JP2002263915A

JP2002263915A - 窒化珪素質切削工具

Info

Publication number: JP2002263915A
Application number: JP2001060511A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Takagi; 保宏高木; Yutaka Sekiguchi; 豊関口; Yoshihito Igai; 良仁猪飼; Kazuhiro Urashima; 和浩浦島; Satoshi Iio; 聡飯尾
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】耐摩耗性及びＷＥＴ環境下での熱衝撃性の欠
損抵抗性に優れる窒化珪素質切削工具を提供することを
目的とする。【解決手段】本発明の窒化珪素質切削工具は、β窒化
珪素及び／又はβサイアロンを含有する窒化珪素質成分
を含む結晶相と、焼結助剤成分を含む粒界相と、１次結
晶粒子径が９００オングストローム以下の炭化タングス
テンからなる硬質粒子と、を含み、少なくとも窒化珪素
質切削工具の逃げ面において、β窒化珪素又はβサイア
ロンのＸ線回折ピークと炭化タングステンのＸ線回折ピ
ークの強度比Ｒが２≦Ｒ≦４３であり、上記焼結助剤成
分である３Ａ族元素酸化物及びアルミナの合計量が、窒
化珪素質成分及び焼結助剤成分の合計１００体積％に対
して１．５〜６体積％であることを特徴とする。本発明
の窒化珪素質切削工具は、上記構成を備えることによ
り、耐摩耗性、耐欠損性にも優れ、強度的にも優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化珪素質切削工
具に関し、更に詳しくは、耐摩耗性及びＷＥＴ環境下で
の熱衝撃性の欠損抵抗性に優れ、窒化珪素質切削工具が
主として用いられる金属材料の荒切削に好適に用いるこ
とができる窒化珪素質切削工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鋳鉄等の荒切削加工には、高
靭性で高強度な窒化珪素セラミックス製の切削工具が用
いられている。現在、窒化珪素セラミックス製の切削工
具の中で最も大きなシェアを占めているのは、モノリシ
ック窒化珪素材料である。これは、窒化珪素と粒界ガラ
ス相（あるいは結晶質相）を形成する焼結助剤成分を混
合焼結させるもので、後述する硬質粒子等を分散させる
複合材料系の窒化珪素材料と区別される。

【０００３】窒化珪素セラミックス製の切削工具の摩耗
には、主として化学的摩耗と引っ掻き摩耗（アブレッシ
ブ摩耗）の２つの形態が知られている。そして、モノリ
シック窒化珪素材料を用いた切削工具と鉄との摩耗を考
えた場合、アブレッシブ摩耗もさることながら、粒界成
分及び窒化珪素中の珪素の鉄への溶解による化学的摩耗
も特に避け難い問題である。

【０００４】この問題に対して、例えば、粒界成分の鉄
への溶解については、粒界成分量を少なくすること、即
ち、焼成時の焼結助剤の使用量を少なくすることによ
り、耐摩耗性をある程度は向上させることが可能であ
る。しかし、単に焼結助剤の使用量を少なくするだけで
は焼結性が低下し、緻密化が困難となり、強度の大きな
焼結体を得ることができないといった問題がある。一
方、焼成温度を著しく高くすれば緻密化することはでき
るが、コストが高くなり不利である。また、窒化珪素中
の珪素の鉄への溶解については、珪素を構成要素として
有する窒化珪素の割合を低くするしかない。しかし、窒
化珪素に代わる高強度・高靭性というある程度の機械的
性能のバランスのとれた材料がないため、窒化珪素を基
本構成物から外し、窒化珪素の割合を著しく低くするこ
とは、切削工具としての性能上不利である。

