JPH03505709A - 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 - 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】 しく　−ジレコニ　−リコゝ　　　− バ　′−マ　　シ　　セーミ・　　　“日　　　　　　　　　　も 本発明は、ジルコニアとシリコンカーバイドを含むアルミナを主成分とするセラ ミック切削工具に関し、特に、鉄や非鉄金属及び合金を高速度で粗機械加工する 際に使用されるセラミック切削工具に関する。

これまで、ジルコニアは、破断靭性及び若しくは曲げ強度を高めるために米国特 許第４．５３４゜３４５号及び第４．５０７．２２４号で述べられている選択さ れたアルミナ−シリコンカーバイドのボイスカーで補強された合成物に特定量加 えられていた（米国特許第４．６５７．８７７号と４．７４９．６６７号；日本 特許公報昭６２−２６５１８２号；　Ｃ１ａｕｓｅｎ等の「ホイスカー補強の酸 化物セラミックスｊ物質対談録Ｃ１、補遺Ｎｏ。

２．４７巻１９８６年２月、ページＣ１−６９３〜ＣＩ−７０２；　Ｂｅｃｈｅ ｒ等の「ホイスカー補強によるセラミックスの靭性強化ｊセミックスの破断仕組 み７、Ｂｒａｄｔ等の編集、プレナムプレス社、ニューヨーク（１９８６）、ペ ージ６１〜７３を参照されたし）。

ジルコニアは、破断靭性及び若しくは曲げ強度を改善するためには単斜晶系及び 若しくは（準安定の）正方晶系の相でなければならないと述べられて来た。更に 、準安定の正方品系の相は、ジルコニア粒子寸法を小さくすることによって、又 は立方晶系相を完全に安定化させるのに必要とされるよりも少ない量のイツトリ ア、カルシア、マグネシア及び希土類酸化物のような立方晶系ジルコニア安定化 促進剤を使用して得られるものと述べられて来た。

アルミナ、ジルコニア及びシリコンカーバイドホイスカーに他の添加物を加えて 又は加えずに構成された切削工具が提案されている（ヨーロッパ特許出願第８６ １０７９１６．８　（第０２０８９１０号として１９８７年１月２１日に公告さ れた）；米国特許第４．７４９．６ｇ７号；ｒセラミックの多重靭性化」テクノ ジャパン、１９巻、第１０．１９８６年１０月、ページ７８；第０１９４８１１ 号として１９８６年９月１７日公告されたヨーロッパ特許出願第８６３０１５９ ７．０を参照すること）。

上記文献のいずれも、鉄や非鉄の金属及び合金の高速粗削りに使用する金属切削 インサートにとって、切削性能はジルコニア、アグネシア、シリコンカーバイド 及び正方晶系ジルコニアの含有量に対して本願出原人が今知見した限界範囲の組 合せ以内にアルミナ主成分のセラミック組成を制御することによって大幅に改善 されると云うことを教示しておらず、示唆していない。

且旦豆ＪＬ＆ 本発明は、約１．５〜３７．５容積％のシリコンカーバイドホイスカーと、約５ 〜１７．５容積％のジルコニアと、残渣のマグネシウム酸化物又は他のマグネシ ウム−酸素の化合物添加物と、少なくとも２容積％の正方晶系のジルコニアとを 含むアルミナ主成分の製造製品、好ましくはセラミック切削インサートを提供す るものである。わずかなマグネシアの添加物は、室温では正方晶系（即ち準安定 の正方晶系）のジルコニアの量を減少されるように作用することを知見したとは いえ。

効果的な量のこの添加物はＡｌ５Ｉ　（アメリカ鉄鋼協会）１０４号鋼のような 柔かい鋼を高速で粗い旋盤加工にかけると切削エッチの寿命に大いに確実に影響 するということが驚きをもって知見された。

マグネシアは、約０．０３〜３容積％、より好ましくは約０．０３〜２．０容積 ％、最も好ましくは０．０４〜１．０容積％の量だけ加えられるのが望ましい。

好ましくは本発明に係わるアルミナ主成分のセラミック化合物は約２．５〜３５ 容量％、より好ましくは約５〜３２．５容積％のシリコンカーバイドホイスカー を含むものである。

本発明に係わるジルコニア含有量は、好ましくは７．５〜１７．５容積％、より 好ましくは１０〜１５容積％である６本発明によると、ジルコニアのほんのわず かな量は正方晶系のジルコニアの形を成しており、又上記組成の少なくとも２容 積％を形成しなければならない、好ましくは組成の少なくとも４容積％、より好 ましくは少なくとも容積％、最も好ましくは８容積％は正方晶系のジルコニアの 形を成している。

