JPH0819525B2 - 被覆セラミック工具の製造方法 - Google Patents
被覆セラミック工具の製造方法Info
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- JPH0819525B2 JPH0819525B2 JP1249850A JP24985089A JPH0819525B2 JP H0819525 B2 JPH0819525 B2 JP H0819525B2 JP 1249850 A JP1249850 A JP 1249850A JP 24985089 A JP24985089 A JP 24985089A JP H0819525 B2 JPH0819525 B2 JP H0819525B2
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- Japan
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- coated
- ceramic tool
- coated ceramic
- film
- tool
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、セラミック工具の改良に関する。詳細に
は、耐摩耗性を向上させる目的で被覆したセラミック工
具に関する。
は、耐摩耗性を向上させる目的で被覆したセラミック工
具に関する。
〈従来の技術〉 硬質相が酸化アルミニウム、ジルコニア等からなるセ
ラミック工具は、高速切削の分野において長寿命な切削
工具として実用に供せられている。しかし、強度的に劣
るため被覆に関してはほとんど検討されていなかった。
ただSi基セラミックが鋼切削に応用した場合、鋼との溶
着を防止するため、酸化アルミニウム等の被覆が行われ
ている。
ラミック工具は、高速切削の分野において長寿命な切削
工具として実用に供せられている。しかし、強度的に劣
るため被覆に関してはほとんど検討されていなかった。
ただSi基セラミックが鋼切削に応用した場合、鋼との溶
着を防止するため、酸化アルミニウム等の被覆が行われ
ている。
また、基体には超硬合金と異なり結合金属を含有しな
いため硬質相またはガラス相と称される相に蒸着しなく
てはならず、密着性を向上させる必要が有った。
いため硬質相またはガラス相と称される相に蒸着しなく
てはならず、密着性を向上させる必要が有った。
〈発明が解決しようとする課題〉 上記の様に、従来の超硬質合金と異なり機体の表面部
に耐摩耗性の高い膜を施し効果を上げるには、緻密で微
細な膜を生成する必要がある。また、その反面、成膜時
に基体と皮膜界面に生ずる脆弱な脱炭層がなく強度的に
は劣化が少ないというメリットもある。
に耐摩耗性の高い膜を施し効果を上げるには、緻密で微
細な膜を生成する必要がある。また、その反面、成膜時
に基体と皮膜界面に生ずる脆弱な脱炭層がなく強度的に
は劣化が少ないというメリットもある。
まず、物理蒸着法（PVD法）の特長を生かして、低温
にて成膜を試みたが密着性に乏しく、一応成膜は出来る
が切削工具としては適用できなかった。更に、化学蒸着
法（CVD法）では、成膜時の温度が高く、蒸着初期にお
いて粒子の成長が有り、厚くして行くに従い粒子が粗く
なると言う課題があった。
にて成膜を試みたが密着性に乏しく、一応成膜は出来る
が切削工具としては適用できなかった。更に、化学蒸着
法（CVD法）では、成膜時の温度が高く、蒸着初期にお
いて粒子の成長が有り、厚くして行くに従い粒子が粗く
なると言う課題があった。
〈課題を解決する手段〉 そのため、CVD法の低温化を検討した。通常行われて
いるCVD法は1000℃〜1050℃でカーボン源としてメタン
ガス、窒素源として窒素ガス、Ti源としてハロゲン化チ
タンを用いて、TiCNを成膜する高温化学蒸着法（以後、
HT−CVD法と称する。）であるが、低温化には、より反
応性の高いガスが必要であり、カーボン源・窒素源とし
て有機CN化合物系のガスを使用し、Ti源としてハロゲン
化チタンを用いて、TiCNを成膜する適温化学蒸着法（以
後、MT−CVD（Moderate Temparature Chemical Vapor D
eposition）法と称する。）を適用した。また、TiNの成
膜は、その生成自由エネルギーが低いため、900℃以下
でも十分成膜可能である。低温化により、粒子の成長が
抑えられ緻密で微細な膜質が得られる。
いるCVD法は1000℃〜1050℃でカーボン源としてメタン
ガス、窒素源として窒素ガス、Ti源としてハロゲン化チ
タンを用いて、TiCNを成膜する高温化学蒸着法（以後、
HT−CVD法と称する。）であるが、低温化には、より反
応性の高いガスが必要であり、カーボン源・窒素源とし
て有機CN化合物系のガスを使用し、Ti源としてハロゲン
化チタンを用いて、TiCNを成膜する適温化学蒸着法（以
後、MT−CVD（Moderate Temparature Chemical Vapor D
eposition）法と称する。）を適用した。また、TiNの成
膜は、その生成自由エネルギーが低いため、900℃以下
でも十分成膜可能である。低温化により、粒子の成長が
抑えられ緻密で微細な膜質が得られる。
また、MT−CVD法の特長としてTiCN基合金においても
同様に成膜できるため、サーメットへの応用も十分に可
能である。
同様に成膜できるため、サーメットへの応用も十分に可
能である。
〈作用〉 以上のごとく、本発明は周期律表の4a、5a、6a族の炭
化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、酸化アルミニウ
ム、Si3N4とからなる超硬質合金を基体とし、基体上
に、1.0−10μｍのModerate Temparature CVD法による
窒化チタン、炭窒化チタンの１種または２種以上を被覆
し、更に耐摩耗性等を改善するため、その膜上に0.5−
５μｍのCVD法による酸化アルミニウムを被覆すること
を特徴とする被覆セラミック工具の製造方法でありま
す。
化物、窒化物、炭窒化物の１種以上と、酸化アルミニウ
ム、Si3N4とからなる超硬質合金を基体とし、基体上
に、1.0−10μｍのModerate Temparature CVD法による
窒化チタン、炭窒化チタンの１種または２種以上を被覆
し、更に耐摩耗性等を改善するため、その膜上に0.5−
５μｍのCVD法による酸化アルミニウムを被覆すること
を特徴とする被覆セラミック工具の製造方法でありま
す。
本発明による被覆工具の基体及び膜は以下の理由によ
り限定される。
り限定される。
１）MT−CVD法 １〜10μｍ 窒化チタン、炭窒化チタンの１種または２種以上 MT−CVD法の膜厚が1.0μｍ未満では充分な耐摩耗性を
付与することが出来ず、10μｍをこえると剥離を生じ易
くなるため、1.0〜10μｍとした。
付与することが出来ず、10μｍをこえると剥離を生じ易
くなるため、1.0〜10μｍとした。
２）HT−CVD法 0.5〜５μｍ CVD法 酸化アルミニウム及び又は窒化チタン HT−CVD法の膜厚が、0.5μｍ未満では充分な耐摩耗性
を付与することが出来ず、５μｍをこえると剥離を生じ
易くなるため、1.0〜５μｍとした。
を付与することが出来ず、５μｍをこえると剥離を生じ
易くなるため、1.0〜５μｍとした。
以下、本発明に関し具体的に説明する。
〈実施例１〉 平均粒径0.1μｍ、純度99.9％のα酸化アルミニウ
ム、ZrO2粉末（同1.0μｍ）、及び結晶粒微細化の効果
を検討するためにMgO粉末（同1.0μｍ）、を使用して、
残Al2O3−30％ZrO2−0.5％MgOセラミックを通常の粉末
治金法で製作した。切削試験用に、SNP432の形状に加工
した。
ム、ZrO2粉末（同1.0μｍ）、及び結晶粒微細化の効果
を検討するためにMgO粉末（同1.0μｍ）、を使用して、
残Al2O3−30％ZrO2−0.5％MgOセラミックを通常の粉末
治金法で製作した。切削試験用に、SNP432の形状に加工
した。
また、このスローアウェイチップをCVD反応炉中に設
置し、H2ガスを流しながら、800℃まで昇温し、TiCl4 2
％、CH3CN ２％、H2残からなる混合気体を流量７リッ
トル/min、圧力40mmHgの条件で供給し、0.5時間反応さ
せ、基体上にTiCNを２μｍ被覆した。そのチップを、更
に1000℃まで昇温し、混合気体をTiCl4 2％、N2 ２
％、H2残の組成に変え６時間反応させ基体上にTiNを４
μｍ被覆した。次に、混合気体をCO2 2％、AlCl3 ２
％、H2残の組成からなる混合気体を流量７リットル/mi
n、圧力40mmHgの条件で供給し、2.0時間反応させ、基体
上にAl2O3を２μｍ被覆し、TiCN ２μｍ・TiN ４μｍ
・Al2O3 ２μｍの３層被覆のチップを製作した。
置し、H2ガスを流しながら、800℃まで昇温し、TiCl4 2
％、CH3CN ２％、H2残からなる混合気体を流量７リッ
トル/min、圧力40mmHgの条件で供給し、0.5時間反応さ
せ、基体上にTiCNを２μｍ被覆した。そのチップを、更
に1000℃まで昇温し、混合気体をTiCl4 2％、N2 ２
％、H2残の組成に変え６時間反応させ基体上にTiNを４
μｍ被覆した。次に、混合気体をCO2 2％、AlCl3 ２
％、H2残の組成からなる混合気体を流量７リットル/mi
n、圧力40mmHgの条件で供給し、2.0時間反応させ、基体
上にAl2O3を２μｍ被覆し、TiCN ２μｍ・TiN ４μｍ
・Al2O3 ２μｍの３層被覆のチップを製作した。
このチップを基体のみ、市販のコーティングチップ
（基体−超硬合金 膜 TiC−Al2O3）、を以下の切削条
件で試験した。
（基体−超硬合金 膜 TiC−Al2O3）、を以下の切削条
件で試験した。
切削速度 200m/min 送り 0.2mm/rev 切込み 2.0mm 被削材 FC25 寿命判定 VB＝0.2mm その結果、本発明品は、80分切削でき、しかも正常な
摩耗を示したのに対し、市販のコーティングチップは40
分程度で寿命に達した。また基体のみでは50分程度の寿
命であった。
摩耗を示したのに対し、市販のコーティングチップは40
分程度で寿命に達した。また基体のみでは50分程度の寿
命であった。
さらに、セラミック工具の特長である高速切削での耐
摩耗性を比較するため、切削速度を550m/min以外は同様
な切削条件で行った結果、寿命まで本発明は８分、基体
のみは５分となり、長寿命化が達成できた。
摩耗性を比較するため、切削速度を550m/min以外は同様
な切削条件で行った結果、寿命まで本発明は８分、基体
のみは５分となり、長寿命化が達成できた。
〈実施例２〉 ホットプレスして、相対密度が99.5％であるφ50のSi
3N4焼結体をSNGN432チップに加工し、このチップを実施
例１と同様なCVD炉中において、成膜時の混合気体の成
分、流量、反応時間を種々変化させ第１表に示す膜質・
膜厚のチップを作成した。プを製作した。また、このチ
ップをCVD反応炉 実施例１と同様な切削条件でテスト
した結果について、第１表に併記した。
3N4焼結体をSNGN432チップに加工し、このチップを実施
例１と同様なCVD炉中において、成膜時の混合気体の成
分、流量、反応時間を種々変化させ第１表に示す膜質・
膜厚のチップを作成した。プを製作した。また、このチ
ップをCVD反応炉 実施例１と同様な切削条件でテスト
した結果について、第１表に併記した。
第１表の結果より、耐摩耗性に関しては耐溶着性が改
善され皮膜がある程度までは摩耗をカバーするため大幅
に改善される。また複層の皮膜を生成し膜の微細化を計
り、さらに最外層に窒化チタンを成膜する等、膜質によ
り向上させることも可能である。
善され皮膜がある程度までは摩耗をカバーするため大幅
に改善される。また複層の皮膜を生成し膜の微細化を計
り、さらに最外層に窒化チタンを成膜する等、膜質によ
り向上させることも可能である。
〈発明の効果〉 本発明の工具は、セラミック基体表面に緻密で微細な
膜質のTiCN等を成膜することにより耐摩耗性を向上さ
せ、溶着性、刃先強度を増したものであり、被覆セラミ
ック工具の特長をより生かした被覆工具を提供するもの
である。
膜質のTiCN等を成膜することにより耐摩耗性を向上さ
せ、溶着性、刃先強度を増したものであり、被覆セラミ
ック工具の特長をより生かした被覆工具を提供するもの
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井寄 裕介 千葉県成田市新泉13番地の２ 日立ツール 株式会社成田工場内 審査官 奥井 正樹
Claims (2)
- 【請求項１】周期律表の4a、5a、6a族の炭化物、窒化
物、炭窒化物の１種以上と、酸化アルミニウム、Si3N4
とからなる超硬質合金を基体とし、基体上に、1.0−10
μｍの適温化学蒸着法による窒化チタン、炭窒化チタン
の１種または２種以上を被覆することを特徴とした被覆
セラミック工具の製造方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、それら皮
膜上に0.5−５μｍの高温化学蒸着法による酸化アルミ
ニウム及び／又は窒化チタンを被覆することを特徴とす
る被覆セラミック工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1249850A JPH0819525B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 被覆セラミック工具の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1249850A JPH0819525B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 被覆セラミック工具の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03111572A JPH03111572A (ja) | 1991-05-13 |
| JPH0819525B2 true JPH0819525B2 (ja) | 1996-02-28 |
Family
ID=17199115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1249850A Expired - Lifetime JPH0819525B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 被覆セラミック工具の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0819525B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6213430A (ja) * | 1985-06-28 | 1987-01-22 | ユニオン・カ−バイド・コ−ポレ−シヨン | 加硫可能なシラン末端ポリウレタンポリマ− |
| JPS6244572A (ja) * | 1985-08-21 | 1987-02-26 | Hitachi Carbide Tools Ltd | 表面被覆工具 |
| JPS6355181A (ja) * | 1986-08-27 | 1988-03-09 | 住友電気工業株式会社 | 被覆セラミツクス工具 |
-
1989
- 1989-09-26 JP JP1249850A patent/JPH0819525B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6213430A (ja) * | 1985-06-28 | 1987-01-22 | ユニオン・カ−バイド・コ−ポレ−シヨン | 加硫可能なシラン末端ポリウレタンポリマ− |
| JPS6244572A (ja) * | 1985-08-21 | 1987-02-26 | Hitachi Carbide Tools Ltd | 表面被覆工具 |
| JPS6355181A (ja) * | 1986-08-27 | 1988-03-09 | 住友電気工業株式会社 | 被覆セラミツクス工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03111572A (ja) | 1991-05-13 |
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