JPS631278B2 - - Google Patents

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JPS631278B2
JPS631278B2 JP57056897A JP5689782A JPS631278B2 JP S631278 B2 JPS631278 B2 JP S631278B2 JP 57056897 A JP57056897 A JP 57056897A JP 5689782 A JP5689782 A JP 5689782A JP S631278 B2 JPS631278 B2 JP S631278B2
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JP
Japan
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thin layer
alon
weight
cutting
speed cutting
Prior art date
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Expired
Application number
JP57056897A
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English (en)
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JPS58172278A (ja
Inventor
Masami Katsumata
Kenji Sakurai
Hidetoshi Baba
Hiroshi Tanaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP57056897A priority Critical patent/JPS58172278A/ja
Publication of JPS58172278A publication Critical patent/JPS58172278A/ja
Publication of JPS631278B2 publication Critical patent/JPS631278B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5031Alumina

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に鋼、鋳鉄を高速切削するに適し
たスローアウエイ型切削用チツプに関する。
近年、鋼、鋳鉄の高速切削にAl2O3を主体とし
た切削用チツプが用いられ200〜1000m/minの
切削速度で用いられている。しかしながらAl2O3
を主体とした高速切削用チツプは耐衝撃性に劣る
ため、切り込みや送りの大きい切削や断続切削で
は欠損しやすく使えない。そこでセラミツク材料
の中で耐衝撃性に優れたSi3N4を切削用チツプに
用いる試みが行われているが(特開昭55―
47276)、Al2O3に比べてSi3N4の耐摩耗性は格段
に劣るため実用化されていない。又、ホツトプレ
スしたSi3N4主体の焼結体の表面にAl2O3及び/
又はAlONをコーテイングした切削チツプをも提
案されており(特開昭55―85481)、これは高速切
削でかつ断続切削にも使用できるが、ホツトプレ
ス工程、切断、研磨工程の製造コストが高く、こ
の基体にAl2O3を被覆した切削用チツプは普及、
実用に難がある。更にSi3N4とAl2O3の熱膨脹係
数は前者が3.2×10-61/℃後者が7.8×10- 61/℃
と大きく異なり切削条件によつては被覆のハクリ
を生じる欠点があつた。
そこで本発明者らはこれらの欠点を解消するた
めに実験を行い、工業的に安価に出来かつ被覆層
のハクリを生じにくく、耐衝撃性に優れたSi3N4
を主体とし、Al2O3を被覆した切削用チツプの開
発に成功したものである。
即ち、第1発明の要旨は、Al2O3と、Y2O3
び/又はDy2O3とを含んだSi3N4を主成分とする
基体上に、AlONとAl2O3とからなる薄層を被覆
してなるとともに、この薄層が基体側でAlONに
基づくNの濃度が25〜1重量%であり、外表面付
近でO重量%である濃度勾配に構成されているこ
とを特徴とする高速切削用チツプにある。
又、第2発明の要旨は、Al2O35〜15重量%、
Y2O3及び/又はDy2O35〜15重量%、残部が
Si3N4である配合物を混合し、冷間成形後焼結
し、得られた焼結体上に気相蒸着法によりAlON
とAl2O3とからなる薄層を被覆する高速切削用チ
ツプの製法であつて、気相蒸着法によりAlONと
Al2O3とからなる薄層を被覆するに際して気相中
のN2ガス成分を次第に減少させることにより
AlONとAl2O3とからなる薄層中のAlONに基づ
くNの濃度を焼結体側より外部に向かつて減少さ
せることを特徴とする高速切削用チツプの製法に
ある。
以下に本発明を詳細に説明するに、第1発明の
高速切削用チツプは第1図のように2層構造から
なり、基体1の表面には薄層2が被覆されてい
る。基体1の成分はSi3N4を主成分とし、Si3N4
中にはAl2O3と、Y2O3及び/又はDy2O3等とを含
んでいる。これら成分の量比はAl2O3が5〜15重
量%、Y2O3及び/又はDy2O3等が5〜15重量%、
残部がSi3N4であることが好ましい。その理由
は、Al2O3とY2O3及び/又はDy2O3等とが5重量
%未満では後記するようにコールドプレス法、即
ち、冷間成形後焼結する方法によつた場合、冷間
成形後の焼結が不十分となり、Al2O3が15重量%
を超えると強度の低下が生じ、Y2O3及び/又は
Dy2O3が15重量%を超えると粒界相が多くなり、
強度熱伝導度の低下を招き、いずれも切削用チツ
プとして難があるためである。
尚、基体1中にY2O3及び/又はDy2O3を含む
理由は、Y2O3又はDy2O3のどちらか一方含んで
おれば、その効果が発揮されるが、Y2O3
Dy2O3の両者共に含んでいても同様の効果が得ら
れるからである。
基体1の表面の薄層2は、AlONとAl2O3とか
ら成るが、本発明高速切削用チツプの性能を損わ
ない限り、他の成分が混入していても差し支えな
い。AlONをNの濃度で表すと、薄層2内部の基
体1に接している付近は25〜1重量%、外表面付
近は0重量%となつている。このように、薄層2
の厚み方向において、基体1側から外表面に向か
つてAlONに基づくNの濃度が減少することによ
り、薄層2内部の特性が連続的に移行しているの
で、局部的応力が生じにくい。薄層2の厚みは
0.5μ〜5μ、望ましくは1μ〜4μである。ホツトプレ
スしたSi3N4主体の焼結体にAl2O3を被覆した場
合には、特開昭55―85481によれば3〜20μで効
果があるが、本発明では基体1表面も硬度の高い
層を形成し切削時の摩耗の進行を防ぐため薄層で
十分効果がある。逆に5μを超えると湿式重切削
の如き熱衝撃の大きい切削では基体と被覆層の熱
膨脹差によりクラツクを生じ易くなる。上記のよ
うな構成の本発明高速切削用チツプは、例えば次
のような第2発明の製法により製造することがで
きる。
まずAl2O35〜15重量%、Y2O3及び/又は
Dy2O35〜15重量%、残部がSi3N4である配合物を
混合して調製する。これらの出発原料の純度は95
%以上であることが好ましいが、それに限定され
ることはない。
配合された原料は、コールドプレス法により冷
間成形後焼結される。例えばアルコールと共に湿
式ボールミルを行うことによつて原料を混合し、
乾燥後プレス助剤として例えばパラフインを添加
した後金型を用いて成形する。その後N2雰囲気
炉にて1650℃〜1750℃の温度で焼結する。得られ
る焼結体の密度は対理論密度98%以上、抗折力70
Kg/mm以上、硬度HRA92.5、熱膨脹係数3.81×
10-61/℃となり、X線回折で同定するβ−Si3N4
が示される。得られた焼結体に次に薄層を被覆す
る。表面被覆は例えば気相蒸着装置を用いて行わ
れる。Al2O3を被覆するには温度を320℃に保つ
たAlチツプにHClを通して発生したAlCl3を含む
HClガス、CO2ガス、H2ガス及びN2ガスを反応
容器に流し、900〜1100℃に保つことにより行う。
更に望ましくは、被覆初期はCO2ガスを少なく
し、N2ガスを流してNを多量に含んだAlON層
を形成させ、コーテイング層の厚さが増すにつれ
てN成分を次第に減少させ、表面層はAl2O3とす
る方法により連続的にNの勾配をもつAlON〜
Al2O3を生成するのが良い。更に被覆後減圧又は
中性雰囲気で900〜1300℃で熱処理すると、基体
と薄層の結合をより強固にでき好ましい。
以上詳述したように第1発明の高速切削用チツ
プは、Si3N4を主成分として、Al2O3とY2O3
び/又はDy2O3とを含有する基体上にAlONに基
づくNの所定濃度勾配の、AlONとAl2O3とから
なる薄層を設けたものである。そのため従来用い
られていたいずれの切削工具よりも、高速・重切
削性能に優れており、特に従来公知のSi3N4を主
体とする切削用チツプに比べ耐摩耗性の点で格段
に向上したものとなる。
又、第2発明の高速切削用チツプの製法は、
Si3N4にAl2O3とY2O3及び/又はDy2O3とを所定
量添加しコールドプレス法により冷間成形後焼結
し、気相蒸着法によりN2ガスを次第に減少させ
ながら薄層を形成するものであるので、製造コス
トが低く、特開昭55―85481に開示の基体に較べ、
耐摩耗性に優れている。
以下に本発明を実施例により更に詳細に説明す
るが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実
施例により限定されるものではない。
実施例 1 純度96.5%、平均粒子径0.5μのSi3N480重量%、
純度99.9%、平均粒子径1.2μのY2O310重量%、純
度99.9%、平均粒子径1.0μのAl2O310重量%を
Al2O3製ボール、アルコールと共にAl2O3製ボー
ルミルに入れ、20時間混合し、乾燥した。その後
パラフインを4重量%添加し、焼結体寸法が13×
13×5mmとなるよう金型にてプレス成形を行つ
た。焼結はN2雰囲気で1750℃1hr行つた。この焼
結体から抗折試片を切り出し、スパン長さ10mmで
抗折力を測定したところ95Kg/mm2であつた。この
試片をSNGN433、チヤンフアー0.05mm×25゜に加
工し、CVD反応容器に入れ、1050℃に加熱した
後、温度を320℃に保つたAlチツプ中に、HClガ
スを通過させて発生したAlCl4とHCl混合ガス17
容量%、CO2ガス5容量%、H2ガス71容量%、
N2ガス17容量%を流し、5時間保持した。N2
スは1時間毎に流量を減じ、最終的にはN2ガス
は停止した。これにより得られた薄層の厚みは
2.4μであり、Nは内部から外部へと濃度勾配のあ
ることが確認された。
このチツプを用いて極めて難削材とされている
高ニツケル合金(インコネル718)の切削を行つ
た。切削条件は、切削速度(V)=200m/min、
切り込み(d)=1.5mm、送り速度(f)=0.15
mm/revの条件で刃先が欠損するまで切削した。
その結果、本発明チツプは8分間切削可能であつ
たが比較に用いた同一基体で薄層のない切削チツ
プは2分、市販のAl2O3系セラミツク工具は1
分、市販のAl2O3を被覆した超硬チツプは30秒で
それぞれ破損した。
尚、上記薄層内のAlONに基づくN濃度及びN
濃度の勾配は、EPMA(Electron Probe Micro
Analyser)とESCA(Electron Spectroscope
Chemical Analyser)とにより確認した。まず
AlON薄層内のN濃度は薄層表面のESCAによる
光電子のエネルギー測定により概算した。AlON
内のN濃度はCVD気相化学反応時の反応ガス中
のCO2ガスとN2ガスとの比率により決まるので、
N2/CO2比とN濃度との関係をESCAで測定して
おけば任意のN濃度のAlON薄層が得られる。ま
た、N濃度の勾配はAlON被覆したチツプの断面
をEPMAによるNの特性X線で被覆膜と垂直方
向に線分析することによりN濃度を確認した。
実施例 2 実施例1に用いた基体に実施例1と同じ方法で
時間のみを変化させて、厚みの異なる薄層を有す
る高速切削用チツプを製作した。実施例1と同じ
条件で切削した場合の欠損に至る寿命と薄層の厚
さの関係は第2図のようになつた。
第2図より薄層の厚みは0.5〜5μの範囲が好ま
しいことが判つた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明高速切削用チツプの一部断面
図、第2図は実施例2における薄層厚みと切削時
間との関係を示すグラフである。 1…基体、2…薄層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Al2O3と、Y2O3及び/又はDy2O3とを含んだ
    Si3N4を主成分とする基体上に、AlONとAl2O3
    とからなる薄層を被覆してなるとともに、この薄
    層が基体側でAlONに基づくNの濃度が25〜1重
    量%であり、外表面付近で0重量%である濃度勾
    配に構成されていることを特徴とする高速切削用
    チツプ。 2 基体中、Al2O3が5〜15重量%、Y2O3及び/
    又はDy2O3が5〜15重量%、残部がSi3N4である
    特許請求の範囲第1項記載の高速切削用チツプ。 3 薄層の厚みが、0.5〜5μである特許請求の範
    囲第1項又は第2項記載の高速切削用チツプ。 4 Al2O35〜15重量%、Y2O3及び/又はDy2O35
    〜15重量%、残部がSi3N4である配合物を混合
    し、冷間成形後焼結し、得られた焼結体上に気相
    蒸着法によりAlONとAl2O3とからなる薄層を被
    覆する高速切削用チツプの製法であつて、気相蒸
    着法によりAlONとAl2O3とからなる薄層を被覆
    するに際して気相中のN2ガス成分を次第に減少
    させることによりAlONとAl2O3とからなる薄層
    中のAlONに基づくNの濃度を焼結体側より外部
    に向かつて減少させることを特徴とする高速切削
    用チツプの製法。 5 薄層の厚みが、0.5〜5μである特許請求の範
    囲第4項記載の高速切削用チツプの製法。
JP57056897A 1982-04-05 1982-04-05 高速切削用チツプとその製法 Granted JPS58172278A (ja)

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