JPS6090873A - 工具部品用窒化硅素焼結体 - Google Patents
工具部品用窒化硅素焼結体Info
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- JPS6090873A JPS6090873A JP58199611A JP19961183A JPS6090873A JP S6090873 A JPS6090873 A JP S6090873A JP 58199611 A JP58199611 A JP 58199611A JP 19961183 A JP19961183 A JP 19961183A JP S6090873 A JPS6090873 A JP S6090873A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、切削工具及び耐摩耗工具に適する高硬度窒化
硅素焼結体であって、特にα型である三方晶からなる結
晶構造を含有させることによって耐熱合金、超耐熱合金
及び鋼等の切削工具に最適な工具部品用窒化硅素焼結体
に関する。
硅素焼結体であって、特にα型である三方晶からなる結
晶構造を含有させることによって耐熱合金、超耐熱合金
及び鋼等の切削工具に最適な工具部品用窒化硅素焼結体
に関する。
従来、窒化硅素はα型（低温型）である三方晶とβ型（
高温型）である六方晶の結晶構造のものがあり、これら
の窒化硅素にＡｔ２０３ 、 ＡｔＮ、Ｙ２Ｏ３。
高温型）である六方晶の結晶構造のものがあり、これら
の窒化硅素にＡｔ２０３ 、 ＡｔＮ、Ｙ２Ｏ３。
ＭｔＯ等の焼結助剤を添加して焼結した焼結体は、高温
で焼結すやために高温型の大方晶結晶構造となり、これ
らの内、Ａｔを含有したＳ ｉ −Ａｔ−０−Ｎ系の化
合物又は固溶体は一般にサイアロンと称されている。こ
のサイアロンは、５ｉｓ−ｚＡＪｔｚＮ８−ｚｏｚ固溶
体として特開昭５１−５０８で開示され、これは六方晶
からなる結晶構造であることから別名β−サイアロンと
呼ばれてあり、これに対してＭｘ（Ｓｉ Ｉんり１２（
０，Ｎ）ｘａ固溶体がＳ、Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ達によっ
て定義され（Ｎａ ｔｕｒｅ 、 ２７４ 、８８０−
８２（１９，７８） ）、これは三方晶からなる結晶構
造であることがらα−サイアロンと呼ばれている。この
ような窒化硅素焼結体で三方晶の結晶構造の′ものはα
−サイアロンのみであり、特に切削工具や耐摩耗工具等
の工具部品用に使用されているのは大方晶の結晶構造か
らなる窒化硅素焼結体である。
で焼結すやために高温型の大方晶結晶構造となり、これ
らの内、Ａｔを含有したＳ ｉ −Ａｔ−０−Ｎ系の化
合物又は固溶体は一般にサイアロンと称されている。こ
のサイアロンは、５ｉｓ−ｚＡＪｔｚＮ８−ｚｏｚ固溶
体として特開昭５１−５０８で開示され、これは六方晶
からなる結晶構造であることから別名β−サイアロンと
呼ばれてあり、これに対してＭｘ（Ｓｉ Ｉんり１２（
０，Ｎ）ｘａ固溶体がＳ、Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ達によっ
て定義され（Ｎａ ｔｕｒｅ 、 ２７４ 、８８０−
８２（１９，７８） ）、これは三方晶からなる結晶構
造であることがらα−サイアロンと呼ばれている。この
ような窒化硅素焼結体で三方晶の結晶構造の′ものはα
−サイアロンのみであり、特に切削工具や耐摩耗工具等
の工具部品用に使用されているのは大方晶の結晶構造か
らなる窒化硅素焼結体である。
この大方晶の結晶構造からなる窒化硅素焼結体は、切削
工具として使用するとぎに被削材が鋳鉄であるときには
良好な切削性能を発揮するけれども鋳鉄以外の被削材、
特に耐熱合金、超耐熱合金及び鋼等のように硬くて破断
強さの高い材料を切削するとＡ７２０３系セラミックス
に比較して耐摩耗性が極端に劣り切削工具としての使用
領域は非常に狭い範囲に限られてしまうという問題があ
る。
工具として使用するとぎに被削材が鋳鉄であるときには
良好な切削性能を発揮するけれども鋳鉄以外の被削材、
特に耐熱合金、超耐熱合金及び鋼等のように硬くて破断
強さの高い材料を切削するとＡ７２０３系セラミックス
に比較して耐摩耗性が極端に劣り切削工具としての使用
領域は非常に狭い範囲に限られてしまうという問題があ
る。
本発明は、上記のような問題点を解決したもので、特に
切削工具として使用したときに被削材がＦｅ基超超耐熱
合金Ｎｉ１−超耐熱合金、Ｃｏ基超超耐熱合金ステンレ
ス、構造用鋼、快削鋼、工具鋼及び鋳鋼等に対しても耐
摩耗性及び耐欠損性を発揮するような高硬度、高靭性の
窒化硅素焼結体を提供するものである。
