JPH0710751B2 - 表面改質セラミックス焼結体及びその製造方法 - Google Patents
表面改質セラミックス焼結体及びその製造方法Info
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- JPH0710751B2 JPH0710751B2 JP21697987A JP21697987A JPH0710751B2 JP H0710751 B2 JPH0710751 B2 JP H0710751B2 JP 21697987 A JP21697987 A JP 21697987A JP 21697987 A JP21697987 A JP 21697987A JP H0710751 B2 JPH0710751 B2 JP H0710751B2
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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，耐食性材
料，高温機械部品用材料，精密機械部品用材料及び時計
側を含めた装飾用材料などの主として構造用材料として
適する表面改質セラミックス焼結体及びその製造方法に
関するものである。
料，高温機械部品用材料，精密機械部品用材料及び時計
側を含めた装飾用材料などの主として構造用材料として
適する表面改質セラミックス焼結体及びその製造方法に
関するものである。
（従来の技術） 一般に、構造用材料として使用されているセラミックス
焼結体は、大別すると、酸化物系セラミックス焼結体と
非酸化物系セラミックス焼結体がある。これらの内、前
者の代表的なものとしては、酸化アルミニウム系セラミ
ックス焼結体があり、後者の代表的なものとしては、窒
化ケイ素系セラミックス焼結体がある。
焼結体は、大別すると、酸化物系セラミックス焼結体と
非酸化物系セラミックス焼結体がある。これらの内、前
者の代表的なものとしては、酸化アルミニウム系セラミ
ックス焼結体があり、後者の代表的なものとしては、窒
化ケイ素系セラミックス焼結体がある。
酸化アルミニウム系セラミックス焼結体は、Al2O3‐TiC
系セラミックス焼結体が開発されたことにより、Al2O3
‐MgO系セラミックス焼結体に比較して強度や熱的性質
が改良されたものになっている。しかしながら、Al2O3
‐TiC系セラミックス焼結体は、まだ耐チッピング性又
は耐欠損性に劣るために切削工具材料などの構造材料と
しての安定性に問題がある。
系セラミックス焼結体が開発されたことにより、Al2O3
‐MgO系セラミックス焼結体に比較して強度や熱的性質
が改良されたものになっている。しかしながら、Al2O3
‐TiC系セラミックス焼結体は、まだ耐チッピング性又
は耐欠損性に劣るために切削工具材料などの構造材料と
しての安定性に問題がある。
一方、窒化ケイ素系セラミックス焼結体は、酸化アルミ
ニウム系セラミックス焼結体に比較して強度及び耐熱性
がすぐれているけれども、鉄族金属との親和性が高いた
めに高温で鋼や耐熱合金と接触するような構造材料、例
えば切削工具材料としては短寿命であるという問題があ
る。
ニウム系セラミックス焼結体に比較して強度及び耐熱性
がすぐれているけれども、鉄族金属との親和性が高いた
めに高温で鋼や耐熱合金と接触するような構造材料、例
えば切削工具材料としては短寿命であるという問題があ
る。
これらの問題点を改善するものとして、酸化アルミニウ
ムと窒化ケイ素を組合わせた切削工具用焼結体が特開昭
55-126574号公報で提案されており、又酸化アルミニウ
ムや窒化ケイ素からなるマトリックスに炭化ケイ素，窒
化ケイ素などのウイスカーで分散強化したセラミックス
切削工具が特開昭61-274803号公報で提案されている。
ムと窒化ケイ素を組合わせた切削工具用焼結体が特開昭
55-126574号公報で提案されており、又酸化アルミニウ
ムや窒化ケイ素からなるマトリックスに炭化ケイ素，窒
化ケイ素などのウイスカーで分散強化したセラミックス
切削工具が特開昭61-274803号公報で提案されている。
さらに、上記問題点を別の方向から改善するものとし
て、窒化ケイ素基焼結体の表面に内層と外層との硬化層
を被覆してなる高速切削用表面被覆窒化ケイ素基焼結部
材が特開昭58-74585号公報で提案されている。
て、窒化ケイ素基焼結体の表面に内層と外層との硬化層
を被覆してなる高速切削用表面被覆窒化ケイ素基焼結部
材が特開昭58-74585号公報で提案されている。
（発明が解決しようとする問題点） 酸化アルミニウムと窒化ケイ素を組合わせた切削工具用
焼結体として提案されている特開昭55-126574号公報
は、Si3N4５〜10vol％と、残部Al2O3からなる組成で熱
間静水圧燒結した切削工具材料である。この特開昭55-1
26574号公報の発明は、従来のホットプレス燒結によるA
l2O3‐TiC系セラミックス焼結体と同等の強度及び硬度
を有する焼結体ではあるが、鋼や鋳鉄を高速切削する場
合又は耐熱合金や高硬度材料を切削する場合には凝着摩
耗及び境界摩耗が著しくて短寿命になるという問題があ
る。
焼結体として提案されている特開昭55-126574号公報
