JPH02149465A

JPH02149465A - 工具用高強度セラミックス焼結体

Info

Publication number: JPH02149465A
Application number: JP63302409A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kobayashi; 正樹小林; Kaoru Sobada; 蕎麦田　薫; Yuji Katsumura; 勝村　祐次
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1990-06-08

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、面積度にすぐれていて、磁気テープの切断に
用いられるスリッタナイフなどの切断刃又は裁断刃、も
しくは製缶用型工具、レンズ用型１具などの精密成形子
ルートに代表される耐摩耗用工具に適する工具用高強度
セラミックス焼結体に関するものである。

（従来の技術）従来、セラミックス焼結体は、大別すると酸化物系焼結
体と非酸化物系焼結体がある。この内、＃化物系焼結体
としての代表的なものにＡｊ２２ｏｓ系焼結体と２ｒＯ
□系焼結体がある。

Ａρ２０３系焼結体は、高硬度で耐摩耗性にすぐれてい
るけれども、靭性の不足により非富に限られた使用領域
でしか使用できないという問題がある。一方、ＺｒＯ□
系焼結体は、安定化剤の含イ１により高・靭性になった
けれども、低硬度で耐摩耗性に劣るという問題がある。

そこで５酸化アルミニウムと、安定化剤の含何してなる
酸化ジルコニウムとを組合わせてなるＡＱ　２０３−　
ＺｒＯ□系焼結体が多数提案されている。このＡｎ　、
０．−　ＺｒＯ□系焼結体の代表的なものに、特開昭６
０−２３５７６２号公報がある。また、ＺｒＯ□系焼結
体を用いて精密成形モルトであるレンズの成形用型に応
用しているものの代表的なものに特開昭６０−　＋７６
ｑ３ｏ−；−公報がある。

（発明が解決しようとする問題点）特開昭６［＋−２３ｓｖ６ｚ＝公報は、イツトリアを主
体とした安定化剤を１５〜５ｍｏ１２％含有するジルコ
ニア５０〜９８ｗｔ％とアルミナ５０〜２ｗＬ％とから
なり、３点曲げ強度が１７００　ＭＰａ以し、焼結体を
構成するジルコニアの結晶相が１：、とじて正方品又は
正方品と＼７ノノ品、焼結体結晶の・ト均粒径が２μｍ
以上、焼結体のかさ密度が理論密度の９９．５％以」−
及び焼結体中に３０μｍ以上の気孔を含有しないことを
特徴とする１−；ｉ強度ジルコニア系焼結体が開示され
ている。この公・服で開示されている高強度ジルコニア
系焼結体は、微細結晶粒で高強度の焼結体であることか
ら、焼結体の表面を研摩、ラッピング及びボリシングを
行うことによりある程度まで面Ｔｉｔ度をυ１めること
ができるけれども、気孔の関係からレンズモルートなど
の精密成形モルードとして使ｊ１しＩｒ能な面精度にま
で高めることができないという問題がある。

特開昭６０−１７６９３０号公報は、酸化ジルコニウム
を１１材とし、レンズ形状の押し苧に加工し、そのトに
均一な厚さの白金−ロジウム（ｐＬ−Ｒｈ）合金、又は
白金−イリジウム（Ｐｔ、−Ｉｒ）合金のコーテイング
膜を形成してなるガラスレンズのプレス成形用型が開示
されている。この公報に開示されているガラスレンズの
プレス成形用型は、υ材として用いる酸化ジルコニウム
の表面が高精度に加工しゃすいことに加えて、この表面
にＰＬ−Ｒｈ合金又はＰ　Ｌ　−１ｒ合金のコーテイン
グ膜を形成することによりガラスとの反応の少ない型を
完成したものであるけれども、製造工程が多（なるため
に高価になるという問題がある。

