KR940005395B1 - 보강 세라믹 절삭공구 - Google Patents

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저랄드 다불류 가드너
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Abstract

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Description

보강 세라믹 절삭공구
제1도와 제2도는 본 발명의 절삭 공구로 얻어진 단면 절삭(face milling) 결과와 종래의 절삭공구로 얻어진 결과를 비교하는 그래프들이다.
본 발명은 절삭 공구에 관한 것이다. 보다 상세하게 설명하면 본 발명은 개선된 세라믹 절삭공구에 관한 것이다.
금속 절삭, 또는 기계가공은 가장 중요하고 또한 가장 널리 사용되고 있는 제작 공정들중 하나로서, 보통 기계가공 조작들로서는 세이핑, 평삭(平削), 밀링, 단면절삭, 브로우칭, 그라인딩, 톱질, 선삭(旋削), 보오링, 드릴링 및 리이밍이 있다.
이들 공정중 일부(이를테면, 톱질)는 작업물의 외측 및 내측의 양측면에서 작업이 행해지며, 다른 조작들은 작업물의 내측면(이를테면, 리이밍)이나 또는 외측면(이를테면, 밀링)에만 작업이 행해진다. 이들 여러 가지의 조작물에 대해서는 DeGarmo, Materials and Processes in Manufacturing, (1969년 제3판), 특히 제16장 "Metal Cutting"에 상세하게 기재되어 있다.
어느 특정한 기계가공 조작에 있어서의 생산성의 척도는 일정시간내에 작업물로부터 제거되는 총 금속량에 의해 정해지는 바, 이 목적의 절삭 공구로서 각종의 재질들이 광범위하게 사용되거나 제안되어 왔으며, 이들 재질은 보통 공구강, 고속도강, 주조 비철 합금, 소결 탄화물 및 세라믹을 분류된다(다이아몬드의 경우와 같이 용도가 한정되는 재질도 있다). 절삭 공구 성능에 있어서의 매개 변수들로서는 절삭 속도, 절삭 깊이, 공급속도 및 공구 수명이 보통 비교 평가되고 있다. 전술한 종전의 절삭공구 재질들은 모두가 전술한 매개변수들중 1개 이상을 충족시키지 못하고 있다. 공구강, 고속도강 및 주조 비철합금들은 모두 이들의 절삭 속도가 상대적으로 낮은 속도(ft/분 또는 m/분)로 제한받는 임계온도 한계치를 갖고 있다. 이를 테면, 고속강은 강을 절삭하는데 100-225fpm(30-70m/분) 제한을 받으며, 비철 재질들을 절삭하는데 250-300fpm(75-90m/분) 제한을 받는다. 주조 비철합금들은 전술한 속도의 약 2배까지 작업이 행해진다. 탄화물재질(이를테면, 텅스텐탄화물)은 특히 피복물의 경우에는 강에 대한 절단 속도 비율이 2 내지 5배 만큼 향상되나 강만큼 강인하지 못하며 충격 파단성이 있기 때문에 충격이 중요변수로 되는 용도의사용, 이를테면 간헐적인 절삭이나 또는 경질의 작업편의 기계 가공에는 아주 제한을 받는다.
알루미나와 같은 세라믹 재질들은 종래의 강 절삭 공구 및 탄화물 절삭 공구들에 비하여 훨씬 고속으로 작업이 가능한 절삭 공구들이 제조된다는 사실이 발견되어 왔다. 이를테면 강철삭의 절삭속도가 500 내지 1400fpm(150 내지 430m/분)라 보고되어 있다. 그러나, 세라믹 절삭공구에 있어서는 세라믹이 탄화물에 비하여 훨씬 깨지기 쉽고 인성이 훨씬 낮기 때문에 공구수명이라는 문제점이 크게 대두되어 왔다.
특히 문제시되어 왔던 것은 충격 받을 시에 급격히 크게 파단된다는 성질이다. 환언하면, 세라믹 재질들은 높은 절단 속도에도 불구하고, 강 절삭공구 및 탄화물 절삭공구에서 채용되는 공급 속도보다 훨씬 낮은, 아주 낮은 공급속도에서만 작업이 가능하였다.