は、Si3N4５〜10vol％と、残部Al2O3からなる組成で熱
間静水圧燒結した切削工具材料である。この特開昭55-1
26574号公報の発明は、従来のホットプレス燒結によるA
l2O3‐TiC系セラミックス焼結体と同等の強度及び硬度
を有する焼結体ではあるが、鋼や鋳鉄を高速切削する場
合又は耐熱合金や高硬度材料を切削する場合には凝着摩
耗及び境界摩耗が著しくて短寿命になるという問題があ
る。
また、特開昭61-274803号公報の発明は、セラミックス
のマトリックスにセラミックスのウイスカーを分散させ
ることにより強度が著しく向上したセラミックス焼結体
ではあるが、上述と同様に切削工具材料として用いると
被削材料の種類又は高速切削する場合に凝着摩耗及び境
界摩耗が著しくて短寿命になるという問題がある。
のマトリックスにセラミックスのウイスカーを分散させ
ることにより強度が著しく向上したセラミックス焼結体
ではあるが、上述と同様に切削工具材料として用いると
被削材料の種類又は高速切削する場合に凝着摩耗及び境
界摩耗が著しくて短寿命になるという問題がある。
さらに、特開昭58-74585号公報は、窒化ケイ素基焼結体
の表面に炭化ケイ素及び酸化ケイ素のうちのいずれか、
又は両方の固溶体からなる内層と、酸化アルミニウム、
酸化ジルコニウム及び酸化チタンのうちの１種、又は２
種以上の固溶体からなる外層とで構成された硬質相を被
覆してなる高速切削用表面被覆窒化ケイ素基燒結部材で
ある。
の表面に炭化ケイ素及び酸化ケイ素のうちのいずれか、
又は両方の固溶体からなる内層と、酸化アルミニウム、
酸化ジルコニウム及び酸化チタンのうちの１種、又は２
種以上の固溶体からなる外層とで構成された硬質相を被
覆してなる高速切削用表面被覆窒化ケイ素基燒結部材で
ある。
この特開昭58-74585号公報の発明は、切削工具材料とし
て用いた場合に鉄族金属との親和性の高い窒化ケイ素又
は炭化ケイ素が直接被削材料と接触しないことから耐凝
着摩耗性にすぐれているものである。しかしながら、特
開昭58-74585号公報の発明は、焼結体と内層又は内層と
外層との密着性が劣るために内層や外層の硬質層が剥離
してしまうという問題がある。
て用いた場合に鉄族金属との親和性の高い窒化ケイ素又
は炭化ケイ素が直接被削材料と接触しないことから耐凝
着摩耗性にすぐれているものである。しかしながら、特
開昭58-74585号公報の発明は、焼結体と内層又は内層と
外層との密着性が劣るために内層や外層の硬質層が剥離
してしまうという問題がある。
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、セラミックス焼結体の表面にアルミニウムとケ
イ素とを含有した複合酸化物の被覆層を形成してなる耐
凝着摩耗性、耐境界摩耗性及び耐剥離性にすぐれた表面
改質セラミックス焼結体の提供を目的とするものであ
る。
的には、セラミックス焼結体の表面にアルミニウムとケ
イ素とを含有した複合酸化物の被覆層を形成してなる耐
凝着摩耗性、耐境界摩耗性及び耐剥離性にすぐれた表面
改質セラミックス焼結体の提供を目的とするものであ
る。
（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、鉄族金属との親和性が低く、耐酸化性に
すぐれている酸化アルミニウムと、高温強度及び耐熱性
にすぐれている炭化ケイ素とを組合わせたセラミックス
焼結体を主体に、他のセラミックス焼結体も比較に加え
て大気中で酸化試験を行っていた所、焼結体中のAl元素
とSi元素との比率により焼結体の表面に緻密で高硬度の
酸化物の被覆膜が形成されていること、並びにこの被覆
膜がムライト、又はムライトと他の酸化物との混合相か
らなっている場合に耐凝着摩耗性，耐境界摩耗性及び耐
剥離性にすぐれ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。
すぐれている酸化アルミニウムと、高温強度及び耐熱性
にすぐれている炭化ケイ素とを組合わせたセラミックス
焼結体を主体に、他のセラミックス焼結体も比較に加え
て大気中で酸化試験を行っていた所、焼結体中のAl元素
とSi元素との比率により焼結体の表面に緻密で高硬度の
酸化物の被覆膜が形成されていること、並びにこの被覆
膜がムライト、又はムライトと他の酸化物との混合相か
らなっている場合に耐凝着摩耗性，耐境界摩耗性及び耐
剥離性にすぐれ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。
すなわち、本発明の表面改質セラミックス焼結体は、酸
化アルミニウム，窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニ
ウムの中の少なくとも１種を主成分とするマトリックス
70〜85vol％と、残り炭化ケイ素，窒化ケイ素，酸化ケ
イ素又は金属のケイ化物及びこれらの相互固溶体の中の
少なくとも１種のケイ素含有化合物と不可避不純物とか
らなる焼結体であって、該焼結体の表面にアルミニウム
とケイ素とを含有する複合酸化物の被覆膜を形成してな
ることを特徴とするものである。
