JP2794122B2 - 繊維強化セラミックス - Google Patents
繊維強化セラミックスInfo
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- JP2794122B2 JP2794122B2 JP1162034A JP16203489A JP2794122B2 JP 2794122 B2 JP2794122 B2 JP 2794122B2 JP 1162034 A JP1162034 A JP 1162034A JP 16203489 A JP16203489 A JP 16203489A JP 2794122 B2 JP2794122 B2 JP 2794122B2
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- whiskers
- toughness
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ウイスカー等の繊維状物質を含有するセラ
ミックスに関し、より詳細には高靭性に優れた特に工具
用として適したセラミックスに関する。
ミックスに関し、より詳細には高靭性に優れた特に工具
用として適したセラミックスに関する。
（従来技術及びその問題点） アルミナ（Al2O3）質焼結体は耐摩耗性に優れる反
面、靭性に劣るという欠点から従来から各種の提案がな
されている。
面、靭性に劣るという欠点から従来から各種の提案がな
されている。
その１つにSiCウイスカーに代表される繊維状物質を
配合することにより靭性を改善することが特開昭61−28
6271号や特開昭62−41776号等により従来より行われて
いる。
配合することにより靭性を改善することが特開昭61−28
6271号や特開昭62−41776号等により従来より行われて
いる。
これらはいずれもアルミナを主体とし、SiCウイスカ
ーを添加し、ホットプレス等により焼成したものであ
る。
ーを添加し、ホットプレス等により焼成したものであ
る。
このようなSiCウイスカーを含有する繊維強化セラミ
ックスはSiC自体の硬度が高く、熱伝導性が良いため、
切削工具として用いた場合、一部の超耐熱合金の切削
（インコネル718の荒切削）では優れた切削特性を示
す。
ックスはSiC自体の硬度が高く、熱伝導性が良いため、
切削工具として用いた場合、一部の超耐熱合金の切削
（インコネル718の荒切削）では優れた切削特性を示
す。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、SiCは鉄、特に酸化鉄と容易に反応す
るため、Al2O3−SiCウイスカー系工具は多くの場合、他
のAl2O3を主体とする工具に比較して摩耗量が多くなる
傾向にある。例えばSUS304を切削した場合、従来のAl2O
3系工具であれば、十分切削可能な条件であってもSiCウ
イスカーを含有する工具では急激に摩耗が進展し、切削
不可能となる。
るため、Al2O3−SiCウイスカー系工具は多くの場合、他
のAl2O3を主体とする工具に比較して摩耗量が多くなる
傾向にある。例えばSUS304を切削した場合、従来のAl2O
3系工具であれば、十分切削可能な条件であってもSiCウ
イスカーを含有する工具では急激に摩耗が進展し、切削
不可能となる。
また鋳鉄の切削においてもAl2O3系工具よりも摩耗量
が大きいことが確認されている。
が大きいことが確認されている。
このように、Al2O3−SiCウイスカー系工具では被削材
によってその切削性能が大きく変化するという問題を有
している。
によってその切削性能が大きく変化するという問題を有
している。
このことは、工具ユーザーの立場からは、鋼材の変化
によって性能が著しく変化する、いわゆる安定性のない
工具と受け止められ、敬遠されているのが現状である。
によって性能が著しく変化する、いわゆる安定性のない
工具と受け止められ、敬遠されているのが現状である。
（問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の問題点に対し、検討を重ねた結果、
Al2O3に配合する繊維状物質として炭化チタン（TiC）ウ
イスカーを用いることによって上記問題を解決し得るこ
とを知見した。
Al2O3に配合する繊維状物質として炭化チタン（TiC）ウ
イスカーを用いることによって上記問題を解決し得るこ
とを知見した。
TiCは本来、鉄に対する反応性の面でSiCより優れてい
るため、Al2O3中に適度の量で分散させることにより、
非常に優れた耐摩耗性を付与することができる。しか
し、TiCはSiCよりもヤング率がわずかに低く、理論強度
はSiCよりも低いという性質を持つ。
るため、Al2O3中に適度の量で分散させることにより、
非常に優れた耐摩耗性を付与することができる。しか
し、TiCはSiCよりもヤング率がわずかに低く、理論強度
はSiCよりも低いという性質を持つ。
そこで、本発明者等はTiCウイスカーを含有するAl2O3
質セラミックスにおいて、最適な焼結助剤を見出すこと
によって靭性面での上記欠点を解消し、SiCウイスカー
添加系より優れた靭性を有する材料を得た。
質セラミックスにおいて、最適な焼結助剤を見出すこと
によって靭性面での上記欠点を解消し、SiCウイスカー
添加系より優れた靭性を有する材料を得た。
即ち、本発明は周期律表第III a族酸化物のうち少な
くとも１種を0.3乃至８重量％、残部が実質的にアルミ
ナからなるマトリックス中に平均径0.2〜0.7μｍの炭化
チタンウイスカーを10乃至50体積％の割合で分散含有す
ることを特徴とするものである。
くとも１種を0.3乃至８重量％、残部が実質的にアルミ
ナからなるマトリックス中に平均径0.2〜0.7μｍの炭化
チタンウイスカーを10乃至50体積％の割合で分散含有す
ることを特徴とするものである。
以下、本発明を詳述する。
本発明において用いられるTiCウイスカーはそれ自
体、単結晶あるいは多結晶質からなるもので、その平均
径が0.2〜0.7μｍ、また長径／短径で表わされるアスペ
クト比の平均が３〜100、特に10乃至30のものが用いら
れる。
体、単結晶あるいは多結晶質からなるもので、その平均
径が0.2〜0.7μｍ、また長径／短径で表わされるアスペ
クト比の平均が３〜100、特に10乃至30のものが用いら
れる。
平均径を上記の範囲に限定したのは、0.2〜0.7μｍで
はAl2O3との熱膨張差による応力が過度にならず、高い
抗折強度を維持できるからであり、0.7μｍより大きい
と均一に分散することが難しくなり、強度および靭性と
もばらつきが生じる。また切削工具として用いた際に逃
げ面の境界摩耗が大きくなる傾向にある。
はAl2O3との熱膨張差による応力が過度にならず、高い
抗折強度を維持できるからであり、0.7μｍより大きい
と均一に分散することが難しくなり、強度および靭性と
もばらつきが生じる。また切削工具として用いた際に逃
げ面の境界摩耗が大きくなる傾向にある。
一方、アスペクト比の平均が３より小さいと繊維強化
の効果が少なくなり靭性が低下し、100より大きいと原
料の取扱が難しく、均一に分散できないために靭性が低
下する傾向にある。
の効果が少なくなり靭性が低下し、100より大きいと原
料の取扱が難しく、均一に分散できないために靭性が低
下する傾向にある。
上記のウイスカーを分散するマトリックスとしては、
焼結助剤として希土類元素の酸化物のうち少なくとも１
種を0.3乃至８重量％、特に１乃至５重量％の割合で含
有するAl2O3を用いることが重要で、上記助剤の量が0.3
重量％未満では焼結性が悪く緻密な材料が得られず、Ti
Cウイスカー添加系における靭性の改善がされない。８
重量％を越えても焼結体中にボイドが発生し望ましくな
い。なお、希土類酸化物としては特にYb、Nd、Er、Ce、
Sm、Ｙ、Gd、DyおよびLaが挙げられる。
