JPS6241194B2 - - Google Patents
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- JPS6241194B2 JPS6241194B2 JP57136049A JP13604982A JPS6241194B2 JP S6241194 B2 JPS6241194 B2 JP S6241194B2 JP 57136049 A JP57136049 A JP 57136049A JP 13604982 A JP13604982 A JP 13604982A JP S6241194 B2 JPS6241194 B2 JP S6241194B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
この発明は、すぐれた耐摩耗性と耐熱衝撃性を
有し、特にこれらの特性が要求される鋼および鋳
鉄などの高速切削に切削工具として使用するのに
適したサイアロン基セラミツク焼結材料に関する
ものである。 近年、切削工具用材料として、窒化けい素（以
下Si3N4で示す）基セラミツク焼結材料が注目さ
れている。この材料の場合、Si3N4が共有結合性
の強い化合物であるので、焼結が難しく、このた
めその製造に際してはホツトプレス法を用いるこ
とが多い。しかし、ホツトプレス法を用いた場
合、緻密な焼結材料が得られるものの、複雑な形
状の焼結材料は製造不可能であり、かつ生産性の
低いものとなる。 また、Si3N4よりも焼結性が高く、さらに耐熱
衝撃性および耐酸化性などにもすぐれた、β―
Si3N4格子のSiをAlで、ＮをＯで置換した化合
物、すなわち組成式：Si6−zAlzOzN8−ｚ（ただ
しＯ＜Ｚ≦4.3）で表わされるβ―サイアロンを
主成分とするサイアロン基セラミツク焼結材料
〓〓〓〓〓
を、切削工具として用いる試みもなされている
が、この材料を鋼および鋳鉄などの高速切削に用
いた場合、構成成分のSiと被削材中のFeとの反
応性が高いために、切刃におけるフランク摩耗お
よびクレータ摩耗とも著しく発達してしまい、十
分満足する耐摩耗性（使用寿命）を示さないのが
現状である。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、従来、切削工具用材料として提案されている
焼結性にすぐれ、かつすぐれた耐熱衝撃性および
耐酸化性を有するサイアロン基セラミツク焼結材
料に着目し、これにすぐれた耐摩耗性を付与すべ
く研究を行なつた結果、 (a) 母相形成成分たるβ―サイアロン、特に焼結
性を考慮して、組成式：Si6−zAlzOzN8−ｚ
（ただし0.2≦Ｚ≦2.0）を有するβ―サイアロ
ンに、Ti、Zr、およびHfの炭化物、窒化物、
炭窒化物、および炭窒酸化物、並びにこれらの
２種以上の複合固溶体（以下これらを総称して
Ti、Zr、Hfの炭・窒・酸化物という）のうち
の１種または２種以上を分散相形成成分として
含有させると、これを切削工具として使用した
場合、切刃の耐摩耗性が著しく向上するように
なること。 (b) 同じく上記β―サイアロンに、結合相形成成
分として、Ti、Zr、Hf、Mg、Si、およびラン
タニド系元素の酸化物（以下これらを総称して
金属の酸化物という）のうちの１種または２種
以上を含有させると、焼結性が一段と向上する
ようになり、普通焼結法によつて緻密な焼結材
料を形成することができるようになること。 (c) 同様に上記β―サイアロンに、Ｖ、Nb、
Ta、Cr、Mo、およびＷの炭化物、窒化物、炭
窒化物、および炭窒化物（以下これらを総称し
て金属の炭・窒・酸化物という）のうちの１種
または２種以上を、分散相形成成分として含有
させると、Ti、Zr、Hfの炭・窒・酸化物によ
つてもたらされるすぐれた耐摩耗性を損なうこ
となく、耐酸化性および熱伝導性が向上するよ
うになること。 以上(a)〜(c)に示される知見を得たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、容量％で、 分散相形成成分として、Ti、Zr、Hfの炭・
窒・酸化物のうちの１種または２種以上：１〜40
％、 結合相形成成分として、金属の酸化物のうちの
１種または２種以上：１〜20％、 を含有し、さらに必要に応じて、 分散相形成成分として、金属の炭・窒・酸化物