【０００５】従って、上記問題点を解決すべく、窒化珪
素の一部を耐摩耗性に優れる硬質粒子で置換する複合材
料系の窒化珪素材料の開発も検討されており、このよう
な硬質粒子としては、４ａ〜６ａ族金属元素の炭化物・
窒化物がよく知られている。中でもＴｉＮやＴｉＣ、及
びその固溶体であるＴｉＣＮは特許等における開示例が
比較的多い。例えば、特開昭５８−２１３６７９号公報
には、切削工具における耐摩耗性能を向上させるため
に、マトリックス中に硬質高融点物質の粒状物質を分散
させる方法が開示されている。ここで、硬質高融点物質
としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ及びその組
み合わせから成る群から選択される炭化物、窒化物、炭
窒化物及び固溶体であり、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＨｆＣ、Ｈ
ｆＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、Ｈｆ（Ｃ，Ｎ）が好ましいこと
が開示されている。また、特公平４−７７６９９号公報
には、βサイアロンが持つ耐熱衝撃性の劣化を抑えると
共に、放電加工を可能にし、ダイスや構造材への応用範
囲を拡大したβサイアロン焼結体が開示されている。そ
して導電粒子として、４ａ〜６ａ族金属の酸化物、窒化
物、炭化物の１種以上を３０〜７０体積％の割合で添加
し、特にＴｉの化合物がよいことが開示されている。

【０００６】しかし、一般に上記で例示されている硬質
粒子の熱膨張係数は、母相である窒化珪素質成分に比較
して大きいことから、窒化珪素の一部を上記硬質粒子で
置換した場合、熱膨張係数の差により生じる熱応力のた
め、ＷＥＴ環境下での熱衝撃を伴う欠損に対しては脆い
という欠点がある。この点につき、上記特開昭５８−２
１３６７９号公報及び特公平４−７７６９９号公報には
全く触れられていない。一方、特開平１０−２９８６８
号公報には、優れた高温強度を有する緻密な窒化珪素質
複合焼結体が開示されており、この中で、添加される分
散粒子の熱膨張係数を窒化珪素の１．２〜３倍の範囲に
規定している。しかし、４ａ〜６ａ族金属元素の炭化物
を眺めてみると、殆どがこの範囲に入ってしまい、この
範囲では満足な性能の向上は得られない。そこで従来よ
り、耐摩耗性に優れると共に、ＷＥＴ環境下での熱衝撃
性の欠損抵抗性に優れた窒化珪素質切削工具の開発が求
められていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、耐摩耗性及びＷＥＴ環境下で
の熱衝撃性の欠損抵抗性に優れ、窒化珪素質切削工具が
主として用いられる金属材料の荒切削に好適に用いるこ
とができる窒化珪素質切削工具を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、窒化珪素
質焼結体中の成分と窒化珪素質切削工具の性能との関係
について検討した結果、β窒化珪素又はβサイアロンと
炭化タングステンのピーク強度比が切削特性に影響する
因子であることを見出し、炭化タングステンを主に硬質
粒子として添加して含有させると共に、β窒化珪素又は
βサイアロンのＸ線回折ピークと炭化タングステンのＸ
線回折ピークの強度比を所定範囲とすることにより、耐
摩耗性を向上させると共に、ＷＥＴ環境下での熱衝撃性
の欠損を最小限に押さえられることを見出して本発明を
完成するに至った。

【０００９】本発明の窒化珪素質切削工具は、β窒化珪
素及び／又はβサイアロンを含有する窒化珪素質成分を
含む結晶相と、焼結助剤成分を含む粒界相と、炭化タン
グステンからなる硬質粒子と、を含み、少なくとも窒化
珪素質切削工具の逃げ面において、以下の式（１）で表
される上記β窒化珪素又はβサイアロンのＸ線回折ピー
クと上記炭化タングステンのＸ線回折ピークの強度比Ｒ
が２≦Ｒ≦４３であることを特徴とする。Ｒ＝（Ｉ_WC(100)＋Ｉ_WC(101)）／（Ｉ_SN(101)＋Ｉ_SN(210)）（１）

