JPH0213028B2

JPH0213028B2 -

Info

Publication number: JPH0213028B2
Application number: JP29862085A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Sata
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1990-04-03
Also published as: JPS62156271A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、高融点無機化合物、例えば周期律表
第２、第３、第４、第５、第６および第７周期金
属の炭化物、ホウ化物、ケイ化物、リン化物、硫
化物、窒化物、酸化物およびこれらの複合化合物
を各種金属あるいはセラミツクス成形体の表面に
厚肉コーテイングを行う方法に関するものであ
る。

従来の技術従来、金属あるいはセラミツクス成形体の表面
に高融点無機化合物をコーテイングする方法とし
て溶射法、CVD法、PVD法などがある。これら
の方法はコーテイング層の形成に時間がかかるた
め薄膜のコーテイングに有効ではあるが、１mm以
上の厚肉コーテイングの技術としては作業効率上
適当ではない。また金属あるいはセラミツクス成
形体の表面に厚肉のセラミツクスを形成させる方
法として、あらかじめ成形したセラミツクスを接
合させる方法がある。これらの方法はセラミツク
ス成形体の間に接合用のインサート材を挿入して
熱処理することにより結合させたり、ろう付けに
よる方法が知られているが、あらかじめ接合する
セラミツクスを製造しておく必要があり接合面が
複雑な形状を有している場合には必ずしも満足し
うる方法とはいえない。

燃焼工程を開始させるに充分な温度に金属−非
金属混合物の表面層の小部分を強熱することによ
り（この場合、一層から他層への燃焼帯の伝播は
出発成分間の反応の結果として放出される熱およ
び熱伝達に基づく）金属と非金属の反応を開始さ
せ高融点無機化合物を合成する方法が公知であ
る。（特公昭56−27441）反応は燃焼帯として知ら
れる混合物の薄層で進行し、この場合温度は2000
〜4000Kという高い温度になる。燃焼帯は混合物
中に１〜15cm/sの速度で広がる。このような高融
点無機化合物の合成時に遠心力や静ガス圧または
静水圧で圧縮することにより高密度の成形体を得
る方法が提案されている。（例えば特願昭53−
5212、特願57−500289）発明が解決しようとする問題点本発明の目的は金属−非金属混合物の局部に着
火することにより反応を開始させ燃焼帯の進行と
ともに高融点無機化合物を合成する方法において
高融点無機化合物を合成すると同時に金属あるい
はセラミツクス成形体の表面に接合することによ
り、簡単な構造の装置を用いて安価にできる高融
点無機化物の厚肉コーテイングを行う方法を提供
することにある。

問題点を解決するための手段本発明に従えば周期律表第２、第３、第４、第
５、第６および第７周期から選ばれる金属または
金属化合物の少なくとも一種、非金属元素Ｃ、
Ｂ、Si、Ｐ、Ｓまたはアジ化物の少なくとも一種
を充分混合し、コーテイングの対象となる金属ま
たはセラミツクス成形体の表面に上記混合物を加
圧圧縮し、真空または0.1〜200atmの不活性雰囲
気下で混合物の端部に強熱着火して発熱反応を開
始させ、その反応がさらに混合物の次の層への熱
伝達によつて伝播される条件下で自己増殖的に合
成反応を加圧方向とほぼ平行な方向に進展させ、
圧縮バネの伸長力を利用することによつて合成と
同時に金属あるいはセラミツクス成形体の表面に
接合することによつてその目的を達成することが
できる。

本発明方法における接合は投錨効果といわれる
機械的な作用をその主な要因とする接合法を利用
するものである。コーテイングする高融点無機化
合物が合成反応の際に高熱を発生するもの（例え
ば二ホウ化チタンTiB₂や二ホウ化ジルコニウム
ZrB₂）であり、またコーテイングの対象となる
金属またはセラミツクス成形体の熱伝導特性が小
さいため、あるいは融点が低いために高熱により
表層が一部溶解するものであるならば、特にコー
テイングする高融点無機化合物とコーテイングの
対象となる金属あるいはセラミツクス成形体の間
に別の高発熱混合物層を設ける必要はない。しか
しながらコーテイングする高融点無機化合物が合
成反応の際に発生した熱が少なく、あるいはコー
テイングの対象となる金属またはセラミツクス成
形体の熱伝導特性が良いかあるいは融点が高いた
めに表層が一部溶解する条件にない場合には高発
熱混合物層をコーテイングする高融点無機化合物
とコーテイングの対象となる金属あるいはセラミ
ツクス成形体の間にあらかじめ設けておき、合成
反応の際に高発熱混合物層の反応の結果生じた高
熱を接合に利用する必要がある。さらに、あらか
じめコーテイングの対象となる金属またはセラミ
ツクスの表面を平面でなく凹凸状に加工すること
によつて、効果的に接合強度の高いコーテイング
を行うことができる。

