JP5824075B2 - 貴金属を含む複合材料、かかる材料の製造方法および使用 - Google Patents

Description

本発明は、貴金属を含む複合材料、それらの製造方法およびそれらの使用に関する。

文書、米国特許第７６０８１２７号は、炭化タングステンもしくは炭化モリブデンの充填材料で強化された、貴金属または貴金属合金の金属マトリクスからなる複合材料について記載している。その製造中、この複合材料は、液体金属が圧力下において、炭化タングステンまたは炭化モリブデンのプリフォームに浸入することによって得られる。この文書に記載される複合材料は、５６〜７５重量％の範囲の金属濃度、および１７１ＶＨＮより大きい、場合によっては５００ＶＨＮを超える硬さを有することができる。

米国特許第７６０８１２７号

本発明の主な目的は、前述の従来技術より優れていないとしても、それと少なくとも同様に有利な特徴を有する、新しい複合材料を提案することである。

そのために、本発明は、
− 貴金属または貴金属を含有する合金（当該の合金は、例えばアルミニウム、銅およびチタンなどの、他の１つおよび／または複数の金属を有する貴金属の合金とすることができる）と、
− 前記貴金属より高い融点、および高くても４ｇ／ｃｍ^３に等しい密度を有するホウ素ベースのセラミックと
を組み合わせた複合材料を提案する。

それにより、ホウ素ベースのセラミックの選択によって低密度の、またかなりの硬さの複合材料が得られる。ホウ素ベースのセラミックの湿潤性がきわめて低いにもかかわらず、主に圧力下における液体金属の浸入によって、複合材料を実現することができる。

本発明による複合材料の様々な実施形態において、有利には以下の処置のうちの１つおよび／または他のものを用いることが可能である。すなわち、
− 複合材料が、前記材料の総重量の７５重量％より高い貴金属の濃度を有する。
− 前記貴金属が、金、白金、パラジウムおよび銀の中から選択される。
− 前記貴金属が金である。
− セラミックが、金またはアルミニウムの合金と組み合わされ、複合材料が、複合材料の総重量の高くても２０重量％に等しい、好ましくは複合材料の総重量の高くても５重量％に等しいアルミニウムの濃度を有する。
− 貴金属がチタンに対して合金化され、チタンの濃度が、複合材料の総重量の０．５〜２％の間、有利には複合材料の総重量の約１重量％であり、それによって、貴金属または合金のセラミックへの浸入を容易にする。
− 前記セラミックが、炭化ホウ素物、窒化ホウ素、酸化ホウ素およびＢＣＮヘテロダイヤモンドの中から選択される。
− 前記セラミックが、近似的な式Ｂ_４Ｃ、Ｂ_１３Ｃ_２およびＢ_１２Ｃ_３を有する炭化ホウ素から選択される。
− 前記セラミックが、立方晶系窒化ホウ素、ウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化ホウ素、六方晶系窒化ホウ素の中から選択される、式ＢＮを有する窒化ホウ素である。
− 前記セラミックが酸化ホウ素Ｂ_６Ｏである。
− 前記セラミックが立方晶系ＢＣ_２Ｎである。
− 前記セラミックが、複合材料を放電加工によって機械加工することを可能にする電気導体である。
− 材料が、３２０ＶＨＮ超、好ましくは４００ＶＨＮ超の硬さを有する。
− セラミックが、前記材料の５５〜８０％の間の体積分率を示す。
− セラミックが、０．１μｍ〜１ｍｍの間、好ましくは１μｍ〜１００μｍの間の相当直径を有する離散粒子の形である。
− セラミックが、連続する相互連結した相を形成する。
− 複合材料が、全体的に７〜１４ｇ／ｃｍ^３の間の密度を有する。

本発明の他の目的は、これまでに定義した複合材料を製造する方法であり、前記方法は、貴金属または合金を、１０〜２００バール、好ましくは７５〜１５０バールの圧力下で、前記セラミックからなる多孔性プリフォームに浸入させる浸入ステップを有する。

