JPS62171959A - 切削工具用セラミツクス焼結体とその製造方法 - Google Patents
切削工具用セラミツクス焼結体とその製造方法Info
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- JPS62171959A JPS62171959A JP61011403A JP1140386A JPS62171959A JP S62171959 A JPS62171959 A JP S62171959A JP 61011403 A JP61011403 A JP 61011403A JP 1140386 A JP1140386 A JP 1140386A JP S62171959 A JPS62171959 A JP S62171959A
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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〕
本発明は高速切削に用いられる酸化アルミニウムー炭化
チタン系セラミックスの改良に関するものである。
チタン系セラミックスの改良に関するものである。
酸化アルミニウムー炭化チタン系の°セラミックス切削
工具は、純酸化アルミニウムセラミックス工具と比較し
て高靭性でかつ高硬度であり、近年工作機械の剛性向上
などによりその用途拡大が期待されている。
工具は、純酸化アルミニウムセラミックス工具と比較し
て高靭性でかつ高硬度であり、近年工作機械の剛性向上
などによりその用途拡大が期待されている。
そしてこれらの酸化アルミニウムー炭化チタン系の切削
工具用セラミックスはAg20aと20〜40wt96
のTiCおよび数%の粒成長抑制剤からなる混合粉末を
黒鉛型中で100〜400 kd/aAにて加圧し、大
気、不活性雰囲気または真空中において1600〜18
00℃に加熱して得られたもの(ホットプレス法と呼称
)、または、Al2O5と20〜40wt%のTiCお
よび数〜10数wt%の焼結助剤からなる混合粉末を型
押し成形してこれを常圧の不活性雰囲気中で1750〜
1900℃で独立気孔(閉気孔)に達するまで仮焼結し
次いで熱間静水圧プレス(以下HIP)処理して緻密性
を向上させたもの(HIP処理法と呼称)もある。(特
願昭57−210941号、特願昭57−213234
号) 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、前々記した黒鉛型を使用するホットプレス法で
は複雑な形状または寸法精度の高い形状が得られ難く、
しかも連続生産が困難であるために生産コストが高くな
るという大きな問題点を有する。
工具用セラミックスはAg20aと20〜40wt96
のTiCおよび数%の粒成長抑制剤からなる混合粉末を
黒鉛型中で100〜400 kd/aAにて加圧し、大
気、不活性雰囲気または真空中において1600〜18
00℃に加熱して得られたもの(ホットプレス法と呼称
)、または、Al2O5と20〜40wt%のTiCお
よび数〜10数wt%の焼結助剤からなる混合粉末を型
押し成形してこれを常圧の不活性雰囲気中で1750〜
1900℃で独立気孔(閉気孔)に達するまで仮焼結し
次いで熱間静水圧プレス(以下HIP)処理して緻密性
を向上させたもの(HIP処理法と呼称)もある。(特
願昭57−210941号、特願昭57−213234
号) 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、前々記した黒鉛型を使用するホットプレス法で
は複雑な形状または寸法精度の高い形状が得られ難く、
しかも連続生産が困難であるために生産コストが高くな
るという大きな問題点を有する。
また、前記したHIP処理法のものにおいては仮焼結体
の相対密度が約9596以上のものが必要であり、従来
の技術では180(1以上の仮焼結温度となるためにA
g20aの粒成長が避けられない。さらにHIP処理は
高価なガスを使用する点から生産コストが高くなるなど
の問題点もある。
の相対密度が約9596以上のものが必要であり、従来
の技術では180(1以上の仮焼結温度となるためにA
g20aの粒成長が避けられない。さらにHIP処理は
高価なガスを使用する点から生産コストが高くなるなど
の問題点もある。
このようにAn2O3 T i C系セラミックスに
おいて普通焼結法によって緻密化がはかれない理由とし
て、 fl)TiCが難焼結材料であるためにAI!2o3の
焼結性を阻害する。
おいて普通焼結法によって緻密化がはかれない理由とし
て、 fl)TiCが難焼結材料であるためにAI!2o3の
焼結性を阻害する。
(2)焼結中にTiCによるAhOaの還元反応が起こ
り、これにより発生したガスが焼結体中に残留するため
、と考えられる。
り、これにより発生したガスが焼結体中に残留するため
、と考えられる。
そして、従来技術ではホットプレス法招よびHIP処理
法というきわめて生産コスト高につながる方法で強制焼
結や焼結体内部の気孔の強制排除をおこない焼結体の密
度向上をはかっていた。
法というきわめて生産コスト高につながる方法で強制焼
結や焼結体内部の気孔の強制排除をおこない焼結体の密
度向上をはかっていた。
本発明は、上記した問題点に鑑みなしたもので真空中で
の普通焼結法というきわめて簡便な低コストの方法で現
在市販されている黒色セラミックスに匹敵する硬度と強
度を有する切削工具用セラミックス焼結体とその製造方
法を提供することを目的とするものである。
の普通焼結法というきわめて簡便な低コストの方法で現
在市販されている黒色セラミックスに匹敵する硬度と強
度を有する切削工具用セラミックス焼結体とその製造方
法を提供することを目的とするものである。
本発明は、前々記した問題点を下記する構成によって解
決したものである。
決したものである。
すなわち炭化チタン20〜40wt%とクロム酸化物に
換算して1〜5wt96のクロム化合物とGd20a、
Ho2Og、Dy20gから選ばれた1種または2種以
上を0.5〜3wt%と残部が酸化アルミニウムからな
るセラミックス焼結体を第1の要旨とし、炭化チタン2
0〜40wt%とクロム酸化物に換算して1〜5 wt
%のクロム化合物とGd20s、Ho2O3、Dy2
O3から選ばれた1種または2種以上を0.5〜3wt
96とさらにニッケル酸化物に換算して0.05〜1゜
0wt%のニッケル化合物と残部が酸化アルミニウムか
らなるセラミックス焼結体を第2の要旨とし、上記第1
の要旨ならびに第2の要旨の混合粉末を型押しして得た
所望形状の成形体を10 Torr以下の真空中で15
00〜1750℃にて加熱して得るこの焼結体の製造方
法を第3の要旨とするものである。
換算して1〜5wt96のクロム化合物とGd20a、
Ho2Og、Dy20gから選ばれた1種または2種以
上を0.5〜3wt%と残部が酸化アルミニウムからな
るセラミックス焼結体を第1の要旨とし、炭化チタン2
0〜40wt%とクロム酸化物に換算して1〜5 wt
%のクロム化合物とGd20s、Ho2O3、Dy2
O3から選ばれた1種または2種以上を0.5〜3wt
96とさらにニッケル酸化物に換算して0.05〜1゜
0wt%のニッケル化合物と残部が酸化アルミニウムか
らなるセラミックス焼結体を第2の要旨とし、上記第1
の要旨ならびに第2の要旨の混合粉末を型押しして得た
所望形状の成形体を10 Torr以下の真空中で15
00〜1750℃にて加熱して得るこの焼結体の製造方
法を第3の要旨とするものである。
本発明は、焼結中の還元反応によるガスの発生が緻密化
を阻害する主原因であることに着眼し、ガスの発生すな
わち炭化チタンによる酸化アルミニウムの還元反応を抑
制しっつかつ切削工具としての特性を充分に満足させる
ために焼結温度を1750℃以下として酸化アルミニウ
ムの粒成長を防ぐことについて鋭意研究を重ねた結果、
酸化アルミニウムおよび炭化チタンにクロム化合物とG
d 20a、I−(0203、Dy2O3の1種また
は2種以上を少量添加した混合物の成形体を10 To
rr以下の真空中で焼結するとすぐれた機械的特性を有
するセラミックス焼結体が得られることを見い出したの
である。
を阻害する主原因であることに着眼し、ガスの発生すな
わち炭化チタンによる酸化アルミニウムの還元反応を抑
制しっつかつ切削工具としての特性を充分に満足させる
ために焼結温度を1750℃以下として酸化アルミニウ
ムの粒成長を防ぐことについて鋭意研究を重ねた結果、
酸化アルミニウムおよび炭化チタンにクロム化合物とG
d 20a、I−(0203、Dy2O3の1種また
は2種以上を少量添加した混合物の成形体を10 To
rr以下の真空中で焼結するとすぐれた機械的特性を有
するセラミックス焼結体が得られることを見い出したの
である。
また、上記混合粉末に少量のニッケル化合物を添加する
と焼結温度をさらに低下させる効果があることもわかっ
た。
と焼結温度をさらに低下させる効果があることもわかっ
た。
なお、酸化アルミニウム粉末および炭化チタン粉末の粒
径については特に限定するものではないが、好ましくは
酸化アルミニウムの平均粒径が0.1〜5μm1さらに
好ましくは0゜1〜1μm程度がよく、炭化チタンの平
均粒径は0.1〜3 pm 、好ましくは0.1〜2.
OIim程度がよい。
径については特に限定するものではないが、好ましくは
酸化アルミニウムの平均粒径が0.1〜5μm1さらに
好ましくは0゜1〜1μm程度がよく、炭化チタンの平
均粒径は0.1〜3 pm 、好ましくは0.1〜2.
OIim程度がよい。
また、酸化アルミニウムと炭化チタンの比率はAL20
a : T i C= 70 : 30の重量比が好ま
しく、炭化チタンが20wt96未満になるとその効果
が小さく靭性および硬度の低下を招き、前記炭化チタン
が40wt96を越えると焼結を阻害し緻密化が計れな
い。そのため切削工具として用いたときは耐摩耗性や耐
欠損性が低下し好ましいものではなくなる。
a : T i C= 70 : 30の重量比が好ま
しく、炭化チタンが20wt96未満になるとその効果
が小さく靭性および硬度の低下を招き、前記炭化チタン
が40wt96を越えると焼結を阻害し緻密化が計れな
い。そのため切削工具として用いたときは耐摩耗性や耐
欠損性が低下し好ましいものではなくなる。
そしてクロム化合物は焼結中にAhOs粒子に表層固溶
することによりAl2O3粒子を活性化し、TiC粒子
との接着強度を高め緻密化を促進させることにより焼結
温度を低下させAAhOaの粒成長を防ぐことができる
。その添加量はクロム酸化物に換算して1〜5wt%、
好ましくは1.5〜2.5wt96がよく、添加量が1
wt%未満であると上記効果が期待できないし、これが
5wt%を越えると粒界に析出し焼結体の強度が低下す
る。なお、クロム化合物としてはクロムの酸化物、炭化
物、はう化物、塩化物などを用いてもよいが、好ましく
はり−7= ロム酸化物が効果的である。
することによりAl2O3粒子を活性化し、TiC粒子
との接着強度を高め緻密化を促進させることにより焼結
温度を低下させAAhOaの粒成長を防ぐことができる
。その添加量はクロム酸化物に換算して1〜5wt%、
好ましくは1.5〜2.5wt96がよく、添加量が1
wt%未満であると上記効果が期待できないし、これが
5wt%を越えると粒界に析出し焼結体の強度が低下す
る。なお、クロム化合物としてはクロムの酸化物、炭化
物、はう化物、塩化物などを用いてもよいが、好ましく
はり−7= ロム酸化物が効果的である。
さらにGd2O3、Ho2O3、DyzO3はクロム化
合物と共存させることによりAhOaおよびTiC粒界
にペロブスカイト型化合物を生成せしめる。これはTi
CによるAl2O5の還元反応を抑制する効果があり、
ガスの発生を抑えることにより高緻密体の焼結体が得ら
れる。
合物と共存させることによりAhOaおよびTiC粒界
にペロブスカイト型化合物を生成せしめる。これはTi
CによるAl2O5の還元反応を抑制する効果があり、
ガスの発生を抑えることにより高緻密体の焼結体が得ら
れる。
また、このプロブスカイト型化合物は粒界に結晶相とし
て析出するためにAl2O3とT i Cの接着強度を
高めると共に、A、g203の粒成長を抑え、室温およ
び高温における機械的特性を改善する効果がある。
て析出するためにAl2O3とT i Cの接着強度を
高めると共に、A、g203の粒成長を抑え、室温およ
び高温における機械的特性を改善する効果がある。
Gd20a、Ho2O3、Dy20gは1種類のみ添加
しても上記した効果を有するものとなるが、2種以上を
添加すると相剰効果を発揮し、より効果的なものとなる
。
しても上記した効果を有するものとなるが、2種以上を
添加すると相剰効果を発揮し、より効果的なものとなる
。
そして、その添加量はO−5〜3wt96、好ましくは
1〜2wt%がよいが、0.5wt%未満では上記効果
が十分でなく、3 wt%を越えたものでは、希土類元
素の酸化物が高価であるためにコスト高を招来して実際
的ではない。
1〜2wt%がよいが、0.5wt%未満では上記効果
が十分でなく、3 wt%を越えたものでは、希土類元
素の酸化物が高価であるためにコスト高を招来して実際
的ではない。
また、この焼結体の前々記した組成に、さらにニッケル
酸化物に換算して0.05〜1wt%のニッケル化合物
を添加した場合は焼結温度を1500〜1650℃に低
