JPH0526746B2 - - Google Patents

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JPH0526746B2
JPH0526746B2 JP60012297A JP1229785A JPH0526746B2 JP H0526746 B2 JPH0526746 B2 JP H0526746B2 JP 60012297 A JP60012297 A JP 60012297A JP 1229785 A JP1229785 A JP 1229785A JP H0526746 B2 JPH0526746 B2 JP H0526746B2
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JP
Japan
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silicon carbide
alumina
less
temperature
volume
Prior art date
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JP60012297A
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Japanese (ja)
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JPS61174165A (en
Inventor
Toshio Hirai
Koichi Niihara
Atsushi Nakahira
Tetsuo Uchama
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Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
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Publication date
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Publication of JPS61174165A publication Critical patent/JPS61174165A/en
Publication of JPH0526746B2 publication Critical patent/JPH0526746B2/ja
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【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

イ 産業上の利用分野 本発明は、アルミナ−炭化珪素耐熱複合焼結体
及びその製造方法に関し、更に詳述すれば、室温
及び1000℃以上の高温での機械的強度に優れ、室
温及び1000℃以上での高温硬度の高い、高温構造
用材料として好適なアルミナ−炭化珪素耐熱複合
焼結体並びにその製造方法に関する。 ロ 従来技術 アルミナは、集積回路の基板やパツケージ、切
削工具用チツプ等セラミツクス中で最も広範囲に
使用されている。然し、アルミナは、化学的に極
めて安定な物質であるが、セラミツクスとしては
比較的低い800℃付近以上の温度では機械的強度
が低下するので、使用中に刃先が高温に加熱され
る切削工具用チツプの材料として満足されておら
ず、その分野では窒化珪素や炭化珪素が使用され
ている。アルミナを主体とするセラミツクスは、
窒化珪素や炭化珪素に較べて焼結が容易であり、
高温での機械的特性が改善されれば、その適用範
囲は一層拡げられる。 アルミナセラミツクスの機械的性質を、第2相
を複合させて改善した例としては、アルミナ−ジ
ルコニア複合焼結体が知られている。特公昭59−
25748号公報には、ジルコニアの準安定正方晶を
室温迄残留させ、クラツク先端での応力によつて
誘起される正方晶→単斜晶変態の約4%の体積膨
張に起因する残留圧縮応力により、室温での機械
的性質を著しく改善する技術が開示されている。
然し、上記変態の温度である約900℃以上の高温
では、上記の効果は期待すべくもない。 ほかに、アルミナセラミツクスの室温での機械
的強度改善の例としては、Wahiらによつて
Journal of Materials Science 15875〜885、
1980に報告されているように、炭化チタンを複合
した例がある。 また、アルミナセラミツクスの機械的強度は改
善されないが、破壊靭性が改善される例として
は、Mc、CauleyによつてCeramic Engineering
Science Proceedings 2639〜660、1982に報告さ
れているように、Ba−マイカ、及びRiceによつ
てCeramic Engineering Science Proceedings
2639〜660、1982に報告されているように、板状
の窒化硼素を複合した例があるが、前記論文で
は、いずれも高温での機械的性質には言及してい
ない。 ハ 発明の目的 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので
あつて、室温ではもとより、特に1000℃以上の高
温で機械的強度に優れ、硬度の高いアルミナ基耐
熱焼結体からなる切削工具用チツプ及びその製造
方法を提供することを目的としている。 ニ 発明の構成 第一の発明は、径0.5μm以下、長さ20μm以下
の繊維状を呈する炭化珪素ウイスカーが、アルミ
