JPH0780709A - Ceramic cutting tool and manufacture thereof - Google Patents

Ceramic cutting tool and manufacture thereof

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JPH0780709A
JPH0780709A JP5252402A JP25240293A JPH0780709A JP H0780709 A JPH0780709 A JP H0780709A JP 5252402 A JP5252402 A JP 5252402A JP 25240293 A JP25240293 A JP 25240293A JP H0780709 A JPH0780709 A JP H0780709A
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cutting
tic
ceramic cutting
whiskers
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哲夫 内山
Masakazu Sasagawa
政和 笹川
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Riken Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a ceramics-made cutting tool, capable of sufficiently coping with the cutting of high strengtn graphite cast iron and excellent in abrasion resistance and chipping resistance; and a manufacturing method thereof. CONSTITUTION:This tool is a ceramic cutting tool composed of Al2O3 of 5-30wt.% ZrO2 of 1-12wt.% an SiC whisker of 3-40wt.%, and the rest of TiC having a mean particle diameter of actually 2mum. A mean diameter and length of the SiC whisker are 0.1-1mum and 2-50mum, and 50% or more of the SiC whisker has alpha-type or beta-type crystal structure respectively.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はセラミック切削工具及び
その製造方法に関し、詳しくはマルチ強化した炭化チタ
ン−アルミナ−ジルコニア−炭化珪素ウィスカーからな
り、高速切削時での耐欠損性及び耐摩耗性に優れた切削
工具及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic cutting tool and a method for manufacturing the same, and more particularly, it comprises a multi-reinforced titanium carbide-alumina-zirconia-silicon carbide whisker, which has high fracture resistance and wear resistance at high speed cutting. An excellent cutting tool and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
切削加工技術は工作機械の高精度化、高機能化により著
しく変革を遂げている。また切削加工業界においても、
それに伴って能率と精度を高めること、特に高能率化が
強く求められている。自動車産業においては特に軽量化
が指向され、高強度の材料で薄肉化してゆくという方策
が取られる傾向にあり、よって、被削材も高強度化さ
れ、重要な素形材の一つである球状黒鉛鋳鉄も引張強度
40kg/mm2 (FCD40)レベルから60kg/
mm2 (FCD60)、70kg/mm2 (FCD7
0)、さらに100kg/mm2 (FCD100)レベ
ルのものまで出現し始めている。従って、高強度の被削
材をより高速で切削することが求められ、工具性能に対
する要求もより厳しさを増している。
2. Description of the Related Art In recent years,
Cutting technology has undergone a marked revolution due to the high precision and high functionality of machine tools. Also in the cutting industry,
Along with this, there is a strong demand for higher efficiency and accuracy, especially for higher efficiency. Especially in the automobile industry, there is a tendency toward weight reduction, and there is a tendency to take measures to reduce the wall thickness by using high-strength materials. Therefore, the work material is also strengthened and is one of the important raw materials. Spheroidal graphite cast iron also has a tensile strength of 40 kg / mm 2 (FCD40) level of 60 kg /
mm 2 (FCD60), 70 kg / mm 2 (FCD7
0), and even 100 kg / mm 2 (FCD100) level is beginning to appear. Therefore, it is required to cut a high-strength work material at a higher speed, and the demand for tool performance is becoming more severe.

【0003】一般に、工具材料としてはWCやTiCを
CoやNi等の金属で結合した超硬合金やサーメット、
またそれらの表面を化学的に安定なAl2 3 等でコーデ
ィングしたもの、さらには高温特性の優れたセラミック
スのAl2 3 、Al2 3 −TiC、Si3 4 、Al2
3 −SiCウイスカー系セラミックスが使用されてい
る。しかし、前述した引張強度60kg/mm2 以上の
球状黒鉛鋳鉄をセラミックス工具を用いて切削しようと
すると、Al2 3 やAl2 3 −TiC系工具では欠損、
SI3 4 やAl2 3 −SiCウイスカー系工具では反
応による摩耗が問題となる。このように現状のセラミッ
クス切削工具では満足した状態で使用されていないとい
うのが実情である。そのため、これらの高強度球状黒鉛
鋳鉄の切削は、コーディング工具やサーメット工具を用
いて比較的低速度で行われており、従って高速切削が可
能で、耐摩耗性及び耐欠損性に優れた切削工具に対して
強いニーズが存在する。
Generally, as a tool material, a cemented carbide or cermet in which WC or TiC is bonded with a metal such as Co or Ni,
Further, those whose surfaces are coated with chemically stable Al 2 O 3 or the like, and further, ceramics having excellent high temperature characteristics such as Al 2 O 3 , Al 2 O 3 —TiC, Si 3 N 4 and Al 2 O.
3- SiC whisker ceramics are used. However, when attempting to cut the spheroidal graphite cast iron having a tensile strength of 60 kg / mm 2 or more using a ceramics tool, the Al 2 O 3 or Al 2 O 3 —TiC-based tool is damaged,
SI 3 N 4 and Al 2 O 3 —SiC whisker-based tools have a problem of wear due to reaction. In this way, the current situation is that the current ceramic cutting tools have not been used in a satisfactory state. Therefore, cutting of these high-strength spheroidal graphite cast iron is performed at a relatively low speed using a coding tool or a cermet tool, and therefore high-speed cutting is possible and a cutting tool with excellent wear resistance and fracture resistance. There is a strong need for.

【0004】球状黒鉛鋳鉄の切削を目的とした切削工具
としては、鉄系被削材に対して耐摩耗性の観点で高温硬
度に優れたTiCをマトリックスとしてAl2 3 を添加
した複合セラミックスが一部上市されている。その外
に、Al2 3 だけでなく、さらにSiCウイスカーで強
化した複合セラミックスについても検討されているが、
まだ実用の域に達したとは言えないのが実情である。
As a cutting tool for the purpose of cutting spheroidal graphite cast iron, a composite ceramic in which Al 2 O 3 is added to an iron-based work material with TiC as a matrix having excellent high temperature hardness from the viewpoint of wear resistance is used. Some are on the market. Besides this, not only Al 2 O 3 but also composite ceramics reinforced with SiC whiskers are being investigated.
The reality is that it has not yet reached the level of practical use.

