JPS621348B2 - - Google Patents
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- JPS621348B2 JPS621348B2 JP55065046A JP6504680A JPS621348B2 JP S621348 B2 JPS621348 B2 JP S621348B2 JP 55065046 A JP55065046 A JP 55065046A JP 6504680 A JP6504680 A JP 6504680A JP S621348 B2 JPS621348 B2 JP S621348B2
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- high pressure
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- sintered material
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
この発明は、高硬度、並びにすぐれた耐摩耗
性、靭性、および耐食性を有し、特にこれらの特
性が要求される高硬度鋼やNi基あるいはCo基ス
ーパーアロイなどの切削工具として、また軸受や
線引ダイスなどの耐摩耗工具として使用するのに
適した立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料に関する
ものである。 従来より、この種の切削工具や耐摩耗工具の製
造には炭化タングステン（以下WCで示す）基超
硬材料が、比較的すぐれた靭性をもつことから広
く使用されてきているが、前記WC基超硬材料は
耐摩耗性が十分でないため、増々苛酷になりつつ
ある最近の使用環境下では、十分に満足する性能
を発揮し得ず、かかる点から、よりすぐれた工具
用材料の開発が望まれている。 最近、かかる要望に則した工具用材料として、
立方晶窒化硼素（以下ｃ−BNで示す）焼結材料
や、これに少量のAlおよび鉄族金属、あるいは
窒化チタンや酸化アルミニウムを含有させたｃ−
BN基焼結材料が提案され、市販されているが、
前者の材料はすぐれた耐摩耗性を有するものの、
靭性の点で問題があり、また後者の材料は比較的
低温では良好な靭性および耐摩耗性を示すもの
の、これを高温発生を伴なう条件下で使用する
と、著しい耐摩耗性劣化をきたすなど、いずれも
満足する特性を備えた材料ではないのが現状であ
る。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、すぐれた靭性と耐摩耗性を兼ね備え、かつ切
削工具や耐摩耗工具などの製造に使用した場合に
すぐれた性能を発揮する工具用焼結材料を得べく
研究を行なつた結果、ｃ−BN粉末に、酸化イツ
トリウム（以下Y2O3で示す）粉末と窒化アルミ
ニウム（以下AlNで示す）粉末とを配合し、混合
した状態で超高圧焼結を行なうと、前記Y2O3お
よびAlNが粒成長を抑制し、かつ焼結の促進をは
かるように作用することから、粒子間の結合強度
が向上するようになり、この結果得られた超高圧
焼結材料はすぐれた靭性と耐摩耗性とを兼ね備え
たものになるという知見を得たのである。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたもので、容量％で（以下％は容量％を
意味する）、 Y2O3：0.5〜20％、 AlN：１〜20％、 ｃ−BNおよび不可避不純物：残り、 からなる組成を有し、かつ靭性および耐摩耗性に
すぐれたｃ−BN基超高圧焼結材料に特徴を有す
るものである。 つぎに、この発明の超高圧焼結材料において、
成分組成を上記の通りに限定した理由を説明す
る。 (a) Y2O3 Y2O3は、それ自体常温および高温において
高い硬さを有すると共に、化学的にきわめて安
定な成分であつて、ｃ−BNと共存した場合、
焼結時に、Y2O3のごく一部がｃ−BN中のＢと
反応してY2（OxBy）3を形成することから、ｃ
−BNとY2O3との焼結性が著しく向上するよう
になるが、その含有量が0.5％未満では、ｃ−
BN粒子同志の結合度合が多くなり過ぎ、所定
の焼結改善効果が得られないので、所望のすぐ
れた靭性を確保することができず、一方20％を
越えて含有させると、焼結性は向上するもの
の、相対的にｃ−BNの含有量が少なくなり過
ぎて耐摩耗性低下を招くようになることから、
