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BORON CARBIDE/TITANIUM BORIDE COMPOSITE CERAMIC AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME

Patent code P160013041
File No. DP1622
Posted date Jun 9, 2016
Application number P2014-028174
Publication number P2015-151323A
Patent number P6344844
Date of filing Feb 18, 2014
Date of publication of application Aug 24, 2015
Date of registration Jun 1, 2018
Inventor
  • (In Japanese)廣田 健
  • (In Japanese)加藤 将樹
  • (In Japanese)後藤 直希
Applicant
  • (In Japanese)学校法人同志社
Title BORON CARBIDE/TITANIUM BORIDE COMPOSITE CERAMIC AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a boron carbide/titanium boride composite ceramic having excellent mechanical characteristics at high temperature.
SOLUTION: A method includes: a step in which amorphous boron and amorphous carbon are weighed out to a molar ratio of B:C=4:1, and a starting material comprising the amorphous boron and the amorphous carbon is prepared by performing wet blending; a step in which 0.5-1.5 vol%, in terms of inner percentage and relative to boron carbide synthesised from the starting material, of titanium nitride is added to the starting material, then a dispersion treatment is performed in a solvent selected from water and alcohol, and thereafter drying is performed to obtain a mixed powder; and a step in which a molded body is obtained by die-moulding using the mixed powder, an isostatic pressing treatment is performed on the molded body, and thereafter the temperature is increased by heating while applying pressure by a pulse electric current pressure sintering method, and a boron carbide/titanium boride composite ceramic is simultaneously synthesised and sintered.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

炭化ホウ素(B4C)は、軽量(理論密度Dx=2.515 Mg・m-3)で、高融点(Tm=2450℃)の物質として知られており、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素(c-BN)に次ぐ硬度(ビッカース硬度Hv:29~33 GPa)を有し、その熱伝導率λは27~28.9 W/mKで、電気抵抗率ρは0. 3~0.8Ω・cmである。このような炭化ホウ素は、工業的には酸化ホウ素と炭素の混合物を強熱して製造されるが、例えば下記の特許文献1には、非晶質前駆体を用いて低温合成する方法が開示されている。しかしながら、上記の物性を有する炭化ホウ素は、靭性値が小さく、これを切削工具として使用した際、被加工物が硬いときには、その硬度や熱伝導率が十分であるとは言えない。

一方、金属ホウ化物では、最も硬いホウ化チタンTiB2 (Tm=3220℃,Dx= 4.495 Mg・m-3) のHvは35 GPaとB4Cよりも硬く、かつ熱伝導率λは36~69.8 W/mKと高く、例えば下記の非特許文献1には、ホットプレスによる焼結法が開示されている。しかしながら、ホウ化チタンの電気抵抗率ρは8.7~14.1×106Ω・cmで、絶縁性であるために、精密な部品を作製する手法である放電加工を行うことができない。
そして、B4CもTiB2 も高融点の共有結合性化合物であり、難焼結性のため、緻密なセラミックスを作製することが困難である、といった問題点があった。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、高硬度セラミックス、特に炭化ホウ素/ホウ化チタン(B4C/ TiB2)コンポジットセラミックス及びその作製法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
炭化ホウ素/ホウ化チタンコンポジットセラミックスを作製するための方法であって、
非晶質ホウ素と非晶質炭素をB:C=4:1のモル比となるように秤量し、湿式混合を行ない、非晶質ホウ素と非晶質炭素とから成る出発原料を調製する工程と、
前記出発原料から合成される炭化ホウ素に対して内割りで0.5~1.5 vol.%のチッ化チタンを準備し、当該チッ化チタンを前記出発原料に添加して、さらに水及びアルコールから選択される溶媒中にて分散処理し、乾燥を行なって混合粉を得る工程と、
前記混合粉を用いて金型成形を行い、所望の形状を有した成形体を得、得られた成形体を冷間静水圧プレス処理した後、パルス通電加圧焼結して炭化ホウ素/ホウ化チタンコンポジットセラミックスを合成同時焼結する工程
を含むことを特徴とする炭化ホウ素/ホウ化チタンコンポジットセラミックスの作製法。

【請求項2】
 
前記のパルス通電加圧焼結が、10 Pa以下の真空中で、10~100 MPaの加圧力、1800~2000℃の焼結温度、および5~30分の保持時間の条件にて行なわれることを特徴とする請求項1に記載の炭化ホウ素/ホウ化チタンコンポジットセラミックスの作製法。

【請求項3】
 
炭化ホウ素/ホウ化チタンの体積比が99.33/0.67~98.0/2.0であり、相対密度が95%以上、ビッカース硬度40 GPa以上で、しかも破壊靭性値が5 MPa・m1/2以上であることを特徴とする炭化ホウ素/ホウ化チタンコンポジットセラミックス。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2014028174thum.jpg
State of application right Registered
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