【００１０】本発明の窒化珪素質切削工具における上記
「窒化珪素質成分」としては、β窒化珪素及び／又はβ
サイアロンを含んでいればよい。

【００１１】本発明の窒化珪素質切削工具における上記
「硬質粒子」は、炭化タングステンからなるものであ
り、これは一般に原料として炭化タングステンを用いる
ことにより分散含有させることができる。本発明の窒化
珪素質切削工具は、上記「硬質粒子」を含有することに
より、モノリシック窒化珪素材と比較して、高硬度とな
るばかりでなく、被削材である鉄等に対する窒化珪素又
はサイアロンの化学的不安定性が炭化タングステンの置
換により軽減されるため、アブレッシブ摩耗及び化学的
摩耗に対して強い。また、炭化タングステン粒子を均一
に分散させることで、残留応力が均一に寄与し、機械的
特性、特に曲げ強度が著しく改善されるため、耐欠損性
にも優れる。更に、炭化タングステンは他の硬質粒子に
比較して熱膨張係数が小さいため、母相である窒化珪素
質成分との熱膨張係数の差を小さくすることができる結
果、ＷＥＴ環境下での耐欠損性（耐熱衝撃特性）をも向
上させることができる。

【００１２】本発明の窒化珪素質切削工具において、窒
化珪素質成分に対する上記「炭化タングステン」の含有
量については特に限定はない。一般に、窒化珪素複合材
料には、窒化珪素質成分と焼結助剤が転じて生成した粒
界相が含まれており、また、窒化珪素複合材料には、焼
成中において助剤成分の揮発や、炭化タングステンのご
く一部が反応して、Ｗ₂Ｃ、Ｗ₅Ｓｉ₃、ＷＳｉ₂が生成し
たりすることにより、焼成の前後で構成割合が変化する
ケースが多々ある。そのため、窒化珪素質成分に対する
炭化タングステンの含有量を特定する場合は、Ｘ線回折
ピークの強度比を用いるのがよい。

【００１３】そして、本発明の窒化珪素質切削工具で
は、上記窒化珪素質成分としてβ窒化珪素又はβサイア
ロンを含有し、且つ、少なくとも上記窒化珪素質切削工
具の逃げ面において、上記式（１）で表される上記β窒
化珪素又はβサイアロンのＸ線回折ピークと上記炭化珪
素のＸ線回折ピークの強度比Ｒを通常２≦Ｒ≦４３、好
ましくは２≦Ｒ≦３５、更に好ましくは２≦Ｒ≦２０、
特に好ましくは２≦Ｒ≦１０とすることができる。上記
「ピーク強度比Ｒ」を上記範囲内とすることにより、モ
ノリシック窒化珪素材と比べて、摩耗特性を向上させる
ことができ、且つ、炭化タングステンの凝集を防止する
ことができる結果、熱衝撃性と耐欠損性の両特性が最善
のバランスで両立するので好ましい。尚、上記式（１）
において、Ｉ_WC(100)はＭｉｌｌｅｒ指数で示されると
ころの炭化タングステンの(１００)面、Ｉ_WC(101)はＭ
ｉｌｌｅｒ指数で示されるところの炭化タングステンの
（１０１）面、Ｉ_SN(101)はＭｉｌｌｅｒ指数で示され
るところのβ窒化珪素又はβサイアロンの（１０１）
面、及びＩ_SN(210)はＭｉｌｌｅｒ指数で示されるとこ
ろのβ窒化珪素又はβサイアロンの（２１０）面の反射
強度を示す

【００１４】また、本発明の窒化珪素質切削工具におけ
る上記「炭化タングステン」の粒子径についても特に限
定はなく、種々の粒子径とすることができる。通常は、
以下の式（２）に示すＳｃｈｅｒｒｅｒの式で算出され
る窒化珪素質切削工具逃げ面部分の炭化タングステンの
１次粒子径、即ち、炭化タングステンの(１００)面及び
(１０１)面のＸ線回折ピークの半価幅に基づいて、以下
の式（２）により算出される炭化タングステンの１次結
晶粒子径を９００オングストローム以下、好ましくは６
００〜９００オングストローム、更に好ましくは７００
〜８００オングストロームとすることができる。炭化タ
ングステンの一次粒子径を上記範囲内とすることによ
り、耐磨耗性及び耐欠損性に優れ、切削特性が向上する
ので好ましい。

