JPS6126581A - セラミツクス切削工具又は耐磨工具の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、主として鋳鉄材の切削加工に使用する５ｉｓ
Ｎ４（窒化珪素）工具の改良に関する。

（従来技術） 鋳鉄の高速切削用工具としては従来よりＡｇ０ｓ（酸化
アルミニウム）基のセラミックスが賞月され、いわゆる
白セラミック、黒セラミックとして広く実用されている
。しかしながらＡｌ２Ｏ５基セラミツクスは機械的強度
、特に靭性面での不足と耐熱衝撃性の不足により安定し
て使用することが困難な場合が参かった。そのため限定
された用途で使用されていたにすぎない。一方５ｉｓＮ
４（窒化珪　。

素）を主成分としたセラミックス材料は、靭性、耐熱衝
撃性に秀れており、使用中の欠損が少なく安定して使用
可能なことが判明し、実用化が進められている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし乍らＡｌ！２０５基セラミックスに比しＳｉｇＮ
＋基セラミックスは耐摩耗性の点で劣性であることが指
摘され、種々の提案がなされている。たとえばＡｇｅｓ
等の耐摩耗性の高いセラミックス薄膜の被膜（特開昭５
４−１３０８号）、周期律表ＩＶａ　＋　Ｖａ　＋Ｖｌ
ａ族金属のＣ、Ｎ　、Ｏ化合物の添加（特開昭５７−１
７４６６号）等が提案されているが、いずれも効果は認
められるもののさらに改良が要求されている。

従来Ｓ　ｉ　ｓＮａ基セラミックス工具はＡＩ！２０ａ
　、　ＭｇＯ。

Ｙ２Ｏ６等を焼結助剤としてホットプレス焼結する、あ
るいはＡｌ２０ｇ　、　Ａ／Ｎ　、　Ｙ２Ｏ３を焼結助
剤として５ｉａｌｏｎ組成に配合、窒素中で焼結あるい
はホットプレス焼結する方法が採用されている。これは
強度及び耐摩耗性を維持するためにホットプレスが不可
欠なためであり、製造コストは極めて高いものになって
いた。またホットプレス以外では十分な切削性能が得ら
れていない。この様に５ｉｓＮ４基工具の問題の１つと
してコストパフォーマンスの点でＡＩ！ｚＯａ基工具に
比し劣性な場合の多いことがあげられる。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは上記の状況に鑑みて種々検討した結果、秀
れた゛耐摩耗性と強度をもった５ｉｓＮａ基切削工具を
安価に製造できる方法を見い出したものである。すなわ
ち以下の工程よりなる。

（ＩＩ　　５ｉｓＮ４粉末を７０〜９９．５重量パーセ
ント、焼結助剤としてＭｇ、Ａ！！、Ｓｉおよび周期律
表■３族元素の酸化物、窒化物または容易に酸化物に転
換可能な化合物粉末の１種または２種以上を０．５〜３
０重量パーセント配合する工程、 叫　得られた混合粉末を金型、ゴム等を用いて通常の方
法で型押する工程、 ［１１得られた型押体を５００気圧以下の窒素ガス中１
５００〜１９００℃で焼結し非通気性の焼結体を得る工
程、 （［Ｖ１５００気圧以上の窒素ガス中１５００−１９０
０℃で熱間静水圧プレスする工程、 程、 （ＶＩＩ　　焼結体表面にＡｌ、Ｓｉおよび周期律表Ｎ
ａ　＋　Ｖａ　ｌ■３族元素のＣ、Ｎ　、０化合物を１
〜２０μの厚みに単層あるいは多層に被覆する工程。

（作用） 即ち本発明によれば焼結方法として加圧窒素ガス中焼結
と窒素ガス中熱間静水圧プレスを採用することで焼結体
の製造コストを低くシ、シかもホットプレス焼結と同等
の耐摩耗性と靭性を維持する。また焼結体表面にｋｌ！
２０ｓ　、　ＴｉＣ、ＴｉＮ等の硬質化合物を被覆し耐
摩耗性を向上させることで７ｖ２０５基工具に比ベコス
トパフォーマンスを高めることを可能としたものである
。

上記の如く第１工程として窒化珪素焼結の公知の焼結助
剤としてＭｇ　、　Ａｌ、　Ｓｉおよび周期律表Ｉｎａ
族元素の酸化物、窒化物を添加する。添加量としては０
．５重量パーセント未満では添加量が小さく添加効果が
ないし、３０重量パーセントを超えると焼結体の強度、
熱的特性の低下のためかえって切削性能が劣下する。な
お助剤としては酸化物、窒化物以外にも水酸化物、炭酸
化物等容易に酸化物に転換可能な化合物であっても同様
の効果を得る。配合は通常のボールミル、アトライター
混合等を使用して行なえ望ましくはアルコール、アセト
ン等の溶媒を用いた湿式混合を使用する。

第２工程としては混合粉を通常の金型、ゴム型を用いて
加圧成型する。圧力としては５００に７／ｃＪ以上が望
ましく通常Ｉ　ＬＡｒｒｅ〜３ｔＡ−で行なう。

第６エ程として型押体の予備焼結を行ない、非通気性の
焼結体を得る。焼結条件としては焼結温度で１５００℃
〜１９００℃の範囲内、望ましくは１６００℃〜１７５
０℃で行なう。またＳ　ｉ　５Ｎ４の分解を防ぐため５
００気圧以下の窒素ガス中で焼結を行なう必要があり望
ましくは５気圧〜２０気圧で行なう。５００気圧を超え
ると窒化珪素の焼結が不十分で焼結体内部にボアが残存
するためである。

第４工程として５００気圧以上の窒素ガス中で熱間静水
圧プレスを行なう。焼結温度としては１５００℃〜１９
００℃でおおむね良好な結果を得るが望ましくは１７５
０℃〜１９００℃で行なう。窒素ガス圧は５００気圧以
上で簑好な結果を得る。すでに第、３工程において非通
気性の焼結体を得ており５００気圧以上のガス圧におい
てボアの残存はない。一般には１０００〜２０００気圧
で行なう。また窒素以外のガス圧では熱間静水圧プレス
（ＨＩＰ）の効果がなし）。

第５工程として得られた焼結体を研削加工する。

焼結体は従来の５１５Ｎａ系焼結体が表面部で脱窒素等
により変質層の生成があり全面研削を必要としたが本発
明焼結体は第６および第４工程における焼結で均一な焼
結体となっており、焼結肌での使用に耐えるが寸法およ
び平担度の維持に必要な箇所を研削する。

第６エ程として焼結体表面に硬質層を単層あるいは複数
局被膜する。膜厚としては１μ以上でなければ効果か小
さいし２０μを超えると膜が剥離し易くかえって効果が
なくなる。被膜物質としてはＡＩ！２０ｓ　、　ＡＡ’
Ｎ　、　Ｓ　ｉ　３Ｎ４　、ＴｉＣ、ＴｉＮ　、Ｔ１Ｃ
Ｎ等を使用すれば秀れた耐耗性を得るが、これらの単層
であってもよいしさらに複数の層を積層させてもよい。

被膜方法としては化学的気相析出法（ＣＶＤ法）、物理
的気相析出法（ＰＶＤ法）のいずれによってもよいが、
ＣｖＤによってより強固な膜形成が可能であり、望まし
い結果を得る。

今まで述べて来た工程によって得られる窒化珪素系の切
削工具材料は従来のセラミックス切削工具に比べ耐摩耗
性、靭性、耐熱衝撃性に秀れ長寿命の切削工具であり耐
摩用途としても大きな成果を得られるものである。

（実施例） 以下本発明の実施例をあげて説明を加える。

第１表に示す製造工程にてＳｉ　５Ｎ４−６．ＡＩ！ｚ
Ｏａ　−４Ｙ２０ｓ組成の配合物を焼結し、切削工具に
加工した。形状としてＣＩＳ規格で５ＮＧ４３２を採用
し、下記の条件にて切削テストに供した。

刃先摩耗が０．５咽以上に達したあるいは欠損した時間
をもって寿命時間として第１表に示す。従来からのＡＩ
！２０３基あるいはＳ　ｉ　ｓＮ４基セラミックス工具
に比して本発明のセラミックス工具が長寿命であること
がわかる。

（発明の効果） 以上の様に本発明の製造法によれば秀れた機械的強度と
耐摩耗性をもったセラミックス工具が安価に得られる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉおよび周期律表IIIａ族元素の
   酸化物、窒化物または容易に酸化物に転換可能な化合物
   粉末を１種または２種以上を０．５〜３０重量パーセン
   ト、Ｓｉ＿３Ｎ＿４粉末を７０〜９９．５重量パーセン
   ト配合する工程、金型、ゴム型等を用いて通常の方法で
   型押する工程、５００気圧以下の窒素ガス中１５００〜
   １９００℃で焼結し非通気性の焼結体を得る工程、さら
   に５００気圧以上の窒素ガス中１５００〜１９００℃で
   熱間静水圧プレスして焼結体とする工程、得られた焼結
   体の１面以上を研削加工後Ａｌ、Ｓｉおよび周期律表I
   Vａ、ＶａVIａ族元素のＣ、Ｎ、Ｏ化合物を１〜２０μ
   単層又は多層に被覆する工程とよりなることを特徴とす
   るセラミックス切削工具又は耐磨工具の製造方法。