JPH0328158A - 繊維強化セラミックス - Google Patents
繊維強化セラミックスInfo
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- JPH0328158A JPH0328158A JP1162033A JP16203389A JPH0328158A JP H0328158 A JPH0328158 A JP H0328158A JP 1162033 A JP1162033 A JP 1162033A JP 16203389 A JP16203389 A JP 16203389A JP H0328158 A JPH0328158 A JP H0328158A
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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。
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、ウイスカー等の繊維状物質を含有するセラミ
ックスに関し、より詳細には高靭性に優れ、特に工具用
として適したセラミックスに関する． （従来技術及びその問題点） アルミナ（ Ａ １ ｚ Ｏ ３ ）質焼結体は耐摩耗
性に優れる反面、靭性に劣るという欠点から従来から各
種の提案がなされている． その１つにＳＩＣウイスカーに代表される繊維状物質を
配合することにより靭性を改善することが特開昭６１−
２８６２７１号や特開昭６２−４１７７６号等により従
来より行われている．これらはいずれもアルミナを主体
とし、ＳｉＣウイスカーを添加し、ホットプレス等によ
り焼威したものである． このようなＳｉＣウイスカーを含有する繊維強化セラミ
ックスはＳｉＣ自体の硬度が高く、熱伝導性が良いため
、切削工具として用いた場合、一部の超耐熱合金の切削
（インコネル７１８の荒切削）では優れた切削特性を示
す。
ックスに関し、より詳細には高靭性に優れ、特に工具用
として適したセラミックスに関する． （従来技術及びその問題点） アルミナ（ Ａ １ ｚ Ｏ ３ ）質焼結体は耐摩耗
性に優れる反面、靭性に劣るという欠点から従来から各
種の提案がなされている． その１つにＳＩＣウイスカーに代表される繊維状物質を
配合することにより靭性を改善することが特開昭６１−
２８６２７１号や特開昭６２−４１７７６号等により従
来より行われている．これらはいずれもアルミナを主体
とし、ＳｉＣウイスカーを添加し、ホットプレス等によ
り焼威したものである． このようなＳｉＣウイスカーを含有する繊維強化セラミ
ックスはＳｉＣ自体の硬度が高く、熱伝導性が良いため
、切削工具として用いた場合、一部の超耐熱合金の切削
（インコネル７１８の荒切削）では優れた切削特性を示
す。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、ＳｉＣは鉄、特に酸化鉄と容易に反応す
るため、Ａｌ．０１ −Ｓ ｉ Ｃウイスカー工具は多
くの場合、他のＡ１．０３を主体とする工具に比較して
摩耗量が多くなる傾向にある。例えばＳＵＳ３０４を切
削した場合、従来のＡ １ ｚ Ｏ ３系工具であれば
、十分切削可能な条件であってもＳｉＣウイスカーを含
有する工具では急激に摩耗が進展し、切削不可能となる
． また鋳鉄の切削においてもＡｌｚＯｚ系工具よりも摩耗
量が大きいことが確認されている．このように、Ａ１ｚ
Ｏｚ ＳｉＣウイスカー系工具では被削材によってそ
の切削性能が大きく変化するという問題を有している． このことは、工具ユーザーの立場からは、鋼材の変化に
よって性能が著しく変化する、いわゆる安定性のない工
具と受け止められ、敬遠されているのが現状である． （問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の問題点に対し、検討を重ねた結果、Ａ
Ｉ．Ｏ．に配合する繊維状物質として炭化チタン（Ｔｉ
Ｃ）ウイスカーを用いることによって上記問題を解決し
得ることを知見した．Ｔｉｃは本来、鉄に対する反応性
の面でＳｉＣより優れているため、ＡＩ．０３中に適度
の量で分散させることにより、非常に優れた耐摩耗性を
付与することができる．しかし、ＴＩＣはＳｉＣよりも
ヤング率がわずかに低く、理論強度はＳｉＣよりも低い
という性質を持つ． そこで、本発明者等はＴｉＣウイスカーを含有するＡ
ｌｘ Ｏ ３質セラミックスにおいて、最適な焼結助剤
を見出し、さらにＴｉＣウイスカーの最適な形状を見出
すことによって靭性面での上記欠点を解消し、ＳｉＣウ
イスカー添加系より優れた靭性を有する材料を得た． 即ち、本発明は、周期律表第ＩＩＩａ族酸化物のうち少
なくとも１種を０． ３乃至８重量％、残部が実質的に
アル【ナからなるマトリックス中に、平均径２μ重以下
、アスペクト比１〜２が７０％以下、２．０を超えるも
のがが３０％以上の割合からなる炭化チタンを１０乃至
６０体積％の割合で分散含有することを特徴とするもの
である．以下、本発明を詳述する． 本発明において用いられるＴｉＣウイスカーはそれ自体
、単結晶あるいは多結晶賞からなるもので、その平均径
が２μ朧以下、特に０．２乃至１． ０μ鵬が好ましく
、長径／短径で表わされるアスベクト比１〜２のものが
７０％以下、２．０を超えるものが３０％以上の割合の
形状分布のウイスカーを用いることが重要である． 平均径を上記の範囲に限定したのは、２μ箇以下ではＡ
Ｉ．（ｈとの熱膨張差による応力が過度とならず、高い
抗折強度を維持できるからであり、２μ重より大きいと
均一に分散することが難しくなり、強度および靭性とも
ばらつきが生じる．また切削工具として用いた際に逃げ
面の境界摩耗が大きくなる傾向にある． 一方、アスベクト比に関しては、第ｌ図に示すように、
アスペクト比が２を超えるものの比率が多いほど靭性は
向上するが９０％を超えると焼結性が悪くなり、ボイド
が発生し易くなる．アスペクト比１〜２の比率が多いは
ど抗折強度は向上するが、７０％を超えると靭性が著し
く低下するため、ウイスカー添加の効果は得られない．
なお、アスベクト比２以上が３０％より少ないか、ある
いはアスペクト比１〜２が１０％より少ないといずれも
抗折強度、靭性共にＡ１ｘＯ３ Ｔｉｃ粒子分散系と変
わらず、ウイスカー添加効果が得られない． また、上記のウィスカ一を分散するマトリックス或分と
しては焼結助剤として希土類元素の酸化物のうち少なく
とも１種を０． ３乃至８重量％、特に１乃至５重量％
の割合で含有するＡＩよＯ，を用いる．上記助剤の量が
０．３重量％未満では焼結性が悪く緻密な材料が得られ
ず、８重量％を越えると焼結体の硬度が低下し、切削性
能の劣化が著しい． なお、希土類酸化物としては特にＹｂ，Ｎｄ、Ｅｒ，Ｃ
ｅＳＳｍ．．Ｙ．．Ｃｄ，Ｄｙ．．Ｌａが挙げられる． 本発明によれば上記のマトリックス中に前記ウイスカー
を１０〜６０体積％、特に３０乃至５０体積％の割合で
分散させる．ウィスカーの分散量が１０体積％を下回る
とウィスカー添加効果が不十分であり、６０体積％を超
えると焼結性が低下する。
るため、Ａｌ．０１ −Ｓ ｉ Ｃウイスカー工具は多
くの場合、他のＡ１．０３を主体とする工具に比較して
摩耗量が多くなる傾向にある。例えばＳＵＳ３０４を切
削した場合、従来のＡ １ ｚ Ｏ ３系工具であれば
、十分切削可能な条件であってもＳｉＣウイスカーを含
有する工具では急激に摩耗が進展し、切削不可能となる
． また鋳鉄の切削においてもＡｌｚＯｚ系工具よりも摩耗
量が大きいことが確認されている．このように、Ａ１ｚ
Ｏｚ ＳｉＣウイスカー系工具では被削材によってそ
の切削性能が大きく変化するという問題を有している． このことは、工具ユーザーの立場からは、鋼材の変化に
よって性能が著しく変化する、いわゆる安定性のない工
具と受け止められ、敬遠されているのが現状である． （問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の問題点に対し、検討を重ねた結果、Ａ
Ｉ．Ｏ．に配合する繊維状物質として炭化チタン（Ｔｉ
Ｃ）ウイスカーを用いることによって上記問題を解決し
得ることを知見した．Ｔｉｃは本来、鉄に対する反応性
の面でＳｉＣより優れているため、ＡＩ．０３中に適度
の量で分散させることにより、非常に優れた耐摩耗性を
付与することができる．しかし、ＴＩＣはＳｉＣよりも
ヤング率がわずかに低く、理論強度はＳｉＣよりも低い
という性質を持つ． そこで、本発明者等はＴｉＣウイスカーを含有するＡ
ｌｘ Ｏ ３質セラミックスにおいて、最適な焼結助剤
を見出し、さらにＴｉＣウイスカーの最適な形状を見出
すことによって靭性面での上記欠点を解消し、ＳｉＣウ
イスカー添加系より優れた靭性を有する材料を得た． 即ち、本発明は、周期律表第ＩＩＩａ族酸化物のうち少
なくとも１種を０． ３乃至８重量％、残部が実質的に
アル【ナからなるマトリックス中に、平均径２μ重以下
、アスペクト比１〜２が７０％以下、２．０を超えるも
のがが３０％以上の割合からなる炭化チタンを１０乃至
６０体積％の割合で分散含有することを特徴とするもの
である．以下、本発明を詳述する． 本発明において用いられるＴｉＣウイスカーはそれ自体
、単結晶あるいは多結晶賞からなるもので、その平均径
が２μ朧以下、特に０．２乃至１． ０μ鵬が好ましく
、長径／短径で表わされるアスベクト比１〜２のものが
７０％以下、２．０を超えるものが３０％以上の割合の
形状分布のウイスカーを用いることが重要である． 平均径を上記の範囲に限定したのは、２μ箇以下ではＡ
Ｉ．（ｈとの熱膨張差による応力が過度とならず、高い
抗折強度を維持できるからであり、２μ重より大きいと
均一に分散することが難しくなり、強度および靭性とも
ばらつきが生じる．また切削工具として用いた際に逃げ
面の境界摩耗が大きくなる傾向にある． 一方、アスベクト比に関しては、第ｌ図に示すように、
アスペクト比が２を超えるものの比率が多いほど靭性は
向上するが９０％を超えると焼結性が悪くなり、ボイド
が発生し易くなる．アスペクト比１〜２の比率が多いは
ど抗折強度は向上するが、７０％を超えると靭性が著し
く低下するため、ウイスカー添加の効果は得られない．
なお、アスベクト比２以上が３０％より少ないか、ある
いはアスペクト比１〜２が１０％より少ないといずれも
抗折強度、靭性共にＡ１ｘＯ３ Ｔｉｃ粒子分散系と変
わらず、ウイスカー添加効果が得られない． また、上記のウィスカ一を分散するマトリックス或分と
しては焼結助剤として希土類元素の酸化物のうち少なく
とも１種を０． ３乃至８重量％、特に１乃至５重量％
の割合で含有するＡＩよＯ，を用いる．上記助剤の量が
０．３重量％未満では焼結性が悪く緻密な材料が得られ
ず、８重量％を越えると焼結体の硬度が低下し、切削性
能の劣化が著しい． なお、希土類酸化物としては特にＹｂ，Ｎｄ、Ｅｒ，Ｃ
ｅＳＳｍ．．Ｙ．．Ｃｄ，Ｄｙ．．Ｌａが挙げられる． 本発明によれば上記のマトリックス中に前記ウイスカー
を１０〜６０体積％、特に３０乃至５０体積％の割合で
分散させる．ウィスカーの分散量が１０体積％を下回る
とウィスカー添加効果が不十分であり、６０体積％を超
えると焼結性が低下する。
このようなセラξツクスを製造するには、まず前記Ｔｉ
Ｃウイスカーおよび前記マトリックスを上記の割合で混
合、粉砕後に所望の戒形手段、例えば金型プレス、冷間
静水圧プレス、押出し戒形等により戒形後焼或する。
Ｃウイスカーおよび前記マトリックスを上記の割合で混
合、粉砕後に所望の戒形手段、例えば金型プレス、冷間
静水圧プレス、押出し戒形等により戒形後焼或する。
焼或は普通焼成、ホットプレス法、熱間静水圧焼戒法等
が適用される。焼威は１６５０乃至１８５０゜Ｃの温度
でＡｒＳＨｅ等の不活性ガスもしくはカーボン等の存在
する還元性雰囲気、およびそれらの加圧もしくは減圧雰
囲気で２．０乃至６． ０時間行えばよく、特に高緻密
体を得るためには、普通焼成、ホットプレス法によって
対理論密度比９６％以上の焼結体を得、その後熱間静水
圧焼或すればよい。
が適用される。焼威は１６５０乃至１８５０゜Ｃの温度
でＡｒＳＨｅ等の不活性ガスもしくはカーボン等の存在
する還元性雰囲気、およびそれらの加圧もしくは減圧雰
囲気で２．０乃至６． ０時間行えばよく、特に高緻密
体を得るためには、普通焼成、ホットプレス法によって
対理論密度比９６％以上の焼結体を得、その後熱間静水
圧焼或すればよい。
以下、本発明を次の例で説明する。
（実施例１）
平均粒径１μｍ以下、純度９９．９％以上のＡＩ．０３
粉末と、希土類酸化物粉末を第１表の割合で秤量後、ア
トリッションξルで１２時間混合粉砕した。この混合粉
末に第１表の５種のＴｉＣウイスカー（いずれも平均径
１μｍ）を所定量添加しナイロンボット中にナイロンボ
ールとともに密封し回転湾ルでｌ２時間混合を行った．
混合後のスラリーを乾燥してホットプレス用原料とした
．この原料をカーボン型に充填し、１ ７ ５ ０ ”
Ｃで１時間、３ ０ ０ Ｋｇ／ｃｍ”の圧力でホット
プレス焼威して、ＪＩＳに基づく抗折試験片を作威した
。
粉末と、希土類酸化物粉末を第１表の割合で秤量後、ア
トリッションξルで１２時間混合粉砕した。この混合粉
末に第１表の５種のＴｉＣウイスカー（いずれも平均径
１μｍ）を所定量添加しナイロンボット中にナイロンボ
ールとともに密封し回転湾ルでｌ２時間混合を行った．
混合後のスラリーを乾燥してホットプレス用原料とした
．この原料をカーボン型に充填し、１ ７ ５ ０ ”
Ｃで１時間、３ ０ ０ Ｋｇ／ｃｍ”の圧力でホット
プレス焼威して、ＪＩＳに基づく抗折試験片を作威した
。
得られた各試料を研磨してＪＩＳ１６０１に基づく３点
曲げ抗折強度を、また鏡面状態にボリッシングしてＩＭ
法でＫｌｃを測定した．結果は第１表に示した。
曲げ抗折強度を、また鏡面状態にボリッシングしてＩＭ
法でＫｌｃを測定した．結果は第１表に示した。
第１表
第２表
して抗折強度および靭性を測定した．
結果は第３表に示した．
（以下余白）
なお、第２表の結果を第１図にプロットした。
（実施例２）
実施例１と同じ方法で、ＴｉＣウイスカーとして第１表
に示すウイスカーのうちＢを用い、マトリックスとして
ＹｂｚＯｚを３重量％含有するアルミナ中に分散させた
焼結体を得、実施例１と同様に第３表によれば、用いる
ＴｉＣウイスカ一の平均径が２μ信より大きいｋｌは抗
折強度、靭性ともその特性値にバラツキが生じ、分散性
においてもムラが生じた。ＴｉＣウイスカーの添加量が
ＩＯ体積％を下回るＮα６は抗折強度および靭性の点で
改善が見られなかった。
に示すウイスカーのうちＢを用い、マトリックスとして
ＹｂｚＯｚを３重量％含有するアルミナ中に分散させた
焼結体を得、実施例１と同様に第３表によれば、用いる
ＴｉＣウイスカ一の平均径が２μ信より大きいｋｌは抗
折強度、靭性ともその特性値にバラツキが生じ、分散性
においてもムラが生じた。ＴｉＣウイスカーの添加量が
ＩＯ体積％を下回るＮα６は抗折強度および靭性の点で
改善が見られなかった。
また、ウイスカーの量が６０体積％を超えるＮα１３、
マトリックス中に希土類酸化物を含まない恥１４や希土
類酸化物を含んでもその量が０．３重量％未満のＮα１
５は、いずれも焼結が不十分で焼結体中にボイドが残存
し、また希土類酸化物を過多に含有するＮα２０におい
てもボイドが確認された． さらにマトリックス中の助剤として従来から用いられて
いるＭｇＯ，Ｓ ｉｏｚ ，ＣａＯを用いた咀２９、３
０、３１では焼結が不十分でボイドが確認され、特性値
も満足しうるものでなかった。
マトリックス中に希土類酸化物を含まない恥１４や希土
類酸化物を含んでもその量が０．３重量％未満のＮα１
５は、いずれも焼結が不十分で焼結体中にボイドが残存
し、また希土類酸化物を過多に含有するＮα２０におい
てもボイドが確認された． さらにマトリックス中の助剤として従来から用いられて
いるＭｇＯ，Ｓ ｉｏｚ ，ＣａＯを用いた咀２９、３
０、３１では焼結が不十分でボイドが確認され、特性値
も満足しうるものでなかった。
これらの比較例に対し、本発明品はいずれも優れた抗折
強度と靭性を有し、具体的には抗折強度５ ５ Ｋｇ／
＋＋ｍ”以上、靭性５． ５ ＭＰａｍ””以上のボイ
ドのない緻密なセラ旦ツクスであった． （実施例３） 第３表中、Ｎα９の組威と、比較用として実施例２にお
いてＴｉＣウイスカ一の代わりに直径０．７μｍ、アス
ペクト比３０のＳｉＣウイスカ一を用いて実施例ｌの方
法に従い、ＲＮＧＮ１２０４形状の工具を作威した． これらの工具試験片を用いてインコネル７１８（溶体化
処理品）を切り込み２開、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ 、
切削速度３ ０ ０ｍ／ｗｉｎで５分間切削したところ
、ぬ９の工具は比較品よりわずかに優れた耐摩耗性を示
した。
強度と靭性を有し、具体的には抗折強度５ ５ Ｋｇ／
＋＋ｍ”以上、靭性５． ５ ＭＰａｍ””以上のボイ
ドのない緻密なセラ旦ツクスであった． （実施例３） 第３表中、Ｎα９の組威と、比較用として実施例２にお
いてＴｉＣウイスカ一の代わりに直径０．７μｍ、アス
ペクト比３０のＳｉＣウイスカ一を用いて実施例ｌの方
法に従い、ＲＮＧＮ１２０４形状の工具を作威した． これらの工具試験片を用いてインコネル７１８（溶体化
処理品）を切り込み２開、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ 、
切削速度３ ０ ０ｍ／ｗｉｎで５分間切削したところ
、ぬ９の工具は比較品よりわずかに優れた耐摩耗性を示
した。
同じく、ＳＮＧＮ１２０４１２形状の工具を作或しＳＵ
Ｓ３０４を切り込み２■、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、切
削速度３ ０ ０ ｍ／ｍｌｎで切削したところ、比較
品は急激に摩耗が進展し欠損したのに対し、Ｎα９の工
具は１０分以上の切削が可能であった。
Ｓ３０４を切り込み２■、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、切
削速度３ ０ ０ ｍ／ｍｌｎで切削したところ、比較
品は急激に摩耗が進展し欠損したのに対し、Ｎα９の工
具は１０分以上の切削が可能であった。
（発明の効果）
以上詳述した通り、本発明によれば、アルミナマトリッ
クス中に特定の形状分布を有するＴＩＣウイスカ一を分
散含有させることにより、酸化鉄との反応性を低減し、
且つ抗折強度、靭性に優れたセラミックスを得ることが
でき、それによりあらゆる被削材を切削しうる工具とし
て優れた性能が得られる他、各種機械部品として繊維強
化セラミックスの用途を拡大することができる．
クス中に特定の形状分布を有するＴＩＣウイスカ一を分
散含有させることにより、酸化鉄との反応性を低減し、
且つ抗折強度、靭性に優れたセラミックスを得ることが
でき、それによりあらゆる被削材を切削しうる工具とし
て優れた性能が得られる他、各種機械部品として繊維強
化セラミックスの用途を拡大することができる．
第１図はウイスカー形状分布と抗折強度および靭性との
関係を示す図である．
関係を示す図である．
Claims (1)
- 周期律表第IIIａ族酸化物のうち少なくとも１種を０
．３乃至８重量％、残部が実質的にアルミナからなるマ
トリックス中に平均径２μｍ以下、アスペクト比１〜２
が７０％以下、２．０を超えるもの３０％以上の形状分
布を有する炭化チタンウイスカーを１０乃至６０体積％
の割合で分散含有したことを特徴とする繊維強化セラミ
ックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1162033A JP2794121B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 繊維強化セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1162033A JP2794121B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 繊維強化セラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH0328158A true JPH0328158A (ja) | 1991-02-06 |
| JP2794121B2 JP2794121B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=15746805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1162033A Expired - Fee Related JP2794121B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 繊維強化セラミックス |
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|---|---|
| JP (1) | JP2794121B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6279334B1 (en) | 1997-06-30 | 2001-08-28 | Zexel Cold Systems Company | Refrigerating apparatus for vehicles |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63185869A (ja) * | 1987-01-27 | 1988-08-01 | 東芝タンガロイ株式会社 | ウイスカ−強化複合焼結体 |
-
1989
- 1989-06-23 JP JP1162033A patent/JP2794121B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63185869A (ja) * | 1987-01-27 | 1988-08-01 | 東芝タンガロイ株式会社 | ウイスカ−強化複合焼結体 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6279334B1 (en) | 1997-06-30 | 2001-08-28 | Zexel Cold Systems Company | Refrigerating apparatus for vehicles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2794121B2 (ja) | 1998-09-03 |
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