JPH0611670B2 - Ceramic sintered body with composite structure - Google Patents

Ceramic sintered body with composite structure

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JPH0611670B2
JPH0611670B2 JP2128829A JP12882990A JPH0611670B2 JP H0611670 B2 JPH0611670 B2 JP H0611670B2 JP 2128829 A JP2128829 A JP 2128829A JP 12882990 A JP12882990 A JP 12882990A JP H0611670 B2 JPH0611670 B2 JP H0611670B2
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weight
sintered body
hard particles
whiskers
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祐次 勝村
哲也 満田
裕二 佐藤
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Tungaloy Corp
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、切削工具材料,耐摩耗工具材料などの工具材
料から耐腐蝕性材料又は各種の機械部品や電気部品など
にも応用できる複合組織を有するセラミックス焼結体に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention is a composite structure that can be applied from tool materials such as cutting tool materials and wear resistant tool materials to corrosion resistant materials or various mechanical parts and electrical parts. And a ceramics sintered body having

(従来の技術) 従来の材料にウイスカーや繊維を含有させて、材料の強
度を高めることが行われている。この内、セラミックス
のマトリックス中にウイスカーを含有させてなる。所謂
繊維強化セラミックス(FRC)についての検討も多数行わ
れている。このFRCについての代表的なものとして、特
開昭61−174165号公報及び特開昭61−274803号公報があ
る。
(Prior Art) It has been performed to increase the strength of materials by incorporating whiskers and fibers into conventional materials. Of these, whiskers are contained in the ceramic matrix. Many studies have been conducted on so-called fiber reinforced ceramics (FRC). Typical examples of this FRC are JP-A-61-174165 and JP-A-61-274803.

(発明が解決しようとする問題点) 特開昭61−174165号公報には、アルミナ素地中に1μm
以下の径,20μm以下の長さの炭化ケイ素ウイスカーを
2〜30容積%分散させてなるアルミナ−炭化ケイ素耐熱
複合焼結体が開示されている。また、特開昭61−274803
号公報には、2〜40容積%のセラミックス・ウイスカー
をセラミックス・マトリックス内に分散させてなる強化
したセラミックス切削工具が開示されている。
(Problems to be Solved by the Invention) Japanese Patent Laid-Open No. 174165/1986 discloses that 1 μm is contained in an alumina substrate.
Disclosed is an alumina-silicon carbide heat resistant composite sintered body in which 2 to 30% by volume of silicon carbide whiskers having the following diameter and a length of 20 μm or less are dispersed. In addition, JP-A-61-274803
The publication discloses a reinforced ceramic cutting tool in which 2 to 40% by volume of ceramic whiskers are dispersed in a ceramic matrix.

これら両公報の内、前者は高温での曲げ強度及び硬度が
著しく改善されたこと、切削工具用チップとして著しい
向上が期待できると示唆されているもので、後者は実際
に、切削工具、特に金属の被削材を切削する切削工具材
料として著しい効果があるというものであるけれども、
両者共マトリックス中にウイスカーを単純に分散させた
ものであるために、切削工具として満足できるだけの寿
命が得られていないという問題がある。
Of these two publications, the former is suggested to be significantly improved in bending strength and hardness at high temperature, and is expected to be expected to be significantly improved as a cutting tool tip, and the latter is actually used for a cutting tool, particularly metal. Although it is said that it has a remarkable effect as a cutting tool material for cutting the work material of
Since both of them are simply dispersed whiskers in the matrix, there is a problem that the cutting tool does not have a satisfactory life.

本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具体
的には、セラミックス・マトリックス中にウイスカーを
分散させてなるウイスカー分散相をウイスカーの含有し
てないセラミックス・マトリックス相又は微量のウイス
カーの含有したセラミックス・マトリックス相でもって
包囲した組織構成にして切削工具寿命の向上を達成させ
たセラミックス焼結体の提供を目的とするものである。
The present invention solves the above-mentioned problems, and specifically, a whisker dispersed phase obtained by dispersing whiskers in a ceramic matrix is a ceramic matrix phase containing no whiskers or a small amount of whiskers. It is an object of the present invention to provide a ceramics sintered body having a structure configuration surrounded by a ceramics matrix phase containing the above and achieving an improvement in cutting tool life.

