爆発衝撃固化と燃焼合成による窒化チタン分散ホウ化チタン高強度高耐食性複合材の開発

1目的 本研究では自己伝播高温合成(SHS)法と衝撃波による超高圧力を組み合わせた方法を用いて、窒化チタン(TiN)の高耐食性と、ホウ化チタン(TiB2)の耐熱・高強度という異なる特長を兼ね備えた複合材料の作製を試み、その材料への諸性質を調べた。2方法 原料にチタン(Ti,粒径44μm)、ホウ素(B,同1〜2μm)及び窒化ホウ素(BN,同1〜16μm)の粉末を用い、合成後に組成がTiB_2-0〜60mol%TiNになるように秤量し、8時間の湿式混合を行った。乾燥後、衝撃圧縮装置内に充填し、SHS反応を開始した。発熱反応を伴って生成した多孔質なTiN/TiB_2複合体を、爆薬の爆発による超高圧力(約5GPa)で固化した。得られた複合材料に対する試験結果を以下に記す。3結果 (1)X線回折の結果、TiNとTiB_2の2相のみが検出され、BN含有量が多いものほどTiNの生成量は増加した。(2)衝撃圧縮体の密度は組成に拘わらず、約4.4〜4.2Mg/m^3を値を示した(最高相対密度は約95%であった)。(3)圧縮体の硬度はTiNの含有量が増すと共に低くなり、TiB_2単体で約32GPa、また、TiB_2-60mol%TiNでは約18GPaであった。これは、後述の微細結晶粒の増加に起因すると思われる。(4)SEM観察の結果、複合材料を構成する結晶粒の大きさがTiN相の増大に伴い次第に微細になることから、TiN粒はTiB_2相の粒成長を抑制していることが示唆された。また、その時に観察された最小のTiN結晶粒径は約300nmであった。(5)複合材料について塩酸及び硝酸に対する腐食試験を行った結果、高TiN含有量のものほど高耐食性であり、SHS法で生成した多孔質体に比べ、衝撃固化体の腐食の進行はそれの約13%に留めることができた。また、硝酸より塩酸に対する腐食抵抗が高かった。

1目的 本研究では自己伝播高温合成(SHS)法と衝撃波による超高圧力を組み合わせた方法を用いて、窒化チタン(TiN)の高耐食性と、ホウ化チタン(TiB2)の耐熱・高強度という異なる特長を兼ね備えた複合材料の作製を試み、その材料への諸性質を調べた。2方法 原料にチタン(Ti,粒径44μm)、ホウ素(B,同1〜2μm)及び窒化ホウ素(BN,同1〜16μm)の粉末を用い、合成後に組成がTiB_2-0〜60mol%TiNになるように秤量し、8時間の湿式混合を行った。乾燥後、衝撃圧縮装置内に充填し、SHS反応を開始した。発熱反応を伴って生成した多孔質なTiN/TiB_2複合体を、爆薬の爆発による超高圧力(約5GPa)で固化した。得られた複合材料に対する試験結果を以下に記す。3結果 (1)X線回折の結果、TiNとTiB_2の2相のみが検出され、BN含有量が多いものほどTiNの生成量は増加した。(2)衝撃圧縮体の密度は組成に拘わらず、約4.4〜4.2Mg/m^3を値を示した(最高相対密度は約95%であった)。(3)圧縮体の硬度はTiNの含有量が増すと共に低くなり、TiB_2単体で約32GPa、また、TiB_2-60mol%TiNでは約18GPaであった。これは、後述の微細結晶粒の増加に起因すると思われる。(4)SEM観察の結果、複合材料を構成する結晶粒の大きさがTiN相の増大に伴い次第に微細になることから、TiN粒はTiB_2相の粒成長を抑制していることが示唆された。また、その時に観察された最小のTiN結晶粒径は約300nmであった。(5)複合材料について塩酸及び硝酸に対する腐食試験を行った結果、高TiN含有量のものほど高耐食性であり、SHS法で生成した多孔質体に比べ、衝撃固化体の腐食の進行はそれの約13%に留めることができた。また、硝酸より塩酸に対する腐食抵抗が高かった。