JPS6051668A - 耐摩耗性部材 - Google Patents

耐摩耗性部材

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JPS6051668A
JPS6051668A JP58139270A JP13927083A JPS6051668A JP S6051668 A JPS6051668 A JP S6051668A JP 58139270 A JP58139270 A JP 58139270A JP 13927083 A JP13927083 A JP 13927083A JP S6051668 A JPS6051668 A JP S6051668A
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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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、窒化ケイ素（３ｉ　３Ｎ４）を主成分とする
耐摩耗性に優れたセラミックス焼結体を用いた耐摩耗性
部材に関する。
［発明の技術的背景とその問題点］ セラミックス焼結体、特にＳｉ　３Ｎ＜系セラミックス
焼結体は、高温での機械特性に優れＣいることから、従
来より各種構造月利としで使用されている。
しかしながら、耐摩耗性や破壊靭性が必ずしも充分でな
いため、ベアリングや切削工具等の耐摩耗性部材とし”
Ｃ使用されることは少なく、使われてもその寿命が実用
上充分とはいえかった。
一方、従来より切削工具は超硬合金製のチッププレード
をろう付けによりシャンクに一体化またはクランプ止め
して製造されているが、超硬含金では高速、高送り切削
や木拐満切り加工等の高負荷重加工が困難Ｃあった。
［発明の目的Ｊ 本発明はこのような点に対処してなされたもので、高負
荷重加工が可能なセラミックス焼結体を主体とりる耐摩
耗性部材を提供することを目的とする。
「光間の概要」 すなわら本発明の第１の耐摩耗性部材は、窒化ケイ素７
０〜９７重量％、モリブデン、ニオブ、ハフニウム、タ
ンタル、タングステンおにびこれらの炭化物、ケイ化物
、ボウ化物のうち、１種以上０．１〜１０ｆｆｌｆｆｉ
％およびｓ＊　−ｙ−Δβ−〇−Ｎからなる粒界相２〜
２０重量％で構成されるセラミックス焼結体からなるこ
とを特徴どしてａ３す、第２の耐摩耗性部材は、このセ
ラミックス焼結体と金属部材どを接合してなることを特
徴としＣいる。
５ｉａＮｎにはα相のものとβ相のものとが知られ【い
るが、本発明における３ｉ　３Ｎ＜とし〔は、β相のも
のが適している。
本発明におい−（、Ｓ！ｓＮ４の和を上述のように限定
したのは、７０重量％以上ぐ焼結体の機械的強度や耐熱
性が各段に向上し、３ｉ：＋Ｎ＜のＳｔ　３Ｎ＜の優れ
た特性が顕著であり、また逆に焼結性を考慮すると、９
７重量％までが好ましいことによる。
本弁明におけるモリブデン、ニオブ、ハフニウム、タン
タル、タングステンおよびこれらの炭化物、ケイ化物、
ホウ化物は焼結体の硬度、耐１７耗性おＪ、び抗折強電
を向上させる重要な成分であり、これらの量が０．１重
量％未満では、本発明としての効果が充分Ｃなく、１０
重間％を越えると破壊靭性値（Ｋｌｃ）が低下し、機械
的強度が低下することがあるので上述の範囲とする。
これらの中ではモリブデンが好ましく、特にモリブデン
ケイ化物の場合に顕著な改善効果を右づる。モリブデン
ケイ化物に他のものを併用することは望ましい。５ｉ−
Ｙ−Ａ℃−〇−Ｎからなる粒界相は、３ｉ　３Ｎ＜の焼
結助剤どしでＹ２Ｏ３、△Ｊ２ｚ０３等を使用した場合
のＹ２Ｏ３Ａβ２０３系ガラスあるいは結晶化合物で構
成されるものｅあり、これらの粒界相が２ｆｆｉｆｆ１
％より少ないと３ｉ　３Ｎ４の焼結が困難となり、２０
！ｍ％を越えるとセラミックス焼結体の機械的強度や耐
熱衝撃性が低下するので上述の範囲とする。
これらの成分の他セラミックス焼結体をさらに緻密なも
のとするため、ＡＡ２０３もしくは１−ｉ０２を存在さ
せＣもよい。この場合、ＡＡ２０３の量は０．１〜１０
重量％とし、Ｔｉ　０２の但は０．１〜５重量％とする
。
次に本発明にお１ノるセラミックス焼結体の製造ツノ法
についで説明でる。
本発明にＪ５１．ｊる耐摩耗性部材を得るには、例えば
Ｓｉ　３Ｎ４粉末、Ｙ２０３粉末、ＡＪ２２０３粉末Ｊ
３よびＭＯ８ｉ　２粉末もしく焼結によりＳｉ　３Ｎ４
のＳｉと反応してＭＯＳｉ２となるもの、例えばＭｏ　
２　Ｇ粉末、Ｍｏ粉末等を混合し、これを所定の型に入
れ、１７００〜１８００’Ｃの高温下ｒ５０〜５００　
ｋｇ　／　ｃぜの圧力を約６０分間印加して焼結する。
また、３ｉｓＮ＋粉末にＹ２０ｓ粉末、Ａぶ２０３粉末
およびＭＯ２Ｃ粉末を混合し、さらにパラフィンのよう
な粘結剤を加えて予め成形し脱脂した後、非酸化性雰囲
気下で圧力をかけることなく、１７００〜１８００℃、
６０〜１２０分間加熱して焼結するようにしてもよい。
このようにして得られたセラミックス焼結体は、第１図
に模式的に示すように、Ｓｉ　３Ｎ４の粒子１と１ｙｌ
ｏ３ｉ２の粒子２の間をＹ２Ｏ３−Ａβ２０３系ガラス
等のＳｉ　−Ｙ−Ａβ−０−Ｎからなる粒界相３が埋め
たような組織となっている。
この場合、本発明における耐摩耗性部材は、このＭＯ８
ｉ　２２の存在により機械的強度や耐熱衝撃性は勿論の
こと耐摩耗性が非常に優れたものとなり、ベアリングや
切削工具等の耐摩耗性部材に使用して優れた効果を発揮
する。また、特に高温での耐摩耗性が優れているので、
各種の溶接に用いる治具に好適である。さらに金属部材
ど接合して高負荷重加工の可能な切削■貝どしで使用す
ることができる。
レラミックス焼結体を金属部材、特に鋼材に接合させる
には、例えば次のようにして行なう。
セラミックス焼結体を酸化して表面に酸化層を形成さけ
た後、この酸化層上にタフピッチ電界銅等の含酸素鋼を
接触させた状態で不活性雰囲気中で１０６５〜１０８３
℃に加熱して銅層を形成し、ろう材を介して金属部材と
接合させる。あるいは含酸素鋼の代りに活性金属の化合
物を添加したモリブデン酸リチウム溶液を塗イＩｊ　Ｌ
／、加熱し゛Ｃ導電層を形成した後、この導電層上にニ
ッケルめっきを施し、ろう祠を介して金属部材と接合さ
せる。
また、活性金属粉末または箔により金属部材と接合さＵ
るようにしてもよい。この場合、延性金属を接合面に挾
み、中間緩衝層を設けた方が高強度が得られる。
［発明の実施例］ 実施例１ Ｓｉ　３　Ｎ４８５ｆｆｉｆｆ１％、Ｙ２０３５重ｆｌ
１％、ＡＲ２０３４重量％、ＡＡ２’０３３重優％およ
びＭＯ２Ｇ３重量％をボールミルで粉砕混合し、得られ
た混合粉末にパラフィンを７重量％添加した後、室温下
０７００　ｋｇ／　ｃシの成形圧Ｃ長さ１００龍、幅１
００關、厚さ３０陳の板状体を成形した。
得られた成形体を７００℃に加熱しＣ脱脂した後、窒素
ガス中で１７５０℃、１２０分間加熱して焼結した。
得られたセラミックス焼結体のＫｃｌｉｔｌ（ＭＮｍ−
丁）は７．５、抗折強度〈３点曲げ）は１００　ｋｇ　
／　ｍｆ、摩耗ｆｆ１（Ｉｌｌｕ３／ｋｇ−ｍｍ）はｉ
　ｘ　−＋　ｏ　−６であった。
一方、これとは別に比較例としく’ＭＯ２Ｃを添加しな
い以外は実施例１と同様にしＣセラミックス焼結体を製
造した。得られたけラミプラス焼結体のＫＬＣ値は５．
５、抗折強度は８５　ｋｇ　／　ｍ（、摩耗ｍは５Ｘ１
０−６であった。
実施例２ 実施例１と同じ組成および方法で、第２図に示すような
、セラミック製のチップ４を製）Δした。
このチップ４の金属と接合面に１−ｉＱ２を添加したモ
リブデン酸リチウム溶液を塗布焼イ１けて導電層を形成
した後、この上にニッケルめっきを施しＩこ　。
次に所定の形状に成形した金属部材（合金工具鋼材）５
にへ〇−Ｑｕろう６を介して接触させ、加熱して接合さ
Ｕた木月加ユニ用■具を製造した。
この木工用工具によると、従来の工具で困難であった木
材の繊維に対して直角方向の加工も容易になり、送り速
度１．５Ｍ分での加工ができた。
これに対して、５ｉｓＮ４８８重量％、ＹｚＯ３−Ａβ
２０３系ガラス１２重ｆｉ１％からなる従来の３ｉ：＋
Ｎ４セラミックス製の切削工具では、上記の方向へ送り
速度０．７ｍ／分での加工しかできず、加工中破損する
ものも生じた。さらに従来からの超硬合金の刃では、送
り速度０．２８ｍ／分とさらに加工能率が低かった。
実施例３ 実施例１ど同じ組成および方法で、第３図に示Ｊような
、セラミック製のチップ４を製造し！、：、。
このチップ４の金属との接合面にチタンおよび銅の混合
粉を銅板で挾んで不活性雰囲気中で加熱して銅層を形成
し、Ａｏ−Ｃｕろう６を介して工具鋼材に加熱接合しホ
ールガターを製造した。このガターによると、従来超硬
工具刃のガターでは孔あけのできなかった炭素繊維強化
プラスデック（ＣＦＲＰ）の穿孔が可能であった。。
実施例４ 実施例１と同じ方法および組成で第４図に示１溶接チッ
プカバー７を製造した。このチップカバー７には、調合
金製のチップ８がねじ込まれ、溶接ワイＡ７９をチップ
８の中心部を軸方向に進行させて使用される。一般にチ
ップカバーに要求される特性としては、高温での耐摩耗
性の他に耐熱性、絶縁性（ＭＩＧ溶接の場合）、耐熱衝
撃性ワイヤとの耐焼付性等があるが、本発明のチップカ
バーによれば、これらの特性を総合的に向上りることが
できた。この実施例の場合、ＭＯ８ｉ　２は耐摩耗性の
他、特に耐熱衝撃性およびワイヤとの耐焼付性の改善に
寄与しでいる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明の耐摩耗性８１（材は、耐摩
耗性に優れ、切削工具等どして有用Ｃある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明におけるセラミックス焼結体の組織を模
式的に示す図、第２図および第３図は本発明の一実施例
を示す斜視図、第４図は他の実施例を示す断面図である
。 １・・・・・・・・・・・・３ｉ　３Ｎ＜２・・・・・
・・・・・・・ＭｏＳｉ　２３・・・・・・・・・・・
・粒界相 ４・・・・・・・・・・・・セラミック製のチップ５・
・・・・・・・・・・・金属部材 ６・・・・・・・・・・・・Ａｇ−ＣＬＩろう７・・・
・・・・・・・・・溶接チップカバー代理人弁理士　須
　山　佐　− 第１図 第２図 第１頁の続き ０発　明　者　池　１）　和　男　横浜市磯子区新杉田
町８工場内 ０発　明　者　佐谷野　願主　横浜市磯子区新杉田町８
工場内 東京芝浦電気株式会社横浜金属 東京芝浦電気株式会社横浜金属 手　続　補　正　書 １、事１′１の表示　特願昭５８−１３９２７０号２、
発明の名称 耐１？耗性部材 ３、補正をする古 事件どの関係　・　特許出願人 神奈川県川崎市幸区堀川町７２番地 東阜芝浦電気株式会社 ４　、　代　１ｑｊ　人　〒　１０１ 東京都千代１１１区神ｒＩ］多町２丁目１番地自　発 ６、補１１−のり・１象 ７、補正の内容 １９１ｊの「プレード」を、「ブレード」正する。 （２）７頁５行の「電界銅」を、「電解銅」と５Ｊ正づ
