JP2001253767A - アルミナ基複合焼結体及び耐摩耗部材並びにアルミナ基複合焼結体の製造方法 - Google Patents
アルミナ基複合焼結体及び耐摩耗部材並びにアルミナ基複合焼結体の製造方法Info
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- Y10T407/27—Cutters, for shaping comprising tool of specific chemical composition
Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミナ基複合焼結体の欠点を改善し、優れ
た耐摩耗性のみでなく、耐チッピング性においても優れ
るアルミナ基複合焼結体及び耐摩耗部材並びアルミナ基
複合焼結体の製造方法を提供すること。 【解決手段】 アルミナを主成分とし、周期律表のIV
ａ、Vａ、VIａ族のうちの１種以上の炭窒化物、及び／
又は周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの２種以上の
固溶体の炭窒化物を含むアルミナ基複合焼結体焼結体で
あり、このアルミナ基複合焼結体は、炭窒化物中の窒素
の固溶量が、焼結体の内部から表面に向かって増加し、
且つ焼結体表面のビッカース硬度が１９．５ＧＰａ以上
である。
た耐摩耗性のみでなく、耐チッピング性においても優れ
るアルミナ基複合焼結体及び耐摩耗部材並びアルミナ基
複合焼結体の製造方法を提供すること。 【解決手段】 アルミナを主成分とし、周期律表のIV
ａ、Vａ、VIａ族のうちの１種以上の炭窒化物、及び／
又は周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの２種以上の
固溶体の炭窒化物を含むアルミナ基複合焼結体焼結体で
あり、このアルミナ基複合焼結体は、炭窒化物中の窒素
の固溶量が、焼結体の内部から表面に向かって増加し、
且つ焼結体表面のビッカース硬度が１９．５ＧＰａ以上
である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミナを主成分
とする焼結体であるアルミナ基複合焼結体に関し、特に
耐摩耗性や耐チッピング性に優れた切削工具等の耐摩耗
部材、並びにアルミナ基複合焼結体の製造方法に関する
ものである。
とする焼結体であるアルミナ基複合焼結体に関し、特に
耐摩耗性や耐チッピング性に優れた切削工具等の耐摩耗
部材、並びにアルミナ基複合焼結体の製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、アルミナ基複合焼結体は、優
れた機械的特性を有することから、切削工具を始め耐摩
耗部材（耐摩部材）として広く使用されている。また、
近年では、更なる性能向上のため、他成分と複合化する
ことによって、各種の改善が図られている。
れた機械的特性を有することから、切削工具を始め耐摩
耗部材（耐摩部材）として広く使用されている。また、
近年では、更なる性能向上のため、他成分と複合化する
ことによって、各種の改善が図られている。
【０００３】例えば特開平９−１０４９４３号公報に
は、ジルコニア（ＺｒＯ2）を複合化することによっ
て、亀裂進展を抑制して高靭化し、耐チッピング性を向
上させようとする技術が提案されている。
は、ジルコニア（ＺｒＯ2）を複合化することによっ
て、亀裂進展を抑制して高靭化し、耐チッピング性を向
上させようとする技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ジルコ
ニアは、硬度が低く、また耐熱衝撃性に劣るため、耐摩
耗性、耐熱性の面において、十分ではない。また、特許
第２７２００９３号公報には、針状のアルミナ（Ａｌ2
Ｏ3）に高硬度な炭化チタン（ＴｉＣ）を複合化するこ
とで、ある程度の硬度を維持しつつ高靭化して、優れた
耐摩耗性のみでなく、耐チッピング性を向上させようと
する技術が提案されている。
ニアは、硬度が低く、また耐熱衝撃性に劣るため、耐摩
耗性、耐熱性の面において、十分ではない。また、特許
第２７２００９３号公報には、針状のアルミナ（Ａｌ2
Ｏ3）に高硬度な炭化チタン（ＴｉＣ）を複合化するこ
とで、ある程度の硬度を維持しつつ高靭化して、優れた
耐摩耗性のみでなく、耐チッピング性を向上させようと
する技術が提案されている。
【０００５】しかしながら、針状のアルミナは高価であ
るため、コスト面で問題があるばかりでなく、針状のア
ルミナの周囲に隙間ができ易く、針状のアルミナを含有
することで、かえってそれ自体が欠陥となってしまう恐
れがある。また、前記炭化チタンは、難焼結性であるた
め、高温にて焼成するか、或いはホットプレスを行うこ
とにより材料を緻密化する必要がある。しかし、高温に
て焼成すると、組織全体が粗粒化し低硬度となるため、
耐摩耗性が十分でなく、また、ホットプレスで焼成した
場合には、形状が限定されてしまうという問題がある。
るため、コスト面で問題があるばかりでなく、針状のア
ルミナの周囲に隙間ができ易く、針状のアルミナを含有
することで、かえってそれ自体が欠陥となってしまう恐
れがある。また、前記炭化チタンは、難焼結性であるた
め、高温にて焼成するか、或いはホットプレスを行うこ
とにより材料を緻密化する必要がある。しかし、高温に
て焼成すると、組織全体が粗粒化し低硬度となるため、
耐摩耗性が十分でなく、また、ホットプレスで焼成した
場合には、形状が限定されてしまうという問題がある。
【０００６】本発明は、上記の問題点を鑑みてなされた
ものであり、その目的は、アルミナ基複合焼結体の欠点
を改善し、優れた耐摩耗性のみでなく、耐チッピング性
においても優れるアルミナ基複合焼結体及び耐摩耗部材
並びアルミナ基複合焼結体の製造方法を得ることにあ
る。
ものであり、その目的は、アルミナ基複合焼結体の欠点
を改善し、優れた耐摩耗性のみでなく、耐チッピング性
においても優れるアルミナ基複合焼結体及び耐摩耗部材
並びアルミナ基複合焼結体の製造方法を得ることにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記問題
点に対し鋭意研究を重ねた結果、下記の内容を見出し、
本発明を完成した。すなわち、アルミナを主成分とし、