本発明方法の特徴は、コーテイングの対象とな
る金属またはセラミツクス成形体の表面に金属−
非金属混合物を加圧圧縮し、真空または0.1〜
200atmの不活性ガスに置換した容器内において、
混合物の端部に強熱着火して発熱反応を開始さ
せ、自己増殖的な合成反応が加圧方向とほぼ平行
な方向に進展し反応がコーテイングの対象となる
金属またはセラミツクス成形体の表面に達した時
に合成物と金属またはセラミツクスとが強固に接
合するように、圧縮バネの伸張力によつて接合に
必要な圧力が持続的に加えられる点にある。した
がつて圧縮バネの役割は混合物の圧粉と合成物の
接合を可能ならしめることであり、圧縮バネはそ
の目的に合致するバネ定数と圧縮強度および伸張
長さを有するものではなくてはならない。これら
の条件はコーテイングする高融点無機化合物の収
縮距離、圧縮断面積、コーテイングの対象となる
金属またはセラミツクスの材質等によつてその最
適条件を決定することができる。

本発明方法における着火方法は確実な着火のた
めと、加圧圧縮方向とほぼ平行な方向に反応を進
展させるために、混合物の端部に接するように２
本のタングステンあるいは同等の高融点金属の導
線を配し２本の導線の間に例えば0.2mm径の白金
線を接続する着火治具を用いる。タングステン線
に電流を通じることによつて白金線を通電加熱さ
せ、あるいは電流を通じることによつて蒸発飛散
した白金がその後の電流の経路となることによつ
て混合物に強熱を与え確実な着火に導く。２本の
導線の間に細線を接続するかわりに高周波電流を
通じることによつてイオン化したガスを電流の経
路として混合物に強熱を与えることも可能であ
る。このような確実な着火方法を備えることによ
り、本発明方法は高融点無機化合物の厚肉コーテ
イング方法として極めて実用性に優れたものとな
る。

発明の効果本発明方法に従えば、周期律表第２、第３、第
４、第５、第６および第７周期から選ばれる金属
の炭化物、ホウ化物、ケイ化物、リン化物、硫化
物、窒化物、酸化物およびこれらの複合化合物を
金属またはセラミツクスの表面に極めて簡単な装
置および操作で短時間のうちに厚肉コーテイング
することができ、本発明方法は極めて実用性に優
れたものである。また本発明方法に従えばほとん
どあらゆる金属またはセラミツクスの表面にコー
テイングすることが可能となる。コーテイング層
の厚さは１mm以上が可能であり、最大厚さの限界
は事実上ない。一度にコーテイングできる面積は
１mm²以上が可能であり、装置を工夫することによ
つて面積の限界も事実上存在しない。適宜最適方
法を検討することによつて、コーテイング面が複
雑な形状を有しているような場合にも対応するこ
とができる。次に実施例によつて本発明をさらに
詳細に説明する。

実施例１図１に示すように、真空にできる容器内に黒鉛
で熱遮断したクロムモリブデン鋼製の鋳型を設置
し、鋳型内にチタンとホウ素の粉末をモル比で１
対２の割合で充分混合した混合物を充填し、その
上にコーテイングの対象となるチタン棒をのせ
る。コーテイング面積は１cm²、混合粉末は2gで
ある。上下より500Kg/cm²の圧力をかけ、バネを圧
縮させると同時に圧粉を行う。容器内を真空引き
し余分なガスを排出する。あらかじめ装着した着
火治具（２本のタングステン線の端部に0.2mm径
の白金線を溶接したもの）に電流を瞬時流してコ
ーテイング層の外側から接合面に向つて反応を開
始させる。反応が圧粉体の端部から進展するに従
つて3000℃に加熱された燃焼帯において、ニホウ
化チタン（TiB₂）の合成反応と同時にち密化が
進行し、反応によつて収縮した距離はバネの伸張
によつて遂次補なわれる。燃焼帯がチタン棒の端
面に達すると高熱によりチタン棒の表層が溶解し
ニホウ化チタンの厚肉コーテイング層と強固に結
合される。反応終了後冷却した試料を鋳型より取
り出しチタン表面にニホウ化チタンをコーテイン
グした接合体の製造を完了する。得られたコーテ
イング層は密度4.4ｇ/cm³、厚さ4.5mm、接合強度
は400Kg/cm²であつた。

実施例２反応物が200Kg/cm²の圧力下で型内で圧縮される
点を除き、実施例１において述べたと同一の方法
で黄銅表面にホウ化チタン（TiB）がコーテイン
グされるる。鋳型内に充填するチタンとホウ素の
粉末はモル比で１対１の割合で充分混合した混合
物2gを用いる。得られたコーテイング層は密度
4.5ｇ/cm³、厚さ4.4mm、接合強度は400Kg/cm²であ
つた。

