JPH03500639A - ホイスカー強化セラミツクス及びそれに対するクラツド／熱間静圧プレス成形法 - Google Patents

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】 ボイスカー強化セラミックス及びそれに対するクラッド／熱間静圧プレス成形法 且ユ旦１１− 特別なセラミック組成物は、セラミック粉末を焼結することによって製造される 。できるだけ低温で、しかもできるだけ短時間に理論密度に近づく焼結成形体を 得る焼結方法が継続的に研究されてきた。２つの方法、即ち車軸熱間プレス成形 法（ｕｎｉａｘｉａｌ　ｈｏｔ　ｐｒｅｓｓｉｇ）と熱間静圧（ｈｏｔ　１ｓｏ ｓｔａｔｉｃ　ｐｒｅｓｓｉｇ）　［Ｉｔ’ヒッピングＪｌ　（ｈｉｐｐｉｎｇ ）　］とがセラミック組成物の密度を充分高くするために普通に用いられている 。

車軸熱間プレス成形法の場合には、前記粉末は例えば高周波炉で加熱したグラフ ァイトモールド中で成形する。米国特許第４，６５７，８７７号参照のこと。熱 間プレス成形法には多くの欠点がある。すなわち、加熱プレス成形作業は、労働 集約的で時間がかかる作業であり、しかも複雑な形状の成形物を得るのは容易で ない。たとえば、中心に穴のある形状物を成形するのは容易ではない。結局、車 軸熱間プレス時に加える単軸圧は、その一部性質が異方性になるような影響を焼 結物の結晶構造に与える。

熱間静圧プレス法の場合には、粉末を普通予備成形し、それから成形体の表面を なんらかの方法でシールする。賦形物は高温ガス中で加熱する。

ガスは成形体の表面がガス不透過性なので成形体に圧力をつたえる。熱間静圧プ レスは、短時間で非常に高圧で行うか、または長時間で低圧で行う。

熱間静圧プレス法の使い方は成形体の性質に変わる。

成形体の表面のシーリングのために多数の技術が研究されてきた。たとえば、熱 間静圧プレスに先立って成形体の表面を充分にシーリングするために、ときには 成形体を予備焼結することもできる。米国特許第３，５６２，３７１号、および 第４，６５２，４１３号参照のこと、また成形体を柔軟な耐火金属製のケーシン グ内にカプセル封入することもできる。

ただし、この場合、熱間静圧プレスに先立って、前記耐火金属製ケーシングを真 空にし成形体をそのなかにシールしておく。これについては、次の特許を参照の ことコ米国特許第４，２３０，７４５号　［珪素金属融成物による重被覆（ｄｅ ｎｓｅｃｏａｔｉｎｇ）　］・米国特許第４，１５２，２２３号　（ヒラピング しても除去されない金属包晶）および米国特許第４，１０８，６５２号（予備焼 結した成形体を金属粉末、塩化物塩および粉砕した両人材料中に入れ、これを加 熱して金属で被覆しカプセル化する）。なお、成形体の表面をシールするまた別 の技術においては、熱間静圧プレス成形時に、粘調性がある表面をガラスまたは うわ薬で被覆する。次記米国特許第４，２５０，６１０号、第４，２４２，２９ ４号、第４，１９９，３３９号および第４，１０４．７８２号を参照のこと。複 雑な形状をした小さな成形体に対しては、従来技術に準する方法は一切適用でき ない。一部の粉末は簡単には充分な予備焼結ができず、その結果表面がシールさ れない。

前記成形体の表面をシールする場合、金属キャスティングは割高で不可能であり 、またうわ薬またはガラスを使用すると、成形体は成形体の性質に有害な元素で 汚染される。

炭化ボイスカーからなる実質的な第２相を有するセラミック切削工具が最近紹介 されている。典型的には、これら組成物は熱間プレス法で成形される。ウニイ（ ｔｉｌｅｉ）による米国特許第４，５４３．３４５号を参照のこと。同特許には 炭化アルミナ・珪素ホイスカーおよび加熱プレス法による成形が説明しである。

これら工具は３０ないし３６容量パーセントの炭化物ホスカーを含有している。

熱間静圧プレスが後続する予備焼結を行うだけで、実質的に炭化ボイスカーを有 する組成物を成形することは不可能である。ベチャー（Ｂｅｃｈｅｒ）およびチ ーゲス（Ｔｉｅｇｓ）による米国特許第４，６５７，８７７号を参照のこと。

ホイスカーは、とにかく、予備焼結中に密度を充分に高め、ガス不透過性表面を 形成する上でさまたげとなる。

また、ボイスカー強化セラミックスを車軸熱間プレスすると、必ずしも等方性で ない成形物が生ずる。プレス時に、加圧軸にだいし垂直にホイスカー相を配向さ せることによって異方性が増加する。

発明の要約 本発明の目的は、金属またはガラスを使ってカプセル封入することなく、不透過 性表面を得るために予備焼結することのできないセラミック成形体を熱間静圧プ レスする方法を提供することにある。

本発明による一つの利益は、セラミック製品を金属またはガラスにカプセル封入 することなく熱間静圧プレス法によって形成できることである。

本発明による別の利益は、相当な容積のセラミック（たとえば炭化物）ボイスカ ーからなる別の相（ａｓｅｃｏｎｄ　ｐｈａｓｅ）　を有するセラミック切削用 工具を熱間静圧プレス法によって形成できることである。

