JPS61291463A - 高靭性セラミツク工具用材料 - Google Patents

高靭性セラミツク工具用材料

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JPS61291463A
JPS61291463A JP60130021A JP13002185A JPS61291463A JP S61291463 A JPS61291463 A JP S61291463A JP 60130021 A JP60130021 A JP 60130021A JP 13002185 A JP13002185 A JP 13002185A JP S61291463 A JPS61291463 A JP S61291463A
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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】 （産業上の利用分野） 本発明は切削工具や耐摩耗性工具として使用し得るサイ
アロン系セラミックス材料の改良に関するものである。
（従来の技術） 一般にサイアロンはＢ１．Ｂ４に社ｇｏｓ　ｓ　Ａ１”
　５Ｓｉｎ、　　等を添加し加熱固溶させることによっ
て得られるところの一般式８１ｓ　４Ａ１４０ＺＮｓ　
−ｇ　（但し０〈２≦４．３）で表わされるβ−サイア
ロンと、その格子中に金属が固溶し一般式”（”’−Ａ
１）ｔｓ（０＊Ｎ）ｔｓ（但し０くｘ≦２）で表わされ
るα−サイアロンとがあシ、前者のβサイアロンは靭性
は高いが硬。
度は低く、後者のαサイアロンは比較的に靭性は低いが
硬度は高い特徴がある。
従来はこのティアロン中β−ナイアロンを工具用材料と
して活用する試みは種々行なわれているがαサイアロン
を工具用材料とする試みは余シ知られていない。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明はβ−サイアロンの持つ前述の欠点を解消したα
−サイアロン系の工具用材料を提供しようとするもので
ある。
（問題点を解決しようとする手段） 本発明は上記の問題点に着目し、α−サイアロンに８１
０ホイスカーを５〜５０容量係含有せしめた組成のもの
は焼結によシ高靭性のセラミック工具用材料が得られる
ことを見出した。
そしてその代表的な組成例は　　　　　”＊　Ｏ，及び
稀土類元素酸化物の一種以上対Ａ１Ｎを６０重量％な含
有するモ：ｅ＝６　ＡＩ　ＨとＡｌ、Ｏ，の混合物ｔの
比警１：３〜５：１の範囲で混合して添加剤となし、か
かる添加剤５〜５０重量％８１．Ｎ４９５〜５０重量係
重量部してα−サイアロン形成材料とし、このα−サイ
アロン形成材料９５〜５０容量係と８１０ホイスカー５
〜５０容量チとによシ焼結した場合靭性の高いセラミッ
ク工具用材料を得ようとするものである。
（作用） 本発明でα−サイアロンを主材とするのであるからその
焼結体は耐熱衝撃性はＳｉ、　Ｎ４並に高く、硬度は胆
、０．並みで、靭性のみ若干劣るがＳｉＣホイスカーを
５〜５０容量係含有せしめることによりこれらの欠点を
解消するとともにその他の特性も改良された工具を得る
ことができる。
即ち本発明ではＳｉ、Ｎ４やサイアロン系工具の長所で
ある耐熱衝撃性や耐欠損性を残しつつ、その欠点である
耐磨耗性の原因となるところを以下のようにして改善し
たものである。
（１）Ｆ′ｅとの反応性：鋼を切削する場合、熱発生の
原因となる切削抵抗が大きいばかシでなく、鋼中のＦｅ
とセラミック中の８１との化学親和力によって切刃（：
溶着や剥離を生じ磨耗が著るしくなシ勝ちであるが１本
発明では化学的に比較的安定なα相を含むサイアロンを
マトリックスとし、その中に化学的に極めて安定な８ｉ
Ｃホイスカーを分散し、Ｆｅとの反応性を少なくした。
（２）硬度：　硬度が比較的高いα相を含むサイアロン
をマトリックスとして更に硬度が高いＳｉＣホイスカー
を分散した。
（３）　　高温特性の劣化：高温特性の劣化は粒界相ガ
ラスが軟化して粒子がスリップし易くなることによって
惹き起されるものと思われるがＳｉＣホイスカーを分散
することによってこれが妨げられ、高温劣化が遅れる。
（４）　　靭性の改善：　αサイアロンは８１．　Ｎ、
やβサイアロンに比べ靭性が劣るが８１０ホイスカーを
分散することによってＳｉ、Ｎ、やβサイアロン並の靭
性が得られる。
本発明の好ましい範囲は１へ及び稀土類元素酸化物の一
種以上対Ａ１Ｎを６０重量％以上含有するＡＩＮとＡＩ
、Ｑ、との混合物の比が１：３〜３：１の範囲で混合物
を添加剤とし、この添加剤の５〜５０重量修と８１．　
Ｎ、の９５〜５０重量％とからα−サイアロンの形成材
料とし、このα−サイアロン形成材料９５〜５０容量係
と８１０ホイスカー５〜５０容ｉｌ係とにより前述した
α−サイアロンと８１０ホイスカーからなる工具用材料
を提供する。
ここに８１０ホイスカーが５容量憾よシ少ないときは靭
性向上の効果が不充分で、５０容量慢を越えるときは緻
密化が困難である。なおここで用いられる８１Ｇホイス
カーは長さ５〜２００μ肩、直径０．０５〜１．５μ寓
が靭性向上の面から好ましい。
次にＹ＊　ａｓ及び稀土類元素酸化物は前述した一般式
Ｍｚ（８１，Ａ１）、、　（０，Ｎ）１．　　における
Ｍに相描する金属を提供するとともに焼結助剤として添
加されるものであシ、ＡＩＮとＡＩ、　Ｏ，とは８１．
Ｎ４とともにサイアロンを生成させるために添加すると
ともに焼結助剤として添加される。又、Ａｌｌとム１意
へとは、８１Ｇホイスカーとαサイアロンを主体とした
マトリックスとの接着強度向上にも役立っていると思わ
れる。
以上の効果を有効に発揮させるためにはＹ、０．及び稀
土類元素酸化物の一種以上対Ａ１［を６０重量％以上含
有するＡＩＭとＡ１．　Ｑ、との混合物の比がｈ〜Ａ　
の範囲の添加剤を５〜５０重量係重量部を８１ｓＮ、と
することが好ましい。
Ｙ、０．及び稀土類元素の酸化物の一種以上対Ａ１ｌと
ム１意０．との混合物の比が名未満では一般式のＭが不
充分で完成されたαサイアロンができにくいばかシでな
く焼結も効果的に行なうことが困難であシ、ｙ□　以上
では高温特性の劣化をきたす。
又、Ａ’ｌＮとＡｌ、Ｑ、の混合物中のＡＩＮが６０チ
未満だと原因は定かでないがαサイアロンが生じにくく
硬度が低くなる。又添加剤を５重量慢未満添加したので
は緻密化が困難で５００重量％越えて添加したのでは高
温特性が劣化する傾向がある。
（実施例） 本発明による材料で工具を製造する場合、Ｓｉ、　Ｎ。
とｓ　Ｙ２Ｏ２及び稀土類元素酸化物の一種以上と。
Ａ１１Ｊと、Ａ１，０．とを所定の量あらかじめ十分混
合しておき、この混合物中に８１０ホイスカーを所定量
添加するのが好ましいが、ＢｉＯホイスカーは前記各構
成成分を混合する際に当初から添加しておき一緒に混合
してもよい。
得られた混合粉末はカーボンモールド中１６００〜２０
００℃、１００〜５００１ｇ　／　ｃＩＭ”　　でホッ
トプレスするのが好ましいが、８１０ホイスカーの長さ
を短くしたシ、成形時に配向させることによシ１６５０
℃〜２０００℃で１〜２００　ｋｇ／Ｃｄ　の不活性ガ
ス圧雰囲気で焼結ができる。
以下実施例ζ；ついて述べる。
実施例１ 平均粒径Ｑ、７ｐｍでα相９０％の８１．Ｎ、　８０重
量％、平均粒径１．２μｍのＹ、０．１０重量慢、平均
粒複１．２μ簿のＡｌＮ７重量％、平均粒径０．７Ｐの
Ａｌ、０．３重量幅をボールミルによシ１日混合粉砕後
直径０．１〜１．５μ属、長さ１０〜２００Ｐの８１Ｃ
ホイスカーを所定量添加し、更に半日混合した。
得られた混合粉末を乾燥後６０メツシユ篩を通しカーボ
ンモールド中で１８００℃、５００　ｋｇ／　ＤＩＭ”
でホットプレスした。
第１図は得られた焼結体の靭性なビッカース硬度計によ
るインデンテーション法を用い、新涼の式によシ求めた
グラフである。これによれば８１．Ｍ。
焼結体の靭性値約４　ＭＮ　／　ｙｘ↑以上が得られる
のは８１０ホイスカーの量が５〜５０重量慢であること
が判る。
図み（＝高靭性ＺｒＯ，は約１０　Ｍｌｉ　／　ｎａｉ
、８１．Ｎ、　ハ約５ＭＭ／旭ｉである。
実施例２ 平均粒径０．７μ講、α−８１，Ｎ、　９０　％の８１
３Ｎ４、平均粒径１．２Ｉｕｍのチヘ、平均粒径１．０
μ旭のｐ７．　Ｏ，、平均粒径１．２μ簿のムＩＮ、平
均粒径０．７μ馬のＡＩ、Ｏ。
及び直径０．１〜１．５μ風１．長ざ１０〜・２“・ト
０ヒμ―のＳ１Ｃホイスカーを表１に示す組成で秤量し
た。但し１９１０ホイスカーの添加量は２５体積慢で一
定とした。
所定量＋７）　Ｅ３１．Ｎ、　、Ｙ、Ｏｓ％Ｄｙ、Ｏ，
、ムＩＮ及びＡｍ、Ｏ。
をボールミルによシ１日混合粉砕した後８１０ホイスカ
ーを添加し更に半日混合した。この粉末を乾燥し、６０
メツシユ篩を通した後カーボン型中に　、充填し、１７
００〜１９００Ｉ０．３００＃／ＣｘＰでホットプレス
した。
この結果得られた焼結体の相対密度、ロツクウエルスー
パーフインヤル硬度をそれぞれ：ｒ工５ｚ８８０７、Ｊ
ＸＥＪ　Ｚ　２２４５に従って測定した値を表１に示す
。
またα相含有率は便宜的にＸ線回折による回折ピーク高
さくα相ピーク高さ工α、β相ビーク高さ工β）から以
下の式）：よって求めた。
］ 表１によるとＡＩＮ＋姐、ｏ３に対するＡｌｌ量が６０
重量％以上（試料風３）ではα相がほとんどなく、硬度
が低かった。またＸ＊ＯＳ／ム１Ｎ　＋ＡＩ、偽の比が
ｙ、以下（試料Ｎａ７）及び２以上（試料風８）では焼
結性が悪く、添加物の総添加量が５重量饅以下（試料風
４）及び５０重量％以上（試料風６）も焼結性が悪かっ
た。
実施例３ 実施例２の試料上１を８ＮＧＮ　４３３　　形状に研磨
加工し、表２に示す条件で切削性能を評価し、市販の８
１．Ｎ、系工具及びＡｌ、Ｏ，−Ｔｉｅ系工具と比較し
た。
この結果５バス切削時（二試料凪１、Ｓｉ、Ｎ、系工具
、Ａｍ、Ｏ，−ＴｉＯ系工具のフランク磨耗幅ＶＢ　は
それぞれＯｏｔ　６ｔｍ、　０．２３ｍ、０．１５ｍで
あり、６バス終了後ム：Ｌ、Ｑ、　−Ｔｉｅ系工具は欠
損した。更に１２バス（３０ｍｉｎ　）切削後ＶＢは試
料庵１が０．２Ｍであるのに対し、８１．Ｎ、系工具は
０．３ｆｆと大きかった。このように本発明のセラミッ
ク工具は耐磨耗性はＡ１意０．−　ＴｉＣ系と同等で耐
欠損性は８１、Ｎ、系と同程度の性能を持つことが判る
。
表　　２ （発明の効果） 以上のように本発明によればαサイアロンを主材とする
ことにより、硬度が高く耐磨耗性もよく。
８１０ホイスカーを分散させたことによって、硬度が高
く、高温特性の劣化も少なく、靭性の改善セラミックを
提供できるので、切削工具、軸受及び線引ダイスなどの
耐磨耗工具として長期に亘り使用することのできる工具
を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
゛第１図はαサイアロンにＳｉＯホイスカーヲ添加した
ものの靭性のグラフである。 代理人　弁理士　竹　内　　　守 季１　閏

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ＳｉＣホイスカ−５〜５０容量％を含有するα−
    サイアロンを主体とした組成からなることを特徴とする
    高靭性セラミック工具用材料
  2. （２）〔｛（Ｙ＿２Ｏ＿３及び稀土類元素酸化物の一種
    以上）対（ＡｌＮを６０重量％以上含有するＡｌＮとＡ
    ｌ＿２Ｏ＿３との混合物）の比が１：３〜３：１の範囲
    で混合してなる添加剤５〜５０重量％｝、｛Ｓｉ、Ｎ＿
    ４９５〜５０重量％｝からなるα−サイアロン主体の形
    成材料の９５〜５０容量％〕と、〔ＳｉＣホイスカ−５
    〜５０容量％〕とからなることを特徴とする高靭性セラ
    ミック工具用材料
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