JPH01215754A - 酸化アルミニウム基焼結体及びその製造方法 - Google Patents

酸化アルミニウム基焼結体及びその製造方法

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JPH01215754A
JPH01215754A JP63039247A JP3924788A JPH01215754A JP H01215754 A JPH01215754 A JP H01215754A JP 63039247 A JP63039247 A JP 63039247A JP 3924788 A JP3924788 A JP 3924788A JP H01215754 A JPH01215754 A JP H01215754A
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aluminum oxide
titanium
powder
sintered body
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Masaki Kobayashi
正樹 小林
Yuji Katsumura
勝村　祐次
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Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、切削工具材料、耐摩耗工具材料。
耐食性材料、高温機械部品用材料、精密機械部品用材料
及び時計側を含めた装飾用材料などの構造用材料として
適する酸化アルミニウム基焼結体及びその製造方法に関
するものである。
（従来の技術） 酸化アルミニウムを主成分とする酸化アルミニウム基焼
結体は、ＡβＪｓ　　ＭｇＯ基焼結体及び＾２２ロａ−
ＴｉＣ基焼結体が実用化されている。これらの従来の酸
化アルミニウム基焼結体は、耐酸化性及び高温における
強度が劣るために１例えば高速切削用又は難削材用の切
削工具材料として用いると境界摩耗、チッピング又は欠
損が発生しやすいという問題がある。これらの問題点を
改善するものとして、特開昭６１−２７４８０３号公報
が提案されている。
（発明が解決しようとする問題点） 特開昭６１−２７４８０３号公報は、酸化アルミニウム
のマトリックスに炭化ケイ素又は窒化ケイ素のウィスカ
ーを分散させることにより強度の向上を達成した切削工
具用セラミックス焼結体である。
しかしながら、この特開昭６１−２７４８０３号公報に
開示の焼結体は、鉄族金属との親和性が高い炭化ケイ素
又は窒化ケイ素を分散しているために刃先が高温になる
切削領域での切削工具材料として用いると被削材中の鉄
族金属と反応して耐摩耗性及び耐欠損性が低下するとい
う問題がある。
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、！１
体的には、酸化アルミニウムを主成分とするマトリック
ス中に炭化ケイ素とチタンの含有した化合物とを複合分
散させることにより強度、耐酸化性及び耐溶着性にすぐ
れるようにした酸化アルミニウム基焼結体及びその製造
方法の提供を［１的とするものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、酸化アルミニウムー炭化ケイ素系焼結体
について検ａ−ｔ　シ、　Ｍ化アルミニウム中に含有す
る炭化ケイ素と炭化ケイ素ウィスカーとの比率が酸化ア
ルミニウムの粒成長の抑制、焼結体の強度及び耐摩耗性
に影響を及ぼすということを確認して、その結果を特願
昭６２−２３４４７４号に提案している。この酸化アル
ミニウムー炭化ケイ素系焼結体をさらに検討していた所
、鉄族金属との親和性が高いという炭化ケイ素の弱点は
、炭化ケイ素に炭化チタンを混在させて複合分散させる
ことにより解消されるという知見を得たものである。こ
の知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである
。
すなわち、本発明の酸化アルミニウム基焼結体は、炭化
ケイ素とチタンの含有した化合物とでなる分散強化相１
Ｇ〜５０屯礒％と、残部酸化アルミニウムを主成分とす
るマトリックスと不可避不純物とでなる焼結体であって
、前記分散強化相が１０〜９０重Ｍ％の炭化ケイ素と残
りチタンの含有した化合物とでなることを特徴とするも
のである。
本発明の酸化アルミニウム基焼結体における炭化ケイ素
は、ａ　−ＳｊＣ，β−３ｉＣの微細結晶又はウィスカ
ーの中の少なくとも１種からなっているものである。ま
た、本発明の酸化アルミニウム基焼結体におけるチタン
の含有した化合物とは、例えば炭化チタン、窒化チタン
、ホウ化チタン、炭窒化チタン、炭酸化チタン、窒酸化
チタン、炭窒酸化チタン、又はＴｉとＺｒ、　ｌｌｒ、
　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｃｒ、　Ｍｏ。
胃の中の少なくとも１種とでなる炭化物、窒化物、炭窒
化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物、ホウ化物から
選ばれる少なくとも１種からなるもので、特に、炭化チ
タン、窒化チタン、炭窒化チタン、ホウ化チタンからな
る場合はすぐれた効果を発揮するもので好ましいことで
ある。この炭化ケイ素とチタンの含有した化合物との比
率は、使用目的とする用途により選定すればよく、特に
炭化ケイ素４０〜６０％とチタンの含有した化合物６０
〜４０％の比率にすると焼結体の諸性性がゝト均的にす
ぐれるので好ましいことである。
本発明の酸化アルミニウム基焼結体におけるマトリック
スとは、酸化アルミニウムのみからなる場合、又は焼結
促進や粒成長抑制などの目的で。
例えば希土類金属の酸化物、　ＭｇＯ，Ｎｉｐ、　Ｃｏ
ｎ。
Ｔｉ０ｓ、　ＺｒＯ＊、　５ｉｎｓ、　ＣａＯ，Ｃｒａ
［ｌａの中の少なくとも１種を１０川州％以下含有して
なる酸化アルミニウムからなる場合である。このマトリ
ックス中に含イｉする化合物の内、５ｉｎｓは焼結性を
促進し、１〜３市量％の含有１が好ましく、ＺｒＯ□は
強度を向上し、３〜１０重Ｍ％の含有量が好ましく　、
　Ｃａｎ、　ＭｇＯは酸化アルミニウムの粒成長抑制、
耐摩耗性及び強度を高め、０，５〜２重量％が好ましく
　、　Ｃｒ１Ｏａ。
希−Ｌ類金属の酸化物は焼結性の促進及び強度を高め、
２〜５重量％の含有Ｍが好ましいことである。このマト
リックスとしての酸化アルミニウムは、主としてα−Ａ
ｌｘ口、又はａ−Ａρ２０．にβ−＾℃２０．の混在し
たもので、特にこの酸化アルミニウムの平均粒径が３μ
ｍ以下であると耐摩耗性にすぐれることから好ましく、
さらに好ましくは平均粒径が１＆＆ｍ以下の酸化アルミ
ニウムである。
本発明の酸化アルミニウム基焼結体における分散強化相
が焼結体４体の１０重量％未満になると、強度、耐溶着
性の低下が著しく、逆に分散強化相が焼結体全体の５０
重量％を超えて多くなると鉄族金属との親和性の高い炭
化ケイ素の含有量も増加して耐拡散摩耗性の低下が著し
くなる。また１分散強化相中の炭化ケイ素が分散強化相
全体の１０１ｔ％未満になると、高温における強度及び
耐酸化性の低下が著しく、逆に炭化ケイ素が分散強化相
全体の９０　！ＴｆｒＪ％を超えて多くなると、強度及
び耐溶着性の低下が著しくなる。
本発明の酸化アルミニウム基焼結体は、従来の粉末冶金
による製造方法、又はウィスカーと金属粉末とからなる
製造方法を利用して作製する、例えば炭化ケイ素粉末及
び／又は炭化ケイ素ウィスカーとチタンの含有した化合
物粉末と酸化アルミニウム粉末とを出発物として、その
後、従来の粉末冶金による製造方法、又はウィスカー含
有物の製造方法を利用して作製することができるけれど
も、特に次のような製造方法で作製すると得られる焼結
体が緻密で高強度になる傾向にあることから好ましいこ
とである。
本発明の酸化アルミニウム基焼結体の型造方法は、チタ
ンの含有した化合物を表面被覆してなる炭化ケイ素粉末
、チタンの含有した化合物を表面被覆してなる炭化ケイ
素ウィスカー、酸化被膜を有する炭化ケイ素粉末、Ｉ％
Ｉ化被膜をイＴする炭化ケイ素ウィスカーの中の少なく
とも１種の炭化ケイ素含有物とチタンの含有した化合物
粉末と酸化アルミニウムを主成分とする粉末とからなる
出発物を混合及び成形した後、非酸化性雰囲気中、　１
００〜５００Ｋｇｒ／ａｍ”（７）加圧、＋５００−１
