JPS58211863A - コ−テイング付き複合改質珪素−アルミニウム−酸素窒素化物切削工具 - Google Patents
コ−テイング付き複合改質珪素−アルミニウム−酸素窒素化物切削工具Info
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- JPS58211863A JPS58211863A JP58086733A JP8673383A JPS58211863A JP S58211863 A JPS58211863 A JP S58211863A JP 58086733 A JP58086733 A JP 58086733A JP 8673383 A JP8673383 A JP 8673383A JP S58211863 A JPS58211863 A JP S58211863A
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- B23B27/148—Composition of the cutting inserts
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- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
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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。
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、複合セラミック切削工具及び切削工具挿入体
に関するものである。特には、本発明は、硬質高融点物
質粒を含有しそして一つ以上の高融点物質密着コーティ
ング層を被覆された改質珪素−アルミニウムー酸素・窒
素化物から作製された切削工具に関係する。
に関するものである。特には、本発明は、硬質高融点物
質粒を含有しそして一つ以上の高融点物質密着コーティ
ング層を被覆された改質珪素−アルミニウムー酸素・窒
素化物から作製された切削工具に関係する。
炭化物接合型の超硬材料が、その硬度、強度、及び耐磨
耗性のユニークな組合せを具備することにより周知され
そして鉱業用差込バイト、金属切削及び穿孔用工具、金
属引抜ダイス、耐磨耗性機械部品等に巾広く使われてい
る。これら炭化物接合型超硬拐料の耐磨耗性は、炭化チ
タンや酸化アルミニウムのような高耐磨耗性材料の薄い
コーティングの被覆により向上されうろことが知られて
いる。これらコーティング付き炭化物材料には、成る種
の切削工具及び機械加工用途に対して一段と工業的有用
性が見いだされている。
耗性のユニークな組合せを具備することにより周知され
そして鉱業用差込バイト、金属切削及び穿孔用工具、金
属引抜ダイス、耐磨耗性機械部品等に巾広く使われてい
る。これら炭化物接合型超硬拐料の耐磨耗性は、炭化チ
タンや酸化アルミニウムのような高耐磨耗性材料の薄い
コーティングの被覆により向上されうろことが知られて
いる。これらコーティング付き炭化物材料には、成る種
の切削工具及び機械加工用途に対して一段と工業的有用
性が見いだされている。
機械加工用途において一層高い生産性を得んとする産業
界の強い要望は、切削工具材料の性能に絶えざる改善を
課している。機械加工において高い生産性を実現する為
には、工具は高速度で切削できねばならない。切削速度
が１５００表面で１．７分（ｓｆｐｍ）を超えると、切
削工具材料の高温強度及び化学的不活性さが一層重要と
なる。今日切削工具において使用される主たる拐料であ
る接合炭化物型切削工具材料の有用性は、それに酸化ア
ルミニウムを被覆することにより約１５００ ｓｆｐｍ
の切削速度を要する使途にまで拡大された。しかし、１
５００ ｓｆｐｍを超える切削速度に対しては、接合炭
化物型工具は、強度損失と工具鼻部の変形と関連する問
題と遭遇し、これは加工物の寸法精度に悪影響を与えま
た工具寿命を一段と短いものとした。
界の強い要望は、切削工具材料の性能に絶えざる改善を
課している。機械加工において高い生産性を実現する為
には、工具は高速度で切削できねばならない。切削速度
が１５００表面で１．７分（ｓｆｐｍ）を超えると、切
削工具材料の高温強度及び化学的不活性さが一層重要と
なる。今日切削工具において使用される主たる拐料であ
る接合炭化物型切削工具材料の有用性は、それに酸化ア
ルミニウムを被覆することにより約１５００ ｓｆｐｍ
の切削速度を要する使途にまで拡大された。しかし、１
５００ ｓｆｐｍを超える切削速度に対しては、接合炭
化物型工具は、強度損失と工具鼻部の変形と関連する問
題と遭遇し、これは加工物の寸法精度に悪影響を与えま
た工具寿命を一段と短いものとした。
従来型式のセラミック切削工具がこれら欠点の多くを克
服したが、それらの低い衝撃強度と破壊靭性に関連する
成る制限が存在した。これは特に多くのアルミナ基の従
来セラミック切削工具に云えることである。窒化珪素基
セラミック切削工具は著しく高い衝撃強度と破壊靭性を
有しているが、鋼のような長句屑発生金属を切削するの
に使用される時所望水準以下の化学的不活性しか示さな
い。
服したが、それらの低い衝撃強度と破壊靭性に関連する
成る制限が存在した。これは特に多くのアルミナ基の従
来セラミック切削工具に云えることである。窒化珪素基
セラミック切削工具は著しく高い衝撃強度と破壊靭性を
有しているが、鋼のような長句屑発生金属を切削するの
に使用される時所望水準以下の化学的不活性しか示さな