周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族の炭化物を複合化させた
粉末成形体に対して、その焼成時のＡｒ／Ｎ2ガス混合
比と昇温速度とをある一定範囲とした。それにより、炭
化物中に窒素が固溶して炭窒化物となるとともに、焼結
体の内部から表面に向かって、炭窒化物中の窒素の固溶
量が増加する。この窒素の固溶量が増加すると、アルミ
ナ及び炭窒化物の粒界拡散が促進されると考えられる。
それによって、焼結性が改善され、低温で緻密化するた
め、組織が微細で高硬度・高強度を有する焼結体を得る
ことが可能となった。
点に対し鋭意研究を重ねた結果、下記の内容を見出し、
本発明を完成した。すなわち、アルミナを主成分とし、
周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族の炭化物を複合化させた
粉末成形体に対して、その焼成時のＡｒ／Ｎ2ガス混合
比と昇温速度とをある一定範囲とした。それにより、炭
化物中に窒素が固溶して炭窒化物となるとともに、焼結
体の内部から表面に向かって、炭窒化物中の窒素の固溶
量が増加する。この窒素の固溶量が増加すると、アルミ
ナ及び炭窒化物の粒界拡散が促進されると考えられる。
それによって、焼結性が改善され、低温で緻密化するた
め、組織が微細で高硬度・高強度を有する焼結体を得る
ことが可能となった。
【０００８】より詳細には、炭化物原料の表面を窒化さ
せることによって、炭化物原料の硬度を維持しながら、
更に焼結体表面付近の焼結性を向上させて緻密化するこ
とで、微細な組織を有する高硬度・高強度を有する焼結
体が得られる。そして、これらを耐摩耗部材として使用
した結果、優れた耐摩耗性・耐チッピング性を発揮する
ことが分かった。
せることによって、炭化物原料の硬度を維持しながら、
更に焼結体表面付近の焼結性を向上させて緻密化するこ
とで、微細な組織を有する高硬度・高強度を有する焼結
体が得られる。そして、これらを耐摩耗部材として使用
した結果、優れた耐摩耗性・耐チッピング性を発揮する
ことが分かった。
【０００９】以下、各請求項毎に説明する。 （１）請求項１の発明は、アルミナを主成分とし、周期
律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの１種以上の炭窒化
物、及び／又は周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの
２種以上の固溶体の炭窒化物を含む焼結体であって、前
記炭窒化物中の窒素の固溶量が、前記焼結体の内部から
表面に向かって増加し、且つ前記焼結体表面のビッカー
ス硬度が１９．５ＧＰａ以上であることを特徴とするア
ルミナ基複合焼結体を要旨とする。
律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの１種以上の炭窒化
物、及び／又は周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの
２種以上の固溶体の炭窒化物を含む焼結体であって、前
記炭窒化物中の窒素の固溶量が、前記焼結体の内部から
表面に向かって増加し、且つ前記焼結体表面のビッカー
ス硬度が１９．５ＧＰａ以上であることを特徴とするア
ルミナ基複合焼結体を要旨とする。
【００１０】例えば、図１（ａ）に模式的に示す様に、
本発明のアルミナ基複合焼結体としては、白色で示すア
ルミナの粒子の間に、灰色で示す炭化チタン（ＴｉＣ）
の粒子が入り込んで複合化しているものが考えられる
が、その炭化チタンに炭素（Ｃ）が固溶して、炭窒化物
の固溶体（Ｔｉ（Ｃ、Ｎ））を形成している。尚、炭化
チタンにおける炭素の固溶量の多さを黒丸の大きさで示
している。
本発明のアルミナ基複合焼結体としては、白色で示すア
ルミナの粒子の間に、灰色で示す炭化チタン（ＴｉＣ）
の粒子が入り込んで複合化しているものが考えられる
が、その炭化チタンに炭素（Ｃ）が固溶して、炭窒化物
の固溶体（Ｔｉ（Ｃ、Ｎ））を形成している。尚、炭化
チタンにおける炭素の固溶量の多さを黒丸の大きさで示
している。
【００１１】この図１（ａ）からも分かる様に、本発明
では、炭窒化物中の窒素の固溶量が、焼結体の内部から
表面に向かって増加している。一方、図１（ｂ）に示す
従来品では、炭窒化物中の窒素の固溶量が、焼結体の内
部及び表面ともほぼ一定である。
では、炭窒化物中の窒素の固溶量が、焼結体の内部から
表面に向かって増加している。一方、図１（ｂ）に示す
従来品では、炭窒化物中の窒素の固溶量が、焼結体の内
部及び表面ともほぼ一定である。
【００１２】この様に、本発明では、炭窒化物中の窒素
の固溶量が、焼結体の内部から表面に向かって増加して
いるので、即ち、焼結体の内部より表面の方が炭窒化物
中の窒素の固溶量が大きいので、焼結性が高く、低温で
緻密化する。よって、組織が微細で高硬度・高強度を有
する焼結体、即ち、優れた耐摩耗性・耐チッピング性を
有するアルミナ基複合焼結体が得られる。
の固溶量が、焼結体の内部から表面に向かって増加して
いるので、即ち、焼結体の内部より表面の方が炭窒化物
中の窒素の固溶量が大きいので、焼結性が高く、低温で
緻密化する。よって、組織が微細で高硬度・高強度を有
する焼結体、即ち、優れた耐摩耗性・耐チッピング性を
有するアルミナ基複合焼結体が得られる。
【００１３】更に、本発明では、上述した窒素の固溶量
の構成により、焼結体表面のビッカース硬度が１９．５
ＧＰａ以上であるので、例えば切削工具等の耐摩耗部材
として十分な耐摩耗性を発揮することができる。ここ
で、前記アルミナ基複合焼結体とは、主成分であるアル
ミナ（例えば６０重量％以上）に他の成分を加えて複合
化した焼結体であり、また、ビッカース硬度を測定する
際の荷重は、１．０ｋｇｗである。
の構成により、焼結体表面のビッカース硬度が１９．５
ＧＰａ以上であるので、例えば切削工具等の耐摩耗部材
として十分な耐摩耗性を発揮することができる。ここ
で、前記アルミナ基複合焼結体とは、主成分であるアル
ミナ（例えば６０重量％以上）に他の成分を加えて複合
化した焼結体であり、また、ビッカース硬度を測定する
際の荷重は、１．０ｋｇｗである。
【００１４】尚、前記周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族の
