JPH069264A - WC―Al2O3系複合焼結体 - Google Patents
WC―Al2O3系複合焼結体Info
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- JPH069264A JPH069264A JP4190223A JP19022392A JPH069264A JP H069264 A JPH069264 A JP H069264A JP 4190223 A JP4190223 A JP 4190223A JP 19022392 A JP19022392 A JP 19022392A JP H069264 A JPH069264 A JP H069264A
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- mgo
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- sintered body
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- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、炭化タングステン―アルミナ系複
合材料の特性改善を図るため酸化マグネシウムを添加す
ることによって、高硬度と耐熱性を失うことなく強度・
靭性を向上させた複合焼結体を提供することである。 【構成】 Al2O3 10〜90容量%で残部がWCよ
りなり、さらに外割りでMgOを0.5〜2.0重量%
添加した、WC―Al2O3系複合焼結体。密度が理論値
の95%以上とする。
合材料の特性改善を図るため酸化マグネシウムを添加す
ることによって、高硬度と耐熱性を失うことなく強度・
靭性を向上させた複合焼結体を提供することである。 【構成】 Al2O3 10〜90容量%で残部がWCよ
りなり、さらに外割りでMgOを0.5〜2.0重量%
添加した、WC―Al2O3系複合焼結体。密度が理論値
の95%以上とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高硬度、高強度、高靭
性で、かつ電気伝導性に優れたWC―Al2O3系複合焼
結体に関するものである。
性で、かつ電気伝導性に優れたWC―Al2O3系複合焼
結体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】WCは、硬質炭化物であり、切削工具材
料などとして優れた特性を有しているが、一方で単体で
は強度・靭性に劣るという欠点も併せ持っている。
料などとして優れた特性を有しているが、一方で単体で
は強度・靭性に劣るという欠点も併せ持っている。
【0003】そこで、WCに5〜20重量%の金属Co
(コバルト)を結合相として加えサーメット化した、い
わゆる超硬合金として実用化されている。
(コバルト)を結合相として加えサーメット化した、い
わゆる超硬合金として実用化されている。
【0004】しかしながら、このようなWC―Co系超
硬合金においては、WC単体と比べて強度、靭性は飛躍
的に改善されるものの、前述したように結合金属相とし
てのCoを多量に含むため、硬さ、耐熱性において劣化
を余儀なくされる問題点を有していた。
硬合金においては、WC単体と比べて強度、靭性は飛躍
的に改善されるものの、前述したように結合金属相とし
てのCoを多量に含むため、硬さ、耐熱性において劣化
を余儀なくされる問題点を有していた。
【0005】一方Al2O3は、高硬度で耐摩耗性に優
れ、またセラミック材料の中では比較的安価なため、広
く摺動耐摩耗部材として使用されている。
れ、またセラミック材料の中では比較的安価なため、広
く摺動耐摩耗部材として使用されている。
【0006】Al2O3の特性を向上させるためにTi
C、Ti(CN)を添加したいわゆる黒色セラミックス
があるが、それ以外の複合化の例として、例えば特開昭
52―30812号公報では、48重量%以下のAl2
O3にTiB2、ZrB2及びHfB2より選ばれた耐火性
二硼化物を5〜50重量%、V、Nb、Ta、Cr、M
