JPS5969475A - 高靭性セラミツク工具 - 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】 本発明は窒化珪素を主体とする高靭性セラミノク工具に
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ソク工具としてば、八１２．０３及
びへ＋ユ０３　　Ｔｉｃ等をホットプレス若しくは熱間
静水圧法（ＨＩＰ法）などにより焼結したものが主とし
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、自動機で切削加工する場合には
、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り及び割れに左右され、摩
耗幅が非雷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、さきにへ１２０３系Ｈ料
よりも衝撃強さ、熱衝撃強さ及び靭性の高い窒化珪素に
着目し、研究の結果、ＭｇＯ及び安定化したＺ　ｒ　Ｏ
ｚを焼結助剤としてポットプレスすることにより使用中
欠けや割れのない高靭性窒化珪素エコ工具に対抗できな
かった。

そこで、本発明者等はかかる欠点を解消するため、鋭意
検討の結果、ｒｌｇＯ及び安定化したＺ　ｒ　Ｏｌを添
加したＳｉヨＮ４４にさらにＮｂ、Ｏ，とＴａ２Ｏ夕の
うちの１種以］−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］二具が得られることを見い出　し　
ノこ　。

すなわち本発明の要旨は、図面に示すように正ヨ角形に
交わる三軸にそれぞれｓｉ、Ｎｌ／ｌ、Ｍｇｏ、及び安
定化されたＺｒＯ□の重量％を表示した三角座標におい
て、点△（ｓ；、Ｎ、　９８重量％、　Ｍｇ０１重量％
。

ＺｒＯ□Ｉ重量％）９点Ｂ　（Ｓｉ３％　７９重量％、
　ＭｇＯ２０ｍ　ｊｉ１％、ＺｒＯ□１重里％）１点Ｃ
（Ｓｉ、＋％　７９重量％。

ｔｌｇｏ　　！重量％、　ＺｒＯ□２０重量％）を結ぶ
線で囲まれイ）範囲においてＳｉヨＮ、、ＭｇＯ，及び
安定化されたＺｒＯ２の各粉末を配合した第１粉末８０
〜９９重量％とＮｂ工ＯＦ及び　Ｔａ、（ｌｑの少なく
とも１種からなる第２粉末２０〜１重量％の混合粉末を
成形、焼結してなるごとをり￥徴とする晶靭性セラミソ
ク工具にある。

以Ｆ本発明の詳細な説明するに、本発明では原料として
Ｓ　ｉ７　％　９Ｍｇ０　、及びＺｒ（１）の三成分と
Ｎｂ２０５−及びＴａよ０５−のうちの−成分以上を必
要とし、ＺｒＯ□はＹ２．０３　＋　ＣａＯなどで安定
化されていることを要する。

安定化されていないＺｒＯ□を使用すると、焼結後部分
安定化した形かまたは単＄８１品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−に昇した時、高温型の正方品系に変態を行い、異常
な容積変化を伴うため熱歪により欠ＬＪ、割れシこ対す
る抵抗性が減少してしま・う。

上記のＳｉ％ヶ、　ＭＨＯ，ＺｒＯ□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△、Ｂ、Ｃを結
ふ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。また標してｔｌｇＯ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−］二９８重量％以下の５ｉｉＮ弘にＹ２
Ｏ３、又はＣａＯで安定化したＺｒＯ２を添加剤として
１重量％以上２０重量％以下加えた理由は、ＺｒＯ，Ｌ
添加量が１重量％より少ない範囲では靭性の向上効果が
のられず、２０重量％より多くなると工具としての硬度
の低下と共に切削時のＶ耗が多く使用できない点にある
。又、Ｓｉ、Ｎｚ、ｔの限定理由は、Ｓｉ、７Ｎｐが９
８重量％を越えると焼結４（ｌ：が悪く目的とする特性
が得られず、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重量％以上２０重量
％１ν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ｉｊ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番、！、
−に記三成分の配合量を図面に示すような三角座標にお
いて点Ｄ　（Ｓｉ、ＪＮい９６重量％、　ｈｇｏ　２重
量％、　ＺｒＯ２２ｒｉ　用％）２点Ｅ　（Ｓ＋ａＮ４
ｔ８０重量％。

Ｎｇｏ　１８−ｆｆｉｉｉ％、　ＺｒＯ２２重量％）９
点Ｆ　（Ｓｉ３Ｎ４８０重晴％、　Ｍｇ０２重量％、　
Ｚｒ０２１８重量％）を結ぶ実線で囲まれる範囲内に選
択するとよい。

以−１−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、」二記ヨ成分８
０〜９９ｆｆｌＪＷ％さらにＮｂ、Ｏ，及びＴ　ａ　ｚ
Ｏ５−の少なくと＜）１種を２０〜１重量％添加しなけ
ればならない。Ｎｂ２０士及びＴａ２Ｏ！ｒの添加量の
限定理由は、添加量１重量％未満では普通焼結ができず
、２０重量％を越えると硬度の低下と共に切削時の摩耗
が多くなり工具として使用できない。

本発明に係る工具を製造−Ｊるためには、以上の混合粉
末に有機バインダーを添加し、金型フッス焼成する。非
酸化性雰囲気で焼成するのは窒化珪素が酸化し易いか−
らで、１５５０’ｃ未満の温度では焼結が不十分となる
場合があり、１７５０’ｃを越えるとＳｉ３Ｎ、７の芸
発が著しくなる。

以下に実施例によゲζ本発明をより＾Ｙ細に説明する。

実施例１ αＳ　ｉ　３　Ｎｙ　９０重票％とβ−５ｉ３　Ｎ４ｉ
ｏ　ｍ　Ｆｔ％よりなるわ）未Ｃａ０２０モル％により
安定化しノコＺ　ｒ　ｏＪ、＋ＭｇＯ、Ｎｂ、Ｏ，及び
ＴａＪｐを表１−１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。これに５夕１重量％の
パラフィンを加え造粒し金型プレスによりプレス圧１．
５ｔｏｎ／ｃ♂て所定形状に成型した。これを真空中８
００℃で仮焼した後、Ｎ、気流中で表１−２に示す温度
で１時間焼結した。１１られだ焼結体を研磨して、５Ｎ
ＧＮ４３２−′ＩＮ（チャンファ−０，１）　、ｓ　Ｎ
ＧＮ４５５−Ｉ　Ｎ（チャンファ−０，２）及び４Ｘ８
Ｘ２５闘の各ナス１〜ピースを作成′し、ｄＨ物性を測
定した。

なお、表１中の〆１Ｅは下記のとうりである。

※１．　Ｙ、＋１．で安定化した７、ｒｏ□を使用した
。

※２．　５ＮＧＮ４３２−ＴＮ　（チャンファ−０，１
）のナス１ピースを用い、被削剤として１００φ×５（
］（＋　７！のＦｅ１２を選び、切削条件を切削速度４
００ｍ／ｍｉｎ　、切込メ２．０ｍｍ　、送り０．３ｍ
ｍ　／ｒｅｖとし　１０００ｍｍ切削後のフランク摩耗
幅■、を測定した。

※３．　５ＮＧＮ４５５−　　ＴＮ　（チャンファ−０
，２）のテストピースを用い、被切削剤として２００φ
×３５ｐのＦｅ１２（黒皮）を選び、切削条イ１１をす
Ｊ削速度４００ｍ／ｍｉｎ　、切込み２．５ｍｍ　、送
り０．３ｍｍ　／ｒｅｖとし、円板の外側面を軸方向に
切削した。

表１−１ 表１−２ 表１−１〜２によって示される通り本発明のセラミノク
工具は、靭性特に鋳物のラフカッ１−に対する工具のデ
ツピング、欠り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１晶に向上さ−１ることができる。そ
の理由は１ｔｌｉ定できないが、第１に表１−２に示す
如き断続切削に於いては刃先の温度は１０００”Ｃ以−
にに」二昇することが繰り返され、この時＾１□０３　
　ＴＩ　Ｃ系工具は熱膨張係数がＧ 約７ｘｌＯ／’Ｃと大きいのに対し本発明の−１ｊ　３
　Ｎ　４を主体とする工具は約３．５　ｘｌＯ／’ｃと
小さく　ｊ：Ｉ＞衝撃に強いためと考えられる。まノー
、第２るこｓｉ、１４゜を主体とする工具は微構造的に
観察し７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、Ｓ　ｉｉ　Ｎ／＋　　ｈＯＺｒ（＋２４こＮｂ、０
５やＴａ）Ｏｐを添加することにより普通焼結が可能と
なり、ボッｌ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イ；１千ノブ
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Ｎ０．２表同一組成にて安定化ジルコ１
ニヤを用いる代りに、安定化されていない中斜品系のジ
ルニをニー１・を用い、比？２試料Ｎｏ、２Ｒを製作Ｌ
７だ。特に欠り、割れを起ごずまでの製品の切削枚数を
調査する試料は１０ケ製作し、Ｎｏ、２と比較した結果
表２の通りになった。

表２より明らかな如く、抗折力、硬度、耐摩耗性では両
者共差がないけれども、欠り、割れを起ごずまでの製品
の切削枚数はＮｏ、　２が１０ゲの祇ｔｌ　ＩＩ＋１０
ケ皆１５０ケ以上切削できたのに対し、Ｎｏ、２Ｒは３
ケのめ１５０以上切削でき、その他は３０ケ〜１４３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線回折に、１、す、少量のｒ＋ｉ　ｓ′
＋晶系の低温型ＺｒＯ□を検出されるのに対し、本発明
のＮｏ、２はすべて安定化ＺｒＯよのみ検出されるため
、欠り、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んでおり、工具の
突発的な欠り、割れは大変やっかいな問題を起こすため
、本発明による安定した一Ｉ具は欠り、割れに対する強
さのばらつきの大きいＮｏ、２Ｒｌこ比較し、大きな長
所を有している。なお、更に室温から１２００°Ｃまで
の熱膨張を調査したとごろ、Ｎｏ、２Ｒは９００℃と１
０００℃の間で熱膨張１糸数の変化点が認められたがＮ
ｏ、２は変化点が認められず直線的膨張曲線を示した。

又、本発明のセラミノク工具は、上記のような優れた諸
物性のため、鋳物以外の金属、例えばアルミニウノいス
チールなどの切削］二具、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１５）末を構成する各要素の
配合割合を示−４三角座標図である。 ３９０ 手続補正前（方式） 昭和５色才　３Ｊ１１１＝日 特許庁長官　　　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年　特許願　第１７５８２４号２、発明の名称 高靭性セラミソク工具 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　！ｌｌ１１便番号４６’１−９１名古屋市瑞穂区
ｉ口１辻町１４番１８号４、？ＩＩｉ正命令の日イ；１
（発送日）昭ｆＪ１５Ｂ年２月２２日 ５、補正の対象 を提出しまず。〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ツＩ面に示すように正三角形に交わる三軸にそれぞれ
   Ｓｉ３％、ｈｏ、及び安定化されたＺｒＯ２の重量％を
   表示した三角座標において、点Ａ　（Ｓ７３Ｎ４９８重
   聚％、　ＭｇＯ１重量％、ＺｒＯ２１重量％）１点Ｂ　
   （Ｓｉ、Ｎｐ　７９重量％、　ＭｇＯ２０重重量、Ｚｒ
   ０２１重量％）１点Ｃ（Ｓｉｙ％　７９重量％＋　Ｍｇ
   ０１重量％。 Ｚｒ０２２０重量％）を結ぶ線で囲まれる範囲において
   Ｓ　ｉ、ｊＮ４　＋　Ｍｒ＋Ｏ、及び安定化されたＺｒ
   Ｏ□の各粉末を配合した第１粉末８０〜９９重量％とＮ
   ｂユＯ「及びＴａ２０ｙの少なくとも１種からなる第２
   粉末２０〜１重Ｍ％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ソク工具