그리하여 절삭속도 및 공급속도 양자의 중요변수인 생산성이 종래의 모든 종류의 절삭공구들에 비하여 비교적 낮다는 사실이 발견되었다. 강 공구 및 탄화물 공구들은 공급속도는 높으나, 절삭 속도는 비교적 낮다. 이와 반대로 세라믹 공구들은 절삭 속도는 높으나 낮은 공급속도에서만 작업이 행해진다. 따라서 일정시간 동안의 금속 총 제거량으로 정해지는 생산성은 사용되는 절삭공구의 종류와는 관계없이 비교적 낮게 유지되는 것이다.
절삭 공구로서의 각종의 세라믹 사용에 관한 문헌들중에는 알루미나, 지르코니아, 탄화티탄 및 붕소화티탄으로 구성되는 세라믹의 사용에 대해 기술되어 있는 요리(Iyori)씨등의 미합중국 특허 제4,543,343호가 있으며, 또 하나의 문헌으로서는 알루미나, 지르코니아 및 제4b족과 제5b족의 탄화물, 질화물 또는 침탄질화물로 구성되는 절삭공구 세라믹에 대하여 기술되어 있는 미합중국 특허 제4,366,254호가 있다.
탄화 규소 섬유 보강 세라믹은 각종의 기계부품, 이를테면 열교환기, 모울드, 노즐, 터어빈, 밸브 및 기어등에 사용된다는 보고가 있다(일본국 특허 제59-54680호 및 제59-102681호 참조). 그러나, 전술한 특허 문헌상의 기술내용들은 전술한 기계부품들이 통상의 사용환경하에 충격응력을 받지 않기 때문에 본 발명의 절삭공구와는 무관하다. 또 전술한 특허 문헌상에 인성이나 또는 내충격성의 개선에 대해서는 언급되어 있지 않다.
세라마릭에 탄화규소 위스커(whisker)를 혼입시키면 세라믹의 파괴인상을 개선시킬 수 있다는 사실이 또한 보고되어 있다. 위스커 함량 및 배열과 관계 있는 인성 증가를 위한 메커니즘에 대해서는 베커(Becher)씨 및 웨이(Wei)씨의 2개의 문헌상에 기재되어 있다. ["Sic 위스커 보강 알루미나에 있어서의 강화거동, " Comm. Am. Cer. Soc.(Sept., 1984)과 "Transformation Toughened and Whisker Reinforced Ceramics", Soc. Auto. Engrs., Proc. 21st Auto. Tech. Dev. Mtg., 201-205(Mar., 1984), 및 웨이(Wei)씨의 미합중국 특허 제4,543,345호 참조]. 그러나, 전술한 문헌들에는 열안정성과 요곡강도들에 대해서만 취급되어 있으나, 기계가공 조작에 대해서는 업급되어 있지 않다. 따라서 강 및 탄화물의 경우에서와 같이 높은 공급 속도를 허용하여 세라믹의 높은 절단속도에서 작업이 행해지는 공구의 출현이 아주 요망되어 왔다. 그러나 이상적인 절삭 공구를 사용하면 종래의 어떠한 공구들에 비하여 생산성이 매우 현저하게 향상되는 것이다.
본 발명은 넓은 의미에 있어서 세라믹 위스커 함유 보강제가 분산된 세라믹 매트릭스 복합체로 구성되는 절삭공구에 관한 것이다.
바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 세라믹 매트릭스는 알루미나 그 자체만으로 구성되거나 또는 알루미나와 개질제로 구성된다. 본 발명에 따른 또 하나의 세라믹 매트릭스로서는 질화 규소 매트릭스가 있으며, 이 질화 규소 매트릭스도 또한 개질제 성분을 함유할 수도 있다.
보강 세라믹 위스커로서는 탄화규소가 가장 바람직하며, 적합하게 사용할 수 있는 기타 위스커로서는 알루미나, 질화알루미늄, 산화 베릴륨, 탄화붕소, 흑연 및 질화규소가 있다. 어떠한 공구에 있어서나 위스커 보강제는 반드시 세라믹 매트릭스와 혼화가능하고 또한 양호한 보강 결합력이 형성될 수 있는 재질어어야만 된다.
세라믹 매트릭스중 위스커 함량은 2 내지 40용적% 위스커이며, 알루미나 매트릭스중 탄화규소 위스커 함량이 25용적% 배합 배율이 특히 우수한 세라믹 절삭공구라는 사실이 발견되었다.