o等の二硼化物を20重量%以下、IV族、V族、VI
族耐火性遷移金属の炭化物または炭窒化物を35重量
%、さらに3重量%以下のMgOを添加することを開示
している。
C、Ti(CN)を添加したいわゆる黒色セラミックス
があるが、それ以外の複合化の例として、例えば特開昭
52―30812号公報では、48重量%以下のAl2
O3にTiB2、ZrB2及びHfB2より選ばれた耐火性
二硼化物を5〜50重量%、V、Nb、Ta、Cr、M
o等の二硼化物を20重量%以下、IV族、V族、VI
族耐火性遷移金属の炭化物または炭窒化物を35重量
%、さらに3重量%以下のMgOを添加することを開示
している。
【0007】TiB2、ZrB2、HfB2等の耐熱遷移
金属の二硼化物は、高融点、高硬度という特性を有し、
Al2O3セラミックスの特性改善には有効である。しか
しながら強度及び靭性の点に関しては、未だ改善の余地
がある。
金属の二硼化物は、高融点、高硬度という特性を有し、
Al2O3セラミックスの特性改善には有効である。しか
しながら強度及び靭性の点に関しては、未だ改善の余地
がある。
【0008】WC及びAl2O3は、高硬度でかつ耐熱性
を持つという特徴を有しているものの、共に単体では強
度及び靭性が低いという欠点を有していた。
を持つという特徴を有しているものの、共に単体では強
度及び靭性が低いという欠点を有していた。
【0009】そのため、先にWCとAl2O3を複合化し
た焼結体に関する出願を行った(特開平3―29035
5号公報)。
た焼結体に関する出願を行った(特開平3―29035
5号公報)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、先に
発明した材料の特性改善を図ったもので、WCにAl2
O3を複合化することにより、高硬度と耐熱性を失うこ
となく強度・靭性を向上させ、さらにAl2O3の電気伝
導性を改良することにある。
発明した材料の特性改善を図ったもので、WCにAl2
O3を複合化することにより、高硬度と耐熱性を失うこ
となく強度・靭性を向上させ、さらにAl2O3の電気伝
導性を改良することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、Al2O3が1
0〜90容量%で残部が実質WCより成り、さらに外割
りでMgOを0.5〜2.0重量%添加した複合焼結体
で、密度が理論値の95%以上である緻密質高強度・高
靭性なWC―Al2O3系複合焼結体である。
0〜90容量%で残部が実質WCより成り、さらに外割
りでMgOを0.5〜2.0重量%添加した複合焼結体
で、密度が理論値の95%以上である緻密質高強度・高
靭性なWC―Al2O3系複合焼結体である。
【0012】すなわち、本発明はAl2O3が10〜90
容量%で残部が実質WCより成る混合粉末に、さらにM
gO粉末を添加した原料を、成形・焼結して得られた密
度が理論値の95%以上であることを特徴とするWC―
Al2O3系複合焼結体である。
容量%で残部が実質WCより成る混合粉末に、さらにM
gO粉末を添加した原料を、成形・焼結して得られた密
度が理論値の95%以上であることを特徴とするWC―
Al2O3系複合焼結体である。
【0013】以下に本発明の内容について詳細に説明す
る。
る。
【0014】本発明のWC―Al2O3系複合焼結体中に
おいては、互いに高硬度で耐熱性を有するWC粒子とA
l2O3粒子が分散した組織を有し、他に低硬度で耐熱性
に劣る第3相を有さないため高硬度・耐熱性という特徴
を失わない。
おいては、互いに高硬度で耐熱性を有するWC粒子とA
l2O3粒子が分散した組織を有し、他に低硬度で耐熱性
に劣る第3相を有さないため高硬度・耐熱性という特徴
を失わない。
【0015】また、複合体中においては、いわゆる粒子
分散効果等により破壊源からのクラックの進展は、偏
向、湾曲し、強度及び靭性が向上している。
分散効果等により破壊源からのクラックの進展は、偏
向、湾曲し、強度及び靭性が向上している。
【0016】さらにAl2O3中にWCを、また逆にWC
中にAl2O3を添加することにより、互いに焼結体中で
