JPS63162574A - 切削工具用窒化ケイ素焼結体の製造方法 - Google Patents
切削工具用窒化ケイ素焼結体の製造方法Info
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- JPS63162574A JPS63162574A JP61310424A JP31042486A JPS63162574A JP S63162574 A JPS63162574 A JP S63162574A JP 61310424 A JP61310424 A JP 61310424A JP 31042486 A JP31042486 A JP 31042486A JP S63162574 A JPS63162574 A JP S63162574A
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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。
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、切削工具材料として好適な高強度で高靭性の
窒化ケイ素焼結体を製造する方法に関する。
窒化ケイ素焼結体を製造する方法に関する。
従来、鋼及び鋳鉄の高速切削用工具材料としては、超硬
合金にセラミックを被覆した複合材料やアルミナ焼結体
が用いられてさた。
合金にセラミックを被覆した複合材料やアルミナ焼結体
が用いられてさた。
しかし、超硬合金とセラミックの複合材料からなる工具
は耐熱亀裂性の点で難があるため実用切削速度が高々３
００ ｍ７分以下に限定されてしまうという問題点があ
った。一方、アルミナ焼結体からなる工具は高速切削時
の耐熱酸化性及び鉄との化学反応性が低い点で上記複合
材料工具より優れているが、靭性及び耐熱衝撃性に難が
あり、鋳鉄のように切削時に切屑が断続型となる被切削
材においては連続切削（旋削）及び断続切削（フライス
）中に切刃の欠損を生じゃすい等の問題があった０ 上記の事情から、従来の複合材料やアルミナ焼結体から
なる切削工具で鋳鉄材料を高速で安定して切削Ｔること
は困難であった。
は耐熱亀裂性の点で難があるため実用切削速度が高々３
００ ｍ７分以下に限定されてしまうという問題点があ
った。一方、アルミナ焼結体からなる工具は高速切削時
の耐熱酸化性及び鉄との化学反応性が低い点で上記複合
材料工具より優れているが、靭性及び耐熱衝撃性に難が
あり、鋳鉄のように切削時に切屑が断続型となる被切削
材においては連続切削（旋削）及び断続切削（フライス
）中に切刃の欠損を生じゃすい等の問題があった０ 上記の事情から、従来の複合材料やアルミナ焼結体から
なる切削工具で鋳鉄材料を高速で安定して切削Ｔること
は困難であった。
本発明は上記の事情に鑑み、鋳鉄材料の高速旋削又は断
続切削等の激しい熱衝撃を伴なう切削条件においても欠
損することなく安定した切削が可能で、優れた耐摩耗性
を有し、高強度で高靭性の切削工具用窒化ケイ素焼結体
を製造する方法を提供することを目的とする。
続切削等の激しい熱衝撃を伴なう切削条件においても欠
損することなく安定した切削が可能で、優れた耐摩耗性
を有し、高強度で高靭性の切削工具用窒化ケイ素焼結体
を製造する方法を提供することを目的とする。
本発明の切削工具用窒化ケイ素焼結体の製造方法は、３
〜１０重量％の部分安定化酸化ジルコニウム粉末と、１
〜５重量％の酸化アルミニウム粉末と、１〜１０重量％
の酸化イツトリウム粉末と、残部の少なくとも４０％の
β型結晶を含有する窒化ケイ素粉末とを混合し、この混
合粉末を非酸化性ガス雰囲気中において１６００〜１９
００ Ｃで焼結することを特徴とする。
〜１０重量％の部分安定化酸化ジルコニウム粉末と、１
〜５重量％の酸化アルミニウム粉末と、１〜１０重量％
の酸化イツトリウム粉末と、残部の少なくとも４０％の
β型結晶を含有する窒化ケイ素粉末とを混合し、この混
合粉末を非酸化性ガス雰囲気中において１６００〜１９
００ Ｃで焼結することを特徴とする。
使用する窒化ケイ素粉末は、一般に市販されているα型
結晶の粉末を１〜１０気圧の窒素ガス雰囲気中において
１７００〜１９００ ℃の温度で熱処理して少なくとも
一部をβ型結晶とすることにより、β型結晶を４０％以
上含有させた粉末であり、全てβ型結晶であっても良い
。
