JPS6138803A - 高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法 - Google Patents
高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法Info
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- JPS6138803A JPS6138803A JP15809684A JP15809684A JPS6138803A JP S6138803 A JPS6138803 A JP S6138803A JP 15809684 A JP15809684 A JP 15809684A JP 15809684 A JP15809684 A JP 15809684A JP S6138803 A JPS6138803 A JP S6138803A
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
- B23B27/148—Composition of the cutting inserts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
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-
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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。
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）
本発明は鋳鉄の切削加工、Ｎｉ基合金などの難削性材料
の切削加工等の用途に適し、靭性に優れかつ耐摩耗性の
向上した切削用高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製
造方法に関するものである。
の切削加工等の用途に適し、靭性に優れかつ耐摩耗性の
向上した切削用高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製
造方法に関するものである。
（従来の技術）
現在市販されているセラミック工具は主としてアルミナ
系セラミック工具とアルミナ−炭化チタン系セラミック
工具の２種類がある。アルミナ系セラミックは高温かつ
酸化性雰囲気下で耐摩耗性に優れているという特徴があ
るが、一方熱衝撃によるクツツクが発生し易いなどその
靭性に劣っており、高硬度材や断続を含む部位の旋削加
工、フッイス加工などには使用できない。また、アルミ
ナ−炭化チタン系セラミック工具はアルミナに炭化チタ
ンを添加して靭性を改善したものであるが、旋削加工の
高能率化と自動化により、より高い靭性を有しかつ安定
して使用できる工具が望まれている。この様な現状から
近時、窒化珪素を主成分とするセラミックスが高温強度
や高温硬度が優れておシかつ熱衝撃性にも強いことから
切削工具用材料として盛んに研究されている。
系セラミック工具とアルミナ−炭化チタン系セラミック
工具の２種類がある。アルミナ系セラミックは高温かつ
酸化性雰囲気下で耐摩耗性に優れているという特徴があ
るが、一方熱衝撃によるクツツクが発生し易いなどその
靭性に劣っており、高硬度材や断続を含む部位の旋削加
工、フッイス加工などには使用できない。また、アルミ
ナ−炭化チタン系セラミック工具はアルミナに炭化チタ
ンを添加して靭性を改善したものであるが、旋削加工の
高能率化と自動化により、より高い靭性を有しかつ安定
して使用できる工具が望まれている。この様な現状から
近時、窒化珪素を主成分とするセラミックスが高温強度
や高温硬度が優れておシかつ熱衝撃性にも強いことから
切削工具用材料として盛んに研究されている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、窒化珪素を主成分とするセラミック工具
はアルミナ系セラミック工具やアルミナ−炭化チタン系
セラミック工具と比較して強度及び熱衝撃性に優れてい
るが、耐摩耗性に劣るという欠点があシ、使用条件が限
られている。そのため、この窒化珪素を主成分として炭
化チタン（Ｔｉｃ）や窒化チタン（ＴｉＮ）などの硬質
粒子を添加して耐摩耗性を向上させようとする方法があ
るが、との場合窒化珪素本来の靭性が低下する。また、
アあるが、ＣＶＤコーティングでは高温で塩素などを含
む腐食性＃囲気にさらされるため、窒化珪素母材の強度
劣化を免れず、また、窒化珪素とアルミナでは熱膨張率
の差が大きく窒化珪素母材表面に極く薄くしかコーテイ
ング膜が付着せず通常の摩耗量に対応できる効果がない
。さらに、これらＣｖＤ等のコーティング技術では製造
コストが高くなる欠点がある。
はアルミナ系セラミック工具やアルミナ−炭化チタン系
セラミック工具と比較して強度及び熱衝撃性に優れてい
るが、耐摩耗性に劣るという欠点があシ、使用条件が限
られている。そのため、この窒化珪素を主成分として炭
化チタン（Ｔｉｃ）や窒化チタン（ＴｉＮ）などの硬質
粒子を添加して耐摩耗性を向上させようとする方法があ
るが、との場合窒化珪素本来の靭性が低下する。また、
アあるが、ＣＶＤコーティングでは高温で塩素などを含
む腐食性＃囲気にさらされるため、窒化珪素母材の強度
劣化を免れず、また、窒化珪素とアルミナでは熱膨張率
の差が大きく窒化珪素母材表面に極く薄くしかコーテイ
ング膜が付着せず通常の摩耗量に対応できる効果がない
。さらに、これらＣｖＤ等のコーティング技術では製造
コストが高くなる欠点がある。
（問題点を解決するだめの手段）
本発明者は上記の現状に鑑み鋭意研究の結果、窒化珪素
を主成分とする焼結体を一定温度に加熱後、急冷するこ
とにより、該焼結体の表層部の破壊靭性を中心部の破壊
靭性よりも２．０ＭＮ／ｍ３／２以上高くすることが出
来、これにより欠損やチッピングの発生が少なくかつ耐
摩耗性の向上した窒化珪素質焼結体工具が得られること
を知見した。
を主成分とする焼結体を一定温度に加熱後、急冷するこ
とにより、該焼結体の表層部の破壊靭性を中心部の破壊
靭性よりも２．０ＭＮ／ｍ３／２以上高くすることが出
来、これにより欠損やチッピングの発生が少なくかつ耐
摩耗性の向上した窒化珪素質焼結体工具が得られること
を知見した。
したがって、本発明においては耐摩耗性の向上した高靭
性窒化珪素質工具及びその製造方法を提供することを目
的とする。
性窒化珪素質工具及びその製造方法を提供することを目
的とする。
本発明によれば窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を主成分とする
焼結体であって、該焼結体の表層部の破壊靭旦 性が中心部の破壊靭性よりも２．０ ＭＮ／ｍ２以上高
い高靭性窒化珪素質焼結木工具が提供される。
焼結体であって、該焼結体の表層部の破壊靭旦 性が中心部の破壊靭性よりも２．０ ＭＮ／ｍ２以上高
い高靭性窒化珪素質焼結木工具が提供される。
また、本発明によれば窒化珪素（Ｓｉ２Ｎ３）を主成分
として所定形状に焼結成形された焼結体を、不活性雰囲
気中で１３００〜１６００’Ｃ！に加熱し、次いで５０
〜２００°Ｃ／秒で冷却するようにした高靭性窒化珪素
焼結体工具の製造方法が提供される。
として所定形状に焼結成形された焼結体を、不活性雰囲
気中で１３００〜１６００’Ｃ！に加熱し、次いで５０
〜２００°Ｃ／秒で冷却するようにした高靭性窒化珪素
焼結体工具の製造方法が提供される。
（作用）
予じめ、ホットプレス法、熱間静水圧プレス法、常圧あ
るいは加圧ガス中焼結法などの任意の焼成方法九より焼
成され、所定形状に成形された窒化珪素質焼結体を１３
００〜１６００℃の不活性雰囲気中で加熱しなければな
らない。この場合、１３００″Ｃ未満での加熱では冷却
時に充分な効果がなく焼結体の表層部と中心部との破壊
靭性の差旦 が２．０ ＭＮ／ｍ２以上、とならず、１６００℃を超
えて加熱すると冷却時、焼結体にクラック等の欠陥が生
じる。また、加熱された焼結体は５０〜２００”Ｃ／秒
で冷却しなければならない。即ち、５的ン秒未満では焼
結体表面の破壊靭性が向上せず、２００°Ｃ／秒を超え
ると焼結体に歪が生じ全体にクラックが生じるか、また
は表層部の破壊靭性が向上せず耐摩耗性及び耐チッピン
グ性が劣下する。さらに焼結体の表層部の破壊靭性が中
心部の破壊靭性よりも２．０ＭＮ／ｍ２未満であると、
焼結体に欠損やチッピングが発生し、耐摩耗性の向上が
みられない。
るいは加圧ガス中焼結法などの任意の焼成方法九より焼
成され、所定形状に成形された窒化珪素質焼結体を１３
００〜１６００℃の不活性雰囲気中で加熱しなければな
らない。この場合、１３００″Ｃ未満での加熱では冷却
時に充分な効果がなく焼結体の表層部と中心部との破壊
靭性の差旦 が２．０ ＭＮ／ｍ２以上、とならず、１６００℃を超
えて加熱すると冷却時、焼結体にクラック等の欠陥が生
じる。また、加熱された焼結体は５０〜２００”Ｃ／秒
で冷却しなければならない。即ち、５的ン秒未満では焼
結体表面の破壊靭性が向上せず、２００°Ｃ／秒を超え
ると焼結体に歪が生じ全体にクラックが生じるか、また
は表層部の破壊靭性が向上せず耐摩耗性及び耐チッピン
グ性が劣下する。さらに焼結体の表層部の破壊靭性が中
心部の破壊靭性よりも２．０ＭＮ／ｍ２未満であると、
焼結体に欠損やチッピングが発生し、耐摩耗性の向上が
みられない。
（実施例）
α相９０％以上の窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）に対し、Ａ１
２０Ｂ 、 ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ２、Ｃｅ２０Ｂ及び希土類
元素の酸化物から選ばれる１種若しくは複数種の複合焼
結助剤を第１表に示す割合（重量）となるように秤量し
、アルミナポット中にてイオン交換水を力０えて混合粉
砕する。得られた原料を第１表の焼成条件欄に示す条件
にて焼結成形するととによりＪＩＳ規格５ＮＧＮ ４８
２ （０，２Ｘ２０’ ）ｆ’ｖ ンファーホーニング
）に基づく形状の各試料点１〜２０を得だ。これらの試
料点１〜２０について第１表に示す熱処理条件、冷却条
件及び表層部冷却速度条件に従って加熱及び冷却処理を
行った。得られた各試料Ｘ１〜２０の内部及び外部の破
壊靭性（ＫＩＣ）をビッカース圧痕法（予じめ、鏡面研
摩した試料表面にビッカース硬度計用圧子を押し当て発
生したクラックの長さから破壊靭性を求める測定法）に
より測定し、表層部の破壊靭性（Ｋ、ＩＣ）向上量を算
出すると共に、クランク摩耗量及び刃先のチッピング状
態を観察した。
２０Ｂ 、 ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ２、Ｃｅ２０Ｂ及び希土類
元素の酸化物から選ばれる１種若しくは複数種の複合焼
結助剤を第１表に示す割合（重量）となるように秤量し
、アルミナポット中にてイオン交換水を力０えて混合粉
砕する。得られた原料を第１表の焼成条件欄に示す条件
にて焼結成形するととによりＪＩＳ規格５ＮＧＮ ４８
２ （０，２Ｘ２０’ ）ｆ’ｖ ンファーホーニング
）に基づく形状の各試料点１〜２０を得だ。これらの試
料点１〜２０について第１表に示す熱処理条件、冷却条
件及び表層部冷却速度条件に従って加熱及び冷却処理を
行った。得られた各試料Ｘ１〜２０の内部及び外部の破
壊靭性（ＫＩＣ）をビッカース圧痕法（予じめ、鏡面研
摩した試料表面にビッカース硬度計用圧子を押し当て発
生したクラックの長さから破壊靭性を求める測定法）に
より測定し、表層部の破壊靭性（Ｋ、ＩＣ）向上量を算
出すると共に、クランク摩耗量及び刃先のチッピング状
態を観察した。
これらの結果を第２表に示す。
試料Ａ１．２．及び５〜１２は本発明の範囲外（実験例
）のものであり、試料Ａ：１及び２は夫々２０℃の水中
と粘度１０ ｃｓＬで２０℃の油中に投下して表層部の
冷却速度２００°Ｃ／秒を超えて冷却したもので冷却速
度が早すぎ焼結体にクラックが発生して使用に耐えない
か表層部と中心部とに充分な破壊靭性の差が生じていな
いため耐摩耗性及び耐チッピング性に劣る。試料層７〜
１２は冷却条件が強制空冷（窒素風量大、小）、窒素ガ
ス中放置及び粘度５０ｃＳＬのシリコンオイル投下であ
る。また、この場合表層部冷却速度が５０°Ｃ／秒未満
であるか、焼結体の熱処理温度が１３００°Ｃ未溝であ
るので、焼結体の表層部と中６部とに２ＭＮ／ｍ２以上
の破壊靭性の差が生じておらず、また表層部の靭性が充
分向上していない。
）のものであり、試料Ａ：１及び２は夫々２０℃の水中
と粘度１０ ｃｓＬで２０℃の油中に投下して表層部の
冷却速度２００°Ｃ／秒を超えて冷却したもので冷却速
度が早すぎ焼結体にクラックが発生して使用に耐えない
か表層部と中心部とに充分な破壊靭性の差が生じていな
いため耐摩耗性及び耐チッピング性に劣る。試料層７〜
１２は冷却条件が強制空冷（窒素風量大、小）、窒素ガ
ス中放置及び粘度５０ｃＳＬのシリコンオイル投下であ
る。また、この場合表層部冷却速度が５０°Ｃ／秒未満
であるか、焼結体の熱処理温度が１３００°Ｃ未溝であ
るので、焼結体の表層部と中６部とに２ＭＮ／ｍ２以上
の破壊靭性の差が生じておらず、また表層部の靭性が充
分向上していない。
また、焼結体に欠損やチッピングが発生し、フランク摩
耗量が０．４９５ｍ以上となシ耐摩耗性が劣化している
。
耗量が０．４９５ｍ以上となシ耐摩耗性が劣化している
。
尚、試料層５及び６は熱処理条件及び表層部冷冷速度が
本発明の範囲内であるのに焼結体の表層部の破壊靭性（
ＫＩＣ）向上量が充分でなくフランク摩耗量も０．５０
ｗ以上となっている。これは冷におけるシリコンオイル
の粘度が５００ｃＳｔである場合は本発明を充分備えて
いることからして少すくトモシリコンオイル投下の場合
は６００ ｃＳｔ前後程度までは本発明の特性に影響は
ないものと考えられる。また、冷却条件における該実施
例を見るかぎり、シリコンオイル投下の場合は表層部冷
却速度が略５０〜２００°Ｃ／秒に制御し易いのに比べ
他の冷却条件の場合表層部の冷却速度が著しるしく高い
か低いかの何れかで不安定であるものと考えられる。
本発明の範囲内であるのに焼結体の表層部の破壊靭性（
ＫＩＣ）向上量が充分でなくフランク摩耗量も０．５０
ｗ以上となっている。これは冷におけるシリコンオイル
の粘度が５００ｃＳｔである場合は本発明を充分備えて
いることからして少すくトモシリコンオイル投下の場合
は６００ ｃＳｔ前後程度までは本発明の特性に影響は
ないものと考えられる。また、冷却条件における該実施
例を見るかぎり、シリコンオイル投下の場合は表層部冷
却速度が略５０〜２００°Ｃ／秒に制御し易いのに比べ
他の冷却条件の場合表層部の冷却速度が著しるしく高い
か低いかの何れかで不安定であるものと考えられる。
一方、これに対し試料ｉ８ 、４ 、及び１８〜２０の
ものは本発明の範囲内のものであυ、何れも焼給体の表
層部の破壊靭性が２ＭＮ／ｍ２以上であシ、かつ欠損や
チッピングの発生がなく、フランク摩耗量も少なくとも
０．４５ｍ以下と本発明の範囲外のものと比べ少なく耐
摩耗性が向上していることが理解される。
ものは本発明の範囲内のものであυ、何れも焼給体の表
層部の破壊靭性が２ＭＮ／ｍ２以上であシ、かつ欠損や
チッピングの発生がなく、フランク摩耗量も少なくとも
