JP3143647B2 - 複合硬質セラミックス粒子 - Google Patents
複合硬質セラミックス粒子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は切削工具として利用され
る焼結硬質合金の硬質相原料に関するものである。
る焼結硬質合金の硬質相原料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】切削工具用に使われる焼結硬質合金とし
て超硬合金やサーメットが知られている。超硬合金はＷ
Ｃ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の硬質炭化物をＣｏ、Ｎ
ｉ等の鉄族金属で焼結した合金であり、サーメットは硬
質相の主成分をＴｉ系（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ）と
した合金である。
て超硬合金やサーメットが知られている。超硬合金はＷ
Ｃ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ等の硬質炭化物をＣｏ、Ｎ
ｉ等の鉄族金属で焼結した合金であり、サーメットは硬
質相の主成分をＴｉ系（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ）と
した合金である。
【０００３】これら焼結硬質合金の硬質相原料としては
単体のＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＮ、Ｍｏ2
Ｃ等のセラミック粉末、又はこれらを予め高温で固溶処
理した複合炭化物、複合炭窒化物粉末がある。
単体のＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＮ、Ｍｏ2
Ｃ等のセラミック粉末、又はこれらを予め高温で固溶処
理した複合炭化物、複合炭窒化物粉末がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】焼結硬質合金について
最も重要なことは、耐摩耗性と靱性のバランスをとるこ
とである。一般に耐摩耗性を上げるには硬質相を増やす
ことが効果的である。しかし、硬質相となる上記セラミ
ックス粉末は靱性が低く、多すぎると断続切削等の厳し
い条件では使えなくなるという問題があった。
最も重要なことは、耐摩耗性と靱性のバランスをとるこ
とである。一般に耐摩耗性を上げるには硬質相を増やす
ことが効果的である。しかし、硬質相となる上記セラミ
ックス粉末は靱性が低く、多すぎると断続切削等の厳し
い条件では使えなくなるという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するためになされたものであって、２種以上の相を
有する複合セラミックス粒子において、第１相が１ｎｍ
以上５００ｎｍ以下の平均粒径で、平均粒径０．５μｍ
以上１０μｍ以下の第２相の基地中に少なくとも２個以
上分散した組織を有し、第１相の占める割合が体積換算
で１０％以上７０％以下、第１相と第２相の熱膨張係数
の差が５×１０-7以上で第１相の方が大きく、第１相、
第２相ともビッカース硬さで１５００以上を有する複合
硬質セラミックス粒子を提供するものである。
解決するためになされたものであって、２種以上の相を
有する複合セラミックス粒子において、第１相が１ｎｍ
以上５００ｎｍ以下の平均粒径で、平均粒径０．５μｍ
以上１０μｍ以下の第２相の基地中に少なくとも２個以
上分散した組織を有し、第１相の占める割合が体積換算
で１０％以上７０％以下、第１相と第２相の熱膨張係数
の差が５×１０-7以上で第１相の方が大きく、第１相、
第２相ともビッカース硬さで１５００以上を有する複合
硬質セラミックス粒子を提供するものである。
【０００６】又、前記複合硬質セラミックス粒子におい
て第１相として、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、（Ｔｉ
1-u Ｍu ）（Ｃ1-v Ｎv ）（ここで前記ＭはＴｉを除く
ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の元素、原子占有率は０．
０５≦ｕ≦０．３、０≦ｖ≦１）から選ばれた１種又は
２種以上を分散し、第２相として、ＷＣ、Ｍｏ2 Ｃ、Ｔ
ａＣ、ＴａＮ、ＮｂＣ、ＮｂＮ及びこれらの固溶体、
（Ｔｉ1-u ′Ｍu ′）（Ｃ1-v ′Ｎv ′）（ここで前記
ＭはＴｉを除くＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の元素、原
子占有率は０．３≦ｕ′≦０．９５、０≦ｖ′≦１）か
ら選ばれた１種又は２種以上を基地とすることが好まし
い。
て第１相として、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、（Ｔｉ
1-u Ｍu ）（Ｃ1-v Ｎv ）（ここで前記ＭはＴｉを除く
ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の元素、原子占有率は０．
０５≦ｕ≦０．３、０≦ｖ≦１）から選ばれた１種又は
２種以上を分散し、第２相として、ＷＣ、Ｍｏ2 Ｃ、Ｔ
ａＣ、ＴａＮ、ＮｂＣ、ＮｂＮ及びこれらの固溶体、
（Ｔｉ1-u ′Ｍu ′）（Ｃ1-v ′Ｎv ′）（ここで前記
ＭはＴｉを除くＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の元素、原
子占有率は０．３≦ｕ′≦０．９５、０≦ｖ′≦１）か
ら選ばれた１種又は２種以上を基地とすることが好まし
い。
【０００７】
【作用】本発明による複合硬質セラミックス粒子ではそ
の構造からセラミックス粒子自身の靱性が大幅に向上し
ている。以下その作用について述べる。
の構造からセラミックス粒子自身の靱性が大幅に向上し
ている。以下その作用について述べる。
【０００８】まず、大きな特徴は硬質セラミックス相が
２相以上に分離し、第２相の基地中に第１相の粒子が分
散した形態をとっている。しかもこの分散粒子は極めて
微細であるため、基地部が分散強化されている。有効な
分散強化を実現するには、第１相の分散粒子の大きさ
が、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましく、
更に好ましくは、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
粒子が小さすぎると分散強化にならず、大きすぎると分
散粒子に働く応力が無視できず靱性低下の恐れがある。
２相以上に分離し、第２相の基地中に第１相の粒子が分
散した形態をとっている。しかもこの分散粒子は極めて
微細であるため、基地部が分散強化されている。有効な
分散強化を実現するには、第１相の分散粒子の大きさ
が、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましく、
更に好ましくは、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
粒子が小さすぎると分散強化にならず、大きすぎると分
散粒子に働く応力が無視できず靱性低下の恐れがある。
【０００９】分散する粒子の体積率は１０％以上７０％
以下で、望ましくは２０％以上５０％以下である。少な
いと強化が不十分で、多いと粒径にもよるが分散粒子自
身がつながって分散強化にならない。又、分散する粒子
は２個以上で、望ましくは１０個以上である。
以下で、望ましくは２０％以上５０％以下である。少な
いと強化が不十分で、多いと粒径にもよるが分散粒子自
身がつながって分散強化にならない。又、分散する粒子
は２個以上で、望ましくは１０個以上である。
【００１０】次に両相の熱膨張係数であるが、分散粒子
（第１相）の方が大きく、基地（第２相）の方が小さ
い。その差が５×１０-7以上であり、より望ましくは１
×１０-6以上である。この熱膨張係数の差によって、冷
却時に基地側に残留圧縮応力を生じ、基地はますます強
化される。
（第１相）の方が大きく、基地（第２相）の方が小さ
い。その差が５×１０-7以上であり、より望ましくは１
×１０-6以上である。この熱膨張係数の差によって、冷
却時に基地側に残留圧縮応力を生じ、基地はますます強
化される。
【００１１】このように強化された複合硬質セラミック
スの好ましい実施形態は、第１相として、ＴｉＣ、Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＣＮ、（Ｔｉ1-u Ｍu ）（Ｃ1-v Ｎv ）（ここ
で前記ＭはＴｉを除くＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の元
素、原子占有率は０．０５≦ｕ≦０．３、０≦ｖ≦１）
から選ばれた１種又は２種以上のセラミックスを分散
し、第２相として、ＷＣ、Ｍｏ2 Ｃ、ＴａＣ、ＴａＮ、
ＮｂＣ、ＮｂＮ及びこれらの固溶体、（Ｔｉ1-u ′Ｍ
u ′）（Ｃ1-v ′Ｎv ′）（ここで前記ＭはＴｉを除く
ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の元素、原子占有率は０．
３≦ｕ′≦０．９５、０≦ｖ′≦１）から選ばれた１種
又は２種以上のセラミックスを基地とするような複合硬
質セラミックス粒子である。
スの好ましい実施形態は、第１相として、ＴｉＣ、Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＣＮ、（Ｔｉ1-u Ｍu ）（Ｃ1-v Ｎv ）（ここ
で前記ＭはＴｉを除くＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の元
素、原子占有率は０．０５≦ｕ≦０．３、０≦ｖ≦１）
から選ばれた１種又は２種以上のセラミックスを分散
し、第２相として、ＷＣ、Ｍｏ2 Ｃ、ＴａＣ、ＴａＮ、
ＮｂＣ、ＮｂＮ及びこれらの固溶体、（Ｔｉ1-u ′Ｍ
u ′）（Ｃ1-v ′Ｎv ′）（ここで前記ＭはＴｉを除く
ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の元素、原子占有率は０．
３≦ｕ′≦０．９５、０≦ｖ′≦１）から選ばれた１種
又は２種以上のセラミックスを基地とするような複合硬
質セラミックス粒子である。
【００１２】内部に分散するＴｉ系セラミックスは耐摩
耗性に優れ、被削材との反応も少ないので硬質相として
好ましい。又、外側に位置する第２相は硬質セラミック
スの中では比較的靱性に優れる。このような複合効果に
加え、熱膨張係数は内部のＴｉ系セラミックスの方が大
きいので粒子自体に残留圧縮応力が生じ、強化されるこ
とになる。
耗性に優れ、被削材との反応も少ないので硬質相として