実施例３反応物が200Kg/cm²の圧力下で型内で圧縮される
点、チタンとホウ素の粉末をモル比で１対２の割
合で混合した高発熱混合物を0.2gをあらかじめコ
ーテイング層とコーテイングの対象となるチタン
棒の間に充填する点を除き実施例１において述べ
たと同一の方法でチタン表面にホウ化チタン
（TiB）がコーテイングされる。鋳型内に充填す
るチタンとホウ素の粉末はモル比で１対１対の割
合で充分に混合した混合物2gを用いる。得られ
たコーテイング層は、密度4.5g/cm³、厚さ５mm、
接合強度は400Kg/cm²であつた。

実施例４反応物が500Kg/cm²の圧力下で型内で圧縮される
点、チタンとホウ素の粉末をモル比で１対２の割
合で混合した高発熱混合物0.2gをあらかじめコー
テイング層とコーテイングの対象となるステンレ
ス鋼（SUS304）の間に充填する点を除き実施例
１において述べたと同一の方法で、ステンレス鋼
の表面に炭化ジルコニウム（ZrC）がコーテイン
グされる。鋳型内に充填するジルコニウムと炭素
の粉末はモル比で１対１の割合で充分混合した混
合物2gを用いる。得られたコーテイング層は密
度6.1g/cm³、厚さ3.6mm、接合強度は300Kg/cm²であ
つた。

実施例５反応物が200Kg/cm²の圧力下で型内で圧縮される
点を除き、実施例１において述べたと同一の方法
でアルミニウム金属の表面に窒化チタン（TiN）
がコーテイングされる。鋳型内に充填するチタン
とアジ化ナトリウム（NaN₃）の粉末はモル比で
３対１の割合で充分に混合した混合物2gを用い
る。チタンとアジ化ナトリウムの反応により窒化
チタンとナトリウムが生成し、ナトリウムはガス
状となつて鋳型の外へ排出され、窒化チタンのコ
ーテイング層がアルミニウム表面に形成される。
得られたコーテイング層は密度5.3ｇ/cm³、厚さ
3.4mm、接合強度は200Kg/cm²であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によつて高融点無機化合物
の厚肉コーテイングを行なうための装置及び金属
−非金属混合物とコーテイングの対象となる金属
の装填の一例を示す立面図であり、図中符号１は
圧縮装置の一部、２は真空容器、３は真空排出
口、４はアルゴンガス導入口、５は着火のための
電流印加装置、６は圧縮バネ、７はクロムモリブ
デン鋼製の鋳型、８は黒鉛製の熱絶縁材、９はタ
ングステン線、１０は金属−非金属混合物、１１
はコーテイングの対象となる金属である。

Claims

【特許請求の範囲】１周期律表第２、第３、第４、第５、第６およ
び第７周期から選ばれる金属または金属化合物の
少なくとも一種、非金属元素Ｃ、Ｂ、Si、Ｐ、Ｓ
またはアジ化物の少なくとも一種を充分混合し、
コーテイングの対象となる金属またはセラミツク
ス成形体表面に上記混合物を加圧圧縮し、真空ま
たは0.1〜200atmの不活性雰囲気下で混合物の端
部に強熱着火して発熱反応を開始させ、その反応
がさらに混合物の次の層への熱伝達によつて伝播
される条件下で自己増殖的に合成反応を加圧方向
とほぼ平行な方向に進展させ圧縮バネの伸張力を
利用することによつて合成と同時に金属またはセ
ラミツクス成形体の表面に高融点無機化合物の厚
肉コーテイングを行う方法。２周期律表第２、第３、第４、第５、第６およ
び第７周期から選ばれる金属または金属化合物の
少なくとも一種、非金属元素Ｃ、Ｂ、Si、Ｐ、Ｓ
またはアジ化物の少なくとも一種を充分混合し、
コーテイングの対象となる金属またはセラミツク
ス成形体の表面に上記混合物を加圧圧縮する際に
更に反応によつて合成される厚肉コーテイング層
と金属またはセラミツクス成形体の間に高発熱混
合物の層を設け、真空または0.1〜200atmの不活
性雰囲気下で混合物の端部に強熱着火して発熱反
応を開始させ、その反応がさらに混合物の次の層
への熱伝達によつて伝播される条件下で自己増殖
的に合成反応を加圧方向とほぼ平行な方向に進展
させ圧縮バネの伸張力を利用することによつて合
成と同時に金属またはセラミツクス成形体の表面
に高融点無機化合物の厚肉コーテイングを行う方
法。