JPH0432034B2 - - Google Patents
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Description
＜産業上の利用分野＞
本発明は、切削工具材料、特に木工用切削工具
及び耐摩材料として好適な高密度を有する新規金
属ホウ化物基セラミツクス焼結体に関するもので
ある。 ＜従来の技術＞ これまで、切削工具材料としては、主としてタ
ングステンカーバイドが用いられてきたが、最近
資源的に原料不足の傾向があるため、これに代わ
るべき材料として金属ホウ化物、例えば二ホウ化
チタン焼結体が注目を浴びる様になつてきた。 ところで、この金属ホウ化物焼結体は、耐熱
性、耐酸化性、高温における強度及び硬度が優
れ、資源的にも入手しやすいものであるが、焼結
性に難点がある上に切削工具とするには抗折強度
が低いという欠点がある。 本発明者等は、このような金属ホウ化物焼結体
の焼結性及び抗折強度を向上させるために先に
種々の結合剤を配合することを提案し（特公昭56
−41690号公報、特公昭56−45984号公報、特開昭
54−72779号公報、特開昭56−23246号公報、特開
昭56−32379号公報）それぞれある程度の効果を
得たが、更に耐熱性、硬度、抗折強度を高めるた
めに研究を続け、Ti、Cr、Ｖ、Ta、Nb、Mn、
Mo、Hf、Al、Zrなどの金属の一ホウ化物、二
ホウ化物の中から選ばれた少なくとも１種と結合
剤用金属化合物の少なくとも１種とを基本成分と
し、これに金属炭化物及び金属窒化物の中から選
ばれた添加剤を配合し焼結したものが、更に優れ
た物性を示すことを見出した（特開昭57−42578
号公報）。このものは耐摩工具としては満足し得
る物性を示すが、木工切削工具用としては靭性が
不足し満足しうるものとはいえない。そこで炭窒
化チタンを添加したセラミツクスを開発した（特
開昭61−97169号公報）。しかし乍ら更に耐衝撃性
を向上させ、広範な材料の切削工具として利用を
広げる必要がある。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ 本発明の目的は、切削工具や耐摩工具として広
範囲に使用できる耐衝撃性を有する金属ホウ化物
基セラミツクスを提供することである。 ＜問題点を解決する為の手段＞ 本発明者等は金属ホウ化物系セラミツクスに耐
衝撃性を付与するため、鋭意研究を重ねてきた結
果、耐衝撃性を向上させる為に靭性を高めるだけ
でなく、欠陥となる大粒や気孔を除去しなければ
ならないということを見出した。そこで微細粒化
したホウ化金属粉原料を作製し焼結体を得ようと
したが、微細化したホウ化金属粉は酸化しやす
く、かえつて気孔が多くなり耐衝撃性をそれほど
改善することはできなかつた。そこで酸素除去効
果のある添加剤を捜したのであるが、炭化物や炭
窒化物にその効果があること、さらに複炭化物や
複炭窒化物に著しい酸素除去効果があることが判
明し、耐衝撃性も酸素除去により改善できること
を確認し、本発明をなすに至つた。 即ち、本発明は(A)MB2、MB、M2B5型ホウ化
物（Ｍは金属を示す）の１種以上に(B)結合剤用金
属化合物としてホウ化コバルト、ホウ化ニツケ
ル、ホウ化鉄の少なくとも１種以上を混合したも
のを基本成分とし、これに(C)Ti、Zr、Hf、Ｗと
炭素から成る複炭化物、及び窒素をさらに含んだ
TiCNを除く炭窒化物や複炭窒化物を全量に対し
0.1重量％から10重量％添加した混合物の焼結体
からなる高密度ホウ化金属系セラミツクス焼結体
に係るものである。 本発明の主成分である(A)成分は、TiB2、ZrB2、
CrB2、VB2、TaB2、NbB2、MnB2、MoB2、
HfB2、YB2、AlB2、MgB2、ZrB2などの金属二
ホウ化物、CrB、VB、ZrB、TaB、NbB、
MoB、HfB、YB、AlB、MgB等の金属一ホウ
化物、W2B5、Mo2B5などの金属五二ホウ化物の
中から選ばれた金属ホウ化物である。これらは単
独で用いてもよいし、また２種以上組み合わせて
用いてもよい。 次に(B)成分として用いられる結合剤用金属化合
物は、これまでの金属ホウ化物基焼結体の結合剤
として通常使用されているものであつて、例えば
CoB、Co2B、Co3Bのようなホウ化コバルト、
NiB、Ni2B、Ni3B、Ni4B3のようなホウ化ニツ
ケル、FeB、Fe2Bのようなホウ化鉄などがある これらは単独で用いてもよいし、また２種以上
組み合わせて用いてもよい。 この結合剤用金属化合物の添加量は、原料組成
物全量に基づき0.1〜10重量％の範囲で選ばれる。
この量が0.1重量％未満の場合には十分緻密化し
ないし、また10重量％を越えると焼結時にセラミ
ツクス表面に発汗してしまい、これ以上添加して
も意味がない。 本発明においては、前記した(A)成分と(B)成分と
から成る基本成分に複炭化物、炭窒化物及び複炭
化物の一種以上を添加することが必要である。 この複炭化物としては、Ti、Zr、Hf、ＷとＣ
とから成る複炭化物であり２種の金属の原子比は
１：９から９：１の範囲である。 また複炭化物としては、Ti、Zr、HfとＣとＮ
とからなる複炭窒化物であり、２種の金属の原子
比は１：９〜９：１の範囲であるし、炭素と窒素
の原子比Ｃ／Ｎが１／９〜９のものが用いられ
る。この原子比Ｃ／Ｎが１／９以下のものを用い
ると複窒化物と同じになる。また９以上になると
複炭化物となり、添加効果は複炭化物と同じにな
る。更に金属原子比M1／M2の２種金属において
も１／９〜９の範囲の原子比のものがよい。 また炭窒化物としてはZr、Hfの炭窒化物であ
り、炭素と窒素の原子比Ｃ／Ｎは１／９〜９の範
囲がよい。これ以外の範囲になると、炭化物や窒
化物の添加と同様の効果しかない。 本発明のセラミツクスは前記した各成分を平均
粒径4μｍ以下、好ましくは2μｍ以下に分級した
原料を用いる方が好ましい。また製造法はこれら
の原料粉の混合物をこれまで知られているホツト
プレス法、普通焼結法、熱間静水圧焼結法によつ
て製造することができる。 例えば原料粉末混合物を型に充填して0.5〜
10ton／cm2程度のプレス圧により冷間圧縮し、次
いでラバープレスによりさらに0.5〜10ton／cm2程
度の静水圧で成形する。もちろんどちらか一方で
成形してもよいし、また泥漿法により成形しても
よい。次にこのようにして得られた圧粉体を真空
中又はアルゴン、水素、二酸化炭素ガスなど中性
若しくは還元性雰囲気中において、1300〜2000
℃、好ましくは1400〜1700℃の温度で30〜300分
間焼結する。更に必要であれば熱間静水圧焼成法
により、アルゴンガスなどによる2ton／cm2以下程
度の圧力のもとで1200〜1700℃で５〜300分間焼
結する。この際圧粉体を金属缶中に入れることに
より普通焼結工程を省略することもできる。 又原料粉末混合物を例えば黒鉛型等の型に充填
した後、真空中又はアルゴン、水素、二酸化炭素
ガスなどの中性若しくは還元性雰囲気中に於い
て、ダイ圧力50〜300Kg／cm2、温度1300〜2000℃、
好ましくは1400〜1700℃の条件で10〜200分間加
熱焼結する、所謂ホツトプレス法を用いて焼結す
ることもできる。 このようにして各種切削工具としては好適な金
属ホウ化物基セラミツクス焼結体が得られる。 ＜実施例＞ 微細に粉砕したTiB2、TaB2、CoB、
（Ta8Hf2）Ｃ粉末を分級器により粒径4μｍ以下に
分級し、原料粉とした。このような原料を91％
TiB2−６％TaB2−１％CoB−２％（Ti8Hf2）Ｃ
の組成比で混合した。但し比率は重量比である。
このような原料粉を黒鉛ダイスに充填し、ホツト
プレス圧200Kg／cm2のもとで真空中1500℃で60分
間加熱焼結した。得られた焼結体の空隙率は
0.06vol％、靭性値4MPam1/2、硬度2400Hvであ
つた。本例を第１表のNo.４に示す。 又別の組成についても、同様の実験を行つた。
その結果を第１表に示す。但し１＊、９＊、10＊
は比較例として示した。
及び耐摩材料として好適な高密度を有する新規金
属ホウ化物基セラミツクス焼結体に関するもので
ある。 ＜従来の技術＞ これまで、切削工具材料としては、主としてタ
ングステンカーバイドが用いられてきたが、最近
資源的に原料不足の傾向があるため、これに代わ
るべき材料として金属ホウ化物、例えば二ホウ化
チタン焼結体が注目を浴びる様になつてきた。 ところで、この金属ホウ化物焼結体は、耐熱
性、耐酸化性、高温における強度及び硬度が優
れ、資源的にも入手しやすいものであるが、焼結
性に難点がある上に切削工具とするには抗折強度
が低いという欠点がある。 本発明者等は、このような金属ホウ化物焼結体
の焼結性及び抗折強度を向上させるために先に
種々の結合剤を配合することを提案し（特公昭56
−41690号公報、特公昭56−45984号公報、特開昭
54−72779号公報、特開昭56−23246号公報、特開
昭56−32379号公報）それぞれある程度の効果を
得たが、更に耐熱性、硬度、抗折強度を高めるた
めに研究を続け、Ti、Cr、Ｖ、Ta、Nb、Mn、
Mo、Hf、Al、Zrなどの金属の一ホウ化物、二
ホウ化物の中から選ばれた少なくとも１種と結合
剤用金属化合物の少なくとも１種とを基本成分と
し、これに金属炭化物及び金属窒化物の中から選
ばれた添加剤を配合し焼結したものが、更に優れ
た物性を示すことを見出した（特開昭57−42578
号公報）。このものは耐摩工具としては満足し得
る物性を示すが、木工切削工具用としては靭性が
不足し満足しうるものとはいえない。そこで炭窒
化チタンを添加したセラミツクスを開発した（特
開昭61−97169号公報）。しかし乍ら更に耐衝撃性
を向上させ、広範な材料の切削工具として利用を
広げる必要がある。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ 本発明の目的は、切削工具や耐摩工具として広
範囲に使用できる耐衝撃性を有する金属ホウ化物
基セラミツクスを提供することである。 ＜問題点を解決する為の手段＞ 本発明者等は金属ホウ化物系セラミツクスに耐
衝撃性を付与するため、鋭意研究を重ねてきた結
果、耐衝撃性を向上させる為に靭性を高めるだけ
でなく、欠陥となる大粒や気孔を除去しなければ
ならないということを見出した。そこで微細粒化
したホウ化金属粉原料を作製し焼結体を得ようと
したが、微細化したホウ化金属粉は酸化しやす
く、かえつて気孔が多くなり耐衝撃性をそれほど
改善することはできなかつた。そこで酸素除去効
果のある添加剤を捜したのであるが、炭化物や炭
窒化物にその効果があること、さらに複炭化物や
複炭窒化物に著しい酸素除去効果があることが判
明し、耐衝撃性も酸素除去により改善できること
を確認し、本発明をなすに至つた。 即ち、本発明は(A)MB2、MB、M2B5型ホウ化
物（Ｍは金属を示す）の１種以上に(B)結合剤用金
属化合物としてホウ化コバルト、ホウ化ニツケ
ル、ホウ化鉄の少なくとも１種以上を混合したも
のを基本成分とし、これに(C)Ti、Zr、Hf、Ｗと
炭素から成る複炭化物、及び窒素をさらに含んだ
TiCNを除く炭窒化物や複炭窒化物を全量に対し
0.1重量％から10重量％添加した混合物の焼結体
からなる高密度ホウ化金属系セラミツクス焼結体
に係るものである。 本発明の主成分である(A)成分は、TiB2、ZrB2、
CrB2、VB2、TaB2、NbB2、MnB2、MoB2、
HfB2、YB2、AlB2、MgB2、ZrB2などの金属二
ホウ化物、CrB、VB、ZrB、TaB、NbB、
MoB、HfB、YB、AlB、MgB等の金属一ホウ
化物、W2B5、Mo2B5などの金属五二ホウ化物の
中から選ばれた金属ホウ化物である。これらは単
独で用いてもよいし、また２種以上組み合わせて
用いてもよい。 次に(B)成分として用いられる結合剤用金属化合
物は、これまでの金属ホウ化物基焼結体の結合剤
として通常使用されているものであつて、例えば
CoB、Co2B、Co3Bのようなホウ化コバルト、
NiB、Ni2B、Ni3B、Ni4B3のようなホウ化ニツ
ケル、FeB、Fe2Bのようなホウ化鉄などがある これらは単独で用いてもよいし、また２種以上
組み合わせて用いてもよい。 この結合剤用金属化合物の添加量は、原料組成
物全量に基づき0.1〜10重量％の範囲で選ばれる。
この量が0.1重量％未満の場合には十分緻密化し
ないし、また10重量％を越えると焼結時にセラミ
ツクス表面に発汗してしまい、これ以上添加して
も意味がない。 本発明においては、前記した(A)成分と(B)成分と
から成る基本成分に複炭化物、炭窒化物及び複炭
化物の一種以上を添加することが必要である。 この複炭化物としては、Ti、Zr、Hf、ＷとＣ
とから成る複炭化物であり２種の金属の原子比は
１：９から９：１の範囲である。 また複炭化物としては、Ti、Zr、HfとＣとＮ
とからなる複炭窒化物であり、２種の金属の原子
比は１：９〜９：１の範囲であるし、炭素と窒素
の原子比Ｃ／Ｎが１／９〜９のものが用いられ
る。この原子比Ｃ／Ｎが１／９以下のものを用い
ると複窒化物と同じになる。また９以上になると
複炭化物となり、添加効果は複炭化物と同じにな
る。更に金属原子比M1／M2の２種金属において
も１／９〜９の範囲の原子比のものがよい。 また炭窒化物としてはZr、Hfの炭窒化物であ
り、炭素と窒素の原子比Ｃ／Ｎは１／９〜９の範
囲がよい。これ以外の範囲になると、炭化物や窒
化物の添加と同様の効果しかない。 本発明のセラミツクスは前記した各成分を平均
粒径4μｍ以下、好ましくは2μｍ以下に分級した
原料を用いる方が好ましい。また製造法はこれら
の原料粉の混合物をこれまで知られているホツト
プレス法、普通焼結法、熱間静水圧焼結法によつ
て製造することができる。 例えば原料粉末混合物を型に充填して0.5〜
10ton／cm2程度のプレス圧により冷間圧縮し、次
いでラバープレスによりさらに0.5〜10ton／cm2程
度の静水圧で成形する。もちろんどちらか一方で
成形してもよいし、また泥漿法により成形しても
よい。次にこのようにして得られた圧粉体を真空
中又はアルゴン、水素、二酸化炭素ガスなど中性
若しくは還元性雰囲気中において、1300〜2000
℃、好ましくは1400〜1700℃の温度で30〜300分
間焼結する。更に必要であれば熱間静水圧焼成法
により、アルゴンガスなどによる2ton／cm2以下程
度の圧力のもとで1200〜1700℃で５〜300分間焼
結する。この際圧粉体を金属缶中に入れることに
より普通焼結工程を省略することもできる。 又原料粉末混合物を例えば黒鉛型等の型に充填
した後、真空中又はアルゴン、水素、二酸化炭素
ガスなどの中性若しくは還元性雰囲気中に於い
て、ダイ圧力50〜300Kg／cm2、温度1300〜2000℃、
好ましくは1400〜1700℃の条件で10〜200分間加
熱焼結する、所謂ホツトプレス法を用いて焼結す
ることもできる。 このようにして各種切削工具としては好適な金
属ホウ化物基セラミツクス焼結体が得られる。 ＜実施例＞ 微細に粉砕したTiB2、TaB2、CoB、
（Ta8Hf2）Ｃ粉末を分級器により粒径4μｍ以下に
分級し、原料粉とした。このような原料を91％
TiB2−６％TaB2−１％CoB−２％（Ti8Hf2）Ｃ
の組成比で混合した。但し比率は重量比である。
このような原料粉を黒鉛ダイスに充填し、ホツト
プレス圧200Kg／cm2のもとで真空中1500℃で60分
間加熱焼結した。得られた焼結体の空隙率は
0.06vol％、靭性値4MPam1/2、硬度2400Hvであ
つた。本例を第１表のNo.４に示す。 又別の組成についても、同様の実験を行つた。
その結果を第１表に示す。但し１＊、９＊、10＊
は比較例として示した。
【表】
【表】
＊ 比較例
＜発明の効果＞ 本発明によると微細粉体を原料とした気孔のな
いホウ化金属系セラミツクス焼結体が得られ、耐
衝撃性が優れた切削工具や耐摩部材として用いる
ことができる。
＜発明の効果＞ 本発明によると微細粉体を原料とした気孔のな
いホウ化金属系セラミツクス焼結体が得られ、耐
衝撃性が優れた切削工具や耐摩部材として用いる
ことができる。
Claims (1)
- １ (A)TiB2、ZrB2、CrB2、HfB2、VB2、
TaB2、NbB2、MnB2、MoB2、YB2、AlB2、
MgB2、CrB、VB、TaB、NbB、MoB、HfB、
YB、ZrB、HfB、TiB、MnB、W2B5及び
Mo2B5の中から選ばれた少なくとも１種と、(B)
結合剤用金属化合物のホウ化コバルト、ホウ化ニ
ツケル、ホウ化鉄の少なくとも１種とを基本成分
とし、これに(C)Ti、Zr、Hf、ＷとＣとから成る
複炭化物、あるいはTi、Zr、HfとＣ及びＮとか
ら成るTiCNを除く炭窒化物あるいは複炭窒化物
の１種以上を全量当り0.1重量％〜10重量％添加
した混合物の焼結体から成る高密度金属ホウ化物
基セラミツクス焼結体。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62115392A JPS63282166A (ja) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | 高密度金属ホウ化物基セラミックス焼結体 |
| DE19883815648 DE3815648A1 (de) | 1987-05-11 | 1988-05-07 | Hochdichter keramischer sinterkoerper auf metallborid-basis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62115392A JPS63282166A (ja) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | 高密度金属ホウ化物基セラミックス焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63282166A JPS63282166A (ja) | 1988-11-18 |
| JPH0432034B2 true JPH0432034B2 (ja) | 1992-05-28 |
Family
ID=14661416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62115392A Granted JPS63282166A (ja) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | 高密度金属ホウ化物基セラミックス焼結体 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63282166A (ja) |
| DE (1) | DE3815648A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5427987A (en) * | 1993-05-10 | 1995-06-27 | Kennametal Inc. | Group IVB boride based cutting tools for machining group IVB based materials |
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Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55128560A (en) * | 1979-03-27 | 1980-10-04 | Agency Of Ind Science & Technol | Boride based ultrahard heat resistant material |
| JPS5623246A (en) * | 1979-08-02 | 1981-03-05 | Agency Of Ind Science & Technol | Metal diboride-base super heat-resistant material containing titanium boride as binder |
| US4292081A (en) * | 1979-06-07 | 1981-09-29 | Director-General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Boride-based refractory bodies |
| JPS5843352B2 (ja) * | 1979-08-23 | 1983-09-26 | 工業技術院長 | ホウ化物系高強度硬質耐熱材料 |
| JPS5822067B2 (ja) * | 1979-09-22 | 1983-05-06 | 工業技術院長 | ポリオレフイン系プラスチツクの熱分解方法 |
| JPS5837274B2 (ja) * | 1980-08-26 | 1983-08-15 | 工業技術院長 | 高強度複合焼結材料 |
| JPS6197169A (ja) * | 1984-10-19 | 1986-05-15 | 工業技術院長 | 強じん性金属ホウ化物基超硬耐熱材料 |
-
1987
- 1987-05-11 JP JP62115392A patent/JPS63282166A/ja active Granted
-
1988
- 1988-05-07 DE DE19883815648 patent/DE3815648A1/de not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3815648A1 (de) | 1988-12-22 |
| JPS63282166A (ja) | 1988-11-18 |
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