これまでに示したように、圧力下での浸入によって、ホウ素ベースのセラミックの湿潤性がきわめて低いにもかかわらず、金属がこのタイプのセラミックに浸入することが可能になる。さらに、それによって明らかに孔のない複合材料が得られる。

本発明による方法の様々な実施形態において、以下の状況のどちらも用いることが可能である。すなわち、
− 浸入ステップの間、液体の形の金およびアルミニウムの合金を、圧力下で炭化ホウ素の多孔性プリフォームに浸入させる。
− 方法が、浸入ステップの前に、セラミックプリフォームがその間に少なくとも部分的に焼結される焼結ステップも含む。

最後に、本発明の他の目的は、時計製作またはジュエリー製作における前述の複合材料の使用である。

本発明の他の特徴および利点は、添付図面に関連して示す、実施形態の１つに関する以下の記述から明らかになるであろう。

本発明の実施形態による複合材料を製造する例の概略図である。 本発明の実施形態による複合材料を示す、結晶断面の写真である。

これまでに説明したように、本発明は、
− 貴金属（特に金、白金、パラジウムもしくは銀）または貴金属を含有する合金と、
− 前記貴金属より高い融点、および高くても４ｇ／ｃｍ^３（好ましくは３．５ｇ／ｃｍ^３未満）に等しい密度を有するホウ素ベースのセラミックと
を組み合わせた複合材料に関する。

前述の合金に関して、複合材料は特に、
− 金またはアルミニウムの合金（複合材料は、複合材料の総重量の高くても２０重量％に等しい、好ましくは複合材料の総重量の高くても５重量％に等しいアルミニウムの濃度を有する）、
− 少なくとも１つの貴金属、および金属のセラミックへの浸入を容易にするために、少なくともチタンを含む合金（チタンの濃度は、複合材料の総重量の０．５〜２％の間、好ましくは複合材料の総重量の約１重量％である）、
− 少なくとも１つの貴金属および少なくとも銅を含む合金
を含むことができる。

複合材料は、前記材料の総重量の７５重量％より高い、例えば８０％程度の貴金属の濃度を有することができる。

ここで、技術上のセラミックとは、硬く、溶解しにくく、軽量であり、かつ化学的にきわめて安定した材料を指す。それらの融点は、一般にセ氏２０００度を上回る。本発明に使用可能なセラミックは、特に、
− 近似的な式Ｂ_４Ｃ、Ｂ_１３Ｃ_２およびＢ_１２Ｃ_３を有する炭化ホウ素（融点：２４５０℃、密度：２．４８〜２．５１ｇ／ｃｍ^３）、
− 窒化ホウ素、ＢＮ（密度：約３．５ｇ／ｃｍ^３）、特に立方晶系窒化ホウ素（融点：２９７０℃）、ウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化ホウ素（融点：１７００℃）、六方晶系窒化ホウ素（融点：約２５００℃）、
− ある特定の酸化ホウ素、特に酸化ホウ素Ｂ_６Ｏ（融点：２０００℃超）、
− ある特定のＢＣＮ化合物、特に立方晶系ＢＣ_２Ｎ（融点：２０００℃超）
を含む。

セラミックは、材料の５５〜８０％の間の体積分率を示すことができる。セラミックは、０．１μｍ〜１ｍｍの間、好ましくは１μｍ〜１００μｍの間の相当直径を有する離散粒子の形とすることができる。セラミックは、特にスパングル状の視覚効果を得るために、同じ材料の様々なサイズの粒子を有すると有利である場合がある。

本発明による複合材料を作製する方法が焼結ステップを含むときには、セラミックは、セラミック粒子が相互連結した連続する相を形成する。放電加工の使用を可能にするために、選択されたセラミックが十分な導電性を有することが好ましい。特に、これは統計的な式Ｂ_４Ｃを有する炭化ホウ素の場合である。したがって、その極端な硬さにもかかわらず、複合材料を容易に機械加工することが可能である。

それにより、軽量（低密度）であり、かつきわめて硬い、したがって３２０ＶＨＮ超、好ましくは４００ＶＨＮ超、またはさらにずっと高い硬さを特徴とする、ほとんど傷つかない材料が得られる。後者の特性は、特に時計製作またはジュエリー製作に複合材料を使用する場合に、とりわけ興味深いものである。

