JPH0445201A - Ｎｂ‐Ａｌ系金属間化合物焼結成形体の製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＮｂ−Ａｌ系金属間化合物焼結成形体の製造方
法に関するものである。

〔従来の課題〕

Ｎｂ−Ａｌ系金属間化合物（Ｎｂ−ＡＩ系合金）は高融
点を有し高温での強度が大きい。例えばＮｂ。

Ａｌ合金は融点１９６０℃、Ｎｂ２Ａｌ合金は融点１８
１０℃、ＮｂＡｌ合金は融点１５５０℃である。

しかしながらＮｂの融点は２４００℃であるが、Ａｌの
融点は６６０℃であり、融点差が極めて大きいので両者
を溶融混合して合金化する方法ではＮｂの融点近辺でＡ
ｌは蒸発してしまうから所定の組成のＮｂ−Ａｌ系合金
を得ることが極めて困難である。更にＮｂ−Ａｌ系合金
からなる成形物を製造する方法としてはＮｂ、ＡＩ両者
を溶融混合して鋳造する方法、あるいはＮｂ、　Ａｌｒ
ｉｉｊ者の溶融混合物を噴霧してＮｂ−Ａｌ系合金粉末
とし、該合金粉末を成形焼結する方法が考えられるが、
上記したようにＮｂとＡｌとの融点差が大きく、両者を
溶融混合することが極めて困難である。またＮｂ粉末と
Ａｌ粉末とを混合した混合粉末を成形焼結する方法も考
えられるが、やはりＮｂとＡｌとの融点差が大きく、焼
結中にＡＩの溶融が起って成形体に大変形が生じ、この
ような混合粉末による成形焼結体の製造は極めて困難で
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、
Ｎｂ粉末とＡｌ粉末、またはＮｂ粉末とＮｂ−Ａｌ合金
粉末、またはＡｌ粉末とＮｂ−Ａｌ合金粉末、またはＮ
ｂ粉末とＡｌ粉末とＮｂ−Ａｌ合金粉末とを主体とする
原料金属混合粉末を機械的合金化法によってＮｂ−Ａｌ
系金属間化合物粉末を得、該粉末を用いて射出成形また
は泥漿鋳込法により焼結成形体を製造する方法を提供す
るものである。

本発明に用いられるＮｂ粉末は通常３００メツシュ全通
、望ましくは２５０メツシュ全通程度の粒度を有する粉
末であり、本発明に用いられるＡｌ粉末は通常３５０メ
ツシュ全通、望ましくは４００メツシュ全通程度の粒度
を有する粉末である。

上記Ｎｂ粉末とＡｌ粉末とは得られる金属間化合物がＮ
ｂを７５重量％以上含むような所定の比率に混合される
。何となれば得られる金属間化合物のＮｂ含有量が７５
重量％以下であると、該金属間化合物の融点が低くなり
、かつ高温での強度が低下する。Ｎｂ粉末とＡｌ粉末と
の混合物は後記するように機械的粉砕混合によって金属
間化合物とせられるが、該機械的粉砕混合中に融点の低
いＡｌが粉砕混合装置に優先的に付着する。したがって
機械的粉砕混合前のＮｂ粉末とＡｌ粉末との混合粉末に
おけるＡｌ粉末の比率よりも、該混合粉末に機械的粉砕
混合を行なって得られる金属間化合物中のＡｌ比率の方
が小さくなる。そこで所定のＮｂ−Ａｌ比率を有する金
属間化合物が得られるよう、Ｎｂ粉末とＡｌ粉末との混
合比率を調節しなければならない、ＮｂＡｌ合金（融点
１５５０℃）のような低融点のＮｂ−Ａｌ合金をＮｂソ
ースとして用い、これにＡｌ粉末を混合すれば、Ａｌ粉
末が粉砕混合装置に付着しにく＼なり、Ａｌの歩留りが
向上する。勿論本発明においてはＮｂ−Ａｌ合金粉末を
Ａｌソースとして用い、これにＮｂ粉末を混合してもよ
く、またＮｂ−Ａｌ合金粉末にＡｌ粉末およびＮｂ粉末
を混合してもよい。

