JPS63303029A - 高靭性立方晶窒化硼素基焼結体 - 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〉 本発明は主に難削材の切削に用いられている立方晶窒化
硼素基焼結体の改良に関するもので、さらに詳細には該
焼結体の耐欠損性を向上させるように改良したものであ
る。

〈従来技術〉 従来、主に難削材の切削加工用工具として立方晶窒化硼
素にチタンの炭化物や窒化物などのセラミックスまたは
コバルトなどの金属を結合材として添加し超高圧処理し
た立方晶窒化硼素基焼結体が広く用いられている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし七う之ツクスを結合材とした場合の焼結体は高融
点・高硬度でこれを切削工具として用いた場合、耐熱性
・耐摩耗性に優れるが耐欠損性に劣る。また金属を結合
材とした場合にも焼結過程で立方晶窒化硼素と反応して
脆弱な窒化物や硼化物を形成し切削工具として用いた場
合にはやはり十分な耐欠損性が得られず切削工具として
用いる場合に最低条件として要求される「破損しないで
まず使える」という信頼性の面で現在の立方晶窒化硼素
基焼結体は、いずれもこの要求を満たしているものとは
いえないのが現状である。

く問題を解決するための手段〉 本発明の第１の要旨は繊維状炭化硅素と酸化ジルコニウ
ムの１種または２種を５〜４０容量％と、周期律表第４
ａ、５ａ、６ａ族遷移金属の炭化物・窒化物・硼化物お
よび酸化アルミニウムの１種または２種以上を１０〜４
０容量％ト、鉄φコパル）−ニッケル拳アルミニウム・
シリコンの１種または２種以上を２〜１５容量％で残部
が立方晶窒化硼素であるものである。

本発明の第２の要旨は繊維状炭化硅素が長さ１０〜２０
０μ燭、太さ０．０５〜５μ調のウィスカーを主体とし
たものからなるものである。

本発明の第３の要旨は酸化ジルコニウムに対して１．０
〜４．０５％モル比のＹ２Ｏ３を含有し結晶型が正方晶
を主体としたものからなるものである。

〈発明の作用〉 本発明は前記の目的を達成させるために種々検討した結
果、炭化硅素繊維を焼結体中に分散・含有させるか、酸
化ジルコニウムを分散・含有させるか、またはこの両者
を分散・含有させることにより材料に生じたクラックの
伸展を抑え耐欠損性を改良できたものである。

さらに炭化硅素繊維としては長さ１０〜２００μ解、太
さが０．０５〜５μ解のウィスカーを主体としたものを
用いると高弾性、高強度のためクラックの伝播阻止効果
が大きい。

なお、長さが１０μｍより短かくなるとクラックの伝播
阻止効果が十分でなく２００μｍより長くなると焼結に
よる緻密化が困難となる。

また炭化硅素繊維の太さが０．０５μ−より細くなると
焼結中の他成分との反応性が高（なり繊維形状が維持で
きなくなり、５μ綱より太（なると焼結による緻密化が
困難となる。

次に酸化ジルコニウムに対しては１．０〜４゜０９６モ
ル比のＹ！０３を含有し結晶型を正方晶が主体であるも
のとすることによりクラック先端の応力集中領域で結晶
が正方晶から単斜晶へ変態し、その結果変態領域に体積
膨張と複雑な双晶ひずみが生じてそれらがクラックの伝
播エネルギーを吸収してクラックの伸展を防止する効果
が大きい。

この繊維状炭化硅素と酸化ジルコニウムの１種または２
種の添加量は５〜４０容量でとするのがよい。添加量が
に）容量％を下調ると靭性の向上効果が十分でな（、こ
れが４０容量％を越えると耐摩耗性が低下する。

また耐熱性・耐摩耗性を低下させないために高融点、高
硬度のセラミックスとして周期律表第４ａ、５ａ、６ａ
族遷移金属の炭化物・窒化物・硼化物及び酸化アルミニ
ウムの１種または２種以上を１０〜４０容量％添加する
必要がある。この量がｌＯ容量％未満では耐熱性・耐摩
耗性の点で不十分であり、４０容量％を越えて添加する
と耐欠損性が大きく低下する。

さらに焼結を容易にするためには、鉄・コバルト・ニッ
ケル脅アルミニウムφシリコンの１種または２種以上を
２〜１５容量％の範囲で添加する必要がある。この量が
２９６未満では焼結が不十分であり１５％を越えると耐
熱性・耐摩耗性が低下する。

く実　施　例〉 本発明の焼結体を製造するには所定の配合粉末をボール
ミルにて混合したのち、この混合粉末を台座としての超
硬合金製円板もしくは同混合粉末と共に金属製円筒容器
内に充填し、これを超高圧発生装置にて３〜６ＧＰａ、
１２７３〜１８７３にの条件下で数分から１Ｏ数分間焼
結することによって製造することができる。

実施例−１ 表１に示す組成の所定量の炭化硅素ウィスカーを水また
はアルコール等の溶媒中に投入し機械的かく拌や超音波
か（拌等により十分に分散させる。つぎにこれに粒度０
゜２〜４μ鋼の残りの各粉末を所定量添加しボールミル
にて十分に混合したものを原料粉末とした。なお、比較
例として炭化硅素ウィスカーを添加しない原料粉末もあ
わせて作製した上記粉末を超硬合金製円板と共にチタン
製円筒容器に充填して焼結を行ない各試料を得た。これ
らの各試料の焼結体のビッカース硬さ、破壊靭性値（圧
痕破壊法）及び切削テストの結果を表２に示す。

表２ 切削テストは上記焼結体を５ＮＧＮ１２０４０８の超硬
スローアウェイインサートのコーナーにロー付けし、こ
のインサートを用いて旋削による断続テストで行なった
。

被削材は５ＫＤＩ　ｌ　（ＨＲＣ５０）で直径１５０　
ｍ、、、長さ３５０　、、、　　のちのに長さ方向に巾
ＩＱ−＝ｍ　の溝を外周に４ケ所設けたものを用いた。

切削速度は１００−／ｗａ１ｍ、切込み深さはｌ　ｍｗ
ａで送り速度は０゜Ｑ５鯛−／ｒａｍから始め毎送り速
度ごとに１００回衝撃を加えて欠損しなければさらに０
．０３　、、、／ｒ、−ずつ速度を上げて欠損に到るま
での総衝撃回数を求めた。

テストは各試料につき１０回行ないその平均値で評価し
た。その結果本発明による試料（Ａｌ〜７）は比較試料
（ム１０１〜１０３）に比べて破壊靭性値及び切削テス
トにおける衝撃回数においても著しく向上した。

実施例−２ 表３に示す組成で粒度０．２〜４μｍの各原料粉末をボ
ールミルにて十分混合したものを超硬合金製円板と共に
チタン製円筒容器に充填して焼結を行ない各試料を得た
。

実施例１と同様に焼結体のビッカース硬さ、破壊靭性値
、切削テストの結果を表４に示す。

表４ 本発明による試料（＆８〜１４）は比較試料（ム１０１
〜１０３）に比べて破壊靭性値及び切削テストにおける
衝撃回数においても著しく向上した。

実施例−３ 表５に示す組成の所定量の炭化硅素ウィスカーを水また
はアルコール等の溶媒中に投入し機械的か（拌や超音波
か（拌等により十分に分散させ、これに粒度０．２〜４
μ肩表６ の残りの各粉末を所定量添加しボールミルにて十分に混
合したものを原料粉末とした上記粉末と台座となる超硬
合金粉末を積層にしてジルコニウム製円筒容、器に充填
して焼結を行ない各試料を得たこれらの各試料の焼結条
件、焼結体のビッカース硬さ、破壊靭性値も同表ならび
に表６に示す。

また上記焼結体を５ＮＧＮ１２０４１２の超硬スローア
ウェイチップコーナーにロー付けし、このチップを用い
てフライスによる切削テストを行なった。被削材は５Ｋ
Ｄ６１　（ＨＲＣ５０）で切削中８０＃Ｉ鯛、長さ２０
０１１１１１１のものを用いた。切削速度は１００渭／
　ｒｓ　ｉ鱒、切込み深さはＱ、５　ｎｓｍ。

送り速度は０．２　ｍｓ一定で各試料につきｌＯパスず
つ切削したがいずれも欠け、チッピングがなく正常な摩
耗を示した。比較に用いたＡｌ０Ｉ〜１０３については
各々１．３．７パス目で欠損した。

〈発明の効果〉 先述の実施例１．２．３にそれぞれ示したように、本発
明試料Ａｌ〜７、Ａ８〜１４及びム１５〜１８は、比較
試料４１０１〜１０３に比べていずれも破壊靭性値が向
上し、その結果、欠損に至るまでの衝撃回数が増大して
耐犀耗性が著しく改善された。

したがって、本発明品は以上説明したように立方晶窒化
硼素基焼結体の靭性を強化することにより工具材料とし
ての信頼性を大きく改善したものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維状炭化硅素と酸化ジルコニウムの１種または
   ２種を５〜４０容量％と、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ
   族遷移金属の炭化物・窒化物・硼化物および酸化アルミ
   ニウムの１種または２種以上を１０〜４０容量％と、鉄
   ・コバルト・ニッケル・アルミニウム・シリコンの１種
   または２種以上を２〜１５容量％で残部が立方晶窒化硼
   素であることを特徴とする高靭性立方晶窒化硼素基焼結
   体。
2. （２）繊維状炭化硅素が長さ１０〜２００μｍ、太さ０
   ．０５〜５μｍのウィスカーを主体としたものからなる
   特許請求の範囲１項記載の焼結体。
3. （３）酸化ジルコニウムに対して１．０〜４．０％モル
   比のＹ＿２Ｏ＿３を含有し結晶型が正方晶を主体とした
   ものからなる特許請求の範囲１項記載の焼結体。