JP2977308B2 - 機械加工用のセラミックス焼結体 - Google Patents
機械加工用のセラミックス焼結体Info
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- JP2977308B2 JP2977308B2 JP3064604A JP6460491A JP2977308B2 JP 2977308 B2 JP2977308 B2 JP 2977308B2 JP 3064604 A JP3064604 A JP 3064604A JP 6460491 A JP6460491 A JP 6460491A JP 2977308 B2 JP2977308 B2 JP 2977308B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス焼結体に
関し、特に例えば軸受鋼等の高硬度材料の高速切削加工
に用いて最適なものである。
関し、特に例えば軸受鋼等の高硬度材料の高速切削加工
に用いて最適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来において、被削材の硬度がロック・
ウェル硬さ（ＨRC）で、６０以上の高硬度材料の加工
は、切削加工が困難であるため、主としてダイヤモンド
砥粒等による研削加工を行っている。しかしながら該研
削加工は、加工速度が遅いため、工程短縮が思うように
ならない。
ウェル硬さ（ＨRC）で、６０以上の高硬度材料の加工
は、切削加工が困難であるため、主としてダイヤモンド
砥粒等による研削加工を行っている。しかしながら該研
削加工は、加工速度が遅いため、工程短縮が思うように
ならない。
【０００３】この問題を解決するため、高硬度材料を切
削加工する工具として、 ＷＣ−Ｃｏを主成分とする
超硬合金工具，ＴｉＣ−ＴｉＮ−Ｎｉ−Ｍｏ系のサー
メット工具，Ａｌ2 Ｏ3 を主成分とするセラミックス
工具，ＣＢＮ粒子を高温高圧で焼結したＣＢＮ焼結工
具が種々開発されており、新しい機械加工の分野が展開
されつつある。そしてこの高硬度材料の切削加工用工具
としては、（イ）工具摩耗量が小さいこと、（ロ）切削
された被削材の加工面粗さが良好なこと、等の性能が必
要とされている。
削加工する工具として、 ＷＣ−Ｃｏを主成分とする
超硬合金工具，ＴｉＣ−ＴｉＮ−Ｎｉ−Ｍｏ系のサー
メット工具，Ａｌ2 Ｏ3 を主成分とするセラミックス
工具，ＣＢＮ粒子を高温高圧で焼結したＣＢＮ焼結工
具が種々開発されており、新しい機械加工の分野が展開
されつつある。そしてこの高硬度材料の切削加工用工具
としては、（イ）工具摩耗量が小さいこと、（ロ）切削
された被削材の加工面粗さが良好なこと、等の性能が必
要とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
高硬度材料用工具のうち、超硬合金工具やサーメット工
具は金属バインダが加工時の発熱により塑性変形を起こ
し、摩耗が短時間に進行するため適用できないという問
題がある。また、セラミックス工具は、超硬合金やサー
メットと比較して欠損しやすいこと、及びチッピング
（微小領域での剥離亀裂現象をいう）を起こしやすいこ
とから、加工面の粗さが悪く、適用できないという問題
がある。更に、ＣＢＮ焼結工具は高硬度材料の切削加工
用の要求性能には合致しているものの、ＣＢＮを焼結す
るために１６００℃以上の高温及び５万気圧以上の高圧
が必要であると共に製造設備が特殊なもので高価とな
り、該ＣＢＮ焼結工具の製造は非常に高価になるという
問題がある。
高硬度材料用工具のうち、超硬合金工具やサーメット工
具は金属バインダが加工時の発熱により塑性変形を起こ
し、摩耗が短時間に進行するため適用できないという問
題がある。また、セラミックス工具は、超硬合金やサー
メットと比較して欠損しやすいこと、及びチッピング
（微小領域での剥離亀裂現象をいう）を起こしやすいこ
とから、加工面の粗さが悪く、適用できないという問題
がある。更に、ＣＢＮ焼結工具は高硬度材料の切削加工
用の要求性能には合致しているものの、ＣＢＮを焼結す
るために１６００℃以上の高温及び５万気圧以上の高圧
が必要であると共に製造設備が特殊なもので高価とな
り、該ＣＢＮ焼結工具の製造は非常に高価になるという
問題がある。
【０００５】本発明はこのような事情に鑑み、高硬度材
