JPH07109174A - 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 - Google Patents
硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH07109174A JPH07109174A JP5254250A JP25425093A JPH07109174A JP H07109174 A JPH07109174 A JP H07109174A JP 5254250 A JP5254250 A JP 5254250A JP 25425093 A JP25425093 A JP 25425093A JP H07109174 A JPH07109174 A JP H07109174A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- boride
- group
- composite material
- element selected
- periodic table
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 アルミニウム合金との耐溶着性、高温特性に
優れ、かつ高強度、高靭性の硼化物系セラミックス材料
を提供する。 【構成】 平均粒径０．３μｍ〜５μｍを有する第４ａ
族の硼化物又は硼化タングステンのマトリックスの結晶
粒内又は粒界に、粒子径５００ｎｍ以下の元素周期律表
６ａ族から選ばれた１元素を３〜２０体積％分散させた
切削工具用セラミックス材料。硼化物と元素周期律表６
ａ族から選ばれた１元素を混合して成形した後、真空又
は不活性雰囲気中で、１５００℃以上の温度で焼結す
る。 【効果】 硼化物マトリックス中にナノサイズのＷ，Ｍ
ｏ，Ｃｒ微粒子が分散した特殊な組織構造を有するもの
であり、破壊強度、破壊靭性等の機械的特性が著しく高
い。アルミニウム合金の切削においては、超硬合金より
優れた切削特性を有し、ダイヤモンド焼結体よりも安価
に提供される。アルミニウム缶の加工においても、超硬
合金より軽量で優れた耐久性を示す。
優れ、かつ高強度、高靭性の硼化物系セラミックス材料
を提供する。 【構成】 平均粒径０．３μｍ〜５μｍを有する第４ａ
族の硼化物又は硼化タングステンのマトリックスの結晶
粒内又は粒界に、粒子径５００ｎｍ以下の元素周期律表
６ａ族から選ばれた１元素を３〜２０体積％分散させた
切削工具用セラミックス材料。硼化物と元素周期律表６
ａ族から選ばれた１元素を混合して成形した後、真空又
は不活性雰囲気中で、１５００℃以上の温度で焼結す
る。 【効果】 硼化物マトリックス中にナノサイズのＷ，Ｍ
ｏ，Ｃｒ微粒子が分散した特殊な組織構造を有するもの
であり、破壊強度、破壊靭性等の機械的特性が著しく高
い。アルミニウム合金の切削においては、超硬合金より
優れた切削特性を有し、ダイヤモンド焼結体よりも安価
に提供される。アルミニウム缶の加工においても、超硬
合金より軽量で優れた耐久性を示す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は特殊な組織構造を有した
硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法に係
り、詳しくは、アルミニウム合金などの難削材を切削す
る工具用材料又はアルミニウム缶製造治具用材料として
有用な高強度、高靭性の硼化物系セラミックス複合材料
及びその製造方法に関する。
硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法に係
り、詳しくは、アルミニウム合金などの難削材を切削す
る工具用材料又はアルミニウム缶製造治具用材料として
有用な高強度、高靭性の硼化物系セラミックス複合材料
及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】切削工具の最も大きな市場である自動車
関連産業では、環境問題が大きなテーマとなってきてい
る。その中で、軽量化による燃費の低減が最も有効な手
段と考えられ、エンジン部品等のアルミニウム化が急速
に進みつつある。それに伴って、アルミニウム切削技術
の需要も増加している。
関連産業では、環境問題が大きなテーマとなってきてい
る。その中で、軽量化による燃費の低減が最も有効な手
段と考えられ、エンジン部品等のアルミニウム化が急速
に進みつつある。それに伴って、アルミニウム切削技術
の需要も増加している。
【０００３】アルミニウムの切削において、最も大きな
課題は、切れ刃に生じる溶着である。また、アルミニウ
ム切削用工具の特性としては、刃先のシャープさ、面粗
度の良さ等が必要とされる。そのため、鋼等の切削工具
に対して広く採用されているＣＶＤコーティングは、面
粗度が上がらないことから、アルミニウムの加工用工具
には採用されていない。
課題は、切れ刃に生じる溶着である。また、アルミニウ
ム切削用工具の特性としては、刃先のシャープさ、面粗
度の良さ等が必要とされる。そのため、鋼等の切削工具
に対して広く採用されているＣＶＤコーティングは、面
粗度が上がらないことから、アルミニウムの加工用工具
には採用されていない。
【０００４】現在、アルミニウム加工分野で、一般的に
