JP3082433B2 - 靭性のすぐれた酸化アルミニウム基セラミックス製切削工具の製造法 - Google Patents

靭性のすぐれた酸化アルミニウム基セラミックス製切削工具の製造法

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JP3082433B2 JP04134274A JP13427492A JP3082433B2 JP 3082433 B2 JP3082433 B2 JP 3082433B2 JP 04134274 A JP04134274 A JP 04134274A JP 13427492 A JP13427492 A JP 13427492A JP 3082433 B2 JP3082433 B2 JP 3082433B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた靭性を有
し、例えば鋳鉄の連続切削は勿論のこと、高靭性が要求
される鋳鉄の断続切削や、高送りおよび高切込みなどの
重切削に用いた場合にも切刃に欠損やチッピング発生な
く、すぐれた切削性能を発揮する酸化アルミニウム(以
下、Al2 3 で示す)基セラミックス製切削工具の製
造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば特開昭61−174165
号公報に記載される通り、原料粉末として、Al2 3
粉末および主体がウイスカーからなる炭化けい素(以
下、SiCで示す)を用い、これら原料粉末を、重量%
で(以下、%は重量%を示す)、 主体がウイスカーからなるSiC(以下、SiCウイス
カーという):2〜30%、 Al2 3 :残り、 の配合組成に配合し、混合し、この結果の混合粉末に、
温度:1500〜1900℃、圧力:20〜40MPa
の通常の条件でホットプレス焼結を施すことによりAl
2 3 基セラミックスで構成された切削工具を製造する
方法が知られており、かつこれが鋳鉄の切削に用いられ
ていることも知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方近年の切削加工の
多様化に対する要求は強く、これに伴ない、例えば鋳鉄
の連続切削ばかりでなく、これの断続切削や、高送りお
よび高切込みなどの重切削などの切削も可能なAl2
3 基セラミックス製切削工具が求められる傾向にある
が、上記の従来Al2 3 基セラミックス製切削工具は
じめ、その他のAl2 3 基セラミックス製切削工具は
靭性不足が原因で、上記の高靭性が要求される断続切削
や重切削などに用いた場合、切刃に欠損やチッピングが
発生し易く、実用に供することができないのが現状であ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、靭性のすぐれたAl2 3 基セ
ラミックス製切削工具を開発すべく研究を行なった結
果、Al2 3 基セラミックス製切削工具を製造するに
際して、原料粉末として用いられるAl2 3 粉末に、
あらかじめCa,Ba,およびSrの炭酸塩、硝酸塩、
塩化物、および酸化物(以下、それぞれCaCO3 ,B
aCO3 ,SrCO3 ,Ca(NO3 2 ,Ba(NO
3 2 ,Sr(NO3 2 ,CaCl2 ,BaCl2
SrCl2 ,CaO,BaO、およびSrOで示す)の
うちの1種以上の粉末と、酸化けい素(以下、SiO2
で示す)粉末およびアルコキシドのうちの1種以上と
を、以下いずれも全体に占める割合で、それぞれ0.0
2〜1%づつ配合し、混合した後、酸化性雰囲気中、6
00〜1050℃の範囲内の所定温度に所定時間保持の
加熱処理を施した状態で(この場合、前記炭酸塩、硝酸
塩、および塩化物はいずれも酸化物となり、またアルコ
キシドもSiO2 となる)、これに同じく原料粉末とし
てのSiCウイスカー:5〜30%配合し、混合した
後、この混合粉末に、温度:1500〜1900℃、圧
力:20〜40MPaの通常の条件でホットプレス焼結
を施すと、焼結時に上記Ca,Ba,およびSrの酸化
物とSiO2 の共存作用でAl2 3 結晶が板状に成長
し、この結果得られたAl2 3 基セラミックス製切削
工具は板状成長したAl2 3 結晶によってすぐれた靭
性を具備するようになり、例えば鋳鉄の連続切削は勿論
のこと、鋳鉄の切削に用いた場合にも切刃に欠損やチッ
ピングの発生なく、すぐれた切削性能を長期に亘って発
揮するという研究結果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、(a) Al2 3 粉末に、以
下いずれも全体に占める割合で、焼結時のAl2 3
晶の板状成長促進助剤として、CaCO3 ,BaC
3 ,SrCO3 ,Ca(NO3 2 ,Ba(NO3
2,Sr(NO3 2 ,CaCl2 ,BaCl2 ,Sr
Cl2 ,CaO,BaO,およびSrO(これらのうち
の炭酸塩、硝酸塩、および塩化物は後工程の加熱処理で
酸化物となるので、以下前記酸化物を含め、これらを総
称して金属酸化物系化合物という)のうちの1種以上の
粉末:0.02〜1%と、SiO2 粉末およびアルコキ
シド(このアルコキシドも上記加熱処理でSiO2 とな
るので、以下SiO2 を含め、これらを総称してSiO
2 系化合物という)のうちの1種以上:0.02〜1
%、を配合し、混合した後、(b) 上記混合粉末に、
酸化性雰囲気中、600〜1050℃の範囲内の所定温
度に所定時間保持の加熱処理を施し、(c) ついで、
上記加熱処理後の混合粉末に、SiCウイスカー:5〜
30%、を配合し、混合し、(d) 上記混合粉末に通
常の条件でホットプレス焼結を施して、Al2 3結晶
が板状成長した組織を有するAl2 3 基セラミックス
で構成された切削工具を製造する方法に特徴を有するも
のである。
【0006】つぎに、この発明の方法において、配合割
合および加熱処理温度を上記の通りに限定した理由を説
明する。 (a) Al2 3 結晶の板状成長促進助剤の配合割合 上記の通り金属酸化物系化合物粉末とSiO2 系化合物
粉末には、共存した状態で焼結時にAl2 3 結晶を板
状に成長させ、もって靭性を向上させる作用があり、し
たがって金属酸化物系化合物粉末およびSiO2 系化合
物粉末のいずれかでも、その配合割合が0.02%未満
になると、所望のAl2 3 結晶の板状成長促進効果が
得られず、一方その配合割合が、いずれかでも1%を越
えると、Al2 3 結晶に全方位型成長が起るようにな
って板状Al2 3 結晶の形成が困難になり、すぐれた
靭性を確保することができなくなることから、その配合
割合をそれぞれ0.02〜1%と定めた。
【0007】(b) SiCウイスカー SiCウイスカーにはセラミックスの靭性を向上させる
作用があるが、その配合割合が5%未満では所望の靭性
向上効果が得られず、一方その配合割合が30%を越え
ると、焼結が困難となり、強度低下が著しくなることか
ら、その配合割合を5〜30%と定めた。
【0008】(c) 加熱処理温度 その温度が600℃未満では、板状成長促進助剤の分解
が不十分なので、ホットプレス焼結時におけるAl2
3 結晶の板状成長が十分に行なわれず、一方その温度が
1050℃を越えると、Al2 3 粉末間に凝集が起こ
るようになることから、その温度を600〜1050℃
と定めた。
【0009】
【実施例】つぎに、この発明の方法を実施例により具体
的に説明する。原料粉末として、いずれも0.1〜5μ
mの範囲内の平均粒径を有する、各種の金属酸化物系化
合物粉末およびSiO2 系化合物粉末、並びにAl2
3 粉末、さらに長径:15〜50μm×短径:0.4〜
2μmで、アスペクト比が35〜40のウイスカーが7
0%を占めるSiCウイスカーを用意し、まず、これら
の原料粉末のうちの金属酸化物系化合物粉末とSiO2
系化合物粉末とを、Al2 3 粉末に表1,2に示され
る割合(全体に占める割合で示す)で配合し、ボールミ
ルで72時間混合した後、大気中、表1,2に示される
条件で加熱処理を施し、ついでこれを湿式ボールミルで
スラリーとした後、同じく表1,2に示される割合(こ
れも全体に占める割合)でSiCウイスカーを配合し、
超音波と機械による湿式混合を2時間行ない、乾燥した
後、これに表3,4に示される条件でホットプレス焼結
を施すことにより本発明法1〜19を実施し、JIS・
SNGN120408のスローアウエイチップ形状をも
ったAl2 3 基セラミックス製切削工具を製造した。
また、曲げ強度および破壊靭性値測定用試験片も合せて
製造した。
【0010】さらに、比較の目的で、原料粉末として、
上記のAl2 3 粉末およびSiCウイスカーを用い、
表2に示される配合組成とし、同一の条件で湿式混合
し、乾燥した後、表4に示される条件でホットプレス焼
結を施すことにより従来法1〜3を行ない、同じ形状を
有するAl2 3 基セラミックス製切削工具と、同じく
強度および靭性を評価するための曲げ強度および破壊靭
性値測定用試験片をそれぞれ製造した。
【0011】
【表1】
【0012】
【表2】
【0013】
【表3】
【0014】
【表4】
【0015】ついで、この結果得られた各種の切削工具
について、 被削材:FC30の溝入り丸棒、 切削速度:300m/min.、 切込み:2mm、 送り:0.2mm/rev.、 切削時間:20分、 の条件で鋳鉄の連続切削試験を行ない、切刃の逃げ面摩
耗幅を測定した。その測定結果を、表2,3に示した。
なお、表2,3には曲げ強度および破壊靭性値の測定結
果も合せて示した。
【0016】
【発明の効果】表1〜4に示される結果から、本発明法
1〜19により製造されたAl2 3基セラミックス製
切削工具は、Al2 3 結晶が板状に成長した組織を有
するので、従来法1〜3で製造されたAl2 3 基セラ
ミックス製切削工具と同等の高強度を具備した上で、こ
れより一段とすぐれた靭性を有し、この結果鋳鉄の断続
切削でも切刃に欠損やチッピングの発生なく、すぐれた
耐摩耗性を長期に亘って発揮することが明らかである。
【0017】上述のように、この発明の方法によれば、
例えば鋳鉄の切削は勿論のこと、高靭性が要求される鋳
鉄の断続切削にも切刃に欠損やチッピングの発生なく、
長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するAl2 3
セラミックス製切削工具を製造することができるのであ
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−301763(JP,A) 特開 平5−301764(JP,A) 特開 平5−262560(JP,A) 特開 平5−301761(JP,A) 特許2910020(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/10 C04B 35/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a) 酸化アルミニウム粉末に、以下
    いずれも全体に占める重量割合で、焼結時の酸化アルミ
    ニウム結晶の板状成長促進助剤として、 Ca,Ba,およびSrの炭酸塩粉末、硝酸塩粉末、塩
    化物粉末、および酸化物粉末のうちの1種以上:0.0
    2〜1%と、 酸化けい素粉末およびアルコキシドのうちの1種以上:
    0.02〜1%、を配合し、混合した後、 (b) 上記混合粉末に、酸化性雰囲気中、600〜1
    050℃に加熱保持の条件で加熱処理を施し、 (c) ついで、上記加熱処理後の混合粉末に、主体が
    ウイスカーからなる炭化けい素:5〜30%、を配合し
    て混合し、 (b) 上記混合粉末にホットプレス焼結を施して、酸
    化アルミニウム結晶が板状成長した組織を有するセラミ
    ックスで構成された切削工具を形成する、以上(a)〜
    (d)の基本工程からなることを特徴とする靭性のすぐ
    れた酸化アルミニウム基セラミックス製切削工具の製造
    法。
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