のうちの１種または２種以上：0.5〜20％、 を含有し、 残りが母相形成成分としての組成式：Si6−
zAlzOzN8−ｚ（ただし0.2≦Ｚ≦2.0）で表わさ
れるβ―サイアロンおよび不可避不純物、からな
る組成を有する切削工具用サイアロン基セラミツ
ク焼結材料に特徴を有するものである。 つぎに、この発明の焼結材料において、成分組
成範囲を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a) Ti、Zr、Hfの炭・窒・酸化物 これらの成分は、β―サイアロン母相中に分散
相として存在し、焼結材料の耐摩耗性を高める作
用をもつが、その含有量が１％未満では、所望の
耐摩耗性を確保することができず、一方40％を越
えて含有させると、焼結性が低下して普通焼結法
では緻密な焼結材料を得ることができなくなるこ
とから、その含有量を１〜40％と定めた。 (b) 金属の酸化物 これらの成分は、β―サイアロン中の構成成分
の一部と反応して結合相を形成し、かつ焼結性を
一段と向上させ、促進させて普通焼結法で緻密な
焼結材料の製造を可能とする作用を有するが、そ
の含有量が１％未満では所望のすぐれた焼結性を
確保することができず、一方20％を越えて含有さ
せると焼結性に劣化傾向が現われるようになり、
普通焼結法にて緻密な焼結材料を製造することが
困難になることから、その含有量を１〜20％と定
めた。 (c) 金属の炭・窒・酸化物 これらの成分には、上記の通りβ―サイアロン
母相中に分散相として存在し、耐摩耗性を損なう
ことなく、焼結材料の耐酸化性および熱伝導性を
一段と向上させる作用があるので、これらの特性
が要求される場合に必要に応じて含有されるが、
その含有量が0.5％未満では前記作用に所望の向
上効果が現われず、一方20％を越えて含有させる
と焼結性が低下するようになることから、その含
有量を0.5〜20％と定めた。 〓〓〓〓〓
(d) 組成式におけるＺ値 通常、組成式：Si6−zAlzOzN8−ｚを有するβ
―サイアロンは、０＜Ｚ≦4.3をもつが、Ｚ値が
0.2未満のサイアロンは焼結性が低く、ホツトプ
レス法を用いなければ緻密な焼結材料を得るのが
困難であり、一方2.0を越えたＺ値のサイアロン
は高温特性が劣り、しかも焼結時のガス発生が著
しく、これに伴つて焼結材料中に巣が発生しやす
くなることから、β―サイアロンを上記の0.2≦
Ｚ≦2.0の組成を有するものに限定した。 なお、この発明の焼結材料は、まず原料粉末と
してSi3N4粉末、AlN粉末、Al2O3粉末、および
SiO2粉末を用意し、これら原料粉末を、反応
式：（６−Ｚ）Si3N4＋ZAlN＋ZAl2O3→3Si6−
zAlzOzN8−ｚ、 （４−Ｚ）Si3N4＋2ZAlN＋ZSiO2→2Si6−
zAlzOzN8−ｚにしたがつて、上記の0.2≦Ｚ≦
2.0の組成を有するサイアロンを反応生成せしめ
るように、Si3N4粉末＋AlN粉末＋Al2O3粉末、あ
るいはSi3N4粉末＋AlN粉末＋SiO2粉末の組合せ
で配合し、さらにこれにTi、Zr、Hfの炭・窒・
酸化物粉末および金属の酸化物粉末、さらに必要
に応じて金属の炭・窒・酸化物粉末を配合し、混
合した後、この混合粉末を例えば機械プレスによ
り所定形状の圧粉体に成形し、引続いてこの圧粉
体を、非酸化性雰囲気、好ましくは窒素雰囲気
中、Si3N4粉末、あるいはSi3N4粉末とSiO2粉末と
の混合粉末内に埋込んだ状態で、1600〜1800℃の
温度範囲内の温度で普通焼結することによつて製
造することができる。このようにこの発明の焼結
材料は、普通焼結法によつて製造することができ
るが、生産性は低下するが、ホツトプレス法によ
つても製造できることは勿論のことであり、また
連通孔を有しない程度に予備焼結した予備焼結材
料や、非通気性容器内に真空封入した圧粉体に対
して熱間静水圧焼結を施すことにより製造するこ
ともできる。 つぎに、この発明の焼結材料を実施例により具
体的に説明する。 実施例 １ 原料粉末として、平均粒径：0.7μｍを有する
Si3N4粉末（α相含有率：90重量％）、同0.5μｍ
のα―Al2O3粉末、およびCeO2粉末、同1.5μｍ
のAlN粉末、TiN粉末、TiC0.5N0.5（以下TiCNで
示す）粉末およびZrN粉末、同1.3μｍのZrC0.
