JPH0411503B2 - - Google Patents
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- JPH0411503B2 JPH0411503B2 JP59176928A JP17692884A JPH0411503B2 JP H0411503 B2 JPH0411503 B2 JP H0411503B2 JP 59176928 A JP59176928 A JP 59176928A JP 17692884 A JP17692884 A JP 17692884A JP H0411503 B2 JPH0411503 B2 JP H0411503B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明は高密度で靭性の大きいセラミツク材料
の製造法に関するものであり、特に切削工具用材
料として有用なAl2O3−TiC系の高靭性セラミツ
クの製造法に関するものである。 ［従来の技術］ 工具材料のうち、特に刃先部に苛酷な力や熱を
受ける切削工具では、次のような材料特性が要求
される。 １ 高温硬度が大きいこと。 ２ 靭性、特に高温での靭性を有すること。 ３ 化学的に安定で、刃先において被切削材と反
応しないこと。 切削工具材料としてのアルミナ系工具では、こ
れらの要求特性のうちの１と３とについては申し
分ないが、２については問題がある。この限界を
乗り超えるべく開発されたのが、Al2O3−TiC系
のセラミツクである。この系のセラミツクは、
Al2O3基材料の改良としては画期的なもので、複
合化セラミツクの典型的な成功例である。ところ
が酸化物と炭化物との複合化であるため、単純に
熱を加えるだけの製法では緻密化することが困難
である。そこでAl2O3粒子と分散粒子（TiC）と
の間のガス発生を極力抑制する工夫が必要になる
が、工業的な製造技術としては、熱とともに機械
的な力を加えるホツトプレスの適用、更には全周
囲方向から均等で大きな力を加えることのできる
熱間静水圧プレス（以後HIPと略す）の適用が、
安定して高性能な製品構造に使われている。この
ようなAl2O3−TiC系のセラミツクは、耐摩耗性
が優れ、鉄との親和性が低いという特徴をもつた
めに、鋳鉄の精密仕上げや高速切削において広く
使用されている。 ［発明が解決しようとする問題点］ 種々の業界例えば、自動車や航空機産業などで
は生産性向上のために、切削速度が極度に速くな
りつつあり、一方ではこうした高速切削に耐えう
る工作機械の発展もある。 又、生産現場の無人化が進みにしたがつて切削
工具特にセラミツク工具の信頼性を高めることが
必要となつてきた。 高速切削および切削工具の信頼性を向上させる
ためには、現在のAl2O3−TiO系セラミツクの性
能、特に靭性面を更に向上させることが必要であ
る。 この靭性の改善の一手段としてTiC粒同士、
Al2O3粒同士あるいはTiC粒とAl2O3粒間の界面
の強化が考えられ、過去にTiO2（特公昭51−569）
やTi（特公昭50−20963及び特公昭50−39445）の
添加により試みられたことがあるが十分な成果は
得られていない。 本発明は、上記問題点を解決するためになされ
たものでより靭性の大きいAl2O3−TiC系セラミ
ツクの製造法を提供することを目的とする。 ［発明の構成］ 一般式TiCx（ただしｘは0.65〜0.93）で表わさ
れる炭化チタン20〜50重量％と、 Dy2O3，Y2O3，Tb4O7，Ho2O3，Er2O3及び
Gd2O3から運ばれる１種又は２種以上の希土類酸
化物0.05〜3.0重量％と、Al2O347〜79.95重量％
と、からなる配合物を成形後、不活性ガス中で一
次焼結を行ない、対理論密度を95〜99％とし、次
いで熱間静水圧プレス法により焼結し対理論密度
を99.5％以上とすることを特徴とする高靭性セラ
ミツクの製造法を要旨とする。 本発明においてTiCx（ただしｘは0.65〜0.93）
が20〜50重量％用いられることが必要である。 上記のTiCxはTiが過剰の非化学量論的炭化チ
タンであり、TiCで表わされる化学量論的炭化チ
タンに比べて、結晶構造が不完全かつ不安定であ
る。そのため固相反応等の焼結反応が容易とな
り、Al2O3粒とTiCx粒及びTiCx粒同士の界面が
Al2O3粒とTiC粒及びTiC粒同士の界面に比較し
て強化される。又、TiCxの原子間の結合形態は
共有結合に金属結合的性質を帯びたものとなり靭
性が向上する。 TiCxにおけるｘが0.65より小さい場合には、
焼結体の性能特に耐摩耗性が低下し、又ｘが0.93
より大きくなるとTiCxにおける非化学量論的効
果が弱くなり、十分な靭性が得られなくなる。 上記TiCxは20〜50重量％用いられることが必
要であるがTiCxが20重量％未満の場合は、TiCx