(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、FRCの強度という観点からするとウイス
カーの含有量が多い程好ましいが、例えばSiCウイスカ
ーは鉄族金属と反応し易く、耐摩耗性を低下させること
ができるだけ含有量を少なくする方が好ましいという相
反する方向にあること、この相反する方向を打開できる
ような、特に切削工具材料として実用化できるような強
度及び耐摩耗性を有するウイスカー含有セラミックスに
ついて検討していた所、FRCの強度の向上には、焼結体
中におけるウイスカーの分散状態が大きく影響するこ
と、このウイスカーの分散は、焼結体全体に均一に分散
させるよりも、マトリックス中に密にウイスカーの混在
してなる相をマトリックスの相又はマトリックス中に粗
にウイスカーの混在してなる相でもって包囲した状態の
組織構成にすると強度及び耐摩耗性の向上が著しく、切
削工具としての寿命向上も顕著であるという知見を得た
ものである。この知見に基づいて、本発明を完成するに
至ったものである。
(Means for Solving Problems) From the viewpoint of the strength of FRC, the present inventors prefer a larger content of whiskers, but, for example, SiC whiskers easily react with an iron group metal and reduce wear resistance. It is preferable to reduce the content as much as possible in the contradictory direction, and the whisker-containing ceramics having the strength and wear resistance capable of breaking through the contradictory directions, and particularly capable of being practically used as a cutting tool material. In order to improve the strength of FRC, the dispersion state of whiskers in the sintered body has a great effect.The dispersion of the whiskers in the matrix is more uniform than that in the sintered body. A densely mixed whisker phase was surrounded by a matrix phase or a roughly mixed whisker phase in the matrix. The present inventors have obtained the knowledge that the strength and wear resistance are remarkably improved and the life of the cutting tool is remarkably improved when the structure of the structure is changed. The present invention has been completed based on this finding.

すなわち、本発明の複合組織を有するセラミックス焼結
体は、10〜60重量%のウイスカーと、残り金属酸化物を
主成分とする硬質粒子と不可避不純物とからなるセラミ
ックス焼結体であって、該セラミックス焼結体が金属酸
化物を主成分とする第1硬質粒子とウイスカーとの混在
してなる第1相と、金属酸化物を主成分とする第2硬質
粒子又は第2硬質粒子中に該第1相と比べて貧化してな
るウイスカーの含有してなる第2相とからなり、かつ該
第1相が第2相により包囲されている組織構成になって
いることを特徴とするものである。
That is, a ceramics sintered body having a composite structure of the present invention is a ceramics sintered body consisting of 10 to 60% by weight of whiskers, hard particles containing the remaining metal oxide as a main component, and unavoidable impurities. The ceramics sintered body contains a first phase in which first hard particles containing a metal oxide as a main component and whiskers are mixed, and a second hard particle or a second hard particle containing a metal oxide as a main component in the first phase. It is characterized in that it comprises a second phase containing whiskers that are poorer than the first phase, and that the first phase is surrounded by the second phase. is there.

本発明の複合組織を有するセラミックス焼結体における
第1相は、第1硬質粒子とウイスカーとの混合したもの
で、この相の大きさ及び形状についての詳細は、詳述す
るが大体10〜数 100μmの大きさの相でなっており、こ
の内、第1硬質粒子の主成分である金属酸化物は、例え
ば、具体的には、酸化アルミニウム,酸化ジルコニウ
ム,酸化クロム,酸化マグネシウム,ムライト(3Al2O3
・2SiO2),スピネル(MgO・Al2O3),ジルコン(ZrO・SiO
4),コージライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)を代表例とし
て、ウイスカーは、炭化ケイ素ウイスカー,窒化ケイ素
ウイスカー,炭化チタンウイスカー,窒化チタンウイス
カー,炭化ホウ素ウイスカー,窒化ホウ素ウイスカーを
代表例として挙げることができる。この内、第1相が30
〜60重量%の炭化ケイ素ウイスカーと、残り酸化アルミ
ニウムを主成分とする第1硬質粒子とでなる場合は、強
度の向上が顕著になるので好ましいことである。この第
1相中の第1硬質粒子が酸化アルミニウムのみからなる
場合には強度の向上が著しく、また酸化ジルコニウム,
酸化ハフニウム又は希土類金属の酸化物及びこれらの相
互固溶体の中の少なくとも1種を15重量%以下と、残り
酸化アルミニウムとからなる場合には焼結の促進及び強
度の向上が著しく、さらにTi,V,Ta,Cr,Mo,W,Siの
炭化物,窒化物,酸化物,Zr,Hfの炭化物,窒化物,炭
酸化物,窒酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少なく
とも1種を30重量%以下と、残り酸化アルミニウムとか
らなる場合には耐摩耗性及び強度の向上が著しくなるこ
とから、特に好ましいものである。
The first phase in the ceramics sintered body having the composite structure of the present invention is a mixture of the first hard particles and the whiskers, and the details of the size and shape of this phase will be described in detail, but generally 10 to several. The metal oxide as the main component of the first hard particles includes, for example, aluminum oxide, zirconium oxide, chromium oxide, magnesium oxide, mullite (3Al). 2 O 3
・ 2SiO 2 ), spinel (MgO ・ Al 2 O 3 ), zircon (ZrO ・ SiO
4 ) and cordierite (2MgO ・ 2Al 2 O 3・ 5SiO 2 ) as typical examples, silicon carbide whiskers, silicon nitride whiskers, titanium carbide whiskers, titanium nitride whiskers, boron carbide whiskers, boron nitride whiskers, and boron nitride whiskers are typical examples. Can be mentioned as. Of these, the first phase is 30
It is preferable that the content of silicon carbide whiskers is up to 60% by weight and the remaining first hard particles containing aluminum oxide as a main component because the strength is remarkably improved. When the first hard particles in the first phase consist only of aluminum oxide, the strength is remarkably improved.
When the content of at least one of hafnium oxide or rare earth metal oxide and at least one of these mutual solid solutions is 15% by weight or less and the balance is aluminum oxide, the promotion of sintering and the improvement of strength are remarkable, and Ti, V , Ta, Cr, Mo, W, Si carbides, nitrides, oxides, Zr, Hf carbides, nitrides, carbooxides, nitric oxides and at least one of these mutual solid solutions, up to 30% by weight And the balance of aluminum oxide, the wear resistance and the strength are remarkably improved, which is particularly preferable.

