JPH0531514B2

JPH0531514B2 -

Info

Publication number: JPH0531514B2
Application number: JP61144569A
Authority: JP
Inventors: Michito Myahara; Takashi Kitahira; Yasumi Takano; Shigeki Mori
Original assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Current assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Priority date: 1985-09-06
Filing date: 1986-06-20
Publication date: 1993-05-12
Also published as: JPS62153159A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、高硬度、高靱性、非常に優れた工具
寿命をもち、且つ耐摩材料としても優れた性能を
示すアルミナー炭化チタン系セラミツクス材料に
関する。〔従来の技術〕セラミツクス工具材料は、常温において強度、
靱性及び硬度が高く、しかも高温域においても硬
度の低下が少なく、且つ機械的強度が大であり、
更には被削材との親和性が少なく耐摩耗性に優れ
長時間の使用に耐えることが要求されている。また、耐摩材料や寸法等を測定するための測定
工具用の材料としては、耐摩耗性はもとより、熱
膨張係数ができる限り小さく、且つ欠損や破損し
難いものが要求されている。他方、熱間用耐摩材
料としては、耐熱衝撃性が大で熱間割れを起こさ
ないことが要求される。耐摩材料として使用される場合に、従来のセラ
ミツクス材料では相手材との相性が悪い場合、相
手材との溶着現象或いは摩耗が発生する度合が大
きく、適用できない場合がある。すなわち、耐摩
材料としては、相手材との親和性が少なく、摺動
特性が良く、耐摩耗性に富み、且つ欠損や破損し
難いことが要求される。耐食材料としては、各種
薬品に侵され難く、耐酸化性に優れることが要求
される。また、装飾部材用としては、従来品が白
色系（アルミナ主成分）又は黒色系（アルミナ−
炭化チタン系）に限られているため、従来のセラ
ミツクス材料では微妙な色調に対応できない場合
があつた。すなわち、セラミツクスを装飾部品と
して使用するときには、好みの微妙な色調に対応
でき、且つ硬度が高く耐摩耗性及び耐食性に優れ
ていることが要求される。また、セラミツクスを各種のヒータ材料として
使用する場合には、比抵抗値を種々変更できるも
のであることが必要であり、熱間割れを起こし難
く、耐酸化性に優れていることが要求される。そ
して、そのヒータが摺動摩擦条件下で使用される
場合には、相手材との親和性が少なく、耐摩耗性
が良く、且つ摩擦係数の小さいことが要求され
る。また切削工具以外の各種工具すなわち各種刃物
類、金型、ダイス及びプラグ等の用途に対して従
来のアルミナ主成分又はアルミナ−炭化チタン系
のセラミツクス材料は、強度、靱性、刃立て性が
劣り、且つ材料構成成分が限られているために、
各種用途に適用できない場合があり、その都度最
適と思われる配合素材の材料を試作する必要があ
つた。〔発明が解決しようとする問題点〕このような種々の用途に従来から使用されてき
たものに、アルミナ系セラミツクスがある。たとえば、特開昭57−160959号公報では、アル
ミナ−炭化チタン−酸化チタン系にMo，ZrO₂を
配合し、更にNi，Co，Cr，Mg，Ｙ，Mn等の酸
化物を添加することが提案されている。Mo添加
により構成結晶粒子が微細化され、その結果とし
て硬度および強度が著しく改善される。酸化ジル
コニウムは、構成結晶粒を微細化する作用も幾分
あるが、耐摩耗性を著しく改善する。その他の添
加成分としてのNi，Cr，Mg，Ｙ，Mnの各酸化
物は、粒成長抑制剤兼焼結促進剤としての効果が
あると報告されている。しかし、この改良された
材料も、より広範囲の切削条件及び各種工具用途
条件で使用するには、靱性、硬度及び相手材との
耐溶着性の点で改善の必要がある。また特開昭58−217463号公報では、Al₂O₃−
TiB₂−AlN系にMgO，NiO，Cr₂O₃，TiO₂，Y₂
O₃から選ばれた一種以上の酸化物を添加するこ
とが提案されている。当該公報によると、TiB₂
は、粒成長を阻止し、靱性を高めるとともに微小
なクラツクの成長を抑える役割を果たしている。
しかも、TiB₂の硬度がTiCよりも高く、熱膨張
係数もTiCより小さいことから、耐摩耗性に優れ
るとともに高硬度材の切削時に生じる境界摩耗と
境界部での欠損を防ぐ効果がある。一方、AlN
の添加は、焼結性を向上させるとともに、粒径の
成長を抑える効果がある。またMgOを添加する
ことにより、焼結性を向上し、粒径の成長を抑え
ることができる。NiO，Cr₂O₃，TiO₂，Y₂O₃等
の添加物は、焼結助剤として効果があると報告さ
れている。しかし、この改良された材料も、より
広範囲の切削条件及び各種工具用途条件で使用す
るには、靱性及び被削材との耐溶着性の点で改善
の必要がある。更に特開昭59−102864号公報では、Al₂O₃−
TiC−TiO₂系にTb₄O₇，Ho₂O₃，Er₂O₃及びGd₂
O₃から選ばれた一種以上の酸化物、並びに任意
添加成分としてのMgO，Y₂O₃，ZrO₂，NiO，
Dy₂O₃から選ばれた一種以上の酸化物を添加する
ことが提案されている。当該公報によると、Tb₄
O₇，Ho₂O₃，Er₂O₃及びGd₂O₃の添加により、焼
結温度が低下するので粒成長が防がれる。また、
MgO，Y₂O₃，ZrO₂，NiO及びDy₂O₃の添加は、
より強固な粒子の結合層が得られるので好ましい
とされている。しかし、この改良された材料も、
靱性、硬度及び被削材との耐溶着性の点で改善の
必要がある。そこで本発明は、このような靱性及び被削材と
の耐溶着性等、種々の要求に応じることができる
セラミツクスを提供することを目的とする。〔問題点を解決するための手段〕本発明は、その目的を達成すべく、Al₂O₃−
TiC成分系あるいはTiC成分置換系複合材の原料
粉末成分の調整及び配合から焼結過程における分
散性の改善策及び気孔発生のメカニズムを見出
し、さらに各種成分の結合力を強固にするととも
に、靱性及び硬度を高め、被削材との耐溶着性を
改善したものである。すなわち、本発明は、メタルオキサイドの酸素
の一部を炭化チタンに固溶せしめた炭化チタンと
メタルオキサイドとの化合物である炭化チタン成
分20〜45重量％と、酸化ジルコニウム0.1〜15重
量％と、Y₂O₃換算値が0.05〜1.25重量％である
Al₂O₃とY₂O₃との複合酸化物と窒化アルミニウム
0.2〜５重量％と、残部がMg，Ｂ，Ni，Crの酸
化物の中から選択した少なくとも１種又はそれら
の複合酸化物0.05〜1.5重量％で置換されたAl₂O₃
とから構成することによつて各種成分の結合力を
高めて上記目的を達成したものである。また、上記材料の炭化チタン成分の10〜50重量
％をａ，ａ，ａ族金属の炭化物、窒化物、
硼化物及びそれぞれの複合化合物（炭窒化物、炭
硼化物、窒硼化物、炭窒化硼化物）の少なくとも
１種で置換した材料も上記目的を達成する。そし
てこの材料は、所定の置換処理を行つた原料粉末
を混合調整して、熱間加圧焼結法により製造され
るが、TiC成分の原料粉末調整法としては、Ti，
TaおよびNbの酸化物の少なくとも一種以上また
はTi，Ta，Nbの少なくとも２元素を含む複合酸
化物（これらの酸化物をM.Oと略記する）と炭
化チタンとを粉末混合して炭化チタン成分とす
る。より好ましくはそれぞれを粉末混合した後、
非酸化性雰囲気で500〜1500℃の温度で熱処理す
ることにより炭化チタンにM.Oの酸素を一部固
溶させ炭化チタン成分とする。ここでM.Oと炭
化チタンの配合割合はM.O／（TiC＋M.O）＝15
重量％以下（ゼロを含まず）、より好ましくは５
〜15重量％としておくのが本発明材料の特性改善
に効果を発揮する。すなわち、Ti，Ta，Nbの少
なくとも一種の酸化物又はそれらの複合酸化物
（M.O）は、炭化チタンと固溶するとともに、ア
ルミナ成分とも焼結過程で反応結合する結果、炭
化チタン成分とアルミナ成分との強力な結合剤と
して作用し、焼結体の靱性及び耐ピツチング性を
高める作用効果を呈する。次に、残部の酸化アルミニウム成分について
は、Al₂O₃の0.05〜1.5重量％を前述のMg，Ｂ，
Ni，Crの酸化物で粉末混合置換するか、より好
ましくはそれらの塩をAl₂O₃にドープした粉末又
はそれら酸化物とAl₂O₃の所定量混合粉末を650
〜1300℃の温度で焼成し反応結合させておくのが
良い。 Mg，Ｂ，Ni，Crの酸化物は、本発明材料にと
つて粒成長抑制剤の役割を果たすとともに、焼結
促進剤としても大きな役割をなし、微細な結晶粒
子でしかも強靱な焼結体を得る効果を呈するもの
である。これら酸化物の配合方法としては、上述
したごとく単なる粉末混合法でもよいが、焼成反
応結合処理を行うことにより、材料組織面で非常
に均一に分散した材料が得られ、その結果工具性
能における信頼性が非常に高いものとなる効果を
与える。なお、それら酸化物を粉末混合するのみ
で、本発明材料にあつては従来の材料にない粒成
長抑制兼焼結促進の効果を発揮するが、粉末混合
法の場合において次行程での湿式粉末混合段階で
酸化物が水酸化物〔たとえば、MgO→Mg（OH）
₂〕となり、水酸化物が若干の凝集性を有する性
質があり、均一分散性の点で焼成反応結合処理に
比べ僅かに劣る面がある。更に、それら酸化物の
うち、酸化硼素は炭化チタン成分の10〜50重量％
を硼化物系で置換した材料においては、酸化アル
ミニウムと硼化物系との強力な結合剤として作用
し、靱性、耐ピツチング性、耐摩耗性を向上させ
る効果を発揮する。また、イツトリウム酸化物については、Al₂O₃
とY₂O₃とを熱処理した複合酸化物であるガーネ
ツトY₃（Al，Ｙ）₂・（AlO₄）₃、又は（Ｙ，Al）₃Al₂
（AlO₄）₃をY₂O₃に換算して0.05〜1.25重量％配合
する。また同様に、Y₃Al₂（AlO₄）₃組成のガーネ
ツトやガーネツト以外のY_xAl_(1-x)O₃（ここでｘ＜
１）で表される組成でも使用可能である。この
Al₂O₃とY₂O₃との複合酸化物は、本発明材料のい
かなる組成上の組み合わせにおいても、顕著な焼
結促進効果を与え、更には、微細空孔の大幅な低
減効果を与えるとともに、他の必須成分である酸
化ジルコニウムを酸化アルミニウムと強固に結合
させる効果を発揮する。酸化ジルコニウムについては、純ZrO₂または
Y₂O₃，MgO，CaO，CeOの少なくとも一種で部
分安定化された酸化ジルコニウムを用い、より好
ましくは粒度0.3μｍ以下の純ジルコニア又は２〜
５モル％のY₂O₃で部分安定化されたジルコニア
を原料粉末とする。酸化ジルコニウム又は部分安
定化酸化ジルコニウムは、本発明材料の全組成に
対して粒成長抑制効果を与えるとともに、靱性向
上による耐ピツチング性、耐摩耗性、耐食性等の
改善をするものである。また、酸化ジルコニウム
又は部分安定化酸化ジルコニウムは、被削材又は
相手材との摩擦係数を小さくする効果があり、耐
摩耗性の特性改善に大きな効果を与え、更には焼
結反応を促進させる効果ももつ。このことは、特
に本発明材料で糸面幅が小さい切削工具を製作す
る場合に顕著に現れる。すなわち、靱性があまり
ない従来の材料では、糸面部に欠けが発生しやす
く製造歩留まりも満足のいくものではなかつた
が、本発明材料の場合にはZrO₂添加に起因する
靱性向上により、大幅な歩留まり向上の効果があ
る。窒化アルミニウムについては、これを配合す
ることにより、粒成長抑制剤として作用し、また
窒化物系又は窒化物との複合化合物と酸化アルミ
ニウム成分との強力な結合剤として作用する結
果、焼結促進効果と靱性改善効果が得られ、耐ピ
ツチング性、耐摩耗性、耐食性の改善が図られ
る。より好ましくは、平均粒径1μｍ以下の窒化
アルミニウムが効果的である。また、窒化アルミ
ニウムは、金属との濡れ性が悪く、且つ熱伝導率
が高い性質があるので、これを添加したセラミツ
クスを工具材料として用いた場合には、耐摩耗
性、耐熱衝撃性、耐溶着性等に優れたものが得ら
れる。炭化チタン成分の10〜50重量％をａ，ａ，
ａ族の窒化物、硼化物、炭化物及びそれらの複
合化合物の中から選ばれた少なくとも１種で置換
した場合は、アルミナ−炭化チタン系複合材料の
特徴を残し、かつ炭化チタン成分の結晶粒子の成
長を抑制する結果、均一微細な組織を有する材料
が得られるとともに、耐摩耗性、耐熱衝撃性、耐
食性等の改善が図られる。最後に、微細空孔の残存量を非常に少なくする
ことも、本発明材料の特徴の一つである。従来品
の空孔残存量が比較的多い理由としては、Al₂
O₃，TiC以外の成分であるTiO₂，MgO及びY₂O₃
等が単独酸化物として配合されていたためによる
と推考される。すなわち、TiO₂はTiC成分のフ
リーカーボン或いは焼結雰囲気から発生するCO
ガスなどと反応し、発生した反応ガス（CO，
CO₂）が材料の組織内に残存する要因と、TiO₂
がTiCに固溶する際に空孔を作る要因となる。ま
た、MgOは湿式混合時にMg（OH）₂となりやす
く、これが焼結過程で脱水するため空孔残存要因
となり、Y₂O₃はフリーカーボンとの反応および
Al₂O₃との反応等により空孔を発生させる要因と
なる。これに対して、本発明材料を固溶処理した
炭化チタン成分、ガーネツト類およびAl₂O₃と
Mg，Ｂ，Ni，Crの酸化物との化合粉末から製造
した場合には、上記空孔残存要因が軽減されるた
め、微細空孔の非常に少ない材料が得られる。このような材料は、各種成分を配合調整して得
られた焼結用原料粉末を熱間加圧焼結することに
より製造される。その熱間加圧焼結としては、焼
結用原料粉末を成形した素体を非酸化性雰囲気の
１〜100Kgｆ／cm²ガス圧の下で温度1550〜1800℃
で焼結することも可能であるが、好ましくはホツ
トプレス法や熱間静水圧加圧焼結法で製造するの
が特性の優れた成品を得る上で有利である。ホツ
トプレス法による場合は、非酸化性雰囲気中で加
圧力50〜350Kgｆ／cm²、焼結温度と1350〜1700℃
の下で緻密化するに要する時間だけ保持すること
により特性の良い材料が得られ、緻密化後長時間
保持した場合は粒成長のおそれがあり好ましくな
い。次に熱間静水圧加圧焼結法による場合は、普
通焼結（コールドプレス）法又はホツトプレス法
により製造した相対密度94〜98％の予備焼結体を
不活性ガス雰囲気（Ar，N₂）で加圧力500Kg
ｆ／cm²以上、温度1000〜1600℃の条件下で0.5〜
２時間保持することにより、緻密化処理して本発
明材料を得ることができる。なお、熱間静水圧加圧焼結法又はホツトプレス
法により焼結した材料を、非酸化性雰囲気におい
て加圧力０〜10Kgｆ／cm²、温度1000〜（焼結温度
＋100）℃の範囲で熱処理することにより、歪み
を除去することができる。したがつて、熱処理し
た材料は、研削加工時にチツピングを発生し難
く、且つ工具材料として使用中に残留応力に起因
する異常摩耗および異常チツピングの発生をみる
ことなく優れた工具材料として使用される。なお、セラミツクスヒータ材料用としては、導
電性のある炭化物、窒化物、硼化物及びそれらの
複合物を必要に応じて選択し、配合量を調整する
ことにより、比抵抗値を種々変化させる必要があ
る。更に、耐酸化性を要求する場合には、上記の
TiC置換物質の耐酸化性のある粉末をアルミナ−
炭化チタン系に配合することにより目的が達成さ
れ、導電性付与成分が材料中でネツト構造をつく
る範囲（少なくとも10容量％）にすることにより
好みのヒータ材料を得ることができる。〔成分範囲限定理由〕本発明材料において、炭化チタン成分は、酸化
アルミニウム成分とともに主成分を形成してお
り、炭化チタン成分が20重量％未満ではその添加
効果が小さく、耐熱衝撃性及び物理的耐衝撃性の
面で十分とはいえずかつAl₂O₃の粒成長に伴う低
硬度のために耐摩耗性等が劣る。また、機械加工
性も悪く、耐摩耗及び工具材料製造過程で研削時
間が多くかかり、ひいては歩留まりも低下する。
また、炭化チタン成分が45重量％を超えると機械
加工性は向上するが焼結温度を高くする必要があ
り、また炭化チタン成分及び酸化アルミニウム成
分の結晶粒子の成長が進行する結果、靱性が劣下
し、ひいては耐チツピング性及び耐摩耗性が低下
することになり、好ましくない。また、炭化チタンにTi，Ta，Nbなどの酸化物
を熱処理して固溶させた炭化チタン成分中のM.
Oは、混合調整粉末（焼結用原料粉末）段階で
は、M.O／（TiC＋M.O）＝15重量％以下（ゼロ
を含まず）、より好ましくは５〜15重量％に調整
しておくことが酸化アルミニウムと炭化チタン成
分との結合強化及び焼結促進効果を与える点で必
要である。上記15重量％以下（ゼロを含まず）のM.Oは、
焼結過程で焼結用原料粉末中のフリーカーボンや
焼結雰囲気から発生するCOガスにより還元また
は炭化される場合があり、炭化チタン成分中の
M.Oは高々15％（15％以下）となり、焼結過程
でその作用効果を発揮すれば焼結材料に炭化物及
び低級酸化物の形で残存してもよい。従つて、炭化チタンに熱処理して固溶させる
M.Oの量が15重量％を越えるとホツトプレス法
では黒鉛モールドと反応接着割れ原因となる他、
材料中の微細空孔の増加及び炭化チタンが酸素を
固溶し過ぎることによる脆さがひどくなるため、
材料の要求特性を満足しなくなる。 Mg，Ｂ，Ni，Crの酸化物又はこれら酸化物の
複合物はいずれも同様の効果を有し、少なくとも
１種で0.05〜1.5重量％を置換した酸化アルミニ
ウムを使用するのが粒成長抑制剤の役割を果たす
とともに、焼結促進剤および粒子結合剤としても
大きな役割をなし、微細な結晶粒子でしかも強靱
な焼結体を得る効果を与える。0.05重量％未満で
はこれら両者の作用効果がなく、逆に1.5重量％
を超えると酸化アルミニウム成分又は炭化チタン
成分と反応し、工具材料の大部分を占める構成粒
子間を脆化し靱性が低下する傾向が強くなるので
好ましくない。周期律表ａ，ａ，ａ族の炭化物、窒化
物、硼化物及びそれぞれの複合化合物の少なくと
も１種で炭化チタン成分の一部を置換する範囲が
10重量％未満では、材料特性の改善効果があまり
現れず、50重量％を超えると焼結温度が高くな
り、粒成長を生じやすくなる。その結果、靱性、
耐チツピング性及び耐摩耗性が劣るとともに、研
削加工段階で欠けが発生し易く製造歩留まりも悪
化することになる。このことから、材料特性の優
れたものが得られる範囲が10〜50重量％である。酸化ジルコニウムまたは部分安定化ジルコニア
の量が0.1重量％未満では粒成長抑制効果、靱性
向上効果等の材料特性の改善効果があまり現れ
ず、また15重量％を越すと硬さが低下して、耐摩
耗性が劣るようになるとともに、研削加工性が悪
くなる傾向にある。したがつて、酸化ジルコニウ
ムまたは部分安定化ジルコニアの量を0.1〜15重
量％とする。 Al₂O₃とY₂O₃との複合酸化物に含まれるイツト
リウム酸化物は、焼結用原料粉末に対する量が
0.05重量％未満では焼結促進剤としての効果すな
わち低温焼結性が少なく、逆に1.25重量％を越え
ると結晶粒子の成長を引き起こしたり、微細空孔
が多数発生する傾向があるため好ましくない。こ
のことから、イツトリウム酸化物の量を0.05〜
1.25重量％の範囲とした。窒化アルミニウムについては、0.2重量％未満
ではその作用効果が現れず、５重量％を越すと機
械加工性が低下する傾向が強くなるため、その量
的範囲を0.2〜５重量％とした。〔実施例〕本発明材料を切削工具用セラミツクス材料とし
て用いた場合の特性について、実施例により説明
する。Ａ出発原材料粉末・ α−Al₂O₃：平均粒子径0.3μｍ、純度99.9％・炭化チタン：平均粒子径1μｍ、不純物量
（Ti，Ｃ，Ｏ以外）＝0.1％・ Ti，Ta，Nbの酸化物：平均粒子径1μｍ以
下、不純物＝0.1％・周期律表ａ，ａ，ａ族の炭化物、窒化
物、硼化物及びそれらの複合化合物：平均粒子
径1μｍ以下、それぞれの構成元素以外の不純
物（酸素を除く）＝0.3％以下・ Mg，Ｂ，Ni，Crの各酸化物：単独酸化物の
平均粒子径0.5μｍ、純度99.9％なお、ドープ法に使用する場合それぞれの塩
の純度は99.9％以上・酸化ジルコニウム：平均粒子径0.3μｍ以下、
純度99.9％以上（部分安定化剤を含めた純度）・イツトリウム酸化物：平均粒子径1μｍ、純
度99.9％・窒化アルミニウム：平均粒子径1μｍ、不純
物（酸素を除く）＝0.1％上記の各種出発原料により、それぞれ置換粉
末、複合粉末を作り第１〜３表に示す材料組成と
なした。表中、No.２，３，４，７，９，13，16，17，
18，20，21，22，24，25，29，30，31，34，35，
38，40，41，42，43，46，47，48，49，50，52，
53，54，58，61は、炭化チタンとTi，Ta，Nbの
酸化物とを熱処理した炭化チタン成分及びAl₂O₃
とY₂O₃との複合酸化物を用いた本願発明の材料
であり、その他のNo.は炭化チタン、Al₂O₃とY₂O₃
を単に粉末混合した比較例である。ホツトプレス法は最適の焼結温度（1350〜1700
℃）、加圧力200Kgｆ／cm²の条件下で60分間保持
し、50×50×5.5mmの焼結体を得た。各種組成の
焼結体をダイヤモンド砥石で49×49×5.0mmに研
削して比重測定を行つた後、更にダイヤモンド砥
石で切断あるいは研削して試験片を作成し、各種
試験に供した。その結果を、第４表に資料No.毎の
特性として示す。また、各種組成の試験片を精密ラツプ仕上げし
た後、顕微鏡写真により炭化チタン成分の結晶粒
子を調べる一方、別途曲げ強度測定に供した試片
の破断面の走査型電子顕微鏡組織写真を観察し、
結晶粒子径と微細空孔の調査を行つた。研削加工性は、糸面幅が0.05より小さい研削工
具を製造する際に糸面部に発生する微小欠けの度
合により製造歩留まり上好ましくないものをＣ
印、欠け発生が殆どなく使用上問題ないものをＢ
印、特に優れているものをＡ印で示す。硬さは、
ロツクウエルＡスケールで測定し、94.3以上をＡ
印、94.0以上から94.3迄をＢ印、94.0未満をＣ印
で示した。破壊靱性に関しては、マイクロインデンテーシ
ヨン法により測定し、その値が5.0MN／m^3/2以上
のものをＡ印、4.5MN／m^3/2以上5.0MN／m^3/2未
満のものをＢ印、4.5MN／m^3/2未満のものをＣ印
で示した。切削テストとしては、SNGN432、糸面寸法0.1
×30°の切削工具を得てテストを行つた。まず、
耐摩耗性評価として、被削材SKD−11（H_RC60）
を旋盤により切削速度（Ｖ）×切り込み（ｄ）×送
り（ｆ）＝90m／min×0.5mm×0.2mm／revの条件
で10分間切削した後、逃げ面摩耗幅（V_B）を測
定し、V_B＝0.06m未満をＡ印で、V_B＝0.065mmか
らV_B＝0.100mm未満をＢ印で、V_B＝0.100mm以上を
Ｃ印で示した。また、耐欠損性を調べるため、鋳鉄（FC25）
をＶ×ｄ＝250m／min×1.5mmの条件にて各送り
ｆ（mm／tooth）を徐々に大きくしていき、寸法が
幅90×長さ252mmのFC25を長手方向に一回切削す
る途中で欠損した場合を寿命とし、同じ送り速度
で２回の繰り返しテストを行い、２回テスト中少
なくとも１回欠損した送りを耐欠損限界とした。
その送りｆが1.0mm／tooth以上をＡ印で、ｆ＝0.7
mm／tooth以上から1.0mm／tooth未満をＢ印で、
ｆ＝0.7mm／tooth未満をＣ印で示す。耐溶着性については、上記２通りの切削テスト
において、溶着がほとんど認められないものをＡ
印で、わずかに溶着現象が認められるが性能面で
ほとんど問題とならないものをＢ印で、明らかに
溶着が認められるものをＣ印で示した。結晶粒径については、焼結体の平均結晶粒子径
が1.2μｍ未満のものをＡ印、1.2〜1.5μｍのものを
Ｂ印、1.5μｍ以上のものをＣ印で示した。組織に残存する空孔については、1μｍ以上の
空孔の存在するものをＣ印、空孔径が1μｍ未満
であるが若干認められ従来品と同等のものをＢ
印、1μｍ未満の空孔が特に少ないものをＡ印で
示した。靱性については、曲げ強度が60Kgｆ／mm²未満の
ものをＣ印、60〜80Kgｆ／mm²のものをＢ印、80Kg
ｆ／mm²以上のものをＡ印で示した。相対密度については、99.4％以上をＡ印、99.0
〜99.4％未満をＢ印、99.0％未満をＣ印で示し
た。なお、第１表〜第３表に示した組成以外の材料
について別途調査した結果、各種成分の特許請求
の範囲内外の材料特性が成分範囲限定理由の項で
述べた通りであることが確認された。また、熱間静水圧加圧焼結法による効果ついて
も各種成分の材料を製造して得られた成品を調査
した結果、平均して結晶粒径がホツトプレス法よ
りも約0.2μｍ大きい以外は第４表に示した特性と
殆ど同じであつた。第１表〜第３表のTi，Ta，Nb酸化物は、TiC
成分及び／又は特許請求の範囲第３項のTiCと
TiC置換成分中に含まれる重量％を（％）で、ま
たMg，Ｂ，Ni，Crの酸化物は酸化アルミニウム
を置換した重量％（Al₂O₃成分中の割合）を
（％）で示した。また装飾部材用としては、前記精密ラツプ仕上
げしたものを観察した結果、配合成分により差は
あるものの、黒色系や黄褐色系など各種色調のも
のが得られ、内部に空孔の少ない材料（第４表中
のＢ，Ａ印）はいずれも良好な光沢面を有し、装
飾部材として有効であることが判明した。更に、ヒータ材料としては、炭化物、窒化物、
硼化物及びこれらの複合粉末成分が材料に対して
10体積％以上配合されるとネツト構造を形成する
状態となり、導電性が現れる。400℃以上で使用
されるヒータ材料としては、TiC成分の置換物質
である他の炭化物、窒化物、硼化物およびそれら
の複合物で置換する量が50重量％に近づく程、耐
酸化性が改善されることが判明した。すなわち、
TiCは酸素を固溶する性質が強いので、耐酸化性
の強い物質で置換することが好ましい。以上の実施例に示した如く、本願発明材料はい
ずれも空孔度がＡランクで、各種用途において優
れた性能を発揮することが判明した。

【表】

〔発明の効果〕

本発明の酸化アルミニウム−炭化チタンを主成
分系とする各種材料は、機械加工性に優れる他、
強度、靱性が高く、緻密で組織が均一微細で硬度
が高く、また金属材料、非鉄金属材料その他の相
手材料との親和性が少なく、且つ摩擦係数が小さ
いため、切削工具及び各種工具材料や耐摩、耐蝕
材料、装飾部材料、各種ヒータ材料として優れた
性能を発揮する。また、本発明材料は、各種組成
物の材料に調整可能であるため、用途からくる各
種特性を成分系の適宜な選択により満足させるこ
とができる。特に、炭化チタン成分の配合量を調
整することにより、適度の比抵抗値をもつ材料と
なるので、種々の用途に応じた電気抵抗部品とし
て使用することができる。

Claims

【特許請求の範囲】１メタルオキサイドの酸素の一部を炭化チタン
に固溶せしめた炭化チタンとメタルオキサイドと
の化合物である炭化チタン成分が20〜45重量％、酸化ジルコニウム0.1〜15重量％と、 Y₂O₃換算値が0.05〜1.25重量％であるAl₂O₃と
Y₂O₃との複合酸化物と、窒化アルミニウム0.2〜５重量％と、残部がMg，Ｂ，Ni，Crの酸化物の中から選択
した少なくとも１種又はそれらの複合酸化物0.05
〜1.5重量％で置換されたAl₂O₃とからなる耐摩耗
性に優れたセラミツクス材料。２メタルオキサイドが、Ti，TaおよびNbの酸
化物中の１種あるいは複数の酸化物の複合酸化物
からなり、メタルオキサイドをMOとしたとき、
MO／（TiC＋MO）が15重量％以下である特許
請求の範囲第１項に記載の耐摩耗性に優れたセラ
ミツクス材料。３炭化チタン成分の10〜50重量％をａ，
ａ，ａ族金属の炭化物、窒化物、硼化物及びそ
れぞれの複合化合物の少なくとも１種で置換した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
項記載の耐摩耗性に優れたセラミツクス材料。４酸化ジルコニウムがY₂O₃，MgO，CaO，
CeOの少なくとも１種で部分安定化されたZrO₂
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
ら第３項のいずれかに記載の耐摩耗性に優れたセ
ラミツクス材料。５特許請求の範囲第１項乃至第４項記載の材料
が電気抵抗部品として使用されることを特徴とす
る耐摩耗性に優れたセラミツクス材料。