JPS62153159A - 耐摩耗性に優れたセラミツクス材料 - 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、窩硬度、窩靭性、非常に優れた工具寿命をも
ち、且つ耐摩材料としても優れた性能を示すアルミナ−
炭化チタン系セラミックス材料に関する。

〔従来の技術〕

セラミックス工具材料は、常温において強度。

靭性及び硬度が畜く、しかも窩温域においても硬度の低
下が少な（、且つ機械的強度が大であり、更には被削材
との親和性が少なく耐摩耗性に優れ長時間の使用に耐え
ることが要求されている。

また、耐摩材料や寸法等を測定するための測定工具用の
材料としては、耐摩耗性はもとより、熱膨張係数ができ
る限り小さく、且つ欠損や破損し難いものが要求されて
いる。他方、熱間用耐摩材料としては、耐熱衝撃性が大
で熱間割れを起こさないことが要求される。

耐摩材料として使用される場合に、従来のセラミックス
材料では相手材との相性が悪い場合、相手材との溶着現
象或いは摩耗が発生する度合が大きく、適用できない場
合がある。すなわち、耐摩材料としては、相手材との親
和性が少なく、摺動特性が良く、耐摩耗性に冨み、且つ
欠損や破損し難いことが要求される。耐食材料としては
、各種薬品に侵され難く、耐酸化性に優れることが要求
される。また、装飾部材用としては、従来品が白色系（
アルミナ主成分）又は黒色系（アルミナ−炭化チタン系
）に限られているため、従来のセラミックス材料では微
妙な色調に対応できない場合があった。すなわち、セラ
ミックスを装飾部品として使用するときには、好みの微
妙な色調に対応でき、且つ硬度が畜く耐摩耗性及び耐食
性に優れていることが要求される。

また、セラミックスを各種のヒータ材料として使用する
場合には、比抵抗値を種々変更できるものであることが
必要であり、熱間割れを起こし難く、耐酸化性に優れて
いることが要求される。そして、そのヒータが摺動摩擦
条件下で使用される場合には、相手材との親和性が少な
く、耐摩耗性が良く、且つ摩擦係数の小さいことが要求
される。

また切削工具以外の各種工具すなわち各種刃物類、金型
、ダイス及びプラグ等の用途に対して従来のアルミナ主
成分又はアルミナ−炭化チタン系のセラミックス材料は
、強度、靭性、刃立て性が劣り、且つ材料構成成分が限
られているために、各種用途に適用できない場合があり
、その都度最適と思われる配合素材の材料を試作する必
要があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような種々の用途に従来から使用されてきたものに
、アルミナ系セラミックスがある。

たとえば、特開昭５７−１６０９５９号公報では、アル
ミナ−炭化チタン−酸化チタン系にＭｏ＋　Ｚｒ０ｔを
配合し、更にＮｉｌ　Ｃｏｔ　Ｃｒ＋　Ｍｇ＋　ｙ、　
Ｍｎ等の酸化物を添加することが提案されている。Ｍｏ
添加により構成結晶粒子が微細化され、その結果として
硬度および強度が著しく改善される。酸化ジルコニウム
は、構成結晶粒を微細化する作用も幾分あるが、耐摩耗
性を著しく改善する。その他の添加成分としてのＮｉｌ
　Ｃｒ、　Ｍｇ＋Ｙ、阿ｎの各酸化物は、粒成長抑制剤
兼焼結促進剤としての効果があると報告されている。し
かし、この改良された材料も、より広範囲の切削条件及
び各種工具用途条件で使用するには、靭性、硬度及び相
手材との耐溶着性の点で改善の必要がある。

また特開昭５８−２１７４６３号公報では、ＡＩ、Ｏ，
−ＴｉＢｚ　　ＡＩＮ系にＭｇＯ，ＮｉＯ，ＣｒｚＯｓ
、Ｔｉ０ｚ、ｙ、ｏ３から選ばれた一種以上の酸化物を
添加することが提案されている。当該公報によると、Ｔ
ｉＢｚは、粒成長を阻止し、靭性を裔めるとともに微小
なりラックの成長を抑える役割を果たしている。しかも
、ＴｉＢｚの硬度がＴｉＣよりも裔＜、熱膨張係数もＴ
ｉＣより小さいことから、耐摩耗性に優れるとともに間
硬度材の切削時に生しる境界摩耗と境界部での欠損を防
ぐ効果がある。一方、ＡＩＮの添加は、焼結性を向上さ
せるとともに、粒径の成長を抑える効果がある。また）
’ＩｇＯを添加することにより、焼結性を向上し、粒径
の成長を抑えることができる。Ｎｉｐ、ＣｒｚＣ）＋＋
Ｔｉ０ｚ、ＹｔＯｘ等の添加物は、焼結助剤として効果
があると報告されている。

しかし、この改良された材料も、より広範囲の切削条件
及び各種工具用途条件で使用するには、靭性及び被削材
との耐溶着性の点で改善の必要がある。

更に特開昭５９−１０２８６４号公報では、Ａｌｚ　Ｏ
３−ＴｌＣ−Ｔ１Ｃｈ系にＴｂｎ０ｑ＋ＨＯｚＯｚ、Ｅ
ｒｚＯｓ及びＧｄｔＯｘから選ばれた一種以上の酸化物
、並びに任意添加成分としてのｎｇｏ、　ｈ０３＋　Ｚ
ｒ０ｉ＋　Ｎ１（Ｌ　ＤｙｚＯｉから選ばれた一種以上
の酸化物を添加することが提案されている。当該公報に
よると、７ｂ４０７＋　ＨｏｔＯｓ＋ＥｒｚＣｈ及びＧ
ｄｚ○３の添加により、焼結温度が低下するので粒成長
が防がれる。また、？１ｇＯ，Ｙ２０！ＺｒＯ２，Ｎｔ
Ｏ及びＤｙ１０ｔの添加は、より強固な粒子の結合層が
得られるので好ましいとされている。

しかし、この改良された材料も、靭性、硬度及び被削材
との耐溶着性の点で改善の必要がある。

そこで本発明は、このような種々の要求に応じることが
できるようなセラミックスを提供することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、その目的を達成すべく　、Ａ７ｚＯｓ−Ｔｉ
ｃ系或いはＴｉｃ置換系複合材の原料粉末成分の調整及
び配合から焼結過程における分散性の改善策及び気孔発
生のメカニズムを見出し、さらに各種成分の結合力を強
固にするとともに、靭性及び硬度を窩め、被削材との耐
溶着性を改善したものである。

すなわち、本発明は、炭化チタン又はその一部をり、０
（メタルオキサイド）で置換された炭化チタン成分２〜
５重量％遺、酸化ジルコニウム０．１〜１５重璽％と、
イツトリウム酸化物０．０５〜１．２５重量％と窒化ア
ルミニウム０．２〜５重量％と、残部がＭｇ、　　Ｂ、
Ｎｉ、Ｃｒの酸化物の中から選択した少なくとも１種又
はそれらの複合酸化物Ｏ，ＯＳ〜１．５重量％で置換さ
れたＡＩＺ　Ｏ２成分とから構成することによって各種
成分の結合力を裔めて上記目的を達成したものである。

また、上記材料の炭化チタンの１０〜５０重厘％をｒＶ
ａ、Ｖａ、Ｖｌａ族金属の炭化物、窒化物、硼化物及び
それぞれの複合化合物（炭窒化物、炭硼化物、窒硼化物
、炭窒化硼化物）の少なくとも１種で置換した材料も上
記目的を達成する。そしてこの材料は、所定の置換処理
を行った原料粉末を混合調整して、熱間加圧焼結法によ
り製造されるが、ＴｉＣ或いはその置換成分の原料粉未
調整法としては、Ｔｉ、　ＴａおよびＮｂの酸化物の少
な（とも一種以上またはＴｉ＋　Ｔａ＋　Ｎｂの少なく
とも２元素を含む複合酸化物（これらの酸化物を門、０
と略記する）で炭化チタンの一部を置換するために、そ
れぞれを粉末混合して炭化チタン成分とする。より好ま
しくはそれぞれを粉末混合した後、非酸化性雰囲気で５
００〜１５００℃の温度で熱処理することにより炭化チ
タンにＭ、０の酸素を一部固溶させ炭化チタン成分とす
る。ここで門、０と炭化チタンの配合割合はＭ、Ｏ／（
ＴｉＣ４Ｍ、Ｏ）　＝１５重量％以下（ゼロを含まず）
、より好ましくは５〜１５重量％としておくのが本発明
材料の特性改善に効果を発揮する。すなわち、Ｔｉ、　
Ｔａ、　Ｎｂの少なくとも一種の酸化物又はそれらの複
合酸化物（Ｍ、Ｏ）は、炭化チタンと固溶するとともに
、アルミナ成分とも焼結過程で反応結合する結果、炭化
チタン成分とアルミナ成分との強力な結合剤として作用
し、焼結体の靭性及び耐ピツチング性を高める作用効果
を呈する。

