JPH0260442B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0260442B2
JPH0260442B2 JP58231488A JP23148883A JPH0260442B2 JP H0260442 B2 JPH0260442 B2 JP H0260442B2 JP 58231488 A JP58231488 A JP 58231488A JP 23148883 A JP23148883 A JP 23148883A JP H0260442 B2 JPH0260442 B2 JP H0260442B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zro
tool according
layer
coating layer
ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP58231488A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60127905A (ja
Inventor
Hidetoshi Baba
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP23148883A priority Critical patent/JPS60127905A/ja
Publication of JPS60127905A publication Critical patent/JPS60127905A/ja
Publication of JPH0260442B2 publication Critical patent/JPH0260442B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148Composition of the cutting inserts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81Coating or impregnation
    • C04B41/85Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87Ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/308Oxynitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、Al2O3−ZrO2系セラミツク焼結体を
基材とする高靭性セラミツク工具に関する。 従来のAl2O3系およびAl2O3−TiC系セラミツ
ク工具は、高温における硬さが大きいという利点
をもつているが、反面、強度または靭性について
は必ずしも良好ではないため、荒加工する場合に
適さず、また最近の工作機械のNC化が進んでい
る状況下では、工具としての信頼性が乏しいとい
う欠点がある。 これに対して、ZrO2系セラミツク工具は、特
開昭55−140762号に開示されるように、その基材
としてのZrO2系セラミツクが、抗折力100Kg/mm2
以上、靭性(Kic)30Kg/mm3/2以上を示すよう
に、超硬合金に匹敵する優れた諸特性を備えてお
り、このような高強度、高靭性のZrO2系セラミ
ツクは、主成分としてのZrO2にCaO、MgO、
Y2O3等の酸化物を添加して、高温における正方
晶や立方晶などの高温安定相を常温付近において
も部分的に安定化されることにより得られるもの
である。 また、Al2O3−ZrO2系セラミツクを開示する特
開昭52−86413号、特開昭54−60308号および特開
昭54−61215号公報によれば、Al2O3マトリツク
ス中にZrO2を分散させることにより、かなり高
い靭性を発揮することが知られている。 しかしながら、かかる従来のZrO2系セラミツ
クおよびAl2O3−ZrO2系セラミツクを切削工具材
として用いた場合には、Al2O3系セラミツクや
Al2O3−TiC系セラミツクに比べて強度および靭
性の点で優れているために、荒加工するときには
好適であるが、一方、例えば強靭で切削困難なダ
クタイル鋳鉄や鋼材を被切削材とするときには、
フランク摩耗、クレータ摩耗ともに顕著となる。
このため従来のZrO2系セラミツクやAl2O3
ZrO2系セラミツクからなる工具は、耐摩耗性が
良好でなく切削工具としての十分な機能を発揮す
ることができなかつた。 本発明は、このような点に着目してなされたも
ので、十分な強度および靭性をもち併せて、とく
に高い硬度をもつセラミツク工具を提供すること
を目的とする。 そのために本発明のセラミツク工具は、十分な
強度及び靭性をもつ基材に、高い硬度をもつ被覆
層を設ける。即ち、本発明は、基材としての
Al2O3−ZrO2系セラミツクと、その表面に形成さ
れる被覆層としての、TiC、TiN、TiCN、
Al2O3、AlONのうちの少なくとも一種のセラミ
ツクとから構成することにより、高靭性かつ高硬
度セラミツク工具を提供する。基材はZrO2系又
はAl2O3−ZrO2系セラミツク焼結体から成る。 基材としてのAl2O3−ZrO2系セラミツク焼結体
の組成は、ZrO20.1〜99.9wt%、残部Al2O3から
なり、好ましくはZrO21〜30wt%、残部Al2O3
よい。ZrO2を0.1wt%以上にしたのは、
ZrO2100wt%で十分な強度、靭性をもち、Al2O3
