JPS63103860A - 切削加工性に優れたセラミックス焼結体及びその製造方法 - 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］ 本発明は切削加工性に優れたセラミックス焼結体及びそ
の製造方法に係り、特に切削加工性に優れると共に、高
温焼成が可能で極めて高い強度を有するセラミックス焼
結体及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ セラミックス焼結体は一般に高硬度で脆性材料であるこ
とから、その切断、その他の加工が極めて困難である。

例えば、一般の陶磁器質焼結体は、硬Ｍ、磁器では主結
晶相はムライト（３ＡＪ：１２ｏ３・２ＳｉＯ２）、石
英（Ｓｉ０２）等をアルカリガラス相によって結合され
たものであり、焼結前の原料結晶質は加熱によって分解
され、反応し共融して別の結晶相とガラス相で、モース
硬度７以上の硬くて脆く、靭性の低い材質となるので、
通常炭素鋼の工具では殆ど加工不能であるという加工性
上の欠点を有するものとなる。また、いわゆる酸化物セ
ラミックスとして知られるアルミナ、ジルコニア磁器等
は、微結晶質の焼結体で強度も高いが、モース硬度は８
以上にもなるので、通常炭素鋼の工具では殆ど歯が立た
ない。

これに対し、ダイヤモンドカッターのような特殊な工具
を用いた場合には、ある程度切削加工を施すことができ
るが、ダイヤモンドカッターは高価な工具である上に、
これを用いての加工作業は長時間を要し、しかも多大な
労力を必要とするため、加工コストが高くつき、工業的
に有利な方法とはいえない。

このため、刃先が普通炭素鋼で作られた、例えばドリル
、鋸、バイト等の一般の工具によって、通常の材木を切
るように、ひびわれ、切損等を生ぜずにスムースに自由
な形に切削或は切断、せん孔、溝掘り等ができる、いわ
ゆる切削加工性に優れたセラミックス焼結体の出現が強
く望まれていた。

従来、切削加工性を改善したものとして、コーニング社
の「マコール」　（商品名）なるマイカ・ガラス・セラ
ミックスがあり、若干の機械加工性があると称せられて
いるが、しかしこの製品の実体はＫＭｇ２Ａｊ２Ｓｉ３
０１０　Ｆ２の結晶化ガラス相を３０〜４０％も含むも
のであって、やはり切削加工に対しては通常炭素鋼の工
具では歯が立ちにくく、われ易い上に約８００℃で軟化
変形し、むしろセラミックス製品としては複数の欠点を
有するものである。

このような問題点のない、切削加工性に優れたセラミッ
クスとして、特開昭６０−１８４６４３に開示されるも
のがある。

［発明が解決しようとする問題点］ 特開昭６０−１８４６４３に係るセラミックス焼結体は
、βワラストナイトがαワラストナイトへ転移するのを
押えるために、焼成温度を高くすることができず（１２
００℃以下で焼成）、このため焼結体の強度が低いとい
う欠点がある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記従来の問題点を解決し、切削加工性に優
れると共に、高温焼成が可能で極めて高い強度を有する
セラミック焼結体及びその製造方法を提供するものであ
って、 第１図の点１．２．３．４．５．６及び７で囲まれるＣ
ａＯ、ＳｉＯ２及びＭｇＯ組成を有する焼結体よりなる
ことを特徴とする切削加工性に侵れたセラミックス焼結
体、 及び 第１図の点１．２．３．４．５．６及び７で囲まれるＣ
ａＯ、ＳｉＯ２及びＭｇＯ組成となるように配合し、こ
れを１２００℃を超え１３５０℃以下の温度で焼成する
ことを特徴とする切削加工性に優れたセラミックス焼結
体の製造方法、を要旨とするものである。

βワラストナイト（βＣａＯ・５ｉＯ２）は、三斜晶系
の板状によく発達した結晶の集合体であり、αワラスト
ナイトの単斜晶系粒状結晶とは異なり、優れた切削加工
性を付与するものである。

第２図のグラフからも明らかなように、ＣａＯ・５ｉ０
２系においては、焼成を１２００℃以下、特に１１３０
℃以下程度の温度で行なわないと、αワラストナイトが
晶出し、良好な切削加工性が得られない。これに対し、
これにＭｇＯを加えたＣａＯ−ＭｇＯ−３ｉ　０２系で
は、βワラストナイトからαワラストナイトへの転移温
度が上がり、より高温での焼成が可能となる。

しかしながら、Ｍ　ｇ　Ｏの量が多過ぎると、焼結体の
硬度が高くなり、また非針状結晶が多く生じて、切削加
工性が低下する傾向がある。

本発明者は、βワラストナイトからαワラストナイトへ
の転移温度を上げることにより高温焼成を可能とし、焼
結体に切削加工性と共に高強度を与えることができるＣ
ａ０−Ｓ　ｉ　０２−ＭｇＯ系焼結体の組成について、
鋭意研究を重ねた結果、第１図の１．２．３．４．５．
６及び７で囲まれる組成であれば、良好な切削加工性及
び高い強度を有するセラミックス焼結体が得られること
を見出し、本発明を完成させたものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明のセラミックス焼結体は第１図の１．２．３．４
．５．６及び７で囲まれるＣ　ａ　Ｏ％５ｉ０２、Ｍｇ
Ｏ組成を有するものである。

なお、第１図中、１〜７の各点は下記第１表に示す組成
の点である。

このような本発明の焼結体を製造するに好適な本発明の
製造方法について以下に詳述する。

本発明の方法においてはまずＣａＯ原料、ＳｉＯ２原料
、ＭｇＯ原料を第１図の１．２．３．４．５．６及び７
で囲まれるＣａｂ。

５ｉ０２、ＭｇＯ組成となるように配合する。

本発明において、ＣａＯ原料、５ｉ０２原料としては、
天然もしくは人工のβＣａＯ・Ｓ−１０２、例えば珪灰
石、ゾノトライトを用いるのが好ましい。また、ＭｇＯ
原料としては、タルク、ドロマイト、水酸化マグネシウ
ム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウムが使用できる
。

これらの原料は原料の針状、板状結晶が破壊されない程
度に十分に粉砕混合、含水調整した後常法に従って成形
し、１２００℃を超え１３５０℃以下の温度で焼成する
。

前述の如く、本発明では、成分中に特定量のＭｇＯを含
有するため、このような高い温度での焼成によっても、
αＣａｏ−５ｉｏ２への転８は押えられ、βＣａＯ−３
ｉ　０２の良好な結晶が得られ、優れた切削加工性を有
する焼結体となる。

しかも、高温焼成を行なうため、得られる焼結体は極め
て緻密で高強度のものとなる。

［実施例］ 以下、実施例について説明する。

実施例１ ゾノライト１００重量部及びタルク１０重量部（ＣａＯ
：４４重量％、ＳｉＯ２：５３重重二、Ｍｇｏ　：　３
重量％）をアイリッヒミキサーで５分間乾式混合し、外
割りで１６重１％の水を添加して２４時間密閉した状態
で放置して含水調整した。

得られた原料混合物を成形型内に入れて４５０ｋ　ｇ　
ｆ　／　ｃ　ｍ’で成形し、成形体を８０℃で２４時間
乾燥した後焼成した。焼成は、室温から１０℃／分で１
２５０℃まで昇温した後、１２５０℃にて６０分間行な
った。その後、電気炉内で放冷して室温まで降温した。

得られた焼結体の生成相を調べたところ、クォーツ（Ｓ
　１０２　）　、ジオプサイド（ＣａＭｇ（ＳｉＯ３）
２）、シュードワラストナイト（αＣａｏ−３ｉｏ２）
がわずかに存在するが、殆どがＭｇを固溶したβワラス
トナイト（βＣａＯ・５ｉＯ２）よりなることが認めら
れた。

また、この焼結体の吸水率は１０．３％であり、切削加
工性を通常の工具により切削して調べたところ、極めて
良好であった。

更に、通常の１点荷重の方式により焼結体の曲げ強度を
測定したところ、釉薬無しで４００〜５００　ｋ　ｇｆ
　／　ｃ　ｍ”の高強度を示すことが判明した。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明のセラミックス焼結体は、Ｃ
ａｂ、ＳｉＯ２及びＭｇｏの特定組成よりなるものであ
って、βＣａＯ・５ｔｏ２結晶により優れた切削加工性
を有すると共に、Ｍｇｏの存在により、βＣａＯ・Ｓｉ
Ｏ２からαＣａＯ・ＳｉＯ２への転移温度が高くなるた
め、高温焼成が可能とされ、このため、常に緻密かつ高
強度な焼結体となる。

しかして、このような優れた切削力ロエ性及び高い強度
を備える本発明のセラミックス焼結体は、ＣａＯ１Ｓｉ
０２及びＭｇＯの特定組成に配合した後、１２００℃を
超え１３５０℃以下で焼成する、本発明のセラミックス
焼結体の製造方法により容易に製造される。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣａ　Ｏ−Ｓ　ｉ　Ｏ２−Ｍ　ｇ　Ｏ三成分系
図、第２図はＣａＳ−５ｉＯ２−ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓ
ｉＯ２系の概略的な相図である。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１図の点１、２、３、４、５、６及び７で囲ま
   れるＣａＯ、ＳｉＯ＿２及びＭｇＯ組成を有する焼結体
   よりなることを特徴とする切削加工性に優れたセラミッ
   クス焼結体。
2. （２）第１図の点１、２、３、４、５、６及び７で囲ま
   れるＣａＯ、ＳｉＯ＿２及びＭｇＯ組成となるように配
   合し、これを１２００℃を超え１３５０℃以下の温度で
   焼成することを特徴とする切削加工性に優れたセラミッ
   クス焼結体の製造方法。