本発明は、」一連のような問題点を解決したもので、具
体的には、安定化剤を含有してなる酸化ジルコニウムと
酸化アルミニウムとでなるセラミックス焼結体、特に酸
化イツトリウムを主成分とする安定化剤１〜５ｍｏ４２
％含有してなる酸化ジルコニウム５０〜７０ｗＬ％と、
残り酸化アルミニウムとでなるセラミックス焼結体の少
なくとも１面をＲｍａｘＯ２０５μｍ以下の表面粗さに
した工具用高強度セラミックス焼結体の提供を目的とす
るものである。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、従来から使用されている各種セラミック
ス焼結体の表面を研摩、ラップ及びボリシング加工を施
して、セラミックス焼結体の表面粗さとセラミックス焼
結体の組織及び機械的特性との関係について検討してい
た所、各種セラミックス焼結体の中でもＺｒ０ｚ−八ｊ
２２０．ｌ系セラミックス焼結体が硬さ及び強度の両方
にすぐれていること、又Ｚｒ０ａ　−Ａｆｌ、Ｊ＊系セ
ラミックス焼結体を微細組織にし２しかも組織中に生じ
る有孔を極力少なくして微細にする、例えばＣｌ５ＯＯ
６の超硬合金のイｆ孔度分類標準のΔ−１，すなわち、
ｌＯＡＬｍ未満のイｆ孔の大きさ、ｂｆましくは５μｍ
以下の有孔の大きさになる状態からなる緻密な焼結体に
すると面精度のすぐれた焼結体になること、更に面精度
のすぐれた焼結体は製缶用型工具又はスリッタナイフな
どに使用するとすぐれた効果を発揮するという知見を得
たものである。この知見に基づいて、本発明を完成する
に至ったものである。

すなわち、本発明の工具用高強度セラミックス焼結体は
、安定化剤を含有してなる酸化ジルコニウムと酸化アル
ミニウムと不可避不純物とでなるセラミックス焼結体の
少なくともｌ而がＲｍａｘｏ、　０５μｍ以下の表面粗
さであることを特徴とする焼結体である。

本発明の工具用高強度セラミックス焼結体における安定
化剤は、酸化ジルコニウムの安定化剤として従来から使
われている１例えばＭｇ０．Ｃａｂ、又はＳｃ、　Ｙを
含めた希土類金属の酸化物の中の少なくとも１種からな
り、この内、酸化ジルコニウムに対して１〜５ｗＬ％の
酸化イツトリウムのみを含む場合、もしくは２〜３．５
ｍｏＡ％の酸化イツトリウムに他の安定化剤、を０．　
ｌ　−１ｍｏｆ１％加えた複合安定化剤の場合が、特に
好ましいものである。

本発明の工具用高強度セラミックス焼結体における安定
化剤を含有してなる酸化ジルコニウムは、ｆｉｌ斜品と
正方品、正方品又は正方品と立方晶の組合わせからなる
けれども、特にｉＥ方品のみからなる場合、もしくは正
方品に５％以下の「ｉｉ斜品の混在してなる結晶構造の
場合が好ましいことである。この安定化剤を含有してな
る酸化ジルコニウムは、特に平均粒径０．５μｍ以下で
あると面精度のすぐれた焼結体になりやすいことから好
ましいことである。また、安定化剤を含有してなる酸化
ジルコニウムを５０〜７０ｗＬ％と、残り酸化アルミニ
ウムでなる焼結体の場合には、強度及び硬度の両刃のバ
ランスがとれた状態ですぐれていること、緻密な焼結体
が得られやすいこと、及び１０μｍ以１−の中孔の発生
もないことから面精度のすぐれた焼結体になるので、特
に好ましいものである。

安定化剤を含有した酸化ジルコニウムの他に、焼結体中
に主成分として存在している酸化アルミニウムは、ａ−
Ａｇ２０．のみからなる場合、又はａ−Ａ氾２０．に１
０％以下のβ−八β２０．ｌの混在してなる酸化アルミ
ニウムの場合がある。この酸化アルミニウムは、特に゛
ト均粒径１μｍ以下にすると、１゛、述の゛ト均粒径０
５μｍ以下の酸化ジルコニウムとの引剥効果でもって焼
結体の面精度を高めることになるので好ましいことであ
る。

本発明の工具用高強度セラミックス焼結体は、緻密で面
精度にすぐれていることから、磁気テブなどの切断刃で
あるスリッタナイフとして用いる場合、例えば少なくと
も被加工材である磁気テープの切断面と接触するスリッ
タナイフの側面がＲｍａｘＯ１０５μｍ以下の表面粗さ
にしておくと、刃立性及び切断性にすぐれることから長
寿命になり好ましいことである。また、面精度にすぐれ
る本発明の工具用高強度セラミックス焼結体を製缶工具
用型工具又はレンズ成形用型工具などの精密成形モルー
ドとして用いると、Ｒｍａｘ０．０５μｍ以下の表面粗
でなる鏡面状態がそのまま被加工材料の而として、高精
度な面が得られること、被加工材料の離型性もすぐれる
ことから好ましいことである。

本発明の１具用高強度セラミックス焼結体における不可
避不純物は、出発物として用いる、例えば酸化ジルコニ
ウム粉末、酸化アルミニウム粉末などの粉末中に含有し
ている場合と、他に製造工程、例えば混合粉砕工程から
混入する場合とがある。

本発明の工具用高強度セラミックス焼結体は、従来から
行われている粉末冶金による方法を利用して作製するこ
とができる。特に、混合粉砕工程では、得られる焼結体
中の単孔を微細で少なくして、面精度を高める必要があ
ることから、例えばポリウレタンを内張したステンレス
製混合容器とＡｌ２２０３系焼結体、　Ｚｒ０．系焼結
体又はＡｊ２．０．−ＺｒＯｚ系焼結体のボールを用い
て不可避不純物の混入量をできるだけ少なくすることが
ｈｆましいことである。この混合粉末を各種の粉末冶金
による成形方法で成形体としたあと、大気中又は酸素ガ
ス雰囲気中、１４５０〜１６００℃の温度で焼結し、次
いで＾「又は酸素ガスを含んだ＾ｒガス中、１０００〜
２０００ａＬｍの圧力、１３００〜１５００℃の温度で
熱間静水圧処理（ＩＩＩＰ処理）を行うことにより本発
明の焼結体を得ることができる。

（作用）本発明の工具用高強度セラミックス焼結体は、安定化剤
の含有した酸化ジルコニウムが靭性を高めて、研摩、ラ
ッピング及びポリレンズなどによる焼結体の表面加工時
におけるスクラッチ及びクラックを防止する作用をし、
また酸化アルミニウムの粒成長を抑制して微細粒の焼結
体組織とし、さらに焼結体の表面加工変質層を減少する
作用もしているものである。一方、酸化アルミニウムは
、工具材として必要な硬さ、耐摩耗性を高める作用をし
ているものである。この安定化剤の含有した酸化ジルコ
ニウムと酸化アルミニウムの相ｙ−７作用及び中孔の軽
減などがら面積度にすぐれるようにした本発明の王只用
高強度セラミックス焼結体をスリッタナイフ叉は精密成
形モルードとして用いると、例えば磁気テープの切断面
がずぐれていること、テープの磁気層への損傷が生じ難
いこと、及び成形モルードで加工された被加工材料面の
精度がすぐれるなどの間接的信用もあるものである。

（実施例）実施例１市販の１次粒成長が２３０人のＹ−ＰＳＺ（３ｍｏｊ２
％Ｙ２０．含有のＺｒＬｌ粉末、　Ｙ−Ｃｃ−ＰＳＺ（
２，５ｍｏ１％Ｙ２Ｏ３０，２ｍｏＩ２％ＣｅＯ＊含有
のＺｒ０．ｌ粉末、Ｙ−Ｄｙ−１１ｓＺ　（２，５ｍｏ
ｊ２％ＹＪ＊−０，２ｍｏ氾％Ｄｙｚ０．，含有のＺｒ
０ａ）粉末と・１之均粒径０．４４ｔｍのＡＲ，２０，
粉末（純度９９．９９％）とを用いて第１表の如く配合
した。第１表に示したそれぞれの試料の内、まず＾１２
２０．Ｊ粉末を＾２□Ｌ　　７．ｒＯ□製ボールと共に
ポリウレタンを内張した容器に入れて、メタノールによ
る湿式で１０時間混合粉砕し、次いでＰＳＺ粉末を加え
て４８時間混合粉砕した。この混合粉末を乾燥後、１．
５Ｌ／ｃｍ”の月°力でリキッドプレスし、粉末成形体
を得た。

この粉末成形体をＩｆｆ／ｍｉｎの酸素ガス流入中、５
００℃の温度で２時間保持して焼結した後、Ａｒガス中
、　１５００　ａＬｍの圧力、　１３００〜１４００℃
の温度でＩＩ　ｌ　１’処理して焼結体を得た。この焼
結体の表面をスピードファム製ラップ盤を用いて１１２
０研削４００研削、　”＋０００研削、４〜８ｇｍのダ
イヤモンド砥粒によるラップ、１μｍダイヤモンド砥粒
によるラップ及びＩＬＬｍダイヤモンド砥粒によるボリ
シングの順で加工し、加工後の焼結体の表面粗さを測定
し、その結果を第１表に併１記した。

比較用として、焼結雰囲気を人気中にし、温度を１５０
０〜１５５０℃１１１Ｐ処理での温度１５００℃にした
以外は上述と同様に行って、比較品］、２，３．４を得
た。これらの比較品の内、Ｎ０４は表面粗さを種々変え
て比較品５．６とした。

こうして得た本発明品及び比較品の硬さと抗折力を測定
し、並びに顕微鏡で嘔均粒径を求めて第１表に併記した
。

以下余白実施例２実施例１で得た本発明品２と比較品１．３゜５でもって
円板状でなるスリッタナイフを作製した。尚、それぞれ
のスリッタナイフの両側面は、実施例】の第１表で示し
た表面粗さにし、外周面はＲｍａｘ　０．２μｍの表面
粗さに仕上げた。これらのスリッタナイフを用いて、切
削速度　１００ｍ／ｍｉｎ　。

下刃：磁気テープニド刃の速度比＝　ｌ　：　ｌ　：　
１．０３の条件で磁気テープの切断を行った結果１本発
明品２は１１０００ｋ切断後もまだ使用可能な状態であ
ったのに対し、比較品ｌ及び２はそれぞれ５００ｋｍ切
断時に切刃の摩耗及びチッピングにより切味が低下した
ので中１トシた。一方、比較品５は、刃ｊ７．性が劣る
ために、切断初期からテープ切断面に異常がみられた。

実施例３実施例１で得た本発明品２と比較品ｌ、３゜５でもって
８０φ×６０φ×１２寸法の型工具を作製した。尚、そ
れぞれのを工具の絞り部を′ｙ！、Ｉ７Ｉ！１例１の第
１表で示した表面粗さにし、外周面及び端面ばＲｍａｘ
　１．０μｍの表面粗さに仕」二けた。これらの型「具
を用いて、スズで表面処理したＩＶｆ通鋼板（Ｓｐｃｃ
ｌ　、板厚Ｑ、４Ｃ１ｍｍ、絞り率０，８．潤パ゛１削
を使用する条件で深絞り加工を行って、比較品１の寿命
に対する他の試料の寿命比率を求めた結果、本発明品２
は、約：３イ？°１、比−咬品３は、約１５イｒ′１．
比較１、八５は、約０．１１．’“１であった。

実施例４実施例！で得た本発明品２と比較品Ｉ、３゜５でもって
、それぞれ１０φｘｌ（１ｍｍ’ｌ法の凹レンズ成形用
型を作製した。型の被加工材との接触面は、第１表に示
したそれぞれの表面粗さにし、外周面はＲｍａｘ　１．
０μｍの表面粗さとした。こうして得たそれぞれのを工
具を用いて、Ｎ２＋５％）１□雰囲気中で６００℃に加
熱された鉛ガラス＋ＳＦａ相当）のブロックを成形した
。

こうして成１ヒしたガラスの表面粗さを測定した所、本
発明品２を用いた場合は、Ｒｍａｘｏ、　０３μｍであ
ったのに対し、比較品１．３．５を用いた場合は、それ
ぞれＲｍａｘｏ、　０５．０．１．０．１３　ａ　ｍで
あフた。また、比較品１．３を用いた場合は、型工具と
ガラスとの剥離性作業に問題があった。

（発明の効果）本発明の工具用高強度セラミックス焼結体は、従来のＺ
「０２系セラミツクスや八β２０ｓ　−ＺｒＯ□系セラ
ミックスに比べて、緻密で抗折力強度がすぐれており、
実際にスリッタナイフ、缶用型工具に相当する深絞り加
工、及びレンズ成形用型工具として実用した場合にも著
しくすぐれるという効果を有するものである。

特許出願人　東芝タンガロイ株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）安定化剤を含有してなる酸化ジルコニウムと酸化
アルミニウムと不可避不純物とでなるセラミックス焼結
体の少なくとも１面がＲｍａｘ０．０５μｍ以下の表面
粗さであることを特徴とする工具用高強度セラミックス
焼結体。
（２）上記セラミックス焼結体は、酸化イットリウムを
主成分とする安定化剤を１〜５ｍｏｌ％含有してなる酸
化ジルコニウム５０〜７０ｗｔ％と、残り酸化アルミニ
ウムと不可避不純物とでなることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の工具用高強度セラミックス焼結体。
（３）上記安定化剤を含有してなる酸化ジルコニウムは
、正方品，又は正方品と５％以下の単斜晶とでなる結晶
構造であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
第２項記載の工具用高強度セラミックス焼結体。
（４）上記セラミックス焼結体は、スリッタナイフとし
て用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項，第２
項又は第３項記載の工具用高強度セラミックス焼結体。
（５）上記セラミックス焼結体は、精密成形モルードと
して用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項，第
２項又は第３項記載の工具用高強度セラミックス焼結体
。