JPH0225872B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0225872B2 JPH0225872B2 JP59120211A JP12021184A JPH0225872B2 JP H0225872 B2 JPH0225872 B2 JP H0225872B2 JP 59120211 A JP59120211 A JP 59120211A JP 12021184 A JP12021184 A JP 12021184A JP H0225872 B2 JPH0225872 B2 JP H0225872B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sialon
- strength
- sintering
- cutting
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 16
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910003564 SiAlON Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 229910000816 inconels 718 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910000048 titanium hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
- 150000003748 yttrium compounds Chemical class 0.000 description 1
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
「産業上の利用分野」
高靭性と高耐摩耗性を高温迄有する優れたセラ
ミツク工具、線引ダイス等の金属加工用工具、エ
ンジン用部品、ガスタービン用部品、シールリン
グ、ベアリング等の耐摩耗部品、原子炉構造材料
等。 「従来の技術」 窒化珪素を主体とするセラミツクは、高靭性、
低膨脹係数を有するために優れた耐熱材料として
利用されるが、これの靭性を更に向上する目的で
Al2O3、Y2O3、Tiを配合した焼結体が特開昭54
−154417号「高強度窒化珪素焼結体の製造法」と
して提案されている。併しこの材質は高温におけ
る化学的安定性が不足するため、工具として用い
る場合、耐摩耗性が不足しているという問題点が
あつた。特にNi基合金をはじめとする耐熱合金
の切削には、フランク摩耗や境界摩耗が共に急激
に進むため寿命が極めて短かかつた。 「発明が解決しようとする問題点」 一般式Si6-ZAlzOzN8-Zで表されるサイアロン
を主成分とする焼結体は上記Si3N4に対し化学的
に安定なため切削工具用材料として用いることが
考えられ、一部商品化がなされている。この様な
サイアロン系材料を切削工具として用いた場合、
Al2O3−TiC系工具と比較すると、カケに対する
耐欠損性においてかなり改善され、Ni基合金の
切削にはかなり良い結果が得られているが、未だ
十分とは言えず、また耐摩耗性は劣つていた。 「問題点を解決するための手段」 Y2O3が0.2〜10重量％（以下「重量」を省く）、
Tiが0.05〜５％、残部がサイアロンと不可避不純
物よりなる高強度セラミツク工具を提供するもの
で、サイアロンに対するTiの特定量添加により、
耐欠損性も耐摩耗性も大巾に改良されたものであ
る。 「作用」 ここで本発明物質の主体をなすサイアロンは通
常α相が70％以上のSi3N4、Al2O3及びAlNを次
式の反応によつて生成する。 （６−Ｚ）Si3N4＋ZAl2O3＋ZAlN→3Si
6-ZAlzOzN8-Z ただし、Ｚは0.2以下では化学的安定性がSi3N4
と差が小さく、1.5以上では強度が低いため、0.2
〜1.5が好ましい。併し上記以外のサイアロン形
成組成、例えば、Si3N4、SiO2、AlNの混合物で
も又は合成したサイアロンでもよい。 Y2O3は焼結助剤として添加し、0.2％以下では
焼結促進効果が乏しく、10％以上では高温強度の
劣化が激しいので0.2〜10％が好ましい。また
Y2O3の代りに焼成中Y2O3になるイツトリウム化
合物も利用しうる。 Tiは金属チタン又はTiH2として添加すること
が本発明の特徴である。TiH2は焼結中にTiに変
化し金属と同じ作用を有する。Tiは焼結後主と
して非晶質の結合相中に残存し、強度−硬度共に
従来の優れた焼結体が得られる。その理由は、焼
結後良好な反応性のために、Tiを含む非晶質相
が、サイアロン粒子の周囲を取りまいているのみ
でなく、一部はサイアロン粒子と反応し、粒子間
の境界強度が増加しているためと考えられる。更
に焼結後サイアロン粒子の周りに生成して焼結体
の強度に悪影響を及ぼすSiO2薄膜をTiが次式に
従つて還元して去り、Si3N4に転化するのも原因
の一つと考えられる。 SiO2＋Ti→TiO2＋Si、3Si＋2N2→Si3N4 また、Tiは焼結中にサイアロン粒子の粒成長
の抑制効果もあると思われ、これにより硬度も上
昇する効果がある。その添加量は0.05％以下では
上記の効果が乏しく、５％以上ではTiNが折出
して、焼結性が悪化し、強度低下を起し、また熱
膨脹係数を大きくし耐熱衝撃性が劣化する。 「製造法」 所定の組成の混合物成形体を１気圧以上の非酸
化性雰囲気、例えばN2ガスやArガス中1600〜
2100℃で焼結する。雰囲気圧力が高ければサイア
ロンの分解蒸発を抑制し、焼結温度を高め強度を
増大することができる。上記の加圧雰囲気焼結の
他、黒鉛型を用いての一軸性ホツトプレスを100
〜400Kg／cm2の圧力で行うこともでき又は50〜
2000Kg／cm2の圧力で熱間静水圧プレスを行つても
よい。焼結温度は1600℃以下では十分な緻密化が
できず、従つて十分な強度が得られず、1850℃以
上ではサイアロンの分解が起るので1850℃以下が
好ましいが雰囲気を高圧とすれば2100℃迄上昇す
ることも可能である。 実施例 １ 純度99％、平均粒径1μｍ、α相90％のSi3N4粉
末、純度99％平均粒径0.3μｍのAl2O3粉末、純度
98％平均粒径1μｍのAlN粉末をそれぞれ88.1％、
8.5％、3.4％混合してサイアロンの組成粉末とし
た。ついで純度99.9％の平均粒径1μｍのY2O3粉
末及び純度99％平均粒径2μｍのTiH2粉末を第１
表に示す組成に配合し混合粉末を調整した。つい
で該混合粉末を予め窒化ほう素を塗布した黒鉛型
中に入れ、温度1750℃、圧力300Kg／cm2で１時間
加圧焼結し、焼結体の強度をJIS R1601−1981の
３点曲げで20ケ測定し、硬度をロツクウエルス−
パーフイシヤル45NでJIS Z2245−1981に従つて
測定した。第１表により明らかなように、本願組
成範囲の焼結体は範囲外のものに較べ抗折強度、
硬度共に優れていた。 次に切削性能を調べるため、焼結体を
SNGN432（チヤンフアー0.1mm）の切削工具に研
摩加工し、第２表に示すテスト条件で切削テスト
を行つた。テスト１は第１図の形状のFC−20の
鋳鉄の中断切削テストで耐欠損性の比較を行つ
た。これによれば本願発明の組成では88山以上切
削可能であるのに対し、従来品のNo.４は24山しか
切削できず、その他の組成範囲外のものも48山以
下しか切削できなかつた。またテスト２では棒状
インコネル718の連続切削テストで耐摩耗性の比
較を行つたが、これからも本願組成範囲の工具が
耐摩耗性に優れていることが認められた。 実施例 ２ 実施例１に用いたと同様の原料を用い、TiH2
の代りに金属チタンTiの平均粒径2μｍの粉末を
用いる以外同様にして実施例１と同様のテストを
行つた結果を第３表に示す。更にサイアロンにか
えてSi3N490％、Al2O310％の混合物を用いた比
較例もNo.19、No.20として示す。第３表より明らか
なように基本物質としてサイアロンを用いず、
Si3N4／Al2O3の比が９：１である窒化珪素−ア
ルミナ混合物を用いたNo.19、No.20は共に切削テス
トで不十分であり、特に切削テスト２では、境界
摩耗が大きく、被削材の面粗度が極めめ悪くなる
ため実用が困難と思われ、またTiを３％加えた
No.11も、Tiを加えないNo.10に比し、少々性能の
向上はみられるものの、実用上極めて不十分であ
つた。だから基本物質をサイアロンとし、金属チ
タンを加えることにより、その相乗効果が現わ
れ、満足な特性が得られることが判つた。更に
TiH2とTiとは何れを用いてもほぼ同様な満足す
べき結果を得られることも判つた。 「効果」 従来品のSi3N4−Al2O3−Y2O3−Ti系の材料や
サイアロン−Y2O3系の材料に比し本発明の組成
のセラミツク工具は耐欠損性や耐摩耗性何れも極
めてすぐれたものであつた。
ミツク工具、線引ダイス等の金属加工用工具、エ
ンジン用部品、ガスタービン用部品、シールリン
グ、ベアリング等の耐摩耗部品、原子炉構造材料
等。 「従来の技術」 窒化珪素を主体とするセラミツクは、高靭性、
低膨脹係数を有するために優れた耐熱材料として
利用されるが、これの靭性を更に向上する目的で
Al2O3、Y2O3、Tiを配合した焼結体が特開昭54
−154417号「高強度窒化珪素焼結体の製造法」と
して提案されている。併しこの材質は高温におけ
る化学的安定性が不足するため、工具として用い
る場合、耐摩耗性が不足しているという問題点が
あつた。特にNi基合金をはじめとする耐熱合金
の切削には、フランク摩耗や境界摩耗が共に急激
に進むため寿命が極めて短かかつた。 「発明が解決しようとする問題点」 一般式Si6-ZAlzOzN8-Zで表されるサイアロン
を主成分とする焼結体は上記Si3N4に対し化学的
に安定なため切削工具用材料として用いることが
考えられ、一部商品化がなされている。この様な
サイアロン系材料を切削工具として用いた場合、
Al2O3−TiC系工具と比較すると、カケに対する
耐欠損性においてかなり改善され、Ni基合金の
切削にはかなり良い結果が得られているが、未だ
十分とは言えず、また耐摩耗性は劣つていた。 「問題点を解決するための手段」 Y2O3が0.2〜10重量％（以下「重量」を省く）、
Tiが0.05〜５％、残部がサイアロンと不可避不純
物よりなる高強度セラミツク工具を提供するもの
で、サイアロンに対するTiの特定量添加により、
耐欠損性も耐摩耗性も大巾に改良されたものであ
る。 「作用」 ここで本発明物質の主体をなすサイアロンは通
常α相が70％以上のSi3N4、Al2O3及びAlNを次
式の反応によつて生成する。 （６−Ｚ）Si3N4＋ZAl2O3＋ZAlN→3Si
6-ZAlzOzN8-Z ただし、Ｚは0.2以下では化学的安定性がSi3N4
と差が小さく、1.5以上では強度が低いため、0.2
〜1.5が好ましい。併し上記以外のサイアロン形
成組成、例えば、Si3N4、SiO2、AlNの混合物で
も又は合成したサイアロンでもよい。 Y2O3は焼結助剤として添加し、0.2％以下では
焼結促進効果が乏しく、10％以上では高温強度の
劣化が激しいので0.2〜10％が好ましい。また
Y2O3の代りに焼成中Y2O3になるイツトリウム化
合物も利用しうる。 Tiは金属チタン又はTiH2として添加すること
が本発明の特徴である。TiH2は焼結中にTiに変
化し金属と同じ作用を有する。Tiは焼結後主と
して非晶質の結合相中に残存し、強度−硬度共に
従来の優れた焼結体が得られる。その理由は、焼
結後良好な反応性のために、Tiを含む非晶質相
が、サイアロン粒子の周囲を取りまいているのみ
でなく、一部はサイアロン粒子と反応し、粒子間
の境界強度が増加しているためと考えられる。更
に焼結後サイアロン粒子の周りに生成して焼結体
の強度に悪影響を及ぼすSiO2薄膜をTiが次式に
従つて還元して去り、Si3N4に転化するのも原因
の一つと考えられる。 SiO2＋Ti→TiO2＋Si、3Si＋2N2→Si3N4 また、Tiは焼結中にサイアロン粒子の粒成長
の抑制効果もあると思われ、これにより硬度も上
昇する効果がある。その添加量は0.05％以下では
上記の効果が乏しく、５％以上ではTiNが折出
して、焼結性が悪化し、強度低下を起し、また熱
膨脹係数を大きくし耐熱衝撃性が劣化する。 「製造法」 所定の組成の混合物成形体を１気圧以上の非酸
化性雰囲気、例えばN2ガスやArガス中1600〜
2100℃で焼結する。雰囲気圧力が高ければサイア
ロンの分解蒸発を抑制し、焼結温度を高め強度を
増大することができる。上記の加圧雰囲気焼結の
他、黒鉛型を用いての一軸性ホツトプレスを100
〜400Kg／cm2の圧力で行うこともでき又は50〜
2000Kg／cm2の圧力で熱間静水圧プレスを行つても
よい。焼結温度は1600℃以下では十分な緻密化が
できず、従つて十分な強度が得られず、1850℃以
上ではサイアロンの分解が起るので1850℃以下が
好ましいが雰囲気を高圧とすれば2100℃迄上昇す
ることも可能である。 実施例 １ 純度99％、平均粒径1μｍ、α相90％のSi3N4粉
末、純度99％平均粒径0.3μｍのAl2O3粉末、純度
98％平均粒径1μｍのAlN粉末をそれぞれ88.1％、
8.5％、3.4％混合してサイアロンの組成粉末とし
た。ついで純度99.9％の平均粒径1μｍのY2O3粉
末及び純度99％平均粒径2μｍのTiH2粉末を第１
表に示す組成に配合し混合粉末を調整した。つい
で該混合粉末を予め窒化ほう素を塗布した黒鉛型
中に入れ、温度1750℃、圧力300Kg／cm2で１時間
加圧焼結し、焼結体の強度をJIS R1601−1981の
３点曲げで20ケ測定し、硬度をロツクウエルス−
パーフイシヤル45NでJIS Z2245−1981に従つて
測定した。第１表により明らかなように、本願組
成範囲の焼結体は範囲外のものに較べ抗折強度、
硬度共に優れていた。 次に切削性能を調べるため、焼結体を
SNGN432（チヤンフアー0.1mm）の切削工具に研
摩加工し、第２表に示すテスト条件で切削テスト
を行つた。テスト１は第１図の形状のFC−20の
鋳鉄の中断切削テストで耐欠損性の比較を行つ
た。これによれば本願発明の組成では88山以上切
削可能であるのに対し、従来品のNo.４は24山しか
切削できず、その他の組成範囲外のものも48山以
下しか切削できなかつた。またテスト２では棒状
インコネル718の連続切削テストで耐摩耗性の比
較を行つたが、これからも本願組成範囲の工具が
耐摩耗性に優れていることが認められた。 実施例 ２ 実施例１に用いたと同様の原料を用い、TiH2
の代りに金属チタンTiの平均粒径2μｍの粉末を
用いる以外同様にして実施例１と同様のテストを
行つた結果を第３表に示す。更にサイアロンにか
えてSi3N490％、Al2O310％の混合物を用いた比
較例もNo.19、No.20として示す。第３表より明らか
なように基本物質としてサイアロンを用いず、
Si3N4／Al2O3の比が９：１である窒化珪素−ア
ルミナ混合物を用いたNo.19、No.20は共に切削テス
トで不十分であり、特に切削テスト２では、境界
摩耗が大きく、被削材の面粗度が極めめ悪くなる
ため実用が困難と思われ、またTiを３％加えた
No.11も、Tiを加えないNo.10に比し、少々性能の
向上はみられるものの、実用上極めて不十分であ
つた。だから基本物質をサイアロンとし、金属チ
タンを加えることにより、その相乗効果が現わ
れ、満足な特性が得られることが判つた。更に
TiH2とTiとは何れを用いてもほぼ同様な満足す
べき結果を得られることも判つた。 「効果」 従来品のSi3N4−Al2O3−Y2O3−Ti系の材料や
サイアロン−Y2O3系の材料に比し本発明の組成
のセラミツク工具は耐欠損性や耐摩耗性何れも極
めてすぐれたものであつた。
【表】
【表】
【表】
＊ 図−１に被削材形状を示す
【表】
図面は切削テスト１に用いた被削材の側面図と
切削工具の切削方向を示す図である。
切削工具の切削方向を示す図である。
Claims (1)
- １ Y2O3が0.2〜10重量％、Tiが0.05〜５重量％、
残部がサイアロンと不可避不純物よりなる高強度
セラミツク工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59120211A JPS60264367A (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | 高強度セラミツク工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59120211A JPS60264367A (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | 高強度セラミツク工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60264367A JPS60264367A (ja) | 1985-12-27 |
| JPH0225872B2 true JPH0225872B2 (ja) | 1990-06-06 |
Family
ID=14780646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59120211A Granted JPS60264367A (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | 高強度セラミツク工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60264367A (ja) |
-
1984
- 1984-06-12 JP JP59120211A patent/JPS60264367A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60264367A (ja) | 1985-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5030597A (en) | Process for producing ceramic composites | |
| JPS6011288A (ja) | 表面被覆サイアロン基セラミツクス工具部材 | |
| JPH11246271A (ja) | 立方晶窒化ホウ素焼結体およびその製造方法 | |
| EP0262654B2 (en) | Silicon nitride sintered material for cutting tools and process for making the same | |
| US5316856A (en) | Silicon nitride base sintered body | |
| JPH07118070A (ja) | 窒化ケイ素系セラミックス焼結体 | |
| JPH0225872B2 (ja) | ||
| JP2519076B2 (ja) | 炭化珪素ウィスカ―強化セラミックスの製造方法 | |
| JPH0372031B2 (ja) | ||
| JP3194344B2 (ja) | 窒化ホウ素含有材料およびその製造方法 | |
| JP2604155B2 (ja) | 被覆層を有するセラミックス工具 | |
| JPH025711B2 (ja) | ||
| JP2997334B2 (ja) | 繊維強化セラミックス | |
| JPH06298568A (ja) | ウイスカー強化サイアロン基焼結体およびその被覆焼結体 | |
| JP3591799B2 (ja) | 高靱性窒化珪素質焼結体及びその製造方法 | |
| JPS5969477A (ja) | サイアロン基セラミツク焼結材料の製造法 | |
| JPH02307862A (ja) | 高硬度Ａｌ↓２Ｏ↓３基複合体の製造方法 | |
| JPH03153574A (ja) | 高強度サイアロン基焼結体 | |
| JP3615634B2 (ja) | 高靱性窒化珪素質焼結体及びその製造方法 | |
| WO1988000578A1 (en) | Method of forming a ceramic product | |
| JPS6389459A (ja) | 窒化ケイ素焼結体の製造方法 | |
| JPH02243559A (ja) | Ａｌ↓２Ｏ↓３―Ｂ↓４Ｃ系高密度焼結体及び製造方法 | |
| EP0317147B1 (en) | Si3n4-al2o3 composite sintered bodies and method of producing the same | |
| JPH09184030A (ja) | 耐熱衝撃性に優れた高強度硬質複合材料の製造方法 | |
| JPS6126566A (ja) | ＳｉＣ質複合体の焼結方法 |