JPS62224676A - 切削加工用切削工具 - 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、特許請求の範囲第１項の部類による切削加工
用切削工具、すなわち主として焼結されたセラミック材
料からなる基体、基体上に設けられたセラミック中間層
および外部のセラミック摩耗層を有する切削加工用切削
工具に関する。

従来の技術 被覆された切削板は、西ドイツ国特許第２４４３１６０
号明細書中に記載されている。

ここに記載された切削板基体は、セラミック酸化物から
なるか、または１つまたは複数の硬質炭化物および／ま
たは窒化物および／またはパインディングメタルと混合
されている耐摩耗性セラミック酸化物からなる。耐摩耗
性を改善するために、公知の切削板はセラミック酸化物
、好ましくはＡｔ、　Ｚｒ、　　Ｓｉ、　　Ｃａ、　Ｍ
ｇ、　Ｔｉおよび／またはＨｆの酸化物からなる被覆を
有する。

酸化物の摩耗層と基体との間には、付加的にＴｉ。

Ｚｒ、　　Ｈｆ、　　Ｖ、　Ｎｂ、　　Ｔａ、　　Ｃｒ
、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｓｉおよび／またはＢの１つまたは
複数の炭化物および／または窒化物からなる中間層が配
置されていてもよい。

西ドイツ国特許第３１４４１９２号明細書は、焼結炭化
物またはサーメットヲ、周期律第１ｖａ１ｖａおよび■
ａ族からの金属の炭化物、窒化物または酸比物および／
またはＡｔ２０３およびＺｒＯ２でＰＶＤ被覆する方法
において、被覆の基体への付着を改善するために、水素
または他のガス混合物を用いる噴霧清浄を規定している
。

Ａｔ２０３かうなるかまたはＡｔｚｏｓ層を有する基体
に対して、欧州特許出願公開第８５２４０号明細書は、
酸化チタンからなる中間層を規定し、この中間層上に窒
化チタン、炭化チタンまたは炭素窒化チタンからなる摩
耗層がＣＶＤ法に従い設けられる。

西Ｖイツ国特許出願公開第２８２５００９号明細書中に
、酸化アルミニウム層を有する硬質金属体が記載されて
おり、その際酸化アルミニウム層を設ける前に、なお耐
摩耗性の炭化物、窒化物、炭素窒化物および／またはホ
ウ化物、なかんずく炭化チタン、窒化チタンおよび炭素
窒化チタンからなる中間層が設けられる。

西ドイツ国特許出願公告第２５２５１８５号明細書も同
様に硬質金属からなる基体を有する耐摩耗性の成形体に
関し、かつ酸化アルミニウムおよび／または酸化ジルコ
ニウムからなる耐摩耗性層を設ける前に、元素チタン、
ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、りメ
タル、クロム、モリブデンおよびタングステンの１つま
たは複数のホウ化物、殊にニホウ化物からなる内部部分
層を設けることを規定している。

欧州特許出願公開第４５２９１号明細書には既ＫＸＣｖ
Ｄ法を用いて被覆を設ける場合に均等性を改善するため
に、主として酸化アルミニウムからなる摩耗層の析出の
間に１硬質金属またはセラミックからなる基体に、制御
された量の硫黄、セレンおよび／またはテルルを添加す
ることも提案されている。この明細書は、元素テタ／、
ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タン
タル、クロム、モリブデン、タングステン、ケイ素およ
び／またはベリリウムの１つまたは複数の炭化物、窒化
物、炭素窒化物および／またはホウ化物からなる中間層
全規定している。

前記の切削工具のうち、主として硬質金属分主体とする
基体を有するものだけが特定の普及をみた。しかしセラ
ミック材料と比べて硬質金属はそのパインディングメタ
ル含量のため低い熱安定性を有するので、ここにはなお
特定の欠点が、殊に高い切断速度のため惹起される温度
上昇の場合に生じる。複雑な方法条件、たとえば被覆の
析出の際の硫黄添加またはさきに析出されたＴｌＯ２か
うのＴｉ０層の形成も、製造規模での再現可能な作業法
がこの場合に必ずしも可能でないので不利とみなさねば
ならない。

