JPH07252581A - ケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体 - Google Patents
ケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体Info
- Publication number
- JPH07252581A JPH07252581A JP6040829A JP4082994A JPH07252581A JP H07252581 A JPH07252581 A JP H07252581A JP 6040829 A JP6040829 A JP 6040829A JP 4082994 A JP4082994 A JP 4082994A JP H07252581 A JPH07252581 A JP H07252581A
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- JP
- Japan
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- sialon
- sintered body
- tool
- boride
- cutting
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- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐摩耗性に優れたＳｉ含有高硬度ＣＢＮ焼結
体を提供すること。 【構成】 ＣＢＮを含有する焼結体であって、ＣＢＮを
体積％で６０％以上９０％未満含有し、残部の結合材が （イ）サイアロン １０〜６０重量％ （ロ）Ｎｉ ２〜２０重量％ （ハ）ＣｏとＷの硼化物、窒化アルミニウム及び硼化ア
ルミニウムから選択される少なくとも１種及び不可避的
不純物 残部 からなることを特徴とするケイ素化合物含有高硬度工具
用焼結体。
体を提供すること。 【構成】 ＣＢＮを含有する焼結体であって、ＣＢＮを
体積％で６０％以上９０％未満含有し、残部の結合材が （イ）サイアロン １０〜６０重量％ （ロ）Ｎｉ ２〜２０重量％ （ハ）ＣｏとＷの硼化物、窒化アルミニウム及び硼化ア
ルミニウムから選択される少なくとも１種及び不可避的
不純物 残部 からなることを特徴とするケイ素化合物含有高硬度工具
用焼結体。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、立方晶窒化硼素（以
下ＣＢＮと称す）を用いたケイ素化合物含有高硬度工具
用焼結体に関する。
下ＣＢＮと称す）を用いたケイ素化合物含有高硬度工具
用焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＢＮはダイヤモンドに次ぐ高硬度物質
であり、その焼結体は主に鉄系材料の切削加工用工具と
して使用されている。この種の焼結体の一例は特開昭５
３−７７８１１号公報や６２−２２８４５１号公報に開
示されており、焼入鋼や鋳鉄の切削において高い切削性
能を示すことは上記市販品においても確かめられてい
る。
であり、その焼結体は主に鉄系材料の切削加工用工具と
して使用されている。この種の焼結体の一例は特開昭５
３−７７８１１号公報や６２−２２８４５１号公報に開
示されており、焼入鋼や鋳鉄の切削において高い切削性
能を示すことは上記市販品においても確かめられてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＣＢＮ焼結体工具では例えば鋳鉄の高速切削においては
刃先の摩耗の進展が速く、その寿命が短かったり刃先が
欠損するという問題があった。従って、この発明の目的
は上記のＣＢＮ焼結体よりもさらに耐摩耗性に優れた高
硬度焼結体を提供することにある。
ＣＢＮ焼結体工具では例えば鋳鉄の高速切削においては
刃先の摩耗の進展が速く、その寿命が短かったり刃先が
欠損するという問題があった。従って、この発明の目的
は上記のＣＢＮ焼結体よりもさらに耐摩耗性に優れた高
硬度焼結体を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の目的
を達成するため鋭意研究した結果、ＣＢＮの結合材の一
成分としてケイ素含有化合物であるサイアロンを用いる
と優れた耐熱性と耐摩耗性が得られることを見出して本
発明を完成した。すなわち、本発明は、ＣＢＮを体積％
で６０％以上９０％未満含有し、残部の結合材は(1) １
０〜６０重量％のサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、(2) ２
〜７重量％のＮｉ及び(3) 残部はＣｏとＷの硼化物、窒
化アルミニウム及び硼化アルミニウムから選択された化
合物１種または２種以上の混合物および不可避不純物か
らなるケイ素化合物含有高硬度焼結体である。
を達成するため鋭意研究した結果、ＣＢＮの結合材の一
成分としてケイ素含有化合物であるサイアロンを用いる
と優れた耐熱性と耐摩耗性が得られることを見出して本
発明を完成した。すなわち、本発明は、ＣＢＮを体積％
で６０％以上９０％未満含有し、残部の結合材は(1) １
０〜６０重量％のサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、(2) ２
〜７重量％のＮｉ及び(3) 残部はＣｏとＷの硼化物、窒
化アルミニウム及び硼化アルミニウムから選択された化
合物１種または２種以上の混合物および不可避不純物か
らなるケイ素化合物含有高硬度焼結体である。
【０００５】
【作用】この発明の焼結体工具が耐摩耗性に優れるのは
以下の理由によるものと推測し得る。本発明の用途であ
るねずみ鋳鉄の高速切削において、本発明者らは以下の
興味深い現象を発見した。すなわち上記の切削を行なう
と、工具刃先にケイ素（Ｓｉ）を含有する溶着物が生成
し、これが保護膜となり刃先のすくい面および逃げ面の
摩耗を著しく抑制することである。Ｓｉは一般に被削材
である鋳鉄に含有され、これが供給源となり、従来のＣ
ＢＮ焼結体においても耐摩耗性が多少向上することを発
見したがＳｉの含有率は微量であるため刃先の保護によ
る耐摩耗性向上は不十分であった。さらにＳｉ化合物を
Ｘ線回析により分析した結果、サイアロンであることが
判明した。このサイアロンは高温強度が高く耐摩耗性に
も優れるこめ鋳鉄の高速切削のような刃先が高温となる
場合に特に効果が現れたものと推測される。また、サイ
アロンはβ−サイアロンであることが望ましい。この理
由は、β−サイアロンは特に高温強度に優れているから
である。
以下の理由によるものと推測し得る。本発明の用途であ
るねずみ鋳鉄の高速切削において、本発明者らは以下の
興味深い現象を発見した。すなわち上記の切削を行なう
と、工具刃先にケイ素（Ｓｉ）を含有する溶着物が生成
し、これが保護膜となり刃先のすくい面および逃げ面の
摩耗を著しく抑制することである。Ｓｉは一般に被削材
である鋳鉄に含有され、これが供給源となり、従来のＣ
ＢＮ焼結体においても耐摩耗性が多少向上することを発
見したがＳｉの含有率は微量であるため刃先の保護によ
る耐摩耗性向上は不十分であった。さらにＳｉ化合物を
Ｘ線回析により分析した結果、サイアロンであることが
判明した。このサイアロンは高温強度が高く耐摩耗性に
も優れるこめ鋳鉄の高速切削のような刃先が高温となる
場合に特に効果が現れたものと推測される。また、サイ
アロンはβ−サイアロンであることが望ましい。この理
由は、β−サイアロンは特に高温強度に優れているから
である。
【０００６】本発明のＣＢＮ焼結体に用いられるＣＢＮ
は、この種の焼結体において通常用いられるものでよ
く、その結晶粒の大きさは数ミクロン以下とするのが好
ましい。該焼結体中のＣＢＮ含有率は、体積％で通常６
０％以上９０％未満、好ましくは６５〜８８％とする。
３０％未満であると焼結体の硬度や強度が低下し、ま
た、９０％をこえると相対的に結合材の量が減少し、高
硬度の被削材や断続を有する被削材を切削した際に接触
部に亀裂が発生し、欠損を生じ易くなる。
は、この種の焼結体において通常用いられるものでよ
く、その結晶粒の大きさは数ミクロン以下とするのが好
ましい。該焼結体中のＣＢＮ含有率は、体積％で通常６
０％以上９０％未満、好ましくは６５〜８８％とする。
３０％未満であると焼結体の硬度や強度が低下し、ま
た、９０％をこえると相対的に結合材の量が減少し、高
硬度の被削材や断続を有する被削材を切削した際に接触
部に亀裂が発生し、欠損を生じ易くなる。
【０００７】結合材としてはその主成分として１０〜６
０重量％、好ましくは２０〜５０重量％のサイアロン、
及び２〜７重量％、好ましくは４〜６重量％のＮｉと残
部がＣｏとＷの硼化物、窒化アルミニウム及び硼化アル
ミニウムからなる群から選択される１種又は２種以上の
混合物であることが好ましい。特にサイアロンとしては
β−サイアロン（Ｓｉ6-z Ａｌz ＯZ Ｎ8-z 、０＜Ｚ≦
４．２）が高温強度に優れているので好ましい。このほ
か、α−Ｓｉ3 Ｎ4 のＳｉ，Ｎの一部がＡｌ，Ｏにて置
換されたα−サイアロンも用いることができる。このサ
イアロンは市販品でもよく、またＳｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，
ＳｉＯ2 ，Ａｌ 2 Ｏ3 等の粉末を混合し熱処理すること
により合成することができる。サイアロンは前記のごと
く、鋳鉄の高速切削時にこれが保護膜となり刃先のすく
い面および逃げ面の摩耗を著しく抑制する効果がある。
このサイアロンが結合材中で１０重量％未満であるとそ
の供給が不十分となり、十分な耐摩耗性向上の効果が得
られない。一方、６０重量％を越えると、相対的に、Ｃ
ＢＮと強固な結合をせしめるＣｏとＷの硼化物及び／又
は窒化アルミニウム及び／又は硼化アルミニウムの化合
物の量が減少し、焼結体として十分な強度が得られな
い。上記ＣｏとＷの硼化物及び／又は窒化アルミニウム
及び／又は硼化アルミニウムは超高圧焼結体にてＣＢＮ
粒子と強固に結合するばかりでなく、優れた耐摩耗性も
有する。
０重量％、好ましくは２０〜５０重量％のサイアロン、
及び２〜７重量％、好ましくは４〜６重量％のＮｉと残
部がＣｏとＷの硼化物、窒化アルミニウム及び硼化アル
ミニウムからなる群から選択される１種又は２種以上の
混合物であることが好ましい。特にサイアロンとしては
β−サイアロン（Ｓｉ6-z Ａｌz ＯZ Ｎ8-z 、０＜Ｚ≦
４．２）が高温強度に優れているので好ましい。このほ
か、α−Ｓｉ3 Ｎ4 のＳｉ，Ｎの一部がＡｌ，Ｏにて置
換されたα−サイアロンも用いることができる。このサ
イアロンは市販品でもよく、またＳｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，
ＳｉＯ2 ，Ａｌ 2 Ｏ3 等の粉末を混合し熱処理すること
により合成することができる。サイアロンは前記のごと
く、鋳鉄の高速切削時にこれが保護膜となり刃先のすく
い面および逃げ面の摩耗を著しく抑制する効果がある。
このサイアロンが結合材中で１０重量％未満であるとそ
の供給が不十分となり、十分な耐摩耗性向上の効果が得
られない。一方、６０重量％を越えると、相対的に、Ｃ
ＢＮと強固な結合をせしめるＣｏとＷの硼化物及び／又
は窒化アルミニウム及び／又は硼化アルミニウムの化合
物の量が減少し、焼結体として十分な強度が得られな
い。上記ＣｏとＷの硼化物及び／又は窒化アルミニウム
及び／又は硼化アルミニウムは超高圧焼結体にてＣＢＮ
粒子と強固に結合するばかりでなく、優れた耐摩耗性も
有する。
【０００８】また結合材中には、２〜７重量％、好まし
くは４〜６重量％のＮｉを含む。Ｎｉはその作用として
は超高圧焼結中にＣＢＮ粒子との漏れ性が良いためにＣ
ｏとＷの硼化物との結合を促進せしめるもので、２％未
満では充分な結合強度が得られない。７％を越えると、
ＣＢＮと結合材との結合強度が高くなるものの、結合材
自体の耐摩耗性が悪くなるので好ましくない。また、Ｎ
ｉは焼結後のはＣｏとＷの硼化物に固溶しているものと
思われる。さらに、不可避不純物としては、ＷＣ，Ａｌ
2 Ｏ3 がＸ線回折によって確認された。
くは４〜６重量％のＮｉを含む。Ｎｉはその作用として
は超高圧焼結中にＣＢＮ粒子との漏れ性が良いためにＣ
ｏとＷの硼化物との結合を促進せしめるもので、２％未
満では充分な結合強度が得られない。７％を越えると、
ＣＢＮと結合材との結合強度が高くなるものの、結合材
自体の耐摩耗性が悪くなるので好ましくない。また、Ｎ
ｉは焼結後のはＣｏとＷの硼化物に固溶しているものと
思われる。さらに、不可避不純物としては、ＷＣ，Ａｌ
2 Ｏ3 がＸ線回折によって確認された。
【０００９】
【実施例】以下本発明を実施例によって更に詳細に説明
する。 （実施例１）表１に示すＣＢＮ含有率と組成の結合材を
超硬合金製ポットおよびボールを用いて配合し、混合し
たあとＭｏ製容器に充填し圧力５０ｋｂ，１４５０℃で
２５分間焼結し焼結体を得た。さらに、この焼結体を切
削チップの形に加工し、切削工具とした。この工具を用
いて、ねずみ鋳鉄の板（１００×４００ｍｍ，３箇所に
φ８０の穴）の上面のフライス切削テストを行った。切
削条件はＶ＝１２００ｍ／ｍｉｎ，ｄ＝０．１５ｍｍ，
ｆ＝０．１０ｍｍ／刃、乾式で行った。この結果を表１
に示す。表中、Ｎｏ．１〜６は本発明の実施例、Ｎｏ．
７〜１０は比較例である。
する。 （実施例１）表１に示すＣＢＮ含有率と組成の結合材を
超硬合金製ポットおよびボールを用いて配合し、混合し
たあとＭｏ製容器に充填し圧力５０ｋｂ，１４５０℃で
２５分間焼結し焼結体を得た。さらに、この焼結体を切
削チップの形に加工し、切削工具とした。この工具を用
いて、ねずみ鋳鉄の板（１００×４００ｍｍ，３箇所に
φ８０の穴）の上面のフライス切削テストを行った。切
削条件はＶ＝１２００ｍ／ｍｉｎ，ｄ＝０．１５ｍｍ，
ｆ＝０．１０ｍｍ／刃、乾式で行った。この結果を表１
に示す。表中、Ｎｏ．１〜６は本発明の実施例、Ｎｏ．
７〜１０は比較例である。
【００１０】
【表１】
【００１１】以下に本発明の好ましい実施態様を要約し
て示す。 （１）β−サイアロンを結合材中２０〜５０重量％の割
合で含有させる請求項１に記載のケイ素化合物含有高硬
度工具用焼結体。 （２）ＣＢＮを含有する焼結体であって、ＣＢＮを体積
％で６５〜８８％含有し、残部の結合材が （イ）サイアロン ２０〜５０ 重量％ （ロ）Ｎｉ ４〜６ 重量％ （ハ）ＣｏとＷの硼化物、窒化アルミニウム及び硼化ア
ルミニウムからなる群から選択される少なくとも１種 （ニ）不可避的不純物 残部 からなることを特徴とするケイ素化合物含有高硬度工具
用焼結体。 （３）サイアロンがβ−サイアロンである上記（２）記
載のケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。
て示す。 （１）β−サイアロンを結合材中２０〜５０重量％の割
合で含有させる請求項１に記載のケイ素化合物含有高硬
度工具用焼結体。 （２）ＣＢＮを含有する焼結体であって、ＣＢＮを体積
％で６５〜８８％含有し、残部の結合材が （イ）サイアロン ２０〜５０ 重量％ （ロ）Ｎｉ ４〜６ 重量％ （ハ）ＣｏとＷの硼化物、窒化アルミニウム及び硼化ア
ルミニウムからなる群から選択される少なくとも１種 （ニ）不可避的不純物 残部 からなることを特徴とするケイ素化合物含有高硬度工具
用焼結体。 （３）サイアロンがβ−サイアロンである上記（２）記
載のケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。
【００１２】
【発明の効果】以上の説明のごとく、この発明ではＣＢ
Ｎの他に結合材中に１０〜６０重量％のサイアロン（Ｓ
ｉＡｌＯＮ）および２〜７重量％Ｎｉおよび残部はＣｏ
とＷの硼化物、窒化アルミニウム及び硼化アルミニウム
からなる群から選択された化合物の１種または２種以上
の混合物および不可避不純物から構成される焼結体を得
ことができ、さらにこの焼結体をもちいて作製した工具
は優れた耐摩耗性を得ることが出来る。よって、例え
ば、ねずみ鋳鉄の切削速度１０００ｍ／ｍｉｎ，を越え
る高速切削において有効である。さらに、鋼等の鉄系金
属切削においても、本発明の工具は優れた耐摩耗性を示
すことが確認された。
Ｎの他に結合材中に１０〜６０重量％のサイアロン（Ｓ
ｉＡｌＯＮ）および２〜７重量％Ｎｉおよび残部はＣｏ
とＷの硼化物、窒化アルミニウム及び硼化アルミニウム
からなる群から選択された化合物の１種または２種以上
の混合物および不可避不純物から構成される焼結体を得
ことができ、さらにこの焼結体をもちいて作製した工具
は優れた耐摩耗性を得ることが出来る。よって、例え
ば、ねずみ鋳鉄の切削速度１０００ｍ／ｍｉｎ，を越え
る高速切削において有効である。さらに、鋼等の鉄系金
属切削においても、本発明の工具は優れた耐摩耗性を示
すことが確認された。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/583 35/599 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０３ Ｊ １０３ Ｈ ３０２ Ｇ
Claims (2)
- 【請求項１】 立方晶窒化硼素を含有した焼結体工具に
おいて、該焼結体は立方晶窒化硼素を体積％で６０％以
上９０％未満含有し、残部の結合材は(1) １０〜６０重
量％のサイアロン(2) ２〜７重量％のＮｉ及び(3) 残部
はＣｏとＷの硼化物、窒化アルミニウム及び硼化アルミ
ニウムから選択された化合物１種または２種以上の混合
物および不可避不純物からなるケイ素化合物含有高硬度
工具用焼結体。 - 【請求項２】 前記結合材のサイアロンの組成がβ−サ
イアロン（Ｓｉ6-zＡｌz ＯZ Ｎ8-z 、０＜Ｚ≦４．
２）である請求項１に記載のケイ素化合物含有高硬度工
具用焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04082994A JP3605843B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | ケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04082994A JP3605843B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | ケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07252581A true JPH07252581A (ja) | 1995-10-03 |
| JP3605843B2 JP3605843B2 (ja) | 2004-12-22 |
Family
ID=12591548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04082994A Expired - Fee Related JP3605843B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | ケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3605843B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008093577A1 (ja) | 2007-01-30 | 2008-08-07 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | 複合焼結体 |
| US8354353B2 (en) | 2008-09-17 | 2013-01-15 | Diamond Innovations, Inc. | Cubic boron nitride ceramic composites and methods of making thereof |
| US10167234B2 (en) | 2016-12-06 | 2019-01-01 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Method of making an alumina-silicate oxynitride and cubic boron nitride ceramic composite |
-
1994
- 1994-03-11 JP JP04082994A patent/JP3605843B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008093577A1 (ja) | 2007-01-30 | 2008-08-07 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | 複合焼結体 |
| US8124553B2 (en) | 2007-01-30 | 2012-02-28 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Composite sintered body |
| US8354353B2 (en) | 2008-09-17 | 2013-01-15 | Diamond Innovations, Inc. | Cubic boron nitride ceramic composites and methods of making thereof |
| US10167234B2 (en) | 2016-12-06 | 2019-01-01 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Method of making an alumina-silicate oxynitride and cubic boron nitride ceramic composite |
| US10532952B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-01-14 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Method including sonication and spark plasma sintering for forming a ceramic material |
| US10550042B2 (en) | 2016-12-06 | 2020-02-04 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Spark plasma method for making cBN/SiAlON ceramic |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3605843B2 (ja) | 2004-12-22 |
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