好ましい。又、外側に位置する第２相は硬質セラミック
スの中では比較的靱性に優れる。このような複合効果に
加え、熱膨張係数は内部のＴｉ系セラミックスの方が大
きいので粒子自体に残留圧縮応力が生じ、強化されるこ
とになる。
【００１３】内部のＴｉ系セラミックスは単体のＴｉ
Ｃ、ＴｉＮ、ＴｉＮＣ等が使えるし、複合化の過程で外
側の第２相と固溶することを考慮すると、前記のような
複合セラミックスにすることもできる。ただし、この際
前記効果を維持するためには、Ｔｉを所定量に限定する
必要があり、この制約から０．０５≦ｕ≦０．３とし
た。
Ｃ、ＴｉＮ、ＴｉＮＣ等が使えるし、複合化の過程で外
側の第２相と固溶することを考慮すると、前記のような
複合セラミックスにすることもできる。ただし、この際
前記効果を維持するためには、Ｔｉを所定量に限定する
必要があり、この制約から０．０５≦ｕ≦０．３とし
た。
【００１４】一方、第２相としてはＷＣ、Ｍｏ2 Ｃ、Ｔ
ａＣ、ＴａＮ、ＮｂＣ、ＮｂＮ及びこれらの固溶体が好
ましいが、同じく複合化の過程で内側の第１相と固溶す
ることを考慮すると、前記のような複合セラミックスと
することもできる。ただし、この際効果を維持するため
にはＴｉを所定量に限定する必要があり、この制約から
０．３≦ｕ′≦０．９５とした。
ａＣ、ＴａＮ、ＮｂＣ、ＮｂＮ及びこれらの固溶体が好
ましいが、同じく複合化の過程で内側の第１相と固溶す
ることを考慮すると、前記のような複合セラミックスと
することもできる。ただし、この際効果を維持するため
にはＴｉを所定量に限定する必要があり、この制約から
０．３≦ｕ′≦０．９５とした。
【００１５】又、第１相、第２相ともＶは非金属元素中
のＮの割合を表しているが、これは０から１の間の任意
の値をとりうる。しかし、硬質合金の硬質相としての利
用からは第１相で０．２５≦ｖ≦０．９５、第２相で
０．０５≦ｖ′≦０．７５程度とするのが好ましい。
のＮの割合を表しているが、これは０から１の間の任意
の値をとりうる。しかし、硬質合金の硬質相としての利
用からは第１相で０．２５≦ｖ≦０．９５、第２相で
０．０５≦ｖ′≦０．７５程度とするのが好ましい。
【００１６】尚、組成には不可避的に混入する不純物は
含めていないが、現実に入ってくるものについてはこれ
を排するものではない。特に酸素及び粉砕時に混入する
Ｆｅ等の金属元素や他のセラミックスはどうしても避け
られないが、これらが存在するからといって、本発明の
効果に変わりはない。又、複合化により２相混合組織を
作るが、この２相は明確に区別できる場合もあるし、連
続的に組成が変化し、境界が判然としない場合もある。
両相の硬さは硬質合金の硬質相として利用するというこ
とを考慮してビッカース硬さで１５００以上とした。
含めていないが、現実に入ってくるものについてはこれ
を排するものではない。特に酸素及び粉砕時に混入する
Ｆｅ等の金属元素や他のセラミックスはどうしても避け
られないが、これらが存在するからといって、本発明の
効果に変わりはない。又、複合化により２相混合組織を
作るが、この２相は明確に区別できる場合もあるし、連
続的に組成が変化し、境界が判然としない場合もある。
両相の硬さは硬質合金の硬質相として利用するというこ
とを考慮してビッカース硬さで１５００以上とした。
【００１７】
【実施例】平均粒径100nmの超微粒TiN粉末：9.4重量
％、平均粒径３μmのWO３粉末：75.0重量％、平均粒径
0.1μmの黒鉛粉末：15.6重量％を乾式で24時間ボールミ
ル混合し、造粒後、窒素雰囲気で1700℃にて焼成した。
得られた粉末を粉砕して平均粒径５μmとし、その組織
を観察したところ、WCを主成分とするマトリックス（第
２相）中に平均粒径95nmのTiN（第１相）が均一に分散
しており、その占有率は30％であった。この粒子の残留
応力を測定したところ、約30Kg/mm２の圧縮応力が働い
ていることがわかった。本セラミックス粒子の概念図を
図１に示す。尚、TiNの熱膨張係数は6.3×10−６（室
温）であり、WCのそれは3.7×10−６（室温）である。
又、TiNのビッカース硬さは2050、WCのそれは1780であ
る。
％、平均粒径３μmのWO３粉末：75.0重量％、平均粒径
0.1μmの黒鉛粉末：15.6重量％を乾式で24時間ボールミ
ル混合し、造粒後、窒素雰囲気で1700℃にて焼成した。
得られた粉末を粉砕して平均粒径５μmとし、その組織
を観察したところ、WCを主成分とするマトリックス（第
２相）中に平均粒径95nmのTiN（第１相）が均一に分散
しており、その占有率は30％であった。この粒子の残留
応力を測定したところ、約30Kg/mm２の圧縮応力が働い
ていることがわかった。本セラミックス粒子の概念図を
図１に示す。尚、TiNの熱膨張係数は6.3×10−６（室
温）であり、WCのそれは3.7×10−６（室温）である。
又、TiNのビッカース硬さは2050、WCのそれは1780であ
る。
【００１８】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によると
硬質合金の硬質相自身を強化できる。従って、同じ結合
相量でもその合金全体の靱性を高くでき、合金設計上の
自由度が大きくなる。
硬質合金の硬質相自身を強化できる。従って、同じ結合
相量でもその合金全体の靱性を高くでき、合金設計上の
自由度が大きくなる。
【図１】本発明複合硬質セラミックス粒子の概念図（断
面）である。
面）である。
１ 分散粒子（第１相） ２ 基地（第２相）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 35/56 Ｓ Ｆ (72)発明者 野村 俊雄 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭58−223671（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−288169（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/56 - 35/58 C04B 35/622 - 35/626 C22C 29/00 - 29/18
Claims (2)
- 【請求項１】 ２種以上の相を有する複合セラミックス
粒子において、第１相が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の平
均粒径で、平均粒径０．５μｍ以上１０μｍ以下の第２
相の基地中に少なくとも２個以上分散した組織を有し、
第１相の占める割合が体積換算で１０％以上７０％以
下、第１相と第２相の熱膨張係数の差が５×１０-7以上
で第１相の方が大きく、第１相、第２相ともビッカース
硬さで１５００以上を有することを特徴とする複合硬質
セラミックス粒子。 - 【請求項２】 第１相として、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣ
Ｎ、（Ｔｉ1-uＭu）（Ｃ1-v Ｎv ）（ここで前記ＭはＴ
ｉを除くＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の元素、原子占有
率は０．０５≦ｕ≦０．３、０≦ｖ≦１）から選ばれた
１種又は２種以上を分散し、第２相として、ＷＣ、Ｍｏ
2 Ｃ、ＴａＣ、ＴａＮ、ＮｂＣ、ＮｂＮ及びこれらの固
溶体、（Ｔｉ1-u ′Ｍu ′）（Ｃ1-v ′Ｎv′）（ここ
で前記ＭはＴｉを除くＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の元
素、原子占有率は０．３≦ｕ′≦０．９５、０≦ｖ′≦
１）から選ばれた１種又は２種以上を基地とした、請求
項１記載の複合硬質セラミックス粒子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03177536A JP3143647B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 複合硬質セラミックス粒子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03177536A JP3143647B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 複合硬質セラミックス粒子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05850A JPH05850A (ja) | 1993-01-08 |
| JP3143647B2 true JP3143647B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=16032656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03177536A Expired - Fee Related JP3143647B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 複合硬質セラミックス粒子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3143647B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100286970B1 (ko) * | 1996-12-16 | 2001-04-16 | 오카야마 노리오 | 초경 합금, 이의 제조방법 및 초경 합금 공구 |
| US7261760B2 (en) * | 2001-03-06 | 2007-08-28 | Kiyohito Ishida | Member having separation structure and method for manufacture thereof |
| JP2011132057A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Kyocera Corp | 焼結体 |
| JP5856752B2 (ja) * | 2011-04-26 | 2016-02-10 | 日本タングステン株式会社 | 炭化タングステン基焼結体およびそれを用いた耐摩耗部材 |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP03177536A patent/JP3143647B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05850A (ja) | 1993-01-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |