JPS6059086B2 - 被覆セラミツク工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐摩耗性に特にすぐれたダイヤモンド被覆セラ
ミック工具に関するものである。

従来から超硬合金を周期律表第佃、レ、０族元素の炭化
物、窒化物、炭窒化物やＺｒあるいはＡｌの酸化物で被
覆したいわゆる被覆超硬合金は、超硬合金単体に比べて
一段とすぐれた耐摩耗性を有していることが知れており
、工具用材料としては今や主流として使用されている。

一、゜ 一声 −Ｌ）ι−１冒↓ηｎヨΛΛ」、↓、？
、一声をセ羽ＩｍＬ１て用いられているＴｉＣやＡ１。
Ｏ、等は、常温における硬度ではダイヤモンドに近いも
のである。しカルながら、これら被覆超硬合金において
実際に摩耗の発生する状況をみると、ダイヤモンド単体
のそれと比較した場合必ずしも充分とはいえないのであ
る。本発明者らは、耐摩耗性を必要とする工具の材料と
して被覆超硬合金を使用する場合、どのよう刃物理的性
質が工具の寿命を左右するのかについて詳細を検討した
。

その結果、耐摩耗性は硬度のみならず熱伝導性が大きな
要因となつていることを知得した。

これは熱伝導性の悪い物質において、摩擦熱や加工にお
ける塑性変形熱が表面にのみ影響して該・表面の温度を
著しく上昇させ、これによつて摩耗が大きくなるためで
ある。従つて、熱伝導性がよくしかも硬度の高い物質は
耐摩耗性にもすぐれているものと推考される。

実際ダイヤモンドが、多くの分野ですぐれた耐フ摩耗性
を有する物質とされているのはこのような理由からであ
ろう。しかしながら、ダイヤモンドは現在でも極めて高
価な物質であり、容易に大型の工具に適用することは困
難である。

またダイヤモンドは加工が難５しいことから複雑な形状
に仕上げることも困難である。また通常用いられるダイ
ヤモンド焼結体は結合相が耐熱性に劣るためにダイヤモ
ンド自体の特性を十分に発揮しているとは云い難い。

しかし耐摩耗性の必要な加エ工具において被加工材の加
工精度の関係から実質的な摩耗は０．１７ｎ以内という
僅かな量であり、そのような量で工具の寿命を判定する
ものである。

従つてこのような加エ工具の分野にダイヤモンド単体や
ダイヤモンド焼結体を使用することは無駄なことである
ともいえる。

このように考えると、ダイヤモンドの薄膜被覆した工具
を考えつくのも極めて常識的といえるかも知れない。

しかしこのダイヤモンド薄膜をいかなる基体上に被覆し
たならば最もよい工具が得られるかはあまり知られてお
らず、本発明者らはそれらの点について検討を加えた結
果、Ｓｉ３Ｎ４および／またはＳｌＣを基体とするのが
最もよいことを見出し、本発明に至つたのである。

即ち、上述の如くダイヤモンドは熱伝導性がよいために
、熱は基体に容易に到達してしまう。

このために基体は高温にさらされることになる。ここで
温度上昇のため加工応用による塑性変形（場合によつて
は破壊）が容易に起るか、または基体の熱膨張差が大き
いならば、ダイヤモンドの被覆は破損し（ダイヤモンド
は脆いため）、被覆の効果を十分に発揮することはでき
ない。即ち、このような被覆の破壊がダイヤモンド被覆
工具の寿命を左右するのである。

以上の検討から高温強度の高い物質を基体とする場合に
は、加工熱の影響が小さく、工具としての寿命を向上で
きると考えられる。

Ｓｉ３Ｎ４あるいはＳｉＣは１０００℃以上の高温下で
は最も強度のある物質であり、これらを基体としたと．
ころ最もよいダイヤモンド被覆工具が得られることがわ
かつた。