る。 （３）７頁２０１ｊの「八β２０］」を、「ΔｆＮＪと
訂正する。 以　上 手　続　補　正　書 昭和５９年１０月５目 ２、発明の名称 耐摩耗性部材 ３、補正をする者 事件との関係　・　特許出願人 神奈川県川崎市幸区堀川町１２番地 株式会社　東芝 １　、　代　即　人　〒　１０１ 東京都千代田区神田多町２−Ｊ−［１１Ｍ地神１１−１
東山ビル　電話０３　（２５４）　＋０３９（７７８４
）　弁即十　須　山　広　−５、補正命令の日付 白　光 ６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の側および図面（１）第３頁
１行目）ｉ！”！送り」を削除する。 （２）第５頁６行目「・・・・・・範囲とする。１の次
に「またこの粒界相は、ホウ化物を用いた場合、ｓ＋−
ｙ−八β−〇−Ｎ−Ｂの態様となる。」を押入りる。 （３）同１５行目の「Ｓｉ３Ｎ４粉末」を［５１３Ｎ４
粉末に焼結助剤として０．５〜２０％の］と訂正する。 （４）同１６行目ｒＭｏｓｉ２粉末」を「０．１〜１０
％の例えばＭＯ８ｉ　２粉末」と訂正り−る。 （５）同１９行目Ｎ　７００〜１８００℃」をｒｌ　６
００〜１８００℃」と、ｉＴ　ｉ、ｌ−’Ｊる。 （６）同２０行目［−約６０分」を「３０へ・１２０分
」と訂正する。 （７）第６頁７行目［・・・してもＪ、い。Ｊの次に［
この場合、焼結体を一層緻密化に覆るために、上記混合
粉末体にＡＪ２Ｎ０．１〜１０％さらにＴｉ　０２　、
Ｍ（Ｉ　Ｏ，Ｚｒ　０２のいずれかを０．１〜５％存在
さＵることができる。」を挿入りる。 （８）第７頁１９行目ｒＳ　Ｉ　３　Ｎ　ｔ　ｌを１α
−８ｉ３Ｎ４Ｊと訂正Ｊる。 くっ）第８頁７行目１・・・焼成した。」の次に「得ら
れたレラミックス焼結体は、Ｍｏ３ｉ　２７．４％、５
ｉ−ｙ−Ａｚ−ｏ−Ｎからなる粒界相１５％Ｊ３　Ｊ、
びβ−３ｉ：＋Ｎ＜で構成されていた。」を挿入する５
゜ （１０）同８行目ｒＫｃＪをｒＫ＋ｃＪと訂正Ｊる。 （１１）　Ｗｉ　１０頁４行「ガター」を「カッター」
と訂正する。 ■　図面第２図のノｆ側の符）］５を別紙の赤字Ｃ示η
通り符号４と訂正する。 以　上 第１図 第２図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）窒化ケイ素７０〜９７重量％、モリブデン、ニオ
    ブ、ハフニウム、タンタル、タングステンおよびこれら
    の炭化物、ケイ化物、ホウ化物から選ばれた１種以上０
    ．１〜１０重間％およびＳｉ　−Ｙ−／ｌ−０−Ｎから
    なる粒界相２〜２０重量％で構成されるセラミックス焼
    結体からなることを特徴とＪる耐摩耗性部材。 ＜２）ｔＮｆ、耗性部材は切削工具である特許請求の範
    囲第１項記載の耐摩耗性部材。 〈３）窒化ケイ累７０〜９７重ω％、モリブデン、ニオ
    ブ、ハフニウム、タンタル、タングステンおよびこれら
    の炭化物、ケイ化物、ホウ化物から選ばれた１種以上０
    ．１〜１０重量％および３ｉ　−Ｙ　−Ａ　Ａ　Ｏ−Ｎ
    　ｈｌ　’）　ＩＸ　ル粒界相２〜２０重量％で構成さ
    れるセラミックス焼結体と金属部材とを接合しＣなるこ
    とを特徴とする耐摩耗性部材。 く４）耐摩耗性部材は切削工具である特許請求の範囲第
    ３項記載の耐摩耗性部材。 （５）金属部材は鋼材である特許請求の範囲第３項また
    は第４項記載の耐摩耗性部材。
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