次に、残部の酸化アルミニウム成分については、ｓｌ　
ｔ　Ｏ２の０．０５〜１．５重量％を前述のＭｇ、　Ｂ
　、Ｎｉ、Ｃｒの酸化物で粉末混合置換するか、より好
ましくはそれらの塩をＡｊ　ｚ　Ｏｓにドープした粉末
又はそれら酸化物とＡＩＺ０．の所定量混合粉末を６５
０〜１３００℃の温度で焼成し反応結合させておくのが
良い。

Ｍｇ、　　Ｂ、　　Ｎｉ、　Ｃｒの酸化物は、本発明材
料にとって粒成長抑制剤の役割を果たすとともに、焼結
促進剤としても大きな役割をなし、微細な結晶粒子でし
かも強靭な焼結体を得る効果を呈するものである。これ
ら酸化物の配合方法としては、上述したごとく単なる粉
末混合法でもよいが、焼成反応結合処理を行うことによ
り、材料組織面で非常に均一に分散した材料が得られ、
その結果工具性能における信頼性が非常に高いものとな
る効果を与える。なお、それら酸化物を粉末混合するの
みで、本発明材料にあっては従来の材料にない粒成長抑
制兼焼結促進の効果を発揮するが、粉末混合法の場合に
おいて次工程での湿式粉末混合段階で酸化物が水酸化物
〔たとえば、ＭｇＯ−門ｇ　（ＯＨ）　ｚ　）となり、
水酸化物が若干の凝集性を有する性質があり、均一分散
性の点で焼成反応結合処理に比べ僅かに劣る面がある。

更に、それら酸化物のうち、酸化硼素は炭化チタン成分
の１０〜５０重量％を硼化物系で置換した材料において
は、酸化アルミニウムと硼化物系との強力な結合剤とし
て作用し、靭性、耐ピッチング性、耐摩耗性を向上させ
る効果゛　　を発揮する。

また、イツトリウム酸化物については、本発明材料の各
種粉末混合時点でＹ２Ｏ，として配合するか、より好ま
しくはＵ、Ｏ，とＹ２Ｏ，の複合酸化物であるガーネッ
トＹｓ（ＡＺ、　Ｙ）ｚ・（Ａ１０４）１、又は（Ｙ、
ＡＩ）ｓＡｌｇ（＃０ｎ）ｓをＹ　ｚ　Ｏｘ　ニ換算し
て０．０５〜１．２５重量％配合する。また同様に、Ｙ
２Ａｌｉ（Ａ７０４）３組成のガーネットやガーネット
以外のＹ、Ａ１．、−、、Ｏ。

（ここでｘ〈１）で表される組成でも使用可能である。

このイツトリウム酸化物は、本発明材料のいかなる組成
上の組み合わせにおいても、顕著な焼結促進効果を与え
るものであり、とくにアルミナとの複合酸化物として配
合した場合には微細空孔の大幅な低減効果を与えるとと
もに、他の必須成分である酸化ジルコニウムを酸化アル
ミニウムと強固に結合させる効果を発揮する。