下させる効果があり、AJl’203の粒成長抑制がお
こなえ好ましいものとなる。しかし、これが0.05w
t%未満では焼結温度を低下させることの効果が薄れる
し、1wt%を越えて添加すれば焼結体の耐摩耗性が低
下する。
酸化物に換算して0.05〜1wt%のニッケル化合物
を添加した場合は焼結温度を1500〜1650℃に低
下させる効果があり、AJl’203の粒成長抑制がお
こなえ好ましいものとなる。しかし、これが0.05w
t%未満では焼結温度を低下させることの効果が薄れる
し、1wt%を越えて添加すれば焼結体の耐摩耗性が低
下する。
上記のニッケル化合物としてニッケルの酸化物、塩化物
、はう化物、窒化物などがよいが、好ましくはニッケル
酸化物が好適である。
、はう化物、窒化物などがよいが、好ましくはニッケル
酸化物が好適である。
本発明における粉末の混合はボールミルによる混合法が
よく、これに用いる混合用溶媒の制限はない。得られた
混合物は所望の形状にプレス成形したのちl OTor
r以下の真空雰囲気下において焼結する。なお、真空度
の上限を10 Torrとしたのは、これ以上の低真空
下で焼結すれば成形体中に存在する気体を残存した状態
のものとなり気孔発生の原因となる。焼結温度は、15
00〜1750℃が好適であり、1500℃未満である
と充分なる焼結が不可であるし、1750℃を越えると
AhOsの粒成長速度が早(なり焼結体の機械的強度が
低下するのと共に耐欠損性が低下すす。なお、焼結時間
は30〜120分で、好ましくは60〜90分がよく、
高温焼結するほど短時間加熱でよい。
よく、これに用いる混合用溶媒の制限はない。得られた
混合物は所望の形状にプレス成形したのちl OTor
r以下の真空雰囲気下において焼結する。なお、真空度
の上限を10 Torrとしたのは、これ以上の低真空
下で焼結すれば成形体中に存在する気体を残存した状態
のものとなり気孔発生の原因となる。焼結温度は、15
00〜1750℃が好適であり、1500℃未満である
と充分なる焼結が不可であるし、1750℃を越えると
AhOsの粒成長速度が早(なり焼結体の機械的強度が
低下するのと共に耐欠損性が低下すす。なお、焼結時間
は30〜120分で、好ましくは60〜90分がよく、
高温焼結するほど短時間加熱でよい。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
α型AlxOs粉末(平均粒径0.2μm)、Tic粉
末(平均粒径0.6声、全炭素量19.65 %、遊離
炭素量0.07%)及び第3成分を第1表の如(配合し
これをアルミナ製ボールミルでアセトン中72時間混合
した。乾燥後、この混合物を1000 Ayf/dの圧
力で焼結体寸法が13 X 13 X 5 mytt”
、及び4 X 5 X 40 mm”になるように金型
プレス成形し、約2 Torrの真空中で1650℃で
60分間保持した。
末(平均粒径0.6声、全炭素量19.65 %、遊離
炭素量0.07%)及び第3成分を第1表の如(配合し
これをアルミナ製ボールミルでアセトン中72時間混合
した。乾燥後、この混合物を1000 Ayf/dの圧
力で焼結体寸法が13 X 13 X 5 mytt”
、及び4 X 5 X 40 mm”になるように金型
プレス成形し、約2 Torrの真空中で1650℃で
60分間保持した。
得られた焼結体のうち13 x 13 x 5 m−の
焼結体はダイヤモンド砥石を用いて5NGN432
(チャンファ−0,2mmX−20°)のスローアウェ
イインサートとした。これらについて下記の切削試験を
行ない、第1表のような結果を得た。
焼結体はダイヤモンド砥石を用いて5NGN432
(チャンファ−0,2mmX−20°)のスローアウェ
イインサートとした。これらについて下記の切削試験を
行ない、第1表のような結果を得た。
切削試験の条件
(1)連続切削試験−1
被削材FC25(HB 230)
切削速度 5 Q Q m/min
切り込み 2.0m−
送り速度 0.2朋/rgv
使用機械 大隈鉄工所(LC−40型旋盤)使用工具
MSBNL−3225P12切削方式 乾式 寿命判定 逃げ面摩耗幅(VB)が0.2鯛に至るまで
の切削時間を測定 (2)連続切削試験−2 被削材355C(HB200) 切削速度 300−/mtn 切り込み 2.0馴 送り速度 0.2mm/retr 以下条件試験−1と同じ (3)断続切削試験 被削材 Fe12 (HB 220 :長手方向に8ケ
所の溝付 (巾約20關)) 切削速度 3 Q Q r−/mix 切り込み 2.0mm 送り速度 (L2 mn/ramから始め、毎送り毎に
400回衝撃を加え、欠損 しなければ更に0.1m端/’ y f v づつ送
り速度を上げる。
MSBNL−3225P12切削方式 乾式 寿命判定 逃げ面摩耗幅(VB)が0.2鯛に至るまで
の切削時間を測定 (2)連続切削試験−2 被削材355C(HB200) 切削速度 300−/mtn 切り込み 2.0馴 送り速度 0.2mm/retr 以下条件試験−1と同じ (3)断続切削試験 被削材 Fe12 (HB 220 :長手方向に8ケ
所の溝付 (巾約20關)) 切削速度 3 Q Q r−/mix 切り込み 2.0mm 送り速度 (L2 mn/ramから始め、毎送り毎に
400回衝撃を加え、欠損 しなければ更に0.1m端/’ y f v づつ送
り速度を上げる。
使用機械 試験−1と同じ
使用工具 試験−1と同じ
切削方式 試験−1と同じ
寿命判定 欠損に至るまでの総衝撃回数同時に得た4X
5X40m−の焼結体は、ダイヤモンド砥石を用いて3
X4X40m−の試験片とし、密度、ビッカース硬度、
及び3点曲げ強度の測定を行ない第1表の結果を得た。
5X40m−の焼結体は、ダイヤモンド砥石を用いて3
X4X40m−の試験片とし、密度、ビッカース硬度、
及び3点曲げ強度の測定を行ない第1表の結果を得た。
本発明により製造された切削工具用セラミックス焼結体
は高密度、高強度、高硬度であり、比較例と比較しても
明らかなように切削工具用セラミックスとして十分な耐
摩耗性、耐欠損性を有するものである。
は高密度、高強度、高硬度であり、比較例と比較しても
明らかなように切削工具用セラミックスとして十分な耐
摩耗性、耐欠損性を有するものである。
更に本発明による製造法は、1750℃以下の低温でし
かも真空中での普通焼結法であるため焼結体形状の自由
度が太き(、極めて簡単な方法である。そして、この真
空焼結で作製した本発明品はホットプレス法で得られた
焼結体と比較しても特性的に何ら遜色がないことが明白
であり、しかも製造コストの点では従来法の1/3〜1
/4に低減させたものである。
かも真空中での普通焼結法であるため焼結体形状の自由
度が太き(、極めて簡単な方法である。そして、この真
空焼結で作製した本発明品はホットプレス法で得られた
焼結体と比較しても特性的に何ら遜色がないことが明白
であり、しかも製造コストの点では従来法の1/3〜1
/4に低減させたものである。
以上
Claims (3)
- (1)炭化チタン20〜40重量%とクロム酸化物に換
算して1〜5重量%のクロム化合物とGd_2O_3、
Ho_2O_3、Dy_2O_3から選ばれた1種また
は2種以上を0.5〜3重量%と残部が酸化アルミニウ
ムからなる組成を有することを特徴とする切削工具用セ
ラミックス焼結体。 - (2)炭化チタン20〜40重量%とクロム酸化物に換
算して1〜5重量%のクロム化合物とGd_2O_3、
Ho_2O_3、Dy_2O_3から選ばれた1種また
は2種以上を0.5〜3重量%と、さらにニッケル酸化
物に換算して0.05〜1.0重量%のニッケル化合物
と残部が酸化アルミニウムからなる組成を有することを
特徴とする切削工具用セラミックス焼結体。 - (3)炭化チタン20〜40重量%とクロム酸化物に換
算して1〜5重量%のクロム化合物とGd_2O_3、
Ho_2O_3、Dy_2O_3から選ばれた1種また
は2種以上を0.5〜3重量%と残部が酸化アルミニウ
ムからなる混合粉末、または炭化チタン20〜40重量
%とクロム酸化物に換算して1〜5重量%のクロム化合
物とGd_2O_3、Ho_2O_3、Dy_2O_3
から選ばれた1種または2種以上を0.5〜3重量%と
さらにニッケル酸化物に換算して0.05〜1.0重量
%のニッケル化合物と残部が酸化アルミニウムからなる
混合粉末を型押しして得られた所望形状の成形体を10
Torr以下の真空中で1500〜1750℃にて加熱
することを特徴とする切削工具用セラミックス焼結体の
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61011403A JPS62171959A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 切削工具用セラミツクス焼結体とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61011403A JPS62171959A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 切削工具用セラミツクス焼結体とその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62171959A true JPS62171959A (ja) | 1987-07-28 |
JPH0566898B2 JPH0566898B2 (ja) | 1993-09-22 |
Family
ID=11777049
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61011403A Granted JPS62171959A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 切削工具用セラミツクス焼結体とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62171959A (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57205365A (en) * | 1981-06-09 | 1982-12-16 | Sumitomo Electric Industries | Tenacious ceramic material |
JPS58172262A (ja) * | 1982-04-01 | 1983-10-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 切削用セラミツク工具の製造方法 |
JPS59102865A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-14 | 日本特殊陶業株式会社 | 切削用セラミツク工具の製造方法 |
-
1986
- 1986-01-22 JP JP61011403A patent/JPS62171959A/ja active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57205365A (en) * | 1981-06-09 | 1982-12-16 | Sumitomo Electric Industries | Tenacious ceramic material |
JPS58172262A (ja) * | 1982-04-01 | 1983-10-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 切削用セラミツク工具の製造方法 |
JPS59102865A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-14 | 日本特殊陶業株式会社 | 切削用セラミツク工具の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0566898B2 (ja) | 1993-09-22 |
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Legal Events
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