本発明の複合組織を有するセラミックス焼結体における
第2相は、金属酸化物を主成分とする第2硬質粒子、又
はこの第2硬質粒子と第1相中のウイスカー含有量と比
べて貧化してなるウイスカー、具体的には、例えば第1
層中のウイスカー含有量の50%以下、好ましくは20%以
下のウイスカーが第2硬質粒子中に混在してなる状態の
相である。
The second phase in the ceramic sintered body having the composite structure of the present invention becomes poorer than the second hard particles containing metal oxide as a main component, or the whisker content in the second hard particles and the first phase. Whiskers, specifically, for example, the first
It is a phase in which 50% or less, preferably 20% or less of the whisker content in the layer is mixed in the second hard particles.

この第2相中の第2硬質粒子は、例えば、具体的には、
酸化アルミニウムのみからなる場合、酸化ジルコニウ
ム,酸化ハフニウム又は希土類金属の酸化物の中の少な
くとも1種を15重量%以下と残り酸化アルミニウムとか
らなる場合、もしくはTi,V,Nd,Ta,Cr,Mo,W,Siの
炭化物,窒化物,酸化物,Zr,Hfの炭化物,窒化物,炭
酸化物,窒酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少なく
とも1種を30重量%以下と残り酸化アルミニウムとから
なる場合を挙げることができる。この第2硬質粒子は、
第1硬質粒子と同一組成成分の場合、又は異なった組成
成分からなる場合もある。
The second hard particles in the second phase are, for example, specifically,
In the case of only aluminum oxide, in the case of at least one oxide of zirconium oxide, hafnium oxide or rare earth metal and 15% by weight or less and the rest aluminum oxide, or in the case of Ti, V, Nd, Ta, Cr, Mo. , W, Si carbides, nitrides, oxides, Zr, Hf carbides, nitrides, carbooxides, nitric oxides, and at least one of these mutual solid solutions from 30% by weight or less and the balance of aluminum oxide. Can be mentioned. The second hard particles are
The first hard particles may have the same composition component or may have different composition components.

以上の第1相と第2相とは、種々の組合せにすることが
できるもので、例えば第1相が炭化ケイ素ウイスカー30
〜60重量%と、残り酸化アルミニウムの第1硬質粒子と
からなり、第2相が酸化アルミニウムの第2硬質粒子
(微量の炭化ケイ素ウイスカー含有)との組合わせ、又
は第1相が炭化ケイ素ウイスカー30〜60重量%と、酸化
ジルコニウム,酸化ハフニウム又は希土類金属の酸化物
及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種を15重量
%以下と残り酸化アルミニウムの第1硬質粒子を40〜70
重量%とからなり、第2相が酸化アルミニウムの第2硬
質粒子(微量の炭化ケイ素ウイスカー含有)との組合わ
せ、もしくは第1相が炭化ケイ素ウイスカー30〜60重量
%と、酸化ジルコニウム,酸化ハフニウム又は希土類金
属の酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも1
種を15重量%以下と残り酸化アルミニウムの第1硬質粒
子を40〜70重量%とからなり、第2相がTi,V,Nb,T
a,Cr,Mo,W,Siの炭化物,窒化物,酸化物,Zr,Hfの
炭化物,窒化物,炭酸化物,窒酸化物及びこれらの相互
固溶体の中の少なくとも1種を30重量%以下と、残り酸
化アルミニウムの第2硬質粒子(微量の炭化ケイ素ウイ
スカー含有)との組合わせでなる場合には、特に焼結の
促進,粒成長抑制,耐摩耗性の向上,耐熱性の向上及び
強度の向上が顕著になることから好ましいことである。
The first phase and the second phase described above can be combined in various ways. For example, the first phase is a silicon carbide whisker 30.
-60% by weight and the remaining first hard particles of aluminum oxide, the second phase being a combination of second hard particles of aluminum oxide (containing a trace amount of silicon carbide whiskers), or the first phase being silicon carbide whiskers. 30-60% by weight, 15% by weight or less of at least one of zirconium oxide, hafnium oxide or oxides of rare earth metals and mutual solid solutions thereof, and 40-70% of the first aluminum oxide hard particles.
The second phase is a combination with second hard particles of aluminum oxide (containing a trace amount of silicon carbide whiskers), or the first phase is 30 to 60% by weight of silicon carbide whiskers, zirconium oxide, hafnium oxide. Or at least one of rare earth metal oxides and their mutual solid solutions.
The second phase consists of Ti, V, Nb, and T, and is composed of 15% by weight or less of the seed and 40 to 70% by weight of the first hard particles of aluminum oxide.
At least one of a, Cr, Mo, W, Si carbides, nitrides, oxides, Zr, Hf carbides, nitrides, carbonates, oxynitrides and mutual solid solutions thereof is set to 30% by weight or less. , In the case of the combination with the second hard particles of the remaining aluminum oxide (containing a trace amount of silicon carbide whiskers), especially promotion of sintering, suppression of grain growth, improvement of wear resistance, improvement of heat resistance and strength. It is preferable because the improvement becomes remarkable.

本発明の複合組織を有するセラミックス焼結体における
第1相は、配向された状態になっていることが好まし
く、例えば一方向の断面では約10〜数100μmの楕円形
状戦び/又は円形状であるのに対し、この断面に対し垂
直方向の断面では、針状,棒状から楕円状の形になって
いるものである。この第1相の周辺を約5〜20μm幅の
第2相が連続した状態で包囲されてなる組織からなるも
のである。
The first phase in the ceramics sintered body having the composite structure of the present invention is preferably oriented, for example, in a cross section in one direction, an elliptical battle and / or a circular shape of about 10 to several 100 μm. On the other hand, the cross section perpendicular to this cross section has a needle-like shape, a rod-like shape, or an elliptical shape. It is composed of a tissue in which the periphery of the first phase is surrounded by a continuous second phase having a width of about 5 to 20 μm.

この本発明の複合組織を有するセラミックス焼結体にお
けるウイスカーの含有量が10重量%未満になると、ウイ
スカーによる強度の向上効果が弱く、逆にウイスカーの
含有量が60重量%を超えて多くなると、焼結し難く、緻
密な焼結体を得るのが困難になり、その結果強度低下と
なる。このために、本発明の焼結体に含有するウイスカ
ーは、10〜60重量%と定めたものである。
When the content of whiskers in the ceramics sintered body having the composite structure of the present invention is less than 10% by weight, the effect of improving the strength by the whiskers is weak, and conversely, when the content of whiskers exceeds 60% by weight and increases, It is difficult to sinter, and it becomes difficult to obtain a dense sintered body, resulting in a decrease in strength. For this reason, the whiskers contained in the sintered body of the present invention are defined as 10 to 60% by weight.

本発明の複合組織を有するセラミックス焼結体は、従来
からの粉末冶金の製造方法を応用して得ることができる
けれども、特に重要なことは、第1相となる相成成分の
ものを造粒し、この造粒粉に第2相となる組成成分の粉
末を混在させ、次いで成形及び焼結する方法が好ましい
ことである。この内、第1相を形成するための造粒粉の
大きさ,形状及び硬さが実際に結晶体となったときの第
1相の大きさ及び形状に影響を及ぼすので重要になって
くるものである。
The ceramic sintered body having the composite structure of the present invention can be obtained by applying the conventional method of manufacturing powder metallurgy, but it is particularly important to granulate the compound having the first phase as a compound. Then, it is preferable to mix the granulated powder with the powder of the composition component to be the second phase, and then form and sinter. Of these, the size, shape, and hardness of the granulated powder for forming the first phase influences the size and shape of the first phase when it actually becomes a crystal, and therefore becomes important. It is a thing.