切削工具として使用したときに被削材がＦｅ基超超耐熱
合金Ｎｉ１−超耐熱合金、Ｃｏ基超超耐熱合金ステンレ
ス、構造用鋼、快削鋼、工具鋼及び鋳鋼等に対しても耐
摩耗性及び耐欠損性を発揮するような高硬度、高靭性の
窒化硅素焼結体を提供するものである。
本発明の工具部品用窒化硅素焼結体は、窒化硅素と焼結
助剤との混合物を焼結する製造工程においてＮ２分圧（
ＰＮ２）の制御によって低温型の三方晶から高温型の大
方晶への変態を阻止して三方晶で構成された焼結体を作
製することに成功したもので、しかも三方晶構造の焼結
体は大方晶構造の焼結体に比べて変形の機構が塑性変形
のみであり転移クリープや拡散クリープによる変形は伴
わないために高温では相対的に三方晶構造の焼結体の方
が高靭性であるのに対して三方晶構造の焼結体は大方晶
構造の焼結体よりも熱膨張係数が大きく熱伝導率が小さ
いために耐熱衝撃性が劣る傾向にあることを確認するこ
とによって完成した切削工具及び耐摩耗工具に最適な窒
化硅素焼結体である。
助剤との混合物を焼結する製造工程においてＮ２分圧（
ＰＮ２）の制御によって低温型の三方晶から高温型の大
方晶への変態を阻止して三方晶で構成された焼結体を作
製することに成功したもので、しかも三方晶構造の焼結
体は大方晶構造の焼結体に比べて変形の機構が塑性変形
のみであり転移クリープや拡散クリープによる変形は伴
わないために高温では相対的に三方晶構造の焼結体の方
が高靭性であるのに対して三方晶構造の焼結体は大方晶
構造の焼結体よりも熱膨張係数が大きく熱伝導率が小さ
いために耐熱衝撃性が劣る傾向にあることを確認するこ
とによって完成した切削工具及び耐摩耗工具に最適な窒
化硅素焼結体である。
即ち本発明は窒化硅素を主体とする焼結体であって、そ
の焼結体が三方晶からなる結晶構造を２５％以上含有し
ている工具部品用窒化硅素焼結体である。このような本
発明の工具部品用窒化硅素焼結体は、切削工具として使
用するときに高硬度にして耐摩耗性の向上を目的に１０
０％の三方晶結晶構造にすることも考えられるが切削条
件によっては逆に靭性が低下して刃先又は切刃に欠損や
チッピングが生じて寺命低下となって好ましくない場合
があり、特に耐熱合金、超耐熱合金、ステンレス等のよ
うに破断強度の高諭熔、削材を切削するときには切削工
具は高硬度にしてしかも靭性を考慮する必要があること
から窒化、硅素を主体とする焼結体は三方晶からなる結
晶構造３５％〜９５％含有していることが好ましい。
の焼結体が三方晶からなる結晶構造を２５％以上含有し
ている工具部品用窒化硅素焼結体である。このような本
発明の工具部品用窒化硅素焼結体は、切削工具として使
用するときに高硬度にして耐摩耗性の向上を目的に１０
０％の三方晶結晶構造にすることも考えられるが切削条
件によっては逆に靭性が低下して刃先又は切刃に欠損や
チッピングが生じて寺命低下となって好ましくない場合
があり、特に耐熱合金、超耐熱合金、ステンレス等のよ
うに破断強度の高諭熔、削材を切削するときには切削工
具は高硬度にしてしかも靭性を考慮する必要があること
から窒化、硅素を主体とする焼結体は三方晶からなる結
晶構造３５％〜９５％含有していることが好ましい。
窒化硅素焼結体の結晶構造を三方晶にするにはＰＮ２が
重要な役割を果しており、そのためには族 Ｓｉ３Ｎ４中に固溶、し易い周期律表の９吹元素である
ホウ素、アルミニウム、インジウ、ム、タリウムの窒化
物及び酸窒化物が有効に作用し、この周期律表の３ｂ族
元素の窒化物及び酸窒化物と周期律表のｌａ、２ａ、３
ａ族元素の酸化物、窒化物、酸窒化物とを組合わせて添
加すると三方晶結晶構造の量を調整できることが実験に
よって確認された。この確認事実に基いた本発明の工具
部品用窒化硅素焼結体は、ホウ素、アルミニウム、ガリ
ウム、インジウム、タリウムの窒化物、酸窒化物又はこ
れらの相互固溶体の中の少なくとも１種の結晶構造調整
剤２〜１７重量％とリチウム、ナトリウム、カリウム、
マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム
、スカンジウム、イツトリウム及びランタノイドの酸化
物、窒化物、酸窒化物又はこれらの相互固溶体の中の少
なくとも１種の焼結助剤１〜１６重量％と残り窒化硅素
と不可避不純物からなることが好ましい。このような本
発明の工具部品用窒化硅素焼結体は、昇温速度、焼結温
度、ｐＮ２等の製造条件によっても若干変動するが主と
して結晶構造調整剤と焼結助剤との添加比率によって焼
結体中の三方晶結晶構造の含有量をコントロールできる
もので、しかもこれらの結晶構造調整剤と焼結助剤とが
共有結合性の強い難焼結材料である窒化硅素を緻密な焼
結体にする焼結促進剤的作用もするものである。この本
