KR20150027739A - 세라믹 조성물 및 절삭 공구 - Google Patents

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Abstract

알루미나 (Al2O3) 와 탄화텅스텐 (WC) 과 지르코니아 (ZrO2) 로 주로 이루어지는 세라믹 조성물에 있어서, 알루미나 (Al2O3) 결정 입자와 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 1 결정 입계와, 2 개의 알루미나 (Al2O3) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 2 결정 입계에 지르코늄 (Zr) 이 분포한다.

Description

세라믹 조성물 및 절삭 공구{CERAMIC COMPOSITION AND CUTTING TOOL}
본 발명은 세라믹 조성물 및 절삭 공구에 관한 것이다.
알루미나 (Al2O3) 로 주로 이루어지는 세라믹 조성물은, 비교적 우수한 기계 특성, 내반응성 및 내열성을 갖는 점에서, 공구, 구조 부재 및 구조 부품 등에 이용된다. 알루미나-탄화텅스텐계 세라믹 조성물은, 알루미나에 탄화텅스텐 (WC) 을 첨가한 세라믹 조성물로, 더욱 우수한 기계 특성 및 내열성을 갖는다. 그 때문에, 알루미나-탄화텅스텐계 세라믹 조성물은, 절삭 공구 및 금형 등에도 이용된다 (예를 들어, 특허문헌 1, 2 를 참조).
알루미나-탄화텅스텐-지르코니아계 세라믹 조성물은, 알루미나 및 탄화텅스텐에 지르코니아 (ZrO2) 를 추가로 첨가한 세라믹 조성물로, 한층 더 우수한 기계 특성을 갖는다. 그 때문에, 알루미나-탄화텅스텐-지르코니아계 세라믹 조성물은, 한층 더 높은 내충격성 및 내열성 등이 요구되는 내열 합금용 절삭 공구에도 이용할 수 있다 (예를 들어, 특허문헌 3 을 참조).
내열 합금용 절삭 공구에는, 위스커계 세라믹 조성물이 많이 이용되고 있다. 위스커계 세라믹 조성물은, 알루미나에 탄화규소 위스커를 첨가한 세라믹 조성물이다. 위스커계 세라믹 조성물에는, 원료가 되는 탄화규소 위스커가 비교적 고가라는 문제나, 침상 결정을 이루는 탄화규소 위스커에 의한 건강 피해를 회피하기 위해 취급에 주의를 요한다는 문제가 있다. 알루미나-탄화텅스텐-지르코니아계 세라믹 조성물은, 위스커계 세라믹 조성물과 동등한 기계 특성 및 내구성을 실현할 수 있음과 함께, 위스커계 세라믹 조성물보다 비용 및 건강 피해 면에서 우수하다.
일본 공개특허공보 평5-279121호 일본 공개특허공보 평6-009264호 일본 공개특허공보 평9-221352호
특허문헌 1 ∼ 3 의 세라믹 조성물에서는, 알루미나와 탄화텅스텐 사이의 열 팽창률의 차에서 기인하여 알루미나 결정 입자에 발생하는 인장 잔류 응력에 의해, 알루미나 결정 입자 사이의 결합력이 저하된다는 과제가 있었다. 알루미나 결정 입자 사이의 결합력의 저하는, 세라믹 조성물에 발생하는 균열의 진전을 조장하기 때문에, 세라믹 조성물의 기계 특성을 저하시키고, 결과적으로, 세라믹 조성물의 내구성을 저하시킨다.
본 발명은, 상기 서술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 이하의 형태로서 실현시키는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 알루미나 (Al2O3) 와 탄화텅스텐 (WC) 과 지르코니아 (ZrO2) 로 주로 이루어지는 세라믹 조성물이 제공된다. 이 세라믹 조성물에 있어서, 알루미나 (Al2O3) 결정 입자와 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 1 결정 입계와, 2 개의 알루미나 (Al2O3) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 2 결정 입계에 지르코늄 (Zr) 이 분포한다. 이 형태에 의하면, 제 1 결정 입계 및 제 2 결정 입계에 분포하는 지르코늄 (Zr) 에 의해, 각 결정 입계에 있어서의 결정 입자 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 알루미나-탄화텅스텐-지르코니아계 세라믹 조성물의 기계 특성을 향상시키고, 결과적으로, 그 내구성을 향상시킬 수 있다. 「알루미나 (Al2O3) 와 탄화텅스텐 (WC) 과 지르코니아 (ZrO2) 로 주로 이루어지는」이란, 알루미나, 탄화텅스텐, 지르코니아 외에 불가피 불순물을 함유하는 것을 의미한다. 「불가피 불순물」이란, 제조 공정에 있어서 불가피적으로 혼입되는 철 (Fe), 크롬 (Cr), 코발트 (Co), 니켈 (Ni) 중 적어도 1 개로, 그 양은, 탄화텅스텐에 고용하여 굽힘 강도, 경도, 열 전도율을 저하시키지 않을 정도의 양 (예를 들어, 0.1 질량％ 이하) 이다.
(2) 상기 서술한 세라믹 조성물의 단면에 있어서, 다른 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자에 인접하지 않고 알루미나 (Al2O3) 결정 입자 및 지르코니아 (ZrO2) 결정 입자 중 적어도 일방의 결정 입자에 의해 포위된 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자의 단면적 A 와, 다른 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자에 인접하는 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자의 단면적 B 의 관계는, 1.5 ≤ A/(A ＋ B) × 100 ≤ 50.0 을 만족시켜도 된다. 이 형태에 의하면, 비교적 높은 열 팽창률을 갖는 알루미나나 지르코니아에 둘러싸인 탄화텅스텐 결정 입자에 발생하는 압축 잔류 응력에 의한 결정 입자의 강화와, 탄화텅스텐 결정 입자끼리가 연결된 열 전도로에 의한 열 전도성의 향상을 양립시킬 수 있다. 따라서, 알루미나-탄화텅스텐-지르코니아계 세라믹 조성물의 기계 특성 및 내열성을 향상시키고, 결과적으로, 그 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
(3) 상기 서술한 세라믹 조성물에 있어서, 탄화텅스텐 (WC) 이 20.0 체적％ 이상 50.0 체적％ 이하를 차지하고, 지르코니아 (ZrO2) 가 0.1 체적％ 이상 18.0 체적％ 이하를 차지하고, 알루미나 (Al2O3) 가 잔부를 차지해도 된다. 이 형태에 의하면, 알루미나-탄화텅스텐-지르코니아계 세라믹 조성물의 기계 특성 및 내열성을 향상시키고, 결과적으로, 그 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 세라믹 조성물 이외의 여러 가지의 형태로 실현시키는 것도 가능하다. 예를 들어, 상기 서술한 세라믹 조성물로 이루어지는 절삭 공구, 상기 서술한 세라믹 조성물로 이루어지는 금형, 상기 서술한 세라믹 조성물을 제조하는 제조 방법 등의 형태로 실현시킬 수 있다.
도 1 은 일 실시형태로서의 세라믹 조성물에 있어서의 전형적인 구조를 나타내는 설명도이다.
도 2 는 일 실시형태로서의 세라믹 조성물에 있어서의 전형적인 결정 입계를 나타내는 설명도이다.
도 3 은 세라믹 조성물의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 4 는 세라믹 조성물의 기계 특성, 열 특성 및 내구성에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 표이다.
도 5 는 세라믹 조성물의 기계 특성, 열 특성 및 내구성에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 표이다.
도 6 은 시료 SC1 에 있어서의 결정 입계를 나타내는 설명도이다.
도 7 은 시료 SC2 에 있어서의 결정 입계를 나타내는 설명도이다.
도 8 은 분산제의 첨가량과 슬러리의 점도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 분산제의 첨가량에 따른 슬러리의 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 10 은 시료 3 에 있어서의 구조를 나타내는 설명도이다.
도 11 은 시료 4 에 있어서의 구조를 나타내는 설명도이다.
도 12 는 세라믹 조성물의 기계 특성, 열 특성 및 내구성에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 표이다.
도 13 은 세라믹 조성물의 기계 특성, 열 특성 및 내구성에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 표이다.
A. 세라믹 조성물의 구성
본 발명의 일 실시형태로서의 세라믹 조성물은, 알루미나 (Al2O3) 와 탄화텅스텐 (WC) 과 지르코니아 (ZrO2) 로 주로 이루어지는 알루미나-탄화텅스텐-지르코니아계 세라믹 조성물이다. 본 발명의 일 실시형태로서의 세라믹 조성물에서는, 알루미나 (Al2O3) 결정 입자와 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 1 결정 입계와, 2 개의 알루미나 (Al2O3) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 2 결정 입계에 지르코늄 (Zr) 이 분포한다.