さらに別の目的は、多量（約１２．５または１５容量パーセントを越す）のボイ スカーを含有した炭化ホイスカーで強化した焼成セラミック製品であってしかも 内部でボイスカーがランダムに配向しているものを提供することである。ボイス カーのランダム配向は、ここで説明するボイスカーの配向のＸ線パラメーターに よって測定できる。同パラメーターは、好ましくは０．６６ないし１．５の範囲 、最も好ましくは０．８ないし１．２５の範囲にあることである。焼成セラミッ ク製品の密度は、理論値の９５パーセントを上回り、好ましくは９７パーセント を上回ることである６ 要約すると、本発明は形状を有するセラミック製品を次記の諸段階から成る熱間 静圧プレスによって製造する方法において：（ａ）焼成可能なセラミンク組成物 の成形体を形成する段階と、（ｂ）後続して行われる熱間静圧プレス段階の前ま たは最中にガラス状にならないセラミック組成物を成形体に蒸着により被覆する 段階と、　モして（Ｃ）形成体を理論密度に近づけるため（すなわち理論密度の ９５パーセントを越えるように）プレス温度および圧力において被覆物および／ または成形体と反応する雰囲気内において前記被覆した成形体を加熱し、そして 熱間静圧プレスする段階とからなる、形状を有するセラミック製品の熱間静圧プ レスによる製造方法である。

この方法は、５ないし４０容量パーセント、好ましくは１０ないし３５容量パー セントの炭化ボイスカーを含んだ焼結性セラミック組成物の成形体を形成するの に適している。またこの方法は、ボイスカー含有量が約１２．５ないし１５容量 パーセントを越え、しかもボイスカーが殆ど全てランダム配列しているため実質 的に等注性である成形体を形成するのに適している。さらにこの方法は、約１２ ．５容量パ一セント未満のホイスカーを含んだセラミック成形体を成形するのに も利用できるが、これら成形体は別の各種方法によっても成形できる。本方法に は、所望の形状の切削工具に類似した成形体を形成するという特別な利点がある 。この場合、被覆物を静圧プレスした成形体から研摩除去し、つぎに成形体を賦 形してレーキ面とフランク面の接合部に切削刃を有する切削工具をつくる。

本発明の方法は、セラミック成形体が大量のセラミック粉末と炭化ボイスカーか らなりそして蒸着した被覆物が窒化チタンのような耐火窒化物である場合、とく に役立つ。蒸着には、化学蒸着と物理蒸着がある。好ましくは、被覆物の厚さは ５ないし５０ミクロン、より好ましくは、１０ないし３０ミクロンである。ある 最も特異な実施態様では、化学蒸着が約１０００℃においてＴｉＣｌ４．Ｈ２お よびＮ２が反応して行われる。この場合、ＴｉＮ　被覆物が、予備焼結した成形 体と殆ど反応することなく形成される。ある好ましい実施態様では、熱間静圧プ レス時に被覆した成形体を加圧するのに窒素ガスを使用している。さらに好まし くは、加熱と熱間静圧プレスを窒素雰囲気中で圧力３．５１ないし２１０９ｋｇ ／ａｍ”　（５０ないし３０．０００ｐｓｉ）、温度１５００ないし１８００℃ で行い、最も好ましくは１７００ないし１８００℃で行う。

大抵の場合、被覆および熱間静圧プレス段階に先立ち、大気圧付近で中性または 反応性雰囲気中で補足的に予備焼結を行うことが有利である。この補足段階を行 っても、高パーセントのセラミックボイスカーを含む成形体の場合には、後続す る蒸着段階が不要とならない。しかし熱間静圧プレスして得られる成形体の性質 は改善される傾向がある。さらにまた収率を増加する傾向がある（熱間静圧プレ ス法によって密度が充分高くなった成形体の百分率）。

本発明の一実施例においては、粉末状の酸化物と炭化ホイスカー、特に炭化珪素 または炭化チタン、からなるセラミック組成物を成形し、予備焼結し、窒化物と くに炭化窒化物で被覆し、理論密度に近づけるために窒素雰囲気中で熱間静圧プ レスする。

さらに別の特定の実施例の場合には、多層被覆を熱間静圧プレスに先立って成形 体にほどこしである。各層は組成が異なっており、たとえば、成形体に隣接した 層は酸化物であって、その熱膨張係数は焼成した成形体熱膨張係数とその外側部 の被覆物の熱膨張係数の中間にある。詳しくは、化学蒸着によって与えられる内 部被覆はアルミナであり、化学蒸着または物理蒸着、あるいは両者によってあた えられる外側部被覆は窒化チタンであることができる。

炭化ボイスカーに加えて、焼結性セラミックは焼結後にボイスカー間に母材（＋ ＋＋ａｔｒｉｘ）が形成する微細な成分を含有している。微細な成分は、好まし くはセラミック酸化物であり、最も好ましくは高純度なアルミナである。母材相 を形成する、他の微細分成分はたとえばムライト（ｎ＋ｕｌｌｉｔｅ）、アルミ ナ・ジルコニア混合物、窒化珪素、サイアロン（ｓｉａｌｏｎｓ）およびＢ４Ｃ からなっている。