料の高速切削加工に用いて最適なセラミックス焼結体を
提供することを目的とする。
料の高速切削加工に用いて最適なセラミックス焼結体を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る機械加工用のセラミックス焼結体は、ロック・
ウェル硬さ６０以上の高硬度材料の機械加工用のセラミ
ックス焼結体であって、４０〜８０体積％のＴｉＮと、
バインダの主成分としてのＡｌＮとの混合粉末を焼結し
てなることを特徴とし、また、上記機械加工用のセラミ
ックス焼結体において、バインダの一部を，ＳｉＣウィ
スカ、Ａｌ2 Ｏ3,ＺｒＯ2 及びＹ2 Ｏ 3より選ばれた一
種以上で置換したことを特徴とする。
明に係る機械加工用のセラミックス焼結体は、ロック・
ウェル硬さ６０以上の高硬度材料の機械加工用のセラミ
ックス焼結体であって、４０〜８０体積％のＴｉＮと、
バインダの主成分としてのＡｌＮとの混合粉末を焼結し
てなることを特徴とし、また、上記機械加工用のセラミ
ックス焼結体において、バインダの一部を，ＳｉＣウィ
スカ、Ａｌ2 Ｏ3,ＺｒＯ2 及びＹ2 Ｏ 3より選ばれた一
種以上で置換したことを特徴とする。
【０００７】本発明に係るセラミックス焼結体は、Ｔｉ
Ｎ（窒化チタン）をベース成分とし、これを４０〜８０
体積％用いる。ＴｉＮをベースとするのは切削後の被削
材の表面粗さの向上に顕著な効果が見られるからであ
る。ここで、ＴｉＮを４０〜８０体積％とするのは、４
０％未満では表面粗さが低下する傾向が高まり、一方、
８０体積％をこえると焼結するが緻密化が不十分で欠損
し易い傾向が高まり、共に好ましくないからである。
Ｎ（窒化チタン）をベース成分とし、これを４０〜８０
体積％用いる。ＴｉＮをベースとするのは切削後の被削
材の表面粗さの向上に顕著な効果が見られるからであ
る。ここで、ＴｉＮを４０〜８０体積％とするのは、４
０％未満では表面粗さが低下する傾向が高まり、一方、
８０体積％をこえると焼結するが緻密化が不十分で欠損
し易い傾向が高まり、共に好ましくないからである。
【０００８】本発明では、ＴｉＮ以外のバインダの主成
分としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）を用いる。本発明
で主バインダとしてＡｌＮを用いるのは、上述したＴｉ
Ｎの作用と相俟って被削材の表面粗さの低下を防止する
ためである。すなわち、主バインダとしてＡｌＮを用い
ることにより、結晶粒の脱落によるチッピングの発生が
防止される。因みに、主バインダとしてＡｌ2 Ｏ3を用
いてＴｉＮと共に焼結すると、切削時に結晶粒の脱落が
生じて、被削物の表面粗さが低下する。これは、Ａｌ2
Ｏ3 の熱伝導率が低いためと考えられている。つまり、
材料の熱伝導率が低いと、工具にした場合に被削材との
界面で発生した熱が伝わりにくく、工具表面と内部との
間に温度差がついて大きな熱応力が発生する。そして、
この熱応力によって、極端な場合は欠損を生じ、また、
欠損を生じなくても結晶粒の脱落によるチッピングが生
じる。したがって、このようなＡｌ2 Ｏ3 を用いた場
合、被削材の硬度が高くなるにつれて、また、切削速度
が上昇するにつれて、上述した理由により熱応力が大き
くなって欠損あるいはチッピングが生じ易くなる。
分としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）を用いる。本発明
で主バインダとしてＡｌＮを用いるのは、上述したＴｉ
Ｎの作用と相俟って被削材の表面粗さの低下を防止する
ためである。すなわち、主バインダとしてＡｌＮを用い
ることにより、結晶粒の脱落によるチッピングの発生が
防止される。因みに、主バインダとしてＡｌ2 Ｏ3を用
いてＴｉＮと共に焼結すると、切削時に結晶粒の脱落が
生じて、被削物の表面粗さが低下する。これは、Ａｌ2
Ｏ3 の熱伝導率が低いためと考えられている。つまり、
材料の熱伝導率が低いと、工具にした場合に被削材との
界面で発生した熱が伝わりにくく、工具表面と内部との
間に温度差がついて大きな熱応力が発生する。そして、
この熱応力によって、極端な場合は欠損を生じ、また、
欠損を生じなくても結晶粒の脱落によるチッピングが生
じる。したがって、このようなＡｌ2 Ｏ3 を用いた場
合、被削材の硬度が高くなるにつれて、また、切削速度
が上昇するにつれて、上述した理由により熱応力が大き
くなって欠損あるいはチッピングが生じ易くなる。
【０００９】上述したように、本発明のセラミックス焼
結体は、ＴｉＮとＡｌＮとの組合せにより、結晶粒の脱
落によるチッピングの発生が大幅に減少し、被削材の表
面粗さの向上を図ることができるが、ＡｌＮの一部をＳ
ｉＣウィスカ，Ａｌ2 Ｏ3,ＺｒＯ2 及びＹ2 Ｏ 3から選
ばれる一種以上と置換すると、さらに抗折力を高め、大
きな欠損を防止することができる。これらの他の成分の
中で、ＳｉＣウィスカが最も効果的であり、このＳｉＣ
ウィスカを配合することにより、抗折力が大幅に向上し
て大きな欠損を生じにくくなる。また、ＳｉＣウィスカ
以外の成分であるＡｌ2Ｏ3,ＺｒＯ2 及びＹ2 Ｏ 3は、
主にＳｉＣウィスカを配合した場合の焼結性の低下を防
止するために用いられる。すなわち、これらを添加する
ことにより、ＳｉＣウィスカを添加した場合でも焼結を
良好に行うことができるようになる。
結体は、ＴｉＮとＡｌＮとの組合せにより、結晶粒の脱
落によるチッピングの発生が大幅に減少し、被削材の表
面粗さの向上を図ることができるが、ＡｌＮの一部をＳ
ｉＣウィスカ，Ａｌ2 Ｏ3,ＺｒＯ2 及びＹ2 Ｏ 3から選
ばれる一種以上と置換すると、さらに抗折力を高め、大
きな欠損を防止することができる。これらの他の成分の
中で、ＳｉＣウィスカが最も効果的であり、このＳｉＣ
ウィスカを配合することにより、抗折力が大幅に向上し
て大きな欠損を生じにくくなる。また、ＳｉＣウィスカ
以外の成分であるＡｌ2Ｏ3,ＺｒＯ2 及びＹ2 Ｏ 3は、
主にＳｉＣウィスカを配合した場合の焼結性の低下を防
止するために用いられる。すなわち、これらを添加する
ことにより、ＳｉＣウィスカを添加した場合でも焼結を
良好に行うことができるようになる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について詳細
に説明する。
に説明する。
【００１１】（焼結体の製造方法例）主成分として平均
粒径が１．５μｍの市販のＴｉＮ粉末及び平均粒径０．
３μｍのＡｌＮ粉末、その他の成分として平均直径０．
３μｍ，平均長さ２μｍのＳｉＣウィスカ；平均粒径が
０．３μｍの市販のＡｌ2 Ｏ3 粉末；平均粒径が０．３
μｍの３ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 部分安定化ＺｒＯ2 粉末；を
原料として用い、下記表１に記載の組成に配合し、更に
エタノールを加えて湿式混合し、その後乾燥して原料粉
を得た。この原料粉を所定の温度で真空中でホットプレ
ス（圧力４００kgf/cm2 ）し、焼結した。その後、スロ
ーアウェイチップ（ＩＳＯ記号ＳＮＭＮ４３２（加工後
寸法１２．７mm×１２．７mm×４．７６mm，コーナ半径
０．８mm））の形状に加工して工具とした。
粒径が１．５μｍの市販のＴｉＮ粉末及び平均粒径０．
３μｍのＡｌＮ粉末、その他の成分として平均直径０．
３μｍ，平均長さ２μｍのＳｉＣウィスカ；平均粒径が
０．３μｍの市販のＡｌ2 Ｏ3 粉末；平均粒径が０．３
μｍの３ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 部分安定化ＺｒＯ2 粉末；を
原料として用い、下記表１に記載の組成に配合し、更に
エタノールを加えて湿式混合し、その後乾燥して原料粉
を得た。この原料粉を所定の温度で真空中でホットプレ
ス（圧力４００kgf/cm2 ）し、焼結した。その後、スロ
ーアウェイチップ（ＩＳＯ記号ＳＮＭＮ４３２（加工後
寸法１２．７mm×１２．７mm×４．７６mm，コーナ半径
０．８mm））の形状に加工して工具とした。
【００１２】得られた工具を用い、以下の条件で切削試
験を行ない、それぞれの評価を行った。 ・被削材：ＳＶＪ２（ＨRC６２程度） ・切削速度：１００ｍ／min １５０ｍ／min ・切り込み：０．１mm／rev ・送り：０．１２mm／rev ・工具摩耗量：逃げ面摩耗巾 ・加工面粗さ：被削材の加工面粗さ この切削試験結果を表１に示す。尚、ここで比較材とし
たＣＢＮ焼結工具は、他社市販品である。
験を行ない、それぞれの評価を行った。 ・被削材：ＳＶＪ２（ＨRC６２程度） ・切削速度：１００ｍ／min １５０ｍ／min ・切り込み：０．１mm／rev ・送り：０．１２mm／rev ・工具摩耗量：逃げ面摩耗巾 ・加工面粗さ：被削材の加工面粗さ この切削試験結果を表１に示す。尚、ここで比較材とし