い。
米国特許第４．２５２．７６８号は、セラミック酸化物
と窒化珪素の２元固溶体、好ましくはセラミック酸化物
、窒化珪素及び窒化アルミニウムの３元固溶体中に硬質
の高融点金属炭化物を分散せしめることにより作製され
る耐磨耗性ノズルを開示している。
と窒化珪素の２元固溶体、好ましくはセラミック酸化物
、窒化珪素及び窒化アルミニウムの３元固溶体中に硬質
の高融点金属炭化物を分散せしめることにより作製され
る耐磨耗性ノズルを開示している。
ソ連特許第５３７．９８６号は、窒化珪素、金属炭化物
及び酸化マグネシウム乃至酸化アルミニウムを含有する
セラミック羽料を開示し、これは特に、硬度及び耐磨耗
性を増大する為に金属炭化物の形態として炭化チタンを
含有している。
及び酸化マグネシウム乃至酸化アルミニウムを含有する
セラミック羽料を開示し、これは特に、硬度及び耐磨耗
性を増大する為に金属炭化物の形態として炭化チタンを
含有している。
酸化アルミニウム以外に材料改質の目的の追加酸化物を
も含有する窒化珪素基材料は改質珪素−アルミニウムー
酸素・窒素化物と呼ばれ、広く様々のものが知られてい
る。これら材料は比較的硬度が低く、これが切削工具材
としてその有用性を制限している。
も含有する窒化珪素基材料は改質珪素−アルミニウムー
酸素・窒素化物と呼ばれ、広く様々のものが知られてい
る。これら材料は比較的硬度が低く、これが切削工具材
としてその有用性を制限している。
従って、本発明の目的は、改善された切削工具及び切削
工具挿入体を提供することである。
工具挿入体を提供することである。
本発明のまた別の目的は、加工速度、温度或いは加工物
硬さについての現在要求される条件の下での金属の加工
に有用な改善された切削工具挿入体を提供することであ
る。
硬さについての現在要求される条件の下での金属の加工
に有用な改善された切削工具挿入体を提供することであ
る。
本発明の更に別の目的は、長句屑発生加工材を切削する
に当って改善された性能を備える改善された耐磨耗性セ
ラミック切削工具を提供することである。
に当って改善された性能を備える改善された耐磨耗性セ
ラミック切削工具を提供することである。
これら目的及び利点は、高融点物質から実質土酸る少く
とも１つの硬質密着コーティング層を具備する複合セラ
ミック基体から成るコーティング付きセラミック切削工
具或いは切削工具挿入体を提供する本発明に従って実現
される。複合セラミック基体は、実質上、マトリックス
中に高融点金属炭化物及び／或いは窒化物及び／或いは
炭素・窒素化物及び／或いはその混合物から選択される
粒状物質を一様に分布して成る。マトリックスは前記改
質珪素−アルミニウムー酸素・窒素化物から成る。粒状
物質は切削工具の約５〜６０容積％を占めそして約０．
５〜２０ミクロンの平ｊＩ８Ｊ粒寸を有する。改質珪素
−アルミニウムー酸素・窒素化物が珪素、イツトリウム
、マグネシウム、ハフニウム、ジルコニウム、ベリリウ
ム、ランタニド及びその組合せから成る群から選択され
る改質剤を含有している。
とも１つの硬質密着コーティング層を具備する複合セラ
ミック基体から成るコーティング付きセラミック切削工
具或いは切削工具挿入体を提供する本発明に従って実現
される。複合セラミック基体は、実質上、マトリックス
中に高融点金属炭化物及び／或いは窒化物及び／或いは
炭素・窒素化物及び／或いはその混合物から選択される
粒状物質を一様に分布して成る。マトリックスは前記改
質珪素−アルミニウムー酸素・窒素化物から成る。粒状
物質は切削工具の約５〜６０容積％を占めそして約０．
５〜２０ミクロンの平ｊＩ８Ｊ粒寸を有する。改質珪素
−アルミニウムー酸素・窒素化物が珪素、イツトリウム
、マグネシウム、ハフニウム、ジルコニウム、ベリリウ
ム、ランタニド及びその組合せから成る群から選択され
る改質剤を含有している。
コーチインクは、酸化アルミニウム・チタン、バナジウ
ム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフ
ニウム、タンタル、タングステンの窒化物、炭化物及び
炭素・窒素化物並びにその混合物から成る群から選択さ
れる高融点物質の一つ以上の硬質密着層として構成され
る。
ム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフ
ニウム、タンタル、タングステンの窒化物、炭化物及び
炭素・窒素化物並びにその混合物から成る群から選択さ
れる高融点物質の一つ以上の硬質密着層として構成され
る。
ここで記載する複合セラミック切削工具及び工具挿入体
の多結晶基体は、改質珪素−アルミニウムー酸素・窒素
化物と高融点金属炭化物及び（或いは）窒化物及び（或
いは）炭素・窒素化物及び（或いは）その固溶体から成
る分散相とを有する複合ミクロ組織を具備している。
の多結晶基体は、改質珪素−アルミニウムー酸素・窒素
化物と高融点金属炭化物及び（或いは）窒化物及び（或
いは）炭素・窒素化物及び（或いは）その固溶体から成
る分散相とを有する複合ミクロ組織を具備している。
改質珪素−アルミニウムー酸素・窒素化物は約２〜２５
容積％の改質剤と、約２０〜９ｏ容積％の窒化珪素と、
約５〜６０容積％の酸化アルミニウムとから形成される
。
容積％の改質剤と、約２０〜９ｏ容積％の窒化珪素と、
約５〜６０容積％の酸化アルミニウムとから形成される
。
上記改質珪素−アルミニウムー酸素・窒素化物を得るの
に多くの化合物の組合せが使用されつる。
に多くの化合物の組合せが使用されつる。
例えば、窒化珪素（約５容積％までのＳｉｎ！１を含有
する）とアルミナが使用されうる。その場合、アルミナ