ナ素地中に、実質的に互に分離して容積比で2〜
30%分散した組織を有するセラミツクスからなる
切削工具用チツプに係る。 第二の発明は、径0.5μm以下、長さ20μm以下
の繊維状を呈する炭化珪素ウイスカー2〜30容積
%、残部が実質的にアルミナ粉末からなる混合粉
を形成し、この成形体を1400〜1800℃の範囲内の
温度で焼結する、前記第一の発明に係る切削工具
用チツプの製造方法に係る。 アルミナセラミツクスの高温での破壊は、
EvansらがFracture Mechanics of Ceramics、
6423〜448、1983で述べているように、応力下で
のキヤビテーシヨン(クラツクの核発生)や臨界
のクラツクサイズに達する迄(sub−critical)の
クラツクの成長や合体等に支配されるが、いずれ
も粒界での優先的な拡散と局部的な応力状態が考
案の対象となつている。 発明者は、鋭意研究の結果、平均粒径3μm以
下の炭化珪素粒子、或いは径が0.5μm以下で長さ
が20μm以下の炭化珪素繊維(ウイスカー)をア
ルミナ素地中に独立して(互いに分離して)分散
させることにより、アルミナ素地粒界に局部的な
残留応力を与え、又は粒界での原子の拡散とクラ
ツク成長に対して抵抗となるような状況を与える
ことにより、高温での機械的性質を改善すること
ができることを見出した。 以下に上記の機構について詳述する。 炭化珪素粒子がアルミナ結晶粒よりも小さい場
合と、同程度の大きさの場合とに分けて考える。
更に、前者の場合、炭化珪素粒子がアルミナ素地
中の粒界に存在する場合と、結晶粒内に存在する
場合とに分けて考える。 炭化珪素粒子がアルミナ結晶粒よりも小さく、
アルミナ素地中の粒界に存在する場合は、第1図
に模式的に示すように、炭化珪素粒子2が存在す
るアルミナ結晶粒1の粒界3の面に垂直の引張残
留応力Stを与え(炭化珪素はアルミナよりも熱膨
張係数が小さいことによる。)、キヤビテーシヨン
やクラツク成長に対しては好ましくないが、それ
以上に、高温応力下で粒界3相中の原子の拡散経
路を狭めて全体の拡散速度を遅くすることと、炭
化珪素粒子が粒界3面で架橋(bridge)を形成
し、クラツク成長の抵抗として作用することとに
よつて、高温での機械的性質を改善する。粒界面
に架橋を形成する観点からは、炭化珪素粒子より
も繊維状炭化珪素の方が上記効果がより大きい。 炭化珪素粒子がアルミナ素地の結晶粒内に存在
する場合は、第2図に模式的に示すように、炭化
珪素粒子2近傍のアルミナ結晶粒1の粒界3面に
圧縮残留応力Scを与え、局部的な応力のレベル
を緩和し、高温での機械的性質を改善する。 炭化珪素粒子がアルミナ結晶粒と同程度の大き
さである場合は、第3図に模式的に示すように、
炭化珪素粒子2の上下の外部引張応力Soに垂直
なアルミナ結晶粒1の粒界3面に圧縮残留応力
Scを与え、高温での機械的性質を改善する。ま
た、炭化珪素粒子2の左右の粒界3a面には引張
残留応力Stを与え、キヤビテーシヨンやクラツク
の成長に対しては好ましくないが、それ以上に、
左右のクラツクの合体に対して、炭化珪素粒子が
阻止するように作用し、高温での機械的性質を改
善する。なお、炭化珪素粒子/アルミナ結晶粒界
面には最大の圧縮残留応力があり、この界面に沿
つてのクラツク成長は困難であり、この界面に沿
つて破壊することはない。 以上、炭化珪素が粒子である場合について説明
したが、炭化珪素が繊維状である場合も上記と原
理的に同様である。 以上に述べたことから、アルミナ素地中に分散
させる炭化珪素は、実質的に互いに分離して分散
することにより、高温に於ける機械的性質を改善
することが理解できよう。 炭化珪素粒子又は繊維近傍の残留応力は、炭化
珪素とアルミナとの熱膨張係数の差によつて生ず
る。前者は後者よりも熱膨張係数が小さい。 高温での硬度は、アルミナに較べて高温硬度の
高い炭化珪素が寄与している。炭化珪素繊維の場
合、高温硬度の改善は特に著しい。 本発明は上記の知見からなされたものである。 次ぎに、焼結体を構成する各相及び焼結条件等
について説明する。 素地を構成するアルミナは、α型が便利に使用
できるが、γ型等他の結晶形のものでも良い。純
度は98%以上のものが好ましく、粒度は平均粒径
5μm以下のものが好ましく、平均粒径1μm以下
のものが一層好ましい。 素地中に分散させる炭化珪素は、α型でもβ型
結晶形でも良い。純度は98%以上が好ましく、そ
の形状は等軸(粒子)形でも良いが、繊維状が特
に良い。炭化珪素粒子の平均粒径は、3μm以下
とする。これが3μmを越えると、焼結後、室温
迄冷却する際にマイクロクラツクが発生し、室温
での機械的強度が低下するようになる。繊維状炭
化珪素の場合は、径が0.5μm以下、長さが20μm
以下とする。径が0.5μm以下を越えると、上記粒
子の場合と同様、マイクロクラツクを発生しやす
くまた、その長さが20μm越えると、炭化珪素繊
維同士が絡み合つて互いに分離できなくなり、特
に室温での機械的強度が低下するようになる。 炭化珪素の素地中に占める割合は、焼結体全体
に対して2〜30容積%(顕微鏡下での面積比率も
2〜30%である。)とする。これが2容積%未満
では、高温強度改善の効果が顕著ではなく、これ
が30容積%を越えて多量になると、炭化珪素同士
が互いに接触する部分が多くなり、室温及び高温
での機械的強度が却つて低下するようになる。炭
化珪素が繊維状である場合は、分散量の上限は20
容積%とするのが特に望ましい。 本発明に基づく焼結体は、アルミナと炭化珪素
との2成分から構成されるが、原料中に不純物と
して含まれる少量の他の成分が存在しても差し支