【００１５】ｔ＝０．９λ／（Ｂｃｏｓθ）（２）ｔ：１次結晶粒子径（オングストローム）Ｂ：回折角θのピークに対する半価幅（ｒａｄｉａｎ）（ピーク強度の半分の高さに２θ軸と平行に線を書き、
ピーク曲線で挟まれる線分に相当する角度） θ：回折角（ｄｅｇｒｅｅ）、λ：Ｘ線の波長（オング
ストローム）

【００１６】また、本発明の窒化珪素質切削工具におい
て、上記「硬質粒子」としては、上記「炭化タングステ
ン」のみを単独添加して含有させることが最も好ましい
が、本発明の効果、即ち、欠損抵抗性が大きく低下しな
い範囲で、他の公知の硬質粒子、例えば、Ｔｉ、Ｈｆ、
Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ、Ｓｉ及びその組み合わせから成
る群から選択される炭化物、窒化物、炭窒化物及び固溶
体等を他の目的に応じて、炭化タングステンの含有体積
を少なくとも越えない範囲で、少量添加又は混入するこ
とができる。

【００１７】本発明の窒化珪素質切削工具における上記
「焼結助剤成分」の含有量については特に限定はない
が、上記「焼結助剤成分」は、焼結後に窒化珪素質成分
粉末に含有されるＳｉＯ₂と反応してガラスを形成し、
窒化珪素質成分の焼結を助けると共に、粒界相を形成す
る。この粒界相は、窒化珪素質成分と比較して一般的に
耐摩耗性に劣るため、極力低減する必要がある。上記
「焼結助剤成分」としては、焼結助剤成分として従来公
知のいずれの成分を添加することが可能であり、例え
ば、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚｒ及び希土類元素の酸化物等
が挙げられる。これらを単独で、あるいは適当な比率で
組み合わせて添加することができる。この中で、３Ａ族
元素酸化物とアルミナの組み合わせが耐摩耗性及び耐欠
損性の向上の点から好ましい。

【００１８】上記「焼結助剤成分」として３Ａ族元素酸
化物とアルミナの組み合わせを用いた場合、３Ａ金属元
素としては、例えばＹｂ、Ｅｒのような、ランタノイド
系元素で３価の価数を持ち、且つ電子配置が４ｆ軌道に
偶数個、５ｄ軌道には０個であるものが耐摩耗及び耐欠
損性に対して最も有効であることから好ましく、中で
も、イオン半径の小さいＹｂが特に好ましい。一方、ア
ルミナについては、焼成中に窒化珪素質成分へ固溶する
か、窒化珪素質成分粒子界面へ偏析するか、粒界相に留
まる。いずれの現象が寄与するかは不明であるが、アル
ミナ無添加の場合と比べて、耐摩耗性と耐欠損性のバラ
ンスが良くなり、特性が向上するので好ましい。

【００１９】本発明の窒化珪素質切削工具は、通常は、
窒化珪素及び焼結助剤成分の合計１００体積％中、焼結
助剤成分が２０体積％以下となるように、窒化珪素、焼
結助剤成分及び炭化タングステンからなる硬質粒子を混
合し、次いで、得られた混合物を焼成することにより得
ることができる。上記「焼結助剤成分」の添加量は、窒
化珪素及び焼結助剤成分の合計１００体積％中、通常２
０体積％以下、好ましくは１５体積％以下、更に好まし
くは１０体積％以下、特に好ましくは１〜６．５体積％
である。上記「焼結助剤成分」は、焼結後に窒化珪素質
成分粉末に含有されるＳｉＯ₂と反応してガラスを形成
し、窒化珪素質成分の焼結を助ける反面、窒化珪素質成
分と比較して一般的に耐摩耗性に劣る粒界相を形成する
が、上記「焼結助剤成分」の含有量を上記範囲とするこ
とにより、窒化珪素質成分の焼結を容易にすると共に、
耐摩耗性を著しく向上させることができるので好まし
い。

