JPH052627B2 - - Google Patents
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- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明は、窒化ケイ素（Si3N4）を主成分とす
る耐摩耗性に優れたセラミツクス焼結体を用いた
耐摩耗性部材に関する。
る耐摩耗性に優れたセラミツクス焼結体を用いた
耐摩耗性部材に関する。
［発明の技術的背景とその問題点］
セラミツクス焼結体、特にSi3N4系セラミツク
ス焼結体は、高温での機械特性に優れていること
から、従来より各種構造材料として使用されてい
る。
ス焼結体は、高温での機械特性に優れていること
から、従来より各種構造材料として使用されてい
る。
しかしながら、耐摩耗性や破壊靱性が必ずしも
充分でないため、ベアリングや切削工具等の耐摩
耗性部材として使用されることは少なく、使われ
てもその寿命が実用上充分とはいえなかつた。
充分でないため、ベアリングや切削工具等の耐摩
耗性部材として使用されることは少なく、使われ
てもその寿命が実用上充分とはいえなかつた。
一方、従来より切削工具は超硬合金製のチツプ
ブレードをろう付けによりシヤンクに一体化また
はクランプ止めして製造されているが、超硬合金
では高速切削や木材溝切り加工等の高負荷加工が
困難であつた。
ブレードをろう付けによりシヤンクに一体化また
はクランプ止めして製造されているが、超硬合金
では高速切削や木材溝切り加工等の高負荷加工が
困難であつた。
［発明の目的］
本発明はこのような点に対処してなされたもの
で、高負荷加工が可能なセラミツクス焼結体を主
体とする耐摩耗性部材を提供することを目的とす
る。
で、高負荷加工が可能なセラミツクス焼結体を主
体とする耐摩耗性部材を提供することを目的とす
る。
［発明の概要］
すなわち本発明の第１の耐摩耗性部材は、窒化
ケイ素70〜97重量％、モリブデン、ニオブ、ハフ
ニウム、タンタル、タングステンのケイ化物から
選ばれた１種以上0.1〜10重量％およびSi−Ｙ−
Al−Ｏ−Ｎからなる粒界相２〜20重量％で構成
されるセラミツクス焼結体からなることを特徴と
しており、第２の耐摩耗性部材は、このセラミツ
クス焼結体と金属部材とを接合してなることを特
徴としている。
ケイ素70〜97重量％、モリブデン、ニオブ、ハフ
ニウム、タンタル、タングステンのケイ化物から
選ばれた１種以上0.1〜10重量％およびSi−Ｙ−
Al−Ｏ−Ｎからなる粒界相２〜20重量％で構成
されるセラミツクス焼結体からなることを特徴と
しており、第２の耐摩耗性部材は、このセラミツ
クス焼結体と金属部材とを接合してなることを特
徴としている。
Si3N4にはα相のものとβ相のものとが知られ
ているが、本発明におけるSi3N4としては、β相
のものが適している。
ているが、本発明におけるSi3N4としては、β相
のものが適している。
本発明において、Si3N4の量を上述のように限
定したのは、70重量％以上で焼結体の機械的強度
や耐摩耗性が格段に向上し、Si3N4の優れた特性
が顕著となり、また逆に焼結性を考慮すると、97
重量％までが好ましいことによる。
定したのは、70重量％以上で焼結体の機械的強度
や耐摩耗性が格段に向上し、Si3N4の優れた特性
が顕著となり、また逆に焼結性を考慮すると、97
重量％までが好ましいことによる。
本発明におけるモリブデン、ニオブ、ハフニウ
ム、タンタル、タングステンのケイ化物は、焼結
体の硬度、耐摩耗性および抗折強度を向上させる
重要な成分であり、これらの量が0.1重量％未満
では、本発明としての効果が充分でなく、10重量
％を超えると破壊靱性値（KIC）が低下し、機械
的強度が低下することがあるので上述の範囲とす
る。
ム、タンタル、タングステンのケイ化物は、焼結
体の硬度、耐摩耗性および抗折強度を向上させる
重要な成分であり、これらの量が0.1重量％未満
では、本発明としての効果が充分でなく、10重量
％を超えると破壊靱性値（KIC）が低下し、機械
的強度が低下することがあるので上述の範囲とす
る。
なお、本発明において、モリブデン、ニオブ、
ハフニウム、タンタル、タングステンのケイ化物
となるものとしては、モリブデン、ニオブ、ハフ
ニウム、タンタル、タングステンおよびこれらの
炭化物、ケイ化物、ホウ化物が挙げられ、これら
をSi3N4粉末と混合することにより得られる。こ
れらはいずれも焼結によりSi3N4のSiと反応して
ケイ化物となる。
ハフニウム、タンタル、タングステンのケイ化物
となるものとしては、モリブデン、ニオブ、ハフ
ニウム、タンタル、タングステンおよびこれらの
炭化物、ケイ化物、ホウ化物が挙げられ、これら
をSi3N4粉末と混合することにより得られる。こ
れらはいずれも焼結によりSi3N4のSiと反応して
ケイ化物となる。
上記した金属の中ではモリブデンが好ましく、
特にモリブデンケイ化物の場合に顕著な改善効果
を有する。モリブデンケイ化物に他のものを併用
することは望ましい。Si−Ｙ−Al−Ｏ−Ｎから
なる粒界相は、Si3N4の焼結助剤としてY2O3，
Al2O3等を使用した場合のY2O3−Al2O3系ガラス
あるいは結晶化合物で構成されるものであり、こ
れらの粒界相が２重量％より少ないとSi3N4の焼
結が困難となり、20重量％を超えるとセラミツク
ス焼結体の機械的強度や耐熱衝撃性が低下するの
で上述の範囲とする。またこの粒界相は、ホウ化
物を用いた場合、Si−Ｙ−Al−Ｏ−Ｎ−Ｂの態
様となる。
特にモリブデンケイ化物の場合に顕著な改善効果
を有する。モリブデンケイ化物に他のものを併用
することは望ましい。Si−Ｙ−Al−Ｏ−Ｎから
なる粒界相は、Si3N4の焼結助剤としてY2O3，
Al2O3等を使用した場合のY2O3−Al2O3系ガラス
あるいは結晶化合物で構成されるものであり、こ
れらの粒界相が２重量％より少ないとSi3N4の焼
結が困難となり、20重量％を超えるとセラミツク
ス焼結体の機械的強度や耐熱衝撃性が低下するの
で上述の範囲とする。またこの粒界相は、ホウ化
物を用いた場合、Si−Ｙ−Al−Ｏ−Ｎ−Ｂの態
様となる。
これらの成分の他、セラミツクス焼結対をさら
に緻密なものとするため、Al2O3もしくはTiO2を
存在させてもよい。この場合、Al2O3の量は0.1〜
10重量％とし、TiO2の量は0.1〜５重量％とす
る。
に緻密なものとするため、Al2O3もしくはTiO2を
存在させてもよい。この場合、Al2O3の量は0.1〜
10重量％とし、TiO2の量は0.1〜５重量％とす
る。
次に本発明におけるセラミツクス焼結体の製造
方法について説明する。
方法について説明する。
本発明における耐摩耗性部材を得るには、例え
ばSi3N4粉末に焼結助剤として0.5〜20％の例えば
MoSi2粉末もしくは焼結によりSi3N4のSiと反応
してMoSi2となるもの、例えばMo2Ｃ粉末、Mo
粉末等を混合し、これを所定の型に入れ、1600〜
1800℃の高温で50〜500Kg／cm2の圧力を30〜120分
間印加して焼結する。
ばSi3N4粉末に焼結助剤として0.5〜20％の例えば
MoSi2粉末もしくは焼結によりSi3N4のSiと反応
してMoSi2となるもの、例えばMo2Ｃ粉末、Mo
粉末等を混合し、これを所定の型に入れ、1600〜
1800℃の高温で50〜500Kg／cm2の圧力を30〜120分
間印加して焼結する。
また、Si3N4粉末にY2O3粉末、Al2O3粉末およ
びMo2Ｃ粉末を混合し、さらにパラフインのよう
な粘結剤を加え予め成形し脱脂した後、非酸化性
雰囲気下で圧力をかけることなく、1700〜1800
℃、60〜120分間加熱して焼結するようにしても
よい。この場合、焼結体を一層緻密化するため
に、上記混合粉末体にAlNO.1〜10％、さらに
TiO2，MgO，ZrO2のいずれかを0.1〜５％存在
させることができる。
びMo2Ｃ粉末を混合し、さらにパラフインのよう
な粘結剤を加え予め成形し脱脂した後、非酸化性
雰囲気下で圧力をかけることなく、1700〜1800
℃、60〜120分間加熱して焼結するようにしても
よい。この場合、焼結体を一層緻密化するため
に、上記混合粉末体にAlNO.1〜10％、さらに
TiO2，MgO，ZrO2のいずれかを0.1〜５％存在
させることができる。
このようにして得られたセラミツクス焼結体
は、第１図に模式的に示すように、Si3N4の粒子
１とMoSi2の粒子２の間をY2O3−Al2O3系ガラス
