JPH0520380B2 - - Google Patents
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- JPH0520380B2 JPH0520380B2 JP60124413A JP12441385A JPH0520380B2 JP H0520380 B2 JPH0520380 B2 JP H0520380B2 JP 60124413 A JP60124413 A JP 60124413A JP 12441385 A JP12441385 A JP 12441385A JP H0520380 B2 JPH0520380 B2 JP H0520380B2
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は靱性の改良されたセラミツクス材料、
特にAl2O3−ZrO2系であつてしかもSiCホイスカ
ーで強化された工具用材料組成物に関する。 （従来の技術） アルミナはセラミツクス材料の代表的なもの
で、耐熱性、耐食性に優れており、その強度を高
めることによつて工具等への応用が期待されてい
る。 そしてアルミナ中にジルコニアを分散させて焼
結した複合セラミツクスはジルコニアの結晶変態
挙動により靱性が向上することが知られている
が、その靱性向上機構は焼結体を冷却中にジルコ
ニアが正方晶から単斜晶へ変態する無拡散格子変
態とマトリツクスとの交互反応を利用したもので
あり、室温での靱性の向上には極めて有効な方法
である。 しかしこの方法はZrO2の変態を利用している
ため、高温において十分にこの機構が生かされ
ず、従つて高温状態で使用される工具としては使
用範囲が限定されるものであつた。 近時セラミツクの強化手段として繊維強化
（FRC）が有望視され特に高温における靱性劣化
に対し有効な手段ではないかと考えられている
が、Al2O3−ZrO2系のセラミツクに対し、例えば
SiCホイスカーを用いて強化しようとしても満足
すべき成果は得られていない。 即ちSiC自体はもともとAl2O3−ZrO2との親和
性が悪く、更にホイスカーは焼結の駆動力となる
格子欠陥が極めて少ないので一層両者の親和性は
悪化されている。 従つてAl2O3−ZrO2にホイスカーを添加する場
合、焼結助剤を多くしたり、焼結温度を上げた
り、更には加圧焼結法を用いたりして、マトリツ
クスを過焼結させなければならないのものと考え
られていた。 （発明が解決しよとする問題点） 上記従来法によるときはAl2O3−ZrO2マトリツ
クス自体の強度を低下させ、更にこのマトリツク
スとSiCホイスカーとが十分に密着していないの
で、最終焼結体は十分な靱性強度を得ることがで
きなかつた。 （問題点を解決しようとするための手段） 本発明は上記の問題点を種々検討の結果Al2O3
−ZrO2マトリツクスとSiCホイスカーの親和性を
改善すればセラミツクスの靱性を改善し得るとの
着想に基づきなされたもので、特に両者の親和性
はSiCホイスカーの表面を改質することにより
Al2O3マトリツクスとの密着性を向上させ得ると
いう知見に基づくものである。 即ち本発明はSiCホイスカーを５〜50重量％、
ZrO2を７〜35重量％、CaO，MgO，SiO2，
NiO，Y2O3、ランタノイドの酸化物の一種以上
を0.1〜７重量％、Ｂ，Ｃ，AlN，B4Ｃ及び「Si，
Al，Ｙ、ランタノイド、ａ，ａ，ａ族遷
移金属」の硼化物の一種以上を0.05〜７重量％、
残部Al2O3からなる組成のセラミツクス材料であ
る。 ただしAl2O3は40重量％以下にならないことが
望ましい。 （作用） 上記においてSiCホイスカーは５重量％より少
ない場合は補強効果が少な過ぎ、50重量％を越え
た場合は焼結性が低下するので好ましくはない。 Cao，MgO，SiO2，NiO，Y2O3ランタノイド
の酸化物は焼結助剤で、アルミナの結晶粒子の成
長を抑制して焼結を促進するものであるが、0.1
重量％未満ではその効果が小さ過ぎ、逆に７重量
％を越えた場合は靱性が低下する。 Ｂ，Ｃ，AlN，B4Ｃ及び「Si，Al，Ｙ、ラン
タノイド、ａ，ａ，ａ族遷移金属」の硼化
物の一種以上（添加物）は0.05重量％未満では
SiCホイスカー表面の改質が不充分なためマトリ
ツクスとSiCホイスカーとの密着性が不充分で靱
性がさ程向上せず、又、添加物が７重量％を越え
た場合はホイスカー中のSiとの化合物ができ易く
なり、マトリツクスとホイスカー界面の強度が低
下し良好な結果は得られない。 ZrO2は既に述べたようにAl2O3中で結晶変態を
起し、Al2O3マトリツクスとの相互反応をして靱
性を向上する成分であるが、７重量％より少ない
場合は効果が不十分であり、35重量％を越えた場