発明の工具部品用窒化硅素焼結体を構成している結晶は
、２５％以上が三方晶結晶構造で、その組成は、（Ｓｉ
ａ、Ｍｂ）１２（Ｏｘ、Ｎｙ）ｓａ （但し、Ｓｉは硅
素、ＭはＳｉ３Ｎ４以外の添加物でＳｉ以外の少なくと
も１種の金属元素を表わし、Ｏは酸素、Ｎは窒素を表わ
す。ａ及びｂはそれぞれＳｉとＭのモル比を表わし、ｘ
＋ Ｖはそれぞれ酸素、窒素のモル比を表わし、各々
ａ−１−１）＝１．’ａ＞０、ｂｏｏ、ｘ＋ｙ＝ｌ、Ｘ
≧０である。）で示され、この三方晶の結晶が大方晶の
マトリックスの中に均一に分散されているもので、三方
晶結晶構造以゛外の結晶は六方晶の結晶構造であるが製
造条件又は結晶構造調整剤と焼結助剤との各種類の組合
わせ及びそれらの添加物の比率によって窒素含有の結晶
硅酸塩となることがある。このように本発明の工具部品
用窒化硅素焼結体は主として三方晶と大方晶の結晶構造
が混在したものであり、三方晶の結晶構造は窒化硅素焼
結体の高硬度化及び高温での耐塑性変形性に寄与して耐
摩耗性、耐クリープ変形性を高め、三方晶以外の主とし
て大方晶からなる結晶構造は窒化硅素焼結体の靭性向上
に寄与して耐欠損性を高めている。これらの三方晶と大
方晶の混合比率を最適に組合わせてしかも大方晶のマト
リックス中に三方晶の硬質相を均一に分散せしめた窒化
硅素焼結体は、破断強度の高い耐熱合金、超耐熱合金及
びステンレス等の切削工具として最適なものである。
重要な役割を果しており、そのためには族 Ｓｉ３Ｎ４中に固溶、し易い周期律表の９吹元素である
ホウ素、アルミニウム、インジウ、ム、タリウムの窒化
物及び酸窒化物が有効に作用し、この周期律表の３ｂ族
元素の窒化物及び酸窒化物と周期律表のｌａ、２ａ、３
ａ族元素の酸化物、窒化物、酸窒化物とを組合わせて添
加すると三方晶結晶構造の量を調整できることが実験に
よって確認された。この確認事実に基いた本発明の工具
部品用窒化硅素焼結体は、ホウ素、アルミニウム、ガリ
ウム、インジウム、タリウムの窒化物、酸窒化物又はこ
れらの相互固溶体の中の少なくとも１種の結晶構造調整
剤２〜１７重量％とリチウム、ナトリウム、カリウム、
マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム
、スカンジウム、イツトリウム及びランタノイドの酸化
物、窒化物、酸窒化物又はこれらの相互固溶体の中の少
なくとも１種の焼結助剤１〜１６重量％と残り窒化硅素
と不可避不純物からなることが好ましい。このような本
発明の工具部品用窒化硅素焼結体は、昇温速度、焼結温
度、ｐＮ２等の製造条件によっても若干変動するが主と
して結晶構造調整剤と焼結助剤との添加比率によって焼
結体中の三方晶結晶構造の含有量をコントロールできる
もので、しかもこれらの結晶構造調整剤と焼結助剤とが
共有結合性の強い難焼結材料である窒化硅素を緻密な焼
結体にする焼結促進剤的作用もするものである。この本
発明の工具部品用窒化硅素焼結体を構成している結晶は
、２５％以上が三方晶結晶構造で、その組成は、（Ｓｉ
ａ、Ｍｂ）１２（Ｏｘ、Ｎｙ）ｓａ （但し、Ｓｉは硅
素、ＭはＳｉ３Ｎ４以外の添加物でＳｉ以外の少なくと
も１種の金属元素を表わし、Ｏは酸素、Ｎは窒素を表わ
す。ａ及びｂはそれぞれＳｉとＭのモル比を表わし、ｘ
＋ Ｖはそれぞれ酸素、窒素のモル比を表わし、各々
ａ−１−１）＝１．’ａ＞０、ｂｏｏ、ｘ＋ｙ＝ｌ、Ｘ
≧０である。）で示され、この三方晶の結晶が大方晶の
マトリックスの中に均一に分散されているもので、三方
晶結晶構造以゛外の結晶は六方晶の結晶構造であるが製
造条件又は結晶構造調整剤と焼結助剤との各種類の組合
わせ及びそれらの添加物の比率によって窒素含有の結晶
硅酸塩となることがある。このように本発明の工具部品
用窒化硅素焼結体は主として三方晶と大方晶の結晶構造
が混在したものであり、三方晶の結晶構造は窒化硅素焼
結体の高硬度化及び高温での耐塑性変形性に寄与して耐
摩耗性、耐クリープ変形性を高め、三方晶以外の主とし
て大方晶からなる結晶構造は窒化硅素焼結体の靭性向上
に寄与して耐欠損性を高めている。これらの三方晶と大
方晶の混合比率を最適に組合わせてしかも大方晶のマト
リックス中に三方晶の硬質相を均一に分散せしめた窒化
硅素焼結体は、破断強度の高い耐熱合金、超耐熱合金及
びステンレス等の切削工具として最適なものである。
本発明の工具部品用窒化硅素焼結体は、出発原料として
使用する窒化硅素が三方晶であるα−窒化硅素の含有率
の高い、例えばα率５０％以上のものを使用することが
望ましく空平均粒子径が２μｍ以下の粉末を使用するの
がよい。又、非晶質の窒化硅素を含有したα率５０％以
上の窒化硅素粉末を出発原料として使用すると微細な粉
末で焼結も促進される反面窒化硅素粉末の製造方法によ
っては酸素を多く含有している場合があって、この酸素
量が焼結体中の三方晶結晶構造の生成を低下させるため
に酸素含有量には特に注意が必要である。このような窒
化硅素粉末と周期律表の３ｂ族元素であるＢ、Ａｔ、Ｇ
ａ、Ｉｎ、Ｔｔの窒化物、酸窒化物又はこれらの相互固
溶体の中の少なくとも１種の粉末２〜１７重量％と周期
律表のＩａ、２ａ。
使用する窒化硅素が三方晶であるα−窒化硅素の含有率
の高い、例えばα率５０％以上のものを使用することが
望ましく空平均粒子径が２μｍ以下の粉末を使用するの
がよい。又、非晶質の窒化硅素を含有したα率５０％以
上の窒化硅素粉末を出発原料として使用すると微細な粉
末で焼結も促進される反面窒化硅素粉末の製造方法によ
っては酸素を多く含有している場合があって、この酸素
量が焼結体中の三方晶結晶構造の生成を低下させるため
に酸素含有量には特に注意が必要である。このような窒
化硅素粉末と周期律表の３ｂ族元素であるＢ、Ａｔ、Ｇ
ａ、Ｉｎ、Ｔｔの窒化物、酸窒化物又はこれらの相互固
溶体の中の少なくとも１種の粉末２〜１７重量％と周期
律表のＩａ、２ａ。
３ａ族元素であるＬｉ、Ｎａ 、に、Ｍｆｌｃａ ＋Ｓ
ｒ＋Ｂａ ｌＳｃ、Ｙ及びランタノイドの酸化物、窒化
物、酸窒化物又はこれらの相互固溶体の中の少なくとも
１種の粉末１〜１６重量％とをステンレス製又はセラミ
ックス製もしくはステンレスに超硬合金、ゴム等を内張
すした容器にＡｔ２０３系、Ｓｉ：ｌＮ４系、ＺｒＯ２
系ボール又はスチールボールもしくは超硬合金製ボール
と共に入れて混合粉砕し、この混合粉末をカーボン又は
黒鉛製の′焼結用モールドに詰めて高周波加圧焼結、通
電加圧焼結、ガス加圧焼結等のホットプレスによって焼
結したり、混合粉末を成形モールドで成形した成形体又
はこの成形体を焼結温度より低い温度で予備焼結した後
機械加工した成形体を真空を含めた非酸化性雰囲気中で
普通焼結（無加圧焼結も含む）又は雰囲気ガスで加圧し
ながら焼結したり、更にこのような方法で１度焼結した
ものを静水圧加圧法（ＨＩＰ）処理を行って焼結体の緻
密化を促進することもできる。
ｒ＋Ｂａ ｌＳｃ、Ｙ及びランタノイドの酸化物、窒化
物、酸窒化物又はこれらの相互固溶体の中の少なくとも
１種の粉末１〜１６重量％とをステンレス製又はセラミ
ックス製もしくはステンレスに超硬合金、ゴム等を内張
すした容器にＡｔ２０３系、Ｓｉ：ｌＮ４系、ＺｒＯ２
系ボール又はスチールボールもしくは超硬合金製ボール
と共に入れて混合粉砕し、この混合粉末をカーボン又は
黒鉛製の′焼結用モールドに詰めて高周波加圧焼結、通
電加圧焼結、ガス加圧焼結等のホットプレスによって焼
結したり、混合粉末を成形モールドで成形した成形体又
はこの成形体を焼結温度より低い温度で予備焼結した後
機械加工した成形体を真空を含めた非酸化性雰囲気中で
普通焼結（無加圧焼結も含む）又は雰囲気ガスで加圧し
ながら焼結したり、更にこのような方法で１度焼結した
ものを静水圧加圧法（ＨＩＰ）処理を行って焼結体の緻
密化を促進することもできる。
焼結温度は、焼結方法又は配合成分によっても異なるが
１５００℃〜１９００℃の温度で相対密度１００％近傍
の緻密す焼結体が得られる。このようにして製造する本
発明？工具部品用窒化硅素焼結体は、出発原料特に窒化
硅素粉末中にＡｔ、Ｆｅ等の不純物を微量含んでいたり
、窒化硅素粉末粒子の表面に酸素が吸着して５ｉ０２を
形成している場合があり、この内１．２重量％以下の５
ｉ０２は焼結促進及び緻密化に有効に作用するが逆に多
過ぎると三方晶構造の生成を低下させるので出来るだけ
純度の高い窒化硅素粉末を使用することが望ましい。又
製造工程から混入する不純物としては出発原料粉末の混
合粉砕工程から混入する度合が高く、この粉砕工程では
容器及びボールの選定によって不純物の混入を成る程度
防ぐことが可能であるが粉砕の強化のためにステンレス
又は超硬合金製の容器及びボールを使用することによっ
てＦｅ族金属及び周期律表４ａ 、 ５ａ 、 ６ａ族
金属の炭化物、窒化物、炭窒化物等が不純物として混入
する場合があるものの切削工具、耐摩耗工具として使用
する場合には５重量％以下であれば問題がなく、更に周
期律表の３ｂ族元素であるＢ、Ａｌ、Ｇａ、 Ｉｎ、Ｔ
１．の酸化物を焼結助剤として微量添加することは焼結
促進及び緻密化のためによく、特にＭ２Ｏ３を微量添加
するのは高硬度化と耐摩耗性の向上にも効果がある。し
かしいずれも三方晶の結晶構造を抑制するので過剰の添
加は好ましくない。
１５００℃〜１９００℃の温度で相対密度１００％近傍
の緻密す焼結体が得られる。このようにして製造する本
発明？工具部品用窒化硅素焼結体は、出発原料特に窒化
硅素粉末中にＡｔ、Ｆｅ等の不純物を微量含んでいたり
、窒化硅素粉末粒子の表面に酸素が吸着して５ｉ０２を