等のSi−Ｙ−Al−Ｏ−Ｎからなる粒界相３が埋
めたように組織となつている。
は、第１図に模式的に示すように、Si3N4の粒子
１とMoSi2の粒子２の間をY2O3−Al2O3系ガラス
等のSi−Ｙ−Al−Ｏ−Ｎからなる粒界相３が埋
めたように組織となつている。
この場合、本発明における耐摩耗性部材は、こ
のMoSi2２の存在により機械的強度や耐熱衝撃性
は勿論のこと耐摩耗性が非常に優れたものとな
り、ベアリングや切削工具等の耐摩耗性部材に使
用して優れた効果を発揮する。また、特に高温で
の耐摩耗性が優れているので、各種の溶接に用い
る治具に好適である。さらに金属部材と接合して
高負荷加工の可能な切削工具として使用すること
ができる。
のMoSi2２の存在により機械的強度や耐熱衝撃性
は勿論のこと耐摩耗性が非常に優れたものとな
り、ベアリングや切削工具等の耐摩耗性部材に使
用して優れた効果を発揮する。また、特に高温で
の耐摩耗性が優れているので、各種の溶接に用い
る治具に好適である。さらに金属部材と接合して
高負荷加工の可能な切削工具として使用すること
ができる。
セラミツクス焼結体を金属部材、特に鋼材に接
合させるには、例えば次のようにして行う。
合させるには、例えば次のようにして行う。
セラミツクス焼結体を酸化して表面に酸化層を
形成させた後、この酸化層上にタフピツチ電解銅
等の含酸素銅を接触させた状態で不活性雰囲気中
で1065〜1083℃に加熱して銅層を形成し、ろう材
を介して金属部材ろ接合させる。あるいは含酸素
銅の代りに活性金属の化合物を添加したモリブデ
ン酸リチウム溶液を塗布し、加熱して導電層を形
成した後、この導電層上にニツケルめつきを施
し、ろう材を介して金属部材と接合させる。
形成させた後、この酸化層上にタフピツチ電解銅
等の含酸素銅を接触させた状態で不活性雰囲気中
で1065〜1083℃に加熱して銅層を形成し、ろう材
を介して金属部材ろ接合させる。あるいは含酸素
銅の代りに活性金属の化合物を添加したモリブデ
ン酸リチウム溶液を塗布し、加熱して導電層を形
成した後、この導電層上にニツケルめつきを施
し、ろう材を介して金属部材と接合させる。
また、活性金属粉末または箔により金属部材と
接合させるようにしてもよい。この場合、延性金
属を接合面に挟み、中間緩衝層を設けた方が高強
度のもの得られる。
接合させるようにしてもよい。この場合、延性金
属を接合面に挟み、中間緩衝層を設けた方が高強
度のもの得られる。
［発明の実施例］
α−Si3N485重量％、Y2O3５重量％、Al2O3４
重量％、AlN3重量％およびMo2C3重量％をボー
ルミルで粉砕混合し、得られた混合粉末にパラフ
インを７重量％添加した後、室温下で700Kg／cm2
に成形圧で、長さ100mm、幅100mm、厚さ30mmの板
状体を成形した。
重量％、AlN3重量％およびMo2C3重量％をボー
ルミルで粉砕混合し、得られた混合粉末にパラフ
インを７重量％添加した後、室温下で700Kg／cm2
に成形圧で、長さ100mm、幅100mm、厚さ30mmの板
状体を成形した。
得られた成形体を700℃に加熱して脱脂した後、
窒素ガス中で1750℃、120分間加熱して焼結した。
得られたセラミツクス焼結体は、MoSi27.4％、
Si−Ｙ−Al−Ｏ−Ｎからなる粒界相15％および
β−Si3N4で構成されていた。
窒素ガス中で1750℃、120分間加熱して焼結した。
得られたセラミツクス焼結体は、MoSi27.4％、
Si−Ｙ−Al−Ｏ−Ｎからなる粒界相15％および
β−Si3N4で構成されていた。
得られたセラミツクス焼結体のKIC値
（MNm-3/2）は7.5、抗折強度（３点曲げ）は100
Kg／mm2、摩耗量（ｍm3／Kg・mm）は１×10-6であ
つた。
（MNm-3/2）は7.5、抗折強度（３点曲げ）は100
Kg／mm2、摩耗量（ｍm3／Kg・mm）は１×10-6であ
つた。
一方、これとは別に比較例としてMo2Ｃを添加
しない以外は実施例１と同様にしてセラミツクス
焼結体を製造した。得られたセラミツクス焼結体
のKIC値は5.5、抗折強度は85Kg／mm2、摩耗量は５
×10-6であつた。
しない以外は実施例１と同様にしてセラミツクス
焼結体を製造した。得られたセラミツクス焼結体
のKIC値は5.5、抗折強度は85Kg／mm2、摩耗量は５
×10-6であつた。
実施例 ２
実施例１と同じ組成および方法で、第２図に示
すような、セラミツクス製のチツプ４を製造し
た。このチツプ４の金属との接合面にTiO2を添
加したモリブデン酸リチウム溶液を塗布焼付けて
導電層を形成した後、この上にニツケルめつきを
施した。
すような、セラミツクス製のチツプ４を製造し
た。このチツプ４の金属との接合面にTiO2を添
加したモリブデン酸リチウム溶液を塗布焼付けて
導電層を形成した後、この上にニツケルめつきを
施した。
次に所定の形状に成形した金属部材（合金工具
銅材）５にAg−Cuろう６を介して接触させ、加
熱して接合させた木材加工用工具を製造した。
銅材）５にAg−Cuろう６を介して接触させ、加
熱して接合させた木材加工用工具を製造した。
この木工用工具によると、従来の工具で困難で
あつた木材の繊維に対して直角方向の加工も容易
になり、送り速度1.5m／分での加工ができた。
あつた木材の繊維に対して直角方向の加工も容易
になり、送り速度1.5m／分での加工ができた。
これに対して、Si3N488重量％、Y2O3−Al2O3
系ガラス12重量％からなる従来のSi3N4セラミツ
クス製の切削工具では、上記の方向へ送り速度
0.7m／分での加工しかできず、加工中破損する
ものも生じた。さらに従来からの超硬合金の刃で
は、送り速度0.28m／分とさらに加工能率が低か
つた。
系ガラス12重量％からなる従来のSi3N4セラミツ
クス製の切削工具では、上記の方向へ送り速度
0.7m／分での加工しかできず、加工中破損する
ものも生じた。さらに従来からの超硬合金の刃で
は、送り速度0.28m／分とさらに加工能率が低か
つた。
実施例 ３
実施例１と同じ組成および方法で、第３図に示
すような、セラミツクス製のチツプ４を製造し
た。このチツプ４の金属との接合面にチタンおよ
び銅の混合粉を銅板で挟んで不活性雰囲気中で加
熱して銅層を形成し、Ag−Cuろう６を介して工
具鋼材に加熱接合しホールカツターを製造した。
このカツターによると、従来超硬工具刃のカツタ
ーでは孔あけのできなかつた炭素繊維強化プラス
チツク（CERP）の穿孔が可能であつた。
すような、セラミツクス製のチツプ４を製造し
た。このチツプ４の金属との接合面にチタンおよ
び銅の混合粉を銅板で挟んで不活性雰囲気中で加
熱して銅層を形成し、Ag−Cuろう６を介して工
具鋼材に加熱接合しホールカツターを製造した。
このカツターによると、従来超硬工具刃のカツタ
ーでは孔あけのできなかつた炭素繊維強化プラス
チツク（CERP）の穿孔が可能であつた。
実施例 ４
実施例１と同じ方法および組成で第４図に示す
溶接チツプカバー７を製造した。このチツプカバ
ー７には、銅合金製のチツプがねじ込まれ、溶接
ワイヤ９をチツプ８の中心部を軸方向に進行させ
て使用される。一般にチツプカバーに要求される
特性としては、高温での耐摩耗性の他に耐熱性、
絶縁性（MIG溶接の場合）、耐熱衝撃性ワイヤと
の耐焼付性等があるが、本発明のチツプカバーに
よれば、これらの特性を総合的に向上することが
できた。この実施例の場合、MoSi2は耐摩耗性の
他、特に耐熱衝撃性およびワイヤとの耐焼付性の
改善に寄与している。
溶接チツプカバー７を製造した。このチツプカバ
ー７には、銅合金製のチツプがねじ込まれ、溶接
ワイヤ９をチツプ８の中心部を軸方向に進行させ
て使用される。一般にチツプカバーに要求される
特性としては、高温での耐摩耗性の他に耐熱性、
絶縁性（MIG溶接の場合）、耐熱衝撃性ワイヤと
の耐焼付性等があるが、本発明のチツプカバーに
よれば、これらの特性を総合的に向上することが
できた。この実施例の場合、MoSi2は耐摩耗性の
他、特に耐熱衝撃性およびワイヤとの耐焼付性の
改善に寄与している。
［発明の効果］
以上説明したように本発明の耐摩耗性部材は、
耐摩耗性に優れ、切削工具等として有用である。
耐摩耗性に優れ、切削工具等として有用である。
第１図は本発明におけるセラミツクス焼結体の
組織を模式的に示す図、第２図および第３図はそ
れぞれ本発明の一実施例を示す斜視図、第４図は
他の実施例を示す断面図である。 １……Si3N4、２……MoSi2、３……粒界相、
４……セラミツクス製のチツプ、５……金属部
材、６……Ag−Cuろう、７……溶接チツプカバ
ー。
組織を模式的に示す図、第２図および第３図はそ
れぞれ本発明の一実施例を示す斜視図、第４図は
他の実施例を示す断面図である。 １……Si3N4、２……MoSi2、３……粒界相、
４……セラミツクス製のチツプ、５……金属部
材、６……Ag−Cuろう、７……溶接チツプカバ
ー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化ケイ素70〜97重量％、モリブデン、ニオ
ブ、ハフニウム、タンタル、タングステンのケイ
化物から選ばれた１種以上0.1〜10重量％および
Si−Ｙ−Al−Ｏ−Ｎからなる粒界相２〜20重量
％で構成されるセラミツクス焼結体からなること
を特徴とする耐摩耗性部材。 ２ 耐摩耗性部材は切削工具である特許請求の範
囲第１項記載の耐摩耗性部材。 ３ 窒化ケイ素70〜97重量％、モリブデン、ニオ
ブ、ハフニウム、タンタル、タングステンのケイ
化物から選ばれた１種以上0.1〜10重量％および
Si−Ｙ−Al−Ｏ−Ｎからなる粒界相２〜20重量
％で構成されるセラミツクス焼結体と金属部材と
を接合してなることを特徴とする耐摩耗性部材。 ４ 耐摩耗性部材は切剤工具である特許請求の範
囲第３項記載の耐摩耗性部材。 ５ 金属部材は鋼材である特許請求の範囲第３項
または第４項記載の耐摩耗性部材。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58139270A JPS6051668A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 耐摩耗性部材 |
| EP84108813A EP0133289B1 (en) | 1983-07-29 | 1984-07-25 | Wear-resistant member and manufacturing method thereof |
| DE8484108813T DE3474292D1 (en) | 1983-07-29 | 1984-07-25 | Wear-resistant member and manufacturing method thereof |
| US07/762,081 US5178647A (en) | 1983-07-29 | 1991-09-19 | Wear-resistant member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58139270A JPS6051668A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 耐摩耗性部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6051668A JPS6051668A (ja) | 1985-03-23 |
| JPH052627B2 true JPH052627B2 (ja) | 1993-01-12 |
Family
ID=15241369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58139270A Granted JPS6051668A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 耐摩耗性部材 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
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- 1984-07-25 EP EP84108813A patent/EP0133289B1/en not_active Expired
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Also Published As
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| JPS6051668A (ja) | 1985-03-23 |
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