うちの１種以上の炭窒化物としては、例えばIVａ族の、
Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）、Ｚｒ（Ｃ、Ｎ）、Vａ族の、Ｖ（Ｃ、
Ｎ）、Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）、Ｔａ（Ｃ、Ｎ）、VIａ族の、Ｃ
ｒ3（Ｃ、Ｎ）などが挙げられる。
うちの１種以上の炭窒化物としては、例えばIVａ族の、
Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）、Ｚｒ（Ｃ、Ｎ）、Vａ族の、Ｖ（Ｃ、
Ｎ）、Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）、Ｔａ（Ｃ、Ｎ）、VIａ族の、Ｃ
ｒ3（Ｃ、Ｎ）などが挙げられる。
【００１５】また、周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のう
ちの少なくとも２種以上の固溶体の炭窒化物としては、
例えば、（Ｔｉ、Ｗ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ）
（Ｃ、Ｎ）などが挙げられる。ここで、本発明のアルミ
ナ基複合焼結体は、上述した周期律表のIVａ、Vａ、VI
ａ族のうちの１種以上の各種の炭窒化物、又は周期律表
のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの少なくとも２種以上の固
溶体の各種の炭窒化物を含んでいるが、両方の炭窒化物
を含んでいてもよい。
ちの少なくとも２種以上の固溶体の炭窒化物としては、
例えば、（Ｔｉ、Ｗ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ）
（Ｃ、Ｎ）などが挙げられる。ここで、本発明のアルミ
ナ基複合焼結体は、上述した周期律表のIVａ、Vａ、VI
ａ族のうちの１種以上の各種の炭窒化物、又は周期律表
のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの少なくとも２種以上の固
溶体の各種の炭窒化物を含んでいるが、両方の炭窒化物
を含んでいてもよい。
【００１６】（２）請求項２の発明は、前記周期律表の
IVａ、Vａ、VIａ族の元素が、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒのうちの
１種以上であることを特徴とする前記請求項１に記載の
アルミナ基複合焼結体を要旨とする。
IVａ、Vａ、VIａ族の元素が、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒのうちの
１種以上であることを特徴とする前記請求項１に記載の
アルミナ基複合焼結体を要旨とする。
【００１７】本発明は、周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族
の炭窒化物又は固溶体の炭窒化物に含まれる金属元素を
例示したものである。この金属元素を使用することによ
り、上述した優れた性質を有するアルミナ基複合焼結体
を得ることができる。
の炭窒化物又は固溶体の炭窒化物に含まれる金属元素を
例示したものである。この金属元素を使用することによ
り、上述した優れた性質を有するアルミナ基複合焼結体
を得ることができる。
【００１８】尚、前記Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒうちの１種以上の
炭窒化物としては、例えば、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）、Ｖ（Ｃ、
Ｎ）、Ｚｒ（Ｃ、Ｎ）などが挙げられる。また、Ｔｉ、
Ｖ、Ｚｒうちの２種以上の固溶体の炭窒化物としては、
例えば、（Ｔｉ、Ｖ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ、Ｚｒ）
（Ｃ、Ｎ）などが挙げられる。
炭窒化物としては、例えば、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）、Ｖ（Ｃ、
Ｎ）、Ｚｒ（Ｃ、Ｎ）などが挙げられる。また、Ｔｉ、
Ｖ、Ｚｒうちの２種以上の固溶体の炭窒化物としては、
例えば、（Ｔｉ、Ｖ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ、Ｚｒ）
（Ｃ、Ｎ）などが挙げられる。
【００１９】（３）請求項３の発明は、前記アルミナ基
複合焼結体における前記炭窒化物の含有量が、１０〜４
０重量％であることを特徴とする前記請求項１又は２に
記載のアルミナ基複合焼結体を要旨とする。
複合焼結体における前記炭窒化物の含有量が、１０〜４
０重量％であることを特徴とする前記請求項１又は２に
記載のアルミナ基複合焼結体を要旨とする。
【００２０】ここで、前記炭窒化物の（焼結体全体に対
する）含有量を１０〜４０重量％としたのは、１０重量
％以上であれば、主成分のアルミナの粒子が粗粒化せ
ず、焼結体の強度・硬度が低下しないからであり、４０
重量％以下であれば、焼結性の低下がなく、組織全体が
微細となる低温での緻密化が可能であるからである。
する）含有量を１０〜４０重量％としたのは、１０重量
％以上であれば、主成分のアルミナの粒子が粗粒化せ
ず、焼結体の強度・硬度が低下しないからであり、４０
重量％以下であれば、焼結性の低下がなく、組織全体が
微細となる低温での緻密化が可能であるからである。
【００２１】そして、より好ましい効果が得られるの
は、２５〜３５重量％の範囲である。尚、前記炭窒化物
とは、周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの１種以上
の炭窒化物、及び／又は周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族
のうちの２種以上の固溶体の炭窒化物である。
は、２５〜３５重量％の範囲である。尚、前記炭窒化物
とは、周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの１種以上
