JP2887242B2 - Fiber reinforced ceramics - Google Patents

Fiber reinforced ceramics

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JP2887242B2
JP2887242B2 JP3315069A JP31506991A JP2887242B2 JP 2887242 B2 JP2887242 B2 JP 2887242B2 JP 3315069 A JP3315069 A JP 3315069A JP 31506991 A JP31506991 A JP 31506991A JP 2887242 B2 JP2887242 B2 JP 2887242B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、鉄,ニッケ
ル,コバルト等の合金あるいは各種材料を切削する切削
工具等に適した繊維強化セラミックスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber reinforced ceramic suitable for a cutting tool for cutting alloys such as iron, nickel, cobalt and the like or various materials.

【0002】[0002]

【従来技術】従来から、セラミックス工具としては酸化
アルミニウム(Al2 3 )が主流であるが、Al2
3 はそれ自体耐摩耗性には優れるものの強度や靱性に劣
ることからこれらの欠点を解消するために各種の改善が
行われてきた。その代表的な材料としては、Al2 3
に対して酸化ジルコニウム(ZrO2 )や炭化珪素(S
iC)あるいは炭化チタン(TiC)を添加し複合化し
たものがあり、これにより材料自体の強靱化が図られて
きたが、工具としての切削条件等がさらに厳しくなり、
工具用材料としてもさらに高靱性化,耐摩耗性が要求さ
れるようになってきている。
From BACKGROUND ART Conventionally, as a ceramic tool aluminum oxide (Al 2 O 3) is the mainstream, Al 2 O
Although No. 3 itself is excellent in wear resistance, it is inferior in strength and toughness, and various improvements have been made to eliminate these drawbacks. A typical material is Al 2 O 3
Against zirconium oxide (ZrO 2 ) and silicon carbide (S
iC) or titanium carbide (TiC) is added to form a composite, and the material itself has been toughened. However, cutting conditions and the like as a tool have become more severe.
Tool materials are also required to have higher toughness and wear resistance.

【0003】そこで、近年では上記の構成に代わり、各
種セラミックスからなる繊維状物質を添加した繊維強化
セラミックスが注目されている。これらの中でも特に炭
化珪素(SiC)のウイスカーをマトリックス中に分散
してなるウイスカー強化材料は、その特性に優れること
から難削材料を切削するための材料として注目されてい
る。
[0003] In recent years, fiber-reinforced ceramics to which a fibrous substance made of various ceramics has been added in place of the above structure have attracted attention. Among them, a whisker-reinforced material obtained by dispersing whiskers of silicon carbide (SiC) in a matrix has attracted attention as a material for cutting difficult-to-cut materials because of its excellent properties.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、これ
らのウイスカー強化材料を用いた場合でも難削材料の切
削加工では、他の材料を切削する場合に比べて工具寿命
が著しく短く、場合によっては破壊的な摩耗を生じるこ
とがあり、工具性能として耐摩耗性および耐欠損性に対
し更に一層の改善が求められている。
However, even when these whisker reinforced materials are used, the cutting of difficult-to-cut materials has a significantly shorter tool life than the case of cutting other materials, and in some cases, breaks. Wear may occur, and further improvement in wear resistance and fracture resistance as tool performance is required.

【0005】特にマトリックス−ウイスカー系において
は、ウイスカー自体の凝集部が存在するとそれが破壊の
起点となり強度が低下するという考えから、ウイスカー
自体をマトリックス中にいかに均一に分散させるかが技
術的なポイントとなっており、各種の均一分散法も提案
されているが特性の改善には至っていないのが現状であ
る。さらに焼結性を向上させたり、特性を向上すること
のできる第3添加物の探究もなされているが決定的な対
策とはなっていない。
In particular, in the matrix-whisker system, the technical point is how to uniformly disperse the whiskers themselves in the matrix, based on the idea that the presence of aggregates of the whiskers themselves becomes a starting point of destruction and lowers the strength. Various uniform dispersion methods have been proposed, but the characteristics have not yet been improved. Further, a third additive capable of improving the sinterability and the properties has been searched for, but is not a definitive measure.

【0006】よって、本発明は、特に炭化珪素ウイスカ
ー添加系の繊維強化セラミックスにおいて、その靱性に
優れたセラミックスを提供するとともに、これを用いる
ことにより難削材料の切削において耐欠損性に優れた繊
維強化セラミックスを提供することを目的とするもので
ある。
Accordingly, the present invention provides a ceramic excellent in toughness, especially in a fiber reinforced ceramic containing silicon carbide whiskers, and by using this, a fiber excellent in chipping resistance in cutting of difficult-to-cut materials. It is intended to provide reinforced ceramics.

【0007】[0007]

【問題点を解決するための手段】本発明者等は、ウイス
カ−強化材料の強化メカニズムについて調査し、各種の
特性を向上させるための方法について検討を重ねたとこ
ろ、ウイスカー自体の粒子の配置が強度及び靱性を左右
するという見地を得、これに基づき詳細に検討を行った
ところ、これまでのウイスカーをマトリックス中に均一
に分散させるという考え方に反し、マトリックス中にお
いてウイスカーが密に存在する領域を点在させたとこ
ろ、高い硬度を維持しつつ靱性が顕著に向上し、この焼
結体を用いて難削材を切削したところ、破壊的な摩耗を
防止し優れた切削性能が発揮できることを見出した。ま
た、焼結体中の遊離カーボン量を所定値以下とすること
により、さらに耐欠損性に優れた特性を有するようにな
ることを見出した。
[Means for Solving the Problems] The present inventors have investigated the strengthening mechanism of the whisker-reinforced material and have repeatedly studied methods for improving various characteristics. Obtained the viewpoint of affecting the strength and toughness, and based on this, conducted a detailed study, contrary to the conventional idea of uniformly dispersing whiskers in the matrix, the area where whiskers are densely present in the matrix When scattered, the toughness was significantly improved while maintaining high hardness, and when cutting difficult-to-cut materials using this sintered body, we found that destructive wear was prevented and excellent cutting performance could be exhibited. Was. Further, it has been found that by setting the amount of free carbon in the sintered body to a predetermined value or less, characteristics having more excellent fracture resistance can be obtained.

【0008】即ち、本発明の繊維強化セラミックスは、
マトリックス中に炭化珪素ウイスカーを分散含有してな
るもので、前記炭化珪素ウイスカ−が密に存在する領域
が複数存在し、且つセラミックス中における遊離カ−ボ
ン量が0.16重量%以下であることを特徴とするもの
である。
That is, the fiber reinforced ceramics of the present invention comprises:
A matrix containing silicon carbide whiskers dispersed therein, wherein a plurality of regions where the silicon carbide whiskers are densely present are present, and the amount of free carbon in the ceramics is 0.16% by weight or less. It is characterized by the following.

【0009】以下、本発明を詳述する。本発明の繊維強
化セラミックスは、組成的にはマトリックス成分と炭化
珪素ウイスカー成分とに大別される。この炭化珪素ウイ
スカーは10〜50体積%が望ましく、特に20〜40
体積%の割合で分散含有することにより、効果的に強度
および靱性を向上させることができ、炭化珪素ウイスカ
ーの添加量が50体積%より多くなると系全体の焼結性
が低下し、所望の特性を得ることができず、10体積%
より少ないと炭化珪素ウイスカー添加による強化作用が
小さくなり特性の向上が見られなくなる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. The fiber reinforced ceramics of the present invention is roughly classified into a matrix component and a silicon carbide whisker component in terms of composition. This silicon carbide whisker is desirably 10 to 50% by volume, particularly 20 to 40% by volume.
By dispersing and containing at a ratio of volume%, the strength and toughness can be effectively improved, and when the addition amount of silicon carbide whisker is more than 50 volume%, the sinterability of the whole system is reduced, and desired characteristics are obtained. Can not be obtained, 10% by volume
If the amount is smaller than the above, the strengthening effect due to the addition of the silicon carbide whisker is reduced, and no improvement in the characteristics is observed.

