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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Landscapes
- 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 |
---|---|
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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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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