の炭窒化物、及び／又は周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族
のうちの２種以上の固溶体の炭窒化物である。
【００２２】（４）請求項４の発明は、前記炭窒化物に
おける窒素の固溶量が、４０原子％以下であることを特
徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載のアルミナ
基複合焼結体を要旨とする。ここで、前記炭窒化物中の
窒素の固溶量が、４０原子％以下（当然０原子％を超え
る）としたのは、４０原子％以下では、炭窒化物の硬度
の低下がなく、主成分のアルミナの粒成長が促進されて
粗粒化することを抑制して、強度・硬度の低下を防止で
きるからである。
おける窒素の固溶量が、４０原子％以下であることを特
徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載のアルミナ
基複合焼結体を要旨とする。ここで、前記炭窒化物中の
窒素の固溶量が、４０原子％以下（当然０原子％を超え
る）としたのは、４０原子％以下では、炭窒化物の硬度
の低下がなく、主成分のアルミナの粒成長が促進されて
粗粒化することを抑制して、強度・硬度の低下を防止で
きるからである。
【００２３】そして、より好ましい効果が得られるの
は、２０〜３０原子％の範囲である。また、この窒素の
固溶量の規定による効果が顕著に得られるのは、例えば
切削工具に使用する場合は、被加工物に接触するアルミ
ナ基複合焼結体の表面である。
は、２０〜３０原子％の範囲である。また、この窒素の
固溶量の規定による効果が顕著に得られるのは、例えば
切削工具に使用する場合は、被加工物に接触するアルミ
ナ基複合焼結体の表面である。
【００２４】尚、前記炭窒化物とは、周期律表のIVａ、
Vａ、VIａ族のうちの１種以上の炭窒化物、及び／又は
周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの２種以上の固溶
体の炭窒化物である。 （５）請求項５の発明は、前記焼結体表面に、硬質材料
がコーティングされた硬質層を備えたことを特徴とする
前記請求項１〜４のいずれかに記載のアルミナ基複合焼
結体を要旨とする。
Vａ、VIａ族のうちの１種以上の炭窒化物、及び／又は
周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの２種以上の固溶
体の炭窒化物である。 （５）請求項５の発明は、前記焼結体表面に、硬質材料
がコーティングされた硬質層を備えたことを特徴とする
前記請求項１〜４のいずれかに記載のアルミナ基複合焼
結体を要旨とする。
【００２５】この硬質材料としては、例えばＴｉＣ、Ｔ
ｉＮ、ＴｉＣＮ、Ａｌ2Ｏ3を採用でき、これにより、一
層耐摩耗性を改善できる。尚、コーティング方法として
は、例えば、ＰＶＤ（物理蒸着法）、ＣＶＤ（化学蒸着
法）を採用できる。
ｉＮ、ＴｉＣＮ、Ａｌ2Ｏ3を採用でき、これにより、一
層耐摩耗性を改善できる。尚、コーティング方法として
は、例えば、ＰＶＤ（物理蒸着法）、ＣＶＤ（化学蒸着
法）を採用できる。
【００２６】（６）請求項６の発明は、前記請求項１〜
５のいずれかに記載のアルミナ基複合焼結体からなるこ
とを特徴とする耐摩耗部材を要旨とする。本発明の耐摩
耗部材は、上述したアルミナ基複合焼結体から構成され
ている。従って、耐摩耗性や耐チッピング性に優れてい
る。
５のいずれかに記載のアルミナ基複合焼結体からなるこ
とを特徴とする耐摩耗部材を要旨とする。本発明の耐摩
耗部材は、上述したアルミナ基複合焼結体から構成され
ている。従って、耐摩耗性や耐チッピング性に優れてい
る。
【００２７】（７）請求項７の発明は、前記耐摩耗部材
が切削工具であることを特徴とする前記請求項６に記載
の耐摩耗部材を要旨とする。本発明の耐摩耗部材を例示
したものであり、上述したアルミナ基複合焼結体から構
成されている。従って、この切削工具は、耐摩耗性や耐
チッピング性に優れている。
が切削工具であることを特徴とする前記請求項６に記載
の耐摩耗部材を要旨とする。本発明の耐摩耗部材を例示
したものであり、上述したアルミナ基複合焼結体から構
成されている。従って、この切削工具は、耐摩耗性や耐
チッピング性に優れている。
【００２８】尚、耐摩耗部材としては、切削工具以外
に、例えば、ベアリング、ダイス、プレス金型、チェー
ンソーの刃、エンジンの摺動部材などが挙げられる。 （８）請求項７の発明は、アルミナを主成分とするアル
ミナ基複合焼結体の製造方法において、前記主成分のア
ルミナに、周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの１種
以上の炭化物を複合化させた粉末成形体に対し、その焼
成時のＡｒ／Ｎ2ガス混合比と昇温速度とを調節して、
前記炭化物中に窒素を固溶させて炭窒化物とするととも
に、前記焼結体の内部から表面に向かって、前記炭窒化
物中の窒素の固溶量を増加させることを特徴とするアル
ミナ基複合焼結体の製造方法を要旨とする。
に、例えば、ベアリング、ダイス、プレス金型、チェー
ンソーの刃、エンジンの摺動部材などが挙げられる。 （８）請求項７の発明は、アルミナを主成分とするアル
ミナ基複合焼結体の製造方法において、前記主成分のア
ルミナに、周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの１種
以上の炭化物を複合化させた粉末成形体に対し、その焼
成時のＡｒ／Ｎ2ガス混合比と昇温速度とを調節して、
前記炭化物中に窒素を固溶させて炭窒化物とするととも
に、前記焼結体の内部から表面に向かって、前記炭窒化
物中の窒素の固溶量を増加させることを特徴とするアル
ミナ基複合焼結体の製造方法を要旨とする。
【００２９】本発明では、炭化物原料の表面を窒化させ
ることによって、炭化物原料の硬度を維持しながら、更
に焼結体表面付近の窒素の固溶量を増加させることによ
って、焼結性を改善して、低温で緻密化することができ
る。これにより、微細な組織を有する高硬度・高強度を
有する焼結体が得られる。
ることによって、炭化物原料の硬度を維持しながら、更
に焼結体表面付近の窒素の固溶量を増加させることによ
って、焼結性を改善して、低温で緻密化することができ
る。これにより、微細な組織を有する高硬度・高強度を
有する焼結体が得られる。