特に、以下のステップ、すなわち
− 特に焼結による多孔性のセラミックプリフォームの製造、
− 圧力下における貴金属または合金のセラミックプリフォームへの浸入
を含む図１に示す方法によって、以下に記載される材料を実現することが可能である。

（実施例）
統計的な式がＢ_４Ｃである市販の炭化ホウ素粉末Ｆ１０００（粒径５μｍ）を、２００ＭＰａの静水圧で冷間圧縮し（図１、ステップ（ａ）〜ステップ（ｃ））、次いで、炉の中で真空状態において１時間、２１００℃で焼結した（図１、ステップ（ｄ））。

焼結後のプリフォームの密度は、１．７６６ｇ／ｃｍ^３であり、粉末の密度は２．４８ｇ／ｃｍ^３である。したがって、プリフォームは７１．１９％の密度になり、残りの２８．８１％は孔隙率である。

次いで、１２００℃の温度で１５０バールのガス（アルゴン）圧の下で、焼結後のプリフォームに純粋な金を浸入させる（図１、ステップ（ｅ））。

得られる材料は、７．４８ｇ／ｃｍ^３の密度を有する金属−マトリクス複合材料である。純粋な金の濃度は７６質量％より高く、その硬さは６５０〜７００ビッカースの間である（負荷３０Ｎ、１６秒）。図２に示す結晶断面は、ダイヤモンド粒子によって０．２５μｍまで研磨した前記複合材料のサンプルについて、５０倍率の光学顕微鏡を用いて作製した。明るい領域は、セラミックに浸入した金属に相当する。

Claims (14)

1. 金または金を含有する合金と、
   金の融点より高い融点、および高くても４ｇ／ｃｍ^３に等しい密度を有する炭化ホウ素のセラミックと
   を組み合わせた複合材料であって、
   前記セラミックが、連続する相互連結した相を形成している複合材料。
2. 前記複合材料の総重量の７５重量％より高い貴金属の濃度を有する請求項１に記載の複合材料。
3. 前記セラミックが、金及びアルミニウムの合金と組み合わされ、前記複合材料が、前記複合材料の総重量の高くても２０重量％に等しいアルミニウムの濃度を有する請求項１または２に記載の複合材料。
4. 前記複合材料が、前記複合材料の総重量の高くても５重量％に等しいアルミニウムの濃度を有する請求項３に記載の複合材料。
5. 前記セラミックが、近似的な式Ｂ_４Ｃ、Ｂ_１３Ｃ_２およびＢ_１２Ｃ_３を有する炭化ホウ素の中から選択される請求項１に記載の複合材料。
6. 前記セラミックが電気導体である請求項１から５のいずれか一項に記載の複合材料。
7. ４００ＶＨＮ超の硬さを有する請求項１から６のいずれか一項に記載の複合材料。
8. 前記セラミックが、前記複合材料の５５〜８０％の間の体積分率を示す請求項１から７のいずれか一項に記載の複合材料。
9. 前記セラミックが、０．１μｍ〜１ｍｍの間の相当直径を有する離散粒子の形である請求項１から８のいずれか一項に記載の複合材料。
10. ７〜１４ｇ／ｃｍ^３の間の密度を示す請求項１から９のいずれか一項に記載の複合材料。
11. 金または金を含有する合金を、１０〜２００バールの圧力下で、連続する相互連結した相を形成している前記セラミックからなる多孔性プリフォームに浸入させる浸入ステップを有する請求項１から１０のいずれか一項に記載の複合材料を製造する方法。
12. 前記浸入ステップの間、液体の形の金とアルミニウムの合金を、圧力下で炭化ホウ素の多孔性プリフォームに浸入させる請求項１１に記載の方法。
13. 前記浸入ステップの前に、前記多孔性プリフォームがその間に少なくとも部分的に焼結される焼結ステップも含む請求項１１または請求項１２に記載の方法。
14. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の複合材料を含む時計またはジュエリー。