を用いた効果が十分に表われず、50重量％を超え
る場合は焼結性が悪くなり、十分な靭性が得られ
なくなる。 更に、Dy2O3，Y2O3，Tb4O7，Ho2O3，Er2O3
及びGd2O3から選ばれる１種又は２種以上の希土
類酸化物を0.05〜3.0重量％用いることが必要で
ある。 希土類酸化物は１次焼結において比較的低い温
度例えば1750℃以下で配合物の対理論密度を後述
のHIP処理に必要な90％以上とするために用い
る。 希土類酸化物が0.05重量％未満の場合には、１
次焼結において比較的高い温度で焼結しないと対
理論密度が95％以上とならない。この場合には
Al2O3が粒成長を起こし焼結体の強度が低くなり
好ましくない。 逆に希土類酸化物が３重量％を超える場合に
は、焼結体は得られるが靭性に劣り工具としての
特性に欠ける。 希土類酸化物の中でもDy2O3、Y2O3、Tb4O7、
Ho2O3、Er2O3およびGd2O3は特に上記の１次焼
結における比較的低温で所定の耐理論密度を与え
る効果が大きい。 さらに、MgO、CaO、SiO2、ZrO2およびNiO
等の通常Al2O3系、Al2O3−TiC系、Al2O3−ZrO2
系などのAl2O3主体のセラミツクの焼結に用いら
れる焼結助剤から選ばれた１種又は２種以上を全
配合物に対して２重量％以下添加してもよい。こ
の場合には、焼結時の粒成長抑制の効果が更に大
きく、より強度のセラミツクとなつて好ましい。 本発明は、上記配合物を成形助剤を用いるプレ
ス成形等の通常用いられる成形方法によつて所望
の形状に成形した後、TiCxの酸化を防ぐため不
活性ガス中で対理論密度が95〜99％となるまで１
次焼結を行なう。 １次焼結後の対理論密度が95％より小さいと
HIP処理において緻密化せず、又対理論密度が99
％より大きいとAl2O3が粒成長を起こし、どちら
の場合も焼結体の強度が低下する。 HIP処理は、1400〜1580℃、200気圧以上の条
件等の通常用いられる条件下で行なわれ、HIP処
理後の耐理論密度は99.5％以上とされる。 以上のような本発明方法によつて得られるセラ
ミツク工具は耐摩耗性及び靭性に優れたものとな
る。その理由はAl2O3とTiCxの接着強度が高く、
かつAl2O3の結晶粒子が微細なためである。 ［実施例］ 本発明の一実施例について述べる。 純度99.9％平均粒径0.4μｍのα−Al2O3、第１
表の内容に調整されたTiCx、希土類酸化物、及
び場合によつて焼結助剤を第２表のように各種配
合し、ボールミルにて40hr湿式混合を行つた後乾
燥し、混合粉を得た。この混合粉にパラフイン４
重量％を加えて1.0ton／cm2の圧力で焼結後の寸法
が13×13×５mmになるようプレス成型し、その後
不活性ガス雰囲気で対理論密度が95〜99％になる
よう１次焼結した。焼結後HIP炉を用いて1450℃
で1hr、1500Kg／cm2の圧力で焼結した。ガスはア
ルゴンを用いた。得られた焼結体はダイヤモンド
砥石を用いてSNGN432の形状（JIS）に仕上げ
た。チヤンフアーは0.1mm×25°とした。このもの
について次の、の条件にて切削テストを行つ
たところ第２表のような結果が得られた。 切削テストの条件 被削材：FC20（HB200〜220） 切削条件：切削速度（Ｖ）＝900ｍ／min、 切り込み（ｔ）＝0.5mm、 送り速度(f)＝0.25mm／rev、 寿命判定：120mmφ×15mmｌの外周部を100回
切削した後の摩耗幅VB（mm）を測定 被削材：SKD11（HRC60） 切削条件：切削速度（Ｖ）＝120ｍ／min、 切り込み（ｔ）＝0.5mm、 送り速度(f)＝0.1mm／rev 寿命判定：120φmmの棒材を20分間切削した
後の摩耗幅VB（mm）を測定
の製造法に関するものであり、特に切削工具用材
料として有用なAl2O3−TiC系の高靭性セラミツ
クの製造法に関するものである。 ［従来の技術］ 工具材料のうち、特に刃先部に苛酷な力や熱を
受ける切削工具では、次のような材料特性が要求
される。 １ 高温硬度が大きいこと。 ２ 靭性、特に高温での靭性を有すること。 ３ 化学的に安定で、刃先において被切削材と反
応しないこと。 切削工具材料としてのアルミナ系工具では、こ
れらの要求特性のうちの１と３とについては申し
分ないが、２については問題がある。この限界を
乗り超えるべく開発されたのが、Al2O3−TiC系
のセラミツクである。この系のセラミツクは、
Al2O3基材料の改良としては画期的なもので、複
合化セラミツクの典型的な成功例である。ところ
が酸化物と炭化物との複合化であるため、単純に
熱を加えるだけの製法では緻密化することが困難
である。そこでAl2O3粒子と分散粒子（TiC）と
の間のガス発生を極力抑制する工夫が必要になる
が、工業的な製造技術としては、熱とともに機械
的な力を加えるホツトプレスの適用、更には全周
囲方向から均等で大きな力を加えることのできる
熱間静水圧プレス（以後HIPと略す）の適用が、
安定して高性能な製品構造に使われている。この
ようなAl2O3−TiC系のセラミツクは、耐摩耗性
が優れ、鉄との親和性が低いという特徴をもつた
めに、鋳鉄の精密仕上げや高速切削において広く
使用されている。 ［発明が解決しようとする問題点］ 種々の業界例えば、自動車や航空機産業などで
は生産性向上のために、切削速度が極度に速くな
りつつあり、一方ではこうした高速切削に耐えう
る工作機械の発展もある。 又、生産現場の無人化が進みにしたがつて切削
工具特にセラミツク工具の信頼性を高めることが
必要となつてきた。 高速切削および切削工具の信頼性を向上させる
ためには、現在のAl2O3−TiO系セラミツクの性
能、特に靭性面を更に向上させることが必要であ
る。 この靭性の改善の一手段としてTiC粒同士、
Al2O3粒同士あるいはTiC粒とAl2O3粒間の界面
の強化が考えられ、過去にTiO2（特公昭51−569）
やTi（特公昭50−20963及び特公昭50−39445）の
添加により試みられたことがあるが十分な成果は
得られていない。 本発明は、上記問題点を解決するためになされ
たものでより靭性の大きいAl2O3−TiC系セラミ
ツクの製造法を提供することを目的とする。 ［発明の構成］ 一般式TiCx（ただしｘは0.65〜0.93）で表わさ
れる炭化チタン20〜50重量％と、 Dy2O3，Y2O3，Tb4O7，Ho2O3，Er2O3及び
Gd2O3から運ばれる１種又は２種以上の希土類酸
化物0.05〜3.0重量％と、Al2O347〜79.95重量％
と、からなる配合物を成形後、不活性ガス中で一
次焼結を行ない、対理論密度を95〜99％とし、次
いで熱間静水圧プレス法により焼結し対理論密度
を99.5％以上とすることを特徴とする高靭性セラ
ミツクの製造法を要旨とする。 本発明においてTiCx（ただしｘは0.65〜0.93）
が20〜50重量％用いられることが必要である。 上記のTiCxはTiが過剰の非化学量論的炭化チ
タンであり、TiCで表わされる化学量論的炭化チ
タンに比べて、結晶構造が不完全かつ不安定であ
る。そのため固相反応等の焼結反応が容易とな
り、Al2O3粒とTiCx粒及びTiCx粒同士の界面が
Al2O3粒とTiC粒及びTiC粒同士の界面に比較し
て強化される。又、TiCxの原子間の結合形態は
共有結合に金属結合的性質を帯びたものとなり靭
性が向上する。 TiCxにおけるｘが0.65より小さい場合には、
焼結体の性能特に耐摩耗性が低下し、又ｘが0.93
より大きくなるとTiCxにおける非化学量論的効
果が弱くなり、十分な靭性が得られなくなる。 上記TiCxは20〜50重量％用いられることが必
要であるがTiCxが20重量％未満の場合は、TiCx
を用いた効果が十分に表われず、50重量％を超え
る場合は焼結性が悪くなり、十分な靭性が得られ
なくなる。 更に、Dy2O3，Y2O3，Tb4O7，Ho2O3，Er2O3
及びGd2O3から選ばれる１種又は２種以上の希土
類酸化物を0.05〜3.0重量％用いることが必要で
ある。 希土類酸化物は１次焼結において比較的低い温
度例えば1750℃以下で配合物の対理論密度を後述
のHIP処理に必要な90％以上とするために用い
る。 希土類酸化物が0.05重量％未満の場合には、１
次焼結において比較的高い温度で焼結しないと対
理論密度が95％以上とならない。この場合には
Al2O3が粒成長を起こし焼結体の強度が低くなり
好ましくない。 逆に希土類酸化物が３重量％を超える場合に
は、焼結体は得られるが靭性に劣り工具としての
特性に欠ける。 希土類酸化物の中でもDy2O3、Y2O3、Tb4O7、
Ho2O3、Er2O3およびGd2O3は特に上記の１次焼
結における比較的低温で所定の耐理論密度を与え
る効果が大きい。 さらに、MgO、CaO、SiO2、ZrO2およびNiO
等の通常Al2O3系、Al2O3−TiC系、Al2O3−ZrO2
系などのAl2O3主体のセラミツクの焼結に用いら
れる焼結助剤から選ばれた１種又は２種以上を全
配合物に対して２重量％以下添加してもよい。こ
の場合には、焼結時の粒成長抑制の効果が更に大
きく、より強度のセラミツクとなつて好ましい。 本発明は、上記配合物を成形助剤を用いるプレ
ス成形等の通常用いられる成形方法によつて所望
の形状に成形した後、TiCxの酸化を防ぐため不
活性ガス中で対理論密度が95〜99％となるまで１
次焼結を行なう。 １次焼結後の対理論密度が95％より小さいと
HIP処理において緻密化せず、又対理論密度が99
％より大きいとAl2O3が粒成長を起こし、どちら
の場合も焼結体の強度が低下する。 HIP処理は、1400〜1580℃、200気圧以上の条
件等の通常用いられる条件下で行なわれ、HIP処
理後の耐理論密度は99.5％以上とされる。 以上のような本発明方法によつて得られるセラ
ミツク工具は耐摩耗性及び靭性に優れたものとな
る。その理由はAl2O3とTiCxの接着強度が高く、
かつAl2O3の結晶粒子が微細なためである。 ［実施例］ 本発明の一実施例について述べる。 純度99.9％平均粒径0.4μｍのα−Al2O3、第１
表の内容に調整されたTiCx、希土類酸化物、及
び場合によつて焼結助剤を第２表のように各種配
合し、ボールミルにて40hr湿式混合を行つた後乾
燥し、混合粉を得た。この混合粉にパラフイン４
重量％を加えて1.0ton／cm2の圧力で焼結後の寸法
が13×13×５mmになるようプレス成型し、その後
不活性ガス雰囲気で対理論密度が95〜99％になる
よう１次焼結した。焼結後HIP炉を用いて1450℃
で1hr、1500Kg／cm2の圧力で焼結した。ガスはア
ルゴンを用いた。得られた焼結体はダイヤモンド
砥石を用いてSNGN432の形状（JIS）に仕上げ
た。チヤンフアーは0.1mm×25°とした。このもの
について次の、の条件にて切削テストを行つ
たところ第２表のような結果が得られた。 切削テストの条件 被削材：FC20（HB200〜220） 切削条件：切削速度（Ｖ）＝900ｍ／min、 切り込み（ｔ）＝0.5mm、 送り速度(f)＝0.25mm／rev、 寿命判定：120mmφ×15mmｌの外周部を100回
切削した後の摩耗幅VB（mm）を測定 被削材：SKD11（HRC60） 切削条件：切削速度（Ｖ）＝120ｍ／min、 切り込み（ｔ）＝0.5mm、 送り速度(f)＝0.1mm／rev 寿命判定：120φmmの棒材を20分間切削した
後の摩耗幅VB（mm）を測定
【表】
【表】
【表】
第２表の結果により次の(1)〜(8)の場合には、セ
ラミツクの摩耗幅が大きくなり、場合によつては
欠損することが判つた。 (1) No.19のようにTiCxが50重量％よりも多く配
合された場合。 (2) No.20のようにTiCxが20重量％よりも少なく
配合された場合。 (3) No.21のようにTiCxにおけるＸの値が0.93を
超える場合。 (4) No.22のようにTiCxにおけるＸの値が0.65よ
りも小さい場合。 (5) No.23のように１種又は２種以上からなる希土
類酸化物が0.05重量％よりも少ない場合。 (6) No.24のように１種又は２種以上からなる希土
類酸化物が３重量％よりも多い場合。 (7) No.25のように１次焼結後の対理論密度が95％
未満の場合。 (8) No.26のように１次焼結後の対理論密度が99％
を超える場合。 これらより高靭性セラミツクを得るには、本発
明のようにTiCxにおけるＸの値、TiCxの配合
量、１種又は２種以上からなる希土類酸化物の配
合量を所定にすることがどうしても必要であるこ
とがわかつた。 又No.１〜No.15より配合物にMgO、CaO、SiO2、
ZrO2およびNiO等の通常Al2O3主体のセラミツク
の焼結に用いられる焼結助剤を添加すると耐摩耗
性が更に向上することが判つた。 ［発明の効果］ 本発明のセラミツクの製造法を用いることによ
つて靭性の大きいAl2O3−TiC系セラミツクを製
造することができ製造されたセラミツクは鋳鉄、
鋼、高ニツケル、アルミニウム、チタン等や、非
金属の切削工具として、又振動が激しくかかるあ
るいは高熱のかかる機械部品等に有用である。
ラミツクの摩耗幅が大きくなり、場合によつては
欠損することが判つた。 (1) No.19のようにTiCxが50重量％よりも多く配
合された場合。 (2) No.20のようにTiCxが20重量％よりも少なく
配合された場合。 (3) No.21のようにTiCxにおけるＸの値が0.93を
超える場合。 (4) No.22のようにTiCxにおけるＸの値が0.65よ
りも小さい場合。 (5) No.23のように１種又は２種以上からなる希土
類酸化物が0.05重量％よりも少ない場合。 (6) No.24のように１種又は２種以上からなる希土
類酸化物が３重量％よりも多い場合。 (7) No.25のように１次焼結後の対理論密度が95％
未満の場合。 (8) No.26のように１次焼結後の対理論密度が99％
を超える場合。 これらより高靭性セラミツクを得るには、本発
明のようにTiCxにおけるＸの値、TiCxの配合
量、１種又は２種以上からなる希土類酸化物の配
合量を所定にすることがどうしても必要であるこ
とがわかつた。 又No.１〜No.15より配合物にMgO、CaO、SiO2、
ZrO2およびNiO等の通常Al2O3主体のセラミツク
の焼結に用いられる焼結助剤を添加すると耐摩耗
性が更に向上することが判つた。 ［発明の効果］ 本発明のセラミツクの製造法を用いることによ
つて靭性の大きいAl2O3−TiC系セラミツクを製
造することができ製造されたセラミツクは鋳鉄、
鋼、高ニツケル、アルミニウム、チタン等や、非
金属の切削工具として、又振動が激しくかかるあ
るいは高熱のかかる機械部品等に有用である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一般式TiCx（ただしｘは0.65〜0.93）で表さ
れる炭化チタン20〜50重量％と、 Dy2O3，Y2O3，Tb4O7，Ho2O3，Er2O3及び
Gd2O3から選ばれる１種又は２種以上の希土類酸
化物0.05〜3.0重量％と、 Al2O347〜79.95重量％と、 からなる配合物を成形後、不活性ガス中で一次焼
結を行ない、対理論密度を95〜99％とし、次いで
熱間静水圧プレス法により焼結し対理論密度を
99.5％以上とすることを特徴とする高靭性セラミ
ツクの製造法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59176928A JPS6153155A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | 高靭性セラミツクの製造法 |
| DE19853529265 DE3529265A1 (de) | 1984-08-22 | 1985-08-16 | Keramik mit sehr hoher zaehigkeit und verfahren zur herstellung derselben |
| US07/742,737 US5106788A (en) | 1984-08-22 | 1991-08-06 | Process for producing highly tough ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59176928A JPS6153155A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | 高靭性セラミツクの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6153155A JPS6153155A (ja) | 1986-03-17 |
| JPH0411503B2 true JPH0411503B2 (ja) | 1992-02-28 |
Family
ID=16022196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59176928A Granted JPS6153155A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | 高靭性セラミツクの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6153155A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2673523B2 (ja) * | 1987-10-30 | 1997-11-05 | 京セラ株式会社 | 切削工具用アルミナ質焼結体及びその製法 |
| EP1710216B8 (de) * | 2005-04-07 | 2016-03-02 | Oerlikon Metco AG, Wohlen | Kompressor mit einer oberflächenschicht eines keramischen werkstoffs und das verfahren seiner herstellung |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59102865A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-14 | 日本特殊陶業株式会社 | 切削用セラミツク工具の製造方法 |
-
1984
- 1984-08-22 JP JP59176928A patent/JPS6153155A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59102865A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-14 | 日本特殊陶業株式会社 | 切削用セラミツク工具の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6153155A (ja) | 1986-03-17 |
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