焼結助剤として希土類元素の酸化物のうち少なくとも１
種を0.3乃至８重量％、特に１乃至５重量％の割合で含
有するAl2O3を用いることが重要で、上記助剤の量が0.3
重量％未満では焼結性が悪く緻密な材料が得られず、Ti
Cウイスカー添加系における靭性の改善がされない。８
重量％を越えても焼結体中にボイドが発生し望ましくな
い。なお、希土類酸化物としては特にYb、Nd、Er、Ce、
Sm、Ｙ、Gd、DyおよびLaが挙げられる。
本発明によれば上記のマトリックス中に前記ウイスカ
ーを10〜60体積％、特に30乃至50体積％の割合で分散さ
せる。ウイスカーの分散量が10体積％を下回るとウイス
カー添加効果が不十分であり、60体積％を超えると焼結
性が低下する。
ーを10〜60体積％、特に30乃至50体積％の割合で分散さ
せる。ウイスカーの分散量が10体積％を下回るとウイス
カー添加効果が不十分であり、60体積％を超えると焼結
性が低下する。
このようなセラミックスを製造するには、まず前記Ti
Cウイスカーおよび前記マトリックスを上記の割合で混
合、粉砕後に所望の成形手段、例えば金型プレス、冷間
静水圧プレス、押出し成形等により成形後焼成する。
Cウイスカーおよび前記マトリックスを上記の割合で混
合、粉砕後に所望の成形手段、例えば金型プレス、冷間
静水圧プレス、押出し成形等により成形後焼成する。
焼成は普通焼成、ホットプレス法、熱間静水圧焼成法
等が適用される。焼成は1650乃至1850℃の温度でAr、He
等の不活性ガスもしくはカーボン等の存在する還元性雰
囲気およびそれらの加圧もしくは減圧雰囲気で2.0乃至
6.0時間行えばよく、特に高密度の焼結体を得るため
に、普通焼成、ホットプレス法によって対理論密度比96
％以上の焼結体を作成し、さらに熱間静水圧焼成すれば
よい。
等が適用される。焼成は1650乃至1850℃の温度でAr、He
等の不活性ガスもしくはカーボン等の存在する還元性雰
囲気およびそれらの加圧もしくは減圧雰囲気で2.0乃至
6.0時間行えばよく、特に高密度の焼結体を得るため
に、普通焼成、ホットプレス法によって対理論密度比96
％以上の焼結体を作成し、さらに熱間静水圧焼成すれば
よい。
以下、本発明を次の例で説明する。
（実施例１） 平均粒径１μｍ以下、純度99.9％以上のAl2O3粉末
と、希土類酸化物粉末を秤量後、アトリッションミルで
12時間混合粉砕した。この混合粉末にアスペクト比が10
乃至30のTiCウイスカーを所定量添加し、ナイロンポッ
ト中にナイロンボールとともに密封し、回転ミルで12時
間混合を行った。混合後のスラリーを乾燥してホットプ
レス用原料とした。
と、希土類酸化物粉末を秤量後、アトリッションミルで
12時間混合粉砕した。この混合粉末にアスペクト比が10
乃至30のTiCウイスカーを所定量添加し、ナイロンポッ
ト中にナイロンボールとともに密封し、回転ミルで12時
間混合を行った。混合後のスラリーを乾燥してホットプ
レス用原料とした。
この原料をカーボン型に充填し、所定の温度で１時
間、300Kg/cm2の圧力でホットプレス焼成して、JISに基
づく抗折試験片を作成した。
間、300Kg/cm2の圧力でホットプレス焼成して、JISに基
づく抗折試験片を作成した。
得られた各試料を研磨してJIS1601に基づく３点曲げ
抗折強度を、また鏡面状態にポリッシングしてIM法でK1
cを測定した。
抗折強度を、また鏡面状態にポリッシングしてIM法でK1
cを測定した。
結果は第１表に示す。
第１表によれば、用いるTiCウイスカーの平均径が0.7
μｍよりも大きいNo.1は抗折強度、靭性ともその特性値
にバラツキが生じ、分散性においてもムラが生じ、No.
2、３では抗折強度が低くなった。TiCウイスカーの添加
量が10体積％を下回るNo.6は抗折強度および靭性の点で
改善が見られなかった。
μｍよりも大きいNo.1は抗折強度、靭性ともその特性値
にバラツキが生じ、分散性においてもムラが生じ、No.
2、３では抗折強度が低くなった。TiCウイスカーの添加
量が10体積％を下回るNo.6は抗折強度および靭性の点で
改善が見られなかった。
また、ウイスカーの量が60体積％を超えるNo.13、マ
トリックス中に希土類酸化物を含まないNo.14や希土類
酸化物を含んでもその量が0.3重量％未満のNo.15は、い
ずれも焼結が不十分で焼結体中にボイドが残存し、また
希土類酸化物を過多に含有するNo.20においてもボイド
が確認された。
トリックス中に希土類酸化物を含まないNo.14や希土類
酸化物を含んでもその量が0.3重量％未満のNo.15は、い
ずれも焼結が不十分で焼結体中にボイドが残存し、また
希土類酸化物を過多に含有するNo.20においてもボイド
が確認された。
さらにマトリックス中の助剤として従来から用いられ
ているMgO、SiO2、CaOを用いたNo.29、30、31では焼結
が不十分でボイドが確認され、特性値も満足しうるもの
でなかった。
ているMgO、SiO2、CaOを用いたNo.29、30、31では焼結
が不十分でボイドが確認され、特性値も満足しうるもの
でなかった。
これらの比較例に対し、本発明品はいずれも優れた抗
折強度と靭性を有し、具体的には抗折強度55Kg/mm2以
上、靭性5.5MPam1/2以上のボイドのない緻密なセラミッ
クスであった。
折強度と靭性を有し、具体的には抗折強度55Kg/mm2以
上、靭性5.5MPam1/2以上のボイドのない緻密なセラミッ
クスであった。
（実施例２） 第１表中、No.9の組成と、比較用として実施例１にお
いてTiCウイスカーの代わりに直径0.7μｍ、アスペクト
比30のSiCウイスカーを用いて実施例１の方法に従い、R
NGN1204形状の工具を作成した。
いてTiCウイスカーの代わりに直径0.7μｍ、アスペクト
比30のSiCウイスカーを用いて実施例１の方法に従い、R
NGN1204形状の工具を作成した。
これらの工具試験片を用いてインコネル718（溶体化
処理品）を切り込み2mm、送り0.3mm/rev、切削速度300m
/minで５分間切削したところ、No.9の工具は比較品より
わずかに優れた耐摩耗性を示した。
処理品）を切り込み2mm、送り0.3mm/rev、切削速度300m
/minで５分間切削したところ、No.9の工具は比較品より
わずかに優れた耐摩耗性を示した。
同じく、SNGN120412形状の工具を作成しSUS304を切り
込み2mm、送り0.3mm/rev、切削速度300m/minで切削した
ところ、比較品は急激に摩耗が進展し欠損したのに対
し、No.9の工具は10分以上の切削が可能であった。
込み2mm、送り0.3mm/rev、切削速度300m/minで切削した
ところ、比較品は急激に摩耗が進展し欠損したのに対
し、No.9の工具は10分以上の切削が可能であった。
（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明によれば、アルミナセラミ
ックス中に含有させる繊維状物質としてTiCウイスカー
を用いることにより、従来から用いられていたSiCウイ
スカーに比較して酸化鉄との反応性を低減し優れた耐摩
耗性と強度が得られ、あらゆる被削材に対応しうる工具
用材料として、あるいはその他の機械部品用として繊維
強化セラミックスの用途を拡大することができる。
ックス中に含有させる繊維状物質としてTiCウイスカー
を用いることにより、従来から用いられていたSiCウイ
スカーに比較して酸化鉄との反応性を低減し優れた耐摩
耗性と強度が得られ、あらゆる被削材に対応しうる工具
用材料として、あるいはその他の機械部品用として繊維
強化セラミックスの用途を拡大することができる。
Claims (1)
- 【請求項１】周期律表第III a族酸化物のうち少なくと
も１種を0.3乃至８重量％、残部が実質的にアルミナか
らなるマトリックス中に平均径0.2〜0.7μｍの炭化チタ
ンウイスカーを10乃至60体積％の割合で分散含有したこ
とを特徴とする繊維強化セラミックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1162034A JP2794122B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 繊維強化セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1162034A JP2794122B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 繊維強化セラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0328159A JPH0328159A (ja) | 1991-02-06 |
| JP2794122B2 true JP2794122B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=15746826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1162034A Expired - Fee Related JP2794122B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 繊維強化セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2794122B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04325467A (ja) * | 1991-04-25 | 1992-11-13 | Kokuritsu Kankyo Kenkyusho | 窯業製品製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62185869A (ja) * | 1986-02-12 | 1987-08-14 | Hitachi Ltd | 合金被覆耐熱部材 |
-
1989
- 1989-06-23 JP JP1162034A patent/JP2794122B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0328159A (ja) | 1991-02-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |