JP5087339B2 - 快削性セラミックスの製造方法 - Google Patents
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焼結体から3×4×36mmサイズの試験片を切り出し、JIS R 1601の3点曲げ試験で破壊強度を測定し、曲げ強度を求めた。
示差熱膨張方式に基づいて理学社製TMA8141により、焼結体の熱膨張係数を25〜300℃の範囲で測定した。
超硬ドリルでの機械加工性は、素材厚みを500μmまで加工し、直径80μm、長さ800μmの超硬ドリルを用いて貫通孔の加工を施工し、ドリルの折損状況を観察した。実用的な観点から貫通孔を1本のドリルにて500孔開けられるかどうかで、機械加工性の判断をした。
混合工程として、アルミナ:ジルコニア(イットリアを3モル%含む部分安定化ジルコニア)=1:1.14の質量比に混合した材料に、原料粉末全体に対する質量割合で、窒化硼素を37%(比表面積を40m2/g)、焼結助剤(窒化珪素)を3%配合した原料粉末を、ボールミル(内寸 Φ450mm×長さ550mm、アルミナボール約Φ10mm、回転数60rpm)を用いて一晩(8〜12時間)湿式混合後、スプレードライヤ[Φ1500mm×高さ(円錐部含む)2500mm]にて乾燥し、乾燥顆粒を得た。スプレードライヤの運転は、入口温度200℃を決めておいて、出口温度80℃をキープするようにスラリー流量制御により行った。
実施例2の試験条件は、窒化硼素の比表面積を250m2/gにした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が354MPaと実施例1より増加した。また、機械加工性も良好であった。黒鉛製鋳型に劣化は殆ど無く、少なくとも16回目までの繰返し試験が可能であった。
実施例3の試験条件は、混合工程の焼結助剤の配合量を原料粉末全体に対する質量割合で1%にした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が204MPaと実施例1より少々低下したが、機械加工性は良好であった。黒鉛製鋳型に劣化は殆ど無く、少なくとも16回目までの繰返し試験が可能であった。
実施例4の試験条件は、混合工程の焼結助剤の配合量を原料粉末全体に対する質量割合で4%にした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が330MPaと実施例1より増加した。また、機械加工性も良好であった。黒鉛製鋳型に劣化は殆ど無く、少なくとも20回目までの繰返し試験が可能であった。
実施例5の試験条件は、窒化硼素の配合量を原料粉末全体に対する質量割合で60%にした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が210MPaと実施例1より少々低下したが、機械加工性は良好であった。黒鉛製鋳型に劣化は殆ど無く、少なくとも10回目までの繰返し試験が可能であった。
実施例6の試験条件は、加圧焼成のプレス圧を10MPaにした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が222MPaと実施例1より少々低下したが、機械加工性は良好であった。黒鉛製鋳型に劣化は殆ど無く、少なくとも8回目までの繰返し試験が可能であった。
実施例7の試験条件は、加圧焼成のプレス圧を20MPaにした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が370MPaと実施例1より増加した。また、機械加工性も良好であった。黒鉛製鋳型に劣化は殆ど無く、少なくとも20回目までの繰返し試験が可能であった。
実施例8の試験条件は、加圧焼成の焼成温度を1550℃にした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が261MPaと実施例1より少々低下したが、機械加工性は良好であった。黒鉛製鋳型に劣化は殆ど無く、少なくとも20回目までの繰返し試験が可能であった。
実施例9の試験条件は、加圧焼成の焼成温度を1700℃にした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が211MPaと実施例1より少々低下したが、機械加工性は良好であった。黒鉛製鋳型に劣化は殆ど無く、少なくとも8回目までの繰返し試験が可能であった。
実施例10の試験条件は、ジルコニアを単独成分のジルコニア(イットリア等の安定剤を含まず)にした以外、即ちジルコニアの銘柄をイットリアを含有しないジルコニア純品に変えた以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度も機械加工性も実施例1と同じ程度であり、ジルコニアにイットリアが含有されていなくても、性能は部分安定化ジルコニアの場合とほぼ同じであった。黒鉛製鋳型に劣化は殆ど無く、少なくとも20回目までの繰返し試験が可能であった。
比較例1の試験条件は、混合工程の焼結助剤の配合量を原料粉末全体に対する質量割合で5%にした以外は実施例1と同じである。試験の結果、固結のため試験片作製不能となった。また、黒鉛製鋳型は、二回目以降の繰返し試験に使用不能になった。
比較例2の試験条件は、窒化硼素の比表面積を10m2/gにした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が125MPaと本発明の目的とする物性の下限値200MPaより低下した。なお、機械加工性は良好であった。
比較例3の試験条件は、加圧焼成のプレス圧を8MPaにした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が97MPaと本発明の目的とする物性の下限値200MPaより低下した。なお、機械加工性は良好であった。
比較例4の試験条件は、加圧焼成のプレス圧を22MPaにした以外は実施例1と同じである。試験の結果、プレス圧が上限値20MPaを超えているため、黒鉛製鋳型が劣化し、四回目以降の繰返し試験は不能であった。
比較例5の試験条件は、加圧焼成の焼成温度を1500℃にした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が180MPaと本発明の目的とする物性の下限値200MPaより低下した。なお、機械加工性は良好であった。
比較例6の試験条件は、加圧焼成の焼成温度を1750℃にした以外は実施例1と同じである。試験の結果、固結のため試験片作製不能となった。
比較例7の試験条件は、窒化硼素の配合量を原料粉末全体に対する質量割合で15%にした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度は490MPaと実施例1より増加したが、ドリルによる機械加工性は不良であった。熱膨張率も本発明の目的とする物性の上限値より増加した。
比較例8の試験条件は、窒化硼素の配合量を原料粉末全体に対する質量割合で20%にした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度は490MPaと実施例1より増加した。しかし、ドリルぶれにより入り口穴径が拡大し、機械加工性は不良であった。熱膨張率も本発明の目的とする物性の上限値より増加した。なお、黒鉛製鋳型に劣化は殆ど無く、少なくとも2回目までの繰返し試験が可能であった。
比較例9の試験条件は、窒化硼素の配合量を原料粉末全体に対する質量割合で65%にした以外は実施例1と同じである。試験の結果、強度が150MPaと本発明の目的とする物性の下限値200MPaより低下した。熱膨張率も本発明の目的とする物性の下限値より低下した。
Claims (3)
- アルミナとジルコニアと窒化硼素と焼結助剤とを含む原料粉末であって、アルミナとジルコニアとの質量比が1:0.7〜1:2.3であり、窒化硼素が比表面積15m2/g以上の六方晶系窒化硼素で、その原料粉末全体に対する配合割合が35〜62質量%であり、焼結助剤の原料粉末全体に対する配合割合が0.5〜4.5質量%である原料粉末を不活性雰囲気中、プレス圧9〜21MPa、焼成温度1530〜1720℃で加圧焼成することを特徴とする快削性セラミックスの製造方法。
- 快削性セラミックスの3点曲げ強度が200〜400MPaである請求項1に記載の快削性セラミックスの製造方法。
- 焼結助剤が窒化珪素である請求項1に記載の快削性セラミックスの製造方法。
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