【００３０】従って、これらを耐摩耗部材として使用す
ると、優れた耐摩耗性・耐チッピング性が得られる。
尚、必要に応じてＨＩＰ処理を施すことで緻密化させて
もよい。
ると、優れた耐摩耗性・耐チッピング性が得られる。
尚、必要に応じてＨＩＰ処理を施すことで緻密化させて
もよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明のアルミナ基複合焼
結体及び耐摩耗部材並びにアルミナ基複合焼結体の製造
方法の実施の形態の例（実施例）を説明する。 （実施例） ａ）まず、本実施例のアルミナ基複合焼結体からなる切
削工具について説明する。
結体及び耐摩耗部材並びにアルミナ基複合焼結体の製造
方法の実施の形態の例（実施例）を説明する。 （実施例） ａ）まず、本実施例のアルミナ基複合焼結体からなる切
削工具について説明する。
【００３２】図２に示す様に、本実施例の切削工具１
は、略三角形の板状（例えばＪＩＳ規格のＴＮＧＮ３３
３形状）であり、ホルダーの先端に取り付けられて使用
されるいわゆるセラミックスチップである。この切削工
具１は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とする材料に、
例えば耐摩耗性や焼結性などを改善するために他の成分
を加えて焼結したアルミナ基複合焼結体から構成されて
いる。
は、略三角形の板状（例えばＪＩＳ規格のＴＮＧＮ３３
３形状）であり、ホルダーの先端に取り付けられて使用
されるいわゆるセラミックスチップである。この切削工
具１は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とする材料に、
例えば耐摩耗性や焼結性などを改善するために他の成分
を加えて焼結したアルミナ基複合焼結体から構成されて
いる。
【００３３】前記アルミナに複合させる他の成分とは、
周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの少なくとも１種
以上の炭窒化物（例えばＴｉ、Ｖ、Ｚｒの炭窒化物）、
又は周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの少なくとも
２種以上の固溶体の炭窒化物（例えばＴｉ、Ｖ、Ｚｒの
固溶体の炭窒化物）である。或いはその両方の炭窒化物
でもよい。
周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの少なくとも１種
以上の炭窒化物（例えばＴｉ、Ｖ、Ｚｒの炭窒化物）、
又は周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの少なくとも
２種以上の固溶体の炭窒化物（例えばＴｉ、Ｖ、Ｚｒの
固溶体の炭窒化物）である。或いはその両方の炭窒化物
でもよい。
【００３４】特に本実施例では、アルミナ基複合体焼結
体において、炭窒化物中の窒素の固溶量が、焼結体の内
部から表面に向かって増加しており、更に、焼結体表面
のビッカース硬度が１９．５ＧＰａ以上と高い硬度を有
している。また、実施例のより好ましい形態としては、
周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族の炭窒化物の含有量が、
１０〜４０重量％の範囲であり、更に、前記周期律表の
IVａ、Vａ、VIａ族の炭窒化物中の窒素の固溶量が、４
０原子％以下である。
体において、炭窒化物中の窒素の固溶量が、焼結体の内
部から表面に向かって増加しており、更に、焼結体表面
のビッカース硬度が１９．５ＧＰａ以上と高い硬度を有
している。また、実施例のより好ましい形態としては、
周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族の炭窒化物の含有量が、
１０〜４０重量％の範囲であり、更に、前記周期律表の
IVａ、Vａ、VIａ族の炭窒化物中の窒素の固溶量が、４
０原子％以下である。
【００３５】尚、切削工具１の表面、耐摩耗性等の向上
のために、例えばＴｉＣ等の硬質材料からなる硬質層を
設けてもよい。 ｂ）次に、アルミナ基複合焼結体及びそれから構成され
た切削工具１の製造方法について説明する。
のために、例えばＴｉＣ等の硬質材料からなる硬質層を
設けてもよい。 ｂ）次に、アルミナ基複合焼結体及びそれから構成され
た切削工具１の製造方法について説明する。
【００３６】最初に、市販のアルミナ原料に、下記表１
（調合組成の表）に示す割合で、複合化する材料として
炭化物等を加えて原料を調合し、この原料を、アトライ
ターにてアセトンを媒体として３０時間混合粉砕して、
スラリーとした。
（調合組成の表）に示す割合で、複合化する材料として
炭化物等を加えて原料を調合し、この原料を、アトライ
ターにてアセトンを媒体として３０時間混合粉砕して、
スラリーとした。
【００３７】
【表１】
【００３８】次に、前記スラリーを乾燥し、得られた混
合粉末に、例えばパラフィン等のバインダーを添加し、
１軸プレスして成形体（三角形の板状の成形体）を得
た。次に、得られた成形体を、真空中にて８００℃で脱
バインダー処理を行った後、下記表２に示す様に、Ａｒ
／Ｎ2のガス混合気流中にて、１６００〜１７００℃
で、表面が緻密化する程度に予備焼結を行った。
合粉末に、例えばパラフィン等のバインダーを添加し、
１軸プレスして成形体（三角形の板状の成形体）を得
た。次に、得られた成形体を、真空中にて８００℃で脱
バインダー処理を行った後、下記表２に示す様に、Ａｒ
／Ｎ2のガス混合気流中にて、１６００〜１７００℃
で、表面が緻密化する程度に予備焼結を行った。
【００３９】次に、この予備焼結体を、Ａｒガス加圧１
３０〜１６０ＭＰａの雰囲気中にて、１４５０〜１５０
０℃の焼成温度で、ＨＩＰ処理を行って、ほぼ図２に示
す形状のアルミナ基複合焼結体を作成した。従って、こ
のアルミナ基複合焼結体の表面の全体を、約０.２ｍｍ
程度研磨することにより、前記図２に示す形状の切削工
具１が得られた。
３０〜１６０ＭＰａの雰囲気中にて、１４５０〜１５０
０℃の焼成温度で、ＨＩＰ処理を行って、ほぼ図２に示
す形状のアルミナ基複合焼結体を作成した。従って、こ
のアルミナ基複合焼結体の表面の全体を、約０.２ｍｍ
程度研磨することにより、前記図２に示す形状の切削工
具１が得られた。
【００４０】また、同様にして、比較例の焼結体及び切
削工具も製造した。尚、前記表２において、試料No.２
〜４、８、９、１１、１３〜１５、１７〜１９が本発明
の範囲内の実施例であり、それ以外は本発明の範囲外の
比較例である。また、試料No.１４は、アルミナ基複合
焼結体の表面に、ＰＶＤによって、ＴｉＮコーティング
を施したものである。
削工具も製造した。尚、前記表２において、試料No.２
〜４、８、９、１１、１３〜１５、１７〜１９が本発明
の範囲内の実施例であり、それ以外は本発明の範囲外の
比較例である。また、試料No.１４は、アルミナ基複合
焼結体の表面に、ＰＶＤによって、ＴｉＮコーティング
を施したものである。
【００４１】ｃ）次に、上述した製造方法によって得ら
れたアルミナ基複合焼結体及び切削工具に対する実験例
について説明する。 試料No.１〜２１のアルミナ基複合焼結体に対して、
その表面と内部について、周期律表のIVａ、Vａ、VIａ
族の代表として、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）のＮの固溶量を、ＸＰ
Ｓにより測定した。その結果を、同じく下記表２に記
す。
れたアルミナ基複合焼結体及び切削工具に対する実験例
について説明する。 試料No.１〜２１のアルミナ基複合焼結体に対して、
その表面と内部について、周期律表のIVａ、Vａ、VIａ
族の代表として、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）のＮの固溶量を、ＸＰ
Ｓにより測定した。その結果を、同じく下記表２に記
す。
【００４２】内部の測定位置は、三角柱形状の焼結体の
軸中心において、板厚方向に表面から２．５ｍｍの深さ
の位置である。 また、試料No.１〜２１のアルミナ基複合焼結体に対
して、表面から内部に向かって、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）のＮの
固溶量を、ＸＰＳにより測定した。その結果を、表面か
らの距離とともに、図３に示す。
軸中心において、板厚方向に表面から２．５ｍｍの深さ
の位置である。 また、試料No.１〜２１のアルミナ基複合焼結体に対
して、表面から内部に向かって、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）のＮの
固溶量を、ＸＰＳにより測定した。その結果を、表面か
らの距離とともに、図３に示す。
【００４３】更に、焼結体の表面のビッカース硬度Ｈ
ｖを、１．０ｋｇｗの荷重にて測定した。その結果を、
同じく下記表２に記す。 また、焼結体の表面を０.２ｍｍ程度研磨加工して、
ＴＮＧＮ３３３形状とした切削工具を用い、下記条件に
て切削試験を行った。
ｖを、１．０ｋｇｗの荷重にて測定した。その結果を、
同じく下記表２に記す。 また、焼結体の表面を０.２ｍｍ程度研磨加工して、
ＴＮＧＮ３３３形状とした切削工具を用い、下記条件に
て切削試験を行った。
【００４４】＜切削条件＞ 被削材 ；ＪＩＳ ＳＣＭ４１５ 切削速度Ｖ；２５０ｍ／ｍｉｎ 送り速度ｆ；０．１６ｍｍ／ｒｅｖ 切り込みｄ；０．２ｍｍ 乾湿 ；ＤＲＹ 切削試験は、図４に示す様に、円柱状の被削材に対し
て、所定間隔（２２ｍｍ）毎に所定幅（６ｍｍ）及び所
定深さ（７ｍｍ）の切削を行った。切削寿命の判定は、
切削工具の逃げ面の磨耗量が０．０５ｍｍ以上となった
時点、又はチッピングが発生した時点として評価した。
て、所定間隔（２２ｍｍ）毎に所定幅（６ｍｍ）及び所
定深さ（７ｍｍ）の切削を行った。切削寿命の判定は、
切削工具の逃げ面の磨耗量が０．０５ｍｍ以上となった
時点、又はチッピングが発生した時点として評価した。
【００４５】その結果を、同じく下記表２及び図５に示
す。
す。
【００４６】
【表２】
【００４７】ｄ）前記表２から明らかな様に、本発明の
範囲のアルミナ基複合焼結体（試料No.２〜４、８、
９、１１、１３〜１５、１７〜１９）は、Ｔｉ（Ｃ、
Ｎ）における窒素の固溶量が焼結体の内部より表面の方
が多く（例えば図３に示す様に、表面に向かって徐々に
増加している）、また、焼結体表面のビッカース硬度
は、１９ＭＰａ以上である。
範囲のアルミナ基複合焼結体（試料No.２〜４、８、
９、１１、１３〜１５、１７〜１９）は、Ｔｉ（Ｃ、
Ｎ）における窒素の固溶量が焼結体の内部より表面の方
が多く（例えば図３に示す様に、表面に向かって徐々に
増加している）、また、焼結体表面のビッカース硬度
は、１９ＭＰａ以上である。
【００４８】従って、本発明例の切削工具は、耐摩耗性
に優れているので、加工距離が長く、長寿命である。ま
た、高強度であるので、切削加工の際に、チッピングが
生じにくく、好適である。また、本発明例では、調合組
成として、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈを使用しており、周
期律表のIVａ、Vａ、VIａ族の炭窒化物の含有量が、１
０〜４０重量％である。更に、本発明例では、周期律表
のIVａ、Vａ、VIａ族の炭窒化物中の窒素の固溶量が、
４０原子％以下である。
に優れているので、加工距離が長く、長寿命である。ま
た、高強度であるので、切削加工の際に、チッピングが
生じにくく、好適である。また、本発明例では、調合組
成として、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈを使用しており、周
期律表のIVａ、Vａ、VIａ族の炭窒化物の含有量が、１
０〜４０重量％である。更に、本発明例では、周期律表
のIVａ、Vａ、VIａ族の炭窒化物中の窒素の固溶量が、
４０原子％以下である。
【００４９】特に、焼結体表面に硬質材料がコーティン
グされた硬質層を備えた試料Ｎo.１４は、図５にも示す
様に、加工距離が７１５ｍと最も長く、耐摩耗性が最も
優れている。それに対して、比較例のものは、窒素の固
溶量の変化及びビッカース硬度の両条件を満たしていな
いので、加工距離が１４４ｍｍ以下と短く、耐摩耗性が
十分でない。特に、焼結体表面の窒素の固溶量が４０原
子％を超えるものは、耐摩耗性が低い。更に、比較例で
は、加工途中でチッピングが生じるもの（試料Ｎo.５）
や寿命が不安定なもの（試料Ｎo.１２）があり、強度の
点でも十分でない。