酸化ジルコニウムについては、純ＺｒＯ□またはＹ　ｚ
　Ｏ３，ＭｇＯ，Ｃａｂ、　ＣｅＯの少なくとも一種で
部分安定化された酸化ジルコニウムを用い、より好まし
くは粒度０．３μｍ以下の純ジルコニア又は２〜５モル
％のＹ　ｚ　Ｏｓで部分安定化されたジルコニアを原料
粉末とする。酸化ジルコニウム又は部分安定化酸化ジル
コニウムは、本発明材料の全組成に対して粒成長抑制効
果を与えるとともに、靭性向上による耐ピッチング性、
耐摩耗性、耐食性等の改善をするものである。また、酸
化ジルコニウム又は部分安定化酸化ジルコニウムは、被
剛材又は相手材との摩擦係数を小さくする効果があり、
耐摩耗性の特性改善に大きな効果を与え、更には焼結反
応を促進させる効果ももつ。このことは、特に本発明材
料で糸面幅が小さい切削工具を製作する場合に顕著に現
れる。すなわち、靭性があまりない従来の材料では、糸
面部に欠けが発生しやすく製造歩留まりも満足のいくも
のではなかったが、本発明材料の場合にはＺｒＯ□添加
に起因する靭性向上により、大幅な歩留まり向上の効果
がある。

窒化アルミニウムについては、これを配合することによ
り、粒成長抑制剤として作用し、また窒化物系又は窒化
物との複合化合物と酸化アルミニウム成分との強力な結
合剤として作用する結果、焼結促進効果と靭性改善効果
が得られ、耐ピッチング性、耐摩耗性、耐食性の改善が
図られる。より好ましくは、平均粒径Ｌ口取下の窒化ア
ルミニウムが効果的である。また、窒化アルミニウムは
、金属との濡れ性が悪く、且つ熱伝導率が貰い性質があ
るので、これを添加したセラミックスを工具材料として
用いた場合には、耐摩耗性、耐熱衝撃性、耐溶着性等に
優れたものが得られる。

炭化チタン成分の１０〜５０重量％をｒＶａ、　ｖａ、
　Ｖｉａ族の窒化物、硼化物、炭化物及びそれらの複合
化合物の中から選ばれた少なくとも１種で置換した場合
は、アルミナ−炭化チタン系複合材料の特徴を残し、か
つ炭化チタン成分の結晶粒子の成長を抑制する結果、均
一微細な組織を存する材料が得られるとともに、耐摩耗
性、耐熱１１撃性、耐食性等の改善が図られる。

最後に、微細空孔の残存量を非常に少なくすることも、
本発明材料の特徴の一つである。従来品の空孔残存量が
比較的多い理由としては、４７．Ｏ，。

ＴｉＣ以外の成分であるＴｉ０ｇ、ＭｇＯ及びＹ２Ｏ１
等が単独酸化物として配合されていたためによると推考
される。すなわち、Ｔｉ０ｚはＴｉＣ成分のフリーカー
ボン或いは焼結雰囲気から発生するＣＯガスなどと反応
し、発生した反応ガス（Ｃｏ、　Ｃ（ｈ）が材料の組織
内に残存する要因と、ＴｉＯ□がＴｉＣに固溶する際に
空孔を作る要因となる。また、ＭｇＯは湿式混合時にＭ
ｇ　（ＯＨ）　２となりやすく、これが焼結過程で脱水
するため空孔残存要因となり、Ｙ２Ｏ３はフリーカーボ
ンとの反応およびＡｔ　ｚ　Ｏｓとの反応等により空孔
を発生させる要因となる。これに対して、本発明材料を
固溶処理した炭化チタン成分。

ゴー２−／ト類およびＡｌ２Ｏ，とＭｇ、　　Ｂ、Ｎｉ
、　Ｃｒの酸化物との化合粉末から製造した場合には、
上記空孔残存要因が軽減されるため、微細空孔の非常に
少ない材料が得られる。

このような材料は、各種成分を配合調整して得られた焼
結用原料粉末を熱間加圧焼結することにより製造される
。その熱間加圧焼結としては、焼結用原料粉末を成形し
た素体を非酸化性雰囲気の１〜１００ｋｇｆ／ｃｍ”ガ
ス圧の下で温度１５５０〜１８００℃で焼結することも
可能であるが、好ましくはホットプレス法や熱間静水圧
加圧焼結法で製造するのが特性の優れた成品を得る上で
有利である。ホットプレス法による場合は、非酸化性雰
囲気中で加圧力５０〜３５０ｋｇｆ／ｃｍ”、焼結温度
１３５０〜１７００℃の下で緻密化するに要する時間だ
け保持することにより特性の良い材料が得られ、緻密化
後長時間保持した場合は粒成長のおそれがあり好ましく
ない。次に熱間静水圧加圧焼結法による場合は、普通焼
結（コールドプレス）法又はホットプレス法により製造
した相対密度９４〜９８％の予備焼結体を不活性ガス雰
囲気（Ａｒ＋Ｎｚ）で加圧力５００　ｋｇｆ／ｃｊ以上
、温度ｔｏｏｏ〜１６００℃の条件下で０．５〜２時間
保持することにより、緻密化処理して本発明材料を得る
ことができる。

なお、熱間静水圧加圧焼結法又はホットプレス法により
焼結した材料を、非酸化性雰囲気において加圧力０〜１
０ｋｇｆ／ｃｍ”　、温度１０００〜（焼結温度＋　１
００）　’Ｃの範囲で熱処理することにより、歪みを除
去することができる。したがって、熱処理した材料は、
研削加工時にチッピングを発生し難く、且つ工具材料と
して使用中に残留応力に起因する異常摩耗および異常チ
ッピングの発生をみることなく優れた工具材料として使
用される。

なお、セラミックスヒータ材料用としては、導電性のあ
る炭化物、窒化物、硼化物及びそれらの複合物を必要に
応じて選択し、配合量を調整することにより、比抵抗値
を種々変化させる必要がある。更に、耐酸化性を要求す
る場合には、上記のＴｉＣ置換物質の耐酸化性のある粉
末をアルミナ−炭化チタン系に配合することにより目的
が達成され、導電性付与成分が材料中でネット構造をつ
くる範囲（少なくとも１０容量％）にすることにより好
みのヒータ材料を得ることができる。

〔成分範囲限定理由〕

本発明材料において、炭化チタン成分は、酸化アルミニ
ウム成分とともに主成分を形成しており、炭化チタン成
分が２０重量％未満ではその添加効果が小さく、耐熱衝
撃性及び物理的耐衝撃性の面で十分とはいえずかつＡｌ
　ｚ　Ｏｘの粒成長に伴う低硬度のために耐摩耗性等が
劣る。また、機械加工性も悪く、耐摩耗及び工具材料製
造過程で研削時間が多くかかり、ひいては歩留まりも低
下する。また、炭化チタン成分が４５重量％を超えると
機械加工性は向上するが焼結温度を裔くする必要があり
、また炭化チタン成分及び酸化アルミニウム成分の結晶
粒子の成長が進行する結果、靭性が劣下し、ひいては耐
チッピング性及び耐摩耗性が低下することになり、好ま
しくない。

また、炭化チタンの一部をＴｉ、　Ｔａ、　Ｎｂなどの
酸化物で置換する方法は、原料粉末混合法と焼成反応結
合法とに分けられるが、混合調整粉末（焼結用原料粉末
）段階では、Ｍ、Ｏの場合Ｍ、Ｏ／　（ＴｉＣ＋）’１
．０　）　−１５重盪％以下（ゼロを含まず）、より好
ましくは５〜１５重量％に調整しておくことが酸化アル
ミニウムと炭化チタン成分との結合強化及び焼結促進効
果を与える点で必要である。

上記１５重量％以下（ゼロを含まず）の門、０は、焼結
過程で焼結用原料粉末中のフリーカーボンや焼結雰囲気
から発生するＣＯガスにより還元または炭化される場合
があり、炭化チタン成分中のＭ、０は島々１５％（１５
％以下）となり、焼結過程でその作用効果を発揮すれば
焼結材料に炭化物及び低級酸化物の形で残存してもよい
。

従って、炭化チタン成分の置換物質である４、０が１５
重遣％を越えるとホットプレス法では黒鉛モールドと反
応接着割れ原因となる他、材料中の微細空孔の増加及び
炭化チタンが酸素を固溶し過ぎることによる脆さがひど
くなるため、材料の要求特性を満足しなくなる。

Ｍｇ、　　Ｂ、　Ｎｉ、　Ｃｒの酸化物又はこれら酸化
物の複合物はいずれも同様の効果を有し、少なくともｌ
種で０．０５〜１６５重量％を置換した酸化アルミニウ
ムを使用するのが粒成長抑制剤の役割を果たすとともに
、焼結促進剤および粒子結合剤としても大きな役割をな
し、微細な結晶粒子でしかも強靭な焼結体を得る効果を
与える。０．０５重量％未満ではこれら両者の作用効果
がなく、逆に１．５重量％を超えると酸化アルミニウム
成分又は炭化チタン成分と反応し、工具材料の大部分を
占める構成粒子間を脆化し靭性が低下する傾向が強くな
るので好ましくない。

周期律表Ｔ”　ａ　＋　Ｖ　ａ　＋　Ｗ　ａ族の炭化物
、窒化物、硼化物及びそれぞれの複合化合物の少なくと
も１種で炭化チタンの一部を置換する範囲が１０重量％
未満では、材料特性の改善効果があまり現れず、５０重
量％を超えると焼結温度が畜くなり、粒成長を生じやす
くなる。その結果、靭性、耐チッピング性及び耐摩耗性
が劣るとともに、研削加工段階で欠けが発生し易く製造
歩留まりも悪化することになる。このことから、材料特
性の優れたものが得られる範囲が１０〜５０重量％であ
る。

酸化ジルコニウムまたは部分安定化ジルコニアの量が０
．１重量％未満では粒成長抑制効果、靭性向上効果等の
材料特性の改善効果があまり現れず、また１５重量％を
越すと硬さが低下して、耐摩耗性が劣るようになるとと
もに、研削加工性が悪くなる傾向にある。したがって、
酸化ジルコニウムまたは部分安定化ジルコニアの量を０
．１〜１５重量％とする。

イツトリウム酸化物は、０．０５重量％未満では焼結促
進剤としての効果すなわち低温焼結性が少なく、逆に１
．２５重量％を越えると結晶粒子の成長を引き起こした
り、微細空孔が多数発生する傾向があるため好ましくな
い。このことから、イツトリウム酸化物の量を０．０５
〜１．２５重量％の範囲とした。

窒化アルミニウムについては、０．２重量％未満ではそ
の作用効果が現れず、５重量％を越すと機械加工性が低
下する傾向が強くなるため、その量的範囲を０．２〜５
重量％とした。

〔実施例〕

本発明材料を切削工具用セラミックス材料として用いた
場合の特性について、実施例により説明する。

Ａ、出発原材料粉末 ・α−Ａ　Ｊ　２ｏｓ　：平均粒子径０．３μ１ｌ１１
純度９９．９χ・炭化チタン：平均粒子径１μｍ。

不純物量（Ｔｉ、　Ｃ，Ｏ以外）　＝０．１χ・周期律
表■ａ　＋　Ｖ　ａ　Ｉ　■ａ族の炭化物、窒化物。

硼化物及びそれらの複合化合物： 平均粒子径１μｍ以下 それぞれの構成元素以外の不純物 （酸素を除＜）　　−０，３％以下 ’Ｍｇ、　Ｂ、　　Ｎｉ＋　Ｃｒの各酸化＄ＩＪ：単独
酸化物の平均粒子径０．５μｍ 純度９９．９Ｘ なお、ドープ法に使用する場合それぞれの塩の純度は９
９．９％以上 ・酸化ジルコニウム：平均粒子径０．３μｍ以下純度９
９．９％以上（部分安定化剤を含めた純度）・イツトリ
ウム酸化物：平均粒子径１μｍ純度９９．９χ ・窒化アルミニウム：平均粒子径１　ａｍ不純物（酸素
を除＜）　＝０．１χ 上記の各種出発原料により、それぞれ置換粉末１複金粉
末を作り第１〜３表に示す材料組成となし、ボットプレ
ス法は最適の焼結温度（１３５０〜１７００℃）。

加圧力２００Ｋｇｆ／−の条件下で６０分間保持し、５
０×５０Ｘ５．５　龍の焼結体を得た。各種組成の焼結
体をダイヤモンド砥石で４９ｘ４９ｘ５．Ｑ　ｎに研削
して比重測定を行った後、更にダイヤモンド砥石で切断
あるいは研削して試験片を作成し、各種試験に供した。

その結果を、第４表に資料漱毎の特性として示す。

また、各種組成の試験片を精密ランプ仕上げした後、顕
微鏡写真により炭化チタン成分の結晶粒子を調べる一方
、別途曲げ強度測定に供した試片の破断面の走査型電子
顕微鏡組織写真を観察し、結晶粒子径と微細空孔の調査
を行った。

研削加工性は、糸面幅が０．０５より小さい切削工具を
製造する際に糸面部に発生する微小欠けの度合により製
造歩留まり上好ましくないものをＣ印。

欠は発生が殆どなく使用上問題ないものをＢ印、特に優
れているものをＡ印で示す、硬さは、ロソクウヱルＡス
ケールで測定し、９４．３以上をＡ印、９４．０以上か
ら９４．３迄をＢ印、　９４．０未満をＣ印で示した。

、、Ａ１靭性に関しては、マイクロインデンテーション
法により測定し、その値が５．０ＭＮ／ｍ””以上のも
のをＡ印、４．５ＭＮ／ｍ””以上５．０ＭＮ／ａ””
未満のものをＢ印、４．５ＭＮ／ａ＋””未満のものを
Ｃ印で示した。

切削テストとしては、５ＮＧＮ４３２　、糸面寸法０．
ｌＸ３０”の切削工具を得てテストを行った。まず、耐
摩耗性評価として、被削材５ｘｏ−１１（ｎ、ｃ　６０
）を旋盤により切削速度（ｖ）×切り込み（ｄ）×送り
（ｆ）−９０ｍ／ｍｉｎ　Ｘｏ、５ｍｓ＋　Ｘｏ、２ｍ
ｌ１／ｒｅｖの条件で１０分間切削した後、逃げ面摩耗
幅（Ｖ、）を測定し、Ｖ、〜０．０６ｍ未満をＡ印で、
Ｖｍ＝０．０６５ｍｍからＶｍ＝０．１００ｍｆｆ１未
満をＢ印で、Ｖｌ＝０．１００１１１１１１以上をＣ印
で示した。

また、耐欠損性を調べるため、鋳鉄（Ｆｅ１２）をＶ　
ｘｄ＝２５Ｏｎ＋／ｍ１ｎＸ１．５＋＊＋＊の条件にて
各送りｆ（ｌＩＩＩｌｌ／１ｏｏｔｈ）を徐々に大きく
していき、寸法が幅９０Ｘ長さ２５２ｍｍのＦｅ１２を
長手方向に一回切削する途中で欠損した場合を寿命とし
、同じ送り速度で２回の操り返しテストを行い、２回テ
スト中少なくとも１回欠損した送りを耐欠損瞑界とした
。その送りｆが１．Ｏｍｍ／１ｏｏｔｈ以上をＡ印で、
ｆ＝０．７ｍｍ／１ｏｏｔｈ以上から１．ｏｍｍ／１ｏ
ｏｔｈ未満をＢ印で、ｆ＝０．７ｍｍ／ｌｏｏ　Ｌｈ未
満をＣ印で示す。

耐溶着性については、上記２通りの切削テストにおいて
、溶着がほとんど認められないものをＡ印で、わずかに
溶着現象が認められるが性能面でほとんど問題とならな
いものをＢ印で、明らかに溶着が認められるものをＣ印
で示した。

結晶粒径については、焼結体の平均結晶粒子径が１．２
．ｃ＋ｍ未満のものをＡ印、１．２〜１．５　μｍのも
のをＢ印、１．５μｍ以上のものをＣ印で示した。

組織に残存する空孔については、１μｍ以上の空孔の存
在するものをＣ印、空孔径が１μｍ未満であるが若干認
められ従来品と同等のものをＢ印、１μｍ未満の空孔が
特に少ないものをＡ印で示した。

靭性については、曲げ強度が６０ｋｇｆ／ｍｍ”未満の
ものをＣ印、６０〜８０ｋｇｆ／ｍｆｆ”のものをＢ印
、８０ｋｇｆ／ｍｍ”以上のものをＡ印で示した。

相対密度については、９９．４％以上をＡ印、９９．０
〜９９．４χ未満をＢ印、９９．０χ未満をＣ印で示し
た。

なお、第１表〜第３表に示した組成以外の材料について
別途調査した結果、各種成分の特許請求の範囲内外の材
料特性が成分範囲限定理由の項で述べた通りであること
が確認された。

また、熱間静水圧加圧焼結法による効果ついても各種成
分の材料を製造して得られた成品を調査した結果、平均
して結晶粒径がホットプレス法よりも約０．２μｍ大き
い以外は第４表に示した特性と殆ど同じであった。

第１表〜第３表のＴｉ、　Ｔａ、　Ｎｂ酸化物は、Ｔｉ
Ｃ成分及び／又は特許請求の範囲第３項のＴｉＣとＴｉ
Ｃ置換成分中に含まれる重量％を（χ）で、またＭｇ、
Ｂ。

Ｎｉ、　Ｃｒの酸化物は酸化アルミニウムを置換した重
量％（Ａｌ２Ｏ２成分中の割合）を（χ）で示した。

また装飾部材用としては、前記精密ラップ仕上げしたも
のを観察した結果、配合成分により差はあるものの、黒
色系や黄褐色系など各種色調のものが得られ、内部に空
孔の少ない材料（第４表中のＢ、Ａ印）はいずれも良好
な光沢面を有し、装飾部材として有効であることが判明
した。

更に、ヒータ材料としては、炭化物、窒化物。

硼化物及びこれらの複合粉末成分が材料に対して１０体
積％以上配合されるとネット構造を形成する状態となり
、導電性が現れる。４００℃以上で使用されるヒータ材
料としては、ＴｉＣ成分の置換物質である他の炭化物、
窒化物、硼化物およびそれらの複合物で置換するｌが５
０重量％に近づく程、耐酸化性が改善されることが判明
した。すなわち、ＴｉＣは酸素を固溶する性質が強いの
で、耐酸化性の強い物質で置換することが好ましい。

〔発明の効果〕

本発明の酸化アルミニウムー炭化チタンを主成分系とす
る各種材料は、機械加工性に優れる他、強度、靭性が裔
く、緻密で組織が均一微細で硬度が高く、また金属材料
、非鉄金属材料その他の相手材料との親和性が少なく、
且つ摩擦係数が小さいため、切削工具及び各種工具材料
や耐摩、耐蝕材料、装飾部材料、各種ヒータ材料として
優れた性能を発揮する。また、本発明材料は、各種組成
物の材料に調整可能であるため、用途からくる各種特性
を成分系の適宜な選択により満足させることができる。

特に、炭化チタン成分の配合量を調整することにより、
適度の比抵抗値をもつ材料となるので、種々の用途に応
じた電気抵抗部品として使用することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化チタン又はその一部をＭ．Ｏ（メタルオキサイ
   ド）で置換された炭化チタン成分が２０〜４５重量％と
   、酸化ジルコニウム０．１〜１５重量％と、イットリウ
   ム酸化物０．０５〜１．２５重量％と、窒化アルミニウ
   ム０．２〜５重量％と、残部がＭｇ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃｒの
   酸化物の中から選択した少なくとも１種又はそれらの複
   合酸化物０．０５〜１．５重量％で置換されたＡｌ＿２
   Ｏ＿３とからなることを特徴とする耐摩耗性に優れたセ
   ラミックス材料。 ２、Ｍ．Ｏ（メタルオキサイド）が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ
   の酸化物で、少なくとも１種又はそれらの複合酸化物か
   らなり、Ｍ．Ｏ／（ＴｉＣ＋Ｍ．Ｏ）が１５重量％以下
   （０重量％を含まず）であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の耐摩耗性に優れたセラミックス材料
   。 ３、ＴｉＣの１０〜５０重量％をIVａ、Ｖａ、VIａ族金
   属の炭化物、窒化物、硼化物及びそれぞれの複合化合物
   の少なくとも１種で置換したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の耐摩耗性に優れたセラミ
   ックス材料。 ４、酸化ジルコニウムがＹ＿２Ｏ＿３、ＭｇＯ、ＣａＯ
   、ＣｅＯの少なくとも１種で部分安定化されたＺｒＯ＿
   ２であることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ３項のいずれかに記載の耐摩耗性に優れたセラミックス
   材料。 ５、イットリウム酸化物がＡｌ＿２Ｏ＿３との複合酸化
   物であることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ４項のいずれかに記載の耐摩耗性に優れたセラミックス
   材料。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第５項記載の材料が電気
   抵抗部品として使用されることを特徴とする耐摩耗性に
   優れたセラミックス材料。