化アルミニウム，窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニ
ウムの中の少なくとも１種を主成分とするマトリックス
70〜85vol％と、残り炭化ケイ素，窒化ケイ素，酸化ケ
イ素又は金属のケイ化物及びこれらの相互固溶体の中の
少なくとも１種のケイ素含有化合物と不可避不純物とか
らなる焼結体であって、該焼結体の表面にアルミニウム
とケイ素とを含有する複合酸化物の被覆膜を形成してな
ることを特徴とするものである。
本発明の表面改質セラミックス焼結体におけるマトリッ
クスは、酸化アルミニウム，窒化アルミニウム又は酸窒
化アルミニウムの中の少なくとも１種を主成分とするも
ので、焼結体の表面層において焼結体中のケイ素含有化
合物と反応してアルミニウムとケイ素とを含有する複合
酸化物の被覆膜が形成されるような酸化アルミニウム，
窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウムの中の少なく
とも１種を含有しているものである。具体的には、マト
リックスの粒成長抑制、又はマトリックスとケイ素含有
化合物との結合促進もしくは焼結体促進のために、例え
ばMgO,NiO,CoO,TiO2，ZrO2，Cr2O3などの酸化物又は周
期律表4a（Ti,Zr,Hf）,5a（V,Nb,Ta）,6a（Cr,Mo,W）の
金属の炭化物，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種の添加物がマトリッ
クス中の40vol％以下と、残り酸化アルミニウム，窒化
アルミニウム又は酸窒化アルミニウムの中の少なくとも
１種とでなるマトリックスである。マトリックス中に上
述のような添加物が含有されているときには、例えばス
ピネル（MgO・Al2O3）のような化合物が形成されている
場合がある。このスピネルのような化合物がマトリック
ス中に形成されていて、マトリックス中の酸化アルミニ
ウム，窒化アルミニウム，酸窒化アルミニウムがケイ素
含有化合物と反応して複合酸化物の被覆膜を形成するの
を阻害する場合は、添加物の量をできるだけ少なくして
おく必要がある。
クスは、酸化アルミニウム，窒化アルミニウム又は酸窒
化アルミニウムの中の少なくとも１種を主成分とするも
ので、焼結体の表面層において焼結体中のケイ素含有化
合物と反応してアルミニウムとケイ素とを含有する複合
酸化物の被覆膜が形成されるような酸化アルミニウム，
窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウムの中の少なく
とも１種を含有しているものである。具体的には、マト
リックスの粒成長抑制、又はマトリックスとケイ素含有
化合物との結合促進もしくは焼結体促進のために、例え
ばMgO,NiO,CoO,TiO2，ZrO2，Cr2O3などの酸化物又は周
期律表4a（Ti,Zr,Hf）,5a（V,Nb,Ta）,6a（Cr,Mo,W）の
金属の炭化物，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種の添加物がマトリッ
クス中の40vol％以下と、残り酸化アルミニウム，窒化
アルミニウム又は酸窒化アルミニウムの中の少なくとも
１種とでなるマトリックスである。マトリックス中に上
述のような添加物が含有されているときには、例えばス
ピネル（MgO・Al2O3）のような化合物が形成されている
場合がある。このスピネルのような化合物がマトリック
ス中に形成されていて、マトリックス中の酸化アルミニ
ウム，窒化アルミニウム，酸窒化アルミニウムがケイ素
含有化合物と反応して複合酸化物の被覆膜を形成するの
を阻害する場合は、添加物の量をできるだけ少なくして
おく必要がある。
本発明の表面改質セラミックス焼結体におけるケイ素含
有化合物は、マトリックスの主成分である酸化アルミニ
ウム，窒化アルミニウム，酸窒化アルミニウムと緻密な
焼結体を形成して、強度及び耐熱衝撃性を高めると共
に、アルミニウムとケイ素とを含有する複合酸化物の被
覆膜を形成するために必要なもので、具体的には、α−
SiC,β−SiC,γ−SiC,δ−SiC,α−Si3N4，β−Si3N4，
SiO2，Mg2Si,CaSi,YSi2，YbSi2，TiSi2，ZrSi2，V2Si，
TaSi2，Cr3Si，MoSi2，WSi2を代表例として挙げること
ができる。
有化合物は、マトリックスの主成分である酸化アルミニ
ウム，窒化アルミニウム，酸窒化アルミニウムと緻密な
焼結体を形成して、強度及び耐熱衝撃性を高めると共
に、アルミニウムとケイ素とを含有する複合酸化物の被
覆膜を形成するために必要なもので、具体的には、α−
SiC,β−SiC,γ−SiC,δ−SiC,α−Si3N4，β−Si3N4，
SiO2，Mg2Si,CaSi,YSi2，YbSi2，TiSi2，ZrSi2，V2Si，
TaSi2，Cr3Si，MoSi2，WSi2を代表例として挙げること
ができる。
本発明の表面改質セラミックス焼結体における複合酸化
物の被覆膜は、アルミニウムとケイ素とを含有する複合
酸化物であって、例えば、（Alx,Siy）Oz又はnAlxOa・m
SiyOb（ただし、n,mは整数、x,y,z,a,bは、それぞれの
元素のモル比を示す。）で表わせる組成からなり、具体
的には、3Al2O3・2SiO2（ムライト）の単相でなる場
合、又はムライトと酸化アルミニウム、もしくはムライ
トと酸化ケイ素の混相でなる場合などがある。この被覆
膜は、好ましくは0.1〜20μｍの厚さ、更に好ましくは
0.5〜10μｍの厚さからなるものである。
物の被覆膜は、アルミニウムとケイ素とを含有する複合
酸化物であって、例えば、（Alx,Siy）Oz又はnAlxOa・m
SiyOb（ただし、n,mは整数、x,y,z,a,bは、それぞれの
元素のモル比を示す。）で表わせる組成からなり、具体
的には、3Al2O3・2SiO2（ムライト）の単相でなる場
合、又はムライトと酸化アルミニウム、もしくはムライ
トと酸化ケイ素の混相でなる場合などがある。この被覆
膜は、好ましくは0.1〜20μｍの厚さ、更に好ましくは
0.5〜10μｍの厚さからなるものである。
本発明の表面改質セラミックス焼結体を作成するには、
従来の粉末冶金法でもって酸化アルミニウム，窒化アル
ミニウム又は酸窒化アルミニウムの中の少なくとも１種
を主成分とするマトリックス70〜85vol％と、残り炭化
ケイ素、窒化ケイ素，酸化ケイ素又は金属のケイ化物及
びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種のケイ素含
有化合物と不可避不純物とからなる焼結体を作製した
後、この焼結体の表面に従来の化学蒸着法（CVD法）又
はプラズマCVD法を応用してアルミニウムとケイ素とを
含有する複合酸化物からなる被覆膜を作製することもで
きる。この被覆膜は、具体的には：ハロゲン化ケイ素や
シラン（例えばSi2Cl4やSiH4など）とハロゲン化アルミ
ニウム（例えばAlCl3など）とH2，CO2,CO,N2Oなどのガ
ス中で上述の焼結体を900〜1200℃に加熱して焼結体の
表面に被覆膜を形成するCVD法、もしくは上述のような
ガスをグロー放電などで励起させ、焼結体を200〜500℃
に加熱して焼結体の表面に被覆膜を形成するプラズマCV
D法により作製することもできる。このようなCVD法又は
プラズマCVD法の他に被覆膜と焼結体とのすぐれた密着
性，作業性の容易さ及び製造設備の簡素化、さらには燒
結の促進性をも加味して次のような製造方法が特に好ま
しいことである。
従来の粉末冶金法でもって酸化アルミニウム，窒化アル
ミニウム又は酸窒化アルミニウムの中の少なくとも１種
を主成分とするマトリックス70〜85vol％と、残り炭化
ケイ素、窒化ケイ素，酸化ケイ素又は金属のケイ化物及
びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種のケイ素含
有化合物と不可避不純物とからなる焼結体を作製した
後、この焼結体の表面に従来の化学蒸着法（CVD法）又
はプラズマCVD法を応用してアルミニウムとケイ素とを
含有する複合酸化物からなる被覆膜を作製することもで
きる。この被覆膜は、具体的には：ハロゲン化ケイ素や
シラン（例えばSi2Cl4やSiH4など）とハロゲン化アルミ
ニウム（例えばAlCl3など）とH2，CO2,CO,N2Oなどのガ
ス中で上述の焼結体を900〜1200℃に加熱して焼結体の
表面に被覆膜を形成するCVD法、もしくは上述のような
ガスをグロー放電などで励起させ、焼結体を200〜500℃
に加熱して焼結体の表面に被覆膜を形成するプラズマCV
D法により作製することもできる。このようなCVD法又は
プラズマCVD法の他に被覆膜と焼結体とのすぐれた密着
性，作業性の容易さ及び製造設備の簡素化、さらには燒
結の促進性をも加味して次のような製造方法が特に好ま
しいことである。
すなわち、本発明の表面改質セラミックス焼結体の製造
方法は、酸化アルミニウム粉末，窒化アルミニウム粉末
又は酸窒化アルミニウム粉末の中の少なくとも１種の第
１出発物と、炭化ケイ素粉末，炭化ケイ素ウイスカー，
窒化ケイ素粉末，窒化ケイ素ウイスカー，金属のケイ化
物粉末及びこれらの相互固溶体粉末の中の少なくとも１
種の第２出発物とでなる混合物を作製する第１工程と、
該混合物又は該混合物を成形体とした後大気中もしくは
酸化性ガス中において900〜1200℃で酸化処理する第２
工程と、酸化処理された前記成形体を真空中又は非酸化
性ガス中において1550〜1900℃で燒結して酸化アルミニ
ウム，窒化アルミニウム及び酸窒化アルミニウムの中の
少なくとも１種を主成分とするマトリックス70〜85vol
％と、残り炭化ケイ素，窒化ケイ素，酸化ケイ素又は金
属のケイ化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも
１種のケイ素含有化合物と不可避不純物とからなる焼結
体にする第３工程と、該焼結体を大気中又は酸化性ガス
中において900〜1600℃で酸化処理して、前記焼結体の
表面にアルミニウムとケイ素とを含有する複合酸化物の
被覆膜を形成する第４工程とからなることを特徴とする
ものである。
方法は、酸化アルミニウム粉末，窒化アルミニウム粉末
又は酸窒化アルミニウム粉末の中の少なくとも１種の第
１出発物と、炭化ケイ素粉末，炭化ケイ素ウイスカー，
窒化ケイ素粉末，窒化ケイ素ウイスカー，金属のケイ化
