WO2022050144A1

WO2022050144A1 - セラミックス部材、切削インサート、及び切削工具

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Publication number: WO2022050144A1
Application number: PCT/JP2021/031110
Authority: WO
Inventors: 智広西; 康之沖村; 祐介勝; 諭鈴木; 淳茂木; 光生池田
Original assignee: 日本特殊陶業株式会社
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2022-03-10
Also published as: JP2022042123A

Abstract

基材と被覆層との密着性を向上する。　セラミックス部材（１０１）は、アルミナと炭化タングステンを含有する基材（１０２）と、基材（１０２）の表面に形成され、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物で形成された被覆層（１０３）と、を有する。セラミックス部材（１０１）は、被覆層（１０３）をＸ線回折で測定したときの、上記化合物の（１１１）面に帰属されるピーク強度をＩＡとし、上記化合物の（２００）面に帰属されるピーク強度をＩＢとした際に、ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が、１．０以上である。

Description

セラミックス部材、切削インサート、及び切削工具

　本開示はセラミックス部材、切削インサート、及び切削工具に関する。

　特許文献１に、アルミナと、炭化タングステンと、周期表の４～６族に属する遷移金属の化合物、イットリウム化合物、スカンジウム化合物及びランタノイド化合物から選択される少なくとも１つの添加化合物から成るセラミックス部材が開示されている。このセラミックス部材は、第１の結晶粒界（アルミナ結晶粒子と炭化タングステン結晶粒子との粒界）及び第２の結晶粒界（２つのアルミナ結晶粒子が接する粒界）の少なくとも一方に、周期表の４～６族に属する遷移金属、イットリウム、スカンジウム及びランタノイドから選択される少なくとも１つが分布することにより、切削工具に用いられたときの耐久性が向上している。
　特許文献１に開示のセラミックス部材は、基材と、基材の表面に形成された被覆層と、を備えている。被覆層を設けることにより、セラミックス部材の耐酸化性および硬度を向上させることができ、セラミックス部材の耐久性を向上させることができる。

特開２０１６―１１３３２０号公報

　ところで、近年は切削加工の高能率化が求められており、切削加工において切削工具が被削材から受ける負荷が増大している。切削工具が被削材から受ける負荷の増大に応じて、基材と被覆層との密着性の改善が求められている。
　本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、セラミックス部材における基材と被覆層の密着性を向上させることを目的とし、以下の形態として実現することが可能である。

〔１〕アルミナと炭化タングステンを含有する基材と、
　前記基材の表面に形成され、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物で形成された被覆層と、を有するセラミックス部材であって、
　前記被覆層をＸ線回折で測定したときの、
　　前記化合物の（１１１）面に帰属されるピーク強度をＩＡとし、
　　前記化合物の（２００）面に帰属されるピーク強度をＩＢとした際に、
　ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が、１．０以上である、セラミックス部材。

〔２〕前記被覆層は、チタンを含むＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物で形成されている、〔１〕に記載のセラミックス部材。

〔３〕前記被覆層は、窒化チタンで形成されている、〔１〕又は〔２〕に記載のセラミックス部材。
〔４〕前記被覆層の厚みは、０．０５μｍ以上である、〔１〕から〔３〕のいずれか一項に記載のセラミックス部材。

〔１〕から〔４〕のいずれか一項に記載のセラミックス部材から構成される切削インサート。

〔５〕に記載の切削インサートを含む切削工具。

　上記ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が１．０以上であれば、セラミックス部材における基材と被覆層の密着性が向上する。
　切削インサートが上記セラミックス部材から構成される場合には、切削インサートの耐久性に優れる。
　切削工具が上記切削インサートを含む場合には、切削工具の耐久性に優れる。

形成時のバイアス電圧が異なる被覆層のＸ線回析パターンを示す図である。ＮａＣｌ型の結晶構造を表した模式図である。基材と被覆層の界面の結合強度の計算結果を示すグラフである。切削工具の一例の平面図である。切削インサートの一例の斜視図である。図５をＡ－Ａ線で切断した断面図である。バイアス電圧と密着強度の関係を表すグラフである。