使用されている工具材料は、ダイヤモンド焼結体、ＩＳ
Ｏ規格のＫ１０相当の超硬合金である。
使用されている工具材料は、ダイヤモンド焼結体、ＩＳ
Ｏ規格のＫ１０相当の超硬合金である。
【０００５】また、アルミニウム缶製造用治具において
も、ごく一部でセラミックスやサーメットが使用されて
いるが、アルミニウム缶との溶着が問題になっている。
このため、現在、アルミニウム缶製造で一般的に使用さ
れている治具用材料は、超硬合金である。
も、ごく一部でセラミックスやサーメットが使用されて
いるが、アルミニウム缶との溶着が問題になっている。
このため、現在、アルミニウム缶製造で一般的に使用さ
れている治具用材料は、超硬合金である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のダイヤモンド焼
結体製工具は、切削特性は良いが、値段が高いという欠
点がある。一方、超硬合金製工具は、切削抵抗を少なく
し、溶着を防止するために、鋭利な刃先形状にしている
が、切削寿命が短いという欠点がある。
結体製工具は、切削特性は良いが、値段が高いという欠
点がある。一方、超硬合金製工具は、切削抵抗を少なく
し、溶着を防止するために、鋭利な刃先形状にしている
が、切削寿命が短いという欠点がある。
【０００７】最近では、アルミニウム合金の中でも、よ
り削り難い高Ｓｉ含有率のアルミニウム合金が多く用い
られる傾向にある。このため、このような難削性のアル
ミニウム合金に対しても、耐摩耗性、耐久性、耐溶着性
に優れ、切削特性に優れた安価な工具用材料の開発が望
まれている。
り削り難い高Ｓｉ含有率のアルミニウム合金が多く用い
られる傾向にある。このため、このような難削性のアル
ミニウム合金に対しても、耐摩耗性、耐久性、耐溶着性
に優れ、切削特性に優れた安価な工具用材料の開発が望
まれている。
【０００８】また、アルミニウム缶製造用治具において
は、現在、主に超硬合金が使用されているが、製造効率
の向上のために、治具の軽量化と長寿命化が可能な治具
用材料の開発が望まれている。
は、現在、主に超硬合金が使用されているが、製造効率
の向上のために、治具の軽量化と長寿命化が可能な治具
用材料の開発が望まれている。
【０００９】本発明は上記従来の実状に鑑みてなされた
ものであって、アルミニウム合金との耐溶着性、高温特
性に優れ、かつ高強度、高靭性の硼化物系セラミックス
複合材料及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
ものであって、アルミニウム合金との耐溶着性、高温特
性に優れ、かつ高強度、高靭性の硼化物系セラミックス
複合材料及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の硼化物系セラ
ミックス複合材料は、粒子径０．３〜５μｍの結晶粒子
を有する元素周期律表第４ａ族から選ばれる１元素の硼
化物、或いは、硼化タングステンをマトリックスとし、
その結晶粒内又は粒界に、平均粒径５００ｎｍ以下の元
素周期律表６ａ族から選ばれる１元素の微粒子を３〜２
０体積％分散させたことを特徴とする。
ミックス複合材料は、粒子径０．３〜５μｍの結晶粒子
を有する元素周期律表第４ａ族から選ばれる１元素の硼
化物、或いは、硼化タングステンをマトリックスとし、
その結晶粒内又は粒界に、平均粒径５００ｎｍ以下の元
素周期律表６ａ族から選ばれる１元素の微粒子を３〜２
０体積％分散させたことを特徴とする。
【００１１】請求項２の硼化物系セラミックス複合材料
は、請求項１に記載のセラミックス複合材料において、
更に０．５〜３重量％の炭素を分散させたことを特徴と
する。
は、請求項１に記載のセラミックス複合材料において、
更に０．５〜３重量％の炭素を分散させたことを特徴と
する。
【００１２】請求項３の硼化物系セラミックス複合材料
は、請求項１に記載のセラミックス複合材料において、
炭素をＣＶＤコートした元素周期律表第４ａ族から選ば
れる１元素の硼化物、或いは、硼化タングステンをマト
リックスとし、炭素の含有割合が０．５〜３重量％であ
ることを特徴とする。
は、請求項１に記載のセラミックス複合材料において、
炭素をＣＶＤコートした元素周期律表第４ａ族から選ば
れる１元素の硼化物、或いは、硼化タングステンをマト
リックスとし、炭素の含有割合が０．５〜３重量％であ
ることを特徴とする。
【００１３】請求項４の硼化物系セラミックス複合材料
の製造方法は、請求項１に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、元素周期律表第４ａ族から選
ばれる１元素の硼化物、或いは、硼化タングステンと元
素周期律表６ａ族から選ばれる１元素とを混合して成形
した後、真空又は不活性雰囲気中で１５００℃以上の温
度で焼結することを特徴とする。
の製造方法は、請求項１に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、元素周期律表第４ａ族から選
ばれる１元素の硼化物、或いは、硼化タングステンと元
素周期律表６ａ族から選ばれる１元素とを混合して成形
した後、真空又は不活性雰囲気中で１５００℃以上の温
度で焼結することを特徴とする。
【００１４】請求項５の硼化物系セラミックス複合材料