０．４５ｍ以下と本発明の範囲外のものと比べ少なく耐
摩耗性が向上していることが理解される。
（発明の効果）
叙述の如く、本発明の窒化珪素質焼結体工具は、表層部
の破壊靭性が中心部の破壊靭性よりも２．ＯＭＮ／ｍ２
以上大であクズ、これによυ窒化珪素を主成分とするセ
ラミック工具の本来保有する優れを保有することになシ
、高硬材料の切削加工等厳しい条件下での使用にも充分
耐用し得るもので、その実用上の価値は極めて大である
。亦、この優ら頗る簡易であり、従って製造上のメリッ
トも大きく、この両発明により得られる利益は極めて犬
である。
の破壊靭性が中心部の破壊靭性よりも２．ＯＭＮ／ｍ２
以上大であクズ、これによυ窒化珪素を主成分とするセ
ラミック工具の本来保有する優れを保有することになシ
、高硬材料の切削加工等厳しい条件下での使用にも充分
耐用し得るもので、その実用上の価値は極めて大である
。亦、この優ら頗る簡易であり、従って製造上のメリッ
トも大きく、この両発明により得られる利益は極めて犬
である。
一以上一
出 願 人 京セツ株式会社
代理人弁理士（６２８５）松野英彦
αη
８、補正の内容
手続補正書（白紙９
昭和７６年）月８日
◆
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、窒化珪素（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）を主成分とする焼結体
であつて、該焼結体の表層部の破壊靭性が中心部の破壊
靭性よりも２．０ＭＮ／ｍ＾３＾／＾２以上高いことを
特徴とする高靭性窒化珪素質焼結体工具。 ２、窒化珪素（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）を主成分として所定形
状に焼結成形された焼結体を、不活性雰囲気中で１３０
０〜１６００℃に加熱し、次いで５０〜２００℃／秒で
冷却することを特徴とする高靭性窒化珪素質焼結体工具
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15809684A JPS6138803A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15809684A JPS6138803A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6138803A true JPS6138803A (ja) | 1986-02-24 |
| JPH0451281B2 JPH0451281B2 (ja) | 1992-08-18 |
Family
ID=15664213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15809684A Granted JPS6138803A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6138803A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0276607A (ja) * | 1988-09-13 | 1990-03-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化けい素系切削工具 |
| JP2001192258A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-17 | Toshiba Corp | セラミックス焼結体とその製造方法、及びそれを用いた摺動部材、ベアリングボール、ベアリング |
-
1984
- 1984-07-27 JP JP15809684A patent/JPS6138803A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0276607A (ja) * | 1988-09-13 | 1990-03-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化けい素系切削工具 |
| JPH059202B2 (ja) * | 1988-09-13 | 1993-02-04 | Sumitomo Electric Industries | |
| JP2001192258A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-17 | Toshiba Corp | セラミックス焼結体とその製造方法、及びそれを用いた摺動部材、ベアリングボール、ベアリング |
| JP4642956B2 (ja) * | 1999-12-28 | 2011-03-02 | 株式会社東芝 | ベアリングボール、ベアリング、およびベアリングボールの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0451281B2 (ja) | 1992-08-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |