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

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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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chromium
oxide
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誠 浅野
勉 山本
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Dijet Industrial Co Ltd
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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。
〔従来技術〕
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
〔発明の目的〕
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。
〔問題点を解決するための手段〕
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。
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。
〔発明の作用〕
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
〔実施例〕
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。
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。
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。
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。
〔発明の効果〕
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。
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。
以上

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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. (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。
JP61011403A 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 Granted JPS62171959A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (3)

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