JPS6026066B2 - 高靭性を有するセラミツク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特に靭性にすぐれると共に、耐摩耗性、耐
熱性、および耐酸化性にもすぐれ、さらに高強度を有し
、特に切削工具用材料として使用するのに適したセラミ
ックに関するものである。

従来、切削工具用セラミックには大笈Ｕしてアルミナセ
ラミックとアルミナー炭化物系セラミックの２種類があ
る。上記アルミナセラミックは、粒成長防止のために酸
化マグネシウム（以下Ｍｇ０で示す）粉末を０．１〜１
重量％程度添加含有させたアルミナ（以下山２０３で示
す）粉末を、大気中「真空中、あるいは水素雰囲中で競
結するか、または加圧競結するかして製造され、通常鋳
鉄の高速切削（切削速度２００の／ｍｉｎ以上）に使用
されているが、３点式抗折力試験で通常４０ｋ９／磯程
度、最高７０ｋ９／磯程度の強度しかもたず、しかも級
性が不足しているために綱切削および鋳鉄の断続切削に
は使用することができない。

一方、アルミナ−炭化物系セラミックは、加圧競縞法に
よって菱造されるもので、微細な複合紙議を有すると共
に、高い硬度および級性をもち、さらに通常７０ｋ９／
桝程度、最高１００ｋｇ／協程度の高い抗折力をもつこ
とから、鋳鉄の断続切削や鋼の仕上切削に使用されては
いるが、満足な籾性をもつものではない。

そこで、より高い級性をもち、より汎用性のある切削工
具用セラミックとして、ＡＩ２０３‐叢化チタン（以下
ＴＩＮで示す）系、Ｎ２０３‐炭化タングステン（以下
ＷＣで示す）系、さらにＭ２０３‐炭化チタン（以下Ｔ
ＩＣで示す）‐Ｍｏ‐Ｎｉ系などのセラミックが試作さ
れてはいるが、これらセラミックにおいても飛躍的な鋤
性向上ははかられてし、なにのが現状である。

本発明者等は、上述のような観点から、Ｎ２０３を主成
分として含有するセラミックの飛躍的な靭性向上をはか
るべく研究を行なった結果、【ａ｝ ＡＩ２０３を主成
分として含有するセラミックの菱造に際して、原料粉末
中に窒化アルミニウム（以下ＮＮで示す）粉末を混合さ
せると、このＭＮ‘ま普通焼結あるいは加圧暁結過程時
に、そのごく１部が分解してわずかな量の遊離ＡＩが生
成し、この遊離ＡＩは焼結性を向上させるだけでなく、
山２０３粒間の界面エネルギーを減少させる作用をもつ
ことから（なお、この遊離山は製造されたセラミック中
では低度酸化の山酸化物として存在する）、製造された
セラミックは著しく高い耐粒界破壊性をもつようになり
、この結果前記セラミックの鞠性が飛躍的に向上するよ
うになること。

なお、このようなことから、原料粉末中に金属ＡＩ粉末
のごく少量を混合して同様な効果を期待することが考え
られるが、この場合金属釘粉末を平均粒径５仏肌以下に
微粉砕し、しかもその少量を原料粉末中に均一に分散さ
せることは難しく、したがって少量の金属ＡＩ粉末の添
加混合では不均一な特性をもったセラミックしか得られ
ず、かえって強度低下をもたらすようになると共に、所
望の級性向上効果も得られない。

これに対して、ＡそＮ粉末はきわめて容易に徴粉化する
ことができるので、原料粉末中にきわめて均‐一に分散
混合することができる。‘ｂ｝ Ａそ２０３を主成分と
して含有するセラミックの製造に際して、原料粉末中に
、Ｔｉ，Ｚｒ，およびＨｆの窒化物、炭窒化物、および
これらの２種以上の間港体（以下これらを総称して、傘
族金属の窒・炭窒化物という）のうちの１種または２種
以上の粉末を混合すると、競結時に山２０３の粒成長が
抑制され、しかも製造されたセラミックには、これら混
合成分のもつ硬さおよび強度が付与されるようになって
、すぐれた耐摩耗性および耐クレーター性（切刃の耐す
くい面摩耗）を具備したものになること。

‘ｃ’同様に、Ｍｇ０および酸化桂素（以下Ｓｉ０２で
示す）のうちの１種または２種の粉末を原料粉末中に添
加混合すると、得られた山２０３系セラミックの機械的
特性、特に抗析力が一段と向上するようになること。

以上｛ａ’〜‘ｃ｝に示される知見を得たのである。

この発明は上記知見に基づいてなされたものであって「
重量％で（以下％は重量％を示す）、．傘族金属の窒・
炭窒化物のうちの１種または２種以上：１〜５０％，Ｎ
Ｎ：０．１〜５％， を含有し、さらに必要に応じて、 Ｍｇ０およびＳｉ０２のうちの１種または２種：０．２
〜３％，を含有し、残りがＡＩ２０３と不可避不純物か
らなる組成を有するセラミックに特徴を有するものであ
る。

つぎに、この発明のセラミックの成分組成を上記の通り
に限定した理由を説明する。

‘ａ｝ 傘族金属の窒・炭峯化物 これらの成分には、上記の通りセラミックに高硬度と高
強度を付与し、もって耐摩耗性を向上させる作用がある
が、その含有量が１％未満では、前記作用に所望の改善
効果が得られず、一方５０％を越えて含有させると、山
２０３の相対的含有量が少なくなりすぎて、セラミック
の高溢耐酸化性および高温硬さが損なわれるようになり
、高速切削に際して発生する高温に対する化学安定性が
低下するようになることから、その含有量を１〜５０％
と定めた。

‘ｂ｝ 山Ｎ 山Ｎ成分には、上記の通りセラミックの靭性を飛躍的に
向上せしめる作用があるが、その含有量が０．１％未満
では所望の高靭性を確保することができず、一方５％を
越えて含有させると、セラミックの耐摩耗性が低下する
ようになることから、その含有量を０．１〜５％と定め
た。

‘ｃー Ｍｇ０およびＳｉ０２ これらの成分には、セラミックの鞠性をさらに一段と向
上させる作用があるので、特に高い鞠性が要求される場
合に必要に応じて含有されるが、その含有量が０．２％
未満では所望の轍性向上効果が得られず、一方３％を越
えて含有させるとセラミックの強度が低下するようにな
ることから、その含有量を０．２〜３％と定めた。

なお、この発明のセラミックは、不可避不純物として鉄
族金属を含有する場合があるが、その含有量が３％以下
であれば、セラミックの特性が何ら損なわれるものでは
ない。また、この発明のセラミックは、普通隣給、熱間
静水圧焼絹、あるいは加圧凝結などの暁結手段を適用す
る通常の粉末治金法によって製造することができるが、
この場合原料粉末としてのＭ２０３粉末は、高温で製造
された高純度にして、均一微細な粒度をもつものを使用
するのが望ましい。

つぎに、この発明のセラミックを実施例により説明する
。実施例 原料粉末として、いずれも０．８〜１．２仏のの範囲内
の平均粒径を有する、ＡＩ２０３粉末，山Ｎ粉末，ＴＩ
Ｎ粉末，ＺｒＮ粉末，ＨｆＮ粉末，ＴＩＣＮ粉末，Ｚｒ
ＣＮ粉末，日にＮ粉末，（Ｔｉ船，ＺｒＭ）ＣＯ．３Ｎ
Ｍ粉末，（Ｔｉｏ．８，Ｈｆ船）ＣＯ．２ＮＯ．８粉末
，Ｍｇ○粉末およびＳｉ０２粉末を用意し、これら原料
粉末を、それぞれ第１表に示される配合組成に配合し、
通常の条件で湿式混合し、・乾燥した後、この結果の混
合粉末を用いて、同じく第１表に示される暁結方法およ
び暁結条件にて競結することによって、実質的に配合組
成と同一の成分組成を有する本発明セラミック１〜１４
および従釆セラミックをそれぞれ製造した。

ついで、この結果得られた本発明セラミック１〜１４お
よび従釆セラミックについて、耐摩耗性を評価する目的
でロックウェル硬さ（Ａスケール）を測定し、また鯛性
を評価する目的で抗折力を測定し、さらに、被削材：Ｊ
ＩＳ・ＦＣ‐２５， チップ形状：ＩＳＯ・ＳＮＧＮ４３２， 切削速度：６００の／ｍｉｎおよび１００の／ｍｉｎ，
第１表（表中、．ＵＳ：普通暁続・ＨＰ：ホットプレス
暁結、ＨＩＰ：熱間静水圧暁続を示す）送り：０．２８
側ノｒｅｖ，切込み：０．５側， 切削時間：８ｈｌｎ’ の条件で鋳鉄連続切削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗
幅（フランク摩耗）とすくい面摩耗深さ（クレーター摩
耗）をそれぞれ測定した。

これらの測定結果を第２表に合せて示した。第２表に示
される結果から明らかなように、本発明セラミック１〜
１４は、いずれも従来セラミックと同等の高硬度を有す
るにもかかわらず、これより一段とすぐれた籾性を有す
るものであり、これらの違いは特に低速切削試験結果に
明確に現われている。

上述のように、この発明のセラミックは、すぐれた級性
、耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性、および高強度をもち、
特に切削工具として使用した場合に、低速切削および高
速切削のいずれの切削においてもすぐれた切削性能を示
すのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｔｉ，Ｚｒ，およびＨｆの窒化物、炭窒化物、およ
   びこれらの２種以上の固溶体のうちの１種または２種以
   上：１〜５０％， 窒化アルミニウム：０．１〜５％， を含有し、残りが酸化アルミニウムと不可避不純物から
   なる組成（以上重量％）を有することを特徴とする高靭
   性を有するセラミツク。 ２ Ｔｉ，Ｚｒ，およびＨｆの窒化物、炭窒化物、およ
   びこれらの２種以上の固溶体のうちの１種または２種以
   上：１〜５０％， 窒化アルミニウム：０．１〜５％， を含有し、さらに、 酸化マグネシウムおよび酸化硅素のうちの１種または
   ２種以上：０．２〜３％，を含有し、残りが酸化アルミ
   ニウムと不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有
   することを特徴とする高靭性を有するセラミツク。