の粒成長を抑止する効果があり、さらにMgOを0.5
〜2.0重量%添加することによって、粒成長抑止効果
は、さらに顕著となる。
中にAl2O3を添加することにより、互いに焼結体中で
の粒成長を抑止する効果があり、さらにMgOを0.5
〜2.0重量%添加することによって、粒成長抑止効果
は、さらに顕著となる。
【0017】そして、結果として、例えばWC―70v
ol%Al2O3複合材においてはMgO添加によって結
晶粒が微細化され、結果として約50%もの室温曲げ強
さの向上が認められる。
ol%Al2O3複合材においてはMgO添加によって結
晶粒が微細化され、結果として約50%もの室温曲げ強
さの向上が認められる。
【0018】本発明で、Al2O3の含有割合を10〜9
0容量%としたのは、Al2O3が10容量%未満では添
加量が少ないため、複合焼結体の強度・靭性の向上の効
果は小さく、また同様にAl2O3が90容量%を超える
とAl2O3に対するWCの添加量が少なく粒子分散の効
果が小さくなり、強度・靭性の向上も期待できないから
である。
0容量%としたのは、Al2O3が10容量%未満では添
加量が少ないため、複合焼結体の強度・靭性の向上の効
果は小さく、また同様にAl2O3が90容量%を超える
とAl2O3に対するWCの添加量が少なく粒子分散の効
果が小さくなり、強度・靭性の向上も期待できないから
である。
【0019】さらに、MgOの添加量を0.5〜2.0
重量%としたのは、MgOの添加量が0.5%未満で
は、小量のためその効果が期待できず、Al2O3―(5
〜50重量%)TiB2、ZrB2、HfB2系において
特開昭52―30812号公報にも開示されているよう
に、MgOの量が2.0%を超えると複合焼結体の結晶
粒界に偏析して機械的性質の劣化を導く可能性があるか
らである。
重量%としたのは、MgOの添加量が0.5%未満で
は、小量のためその効果が期待できず、Al2O3―(5
〜50重量%)TiB2、ZrB2、HfB2系において
特開昭52―30812号公報にも開示されているよう
に、MgOの量が2.0%を超えると複合焼結体の結晶
粒界に偏析して機械的性質の劣化を導く可能性があるか
らである。
【0020】本発明において、焼結方法としては、常圧
焼結法、ホットプレス焼結法、熱間静水圧(HIP)焼
結法等既知の焼結法のいずれをも用いることができる。
焼結法、ホットプレス焼結法、熱間静水圧(HIP)焼
結法等既知の焼結法のいずれをも用いることができる。
【0021】また本発明において、使用するAl2O3粉
体としては、通常はα型Al2O3であるが、その他β
型、γ型等の結晶でも差支えない。さらに非晶質のAl
2O3、あるいは加熱中にα―Al2O3を生成するAl
(OH)3、AlOOH等でもよい。
体としては、通常はα型Al2O3であるが、その他β
型、γ型等の結晶でも差支えない。さらに非晶質のAl
2O3、あるいは加熱中にα―Al2O3を生成するAl
(OH)3、AlOOH等でもよい。
【0022】またAl2O3粉体の粒径として、通常は焼
結性のよい10μm以下のものが好ましく、1.0μm
以下(サブミクロン)の微細なものはさらに望ましい。
結性のよい10μm以下のものが好ましく、1.0μm
以下(サブミクロン)の微細なものはさらに望ましい。
【0023】WC粉末も通常は焼結性の優れる10μm
以下のものが好ましく、1.0μm以下(サブミクロ
ン)の微細なものはさらに望ましい。また、MgO粉末
も10μm以下のものが好ましく、1.0μm以下(サ
ブミクロン)の微細なものはさらに望ましい。
以下のものが好ましく、1.0μm以下(サブミクロ
ン)の微細なものはさらに望ましい。また、MgO粉末
も10μm以下のものが好ましく、1.0μm以下(サ
ブミクロン)の微細なものはさらに望ましい。
【0024】以上のようにWCに10〜90容量%の範
囲でAl2O3を添加し、さらに、外割りでMgOを0.
5〜2.0重量%添加した混合粉体を、成形・焼結する
ことによって高密度で高硬度、高強度、高靭性且つ電気
伝導性にも優れたAl2O3―WC系複合焼結体が製造で
きる。
囲でAl2O3を添加し、さらに、外割りでMgOを0.
5〜2.0重量%添加した混合粉体を、成形・焼結する
ことによって高密度で高硬度、高強度、高靭性且つ電気
伝導性にも優れたAl2O3―WC系複合焼結体が製造で
きる。
【0025】本発明のような複合セラミックスの理論密
度を正確に決定するのは容易ではなく、また一般に焼結
体の密度としては高い方が好ましいが、少なくとも密度
が理論値の95%以上の焼結体でなければ前述の好まし
い特性は損なわれ、望ましいものではない。
度を正確に決定するのは容易ではなく、また一般に焼結
体の密度としては高い方が好ましいが、少なくとも密度
が理論値の95%以上の焼結体でなければ前述の好まし
い特性は損なわれ、望ましいものではない。
【0026】
【作用】本発明の複合焼結体は、Al2O3が10〜90
容量%で残部が実質WCより成り、焼結体中で高硬度の
WC粒子とAl2O3粒子が分散した組織を有している、
さらに0.5〜2.0重量%のMgO添加により粒成長
が抑制されるため、1)高強度且つ高硬度であり、2)
粒子分散効果により靭性が向上し、3)靭性向上に伴っ
て強度も改善され、4)低電気抵抗のWCの添加により
Al2O3の電気伝導率を改善する作用をなしている。
容量%で残部が実質WCより成り、焼結体中で高硬度の
WC粒子とAl2O3粒子が分散した組織を有している、
さらに0.5〜2.0重量%のMgO添加により粒成長
が抑制されるため、1)高強度且つ高硬度であり、2)
粒子分散効果により靭性が向上し、3)靭性向上に伴っ
て強度も改善され、4)低電気抵抗のWCの添加により
Al2O3の電気伝導率を改善する作用をなしている。
【0027】
(1)ホットプレス焼結 WC粉末に(平均粒径1.0μm、純度99%以上)に
実施例1〜3に示す容量比でα型Al2O3粉末(平均粒
径0.2μm、純度99.99%以上)を、そしてさら
にMgO(粒径0.1μm、純度99.98%以上)を
外割りの各重量比で添加し、ボールミルを用いて十分混
合した後、1700℃で2h、アルゴンガス雰囲気中で
40MPaの圧力でホットプレス焼結を行った。
実施例1〜3に示す容量比でα型Al2O3粉末(平均粒
径0.2μm、純度99.99%以上)を、そしてさら
にMgO(粒径0.1μm、純度99.98%以上)を
外割りの各重量比で添加し、ボールミルを用いて十分混
合した後、1700℃で2h、アルゴンガス雰囲気中で
40MPaの圧力でホットプレス焼結を行った。
【0028】焼結体はJIS R1601に準拠し、3
mm×4mm×38mmの試験片に加工し、アルキメデ
ス法により密度を測定した後、室温で三点曲げ試験を行
った。焼結体の靭性としては、JIS R1607(S
EPB法)を用いて、破壊靭性値;KICを測定した。
mm×4mm×38mmの試験片に加工し、アルキメデ
ス法により密度を測定した後、室温で三点曲げ試験を行
った。焼結体の靭性としては、JIS R1607(S
EPB法)を用いて、破壊靭性値;KICを測定した。
【0029】また、硬さの評価として、ヴィッカース硬
さを荷重1kgf、保持時間15秒で測定した。さら
に、電気抵抗率は四探針子法を用いて測定した。
さを荷重1kgf、保持時間15秒で測定した。さら
に、電気抵抗率は四探針子法を用いて測定した。
【0030】結晶粒径は、検鏡試料を強酸で腐食したの
ち撮影した400倍の光学顕微鏡組織写真において直線
交切法を用いてWC及びAl2O3各結晶粒の平均直径を
求めることにより測定した。
ち撮影した400倍の光学顕微鏡組織写真において直線
交切法を用いてWC及びAl2O3各結晶粒の平均直径を
求めることにより測定した。
【0031】第1表中、実施例1〜6に各組成について
得られた焼結体の相対密度(理論値に対して百分率で示
す)、結晶粒径、曲げ強さ、破壊靭性値、硬さ及び電気
抵抗値を示す。
得られた焼結体の相対密度(理論値に対して百分率で示
す)、結晶粒径、曲げ強さ、破壊靭性値、硬さ及び電気
抵抗値を示す。
【0032】また同第1表中、比較例〜にはWCに
Al2O3のみを加えた複合体を1700℃でホットプレ
ス焼成した複合焼結体について、また比較例及びに
は、同様の複合体を常圧焼成した複合焼結体についてそ
の特性を示している。
Al2O3のみを加えた複合体を1700℃でホットプレ
ス焼成した複合焼結体について、また比較例及びに
は、同様の複合体を常圧焼成した複合焼結体についてそ
の特性を示している。
【0033】実施例1〜6には、MgOを添加した材料
において比較例〜と同様のホットプレス温度で焼成
した複合焼結体の特性を示しているが、特に実施例4〜
6と比較例を比べるとMgO添加による室温曲げ強度
の向上が明かである。
において比較例〜と同様のホットプレス温度で焼成
した複合焼結体の特性を示しているが、特に実施例4〜
6と比較例を比べるとMgO添加による室温曲げ強度
の向上が明かである。
【0034】さらに、ホットプレス材におけるMgO添
加の効果は、実施例2及び3を比較例と比べると、高
温(1200℃)強度の40ないし50%の改善として
現われている。
加の効果は、実施例2及び3を比較例と比べると、高
温(1200℃)強度の40ないし50%の改善として
現われている。
【0035】(2)常圧焼結 WC粉末に(平均粒径1.0μm、純度99%以上)に
実施例7〜12に示す容量比でα型Al2O3粉末(平均
粒径0.2μm、純度99.99%以上)を、そしてさ
らにMgO(粒径0.1μm、純度99.98%以上)
を外割りの各重量比で添加し、ボールミルを用いて十分
混合した後、1850℃で1h、アルゴンガス雰囲気中
でAl2O3―0.5wt%MgO混合粉末を詰粉として
被焼成体を覆い常圧焼結を行った。
実施例7〜12に示す容量比でα型Al2O3粉末(平均
粒径0.2μm、純度99.99%以上)を、そしてさ
らにMgO(粒径0.1μm、純度99.98%以上)
を外割りの各重量比で添加し、ボールミルを用いて十分
混合した後、1850℃で1h、アルゴンガス雰囲気中
でAl2O3―0.5wt%MgO混合粉末を詰粉として
被焼成体を覆い常圧焼結を行った。
【0036】焼結体の評価は、(1)で述べたホットプ
レス材と同様に行った。
レス材と同様に行った。
【0037】第1表中、実施例7〜12には、各量のM
gOを添加して常圧焼成した70vol%WC―30v
ol%Al2O3及び30vol%WC―70vol%A
l2O3各材料の特性を示している。
gOを添加して常圧焼成した70vol%WC―30v
ol%Al2O3及び30vol%WC―70vol%A
l2O3各材料の特性を示している。
【0038】MgOを添加した材料は、比較例及び
に示すMgOを添加していない材料と比べていずれの組
成においても、結晶粒微細化とそれによる室温強度の向
上が顕著である。
に示すMgOを添加していない材料と比べていずれの組
成においても、結晶粒微細化とそれによる室温強度の向
上が顕著である。
【0039】また、焼結体の電気抵抗値はホットプレス
法によるものと変化しないことがわかる。
法によるものと変化しないことがわかる。
【0040】(3)熱間静水圧焼成 WC粉末に(平均粒径1.0μm、純度99%以上)に
実施例13〜16に示す容量比でα型Al2O3粉末(平
均粒径0.2μm、純度99.99%以上)を、そして
さらにMgO(粒径0.1μm、純度99.98%以
上)を外割りの各重量比で1%添加し、ボールミルを用
いて十分混合した後、1850℃及び1900℃で1
h、アルゴンガス雰囲気中でAl2O3―0.5wt%M
gO混合粉末を詰粉として被焼成体を覆い常圧焼結を行
った後、同様にアルゴンガス雰囲気中で1700℃で2
00MPaで2時間保持をする熱間静水圧焼成を行っ
た。
実施例13〜16に示す容量比でα型Al2O3粉末(平
均粒径0.2μm、純度99.99%以上)を、そして
さらにMgO(粒径0.1μm、純度99.98%以
上)を外割りの各重量比で1%添加し、ボールミルを用
いて十分混合した後、1850℃及び1900℃で1
h、アルゴンガス雰囲気中でAl2O3―0.5wt%M
gO混合粉末を詰粉として被焼成体を覆い常圧焼結を行
った後、同様にアルゴンガス雰囲気中で1700℃で2
00MPaで2時間保持をする熱間静水圧焼成を行っ
た。
【0041】凝結体の評価は、(1)で述べたホットプ
レス材と同様に行った。
レス材と同様に行った。
【0042】第1表中、実施例13〜16に、これらの
材料の特性を示すが、比較例、に示したMgOを添
加しない材料そして実施例7〜12に示したMgOを添
加して常圧焼結のみの材料に比べて強度及び靭性のさら
なる改善が見られる。
材料の特性を示すが、比較例、に示したMgOを添
加しない材料そして実施例7〜12に示したMgOを添
加して常圧焼結のみの材料に比べて強度及び靭性のさら
なる改善が見られる。
【0043】
【表1】
【0044】
【表2】
【0045】
【表3】
【0046】
【発明の効果】本発明のように、WCにAl2O3を複合
化する際に、外割り重量比で0.5〜2.0%のMg0
を焼結助剤として添加することにより、主として結晶粒
成長抑制効果に基づく機械的性質の改善効果が見られ
た。さらに、MgOの添加はこの系の常圧焼結性の改善
に極めて有効であることが明かとなった。
化する際に、外割り重量比で0.5〜2.0%のMg0
を焼結助剤として添加することにより、主として結晶粒
成長抑制効果に基づく機械的性質の改善効果が見られ
た。さらに、MgOの添加はこの系の常圧焼結性の改善
に極めて有効であることが明かとなった。
【0047】本発明のWC―Al2O3系複合焼結体は、
Al2O3セラミックスの強度、靭性及び電気伝導性等の
特性を顕著に改善しており、今後、Al2O3基セラミッ
クスの用途拡大ばかりでなく、耐熱用途での超硬合金の
代替として適用可能である。
Al2O3セラミックスの強度、靭性及び電気伝導性等の
特性を顕著に改善しており、今後、Al2O3基セラミッ
クスの用途拡大ばかりでなく、耐熱用途での超硬合金の
代替として適用可能である。
Claims (1)
- 【請求項1】 Al2O3が10〜90容量%で残部が実
質WCより成り、さらに外割りでMgOを0.5〜2.
0重量%添加した複合焼結体で、密度が理論値の95%
以上である緻密質高強度・高靭性なWC―Al2O3系複
合焼結体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4190223A JPH069264A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | WC―Al2O3系複合焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4190223A JPH069264A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | WC―Al2O3系複合焼結体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH069264A true JPH069264A (ja) | 1994-01-18 |
Family
ID=16254535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4190223A Withdrawn JPH069264A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | WC―Al2O3系複合焼結体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH069264A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6793414B2 (en) | 2000-03-31 | 2004-09-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Movable camera apparatus with a pan head |
US7690851B2 (en) | 2006-07-11 | 2010-04-06 | Elmo Company, Limited | Imaging apparatus |
US7929049B2 (en) | 2006-07-11 | 2011-04-19 | Elmo Company, Limited | Imaging apparatus |
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