上記混合粉末には更に他の金属粉末（第三金属成分）を
混合してもよい。望ましい金属粉末としてはＡＩと固溶
体を形成しゃすいＢｅ、　Ｍｎ、　Ｓｉ。

Ｃｕ、　Ｃｒ、　ｖｔ　Ｔｘｔ　Ｌｘ＊　Ｍｇ、　Ｚｎ
ｔ　Ａｇ等がある。上記金属粉末は単独または二種以上
混合されてもよい。上記金属は望ましくは得られる金属
間化合物中に総計で１５重量％以下の範囲で含まれるよ
うに混合される。上記範囲であれば上記金属間化合物の
融点や高温での強度に悪影響を及ぼさない。

上記原料金属混合粉末は例えばらいかい機、ボールミル
等の機械的粉砕混合装置により機械的に粉砕混合される
。このような機械的粉砕混合によって該原料金属混合粉
末の構成金属原子相互の浸透拡散が起り、該金属相互が
反応して該金属間化合物が形成される。該金属間化合物
は機械的粉砕混合により更に粉砕され、構成金属相互の
拡散反応は更に進行する。このようにしてＮｂ−Ａｌ系
金属間化合物粉末が得られるが、該粉末の平均粒径が該
原料金属混合粉末の平均粒径よりも小さくなるまで粉砕
する。望ましい平均粒径は約２０１１ｍ以下である。平
均粒径約２０μｍ以下の粉末は良好な成形性を示す。

本発明の金属間化合物粉末の成形体を製造するには、該
金属間化合物粉末とポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリスチレン等の熱可塑性プラスチック
粉末、所望なれば更に滑剤としてワックス、パラフィン
等を混合してベレットとし、該ペレットを射出成形する
ことにより成形体を製造する。あるいは該金属間化合物
粉末をエタノール、イソプロパツール、ｎ−ヘキサン等
の有機溶剤に分散させ、所望なればポリビニルブチラー
ル、ポリビニルホルマール、ポリビニルメチルエーテル
、ポリビニルエチルエーテル、ポリ酢酸ビニル等のバイ
ンダーおよび芳香族スルホン酸塩、脂肪族スルホン酸塩
等の解膠剤を添加して泥漿とし、該泥漿を鋳込型に鋳込
んで成形体を製造する。このようにして得られた成形体
は通常真空中または不活性ガス雰囲気中にて１７００〜
１９００℃程度の温度で２〜４時間程度加熱して焼結さ
せるが、所望なれば上記焼結に先立って５０ｏ℃程度の
温度で乾燥脱脂し、その後１１００〜１３００℃程度の
温度で加熱して仮焼する。

上記泥漿鋳込法による成形体は脆いので特に複雑形状の
成形体の場合焼結作業性が悪い、したがって鋳込型とし
てセラミックスからなる通気通液性鋳込型に該泥漿を充
填して乾燥脱脂し、そのまシ該泥漿乾燥物を鋳込型とと
もに１１００〜１３００℃程度の温度で仮焼をすること
が望ましい。

仮焼後は圧力媒体粉末を充填した圧力容器中に該仮焼物
を鋳込型とともに装填し、熱間静水圧プレスを施して焼
結せしめる。

〔作用〕

Ｎｂ粉末とＡｌ粉末、またはＮｂ粉末とＮｂ−Ａｌ合金
粉末、またはＡｌ粉末とＮｂ−Ａｌ合金粉末、またはＮ
ｂ粉末とＡｌ粉末とＮｂ−Ａｌ合金粉末とを主体とする
原料金属混合粉末を機械的に粉砕混合すると、該粉末間
で粉末を構成する金属原子の相互浸透拡散が起り、Ｎｂ
とＡｌあるいはその他の金属相互が反応してＮｂ−Ａｌ
系金属間化合物が生成する。この反応は比較的低温（Ａ
ｌの融点以下）で起るからＡｌは実質的に蒸発しない。

したがって原料金属混合粉末の組成と、得られる金属間
化合物の組成とが大巾に変動することがない。そして上
記反応中においては同時に該原料金属混合粉末は更に小
径に粉砕され、該原料金属混合粉末の平均粒径よりも小
さな平均粒径を有する金属間化合物が生成される。この
ような小さな粒径を有する金属間化合物は良好な流動性
を有する射出成形材料を与え、また焼結成形体に緻密な
組織を与える。

更に該原料金属混合粉末にＡＩと固溶体を形成しゃすい
　Ｂｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ＋Ｌｉ、Ｍ
ｇ、Ｚｎ、Ａｇ等の第三金属成分を添加すると焼結性が
向上する。

得られた金属間化合物のＮｂ含有量は７５重量％以上に
すべきである。何となればＮｂ含有量７５重量％以下の
金属間化合物は融点が低く、高温での強度が充分でない
。

更に第三金属成分を添加した場合には該金属の総量が１
５重量％以下であれば該金属は金属間化合物の融点や強
度に悪影響を及ぼさない。

更に鋳込成形の場合に通液性セラミックスからなる鋳込
型を用いると鋳込型内での泥漿の乾燥脱脂、仮焼、焼結
が可能となる。

〔実施例〕

実施例１（金属間化合物の製造） ４００メツシュ全通のＡｌ粉末と２５０メツシュ全通の
Ｎｂ粉末とをＮｂ８７重景％、Ａｌ１３重量％となるよ
うに混合し、ヘキサンを媒体としてボールミルにより１
６時間混合した。得られた混合物泥漿を窒素雰囲気中で
乾燥して原料金属混合粉末を得る。該原料金属混合粉末
の１ｋｇを直径４００ｍｍのボールミル中に投入し、ボ
ール２０ｋｇを添加して１００ｒρｍの速度で機械的粉
砕混合を行なった。粉砕混合時間と該原料金属混合粉末
の平均粒径との関係を第１図に示す。第１図に示される
ように該平均粒径は粉砕混合初期においては増大して略
５００μｍに達するが、その後次第に小さくなり１９２
時間では最初の粒径よりも小さい約２０μｍ以下になる
。また第２図ａ　−ｆに粉砕混合時間と示差熱分析との
関係を示す（図中点線は昇温曲線）。第２図ａに示すよ
うに原料金属混合粉末は粉砕混合前ではＡｌの融点（６
６０℃）近傍で大きな発熱を示す顕著なピークが認めら
れるが、ｅに示すように１９２時間の粉砕混合では該ピ
ークは観察されず、Ａｌは大部分Ｎｂと反応して金属間
化合物が生成されたことが認められる。

したがって該原料金属混合粉末を粉砕混合前の状態で成
形焼結する場合には該融点近傍でＡｌが急激に溶解して
成形体に大変形がもたらされることが予想されるが、１
９２時間粉砕粉砕型れば反応は充分進行して該融点近傍
での発熱も小さく、成形体は焼結に充分耐えるものと思
われる。

上記機械的粉砕混合は３８４時間続行され、得られた金
属間化合物の組成はＮｂ９０．５重量％、Ａｌ９．５重
量％であり、平均粒径は約１５μｍであった。

実施例２（射出成形） 実施例１で得られた金属間化合物粉末を３５０メツシユ
の篩によって分級した上で下記の組成の射出成形材料を
調製する。

金属間化合物粉末　　５８重量部 合成樹脂添加物＄　　４２重量部 傘：合成樹脂添加物の組成は下記の通りである。

ポリプロピレン　　　５５重量部 パラフィンワックス　３０重量部 カルナバワックス　　１３．５重量部 フタル酸ジオクチル　１．５重量部 上記組成の射出成形材料は混練され、ペレタイザーによ
ってペレット化され、該ペレットは射出成形機によって
シリンダ温度１９０℃、金型温度５５℃、射出圧５００
　ｋｇｆ／ｃｓｉの条件で第３図に示す形状の引張試験
片（１）を成形した。該試験片（１）において、平行部
（２）は厚さ３　ｗｎ　、巾４　ｒｍ　、長さ１４＋＋
ｍ、把み部（３）は厚さ３　ｍｍ　、巾Ｌｏｗ、長さ１
２ｍｍである。

上記試験片は１００メツシユの電融アルミナ粉末中に埋
設され、Ａｒ気流中、５℃／ｈｒの昇温速度で５５０’
ｌｌ：まで加熱して脱脂した後、真空排気を行なった上
で真空中１２００”Ｃまで昇温して仮焼体を作製した。

得られた仮焼体をアルミナ粉末から取出し、該アルミナ
粉末を除去した後に滑らかな面を有するジルコニア製セ
ッター内にセットし、真空中１８００℃、３時間の焼結
を行なう。

得られた焼結体の密度は９３．３％であり、Ｘ線回折の
定性分析を行なった結果、Ｎｂ３Ａｌ合金単相であるこ
とが判明した。また引張試験の結果は１３００℃で２２
　、４　ｋｇｆ／　ｍｍ２であった。

実施例３（鋳込成形１） 実施例１で得られた金属間化合物粉末を、実施例２と同
様に分級して下記の組成の泥漿を調製する。

金属間化合物粉末　　１００重量部 解膠剤　　　　　　　　　１ アンモニア　　　　　０．０５ ポリビニルブチラール　　ｌ エチルアルコール　　　４５ 上記泥漿を直径１６ｍ、長さ６０ｍｍの石膏鋳型に鋳込
んで得られた成形物を離型した後、６０℃で乾燥する。

乾燥した試料は真空中１８００℃で焼結した。得られた
焼結体の密度は９４．２％で、Ｎｂ３Ａｌ合金単相であ
った。また引張試験の結果は１３００’Ｃで２４　、１
　ｋｇｆ／　ｍｎ２であった。

実施例４（鋳込成形２） 実施例３の泥漿を第４図に示すようなＺｒＯ２からなる
通気通液性鋳込型（１１）に鋳込み、周囲を排気するこ
とにより脱液乾燥し、Ａｒ気流中、５℃／ｈｒの昇温速
度で５５０℃まで加熱して脱脂した後、真空排気を行な
った上で真空中１２００℃まで昇温しで仮焼した。得ら
れた焼結体（１２）は鋳型（１１）と共に第３図に示す
ようにタンタル製容器（１３）内に圧力媒体として充填
されている窒化硼素（ＢＮ）粉末（１４）内に装填し、
該容器（１３）の排気口（＋３）Ａを介して排気し密封
した上で、圧力１０００気圧、温度１７００℃において
、熱間静水圧プレスを１時間施して成形焼結を行なう。

得らｊだ焼結体の密度は１００％である。

本実施例の方法によれば、複雑形状の成形体を得ること
が容易である。

実施例５ 原料金属混合粉末におけるＡｌソースとして下記のＮｂ
−Ａｌ合金粉末を用いる。

即ちプラズマスカル溶解法によって種々な組成の合金を
インゴットとして作製した。該インゴットを再溶解して
遠心噴霧法によって６０メツシュ全通の粉末を作製し、
該粉末をアトライターによって２４時間粉砕して４００
メツシユの篩で分級し、第１表の組成および平均粒径を
有するＮｂ−Ａｌ合金粉末試料を得た。

試　料　Ａｌ分析値（重量％）平均粒径（μｍ）Ａ　　
　　　９３．７　　　　　１８．４Ｂ　　　　　８７，
２　　　　　１６．７Ｃ７４，３１５，６ Ｄ　　　　　２９，１　　　　　１３．１第　　１　　
表 上記Ｎｂ−Ａｌ合金粉末は実施例１のＮｂ粉末と第２表
に示す比率に混合され、実施例１と同様にして機械的粉
砕混合により最終的１：Ｎｂ、Ａｌ（Ａｌ含有量８．８
重量％）化合物となるように処項され、該金属間化合物
粉末を用いて実施例１と同様にして射出成形しその後焼
結して焼結成形体を得た。得られた焼結成形体の密度お
よび１３００℃における強度を第２表に示す。

第　　２　　表 第２表を見ると原料金属混合粉末中のＡｌ含有量が多く
なるにしたがって密度が若干高くなる傾向を示すことが
判明する。

実施例６ 実施例５で用いたＮｂ−Ａｌ合金粉末に更に第３表に示
す第三金属成分を添加した組成の合金を用いて、実施例
５と同様にして金属間化合物粉末を作製し、該金属間化
合物粉末を用いて、実施例５と同様にして射出成形しそ
の後焼結して焼結成形体を得た。得られた焼結成形体の
結晶粒微細化の程度、密度および１３００℃における強
度を第３表に示す。

第　　３　　表 本□：合金粉とＮｂ粉との重量比率は実施例６の第２表
Ａと同様に６．４：９３．６とする。

＊２：結晶粒微細化の程麿は試料の断面写真により測定
した。

０：Ｎｂ−Ａｌ合金粉末を用いた場合より微細化した。

△：　Ｎｂ−Ａｌ合金粉末を用いた場合と変わらず。

ｘ：Ｎｂ−Ａｌ合金粉末を用いた場合より粗大化した。

第３表を見るとＭｎ、　Ｓｌ、　ＭｇＴ　Ｃｒ＋　Ｔｊ
、　Ｖの添加は焼結成形体の結晶粒微細化に効果があり
、Ｂｅ、　Ｍｎ、　Ｓｉ＋　Ｃｕ、　Ｌｉ、　Ｍｇｌ　
Ｚｎｔ　Ａｇの添加は焼結成形体の密度向上に効果があ
ることが確認される。

