JPH04315507A - セラミック切削工具及びその製造方法 - Google Patents
セラミック切削工具及びその製造方法Info
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- JPH04315507A JPH04315507A JP3108365A JP10836591A JPH04315507A JP H04315507 A JPH04315507 A JP H04315507A JP 3108365 A JP3108365 A JP 3108365A JP 10836591 A JP10836591 A JP 10836591A JP H04315507 A JPH04315507 A JP H04315507A
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Landscapes
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は耐欠損性、耐摩耗性に優
れたセラミック切削工具及びその製造方法に関し、特に
、ねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄等の鉄系の材料を良好に
切削することができるＳｉＣウィスカー強化型のアルミ
ナ系切削工具及びその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】旋盤等
に用いるバイト先端部に取り付けられるチップを始めと
する各種切削工具として、一般に、ハイスと呼ばれる高
速度工具鋼やＷＣ−Ｃｏ系等の超硬合金からなるものが
使用されているが、最近では、Ａｌ２ Ｏ３ や、Ａｌ
２ Ｏ３ −ＴｉＣ、Ｓｉ３ Ｎ４ 等のセラミックス
製の切削工具が開発され、一部使用されている。このよ
うなセラミック切削工具は、耐酸化性に富み、耐熱性も
良好で、高温で高強度であることから、特に高速切削用
の工具としての使用が目指されている。 【０００３】しかしながら、Ａｌ２ Ｏ３ やＡｌ２
Ｏ３ −ＴｉＣ等のアルミナ系セラミックスの場合、耐
欠損性に劣る（靱性が小さい）欠点がある。また、Ｓｉ
３ Ｎ４ 系のセラミックスは鉄との反応性が高いため
、この種のセラミックスからなる切削工具は、鉄系の部
材を被削材とする場合には耐摩耗性が低下する欠点を有
する。このように、従来のセラミック切削工具の使用領
域は極めて限定されたものであり、改良の余地がある。 【０００４】そこで、Ａｌ２ Ｏ３ 系セラミックスか
らなる切削工具においては、その耐欠損性を改善するた
めに、Ａｌ２ Ｏ３ にＺｒＯ２ 及び／又はＳｉＣウ
ィスカーを添加して複合セラミックスとし、もって切削
工具の高靱化、高強度化を図る試みがなされており、一
部実用化されている。 【０００５】たとえば米国特許第４２１８２５３号には
、Ａｌ２ Ｏ３ にＺｒＯ２ を添加し、高靱化、高強
度化を図ったセラミックスが開示されている。また、特
開昭６１−１７４１６５号及び米国特許第４９６１７５
７号には、ＳｉＣウィスカー強化型Ａｌ２ Ｏ３ 製の
切削工具が開示されている。さらに、特開平２−１３９
１０２号には、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＣウィスカー−Ｚ
ｒＯ２からなるセラミック切削工具が開示されている。 このセラミック切削工具は、ＳｉＣウィスカーが２７〜
３５容量％、ＺｒＯ２ が３〜１２容量％、残部実質的
にＡｌ２ Ｏ３ からなるセラミックスから形成されて
いる。特に、ＳｉＣウィスカー等のウィスカーを導入し
た複合セラミックスの場合、超合金等の切削が難しい被
削材に適用することが目指されている。 【０００６】しかしながら、本発明者らの研究によれば
、上述した各アルミナ系セラミック切削工具では、Ｎｉ
基超合金等の超合金を被削材とした場合には良好な切削
をすることができるが、ねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄等
の鉄系の被削材には十分ではない。具体的には、上述し
たような従来のＳｉＣウィスカー強化型アルミナ系切削
工具は、ねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄等の鉄系材料を被
削材とした場合、耐欠損性については十分なレベルに達
してはいるが、耐摩耗性に劣る。これは、鉄系の被削材
とＳｉＣウィスカーとが反応しやすいためであると思わ
れる。 【０００７】したがって、本発明の目的は、ねずみ鋳鉄
やダクタイル鋳鉄等の鉄系の被削材にも十分に対応する
ことができる耐摩耗性の良好なＳｉＣウィスカー強化型
アルミナ系切削工具、及びその製造方法を提供すること
である。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者等は、ＳｉＣウィスカーとＺｒＯ２
の量を適切に規定すれば、耐欠損性及び強度の低下をき
たすことなく耐摩耗性を向上することができ、もって靱
性、強度、硬度にバランスがよい切削工具とすることが
できることを発見した。また、そのような切削工具の製
造においては、ＳｉＣウィスカーとＺｒＯ２ とＡｌ２
Ｏ３ を特定量配合した原料粉に対して、加圧条件、
温度条件を特定の範囲に制御して加圧焼結すれば、セラ
ミックスを緻密化することができ、もって靱性、強度、
硬度にバランスがよい切削工具とすることができること
を発見した。本発明は以上の発見に基づくものである。 【０００９】すなわち、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＣウィス
カー及びＺｒＯ２ からなる本発明のセラミック切削工
具は、ＳｉＣウィスカーが７〜２７容量％で、ＺｒＯ２
が１〜３容量％で、残部実質的にＡｌ２ Ｏ３ から
なることを特徴とする。 【００１０】また、本発明のセラミック切削工具の製造
方法は、セラミック切削工具中のＳｉＣウィスカーの量
が７〜２７容量％で、ＺｒＯ２ の量が１〜３容量％で
、残部実質的にＡｌ２ Ｏ３ となるように、Ａｌ２
Ｏ３ 粉末と、ＳｉＣウィスカーと、ＺｒＯ２ 粉末と
を混合して原料粉末とし、前記原料粉末に対し、１５０
０〜１６５０℃で、１５０〜５００ｋｇ／ｃｍ２ の圧
力で、３０分〜５時間の加圧焼結を行なうことを特徴と
する。 【００１１】以下本発明を詳細に説明する。 【００１２】本発明の切削工具は、ＳｉＣウィスカーが
７〜２７容量％で、ＺｒＯ２ が１〜３容量％で、残部
実質的にＡｌ２ Ｏ３ からなる複合セラミックスから
形成される。 ＳｉＣウィスカーの量が７容量％未満では強度が十分と
はならず、ダクタイル鋳鉄等の鉄系材料の切削には適さ
ない。また、２７容量％を超す量のＳｉＣウィスカーを
配合すると、相対的にＡｌ２ Ｏ３ の量が不足し、耐
摩耗性が低下する。また、ＳｉＣウィスカーと鉄系被削
材との反応が起こる可能性がある。 【００１３】用いるＳｉＣウィスカーとしては、平均直
径が０．２〜１．０μｍで、平均長さが１００μｍ以下
のものがよい。好ましくは、平均直径が０．３〜０．８
μｍで、平均長さが３０μｍ程度のものを用いる。 【００１４】ＺｒＯ２ をＡｌ２ Ｏ３ に添加すると
一般に靱性や強度が向上するが、一方、硬度を低下させ
る。本発明においては、ＺｒＯ２ の添加は靱性や強度
の向上に主眼があるのではなく、焼結性の改善（具体的
にはＡｌ２ Ｏ３ 系セラミックスの焼結温度を引き下
げること）によりＡｌ２ Ｏ３ マトリックスの微細化
を達成することにある。ＺｒＯ２ が１容量％未満では
この効果を得ることができず、一方、３容量％を超す量
のＺｒＯ２ を加えると焼結体の硬度が低下してしまう
ので、ＺｒＯ２ の添加量を１〜３容量％とする。Ｚｒ
Ｏ２ を１〜３容量％となるように配合することにより
、ＺｒＯ２ がない場合の焼結温度より１００℃程度低
い温度で焼結を行うことができ、マトリックス相のＡｌ
２ Ｏ３ の粒成長を起こすことなく、微細なセラミッ
ク組織とすることが可能となる。 【００１５】マトリックスの基本となるＡｌ２ Ｏ３
は、微細な組織であることが好ましい。具体的には、平
均粒径が２μｍ以下であるのが好ましい。平均粒径が２
μｍを超す焼結体であると、耐摩耗性の低下が著しい。 なお、マトリックスとなるＡｌ２ Ｏ３ の平均粒径を
２μｍ以下に抑えるのは、上述した量のＺｒＯ２ をＡ
ｌ２ Ｏ３ 中に添加し、後述する製造方法により焼結
すればよい。 【００１６】次に、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＣウィスカー
−ＺｒＯ２ 複合セラミックスの製造方法について説明
する。 【００１７】まず、原料となるＡｌ２ Ｏ３ 粉、Ｚｒ
Ｏ２ 粉、及びＳｉＣウィスカーを所定量取り、これを
混合する。Ａｌ２ Ｏ３ 粉としては平均粒径が０．３
〜１μｍ程度のものを用いるのがよい。この混合はボー
ルミル等により十分に（たとえば４８時間以上）行うの
がよい。 【００１８】また、この混合粉に、ＭｇＯ、Ｙ２ Ｏ３
、ＮｉＯ等の酸化物を焼結助剤として添加してもよい
。 【００１９】なお、原料となるＺｒＯ２ として、Ｙ２
Ｏ３ 、ＣａＯ、ＨｆＯ２ 等で部分的に安定化した
ものを用いてもよい。 【００２０】次に、得られた混合粉を乾燥後、所望の形
状の型に入れ、１５０〜５００ｋｇ／ｃｍ２ の圧力を
加えながら、１５００〜１６５０℃で、３０分〜５時間
の加圧焼結を行う。 【００２１】圧力が１５０ｋｇ／ｃｍ２ 未満の焼結で
は、切削工具として実用に耐えるほどには緻密化しない
。また、圧力を５００ｋｇ／ｃｍ２ を超えても効果に
差がでないので上限を５００ｋｇ／ｃｍ２ とする。 【００２２】一方、焼結温度については、１５００℃未
満とするとセラミックスの緻密化が達成できない。また
、１６５０℃を超す温度で焼結すると、Ａｌ２ Ｏ３
が粒成長してしまい、微細な結晶構造を達成することが
できず、その結果、耐摩耗性が低下する。このように、
本発明の方法では、焼結を比較的低い温度で行うことが
重要であり、これによってセラミックス中のＡｌ２ Ｏ
３ の平均粒径を好ましくは２μｍ以下に抑える。 【００２３】また、焼結時間を３０分未満とすると、セ
ラミックスの緻密化が達成できない。一方、５時間を超
す焼結時間とすると、Ａｌ２ Ｏ３が粒成長してしまい
、耐摩耗性が低下する。 【００２４】次いで、得られた焼結体を公知の方法によ
り研削加工して、目的の切削工具を作製する。 【００２５】 【実施例】以下の具体的実施例により、本発明をさらに
詳細に説明する。 【００２６】実施例１ α−Ａｌ２ Ｏ３ （平均粒径が１μｍ以下）が８３容
量％、Ｙ２ Ｏ３ を２モル％含有する部分安定化Ｚｒ
Ｏ２が２容量％、ＳｉＣウィスカー（平均直径０．７μ
ｍ、平均長さ３０μｍ）が１５容量％となるように配合
した混合粉を、ボールミルで９６時間湿式混合し、これ
を乾燥させた。 【００２７】得られた混合粉を用い、アルゴンガス気流
中、４５０ｋｇ／ｃｍ２ の圧力をかけながら１６００
℃で１時間加圧焼結し、９０φ×６ｍｍの焼結体を得た
。 【００２８】得られた焼結体から、型番ＳＮＧＮ１２０
４０８の形状の切削チップを切出し、研削加工した。 【００２９】上記で得た切削チップを用い、以下に示す
切削条件（切削条件１）で切削試験を行った。 【００３０】切削条件１ 被削材 ：ＦＣＤ７０ 切削速度 ：２００ｍ／分 送り ：０．３ｍｍ／回転 切り込み ：１．５ｍｍ 切削剤 ：使用せず 【００３１】５分間の切削後の逃げ面摩耗幅を測定した
ところ、０．１３ｍｍであった。 【００３２】さらにこの切削チップについて、下記の切
削条件２で切削試験を行い、逃げ面摩耗幅を測定した。 逃げ面摩耗幅は０．１３ｍｍであった。 【００３３】切削条件２ 被削材 ：ＦＣ３０ 切削速度 ：３５０ｍ／分 送り ：０．３ｍｍ／回転 切り込み ：２ｍｍ チップ型番：ＳＮＧＮ１２０４０８ カッター ：ＤＮＦ４１６０Ｒ（一枚刃にて試験を行
った） 切削剤 ：使用せず 切削時間 ：３０分 【００３４】比較例１、２ 比較のために、市販のＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＣウィスカ
ーセラミック切削工具（グリーンリーフ社のＷＧ３００
：比較例１）及び市販のＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＣウィス
カー−ＺｒＯ２ セラミック切削工具（住友電工（株）
製ＷＸ１２０：比較例２）について実施例１と同様の方
法で切削試験を行った。比較例１及び比較例２の切削チ
ップの逃げ面摩耗幅はそれぞれ０．３３ｍｍ及び０．２
８ｍｍであった。 【００３５】実施例２、３及び比較例３〜６Ａｌ２ Ｏ
３ 、ＳｉＣウィスカー、及びＺｒＯ２ の配合量を表
１に示すようにした以外は、実施例１と同様にしてＡｌ
２ Ｏ３ −ＳｉＣウィスカー−ＺｒＯ２ 複合セラミ
ックスからなる切削チップを作製した。 【００３６】得られた切削チップについて、実施例１に
おける切削条件２で切削試験を行い、逃げ面摩耗幅を測
定した。結果を表１に合わせて示す。なお、上記した実
施例１の切削条件２による切削試験の結果も表１に合わ
せて示す。 【００３７】切削条件２ 被削材 ：ＦＣ３０ 切削速度 ：３５０ｍ／分 送り ：０．３ｍｍ／回転 切り込み ：１．５ｍｍ 切削剤 ：使用せず 【００３８】
表１
ＳｉＣ
逃げ面
Ａｌ２ Ｏ３ ウィスカ
ー ＺｒＯ２ 摩耗幅
例Ｎｏ． （容量％） （容量％
） （容量％） （ｍｍ） 実
施例１ ８３ １５
２ ０．
１３ 実施例２ ７８
２０ ２
０．１７ 実施例３ ７３
２５ ２
０．２０ 比較例３ ９
３ ５
２ ４分で欠損比較例４
６８ ３０
２ ０．３２ 比
較例５ ７５ ２５
０ ０．
３６ 比較例６ ７０
２５ ５
０．３０ 【００３９】実施例４、５及び比較
例７〜１２表２に示す条件の加圧焼結とした以外は、実
施例１と同様にして（実施例１と同一の組成で）切削チ
ップを作製した。 【００４０】得られた切削チップについて、実施例１に
おける切削条件１と同一の条件で切削試験を行い、逃げ
面摩耗幅を測定した。結果を表２に合わせて示す。 【００４１】
表２ 加圧
焼結 加圧焼結 加圧焼結
逃げ面
温度 圧力
時間 摩耗幅 例Ｎｏ．
（℃） （ｋｇ／ｃｍ
２ ） （時） （ｍｍ） 実
施例４ １６２０ ４５
０ １ ０．１５実
施例５ １５５０ ４５
０ １ ０．１２比
較例７ １４００ ４５
０ １ ２分で欠損
比較例８ １８００ ４
５０ １ ０．４５
比較例９ １６００ ４
５０ ０．２５ ０．３９比較例
１０ １６００ ４５０
７ ０．４２比較例１
１ １６００ １００
１ ３分で欠損比較例１
２ １６００ ６００
１ ０．１９【００４２
】実施例６〜１０、比較例１３〜１６実施例１〜５で得
た切削チップ（その順に実施例６〜１０）、及び比較例
４、５、８及び１０で得た切削チップ（その順に比較例
１３〜１６）について、以下の条件（切削条件３）でさ
らに切削試験を行った。結果を表３に示す。また、各切
削チップについて、走査電子顕微鏡によりＡｌ２ Ｏ３
マトリックスの組織を観察し、平均粒径を測定した。 その結果を表３に合わせて示す。 【００４３】切削条件３ 被削材 ：ＦＣ２５ 切削速度 ：３００ｍ／分 送り ：０．４ｍｍ／回転 切り込み ：１．５ｍｍ チップ型番：ＳＮＧＮ１２０４０８ ホルダー ：ＦＮ１１Ｒ−４４Ａ 切削剤 ：使用せず 切削時間 ：１０分 【００４４】
表３
逃げ面摩耗幅 Ａｌ２ Ｏ３
例Ｎｏ． （ｍｍ
） 平均粒径（μｍ）
実施例６ ０．１１
１．２
実施例７ ０．１３
０．９ 実施
例８ ０．１８ １
．５ 実施例９
０．１５ １．５
実施例１０
０．１３ ０．８
比較例１３ ０．２
９ ２．１
比較例１４ ０．４１
４．２
比較例１５ ０．３９
３．５ 比較例１６
０．２８ ２．３【００４
５】 【発明の効果】以上説明した通り、本発明による切削工
具は耐欠損性及び耐摩耗性ともに優れている。本発明に
よる切削工具は、超合金のみならず、ねずみ鋳鉄やダク
タイル鋳鉄等の鉄系材料をも良好に切削することができ
る。 【００４６】本発明による切削工具は、各種切削用チッ
プ、ドリル等に好適である。
れたセラミック切削工具及びその製造方法に関し、特に
、ねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄等の鉄系の材料を良好に
切削することができるＳｉＣウィスカー強化型のアルミ
ナ系切削工具及びその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】旋盤等
に用いるバイト先端部に取り付けられるチップを始めと
する各種切削工具として、一般に、ハイスと呼ばれる高
速度工具鋼やＷＣ−Ｃｏ系等の超硬合金からなるものが
使用されているが、最近では、Ａｌ２ Ｏ３ や、Ａｌ
２ Ｏ３ −ＴｉＣ、Ｓｉ３ Ｎ４ 等のセラミックス
製の切削工具が開発され、一部使用されている。このよ
うなセラミック切削工具は、耐酸化性に富み、耐熱性も
良好で、高温で高強度であることから、特に高速切削用
の工具としての使用が目指されている。 【０００３】しかしながら、Ａｌ２ Ｏ３ やＡｌ２
Ｏ３ −ＴｉＣ等のアルミナ系セラミックスの場合、耐
欠損性に劣る（靱性が小さい）欠点がある。また、Ｓｉ
３ Ｎ４ 系のセラミックスは鉄との反応性が高いため
、この種のセラミックスからなる切削工具は、鉄系の部
材を被削材とする場合には耐摩耗性が低下する欠点を有
する。このように、従来のセラミック切削工具の使用領
域は極めて限定されたものであり、改良の余地がある。 【０００４】そこで、Ａｌ２ Ｏ３ 系セラミックスか
らなる切削工具においては、その耐欠損性を改善するた
めに、Ａｌ２ Ｏ３ にＺｒＯ２ 及び／又はＳｉＣウ
ィスカーを添加して複合セラミックスとし、もって切削
工具の高靱化、高強度化を図る試みがなされており、一
部実用化されている。 【０００５】たとえば米国特許第４２１８２５３号には
、Ａｌ２ Ｏ３ にＺｒＯ２ を添加し、高靱化、高強
度化を図ったセラミックスが開示されている。また、特
開昭６１−１７４１６５号及び米国特許第４９６１７５
７号には、ＳｉＣウィスカー強化型Ａｌ２ Ｏ３ 製の
切削工具が開示されている。さらに、特開平２−１３９
１０２号には、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＣウィスカー−Ｚ
ｒＯ２からなるセラミック切削工具が開示されている。 このセラミック切削工具は、ＳｉＣウィスカーが２７〜
３５容量％、ＺｒＯ２ が３〜１２容量％、残部実質的
にＡｌ２ Ｏ３ からなるセラミックスから形成されて
いる。特に、ＳｉＣウィスカー等のウィスカーを導入し
た複合セラミックスの場合、超合金等の切削が難しい被
削材に適用することが目指されている。 【０００６】しかしながら、本発明者らの研究によれば
、上述した各アルミナ系セラミック切削工具では、Ｎｉ
基超合金等の超合金を被削材とした場合には良好な切削
をすることができるが、ねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄等
の鉄系の被削材には十分ではない。具体的には、上述し
たような従来のＳｉＣウィスカー強化型アルミナ系切削
工具は、ねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄等の鉄系材料を被
削材とした場合、耐欠損性については十分なレベルに達
してはいるが、耐摩耗性に劣る。これは、鉄系の被削材
とＳｉＣウィスカーとが反応しやすいためであると思わ
れる。 【０００７】したがって、本発明の目的は、ねずみ鋳鉄
やダクタイル鋳鉄等の鉄系の被削材にも十分に対応する
ことができる耐摩耗性の良好なＳｉＣウィスカー強化型
アルミナ系切削工具、及びその製造方法を提供すること
である。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者等は、ＳｉＣウィスカーとＺｒＯ２
の量を適切に規定すれば、耐欠損性及び強度の低下をき
たすことなく耐摩耗性を向上することができ、もって靱
性、強度、硬度にバランスがよい切削工具とすることが
できることを発見した。また、そのような切削工具の製
造においては、ＳｉＣウィスカーとＺｒＯ２ とＡｌ２
Ｏ３ を特定量配合した原料粉に対して、加圧条件、
温度条件を特定の範囲に制御して加圧焼結すれば、セラ
ミックスを緻密化することができ、もって靱性、強度、
硬度にバランスがよい切削工具とすることができること
を発見した。本発明は以上の発見に基づくものである。 【０００９】すなわち、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＣウィス
カー及びＺｒＯ２ からなる本発明のセラミック切削工
具は、ＳｉＣウィスカーが７〜２７容量％で、ＺｒＯ２
が１〜３容量％で、残部実質的にＡｌ２ Ｏ３ から
なることを特徴とする。 【００１０】また、本発明のセラミック切削工具の製造
方法は、セラミック切削工具中のＳｉＣウィスカーの量
が７〜２７容量％で、ＺｒＯ２ の量が１〜３容量％で
、残部実質的にＡｌ２ Ｏ３ となるように、Ａｌ２
Ｏ３ 粉末と、ＳｉＣウィスカーと、ＺｒＯ２ 粉末と
を混合して原料粉末とし、前記原料粉末に対し、１５０
０〜１６５０℃で、１５０〜５００ｋｇ／ｃｍ２ の圧
力で、３０分〜５時間の加圧焼結を行なうことを特徴と
する。 【００１１】以下本発明を詳細に説明する。 【００１２】本発明の切削工具は、ＳｉＣウィスカーが
７〜２７容量％で、ＺｒＯ２ が１〜３容量％で、残部
実質的にＡｌ２ Ｏ３ からなる複合セラミックスから
形成される。 ＳｉＣウィスカーの量が７容量％未満では強度が十分と
はならず、ダクタイル鋳鉄等の鉄系材料の切削には適さ
ない。また、２７容量％を超す量のＳｉＣウィスカーを
配合すると、相対的にＡｌ２ Ｏ３ の量が不足し、耐
摩耗性が低下する。また、ＳｉＣウィスカーと鉄系被削
材との反応が起こる可能性がある。 【００１３】用いるＳｉＣウィスカーとしては、平均直
径が０．２〜１．０μｍで、平均長さが１００μｍ以下
のものがよい。好ましくは、平均直径が０．３〜０．８
μｍで、平均長さが３０μｍ程度のものを用いる。 【００１４】ＺｒＯ２ をＡｌ２ Ｏ３ に添加すると
一般に靱性や強度が向上するが、一方、硬度を低下させ
る。本発明においては、ＺｒＯ２ の添加は靱性や強度
の向上に主眼があるのではなく、焼結性の改善（具体的
にはＡｌ２ Ｏ３ 系セラミックスの焼結温度を引き下
げること）によりＡｌ２ Ｏ３ マトリックスの微細化
を達成することにある。ＺｒＯ２ が１容量％未満では
この効果を得ることができず、一方、３容量％を超す量
のＺｒＯ２ を加えると焼結体の硬度が低下してしまう
ので、ＺｒＯ２ の添加量を１〜３容量％とする。Ｚｒ
Ｏ２ を１〜３容量％となるように配合することにより
、ＺｒＯ２ がない場合の焼結温度より１００℃程度低
い温度で焼結を行うことができ、マトリックス相のＡｌ
２ Ｏ３ の粒成長を起こすことなく、微細なセラミッ
ク組織とすることが可能となる。 【００１５】マトリックスの基本となるＡｌ２ Ｏ３
は、微細な組織であることが好ましい。具体的には、平
均粒径が２μｍ以下であるのが好ましい。平均粒径が２
μｍを超す焼結体であると、耐摩耗性の低下が著しい。 なお、マトリックスとなるＡｌ２ Ｏ３ の平均粒径を
２μｍ以下に抑えるのは、上述した量のＺｒＯ２ をＡ
ｌ２ Ｏ３ 中に添加し、後述する製造方法により焼結
すればよい。 【００１６】次に、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＣウィスカー
−ＺｒＯ２ 複合セラミックスの製造方法について説明
する。 【００１７】まず、原料となるＡｌ２ Ｏ３ 粉、Ｚｒ
Ｏ２ 粉、及びＳｉＣウィスカーを所定量取り、これを
混合する。Ａｌ２ Ｏ３ 粉としては平均粒径が０．３
〜１μｍ程度のものを用いるのがよい。この混合はボー
ルミル等により十分に（たとえば４８時間以上）行うの
がよい。 【００１８】また、この混合粉に、ＭｇＯ、Ｙ２ Ｏ３
、ＮｉＯ等の酸化物を焼結助剤として添加してもよい
。 【００１９】なお、原料となるＺｒＯ２ として、Ｙ２
Ｏ３ 、ＣａＯ、ＨｆＯ２ 等で部分的に安定化した
ものを用いてもよい。 【００２０】次に、得られた混合粉を乾燥後、所望の形
状の型に入れ、１５０〜５００ｋｇ／ｃｍ２ の圧力を
加えながら、１５００〜１６５０℃で、３０分〜５時間
の加圧焼結を行う。 【００２１】圧力が１５０ｋｇ／ｃｍ２ 未満の焼結で
は、切削工具として実用に耐えるほどには緻密化しない
。また、圧力を５００ｋｇ／ｃｍ２ を超えても効果に
差がでないので上限を５００ｋｇ／ｃｍ２ とする。 【００２２】一方、焼結温度については、１５００℃未
満とするとセラミックスの緻密化が達成できない。また
、１６５０℃を超す温度で焼結すると、Ａｌ２ Ｏ３
が粒成長してしまい、微細な結晶構造を達成することが
できず、その結果、耐摩耗性が低下する。このように、
本発明の方法では、焼結を比較的低い温度で行うことが
重要であり、これによってセラミックス中のＡｌ２ Ｏ
３ の平均粒径を好ましくは２μｍ以下に抑える。 【００２３】また、焼結時間を３０分未満とすると、セ
ラミックスの緻密化が達成できない。一方、５時間を超
す焼結時間とすると、Ａｌ２ Ｏ３が粒成長してしまい
、耐摩耗性が低下する。 【００２４】次いで、得られた焼結体を公知の方法によ
り研削加工して、目的の切削工具を作製する。 【００２５】 【実施例】以下の具体的実施例により、本発明をさらに
詳細に説明する。 【００２６】実施例１ α−Ａｌ２ Ｏ３ （平均粒径が１μｍ以下）が８３容
量％、Ｙ２ Ｏ３ を２モル％含有する部分安定化Ｚｒ
Ｏ２が２容量％、ＳｉＣウィスカー（平均直径０．７μ
ｍ、平均長さ３０μｍ）が１５容量％となるように配合
した混合粉を、ボールミルで９６時間湿式混合し、これ
を乾燥させた。 【００２７】得られた混合粉を用い、アルゴンガス気流
中、４５０ｋｇ／ｃｍ２ の圧力をかけながら１６００
℃で１時間加圧焼結し、９０φ×６ｍｍの焼結体を得た
。 【００２８】得られた焼結体から、型番ＳＮＧＮ１２０
４０８の形状の切削チップを切出し、研削加工した。 【００２９】上記で得た切削チップを用い、以下に示す
切削条件（切削条件１）で切削試験を行った。 【００３０】切削条件１ 被削材 ：ＦＣＤ７０ 切削速度 ：２００ｍ／分 送り ：０．３ｍｍ／回転 切り込み ：１．５ｍｍ 切削剤 ：使用せず 【００３１】５分間の切削後の逃げ面摩耗幅を測定した
ところ、０．１３ｍｍであった。 【００３２】さらにこの切削チップについて、下記の切
削条件２で切削試験を行い、逃げ面摩耗幅を測定した。 逃げ面摩耗幅は０．１３ｍｍであった。 【００３３】切削条件２ 被削材 ：ＦＣ３０ 切削速度 ：３５０ｍ／分 送り ：０．３ｍｍ／回転 切り込み ：２ｍｍ チップ型番：ＳＮＧＮ１２０４０８ カッター ：ＤＮＦ４１６０Ｒ（一枚刃にて試験を行
った） 切削剤 ：使用せず 切削時間 ：３０分 【００３４】比較例１、２ 比較のために、市販のＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＣウィスカ
ーセラミック切削工具（グリーンリーフ社のＷＧ３００
：比較例１）及び市販のＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＣウィス
カー−ＺｒＯ２ セラミック切削工具（住友電工（株）
製ＷＸ１２０：比較例２）について実施例１と同様の方
法で切削試験を行った。比較例１及び比較例２の切削チ
ップの逃げ面摩耗幅はそれぞれ０．３３ｍｍ及び０．２
８ｍｍであった。 【００３５】実施例２、３及び比較例３〜６Ａｌ２ Ｏ
３ 、ＳｉＣウィスカー、及びＺｒＯ２ の配合量を表
１に示すようにした以外は、実施例１と同様にしてＡｌ
２ Ｏ３ −ＳｉＣウィスカー−ＺｒＯ２ 複合セラミ
ックスからなる切削チップを作製した。 【００３６】得られた切削チップについて、実施例１に
おける切削条件２で切削試験を行い、逃げ面摩耗幅を測
定した。結果を表１に合わせて示す。なお、上記した実
施例１の切削条件２による切削試験の結果も表１に合わ
せて示す。 【００３７】切削条件２ 被削材 ：ＦＣ３０ 切削速度 ：３５０ｍ／分 送り ：０．３ｍｍ／回転 切り込み ：１．５ｍｍ 切削剤 ：使用せず 【００３８】
表１
ＳｉＣ
逃げ面
Ａｌ２ Ｏ３ ウィスカ
ー ＺｒＯ２ 摩耗幅
例Ｎｏ． （容量％） （容量％
） （容量％） （ｍｍ） 実
施例１ ８３ １５
２ ０．
１３ 実施例２ ７８
２０ ２
０．１７ 実施例３ ７３
２５ ２
０．２０ 比較例３ ９
３ ５
２ ４分で欠損比較例４
６８ ３０
２ ０．３２ 比
較例５ ７５ ２５
０ ０．
３６ 比較例６ ７０
２５ ５
０．３０ 【００３９】実施例４、５及び比較
例７〜１２表２に示す条件の加圧焼結とした以外は、実
施例１と同様にして（実施例１と同一の組成で）切削チ
ップを作製した。 【００４０】得られた切削チップについて、実施例１に
おける切削条件１と同一の条件で切削試験を行い、逃げ
面摩耗幅を測定した。結果を表２に合わせて示す。 【００４１】
表２ 加圧
焼結 加圧焼結 加圧焼結
逃げ面
温度 圧力
時間 摩耗幅 例Ｎｏ．
（℃） （ｋｇ／ｃｍ
２ ） （時） （ｍｍ） 実
施例４ １６２０ ４５
０ １ ０．１５実
施例５ １５５０ ４５
０ １ ０．１２比
較例７ １４００ ４５
０ １ ２分で欠損
比較例８ １８００ ４
５０ １ ０．４５
比較例９ １６００ ４
５０ ０．２５ ０．３９比較例
１０ １６００ ４５０
７ ０．４２比較例１
１ １６００ １００
１ ３分で欠損比較例１
２ １６００ ６００
１ ０．１９【００４２
】実施例６〜１０、比較例１３〜１６実施例１〜５で得
た切削チップ（その順に実施例６〜１０）、及び比較例
４、５、８及び１０で得た切削チップ（その順に比較例
１３〜１６）について、以下の条件（切削条件３）でさ
らに切削試験を行った。結果を表３に示す。また、各切
削チップについて、走査電子顕微鏡によりＡｌ２ Ｏ３
マトリックスの組織を観察し、平均粒径を測定した。 その結果を表３に合わせて示す。 【００４３】切削条件３ 被削材 ：ＦＣ２５ 切削速度 ：３００ｍ／分 送り ：０．４ｍｍ／回転 切り込み ：１．５ｍｍ チップ型番：ＳＮＧＮ１２０４０８ ホルダー ：ＦＮ１１Ｒ−４４Ａ 切削剤 ：使用せず 切削時間 ：１０分 【００４４】
表３
逃げ面摩耗幅 Ａｌ２ Ｏ３
例Ｎｏ． （ｍｍ
） 平均粒径（μｍ）
実施例６ ０．１１
１．２
実施例７ ０．１３
０．９ 実施
例８ ０．１８ １
．５ 実施例９
０．１５ １．５
実施例１０
０．１３ ０．８
比較例１３ ０．２
９ ２．１
比較例１４ ０．４１
４．２
比較例１５ ０．３９
３．５ 比較例１６
０．２８ ２．３【００４
５】 【発明の効果】以上説明した通り、本発明による切削工
具は耐欠損性及び耐摩耗性ともに優れている。本発明に
よる切削工具は、超合金のみならず、ねずみ鋳鉄やダク
タイル鋳鉄等の鉄系材料をも良好に切削することができ
る。 【００４６】本発明による切削工具は、各種切削用チッ
プ、ドリル等に好適である。
Claims (3)
- 【請求項１】 Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＣウィスカー、
及びＺｒＯ２ からなるセラミック切削工具において、
ＳｉＣウィスカーが７〜２７容量％、ＺｒＯ２ が１〜
３容量％、及び残部実質的にＡｌ２ Ｏ３ であること
を特徴とするセラミック切削工具。 - 【請求項２】 請求項１に記載のセラミック切削工具
において、マトリックスを形成するＡｌ２ Ｏ３ の平
均粒径が２．０μｍ以下であることを特徴とするセラミ
ック切削工具。 - 【請求項３】 Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＣウィスカー、
及びＺｒＯ２ からなるセラミック切削工具を製造する
方法において、前記セラミック切削工具中のＳｉＣウィ
スカーの量が７〜２７容量％で、ＺｒＯ２ の量が１〜
３容量％で、残部実質的にＡｌ２ Ｏ３ となるように
、Ａｌ２ Ｏ３ 粉末と、ＳｉＣウィスカーと、ＺｒＯ
２ 粉末とを混合して原料粉末とし、前記原料粉末に対
し、１５００〜１６５０℃で、１５０〜５００ｋｇ／ｃ
ｍ２ の圧力で、３０分〜５時間の加圧焼結を行なうこ
とを特徴とするセラミック切削工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3108365A JPH04315507A (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | セラミック切削工具及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3108365A JPH04315507A (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | セラミック切削工具及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04315507A true JPH04315507A (ja) | 1992-11-06 |
Family
ID=14482912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3108365A Pending JPH04315507A (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | セラミック切削工具及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04315507A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004338080A (ja) * | 2003-01-28 | 2004-12-02 | Sandvik Ab | 切削工具用インサート及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-04-12 JP JP3108365A patent/JPH04315507A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004338080A (ja) * | 2003-01-28 | 2004-12-02 | Sandvik Ab | 切削工具用インサート及びその製造方法 |
| JP4624690B2 (ja) * | 2003-01-28 | 2011-02-02 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | 切削工具用インサート及びその製造方法 |
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