JPH03193668A - 高靭性を有する立方晶窒化ほう素セラミック材の製造法 - Google Patents

高靭性を有する立方晶窒化ほう素セラミック材の製造法

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JPH03193668A
JPH03193668A JP1330767A JP33076789A JPH03193668A JP H03193668 A JPH03193668 A JP H03193668A JP 1330767 A JP1330767 A JP 1330767A JP 33076789 A JP33076789 A JP 33076789A JP H03193668 A JPH03193668 A JP H03193668A
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Fumihiro Ueda
植田 文洋
Hiroyuki Eto
浩之 江藤
Masami Miyake
政美 三宅
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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〕 この発明は、高靭性を有し、かつ耐摩耗性にもすぐれ、
通常の条件での連続切削は勿論のこと、特に靭性が要求
される鋳鉄の連続高速切削や、ダイス鋼および高速度鋼
などの高硬度鋼などの断続切削に切削工具として用いた
場合にすぐれた切削性能を長期に亘って発揮する立方晶
窒化ほう素(以下c−BNで示す)基セラミック材の製
造法に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、c−BN基セラミック材は、高硬度を有するの
で、切削工具などとして用いられ、また、このc−BN
基セラミック材が、例えば特公昭57−3811号公報
に記載されるように、原料粉末として、c−BN粉末、
並びに周期律表の4 a、 5 a。
および6a族金属の炭化物粉末、窒化物粉末、ほう化物
粉末、およびけい化物粉末を用い、これら原料粉末を所
定の配合組成に配合し、通常の条件で混合し、混合粉末
の状態、あるいは圧粉体に成形した状態で、これに通常
の条件、すなわち圧カニ1万気圧以上、温度: 100
0℃以上の条件で超高圧高温処理を施して理論密度比:
98%以上の緻密な焼結体とすることにより製造される
ことも良く知られるところである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記の従来方法で製造されたc−BN基セラミ
ック材は、これを例えば鋳鉄の連続高速切削や、上記高
硬度鋼の断続切削などに用いた場合、靭性不足が原因で
切刃に欠けやチッピングが発生し易く、十分満足する切
削寿命を示さないのが現状である。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、靭性の
すぐれたc−BN基セラミック材を製造すべく研究を行
なった結果、 使用する原料粉末を、水素化チタン(以下T i Hx
で示す)粉末とc−BN粉末に特定し、かつT i H
xの粒径を平均粒径でlllla未満と微細にする一方
、相対的にc−BN粉末の粒径を平均粒径で1〜10m
と大きくし、望ましくはc−BN粉末の表面にT i 
Hx粉末が一様に分布するようにするために、T i 
Hx粉末の粒径をc−BN粉末の粒径の1/2以下にす
るのがよく、これらの原料粉末を、 T i Hx : 0.5〜20重量%、c−BN:残
り、 の割合に配合し、通常の条件で混合し、圧粉体に成形し
た後、この圧粉体を真空中、1200〜1500℃の温
度に加熱すると、c−BN粉末の表面部でTiHx粉末
との間で反応が起ってT i Hxの全てが反応し、そ
の結果窒化チタン(以下TiNで示す)とほう化チタン
(以下T i B 2で示す)が生成し、この生成Ti
NとT iB 2は皆しく高い活性を有するので、分散
相形成成分でc−BNと強固に結合し、この結果形成さ
れたc−BN基セラミック焼結体は多孔質ではあるが、
きわめて高い靭性をもつものであり、 したがって、この多孔質c −BN、lセラミック焼結
体に、通常の条件、すなわち圧カニ1万気圧以上、温度
: 1000℃以上の条件で超高圧高温処理を施して9
8%以上の理論密度比としたc−BN基セラミック材は
、すぐれた靭性をもつようになり、かつ従来方法で製造
されたC−BNMセラミック材と同等の高硬度を有し、 これを特に靭性が要求される鋳鉄の連続高速切削や、高
硬度鋼の断続切削などに切削工具として用いた場合にも
切刃に欠けやチッピングなどの発生がなく、すぐれた切
削性能を長期に亘って発揮するという研究結果を得たの
である。
この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたもの
であって、 原料粉末として、平均粒径:1如未満のTtHx粉末と
、同1〜10IIAのc−BN粉末を用い、これらの原
料粉末を、 T i Hx : 0.5〜20重量%、c−BN:残
り、 からなる配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧粉
体に成形した後、 この圧粉体を、真空中、1200〜1500℃の温度に
加熱保持し、c−BNとT i Hxとを反応させてT
iNとT iB 2を生成せしめ、c−BNが前記生成
TiNとT iB 2とで強固に結合された組織を有す
る多孔質c−BN基セラミック焼結体を形成し、 ついで、上記多孔質c−BN基セラミック焼結体に、通
常の条件で超高圧高温処理を施して、98%以上の理論
密度比に緻密化することにより高靭性を有するc−BN
基セラミック材を製造する方法に特徴を有するものであ
る。
つぎに、この発明の方法において、製造条件を上記の通
りに限定した理由を説明する。
A、配合組成および粉末平均粒径 (a)TiHx粉末 T i Hx粒粉末は、上記の通りc−BN粉末と反応
して活性なTiNとT iB 2を形成し、これが結合
相形成成分として作用して構成成分相互が強固に結合し
た焼結体を形成する作用があるが、その割合が0.5%
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その割
合が20%を越えると、これと反応するc−BN粉末の
割合が多くなり、セラミック材中のc−BNの割合が相
対的に減少して硬さが低下し、切削工具として用いた場
合に耐摩耗性の低下を招くようになることから、その割
合を0.5〜20%と定めた。
また、T i Hx粒粉末、c−BN粉末との反応を均
一に行なわしめて高靭性を確保するためには、そのまわ
りに−様に分布させるのが望ましく、したがってその平
均粒径が1伽以上になるとC−BN粉末の粒径との関係
で均一分布が困難になることから、その平均粒径を1血
未満とした。
さらに、この場合TiHx粉末の粒径をC−BN粉末の
粒径の1/2以下にして、T i Hx粒粉末c−BN
粉末の周囲に均一に分布するようにしてやるとよい。
(b)c−BN粉末 c−BN粉末の平均粒径が11IJa未満になると、セ
ラミック材の硬さが低下するようになって所望の耐摩耗
性を確保することができないばかりでなく、TLHX粉
末と粒径的に近似し、相対的にc−BN粉末の配合割合
が高く、T i Hx粒粉末それは低いので、c−BN
粉末同志が隣接する部分が生じ、この部分ではc −B
N十TiHx反応が起らず、したがって前記反応は局部
的反応にとどまるようになり、この結果強固な粒子間結
合を全体に亘ってはかることができなくなり、このため
セラミック材に高靭性を確保することができず、一方そ
の平均粒径が10IIjaを越えると、セラミック材に
局部的に硬さむらが生じるようになることから、その平
均粒径を1〜1O1tI@と定めた。
B、焼結温度 その温度が1200℃未満では、c−B N +TiH
x反応を適当な速さで、すなわち生成したTiNとT 
iB 2に高い活性を付与せしめた状態で十分に行なう
ことができず、一方その温度が1500℃を越えるとc
−BNが不安定となり、材質的にバラツキのないセラミ
ック材を製造することができなくなることから、その温
度を1200〜1500℃と定めた。
〔実 施 例〕
つぎに、この発明の方法を実施例により具体的に説明す
る。
原料粉末として、それぞれ第1表に示される平均粒径を
有するT i Hx粒粉末c−BN粉末を用意し、これ
ら原料粉末を、同じく第1表に示される配合組成に配合
し、溶媒としてアセトンを用いて湿式混合し、乾燥した
後、1.5ton/c−の圧力で直径:12mmX厚さ
:2mmの寸法をもった圧粉体に成形し、この圧粉体を
、0.005torrの真空中、同じく第1表に示され
る温度に30分間保持の条件で焼結して多孔質c−BN
基セラミ・ツク焼結体を形成し、ついで、この多孔質c
−BNaセラミ・ツク焼結体に、通常のベルト型超高圧
高温装置を用い、圧力=3万気圧、温度: 1200℃
、保持時間:30分の条件で超高圧高温処理を施すこと
により本発明法1〜6をそれぞれ実施し、c−BN、l
セラミック材を製造した。
また、比較の目的で、T i Hx粉末の代りに、原料
粉末として同じく第1表に示される平均粒径を有するT
iN粉末およびT r B 2粉末を用い、同じく第1
表に示される配合組成に配合し、かつ圧粉体を直接6万
気圧、1600℃で超高圧高温処理する以外は同一の条
件で比較法1〜6を行ない、c−BN基セラミック材を
製造した。
つぎに、この結果得られた各種のc−BN基セラミック
材について、理論密度比、マイクロビッカース硬さ、お
よび破壊靭性値をApj定し、このlpj定結果を第1
表に示した。また、これらのc−BN基セラミック材を
X線回折により観察したところ、いずれもc−BN、T
iN、およびT I B 2からなり、T i Hxや
金属TIの含有は皆無であることが確認された。
さらに、これらの各種のc −BNIセラミック材を、
切断および研磨により切削工具切刃に仕上げ、 被削材:5KD57(ロックウェル硬さCスケール二6
5)からなり、外周部に1800間隔で2本の長さ方向
溝のある丸棒材、 切削速度: 60m/rain、 切込み:0.2mm、 送   リ:0.1鰭/rev、、 の条件で高速度鋼(高硬度鋼)の旋削断続切削試験を行
ない、切刃にチッピングが発生するまでの切削時間を測
定した。これらの測定結果を試験切刃:5本の平均値と
して示した。
〔発明の効果〕
第1表に示される結果から、本発明法1〜6で製造され
たc−BN基セラミック材は、いずれも高靭性および高
硬度を有し、TjHxおよびTiの含有もなく、これを
高硬度鋼の断続切削に使用した場合に、すぐれた靭性を
発揮し、著しく長い使用寿命を示すのに対して、比較法
1〜6で製造されたc−BN基セラミック材に見られる
ように、原料粉末としてTiHx粉末を使用しない場合
には、十分な靭性が得られず、高硬度鋼の断続切削では
短かい使用寿命しか示さないことが明らかである。
上述のように、この発明の方法によれば、−従来c−B
N基セラミック材では得ることのできない高靭性を有し
、かつこれと同等の高硬度を有するc−BN基セラミッ
ク材を製造することができ、したがって、これをこれら
の特性が要求される鋳鉄の高速連続切削や、高硬度鋼の
断続切削などに切削工具として用いた場合に切刃に欠け
やチッピングの発生なく、すぐれた切削性能を著しく長
期に亘って発揮するなど工業上有用な効果がもたらされ
るのである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)原料粉末として、平均粒径が1μm未満の水素化
    チタン粉末と、同1〜10μmの立方晶窒化ほう素粉末
    を用い、これら原料粉末を、 水素化チタン:0.5〜20重量%、 立方晶窒化ほう素:残り、 からなる配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧粉
    体に成形した後、 この圧粉体を、真空中、1200〜1500℃の温度に
    加熱保持し、立方晶窒化ほう素と水素化チタンを反応せ
    しめて窒化チタンとほう化チタンを生成させ、この生成
    窒化チタンとほう化チタンが立方晶窒化ほう素と強固に
    結合した組織を有する多孔質立方晶窒化ほう素基セラミ
    ック焼結体を形成し、ついで、上記多孔質立方晶窒化ほ
    う素基セラミック焼結体に、通常の条件で超高圧高温処
    理を施して、98%以上の理論密度比とすることを特徴
    とする高靭性を有する立方晶窒化ほう素基セラミック材
    の製造法。
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