JPS5926976A - 高靭性セラミツク工具 - Google Patents

高靭性セラミツク工具

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JPS5926976A
JPS5926976A JP57133676A JP13367682A JPS5926976A JP S5926976 A JPS5926976 A JP S5926976A JP 57133676 A JP57133676 A JP 57133676A JP 13367682 A JP13367682 A JP 13367682A JP S5926976 A JPS5926976 A JP S5926976A
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JP
Japan
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weight
tool
cutting
stabilized
present
Prior art date
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JP57133676A
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English (en)
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JPH0339989B2 (ja
Inventor
馬場 英俊
一幸 田島
伊藤 尚史
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Nippon Tokushu Togyo KK
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Nippon Tokushu Togyo KK
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Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd, Nippon Tokushu Togyo KK filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は窒化珪素を主体とする高靭性レラミック工具に
関する。
従来鋳物の黒皮を100 m /min以上のハイスピ
ードで切削するセラミック工具としては、Aβ203及
びAJ2203−−r’ic等をポットプレス若シ、り
は熱間静水圧法(HIP法)などにより焼結したものが
主どして使用されてきた。
ところがこれらの工具は、使用中欠け、割れ等を起し易
く、自動機C切削加エリ−る場合には、稼動率の低下の
最大原因になっていた。
また、工具としての寿命は欠は及び割れに左右され、摩
耗幅が非常に少ない状態でも交換しなければならないこ
とが多かった。
これらの欠点を解消するため、さきに Aρ203系祠利J、りも衝撃強さ、熱衝撃強さ及び靭
性の高い窒化珪素に@目し、研究の結果、MgO及び安
定化したZr 02を焼結助剤としてポットプレスする
ことにより使用中に欠けや割れのない高靭性窒化珪素工
具を開発したが、ポットプレスであるIこめ形状的制約
を受けるのに加え、窒化珪素材料は切断、研磨等の(幾
械加工がしにくいためコスト的にへρ203系工具に対
抗できなかった。
そこで、本発明者等はかかる欠点を解消づるため、鋭意
検討の結果、MgO及び安定化したZrO2を添加した
 3i 3N<にさらにDy2O3とY203のうちの
1種以上を添加することにより容易に非酸化性雰囲気中
で普通焼結でき、且つ使用中欠け、割れのない高靭性の
窒化珪素工具が得られることを見い出した。
゛リ−なわら本発明の要旨は、図面に示すように正三角
形に交わる三軸にそれぞれ 3i 3N4、MqO及び
安定化されたZr 02の重量%を表示した三角座標に
おいて、点A(Si 3N<98ff11%、M(10
1重量%、ZrO21重fu%)、点B (Si  3
 N< 79重量%、M(1020重重量、7rO21
重量%)、点C(S i 3 N 479重早%、Mg
01重量%、Z r 0220ffifLt%)を結ぶ
線で囲まれる範囲において3i 3Nn、M(10及び
安定化されたZr 02の各粉末、を配合した第1粉末
80〜99.9重量%どDV2C)3及びY203の少
なくとも1種からなる第2粉末20〜0.1重量%の混
合粉末を成形、焼結してなることを特徴とする高靭性セ
ラミック工具にある。
以下に本発明の詳細な説明するに、本発明では原料とし
TSi 3 N4 、M!;l O及びZr 02の三
成分とI)l/2(、):+及びY203のうちの一成
分以上を必要とし、7rO2はY2O3、CaOなどで
′安定化されていることを要Jる。
安定化されていないZrO2を使用すると、焼結後部分
安定化した形か又は単斜晶系の形で焼結体中に残留し、
切削加工する際工具先端の温度が1000℃以上に上昇
した時、高温型の正方品系に変態を行ない、異常な容積
変化を伴うため熱歪により欠()、割れに対りる抵抗性
が減少してしまう。
上記のSi 3 N4 、Mgo、Zr 02の三成分
の配合量は図面に示すような三角座標において点A、8
.Cを結ぶ点線で囲まれる範囲内であることが要求され
る。この範囲内であると欠けに対する抵抗性が大きく、
範囲外になると大幅に低下する。また概してM(10が
少なくなると耐摩耗性が低下する傾向がある。79重量
%以上98重量%以下の3i 3N4にY2O3、又は
CaOで安定化したZr 02を添加剤として1重量%
以−1:20重量%以下加えた理由は、7rO2添加量
が1重量%より少ない範囲では靭性の向上効果がみられ
ず、20重湯%より多くなると工具としての硬度の低下
と其に切削時の摩耗が多く使用できない点にある。又、
Si 3N<の限定理由は、3i 3N+が98重単%
を越えると焼結性が悪く目的とする特性が1!1られす
、79重量%未満では切削時の耐摩耗性が低下するため
である。又、MgOを1小ω%以上20重量%以下加え
る理由は1重量%より少ない範囲では焼結促進剤として
の効果が少なく、20重量%より多くなると切削時の摩
耗が多くなり工具としての特性が得られないためである
また、本発明をより効果あるものとするためには、上記
三成分の配合色を図面に示′IJ:うな三角座標におい
て、点D(S13N4941%、Mg0211%、ZI
’022重量%)、点E(S!  3N<80重量%、
M(1018重量%、Zr022重塁%)、点F(S!
  3N480重量%、M(102重量%、Z r O
218i11i帝%)ヲ結ぶ実線で囲まれる範囲内に選
択するとよい。
以上の三成分でホットプレスによる緻密化は可能である
が、これを普通焼結するためには、上記三成分80〜9
9.9重量%にさらにDy2O3及びY203の少なく
ども1種を20〜0.1重量%添加しなければならない
。Dy2O3及びY203の添加量の限定理由は、添加
fit O,1重量%未満では普通焼結ができず、20
重量%を越えると硬匪の低下と共に切削時の摩耗が多く
なり工具どして使用できない。
本発明に係る工具を製造するためには、以上の混合粉末
に有機バインターを添加し、金型プレスにより所定の形
状に成型し、仮焼して有機バインダーを除去した後、1
550〜1800℃、非酸化性雰囲気で焼成する。非酸
化性雰囲気で焼成づるのは窒化珪素が酸化し易いからで
、1550 ’C未渦の温度では焼結が不十分どなる場
合があり、1800°Cを越えると3i 31’J4の
蒸発が著しくなる。
以下に実施例によって本発明をより訂■にd1明覆る。
実施例1 α−3! 3N490重φ%とβ−3i 3N410重
量%よりなる粉末とCa O20Eル%により安定化し
たZr 02 、MQ O,Dy 203及びY203
を表1に示す比で混合し、ボールミルにより粉砕して平
均粒径1μとした。これ(こ5外重量%のパラフィンを
加え造粒し、金型ブレスによりプレス圧1.5 ton
/ cJで所定形状に成型した。これを真空中800°
Cで仮焼した後、N2気流中で表1に示ず温度″c11
Iyi間焼結した。
1qられた焼結体をω(磨して、S N G N 43
2− TN(チャンファ−0,1) 、5NGN Ab
5〜1N(チャンファ−0,2)及び4X8X25能の
各デスl−ピースを作成し、諸物性を測定した。
なお、表中の注は下記のとおりである。
※1.Y20:+で安定化したZr 02を使用し l
こ。
※2.5NGN  432−TN (チャンフ1−〇、
1)のテストピースを用い、被削材どして 100φ×
500℃のFe12を選び、切削条件を切削速度400
 m / Ill!n 、切込み2 、0 ++++、
送り0.3mm / revとし1000mm切削後の
フランク摩耗幅vB を測定した。
※3. S N G N  455− T N (チャ
ンファ−0,2)のテストピースを用い、被剛材として
200φ×35℃のFe12(黒皮)を選び、切削条件
を切削速度400 m /min 、切込み2.5能、
送り 0.3  +nu/revとし、円板の外側面を
軸方向に切削した。
表1によって示される通り本発明のセラミック工具は、
靭性特に鋳物のラフカットに対する工具のチッピング、
欠【ノに対する抵抗性に優れ、自動機における工具の信
頼性を大幅に向上させることができる。その理由は断定
できないが、第1に表1に示す如き断続切削に於ては刃
先の温度は1000℃以上に上昇することが繰り返され
、この時へλ203−TiC系工具は熱膨張係数が約7
 x 10−6/ °Cと大きいのに対し本発明の3i
 3N+を主体とする工具は約3.5X 10−6/℃
ど小さく熱衝撃に強いためと考えられる。又、第2にS
i 3N<を主体とする工具は微構造的に観察した時、
繊維構造を示し、破壊に対する靭性が高いためと考えら
れる。
又、Si 3 N4−Mg0−Zl・02にDV203
やY2O3を添加すること【こより普通焼結が可能とな
り、ホットプレスした場合に較べ切断不要となり、研磨
加工時間も大幅に短縮されるとともに穴付チップ等の複
雑形状の切削工具も容易に得られる様になった。
実施例2 実施例1の試料NO12と同一組成にて安定化ジルコニ
ヤを用いる代りに、安定化されていない単斜晶系のシル
コニVを用い、比較試1’31 N o。
2Rを製作した。特に欠け、割れを起すまでの製品の切
削枚数を調査する試料は10ケ製作し、N022と比較
した結果表2の通りになった。
表2 表2より明らかな如く、抗折力、硬度、耐I字粍性では
両者共差がないけれども、欠()、割れを起すまでの製
品の切削枚数はN o、 2が10りの試料中、10ケ
冑150ケ以上切削できたのに対し、NO,2Rは4ケ
のみ150以上切削でさ、その11!!は32ケ〜13
1ケの間にばらついていた。これの理由は断定できない
が、No、2RがX線回析により、少量の単斜晶系の低
温型Zr 02を検出されるのに対し、本発明のNO,
2は覆べて安定化Zr 02のみ検出されるため、欠け
、割れに対する強さが安定しているためと思われる。
最近の切削機械はいずれも自動化が進/υでおり、工具
の突発的な欠(す、割れは大変やっかいな問題を起すた
め、本発明による安定した]7具は欠け、割れ(二対1
−る強さのばらつきの大きいNo、2Rに比較し、大き
な長所を有している。
なお、更に至渇から1200℃までの熱膜111を調合
したところ、No、2Rは900℃と1000℃の間て
熱膨張係数の変化点が認められたがN002は変化点が
認められず直線的膨張曲線を示した。
又、本発明のレラミツクニ[具は、上記のような優れた
諸物性のため、鋳物以外の金属、例えばアルミニウム、
スチールなどの切削工具、更には切削のような振動や熱
のかかる機械用耐熱部品に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
図面は焼結されるべき混合粉末を構成する各要素の配合
割合を示す三角座標図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  図面に示すように正三角形に交わる三軸にそ
    れぞれ 3i:+Na、M(10及び安定化されたZr
    O2の重量%を表示した三角座標において、点A(Si
     3Nq98重量%、MCl01重量%、Zr021重
    量%)、点B (Si 3N479重量%、MO020重蟻%、7r0
    21重量%)、点C(Si  3Ng79重量%、M(
    101重量%、Zr0220重□□□%)を結ぶ線で囲
    まれる範囲においてS! 3N4、M(10及び安定化
    された7r○2の各粉末を配合した第1粉末80〜99
    .9  重量%とDV203及びY2O3の少なくとも
    1種からなる第2粉末20〜0.1  重量%の混合粉
    末を成形、焼結してなることを特徴とする高靭性セラミ
    ック工具。
JP57133676A 1982-08-02 1982-08-02 高靭性セラミツク工具 Granted JPS5926976A (ja)

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JPH0339989B2 JPH0339989B2 (ja) 1991-06-17

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Cited By (1)

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JPS62292674A (ja) * 1986-06-11 1987-12-19 住友電気工業株式会社 窒化珪素質焼結体およびその製造方法

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