JP6409441B2 - Cubic sialon, sintered body, tool including sintered body, method for manufacturing cubic sialon, and method for manufacturing sintered body - Google Patents

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Description

本発明は、立方晶型サイアロン、焼結体、焼結体を備える工具、立方晶型サイアロンの製造方法および焼結体の製造方法に関する。   The present invention relates to a cubic sialon, a sintered body, a tool including a sintered body, a method for producing a cubic sialon, and a method for producing a sintered body.

サイアロン(以下、SiAlONともいう)は、窒化珪素にアルミニウムと酸素が固溶した構造を有している。サイアロンは結晶構造により、六方晶系に属するα型サイアロンおよびβ型サイアロンに分類される。さらに、β型サイアロンを衝撃波によって瞬間的に加圧することによって、立方晶系に属する立方晶型サイアロンを合成できることが知られている。立方晶型サイアロンはβ型サイアロンの高圧相であることから、β型サイアロンよりも密度が増加し、硬度が高くなっている。   Sialon (hereinafter also referred to as SiAlON) has a structure in which aluminum and oxygen are dissolved in silicon nitride. Sialons are classified according to crystal structure into α-type and β-type sialons belonging to the hexagonal system. Furthermore, it is known that cubic sialon belonging to a cubic system can be synthesized by instantaneously pressurizing β-sialon with a shock wave. Since cubic sialon is a high-pressure phase of β-sialon, it has higher density and higher hardness than β-sialon.

サイアロンを用いた焼結体は、被加工材との反応性が低いという特性を有するため、切削工具用材料としての研究が進められている。   Since a sintered body using sialon has a characteristic of low reactivity with a workpiece, research as a cutting tool material has been advanced.

たとえば、特許文献1(特開2011−256067号公報)には、立方晶型サイアロンと、β型サイアロンと、第1化合物および第2化合物の少なくともいずれかとを含む焼結体であって、前記第1化合物は、鉄、コバルト、ニッケル、周期律表の第4a族元素、第5a族元素、および第6a族元素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、前記第2化合物は、第4a族元素、第5a族元素、および第6a族元素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素および硼素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とからなる少なくとも1種の化合物である焼結体が開示されている。   For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-256067) discloses a sintered body containing cubic sialon, β-sialon, and at least one of a first compound and a second compound, The one compound is at least one element selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel, Group 4a element, Group 5a element, and Group 6a element of the periodic table, and the second compound includes At least one element selected from the group consisting of Group 4a elements, Group 5a elements, and Group 6a elements, and at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen and boron A sintered body which is a compound is disclosed.

特許文献2(特開2013−234093号公報)には、α型サイアロンおよびβ型サイアロンの少なくともいずれかと、立方晶型サイアロン(γ型サイアロン)とを含むサイアロン基粒子を含む焼結体が開示されている。   Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-234093) discloses a sintered body including sialon-based particles including at least one of α-type sialon and β-type sialon and cubic sialon (γ-type sialon). ing.

特開2011−256067号公報JP 2011-256067 A 特開2013−234093号公報JP 2013-234093 A

特許文献1および特許文献2の技術は、高硬度の立方晶型サイアロンとともに、立方晶型サイアロンよりも硬度の低いα型サイアロン、β型サイアロン、第1化合物、第2化合物などを含むため、焼結体の耐摩耗性が低下するという問題がある。   Since the techniques of Patent Document 1 and Patent Document 2 include high-hardness cubic sialon and α-sialon, β-sialon, first compound, second compound, etc. having lower hardness than cubic sialon, There is a problem that the wear resistance of the bonded body is lowered.

そこで、本目的は、焼結体の材料として用いた場合に焼結体の耐摩耗性および耐欠損性を向上することのできる立方晶型サイアロン、立方晶型サイアロンを含む焼結体、焼結体を備える工具、立方晶型サイアロンの製造方法および焼結体の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, this purpose is to improve the wear resistance and fracture resistance of the sintered body when used as a material of the sintered body, cubic sialon, sintered body containing cubic sialon, sintered It is an object to provide a tool including a body, a method of manufacturing a cubic sialon, and a method of manufacturing a sintered body.

本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、下記式(1)
Si(6−x−y)Al(8−y)・・・(1)
(式(1)中、Mはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属であり、0.01≦x≦2、0.01≦y≦4.2および1.79≦(6−x−y)≦5.98の関係を満たす)
で表わされる、立方晶型サイアロンである。
A cubic sialon according to one embodiment of the present invention has the following formula (1):
M x Si (6-xy) Al y O y N (8-y) (1)
(In the formula (1), M is composed of calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table. A first metal including at least one selected from the group, and a relationship of 0.01 ≦ x ≦ 2, 0.01 ≦ y ≦ 4.2, and 1.79 ≦ (6-xy) ≦ 5.98 Meet)
It is a cubic sialon represented by

本発明の一態様に係る焼結体は、上記の立方晶型サイアロンを20体積%以上100体積%以下含む、焼結体である。   A sintered body according to one embodiment of the present invention is a sintered body containing the above cubic sialon in an amount of 20% by volume to 100% by volume.

本発明の一態様に係る切削工具は、上記の焼結体を備える切削工具である。
本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンの製造方法は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属、珪素およびアルミニウムを含む第1粒子群を準備する工程と、第1粒子群を熱処理して、第1金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第2粒子群を作製する工程と、第2粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程とを備え、立方晶型サイアロンは、下記式(1)
Si(6−x−y)Al(8−y)・・・(1)
(式(1)中、Mはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属であり、0.01≦y≦4.2および1.79≦(6−x−y)≦5.98の関係を満たす)で表わされる、立方晶型サイアロンの製造方法である。
The cutting tool which concerns on 1 aspect of this invention is a cutting tool provided with said sintered compact.
A method for producing a cubic sialon according to one embodiment of the present invention includes calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, a Group 4 element and a Group 5 element in the periodic table. And a step of preparing a first particle group containing at least one selected from the group consisting of a group 6 element, silicon and aluminum, heat-treating the first particle group, the first metal, silicon, A step of producing a second particle group containing aluminum, oxygen, and nitrogen; and a step of producing a cubic sialon by treating the second particle group by an impact compression method or a static pressure synthesis method. Sialon has the following formula (1)
M x Si (6-xy) Al y O y N (8-y) (1)
(In the formula (1), M is composed of calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table. A first metal including at least one selected from the group, and satisfying a relationship of 0.01 ≦ y ≦ 4.2 and 1.79 ≦ (6-xy) ≦ 5.98) This is a method for producing crystal sialon.

本発明の一態様に係る焼結体の製造方法は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属、珪素およびアルミニウムを含む第1粒子群を準備する工程と第1粒子群を熱処理して、第1金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第2粒子群を作製する工程と、第2粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程と、立方晶型サイアロンを20体積%以上100体積%以下含む第3粒子群を準備する工程と、第3粒子群を焼結して焼結体を得る工程とを備え、立方晶型サイアロンは、下記式(1)
Si(6−x−y)Al(8−y)・・・(1)
(式(1)中、Mはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属であり、0.01≦y≦4.2および1.79≦(6−x−y)≦5.98の関係を満たす)で表わされる、焼結体の製造方法である。
A method for producing a sintered body according to one embodiment of the present invention includes calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, a group 4 element in the periodic table, a group 5 element, and Preparing a first particle group including a first metal containing at least one selected from the group consisting of Group 6 elements, silicon and aluminum and heat-treating the first particle group; A step of producing a second particle group containing oxygen and nitrogen, a step of treating the second particle group by an impact compression method or a static pressure synthesis method to produce a cubic sialon, and 20 volumes of cubic sialon %, And a step of preparing a third particle group including 100% by volume or less and a step of obtaining a sintered body by sintering the third particle group. The cubic sialon is represented by the following formula (1):
M x Si (6-xy) Al y O y N (8-y) (1)
(In the formula (1), M is composed of calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table. A first metal containing at least one selected from the group, and satisfying the relationship of 0.01 ≦ y ≦ 4.2 and 1.79 ≦ (6-xy) ≦ 5.98) It is a manufacturing method of a zygote.

上記態様によれば、焼結体の材料として用いた場合に焼結体の耐摩耗性および耐欠損性を向上することのできる立方晶型サイアロン、立方晶型サイアロンを含む焼結体、焼結体を備える工具、立方晶型サイアロンの製造方法および焼結体の製造方法を提供することができる。   According to the above aspect, the cubic sialon capable of improving the wear resistance and fracture resistance of the sintered body when used as the material of the sintered body, the sintered body containing the cubic sialon, and the sintered body A tool including a body, a method of manufacturing a cubic sialon, and a method of manufacturing a sintered body can be provided.

本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンの製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the cubic sialon which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る焼結体の製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the sintered compact which concerns on 1 aspect of this invention.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

(1)本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、下記式(1)
Si(6−x−y)Al(8−y)・・・(1)
(式(1)中、Mはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属であり、0.01≦x≦2、0.01≦y≦4.2および1.79≦(6−x−y)≦5.98の関係を満たす)
で表わされる、立方晶型サイアロンである。
(1) A cubic sialon according to one embodiment of the present invention has the following formula (1):
M x Si (6-xy) Al y O y N (8-y) (1)
(In the formula (1), M is composed of calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table. A first metal including at least one selected from the group, and a relationship of 0.01 ≦ x ≦ 2, 0.01 ≦ y ≦ 4.2, and 1.79 ≦ (6-xy) ≦ 5.98 Meet)
It is a cubic sialon represented by

本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、焼結体の材料として用いた場合に焼結体の耐摩耗性を向上することができる。この理由については、以下の通り推察される。前記式(1)で表される立方晶型サイアロンは、立方晶型サイアロンにカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属を固溶して得られるため、立方晶型サイアロンの粒子内に残留応力が付与されている。したがって、本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、第1金属が固溶されていない従来の立方晶型サイアロン以上の硬度を有し、更に亀裂伝播抵抗性が向上する。よって、本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンを焼結体の材料として用いた場合、焼結体は機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を示すと考えられる。   The cubic sialon according to one embodiment of the present invention can improve the wear resistance of the sintered body when used as a material of the sintered body. The reason is presumed as follows. The cubic sialon represented by the formula (1) includes cubic sialon, calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, a group 4 element of the periodic table, Since it is obtained by dissolving a first metal containing at least one selected from the group consisting of Group 5 elements and Group 6 elements, residual stress is imparted in the cubic sialon particles. Therefore, the cubic sialon according to one embodiment of the present invention has a hardness higher than that of a conventional cubic sialon in which the first metal is not dissolved, and further has improved crack propagation resistance. Therefore, when the cubic sialon according to one embodiment of the present invention is used as a material for a sintered body, the sintered body is considered to exhibit excellent wear resistance and fracture resistance against mechanical abrasion.

本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、焼結体の材料として用いた場合に焼結体の耐欠損性を向上することができる。この理由については、以下の通り推察される。前記第1金属が立方晶サイアロン粒子内に均一に分散することにより、粒子内の亀裂伝播の抵抗を高めることが出来る。したがって、本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、第1金属が分散されていない従来の立方晶型サイアロン以上の亀裂伝播抵抗を有する。よって、本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンを焼結体の材料として用いた場合、焼結体は断続切削に対し優れた耐欠損性を示すと考えられる。   The cubic sialon according to one embodiment of the present invention can improve the fracture resistance of the sintered body when used as a material of the sintered body. The reason is presumed as follows. Since the first metal is uniformly dispersed in the cubic sialon particles, resistance to crack propagation in the particles can be increased. Therefore, the cubic sialon according to one embodiment of the present invention has a crack propagation resistance higher than that of a conventional cubic sialon in which the first metal is not dispersed. Therefore, when the cubic sialon according to one embodiment of the present invention is used as a material for a sintered body, the sintered body is considered to exhibit excellent fracture resistance against intermittent cutting.

(2)前記立方晶型サイアロンは、前記第1金属単体を0.01質量%以上5質量%以下含むことが好ましい。これによると、立方晶サイアロン粒子内に均一に分散した前記第1金属により、耐欠損性の向上効果を得ることができる。   (2) It is preferable that the cubic sialon includes 0.01% by mass to 5% by mass of the first metal simple substance. According to this, the defect resistance improvement effect can be obtained by the first metal uniformly dispersed in the cubic sialon particles.

(3)本発明の一態様に係る焼結体は、上記(1)または(2)に記載の立方晶型サイアロンを20体積%以上100体積%以下含む。前記焼結体は、機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。   (3) The sintered body according to one embodiment of the present invention includes 20% by volume or more and 100% by volume or less of the cubic sialon according to (1) or (2). The sintered body can have excellent wear resistance and fracture resistance against mechanical abrasion.