【0010】このようなマトリックス−セラミックウイ
スカー添加系において靱性や強度が向上するのは、クラ
ックの進展に対してウイスカーの引抜効果(プルアウト
効果)によるものと考えられており、あらゆる方向から
のクラックの進展に対して前記効果を発揮させるために
は図2に示すようにウイスカーをマトリックス中に均一
に且つランダムな方向に分散させることが重要であると
されている。
It is believed that the improvement in toughness and strength in such a matrix-ceramic whisker-added system is due to the effect of pulling out the whisker (pull-out effect) on the progress of the crack. In order to exert the above-mentioned effect on the progress, it is important to disperse the whiskers uniformly and randomly in the matrix as shown in FIG.

【0011】これに対し、本発明は、意図的に炭化珪素
ウイスカーをマトリッスク中に不均一に分散させるもの
で、具体的には、図1の本発明の繊維強化セラミックス
の組織の模式図に示すように、マトリックス中に炭化珪
素ウイスカーが密に存在する領域Aを形成させるととも
に、かかる領域をマトリックス中に点在させたものであ
る。炭化珪素ウイスカ−が密に存在する領域Aはその平
均直径が20μm 〜200μm が望ましく、特に40〜
150μm であることが望ましい。また、領域Aは、マ
トリックス中に均一に点在するものであり、また、該領
域A間には、厚さが0.5μm 〜50μm 、特に3〜3
0μm である炭化珪素ウィスカーが疎に存在する層Bが
存在するように配置させる。これにより、従来よりもチ
ッピングが少なく耐欠損性に優れる繊維強化セラミック
が得られる。
On the other hand, in the present invention, silicon carbide whiskers are intentionally dispersed in a matrix in a non-uniform manner. Specifically, FIG. 1 is a schematic view of the structure of the fiber-reinforced ceramic of the present invention. Thus, region A where silicon carbide whiskers are densely formed in the matrix is formed, and such regions are scattered in the matrix. Region A where silicon carbide whiskers are densely present preferably has an average diameter of 20 μm to 200 μm, more preferably 40 μm to 200 μm.
Preferably, it is 150 μm. The regions A are uniformly scattered in the matrix, and the thickness between the regions A is 0.5 μm to 50 μm, particularly 3 to 3 μm.
The silicon carbide whiskers having a thickness of 0 μm are arranged so that the layer B is sparsely present. As a result, a fiber-reinforced ceramic having less chipping than the conventional one and having excellent fracture resistance can be obtained.

【0012】また、本発明の繊維強化セラミックスにお
いて用いられるマトリックス成分としては、酸化アルミ
ニウム,酸化ジルコニウム,窒化珪素,炭化珪素等が挙
げられるが、工具用材料としての耐摩耗性の点からは酸
化アルミニウムがよく、この場合、酸化アルミニウムは
平均結晶粒径が0.2〜10μm の粒子として存在する
ことがよい。一方、炭化珪素ウイスカーとしては、その
直径が0.3〜2.0μm で、長さが1.5〜200μ
m の粒子として存在することがよいが、特に炭化珪素ウ
イスカーが密に存在する領域においては、ウイスカーは
3〜50μm の比較的短繊維として存在させることが効
果的である。
The matrix component used in the fiber reinforced ceramics of the present invention includes aluminum oxide, zirconium oxide, silicon nitride, silicon carbide and the like. From the viewpoint of wear resistance as a tool material, aluminum oxide is used. In this case, the aluminum oxide is preferably present as particles having an average crystal grain size of 0.2 to 10 μm. On the other hand, silicon carbide whiskers have a diameter of 0.3 to 2.0 μm and a length of 1.5 to 200 μm.
It is preferable that the whiskers are present as relatively short fibers of 3 to 50 μm, especially in a region where silicon carbide whiskers are densely present.

【0013】また、本発明の繊維強化セラミックスによ
れば、かかる系に対してY,Yb,Er,Dy,Sc,
Ce等の周期律表第3a族元素の酸化物の他、MgO,
CaO,SiO2 ,TiO2 ,Al184 33等の酸化
物を添加することにより系の焼結性を改善することがで
き、硬度や靱性などの特性の改善を行うことも当然でき
る。なお、これらの添加物は全量に対して、0.1〜1
0重量%の割合で添加することが望ましい。
According to the fiber reinforced ceramics of the present invention, Y, Yb, Er, Dy, Sc,
In addition to oxides of Group 3a elements of the periodic table such as Ce, MgO,
By adding an oxide such as CaO, SiO 2 , TiO 2 , and Al 18 B 4 O 33, the sinterability of the system can be improved, and the properties such as hardness and toughness can naturally be improved. In addition, these additives are 0.1 to 1 with respect to the total amount.
It is desirable to add at a ratio of 0% by weight.

【0014】これらの特徴を有する焼結体の中でも切削
工具の寿命に対し、焼結体中の遊離カ−ボン量が大きく
影響する。この遊離カ−ボンは炭化珪素ウイスカ−中に
含まれるか或いは原料及び焼結中におけるSiCウイス
カ−表面のマトリックスとの反応及び分解より生成し、
主にマトリックスと炭化珪素の界面に存在し、マトリッ
クスと炭化珪素ウイスカーとの結合を左右していると考
えられる。遊離カ−ボン量は0.16重量%以下、特に
0.10重量%以下が望ましい。0.16重量%より多
いとマトリックスとウイスカーとの結合が低下し、切削
時に粒子の脱粒が大きく摩耗の増大及びチッピングの初
期発生により工具寿命が大きく低下する。遊離カ−ボン
量は、原料及び焼結時のSiCウイスカ−表面の反応及
び分解により生成した炭素を、焼成雰囲気や添加物で除
去および反応させることで遊離カーボンを制御できる。
具体的には、雰囲気として真空中か窒素ガス中で焼成を
行うか、金属Si,ZrO2 ,TiN,SiO2 等の金
属や酸化物及び窒化物を添加することでも制御すること
ができ、カーボンによる還元雰囲気でも、上記条件で行
えば遊離カーボン量を制御することができる。
Among the sintered bodies having these characteristics, the amount of free carbon in the sintered body greatly affects the life of the cutting tool. This free carbon is contained in the silicon carbide whiskers or is formed from the reaction and decomposition of the raw materials and the matrix of the surface of the SiC whiskers during sintering,
It is considered that it mainly exists at the interface between the matrix and the silicon carbide and determines the bond between the matrix and the silicon carbide whisker. The amount of free carbon is preferably 0.16% by weight or less, particularly preferably 0.10% by weight or less. If the content is more than 0.16% by weight, the bond between the matrix and the whisker is reduced, and the particles are greatly shed during cutting, and the tool life is greatly reduced due to increased wear and initial generation of chipping. The amount of free carbon can be controlled by removing and reacting carbon produced by reaction and decomposition of the raw material and the surface of the SiC whisker during sintering in a firing atmosphere or an additive.
More specifically, it can be controlled by firing in a vacuum or nitrogen gas as an atmosphere, or by adding a metal such as metal Si, ZrO 2 , TiN, SiO 2 or an oxide and a nitride. Even in a reducing atmosphere, the amount of free carbon can be controlled under the above conditions.

【0015】かかる繊維強化セラミックス焼結体の作成
方法は、従来法によれば、Al2 3 等のマトリックス
原料と炭化珪素ウイスカーを液体中で良く混合した後乾
燥させてホットプレス法等により焼結させ、相対密度9
5%以上の高密度体を得る方法が採用される。これに対
して、本発明の方法によれば、Al2 3 等のマトリッ
クス原料およびウイスカー原料および必要に応じその他
の添加物を所望の配合比で調合し、これを溶媒とともに
公知の方法で充分に混合してスラリーを調製した後、ス
プレードライにより乾燥し、平均粒径が20〜200μ
m 程度の粉体を作成する。
According to a conventional method, such a fiber-reinforced ceramic sintered body is prepared by mixing a matrix material such as Al 2 O 3 and a silicon carbide whisker in a liquid, drying the mixture, and sintering by a hot press method or the like. Relative density 9
A method of obtaining a high-density body of 5% or more is adopted. On the other hand, according to the method of the present invention, a matrix material such as Al 2 O 3 and a whisker material and other additives are blended at a desired compounding ratio as required, and this is sufficiently mixed with a solvent by a known method. , And dried by spray drying to obtain an average particle diameter of 20 to 200 μm.
Create powder of about m.

【0016】本発明によれば、このスプレードライによ
り粉体内に炭化珪素ウイスカーが密に存在する凝集部を
有し、その凝集部の回りに炭化珪素ウイスカーが疎に存
在しマトリックス成分が多量に存在する表層部が形成さ
れた粉体を作成する。
According to the present invention, the spray-dried powder has an agglomerated portion where silicon carbide whiskers are densely present in the powder, and the silicon carbide whisker is sparsely present around the agglomerated portion and a large amount of matrix component is present. A powder having a surface portion to be formed is prepared.

【0017】このような粉体の形成はスプレードライに
おける諸条件を制御することにより作成することができ
る。具体的には、調合後のスラリ−粘度を6.0ポイズ
以下、特に2ポイズ以下に制御することが必要で、6.
0ポイズより高いとウイスカ−が密に存在する凝集部と
ウイスカ−が疎に存在する表層部の形成が難しくなる。
また、スプレ−ドライ内の温風温度は80℃〜250℃
であるが、望ましくは100℃〜200℃がよい。この
場合、入口温度が出口温度より高いと、前述した望まし
い組織に成りやすい。アトマイザ−回転数は5000r
pm〜15000rpmで行うが、望ましくは8000
rpm〜10000rpmで凝集部の直径が20μm 〜
200μm に成りやすい。5000rpmより遅いと凝
集部の径が大きく、又15000rpmより早いと径が
小さくなる傾向にある。このように凝集部の径や表層部
の厚みは組成,ウイスカ−量,スラリ−濃度や粘度,ス
プレ−ドライの条件によりコントロ−ルできる。
Such a powder can be formed by controlling various conditions in spray drying. Specifically, it is necessary to control the slurry viscosity after blending to 6.0 poise or less, particularly 2 poise or less.
If it is higher than 0 poise, it is difficult to form a cohesive portion where whiskers exist densely and a surface layer portion where whiskers exist sparsely.
The temperature of the hot air in the spray-dry is between 80 ° C and 250 ° C.
However, the temperature is desirably 100 ° C to 200 ° C. In this case, if the inlet temperature is higher than the outlet temperature, the above-described desirable structure is likely to be formed. Atomizer rotation speed is 5000r
pm to 15000 rpm, preferably 8000 rpm
rpm to 10,000 rpm and the diameter of the aggregated portion is 20 μm
It tends to be 200 μm. If it is lower than 5000 rpm, the diameter of the aggregated portion tends to be large, and if it is higher than 15000 rpm, the diameter tends to be small. As described above, the diameter of the agglomerated portion and the thickness of the surface portion can be controlled by the conditions of the composition, the amount of whiskers, the slurry concentration and viscosity, and the spray-dry condition.

【0018】次に、上記のようにして得られた粉体より
粗大粒をメッシュパスにて除外した後、ホットプレス焼
成を行う。ホットプレス焼成では、真空,Arあるいは
2 等の不活性ガス及びカーボン等を含有する還元雰囲
気中で350Kg/cm2 以上の圧力を付与し1650
℃〜2000℃の温度で0.5〜20時間程度焼成する
ことにより相対密度99%以上に緻密化することができ
る。また、他の焼成方法として、真空もしくは不活性ガ
スもしくは還元性雰囲気等で1650℃〜2000℃の
温度で焼成した後、さらに不活性雰囲気中で1650℃
〜2000℃で熱間静水圧焼成することによりさらに高
密度化を図ることができる。
Next, after removing coarse particles from the powder obtained as described above by a mesh pass, hot press firing is performed. In the hot press firing, a pressure of 350 kg / cm 2 or more is applied in a reducing atmosphere containing vacuum, an inert gas such as Ar or N 2, and carbon to 1650.
By sintering at a temperature of from ℃ to 2,000 ℃ for about 0.5 to 20 hours, it is possible to densify to a relative density of 99% or more. Further, as another firing method, after firing at a temperature of 1650 ° C. to 2000 ° C. in a vacuum or an inert gas or a reducing atmosphere, the temperature is further increased to 1650 ° C. in an inert atmosphere.
Hot isostatic firing at 20002000 ° C. can further increase the density.

【0019】[0019]

【作用】従来のマトリックス−ウイスカー添加系によれ
ば、セラミック内をクラックが進展する場合には、マト
リックス中を走りランダムに配向したウイスカーに達す
ることによりクラックが偏向され、その繰り返しにより
徐々にクラックのエネルギーが消失し、クラックの進展
が止まるというメカニズムからなるが、本発明のセラミ
ックスによれば、炭化珪素ウイスカーを不均一に分散さ
せ、セラミックス中に炭化珪素ウイスカーが密に存在す
る領域をマトリックス中に点在させた組織となすことに
より、飛躍的に靱性を高めることができる。
According to the conventional matrix-whisker addition system, when cracks develop in the ceramic, the cracks are deflected by running through the matrix and reaching randomly oriented whiskers. It consists of a mechanism in which energy disappears and cracks stop growing.However, according to the ceramics of the present invention, silicon carbide whiskers are dispersed unevenly, and areas where silicon carbide whiskers are densely present in the ceramics are formed in the matrix. By forming a dotted structure, the toughness can be dramatically increased.

【0020】この理由について考察するに、クラックは
マトリックス中では進展しやすいが、炭化珪素ウイスカ
ーが密に存在する領域に到達するとクラックは密に存在
するウイスカーの作用により、クラックのエネルギーを
急激に消失させることができ、それによりクラックは領
域A内でそれ以上進展できなくなるためと考えられる。
また、焼結体中の遊離カーボン量を0.16重量%以下
としたので、炭化珪素ウイスカーとマトリックスとの結
合を強化して耐欠損性をさらに向上することができる。
従って、例えば本発明のセラミックスを工具材料として
用いた場合、強度,靱性等に優れ、かつ、難削材切削に
おいて破壊的な摩耗およびクラックの進展に伴うチッピ
ングを効果的に防止することができる。
Considering the reason, cracks easily propagate in the matrix, but when they reach the region where the silicon carbide whiskers are densely located, the cracks rapidly lose their energy due to the action of the densely located whiskers. It is considered that the crack cannot be further developed in the region A.
Further, since the amount of free carbon in the sintered body is set to 0.16% by weight or less, the bond between the silicon carbide whiskers and the matrix is strengthened, so that the fracture resistance can be further improved.
Therefore, for example, when the ceramic of the present invention is used as a tool material, it is excellent in strength, toughness, and the like, and can effectively prevent chipping accompanying the development of destructive wear and cracks in cutting difficult-to-cut materials.