結晶の粉末を１〜１０気圧の窒素ガス雰囲気中において
１７００〜１９００ ℃の温度で熱処理して少なくとも
一部をβ型結晶とすることにより、β型結晶を４０％以
上含有させた粉末であり、全てβ型結晶であっても良い
。
部分安定化酸化ジルコニウムは部分的に安定な立方晶と
なったＺｒＯであり、従来から知られているように適当
量のイツトリウム、カルシウム、マグネシウム等の酸化
物と一緒に高温に熱することにより製造でき、中でもＹ
Ｏで部分安定化させたＺｒＯが好ましい。
なったＺｒＯであり、従来から知られているように適当
量のイツトリウム、カルシウム、マグネシウム等の酸化
物と一緒に高温に熱することにより製造でき、中でもＹ
Ｏで部分安定化させたＺｒＯが好ましい。
本発明方法によれば、原料の窒化ケイ素粉末として通常
のα型結晶のみでなく少なくとも４０％がβ型結晶のＳ
ｉ Ｎ 粉末を用いるので、焼結の際に著しいα型結晶
からβ型結晶への相変態や結晶粒成長が少なくなる。そ
の為、得られる窒化ケイ素焼結体は高密度且つ高強度で
あると同時に、特に高硬度であって耐摩耗性が改善され
る。か＼る効果を得るためには、少なくとも４０％がβ
型結晶であるＳｉ３Ｎ４粉末を用いる必要があり、β型
結晶が４０％未満では焼結体の密度及び硬度が低下し、
耐摩耗性が劣化する。尚、均一微細な粒状組織の焼結体
を得るために、原料のｓｌＮ 粉末は微細で粒径分布の
小さいものが好ましく、平均粒径で０．５μｍ以下及び
粒度分布幅で２．０μｍ以下の範を向上させ、得られる
焼結体の靭性を向上させるためである。即ち、本方法で
はＺｒＯを部分安定化させるために固溶させたＹＯ又は
ＭｇＯ等が焼結時に焼結性向上に寄与するのに対し、非
安定化ＺｒＯを用いた場合には他に焼結助剤としてＹＯ
等を添加するもこの効果が十分に期待できない。
のα型結晶のみでなく少なくとも４０％がβ型結晶のＳ
ｉ Ｎ 粉末を用いるので、焼結の際に著しいα型結晶
からβ型結晶への相変態や結晶粒成長が少なくなる。そ
の為、得られる窒化ケイ素焼結体は高密度且つ高強度で
あると同時に、特に高硬度であって耐摩耗性が改善され
る。か＼る効果を得るためには、少なくとも４０％がβ
型結晶であるＳｉ３Ｎ４粉末を用いる必要があり、β型
結晶が４０％未満では焼結体の密度及び硬度が低下し、
耐摩耗性が劣化する。尚、均一微細な粒状組織の焼結体
を得るために、原料のｓｌＮ 粉末は微細で粒径分布の
小さいものが好ましく、平均粒径で０．５μｍ以下及び
粒度分布幅で２．０μｍ以下の範を向上させ、得られる
焼結体の靭性を向上させるためである。即ち、本方法で
はＺｒＯを部分安定化させるために固溶させたＹＯ又は
ＭｇＯ等が焼結時に焼結性向上に寄与するのに対し、非
安定化ＺｒＯを用いた場合には他に焼結助剤としてＹＯ
等を添加するもこの効果が十分に期待できない。
又、本方法では焼結体中に立方晶と正方晶のＺｒＯ７が
混在することになり、焼結体の高靭性化に寄与する。
混在することになり、焼結体の高靭性化に寄与する。
部分安定化ＺｒＯの含有量は３〜１０重量％であす、３
重量％未満では窒化ケイ素焼結体の高靭性化の効果が少
なく、１０重量％を超えると窒化ケイ素焼結体の強度及
び硬度が著しく低下する。尚・窒化ケイ素焼結体の高靭
性化は、焼結過程において窒素又はアルゴン若しくはそ
の混合ガス雰囲気中において１０〜２０００気圧の熱間
静水圧プレス（Ｈ工Ｐ）を行なうことにより一層顕著に
なる。
重量％未満では窒化ケイ素焼結体の高靭性化の効果が少
なく、１０重量％を超えると窒化ケイ素焼結体の強度及
び硬度が著しく低下する。尚・窒化ケイ素焼結体の高靭
性化は、焼結過程において窒素又はアルゴン若しくはそ
の混合ガス雰囲気中において１０〜２０００気圧の熱間
静水圧プレス（Ｈ工Ｐ）を行なうことにより一層顕著に
なる。
又、酸化アルミニウム及び酸化イツトリウムの添加は単
独では焼結困難な窒化ケイ素粉末の焼結性の改善と緻密
化及び高強度化のために必要であり、ＡＩＯ又はＹＯが
各々１重Ｍ％未満では焼結体の緻密化が不充分であり、
ＡｌＯが５重量％又はＹＯが１０重量％を超えると焼結
体の強度及び硬度が特に高温で著しく低下する。
独では焼結困難な窒化ケイ素粉末の焼結性の改善と緻密
化及び高強度化のために必要であり、ＡＩＯ又はＹＯが
各々１重Ｍ％未満では焼結体の緻密化が不充分であり、
ＡｌＯが５重量％又はＹＯが１０重量％を超えると焼結
体の強度及び硬度が特に高温で著しく低下する。