【0005】例えば、特開昭61−26564号には、
TiC−Al2 3 複合セラミックスにおいて、MgO、
CaO、SiO2 、ZrO2 、NiO等の焼結助剤を加
え、かつTiCの一部をTiで置換した原料から焼結す
る製造方法が開示されている。また、特開昭63−22
5579号には、TiC−Al2 3 −SiCウイスカー
複合セラミックスに、MgO、CaO、SiO2 、Zr
2 、NiO、Y2 3 、AlN等の焼結助剤を加えた
セラミックス工具材料、またTiCの一部がTi、又は
IVa族、Va族、VIa族の炭化物、窒化物、酸化
物、ホウ化物から選ばれたもので置換されたセラミック
ス工具材料が開示されている。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-26564 discloses that
In TiC-Al 2 O 3 composite ceramics, MgO,
A manufacturing method is disclosed in which a sintering aid such as CaO, SiO 2 , ZrO 2 , or NiO is added, and sintering is performed from a raw material in which a part of TiC is replaced with Ti. Also, JP-A-63-22
The No. 5579, the TiC-Al 2 O 3 -SiC whisker composite ceramics, MgO, CaO, SiO 2, Zr
A ceramic tool material to which a sintering aid such as O 2 , NiO, Y 2 O 3 or AlN is added, or a part of TiC is Ti, or a carbide, nitride, or oxide of IVa group, Va group, or VIa group, Ceramic tool materials substituted with one selected from borides are disclosed.

【0006】しかしながら、本発明者らの研究によれ
ば、特開昭61−26564号のTiC−Al2 3 複合
セラミックスではまだ耐欠損性が十分ではない。また特
開昭63−225579号には、1〜2.5μmの粒径
のTiCを原料としてホットプレス焼結法で1800〜
1950℃の焼結温度で焼結することが開示されている
のみである。このような製法ではTiCマトリックスの
粒径が比較的粗大で、高強度球状黒鉛鋳鉄を高速切削し
た場合、十分な耐摩耗性が得られていないのが現実であ
る。
However, according to the research conducted by the present inventors, the TiC-Al 2 O 3 composite ceramic disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-26564 is still insufficient in fracture resistance. Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 225579/1988, a TiC having a particle diameter of 1 to 2.5 μm is used as a raw material and a hot press sintering method is applied to 1800
Only sintering at a sintering temperature of 1950 ° C. is disclosed. In such a manufacturing method, the particle size of the TiC matrix is relatively coarse, and in the case where high-strength spheroidal graphite cast iron is cut at a high speed, sufficient wear resistance is not actually obtained.

【0007】したがって、本発明の目的は、高強度黒鉛
鋳鉄の切削に十分対応できる耐摩耗性及び耐欠損性に優
れたセラミックス製切削工具、及びその製造方法を提供
することである。
[0007] Therefore, an object of the present invention is to provide a ceramic cutting tool having excellent wear resistance and chipping resistance capable of sufficiently cutting high-strength graphite cast iron, and a method for manufacturing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】切削工具としての特性評
価として、特に鉄系の材料を被削材とした切削試験にお
ける逃げ面の摩耗を例にとると、例えば、勝村らが「粉
体及び粉末冶金」(Journal of the Japan Society
of Powder and Metallurgy、vol.137、N
o.7、1082〜1087頁、1990)に報告して
いるように、Al23 −SiC粒子からなる切削工具の方
が、Al2 3 −SiCウィスカーからなる切削工具よりも
耐摩耗性が優れている。これは、耐摩耗性の向上に関し
ては、切削工具材中のセラミック組織はなるべく微細な
方が良いことを意味していると思われる。
As a characteristic evaluation as a cutting tool, taking the wear of the flank in a cutting test using an iron-based material as a work material as an example, Katsumura et al. Powder Metallurgy "(Journal of the Japan Society
of Powder and Metallurgy, vol. 137, N
o. 7, 1082-1087, 1990), a cutting tool made of Al 2 O 3 —SiC particles has better wear resistance than a cutting tool made of Al 2 O 3 —SiC whiskers. ing. This seems to mean that the ceramic structure in the cutting tool material should be as fine as possible with respect to the improvement of wear resistance.

【0009】また、本発明者の一人が「バウンダリー」
(vol.5、No.8、44〜47頁、1989)に
報告しているように、Al2 3 −ZrO2 −SiCウイ
スカー複合セラミックスにおいては、焼結の過程でZr
2 がSiCウイスカーに接触する傾向にあり、十分微
細な一次粒子を持つZrO2 原料を使った場合、SiC
ウイスカーの径に対応したサイズで分布していることが
観測され、ZrO2 の微細分散を考慮すると、SiCウ
イスカーは細径の方が好ましい。
[0009] One of the inventors of the present invention is "boundary".
(Vol. 5, No. 8, pages 44 to 47, 1989), Al 2 O 3 —ZrO 2 —SiC whisker composite ceramics contains Zr during the sintering process.
O 2 tends to come into contact with SiC whiskers, and when using a ZrO 2 raw material having sufficiently fine primary particles, SiC
It is observed that the whiskers are distributed in a size corresponding to the diameter of the whiskers. Considering the fine dispersion of ZrO 2 , it is preferable that the SiC whiskers have a small diameter.

【0010】一方、ウィスカーをセラミックス中に導入
して複合化すると、基本的には高靭化を達成することが
できるが、P.F.Beocher 等が「Journal of America
n Ceramic Society 」(vol.71、No.12、1
050〜1061頁、1988)に報告しているよう
に、ウィスカー強化セラミックス(複合体)の破壊靭性
の増加ΔKは、一般に式 ΔK=σf 〔Vf ・r・Ec ・Gm /6(1−ν2 )E
w ・Gi 1/2 で表すことができる。ここで、σf はウィスカーの破壊
強度であり、Vf はウィスカーの体積率であり、rはウ
ィスカーの半径であり、Ec は複合体のヤング率であ
り、Gm はマトリックスの歪みエネルギー解放速度であ
り、νは複合体のポアソン比であり、Ew はウィスカー
のヤング率であり、そしてGi はウィスカー/マトリッ
クス界面の歪みエネルギー解放速度である。
On the other hand, if whiskers are introduced into ceramics to form a composite, basically, high toughness can be achieved. F. Beocher et al., "Journal of America
n Ceramic Society "(vol.71, No.12, 1
As is reported in (pp. 050-1061, 1988), the increase in fracture toughness ΔK of whisker reinforced ceramics (composite) is generally expressed by the equation ΔK = σ f [V f · r · E c · G m / 6 ( 1-ν 2 ) E
w · G i ] 1/2 . Where σ f is the breaking strength of the whiskers, V f is the volume fraction of the whiskers, r is the radius of the whiskers, E c is the Young's modulus of the composite, and G m is the strain energy release of the matrix. Is the velocity, ν is the Poisson's ratio of the composite, E w is the Young's modulus of the whiskers, and G i is the strain energy release rate of the whiskers / matrix interface.

【0011】この式によれば、ウィスカーの配合量を
(体積率で)同一とすれば、ウィスカーの破壊強度が高
く、またウィスカー径が大きいほどセラミック複合体の
破壊靭性が向上することになる。
According to this equation, if the blending amount of whiskers is the same (volume ratio), the fracture strength of the whiskers is high, and the fracture toughness of the ceramic composite is improved as the whisker diameter is increased.

【0012】ところが、実際にはウィスカー内部には欠
陥が存在することがあるので、A.Kelly の“Strong
Solids" (Oxford University Press,1966)にも述べ
られているように、径の小さなウィスカーほど内部に欠
陥を有する確率が小さく、もって強度も大きいことが期
待される。
However, in reality, there may be defects inside the whiskers. Kelly's “Strong
As described in Solids "(Oxford University Press, 1966), it is expected that the smaller the diameter of the whiskers, the smaller the probability of having internal defects and the greater the strength.

【0013】また、上記の書にあるように、高強度のウ
ィスカーは本質的に表面が平滑である。SiCウィスカー
におけるα型(六方晶)、β型(立方晶)の2結晶型を
比較すると、c軸方向に成長するα型ウィスカーの方が
表面が平滑になる傾向が強い。また、β型でも成長方向
にたくさんの積層欠陥(不整)をもつもの(x線回折パ
ターンでは通常のβ型結晶で表れる2θ=41.4°の
ピークが現れず、2θ=33.6°のピークが現れる)
も真直性に優れ、表面が平滑になることが観察されてい
る。このようなウィスカーは通常のβ型結晶構造を有す
るウィスカーより高強度である。
Further, as described in the above-mentioned book, the high-strength whiskers have an essentially smooth surface. Comparing two crystal types of α-type (hexagonal) and β-type (cubic) in the SiC whiskers, the α-type whiskers growing in the c-axis direction tend to have a smoother surface. Further, the β type also has a lot of stacking faults (irregularities) in the growth direction (in the x-ray diffraction pattern, the peak of 2θ = 41.4 °, which appears in a normal β type crystal, does not appear, and 2θ = 33.6 ° Peak appears)
It has been observed that the product has excellent straightness and has a smooth surface. Such whiskers have higher strength than ordinary whiskers having a β-type crystal structure.

【0014】以上の点を考慮して切削工具について鋭意
研究の結果、本発明者らは、TiCセラミックスの中に
Al2 3 、ZrO2 とSiCウィスカーを導入する系を選択
し、SiCウィスカーとしては、耐欠損性の観点からSiC
ウィスカー自身の破壊強度が高いもの、即ち基本的には
α型のものか、又はβ型でも、たくさんの不整をもつも
のを選択し、また、耐摩耗性の観点からは、セラミック
複合体の組織をなるべく微細にすること、すなわち、微
細なTiC、Al2 3 、ZrO2 の原料粉末と、径の細い
SiCウィスカーとし、また、その製造に当たっては、焼
結の条件を精密に制御して微細なセラミック組織とすれ
ば、耐欠損性及び耐摩擦性に優れたセラミック切削工具
を得ることができることを発見し、本発明に想到した。
As a result of earnest research on the cutting tool in consideration of the above points, the present inventors
A system in which Al 2 O 3 , ZrO 2 and SiC whiskers are introduced is selected. As SiC whiskers, SiC is used from the viewpoint of chipping resistance.
The whisker itself has a high fracture strength, that is, it is basically an α type or a β type that has many irregularities, and from the viewpoint of wear resistance, the structure of the ceramic composite is selected. Is made as fine as possible, that is, fine TiC, Al 2 O 3 , and ZrO 2 raw material powders and a small diameter.
It has been discovered that a ceramic cutting tool excellent in fracture resistance and abrasion resistance can be obtained by using SiC whiskers and by finely controlling the sintering conditions in the production thereof to form a fine ceramic structure. The present invention was conceived.

【0015】すなわち、TiC、Al2 3 、SiCウィスカ
ー及びZrO2 からなる本発明のセラミック切削工具は、
Al2 3 が5〜30容量%で、ZrO2 が1〜12容量%
で、SiCウィスカーが3〜40容量%であり、残部実質
的に平均粒径2μm以下のTiCからなり、前記SiCウィ
スカーの平均直径及び平均長さがそれぞれ0.1〜1μ
m及び2〜50μmであり、かつ前記SiCウィスカーの
50%以上がα型の結晶構造又はβ型の結晶構造である
ことを特徴とする。
That is, the ceramic cutting tool of the present invention comprising TiC, Al 2 O 3 , SiC whiskers and ZrO 2 is
Al 2 O 3 is 5 to 30% by volume, ZrO 2 is 1 to 12% by volume
The SiC whiskers are 3 to 40% by volume, and the balance is substantially composed of TiC having an average particle size of 2 μm or less. The SiC whiskers have an average diameter and an average length of 0.1 to 1 μm, respectively.
m and 2 to 50 μm, and 50% or more of the SiC whiskers have an α-type crystal structure or a β-type crystal structure.

【0016】また、本発明のセラミック切削工具の製造
方法は、(a) 平均粒径1μm以下のTiC粉末と、(b) 平
均粒径1μm以下のAl2 3 粉末と、(c) ZrO2 粉末
と、(d) 平均直径及び平均長さがそれぞれ0.1〜1μ
m及び2〜50μmであり、かつ50%以上がα型の結
晶構造又はβ型の結晶構造であるSiCウィスカーとを含
有する原料粉末を用い、1500〜1800℃の温度か
つ150〜500kg/cm2 の圧力で、30分〜10時間
の加圧焼結を行なうことを特徴とする。
The method for producing a ceramic cutting tool according to the present invention comprises (a) TiC powder having an average particle size of 1 μm or less, (b) Al 2 O 3 powder having an average particle size of 1 μm or less, and (c) ZrO 2 Powder, and (d) average diameter and average length are 0.1-1μ each
m and 2 to 50 μm, and using 50% or more of a raw material powder containing SiC whiskers having an α type crystal structure or a β type crystal structure, a temperature of 1500 to 1800 ° C. and 150 to 500 kg / cm 2 It is characterized by performing pressure sintering for 30 minutes to 10 hours under the pressure of.

【0017】以下本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.

【0018】本発明では、平均直径が0.1〜1μm
で、平均長さが2〜50μmのSiCウィスカーを用い
る。SiCウィスカーの平均直径が0.1μm未満では、
靭性と強度の向上が十分でなく、また1μmより大きい
ものを用いると、複合セラミックスの微細構造がそれほ
ど細かくならず、その結果耐摩耗性に劣るようになる。
また、SiCウィスカーの平均長さが2μm未満である
と、ウィスカーによる強度の向上が十分とならない。一
方、平均長さが50μmを超えると、焼結体中に欠陥を
導入する確率が高くなり、もって複合体の強度が低下す
る。
In the present invention, the average diameter is 0.1 to 1 μm.
Then, a SiC whisker having an average length of 2 to 50 μm is used. If the average diameter of the SiC whiskers is less than 0.1 μm,
If the toughness and strength are not sufficiently improved, and if the toughness and strength are larger than 1 μm, the fine structure of the composite ceramic is not so fine, resulting in poor wear resistance.
If the average length of the SiC whiskers is less than 2 μm, the strength of the whiskers will not be sufficiently improved. On the other hand, if the average length exceeds 50 μm, the probability of introducing defects into the sintered body increases, and thus the strength of the composite decreases.

【0019】好ましくは、平均直径が0.2〜0.8μ
m、より好ましくは0.4〜0.6μm程度で、平均長
さが10〜40μm、より好ましくは30μm程度のSi
Cウィスカーを用いる。
Preferably, the average diameter is 0.2 to 0.8 μ.
m, more preferably about 0.4 to 0.6 μm and having an average length of 10 to 40 μm, more preferably about 30 μm.
Use C whiskers.

【0020】また、本発明では、用いるSiCウィスカー
のうち、少なくとも50%以上がα型の結晶構造、又は
x線回折パターンにおいて2θ=33.6°にピークを
有し、2θ=41.4°に実質的にピークを有しないβ
型の結晶構造、すなわち成長方向にたくさんの積層欠陥
(不整)をもつβ型の結晶構造からなるものとする。α
型の結晶構造、又はたくさんの不整をもつβ型の結晶構
造を有するSiCウィスカーが50%未満であると、切削
工具の強度及び靭性の向上がみられない。好ましくはSi
Cウィスカーの80%以上をα型、又はたくさんの不整
をもつβ型のものとする。
Further, in the present invention, at least 50% or more of the SiC whiskers used have an α-type crystal structure or a peak at 2θ = 33.6 ° in the x-ray diffraction pattern, and 2θ = 41.4 °. Β which has substantially no peak at
Type crystal structure, that is, a β type crystal structure having many stacking faults (irregularities) in the growth direction. α
If the content of SiC whiskers having a crystal structure of γ-type or a β-type crystal structure with many irregularities is less than 50%, the strength and toughness of the cutting tool are not improved. Preferably Si
80% or more of C whiskers are α-type or β-type with many irregularities.

【0021】なお、後述するように、本発明におけるセ
ラミックマトリックス中にはZrO2が分散されている
が、ZrO2 はSiCウィスカーに接触して分散する傾向が
あるので、上述したような比較的小さなSiCウィスカー
を用いることによりZrO2 の分散状態も良好となり、微
細な組織を有する複合セラミックスを得ることができ
る。これにより、切削工具としての耐摩耗性が大幅に向
上する。
As will be described later, although ZrO 2 is dispersed in the ceramic matrix of the present invention, since ZrO 2 tends to disperse in contact with SiC whiskers, it is relatively small as described above. By using the SiC whiskers, the dispersed state of ZrO 2 is also improved, and a composite ceramic having a fine structure can be obtained. As a result, the wear resistance of the cutting tool is significantly improved.

【0022】本発明では、TiCマトリックスにAl2
3 、ZrO2 とSiCウィスカーを同時に複合し、マルチタ
フニングによりセラミックスの高靭化が達成できる。Al
2 3 の複合は第二相の分散によるクラック相互作用
(クラックデフレクション或はクラックバウイング)の
高靭化効果をもたらす。またTiCの焼結助剤としての
作用もある。ZrO2 の高靭化機構はZrO2 の変態(立方
晶から単斜晶マルテンサイトへの変態)により破壊のエ
ネルギー(クラックの発生時のエネルギー)が吸収され
ることによる。また、クラック後方(クラックが走る方
向に対してクラック先端部より後方)のZrO2 の変態領
域内ではウィスカーへの圧縮応力が大きくなり、ウィス
カーのブリッジングメカニズムをより強力とする付加的
効果が得られる。さらに、Al2 3 とZrO2 の複合は低
温焼成を可能にし、マトリックスの粒成長を抑制して組
織の微細化を達成することができる。
In the present invention, Al 2 O is added to the TiC matrix.
3 , ZrO 2 and SiC whiskers are compounded at the same time, and the toughness of ceramics can be increased by multi-toughing. Al
The composite of 2 O 3 brings about a toughening effect of crack interaction (crack deflection or crack bowing) due to the dispersion of the second phase. It also acts as a sintering aid for TiC. High Toughness mechanism of ZrO 2 is due to the energy of destruction by transformation ZrO 2 (transformation from cubic to monoclinic martensite) (crack energy upon the occurrence of) is absorbed. In addition, the compressive stress to the whiskers becomes large in the ZrO 2 transformation region behind the crack (behind the crack tip with respect to the running direction of the crack), and the additional effect of strengthening the bridging mechanism of the whisker is obtained. To be Further, the composite of Al 2 O 3 and ZrO 2 enables low temperature firing, suppresses grain growth of the matrix, and achieves finer structure.

【0023】TiC、Al2 3 、ZrO2 の原料粉末は、
耐摩耗性の向上を図る観点でセラミックスマトリックス
をできるだけ微細にするため、平均粒径1μm以下とす
る。1μm以上の原料粉末を用いると、複合セラミック
スの組織が粗大化し、耐摩耗性が劣るようになる。好ま
しくは、特にTiCの平均粒径0.2〜0.5μmの原
料粉末を用いる。
Raw material powders of TiC, Al 2 O 3 and ZrO 2 are
In order to make the ceramic matrix as fine as possible from the viewpoint of improving wear resistance, the average particle size is 1 μm or less. When the raw material powder having a particle size of 1 μm or more is used, the structure of the composite ceramic becomes coarse and the wear resistance becomes poor. Preferably, a raw material powder having an average particle size of TiC of 0.2 to 0.5 μm is preferably used.

【0024】各成分の配合は以下の通りとする。Ti
C、Al2 3 、ZrO2 及びSiCウィスカーの合計を10
0容量%として、Al2 3 を5〜30容量%、ZrO2
1〜12容量%、SiCウィスカーを3〜40容量%、及
び残部実質的にTiCとする。
The composition of each component is as follows. Ti
The total of C, Al 2 O 3 , ZrO 2 and SiC whiskers is 10
As 0% by volume, Al 2 O 3 is 5 to 30% by volume, ZrO 2 is 1 to 12% by volume, SiC whiskers are 3 to 40% by volume, and the balance is substantially TiC.

【0025】Al2 3 が5容量%未満であれば、クラッ
ク相互作用による高靭化が十分ではなく、又切削工具を
形成する緻密な複合セラミックスが得られにくくなる。
一方、一方、30容量%を超す量のAl2 3 を配合する
と、相対的に高温硬度に優れたTiCの量が減少するの
で、切削工具の耐摩耗性が低下する。好ましくはAl2
3 の量を10〜25容量%とする。
When Al 2 O 3 is less than 5% by volume, the toughness due to the crack interaction is not sufficient, and it becomes difficult to obtain a dense composite ceramic forming a cutting tool.
On the other hand, when Al 2 O 3 is blended in an amount of more than 30% by volume, the amount of TiC, which is relatively excellent in high temperature hardness, decreases, so that the wear resistance of the cutting tool decreases. Preferably Al 2 O
The amount of 3 is 10 to 25% by volume.