　以下、本開示について、項目毎に具体的かつ詳細に説明する。
　なお、本明細書において、数値範囲について「～」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０～２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０～２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。

１．セラミックス部材
　セラミックス部材は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）と炭化タングステン（ＷＣ）を含有する基材と、基材の表面に形成され、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物で形成された被覆層と、を有する。
　セラミックス部材は、被覆層をＸ線回折で測定したときの、
　　前記化合物の（１１１）面に帰属されるピーク強度をＩＡとし、
　　前記化合物の（２００）面に帰属されるピーク強度をＩＢとした際に、
　ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が、１．０以上である。

（１）基材
　基材は、少なくともアルミナと、炭化タングステンと、を含有している。
　各成分の含有量について説明する。以下の含有量は、基材の全体を１００ｖｏｌ％としたときの量である。また、基材における各成分の含有量は、蛍光Ｘ線分析法等により各元素の量を求めることで算出できる。
　炭化タングステンの含有量は、特に限定されない。炭化タングステンの含有量は、硬度や焼結性の観点から、２０ｖｏｌ％～９５ｖｏｌ％が好ましく、２３ｖｏｌ％～６４ｖｏｌ％がより好ましく、３３ｖｏｌ％～６４ｖｏｌ％が更に好ましい。
　アルミナの含有量は、特に限定されない。アルミナの含有量は、硬度や焼結性の観点から、３ｖｏｌ％～７４ｖｏｌ％が好ましく、２３ｖｏｌ％～６４ｖｏｌ％がより好ましく、３３ｖｏｌ％～６４ｖｏｌ％が更に好ましい。

　基材は、炭化タングステン、アルミナの他の成分を含有していてもよい。他の成分としては、周期表３族（ランタノイド含む）、チタン、ジルコニウム、及びハフニウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素（以下、「特定元素」ともいう）を含む成分が好適に例示される。これらの成分の中でも、工具寿命が良好であるとの観点から、ジルコニウム、イットリウム、チタン、ハフニウム、及びイッテルビウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む成分が好ましい。
　これらの他の成分を含有すると、基材から構成されるセラミックス部材において、炭化タングステンの結晶粒子とアルミナの結晶粒子との粒界や、アルミナの結晶粒子間に特定元素が分布することになる。この場合、焼結性が向上し、粒界の結合強度が向上する。このように結合強度が向上するメカニズムの詳細は次のように推測される。すなわち、炭化物である炭化タングステンと、酸化物であり化学的に安定なアルミナとは反応しにくく、通常は両者の間に十分な結合強度が得られない。ところが、特定元素が粒界に介在すると、特定元素がアルミナの酸素と結合し、さらに、特定元素が炭化タングステンの炭素と結合し、その結果、炭化タングステンとアルミナとが特定元素を介して結合するためであると推測される。粒界の結合強度が向上する結果、セラミックス部材の耐摩耗性が向上し、工具の寿命が長くなる。

　なお、特定元素を上記の粒界に分布させるには、セラミックス部材の製造時において、各成分をビーズミル粉砕等の手法でよく分散させればよい。例えば、微細なジルコニア粉末やジルコニウム塩溶液をジルコニア原料として用いると、ジルコニウム元素が効果的に粒界に分布する。その他、ジルコニア原料のみを先に粉砕する分散混合処理や、粉砕メディアにジルコニア製のものを用いることも効果的である。
　また、焼成時の昇温速度及び保持時間を最適化することで、特定元素の移動（拡散）を促進することができる。

　各成分の平均粒径は、特に限定されない。各成分の平均粒径は、それぞれ、１．０μｍ以下としてもよく、０．７μｍ以下としてもよい。
　なお、本明細書における「平均粒径」は、鏡面研磨したセラミックス部材をエッチング処理し、これをＳＥＭ観察した画像を基に行うインターセプト法で測定した値である。

（２）被覆層
　被覆層は、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物で形成されている。ＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物（以下、ＮａＣｌ型化合物とも称する）とは、面心立方格子構造を有する化合物である。被覆層がＮａＣｌ型化合物で形成されているとは、例えば、被覆層をＸ線回折で測定した回折パターンで、ＮａＣｌ型の結晶構造に起因するピークが観察されることを意味する。被覆層は、ＮａＣｌ型化合物を主成分とすることが好ましい。なお、ＮａＣｌ型化合物を主成分とする場合には、Ｘ線回折で測定した回折パターンにおいて、上述のＮａＣｌ型の結晶構造に起因するピークが最大強度を示すことになる。

　ＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物は、硬度を向上する観点から、チタンを含むＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物であることが好ましい。チタンを含むＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物は、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）の炭窒化物、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）を含む複合窒化物、から選択される少なくとも１つの化合物であってもよい。これらの中でも、耐酸化性の観点から、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物は窒化チタンであることがより好ましい。

　被覆層は、基材の表面に形成されている。被覆層は、基材を直接的に被覆している。被覆層の表面には、組成が異なる別の硬質層が設けられていてもよい。文言の定義を明確にするためにあえて述べるが、本明細書においては、基材の表面に直接形成された層を被覆層とし、被覆層の外側に形成された層を硬質層とする。

　被覆層の厚さは、特に限定されない。被覆層の厚さは、０．０２μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましく、１．０μｍ以上がさらに好ましい。被覆層を厚くするほど、被覆層に覆われる基材の酸化を抑える効果およびセラミックス部材の硬度を向上させる効果を高めることができる。また、被覆層の厚さは、３０．０μｍ以下が好ましく、１５．０μｍ以下がより好ましく、１０．０μｍ以下がさらに好ましい。被覆層が上記の上限以下であれば、被覆層と基材との密着性を確保することができ、セラミックス部材の耐摩耗性を向上できる。これらの観点から、被覆層の厚さは、０．０２μｍ以上３０．０μｍ以下とすることができ、０．０５μｍ以上１５．０μｍ以下が好ましく、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下がより好ましい。
　被覆層の厚みは、セラミックス部材を切断し、その断面をＳＥＭにより観察して測定することができる。
　なお、被覆層の厚みは、例えば、被覆層の形成条件を調整することによって制御できる。
　被覆層の外側に硬質層が設けられた場合、被膜層と硬質層との厚みの合計は、１．０μｍ以上が好ましく、基材との密着性の観点から１０．０μｍ以下が好ましい。

　基材と被覆層との密着強度は、１．２０ＭＰａ以上であることが好ましく、１．３０ＭＰａ以上であることがより好ましい。密着強度が上記の下限値以上であれば、被覆層と基材との密着性を十分に確保できる。密着強度は、通常２．０ＭＰａ以下である。
　密着強度は、スクラッチ試験を行って、下記の式によって算出されるせん断応力Ｆ_ＢＷとして求めることができる。なお、下記の式中、基材のブルネル硬度Ｈ_ｂは、基材のビッカース硬度を換算して求めてもよい。
　なお、密着強度は、例えば、被覆層の形成条件のうち基材に印加するバイアス電圧を調整することによって制御できる。

　なお、セラミックス部材において、被覆層は、基材の表面全体を被覆していなくてもよい。セラミックス部材の耐久性を高めるために、セラミックス部材において、特に高温になる、あるいは強い力が加わる等により、耐酸化性や硬度を高める必要性の高い領域に被覆層が設けられていればよい。例えば、セラミックス部材を切削工具として用いる場合には、被削材に接して切削に直接関わる部位、および、その周辺の比較的高温になる部位において、被覆層を設ければよい。

（３）ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）
　ここで、ＩＡ、ＩＢの関係式について説明する。ピーク強度ＩＡとピーク強度ＩＢは、被覆層をＸ線回折で測定して得られる。Ｘ線回析では、被覆層と基材との接合面におけるＮａＣｌ型化合物の配向状態を評価するために、被覆層の表面側から測定を行う。

　ピーク強度ＩＡは、ＮａＣｌ型化合物の（１１１）面に帰属されるピークの強度である。例えば、ＮａＣｌ型化合物が窒化チタンの場合には、図１に示す２θ＝３６．６°付近におけるピーク高さが好適に用いられる。
　ピーク強度ＩＢは、ＮａＣｌ型化合物の（２００）面に帰属されるピークの強度である。例えば、ＮａＣｌ型化合物が窒化チタンの場合には、図１に示す２θ＝４２．６°付近におけるピーク高さが好適に用いられる。

　セラミックス部材は、被覆層をＸ線回折で測定したときの、ＮａＣｌ型化合物の（１１１）面に帰属されるピーク強度をＩＡとし、ＮａＣｌ型化合物の（２００）面に帰属されるピーク強度をＩＢとした際に、ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が、１．０以上である。ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値は、２．８以上が好ましく、通常、５．０以下である。
　ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値は、被覆層と基材との接合面においてＮａＣｌ型化合物の（２００）面に対する（１１１）面の比率を表している。ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が１．０以上であることは、ＮａＣｌ型化合物の（２００）面よりも（１１１）面が優先して配向していることを意味する。ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値を１．０以上とすることで、電気的な相互作用によって、被覆層と基材との密着性を向上できる。

　本開示では、ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が重要である。ここで、接合面においてＮａＣｌ型化合物の（１１１）面が密着性に寄与する推測理由を説明する。
　被覆層が窒化チタン（ＴｉＮ）である場合を例として説明する。図２は、黒丸をカチオン（Ｔｉ原子）とし、白丸をアニオン（Ｎ原子）として、ＮａＣｌ型の結晶構造を表した模式図である。図２の左図と右図は、同じ結晶構造を表している。左図と右図は、見る角度が異なっている。ＮａＣｌ型の結晶構造では、カチオンから成る層１と、アニオンから成る層３が交互に積層した構造となっている。そして、（１１１）面は、カチオンから成る層１、アニオンから成る層３のいずれかの層が現れた面となる。被覆層の基材に面する界面が、（１１１）面であり、カチオンから成る層１が現れた面の場合には、この界面は、電気的に正の極性界面となる。被覆層の基材に面する界面が、（１１１）面であり、アニオンから成る層３が現れた面の場合には、この界面は、電気的に負の極性界面となる。よって、界面が（１１１）面であれば、界面にカチオンから成る層１、アニオンから成る層３のいずれが現れていても極性界面となり、電気的な相互作用により基材との密着強度が向上すると考えられる。
　なお、被覆層の基材に面する界面が（２００）面の場合には、カチオンとアニオンが１：１の組成からなる非極性界面となり、電気的に中性のため、基材との密着強度が弱いと考えられる。被覆層の基材に面する界面が（００１）面の場合も、（２００）面の場合と同様に非極性界面となり、電気的に中性のため、基材との密着強度が弱いと考えられる。

　なお、ピーク強度比ＩＡ／ＩＢは、例えば、被覆層を形成するときの基材に印加するバイアス電圧を調整することによって制御できる。図１において３段に示した回析パターンのうち、１段目はバイアス電圧が－５０Ｖである比較例１の被覆層の回析パターンである。２段目はバイアス電圧が－１００Ｖである実施例１の被覆層の回析パターンである。３段目はバイアス電圧が－１５０Ｖである実施例２の被覆層の回析パターンである。なお、図１では、バイアス電圧の大きさを絶対値にて表している。

（４）セラミックス部材の製造方法
　セラミックス部材の製造方法は特に限定されない。例えば、アークイオンプレーティング蒸発法により、基材の表面に、ＮａＣｌ型化合物を含有する被覆層を形成することができる。この製造方法において、被覆層の形成条件を制御することによって所望のセラミックス部材を得ることができる。被覆層が単層である場合には、この被覆層の形成には１種類のターゲット（蒸発源）が用いられる。ターゲットとしては、Ｔｉ等を含有する合金製ターゲットを用い、反応ガスとして窒素ガス等を用いることができる。

２．界面の結合強度のシミュレーション計算
（１）計算手法
　界面の結合強度は、第１原理計算と呼ばれる電子状態のシミュレーション計算を活用した理論的予測にて確認される。
　ここで、第１原理計算とは、経験的なフィッティングパラメータ等を一切使用しない電子状態計算の総称であり、単位格子や分子等を構成する各元素の原子番号と座標を入力するだけで、電子状態計算が可能な手法である。
　第１原理計算の手法の一つとして、ＰＡＷ（Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ　Ａｒｇｍｅｎｔｅｄ－Ｗａｖｅ）法と呼ばれる計算方法がある。この手法は、高精度に、かつ、比較的短時間で計算を行うことができるという利点があり、単位格子等を構成する各原子のポテンシャルを予め用意し電子状態計算を行うことで、結晶構造の最適化の計算も可能である。
　また、結晶中に多数存在する電子の相互作用を計算するため、密度汎関数法と呼ばれる計算手法を用いる。その密度汎関数法を用いた近似方法の一つとしてＧＧＡ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　Ｇｒａｄｉｅｎｔ　Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）と呼ばれる方法がある。この方法を用いることで、比較的精度良く電子状態の計算を行うことができる。
　これらを内包した第１原理計算パッケージプログラムとして、ＶＡＳＰ（ｔｈｅ　Ｖｉｅｎｎａ　Ａｂ－ｉｎｉｔｉｏ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれるものがある。本実施形態での第１原理計算は、全てこのＶＡＳＰを用いて行う。
　第１原理計算を用いて、基材と被覆層との界面および表面構造の最適化計算および全エネルギー計算を行う。計算により得られる界面の全エネルギーＥｔおよび、基材と被覆層とが分離した状態における、基材の表面の全エネルギーＥｓｌａｂ、被覆層の表面の全エネルギーＥ_{ｓｌａｂ＿ＴｉＮ}、さらに、界面の断面積Ａから、界面の結合強度Ｗｓを算出することができる。なお、基材の表面はアルミナ結晶粒子と炭化タングステン結晶粒子とによって構成されているため、基材の表面の全エネルギーＥｓｌａｂは、アルミナ結晶粒子の表面エネルギーＥ_{ｓｌａｂ＿Ａｌ２Ｏ３}と炭化タングステン結晶粒子の表面エネルギーＥ_{ｓｌａｂ＿ＷＣ}との和である。すなわち、界面の結合強度Ｗｓは式（１）により算出される。
　　Ｗ_Ｓ＝（Ｅ_{ｓｌａｂ＿Ａｌ２Ｏ３}＋Ｅ_{ｓｌａｂ＿ＷＣ}＋Ｅ_{ｓｌａｂ＿ＴｉＮ}－Ｅｔ）／２Ａ・・・式（１）

　以下、具体的な化合物を例示して界面の結合強度Ｗｓのシミュレーション計算を説明するが、本開示はこれらの例に限定されない。計算を簡単にするために、界面の結合強度Ｗｓは、基材の表面がアルミナ結晶粒子のみによって構成され、その表面に窒化チタンの被覆層が形成されている場合と、基材の表面が炭化タングステン結晶粒子のみによって構成され、その表面に窒化チタンの被覆層が形成されている場合についてそれぞれ計算する。式（１）中、前者においては、Ｅ_{ｓｌａｂ＿ＷＣ}＝０である。後者においては、Ｅ_{ｓｌａｂ＿Ａｌ２Ｏ３}＝０である。

（２）計算結果
　Ａｌ_２Ｏ_３（００１）／ＴｉＮ（００１）界面の構造モデルについて、終端構造および格子の不整合率を考慮して、初期構造モデルを決定する。初期構造モデルに対して、剛体変位と終端構造を考慮し、最安定構造を得る。得られた最安定構造を有する界面モデルの全エネルギーと式(１)を用いて界面の結合強度Ｗｓを算出する。
　ＷＣ（００１）／ＴｉＮ（００１）界面の構造モデルについて、上記と同様にして、最安定構造を得る。得られた最安定構造を有する界面モデルの全エネルギーと式(１)を用いて界面の結合強度Ｗｓを算出する。

　Ａｌ_２Ｏ_３（００１）／ＴｉＮ（１１１）界面の構造モデルについて、終端構造および格子の不整合率を考慮して、初期構造モデルを決定する。初期構造モデルに対して、剛体変位と終端構造を考慮し、最安定構造を得る。得られた最安定構造を有する界面モデルの全エネルギーと式（１）を用いて界面の結合強度Ｗｓを算出する。
　ＷＣ（００１）／ＴｉＮ（１１１）界面の構造モデルについて、上記と同様にして、最安定構造を得る。得られた最安定構造を有する界面モデルの全エネルギーと式（１）を用いて界面の結合強度Ｗｓを算出する。

　図３に、それぞれの界面の構造モデルについて、界面の結合強度Ｗｓの計算結果を示す。この結果から、アルミナと炭化タングステンのいずれにおいても、窒化チタンの（００１）面が界面である場合よりも窒化チタンの（１１１）面が界面である場合の界面の結合強度Ｗｓが高い値を示すことが分かる。
　窒化チタンはＮａＣｌ型結晶構造を有する化合物の一例である。ＮａＣｌ型の結晶構造における（００１）面は、ＮａＣｌ型の結晶構造における（２００）面と等価であり、電気的に中性な面である。界面の結合強度のシミュレーション計算結果から、ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値を１．０以上とすることで、被覆層と基材との密着性を向上できることが裏付けられる。
　なお、実際のセラミックス部材における基材と被覆層との結合強度Ｗｓは、基材の表面におけるアルミナ結晶粒子と炭化タングステン結晶粒子との面積比率を考慮して計算することによって得られる。

３．切削工具
　本開示の切削工具は、上述の本開示のセラミックス部材を用いている。
　切削工具の形状、大きさは、用途等に応じて適宜変更できる。
　切削工具の一例を図示して説明する。図４は、切削工具１１０を示している。図５及び図６は、セラミックス部材１０１から構成された切削インサートを示している。セラミックス部材１０１は、基材１０２と被覆層１０３を有する。切削工具１１０は、押さえ金１１２を有するホルダー１１１と、押さえ金１１２によってセットされたセラミックス部材１０１（切削インサート）とを備えている。

　実施例により本開示を更に具体的に説明する。

１．セラミックス部材の製造
（１）基材の作製
　次の手順でセラミックス部材の基材を作製した。まず、基材の原料であるアルミナと、炭化タングステンと、特定元素を含有する化合物と、を用意する。基材の各原料は粉末の状態で用意した。具体的一例として、平均粒径０．５μｍ程度のアルミナ粉末、平均粒径０．７μｍ程度の炭化タングステン粉末、平均粒径０．７μｍ程度のジルコニア粉末を用いた。なお、これら平均粒径の値は例示であって、適宜変更できる。粉末の平均粒径は、いずれもレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定できる。また、ジルコニア粉末は、安定化剤として３ｍｏｌ％のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）で部分安定化されたジルコニア粉末（３ＹＳＺ粉末）であることが好ましい。

　次に、用意した原料を秤量し、アルミナ粉末を５５ｖｏｌ％、炭化タングステン粉４５ｖｏｌ％、の割合で混合し、さらに、ジルコニア粉末を０．８ｍｏｌ％（体積比率にして１ｖｏｌ％未満）添加して混合した。そして、予備混合粉砕を実施した。具体的には、ボールミルを用いて、〔１〕アルミナ粉末と〔２〕炭化タングステン粉末と〔３〕ジルコニウムイオンを含む溶液とを〔４〕溶媒ととともに混合しつつ、各粉末の粒子を粉砕した。
　〔３〕の溶液は、例えば８５％ジルコニウム（ＩＶ）ブトキシド１－ブタノール溶液である。〔４〕の溶媒は、例えばエタノールである。予備粉砕を行う時間は、約２０時間とした。なお、予備粉砕を行う時間は、特に限定されず、２０時間未満であってもよいし、２０時間より長くても良い。

　続いて、混合粉砕によってスラリーを得た。具体的には、ボールミル内の混合物に、ジルコニアと溶媒とを加えて、更に混合及び粉砕を実施した。これによって、アルミナ、炭化タングステン及びジルコニアの各粒子が分散したスラリーが得られた。ジルコニアを加えて更に混合及び粉砕する時間は、約２０時間とした。なお、混合及び粉砕する時間は、特に限定されず、２０時間未満であってもよいし、２０時間より長くても良い。
　次に、スラリーを乾燥させて混合粉末を作製した。なお、スラリーから混合粉末を得る方法としては、例えば、スラリーを湯煎しつつ乾燥させることによりスラリー中から溶媒を除去して粉体を得て、得られた紛体を篩に通す方法を挙げることができる。

　最後に、ホットプレスによって混合粉末からセラミックス部材を作製した。ホットプレスにおいて、カーボン製の型に混合粉末を充填し、その混合粉末を一軸加圧しながら加熱した。これによって、混合粉末が焼結した焼結体であるセラミックス部材を得た。ホットプレス条件は、次の通りである。焼成温度１７５０℃、焼成時間は２時間、圧力は３０ＭＰａ，雰囲気ガスはアルゴン（Ａｒ）である。

（２）被覆層の作製
　基材を作製した後、基材の表面に被覆層を形成した。これにより、セラミックス部材が完成する。被覆層の形成方法としては、カソードアークイオンプレーティング装置を用いた。真空ポンプによりチャンバー内を減圧するとともに、装置内に設置されたヒーターにより基材を温度５００℃に加熱し、チャンバー内の圧力が４．０×１０^－３Ｐａとなるまで真空引きを行った。次に、アルゴンガスを導入してチャンバー内の圧力を１．０Ｐａに保持し、基材に印加するバイアス電源の電圧を徐々に上げながら、－３５０Ｖとし、基材の表面のクリーニングを２０分間行った。その後、アルゴンガスを排気した。次いで、上記装置に被覆層組成を含有する合金製ターゲットをセットし、反応ガスとして窒素ガスを導入しながら、基体温度５００℃、反応ガス圧１．０Ｐａ、基材のバイアス電圧を－５０～－１５０Ｖに維持したまま、カソード電極に１００Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオンを発生させ、刃先に１．５μｍの被覆層を形成した。本実施例では磁力線が被処理体まで伸び、被処理体近傍における成膜ガスのプラズマ密度が従来の蒸発源に比べ格段に高いことを特徴とする蒸発源を用いた。比較例１は、前記の被覆条件におけるバイアス電圧を－５０Ｖで設定し、実施例１および２は、前記の被覆条件におけるバイアス電圧をそれぞれ－１００Ｖおよび－１５０Ｖで設定し、製造した。

２．Ｘ線回析
　得られた被覆層を、Ｃｕ－Ｋα線を用いたＸ線回折装置（リガク製のＲＩＮＴ－ＴＴＲ３）にて測定した。測定結果を図１に示す。測定結果からＮａＣｌ型化合物の（１１１）面に帰属されるピーク強度ＩＡと、ＮａＣｌ型化合物の（２００）面に帰属されるピーク強度ＩＢを求めた。
　比較例１は、ＮａＣｌ型化合物の（１１１）面に帰属されるピーク強度ＩＡがＮａＣｌ型化合物の（２００）面に帰属されるピーク強度ＩＡより小さかった。ＩＡ／ＩＢの値は、０．６５であり、すなわち、比較例１は、ＩＡ／ＩＢが１．０より小さかった。
　実施例１は、ＮａＣｌ型化合物の（１１１）面に帰属されるピーク強度ＩＡがＮａＣｌ型化合物の（２００）面に帰属されるピーク強度ＩＡと同じであった。すなわち、実施例１は、ＩＡ／ＩＢは１．０であった。
　実施例２は、ＮａＣｌ型化合物の（１１１）面に帰属されるピーク強度ＩＡがＮａＣｌ型化合物の（２００）面に帰属されるピーク強度ＩＡより大きかった。ＩＡ／ＩＢの値は、２．８であり、すなわち、実施例２は、ＩＡ／ＩＢが１．０より大きかった。

３．スクラッチ試験
　実施例１，２及び比較例１について、スクラッチ試験を行って密着強度（ＭＰａ）を算出した。実施例１，２及び比較例１の各々について、５個のサンプルの密着強度を測定して、その平均値を各例の密着強度とした。
　スクラッチ試験の条件は、以下の通りである。
　スクラッチ試験機：Ｒｅｖｅｔｅｓｔ　Ｓｃｒａｔｃｈ　Ｔｅｓｔｅｒ
　テーブルスピード：１０ｍｍ／分
　荷重スピード：１００Ｎ／分
　圧子（ダイヤモンド）曲率半径：０．２ｍｍ
　具体的測定条件：被覆層が剥離した位置を光学顕微鏡で検出し、その剥離した位置と荷重負荷を開始した位置との距離から密着強度を測定した。

　実施例１，２及び比較例１の密着強度を図７のグラフに示す。
　この結果から、ＩＡ／ＩＢが１．０以上である実施例１，２は、比較例１と比べて、密着強度が高いことが確認された。特にＩＡ／ＩＢが２．８以上である実施例２は、比較例１と比べて、密着強度が高かった。

４．切削試験
　実施例２（バイアス電圧：－１５０Ｖ）において、被覆層の材質及び厚み（μｍ）を表１のように変更したサンプル１～６のセラミックス部材を切削インサートに加工して、切削工具を作製した。サンプル１～６は、いずれもＩＡ／ＩＢが１．０以上である。サンプル１～６の切削工具を用いて切削試験を行なった。切削試験では、切削工具に欠損が発生するまでの加工距離(切削距離)を測定して、耐久性として評価した。各サンプルから作製される切削工具の形状は、日本工業規格ＪＩＳＢ４１２０に準拠した呼び記号「ＣＮＧＡ／Ｎ１２０４０８－ＴＮＢＥ」によって特定される形状である。切削試験で切削される被削材としては、焼入れ鋼（ＳＣＭ４１５／ＨＲＣ６３）を用いた。
　切削試験の条件は、以下の通りである。
　切削速度：２００ｍ／分
　切り込み量：０．２ｍｍ
　送り量：０．２０ｍｍ／回転
　冷却水：ｄｒｙ
　加工距離の評価基準は、以下の通りである。
　「Ａ（優）」：加工距離が１．６ｋｍ以上、
　「Ｂ（良）」：加工距離が１．１ｋｍ以上、１．６ｋｍ未満、
　「Ｃ（可）」：加工距離が０．７ｋｍ以上、１．１ｋｍ未満、
　「Ｄ（劣）」：加工距離が０．７ｋｍ未満。

　切削試験の試験結果を表１に示す。

　表１の結果から、ＩＡ／ＩＢが１．０以上であるサンプル１～６は、切削試験における加工距離が０．７ｋｍ以上であり、切削工具の耐久性に優れることが確認された。
　サンプル１～６のうち被覆層の厚みが０．０５μｍ以上であるサンプル１，３～６は、切削工具の耐久性がより向上することが確認された。

５．実施例の効果
　上記ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が１．０以上である実施例は、比較例よりもセラミックス部材における基材と被覆層の密着性が向上した。
　上記実施例のセラミックス部材から構成される切削インサート（切削工具）は、耐久性に優れる。

＜他の実施形態（変形例）＞
　本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
　上記実施例では、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する少なくとも１つの化合物として、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮをそれぞれ例示したが、被覆層はこれらを２つ以上含んでいてもよく、その他のＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物を含んでいてもよい。

　１…カチオンから成る層
　３…アニオンから成る層
　１０１…セラミックス部材（切削インサート）
　１０２…基材
　１０３…被覆層
　１１０…切削工具
　１１１…ホルダー
　１１２…押さえ金

Claims

　アルミナと炭化タングステンを含有する基材と、
　前記基材の表面に形成され、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物で形成された被覆層と、を有するセラミックス部材であって、
　前記被覆層をＸ線回折で測定したときの、
　　前記化合物の（１１１）面に帰属されるピーク強度をＩＡとし、
　　前記化合物の（２００）面に帰属されるピーク強度をＩＢとした際に、
　ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が、１．０以上である、セラミックス部材。
　前記被覆層は、チタンを含むＮａＣｌ型の結晶構造を有する化合物で形成されている、請求項１に記載のセラミックス部材。
　前記被覆層は、窒化チタンで形成されている、請求項１又は請求項２に記載のセラミックス部材。
　前記被覆層の厚みは、０．０５μｍ以上である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセラミックス部材。
　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセラミックス部材から構成される切削インサート。
　請求項５に記載の切削インサートを含む切削工具。