JPH07126077A - ウイスカー含有セラミックス成形体の製造方法、被覆方法及びセラミックス工具の製造方法 - Google Patents
ウイスカー含有セラミックス成形体の製造方法、被覆方法及びセラミックス工具の製造方法Info
- Publication number
- JPH07126077A JPH07126077A JP6097878A JP9787894A JPH07126077A JP H07126077 A JPH07126077 A JP H07126077A JP 6097878 A JP6097878 A JP 6097878A JP 9787894 A JP9787894 A JP 9787894A JP H07126077 A JPH07126077 A JP H07126077A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- metal
- nitrides
- aluminum
- carbides
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 汎用のセラミックス材料を母相とし、その中
にＳｉＣウイスカーを均一に分散させることによって耐
熱性、耐衝撃性、耐酸化性、耐摩耗性等を低下させるこ
となく、靱性等の機械的強度の向上したセラミックス成
形体、工具等を提供することを目的とする。 【構成】 アルミニウム又はIVａ族金属の酸化物、窒化
物、炭化物、酸窒化物を母相主成分とし、必要に応じて
その一部をアルミニウム、珪素、IVａ族、Ｖａ族、VIａ
族の金属もしくはこれらの金属の酸化物、窒化物、酸窒
化物、炭化物、硼化物から成る置換成分で置換したもの
を母相とし、この中に全体の５〜７０重量％の炭化珪素
ウイスカーをボールミル中で均一に分散混合して粉末素
地を調整し、これを成形、焼結して基体を構成し、その
基体表面を切削加工し、更にアルミニウム又はIVａ族、
Ｖａ族金属の酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、硼化
物もしくはこれらの固溶体のうちの一種からなる単層又
は二種以上からなる複数層の硬質被覆層を形成すること
を特徴とする成形体等の製造方法。
にＳｉＣウイスカーを均一に分散させることによって耐
熱性、耐衝撃性、耐酸化性、耐摩耗性等を低下させるこ
となく、靱性等の機械的強度の向上したセラミックス成
形体、工具等を提供することを目的とする。 【構成】 アルミニウム又はIVａ族金属の酸化物、窒化
物、炭化物、酸窒化物を母相主成分とし、必要に応じて
その一部をアルミニウム、珪素、IVａ族、Ｖａ族、VIａ
族の金属もしくはこれらの金属の酸化物、窒化物、酸窒
化物、炭化物、硼化物から成る置換成分で置換したもの
を母相とし、この中に全体の５〜７０重量％の炭化珪素
ウイスカーをボールミル中で均一に分散混合して粉末素
地を調整し、これを成形、焼結して基体を構成し、その
基体表面を切削加工し、更にアルミニウム又はIVａ族、
Ｖａ族金属の酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、硼化
物もしくはこれらの固溶体のうちの一種からなる単層又
は二種以上からなる複数層の硬質被覆層を形成すること
を特徴とする成形体等の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性、耐熱衝撃性及
び破壊靱性が大きく、金属との摩擦にも強いセラミック
ス材料、即ち、アルミナ等から成る母相に炭化珪素ウイ
スカーを均一に分散、焼結した高密度で靱性に優れたセ
ラミックス成形体の製造方法及び被覆方法並びに鋼の如
き鉄系材料の切削が可能で切削性能に優れたセラミック
ス工具の製造方法に関するものである。
び破壊靱性が大きく、金属との摩擦にも強いセラミック
ス材料、即ち、アルミナ等から成る母相に炭化珪素ウイ
スカーを均一に分散、焼結した高密度で靱性に優れたセ
ラミックス成形体の製造方法及び被覆方法並びに鋼の如
き鉄系材料の切削が可能で切削性能に優れたセラミック
ス工具の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、セラミックス材料は、耐熱性、
耐摩擦性があって、金属に比べて軽量であると共に成形
加工も容易であるので、金属材料に代って用いることが
考えられて来たが、耐衝撃性に問題があって一部を除い
て金属に取って代るまでには至らなかった。ところが、
近年、炭化珪素やアルミナ、窒化アルミニウム等が、高
温度での耐熱性、耐熱衝撃性、耐腐蝕性にも優れた性質
を有することが知られるようになってから、エンジン部
材、ガスタービン部材、金型部材等の機械部品に用いる
試みがなされると共に、従来から用いられていた砥石の
他に、金属の機械加工の分野に於いても超硬合金の切削
工具に代るものとして、セラミックス材料が用いられる
ようになってきた。
耐摩擦性があって、金属に比べて軽量であると共に成形
加工も容易であるので、金属材料に代って用いることが
考えられて来たが、耐衝撃性に問題があって一部を除い
て金属に取って代るまでには至らなかった。ところが、
近年、炭化珪素やアルミナ、窒化アルミニウム等が、高
温度での耐熱性、耐熱衝撃性、耐腐蝕性にも優れた性質
を有することが知られるようになってから、エンジン部
材、ガスタービン部材、金型部材等の機械部品に用いる
試みがなされると共に、従来から用いられていた砥石の
他に、金属の機械加工の分野に於いても超硬合金の切削
工具に代るものとして、セラミックス材料が用いられる
ようになってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記したように耐摩耗
性、耐熱性等に優れたセラミックス材料が知られるよう
になったが、依然として、破壊靱性が小さいという欠点
があり、機械部品として用いた場合には、機械的衝撃力
により容易に破損しやすいという問題があった。また、
鋼を含む鉄系金属を切削するのに用いられている、Ａ
ｌ2 Ｏ3 系やＳｉ3 Ｎ4 系のセラミックス焼結体、Ｔ
ｉＣ系のサーメット、Ａｌ2 Ｏ3 などを被覆した超硬
合金等の工具に於いては、 のＡｌ2 Ｏ3 やＳｉ3 Ｎ4 系のセラミックス焼結体
は、それ自体強度が不十分であるため、鋳物の切削には
実用化されているが鋼の切削には適用できない。 のＴｉＣ系サーメットは、刃先温度が１０００℃を越
えると、急激に軟化することと、耐摩耗性も著しく低下
するため切削速度に限界がある。 のＡｌ2 Ｏ3 などを被覆した超硬合金においては、セ
ラミックス被覆と基体の合金との間の化学的親和性が悪
いことと、熱膨張係数が著しく相違することから、切削
速度を上げたり、衝撃が加わったりすると、セラミック
ス被覆の剥離が起り、耐摩耗性の低下あるいは工具の欠
損が発生するので使用上限界がある。
性、耐熱性等に優れたセラミックス材料が知られるよう
になったが、依然として、破壊靱性が小さいという欠点
があり、機械部品として用いた場合には、機械的衝撃力
により容易に破損しやすいという問題があった。また、
鋼を含む鉄系金属を切削するのに用いられている、Ａ
ｌ2 Ｏ3 系やＳｉ3 Ｎ4 系のセラミックス焼結体、Ｔ
ｉＣ系のサーメット、Ａｌ2 Ｏ3 などを被覆した超硬
合金等の工具に於いては、 のＡｌ2 Ｏ3 やＳｉ3 Ｎ4 系のセラミックス焼結体
は、それ自体強度が不十分であるため、鋳物の切削には
実用化されているが鋼の切削には適用できない。 のＴｉＣ系サーメットは、刃先温度が１０００℃を越
えると、急激に軟化することと、耐摩耗性も著しく低下
するため切削速度に限界がある。 のＡｌ2 Ｏ3 などを被覆した超硬合金においては、セ
ラミックス被覆と基体の合金との間の化学的親和性が悪
いことと、熱膨張係数が著しく相違することから、切削
速度を上げたり、衝撃が加わったりすると、セラミック
ス被覆の剥離が起り、耐摩耗性の低下あるいは工具の欠
損が発生するので使用上限界がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は、上
記したようなセラミックスの欠点を取り除くべく、耐摩
耗性、耐酸化性、耐熱衝撃性及び靱性等に優れたセラミ
ックス材料を得るための研究を重ねた結果、比較的、耐
酸化性や耐熱、耐熱摩耗性の優れたＡｌ又はIVａ族金属
（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）の酸化物、窒化物、炭化物及び酸
窒化物を主体とするものを母相に選択し、これに特定形
状をした炭化珪素ウイスカーを分散させることによっ
て、セラミックス自体の有する耐熱性、耐摩耗性、耐酸
化性を低下させることなく靱性等の機械的強度を向上で
きるとの知見を得、これを高速切削や高速送りが可能な
工具に応用する研究を重ねたところＳｉＣ自体は鉄との
親和性に優れているので、鉄系金属を高速で切削する時
には、加工物とＳｉＣとが反応を起して溶着現象が発生
してＳｉＣウイスカーの剥落が生じ、同時に耐摩耗性も
低下するという事実を知り、更に検討を重ねた結果、こ
のようなセラミックス成形体は、単なる耐熱、耐摩耗材
料に止まらず、切削工具に適しているとの事実を見出す
に至った。即ち、ＳｉＣウイスカーと被切削物である鉄
系金属材料との反応を阻止するために、Ａｌ及びIVａ
族、Ｖａ族金属の酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、
硼化物及びこれらの固溶体を、前記したセラミックス材
料とＳｉＣウイスカーとからなる焼結基体の表面に硬質
の被覆層として形成することにより達成することができ
た。
記したようなセラミックスの欠点を取り除くべく、耐摩
耗性、耐酸化性、耐熱衝撃性及び靱性等に優れたセラミ
ックス材料を得るための研究を重ねた結果、比較的、耐
酸化性や耐熱、耐熱摩耗性の優れたＡｌ又はIVａ族金属
（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）の酸化物、窒化物、炭化物及び酸
窒化物を主体とするものを母相に選択し、これに特定形
状をした炭化珪素ウイスカーを分散させることによっ
て、セラミックス自体の有する耐熱性、耐摩耗性、耐酸
化性を低下させることなく靱性等の機械的強度を向上で
きるとの知見を得、これを高速切削や高速送りが可能な
工具に応用する研究を重ねたところＳｉＣ自体は鉄との
親和性に優れているので、鉄系金属を高速で切削する時
には、加工物とＳｉＣとが反応を起して溶着現象が発生
してＳｉＣウイスカーの剥落が生じ、同時に耐摩耗性も
低下するという事実を知り、更に検討を重ねた結果、こ
のようなセラミックス成形体は、単なる耐熱、耐摩耗材
料に止まらず、切削工具に適しているとの事実を見出す
に至った。即ち、ＳｉＣウイスカーと被切削物である鉄
系金属材料との反応を阻止するために、Ａｌ及びIVａ
族、Ｖａ族金属の酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、
硼化物及びこれらの固溶体を、前記したセラミックス材
料とＳｉＣウイスカーとからなる焼結基体の表面に硬質
の被覆層として形成することにより達成することができ
た。
【０００５】
【発明の構成】本発明の概要を記せば以下のとおりであ
る。請求項１の発明は、アルミニウム又はIVａ族金属の
酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物を母相成分とし、必
要に応じてその一部をアルミニウム、珪素、IVａ族、Ｖ
ａ族、VIａ族の金属もしくはこれらの金属の酸化物、窒
化物、酸窒化物、炭化物、硼化物から成る置換成分で置
換したものを母相とし、この中に全体の５〜７０重量％
の炭化珪素ウイスカーをボールミル中で混合して粉末素
地を調整し、これを成形して基体を構成し、この基体の
表面上に、アルミニウム及びIVａ族、Ｖａ族金属の酸化
物、窒化物、酸窒化物、炭化物、硼化物もしくはこれら
の固溶体のうちの一種から成る単層又は二種以上から成
る複数層の硬質被覆層を形成するウイスカー含有セラミ
ックス成形体の製造方法である。又、請求項２の発明
は、上記と同じ方法で基体を構成した後、該基体表面を
切削加工した後、その表面に、アルミニウム又はIVａ
族、Ｖａ族金属の酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、
硼化物もしくはこれらの固溶体のうちの一種から成る単
層又は二種以上から成る複数層の硬質被覆層を形成する
ウイスカー含有セラミックス成形体の被覆方法である。
る。請求項１の発明は、アルミニウム又はIVａ族金属の
酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物を母相成分とし、必
要に応じてその一部をアルミニウム、珪素、IVａ族、Ｖ
ａ族、VIａ族の金属もしくはこれらの金属の酸化物、窒
化物、酸窒化物、炭化物、硼化物から成る置換成分で置
換したものを母相とし、この中に全体の５〜７０重量％
の炭化珪素ウイスカーをボールミル中で混合して粉末素
地を調整し、これを成形して基体を構成し、この基体の
表面上に、アルミニウム及びIVａ族、Ｖａ族金属の酸化
物、窒化物、酸窒化物、炭化物、硼化物もしくはこれら
の固溶体のうちの一種から成る単層又は二種以上から成
る複数層の硬質被覆層を形成するウイスカー含有セラミ
ックス成形体の製造方法である。又、請求項２の発明
は、上記と同じ方法で基体を構成した後、該基体表面を
切削加工した後、その表面に、アルミニウム又はIVａ
族、Ｖａ族金属の酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、
硼化物もしくはこれらの固溶体のうちの一種から成る単
層又は二種以上から成る複数層の硬質被覆層を形成する
ウイスカー含有セラミックス成形体の被覆方法である。
【０００６】更に又、請求項３の発明は前記請求項２に
記載の発明と同じ方法で母相の形成、炭化珪素ウイスカ
ーの分散混合して成る粉末素地の調整、成形、焼結した
基体の形成を行い、その基体を工具として定められた形
状に加工した後、表面を研削加工し、次に請求項２の発
明と同様にして硬質被覆層を形成してウイスカー含有セ
ラミックス工具を製造する方法である。上記に於いて工
具を製造する場合には例えばＳＮＧＮ４３２に定められ
た工具の形状に加工した後、該基体表面にアルミニウム
又はIVａ族、Ｖａ族の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物
もしくはこれらの固溶体のうちの一種から成る単層又は
二種以上からなる複数層の平均厚が０．３〜２０μｍで
あるように被覆層を形成するのが好ましい。そして、基
材成分に対し置換成分が、置換専用成分でないIVａ族の
金属の酸化物、窒化物、炭化物、Ａｌの酸化物、窒化
物、酸窒化物、ＳｉＯ2 から選択されるときはその添加
量に限定はない。しかし、置換成分が置換専用成分であ
るＶａ、VIａ族の金属の酸化物、窒化物、酸窒化物、炭
化物、硼化物、ＳｉＣからなるものは基材成分の５０重
量％以下好ましくは３５重量％以下を置換することが出
来る。また、上記した基体表面に被覆層を形成するに
は、基体面を丁寧に研摩してから化学的気相蒸着（ＣＶ
Ｄ）法その他の方法で形成するが、研摩した方が研摩し
ない場合に比べて、被覆層の強度が大きいものができ
る。
記載の発明と同じ方法で母相の形成、炭化珪素ウイスカ
ーの分散混合して成る粉末素地の調整、成形、焼結した
基体の形成を行い、その基体を工具として定められた形
状に加工した後、表面を研削加工し、次に請求項２の発
明と同様にして硬質被覆層を形成してウイスカー含有セ
ラミックス工具を製造する方法である。上記に於いて工
具を製造する場合には例えばＳＮＧＮ４３２に定められ
た工具の形状に加工した後、該基体表面にアルミニウム
又はIVａ族、Ｖａ族の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物
もしくはこれらの固溶体のうちの一種から成る単層又は
二種以上からなる複数層の平均厚が０．３〜２０μｍで
あるように被覆層を形成するのが好ましい。そして、基
材成分に対し置換成分が、置換専用成分でないIVａ族の
金属の酸化物、窒化物、炭化物、Ａｌの酸化物、窒化
物、酸窒化物、ＳｉＯ2 から選択されるときはその添加
量に限定はない。しかし、置換成分が置換専用成分であ
るＶａ、VIａ族の金属の酸化物、窒化物、酸窒化物、炭
化物、硼化物、ＳｉＣからなるものは基材成分の５０重
量％以下好ましくは３５重量％以下を置換することが出
来る。また、上記した基体表面に被覆層を形成するに
は、基体面を丁寧に研摩してから化学的気相蒸着（ＣＶ
Ｄ）法その他の方法で形成するが、研摩した方が研摩し
ない場合に比べて、被覆層の強度が大きいものができ
る。
【０００７】
【作用】上記したような基材を構成する母相としては、
特にＡｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＯＮ，ＡｌＮ，３Ａｌ2 Ｏ3 ・２
ＳｉＯ2 （ムライト）又はＴｉＣが優れており好まし
い。そこで、これらの原料粉末に直径０．１〜１．０μ
ｍ、長さ５０〜２００μｍ、アスペクト比５０〜３００
の炭化珪素ウイスカーを焼結助剤等の添加剤とともに表
１〜４に示す割合で配合したものを、ボールミルにより
２〜４８時間混合した後、乾燥して素地粉末に調整し、
この素地粉末を成形して通常の焼結法により焼結してセ
ラミックス基体とした後、該基体表面上に前記したよう
な硬質被覆層を形成してセラミックス成形体とする。こ
こで、被覆層を構成する前述の単層もしくは複層中の最
下層のセラミックスの金属成分は、母相のセラミックス
の金属成分と同一のものとした場合、特に母相と一体の
ものとして構成され、被膜の接着強度が極めて大きく、
その接着強度は高温になっても低下しない。又、更に、
被覆層を構成する単層もしくは複層中の最上層が、Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの酸化物、炭化物、窒化物、酸窒
化物又はこれらの固溶体であるときには特に鉄系金属の
切削に当り良好な耐摩耗性を示し、かつ内部の基体との
接合強度も強く好ましい。
特にＡｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＯＮ，ＡｌＮ，３Ａｌ2 Ｏ3 ・２
ＳｉＯ2 （ムライト）又はＴｉＣが優れており好まし
い。そこで、これらの原料粉末に直径０．１〜１．０μ
ｍ、長さ５０〜２００μｍ、アスペクト比５０〜３００
の炭化珪素ウイスカーを焼結助剤等の添加剤とともに表
１〜４に示す割合で配合したものを、ボールミルにより
２〜４８時間混合した後、乾燥して素地粉末に調整し、
この素地粉末を成形して通常の焼結法により焼結してセ
ラミックス基体とした後、該基体表面上に前記したよう
な硬質被覆層を形成してセラミックス成形体とする。こ
こで、被覆層を構成する前述の単層もしくは複層中の最
下層のセラミックスの金属成分は、母相のセラミックス
の金属成分と同一のものとした場合、特に母相と一体の
ものとして構成され、被膜の接着強度が極めて大きく、
その接着強度は高温になっても低下しない。又、更に、
被覆層を構成する単層もしくは複層中の最上層が、Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの酸化物、炭化物、窒化物、酸窒
化物又はこれらの固溶体であるときには特に鉄系金属の
切削に当り良好な耐摩耗性を示し、かつ内部の基体との
接合強度も強く好ましい。
【０００８】なお、本発明において前記の如き被覆層の
平均厚を０．３〜２０μｍとする所以は、ＳｉＣと鉄系
金属との反応阻止に必要な厚みの最小厚を０．３μｍと
し、最大厚は不必要な厚さを避け基体の特性を活かすた
めに選定した。０．３μｍより薄い場合はその効果が殆
どなく、２０μｍより厚い場合には耐摩耗性向上には無
関係の厚みとなる。本発明において母相を構成するセラ
ミックスに対しＳｉＣウイスカーを全体の５〜７０重量
％とする理由は、ＳｉＣウイスカーが５重量％未満では
十分な靱性が得られず、７０重量％を超えた場合は母相
となるセラミックスの焼結性が悪くなり、緻密な焼結体
が得られないからである。
平均厚を０．３〜２０μｍとする所以は、ＳｉＣと鉄系
金属との反応阻止に必要な厚みの最小厚を０．３μｍと
し、最大厚は不必要な厚さを避け基体の特性を活かすた
めに選定した。０．３μｍより薄い場合はその効果が殆
どなく、２０μｍより厚い場合には耐摩耗性向上には無
関係の厚みとなる。本発明において母相を構成するセラ
ミックスに対しＳｉＣウイスカーを全体の５〜７０重量
％とする理由は、ＳｉＣウイスカーが５重量％未満では
十分な靱性が得られず、７０重量％を超えた場合は母相
となるセラミックスの焼結性が悪くなり、緻密な焼結体
が得られないからである。
【０００９】焼結助剤は好ましくは１０重量％以下、置
換成分との合計で５０重量％以下で、その種類は母相作
成時に通常用いられるものが適用される。又、この基体
を作成する場合、アルミナ系セラミックスに対してはＡ
ｌ2 Ｏ3系の焼結助剤例えばＭｇＯ，ＣａＯ，Ｚｒ
Ｏ2 ，ＮｉＯ，ＳｉＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 、稀土類酸化物など
を用いることができる。又その製造方法は普通焼結法、
ＨＰ法（Hot Press)、ＨＩＰ法（Hot Isostatic Press)
など通常の製造法が採用される。次に被覆層の形成方法
は、通常の化学蒸着法、物理蒸着法及び物理化学蒸着法
等で形成することができるが、被覆に際しては基体表面
を研削加工して表面粗さがなくなる程度に表面仕上げを
行なってから被覆層を形成すると、一層被覆強度が増し
たものができる。以上のことを本発明の実施例に基づい
て説明する。
換成分との合計で５０重量％以下で、その種類は母相作
成時に通常用いられるものが適用される。又、この基体
を作成する場合、アルミナ系セラミックスに対してはＡ
ｌ2 Ｏ3系の焼結助剤例えばＭｇＯ，ＣａＯ，Ｚｒ
Ｏ2 ，ＮｉＯ，ＳｉＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 、稀土類酸化物など
を用いることができる。又その製造方法は普通焼結法、
ＨＰ法（Hot Press)、ＨＩＰ法（Hot Isostatic Press)
など通常の製造法が採用される。次に被覆層の形成方法
は、通常の化学蒸着法、物理蒸着法及び物理化学蒸着法
等で形成することができるが、被覆に際しては基体表面
を研削加工して表面粗さがなくなる程度に表面仕上げを
行なってから被覆層を形成すると、一層被覆強度が増し
たものができる。以上のことを本発明の実施例に基づい
て説明する。
【００１０】
【実施例】母相を構成するセラミックスの原料粉末とし