物粉末及びこれらの相互固溶体粉末の中の少なくとも１
種の第２出発物とでなる混合物を作製する第１工程と、
該混合物又は該混合物を成形体とした後大気中もしくは
酸化性ガス中において900〜1200℃で酸化処理する第２
工程と、酸化処理された前記成形体を真空中又は非酸化
性ガス中において1550〜1900℃で燒結して酸化アルミニ
ウム，窒化アルミニウム及び酸窒化アルミニウムの中の
少なくとも１種を主成分とするマトリックス70〜85vol
％と、残り炭化ケイ素，窒化ケイ素，酸化ケイ素又は金
属のケイ化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも
１種のケイ素含有化合物と不可避不純物とからなる焼結
体にする第３工程と、該焼結体を大気中又は酸化性ガス
中において900〜1600℃で酸化処理して、前記焼結体の
表面にアルミニウムとケイ素とを含有する複合酸化物の
被覆膜を形成する第４工程とからなることを特徴とする
ものである。
本発明の表面改質セラミックス焼結体の製造方法におけ
る第１工程の内、第１出発物及び第２出発物として用い
る粉末は、成形性及び燒結性から平均粒径3.0μｍ以
下、好ましくは平均粒径1.0μｍ以下のものがよく、そ
の結晶形態は非晶質及び／又は各種の結晶構造のものを
用いることができる。これら第１出発物及び第２出発物
として用いる粉末をウイスカーに置換して用いることも
でき、特にウイスカーの効果を高めるために第２出発物
の内の炭化ケイ素粉末及び／又は窒化ケイ素粉末の１部
又は全部をそれぞれのウイスカーに置換するという方法
が好ましい。第２出発物としてウイスカーを用いる場合
は、アスベクス比10〜100のウイスカーが作業性及び焼
結体の諸特性の両方から好ましいものである。この第１
工程における混合物の作製は、従来の粉末冶金法におけ
る混合方法を利用することができる。この内、特に出発
物にウイスカーを含有している場合には、ウイスカーを
できるだけ損傷しないような混合方法、例えばＶブレン
ダーなどの混合方法が好ましい。
る第１工程の内、第１出発物及び第２出発物として用い
る粉末は、成形性及び燒結性から平均粒径3.0μｍ以
下、好ましくは平均粒径1.0μｍ以下のものがよく、そ
の結晶形態は非晶質及び／又は各種の結晶構造のものを
用いることができる。これら第１出発物及び第２出発物
として用いる粉末をウイスカーに置換して用いることも
でき、特にウイスカーの効果を高めるために第２出発物
の内の炭化ケイ素粉末及び／又は窒化ケイ素粉末の１部
又は全部をそれぞれのウイスカーに置換するという方法
が好ましい。第２出発物としてウイスカーを用いる場合
は、アスベクス比10〜100のウイスカーが作業性及び焼
結体の諸特性の両方から好ましいものである。この第１
工程における混合物の作製は、従来の粉末冶金法におけ
る混合方法を利用することができる。この内、特に出発
物にウイスカーを含有している場合には、ウイスカーを
できるだけ損傷しないような混合方法、例えばＶブレン
ダーなどの混合方法が好ましい。
本発明の表面改質セラミックス焼結体の製造方法におけ
る第２工程の内、混合物を直接ホットプレス用モルード
に挿入して酸化処理する場合、又は混合物を射出成形
法，押出成形法もしくは金型によるプレス成形法により
成形体にしてから酸化処理する場合もある。
る第２工程の内、混合物を直接ホットプレス用モルード
に挿入して酸化処理する場合、又は混合物を射出成形
法，押出成形法もしくは金型によるプレス成形法により
成形体にしてから酸化処理する場合もある。
本発明の表面改質セラミックス焼結体の製造方法におけ
る第３工程は、従来の粉末冶金法における燒結方法、例
えば真空中又は減圧，大気圧，加圧状態での非酸化性ガ
ス中で燒結することができる。
る第３工程は、従来の粉末冶金法における燒結方法、例
えば真空中又は減圧，大気圧，加圧状態での非酸化性ガ
ス中で燒結することができる。
本発明の表面改質セラミックス焼結体の製造方法におけ
る第４工程の内、複合酸化物の被覆膜は、焼結体の組成
と第４工程における酸化処理条件により制御することが
でき、特に焼結体中のマトリックスとケイ素含有化合物
との比率により被覆膜の組成の制御、第４工程における
酸化処理条件により被覆膜の厚さの制御が主としてでき
るものである。
る第４工程の内、複合酸化物の被覆膜は、焼結体の組成
と第４工程における酸化処理条件により制御することが
でき、特に焼結体中のマトリックスとケイ素含有化合物
との比率により被覆膜の組成の制御、第４工程における
酸化処理条件により被覆膜の厚さの制御が主としてでき
るものである。
この本発明の表面改質セラミックス焼結体の製造方法の
内、第２工程と第４工程において酸化性ガス中で酸化処
理する場合は、例えば水素ガスや不活性ガスと、CO,C
O2，N2O，O2などの酸素供給ガスとの混合ガスを減圧，
大気圧，加圧の状態にして行うことができる。しかし、
作業性の容易さ及び製造設備から大気中で酸化処理する
のが好ましい。
内、第２工程と第４工程において酸化性ガス中で酸化処
理する場合は、例えば水素ガスや不活性ガスと、CO,C
O2，N2O，O2などの酸素供給ガスとの混合ガスを減圧，
大気圧，加圧の状態にして行うことができる。しかし、
作業性の容易さ及び製造設備から大気中で酸化処理する
のが好ましい。
この本発明の表面改質セラミックス焼結体の製造方法の
内、第１工程における第２出発物を上述の第２工程の酸
化処理条件で酸化して粉末又はウイスカーの表面に酸化
被膜を形成させてなる複合物として用いる場合は、上述
の第２工程を省略することもできるが、第１工程におけ
る混合物にするときの混合において、複合物の酸化被膜
をできるだけ剥離しないようにすることが望ましい。
内、第１工程における第２出発物を上述の第２工程の酸
化処理条件で酸化して粉末又はウイスカーの表面に酸化
被膜を形成させてなる複合物として用いる場合は、上述
の第２工程を省略することもできるが、第１工程におけ
る混合物にするときの混合において、複合物の酸化被膜
をできるだけ剥離しないようにすることが望ましい。
（作用） 本発明の表面改質セラミックス焼結体は、アルミニウム
を含有する化合物からなるマトリックスとケイ素含有化
合物との焼結体の表面にアルミニウムとケイ素とを含有
する複合酸化物の被覆膜を形成したものであることか
ら、焼結体と被覆膜との密着性が著しくすぐれるという
作用がある。特に被覆膜を酸化処理により作成すると、
焼結体と複合酸化物の被覆膜との界面にケイ素の酸炭化
物又はケイ素の酸窒化物が混在する場合もあり、一層密
着性がすぐれるという作用がある。
を含有する化合物からなるマトリックスとケイ素含有化
合物との焼結体の表面にアルミニウムとケイ素とを含有
する複合酸化物の被覆膜を形成したものであることか
ら、焼結体と被覆膜との密着性が著しくすぐれるという
作用がある。特に被覆膜を酸化処理により作成すると、
焼結体と複合酸化物の被覆膜との界面にケイ素の酸炭化
物又はケイ素の酸窒化物が混在する場合もあり、一層密
着性がすぐれるという作用がある。
また、本発明の表面改質セラミックス焼結体は、被覆膜
が酸化物からなっていることから耐酸化性にすぐれると
共に金属、特に鉄族金属との親和性に劣ることから鉄族
金属に対する耐凝着摩耗性及び耐境界摩耗性にすぐれる
という作用がある。
が酸化物からなっていることから耐酸化性にすぐれると
共に金属、特に鉄族金属との親和性に劣ることから鉄族
金属に対する耐凝着摩耗性及び耐境界摩耗性にすぐれる
という作用がある。
本発明の表面改質セラミックス焼結体の製造方法は、前
述の第２工程における酸化処理により酸化被膜が形成さ
れて、そのために焼結性が促進されるという作用があ
る。また、本発明の表面改質セラミックス焼結体の製造
方法は、前述の第４工程における酸化処理により被覆膜
を形成するために、被覆膜の厚さ制御が容易であるとい
う作用がある。
述の第２工程における酸化処理により酸化被膜が形成さ
れて、そのために焼結性が促進されるという作用があ
る。また、本発明の表面改質セラミックス焼結体の製造
方法は、前述の第４工程における酸化処理により被覆膜
を形成するために、被覆膜の厚さ制御が容易であるとい
う作用がある。
（実施例） 実施例１ 平均粒径１μｍのAl2O3粉末，平均粒径0.3μｍのSiC粉
末を出発物として、25vol％SiC-75vol％Al2O3組成に配
合した。この配合粉末とAl2O3製ボールとメタノールを
プラスチック製容器に入れて48時間混合した後、乾燥し
て混合粉末を得た。この混合粉末をAl2O3製容器に挿入
して大気中900℃１時間保持にて酸化処理した後、カー
ボンモルードに充填してアルゴン雰囲気中，圧力200kgf
/cm2，温度1750℃，保持時間１時間にてホットプレス燒
結した。この焼結体を所定形状に切断及び研摩後、大気
中1500℃１時間保持にて酸化処理を行って本発明品No1
を得た。
末を出発物として、25vol％SiC-75vol％Al2O3組成に配
合した。この配合粉末とAl2O3製ボールとメタノールを
プラスチック製容器に入れて48時間混合した後、乾燥し
て混合粉末を得た。この混合粉末をAl2O3製容器に挿入
して大気中900℃１時間保持にて酸化処理した後、カー
ボンモルードに充填してアルゴン雰囲気中，圧力200kgf
/cm2，温度1750℃，保持時間１時間にてホットプレス燒
結した。この焼結体を所定形状に切断及び研摩後、大気
中1500℃１時間保持にて酸化処理を行って本発明品No1
を得た。
上記本発明品No1の製造方法の内、混合粉末の酸化処理
を1100℃にした以外はほぼ上記と同様の製造方法でもっ
て本発明品No2を得た。
を1100℃にした以外はほぼ上記と同様の製造方法でもっ
て本発明品No2を得た。
比較として、上記本発明品の製造方法の内、燒結後の酸
化処理は全て行なわずに、混合粉末の酸化処理は、処理
なし、900℃,1100℃,1300℃と変えて、この内混合粉末
の酸化処理なしの場合はホットプレス時の燒結条件を50
0kgf/cm2圧力,1850℃１時間保持とした以外はほぼ上記
本発明品と同様の製造方法でもって比較品を作製した。
この比較品は、混合粉末の酸化処理なし,900℃酸化処
理,1100℃酸化処理,1300℃酸化処理をそれぞれ比較品No
1,2,3,4とした。
化処理は全て行なわずに、混合粉末の酸化処理は、処理
なし、900℃,1100℃,1300℃と変えて、この内混合粉末
の酸化処理なしの場合はホットプレス時の燒結条件を50
0kgf/cm2圧力,1850℃１時間保持とした以外はほぼ上記
本発明品と同様の製造方法でもって比較品を作製した。
この比較品は、混合粉末の酸化処理なし,900℃酸化処
理,1100℃酸化処理,1300℃酸化処理をそれぞれ比較品No
1,2,3,4とした。
こうして得た本発明品No1,2及び比較品No1,2,3,4を用い
て、被削材インコネル600,切削速度120m/min,送り速度
0.15mm/rev,切り込み量1.0mm,切削時間3min,チップ形状
SPGN120408の条件で切削試験を行い、その時の平均逃げ
面摩耗量（VB）及び境界摩耗量（VN）を測定し、その結
果を第１表に示した。
て、被削材インコネル600,切削速度120m/min,送り速度
0.15mm/rev,切り込み量1.0mm,切削時間3min,チップ形状
SPGN120408の条件で切削試験を行い、その時の平均逃げ
面摩耗量（VB）及び境界摩耗量（VN）を測定し、その結
果を第１表に示した。
尚、本発明品１及び２の被覆膜の厚さ及び組織を走査型
電子顕微鏡,X線回折装置でもって測定した所、両者共厚
さが約６μｍのムライト相であった。
電子顕微鏡,X線回折装置でもって測定した所、両者共厚
さが約６μｍのムライト相であった。
実施例２ 平均粒径１μｍのAl2O3粉末，平均粒径0.3μｍのSiC粉
末，半径粒径0.5μｍのSi3N4粉末,0.5φμｍ×20μｍの
SiCウイスカーを出発物として、第２表に示すような組
成に各試料を配合した。この配合組成物とAl2O3製ボー
ルとメタノールとをプラスチック製容器に入れて48時間
混合した。こうして得た混合物を乾燥後、カーボンモル
ードに充填してアルゴン雰囲気中，圧力500kgf/cm2，温
度1850℃で１時間保持にてホットプレス燒結した。こう
して得た焼結体から所定形状に切断研摩した後、各試料
を大気中にて表面酸化させて本発明品No3〜９を得た。
このときの酸化処理条件及び酸化処理によって焼結体の
表面に形成された被覆膜の厚さを第２表に併記した。ま
た、焼結体の表面に形成された被覆膜の組成をＸ線回折
により調べて、その結果も第２表に併記した。さらに、
酸化処理後の焼結体の抗折力値を測定し、その結果も第
２表に併記した。
末，半径粒径0.5μｍのSi3N4粉末,0.5φμｍ×20μｍの
SiCウイスカーを出発物として、第２表に示すような組
成に各試料を配合した。この配合組成物とAl2O3製ボー
ルとメタノールとをプラスチック製容器に入れて48時間
混合した。こうして得た混合物を乾燥後、カーボンモル
ードに充填してアルゴン雰囲気中，圧力500kgf/cm2，温
度1850℃で１時間保持にてホットプレス燒結した。こう
して得た焼結体から所定形状に切断研摩した後、各試料
を大気中にて表面酸化させて本発明品No3〜９を得た。
このときの酸化処理条件及び酸化処理によって焼結体の
表面に形成された被覆膜の厚さを第２表に併記した。ま
た、焼結体の表面に形成された被覆膜の組成をＸ線回折
により調べて、その結果も第２表に併記した。さらに、
酸化処理後の焼結体の抗折力値を測定し、その結果も第
２表に併記した。
比較として、上記出発物及び上記製造条件により燒結
し、燒結後、焼結体の表面被覆膜を形成してない比較品
No5〜９を作製した。また、本発明から外れた組成の焼
結体を用いて上記と同様にして表面被覆膜を形成したも
のを比較品No10とした。これら比較品No5〜10の抗折力
などを第１表に併記した。
し、燒結後、焼結体の表面被覆膜を形成してない比較品
No5〜９を作製した。また、本発明から外れた組成の焼
結体を用いて上記と同様にして表面被覆膜を形成したも
のを比較品No10とした。これら比較品No5〜10の抗折力
などを第１表に併記した。
第１表に示した本発明品No3〜９及び比較品No5〜10を用
いて、実施例１と同様の切削条件でもって切削試験を行
い、その結果を第３表に示した。
いて、実施例１と同様の切削条件でもって切削試験を行
い、その結果を第３表に示した。
（発明の効果） 本発明の表面改質セラミックス焼結体は、表面に複合酸
化物の被覆膜が形成されていることから鉄族金属との親
和性に劣り、その結果、切削工具材料として用いると境
界摩耗量において、表面改質されてない比較品に比べて
約1.3〜４倍も向上するという効果がある。
化物の被覆膜が形成されていることから鉄族金属との親
和性に劣り、その結果、切削工具材料として用いると境
界摩耗量において、表面改質されてない比較品に比べて
約1.3〜４倍も向上するという効果がある。
また、本発明の表面改質セラミックス焼結体の製造方法
は、燒結を促進できるという効果、いいかえると従来の
方法に比べて約200℃も低い温度で緻密な焼結体にする
ことができるという効果がある。
は、燒結を促進できるという効果、いいかえると従来の
方法に比べて約200℃も低い温度で緻密な焼結体にする
ことができるという効果がある。
Claims (3)
- 【請求項１】酸化アルミニウム，窒化アルミニウム又は
酸窒化アルミニウムの中の少なくとも１種を主成分とす
るマトリックス70〜85vol％と、残り炭化ケイ素，窒化