ホウ化物、炭化物、窒化物および炭素窒化物を主体とす
る今まで公知の中間層の欠点は、付着強度の改善がまだ
十分でないことである。

発明が解決しようとする問題点 したがって本発明の課題は、改善された熱安定性を何し
その際基体上の摩耗層が十分な付着強度を有する切削工
具を開発することである。

さらに該切削工具は、費用のかかる手段を放棄て して、常用の原料を用い〕価にかつ工業的規模で再現可
能に製造可能であるべきである。

問題点を解決するための手段 かかる課題を解決するために、本発明は特許請求の範囲
第１項の上位概念による切削工具において、特許請求の
範囲第１項の特徴部に記載された特徴、すなわち基体上
に配置された中間層が二酸化ケイ素からなり、外部の摩
耗層が主として酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、
酸化ハフニウム、これらの混合物からなるかまたは一般
式： ％式％） 〔ただしＸ＝Ｏ〜１である〕で示される炭素窒化チタン
からなることを規定する。

二酸化ケイ素の中間層としての卓越した適性の根拠がど
の点にあるかは、まだ解明されていないが、二酸化ケイ
素の選択は有利であると理解しなければならない。それ
というのも基体材料の著しく高い熱膨張係数Ａｚ２ｏ３
　：　８　Ｘ　１０６に−”と比べてこの物質のわずか
０．５　ｘ　１０’に−”の小さい熱膨張率に基づき本
来ならば、析出した５ｉ０２が被覆した後（（冷却する
際に高い熱膨張率を有する基体から分離し、ひいては付
着が増大するどころかむしろ減少することを考慮しなげ
ればならなかったからである。しかしながら意外にも、
５ｉ０２はこの懸念に反して、セラミック材料からなる
基体と、主として酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム
、酸化ハフニウム、これらの混合物からなるかまたは一
般式：％式％） 〔ただしｘ　＝　０〜１である〕で示される炭素窒化チ
タンからなる摩耗層との間に良好な付着をもたらすこと
が判明した。

本発明の有利な１実施態様によれば、基体は主として：
酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウ
ムと２０容量チまでの酸化シルコニ、ラムとの混合物（
この場合、殊に２〜１５容量チの添加量が有利である）
；さらに常用の焼結助剤を含有し、無加圧に焼結された
かまたは熱間プレスされた窒化ケイ素、ならびに硬物質
、好ましくは炭化チタン、窒化チタン、ホウ化チタン、
ホウ化二オデ、炭化二オデおよび炭化ケイ素が添加され
ている焼結または熱間プレスされた窒化ケイ素、ならび
に金属質ケイ素不含の焼結された炭化ケイ素、さらには
炭化チタン１〜４０容量チの添加量を有する酸化アルミ
ニウムからなる。有利な１実施態様によれば二酸化ケイ
素からなる中間層を設ける前に、基体は規格の形状を構
成するために全ての側で研摩される。

それぞれ肌１〜５μｍの厚さを有する中間層ならびに摩
耗層が好適であることが判明した。

しかしながら、く１μｍの厚さの中間層が、そのあまり
顕著でないガラス特性のため、特に適当であることが判
明した。したがって、この厚さの中間層が特に有利とみ
なされる。その理由は、二酸化ケイ素の高い脆性は、こ
れらの僅かな層厚の場合に不利な点がほとんど認められ
ないからである。この僅かな厚さの均等な層をつくるこ
とができるようにするためには、ＣＶＤ法またはＰＶＤ
法、殊にＣＶＤ法の適用が特て適当であることが判明し
た。

二酸化ケイ素を設けるのは、たとえば米国特許第４０９
９９９０号明細書に記載された５ｉ０２層を反応管の内
部表面上に設ける方法にならって行なうことができる。

しかしながら、本発明による切削板を製造する場合には
、たとえばＡｔ２０３かうなる基体は、前記の米国特許
第４０９９９９０号明細書中に記載された前酸化なしに
、Ｓ１担持体としてＴＥ０１（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏ
ｒｔｈｏｓｉｌｉｋａｔ　（テトラエチルオルトシリケ
ー）　）　）　０．５％を含有する、Ｈ２Ｏ０，５％を
含有する窒素担持ガスからなる雰囲気を作用させること
によって直接に８１０２で被覆しかつ５０ミリバールお
よび７８０℃で１時間の処理時間の間に厚さ０．５μｍ
の５ｉ０２層を析出させる。次に、もう一度１パールの
水蒸気雰囲気中で１０００°Ｃで６０分間処理される。

摩耗層の析出は、ＴｉＣ−Ａｔ２０３　、　ＴｉＣ、Ｔ
ｉＮ　、　Ｔｉ（Ｃ。

Ｎ）を設げるための公知ｃｐｖ法に従い行われる。

本発明を次の実施例により詳説する。

実施例 例　　１ 酸化アルミニウムと１２容量チの酸化ジルコニウムとの
混合物からなる基体に、ＣＶＤ法により０．５μｍの厚
さを有する二酸化ケイ素からなる層を設け、引き続き同
じ反応器中で厚さ１．５μｍの炭素窒化チタンからなる
層で被覆した。

炭素窒化チタン層の付着強度は、２６Ｎであった。

付着強度の測定は、基体を増加する荷重が加えられるダ
イヤモンド先端の下で移動させるレベテスト（ＲＥＶＥ
ＴＥＳＴ）法に従い行なった。

比較のために、同じ炭素窒化チタン層を、酸化アルミニ
ウムと１２容量チの酸化ゾルコニウムとかうなる基体上
に、二酸化ケイ素中間層の塗布なしに設けた。この場合
に測定された付着強度は、４Ｎにすぎなかった。

例　　２ もう１つの実験では： 焼結助剤として酸化マグネシウムおよび二酸化ケイ素の
添加物を有する酸化アルミニウム、炭化チタン２０容量
チの添加物を有する酸化アルミニウム、 焼結助剤として酸化マグネシウムおよび酸化イツトリウ
ムならびに酸化カルシウムの添加物を有する窒化ケイ素
、 前記の焼結助剤の他になお２０容量チの炭化チタンを含
有する窒化ケイ素、 前記の焼結助剤の他和なお２０容＃チの窒化チタンを含
有する窒化ケイ素、 前記の焼結助剤の他になおニホウ化チタンおよび炭化チ
タンをそれぞれ１０容ｉ％含有する窒化ケイ素、 炭化ケイ素からなる基体に、５ｉ０２からなる中間層お
よびそれぞれ酸化アルミニウム、炭化チタン、窒化チタ
ンおよび炭素窒化チタンからなる摩耗層を設けた。

基体ないしは中間層上の摩耗層の付着強度は、それぞれ
の場合に、２ＯＮよりも高かった。

第１図中に図示された切削７汲１は、酸化アルミニウム
からなる基体２ｆ上に二酸化ケイ素からなる中間層４を
配置しかつ該中間層を炭素望化チタンからなる摩耗層３
で被覆してなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による切削工具を啓示する部分断面図
である。 １・・・切削板、２・・・基体、３・・・摩耗層、４・
・・中間層 第１図 ｉ　、、、、、切削板 ２　、、、、、基体 ３　、、、、、摩耗層 ４　、、、、、中間層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主として焼結されたセラミック材料からなる基体、
   基体上に設けられたセラミック中間層および外部のセラ
   ミック摩耗層を有する切削加工用切削工具において、基
   体（２）上に配置された中間層（４）が二酸化ケイ素か
   らなり、外部の摩耗層（３）が主として酸化アルミニウ
   ム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、これらの混合
   物からなるかまたは一般式： Ｔｉ（Ｃ＿ｘ、Ｎ＿１＿−＿ｘ） 〔ただし、ｘ＝０〜１である〕で示される炭素窒化チタ
   ンからなることを特徴とする切削加工用切削工具。 ２、基体（２）が主として、酸化アルミニウムまたは酸
   化ジルコニウム、酸化アルミニウムと２０容量％までの
   酸化ジルコニウムとの混合物、窒化ケイ素、炭化ケイ素
   、窒化ケイ素と硬物質とを包含する組成物からなるかま
   たは酸化アルミニウムと１〜４０容量％の炭化チタンか
   らなる混合物からなる特許請求の範囲第１項記載の切削
   工具。 ３、硬物質が、炭化チタン、窒化チタン、ホウ化チタン
   、ホウ化ニオブ、炭化ニオブおよび炭化ケイ素である特
   許請求の範囲第２項記載の切削工具。 ４、中間層（４）が、０．１〜５μｍの厚さを有する特
   許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項記載
   の切削工具。 ５、摩耗層（３）が、０．１〜５μｍの厚さを有する特
   許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項記載
   の切削工具。 ６、中間層（４）および摩耗層（３）が、ＣＶＤ法また
   はＰＶＤ法により設けられている特許請求の範囲第１項
   から第５項までのいずれか１項記載の切削工具。