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公開番号2024154195
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-30
出願番号2023067901
出願日2023-04-18
発明の名称衝撃加圧を用いたw-BN焼結体の製造方法
出願人トーメイダイヤ株式会社,個人
代理人
主分類C04B 35/5833 20060101AFI20241023BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約
【課題】
製造可能な寸法の上限がなく、高い装置費用を必要とせずに良好な特性のw-BN基焼結体、または20GPa以上の硬度を有する材料を付加したw-BN基複合衝撃焼結体を得ること。
【解決手段】
ウルツ鉱型窒化ホウ素(以下w-BN)粒子及び硬質材単結晶粒子を含有する出発粒子集合体を8乃至100GPaの瞬間的超高圧に供することによって隣接粒子同士を接合せしめ、一体化した粒子の焼結体を回収するw-BN基焼結体の製造方法において、該粒子集合体がw-BNを組成比において10質量%以上(原料組成)含有し、かつ超高圧の負荷をw-BNと硬質材単結晶粒子との密な接触下で行う、w-BN基焼結体の製造方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ウルツ鉱型窒化ホウ素(以下w-ＢＮ)粒子及び硬質材単結晶粒子を含有する出発粒子集合体を8乃至100GPaの瞬間的超高圧に供することによって隣接粒子同士を接合せしめ、一体化した粒子の焼結体を回収するw-ＢＮ基焼結体の製造方法において、該粒子集合体がw-ＢＮを組成比において10質量％以上(原料組成)含有し、かつ超高圧の負荷をw-ＢＮと硬質材単結晶粒子との密な接触下で行う、w-ＢＮ基焼結体の製造方法。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記硬質材単結晶粒子がＨ
v
20GPa以上であり、かつ粒径がw-ＢＮ粒子の2倍以上である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記w-ＢＮが低圧相窒化ホウ素(h-ＢＮ)の超高圧下での相転換により調製された平均粒子径5μm以下の微細粒子である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記超高圧が爆薬の爆発に基づく請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記硬質材がダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素(c-ＢＮ)である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記硬質材が窒化ホウ素に対して化学活性を有する特定金属の窒化物、炭化物、ホウ化物、酸化物から選ばれる１乃至複数種である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記粒子集合体がさらに前記特定金属を焼結助剤として含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記特定金属がＡl、Ｍg、Ｔi、Ｈf、Ｓi、Ｔa、Ｍoから選ばれる１乃至４種である、請求項１及び５乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記焼結体をさらに、非酸化雰囲気中で700乃至1700℃の温度に加熱する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
三次元的に分布した整粒されたw-ＢＮ粒子を含有し、かつ隣接するw-ＢＮ粒子同士が直接互いに接合した部分を含有し全体として一体化されている、請求項１の方法によるw-ＢＮ基焼結体。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規なウルツ鉱型窒化ホウ素を基体とする複合焼結体、及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ウルツ鉱型窒化ホウ素(w-ＢＮ)粒子は、機械的性質に優れた微細な結晶粒子の集合体であり、工業的には低圧相h-ＢＮに爆薬の爆発による衝撃圧力を負荷することによって製造される。衝撃圧力の負荷時間がμ秒オーダーと極端に短いことから、生成物は数十nm程度の微細な一次粒子が絡み合った200nm(0.2μm)以上の凝集粒子の形で得られている。
【０００３】
w-ＢＮの硬度は理論的解析によって114GPaとされ、これはダイヤモンドの硬度である90GPaより高く、同化合物の高圧相で高硬度物質とされる立方晶窒化ホウ素（以後c-ＢＮ）の約50GPaに比して著しく硬いことが知られている。また耐熱性については、ダイヤモンドが空気中で600℃位なのに対しc-ＢＮについては1400℃でも低圧相のh-ＢＮへの相転換はないとされている（非特許文献１及び２）。
【０００４】
一方w-ＢＮも、それ自体についてのデータは無いが、優れた硬度に加え、c-ＢＮと同様に鉄族金属に対する反応性が低いので、単独で(特許文献１)或いはc-ＢＮと混合して(特許文献２、３)焼結した焼結材が鋼などの切削、研削加工用の各種工具部材製作に好適な材料となっている。
【０００５】
w-ＢＮやc-ＢＮまたはダイヤモンドの焼結体乃至塊体は、主に、これらの粉体又は粒子に金属等の焼結助剤を加えて高圧高温装置(以後高圧装置)に装填し、数GPa、1200℃以上の高圧、高温条件で処理することによって得られている。(特許文献１－３)
【０００６】
上述のように高硬度材の焼結に用いられる高圧装置は、数GPaの超高圧と千数百℃の厳しい高圧と高温に耐える構造に設計されるため焼結体原料を収容する空間形状・容積が制約され、最大でも直径100mm、厚さ10mmの円板に限られている。またこのような装置は構造の特殊性により製作経費が嵩むうえ、構成部材に大きな応力が負荷されることにより寿命が短いため、焼結体製品も高価になるのが避けられない。
【０００７】
従来、静的超高圧装置を用いないで、爆薬の爆発に伴う高い衝撃圧力によってw-ＢＮ、c-ＢＮ或いはダイヤモンド粒子を結合しようとする試みはあったが、工業生産に適した結果は得られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開昭61-100302号公報
特開昭63-266030号公報
特開昭6２-176769号公報
【非特許文献】
【０００９】
DeVries, General Electric Report No. 72-CRD, 178, June (1972)
Z. Pan et al., Physical Review Letters 102 (5), 055503-1, (2009). The American Physical Society
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
w-ＢＮは熱力学的には準安定相であり、高圧力下での安定相であるc-ＢＮ安定領域の圧力・温度領域においては1000℃付近からc-ＢＮへの転移が認められるとされている。従って静的加圧によって得られるw-ＢＮ焼結体は常にw-ＢＮ／c-ＢＮ混晶構造を呈しており、w-ＢＮ本来の硬さを発揮する焼結体は得られていない。
（【００１１】以降は省略されています）

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