えない。更に、通例のアルミナ基焼結体に於ける
と同様に、焼結時のアルミナ結晶粒の成長を抑え
るため、少量のマグネシア(MgO)を含有させ
ることは好ましい。 成形方法としては、プレス成形、泥漿鋳込成
形、射出成形、押出成形等通例の成形方法が総て
採用できる。ホツトプレスによることも勿論でき
る。 焼結は真空又は非酸化性雰囲気中で1400〜1800
℃の範囲内の温度で行う。焼結温度が1400℃より
も低いと、得られる焼結体の密度が低くなり、
1800℃を越える高温では、アルミナ結晶粒の異常
成長が起こり、いずれの場合も室温及び高温での
機械的強度、硬度が低下するようになる。 最適な焼結温度は、常圧焼結、ホツトプレス及
び炭化珪素の量に依存して変化する。常圧焼結で
炭化珪素の量が2〜15容積%では1600〜1700℃が
好ましく、15〜30容積%では1700〜1800℃が好ま
しい。ホツトプレスで炭化珪素の量が2〜15容積
%では1400〜1600℃が好ましく、15〜30容積%で
は1600〜1700℃が好ましい。 ホ 実施例 以下に本発明の具体的実施例について説明す
る。 純度99%以上、平均粒径0.7μmのα型アルミナ
粉末に、下記第1表に示すように炭化珪素粉末又
は繊維長さ9μmを配合し、プラスチツク容器と
アルミナボールを使用するボールミル中でエチル
アルコールを混合液として1時間湿式混合し、乾
燥して混合粉とした。 これらの混合粉をプレス成形後、1500Kg/cm2
等方静水圧によつて約20×50×15mmの成形体と
し、この成形体をアルゴンガス気流中で第1表に
示す焼結条件により焼結した。
B. Field of Industrial Application The present invention relates to an alumina-silicon carbide heat-resistant composite sintered body and a method for manufacturing the same. The present invention relates to the alumina-silicon carbide heat-resistant composite sintered body having high high-temperature hardness and suitable as a material for high-temperature structures, and a method for manufacturing the same. B. Prior Art Alumina is most widely used among ceramics, such as integrated circuit substrates and packages, and chips for cutting tools. However, although alumina is a chemically extremely stable substance, its mechanical strength decreases at temperatures above 800°C, which is relatively low for ceramics, so it is not suitable for cutting tools whose cutting edges are heated to high temperatures during use. Silicon nitride and silicon carbide are not satisfactory as materials for chips, and silicon nitride and silicon carbide are used in that field. Ceramics mainly made of alumina are
It is easier to sinter than silicon nitride and silicon carbide,
If the mechanical properties at high temperatures are improved, the range of applications will be further expanded. An alumina-zirconia composite sintered body is known as an example of improving the mechanical properties of alumina ceramics by combining a second phase. Special Public Service 1984-
Publication No. 25748 describes that metastable tetragonal crystals of zirconia are allowed to remain at room temperature, and due to the residual compressive stress caused by the approximately 4% volume expansion of the tetragonal to monoclinic transformation induced by the stress at the crack tip. , discloses a technique that significantly improves mechanical properties at room temperature.
However, at high temperatures above about 900° C., which is the temperature of the above-mentioned transformation, the above-mentioned effects cannot be expected. In addition, as an example of improving the mechanical strength of alumina ceramics at room temperature, Wahi et al.
Journal of Materials Science 15875-885,
As reported in 1980, there is an example of combining titanium carbide. In addition, as an example of improving the fracture toughness of alumina ceramics, although the mechanical strength is not improved, Mc and Cauley report on Ceramic Engineering
Ceramic Engineering Science Proceedings by Ba-Mica and Rice, as reported in Science Proceedings 2639-660, 1982.
2639-660, 1982, there is an example of a composite of plate-shaped boron nitride, but none of these papers mention mechanical properties at high temperatures. C. Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances. The object of the present invention is to provide a tool tip and a method for manufacturing the same. D. Structure of the Invention The first invention is such that silicon carbide whiskers exhibiting a fibrous shape with a diameter of 0.5 μm or less and a length of 20 μm or less are substantially separated from each other in an alumina matrix and have a volume ratio of 2 to 20 μm.
Relates to a cutting tool tip made of ceramics with a 30% dispersed structure. The second invention is to form a mixed powder consisting of 2 to 30 volume % of silicon carbide whiskers exhibiting a fibrous shape with a diameter of 0.5 μm or less and a length of 20 μm or less, and the remainder being substantially alumina powder, and The present invention relates to a method for manufacturing a cutting tool chip according to the first invention, which is sintered at a temperature within a range of 1800°C. The destruction of alumina ceramics at high temperatures is
Evans et al. Fracture Mechanics of Ceramics,
6423-448, 1983, it is controlled by cavitation (nucleation of cracks) under stress and the growth and coalescence of cracks until they reach a critical crack size (sub-critical), but both Preferential diffusion at grain boundaries and localized stress states are the subject of ideas. As a result of intensive research, the inventor discovered that silicon carbide particles with an average particle size of 3 μm or less, or silicon carbide fibers (whiskers) with a diameter of 0.5 μm or less and a length of 20 μm or less, were incorporated into an alumina matrix independently (separated from each other). mechanical properties at high temperatures by providing localized residual stress at the alumina matrix grain boundaries or by providing conditions that resist atomic diffusion and crack growth at the grain boundaries. It has been found that the properties can be improved. The above mechanism will be explained in detail below. A case in which the silicon carbide particles are smaller than the alumina crystal grains and a case in which the silicon carbide particles are approximately the same size will be considered.
Furthermore, in the former case, we will consider cases in which silicon carbide particles are present at grain boundaries in the alumina matrix and cases in which silicon carbide particles are present within crystal grains. Silicon carbide particles are smaller than alumina crystal grains,
If silicon carbide particles 2 exist at grain boundaries in the alumina matrix, as shown schematically in Fig. This is because silicon carbide has a smaller thermal expansion coefficient than alumina), which is unfavorable for cavitation and crack growth, but moreover, it narrows the diffusion path of atoms in the three grain boundary phases under high temperature stress, resulting in overall The mechanical properties at high temperatures are improved by slowing the diffusion rate of silicon carbide particles and by forming bridges on three grain boundary surfaces and acting as resistance to crack growth. From the viewpoint of forming crosslinks at grain boundaries, fibrous silicon carbide has a greater effect than silicon carbide particles. When silicon carbide particles exist within the crystal grains of the alumina matrix, as schematically shown in Figure 2, a compressive residual stress Sc is applied to the three grain boundaries of the alumina crystal grains 1 in the vicinity of the silicon carbide particles 2, Relieves local stress levels and improves mechanical properties at high temperatures. If the silicon carbide particles are about the same size as the alumina crystal grains, as schematically shown in Figure 3,
Compressive residual stress on the three grain boundary surfaces of alumina crystal grains 1 perpendicular to the external tensile stress So above and below silicon carbide particles 2
Sc and improves mechanical properties at high temperatures. Further, tensile residual stress St is applied to the left and right grain boundary 3a planes of silicon carbide particles 2, which is not preferable for cavitation or crack growth, but moreover,
The silicon carbide particles act to prevent the left and right cracks from coalescing, improving mechanical properties at high temperatures. Note that the maximum compressive residual stress exists at the silicon carbide particle/alumina crystal grain interface, and crack growth along this interface is difficult, and fracture will not occur along this interface. Although the case where silicon carbide is in the form of particles has been described above, the principle is similar to that described above when silicon carbide is in the form of fibers. From the foregoing, it can be understood that silicon carbide dispersed in the alumina matrix improves mechanical properties at high temperatures by substantially separating and dispersing the silicon carbide from each other. Residual stress near the silicon carbide particles or fibers is caused by the difference in thermal expansion coefficients between silicon carbide and alumina. The former has a smaller coefficient of thermal expansion than the latter. Silicon carbide, which has higher high-temperature hardness than alumina, contributes to the hardness at high temperatures. In the case of silicon carbide fibers, the improvement in high temperature hardness is particularly remarkable. The present invention has been made based on the above findings. Next, each phase constituting the sintered body, sintering conditions, etc. will be explained. The α-type alumina constituting the matrix can be conveniently used, but other crystal forms such as the γ-type may also be used. Purity is preferably 98% or higher, and particle size is the average particle size.
Those having an average particle diameter of 5 μm or less are preferable, and those having an average particle size of 1 μm or less are more preferable. The silicon carbide dispersed in the matrix may be in the α-type or β-type crystal form. The purity is preferably 98% or more, and the shape may be equiaxed (particle), but fibrous is particularly preferable. The average particle size of the silicon carbide particles is 3 μm or less. If this exceeds 3 μm, microcracks will occur during cooling to room temperature after sintering, and the mechanical strength at room temperature will decrease. In the case of fibrous silicon carbide, the diameter is 0.5 μm or less and the length is 20 μm.
The following shall apply. If the diameter exceeds 0.5 μm or less, microcracks are likely to occur as in the case of the above particles, and if the length exceeds 20 μm, the silicon carbide fibers become entangled and cannot be separated from each other, especially at room temperature. Mechanical strength begins to decrease. The proportion of silicon carbide in the matrix is 2 to 30% by volume of the entire sintered body (the area ratio under a microscope is also 2 to 30%). If this amount is less than 2% by volume, the effect of improving high temperature strength will not be noticeable, and if this amount exceeds 30% by volume, there will be many areas where silicon carbide comes into contact with each other, and the mechanical strength at room temperature and high temperature will be reduced. It then begins to decline. If silicon carbide is fibrous, the upper limit of the amount of dispersion is 20
Particularly preferred is volume %. Although the sintered body according to the present invention is composed of two components, alumina and silicon carbide, there may be a small amount of other components contained as impurities in the raw material. Furthermore, as in the case of a typical alumina-based sintered body, it is preferable to contain a small amount of magnesia (MgO) in order to suppress the growth of alumina crystal grains during sintering. As the molding method, all customary molding methods such as press molding, slurry casting, injection molding, and extrusion molding can be employed. Of course, hot pressing can also be used. Sintering at 1400~1800 in vacuum or non-oxidizing atmosphere
Perform at a temperature within the range of °C. If the sintering temperature is lower than 1400℃, the density of the obtained sintered body will be low,
At high temperatures exceeding 1800°C, abnormal growth of alumina crystal grains occurs, and in both cases, mechanical strength and hardness at room temperature and high temperature decrease. The optimum sintering temperature varies depending on pressureless sintering, hot pressing and amount of silicon carbide. When the amount of silicon carbide is 2 to 15% by volume in normal pressure sintering, the temperature is preferably 1600 to 1700°C, and when the amount is 15 to 30% by volume, the temperature is preferably 1700 to 1800°C. When the amount of silicon carbide in the hot press is 2 to 15% by volume, the temperature is preferably 1400 to 1600°C, and when the amount is 15 to 30% by volume, the temperature is preferably 1600 to 1700°C. E. Examples Specific examples of the present invention will be described below. Alpha-type alumina powder with a purity of 99% or more and an average particle size of 0.7 μm is blended with silicon carbide powder or fiber length 9 μm as shown in Table 1 below, and mixed with ethyl alcohol in a ball mill using a plastic container and alumina balls. A liquid mixture was wet-mixed for 1 hour and dried to form a mixed powder. After press-molding these mixed powders, it is made into a compact of approximately 20 x 50 x 15 mm by isostatic hydrostatic pressure of 1500 kg/ cm2 , and this compact is sintered in an argon gas stream under the conditions shown in Table 1. Sintered.

【表】 これら焼結体からダイヤモンド砥石とダイヤモ
ンドブレードを使用して、3×4×36mmの曲げ試
験片、3×4×4mmの硬度試験片を採取し、曲げ
試験片には200番のダイヤモンド研磨砥石で、硬
度試験片には1μmのダイヤモンド砥石で鏡面仕
上げを施した。なお、硬度試験片で硬度試験前に
密度を測定した。 曲げ試験は、外側支点距離30mm、内側支点距離
10mm、クロスヘツド速度0.5mm/minの4点曲げ
試験法により、硬度試験はアルゴン気流中でビツ
カース硬度計により1Kgの荷重で行つた。両試験
共試験温度は室温、1000℃、1200℃である。 試験結果は第1表に併記した通りである。 同表から、例によるアルミナ−炭化珪素耐熱複
合焼結体は、従来の単相アルミナ焼結体に較べ
て、室温での曲げ強度、硬度が同程度であり、高
温での曲げ強度、硬度が共に著しく改善されてい
ることが解る。また、繊維状炭化珪素を分散させ
た焼結体は、粒状炭化珪素を分散させた焼結体に
較べて、室温、高温での硬度が共に高く、曲げ強
度は特に1200℃の高温では一層改善されている。 次に、アルミナ−炭化珪素繊維焼結体からなる
切削工具用チツプの切削能についての実験を行つ
た結果を説明する。 純度99.9%以上、平均粒径0.7μmのα型アルミ
ナ粉末に、平均粒径0.2μm、平均長さ9μmの炭化
珪素繊維(ウイスカー)を下記第2表に示すよう
に配合し、前記と同様のボールミルで湿式混合し
て充分均一に分散させた後、乾燥させた。この混
合粉末を、アルゴンガス気流中で1時間かけて径
90mm、厚さ6mmのサイズに加圧焼結した。加圧焼
結は、成形圧450Kg/cm2、焼結温度は第2表に示
してある。 かくしして得られた焼結体から型番
SNGN120408の切削チツプを切出して研削加工
し、以下に示す条件で切削試験を行つた。 切削試験条件 被削材 球状黒鉛鋳鉄FCD60(丸棒) 切削速度 300m/min 送り 0.3mm/rev 切込み 1mm 切削油 dry 切削時間 105秒 試験結果は第2表に示す通りである。第2表に
は、比較のため、炭化珪素繊維を40容積%配合し
たものと、市販のアルミナ切削チツプ、アルミナ
−炭化チタン切削チツプ及び窒化珪素切削チツプ
を使用して同様の試験を行つた結果が併記してあ
る。
[Table] A 3 x 4 x 36 mm bending test piece and a 3 x 4 x 4 mm hardness test piece were taken from these sintered bodies using a diamond grindstone and a diamond blade. A mirror finish was applied to the hardness test piece using a 1 μm diamond grindstone. Note that the density of the hardness test piece was measured before the hardness test. The bending test was performed using an outer fulcrum distance of 30 mm and an inner fulcrum distance of 30 mm.
The hardness test was performed using a 4-point bending test method with a crosshead speed of 10 mm and a crosshead speed of 0.5 mm/min using a Vickers hardness tester at a load of 1 kg in an argon flow. The test temperatures for both tests were room temperature, 1000°C, and 1200°C. The test results are also listed in Table 1. From the same table, the alumina-silicon carbide heat-resistant composite sintered body according to the example has the same bending strength and hardness at room temperature as the conventional single-phase alumina sintered body, and has lower bending strength and hardness at high temperatures. It can be seen that both have been significantly improved. In addition, the sintered body in which fibrous silicon carbide is dispersed has higher hardness at both room temperature and high temperature than the sintered body in which granular silicon carbide is dispersed, and its bending strength is further improved, especially at high temperatures of 1200°C. has been done. Next, the results of an experiment on the cutting performance of a cutting tool tip made of an alumina-silicon carbide fiber sintered body will be explained. Silicon carbide fibers (whiskers) with an average particle size of 0.2 μm and an average length of 9 μm were blended with α-type alumina powder with a purity of 99.9% or more and an average particle size of 0.7 μm as shown in Table 2 below, and the same as above was added. After wet mixing with a ball mill to sufficiently uniformly disperse the mixture, the mixture was dried. This mixed powder was mixed in an argon gas stream for 1 hour to obtain a diameter.
It was pressure sintered to a size of 90mm and 6mm thick. In the pressure sintering, the molding pressure was 450 kg/cm 2 and the sintering temperature is shown in Table 2. The model number is determined from the sintered body thus obtained.
A cutting chip of SNGN120408 was cut and ground, and a cutting test was conducted under the conditions shown below. Cutting test conditions Work material Spheroidal graphite cast iron FCD60 (round bar) Cutting speed 300 m/min Feed 0.3 mm/rev Depth of cut 1 mm Cutting oil dry Cutting time 105 seconds The test results are shown in Table 2. For comparison, Table 2 shows the results of similar tests using a chip containing 40% by volume of silicon carbide fiber, a commercially available alumina cutting chip, an alumina-titanium carbide cutting chip, and a silicon nitride cutting chip. is also listed.

【表】【table】

【表】 第2表から、本発明に基づくチツプは、比較の
チツプに較べて耐久性が格段に改善されているこ
とが理解できる。 ヘ 発明の効果 本発明に基づく切削工具用チツプは、径0.5μm
以下、長さ20μm以下の繊維状を呈する炭化珪素
ウイスカーがアルミナ素地中に、実質的に互に分
離して容積比で2〜30%分散した組織を有するセ
ラミツクスからなつているので、高温での機械的
強度、硬度共に著しく高く、摩耗が極めて少なく
て長時間の使用に耐える。また、本発明に基づく
製造方法は、前述したように、通例のセラミツク
ス製造設備を使用することで済み、特殊な設備を
特に必要としないので、製造原価も低廉である。
[Table] From Table 2, it can be seen that the chips based on the present invention have significantly improved durability compared to the comparative chips. F. Effects of the Invention The cutting tool tip based on the present invention has a diameter of 0.5 μm.
Hereinafter, since the ceramic is made of a structure in which fibrous silicon carbide whiskers with a length of 20 μm or less are dispersed in an alumina base material in an amount of 2 to 30% by volume, they are substantially separated from each other. It has extremely high mechanical strength and hardness, and with very little wear, it can withstand long-term use. Further, as described above, the manufacturing method according to the present invention requires only the use of ordinary ceramic manufacturing equipment and does not require any special equipment, so that the manufacturing cost is low.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面はいずれも本発明に基づくアルミナ−炭化
珪素耐熱複合焼結体の顕微鏡組織と炭化珪素粒子
近傍の残留応力の状態を模式的に示す図で、第1
図は炭化珪素粒子がアルミナの結晶粒界に存在す
る場合の模式図、第2図は炭化珪素粒子がアルミ
ナ結晶粒内に存在する場合の模式図、第3図は炭
化珪素粒子とアルミナ結晶粒とが同程度の大きさ
である場合の模式図である。 なお、図面に示された符号に於いて、1……ア
ルミナ結晶粒、2……炭化珪素粒子、3……アル
ミナ結晶粒界、3a……炭化珪素粒子に接するア
ルミナ結晶粒界、St……残留引張応力、Sc……
残留圧縮応力、So……外部引張応力、である。
The drawings are diagrams schematically showing the microscopic structure of the alumina-silicon carbide heat-resistant composite sintered body according to the present invention and the state of residual stress in the vicinity of silicon carbide particles.
The figure is a schematic diagram of silicon carbide particles existing at the grain boundaries of alumina, Figure 2 is a schematic diagram of silicon carbide particles existing within alumina crystal grains, and Figure 3 is a schematic diagram of silicon carbide particles and alumina crystal grains. FIG. In addition, in the symbols shown in the drawings, 1...Alumina crystal grain, 2...Silicon carbide particle, 3...Alumina crystal grain boundary, 3a...Alumina crystal grain boundary in contact with silicon carbide particle, St... Residual tensile stress, Sc...
Residual compressive stress, So...external tensile stress.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 径0.5μm以下、長さ20μm以下の繊維状を呈
する炭化珪素ウイスカーが、アルミナ素地中に、
実質的に互に分離して容積比で2〜30%分散した
組織を有するセラミツクスからなる切削工具用チ
ツプ。 2 径0.5μm以下、長さ20μm以下の繊維状を呈
する炭化珪素ウイスカー2〜30容積%、残部が実
質的にアルミナ粉末からなる混合粉を形成し、こ
の成形体を1400〜1800℃の範囲の温度で焼結す
る、切削工具用チツプの製造方法。
[Claims] 1. Silicon carbide whiskers exhibiting a fibrous shape with a diameter of 0.5 μm or less and a length of 20 μm or less are contained in an alumina base.
A tip for a cutting tool made of ceramics having a structure that is substantially separated from each other and dispersed by 2 to 30% by volume. 2 Form a mixed powder consisting of 2 to 30% by volume of silicon carbide whiskers exhibiting a fibrous shape with a diameter of 0.5 μm or less and a length of 20 μm or less, and the remainder being substantially alumina powder, and heat this compact at a temperature in the range of 1400 to 1800°C. A method for producing chips for cutting tools that is sintered at high temperatures.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IN167047B (en) * 1985-03-14 1990-08-25 Advanced Composite Materiales
JPS63129059A (en) * 1986-11-14 1988-06-01 日本特殊陶業株式会社 Antiabrasive ceramic aintered body
JPS63225574A (en) * 1987-03-12 1988-09-20 東芝タンガロイ株式会社 Ceramic sintered body for cutting tool member and manufacture
JPS6479063A (en) * 1987-09-18 1989-03-24 Toshiba Tungaloy Co Ltd Aluminum oxide-based sintered body having superior wear resistance
JP2507480B2 (en) * 1987-09-30 1996-06-12 晧一 新原 SiC-Al Lower 2 O Lower 3 Composite Sintered Body and Manufacturing Method Thereof
JPH01188454A (en) * 1988-01-22 1989-07-27 Koichi Niihara High strength composite ceramic sintered body
JPH02164779A (en) * 1988-12-19 1990-06-25 Mitsubishi Mining & Cement Co Ltd Ceramic composite material and its production
JP2664760B2 (en) * 1989-03-02 1997-10-22 三菱マテリアル株式会社 Ceramic composite material and method for producing the same
JP2664759B2 (en) * 1989-03-02 1997-10-22 三菱マテリアル株式会社 Ceramic composite material and method for producing the same
US5196386A (en) * 1989-09-18 1993-03-23 The Tokyo Electric Power Company, Incorporated Sintered ceramic composite body and method of manufacturing same
JP2805957B2 (en) * 1990-02-23 1998-09-30 三菱マテリアル株式会社 Aluminum oxide based ceramic cutting tool with high strength and high toughness
JP2805969B2 (en) * 1990-04-05 1998-09-30 三菱マテリアル株式会社 Aluminum oxide based ceramics with high toughness and high strength
JPH0477355A (en) * 1990-07-20 1992-03-11 Mitsubishi Materials Corp Ceramic composite material and its production
JPH0477353A (en) * 1990-07-20 1992-03-11 Mitsubishi Materials Corp Ceramic composite material and its production
JPH04130048A (en) * 1990-09-18 1992-05-01 Mitsubishi Materials Corp Ceramic composite material and its production
JPH04149062A (en) * 1990-10-12 1992-05-22 Mitsubishi Materials Corp Ceramic composite material and its production
JP2813132B2 (en) * 1993-09-27 1998-10-22 日本発条株式会社 Ceramic spring

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5247803A (en) * 1975-10-15 1977-04-16 Sumitomo Chemical Co High strength ceramic sintering body
JPS5939766A (en) * 1982-08-30 1984-03-05 京セラ株式会社 Alumina-silicon carbide complex sintered body
JPS59102861A (en) * 1982-12-03 1984-06-14 工業技術院長 Silicon carbide composite oxide sintered ceramics
JPS61274803A (en) * 1985-02-18 1986-12-05 アドバンスド・コンポジット・マテリアルズ・コーポレーション Reinforced ceramic cutting tool

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5247803A (en) * 1975-10-15 1977-04-16 Sumitomo Chemical Co High strength ceramic sintering body
JPS5939766A (en) * 1982-08-30 1984-03-05 京セラ株式会社 Alumina-silicon carbide complex sintered body
JPS59102861A (en) * 1982-12-03 1984-06-14 工業技術院長 Silicon carbide composite oxide sintered ceramics
JPS61274803A (en) * 1985-02-18 1986-12-05 アドバンスド・コンポジット・マテリアルズ・コーポレーション Reinforced ceramic cutting tool

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