2N0.7O0.1（以下ZrCNOで示す）粉末およびHfC
粉末、同0.8μｍのTiO2粉末およびZrO2粉末、同
1.7μｍのHfO2粉末およびLa2O3粉末、同0.4μｍ
のMgO粉末およびSiO2粉末を用意し、これら原
料粉末をそれぞれ第１表に示される配合組成に配
合し、ボールミルにて２日間混合した後、1ton／
cm2の圧力で圧粉体に成形し、引続いてこの圧粉体
を、Si3N4粉末中に埋込んだ状態で、１気圧の窒
素雰囲気中、温度：1700℃に1.5時間保持の条件
で普通焼結することによつて、実質的に配合組成
と同一の成分組成をもつた本発明焼結材料１〜７
および比較焼結材料１〜７をそれぞれ製造した。
なお、比較焼結材料１〜７は、いずれも構成成分
のうちのいずれかの成分含有量（第１表に※印を
付したもの）がこの発明の範囲から外れた組成を
もつものである。 この結果得られた本発明焼結材料１〜７および
比較焼結材料１〜７について、ロツクウエル硬さ
（Ａスケール）を測定すると共に、ASTM規格に
もとづいてポアの発生状況を観察した。これらの
結果を第１表に示した。 第１表に示される結果から、本発明焼結材料１
〜７は、いずれも緻密化が十分でポアの発生もき
わめて少なく、かつ高硬度をもつことが明らかで
ある。これに対して、緻密化が十分で、かつ高硬
度を有する比較焼結材料７を除いて、比較焼結材
料１〜３および６は、いずれも緻密化が不十分で
あり、また比較焼結材料４，５は部分的に緻密化
しているものの、巣が発生しており、したがつて
硬さのバラツキの大きいものである。なお、比較
焼結材料１〜３および６については上記の理由に
より硬さ測定を行なわなかつた。 〓〓〓〓〓
有し、特にこれらの特性が要求される鋼および鋳
鉄などの高速切削に切削工具として使用するのに
適したサイアロン基セラミツク焼結材料に関する
ものである。 近年、切削工具用材料として、窒化けい素（以
下Si3N4で示す）基セラミツク焼結材料が注目さ
れている。この材料の場合、Si3N4が共有結合性
の強い化合物であるので、焼結が難しく、このた
めその製造に際してはホツトプレス法を用いるこ
とが多い。しかし、ホツトプレス法を用いた場
合、緻密な焼結材料が得られるものの、複雑な形
状の焼結材料は製造不可能であり、かつ生産性の
低いものとなる。 また、Si3N4よりも焼結性が高く、さらに耐熱
衝撃性および耐酸化性などにもすぐれた、β―
Si3N4格子のSiをAlで、ＮをＯで置換した化合
物、すなわち組成式：Si6−zAlzOzN8−ｚ（ただ
しＯ＜Ｚ≦4.3）で表わされるβ―サイアロンを
主成分とするサイアロン基セラミツク焼結材料
〓〓〓〓〓
を、切削工具として用いる試みもなされている
が、この材料を鋼および鋳鉄などの高速切削に用
いた場合、構成成分のSiと被削材中のFeとの反
応性が高いために、切刃におけるフランク摩耗お
よびクレータ摩耗とも著しく発達してしまい、十
分満足する耐摩耗性（使用寿命）を示さないのが
現状である。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、従来、切削工具用材料として提案されている
焼結性にすぐれ、かつすぐれた耐熱衝撃性および
耐酸化性を有するサイアロン基セラミツク焼結材
料に着目し、これにすぐれた耐摩耗性を付与すべ
く研究を行なつた結果、 (a) 母相形成成分たるβ―サイアロン、特に焼結
性を考慮して、組成式：Si6−zAlzOzN8−ｚ
（ただし0.2≦Ｚ≦2.0）を有するβ―サイアロ
ンに、Ti、Zr、およびHfの炭化物、窒化物、
炭窒化物、および炭窒酸化物、並びにこれらの
２種以上の複合固溶体（以下これらを総称して
Ti、Zr、Hfの炭・窒・酸化物という）のうち
の１種または２種以上を分散相形成成分として
含有させると、これを切削工具として使用した
場合、切刃の耐摩耗性が著しく向上するように
なること。 (b) 同じく上記β―サイアロンに、結合相形成成
分として、Ti、Zr、Hf、Mg、Si、およびラン
タニド系元素の酸化物（以下これらを総称して
金属の酸化物という）のうちの１種または２種
以上を含有させると、焼結性が一段と向上する
ようになり、普通焼結法によつて緻密な焼結材
料を形成することができるようになること。 (c) 同様に上記β―サイアロンに、Ｖ、Nb、
Ta、Cr、Mo、およびＷの炭化物、窒化物、炭
窒化物、および炭窒化物（以下これらを総称し
て金属の炭・窒・酸化物という）のうちの１種
または２種以上を、分散相形成成分として含有
させると、Ti、Zr、Hfの炭・窒・酸化物によ
つてもたらされるすぐれた耐摩耗性を損なうこ
となく、耐酸化性および熱伝導性が向上するよ
うになること。 以上(a)〜(c)に示される知見を得たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、容量％で、 分散相形成成分として、Ti、Zr、Hfの炭・
窒・酸化物のうちの１種または２種以上：１〜40
％、 結合相形成成分として、金属の酸化物のうちの
１種または２種以上：１〜20％、 を含有し、さらに必要に応じて、 分散相形成成分として、金属の炭・窒・酸化物
のうちの１種または２種以上：0.5〜20％、 を含有し、 残りが母相形成成分としての組成式：Si6−
zAlzOzN8−ｚ（ただし0.2≦Ｚ≦2.0）で表わさ
れるβ―サイアロンおよび不可避不純物、からな
る組成を有する切削工具用サイアロン基セラミツ
ク焼結材料に特徴を有するものである。 つぎに、この発明の焼結材料において、成分組
成範囲を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a) Ti、Zr、Hfの炭・窒・酸化物 これらの成分は、β―サイアロン母相中に分散
相として存在し、焼結材料の耐摩耗性を高める作
用をもつが、その含有量が１％未満では、所望の
耐摩耗性を確保することができず、一方40％を越
えて含有させると、焼結性が低下して普通焼結法
では緻密な焼結材料を得ることができなくなるこ
とから、その含有量を１〜40％と定めた。 (b) 金属の酸化物 これらの成分は、β―サイアロン中の構成成分
の一部と反応して結合相を形成し、かつ焼結性を
一段と向上させ、促進させて普通焼結法で緻密な
焼結材料の製造を可能とする作用を有するが、そ
の含有量が１％未満では所望のすぐれた焼結性を
確保することができず、一方20％を越えて含有さ
せると焼結性に劣化傾向が現われるようになり、
普通焼結法にて緻密な焼結材料を製造することが
困難になることから、その含有量を１〜20％と定
めた。 (c) 金属の炭・窒・酸化物 これらの成分には、上記の通りβ―サイアロン
母相中に分散相として存在し、耐摩耗性を損なう
ことなく、焼結材料の耐酸化性および熱伝導性を
一段と向上させる作用があるので、これらの特性
が要求される場合に必要に応じて含有されるが、
その含有量が0.5％未満では前記作用に所望の向
上効果が現われず、一方20％を越えて含有させる
と焼結性が低下するようになることから、その含
有量を0.5〜20％と定めた。 〓〓〓〓〓
(d) 組成式におけるＺ値 通常、組成式：Si6−zAlzOzN8−ｚを有するβ
―サイアロンは、０＜Ｚ≦4.3をもつが、Ｚ値が
0.2未満のサイアロンは焼結性が低く、ホツトプ
レス法を用いなければ緻密な焼結材料を得るのが
困難であり、一方2.0を越えたＺ値のサイアロン
は高温特性が劣り、しかも焼結時のガス発生が著
しく、これに伴つて焼結材料中に巣が発生しやす
くなることから、β―サイアロンを上記の0.2≦
Ｚ≦2.0の組成を有するものに限定した。 なお、この発明の焼結材料は、まず原料粉末と
してSi3N4粉末、AlN粉末、Al2O3粉末、および
SiO2粉末を用意し、これら原料粉末を、反応
式：（６−Ｚ）Si3N4＋ZAlN＋ZAl2O3→3Si6−
zAlzOzN8−ｚ、 （４−Ｚ）Si3N4＋2ZAlN＋ZSiO2→2Si6−
zAlzOzN8−ｚにしたがつて、上記の0.2≦Ｚ≦
2.0の組成を有するサイアロンを反応生成せしめ
るように、Si3N4粉末＋AlN粉末＋Al2O3粉末、あ
るいはSi3N4粉末＋AlN粉末＋SiO2粉末の組合せ
で配合し、さらにこれにTi、Zr、Hfの炭・窒・
酸化物粉末および金属の酸化物粉末、さらに必要
に応じて金属の炭・窒・酸化物粉末を配合し、混
合した後、この混合粉末を例えば機械プレスによ
り所定形状の圧粉体に成形し、引続いてこの圧粉
体を、非酸化性雰囲気、好ましくは窒素雰囲気
中、Si3N4粉末、あるいはSi3N4粉末とSiO2粉末と
の混合粉末内に埋込んだ状態で、1600〜1800℃の
温度範囲内の温度で普通焼結することによつて製
造することができる。このようにこの発明の焼結
材料は、普通焼結法によつて製造することができ
るが、生産性は低下するが、ホツトプレス法によ
つても製造できることは勿論のことであり、また
連通孔を有しない程度に予備焼結した予備焼結材
料や、非通気性容器内に真空封入した圧粉体に対
して熱間静水圧焼結を施すことにより製造するこ
ともできる。 つぎに、この発明の焼結材料を実施例により具
体的に説明する。 実施例 １ 原料粉末として、平均粒径：0.7μｍを有する
Si3N4粉末（α相含有率：90重量％）、同0.5μｍ
のα―Al2O3粉末、およびCeO2粉末、同1.5μｍ
のAlN粉末、TiN粉末、TiC0.5N0.5（以下TiCNで
示す）粉末およびZrN粉末、同1.3μｍのZrC0.