含量は好ましくは約５〜６０容積％、特には約１０〜３
０容積％の範囲にある。
する）とアルミナが使用されうる。その場合、アルミナ
含量は好ましくは約５〜６０容積％、特には約１０〜３
０容積％の範囲にある。
焼結添加剤即ち改質剤は珪素、イツ）ＩＪウム、マグネ
シウム、ハフニウム、ジルコニウム、ベリリウム、ラン
タニド及びその組合せの酸化物から成る群から選択され
る。好ましい金属酸化物改質剤は酸化イツ） ＩＪウム
である。二酸化珪素はガラス形成用改質剤であり、窒化
珪素出発粉末中に存在しうるしまた意図的に導入されう
る。基体中に存在する意図せざる不純物はマトリックス
の粒界相に集中する傾向があり従って最小限とすべきで
ある。改質剤は、改質珪素−アルミニウムー酸素・窒素
化物として定義されるマトリックスの約２〜２５容積％
、好ましくは約２〜１０容積％を構成する。
シウム、ハフニウム、ジルコニウム、ベリリウム、ラン
タニド及びその組合せの酸化物から成る群から選択され
る。好ましい金属酸化物改質剤は酸化イツ） ＩＪウム
である。二酸化珪素はガラス形成用改質剤であり、窒化
珪素出発粉末中に存在しうるしまた意図的に導入されう
る。基体中に存在する意図せざる不純物はマトリックス
の粒界相に集中する傾向があり従って最小限とすべきで
ある。改質剤は、改質珪素−アルミニウムー酸素・窒素
化物として定義されるマトリックスの約２〜２５容積％
、好ましくは約２〜１０容積％を構成する。
本発明に従えば、高融点物質は複合切削工具の約５〜６
０容積％、好ましくは約２０〜４０容積％を占める。代
表的硬質高融点物質は金属炭化物及び７／或いは窒化物
及び／或いは炭素・窒素化物及び／或いはその固溶体で
ある。好ましい硬質高融点物質は、チタン、バナジウム
、ニオブ、ノ〜フニウム、タンタル及びタングステンの
、その組合せ及び固溶体を含めて、炭化物及び、／或い
は窒化物及び／或いは炭素・窒素化物である。もつとも
好ましい硬質高融点粒は、炭化チタン、窒化チタン、チ
タン炭素・窒素化物、炭化ノへフニウム、窒化ハフニウ
ム及び／・フニウム炭素・窒素化物である。
０容積％、好ましくは約２０〜４０容積％を占める。代
表的硬質高融点物質は金属炭化物及び７／或いは窒化物
及び／或いは炭素・窒素化物及び／或いはその固溶体で
ある。好ましい硬質高融点物質は、チタン、バナジウム
、ニオブ、ノ〜フニウム、タンタル及びタングステンの
、その組合せ及び固溶体を含めて、炭化物及び、／或い
は窒化物及び／或いは炭素・窒素化物である。もつとも
好ましい硬質高融点粒は、炭化チタン、窒化チタン、チ
タン炭素・窒素化物、炭化ノへフニウム、窒化ハフニウ
ム及び／・フニウム炭素・窒素化物である。
硬質高融点粒の平均粒寸は、表面積測定技術（即ちＢ、
Ｅ、Ｔ、 ）により測定して、切削工具用達に対して約
０．５〜２０ミクロン、好ましくは約０．５〜５ミクロ
ンの範囲にある。
Ｅ、Ｔ、 ）により測定して、切削工具用達に対して約
０．５〜２０ミクロン、好ましくは約０．５〜５ミクロ
ンの範囲にある。
本発明の切削工具の硬度は一般に粒状硬質高融点物質の
占める容積％の増大に伴って（約６０容積％まで）増加
するが、最大限の硬度及び破壊靭性組合せを得る為には
、硬質高融点物質の好ましい範囲は複合体の約２０〜４
０容積％であり、もの化学的磨耗への耐性は酸化アルミ
ニウム含量の増加と共に増大する。
占める容積％の増大に伴って（約６０容積％まで）増加
するが、最大限の硬度及び破壊靭性組合せを得る為には
、硬質高融点物質の好ましい範囲は複合体の約２０〜４
０容積％であり、もの化学的磨耗への耐性は酸化アルミ
ニウム含量の増加と共に増大する。
本発明の切削工具は、上記成分を焼結、熱間プレス或い
は熱間静水圧プレスのような従来技術により高密度体に
圧縮突固めることにより作製される。生成する切削工具
の強度は突固め体の多孔度の増加に伴って減少するから
、突固め体ができる限り理論密度に近い密度まで高密化
されることが重要である。
は熱間静水圧プレスのような従来技術により高密度体に
圧縮突固めることにより作製される。生成する切削工具
の強度は突固め体の多孔度の増加に伴って減少するから
、突固め体ができる限り理論密度に近い密度まで高密化
されることが重要である。
本発明の切削工具の粒状成分の機械的混合は改質相の分
布に短範囲の或いは長範囲の不均質部をもたらす。これ
ら不均質部は５〜３００ミクロンのオーダの寸法を有し
、マトリックスの性質に所望されざる局所的な変動をも
たらす。
布に短範囲の或いは長範囲の不均質部をもたらす。これ
ら不均質部は５〜３００ミクロンのオーダの寸法を有し
、マトリックスの性質に所望されざる局所的な変動をも
たらす。
切削工具材料の均質性は工具性能にとってきわめて重要
な因子である。切削中、切削工具のごく小部位が高い応
力と昇温下に曝される。やはり組成に依存する機械的性
質における温度により誘起される変化は工具縁辺におけ
る破損やチッピングを生みやすく、結局工具磨耗速度を
早めてしまう。
な因子である。切削中、切削工具のごく小部位が高い応
力と昇温下に曝される。やはり組成に依存する機械的性
質における温度により誘起される変化は工具縁辺におけ
る破損やチッピングを生みやすく、結局工具磨耗速度を
早めてしまう。
本発明に従い改善された性能を持つ改質珪素−アルミニ
ウムー酸素・窒素化物基棲合切削工具は、Ｓｉ 、Ｎ４
、金属酸化物改質剤、約５〜６０容積％Ａ］ＱＯ，の混
合物を窒素、ヘリウム或いはアルゴンのような非酸化性
雰囲気中で約１４００〜１８００“Ｃ１好ましくは約１
６００〜１８００℃の範囲の温度においてＩ！−ｔ １
〜８時間予備反応化せしめることにより得られる。予備
反応混合物は、高融点金属の炭化物、窒化物、炭素・窒
素化物及びその混合物から選択される硬質高融点物約５
〜５０容積％と混合される。生成混合物は、ボールミル
、高エネルギー空気ミル、アトリツションボールミル等
により粉砕混合されて、初期複合体配合物を形成する。
ウムー酸素・窒素化物基棲合切削工具は、Ｓｉ 、Ｎ４
、金属酸化物改質剤、約５〜６０容積％Ａ］ＱＯ，の混
合物を窒素、ヘリウム或いはアルゴンのような非酸化性
雰囲気中で約１４００〜１８００“Ｃ１好ましくは約１
６００〜１８００℃の範囲の温度においてＩ！−ｔ １
〜８時間予備反応化せしめることにより得られる。予備
反応混合物は、高融点金属の炭化物、窒化物、炭素・窒
素化物及びその混合物から選択される硬質高融点物約５
〜５０容積％と混合される。生成混合物は、ボールミル
、高エネルギー空気ミル、アトリツションボールミル等
により粉砕混合されて、初期複合体配合物を形成する。
その稜複合体配合物は、非酸化性雰囲気中でのプレスと
続いての焼結、熱間プレス、ガス過剰圧焼結成いは熱間
静水圧プレス等により理論値の少くとも９゛８％の密度
まで高密化される。プレスと続い℃の焼結に対して使用
される温度は約１６００〜１８００℃、好ましくは約・
１７００〜１８００°Ｃである。熱間プレスは約２００
０ｐｓｉｇ（１３，７９ｏ ｋＮ／ｍ’ ）を越える圧
力におり・て約１６００〜１９００°Ｃ１好ましくは約
１７００〜１９００°Ｃの範囲の温度で実施される。ガ
ス過剰圧焼結は、約１５０〜２００ ｐｓｉｇ （約１
０３０〜１３８０ｋｖ′ＴＬ２）の圧力においてそして
約１６００〜１９５０℃、好ましくは約１７００〜１９
５０℃の温度において実施される。熱間静水圧プレスは
、１０，０００ ｐｓｉｇ（６８，９４７嗅臂）を越え
る範囲の圧力においてそして約１６００〜１９００゛Ｃ
１好ましくは約１７００〜１８００℃の範囲の温度にお
いて実施される。
続いての焼結、熱間プレス、ガス過剰圧焼結成いは熱間
静水圧プレス等により理論値の少くとも９゛８％の密度
まで高密化される。プレスと続い℃の焼結に対して使用
される温度は約１６００〜１８００℃、好ましくは約・
１７００〜１８００°Ｃである。熱間プレスは約２００
０ｐｓｉｇ（１３，７９ｏ ｋＮ／ｍ’ ）を越える圧
力におり・て約１６００〜１９００°Ｃ１好ましくは約
１７００〜１９００°Ｃの範囲の温度で実施される。ガ
ス過剰圧焼結は、約１５０〜２００ ｐｓｉｇ （約１
０３０〜１３８０ｋｖ′ＴＬ２）の圧力においてそして
約１６００〜１９５０℃、好ましくは約１７００〜１９
５０℃の温度において実施される。熱間静水圧プレスは
、１０，０００ ｐｓｉｇ（６８，９４７嗅臂）を越え
る範囲の圧力においてそして約１６００〜１９００゛Ｃ
１好ましくは約１７００〜１８００℃の範囲の温度にお
いて実施される。
上記工程段階は、マ） ＩＪツクス相の均質性とマトリ
ックス全体を通しての硬質高融点物質粒の一様な分布を
保証するから切削工具の性能を改善する。
ックス全体を通しての硬質高融点物質粒の一様な分布を
保証するから切削工具の性能を改善する。
分布される硬質高融Ａ相の利益を充分に利用しそして最
適の化学的及び機械的磨耗耐性を得る為□ には、硬質
粒物質の平均粒寸が約０．５〜２０ミクロ／、好ましく
は約０．５〜５ミクロンの範囲にあることが好ましい。
適の化学的及び機械的磨耗耐性を得る為□ には、硬質
粒物質の平均粒寸が約０．５〜２０ミクロ／、好ましく
は約０．５〜５ミクロンの範囲にあることが好ましい。
本発明の複合切削工具の性質は、硬質高融点粒状物の粒
寸、分布及び濃度の管理により複合体の組織変更を通し
て特定の用達向けに適合化されうる。例えば、２０ミク
ロンを越える寸法を有する粗い粒の存在は加工中工具の
チッピングや工具の致命的な破損を大巾に増大する。硬
質高融点物質の大きな粒が破壊面の顕微鏡写真におい【
破壊出発点に常に認められた。室温及び昇温下での強度
は硬質高融点粒の粒寸の増加に伴って減少するが、反面
破壊靭性における改善が見られることが認められた。
寸、分布及び濃度の管理により複合体の組織変更を通し
て特定の用達向けに適合化されうる。例えば、２０ミク
ロンを越える寸法を有する粗い粒の存在は加工中工具の
チッピングや工具の致命的な破損を大巾に増大する。硬
質高融点物質の大きな粒が破壊面の顕微鏡写真におい【
破壊出発点に常に認められた。室温及び昇温下での強度
は硬質高融点粒の粒寸の増加に伴って減少するが、反面
破壊靭性における改善が見られることが認められた。
複合体における硬質高融点粒状物の細い分散はまた切削
工具の化学的均質性を改善する。マトリックスと加工物
材料との間で主に化学的相互作用が生じる機械加工用途
において、複合体の改善された化学的均質性は磨耗を減
少し、同時に切削工具の磨耗が一様であることを保証す
る。
工具の化学的均質性を改善する。マトリックスと加工物
材料との間で主に化学的相互作用が生じる機械加工用途
において、複合体の改善された化学的均質性は磨耗を減
少し、同時に切削工具の磨耗が一様であることを保証す
る。
本発明の複合体工具の化学的組成を特定用途に合わせて
適合化する為に、分散相が成る種の機械加工条件に対し
て変化されうる。ＴｉＯ、ＨｆＯ。
適合化する為に、分散相が成る種の機械加工条件に対し
て変化されうる。ＴｉＯ、ＨｆＯ。
ＴｉＮ、 ＥｆＮ、 ’Ｉ’ｊ（０，Ｎ）及びＨｆ（
０，Ｎ）が本発明の複合切削工具に含められる好ましい
硬質高融点物質である。化学的磨耗を最小限にすること
が重要であるような用途においては、窒化チタンの方が
