JPS61286272A - 工具用ホイスカー強化セラミックス材料 - 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） 本発明は靭性の改良されたセラミックス材料、特にム１
．　Ｑ、−ＺｒＯ，系であってしかも８１０ウイスカー
で強化された工具用材料組成物に関する。

（従来の技術） アルミナはセラミックス材料の代表的なもので、耐熱性
、耐食性に優れておシ、その強度を高めることによって
工具等への応用が期待されている。

そしてアルミナ中にジルコニアを分散させて焼結した複
合セラミックスはジルコニアの結晶変態挙動によシ靭性
が向上することが知られているが、その靭性向上機構は
焼結体を冷却中にジルコニアが正方晶から単斜晶へ変態
する無拡散格子変態とマトリックスとの相互反応を利用
したものであシ、室温での靭性の向上には極めて有効な
方法である。

しかしこの方法はＺｒＯ，の変態を利用して”いるため
、高温において十分にこの機構が生かされず、従って高
温状態で使用される工具としては使用範囲が限定される
ものであった。

近時セラミックの強化手段として繊維強化（ＦＲＯ）が
有望視され特に高温における靭性劣化に対し有効な手段
ではないかと考えられているが、Ａｌ！０ｌ−ＺｒＱ、
系のセラミックに対し、例えば日ＩＣホイスカーを用い
て強化しようとしても満足すべき成果は得られていない
。

即ち８１０自体はもともとｈ１＠　ＯＨ−”Ｏｍとの親
和性が悪く、更にホイスカーは焼結の駆動力となる格子
欠陥が極めて少ないので一層両者の親和性は悪化されて
いる。

従ってＡ１□０ｓ−２ｒＯｎにホイスカーを添加する場
合、焼結助剤を多くしたシ、焼結温度を上げたシ、更に
は加圧焼結法を用いたシして、マトリックスを過焼結さ
せなければならないものと考えられていた。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来法によるときはＡＩ、　Ｏ，−ｚｒｏ、　　マ
トリックス自体の強度を低下させ、更にこのマ）　ＩＪ
ラックスＥ１１０ホイスカーとが十分に密着していない
ので、最終焼結体は十分な靭性強度を得ることができな
かった。

（問題点を解決しようとするための手段）本発明は上記
の問題点を種々検討の結果Ａ１．　Ｏ，−ＺｒＯ，マト
リックスとｓｉｃホイスカーの親和性を改善すればセラ
ミックスの靭性を改善し得るとの着想に基づきなされた
もので、特に両者の親和性は８１０ホイスカーの表面を
改質することによＪＡＩ、Ｏ。

マトリックスとの密着性を向上させ得るという知見に基
づくものである。

即ち本発明は８１Ｃホイスカーを５〜５０重１１％。

ＺｒＯ，を７〜３５重量％、ｃａ□、ＭｇＱ、Ｓｉｎ、
　、ＮｉＯ。

Ｙ倉０８ｓ　ランタノイドの酸化物の一種以上を０．１
〜７重量％、Ｂ、Ｃ１ＡＩＮ、Ｂ２Ｏ，及ヒ［ｓｌ、Ａ
１、Ｙ、ランタノイド％　Ｗ　”、Ｖ　ａｓ　Ｗ　ａ族
遷移金属」の硼化物の一種以上を０．０５〜７重量％、
残部Ａｌ、　Ｏｓからなる組成のセラミックス材料であ
る。

ただしＡｌ、０．は４ｏ重量％以下にならないことが望
ましい。

（作用） 上記において８１０ホイスカーは５重ｉｉ＊よシ少ない
場合は補強効果が少な過ぎ、５０重量％を越えた場合は
焼結性が低下するので好ましくはない。

（ａｏ　、　Ｍｇ０　、８１０．、Ｎｉｐ％Ｙ、Ｏ，、
ｙｙタノイドの酸化物は焼結助剤で、アルミナの結晶粒
子の成長を抑制して焼結を促進するものであるが、０．
１重量％未満ではその効果が小さ過ぎ、逆に７重量％を
越えた場合は靭性が低下する。

８％０１Ａ１１．　Ｂ２Ｏ及び「ｓｉ、Ａ１、Ｙ、ラン
タノイド、Ｎ５Ｌ％Ｖａ、■ａａ族遷移金属の硼化物の
一種以上（添加物）は０．０５重量％未満では８１Ｃホ
イス力−表面の改質が不充分なためマトリックスと８１
０ホイスカーとの密着性が不充分で靭性がさ程向上せず
、又、添加物が７重量％を越えた場合はホイスカー中の
８１　　との化合物ができ易くなシ、マド、リックスと
ホイスカー界面の強度が低下し良好な結果は得られない
。

ＺｒＯ，は既に述べたように姐、０．中で結晶変態を起
し、ＡＩ、Ｏ，マトリックスとの相互反応をして靭性な
向上する成分であるが、７重量％よシ少ない場合は効果
が不十分でちゃ、３５重量％を越えた場合は強度が低下
するので好ましくない。

なお■ａ％Ｍｌ！Ｌ、ｌａ族の遷移金属を念のた゛め記
載すれば■ａ族Ｔ１、Ｚｒ、■ａ族Ｖ、Ｎｔ）、■ａ族
Ｏｒ、Ｍｏ’ｆ’ｆある。

（実施例） 原料粉末として平均粒径０．７μ肩のＡＩ　、Ｏ、粉末
と、平均粒径０，２μｓのＺｒＯ，粉末と（Ａ１．Ｏ，
：ＺｒＱ、　２　：　１重量比）と、Ｓｉｃホイｘカー
（直径０．１〜１．Ｏｆｉｎ主体径０．２〜０．５　Ｊ
ｉｍ、長さ５０〜２００μ風、アスペクト比５０〜３０
０密度３．１９９／ｃｄ）と、平均粒径０．５〜１．５
−の焼結助剤（（：ｉａＯ％ＭｇＯ１Ｓ１０＊　ｓ　Ｎ
１０　ＩＩＹＭ　”ｍ　ｓ　ランタノイドの酸化物）と
、平均粒径０．５〜５μ風のＢ％Ｃ１ＡＩＮ％　Ｂ２Ｏ
及び「８１、Ａ１、Ｙ１ランタノイド、ｐ（ａ　、　Ｖ
　’　ｓ　■ａ族の遷移金属」の硼化物（添加物）とを
表１の配合割合で配合し、ボールミルの中で２時間混合
した後、乾燥して素地粉末を調整し、この素地粉末を表
１に示す焼結温度で、圧力２００　ｋｇ　１０ｘ”　、
加圧時間１５分で加圧焼結法によシ、黒鉛型内において
焼結した。

このようにして得られた焼結体をダイヤモンド砥石を用
いて５ＮＧＮ　４３２　ＴＮ　、表面３Ｓ以下（Ｊ工Ｓ
による）に研摩し、硬さ測定及び以下に示す条件の切削
テストを行なった。その結果は表１に示すとおシである
。

切削テストの条件 を被切削材：ＦＣ２３ 切削条件：切削速度閏＝１５０鶏／ｍｉｎ送シ速度（ｆ
）　＝　０．６　ｔｘ　／　ｒｅｖ切シ込み（ｔ）　＝
　２　ｕ 寿命判定：１２０ｗφの線材を１山の 幅１０ｆｆ山間の間隔５Ｍに切削した 場合欠損までの切削山数を測定 （発明の効果） 本発明によればＡｌ、　Ｑ、　ｌ：　ＺｒＱ、混入する
ことによって靭性の向上したセラミックとするとともに
、これに８１０ホイスカーを入れて靭性を強化するに当
シ、Ｂ％Ｃ％ＡＩＮ、Ｂ２Ｏ及び「８１、Ａ１、Ｙ１ラ
ンタノイド、■ａ、　ｖａ、■ａ族の遷移金属」の硼化
物によって親和性を向上することができ、又、ＯａＱ、
　ＭｇＱ、　８ｉＱ、　、Ｎｉｐ、　Ｙ、ｏ、、　５７
タノイドの酸化物を用いているのでアルミナの結晶粒子
の成長を抑制して焼結を促進する等各種の綜合効果を発
揮する工具に適したセラミックス組成物を提供するもの
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＳｉＣホイスカー５〜５０重量％、ＺｒＯ＿２７〜３５
   重量％、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ＿２、ＮｉＯ、Ｙ＿２
   Ｏ＿３、ランタノイドの酸化物の一種以上０．１〜７重
   量％、Ｂ、Ｃ、ＡｌＮ、Ｂ＿４Ｃ、及び「Ｓｉ、Ａｌ、
   Ｙ、ランタノイド、IVａ、Ｖａ、VIａ族遷移金属」の硼
   化物を一種以上０．０５〜７重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３残
   部からなることを特徴とする工具用繊維強化セラミック
   ス材料