JPS58161973A - ダイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダイスに関し、さらに詳しくは、ジルコニア焼
結体からなるダイスに関する。

ダイス、たとえば金属の押出用あるいは線引用ダイス（
以下伸線用ダイスという）は、従来、そのほとんどが工
具鋼、超硬合金、ステライトなどの金属で作られている
。しかしながら、かかる従来の金属製の伸線用ダイスは
、伸線材と溶着しやすいという性質があり、そのため伸
線材の表面が滑らかにならないという欠点があった。一
方、ダイヤモンドや立方晶窒化硼素からなる伸線用ダイ
スも使われているが、これらはとても高価格で。

しかも硬くて加工性が極めて悪く、さらに金属製のもの
にくらべぞ表面平滑性が劣るためにやはり伸線材の表”
面が清らかＫならないという欠点があった。、 そこで、近年罠なって、立方晶系の結晶構造をもつジル
コニア（以下立方晶ジルコニアという）と正方晶系の結
晶構造をもつジルコニア（以下正方晶ジルコニアという
）とからなるジルコニア焼結体製の伸線用ダイスが、上
述した従来の伸線用ダイスの欠点を有しないものとして
注目されるようになってきた。しかしながら、このジル
コニア焼結体製の伸線用ダイスを実際に使用してみると
。

割れたシ、角が欠落するといった事故がたびたび発生し
１機械的強度が十分でないことがわかった。

本発明者は、ジルコニア焼結体製のダイスについて検討
した結果、＊定め一結晶構造のジルコニアからなるもの
は機械的強度が大幅に高くなシ、ひいては耐久性が大幅
に向上することを見い出したものである。すなわち１本
発明の目的は、ジルコニア焼結体からなる９機械的強度
の高いダイスを提供するにある。

上記目的を達成するための本発明は、正方晶系の結晶構
造をもつジルコニアを少なくとも５ｏモルチ含むが、単
斜晶系の結晶構造をもつジルコニアは実質的に含まない
ジルコニア焼結体からなるダイスを特徴とするものであ
る。

本発明においてダイスとは、伸線用ダイス、金属の棒あ
るいは管の引抜用ダイス、各種ローラダイス、各種打抜
ダイス、深絞り用ダイス、製鑵用ダイス、ポリマの吐出
用ダイスのようなものである。

本発明のダイスを詳細に説明するに９本発明のダイスは
その全体、または一部、たとえば金属製のケースに焼き
ばめ、ろう付など、あるいは上記ケースをかしめること
によってそのケースに支持したダイスニブまたはチップ
がジルコニア焼結体からなってｈる。

上記ジルコニア焼結体は、正方晶ジルコニアのみからな
るものであるか、または正方晶ジルコニアと立方晶ジル
コニアとが共存していて、かつ正方晶ジルコニアが全体
に対して５０モルチ以上であるようなものからなってい
る必要がある。かつまた、上記ジルコニア焼結体は、単
科晶系の結晶構造をもつジルコニア（以下単斜晶ジルコ
ニアという）を実質的に含まないものであることが必要
である。換言すれば、上記ジルコニア焼結体は。

少なくとも５０モルチの正方晶ジルコニアを含むが、単
斜晶ジルコニアは実質的に含まないものであるというこ
とができる。本発明において、単斜晶ジルコニアを実質
的に含まないということは。

上記ジルコニア焼結体がもし単斜晶ジルコニアを含んで
いたとしても、その量が全体に対して１０モルチ以下で
あるということである。

ジルコニア焼結体が少なくとも５０モルチの正方晶ジル
コニアを含んでいると、それが外力を受けた場合に正方
晶系から単−斜晶系への結晶構造の変態が十分に起こシ
、この変態に必要なエネルギーが応力を緩和する方向に
働くので、十分に高い機械的強度をもつダイスを得るこ
とができるのである。そのため、一層高い機械的強度を
要求されるダイスの場合には、さらに多量の正方晶ジル
コニア、好ましくは７０モルチ以上の正方晶ジルコニア
を含んでいるようなジルコニア焼結体を使用するとよい
。

ジルコニア焼結体中に立方晶ジルコニアが共存している
と、立方晶ジルコニアは、ジルコニアの結晶構造のなか
で熱に対する安定性が最も高いので、ダイスの熱的安定
性が向上する。しかし０本発明はこの立方晶ジルコニア
を含むことを必須の構成要件とするものではない。

ジルコニア焼結体が単斜晶ジ・ルコニアを含んでいると
いうことは、単斜晶ジルコニアの周囲または近傍に、正
方晶系から単斜晶系への結晶構造の変態によるマイクロ
クラックを生じているということである。このようなジ
ルコニア焼結体が外力を受けると、マイクロクラックを
起点とする破壊が進行するので、ダイスの機械的強度は
、はなはだ低−いものとなる。それゆえ９本発明におい
ては。

単斜晶ジルコニアを実質的に含まないジルコニア焼結体
を使用し−いる。

上記において、正方晶および単斜晶ジルコニアの量は次
のようにして求める。

すなわち、正方晶ジルコニアの量については。

ダイスの、伸線材の如き材料が当接するアプローチ部や
、ニブまたはチップの穴の表面（この表面は研磨されて
いる）をガイガーカウンタによる自動記鍮式ｘ１１１回
折装置を用いて分析し、立方晶ジルコニア　（４００）
面、正方晶ジルコニア（００４）面および正方晶ジルコ
ニア（４００）面の回折パターンをチャート上に記録す
る。次に、上記チャートから立方晶ジルコニア（４００
）面の回折ピークの面積強度を求、め、さらにこの面積
強度を、同じくチャート上から読み取った立方晶ジルコ
ニア（４００）面の回折角θを用いてローレンツ因子Ｌ
〔ただし、　Ｌ＝　（１−１−ｃｏｓ２２θ）　／　５
ｉｎ２θ−ｃｏｓθ〕で除し、立方晶ジルコニア（４’
ｌ：）Ｏ）面の回折線強度Ａを求める。全く同様に、チ
ャート上から読み取った正方晶ジルコニア（ＯＯ４）面
のピークの面積強度および回折角と、正方晶ジルコニア
（４００）面の面積強度および回折角から、・正方晶ジ
ルコニア（００４）面の回折線強度Ｂと正方晶ジルコニ
ア（４００）面の回折線強度Ｃを求め、これらの値を次
式に代入して正方晶ジルコニアの量ＣＴ（モルチ）を算
出する。

ここにおいて、Ｘ線回折にあたっては、上記各結晶面の
回折ピークがチャート上で重なり合わないような回折条
件を設定するのが好ましい。この点に関しては、Ｘ線源
としてニッケルフィルタ付の銅管球を用い、管電圧およ
び管電流をそれぞれ２４ＫＶ、１０ｍＡとしたとき、レ
ートメユタの時定数を４秒、ゴニオメータの回転速度を
０．２５度／分。

チャートスピードを２０ｍｍ／分とすれば好ましい。

ところで、上記方法は、いわゆる簡便法であって、厳密
にはこれによって正方晶ジルコニアの正確な量（モｈ’
ｓ＞が求まるわけではない。正確な量を求めるためには
、上記算出値をさらに補正する必要がある。しかしなが
ら、補正後の値は補正前の値とそう変わりはないので、
上記（１）式による値がジルコニア焼結体中の正方晶ジ
ルコニアの量（モルｇｂ）を表しているものとみなし得
る。

す′なわち、上記方法は、６ナルド・Ｃ・ガルビイ（Ｒ
ｏｎａｌｄ　Ｃ，Ｇａｒｖｉｅ　）らがジャーナル・オ
プ・ザ・アメリカン・セラミック・ソサエティ、　Ｖｏ
ｌ。

５５、Ｎ１６．第３０３〜５０５頁、　　１９７２年６
月。

で報告している多形法（Ｐｏｌｙｍｏｒｐｈ　Ｍｅｔｈ
ｏｄ　）に準拠したものであるが、この多形法において
は、正方晶ジルコニアは高温になると立方晶ジルコニア
に変態するが、かかる変態において、正方晶ジルコニア
の（００４）面と（４００）面は立方晶ジルコニア（４
００）面から分離したものであるから、立方晶ジルコニ
ア（４００）面の回折線強度は正方晶ジルコニアの（０
０４）面の回折線強度と（４００）面の回折線強度との
和に等しいものと仮定して上記（１）式をたてている。

そし−て、正方晶ジルコニア粉末と立方晶ジルコニア粉
末とを種々のモル比で混合してなる幾種類かの標準試料
についてＸ線回折を行い、その回折パターンのピークか
ら、上記簡便法と同様、ローレンツ因子で補正した立方
晶ジルコニア（４００）面、正方晶ジルコニア　（Ｏ［
］４）面および（４００）面の回折線強度を求め、それ
らの値を上記（１）式に代入して算出した値を縦軸とし
。

全体に対する正方晶ジルコニアの量（モルチ）を横軸と
する検量線を作成し、この検量線上に、正方晶ジルコニ
アの量が未知であるジルコニア焼結体について同様にし
て算出した値をプロットすることによって、そのジルコ
ニア焼結体中の正方晶ジルコニアの量（モ゛ルチ）を求
める。本発明者は。

このようにして求めた値と、検量線は用いないで。

上記（１）式によって直接求めた。いわゆる簡便法によ
る値とを比較した結果９両者の値は大差ないことから、
簡便法による値がそのままジルコニア焼結体中の正方晶
ジルコニアの量（モルｔｓ）を表しているものとみなし
ている。

一方、単斜晶ジルコニアの量も、正方晶ジルコニアの場
合と全く同様に、簡便法を用いて下記（２）式によつ゛
て求める。

ただし、　ＣＭ　：単斜晶ジルコニアの量（モルチ） Ｄ＝正方晶ジルコニア（１１１）面 の回折線強度 Ｅ：単斜晶ジルコニア（１１１）面 の回折線強度 Ｆ：単斜晶ジルコニア（１１１）面 の回折線強度 上記のようなジルコニア焼結体は、好ましくは七、１〜
５　（Ｊｌ）　、さらに好ましくは０．１〜１（ｆｉ）
の平均結晶粒子径を有している。すなわち、平均結晶粒
子径が上記範囲にあるということは結晶が緻密であると
いうことであシ、より一層高い機械的強度のダイスを得
ることができる。

同様に、さらに高い機械的強度のダイスを得るために、
ジルコニア焼結体の気孔率は３チ以下であるのが好まし
い。さらに好ましい気孔率は、１チ以下である。ここに
おいて、気孔率は次式で表される。

ただし、Ｐ：気孔率（４）。

上記のようなジルコニア焼結体は、ジルコニアにイツト
リア、カルシア、マグネシアなどの安定化剤を固溶させ
ることによって得ることができる。

なかでも、比較的低温での焼結が可能であるために結晶
粒子径を小さくすることができ、結晶を緻密にできてよ
り一層高い機械的強度のダイスを得ることができるとい
う点で、イツトリアやカルシアを用いるのが好ましい。

その場合、イツトリアにあっては全体に対して１〜５（
モル％）程度固溶させればよく、カルシアにあっては２
〜９（モルチ）程度でよい。もちろん、イツトリアとカ
ルシアとを併用してもよいが、その場合には、上記範囲
内で、かつ両者の和が３〜１０（モルチ）になるように
するのが好ましい。