実施例７（鋳込成形３） 第５図に示す引張試験片のワックス母型（２１）（平行
部（２２）の厚さ１０　ｍｏ　、巾１２ａａ、長さ４０
ｍｍ。

把み部（２３）　（７）厚さ１０＋ｎｍ、巾２０　ｍｎ
　、長さ３０ａｎ鋳込口（２４）径８面）にＺ　ｒ　Ｏ
２泥漿を浸漬法によってコーティングし、１８００℃で
乾燥焼結して通気通液性鋳込型を作製した。該通気通液
性鋳込型に実施例３の泥漿を鋳込み、実施例４と同様に
して脱液乾燥、脱脂、および仮焼を行なった後、実流側
４と同様な容器中の窒化硼素（ＢＮ）粉末内に装填して
実施例４と同様な条件で熱間静水圧プレスを行なう。こ
のようにして得られた焼結成形体の密度は１００％、１
３００℃での強度は３８゜１ｋｇｆ／＋ｍ”と云う高い
値が得られた。

〔発明の効果〕

したがって本発明においては、所望の組成のＮｂ−Ａｌ
系金属間化合物粉末が容易に得られ、そして該粉末は射
出成形性が良好でかつ射出成形や鋳込成形によって得ら
れた本発明の成形体は焼結性にも優れ、高密度で高温に
おける強度が大きな焼結成形体が得られる。また該金属
間化合物粉末にＡｌと固溶体を形成しゃすい　Ｂｅ、　
Ｍｎ、　Ｓｉ、　Ｃｕ。

Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｇ等の第三金属
成分を添加すると焼結成形体の結晶粒微細化および／ま
たは密度向上に効果がある。更に鋳込成形の際、鋳型と
して通気通液性セラミックスからなる鋳込型を用いれば
該泥漿を該鋳込型内で乾燥、脱脂、仮焼、焼結すること
が可能で、複雑形状の焼結成形体でも容易に作製するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１における機械的粉砕混合時間と平均粒
径との関係を示すグラフ、第２図ａ　−ｆは機械的粉砕
混合処理中の組成の示差熱分析のグラフ、第３図は実施
例２で成形した試験片の斜視図、第４図は実施例４の熱
間静水圧プレス工程の説明図、第５図は実施例７のワッ
クス母型の斜視図である。 図中、（１）・・・・・試験片 第１図 ボ一ルミル処理時間（ｈｒｓ） 寅℃

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｂを７５重量％以上含むＮｂ−Ａｌ系金属間化
   合物を製造する方法であって、Ｎｂ粉末とＡｌ粉末、ま
   たはＮｂ粉末とＮｂ−Ａｌ合金粉末、またはＡｌ粉末と
   Ｎｂ−Ａｌ合金粉末、またはＮｂ粉末とＡｌ粉末とＮｂ
   −Ａｌ合金粉末とを主体とする原料金属混合粉末を機械
   的合金化法によってＮｂ−Ａｌ系金属間化合物を生成せ
   しめるとともに該金属間化合物を該原料金属混合粉末の
   平均粒径よりも小さな平均粒径となるまで粉砕すること
   によって得られたＮｂ−Ａｌ系金属間化合物粉末を用い
   て射出成形または泥漿鋳込法により結成形体を製造する
   ことを特徴とするＮｂ−Ａｌ系金属間化合物焼結成形体
   の製造方法
2. （２）該原料金属混合粉末にはＡｌと固溶体を形成しや
   すいＢｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｌｉ、
   Ｍｇ、Ｚｎ、およびＡｇからなる群から選ばれた一種ま
   たは二種以上の金属が混合され、該金属は該金属間化合
   物中に総計で１５重量％以下の範囲になるように該原料
   金属混合粉末に混合される特許請求の範囲１に記載のＮ
   ｂ−Ａｌ系金属間化合物焼結成形体の製造方法
3. （３）特許請求の範囲１に記載の金属間化合物粉末泥漿
   をセラミックスからなる通気通液性鋳込型に鋳込み乾燥
   する工程１、該鋳込型中の泥漿固化物を該鋳込型ととも
   に仮焼する工程２、該仮焼物を該鋳込型とともに圧力媒
   体粉末を充填した圧力容器中に装填し、熱間静水圧プレ
   スを施して焼結せしめるＮｂ−Ａｌ系金属間化合物焼結
   成形体の製造方法