その含有量を0.5〜20％と定めた。 (b) AlN AlNは、それ自体焼結性にすぐれ、かつビツ
カース硬さ：1200Kg／mm2を有するものであり、
これがｃ−BN粒子間に分散共存した場合、焼
結時に、ｃ−BN粒子との界面で一部反応して
AlxByを形成し、界面強度を向上させるように
なるほか、このような拡散によつて形成した
AlxByはきわめて硬く、すぐれた耐摩耗性をも
つものであるが、その含有量が１％未満では、
ｃ−BN粒子同志の結合度合が多くなり過ぎ、
AlNによつてもたらされる前記の作用に所望の
効果が得られないので、すぐれた靭性を確保す
ることができず、一方20％を越えて含有させる
と、相対的にｃ−BNの含有量が少なくなり過
ぎて耐摩耗性が劣化するようになることから、
その含有量を１〜20％と定めた。 (c) 不可避不純物 不可避不純物は、ｃ−BN合成時に混合され
る少量の鉄族金属や、焼結材料製造に際して原
料粉末の混合時に混合容器などから混入する鉄
族金属やWCなどから構成されるものである
が、これらの不可避不純物は５％まで含有して
も焼結材料の特性に何らの悪影響も及ぼさない
ので、５％までの含有は許容される。しかし５
％を越えて含有するようになると焼結材料の特
性劣化を避けることができなくなるので、その
上限値を５％とするのが望ましい。 (d) ｃ−BN ｃ−BN成分は、温度1200℃以上、圧力40Kb
（キロバール）以上、望ましくは温度1800℃以
上、圧力60Kb以上の条件で合成されるもの
で、ダイヤモンドに次ぐ高い硬さ（ビツカース
硬さ6000〜7000Kg／mm2）を有し、かつ常温から
約1000℃以上の高温まで高い硬さを維持するな
どダイヤモンドより安定した高温特性をもち、
さらに鉄族金属に対して反応しにくい性質をも
つことから、このｃ−BN成分を主成分とする
この発明の焼結材料はすぐれた耐摩耗性を具備
するようになるのである。 また、この発明の焼結材料は、ｃ−BN粉末
と、Y2O3粉末と、AlN粉末とを所定の割合に配
合し、長時間混合して均質な混合粉末とした後、
前記混合粉末を通常の条件で圧粉体に成形する
か、あるいはこれを一旦金属製容器に入れ、800
〜1200℃の適当な温度で脱ガスして封入するか
し、ついで前記圧粉体あるいは密封容器を、例え
ば特公昭38−14号公報に記載されるような超高圧
高温発生装置に装入し、圧力40Kb以上、温度
1200℃以上の超高圧高温条件下に約５分以上保持
した後、冷却し、圧力開放する主要工程によつて
製造されるものである。 ついで、この発明の超高圧焼結材料を実施例に
より比較例と対比しながら説明する。 実施例 １ 市販の平均粒径２μｍを有するｃ−BN粉末：
75％、同0.5μｍのY2O3粉末：10％、同５μｍの
AlN粉末：15％を配合し、この配合粉末をボール
ミル中で48時間湿式混合した後、外径12mmφの軟
鋼製容器に詰め、ついで圧力：10-4torrの真空
中、温度：1100℃に15分間保持して脱気した後、
密封した。引続いて、この密封容器を公知の超高
圧高温発生装置に装入し、最高付加圧力：
55Kb、最高加熱温度：1430℃の条件で15分間保
持した後、冷却し、圧力を開放することによつ
て、実質的に上記配合組成と同一の最終成分組成
をもつた本発明超高圧焼結材料１を製造した。 また、比較の目的で、配合組成を、ｃ−BN粉
末：60％、Y2O3粉末：40％とする以外は、上記
本発明超高圧焼結材料１と同一の条件にて比較超
高圧焼結材料１を製造した。 つぎに、上記両超高圧焼結材料について、被削
材：SNCM−８（硬さＨRＣ：50）、切削速度：
120ｍ／min、送り：0.12mm／rev.、切込み：0.5
mmの条件で切削試験を行ない、その使用寿命に到
るまでの切削時間を測定したところ、実質的に
AlNを含有しない比較超高圧焼結材料１は、105
分で寿命に達したのに対して、本発明超高圧焼結
材料１は、300分の寿命時間を示し、すぐれた靭
性と耐摩耗性とを具備することが明らかである。 実施例 ２ 原料粉末として、市販の平均粒径１μｍを有す
るｃ−BN粉末、同0.5μｍのY2O3粉末、および同
５μｍのAlN粉末を使用し、これら原料粉末を第
１表に示される最終成分組成をもつように配合す
ると共に、公知の超高圧高温発生装置における最
高加熱温度を1500℃とする以外は、実施例１にお
ける本発明超高圧焼結材料１の製造条件と同一の
条件にて本発明超高圧焼結材料２〜10および比較
超高圧焼結材料２〜４をそれぞれ製造した。 ついで、これら超高圧焼結材料のそれぞれにつ
いて、実施例１におけると同一の条件で切削試験