そしてこのダイヤモンド被覆膜はその厚みが０．５ｐ以
下では効果がなく、また５０μ以上では脆くなるととも
に被覆費用も高価となり、工業的価・値がうすれる。

従つて被覆膜厚は０．５〜５０μ好ましくは１〜２０μ
の範囲である。

基体としてはＳｉ３Ｎ４あるいはＳｉＣの単体であつて
もよく、また結合相である金属相や金属酸化物相を３喀
量％以下ならば含有していても強度が高ければ差支えな
い。

またＳｉ３Ｎ，とＳｌＣとの混合体を基体としてもその
効果は何ら変らない。

しかしながら、基体は常温でのビッカース硬度が１３０
０以上でないとダイヤモンド被覆を十分に支えられるだ
けの剛性を有する安定性のある工具とはなりえない。

このため基体としての組成はおのノずから限定されるの
である。本発明における基体へのダイヤモンド被覆は、
ＣＶＤｌプラズマＣＶＤｌイオンブレーティング、スパ
ッタリングなど公知の被覆法の何れを採用してもよく、
効果も同じように得られる。

以下実施例により本発明を詳細に説明する。

実施例１市販のＳｉ３Ｎ４粉末９０重量％、ＭｇＯ８重
量％、Ｙ２Ｏ３ｌ５重量％、ＦｅＯ．５重量％を混合し
、１８００℃で焼結してＳｉ３Ｎ４ブロックを作成した
。

これを８？”φから６ｗｎφの引抜きダイスに加工した
のちイオンブレーティング法にてダイヤモンドを１０ｐ
被覆した。これを１．８％Ｃの高硬度線の線引きダイス
として使用した。

従来より使用されているダイヤモンドを金属で焼結した
ダイスは３０Ｃ＠間の使用で寿命に達したのに対し、本
発明品は７５０時間の使用後も寿命に達しなかつた。

実施例２ 実施例１と同じ方法で切削用のチップ （ＳＮＧ４３２の形状）を作成した。

但し、この場合はダイヤモンドの厚さは５μであつた。
一方超硬合金（ＩＳＯＭｌＯ）にも同じように５μのダ
イヤモンドを被覆した。

これらを超硬合金（ＷＣ−１５％ＣＯ）製のロールの外
周切削加工に速度２０７ｎ１ｍｉｎ１送り０．０５Ｗ！
１ｉ１ｒｅＶ１切り込み０．２ｗ！ｔの条件で使用して
比較した。

この場合超硬合金を基体とした工具は、３紛の切削でブ
ランク摩耗が０．４Ｗ！！Ｌとなつたのに対し、本発明
品では１２０分の切削でもブランク摩耗は０．３３顛に
すぎなかつた。実施例３ 実施例２と同じ加工を第１表に示すダイヤモンド被覆膜
厚さの工具で行つた。

なおこの場合の基体はＳｉＣ９５重量％、Ｎｉ鍾量％、
ＢｅＯ鍾量％の組成である。

ブランク摩耗が０．４ｗ１ｎとなつたところで寿命と判
定し、それに至る寿命時間をみたところ第１表の結果を
得た。

以上の実施例からＳｉ３Ｎ４および／またはＳｉＣを基
体とし、これに０．５〜５０ｐのダイヤモンド被覆膜厚
を設けたものが切削工具としての耐摩耗性に特にすぐれ
ていることが実証された。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｓｉ＿３Ｎ＿４および／またはＳｉＣを基体とし、
   該基体にダイヤモンドを０．５〜５０μ被覆したことを
   特徴とする被覆セラミック工具。 ２ 基体であるＳｉ＿３Ｎ＿４および／またはＳｉＣが
   その成分中に３０容量％以下の金属相および／または金
   属酸化物相を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の被覆セラミック工具。 ３ ダイヤモンド被覆層が１〜２０μであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の被覆セ
   ラミック工具。 ４ Ｓｉ＿３Ｎ＿４および／またはＳｉＣよりなる基体
   の常温におけるビッカース硬度が１３００以上であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいず
   れかに記載の被覆セラミック工具。