形成している場合があり、この内１．２重量％以下の５
ｉ０２は焼結促進及び緻密化に有効に作用するが逆に多
過ぎると三方晶構造の生成を低下させるので出来るだけ
純度の高い窒化硅素粉末を使用することが望ましい。又
製造工程から混入する不純物としては出発原料粉末の混
合粉砕工程から混入する度合が高く、この粉砕工程では
容器及びボールの選定によって不純物の混入を成る程度
防ぐことが可能であるが粉砕の強化のためにステンレス
又は超硬合金製の容器及びボールを使用することによっ
てＦｅ族金属及び周期律表４ａ 、 ５ａ 、 ６ａ族
金属の炭化物、窒化物、炭窒化物等が不純物として混入
する場合があるものの切削工具、耐摩耗工具として使用
する場合には５重量％以下であれば問題がなく、更に周
期律表の３ｂ族元素であるＢ、Ａｌ、Ｇａ、 Ｉｎ、Ｔ
１．の酸化物を焼結助剤として微量添加することは焼結
促進及び緻密化のためによく、特にＭ２Ｏ３を微量添加
するのは高硬度化と耐摩耗性の向上にも効果がある。し
かしいずれも三方晶の結晶構造を抑制するので過剰の添
加は好ましくない。
ここで本発明の工具部品用窒化硅素焼結体の数値限定し
た理由について述べる。
た理由について述べる。
結晶構造調整剤
周期律表の３ｂ族元素であるＢ＋ Ａｔ 、Ｇ ａ ＋
Ｉ ｎ ＋Ｔｔの窒化物、酸窒化物又はこれらの相互
固溶体の中の少なくとも１種が２重量％未満では焼結体
の結晶構造中に三方晶が２５％未満となり、このために
硬さが少し低下して耐摩耗性も劣り、又耐塑性変形性も
低下するために破断強度の高い耐熱合金、超耐熱合金及
びステンレス等の被削材を切削し難くし、１７重量％を
超えて多くなると相対的に窒化硅素が少なくなって共有
結合性が低下し熱膨張率が高く、熱伝導率、硬度及びヤ
ング率が低下するために結晶構造調整剤は２〜１７重量
％と定めた。
Ｉ ｎ ＋Ｔｔの窒化物、酸窒化物又はこれらの相互
固溶体の中の少なくとも１種が２重量％未満では焼結体
の結晶構造中に三方晶が２５％未満となり、このために
硬さが少し低下して耐摩耗性も劣り、又耐塑性変形性も
低下するために破断強度の高い耐熱合金、超耐熱合金及
びステンレス等の被削材を切削し難くし、１７重量％を
超えて多くなると相対的に窒化硅素が少なくなって共有
結合性が低下し熱膨張率が高く、熱伝導率、硬度及びヤ
ング率が低下するために結晶構造調整剤は２〜１７重量
％と定めた。
焼結助剤
Ｌ ｓ ＋ Ｎ ａ ＋ Ｋ ＋ Ｍ ｆ 、Ｃａ ＋
Ｓ ｒ ＋ Ｂ ａ 、Ｓ ｃ ＋ Ｙ及びランタノ
イドの酸化物、窒化物、酸窒化物又はこれらの相互固溶
体の中の少なくとも１種が１重量％未満では焼結性不足
になって焼結体の強度が低下し、反対に１６重量％を超
えて多くなると焼結体の硬度が低下して切削工具として
使用したときに塑性変形を生じるために焼結助剤は１〜
１６重量％と定めた。
Ｓ ｒ ＋ Ｂ ａ 、Ｓ ｃ ＋ Ｙ及びランタノ
イドの酸化物、窒化物、酸窒化物又はこれらの相互固溶
体の中の少なくとも１種が１重量％未満では焼結性不足
になって焼結体の強度が低下し、反対に１６重量％を超
えて多くなると焼結体の硬度が低下して切削工具として
使用したときに塑性変形を生じるために焼結助剤は１〜
１６重量％と定めた。
次に本発明の工具部品用窒化硅素焼結体について実施例
に従って具体的に説明する。
に従って具体的に説明する。
実施例１
平均粒径ｌ１１ｍの５ｉａＮ４（ａ率９０％）と平均粒
径ｌ〜３μｍの各種粉末を使用して第１表に示した割合
に各試料を配合し、配合したそれぞれの試料をヘキサン
溶媒中ＷＣ基超硬合金製ボールと共にウレタン内張のス
テンレス製容器の中で混合粉砕した。得られた混合粉末
から溶媒を蒸発除去後、ＢＮ粉末で被覆したカーボンモ
ールド中に充填し、Ｎ２ガスで炉内を置換後１００〜４
００￥ｉの成形圧力、１７００〜１８３０℃の温度、３
０〜１２０分の保持時間で加圧焼結した。得られた焼結
体の緒特性を第２表に示した。
径ｌ〜３μｍの各種粉末を使用して第１表に示した割合
に各試料を配合し、配合したそれぞれの試料をヘキサン
溶媒中ＷＣ基超硬合金製ボールと共にウレタン内張のス
テンレス製容器の中で混合粉砕した。得られた混合粉末
から溶媒を蒸発除去後、ＢＮ粉末で被覆したカーボンモ
ールド中に充填し、Ｎ２ガスで炉内を置換後１００〜４
００￥ｉの成形圧力、１７００〜１８３０℃の温度、３
０〜１２０分の保持時間で加圧焼結した。得られた焼結
体の緒特性を第２表に示した。
以下余白
第２表
実施例２
実施例１で得た試料の内、本発明の工具部品用窒化硅素
焼結体である試料番号２，３，４，６゜７と本発明から
外れた比較用焼結体である試料番号１１，１２．１３と
市販のＡｔｚＯａ−Ｔｉｃ系セラミックス及びＣＢＮ系
焼結体を刃先とする複合材料を切削用ＣＩＳ基準のＲＮ
ＭＮ４３相当の丸駒チップに各々仕上げて下記の旋削に
よる切削試験を行い、その結果を第３表に示した。
焼結体である試料番号２，３，４，６゜７と本発明から
外れた比較用焼結体である試料番号１１，１２．１３と
市販のＡｔｚＯａ−Ｔｉｃ系セラミックス及びＣＢＮ系
焼結体を刃先とする複合材料を切削用ＣＩＳ基準のＲＮ
ＭＮ４３相当の丸駒チップに各々仕上げて下記の旋削に
よる切削試験を行い、その結果を第３表に示した。
旋削試験条件
被削材 Ｎｉ基耐熱合金 ワスパロ（ＨＲｃ４２（Ｎｉ
−１９，４％Ｃｒ−１３，６％Ｃｏ −４，４％Ｍ。
−１９，４％Ｃｒ−１３，６％Ｃｏ −４，４％Ｍ。
−３，１％Ｔ ｉ −１，５％Ａ７−０．６％Ｆｅ）切
削速度 １５０ｍ７ｍ１ｎ 切込み量 ０．５順 送り速度 ０．１顛／ｒｅｖ 湿式切削 エマルジョンカット（Ｗ＋−３）切削時間
２ｍｉｎ 第３表 実施例３ 実施例１で得た試料の内、本発明の工具部品用窒化硅素
焼結体である試料番号］、３．５．７と本発明から外れ
た比較用焼結体である試料番号１１．１２．１３と市販
（７）Ｔｉ（ＣＮ）系サーメット、Ａｔ２０３−ＴｉＣ
系セラミックス及びＣＩＳ基準ＫＩＯ相当の超硬合金を
各々ＣＩＳ基準の５ＮＰ４３２チツプに仕上げて下記の
フライスによる断続切削試験を行い、その結果を第４表
に示した。
削速度 １５０ｍ７ｍ１ｎ 切込み量 ０．５順 送り速度 ０．１顛／ｒｅｖ 湿式切削 エマルジョンカット（Ｗ＋−３）切削時間
２ｍｉｎ 第３表 実施例３ 実施例１で得た試料の内、本発明の工具部品用窒化硅素
焼結体である試料番号］、３．５．７と本発明から外れ
た比較用焼結体である試料番号１１．１２．１３と市販
（７）Ｔｉ（ＣＮ）系サーメット、Ａｔ２０３−ＴｉＣ
系セラミックス及びＣＩＳ基準ＫＩＯ相当の超硬合金を
各々ＣＩＳ基準の５ＮＰ４３２チツプに仕上げて下記の
フライスによる断続切削試験を行い、その結果を第４表
に示した。
フライスによる断続試験条件
被ｐＨ材 インコネル７１８２８ｘ１９０角材（ＨＲｃ
４１）切削速度 １２５Ｂ／ｍｉｎ 切込み量 ２．０朋 カッター送り速度 ０，１１東／１刃 テープ枳送りＷ Ｉ Ｏｍｍ／ｍｉｎ カッター ＭＤ１００４Ｒ 以下余白 以下余白 実施例ヰ 平均粒子径０．５ ｔｔｍの５ｉａＮ４（ａ率９４．５
％）と平均粒子径６μｍの５ｉｓＮ＜（α率７９％）と
平均粒子径１〜３μｍの各種粉末を使用して第５表に示
した割合に各試料を配合し、４％のパラフィンを加えた
後へ午すン溶媒中ＷＣ基超硬合金製ボールと共にステン
レス製容器の中で混合粉砕した。得られた混合粉末から
溶媒を蒸発除去後、金型モールドで成形しＩ Ｏ”−２
ｖｕｘＨｆ真空中で４００℃３０分間予備焼結を行って
パラフィンを除去した。次いで１０− ”ｔａｘＨｔ真
空中で１５００℃迄昇温した後Ｎ２ガスで炉内を置換し
、０．５ｔ／ｍｉｎのＮ２ガス流量中で第５表に示す焼
結温度迄昇温した。この１度焼結して相対密度９５％以
上となった試料をＮ２ガス雰囲気中１０００ａ ｔｍ
％１７００℃、４０分保持の条件でＨＩＰ処理を行った
。得られた焼結体の緒特性を第６表に示した。
４１）切削速度 １２５Ｂ／ｍｉｎ 切込み量 ２．０朋 カッター送り速度 ０，１１東／１刃 テープ枳送りＷ Ｉ Ｏｍｍ／ｍｉｎ カッター ＭＤ１００４Ｒ 以下余白 以下余白 実施例ヰ 平均粒子径０．５ ｔｔｍの５ｉａＮ４（ａ率９４．５
％）と平均粒子径６μｍの５ｉｓＮ＜（α率７９％）と
平均粒子径１〜３μｍの各種粉末を使用して第５表に示
した割合に各試料を配合し、４％のパラフィンを加えた
後へ午すン溶媒中ＷＣ基超硬合金製ボールと共にステン
レス製容器の中で混合粉砕した。得られた混合粉末から
溶媒を蒸発除去後、金型モールドで成形しＩ Ｏ”−２
ｖｕｘＨｆ真空中で４００℃３０分間予備焼結を行って
パラフィンを除去した。次いで１０− ”ｔａｘＨｔ真
空中で１５００℃迄昇温した後Ｎ２ガスで炉内を置換し
、０．５ｔ／ｍｉｎのＮ２ガス流量中で第５表に示す焼
結温度迄昇温した。この１度焼結して相対密度９５％以
上となった試料をＮ２ガス雰囲気中１０００ａ ｔｍ
％１７００℃、４０分保持の条件でＨＩＰ処理を行った
。得られた焼結体の緒特性を第６表に示した。
以下余白
以下余白
実施例５
実施例４の本発明の工具部品用窒化硅素焼結体である試
料番号１４，１６，１７．１９と実施例１の本発明を外
れた試料番号１１，１２．１３と市販のＡ／、２０３−
ＴｉＣ系セラミックス及びＣＢＮ系焼結体を刃先とする
複合材料を比較に加えて切削用ＣＩＳ基準のＲＮＭＮ４
３相当の丸駒チップに各々仕上げて下記の旋削による切
削試験を行い、その結果を第７表に示した。
料番号１４，１６，１７．１９と実施例１の本発明を外
れた試料番号１１，１２．１３と市販のＡ／、２０３−
ＴｉＣ系セラミックス及びＣＢＮ系焼結体を刃先とする
複合材料を比較に加えて切削用ＣＩＳ基準のＲＮＭＮ４
３相当の丸駒チップに各々仕上げて下記の旋削による切
削試験を行い、その結果を第７表に示した。
旋削試験条件
被削材 ＣＯ基耐熱合金
切削速度 １００１ＴＸ／ｍｉｎ
切込み量 ０．５ ｍ
送り速度 エマルジョンカット（Ｗｌ−３）切削時間
５ｍ１ｎ 以下余白 第７表 実施例６ 実施例４の本発明の工具部品用窒化硅素焼結体である試
料番号１６，２１，２２．２３と実施例１の本発明を外
れた試料番号１１．１２．１３と市販のＴｉ（ＣＮ）１
％サー／ ッ）、Ａｔ２ｏ３−Ｔｉｃ系セラミックス及
びＣＢＮ系焼結体を刃先とする複合材料を比較に加えて
ＣＩＳ基準のＴＮＰ ３３２に仕上げて下記のフライス
による断続切削試験を行い、その結果を第８表に示した
。
５ｍ１ｎ 以下余白 第７表 実施例６ 実施例４の本発明の工具部品用窒化硅素焼結体である試
料番号１６，２１，２２．２３と実施例１の本発明を外
れた試料番号１１．１２．１３と市販のＴｉ（ＣＮ）１
％サー／ ッ）、Ａｔ２ｏ３−Ｔｉｃ系セラミックス及
びＣＢＮ系焼結体を刃先とする複合材料を比較に加えて
ＣＩＳ基準のＴＮＰ ３３２に仕上げて下記のフライス
による断続切削試験を行い、その結果を第８表に示した
。
フライスによる切削条件
被削材 ＳＣＭ３の浸炭材（ＨＲｃ５５）切削速度 ２
００ｒｒＶ／ｍｉｎ 切込み量 ０．２５順 送り速度 ０．１５闘／１刃 第８表 以上の実施例１〜６の結果から明らかなように三方晶で
あるα−型の結晶構造からなる主硬質相を有する本発明
の工具部品用窒化硅素焼結体は、ＣＢＮ系工具材料に近
い硬度を有し、高熱伝導度及び低熱膨張の切削工具用材
料となり、特に酸化物を用いずに例えば実施例１の試料
番号４のようなＡｔＮとＹＮの窒化物を出発原料とする
とＡｔとＹがＳｉ８Ｎ４の格子中に優先的に固溶した窒
素に富んだ三方晶の含有した焼結体となり、ヤング率の
増大、熱伝導度向上、熱膨張率が低下する傾向があり、
このために耐熱衝撃性の大きい三方晶結晶構造を有する
窒化硅素焼結体になる。このように本発明の窒化硅素焼
結体は、切削工具として使用した場合被削材が耐熱合金
、銅等のように破断強度の高い材料に対しては従来のセ
ラミックスの５〜１０倍の寿命を示すことから構造用材
料として種々の用途にも利用できる可能性がある産業上
有用な窒化硅素焼結体である。
００ｒｒＶ／ｍｉｎ 切込み量 ０．２５順 送り速度 ０．１５闘／１刃 第８表 以上の実施例１〜６の結果から明らかなように三方晶で
あるα−型の結晶構造からなる主硬質相を有する本発明
の工具部品用窒化硅素焼結体は、ＣＢＮ系工具材料に近
い硬度を有し、高熱伝導度及び低熱膨張の切削工具用材
料となり、特に酸化物を用いずに例えば実施例１の試料
番号４のようなＡｔＮとＹＮの窒化物を出発原料とする
とＡｔとＹがＳｉ８Ｎ４の格子中に優先的に固溶した窒
素に富んだ三方晶の含有した焼結体となり、ヤング率の
増大、熱伝導度向上、熱膨張率が低下する傾向があり、
このために耐熱衝撃性の大きい三方晶結晶構造を有する
窒化硅素焼結体になる。このように本発明の窒化硅素焼
結体は、切削工具として使用した場合被削材が耐熱合金
、銅等のように破断強度の高い材料に対しては従来のセ
ラミックスの５〜１０倍の寿命を示すことから構造用材
料として種々の用途にも利用できる可能性がある産業上
有用な窒化硅素焼結体である。
特許出願人 東芝タンガロイ株式会社
Claims (3)
- （１）窒化硅素を主体とする焼結体において、焼結体が
三方晶からなる結晶構造を２５％以上含有していること
を特徴とする工具部品用窒化硅素焼結体。 - （２）上記三方晶からなる結晶構造が３５〜９５％であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の工具部
品用窒化硅素焼結体。 - （３）上記焼結体がホウ素、アルミニウム、ガリウム、
インジウム、タリウムの窒化物、酸窒化物又はこれらの
相互固溶体の中の少なくとも１種の結晶構造調１剤２〜
１７重量％とリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネ
シウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカ
ンジウム、イツトリウム及びランタノイドの酸化物、窒
化物、酸窒化物又はこ−れらの相互固溶体の中の少なく
とも１種の焼結助剤１−１６重量％と残り窒化硅素と不
可避不純物からなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項及び第２項記載の工具部品用窒化硅素焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58199611A JPS6090873A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 工具部品用窒化硅素焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58199611A JPS6090873A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 工具部品用窒化硅素焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6090873A true JPS6090873A (ja) | 1985-05-22 |
| JPH0537944B2 JPH0537944B2 (ja) | 1993-06-07 |
Family
ID=16410734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58199611A Granted JPS6090873A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 工具部品用窒化硅素焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6090873A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105408289A (zh) * | 2013-07-31 | 2016-03-16 | 京瓷株式会社 | 氮化硅质烧结体及使用其的耐蚀性部件、滑动构件以及制纸机械用部件 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS569278A (en) * | 1979-07-06 | 1981-01-30 | Tokyo Shibaura Electric Co | Manufacture of heat resistant high strength sintered body |
| JPS5626772A (en) * | 1979-08-14 | 1981-03-14 | Sumitomo Electric Industries | Sintered body for superhard tool and manufacture thereof |
| JPS5874572A (ja) * | 1982-07-30 | 1983-05-06 | 住友電気工業株式会社 | 銅および銅合金用塑性加工工具 |
| JPS6027655A (ja) * | 1983-07-25 | 1985-02-12 | 工業技術院長 | 窒化珪素焼結体の製造法 |
-
1983
- 1983-10-25 JP JP58199611A patent/JPS6090873A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS569278A (en) * | 1979-07-06 | 1981-01-30 | Tokyo Shibaura Electric Co | Manufacture of heat resistant high strength sintered body |
| JPS5626772A (en) * | 1979-08-14 | 1981-03-14 | Sumitomo Electric Industries | Sintered body for superhard tool and manufacture thereof |
| JPS5874572A (ja) * | 1982-07-30 | 1983-05-06 | 住友電気工業株式会社 | 銅および銅合金用塑性加工工具 |
| JPS6027655A (ja) * | 1983-07-25 | 1985-02-12 | 工業技術院長 | 窒化珪素焼結体の製造法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105408289A (zh) * | 2013-07-31 | 2016-03-16 | 京瓷株式会社 | 氮化硅质烧结体及使用其的耐蚀性部件、滑动构件以及制纸机械用部件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0537944B2 (ja) | 1993-06-07 |
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