JPH05319924A - 工具用ジルコニア質焼結体 - Google Patents
工具用ジルコニア質焼結体Info
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- JPH05319924A JPH05319924A JP4128616A JP12861692A JPH05319924A JP H05319924 A JPH05319924 A JP H05319924A JP 4128616 A JP4128616 A JP 4128616A JP 12861692 A JP12861692 A JP 12861692A JP H05319924 A JPH05319924 A JP H05319924A
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- Japan
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- zro
- scaly
- scaly alumina
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- sintered product
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】部分安定化ジルコニアを主成分とし、平均厚さ
２μm 以下、平均直径１０μm 以下の鱗片状アルミナが
３〜４０体積％の割合で含有する工具用ジルコニア質焼
結体を提供する。 【効果】鱗片状アルミナのいわゆるアンカー効果と、鱗
片状アルミナ周辺のｔ−ＺｒＯ2 がｍ−ＺｒＯ2 へ転移
し、体積膨張による亀裂抑制効果により、靱性を大幅に
向上することができ、これにより、チッピングを大幅に
抑制することができる。
２μm 以下、平均直径１０μm 以下の鱗片状アルミナが
３〜４０体積％の割合で含有する工具用ジルコニア質焼
結体を提供する。 【効果】鱗片状アルミナのいわゆるアンカー効果と、鱗
片状アルミナ周辺のｔ−ＺｒＯ2 がｍ−ＺｒＯ2 へ転移
し、体積膨張による亀裂抑制効果により、靱性を大幅に
向上することができ、これにより、チッピングを大幅に
抑制することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、包丁やスリッ
ターナイフ等の刃物や線引きダイス等のダイス類、耐磨
耗用工具類等に使用される工具用ジルコニア質焼結体に
関する。
ターナイフ等の刃物や線引きダイス等のダイス類、耐磨
耗用工具類等に使用される工具用ジルコニア質焼結体に
関する。
【０００２】
【従来技術】従来、例えば、包丁やスリッターナイフ等
の刃物や線引きダイス等のダイス類、耐磨耗用工具類等
には鉄等の金属が使用されていた。
の刃物や線引きダイス等のダイス類、耐磨耗用工具類等
には鉄等の金属が使用されていた。
【０００３】しかしながら、このような鉄等の金属を使
用した工具は、硬度が低く、また、錆等が発生するとい
う問題があったため、近年では、硬度が高く、錆等が発
生しないセラミック製の工具が使用されるようになって
いる。
用した工具は、硬度が低く、また、錆等が発生するとい
う問題があったため、近年では、硬度が高く、錆等が発
生しないセラミック製の工具が使用されるようになって
いる。
【０００４】しかし、このようなセラミック製工具で
は、使用時に応力が作用する応力作用部（例えば、包丁
やスリッターナイフ等の刃物では刃先部）が欠けやす
く、チッピングを生じ易いため、靱性の高いジルコニア
（ＺｒＯ2 ）質焼結体が使用されている（例えば、特開
平３−９３６６８号公報等参照）。
は、使用時に応力が作用する応力作用部（例えば、包丁
やスリッターナイフ等の刃物では刃先部）が欠けやす
く、チッピングを生じ易いため、靱性の高いジルコニア
（ＺｒＯ2 ）質焼結体が使用されている（例えば、特開
平３−９３６６８号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、高靱
性のＺｒＯ2 質焼結体を使用した工具でも、大きな衝撃
が生じると応力作用部にチッピングが生じることがあ
り、このようなチッピングを最小限に抑制する必要があ
った。
性のＺｒＯ2 質焼結体を使用した工具でも、大きな衝撃
が生じると応力作用部にチッピングが生じることがあ
り、このようなチッピングを最小限に抑制する必要があ
った。
【０００６】本発明者は、このような問題点に対して充
分に検討を行った結果、工具の応力作用部には、単斜晶
ＺｒＯ2 （ｍ−ＺｒＯ2 ）が多く生成しており、正方晶
ＺｒＯ2 （ｔ−ＺｒＯ2 ）が少ないことを見出した。と
ころで、ＺｒＯ2 の強靱化は、ｔ−ＺｒＯ2 からｍ−Ｚ
ｒＯ2 へ転移する際の体積膨張という変化によって行わ
れるため、上記のようにｔ−ＺｒＯ2 が少ないという点
から考えると、従来の工具では強靱化が行われ難いとい
う問題がある。この結果、応力作用部にクラックが発生
しようとしても、ｔ−ＺｒＯ2 からｍ−ＺｒＯ2 への転
移があまり行われず、体積膨張による強靱化が行われ難
く、クラックが進展してチッピングを生じる虞があっ
た。
分に検討を行った結果、工具の応力作用部には、単斜晶
ＺｒＯ2 （ｍ−ＺｒＯ2 ）が多く生成しており、正方晶
ＺｒＯ2 （ｔ−ＺｒＯ2 ）が少ないことを見出した。と
ころで、ＺｒＯ2 の強靱化は、ｔ−ＺｒＯ2 からｍ−Ｚ
ｒＯ2 へ転移する際の体積膨張という変化によって行わ
れるため、上記のようにｔ−ＺｒＯ2 が少ないという点
から考えると、従来の工具では強靱化が行われ難いとい
う問題がある。この結果、応力作用部にクラックが発生
しようとしても、ｔ−ＺｒＯ2 からｍ−ＺｒＯ2 への転
移があまり行われず、体積膨張による強靱化が行われ難
く、クラックが進展してチッピングを生じる虞があっ
た。
【０００７】この点について、本発明者はさらに検討を
行った所、応力作用部にｔ−ＺｒＯ2 が少ないのは、工
具の製造工程において必要不可欠な研磨工程で、応力作
用部がｔ−ＺｒＯ2 からｍ−ＺｒＯ2 へ転移し、応力作
用部におけるｔ−ＺｒＯ2 が少なくなっていることが明
らかになった。このような研磨の影響を取り除くため
に、種々の検討、例えば、工具の熱処理等を行ったが、
あまり効果が認められなかった。
行った所、応力作用部にｔ−ＺｒＯ2 が少ないのは、工
具の製造工程において必要不可欠な研磨工程で、応力作
用部がｔ−ＺｒＯ2 からｍ−ＺｒＯ2 へ転移し、応力作
用部におけるｔ−ＺｒＯ2 が少なくなっていることが明
らかになった。このような研磨の影響を取り除くため
に、種々の検討、例えば、工具の熱処理等を行ったが、
あまり効果が認められなかった。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】本発明者は、上記の問
題点に対して検討を行った結果、ＺｒＯ2 中に鱗片状Ａ
ｌ2 Ｏ3 を添加することにより、工具における応力作用
部を強靱化できることを知見し、本発明に至った。
題点に対して検討を行った結果、ＺｒＯ2 中に鱗片状Ａ
ｌ2 Ｏ3 を添加することにより、工具における応力作用
部を強靱化できることを知見し、本発明に至った。
【０００９】即ち、本発明の工具用ジルコニア質焼結体
は、部分安定化ジルコニアを主成分とするものであっ
て、さらに、少なくとも厚さ２μm 以下、直径１０μm
以下の鱗片状アルミナを３〜４０体積％の割合で含有し
てなるものである。
は、部分安定化ジルコニアを主成分とするものであっ
て、さらに、少なくとも厚さ２μm 以下、直径１０μm
以下の鱗片状アルミナを３〜４０体積％の割合で含有し
てなるものである。
【００１０】ここで、鱗片状アルミナの平均厚さを２μ
m 以下、平均直径を１０μm 以下としたのは、平均厚さ
が２μm より厚く、平均直径が１０μm より大きい場合
には、靱性改善の効果が少なく、焼結性も悪くなるから
である。鱗片状アルミナは、平均厚さが０．５μm 以
下、平均直径２μm 以下が好ましい。この範囲であれ
ば、靱性強化の効果が大きいからである。
m 以下、平均直径を１０μm 以下としたのは、平均厚さ
が２μm より厚く、平均直径が１０μm より大きい場合
には、靱性改善の効果が少なく、焼結性も悪くなるから
である。鱗片状アルミナは、平均厚さが０．５μm 以
下、平均直径２μm 以下が好ましい。この範囲であれ
ば、靱性強化の効果が大きいからである。
【００１１】また、鱗片状アルミナを３〜４０体積％添
加したのは、３体積％より少ないと、強靱性の効果が少
なく、４０体積％を越えると、緻密な焼結体が得られに
くいからである。尚、鱗片状アルミナの最適な添加量
は、焼成方法によって異なる。
加したのは、３体積％より少ないと、強靱性の効果が少
なく、４０体積％を越えると、緻密な焼結体が得られに
くいからである。尚、鱗片状アルミナの最適な添加量
は、焼成方法によって異なる。
【００１２】即ち、通常焼成では、３〜２０体積％が好
ましく、通常焼成した後熱間静水圧焼成法では３〜２５
体積％が好ましく、さらに、ガラスカプセルによる熱間
静水圧焼成法（ＨＩＰ）では３〜４０体積％が好まし
く、ホットプレスでは３〜３５体積％が好ましい。
ましく、通常焼成した後熱間静水圧焼成法では３〜２５
体積％が好ましく、さらに、ガラスカプセルによる熱間
静水圧焼成法（ＨＩＰ）では３〜４０体積％が好まし
く、ホットプレスでは３〜３５体積％が好ましい。
【００１３】本発明の主成分である部分安定化ジルコニ
アとは、ｔ−ＺｒＯ2 をジルコニア中６０％以上の割合
で含有するもので、ｍ−ＺｒＯ2 ，立方晶ＺｒＯ2 （ｃ
−ＺｒＯ2 ）が４０％以下で存在していても良い。
アとは、ｔ−ＺｒＯ2 をジルコニア中６０％以上の割合
で含有するもので、ｍ−ＺｒＯ2 ，立方晶ＺｒＯ2 （ｃ
−ＺｒＯ2 ）が４０％以下で存在していても良い。
【００１４】本発明の工具用ジルコニア質焼結体を製造
するための方法としては、例えば、まず、ＺｒＯ2 に安
定化剤としてＹ2 Ｏ3 を２．５〜３モル％の割合で含有
してなる部分安定化ＺｒＯ2 を準備し、この部分安定化
ＺｒＯ2 に鱗片状Ａｌ2 Ｏ3を３〜４０体積％、焼結性
を向上すべくＹ2 Ｏ3 ，Ｅｒ2 Ｏ3 等の焼結助剤を所定
量、さらに、バインダー等を添加し、所望の成形手段、
例えば金型プレス，冷間静水圧プレス，押出し成形等に
より任意の形状に成形後、１３５０〜１５００℃で焼成
する。
するための方法としては、例えば、まず、ＺｒＯ2 に安
定化剤としてＹ2 Ｏ3 を２．５〜３モル％の割合で含有
してなる部分安定化ＺｒＯ2 を準備し、この部分安定化
ＺｒＯ2 に鱗片状Ａｌ2 Ｏ3を３〜４０体積％、焼結性
を向上すべくＹ2 Ｏ3 ，Ｅｒ2 Ｏ3 等の焼結助剤を所定
量、さらに、バインダー等を添加し、所望の成形手段、
例えば金型プレス，冷間静水圧プレス，押出し成形等に
より任意の形状に成形後、１３５０〜１５００℃で焼成
する。
【００１５】焼成は、普通焼成法，ホットプレス法およ
び熱間静水圧焼成法等が適用されるが、緻密性を向上す
るには、普通焼成の後、熱間静水圧焼成法（ＨＩＰ）す
ることが好ましい。
び熱間静水圧焼成法等が適用されるが、緻密性を向上す
るには、普通焼成の後、熱間静水圧焼成法（ＨＩＰ）す
ることが好ましい。
【００１６】
【作用】本発明の工具用ジルコニア質焼結体では、例え
ば、工具の製造工程における研磨工程において、応力作
用部がｔ−ＺｒＯ2 からｍ−ＺｒＯ2 へ転移し、応力作
用部におけるｔ−ＺｒＯ2 が少なくなっている場合で
も、下記の２つの理由から靱性が大幅に向上する。
ば、工具の製造工程における研磨工程において、応力作
用部がｔ−ＺｒＯ2 からｍ−ＺｒＯ2 へ転移し、応力作
用部におけるｔ−ＺｒＯ2 が少なくなっている場合で
も、下記の２つの理由から靱性が大幅に向上する。
【００１７】即ち、セラミックにおけるチッピングは、
先ず、セラミック表面に亀裂が生じ、この亀裂が次第に
拡大することにより発生するが、本発明のように、Ｚｒ
Ｏ2に鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 を添加すると、図１に示すよう
に、鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 １１が外部からの衝撃に対して充
分に耐える、いわゆるアンカー効果のため、靱性が向上
し、初期段階での亀裂の進展が抑制され、チッピングが
抑制される。
先ず、セラミック表面に亀裂が生じ、この亀裂が次第に
拡大することにより発生するが、本発明のように、Ｚｒ
Ｏ2に鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 を添加すると、図１に示すよう
に、鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 １１が外部からの衝撃に対して充
分に耐える、いわゆるアンカー効果のため、靱性が向上
し、初期段階での亀裂の進展が抑制され、チッピングが
抑制される。
【００１８】また、本発明の工具用ジルコニア質焼結体
では、図１に示したように、焼結体１３に亀裂が生じよ
うとすると、鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 １１に引張力が作用し、
この鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 １１のまわり１５に存在するｔ−
ＺｒＯ2 がｍ−ＺｒＯ2 へ転移し、ｍ−ＺｒＯ2 へ転移
する量が大幅に向上し、鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 １１のまわり
の焼結体１３の体積が膨張し、亀裂の拡大が抑制され、
靱性が向上する。
では、図１に示したように、焼結体１３に亀裂が生じよ
うとすると、鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 １１に引張力が作用し、
この鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 １１のまわり１５に存在するｔ−
ＺｒＯ2 がｍ−ＺｒＯ2 へ転移し、ｍ−ＺｒＯ2 へ転移
する量が大幅に向上し、鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 １１のまわり
の焼結体１３の体積が膨張し、亀裂の拡大が抑制され、
靱性が向上する。
【００１９】以下、本発明を次の例で説明する。
【００２０】
【実施例】原料粉末として、安定化剤としてＹ2 Ｏ3 を
３モル％含有するｔ−ＺｒＯ2 を主体とする部分安定化
ＺｒＯ2 の共沈原料粉末（平均結晶粒径０．５μｍ）を
調合し、充分粉砕混合する。この部分安定化ＺｒＯ2 中
に、表１に示す焼結体となるように鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 お
よび焼結助剤を所定量秤量添加した後、アトリッション
ミルで３０分間混合粉砕した。この混合粉末にバインダ
ーとしてパラフィンワックスを添加混合した後、これを
乾燥し、加圧力２ton/cm2 でプレス成形した。この成形
体を、大気中において、１４５０℃の温度で、１時間焼
成した。
３モル％含有するｔ−ＺｒＯ2 を主体とする部分安定化
ＺｒＯ2 の共沈原料粉末（平均結晶粒径０．５μｍ）を
調合し、充分粉砕混合する。この部分安定化ＺｒＯ2 中
に、表１に示す焼結体となるように鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 お
よび焼結助剤を所定量秤量添加した後、アトリッション
ミルで３０分間混合粉砕した。この混合粉末にバインダ
ーとしてパラフィンワックスを添加混合した後、これを
乾燥し、加圧力２ton/cm2 でプレス成形した。この成形
体を、大気中において、１４５０℃の温度で、１時間焼
成した。
【００２１】
【表１】
【００２２】そして、各焼結体に対してＪＩＳＲ１６０
１に従い３点曲げ抗折強度およびビッカース硬度を測定
した。また、試料を鏡面状態にポリッシングしてＩＦ法
で破壊靱性を測定した。さらに、各試料をダイヤモンド
砥石で研磨し、刃物形状に加工し、１００時間使用した
後、チッピングが生じているかどうかの検査を行った。
この結果を表２に示した。
１に従い３点曲げ抗折強度およびビッカース硬度を測定
した。また、試料を鏡面状態にポリッシングしてＩＦ法
で破壊靱性を測定した。さらに、各試料をダイヤモンド
砥石で研磨し、刃物形状に加工し、１００時間使用した
後、チッピングが生じているかどうかの検査を行った。
この結果を表２に示した。
【００２３】
【表２】
【００２４】表２より、本発明の試料は、いづれも高い
強度，靱性，硬度が得られるとともに、一定時間使用後
においてもチッピングが発生しないか、発生しても極微
小であった。
強度，靱性，硬度が得られるとともに、一定時間使用後
においてもチッピングが発生しないか、発生しても極微
小であった。
【００２５】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の工具用ジル
コニア質焼結体では、ＺｒＯ2 に鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 を添
加すると、この鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 が外部からの衝撃に対
して充分に耐える、いわゆるアンカー効果のため、靱性
が向上し、初期段階での亀裂の進展が抑制され、チッピ
ングが抑制される。また、焼結体に亀裂が生じようとす
ると鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 に引張力が作用し、この鱗片状Ａ
ｌ2 Ｏ3 のまわりに存在するｔ−ＺｒＯ2 がｍ−ＺｒＯ
2 へ転移し、鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 のまわりの体積が膨張
し、亀裂の拡大が抑制される。従って、本発明の工具用
ジルコニア質焼結体を工具に適用した場合に、工具の製
造工程における研磨工程において、応力作用部がｔ−Ｚ
ｒＯ2 からｍ−ＺｒＯ2 へ転移し、ｔ−ＺｒＯ2 が少な
くなっている場合でも、靱性を大幅に向上することがで
き、これにより、チッピングを大幅に抑制することがで
きる。
コニア質焼結体では、ＺｒＯ2 に鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 を添
加すると、この鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 が外部からの衝撃に対
して充分に耐える、いわゆるアンカー効果のため、靱性
が向上し、初期段階での亀裂の進展が抑制され、チッピ
ングが抑制される。また、焼結体に亀裂が生じようとす
ると鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 に引張力が作用し、この鱗片状Ａ
ｌ2 Ｏ3 のまわりに存在するｔ−ＺｒＯ2 がｍ−ＺｒＯ
2 へ転移し、鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 のまわりの体積が膨張
し、亀裂の拡大が抑制される。従って、本発明の工具用
ジルコニア質焼結体を工具に適用した場合に、工具の製
造工程における研磨工程において、応力作用部がｔ−Ｚ
ｒＯ2 からｍ−ＺｒＯ2 へ転移し、ｔ−ＺｒＯ2 が少な
くなっている場合でも、靱性を大幅に向上することがで
き、これにより、チッピングを大幅に抑制することがで
きる。
【図１】鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 添加の効果を示すための組織
図である。
図である。
１１ 鱗片状Ａｌ2 Ｏ3 １３ 焼結体
Claims (1)
- 【請求項１】部分安定化ジルコニアを主成分とし、平均
厚さ２μm 以下、平均直径１０μm 以下の鱗片状アルミ
ナが３〜４０体積％の割合で含有することを特徴とする
工具用ジルコニア質焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4128616A JP2922713B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 工具用ジルコニア質焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4128616A JP2922713B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 工具用ジルコニア質焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05319924A true JPH05319924A (ja) | 1993-12-03 |
| JP2922713B2 JP2922713B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=14989196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4128616A Expired - Fee Related JP2922713B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 工具用ジルコニア質焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2922713B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117383932A (zh) * | 2023-10-11 | 2024-01-12 | 江苏利宇剃须刀有限公司 | 一种手动剃须刀陶瓷刀片的制备方法 |
-
1992
- 1992-05-21 JP JP4128616A patent/JP2922713B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117383932A (zh) * | 2023-10-11 | 2024-01-12 | 江苏利宇剃须刀有限公司 | 一种手动剃须刀陶瓷刀片的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2922713B2 (ja) | 1999-07-26 |
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