(4)前記焼結体は、上記(1)または(2)に記載の立方晶型サイアロンと、第2金属および第1化合物のいずれか一方または両方とを含む焼結体であって、前記第2金属は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、前記第1化合物は、アルミニウム、硼素、珪素、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カルシウム、イットリウム、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の第1元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の第2元素とからなる少なくとも1種の化合物を含むことが好ましい。   (4) The sintered body is a sintered body including the cubic sialon according to the above (1) or (2), and one or both of the second metal and the first compound, The second metal includes at least one selected from the group consisting of manganese, iron, cobalt, nickel and copper, and the first compound is aluminum, boron, silicon, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, calcium, At least one first element selected from the group consisting of yttrium, Group 4 elements, Group 5 elements and Group 6 elements in the periodic table, and at least one selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron It is preferable to contain at least one compound composed of the second element.

第2金属および第1化合物は、焼結体において結合相の役割を果たす。したがって、焼結体が第2金属および第1化合物のいずれか一方または両方を含むと、機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。   The second metal and the first compound serve as a binder phase in the sintered body. Therefore, when the sintered body contains one or both of the second metal and the first compound, it can have excellent wear resistance and fracture resistance against mechanical abrasion.

(5)本発明の一態様に係る切削工具は、上記(3)または(4)に記載の焼結体を備える切削工具である。   (5) The cutting tool which concerns on 1 aspect of this invention is a cutting tool provided with the sintered compact as described in said (3) or (4).

前記焼結体は、耐摩耗性および耐欠損性が優れているため、これを用いた切削工具もまた、耐摩耗性および耐欠損性が優れている。したがって、本発明の一態様に係る切削工具は、従来と比して長寿命を有することができる。   Since the sintered body is excellent in wear resistance and fracture resistance, a cutting tool using the sintered body is also excellent in wear resistance and fracture resistance. Therefore, the cutting tool according to one embodiment of the present invention can have a longer life as compared with the conventional cutting tool.

(6)カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属、珪素、およびアルミニウムを含む第1粒子群を準備する工程と、前記第1粒子群を熱処理して、前記第1金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第2粒子群を作製する工程と、前記第2粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程とを備え、前記立方晶型サイアロンは、下記式(1)
Si(6−x−y)Al(8−y)・・・(1)
(式(1)中、Mはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属であり、0.01≦y≦4.2および1.79≦(6−x−y)≦5.98の関係を満たす)で表わされる、立方晶型サイアロンの製造方法である。
(6) At least one selected from the group consisting of calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table Preparing a first particle group including a first metal including seeds, silicon, and aluminum; and heat-treating the first particle group to form second particles including the first metal, silicon, aluminum, oxygen, and nitrogen. A step of producing a group, and a step of producing a cubic sialon by treating the second particle group by an impact compression method or a static pressure synthesis method, wherein the cubic sialon is represented by the following formula (1):
M x Si (6-xy) Al y O y N (8-y) (1)
(In the formula (1), M is composed of calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table. A first metal including at least one selected from the group, and satisfying a relationship of 0.01 ≦ y ≦ 4.2 and 1.79 ≦ (6-xy) ≦ 5.98) This is a method for producing crystal sialon.

これにより得られた立方晶型サイアロンは、焼結体の材料として用いた場合、焼結体の耐摩耗性および耐欠損性を向上することができる。   When the cubic sialon thus obtained is used as a material for a sintered body, the wear resistance and fracture resistance of the sintered body can be improved.

(7)本発明の一態様に係る焼結体の製造方法は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属、珪素およびアルミニウムを含む第1粒子群を準備する工程と、前記第1粒子群を熱処理して、前記第1金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第2粒子群を作製する工程と、前記第2粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程と、前記立方晶型サイアロンを20体積%以上100体積%以下含む第3粒子群を準備する工程と、前記第3粒子群を焼結して焼結体を得る工程とを備え、前記立方晶型サイアロンは、下記式(1)
Si(6−x−y)Al(8−y)・・・(1)
(式(1)中、Mはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属であり、0.01≦y≦4.2および1.79≦(6−x−y)≦5.98の関係を満たす)で表わされる、焼結体の製造方法である。
(7) A method for manufacturing a sintered body according to one embodiment of the present invention includes calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, a Group 4 element of the periodic table, a fifth Preparing a first particle group including a first metal including at least one selected from the group consisting of a group element and a group 6 element, silicon and aluminum, heat-treating the first particle group, Producing a second particle group containing metal, silicon, aluminum, oxygen and nitrogen; and treating the second particle group by an impact compression method or a static pressure synthesis method to produce a cubic sialon; A step of preparing a third particle group containing 20% by volume or more and 100% by volume or less of the cubic sialon; and a step of sintering the third particle group to obtain a sintered body. Type sialon is represented by the following formula (1)
M x Si (6-xy) Al y O y N (8-y) (1)
(In the formula (1), M is composed of calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table. A first metal containing at least one selected from the group, and satisfying the relationship of 0.01 ≦ y ≦ 4.2 and 1.79 ≦ (6-xy) ≦ 5.98) It is a manufacturing method of a zygote.

これにより得られた焼結体は、機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を示すことができる。   The sintered body thus obtained can exhibit excellent wear resistance and fracture resistance against mechanical abrasion.

(8)前記焼結体の製造方法において、前記第3粒子群は、前記立方晶型サイアロンと、第2金属および第1化合物のいずれか一方または両方とを含み、前記第2金属は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、前記第1化合物は、アルミニウム、硼素、珪素、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カルシウム、イットリウム、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の第1元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の第2元素とからなる少なくとも1種の化合物を含むことが好ましい。   (8) In the method for manufacturing a sintered body, the third particle group includes the cubic sialon, and one or both of a second metal and a first compound, and the second metal is manganese. And at least one selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel and copper, wherein the first compound is aluminum, boron, silicon, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, calcium, yttrium From at least one first element selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements and Group 6 elements, and at least one second element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron It is preferable to contain at least one compound.

第2金属および第1化合物は、焼結体において結合相の役割を果たす。したがって、第2金属および第1化合物のいずれか一方または両方を用いて焼結体を作製することにより、得られた焼結体は、機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態について、以下に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
The second metal and the first compound serve as a binder phase in the sintered body. Therefore, by producing a sintered body using one or both of the second metal and the first compound, the obtained sintered body has excellent wear resistance and fracture resistance against mechanical abrasion. Can have sex.
[Details of the embodiment of the present invention]
Embodiments of the present invention will be described in detail below. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.

本明細書において「金属」とは、特に説明がない限り、1種の金属元素からなる単体金属に限定されるものではなく、2種以上の金属元素からなる合金を含む。また、本明細書において「化合物」とは、1種以上の金属元素と1種以上の非金属元素とからなる化合物を示す。なお、非金属元素としては、炭素、窒素、酸素および硼素が挙げられる。   In the present specification, “metal” is not limited to a single metal composed of one kind of metal element, and includes an alloy composed of two or more kinds of metal elements, unless otherwise specified. In the present specification, the “compound” refers to a compound composed of one or more metal elements and one or more non-metal elements. Note that examples of the non-metallic element include carbon, nitrogen, oxygen, and boron.

本明細書において記載される化学式において特に原子比が規定されない場合は、各元素の原子比は必ずしも等比となるものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。たとえばTiNと記す場合、TiとNとの原子比は1:1が含まれる他、2:1、1:0.95、1:0.9などが含まれる。   When the atomic ratio is not particularly defined in the chemical formulas described in the present specification, the atomic ratio of each element is not necessarily equal, and all conventionally known atomic ratios are included. For example, when written as TiN, the atomic ratio of Ti and N includes 1: 1, and includes 2: 1, 1: 0.95, 1: 0.9, and the like.

<第1の実施形態>
第1の実施形態に係る立方晶型サイアロンは、下記式(1)
Si(6−x−y)Al(8−y)・・・(1)
(式(1)中、Mはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属であり、0.01≦x≦2、0.01≦y≦4.2および1.79≦(6−x−y)≦5.98の関係を満たす)
で表わされる。
<First Embodiment>
The cubic sialon according to the first embodiment has the following formula (1):
M x Si (6-xy) Al y O y N (8-y) (1)
(In the formula (1), M is composed of calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table. A first metal including at least one selected from the group, and a relationship of 0.01 ≦ x ≦ 2, 0.01 ≦ y ≦ 4.2, and 1.79 ≦ (6-xy) ≦ 5.98 Meet)
It is represented by

前記式(1)で表わされる立方晶型サイアロンは、従来の立方晶型サイアロンとは構成が大きく異なる。   The cubic sialon represented by the formula (1) is greatly different from the conventional cubic sialon.

従来の立方晶型サイアロンは、たとえば、アルミン酸マグネシウム(MgAl)からなる立方晶系に属する鉱物であるスピネルと同様の結晶構造を有し、一般式Si(6−x)Al(8−x)(0<x≦4.2)で表わされる。 Conventional cubic sialon has, for example, a crystal structure similar to that of spinel, which is a mineral belonging to a cubic system composed of magnesium aluminate (MgAl 2 O 3 ), and has the general formula Si (6-x) Al x O. x N (8−x) (0 <x ≦ 4.2).

一方、第1の実施形態に係る立方晶型サイアロンは、従来の立方晶型サイアロンに、さらに、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタノイド、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属が固溶した構造を有している。   On the other hand, the cubic sialon according to the first embodiment is a calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), scandium (Sc), yttrium (Y), in addition to the conventional cubic sialon. Selected from the group consisting of lanthanoids, manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), group 4 elements, group 5 elements and group 6 elements of the periodic table It has a structure in which a first metal including at least one kind is dissolved.

本明細書において、ランタノイドは、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)およびルテチウム(Lu)を含む。本明細書において、周期表の第4族元素は、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)およびハフニウム(Hf)を含み、第5族元素はバナジウム(V)、ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)を含み、第6族元素はクロム(Cr)、モリブデン(Mo)およびタングステン(W)を含む。   In this specification, lanthanoids include lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium ( Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu). In this specification, Group 4 elements of the periodic table include titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf), and Group 5 elements include vanadium (V), niobium (Nb), and tantalum (Ta). Group 6 elements include chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W).

第1金属は、珪素およびアルミニウムよりも原子半径が大きい。本実施形態の立方晶型サイアロンは、珪素およびアルミニウムと異なる原子半径を有する第1金属が固溶しているため、粒子内に残留応力が付与されている。したがって、立方晶型サイアロンは、立方晶型サイアロン以上の硬度有し、更に、亀裂伝播抵抗性が向上する。よって、前記立方晶型サイアロンを焼結体の材料として用いた場合、焼結体は機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を示すと考えられる。   The first metal has an atomic radius larger than that of silicon and aluminum. In the cubic sialon according to the present embodiment, since the first metal having an atomic radius different from that of silicon and aluminum is dissolved, residual stress is given in the particles. Accordingly, the cubic sialon has a hardness higher than that of the cubic sialon and further improves the crack propagation resistance. Therefore, when the cubic sialon is used as a material for the sintered body, it is considered that the sintered body exhibits excellent wear resistance and fracture resistance against mechanical abrasion.

本実施形態の立方晶型サイアロンは、下記式(1)中、
Si(6−x−y)Al(8−y)・・・(1)
0.01≦x≦2、0.01≦y≦4.2および1.79≦(6−x−y)≦5.98の関係を満たす。
The cubic sialon of the present embodiment has the following formula (1):
M x Si (6-xy) Al y O y N (8-y) (1)
The relations 0.01 ≦ x ≦ 2, 0.01 ≦ y ≦ 4.2 and 1.79 ≦ (6-xy) ≦ 5.98 are satisfied.

前記式(1)中、xが0.01未満であると、立方晶型サイアロン中の残存応力が不足するため、耐摩耗性の向上効果が得られにくい。また、x=2は第1金属の固溶限界値を示している。xの範囲は、0.1≦x≦1.5が好ましく、0.5≦x≦1がさらに好ましい。   In the formula (1), when x is less than 0.01, the residual stress in the cubic sialon is insufficient, so that it is difficult to obtain an effect of improving the wear resistance. Moreover, x = 2 indicates the solid solution limit value of the first metal. The range of x is preferably 0.1 ≦ x ≦ 1.5, and more preferably 0.5 ≦ x ≦ 1.

yが0.01未満であると、切削に適する化学的安定性や機械的強度が劣る。また、yが4.2はAlの固溶限界値を示している。yの範囲は、0.1≦y≦4が好ましく、0.5≦y≦3がさらに好ましい。   When y is less than 0.01, chemical stability and mechanical strength suitable for cutting are inferior. Moreover, y of 4.2 indicates the solid solution limit value of Al. The range of y is preferably 0.1 ≦ y ≦ 4, and more preferably 0.5 ≦ y ≦ 3.

(6−x−y)=1.79は、Siの置換上限である。(6−x−y)の値が5.98を超えると、切削に適する化学的安定性や機械的強度が劣る。(6−x−y)の値の範囲は、2≦(6−x−y)≦5.5が好ましく、3≦(6−x−y)≦5がさらに好ましい。   (6-xy) = 1.79 is the upper limit of substitution of Si. When the value of (6-xy) exceeds 5.98, chemical stability and mechanical strength suitable for cutting are inferior. The range of the value of (6-xy) is preferably 2 ≦ (6-xy) ≦ 5.5, more preferably 3 ≦ (6-xy) ≦ 5.

前記立方晶型サイアロンは、前記第1金属単体を0.01質量%以上5質量%以下含むことが好ましい。立方晶サイアロン粒子内に均一に分散した前記第1金属が0.01質量%未満であった場合、耐欠損性の上昇効果はほぼ見られない。また5質量%以上であった場合、サイアロン粒子の硬度が低下するため機械的な擦過に対する耐摩耗性は下がる。立方晶型サイアロン中の分散した第1金属単体の量は0.05質量%以上4質量%以下が好ましく、0.1質量%以上、3質量%以下がより好ましい。   The cubic sialon preferably contains 0.01% by mass to 5% by mass of the first metal simple substance. When the first metal uniformly dispersed in the cubic sialon particles is less than 0.01% by mass, the effect of increasing the fracture resistance is hardly observed. On the other hand, when the content is 5% by mass or more, the hardness of the sialon particles is lowered, so that the wear resistance against mechanical abrasion is lowered. The amount of the first metal element dispersed in the cubic sialon is preferably 0.05% by mass or more and 4% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 3% by mass or less.

<第2の実施形態>
第2の実施形態に係る焼結体は、第1の実施形態の立方晶型サイアロンを20体積%以上100体積%以下含む。前記焼結体は、機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。
<Second Embodiment>
The sintered body according to the second embodiment includes 20% by volume or more and 100% by volume or less of the cubic sialon of the first embodiment. The sintered body can have excellent wear resistance and fracture resistance against mechanical abrasion.

焼結体中の立方晶型サイアロンの含有量が20体積%以上であると、焼結体の耐摩耗性および耐欠損性が向上する。焼結体中の立方晶型サイアロンの含有量は、50体積%以上100体積%以下が好ましく、50体積%以上90体積%以下がさらに好ましく、50体積%以上80体積%以下がさらに好ましい。   When the content of the cubic sialon in the sintered body is 20% by volume or more, the wear resistance and fracture resistance of the sintered body are improved. The content of cubic sialon in the sintered body is preferably 50% by volume to 100% by volume, more preferably 50% by volume to 90% by volume, and further preferably 50% by volume to 80% by volume.

前記焼結体は、立方晶型サイアロンと、第2金属および第1化合物のいずれか一方または両方とを含む焼結体であって、前記第2金属は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、前記第1化合物は、アルミニウム、硼素、珪素、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カルシウム、イットリウム、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の第1元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の第2元素とからなる少なくとも1種の化合物を含むことが好ましい。   The sintered body is a sintered body including cubic sialon and one or both of the second metal and the first compound, and the second metal includes manganese, iron, cobalt, nickel, and copper. The first compound includes at least one selected from the group consisting of aluminum, boron, silicon, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, calcium, yttrium, Group 4 elements and Group 5 elements of the periodic table And at least one compound consisting of at least one first element selected from the group consisting of Group 6 elements and at least one second element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron It is preferable.

焼結体中の第2金属および第1化合物は、隣り合う立方晶型サイアロン同士の界面に存在し、結合相の役割を果たす。結合相は、立方晶型サイアロン同士を強固に結合することができるため、焼結体はさらに優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。   The 2nd metal and 1st compound in a sintered compact exist in the interface of adjacent cubic sialon, and play the role of a binder phase. Since the binder phase can firmly bond cubic sialons, the sintered body can have further excellent wear resistance and fracture resistance.

また、焼結体に結合相が含まれることにより、焼結体は立方晶型サイアロンの特性に起因する特性に加え、さらに結合相に起因する特性を有することができる。したがって、結合相の組成を適宜調整することにより、焼結体は、様々な切削条件に必要とされる各ニーズに柔軟に対応することができる。たとえば、結合相が立方晶窒化ホウ素を含む場合、立方晶窒化ホウ素は極めて高い硬度を有するため、立方晶窒化ホウ素を含む結合相を有する焼結体は、高い硬度を有することができる。   Further, by including a binder phase in the sintered body, the sintered body can further have characteristics due to the binder phase in addition to characteristics due to the characteristics of the cubic sialon. Therefore, by appropriately adjusting the composition of the binder phase, the sintered body can flexibly meet each need required for various cutting conditions. For example, when the binder phase includes cubic boron nitride, the cubic boron nitride has an extremely high hardness. Therefore, the sintered body having the binder phase including the cubic boron nitride can have a high hardness.

第2金属として、たとえば、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅などの1種類からなる金属や、これらの金属を含む合金を用いることができる。第2金属は1種類を用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   As the second metal, for example, one kind of metal such as manganese, iron, cobalt, nickel and copper, or an alloy containing these metals can be used. One type of the second metal may be used, or two or more types may be used in combination.

第1化合物として、たとえば、第1元素の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物を用いることができる。   As the first compound, for example, a carbide, nitride, oxide, or boride of the first element can be used.

第1元素の炭化物として、たとえば、炭化ケイ素(SiC)、炭化チタン(TiC)、炭化ジルコニウム(ZrC)、炭化ハフニウム(HfC)、炭化バナジウム(VC)、炭化ニオブ(NbC)、炭化タンタル(TaC)、炭化クロム(Cr)、炭化モリブデン(MoC)、および炭化タングステン(WC)などを用いることができる。 Examples of the first element carbide include silicon carbide (SiC), titanium carbide (TiC), zirconium carbide (ZrC), hafnium carbide (HfC), vanadium carbide (VC), niobium carbide (NbC), and tantalum carbide (TaC). Chromium carbide (Cr 3 C 2 ), molybdenum carbide (Mo 2 C), tungsten carbide (WC), and the like can be used.

第1元素の窒化物として、たとえば、窒化硼素(BN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si)、窒化チタン(TiN)、窒化ジルコニウム(ZrN)、窒化ハフニウム(HfN)、窒化バナジウム(VN)、窒化ニオブ(NbN)、窒化タンタル(TaN)、窒化クロム(CrN)、窒化モリブデン(MoN)、および窒化タングステン(WN)、窒化チタンジルコニウム(TiZrN)、窒化チタンハフニウム(TiHfN)、窒化チタンバナジウム(TiVN)、窒化チタンニオブ(TiNbN)、窒化チタンタンタル(TiTaN)、窒化チタンクロム(TiCrN)、窒化チタンモリブデン(TiMoN)、窒化チタンタングステン(TiWN)、窒化ジルコニウムハフニウム(ZrHfN)、窒化ジルコニウムバナジウム(ZrVN)、窒化ジルコニウムニオブ(ZrNbN)、窒化ジルコニウムタンタル(ZrTaN)、窒化ジルコニウムクロム(ZrCrN)、窒化ジルコニウムモリブデン(ZrMoN)、窒化ジルコニウムタングステン(ZrWN)、窒化ハフニウムバナジウム(HfVN)、窒化ハフニウムニオブ(HfNbN)、窒化ハフニウムタンタル(HfTaN)、窒化ハフニウムクロム(HfCrN)、窒化ハフニウムモリブデン(HfMoN)、窒化ハフニウムタングステン(HfWN)、窒化バナジウムニオブ(VNbN)、窒化バナジウムタンタル(VTaN)、窒化バナジウムクロム(VCrN)、窒化バナジウムモリブデン(VMoN)、窒化バナジウムタングステン(VWN)、窒化ニオブタンタル(NbTaN)、窒化ニオブクロム(NbCrN)、窒化ニオブモリブデン(NbMoN)、窒化ニオブタングステン(NbWN)、窒化タンタルクロム(TaCrN)、窒化タンタルモリブデン(TaMoN)、窒化タンタルタングステン(TaWN)、窒化クロムモリブデン(CrMoN)、窒化クロムタングステン(CrWN)、および窒化モリブデンクロム(MoWN)を用いることができる。 Examples of the nitride of the first element include boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), titanium nitride (TiN), zirconium nitride (ZrN), hafnium nitride (HfN), and nitride Vanadium (VN), niobium nitride (NbN), tantalum nitride (TaN), chromium nitride (Cr 2 N), molybdenum nitride (MoN), tungsten nitride (WN), titanium zirconium nitride (TiZrN), titanium hafnium nitride (TiHfN) ), Titanium vanadium nitride (TiVN), titanium niobium nitride (TiNbN), titanium tantalum nitride (TiTaN), titanium nitride chromium (TiCrN), titanium molybdenum nitride (TiMoN), titanium tungsten nitride (TiWN), zirconium nitride hafnium (ZrHfN), Zirconium nitride Ni vanadium (ZrVN), zirconium niobium nitride (ZrNbN), zirconium tantalum nitride (ZrTaN), zirconium chromium chromium (ZrCrN), zirconium molybdenum molybdenum (ZrMoN), zirconium tungsten nitride (ZrWN), hafnium vanadium nitride (HfVN), hafnium nitride Niobium (HfNbN), hafnium tantalum nitride (HfTaN), hafnium chromium nitride (HfCrN), hafnium molybdenum nitride (HfMoN), hafnium tungsten nitride (HfWN), vanadium niobium nitride (VNbN), vanadium tantalum nitride (VTaN), vanadium chromium nitride (VCrN), vanadium nitride molybdenum (VMoN), vanadium tungsten nitride (VWN), niobium tantalum nitride (NbT) N), niobium chromium nitride (NbCrN), niobium molybdenum nitride (NbMoN), niobium tungsten nitride (NbWN), tantalum chromium nitride (TaCrN), tantalum molybdenum nitride (TaMoN), tantalum tungsten nitride (TaWN), chromium molybdenum nitride (CrMoN) , Chromium tungsten nitride (CrWN), and molybdenum nitride chromium (MoWN).

第1元素の酸化物として、たとえば、酸化ケイ素(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化カルシウム(CaO)酸化チタン(TiO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化バナジウム(V)、酸化ニオブ(Nb)、酸化タンタル(Ta)、酸化クロム(Cr)、酸化モリブデン(MoO)、および酸化タングステン(WO)を用いることができる。 Examples of the oxide of the first element include silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), calcium oxide (CaO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and hafnium oxide (HfO). 2 ), vanadium oxide (V 2 O 5 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), molybdenum oxide (MoO 3 ), and tungsten oxide ( WO 3) can be used.

第1元素の硼化物として、たとえば、硼化珪素(SiB)、硼化アルミニウム(AlB12)、硼化チタン(TiB)、硼化ジルコニウム(ZrB)、硼化ハフニウム(HfB)、硼化バナジウム(VB)、硼化ニオブ(NbB)、硼化タンタル(TaB)、硼化クロム(CrB)、硼化モリブデン(MoB)および硼化タングステン(WB)を用いることができる。 As the boride of the first element, for example, silicon boride (SiB 4 ), aluminum boride (AlB 12 ), titanium boride (TiB 2 ), zirconium boride (ZrB 2 ), hafnium boride (HfB 2 ), Vanadium boride (VB), niobium boride (NbB 2 ), tantalum boride (TaB 2 ), chromium boride (CrB 2 ), molybdenum boride (MoB), and tungsten boride (WB) can be used.

第1化合物は1種類を用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
焼結体中の第2金属および第1化合物の合計の含有量は0体積%を超え、かつ50体積%以下が好ましく、10体積%以上50体積%以下がさらに好ましく、20体積%以上50体積%以下がさらに好ましい。焼結体中の第2金属および第1化合物の合計の含有量が0体積%を超え、かつ50体積%以下であると、焼結体の耐摩耗性および耐欠損性が向上する。
1 type may be used for a 1st compound and it may use it in combination of 2 or more type.
The total content of the second metal and the first compound in the sintered body exceeds 0% by volume, preferably 50% by volume or less, more preferably 10% by volume or more and 50% by volume or less, and 20% by volume or more and 50% by volume. % Or less is more preferable. When the total content of the second metal and the first compound in the sintered body exceeds 0% by volume and is 50% by volume or less, the wear resistance and fracture resistance of the sintered body are improved.

<第3の実施形態>
第3の実施形態に係る切削工具は、第2の実施形態に係る焼結体を用いた工具である。上述のように、上記式(1)で示される立方晶型サイアロンを含む焼結体は、耐摩耗性および耐欠損性に優れるため、これを用いた工具もまた、これらの特性に優れることとなる。
<Third Embodiment>
The cutting tool according to the third embodiment is a tool using the sintered body according to the second embodiment. As described above, since the sintered body containing the cubic sialon represented by the above formula (1) is excellent in wear resistance and fracture resistance, a tool using the sintered body is also excellent in these characteristics. Become.

第3の実施形態に係る切削工具としては、たとえば、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切り工具、リーマまたはタップを例示することができる。また、切削工具は、その全体が上記焼結体により構成されていてもよく、その一部(たとえば、刃先部分)が上記焼結体により構成されていてもよい。   Examples of the cutting tool according to the third embodiment include a drill, an end mill, a milling cutting edge replacement cutting tip, a turning cutting edge replacement cutting tip, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, or a tap. it can. Further, the cutting tool may be entirely constituted by the sintered body, or a part thereof (for example, a blade edge portion) may be constituted by the sintered body.

切削工具の全体が上記焼結体からなる場合、焼結体を所望の形状に加工することにより、切削工具を作製することができる。焼結体の加工は、たとえば、レーザーまたはワイヤー放電によって行うことができる。また、切削工具の一部が上記焼結体からなる場合、工具を構成する基体の所望の位置に焼結体を接合することにより、切削工具を作製することができる。なお、焼結体の接合方法は特に制限されないが、基体から焼結体が離脱することを抑制する観点から、基体と焼結体との間に、基体と焼結とを強固に結合させるための接合層を介在させることが好ましい。   When the whole cutting tool consists of the said sintered compact, a cutting tool can be produced by processing a sintered compact into a desired shape. The sintered body can be processed by, for example, laser or wire discharge. Moreover, when a part of cutting tool consists of the said sintered compact, a cutting tool can be produced by joining a sintered compact to the desired position of the base | substrate which comprises a tool. The method for joining the sintered bodies is not particularly limited, but in order to firmly bond the base body and the sintered body between the base body and the sintered body from the viewpoint of suppressing the separation of the sintered body from the base body. It is preferable to interpose a bonding layer.

<第4の実施形態>
第4の実施形態に係る立方晶型サイアロンの製造方法について、図1を用いて説明する。
<Fourth Embodiment>
A method for producing a cubic sialon according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.

立方晶型サイアロンの製造方法は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属、珪素、およびアルミニウムを含む第1粒子群を準備する工程(図1中、S1で示される。以下、「第1粒子群準備工程」ともいう)と、前記第1粒子群を熱処理して、前記第1金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第2粒子群を作製する工程(図1中、S2で示される。以下、「第2粒子群作製工程」ともいう)と、前記第2粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程(図1中、S3で示される。以下、「立方晶型サイアロン作製工程」ともいう)とを備える。前記立方晶型サイアロンは、下記式(1)
Si(6−x−y)Al(8−y)・・・(1)
(式(1)中、Mはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属であり、0.01≦y≦4.2および1.79≦(6−x−y)≦5.98の関係を満たす)で表わされる。
The method for producing cubic sialon comprises calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element in the periodic table. A step of preparing a first particle group containing a first metal containing at least one selected from the group, silicon, and aluminum (shown as S1 in FIG. 1; hereinafter, also referred to as “first particle group preparing step”) And a step of heat-treating the first particle group to produce a second particle group containing the first metal, silicon, aluminum, oxygen, and nitrogen (shown as S2 in FIG. 1). And a process of producing a cubic sialon by treating the second particle group by an impact compression method or a static pressure synthesis method (shown as S3 in FIG. 1). It provided with the also referred to) and the cubic sialon manufacturing process ". The cubic sialon has the following formula (1)
M x Si (6-xy) Al y O y N (8-y) (1)
(In the formula (1), M is composed of calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table. A first metal including at least one selected from the group, and satisfying the relationship of 0.01 ≦ y ≦ 4.2 and 1.79 ≦ (6-xy) ≦ 5.98).

(第1粒子群準備工程)
図1を参照し、第1粒子群準備工程(S1)において、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属、珪素、およびアルミニウムを含む第1粒子群を準備する。
(First particle group preparation step)
Referring to FIG. 1, in the first particle group preparation step (S1), calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element of Periodic Table, Group 5 A first particle group including a first metal including at least one selected from the group consisting of an element and a group 6 element, silicon, and aluminum is prepared.

第1粒子群は、立方晶型サイアロンの原料となる原料粒子群である。立方晶型サイアロンを構成する第1金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素のうち、第1金属、珪素およびアルミニウムは、第1粒子群のみから供給される。このため、第1粒子群中の第1金属、珪素およびアルミニウムの含有比率は、目的とする立方晶型サイアロン中の第1金属、珪素およびアルミニウムの含有比率と同一とする必要がある。一方、立方晶型サイアロン中の酸素および窒素は、第1粒子群から供給されるとともに、後続の工程での雰囲気(酸素雰囲気、窒素雰囲気など)から供給され得る。このため、第1粒子群中の酸素および窒素の含有比率は、立方晶型サイアロン中の酸素および窒素の含有比率と同一である必要はない。   The first particle group is a raw material particle group that is a raw material of cubic sialon. Of the first metal, silicon, aluminum, oxygen and nitrogen constituting the cubic sialon, the first metal, silicon and aluminum are supplied only from the first particle group. For this reason, the content ratio of the first metal, silicon and aluminum in the first particle group needs to be the same as the content ratio of the first metal, silicon and aluminum in the target cubic sialon. On the other hand, oxygen and nitrogen in the cubic sialon can be supplied from the first particle group and from the atmosphere (oxygen atmosphere, nitrogen atmosphere, etc.) in the subsequent process. For this reason, the content ratio of oxygen and nitrogen in the first particle group need not be the same as the content ratio of oxygen and nitrogen in the cubic sialon.

第1粒子群には、第1金属を含む粒子、珪素を含む粒子およびアルミニウムを含む粒子が含まれる。   The first particle group includes particles containing a first metal, particles containing silicon, and particles containing aluminum.

第1金属を含む粒子として、第1金属を構成する1種類の元素からなる粒子および第1金属を構成する2種類以上の元素からなる粒子を用いることができる。具体的には、たとえば、カルシウム粒子、ストロンチウム粒子、バリウム粒子、スカンジウム粒子、イットリウム粒子、マンガン粒子、鉄粒子、コバルト粒子、ニッケル粒子、銅粒子、ランタン粒子、セリウム粒子、プラセオジム粒子、ネオジム粒子、プロメチウム粒子、サマリウム粒子、ユウロピウム粒子、ガドリニウム粒子、テルビウム粒子、ジスプロシウム粒子、ホルミウム粒子、エルビウム粒子、ツリウム粒子、イッテルビウム粒子、ルテチウム粒子、チタン粒子、ジルコニウム粒子、ハフニウム粒子、バナジウム粒子、ニオブ粒子、タンタル粒子、クロム粒子、モリブデン粒子、タングステン粒子、チタンジルコニウム(TiZr)粒子、チタンハフニウム(TiHf)粒子、チタンバナジウム(TiV)粒子、チタンニオブ(TiNb)粒子、チタンタンタル(TiTa)粒子、チタンクロム(TiCr)粒子、チタンモリブデン(TiMo)粒子、チタンタングステン(TiW)粒子、ジルコニウムハフニウム(ZrHf)粒子、ジルコニウムバナジウム(ZrV)粒子、ジルコニウムニオブ(ZrNb)粒子、ジルコニウムタンタル(ZrTa)粒子、ジルコニウムクロム(ZrCr)粒子、ジルコニウムモリブデン(ZrMo)粒子、ジルコニウムタングステン(ZrW)粒子、ハフニウムバナジウム(HfV)粒子、ハフニウムニオブ(HfNb)粒子、ハフニウムタンタル(HfTa粒子)、ハフニウムクロム(HfCr)粒子、ハフニウムモリブデン(HfMo)粒子、ハフニウムタングステン(HfW)粒子、バナジウムニオブ(VNb)粒子、バナジウムタンタル(VTa)粒子、バナジウムクロム(VCr)粒子、バナジウムモリブデン(VMo)粒子、バナジウムタングステン(VW)粒子、ニオブタンタル(NbTa)粒子、ニオブクロム(NbCr)粒子、ニオブモリブデン(NbMo)粒子、ニオブタングステン(NbW)粒子、タンタルクロム(TaCr)粒子、タンタルモリブデン(TaMo)粒子、タンタルタングステン(TaW)粒子、クロムモリブデン(CrMo)粒子、クロムタングステン(CrW)粒子、モリブデンクロム(MoW)粒子を用いることができる。   As the particles containing the first metal, particles made of one kind of element constituting the first metal and particles made of two or more kinds of elements constituting the first metal can be used. Specifically, for example, calcium particles, strontium particles, barium particles, scandium particles, yttrium particles, manganese particles, iron particles, cobalt particles, nickel particles, copper particles, lanthanum particles, cerium particles, praseodymium particles, neodymium particles, promethium Particles, samarium particles, europium particles, gadolinium particles, terbium particles, dysprosium particles, holmium particles, erbium particles, thulium particles, ytterbium particles, lutetium particles, titanium particles, zirconium particles, hafnium particles, vanadium particles, niobium particles, tantalum particles, Chromium particles, molybdenum particles, tungsten particles, titanium zirconium (TiZr) particles, titanium hafnium (TiHf) particles, titanium vanadium (TiV) particles, titanium niobium (T Nb) particles, titanium tantalum (TiTa) particles, titanium chromium (TiCr) particles, titanium molybdenum (TiMo) particles, titanium tungsten (TiW) particles, zirconium hafnium (ZrHf) particles, zirconium vanadium (ZrV) particles, zirconium niobium (ZrNb) ) Particles, zirconium tantalum (ZrTa) particles, zirconium chrome (ZrCr) particles, zirconium molybdenum (ZrMo) particles, zirconium tungsten (ZrW) particles, hafnium vanadium (HfV) particles, hafnium niobium (HfNb) particles, hafnium tantalum (HfTa particles) ), Hafnium chromium (HfCr) particles, hafnium molybdenum (HfMo) particles, hafnium tungsten (HfW) particles, vanadium niobium (VNb) particles, vanadium Mutantalum (VTa) particles, vanadium chromium (VCr) particles, vanadium molybdenum (VMo) particles, vanadium tungsten (VW) particles, niobium tantalum (NbTa) particles, niobium chromium (NbCr) particles, niobium molybdenum (NbMo) particles, niobium tungsten ( NbW) particles, tantalum chromium (TaCr) particles, tantalum molybdenum (TaMo) particles, tantalum tungsten (TaW) particles, chromium molybdenum (CrMo) particles, chromium tungsten (CrW) particles, molybdenum chromium (MoW) particles can be used. .

第1金属を含む粒子として、第1金属を構成する元素の酸化物、窒化物、酸窒化物の粒子を用いることもできる。   As the particles containing the first metal, oxide, nitride, or oxynitride particles of an element constituting the first metal can also be used.

第1金属を構成する元素の酸化物としては、たとえば、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)、酸化スカンジウム(Sc)、酸化イットリウム(Y)、酸化ランタン(La)、酸化セリウム(CeO)、酸化プラセオジム(Pr)、酸化ネオジム(Nd)、酸化プロメチウム(Pm)、酸化サマリウム(Sm)、酸化ユウロピウム(Eu)、酸化ガドリニウム(Gd)、酸化テルビウム(Tb)、酸化ジスプロシウム(Dy)、酸化ホルミウム(Ho)、酸化エルビウム(Er)、酸化ツリウム(Tm)、酸化イッテルビウム(Yb)、酸化ルテチウム(Lu)、酸化チタン(TiO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化バナジウム(V)、酸化ニオブ(NbO)、酸化タンタル(Ta)、酸化クロム(Cr)、酸化モリブデン(MoO)、酸化タングステン(WO、WO)が挙げられる。 Examples of the oxide of the element constituting the first metal include calcium oxide (CaO), strontium oxide (SrO), barium oxide (BaO), scandium oxide (Sc 2 O 3 ), and yttrium oxide (Y 2 O 3 ). , Lanthanum oxide (La 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), praseodymium oxide (Pr 2 O 3 ), neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), promethium oxide (Pm 2 O 3 ), samarium oxide (Sm 2 O 3 ), europium oxide (Eu 2 O 3 ), gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ), terbium oxide (Tb 2 O 3 ), dysprosium oxide (Dy 2 O 3 ), holmium oxide (Ho 2 O 3 ), erbium oxide (Er 2 O 3), thulium oxide (Tm 2 O 3), ytterbium oxide (Yb 2 O 3), oxide Le Lithium (Lu 2 O 3), titanium oxide (TiO 2), zirconium oxide (ZrO 2), hafnium oxide (HfO 2), vanadium oxide (V 2 O 5), niobium oxide (NbO), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), molybdenum oxide (MoO 2 ), tungsten oxide (WO 2 , WO 3 ).

第1金属を構成する元素の窒化物としては、たとえば、窒化カルシウム(Ca)、窒化ストロンチウム(Sr)、窒化バリウム(Ba)、窒化スカンジウム(ScN)、窒化イットリウム(YN)、窒化ランタン(LaN)、窒化セリウム(CeN)、窒化プラセオジム(PrN)、窒化ネオジム(NdN)、窒化チタン(TiN)、窒化ジルコニウム(ZrN)、窒化ハフニウム(HfN)、窒化バナジウム(VN)、窒化ニオブ(NbN)、窒化タンタル(TaN)、窒化クロム(CrN、CrN)、窒化モリブデン(MoN、MoN)、窒化タングステン(WN、WN、W)、窒化チタンジルコニウム(TiZrN)、窒化チタンハフニウム(TiHfN)、窒化チタンバナジウム(TiVN)、窒化チタンニオブ(TiNbN)、窒化チタンタンタル(TiTaN)、窒化チタンクロム(TiCrN)、窒化チタンモリブデン(TiMoN)、窒化チタンタングステン(TiWN)、窒化ジルコニウムハフニウム(ZrHfN)、窒化ジルコニウムバナジウム(ZrVN)、窒化ジルコニウムニオブ(ZrNbN)、窒化ジルコニウムタンタル(ZrTaN)、窒化ジルコニウムクロム(ZrCrN)、窒化ジルコニウムモリブデン(ZrMoN)、窒化ジルコニウムタングステン(ZrWN)、窒化ハフニウムバナジウム(HfVN)、窒化ハフニウムニオブ(HfNbN)、窒化ハフニウムタンタル(HfTaN)、窒化ハフニウムクロム(HfCrN)、窒化ハフニウムモリブデン(HfMoN)、窒化ハフニウムタングステン(HfWN)、窒化バナジウムニオブ(VNbN)、窒化バナジウムタンタル(VTaN)、窒化バナジウムクロム(VCrN)、窒化バナジウムモリブデン(VMoN)、窒化バナジウムタングステン(VWN)、窒化ニオブタンタル(NbTaN)、窒化ニオブクロム(NbCrN)、窒化ニオブモリブデン(NbMoN)、窒化ニオブタングステン(NbWN)、窒化タンタルクロム(TaCrN)、窒化タンタルモリブデン(TaMoN)、窒化タンタルタングステン(TaWN)、窒化クロムモリブデン(CrMoN)、窒化クロムタングステン(CrWN)、窒化モリブデンクロム(MoWN)が挙げられる。 Examples of the nitride of the element constituting the first metal include calcium nitride (Ca 3 N 2 ), strontium nitride (Sr 3 N 2 ), barium nitride (Ba 3 N 2 ), scandium nitride (ScN), and yttrium nitride. (YN), lanthanum nitride (LaN), cerium nitride (CeN), praseodymium nitride (PrN), neodymium nitride (NdN), titanium nitride (TiN), zirconium nitride (ZrN), hafnium nitride (HfN), vanadium nitride (VN) ), Niobium nitride (NbN), tantalum nitride (TaN), chromium nitride (Cr 2 N, CrN), molybdenum nitride (Mo 2 N, MoN), tungsten nitride (W 2 N, WN 2 , W 2 N 3 ), Titanium zirconium nitride (TiZrN), titanium hafnium nitride (TiHfN), titanium vanadium nitride TiVN), titanium niobium nitride (TiNbN), titanium tantalum nitride (TiTaN), titanium chromium chromium (TiCrN), titanium molybdenum nitride (TiMoN), titanium tungsten nitride (TiWN), zirconium nitride hafnium (ZrHfN), zirconium vanadium nitride (ZrVN) , Zirconium niobium nitride (ZrNbN), zirconium tantalum nitride (ZrTaN), zirconium nitride chromium (ZrCrN), zirconium molybdenum molybdenum (ZrMoN), zirconium tungsten nitride (ZrWN), hafnium vanadium nitride (HfVN), hafnium niobium nitride (HfNbN), Hafnium tantalum nitride (HfTaN), hafnium chrome nitride (HfCrN), hafnium molybdenum nitride (HfMoN), hafnium nitride Tungsten (HfWN), vanadium niobium nitride (VNbN), vanadium tantalum nitride (VTaN), vanadium chromium nitride (VCrN), vanadium nitride molybdenum (VMoN), vanadium tungsten nitride (VWN), niobium tantalum nitride (NbTaN), niobium chromium nitride ( NbCrN), niobium molybdenum nitride (NbMoN), niobium tungsten nitride (NbWN), tantalum chromium nitride (TaCrN), tantalum molybdenum nitride (TaMoN), tantalum tungsten nitride (TaWN), chromium molybdenum nitride (CrMoN), chromium tungsten nitride (CrWN) ), Molybdenum nitride chromium (MoWN).

第1金属を構成する元素の酸窒化物としては、たとえば、酸窒化チタン(TiON)、酸窒化ジルコニウム(ZrON)、酸窒化ハフニウム(HfON)、酸窒化バナジウム(VON)、酸窒化ニオブ(NbON)、酸窒化タンタル(TaON)、酸窒化クロム(CrON)、酸窒化モリブデン(MoON)、酸窒化タングステン(WON)、酸窒化珪素(SiON)、酸窒化ホウ素(BON)が挙げられる。   Examples of the oxynitride of the element constituting the first metal include titanium oxynitride (TiON), zirconium oxynitride (ZrON), hafnium oxynitride (HfON), vanadium oxynitride (VON), and niobium oxynitride (NbON). Tantalum oxynitride (TaON), chromium oxynitride (CrON), molybdenum oxynitride (MoON), tungsten oxynitride (WON), silicon oxynitride (SiON), and boron oxynitride (BON).

珪素を含む粒子としては、たとえば、珪素のみからなる珪素粒子および、窒化珪素(Si)、酸化珪素(SiO)、酸窒化珪素(SiON)などの珪素化合物の粒子が挙げられる。 Examples of the silicon-containing particles include silicon particles made of only silicon and silicon compound particles such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon oxide (SiO 2 ), and silicon oxynitride (SiON).

アルミニウムを含む粒子としては、たとえば、アルミニウムのみからなるアルミニウム粒子および、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al)、酸窒化アルミニウム(AlON)、YAG(YAl12)などのアルミニウム化合物の粒子が挙げられる。 Examples of the particles containing aluminum include aluminum particles made of only aluminum, aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum oxynitride (AlON), YAG (Y 3 Al 5 O 12 ), and the like. The particle | grains of an aluminum compound are mentioned.

また、珪素とアルミニウムを同時に含む粒子を用いてもよい。たとえば、サイアロン粒子(SiAlON)などが挙げられる。   Alternatively, particles containing silicon and aluminum at the same time may be used. An example is sialon particles (SiAlON).

第1金属を含む粒子、珪素を含む粒子およびアルミニウムを含む粒子を、第1金属、珪素およびアルミニウムの比率が所望の比率になるように計量した後、これらの粒子をボールミルやジェットミルで混合する。混合後の第1粒子群に含まれる粒子の平均粒径は10μm以下であることが好ましい。このような平均粒径の第1粒子群を用いた場合、後述する第2粒子群作製工程において、第1粒子群に対する窒素および酸素の付与をより均一化することができるため、目的とする組成の第2粒子群を歩留まり良く作製することができる。なお、本明細書において、粒子の平均粒径とは、レーザー回折法などの公知の粒度分布測定法により測定された粒子の粒度分布に基づくメディアン径をいう。   The first metal-containing particles, silicon-containing particles, and aluminum-containing particles are weighed so that the ratio of the first metal, silicon, and aluminum is a desired ratio, and then these particles are mixed by a ball mill or a jet mill. . The average particle size of the particles contained in the first particle group after mixing is preferably 10 μm or less. When the first particle group having such an average particle size is used, the application of nitrogen and oxygen to the first particle group can be made more uniform in the second particle group production step described later, and thus the intended composition The second particle group can be produced with high yield. In the present specification, the average particle diameter of the particles means a median diameter based on the particle size distribution of the particles measured by a known particle size distribution measuring method such as a laser diffraction method.

得られた第1粒子群は、後述する第2粒子群作製工程に供するために加圧成形されることが好ましい。加圧成形の方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。たとえば、第1粒子群を1MPa以上150MPa以下に加圧して加圧成形体を得ることができる。   The obtained first particle group is preferably pressure-molded for use in the second particle group preparation step described later. The method of pressure molding is not particularly limited, and a known method can be used. For example, the first particle group can be pressurized to 1 MPa or more and 150 MPa or less to obtain a pressure molded body.

(第2粒子群作製工程)
次に、図1を参照し、第2粒子群作製工程(S2)において、前記第1粒子群を熱処理して、前記第1金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第2粒子群を作製する。熱処理により、第1粒子群に不足分の窒素および酸素の一方または両方が付与され、目的とする立方晶型サイアロンと同一の組成比の第2粒子群を得ることができる。なお、「不足分の窒素および酸素」とは、第1粒子群中の窒素および酸素の含有比率と、目的とする立方晶型サイアロン中の窒素および酸素の含有比率との差に相当する。
(Second particle group production process)
Next, referring to FIG. 1, in the second particle group production step (S2), the first particle group is heat-treated to produce a second particle group containing the first metal, silicon, aluminum, oxygen and nitrogen. To do. By the heat treatment, one or both of a shortage of nitrogen and oxygen are imparted to the first particle group, and the second particle group having the same composition ratio as the target cubic sialon can be obtained. The “shortage of nitrogen and oxygen” corresponds to the difference between the content ratio of nitrogen and oxygen in the first particle group and the content ratio of nitrogen and oxygen in the target cubic sialon.

熱処理は、第1粒子群に外部から熱を加える方法(以下、外部加熱法ともいう)や、第1粒子群の自己発熱による反応を利用する方法(以下、燃焼合成法ともいう)を用いることができる。   For the heat treatment, a method of applying heat to the first particle group from the outside (hereinafter also referred to as an external heating method) or a method using a reaction by self-heating of the first particle group (hereinafter also referred to as a combustion synthesis method) is used. Can do.

外部加熱法では、たとえば、第1粒子群からなる粉体、または第1粒子群が加圧成形されることによって形成された成形体を、真空雰囲気下、またはアルゴンガス、窒素ガスおよび酸素ガスからなる群より選択される1種以上のガスを含む雰囲気下に配置して、カーボンヒーターなどを用いて外部から加熱する。第1粒子群が置かれる雰囲気をいずれの雰囲気下とするかは、第1粒子群の組成により適宜選択される。   In the external heating method, for example, a powder composed of the first particle group or a molded body formed by pressure-molding the first particle group is subjected to a vacuum atmosphere or from argon gas, nitrogen gas and oxygen gas. It arrange | positions in the atmosphere containing 1 or more types of gas selected from the group which consists of, and heats from the outside using a carbon heater etc. The atmosphere in which the first particle group is placed is appropriately selected depending on the composition of the first particle group.

たとえば、第1粒子群が第1金属、珪素およびアルミニウムの各元素から構成され、窒素および酸素のいずれの元素も含まない場合、第1粒子群は、窒素ガスおよび酸素ガスを含む雰囲気下に置かれることになる。目的とする立方晶型サイアロン中の窒素および酸素の両元素の全量が、外部加熱法で用いられる原料ガスから付与される必要があるためである。また、たとえば、第1粒子群が、目的とする立方晶型サイアロンと同一の比率で第1金属、アルミニウム、珪素および窒素を含み、酸素を含まない場合は、第1粒子群は、窒素ガスを含まず、酸素ガスを含む雰囲気下に置かれることになる。また、たとえば、第1粒子群が、目的とする立方晶型サイアロンと同一の比率で第1金属、アルミニウム、珪素、窒素および酸素を含む場合は、第1粒子群は、アルゴンガスのみからなる雰囲気下または真空雰囲気下に置くことができる。   For example, when the first particle group is composed of each element of the first metal, silicon, and aluminum and does not contain any element of nitrogen and oxygen, the first particle group is placed in an atmosphere containing nitrogen gas and oxygen gas. Will be. This is because the total amount of both nitrogen and oxygen in the target cubic sialon needs to be applied from the source gas used in the external heating method. Further, for example, when the first particle group contains the first metal, aluminum, silicon and nitrogen at the same ratio as the target cubic sialon and does not contain oxygen, the first particle group contains nitrogen gas. It does not contain, but is placed in an atmosphere containing oxygen gas. For example, when the first particle group includes the first metal, aluminum, silicon, nitrogen, and oxygen at the same ratio as the target cubic sialon, the first particle group is an atmosphere composed of only argon gas. It can be placed under or under a vacuum atmosphere.

第1粒子群が置かれる雰囲気の加熱温度、各ガスの分圧を適宜調整することにより、第1粒子群に付与する酸素の量および窒素の量を制御することができる。また、加熱工程の処理時間によっても、第1粒子群に付与する酸素の量および窒素の量を制御することができる。   By appropriately adjusting the heating temperature of the atmosphere in which the first particle group is placed and the partial pressure of each gas, the amount of oxygen applied to the first particle group and the amount of nitrogen can be controlled. Further, the amount of oxygen and the amount of nitrogen imparted to the first particle group can also be controlled by the processing time of the heating step.

外部加熱法における加熱温度、各ガスの分圧、加熱時間は、適宜調整される。たとえば、加熱温度は1500℃以上2000℃以下が好ましく、1700℃以上1900℃以下がさらに好ましい。各ガスの分圧は0.1MPa以上が好ましく、0.3MPa以上がさらに好ましい。加熱時間は6時間以上が好ましい。   The heating temperature, the partial pressure of each gas, and the heating time in the external heating method are appropriately adjusted. For example, the heating temperature is preferably 1500 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower, more preferably 1700 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower. The partial pressure of each gas is preferably 0.1 MPa or more, and more preferably 0.3 MPa or more. The heating time is preferably 6 hours or more.

燃焼合成法とは、目的とする化合物を合成する際に放出される高い化学反応熱を利用する粉末合成法である。燃焼合成法によると、秒単位の短時間で目的とする化合物を得ることができる。燃焼合成法は外部からのエネルギ供給が不要であり、合成のコストが低減する等の利点を有する。   The combustion synthesis method is a powder synthesis method that utilizes high heat of chemical reaction that is released when a target compound is synthesized. According to the combustion synthesis method, the target compound can be obtained in a short time in units of seconds. The combustion synthesis method does not require external energy supply, and has advantages such as reduction in synthesis cost.

燃焼合成法では、たとえば、第1粒子群を加圧成形することによって得られた成形体を炉内に投入し、炉内を窒素ガス雰囲気とする。次に、炉内の窒素ガスの分圧を1MPa以上15MPa以下に設定した後、成形体の端部を加熱して第1粒子群の窒化反応を誘起する。この窒化反応により生じた化学反応熱が、隣接部分の反応を誘起することで、化学反応が成形体全体に伝播して、第2粒子群を得ることができる。   In the combustion synthesis method, for example, a compact obtained by pressure-molding the first particle group is charged into a furnace, and the furnace is filled with a nitrogen gas atmosphere. Next, after setting the partial pressure of nitrogen gas in the furnace to 1 MPa or more and 15 MPa or less, the end portion of the compact is heated to induce the nitriding reaction of the first particle group. The chemical reaction heat generated by the nitriding reaction induces the reaction of the adjacent portion, so that the chemical reaction propagates to the entire molded body, and the second particle group can be obtained.

第1粒子群が置かれる炉内の雰囲気ガスの分圧を適宜調整することにより、第1粒子群に付与する窒素の量を制御することができる。また、加熱工程の処理時間によっても、第1粒子群に付与する窒素の量を制御することができる。   The amount of nitrogen applied to the first particle group can be controlled by appropriately adjusting the partial pressure of the atmospheric gas in the furnace in which the first particle group is placed. Further, the amount of nitrogen applied to the first particle group can also be controlled by the processing time of the heating step.

燃焼合成法を用いる場合は、第1粒子群が窒化可能成分を20重量%以上含むことが必要である。ここで窒化可能成分とは、第1金属を構成する1種類の金属元素からなる粒子、第1金属を構成する2種類以上の金属元素を含む合金からなる粒子、窒素量が不十分である窒化物(たとえば、TiN、CaNなど)などを意味する。 When the combustion synthesis method is used, the first particle group needs to contain 20% by weight or more of a nitridable component. Here, the nitridable component means particles composed of one kind of metal element constituting the first metal, particles composed of an alloy containing two or more kinds of metal elements constituting the first metal, and nitriding with an insufficient amount of nitrogen. Means (for example, Ti 2 N, Ca 2 N, etc.) and the like.

得られた第2粒子群は、後述する立方晶型サイアロン作製工程に供するために粉体化されることが好ましい。粉体化の方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。たとえば、第2粒子群を超硬製の棒を用いて粗く砕き、150μmメッシュに通した後に、ボールミルまたはジェットミルなどを用いて細粉化する。第2粒子群の平均粒径は、0.1μm以上10μm以下が好ましく、0.5μm以上3μm以下がさらに好ましい。   The obtained second particle group is preferably pulverized for use in a cubic sialon manufacturing process described later. The method for pulverization is not particularly limited, and a known method can be used. For example, the second particle group is roughly crushed using a cemented carbide rod, passed through a 150 μm mesh, and then finely ground using a ball mill or a jet mill. The average particle size of the second particle group is preferably from 0.1 μm to 10 μm, and more preferably from 0.5 μm to 3 μm.

(立方晶型サイアロン作製工程)
次に、図1を参照し、立方晶型サイアロン作製工程(S3)において、前記第2粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する。
(Cubic sialon manufacturing process)
Next, referring to FIG. 1, in the cubic sialon production step (S3), the second particle group is processed by an impact compression method or a static pressure synthesis method to produce a cubic sialon.

衝撃圧縮法では、たとえば、第2粒子群をヒートシンクおよび圧力媒体としての銅粉と混合して鋼製容器に充填し、15GPa以上の圧力で、加圧時間50マイクロ秒以下の衝撃波によって瞬間的に加圧することによって、第2粒子群を立方晶型サイアロンに変換させることができる。衝撃加圧の圧力は、15GPa以上50GPa以下が好ましく、20GPa以上がさらに好ましい。衝撃加圧時の加圧時間は1マイクロ秒以上50マイクロ秒以下が好ましく、3マイクロ秒以上40マイクロ秒以下がさらに好ましい。衝撃加圧時の温度は1200℃以上3000℃以下が好ましく、1500℃以上2500℃以下がさらに好ましい。   In the impact compression method, for example, the second particle group is mixed with a heat sink and copper powder as a pressure medium, filled in a steel container, and instantaneously generated by a shock wave with a pressure of 15 GPa or more and a pressurization time of 50 microseconds or less. By applying pressure, the second particle group can be converted into cubic sialon. The pressure for impact pressing is preferably 15 GPa or more and 50 GPa or less, and more preferably 20 GPa or more. The pressing time at the time of impact pressing is preferably 1 microsecond or more and 50 microsecond or less, and more preferably 3 microsecond or more and 40 microsecond or less. The temperature at the time of impact pressing is preferably 1200 ° C. or higher and 3000 ° C. or lower, more preferably 1500 ° C. or higher and 2500 ° C. or lower.

静圧合成法では、たとえば、第2粒子群をマルチアンビルプレスなどを用いて、圧力0.1GPa以上20PGa以下、温度1000℃以上2000℃以下の条件で、5分以上180分以下処理することによって、第2粒子群を立方晶型サイアロンに変換させることができる。   In the static pressure synthesis method, for example, the second particle group is treated using a multi-anvil press or the like under conditions of a pressure of 0.1 GPa to 20 PGa and a temperature of 1000 ° C. to 2000 ° C. for 5 minutes to 180 minutes. The second particle group can be converted into cubic sialon.

第2粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法で処理すると、第2粒子群の一部は、立方晶型サイアロンに変換されずに不可避不純物になる。不可避不純物としては、たとえば、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる元素の酸化物、窒化物、酸窒化物、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化タングステン、非晶質物質が挙げられる。これらの不可避不純物の合計量は、立方晶型サイアロンと不可避不純物との合計100質量%中、10質量%以下が好ましく、5.0質量%以下がさらに好ましい。   When the second particle group is processed by the impact compression method or the hydrostatic synthesis method, a part of the second particle group becomes an inevitable impurity without being converted into cubic sialon. Inevitable impurities include, for example, oxides, nitrides, oxynitrides, silicon nitrides, silicon oxides, aluminum oxides of elements selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements and Group 6 elements of the Periodic Table , Aluminum nitride, tungsten carbide, and amorphous materials. The total amount of these inevitable impurities is preferably 10% by mass or less, more preferably 5.0% by mass or less, in a total of 100% by mass of cubic sialon and inevitable impurities.

不可避不純物を除去するために、衝撃圧縮法または静圧合成法で処理後の粉末から立方晶型サイアロンを精製することが好ましい。   In order to remove inevitable impurities, it is preferable to purify cubic sialon from the powder after the treatment by the impact compression method or the static pressure synthesis method.

立方晶型サイアロンの精製は、たとえば以下の方法で行うことができる。初めに、衝撃圧縮法または静圧合成法で処理後の粉末を、ボールミルやジェットミルを用いて細かく粉砕する。得られた粉砕粉を、フッ酸などの酸性溶液で洗浄する。非晶質物質は酸性溶液に溶解するため、前記粉末を酸性溶液で洗浄すると、非晶質物質を除去することができる。次に、洗浄後の粉末に含まれる立方晶型サイアロンと不可避不純物とを、遠心分離などを用いて分離して、精製された立方晶型サイアロンを得ることができる。   The purification of the cubic sialon can be performed, for example, by the following method. First, the powder after the treatment by the impact compression method or the static pressure synthesis method is finely pulverized using a ball mill or a jet mill. The obtained pulverized powder is washed with an acidic solution such as hydrofluoric acid. Since the amorphous substance is dissolved in the acidic solution, the amorphous substance can be removed by washing the powder with the acidic solution. Next, the purified cubic sialon can be obtained by separating the cubic sialon and the inevitable impurities contained in the washed powder using centrifugation or the like.

<第5の実施形態>
第5の実施形態に係る焼結体の製造方法について、図2を用いて説明する。
<Fifth Embodiment>
The manufacturing method of the sintered compact concerning 5th Embodiment is demonstrated using FIG.

焼結体の製造方法は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属、珪素およびアルミニウムを含む第1粒子群を準備する工程(図2中、S21で示される。以下、「第1粒子群準備工程」ともいう)と、前記第1粒子群を熱処理して、前記第1金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第2粒子群を作製する工程(図2中、S22で示される。以下、「第2粒子群作製工程」ともいう)と、前記第2粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程(図2中、S23で示される。以下、「立方晶型サイアロン作製工程」ともいう)と、立方晶型サイアロンを20体積%以上100体積%以下含む第3粒子群を準備する工程(図2中、S24で示される。以下、「第3粒子群準備工程」ともいう)と、第3粒子群を焼結して焼結体を作製する工程(図2中、S25で示される。「焼結体作製工程」ともいう)とを備える。前記立方晶型サイアロンは、下記式(1)
Si(6−x−y)Al(8−y)・・・(1)
(式(1)中、Mはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属であり、0.01≦y≦4.2および1.79≦(6−x−y)≦5.98の関係を満たす)で表わされる。
The method for producing a sintered body comprises a group consisting of calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table A step of preparing a first particle group including at least one first metal selected from the group consisting of silicon and aluminum (shown as S21 in FIG. 2; hereinafter, also referred to as “first particle group preparation step”); The step of heat-treating the first particle group to produce a second particle group containing the first metal, silicon, aluminum, oxygen and nitrogen (shown as S22 in FIG. 2). (Also referred to as a “step”), the second particle group is treated by an impact compression method or a static pressure synthesis method to produce a cubic sialon (shown as S23 in FIG. 2). And a step of preparing a third particle group containing 20% by volume or more and 100% by volume or less of cubic sialon (referred to as S24 in FIG. 2). And a step of producing a sintered body by sintering the third particle group (indicated as S25 in FIG. 2) (also referred to as a “sintered body producing step”). The cubic sialon has the following formula (1)
M x Si (6-xy) Al y O y N (8-y) (1)
(In the formula (1), M is composed of calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanoid, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the periodic table. A first metal including at least one selected from the group, and satisfying the relationship of 0.01 ≦ y ≦ 4.2 and 1.79 ≦ (6-xy) ≦ 5.98).

第1粒子群作製工程(S21)、第2粒子群作製工程(S22)および立方晶型サイアロン作製工程(S23)は、それぞれ第4の実施形態の第1粒子群作製工程(S1)、第2粒子群作製工程(S2)および立方晶型サイアロン作製工程(S3)と同様であるため、その説明は繰り返さない。   The first particle group production step (S21), the second particle group production step (S22), and the cubic sialon production step (S23) are respectively the first particle group production step (S1) and the second of the fourth embodiment. Since it is similar to the particle group production step (S2) and the cubic sialon production step (S3), the description thereof will not be repeated.

(第3粒子群準備工程)
図2を参照し、第3粒子群準備工程(S24)において、立方晶型サイアロン作製工程(S23)で作製した立方晶型サイアロンを20体積%以上100体積%以下含む第3粒子群を準備する。
(Third particle group preparation step)
Referring to FIG. 2, in the third particle group preparation step (S24), a third particle group containing 20% by volume or more and 100% by volume or less of the cubic sialon prepared in the cubic sialon manufacturing step (S23) is prepared. .

第3粒子群は、焼結体の原料となる原料粒子群である。第3粒子群は、立方晶型サイアロンのみを含んでいてもよいし、立方晶型サイアロンとともに結合相の原料となる物質を含んでいてもよい。   A 3rd particle group is a raw material particle group used as the raw material of a sintered compact. The third particle group may contain only cubic sialon, or may contain a material that becomes a raw material of the binder phase together with cubic sialon.

結合相の原料となる物質としては、たとえば、第2の実施形態に記載の第2金属および第1化合物を用いることができる。なお、第2金属および第1化合物は、第2の実施形態と同様であるため、その説明は繰り返さない。   For example, the second metal and the first compound described in the second embodiment can be used as the material for the binder phase. Note that the second metal and the first compound are the same as those in the second embodiment, and thus description thereof will not be repeated.

第3粒子群中の立方晶型サイアロンの含有量は、20体積%以上100体積%以下である。第3粒子群中の立方晶型サイアロンの含有量が20体積%以上であると、第3粒子群を焼結して得られた焼結体の耐摩耗性および耐欠損性が向上する。第3粒子群中の立方晶型サイアロンの含有量は、50体積%以上100体積%以下が好ましく、50体積%以上90体積%以下がさらに好ましく、50体積%以上80体積%以下がさらに好ましい。   The content of cubic sialon in the third particle group is 20% by volume or more and 100% by volume or less. When the content of the cubic sialon in the third particle group is 20% by volume or more, the wear resistance and fracture resistance of the sintered body obtained by sintering the third particle group are improved. The content of cubic sialon in the third particle group is preferably 50% by volume to 100% by volume, more preferably 50% by volume to 90% by volume, and further preferably 50% by volume to 80% by volume.

第3粒子群が立方晶型サイアロンとともに結合相の原料物質を含む場合、第3粒子群をボールミルやジェットミルを用いて混合することが好ましい。   When the third particle group includes a cubic phase sialon and a binder phase raw material, it is preferable to mix the third particle group using a ball mill or a jet mill.

(焼結体作製工程)
次に、図2を参照し、焼結体作製工程(S25)において、第3粒子群を焼結して焼結体を作製する。
(Sintered body production process)
Next, referring to FIG. 2, in the sintered body manufacturing step (S25), the third particle group is sintered to prepare a sintered body.

第3粒子群の焼結は、第3粒子群を加圧成形した後に行うことが好ましい。また、加圧成形と同時に行ってもよい。加圧成形と焼結とを同時に行う方法としては、ホットプレス(HP)法、放電プラズマ焼結(SPS)法、超高圧焼結法が挙げられる。また、冷間静水圧加圧(CIP)法で成形した後、さらに熱間静水圧加圧(HIP)法を用いて焼結することもできる。なお、上記のような加圧焼結法の代わりに常圧焼結法を用いてもよい。   The sintering of the third particle group is preferably performed after the third particle group is pressure-molded. Moreover, you may carry out simultaneously with pressure molding. Examples of methods for simultaneously performing pressure molding and sintering include a hot press (HP) method, a discharge plasma sintering (SPS) method, and an ultra-high pressure sintering method. Moreover, after shaping | molding by the cold isostatic pressing (CIP) method, it can also sinter using a hot isostatic pressing (HIP) method. In addition, you may use a normal pressure sintering method instead of the above pressure sintering methods.

焼結体作製工程は、焼結体の組成が第3粒子群の組成から大きく変化することを抑制するために、非酸化性および非窒化性の雰囲気下で実行されることが好ましい。   The sintered body preparation step is preferably performed in a non-oxidizing and non-nitriding atmosphere in order to prevent the composition of the sintered body from greatly changing from the composition of the third particle group.

焼結時の圧力は0.1GPa以上20GPa以下が好ましく、1GPa以上がさらに好ましい。焼結時の温度は1000℃以上2000℃以下が好ましく、1300℃以上1700℃以下がさらに好ましい。焼結に要する時間は第3粒子群の量(体積)、温度等によって異なるが、たとえば、1000℃以上2000℃以下の焼結温度の際には、3分以上180分以下とすることができる。   The pressure during sintering is preferably 0.1 GPa or more and 20 GPa or less, and more preferably 1 GPa or more. The temperature during sintering is preferably 1000 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower, more preferably 1300 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower. The time required for sintering varies depending on the amount (volume) of the third particle group, the temperature, and the like. For example, when the sintering temperature is 1000 ° C. or more and 2000 ° C. or less, it can be 3 minutes or more and 180 minutes or less. .

上記焼結体作製工程が行われることにより、上記式(1)で示される立方晶型サイアロンを含む焼結体を得ることができる。   By performing the sintered body manufacturing step, a sintered body containing a cubic sialon represented by the above formula (1) can be obtained.

本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

[試料1−1〜試料1−50,1−52,1−53]
<立方晶型サイアロンの作製>
(第1粒子群準備工程)
表1の原料および混合比にしたがって、原料粒子が混合された第1粒子群を準備した。たとえば、試料1−1では、Si粒子と、Al粒子と、TiO 粒子とを、混合比(質量比)で、67:18:15となるように計量した後、ボールミルで混合して、第1粒子群を準備した。なお、試料1−1〜試料1−50,1−52,1−53において準備された各第1粒子群の平均粒径は、全て10μm以下であった。得られた第1粒子群を圧力10MPaで加圧成形して成形体を得た。
[Sample 1-1 to Sample 1-50, 1-52, 1-53]
<Production of cubic sialon>
(First particle group preparation step)
According to the raw materials and mixing ratios in Table 1, a first particle group in which raw material particles were mixed was prepared. For example, in Sample 1-1, after measuring Si 3 N 4 particles, Al 2 O 3 particles, and TiO 2 particles so that the mixing ratio (mass ratio) is 67:18:15, the ball mill To prepare a first particle group. The average particle diameters of the first particle groups prepared in Sample 1-1 to Sample 1-50, 1-52, 1-53 were all 10 μm or less. The obtained first particle group was pressure-molded at a pressure of 10 MPa to obtain a molded body.

(第2粒子群作製工程)
次に、第1粒子群の成形体を熱処理して、第2粒子群を作製した。各試料で用いた熱処理法を表1に示す。表1中、「外部加熱」は外部加熱法を意味し、「燃焼合成」は燃焼合成法を意味する。
(Second particle group production process)
Next, the compact | molding | casting of the 1st particle group was heat-processed, and the 2nd particle group was produced. Table 1 shows the heat treatment method used for each sample. In Table 1, “external heating” means an external heating method, and “combustion synthesis” means a combustion synthesis method.

外部加熱法では、まず窒素ガスが充填された坩堝内に第1粒子群を配置した。そして、坩堝の周囲に配置されたカーボンヒータにより坩堝内を1700℃に加熱した。このときの坩堝内のガス圧は0.3MPaであった。坩堝内が1700℃に達してからの加熱時間は6時間であった。これにより、第2粒子群が得られた。   In the external heating method, first, the first particle group was placed in a crucible filled with nitrogen gas. And the inside of a crucible was heated at 1700 degreeC with the carbon heater arrange | positioned around the crucible. At this time, the gas pressure in the crucible was 0.3 MPa. The heating time after the inside of the crucible reached 1700 ° C. was 6 hours. Thereby, the 2nd particle group was obtained.

燃焼合成法では、まず、ガス供給部およびガス排出部を有する圧力容器内に第1粒子群を配置した。そして、圧力容器内に窒素ガスを供給し3MPaまで昇圧させ、1500℃の熱源を用いて第1粒子群の一部を着火させることにより、第1粒子群を燃焼合成させた第1粒子群の一部を着火してからの燃焼時間は1分間であった。これにより、第2粒子群が得られた。   In the combustion synthesis method, first, the first particle group was disposed in a pressure vessel having a gas supply unit and a gas discharge unit. Then, nitrogen gas is supplied into the pressure vessel, the pressure is increased to 3 MPa, and a part of the first particle group is ignited using a heat source of 1500 ° C. The combustion time after igniting a part was 1 minute. Thereby, the 2nd particle group was obtained.

得られた第2粒子群を超硬製の棒を用いて粗く叩き、150μmメッシュに通した後、ボールミルを用いて粉砕化した。粉砕化後の第2粒子群の平均粒径は1μmであった。   The obtained second particle group was roughly hit using a cemented carbide rod, passed through a 150 μm mesh, and then pulverized using a ball mill. The average particle size of the second particle group after pulverization was 1 μm.

(立方晶型サイアロン作製工程)
次に、得られた第2粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製した。各試料で用いた合成法を表1に示す。表1中、「衝撃圧縮」は衝撃圧縮法を意味し、「静圧合成」は静圧合成法を意味する。
(Cubic sialon manufacturing process)
Next, the obtained 2nd particle group was processed by the impact compression method or the static pressure synthesis method, and the cubic sialon was produced. Table 1 shows the synthesis method used for each sample. In Table 1, “impact compression” means the impact compression method, and “static pressure synthesis” means the static pressure synthesis method.

衝撃圧縮法では、初めに、第2粒子群をヒートシンクおよび銅粉と混合して鋼製容器に充填した。その後、爆薬の爆発により、第2粒子群を圧力15GPaおよび温度2000℃で5マイクロ秒間処理して、立方晶型サイアロンを含む試料を得た。   In the impact compression method, first, the second particle group was mixed with a heat sink and copper powder and filled into a steel container. Thereafter, the second particle group was treated for 5 microseconds at a pressure of 15 GPa and a temperature of 2000 ° C. by explosion of an explosive to obtain a sample containing cubic sialon.

静圧合成法では、第2粒子群を超硬製のアンビルを用いて圧力15GPaおよび温度2000℃で15分間処理して、立方晶型サイアロンを含む試料を得た。
In the static pressure synthesis method, the second particle group was treated with a cemented carbide anvil at a pressure of 15 GPa and a temperature of 2000 ° C. for 15 minutes to obtain a sample containing cubic sialon.
.

得られた立方晶型サイアロンを含む試料をボールミルで粉砕した。粉砕した試料を硝酸で処理して、不純物を除去した。さらに、遠心分離により立方晶サイアロンを精製し、水簸により分級した。   The obtained sample containing cubic sialon was pulverized with a ball mill. The ground sample was treated with nitric acid to remove impurities. Further, the cubic sialon was purified by centrifugation and classified with a water tank.

<立方晶型サイアロンの測定>
得られた立方晶型サイアロンについて、X線回折測定を行い、生成相を同定した。結果を表1の「生成物」の欄に示す。
<Measurement of cubic sialon>
The resulting cubic sialon was subjected to X-ray diffraction measurement to identify the product phase. The results are shown in the “Product” column of Table 1.

さらに、高周波誘導結合プラズマ発光分析法を行い、立方晶型サイアロン中の金属元素の割合を調べた。また、不活性ガス融解赤外線吸収法により、立方晶型サイアロン中の酸素元素および窒素元素の割合を調べた。また得られた粉末の断面が観察できるように加工を行い、走査型電子顕微鏡(以下SEMと記す)で粉末の断面を観察し、粉末中の色の濃淡で、金属元素の固溶しているサイアロン粒子と、サイアロン粒子内外に分散している金属元素を区別した。その際、予め元素分析により、各化合物を特性した。更にその視野に対し二値化を行い分散している金属元素量を定量化した。これらの結果から、立方晶型サイアロンを示す上記式(1)中のx、y、分散している金属成分の値を算出した。結果を表1の「x」、「y」の欄に示す。なお、表1の生成物の欄に記載した「c−」とは、「立方晶型」を意味する。 Furthermore, high frequency inductively coupled plasma optical emission spectrometry was performed to examine the proportion of metal elements in cubic sialon. Further, the ratio of oxygen element and nitrogen element in the cubic sialon was examined by an inert gas melting infrared absorption method. Also it performs processing to allow the obtained powder of the cross-section is observed, scanning (hereinafter referred to as SEM) electron microscopy of the powder of the cross section was observed, in color density in the powder, that have a solid solution of a metal element and support Iaron particles, to distinguish the metal element dispersed in the sialon particles inside and outside. At that time, each compound was characterized by elemental analysis in advance. Furthermore, the visual field was binarized to quantify the amount of dispersed metal elements. From these results, the values of x, y and dispersed metal components in the above formula (1) indicating cubic sialon were calculated. The results are shown in the “x” and “y” columns of Table 1 . Name your, it was described in the column of the product of Table 1 as "c-" means "cubic".

<焼結体の作製>
得られた立方晶型サイアロンを、表1に示す圧力、温度および焼結時間で焼結処理を行い焼結体を得た。焼結前の立方晶型サイアロンと、得られた焼結体のそれぞれを、走査電子顕微鏡に付属のEPMA(Electron Probe X-ray Micro Analyzer:試料に電子線を照射した際に発生する特性X線を検出し、構成元素を分析する装置)により分析した結果、両者は同様の構成元素比率となっていた。すなわち、立方晶型サイアロンは、焼結の前後で構成元素比率がほとんど変化しないことが確認された。
<Preparation of sintered body>
The obtained cubic sialon was sintered at the pressure, temperature and sintering time shown in Table 1 to obtain a sintered body. EPMA (Electron Probe X-ray Micro Analyzer: attached to the scanning electron microscope: characteristic X-rays generated when the sample is irradiated with an electron beam for each of the cubic sialon before sintering and the obtained sintered body As a result of the analysis by a device for detecting the constituent elements and analyzing the constituent elements, both have the same constituent element ratio. That is, it was confirmed that the cubic sialon hardly changes in constituent element ratio before and after sintering.

<焼結体の評価>
得られた焼結体をレーザーを用いて加工し、ISO型番CNGA120408形状のチップ形状、刃先処理が−25°の角度で、幅0.15mmのチャンファー形状の切削工具を作製した。以下の切削条件で切削試験を行い、連続切削時の平均逃げ面摩耗量が200μmに達するまでの切削長さ(km)および断続切削時の欠損までの切削長さ(km)を測定した。
<Evaluation of sintered body>
The obtained sintered body was processed using a laser to prepare a chamfer-shaped cutting tool having a chip shape of ISO model number CNGA120408, a cutting edge treatment of −25 °, and a width of 0.15 mm. A cutting test was performed under the following cutting conditions, and the cutting length (km) until the average flank wear amount during continuous cutting reached 200 μm and the cutting length (km) until the chipping during intermittent cutting were measured.

(連続切削条件および評価内容)
被削材:インコネル718(登録商標)の丸棒の外径加工
被削材硬度:HRC40
切削速度:V=150m/min
切込み量:d=0.25m/min
送り速度:f=0.1mm/rev
クーラント:エマルジョン20倍希釈
評価内容:平均逃げ面摩耗量が200μmに達するまでの切削長さ(km)
(断続切削条件および評価内容)
被削材:外周4箇所に溝を有するインコネル718(登録商標)の棒の外径加工
被削材硬度:HRC40
切削速度:V=150m/min
切込み量:d=0.25m/min
送り速度:f=0.1mm/rev
クーラント:なし
評価内容:欠損までの切削長さ(km)
結果を表1に示す。連続切削時の平均逃げ面摩耗量が200μmに達するまでの切削長さ(km)が長いほど、耐摩耗性が優れている。断続切削時の欠損までの切削長さ(km)が長いほど、耐欠損性が優れている。
(Continuous cutting conditions and evaluation details)
Work Material: Outer Diameter Machining of Inconel 718 (Registered Trademark) Round Bar Work Material Hardness: HRC40
Cutting speed: V = 150 m / min
Cutting depth: d = 0.25 m / min
Feeding speed: f = 0.1mm / rev
Coolant: Emulsion diluted 20 times Details of evaluation: Cutting length (km) until average flank wear reaches 200 μm
(Intermittent cutting conditions and evaluation details)
Work Material: Outside Diameter Processing of Inconel 718 (Registered Trademark) Bar with Grooves at Four Peripheries Work Material Hardness: HRC40
Cutting speed: V = 150 m / min
Cutting depth: d = 0.25 m / min
Feeding speed: f = 0.1mm / rev
Coolant: None Content of evaluation: Cutting length to the defect (km)
The results are shown in Table 1. The longer the cutting length (km) until the average flank wear amount during continuous cutting reaches 200 μm, the better the wear resistance. The longer the cutting length (km) to the fracture during intermittent cutting, the better the fracture resistance.

[試料1−51]
試料1−51では、従来の立方晶型サイアロン(Si(6−x)Al(8−x)(0<x≦4.2))を用いて焼結体を作製した。得られた焼結体を用いて試料1−1と同一形状の切削工具を作製し、試料1−1と同一の評価を行った。結果を表1に示す。
[Sample 1-51]
In Sample 1-51, a sintered body was produced using conventional cubic sialon (Si (6-x) Al x O x N (8-x) (0 <x ≦ 4.2)). A cutting tool having the same shape as that of Sample 1-1 was produced using the obtained sintered body, and the same evaluation as that of Sample 1-1 was performed. The results are shown in Table 1.

Figure 0006409441
Figure 0006409441

<評価結果>
試料1−1〜試料1−50の焼結体は、上記式(1)で表わされる立方晶型サイアロンを用いて作製された焼結体である。従来の立方晶型サイアロンを用いて作製された試料1−51の焼結体よりも、耐摩耗性および耐欠損性が優れていた。
<Evaluation results>
The sintered bodies of Sample 1-1 to Sample 1-50 are sintered bodies manufactured using cubic sialon represented by the above formula (1). Abrasion resistance and fracture resistance were superior to the sintered body of Sample 1-51 produced using conventional cubic sialon.

[試料2−1〜試料2−35、試料2−39、試料2−40]
<焼結体の作製>
試料1−1、試料1−15、試料1−29または試料1−38の立方晶型サイアロンと、第2金属または第1化合物とを表2に示す割合で混合して第3粒子群を作製した。該第3粒子群を表2に示す圧力、温度および焼結時間でHP法による焼結処理を行い焼結体を得た。得られた焼結体をX線回折した結果、第3粒子群中の立方晶型サイアロンの質量割合と、焼結体中の立方晶型サイアロンの質量割合は、ほとんど変化しないことが確認された。また、第3粒子群と得られた焼結体のそれぞれを、走査電子顕微鏡に付属のEPMA(Electron Probe X-ray Micro Analyzer:試料に電子線を照射した際に発生する特性X線を検出し、構成元素を分析する装置)により分析した結果、両者は同様の構成元素比率となっていた。すなわち、第3粒子群とその焼結体とでは、構成元素比率がほとんど変化しないことが確認された。
[Sample 2-1 to Sample 2-35, Sample 2-39, Sample 2-40]
<Preparation of sintered body>
Sample 1-1, Sample 1-15, Sample 1-29 or Sample 1-38 cubic sialon and the second metal or first compound are mixed in the ratio shown in Table 2 to produce the third particle group. did. The third particle group was sintered by the HP method at the pressure, temperature and sintering time shown in Table 2 to obtain a sintered body. As a result of X-ray diffraction of the obtained sintered body, it was confirmed that the mass ratio of cubic sialon in the third particle group and the mass ratio of cubic sialon in the sintered body hardly changed. . In addition, each of the third particle group and the obtained sintered body is detected with EPMA (Electron Probe X-ray Micro Analyzer: attached to the scanning electron microscope). As a result of analysis using a device for analyzing constituent elements, both constituent elements have similar constituent element ratios. That is, it was confirmed that the constituent element ratio hardly changed between the third particle group and the sintered body.

<焼結体の評価>
得られた焼結体用いて試料1−1と同一形状の切削工具を作製し、試料1−1と同一の評価を行った。結果を表2に示す。
<Evaluation of sintered body>
Using the obtained sintered body, a cutting tool having the same shape as that of Sample 1-1 was produced, and the same evaluation as that of Sample 1-1 was performed. The results are shown in Table 2.

[試料2−36〜試料2−38]
試料2−36では、従来の立方晶型サイアロン(Si(6−x)Al(8−x)(0<x≦4.2))を用いて焼結体を作製した。
[Sample 2-36 to Sample 2-38]
In Sample 2-36, a sintered body was manufactured using conventional cubic sialon (Si (6-x) Al x O x N (8-x) (0 <x ≦ 4.2)).

試料2−37では、従来の立方晶型サイアロン(Si(6−x)Al(8−x)(0<x≦4.2))およびβ型サイアロンを用いて焼結体を作製した。 In Sample 2-37, a sintered body was formed using a conventional cubic sialon (Si (6-x) Al x O x N (8-x) (0 <x ≦ 4.2)) and β-sialon. Produced.

試料2−38では、従来の立方晶型サイアロン(Si(6−x)Al(8−x)(0<x≦4.2))およびコバルトを用いて焼結体を作製した。 In Sample 2-38, a sintered body was produced using conventional cubic sialon (Si (6-x) Al x O x N (8-x) (0 <x ≦ 4.2)) and cobalt. .

<焼結体の評価>
得られた焼結体用いて試料1−1と同一形状の切削工具を作製し、試料1−1と同一の評価を行った。結果を表2に示す。
<Evaluation of sintered body>
Using the obtained sintered body, a cutting tool having the same shape as that of Sample 1-1 was produced, and the same evaluation as that of Sample 1-1 was performed. The results are shown in Table 2.

Figure 0006409441
Figure 0006409441

<評価結果>
試料2−1〜試料2−35の焼結体は、上記式(1)で表わされる立方晶型サイアロンを用いて作製された焼結体であり、焼結体中の立方晶型サイアロンの含有量は20体積%以上80体積%以下である。
<Evaluation results>
The sintered bodies of Sample 2-1 to Sample 2-35 are sintered bodies produced using the cubic sialon represented by the above formula (1), and contain cubic sialon in the sintered body. The amount is 20% by volume or more and 80% by volume or less.

試料2−36〜試料2−38の焼結体は、従来の立方晶型サイアロンを用いて作製された焼結体である。   The sintered bodies of Sample 2-36 to Sample 2-38 are sintered bodies manufactured using conventional cubic sialon.

試料2−39〜試料2−40の焼結体は、上記式(1)で表わされる立方晶型サイアロンを用いて作製された焼結体であり、焼結体中の立方晶型サイアロンの含有量は15体積%である。   The sintered bodies of Samples 2-39 to 2-40 are sintered bodies produced using the cubic sialon represented by the above formula (1), and contain cubic sialon in the sintered body. The amount is 15% by volume.

試料2−1〜試料2−35の焼結体は、試料2−36〜試料2−40の焼結体に比べて、耐摩耗性および耐欠損性が優れていた。   The sintered bodies of Sample 2-1 to Sample 2-35 were superior in wear resistance and fracture resistance as compared to the sintered bodies of Sample 2-36 to Sample 2-40.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

本発明の一実施形態に係る立方晶型サイアロンを含む焼結体は、切削工具に広く用いることができる。たとえば、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切り工具、リーマまたはタップに用いることができる。   The sintered body containing cubic sialon according to an embodiment of the present invention can be widely used for cutting tools. For example, it can be used for a drill, an end mill, a cutting edge replacement cutting tip for milling, a cutting edge replacement cutting tip for turning, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, or a tap.

Claims (7)

下記式(1)
Si(6−x−y)Al(8−y)・・・(1)
(式(1)中、Mはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属であり、0.01≦x≦1.5、0.01≦y≦4.2および1.79≦(6−x−y)≦5.98の関係を満たす)
で表わされる、立方晶型サイアロン。
Following formula (1)
M x Si (6-xy) Al y O y N (8-y) (1)
In (formula (1), M comprises calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanides, Group IV of the periodic table, at least one selected from the group consisting of group 5 element and a group 6 element (It is a first metal and satisfies the relationship of 0.01 ≦ x ≦ 1.5 , 0.01 ≦ y ≦ 4.2, and 1.79 ≦ (6-xy) ≦ 5.98)
Cubic sialon represented by
請求項1に記載の立方晶型サイアロンを20体積%以上100体積%以下含む、焼結体。 The sintered compact containing 20 volume% or more and 100 volume% or less of the cubic sialon of Claim 1 . 請求項1に記載の立方晶型サイアロンと、第2金属および第1化合物のいずれか一方または両方とを含む焼結体であって、
前記第2金属は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、
前記第1化合物は、アルミニウム、硼素、珪素、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カルシウム、イットリウム、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の第1元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の第2元素とからなる少なくとも1種の化合物を含む、請求項3に記載の焼結体。
A sintered body comprising the cubic sialon according to claim 1 and any one or both of a second metal and a first compound,
The second metal includes at least one selected from the group consisting of manganese, iron, cobalt, nickel and copper,
The first compound is at least selected from the group consisting of aluminum, boron, silicon, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, calcium, yttrium, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the Periodic Table The sintered body according to claim 3, comprising at least one compound composed of one kind of first element and at least one kind of second element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron.
請求項または請求項に記載の焼結体を備える切削工具。 Cutting tool comprising a sintered body according to claim 2 or claim 3. 請求項1に記載の立方晶型サイアロンの製造方法であって、
カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属、珪素、およびアルミニウムを含む第1粒子群を準備する工程と、
前記第1粒子群を熱処理して、前記第1金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第2粒子群を作製する工程と、
前記第2粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程とを備え、立方晶型サイアロンの製造方法。
A method for producing a cubic sialon according to claim 1,
Calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanides, Group IV of the periodic table, the first metal comprising at least one selected from the group consisting of group 5 element and a group 6 element, silicon, and aluminum Preparing a first particle group comprising:
Heat-treating the first particle group to produce a second particle group containing the first metal, silicon, aluminum, oxygen and nitrogen;
Said second particle group by treatment with shock compression method or static synthesis, Ru and a step of preparing a cubic sialon, cubic method for producing sialon.
請求項2または請求項3に記載の焼結体の製造方法であって、
カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む第1金属、珪素およびアルミニウムを含む第1粒子群を準備する工程と、
前記第1粒子群を熱処理して、前記第1金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第2粒子群を作製する工程と、
前記第2粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程と、
前記立方晶型サイアロンを20体積%以上100体積%以下含む第3粒子群を準備する工程と、
前記第3粒子群を焼結して焼結体を得る工程とを備え、焼結体の製造方法。
It is a manufacturing method of the sintered compact according to claim 2 or 3,
Calcium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthanides, Group IV of the periodic table, the first metal comprising at least one selected from the group consisting of group 5 element and a group 6 element, silicon and aluminum Preparing a first particle group;
Heat-treating the first particle group to produce a second particle group containing the first metal, silicon, aluminum, oxygen and nitrogen;
Treating the second particle group by impact compression or static pressure synthesis to produce cubic sialon;
Preparing a third particle group containing 20% by volume or more and 100% by volume or less of the cubic sialon;
Ru and a step of obtaining a sintered body by sintering said third particle group, the production method of the sintered body.
前記第3粒子群は、前記立方晶型サイアロンと、第2金属および第1化合物のいずれか一方または両方とを含み、
前記第2金属は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、
前記第1化合物は、アルミニウム、硼素、珪素、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カルシウム、イットリウム、周期表の第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の第1元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも1種の第2元素とからなる少なくとも1種の化合物を含む、請求項に記載の焼結体の製造方法。
The third particle group includes the cubic sialon, and one or both of the second metal and the first compound,
The second metal includes at least one selected from the group consisting of manganese, iron, cobalt, nickel and copper,
The first compound is at least selected from the group consisting of aluminum, boron, silicon, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, calcium, yttrium, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element of the Periodic Table The production of a sintered body according to claim 6 , comprising at least one compound composed of one kind of first element and at least one kind of second element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron. Method.
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