JP6283985B2 - 焼結体 - Google Patents
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Description
Rc=Ic(311)/(Ic(311)+Iα(201)+Iβ(200))×100 …(I)
Si6−ZAlZOZN8−Z(Zは0を超え、4.2以下の数値)の化学式で示されるβ型サイアロンは、SiO2、Al2O3と炭素を出発原料として、一般的な大気圧の窒素雰囲気下での炭素還元窒化法を用いて合成することができる。また、下記の(II)式で示される、大気圧以上の窒素雰囲気下での金属シリコンの窒化反応を応用した高温窒化合成法を用いることによっても、β型サイアロンの粉末を得ることができる。
3(2−0.5Z)Si+ZAl+0.5ZSiO2+(4−0.5Z)N2
→Si6−ZAlZOZN8−Z ・・・(II)
cBN粉末の表面に、Ti、Zr、CrおよびAlからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の、窒化物、炭窒化物のいずれか少なくとも1種の化合物を被覆することにより、第2硬質相粉末を得ることができる。cBN粉末の表面に前記化合物を被覆するにあたっては、PVD(Physical Vapor Deposition、物理気相成長)法やボールミル法、ゾル−ゲル法などの手法を用いることができる。
上記のようにして作製した第1硬質相粉末と第2硬質相粉末に、Ti、Zr、Al、NiおよびCoからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、および/または前記元素の窒化物、炭化物、酸化物、炭窒化物およびそれらの固溶体のいずれか少なくとも1種の結合材粉末を添加して混合する。前記結合材粉末としては、例えば平均粒径0.01〜1μmのAl、Ni、Coなどの金属元素粉末、平均粒径0.1〜20μmのTiAlなどの金属間化合物粉末、平均粒径0.05〜2μmのTiN、ZrN、TiCN、TiAlN、Ti2AlN、Al2O3などの化合物粉末が好適に用いられる。前記結合材粉末は、第1硬質相粉末、第2硬質相粉末および結合材粉末の合計に対して10〜40体積%添加することが好ましい。結合材粉末の添加量が10体積%未満であると、焼結体の破壊靭性が低下し、切削工具として用いた場合に工具の刃先が欠損し易くなることがある。一方、前記添加量が40体積%を超えると、焼結体の硬度が低下し、切削工具として用いた場合に耐摩耗性が不足することがある。
前記混合粉末を油圧プレスなどを用いて成形した後、ベルト型超高圧プレス装置などの高圧発生装置を用いて、3〜7GPaの圧力下、1200〜1800℃の温度域で焼結する。焼結に先立って混合粉末の成形体を予備焼結し、ある程度緻密化させたものを焼結することも可能である。また、パルス通電焼結(SPS、Spark Plasma Sintering)装置を用いて、30〜200MPaの圧力下、1200〜1600℃の温度域に保持することによっても焼結することができる。
第1硬質相粉末を作製するため、組成がZ=2のβ型サイアロン粉末(Zibo Hengshi Technology Development Co.,Ltd製、品名:Z−2)500gと、ヒートシンクとして作用する銅粉末9500gを混合し、前記混合物を鋼管に封入した後、温度1900℃、衝撃圧力40GPaとなるように設定した量の爆薬を用いて衝撃圧縮することにより、立方晶型サイアロンを合成した。衝撃圧縮後鋼管内の混合粉末を取り出し、酸洗浄により銅粉を除去して合成粉末を得た。X線回折装置(パナリティカル製X’Pert Powder、Cu−Kα線、2θ−θ法、電圧×電流:45kV×40A、測定範囲:2θ=10〜80°、スキャンステップ:0.03°、スキャン速度:1ステップ/秒)を用いて、前記合成粉末を分析したところ、立方晶型サイアロン(JCPDSカード:01−074−3494)とβ型サイアロン(JCPDSカード:01−077−0755)が同定された。前記合成粉末のX線回折パターンから、立方晶型サイアロンのメインピークである(311)面のピーク強度Ic(311)と、β型サイアロンのメインピークである(200)面のピーク強度Iβ(200)を求め、(I)式からRcを算出した結果、Rcは95%であった。
・被削材:インコネル718(溶態化・時効硬化処理材、ロックウェル硬度HRC=45相当品)
・工具形状:CNGA120412(ISO型番)
・刃先形状:チャンファー角度−20°×幅0.1mm
・切削速度:200m/分
・切り込み:0.2mm
・送り速度:0.1mm/rev
・湿式条件(水溶性油剤)
実施例1と同様にして衝撃圧縮で合成したRcが95%の第1硬質相粉末に、それぞれ所定量のβ型サイアロン粉末を添加し、試料No.2−1〜2−16の焼結体の作製に用いる第1硬質相粉末を調製した。前記X線回折装置を用いて、試料No.2−1〜2−16の第1硬質相粉末のRcを測定した結果を表3に示す。
・被削材:インコネル718(溶態化・時効硬化処理材、ロックウェル硬度HRC=45相当品)
・工具形状:CNGA120412(ISO型番)
・刃先形状:チャンファー角度−20°×幅0.1mm
・切削速度:100m/分
・切り込み:0.2mm
・送り速度:0.1mm/rev
・湿式条件(水溶性油剤)
Claims (9)
- 第1硬質相粒子、第2硬質相粒子および結合材を有する焼結体であって、
前記第1硬質相粒子はサイアロン粒子であり、
前記第2硬質相粒子は被覆層を備える立方晶型窒化ホウ素粒子であり、
前記結合材はTi、Zr、Al、NiおよびCoからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、または前記元素の窒化物、炭化物、炭窒化物およびそれらの固溶体のいずれか少なくとも1種、または前記元素並びに前記元素の窒化物、炭化物、炭窒化物およびそれらの固溶体のいずれか少なくとも1種を含み、
前記焼結体の熱伝導率が5W/m・K以上かつ60W/m・K以下である、
焼結体。 - 前記サイアロンは少なくとも立方晶型サイアロンを含む請求項1に記載の焼結体。
- 前記被覆層は、Ti、Zr、CrおよびAlからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の、窒化物、炭窒化物のいずれか少なくとも1種を含む請求項1または請求項2に記載の焼結体。
- 前記被覆層の厚みが0.01μm以上かつ2μm以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の焼結体。
- 前記第1硬質相の体積に対する前記第2硬質相の体積の割合が、1/2以上かつ2以下である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の焼結体。
- 前記サイアロンに含まれるα型サイアロン、β型サイアロンおよび立方晶型サイアロンの、それぞれのX線回折のメインピークの強度の合計に対する、立方晶型サイアロンのX線回折のメインピークの強度の比率が20%以上である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の焼結体。
- 前記焼結体中の前記第1硬質相と前記第2硬質相の合計含有率が、60体積%以上かつ90体積%以下である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の焼結体。
- 前記焼結体のビッカース硬度が22GPa以上である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の焼結体。
- 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の焼結体を用いた切削工具。
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