【００２０】また、本発明の窒化珪素質切削工具を得る
場合、窒化珪素に添加する上記「焼結助剤成分」につい
ては、上記のように、焼結助剤成分として従来公知のい
ずれの成分を添加することが可能であり、特に３Ａ族元
素酸化物とアルミナの組み合わせが耐摩耗性及び耐欠損
性の向上の点から好ましい。そして、窒化珪素に添加す
る上記「焼結助剤成分」として３Ａ族元素酸化物とアル
ミナの組み合わせを用いた場合、上記３Ａ族元素酸化物
及び上記アルミナの合計量は、窒化珪素及び上記焼結助
剤成分の合計１００体積％中、１．５〜６．５体積％以
下、好ましくは１．５〜６体積％以下、更に好ましくは
１．７〜５．５体積％である。この合計量を上記範囲と
することにより、耐摩耗性、耐欠損性を向上させると共
に、高強度とすることができるので好ましい。また、上
記「焼結助剤成分」に対する上記３Ａ族元素酸化物とア
ルミナの添加割合についても特に限定はないが、通常は
上記「焼結助剤成分」の合計１００体積％に対して、ア
ルミナが２５〜６０体積％、好ましくは２７〜５５体積
％、更に好ましくは３０〜５０体積％である。上記「焼
結助剤成分」に対する上記３Ａ族元素酸化物とアルミナ
の添加割合を上記範囲とすることにより、耐摩耗性、耐
欠損性を向上させると共に、高強度とすることができる
ので好ましい。

【００２１】上記構成を有する本発明の窒化珪素質切削
工具は、特に、ＪＩＳＲ１６０１に準じて測定し
た、断面が３ｍｍ×４ｍｍの曲げ試験片を用いたスパン
１０ｍｍの３点曲げ強度試験法において、逃げ面を引張
面とした場合の３点曲げ平均強度を１０００ＭＰａ以
上、好ましくは１１００〜１２００ＭＰａ、更に好まし
くは１２００ＭＰａ以上とすることができる。これによ
り、十分な強度を併せ有する窒化珪素質切削工具を得る
ことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、実施例及
び比較例を挙げて具体的に説明する。＜実施例１＞添加される硬質粒子の比較（１）切削工具の調製原料粉末として、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）粉末８５体積
％、焼結助剤成分として酸化イッテリビウム（Ｙｂ
₂Ｏ₃）粉末１．５体積％及び酸化アルミニウム（Ａｌ ₂
Ｏ₃）粉末１．５体積％、さらに硬質粒子として、表１
に示した炭化タングステン（ＷＣ）を始めとする４ａ〜
６ａ族の炭化物ないし窒化物を１２体積％加えたものを
用いた。この原料粉末を窒化珪素ボール、窒化珪素ポッ
トを用いて７０ｒｐｍで４０時間湿式粉砕混合を行っ
た。得られたスラリーを５００メッシュのふるいを通
し、溶媒を除去して粉末を回収した後、６０メッシュの
ふるいを用い、造粒粉を得た。これを一軸加圧成形した
後、２ｔ/ｃｍ²でＣＩＰ（冷間静水圧プレス）処理を行
い、成形体を得た。得られた成形体を、窒素９気圧下
で、１８５０℃、２時間保持で第１段階の焼成を行っ
た。この時点で密度は理論密度比で９２〜９７％程度で
ある。次いで窒素１０００気圧下で、１７００℃、２時
間保持で第２段階の焼成を実施した。これにより得られ
た焼結体をＩＳＯＳＮＧＮ４３２型の寸法となるよう
に加工し、実施例１−１及び比較例１−１〜８の窒化珪
素質切削工具を調製した。

【００２３】（２）性能試験上記（１）で調製した実施例１−１及び比較例１−１〜
８の窒化珪素質切削工具について、以下の性能試験を行
った。その結果を以下の表１に示す。逃げ面摩耗量ＳＮＧＮ４３２、チャンファー０．２ｍｍのチップを使
用し、被削材として両端面に鋳砂の残ったＦＣ２００を
選び、切削速度；３００ｍｍ/分、切り込み；１．５ｍ
ｍ、送り速度；０．３４ｍｍ/分及び乾式の条件下でフ
ランク最大摩耗量を測定し、逃げ面摩耗量（単位：ｍ
ｍ）とした。耐欠損性ＳＮＧＮ４３２、チャンファー０．０８５のチップを使
用し、被削材としてＦＣ２００を選び、切削速度；５０
０ｍｍ/分、切り込み；２．０ｍｍ、送り速度；０．６
ｍｍ/分及び湿式の条件下で切削した場合の欠損を測定
した。欠損が生じるまでの加工山数が２５個以上であっ
たら◎（優良）、１２個以上であったら○（良好）、１
１個以下であったら×（不良）と評価した。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１より、窒化珪素と熱膨張係数が近いＷ
Ｃを分散硬質粒子として添加した実施例１−１では、逃
げ面摩耗量が０．６ｍｍと少なく、しかも耐欠損性にも
優れていた。これに対して、分散硬質粒子としてＶＣ、
ＺｒＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴａＣ、及びＨｆＣ
を添加した比較例１−１〜１−７では、分散硬質粒子の
熱膨張係数が窒化珪素と比べて大きいため、耐欠損性の
低下していることが判る。また、分散硬質粒子としてＳ
ｉＣを添加した比較例１−８では、分散硬質粒子の熱膨
張係数が窒化珪素と近いために耐欠損性は良好であった
が、珪素を含有するため、逃げ面摩耗量が１．０ｍｍと
実施例１−１よりも多く、耐摩耗性に劣ることが判る。

【００２６】＜実施例２＞炭化タングステン含有量の
比較窒化珪素成分と焼結助剤成分（Ｙｂ₂Ｏ₃：Ａｌ₂Ｏ₃＝
２：１）を体積比で９６：４となるように調製し、これ
に硬質粒子としてＷＣが２〜７０体積％の割合となるよ
うに組成を調製したものを均一に混合した。この混合粉
末を実施例１と同様の方法で成形・焼成し、ＩＳＯＳ
ＮＧＮ４３２型の寸法となるように加工し、実施例２−
１〜７及び比較例２−１〜３の窒化珪素質切削工具を調
製した。

【００２７】（２）性能試験上記（１）で調製した実施例２−１〜７及び比較例２−
１〜３の窒化珪素質切削工具について、以下の性能試験
を行った。その結果を以下の表２に示す。逃げ面磨耗量及び耐欠損性上記実施例１と同じ方法により行った。窒化珪素質切削工具の逃げ面におけるピーク強度比Ｒ炭化タングステンの(１００)面及び（１０１）面並びに
β窒化珪素又はβサイアロンの（１０１）面及び（２１
０）面の反射強度をＸ線回折により測定した。Ｘ線回折
測定は、理学製ＲＵ−２００Ｔ装置を使用し、Ｘ線源と
して、ＣｕＫα線を用いた。Ｘ線出力は４０ｋＶ、１０
０ｍＡである。スキャンスピードは毎分１０度とした。
この条件で炭化タングステンの(１００)面及び（１０
１）面並びにβ窒化珪素又はβサイアロンの（１０１）
面及び（２１０）面のピーク強度値を測定した。上記式
（１）に当てはめる反射強度としては、測定したピーク
強度値をＫα１とＫα２に分離後、Ｋα１の強度を用い
た。そして、上記式（１）に当てはめてピーク強度比Ｒ
を求めた。曲げ強度（ＭＰａ）逃げ面を引っ張り面とした、３ｍｍ×４ｍｍ断面、長さ
１１〜１２ｍｍの試験片に加工し、ＪＩＳＲ１６０１
に準じたスパン１０ｍｍの３点曲げ試験により曲げ強度
を測定した。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２より、工具逃げ面のβ窒化珪素（場合
によっては、βサイアロン）と炭化タングステンの組成
比を表すピーク強度比Ｒが２未満の比較例２−１では、
曲げ強度が高く、耐欠損性も優れる反面、逃げ面摩耗量
が１．３１ｍｍと大きく、耐摩耗性が劣ることが判る。
また、ピーク強度比Ｒが４５以上である比較例２−２及
び３では、比較例２−１と比較して、逃げ面摩耗量が
０．６１〜０．８７ｍｍと小さく、耐摩耗性がやや向上
している一方で、曲げ強度が１０００ＭＰａ未満であ
り、しかも耐欠損性にも劣るものであることが判る。こ
れに対し、ピーク強度比Ｒが２以上４３以下である実施
例２−１〜７では、炭化タングステンの含有量が最適範
囲であることから、曲げ強度も１０００ＭＰａ以上と高
く、耐欠損性も優れると共に、逃げ面磨耗量が０．４０
〜０．９５ｍｍと小さく、耐摩耗性にも優れていること
が判る。

【００３０】＜実施例３＞焼結助剤成分量の比較窒化珪素成分粉末と焼結助剤成分粉末（Ｙｂ₂Ｏ₃：Ａｌ
₂Ｏ₃=２：１）の体積比率を８０：２０〜９９．５：
０．５に変化させ、硬質粒子であるＷＣを２０体積％と
した混合粉末を調製した。これを上記実施例１と同様の
方法で成形・焼成を実施し、ＩＳＯＳＮＧＮ４３２型
の寸法となるように加工し、実施例３−１〜７の窒化珪
素質切削工具を調製した。そして、上記実施例１及び２
と同様の方法で逃げ面磨耗量、耐欠損性及び曲げ強度の
切削性能を評価した。また、炭化タングステンのピーク
強度比Ｒは実施例２と同様に算出した。以上の結果を以
下の表３に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】（３）実施例３の効果表３より、焼結助剤成分の体積分率が１．５体積％以上
である実施例３−１〜７では、いずれも曲げ強度が１１
００ＭＰａ以上であり、耐欠損性に優れていることが判
る。特に、焼結助剤成分の体積分率が１．５〜６．５体
積％の範囲に含まれる実施例３−１〜３では、いずれも
曲げ強度が１２００ＭＰａ以上と高く、耐欠損性に優れ
ると共に、逃げ面磨耗量が０．４５ｍｍ以下と小さいこ
とから、耐摩耗性にも著しく優れていることが判る。

【００３３】＜実施例４＞炭化タングステンの一次結
晶粒子径の比較窒化珪素成分粉末と焼結助剤成分粉末（Ｙｂ₂Ｏ₃：Ａｌ
₂Ｏ₃=２：１）の体積比率を９７：３とし、硬質粒子と
してＷＣを全体の１５体積％とした混合粉末を調製し
た。これを実施例１と同様の方法で成形した後、１次焼
成温度１８５０℃、窒素圧力９気圧で２時間焼成し、さ
らに１５５０℃〜２０００℃、窒素圧１０００気圧で２
時間焼成を行った。この焼成体をＩＳＯＳＮＧＮ４３
２型の寸法となるように加工し、実施例４−１〜５の窒
化珪素質切削工具を調製した。そして、上記実施例１と
同様にして、逃げ面磨耗量及び耐欠損性切削性能を評価
した。また、炭化タングステンのピーク強度比Ｒは実施
例２と同様に算出した。更に、炭化タングステンの一次
結晶粒子径は、上記実施例２と同様にＸ線回折測定を用
い、上記の式（２）で表されるＳｃｈｅｒｒｅｒの式を
用いて算出した。以上の結果を表４に示す。

【００３４】

【表４】

【００３５】表４より、実施例４−１〜５では、いずれ
も逃げ面摩耗量が１．０ｍｍ以下と小さく、耐摩耗性に
優れると共に、耐欠損性にも優れていることが判る。特
に、炭化タングステンの一次結晶粒子径が９００オング
ストローム以下である実施例４−１〜４では、実施例４
−５と比較して、逃げ面摩耗量が少なく、耐摩耗性によ
り優れるものであることが判る。更に、炭化タングステ
ンの一次結晶粒子径が６００〜９００オングストローム
の範囲に含まれる実施例４−２〜４では、逃げ面摩耗量
が０．３５〜０．５１ｍｍと、実施例４−１及び５より
も更に小さいことから、耐摩耗性に著しく優れると共
に、耐欠損性も実施例４−１及び５より優れるものであ
ることが判る。