図面の簡単な説明 さらに別の特徴と他の目的と利点が、図面を参照して述べる次の説明から明らか になろう。即ち二図−１は、問題のセラミック組成物に対する各種処理段階［シ ラ地、１７５０℃での予備焼結、ＣＶＤ　（化学蒸着）クラッド、熱間静圧プレ ス］における炭化珪素ホイスカー含有容量％に対する密度（理論値に対する％） のグラフである。

図−２は、各種処理段階における、３５容量％ホイスカー含有組成物の予備焼結 温度（℃）に対する密度（理論値に対する％）のグラフである。

図−３は、３５容量％のホイスカー含有組成物の予備焼結温度に対する収率（熱 間静圧プレス段階で密度が高くなった成形体のパーセント）のグラフである。

図−４は、ホイスカー含有容量パーセントに対する１７５０℃における予備焼結 、ＣＶＤクラツディングおよび熱間静圧プレス実施後の硬度（ロックウェルＡ） のグラフと、熱間プレスした比較組成物に対する硬度のグラフである。

図−５は、ホイスカー含有量パーセントに対する１７５０℃における予備焼結、 ＣＶＤクラツディングおよび熱間静水圧プレス実施後の靭性［エバンスとチャー ルス（Ｅｖａｎｓ　＆　Ｃｈａｒｌｅｓ）の　「押込みによる破壊靭性測定、！ ｌ　（“Ｆｒａｃｔｕｒｅ　Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　Ｄｅｔｅｒｍｉｎ・ａｔｉｏ ｎ　ｂｙ　Ｉｎｄｅｎｔａ　ｔｉｏｎ”　Ｊ、　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｅｒａｍ ｉｃ　Ｓｏｃ、、　Ｖｏｌ−５９，Ｎｏ、７−８．　ｐｐ、　３７１−３７２） のグラフと、熱間プレスした組成物に対する比較データのグラフである。

図−６は、３５容量％のホイスカーを含有した組成物に対する予備焼結温度に対 する１７５０℃における予備焼結、ＣＶＤクラツディングおよび熱間静圧プレス 実施後の硬度（ロックウェルＡ）のグラフと、種々の熱間プレス温度において熱 間プレスした組成物に対する比較データのグラフである。

図−７は、３５容量％のホイスカーを含有した熱間静水圧プレスした組成物に対 する予備焼結温度に対する靭性［エバンスとチャールス（Ｅｖａｎｓ　＆　Ｃｈ ａｒｌｅｓ）　］のグラフと、種々の熱間プレス温度において熱間プレスした組 成物に対する比較データのグラフである。

図−８は、本発明によるＣνＤクラツディングし熱間静圧プレスしたアルミナ組 成物中の炭化珪素ボイスカー容量パーセントに対する工具寿命［カット深さ２． ５４ｍｍ　（０，１インチ）　、　３０４．８ｓｍｍ（１０００ｓｆｍ）、０． ０２５４ｃｍｐｒ　（０，０１ｉｐｒ）の条件でインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ） を切削するに要する分数コのグラフと、熱間プレス比較組成物のボイスカー含量 に対する工具寿命のグラフである。

ましい実施態様の説明 セラミック切削用工具インサートを、アルミナバッチと、ホイスカー形状の炭化 珪素を含有した炭化珪素バッチとを熱間静圧プレスしてつくった。

プレスした成形体は、その固有の性質と機械加工に対する適性について試験した 。機械加工に対する適性は、成形体を用いて工具インサートを加工作製し、これ を厳しい機械加工条件下で使用し試験した。

切削用工具インサートを作製するための出発材料を予備粉砕してアルミナ粉末、 炭化珪素ボイスカー粉末、酸化イツトリウム粉末（Ｙ２Ｏ２）およびマグネシア 粉末（Ｍｇｏ）を用意した。　これら粉末を混合し、表−１記載の容量組成のバ ッチを用意した。

表−１ 容量パーセント表示の混合物組成 アルミナ　８８　８３　６８　６３　５８ＳｉＣホイスカー　１０　１５　３０ 　３５　４０典型的には、非常に高純度のアルミナ、たとえば純度９９重量パー セントのアルミナを使用する。

アルコア社の（Ａｌｃｏａ　’ｓ）Ａ　１６−　Ｓ　Ｇは上記混合物の成分とし て使用し得る。アルミナは、超音波振動で分散した炭化珪素ボイスカーと混合す るに先立ち中粒度０．５ないし０．６ミクロンに粉砕する。

典型的には、炭化珪素ボイスカーの純度は９８重量パーセントを上回っている。

炭化珪素ボイスカーは、直径の範囲は０．３ないし０．７ミクロンで長さの範囲 は２０ないし１５０ミクロンである。縦横比は２０から７０の間に在る。

表−１の混合物は、それぞれ−緒に混合して均一な混合物をつくり一ついで冷間 静圧成形してシラ地成形体を得た。ついで、シラ地成形体をアルゴンガス中で１ ７００ないし１８００℃で１気圧下で予備焼結した。さらに予備焼結した成形体 を、標準的な化学蒸着（ＣＶＤ）法により１０００℃で減圧下でＴｉＮ被覆して カプセル封入し、厚さ１５ないし３０ミクロンの被覆をした。被覆物の厚さは磨 いた断面部でめた。被覆またはクラッドした成形体はつぎに１７５０℃、１０５ ４．７ないし１４０６．２ｋｇ／ｃｍ２（１５，０００−２０，０００ｐｓｉ） の窒素ガス中で熱間静圧プレスした。得られだ成形体は研摩してクラツディング を除去した。

各成形体の密度はシラ地の時、焼結持、クラッド時、そして熱間静圧プレス時に 測定した。図−１を説明すると、これら成形体のシラ地の密度は４４から５３パ ーセントの範囲にあり、ホイスカー含有量が増加すると低下した。予備焼結する と、密度は上昇して理論値にだいし６２から９４パーセントの範囲になった。混 合物Ａ（最小ホイスカー含有量）でつくった組成物の場合は、予備焼結時の密度 は充分であってクラツディングなしで熱間静圧プレスが可能であった。しかし、 混合物ＢからＥでつくった組成物（ボイスカー容量パーセント１５％以上で、予 備焼結時の密度は９０パ一セント未満）の場合は、熱間静圧プレスに先立ってク ラツディングが必要である。これら組成物は熱間静圧プレスで密度が高くなった ・・・・・・ホイスカー含有量が２５容量パーセント−未満の組成物の場合、熱 間静圧プレスすると熱間プレスによって達せられる密度以上または同等な密度と なる。ホイスカー含有量の高い組成物の場合は、密度は熱間プレスによって得ら れる密度よりも幾分低かった。しかし、製造上の利点が、多少密度が低いという 不利益を補ってあまりある。

図−２を説明する。予備焼結温度を上げる効果は、予備焼結によって密度を増す ことであり、また最終段階の熱間静圧プレスによって密度を増すことである収率 、即ち、熱間静圧プレス時に少なくとも多少高密度化（全く高密度化しないのに 比べて）する成形体の割合いは１図−３に示されるように予備焼結温度を上げる ことによって明らか↓こ増大する。

ＣＶＤによって与えられた被覆物質は１本例の場合窒化チタンであるが〜収率を 上げる上で重要な役割をはたしている。被覆が厚すぎると予備焼結した成形体か ら薄く剥がれる。本出願人は、もし焼結およびクラッド後の密度が理論値の８０ パーセントを越えると、収率は１００ば−セントに近いことを発見した。もし焼 結およびクラッド後の密度が理論値の７０ないし８０パーセントに低下すると、 収率は熱間静圧プレス中の高密度化挙動に一貫性がないためあまりよくない。収 率が低いにもかかわらず、車軸熱間プレス装置を使用しないで３０容量パーセン トを越すボイスカーを含んだ組成物を高密度化できる事は実質的な利点である。

本発明の方法によって作製した成形体硬度と靭性については、図−３，５，６， および７に示しである０図−４について説明すると、ホイスカーが３５パーセン トまでの組成物はすべてその硬度が多少の差があるあるにも拘らず同じであるが 、それからは顕著に低下する。ボイスカー含有量が３５パーセントまでの熱間静 圧プレスした成形体の硬度は同一組成で車軸熱間プレスしたものと略同じである 。図−５について説明すると、靭性は、熱間静圧プレスした成形体でも車軸熱間 プレスした成形体でもボイスカー含有量が増加すると向上する。実際上、これが 成形体に第２相（ｔｈｅ　５ｅｃｏｎｄｐｈａｓｅ）を加える理由である。靭性 については両プレス方法ともほぼ同等であるが、車軸熱間プレスした成形体の方 が幾分すぐれている。図−６および図−７について説明すると、予備焼結温度が 増すと、本発明による熱間静圧プレスした成形体は硬度が幾分増加し、一方靭性 は幾分低下することが分る。

金属切削試験を行うために、５ＮＧ−４３３Ｔ型切削用工具インサート［公称０ ．１０ｏ＋ｍ（０，００４インチ）、面取り２０°］を、混合組成物Ａ−Ｄを用 い本発明の方法に従って作った成形体から研削した。切削条件は厳密であり、被 加工物はインコネル７１８、送り速度は１回転当り０．０２５４ｃ＋＋＋（０， ０１ｉｐｒ）、切削速度は毎分３０４．８表面メートル（ｓ＋＋＋＋ｍ　：５ｕ ｒｆａｃｅ　ｍｅｔｅｒｐｅｒｍｉｎｕｔｅ）［１０１０００ｓｆ、切込み深さ ２．５４＋＋＋ｍ、リード角４５°であった。熱間静圧プレスした成形体は全て ＴｉＮのＣＶＤクラツディングを行う前に１７５０℃で予備焼結した。比較のた め、１７５０℃で車軸熱間プレスした。同一組成物で作製した工具インサートに ついても試験した。図−８について説明する。

工具の寿命と故障のモードを図示。ＮＷは）〜ズの摩耗故障を指し：ＢＫは破損 故障を指し；ＦＷはフランク摩耗故障を指し；　ＤＯＣＮはカットノツチ深さの 故障を指し；そしてＣＨはチップ故障を指す、炭化珪素ボイスカー含有が２０容 量パーセント以下の組成物でつくった成形体の場合、工具の故障モードは主とし て破面であり、一方摩耗はボイスカー含有量が高い場合最も普通の故障モードで ある。本発明による車軸熱間プレスした成形体も熱間静圧プレスした成形体も、 ボイスカー含有量が３０容量パーセントを越えた組成物の場合、ともに工具寿命 はほぼ同じである。

本出願人等は一切理論にこだわる気持ちはないが、次に本発明のプロセスを説明 する。窒化チタンは化学蒸着時に予備焼結成形体の表面近傍の開気孔に蒸着する ようである。このため、予備焼結によって生じる多孔度に直接的に比例するクラ ツディングと共に密度が増加する。好ましい化学蒸着は約１０００℃でＴｉｃ１ ４、Ｎ２およびＮ２の間で行われる。この温度において、Ｓｉｃホイスカーとの 間に反応がおこると、　Ｓｉ３Ｎ４と炭素が生じる。しかし、極く僅かのＳｉＣ がＣＶＤ時にこの反応によって変化する。冷却すると、熱収縮の差によってＴｉ Ｎ被覆に割れが生じる。　この割れは、クラッド成形体の熱間静圧プレスの作用 をさまたげる。

実際、もしアルゴン等がプレスの媒体として使用されるならば、熱間静圧プレス は約立たないであろう。これに反し、熱間静圧プレスの媒体として窒素ガスを使 用するならば、プレス作用はかならず有効である。明らかに、熱間静圧プレスの 温度と圧力において窒素ガスは炭化珪素と非常に速やかに反応する。この結果体 積が１８パーセント（または、もし固体炭素が反応生成物として残存すれば２７ パーセント）増大する。この割れ近傍における体積増加によって表面の残存孔は 閉ざされ、その結果静圧が働いて成形体の密度が増加するのである。

ホイスカーの配向の測定は、炭化珪素ボイスカーを含有した組成物を静圧プレス することの利点を充゛分に評価する上で必要がある。このために、ホイスカーの 配向に対するＸ線パラメーターが開発された。このパラメーターは焼成セラミッ ク成形体内のボイスカーの配向度を示す尺度である。

パラメーターが１のとき、完全にランダム配列である指標であり、１より過大ま たは１未満のパラメーターは配向のあることを示す指標である。パラメーターが １から離れるほど、成形体中のボイスカーは配向している。

Ｘ線パラメーターは、ボイスカーの結晶構造の二つの結晶面に対応した比較的強 力な回折計のＸ線回折ピーク観察することによって得られ、また前記二つの結晶 面は比較的大きい角、好ましくは限り無＜９０度に近い２面角を形成している。

炭化珪素ボイスカーの場合には、（２２０）面および（１１１）面に対応するピ ークを選択することが望ましい。

Ｘ線回折の測定は、はぼ直交している２面を照射することにうってめられる。照 射された各面について、観察するために選んだ２ケのピーク強度の比を計算する 。さて、照射した一番目の面の場合、強度比は次式によって計算する。

Ｐ（垂直）＝４　（２２０）　／Ｉ　（１１１）。

照射した二番目の面の場合、強度比は次式によって計算する： Ｐ（平行）＝Ｉ　（２２０）／Ｉ　（１１４）。

そしてホイスカーの配向についてのＸ線パラメーターは次のように２ツの比によ って与えられる：パラメーター＝Ｐ　（垂直）／Ｐ（平行）。

照射のために選ぶ面は互いに垂直である。本研究の場合、車軸熱間プレスの方向 に平行な面は、前記比Ｐ（平行）に合せて選んだ。セラミック成形体で切削工具 を作るとき。切削工具はレーキとして知られている大きな面とフランクとして知 られている狭い面がある。

レーキは通常、車軸熱間プレスによって成形体をつくるときのプレス方向に垂直 である０本発明の明細書に記載のように、車軸熱間プレスによってまたは本発明 の方法によって作製した試験片の場合、レーキ面はＰ（垂直）比をめるため、フ ランク面はＰ（平行）比をめるためにＸ線照射した。

選択したピークの強さは、上記式Ｐ（垂直）およびＰ（平行）のそれぞれにおい て逆数にしてよい（各々の分子に同じピークが用いられる場合）。

そして／またはＸ線パラメーターは上記式の右辺を逆にしてもよい。従って、Ｘ 線パラメーター１゜５は０．６６６となる。そして夫々同じボイスカー配向度を 表す。

次表の配向を示すＸ線パラメーターのデータは、本発明による焼成セラミック成 形体と旧来の車軸熱間プレスによって得られた成形体のデータである。データと しては、表示のように、データは配合量１０ないし３５容量パーセントの炭化珪 素ボイスカー含有した成形体のＸ線パラメーターが記しである。

表−２ 被覆し熱間静圧プレスした場合 ３５　３５．７　３６．５　０．９８ ３５　４３．５　４７−６　０．９１ 表−３ 熱間静圧プレスした場合 １５　７５．９　４２．１　１．８４ ２０　６０．９　４０．４　１．８５ ２５　５８．５　３２．９　１．７８ ３０　６６．３　３１．８　２．０９ ３５　６２．１　３０．７　２．０２ 表−２と表−３を比較した場合、ホイスカーの配向度は熱間プレスした場合は予 想以上に高く。

本発明によって得た成形体の場合の配向度は低い。

ホイスカーの配向の有無は、Ｘ線照射したボイスカー面を磨きこれを顕微鏡検査 することによって観察できる。車軸熱間プレスによって作ったセラミック成形体 については、プレス方向に平行な磨いた面と垂直な磨いた面とは著しく異なって いる。本発明によって作ったセラミック成形体については、垂直方向の磨いた面 は互いに似通っている。このようにして非定量的な方法で配向のＸ線パラメータ ーの意味が分る。さらにセラミック成形体の特定の性質に対するホイスカーの配 向の影響が観察できる。パームクピスト（ＰａｌＩｌｑｖｉｓｔ）破壊靭性試験 を行うと、　ピンカース（Ｖｉｃｋａｒｓ）押し込みが磨いた面に生じ、そして 押し込みの四隅から外側へ向かって成長する割れを測定する。割れの平均長さが 長いほど成形体の靭性か弱い。垂直方向に延びる割れの平均長さの比は靭性の異 方性の尺度とすることができる。単軸熱間プレスによって得たホイスカー含有セ ラミック成形体のプレス方向に平行な面上の押し込みから外側へのびている割れ を観察すると、上記異方性は歴然たるものである。これに反してこの方法で測定 した本特許における異方性は少ない。本出願は、本出願と共存出願したＰ、に、 メロトラ等（Ｐ、に、　Ｍｅｈｒｏｔｒａ）による同時係属出願番号第０９２， １１３号、や１９８７年５月２８日出願のＰ、に、メロトラ等による同時係属出 願番号第０５６．０９１号　に記載の下地組成物を加工するのに使用することが できることが特定的に考えられる。出願番号筒０９２．１１３号は、その外面に アルミナ被覆がしであるＳｉＣホイルカーで強化したアルミナ母材下地を有する 製造品に関するものである。これら製造品は、鋼の高速度荒機械加工に使用する 切削用インサートとして役立つ。

出願番号筒０５６．０９１号は、５０ないし９ｏ容量パーセントのアルミナ、１ ０ないし５０容量パーセントの炭化珪素チタンホイスカーおよび最大３容量パー セントの焼結用助剤残留物を含有したセラミック組成物からなる切削用工具に関 する。

ここに引用した前記諸特許出願並びに他のすべての特許と報告とは参考として述 べたものである。

特許法（Ｐａｔｅｎｔ　Ｌａｗ）の要求に従って、上記のように本発明をその詳 細と特殊性について述べたが、特許証によって保護されている所望事項は、次の 請求の範囲において述べるものである。