の製造方法は、請求項２に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、元素周期律表第４ａ族から選
ばれる１元素の硼化物、或いは、硼化タングステンと元
素周期律表６ａ族から選ばれる１元素と炭素とを混合し
て成形した後、真空又は不活性雰囲気中で１５００℃以
上の温度で焼結することを特徴とする。
の製造方法は、請求項２に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、元素周期律表第４ａ族から選
ばれる１元素の硼化物、或いは、硼化タングステンと元
素周期律表６ａ族から選ばれる１元素と炭素とを混合し
て成形した後、真空又は不活性雰囲気中で１５００℃以
上の温度で焼結することを特徴とする。
【００１５】請求項６の硼化物系セラミックス複合材料
の製造方法は、請求項３に記載のセラミックス材料を製
造する方法であって、元素周期律表第４ａ族から選ばれ
る１元素の硼化物、或いは、硼化タングステンに炭素を
ＣＶＤコートした後、該硼化物又は硼化タングステンと
元素周期律表６ａ族から選ばれる１元素とを混合して成
形した後、真空又は不活性雰囲気中で１５００℃以上の
温度で焼結することを特徴とする。
の製造方法は、請求項３に記載のセラミックス材料を製
造する方法であって、元素周期律表第４ａ族から選ばれ
る１元素の硼化物、或いは、硼化タングステンに炭素を
ＣＶＤコートした後、該硼化物又は硼化タングステンと
元素周期律表６ａ族から選ばれる１元素とを混合して成
形した後、真空又は不活性雰囲気中で１５００℃以上の
温度で焼結することを特徴とする。
【００１６】なお、本発明において、元素周期律表６ａ
族の元素、即ち、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍ
ｏ），クロム（Ｃｒ）の微粒子の分散割合は、マトリッ
クスとＷ等の６ａ族元素の分散粒子との合計に対する体
積％であり、また、炭素（Ｃ）の含有割合（重量％）
は、マトリックスと該分散粒子との合計に対する重量％
である。
族の元素、即ち、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍ
ｏ），クロム（Ｃｒ）の微粒子の分散割合は、マトリッ
クスとＷ等の６ａ族元素の分散粒子との合計に対する体
積％であり、また、炭素（Ｃ）の含有割合（重量％）
は、マトリックスと該分散粒子との合計に対する重量％
である。
【００１７】以下に本発明を詳細に説明する。
【００１８】本発明の硼化物系セラミックス複合材料
は、マトリックスとして、結晶粒径０．３〜５μｍ、好
ましくは１μｍ以下の、元素周期律表第４ａ族から選ば
れる１元素の硼化物、即ち、硼化チタン（ＴｉＢ2 ），
硼化ジルコニウム（ＺｒＢ2 ），硼化ハフニウム（Ｈｆ
Ｂ2 ），又は、硼化タングステン（ＷＢ，Ｗ2 Ｂ5 ）を
マトリックスとし、このマトリックスの結晶粒内又は粒
界に、平均粒径が５００ｎｍ以下の元素周期律表６ａ族
から選ばれる１元素、即ち、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒの微粒子が
３〜２０体積％均一に分散してなる構造のセラミックス
複合材料である。
は、マトリックスとして、結晶粒径０．３〜５μｍ、好
ましくは１μｍ以下の、元素周期律表第４ａ族から選ば
れる１元素の硼化物、即ち、硼化チタン（ＴｉＢ2 ），
硼化ジルコニウム（ＺｒＢ2 ），硼化ハフニウム（Ｈｆ
Ｂ2 ），又は、硼化タングステン（ＷＢ，Ｗ2 Ｂ5 ）を
マトリックスとし、このマトリックスの結晶粒内又は粒
界に、平均粒径が５００ｎｍ以下の元素周期律表６ａ族
から選ばれる１元素、即ち、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒの微粒子が
３〜２０体積％均一に分散してなる構造のセラミックス
複合材料である。
【００１９】本発明において、元素周期律表６ａ族から
選ばれた１元素の平均粒径を５００ｎｍ以下とする理由
は、マトリックスの結晶粒内に取り込まれ易いこと、そ
して、マトリックス中で材料欠陥となるほどのマイクロ
クラックが発生しない範囲であること等による。特に、
Ｗ等の分散粒子の平均粒径は、５０〜３００ｎｍとする
のが好ましい。
選ばれた１元素の平均粒径を５００ｎｍ以下とする理由
は、マトリックスの結晶粒内に取り込まれ易いこと、そ
して、マトリックス中で材料欠陥となるほどのマイクロ
クラックが発生しない範囲であること等による。特に、
Ｗ等の分散粒子の平均粒径は、５０〜３００ｎｍとする
のが好ましい。
【００２０】また、分散粒子の含有割合を３〜２０体積
％とする理由は、焼結時におけるマトリックス粒子の寸
法、形状の制御に効果があり、複合セラミックス焼結体
の組織を均質化して、破壊強度、破壊靭性、硬度及び高
温特性を高める効果が十分に得られるためである。
％とする理由は、焼結時におけるマトリックス粒子の寸
法、形状の制御に効果があり、複合セラミックス焼結体
の組織を均質化して、破壊強度、破壊靭性、硬度及び高
温特性を高める効果が十分に得られるためである。
【００２１】なお、マトリックスである元素周期律表第
４ａ族から選ばれる元素の硼化物又は硼化タングステン
の結晶粒径を０．３〜５μｍにする理由は、得られる材
料の特性が高くなるためであり、好ましくはこの結晶粒
径は０．３〜１μｍである。
４ａ族から選ばれる元素の硼化物又は硼化タングステン
の結晶粒径を０．３〜５μｍにする理由は、得られる材
料の特性が高くなるためであり、好ましくはこの結晶粒
径は０．３〜１μｍである。
【００２２】本発明のセラミックス複合材料において
は、更に、０．５〜３重量％のＣを分散させることによ
り、強度等の機械的特性の向上を図ることができる。こ
のＣの割合は、０．５重量％未満ではＣを分散させたこ
とによる改善効果が十分に得られず、３重量％を超える
とかえって焼結性が悪くなり、強度等を低下させること
となることから、０．５〜３重量％とするのが好まし
い。
は、更に、０．５〜３重量％のＣを分散させることによ
り、強度等の機械的特性の向上を図ることができる。こ
のＣの割合は、０．５重量％未満ではＣを分散させたこ
とによる改善効果が十分に得られず、３重量％を超える
とかえって焼結性が悪くなり、強度等を低下させること
となることから、０．５〜３重量％とするのが好まし
い。
【００２３】このＣは、マトリックスを構成する硼化物
粉末にＣＶＤコートすることにより複合させることもで
き、この場合には、Ｃの均一分散性が高まり、より一層
優れた改善効果が得られる。
粉末にＣＶＤコートすることにより複合させることもで
き、この場合には、Ｃの均一分散性が高まり、より一層
優れた改善効果が得られる。
【００２４】本発明の硼化物系セラミックス複合材料
は、本発明の方法に従って、好ましくは次のようにして
製造される。
は、本発明の方法に従って、好ましくは次のようにして
製造される。
【００２５】即ち、まず、平均粒径５μｍ以下、好まし
くは１μｍ以下の元素周期律表第４ａ族から選ばれる１
元素の硼化物粉末又は硼化タングステン粉末と、或い
は、この硼化物粉末にＣをＣＶＤコートしたものと、平
均粒径５００ｎｍ以下、好ましくは５０〜３００ｎｍの
元素周期律表６ａ族から選ばれた１元素、更に必要に応
じて平均粒径０．０１〜１．０μｍのＣ粉末を所定割合
で混合して、所定形状に成形する。得られた成形体は、
焼結温度１５００℃以上、好ましくは１６００〜１７０
０℃で焼結する。この焼結温度が、１５００℃未満であ
ると緻密化が不足し、十分に緻密で高特性の焼結体が得
られない。
くは１μｍ以下の元素周期律表第４ａ族から選ばれる１
元素の硼化物粉末又は硼化タングステン粉末と、或い
は、この硼化物粉末にＣをＣＶＤコートしたものと、平
均粒径５００ｎｍ以下、好ましくは５０〜３００ｎｍの
元素周期律表６ａ族から選ばれた１元素、更に必要に応
じて平均粒径０．０１〜１．０μｍのＣ粉末を所定割合
で混合して、所定形状に成形する。得られた成形体は、
焼結温度１５００℃以上、好ましくは１６００〜１７０
０℃で焼結する。この焼結温度が、１５００℃未満であ
ると緻密化が不足し、十分に緻密で高特性の焼結体が得
られない。
【００２６】また、Ｗなどの分散粒子を酸化物として用
いる場合は、混合粉末を水素気流中で還元処理を行なっ
て用いる。
いる場合は、混合粉末を水素気流中で還元処理を行なっ
て用いる。
【００２７】焼結は、不活性雰囲気で常圧焼結、常圧焼
結＋ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）処理、或いは、ホット
プレス焼結にて行なうのが好ましい。ＨＩＰを採用する
場合、ガス圧は、広範囲に用いられるが、特に１０００
〜２０００ｋｇ／ｃｍ2 が好ましい。
結＋ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）処理、或いは、ホット
プレス焼結にて行なうのが好ましい。ＨＩＰを採用する
場合、ガス圧は、広範囲に用いられるが、特に１０００
〜２０００ｋｇ／ｃｍ2 が好ましい。
【００２８】
【作用】本発明者等は、後述するように、アルミニウム
合金に対する耐溶着性に着目したセラミックス材種のス
クリーニングを実施した。その結果、元素周期律表第４
ａ族の硼化物セラミックス、硼化タングステンが耐溶着
性に優れていることを見出した。
合金に対する耐溶着性に着目したセラミックス材種のス
クリーニングを実施した。その結果、元素周期律表第４
ａ族の硼化物セラミックス、硼化タングステンが耐溶着
性に優れていることを見出した。
【００２９】しかしながら、これらの単相材料では、工
具や治具として必要な特性は不十分であった。そこで、
元素周期律表第４ａ族の硼化物又は硼化タングステンセ
ラミックス（以下、硼化物と略記）の結晶粒内ないし粒
界に分散した元素周期律表６ａ族から選ばれる１元素
に、以下のような役割を与えることにより、アルミニウ
ム合金切削工具用材料又はアルミニウム缶製造用治具と
しての問題点を克服した。
具や治具として必要な特性は不十分であった。そこで、
元素周期律表第４ａ族の硼化物又は硼化タングステンセ
ラミックス（以下、硼化物と略記）の結晶粒内ないし粒
界に分散した元素周期律表６ａ族から選ばれる１元素
に、以下のような役割を与えることにより、アルミニウ
ム合金切削工具用材料又はアルミニウム缶製造用治具と
しての問題点を克服した。
【００３０】即ち、本発明に係わる硼化物系セラミック
ス複合材料において、硼化物の結晶粒内ないし粒界に分
散したＷ，Ｍｏ，Ｃｒ等の分散粒子の役割は、次の通り
である。
ス複合材料において、硼化物の結晶粒内ないし粒界に分
散したＷ，Ｍｏ，Ｃｒ等の分散粒子の役割は、次の通り
である。
【００３１】 マトリックスである硼化物の結晶粒内
又は粒界に元素周期律表６ａ族から選ばれた１元素を分
散させることで、硼化物と分散粒子の熱膨張係数の差に
より、マトリックスには引張応力、分散粒子には圧縮応
力が発生し、分散粒子と周囲のマトリックスに局部的な
応力場が形成される。この応力場により、クラックは、
分散粒子の方向に誘導されて、粒内破壊を生じ、進展す
るクラックを偏向させる。また、硼化物の結晶粒子の内
部で、元素周期律表６ａ族から選ばれた１元素であるＷ
などの微粒子にピンニングされた転位によって、結晶粒
子が細分化された組織になっている。このように分散粒
子の添加により発生した応力場による粒内破壊への誘導
及び分散粒子の粒界、粒内でのマトリックスの拡散制御
による組織の微細化によって、破壊強度を改善すること
ができる。
又は粒界に元素周期律表６ａ族から選ばれた１元素を分
散させることで、硼化物と分散粒子の熱膨張係数の差に
より、マトリックスには引張応力、分散粒子には圧縮応
力が発生し、分散粒子と周囲のマトリックスに局部的な
応力場が形成される。この応力場により、クラックは、
分散粒子の方向に誘導されて、粒内破壊を生じ、進展す
るクラックを偏向させる。また、硼化物の結晶粒子の内
部で、元素周期律表６ａ族から選ばれた１元素であるＷ
などの微粒子にピンニングされた転位によって、結晶粒
子が細分化された組織になっている。このように分散粒
子の添加により発生した応力場による粒内破壊への誘導
及び分散粒子の粒界、粒内でのマトリックスの拡散制御
による組織の微細化によって、破壊強度を改善すること
ができる。
【００３２】 上記応力場によって、高温での硼化物
の強度低下の大きな原因である硼化物結晶粒界のすべり
が抑制されるために、高温強度が改善される。更に、分
散したＷ，Ｍｏ，又はＣｒの微粒子は、高温における硼
化物の転位移動を阻害することにより、キャビテーショ
ンを抑制し、硼化物自身の高温変形も抑制される。ま
た、破壊靭性についても、分散粒子の周りに生じた応力
場がクラックを誘導し、クラック進展の経路を偏向する
ことにより改善される。
の強度低下の大きな原因である硼化物結晶粒界のすべり
が抑制されるために、高温強度が改善される。更に、分
散したＷ，Ｍｏ，又はＣｒの微粒子は、高温における硼
化物の転位移動を阻害することにより、キャビテーショ
ンを抑制し、硼化物自身の高温変形も抑制される。ま
た、破壊靭性についても、分散粒子の周りに生じた応力
場がクラックを誘導し、クラック進展の経路を偏向する
ことにより改善される。
【００３３】なお、Ｃの役割は、酸化不純物の還元除去
と、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒの添加により可能となった材料組織
の制御性をより高め、更に組織を微細均質化することに
より、機械的特性をより一層改善することにある。
と、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒの添加により可能となった材料組織
の制御性をより高め、更に組織を微細均質化することに
より、機械的特性をより一層改善することにある。
【００３４】
【実施例】以下に本発明をなすに至った実験例並びに実
施例及び比較例を挙げて、本発明を更に詳しく説明する
が、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に
限定されるものではない。
施例及び比較例を挙げて、本発明を更に詳しく説明する
が、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に
限定されるものではない。
【００３５】実験例１ アルミニウム合金に対する耐溶着性に着目したセラミッ
クス材種のスクリーニングを実施した。表１の各セラミ
ックス材種で切削チップ（形状：ＳＰＧＮ１２０３０
８、ホーニングなし）を試作し、下記切削条件でアルミ
ニウム合金を切削した。切削は１分間切削して、溶着が
生じない場合は、更に１分間の切削を繰り返した。比較
のために、ダイヤモンド焼結体、超硬合金、サーメット
を用いて同様に切削を行なった。結果を表１に示す。
クス材種のスクリーニングを実施した。表１の各セラミ
ックス材種で切削チップ（形状：ＳＰＧＮ１２０３０
８、ホーニングなし）を試作し、下記切削条件でアルミ
ニウム合金を切削した。切削は１分間切削して、溶着が
生じない場合は、更に１分間の切削を繰り返した。比較
のために、ダイヤモンド焼結体、超硬合金、サーメット
を用いて同様に切削を行なった。結果を表１に示す。
【００３６】切削条件（乾式による連続切削） 被削材 ：Ａｌ−Ｓｉ合金（Ａ４０３２） 切削速度 ：４００ｍ／ｍｉｎ． 切込み深さ：０．５ｍｍ 送り量 ：０．１ｍｍ／ｒｅｖ． 表１から明らかなように、アルミニウム合金との耐溶着
性に優れたセラミックス材種は、ＴｉＢ2 、ＺｒＢ2 、
ＨｆＢ2 、Ｗ2 Ｂ5 、ＷＢの硼化物セラミックスであ
る。
性に優れたセラミックス材種は、ＴｉＢ2 、ＺｒＢ2 、
ＨｆＢ2 、Ｗ2 Ｂ5 、ＷＢの硼化物セラミックスであ
る。
【００３７】
【表１】
【００３８】実施例１〜１６，比較例１〜７ 実験例１で得られた結果を基に、硼化物にＷ，Ｍｏ又は
Ｃｒを分散し、複合化することによりアルミニウム合金
切削工具用材料としての特性を改善した。以下に、本発
明の硼化物系セラミックス複合材料及び比較材料の製造
方法、得られた材料の機械的特性及び切削試験の結果を
説明する。
Ｃｒを分散し、複合化することによりアルミニウム合金
切削工具用材料としての特性を改善した。以下に、本発
明の硼化物系セラミックス複合材料及び比較材料の製造
方法、得られた材料の機械的特性及び切削試験の結果を
説明する。
【００３９】なお、硼化物には、ＴｉＢ2 （出光石油化
学社製，平均粒径０．８μｍ）、或いは、ＺｒＢ2 （日
本新金属社製，平均粒径１．５μｍ）、あるいはＷＢ
（日本新金属社製，平均粒径１．２μｍ）を用い、Ｗに
は、Ｗ０８（日本新金属社製，平均粒径０．６μｍ）の
粉砕品を、Ｍｏには、ＭｏＨ（日本新金属社製，平均粒
径０．５μｍ）の粉砕品を、Ｃｒは日本新金属社製（平
均粒径２．５μｍ）の粉砕品を用いた。また、Ｃとして
は三菱化成社製カーボンブラック（平均粒径３０ｎｍ）
を用いた。硼化物を、分散媒としてエタノールを用いて
撹拌ミルで湿式粉砕し、その後、Ｗ，Ｍｏ又はＣｒ、Ｃ
を表２に記載の配合割合で添加し、撹拌ミルで１時間湿
式混合した。この混合スラリーをスプレードライヤーで
乾燥造粒して原料粉末とした。なお、実施例３，８，１
２においては、ＴｉＢ2 ，ＺｒＢ2又はＷＢに、ＣをＣ
ＶＤコートすることにより、Ｃを配合した。
学社製，平均粒径０．８μｍ）、或いは、ＺｒＢ2 （日
本新金属社製，平均粒径１．５μｍ）、あるいはＷＢ
（日本新金属社製，平均粒径１．２μｍ）を用い、Ｗに
は、Ｗ０８（日本新金属社製，平均粒径０．６μｍ）の
粉砕品を、Ｍｏには、ＭｏＨ（日本新金属社製，平均粒
径０．５μｍ）の粉砕品を、Ｃｒは日本新金属社製（平
均粒径２．５μｍ）の粉砕品を用いた。また、Ｃとして
は三菱化成社製カーボンブラック（平均粒径３０ｎｍ）
を用いた。硼化物を、分散媒としてエタノールを用いて
撹拌ミルで湿式粉砕し、その後、Ｗ，Ｍｏ又はＣｒ、Ｃ
を表２に記載の配合割合で添加し、撹拌ミルで１時間湿
式混合した。この混合スラリーをスプレードライヤーで
乾燥造粒して原料粉末とした。なお、実施例３，８，１
２においては、ＴｉＢ2 ，ＺｒＢ2又はＷＢに、ＣをＣ
ＶＤコートすることにより、Ｃを配合した。
【００４０】この原料粉末を黒鉛ダイス（内径φ６０ｍ
ｍあるいは１３．５×１３．５ｍｍのものも用いた。）
に充填し、ホットプレス装置（富士電波工業社製）で焼
結した。焼結条件は、焼結温度１６００℃又は１７００
℃まで昇温させた後、１時間保持するものとした。ま
た、プレス圧は３０ＭＰａとし、真空中で行なった。得
られた各種の焼結体は、切り出し、研削・研摩加工し
て、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準じた３×４×４０ｍｍの３
点曲げ試験片の大きさとし、破壊強度、破壊靭性を調
べ、結果を表２に示した。
ｍあるいは１３．５×１３．５ｍｍのものも用いた。）
に充填し、ホットプレス装置（富士電波工業社製）で焼
結した。焼結条件は、焼結温度１６００℃又は１７００
℃まで昇温させた後、１時間保持するものとした。ま
た、プレス圧は３０ＭＰａとし、真空中で行なった。得
られた各種の焼結体は、切り出し、研削・研摩加工し
て、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準じた３×４×４０ｍｍの３
点曲げ試験片の大きさとし、破壊強度、破壊靭性を調
べ、結果を表２に示した。
【００４１】なお、曲げ強度は、３点曲げ試験法によ
り、荷重速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ．、スパン長さ３０ｍ
ｍにて測定した。破壊靭性は、５ｋｇ重、保持時間１０
秒で、ＩＦ法により測定した。
り、荷重速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ．、スパン長さ３０ｍ
ｍにて測定した。破壊靭性は、５ｋｇ重、保持時間１０
秒で、ＩＦ法により測定した。
【００４２】表２から明らかなように、硼化物に対する
Ｗ，Ｍｏ又はＣｒ添加量２０体積％までは、破壊強度、
破壊靭性は大幅に改善される。これらの材料の組織は、
微細で均質になっており、またＷ又はＭｏのナノ分散の
効果が発現できている。一方、Ｗ又はＭｏ添加量が２０
体積％を超えると材料の組織制御が困難で、材料組織の
特性は僅かしか向上しない。
Ｗ，Ｍｏ又はＣｒ添加量２０体積％までは、破壊強度、
破壊靭性は大幅に改善される。これらの材料の組織は、
微細で均質になっており、またＷ又はＭｏのナノ分散の
効果が発現できている。一方、Ｗ又はＭｏ添加量が２０
体積％を超えると材料の組織制御が困難で、材料組織の
特性は僅かしか向上しない。
【００４３】
【表２】
【００４４】また、上記で得られた１３．５×１３．５
ｍｍの各焼結体を、切削チップ（形状：ＳＰＧＮ１２０
３０８、ホーニングなし）に加工して、アルミニウム合
金（Ａ４０３２）の切削を行なった。切削条件及び切削
方法は、前記の実験例１と同様とした。その結果を表３
に示した。なお、比較例６，７として市販品のダイヤモ
ンド焼結体及び超硬合金についても同様に切削試験を行
なって、結果を表３に併記した。
ｍｍの各焼結体を、切削チップ（形状：ＳＰＧＮ１２０
３０８、ホーニングなし）に加工して、アルミニウム合
金（Ａ４０３２）の切削を行なった。切削条件及び切削
方法は、前記の実験例１と同様とした。その結果を表３
に示した。なお、比較例６，７として市販品のダイヤモ
ンド焼結体及び超硬合金についても同様に切削試験を行
なって、結果を表３に併記した。
【００４５】表３から明らかなように、硼化物に対する
Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ添加量２０体積％までの材料では、２０
分間切削しても、刃先にアルミニウム合金の溶着は生じ
なかった。一方、Ｗ，Ｍｏ添加量が２０体積％を超えた
材料では、材料の機械的特性が低いために、切削途中よ
り刃先に著しい摩耗やチッピングが生じ、アルミニウム
合金との溶着を引き起こした。
Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ添加量２０体積％までの材料では、２０
分間切削しても、刃先にアルミニウム合金の溶着は生じ
なかった。一方、Ｗ，Ｍｏ添加量が２０体積％を超えた
材料では、材料の機械的特性が低いために、切削途中よ
り刃先に著しい摩耗やチッピングが生じ、アルミニウム
合金との溶着を引き起こした。
【００４６】
【表３】
【００４７】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の硼化物系セ
ラミックス複合材料は、硼化物マトリックス中にナノサ
イズのＷ，Ｍｏ，Ｃｒ微粒子が分散した特殊な組織構造
を有するものであり、破壊強度、破壊靭性等の機械的特
性が著しく高い。このような本発明の切削工具用セラミ
ックス材料は、特に刃先との溶着を引き起こし易いアル
ミニウム合金の切削においては、超硬合金より優れた切
削特性を有し、かつ、ダイヤモンド焼結体よりも安価に
提供される。また、アルミニウム缶の加工においても、
超硬合金より軽量で優れた耐久性を示す。
ラミックス複合材料は、硼化物マトリックス中にナノサ
イズのＷ，Ｍｏ，Ｃｒ微粒子が分散した特殊な組織構造
を有するものであり、破壊強度、破壊靭性等の機械的特
性が著しく高い。このような本発明の切削工具用セラミ
ックス材料は、特に刃先との溶着を引き起こし易いアル
ミニウム合金の切削においては、超硬合金より優れた切
削特性を有し、かつ、ダイヤモンド焼結体よりも安価に
提供される。また、アルミニウム缶の加工においても、
超硬合金より軽量で優れた耐久性を示す。
【００４８】請求項２，３の硼化物系セラミックス複合
材料では、Ｃの不純物除去及び組織の微細・均質化作用
により、より一層機械的特性が改善される。
材料では、Ｃの不純物除去及び組織の微細・均質化作用
により、より一層機械的特性が改善される。
【００４９】請求項４〜６の硼化物系セラミックス複合
材料の製造方法によれば、このような本発明の硼化物系
セラミックス複合材料を容易かつ効率的に製造すること
ができる。
材料の製造方法によれば、このような本発明の硼化物系
セラミックス複合材料を容易かつ効率的に製造すること
ができる。
Claims (6)
- 【請求項１】 粒子径０．３〜５μｍの結晶粒子を有す
る元素周期律表第４ａ族から選ばれる１元素の硼化物、
或いは、硼化タングステンをマトリックスとし、その結
晶粒内又は粒界に、平均粒径５００ｎｍ以下の元素周期
律表６ａ族から選ばれる１元素の微粒子を３〜２０体積
％分散させたことを特徴とする硼化物系セラミックス複
合材料。 - 【請求項２】 請求項１に記載のセラミックス複合材料
において、更に０．５〜３重量％の炭素を分散させたこ
とを特徴とする硼化物系セラミックス複合材料。 - 【請求項３】 請求項１に記載のセラミックス複合材料
において、炭素をＣＶＤコートした、元素周期律表第４
ａ族から選ばれる１元素の硼化物、或いは、硼化タング
ステンをマトリックスとし、炭素の含有割合が０．５〜
３重量％であることを特徴とする硼化物系セラミックス
複合材料。 - 【請求項４】 請求項１に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、元素周期律表第４ａ族から選
ばれる１元素の硼化物、或いは、硼化タングステンと元
素周期律表６ａ族から選ばれる１元素とを混合して成形
した後、真空又は不活性雰囲気中で１５００℃以上の温
度で焼結することを特徴とする硼化物系セラミックス複
合材料の製造方法。 - 【請求項５】 請求項２に記載のセラミックス複合材料
を製造する方法であって、元素周期律表第４ａ族から選
ばれる１元素の硼化物、或いは、硼化タングステンと元
素周期律表６ａ族から選ばれる１元素と炭素とを混合し
て成形した後、真空又は不活性雰囲気中で１５００℃以
上の温度で焼結することを特徴とする硼化物系セラミッ
クス複合材料の製造方法。 - 【請求項６】 請求項３に記載のセラミックス材料を製
造する方法であって、元素周期律表第４ａ族から選ばれ
る１元素の硼化物、或いは、硼化タングステンに炭素を
ＣＶＤコートした後、該硼化物又は硼化タングステンと
元素周期律表６ａ族から選ばれる１元素とを混合して成
形した後、真空又は不活性雰囲気中で１５００℃以上の
温度で焼結することを特徴とする硼化物系セラミックス
複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5254250A JPH07109174A (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5254250A JPH07109174A (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07109174A true JPH07109174A (ja) | 1995-04-25 |
Family
ID=17262378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5254250A Withdrawn JPH07109174A (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07109174A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106041437A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-10-26 | 石家庄市藁城区北创刀具有限公司 | 防粘附切刀的制作工艺 |
-
1993
- 1993-10-12 JP JP5254250A patent/JPH07109174A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106041437A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-10-26 | 石家庄市藁城区北创刀具有限公司 | 防粘附切刀的制作工艺 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR960008726B1 (ko) | 절삭공구용 고압상 질화붕소 소결체의 제조법 및 그 제조법에 의하여 제조된 소결체 | |
| EP1359130B1 (en) | Cubic boron nitride sintered body and cutting tool | |
| KR20170108457A (ko) | 절삭공구용 복합 소결체 및 이를 이용한 절삭공구 | |
| JP2523452B2 (ja) | 高強度立方晶窒化ホウ素焼結体 | |
| JP2005336565A (ja) | 超硬合金 | |
| GB2130604A (en) | High density boron nitride-containing sintered body for cutting tool and a method of producing the same | |
| JPH07109174A (ja) | 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
| JPH08310867A (ja) | 硼化物セラミックスの製造方法 | |
| JPH0816028B2 (ja) | 高靱性を有するセラミック焼結体及びセラミック工具と焼結体の製造方法 | |
| JPH0812438A (ja) | 硼化物セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
| JPH07172920A (ja) | 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
| JPH05295352A (ja) | Ａｌ２Ｏ３複合セラミック研摩材料、工具材料及びその製法 | |
| JPH0881270A (ja) | 立方晶窒化ホウ素含有セラミックス焼結体および切削工具 | |
| JPH0812439A (ja) | 硼化物系セラミックス材料及びその製造方法 | |
| JPH0789765A (ja) | 切削工具用セラミックス材料及びその製造方法 | |
| JPH07223862A (ja) | 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
| JPH07277828A (ja) | 硼化物系セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
| JPH08333648A (ja) | 硼化物セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
| JPH08109068A (ja) | 硼化物セラミックス材料及びその製造方法 | |
| JPH11124650A (ja) | 酸化物により粒内分散強化されたｗｃ含有超硬合金およびその製法 | |
| JP2004256862A (ja) | 超硬合金とその製造方法、並びにそれを用いた切削工具 | |
| JP4140930B2 (ja) | 粒内分散強化ｗｃ含有超硬合金およびその製法 | |
| JPH0849037A (ja) | 工具用焼結体及びその製造方法 | |
| JP2004190118A (ja) | 超硬合金とその製造方法、並びにそれを用いた切削工具 | |
| JP3487141B2 (ja) | セラミック刃物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001226 |