グされた硬質層を備えた試料Ｎo.１４は、図５にも示す
様に、加工距離が７１５ｍと最も長く、耐摩耗性が最も
優れている。それに対して、比較例のものは、窒素の固
溶量の変化及びビッカース硬度の両条件を満たしていな
いので、加工距離が１４４ｍｍ以下と短く、耐摩耗性が
十分でない。特に、焼結体表面の窒素の固溶量が４０原
子％を超えるものは、耐摩耗性が低い。更に、比較例で
は、加工途中でチッピングが生じるもの（試料Ｎo.５）
や寿命が不安定なもの（試料Ｎo.１２）があり、強度の
点でも十分でない。
【００５０】尚、本発明は前記実施例になんら限定され
るものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲におい
て種々の態様で実施しうることはいうまでもない。例え
ば前記実施例では、耐摩耗部材として切削工具を例に挙
げたが、本発明のアルミナ基複合焼結体は、この様な切
削工具に限らず、例えば、ベアリング、ダイス、プレス
金型、チェーンソーの刃、エンジンの摺動部材などの各
種の耐摩耗部材として使用することができる。また、耐
摩耗部材以外にも、例えば高温下での構造材の用途に使
用可能である。
るものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲におい
て種々の態様で実施しうることはいうまでもない。例え
ば前記実施例では、耐摩耗部材として切削工具を例に挙
げたが、本発明のアルミナ基複合焼結体は、この様な切
削工具に限らず、例えば、ベアリング、ダイス、プレス
金型、チェーンソーの刃、エンジンの摺動部材などの各
種の耐摩耗部材として使用することができる。また、耐
摩耗部材以外にも、例えば高温下での構造材の用途に使
用可能である。
【００５１】
【発明の効果】以上詳述した様に、本発明によれば、従
来のアルミナ基複合焼結体と比べて、高い硬度・強度が
得られ、それを切削工具などの耐摩耗部材として使用し
た場合、優れた耐摩耗性・耐チッピング性を発揮し、そ
の寿命を著しく延長することができる。
来のアルミナ基複合焼結体と比べて、高い硬度・強度が
得られ、それを切削工具などの耐摩耗部材として使用し
た場合、優れた耐摩耗性・耐チッピング性を発揮し、そ
の寿命を著しく延長することができる。
【図１】 焼結体の構造を模式的に示し、（ａ）は本発
明品を例示する説明図、（ｂ）は従来品を例示する説明
図である。
明品を例示する説明図、（ｂ）は従来品を例示する説明
図である。
【図２】 切削工具を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
正面図である。
正面図である。
【図３】 ＸＰＳによる窒素の固溶量の分析結果を示す
グラフである。
グラフである。
【図４】 被削材を示す平面図である。
【図５】 切削試験の結果を示すグラフである。
１…切削工具
Claims (8)
- 【請求項１】 アルミナを主成分とし、周期律表のIV
ａ、Vａ、VIａ族のうちの１種以上の炭窒化物、及び／
又は周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族のうちの２種以上の
固溶体の炭窒化物を含む焼結体であって、 前記炭窒化物中の窒素の固溶量が、前記焼結体の内部か
ら表面に向かって増加し、且つ前記焼結体表面のビッカ
ース硬度が１９．５ＧＰａ以上であることを特徴とする
アルミナ基複合焼結体。 - 【請求項２】 前記周期律表のIVａ、Vａ、VIａ族の元
素が、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒのうちの１種以上であることを特
徴とする前記請求項１に記載のアルミナ基複合焼結体。 - 【請求項３】 前記アルミナ基複合焼結体における前記
炭窒化物の含有量が、１０〜４０重量％であることを特
徴とする前記請求項１又は２に記載のアルミナ基複合焼
結体。 - 【請求項４】 前記炭窒化物における窒素の固溶量が、
４０原子％以下であることを特徴とする前記請求項１〜
３のいずれかに記載のアルミナ基複合焼結体。 - 【請求項５】 前記焼結体表面に、硬質材料がコーティ
ングされた硬質層を備えたことを特徴とする前記請求項
１〜４のいずれかに記載のアルミナ基複合焼結体。 - 【請求項６】 前記請求項１〜５のいずれかに記載のア
ルミナ基複合焼結体からなることを特徴とする耐摩耗部
材。 - 【請求項７】 前記耐摩耗部材が切削工具であることを
特徴とする前記請求項６に記載の耐摩耗部材。 - 【請求項８】 アルミナを主成分とするアルミナ基複合
焼結体の製造方法において、 前記主成分のアルミナに、周期律表のIVａ、Vａ、VIａ
族のうちの１種以上の炭化物を複合化させた粉末成形体
に対し、その焼成時のＡｒ／Ｎ2ガス混合比と昇温速度
とを調節して、前記炭化物中に窒素を固溶させて炭窒化
物とするとともに、前記焼結体の内部から表面に向かっ
て、前記炭窒化物中の窒素の固溶量を増加させることを
特徴とするアルミナ基複合焼結体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000063623A JP2001253767A (ja) | 2000-03-08 | 2000-03-08 | アルミナ基複合焼結体及び耐摩耗部材並びにアルミナ基複合焼結体の製造方法 |
| KR1020010010856A KR20010088373A (ko) | 2000-03-08 | 2001-03-02 | 알루미나기 복합 소결체 및 내마모부재 및 알루미나기복합 소결체의 제조방법 |
| US09/799,592 US6740611B2 (en) | 2000-03-08 | 2001-03-07 | Alumina-based composite sintered material, wear resistant member and a method of manufacturing alumina based composite sintered material |
| EP20010302106 EP1132358B1 (en) | 2000-03-08 | 2001-03-07 | Alumina-based composite sintered material and wear resistant member containing the alumina-based composite sintered material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000063623A JP2001253767A (ja) | 2000-03-08 | 2000-03-08 | アルミナ基複合焼結体及び耐摩耗部材並びにアルミナ基複合焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001253767A true JP2001253767A (ja) | 2001-09-18 |
Family
ID=18583460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000063623A Pending JP2001253767A (ja) | 2000-03-08 | 2000-03-08 | アルミナ基複合焼結体及び耐摩耗部材並びにアルミナ基複合焼結体の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6740611B2 (ja) |
| EP (1) | EP1132358B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001253767A (ja) |
| KR (1) | KR20010088373A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007137709A (ja) * | 2005-11-17 | 2007-06-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックス焼結体、切削インサート、切削工具及びフライスカッター |
| US8431261B2 (en) | 2006-09-07 | 2013-04-30 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Fuel cell component including an identification display portion |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015019391A1 (ja) * | 2013-08-08 | 2015-02-12 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミック組成物および切削工具 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5188908A (en) * | 1990-02-23 | 1993-02-23 | Mitsubishi Materials Corporation | Al2 O3 Based ceramics |
| JPH04289002A (ja) * | 1991-03-13 | 1992-10-14 | Mitsubishi Materials Corp | 硬質層被覆アルミナ系セラミックス切削工具 |
| JPH05208304A (ja) * | 1992-01-28 | 1993-08-20 | Mitsubishi Materials Corp | アルミナー炭窒化チタン系セラミックス切削工具 |
| JPH09104943A (ja) | 1995-10-09 | 1997-04-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 焼結硬質合金 |
| US6133182A (en) * | 1996-10-23 | 2000-10-17 | Nippon Tungsten Co., Ltd. | Alumina base ceramic sintered body and its manufacturing method |
| JPH11189473A (ja) * | 1997-12-25 | 1999-07-13 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミック工具 |
-
2000
- 2000-03-08 JP JP2000063623A patent/JP2001253767A/ja active Pending
-
2001
- 2001-03-02 KR KR1020010010856A patent/KR20010088373A/ko not_active Application Discontinuation
- 2001-03-07 EP EP20010302106 patent/EP1132358B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-03-07 US US09/799,592 patent/US6740611B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007137709A (ja) * | 2005-11-17 | 2007-06-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックス焼結体、切削インサート、切削工具及びフライスカッター |
| JP4682023B2 (ja) * | 2005-11-17 | 2011-05-11 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックス焼結体、切削インサート、切削工具及びフライスカッター |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US20010029230A1 (en) | 2001-10-11 |
| KR20010088373A (ko) | 2001-09-26 |
| EP1132358A2 (en) | 2001-09-12 |
| EP1132358B1 (en) | 2015-05-20 |
| EP1132358A3 (en) | 2003-07-30 |
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