【0021】[0021]

【実施例】Al2 3 粉末(平均粒径0.2μm )と、
SiCウイスカー(短軸長0.5〜1.0μm 、アスペ
クト比50、長さ20〜100μm )とを表1に示す割
合に秤量し溶媒として水を用いてナイロンボ−ルにて充
分に混合しスラリーを作製した。次にこのスラリーを粘
度0.2〜4.0ポイズ以下の濃度に調整し、入口温度
200℃、出口温度120℃及びアトマイザ−回転数1
0000rpmにてスプレ−ドライを行い平均粒径80
μm の造粒粉体を作製した。
EXAMPLE An Al 2 O 3 powder (average particle size 0.2 μm),
SiC whiskers (short axis length 0.5 to 1.0 μm, aspect ratio 50, length 20 to 100 μm) were weighed in the proportions shown in Table 1 and thoroughly mixed with a nylon ball using water as a solvent and slurry. Was prepared. Next, this slurry was adjusted to a concentration of a viscosity of 0.2 to 4.0 poise or less, and the inlet temperature was 200 ° C., the outlet temperature was 120 ° C., and the atomizer rotation speed was 1
Spray-dry at 0000 rpm and average particle size 80
μm granulated powder was prepared.

【0022】その後、工具形状RNGN120416に
プレス成形し得られた成形体を350kg/cm2 の加
圧下で1650〜2000℃でホットプレス焼成し、相
対密度99%以上の焼結体を作製した。
Thereafter, the compact obtained by press-molding into a tool shape RNGN120416 was hot-pressed at 1650 to 2000 ° C. under a pressure of 350 kg / cm 2 to produce a sintered body having a relative density of 99% or more.

【0023】また、比較例として、同一組成系において
混合物をボールミルにて均一に混合したものを同様な方
法でプレス成形、圧力350kg/cm2で1650〜
2000℃で1時間焼成し比較用焼結体を作成した。
[0023] As a comparative example, the mixture press-molded in a similar those uniformly mixing method with a ball mill in the same composition system, a pressure 350kg / cm 2 1650~
It was fired at 2000 ° C. for 1 hour to prepare a comparative sintered body.

【0024】得られた各焼結体に対して、電子顕微鏡写
真によりウイスカー凝集領域の大きさおよびウイスカー
が疎の層の厚みを数点測定し平均値を求めた。また、焼
結体中の遊離カーボン量は、Al2 3 及びZrO2
鉢で焼結体を粉砕し、その後、200〜325メッシュ
にてメッシュパスを行い、粗大粒を除去する。その際、
乳鉢からの混入量を計算し、カーボン分析装置EMIA
−511型で850℃×10minにて遊離カーボンを
CO2 として除去させて重量差を求め、これから乳鉢か
らの混入量を差し引いて算出した。尚、標準試料として
JSS110−8(鋳物用銑1種1号A)を標準サンプ
ルとし、測定精度の確認を行いながら算出した。
For each of the obtained sintered bodies, the size of the whisker aggregation region and the thickness of the whisker-sparse layer were measured at several points by an electron micrograph, and the average value was determined. Further, an amount of free carbon in the sintered body was ground Al 2 O 3 and ZrO 2 mortar sintered body, then, subjected to mesh pass at 200-325 mesh to remove coarse grains. that time,
Calculate the amount mixed from the mortar and use the carbon analyzer EMIA
The free carbon was removed as CO 2 at 850 ° C. × 10 min with a −511 type to determine the weight difference, and the difference was calculated by subtracting the amount mixed from the mortar. It should be noted that JSS110-8 (Iron for castings, No. 1, No. A) was used as a standard sample, and the calculation was performed while confirming the measurement accuracy.

【0025】さらに、焼結体に対してJISR1601
に基づき抗折強度、IF法により靱性値をそれぞれ測定
し、またビッカース硬度を測定した。さらに、被削材と
してインコネル718を用い、切削速度300m/mi
n、切り込み1.0mm/rev、送り0.1mmの切
削条件で切削テストを行い、工具がチッピングを生じる
までの時間および3分切削後のフランク摩耗量を測定し
た。結果を表2に示す。
Further, JISR1601 for the sintered body
The bending strength and the toughness value were measured by the IF method, respectively, and the Vickers hardness was measured based on the above. Furthermore, using Inconel 718 as a work material, a cutting speed of 300 m / mi
A cutting test was performed under the cutting conditions of n, a cut of 1.0 mm / rev, and a feed of 0.1 mm, and the time until chipping occurred in the tool and the amount of flank wear after cutting for 3 minutes were measured. Table 2 shows the results.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】表1および表2から明らかなように、本発
明に基づきウイスカーを部分的に凝集させるとともに、
遊離カーボン量を0.16重量%以下に抑制した試料N
o,1〜9については、靱性等の特性が優れ、かつ、工具
寿命が著しく向上していることが判る。その理由を確認
すべく、本発明者は、比較品と本発明品とのクラックの
進展の状況を観察したところ、比較品においては、クラ
ックはウイスカーにより偏向しつつ伸びていたが、本発
明品では凝集領域でクラックは確実に止まっており、ク
ラックの長さも本発明品は比較品と比べ短いものであ
り、この結果、切削試験においても難削材の切削で従来
品に比較して本発明品はいずれも長寿命を示すことが判
った。
As is clear from Tables 1 and 2, the whiskers are partially agglomerated according to the present invention,
Sample N in which the amount of free carbon was suppressed to 0.16% by weight or less
With respect to o, 1 to 9, it can be seen that properties such as toughness are excellent and the tool life is remarkably improved. In order to confirm the reason, the present inventor observed the progress of cracks between the comparative product and the present invention product, and in the comparative product, the crack was extended while being deflected by the whiskers. In the agglomeration region, the cracks stopped reliably, and the length of the cracks was shorter in the product of the present invention than in the comparative product. It was found that all the products exhibited long life.

【0029】尚、試料No.11,14〜16は凝集領域
が発生しない試料である。
Samples Nos. 11, 14 to 16 are samples in which no agglomerated regions are generated.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の繊維強化セ
ラミックスは、高硬度および高靱性を有し、インコネル
等の難削材の切削加工においても切削時のチッピングを
防止することができる。よって、工具寿命に対する切削
安定性を付与できるとともに工具の長寿命化を図ること
ができる。
As described in detail above, the fiber reinforced ceramics of the present invention has high hardness and high toughness, and can prevent chipping during cutting even in difficult-to-cut materials such as Inconel. Therefore, cutting stability with respect to the tool life can be provided, and the tool life can be extended.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の繊維強化セラミックスの組織構造の模
式図である。
FIG. 1 is a schematic view of the structure of the fiber reinforced ceramics of the present invention.

【図2】従来の繊維強化セラミックスの組織構造の模式
図である。
FIG. 2 is a schematic view of the structure of a conventional fiber-reinforced ceramic.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A ウイスカーが密に存在する領域 B ウイスカーが疎に存在する領域 A Area where whiskers exist densely B Area where whiskers exist sparsely

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マトリックス中に炭化珪素ウイスカーを分
散含有してなる繊維強化セラミックスにおいて、前記炭
化珪素ウイスカ−が密に存在する凝集領域がマトリック
ス中に点在するとともに、セラミックス中における遊離
カ−ボン量が0.16重量%以下であることを特徴とす
る繊維強化セラミックス。
1. A fiber-reinforced ceramic comprising silicon carbide whiskers dispersed in a matrix, wherein agglomeration regions in which the silicon carbide whiskers are densely scattered are scattered throughout the matrix and free carbon in the ceramics is provided. A fiber-reinforced ceramic having an amount of 0.16% by weight or less.
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