JPS5913475B2 - セラミツク・スロ−アウエイチツプとその製造法 - Google Patents

セラミツク・スロ−アウエイチツプとその製造法

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JPS5913475B2
JPS5913475B2 JP53155804A JP15580478A JPS5913475B2 JP S5913475 B2 JPS5913475 B2 JP S5913475B2 JP 53155804 A JP53155804 A JP 53155804A JP 15580478 A JP15580478 A JP 15580478A JP S5913475 B2 JPS5913475 B2 JP S5913475B2
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    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
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    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
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    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264—Up to 3 mils
    • Y10T428/265—1 mil or less

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はセラミック・スローアウエイチツプ ｊとそ
の製造法に関するもので、抗折力が大きくかつ耐摩耗性
、耐衝撃性にも優れた窒化けい素を基体とする使い捨て
型切削工具を提案しようとするものである。
窒化けい素Ｓｉ３Ｎ４に少量の添加物を加えた微粉 、
一末をホットプレスなどにより高密度に成形した焼結体
は、耐熱性に秀でているので高温材料として期待されて
いる。
また同時にこの焼結体は、高温での機械的強度にも優れ
ているので切削工具としても有望視されたが、耐摩耗性
の点に問題があり、刃先のぜい性５ 破壊を起こし易い
ことも相まつて切削加工中に切刃が丸味をおびるため、
切削抵抗が大きいところに欠点があり、これらの問題点
が克服できないため実用化されるに至つていない。
発明者ら７訳耐熱性、高温強度に富むこの１０Ｓｉ３Ｎ
４焼結体の特徴を切削工具の分野で活用すべく上記の問
題点の解消のため種々研究を重ねた結果、該Ｓｉ３Ｎ４
焼結体の表面に、直接すなわち接着剤などの中間層を介
することなく直にち密で微細な粒子からなるＡｔ２ｏ３
およびＡｔｏＮのうち少くと５ も一種の被覆薄膜を形
成すると耐摩耗性、耐衝撃性が改善され、切削工具とし
た場合従来のセラミック工具に比して格段の高寿命が得
られることを見出した。
この発明は、上記の知見に基づくものでＳｉ３Ｎ４フ０
を主成分とする焼結体を基体とし、その表面に直にＡ
ι２０３およびＡωＮのうち少くとも一種の被覆薄膜を
そなえるセラミック・スローアウエイチツプを提案する
ものである。
またこの発明はＳｉ３Ｎ４粉末にＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、・
５Ｔａ２ｏ５、２ｒｏ２およびＡｉ２Ｏ３のうち少くと
も一種の焼結助剤を少量添加し焼結して得られるスロー
アウエイチツプの基体上に直接、化学気相析出法でＡｔ
２ｏ３およびＡｔｏＮのうち少くとも一種の被覆薄膜を
形成させたセラミック・スローアウエイチツ■ｏ プの
製造法を提案するものである。
スローアウエイチツプ基体は、Ｓｉ３Ｎ４粉末にＭｇＯ
、Ｙ２０３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２およびＡｔ２ｏ３の
