JP2003508341A - セラミックスを熱処理するためのプロセス、及び該プロセスによって製造される製造物 - Google Patents

セラミックスを熱処理するためのプロセス、及び該プロセスによって製造される製造物

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ケンナメタル インコ−ポレイテツド
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Abstract

(57)【要約】 熱処理及び研削されたセラミック切削工具（２０）の製造プロセス、及び得られる切削工具（２０）である。このプロセスは、少なくとも一部が研削された、コーティングされていない研削済セラミック切削工具（２０）を用意する工程と、熱処理及び研削されたセラミック切削工具を構成するために、前記コーティングされていない研削済セラミック切削工具を熱処理する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本特許出願は、同時係属のメロトラ等(Mehrotra et al.)による１９９９年９
月９日に出願された米国特許出願第０９/３９３，００４号の一部継続出願であ
る。
【０００２】 発明の分野 本発明は、セラミックスの製造プロセス、及びセラミックス製造物に関する。
【０００３】 詳細には、本発明は、窒化シリコンベースの切削工具、サイアロン（ＳｉＡｌ
ＯＮ）ベースの切削工具、アルミナベースの切削工具、炭窒化チタンベースの切
削工具、並びに、例えばホイスカー強化炭窒化チタンベースのセラミック切削工
具及びホイスカー強化アルミナベースのセラミック切削工具等の、セラミックホ
イスカー強化セラミック切削工具を含む、セラミック切削工具の製造プロセスに
関する。
【０００４】 発明の背景 これまでに、セラミック製造物である窒化シリコンベースの切削インサート及
びＳｉＡｌＯＮベースの切削インサートは、材料を除去する多くの用途に有用で
あることが示されている。ランビー等(Lumby et al.)の米国特許第４，１２７，
４１６号、イェックリー等(Yeckley et al.)の米国特許第４，５６３，４３３号
、イェックリー等の米国特許第４，７１１，６４４号、メロトラ等(Mehrotra et
al.)の米国特許第５，３７０，７１６号、メロトラ等の米国特許第５，３８２
，２７３号、メロトラ等の米国特許第５，５２５，１３４号、メロトラ等の米国
特許第４，８８０，７５５号、及びメロトラ等の米国特許第４，９１３，９３６
号は、切削インサートとして有用な様々なＳｉＡｌＯＮ及び窒化シリコン組成物
を開示している。これらの特許を、本明細書に参照として援用する。
【０００５】 これまでに、同じくセラミック製造物であるホイスカー強化された切削インサ
ートも、材料を除去する用途に有用であることが示されている。これらのホイス
カー強化切削インサートは、本明細書に参照として援用するローズ等(Rhodes et
al.)の米国特許第Ｂ２ ４，７８９，２７７号及びローズ等の米国特許第４，９
６１，７５７号に示されると共に記載されているような、炭化シリコンホイスカ
ーで強化されたアルミナベースの材料を含む。ジルコニアが添加された、ホイス
カー強化アルミナベースの切削インサートも、本明細書に参照として援用するメ
ロトラ等の米国特許第４，９５９，３３２号に示されると共に記載されている。
本明細書に参照として援用する、「ホイスカー強化セラミック切削工具及びその
組成物(WHISKER REINFORCED CERAMIC CUTTING TOOL AND COMPOSITION THEREOF)
」という名称の、ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ/ＵＳ９６/１５１９２号（国際出願日１
９９６年９月２０日）[国際公開番号ＷＯ ９７/１８１７７号、１９９７年５月
２２日に公開] （及び、１９９７年６月１３日に出願されたメロトラ等の米国特
許出願第０８/８７４，１４６号）には、ホイスカー強化炭窒化チタンベースの
切削インサートが示されると共に記載されている。
【０００６】 上記の特許及び特許出願の材料から作られた切削インサートは、例えばフライ
ス削りや旋削等といった材料を除去する用途において許容可能な性能を示すもの
の、材料を除去する用途において、更に良好な性能特性を有するセラミック切削
インサート（例えば、窒化シリコンベースの切削インサート、ＳｉＡｌＯＮベー
スの切削インサート、アルミナベースの切削インサート、炭窒化チタンベースの
切削インサート、及びホイスカー強化セラミック切削インサート）を製造すると
いう目的が残っている。また、より良好な物理的性質及び性能特性を生じるミク
ロ組織を示すセラミック切削インサート（例えば、窒化シリコンベースの切削イ
ンサート、ＳｉＡｌＯＮベースの切削インサート、アルミナベースの切削インサ
ート、炭窒化チタンベースの切削インサート、及びホイスカー強化セラミック切
削インサート）を製造するという目的も残っている。
【０００７】 発明の要約 本発明の１つの態様は、熱処理及び研削されたセラミック切削インサートの製
造プロセスにおいて、少なくとも一部が研削された、コーティングされていない
研削済セラミック切削インサートを用意する工程と、熱処理及び研削されたセラ
ミック切削インサートを構成するために、前記コーティングされていない研削済
セラミック切削インサートを熱処理する工程と、を有するプロセスである。
【０００８】 本発明の別の態様は、少なくとも一部が研削された、コーティングされていな
い研削済セラミック切削インサートを用意する工程と、熱処理及び研削されたセ
ラミック切削インサートを構成するために、前記研削済セラミック切削インサー
トを熱処理する工程と、を有するプロセスによって製造された、熱処理及び研削
されたセラミック切削インサートである。
【０００９】 本発明の更に別の態様は、反応源の存在下で形成された、熱処理及び研削され
たセラミック製造物であり、該製造物は、表面を有する基体を有する。該基体は
、該基体の表面から内側に延びる表面領域と、該表面領域の内側のバルク領域と
が存在するミクロ組織を示す。前記バルク領域はバルク組成物を有する。前記表
面領域は前記反応源との反応から得られた表面組成物を有し、該表面組成物は前
記バルク組成物とは異なる。
【００１０】 本発明の更に別の態様は、熱処理及び研削されたセラミック製造物の製造プロ
セスにおいて、少なくとも一部が研削された、コーティングされていない研削済
セラミック成形体を用意する工程と、熱処理及び研削されたセラミック製造物を
構成するために、前記コーティングされていない研削済セラミック成形体を熱処
理する工程と、を有するプロセスである。
【００１１】 発明の詳細な説明 図面を参照すると、図１には、全体を２０で示すセラミック切削インサートが
示されている。切削インサート２０は、すくい面２２と逃げ面２４とを有する。
すくい面２２と逃げ面との交差部分には切削エッジ２６がある。本発明の切削イ
ンサートは、様々な切削インサートの形状寸法のうちの任意の形状寸法であって
よく、出願人は、本発明の範囲を、図１に示されている特定の切削インサートの
形状寸法又は本明細書の例に示される形状寸法に限定することを意図しない。
【００１２】 試験に用いられる切削インサートの製造に関しては、粉末成分をボールミルに
かけ、乾燥し、ふるいにかけて、混合粉末を構成する。以下、本発明が適用する
幾つかの混合粉末について説明する。これらの混合粉末は、下の表１に示される
４つの窒化シリコンベース混合物（混合物I〜混合物IV）を含んでいた。
【表１】
【００１３】 上の表１に示されている粉末成分について、簡単に説明する。混合物I及びIII
の窒化シリコンは、宇部興産(Ube Industries, Ltd.)（日本国東京）のＧｒａｄ
ｅＳＮＥ１０窒化シリコン粉末である。混合物IIの窒化シリコンは、ハーマンＣ
.スターク社(Herman C. Starck, Inc.)（米国ニューヨーク州ニューヨーク）か
ら入手可能な、より低純度の窒化された窒化シリコン粉末である。混合物IVの窒
化シリコン粉末は、ハーマンＣ.スターク社から入手可能なＧｒａｄｅＬＣ１０
又はＭ１１である。混合物I〜IVの窒化アルミニウムは、ハーマンＣ.スターク社
（米国ニューヨーク州ニューヨーク）から入手可能なＧｒａｄｅＣ ＡｌＮ粉末
である。混合物I〜IVのアルミナは、グレードセラロックス(Grade Ceralox)ＨＰ
Ａ０．５であり、セラロックス・コーポレーション(Ceralox Corporation)（米
国アリゾナ州ツーソン）から入手可能である。混合物I〜IVのイットリア粉末は
、ハーマンＣ.スターク社（米国ニューヨーク州ニューヨーク）の微細グレード
の(fine grade)イットリアである。これらの粉末のより詳細な説明は、既に本明
細書に参照として援用しているメロトラ等の米国特許第５，３７０，７１６号に
記載されている。
【００１４】 本発明が関する混合粉末は、更に、炭化シリコンホイスカー強化セラミックス
、アルミナベースセラミックス、及び炭窒化チタンベースセラミックスを含む。
混合物V、VI及びVIIとして示されるこれらの混合粉末の例を、下の表２に示す。
【表２】
【００１５】 混合物I〜VIIの混合粉末を、プレス、焼結、ホットアイソスタティック成形、
ホットプレス、及び文献で公知の他の方法を含む様々な方法によって固めること
ができる。
【００１６】 切削インサートを製造するための混合粉末Iの処理パラメータの一例として、
粉末成分をブレンドした後、混合粉末を単軸的にプレスして、生セラミック(gre
en ceramic)切削インサート成形体とした。これらの生セラミック切削インサー
ト成形体を、炭化シリコンでライニングされたグラファイトのポットに詰め、生
の切削インサート成形体(green cutting insert compacts)を保護硬化粉末(p
rotective setting powder)で包んだ。この硬化粉末は、アルミナ、イットリ
ア、マグネシア、カーボン、炭化シリコン、及び窒化ホウ素、又はそれらの反応
生成物のうちの１つ以上を少量含む、窒化シリコンベースの粉末であった。
【００１７】 生の切削インサート成形体が入ったポットをバッチ焼結炉に入れて、この生の
切削インサート成形体を、１気圧の窒素中で１８１５℃で２７０分間、バッチ焼
結した。得られた生成物は、焼結セラミック切削インサート成形体であった。焼
結の完了後、この焼結セラミック切削インサート成形体を、２０，０００ポンド
/平方インチ（ｐｓｉ）の窒素圧力下で、１７５０℃で６０分間、ホットアイソ
スタティック成形した。得られた生成物は、コーティングされておらず未研削で
、完全に稠密の、切削インサートブランク、即ち、表面が研削されていない、成
形されたままの状態の切削インサートブランクであった。処理のこの時点では、
これらの未研削で成形されたままの状態の切削インサートブランクは、本明細書
の表３〜表９中の“表面未研削”切削インサート（又は切削インサートブランク
）という特性表示に対応する。粉末を高密度化する他の方法としては、焼結（ホ
ットアイソスタティック成形を除く）、ホットプレス、カプセル充填ホットアイ
ソスタティック成形、保護粉末カバーを用いない焼結、及び文献で公知の他の方
法が含まれ得る。
【００１８】 コーティングされていない研削済セラミック切削インサート、即ち、本明細書
の表３〜表９中の“表面研削済”切削インサートという特性表示に対応する切削
インサートを構成するために、表面が研削されていない切削インサートブランク
に研削工程を施した。この研削工程では、表面、底面、及び周囲が、寸法に合わ
せて研削され、Ｔランド切削エッジが研削された。
【００１９】 なお、この研削工程は、ホーニング工程等を有してもよい。研削又はホーニン
グ工程は、コーティングされていない研削済セラミック切削インサートの一部分
のみが研削又はホーニングされるように、コーティングされていない未研削のセ
ラミック切削インサートブランクの一部分のみに影響を与えてもよい。好ましい
工程では、研削（又はホーニング）工程が、少なくとも実質的に完全に稠密な（
即ち、閉鎖多孔性(closed porosity)）焼結物に行われることが意図される。
【００２０】 ホットプレスによる製造では、プレート又はディスクを完全に稠密になるまで
ホットプレスし、所望の形状に切断（又はダイスカット）して、仕上げの研削を
施してもよい。或いは、ほぼネットシェイプのホットプレスされた切削インサー
トブランクに、仕上げの研削を施してもよい。
【００２１】 熱処理及び研削されたセラミック切削インサート、即ち、表３〜表９中の“研
削及び熱処理済”切削インサートという特性表示に対応する切削インサートを作
るために、混合物Iの研削済セラミック切削インサートを、炭化シリコンでライ
ニングされたグラファイトのポットに入れ、これらの切削インサートを保護硬化
粉末で包んだ。この硬化粉末は、アルミナ、イットリア、マグネシア、カーボン
、炭化シリコン、及び窒化ホウ素、又はそれらの反応生成物のうちの１つ以上を
少量含む、窒化シリコンベースの粉末であった。この保護硬化粉末の使用は、こ
のプロセスの随意的な特徴であり、本明細書では単に例として示すものである。
【００２２】 この標準的な研削済切削インサートが入ったポットをバッチ焼結炉に入れて、
この標準的な研削済切削インサートを、１気圧の窒素の圧力下で、１８１５℃で
２７０分間、バッチ焼結した。この熱処理の持続時間は、約１５分〜約６時間の
範囲であってよい。窒化シリコンベースのセラミックに対する好ましい熱処理温
度範囲は、約１６００℃〜約２２００℃である。本明細書に記載する他のセラミ
ック組成物に対する好ましい熱処理温度範囲は、約１３００℃〜約１７００℃で
ある。
【００２３】 熱処理が完了したら、切削インサートを炉に入れたまま冷やした。先に述べた
ように、この熱処理で得られたセラミック切削インサートは、本明細書の表３〜
表９中の“研削及び熱処理済”という特性表示の切削インサートに対応する。
【００２４】 上記の説明はバッチ炉に関するものであるが、このプロセスは連続炉で行われ
てもよい。
【００２５】 処理条件は異なり得るが、この研削後熱処理は、ある液相の形成が生じても又
は生じなくてもよく、研削後熱処理によって更にかなりの程度の高密度化が生じ
ても又は必ずしも生じなくてもよい、熱処理からなることが意図される。また、
この研削後熱処理は、硬化粉末を含んでも又は含まなくてもよく、大気圧以下〜
約３０，０００ｐｓｉの範囲の圧力下で達成され得る。
【００２６】 上述した、熱処理及び研削された切削インサートの製造プロセスは、熱処理工
程の前に、コーティングされていないセラミック切削インサートブランク（即ち
、表面が研削されていない切削インサートブランク）を研削する工程を含んでい
たが、研削工程の一部が、熱処理工程の完了後に行われてもよいことを認識され
たい。これは、熱処理工程の後で行われてもよい、表面の一部又は全部に対する
主要ではない研削工程（例えば、穴並びに上面及び底面といった、切削性能にと
って重要ではない面に対するもの）について、特に言えることである。引き続き
、熱処理後の主要ではない研削工程について述べると、標準的な研削製品（即ち
、コーティングされておらず表面が研削されたセラミック切削インサート）に対
する本明細書の長所が依然として保持されるように、切削エッジは軽く研削又は
研磨されてもよい。
【００２７】 上述の研削及び熱処理された切削インサートは、焼結、ホットアイソスタティ
ック成形、研削、及び熱処理という工程で得られたものであったが、熱処理及び
研削された切削インサートは、焼結、ホットアイソスタティック成形、研削前熱
処理、研削、及び研削後熱処理という工程から作ることもできる。
【００２８】 本発明には他の製造方法も適用できる。１つの付加的な製造方法は、焼結工程
、随意的なホットアイソスタティック成形工程、切削インサートの表面全体を研
削する工程、及び熱処理工程を含む。別の製造方法は、焼結工程、随意的なホッ
トアイソスタティック成形工程、切削インサートの上面及び下面並びにＫランド
を研削する工程、及び熱処理工程を含む。更に別の製造方法は、焼結工程、切削
インサートの表面全体を研削する工程、及び切削インサートを熱処理する工程を
含む。最後に、別の製造方法は、焼結工程、切削インサートの上面及び下面を研
削する工程、熱処理工程、及びＫランドを研削する工程を含む。
【００２９】 処理の詳細は異なり得るが、一般的に、混合物Iの混合粉末は、メロトラ等の
米国特許第５，３８２，２７３号、及びメロトラ等の米国特許第５，５２５，１
３４号の教示に従って、コーティングされていない未研削のセラミック切削イン
サートブランクを構成するよう処理されてもよい。
【００３０】 混合物IIの混合粉末についても同様であり、混合物IIから、コーティングされ
ていない未研削のセラミック切削インサートブランクを構成するために、混合粉
末を、イェックリー等の米国特許第４，５６３，４３３号の教示に従って処理し
てもよい。混合物IIの例の処理に関しては、焼結後の熱処理において、これらの
パーツは、窒化ホウ素の箱の中の窒化ホウ素硬化粉末である硬化粉末の上に置か
れた。焼結後熱処理は、１気圧の窒素の圧力下で、１７７０℃で２時間、連続ベ
ルト式炉中で行われた。
【００３１】 混合物IIIの混合粉末についても同様であり、混合物IIIから、コーティングさ
れていない未研削のセラミック切削インサートブランクを構成するために、混合
粉末を、メロトラ等の米国特許第５，３７０，７１６号の教示に従って処理して
もよい。混合物IIIの例の処理に関しては、焼結後の熱処理において、これらの
パーツは、窒化ホウ素の箱の中の窒化ホウ素硬化粉末である硬化粉末の上に置か
れた。焼結後熱処理は、１気圧の窒素の圧力下で、１７２５℃で２時間、連続ベ
ルト式炉中で行われた。
【００３２】 研削及び熱処理された混合物IIIの切削インサートと従来技術の研削された混
合物IIIの切削インサートとを、フライス削り及び旋削において比較する試験を
行った。
【００３３】 フライス削り試験は、直径２インチのハーテル(Hertel)４．００６０Ｒ２３２
フライスに取り付けられた４スタイルＲＮＧ−４５Ｔ０３２０切削インサートを
用いた、３０００ｓｆｍ、０．００４ｉｐｔで、切削深さ０．１００インチ、乾
式で、インコネル(Inconel)７１８の下向き削り(climb cutting)であり、切削幅
は１．４６８インチ、長さ/パスは１３インチ（パス毎の各エッジの実際の切削
時間＝０．０５０分）であった。熱処理された混合物IIIのインサートの寿命は
３．６３パス（２回の平均）であり、最大逃げ面摩耗/チッピングによって破損
した。一方、従来技術の研削された混合物IIIのインサートの寿命は２．３０パ
ス（２回の平均）であった。
【００３４】 混合物IIIのＲＮＧ−４５Ｔ０３２０型のインサートを用いた、５００ｓｆｍ
、０．００６ｉｐｒで、切削深さ０．０４０（フラッド冷却剤(flood coolant)
）の、インコネル７１８の偏心バー旋削では、本発明による熱処理されたインサ
ートの平均工具寿命は４．１分であり、従来技術の研削されたインサートの平均
工具寿命は４．６分であった。
【００３５】 処理の詳細は異なり得るが、混合物IVの混合粉末は、混合物Iの混合粉末と同
様に処理された。但し、硬化粉末は、アルミナ、イットリア、及び窒化ホウ素の
うちの１つ以上を少量添加した窒化シリコンベースの粉末であり、焼結後熱処理
温度は１８６０℃であり、熱処理の持続時間は１３０分間であった。
【００３６】 処理の詳細は異なり得るが、混合物Vの混合粉末は、メロトラ等の米国特許第
４，９５９，３３２号の教示に従って、コーティングされていない未研削のセラ
ミック切削インサートブランクを構成するよう処理されてもよい。本明細書の混
合物Vの例の処理に関しては、焼結後の熱処理において、これらのパーツは、炭
化ニオブベースの硬化粉末である硬化粉末の上に置かれ、温度は１６５０℃、持
続時間は６０分間であり、１気圧のアルゴンの圧力下であった。
【００３７】 混合物VIの混合粉末についても同様であり、混合物VIから、コーティングされ
ていない研削済セラミック切削インサートブランクを構成するために、混合粉末
を、メロトラ等の「ホイスカー強化セラミック切削工具及びその組成物」という
名称の、ＰＣＴ特許出願番号ＰＣＴ/ＵＳ９６/１５１９２号（国際出願日１９９
６年９月２０日）（及び、１９９７年６月１３日に出願された米国特許出願番号
第０８/８７４，１４６号）の教示に従って処理してもよい。本明細書の混合物V
Iの例の処理に関しては、焼結後の熱処理において、これらのパーツは、炭化ニ
オブベースの硬化粉末である硬化粉末の上に置かれ、温度は１６５０℃、持続時
間は６０分間であり、１気圧のアルゴンの圧力下であった。
【００３８】 更に、処理の詳細は異なり得るが、混合物VIIの混合粉末は、ローズ等の米国
特許第Ｂ２ ４，７８９，２７７号及びローズ等の米国特許第４，９６１，７５
７号の教示に従って、コーティングされていない研削済セラミック切削インサー
トブランクを構成するよう処理されてもよい。本明細書の混合物VIIの例の処理
に関しては、焼結後の熱処理において、これらのパーツは、炭化ニオブベースの
硬化粉末である硬化粉末の上に置かれ、温度は１６５０℃、持続時間は６０分間
であり、１気圧のアルゴンの圧力下であった。
【００３９】 上述した処理に基づいて、研削及び熱処理された面から十分な厚さ（即ち、０
．０３インチ（０．７６２ミリメートル）〜０．０５インチ（１．２７ミリメー
トル））の層が削り取られると、研削済の面が得られることを理解されたい。
【００４０】 以下に示す表３は、混合物I〜Vの混合粉末から作られた焼結セラミック材料の
、３つの状態（即ち、表面未研削状態、表面研削済状態、及び研削及び熱処理済
状態）のそれぞれにおいて、ミクロ組織中に存在する結晶相（Ｘ線回折によって
判定）を示している。上述したこれらの状態の説明の全体にわたって、本明細書
の表３〜表９における“表面未研削”という特性表示の使用は、最初の焼結後に
研削されていない、焼結され完全に稠密な切削インサートブランクを意味する。
表３〜表９における“表面研削済”という特性表示の使用は、研削はされたが研
削後の熱処理を受けていない、焼結され完全に稠密な切削インサートを意味する
。表３〜表９における“研削及び熱処理済”という特性表示の使用は、最初の焼
結処理後に研削され、次に研削後の熱処理を受けた、焼結され完全に稠密な切削
インサートを意味する。
【表３】
【００４１】 １５Ｒという記号は、ＳｉＡｌ4Ｏ2Ｎ4という化学式を有する菱面体晶系結晶
構造の単相ＳｉＡｌＯＮであるポリタイプ(polytype)である。この１５Ｒポリタ
イプは、既に本明細書に参照として援用しているランビー等の米国特許第４，１
２７，４１６号に記載されている。“ｔ−ＺｒＯ2”という記号は、正方晶系ジ
ルコニアを意味し、“ｍ−ＺｒＯ2”という記号は、単斜晶系ジルコニアを意味
する。
【００４２】 尚、本発明は、バルク基体が、α−窒化シリコン、α−窒化シリコンとβ−窒
化シリコン、α'−ＳｉＡｌＯＮ、及び（α及び/又はβ）窒化シリコンと（α'
及び/又はβ'）ＳｉＡｌＯＮとの混合物である材料から作られた、切削インサー
トにも適用可能である。これらの組成物は、ハフニウム及び/又はジルコニウム
の酸化物、チタン、シリコン、ハフニウム及び/又はジルコニウムの炭化物、窒
化物及び/炭窒化物（例えば炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭化シリ
コン及び炭化ハフニウム）を含む、全組成物の３０容量％の量までの添加剤を随
意的に含んでもよい、（１又は複数の粒界相以外の）ミクロ組織を有していても
よい。
【００４３】 次に、以下に示す表４に示されている試験結果を参照すると、試験Ｎｏ．１〜
７は、“表面未研削”状態、“表面研削済”状態又は“研削及び熱処理済”状態
のいずれかの状態の混合物Iの切削インサートを用いた種々の試験を含む。試験
Ｎｏ．８は、“表面研削済”状態及び“研削及び熱処理済”状態の混合物IVの切
削インサートを用いたフライス削り試験である。
【００４４】 試験Ｎｏ．１は、表４に示されている条件下で、ケンナメタル(Kennametal)Ｋ
ＤＮＲ−４−ＳＮ４−１５ＣＢカッターを用いた、複数の穴を中に有するブロッ
クの形態のクラス４０ネズミ鋳鉄（ＧＣＩ）の、フライフライス削り(fly cut m
illing)の試験結果を示している。切削の幅及び長さは、３インチ×２４インチ
（７．６２センチメートル[ｃｍ]×６０．９６ｃｍ）であった。全ての試験に対
する寿命末期（ＥＯＬ）基準は、逃げ面摩耗が０．０１５インチ（０．３８１ｍ
ｍ）とした。表４の試験Ｎｏ．１について示されている分単位の工具寿命は、そ
の切削インサートの実際のチップ切削(chip cutting)時間を反映している。試験
Ｎｏ．１の試験結果は、混合物Iの研削及び熱処理済切削インサートについて分
単位で測定された工具寿命が、混合物Iの表面研削済切削インサートの工具寿命
の約２．５倍であったことを示している。
【００４５】 試験Ｎｏ．２を参照すると、このデータは、クラス４０ネズミ鋳鉄に対する旋
削周期試験の結果を反映している。この混合物Iについての試験結果は、研削及
び熱処理済切削インサートの工具寿命は、表面未研削切削インサートに対して約
２７％（３９．２周期/３０．８周期）向上し、表面研削済切削インサートに対
して約３６％（３９．２周期/２８．８周期）向上したことを示している。
【００４６】 表４の試験Ｎｏ．３及びＮｏ．４を参照すると、このデータは、クラス３０ネ
ズミ鋳鉄ブレーキロータの旋削に、ＣＮＧＸ−４３４Ｔ（０．００８インチ×２
０°Ｋランド）型切削インサートを使用した結果を反映している。試験Ｎｏ．３
から、研削及び熱処理済切削インサートの先端部摩耗が、表面研削済切削インサ
ートの先端部摩耗よりも、約１８％低い（２．０５×１０-4インチ対２．５×１
０-4インチ）ことが明らかである。試験Ｎｏ．４は、研削及び熱処理済切削イン
サートの平均先端部摩耗が、表面研削済切削インサートの平均先端部摩耗とほぼ
同じであったことを示している。
【００４７】 試験Ｎｏ．５を参照すると、研削及び熱処理済切削インサート、及び表面研削
済切削インサートを用いて、クラス４０ネズミ鋳鉄に対する旋削周期試験を行っ
た。旋削周期試験は、１周期毎に１６回の切削を行って１回の切削毎に２インチ
の長さの切削を行うことで、バーの直径を減らす１周期毎の合計切削時間が１分
である、断続切削であるという点を強調するものである。この試験の結果は、分
単位で測定された工具寿命を反映しており、寿命末期（ＥＯＬ）基準は、先端部
摩耗（即ち“ｎｗ”）が０．０３０インチとした。この結果は、ネズミ鋳鉄の旋
削において、分単位で測定された工具寿命が、表面研削済切削インサートと研削
及び熱処理済切削インサートとの間で、２７％（１２．７分/１０．０分）向上
したことを示している。
【００４８】 試験Ｎｏ．６及びＮｏ．７を参照すると、これらの試験は、ダクタイル鋳鉄の
丸棒（８０−５５−０６）の連続旋削に関する。切削インサートの実際のチップ
切削時間からなる工具寿命は、分単位で測定された。このときのＥＯＬ基準は、
逃げ面摩耗が０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）とした。試験Ｎｏ．６及びＮ
ｏ．７は、連続旋削試験におけるこれらの切削インサートの工具寿命が、ほぼ同
じであったことを示している。
【００４９】 試験Ｎｏ．８を参照すると、この結果は、表４に示されている条件下で、混合
物IVの切削インサートを、ケンナメタルＫＤＮＲ−４−ＳＮ４−１５ＣＢカッタ
ーと共に用いた、複数の穴を中に有するブロック形態のクラス４０ネズミ鋳鉄（
ＧＣＩ）の、フライフライス削りに関する。切削の幅及び長さは、３インチ×２
４インチ（７．６２センチメートル[ｃｍ]×６０．９６ｃｍ）であった。全ての
試験に対する寿命末期（ＥＯＬ）基準は、逃げ面摩耗が０．０１５インチ（０．
３８１ｍｍ）とした。表４の試験Ｎｏ．８について示されている分単位の工具寿
命は、その切削インサートの実際のチップ切削時間を反映している。研削及び熱
処理済切削インサートの工具寿命は、混合物IVの表面研削済切削インサートの工
具寿命よりも約２０％（１．８分/１．５分）向上していた。
【表４】
【００５０】 材料除去用途における実際の切削インサートの性能を試験することに加えて、
特定の組成物を分析して、それらの物理的性質を確認した。これに関して、切削
インサートの性能を示すために、表面粗さ、横破壊強度、硬さ、及び表面破壊抵
抗の物理的性質を求めた。更に、切削インサートのミクロ組織が、切削インサー
トの性能に影響する場合もあることがわかった。
【００５１】 下の表５は、３つの状態（即ち、表面未研削状態、表面研削済状態、又は研削
及び熱処理済状態）のうちのいずれかの状態の混合物Iの切削インサートの、マ
イクロインチ（μインチ）単位の表面粗さ測定の試験結果を示している。表面粗
さ測定に用いられた技術は、ヴィジョン(Vision)３２ソフトウェアを備えたＷＹ
ＫＯ表面測定システム（型番ＮＴ２０００）を用いた。表面粗さ測定は、垂直走
査干渉計モードで、倍率１０．２で、ティルトターム(tilt term)を外し、フィ
ルタリングなしで行われた。セットアップパラメータは、サイズ：７３６×４８
０、及びサンプリング：３２．２９６マイクロインチであった。ＷＹＫＯ表面測
定システムは、ヴィーコワイコ・コーポレーション(VEECO WYKO Corporation)（
米国85706アリゾナ州ツーソン）で製造されている。
【表５】
【００５２】 下の表６は、３つの状態（即ち、表面未研削状態、表面研削済状態、又は研削
及び熱処理済状態）のうちのいずれかの状態の混合物Iの横破壊試験用棒 (trans
verse rupture bar)の、数千ポンド/平方インチ（ｋｓｉ）における横破壊強度
（ＴＲＳ）、及び横破壊強度の標準偏差、並びにワイブル係数を示している。横
破壊強度の測定に用いられた技術は、３点曲げ試験を含んだ。
【表６】
【００５３】 この試験結果は、研削及び熱処理済の横破壊試験用棒は、同じ組成の表面研削
済の横破壊試験用棒よりも横破壊強度が劣る（即ち、低い）ことを示している。
この横破壊強度の違いの理由は、研削及び熱処理済の横破壊試験用棒の表面粗さ
が、表面研削済の横破壊試験用棒の表面粗さよりも大きいという事実に起因する
もののようである。更に、研削及び熱処理済の横破壊試験用棒（混合物I）の表
面には針状の粒子があったが、表面研削済の横破壊試験用棒（混合物I）の表面
にはなかった。
【００５４】 以下の表７は、臨界荷重をキログラム単位で示しており、これは、３つの状態
（即ち、表面未研削状態、表面研削済状態、又は研削及び熱処理済状態）のうち
のいずれかの状態の混合物Iの切削インサートの表面破壊抵抗を反映している。
表面破壊抵抗の測定に用いられる技術は、ブレイル(brale)ダイヤモンド押込器
を備えたロックウェル硬さ試験機を用いた、１８キログラム、３３キログラム、
４８キログラム及び７０キログラムの荷重における、押込試験を含む。各荷重に
おいて、試験片が６４倍（６４Ｘ）にて視覚的に検査され、切削インサートの表
面に最初にひび割れが現れる臨界荷重を確認するために、表面のひび割れの有無
が判定された。
【表７】
【００５５】 上記の試験結果は、切削インサートの大半に対して、研削及び熱処理済切削イ
ンサートは、最も高い臨界荷重を示したことを示している。１つの例外は混合物
IIIのケースであり、表面未研削切削インサートの臨界荷重（７０＋キログラム
）が、研削及び熱処理済切削インサートの臨界荷重（７０キログラム）よりも高
かった。別の例外は混合物IVのケースであり、研削及び熱処理済切削インサート
の臨界荷重が、表面未研削切削インサートの臨界荷重と同じであった（即ち７０
＋キログラム）。
【００５６】 下の表８は、３つの状態（即ち、表面未研削状態、表面研削済状態、又は研削
及び熱処理済状態）のうちのいずれかの状態の混合物Iの切削インサートの、仕
上げ公差を示している。
【表８】
【００５７】 上の表８は、研削及び熱処理済切削インサートが公差要件“Ｇ”を満たし、モ
ールド表面未研削切削インサートが公差要件“Ｍ”及び“Ｕ”しか満たさなかっ
たことを示している。公差“Ｇ”の切削インサートを用いると、公差“Ｍ”又は
公差“Ｕ”の切削インサートを用いたときと比較して、切削加工物の寸法の制御
がより良好になる。
【００５８】 表９は、ビッカース硬さ試験を用いた、荷重５０グラム及び荷重１００グラム
における、混合物Iで作られた切削インサートの硬さ試験の結果を示している。
この硬さ測定を表面に密着させて行うために、材料試験片の表面の低角度研磨を
用いた。
【００５９】 表９は、研削及び熱処理済切削インサートが、材料の表面付近（即ち、表面か
ら約０．０３０インチ（０．７６２ｍｍ）の範囲の表面領域）において、混合物
Iの表面研削済切削インサート、又は混合物Iの表面未研削切削インサートよりも
高い硬さを示したことを示している。研削及び熱処理済切削インサートのバルク
基体の硬さは、表面研削済切削インサートの硬さと同じであるので、この試験結
果は、研削及び熱処理済切削インサート（混合物I）の表面領域が、そのバルク
基体よりも高い硬さを示したことも示している。
【表９】
【００６０】 表面研削済切削インサート、表面未研削切削インサート、及び、研削及び熱処
理済切削インサートに存在する相及び表面の形態を確認するための、分析を行っ
た。図２及び図３を参照すると、表面研削済切削インサートの表面領域は研削ラ
インを有し、比較的平坦な構造を有することがわかった。Ｘ線回折による分析は
、表面研削済切削インサートの表面領域が、β窒化シリコンのみを有することを
示した。
【００６１】 図４及び図５を参照すると、これらの顕微鏡写真は、針状の粒子の構造によっ
て特徴づけられる、研削済の表面と未研削の表面との混合を示している。Ｘ線回
折による分析は、研削及び熱処理済の研削済切削インサートの表面領域が、β窒
化シリコン相及びＹ2Ｓｉ3Ｏ3Ｎ4相を呈したことを示した。
【００６２】 図６及び図７を参照すると、これらの顕微鏡写真は、針状の粒子の構造によっ
て特徴づけられる、未研削の表面を示している。Ｘ線回折による分析は、表面未
研削切削インサートの表面領域が、β窒化シリコン相、Ｙ2Ｓｉ3Ｏ3Ｎ4相、及び
シリコン金属相を呈したことを示した。
【００６３】 このプロセスの熱処理工程において、硬化粉末及び/又は雰囲気は、表面領域
（即ち、表面からバルク基体に向かって特定の距離だけ内側に延びる材料の体積
）に、バルク基体と比較して、制御された表面特性を与えるように調節されても
よい。硬化粉末及び/又は雰囲気を、反応源、即ち、反応元素の供給源と見なす
こともできよう。例えば、より強靱なバルク領域と組み合わせた、耐摩耗性のあ
る表面領域を達成できるかもしれない。硬化粉末に関しては、基体の表面領域に
、次の金属及び/又はそれらの酸化物及び/又は炭化物のうちの１つ以上を与える
ことが望ましい場合に、アルミニウム、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウ
ム、マグネシウム、カルシウム、及びランタニド系元素の金属の酸化物や、シリ
コン、チタン、ハフニウム、アルミニウム、ジルコニウム、ホウ素、ニオブ及び
炭素の窒化物及び/又は炭化物、及び/又はそれらの反応生成物のうちの１つ以上
を含有する硬化粉末を用いてもよい。
【００６４】 制御された表面特性を与えるために、表面との反応を制御する別の方法は、窒
素、アルゴン、及び一酸化炭素/二酸化炭素からなる群のうちの１又は複数のガ
スを使用することである。これらのガスの圧力は、大気圧以下〜約３０，０００
ｐｓｉの範囲であってよい。
【００６５】 別の例では、混合物IVのβ'サイアロン組成物切削インサートが、上述したよ
うに焼結及び研削され、次に、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3及び随意的なＢＮ並
びにそれらの反応生成物からなる硬化粉末中で、１５〜２０ｋｓｉの窒素の均衡
圧力下で、１７５０℃で６０分間、熱処理された。研削された表面及び、次いで
熱処理された表面から得られたＸ線回折の結果の比較を、次に示す。
【００６６】 これらの熱処理及び研削された混合物IIIのインサートについて、主軸の直径
が７インチの、調整されたワスパロイ(Waspalloy)ジェットエンジンを、６７６
ｓｆｍ、０．００８ｉｐｒ、切削深さ０．１８０インチ、切削長４インチの荒旋
削条件下で、金属切削する試験を行った。研削及び熱処理された混合物IIIの材
料は、切削された切欠(cut notching)の深さによって割出しされ、５６ＲＭＳの
加工物表面仕上げを生じ、一方、研削された混合物IIIの材料は、切削された切
欠及びチッピングの深さによって割出しされ、より劣る、２５０ＲＭＳの表面仕
上げを生じた。
【００６７】 この試験は、本発明によって、β'サイアロンのバルクミクロ組織及びα'＋β
'サイアロンの表面ミクロ組織を有する切削工具を製造可能であることを示す。
また、本発明によって、β窒化シリコンのバルクミクロ組織及びβ'サイアロン
又はα'＋β'サイアロンの表面ミクロ組織を有する切削工具も、製造できると思
われる。これらのミクロ組織を作り出すために、熱処理工程において用いられる
硬化粉末は、Ｓｉ3Ｎ4に加えて、表面に生成するα'サイアロンの制御を補助す
るための、５０w/oまでのＡｌＮ及び/又はＡｌ2Ｏ3と、少量のＹ2Ｏ3（又は酸化
ランタニド）を含有すべきであると思われる。
【００６８】 下に示す表１０は、３つの状態（即ち、表面未研削状態、表面研削済状態、又
は研削及び熱処理済状態）のうちのいずれかの状態の混合物Iの切削インサート
の表面におけるアルミニウム含有量の、螢光Ｘ線による測定の結果を示している
。
【表１０】
【００６９】 上の表１０に示されている結果を参照すると、このデータは、熱処理の結果、
表面のアルミニウム含有量が増加したことを示している。このアルミニウムは、
アルミナを含有する硬化粉末から得られた。このアルミニウムの増加によって、
例えば、増加した耐摩耗性、増加した硬さ、より高い破壊抵抗等といった、より
良好な特性を有する合金化された表面領域（又は層）が生じ得る。
【００７０】 別の例では、混合物Iの研削済切削インサートを、混合物Iについて本明細書で
先に開示した含有物に加えて１０w/oの窒化チタンを含有する窒化シリコンベー
スの硬化粉末、及び窒素の１５００ｐｓｉの均衡圧力下で、１７５０℃で１２０
分間、熱処理した。熱処理された表面に、Ｘ線回折及び螢光Ｘ線分析をそれぞれ
行った結果、微量の窒化チタン（ＴｉＮ）相及びケイ酸イットリウム（Ｙ2Ｓｉ
Ｏ5）相をともなうβ窒化シリコン、並びに５．８w/oのチタンが存在していた。
このように窒化チタン（又は他の材料）を添加すると、特定の用途（例えばクラ
ス４０ネズミ鋳鉄のフライス削り）における金属切削の性能に貢献しつつ、熱処
理済の材料に同じ材料のコーティングを塗布することに関する問題、即ち、コー
ティングの付着力及び/熱によるコーティングのひび割れが回避されると予想さ
れる。
【００７１】 或いは、硬化粉末及び/又は活性の雰囲気が、１つ以上の望ましくない（又は
選択された）構成要素を表面領域から減らす補助をし得るものであり、そうする
と、表面領域の組成とバルク領域の組成との間に違いが生じる。そのような組成
の違いにより、表面研削済切削インサートと比べて、研削及び熱処理済切削イン
サートの性能が向上すると共に、特性が改善され得る。
【００７２】 出願人が、窒化シリコンベースの切削工具、ＳｉＡｌＯＮベースの切削工具、
アルミナベースの切削工具、炭窒化チタンベースの切削工具、及びホイスカー強
化セラミック切削工具を含む、セラミック切削工具を製造するための改良された
方法を提供したことは、明白であると思われる。また、出願人が、切削工具が窒
化シリコンベースの切削工具、ＳｉＡｌＯＮベースの切削工具、アルミナベース
の切削工具、炭窒化チタンベースの切削工具、又はホイスカー強化セラミック切
削工具である、改良されたセラミック切削工具を提供したことも明白である。
【００７３】 性能試験は、ほとんどの場合において、研削及び熱処理済切削インサートが、
フライス削り及び荒旋削の用途において、表面研削済切削インサート又は表面未
研削切削インサートのいずれよりも、良好な性能を発揮したことを明らかにする
ものである。研削及び熱処理済切削インサートの物理的性質は、表面研削済切削
インサートの物理的性質に比肩するものであった。研削及び熱処理済切削インサ
ートのミクロ組織は、表面研削済切削インサート又は表面未研削切削インサート
のいずれのミクロ組織とも異なっている。
【００７４】 随意的な特徴として、切削インサートは、耐熱性物質のコーティング（例えば
、アルミナ、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、又は窒化チタンアルミニ
ウム）でコーティングされてもよい。このコーティングは、物理的蒸着（ＰＶＤ
）技術によって又は化学的蒸着（ＣＶＤ）技術によって施されてもよい。コーテ
ィングの仕組みが多層からなる場合には、少なくとも１つの層をＣＶＤで施し、
少なくとも１つの層をＰＶＤで施してもよい。出願人は、コーティングされた切
削工具が、ネズミ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、鋼鉄、及びニッケルベースの合金の加
工に適したものとなることを期待する。
【００７５】 本明細書で確認した特許及び他の文献を、本明細書に参照として援用する。
【００７６】 ここに開示された本発明の明細書や実施例を考察することにより、当業者には
、本発明の別の実施形態も明らかとなろう。本明細書及び例は単に説明的なもの
であると見なされ、本発明の真の範囲及び精神は、添付の特許請求の範囲によっ
て示されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の切削インサートの等角図である。
【図２】 混合物Iの表面研削済切削インサートのすくい面の、倍率１０００×の二次電
子画像（ＳＥＩ）を示す、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図である。
【図３】 混合物Iの表面研削済切削インサートのすくい面の、倍率３０００×の二次電
子画像（ＳＥＩ）を示す、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図である。
【図４】 混合物Iの研削及び熱処理済切削インサートのすくい面の、倍率１０００×の
二次電子画像（ＳＥＩ）を示す、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図であ
る。
【図５】 混合物Iの研削及び熱処理済切削インサートのすくい面の、倍率３０００×の
二次電子画像（ＳＥＩ）を示す、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図であ
る。
【図６】 混合物Iの表面未研削切削インサートフランク(flank)のすくい面の、倍率１０
００×の二次電子画像（ＳＥＩ）を示す、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示
す図である。
【図７】 混合物Iの表面未研削切削インサートフランクのすくい面の、倍率３０００×
の二次電子画像（ＳＥＩ）を示す、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 41/87 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２Ｘ 41/91 １０２Ｍ １０２Ｃ １０２Ｄ ３０２Ｐ ３０２Ｎ ３０２Ｙ ３０２Ｒ 35/10 Ｅ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，Ｃ Ａ，ＣＮ，ＩＬ，ＪＰ，ＭＸ，ＳＧ (72)発明者 リップニスキス、 チャック、 イー． アメリカ合衆国 15601 ペンシルヴァニ ア州 グリーンズバーグ アトレボロ プ レイス 3107 (72)発明者 バッタグリア、 フランク、 ビー． アメリカ合衆国 15650 ペンシルヴァニ ア州 ラトローブ アール． ディー． １ ボックス 366ディー Ｆターム(参考） 4G001 BA06 BA09 BA31 BA32 BA33 BA36 BA37 BA38 BA39 BA53 BA57 BA86 BB06 BB09 BB31 BB32 BB33 BB36 BB37 BB38 BB39 BB53 BB57 BB86 BC43 BC71 BC73 BD18 BE01 BE02 BE03 4G030 AA17 AA36 AA66 BA19 CA01 GA32 GA33

Claims (54)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱処理及び研削されたセラミック切削インサートの製造プロ
    セスにおいて、 少なくとも一部が研削された、コーティングされていない研削済セラミック切
    削インサートを用意する工程と、 熱処理及び研削されたセラミック切削インサートを構成するために、前記コー
    ティングされていない研削済セラミック切削インサートを熱処理する工程と、 を有するプロセス。
  2. 【請求項２】 前記熱処理が、窒素、アルゴン及び一酸化炭素のうち１つ以
    上を含有する雰囲気中で行われ、前記熱処理が、大気圧以下〜約３０，０００ｐ
    ｓｉの範囲の圧力下で行われ、前記熱処理が、約１３００℃〜約２２００℃の範
    囲の温度で行われ、前記熱処理が、約１５分〜約６時間の範囲の時間で行われる
    、請求項１に記載のプロセス。
  3. 【請求項３】 前記熱処理が、１気圧の圧力下の窒素雰囲気中で、約１８１
    ５℃〜１８６０℃の温度で、約１３０分間〜約２７０分間の持続時間で行われる
    、請求項１に記載のプロセス。
  4. 【請求項４】 前記熱処理が、約１気圧の圧力下のアルゴン雰囲気中で、約
    １６５０℃の温度で、約６０分間の持続時間で行われる、請求項１に記載のプロ
    セス。
  5. 【請求項５】 前記熱処理及び研削されたセラミック切削インサートをコー
    ティングする工程を更に有する、請求項１に記載のプロセス。
  6. 【請求項６】 前記コーティングが、アルミナ、窒化チタン、炭窒化チタン
    、炭化チタン、及び窒化チタンアルミニウムからなる群の１つ以上の化合物から
    選択される、請求項５に記載のプロセス。
  7. 【請求項７】 混合粉末から生セラミック切削インサート成形体を構成する
    工程と、 焼結された未研削セラミック切削インサート成形体を構成するために、前記生
    セラミック切削インサート成形体を焼結する工程と、 コーティングされていない未研削セラミック切削インサートブランクを構成す
    るために、前記焼結された未研削セラミック切削インサート成形体をホットアイ
    ソスタティック成形する工程と、 コーティングされていない研削済セラミック切削インサートを構成するために
    、前記コーティングされていない未研削セラミック切削インサートブランクの少
    なくとも一部を研削する工程と、 を更に有する、請求項１に記載のプロセス。
  8. 【請求項８】 前記ホットアイソスタティック成形する工程の後で、前記コ
    ーティングされていない未研削セラミック切削インサートが更に焼結工程を経る
    、請求項７に記載のプロセス。
  9. 【請求項９】 混合粉末から生セラミック切削インサート成形体を構成する
    工程と、 焼結された未研削セラミック切削インサート成形体を構成するために、前記生
    セラミック切削インサート成形体を焼結する工程と、 コーティングされていない研削済セラミック切削インサートを構成するために
    、前記焼結された未研削セラミック切削インサート成形体の少なくとも一部を研
    削する工程と、 を更に有する、請求項１に記載のプロセス。
  10. 【請求項１０】 前記混合粉末が、約６０重量％〜約９８重量％の窒化シリ
    コンと、約２５重量％までの窒化アルミニウムと、約２５重量％までのアルミナ
    と、約２重量％までのマグネシアと、約７重量％までのイットリアとを含有する
    、請求項９に記載のプロセス。
  11. 【請求項１１】 前記混合粉末が、約９８重量％の窒化シリコンと、約１重
    量％のマグネシアと、約１重量％のイットリアとを含有する、請求項７に記載の
    プロセス。
  12. 【請求項１２】 前記混合粉末が、約８５．４重量％の窒化シリコンと、約
    ６．２重量％の窒化アルミニウムと、約３．７重量％のアルミナと、約４．７重
    量％のイットリアとを含有する、請求項９に記載のプロセス。
  13. 【請求項１３】 前記混合粉末が、約６３．３重量％の窒化シリコンと、約
    ９．３重量％の窒化アルミニウムと、約２２．７重量％のアルミナと、約４．７
    重量％のイットリアとを含有する、請求項９に記載のプロセス。
  14. 【請求項１４】 前記混合粉末が、約９１．６重量％の窒化シリコンと、約
    １．６重量％の窒化アルミニウムと、約１．３重量％のアルミナと、約５．５重
    量％のイットリアとを含有する、請求項７に記載のプロセス。
  15. 【請求項１５】 前記混合粉末が窒化シリコンベースであり、前記焼結工程
    の前に、前記生セラミック切削インサート成形体が硬化粉末と接触し、該硬化粉
    末が、アルミニウム、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウム
    、カルシウム、及びランタニド系元素の金属の酸化物、シリコン、チタン、ハフ
    ニウム、アルミニウム、ジルコニウム、ホウ素、ニオブ及び炭素の窒化物及び/
    又は炭化物、及び/又はそれらの反応生成物のうちの１つ以上を含有する、請求
    項７に記載のプロセス。
  16. 【請求項１６】 前記混合粉末が、ハフニア、ジルコニア、並びに、チタン
    、シリコン、ハフニウム及びジルコニウムの窒化物、炭化物及び/又は炭窒化物
    、並びにそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの３０容量％
    までの成分を更に含む、請求項７に記載のプロセス。
  17. 【請求項１７】 混合粉末から生セラミック切削インサート成形体を構成す
    る工程と、 ホットプレスされた未研削セラミック切削インサート成形体を構成するために
    、前記生セラミック切削インサート成形体を単軸的にホットプレスする工程と、 コーティングされていない研削済セラミック切削インサートを構成するために
    、前記ホットプレスされた未研削セラミック切削インサート成形体の少なくとも
    一部を研削する工程と、 を更に有する、請求項１に記載のプロセス。
  18. 【請求項１８】 前記混合粉末がアルミナ及び炭化シリコンホイスカーを含
    有する、請求項１７に記載のプロセス。
  19. 【請求項１９】 前記混合粉末がジルコニアを更に含む、請求項１８に記載
    のプロセス。
  20. 【請求項２０】 前記混合粉末が炭窒化チタンを更に含む、請求項１８に記
    載のプロセス。
  21. 【請求項２１】 前記混合粉末が、約３４．４重量％のアルミナと、約１９
    ．１重量％の炭化シリコンホイスカーと、約０．３重量％のイットリアとを含有
    し、残部が炭窒化チタンである、請求項２０に記載のプロセス。
  22. 【請求項２２】 前記炭窒化チタンがＴｉＣxＮyの化学式を有し、約０．５
    であると共にｙが約０．５である、請求項２１に記載のプロセス。
  23. 【請求項２３】 前記混合粉末が、約１４．２重量％のジルコニアと、約２
    ．３重量％のＭｇＡｌ2Ｏ4と、約１．２重量％の炭化シリコンホイスカーと、約
    ０．１４の二酸化シリコンと、約０．０２の酸化カルシウムとを含有し、残部が
    アルミナである、請求項９に記載のプロセス。
  24. 【請求項２４】 前記コーティングされておらず熱処理及び研削された切削
    インサートの少なくとも一部を研削する工程を更に有する、請求項１に記載のプ
    ロセス。
  25. 【請求項２５】 少なくとも一部が研削された、コーティングされていない
    研削済セラミック切削インサートを用意する工程と、 熱処理及び研削されたセラミック切削インサートを構成するために、前記研削
    済セラミック切削インサートを熱処理する工程と、 を有するプロセスによって製造された、熱処理及び研削されたセラミック切削
    インサート。
  26. 【請求項２６】 前記プロセスが、前記熱処理及び研削されたセラミック切
    削インサートをコーティングする工程を更に有する、請求項２５に記載の切削イ
    ンサート。
  27. 【請求項２７】 前記プロセスが、 混合粉末から生セラミック切削インサート成形体を構成する工程と、 焼結された未研削セラミック切削インサート成形体を構成するために、前記生
    セラミック切削インサート成形体を焼結する工程と、 コーティングされていない未研削セラミック切削インサートブランクを構成す
    るために、前記焼結された未研削セラミック切削インサート成形体をホットアイ
    ソスタティック成形する工程と、 コーティングされていない研削済セラミック切削インサートを構成するために
    、前記コーティングされていない未研削セラミック切削インサートブランクの少
    なくとも一部を研削する工程と、 を更に有する、請求項２５に記載の切削インサート。
  28. 【請求項２８】 前記プロセスが、 混合粉末から生セラミック切削インサート成形体を構成する工程と、 焼結された未研削セラミック切削インサート成形体を構成するために、前記生
    セラミック切削インサート成形体を焼結する工程と、 コーティングされていない研削済セラミック切削インサートを構成するために
    、前記コーティングされていない未研削セラミック切削インサートブランクの少
    なくとも一部を研削する工程と、 を更に有する、請求項２５に記載の切削インサート。
  29. 【請求項２９】 前記混合粉末が、約１４．２重量％のジルコニアと、約２
    ．３重量％のＭｇＡｌ2Ｏ4と、約１．２重量％の炭化シリコンホイスカーと、約
    ０．１４の二酸化シリコンと、約０．０２の酸化カルシウムとを含有し、残部が
    アルミナである、請求項２７に記載のプロセス。
  30. 【請求項３０】 前記混合粉末が、約６０重量％〜約９８重量％の窒化シリ
    コンと、約２５重量％までの窒化アルミニウムと、約２５重量％までのアルミナ
    と、約２重量％までのマグネシアと、約７重量％までのイットリアとを含有する
    、請求項２５に記載の切削インサート。
  31. 【請求項３１】 前記プロセスが、 混合粉末から生セラミック切削インサート成形体を構成する工程と、 ホットプレスされた未研削セラミック切削インサート成形体を構成するために
    、前記生セラミック切削インサート成形体を単軸的にホットプレスする工程と、 コーティングされていない研削済セラミック切削インサートを構成するために
    、前記ホットプレスされた未研削セラミック切削インサート成形体の少なくとも
    一部を研削する工程と、 を更に有する、請求項２５に記載の切削インサート。
  32. 【請求項３２】 前記混合粉末がアルミナ及び炭化シリコンホイスカーを含
    有する、請求項３１に記載のプロセス。
  33. 【請求項３３】 前記混合粉末がジルコニアを更に含む、請求項３２に記載
    のプロセス。
  34. 【請求項３４】 前記混合粉末が炭窒化チタンを更に含む、請求項３２に記
    載のプロセス。
  35. 【請求項３５】 反応源の存在下で形成された、熱処理及び研削されたセラ
    ミック切削インサートにおいて、 すくい面及び逃げ面を定める表面であって、前記すくい面及び前記逃げ面の交
    差部に切削エッジがある前記表面を有する基体を有し、 該基体は、該基体の表面から内側に延びる表面領域と、該表面領域の内側のバ
    ルク領域とが存在するミクロ組織を示し、 前記バルク領域はバルク組成物を有し、 前記表面領域は前記反応源との反応から得られた表面組成物を有し、該表面組
    成物と前記バルク領域の前記組成物とは異なる、 切削インサート。
  36. 【請求項３６】 前記表面組成物が含有する選択された元素の含有量が、前
    記バルク組成物中の前記選択された元素の含有量よりも高い、請求項３５に記載
    の切削インサート。
  37. 【請求項３７】 前記表面組成物が含有する選択された元素の含有量が、前
    記バルク組成物中の前記選択された元素の含有量よりも低い、請求項３５に記載
    の切削インサート。
  38. 【請求項３８】 前記表面領域が第１のミクロ組織及び第１の硬さを有し、
    前記バルク領域が第２のミクロ組織及び第２の硬さを有し、前記表面領域の前記
    第１のミクロ組織が前記バルク領域の前記第２のミクロ組織とは異なり、前記表
    面領域の前記第１の硬さが前記バルク領域の前記第２の硬さよりも硬い、請求項
    ３５に記載の切削インサート。
  39. 【請求項３９】 前記すくい面及び前記逃げ面上にコーティングを更に有す
    る、請求項３５に記載の切削インサート。
  40. 【請求項４０】 前記表面領域が第１の破壊抵抗を有し、前記バルク領域が
    第２の破壊抵抗を有し、前記表面領域の前記第１の破壊抵抗が前記バルク領域の
    前記第２の破壊抵抗よりも大きい、請求項３５に記載の切削インサート。
  41. 【請求項４１】 前記表面領域が第１の耐摩耗性を有し、前記バルク領域が
    第２の耐摩耗性を有し、前記表面領域の前記第１の耐摩耗性が前記バルク領域の
    前記第２の耐摩耗性よりも大きい、請求項３５に記載の切削インサート。
  42. 【請求項４２】 前記基体が窒化シリコンベースの組成物であり、前記表面
    領域の前記第１のミクロ組織がβ−窒化シリコン相及びＹ2Ｓｉ3Ｏ3Ｎ4相を有し
    、前記バルク領域の前記第２のミクロ組織が本質的にβ−窒化シリコン及び粒界
    相で構成される、請求項３５に記載の切削インサート。
  43. 【請求項４３】 前記表面領域のアルミニウム含有量が、前記バルク領域の
    アルミニウム含有量よりも高い、請求項３５に記載の切削インサート。
  44. 【請求項４４】 前記基体がサイアロンベースの組成物であり、前記表面領
    域の前記第１のミクロ組織がβ'−サイアロン、α'−サイアロン及びＮ−ＹＡＭ
    を有し、前記バルク領域の前記第２のミクロ組織がα'−サイアロン及びβ'−サ
    イアロンの混合物を有する、請求項３５に記載の切削インサート。
  45. 【請求項４５】 前記基体がサイアロンベースの組成物であり、前記表面領
    域の前記第１のミクロ組織がβ'−サイアロン及び１５Ｒ相を有し、前記バルク
    領域の前記第２のミクロ組織が本質的にβ'−サイアロンで構成される、請求項
    ３５に記載の切削インサート。
  46. 【請求項４６】 前記基体がサイアロンベースの組成物であり、前記表面領
    域の前記第１のミクロ組織がβ'−サイアロン及びＮ−メリライトを有し、前記
    バルク領域の前記第２のミクロ組織が本質的にβ'−サイアロン、Ｂ相及びＮ−
    α−ウォラストナイトで構成される、請求項３５に記載の切削インサート。
  47. 【請求項４７】 前記基体がアルミナ、ジルコニア及び炭化シリコンホイス
    カーを有し、前記表面領域の前記第１のミクロ組織がアルミナ、正方晶ジルコニ
    ア、単斜晶ジルコニア、炭化シリコン、ＭｇＡｌ2Ｏ4及びＺｒＯ/ＺｒＣを有し
    、前記バルク領域の前記第２のミクロ組織がアルミナ、単斜晶ジルコニア、正方
    晶ジルコニア及びＺｒＯを有する、請求項３５に記載の切削インサート。
  48. 【請求項４８】 熱処理及び研削されたセラミック製造物の製造プロセスに
    おいて、 少なくとも一部が研削された、コーティングされていない研削済セラミック成
    形体を用意する工程と、 熱処理及び研削されたセラミック製造物を構成するために、前記コーティング
    されていない研削済セラミック成形体を熱処理する工程と、 を有するプロセス。
  49. 【請求項４９】 前記コーティングされておらず熱処理及び研削されたセラ
    ミック成形体をコーティングする工程を更に有する、請求項４８に記載のプロセ
    ス。
  50. 【請求項５０】 反応源の存在下で形成された、熱処理及び研削されたセラ
    ミック切削インサートにおいて、 すくい面及び逃げ面を定める表面であって、前記すくい面及び前記逃げ面の交
    差部に切削エッジがある前記表面を有する基体を有し、 該基体は、該基体の表面から内側に延びる表面領域と、該表面領域の内側のバ
    ルク領域とが存在するミクロ組織を示し、 前記バルク領域は、β窒化シリコン相を有するバルクミクロ組織を有し、 前記表面領域は前記反応源との反応から得られた表面ミクロ組織を有し、該表
    面ミクロ組織はβ'サイアロン相、又はα'及びβ'サイアロン相を有する、 切削インサート。
  51. 【請求項５１】 反応源の存在下で形成された、熱処理及び研削されたセラ
    ミック切削インサートにおいて、 すくい面及び逃げ面を定める表面であって、前記すくい面及び前記逃げ面の交
    差部に切削エッジがある前記表面を有する基体を有し、 該基体は、該基体の表面から内側に延びる表面領域と、該表面領域の内側のバ
    ルク領域とが存在するミクロ組織を示し、 前記バルク領域は、本質的にβ'サイアロン相及び粒界相で構成されるバルク
    ミクロ組織を有し、 前記表面領域は前記反応源との反応から得られた表面ミクロ組織を有し、該表
    面ミクロ組織はβ'サイアロン及びα'サイアロンを有する、 切削インサート。
  52. 【請求項５２】 前記コーティングされていない研削済切削インサートが、
    前記熱処理中に硬化粉末と接触し、該硬化粉末が、アルミニウム、ハフニウム、
    ジルコニウム、イットリウム、マグネシア、カルシウム、及び周期表のランタニ
    ド系金属の酸化物と、シリコン、チタン、ハフニウム、アルミニウム、ジルコニ
    ウム、ホウ素、ニオブ及び炭素の窒化物及び/又は炭化物、及び/又はそれらの反
    応生成物のうちの１つ以上を含有し、 前記熱処理中に、前記コーティングされていない研削済切削インサートが前記
    硬化粉末と接触し、前記コーティングされていない研削済切削インサートの表面
    の組成が変更される、 請求項１に記載のプロセス。
  53. 【請求項５３】 反応源の存在下で形成された、熱処理及び研削されたセラ
    ミック切削インサートにおいて、 すくい面及び逃げ面を定める表面であって、前記すくい面及び前記逃げ面の交
    差部に切削エッジがある前記表面を有する基体を有し、 該基体は、該基体の表面から内側に延びる表面領域と、該表面領域の内側のバ
    ルク領域とが存在するミクロ組織を示し、 前記表面領域は、前記反応源の存在下における熱処理で形成された１つ以上の
    相を有し、該１つ以上の相は前記反応源の反応生成物を有し、前記反応源は、ア
    ルミニウム、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウム、カルシ
    ウム、及び周期表のランタニド系金属の酸化物と、シリコン、チタン、ハフニウ
    ム、アルミニウム、ジルコニウム、ホウ素、ニオブ及び炭素の窒化物及び/又は
    炭化物、又はそれらの反応生成物のうちの１つ以上を含有する、 切削インサート。
  54. 【請求項５４】 前記相が窒化チタンを有する、請求項５３に記載の熱処理
    及び研削された切削インサート。
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