炭化チタンより好ましい。追加的に、本工具において窒
化チタンは炭化チタンより良好な耐酸化性を示す。機械
的性質及び綜合的加工性を最適化する為には、ＴｉＯと
ＴｉＮの組合せ或いは’Ｉ’ｉ（０，Ｎ）自身が成る種
の機械加工条件下で好ましいことが判った。
０，Ｎ）が本発明の複合切削工具に含められる好ましい
硬質高融点物質である。化学的磨耗を最小限にすること
が重要であるような用途においては、窒化チタンの方が
炭化チタンより好ましい。追加的に、本工具において窒
化チタンは炭化チタンより良好な耐酸化性を示す。機械
的性質及び綜合的加工性を最適化する為には、ＴｉＯと
ＴｉＮの組合せ或いは’Ｉ’ｉ（０，Ｎ）自身が成る種
の機械加工条件下で好ましいことが判った。
以下の例は、本発明に従って工具の複合セラミック基体
を作製する方法を例示するものである。
を作製する方法を例示するものである。
ト
４１．７重量％窒化珪素粉末に対して、３２．８５重量
％アルミナ粉末、４．０２重量％イツ） ＩＪア粉末及
び２１．４３重量％炭化チタン粉末を添加した。
％アルミナ粉末、４．０２重量％イツ） ＩＪア粉末及
び２１．４３重量％炭化チタン粉末を添加した。
この粉末混合物に対して、約２．５重量部のトルエン、
０．１重量部のメタノール及び約０．０５重量部のステ
アリン酸が添加された。生成スラリはボールミルにより
完全に混合されそして後７５℃で乾燥された。生成乾燥
混合物を約２４時間ボールミル処理した。そして後生成
混合物を０，０５重量部のポリエチレングリコール及び
メトキシポリエチレンクリコールの共重合体、１重量部
のトルエン及び約００５重量部のメタノールと混合した
。この混合物はボールミルにより約１５発温合され、７
５℃において乾燥されそして後６０メツシユ篩にて分篩
した。−６０メツシュ分篩分が約２５．０００ｐｓｉｇ
（１７２，３７０ｋＮ／ｒｒＬ２ ）の圧力において
周囲温度でプレスされて生の突固め体を得た。その後、
生の突固め体はアルゴン巾約１７５０°Ｃの温度での加
熱により硬質高密複合体に焼結された。
０．１重量部のメタノール及び約０．０５重量部のステ
アリン酸が添加された。生成スラリはボールミルにより
完全に混合されそして後７５℃で乾燥された。生成乾燥
混合物を約２４時間ボールミル処理した。そして後生成
混合物を０，０５重量部のポリエチレングリコール及び
メトキシポリエチレンクリコールの共重合体、１重量部
のトルエン及び約００５重量部のメタノールと混合した
。この混合物はボールミルにより約１５発温合され、７
５℃において乾燥されそして後６０メツシユ篩にて分篩
した。−６０メツシュ分篩分が約２５．０００ｐｓｉｇ
（１７２，３７０ｋＮ／ｒｒＬ２ ）の圧力において
周囲温度でプレスされて生の突固め体を得た。その後、
生の突固め体はアルゴン巾約１７５０°Ｃの温度での加
熱により硬質高密複合体に焼結された。
餞１
例１の炭化チタンの代りに硬質高融点物質として２３．
６０重量％窒化チタンを使用する点を除いて例１の方法
を繰返して複合切削工具基体を生成した。
６０重量％窒化チタンを使用する点を除いて例１の方法
を繰返して複合切削工具基体を生成した。
Ａユ
例１の炭化チタンの代りに硬質高融点物質として５５．
０７重重景炭化ハフニウムを使用する点を除いて例１の
方法を使用して複合切削工具基体を生成した。
０７重重景炭化ハフニウムを使用する点を除いて例１の
方法を使用して複合切削工具基体を生成した。
性」
４１．７重量％窒化珪素と約３２．８５重重景アルミナ
粉末に対して約４．０２重量％酸化イツトリウム粉末を
添加した。生成混合物をボールミルにより完全に混合し
モして後約１７２５℃において窒素雰囲気中で約５時間
加熱することにより予備反応化せしめて、予備反応化改
質珪素−アルミニウムー酸素・窒素化物を生成した。こ
の予備反応混′合物０．７０容積部に対して炭化チタン
粉末的０．３０容積部を添加した。生成粉末混合物に、
約２５重量部のトルエン、０１重量部のメタノール及び
約０．０５重量部のステアリン酸が添加された。生成ス
ラリはボールミルにより完全に混合されそして後７５℃
で乾燥された。生成乾燥混合物を約２４時間ボールミル
処理して、炭化チ〉ンを予備反応改質珪素−アルミニウ
ムー酸素・窒素化物全体を通して一様に分布せしめた。
粉末に対して約４．０２重量％酸化イツトリウム粉末を
添加した。生成混合物をボールミルにより完全に混合し
モして後約１７２５℃において窒素雰囲気中で約５時間
加熱することにより予備反応化せしめて、予備反応化改
質珪素−アルミニウムー酸素・窒素化物を生成した。こ
の予備反応混′合物０．７０容積部に対して炭化チタン
粉末的０．３０容積部を添加した。生成粉末混合物に、
約２５重量部のトルエン、０１重量部のメタノール及び
約０．０５重量部のステアリン酸が添加された。生成ス
ラリはボールミルにより完全に混合されそして後７５℃
で乾燥された。生成乾燥混合物を約２４時間ボールミル
処理して、炭化チ〉ンを予備反応改質珪素−アルミニウ
ムー酸素・窒素化物全体を通して一様に分布せしめた。
生成配合物を０．０５重量部のポリエチレングリコール
及びメトキシポリエチレングリコールの共重合体、１重
量部のトルエン及び約０．０５重置部のメタノールと混
合した。この生成スラリはボールミルにより約３０公理
合され、７５°Ｃにおいて乾燥されそして後６０メツシ
ユ篩にて分篩した。−６０メツシュ分篩分が約２５．０
００ ｐｓｉｇ （１７２，３７０ｋＮ／ｍ２）の圧力
において周囲温度でプレスされて生の突固め体を得た。
及びメトキシポリエチレングリコールの共重合体、１重
量部のトルエン及び約０．０５重置部のメタノールと混
合した。この生成スラリはボールミルにより約３０公理
合され、７５°Ｃにおいて乾燥されそして後６０メツシ
ユ篩にて分篩した。−６０メツシュ分篩分が約２５．０
００ ｐｓｉｇ （１７２，３７０ｋＮ／ｍ２）の圧力
において周囲温度でプレスされて生の突固め体を得た。
その彼、生の突固め体はアルゴン巾約１７５０℃の温度
での加熱により硬質高密複合体に焼結された。
での加熱により硬質高密複合体に焼結された。
胆
例４に既述した方法により硬質の高密切削工具基体を製
造した。但し、−６０メツシュ粉末混合物の高密化はア
ルゴン巾約１７００℃の温度で約３０００ ｐｓｌｇ
（２０，６８０ｋＮ／ｍ” ）の圧力において粉末をプ
レスすることによりもたらされた。
造した。但し、−６０メツシュ粉末混合物の高密化はア
ルゴン巾約１７００℃の温度で約３０００ ｐｓｌｇ
（２０，６８０ｋＮ／ｍ” ）の圧力において粉末をプ
レスすることによりもたらされた。
例６
例４の炭化チタンの代りに窒化チタンを使用しそして焼
結段階を窒素巾約１７５０℃の温度で実施することによ
り、例４の方法を使用して複合切削工具基体を生成した
。
結段階を窒素巾約１７５０℃の温度で実施することによ
り、例４の方法を使用して複合切削工具基体を生成した
。
本発明の原理に従えば、基体は高融点物質から成る少く
とも１つの硬質密着コーティング層で被覆される。代表
的高融点物質としては、アルミナ並びにチタン、バナジ
ウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブテン、ノ
＼フニウム、タンタル及びタングステンの窒化物、炭化
物及び炭素・窒素化物並びにこれらの組合せが挙げられ
る。好ましいコーティングは、アルミナ、窒化チタン、
炭化チタン、チタン炭素・窒素化物、窒化ノ・フニウム
、炭化ノ・フニウム及びノ・フニウム炭素・窒素化物で
ある。
とも１つの硬質密着コーティング層で被覆される。代表
的高融点物質としては、アルミナ並びにチタン、バナジ
ウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブテン、ノ
＼フニウム、タンタル及びタングステンの窒化物、炭化
物及び炭素・窒素化物並びにこれらの組合せが挙げられ
る。好ましいコーティングは、アルミナ、窒化チタン、
炭化チタン、チタン炭素・窒素化物、窒化ノ・フニウム
、炭化ノ・フニウム及びノ・フニウム炭素・窒素化物で
ある。
コーティング層は約０．１〜２０ミクロン、好ましくは
約１．０〜１０ミクロンの範囲の厚さを有する。
約１．０〜１０ミクロンの範囲の厚さを有する。
上記例の方法により生成された複合基体は斯界で知られ
た化学的蒸着法或いは物理的蒸着法によつ【高融点材料
で被覆される。例えば、アルミナ、炭化チタン、チタン
炭素・窒素化物、窒化チタン、炭化ハフニウム、ハフニ
ウム炭素・窒素化物或いは窒化ハフニウムの好ましいコ
ーティングは化学的蒸着により被覆される。他の＾融点
物質は化学的蒸着技術が適用可能な場合にはそれにより
被覆されうるしまた直接蒸着、スパッタリング等のよう
な物理的蒸着技術により被覆される。別様には、高融点
物質金属自体が化学的若しくは物理的付着技術により付
着されそして後窒化、炭化、酸化等されて所望の高融点
金属化合物コーティングを生成するようにもできる。
た化学的蒸着法或いは物理的蒸着法によつ【高融点材料
で被覆される。例えば、アルミナ、炭化チタン、チタン
炭素・窒素化物、窒化チタン、炭化ハフニウム、ハフニ
ウム炭素・窒素化物或いは窒化ハフニウムの好ましいコ
ーティングは化学的蒸着により被覆される。他の＾融点
物質は化学的蒸着技術が適用可能な場合にはそれにより
被覆されうるしまた直接蒸着、スパッタリング等のよう
な物理的蒸着技術により被覆される。別様には、高融点
物質金属自体が化学的若しくは物理的付着技術により付
着されそして後窒化、炭化、酸化等されて所望の高融点
金属化合物コーティングを生成するようにもできる。
化学的蒸着法の有用な特性は、付着した層の高純度と付
着工程の早期段階中付着されつつある層と基体との間に
拡散相互反応が起る傾向があり、良好なコーティング層
密着化を生じることである。
着工程の早期段階中付着されつつある層と基体との間に
拡散相互反応が起る傾向があり、良好なコーティング層
密着化を生じることである。
−例として、改質珪素−アルミニウムー酸素・窒素化物
工具基体に、四塩化チタン、窒素或いはアンモニアのよ
うなガス状窒素源及び水素のガス混合物を基体周囲に約
８００〜１５００℃、好ましくは約１０００℃を越える
温度において流すことにより、窒化チタン層を形成した
。反応は次の一式により遂行される。水素は反応が還元
雰囲気で行われることを保証する為添加される。
工具基体に、四塩化チタン、窒素或いはアンモニアのよ
うなガス状窒素源及び水素のガス混合物を基体周囲に約
８００〜１５００℃、好ましくは約１０００℃を越える
温度において流すことにより、窒化チタン層を形成した
。反応は次の一式により遂行される。水素は反応が還元
雰囲気で行われることを保証する為添加される。
２ Ｔｉ０１４ ＋Ｎｇ ＋４ＨＱ ＝ ２ＴｉＮ＋
８ＬＩＯｌガス混合物は所望のコーティング厚が実現さ
れるまで加熱された基体上に流される。特定のガス流量
及び温度においてコーティング厚成長速度を測定するの
に日常実験が使用される。
８ＬＩＯｌガス混合物は所望のコーティング厚が実現さ
れるまで加熱された基体上に流される。特定のガス流量
及び温度においてコーティング厚成長速度を測定するの
に日常実験が使用される。
また別の例として、四塩化チタン、メタンのようなガス
炭素源及び水素から成るガス混合物を約８００〜１５０
０°Ｃ１好ましくは約１０００℃以上の温度に加熱した
基体周囲に流すことにより改質珪素−アルミニウムー酸
素・窒素化物基体上に炭化チタン層を形成した。反応は
次式による。但し、反応が還元雰囲気中で起ることを確
実にする為水素がしばしば添加される： ’Ｉ’１０Ｌ４ ＋ ＧＨ４＝ ＴｉＯ＋４ＨＯ１所望
のコーティング厚さが実現されるまでガス混合物が加熱
基体周囲に流される。
炭素源及び水素から成るガス混合物を約８００〜１５０
０°Ｃ１好ましくは約１０００℃以上の温度に加熱した
基体周囲に流すことにより改質珪素−アルミニウムー酸
素・窒素化物基体上に炭化チタン層を形成した。反応は
次式による。但し、反応が還元雰囲気中で起ることを確
実にする為水素がしばしば添加される： ’Ｉ’１０Ｌ４ ＋ ＧＨ４＝ ＴｉＯ＋４ＨＯ１所望
のコーティング厚さが実現されるまでガス混合物が加熱
基体周囲に流される。
更に別の例とし【、四塩化チタン、メタンのようなガス
状炭素源、窒素或いはアンモニアのようなガス状窒素源
及び水素から成るガス混合物を約８００〜１５００”Ｃ
１好ましくは約１２００℃を越えるね度にある基体周囲
に流すことにより、基体上にチタン炭素・窒素化層を化
学蒸着技術により形成した。分解アンモニアを窒素及び
水素ガスの混合物に代替しうる。反応は次の式に従うが
、反応が還元雰囲気中で起ることを保証する為水素がし
ばしば添加される： Ｔｉａｌ、 ＋ＯＬ ＋Ｎｌｌ ＝Ｔ１（ｃＸＮｙ）
＋４ ＨＯＩ所望のコーティング厚さが達成されるまで
加熱基体周囲にガス混合物が流される。特定のガス流量
及び温度においてのコーティング厚さ成長速度を決定す
るのに日常実験が使用される。
状炭素源、窒素或いはアンモニアのようなガス状窒素源
及び水素から成るガス混合物を約８００〜１５００”Ｃ
１好ましくは約１２００℃を越えるね度にある基体周囲
に流すことにより、基体上にチタン炭素・窒素化層を化
学蒸着技術により形成した。分解アンモニアを窒素及び
水素ガスの混合物に代替しうる。反応は次の式に従うが
、反応が還元雰囲気中で起ることを保証する為水素がし
ばしば添加される： Ｔｉａｌ、 ＋ＯＬ ＋Ｎｌｌ ＝Ｔ１（ｃＸＮｙ）
＋４ ＨＯＩ所望のコーティング厚さが達成されるまで
加熱基体周囲にガス混合物が流される。特定のガス流量
及び温度においてのコーティング厚さ成長速度を決定す
るのに日常実験が使用される。
ガス混合物中のメタン及び窒素の量の制御は、式Ｔ １
（ｏｘ Ｎｙ ）におけるＸ対ｙの比率が変更された複
数の層の形成を許容する。Ｘ及びｙの好ましい値は、Ｘ
に対しては約０，５〜０．６そしてｙｌｃ対しては約０
．４〜０．５であり、約１．０〜１．５のｘ／ｙ比率の
好ましい範囲をもたらす。もつとも好ましいｘ／ｙ比率
は約１．２２であり、約０．５５及び０．４５のＸ及び
ｙに対する値に対応する。
（ｏｘ Ｎｙ ）におけるＸ対ｙの比率が変更された複
数の層の形成を許容する。Ｘ及びｙの好ましい値は、Ｘ
に対しては約０，５〜０．６そしてｙｌｃ対しては約０
．４〜０．５であり、約１．０〜１．５のｘ／ｙ比率の
好ましい範囲をもたらす。もつとも好ましいｘ／ｙ比率
は約１．２２であり、約０．５５及び０．４５のＸ及び
ｙに対する値に対応する。
更に別の例とし℃、前記方法により生成された基体に斯
界で知られた化学的蒸着技術或いは物理的蒸着技術によ
り酸化アルミニウムが被覆される。
界で知られた化学的蒸着技術或いは物理的蒸着技術によ
り酸化アルミニウムが被覆される。
米国特許第３．９１４．４７３号に詳述される化学的蒸
着技術において、塩化アルミニウム或いは他のアルミニ
ウム・・ロゲン化物の気化ガスが水蒸気及び水素ガスと
共に加熱基体の周囲に流された。別法として、酸化アル
ミニウムは、直接蒸発或いはスパッタリングのような物
理的蒸着技術により付着される。
着技術において、塩化アルミニウム或いは他のアルミニ
ウム・・ロゲン化物の気化ガスが水蒸気及び水素ガスと
共に加熱基体の周囲に流された。別法として、酸化アル
ミニウムは、直接蒸発或いはスパッタリングのような物
理的蒸着技術により付着される。
化学蒸着技術に対する反応は次式に従うが、反応が還元
雰囲気中で起ることを保証する為水素がしばしば添加さ
れる： ２ ＡＩＯＩｇ ＋３ Ｈ２Ｏ＝ ＡＩＱＯａ＋６Ｉ（
０１基体片は約８００〜１５００℃の範囲の温度ガス流
通手段を備える炉内で加熱される。塩化アルミニウム源
は予熱されて気化されそして塩化アルミニウム蒸気は他
のガスと共に炉に流送される。
雰囲気中で起ることを保証する為水素がしばしば添加さ
れる： ２ ＡＩＯＩｇ ＋３ Ｈ２Ｏ＝ ＡＩＱＯａ＋６Ｉ（
０１基体片は約８００〜１５００℃の範囲の温度ガス流
通手段を備える炉内で加熱される。塩化アルミニウム源
は予熱されて気化されそして塩化アルミニウム蒸気は他
のガスと共に炉に流送される。
所望のコーティング厚が実現されるまでガス混合物は加
熱基体周囲に流される。特定のガス流量及び温度におけ
るコーティング厚成長速度の決定は日常試験により行う
。
熱基体周囲に流される。特定のガス流量及び温度におけ
るコーティング厚成長速度の決定は日常試験により行う
。
基体を一つ以上の密着アルミナコーティング層で被覆す
るまた別の好ましい方法において、塩化アルミニウムが
次の式に従って水素ガスの存在下で二酸化炭素と反応せ
しめられる： ２Ａ１０１ Ｉ！＋３ Ｃｏｇ ＋３ Ｈｇ ＝ Ａ
ｌ ＊Ｏ＠ 、＋ ３ Ｃｏ ＋ ６ＨＯ１所望の平衡
ガス組成を確立する為の加熱基体周囲に流されるガス混
合物に一酸化炭素が随意に添加される。
るまた別の好ましい方法において、塩化アルミニウムが
次の式に従って水素ガスの存在下で二酸化炭素と反応せ
しめられる： ２Ａ１０１ Ｉ！＋３ Ｃｏｇ ＋３ Ｈｇ ＝ Ａ
ｌ ＊Ｏ＠ 、＋ ３ Ｃｏ ＋ ６ＨＯ１所望の平衡
ガス組成を確立する為の加熱基体周囲に流されるガス混
合物に一酸化炭素が随意に添加される。
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明の精
神内で多くの改変を為し５ることを銘記されたい。
神内で多くの改変を為し５ることを銘記されたい。
ど−ｉ′で腎
：゛１
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ｌ）基体と少くとも１つの密着高融点物質コーティング
層から成るコーティング付き耐磨耗性複合セラミック切
削工具であって、前記基体が、改質硅素−アルミニウム
ー酸素・窒素化物から成るマトリックス中に高融点金属
の炭化物、窒化物、炭素・窒素化物及びその混合物から
成る群から選択される粒状物質を一様に分布して実質上
成り、該粒状物質が切削工具の約５〜６０容積％を古め
そして約０．５〜２０ミクロンの平均粒寸を有し、該改
質珪素−アルミニウムー酸禦・窒素化物が珪素、イツト
リウム、マグネシウム、ハフニウム、ジルコニウム、ベ
リリウム、ランタニド及びその組合せから成る群から選
択される改質剤を含有している前記セラミック切削工具
。 ２）高融点物質コーティングが、窒化チタン、窒化バナ
ジウム、窒化クロム、窒化ジルコニウム、窒化ニオブ、
窒化モリブデン、窒化ノ・７ニクム、窒化クンタル及び
窒化タングステンから成る群から選択される特許請求の
範囲第１項記載の工具。 ３）高融点金属窒化物コーティングが窒化チタン或いは
窒化ハフニウムから成る特許請求の範囲第１項記載の工
具。 ４）高融点物質コーティングが、炭化チタン、炭化バナ
ジウム、炭化クロム、炭化ジルコニウム、炭化ニオブ、
炭化モリブデン、炭化ノ・フニウム、炭化タンタル及び
炭化タングステンから成る群から選択される特許請求の
範囲第１項記載の工具。 ５〕 高融点物質コーティングが炭化チタン或いは炭化
ハフニウムである特許請求の範囲第１項記載の工具。 ６）高融点物質コーティングがＴｉ（０，Ｎ）、Ｖ（０
，Ｎ）、０ｒ（０，Ｎ） 、 Ｚｒ（０，Ｎ）、Ｎｂ（
０，Ｎ）、Ｍｏ（０，Ｎ）、Ｈｆ（０，Ｎ）、Ｔａ（０
，Ｎ）及びＷ（０，Ｎ） から成る群から選択される
特許請求の範囲第１項記載の工具。 ツ）高融点物質コーティングがＴｉ（０，Ｎ）或いはＨ
ｆ（０、Ｎ）である特許請求の範囲第１項記載の工具。 ８）コーティング層が実質上酸化アルミニウムから成る
特許請求の範囲第１項記載の工具。 ９）コーティング層が約０１〜１０ミクロンの範囲の厚
さを有する特許請求の範囲第１項記載の工具。 １０）コーティング層が約１．０〜１０ミクロンの範囲
の厚さを有する特許請求の範囲第１項記載の工具。 １１）改質珪素−アルミニウムー酸素・窒素化物が約２
〜２５容積％の改質剤と、約２０〜９０容積％の窒化珪
素と、約５〜６０容積％の酸化アルミニウムとから形成
される特許請求の範囲第１項記載の工具。 １２）粒状物質の平均粒寸が約０．５〜５ミクロンの範
囲にある特許請求の範囲第１項記載の工具。 １３）粒状物質が切削工具の約２０〜４０容積％を占め
る特許請求の範囲第１項記載の工具。 １４）改質剤がマトリックスの約２〜１０容積％を占め
る特許請求の範囲第１項記載の工具。 １６）粒状物質がチタン、タングステン、ノ・フニウム
、ニオブ、タンタル、バナジウム及びその組合せの炭化
物から選択される特許請求の範囲第１項記載の工具。 １６）粒状物質が窒化チタン及び窒化ノ１フニウムから
成る群から選択される特許請求の範囲第１項記載の工具
。 １７）粒状物質がＴｌ（０，Ｎ）、Ｈｆ（０，Ｎ）及び
その組合せから選択される特許請求の範囲第１項記載の
工具。 １８）粒状物質が炭化チタンから成る特許請求の範囲第
１項記載の工具。 １９）改質剤が酸化イツ） Ｉ）ラムである特許請求の
範囲第１項記載の工具。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US380452 | 1982-05-20 | ||
| US06/380,387 US4426209A (en) | 1982-05-20 | 1982-05-20 | Carbide coated composite modified silicon aluminum oxynitride cutting tools |
| US380388 | 1982-05-20 | ||
| US380387 | 1982-05-20 | ||
| US380389 | 1982-05-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58211863A true JPS58211863A (ja) | 1983-12-09 |
Family
ID=23500984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58086733A Pending JPS58211863A (ja) | 1982-05-20 | 1983-05-19 | コ−テイング付き複合改質珪素−アルミニウム−酸素窒素化物切削工具 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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