(作用) 本発明の複合組織を有するセラミックス焼結体は、第1
相が種として強度の向上に寄与し、特に第1相中に酸化
ジルコニウム,酸化ハフニウム又は希土類金属の酸化物
の中の少なくとも1種を含有している場合には、焼結の
促進を高める作用となり、第2相が主として耐摩耗性の
向上に寄与し、特に第2相中にTi,V,Nb,Ta,Cr,M
o,W,Siの炭化物,窒化物,酸化物,Zr,Hfの炭化物,
窒化物,炭酸化物,窒酸化物及びこれらの相互固溶体の
中の少なくとも1種を含有している場合には、微粒化,
高硬度化及び耐摩耗性の向上に寄与し、この第1相と第
2相との組合わせで、かつ第1相を第2相で包囲し、第
2相を連続化させることが耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性
を高めると共に、強度をより一層高めるという作用にな
っているものである。
(Operation) The ceramic sintered body having the composite structure of the present invention is the first
The phase contributes to the improvement of strength as a seed, and particularly when the first phase contains at least one kind of oxides of zirconium oxide, hafnium oxide or a rare earth metal, it has an effect of enhancing the promotion of sintering. Therefore, the second phase mainly contributes to the improvement of wear resistance, and especially Ti, V, Nb, Ta, Cr and M are contained in the second phase.
o, W, Si carbide, nitride, oxide, Zr, Hf carbide,
If it contains at least one of nitrides, carbonates, oxynitrides and their mutual solid solutions, atomization,
It contributes to higher hardness and wear resistance, and it is possible to make the second phase continuous by surrounding the first phase with the second phase in combination with the first phase and the second phase. In addition to enhancing the heat resistance, the heat resistance and the oxidation resistance, it further enhances the strength.

(実施例) 実施例1 平均粒径0.5μmのAl2O3粉末と平均直径0.5μm,平均
長さ20μmのSiCウイスカー[SiC(W)と記載]と
を出発物質として、まず、第1に第1表に第1相形成用
造粒分として示した組成成分をアルミナボールの用い
て、(配合成分とボールの比は1:1とした。)ボール
ミルにより湿式混合した。この混合物を乾燥後、3%の
パラフィンワックスを添加し、転造法により造粒し、次
いで篩別して、−60〜+ 325メッシュの第1相形成用造
粒粉を得た。この第1相形成用造粒粉に第1表の第2相
形成用造粒分として示した組成成分を追加添加し、Vブ
レンダーで混合して、混合物を得た。この混合物をカー
ボンモールドに充填して、Ar雰囲気, 500kg/cm2の圧
力,1850℃−1時間保持によるホットプレスにより50×
50×6mm2寸法形状の焼結体を得た。こうして得た本発
明品1〜11及び比較品1〜6の各焼結体を所定の形状に
切断し、各資料の組織を金属顕微鏡で観察した所、本発
明品1〜11及び本発明品を外れた比較品5,6は、ホッ
トプレスのプレス圧方向に対して垂直断面の組織(第1
図)が高含有ウイスカーでなる約50〜 150μmの円形状
戦び楕円形状の第1相と、この第1相を包囲してなる連
続した第2相とからなる複合組織であり、プレス圧方向
に対して平行断面の組織(第2図)が高含有ウイスカー
でなる針状又は棒状の形の第1相とこの第1相を包囲し
てなる連続した第2相とからなる複合組織であった。一
方、従来品に相当する比較品1〜4は、プレス圧方向に
対する平行及び垂直の各断面共、全体に均一な単一相の
組織であった。
(Example) Example 1 Starting with Al 2 O 3 powder having an average particle size of 0.5 μm and SiC whiskers [described as SiC (W)] having an average diameter of 0.5 μm and an average length of 20 μm, first of all, The composition components shown in Table 1 as the granules for forming the first phase were wet mixed by a ball mill using alumina balls (the ratio of the compounding components and the balls was 1: 1). After this mixture was dried, 3% paraffin wax was added, granulated by a rolling method, and then sieved to obtain a granulated powder for forming a first phase of -60 to +325 mesh. The composition components shown as the granules for forming the second phase in Table 1 were additionally added to the granulated powder for forming the first phase and mixed by a V blender to obtain a mixture. This mixture is filled in a carbon mold, and 50 × by hot pressing by Ar atmosphere, 500 kg / cm 2 pressure, 1850 ° C.-1 hour holding.
A sintered body having a size of 50 × 6 mm 2 was obtained. Each of the sintered products of the invention products 1 to 11 and comparative products 1 to 6 thus obtained was cut into a predetermined shape, and the structure of each material was observed with a metallographic microscope. The invention products 1 to 11 and the invention product. The comparative products 5 and 6 that are out of the range have a cross-sectional structure perpendicular to the press pressure direction of the hot press (first
(Fig.) Is a composite structure consisting of a circular battle-elliptical first phase of about 50 to 150 μm consisting of high content whiskers, and a continuous second phase surrounding this first phase. Is a composite structure consisting of a needle-like or rod-like first phase made of high-content whiskers and a continuous second phase surrounding the first phase. It was On the other hand, Comparative Products 1 to 4 corresponding to the conventional products had a uniform single-phase structure throughout the cross sections parallel and perpendicular to the pressing direction.

