JP4383225B2 - セラミックス焼結体、切削インサート、切削工具およびその製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、セラミックス焼結体、切削インサートおよび切削工具に関し、さらに詳しくは、高い硬度と優れた靭性とを有するセラミックス焼結体、このセラミックス焼結体により形成されて成る切削インサートおよびこの切削インサートを備えて成る切削工具に関する。
耐磨耗性材料、耐衝撃性材料などとして有用であるセラミックスは、その特性により、切削工具、研磨工具、研削工具などに広く使用されている。このようなセラミックスの中でも、Ａｌ２Ｏ３にＴｉＣを分散させたセラミックスは、高い硬度を有し、しかも窒化珪素系のセラミックスと比較して鉄との親和性が低く、化学的安定性が高いことから、優れた耐摩耗性を有する材料として有用である。このため、従来より、鋼または鋳鉄などの高速仕上げ加工用切削工具として実用化されている。しかしながら、粗加工または断続加工に対しては、耐欠損性が不足していて、広く普及するには、いまだその実用性能が不十分であった。
近年、鋼または鋳鉄などの加工に当って、コスト低減の要求はますます高まってきており、例えば、従来は２工程により行っていた粗加工と仕上げ加工とを１工程により行うこと、部品点数を可能な限り削減しようとすることから部品が複雑な形状となり、断続加工を余儀なくされることなどにより、耐磨耗性を維持しつつ耐欠損性を向上させることのでる切削工具の開発が急務となっている。
ところで、前記粗加工または断続加工においては、強大な衝撃力がかかるため、工具には高い硬度と優れた靭性とが必要とされる。そこで、これまでに、Ａｌ２Ｏ３粒子内に粒径が０．３μｍという微細な炭窒化Ｔｉ粒子を複合化させ、硬度と靭性とを向上させることを企図したセラミックスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、Ａｌ２Ｏ３粒子内にＴｉＣを分散させ、かつ優れた靭性を付与することのできるＺｒＯ２を複合化したセラミックスも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
この発明は、このような従来の問題を解消し、高い硬度を維持しつつ高い強度と優れた靭性とを有するセラミックス焼結体、このセラミックス焼結体により形成されて成る切削インサート、この切削インサートを備えて成る切削工具およびその製造方法を提供することをその課題とする。
本発明者は、前記課題を解決するために、Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２を含むセラミックス焼結体におけるＡｌ２Ｏ３および正方晶ＺｒＯ２の特定面のＸ線回折法によるピーク強度について種々検討を重ねた結果、正方晶ＺｒＯ２のピーク強度比を一定範囲にすることによって、前記課題を解決することができるということを見出し、この知見に基づいてこの発明を完成するに到った。
すなわち、この発明の前記課題を解決するための第１の手段は、
（１）Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２を含むセラミックス焼結体であって、Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物相中にＺｒＯ ２ が存在する相構成を有し、Ｘ線回折法により測定された、前記Ａｌ２Ｏ３の（１１３）面のピーク強度をαとし、前記ＺｒＯ２における正方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のピーク強度をβとしたとき、［β／（α＋β）］が０．０５〜０．７０であり、
ＺｒとＴｉとは前記Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物中の質量比［Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）］が０．０５〜０．３０であり、前記Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物はそのＣの量が、質量比［Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）］で０．１０〜０．５であることを特徴とするセラミックス焼結体である。
（１）Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２を含むセラミックス焼結体であって、Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物相中にＺｒＯ ２ が存在する相構成を有し、Ｘ線回折法により測定された、前記Ａｌ２Ｏ３の（１１３）面のピーク強度をαとし、前記ＺｒＯ２における正方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のピーク強度をβとしたとき、［β／（α＋β）］が０．０５〜０．７０であり、
ＺｒとＴｉとは前記Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物中の質量比［Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）］が０．０５〜０．３０であり、前記Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物はそのＣの量が、質量比［Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）］で０．１０〜０．５であることを特徴とするセラミックス焼結体である。
この発明の前記第１の手段における好ましい態様としては、下記（イ）〜（ホ）のセラミックス焼結体を挙げることができる。
（イ）１０〜５０質量％のＡｌ元素を含むセラミックス焼結体。
（ロ）前記Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径が、大きくとも２．０μｍであるセラミックス焼結体。
（ハ）室温におけるビッカース硬度が、小さくとも１８ＧＰａであるセラミックス焼結体。
（ニ）原料粉末として炭化ジルコニウムを使用することを特徴とするセラミックス焼結体。
（ホ）原料を不活性ガス中で１７００〜１８００℃で１〜５時間加熱処理する一次焼結処理と、１００〜１５０ＭＰａの不活性ガス中で１５００〜１６００℃で０．５〜１時間加熱処理する二次焼結処理とにより形成されることを特徴とするセラミックス焼結体。
（イ）１０〜５０質量％のＡｌ元素を含むセラミックス焼結体。
（ロ）前記Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径が、大きくとも２．０μｍであるセラミックス焼結体。
（ハ）室温におけるビッカース硬度が、小さくとも１８ＧＰａであるセラミックス焼結体。
（ニ）原料粉末として炭化ジルコニウムを使用することを特徴とするセラミックス焼結体。
（ホ）原料を不活性ガス中で１７００〜１８００℃で１〜５時間加熱処理する一次焼結処理と、１００〜１５０ＭＰａの不活性ガス中で１５００〜１６００℃で０．５〜１時間加熱処理する二次焼結処理とにより形成されることを特徴とするセラミックス焼結体。
また、この発明の前記課題を解決するための第２の手段は、
（２）前記第１の手段であるセラミックス焼結体により形成されて成ることを特徴とする切削インサートである。
（２）前記第１の手段であるセラミックス焼結体により形成されて成ることを特徴とする切削インサートである。
さらに、この発明の前記課題を解決するための第３の手段は、
（３）ホルダーに前記第２の手段である切削インサートを備えて成ることを特徴とする切削工具である。
さらに、この発明の前記課題を解決するための第４の手段は、
（４）バインダーを使用することなく、窒化チタン、炭化チタン、炭化ジルコニウム、酸化アルミニウム、及び焼結助剤を配合してなる成形体を不活性ガス中で１７００〜１８００℃で加熱処理する一次焼結処理と、１００〜１５０ＭＰａの不活性ガス中で１４００〜１６００℃で加熱処理する二次焼結処理とにより形成され、
Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２を含み、Ｘ線回折法により測定された、前記Ａｌ２Ｏ３の（１１３）面のピーク強度をαとし、前記ＺｒＯ２における正方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のピーク強度をβとしたとき、［β／（α＋β）］が０．０５〜０．７０であることを特徴とするセラミックス焼結体の製造方法である。
（３）ホルダーに前記第２の手段である切削インサートを備えて成ることを特徴とする切削工具である。
さらに、この発明の前記課題を解決するための第４の手段は、
（４）バインダーを使用することなく、窒化チタン、炭化チタン、炭化ジルコニウム、酸化アルミニウム、及び焼結助剤を配合してなる成形体を不活性ガス中で１７００〜１８００℃で加熱処理する一次焼結処理と、１００〜１５０ＭＰａの不活性ガス中で１４００〜１６００℃で加熱処理する二次焼結処理とにより形成され、
Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２を含み、Ｘ線回折法により測定された、前記Ａｌ２Ｏ３の（１１３）面のピーク強度をαとし、前記ＺｒＯ２における正方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のピーク強度をβとしたとき、［β／（α＋β）］が０．０５〜０．７０であることを特徴とするセラミックス焼結体の製造方法である。
この発明によれば、Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物およびＡｌ２Ｏ３を含むセラミックス焼結体中に、本来は、低い硬度を有する相ではあるが、優れた靭性を有するＺｒＯ２を複合化させると共に、Ｘ線回折法により測定された、前記Ａｌ２Ｏ３の（１１３）面のピーク強度をαとし、前記ＺｒＯ２における正方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のピーク強度をβとしたとき、［β／（α＋β）］を０．０５〜０．７０とすることによって、高い硬度を維持しつつ高い強度と優れた靭性とを有するセラミックス焼結体とすることができる。
したがって、このセラミックス焼結体を耐磨耗性部材、耐衝撃性部材または摺動部材などとして用いた場合、その性能が長期間に亘って発揮され、特に、このセラミックス焼結体により形成されて成る切削インサートおよびこの切削インサートを備えて成る切削工具としてきわめて有用である。
（１）この発明のセラミックス焼結体は、Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２を含み、前記ＺｒＯ２はＺｒを固溶させたＴｉの炭窒化物（この炭窒化物をＴｉ１−ｘＺｒｘＣ１−ｙＮｙと示すことができる。ただしｘはＴｉとＺｒとの合計モル（原子）数を１とした場合のジルコニウムのモル数であり、ｙはＣとＮとの合計モル（原子）数を１とした場合の窒素原子のモル数である。）中に生成している。前記Ｔｉ １−ｘ Ｚｒ ｘ Ｃ １−ｙ Ｎ ｙ は高強度を有し、そのＴｉ １−ｘ Ｚｒ ｘ Ｃ １−ｙ Ｎ ｙ 相中に高靭性のＺｒＯ２が存在するという特異な相構成を有するので、この発明に係るセラミックス焼結体は高強度及び高靭性を発揮することができる。もっとも、このセラミックス焼結体は、Ｘ線回折法により測定されたＡｌ２Ｏ３の（１１３）面のピーク強度をαとし、前記ＺｒＯ２における正方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のピーク強度βの比率［α／（α＋β）］が０．０５〜０．７、好ましくは０．１〜０．６である。ピーク強度の比率を決定するにあたり、ピーク強度として、前記Ａｌ２Ｏ３の（１１３）面及び前記正方晶ＺｒＯ２の（１１１）面を選択した理由は、いずれも各成分の最大ピークであるために、精度良く測定することができるからである。前記（β／α＋β）は、この発明のセラミックス焼結体を製造するに際し、使用する焼結助剤の添加により調節することができる。
なお、結晶相の同定はＸ線回折ピークデータＩＣＤＤカードのデータとをコンピュータにより比較することにより可能である。
また、前記比率が０．０５未満であると、正方晶ＺｒＯ２の含有量が少な過ぎて高靭性のセラミックス焼結体を得ることができず、また、前記比率が０．７よりも大きいとＺｒを固溶させたＴｉの炭窒化物の含有量が相対的に少なくなって高強度のセラミックス焼結体を得ることができない。また、この発明のセラミックス焼結体においては、前記ＺｒＯ２の結晶形態が正方晶であることは言うまでもなく好ましいのであり、この発明の目的を阻害しない範囲で立方晶が混在していても構わない。
また、このセラミック焼結体がより一層充分な高強度及び高靭性を発揮するようにするには、セラミックス焼結体におけるＺｒ及びＴｉの量比［Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）］が０．０５〜０．３０であり、好ましくは０．０５〜０．２であることが望ましい。前記Ｚｒ及びＴｉの量比が０．０５よりも小さいときには、セラミック焼結体における前記ＺｒＯ２の含有量が相対的に少なく成りすぎて高い靭性のセラミック焼結体とならないことがあり、前記Ｚｒ及びＴｉの量比が０．３０よりも多いと、セラミック焼結体におけるＺｒを固溶させたＴｉの炭窒化物の含有量が少なく成りすぎて強度の大きなセラミック焼結体とならないことがある。Ｚｒ及びＴｉの量比は、透過型電子顕微鏡（以下において、「ＴＥＭ」と称することがある。）により観察されるＴｉＺｒＣＮ相のエネルギー分散分析（以下において、ＥＤＳと称することがある。）により容易に決定することができる。
セラミック焼結体における前記Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物は、結晶格子中におけるＴｉがＺｒと一部置き換えられた構造と考えられ、また、結晶格子中における炭素が窒素と一部置き換えられた構造であると考えられる。前記炭窒化物においては炭素及び窒素の含有比率については特に制限なくこの発明の目的を達成することができるものの、炭窒化物における炭素と窒素との好ましい質量比［Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）］は０．１０〜０．５０であり、更に好ましい前記質量比は０．２〜０．４５である。前記質量比が０．１０未満であると、換言すると炭素原子の含有量が小さいと、このセラミックス焼結体を製造する際に、原料として共存するアルミナが異常粒成長してセラミックス焼結体の硬度及び強度が向上しないことがあり、前記質量比が０．５０を超えると、ＺｒＯ２が満足に形成されることがなくて靭性の向上しないセラミックス焼結体が得られることがある。
この発明に係るセラミックス焼結体における、Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物中にＺｒＯ２が生成しているという特異な組織は、後述するこのセラミックス焼結体の製造方法における原料としてのＡｌ元素の存在に大きく依存するものと推定されるのであり、したがって、この発明に係るセラミック焼結体においてはその組織におけるＡｌ元素の好適な含有量が存在する。すなわち、この発明におけるセラミックス焼結体におけるＡｌ元素の含有量は、１０〜５０質量％、特に２０〜４５質量％であるのが、好ましい。Ａｌ元素の含有量が１０質量％よりも少ない場合には、ＺｒＯ２の含有量が少なくなって高靭性を有するセラミックス焼結体とならない場合があり、Ａｌ元素の含有量が５０質量％よりも多すぎると高強度のセラミックス焼結体にならない場合がある。Ａｌ元素の含有量が前記範囲内にあると、焼結時におけるＡｌ２Ｏ３粒子の成長を抑制して均一な粒子とし、したがって粗大粒子やマイクロポア等の材料欠陥を形成させることなく微細で均一なセラミックス組織とすることができる。なお、セラミックス焼結体に含まれるＡｌ元素の含有量は、セラミックス焼結体を形成するために使用されるＡｌ２Ｏ３の配合量と実質的に同じである。
セラミックス焼結体における微細で均一なセラミックス組織においては、Ａｌ２Ｏ３粒子の大きさにつき好適な範囲がある。通常、このセラミックス焼結体におけるＡｌ２Ｏ３粒子の平均粒径は大きくとも２μｍであり、特に０．５〜１．５μｍが好ましい。Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径が２μｍを超えると、セラミックス焼結体の組織に材料欠陥を生じることがある。
かくしてこの発明に係るセラミックス焼結体は、高強度及び高靭性である。このセラミックス焼結体を切削インサートに使用する場合には、このセラミックス焼結体自体の硬度は、ビッカース硬度で、通常、少なくとも１８ＧＰａであり、高ければ高いほどよい。硬度が前記値を有するセラミックス焼結体は、特に焼き入れされた硬度の大きな鋼材料を切削するのに好適な、耐摩耗性の良好な切削インサートとして利用することができ、したがってこのセラミックス焼結体を利用した切削工具とすることができる。
この発明に係るセラミックス焼結体は、以下のようにして製造することができる。
セラミックス焼結体を製造する原料粉末としては、窒化チタン、炭化チタン、炭化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び焼結助剤を挙げることができる。これら原料粉末の平均粒径としては、大きくても２μｍであり、特に０．１〜１．０μｍであることが好ましい。原料粉末の平均粒径が２μｍを超えると、本発明の目的を達成することができず、たとえば強度低下といった不都合が生じる。
前記焼結助剤としては、セラミックス焼結体の焼結に使用される一般的な焼結助剤を挙げることができ、例えば酸化マグネシウム、及び酸化カルシウム等の第２族Ａに属するアルカリ土類金属の酸化物、並びに希土類元素の酸化物等を具体例として挙げることができる。この発明における焼結助剤として、これらの中でも希土類元素の酸化物が好ましく、特にランタノイド元素の酸化物が好ましく、さらには、Ｙ２Ｏ３、及びＤｙ２Ｏ３等が好ましい。
この発明に係るセラミックス焼結体の製造においては、前記原料粉末を所定の割合で混合することが望ましい。前記各原料粉末の配合量範囲として、窒化チタン、炭化チタン、炭化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び焼結助剤の合計量に対して、窒化チタンは１０〜４０質量部、好ましくは１５〜３５質量部、炭化チタンは５〜４０質量部、好ましくは１０〜３０質量部、炭化ジルコニウムは５〜４０質量部、好ましくは５〜３０質量部、及び酸化アルミニウムは３０〜７０質量部、好ましくは４０〜６０質量部の範囲から選ぶことができる。
好適な原料粉末の配合比は、原則的には、この発明に係るセラミックス焼結体における元素比になるように決定される。原料粉末を焼結してセラミックス焼結体を製造する場合、原料粉末中の元素比とセラミックス焼結体中の元素比とが焼結にもかかわらず殆ど変わらないので、好適な原料粉末の配合比として、Ｚｒ及びＴｉの量比［Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）］が０．０５〜０．３０であり、好ましくは０．０５〜０．２であり、かつ炭素と窒素との質量比［Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）］が０．１０〜０．５０であり、好ましくは０．２〜０．５であるように、適宜に決定される。
この発明のセラミックス焼結体の製造においては、まず、前記原料粉末を配合し、この配合物を成形して成形体を得る。成形方法としては、例えば、加圧成形法、射出成形法、押出成形法などを挙げることができ、この中でも、加圧成形法が好ましい。次いで、この成形体を０．１〜１ＭＰａ下のＨｅ、Ｎｅ、Ａｒなどの不活性ガス中で１７００〜１８００℃に、０．５〜５時間、加熱処理し（この加熱処理を「一次焼結処理」と称することがある。）、さらに１００〜１５０ＭＰａの前記不活性ガス中で１４００〜１６００℃に、通常は０．５〜３時間、加熱処理することにより（この加熱処理を「二次焼結処理」と称することがある。）製造することができる。
この発明において注目されるべきことは、この発明に係るセラミックス焼結体が前記一次焼結処理と前記二次焼結処理とからなる二段焼結により好適に製造されることができることである。前記一次焼結処理をすると、一次焼結体には酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）が形成されていず、又は形成されているにしてもわずかであり、Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物相が形成される。そして前記二次焼結をすると、焼結助剤及び酸化アルミニウム中の酸素が、チタンとジルコニウムとの炭窒化物相中のジルコニウムと反応することにより、正方晶及び／又は立方晶の酸化ジルコニウムが形成されると推察される。この発明に係るセラミックス焼結体においては、Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物相は、事実上は、複合化したＡｌ２Ｏ３相との界面に薄い酸化物相として形成されているものと推測される。
（２）この発明の切削インサートは、前記（１）のセラミックス焼結体により形成されて成る。
（２）この発明の切削インサートは、前記（１）のセラミックス焼結体により形成されて成る。
この発明の切削インサートの形状に制限はないが、例えば、図１に示す略直方体形状である切削インサート１を挙げることができる。この切削インサート１が、前記（１）のセラミックス焼結体により形成されていて、逃げ面２とすくい面３とを有している。切削インサート１は、前記（１）のセラミックス焼結体を研磨加工して作製する。
（３）また、この発明の切削工具は、前記（２）の切削インサートを備えて成る。
（３）また、この発明の切削工具は、前記（２）の切削インサートを備えて成る。
この発明の切削工具の形状にも制限はないが、例えば、図２に示す切削工具４を挙げることができる。この切削工具４は、前記切削インサート１を備えると共に、この切削インサート１を支持するホルダー５とを備えて成っている。ホルダー５は、切削インサート１を支持できる構造を有していればよく、その構造に特に制限はない。ホルダー５は、通常、合金鋼等から形成されている。
この発明の切削インサートは、高い硬度を維持しつつ高い強度と優れた靭性とを有するセラミックス焼結体から形成されていることから、この切削インサート備えて成る切削工具は、耐磨耗性および耐衝撃性に富み、その性能が長期間に亘って発揮される。
以下、実施例を挙げてこの発明をさらに具体的に説明するが、これら実施例によって、この発明はなんら限定されることはない。
（実施例１〜１１および比較例１〜４）
平均粒径０．５μｍのＡｌ２Ｏ３、平均粒径１．０μｍのＴｉＣ、平均粒径１．０μｍのＴｉＮ、平均粒径１．０μｍのＺｒＣおよび表１に示す焼結助剤を表１に示す組成となるよう、ボールミルにより混合した。得られた混合物を金型プレス成形して、焼結後に研磨して国際標準化機構（ＩＳＯ）に準拠するＩＳＯ１８３２に示すスローアウェイチップの形状をした成形体を製造した。次いで、この成形体を０．１ＭＰａのＡｒ雰囲気中、１８００℃で１時間、熱処理し、さらに、１００ＭＰａのＡｒ雰囲気中、１５００℃で１時間、ＨＩＰ処理して、セラミックス焼結体を得た。
平均粒径０．５μｍのＡｌ２Ｏ３、平均粒径１．０μｍのＴｉＣ、平均粒径１．０μｍのＴｉＮ、平均粒径１．０μｍのＺｒＣおよび表１に示す焼結助剤を表１に示す組成となるよう、ボールミルにより混合した。得られた混合物を金型プレス成形して、焼結後に研磨して国際標準化機構（ＩＳＯ）に準拠するＩＳＯ１８３２に示すスローアウェイチップの形状をした成形体を製造した。次いで、この成形体を０．１ＭＰａのＡｒ雰囲気中、１８００℃で１時間、熱処理し、さらに、１００ＭＰａのＡｒ雰囲気中、１５００℃で１時間、ＨＩＰ処理して、セラミックス焼結体を得た。
表１中の項目は、以下のとおりである。
正方晶ＺｒＯ２相のピーク強度比：（β／α＋β）
Ｚｒ／Ｚｒ＋Ｔｉ：セラミックス焼結体中の質量比
Ｃ／Ｃ＋Ｎ：炭窒化物相中の質量比
Ａｌ：セラミックス焼結体中の質量％
焼結助剤：セラミックス焼結体中の質量％
なお、（β／α＋β）は、Ｘ線回折装置による測定から算出した。また、ＺｒおよびＴｉの量は、蛍光Ｘ線分析装置により、Ｃの量は、軽元素分析装置により、Ｎの量は、軽元素分析装置により測定した。
Ｚｒ／Ｚｒ＋Ｔｉ：セラミックス焼結体中の質量比
Ｃ／Ｃ＋Ｎ：炭窒化物相中の質量比
Ａｌ：セラミックス焼結体中の質量％
焼結助剤：セラミックス焼結体中の質量％
なお、（β／α＋β）は、Ｘ線回折装置による測定から算出した。また、ＺｒおよびＴｉの量は、蛍光Ｘ線分析装置により、Ｃの量は、軽元素分析装置により、Ｎの量は、軽元素分析装置により測定した。
実施例１〜１１および比較例１〜４により得られたセラミックス焼結体について、性能評価を行った。結果を表２に示す。
評価方法は、以下のとおりである。
〔Ａｌ２Ｏ３相を形成するＡｌ２Ｏ３粒子の粒径〕
セラミックス焼結体を鏡面研磨し、サーマルエッチングを行った後に、走査型電子顕微鏡観察を行い、画像解析ソフト（三谷商事社製ＷｉｎＲＯＯＦ）により算出した。
〔ビッカース硬度〕
ＪＩＳ Ｚ ２２４４により測定した。
〔曲げ強度〕
ＪＩＳ Ｒ １６０１に定められた３点曲げにより測定した。
〔破壊靭性値〕
ＪＩＳ Ｒ １６０７に定められたＩＦ法により、荷重９．８Ｎで測定した。
〔Ａｌ２Ｏ３相を形成するＡｌ２Ｏ３粒子の粒径〕
セラミックス焼結体を鏡面研磨し、サーマルエッチングを行った後に、走査型電子顕微鏡観察を行い、画像解析ソフト（三谷商事社製ＷｉｎＲＯＯＦ）により算出した。
〔ビッカース硬度〕
ＪＩＳ Ｚ ２２４４により測定した。
〔曲げ強度〕
ＪＩＳ Ｒ １６０１に定められた３点曲げにより測定した。
〔破壊靭性値〕
ＪＩＳ Ｒ １６０７に定められたＩＦ法により、荷重９．８Ｎで測定した。
表２に示す結果から、（β／α＋β）が０．０５〜０．３０にあることにより、得られたセラミックス焼結体は、高いビッカース硬度を維持している上に、高い曲げ強度と優れた破壊靭性値とを有していることが分る。
（実施例１２〜２２および比較例５〜８）
実施例１〜１１および比較例１〜４により得られたセラミックス焼結体を用い、図１に示す切削インサート（大きさ：ＩＳＯ１８３２に準拠する。）を作製し、この切削インサートを備えた図２に示す切削工具（ホルダーの材料：合金鋼、ホルダーの大きさ：ＩＳＯ５６１０に準拠する。）を作製した。
実施例１〜１１および比較例１〜４により得られたセラミックス焼結体を用い、図１に示す切削インサート（大きさ：ＩＳＯ１８３２に準拠する。）を作製し、この切削インサートを備えた図２に示す切削工具（ホルダーの材料：合金鋼、ホルダーの大きさ：ＩＳＯ５６１０に準拠する。）を作製した。
実施例１２〜２２および比較例５〜８により作製された切削工具について、その切削性能評価を行った。結果を表３に示す。
切削性能（切削距離ｍ）は、切削インサートが欠損するまでの切削距離である。
なお、切削性能を評価するための切削試験の条件は、以下のとおりとした。
速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、ｄ＝０．２ｍｍ、ＤＲＹ
被切削材：焼き入れ鋼（ＳＣＭ４２０／ＨＲＣ６０）
チップ形状：ＳＮＧＮ１２０４０８
刃先処理：０．１５ｍｍ×２５°
表３に示す結果から、実施例１〜１１により得られたセラミックス焼結体を用いて作製された切削インサートを備えた切削工具は、前記切削試験における切削距離がきわめて長く、耐磨耗性および耐衝撃性に富んだ切削工具であることが分る。
被切削材：焼き入れ鋼（ＳＣＭ４２０／ＨＲＣ６０）
チップ形状：ＳＮＧＮ１２０４０８
刃先処理：０．１５ｍｍ×２５°
表３に示す結果から、実施例１〜１１により得られたセラミックス焼結体を用いて作製された切削インサートを備えた切削工具は、前記切削試験における切削距離がきわめて長く、耐磨耗性および耐衝撃性に富んだ切削工具であることが分る。
１ 切削インサート
２ 逃げ面
３ すくい面
４ 切削工具
５ ホルダー
２ 逃げ面
３ すくい面
４ 切削工具
５ ホルダー
Claims (9)
- Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２を含むセラミックス焼結体であって、
Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物相中にＺｒＯ ２ が存在する相構成を有し、
Ｘ線回折法により測定された、前記Ａｌ２Ｏ３の（１１３）面のピーク強度をαとし、前記ＺｒＯ２における正方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のピーク強度をβとしたとき、［β／（α＋β）］が０．０５〜０．７０であり、
ＺｒとＴｉとは前記Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物中の質量比［Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）］が０．０５〜０．３０であり、
前記Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物はそのＣの量が、質量比［Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）］で０．１０〜０．５であることを特徴とするセラミックス焼結体。 - １０〜５０質量％のＡｌ元素を含む請求項１に記載のセラミックス焼結体。
- 前記Ａｌ２Ｏ３の平均粒径が、大きくとも２．０μｍである請求項１または２に記載のセラミックス焼結体。
- 室温におけるビッカース硬度が、小さくとも１８ＧＰａである請求項１〜３のいずれか一項に記載のセラミックス焼結体。
- 原料粉末として炭化ジルコニウムを使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のセラミックス焼結体。
- 原料を不活性ガス中で１７００〜１８００℃で１〜５時間加熱処理する一次焼結処理と、１００〜１５０ＭＰａの不活性ガス中で１５００〜１６００℃で０．５〜１時間加熱処理する二次焼結処理とにより形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のセラミックス焼結体。
- 請求項１〜６のいずれか一項に記載のセラミックス焼結体により形成されて成ることを特徴とする切削インサート。
- ホルダーに請求項７に記載の切削インサートを備えて成ることを特徴とする切削工具。
- バインダーを使用することなく、窒化チタン、炭化チタン、炭化ジルコニウム、酸化アルミニウム、及び焼結助剤を配合してなる成形体を不活性ガス中で１７００〜１８００℃で加熱処理する一次焼結処理と、１００〜１５０ＭＰａの不活性ガス中で１４００〜１６００℃で加熱処理する二次焼結処理とにより形成され、
Ｚｒを固溶させたＴｉの炭窒化物、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２を含み、Ｘ線回折法により測定された、前記Ａｌ２Ｏ３の（１１３）面のピーク強度をαとし、前記ＺｒＯ２における正方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のピーク強度をβとしたとき、［β／（α＋β）］が０．０５〜０．７０であることを特徴とするセラミックス焼結体の製造方法。
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