【００３６】尚、本発明においては、前記具体的実施例
に示すものに限られず、目的、用途に応じて種々変更し
た実施例とすることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の窒化珪素質切削工具は、炭化タ
ングステンを主に硬質粒子として添加して含有させると
共に、β窒化珪素又は場合によってはβサイアロンと炭
化タングステンのピーク強度比Ｒを所定範囲とすること
により、耐摩耗性を向上させると共に、ＷＥＴ環境下で
の熱衝撃性の欠損を最小限に抑えることができる。その
結果、窒化珪素質切削工具が主として用いられる金属材
料の荒切削に好適に用いることができる。また、焼結助
剤成分及び炭化タングステンの一次結晶粒子径を所定範
囲とすることにより、耐摩耗性、耐欠損性を向上させる
と共に、強度的にも優れた窒化珪素質切削工具とするこ
とができる。

フロントページの続き (72)発明者猪飼良仁名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者浦島和浩名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者飯尾聡名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内Ｆターム(参考） 3C046 FF33 FF55 FF57 4G001 BA03 BA08 BA24 BA32 BB03 BB08 BB32 BB52 BC13 BC23 BC42 BC54 BD04 BD12 BD18 BE03 BE11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 β窒化珪素及び／又はβサイアロンを含
有する窒化珪素質成分を含む結晶相と、焼結助剤成分を
含む粒界相と、炭化タングステンからなる硬質粒子と、
を含み、少なくとも窒化珪素質切削工具の逃げ面におい
て、以下の式（１）で表される上記β窒化珪素又はβサ
イアロンのＸ線回折ピークと上記炭化タングステンのＸ
線回折ピークの強度比Ｒが２≦Ｒ≦４３であることを特
徴とする窒化珪素質切削工具。Ｒ＝（Ｉ_WC(100)＋Ｉ_WC(101)）／（Ｉ_SN(101)＋Ｉ_SN(210)）（１）［尚、上記式（１）において、Ｉ_WC(100)はＭｉｌｌｅ
ｒ指数で示されるところの炭化タングステンの(１００)
面、Ｉ_WC(101)はＭｉｌｌｅｒ指数で示されるところの
炭化タングステンの（１０１）面、Ｉ_SN(101)はＭｉｌ
ｌｅｒ指数で示されるところのβ窒化珪素又はβサイア
ロンの（１０１）面、及びＩ_SN(210)はＭｉｌｌｅｒ指
数で示されるところのβ窒化珪素又はβサイアロンの
（２１０）面の反射強度を示す］
【請求項２】少なくとも上記窒化珪素質切削工具の逃
げ面において、以下の式（２）により算出される上記炭
化タングステンの１次結晶粒子径が９００オングストロ
ーム以下である請求項１記載の窒化珪素質切削工具。ｔ＝０．９λ／（Ｂｃｏｓθ）（２）ｔ：１次結晶粒子径（オングストローム）Ｂ：回折角θのピークに対する半価幅（ｒａｄｉａｎ） θ：回折角（ｄｅｇｒｅｅ）、λ：Ｘ線の波長（オング
ストローム）
【請求項３】窒化珪素及び焼結助剤成分の合計１００
体積％中、焼結助剤成分が２０体積％以下となるよう
に、窒化珪素、焼結助剤成分及び炭化タングステンから
なる硬質粒子を混合し、次いで、得られた混合物を焼成
することにより得られ、請求項１記載の上記式（１）で
表される上記β窒化珪素又はβサイアロンのＸ線回折ピ
ークと上記炭化タングステンのＸ線回折ピークの強度比
Ｒが２≦Ｒ≦４３であることを特徴とする窒化珪素質切
削工具。
【請求項４】上記焼結助剤成分は３Ａ族元素酸化物及
びアルミナを含有し、且つ、その合計量が、窒化珪素及
び焼結助剤成分の合計１００体積％中、１．５〜６．５
体積％である請求項３記載の窒化珪素質切削工具。
【請求項５】断面が３ｍｍ×４ｍｍの曲げ試験片を用
いたスパン１０ｍｍの３点曲げ強度試験法において、逃
げ面を引張面とした場合の３点曲げ平均強度が１０００
ＭＰａ以上である請求項１乃至４のいずれかに記載の窒
化珪素質切削工具。