【0026】また、ZrO2 が1容量%未満であれば、最
終的に得られる複合セラミックスの靭性及び強度の増加
が期待できない。さらに、セラミック組織の微細化が不
十分となり、耐摩耗性にも劣るようになる。一方、ZrO
2 を12容量%を超す量配合すると、複合セラミックス
の硬度が低下し、切削工具として十分な耐摩耗性を有さ
ない。好ましくはZrO2 の量を2〜10容量%とする。
If ZrO 2 is less than 1% by volume, the toughness and strength of the finally obtained composite ceramic cannot be expected to increase. Further, the fineness of the ceramic structure becomes insufficient and the wear resistance becomes poor. On the other hand, ZrO
When 2 is blended in an amount exceeding 12% by volume, the hardness of the composite ceramic is lowered and the cutting tool does not have sufficient wear resistance. Preferably, the amount of ZrO 2 is 2-10% by volume.

【0027】さらに、SiCウィスカーの量が3容量%未
満では、切削工具を形成する複合セラミックスの強度及
び靭性の向上が十分とならない。一方、40容量%を超
す量のSiCウィスカーを配合すると、被削材の球状黒鉛
鋳鉄との反応により、切削工具の耐摩耗性が低下する。
好ましくは、SiCウィスカーを8〜35容量%とする。
そのうち、耐摩耗性を重視する場合は8〜20容量%、
耐欠損性を重視する場合は20〜35容量%とする。
Further, if the amount of SiC whiskers is less than 3% by volume, the strength and toughness of the composite ceramic forming the cutting tool will not be sufficiently improved. On the other hand, when the SiC whiskers in an amount exceeding 40% by volume are blended, the wear resistance of the cutting tool is lowered due to the reaction with the spheroidal graphite cast iron of the work material.
Preferably, the SiC whiskers are 8 to 35% by volume.
Among them, 8-20% by volume when the wear resistance is important,
When emphasizing chipping resistance, it is 20 to 35% by volume.

【0028】上記の成分比からなる原料を焼結してなる
セラミックス中のTiCの平均粒径は2μm以下である
ことが望ましい。平均粒径が2μmを超えると耐摩耗性
が低下する。なお、セラミックス中のTiCの平均粒径
を2μm以下とするには、上述した量の配合で、かつ平
均粒径1μm以下の原料粉末を用い、後述する製造方法
により焼結すればよい。
The average grain size of TiC in the ceramics obtained by sintering the raw material having the above component ratio is preferably 2 μm or less. If the average particle size exceeds 2 μm, the wear resistance decreases. In addition, in order to make the average particle diameter of TiC in the ceramics 2 μm or less, sintering may be performed by a manufacturing method described later using a raw material powder having the above-described amount and having an average particle diameter of 1 μm or less.

【0029】次に、TiC−Al2 3 −ZrO2 −SiCウ
ィスカー複合セラミックスの製造方法について説明す
る。
Next, a method of manufacturing the TiC-Al 2 O 3 -ZrO 2 -SiC whisker composite ceramics will be described.

【0030】まず、原料となるTiC粉、Al2 3 粉、
ZrO2 粉、及び上述した規格のSiCウィスカーを所定量
取り、これを混合する。混合はボールミル等により十分
に(たとえば48時間以上)行うのがよい。平均粒径が
1μm以上ある原料粉末から始めるときは、最初にTi
C粉、Al2 3 粉、ZrO2 粉とをアトライタ等で十分粉
砕し、その後SiCウィスカーを加え、ボールミルで混合
してもよい。
First, the raw material TiC powder, Al 2 O 3 powder,
A predetermined amount of ZrO 2 powder and the above-specified SiC whiskers are taken and mixed. It is preferable that the mixing is sufficiently performed (for example, 48 hours or more) using a ball mill or the like. When starting with a raw material powder having an average particle size of 1 μm or more, first use Ti
C powder, Al 2 O 3 powder, and ZrO 2 powder may be sufficiently crushed with an attritor, etc., and then SiC whiskers may be added and mixed with a ball mill.

【0031】また、この混合粉に、焼結助剤としてMg
O、CaO、SiO2 、Y2 3 、NiO、TiO2
の酸化物を添加してもよい。
Further, this mixed powder was mixed with Mg as a sintering aid.
Oxides such as O, CaO, SiO 2 , Y 2 O 3 , NiO, and TiO 2 may be added.

【0032】なお、原料となるZrO2 として、Y
2 3 、CaO、HfO2 等で部分的に安定化したもの
を用いてもよい。
As the raw material ZrO 2 , Y
2 O 3, CaO, may be used as the partially stabilized with HfO 2 or the like.

【0033】次に、得られた混合粉を乾燥後、所望の形
状の型に入れ、150〜500kg/cm2 の圧力を加えな
がら、1500〜1800℃で、30分〜10時間の加
圧焼結を行う。
Next, after drying the obtained mixed powder, it is put into a mold having a desired shape and pressure-baked at 1500 to 1800 ° C. for 30 minutes to 10 hours while applying a pressure of 150 to 500 kg / cm 2. To conclude.

【0034】圧力が150kg/cm2 未満の焼結では、切
削工具として実用に耐えるほどには緻密化しない。ま
た、圧力を500kg/cm2 を超えても効果に差がでない
ので上限を500kg/cm2 とする。
The pressure is less than 150 kg / cm 2 at a sintering does not densification enough for practical use as a cutting tool. Further, even if the pressure exceeds 500 kg / cm 2 , there is no difference in effect, so the upper limit is made 500 kg / cm 2 .

【0035】一方、焼結温度については、1500℃未
満とするとセラミックスの緻密化が達成できない。ま
た、1800℃を超す温度で焼結すると、TiCマトリ
ックスが粒成長してしまい、微細な結晶構造を達成する
ことができず、その結果耐摩耗性が低下する。このよう
に、本発明の方法では、焼結を比較的低い温度で行うこ
とが重要であり、これによってセラミックス中のTiC
マトリックスの平均粒径を好ましくは2μm以下に抑え
る。
On the other hand, if the sintering temperature is less than 1500 ° C., densification of ceramics cannot be achieved. Further, when the sintering is performed at a temperature higher than 1800 ° C., the TiC matrix grows grains, and it is not possible to achieve a fine crystal structure, and as a result, the wear resistance decreases. As described above, in the method of the present invention, it is important to carry out the sintering at a relatively low temperature, which allows TiC in the ceramics.
The average particle size of the matrix is preferably suppressed to 2 μm or less.

【0036】また、焼結時間を30分未満とすると、セ
ラミックスの緻密化が達成できない。一方、10時間を
超す焼結時間とすると、TiCマトリックスが粒成長し
てしまい、耐摩耗性が低下する。
If the sintering time is less than 30 minutes, densification of ceramics cannot be achieved. On the other hand, if the sintering time exceeds 10 hours, the TiC matrix will undergo grain growth and wear resistance will decrease.

【0037】次いで、得られた焼結体を公知の方法によ
り研削加工して、目的の切削工具を作製する。
Next, the obtained sintered body is ground by a known method to produce a target cutting tool.

【0038】[0038]

【実施例】以下の具体的実施例により、本発明をさらに
詳細に説明する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following specific examples.

【0039】実施例1 TiC(平均粒径0.27μm)が60容量%、α−Al
2 3 (平均粒径0.7μm)が10容量%、Y2 3
を2モル%含有する部分安定化ZrO2 (平均粒径0.4
5μm)が5容量%、及びSiCウィスカー(平均直径
0.4μm、平均長さ30μm、α型の結晶の比率(α
/(α+β))85%)が25容量%となるように配合
した混合粉を、ボールミルで96時間湿式混合し、乾燥
させた。
Example 1 60% by volume of TiC (average particle size 0.27 μm), α-Al
2 O 3 (average particle size 0.7 μm) is 10% by volume, Y 2 O 3
Partially stabilized ZrO 2 (average particle size 0.4
5% by volume, and SiC whiskers (average diameter 0.4 μm, average length 30 μm, α-type crystal ratio (α
/ (Α + β)) 85%) was mixed at 25% by volume, and the mixed powder was wet-mixed for 96 hours with a ball mill and dried.

【0040】得られた混合粉を用い、アルゴンガス気流
中、450kg/cm2 の圧力をかけながら1650℃で1
時間加圧焼結し、90mmφ×6mmの焼結体を得た。
Using the obtained mixed powder, at 1650 ° C. in an argon gas stream while applying a pressure of 450 kg / cm 2.
Pressure sintering was performed for an hour to obtain a sintered body of 90 mmφ × 6 mm.

【0041】得られた焼結体から、型番SNGN120
408の形状の切削チップを切出し、研削加工した。
From the obtained sintered body, the model number SNGN120
A cutting tip having a shape of 408 was cut out and ground.

【0042】上記で得た切削チップを用い、以下に示す
切削条件(切削条件1)で切削試験を行った。
Using the cutting tip obtained above, a cutting test was conducted under the following cutting conditions (cutting condition 1).

【0043】切削条件1 被削材 :FCD70 切削速度 :180m/分 送り :0.4mm/回転 切り込み :1mm ホルダー :FN11R−44A 切削剤 :使用せず Cutting condition 1 Work material: FCD70 Cutting speed: 180 m / min Feed: 0.4 mm / rotation Depth of cut: 1 mm Holder: FN11R-44A Cutting agent: Not used

【0044】4分間の切削後の逃げ面摩耗幅(Va )を
測定したところ、0.06mmであった。
The flank wear width (V a ) after cutting for 4 minutes was 0.06 mm.

【0045】また、この切削チップに対して、以下に示
す条件(切削条件2)で切削試験を行った。
A cutting test was conducted on the cutting tip under the following conditions (cutting condition 2).

【0046】切削条件2 被削材 :FCD60 切削速度 :300m/分 送り :0.1mm/回転 切り込み :1.5mm カッター :CSBRN2525(150mmφ、一枚刃
にての試験) 切削剤 :使用せず
Cutting condition 2 Work material: FCD60 Cutting speed: 300 m / min Feed: 0.1 mm / rotation Depth of cut: 1.5 mm Cutter: CSBRN2525 (150 mmφ, single blade test) Cutting agent: Not used

【0047】250mmを3パス切削した時の逃げ面摩耗
幅(Va )は、この切削チップでは0.18mmであっ
た。
The flank wear width (V a ) when cutting 250 mm by 3 passes was 0.18 mm in this cutting tip.

【0048】実施例2 平均直径0.8μm、平均長さ20μm、x線回折パタ
ーンにおいて2θ=33.6°にピークを有し、2θ=
41.4°に実質的にピークを有しないβ型の結晶構造
を有するSiCウィスカーを用いた以外は実施例1と同様
にして複合セラミックスからなる切削工具を作製した。
Example 2 Average diameter 0.8 μm, average length 20 μm, peak at 2θ = 33.6 ° in x-ray diffraction pattern, 2θ =
A cutting tool made of composite ceramics was produced in the same manner as in Example 1 except that SiC whiskers having a β-type crystal structure having substantially no peak at 41.4 ° were used.

【0049】この切削チップに対して、実施例1の切削
条件1で切削試験を行い、4分間の切削後の逃げ面摩耗
幅を測定したところ、0.05mmであった。
The cutting tip was subjected to a cutting test under the cutting condition 1 of Example 1, and the flank wear width after cutting for 4 minutes was measured and found to be 0.05 mm.

【0050】また、この切削チップに対して、実施例1
の切削条件2で切削試験を行った。250mmを3パス切
削した時の逃げ面摩耗幅(Va )は、この切削チップで
は0.16mmであった。
In addition, for this cutting tip, Example 1
The cutting test was performed under the cutting condition 2 of No. The flank wear width (V a ) when 250 mm was cut by 3 passes was 0.16 mm in this cutting tip.

【0051】比較例1 比較のために、平均粒径1.8μmのTiCを用いた以
外は、実施例1と同様にして複合セラミックスからなる
切削工具を作製した。
Comparative Example 1 For comparison, a cutting tool made of composite ceramics was produced in the same manner as in Example 1 except that TiC having an average particle size of 1.8 μm was used.

【0052】この切削チップに対し、実施例1の切削条
件1により切削試験を行い、1分間の切削後の逃げ面摩
耗幅を測定した。結果は、0.18mmであった。
The cutting tip was subjected to a cutting test under the cutting condition 1 of Example 1 to measure the flank wear width after cutting for 1 minute. The result was 0.18 mm.

【0053】また、この切削チップに対して、実施例1
の切削条件2により切削試験を行ったところ、250mm
を1パスで欠損した。
In addition, for this cutting tip, Example 1
When a cutting test was conducted under cutting condition 2 of
Was lost in one pass.

【0054】実施例3〜5及び比較例2〜11 用いたSiCウィスカーの平均直径、結晶型の比率、及び
TiC、Al2 3 、ZrO2 、SiCウィスカーの配合量を
表1に示すようにした以外は、実施例1と同様にしてT
iC−Al2 3 −ZrO2 −SiCウィスカー複合セラミッ
クスからなる切削チップを作製した。
Table 1 shows the average diameter of the SiC whiskers used in Examples 3 to 5 and Comparative Examples 2 to 11 , the ratio of crystal forms, and the amounts of TiC, Al 2 O 3 , ZrO 2 and SiC whiskers to be compounded. T is the same as in Example 1 except that
The cutting tip made of iC-Al 2 O 3 -ZrO 2 -SiC whisker composite ceramic was produced.

【0055】 表1 TiC Al2 3 Zr O2 SiCウィスカー 配合 配合 配合 配合 平均直径 α/(α+β) 例No. ( 容量%) (容量%) (容量%) (容量%) (μm) (%) 実施例3 60 20 10 10 0.4 85 実施例4 50 25 5 20 0.4 85 実施例5 55 10 5 30 0.4 85 比較例2 68 2 5 25 0.4 85 比較例3 35 35 5 25 0.4 85 比較例4 65 10 0 25 0.4 85 比較例5 50 10 15 25 0.4 85 比較例6 83 10 5 2 0.4 85 比較例7 40 10 5 45 0.4 85 比較例8 50 25 5 20 1.5 90 比較例9 50 25 5 20 0.5 0 比較例10 50 25 5 20 1.8 0 比較例11 50 25 5 20 0.3 30 Table 1 TiC Al 2 O 3 Zr O 2 SiC whisker compounding compounding compounding compounding compounding average diameter α / (α + β) Example No. (volume%) (volume%) (volume%) (volume%) (μm) (% ) example 3 60 20 10 10 0.4 85 example 4 50 25 5 20 0.4 85 example 5 55 10 5 30 0.4 85 Comparative example 2 68 2 5 25 0.4 85 Comparative example 3 35 35 5 25 0.4 85 Comparative Example 4 65 10 0 25 0.4 0.4 85 Comparative Example 5 50 10 15 25 0.4 0.4 85 Comparative Example 6 83 10 5 2 0.4 85 Comparative Example 7 40 10 5 45 0.4 85 Comparative Example 8 50 25 5 20 1.5 90 Comparative Example 9 50 25 5 20 0.5 0.5 Comparative Example 10 50 25 5 20 20 1.8 0 Comparative Example 11 50 25 5 20 20 0.3 30

【0056】得られた切削チップについて、実施例1の
切削条件1及び切削条件2で切削試験を行った。この試
験の切削条件1では4分間切削した後の逃げ面摩耗幅、
切削条件2では250mmを3パス切削した後の逃げ面
摩耗幅を測定した。結果を表2に示す。
A cutting test was performed on the obtained cutting tip under the cutting conditions 1 and 2 of Example 1. Under cutting condition 1 of this test, flank wear width after cutting for 4 minutes,
Under cutting condition 2, the flank wear width after cutting 250 mm for 3 passes was measured. The results are shown in Table 2.

【0057】 表2 逃げ面摩耗幅(mm) 例No. 切削条件1 切削条件2 実施例3 0.04 0.19 実施例4 0.06 0.18 実施例5 0.08 0.20 比較例2 0.16 0.38 比較例3 0.20 0.32 比較例4 0.08 2パスで欠損 比較例5 0.26 0.45 比較例6 0.07 1パスで欠損 比較例7 0.14 0.35 比較例8 0.19 0.29 比較例9 0.11 2パスで欠損 比較例10 0.28 0.69 比較例11 0.15 2パスで欠損 Table 2 Example of flank wear width (mm) No. Cutting condition 1 Cutting condition 2 Example 3 0.04 0.19 Example 4 0.06 0.18 Example 5 0.08 0.20 Comparative example 2 0.16 0.38 Comparative example 3 0.20 0.32 Comparative example 4 0.08 Two-pass defect Comparative example 5 0.26 0.45 Comparative example 6 0.07 One-pass defect Comparative example 7 0. 14 0.35 Comparative Example 8 0.19 0.29 Comparative Example 9 0.112 Two-pass defect Comparative Example 10 0.28 0.69 Comparative Example 11 0.15 Two-pass defect

【0058】実施例6〜8及び比較例12〜17 表3に示す条件の加圧焼結とした以外は、実施例1と同
様にして(実施例1と同一の組成で)切削チップを作製
した。
Examples 6 to 8 and Comparative Examples 12 to 17 Cutting chips were produced in the same manner as in Example 1 (with the same composition as in Example 1) except that pressure sintering was carried out under the conditions shown in Table 3. did.

【0059】得られた切削チップについて、実施例1に
おける切削条件2と同一の条件で切削試験を行った。こ
の切削試験では、250mmを3パス切削した後の逃げ面
摩耗幅を測定した。結果を表3に合わせて示す。
The obtained cutting tip was subjected to a cutting test under the same conditions as the cutting condition 2 in Example 1. In this cutting test, the flank wear width after cutting 250 mm for 3 passes was measured. The results are also shown in Table 3.

【0060】 表3 加圧焼結 加圧焼結 加圧焼結 逃げ面 温度 圧力 時間 摩耗幅 例No. (℃) (kg/cm2 (時) (mm) 実施例6 1550 450 1 0.19 実施例7 1650 350 1 0.20 実施例8 1750 450 1 0.20 比較例12 1450 450 1 1パスで欠損 比較例13 1850 450 1 0.39 比較例14 1650 450 0.25 1パスで欠損 比較例15 1650 450 12 2パスで欠損 比較例16 1650 100 1 1パスで欠損 比較例17 1650 600 1 0.18Table 3 Pressure Sintering Pressure Sintering Pressure Sintering Flank Surface Temperature Pressure Time Wear Width Example No. (° C) (kg / cm 2 ) (hours) (mm) Example 6 1550 450 10.0. 19 Example 7 1650 350 1 0.20 Example 8 1750 450 1 0.20 Comparative Example 12 1450 450 1 1 One-pass defect Comparative Example 13 1850 450 1 0.39 Comparative Example 14 1650 450 0.25 One-pass defect Comparative Example 15 1650 450 12 Two-pass defect Comparative Example 16 1650 100 1 One-pass defect Comparative Example 17 1650 600 1 0.18

【0061】実施例9〜13、比較例18〜22 実施例1〜5で得た切削チップ(その順に実施例9〜1
3)、及び比較例1、8、10、13、15で得た切削
チップ(その順に比較例18〜22)について、以下の
条件(切削条件3)でさらに切削試験を行った。結果を
表4に示す。また、各切削チップについて、走査電子顕
微鏡によりTiCマトリックスの組織を観察し、平均粒
径を測定した。その結果を表4に合わせて示す。
Examples 9 to 13 and Comparative Examples 18 to 22 The cutting chips obtained in Examples 1 to 5 ( Examples 9 to 1 in that order).
3) and the cutting chips obtained in Comparative Examples 1, 8, 10, 13, and 15 (Comparative Examples 18 to 22 in that order) were further subjected to a cutting test under the following conditions (cutting conditions 3). The results are shown in Table 4. Further, with respect to each cutting tip, the structure of the TiC matrix was observed by a scanning electron microscope, and the average particle size was measured. The results are also shown in Table 4.

【0062】切削条件3 被削材 :FCD70 切削速度 :180m/分 送り :0.4mm/回転 切り込み :1mm チップ型番:SNGN120408 ホルダー :FN11R−44A 切削剤 :APCー10(10) 切削時間 :5分 Cutting condition 3 Work material: FCD70 Cutting speed: 180 m / min Feed: 0.4 mm / rotation Depth of cut: 1 mm Chip model number: SNGN120408 Holder: FN11R-44A Cutting agent: APC-10 (10) Cutting time: 5 minutes

【0063】 表4 逃げ面摩耗幅 TiC平均粒径 例No. (mm) (μm) 実施例9 0.05 0.8 実施例10 0.07 1.2 実施例11 0.06 1.3 実施例12 0.05 0.9 実施例13 0.08 0.7 比較例18 0.16 4.2 比較例19 0.14 3.5 比較例20 0.25 5.4 比較例21 0.21 4.8 比較例22 0.18 3.2[0063] Table 4 flank wear width TiC average particle size Example No. (mm) (μm) Example 9 0.05 0.8 Example 10 0.07 1.2 Example 11 0.06 1.3 Embodiment Example 12 0.05 0.9 Example 13 0.08 0.7 Comparative Example 18 0.16 4.2 Comparative Example 19 0.14 3.5 Comparative Example 20 0.25 5.4 Comparative Example 21 0.21 4.8 Comparative Example 22 0.18 3.2

【0064】[0064]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による切削工
具は耐欠損性及び耐摩耗性ともに優れている。本発明に
よる切削工具は、球状黒鉛鋳鉄のみならず、ねずみ鋳鉄
や高硬度合金鋼等の被削材をも良好に切削することがで
きる。
As described above, the cutting tool according to the present invention is excellent in fracture resistance and wear resistance. The cutting tool according to the present invention can satisfactorily cut not only spheroidal graphite cast iron but also work materials such as gray cast iron and high hardness alloy steel.

【0065】本発明による切削工具は、各種切削用チッ
プ、ドリル等に好適である。
The cutting tool according to the present invention is suitable for various cutting tips, drills and the like.

───────────────────────────────────────────────────── 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 35/80 C04B 35/80 C ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication C04B 35/80 C04B 35/80 C

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 TiC、Al2 3 、SiCウィスカー及びZr
2 からなるセラミック切削工具において、Al2 3
5〜30容量%で、ZrO2 が1〜12容量%で、SiCウ
ィスカーが3〜40容量%であり、残部実質的に平均粒
径2μm以下のTiCからなり、前記SiCウィスカーの平
均直径及び平均長さがそれぞれ0.1〜1μm及び2〜
50μmであり、かつ前記SiCウィスカーの50%以上
がα型の結晶構造又はβ型の結晶構造であることを特徴
とするセラミック切削工具。
1. TiC, Al 2 O 3 , SiC whiskers and Zr
In a ceramic cutting tool composed of O 2 , Al 2 O 3 is 5 to 30% by volume, ZrO 2 is 1 to 12% by volume, SiC whiskers are 3 to 40% by volume, and the balance is substantially 2 μm in average particle size. It consists of the following TiC, and the SiC whiskers have an average diameter and an average length of 0.1 to 1 μm and 2 respectively.
A ceramic cutting tool having a thickness of 50 μm and 50% or more of the SiC whiskers having an α-type crystal structure or a β-type crystal structure.
【請求項2】 請求項1に記載のセラミック切削工具に
おいて、前記SiCウィスカーの平均直径及び平均長さが
それぞれ0.2〜0.8μm及び10〜40μmである
ことを特徴とするセラミック切削工具。
2. The ceramic cutting tool according to claim 1, wherein the SiC whiskers have an average diameter and an average length of 0.2 to 0.8 μm and 10 to 40 μm, respectively.
【請求項3】 請求項1又は2に記載のセラミック切削
工具において、前記SiCウィスカーの80%以上がα型
の結晶構造、又はx線回折パターンにおいて2θ=3
3.6°にピークを有し、2θ=41.4°に実質的に
ピークを有しないβ型の結晶構造であることを特徴とす
るセラミック切削工具。
3. The ceramic cutting tool according to claim 1, wherein 80% or more of the SiC whiskers have an α-type crystal structure, or 2θ = 3 in an x-ray diffraction pattern.
A ceramic cutting tool having a β-type crystal structure having a peak at 3.6 ° and substantially no peak at 2θ = 41.4 °.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載のセラ
ミック切削工具において、前記SiCウィスカーの含有量
を8〜19容量%とすることを特徴とするセラミック切
削工具。
4. The ceramic cutting tool according to claim 1, wherein the content of the SiC whiskers is 8 to 19% by volume.
【請求項5】 請求項1乃至3のいずれかに記載のセラ
ミック切削工具において、前記SiCウィスカーの含有量
を20〜35容量%とすることを特徴とするセラミック
切削工具。
5. The ceramic cutting tool according to claim 1, wherein the content of the SiC whiskers is 20 to 35% by volume.
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載のセラ
ミック切削工具において、前記TiCの平均粒径が1.5
μm以下であることを特徴とするセラミック切削工具。
6. The ceramic cutting tool according to claim 1, wherein the TiC has an average particle size of 1.5.
Ceramic cutting tool characterized by having a size of less than μm.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載のセラ
ミック切削工具において、前記TiCの平均粒径が1.0
μm以下であることを特徴とするセラミック切削工具。
7. The ceramic cutting tool according to claim 1, wherein the TiC has an average particle size of 1.0.
Ceramic cutting tool characterized by having a size of less than μm.
【請求項8】 (a) 平均粒径1μm以下のTiC粉末と、
(b) 平均粒径1μm以下のAl2 3 粉末と、(c) ZrO2
粉末と、(d) 平均直径及び平均長さがそれぞれ0.1〜
1μm及び2〜50μmであり、かつ50%以上がα型
の結晶構造又はβ型の結晶構造であるSiCウィスカーと
を含有する原料粉末を用い、1500〜1800℃の温
度かつ150〜500kg/cm2 の圧力で、30分〜10
時間の加圧焼結を行なうことを特徴とするセラミック切
削工具の製造方法。
8. (a) TiC powder having an average particle size of 1 μm or less,
(b) Al 2 O 3 powder having an average particle size of 1 μm or less, and (c) ZrO 2
Powder, and (d) the average diameter and the average length are each 0.1 to
A raw material powder containing 1 μm and 2 to 50 μm, and 50% or more of SiC whiskers having an α-type crystal structure or a β-type crystal structure is used, and the temperature is 1500 to 1800 ° C. and 150 to 500 kg / cm 2 30 minutes to 10 minutes
A method for manufacturing a ceramic cutting tool, which comprises performing pressure sintering for a period of time.
【請求項9】 請求項8に記載の方法において、前記Ti
Cの平均粒径が0.2〜0.5μmであることを特徴と
するセラミック切削工具の製造方法。
9. The method of claim 8, wherein the Ti
A method for manufacturing a ceramic cutting tool, wherein the average particle diameter of C is 0.2 to 0.5 μm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105272329A (en) * 2015-10-29 2016-01-27 山东建筑大学 Preparation method of aluminum oxide and silicon carbide and zirconium carbide nano whisker enhanced parting tool material

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