JPH08112705A - Cutting tool made of silicon nitride substance sintered body and its manufacture - Google Patents

Cutting tool made of silicon nitride substance sintered body and its manufacture

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JPH08112705A
JPH08112705A JP6250974A JP25097494A JPH08112705A JP H08112705 A JPH08112705 A JP H08112705A JP 6250974 A JP6250974 A JP 6250974A JP 25097494 A JP25097494 A JP 25097494A JP H08112705 A JPH08112705 A JP H08112705A
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JP
Japan
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silicon nitride
sintered body
particles
less
coarse particles
Prior art date
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Application number
JP6250974A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Ogasawara
俊 夫 小笠原
Naoto Hirosaki
崎 尚 登 広
Shunzo Umegaki
垣 俊 造 梅
Yusuke Okamoto
本 裕 介 岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
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Publication of JPH08112705A publication Critical patent/JPH08112705A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide a cutting tool made of a silicon nitride matter sintered body which is excellent in strength, toughness and chipping resistance and capable of high speed feeding. CONSTITUTION: A cutting tool is mainly composed of β-Si3 N4 minute particle being less than 3μm in diameter, cylindrical β-Si3 N4 large particle being more than 3μm in diameter, and the grain boundary phase of oxide and/or nitride- oxide. In the section of an sintered body, the area of β-Si3 N4 large particle is from 2 area % to 40 area % of the sectional area of silicon nitride substance sintered body, and the average aspect ratio (=major axis/minor axis) of β-Si3 N4 large particle in a section cut in parallel to a tool face 1 is larger more than 5% than the average aspect ratio of β-Si3 N4 large particle in a section cut perpendicularly to the tool face 1.

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、旋削加工,フライス加
工,穴あけ加工,形削り加工などの広範な切削加工にお
いて使用するのに好適な窒化ケイ素質焼結体製切削工具
およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon nitride sintered body cutting tool suitable for use in a wide range of cutting operations such as turning, milling, drilling and shaping, and a method for producing the same. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、常
温および高温での硬度が高く、高い機械的強度を有する
ため、切削工具として使用されている。特に、鋳鉄の切
削加工においては優れた性能を示し、切削速度500m
/min以上という高速切削においても十分実用的な工
具寿命を達成している。
2. Description of the Related Art A sintered body containing silicon nitride as a main component is used as a cutting tool because it has high hardness at room temperature and high temperature and high mechanical strength. In particular, it shows excellent performance in cutting cast iron, cutting speed 500 m
A sufficiently practical tool life has been achieved even in high-speed cutting of over / min.

【0003】窒化ケイ素は共有結合性が強い化合物であ
るため焼結が困難であり、酸化物系の焼結助剤を用いた
液相焼結が行われている。この場合、酸化物系焼結助剤
は、通常、5〜20mol%添加され、これらの焼結助
剤と窒化ケイ素の酸化によって生じるシリカが粒界にガ
ラス相を形成し、窒化ケイ素の焼結を促進させている。
Since silicon nitride is a compound having a strong covalent bond, it is difficult to sinter, and liquid phase sintering using an oxide-based sintering aid has been carried out. In this case, the oxide-based sintering aid is usually added in an amount of 5 to 20 mol%, and the sintering aid and silica produced by the oxidation of silicon nitride form a glass phase in the grain boundary, and the sintering of silicon nitride is performed. Is promoting.

【0004】窒化ケイ素の原料粉末には、従来はα型を
主成分とする原料粉末が用いられてきた。ここで、α型
を主成分とする原料粉末を用いるのは、(1)α型は微
粉末であり焼結性が高いこと、(2)焼結中にα型から
β型への相転移が起こり、柱状結晶が発達した組織とな
ることにより強度および靭性が向上すること、等の理由
からであった。
As a raw material powder of silicon nitride, a raw material powder mainly containing α type has been used. Here, the raw material powder containing α type as a main component is used (1) α type is a fine powder and has high sinterability, and (2) phase transition from α type to β type during sintering. Occurs, and the columnar crystal has a developed structure to improve strength and toughness, and the like.

【0005】さらに、α型窒化ケイ素を原料粉末として
用いて、一部の粒子を数十ミクロンの長さまで粒成長さ
せることによって、破壊靭性を向上させる手法(In−
situ composite)(例えば、Cera
m.Eng.Sci.Proc.,10巻,7−8号,
632−645ページ1989年)等も行われていた。
Further, a method of improving fracture toughness by using α-type silicon nitride as a raw material powder to grow some particles to a length of several tens of microns (In-
in situ composition (for example, Cera
m. Eng. Sci. Proc. , Volume 10, Nos. 7-8,
632-645, p. 1989) and the like.

【0006】α型を出発原料とする窒化ケイ素質焼結体
は、α型からβ型への相転移によりβ型の柱状結晶が発
達した組織となるため、破壊靭性値は向上するものの、
生成したβ型の柱状結晶は大きさが不揃いで強度のばら
つきが大きくなり、機械部品として使用する際の信頼性
に問題があった。例えば、上記のIn−situ co
mpositeでは、破壊靭性は10MPa√m以上に
向上するものの、ワイブル係数は20以下であった。
The silicon nitride sintered body using the α type as a starting material has a structure in which β type columnar crystals are developed by the phase transition from the α type to the β type, so that the fracture toughness value is improved,
The generated β-type columnar crystals had irregular sizes and large variations in strength, and there was a problem in reliability when used as mechanical parts. For example, the above In-situ co
In mposite, although the fracture toughness was improved to 10 MPa√m or more, the Weibull coefficient was 20 or less.

【0007】一方、β型を主成分とする窒化ケイ素粉末
としては、高純度の焼結グレードの粉末や耐火物の原料
として使用する低純度の粉末が知られている。そして、
β型を主成分とする窒化ケイ素粉末を原料とする焼結体
としては、特開昭58−151371号公報等に開示さ
れたものが知られている。
On the other hand, as the silicon nitride powder containing β-type as a main component, a high-purity sintered grade powder and a low-purity powder used as a raw material of a refractory are known. And
As a sintered body using a silicon nitride powder containing β type as a main component as a raw material, one disclosed in JP-A-58-151371 is known.

【0008】β型を主成分とする窒化ケイ素粉末の焼結
では、生成するβ型の柱状結晶の大きさが比較的よく揃
い、強度のばらつきが小さくなる。
In the sintering of the silicon nitride powder containing β-type as the main component, the size of the β-type columnar crystals produced is relatively uniform, and the variation in strength is small.

【0009】しかし、β型を主成分とする窒化ケイ素粉
末は粒子が粗く、α相の含有率が低いため柱状組織が得
られず、高強度の焼結体は得られないので、高強度の焼
結体を製造するための原料粉末としては使用されていな
かった。
However, since the silicon nitride powder containing β-type as the main component has coarse particles and a low α-phase content, a columnar structure cannot be obtained and a high-strength sintered body cannot be obtained. It was not used as a raw material powder for producing a sintered body.

【0010】これに対して、特開平6−9274号公報
および特願平5−55792号明細書では、微細なβ型
を主成分とする窒化ケイ素粉末を原料とし、かつ高窒素
分圧下での高温焼結によって、β型を主成分とする窒化
ケイ素粉末を原料として用いた場合においても、高い強
度と優れた靭性を有する焼結体が得られることを述べて
いる。
On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-9274 and Japanese Patent Application No. 5-55792, a silicon nitride powder containing fine β-type as a main component is used as a raw material and under a high nitrogen partial pressure. It is stated that the high temperature sintering makes it possible to obtain a sintered body having high strength and excellent toughness even when a silicon nitride powder mainly composed of β-type is used as a raw material.

【0011】これらの発明によって得られた窒化ケイ素
質焼結体を用いて作製された切削工具は、鋳鉄のフライ
ス切削において、α型を主成分とする窒化ケイ素粉末を
原料として作製された窒化ケイ素質焼結体製切削工具と
同等の性能を示すことが確認された。特に、前述したよ
うにβ型を主成分とする窒化ケイ素粉末の焼結では、生
成するβ型の柱状結晶の大きさが比較的よく揃うため、
強度のばらつきが小さく、安定した強度を有する切削工
具を得ることができる。
A cutting tool produced by using the silicon nitride sintered body obtained by these inventions is a silicon nitride produced by a raw material of α-type silicon nitride powder in milling of cast iron. It was confirmed that the same performance as the cutting tool made of the sintered body was exhibited. In particular, as described above, in the sintering of the silicon nitride powder containing β-type as the main component, the sizes of the β-type columnar crystals produced are relatively well matched.
It is possible to obtain a cutting tool having a small variation in strength and a stable strength.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、α型お
よびβ型のいずれの窒化ケイ素粉末を原料として用いた
としても、従来の製造方法によって作製された窒化ケイ
素質焼結体製切削工具においては、刃先での耐チッピン
グ性の面では超硬工具に比較すると信頼性に劣るという
問題が依然として残っていた。
However, no matter which α-type or β-type silicon nitride powder is used as a raw material, in the cutting tool made of a silicon nitride-based sintered body produced by the conventional production method, In terms of chipping resistance at the cutting edge, there still remains the problem of inferior reliability as compared with cemented carbide tools.

【0013】[0013]

【発明の目的】本発明は、上述した従来の課題にかんが
みてなされたものであって、β型窒化ケイ素粉末を原料
とし、焼結助剤の種類と量,圧粉体の成形方法,焼成条
件等を工夫することにより、焼結体中の数ミクロンない
しは数十ミクロンの柱状結晶の大きさ・密度・分布を制
御し、特性のばらつきが少なく、刃先での耐チッピング
性に優れた高送りが可能な窒化ケイ素質焼結体製切削工
具を提供することを目的としている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and uses β-type silicon nitride powder as a raw material, the type and amount of a sintering aid, a method for molding a green compact, and a firing process. By adjusting the conditions, etc., the size, density, and distribution of columnar crystals of several microns or tens of microns in the sintered body can be controlled, there is little variation in characteristics, and high feed with excellent chipping resistance at the cutting edge. It is an object of the present invention to provide a cutting tool made of a silicon nitride-based sintered body capable of being manufactured.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる窒化ケイ
素質焼結体製切削工具は、請求項1に記載しているよう
に、粒径3μm未満のβ−Si微細粒子と、粒径
3μm以上の柱状のβ−Si粗大粒子と、酸化物
および/または酸窒化物の粒界相とから主として構成さ
れ、焼結体の断面においてβ−Si粗大粒子の面
積が窒化ケイ素質焼結体の断面積の2面積%以上40面
積%以下であり、かつ工具すくい面に対して平行方向に
切断した断面におけるβ−Si粗大粒子の平均ア
スペクト比(=長軸/短軸)が、工具すくい面に対して
直角方向に切断した断面におけるβ−Si粗大粒
子の平均アスペクト比よりも5%以上大きい構成とした
ことを特徴としている。
As described in claim 1, a cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to the present invention comprises β-Si 3 N 4 fine particles having a particle size of less than 3 μm, It is mainly composed of columnar β-Si 3 N 4 coarse particles having a particle size of 3 μm or more and an oxide and / or oxynitride grain boundary phase, and has β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section of the sintered body. The area is 2 area% or more and 40 area% or less of the cross-sectional area of the silicon nitride sintered body, and the average aspect ratio of the β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section cut in the direction parallel to the tool rake surface ( = Long axis / minor axis) is larger than the average aspect ratio of β-Si 3 N 4 coarse particles in a cross section cut in a direction perpendicular to the tool rake surface by 5% or more.

【0015】そして、本発明に係わる窒化ケイ素質焼結
体製切削工具の実施態様においては、請求項2に記載し
ているように、窒化ケイ素質焼結体中に、イットリウム
およびネオジミウムのうちの1種または2種を合計で
0.2重量%以上5.0重量%以下含有すると共に、
0.5重量%以上2.0重量%以下の酸素を含有するも
のとすることができ、また、請求項3に記載しているよ
うに、窒化ケイ素質焼結体中に、マグネシウム,アルミ
ニウム,イットリウム,スカンジウムおよびランタノイ
ドのうちの1種または2種以上を合計で0.2重量%以
上5.0重量%以下含有すると共に、0.5重量%以上
2.0重量%以下の酸素を含有するものとすることがで
きる。
Further, in an embodiment of the cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to the present invention, as described in claim 2, in the silicon nitride sintered body, among yttrium and neodymium, In addition to containing one type or two types in total of 0.2% by weight or more and 5.0% by weight or less,
It may contain oxygen in an amount of 0.5% by weight or more and 2.0% by weight or less. Further, as described in claim 3, magnesium, aluminum, One or more of yttrium, scandium, and lanthanoids are contained in a total amount of 0.2% by weight to 5.0% by weight, and at least 0.5% by weight to 2.0% by weight of oxygen. Can be one.

【0016】また、本発明に係わる窒化ケイ素質焼結体
製切削工具の製造方法は、請求項4に記載しているよう
に、β型窒化ケイ素を80重量%以上含有するβ型主体
の窒化ケイ素粉末を原料粉末とし、この窒化ケイ素原料
粉末に、酸化イットリウムおよび酸化ネオジミウムのう
ちから選ばれる1種または2種の酸化物を0.5重量%
以上5.0重量%以下添加し、さらに、窒化ケイ素原料
粉末よりも粒径が大きくかつ粗大粒子の成長のための核
となる柱状のβ−Si粒子を添加した後、成形を
行うことによって前記核となる柱状のβ−Si
子の軸方向を工具すくい面に対して平行方向に2次元配
向させ、1気圧以上500気圧以下の窒素ガス圧下で1
800℃以上2100℃以下の温度で焼成し、粒径3μ
m未満のβ−Si微細粒子と、粒径3μm以上の
柱状のβ−Si粗大粒子と、酸化物および/また
は酸窒化物の粒界相とから主として構成され、焼結体の
断面においてβ−Si粗大粒子の面積が窒化ケイ
素質焼結体の断面積の2面積%以上40面積%以下であ
り、かつ工具すくい面に対して平行方向に切断した断面
におけるβ−Si粗大粒子の平均アスペクト比
(=長軸/短軸)が、工具すくい面に対して直角方向に
切断した断面におけるβ−Si粗大粒子の平均ア
スペクト比よりも5%以上大きい焼結体とする構成とし
たことを特徴としている。
In the method for manufacturing a cutting tool made of a silicon nitride sintered material according to the present invention, as described in claim 4, nitriding mainly composed of β type containing 80% by weight or more of β type silicon nitride. Silicon powder is used as a raw material powder, and 0.5% by weight of one or two oxides selected from yttrium oxide and neodymium oxide is added to the silicon nitride raw material powder.
5.0 wt% or less is added, and columnar β-Si 3 N 4 particles having a particle size larger than that of the silicon nitride raw material powder and serving as nuclei for growing coarse particles are added, followed by molding. As a result, the axial direction of the columnar β-Si 3 N 4 particles serving as the nuclei is two-dimensionally oriented in the direction parallel to the tool rake face, and the pressure is set to 1 at 1 to 500 atm under nitrogen gas pressure.
Baking at a temperature between 800 ° C and 2100 ° C, particle size 3μ
β-Si 3 N 4 fine particles of less than m, columnar β-Si 3 N 4 coarse particles having a particle size of 3 μm or more, and a grain boundary phase of oxide and / or oxynitride, and sintered. In the cross section of the body, the area of the β-Si 3 N 4 coarse particles is 2 area% or more and 40 area% or less of the cross-sectional area of the silicon nitride sintered body, and in the cross section cut in the direction parallel to the tool rake surface. beta-Si 3 average aspect ratio of N 4 coarse particles (= major axis / minor axis) is 5 than the average aspect ratio of beta-Si 3 N 4 coarse particles in a cross section cut in a direction perpendicular to the tool rake face The feature is that the sintered body is made larger by at least%.

【0017】同じく、本発明に係わる窒化ケイ素質焼結
体製切削工具の製造方法は、請求項5に記載しているよ
うに、β型窒化ケイ素を80重量%以上含有するβ型主
体の窒化ケイ素粉末を原料粉末とし、この窒化ケイ素原
料粉末に、酸化アルミニウム,酸化マグネシウム,酸化
イットリウム,酸化スカンジウムおよびランタノイドの
酸化物のうちから選ばれる1種または2種以上の酸化物
を0.5重量%以上5.0重量%以下添加し、さらに、
窒化ケイ素原料粉末よりも粒径が大きくかつ粗大粒子の
成長のための核となる柱状のβ−Si粒子を添加
した後、成形を行うことによって前記核となる柱状のβ
−Si粒子の軸方向を工具すくい面に対して平行
方向に2次元配向させ、1気圧以上500気圧以下の窒
素ガス圧下で1800℃以上2100℃以下の温度で焼
成し、粒径3μm未満のβ−Si微細粒子と、粒
径3μm以上の柱状のβ−Si粗大粒子と、酸化
物および/または酸窒化物の粒界相とから主として構成
され、焼結体の断面においてβ−Si粗大粒子の
面積が窒化ケイ素質焼結体の断面積の2面積%以上40
面積%以下であり、かつ工具すくい面に対して平行方向
に切断した断面におけるβ−Si粗大粒子の平均
アスペクト比(=長軸/短軸)が、工具すくい面に対し
て直角方向に切断した断面におけるβ−Si粗大
粒子の平均アスペクト比よりも5%以上大きい焼結体と
する構成としたことを特徴としている。
Similarly, in the method for manufacturing a cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to the present invention, as described in claim 5, nitriding mainly of β type containing 80% by weight or more of β type silicon nitride. Silicon powder is used as a raw material powder, and 0.5% by weight of one or more oxides selected from aluminum oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide, and lanthanoid oxides is added to the silicon nitride raw material powder. 5.0% by weight or less is added, and further,
After the columnar β-Si 3 N 4 particles having a particle size larger than that of the raw material powder of silicon nitride and serving as a core for the growth of coarse particles are added, the columnar β serving as the core is formed by molding.
-Si 3 N 4 particles are two-dimensionally oriented in the direction parallel to the tool rake face, and sintered at a temperature of 1800 ° C to 2100 ° C under a nitrogen gas pressure of 1 atm to 500 atm, and a particle size of 3 µm. Of β-Si 3 N 4 fine particles having a particle size of less than 3 μm, columnar β-Si 3 N 4 coarse particles having a particle size of 3 μm or more, and a grain boundary phase of an oxide and / or an oxynitride, and a sintered body. The area of β-Si 3 N 4 coarse particles is 2 area% or more of the cross-sectional area of the silicon nitride sintered body in the cross section of 40% or more.
The average aspect ratio (= major axis / minor axis) of β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section cut in the area% or less and parallel to the tool rake surface is in the direction perpendicular to the tool rake surface. It is characterized in that the sintered body has a structure in which the average aspect ratio of the β-Si 3 N 4 coarse particles in the cut section is 5% or more.

【0018】そして、本発明に係わる窒化ケイ素質焼結
体製切削工具の製造方法の実施態様においては、請求項
6に記載しているように、窒化ケイ素原料粉末よりも粒
径が大きくかつ粗大粒子の成長のための核となる柱状の
β−Si粒子の添加量を0.5重量%以上5.0
重量%以下とすることができ、また、請求項7に記載し
ているように、窒化ケイ素原料粉末よりも粒径が大きく
かつ粗大粒子の成長のための核となる柱状のβ−Si
粒子を添加した後、一軸粉末成形プレス,押し出し
成形,射出成形のうちから選ばれる成形を行うことによ
って、前記核となる柱状のβ−Si粒子の軸方向
を工具すくい面に対して平行方向に2次元配向させるよ
うになすことができる。
In the embodiment of the method for manufacturing a cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to the present invention, as described in claim 6, the particle size is larger and coarser than the silicon nitride raw material powder. The addition amount of columnar β-Si 3 N 4 particles, which serve as nuclei for grain growth, is 0.5% by weight or more and 5.0
%, And as described in claim 7, a columnar β-Si 3 having a particle size larger than that of the silicon nitride raw material powder and serving as a nucleus for the growth of coarse particles.
After adding the N 4 particles, a molding selected from a uniaxial powder molding press, an extrusion molding, and an injection molding is performed, so that the axial direction of the columnar β-Si 3 N 4 particles serving as the core is changed to a tool rake face. On the other hand, the two-dimensional orientation can be performed in the parallel direction.

【0019】また、本発明に係わる窒化ケイ素質焼結体
製切削工具の製造方法の実施態様においては、請求項8
に記載しているように、1気圧以上500気圧以下の窒
素ガス圧下で1800℃以上2100℃以下の温度で焼
結体中の酸素量が0.5重量%以上2.0重量%以下と
なるまで焼成するようになすことができる。
Further, in an embodiment of the method for producing a cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to the present invention, the method of claim 8
, The oxygen content in the sintered body becomes 0.5 wt% or more and 2.0 wt% or less at a temperature of 1800 ° C. or more and 2100 ° C. or less under a nitrogen gas pressure of 1 atm or more and 500 atm or less. Can be fired up to.

【0020】[0020]

【発明の作用】本発明に係わる窒化ケイ素質焼結体製切
削工具は、β型を主体とする窒化ケイ素粉末を主成分と
する原料とし、β型窒化ケイ素粉末に適した焼結助剤の
種類と量を制御して成形した後、焼結体中の粗大粒子の
数と大きさの分布に注目して、粗大粒子の大きさが揃っ
た焼結体が得られる焼成条件で焼成することにより、強
度が高く靭性に優れていることに加えて、刃先の耐チッ
ピング性にも優れた切削工具が得られることを新規に発
明した。
The cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to the present invention is made of a raw material containing silicon nitride powder mainly composed of β type as a main component, and a sintering aid suitable for the β type silicon nitride powder. After controlling the type and amount of molding, pay attention to the distribution of the number and size of coarse particles in the sintered body, and fire it under the firing conditions that can obtain a sintered body with coarse particles of uniform size. According to the invention, it is newly invented that a cutting tool having high strength and excellent toughness as well as excellent chipping resistance of the cutting edge can be obtained.

【0021】すなわち、本発明に係わる窒化ケイ素質焼
結体製切削工具の製造方法は、請求項4,5に記載して
いるように、β型窒化ケイ素を80重量%以上含有する
β型主体の窒化ケイ素粉末を原料粉末とし、この窒化ケ
イ素原料粉末に、請求項4に記載しているように、酸化
イットリウムおよび酸化ネオジミウムのうちから選ばれ
る1種または2種の酸化物を0.5重量%以上5.0重
量%以下添加し、あるいは、請求項5に記載しているよ
うに、酸化アルミニウム,酸化マグネシウム,酸化イッ
トリウム,酸化スカンジウムおよびランタノイド族の酸
化物のうちから選ばれる1種または2種以上の酸化物を
0.5重量%以上5.0重量%以下添加し、さらに、請
求項4,5に記載しているように、窒化ケイ素原料粉末
よりも粒径が大きくかつ粗大粒子の成長のための核とな
る柱状のβ−Si粒子を添加した後、成形を行う
ことによって前記核となる柱状のβ−Si粒子の
軸方向を工具すくい面に対して平行方向に2次元配向さ
せ、1気圧以上500気圧以下の窒素ガス圧下で180
0℃以上2100℃以下の温度で焼成するようにしてい
る。
That is, the method for producing a cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to the present invention is, as described in claims 4 and 5, a β-type main body containing 80% by weight or more of β-type silicon nitride. As a raw material powder, the silicon nitride raw material powder is used, and 0.5 weight% of one or two oxides selected from yttrium oxide and neodymium oxide is added to the raw material powder of silicon nitride. % Or more and 5.0% by weight or less, or as described in claim 5, one or two selected from aluminum oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide, and lanthanoid group oxides. 0.5% by weight or more and 5.0% by weight or less of an oxide of at least one kind is added, and the particle size is larger than that of the raw material powder of silicon nitride as described in claims 4 and 5. And after the columnar β-Si 3 N 4 particles serving as nuclei for the growth of coarse particles are added, the core columnar β-Si 3 N 4 particles serving as the core are subjected to molding to form the axial direction of the tool rake face. 180 degrees under nitrogen gas pressure of 1 atm to 500 atm
Firing is performed at a temperature of 0 ° C. or higher and 2100 ° C. or lower.

【0022】粉末の成形に際しては、窒化ケイ素原料粉
末に、上述したような酸化物を0.5重量%以上5.0
重量%以下添加すると共に、窒化ケイ素原料粉末よりも
粒径が大きくかつ粗大粒子の成長のための核となる柱状
のβ−Si粒子を適量添加した後、より望ましく
は請求項6に記載しているように、0.5〜5.0重量
%添加した後、請求項7に記載しているように、一軸粉
末成形プレス,押し出し成形,射出成形などの成形方法
によって成形し、核となる柱状のβ−Si粒子の
軸方向を工具すくい面に対して平行方向に2次元配向さ
せる。
In molding the powder, 0.5% by weight or more and 5.0% by weight or more of the above oxide is added to the silicon nitride raw material powder.
After the addition of not more than wt%, an appropriate amount of columnar β-Si 3 N 4 particles having a particle size larger than that of the silicon nitride raw material powder and serving as nuclei for growth of coarse particles is added, and more desirably As described, after adding 0.5 to 5.0% by weight, as described in claim 7, it is molded by a molding method such as uniaxial powder molding press, extrusion molding, injection molding, The axial direction of the columnar β-Si 3 N 4 particles to be two-dimensionally oriented parallel to the tool rake face.

【0023】焼結体は、粒径3μm未満の柱状のβ−S
微細粒子と粒径3μm以上の柱状のβ−Si
粗大粒子と酸化物および/または酸窒化物の粒界相
とから主として構成され、焼結体の断面を観察したとき
においてβ−Si粗大粒子の面積が窒化ケイ素質
焼結体の断面積の2面積%以上40面積%以下となって
おり、かつまた、工具すくい面に対して平行方向に切断
した断面におけるβ−Si粗大粒子の平均アスペ
クト比[λ‖](λ=長軸/短軸)が、工具すくい面に
対して直角方向に切断した断面におけるβ−Si
粗大粒子の平均アスペクト比[λ⊥]よりも5%以上大
きくなっており、工具すくい面に対して柱状のβ−Si
粗大粒子が配向している比率が、工具すくい面に
垂直な方向に比較して多くなっている。
The sintered body is a columnar β-S having a particle size of less than 3 μm.
i 3 N 4 fine particles and columnar β-Si 3 having a particle size of 3 μm or more
It is mainly composed of N 4 coarse particles and a grain boundary phase of oxide and / or oxynitride, and the area of β-Si 3 N 4 coarse particles is the silicon nitride sintered body when the cross section of the sintered body is observed. 2 area% to 40 area% of the cross-sectional area of, and the average aspect ratio [λ / |] of the β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section cut in the direction parallel to the tool rake surface ( lambda = major axis / minor axis) of, β-Si 3 N 4 in a cross section cut in a direction perpendicular to the tool rake face
It is larger than the average aspect ratio [λ⊥] of coarse particles by 5% or more, and is a columnar β-Si with respect to the tool rake face.
The ratio of orientation of 3 N 4 coarse particles is higher than that in the direction perpendicular to the tool rake face.

【0024】次に、本発明の切削工具において、成分,
製造工程,組織等を上記の通りに限定した理由を説明す
る。
Next, in the cutting tool of the present invention,
The reason for limiting the manufacturing process, organization, etc. as described above will be explained.

【0025】(1)原料となる窒化ケイ素粉末 この方法では、出発原料粉末はβ型を80重量%以上含
むβ型を主体とする窒化ケイ素粉末を用いる。β型を主
体とする窒化ケイ素粉末を出発原料として用いると、添
加したβ型窒化ケイ素の粒成長によって柱状結晶が発達
する。従って、原料粉末を粒度調製することにより、粒
成長のための核の大きさが揃った原料を使用することが
できる。この原料粉末を適当な条件で焼成するとβ型の
粗粒の大きさが揃った材料が得られる。
(1) Silicon Nitride Powder as Raw Material In this method, the starting raw material powder is a silicon nitride powder mainly composed of β type containing 80% by weight or more of β type. When a silicon nitride powder mainly composed of β type is used as a starting material, columnar crystals develop due to grain growth of the added β type silicon nitride. Therefore, by adjusting the particle size of the raw material powder, it is possible to use a raw material having a uniform core size for grain growth. When this raw material powder is fired under appropriate conditions, a material having uniform β-type coarse particles is obtained.

【0026】一方、α型を出発原料として用いると、焼
成過程で先ずα型はβ型へ相転移を起こす。この過程で
数ミクロンのβ型の粒子が生成して、以後の粒成長は生
成した粒子の粒度分布に従って起こる。相転移により生
成したβ型の粒子の大きさは制御が難しく、大きなばら
つきを持つため、β型の粗粒の大きさはばらつく。従っ
て、β型が80重量%未満では相転位による核が発生
し、強度のばらつきが大きくなり、その結果、切削工具
としての信頼性が低下する。よって、出発原料粉末はβ
型を80重量%以上含む窒化ケイ素粉末を用いる。
On the other hand, when the α type is used as a starting material, the α type first undergoes a phase transition to the β type in the firing process. In this process, β-type particles of several microns are generated, and the subsequent grain growth occurs according to the particle size distribution of the generated particles. The size of β-type particles generated by the phase transition is difficult to control and has large variations, so the size of β-type coarse particles varies. Therefore, if the β type is less than 80% by weight, nuclei are generated due to the phase transition, and the variations in strength increase, and as a result, the reliability as a cutting tool decreases. Therefore, the starting material powder is β
A silicon nitride powder containing 80% by weight or more of a mold is used.

【0027】(2)焼結助剤の種類および量 請求項4に記載している酸化イットリウムおよび酸化ネ
オジミウム、あるいは請求項5に記載している酸化アル
ミニウム,酸化マグネシウム,酸化イットリウム,酸化
スカンジウムおよびランタノイドの酸化物は、窒化ケイ
素の焼結を促進させる有効な焼結助剤であるが、これら
の1種または2種以上の合計の添加量が0.5重量%未
満では緻密な焼結体を得ることができない。一方、焼結
助剤が過剰となると粒界ガラス層が厚くなり、切削工具
として使用した際の耐摩耗性に大きく影響する。従来で
は、5.0重量%を超える焼結助剤が用いられる例がほ
とんどであったが、本発明のごとく焼結助剤を5.0重
量%以下とし、請求項2,3および8に記載しているよ
うに焼結体の酸素量を2.0重量%以下とすることによ
って、切削工具としての耐摩耗性を著しく改善させるこ
とができる。
(2) Kind and amount of sintering aid Yttrium oxide and neodymium oxide described in claim 4, or aluminum oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide and lanthanoid described in claim 5. Oxide is an effective sintering aid for promoting the sintering of silicon nitride, but if the total addition amount of one or more of these is less than 0.5% by weight, a dense sintered body will be obtained. Can't get On the other hand, if the sintering aid is excessive, the grain boundary glass layer becomes thick, which greatly affects the wear resistance when used as a cutting tool. In the past, in most cases, a sintering aid exceeding 5.0% by weight was used, but as in the present invention, the amount of the sintering aid is 5.0% by weight or less. As described above, by setting the oxygen content of the sintered body to 2.0% by weight or less, the wear resistance as a cutting tool can be remarkably improved.

【0028】(3)柱状のβ−Si粒子の量 窒化ケイ素原料粉末には、上記焼結助剤のほか、窒化ケ
イ素原料粉末よりも粒径が大きくかつ粗大粒子の成長の
ための核となる柱状のβ−Si粒子を適量添加す
る。この場合、柱状のβ−Si粒子の添加量が少
ないと、粗大粒子の成長が十分でなく、添加量が多くな
るほど傾向として強度および破壊靭性が向上し、ワイブ
ル係数も大きくなるが、核の添加量が多くなりすぎる
と、粉末成形体の密度が低下し結果として焼結体の緻密
化が困難となるので、請求項6に記載しているように粗
大粒子の成長のための核となる柱状のβ−Si
子の添加量は0.5重量%以上5.0重量%以下とする
のがよい。
(3) Amount of columnar β-Si 3 N 4 particles In addition to the above-mentioned sintering aid, the silicon nitride raw material powder has a particle size larger than that of the silicon nitride raw material powder and is used for the growth of coarse particles. An appropriate amount of columnar β-Si 3 N 4 particles serving as nuclei is added. In this case, when the addition amount of the columnar β-Si 3 N 4 particles is small, the growth of the coarse particles is not sufficient, and as the addition amount increases, the strength and the fracture toughness tend to improve, and the Weibull coefficient also increases. If the amount of the added nuclei is too large, the density of the powder compact decreases, and as a result, it becomes difficult to densify the sintered body, so that the nuclei for growing coarse particles as described in claim 6. The amount of columnar β-Si 3 N 4 particles to be added is preferably 0.5% by weight or more and 5.0% by weight or less.

【0029】(4)粉末成形 本発明では、粉末成形に際して、窒化ケイ素原料粉末
に、原料粉末よりも粒径が大きくかつ粗大粒子の成長の
ための核となる柱状のβ−Si粒子を適量添加し
た後、成形を行うことによって前記核となる柱状のβ−
Si粒子の軸方向を工具すくい面に対して平行方
向に2次元配向させるようにするが、このとき、請求項
7に記載しているように、一軸粉末成形プレス,押し出
し成形,射出成形などの方法により成形することによっ
て、核となる柱状のβ−Si粒子の軸方向を工具
すくい面に平行方向に2次元配向させるようにするのが
よい。
(4) Powder Forming In the present invention, in powder forming, columnar β-Si 3 N 4 particles having a particle size larger than that of the raw material powder and serving as nuclei for growing coarse particles are added to the silicon nitride raw material powder. After adding an appropriate amount of the columnar β-
The axial direction of the Si 3 N 4 particles is oriented two-dimensionally in the direction parallel to the tool rake face. At this time, as described in claim 7, uniaxial powder molding press, extrusion molding, injection molding It is preferable that the axial direction of the columnar β-Si 3 N 4 particles to be the core is two-dimensionally oriented in the direction parallel to the tool rake surface by performing the molding by a method such as molding.

【0030】この結果、図1に示すように、工具すくい
面1に対して平行方向に切断した断面におけるβ−Si
粗大粒子の平均アスペクト比[λ‖](λ=長軸
/短軸)が、工具すくい面1に対して垂直方向に切断し
た断面における柱状のβ−Si粗大粒子の平均ア
スペクト比[λ⊥]よりも5%以上大きくなり、工具す
くい面1に対して柱状のβ−Si粒子が配向して
いる比率が、工具すくい面1に対して垂直な方向に比較
して多くなるため、従来と比較して高い刃先強度を実現
している。
As a result, as shown in FIG. 1, β-Si in a cross section cut in a direction parallel to the tool rake face 1
3 N 4 average aspect ratio of coarse particles [λ‖] (λ = major axis / minor axis) is the average of the columnar beta-Si 3 N 4 coarse particles in a cross section cut in a direction perpendicular to the tool rake face 1 The aspect ratio [λ⊥] is more than 5%, and the ratio of columnar β-Si 3 N 4 particles oriented to the tool rake face 1 is compared to the direction perpendicular to the tool rake face 1. As a result, the cutting edge strength is higher than in the past.

【0031】これに対し、工具すくい面1に対して平行
方向に切断した断面におけるβ−Si粗大粒子の
平均アスペクト比[λ‖]と、工具すくい面1に対して
垂直方向に切断した断面におけるβ−Si粗大粒
子の平均アスペクト比[λ⊥]とがほぼ等しく、その差
が5%未満の場合には、後で示す本発明の実施例と比較
例との結果からも分かるように、本発明による作用・効
果は十分に発揮されないものとなる。
On the other hand, the average aspect ratio [λ / |] of the β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section cut in the direction parallel to the tool rake face 1 and the cut in the direction perpendicular to the tool rake face 1 When the average aspect ratio [λ⊥] of the β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section is approximately equal to each other and the difference is less than 5%, the results of the example of the present invention and the comparative example will be described later. As can be seen, the effects and advantages of the present invention are not fully exhibited.

【0032】(5)焼結条件 焼結助剤量が相対的に少ない場合のβ型窒化ケイ素粉末
の緻密化には、1800℃以上の高温焼結が必要であ
る。そして、焼成温度が1600℃未満では緻密化せ
ず、熱処理温度が1800℃未満では緻密化は可能であ
るが粗大粒子の成長が不完全であり、微細粒子と粗大粒
子とが混ざった組織を得ることができない。焼結の際に
は、窒化ケイ素の分解を防ぐため、窒素ガス圧を窒化ケ
イ素の分解圧以上にする必要がある。要求される最低の
窒素ガス圧は、1600℃から1750℃で1気圧,1
800℃で2気圧,1900℃で5気圧,2000℃で
10気圧である。
(5) Sintering Conditions High temperature sintering at 1800 ° C. or higher is required for densifying β-type silicon nitride powder when the amount of sintering aid is relatively small. When the firing temperature is less than 1600 ° C., densification does not occur, and when the heat treatment temperature is less than 1800 ° C., densification is possible, but the growth of coarse particles is incomplete, and a structure in which fine particles and coarse particles are mixed is obtained. I can't. At the time of sintering, the nitrogen gas pressure needs to be equal to or higher than the decomposition pressure of silicon nitride in order to prevent decomposition of silicon nitride. The minimum nitrogen gas pressure required is 1600 ° C to 1750 ° C, 1 atm, 1
It is 2 atm at 800 ° C., 5 atm at 1900 ° C., and 10 atm at 2000 ° C.

【0033】所定圧力よりも低いと窒化ケイ素は熱分解
を起こし、窒素を放出してケイ素となる。しかしなが
ら、500気圧を超える窒素ガス圧下では、高圧ガスが
焼結体中に残留してしまうため、結果的に緻密化しな
い。また、2100℃を超える高温焼結では粒成長が著
しくなり、強度が低下する。焼成時間および熱処理時間
は温度や助剤の種類・量によっても異なるが、一般に、
焼成時間は緻密化が達成される最少時間がよい。また、
熱処理時間は粗大粒子の大きさ・密度・分布を考慮して
決められるが、通常30分から4時間の間がよく、請求
項8に記載しているように、1気圧以上500気圧以下
の窒素ガス圧下で1800℃以上2100℃以下の温度
で焼結体中の酸素量が0.5重量%以上2.0重量%以
下となるまで焼成することが望ましい。
When the pressure is lower than the predetermined pressure, silicon nitride undergoes thermal decomposition and releases nitrogen to become silicon. However, under a nitrogen gas pressure exceeding 500 atm, the high-pressure gas remains in the sintered body, and as a result, densification does not occur. Further, high temperature sintering exceeding 2100 ° C. causes remarkable grain growth and lowers strength. The firing time and heat treatment time vary depending on the temperature and the type and amount of the auxiliary agent, but in general,
The firing time is preferably the minimum time at which densification is achieved. Also,
The heat treatment time is determined in consideration of the size, density and distribution of the coarse particles, but normally it is preferably 30 minutes to 4 hours. As described in claim 8, nitrogen gas of 1 atm or more and 500 atm or less is used. It is desirable to fire at a temperature of 1800 ° C. or more and 2100 ° C. or less under pressure until the amount of oxygen in the sintered body becomes 0.5 wt% or more and 2.0 wt% or less.

【0034】(6)切削工具の微細組織 切削工具は耐チッピングが要求されるため、刃先の靭性
および強度が重要となる。窒化ケイ素の靭性は、焼結体
組織中に含まれる柱状の粗大結晶粒子に大きく依存す
る。工具として要求される靭性を満足するためには、請
求項1に記載しているように、粒径3μm未満の柱状の
β−Si微細粒子と、粒径3μm以上の柱状のβ
−Si粗大粒子と、酸化物および/または酸窒化
物の粒界相とから主として構成され、焼結体の断面を観
察したときにおいてβ−Si粗大粒子の面積が窒
化ケイ素質焼結体の断面積の2面積%以上40面積%以
下となっている必要がある。
(6) Microstructure of cutting tool Since cutting tools require chipping resistance, the toughness and strength of the cutting edge are important. The toughness of silicon nitride largely depends on the columnar coarse crystal grains contained in the sintered body structure. In order to satisfy the toughness required as a tool, as described in claim 1, columnar β-Si 3 N 4 fine particles having a particle size of less than 3 μm and columnar β having a particle size of 3 μm or more.
-Si 3 N 4 coarse particles are mainly composed of oxide and / or oxynitride grain boundary phases, and the area of the β-Si 3 N 4 coarse particles is determined by observing the cross section of the sintered body. It must be 2 area% or more and 40 area% or less of the cross-sectional area of the material sintered body.

【0035】[0035]

【実施例】次に、本発明による窒化ケイ素質焼結体製切
削工具を実施例によって比較例とともに具体的に説明す
る。
EXAMPLES Next, a cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to the present invention will be specifically described by way of Examples together with Comparative Examples.

【0036】窒化ケイ素微粉末原料としては、平均粒径
0.5μm,最大粒径2μmのβ型含有量100重量%
の窒化ケイ素粉末を用いた。また、焼結後に粗大粒子と
なる粒子の成長のための核としては、平均短軸粒径1.
0μm,平均長軸粒径5μm,β型含有量100重量%
の柱状の窒化ケイ素粒子を使用した。そして、窒化ケイ
素微粉末原料に対して、粒成長のための核となる窒化ケ
イ素粒子を0.5〜5.0重量%の範囲で添加した。
As a raw material for the fine powder of silicon nitride, the average particle size is 0.5 μm, the maximum particle size is 2 μm, and the β-type content is 100% by weight.
The silicon nitride powder of was used. Further, as the nuclei for the growth of particles that become coarse particles after sintering, the average minor axis particle size of 1.
0 μm, average major axis particle size 5 μm, β-type content 100% by weight
Columnar silicon nitride particles were used. Then, to the silicon nitride fine powder raw material, silicon nitride particles serving as nuclei for grain growth were added in the range of 0.5 to 5.0% by weight.

【0037】これらの窒化ケイ素原料粉末および焼結助
剤を用いて、表の実施例1〜9および比較例1〜7に示
すような合計16種類の窒化ケイ素原料粉末を用意して
以下に示すようにして焼結した。ここで、実施例1〜
3,6〜9,比較例1,2,4,5は、酸化イットリウ
ムと酸化ネオジミウムを焼結助剤とした場合であり、実
施例4,5,比較例3,6,7は酸化イットリウムと酸
化アルミニウムを焼結助剤とした場合であって、実施例
1〜9,比較例4〜7で添加した焼結助剤量は本発明の
特許請求の範囲内のものとなっており、比較例1〜3で
添加した焼結助剤は本発明の特許請求の範囲外のものと
なっている。
Using these silicon nitride raw material powders and sintering aids, a total of 16 types of silicon nitride raw material powders as shown in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 7 of the table were prepared and shown below. It was thus sintered. Here, Examples 1 to 1
3, 6 to 9 and Comparative Examples 1, 2, 4, and 5 are cases where yttrium oxide and neodymium oxide were used as sintering aids, and Examples 4, 5, and Comparative Examples 3, 6 and 7 were yttrium oxide and When aluminum oxide was used as the sintering aid, the amount of the sintering aid added in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 4 to 7 was within the scope of the claims of the present invention. The sintering aid added in Examples 1 to 3 is outside the scope of the claims of the present invention.

【0038】前述のようにして得られた窒化ケイ素原料
粉末に表に示す種類および量の焼結助剤を混合し、エタ
ノールを添加した湿式ボールミルにより94時間混合粉
砕した後、空気中でスプレードライヤーを用いて乾燥さ
せて造粒粉を得た。
The silicon nitride raw material powder obtained as described above was mixed with the types and amounts of sintering aids shown in the table, and the mixture was pulverized by a wet ball mill containing ethanol for 94 hours and then spray dried in air. And dried to obtain a granulated powder.

【0039】次いで、この造粒粉に対し、実施例1〜7
および比較例1〜7については、20MPaの圧力で一
軸粉末成形プレスによる金型成形を行った後、200M
Paの圧力でラバープレスを施すことにより、15×1
5×8mmおよび6×6×50mmの成形体を得た。こ
の一軸粉末成形プレスにおいては、核となる柱状のβ−
Si粒子の軸が、スローアウエイチップのすくい
面(図1に示す工具すくい面1)に平行に配向するよう
な方向として実施した。
Next, with respect to this granulated powder, Examples 1 to 7 were applied.
And for Comparative Examples 1 to 7, after performing the die molding with a uniaxial powder molding press at a pressure of 20 MPa, 200 M
By applying a rubber press at a pressure of Pa, 15 x 1
Molded bodies of 5 × 8 mm and 6 × 6 × 50 mm were obtained. In this uniaxial powder molding press, the columnar β-
The direction was such that the axis of the Si 3 N 4 particles was oriented parallel to the rake face of the throwaway tip (tool rake face 1 shown in FIG. 1).

【0040】一方、実施例8および9は、実施例6と同
じ組成を有する窒化ケイ素原料粉末を使用し、スローア
ウエイチップの成形に際してドクターブレード法および
射出成形法によって、核となる柱状のβ−Si
子の軸が、スローアウエイチップのすくい面方向への配
向を顕著にさせたものである。すなわち、実施例8で
は、エタノールに分散した原料から、ドクターブレード
法によって厚さ数100μmの薄膜を作成し、これを乾
燥した後に積層することによって成形した。また、実施
例9では、有機バインダーと原料粉末を混練し、射出成
形によって成形した。
On the other hand, in Examples 8 and 9, the silicon nitride raw material powder having the same composition as that of Example 6 was used, and the pillar-shaped β-form which becomes the core was formed by the doctor blade method and the injection molding method in the molding of the throwaway tip. The axis of the Si 3 N 4 particles makes the orientation of the throwaway tip remarkable in the rake face direction. That is, in Example 8, a thin film having a thickness of several 100 μm was formed from a raw material dispersed in ethanol by a doctor blade method, and the thin film was dried and then laminated to form a thin film. Further, in Example 9, the organic binder and the raw material powder were kneaded and molded by injection molding.

【0041】これらの成形体を黒鉛のガス圧炉を用い
て、100気圧の窒素ガス圧下で1900℃で2時間焼
成した後、300気圧の窒素ガス圧下で2000℃で2
時間焼成した。そして、ここで得られた各焼結体を80
0メッシュのダイヤモンドホイールで平面研削し、JI
S B 4121で定義されたスローアウエイチップS
NMN433(SNMN120412)の形状に加工し
て切削実験に供した。
These molded bodies were fired at 1900 ° C. for 2 hours under a nitrogen gas pressure of 100 atm using a graphite gas pressure furnace, and then at 2000 ° C. under a nitrogen gas pressure of 300 atm.
Burned for hours. Then, each sintered body obtained here is
Surface grinding with a 0 mesh diamond wheel, JI
Throw away tip S defined by SB 4121
It was processed into a shape of NMN433 (SNMN120412) and subjected to a cutting experiment.

【0042】これと同時に、JIS R 1601に準
じた室温3点曲げ試験を実施することにより曲げ強さを
測定した。さらに、20本の曲げ試験データから、強度
のワイブル係数も併せて求めた。さらにまた、JIS
R 1607に準じたSEPB法(試験片の3×40m
mの面にビッカース圧痕を加え、これから予亀裂を生成
し、この予亀裂から破壊する手法)により破壊靭性値を
求めた。
At the same time, the bending strength was measured by carrying out a room temperature three-point bending test according to JIS R 1601. Furthermore, the Weibull coefficient of strength was also obtained from the bending test data of 20 pieces. Furthermore, JIS
SEPB method according to R 1607 (3 x 40 m of test piece
A fracture toughness value was obtained by applying a Vickers indentation to the surface of m, generating a precrack from this, and breaking from this precrack.

【0043】さらにまた、工具すくい面に対して平行方
向と垂直方向に切断した断面をプラズマエッチングし、
各断面におけるβ−Si粗大粒子のアスペクト比
[λ‖],[λ⊥](λ=長軸/短軸)を画像処理によ
って各々50粒子以上について測定し、平均アスペクト
比を求めた。
Furthermore, the cross section cut in the direction parallel and the direction perpendicular to the tool rake face is plasma-etched,
The aspect ratios [λ / |] and [λ /] of the β-Si 3 N 4 coarse particles in each cross section were measured for 50 particles or more by image processing, and the average aspect ratio was determined. .

【0044】このようにして得られた工具すくい面に対
して平行な断面におけるβ−Si粗大粒子の平均
アスペクト比[λ‖]、および、工具すくい面に対して
垂直な断面における平均アスペクト比[λ⊥]から、そ
の比率([λ‖]/[λ⊥])を求めた。
The average aspect ratio [λ / |] of the β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section parallel to the tool rake surface thus obtained and the average in the cross section perpendicular to the tool rake surface From the aspect ratio [λ⊥], the ratio ([λ‖] / [λ⊥]) was calculated.

【0045】また、連続切削による工具摩耗試験は以下
の条件で実施した。
The tool wear test by continuous cutting was carried out under the following conditions.

【0046】 工作機械:CNC旋盤(村田W&S,WSC−8II) ホルダー:PSBNL2020 チップ形状:SNMG433(コーナーR1.2) 切削速度:300m/min 切り込み:2mm 送り:0.3mm/rev 被削材は、ねずみ鋳鉄(FC20)であり、被削部の寸
法はφ150mm×150mmである。また、限界送り
量を調査するため、切削速度および切り込み条件を一定
とし、送りを0.3〜1.0mm/revの間で0.5
mm/rev毎に増加させることによって、刃先の欠損
が発生する送り量を調べた。試験は各工具に対して10
本ずつ実施し、ワイブル分布に基づいて10%破損点を
求め、これを限界送り量とした。
Machine tool: CNC lathe (Murata W & S, WSC-8II) Holder: PSBNL2020 Chip shape: SNMG433 (corner R1.2) Cutting speed: 300 m / min Depth of cut: 2 mm Feed: 0.3 mm / rev Work material is It is gray cast iron (FC20), and the size of the cut portion is φ150 mm × 150 mm. Further, in order to investigate the limit feed amount, the cutting speed and the cutting conditions were set constant, and the feed was 0.5 within the range of 0.3 to 1.0 mm / rev.
The feed amount at which the cutting edge of the cutting edge was generated was examined by increasing the value per mm / rev. 10 tests for each tool
This was carried out one by one, and a 10% failure point was obtained based on the Weibull distribution, and this was taken as the limit feed amount.

【0047】実施例および比較例によって得られた各焼
結体について、密度,機械的特性,粗大粒子の工具すく
い面への配向率,切削試験後の逃げ面での摩耗幅VB,
刃先での最大チッピング量,限界送り量を調べた結果を
表に示す。
For each of the sintered bodies obtained in the examples and comparative examples, the density, mechanical properties, orientation ratio of coarse particles to the tool rake face, wear width VB on the flank surface after cutting test,
The table shows the results of examining the maximum chipping amount at the cutting edge and the limit feed amount.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】[0049]

【表2】 [Table 2]

【0050】[0050]

【表3】 [Table 3]

【0051】[0051]

【表4】 [Table 4]

【0052】表に示すように、実施例1〜9の切削工具
では、いずれも曲げ強度のワイブル係数が大きく、強度
のばらつきが小さい。そして、各実施例では、刃先強度
のばらつきが小さく、その結果として最低強度も大きく
なるため、限界送り量が0.6mm/rev以上と大き
くなっている。
As shown in the table, all the cutting tools of Examples 1 to 9 have a large Weibull coefficient of bending strength and a small variation in strength. Further, in each of the examples, the variation in the cutting edge strength is small, and as a result, the minimum strength is also large, so that the critical feed amount is as large as 0.6 mm / rev or more.

【0053】これに対して、比較例5〜7の切削工具の
ようにα型窒化ケイ素を原料粉末として用いた場合には
平均強度は大きいものの強度のばらつきが大きく、その
結果として最低強度が小さくなっている。そのため、限
界送り量が小さくなっている。
On the other hand, when α-type silicon nitride is used as the raw material powder as in the cutting tools of Comparative Examples 5 to 7, the average strength is large, but the strength varies widely, and as a result, the minimum strength is small. Has become. Therefore, the limit feed amount is small.

【0054】すなわち、本発明によれば、鋳鉄の高送り
切削に適した工具を得ることができる。
That is, according to the present invention, a tool suitable for high feed cutting of cast iron can be obtained.

【0055】実施例1,6,7は、核となる窒化ケイ素
粒子の添加量が異なるものであるが、傾向として、核と
なる窒化ケイ素粒子の添加量が多いほど強度および破壊
靭性は上昇し、ワイブル係数も大きくなる。また、切削
試験では、逃げ面摩耗量および刃先での最大チッピング
量ともに減少する。
In Examples 1, 6 and 7, the amount of silicon nitride particles serving as nuclei was different, but the tendency was that as the amount of silicon nitride particles serving as nuclei increased, the strength and fracture toughness increased. , The Weibull coefficient also increases. In the cutting test, both the flank wear amount and the maximum chipping amount at the cutting edge decrease.

【0056】これに対して、核を添加していない比較例
4では、工具摩耗量,刃先チッピング量,限界送り量と
もに実施例に対して劣っている。また、実施例8,9の
ごとく、一軸プレス成形よりも更に核となる柱状窒化ケ
イ素粒子の工具すくい面への配向を強くすることができ
るドクターブレード法や射出成形法を採用することによ
って、工具摩耗および刃先強度に優れた切削工具を得る
ことが可能となる。
On the other hand, in Comparative Example 4 in which no nucleus was added, the tool wear amount, the cutting edge chipping amount, and the limit feed amount were inferior to those of the examples. Further, as in Examples 8 and 9, by adopting a doctor blade method or an injection molding method capable of further strengthening the orientation of the columnar silicon nitride particles, which are the core, toward the tool rake surface, as compared with the uniaxial press molding, It becomes possible to obtain a cutting tool excellent in wear and edge strength.

【0057】また、比較例1〜3のごとく焼結助剤量が
過剰である場合には、実施例の切削工具に比較して工具
摩耗量が多くなる。これは、窒化ケイ素焼結体製切削工
具の摩耗において、粒界ガラス層の影響が大きいためで
ある。
When the amount of the sintering aid is excessive as in Comparative Examples 1 to 3, the tool wear amount is larger than that of the cutting tool of the example. This is because the grain boundary glass layer has a great influence on the wear of the silicon nitride sintered body cutting tool.

【0058】[0058]

【発明の効果】本発明に係わる窒化ケイ素質焼結体製切
削工具は、請求項1に記載しているように、粒径3μm
未満のβ−Si微細粒子と、粒径3μm以上の柱
状のβ−Si粗大粒子と、酸化物および/または
酸窒化物の粒界相とから主として構成され、焼結体の断
面においてβ−Si粗大粒子の面積が窒化ケイ素
質焼結体の断面積の2面積%以上40面積%以下であ
り、かつ工具すくい面に対して平行方向に切断した断面
におけるβ−Si粗大粒子の平均アスペクト比
(=長軸/短軸)が、工具すくい面に対して直角方向に
切断した断面におけるβ−Si粗大粒子の平均ア
スペクト比よりも5%以上大きい構成としたから、特性
のばらつきが少なく、耐摩耗性および耐チッピング性に
優れた窒化ケイ素質焼結体製切削工具を提供することが
可能であり、例えば、鋳鉄のフライス切削において優れ
た切削性能を示し、高速切削においても十分実用的な工
具寿命を達成することができるセラミックス製スローア
ウエイチップを提供することが可能であるという著しく
優れた効果がもたらされる。
The cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to the present invention has a particle size of 3 μm as described in claim 1.
Of β-Si 3 N 4 fine particles having a particle size of less than 3 μm, columnar β-Si 3 N 4 coarse particles having a particle size of 3 μm or more, and a grain boundary phase of an oxide and / or an oxynitride, and a sintered body. The area of β-Si 3 N 4 coarse particles is 2 area% or more and 40 area% or less of the cross-sectional area of the silicon nitride sintered body, and β in the cross section cut in the direction parallel to the tool rake surface. -Si 3 N 4 coarse particles have an average aspect ratio (= long axis / minor axis) of 5% than the average aspect ratio of β-Si 3 N 4 coarse particles in a cross section cut in a direction perpendicular to the tool rake face. Because of the above-mentioned large structure, it is possible to provide a cutting tool made of a silicon nitride sintered body having less variation in characteristics and excellent in wear resistance and chipping resistance. For example, it is excellent in milling cutting of cast iron. Show cutting performance Results in significantly better effect that also it is possible to provide a ceramic indexable capable of achieving sufficient practical tool life in high-speed cutting.

【0059】そして、本発明に係わる窒化ケイ素質焼結
体製切削工具の実施態様においては、請求項2に記載し
ているように、窒化ケイ素質焼結体中に、イットリウム
およびネオジミウムのうちの1種または2種を合計で
0.2重量%以上5.0重量%以下含有すると共に、
0.5重量%以上2.0重量%以下の酸素を含有するも
のとすることによって、窒化ケイ素の焼結が促進されて
緻密で高強度の焼結体となっているものとすることが可
能であり、請求項3に記載しているように、窒化ケイ素
質焼結体中に、マグネシウム,アルミニウム,イットリ
ウム,スカンジウムおよびランタノイドのうちの1種ま
たは2種以上を合計で0.2重量%以上5.0重量%以
下含有すると共に、0.5重量%以上2.0重量%以下
の酸素を含有するものとすることによっても、窒化ケイ
素の焼結が促進されて緻密で高強度の焼結体となってい
るものとすることが可能である。
In an embodiment of the cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to the present invention, as described in claim 2, in the silicon nitride sintered body, one of yttrium and neodymium is contained. In addition to containing one type or two types in total of 0.2% by weight or more and 5.0% by weight or less,
By containing 0.5% by weight or more and 2.0% by weight or less of oxygen, it is possible to promote sintering of silicon nitride and obtain a dense and high-strength sintered body. As described in claim 3, one or more of magnesium, aluminum, yttrium, scandium, and lanthanoid are contained in the silicon nitride sintered body in a total amount of 0.2% by weight or more. By containing not less than 5.0% by weight and not less than 0.5% by weight and not more than 2.0% by weight of oxygen, the sintering of silicon nitride is promoted, resulting in a dense and high-strength sintering. It can be the body.

【0060】また、本発明に係わる窒化ケイ素質焼結体
製切削工具の製造方法は、請求項4,5に記載している
ように、β型窒化ケイ素を80重量%以上含有するβ型
主体の窒化ケイ素粉末を原料粉末とし、この窒化ケイ素
原料粉末に、請求項4に記載しているように、酸化イッ
トリウムおよび酸化ネオジミウムのうちから選ばれる1
種または2種の酸化物を0.5重量%以上5.0重量%
以下添加し、あるいは、請求項5に記載しているよう
に、酸化アルミニウム,酸化マグネシウム,酸化イット
リウム,酸化スカンジウムおよびランダノイドの酸化物
のうちから選ばれる1種または2種以上の酸化物を0.
5重量%以上5.0重量%以下添加し、さらに、請求項
4,5に記載しているように、窒化ケイ素原料粉末より
も粒径が大きくかつ粗大粒子の成長のための核となる柱
状のβ−Si粒子を添加した後、成形を行うこと
によって前記核となる柱状のβ−Si粒子の軸方
向を工具すくい面に対して平行方向に2次元配向させ、
1気圧以上500気圧以下の窒素ガス圧下で1800℃
以上2100℃以下の温度で焼成し、粒径3μm未満の
β−Si微細粒子と、粒径3μm以上の柱状のβ
−Si粗大粒子と、酸化物および/または酸窒化
物の粒界相とから主として構成され、焼結体の断面にお
いてβ−Si粗大粒子の面積が窒化ケイ素質焼結
体の断面積の2面積%以上40面積%以下であり、かつ
工具すくい面に対して平行方向に切断した断面における
β−Si粗大粒子の平均アスペクト比(=長軸/
短軸)が、工具すくい面に対して直角方向に切断した断
面におけるβ−Si粗大粒子の平均アスペクト比
よりも5%以上大きい焼結体とするようにしたから、特
性のばらつきが少なく、耐摩耗性および耐チッピング性
に優れた窒化ケイ素質焼結体製切削工具を製造すること
が可能である。
The method for manufacturing a cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to the present invention is, as described in claims 4 and 5, a β-type main body containing 80% by weight or more of β-type silicon nitride. As a raw material powder, the silicon nitride raw material powder of 1 is selected from yttrium oxide and neodymium oxide as described in claim 4.
0.5% by weight or more and 5.0% by weight of one or two oxides
The following addition is made, or as described in claim 5, one or more oxides selected from the oxides of aluminum oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide, and randanoid are added.
5 wt% or more and 5.0 wt% or less is added, and as described in claims 4 and 5, a columnar particle having a larger particle size than the silicon nitride raw material powder and serving as a nucleus for the growth of coarse particles. after addition of β-Si 3 N 4 particles, are oriented two-dimensionally in the direction parallel to the tool rake face in the axial direction of the columnar β-Si 3 N 4 particles as the said nuclear by performing molding,
1800 ° C under nitrogen gas pressure of 1 atm to 500 atm
The temperature is 2100 ° C. or lower, and β-Si 3 N 4 fine particles having a particle size of less than 3 μm and columnar β having a particle size of 3 μm or more.
-Si 3 N 4 coarse particles and an oxide and / or oxynitride grain boundary phase are mainly formed, and the area of the β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section of the sintered body is a silicon nitride sintered body. The average aspect ratio of the β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section of 2 area% or more and 40 area% or less of the cross sectional area of
The minor axis) is set to be a sintered body that is larger than the average aspect ratio of β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section cut in the direction perpendicular to the tool rake surface by 5% or more, so that there is a variation in characteristics. It is possible to manufacture a cutting tool made of a silicon nitride sintered body, which has a small amount and is excellent in wear resistance and chipping resistance.

【0061】そして、請求項6に記載しているように、
窒化ケイ素原料粉末よりも粒径が大きくかつ粗大粒子の
成長のための核となる柱状のβ−Si粒子の添加
量を0.5重量%以上5.0重量%以下とすることによ
って、粗大粒子の成長を十分良好に行わせることが可能
となって、強度および破壊靭性が向上し、ワイブル係数
もより大きなものとすることが可能である。
Then, as described in claim 6,
By adjusting the amount of columnar β-Si 3 N 4 particles having a particle size larger than that of the raw material powder of silicon nitride and serving as nuclei for the growth of coarse particles to be 0.5% by weight or more and 5.0% by weight or less. It is possible to grow the coarse particles satisfactorily, improve the strength and fracture toughness, and increase the Weibull coefficient.

【0062】また、請求項7に記載しているように、窒
化ケイ素原料粉末よりも粒径が大きくかつ粗大粒子の成
長のための核となる柱状のβ−Si粒子を添加し
た後、一軸粉末成形プレス,押し出し成形,射出成形の
うちから選ばれる成形を行うことによって、前記核とな
る柱状のβ−Si粒子の軸方向を工具すくい面に
対して平行方向に2次元配向させることが可能となり、
これによって、工具すくい面に対して柱状のβ−Si
粗大粒子が配向している比率が、工具すくい面に垂
直な方向に比較して多いものとなるため、刃先強度をよ
り一層高いものとすることが可能である。
In addition, as described in claim 7, after adding columnar β-Si 3 N 4 particles having a particle size larger than that of the silicon nitride raw material powder and serving as nuclei for the growth of coarse particles, , A uniaxial powder molding press, an extrusion molding, or an injection molding is performed, whereby the axial direction of the core-shaped β-Si 3 N 4 particles is two-dimensionally parallel to the tool rake face. It becomes possible to orient,
As a result, the columnar β-Si 3 with respect to the tool rake face
Since the ratio of the N 4 coarse particles being oriented is higher than that in the direction perpendicular to the tool rake face, it is possible to further increase the cutting edge strength.

【0063】さらに、請求項8に記載しているように、
1気圧以上500気圧以下の窒素ガス圧下で1800℃
以上2100℃以下の温度で焼結体中の酸素量が0.5
重量%以上2.0重量%以下となるまで焼成することに
よって、緻密で強度および破壊靭性が向上し、ワイブル
係数の大きい窒化ケイ素質焼結体製切削工具が製造され
るという優れた効果がもたらされる。
Further, as described in claim 8,
1800 ° C under nitrogen gas pressure of 1 atm to 500 atm
Above 2100 ° C., the oxygen content in the sintered body is 0.5
By firing until the content becomes not less than wt% and not more than 2.0 wt%, the excellent effect that the cutting tool made of a silicon nitride sintered body having a high density and improved strength and fracture toughness and a large Weibull coefficient is produced. Be done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による窒化ケイ素質焼結体製切削工具で
あるスローアウエイチップの斜面説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view of a slope of a throwaway tip which is a silicon nitride sintered body cutting tool according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 工具すくい面 2 工具逃げ面 1 Tool rake face 2 Tool flank face

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 本 裕 介 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Yusuke Okamoto 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 粒径3μm未満のβ−Si微細粒
子と、粒径3μm以上の柱状のβ−Si粗大粒子
と、酸化物および/または酸窒化物の粒界相とから主と
して構成され、焼結体の断面においてβ−Si
大粒子の面積が窒化ケイ素質焼結体の断面積の2面積%
以上40面積%以下であり、かつ工具すくい面に対して
平行方向に切断した断面におけるβ−Si粗大粒
子の平均アスペクト比(=長軸/短軸)が、工具すくい
面に対して直角方向に切断した断面におけるβ−Si
粗大粒子の平均アスペクト比よりも5%以上大きい
ことを特徴とする窒化ケイ素質焼結体製切削工具。
1. β-Si 3 N 4 fine particles having a particle size of less than 3 μm, columnar β-Si 3 N 4 coarse particles having a particle size of 3 μm or more, and an oxide and / or oxynitride grain boundary phase. The area of the β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section of the sintered body is 2 area% of the cross-sectional area of the silicon nitride sintered body.
The average aspect ratio (= major axis / minor axis) of β-Si 3 N 4 coarse particles in a cross section cut in a direction parallel to the tool rake surface is 40% or less and 40 area% or less with respect to the tool rake surface. Β-Si 3 in a cross section cut at right angles
A cutting tool made of a silicon nitride sintered body, characterized in that it is larger than the average aspect ratio of N 4 coarse particles by 5% or more.
【請求項2】 窒化ケイ素質焼結体中に、イットリウム
およびネオジミウムのうちの1種または2種を合計で
0.2重量%以上5.0重量%以下含有すると共に、
0.5重量%以上2.0重量%以下の酸素を含有するこ
とを特徴とする請求項1に記載の窒化ケイ素質焼結体製
切削工具。
2. The silicon nitride sintered body contains one or two of yttrium and neodymium in a total amount of 0.2% by weight or more and 5.0% by weight or less,
The silicon nitride sintered body cutting tool according to claim 1, wherein the cutting tool contains 0.5% by weight or more and 2.0% by weight or less of oxygen.
【請求項3】 窒化ケイ素質焼結体中に、マグネシウ
ム,アルミニウム,イットリウム,スカンジウムおよび
ランタノイドのうちの1種または2種以上を合計で0.
2重量%以上5.0重量%以下含有すると共に、0.5
重量%以上2.0重量%以下の酸素を含有することを特
徴とする請求項1に記載の窒化ケイ素質焼結体製切削工
具。
3. A silicon nitride sintered body containing one or more of magnesium, aluminum, yttrium, scandium and lanthanoids in a total amount of 0.
2% by weight or more and 5.0% by weight or less and 0.5
The cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to claim 1, wherein the cutting tool contains oxygen of 2.0% by weight or more and 2.0% by weight or less.
【請求項4】 β型窒化ケイ素を80重量%以上含有す
るβ型主体の窒化ケイ素粉末を原料粉末とし、この窒化
ケイ素原料粉末に、酸化イットリウムおよび酸化ネオジ
ミウムのうちから選ばれる1種または2種の酸化物を
0.5重量%以上5.0重量%以下添加し、さらに、窒
化ケイ素原料粉末よりも粒径が大きくかつ粗大粒子の成
長のための核となる柱状のβ−Si粒子を添加し
た後、成形を行うことによって前記核となる柱状のβ−
Si粒子の軸方向を工具すくい面に対して平行方
向に2次元配向させ、1気圧以上500気圧以下の窒素
ガス圧下で1800℃以上2100℃以下の温度で焼成
し、粒径3μm未満のβ−Si微細粒子と、粒径
3μm以上の柱状のβ−Si粗大粒子と、酸化物
および/または酸窒化物の粒界相とから主として構成さ
れ、焼結体の断面においてβ−Si粗大粒子の面
積が窒化ケイ素質焼結体の断面積の2面積%以上40面
積%以下であり、かつ工具すくい面に対して平行方向に
切断した断面におけるβ−Si粗大粒子の平均ア
スペクト比(=長軸/短軸)が、工具すくい面に対して
直角方向に切断した断面におけるβ−Si粗大粒
子の平均アスペクト比よりも5%以上大きい焼結体とす
ることを特徴とする窒化ケイ素質焼結体製切削工具の製
造方法。
4. A β-type silicon nitride powder mainly containing β-type silicon nitride in an amount of 80% by weight or more is used as a raw material powder, and one or two kinds selected from yttrium oxide and neodymium oxide are contained in this silicon nitride raw material powder. 0.5 wt% or more and 5.0 wt% or less of the above oxide is added, and the columnar β-Si 3 N 4 has a particle size larger than that of the silicon nitride raw material powder and serves as a nucleus for the growth of coarse particles. After the particles are added, molding is performed to form a columnar β-
The axial direction of the Si 3 N 4 particles is two-dimensionally oriented in the direction parallel to the tool rake face, and the particles are fired at a temperature of 1800 ° C. to 2100 ° C. under a nitrogen gas pressure of 1 atm to 500 atm, and a particle size of less than 3 μm Of β-Si 3 N 4 fine particles, columnar β-Si 3 N 4 coarse particles having a particle size of 3 μm or more, and a grain boundary phase of oxide and / or oxynitride. The area of the β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section is 2 area% or more and 40 area% or less of the cross-sectional area of the silicon nitride sintered body, and β-in the cross section cut in the direction parallel to the tool rake surface. The average aspect ratio of Si 3 N 4 coarse particles (= long axis / minor axis) is 5% or more than the average aspect ratio of β-Si 3 N 4 coarse particles in a cross section cut in a direction perpendicular to the tool rake surface. To make a large sintered body Method for producing a silicon nitride sintered body cutting tool made according to symptoms.
【請求項5】 β型窒化ケイ素を80重量%以上含有す
るβ型主体の窒化ケイ素粉末を原料粉末とし、この窒化
ケイ素原料粉末に、酸化アルミニウム,酸化マグネシウ
ム,酸化イットリウム,酸化スカンジウムおよびランタ
ノイドの酸化物のうちから選ばれる1種または2種以上
の酸化物を0.5重量%以上5.0重量%以下添加し、
さらに、窒化ケイ素原料粉末よりも粒径が大きくかつ粗
大粒子の成長のための核となる柱状のβ−Si
子を添加した後、成形を行うことによって前記核となる
柱状のβ−Si粒子の軸方向を工具すくい面に対
して平行方向に2次元配向させ、1気圧以上500気圧
以下の窒素ガス圧下で1800℃以上2100℃以下の
温度で焼成し、粒径3μm未満のβ−Si微細粒
子と、粒径3μm以上の柱状のβ−Si粗大粒子
と、酸化物および/または酸窒化物の粒界相とから主と
して構成され、焼結体の断面においてβ−Si
大粒子の面積が窒化ケイ素質焼結体の断面積の2面積%
以上40面積%以下であり、かつ工具すくい面に対して
平行方向に切断した断面におけるβ−Si粗大粒
子の平均アスペクト比(=長軸/短軸)が、工具すくい
面に対して直角方向に切断した断面におけるβ−Si
粗大粒子の平均アスペクト比よりも5%以上大きい
焼結体とすることを特徴とする窒化ケイ素質焼結体製切
削工具の製造方法。
5. A raw material powder is a β-type silicon nitride powder containing 80% by weight or more of β-type silicon nitride, and the silicon nitride raw material powder is oxidized with aluminum oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide and lanthanoid. 0.5% by weight or more and 5.0% by weight or less of one or more oxides selected from
Further, after adding columnar β-Si 3 N 4 particles having a particle size larger than that of the silicon nitride raw material powder and serving as nuclei for the growth of coarse particles, the columnar β-Si serving as the nuclei are formed by molding. The axial direction of the Si 3 N 4 particles is two-dimensionally oriented in the direction parallel to the tool rake face, and the particles are fired at a temperature of 1800 ° C. to 2100 ° C. under a nitrogen gas pressure of 1 atm to 500 atm, and a particle size of less than 3 μm Of β-Si 3 N 4 fine particles, columnar β-Si 3 N 4 coarse particles having a particle size of 3 μm or more, and a grain boundary phase of oxide and / or oxynitride. The area of β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section is 2 area% of the cross-sectional area of the silicon nitride sintered body.
The average aspect ratio (= major axis / minor axis) of the β-Si 3 N 4 coarse particles in the cross section cut in the direction parallel to the tool rake surface is 40 area% or less and the tool rake surface Β-Si 3 in a cross section cut at right angles
A method for producing a cutting tool made of a silicon nitride sintered body, characterized in that a sintered body having a larger average aspect ratio of N 4 coarse particles by 5% or more.
【請求項6】 窒化ケイ素原料粉末よりも粒径が大きく
かつ粗大粒子の成長のための核となる柱状のβ−Si
粒子の添加量を0.5重量%以上5.0重量%以下
とすることを特徴とする請求項4または5に記載の窒化
ケイ素質焼結体製切削工具の製造方法。
6. A columnar β-Si 3 having a particle size larger than that of the silicon nitride raw material powder and serving as a nucleus for the growth of coarse particles.
The method for producing a cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to claim 4 or 5, wherein the amount of N 4 particles added is 0.5% by weight or more and 5.0% by weight or less.
【請求項7】 窒化ケイ素原料粉末よりも粒径が大きく
かつ粗大粒子の成長のための核となる柱状のβ−Si
粒子を添加した後、一軸粉末成形プレス,押し出し
成形,射出成形のうちから選ばれる成形を行うことによ
って、前記核となる柱状のβ−Si粒子の軸方向
を工具すくい面に対して平行方向に2次元配向させるこ
とを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の窒
化ケイ素質焼結体製切削工具の製造方法。
7. A columnar β-Si 3 having a particle size larger than that of the silicon nitride raw material powder and serving as a nucleus for the growth of coarse particles.
After adding the N 4 particles, a molding selected from a uniaxial powder molding press, an extrusion molding, and an injection molding is performed, so that the axial direction of the core-shaped β-Si 3 N 4 particles becomes a tool rake face. 7. A method for manufacturing a cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to claim 4, wherein the two-dimensional orientation is made parallel to it.
【請求項8】 1気圧以上500気圧以下の窒素ガス圧
下で1800℃以上2100℃以下の温度で焼結体中の
酸素量が0.5重量%以上2.0重量%以下となるまで
焼成することを特徴とする請求項4ないし7のいずれか
に記載の窒化ケイ素質焼結体製切削工具の製造方法。
8. Firing at a temperature of 1800 ° C. or more and 2100 ° C. or less under a nitrogen gas pressure of 1 atm or more and 500 atm or less until the amount of oxygen in the sintered body becomes 0.5 wt% or more and 2.0 wt% or less. The method for manufacturing a cutting tool made of a silicon nitride sintered body according to any one of claims 4 to 7.
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JPH09165265A (en) * 1995-12-14 1997-06-24 Agency Of Ind Science & Technol Silicon nitride ceramic having high heat conduction and its production
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