| 研究概要 |
酸化六ホウ素(B_6O)は、ダイヤモンド、c-BNに次ぐ高硬度を有する硬質ホウ素化合物のひとつであり、切削工具やノズル材料への実用が期待されている。しかし、B_6Oは難焼結性であるために緻密な焼結体の作製が困難であり、その機械的・熱的性質はほとんど知られていない。本研究では、易焼結性のB_6O合成粉末を超高圧焼結することによって高密度B_6O焼結体を作製し、その機械的・熱的性質を評価し、さらにB_6O基複合焼結体の工具材料への応用可能性を検討した。
1. B_6O粉末の合成と調製粉末のキャラクタリゼーション
市販の酸化ホウ素(B_2O_3)および非晶質ホウ素を1:16のモル比となるように配合し、これを高純度アルゴン気流中、1350ﾟC、4hの条件で加熱処理を施し、B_6O粉末を合成した。走査型電子顕微鏡観察により、調製粉末の粒子径は1.2〜1.4μmであり、結晶性と分散性のよい均一粉末であることがわかった。
2. B_6Oの超高圧焼結と焼結体の機械的・熱的性質
B_6O合成粉末をガードル型超高圧発生装置を用いて最適焼結条件を探索した。5GPa、1700℃、20minの高圧高温処理で得られたB_6O単相焼結体の相対密度は97%、ビッカース微小硬度は3400kg/mm^2に達した。焼結体の空気雰囲気中における熱分析(TG-DTA)により、B_6O焼結体はB_4C焼結体に比べて高温耐酸化性に優れ、液相のB_2O_3層が保護膜として機能し、約1000℃までは穏やかに酸化されることがわかった。
3. B_6O基複合焼結体の作製と工具への応用可能性の検討
B_6O焼結体の靭性を向上させるために、B_4CまたはcBNとの複合焼結体の作製を試みた。合成B_6O粉末と市販のB_4CまたはcBN混合粉末を真空脱気後3-8 GPa,1500-1800℃、15-30minの条件で高圧高温処理をおこなった。その結果、B_6O-B_4C系およびB_6O-cBN系いずれの場合も、最高微小硬度は4600kg/mm^2に達し、破壊靭性値は1〜1.8MNm^<-3/2>まで改善された。
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