JPS6389460A - 切削工具用窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 - Google Patents
切削工具用窒化ケイ素焼結体及びその製造方法Info
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- JPS6389460A JPS6389460A JP61232686A JP23268686A JPS6389460A JP S6389460 A JPS6389460 A JP S6389460A JP 61232686 A JP61232686 A JP 61232686A JP 23268686 A JP23268686 A JP 23268686A JP S6389460 A JPS6389460 A JP S6389460A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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
窒化ケイ素焼結体及びその製造方法に関する。
窒化ケイ素焼結体及びその製造方法に関する。
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
が用いられてきた。しかし、超硬合金とセラミックスの
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３００ｍ／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シ優れているが、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か
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やすい等の
問題があった。
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
が用いられてきた。しかし、超硬合金とセラミックスの
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３００ｍ／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シ優れているが、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か
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やすい等の
問題があった。
上記の事情から、従来の複合材料やアルミナ焼給体から
なる切削工具で鋳鉄材料を高速で安定して切削すること
は困難であった。
なる切削工具で鋳鉄材料を高速で安定して切削すること
は困難であった。
本発明は、上記の事情に鑑み、鋳鉄材料の湿式切削又は
断続切削等の激しい熱衝撃を伴う切削条件においても、
高速で安定して切削することのできる高強度で高靭性の
切削工具用材料を提供することを目的とする。
断続切削等の激しい熱衝撃を伴う切削条件においても、
高速で安定して切削することのできる高強度で高靭性の
切削工具用材料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は、部分安定化酸
化ジルコニウム３〜ｌＯ重量％と、酸化アルミニウム１
〜５重量％と、酸化イツトリウム１〜１０重量％と、及
び残部の窒化ケイ素とからなっている。
化ジルコニウム３〜ｌＯ重量％と、酸化アルミニウム１
〜５重量％と、酸化イツトリウム１〜１０重量％と、及
び残部の窒化ケイ素とからなっている。
この切削工具用窒化ケイ素焼結体は、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ト、１〜１０重量％の酸化イツトリ
ウム粉末と、残部の窒化ケイ素粉末とを混合し、混合粉
末を非酸化性ガス雰囲気中において１６００〜１９００
ｃで焼結する方法より製造することができＪり。
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ト、１〜１０重量％の酸化イツトリ
ウム粉末と、残部の窒化ケイ素粉末とを混合し、混合粉
末を非酸化性ガス雰囲気中において１６００〜１９００
ｃで焼結する方法より製造することができＪり。
部分安定化酸化ジルコニウムは、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
ム等の酸化物と高温に熱することにより製造でき部分的
に立方晶となったＺｒＯ２であシ、なかでもＹ２Ｏ３で
部分安定化させたＺｒＯ２が好ましい。
ように適当量のイツトリウム、カルシウム、マグネシウ
ム等の酸化物と高温に熱することにより製造でき部分的
に立方晶となったＺｒＯ２であシ、なかでもＹ２Ｏ３で
部分安定化させたＺｒＯ２が好ましい。
本発明の切削工具用窒化ケイ素焼結体はＳｉ３Ｎ４の大
部分がβ相となっておシ、且つこのＳｉ３Ｎ４基質中に
部分安定化させたＺｒ Ｏ２が分散しているので、窒化
ケイ素焼結体が本来有する高硬度及び熱的安定性に加え
て極めて高靭性であり、高い熱伝導率と小さな熱膨張係
数を有する。従って、これを切削工具として用いれば、
急激な熱サイクルを伴うフライス加工や湿式切削加工の
際に切刃の欠損、チッピングがない等、従来のアルミナ
焼結体工具に比較してはるかに長寿命の切削工具が得ら
れる。
部分がβ相となっておシ、且つこのＳｉ３Ｎ４基質中に
部分安定化させたＺｒ Ｏ２が分散しているので、窒化
ケイ素焼結体が本来有する高硬度及び熱的安定性に加え
て極めて高靭性であり、高い熱伝導率と小さな熱膨張係
数を有する。従って、これを切削工具として用いれば、
急激な熱サイクルを伴うフライス加工や湿式切削加工の
際に切刃の欠損、チッピングがない等、従来のアルミナ
焼結体工具に比較してはるかに長寿命の切削工具が得ら
れる。
かかる高靭性化の効果は、焼結一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、１０〜２０
００気圧の熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）を行うことによ
り一層顕著になる。
アルゴン若しくはその混合ガス雰囲気中で、１０〜２０
００気圧の熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）を行うことによ
り一層顕著になる。
部分安定化酸化ジルコニウムを用いるのは焼結時の焼結
性を向上させ、焼結体の靭性を向上させるためである。
性を向上させ、焼結体の靭性を向上させるためである。
すなわちＺｒＯ２を部分安定化させるためにＺ ｒＯ２
に固溶させたＹ２Ｏ３あるいは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Ｚ ｒ Ｏ２を用
いた場合には他に助剤としてＹ２Ｏ３を添加するもこの
効果が十分に期待出来ない。一方本発明では、焼結後の
ＺｒＯ２として立方晶と正方晶量チであり、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、１
０重量％を越えると窒化ケイ素焼結体の強度が著しく低
下する。
に固溶させたＹ２Ｏ３あるいは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Ｚ ｒ Ｏ２を用
いた場合には他に助剤としてＹ２Ｏ３を添加するもこの
効果が十分に期待出来ない。一方本発明では、焼結後の
ＺｒＯ２として立方晶と正方晶量チであり、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、１
０重量％を越えると窒化ケイ素焼結体の強度が著しく低
下する。
また、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、酸化アルミニ
ウム又は酸化イツトリウムが各々１重量％未満では焼結
体の緻密化が不充分であり、酸化アルミニウムが５重量
％又は酸化イツトリウムが１０重量％を超える焼結体の
高温での強度が著しく低下する。
、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、酸化アルミニ
ウム又は酸化イツトリウムが各々１重量％未満では焼結
体の緻密化が不充分であり、酸化アルミニウムが５重量
％又は酸化イツトリウムが１０重量％を超える焼結体の
高温での強度が著しく低下する。
尚、本発明の窒化ケイ素焼結体は、上記のごとく焼結助
剤として酸化アルミニウムを１〜５重量％及び酸化イツ
トリウムを１〜１０重量％添加セすることによって、ホ
ットプレス等の加圧焼結はもちろん、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。
剤として酸化アルミニウムを１〜５重量％及び酸化イツ
トリウムを１〜１０重量％添加セすることによって、ホ
ットプレス等の加圧焼結はもちろん、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。
実施例１
市販のα−８ｉ３Ｎ４粉末、３ ｍｏｌ ％ Ｙ２Ｏ３
で部分安定化させたＺｒＯ２粉末、Ａｇ２Ｏ３粉末及び
Ｙ２ｏ３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、のちプレス成形した。この成形体を
窒素ガス雰囲気中において１７５０ｒの温度で２時間常
圧焼結し、更に窒素ガス雰囲気中において、１８００Ｃ
，１０００気圧でＨＩＰ処理した。
で部分安定化させたＺｒＯ２粉末、Ａｇ２Ｏ３粉末及び
Ｙ２ｏ３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、のちプレス成形した。この成形体を
窒素ガス雰囲気中において１７５０ｒの温度で２時間常
圧焼結し、更に窒素ガス雰囲気中において、１８００Ｃ
，１０００気圧でＨＩＰ処理した。
得られた焼結体を研削加工によって１２．７ Ｘ １２
．７Ｘ４．７６ｘｘのＪＩＳ ５ＮＧ４３３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
シ切削テストを行った結果を第１表に要約した。
．７Ｘ４．７６ｘｘのＪＩＳ ５ＮＧ４３３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
シ切削テストを行った結果を第１表に要約した。
ワ −ク：ＦＣ２５幅１５０電×長さ３００＊ＪＩ機
械：竪形フライス盤 カッター： ＤＮＦ４０８０Ｒ（住友電工製）１枚方切
削切削条件：切削速度 ４００ｍ／ｍｉｎ切込み ２
ｕ 送り ０．２ｕｍ／刃 刃先処理 ０．１５龍×−２５゜ 寿命判定：切刃逃げ面摩耗幅 Ｑ、：３＋ｉ第１表 ２＊７９１５３３ ９ ３＊９４ ５ ０．５ ０．５ ５分欠
損４＊８２５３１０ ５ ５＊７７ ５１５ ３ ７ ６＊市販Ａｎ！ ２０３基質焼結材料 ０．５分欠
損が市販超硬コーティング材料 ５（注）屋２
〜７は比較例である。
械：竪形フライス盤 カッター： ＤＮＦ４０８０Ｒ（住友電工製）１枚方切
削切削条件：切削速度 ４００ｍ／ｍｉｎ切込み ２
ｕ 送り ０．２ｕｍ／刃 刃先処理 ０．１５龍×−２５゜ 寿命判定：切刃逃げ面摩耗幅 Ｑ、：３＋ｉ第１表 ２＊７９１５３３ ９ ３＊９４ ５ ０．５ ０．５ ５分欠
損４＊８２５３１０ ５ ５＊７７ ５１５ ３ ７ ６＊市販Ａｎ！ ２０３基質焼結材料 ０．５分欠
損が市販超硬コーティング材料 ５（注）屋２
〜７は比較例である。
実施例２
市販の（１−Ｓ ｉ ３Ｎ４粉末、３ ｍｏ１％Ｙ２Ｏ
３で部分安定化させたＺｒＯ２粉末、Ａｐ２０３粉末及
びＹ２Ｏ３粉末を下記第２表に示す割合で配合し、ボー
ルミルで粉砕混合し、１５０ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形
し、実施例１と同様の条件で焼結した。
３で部分安定化させたＺｒＯ２粉末、Ａｐ２０３粉末及
びＹ２Ｏ３粉末を下記第２表に示す割合で配合し、ボー
ルミルで粉砕混合し、１５０ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形
し、実施例１と同様の条件で焼結した。
第２表
１０＊７２ Ｉｓ ３ １０（注）Ｉ６９
〜１１，１３及び１５は比較例である。
〜１１，１３及び１５は比較例である。
得られた各焼結体を研削加工により３Ｘ３Ｘ４０Ｕの、
ＬｒＳ Ｒ１６０１の抗折試験片とし、研磨した後に相
対密度（％）、硬度（Ｈｖ）、１２００Ｃ’での高温硬
度（Ｈｖ ）を測定した結果、並びに実施例１と同様の
切削テストによる寿命時間（分）を下記第３表に示した
。
ＬｒＳ Ｒ１６０１の抗折試験片とし、研磨した後に相
対密度（％）、硬度（Ｈｖ）、１２００Ｃ’での高温硬
度（Ｈｖ ）を測定した結果、並びに実施例１と同様の
切削テストによる寿命時間（分）を下記第３表に示した
。
第３表
洗 密度（％）硬度（Ｈｖ）高温硬度（Ｈｖ）寿命時間
（分）９＊９５ １５６０ １０００
、 ８１０＊９８ １６９０ ９２０
５１１＊９８ １７００ ８００
５１３＊９８ １７００ ７５０
３１５＊−１７００９５０３ （注）試料屋９〜１１．１３及び１５は比較例である。
（分）９＊９５ １５６０ １０００
、 ８１０＊９８ １６９０ ９２０
５１１＊９８ １７００ ８００
５１３＊９８ １７００ ７５０
３１５＊−１７００９５０３ （注）試料屋９〜１１．１３及び１５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硬度
及び熱的安定性に加えて極めて高靭性であり、耐摩耗性
及び耐欠損性に優れ、急激な熱サイクルを伴う切削条件
においても従来のアルミナ基質セラミック工具に比べ長
寿命である切削工具用窒化ケイ素焼結体材料を提供する
ことができる。
及び熱的安定性に加えて極めて高靭性であり、耐摩耗性
及び耐欠損性に優れ、急激な熱サイクルを伴う切削条件
においても従来のアルミナ基質セラミック工具に比べ長
寿命である切削工具用窒化ケイ素焼結体材料を提供する
ことができる。
Claims (3)
- （１）部分安定化酸化ジルコニウム３〜１０重量％と、
酸化アルミニウム１〜５重量％と、酸化イットリウム１
〜１０重量％と、及び残部の窒化ケイ素とからなる切削
工具用窒化ケイ素焼結体。 - （２）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、残部の窒化ケイ素
粉末とを混合し、混合粉末を非酸化性ガス雰囲気中にお
いて１６００〜１９００℃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。 - （３）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
圧プレスをすることを特徴とする、特許請求の範囲（２
）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 |
|---|---|---|---|
| JP61232686A JPS6389460A (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 切削工具用窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP61232686A JPS6389460A (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 切削工具用窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6389460A true JPS6389460A (ja) | 1988-04-20 |
Family
ID=16943199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61232686A Pending JPS6389460A (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 切削工具用窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6389460A (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 (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59190272A (ja) * | 1983-04-12 | 1984-10-29 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素質焼結体の製造法 |
| 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
- 1986-09-30 JP JP61232686A patent/JPS6389460A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59190272A (ja) * | 1983-04-12 | 1984-10-29 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素質焼結体の製造法 |
| 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 |
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