本発明のダイスは、たとえば次のようにして製造する。

すなわち、まず、純度が９９９チ程度であるようなオキ
シ塩化ジルコニルと塩化イツトリウムおよび／または塩
化カルシウムとを所望のモル比で混合した水溶液を作る
。次に、この水溶液を約２００ｃｌで徐々に加熱して水
をとばし、さらに５０〜１５０（ｒ、７時）の昇温速度
で約１０００℃まで加熱し、その温度に数時間保持して
ジルコニアとイツトリアおよび／またはカルシアの混合
粉末を得る。

次に、上記混合粉末を粉砕し、乾燥した後約１０００℃
で数時間仮焼し、粉砕し、ポリビニルアルコールなどの
有機バインダを添加して造粒、乾燥し、平均粒子径が８
０μ程度の原料粉末を得る。

次に、上記原料粉末を金型成形機に入れ、所望のダイス
の形状をした成形体を作る。

次に、上記成形体を１００〜２００　（℃／時）０昇温
速度で約１０００℃まで加熱し、さらに５０〜２００　
（℃／時）の昇温速度で約１５５０℃まで加熱し、その
温度に数時間保持−して焼成する。次に。

焼成体を約１０００℃までは２００〜３００（℃／時）
。

約１０００℃から約５００℃までは１００〜２００（℃
／時）の降温速度で冷却し、さらに室温まで冷却してジ
ルコニア焼結体を得る。

このようにして得た。所望のダイスの形状をしたジルコ
ニア焼結体を、所望の穴径、ベアリング長さ、アプロー
チ部の角度、リリーフ部の角度などを備えるように、研
削盤、超音波加工機、ワイヤラッピング機などを用いて
加工、研磨し１本発明のダイスを得る。

上記において、金型成形法に代えてラノく−プレス法を
用い、それによって得た成形体を機械加工した後焼成す
るようにしてもよい。また、成形体を上記焼成温度条件
よりもやや低い１３００〜１５００（℃）で焼成した後
、５００〜３０００　（踵／（２）２）の圧力下で１２
００〜１４５０（℃）　　で焼結する。いわゆる熱間静
水圧焼結法を用いると、結晶をより緻密にすることがで
きて、ダイスの機械的強度が一層向上するばかりか、摩
擦係数も低くなるので好ましい。

以上説明したように１本発明のダイスは、正方晶ジルコ
ニアを少なくとも５０モルチ含むが、単斜晶ジルコニア
は実質的に含まないジルコニア焼結体からなるもので、
上記ジルコニア焼結体が外力を受けると、正方晶系から
単斜晶系への結晶構造の変態が十分に起こり、この変態
に必要なエネルギーが応力を緩和する方向に働くこと、
単斜晶ジルコニアによるマイクロクラックが実質的に存
在せず、マイクロクラックを起点とする破壊の進行が実
質的に起こらないことからして、ダイスの機械的強度０
％に破壊強度、引張強度や、靭性。

したがって衝撃強度が大幅に向上し、使用中に割れたり
、角が欠落したシするのを防止することができるように
なり、耐久性も著しく向上する。また１機械的強度が高
いことから、金属のケースに焼きばめなどによって支持
して使用することは必ずしも必要でなくなり、ダイスが
コンノ（クトになり、ま・た製造コストも低くなる。さ
らに、やはり機械的強度が高いことから、たとえば伸線
用ダイスとして使用した場合、拌出力あるいは引抜力を
大きくとることができて、鋼のような硬い材料でも冷間
で伸線することが可能となり１作業環境が改善されるば
かりか、省エネルギーも可能となる。

上述したような作用効果は、平均結晶粒子径が０．１〜
５（μ）であシ、および／または気孔率が３チ以下であ
るようなジルコニア焼結体を使用している場合には一層
顕著になる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 正方晶系め結晶構造をもつ・ジルコニアを少なくとも５
   ０モルチ含むが、単斜晶系の結晶構造をもつ６ジルコニ
   アは実質的に含まないジルコニア焼結体からなることを
   特徴とするダイス。