种且构成上述成型体的上述第1物质粉末中不含有的金属元素为构成元素的第2物质接触的上述成型体，在N存在的氛围中加热，在使作为上述第2物质的构成元素的金属元素扩散到上述第1物质中的同时，使该第1物质的构成元素与N化合，使上述成型体成为由含有上述第1物质的金属元素、上述第2物质的金属元素和N作为构成元素的多元系陶瓷构成的多孔质烧结体的热处理工序；通过将上述多孔质烧结体粉碎而使上述多元系陶瓷成为粉末的粉碎工序。即，在这种情况下，制造的多元系陶瓷粉末为以两种以上金属元素和N为构成元素的三元系以上的多元系陶瓷。在该制造法中，构成第2物质的金属元素扩散到第1物质中，并且此时构成第1物质的金属元素与N化合，从而生成三元系以上的多元系陶瓷。通过将其粉碎，可以容易且简便地制得多元系陶瓷粉末。如果作为多元系陶瓷构成元素的金属元素为同一种，则与以氮化物陶瓷为原料的烧结体相比，以碳氮化物陶瓷为原料的烧结体显示出高硬度。即，优选多元系陶瓷粉末为还以C作为构成元素的物质。在这种情况下，制造的多元系陶瓷粉末为以两种以上金属元素、N和C为构成元素的四元系以上的多元系陶瓷。为了制得以C作为构成元素的碳氮化物(多元系陶瓷)粉末，可以在粉末碳材料存在下进行上述热处理工序。这样便产生了C和构成第1物质的金属元素的化合。根据本专利技术的又一实施形态，提供了一种含有以从Ti、Al、V、Nb、Zr、Hf、Mo、Ta、Cr、W中选取的至少两种金属元素与N为构成元素的多元系陶瓷的多元系陶瓷烧结体的制造方法，其包括如下工序将含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以从Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ中选取的至少两种金属元素与Ｎ为构成元素的多元系陶瓷粉末的制造方法，其特征在于，包括：将含有第１物质粉末的粉末成型而成为成型体的成型工序，其中第１物质以Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ的任一种作为构成元素；对于与以Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ中任一种且上述第１物质粉末中不含的金属元素为构成元素的第２物质接触的上述成型体，在Ｎ存在的氛围中加热，在使作为上述第２物质的构成元素的金属元素扩散到上述第１物质中的同时，使该第１物质的构成元素与Ｎ化合，从而使上述成型体成为由含有上述第１物质的金属元素、上述第２物质的金属元素和Ｎ作为构成元素的多元系陶瓷的多孔质烧结体的热处理工序；通过将上述多孔质烧结体粉碎而使上述多元系陶瓷成为粉末的粉碎工序。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：桑原光雄，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]