도 1 은 일 실시형태로서의 세라믹 조성물에 있어서의 전형적인 구조를 나타내는 설명도이다. 도 1 의 (A) 란에 나타내는 화상은, 경면 연마를 실시한 후에 서멀 에칭을 실시한 세라믹 조성물에 있어서의 임의의 표면을 주사형 전자 현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM) 으로 관찰한 화상이다. 도 1 의 (B) 란에 나타내는 화상은, 도 1 의 (A) 란에 나타내는 화상에 있어서의 결정 입자를 모식적으로 표현한 화상이다. 도 1 의 (A) 란 및 (B) 란에 각각 나타내는 화상의 한 변은, 실제의 세라믹 조성물에 있어서의 10 ㎛ (마이크로미터) 의 길이에 대응한다.
일 실시형태로서의 세라믹 조성물은 다결정체로, 복수의 알루미나 결정 입자 (10) 와, 복수의 탄화텅스텐 결정 입자 (20) 와, 복수의 지르코니아 결정 입자 (30) 를 구비한다. 알루미나 결정 입자 (10) 는, 알루미나 (Al2O3) 로 이루어지는 결정 입자이다. 탄화텅스텐 결정 입자 (20) 는, 탄화텅스텐 (WC) 으로 이루어지는 결정 입자이다. 지르코니아 결정 입자 (30) 는, 지르코니아 (ZrO2) 로 이루어지는 결정 입자이다.
복수의 탄화텅스텐 결정 입자 (20) 는, 다른 탄화텅스텐 결정 입자 (20) 에 인접하지 않고 알루미나 결정 입자 (10) 및 지르코니아 결정 입자 (30) 중 적어도 일방의 결정 입자에 의해 포위된 탄화텅스텐 결정 입자 (20(A)) 와, 다른 탄화텅스텐 결정 입자 (20) 에 인접하는 탄화텅스텐 결정 입자 (20(B)) 를 포함한다. 본 실시형태의 설명에서는, 탄화텅스텐 결정 입자를 나타내는 부합으로서, 주위의 결정 입자와의 관계를 특정하지 않는 경우에는 부합 「20」을 사용하고, 주위의 결정 입자와의 관계를 특정하는 경우에는 부합 「20(A)」및 부합 「20(B)」를 사용한다. 탄화텅스텐 결정 입자 (20(A)) 는, 다른 탄화텅스텐 결정 입자 (20) 에 인접하고 있지 않은 결정 입자이고, 탄화텅스텐 결정 입자 (20(B)) 는, 1 개 이상의 다른 탄화텅스텐 결정 입자 (20) 에 인접하는 결정 입자이다.
도 2 는, 일 실시형태로서의 세라믹 조성물에 있어서의 전형적인 결정 입계를 나타내는 설명도이다. 도 2 의 (A) 란의 지면 좌측에 나타내는 화상은, 알루미나 결정 입자 (10) 와 탄화텅스텐 결정 입자 (20) 가 인접하는 임의의 계면인 제 1 결정 입계 (40) 를 주사 투과형 전자 현미경 (Scanning Transmission Electron Microscope, STEM) 으로 관찰한 화상이다. 도 2 의 (A) 란의 지면 우측에 나타내는 화상은, 제 1 결정 입계 (40) 의 주변에 있어서의 지르코늄 (Zr) 원소의 농도를 에너지 분산형 X 선 분광기 (Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS) 로 측정한 그래프이다.
도 2 의 (A) 란에 있어서의 그래프의 가로축은, 제 1 결정 입계 (40) 를 가로지르는 직선 상의 위치로서, 알루미나 결정 입자 (10) 에 있어서의 위치 A1 에서부터, 제 1 결정 입계 (40) 상의 위치 A2 를 거쳐, 탄화텅스텐 결정 입자 (20) 에 있어서의 위치 A3 까지의 각 위치를 나타낸다. 위치 A1 에서부터 위치 A3 까지의 거리는, 약 50 ㎚ (나노미터) 이다. 도 2 의 (A) 란에 있어서의 그래프의 세로축은, 지르코늄 원소의 농도를 나타낸다. 일 실시형태로서의 세라믹 조성물에서는, 알루미나 결정 입자 (10) 와 탄화텅스텐 결정 입자 (20) 가 인접하는 제 1 결정 입계 (40) 에 지르코늄 (Zr) 이 분포한다.
도 2 의 (B) 란의 지면 좌측에 나타내는 화상은, 2 개의 알루미나 결정 입자 (10) 가 인접하는 임의의 계면인 제 2 결정 입계 (50) 를 STEM 으로 관찰한 화상이다. 도 2 의 (B) 란의 지면 우측에 나타내는 화상은, 제 2 결정 입계 (50) 의 주변에 있어서의 지르코늄 원소의 농도를 EDS 로 측정한 그래프이다. 도 2 의 (B) 란에 있어서의 그래프의 가로축은, 제 2 결정 입계 (50) 를 가로지르는 직선 상의 위치로서, 일방의 알루미나 결정 입자 (10) 에 있어서의 위치 A4 에서부터, 제 2 결정 입계 (50) 상의 위치 A5 를 거쳐, 타방의 알루미나 결정 입자 (10) 에 있어서의 위치 A6 까지의 각 위치를 나타낸다. 위치 A4 에서부터 위치 A6 까지의 거리는, 약 50 ㎚ 이다. 도 2 의 (B) 란에 있어서의 그래프의 세로축은, 지르코늄 원소의 농도를 나타낸다. 일 실시형태로서의 전형적인 세라믹 조성물에서는, 2 개의 알루미나 결정 입자 (10) 가 인접하는 제 2 결정 입계 (50) 에 지르코늄 (Zr) 이 분포한다.
일 실시형태로서의 세라믹 조성물은, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 에 분포하는 지르코늄 (Zr) 에 의해, 각 결정 입계에 있어서의 결정 입자 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 알루미나-탄화텅스텐-지르코니아계 세라믹 조성물의 기계 특성을 향상시키고, 결과적으로, 그 내구성을 향상시킬 수 있다.
일 실시형태로서의 세라믹 조성물에서는, 세라믹 조성물의 임의의 단면에 있어서, 탄화텅스텐 결정 입자 (20(A)) 의 단면적 A 와, 탄화텅스텐 결정 입자 (20(B)) 의 단면적 B 의 관계는, 1.5 ≤ A/(A ＋ B) × 100 ≤ 50.0 을 만족시키는 것이 바람직하다. 이로써, 비교적 높은 열 팽창률을 갖는 알루미나나 지르코니아에 둘러싸인 탄화텅스텐 결정 입자 (20(A)) 에 발생하는 압축 잔류 응력에 의한 결정 입자의 강화와, 탄화텅스텐 결정 입자 (20(B)) 끼리가 연결된 열 전도로에 의한 열 전도성의 향상을 양립시킬 수 있다. 따라서, 알루미나-탄화텅스텐-지르코니아계 세라믹 조성물의 기계 특성 및 내열성을 향상시키고, 결과적으로, 그 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
일 실시형태로서의 세라믹 조성물에서는, 탄화텅스텐 (WC) 이 20.0 체적％ 이상 50.0 체적％ 이하를 차지하고, 지르코니아 (ZrO2) 가 0.1 체적％ 이상 18.0 체적％ 이하를 차지하고, 알루미나 (Al2O3) 가 잔부를 차지하는 것이 바람직하다. 이로써, 알루미나-탄화텅스텐-지르코니아계 세라믹 조성물의 기계 특성 및 내열성을 향상시키고, 결과적으로, 그 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다. 일 실시형태로서의 세라믹 조성물에서는, 굽힘 강도 (일본 공업 규격 JIS R 1601 에 준거한 외부 지지점 간 거리 (스팬) 30 ㎜ 의 조건에 의한 3 점 굽힘 강도) 가 1100 ㎫ 보다 높고, 또한 열 전도율 (일본 공업 규격 JIS R 1611 에 준거한 실온에 있어서의 열 전도율) 이 26 W/(mㆍK) 보다 높은 것이 바람직하다.
B. 세라믹 조성물의 제조 방법
도 3 은 세라믹 조성물의 제조 방법을 나타내는 공정도이다. 도 3 의 제조 방법은, 상기 서술한 일 실시형태로서의 세라믹 조성물을 제조하기 위한 제조 방법이다. 세라믹 조성물을 제조함에 있어서, 먼저, 제조자는, 세라믹 조성물의 원료인 알루미나 분말과 탄화텅스텐 분말과 지르코니아 분말을 각각 칭량한다 (공정 P105).
세라믹 조성물의 원료에는, 평균 입경 0.5 ㎛ 정도의 알루미나 분말을 사용할 수 있다. 원료인 알루미나 분말의 평균 입경은, 0.5 ㎛ 미만이어도 되고, 0.5 ㎛ 초과여도 된다. 본 실시형태의 설명에 있어서의 분말의 평균 입경은, 모두 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치를 사용하여 측정한 값이다.
세라믹 조성물의 원료에는, 평균 입경 0.7 ㎛ 정도의 탄화텅스텐 분말을 사용할 수 있다. 원료인 탄화텅스텐 분말의 평균 입경은, 0.7 ㎛ 미만이어도 되고, 0.7 ㎛ 초과여도 된다.
세라믹 조성물의 원료에는, 평균 입경 0.7 ㎛ 정도의 지르코니아 분말로서, 안정화제로서 3 ㏖％ (몰 퍼센트) 의 이트리아 (Y2O3) 에 의해 부분 안정화된 지르코니아 분말 (3YSZ 분말) 을 사용할 수 있다. 원료인 지르코니아 분말의 평균 입경은, 0.7 ㎛ 미만이어도 되고, 0.7 ㎛ 초과여도 된다. 원료인 지르코니아 분말은, 3YSZ 분말에 한정되지 않고, 지르코니아를 함유하는 다른 분말이어도 된다.
각 분말을 칭량한 후 (공정 P105), 제조자는, 예비 분쇄를 실시한다 (공정 P110). 예비 분쇄에 있어서, 제조자는, 볼 밀을 사용하여 알루미나 분말과 지르코니아 분말을 용매 (예를 들어, 에탄올) 와 함께 혼합하면서 각 분말의 입자를 분쇄한다 (공정 P110). 본 실시형태에서는, 예비 분쇄를 실시하는 시간은 약 20 시간이고, 다른 실시형태에서는 20 시간 미만이어도 되고, 20 시간 초과여도 된다.
예비 분쇄를 실시한 후 (공정 P110), 제조자는, 볼 밀 내의 혼합물에 탄화텅스텐 분말과 용매와 분산제를 첨가하고, 추가로 혼합 및 분쇄를 실시한다 (공정 P120). 이로써, 제조자는 알루미나, 탄화텅스텐 및 지르코니아의 각 입자가 분산된 슬러리를 얻는다. 본 실시형태에서는, 탄화텅스텐 분말을 첨가하여 추가로 혼합 및 분쇄하는 시간은 약 20 시간이고, 다른 실시형태에서는 20 시간 미만이어도 되고, 20 시간 초과여도 된다.
혼합물에 첨가하는 분산제에는, 예를 들어, 플로우렌 G-700 (쿄에이샤 화학 주식회사 제조), SN 디스퍼선트 9228 (산노푸코 주식회사 제조), 말리아림 (MALIALIM) AKM-0531 (니치유 주식회사 제조), 카오세르 (CAOCER) 8000 (카오 주식회사 제조) 등을 사용할 수 있다. 분산제의 투입량은, 모든 원료 분말의 질량에 대해 1.5 질량％ 이상 3.5 질량％ 이하가 바람직하고, 본 실시형태에서는 2.0 질량％ 이다. 다른 실시형태에서는, 분산제의 투입량은 1.5 질량％ 미만이어도 되고, 3.5 질량％ 초과여도 된다.
슬러리를 제작한 후 (공정 P120), 제조자는, 슬러리로부터 혼합 분말을 제작한다 (공정 P130). 슬러리로부터 얻어지는 혼합 분말에는, 알루미나, 탄화텅스텐 및 지르코니아의 각 입자가 혼재한다. 본 실시형태에서는, 제조자는, 슬러리를 중탕하면서 탈기함으로써 슬러리 중으로부터 용매를 제거한 후, 슬러리로부터 용매를 제거한 분체를 체에 통과시킴으로써 혼합 분말을 제작한다.
혼합 분말을 제작한 후 (공정 P130), 제조자는, 핫 프레스에 의해 혼합 분말로부터 세라믹 조성물을 제작한다 (공정 P150). 본 실시형태에서는, 핫 프레스에 있어서, 제조자는, 카본제 형에 혼합 분말을 충전하고, 그 혼합 분말을 1 축 가압하면서 가열한다. 이로써, 제조자는, 혼합 분말이 소결된 소결체인 세라믹 조성물을 얻는다.
본 실시형태에 있어서의 핫 프레스 (공정 P150) 의 조건은, 다음과 같다.
ㆍ소성 온도 : 1750 ℃
ㆍ소성 시간 : 2 시간
ㆍ압력 : 30 ㎫ (메가파스칼)
ㆍ분위기 가스 : 아르곤 (Ar)
이들의 공정을 거쳐 세라믹 조성물이 완성된다. 제조자는, 핫 프레스를 실시한 후 (공정 P150), 절삭, 연삭 및 연마 중 적어도 한 가지의 가공법에 의해 세라믹 조성물의 형상이나 표면을 마무리해도 된다. 제조자는, 상기 서술한 제조 방법을 이용하여, 세라믹 조성물로 이루어지는 절삭 공구를 제작해도 된다.
실시예
C. 평가 시험
도 4 및 도 5 는 세라믹 조성물의 기계 특성, 열 특성 및 내구성에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 표이다. 시험자는, 세라믹 조성물로서 복수의 시료를 제작하고, 각 시료에 대하여, 결정 입계에 있어서의 지르코늄 (Zr) 원소의 유무와, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 과, 기계 특성과, 열 특성과, 내구성을 조사하였다.
각 시료의 결정 입계에 있어서의 Zr 원소의 유무에 대해서는, 시험자는 다음의 순서로 조사하였다.
순서 1. 집속 이온 빔 장치 (FIB 장치, Focused Ion Beam system) 를 사용하여 각 시료의 임의의 부분으로부터 사방 100 ㎚ 의 박편을 잘라내고, 그 박편에 있어서의 임의의 표면을 STEM 으로 관찰하여, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 를 확인
순서 2. 도 2 를 사용하여 설명한 바와 같이, 각 시료에 있어서의 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 각 결정 입계로부터 각각 5 개 지점씩 Zr 원소의 농도를 EDS 로 측정함으로써, 결정 입계에 있어서의 Zr 원소의 유무를 확인
각 시료의 면적률 A/(A ＋ B) × 100 에 대해서는, 시험자는 다음의 순서로 조사하였다.
순서 1. 경면 연마를 실시한 후에 에칭을 실시한 각 시료에 있어서의 임의의 표면을 SEM 으로 관찰하고, 그 표면을 1 만배로 확대하여 촬영한 화상으로부터 임의의 사방 10 ㎛ 의 영역을 5 개 지점씩 선택
순서 2. 선택된 영역에 있어서 탄화텅스텐 결정 입자 (20(A)) 및 탄화텅스텐 결정 입자 (20(B)) 가 차지하는 면적 (A ＋ B) 와, 선택된 영역에 있어서 탄화텅스텐 결정 입자 (20(A)) 가 차지하는 면적 A 를, 화상 해석 소프트웨어 (미타니 상사 주식회사 제조, 「WinRoof」) 를 사용하여 산출
순서 3. 면적 A 를 면적 (A ＋ B) 로 나눔으로써 면적률 A/(A ＋ B) × 100 을 산출
각 시료의 기계 특성에 대해서는, 시험자는, 각 시료로부터 시험편을 제작하고, 시험편을 사용하여 굽힘 강도, 파괴 인성 및 경도를 구하였다. 시험편의 형상은, 단면이 장방형의 각기둥이고, 그 치수는 전체 길이 40 ㎜, 폭 4 ㎜, 두께 3 ㎜ 이다. 굽힘 강도에 관하여, 시험자는 일본 공업 규격 JIS R 1601 에 준거하여 외부 지지점 간 거리 (스팬) 30 ㎜ 인 조건에서 각 시료의 3 점 굽힘 강도를 구하였다. 파괴 인성에 관하여, 시험자는 일본 공업 규격 JIS R 1607 에 규정되어 있는 IF (Indentation Fracture) 법에 준거하여 각 시료의 파괴 인성값 (임계 응력 확대 계수) KIC 를 구하였다. 경도에 관하여, 시험자는 일본 공업 규격 JIS R 1610 에 준거하여 각 시료의 비커스 경도를 구하였다.
각 시료의 열 특성에 대해서는, 시험자는 열 팽창 계수 및 열 전도율을 구하였다. 열 팽창 계수에 관하여, 시험자는 일본 공업 규격 JIS R 1618 에 준거하여 600 ℃ 에 있어서의 각 시료의 열 팽창 계수를 구하였다. 열 전도율에 관하여, 시험자는 일본 공업 규격 JIS R 1611 에 준거하여 실온에 있어서의 각 시료의 열 전도율을 구하였다.
각 시료의 내구성에 대해서는, 시험자는 각 시료로부터 절삭 공구를 제작하고, 그 절삭 공구를 사용하여 절삭 시험을 실시한 후, 절삭 공구에 있어서의 날끝의 상태와 마모량을 내구성으로서 평가하였다. 각 시료로부터 제작되는 절삭 공구의 형상은, 일본 공업 규격 JIS B 4120 에 준거한 호칭 기호 「RCGX120700T01020」에 의해 특정되는 형상이다. 절삭 시험에서 절삭되는 피삭재는, 인코넬 718 로 이루어지는 주조품 (「인코넬」은 등록 상표) 으로, 그 형상은 외경 250 ㎜ 의 구멍 꿇린 원반 형상이다.
절삭 시험의 조건은, 다음과 같다.
ㆍ절삭 속도 : 240 m/분, 360 m/분, 480 m/분
ㆍ패스 횟수 : 5 패스
ㆍ1 패스당 길이 : 200 ㎜
ㆍ절입량 : 1.0 ㎜
ㆍ이송량 : 0.2 ㎜/회전
ㆍ냉각수 : 있음
날끝의 상태에 대한 평가 기준은, 다음과 같다.
「○ (우수)」 : 결손 없음, 플레이킹 (박리) 없음
「△ (가능)」 : 결손 없음, 플레이킹 (박리) 있음
「× (떨어짐)」: 결손 있음
마모량에 대한 평가 기준은, 다음과 같다.
「○ (우수)」 : 마모량이 0.6 ㎜ 미만
「△ (가능)」 : 마모량이 0.6 ㎜ 이상 1.0 ㎜ 미만
「× (떨어짐)」: 1.0 ㎜ 이상
「- (무표기)」 : 날끝의 결손에 의해 마모량을 평가할 수 없음
C1. 결정 입계에 있어서의 Zr 의 유무에 관한 평가
시료 1 은 55.0 체적％ 의 알루미나 분말과, 40.0 체적％ 의 탄화텅스텐 분말과, 5.0 체적％ 의 지르코니아 분말을 원료로 하여, 도 3 의 제조 방법에 의해 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 1 에서는, 알루미나 분말의 평균 입경은 약 0.5 ㎛ 이고, 탄화텅스텐 분말의 평균 입경은 약 0.7 ㎛ 이고, 지르코니아 분말의 평균 입경은 약 0.7 ㎛ 이다. 도 1 및 도 2 에 나타내는 각 화상은, 시료 1 의 구조를 나타낸다. 시료 1 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 9.0 ％ 였다. 시료 1 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 Zr 이 분포하고 있었다.
시료 SC1 은, 지르코니아 분말의 평균 입경이 시료 1 의 원료와 비교하여 큰 약 1.7 ㎛ 인 점과, 예비 분쇄 (공정 P110) 를 실시하지 않고 모든 원료를 한 번에 혼합 및 분쇄한 점을 제외하고, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 SC1 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 10.5 ％ 였다.
도 6 은 시료 SC1 에 있어서의 결정 입계를 나타내는 설명도이다. 도 6 의 (A) 란에는, 시료 SC1 에 대하여, 도 2 와 마찬가지로, 제 1 결정 입계 (40) 의 화상과, 제 1 결정 입계 (40) 의 주변에 있어서의 Zr 원소의 농도를 측정한 그래프가 도시되어 있다. 도 6 의 (A) 란에 있어서의 그래프의 가로축은, 제 1 결정 입계 (40) 를 가로지르는 직선 상의 위치 B1, B2, B3 에 대응한다. 도 6 의 (B) 란에는, 시료 SC1 에 대하여, 도 2 와 마찬가지로, 제 2 결정 입계 (50) 의 화상과, 제 2 결정 입계 (50) 의 주변에 있어서의 Zr 원소의 농도를 측정한 그래프가 도시되어 있다. 도 6 의 (B) 란에 있어서의 그래프의 가로축은, 제 2 결정 입계 (50) 를 가로지르는 직선 상의 위치 B4, B5, B6 에 대응한다. 시료 SC1 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 Zr 이 분포하고 있지 않았다.
시료 SC2 는, 예비 분쇄 (공정 P110) 를 실시하지 않고 모든 원료를 한 번에 혼합 및 분쇄한 점을 제외하고, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 SC2 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은, 11.2 ％ 였다.
도 7 은 시료 SC2 에 있어서의 결정 입계를 나타내는 설명도이다. 도 7 의 (A) 란에는, 시료 SC2 에 대하여, 도 2 와 마찬가지로, 제 1 결정 입계 (40) 의 화상과, 제 1 결정 입계 (40) 의 주변에 있어서의 Zr 원소의 농도를 측정한 그래프가 도시되어 있다. 도 7 의 (A) 란에 있어서의 그래프의 가로축은, 제 1 결정 입계 (40) 를 가로지르는 직선 상의 위치 C1, C2, C3 에 대응한다. 도 7 의 (B) 란에는, 시료 SC2 에 대하여, 도 2 와 마찬가지로, 제 2 결정 입계 (50) 의 화상과, 제 2 결정 입계 (50) 의 주변에 있어서의 Zr 원소의 농도를 측정한 그래프가 도시되어 있다. 도 7 의 (B) 란에 있어서의 그래프의 가로축은, 제 2 결정 입계 (50) 를 가로지르는 직선 상의 위치 C4, C5, C6 에 대응한다. 시료 SC2 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 에는 Zr 이 분포하고 있었지만, 제 2 결정 입계 (50) 에는 Zr 이 분포하고 있지 않았다.
도 4 의 설명으로 되돌아와, 시료 1, 시료 SC1 및 시료 SC2 의 기계 특성에 관하여, 시료 1 의 굽힘 강도는, 시료 SC1 의 굽힘 강도의 2 배 이상임과 함께, 시료 SC2 의 굽힘 강도의 1.6 배 이상이었다. 다른 기계 특성인 파괴 인성 및 경도에 관하여, 각 시료는 동등하였다. 시료 1, 시료 SC1 및 시료 SC2 의 열 특성 (열 팽창 계수 및 열 전도율) 에 관하여, 각 시료는 동등하였다.
시료 1 의 절삭 시험에서는, 어느 절삭 속도에 있어서도, 결손이나 플레이킹이 발생하지 않고, 마모량이 0.6 ㎜ 미만이었다. 이에 반해, 시료 SC1, SC2 의 절삭 시험에서는, 어느 절삭 속도에 있어서도 결손이 발생하였다.
시료 1, 시료 SC1 및 시료 SC2 에 관한 굽힘 강도 및 절삭 시험의 결과는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 에 분포하는 Zr 에 의해, 각 결정 입계에 있어서의 결정 입자 사이의 결합력이 향상된 것에서 기인하는 것으로 생각된다.
시료 1, 시료 SC1 및 시료 SC2 를 비교함으로써, 원료인 지르코니아 분말의 입경이, 제 1 결정 입계 (40) 에 있어서의 Zr 의 유무에 영향을 주는 것을 알 수 있다. 원료인 지르코니아 분말의 입경이 지나치게 큰 경우, 시료 SC1 과 같이 제 1 결정 입계 (40) 에 Zr 이 분포하지 않는다. 따라서, 제 1 결정 입계 (40) 에 Zr 을 분포시키기 위해서는, 원료인 지르코니아 분말의 평균 입경은, 다른 원료인 탄화텅스텐 분말의 평균 입경과 동일한 정도인 것이 바람직하다.
시료 1, 시료 SC1 및 시료 SC2 를 비교함으로써, 제조 공정에 있어서의 예비 분쇄 (공정 P110) 가, 제 2 결정 입계 (50) 에 있어서의 Zr 의 유무에 영향을 주는 것을 알 수 있다. 예비 분쇄 (공정 P110) 를 실시하지 않는 경우, 시료 SC1, SC2 와 같이 제 2 결정 입계 (50) 에 Zr 이 분포하지 않는다. 따라서, 제 2 결정 입계 (50) 에 Zr 을 분포시키기 위해서는, 제조 공정에 있어서 예비 분쇄 (공정 P110) 를 실시하는 것이 바람직하다. 예비 분쇄 (공정 P110) 에 의해, Zr 원소의 공급원인 지르코니아를 미세하게 함과 함께 균질하게 분산시킬 수 있다. 그 결과, 제 2 결정 입계 (50) 에 Zr 을 확산 및 분포시킬 수 있다.
C2. 분산제의 첨가량 및 면적률 A/(A ＋ B) × 100 에 관한 평가
도 4 에 나타내는 시료 2 ∼ 6 및 시료 SC3 ∼ SC6 은, 제조시에 첨가되는 분산제의 첨가량이 상이한 점을 제외하고, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 분산제의 첨가량은, 2.0 질량％ 의 시료 1 에 대해, 시료 SC3 에 있어서 최소의 0.1 질량％ 이고, 시료 6 에 있어서 최대의 3.5 질량％ 이다. 시료 2 ∼ 6 및 시료 SC3 ∼ SC6 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 Zr 이 분포하고 있었다.
도 8 은 분산제의 첨가량과 슬러리의 점도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8 의 그래프에서는, 가로축은 분산제의 첨가량을 나타내고, 세로축은 슬러리의 점도를 나타낸다. 세라믹 조성물의 원료 분말을 혼합한 슬러리의 점도는, 분산제의 첨가에 따라 급격하게 저하된다 (상태 S1). 그 상태 S1 보다 더욱 분산제의 첨가량을 늘린 경우, 슬러리의 점도는, 완만하게 저하되어 최저값이 된다 (상태 S2). 그 상태 S2 보다 더욱 분산제의 첨가량을 늘린 경우, 슬러리의 점도는, 분산제의 증량에 수반하여 완만하게 증가한다 (상태 S3).
도 9 는 분산제의 첨가량에 따른 슬러리의 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 9 의 지면 좌측의 화상은, 도 8 의 상태 S1 의 슬러리를 모식적으로 나타낸다. 도 9 의 지면 중앙의 화상은, 도 8 의 상태 S2 의 슬러리를 모식적으로 나타낸다. 도 9 의 지면 우측의 화상은, 도 8 의 상태 S3 의 슬러리를 모식적으로 나타낸다.
상태 S1 의 슬러리에서는, 원료 분말에서 유래하는 몇 개의 입자 (150) 가 응집된 상태에서 용매 (110) 중에 분산된다. 상태 S2 의 슬러리에서는, 원료 분말에서 유래하는 개개의 입자 (150) 가 분산제에 의해 거의 분리된 상태에서 용매 (110) 중에 분산된다. 상태 S3 의 슬러리에서는, 분산제에 의해 개개로 분리되어 있었던 몇 개의 입자 (150) 가, 분산제끼리의 가교에 의해 재응집된 상태에서 용매 (110) 중에 분산된다.
분산제의 첨가량이 0.1 ∼ 0.3 질량％ 인 시료 SC3, SC4 에서는, 슬러리는 상태 S1 였다. 분산제의 첨가량이 0.8 ∼ 1.0 질량％ 인 시료 SC5, SC6 에서는, 슬러리는 상태 S2 였다. 분산제의 첨가량이 1.5 ∼ 3.5 질량％ 인 시료 1 ∼ 6 에서는, 슬러리는 상태 S3 이었다.
도 10 은 시료 SC3 에 있어서의 구조를 나타내는 설명도이다. 도 10 의 (A) 란에 나타내는 화상은, 시료 SC3 의 임의의 표면을, 도 1 의 화상과 마찬가지로 SEM 으로 관찰한 화상이다. 도 10 의 (B) 란에 나타내는 화상은, 도 10 의 (A) 란에 나타내는 화상에 있어서의 결정 입자를 모식적으로 표현한 화상이다. 도 10 에 나타내는 시료 SC3 에서는, 도 1 에 나타내는 시료 1 보다 탄화텅스텐 결정 입자 (20(A)) 의 비율이 적다.
도 11 은 시료 4 에 있어서의 구조를 나타내는 설명도이다. 도 11 의 (A) 란에 나타내는 화상은, 시료 4 의 임의의 표면을, 도 1 의 화상과 마찬가지로 SEM 으로 관찰한 화상이다. 도 11 의 (B) 란에 나타내는 화상은, 도 11 의 (A) 란에 나타내는 화상에 있어서의 결정 입자를 모식적으로 표현한 화상이다. 도 11 에 나타내는 시료 4 에서는, 도 1 에 나타내는 시료 1 보다 탄화텅스텐 결정 입자 (20(A)) 의 비율이 많다.
면적률 A/(A ＋ B) × 100 이 1.5 ∼ 50.0 ％ 인 시료 2 ∼ 6 의 절삭 시험에서는, 시료 1 과 마찬가지로, 어느 절삭 속도에 있어서도 결손이나 플레이킹이 발생하지 않고, 마모량이 0.6 ㎜ 미만이었다. 이에 반해, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 이 1.5 ％ 미만인 시료 SC3, SC4 의 절삭 시험에서는, 비교적 절삭 저항이 큰 저속의 절삭 시험 (절삭 속도 : 240 m/분 및 360 m/분) 에 있어서 결손이 발생하고, 비교적 고속의 절삭 시험 (절삭 속도 : 480 m/분) 에 있어서 플레이킹이 발생함과 함께 시료 1 ∼ 6 보다 마모량이 증가하였다. 이 결과는, 시료 SC3, SC4 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 이 1.5 ％ 미만이므로, 알루미나의 입자 성장이 진행되어 버리는 것, 또 비교적 높은 열 팽창률을 갖는 알루미나나 지르코니아에 둘러싸인 탄화텅스텐 결정 입자 (20(A)) 에 발생하는 압축 잔류 응력에 의한 결정 입자의 강화가 불충분한 것이, 굽힘 강도의 부족에 기인하는 것으로 생각된다.
또, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 이 50.0 ％ 초과인 시료 SC5, SC6 의 절삭 시험에서는, 비교적 고온이 되는 고속의 절삭 시험 (절삭 속도 : 360 m/분 및 480 m/분) 에 있어서 결손이 발생하고, 비교적 저속의 절삭 시험 (절삭 속도 : 240 m/분) 에 있어서 플레이킹이 발생함과 함께 시료 1 ∼ 6 보다 마모량이 증가하였다. 이 결과는, 시료 SC5, SC6 에서는, 탄화텅스텐 결정 입자 (20(B)) 끼리가 연결된 열 전도로에 의한 열 전도성의 향상이 불충분하고, 그 때문에 열 전도율이 부족한 것에서 기인하는 것으로 생각된다.
따라서, 탄화텅스텐 결정 입자 (20(A)) 의 결정 입자의 강화와, 탄화텅스텐 결정 입자 (20(B)) 에 의한 열 전도성의 향상을 양립시키는 관점에서, 탄화텅스텐 결정 입자 (20(A)) 의 단면적 A 와, 탄화텅스텐 결정 입자 (20(B)) 의 단면적 B 의 관계는, 1.5 ≤ A/(A ＋ B) × 100 ≤ 50.0 을 만족시키는 것이 바람직하다. 또, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 의 조절을 용이하게 하는 관점에서, 분산제의 첨가량은, 슬러리가 상태 S2 가 되는 양보다 많은 것이 바람직하다.
C3. 탄화텅스텐의 분량에 관한 평가
도 5 에 나타내는 시료 7 ∼ 9 및 시료 SC7 ∼ SC9 는, 알루미나 및 탄화텅스텐의 분량이 상이한 점을 제외하고, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 도 5 에 나타내는 시료 SC10 은, 원료인 알루미나 분말 및 탄화텅스텐 분말의 분량이 상이한 점과, 소성 온도가 1800 ℃ 인 점을 제외하고, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 탄화텅스텐의 분량은, 40.0 체적％ 의 시료 1 에 대해, 시료 SC7 에 있어서 최소의 10.0 체적％ 이며, 시료 SC10 에 있어서 최대의 60.0 체적％ 이다. 시료 7 ∼ 9 및 시료 SC7 ∼ SC10 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 Zr 이 분포하고, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 3.9 ∼ 48.0 ％ 였다.
탄화텅스텐의 분량이 20.0 ∼ 50.0 체적％ 인 시료 7 ∼ 9 의 절삭 시험에서는, 시료 1 과 마찬가지로, 어느 절삭 속도에 있어서도 결손이나 플레이킹이 발생하지 않고, 마모량이 0.6 ㎜ 미만이었다. 이에 반해, 탄화텅스텐의 분량이 20.0 체적％ 미만인 시료 SC7, SC8 의 절삭 시험에서는, 결손 그리고 플레이킹이 발생함과 함께 시료 1, 7 ∼ 9 보다 마모량이 증가하였다. 이 결과는, 탄화텅스텐의 분량이 불충분하고, 그 때문에 굽힘 강도, 경도 및 열 전도율이 부족한 것에서 기인하는 것으로 생각된다.
또, 탄화텅스텐의 분량이 50.0 체적％ 초과인 시료 SC9, SC10 에서는, 기계 특성 및 열 특성이 비교적 높음에도 불구하고, 그 절삭 시험에서는, 결손 그리고 플레이킹이 발생함과 함께 시료 1, 7 ∼ 9 보다 마모량이 증가하였다. 이 결과는, 탄화텅스텐의 분량이 과잉이기 때문에, 탄화텅스텐이 화학 반응에 의해 비교적 무른 물질 (예를 들어, 산화텅스텐 (WO3)) 로 변질되는 영향을 받기 쉬워져, 세라믹 조성물 전체의 내반응성이 저하된 것에서 기인하는 것으로 생각된다.
따라서, 기계 특성, 열 특성 및 내반응성을 향상시키는 관점에서, 세라믹 조성물에 있어서 탄화텅스텐이 20.0 체적％ 이상 50.0 체적％ 이하를 차지하는 것이 바람직하다.
C4. 지르코니아의 분량에 관한 평가
도 5 에 나타내는 시료 10 및 시료 SC11 은, 알루미나 및 지르코니아의 분량이 상이한 점을 제외하고, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 도 5 에 나타내는 시료 11, 12 및 시료 SC12, 13 은, 원료인 알루미나 분말 및 지르코니아 분말의 분량이 상이한 점과, 소성 온도가 1700 ℃ 인 점을 제외하고, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 지르코니아의 분량은, 5.0 체적％ 인 시료 1 에 대해, 시료 SC11 에 있어서 최소의 0.05 체적％ 이고, 시료 SC13 에 있어서 최대의 25.0 체적％ 이다. 시료 10 ∼ 12 및 시료 SC12, SC13 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 Zr 이 분포하고, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 8.5 ∼ 12.2 ％ 였다. 시료 SC11 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 Zr 이 분포하고 있지 않고, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 8.2 ％ 였다.
지르코니아의 분량이 0.1 ∼ 18.0 체적％ 인 시료 10 ∼ 12 의 절삭 시험에서는, 시료 1 과 마찬가지로, 어느 절삭 속도에 있어서도 결손이나 플레이킹이 발생하지 않고, 마모량이 0.6 ㎜ 미만이었다. 이에 반해, 지르코니아의 분량이 0.1 체적％ 미만인 시료 SC11 의 절삭 시험에서는, 어느 절삭 속도에 있어서도 결손이 발생하였다. 이 결과는, 지르코니아의 분량이 불충분하기 때문에, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 Zr 을 분포시킬 수가 없었던 것에서 기인하는 것으로 생각된다.
또, 지르코니아의 분량이 18.5 ∼ 25.0 체적％ 인 시료 SC12, SC13 의 절삭 시험에서는, 결손 그리고 플레이킹이 발생함과 함께 시료 1, 10 ∼ 12 보다 마모량이 증가하였다. 이 결과는, 지르코니아의 분량이 과잉이고, 그 때문에 경도 및 열 전도율이 부족함과 함께 열 팽창 계수가 증가한 것에서 기인하는 것으로 생각된다.
C5. 위스커계 세라믹 조성물과의 비교
도 5 에 나타내는 시료 SC14 는, 위스커계 세라믹 조성물로 이루어지는 시판되는 절삭 공구 (닛폰 특수 도업 주식회사 제조, 「WA1」) 이다. 시료 1 의 절삭 시험에서는, 어느 절삭 속도에 있어서도 결손이나 플레이킹이 발생하지 않고, 마모량이 0.6 ㎜ 미만이었다. 이에 반해, 시료 SC14 의 절삭 시험에서는, 비교적 고온이 되는 고속의 절삭 시험 (절삭 속도 : 360 m/분 및 480 m/분) 에 있어서 결손이 발생하고, 비교적 저속의 절삭 시험 (절삭 속도 : 240 m/분) 에 있어서 플레이킹이 발생함과 함께 시료 1 보다 마모량이 증가하였다. 시료 1 과 시료 SC14 의 비교로부터 분명한 바와 같이, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 에 Zr 을 분포시킴으로써, 알루미나-탄화텅스텐-지르코니아계 세라믹 조성물의 내구성을 위스커계 세라믹 조성물보다 향상시킬 수 있다.
D. 다른 실시형태
본 발명은, 상기 서술한 실시형태나 실시예, 변형예에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 구성으로 실현시킬 수 있다. 예를 들어, 발명의 개요의 란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시형태, 실시예, 변형예 중의 기술적 특징은, 상기 서술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은 상기 서술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해 적절히 교체나 조합을 실시하는 것이 가능하다. 또, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제하는 것이 가능하다.
세라믹 조성물의 결정 입계에 지르코늄 (Zr) 을 효과적으로 분포시키는 수법은, 상기 서술한 실시형태에 있어서의 예비 분쇄 (공정 P110) 에 한정되지 않고, 다음의 수법이어도 된다.
ㆍ압축력 및 전단력에 의해 입자를 복합화시키는 수법 (예를 들어, 호소카와 미크론 주식회사 제조, 노비르타 (등록 상표) 을 사용하여 분체를 처리하는 수법)
ㆍ비드 밀을 사용하여 분체를 처리하는 수법
ㆍ알콕사이드법에 의해 제작된 초미립자 지르코니아를 사용하는 수법
이들 수법에 의해서도, Zr 원소의 공급원인 지르코니아를 미세하게 함과 함께 균질하게 분산시킬 수 있다. 그 결과, 세라믹 조성물의 결정 입계에 Zr 을 확산 및 분포시킬 수 있다.
세라믹 조성물의 결정 입계에 있어서의 결합력을 향상시키는 원소는, 상기 서술한 실시형태에 있어서의 지르코늄 (Zr) 에 한정되지 않고, 다음의 원소여도 되낟.
ㆍ주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속 (텅스텐 (W) 을 제외함)
ㆍ이트륨 (Y)
ㆍ스칸듐 (Sc)
ㆍ란타노이드 (원자 번호 57 에서 71 까지 중 어느 하나의 원소, 특히 유로퓸 (Eu) 및 이테르븀 (Yb) 이 바람직하다)
세라믹 조성물의 성분은, 상기 서술한 실시형태에 있어서의 지르코니아 (ZrO2) 에 한정되지 않고, 주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속의 화합물 (텅스텐 (W) 을 제외함), 이트륨 화합물, 스칸듐 화합물, 란타노이드 화합물 중 적어도 1 개의 화합물이어도 된다. 바꾸어 말하면, 세라믹 조성물은, 알루미나 (Al2O3) 와 ; 탄화텅스텐 (WC) 과 ; 주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속의 화합물 (텅스텐 (W) 을 제외함), 이트륨 화합물, 스칸듐 화합물, 란타노이드 화합물 중 적어도 1 개의 화합물 ; 로 주로 이루어져도 된다. 이 세라믹 조성물에 있어서, 알루미나 (Al2O3) 결정 입자와 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 1 결정 입계와, 2 개의 알루미나 (Al2O3) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 2 결정 입계에 주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속 (텅스텐 (W) 을 제외함), 이트륨 (Y), 스칸듐 (Sc), 란타노이드 중 적어도 1 개가 분포해도 된다 (이하, 제 1 결정 입계와 제 2 결정 입계에 분포하는 원소를 「첨가 성분」이라고도 하고, 이들 원소의 화합물을 「첨가 성분의 화합물」이라고도 한다). 이 형태에 의하면, 제 1 결정 입계와 제 2 결정 입계에 분포하는 첨가 성분에 의해, 각 결정 입계에 있어서의 결정 입자 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 알루미나-탄화텅스텐계 세라믹 조성물의 기계 특성을 향상시키고, 결과적으로, 그 내구성을 향상시킬 수 있다.
결정 입계에 있어서의 결합력을 향상시키는 첨가 성분의 화합물을 사용한 세라믹 조성물의 단면에 있어서, 다른 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자에 인접하지 않고, 알루미나 (Al2O3), 주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속 (텅스텐 (W) 을 제외함) 의 화합물, 이트륨 화합물, 스칸듐 화합물, 란타노이드 화합물 중 적어도 1 개의 결정 입자에 의해 포위된 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자의 단면적 A 와, 다른 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자에 인접하는 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자의 단면적 B 의 관계는, 1.5 ≤ A/(A ＋ B) × 100 ≤ 50.0 을 만족시키는 것이 바람직하다.
또, 결정 입계에 있어서의 결합력을 향상시키는 첨가 성분의 화합물을 사용한 세라믹 조성물에 있어서, 탄화텅스텐 (WC) 이 20.0 체적％ 이상 50.0 체적％ 이하를 차지하고, 지르코늄 화합물이 0.1 체적％ 이상 18.0 체적％ 이하를 차지하고, 알루미나 (Al2O3) 가 잔부를 차지하는 것이 바람직하다. 또, 결정 입계에 있어서의 결합력을 향상시키는 첨가 성분의 화합물을 사용한 세라믹 조성물에 있어서, 탄화텅스텐 (WC) 이 20.0 체적％ 이상 50.0 체적％ 이하를 차지하고, 지르코늄 화합물이 0.1 체적％ 이상 18.0 체적％ 이하를 차지하고, 주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속 (지르코늄 (Zr) 및 텅스텐 (W) 을 제외함) 의 화합물, 이트륨 화합물, 스칸듐 화합물 및 란타노이드 화합물이 0.1 체적％ 이상 1.0 체적％ 이하를 차지하고, 알루미나 (Al2O3) 가 잔부를 차지하는 것이 바람직하다. 또, 결정 입계에 있어서의 결합력을 향상시키는 첨가 성분의 화합물을 사용한 세라믹 조성물에 있어서, 지르코늄 화합물이 실질적으로 함유되어 있지 않은 경우, 탄화텅스텐 (WC) 이 20.0 체적％ 이상 50.0 체적％ 이하를 차지하고, 주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속 (지르코늄 (Zr) 및 텅스텐 (W) 을 제외함) 의 화합물, 이트륨 화합물, 스칸듐 화합물 및 란타노이드 화합물이, 0.1 체적％ 이상 1.0 체적％ 이하를 차지하고, 알루미나 (Al2O3) 가 잔부를 차지하는 것이 바람직하다. 첨가 성분의 화합물의 함유량이 1.0 체적％ 를 초과하는 경우, 첨가 성분이 탄화텅스텐 (WC) 에 고용됨으로써, 세라믹 조성물의 특성을 열화시킨다. 여기에서, 첨가 성분의 화합물이란, 첨가 성분의 산화물, 첨가 성분의 탄화물, 첨가 성분의 질화물, 첨가 성분의 탄질화물 또는 이들의 조합을 의미한다.
도 12 는 세라믹 조성물의 기계 특성, 열 특성 및 내구성에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 표이다. 시험자는, 세라믹 조성물로서 복수의 시료 13, 14, 15, 16, 17, SC15, SC16 를 제작하고, 각 시료에 대하여, 도 4 및 도 5 의 평가 시험과 마찬가지로 각종의 특성을 조사하였다. 시료 13 은 도 4, 5 의 시료 1 과 동일하고, 시료 13 의 첨가 성분은 지르코니아 분말이다.
시료 14 는 59.5 체적％ 의 알루미나 분말과, 40.0 체적％ 의 탄화텅스텐 분말과, 0.5 체적％ 의 산화이트륨 (Y2O3) 분말을 원료로 하여, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 14 의 첨가 성분의 화합물은, 산화이트륨 (Y2O3) 분말이다. 시료 14 에서는, 산화이트륨 분말의 평균 입경은 약 0.8 ㎛ 이다. 시료 14 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 Y 원소가 분포하고 있었다. 시료 14 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 10.1 ％ 였다.
시료 15 는 첨가 성분의 화합물이 0.5 체적％ 의 산화니오브 (Nb2O5) 분말인 점을 제외하고, 시료 14 와 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 15 에서는, 산화니오브 분말의 평균 입경은 약 0.7 ㎛ 이다. 시료 15 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 Nb 원소가 분포하고 있었다. 시료 15 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 9.2 ％ 였다.
시료 16 은 첨가 성분의 화합물이 0.5 체적％ 의 산화크롬 (Cr2O3) 분말인 점을 제외하고, 시료 14 와 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 16 에서는, 산화크롬 분말의 평균 입경은 약 1.1 ㎛ 이다. 시료 16 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 Cr원소가 분포하고 있었다. 시료 16 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 11.1 ％ 였다.
시료 17 은 첨가 성분의 화합물이 0.25 체적％ 의 지르코니아 분말 및 0.25 체적％ 의 산화이트륨 분말인 점을 제외하고, 시료 14 와 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 17 에서는, 지르코니아 분말의 평균 입경은 약 0.7 ㎛ 이고, 산화이트륨 분말의 평균 입경은 약 0.7 ㎛ 이다. 시료 17 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 Zr 원소 및 Y 원소가 분포하고 있었다. 시료 17 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 10.6 ％ 였다.
시료 SC15 는 첨가 성분의 화합물이 0.5 체적％ 의 산화철 (Fe2O3) 분말인 점을 제외하고, 시료 14 와 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 SC15 에서는, 산화철 분말의 평균 입경은 약 0.9 ㎛ 이다. 시료 SC15 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소인 Fe 원소가 분포하고 있지 않았다. 이 결과는, 소결시에 Fe 원소가 액상이 되어 편절되는 것, 및 Fe 원소가 다른 첨가 성분과 반응하여 화합물을 생성하는 것 등에서 기인하여, Fe 원소가 결정 계면에 대해 균일하게 확산될 수 없기 때문이라고 생각된다. 시료 SC15 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 10.0 ％ 였다.
시료 SC16 은 첨가 성분의 화합물이 0.5 체적％ 의 산화칼슘 (CaO) 분말인 점을 제외하고, 시료 14 와 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 SC16 에서는, 산화칼슘 분말의 평균 입경은 약 1.1 ㎛ 이다. 시료 SC16 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소인 Ca 원소가 분포하고 있지 않았다. 이 결과는, 소결시에 Ca 원소가 액상이 되어 편절되는 것, 및 Ca 원소가 다른 첨가 성분과 반응하여 화합물을 생성하는 것 등에서 기인하여, Ca 원소가 결정 계면에 대해 균일하게 확산될 수 없기 때문이라고 생각된다. 시료 SC16 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 10.0 ％ 였다.
시료 14 ∼ 17 에서는, 시료 13 과 마찬가지로, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 중 어느 결정 계면에도 각 첨가 성분 원소가 분포하고 있으며, 시료 14 ∼ 17 의 기본 특성 (굽힘 강도, 파괴 인성 등) 은, 시료 13 과 동등하였다. 그 때문에, 시료 14 ∼ 17 의 각 절삭 시험의 결과는, 시료 13 과 마찬가지로 양호하였다.
이에 반해, 시료 SC15, SC16 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 중 어느 결정 계면에도 각 첨가 성분 원소가 분포하고 있지 않고, 시료 SC15, SC16 의 굽힘 강도는, 시료 13 ∼ 17 과 비교하여 3 분의 2 이하였다. 그 때문에, 시료 SC15, SC1 의 절삭 시험에서는, 어느 절삭 속도에 있어서도 결손이 발생하였다.
도 12 의 평가 시험의 결과로부터, 세라믹 조성물의 내구성을 향상시키는 관점에서, 제 1 결정 입계 (40) 와 제 2 결정 입계 (50) 에 지르코늄 (Zr), 주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속, 이트륨 (Y), 스칸듐 (Sc), 란타노이드 중 적어도 1 개가 분포하는 것이 바람직하다.
도 13 은 세라믹 조성물의 기계 특성, 열 특성 및 내구성에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 표이다. 시험자는, 세라믹 조성물로서 복수의 시료 A, B, C, D, E, F, G, H, I, X 를 제작하고, 각 시료에 대하여, 도 4 및 도 5 의 평가 시험과 마찬가지로 각종의 특성을 조사하였다.
시료 A 는 59.0 체적％ 의 알루미나 분말과, 40.0 체적％ 의 탄화텅스텐 분말과, 1.0 체적％ 의 지르코니아 분말을 원료로 하여, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 A 의 첨가 성분의 화합물은, 지르코니아 분말이다. 시료 A 에서는, 지르코니아 분말의 평균 입경은 약 0.7 ㎛ 이다. 시료 A 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 Zr 원소가 분포하고 있었다. 시료 A 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 8.6 ％ 였다.
시료 B 는 58.3 체적％ 의 알루미나 분말과, 40.0 체적％ 의 탄화텅스텐 분말과, 1.7 체적％ 의 지르코니아 분말을 원료로 하여, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 B 의 첨가 성분의 화합물은, 지르코니아 분말이다. 시료 B 에서는, 지르코니아 분말의 평균 입경은 약 0.7 ㎛ 이다. 시료 B 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 Zr 원소가 분포하고 있었다. 시료 B 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 8.6 ％ 였다.
시료 C 는 50.0 체적％ 의 알루미나 분말과, 40.0 체적％ 의 탄화텅스텐 분말과, 10.0 체적％ 의 지르코니아 분말을 원료로 하여, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 C 의 첨가 성분의 화합물은, 지르코니아 분말이다. 시료 C 에서는, 지르코니아 분말의 평균 입경은 약 0.7 ㎛ 이다. 시료 C 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 Zr 원소가 분포하고 있었다. 시료 C 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 9.3 ％ 였다.
시료 D 는 59.5 체적％ 의 알루미나 분말과, 40.0 체적％ 의 탄화텅스텐 분말과, 0.5 체적％ 의 탄화티탄 (TiC) 분말을 원료로 하여, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 D 의 첨가 성분의 화합물은, 탄화티탄 분말이다. 시료 D 에서는, 탄화티탄 분말의 평균 입경은 약 0.8 ㎛ 이다. 시료 D 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 티탄 (Ti) 원소가 분포하고 있었다. 시료 D 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 10.3 ％ 였다.
시료 E 는 59.5 체적％ 의 알루미나 분말과, 40.0 체적％ 의 탄화텅스텐 분말과, 0.5 체적％ 의 탄화바나듐 (VC) 분말을 원료로 하여, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 E 의 첨가 성분의 화합물은, 탄화바나듐 분말이다. 시료 E 에서는, 탄화바나듐 분말의 평균 입경은 약 1.2 ㎛ 이다. 시료 E 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 바나듐 (V) 원소가 분포하고 있었다. 시료 E 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 10.9 ％ 였다.
시료 F 는 59.5 체적％ 의 알루미나 분말과, 40.0 체적％ 의 탄화텅스텐 분말과, 0.5 체적％ 의 이탄화삼크롬 (Cr3C2) 분말을 원료로 하여, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 F 의 첨가 성분의 화합물은, 이탄화삼크롬 분말이다. 시료 F 에서는, 이탄화삼크롬 분말의 평균 입경은 약 1.0 ㎛ 이다. 시료 F 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 크롬 (Cr) 원소가 분포하고 있었다. 시료 F 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 12.0 ％ 였다.
시료 G 는 59.5 체적％ 의 알루미나 분말과, 40.0 체적％ 의 탄화텅스텐 분말과, 0.5 체적％ 의 탄화지르코늄 (ZrC) 분말을 원료로 하여, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 G 의 첨가 성분의 화합물은, 탄화지르코늄 분말이다. 시료 G 에서는, 탄화지르코늄 분말의 평균 입경은 약 1.1 ㎛ 이다. 시료 G 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 지르코늄 (Zr) 원소가 분포하고 있었다. 시료 G 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 10.5 ％ 였다.
시료 H 는 59.5 체적％ 의 알루미나 분말과, 40.0 체적％ 의 탄화텅스텐 분말과, 0.5 체적％ 의 탄화니오브 (NbC) 분말을 원료로 하여, 시료 1 과 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 H 의 첨가 성분의 화합물은, 탄화니오브 분말이다. 시료 H 에서는, 탄화니오브 분말의 평균 입경은 약 1.0 ㎛ 이다. 시료 H 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 니오브 (Nb) 원소가 분포하고 있었다. 시료 H 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 11.3 ％ 였다.
시료 I 는, 첨가 성분의 화합물이 0.25 체적％ 의 지르코니아 (ZrO2) 분말 및 0.25 체적％ 의 탄화지르코늄 (ZrC) 분말인 점을 제외하고, 시료 H 와 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 I 에서는, 지르코니아 분말의 평균 입경은 약 0.7 ㎛ 이고, 탄화지르코늄 분말의 평균 입경은 약 1.1 ㎛ 이다. 시료 I 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 지르코늄 (Zr) 원소가 분포하고 있었다. 시료 I 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 9.9 ％ 였다.
시료 X 는 첨가 성분의 화합물이 0.5 체적％ 의 산화마그네슘 (MgO) 분말인 점을 제외하고, 시료 H 와 동일하게 제작된 세라믹 조성물이다. 시료 X 에서는, 산화마그네슘 분말의 평균 입경은 약 0.8 ㎛ 이다. 시료 X 에서는, 제 1 결정 입계 (40) 및 제 2 결정 입계 (50) 의 어느 결정 계면에도 첨가 성분 원소로서 마그네슘 (Mg) 원소가 분포하고 있었다. 시료 X 에서는, 면적률 A/(A ＋ B) × 100 은 9.6 ％ 였다.
시료 A ∼ I 의 각 절삭 시험의 결과는, 어느 절삭 속도에 있어서도 양호하였다. 시료 X 의 절삭 시험에서는, 어느 절삭 속도에 있어서도 결손이 발생하였다.
시료 1 ∼ 12 및 시료 A, B, C 의 평가 결과에 의하면, 내결손성을 확보하는 관점에서, 첨가 성분인 지르코니아 (ZrO2) 는, 1.0 체적％ 이상 15.0 체적％ 이하가 더욱 바람직하고, 1.7 체적％ 이상 10.0 체적％ 이하가 한층 더 바람직하다.
세라믹 조성물에 있어서의 지르코니아 결정 입자 (30) 의 적어도 일부는, 지르코니아 (ZrO2) 가 탄화에 의해 변질된 탄화지르코늄 (ZrC) 이어도 되고, ZrO2 와 ZrC 의 고용체여도 된다. 즉, 세라믹 조성물은, 알루미나 (Al2O3) 와 탄화텅스텐 (WC) 과 지르코늄 화합물 (예를 들어, ZrO2, ZrC 등 중 적어도 1 개) 로 주로 이루어져도 된다.
10 : 알루미나 결정 입자
20 : 탄화텅스텐 결정 입자
30 : 지르코니아 결정 입자
40 : 제 1 결정 입계
50 : 제 2 결정 입계
110 : 용매
150 : 입자

Claims (10)

  1. 알루미나 (Al2O3) 와 탄화텅스텐 (WC) 과 지르코니아 (ZrO2) 로 주로 이루어지는 세라믹 조성물로서,
    알루미나 (Al2O3) 결정 입자와 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 1 결정 입계와, 2 개의 알루미나 (Al2O3) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 2 결정 입계에 지르코늄 (Zr) 이 분포하는 것을 특징으로 하는 세라믹 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 조성물의 단면에 있어서, 다른 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자에 인접하지 않고 알루미나 (Al2O3) 결정 입자 및 지르코니아 (ZrO2) 결정 입자 중 적어도 일방의 결정 입자에 의해 포위된 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자의 단면적 A 와, 다른 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자에 인접하는 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자의 단면적 B 의 관계는, 1.5 ≤ A/(A ＋ B) × 100 ≤ 50.0 을 만족시키는, 세라믹 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    탄화텅스텐 (WC) 이 20.0 체적％ 이상 50.0 체적％ 이하를 차지하고,
    지르코니아 (ZrO2) 가 0.1 체적％ 이상 18.0 체적％ 이하를 차지하고,
    알루미나 (Al2O3) 가 잔부를 차지하는, 세라믹 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 세라믹 조성물로 이루어지는 절삭 공구.
  5. 알루미나 (Al2O3) 와,
    탄화텅스텐 (WC) 과,
    주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속의 화합물 (텅스텐 (W) 을 제외함), 이트륨 화합물, 스칸듐 화합물, 란타노이드 화합물 중 적어도 1 개의 화합물로 주로 이루어지는 세라믹 조성물로서,
    알루미나 (Al2O3) 결정 입자와 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 1 결정 입계와, 2 개의 알루미나 (Al2O3) 결정 입자가 인접하는 계면인 제 2 결정 입계에 주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속 (텅스텐 (W) 을 제외함), 이트륨 (Y), 스칸듐 (Sc), 란타노이드 중 적어도 1 개가 분포하는 것을 특징으로 하는 세라믹 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 세라믹 조성물의 단면에 있어서, 다른 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자에 인접하지 않고, 알루미나 (Al2O3), 주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속 (텅스텐 (W) 을 제외함) 의 화합물, 이트륨 화합물, 스칸듐 화합물, 란타노이드 화합물 중 적어도 1 개의 결정 입자에 의해 포위된 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자의 단면적 A 와, 다른 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자에 인접하는 탄화텅스텐 (WC) 결정 입자의 단면적 B 의 관계는, 1.5 ≤ A/(A ＋ B) × 100 ≤ 50.0 을 만족시키는, 세라믹 조성물.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    탄화텅스텐 (WC) 이 20.0 체적％ 이상 50.0 체적％ 이하를 차지하고,
    지르코늄 화합물이 0.1 체적％ 이상 18.0 체적％ 이하를 차지하고,
    알루미나 (Al2O3) 가 잔부를 차지하는, 세라믹 조성물.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    탄화텅스텐 (WC) 이 20.0 체적％ 이상 50.0 체적％ 이하를 차지하고,
    지르코늄 화합물이 0.1 체적％ 이상 18.0 체적％ 이하를 차지하고,
    주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속 (지르코늄 (Zr) 및 텅스텐 (W) 을 제외함) 의 화합물, 이트륨 화합물, 스칸듐 화합물 및 란타노이드 화합물이, 0.1 체적％ 이상 1.0 체적％ 이하를 차지하고,
    알루미나 (Al2O3) 가 잔부를 차지하는, 세라믹 조성물.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    탄화텅스텐 (WC) 이 20.0 체적％ 이상 50.0 체적％ 이하를 차지하고,
    주기표의 IVa ∼ VIa 족에 속하는 천이 금속 (지르코늄 (Zr) 및 텅스텐 (W) 을 제외함) 의 화합물, 이트륨 화합물, 스칸듐 화합물 및 란타노이드 화합물이, 0.1 체적％ 이상 1.0 체적％ 이하를 차지하고,
    알루미나 (Al2O3) 가 잔부를 차지하는, 세라믹 조성물.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 세라믹 조성물로 이루어지는 절삭 공구.
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