て、 平均粒径 ０．７μｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末 平均粒径 １．０μｍのＡｌＯＮ粉末 平均粒径 ０．８μｍのＡｌＯＮ粉末 平均粒径 ０．７μｍの３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 粉
末 平均粒径 ０．８μｍのＴｉＣ粉末 を用意した。上記に於いて、Ａｌ2 Ｏ3 は高温での硬度
が大で、かつ、化学的に安定しており、工具の刃先部が
被切削材と反応するのを防止するためである。ＡｌＮ
は、熱伝導度が高く、耐熱衝撃性、耐熱性及び溶融金属
に対する耐腐食性をもたせるためである。ＡｌＯＮは、
Ａｌ，Ｏ，Ｎの比率によりＡｌ196 Ｏ288 Ｎ4 ，Ａｌ27
Ｏ39Ｎ及びＡｌ（８／３＋ｘ／３）Ｏ4-X Ｎx などの化
合物が生じたものの総称であるが、これらの化合物は、
いずれもＡｌ2 Ｏ3 とＡｌＮの中間的性質を示し、基体
として有効なものであり、纏めてＡｌＯＮと表記してい
る。３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ムライト）は、粒子間
に高融点ガラス相を形成して高温における耐熱衝撃性を
アルミナ自体よりも優れたものとするためである。Ｔｉ
Ｃは、硬度が大で耐蝕性に優れていて、かつ、高温強度
及び高温熱伝導性にも優れたものとするためである。
て、 平均粒径 ０．７μｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末 平均粒径 １．０μｍのＡｌＯＮ粉末 平均粒径 ０．８μｍのＡｌＯＮ粉末 平均粒径 ０．７μｍの３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 粉
末 平均粒径 ０．８μｍのＴｉＣ粉末 を用意した。上記に於いて、Ａｌ2 Ｏ3 は高温での硬度
が大で、かつ、化学的に安定しており、工具の刃先部が
被切削材と反応するのを防止するためである。ＡｌＮ
は、熱伝導度が高く、耐熱衝撃性、耐熱性及び溶融金属
に対する耐腐食性をもたせるためである。ＡｌＯＮは、
Ａｌ，Ｏ，Ｎの比率によりＡｌ196 Ｏ288 Ｎ4 ，Ａｌ27
Ｏ39Ｎ及びＡｌ（８／３＋ｘ／３）Ｏ4-X Ｎx などの化
合物が生じたものの総称であるが、これらの化合物は、
いずれもＡｌ2 Ｏ3 とＡｌＮの中間的性質を示し、基体
として有効なものであり、纏めてＡｌＯＮと表記してい
る。３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ムライト）は、粒子間
に高融点ガラス相を形成して高温における耐熱衝撃性を
アルミナ自体よりも優れたものとするためである。Ｔｉ
Ｃは、硬度が大で耐蝕性に優れていて、かつ、高温強度
及び高温熱伝導性にも優れたものとするためである。
【００１１】上記セラミック粉末を母相として、直径
０．１〜１．０μｍ（主体径は０．２〜０．５μｍ）、
長さ５０〜２００μｍ、アスペクト比５０〜３００、密
度３．１９ｇ／cm3 のＳｉＣウイスカー（米国ＡＲＣＯ
社製ＳＣ−９）と、平均粒径０．５〜３．０μｍの添加
物とを、表２〜表５の割合で配合し、アルミナボールミ
ル中で２〜４８時間混合した後、乾燥して素地粉末を調
整した。この素地粉末を１，６００〜１，９５０℃、１
５分〜１時間、圧力２００kg／cm2 で加圧焼結法により
黒鉛型中で焼結した。この焼結体を工具の所定形状であ
るＳＮＧＮ４３２に切断、研削加工した表面を丁寧に研
摩し、引続いて化学蒸着法により、表示の如き硬質被覆
層を設けた。
０．１〜１．０μｍ（主体径は０．２〜０．５μｍ）、
長さ５０〜２００μｍ、アスペクト比５０〜３００、密
度３．１９ｇ／cm3 のＳｉＣウイスカー（米国ＡＲＣＯ
社製ＳＣ−９）と、平均粒径０．５〜３．０μｍの添加
物とを、表２〜表５の割合で配合し、アルミナボールミ
ル中で２〜４８時間混合した後、乾燥して素地粉末を調
整した。この素地粉末を１，６００〜１，９５０℃、１
５分〜１時間、圧力２００kg／cm2 で加圧焼結法により
黒鉛型中で焼結した。この焼結体を工具の所定形状であ
るＳＮＧＮ４３２に切断、研削加工した表面を丁寧に研
摩し、引続いて化学蒸着法により、表示の如き硬質被覆
層を設けた。
【００１２】このようにして作られた試料の切削寿命テ
ストを行ない、その結果を表６以下に示す。破壊靱性値
（ＫIc）の測定はＩＭ法（Indentation Microfracture)
で求め、下記の式によった。 これらの試料の中から破壊靱性値が高かったものについ
て、ＳｉＣウイスカーの状態を調べてみたところ、ウイ
スカー表面のささくれがなくなって、直径０．５〜１．
０μｍ、長さ１〜２０μｍ程度のものが母相中に均一に
分散、混合したものであった。このことから、ボールミ
ル中で混合されることによりウイスカー表面がきれいに
なると共に、好ましい大きさになって、セラミックスと
しての成形性が良くなり、また、焼結体にした場合に破
壊エネルギーを吸収しやすい大きさになっていると考え
られる。
ストを行ない、その結果を表６以下に示す。破壊靱性値
（ＫIc）の測定はＩＭ法（Indentation Microfracture)
で求め、下記の式によった。 これらの試料の中から破壊靱性値が高かったものについ
て、ＳｉＣウイスカーの状態を調べてみたところ、ウイ
スカー表面のささくれがなくなって、直径０．５〜１．
０μｍ、長さ１〜２０μｍ程度のものが母相中に均一に
分散、混合したものであった。このことから、ボールミ
ル中で混合されることによりウイスカー表面がきれいに
なると共に、好ましい大きさになって、セラミックスと
しての成形性が良くなり、また、焼結体にした場合に破
