ホウ化チタン-炭化ホウ素系の高強度焼結体の作製と組織制御

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高硬度、高触点を有するホウ素化合物の複合焼結体は、新しい高強度材料として注目させている。本研究では、炭窒化チタン粉末と非晶質ホウ素粉末との固相反応によってTiB_2-B_4C系の高分散複合粉末を調製し、これを超高圧条件下で焼結して、得られた複合焼結体の組織観察および機械的、熱化学的性質の評価を行った。1.TiB_2-B_4C系複合粉末の合成市販のTiC_XN_<1-X>粉末X=0.3, 0.5, 0.7, 1.0)および非晶質ホウ素粉末を1:(4X^+2)の配合比で混合し、混合粉末をAr気流中、1500℃、90minの条件で加熱処理をおこない、各種組成のTiB_2-XB_4Cの複合粉末を調製した。合成複合粉末は、電子顕微鏡観察および粒度分布自動測定により均一粒径の高分散性粉体であることがわかった。2.TiB_2-B_4C系複合焼結体の作製および微構造観察ガードル型超高圧装置を用いて、合成複合粉末を4-5 GPa、1600-1800℃、15-30minの条件で高圧・高温処理することにより、各種組成の複合焼結体を作製することができた。焼結体の相対密度は96-98%であり、B_4C含有量の少ないX=0.3の試料はTiB_2マトリックス中にB_4C粒子が分散しているのに対して、X=1.0の試料はB_4Cマトリックス中にTiB_2粒子が分散している微構造を有していることがわかった。3.TiB_2-B_4C系複合焼結体の機械的性質および耐酸化性の評価複合焼結体のビッカース微小硬度と破壊靭性値は、それぞれ3000-3600kg/mm^2および3-5MN/m^<3/2>であり、B_4C含有量の増加とともに硬度は増加するのに対して、靭性は亀裂進展モードの変化のために低下する傾向を示した。また、空気中におけるる焼結体の酸化試験の結果、700℃までは焼結体表面に生成するTiO_2おにびB_2O_3保護膜が、内部の酸化を制御していることがわかった。