こうして得た本発明品1〜11及び比較品5,6の第1相
と第2相の組成成分は、金属顕微鏡観察, SEM観察, E
PMA分析で調べた所、略第1表の配合組成成分の状態
で、特に第2相中には約5重量%の炭化ケイ素ウイスカ
ーの含有した状態であつた。この本発明品1〜11及び比
較品1〜6をISO規格のSNG 120408(プレホーニング0.1
5mm×−25゜)のチップに形成し、被削材:ワスパロ
イ,切削速度: 150m/min,切込み:1.0mm,送り:0.1
mm/rev,湿式切削の条件でもってチップが欠損又はチッ
ピングするまで切削し、そのときの切削時間を求めて第
1表に併記した。
The composition components of the first phase and the second phase of the invention products 1 to 11 and the comparative products 5 and 6 thus obtained were observed by a metallographic microscope, SEM observation, E
When examined by PMA analysis, it was found that the blended compositional components shown in Table 1 were contained, and particularly that the second phase contained about 5% by weight of silicon carbide whiskers. The products 1 to 11 of the present invention and the comparative products 1 to 6 are SNG 120408 (pre-honing 0.1
5mm x -25 °) tip, work material: Waspaloy, cutting speed: 150m / min, depth of cut: 1.0mm, feed: 0.1
Cutting was performed under the conditions of mm / rev and wet cutting until the chip was chipped or chipped, and the cutting time at that time was obtained and is also shown in Table 1.

実施例2 実施例1で用いたAl2O3粉末,SiC(W)及び平均粒径0.5
μmのZrO2(3mol %Y2O3固溶含有)粉末を出発物質
として、実施例1と同様に第2表に示した第1相形成用
造粒分をボールミル湿式混合及び造粒し、別に、第2表
の第2層形成粉をボールミル湿式混合し、次いでこの第
1相形成用造粒粉と第2層形成粉を実施例1と同様Vブ
レンダーで混合して、混合物を得た。この混合物をAr雰
囲気, 200〜 500kgf/cm2の圧力,1700〜1850℃の温
度,1時間保持によるホットプレスにより焼結体を得
た。こうして得た本発明品12〜21及び比較品7〜9の焼
結体の組織を実施例1と同様にして確認し、実施例1と
同条件による切削試験を行ない、その結果を第2表に併
記した。
Example 2 Al 2 O 3 powder used in Example 1, SiC (W) and an average particle size of 0.5
Using a ZrO 2 (containing 3 mol% Y 2 O 3 solid solution) powder of μm as a starting material, the first phase-forming granules shown in Table 2 were ball-mill wet-mixed and granulated in the same manner as in Example 1. Separately, the second layer forming powder shown in Table 2 was ball-mill wet mixed, and then the first phase forming granulated powder and the second layer forming powder were mixed in the V blender as in Example 1 to obtain a mixture. . This mixture was hot-pressed in an Ar atmosphere at a pressure of 200 to 500 kgf / cm 2 at a temperature of 1700 to 1850 ° C. for 1 hour to obtain a sintered body. The structures of the sintered bodies of the inventive products 12 to 21 and the comparative products 7 to 9 thus obtained were confirmed in the same manner as in Example 1, and a cutting test was conducted under the same conditions as in Example 1, and the results are shown in Table 2. Also described in.

実施例3 実施例1で用いたAl2O3粉末,SiC(W)及び平均粒径0.5μ
mのTiC粉末を出発物質として、第3表に示した配合組
成成分からなるそれぞれの試料を実施例1と同様にし
て、本発明22〜31及び比較品10〜12の焼結体を得た。こ
れらの焼結体の組織を実施例1と同様にして確認し、ビ
ッカース硬度計で硬さを測定した所、本発明品22〜31は
第1相が約2400〜2600Hv,第2相が1900〜2000Hvで、平
均硬さ約2250〜2350Hvであったのに対し、比較品12は全
体の硬さが2300Hvと略均一であった。
Example 3 Al 2 O 3 powder used in Example 1, SiC (W) and average particle size 0.5 μ
Using the TiC powder of m as a starting material, each sample composed of the composition components shown in Table 3 was processed in the same manner as in Example 1 to obtain sintered bodies of the inventions 22 to 31 and comparative products 10 to 12. . The structures of these sintered bodies were confirmed in the same manner as in Example 1, and the hardness was measured with a Vickers hardness tester. As for the products 22 to 31, the first phase was about 2400 to 2600 Hv and the second phase was 1900. The average hardness was about 2250 to 2350 Hv at 2,000 Hv, whereas the hardness of the comparative product 12 was about 2300 Hv and almost uniform.

次に、本発明品21〜29及び比較品10〜12を実施例1と同
条件による切削試験を行い、その結果を第3表に併記し
た。
Next, the present invention products 21 to 29 and the comparative products 10 to 12 were subjected to a cutting test under the same conditions as in Example 1, and the results are also shown in Table 3.

実施例4 実施例2および3で用いた出発物質を用いて、38wt% A
l2O3−60wt%SiC(W)−8wt%ZrO2の造粒粉と70wt% Al2
O3−30wt%TiCの造粒粉を実施例1と同様にして作製し
た後、各造粒粉を1:1にしてVブレンダーで混合して
混合物を得た。この混合物を 200kgf/cm2の圧力,1700
℃の温度,1時間保持でホットプレスした。こうして得
た本発明品32を実施例1と同様に調べた所、相対密度 1
00%、平均硬さ2300Hv、焼結体の組織は、略38wt% Al2
O3−60wt%SiC(W)−8wt%ZrO2の第1相と70wt% Al2O3
−30wt%TiC [約5wt%SiC (W)含有]からなってい
た。
Example 4 Using the starting materials used in Examples 2 and 3, 38 wt% A
l 2 O 3 -60wt% SiC (W) -8wt% ZrO 2 granulated powder and 70wt% Al 2
A granulated powder of O 3 -30 wt% TiC was prepared in the same manner as in Example 1, and then each granulated powder was mixed at 1: 1 with a V blender to obtain a mixture. This mixture is put under pressure of 200 kgf / cm 2 , 1700
Hot pressing was performed at a temperature of ℃ for 1 hour. When the product 32 of the present invention thus obtained was examined in the same manner as in Example 1, the relative density 1
00%, average hardness 2300Hv, microstructure of sintered body is approximately 38wt% Al 2
O 3 -60wt% SiC (W) -8wt% ZrO 2 1st phase and 70wt% Al 2 O 3
-30 wt% TiC [containing approximately 5 wt% SiC (W)].

次に、実施例1と同条件による切削試験を行い、その時
の欠損するまでの切削時間(寿命時間)を求めた所、6
分30秒であった。
Next, a cutting test was carried out under the same conditions as in Example 1, and the cutting time (life time) until chipping at that time was obtained.
It was 30 minutes.

(発明の効果) 本発明の複合組織を有するセラミックス焼結体は、従来
のウイスカーが均一に分散してなる単一相組織のセラミ
ックス焼結体及び本発明の範囲を外れたセラミックス焼
結体に比べて耐摩耗性,耐欠損性にすぐれており、その
結果、切削工具として用いた場合に、約1.6〜7.8 倍も
寿命が向上するという顕著な効果がある。このことか
ら、本発明の複合組織を有するセラミックス焼結体は、
従来のセラミックス焼結体が用いられていた切削工具材
料,耐摩耗性材料などの工具材料、耐腐飲性材料,機械
部品材料及び電気部品材料から、さらに強度不足で実用
できなかった用途又は形状として実用できる産業上有用
な材料である。
(Effect of the invention) The ceramic sintered body having the composite structure of the present invention is a ceramic sintered body having a single-phase structure in which conventional whiskers are uniformly dispersed and a ceramic sintered body outside the scope of the present invention. Compared with this, it is superior in wear resistance and fracture resistance, and as a result, when it is used as a cutting tool, there is a remarkable effect that the life is improved by about 1.6 to 7.8 times. From this, the ceramic sintered body having the composite structure of the present invention,
Applications or shapes that could not be put to practical use due to lack of strength from cutting tool materials, tool materials such as wear-resistant materials, corrosion-resistant materials, mechanical part materials and electrical part materials that used conventional ceramics sintered bodies It is an industrially useful material that can be put to practical use.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、実施例1で得た本発明のセラミックス焼結体
のプレス圧方向に対して垂直断面における組織外略図で
ある。第2図は、実施1で得た本発明のセラミックス焼
結体のプレス圧方向に対して平行断面における組織概略
図である。 図中、1が第1相、2が第2相を示す。
FIG. 1 is a schematic diagram of the structure outside of the ceramic sintered body of the present invention obtained in Example 1 in a cross section perpendicular to the pressing direction. FIG. 2 is a schematic diagram of the structure of the ceramic sintered body of the present invention obtained in Example 1 in a cross section parallel to the press pressure direction. In the figure, 1 indicates the first phase and 2 indicates the second phase.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】10〜60重量%のウイスカーと、残り金属酸
化物を主成分とする硬質粒子と不可避不純物とからなる
セラミックス焼結体において、該セラミックス焼結体は
金属酸化物を主成分とする第1硬質粒子とウイスカーと
の混在してなる第1相と、金属酸化物を主成分とする第
2硬質粒子又は該第2硬質粒子中に該第1相と比べて貧
化してなるウイスカーの含有してなる第2相とからな
り、かつ該第1相が第2相により包囲されていることを
特徴とする複合組織を有するセラミックス焼結体。
1. A ceramic sintered body comprising 10 to 60% by weight of whiskers, hard particles containing the remaining metal oxide as a main component, and unavoidable impurities. The ceramic sintered body contains a metal oxide as a main component. A first phase in which the first hard particles and whiskers are mixed, and second hard particles containing a metal oxide as a main component or whiskers formed in the second hard particles as compared with the first phase. A ceramic sintered body having a composite structure, characterized in that the second phase is contained, and the first phase is surrounded by the second phase.
【請求項2】上記第1相から炭化ケイ素ウイスカーを30
〜60重量%と、残り酸化アルミニウムを主成分とする第
1硬質粒子とでなることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の複合組織を有するセラミックス焼結体。
2. A silicon carbide whisker from the first phase as described above.
A ceramic sintered body having a composite structure according to claim 1, characterized in that it comprises -60% by weight and the first hard particles containing aluminum oxide as a main component.
【請求項3】上記第1相から炭化ケイ素ウイスカーを30
〜60重量%と、残り酸化アルミニウムを主成分とする第
1硬質粒子とからなり、かつ上記第2相が酸化アルミニ
ウムの第2硬質粒子でなることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の複合組織を有するセラミックス焼結
体。
3. A silicon carbide whisker from the first phase as described above.
2. 60% by weight and the remaining first hard particles containing aluminum oxide as a main component, and the second phase is second hard particles of aluminum oxide. A ceramic sintered body having a composite structure of
【請求項4】上記第1相から炭化ケイ素ウイスカーを30
〜60重量%と、酸化ジルコニウム,酸化ハフニウム又は
希土類金属の酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少な
くとも1種を15重量%以下と、残り酸化アルミニウムの
第1硬質粒子を40〜70重量%とからなることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の複合組織を有するセラミ
ックス焼結体。
4. A silicon carbide whisker from the first phase as described above.
-60% by weight, 15% by weight or less of at least one of zirconium oxide, hafnium oxide or rare earth metal oxides and mutual solid solutions thereof, and 40-70% by weight of the remaining first hard aluminum oxide particles. A ceramics sintered body having a composite structure according to claim 1, characterized in that
【請求項5】上記第1相が炭化ケイ素ウイスカーを30〜
60重量%と、酸化ジルコニウム,酸化ハフニウム又は希
土類金属の酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少なく
とも1種を15重量%以下と残り酸化アルミニウムの第1
硬質粒子を40〜70重量%とからなり、かつ上記第2相が
酸化アルミニウムの第2硬質粒子でなることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の複合組織を有するセラミ
ックス焼結体。
5. The silicon carbide whiskers are used as the first phase in an amount of 30 to 30.
60% by weight, 15% by weight or less of at least one of zirconium oxide, hafnium oxide or rare earth metal oxides and mutual solid solutions thereof, and the first aluminum oxide
The ceramic sintered body having a composite structure according to claim 1, wherein the hard particles are 40 to 70% by weight and the second phase is the second hard particles of aluminum oxide.
【請求項6】上記第2相がTi, V,Nb,Ta,Cr,Mo,
W,Siの炭化物,窒化物,酸化物,Zr,Hfの炭化物,窒
化物,炭酸化物,窒酸化物及びこれらの相互固溶体の中
の少なくとも1種を30重量%以下と、残り酸化アルミニ
ウムの第2硬質粒子でなることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の複合組織を有するセラミックス焼結
体。
6. The second phase comprises Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo,
W and Si carbides, nitrides, oxides, Zr and Hf carbides, nitrides, carbooxides, nitric oxides and at least one of these mutual solid solutions are contained in an amount of 30% by weight or less and the balance of aluminum oxide 2. A ceramic sintered body having a composite structure according to claim 1, which is composed of 2 hard particles.
【請求項7】上記第1相が炭化ケイ素ウイスカーを30〜
60重量%と、酸化ジルコニウム,酸化ハフニウム又は希
土類金属の酸化物の中の少なくとも1種を15重量%以下
と残り酸化アルミニウムとの第1硬質粒子を40〜70重量
%とからなり、かつ上記第2相がTi, V,Nb,Ta,Cr,
Mo, W,Siの炭化物,窒化物,酸化物,Zr,Hfの炭化
物,窒化物,炭酸化物,窒酸化物及びこれらの相互固溶
体の中の少なくとも1種を30重量%以下と、残り酸化ア
ルミニウムの第2硬質粒子でなることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の複合組織を有するセラミックス
焼結体。
7. The first phase comprises 30 to 30 silicon carbide whiskers.
60% by weight, 15% by weight or less of at least one kind of oxides of zirconium oxide, hafnium oxide or rare earth metal, and 40 to 70% by weight of the first hard particles of the remaining aluminum oxide, and Two phases are Ti, V, Nb, Ta, Cr,
Mo, W, Si carbides, nitrides, oxides, Zr, Hf carbides, nitrides, carbooxides, nitric oxides, and at least one of these mutual solid solutions, up to 30% by weight, and the balance aluminum oxide 2. The ceramic sintered body having the composite structure according to claim 1, wherein the sintered body has the second hard particle.
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