JPH0328172A - 高靭性・高硬度焼結体 - Google Patents

高靭性・高硬度焼結体

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JPH0328172A
JPH0328172A JP1163451A JP16345189A JPH0328172A JP H0328172 A JPH0328172 A JP H0328172A JP 1163451 A JP1163451 A JP 1163451A JP 16345189 A JP16345189 A JP 16345189A JP H0328172 A JPH0328172 A JP H0328172A
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JP
Japan
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average particle
boron nitride
ceramics
fiber
average
Prior art date
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Pending
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JP1163451A
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English (en)
Inventor
Kojiro Kitahata
北畑 浩二郎
Manabu Miyamoto
学 宮本
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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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】 [a業上の利用分野コ 本発明は、高硬度で優れた耐摩耗性を示し且つ靭性の優
れた焼結体に関し、この焼結体は、高硬度鋼やNi基も
しくはCo基超硬合金等の切削工具あるいは軸受や線引
ダイス等の耐摩耗工具用素材として有用である. [従来の技術] 上記の様な切削工具や耐摩耗性工具用の素材としては、
従来より炭化タングステン(WC)基の超硬材料が使用
されてきた.しかし需要者の要求が厳しくなってくるに
つれて、上記WC基超硬材料以上の優秀な工具材料の開
発が待たれている. こうした要望に沿う工具用材料として、立方晶窒化硼素
に少量のAIと鉄族金属を含有させた立方晶型窒化硼素
焼結体(特開昭48−17503号公報)、あるいはセ
ラミックスを結合材として用いた立方晶窒化硼素焼結体
く特公昭57一3631号公報〉等が提案された.とこ
ろがこれらの素材により製作された切削工具は、微小切
込みの連続切削の如く比較的負荷の小さい切削条件の下
では優れた切削性能を発揮するが、切込みが大きい場合
、あるいは断続切削の如く繰り返して衝撃力が加わえら
れる苛酷な切削条件の下では必ずしも満足のいく性能は
得られず、耐欠損性や耐チッピング性に問題がある。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は上記の様な事情.に着目してなされたものであ
って、その目的は、大きな負荷を受ける切削条件、ある
いは小さな負荷であっても繰り返しam力の加わる様な
切削条件においても優れた切削性能を発揮する、耐欠損
性、耐チッピング性および耐摩耗性に優れた、高靭性で
高強度の焼結体をI是供しようとするものである. cm題を解決するための手段] 上記課題を解決することのできた本発明に係る焼結体の
構成は、 ■平均粒径1μm以下の高圧相型窒化硼素:20〜80
体積% ■繊維状耐熱性高硬度セラミックス ■平均粒径1μm以下である、周期率表第4a,5a,
6a族lm維金属の炭化物、窒化物、硼化物あるいはA
Iの酸化物、窒化物よりなる群から選択される1f!、
またはそれらの2種以上の混合物もしくは相互固溶体化
合物:残部 からなり、且つ上記■成分の平均長さと、上記■成分お
よび■戒分の平均粒径との比が5〜50であるところに
要旨を有するものである.[作用] 本発明者らは、セラミックスを結合材とする前記窒化硼
素焼結体が耐欠損性や耐チッピング性を欠く理由を解明
するため種々検討を行なったところ、上記欠陥を生ずる
原因は、結合部を構成するセラよツクスの靭性不足によ
るものであることが4a,5a,6a族繊維金g(即ち
Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta.Cr,Mo,Ta
)の炭化物、窒化物、硼化物、およびA1の酸化物、窒
化物の1ff!あるいはそれらから選ばれる2f!以上
の混合物もしくは相互固溶体(以下、これらを総称して
遷移金属セラミックスという)■と繊維状耐熱性高硬度
セラミックス(以下、繊維状セラミックスという)■を
併用することとし、且つ該繊維状セラミックス■の平均
長さと、上記遷移金属セラミックス■および高圧相型窒
化硼素■の平均粒子径との比を特定すると共に、これら
■、■、■の配合率を特定範囲に設定してやれば、耐チ
ッピング性および耐欠損性の優れた高耐摩耗性の焼結体
が得られることを知った. 本発明で使用される■成分の高圧相型窒化硼素、とは、
立方晶型窒化硼素およびウルツ型窒化硼素を総称するも
ので、これらはダイヤモンドに次ぐ硬さを有しており、
切.削乃至研磨の主体となる戒分であって、焼結体(所
定の切削・研磨性能を与えるには、焼結体中の含有率が
20〜80体積%となる様に配合量を調整しなければな
らず、また焼結原料としての平均粒径は1μm以下のも
のでなければならない.しかして高圧相型窒化硼素■の
含有率が20体積%未満である場合は、焼結体の硬さが
不十分となって切削・研磨工具として満足のいくものが
得られず、一方、80体積%を超える場合は、結合相を
構成する遷移金属セラミックス■や繊維状セラミックス
■の量が不足気味となって靭性が低下し、本発明で意図
する様な耐チッピング性や耐欠損性が得られなくなる。
高圧相型窒化硼素■のより好ましい含有率は30〜70
体積%である。尚この高圧相型窒化硼素■は、後述する
如く粉末状のものとして!a維状セラミックス■および
遷移金属粉末■と混合し、更に型押戒形後焼結されるが
、高圧相型窒化硼素■の粒度が大き過ぎると、型押成形
時に繊維状セラミックス■が折断し易くなってその靭性
改善効果が低下するので、高圧相型窒化硼素■としては
平均粒径が1μm以下である微粉末を使用しなければな
らない. 次に繊維状セラミックス■は、主として焼結体の結合相
に生じ得るクラックの成長を阻止し靭性を高める作用を
有するもので、その平均繊維長さ(L)は、高圧相型窒
化硼素■と遷移金属セラミックス■の平均粒子径(d)
の5〜50倍の範囲[5d≦L≦50d]でなければな
らない.しかして[L<5d]である場合は、繊維状セ
ラミックス■に期待される靭性改善効果が十分に発揮さ
れず、一方[L>50dlである場合は繊維状セラミッ
クス■同士が絡み合って分散状態が不均一になり、焼結
が不均一になって安定した品質の焼結体が得られなくな
るからである.繊維状セラミックス■は、上記の要件を
満たす限りiam径やlaia長の絶対値は特に限定さ
れないが、1μm以下の粒径の微細な高圧相型窒化硼素
■を使用する本発明においては、平均繊維径が0.2〜
1μm,平均繊維長が5〜20μmでアスベクト比が1
0〜50であるia維状セラよツクス■を使用するのが
好ましい。該ia維状セラミックス■は、焼結原料中に
3〜30体積%を占める様に配合すべきであり、3体積
%未満では靭性改善効果が十分に発揮されず、30体積
%を超える場合は混合状態において繊維状セラよツクス
■が偏析し易くなり、この部分で焼結が不均一となった
り焼結不良になり易くなる.繊維状セラ亙ツクス■のよ
り好ましい配合量は10〜25体積%の範囲である. 次に遷移金属セラミックス■は結合相の主体となるもの
であり、その平均粒径は、高圧相型窒化硼素■について
の説明で述べたのと同様の理由で1μm以下のものが好
ましい.その種類は先に示した通りであるが、それらの
遷移金属セラミックスは優れた耐熱性と強度を有してい
るばかりでなく、前記高圧相型窒化硼素■粉末および繊
維状セラミックス■と共に強固に焼結一体化する性質を
有しており、これらを単独で或は2種以上を組合わせて
結合材として使用することにより強固な焼結体を得るこ
とができる.尚この遷移金属セラミックス■は、前記高
圧相型窒化硼素■および繊維状セラミックス■の残部成
分として配合されるので、配合量は■、■成分の配合量
に応じて変わってくるが、結合相としての機能を有効に
発揮させて均一且つ強固な焼結体を得るには、配合率を
20〜40体積%の範囲に設定するのがよい.上記■、
■、■成分の中でも特に好ましい組合せは、■成分とし
て立方晶型窒化硼素、■成分として繊維状炭化珪素(炭
化珪素ウイスカーを含む)、■成分としてA1203ま
たはA1203とTICを用いた組み合わせであり、こ
れにより卓越した性能の高靭性・高硬度焼結体を得るこ
とができる. 上記原料を用いて焼結体を製造する方法は特に制限され
ず、たとえば■、■、■成分を所定量配合して均一に混
合し、混合粉末の状態で型に充填し、あるいは予め型押
成形した後、高温・高圧下で焼結すると、硬質で高靭性
の焼結体が得られる.このときの焼結条件は、原料成分
、殊に高圧相型窒化硼素を熱変質させることなく、これ
らを焼結一体化し得る条件で自由に選定できるが、般的
な条件として示すならば、温度は 1300〜1700
℃、圧力は30〜70キロバールの範囲である. [実施例] 平均粒径が1μm以下の立方晶型窒化硼素粉末と、平均
粒径が1μm以下の遷移金属セラくツクス粉末、および
平均径が約O.Sμmで平均長さが1〜20μmの炭化
珪素繊維を、第1表C示す割合で使用した. 上記3f!1の原料をエチルアルコールを分散媒として
十分混合し、乾燥して混合粉末とした.尚符号J’  
(比較例)については、平均粒径が3μ市の立方晶型窒
化硼素と平均粒径1μmの遷移金属粉末を用いた. 得られた混合粉末を型押成形した後、真空炉中10′″
’mmHHの真空度で1000℃に1時間保持して脱ガ
スした.この脱ガス成形体を、ベルト型超高圧高温発生
装置により、1600℃、60キロバールで15分間焼
成し、焼結体を得た. 得られた各焼結体から切削チップを作製し、被削材とし
て溝付き円柱状のSCM435(HRe60)材を用い
て、外周長手方向に断続切削試験を行ない、切削チップ
が欠損するまでの時間を測定した.但し切削条件は、速
度:100m/win ,切込み: 0.3 mm、送
り:0.IS am/revとした. 結果を第1表に一括して示す.但し切削チップの欠損寿
命は、符号c’  <比較例)の切削チップが欠損する
までの時間を1とし、これに対する時間比率で示した. 第1表より次の様に考えることができる。
(!)符号A−Hは本発明で定める要件を充足する実施
例であり、欠損までの寿命は比較例(符号C’ )の3
倍を超えており、切削部材としての寿命はいずれも非常
に優れている。
(2)符号A゜〜J゜は、以下に示す如く本発明で定め
る要件のいずれかを欠く比較例であり、欠損までの寿命
はいずれも本発明より著しく劣っている. 符号A゜ :炭化珪素繊維の長さ比が5未満であ る。
〜E゜ :炭化珪素繊維が配合されていない. :炭化珪素繊維の配合量が30体積% を超えている. :炭化珪素繊維の長さ比が50を超え ている. 二立方晶型窒化硼素の配合量が90体 積%を超え、遷移金属セラミックス の量が不足気味となっている。
符号B゜ 符号F゜ 符号G゜ 符号H゛ 符号I゛ :立方晶型窒化硼素の配合量が不足する 符号J゜ :立法晶型窒化硼素の平均粒径が1μmを超
えている. [発明の効果コ 本発明は以上の様に構成されており、高圧相型窒化硼素
の結合相として特定の遷移金属セラミックスを使用する
と共に強化材として特定形状の繊維状セラミックスを特
定量併用することにより、高圧相型窒化硼素焼結体の耐
摩耗性を損なうことなくその靭性を高めることができ、
切削工具、軸受け、線引ダイス等の耐摩耗性工具用素材
としての寿命を著しく延長し得ることになった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)[a]平均粒径1μm以下の高圧相型窒化硼素:
    20〜80体積% [b]繊維状耐熱性高硬度セラミックス :3〜30体積% [c]平均粒径1μm以下である、周期律表第4a,5
    a,6a族繊維金属の炭化物、 窒化物、硼化物、あるいはAlの酸化 物、窒化物よりなる群から選択される1 種、またはそれらの2種以上の混合物も しくは相互固溶体化合物:残部 からなり、且つ上記[b]成分の平均長さと、上記[a
    ]成分および[c]成分の平均粒径との比が5〜50で
    あることを特徴とする高靭性・高硬度焼結体。
JP1163451A 1989-06-26 1989-06-26 高靭性・高硬度焼結体 Pending JPH0328172A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0524929A (ja) * 1991-04-05 1993-02-02 Agency Of Ind Science & Technol 高圧型窒化硼素含有高硬度高密度複合焼結体及びその製造法
JPH0524922A (ja) * 1991-04-05 1993-02-02 Agency Of Ind Science & Technol ダイヤモンド含有高硬度高密度複合焼結体及びその製造法
JPH05139844A (ja) * 1991-04-05 1993-06-08 Agency Of Ind Science & Technol 被覆高圧型窒化硼素含有高硬度高密度複合焼結体及びその製造法
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JPH0632655A (ja) * 1991-05-18 1994-02-08 Agency Of Ind Science & Technol ダイヤモンド焼結体及びその製造法
JPH06219841A (ja) * 1991-05-18 1994-08-09 Agency Of Ind Science & Technol 高圧型窒化硼素焼結体及びその製造法

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