절삭공구들은 독특하고 유일한 고급류의 산업제품으로서, 절단 용액이 절삭공구의 절단날에 매우 높게 국부적으로 집중되도록 절삭공구의 형상이 이루어진다. 절삭공구의 칩과 면사이의 마찰 뿐만 아니라 작업편을 변형시켜 칩을 발생시키는데 필요한 작업 때문에 절삭공구내에 상당한 열이 발생되게 된다. 연성 또는 경도와 같은 작업편의 특성들에 의해 절삭 공구가 받고 있는 응력 및 작업온도가 더 한층 높아질 수 있다.
절삭공구는 특히 단속적인 절단물을 제작할 경우에는 물론 작업편이 연속적이거나 또는 불연속적인 칩으로 형상되느냐의 여부에 따라 좌우되기도 하지만 출력의 정도가 변화될 수도 있다.
각종의 절삭공구의 형상 및 절삭공구의 사용 조건들에 대해서는 Degarmo 문헌에 상세하게 기재되어 있다. 따라서 절삭공구로서 사용하는데 적합한 재질을 결정하는 경우와는 아주 다르게 작업응력, 온도 및 충격의 정밀하고 독특한 조합에 의해서 판단해야만 된다.
본 발명은 세라믹 매트릭스중에 세라믹 보강 위스커를 일정량 함유시킴으로써 종전의 비보강 세라믹의 높은 절단 속도가 유지될 뿐만 아니라, 강 및 탄화물의 경우에만, 특히 탄화물의 경우에는 절단속도를 크게 감소시킨 경우에만 종전에는 얻어질 수 있는 고속 공급속도에서도 세라믹의 작업이 행해질 수 있는 절삭 공구가 제조된다는 사실의 발견에 기초한 것이다.
본 절삭 공구중 매트릭스체를 형성할 수 있는 세라믹으로서는 종전에 비보강 상태의 절삭공구로서 유용하다고 알려지고 있는 세라믹 재질은 모두 사용할 수 있다. 전술한 공지재질중 알루미나가 가장 중요하다. 알루미나는 단독으로 사용(허용 불순물외의 타물질은 함유될 수 없음)하거나, 또는 소량(약 30%이하)의 강화성분(예 : 지르코니아, 이트리아, 하프니아, 마그네시아, 질화규소 및 탄화티탄 또는 이들의 혼합물)과 조합 또는 도우핑하여 사용할 수 있다. 상기에 인용한 베커(Becher)씨의 SAE 문헌에는 30용적% 이하의 지르코니아(3몰% 이하의 이트리아 함유)를 함유하는 전형적인 조성이 기재되어 있다. 절삭공구 매트릭스로서 사용할 수 있는 기타 세라믹으로서는 질화규소(개질제 함유가능)가 있다.
가장 유리하게 사용되는 보강 위스커로서는 탄화규소 위스커가 있다. α형 및 β형 탄화규소 위스커는 모두 시판되고 있으며, 모두 사용할 수가 있다.
본 발명에 사용되는 위스커들은 단일결정 즉, 단결정 구조를 갖는다. 공업적으로 특히 바람직한 위스커는 ARCO 케미컬 캄파니의 Advanced Materials 그룹에서 생산시판하고 있는 탄화규소 위스커이다.
이러한 위스커는 왕겨에서 생산되며, 일반적으로 평균 작경이 0.6μm이고, 종횡비가 15 내지 150정도이다.
또 강도는 일반적으로는 1백만 psi(70,000kg/㎠)이고 인장 계수는 60 내지 100만 psi(4 내지 7백만 kg/㎠)이다. 탄화규소 위스커는 3200℉(1760℃)에서 열적으로 안정하다. 적당하게 사용할 수 있는 기타 위스커로서는 알루미나, 질화알루미늄, 산화베릴륨, 탄화붕소, 흑연 및 질화규소가 있다. 위스커의 혼합물들도 또한 사용할 수 있다.
단결정 위스커의 보다 상세한 설명에 대해서는 Katz, H.S 및 Milewski, J. V.,씨의 플라스틱 첨가제 및 보강제 핸드북 제466 내지 464페이지(C. 25)(Von Nostrand Reinhold Co., N. Y. 1978)을 참조하길 바란다.