浄書（内容に変更なし） 第３図 手続補正書 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ　８８１０２６９０． ２、発明の名称 ボイスカー強化セラミックス及びそれに対するクラッド／熱間静圧プレス成形法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ケンナメタル　インコーホレイテッド４、代理人 住所　東京都中央区日本橋２−６−３斎藤特許ビル６、補正の対象　明細書の翻 訳文 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．セラミックホイスカー相を含む造形したセミック製品が理論密度の９５％を 越える密度を熱間静圧プレスによって得る方法において、（ａ）少なくとも５容 量パーセントのセラミックホイスカーを含有した焼結性セラミック組成物の成形 下地を形成する段階と； （ｂ）引き続いて行う熱間静圧プレス段階前または中にガラス状にならないセラ ミック組成物を、蒸着によって前記成形下地に被覆を行う段階と；（ｃ）成形体 の密度を理論密度に近づかせる温度と圧力において、被覆物および／または成形 下地と反応する雰囲気中において被覆した成形下地を加熱しさらに熱間静圧プレ スする段階とからなることを特徴とする前記方法。 ２．炭化ホイスカー相を含む造形したセラミック製品が理論密度の９５％を越え る密度を熱間静圧プレスによって得る方法において、 （ａ）少なくとも５容量パーセントの炭化ホイスカーを含有した焼結性セラミッ ク組成物の成形下地を形成する段階と； （ｂ）引き続いて行う熱間静圧プレス段階前または中にガラス状にならないセラ ミック組成物を、蒸着によって前記成形下地に被覆を行う段階と；（ｃ）成形下 地の密度を理論密度に近づかせる温度と圧力において、成形下地と反応する雰囲 気中において被覆した成形下地を加熱しさらに熱間静圧プレスする段階とからな ることを特徴とする前記方法。 ３．前記炭化ホイスカーが５ないし４０容量パーセントの成形下地を含むことを 特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。 ４．前記炭化ホイスカーが１０ないし３５容量パーセントの成形下地を含むこと を特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。 ５．前記炭化ホイスカーが炭化珪素および炭化チタンからなる群から選ばれたも のであることを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。 ６．セラミックホイスカー相を含有したセラミック切削用工具インサートにおい て、理論密度の９５％を越える密度を熱間静圧プレスによって得る方法において 、 （ａ）自質的に所望の形状をした切削用工具において、少なくとも５容量パーセ ントのセラミックホイスカーを含有した焼結性セラミック組成物の成形下地を形 成する段階と； （ｂ）引き続いて行う熱間静圧プレス段階前または中にガラス状にならないセラ ミック組成物を、蒸着によって前記成形下地に被覆を行う段階と；（ｃ）成形体 の密度を理論密度に近づかせる温度と圧力において被覆物および／または成形下 地と反応する雰囲気中において被覆した成形体を加熱しさらに熱間静圧プレスす る段階と； （ｄ）熱間静圧プレスした成形体に付着した被覆物を研摩除去する段階と、さら に必要に応じて、前記成形体を切削用工具インサートの形状に造形する段階とか らなることを特徴とする前記方法。 ７．前記被覆物が化学蒸着によって被覆された窒化チタンであることを特徴とす る請求の範囲第１、２項または第６項記載の方法。 ８．前記被覆物の厚さが５ないし５０ミクロンであることを特徴とする請求の範 囲第６項記載の方法。 ９．熱間静圧プレス中に使用するガスが窒素であることを特徴とする請求の範囲 第６項記載の方法。 １０．前記加熱および熱間静圧プレスが７０．３１ｋｇ／ｃｍ２（１０．０００ ｐｓｉ）を上回る圧力と１５００℃を上回る温度の窒素雰囲気中で行われること を特徴とする請求の範囲第１、２項または第６項記載の方法。 １１．補足燒結段階が熱間静圧プレス段階前に大気圧近傍で中性または反応性雰 囲気中で行われることを特徴とする請求の範囲第１、２項または第６項記載の方 法。 １２．前記成形体が粉末酸化物および炭化ホイスカーからなることを特徴とする 請求の範囲第１、２項または第６項記載の方法。 １３．前記成形体が粉末アルミナからなり、前記炭化ホイスカーが炭化チタンと 炭化珪素からなる群から選ばれたものであることを特徴とする請求の範囲第１２ 項記載の方法。 １４．化学蒸着によって付着させた被覆物が窒化物であることを特徴とする請求 の範囲第１、２項または第６項記載の方法。 １５．前記被覆物が窒化チタンであることを特徴とする請求の範囲第１４項記載 の方法。 １６．前記被覆物の蒸着が化学蒸着、物理蒸着またはこれらの組合わせによって 行われることを特徴とする請求の範囲第１、２項または第６項記載の方法。 １７．多層被覆物が前記成形体に施され、また前記層の各々が異なった組成を有 することを特徴とする請求の範囲第１、２項または第６項記載の方法。 １８．前記成形下地に隣る被覆物の層が、成形下地と次の隣接被覆物の中間の熱 膨張係数を有することを特徴とする請求の範囲第１７項記載の方法。 １９．前記成形下地に隣る被覆物層が、厚さが２〜４ミクロンでありかつ化学蒸 着したアルミナからなることを特徴とする請求の範囲第１７項記載の方法。 ２０．炭化ホイスカー相を含む造形したセラミック製品が理論密度の９５％を越 える密度を熱間静圧プレスによって得る方法において、 （ａ）炭化チタンおよび炭化珪素からなる群んから選んだ、少なくとも２０容量 パーセントの炭化ホイスカーを含有する焼結性アルミナをベースとしたセラミッ ク組成物の成形体を成形する段階と；（ｂ）アルゴン雰囲気中で前記成形体を予 備焼結するため、大気圧付近で前記成形体を加熱する段階と； （ｃ）後続する熱間静圧プレス段階前または中にガラス状にならない窒化チタン 被覆を約１０００℃で化学蒸着により前記予備焼結成形体に行う段階と；（ｄ） 前記成形体の密度を理論密度に近づけるために、１５００℃および７０３．１ｋ ｇ／ｃｍ２（１０．０００ｐｓｉ）を越えるそれぞれ温度および圧力において前 記成形下地と反応する窒素雰囲気中で前記被覆成形体を加熱する段階そして熱間 静圧プレスする段階とからなる、前記方法。 ２１．焼成セラミック組成物において、母材相と炭化ホイスカー相、および前記 炭化ホイスカー相と窒素の反応生成物として形成された窒素含有相とからなり、 しかも前記炭化ホイスカー相が１２．５容量パーセントを上回り、ホイスカーの 配向のＸ線パラメーターが０．６６ないし１．５の範囲内に在り、かつ前記の焼 成したセラミックの密度が理論密度の９５パーセントを越えることを特徴とする 、前記焼成セラミック組成物。 ２２．前記炭化ホイスカー相が、炭化珪素ホイスカーおよび炭化チタンホイスカ ーからなる群から選んだものであることを特徴とする請求の範囲第２１項記載の 焼成セラミック組成物。 ２３．前記炭化ホイスカー相が、炭化珪素および炭化チタンからなる群から選ん だ１５ないし４０容量パーセントの炭化ホイスカーからなることを特徴とする請 求の範囲第２１項記載の焼成セラミック組成物。 ２４．前記母材相がアルミナを含むセラミック酸化物からなることを特徴とする 請求の範囲第２１項記載の焼成セラミック組成物。 ２５．前記母材相が、高純度のアルミナ、ムライト、アルミナ、ジルコニア混合 物、サイアロン、窒化珪素および炭化硼素からなる群から選んだセラミック材料 からなることを特徴とする請求の範囲第２１項記載の焼成セラミック組成物。 ２６．前記炭化ホイスカーが２０ないし１５０ミクロンの長さと０．３ないし０ ．７ミクロンの直径を有することを特徴とする請求の範囲第２２項または第２３ 項記載の焼成セラミック組成物。 ２７．ホイスカーの配向についてのＸ線パラメーターが０．８ないし１．２５の 範囲に在ることを特徴とする請求の範囲第２１項記載の焼成セラミック組成物。 ２８．前記焼成セラミックの密度が理論密度の９７パーセントを上回ることを特 徴とする請求の範囲第２１項記載の焼成セラミック組成物。 ２９．切削用工具において：母材相、セラミックホイスカー相、および前記セラ ミックホイスカー相と窒素の反応生成物として形成された窒素含有相とを有する 焼成セラミック組成物と；１２．５容量パーセントを上回っている前記セラミッ クホイスカー相と；かつその範囲が０．６６ないし１・５のに在る、ホイスカー 配向のＸ線パラメーターと；その密度が理論密度の９５パーセントを上回ってい る前記焼成セラミック組成物と；かつレーキ面とフランク面の接合部に切削刃を 有する前記焼成セラミック組成物とからなることを特徴とする切削用工具。 ３０．前記焼成セラミックの密度が理論密度の９７パーセントを上回ることを特 徴とする請求の範囲第２９項記載の切削用工具。 ３１．前記ホイスカー相が炭化ホイスカーを含むことを特徴とする請求の範囲第 ３０項記載の切削用工具。 ３２．前記炭化ホイスカー相が、炭化珪素ホイスカーおよび炭化チタンホイスカ ーからなる群がら選んだものであることを特徴とする請求の範囲第３０項記載の 切削工具。 ３３．前記ホイスカー相が、１５ないし４０容量パーセントの前記焼成セラミッ ク組成物を形成する炭化ホイスカー相を含むことを特徴とする請求の範囲第３０ 項記載の切削用工具。 ３４．前記母材相がアルミナをはじめとするセラミック酸化物からなることを特 徴とする請求の範囲第３０項記載の切削用工具。 ３５．前記母材相が、アルミナ、ムライト、アルミナ、ジルコニア混合物、サイ アロン、窒化珪素および炭化硼素からなる群から選んだセラミック材料からなる ことを特徴とする請求の範囲第３０項記載の切削用工具。 ３６．前記炭化ホイスカーが２０ないし１５０ミクロンの長さと０．３ないし０ ．７ミクロンの直径を有することを特徴とする請求の範囲第３１項記載の切削用 工具。 ３７．ホイスカーの配向についてのＸ線パラメーターが０．８ないし１．２５の 範囲に在ることを特徴とする請求の範囲第３０項記載の切削用工具。 ３８．前記母材相が実質的にアルミナからなることを特徴とする請求の範囲第３ ０項記載の切削用工具。 ３９．前記母材相が実質的にアルミナからなることを特徴とする請求の範囲第３ ７項記載の切削用工具。 ４０．前記ホイスカー相が、実質的に炭化硼素ホイスカーであり、しかも前記炭 化珪素ホイスカーが１５ないし４０容量パーセントの前記焼成セラミック組成物 を形成することを特徴とする請求の範囲第３０項記載の切削用工具。 ４１．前記ホイスカー相が、実質的に炭化珪素ホイスカーであり、しかも前記炭 化珪素ホイスカーが１５ないし４０容量パーセントの前記焼成セラミック組成物 を形成することを特徴とする請求の範囲第３７項記載の切削用工具。 ４２．前記ホイスカー相が、実質的に炭化珪素ホイスカーであり、しかも前記炭 化珪素ホイスカーが１５ないし４０容量パーセントの前記焼成セラミック組成物 を形成することを特徴とする請求の範囲第３８項記載の切削用工具。４３．前記 ホイスカー相が、実質的に炭化珪素ホイスカーであり、しかも前記炭化珪素ホイ スカーが１５ないし４０容量パーセントの前記焼成セラミック組成物を形成する ことを特徴とする請求の範囲第３９項記載の切削用工具。 ４４．前記母材相が実質的にアルミナとジルコニアであることを特徴とする請求 の範囲第３０項記載の切削用工具。 ４５．前記母材相が実質的にアルミナとジルコニアであることを特徴とする請求 の範囲第３７項記載の切削用工具。 ４６．前記母材相が実質的にアルミナとジルコニアであることを特徴とする請求 の範囲第４０項記載の切削用工具。 ４７．前記母材相が実質的にアルミナとジルコニアであることを特徴とする請求 の範囲第４１項記載の切削用工具。 ４８．前記焼結性セラミック組成物が少なくとも１２．５容量パーセントのセラ ミックホイスカーを含有することを特徴とする請求の範囲第６項記載の方法。 ４９．前記焼結性セラミック組成物が少なくとも１５容量パーセントのセラミッ クホイスカーを含有することを特徴とする請求の範囲第６項記載の方法。 ５０．前記方法により、前記形状のセラミック製品が理論密度の９７％を上回る 密度を得ることを特徴とする請求の範囲第１、２、６項または第２０項記載の方 法。 ５１．前記方法により、前記形状のセラミック製品が理論密度の９７％を上回る 密度を獲得することを特徴とする請求の範囲第４８項または第４９項記載の方法 。