合は強度が低下するので好ましくない。 なおａ，ａ，ａ族の遷移金属を念のため
記載すればａ族Ti，Zr，ａ族，Nb，ａ
族Cr，Mo等がある。 （実施例） 原料粉末として平均粒径0.7μmのAl2O3粉末と、
平均粒径0.2μmのZrO2粉末と（Al2O3：ZrO2２：
１重量比）と、SiCホイスカー（直径0.1〜1.0μm
主体径0.2〜0.5μm、長さ50〜200μm、アスペクト
比50〜300密度3.19ｇ／cm3）と、平均粒径0.5〜
1.5μmの焼結助剤（Cao，MgO，SiO2，NiO，
Y2O3、ランタノイドの酸化物）と、平均粒径0.5
〜5μmのＢ，Ｃ，AlN，B4Ｃ及び「Si，Al，Ｙ、
ランタイノイド、ａ，ａ，ａ族の遷移金
属」の硼化物（添加物）とを表１の配合割合で配
合し、ボールミルの中で２時間混合した後、乾燥
して素地粉末を調整し、この素地粉末を表１に示
す焼結温度で、圧力200Kg／cm2、加圧時間15分で
加圧焼結法により、黒鉛型内において焼結した。 このようにして得られた焼結体をダイヤモンド
砥石を用いてSNGN432TN、表面3S以下（JISに
よる）に研摩し、硬さ測定及び以下に示す条件の
切削テストを行なつた。その結果は表１に示すと
おりである。 切削テストの条件 １ 被切削材：FC23 切削条件：切削速度（Ｖ）＝150ｍ／min 送り速度（ｆ）＝0.6mm／rev 切り込み（ｔ）＝２mm 寿命判定：120mmφの線材を１山の幅10mm山間
の間隔５mmに切削した場合欠損までの切削山
数を測定
特にAl2O3−ZrO2系であつてしかもSiCホイスカ
ーで強化された工具用材料組成物に関する。 （従来の技術） アルミナはセラミツクス材料の代表的なもの
で、耐熱性、耐食性に優れており、その強度を高
めることによつて工具等への応用が期待されてい
る。 そしてアルミナ中にジルコニアを分散させて焼
結した複合セラミツクスはジルコニアの結晶変態
挙動により靱性が向上することが知られている
が、その靱性向上機構は焼結体を冷却中にジルコ
ニアが正方晶から単斜晶へ変態する無拡散格子変
態とマトリツクスとの交互反応を利用したもので
あり、室温での靱性の向上には極めて有効な方法
である。 しかしこの方法はZrO2の変態を利用している
ため、高温において十分にこの機構が生かされ
ず、従つて高温状態で使用される工具としては使
用範囲が限定されるものであつた。 近時セラミツクの強化手段として繊維強化
（FRC）が有望視され特に高温における靱性劣化
に対し有効な手段ではないかと考えられている
が、Al2O3−ZrO2系のセラミツクに対し、例えば
SiCホイスカーを用いて強化しようとしても満足
すべき成果は得られていない。 即ちSiC自体はもともとAl2O3−ZrO2との親和
性が悪く、更にホイスカーは焼結の駆動力となる
格子欠陥が極めて少ないので一層両者の親和性は
悪化されている。 従つてAl2O3−ZrO2にホイスカーを添加する場
合、焼結助剤を多くしたり、焼結温度を上げた
り、更には加圧焼結法を用いたりして、マトリツ
クスを過焼結させなければならないのものと考え
られていた。 （発明が解決しよとする問題点） 上記従来法によるときはAl2O3−ZrO2マトリツ
クス自体の強度を低下させ、更にこのマトリツク
スとSiCホイスカーとが十分に密着していないの
で、最終焼結体は十分な靱性強度を得ることがで
きなかつた。 （問題点を解決しようとするための手段） 本発明は上記の問題点を種々検討の結果Al2O3
−ZrO2マトリツクスとSiCホイスカーの親和性を
改善すればセラミツクスの靱性を改善し得るとの
着想に基づきなされたもので、特に両者の親和性
はSiCホイスカーの表面を改質することにより
Al2O3マトリツクスとの密着性を向上させ得ると
いう知見に基づくものである。 即ち本発明はSiCホイスカーを５〜50重量％、
ZrO2を７〜35重量％、CaO，MgO，SiO2，
NiO，Y2O3、ランタノイドの酸化物の一種以上
を0.1〜７重量％、Ｂ，Ｃ，AlN，B4Ｃ及び「Si，
Al，Ｙ、ランタノイド、ａ，ａ，ａ族遷
移金属」の硼化物の一種以上を0.05〜７重量％、
残部Al2O3からなる組成のセラミツクス材料であ
る。 ただしAl2O3は40重量％以下にならないことが
望ましい。 （作用） 上記においてSiCホイスカーは５重量％より少
ない場合は補強効果が少な過ぎ、50重量％を越え
た場合は焼結性が低下するので好ましくはない。 Cao，MgO，SiO2，NiO，Y2O3ランタノイド
の酸化物は焼結助剤で、アルミナの結晶粒子の成
長を抑制して焼結を促進するものであるが、0.1
重量％未満ではその効果が小さ過ぎ、逆に７重量
％を越えた場合は靱性が低下する。 Ｂ，Ｃ，AlN，B4Ｃ及び「Si，Al，Ｙ、ラン
タノイド、ａ，ａ，ａ族遷移金属」の硼化
物の一種以上（添加物）は0.05重量％未満では
SiCホイスカー表面の改質が不充分なためマトリ
ツクスとSiCホイスカーとの密着性が不充分で靱
性がさ程向上せず、又、添加物が７重量％を越え
た場合はホイスカー中のSiとの化合物ができ易く
なり、マトリツクスとホイスカー界面の強度が低
下し良好な結果は得られない。 ZrO2は既に述べたようにAl2O3中で結晶変態を
起し、Al2O3マトリツクスとの相互反応をして靱
性を向上する成分であるが、７重量％より少ない
場合は効果が不十分であり、35重量％を越えた場
合は強度が低下するので好ましくない。 なおａ，ａ，ａ族の遷移金属を念のため
記載すればａ族Ti，Zr，ａ族，Nb，ａ
族Cr，Mo等がある。 （実施例） 原料粉末として平均粒径0.7μmのAl2O3粉末と、
平均粒径0.2μmのZrO2粉末と（Al2O3：ZrO2２：
１重量比）と、SiCホイスカー（直径0.1〜1.0μm
主体径0.2〜0.5μm、長さ50〜200μm、アスペクト
比50〜300密度3.19ｇ／cm3）と、平均粒径0.5〜
1.5μmの焼結助剤（Cao，MgO，SiO2，NiO，
Y2O3、ランタノイドの酸化物）と、平均粒径0.5
〜5μmのＢ，Ｃ，AlN，B4Ｃ及び「Si，Al，Ｙ、
ランタイノイド、ａ，ａ，ａ族の遷移金
属」の硼化物（添加物）とを表１の配合割合で配
合し、ボールミルの中で２時間混合した後、乾燥
して素地粉末を調整し、この素地粉末を表１に示
す焼結温度で、圧力200Kg／cm2、加圧時間15分で
加圧焼結法により、黒鉛型内において焼結した。 このようにして得られた焼結体をダイヤモンド
砥石を用いてSNGN432TN、表面3S以下（JISに
よる）に研摩し、硬さ測定及び以下に示す条件の
切削テストを行なつた。その結果は表１に示すと
おりである。 切削テストの条件 １ 被切削材：FC23 切削条件：切削速度（Ｖ）＝150ｍ／min 送り速度（ｆ）＝0.6mm／rev 切り込み（ｔ）＝２mm 寿命判定：120mmφの線材を１山の幅10mm山間
の間隔５mmに切削した場合欠損までの切削山
数を測定
【表】
（発明の効果）
本発明によればAl2O3にZrO3混入することによ
つて靱性の向上したセラミツクとするとともに、
これにSiOホイスカーを入れて靱性を強化するに
当り、Ｂ，Ｃ，AlN，B4Ｃ及び「Si，Al，Ｙ、
ランタノイド、ａ，ａ，ａ族の遷移金属」
の硼化物によつて親和性を向上することができ、
又、CaO，MgO，SiO2，NiO，Y2O3、ランタノ
イドの酸化物を用いているのでアルミナの結晶粒
子の成長を抑制して焼結を促進する等各種の綜合
効果を発揮する工具に適したセラミツクス組成物
を提供するものである。
つて靱性の向上したセラミツクとするとともに、
これにSiOホイスカーを入れて靱性を強化するに
当り、Ｂ，Ｃ，AlN，B4Ｃ及び「Si，Al，Ｙ、
ランタノイド、ａ，ａ，ａ族の遷移金属」
の硼化物によつて親和性を向上することができ、
又、CaO，MgO，SiO2，NiO，Y2O3、ランタノ
イドの酸化物を用いているのでアルミナの結晶粒
子の成長を抑制して焼結を促進する等各種の綜合
効果を発揮する工具に適したセラミツクス組成物
を提供するものである。
Claims (1)
- １ SiCホイスカー５〜50重量％、ZrO2７〜35重
量％、CaO，MgO，SiO2，NiO，Y2O3、ランタ
ノイドの酸化物の一種以上0.1〜７重量％、Ｂ，
Ｃ，AlN，B4Ｃ及び「Si，Al，Ｙ，ランタノイ
ド、周期律表ａ，ａ，ａ族の遷移金属」の
硼化物を一種以上0.05〜７重量％、Al2O3残部か
らなる工具用ホイスカー強化セラミツクス材料。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60124413A JPS61286272A (ja) | 1985-06-10 | 1985-06-10 | 工具用ホイスカー強化セラミックス材料 |
| EP86107916A EP0208910B2 (en) | 1985-06-10 | 1986-06-10 | Fiber-reinforced compositie material for tools |
| DE8686107916T DE3662782D1 (en) | 1985-06-10 | 1986-06-10 | Fiber-reinforced compositie material for tools |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60124413A JPS61286272A (ja) | 1985-06-10 | 1985-06-10 | 工具用ホイスカー強化セラミックス材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61286272A JPS61286272A (ja) | 1986-12-16 |
| JPH0520380B2 true JPH0520380B2 (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=14884858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60124413A Granted JPS61286272A (ja) | 1985-06-10 | 1985-06-10 | 工具用ホイスカー強化セラミックス材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61286272A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2519076B2 (ja) * | 1988-02-09 | 1996-07-31 | 日本特殊陶業株式会社 | 炭化珪素ウィスカ―強化セラミックスの製造方法 |
| US5425909A (en) * | 1992-07-20 | 1995-06-20 | Industrial Technology Research Institute | Heat treatment for particle reinforced alumina ceramic composite |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52102330A (en) * | 1976-02-25 | 1977-08-27 | Nippon Carbon Co Ltd | Fiber reinforced compound materials |
| JPS5559914A (en) * | 1978-10-27 | 1980-05-06 | Kobayashi Bolt Kogyo | Preparation of reinforced clay burned article |
| JPS58120571A (ja) * | 1982-01-09 | 1983-07-18 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性セラミツク焼結体 |
| JPS5954675A (ja) * | 1982-09-24 | 1984-03-29 | 住友電気工業株式会社 | 繊維強化型炭化硅素焼結体の製造法 |
| JPS59203765A (ja) * | 1983-04-28 | 1984-11-17 | 日立金属株式会社 | 切削工具用セラミツクス |
-
1985
- 1985-06-10 JP JP60124413A patent/JPS61286272A/ja active Granted
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52102330A (en) * | 1976-02-25 | 1977-08-27 | Nippon Carbon Co Ltd | Fiber reinforced compound materials |
| JPS5559914A (en) * | 1978-10-27 | 1980-05-06 | Kobayashi Bolt Kogyo | Preparation of reinforced clay burned article |
| JPS58120571A (ja) * | 1982-01-09 | 1983-07-18 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性セラミツク焼結体 |
| JPS5954675A (ja) * | 1982-09-24 | 1984-03-29 | 住友電気工業株式会社 | 繊維強化型炭化硅素焼結体の製造法 |
| JPS59203765A (ja) * | 1983-04-28 | 1984-11-17 | 日立金属株式会社 | 切削工具用セラミツクス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61286272A (ja) | 1986-12-16 |
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| JPH0569073B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |