JPH01283331A

JPH01283331A - 超硬質複合材料

Info

Publication number: JPH01283331A
Application number: JP11175988A
Authority: JP
Inventors: Koji Nitta; 耕司新田
Original assignee: Onoda Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1988-05-09
Publication date: 1989-11-14
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH076023B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は超硬質複合材料に関するものである。

更に詳しくいえば、切削工具用材料として特にすぐｒｔ
た性質乞有する。炭化物乞基とする超硬質複合材料に関
するものである。

（従来の技術）特に切削工具などに使用する超硬質複合材料としては、
炭化タングステンを主成分とする超硬質合金とか、炭化
チタンを主成分とするサーメット。

又はアルミナを主成分とするセラミックス等が知られて
〜・る。

さらに、超硬質合金に、ＴｉＮ、ＴｉＣ，Ａｌ２Ｏ３等
を被覆して成る複合材料が開発され、切削工具などの分
野で実用化されて来ている。

このように、この分野において、多岐にわたって各種の
材料が開発され、又は提案されているが。

その主流は炭化タングステン−コバルト系のものが占め
ている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、炭化タングステンやコバルトは戦略物質
であり、かつその産出国が限られており。

市場が不安定であることから、将来にわたって安定した
供給を期待することが難しいという問題がある。このた
め、これに代る材料による超硬質材料が待望され、これ
を開発すべく研究が行わｎでいる。

本発明者は、このような超硬質材料として、セラミック
ス複合材料の立場から鋭意開発研究を進めて来た。本発
明は、セラミックスを主成分とする超硬質複合材料を提
供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明者は、ニッケル被覆しＴこ炭化珪素ウィスカーを
使用することにより、超硬質材料としてすぐれた性質を
有する複合材料を得ることができることケ見出した。

炭化珪素は、窒化珪素、アルミナ、ジルコニアと並んで
４大構造材料の１つとして知られており。

抜群の硬さを有し、かつ高温強度、高温耐酸化性など高
温におけるすぐれた物性を有しているが、一般のセラミ
、クスにおけると同様に脆く、又金属とのヌレ性が悪い
。脆さという欠点を克服するためには、靭性の大きい金
属との複合材料とすることが考えら几るが、金属中に炭
化珪素粒子を分散させても、結合相との付着性が悪いた
め、たとえば切削工具用材料として使用する場合、刃先
が欠損するなどの問題がある。

本発明者は、このような、炭化珪素のもろさを改善し、
しかも結合相との付着性を改善し、切削工具用材料とし
て利用する場合に何等問題の起らない材料を得るために
は、前述したような、二。

ケルで被覆した炭化珪素ウィスカーを使用することが非
常に効果的であることケ見出し本発明を完成するに至っ
に０すなわち、本発明は。

炭化チタン　　　　　　　　　＝１０〜５０重量％炭化
モリブデン　　　　　　＝　５〜６０重量％炭化タング
ステン　　　　　：　５〜２０重量％から成ることｔ％
徴とする超硬質複合材料に関するものである。

二、ケルで被覆した炭化珪素ウィスカーを使用する前記
の超硬質複合材料は、ｊぐｎた硬さを有し、高温強度、
高温耐酸化性など高温における物性がすぐｎている外、
もろさが改善され、切削工具材料として使用した場合に
おいても、鋼切削寿命時間、抗折力などの諸性質もすぐ
れたものとなる。しかも、ニッケルで被覆しん炭化珪素
ウィスカーを使用することにより、結合相のニッケル又
は二、ケル−コバルトとの結合力が強固となる。

このため、従来、炭化珪素を含む材料においては困難と
されていた。切削工具材料用途においても十分活用でき
るものとなる外、各種超硬質材料。

たとえば耐庫耗性材料、耐熱性材料などの用途にも使用
可能な材料が得らｎる。

表面に二、ケル被覆を形成させるべき炭化珪素ウィスカ
ーは、α型、β型またはα／β混合型のいずれの結晶形
を有するものでもよく、平均径が５μｍ　以下、平均長
さが１０〜１００μｍのも嬶が適当である。このような
炭化珪素ウィスカーの表面上に、２μｍ以下の厚さの被
覆を形成させたものを使用する。被覆を形成する方法は
特定の方法でなければならない理由はない。たとえば１
通常の無電解メツキ方法などによって被覆を形成するこ
とができる。

ニッケルで被覆した炭化珪素ウィスカーを前述の割合（
重量％、以下単に％で示す）で炭化チタン、炭化モリブ
デン、炭化タングステン、二、ケル又は二、ケルを５０
％以下コバルトで置換したものと混合する。得られた混
合物を成形後たとえばホウドブレスにより通常は１６０
０〜１５００℃の範囲内で加熱焼成することにより本発
明の超硬質複合材料を得る。

なお、炭化チタン、炭化モリブデン、炭化タングステン
、二、ケル、コバルトは平均粒径０．５〜２μｍのもの
を使用するのが好ましい。

二、ケルで被覆した炭化珪素ウィスカーは。

１０〜４０％の範囲内でなげればならない。１０％を下
回ると添加効果が少く、特に高温強度が低下する。一方
４０％を超えると、、靭性が低下するため好ましくない
。炭化チタンは１０〜５０％の範囲内におさめる。炭化
チタンは、炭化珪素ウィスカーと共に１本素材の母材を
構成するもので、抜群の硬さを有するものであり、１０
％より少い量では十分な硬度が得られず、一方５０％を
超えると靭性の低下が目立ち、いずれも好ましくない。

炭化モリブデンは５〜６０％の添加量とする。炭化モリ
ブデンは炭化物の粒成長を抑制し、かつ炭化物とニッケ
ル、コバルトと９間のヌレ性改善に寄与する。５％より
少ないとぎは添加効果が少なく、６０％を超えると、硬
度の低下が見らｎる。又炭化タングステンを５〜２０％
添加するのは、焼結性を向上させるｆこめである。

本発明の超硬質複合材料において、ニッケル単独、又は
その５０％以下をコバルトで置換したものを結合相とす
る。結合相の割合は１０〜５０％の範囲とするのが適当
であり、結合相が１０％より減少すると靭性の低下を来
すこととなり好ましくない。一方５０％を超えろと硬度
が低下する傾向がありやはり好ましくない。このため、
結合相の割合は１０〜５０％の範囲内とすることが好ま
しい。

結合相における二、ケルの５０％以下にコバルトで置換
″′ｔろことが可能であるが、１０〜５０％程度にとど
めるのが好ましい。

（実施例）次に具体的な実施例を記載することにより本発明ン更に
詳細に説明する。

（実施例１〜８．比較例１〜６）第１表に示した各種材料を、同表に示した割合（％）で
混合した。

炭化珪素ウィスカーは、平均径６μｍ、平均長さ５０μ
ｍの市販品のα／β混合型を使用し、その表面上に、塩
化二、ケル、次亜燐酸ソーダ、及びクエン酸等ヶ含有″
′する液欠使用して無電解メツキにヨ’ｌ）０．１〜１
μｍ　の厚さのニッケル被覆を形成した。

このニッケル被覆炭化珪素ウィスカーをトルエンで分散
、濾過して混合用試料とした。

炭化チタン、炭化モリブデン及び炭化タングステンの各
種炭化物及びニッケル又はコバルトは。

そｔｔぞれ、平均粒径１．０〜１．３μｍσ）市販品乞
使用した。

炭化物及び金属原料を第１表に示し茫割合（％）に配合
し、トルエンに分散し、ボールミルで６日間粉砕混合し
に後、前述σ）二、ッケル被覆炭化珪素ウィスカーと混
合した。

このようにして得た混合物乞乾燥し、１トン／ｄでシン
グルブツシュ方式で成形しＬ後１．５トン／ｄでＣＩＰ
成形を行った。成形体をホットプレスで１４５０℃、２
０ＱＩＫｇ／ｃｉ　の条件下で、真空雰囲気中で１時間
保持して焼結した。

得られＴこ焼結体を５ＮＧＮ４３２型（ＣＩＳ規格）σ
）切削チップに加工した。この切削チップについて。

それぞれの切刃の逃げ面摩耗幅０．２　ｙｎｎ基準で寿
命時間を測定した。この測定結果をあわせて第１表にま
とめて示す。この測定条件は下記のとおりである。

被削材　　ＦＣＤ　４５切削速度　　　２５０ｍ／分切り込み　　　１．５闘送り速度　　　０．３扉冨／　ｒｅｖ。

第１表実施例及び比較例の結果が示すとおり１本発明において
、二、ケル被覆を施した炭化珪素を所定の組成範囲で使
用して得た硬質複合材料は、比較例に示される如き材料
に比べ、−ｆぐれた切削部材としての性質を有する。

（発明の効果）本発明により、すぐれた切削性能を有する複合材料を提
供することが可能となった。

本発明の超硬質複合材料は、切削部材としての用途の外
、耐摩耗性材料例えば精密工作機械部材材料、あるいは
耐熱性材料例えば熱交換機、ガスタービン部材としての
用途にも使用することができるすぐれた材料である。

（１］）

Claims

【特許請求の範囲】ニッケルで被覆した炭化珪素ウィスカー：１０〜４０重量％炭化チタン：１０〜５０重量％炭化モリブデン：５〜３０重量％炭化タングステン：５〜２０重量％ニッケルまたはニッケルの５０重量％以下をコバルトで置換したもの：１０〜５０重量％から成ることを特徴とする超硬質複合材料。