を行ない、その寿命時間を測定した。この測定結
果を第１表に合せて示した。 第１表に示されるように、本発明超高圧焼結材
料２〜10は、いずれもY2O3およびAlNの含有量
がこの発明の範囲から外れた組成を有する比較超
高圧焼結材料２〜４に比して、著しく長い寿命時
間を示し、これらの結果から本発明超高圧焼結材
料２〜10はいずれもすぐれた靭性と耐摩耗性をも
つことが明らかである。
性、靭性、および耐食性を有し、特にこれらの特
性が要求される高硬度鋼やNi基あるいはCo基ス
ーパーアロイなどの切削工具として、また軸受や
線引ダイスなどの耐摩耗工具として使用するのに
適した立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料に関する
ものである。 従来より、この種の切削工具や耐摩耗工具の製
造には炭化タングステン（以下WCで示す）基超
硬材料が、比較的すぐれた靭性をもつことから広
く使用されてきているが、前記WC基超硬材料は
耐摩耗性が十分でないため、増々苛酷になりつつ
ある最近の使用環境下では、十分に満足する性能
を発揮し得ず、かかる点から、よりすぐれた工具
用材料の開発が望まれている。 最近、かかる要望に則した工具用材料として、
立方晶窒化硼素（以下ｃ−BNで示す）焼結材料
や、これに少量のAlおよび鉄族金属、あるいは
窒化チタンや酸化アルミニウムを含有させたｃ−
BN基焼結材料が提案され、市販されているが、
前者の材料はすぐれた耐摩耗性を有するものの、
靭性の点で問題があり、また後者の材料は比較的
低温では良好な靭性および耐摩耗性を示すもの
の、これを高温発生を伴なう条件下で使用する
と、著しい耐摩耗性劣化をきたすなど、いずれも
満足する特性を備えた材料ではないのが現状であ
る。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、すぐれた靭性と耐摩耗性を兼ね備え、かつ切
削工具や耐摩耗工具などの製造に使用した場合に
すぐれた性能を発揮する工具用焼結材料を得べく
研究を行なつた結果、ｃ−BN粉末に、酸化イツ
トリウム（以下Y2O3で示す）粉末と窒化アルミ
ニウム（以下AlNで示す）粉末とを配合し、混合
した状態で超高圧焼結を行なうと、前記Y2O3お
よびAlNが粒成長を抑制し、かつ焼結の促進をは
かるように作用することから、粒子間の結合強度
が向上するようになり、この結果得られた超高圧
焼結材料はすぐれた靭性と耐摩耗性とを兼ね備え
たものになるという知見を得たのである。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたもので、容量％で（以下％は容量％を
意味する）、 Y2O3：0.5〜20％、 AlN：１〜20％、 ｃ−BNおよび不可避不純物：残り、 からなる組成を有し、かつ靭性および耐摩耗性に
すぐれたｃ−BN基超高圧焼結材料に特徴を有す
るものである。 つぎに、この発明の超高圧焼結材料において、
成分組成を上記の通りに限定した理由を説明す
る。 (a) Y2O3 Y2O3は、それ自体常温および高温において
高い硬さを有すると共に、化学的にきわめて安
定な成分であつて、ｃ−BNと共存した場合、
焼結時に、Y2O3のごく一部がｃ−BN中のＢと
反応してY2（OxBy）3を形成することから、ｃ
−BNとY2O3との焼結性が著しく向上するよう
になるが、その含有量が0.5％未満では、ｃ−
BN粒子同志の結合度合が多くなり過ぎ、所定
の焼結改善効果が得られないので、所望のすぐ
れた靭性を確保することができず、一方20％を
越えて含有させると、焼結性は向上するもの
の、相対的にｃ−BNの含有量が少なくなり過
ぎて耐摩耗性低下を招くようになることから、
その含有量を0.5〜20％と定めた。 (b) AlN AlNは、それ自体焼結性にすぐれ、かつビツ
カース硬さ：1200Kg／mm2を有するものであり、
これがｃ−BN粒子間に分散共存した場合、焼
結時に、ｃ−BN粒子との界面で一部反応して
AlxByを形成し、界面強度を向上させるように
なるほか、このような拡散によつて形成した
AlxByはきわめて硬く、すぐれた耐摩耗性をも
つものであるが、その含有量が１％未満では、
ｃ−BN粒子同志の結合度合が多くなり過ぎ、
AlNによつてもたらされる前記の作用に所望の
効果が得られないので、すぐれた靭性を確保す
ることができず、一方20％を越えて含有させる
と、相対的にｃ−BNの含有量が少なくなり過
ぎて耐摩耗性が劣化するようになることから、
その含有量を１〜20％と定めた。 (c) 不可避不純物 不可避不純物は、ｃ−BN合成時に混合され
る少量の鉄族金属や、焼結材料製造に際して原
料粉末の混合時に混合容器などから混入する鉄
族金属やWCなどから構成されるものである
が、これらの不可避不純物は５％まで含有して
も焼結材料の特性に何らの悪影響も及ぼさない
ので、５％までの含有は許容される。しかし５
％を越えて含有するようになると焼結材料の特
性劣化を避けることができなくなるので、その
上限値を５％とするのが望ましい。 (d) ｃ−BN ｃ−BN成分は、温度1200℃以上、圧力40Kb
（キロバール）以上、望ましくは温度1800℃以
上、圧力60Kb以上の条件で合成されるもの
で、ダイヤモンドに次ぐ高い硬さ（ビツカース
硬さ6000〜7000Kg／mm2）を有し、かつ常温から
約1000℃以上の高温まで高い硬さを維持するな
どダイヤモンドより安定した高温特性をもち、
さらに鉄族金属に対して反応しにくい性質をも
つことから、このｃ−BN成分を主成分とする
この発明の焼結材料はすぐれた耐摩耗性を具備
するようになるのである。 また、この発明の焼結材料は、ｃ−BN粉末
と、Y2O3粉末と、AlN粉末とを所定の割合に配
合し、長時間混合して均質な混合粉末とした後、
前記混合粉末を通常の条件で圧粉体に成形する
か、あるいはこれを一旦金属製容器に入れ、800
〜1200℃の適当な温度で脱ガスして封入するか
し、ついで前記圧粉体あるいは密封容器を、例え
ば特公昭38−14号公報に記載されるような超高圧
高温発生装置に装入し、圧力40Kb以上、温度
1200℃以上の超高圧高温条件下に約５分以上保持
した後、冷却し、圧力開放する主要工程によつて
製造されるものである。 ついで、この発明の超高圧焼結材料を実施例に
より比較例と対比しながら説明する。 実施例 １ 市販の平均粒径２μｍを有するｃ−BN粉末：
75％、同0.5μｍのY2O3粉末：10％、同５μｍの
AlN粉末：15％を配合し、この配合粉末をボール
ミル中で48時間湿式混合した後、外径12mmφの軟
鋼製容器に詰め、ついで圧力：10-4torrの真空
中、温度：1100℃に15分間保持して脱気した後、
密封した。引続いて、この密封容器を公知の超高
圧高温発生装置に装入し、最高付加圧力：
55Kb、最高加熱温度：1430℃の条件で15分間保
持した後、冷却し、圧力を開放することによつ
て、実質的に上記配合組成と同一の最終成分組成
をもつた本発明超高圧焼結材料１を製造した。 また、比較の目的で、配合組成を、ｃ−BN粉
末：60％、Y2O3粉末：40％とする以外は、上記
本発明超高圧焼結材料１と同一の条件にて比較超
高圧焼結材料１を製造した。 つぎに、上記両超高圧焼結材料について、被削
材：SNCM−８（硬さＨRＣ：50）、切削速度：
120ｍ／min、送り：0.12mm／rev.、切込み：0.5
mmの条件で切削試験を行ない、その使用寿命に到
るまでの切削時間を測定したところ、実質的に
AlNを含有しない比較超高圧焼結材料１は、105
分で寿命に達したのに対して、本発明超高圧焼結
材料１は、300分の寿命時間を示し、すぐれた靭
性と耐摩耗性とを具備することが明らかである。 実施例 ２ 原料粉末として、市販の平均粒径１μｍを有す
るｃ−BN粉末、同0.5μｍのY2O3粉末、および同
５μｍのAlN粉末を使用し、これら原料粉末を第
１表に示される最終成分組成をもつように配合す
ると共に、公知の超高圧高温発生装置における最
高加熱温度を1500℃とする以外は、実施例１にお
ける本発明超高圧焼結材料１の製造条件と同一の
条件にて本発明超高圧焼結材料２〜10および比較
超高圧焼結材料２〜４をそれぞれ製造した。 ついで、これら超高圧焼結材料のそれぞれにつ
いて、実施例１におけると同一の条件で切削試験
を行ない、その寿命時間を測定した。この測定結
果を第１表に合せて示した。 第１表に示されるように、本発明超高圧焼結材
料２〜10は、いずれもY2O3およびAlNの含有量
がこの発明の範囲から外れた組成を有する比較超
高圧焼結材料２〜４に比して、著しく長い寿命時
間を示し、これらの結果から本発明超高圧焼結材
料２〜10はいずれもすぐれた靭性と耐摩耗性をも
つことが明らかである。
【表】
上述のように、この発明の超高圧焼結材料は、
特にすぐれた靭性と耐摩耗性とを兼ね備え、かつ
高硬度およびすぐれた耐食性をも具備しているの
で、これらの特性が要求される高硬度鋼や、Ni
基あるいはCo基スーパーアロイなどの切削工具
用として、また軸受や線引ダイスなどの耐摩耗工
具用、さらに堀削ビツト刃先用などとして使用し
た場合に、これら工具類はきわめてすぐれた性能
を発揮するなど工業上有用な特性を有するのであ
る。
特にすぐれた靭性と耐摩耗性とを兼ね備え、かつ
高硬度およびすぐれた耐食性をも具備しているの
で、これらの特性が要求される高硬度鋼や、Ni
基あるいはCo基スーパーアロイなどの切削工具
用として、また軸受や線引ダイスなどの耐摩耗工
具用、さらに堀削ビツト刃先用などとして使用し
た場合に、これら工具類はきわめてすぐれた性能
を発揮するなど工業上有用な特性を有するのであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸化イツトリウム：0.5〜20容量％、 窒化アルミニウム：１〜20容量％、 立方晶窒化硼素および不可避不純物：残り、 からなる組成を有することを特徴とする靭性およ
び耐摩耗性を具備した立方晶窒化硼素基超高圧焼
結材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6504680A JPS56164075A (en) | 1980-05-16 | 1980-05-16 | Tenacious and friction-resistant cubic boron nitride base super high pressure sintered material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6504680A JPS56164075A (en) | 1980-05-16 | 1980-05-16 | Tenacious and friction-resistant cubic boron nitride base super high pressure sintered material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56164075A JPS56164075A (en) | 1981-12-16 |
| JPS621348B2 true JPS621348B2 (ja) | 1987-01-13 |
Family
ID=13275619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6504680A Granted JPS56164075A (en) | 1980-05-16 | 1980-05-16 | Tenacious and friction-resistant cubic boron nitride base super high pressure sintered material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56164075A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60195059A (ja) * | 1984-03-15 | 1985-10-03 | 株式会社トクヤマ | 複合焼結体 |
| JPS6131360A (ja) * | 1984-07-19 | 1986-02-13 | 株式会社トクヤマ | 複合焼結体の製造方法 |
| JPS6465072A (en) * | 1987-05-12 | 1989-03-10 | Koransha Kk | Bn-based ceramics having superior erosion resistance |
| EP0314807B1 (en) * | 1987-05-12 | 1993-01-27 | Kabushiki Kaisha Kouransha | Molten metal container |
| US8148282B2 (en) * | 2008-09-18 | 2012-04-03 | Diamond Innovations, Inc. | Method of solid PCBN sythesis |
-
1980
- 1980-05-16 JP JP6504680A patent/JPS56164075A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56164075A (en) | 1981-12-16 |
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