JP3205070B2 - 耐熱亀裂性セラミックス焼結体及びその製造方法 - Google Patents
耐熱亀裂性セラミックス焼結体及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化アルミニウムのマ
トリックス中に少なくとも酸化ジルコニウムとホウ化ジ
ルコニウムとが含有されたセラミックス焼結体に関し、
用途的には、旋削工具，フライス工具，ドリル，エンド
ミルに代表される切削工具又は各種耐摩耗工具や部品と
して適し、特に断続切削工具として最適な耐熱亀裂性に
優れるセラミックス焼結体に関するものである。
トリックス中に少なくとも酸化ジルコニウムとホウ化ジ
ルコニウムとが含有されたセラミックス焼結体に関し、
用途的には、旋削工具，フライス工具，ドリル，エンド
ミルに代表される切削工具又は各種耐摩耗工具や部品と
して適し、特に断続切削工具として最適な耐熱亀裂性に
優れるセラミックス焼結体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸化アルミニウムは、耐酸化性に優れて
おり、かつ鉄族金属との親和性が低く、耐摩耗性に優れ
ていることから、酸化アルミニウムを主成分とする酸化
アルミニウム基焼結体が切削工具又は耐摩耗工具として
実用されている。工具用として実用されている酸化アル
ミニウム基焼結体の代表的なものとして、Ａｌ2Ｏ3−Ｔ
ｉＣ基焼結体及びＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2基焼結体がある。
この内、前者は、割合耐摩耗性に優れているが靭性に劣
り、後者は、靭性に優れているが耐摩耗性に劣り、切削
工具としては満足できないという問題がある。
おり、かつ鉄族金属との親和性が低く、耐摩耗性に優れ
ていることから、酸化アルミニウムを主成分とする酸化
アルミニウム基焼結体が切削工具又は耐摩耗工具として
実用されている。工具用として実用されている酸化アル
ミニウム基焼結体の代表的なものとして、Ａｌ2Ｏ3−Ｔ
ｉＣ基焼結体及びＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2基焼結体がある。
この内、前者は、割合耐摩耗性に優れているが靭性に劣
り、後者は、靭性に優れているが耐摩耗性に劣り、切削
工具としては満足できないという問題がある。
【０００３】これらの問題を解決しようとしたものの代
表的なものに、特開昭５８−１２０５７１号公報及び特
開昭６１−５３１５３号公報がある。
表的なものに、特開昭５８−１２０５７１号公報及び特
開昭６１−５３１５３号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らの一人によ
り開発された特開昭６１−５３１５３号公報には、部分
安定化ジルコニア又は安定化ジルコニア５〜６０モル％
と周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属のホウ化物及びこ
れらの相互固溶体の中の１種以上１０〜３０モル％と残
り酸化アルミニウムと不可避不純物からなる高靭性セラ
ミックス焼結体及びその製造方法について記載されてい
る。
り開発された特開昭６１−５３１５３号公報には、部分
安定化ジルコニア又は安定化ジルコニア５〜６０モル％
と周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属のホウ化物及びこ
れらの相互固溶体の中の１種以上１０〜３０モル％と残
り酸化アルミニウムと不可避不純物からなる高靭性セラ
ミックス焼結体及びその製造方法について記載されてい
る。
【０００５】同公報に記載のセラミックス焼結体は、実
際には、部分安定化又は安定化のジルコニアと酸化アル
ミニウムにＴｉ，Ｔａ，Ｗのホウ化物の１種以上が添加
された焼結体であって、高硬度で、耐摩耗性，高靭性，
耐衝撃性及び耐熱性に優れるというセラミックス焼結体
であるが、加熱と冷却のサイクルが激しい断続切削用工
具として用いると熱亀裂の発生が原因で容易に欠損して
しまうという問題がある。
際には、部分安定化又は安定化のジルコニアと酸化アル
ミニウムにＴｉ，Ｔａ，Ｗのホウ化物の１種以上が添加
された焼結体であって、高硬度で、耐摩耗性，高靭性，
耐衝撃性及び耐熱性に優れるというセラミックス焼結体
であるが、加熱と冷却のサイクルが激しい断続切削用工
具として用いると熱亀裂の発生が原因で容易に欠損して
しまうという問題がある。
【０００６】また、特開昭５８−１２０５７１号公報に
は、安定化剤を含むＺｒＯ2とＡｌ，Ｓｉ，周期律表の
４ａ，５ａ，６ａ族元素のホウ化物，炭化物，窒化物及
びＡｌ2Ｏ3のうち１種又は２種以上の混合物とからなる
セラミックス焼結体が記載されている。
は、安定化剤を含むＺｒＯ2とＡｌ，Ｓｉ，周期律表の
４ａ，５ａ，６ａ族元素のホウ化物，炭化物，窒化物及
びＡｌ2Ｏ3のうち１種又は２種以上の混合物とからなる
セラミックス焼結体が記載されている。
【０００７】同公報に記載のセラミックス焼結体は、安
定化剤を含むＺｒＯ2を主成分とする焼結体であって、
強度及び靭性に優れるが低硬度で耐摩耗性が劣り、切削
工具としては実用できないという問題がある。
定化剤を含むＺｒＯ2を主成分とする焼結体であって、
強度及び靭性に優れるが低硬度で耐摩耗性が劣り、切削
工具としては実用できないという問題がある。
【０００８】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、高硬度，高靭性，高強度で、かつ
耐熱亀裂性に優れるセラミックス焼結体、特に断続切削
用工具として適用可能なセラミックス焼結体の提供を目
的とする。
もので、具体的には、高硬度，高靭性，高強度で、かつ
耐熱亀裂性に優れるセラミックス焼結体、特に断続切削
用工具として適用可能なセラミックス焼結体の提供を目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、切削加工
方法が今後益々自動化及び無人化の方向に進展するとい
う予想に基づいて、それに対応可能な材料として、耐熱
亀裂性に優れるセラミックス焼結体について検討した
所、次の知見を得て、本発明を完成するに至ったもので
ある。
方法が今後益々自動化及び無人化の方向に進展するとい
う予想に基づいて、それに対応可能な材料として、耐熱
亀裂性に優れるセラミックス焼結体について検討した
所、次の知見を得て、本発明を完成するに至ったもので
ある。
【００１０】第１に、セラミックス焼結体に発生する熱
亀裂は、熱応力がセラミックスの引張り強度を越えた時
に発生し、熱亀裂が生じるとセラミックス焼結体はただ
ちに脆性破壊する。
亀裂は、熱応力がセラミックスの引張り強度を越えた時
に発生し、熱亀裂が生じるとセラミックス焼結体はただ
ちに脆性破壊する。
【００１１】今、一様に加熱された試料を水中に投入
し、試料表面温度が瞬時にして水温に達したとする時の
熱応力бは、（１）式で示される。
し、試料表面温度が瞬時にして水温に達したとする時の
熱応力бは、（１）式で示される。
【００１２】
【化１】 б＝Ｅ×α×ΔＴ／（１−ν）×ｈ×ｒｍ／κ・・・・・（１） （１）式中、Ε：ヤング率、α：熱膨張率、ΔＴ：試料
と水との温度差、ν：ポアソン比、ｈ：熱伝達係数、ｒ
ｍ：試料寸法、κ：熱伝導率を示す。
と水との温度差、ν：ポアソン比、ｈ：熱伝達係数、ｒ
ｍ：試料寸法、κ：熱伝導率を示す。
【００１３】すると、上述の熱亀裂と熱応力との関係か
ら、熱亀裂は（１）式の熱応力бが試料の引張強度бｔ
に等しいときに生じる。
ら、熱亀裂は（１）式の熱応力бが試料の引張強度бｔ
に等しいときに生じる。
【００１４】従って、熱亀裂の発生条件のように、試料
の強度が急激に低下する温度差ΔＴｃ（臨界急冷温度
差）は、（２）式で示される。
の強度が急激に低下する温度差ΔＴｃ（臨界急冷温度
差）は、（２）式で示される。
【００１５】
【化２】 ΔＴｃ＝бｔ×（１−ν）×κ／（Ｅ×α）×１／（ｈ×ｒｍ）・・・（２） しかし、（２）式におけるｈは、冷却条件により大きく
変化するため正確な値を求めるのは困難である。そこ
で、（３）式で示されるＲ（破壊抵抗係数）でもって材
料間の耐熱亀裂性が比較されている。
変化するため正確な値を求めるのは困難である。そこ
で、（３）式で示されるＲ（破壊抵抗係数）でもって材
料間の耐熱亀裂性が比較されている。
【００１６】
【化３】 Ｒ＝бｔ×（１−ν）×κ／（Ｅ×α）・・・・・（３） （３）式から、耐熱亀裂性に優れるセラミックスは、
（イ）бｔが大きいこと、及び（ロ）κが大きく、ν、
Ｅ、αが小さいことが要件となる。
（イ）бｔが大きいこと、及び（ロ）κが大きく、ν、
Ｅ、αが小さいことが要件となる。
【００１７】Ａｌ2Ｏ3セラミックスのκ，ν，Ｅ，αを
改善するためには、他物質を添加することが必要であ
り、各種物質の内、ＺｒＢ2を添加すると、破壊抵抗係
数がＡｌ2Ｏ3の３倍以上に向上すること、及びＺｒＢ2
が鋼と反応し難いという知見を得た。
改善するためには、他物質を添加することが必要であ
り、各種物質の内、ＺｒＢ2を添加すると、破壊抵抗係
数がＡｌ2Ｏ3の３倍以上に向上すること、及びＺｒＢ2
が鋼と反応し難いという知見を得た。
【００１８】第２に、бｔと抗折力（бｍ）との間に
は、（４）式の関係がある。
は、（４）式の関係がある。
【００１９】
【化４】 бｔ＝бｍ×｛１／２（ｎ＋１）2｝1/n・・・・・（４） （４）式中、ｎはワイブル係数であり、通常１０〜２０
である。従って、（４）式はбｔ＝０．７бｍとなる。
また、セラミックスなどの脆性材料では、бｍと破壊靭
性値（Ｋ Ιｃ）との関係は、бｍ＝（ΚΙｃ）／（Ｙ×
Ｃ1/2）（Ｙ：形状係数、Ｃ：欠陥の大きさ）で示され
るから、бｍ及びбｔを向上するためには、Ｃを減少さ
せるか、ΚΙｃを向上させる必要がる。
である。従って、（４）式はбｔ＝０．７бｍとなる。
また、セラミックスなどの脆性材料では、бｍと破壊靭
性値（Ｋ Ιｃ）との関係は、бｍ＝（ΚΙｃ）／（Ｙ×
Ｃ1/2）（Ｙ：形状係数、Ｃ：欠陥の大きさ）で示され
るから、бｍ及びбｔを向上するためには、Ｃを減少さ
せるか、ΚΙｃを向上させる必要がる。
【００２０】Ａｌ2Ｏ3にＺｒＢ2を添加したセラミック
スのΚΙｃは、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ基セラミックスのΚΙ
ｃとほぼ同等で、断続切削下では機械的衝撃によるチッ
ピングや欠陥を生じやすい。これに対し、Ａｌ2Ｏ3にＺ
ｒＢ2と共に、さらにＨｆＯ2，ＺｒＯ2又は安定化剤を
含むＺｒＯ2を共存添加した結果、ΚΙｃが約２倍に向
上し、優れた断続切削性能を得ることができるという知
見を得た。
スのΚΙｃは、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ基セラミックスのΚΙ
ｃとほぼ同等で、断続切削下では機械的衝撃によるチッ
ピングや欠陥を生じやすい。これに対し、Ａｌ2Ｏ3にＺ
ｒＢ2と共に、さらにＨｆＯ2，ＺｒＯ2又は安定化剤を
含むＺｒＯ2を共存添加した結果、ΚΙｃが約２倍に向
上し、優れた断続切削性能を得ることができるという知
見を得た。
【００２１】すなわち、本発明の耐熱亀裂性セラミック
ス焼結体は、酸化ハフニウム，安定化剤を含む酸化ハフ
ニウムを５〜４０重量％、酸化ジルコニウム，安定化剤
を含む酸化ジルコニウムを２０〜４０重量％及びこれら
の相互固溶体の中の１種以上の強靱化物質と、ホウ化ジ
ルコニウム１０〜４０重量％と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの炭
化物，窒化物，炭酸化物，窒酸化物及びこれらの相互固
溶体の中の１種以上の焼結促進物質３０重量％以下と、
残り酸化アルミニウムと不可避不純物からなる焼結体で
ある。
ス焼結体は、酸化ハフニウム，安定化剤を含む酸化ハフ
ニウムを５〜４０重量％、酸化ジルコニウム，安定化剤
を含む酸化ジルコニウムを２０〜４０重量％及びこれら
の相互固溶体の中の１種以上の強靱化物質と、ホウ化ジ
ルコニウム１０〜４０重量％と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの炭
化物，窒化物，炭酸化物，窒酸化物及びこれらの相互固
溶体の中の１種以上の焼結促進物質３０重量％以下と、
残り酸化アルミニウムと不可避不純物からなる焼結体で
ある。
【００２２】本発明のセラミックス焼結体における強靭
化物質は、酸化ハフニウム，酸化ジルコニウム，又は例
えばＭｇＯ，ＣａＯ，Ｙ2Ｏ3，ランタノイドの酸化物か
らなる安定化剤を含んだ酸化ハフニウムや酸化ジルコニ
ウム，もしくは酸化ハフニウムと酸化ジルコニウムとの
相互固溶体を挙げることができる。この強靭化物質は、
結晶構造的には、単斜晶，正方晶，立方晶又はこれらの
混在した結晶構造であってもよく、特に強度及び靭性の
向上を顕著にするためには正方晶及び単斜晶の混晶にな
っていることが好ましい。強靭化物質に安定化剤を含ん
だ酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウムを選定する場合
には、安定化剤の含有量は、酸化ハフニウム又は酸化ジ
ルコニウムに対して５モル％以下が好ましく、安定化剤
としてはＹ2Ｏ3を用いることが特に好ましい。この強靭
化物質の含有量が５重量％未満ではΚΙｃの向上が弱
く、４０重量％を超えて多くなると、硬度及び耐摩耗性
の低下が顕著になる。特に、強靭化物質が１０〜３０重
量％の場合は、切削工具として用いると、耐摩耗性及び
耐欠損性に優れることから好ましい。
化物質は、酸化ハフニウム，酸化ジルコニウム，又は例
えばＭｇＯ，ＣａＯ，Ｙ2Ｏ3，ランタノイドの酸化物か
らなる安定化剤を含んだ酸化ハフニウムや酸化ジルコニ
ウム，もしくは酸化ハフニウムと酸化ジルコニウムとの
相互固溶体を挙げることができる。この強靭化物質は、
結晶構造的には、単斜晶，正方晶，立方晶又はこれらの
混在した結晶構造であってもよく、特に強度及び靭性の
向上を顕著にするためには正方晶及び単斜晶の混晶にな
っていることが好ましい。強靭化物質に安定化剤を含ん
だ酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウムを選定する場合
には、安定化剤の含有量は、酸化ハフニウム又は酸化ジ
ルコニウムに対して５モル％以下が好ましく、安定化剤
としてはＹ2Ｏ3を用いることが特に好ましい。この強靭
化物質の含有量が５重量％未満ではΚΙｃの向上が弱
く、４０重量％を超えて多くなると、硬度及び耐摩耗性
の低下が顕著になる。特に、強靭化物質が１０〜３０重
量％の場合は、切削工具として用いると、耐摩耗性及び
耐欠損性に優れることから好ましい。
【００２３】本発明のセラミックス焼結体におけるホウ
化ジルコニウムは、その含有量が１０重量％未満になる
と、硬度及び耐摩耗性の低下が顕著になり、切削工具と
して用いると、耐摩耗性が極端に低下し、切削抵抗の増
大から欠損に達し、逆に４０重量％を超えて多くなる
と、緻密な焼結体を得るのが困難となり、切削工具とし
て用いても、耐欠損性への効果が余り期待できない。
化ジルコニウムは、その含有量が１０重量％未満になる
と、硬度及び耐摩耗性の低下が顕著になり、切削工具と
して用いると、耐摩耗性が極端に低下し、切削抵抗の増
大から欠損に達し、逆に４０重量％を超えて多くなる
と、緻密な焼結体を得るのが困難となり、切削工具とし
て用いても、耐欠損性への効果が余り期待できない。
【００２４】本発明のセラミックス焼結体は、上述の強
靭化物質とホウ化ジルコニウムと残り酸化アルミニウム
と不可避不純物からなる場合においても十分にその効果
が達成されるが、製造工程の加熱焼結時にホウ化ジルコ
ニウムと酸化ジルコニウム又は酸化アルミニウムとの反
応により発生するガスを抑制し、緻密な焼結体を得るの
が容易となる焼結促進物質がさらに含まれていることも
好ましい。焼結促進物質は、具体的には、例えばＴｉ
Ｃ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，Ｔｉ
（Ｃ，Ｏ），Ｚｒ（Ｃ，Ｏ），Ｈｆ（Ｃ，Ｏ），Ｔｉ
（Ｎ，Ｏ），Ｚｒ（Ｎ，Ｏ），Ｈｆ（Ｎ，Ｏ），Ｔｉ
（Ｃ，Ｎ），Ｔｉ（Ｃ，Ｎ，Ｏ），Ｚｒ（Ｃ，Ｎ），Ｚ
ｒ（Ｃ，Ｎ，Ｏ），Ｈｆ（Ｃ，Ｎ），Ｈｆ（Ｃ，Ｎ，
Ｏ），（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ，（Ｔｉ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）を
挙げることができる。この焼結促進物質が３０重量％を
超えて多くなると、耐摩耗性の低下が著しくなる。特
に、焼結促進物質がホウ化ジルコニウムの粒子の表面を
覆った構造、別の表現をすると、芯部がホウ化ジルコニ
ウムでなり、この芯部を包囲している外周部が焼結促進
物質でなる場合は、より一層緻密な焼結体になるので好
ましい。
靭化物質とホウ化ジルコニウムと残り酸化アルミニウム
と不可避不純物からなる場合においても十分にその効果
が達成されるが、製造工程の加熱焼結時にホウ化ジルコ
ニウムと酸化ジルコニウム又は酸化アルミニウムとの反
応により発生するガスを抑制し、緻密な焼結体を得るの
が容易となる焼結促進物質がさらに含まれていることも
好ましい。焼結促進物質は、具体的には、例えばＴｉ
Ｃ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，Ｔｉ
（Ｃ，Ｏ），Ｚｒ（Ｃ，Ｏ），Ｈｆ（Ｃ，Ｏ），Ｔｉ
（Ｎ，Ｏ），Ｚｒ（Ｎ，Ｏ），Ｈｆ（Ｎ，Ｏ），Ｔｉ
（Ｃ，Ｎ），Ｔｉ（Ｃ，Ｎ，Ｏ），Ｚｒ（Ｃ，Ｎ），Ｚ
ｒ（Ｃ，Ｎ，Ｏ），Ｈｆ（Ｃ，Ｎ），Ｈｆ（Ｃ，Ｎ，
Ｏ），（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ，（Ｔｉ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）を
挙げることができる。この焼結促進物質が３０重量％を
超えて多くなると、耐摩耗性の低下が著しくなる。特
に、焼結促進物質がホウ化ジルコニウムの粒子の表面を
覆った構造、別の表現をすると、芯部がホウ化ジルコニ
ウムでなり、この芯部を包囲している外周部が焼結促進
物質でなる場合は、より一層緻密な焼結体になるので好
ましい。
【００２５】本発明のセラミックス焼結体における不可
避不純物は、焼結体を作製するために使用する出発原料
中に含まれている物と焼結体を作製するための製造工
程、特に出発原料を混合粉砕する工程時に、混合容器の
内壁又はボール等の粉砕媒介物から混入する物がある。
避不純物は、焼結体を作製するために使用する出発原料
中に含まれている物と焼結体を作製するための製造工
程、特に出発原料を混合粉砕する工程時に、混合容器の
内壁又はボール等の粉砕媒介物から混入する物がある。
【００２６】以上、述べてきたセラミックス焼結体の表
面に周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化
物，炭酸化物，窒酸化物，ホウ化物及びこれらの相互固
溶体、酸化アルミニウム，酸窒化アルミニウムの中の１
種以上の単層又は２種以上の複層からなる被膜を被覆す
ることは、耐摩耗性を高める効果がより一層顕著になる
ので好ましいことである。このときの被膜の厚さは、形
状や用途により選定するのが好ましく、例えば衝撃力が
殆んど加わらない用途には２〜２０μｍ厚さとし、切削
工具のように熱衝撃や機械的衝撃が加わる用途には０．
５〜１０μｍ厚さとし、切削工具の中でも鋭角な刃先形
状でなる場合には０．５〜５μｍ厚さにすることが好ま
しい。
面に周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化
物，炭酸化物，窒酸化物，ホウ化物及びこれらの相互固
溶体、酸化アルミニウム，酸窒化アルミニウムの中の１
種以上の単層又は２種以上の複層からなる被膜を被覆す
ることは、耐摩耗性を高める効果がより一層顕著になる
ので好ましいことである。このときの被膜の厚さは、形
状や用途により選定するのが好ましく、例えば衝撃力が
殆んど加わらない用途には２〜２０μｍ厚さとし、切削
工具のように熱衝撃や機械的衝撃が加わる用途には０．
５〜１０μｍ厚さとし、切削工具の中でも鋭角な刃先形
状でなる場合には０．５〜５μｍ厚さにすることが好ま
しい。
【００２７】本発明のセラミックス焼結体は、従来の粉
末冶金法、又はさらに従来の化学蒸着法（ＣＶＤ法）又
は物理蒸着法（ＰＶＤ法）を応用して作製することがで
きるが、特に次の本発明の方法で行うと緻密で信頼性に
優れた焼結体が得られることから好ましい。
末冶金法、又はさらに従来の化学蒸着法（ＣＶＤ法）又
は物理蒸着法（ＰＶＤ法）を応用して作製することがで
きるが、特に次の本発明の方法で行うと緻密で信頼性に
優れた焼結体が得られることから好ましい。
【００２８】すなわち、本発明の耐熱亀裂性セラミック
ス焼結体の製造方法は、酸化ハフニウム，酸化ジルコニ
ウム，安定化剤を含む酸化ジルコニウム又は酸化ハフニ
ウム及びこれらの相互固溶体の中の１種以上の粉末と、
ホウ化ジルコニウムの粉末の表面にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆの
炭化物，窒化物，炭酸化物，窒酸化物及びこれらの相互
固溶体の中の１種以上の被膜を被覆してなる複合粉末及
び／又はホウ化ジルコニウムの粉末と、酸化アルミニウ
ムの粉末とからなる混合粉末を作製する第１工程、該混
合粉末を粉末成形体に成形する第２工程、該粉末成形体
を加圧又は無加圧で加熱焼結した後、必要に応じて熱間
静水圧処理を施す第３工程とからなる方法である。
ス焼結体の製造方法は、酸化ハフニウム，酸化ジルコニ
ウム，安定化剤を含む酸化ジルコニウム又は酸化ハフニ
ウム及びこれらの相互固溶体の中の１種以上の粉末と、
ホウ化ジルコニウムの粉末の表面にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆの
炭化物，窒化物，炭酸化物，窒酸化物及びこれらの相互
固溶体の中の１種以上の被膜を被覆してなる複合粉末及
び／又はホウ化ジルコニウムの粉末と、酸化アルミニウ
ムの粉末とからなる混合粉末を作製する第１工程、該混
合粉末を粉末成形体に成形する第２工程、該粉末成形体
を加圧又は無加圧で加熱焼結した後、必要に応じて熱間
静水圧処理を施す第３工程とからなる方法である。
【００２９】本発明のセラミックス焼結体の製造方法に
おける第１工程は、従来から行われている粉末冶金法の
粉末混合法、具体的には、例えばボールミル法，アトラ
イター法でもって湿式混合粉砕して混合粉末を得る方法
である。この第１工程において、複合粉末を用いる場合
には、従来のＣＶＤ法又はＰＶＤ法でもって複合粉末を
作製することができる。
おける第１工程は、従来から行われている粉末冶金法の
粉末混合法、具体的には、例えばボールミル法，アトラ
イター法でもって湿式混合粉砕して混合粉末を得る方法
である。この第１工程において、複合粉末を用いる場合
には、従来のＣＶＤ法又はＰＶＤ法でもって複合粉末を
作製することができる。
【００３０】本発明の製造方法における第２工程は、従
来の粉末冶金法で行われている押出し成形法，金型によ
る加圧成形法，射出成形法，鋳込成形法，遠心力成形法
等により粉末成形体にする方法である。
来の粉末冶金法で行われている押出し成形法，金型によ
る加圧成形法，射出成形法，鋳込成形法，遠心力成形法
等により粉末成形体にする方法である。
【００３１】本発明の製造方法における第３工程は、例
えばＡｒ，Ｎ2等の不活性ガス雰囲気中、１４００℃〜
１８００℃の温度で加圧又は無加圧で焼結するものであ
るが、さらに熱間静水圧処理を施すことは、緻密で信頼
性に優れ、高強度の焼結体が得られることから好まし
い。熱間静水圧処理を行う条件としては、Ａｒ，Ｎ2等
の不活性ガス雰囲気１０００気圧以上の圧力下、１３０
０℃〜１７００℃の温度で処理することが好ましい。
えばＡｒ，Ｎ2等の不活性ガス雰囲気中、１４００℃〜
１８００℃の温度で加圧又は無加圧で焼結するものであ
るが、さらに熱間静水圧処理を施すことは、緻密で信頼
性に優れ、高強度の焼結体が得られることから好まし
い。熱間静水圧処理を行う条件としては、Ａｒ，Ｎ2等
の不活性ガス雰囲気１０００気圧以上の圧力下、１３０
０℃〜１７００℃の温度で処理することが好ましい。
【００３２】本発明のセラミックス焼結体の表面に被膜
を被覆して被覆セラミックス焼結体を得る方法として
は、従来のＣＶＤ法又はＰＶＤ法を用いれば良い。
を被覆して被覆セラミックス焼結体を得る方法として
は、従来のＣＶＤ法又はＰＶＤ法を用いれば良い。
【００３３】
【作用】本発明の耐熱亀裂性セラミックス焼結体は、強
靭化物質が焼結体の強度及び靭性を高める作用をし、ホ
ウ化ジルコニウムが焼結体の破壊抵抗係数及び熱伝導率
を高め、かつ熱膨張係数を低下させる作用をし、その結
果、強靭化物質と共に焼結体の強度及び靭性を高めてお
り、焼結促進物質が焼結時におけるガスの発生の抑制作
用と緻密化促進作用をし、酸化アルミニウムが焼結体の
耐摩耗性の向上作用及び被加工物との耐溶着姓を高める
作用をしているものである。
靭化物質が焼結体の強度及び靭性を高める作用をし、ホ
ウ化ジルコニウムが焼結体の破壊抵抗係数及び熱伝導率
を高め、かつ熱膨張係数を低下させる作用をし、その結
果、強靭化物質と共に焼結体の強度及び靭性を高めてお
り、焼結促進物質が焼結時におけるガスの発生の抑制作
用と緻密化促進作用をし、酸化アルミニウムが焼結体の
耐摩耗性の向上作用及び被加工物との耐溶着姓を高める
作用をしているものである。
【００３４】
【実施例１】出発原料として、平均粒径０．１μｍのＡ
ｌ2Ｏ3，平均粒径０．７μｍのＺｒＢ2，ＴｉＢ2粉末，
ＴａＢ2粉末，ＺｒＣ粉末，ＴｉＣ粉末，ＴｉＮ粉末及
び一次粒子径が３００ÅのＺｒＯ2粉末を用いた。ジル
コニア粉末としては、Ｙ2Ｏ3を含まないもの、又は１〜
３ｍｏｌ％のＹ2Ｏ3を含むものを使い分けた。
ｌ2Ｏ3，平均粒径０．７μｍのＺｒＢ2，ＴｉＢ2粉末，
ＴａＢ2粉末，ＺｒＣ粉末，ＴｉＣ粉末，ＴｉＮ粉末及
び一次粒子径が３００ÅのＺｒＯ2粉末を用いた。ジル
コニア粉末としては、Ｙ2Ｏ3を含まないもの、又は１〜
３ｍｏｌ％のＹ2Ｏ3を含むものを使い分けた。
【００３５】これらを表１の配合組成となるように秤量
し、メタノール溶媒、アルミナボールを用いてボールミ
ルにより４８時間混合粉砕した。乾燥後、混合粉末をカ
ーボンモールドに充填し、Ａｒ気流中、１６００℃で１
時間，２００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でホットプレスするこ
とにより、本発明による焼結体１〜５、及び比較品の焼
結体１〜７を得た。
し、メタノール溶媒、アルミナボールを用いてボールミ
ルにより４８時間混合粉砕した。乾燥後、混合粉末をカ
ーボンモールドに充填し、Ａｒ気流中、１６００℃で１
時間，２００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でホットプレスするこ
とにより、本発明による焼結体１〜５、及び比較品の焼
結体１〜７を得た。
【００３６】得られた焼結体の硬さ、曲げ強さ、破壊靭
性値ΚΙｃを測定するとともに、水中急冷法による熱衝
撃試験を行ない、強度低下の起る臨界急冷温度差ΔΤｃ
を測定した。これらの結果は表２に示すとおりであっ
た。
性値ΚΙｃを測定するとともに、水中急冷法による熱衝
撃試験を行ない、強度低下の起る臨界急冷温度差ΔΤｃ
を測定した。これらの結果は表２に示すとおりであっ
た。
【００３７】さらに、下記（Ａ）及び（Ｂ）条件による
切削試験を行ない、その結果を表２に併記した。
切削試験を行ない、その結果を表２に併記した。
【００３８】（Ａ）湿式による連続旋削試験条件 被削材 Ｓ４８Ｃ 切削速度 ５００ｍ／ｍｉｎ 切込み １．５ｍｍ 送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間 １０ｍｉｎ 切削油 水溶性切削油 チップ形状 ＳＮＧＮ１２０４０８ 評価 平均逃げ面摩耗量 （Ｂ）乾式によるフライス切削試験条件 被削材 ＳＣＭ４４０ 切削速度 ３００ｍ／ｍｉｎ 切込み １．５ｍｍ 初期送り ０．２０ｍｍ／ｒｅｖ チップ形状 ＳＮＧＮ１２０４０８ 評価 チップが欠損に至る最大送り（１Ｐａ
ｓｓで欠損しない場合は、０．０２ｍｍ／ｒｅｖの送り
を増加）
ｓｓで欠損しない場合は、０．０２ｍｍ／ｒｅｖの送り
を増加）
【００３９】
【表１】 ＊Ｙ2Ｏ3は、ＺｒＯ2中に含まれるモル％
【００４０】
【表２】
【００４１】
【実施例２】実施例１で使用したＺｒＢ2粉末の表面
に、ＣＶＤ法により、表３に示す各種の被膜を被覆し
た。これと、実施例１で使用した各種の原料粉末を用
い、表３の組成に配合し、ボールミルによる混合を行な
った。乾燥後、成形助剤としてのパラフィンワックスを
５ｗｔ％添加し、１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で金型による
プレス成形を行なった。脱脂後、大気圧のアルゴン気流
中、１６５０℃で１時間、常圧焼結した。次いで１５０
０気圧のアルゴン雰囲気下、１５５０℃で１時間のＨＩ
Ｐ処理を行なうことにより、本発明による焼結体１０〜
１４を得た。
に、ＣＶＤ法により、表３に示す各種の被膜を被覆し
た。これと、実施例１で使用した各種の原料粉末を用
い、表３の組成に配合し、ボールミルによる混合を行な
った。乾燥後、成形助剤としてのパラフィンワックスを
５ｗｔ％添加し、１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で金型による
プレス成形を行なった。脱脂後、大気圧のアルゴン気流
中、１６５０℃で１時間、常圧焼結した。次いで１５０
０気圧のアルゴン雰囲気下、１５５０℃で１時間のＨＩ
Ｐ処理を行なうことにより、本発明による焼結体１０〜
１４を得た。
【００４２】得られた焼結体の相対密度及び曲げ強さを
測定し、その結果を表３に併記した。
測定し、その結果を表３に併記した。
【００４３】
【表３】
【００４４】
【実施例３】実施例１で得た本発明品１及び実施例２で
得た本発明品１２の焼結体の表面に、ＣＶＤ法により
０．５μｍ厚さのＴｉＮ膜と１．５μｍ厚さのＡｌ2Ｏ3
膜を順次被覆して本発明品１５及び１６を得た。同様
に、本発明品７に０．７μｍのＺｒ（Ｃ，Ｎ）膜と１．
０μｍのＡｌ2Ｏ3膜を被覆して本発明品１７を得た。
得た本発明品１２の焼結体の表面に、ＣＶＤ法により
０．５μｍ厚さのＴｉＮ膜と１．５μｍ厚さのＡｌ2Ｏ3
膜を順次被覆して本発明品１５及び１６を得た。同様
に、本発明品７に０．７μｍのＺｒ（Ｃ，Ｎ）膜と１．
０μｍのＡｌ2Ｏ3膜を被覆して本発明品１７を得た。
【００４５】こうして得た本発明品１５，１６，１７を
用い、実施例１の（Ａ）及び（Ｂ）条件による切削試験
を行ない、その結果を表４に示した。
用い、実施例１の（Ａ）及び（Ｂ）条件による切削試験
を行ない、その結果を表４に示した。
【００４６】
【表４】
【００４７】
【発明の効果】本発明の耐熱亀裂性セラミックス焼結体
は、従来のＡｌ2Ｏ3基焼結体に比べて、破壊靭性値及び
熱亀裂発生の臨界急冷温度差が高く、切削工具として用
いた場合に、約５３〜７１％の摩耗量になるという耐摩
耗性の向上と、送りで０．０８〜０．１２ｍｍ／ｒｅｖ
高めることが可能であるという耐欠損性の向上に効果が
あり、本発明のセラミックス焼結体から外れた比較品に
比べて、切削工具として用いた場合に、耐摩耗性及び耐
欠損性が顕著に優れるという効果がある。
は、従来のＡｌ2Ｏ3基焼結体に比べて、破壊靭性値及び
熱亀裂発生の臨界急冷温度差が高く、切削工具として用
いた場合に、約５３〜７１％の摩耗量になるという耐摩
耗性の向上と、送りで０．０８〜０．１２ｍｍ／ｒｅｖ
高めることが可能であるという耐欠損性の向上に効果が
あり、本発明のセラミックス焼結体から外れた比較品に
比べて、切削工具として用いた場合に、耐摩耗性及び耐
欠損性が顕著に優れるという効果がある。
【００４８】従って、本発明のセラミックス焼結体は、
切削工具は勿論のことスリッター，缶成形用金型に代表
される耐摩耗性工具、ノズル，メカニカルシールに代表
される耐食性を必要とする化学工業用部品等の各種産業
分野に応用できる有用な材料である。
切削工具は勿論のことスリッター，缶成形用金型に代表
される耐摩耗性工具、ノズル，メカニカルシールに代表
される耐食性を必要とする化学工業用部品等の各種産業
分野に応用できる有用な材料である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 武重 竜男 (56)参考文献 特開 昭60−33252（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−75744（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−147884（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−92868（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−310489（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/00 - 35/22 C04B 35/42 - 35/49 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (4)
- 【請求項１】 酸化ハフニウム，安定化剤を含む酸化ハ
フニウムを５〜４０重量％、酸化ジルコニウム，安定化
剤を含む酸化ジルコニウムを２０〜４０重量％及びこれ
らの相互固溶体の中の１種以上の強靱化物質と、ホウ化
ジルコニウム１０〜４０重量％と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの
炭化物，窒化物，炭酸化物，窒酸化物及びこれらの相互
固溶体の中の１種以上の焼結促進物質３０重量％以下
と、残り酸化アルミニウムと不可避不純物からなること
を特徴とする耐熱亀裂性セラミックス焼結体。 - 【請求項２】 上記ホウ化ジルコニウムは、その粒子表
面が上記焼結促進物質の被膜により被覆されていること
を特徴とする請求項１に記載の耐熱亀裂性セラミックス
焼結体。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載のセラミックス焼
結体の表面にＴｉＮ、Ｚｒ（Ｃ，Ｎ）、酸化アルミニウ
ムの中の１種以上の単層又は２種以上の複層として含む
被膜が被覆されていることを特徴とする耐熱亀裂性セラ
ミックス焼結体。 - 【請求項４】 酸化ハフニウム，安定化剤を含む酸化ハ
フニウム，酸化ジルコニウム，安定化剤を含む酸化ジル
コニウム及びこれらの相互固溶体の中の１種以上の粉末
と、ホウ化ジルコニウムの粉末の表面にＴｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆの炭化物，窒化物，炭酸化物，窒酸化物及びこれらの
相互固溶体の中の１種以上の被膜を被覆してなる複合粉
末と、酸化アルミニウムの粉末とからなる混合粉末を作
製する第１工程、該混合粉末を粉末成形体に成形する第
２工程、該粉末成形体を加圧又は無加圧で加熱焼結した
後、必要に応じて熱間静水圧処理を施す第３工程からな
る耐熱亀裂性セラミックス焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24425492A JP3205070B2 (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | 耐熱亀裂性セラミックス焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24425492A JP3205070B2 (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | 耐熱亀裂性セラミックス焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0664968A JPH0664968A (ja) | 1994-03-08 |
| JP3205070B2 true JP3205070B2 (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=17116022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24425492A Expired - Fee Related JP3205070B2 (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | 耐熱亀裂性セラミックス焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3205070B2 (ja) |
-
1992
- 1992-08-20 JP JP24425492A patent/JP3205070B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0664968A (ja) | 1994-03-08 |
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