JPH0520381B2

JPH0520381B2 -

Info

Publication number: JPH0520381B2
Application number: JP60178623A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Suzuki; Minoru Nakamura
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1985-08-15
Filing date: 1985-08-15
Publication date: 1993-03-19
Also published as: JPS6241775A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、鋼および鋳鉄の高速切削に使用する
のに適した高密度で靱性の強いアルミナ系のセラ
ミツクス材料特にSiCウイスカーで強化された工
具を製造するためのセラミツクス材料組成物に関
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、高速切削用工具としては、高速切削時におけ
る優れた耐酸化性を示すこと、かつ鉄との化学反
応性が低く、摩擦係数が小さいなどの理由で、現
在酸化アルミニウム基切削工具が主流となつてい
る。しかしながら、酸化アルミニウムは、耐熱衝撃
性および高温での機械的特性が充分でないため、
酸化アルミニウム基切削工具では高速切削速度で
安定して鋼を切削することはきわめて困難であ
る。最近に至り、セラミツクスの強化手段として繊
維強化セラミツクス（FRC）が有望視されてお
り、特に高温での靱性劣化に対しては極めて有効
な手段であるといわれており、工具材料への応用
が期待されている。酸化アルミニウム単純系の工具を使用する場
合、その靱性の低さより、使用範囲がかなり限定
されているので、これを改良すべく、種々の研究
がなされた。すなわち、マトリツクスとして工具
用に好適とされているAl₂O₃を用い、分散繊維と
してSiCウイスカーを用い、従来から慣用されて
いるAl₂O₃焼結体に比べかなりの靱性および硬度
が向上することが認められているものの未だ充分
に市場の要求を満足しうるものではなかつた。その原因について種々検討したところAl₂O₃と
SiCウイスカーとの間の親和性が悪いことによつ
てウイスカーの分散強化効果が生かされていない
ためと思われた。即ち、SiC自体はもともとAl₂O₃との新和性が
悪くさらにウ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、従来は通常のAl₂O₃焼結体に比べウイ
スカーを添加する場合、焼結助剤を多くしたり、
焼結温度をあげたり、さらに加圧焼結法を用いた
りしていたのが現状である。本発明は、上記欠点を改良し、高速切削でも、
耐摩耗性および耐熱衝撃性に優れ寿命の長いセラ
ミツクス切削工具を提供することを目的とするも
のである。（発明が解決しようとする問題点）上記の従来法によるときは、Al₂O₃母相自体の
強度を低下させ、更にAl₂O₃母相とSiCウイスカ
ーとが充分に密着していないので、最終焼結体は
充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、Al₂
O₃とSiCウ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ウイスカ
ーの表面を改質することにより、Al₂O₃母相形成
成分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、第１の発明は、SiCウイスカーを５〜50
重量％、MgO，CaO，Y₂O₃、ランタノイドの酸
化物から選ばれた一種以上0.1〜７重量％、Ti，
Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，Mo，Ｗ及びその酸化
物、窒化物、炭化物から選ばれた一種以上0.5〜
40重量％又は周期律表ａ，ａ，ａ族の遷移
金属の硼化物から選ばれた一種以上0.05〜40重量
％、残部Al₂O₃からなる組成の複合材料にして、
第２の発明は更にこの組成に対し、Al，AlN，
Ｂ，Ｃ，B₄Ｃ及び（Si，Al，Ｙ、ランタノイド、
アクチノイド）の硼化物から選ばれた一種以上
0.05〜５重量％を添加してなる組成物である。（作用）上記においては、靱性を向上させるべく研究し
た結果、第１の発明、第２の発明に於て示したよ
うにAl₂O₃母相形成々分に分散させるものに、特
定の金属及び酸化物、窒化物、炭化物、硼化物を
第１の分散相形成々分とし、これに更に高強度セ
ラミツクスであるSiCウイスカーを第２の分散相
形成々分として、上述の分散相にからませること
が有効であることを見出した。ここで第１の分散
相は靱性の向上に有効であることは勿論、硬度の
向上の手段としても欠くべからざるものである。又特に第２の発明で示した特定の元素化合物、
硼化物は前記第１の分散相の効果を一層高める第
３の分散相として価値あることを見出した。なお第１の発明ではAl₂O₃が組成物の30〜70重
量％占めるようにし、又、第２の発明ではAl₂O₃
が組成物の30〜90重量％占めるようにすることが
アルミナ系工具材料の特徴を生かす手段として配
慮さるべきもとである。次に本発明の焼結材材料に於て、成分範囲を前
記の如く限定した理由を説明する。 Al₂O₃母相中に、第１の分散相形成々分として
添加されるTi，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，Mo，Ｗ
及びその酸化物、窒化物、炭化物は0.5重量％未
満では所望の効果はなく、又、40重量％を超える
と靱性が低下するので好ましない。又周期律表
ａ，ａ，ａ族の遷移金属の硼化物を選択する
場合は0.05重量％未満では所望の効果が得られ
ず、又、40重量％を超えると靱性が低下するので
好ましくない。又、焼結助剤としてのMgO，CaO，Y₂O₃ラン
タノイドの酸化物はAl₂O₃の結合相を形成し、焼
結性を一段と向上させるのに有効であるが、添加
量が0.5重量％未満では所望の効果は得られず、
又７重量％を超えると焼結性に劣化傾向が現われ
るようになり、靱性が低下するので好ましくな
い。第２分散相形成々分であるSiCウイスカーは５
重量％未満では効果は無く、50重量％を超えると
焼結性が低下するので好ましくない。又更に、第３の分散相形成々分であるAl，
AlN，Ｂ，Ｃ，又は（Si，Al，Ｙ、ランタイノ
イド、アクチノイド）の硼化物から選ばれた一種
以上は0.05重量％未満ではSiCウイスカーをAl₂
O₃に親和させる所望の効果が得られず、５重量
％を超えるとSiとの化合物が出来やすくなりマト
リツクスとウイスカーの界面の強度が低下し良好
な結果が得られない。（実施例）実施例１原料粉末として平均粒径0.7μmを有するAl₂O₃
粉末と、SiCウイスカー（直径0.1μm〜1.0μm主
体粒0.2〜0.5μm、長さ50〜200μm、アスペクト比
50〜300、密度3.19ｇ／cm³）および、平均粒径
2μm以下の焼結助剤（MgO，Cao，Y₂O₃、ラン
タノイドの酸化物）と、平均粒径0.5〜5μmを有
するTi，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，Mo，Ｗの酸化
物、窒化物、炭化物、硼化物（添加物）Al，
AlN，Ｂ，Ｃ，B₄Ｃ及び（Si，Al，Ｙ、ランタ
イノイド、アクチノイド）の硼化物等を用意し、
これら原料粉末をそれぞれ表１の配合に示される
組成割合で配合し、ボールミルの中で、12時間混
合したのち、乾燥して素地粉末を調整し得た。この調整して得られた素地粉末を、引き続いて
次の２つのいずれかの方法で成型体を得た。 (a) ホツトプレス法この素地粉末を表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。 (b) 熱間静水圧加圧法この素地粉末にパラフインを４重量％添加し、
60メツシユふるいで前通させた後、圧力1t／cm²で
加圧成型し、減圧アルゴン雰囲気下で、表１の焼
結温度で１時間焼成した。この焼結体を1550℃、
1500気圧、保持時間１時間の条件で熱間静水圧加
圧法により焼成した。これにより、実質的に配合組成と同一の成分組
成をもつた本発明焼結材料の例１〜例15および比
較焼結材料の例16〜例21をそれぞれ製造した。な
お、比較焼結材料の例16〜21は、いずれも構成成
分のうちのいずれかの成分含有量（表１に※印を
付したもの）がこの発明の範囲から外れた組成を
もつものである。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、硬さ測定および以下に示す条件
の切削テストを行なつた。この結果は、表１に示
すとおりである。 ※ 切削テストの条件被削材：SCM420浸炭焼入れ材（Hv800）切削速度(V)：80ｍ／min 送り速度(f)：0.12mm／rev 切り込み(t)：0.15mm 切削油：水溶性寿命判定（min）：欠損までの切削時間表１に示されるように、本発明の焼結材料の例
１〜例15は、いずれも比較焼結材料の例16〜例21
に比して優れた耐摩耗性を示し、長期に亘つて優
れた切削性能を発揮することが明らかである。

【表】（発明の効果）上述のように、この発明の焼結材料は、優れた
耐摩耗性と耐熱衝撃性とを備えているので、これ
らの特性が要求される切削工具、特に鋼および鋳
鉄の高速切削に切削工具として使用した場合に著
しく長期に亘つて優れた切削性能を示すほか、熱
間耐摩耗工具、さらには各種部品の製造に用いた
場合にも優れた性能を発揮するものである。

Claims

【特許請求の範囲】１ SiCウイスカー５〜50重量％・MgO，CaO，
Y₂O₃、ランタノイドの酸化物から選ばれた一種
以上0.1〜７重量％、Ti，Hf，Ｖ，Nb，Ta，
Cr，Mo，Ｗ及びその酸化物、窒化物、炭化物か
ら選ばれた一種以上0.5〜40重量％又は周期律表
ａ，ａ，ａ族の遷移金属の硼化物から選ば
れた一種以上0.05〜40重量％、残部Al₂O₃からな
る工具用ウイスカー強化複合材料。２ SiCウイスカー５〜50重量％、MgO，CaO，
Y₂O₃、ランタノイドの酸化物から選ばれた一種
以上0.1〜７重量％、Ti，Hf，Ｖ，Nb，Ta，
Cr，Mo，Ｗ及びその酸化物、窒化物、炭化物か
ら選ばれた一種以上0.5〜40重量％又は周期律表
ａ，ａ，ａ族の遷移金属の硼化物から選ば
れた一種以上0.05〜40重量％、Al，AlN，Ｂ，
Ｃ，B₄Ｃ又は（Si，Al，Ｙ、ランタノイド、ア
クチノイド）の硼化物から選ばれた一種以上0.05
〜５重量％、残部Al₂O₃からなる工具用ウイスカ
ー強化複合材料。