にZrO2を添加すると、Al2O3の強度、特に靭性が
改善されるからである。また、ZrO2を30wt%以
下とすると基材の硬度面で好ましい特性が得られ
る。即ち、ZrO2のマイクロビツカース硬度が略
1100Kg/mm2程度であるのに対し、Al2O3のそれは
2000Kg/mm2以上を示すからである。ZrO21wt%以
上とすると強度、靭性がさらに向上するので好ま
しい。 このうちZrO2は、好ましくは、CaO、MgO、
Y2O3などの希土類酸化物の安定化剤を含むが、
必ずしも含まなくてもよい。該安定化剤を含む場
合、CaOまたはMgOはトータルでZrO2に対して
15wt%以下、Y2O3は同じくZrO2に対して9wt%
以下が好ましい。この場合の添加剤ZrO2は、そ
の総量に対して正方晶ZrO2が5wt%以上を含む部
分安定化構造をもつようにするのがよい。尚、
Al2O3にZrO2を添加する際には、予め部分安定化
したZrO2をAl2O3に添加してもよいし、また単斜
晶ZrO2と安定化剤をそれぞれ単独でAl2O3に添加
してもよい。 一方、安定化剤を含まない場合は、平均粒径
0.3μm以下のZrO2を使用するのが好ましい。
ZrO2のAl2O3への添加のさいに、微粒ZrO2
Al2O3に分散すると、ZrO2が正方晶のまま残留
し、これにより靭性の良好なAl2O3−ZrO2系セラ
ミツクが得られるからである。 なおZrO2系セラミツク焼結体を基材とする場
合には、安定化剤を含むことが望ましくまた、
Al2O3が少くない場合も同様である。 ZrO2系又はAl2O3−ZrO2系セラミツク基材の
焼成条件は、酸化雰囲気中、温度1350〜1650℃、
処理時間数分ないし数時間が良い。温度1350℃未
満では焼結が十分に行われず、1650℃を超えると
結晶粒の成長が著しくなつて基材の強度および靭
性がともに劣化するからである。このようにして
構成される基材は、抗折強度50Kg/mm2以上、破壊
靭性Kic10Kg/mm3/2以上のものが望ましい。 次に被覆材としてのセラミツクは、TiC、
TiN、TiCN、Al2O3もしくはAlON又はこれら
の成分の組合せからなり、上記基材の表面に対し
て単層被覆してもよいし、多層被覆にしてもよ
い。上記成分を組合せて多層被覆した場合の被覆
層は、2層以上とし、例えば第1表に示すような
内層、中間層、外層をもつようにするのがよい
(中間層としてはAlONが好ましい)。 この場合の被覆方法は、PVD法(Physical
Vapor Deposition)とCVD法(Chemical
Vapor Deposition)、その他の物理的ないし化学
的析着被膜形成方法を用いてもよいが、被覆材の
密着性均質性および被覆速度の点からして、下記
に示す反応によるCVD法を用いるのが好ましい。 TiCl4+CH4→TiC+4HCl 2TiCl4+N2+4H2→2TiN+3HCl 2TiCl4+2CH4+N2→2TiCN+8HCl 2AlCl3+3CO2+3H2→Al2O3+3CO+6HCl 2AlCl+2CO2+N2+3H2→2AlON+2CO+
6HCl TiC、TiN、TiCN、Al2O3、AlONの被覆方法の
詳細は、それ自体公知のため記述を省く。 超硬合金上へCVD法により各種被覆層を設け
る方法は特公昭42013(TiC)を初めとして多数有
り、TiN、TiCNは特公昭51−24982、Al2O3は特
開昭48−217、TiC、TiN/Al2O3やAlON/
Al2O3の2重被覆はそれぞれ特公昭52−13201、
特開昭54−29185があり、同様な被覆方法を用い
ることができる。但しこれらは、いずれも超硬合
金を母材としているため、高速切削には不向きで
あつたものである。 被覆層の膜厚は0.3〜15μmが好ましい。なぜな
ら、0.3μm未満では被覆材としての機能が薄れる
とともに、15μmを超えると被覆のさいに粒成長
が著しく剥離しやすくなるからである。Al2O3
被覆する場合のAl2O3層厚は、0.3〜5μm程度が好
ましい。 このようにして構成されるセラミツク工具は、
高強度、高靭性を備えるうえに、耐摩耗性の点に
おいても優れた特性を発揮する。このことを以下
に述べる実験例に基づいて説明する。 実験例 基材に用いた原料は、Al2O3については純度
(wt%)99.9%、平均粒径0.6μm、単斜晶ZrO2
ついては純度99%以上、平均粒径0.2μm、CaCO3
については原料CaO純度98%、MgOについては
純度97%以上、Y2O3については純度99.9%以上
であつた。 基材の各試料は第2表のような組成とし、所定
の原料を湿式混合したあと、乾燥、バインダ添加
を経て造粒したのち圧力1.5Kg/cm2にてプレス成
形した。この圧粉体は、仮焼によりバインダを除
去したのち、電気炉内にて1400〜1650℃で1時間
焼成した。この焼結体をサイズ4×8×25mmに研
摩した。 こうして作成された各試料の諸特性は第2表に
示すとおりである。第2表から明らかなように、
各試料は、通常のAl2O3の抗折力50Kg/mm2以下、
靭性(Kic)10Kg/mm3/2以下に比べ、かなり高い
抗折力および靭性を示している。 尚、試料の各特性の測定法は次のとおりであ
る。(1)曲げ強度はJIS B4104により測定、5本の
平均値を示す。(2)破壊靭性はASTMスペシヤル
テクニカルバブリケーシヨンNo.410に準じて、巾
4mm、厚さ5mm、長さ25mmの試片に深さ0.5mm、
巾0.15mmの切欠きを入れ、スパン20mmの三点曲げ
切欠き法によつて測定した。測定値は各5本の平
均値である。(3)結晶系は理学電搬製ガイガーフレ
ツクスRAD−γA型を用い、X線回折法により行
つた。まず、15μmダイヤモンドペーストで鏡面
研摩した試片をX線回折し、単斜晶ZrO2の(11
1)面と(111)面の積分強度Imと、正方晶ZrO2
の(111)面と立方晶ZrO3の(111)面の積分強
度の和It+Ieの比から、単斜晶ZrO2の量を決定し
た。ついで焼結体を325メツシユ全通迄粉砕し、
同条件でX線回折し、再度単斜晶ZrO2と立方晶
ZrO3の積分強度I′mおよびI′eを求めた。この際、
焼結体中の残留正方晶ZrO2は粉砕によつて機械
的応力を受け、すべて単斜晶ZrO2に変態すると
考えられるので、I′e/(I′m+I′e)から立方晶
ZrO3量が決定されついで正方晶ZrO2量も決定し
た。 次に、これらの各試料をSNGN432TN
(JIS008Bによるスローアウエイチツプ形状表示
法)の形状に加工し、この成形体(基材)の表面
にCVD法により所定の被覆層を形成した。具体
的には、基材をセツトした反応容器内にキヤリア
ガスとしてH2ガスを流し、前述の化学反応を伴
わせて基材の表面に所定の被覆材を付着させた
(第3表参照)。反応容器の内圧は、TiC、Al2O3
AlONを被覆する場合100mb、同じくTiCNの場
合300mb、TiNの場合500mbとし、反応容器
内の温度は1050℃にセツトした。被覆速度は、
TiC、TiN、TiCNについては1μm/hr、Al2O3
AlONについては0.5μm/hrに設定した。 このようにして得られたセラミツク工具(試
料)を用いて、ダクタイル鋳鉄(FCD55)のフ
ライス切削(テスト1)と、クロムモリブデン合
金綱(SCM44C)の旋削(テスト2)を行つた。
切削条件は第4表のとおりである。 この切削試験の結果は、第3表に示すとおりで
あり、この表からわかるように、テスト1におい
て、試料No.3〜8は略5000回の衝撃に十分耐える
のに対し、試料No.1、2および9は2000〜3000回
の衝撃で欠損している。しかし、これらNo.3〜8
およびNo.1、2、9の両グループは比較例1〜4
に比べ寿命がかなり長いことから所定の被覆層を
形成してなるAl2O3−ZrO2系セラミツクが、所定
の膜厚でダクタイル鋳鉄のフライス切削に特に有
効であることがわかる。また、テスト2からも同
様に、被覆層としてのAl2O3−ZrO2系セラミツク
が、鋼の旋削において耐フランク摩耗性に優れて
いることがわかる。 以上説明したように、本発明によれば、基材と
してAl2O3−ZrO2系セラミツクを用いるととも
に、その基材の表面に所定の薄膜としてのTiC、
TiN、TiCN、Al2O3、AlONのうちの少なくと
も一種のセラミツクからなる被覆層を形成したの
で、高い強度および靭性を発揮することはもちろ
ん、従来のセラミツク工具では得られなかつた優
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Al2O3−ZrO2系セラミツク焼結体から成る基
    材の表面に、TiC、TiN、TiCNAl2O3若しくは
    AlON又はこれらの組合せから成る被覆層を形成
    したことを特徴とする高靭性セラミツク工具。 2 前記Al2O3−ZrO2系セラミツク焼結体は、
    ZrO20.1〜99.9wt%、残部Al2O3から成る特許請
    求の範囲第1項記載の工具。 3 Al2O3−ZrO2系セラミツク焼結体はZrO21〜
    30wt%、残部Al2O3の組成からなる特許請求の範
    囲第2項記載の工具。 4 ZrO2は、安定化剤を含まない特許請求の範
    囲第1〜3項の一に記載の工具。 5 ZrO2は、安定化剤を含む特許請求の範囲第
    1〜3項の一に記載の工具。 6 ZrO2は、CaO、MgO、Y2O3もしくは稀土類
    酸化物又はこれらの組合せの添加により部分安定
    化されている特許請求の範囲第5項記載の工具。 7 被覆層は、少なくとも内層と外層の2層から
    構成し、内層がTiC、TiNもしくはTiCN又はこ
    れらの組合せからなり、外層がAl2O3からなる特
    許請求の範囲第1〜3項の一に記載の工具。 8 被覆層における内層及び外層の中間層に
    AlONを含有する特許請求の範囲第7項記載の工
    具。 9 被覆層は、内層AlON、外層Al2O3から成る
    特許請求範囲第1〜3項記載の工具。 10 被覆層は厚さ0.3〜15μmである特許請求の
    範囲第1〜9項の一に記載の工具。 11 ZrO2系セラミツク焼結体から成る基材の
    表面に、TiC、TiN、TiCN、Al2O3若しくは
    AlON又はこれらの組合せから成る被覆材により
    被覆層を形成して成る高靭性セラミツク工具。 12 前記ZrO2系セラミツク焼結体は部分安定
    化ZrO2である特許請求の範囲第11項記載の工
    具。 13 被覆層は厚さ0.3〜15μmである特許請求の
    範囲第11又は12項に記載の工具。
JP23148883A 1983-12-09 1983-12-09 高靭性セラミック工具 Granted JPS60127905A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23148883A JPS60127905A (ja) 1983-12-09 1983-12-09 高靭性セラミック工具

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23148883A JPS60127905A (ja) 1983-12-09 1983-12-09 高靭性セラミック工具

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3307214A Division JPH0516031A (ja) 1991-10-28 1991-10-28 高靱性高耐久性被覆セラミツク工具の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60127905A JPS60127905A (ja) 1985-07-08
JPH0260442B2 true JPH0260442B2 (ja) 1990-12-17

Family

ID=16924273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23148883A Granted JPS60127905A (ja) 1983-12-09 1983-12-09 高靭性セラミック工具

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60127905A (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3608734C1 (de) * 1986-03-15 1987-01-02 Feldmuehle Ag Beschichtete Keramik-Wendeschneidplatte
JP2526869B2 (ja) * 1986-08-07 1996-08-21 東ソー株式会社 打錠機用粉体成形用型
JP2570354B2 (ja) * 1988-01-11 1997-01-08 三菱マテリアル株式会社 切削工具用表面被覆セラミックス部材
KR20020019888A (ko) * 2000-09-07 2002-03-13 오카무라 가네오 절삭공구
US7581906B2 (en) 2004-05-19 2009-09-01 Tdy Industries, Inc. Al2O3 ceramic tools with diffusion bonding enhanced layer
US9427808B2 (en) 2013-08-30 2016-08-30 Kennametal Inc. Refractory coatings for cutting tools
CN106278200B (zh) * 2016-08-16 2019-08-30 安徽瑞泰新材料科技有限公司 一种高耐磨氧化铝陶瓷球及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5651049A (en) * 1979-10-01 1981-05-08 Pioneer Electronic Corp Optical position detector

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5651049A (en) * 1979-10-01 1981-05-08 Pioneer Electronic Corp Optical position detector

Also Published As

Publication number Publication date
JPS60127905A (ja) 1985-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0283454B1 (en) Ceramic cutting tool reinforced by whiskers
JPS6348836B2 (ja)
US4578087A (en) Nitride based cutting tool and method for producing the same
EP0284584B1 (en) Ceramic material based on alumina and refractory hard constituents
JPS6227033B2 (ja)
AU673546B2 (en) High Z sialon refractory inserts and cutting tools
US4406667A (en) Nitride coated composite silicon nitride cutting tools
JPH07165479A (ja) 被覆されたウィスカー強化セラミックス焼結体
JP2000500426A (ja) ウィスカー強化セラミック切削工具及びその組成物
JPH0579449B2 (ja)
JPH0260442B2 (ja)
US5326731A (en) Ceramic compositions for wear resistant applications
JPH0292868A (ja) 高強度立方晶窒化ホウ素含有焼結体
JPH0569205A (ja) セラミツクス切削工具
JPH02275763A (ja) 窒化珪素基焼結体
JPH03505709A (ja) アルミナ―ジルコニア―シリコンカーバイド―マグネシアセラミック製品
JP2677288B2 (ja) 被覆工具材料
JP2596094B2 (ja) 耐摩耗性のすぐれた表面被覆セラミック製切削工具
JP2849055B2 (ja) サイアロン基焼結体および被覆焼結体
JP2604155B2 (ja) 被覆層を有するセラミックス工具
JPH0531514B2 (ja)
JP3259281B2 (ja) セラミックス切削工具
JP2570354B2 (ja) 切削工具用表面被覆セラミックス部材
JPH0569073B2 (ja)
JPH0535697B2 (ja)