ケイ素，酸化ケイ素又は金属のケイ化物及びこれらの相
互固溶体の中の少なくとも１種のケイ素含有化合物と不
可避不純物とからなる焼結体であって、該焼結体の表面
にアルミニウムとケイ素とを含有する複合酸化物の被覆
膜を形成してなることを特徴とする表面改質セラミック
ス焼結体。 - 【請求項２】上記被覆膜は、0.1〜20μｍの厚さでムラ
イト又はムライトを含有する複合酸化物からなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面改質セラミ
ックス焼結体。 - 【請求項３】酸化アルミニウム粉末，窒化アルミニウム
粉末又は酸窒化アルミニウム粉末の中の少なくとも１種
の第１出発物と、炭化ケイ素粉末，炭化ケイ素ウイスカ
ー，窒化ケイ素粉末，窒化ケイ素ウイスカー，金属のケ
イ化物粉末及びこれらの相互固溶体粉末の中の少なくと
も１種の第２出発物とでなる混合物を作製する第１工程
と、該混合物又は該混合物を成形体とした後、大気中又
は酸化性ガス中において900〜1200℃で酸化処理する第
２工程と、酸化処理された前記混合物又は前記成形体を
真空中もしくは非酸化性ガス中において1550〜1900℃で
焼結して酸化アルミニウム，窒化アルミニウム及び酸窒
化アルミニウムの中の少なくとも１種を主成分とするマ
トリックス70〜85vol％と、残り炭化ケイ素，窒化ケイ
素，酸化ケイ素又は金属のケイ化物及びこれらの相互固
溶体の中の少なくとも１種のケイ素含有化合物と不可避
不純物とからなる焼結体にする第３工程と、該焼結体を
大気中又は酸化性ガス中において900〜1600℃で酸化処
理して、前記焼結体の表面にアルミニウムとケイ素とを
含有する複合酸化物の被覆膜を形成する第４工程とから
なることを特徴とする表面改質セラミックス焼結体の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21697987A JPH0710751B2 (ja) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | 表面改質セラミックス焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21697987A JPH0710751B2 (ja) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | 表面改質セラミックス焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6461375A JPS6461375A (en) | 1989-03-08 |
| JPH0710751B2 true JPH0710751B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=16696912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21697987A Expired - Fee Related JPH0710751B2 (ja) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | 表面改質セラミックス焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0710751B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106504892A (zh) * | 2015-09-03 | 2017-03-15 | 株式会社村田制作所 | 陶瓷电子部件的制造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7262145B2 (en) | 2004-04-23 | 2007-08-28 | Kennametal Inc. | Whisker-reinforced ceramic containing aluminum oxynitride and method of making the same |
-
1987
- 1987-08-31 JP JP21697987A patent/JPH0710751B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106504892A (zh) * | 2015-09-03 | 2017-03-15 | 株式会社村田制作所 | 陶瓷电子部件的制造方法 |
| US10847318B2 (en) | 2015-09-03 | 2020-11-24 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of manufacturing ceramic electronic component |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6461375A (en) | 1989-03-08 |
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