壊エネルギーを吸収しやすい大きさになっていると考え
られる。
【００１３】表６は表２の試料について、下記の条件で
切削寿命テストを行なった結果を示す。 被切削材：ＳＣＲ ４２０ 浸炭焼入材 切削速度：５００ｍ／min 送り速度：０．３mm／rev 切り込み：１mm 摩耗量 ：１分１５秒後の量
切削寿命テストを行なった結果を示す。 被切削材：ＳＣＲ ４２０ 浸炭焼入材 切削速度：５００ｍ／min 送り速度：０．３mm／rev 切り込み：１mm 摩耗量 ：１分１５秒後の量
【００１４】表７は表３の試料について、下記の条件で
切削寿命テストを行なった結果を示す。 被切削材：ＳＮＣＭ８（ＨB ３００） 切削速度：３５０ｍ／min 送り速度：０．３mm／rev 切り込み：１mm 摩耗量 ：１分１５秒後の量
切削寿命テストを行なった結果を示す。 被切削材：ＳＮＣＭ８（ＨB ３００） 切削速度：３５０ｍ／min 送り速度：０．３mm／rev 切り込み：１mm 摩耗量 ：１分１５秒後の量
【００１５】表８は表４の試料について、表９は表２、
表３及び表５の特定の試料について、表１０は表５の特
定の試料について下記の条件で切削寿命テストを行なっ
た結果を示す。 被切削材：ＳＮＣＭ８（ＨB ３００） 切削速度：４５０ｍ／min 送り速度：０．１５mm／rev 切り込み：１mm 切削時間：１min
表３及び表５の特定の試料について、表１０は表５の特
定の試料について下記の条件で切削寿命テストを行なっ
た結果を示す。 被切削材：ＳＮＣＭ８（ＨB ３００） 切削速度：４５０ｍ／min 送り速度：０．１５mm／rev 切り込み：１mm 切削時間：１min
【００１６】表１１は表５及び表２、表３及び表４中の
特定の試料について下記の条件で切削寿命テストを行な
った結果を示す。 被切削材：ＦＣＤ ４５（ＨB １８０） 切削速度：５００ｍ／min 送り速度：０．２mm／rev 切り込み：０．５mm 切削時間：２０min この実施例（Ｅ）すなわち、ＴｉＣ基体のものは特にダ
クタイル鋳鉄の高速切削に適しており、一般合金鋼の切
削は実施例（Ａ）〜（Ｄ）に比べやや劣るものである。
特定の試料について下記の条件で切削寿命テストを行な
った結果を示す。 被切削材：ＦＣＤ ４５（ＨB １８０） 切削速度：５００ｍ／min 送り速度：０．２mm／rev 切り込み：０．５mm 切削時間：２０min この実施例（Ｅ）すなわち、ＴｉＣ基体のものは特にダ
クタイル鋳鉄の高速切削に適しており、一般合金鋼の切
削は実施例（Ａ）〜（Ｄ）に比べやや劣るものである。
【００１７】表１２は表２、表３及び表４中の特定の試
料について下記の条件で切削寿命テストを行なった結果
を示す。 被切削材：ＳＣＭ ４１５ 切削速度：８００ｍ／min 送り速度：０．３０mm／rev 切り込み：３mm 切削時間：５min このテストは相当の高速切削の例で、特に被覆層として
は、これを構成するセラミックスの金属成分が、基体
（母相）を構成するセラミックスの金属成分と同一のも
のとしたセラミックス、又はその固溶体を単層で用いる
か又は複層の最下層として用いるのが相応しいことを示
している。
料について下記の条件で切削寿命テストを行なった結果
を示す。 被切削材：ＳＣＭ ４１５ 切削速度：８００ｍ／min 送り速度：０．３０mm／rev 切り込み：３mm 切削時間：５min このテストは相当の高速切削の例で、特に被覆層として
は、これを構成するセラミックスの金属成分が、基体
（母相）を構成するセラミックスの金属成分と同一のも
のとしたセラミックス、又はその固溶体を単層で用いる
か又は複層の最下層として用いるのが相応しいことを示
している。
【００１８】なお、本発明に於いて基材となる成分に、
置換専用でない置換成分を添加する場合は、５０重量％
の添加制限を受けないことを既に述べた。このことは基
材となる成分は任意の量で混合することが可能であると
言う意味であるが、特に下記の組み合わせは有効であ
る。 Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 −ＡｌＯＮ Ａｌ2 Ｏ3 −ＡｌＯＮ−ＡｌＮ，ＡｌＯＮ−ＡｌＮ ３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 −ＴｉＣ 次に本発明の最適実施条件を表示すれば以下のとおりで
ある。
置換専用でない置換成分を添加する場合は、５０重量％
の添加制限を受けないことを既に述べた。このことは基
材となる成分は任意の量で混合することが可能であると
言う意味であるが、特に下記の組み合わせは有効であ
る。 Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 −ＡｌＯＮ Ａｌ2 Ｏ3 −ＡｌＯＮ−ＡｌＮ，ＡｌＯＮ−ＡｌＮ ３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 −ＴｉＣ 次に本発明の最適実施条件を表示すれば以下のとおりで
ある。
【００１９】
【表１】
【００２０】なお、上記の最適実施条件と実施例とを比
較すれば判る様に、ＳｉＣウイスカーの長さが最適実施
条件の場合には短くなっているが、これは実施例にて記
述した通り、ボールミルを用いて長時間混合するうち
に、ウイスカーが折れて短くなっているためである。
較すれば判る様に、ＳｉＣウイスカーの長さが最適実施
条件の場合には短くなっているが、これは実施例にて記
述した通り、ボールミルを用いて長時間混合するうち
に、ウイスカーが折れて短くなっているためである。
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
【表４】
【００２４】
【表５】
【００２５】
【表６】
【００２６】
【表７】
【００２７】
【表８】
【００２８】
【表９】
【００２９】
【表１０】
【００３０】
【表１１】
【００３１】
【表１２】
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば汎用のセラミックス材料
を母相とし、その中に前記のＳｉＣウイスカーを均一に
分散させることによって耐熱性、耐衝撃性、耐酸化性、
耐摩耗性等を低下させることなく、靱性等の機械的強度
が向上したセラミックス基体の表面に該基体と親和性の
ある硬質被覆層を形成したセラミックス成形体を得るこ
とができ、また前記基体を工具に加工すれば、基体の特
性を低下させずに、被削材が鉄系金属である場合にもＳ
ｉＣとの反応を起さずに高速切削し得るセラミックス工
具を容易に製造することができる。
を母相とし、その中に前記のＳｉＣウイスカーを均一に
分散させることによって耐熱性、耐衝撃性、耐酸化性、
耐摩耗性等を低下させることなく、靱性等の機械的強度
が向上したセラミックス基体の表面に該基体と親和性の
ある硬質被覆層を形成したセラミックス成形体を得るこ
とができ、また前記基体を工具に加工すれば、基体の特
性を低下させずに、被削材が鉄系金属である場合にもＳ
ｉＣとの反応を起さずに高速切削し得るセラミックス工
具を容易に製造することができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 アルミニウム又はIVａ族金属の酸化物、
窒化物、炭化物、酸窒化物を母相主成分とし、必要に応
じてその一部をアルミニウム、珪素、IVａ族、Ｖａ族、
VIａ族の金属もしくはこれら金属の酸化物、窒化物、酸
窒化物、炭化物、硼化物から成る置換成分で置換したも
のを母相とし、この中に全体の５〜７０重量％の炭化珪
素ウイスカーをボールミル中で均一に分散混合して粉末
素地を調整し、これを成形、焼結して基体を構成し、該
基体表面上に、アルミニウム及びIVａ族、Ｖａ族金属の
酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、硼化物もしくはこ
れらの固溶体のうちの一種から成る単層又は二種以上か
ら成る複数層の硬質被覆層を形成することを特徴とする
ウイスカー含有セラミックス成形体の製造方法。 - 【請求項２】 アルミニウム又はIVａ族金属の酸化物、
窒化物、炭化物、酸窒化物を母相主成分とし、必要に応
じてその一部を、アルミニウム、珪素、IVａ族、Ｖａ
族、VIａ族の金属もしくはこれら金属の酸化物、窒化
物、酸窒化物、炭化物、硼化物から成る置換成分で置換
したものを母相とし、この中に全体の５〜７０重量％の
炭化珪素ウイスカーをボールミル中で均一に分散混合し
て粉末素地を調整し、これを成形、焼結して基体を構成
し、該基体表面を切削加工した後、表面に、アルミニウ
ム又はIVａ族、Ｖａ族金属の酸化物、窒化物、酸窒化
物、炭化物、硼化物もしくはこれらの固溶体のうちの一
種から成る単層又二種以上から成る複数層の硬質被覆層
を形成することを特徴とするウイスカー含有セラミック
ス成形体の被覆方法。 - 【請求項３】 アルミニウム又はIVａ族金属の酸化物、
窒化物、炭化物、酸窒化物を母相主成分とし、必要に応
じてその一部をアルミニウム、珪素、IVａ族、Ｖａ族、
VIａ族の金属もしくはこれら金属の酸化物、窒化物、酸
窒化物、炭化物、硼化物から成る置換成分で置換したも
のを母相とし、この中に全体の５〜７０重量％の炭化珪
素ウイスカーをボールミル中で均一に分散混合してなる
粉末素地を調製し、これを成形、焼結して基体を構成
し、該基体を工具の所定形状に加工した表面を切削加工
した後、アルミニウム及びIVａ族、Ｖａ族金属の酸化
物、窒化物、酸窒化物、炭化物、硼化物もしくはこれら
の固溶体のうちの一種から成る単層又は二種以上から成
る複数層の硬質被覆層を形成することを特徴とするウイ
スカー含有セラミックス工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6097878A JPH07126077A (ja) | 1994-04-13 | 1994-04-13 | ウイスカー含有セラミックス成形体の製造方法、被覆方法及びセラミックス工具の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6097878A JPH07126077A (ja) | 1994-04-13 | 1994-04-13 | ウイスカー含有セラミックス成形体の製造方法、被覆方法及びセラミックス工具の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07126077A true JPH07126077A (ja) | 1995-05-16 |
Family
ID=14204013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6097878A Pending JPH07126077A (ja) | 1994-04-13 | 1994-04-13 | ウイスカー含有セラミックス成形体の製造方法、被覆方法及びセラミックス工具の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07126077A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1737804A1 (en) * | 2004-04-23 | 2007-01-03 | Kennametal, Inc. | Whisker-reinforced ceramic containing aluminum oxynitride and method of making the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60122783A (ja) * | 1983-12-02 | 1985-07-01 | 工業技術院長 | セラミックスの製造法 |
| JPS6345190A (ja) * | 1986-06-19 | 1988-02-26 | サンドビック アクティエボラーグ | 被覆されたウィスカ−強化セラミックス焼結体 |
-
1994
- 1994-04-13 JP JP6097878A patent/JPH07126077A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60122783A (ja) * | 1983-12-02 | 1985-07-01 | 工業技術院長 | セラミックスの製造法 |
| JPS6345190A (ja) * | 1986-06-19 | 1988-02-26 | サンドビック アクティエボラーグ | 被覆されたウィスカ−強化セラミックス焼結体 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1737804A1 (en) * | 2004-04-23 | 2007-01-03 | Kennametal, Inc. | Whisker-reinforced ceramic containing aluminum oxynitride and method of making the same |
| US7262145B2 (en) | 2004-04-23 | 2007-08-28 | Kennametal Inc. | Whisker-reinforced ceramic containing aluminum oxynitride and method of making the same |
| US7309475B2 (en) | 2004-04-23 | 2007-12-18 | Kennametal Inc. | Whisker-reinforced ceramic containing aluminum oxynitride and method of making the same |
| US7368406B2 (en) | 2004-04-23 | 2008-05-06 | Kennametal Inc. | Whisker-reinforced ceramic containing aluminum oxynitride and method of making the same |
| EP1737804A4 (en) * | 2004-04-23 | 2010-12-01 | Kennametal Inc | WHISKER-REINFORCED CERAMIC WITH ALUMINUM OXYNITRIDE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0283454B1 (en) | Ceramic cutting tool reinforced by whiskers | |
| JP5428118B2 (ja) | ｃＢＮ焼結体及びｃＢＮ焼結体工具 | |
| KR100227879B1 (ko) | Ivb족 붕화물 베이스 절삭공구 | |
| JPS6011288A (ja) | 表面被覆サイアロン基セラミツクス工具部材 | |
| US5432132A (en) | Silicon nitride based cutting tool insert | |
| Jack | Ceramic cutting tool materials | |
| JP2017165637A (ja) | 切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具 | |
| JPS61101482A (ja) | 窒化珪素切削工具 | |
| JP2540662B2 (ja) | ウイスカ―強化セラミック切削工具材 | |
| JPH1036174A (ja) | 焼結セラミック材料、その材料の焼結方法及び高速機械加工方法 | |
| JP4177493B2 (ja) | セラミックス焼結体 | |
| JP2604155B2 (ja) | 被覆層を有するセラミックス工具 | |
| JPH07126077A (ja) | ウイスカー含有セラミックス成形体の製造方法、被覆方法及びセラミックス工具の製造方法 | |
| JP2596094B2 (ja) | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆セラミック製切削工具 | |
| JPH06329470A (ja) | 窒化ケイ素基焼結体およびその被覆焼結体 | |
| JP2005212048A (ja) | セラミックスおよびこれを用いた切削工具 | |
| JPH01212290A (ja) | 切削工具材料 | |
| JPH06298568A (ja) | ウイスカー強化サイアロン基焼結体およびその被覆焼結体 | |
| JPH06666B2 (ja) | 精密加工性に優れたセラミックス材料 | |
| JP2735919B2 (ja) | 工具用焼結体及びその製造方法 | |
| JP3560629B2 (ja) | 工具用高靱性硬質焼結体の製造法 | |
| KR100624066B1 (ko) | 알루미나-탄화규소 복합재로 이루어진 절삭공구 및 그의제조방법 | |
| JP3544632B2 (ja) | 被覆超硬合金 | |
| JPH04294903A (ja) | 切削工具 | |
| JPH04294908A (ja) | 切削工具 |