たＣＢＮ焼結工具は、他社市販品である。
【００１３】
【表１】
【００１４】表１の結果より、ＴｉＮをＡｌＮを主バイ
ンダとして用いて焼結した３〜７は、高速切削加工に用
いて最適なものであることがわかる。
ンダとして用いて焼結した３〜７は、高速切削加工に用
いて最適なものであることがわかる。
【００１５】
【発明の効果】以上実施例と共に説明したように本発明
によれば、欠損や結晶粒の脱落によるチッピングが防止
されたセラミックス焼結体を提供でき、例えば特に軸受
鋼等の高硬度材の切削加工等に使用した場合、優れた性
能を発揮できるという効果を奏する。
によれば、欠損や結晶粒の脱落によるチッピングが防止
されたセラミックス焼結体を提供でき、例えば特に軸受
鋼等の高硬度材の切削加工等に使用した場合、優れた性
能を発揮できるという効果を奏する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/58 101 C04B 35/80
Claims (2)
- 【請求項１】 ロック・ウェル硬さ６０以上の高硬度材
料の機械加工用のセラミックス焼結体であって、 ４０〜８０体積％のＴｉＮと、バインダの主成分として
のＡｌＮとの混合粉末を焼結してなることを特徴とする
機械加工用のセラミックス焼結体。 - 【請求項２】 請求項１において、バインダの一部を，
ＳｉＣウィスカ、Ａｌ2 Ｏ3,ＺｒＯ2 及びＹ2 Ｏ 3より
選ばれた一種以上で置換したことを特徴とする機械加工
用のセラミックス焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064604A JP2977308B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 機械加工用のセラミックス焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064604A JP2977308B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 機械加工用のセラミックス焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04300248A JPH04300248A (ja) | 1992-10-23 |
| JP2977308B2 true JP2977308B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=13263028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3064604A Expired - Fee Related JP2977308B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 機械加工用のセラミックス焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2977308B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5978723B2 (ja) * | 2012-04-05 | 2016-08-24 | 住友電気工業株式会社 | セラミック焼結体およびその製造方法 |
| JP6237530B2 (ja) | 2014-08-08 | 2017-11-29 | 住友電気工業株式会社 | 硬質材料、焼結体、焼結体を用いた工具、硬質材料の製造方法および焼結体の製造方法 |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP3064604A patent/JP2977308B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04300248A (ja) | 1992-10-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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