うちから選ばれる少くとも一種の焼結助剤を少量添加し
た混合粉をホットプレスすることにより得られる。
’５ その製造条件は、温度１６５０〜１８０００Ｃ）
圧力２００に９／Ｃｄ以上、望ましくは４００ｋｇ／ｃ
ｒｌ以上である。ハご このようにして得られたスローアウエイチツプの基体は
優れた高温強度を有する。
機械的強度を知る上での一つの目安である抗折力試験に
おいて、従来のＡｔ２Ｏ３系セラミツク焼結体が通常３
０〜７０ｋ９／ＣｒＡ程度であるのに対し、該スローア
ウエ ．イチツプの基体は１００ｋ９／Ｃｄ以上、少く
とも８０ｋ９／ＣｒＡ以上の特性を有している〇なお焼
結後のスローアウエイチツプの基体には、実質的に気孔
を含まないようにすることが大切である。気孔が１．０
容量％を超えると疲労強度が低 １下し切削工具として
使用できなくなる。かくして得られたスローアウエイチ
ツプの基体を所定の形状に研摩した後、その表面に直接
化学気相析出法（ＣＶＤ法）により−Ｍ２Ｏ３およびＡ
Ｄ）Ｎのうち少くとも一種の被覆薄膜を形成させ する
０そのうちＡｔ２Ｏ３の被覆薄膜を得るには、スローア
ウエイチツプの基体を反応容器中に装填し、１０００〜
１１００℃に加熱した後その中にＡｔｃｔ３，ｃＯ２お
よびＨ２ガスを注入して該スローア ニウエイチツプ基
体の表面で次に示す反応式（１）のごとき析出反応を生
ぜしめＡｔ２Ｏ３の被覆薄膜を形成させる。
（１） ２Ａｔｃｔ３＋３ｃ０２＋３Ｈ２→Ａｔ２Ｏ３
＋６Ｈｃｔ＋３ｃ０ またＡｔＯＮの被覆薄膜を得るには、反応容器内へＡｔ
Ｃｔ３，ＣＯ２，Ｈ２およびＮ２ガスを注入すると反応
式（２）の析出反応によりスローアウエイチツプの基体
表面にＡＤ）Ｎの被覆薄膜が形成される。
（２） ２Ａｔｃｔ３＋２ｃ０２＋３Ｈ２＋２Ｎ→２Ａ
ｔ０Ｎ＋６ＨＣｔ＋２Ｃ０さらに反応容器内に注入する
混合ガスの組成を被覆処理工程中に変更して、スローア
ウエイヂプの衣面にＡｔ２Ｏ３とＡＤ）Ｎの被覆薄膜を
形成させることもできる。
この被覆薄膜を形成するＡｔ２Ｏ３およびヤ０Ｎの粒径
は１μｍ以下で実質的に気孔の少いことが望ましい。
粒径が１μｍを超えると空孔が生じやすくなり被覆薄膜
の強度低下の原因となる。なお被覆薄膜の厚みが０．５
μｍ未満であると耐摩耗性の改善に効果が薄く、０．５
μｍ以上になるに従つて優れた性能を示すようになるが
、１０μｍを超える厚みに被覆するには長時間の処理を
必要としコスト高になる不利が生じる。
また時間を短縮するため処理温度を高くすると、粒成長
を助長して被覆薄膜の強度の低下を招くため好ましくな
い。よつて被覆薄膜の厚みは０．５〜１０μｍの範囲が
適当である。次にこの発明を実施例により詳細に説明す
る。
実施例 １使用原料粉末はすべて市販のものを用いた。
Ｓｉ３Ｎ４（１μｍ：平均粒径、以下同じ）粉末にＴａ
２Ｏ５（１．５μｍ），Ｙ２Ｏ３（１．８μｍ）および
Ａｔ２Ｏ３（０．９μｍ）を表１のＡ，Ｂの如く添加配
合し、アセトンを用いたボールミルにより混合粉砕した
。この混合粉を乾燥した後黒鉛型につめ１７５『Ｃ，５
ＯＯｋｇ／Ｃｄの圧力で３０分間のホツトプレスを行な
つた。その結果得られた焼結体より抗折力測定用試験片
（４Ｘ８×２５ｍ０、および切削試，験用チツプ、即ち
スローアウエイチツプ基体（１２．７口×４．８ｔｍ１
Ｖ！、コーナーＲＯ，８ｍ７！Ｌ１チヤンフア一２５口
×０，１ｍｍ）を作製した。この抗折力試験片にて抗折
力、硬度、Ｓｉ３Ｎ４との相対比重を測定し、その結果
を表１に併せ示した。この表の試験結果より明らかなよ
うに、このスローアウエイチツプ基体は、硬度、密度と
も高く、さらにその特徴ともいうべき抗折力にいたつて
は、Ａ：８５ｋｇ／Ｍ７ｉ，Ｂ：１０６ｋｇ／Ｍｉｔと
優れた特性を有している。
なおこの実施例では焼結助剤としてＴａ２Ｏ５，Ｙ２Ｏ
３，Ａｔ２Ｏ３を用いた場合を例示したが、これらのほ
かＭｇＯやＺｒＯ２を焼結助剤に用いても同等の結果が
得られた。
次に表１のスローアウエイチツプの基体Ａ，Ｂの表面に
直接、第１図に示すＣＶＤ装置を用いてＡｔ２Ｏ３の被
覆薄膜を、またＢチツプのみにＡｔＯＮの被覆薄膜を形
成した。
具体的に説明すると、スローアウエイチツプの基体（Ａ
，Ｂ）１をＣＶＤ装置の反応容器５内に装填し、加熱炉
６内で約１１００℃に加熱した後ガスボンベ３ａ，３ｂ
，３ｃからＨ２，ＣＯおよびＣＯ２ガスを供給し、Ａｔ
ｃｔ３蒸発装置４を経て表２・ａに示す混合ガスと、し
て反応容器５内へ６時間流入した。この時反応容器５内
の圧力は５０Ｔ０ｒｒに保つた。すると前記反応式（１
）の析出反応により第２図に示すようにスローアウエイ
チツプの基体１の表面に直接Ａｔ２Ｏ３の被覆薄膜２が
形成される。この場合６時間の処理で５μｍ（７）Ａｔ
２Ｏ３被覆薄膜が得られた。同様にスローアウエイチツ
プの基体Ｂを反応器５内に装填し１０５０℃に加熱した
後、その中に表２・ｂに示す混合ガスを注入してやはり
反応容器５内の圧力を３０〜５０Ｔ０ｒｒに保つた。こ
の場合は４時間の処理で３μｍ（７）ヤ℃Ｎ被覆薄膜が
得られた。なおこれらの被覆薄膜中のＡｔ２Ｏ３および
ＡＯ）Ｎの粒径は１μｍ以下であつた。
これらのスローアウエイチツプ基体Ａ，Ｂの表面に直接
、Ａｔ２Ｏ３をコーテイングしたセラミツク・スローア
ウエイチツプＡＡ４Ｏ３，ｂＡｔ２Ｏ３および該基体Ｂ
の表面にＡｔＯＮをコーテイングしたＢＡｔＯＮを用い
て、鋳鉄棒材ＦＣ２Ｏを切り込み１，０ｍＴＩＬ、送り
０．３１ｍ７！Ｌ／１回転、切削速度４００ｍ／ＭＵｌ
および２００ｍ／Ｍｍの条件で、ブランク摩耗ＶＢが０
．４ｍｍとなるまで切削試験を行なつた。
また比較のためコーテイングを施さないスローアウエイ
チツプ基体Ａ，Ｂについても同じ条件で切削試験を行な
つた。それらの成積を表３に示す。
表３より明らかな如くこの発明に係るスローアウエイチ
ツプＡＡ４Ｏ３，ｂＡｔ２Ｏ３，ｂＡｔＯＮは、いずれ
もコーテイングを施さない該スローアウエイチツプの基
体Ａ，Ｂと比較すると耐摩耗性が飛躍的に向上している
。
また刃先のぜい性破壊も生じにくくなり、切削加工中に
切刃が丸みをおびることも減少したので、切削抵抗が大
きくなる難点も解消された。
以上述べたようにこの発明のセラミツク・スローアウエ
イチツプはＳｉ３Ｎ４の難点であつた耐摩耗性、耐衝撃
性が著しく改善され、本来の特徴である高抗折力と相ま
つて切削工具として優れた性能を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は化学気相析出装置（ＣＶＤ装置）の説明図、第
２図はスローアウエイチツプ基体への薄膜の被覆状態を
示した図である。 １・・・・・・スローアウエイチツプ基体、２・・・・
・・被覆薄膜、３ａ，３ｂ，３ｃ・・・・・・ガスボン
ベ、４・・・・・・Ａ江ち蒸発装置、５・・・・・・反
応容器、６・・・・・・加熱炉。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ Ｓｉ＿３Ｎ＿４を主成分とする焼結体を基体とし、
    その表面に直にＡｌ＿２Ｏ＿３およびＡｌＯＮのうち少
    くとも一種の被覆薄膜をそなえることを特徴とするセラ
    ミック・スローアウェイチップ。 ２ Ｓｉ＿３Ｎ＿４粉末にＭｇＯ、Ｙ＿２Ｏ＿３、Ｔａ
    ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ＿２およびＡｌ＿２Ｏ＿３のうちの
    少くとも一種の焼結助剤を少量添加し焼結して得られる
    スローアウェイチップの基体上に直接、化学気相析出法
    でＡｌ＿２Ｏ＿３およびＡｌＯＮのうち少くとも一種の
    被覆薄膜を形成することを特徴とするセラミック・スロ
    ーアウェイチップの製造法。
JP53155804A 1978-12-19 1978-12-19 セラミツク・スロ−アウエイチツプとその製造法 Expired JPS5913475B2 (ja)

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