2N0.7O0.1（以下ZrCNOで示す）粉末およびHfC
粉末、同0.8μｍのTiO2粉末およびZrO2粉末、同
1.7μｍのHfO2粉末およびLa2O3粉末、同0.4μｍ
のMgO粉末およびSiO2粉末を用意し、これら原
料粉末をそれぞれ第１表に示される配合組成に配
合し、ボールミルにて２日間混合した後、1ton／
cm2の圧力で圧粉体に成形し、引続いてこの圧粉体
を、Si3N4粉末中に埋込んだ状態で、１気圧の窒
素雰囲気中、温度：1700℃に1.5時間保持の条件
で普通焼結することによつて、実質的に配合組成
と同一の成分組成をもつた本発明焼結材料１〜７
および比較焼結材料１〜７をそれぞれ製造した。
なお、比較焼結材料１〜７は、いずれも構成成分
のうちのいずれかの成分含有量（第１表に※印を
付したもの）がこの発明の範囲から外れた組成を
もつものである。 この結果得られた本発明焼結材料１〜７および
比較焼結材料１〜７について、ロツクウエル硬さ
（Ａスケール）を測定すると共に、ASTM規格に
もとづいてポアの発生状況を観察した。これらの
結果を第１表に示した。 第１表に示される結果から、本発明焼結材料１
〜７は、いずれも緻密化が十分でポアの発生もき
わめて少なく、かつ高硬度をもつことが明らかで
ある。これに対して、緻密化が十分で、かつ高硬
度を有する比較焼結材料７を除いて、比較焼結材
料１〜３および６は、いずれも緻密化が不十分で
あり、また比較焼結材料４，５は部分的に緻密化
しているものの、巣が発生しており、したがつて
硬さのバラツキの大きいものである。なお、比較
焼結材料１〜３および６については上記の理由に
より硬さ測定を行なわなかつた。 〓〓〓〓〓
【表】
つぎに、本発明焼結材料１〜７および比較焼結
材料７について、チツプ形状：SNGN432、被削
材：FC30（ブリネル硬さ150）、切削速度：
400m／min、切込み：1.5mm、送り：0.2mm／
rev、切削時間：10分、切削油：なしの条件で鋳
鉄の連続高速切削試験を行ない、試験後の切刃の
逃げ面摩耗を測定した。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、本発明焼結材料１〜
７は、いずれもサイアロン相と結合相からなる比
較焼結材料７に比して一段とすぐれた耐摩耗性を
示し、長期に亘つてすぐれた切削性能を発揮する
ことが明らかである。 実施例 ２ 原料粉末として、実施例１で用いたと同じ
Si3N4粉末、α―Al2O3粉末、MgO粉末、CeO2粉
末、ZrO2粉末、およびAlN粉末を用い、さらに平
均粒径：1.4μｍのTiC粉末、TiC0.3N0.6O0.1（以
下Ti CNOで示す）粉末、およびVC0.5N0.5（以
下VCNで示す）粉末、同1.6μｍのNbC粉末およ
びTaC粉末、同1.7μｍのCr3C2粉末、同1.1μｍ
のMo2C粉末およびWC粉末を用意し、これら原
料粉末をそれぞれ第２表に示される配合組成に配
合し、ボールミルにて２日間混合した後、1ton／
〓〓〓〓〓
cm2の圧力にて圧粉体に成形し、ついでこの圧粉体
を、95：５の重量比で混合したSi3N4とSiO2の混
合粉末中に埋込んだ状態で、１気圧の窒素雰囲気
中、1650℃の温度に２時間保持の条件で普通焼結
することによつて、配合組成と実質的に同一の成
分組成をもつた本発明焼結材料８〜14および比較
焼結材料８〜10をそれぞれ製造した。 この結果得られた本発明焼結材料８〜14および
比較焼結材料８〜10について、実施例１における
と同一の条件で硬さを測定すると共に、ポア発生
状況を観察した。この結果を第２表に示した。 第２表に示されるように、本発明焼結材料８〜
14および分散相形成成分としての金属の炭・窒・
酸化物の含有量がこの発明の範囲から高い方に外
れた組成を有する比較焼結材料８，９は、高硬度
を有し、かつ十分に緻密化されているのに対し
材料７について、チツプ形状：SNGN432、被削
材：FC30（ブリネル硬さ150）、切削速度：
400m／min、切込み：1.5mm、送り：0.2mm／
rev、切削時間：10分、切削油：なしの条件で鋳
鉄の連続高速切削試験を行ない、試験後の切刃の
逃げ面摩耗を測定した。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、本発明焼結材料１〜
７は、いずれもサイアロン相と結合相からなる比
較焼結材料７に比して一段とすぐれた耐摩耗性を
示し、長期に亘つてすぐれた切削性能を発揮する
ことが明らかである。 実施例 ２ 原料粉末として、実施例１で用いたと同じ
Si3N4粉末、α―Al2O3粉末、MgO粉末、CeO2粉
末、ZrO2粉末、およびAlN粉末を用い、さらに平
均粒径：1.4μｍのTiC粉末、TiC0.3N0.6O0.1（以
下Ti CNOで示す）粉末、およびVC0.5N0.5（以
下VCNで示す）粉末、同1.6μｍのNbC粉末およ
びTaC粉末、同1.7μｍのCr3C2粉末、同1.1μｍ
のMo2C粉末およびWC粉末を用意し、これら原
料粉末をそれぞれ第２表に示される配合組成に配
合し、ボールミルにて２日間混合した後、1ton／
〓〓〓〓〓
cm2の圧力にて圧粉体に成形し、ついでこの圧粉体
を、95：５の重量比で混合したSi3N4とSiO2の混
合粉末中に埋込んだ状態で、１気圧の窒素雰囲気
中、1650℃の温度に２時間保持の条件で普通焼結
することによつて、配合組成と実質的に同一の成
分組成をもつた本発明焼結材料８〜14および比較
焼結材料８〜10をそれぞれ製造した。 この結果得られた本発明焼結材料８〜14および
比較焼結材料８〜10について、実施例１における
と同一の条件で硬さを測定すると共に、ポア発生
状況を観察した。この結果を第２表に示した。 第２表に示されるように、本発明焼結材料８〜
14および分散相形成成分としての金属の炭・窒・
酸化物の含有量がこの発明の範囲から高い方に外
れた組成を有する比較焼結材料８，９は、高硬度
を有し、かつ十分に緻密化されているのに対し
【表】
て、結合相形成成分としての金属の酸化物を含有
しない組成を有する比較焼結材料10は緻密化が不
十分であることが示されており、したがつてこれ
の硬さ測定は行なわなかつた。 つぎに、本発明焼結材料８〜14、比較焼結材料
８，９および実施例１で示した比較焼結材料７に
ついて、チツプ形状：SNGN432、被削材：
SUS304、切削速度：200m／min、切込み：1.5
mm、送り：0.25mm／rev、切削時間：５分、切削
油：使用せずの条件でステンレス鋼の連続高速切
削試験を行ない、試験後、切刃の逃げ面摩耗を測
定した。この測定結果を第２表に示した。 第２表に示される結果から、本発明焼結材料８
〜14は、いずれもすぐれた耐摩耗性を示し、長い
使用寿命を示すことが明らかである。これに対し
て分散相形成成分たる金属の炭・窒・酸化物の含
〓〓〓〓〓
有量が、この発明の範囲から外れた組成を有する
比較焼結材料８，９は、分散相形成成分たる
Ti、Zr、Hfの炭・窒・酸化物および金属の炭・
窒・酸化物を含有しない組成を有する比較焼結材
料７に比して良好な耐摩耗性を示すものの、本発
明焼結材料８〜14に比しては耐摩耗性の劣つたも
のになつている。 実施例 ３ 原料粉末として、実施例１，２で用いたと同じ
Si3N4粉末、AlN粉末、TiN粉末、ZrCNO粉末、
SiO2粉末、La2O3粉末、CeO2粉末を用い、さら
にいずれも平均粒径が1.4μｍのYb2O3粉末、
Er2O3粉末、（Nb、Ta）CN粉末（NbC／TaN＝
１／１重量比）およびTaC0.4N0.5O0.1（以下Ta
CNOで示す）粉末を用意し、これら原料粉末を
それぞれ第３表に示される配合組成に配合した
後、実施例１におけると同一の条件で圧粉体を成
形し、ついでこの圧粉体を、窒素分圧：
740torr、水素分圧：20torrの混合ガス雰囲気
中、1675℃の温度に1.5時間保持の条件で普通焼
結することによつて、本発明焼結材料15〜22およ
び比較焼結材料11をそれぞれ製造した。 この結果得られた本発明焼結材料15〜22、比較
焼結材料11、さらに比較の目的で市販のアルミナ
系セラミツク焼結材料（TiC：25容量、Al2O3：
残りの組成を有し、以下市販アルミナ系材料とい
う）について、実施例１におけると同一の条件で
硬さおよびポア発生状況を測定した。この結果を
第３表に示した。 第３表に示されるように、本発明焼結材料15〜
22は、いずれも市販アルミナ系材料に匹敵する高
硬度を有し、かつ十分緻密化されているのに対し
て、結合相形成成分たる金属の酸化物の含有量が
この発明の範囲から外れて高い組成を有する比較
焼結材料11は巣の発生があり、したがつて硬さ測
定はバラツキが大きくて測定不能であつた。 つぎに、本発明焼結材料15〜22、実施例１、２
で示した比較焼結材料７，８および市販アルミナ
系材料について、耐熱衝撃性および耐摩耗性を評
価する目的で、チツプ形状：SNGN432、被削
材：FC25（ブリネル硬さ：140）、被削材寸法：
幅115mm×長さ390mm、切削速度：270m／min、
切込み：1.5mm、１刃当りの
しない組成を有する比較焼結材料10は緻密化が不
十分であることが示されており、したがつてこれ
の硬さ測定は行なわなかつた。 つぎに、本発明焼結材料８〜14、比較焼結材料
８，９および実施例１で示した比較焼結材料７に
ついて、チツプ形状：SNGN432、被削材：
SUS304、切削速度：200m／min、切込み：1.5
mm、送り：0.25mm／rev、切削時間：５分、切削
油：使用せずの条件でステンレス鋼の連続高速切
削試験を行ない、試験後、切刃の逃げ面摩耗を測
定した。この測定結果を第２表に示した。 第２表に示される結果から、本発明焼結材料８
〜14は、いずれもすぐれた耐摩耗性を示し、長い
使用寿命を示すことが明らかである。これに対し
て分散相形成成分たる金属の炭・窒・酸化物の含
〓〓〓〓〓
有量が、この発明の範囲から外れた組成を有する
比較焼結材料８，９は、分散相形成成分たる
Ti、Zr、Hfの炭・窒・酸化物および金属の炭・
窒・酸化物を含有しない組成を有する比較焼結材
料７に比して良好な耐摩耗性を示すものの、本発
明焼結材料８〜14に比しては耐摩耗性の劣つたも
のになつている。 実施例 ３ 原料粉末として、実施例１，２で用いたと同じ
Si3N4粉末、AlN粉末、TiN粉末、ZrCNO粉末、
SiO2粉末、La2O3粉末、CeO2粉末を用い、さら
にいずれも平均粒径が1.4μｍのYb2O3粉末、
Er2O3粉末、（Nb、Ta）CN粉末（NbC／TaN＝
１／１重量比）およびTaC0.4N0.5O0.1（以下Ta
CNOで示す）粉末を用意し、これら原料粉末を
それぞれ第３表に示される配合組成に配合した
後、実施例１におけると同一の条件で圧粉体を成
形し、ついでこの圧粉体を、窒素分圧：
740torr、水素分圧：20torrの混合ガス雰囲気
中、1675℃の温度に1.5時間保持の条件で普通焼
結することによつて、本発明焼結材料15〜22およ
び比較焼結材料11をそれぞれ製造した。 この結果得られた本発明焼結材料15〜22、比較
焼結材料11、さらに比較の目的で市販のアルミナ
系セラミツク焼結材料（TiC：25容量、Al2O3：
残りの組成を有し、以下市販アルミナ系材料とい
う）について、実施例１におけると同一の条件で
硬さおよびポア発生状況を測定した。この結果を
第３表に示した。 第３表に示されるように、本発明焼結材料15〜
22は、いずれも市販アルミナ系材料に匹敵する高
硬度を有し、かつ十分緻密化されているのに対し
て、結合相形成成分たる金属の酸化物の含有量が
この発明の範囲から外れて高い組成を有する比較
焼結材料11は巣の発生があり、したがつて硬さ測
定はバラツキが大きくて測定不能であつた。 つぎに、本発明焼結材料15〜22、実施例１、２
で示した比較焼結材料７，８および市販アルミナ
系材料について、耐熱衝撃性および耐摩耗性を評
価する目的で、チツプ形状：SNGN432、被削
材：FC25（ブリネル硬さ：140）、被削材寸法：
幅115mm×長さ390mm、切削速度：270m／min、
切込み：1.5mm、１刃当りの
【表】
〓〓〓〓〓
【表】
送り：0.145mm／刃、カツタ：直径160mmのDNカ
ツタにチツプを１枚セツト、切削態様：カツタ中
心と被削材（長さ390mm）中心を一致させて、切
刃が被削材から抜ける際に、切刃に水溶性切削油
をかけながら長さ方向に切削し、390mm切削し終
る工程を１パスとして、これを５パス行なう、試
験切刃数：５個の条件で鋳鉄の湿式フライス切削
試験を行ない、切刃の欠損率および逃げ面摩耗
（５切刃の平均値）を測定した。これらの結果を
第３表に示した。 第３表に示されるように、市販アルミナ系材料
は耐熱衝撃性が低いために５切刃とも切削開始後
30秒以内に欠損してしまつたのに対して、本発明
焼結材料15〜22および比較焼結材料７、８は、耐
熱衝撃性にすぐれているために全切刃とも欠損の
発生は見られなかつた。しかし比較焼結材料７、
８の耐摩耗性は本発明焼結材料15〜22のそれに比
べて劣るものである。 上述のように、この発明の焼結材料は、すぐれ
た耐摩耗性と耐熱衝撃性とを兼ね備えているの
で、これらの特性が要求される切削工具、特に鋼
および鋳鉄の高速切削に切削工具として使用した
場合に著しく長期に亘つてすぐれた切削性能を示
すほか、冷間耐摩耗工具や熱間耐摩耗工具、さら
には各種部品の製造に用いた場合にもすぐれた性
能を発揮するものである。 〓〓〓〓〓
ツタにチツプを１枚セツト、切削態様：カツタ中
心と被削材（長さ390mm）中心を一致させて、切
刃が被削材から抜ける際に、切刃に水溶性切削油
をかけながら長さ方向に切削し、390mm切削し終
る工程を１パスとして、これを５パス行なう、試
験切刃数：５個の条件で鋳鉄の湿式フライス切削
試験を行ない、切刃の欠損率および逃げ面摩耗
（５切刃の平均値）を測定した。これらの結果を
第３表に示した。 第３表に示されるように、市販アルミナ系材料
は耐熱衝撃性が低いために５切刃とも切削開始後
30秒以内に欠損してしまつたのに対して、本発明
焼結材料15〜22および比較焼結材料７、８は、耐
熱衝撃性にすぐれているために全切刃とも欠損の
発生は見られなかつた。しかし比較焼結材料７、
８の耐摩耗性は本発明焼結材料15〜22のそれに比
べて劣るものである。 上述のように、この発明の焼結材料は、すぐれ
た耐摩耗性と耐熱衝撃性とを兼ね備えているの
で、これらの特性が要求される切削工具、特に鋼
および鋳鉄の高速切削に切削工具として使用した
場合に著しく長期に亘つてすぐれた切削性能を示
すほか、冷間耐摩耗工具や熱間耐摩耗工具、さら
には各種部品の製造に用いた場合にもすぐれた性
能を発揮するものである。 〓〓〓〓〓
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 分散相形成成分としてのTi、Zr、およびHf
の炭化物、窒化物、炭窒化物、および炭窒酸化
物、並びにこれらの２種以上の複合固溶体のうち
の１種または２種以上：１〜40容量％、 結合相形成成分としてのTi、Zr、Hf、Mg、
Si、およびランタニド系元素の酸化物のうちの１
種または２種以上：１〜20容量％、 母相形成成分としての組成式：Si6−zAlzOzN8
−ｚ（ただし0.2≦Ｚ≦2.0）で表わされるβ―サ
イアロン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切削工具
用サイアロン基セラミツク焼結材料。 ２ 分散相形成成分としてのTi、ZrおよびHfの
炭化物、窒化物、炭窒化物、および炭窒酸化物、
並びにこれらの２種以上の複合固溶体のうちの１
種または２種以上：１〜40容量％、 結合相形成成分としてのTi、Zr、Hf、Mg、
Si、およびランタニド系元素の酸化物のうちの１
種または２種以上：１〜20容量％、 分散相形成成分としてのＶ、Nb、Ta、Cr、
Mo、およびＷの炭化物、窒化物、炭窒化物、お
よび炭窒酸化物のうちの１種または２種以上：
0.5〜20容量％、 母相形成成分としての組成式：Si6−zAlzOzN8
−ｚ（ただし0.2≦Ｚ≦2.0）で表わされるβ―サ
イアロン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切削工具
用サイアロン基セラミツク焼結材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57136049A JPS5926977A (ja) | 1982-08-04 | 1982-08-04 | 切削工具用サイアロン基セラミツク焼結材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57136049A JPS5926977A (ja) | 1982-08-04 | 1982-08-04 | 切削工具用サイアロン基セラミツク焼結材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5926977A JPS5926977A (ja) | 1984-02-13 |
| JPS6241194B2 true JPS6241194B2 (ja) | 1987-09-01 |
Family
ID=15165979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57136049A Granted JPS5926977A (ja) | 1982-08-04 | 1982-08-04 | 切削工具用サイアロン基セラミツク焼結材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5926977A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU5159485A (en) * | 1984-12-24 | 1986-07-03 | Todoroki, Itaru | Sintered titanium carbo-nitride-chromium carbide ceramics |
| JPS62265177A (ja) * | 1986-05-14 | 1987-11-18 | 日立金属株式会社 | 導電性サイアロン焼結体およびその製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5632377A (en) * | 1979-08-20 | 1981-04-01 | Mitsubishi Metal Corp | Silicon nitride base sintered material for cutting tool |
| JPS56129667A (en) * | 1980-03-12 | 1981-10-09 | Kagaku Gijutsucho Mukizai | Manufacture of alpha-sialon sintered body |
| JPS58213679A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-12-12 | ジ−・テイ−・イ−・ラボラトリ−ズ・インコ−ポレ−テツド | 複合セラミツク切削工具及びその製造方法 |
-
1982
- 1982-08-04 JP JP57136049A patent/JPS5926977A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5632377A (en) * | 1979-08-20 | 1981-04-01 | Mitsubishi Metal Corp | Silicon nitride base sintered material for cutting tool |
| JPS56129667A (en) * | 1980-03-12 | 1981-10-09 | Kagaku Gijutsucho Mukizai | Manufacture of alpha-sialon sintered body |
| JPS58213679A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-12-12 | ジ−・テイ−・イ−・ラボラトリ−ズ・インコ−ポレ−テツド | 複合セラミツク切削工具及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5926977A (ja) | 1984-02-13 |
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