JPH02184573A - 熱間加工用工具 - Google Patents

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、プラスチック、樹脂、ガラス等の非金属材料
からなる部材に熱間において精密加工を施す熱間加工用
工具に関するものである。

〔従来の技術〕

従来プラスチック等の非金属材料からなる部材を熱間に
おいてプレス等の加工を行う場合には。

加工用工具をダイス鋼によって形成するのが最も一般的
であった。しかしながらこのような熱間加工用工具にダ
イス鋼を使用すると、加熱によって酸化が進行するため
、酸化物若しくは介在物等によって被加工物が汚染され
、熱疲労その他に起因する変形による精度低下、被加工
物が工具に焼付く等の不都合が発生していた。そこで近
年、高温強度および硬度が何れも高く、かつ熱衝撃抵抗
に優れた材料として窒化珪素等のセラミックスが注目さ
れ、高温雰囲気において使用される各種部材を初めとし
て、線引ダイス等の熱間加工用工具として使用されるよ
うになってきた（例えば特公昭６１−１０４１４号公報
等参照）、このようなセラミックスは硬質粒子と共に焼
結助剤として例えばＹ２Ｏ。

を５〜１０重量％含有させて焼結することによって得ら
れ、その表面粗さは８μｍ程度である。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記熱間加工用工具としては主として常圧焼結によって
形成した窒化珪素を使用しているが、この窒化珪素は常
圧においては焼結しにくいため。

前記のように焼結助剤として例えばＹ！０．を５〜ＩＯ
重量％を含有させる必要がある。この焼結助剤であるＹ
２Ｏ，は硬質粒子である窒化珪素結晶粒間の粒界にガラ
ス層として存在する。

一方上記のような焼結体によってプラスチック等の熱間
加工用ダイスを形成して使用すると、前記の粒界に存在
するｙｔｏ、からなるガラス層にプラスチック材料の一
部が付着し、被加工物の表面が粗面となり、甚しい場合
には被加工物の表面が剥離するという問題点がある。

また上記焼結体によって形成した熱間加工用ダイスの被
加工物と接触する加工面は、マクロ的には充分平滑に仕
上げ加工を施してあっても、ミクロ的には多数のボア（
平均ボア径：約５μｍ、　　ＩＩＩＩＩ！当たり約６０
０個）が存在しており、このようなボアが被加工物の表
面に転写される結果、被加工物の表面に凹凸を生じる。

従って精密加工の場合には被加工物に著しい品質低下を
招来すると共に、場合によっては不良品となるという問
題点を併有する。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し１粒界
ガラス層および表面のボアの少ない熱間加工用工具を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため１本発明においては。

焼結助剤として周期律表第３Ａ族元素の酸化物を５重量
％未満含有する窒化珪素若しくはサイアロン系セラミッ
クスからなる焼結体を、　１５００〜１９００’Ｃ，７
００〜２５００気圧のＮ２雰囲気にて熱間静水圧処理を
する。という技術的手段を採用した。

なお表面粗さを０．５μｍ以下とするのが好ましい。

本発明における焼結体は、５ｔ３Ｎ４８５重量％以上、
　Ａ　１ｗ　Ｏｘ　　１０重量％以下９周期律表第３Ａ
族元素の酸化物の１種または２種以上を５重量％未満を
含有する。なお上記焼結体中には、更に／ＩＮ若しくは
ＡＩｔＮ固溶体を１５重量％以下含有してもよい。

本発明において、焼結助剤として含有させる周期律表第
３Ａ族元素の酸化物は、Ｙ＊０ｘＬａｔ０３　、ＣｅＯ
，等であるが、ＹｔＯ，ｌが最も好ましく、　　０．５
重量％を越え５重量％未満含有させるのが好ましい。含
有量が０．５％未満では焼結密度が充分でないと共に、
焼結体を熱間静水圧処理してもボアの残存量が多いため
好ましくない。

一方５重量％以上含有させると粒界ガラス層が多く存在
し、被加工品の表面を粗にするため好ましくない。

次にＡｌｔｏｓは１０重盪％以下、好ましくは７重量％
以下とするのがよい、含有量が多すぎると粒界層として
存在し、焼結体の高温強度を低下させるので好ましくな
い。

ＡＪＮ若しくはＡＩＮ固溶体の含有量は１５重１％以下
、好ましくは２〜９重量％である。すなわち含有量が少
なすぎると高温強度の向上作用が認められず、一方多す
ぎると充分な焼結性が得られず、焼結体の強度を低下さ
せるため好ましくない。なお上記ＡＪＮ固溶体とは、Ａ
ＩｔＮ、５ｉｚＮａ　。

Ａｌｚｏｓを含有する固溶体であり、固溶体中のＡＩＨ
の含有量は約６８重量％である。

次に上記焼結体には１５００〜１９００℃、　　７００
〜２５００気圧のＮ□雰囲気にて熱間静水圧処理をする
が。

処理温度が１５００℃未満では焼結体中に存在するボア
の除去作用が不充分であり、一方１９００℃を越えると
Ｓ　ｉ　３　Ｎ　ａが分解するおそれがあるため好まし
くない。また７００気圧未満では前記ボアの除去作用が
不・充分であり、一方２５００気圧を越えると処理装置
が著しく大規模となるのみならず、実現が困難となるた
め好ましくない。

〔実施例〕

９２ｆｆｉ景％のＳｊ、Ｎ、、２重量％の’ｙ’ｇｏ３
゜５重量％のＡＩＮ固溶体、１重量％のＡｅｚＯｓを混
合８成形し、　１７５０℃で３時間焼結して得られたサ
イアロン焼結体を、　１６５０℃、　１５００気圧で１
時間熱間静水圧処理した。得られた焼結体を例えば直径
５ｍｍ長さ２６ｓ＋ｍの熱間加工用ダイスに形成し。

これを切断、ラフブした後、走査電子顕微鏡によりラッ
プ面を観察、写真撮影をした。

第１図は上記実施例における焼結体の粒子構造を示す写
真であり、若干のボアが点在するのが認められるが、平
滑な表面状態を呈している。なお粒界のガラス層は表面
の約５％であった。

次に比較のために従来使用されているサイアロン焼結体
を作製した。すなわち８５重量％のＳｉ３Ｎ４．７重量
％（ＤＹｘ　Ｏｓ　、３重量％のＡＩＮ固溶体、５重量
％のＡｌｚＯｘを混合、成形し、　１８００℃１時間焼
結して得られた焼結体により、前記同様のダイスに形成
し、切断ラップ面を写真邊影した。

第２図は上記比較例における焼結体の粒子構造を示す写
真である。第２図から明らかなように。

平均直径約５μｍのボアがＩｍ＋ｉ”当たり約６００個
存在しており１粒界ガラス層も表面の約３０％を占めて
いる。このため熱間加工用ダイスとして使用した場合に
、前記のような問題点が現れるのである。

次に前記実施例に示す熱間加工用ダイスにより連続１万
回以上の熱間加工を行った結果、被加工物へのボアのプ
リント若しくは転写は認められず。

加工面は極めて平滑であった。なお被加工物を構成する
材料のダイスへの付着は全く認められなかった。

本実施例においては、熱間加工用工具としてダイスの例
を示したが、ダイス以外の他の工具であっても作用は同
様である。また焼結体に施す熱間静水圧処理条件は、焼
結体の構成材料、形状１寸法、その他を勘案して適宜選
定すべきである。

〔発明の効果〕

本発明は以上記述のような構成および作用であるから、
非金属材料からなる部材を熱間加工しても部材を構成す
る材料の工具への付着がないのみならず、工具表面にボ
アが殆ど存在せず、極めて平滑であり、被加工部材の品
質を大幅に向上し得ると共に、熱間加工用工具の寿命を
著しく延長し得るという効果がある。

第 図

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は各々本発明の実施例および比較例
における焼結体の粒子構造を示す写真である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼結助剤として周期律表第３Ａ族元素の酸化物を
   ５重量％未満含有する窒化珪素若しくはサイアロン系セ
   ラミックスからなる焼結体を，１５００〜１９００℃，
   ７００〜２５００気圧のＮ＿２雰囲気にて熱間静水圧処
   理したことを特徴とする熱間加工用工具。
2. （２）表面粗さが０．５μｍ以下である請求項（１）記
   載の熱間加工用工具。