JP3147511B2 - 工具用アルミナ焼結体 - Google Patents
工具用アルミナ焼結体Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミナ焼結体の表面
部の組成成分を漸次変化させた、所謂、傾斜組成構造の
表面部を有した工具用焼結体及びその製造方法、並びに
その焼結体の表面に被膜を形成した工具用焼結体に関
し、具体的には、旋削工具，フライス工具，ドリル，エ
ンドミル等の切削工具、ダイス，パンチ，スリッター，
センター等の耐摩耗工具として最適な工具用アルミナ焼
結体及びその製造方法、並びにその焼結体の表面に被膜
を形成した工具用アルミナ焼結体に関するものである。
部の組成成分を漸次変化させた、所謂、傾斜組成構造の
表面部を有した工具用焼結体及びその製造方法、並びに
その焼結体の表面に被膜を形成した工具用焼結体に関
し、具体的には、旋削工具，フライス工具，ドリル，エ
ンドミル等の切削工具、ダイス，パンチ，スリッター，
センター等の耐摩耗工具として最適な工具用アルミナ焼
結体及びその製造方法、並びにその焼結体の表面に被膜
を形成した工具用アルミナ焼結体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、主成分のアルミナ中にＭｇＯ，Ｙ
2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＴｉＯ2，ＺｒＯ2又は周期律
表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化
物等の添加物を均一に分布させた高密度アルミナ焼結体
が工具用として一部実用されている。しかしながら、こ
れらの高密度アルミナ焼結体は、均一に分布させた添加
物の特性に従って、焼結体自体の特性も変動するにすぎ
ず、結局、アルミナの有する優れた耐摩耗性を保持させ
ると靭性及び強度の向上が期待できず、逆に、靭性，強
度及び熱的特性を高めようとする耐摩耗性が低下してし
まうという二律背反的傾向を示すという問題がある。
2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＴｉＯ2，ＺｒＯ2又は周期律
表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化
物等の添加物を均一に分布させた高密度アルミナ焼結体
が工具用として一部実用されている。しかしながら、こ
れらの高密度アルミナ焼結体は、均一に分布させた添加
物の特性に従って、焼結体自体の特性も変動するにすぎ
ず、結局、アルミナの有する優れた耐摩耗性を保持させ
ると靭性及び強度の向上が期待できず、逆に、靭性，強
度及び熱的特性を高めようとする耐摩耗性が低下してし
まうという二律背反的傾向を示すという問題がある。
【０００３】この問題を解決しようとしているものに、
アルミナ焼結体の表面部を改質する方向のものが多数提
案されており、その１つに、アルミナ焼結体の表面に化
学蒸着法（ＣＶＤ法）や物理蒸着法（ＰＶＤ法）でもっ
て被膜を形成した被覆アルミナ焼結体があり、他に、Ｃ
ＶＤ法やＰＶＤ法以外の方法でもってアルミナ焼結体の
表面部を改質しているものがある。
アルミナ焼結体の表面部を改質する方向のものが多数提
案されており、その１つに、アルミナ焼結体の表面に化
学蒸着法（ＣＶＤ法）や物理蒸着法（ＰＶＤ法）でもっ
て被膜を形成した被覆アルミナ焼結体があり、他に、Ｃ
ＶＤ法やＰＶＤ法以外の方法でもってアルミナ焼結体の
表面部を改質しているものがある。
【０００４】この内、後者の代表的なものとして、特開
昭６０−１０３０９０号公報，特開平２−１５７１４９
号公報がある。
昭６０−１０３０９０号公報，特開平２−１５７１４９
号公報がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】アルミナ焼結体の表面
部を改質した先行技術の内、特開昭６０−１０３０９０
号公報には、ＳｉＯ2を含むα−Ａｌ2Ｏ3の主成分中に
ムライト及びＢ2Ｏ3を添加し、焼結時に焼結体の表面に
ムライト析出層を形成させたアルミナ焼結体について記
載されている。
部を改質した先行技術の内、特開昭６０−１０３０９０
号公報には、ＳｉＯ2を含むα−Ａｌ2Ｏ3の主成分中に
ムライト及びＢ2Ｏ3を添加し、焼結時に焼結体の表面に
ムライト析出層を形成させたアルミナ焼結体について記
載されている。
【０００６】また、特開平２−１５７１４９号公報に
は、複数の組成からなるセラミックスの各組成の割合が
連続的に変化した多成分系セラミックス、具体的には、
Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2焼結体の上部ではＡｌ2Ｏ3が少な
く、ＳｉＯ2の多くなる組成変化が連続的に起っている
ことが記載されている。
は、複数の組成からなるセラミックスの各組成の割合が
連続的に変化した多成分系セラミックス、具体的には、
Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2焼結体の上部ではＡｌ2Ｏ3が少な
く、ＳｉＯ2の多くなる組成変化が連続的に起っている
ことが記載されている。
【０００７】これら両公報に記載されている焼結体は、
ＣＶＤ法やＰＶＤ法により形成される被膜とは異なり、
被膜の剥離が生じ難く又は表面部と内部との熱膨張差に
よる歪み等が緩和された優れた焼結体ではあるが、表面
部が軟質になっているために耐摩耗性が悪く、特に、工
具のような苛酷な用途では実用できないという問題があ
る。
ＣＶＤ法やＰＶＤ法により形成される被膜とは異なり、
被膜の剥離が生じ難く又は表面部と内部との熱膨張差に
よる歪み等が緩和された優れた焼結体ではあるが、表面
部が軟質になっているために耐摩耗性が悪く、特に、工
具のような苛酷な用途では実用できないという問題があ
る。
【０００８】 本発明は、上述のような問題点を解決し
たもので、具体的には、アルミナを主成分とする焼結体
の表面から少なくとも０．０５ｍｍ内部までの表面調質
層に特定の化合物を形成し、この化合物を形成する元素
を内部に向かって漸減させることにより、表面調質層と
焼結体内部との特性を最大限に発揮させ、耐摩耗性、靱
性、強度及び耐熱性を高め、工具、特に切削工具として
実用できる工具アルミナ焼結体の提供を目的とする。
たもので、具体的には、アルミナを主成分とする焼結体
の表面から少なくとも０．０５ｍｍ内部までの表面調質
層に特定の化合物を形成し、この化合物を形成する元素
を内部に向かって漸減させることにより、表面調質層と
焼結体内部との特性を最大限に発揮させ、耐摩耗性、靱
性、強度及び耐熱性を高め、工具、特に切削工具として
実用できる工具アルミナ焼結体の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来のア
ルミナ基焼結体が組成成分の調整でもって、焼結体の或
る特性を向上させるとしても、逆に他の必要な特性が低
下してしまうという問題を解決するための検討を行って
いた所、アルミナ基焼結体の製造工程において、粉末成
形体を焼結する場合に拡散が容易な化合物で、焼結後の
焼結体の表面層において耐摩耗性，靭性，耐熱性，耐腐
蝕性を付与できる化合物を濃度勾配を持たせて拡散させ
ると、或る特性を低下させることなく、各種の特性が同
時に向上するという知見を得て、本発明を完成するに至
ったものである。
ルミナ基焼結体が組成成分の調整でもって、焼結体の或
る特性を向上させるとしても、逆に他の必要な特性が低
下してしまうという問題を解決するための検討を行って
いた所、アルミナ基焼結体の製造工程において、粉末成
形体を焼結する場合に拡散が容易な化合物で、焼結後の
焼結体の表面層において耐摩耗性，靭性，耐熱性，耐腐
蝕性を付与できる化合物を濃度勾配を持たせて拡散させ
ると、或る特性を低下させることなく、各種の特性が同
時に向上するという知見を得て、本発明を完成するに至
ったものである。
【００１０】すなわち、本発明の工具用アルミナ焼結体
は、アルミナを主成分とする焼結体の表面の１部又は全
面における該表面から少なくとも０．０５ｍｍ内部まで
の厚さに表面調質層が形成されており、該表面調質層に
は、周期律表の３ａ，４ａ，５ａ，６ａ族元素，Ｆｅ，
Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｉの中の少なくとも１種を含む化合物が
含有されたアルミナ焼結体であって、該表面調質層は、
該化合物として含有している周期律表の３ａ，４ａ，５
ａ，６ａ族元素，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｉの中の少なく
とも１種の拡散元素が該表面調質層の表面から該焼結体
の内部に向かって漸次減少しており、表面より０．０５
ｍｍ内部における表面調質層中に存在する該拡散元素の
濃度（Ｃｓ）と、該表面調質層を除いた焼結体内部にお
ける該拡散元素の濃度（Ｃｉ）との比が１．５以上（Ｃ
ｓ／Ｃｉ≧１．５）であることを特徴とする。
は、アルミナを主成分とする焼結体の表面の１部又は全
面における該表面から少なくとも０．０５ｍｍ内部まで
の厚さに表面調質層が形成されており、該表面調質層に
は、周期律表の３ａ，４ａ，５ａ，６ａ族元素，Ｆｅ，
Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｉの中の少なくとも１種を含む化合物が
含有されたアルミナ焼結体であって、該表面調質層は、
該化合物として含有している周期律表の３ａ，４ａ，５
ａ，６ａ族元素，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｉの中の少なく
とも１種の拡散元素が該表面調質層の表面から該焼結体
の内部に向かって漸次減少しており、表面より０．０５
ｍｍ内部における表面調質層中に存在する該拡散元素の
濃度（Ｃｓ）と、該表面調質層を除いた焼結体内部にお
ける該拡散元素の濃度（Ｃｉ）との比が１．５以上（Ｃ
ｓ／Ｃｉ≧１．５）であることを特徴とする。
【００１１】本発明の焼結体におけるアルミナを主成分
とする焼結体とは、表面調質層を除いた内部が粒状，板
状及び／又は繊維状のα−アルミナを５０重量％以上含
有し、残部がＭｇＯ，Ｙ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3，ＨｆＯ2，Ｚ
ｒＯ2，ＮｉＯ2，ＴｉＯ2，希土類酸化物，周期律表の
４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物，
窒酸化物，硅化物，ホウ化物及びこれらの相互固溶体の
中の１種以上からなるものである。
とする焼結体とは、表面調質層を除いた内部が粒状，板
状及び／又は繊維状のα−アルミナを５０重量％以上含
有し、残部がＭｇＯ，Ｙ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3，ＨｆＯ2，Ｚ
ｒＯ2，ＮｉＯ2，ＴｉＯ2，希土類酸化物，周期律表の
４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物，
窒酸化物，硅化物，ホウ化物及びこれらの相互固溶体の
中の１種以上からなるものである。
【００１２】本発明の焼結体における表面調質層は、焼
結体の表面から０．０５ｍｍ未満の内部までの厚さにな
ると、硬さ，靭性，耐摩耗性，耐熱性を高める効果が弱
くなる。この表面調質層の厚さは、製品の形状又は用途
により異なるが、焼結体の表面から０．０５ｍｍ〜３．
０ｍｍの内部までの厚さがあればよく、特に、焼結体の
表面から０．１〜２．０ｍｍの内部までの厚さでなるこ
とが好ましい。
結体の表面から０．０５ｍｍ未満の内部までの厚さにな
ると、硬さ，靭性，耐摩耗性，耐熱性を高める効果が弱
くなる。この表面調質層の厚さは、製品の形状又は用途
により異なるが、焼結体の表面から０．０５ｍｍ〜３．
０ｍｍの内部までの厚さがあればよく、特に、焼結体の
表面から０．１〜２．０ｍｍの内部までの厚さでなるこ
とが好ましい。
【００１３】この表面調質層に存在する周期律表の３
ａ，４ａ，５ａ，６ａ族元素，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｉ
の中の少なくとも１種を含む化合物とは、これらの元素
の炭化物，窒化物，酸化物，ホウ化物，及びこれらの相
互固溶体の中の少なくとも１種からなり、特にこれらの
元素を含む酸化物からなることが好ましく、具体的に
は、例えばＹ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｄｙ2Ｏ3，Ｔ
ｉＯ2，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，Ｎｂ2Ｏ5，Ｔａ2Ｏ5，Ｃｒ2
Ｏ3，ＦｅＯ，Ｆｅ2Ｏ3，ＣｏＯ，ＮｉＯ ，ＳｉＯ2，及
びこれらの酸化物同志の複合化合物，相互固溶体又は焼
結体内部の主成分であるアルミナと上述の酸化物との複
合化合物や相互固溶体の中の１種以上からなるものであ
る。
ａ，４ａ，５ａ，６ａ族元素，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｉ
の中の少なくとも１種を含む化合物とは、これらの元素
の炭化物，窒化物，酸化物，ホウ化物，及びこれらの相
互固溶体の中の少なくとも１種からなり、特にこれらの
元素を含む酸化物からなることが好ましく、具体的に
は、例えばＹ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｄｙ2Ｏ3，Ｔ
ｉＯ2，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，Ｎｂ2Ｏ5，Ｔａ2Ｏ5，Ｃｒ2
Ｏ3，ＦｅＯ，Ｆｅ2Ｏ3，ＣｏＯ，ＮｉＯ ，ＳｉＯ2，及
びこれらの酸化物同志の複合化合物，相互固溶体又は焼
結体内部の主成分であるアルミナと上述の酸化物との複
合化合物や相互固溶体の中の１種以上からなるものであ
る。
【００１４】表面調質層に存在する上述の化合物は、表
面調質層の表面から内部に向かって濃度勾配を有してい
るもので、具体的には、上述の化合物を形成する周期律
表の３ａ，４ａ，５ａ，６ａ族元素，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｓｉの中の少なくとも１種の拡散元素が表面から内
部に向かって漸減しているものである。特に、拡散元素
の濃度勾配は、表面より０．０５ｍｍ内部における表面
調質層中に存在する該拡散元素の濃度（Ｃｓ）と、該表
面調質層を除いた焼結体内部における該拡散元素の濃度
（Ｃｉ）との比が１．５以上（Ｃｓ／Ｃｉ≧１．５）で
なる場合には、焼結体の耐摩耗性，靱性，耐熱性，耐欠
損性を顕著に高めるので好ましい。
面調質層の表面から内部に向かって濃度勾配を有してい
るもので、具体的には、上述の化合物を形成する周期律
表の３ａ，４ａ，５ａ，６ａ族元素，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｓｉの中の少なくとも１種の拡散元素が表面から内
部に向かって漸減しているものである。特に、拡散元素
の濃度勾配は、表面より０．０５ｍｍ内部における表面
調質層中に存在する該拡散元素の濃度（Ｃｓ）と、該表
面調質層を除いた焼結体内部における該拡散元素の濃度
（Ｃｉ）との比が１．５以上（Ｃｓ／Ｃｉ≧１．５）で
なる場合には、焼結体の耐摩耗性，靱性，耐熱性，耐欠
損性を顕著に高めるので好ましい。
【００１５】表面調質層は、焼結体の１部又は全面に形
成した構成でなる場合、又は焼結体の面によって表面調
質層内に存在させる化合物の種類が異なるようにした構
成でなる場合、もしくはこれらの組合せた構成でなる場
合があり、これらの表面調質層の構成と前述の表面調質
層の厚さは、形状や用途により使い分けることができ
る。具体的には、例えば、本発明の焼結体を切削工具と
して用いた場合、特にスローアウェイチップとして用い
た場合、掬い面と逃げ面に、それぞれ異なった化合物の
存在した表面調質層を形成することが好ましく、さらに
詳述すると、掬い面には強度，靭性，耐熱性を高めるＤ
ｙ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒ（それぞれ、ガーネット，ＺｒＯ
2，ＨｆＯ2，（Ｃｒ，Ａｌ）2Ｏ3固溶体として存在）の
存在した表面調質層を，逃げ面にはすきとり摩耗性を高
めたＮｉＯ，ＳｉＯ2（それぞれスピネル，ムライトと
して存在）の存在した表面調質層とした構成にすること
が好ましい。
成した構成でなる場合、又は焼結体の面によって表面調
質層内に存在させる化合物の種類が異なるようにした構
成でなる場合、もしくはこれらの組合せた構成でなる場
合があり、これらの表面調質層の構成と前述の表面調質
層の厚さは、形状や用途により使い分けることができ
る。具体的には、例えば、本発明の焼結体を切削工具と
して用いた場合、特にスローアウェイチップとして用い
た場合、掬い面と逃げ面に、それぞれ異なった化合物の
存在した表面調質層を形成することが好ましく、さらに
詳述すると、掬い面には強度，靭性，耐熱性を高めるＤ
ｙ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒ（それぞれ、ガーネット，ＺｒＯ
2，ＨｆＯ2，（Ｃｒ，Ａｌ）2Ｏ3固溶体として存在）の
存在した表面調質層を，逃げ面にはすきとり摩耗性を高
めたＮｉＯ，ＳｉＯ2（それぞれスピネル，ムライトと
して存在）の存在した表面調質層とした構成にすること
が好ましい。
【００１６】以上の構成からなる表面調質層を有する焼
結体の表面に、さらに周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族元
素の炭化物，窒化物，酸化物，Ａｌの酸化物，窒化物及
びこれらの相互固溶体、もしくはダイヤモンド、ダイヤ
モンド状カーボン，立方晶窒化ホウ素の中の少なくとも
１種の単層あるいは多層の被膜を形成すると、耐摩耗性
及び耐欠損性が向上することからより好ましいことであ
る。
結体の表面に、さらに周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族元
素の炭化物，窒化物，酸化物，Ａｌの酸化物，窒化物及
びこれらの相互固溶体、もしくはダイヤモンド、ダイヤ
モンド状カーボン，立方晶窒化ホウ素の中の少なくとも
１種の単層あるいは多層の被膜を形成すると、耐摩耗性
及び耐欠損性が向上することからより好ましいことであ
る。
【００１７】本発明の焼結体を作製する場合、まず表面
調質層の形成は、従来の粉末冶金を利用した製造工程の
内、焼結工程の前工程、又は焼結工程中、もしくは焼結
後に焼結体の表面から拡散元素を侵入あるいは拡散させ
ればよいが、特に次の方法で行なうと表面調質層の厚さ
及び拡散元素の濃度勾配の制御が容易になることから好
ましい。
調質層の形成は、従来の粉末冶金を利用した製造工程の
内、焼結工程の前工程、又は焼結工程中、もしくは焼結
後に焼結体の表面から拡散元素を侵入あるいは拡散させ
ればよいが、特に次の方法で行なうと表面調質層の厚さ
及び拡散元素の濃度勾配の制御が容易になることから好
ましい。
【００１８】すなわち、本発明の焼結体の製造方法は、
アルミナ粉末を主成物として含む出発原料を混合及び成
形して粉末成形体とする第１工程、該粉末成形体の表面
を周期律表の３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，鉄族金属および
Ｓｉの中の少なくとも１種を含む化合物に接触、又は該
化合物を形成するための前駆体の溶液に含浸させる第２
工程及び雰囲気ガス又は酸化性ガス中で加熱焼結する第
３工程により、上述の焼結体を作製する方法である。
アルミナ粉末を主成物として含む出発原料を混合及び成
形して粉末成形体とする第１工程、該粉末成形体の表面
を周期律表の３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，鉄族金属および
Ｓｉの中の少なくとも１種を含む化合物に接触、又は該
化合物を形成するための前駆体の溶液に含浸させる第２
工程及び雰囲気ガス又は酸化性ガス中で加熱焼結する第
３工程により、上述の焼結体を作製する方法である。
【００１９】本発明の焼結体の製造方法における第１工
程の粉末成形体は、従来の粉末冶金法で行なわれてい
る、押出し成形法，金型による加圧成形法，射出成形
法，鋳込成形法などにより成形された粉末成形体であ
る。
程の粉末成形体は、従来の粉末冶金法で行なわれてい
る、押出し成形法，金型による加圧成形法，射出成形
法，鋳込成形法などにより成形された粉末成形体であ
る。
【００２０】本発明の焼結体の製造方法における第２工
程の粉末成形体の表面を化合物に接触させるとは、具体
的には、例えば粉末成形体の表面に化合物粉末を上述の
粉末成形体の成形時に一体化成形する方法，粉末成形体
の表面に化合物粉末を塗布又は吹付ける方法，化合物粉
末を塗布した板体に粉末成形体を載置する方法，又は化
合物粉末中に粉末成形体を埋設する方法を挙げることが
できる。また、第２工程における化合物を形成するため
の前駆体の溶液とは、例えばＹ（ＮＯ3）3，Ｔｉ（ＳＯ
4）2，ＺｒＯ（ＮＯ3）2，ＣｒＯ3，Ｃｏ（ＮＯ3）2，
ＮｉＣｌ2の水溶液を挙げることができる。
程の粉末成形体の表面を化合物に接触させるとは、具体
的には、例えば粉末成形体の表面に化合物粉末を上述の
粉末成形体の成形時に一体化成形する方法，粉末成形体
の表面に化合物粉末を塗布又は吹付ける方法，化合物粉
末を塗布した板体に粉末成形体を載置する方法，又は化
合物粉末中に粉末成形体を埋設する方法を挙げることが
できる。また、第２工程における化合物を形成するため
の前駆体の溶液とは、例えばＹ（ＮＯ3）3，Ｔｉ（ＳＯ
4）2，ＺｒＯ（ＮＯ3）2，ＣｒＯ3，Ｃｏ（ＮＯ3）2，
ＮｉＣｌ2の水溶液を挙げることができる。
【００２１】ここで第２工程で粉末成形体に接触させる
化合物あるいは含浸させる前駆体は、焼結時の酸化性雰
囲気ガスにより酸化物を形成する化合物であれば良く、
炭化物，窒化物，硫化物，塩化物および各種の塩が挙げ
られる。
化合物あるいは含浸させる前駆体は、焼結時の酸化性雰
囲気ガスにより酸化物を形成する化合物であれば良く、
炭化物，窒化物，硫化物，塩化物および各種の塩が挙げ
られる。
【００２２】本発明の焼結体の製造方法における第３工
程の雰囲気ガスとは、例えばＴｉＣｌ4，ＣｒＯ3，Ｎｉ
Ｃｌ2とＮ2との混合ガスを挙げることができる。また、
第３工程における加熱焼結とは、粉末成形体が緻密に焼
結される、例えば１４００〜１８００℃の温度でなるも
のである。
程の雰囲気ガスとは、例えばＴｉＣｌ4，ＣｒＯ3，Ｎｉ
Ｃｌ2とＮ2との混合ガスを挙げることができる。また、
第３工程における加熱焼結とは、粉末成形体が緻密に焼
結される、例えば１４００〜１８００℃の温度でなるも
のである。
【００２３】以上のようにして作製した表面調質層を有
する焼結体の表面に、さらに硬質被膜を形成する場合
は、従来から行なわれているＣＶＤ法やＰＶＤ法でもっ
て被膜を作製することができる。
する焼結体の表面に、さらに硬質被膜を形成する場合
は、従来から行なわれているＣＶＤ法やＰＶＤ法でもっ
て被膜を作製することができる。
【００２４】
【作用】本発明の焼結体は、表面調質層中に存在する化
合物が工具として用いられる場合における強度，靭性，
耐摩耗性及び耐熱性を高める作用をし、表面調質層中の
化合物を形成している拡散元素の濃度勾配が表面調質層
と焼結体内部との熱応力緩和作用をしているものであ
る。特に、Ｄｙ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒの拡散元素の場合
は、焼結体の強度及び靭性を高める作用が強く、Ｎｉ，
Ｓｉの拡散元素の場合は、焼結体の耐摩耗性を高める作
用が強くなるものである。
合物が工具として用いられる場合における強度，靭性，
耐摩耗性及び耐熱性を高める作用をし、表面調質層中の
化合物を形成している拡散元素の濃度勾配が表面調質層
と焼結体内部との熱応力緩和作用をしているものであ
る。特に、Ｄｙ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒの拡散元素の場合
は、焼結体の強度及び靭性を高める作用が強く、Ｎｉ，
Ｓｉの拡散元素の場合は、焼結体の耐摩耗性を高める作
用が強くなるものである。
【００２５】
【実施例１】平均粒径が約０．３μｍのα−Ａｌ2Ｏ3，
約０．０３μｍのＭｇＯ，ＺｒＯ2（３ｍｏｌ％のＹ2Ｏ
3を含有）の市販粉末を用い、（Ａ）９９．５ｗｔ％Ａ
ｌ2Ｏ3−０．５ｗｔ％ＭｇＯおよび（Ｂ）８０．０ｗｔ
％Ａｌ2Ｏ3−２０．０ｗｔ％ＺｒＯ2（３Ｙ）の組成成
分に配合し、ウレタン内張りしたステンレスポットにメ
タノールとＡｌ2Ｏ3製ボールと共に装入して４８時間混
合粉砕し、乾燥後、８０℃に加熱しながら４ｗｔ％のパ
ラフィンワックスを添加混合して混合粉末を得た。次に
ＩＳＯ規格ＳＮＭＮ１２０４０８用モールドに、混合粉
末を充填し、１ｔｏｎ／ｃｍ2の加圧により粉末成形体
を作製した。こうして得た粉末成形体を表１に示した処
理方法および焼結条件でもって焼結し、本発明品１〜１
０および比較品１，２を得た。
約０．０３μｍのＭｇＯ，ＺｒＯ2（３ｍｏｌ％のＹ2Ｏ
3を含有）の市販粉末を用い、（Ａ）９９．５ｗｔ％Ａ
ｌ2Ｏ3−０．５ｗｔ％ＭｇＯおよび（Ｂ）８０．０ｗｔ
％Ａｌ2Ｏ3−２０．０ｗｔ％ＺｒＯ2（３Ｙ）の組成成
分に配合し、ウレタン内張りしたステンレスポットにメ
タノールとＡｌ2Ｏ3製ボールと共に装入して４８時間混
合粉砕し、乾燥後、８０℃に加熱しながら４ｗｔ％のパ
ラフィンワックスを添加混合して混合粉末を得た。次に
ＩＳＯ規格ＳＮＭＮ１２０４０８用モールドに、混合粉
末を充填し、１ｔｏｎ／ｃｍ2の加圧により粉末成形体
を作製した。こうして得た粉末成形体を表１に示した処
理方法および焼結条件でもって焼結し、本発明品１〜１
０および比較品１，２を得た。
【００２６】
【表１】 こうして得た本発明品１〜１０および比較品１，２の焼
結体を切断し、それぞれの表面調質層の厚さ、焼結体の
表面（表面調質層の表面より０．０５ｍｍ内部点）と焼
結体の表面から２．３ｍｍ内部点における拡散元素の濃
度を測定し、その結果を表２に示した。拡散元素の濃度
測定は、ＥＰＭＡにより行なった。
結体を切断し、それぞれの表面調質層の厚さ、焼結体の
表面（表面調質層の表面より０．０５ｍｍ内部点）と焼
結体の表面から２．３ｍｍ内部点における拡散元素の濃
度を測定し、その結果を表２に示した。拡散元素の濃度
測定は、ＥＰＭＡにより行なった。
【００２７】また、表面の色調および表面での生成物を
Ｘ線で回折により同定した結果を表２に併記した。
Ｘ線で回折により同定した結果を表２に併記した。
【００２８】
【表２】 次に、本発明品２，５，６，８，９及び比較品１，２を
用いて、被削材：Ｓ４８Ｃ，切削速度：４００ｍ／ｍｉ
ｎ，送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ，切り込み：１．５ｍ
ｍ，チップ形状：ＳＮＭＮ１２０４０８（ブレーカ付
き，ＰＨ０．１５×−２５°），切削時間：１０分，評
価：平均逃げ面摩耗幅（ＶB）による乾式旋削試験と，
被削材：Ｓ４８Ｃ（外周に４本の溝入り），切削速度：
１００ｍ／ｍｉｎ，切り込み：１．５ｍｍ，チップ形
状：ＳＮＭＮ１２０４０８（ブレーカ付き，ＰＨ０．１
５×−２５°），切削時間：欠損又はチッピングによる
寿命まで，評価：３コーナーの平均寿命時間による乾式
断続旋削を行なった。その結果を表３に示した。
用いて、被削材：Ｓ４８Ｃ，切削速度：４００ｍ／ｍｉ
ｎ，送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ，切り込み：１．５ｍ
ｍ，チップ形状：ＳＮＭＮ１２０４０８（ブレーカ付
き，ＰＨ０．１５×−２５°），切削時間：１０分，評
価：平均逃げ面摩耗幅（ＶB）による乾式旋削試験と，
被削材：Ｓ４８Ｃ（外周に４本の溝入り），切削速度：
１００ｍ／ｍｉｎ，切り込み：１．５ｍｍ，チップ形
状：ＳＮＭＮ１２０４０８（ブレーカ付き，ＰＨ０．１
５×−２５°），切削時間：欠損又はチッピングによる
寿命まで，評価：３コーナーの平均寿命時間による乾式
断続旋削を行なった。その結果を表３に示した。
【００２９】
【表３】
【００３０】
【実施例２】次に本発明品９及び比較品２を、イオンプ
レーテイング装置を用い炉内圧力１０-3 ＴｏｒｒでＴｉ
を蒸発させながら、炉内流入ガスをＡｒ，Ａｒ／Ｎ2＝
５０／５０，Ａｒ／ＣＨ4＝５０／５０と順次変化させ
ることにより、その表面に被膜厚さ及び被膜材質が順次
０．５μｍＴｉ，１．０μｍＴｉＮ，１．０μｍＴｉＣ
からなる被膜を積層被覆した。
レーテイング装置を用い炉内圧力１０-3 ＴｏｒｒでＴｉ
を蒸発させながら、炉内流入ガスをＡｒ，Ａｒ／Ｎ2＝
５０／５０，Ａｒ／ＣＨ4＝５０／５０と順次変化させ
ることにより、その表面に被膜厚さ及び被膜材質が順次
０．５μｍＴｉ，１．０μｍＴｉＮ，１．０μｍＴｉＣ
からなる被膜を積層被覆した。
【００３１】得られた被膜チップ（ＩＳＯ ＳＮＭＮ１
２０４０８）で、被削材：ＦＣＤ６０，切削速度：１５
０ｍｍ／ｍｉｎ，送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ，切り込
み：１．５ｍｍ，切削時間：２０分による乾式切削を行
なった結果、平均逃げ面摩耗幅は本発明品９が０．１５
ｍｍと正常であるのに対し、比較品２は１５分切削で
０．３５ｍｍと大きく、１７分切削時に破損した。
２０４０８）で、被削材：ＦＣＤ６０，切削速度：１５
０ｍｍ／ｍｉｎ，送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ，切り込
み：１．５ｍｍ，切削時間：２０分による乾式切削を行
なった結果、平均逃げ面摩耗幅は本発明品９が０．１５
ｍｍと正常であるのに対し、比較品２は１５分切削で
０．３５ｍｍと大きく、１７分切削時に破損した。
【００３２】
【発明の効果】本発明の焼結体は、添加物を均一に分散
した従来のアルミナ焼結体に比べて、切削工具として用
いた場合に耐摩耗性が少し向上し、耐欠損性が顕著に向
上するという優れた効果がある。また、硬質被膜を形成
させた本発明の焼結体は、従来の被覆アルミナ焼結体に
比べて、切削工具として用いた場合に耐摩耗性及び耐欠
損性共に顕著に向上し、寿命が著しく向上するという優
れた効果がある。さらに、本発明の焼結体は、表面調質
層の色調の制御が可能であり、例えば表面調質層にＣｒ
を拡散させると赤紫色〜桃色系、Ｃｏを拡散させると青
紫色〜青色系、Ｎｉを拡散させると青緑色〜緑色系にす
ることができることから、工具の使用前後の判断が容易
となり、工具管理が容易にできるという効果もある。
した従来のアルミナ焼結体に比べて、切削工具として用
いた場合に耐摩耗性が少し向上し、耐欠損性が顕著に向
上するという優れた効果がある。また、硬質被膜を形成
させた本発明の焼結体は、従来の被覆アルミナ焼結体に
比べて、切削工具として用いた場合に耐摩耗性及び耐欠
損性共に顕著に向上し、寿命が著しく向上するという優
れた効果がある。さらに、本発明の焼結体は、表面調質
層の色調の制御が可能であり、例えば表面調質層にＣｒ
を拡散させると赤紫色〜桃色系、Ｃｏを拡散させると青
紫色〜青色系、Ｎｉを拡散させると青緑色〜緑色系にす
ることができることから、工具の使用前後の判断が容易
となり、工具管理が容易にできるという効果もある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−117949（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−5362（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−21776（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−157176（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/10 C04B 41/87 C04B 41/89
Claims (5)
- 【請求項１】 アルミナを主成分とする焼結体の表面の
１部又は全面における該表面から少なくとも０．０５ｍ
ｍ内部までの厚さに表面調質層が形成されており、該表
面調質層には、周期律表の３ａ，４ａ，５ａ，６ａ族元
素，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｉの中の少なくとも１種を含
む化合物が含有されたアルミナ焼結体であって、該表面
調質層は、該化合物として含有している周期律表の３
ａ，４ａ，５ａ，６ａ族元素，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｉ
の中の少なくとも１種の拡散元素が該表面調質層の表面
から該焼結体の内部に向かって漸次減少しており、表面
より０．０５ｍｍ内部における表面調質層中に存在する
該拡散元素の濃度（Ｃｓ）と、該表面調質層を除いた焼
結体内部における該拡散元素の濃度（Ｃｉ）との比が
１．５以上（Ｃｓ／Ｃｉ≧１．５）であることを特徴と
する工具用アルミナ焼結体。 - 【請求項２】 上記化合物は、酸化物でなることを特徴
とする請求項１記載の工具用アルミナ焼結体。 - 【請求項３】 上記表面調質層は、上記焼結体の少なく
とも２つの表面に形成されており、該焼結体の少なくと
も２つの表面の内、１つの表面に形成された該表面調質
層には他の表面に形成された該表面調質層とは異なった
上記化合物が存在していることを特徴とする請求項１記
載の工具用アルミナ焼結体。 - 【請求項４】 請求項１，２又は３記載のアルミナ焼結
体の表面に、さらに周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族元素
の炭化物，窒化物，酸化物，Ａｌの酸化物，窒化物及び
これらの相互固溶体、もしくはダイヤモンド、ダイヤモ
ンド状カーボン，立方晶窒化ホウ素の中の少なくとも１
種の単層あるいは多層の被膜を形成したことを特徴とす
る工具用アルミナ焼結体。 - 【請求項５】 請求項１、２、３又は４記載の工具用ア
ルミナ焼結体が切削工具として用いられることを特徴と
する工具用アルミナ焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19487692A JP3147511B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 工具用アルミナ焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19487692A JP3147511B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 工具用アルミナ焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0616468A JPH0616468A (ja) | 1994-01-25 |
| JP3147511B2 true JP3147511B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=16331787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19487692A Expired - Fee Related JP3147511B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 工具用アルミナ焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3147511B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006315955A (ja) * | 2000-07-10 | 2006-11-24 | Toshiba Ceramics Co Ltd | セラミックス部材 |
| JP5030227B2 (ja) * | 2007-10-22 | 2012-09-19 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 表面改質アルミナ、及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-06-29 JP JP19487692A patent/JP3147511B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0616468A (ja) | 1994-01-25 |
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