다결정 형태의 단섬유 물질을 본 발명에서 사용되는 단결정 위스커와는 구별되어져야만 된다. 다결정 필라멘트 또는 절단 섬유는 직경이 보다 훨씬 크다(이를테면, 직경이 10마이크론 이상임). 상기에 이용한 웨이(Wei) 씨의 특허 명세서에 기재된 바와 같이 다결정 섬유들은 "대략의 이론밀도를 갖는 세라믹 복합제의 제조를 위한 고운 압축과 같은 고온 성형법에 있어서 그들의 용도가 심하게 제한을 받는 약 1250℃ 이상의 온도에서의 입자성장 때문에 상당한 열화를 받는다. 또 고온 압축시와 같은 고압 부하도중에 다결정 섬유들은 세라믹 복합제중의 섬유의 보강성이 떨어지는 파쇄를 받는다.
또한 이들 다결정 섬유는, 균열선 또는 파쇄면을 가로질러 펼쳐있는 섬유들이 특히 고온 압축시의 고온 및 고압하에 처리되어 복합제가 성형된 후에도 복합제의 균열성장을 억제하는 인장강도가 불충분하기 때문에 세라믹 복합제의 균열 저항성이 부족하다."
또 Milewski, J,V의 "단섬유 보강제의 기동" 플라스틱 배합, (1979년 11/12월) 제17 내지 37면을 참조하길 바란다. 또 단결정 "위스커"와 다결정 "미섬유"의 명확한 구별에 대해서는 제17 내지 19페이지를 참조하길 바란다.
세라믹 위스커는 세라믹 매트릭스 성분과 혼화될 수 있는 조성을 가져야만 된다는 사실에 유의해야 된다. 이들 성분은 대개가 서로 충분히 혼화되기 때문에 혼화되지 않는 소수의 조합 경우들을 방지하는 것은 당분야의 숙련자들에게는 별문제가 되지 않는다.
또 위스커는 매트릭스의 보강이 얻어지도록 매트릭스내에 결합되어야만 된다는 사실에 유의해야만 된다. 결합 보강의 성질에 대해서는 보다 상세한 설명은 없으나, 많은 연구가들에 의해 양호한 보강에 대해 일반적으로 고찰되어 왔다.
이를테면, Katz 씨등의 플라스틱의 첨가제 및 보강제 핸드북 454 내지 457페이지(1978)에 간략하게 기술되어 있다. 본 발명자들은 세라믹 위스커 함량이 위스커/매트릭스 복합제중 약 2 내지 40용적% 범위일 경우에 결합이 만족스럽고 보강 효과가 양호하다는 사실을 발견하였다(이 같은 사실은 매트릭스 함량이 60 내지 98%임을 나타낸다). 위스커 함량이 약 40%를 초과할 경우 위스커를 첨가시키면 인성에 악효과가 초래된다.
이것은 위스커 농도 그 자체 대역의 인성이 제한을 받거나 또는 매트릭스 응집력이 감소되는 지점에서 세라믹 매트릭스가 전개되도록 위스커 함량이 아주 커지게 되는 것에 기인된다고 이해할 수가 있다. 위스커 함량이 약 2% 미만일 경우에는 충분한 보강효과를 얻는데 위스커 함량이 불충분한 것이다.
위스커 함량의 바람직한 범위는 공구 설계의 기준이 되는 절삭 작업의 형식에 의존할 것이다. 절삭력이 비교적 연속적으로 가해지고 공구 매트릭스에 열이 형성되는 절삭 형식(가령,선삭)에 공구가 사용될 경우에는 저함량(약 2-12%)이 더 좋다. 그러나, 더욱 단속적으로 또는 간헐적으로 세라믹 힘이 가해질 경우에는 고함량(가령, 20-35%)이 더 바람직하다. 알루미나 매트릭스에 약 25용적% 탄화규소 위스커로 구성된 절삭 공구인 경우에 특별히 현저한 성능이 나타난다. 주어진 용도에 최적합한 함량을 정하는데는 어느 정도의 일상적인 실험이 요구된다고 믿어지나, 그와 같은 것은 당분야에 숙달된 자들에 의해 용이하게 수행될 수 있을 것이다.