尚、本発明方法においては、上記の如く焼結助剤として
ＡＩＯを１〜５重量％及びＹＯを１〜１０重量％添加す
ることにより、ホットプレス等の加圧焼結は勿論、切削
工具のように多品種大量生産品にとってコスト的に有利
な常圧焼結でも十分に高密度で高強度な焼結体が得られ
る。
ＡＩＯを１〜５重量％及びＹＯを１〜１０重量％添加す
ることにより、ホットプレス等の加圧焼結は勿論、切削
工具のように多品種大量生産品にとってコスト的に有利
な常圧焼結でも十分に高密度で高強度な焼結体が得られ
る。
以上説明したように、本発明方法によって得られる切削
工具用窒化ケイ素焼結体は、Ｓｉ Ｎ の大部分が緻
密なβ型用となっており且つこのβ型５１３Ｎ４基質中
に部分安定化させたＺｒＯ２が分散しているので、高密
度且つ高強度であると同時に、特に高硬度であって耐摩
耗性に優れ、しかも極めて高靭性である。
工具用窒化ケイ素焼結体は、Ｓｉ Ｎ の大部分が緻
密なβ型用となっており且つこのβ型５１３Ｎ４基質中
に部分安定化させたＺｒＯ２が分散しているので、高密
度且つ高強度であると同時に、特に高硬度であって耐摩
耗性に優れ、しかも極めて高靭性である。
従って、この窒化ケイ素焼結体を切削工具として用いれ
ば、急激な熱サイクルを伴なうフライス加工や湿式切削
加工等の際にも切刃の欠損やチッピングがないなど、従
来のアルミナ焼結体工具に比較して遥かに長寿命の切削
工具が得られる。
ば、急激な熱サイクルを伴なうフライス加工や湿式切削
加工等の際にも切刃の欠損やチッピングがないなど、従
来のアルミナ焼結体工具に比較して遥かに長寿命の切削
工具が得られる。
実施例１
市販のα−Ｓｉ Ｎ 粉末を９気圧のＮ ガス雰囲気
下において１８００ Ｃで３時間の熱処理を行なった。
下において１８００ Ｃで３時間の熱処理を行なった。
得られたＳｉ Ｎ 粉末はＸ線回折により６０％のβ
−Ｓｉ Ｎ を含有することが判った。
−Ｓｉ Ｎ を含有することが判った。
この５１）１ 粉末に、３ｍｏｔ％ＹＯで部分安定化さ
せたＺｒＯ粉末、Ａ４０ 粉末及びＹＯ粉末を下記第１
表に示す割合で配合し、ボールミルで粉砕混合したのち
プレス成形した。この成形体をＮ ガス雰囲気中におい
て１７５０ Ｃの温度で２時間常圧焼結し、更に１ｑ
ガス雰囲気中において１ｓｏｏｃ。
せたＺｒＯ粉末、Ａ４０ 粉末及びＹＯ粉末を下記第１
表に示す割合で配合し、ボールミルで粉砕混合したのち
プレス成形した。この成形体をＮ ガス雰囲気中におい
て１７５０ Ｃの温度で２時間常圧焼結し、更に１ｑ
ガス雰囲気中において１ｓｏｏｃ。
１０００気圧でＨ工Ｐ処理した。
得られた焼結体を研削加工によって１２．７ Ｘ １２
．７Ｘ４．７６１算のＪ工Ｓ ＳＮＧ ４３３のスロー
アウェイチップとした。このチップを用いて次の条件に
より切削テストを行なった結果を第１表に要約した。
．７Ｘ４．７６１算のＪ工Ｓ ＳＮＧ ４３３のスロー
アウェイチップとした。このチップを用いて次の条件に
より切削テストを行なった結果を第１表に要約した。
’７−り：ＦＣ２５幅１５０１１１１Ｘ長さ３００１１
１１カツター ： ＤＮＦ ４０８０ Ｒ（住方電工
製）１枚方切削機 械 ：竪形フライス盤 切削条件：切削速度４００ ｍ／ｍ、ｉｎ切込み ３朋 送 リ ０．３ｆｉｆｆｉ／刃 刃先処理０．２０間Ｘ−２５’ 寿命判定：切刃逃げ面摩耗幅Ｑ、３ｍｍ２※ ７９
□５ ３ ３ □３※ ９４ ５ ０．
５ ０．５ ３分欠損※ ５’７７５１５３ ６ （注）、亮２〜７は比較例である。
１１カツター ： ＤＮＦ ４０８０ Ｒ（住方電工
製）１枚方切削機 械 ：竪形フライス盤 切削条件：切削速度４００ ｍ／ｍ、ｉｎ切込み ３朋 送 リ ０．３ｆｉｆｆｉ／刃 刃先処理０．２０間Ｘ−２５’ 寿命判定：切刃逃げ面摩耗幅Ｑ、３ｍｍ２※ ７９
□５ ３ ３ □３※ ９４ ５ ０．
５ ０．５ ３分欠損※ ５’７７５１５３ ６ （注）、亮２〜７は比較例である。
実施例２
市販のα−３ｉ Ｎ 粉末を５気圧のＮ ガス雰囲気
下において１６５０〜１８００ Ｃで０．５〜３時間の
熱処理を行なった。得られたＳｉ Ｎ 粉末のＸ線回
折によりβ型結晶の含有率（β／α比）を測定して第２
表に示した。このβ型結晶含有率の異なる各Ｓｉ Ｎ
粉末８６重量％に、３ ｍｏ１％ＹＯで部分室定化さ
せたＺｒＱ 粉末８重量％、Ａ４０ 粉末３重１％及
びＹＯ粉末３重量％を夫々配合し、実施例１と同様の焼
結を行なった。
下において１６５０〜１８００ Ｃで０．５〜３時間の
熱処理を行なった。得られたＳｉ Ｎ 粉末のＸ線回
折によりβ型結晶の含有率（β／α比）を測定して第２
表に示した。このβ型結晶含有率の異なる各Ｓｉ Ｎ
粉末８６重量％に、３ ｍｏ１％ＹＯで部分室定化さ
せたＺｒＱ 粉末８重量％、Ａ４０ 粉末３重１％及
びＹＯ粉末３重量％を夫々配合し、実施例１と同様の焼
結を行なった。
得られた各焼結体からＪ工Ｓ ５ＮＧ４３３のスローア
ウェイチップを作成し、下記条件により切削テストを行
なった結果を第２表に要約した。
ウェイチップを作成し、下記条件により切削テストを行
なった結果を第２表に要約した。
ワーク ：ＦＣ２５直径２００朋×長さ３００羽機 械
二ＮＣ型旋盤 切削条件：切削速度 ６００ ｍ ／ ｍｉｎｉｎ切込
２朋 送 リ ０．３６ ｆｌ！％／ｒｅ
ｖ。
二ＮＣ型旋盤 切削条件：切削速度 ６００ ｍ ／ ｍｉｎｉｎ切込
２朋 送 リ ０．３６ ｆｌ！％／ｒｅ
ｖ。
寿命判定：Ｖ＝０．３羽
第 ２ 表
１１’ １０／９０ ８（注）Ａ１１は
比較例である。
比較例である。
実施例３
実施例２と同様にして得られたβ型結晶含有率の異なる
各Ｓｉ Ｎ 粉末に、３ ｍｏｂ％のＹＯで部分安定化
させたＺｒＯ粉末、Ａ／ Ｏ粉末及びＹＯ粉末を夫々第
３表（扁８〜１１は実施例２と同一〕に示す割合で配合
し、１５０ ＭＰａでＣ工Ｐ成形し、実施例１と同様の
焼結を行なった。
各Ｓｉ Ｎ 粉末に、３ ｍｏｂ％のＹＯで部分安定化
させたＺｒＯ粉末、Ａ／ Ｏ粉末及びＹＯ粉末を夫々第
３表（扁８〜１１は実施例２と同一〕に示す割合で配合
し、１５０ ＭＰａでＣ工Ｐ成形し、実施例１と同様の
焼結を行なった。
第 ３ 表 （重量％）
※
※
※
１３ ９１（７０／３０） ８ ０．５
０．５※ ※ （注）＆１１〜１５は比較例である。
０．５※ ※ （注）＆１１〜１５は比較例である。
得られた各焼結体から試験片を切り出して、特性評価試
験を行なった。その結果を相対密度（％）、室温硬度（
Ｈｖ）及び１２００ Ｃでの高温硬度（Ｈｖ）について
第４表に要約した。
験を行なった。その結果を相対密度（％）、室温硬度（
Ｈｖ）及び１２００ Ｃでの高温硬度（Ｈｖ）について
第４表に要約した。
第 ４ 表
１１※ ９８ １６２０ ８７０１２
’ ９５ １５９０ ８７０１？９
３ １５３０ ８２０１Ｘ’ ９７
１６２０ ７６０１５’ ９８
１６３０ ７８０（注）Ａｌｌ〜１
５は比較例である。
’ ９５ １５９０ ８７０１？９
３ １５３０ ８２０１Ｘ’ ９７
１６２０ ７６０１５’ ９８
１６３０ ７８０（注）Ａｌｌ〜１
５は比較例である。
本発明によれば、窒化ケイ素焼結体が本来有する高強度
及び熱的安定性に加えて、極めて高硬度且つ高靭性であ
り、耐摩耗性及び耐欠損性に擾れ、急激な熱サイクルを
伴なう切削条件においても従来のアルミナ基質セラミッ
ク工具に比べて著しく長寿命である切削工具用窒化ケイ
素焼結体を提供することができる。
及び熱的安定性に加えて、極めて高硬度且つ高靭性であ
り、耐摩耗性及び耐欠損性に擾れ、急激な熱サイクルを
伴なう切削条件においても従来のアルミナ基質セラミッ
ク工具に比べて著しく長寿命である切削工具用窒化ケイ
素焼結体を提供することができる。
Claims (2)
- （１）３〜１０重量％の部分安定化酸化ジルコニウム粉
末と、１〜５重量％の酸化アルミニウム粉末と、１〜１
０重量％の酸化イットリウム粉末と、残部の少なくとも
４０％のβ型結晶を含有する窒化ケイ素粉末とを混合し
、この混合粉末を非酸化性ガス雰囲気中において１６０
０〜１９００℃で焼結することを特徴とする切削工具用
窒化ケイ素焼結体の製造方法。 - （２）焼結過程において、窒素又はアルゴン若しくはそ
の混合ガス雰囲気中で１０〜２０００気圧の熱間静水圧
プレスを行なうことを特徴とする、特許請求の範囲（１
）項に記載の切削工具用窒化ケイ素焼結体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61310424A JPH0764640B2 (ja) | 1986-12-24 | 1986-12-24 | 切削工具用窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
| DE8787114235T DE3769261D1 (de) | 1986-09-30 | 1987-09-29 | Siliziumnitridsintermaterial fuer schneidwerkzeuge und verfahren zu seiner herstellung. |
| EP87114235A EP0262654B2 (en) | 1986-09-30 | 1987-09-29 | Silicon nitride sintered material for cutting tools and process for making the same |
| US07/102,922 US4769350A (en) | 1986-09-30 | 1987-09-30 | Silicon nitride sintered material for cutting tools and process for making the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61310424A JPH0764640B2 (ja) | 1986-12-24 | 1986-12-24 | 切削工具用窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63162574A true JPS63162574A (ja) | 1988-07-06 |
| JPH0764640B2 JPH0764640B2 (ja) | 1995-07-12 |
Family
ID=18005089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61310424A Expired - Fee Related JPH0764640B2 (ja) | 1986-09-30 | 1986-12-24 | 切削工具用窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0764640B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02184573A (ja) * | 1989-01-10 | 1990-07-19 | Hitachi Metals Ltd | 熱間加工用工具 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58151371A (ja) * | 1982-02-25 | 1983-09-08 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素焼結体の製造法 |
| JPS5926975A (ja) * | 1982-07-31 | 1984-02-13 | 工業技術院長 | Ｓｉ↓３Ｎ↓４焼結体およびその製造方法 |
| JPS6077174A (ja) * | 1983-10-01 | 1985-05-01 | 株式会社クボタ | 窒化けい素焼結体の製造法 |
-
1986
- 1986-12-24 JP JP61310424A patent/JPH0764640B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58151371A (ja) * | 1982-02-25 | 1983-09-08 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素焼結体の製造法 |
| JPS5926975A (ja) * | 1982-07-31 | 1984-02-13 | 工業技術院長 | Ｓｉ↓３Ｎ↓４焼結体およびその製造方法 |
| JPS6077174A (ja) * | 1983-10-01 | 1985-05-01 | 株式会社クボタ | 窒化けい素焼結体の製造法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02184573A (ja) * | 1989-01-10 | 1990-07-19 | Hitachi Metals Ltd | 熱間加工用工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0764640B2 (ja) | 1995-07-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |