JPH06122554A - 高靭性炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セラミックス材料 - Google Patents
高靭性炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セラミックス材料Info
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- JPH06122554A JPH06122554A JP4300345A JP30034592A JPH06122554A JP H06122554 A JPH06122554 A JP H06122554A JP 4300345 A JP4300345 A JP 4300345A JP 30034592 A JP30034592 A JP 30034592A JP H06122554 A JPH06122554 A JP H06122554A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｙ2 Ｏ3 等の安定化剤を用いることなしに正
方晶ＺｒＯ2 に安定化され、従って熱劣化がなく、２０
０℃以上に加熱される耐摩工具や切削工具としても使用
できるような、高密度、高強度かつ高靱性を有する炭窒
化チタン−酸化ジルコニウム系セラミックス材料を提供
する。 【構成】 この炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セラ
ミックス材料は、炭素と窒素のモル比が１：９〜９：１
の範囲にある９０〜１０重量％の炭窒化チタン粉末と、
１０〜９０重量％の単斜晶ＺｒＯ2 との混合粉末を燒結
することにより形成し、また、それらの混合粉末を基本
成分とし、更に、チタン及び酸化チタンのうちの１種以
上を全量に対して１〜１０重量％添加し、それらの混合
粉末を焼結して形成する。
方晶ＺｒＯ2 に安定化され、従って熱劣化がなく、２０
０℃以上に加熱される耐摩工具や切削工具としても使用
できるような、高密度、高強度かつ高靱性を有する炭窒
化チタン−酸化ジルコニウム系セラミックス材料を提供
する。 【構成】 この炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セラ
ミックス材料は、炭素と窒素のモル比が１：９〜９：１
の範囲にある９０〜１０重量％の炭窒化チタン粉末と、
１０〜９０重量％の単斜晶ＺｒＯ2 との混合粉末を燒結
することにより形成し、また、それらの混合粉末を基本
成分とし、更に、チタン及び酸化チタンのうちの１種以
上を全量に対して１〜１０重量％添加し、それらの混合
粉末を焼結して形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高靭性炭窒化チタン−
酸化ジルコニウム系セラミックス材料に関するものであ
り、更に詳しくは、高密度、高強度かつ高靱性を有し、
切削工具用材料や高耐摩耗性機械部品用材料等として適
する炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セラミックス材
料に関するものである。
酸化ジルコニウム系セラミックス材料に関するものであ
り、更に詳しくは、高密度、高強度かつ高靱性を有し、
切削工具用材料や高耐摩耗性機械部品用材料等として適
する炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セラミックス材
料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、炭窒化チタン−酸化ジルコニウム
系（Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−ＺｒＯ2 系）材料においては、Ｚ
ｒＯ2 を正方晶に安定化もしくは準安定化するため、主
としてＹ2 Ｏ3 の安定化剤を添加した正方晶ＺｒＯ2 が
用いられていたが、Ｙ2 Ｏ3 は高価であるため、安価な
安定化剤が求められていた。更に、Ｙ2 Ｏ3 を添加した
場合、正方晶ＺｒＯ2 は熱劣化を引き起こし、単斜晶Ｚ
ｒＯ2 へと変態するが、この変態を防止するには、Ｚｒ
Ｏ2 の粒子径を極端に小さくするか、Ｙ2 Ｏ3 以外の安
定化剤を見い出す必要があり、実現に困難性があった。
系（Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−ＺｒＯ2 系）材料においては、Ｚ
ｒＯ2 を正方晶に安定化もしくは準安定化するため、主
としてＹ2 Ｏ3 の安定化剤を添加した正方晶ＺｒＯ2 が
用いられていたが、Ｙ2 Ｏ3 は高価であるため、安価な
安定化剤が求められていた。更に、Ｙ2 Ｏ3 を添加した
場合、正方晶ＺｒＯ2 は熱劣化を引き起こし、単斜晶Ｚ
ｒＯ2 へと変態するが、この変態を防止するには、Ｚｒ
Ｏ2 の粒子径を極端に小さくするか、Ｙ2 Ｏ3 以外の安
定化剤を見い出す必要があり、実現に困難性があった。
【０００３】このような、Ｙ2 Ｏ3 で安定化された正方
晶ＺｒＯ2 と炭窒化チタンとの複合セラミックスの熱劣
化を改善し、特に、２００℃以上に加熱される高靭性の
耐摩工具や切削工具に使用できるように改善することが
求められていたが、従来、単斜晶ＺｒＯ2 はＹ2 Ｏ3 ，
ＭｇＯやＣａＯでしか正方晶に安定化されないと考えら
れていたため、その対応に苦慮していた。
晶ＺｒＯ2 と炭窒化チタンとの複合セラミックスの熱劣
化を改善し、特に、２００℃以上に加熱される高靭性の
耐摩工具や切削工具に使用できるように改善することが
求められていたが、従来、単斜晶ＺｒＯ2 はＹ2 Ｏ3 ，
ＭｇＯやＣａＯでしか正方晶に安定化されないと考えら
れていたため、その対応に苦慮していた。
【０００４】この問題に関連し、本発明者は、先に、単
斜晶ＺｒＯ2 がＴｉＢ2 によって正方晶に一部安定化さ
れることを見い出していた（特公昭５９−７６６８
号）。そして、その原因を求明する研究を行った結果、
ＺｒＯ2 中にＴｉの固溶が生じるためであることを見い
出した。そこで、従来、Ｙ2 Ｏ3 等の安定化剤でしか正
方晶ＺｒＯ2 にならないと信じられていた点について再
考を加え、炭窒化チタンによっても正方晶ＺｒＯ2 が安
定化されるとの予測のもとにそれを実験したところ、炭
窒化チタンにより一部安定化され、更に、チタンや酸化
チタンを添加すると一層安定化が進行することを見い出
した。また、本発明者は、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−ＺｒＯ2 系
の特性改善を進めるための研究を重ねた結果、ＺｒＯ2
に単斜晶ジルコニウムを用いても、焼結時に安定化さ
れ、この場合においても、チタンもしくは酸化チタンを
添加すると一層安定化が進むことを見出した。
斜晶ＺｒＯ2 がＴｉＢ2 によって正方晶に一部安定化さ
れることを見い出していた（特公昭５９−７６６８
号）。そして、その原因を求明する研究を行った結果、
ＺｒＯ2 中にＴｉの固溶が生じるためであることを見い
出した。そこで、従来、Ｙ2 Ｏ3 等の安定化剤でしか正
方晶ＺｒＯ2 にならないと信じられていた点について再
考を加え、炭窒化チタンによっても正方晶ＺｒＯ2 が安
定化されるとの予測のもとにそれを実験したところ、炭
窒化チタンにより一部安定化され、更に、チタンや酸化
チタンを添加すると一層安定化が進行することを見い出
した。また、本発明者は、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−ＺｒＯ2 系
の特性改善を進めるための研究を重ねた結果、ＺｒＯ2
に単斜晶ジルコニウムを用いても、焼結時に安定化さ
れ、この場合においても、チタンもしくは酸化チタンを
添加すると一層安定化が進むことを見出した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる知見
に基づいてなされたものであって、その技術的課題は、
Ｙ2 Ｏ3 等の安定化剤を用いることなしに正方晶ＺｒＯ
2 に安定化され、２００℃以上に加熱される耐摩工具や
切削工具としても使用できるような、高密度、高強度か
つ高靱性を有する炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セ
ラミックス材料を提供することにある。
に基づいてなされたものであって、その技術的課題は、
Ｙ2 Ｏ3 等の安定化剤を用いることなしに正方晶ＺｒＯ
2 に安定化され、２００℃以上に加熱される耐摩工具や
切削工具としても使用できるような、高密度、高強度か
つ高靱性を有する炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セ
ラミックス材料を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用】上記課題を解決す
るための本発明の炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セ
ラミックス材料は、（Ａ）炭素と窒素のモル比が１：９
〜９：１の範囲にある９０〜１０重量％の炭窒化チタン
粉末と、（Ｂ）１０〜９０重量％の単斜晶ＺｒＯ2 との
混合粉末を燒結することにより形成したことを特徴とす
るものである。上記（Ａ）及び（Ｂ）の混合粉末を基本
成分とし、更に、（Ｃ）チタン及び酸化チタンのうちの
１種以上を全量に対して１〜１０重量％添加し、それら
の混合粉末を焼結して形成することもできる。
るための本発明の炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セ
ラミックス材料は、（Ａ）炭素と窒素のモル比が１：９
〜９：１の範囲にある９０〜１０重量％の炭窒化チタン
粉末と、（Ｂ）１０〜９０重量％の単斜晶ＺｒＯ2 との
混合粉末を燒結することにより形成したことを特徴とす
るものである。上記（Ａ）及び（Ｂ）の混合粉末を基本
成分とし、更に、（Ｃ）チタン及び酸化チタンのうちの
１種以上を全量に対して１〜１０重量％添加し、それら
の混合粉末を焼結して形成することもできる。
【０００７】本発明の主成分である（Ａ）成分の炭素と
窒素とのモル比（α：β）を１：９から９：１までの範
囲とするのは、この範囲を逸脱すると、鉄鋼に対して耐
摩性のあるセラミックスが得られないからである。この
炭窒化チタンは、一定のモル比のものを単独で用いても
よいし、２種以上のモル比のものを混合して用いてもよ
い。また、この炭窒化チタン粉末の好ましい平均粒径
は、５μｍ以下、望ましくは１μｍ以下である。
窒素とのモル比（α：β）を１：９から９：１までの範
囲とするのは、この範囲を逸脱すると、鉄鋼に対して耐
摩性のあるセラミックスが得られないからである。この
炭窒化チタンは、一定のモル比のものを単独で用いても
よいし、２種以上のモル比のものを混合して用いてもよ
い。また、この炭窒化チタン粉末の好ましい平均粒径
は、５μｍ以下、望ましくは１μｍ以下である。
【０００８】本発明において（Ｂ）成分として用いられ
る単斜晶ＺｒＯ2 粉末は、平均粒径５μｍ以下、望まし
くは１μｍ以下がよい。単斜晶ＺｒＯ2 の添加量は全重
量に対し、１０〜９０重量％の範囲、望ましくは３０〜
８０重量％がよい。その理由は、１０重量％以下の添加
では炭窒化チタンが緻密化しがたく、また９０重量％以
上では炭窒化チタンの特性が少なくなるためである。
る単斜晶ＺｒＯ2 粉末は、平均粒径５μｍ以下、望まし
くは１μｍ以下がよい。単斜晶ＺｒＯ2 の添加量は全重
量に対し、１０〜９０重量％の範囲、望ましくは３０〜
８０重量％がよい。その理由は、１０重量％以下の添加
では炭窒化チタンが緻密化しがたく、また９０重量％以
上では炭窒化チタンの特性が少なくなるためである。
【０００９】また、（Ｃ）成分のチタン、酸化チタン
は、１０％重量％をこえてそれらを添加すると、チタン
や酸化チタンが焼結体中に残存するため、機械的特性が
低下する。これらの（Ｃ）成分粉末もやはり、平均粒子
径は５μｍ以下、望ましくは１μｍ以下がよい。なお、
この（Ｃ）成分を添加する場合には、炭窒化チタンの添
加量の下限を５重量％としても効果を損なうことはな
い。
は、１０％重量％をこえてそれらを添加すると、チタン
や酸化チタンが焼結体中に残存するため、機械的特性が
低下する。これらの（Ｃ）成分粉末もやはり、平均粒子
径は５μｍ以下、望ましくは１μｍ以下がよい。なお、
この（Ｃ）成分を添加する場合には、炭窒化チタンの添
加量の下限を５重量％としても効果を損なうことはな
い。
【００１０】本発明のセラミックス材料は、前記の各成
分を混合し、これまでに知られているセラミックス材料
の場合と同じような方法によって製造することができ
る。例えば、原料粉末混合物を黒鉛型に充填したのち、
真空中またはアルゴン、水素など、中性若しくは還元性
雰囲気中において、ダイ圧力５０〜３００ｋｇ／ｃ
ｍ2、温度１３００〜２０００℃の条件で１０〜２００
分間加熱焼結するホットプレスを用いることもできる。
また、前もって単斜晶ＺｒＯ2 にチタンや酸化チタンを
固溶させておき、その後に炭窒化チタン粉末と混合焼結
しても、本発明の高靭性セラミックスの製造は可能であ
る。
分を混合し、これまでに知られているセラミックス材料
の場合と同じような方法によって製造することができ
る。例えば、原料粉末混合物を黒鉛型に充填したのち、
真空中またはアルゴン、水素など、中性若しくは還元性
雰囲気中において、ダイ圧力５０〜３００ｋｇ／ｃ
ｍ2、温度１３００〜２０００℃の条件で１０〜２００
分間加熱焼結するホットプレスを用いることもできる。
また、前もって単斜晶ＺｒＯ2 にチタンや酸化チタンを
固溶させておき、その後に炭窒化チタン粉末と混合焼結
しても、本発明の高靭性セラミックスの製造は可能であ
る。
【００１１】
【実施例】以下、本発明のセラミックス材料をその実施
例により詳述する。表１の組成欄に示すように、Ｔｉ
（Ｃ，Ｎ）とＺｒＯ2 とを種々の割合に配合した粉末を
十分に混合したのち、黒鉛型に充填し、真空中にて、表
１中に示す燒結温度で各々１時間焼結し、得られたセラ
ミックス焼結体について、各々気孔の状態、破壊靭性値
KIC 、曲げ強さ、及びビッカース硬さ等を測定した。結
果を表１に示す。なお、比較のため、試料番号に＊を付
した本発明以外の結果も併記した。表１によれば、Ｔｉ
（Ｃ，Ｎ）−ｍ・ＺｒＯ2 系では、特に、ｍ・ＺｒＯ2
の３０〜８０％添加で良好な焼結体が得られている。ま
た、チタンや酸化チタンの添加により、破壊靭性値KIC
が幾分上昇する傾向を示した。そして、これらの焼結体
を２５０℃に長時間加熱しても、焼結体の曲げ強さには
変化がなかった。
例により詳述する。表１の組成欄に示すように、Ｔｉ
（Ｃ，Ｎ）とＺｒＯ2 とを種々の割合に配合した粉末を
十分に混合したのち、黒鉛型に充填し、真空中にて、表
１中に示す燒結温度で各々１時間焼結し、得られたセラ
ミックス焼結体について、各々気孔の状態、破壊靭性値
KIC 、曲げ強さ、及びビッカース硬さ等を測定した。結
果を表１に示す。なお、比較のため、試料番号に＊を付
した本発明以外の結果も併記した。表１によれば、Ｔｉ
（Ｃ，Ｎ）−ｍ・ＺｒＯ2 系では、特に、ｍ・ＺｒＯ2
の３０〜８０％添加で良好な焼結体が得られている。ま
た、チタンや酸化チタンの添加により、破壊靭性値KIC
が幾分上昇する傾向を示した。そして、これらの焼結体
を２５０℃に長時間加熱しても、焼結体の曲げ強さには
変化がなかった。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、Ｙ2
Ｏ3 等の安定化剤を用いることなしに正方晶ＺｒＯ2 に
安定化され、従って熱劣化がなく、２００℃以上に加熱
される耐摩工具や切削工具としても使用できるような、
高密度、高強度かつ高靱性を有する炭窒化チタン−酸化
ジルコニウム系セラミックス材料を提供することができ
る。
Ｏ3 等の安定化剤を用いることなしに正方晶ＺｒＯ2 に
安定化され、従って熱劣化がなく、２００℃以上に加熱
される耐摩工具や切削工具としても使用できるような、
高密度、高強度かつ高靱性を有する炭窒化チタン−酸化
ジルコニウム系セラミックス材料を提供することができ
る。
Claims (2)
- 【請求項１】炭素と窒素のモル比が１：９〜９：１の範
囲内にある９０〜１０重量％の炭窒化チタンと、１０〜
９０重量％の単斜晶ジルコニヤとの混合粉末を燒結する
ことにより形成して成る高靭性炭窒化チタン−酸化ジル
コニウム系セラミックス材料。 - 【請求項２】炭素と窒素のモル比が１：９〜９：１の範
囲内にある９０〜５重量％の炭窒化チタンと、１０〜９
０重量％の単斜晶ジルコニヤとから成る基本成分に、チ
タン及び酸化チタンのうちの１種以上を、全重量に対し
て１〜１０重量％添加し、焼結することにより形成して
成る高靭性炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セラミッ
クス材料。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4300345A JPH0725589B2 (ja) | 1992-10-12 | 1992-10-12 | 高靭性炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セラミックス材料 |
| US08/134,741 US5387561A (en) | 1992-10-12 | 1993-10-12 | Titanium carbide/nitride-zirconium oxide-based high-toughness ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4300345A JPH0725589B2 (ja) | 1992-10-12 | 1992-10-12 | 高靭性炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セラミックス材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06122554A true JPH06122554A (ja) | 1994-05-06 |
| JPH0725589B2 JPH0725589B2 (ja) | 1995-03-22 |
Family
ID=17883663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4300345A Expired - Lifetime JPH0725589B2 (ja) | 1992-10-12 | 1992-10-12 | 高靭性炭窒化チタン−酸化ジルコニウム系セラミックス材料 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5387561A (ja) |
| JP (1) | JPH0725589B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997036744A1 (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-09 | Billings Garth W | Refractory nitride, carbide, ternary oxide, nitride/oxide, oxide/carbide, oxycarbide, and oxynitride materials and articles |
| JPH11189473A (ja) * | 1997-12-25 | 1999-07-13 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミック工具 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01115871A (ja) * | 1987-10-27 | 1989-05-09 | Onoda Cement Co Ltd | 炭窒化チタン質焼結体及びその製造方法 |
| JPH04304904A (ja) * | 1991-03-29 | 1992-10-28 | Mitsubishi Materials Corp | 耐摩耗性にすぐれた炭窒化チタン基セラミックス製切削工具 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4598053A (en) * | 1974-05-23 | 1986-07-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ceramic compacts |
| US4704372A (en) * | 1984-03-16 | 1987-11-03 | Agency Of Industrial Science And Technology | High-strength molybdenum silicide-based ceramic material and process for producing the same |
| JPH01261270A (ja) * | 1988-04-09 | 1989-10-18 | Agency Of Ind Science & Technol | 金属を含有した炭窒化チタン−炭化クロム系セラミックス |
| JP2847818B2 (ja) * | 1988-12-13 | 1999-01-20 | 住友化学工業株式会社 | 導電性ジルコニア焼結体およびその製造法 |
| JPH0710747B2 (ja) * | 1990-06-18 | 1995-02-08 | 工業技術院長 | ホウ化物―酸化ジルコニウム―炭窒化物系セラミックス材料 |
| JPH0717450B2 (ja) * | 1990-08-23 | 1995-03-01 | 工業技術院長 | 高靭性炭窒化チタン系セラミックス材料 |
-
1992
- 1992-10-12 JP JP4300345A patent/JPH0725589B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-10-12 US US08/134,741 patent/US5387561A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01115871A (ja) * | 1987-10-27 | 1989-05-09 | Onoda Cement Co Ltd | 炭窒化チタン質焼結体及びその製造方法 |
| JPH04304904A (ja) * | 1991-03-29 | 1992-10-28 | Mitsubishi Materials Corp | 耐摩耗性にすぐれた炭窒化チタン基セラミックス製切削工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5387561A (en) | 1995-02-07 |
| JPH0725589B2 (ja) | 1995-03-22 |
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