본 발명의 공구들의 전형적인 예가 표 1에 예시된다. 표 1의 데이터는, ARCO 케미컬 캄파니의 탄화규소 위스커를 함유한 알루미나 매트릭스로 구성된 시료에 대해 파괴인성(Kc)이 측정되는 실험에서 유도된다.
[표 1]
Figure kpo00001
다른 세라믹 매트릭스들에 대해서도 유사한 인성 증가가 예상될 수 있다. 예를 들면, 질화규소로 구성된 세라믹 매트릭스 혹은 탄화티탄으로 처리된 알루미나로 구성된 세라믹 매트릭스 모두는 알루미나 매트릭스의 파괴 인성보다 1.5배의 파괴 인성을 가진다. 표 1에서 알루미나에 대해 도시된 바와 같은 위스커 보강에 있어서 파괴 인성 개량의 정도는 질화 규소 매트릭스와 알루미나/탄화티탄 매트릭스에도 똑같이 가해질 것이라고 평가된다.
본 발명의 세라믹 절삭공구는 우선 분말 형태의 세라믹 매트릭스 물질을 세라믹 위스커와 적절한 비율로 섞어서 형성된다.
입상 고체들을 혼합하는 다양한 장치들이 알려져 있다. 페리(Perry)의 지음, 케미컬 엔지니어즈 핸드북 21-30 내지 21-36면(제5판, 1973)에 기술된 장치들이 전형적이다. 이와 같은 혼합은, 위스커들이 입상의 세라믹 매트릭스 물질에 골고루 분산되지만 질이 상당히 저하될 정도로 심하게 분산되지 않도록 이루어져야 한다. 요즈음의 바람직한 방법이 미합중국 특허 제4,463,058호에 개시되어 있다.
세라믹 매트릭스 물질과 세라믹 위스커들이 일단 골고루 혼합되면, 통상의 보강되지 않은 세라믹 공구의 성형과 마찬가지 방식으로 복합 절삭공구의 성형이 진행된다. 전형적으로, 공구들은 3,000-60,000psi(200-4200kg/㎠)의 압력하에 모울딩함으로써 성형되고, 1500-3200℉(810-1760℃) 정도의 온도에서 동시적으로 혹은 순차적으로 소결된다. 물론, 주조된 특별 형상은 의도하는 절삭 공구의 기능에 의존할 것이다.
본 발명의 개량된 세라믹 공구들은 고도의 인성과 내마모성을 지닌다. 특별히 바람직한 실시에 있어서, 절삭 공구들은 다양한 절삭 공구가 필요한 절삭공업과 선삭(旋削), 단면절삭, 밀링, 보링등과 같은 절삭 공구 삽입물 응용분야에 사용되는 표준 형태의 교체가능한 삽입물들이다. 본 발명의 절삭 공구들을 사용하는 기계가공 방법은 본 명세서에서 참고로 하는 미국 오하이오주 신시내티, 로슬린 드라이브 3980, 매트커트리서어치 어소시에이츠사(1081)의 「현장용 실무 기계가공 원리」에 개시되어 있다.
본 발명의 현저히 개량된 산물들이 아래의 표 2에 예시된다. 이런 예들에서, 다양한 형식의 세라믹 절삭공구들은 0.040인치(1.0mm)의 절삭 깊이로 2,000 표면 피이트/분(600 표면 미터/분)의 속도로 주철의 평삭(平削)에 사용되었다. "공구 수명"은 공구가 절단으로 파괴되기 전에 금속절단물의 인치수를 나타낸다.
[표 2]
Figure kpo00002
Figure kpo00003
(a) 시험종료 : 공구 파괴안됨
보강된 공구는 공구수명이 증가되고, 그래서 보강공구의 시험이 공구파괴에 못미쳐 종료된다 할지라도 생산성은 크게 증가된다는 것이 곧 명백해질 것이다. 몇가지 강철 및 카바이드 절삭 공구들의 수명이 길어질 수 있다지만, 그중 어떤 것도 세라믹으로 가능한 높은 절삭속도에서 작동할 수는 없다. 반면에, 표 2의 데이터는 비보강된 세라믹이 높은 절삭속도로 작동하지만 수용하기 어렵게도 공구수명에 있어서 짧다는 것을 보여준다. 그러나 본 발명의 보강된 절삭공구는 어느하나의 결점도 없이 종래 공구들 2가지 형식들이 가지는 최선의 특성들을 분명히 결합하고 있다.
본 발명의 다른 예시에 있어서, 다양한 분량의 탄화규소 위스커를 함유한 알루미나 매트릭스로 구성된 절삭공구 삽입물들이 마련되어 단면절삭 시험을 받았다. 또한 비교를 위해 통상의 삽입물들이 마련되어 시험되었다.
본 발명의 삽입물은, 미세한 분말의 알루미나를 앞의 예에서 사용된 적당량의 탄화규소 위스커와 골고루 뒤섞고 이 혼합물은 280kg/㎠, 1850℃에서 1시간 동안 고온 압축하여 99% 초과 이론밀도를 지닌 삽입물 블랭크를 형성함으로써 형성된다.
단면 절삭시험이 신시내티 No.5 수직 밀링머시인으로 시행되었다. 이 기계에는 스핀들에 대해 40마력 D.C.변속 구동모우터와 테이블 이송에 대해 10마력 A.C. 변속 구동모우터가 설치되어 있다.
작업물은 30류 회주철이었다. 선삭 작업물의 형상은 외경 12", 내경 8", 길이 13"였다. 이 튜브는 경도 179BHN이었다. 단일치 밀링테스트에 쓰이는 바아들은 2"×4"×12"였다. 표면 스케일은 테스트가 행해지기전에 모든 테스트 작업물에서 제거되었다. 공구 삽입물 A를 제외하고 모든 공구들은 0.006"×30"의 개선가공(開先加工)을 받았다. 공구 삽입물 A의 개선 가공은 0.006"×20"였다. 측면 절삭날 위의 마멸이 0.010" 균일마모, 0.020" 국소마모, 혹은 공구파괴일 때에 모든 공구의 시험들이 중지되었다.
밀링의 조건은 하기와 같다 :
Figure kpo00004
Figure kpo00005
단일치 단면절삭 테스트의 결과가 표 3과 표 1 및 2에 나타나 있다. 이 테스트들은 절삭공구의 인성이 값을 구하도록 설계된다. 절삭속도는 2000ft./분으로 일정하게 고정시켰다. 처음의 체(chip) 부하는 0.040in./tooth였다. 절삭 깊이와 절삭폭은 각각 0.050in. 및 4.0in. 였다. 이런 조건의 조합에서, Si3N4/30% TiC,Si3N4/알루미나, 및 알루미늄/30％ TiC 삽입물들은 44,42 및 27in.의 작업주행 후에 절단된다. 다른 공구들은 모두 최소 108in.의 작업주행이 절단없이 달성될때까지 시험되었다. 그러면 칩 부하가 0.08in./tooth까지 증가되고, 나머지 5개의 공구들이 시험되었다. 결과치가 제1도에 나타나 있다.
본 발명의 25% SiC 위스커 삽입물은 절단되지 않고서 336in.의 작업주행을 한다. 부가적인 시험을 시행하여 이 결과를 입증하였다. 제2의 테스트가 절단없이 119in.의 작업주행에서 중지되었다. 그리고 이 공구는 0.100in./tooth의 칩 부하로 시험되었다. 이런 칩 부하에서, 테스트가 절단없이 중지되기 전에204in.의 작업주행에 대해 공구가 시험되었다. 다른 공구들은 모두 0.080in./tooth 칩 부하에서 끊어졌다. 이 공구들은 또한 6000ft./분과 0.005-0.010in./tooth 이송에서 시험되었다.
이 테스트들의 결과치가 표3에 나타나 있다. 피이드 대 공구 수명 곡선들이 제2도에 나타나 있다. 이 발명의 절삭공구가 종래의 상업적인 공구들보다 우수하다는 것이 명백하다.
[표 3]
Figure kpo00006
* 이 수준의 공구수명에서는 파괴되지 않는다.
** 6000ft/min에서의 모든 파손은 마모에 기인한 것이나, 2000ft/min에서의 파손은 삽입물 파괴에 의한 것이다.
A--시판용 Si3N4/알루미나 삽입물
B--시판용 Si3N4/30% TiC 삽입물
C--시판용 Si3N4삽입물
D--시판용 알루미나/30% TiC 삽입물
통상의 절삭공구에 비하여 본 발명의 절삭공구로 얻어지는 잇점들을 더 보여주기 위하여, 부가적인 시험이 행해지고, 그 결과치가 아래에 나타나 있다. 아래에서, 25% SiC 삽입물은 앞의 예에 주어진 방법에 의해 준비된 알루미나 매트릭스 물질에 25용적% SiC 위스커였다. 삽입물 E는 통상의 알루미나%(4% 지르코니아) 삽입물이고, 삽입물 G는 AIN, Al2O3및 Y2O3소결보조제가 첨가된 통상의 Si3N4삽입물이다. 이 삽입물들은 여러 가지 다양한 절삭응용 분야에서 비교되었다.
Figure kpo00007
본 발명의 25％ SiC 위스커 보강 알루미나 삽입물은 간헐적인 절삭작동에 있어서 알루미나 세라믹 E와 질화규소 세라믹 G에 비하여 수명이 증가되고 수명산포가 줄어든다는 것을 보여준다.
Figure kpo00008
본 발명의 삽입물은 주철의 간헐 절삭에 있어서 삽입물 G보다 더 질긴 물질이었다. 이 테스트에서 작업 물질은 매우 강한 간헐적인 힘과 공구 팁(tip)의 열순환을 발휘하도록 설계된다. 알루미나 세라믹은 질화규소 세락믹보다 덜 질기다. 그래서, SiC 위스커 보강 세라믹은 알루미나의 내마모성을 보유하면서 질화규소보다 우수한 인성을 나타내게 강화된다.
Figure kpo00009
본 발명의 SiC 위스커 보강 삽입물은 경화강의 연속 선삭에서 삽입물 G보다 더 우수한 성능을 나타낸다.
Figure kpo00010
1) 내마모성=1/마모율.
SiC 위스커 보강 삽입물은 삽입물 G보다 더 성능이 좋고, 고도의 안정성 및 내마모성을 지닌다.
Figure kpo00011
Figure kpo00012
1) 내마모셩=1/마모율.
SiC 위스커 보강 삽입물은 Incoloy 901의 선삭에 적절하고, G보다 약간 더 높은 날수명을 가진다. 커다란 잇점은 뒷날 노치마모의 부족이 대응하여 양호한 표면처리를 유지한다는 것이다.
본 발명의 산업상의 이용가능성은 금속절삭 분야에 있다. 본 발명의 절삭공구는 금속절삭이 주요한 요소가 되는 모든 산업 분야에 실제로 사용될 수 있다. 이러한 절삭공구가 이로울 수 있는 전형적인 산업은 자동차, 항공기, 구조용 금속 및 일반금속 작업 산업들이다.
위에서 자세히 설명되지는 않았지만 본 발명의 범위와 정신내에서 분명한 본 발명의 여러 가지 다양한 실시예들이 있을 수 있다는 것은 분명하다. 그러므로, 상기한 설명은 예시에 불과하고 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에만 제한된다.

Claims (10)

  1. 2-40용적% 분량의 세라믹 위스커를 포함한 보강물이 골고루 분배되어 있는 세라믹 매트릭스를 포함한 복합체로 구성된 절삭공구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복합체가 65-80용적% 매트릭스와 20-35용적% 위스커로 구성된 절삭 공구.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복합체가 88-98용적 매트릭스와 2-12용적% 위스커로 구성된 절삭 공구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스가 알루미나로 구성된 절삭공구.
  5. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스가 질화규소로 구성된 절삭공구.
  6. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스가 소량의 지르코니아, 이트리아, 하프니아, 마그네시아, 질화규소 및 탄화티탄 또는 이들의 혼합물을 함유한 알루미나로 구성된 절삭공구.
  7. 제1항에 있어서, 상기 위스커가 탄화규소, 알루미나, 질화알루미늄, 산화베릴륨, 탄화붕소, 흑연, 질화규소 위스커 혹은 이들의 혼합물인 절삭공구.
  8. 제1항에 있어서, 상기 위스커가 탄화규소 위스커인 절삭공구.
  9. 2-40용적% 탄화규소 위스커가 골고루 분배되어 있는 알루미나 매트릭스로 구성된 절삭공구.
  10. 25용적% 탄화규소 위스커가 골고루 분배되어 있는 알루미나 매트릭스로 구성된 절삭공구.
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