本発明のこれらの又他の局面は、以下に簡潔に説明された図面を参照して本発明 の詳細な説明を詳読するとより明かになるであろう。

ｆ　　　日 第１図は１本発明に係わる正方形の切削インサートの一実施例の等角図である。

第２図は、マグネシア又はイツトリアの添加物の容積％の関数として組成内の正 方晶系ジルコニア容積パーセントのグラフを示している。

た 本発明において、第１図に示すように好ましくは指標可能型の金属切削インサー ト１ｏは、レーキ面３０とフランク面５０とこれらレーキ及びフランク面の連結 部の切削エツジ７０を有している。

切削エツジ７０は、第１図に示しているようにチャンファのついた状態（例えば に−ランド）となっている、金属切削インサートは、約１．５〜３７．５容量％ のシリコンカーバイドホイスカーと。

約５〜１７．５容積％のジルコニアと、切削エッチの金属切削寿命を延ばすのに 有効な量だけ加えられた残渣のマグネシウム酸化物又は他のマグネシウム−酸素 の化合物添加物とを含むアルミナ主成分のセラミック組成物で構成されている。

シリコンカーバイドホイスカーとジルコニアと残渣のマグネシアは、アルミナ主 成分のマトリックスに実質的に均質に分散されている。

シリコンカーバイドホイスカーは、最小レベルの切削エツジ寿命の改善を確実に するために少なくても約１．５容積％のレベルで存在する。より好ましくは、シ リコンカーバイドホイスカーは、約２．５容積％又はそれ以上、最も好ましくは 約５容積％又はそれ以上存在する。シリコンカーバイドホイスカーの含有量は、 好ましくは組成の約３７．５容積％を越すべきでない、この値を越えたシリコン カーバイドホイスカーの含有量は、切削エッチ寿命を大幅に減じることになるも のと我々は信じている。

従って、高速の粗旋盤加工中において更に切削エッヂ寿命を最大にするために、 シリコンカーバイドホイスカーの最大含有量は、アルミナ主成分のセラミック組 成の約３５容積％に又はより少なく、より好ましくは３２．５容積％に又はより 少なく保持されることが望ましい、最適のシリコンカーバイドホイスカーのレベ ルは、用途に依存している。

ここで使用されるシリコンカーバイドホイスカーは１例えばこれまでニッケル主 成分の超合金を機械加工するためにアルミナ主成分の金属切削インサートに使用 されてきた商取引で入手可能ないずれのブランドでもよい。

好ましくないのはほぼ等軸形状の又は小板形状のシリコンカーバイド粒子がこの 発明のシリコンカーバイドホイスカーの一部分にとってかわっている場合である 。

ジルコニアの含有量は、セラミック組成の約５〜１７．５容積％の範囲に入って いる。この範囲からはずれたジルコニアの含有量は、Ａｌ５ＩＩ０４５鋼の高速 度粗切削中に切削エッチ寿命を減じるような組成を提供するものと信じられる。

好ましくは、切削エッチ寿命を最大にするに８訟ジルコニアの含有量は組成の約 ７．５〜１７．５容積％、より好ましくは約１０〜１５容積％の範囲内に入って いるべきである。正方晶系のジルコニアの濃度は、最良の切削性能のために最大 にすべきであると我々は信じているのであるが、室温で存在する可能な限り多量 な正方晶系ジルコニアを、機械加工中切削エッチに生ずる温度又は可能な限り近 い温度での靭性化を図るために利用すべきであるというのが我々の意見であって 、例えより多くとは言わずとも等しく重要なものである。

従ってマグネシアは切削エッチの寿命を最大限伸すために重要であるとみなされ てきたあるわずかなしかし効果的な量だけ存在するのが本発明にとって重量なの である８本発明によると、セラミック組成の少な（ても２容積％は正方晶系のジ ルコニアでなければならない、好ましくは正方晶系のジルコニアは組成の少なく とも約４容積％、より好ましくは組成の少なくとも約６容積％、最も好ましくは 組成の少なくとも約８容積％を形成している。

マグネシア添加物は、室温で観察される正方晶系のジルコニアの量を減じると云 う事実にもかかわらず、組成の約０．０３〜３容積％、好ましくは約０．０３〜 ２容積％、より好ましくは約０゜０４〜１．０容積％の範囲で加えられる。マグ ネシアは、コンパクトプレスの直前にアルミナ又はジルコニアとブレンドされた り、又はアルミナ又はジルコニアと事前にブレンドされたり又は事前に合金され る。事前にブレンドされたマグネシアは、高温準安定の正方晶系ジルコニアにお いてより効果であって、かくしてより少量のマグネシアが添加されるようにし且 つ高マグネシア添加物の有害な作用（例えば、より低い溶融点のガラスとＭｇ− Ａ　１−０の形成）を最少にするのにより有効であると信じられているので、マ グネシア粉体を事前にブレンドしておくことが好ましい、マグネシアをつくるた めに燃焼のような付加処理工程を必要とマグネシウムカーバイドのような他のマ グネシウム−酸素化合物の等量をマグネシア添加物で全部又は部分的に大替され る。ブレンドされた組成物の焼結後は、マグネシア添加物は、分離状態では存在 せず、残渣として存在する。この残渣は、例えば、マグネシウムアルミ酸塩、マ グネシアとアルミナの固溶体、マグネシアとジルコニアの固溶体及び若しくは１ 例えば、シリコンカーバイドホイスカー上の薄いコーティングとして存在するシ リコン二酸化物の不純物で形成されたガラスを含んでいる。

セラミック組成物の残りは、基本的には、アルミナであり、好ましくは不純物を 除いて全てアルミナである。あらゆる場合、このアルミナ主成分のセラミック組 成物は、少なくても４ｏ容積％のアルミナ、好ましくは少なくても５０容積％の アルミナを含んでいる ボイスカーとしての及び若しくは実質的に等軸の粒子としてのチタニウムカーバ イドは、組成の約２〜３５容積％、好ましくは約１０〜３ｏ容積％の量添加され る。チタニウムカーバイドは、アルミナよりも高い熱膨張係数を有している。従 って、チタニウムカーバイドの添加物は、より多くの正方晶系ジルコニアが室温 で保有されるようにしなければならないと思われている。チタニウムカーバイド ホイスカーは、Ａ、　Ｋａｔｏ等のｒ化学蒸気析出でのチタニウムカーバイドホ イスカーの生長速度Ｊ　　Ｊ、　Ｃｒｙｓｔ　Ｇｒｏｗｔｈ、３７（１９７７） 、ページ２９３〜３０ｏと、Ｎ、　Ｔａ＠ａｒｉ等の「化学蒸気析出によるτｉ Ｃホイスカーの生長に関する各種金属及び耐火酸化物の触媒効果ＪＩＪ、　Ｃｒ ｙｇｔ　Ｇｒｏｗｔｈ、４６　（１９７９）、ページ２２１〜２３７に述べられ た方法によって製造され且つ採取される。チタニウムカーバイドホイスカーとそ れらのアルミナ主成分の切削インサートへの組込みと利用について告１９８７年 ５月２８日に出願され且っＫｅｎｎａｍａｔａ１社に譲渡され現在米国特許第４ ．８５２．９９９となっているＭｅｈｒｏｔｒａ等の米国特許出願第０５６．０ ９１号に開示されている。

ここで使用されるアルミナ粉は、ＡＬＣＯＡ　（例えば、グレードＡ１６ＳＧ） によって、又はＣｅｒａｌｏｘ　　（例えば、マグネシアを含む又は含まないグ レードＨＰＡ−０，５）によって、又はＲａｙｎ。

ｌｄｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ　（グレードＲＣ−ＨＰ又はＲＣ−ＨＰ−ＤＢＭ） によって生産されているような高純度アルミナ（即ち、〉９９％純度）でなけれ ばならない。

イツトリア、カルシア、希土類酸化物及び正方晶系から単斜晶系への転換温度に おける還元を介して切削エッチ寿命に悪影響を持つ他の化合物上好ましいことに は、全からく、存在するとすれば不純物としてのみ存在している。

本発明に係る上記金属は、粉砕され、ブレンドされ、高温で固められ、好ましく は全体がアルミナでまたシリコンカーバイド、マグネシア添加物からのマグネシ ア残渣、ジルコニア及びチタニウムカーバイドがもし幾分でもあれば少なくても 実質的に均質に分布されているアルミナ主成分のマトリックスを有した少なくて も９８％、好ましくは９９％の稠密アルミナ主成分セラミック組成物を生成する 。ホットプレス温度は、好ましくは、１７５０℃より低く、より好ましくは１６ ５０”Ｃより低く、最も好ましくは約１６００Ｔ：より低く保持され、ジルコニ ア粒子の生長を最小に抑え、これによって最終製品に存在する正方晶系（即ち、 準安定正方晶系）ジルコニア相を最少に抑える。

切削インサートにおける平均的なジルコニア粒子寸法は、約５ミクロンを超える べきでなく、好ましくは２ミクロンを、より好ましくは１ミクロンを超えるべき でない、しかし、このジルコニア粒子は、使用中に大部分の正方晶系ジルコニア が単斜晶系ジルコニアに変換できるように充分大きいものでなければならない、 この最小寸法は、セラミック組成に依存し、現在のところ決定されていない。

特定の理論によって束縛されるのを望まないが。

出願人は本発明について次の説明を提供している。

アルミナ−シリコンカーバイドホイスカー、ジルコニア組成物において、室温で 得られる準安定正方晶系ジルコニアの量は、イツトリア、カルシア及び若しくは 希土類酸化物のようないわゆる立方晶系の安定化剤の添加又はジルコニア粒子寸 法の減少によって増大される＊　　（Ｓｔｅｖｅｎｓ＋氏のｒジルコニアーージ ルコニア及びジルコニアセラミックスへの紹介Ｊマグネシウムエレクトロン発刊 第１１３号、マグネシウムエレクトロン社イギリス１９８６年））、この文献は 、一般に上記リストの安定化剤の内にマグネシアを含んでいるが、マグネシアが 現在の組成に約０．３〜３容積％の量加えられると、マグネシアは室温で存在し ている正方晶系ジルコニアの量を減じると云うことを出願人は知見している。イ ツトリアがジルコニアに加えられると、ジルコニアの正方晶系と立方晶系の相を より低い温度まで安定化させる傾向にある。マグネシアを除いて全ての上記安定 化剤と大部分の不純物は同様の方法でＺｒＯ，に作用する（即ち、それらは、正 方晶系ジルコニア相が安定している温度を下げる）、室温で、幾分かのジルコニ アが。

準安定正方晶系のジルコニアとして存在し得る。

引張応力の作用の下で、この正方晶系ジルコニアは、単斜晶系になり、転換靭性 化を生じさせる。

しかし、温度が上るに従って、正方晶系ジルコニアは安定化し、従って単斜晶系 結晶構造への転換に役立たなくなる。かくして、より低い温度で正方晶系ジルコ ニアを安定化させるイツトリアのような添加物や不純物は、切削チップ温度が高 速度機械加工で役１０００〜１２ｏＯ℃に上昇するので金属切削の用途には不適 当である。それ故１本発明の理論に依ると、ジルコニアの単斜晶系から正方晶系 への転換温度を上昇させる添加物が、高温転換靭性化に必要とされている。我々 は、転換温度を上昇させるＭｇＯとＨｆＯ，のただ２つの酸化物の添加物が存在 していることを見い出した。

かくして、ジルコニア粒子寸法を小さく保つことによって大部分のジルコニアは 、マグネシア又はハフニアとジルコニアを合金にすることによって金属切削の高 温度で準安定正方晶系ジルコニアとして保有されるものと我々は信じている。こ れによって、金属切削運転中の切削エンジ寿命を高めるのを補助しているものと 思われる。ジルコニアは１通常、不純物として約２重量％に及ぶハフニアを含ん でいることに注意すべきである。

マグネシア添加物が金属切削性能に影響すると云う重要で確実なインパクトは、 本発明を正確に解説している次の例によってより明白に表示されている。

６つの組成物が用意されていて（表１）、呼称の組成物４１Ａｌ、０．−１０容 積％（ｉり５ｉ（１（シＩＪコンカーバイドホイスカー）−１０容積％のＺｒＯ ，であった、わずかなＹ、Ｏ□とＭｇＯの添加が行われた。混合物Ｎｏ、６の場 合、約０．０５重量％（約０．０６容積％）のＭｇＯが、粉体製造業者によって Ａ１□０．と既にブレンドされていた。これで約０．０４容積％のマグネシア含 有量が混合物Ｎｏ、６に与えら九た。これら粉体の５Ｑｇ）＜ッチが、１時間Ａ ｌ、Ｏ，のサイクロイドを使用したジャーミルで先ずＡｌ、Ｏ，とＺｒＯ。

（もしあれば、安定化添加物との）スラリー（プロパツール）をブレンドするこ とによって用意された。超音波処理された５ｉｃｙスラリーが次いで加えられ、 混合物全体が１時間ブレンドされた。

Ａ１□０３とＺｒＯ，のスラリーが、予かじめ粉砕され、０．５〜０．６ｐｍと ０．６〜０．８μｍの平均粒子寸法を各々得る（ＢＥＴによって計測された対応 した比表面積は、各々１０〜１４ｉ／ｇと２０〜４０ｒｒｒ／ｇであった）０次 いで、混合物は、平鍋で乾燥され、１００メツシユのスクリーンでふるいにけら れ、アルゴン中で１時間表１のラファイト型でホットプレスされた。結果的に製 成されたビレットは、９９％以上の密度で、切断され、研磨され、物理的及び機 械的性質の計測のためにみがかれた。ビレットは、更に切断され研磨されて金属 切削テスト用の指標可能なインサートを形成した。

次頁に続く ス」」」１え隻 呼称組成：ムｂｏｇ　−１０容積％のＳｉＣｗ−１０容積％ＺｒＯ。

Ａｌ、Ｏ，：　　Ａｌｃｏａ　ＡＡｌ６５ＧＳｉＣ：東海カーボン（株）　　（ 東京０日本）ＴＯＫＡＶＨＩＳＫＥＲ（ＴＯＫＡＮＡＸ）グレード１（０，３− １，Ｏｐ　ｍ１ｌｌ径；２０−５０μｍ長さ）ＺｒＯ，：　ＺｉｒＣａｒ−不安 定化されているＭｇＯ：　フィッシャー科学社−リージエントグレードＢＥＴ＝ ４０．４ボ／ｇ Ｙ２Ｏ，：　Ｍｏｌｙ社、ＢＥＴ＝１５．４ボ／ｇ述１」≦メ上ノ。

混合物Ｎｏ　　温度（℃）　　圧力（Ｐｓｉ）　　　　　組　　成１　　　１６ ５０　　　４０００　　　　呼称２　　　１６５０　　　４５００　　　　呼称 ＋１容積％Ｙ、Ｏ□３　　　１６２５　　　４５００　　　　呼称＋１容積％Ｍ ｇＯ４１６００４５００呼称＋１容積％Ｙ３０゜＋１容積％ＭｇＯ ５１６２５４５００呼称、しかし使われていたＡｌ、Ｏ，はＣａｒａｌｏｘグレ ー ドＨＰＡ−０，５（０，５−０，７ｐ　ｍ平均粒子寸法であった点 を除く） ６　　　１６２５　　　４５００　　　　呼称、しかし使われていたＡｌ、０３ はＣｅｒａｌｏｘグレー ドＨＰＡ−０，５Ｍｇ０を含む （０，０５重量％） １」ユ」［−！ 正方晶系ＺｒＯ□氷２ 混合物　　破断靭性　　　ＺｒＯ□　組成Ｎｏ、　ＲＡ硬度　　ＫＬＣ（Ｅ＆Ｃ ）”　（ＭＰａ　Ｍ＋　）　　容積％　容積％１　９３．３　　　　５，５９　 　　８４　　８．４２　９３．３　　　　４．９７　　　１００　　１０３　９ ３．６　　　　５．９６　　　７０　　７４　９３．６　　　　４．６３　　　 ９８　　９．８５　９３．９　　　　５．８８　　　８４　　８．４６　９３． ８　　　　５．８８　　　７６　　７．６＊１エバンスとチャールスの「ノツチ により破断靭性の決定ＪＪ、アメリカンセラミック協会、５９巻の第７〜８゜Ｎ ｏ、Ｐ３７１と３７２．１８．５ｋｇの負荷を使用している。

×２磨き表面のＸ線回折によって計測されたものである。

ジルコニアの残りは単斜晶系のジルコニアと思われる。最少量存在するかも知れ ない立方晶系のジルコニアは、正方晶系のジルコニアの見積内に含まれている。

ホットプレスされた組成物の物理的及び機械的性質は。

表２に示されている。

ポーターホイアーの公式（ポーター等のＪ−アメリカセンラミック協会、６２巻 、第５〜６　（１９７９年）、ページ２９８〜３０５）は、単斜晶系Ｚｒ０．１ １１耐火物（Ｉｍ（１１１））と正方晶系ＺｒＯ□の１１１耐火物（Ｉｔ（１１ １））のピーク強度から単斜晶系ＺｒＯ，の分数（Ｖ　ｖａ　）を推定するため に変更され且つ使用された。

Ｖ＋＊＝１．６０３　　Ｉｓ／（１，６０３Ｉｍ（１１１）＋Ｉｔ　　（１１１ ）　　（１）Ｖｔ　＝　１−　Ｖｍ　　　　　　　　　　　　（２）但しＶｔは 正方晶系ＺｒＯ，の分数である。

全体の組成における正方晶系ＺｒＯ，の推定された容積分数（Ｖｔ）は、ｖｔ＝ Ｖｔ　ｖｚ　　　　　（３）但しｖｚは混合物に加えられた全ＺｒＯ，の容積分 数である。上記関係はＺｒ０ｆは上で述べた相転換を除いて硬化中に実質的に変 化しないままでいると想定している。

第２図は、上記組成における正方晶系ジルコニアの量に与える各種添加物の作用 を示している。

マグネシア添加物は、正方晶系ジルコニアの量を低下させる（カーブ１）ことに なり、これに対してイツトリア添加物は、室温で正方品系ジルコニアの量を増加 させる（カーブ２）のが明かに見受けられる。

３　：　Ａ　５１１０４５斗　１９２−Ｚｏｏ　ＢＨＮインサート　　切削エッ チ寿命と　　平均寿命１並　　　　　　　　　　　　　−り飢と混合物１　　　 １４．０　ＢＫ　１４．７８Ｋ　　　　１４．４同　　２　　　　　　　８．０ 　　ＢＫ　　　１２．６　８Ｋ　　　　　　　ｉｏ、３同　　３　　　　　　１ ５．９　１３Ｋ　　　２９．２　　Ｆｌ　　　　　　　２２．６同　　４　　　 　　　　１．７８Ｋ　　　　７．７ＦＷ　　　　　　　　４．７同　　５　　　 　　　１７．ＯＦｌ　　　７．５　８Ｋ　　　　　　　１２．３同　　６　　　 　　　２２．９　　ＤＮ　　　３２．９　　Ｆｖ　　　　　　２７．９１二人」 Σ条」東 １０００　　　ｓｆｍ（表面フィー８７分）０．０２５　　ｉｐｒ　（インチ／ 回転）０．１００　　インチｄｏｃ　（切込み深さ）ＳＮＧＮ−４５３Ｔ　（Ａ ＮＳＩ　　Ｂ２１２．４−１９８６に依る米国国家規格表示）指標可能な切削イ ンサートスタイル（切削エッチ準備：　０．００８インチ×２０°に一ランド） １５°リード角（側方切削エッチ角） −５″′側方レーキ角 一５°後方レーキ角 冷却剤無し ニー Ｆ　Ｗ−０，０１５’一様なフランク摩耗ＭＷ−０，０３０’集中したフランク 摩耗ＣＲ−０，００４’クレータ摩耗 ＤＮ−０，０３０’切込ノッチノ深さ ＣＨ−０，０３０’集中摩耗又は欠け ＢＫ−破断 ＊Ａ　Ｉ　Ｓ　Ｉ　　１０４５は、統一採番システム（ＵＮＳ）の表示−Ｇ１０ ４５０゜ 予かしめ機械加工されたＡ　Ｉ　Ｓ　Ｉ　１０４５鋼の高速粗切削における指標 可能なインサート切削エッチの寿命は、表３に示されている。切削エッチ寿命に おける重量な改善は、マグネシアの添加によって達成されるのに対し、イツトリ アを含む組成に存在する高レベルの正方晶系ジルコニアにもかかわらずイツトリ アが加えられると工具寿命の短縮が起ることが明白に見受けられる。

−表コＬ」」１］【物− 呼称組成物：　ＡｌｔＯ，−５容積％ＳｉＣ瞥−１０容積％ＺｒＯ。

Ａｌ、Ｏ，：　Ｃｅｒａｌｏｘ　−ＨＰＡ　−０，５ＭｇＯ無し５ｉｃｖ　　： 　東海グレードｌ Ｚｒ０．　　：　マグネシウムエレクトロン（ＳＣ１５）−不安定化処理済み（ ０，５−０，６μｍ粒子寸法ＢＥＴ　５〜８ゴ／ｇ） 皇ユ上ｊ上λ 混合物Ｎｏ、　　温度℃　圧力（Ｐｓｉ）　　組成物７　　　　　　　１５３５ ℃　　　５０００ｐｓｉ　　　呼Ｉ◆０．０５容１％　ＭｇＯ８１５５０℃　　 　５０００ｐｓｉ　　　呼＄＋０．２５容Ｉ％　Ｍｇ０９　　　　　　　１５５ ０℃　　　５０００ｐｓｉ　　　呼１０．５０容１％　Ｍｇ０１０　　　　　　 　１５５０℃　　　５０００ｐｓｉ　　　ｌｌｋ＋１−０　　容［％　　Ｍｇ０ １１　　　　　　　１５５０℃　　　５０００ｐｓｉ　　　呼称＋３．０　容１ ％　ＭｇＯ表４に示されている第２シリーズの混合物７〜１１は、マグネシアの レベルが正方晶系ジルコニア含有量と切削エッチ寿命に与える効果を更にデモン ストレーションするために造られたものである。全てのサンプルは、基本的に、 混合物１〜６から造られたサンプルに対して述べられたように処理され且つホッ トプレスされた。

それら素材の物理的及び機械的性質は、表５に報告されている。正方晶系ジルコ ニアの含有量！九マグネシア添加物の量を増大させながら再度明白に減少してい ることが明らかに見受けられる。この効果は、第１図のカーブ３に示されている 。混合物７〜１１は、カーブ１によって表わされた素材に見出されるものよりも より多い正方晶系ジルコニア含量量を有しているのが見受けられる。この効果は 第２グループの混合物で使用されたより低いＳ　ｉ　Ｃｖ含有量（５容積％対１ ０容積％）に依るものと思われている。出願人は、一般にＳ　ｉ　０ｗホイスカ ー含有量が増大するに従って正方晶系ジルコニアの量が成る所定のジルコニア含 有量とジルコニア粒子寸法に対して減少し、他の全ては一定に保持されているこ とを観察した。

ｌ旦上立ｌ 混合物　　容積％の　　ＲＡ　　　　　　ＩＩＩ！　　　　　　　　　層成の１ １積％としてのＮｏ、　　　ＭｇＯ硬［Ｋｚｃ（Ｅ＆Ｃ）（ＭＰａｍ＊）　　正 方晶系　ＺｒＯ。

７　　　０．０５　　９３．５　　　　　　　５．５７　　　　　　　　　　　 ８．５８　　　０．２５　　９３．４　　　　　　　５．００　　　　　　　　 　　　８．１９　　　０．５０　　９３．３　　　　　　　５．０６　　　　　 　　　　　　８．０１０　　　１．０　　　９３．４　　　　　　　４．７５　 　　　　　　　　　　７．６１１　　　３．０　　　９３．５　　　　　　　４ ．９８　　　　　　　　　　　７．３ＡＩＳ１１０４５鋼の高速粗切削での指標 可能なインサート切削エッチの寿命は１表６に示されている。

６　：　Ａ　Ｉ　Ｓ　Ｉ　　１０４５　１９−１９９８）ＩＮインサート　切削 エッチ寿命と　　平均寿命−１並−モー゛　　　　−１豆り 混合物７　　１９　　ｂｋ　　　５　　ａｈ／ｂｋ　　　１２８　　１２．６ｄ ｎ／ａｈ　　１　　ｂｋ　　　　　６．８９　　１２．３ｄｎ　　　１４．１ｄ ｎ　　　　　１３．２１０　　９．７ｂｋ　　　７．ｌｄｎ　　　　　８．４１ 　１　　　　　７、Ｏｂｋ　　　　　　６．８ｄｎ　　　　　　　　　　６．９ 表５と表６に示されたデータを提供するために使用されたテスト手順及び条件と 切削エッチの寿命基準については１表２と表３に対して述べられたものと同じで あった。

本発明に係るもう一つ別の例では、Ａｌ、０．−２．５容積％（７）　Ｓ　ｉ　 Ｃｗ　−１０容積％のＺｒＯ，−１，０５容積％のＭｇＯを含む組成物がつくら れた。この組成物の５０ｇのバッチは、１時間Ａ１．Ｏ，サイクロイドを使用し たジャー型粉砕機において、　Ａ　ｌ　、　Ｏｓ　（Ｃｅｒａｌａｘグレード　 ＨＰＡ−０，５Ｍｇ０　（０，０５重量％）を有する）、ＺｒＯ＊（７グネシウ ムエレクトロン５Ｃ１５）及びＭｇＯ（フイッシャーリージエント　グレード） のスラリー（プロパツール）を先ずブレンドすることによって用意された。超音 波処理された５ｉＣ１１（東海グレード１）のスラリーが次いで加えられ全体の 混合物が１時間ブレンドされた。Ａｌ、Ｏ，とＺ　ｒ　Ｏ。

を含んだスラリーは、各々約０．５〜０．７μｍと０．５μｍ＝０．６μｍの平 均粒子寸法を得るために予め粉砕されていた１次いで混合物は平鍋で乾燥され、 １００メツシユのスクリーンでふるいにかけられ、室温で３０．０００ｐｓｉで 平衡状態で圧縮された。結果的に生じた冷えた圧縮された板から次いで小片が切 出され、１気圧のアルゴン内で１時間１７００’Ｃで焼結され、引続いて１７　 、　ＯＯ０ｐｓｉ　（７）　７／Ｌ／ゴン内で１時間１６００℃で平衡状態でホ ットプレスがかけられた。この結果得られたサンプルは、９９％密度よりも大き いものであった。（即ち完全に緻密なものであった）。

従来例で述べたように、サンプルは次いで物理的及び機械的テストのために準備 され、指標可能な切削インサートに研磨された。サンプルは、約６．６容積％の 正方晶系ジルコニアを含むことが決定された。このように処理された素材は、約 ５μｍ又はそれ以下のジルコニア粒子寸法を有しているものと推定される０表３ で述べられたスタイルの切削インサートは、表３で使用された条件のもとでテス トされた。１４．４分（ＤＮ破損）と１８．９分（ＦＷとＣＨの破損）の切削エ ッチ寿命が得られた。

切削エッチ寿命は、もし切削エッヂがホーニング仕上げされ及び若しくはインサ ート表面がラッピングされたり又は磨かれ一素材の塊（即ち磨かれた表面）の特 性よりも大きいパーセントの単斜晶系ジルコニアとより低いパーセントの正方晶 系ジルコニアとを含む表面材を除去すれば延長され又はより一様にされるものと 思われる。研磨応力は、準安定正方品系ジルコニアの一部が単斜晶系ジルコニア に転換されている表面層を形成することが知られている。使用中に高温にさらさ れるインサートの少なくともそれら表面域は、高温転換に役立つ最大量の正方晶 系ジルコニアを有しているのが好ましい。

上記例は、柔らかい鋼を切削する際の本発明の値を示しているのであるが、本発 明に係わる切削インサートは、最良の結果を生むように組成を最適化することに よって他の素材を機械加工するために使われ得るものと理解すべきである６例え ばニッケル主成分の超合金の高速粗旋盤加工に対して約２５〜３７．５容積％の シリコンカーバイドホイスカーを含む組成が最も適したものであろう。

ここで参照された全ての特許出願及び文献は。

結果的に参考までに組込まれている。

本発明の他の実施例については、ここで開示された発明のこの明細書又は実施を 考慮すると当業者にとって明らかになろう０本発明の真正な技術的範囲及び精神 は、次の請求の範囲によって示されているものであり、明細書や例は単なる事例 にすぎないものであると考慮すべきである。

ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、　２ 手続補正書 平成３年９月（−χ日

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．レーキ面と； フランク面と； 上記レーキ面とフランク面との連結部における切削エッヂとから構成され； 約１．５〜３７．５容積％のシリコンカーバイドホイスカーと； 約５〜１７．５容積％のジルコニアと；約０．０３〜３容積％の量で加えられた マグネシア添加物の残渣と； 本組成の残りを基本的に形成するアルミナとから基本的に成るアルミナ主成分の セラミック組成を有しており； ここで上記シリコンカーバイドホイスカーと上記ジルコニアと上記マグネシア添 加物の残渣とば上記アルミナから成るマトリックスに実質的に均質に分散されて おり； ここで上記セラミック組成の少なくても約２．０容積％は正方晶系ジルコニアで あることを特徴とする金属切削インサート。
2. ２．上記組成の少なくても約４．０容積％は正方晶系ジルコニアである請求の範 囲第１項記載の金属切削インサート。
3. ３．上記組成の少なくても６容積％は、正方晶系ジルコニアである請求の範囲第 １項記載の金属切削インサート。
4. ４．上記マグネシア添加物の残渣を約０．０３〜２容積％含む請求の範囲第１項 記載の金属切削インサート。
5. ５．上記マグネシア添加物の残渣を約０．０４〜１．０容積％含む請求の範囲第 １項記載の金属切削インサート。
6. ６．約７．５〜１７．５容積％のジルコニアを含む請求の範囲第１項記載の金属 切削インサート。
7. ７．１０．０〜１５．０容積％のジルコニアを含む請求の範囲第１項記載の金属 切削インサート。
8. ８．上記ジルコニアは、２ミクロンよりも小さい平均粒子寸法を有している請求 の範囲第１項記載の金属切削インサート。
9. ９．上記ジルコニアは、１ミクロンよりも小さい又は等しい平均的粒子寸法を有 している請求の範囲第１項記載の金属切削インサート。
10. １０．レーキ面と； フランク面と； 上記レーキ面とフランク面との連結部における切削エッヂとから構成されており ； 約１．５〜３７．５容積％のＳｉＣｗと、約５〜１７．５容積％のＺｒＯ２と、 約０．０３〜３容積％の量で加えられたマグネシア添加物の残渣と、 上記シリコンカーバイドホイスカーと上記ジルコニアと上記マグネシウム酸化物 添加物の残渣とが実質的に均質に分散されたアルミナマトリックスとから成るア ルミナ主成分のセラミック組成を有しており； 正方晶系ジルコニアが、上記アルミナ主成分のセラミック組成のうちの少なくて も容積％を形成していることを特徴としている金属切削インサート。
11. １１．少なくても４容量％の正方晶系ジルコニアを含んでいる請求の範囲第１０ 項記載の金属切削インサート。
12. １２．少なくても６容量％の正方晶系ジルコニアを含んでいる請求の範囲第１０ 項記載の金属切削インサート。
13. １３．少なくても８容量％の正方晶系ジルコニアを含んでいる請求の範囲第１０ 項記載の金属切削インサート。
14. １４．上記ジルコニアは、５μｍ以下の平均粒子寸法を有している請求の範囲第 １０項記載の金属切削インサート。
15. １５．上記ジルコニアは、２μｍより小さい請求の範囲第１０項記載の金属切削 インサート。
16. １６．少なくても約５ＭＰａｍのＫ（Ｅ＆Ｃ）靭性と少なくても９３のロックウ ェルＡ硬度と少なくても９８理論％の密度とを有したアルミナ主成分のセラミッ ク組成から成り； 上記アルミナ主成分のセラミック組成は、基本的に、 シリコンカーバイドホイスカーやチタニユウムカーバイドホイスカーから成るグ ループから一つ又は組合せて選択された約１．５〜３７．５容積％のカーバイド ホイスカーと； 約５〜１７．５容積％ジルコニアと； 約０．０３〜３容積％の量で加えられたマグネシア添加物の残渣と； 本組成の残りを基本的に形成するアルミナとから成り； 上記ホイスカーと、上記ジルコニアと上記マグネシア添加物の残渣とは、上記ア ルミナから形成されたマトリックスに実質的に均質に分散されており、 上記セラミック組成のうち少なくても約２．０容積％は、正方晶系ジルコニアで あることを特徴とする製造物品。
17. １７．上記組成のうち少なくても約４．０容積％は、正方晶系ジルコニアである 請求の範囲第１６項記載の製造物品
18. １８．上記組成のうち少なくても６容積％は、正方晶系ジルコニアである請求の 範囲第１６項記載の製造物品。
19. １９．約０．０３〜２容積％の上記マグネシア添加物の残渣を含む請求の範囲第 １６項記載の製造物品。
20. ２０．約０．０４〜１．０容積％の上記マグネシア添加物の残渣を含む請求の範 囲第１６項記載の製造物品。
21. ２１．約７．５〜１７．５容積％のジルコニアを含む請求の範囲第１６項記載の 製造物品。
22. ２２．約１０．０〜１５容積％のジルコニアを含む請求の範囲第１６項記載の製 造物品。
23. ２３．上記ジルコニアは、２ミクロンよりも小さい平均粒子寸法を有している請 求の範囲第１６項記載の製造物品。
24. ２４．上記ジルコニアは、１ミクロンよりも小さいか又は等しい平均粒子寸法を 有している請求の範囲第１６項記載の製造物品。