９００’ｃ　（７）温度で焼結して１０〜９０川贋％の
炭化ケイ素と残りチタンの含有した化合物とでなる分散
強化相１ｏ〜５０　市Ｆ；ｉ％と、残部酸化アルミニウ
ムをＬ成分とするマトリックスと不可避不純物とからな
る焼結体を得ることを特徴とする方法である。
本発明の酸化アルミニウム基焼結体の製造方法において
用いる出発物の内、炭化ケイ素粉末はａ−ＳｉＣ，β−
３ｉＣ，ｙ　−ＳｉＣ，δ−５ｉＣなど各種の結晶構造
のものや非晶質ＳｉＣ又はこれらの２種以上の混合物と
して用いることができる。また、出発物としての炭化ケ
イ素ウィスカーは、平均直径が０．３〜Ｉ　ｇｍ、平均
アスペクト比が２０〜＋００からなるものを用いること
が好ましいことである。これらの炭化ケイ素粉末及び／
又は炭化ケイ素ウィスカー表面にチタンの含有した化合
物を被覆する場合は１例えば従来から行なわれている化
学蒸着法（ＣＶＤＩや物理蒸着法（ＰＶＤ）によって達
成することができる。さらに、酸化被膜を有する炭化ケ
イ素粉末及び／又は酸化被膜を有する炭化ケイ素ウィス
カーを出発物とする場合は、炭化ケイ素粉末及び／又は
炭化ケイ素ウィスカーを大気中を含めた酸化性雰囲気中
で予め５００〜＋５００’ｃの温度で処理して酸化被膜
を形成することができる。他の出発物であるチタンの含
有した化合物粉末及び酸化アルミニウムを主成分とする
粉末は、従来から用いられている結晶構造及び粒径の粉
末を用いることができるけれども、できるだけ微細な粉
末、例えば平均粒径２μｍ以下の粉末、特に平均粒径１
μｍ以下の粉末を用いることが焼結促進性及び焼結体の
緻密性を高めるのに好ましいことである。
本発明の酸化アルミニウム基焼結体の製造方法における
出発物の混合方法は、従来の粉末冶金又はウィスカー含
有物質の混合方法を応用でき、例えば混合容器としては
、ステンレス製又はステンレスの内壁に超硬合金、プラ
スチック、ゴム等を内張すした容器を用いることができ
る。この混合容器に出発物と必要に応じて、例えばメタ
ノール等の有機溶媒と、さらに必要に応じて１例えばス
チール製、超硬合金製又はセラミックス製のボールとを
混入して混合することができる。こうして得た混合物を
直接カーボンモルードに充填してポットプレス焼結する
ことができる。また、必要に応じて、混合物中に成形の
ための例えば植物油などの潤滑剤やパラフィン、樹脂な
どの成形助剤を添加して押出成形法、射出成形法、鋳込
成形法又は金型によるプレス成形法により成形体とし、
さらに必要に応じて、焼結温度よりも低い温度で予備焼
結後、成形加工して成形体とした後、非酸化性雰囲気中
、　　１００〜５００Ｋｇｆ／ｃｍ”（７）加圧、１５
００〜１９００℃の温度で焼結することができる。
（作用） 本発明の酸化アルミニウム基焼結体は、分散強化相が酸
化アルミニウムの粒成長を抑制し、焼結後はクラックの
伝播を阻止して強度を高める作用をしているものである
。また、高温時には分散強化相中の炭化ケイ素と酸化ア
ルミニウムによりムライトの薄膜を形成して、耐溶着性
及び耐摩耗性を高める作用をしているものである。
（実施例） 平均粒径０．３６ｍのａ　　Ａｊ！＊Ｏｔ粉末、平均粒
径０．３ＬＬｍのβ−３ｉＣ粉末、平均直径０．４６ｍ
ｘ　％均長さ２０μｍのα−５ｉＣウイスカー、平均粒
径０．７〜ＩμｍのＴｉＣ，Ｔｉ　（Ｃ，Ｎ）　、　Ｔ
ｉＢ＊。
ｔＴｉ、Ｍｏ１（Ｃ，Ｎ）、　ＴｉＮ、　ＭｇＯ，Ｃｒ
１ｅｓ、　Ｙ＊Ｏｓ、　Ｙｂ５Ｏｓ。
Ｚｒ０ｉの各種の市販品を用いて、第１表に示した組成
で各試料を配合し、（ただし、第１表中の酸化被膜付Ｓ
ｉＣは、に記ＳｉＣ粉末を大気中１０００’Ｃ、１時間
保持にて酸化処理したもの、ＴｉＣ被膜付ＳｉＣは−ｔ
３Ｉｌ！ＳｉＣ粉末をＣＶＯ法により２μｍ厚さのＴｉ
Ｃ被膜を形成したものである。）この配合物とメタノー
ルと　＾℃、０３製ボールとをステンレス製容器に入れ
て混合した。この混合粉末を乾燥後。
離型剤を塗付したカーボンモルードに充填し、　Ａｒ気
流中、ＺＯＯ〜５００ｋｇｒ／ｃｎ＋”の圧力、１６０
０〜１８５０℃の温度で１〜２時間保持にて焼結した。
このときの各試料の焼結条件を第１表に併記した。こう
して焼結した各試料の密度、硬さ及び抗折力を測定し、
その結果を第２表に示した。また、これらの試料をそれ
ぞれＪＩＳ規格の５ＮＧＮＩ２０４０８に研摩加工して
、下記　（＾）切削試験による鋼の高速切削試験と　＋
８）切削試験によるインコネルの切削試験と（Ｃ１切削
試験によるワスバロイの切削試験を行い、その結果を第
２表に併記した。
（Ａ）切削試験 被削材　　５４８Ｃ 切削速度　６００　ｍ／ｆｆｌ１ｎ 切込み潰　１．Ｏｍｍ 送り全　　０．３　ｍｍ／ｒｅｖ 結　果　　５　ｍｉｎ切削後の嘔均逃げ面摩耗量（ｖ８
）と境界摩耗量（Ｖ、　）を測定した。
（Ｂ）切削試験 被削材　　インコネル６００ 切削速度　１２０　ｍ／ｍｉｎ 切込み量　０．５ｍｍ 送り雀０．Ｉ　ｎ＋ｍ／ｒｅｖ 結　果　　３　ｍｉｎ切削後の平均逃げ面摩耗量（Ｖｓ
ｌと境界摩耗量（Ｖ、　）を測定した。
（Ｃ）切削試験 被削材　　ワスバロイ 切削速度　１２５　ｍ／ｗｉｎ 切込み川　１．Ｏｍｍ 送りＦＪ　　　Ｏ，１５ｍｍ／ｒｅｖ 結　果　　ｌ　ｍｉｎ切削後の平均逃げ面摩耗量（Ｖ＋
ｔ１と境界摩耗量（Ｖ、　ｌ　を測定した。
以下余白 （発明の効果） 本発明の酸化アルミニウム基焼結体は、切削工具材料と
して用いた場合に、従来の炭化ケイ素含有の酸化アルミ
ニウム焼結体及び炭化チタン含有の酸化アルミニウム焼
結体に比較して長寿命で、特に鋼及び耐熱合金の両波削
材に対して安定した寿命を有するという効果がある。ま
た１本発明の酸化アルミニウム基焼結体の製造方法は、
焼結促進性及び焼結体の緻密化に対して効果がある。
以にのことから、本発明の酸化アルミニウム基焼結体及
びその製造方法は、切削子Ｙ１材料としては勿論のこと
、従来のセラミックス焼結体で用いられている各種構造
用材料としての効果を発揮するものである。
特許出願人　東芝タンガロイ株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）炭化ケイ素とチタンの含有した化合物とでなる分
    散強化相１０〜５０重量％と、残部酸化アルミニウムを
    主成分とするマトリックスと不可避不純物とでなる焼結
    体であって、前記分散強化相は１０〜９０重量％の炭化
    ケイ素と残りチタンの含有した化合物とでなることを特
    徴とする酸化アルミニウム基焼結体。
  2. （２）チタンの含有した化合物を表面被覆してなる炭化
    ケイ素粉末，チタンの含有した化合物を表面被覆してな
    る炭化ケイ素ウィスカー，酸化被膜を有する炭化ケイ素
    粉末，酸化被膜を有する炭化ケイ素ウィスカーの中の少
    なくとも１種の複合炭化ケイ素とチタンの含有した化合
    物粉末と酸化アルミニウムを主成分とする粉末とからな
    る出発物を混合及び成形した後、非酸化性雰囲気中、１
    ００〜５００ｋｇｆ／ｃｍ＾２の圧力、１５００〜１９
    ００℃の温度で焼結して１０〜９０重量％の炭化ケイ素
    と残りチタンの含有した化合物とでなる分散強化相１０
    〜５０重量％と、残部酸化アルミニウムを主成分とする
    マトリックスと不可避不純物とからなる焼結体を得るこ
    とを特徴とする酸化アルミニウム基焼結体の製造方法。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03115161A (ja) * 1989-09-28 1991-05-16 Tokai Carbon Co Ltd 切削工具用複合セラミック材の製造方法
JP2006283803A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Railway Technical Res Inst 車両ブレーキ用制輪子
JP2011016698A (ja) * 2009-07-10 2011-01-27 Nippon Steel Corp 炭化珪素及び炭化チタン含有不定形耐火物

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JPS6330378A (ja) * 1986-07-18 1988-02-09 工業技術院長 切削工具用セラミックス焼結体

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