JPH0535696B2 - - Google Patents
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- JPH0535696B2 JPH0535696B2 JP61291632A JP29163286A JPH0535696B2 JP H0535696 B2 JPH0535696 B2 JP H0535696B2 JP 61291632 A JP61291632 A JP 61291632A JP 29163286 A JP29163286 A JP 29163286A JP H0535696 B2 JPH0535696 B2 JP H0535696B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は耐摩耗性に優れたセラミツク工具材料
特に、鋼、鋳鉄、高ニツケル、アルミニウム、チ
タン等を高速切削し得る工具材料に関する。 （従来の技術） 窒化珪素（Si3N4）を主成分とする窒化珪素系
セラミツクスは、強度、耐酸化性、耐摩耗性、耐
熱衝撃性、耐食性等の特性に優れているので、切
削工具材料等として好ましいものとし、注目され
ている。 しかしながらSi3N4単独では金属に比べて品質
安定性や約質性が乏しく、信頼性の向上や高特性
と言う視点から一層高靭性化が望まれている。 そのため、特開昭59−30770号、特開昭59−
54680号、特開昭60−246268号のようにSiCウイ
スカーを強化材として使用し、複合化する試みが
あるが、切削工具材料としては耐欠損性、耐摩耗
性共に不充分であるので、特に耐熱鋼等の高速切
削用の工具材料としては実用化されていないのが
実情である。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記の如き実情に鑑み、高温特性と靭
性とに優れた特性を有するβ−サイアロン基セラ
ミツク材料の表面層を改質することによつて、耐
欠損性と耐摩耗性とを兼ね備えた切削工具材料を
目的とするものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するために種々検討
の結果なされたもので、その概要は以下に記すと
おりである。 SiCウイスカー５〜45重量％、Zr化合物をZr換
算で３〜20重量％、残部β−サイアロン基セラミ
ツクを主成分とする複合焼結体の表面に、平均膜
厚0.1〜5μmの緻密なAl2O3コーテイング層を設け
たセラミツク工具材料を第１の発明とし、Al2O3
コーテイング層を施す前に厚さ3μm以下のAlN及
び又はAlONからなる中間層を介して、中間層を
含む平均膜厚0.1〜5μmの緻密なAl2O3コーテイン
グ層を設けたセラミツク工具材料を第２の発明と
するものである。 先ずβ−サイアロン基セラミツクについて述べ
れば、第１の発明、第２の発明共通で、組成式
Si6-zAlzOzN8-z（但し０＜ｚ≦１）で表わされる
β−サイアロンとこのような組成式を持つβ−サ
イアロンに対し、１〜25重量％のZr，Si，Al，
Ｏ，Ｎと不可避不純物又はそれにＹ，Mg，Ca及
び希土類の１種以上を含むガラス相で構成されて
いるものが望ましい。 このガラス相が１重量％より少ない場合はβ−
サイアロンの焼結が十分達成できない為所望の密
度を得ることができず、又25重量％よりも多い場
合には靭性や高温強度の劣化を来たすため、切削
時に刃先先端部が高温になる切削工具材料として
は好ましくないからである。又、特にこのような
ガラス生成物の添加は常圧焼結やガス圧焼結法を
採用する際に有効である。 ここでｚ値を特定する理由はｚ＞１の場合に機
械的強度及び靭性が低下し、切削工具材料として
必要な機械的特性を満足することができなくなる
ためである。 次にSiCウイスカーの量を５〜45重量％とする
理由は、５重量％より少ない場合はセラミツク材
料に靭性の向上が見られず、逆に45重量％を越え
る場合は焼結性が低下し、共に切削時に於いて欠
け易く、耐欠損性に劣る為、上記の範囲が好まし
い。しかし更に好ましい範囲は10〜30重量％、最
も好ましい範囲は15〜25重量％の範囲である。 なおウイスカーの一般定義は断面積が８×
10-5in2以下で長さが断面の平均直径に比して10
倍以上の単結晶であるが、本発明で使用するウイ
スカーとしては平均直径0.2〜1μm、平均長さ５
〜100μm、アスペクト比５〜500のものでAl，
Ca，Mg，Ni，Fe，Mn，Co，Cr等のカチオン
不純物やSiO2の含有量が1.0％以下のくびれや枝
分れや面欠陥の少ないひげ状結晶を用いることが
高靭性な緻密体を得る上で好ましい。 又、Zr化合物をZr換算で３〜20重量％とする
理由は３重量％未満では靭性の改善効果が十分で
なく、又20重量％を越えると焼結体の硬度や熱伝
導率や靭性が低下し、耐摩耗性や耐欠損性に劣る
為好ましくないからである。ここでZr化合物は
特に限定されないが、例えばZrO2（単斜晶、正方
晶、立方晶又はそれらの共存体）やASTMカー
ドNo.20−684のZrOにＸ線回折の結果がかなり良
く一致するような化合物を言う。 Zr化合物の作用は、焼結時に一旦ガラス相に
固溶したZrがガラス相とSiCウイスカーの界面に
於いて両者の濡れ性を改善し、両者のより強固な
結合を可能にすることによつて、SiCウイスカー
の持つ本来の特性が十分に発揮出来る様に作用し
て、靭性を向上することにある。 またガラス相に固溶したZrは焼結後に一部が
ガラス相中に残るものの、大半はその時の配合組
成によつてとり得る結晶相でガラス相より再析出
し、焼結体中に存在する。 従つて例えば焼結体中にZrO2として存在する
場合でも、配合組成によつて単斜晶、正方晶、立
方晶又はそれらの共存体として存在することが可
能であり、又その結晶系に違いがあつてもすべて
焼結時における本願のZrの作用効果が同じであ
る為、同様に高強度、高靭性な焼結体となり得
る。 又このβ−サイアロン基セラミツク複合焼結体
は緻密な焼結体に焼結することにより破壊靭性、
抗折強度を好ましい値のものとすることができ
る。 本発明はこのようなβ−サイアロン基セラミツ
ク複合焼結体の表面にAl2O3コーテイング層を設
けた切削工具材料に関するものであるが、この
Al2O3コーテイング層は焼結体表面に直接設ける
第１の発明と、AlN及び又はAlONから成る中間
層を介して設ける第２の発明からなる。 しかし、いずれの場合もAl2O3を化学気相蒸着
法（CVD）により析出させることができる。こ
のCVD法は例えば1000℃〜1100℃にβ−サイア
ロン基セラミツク複合焼結体を加熱し、これを装
填してある反応容器中にAlCl3，CO2，H2場合に
より更にCOを含めた混合ガスを流入して容易に
行なうことができる。この処理温度は900℃〜
1300℃の範囲で条件に応じて選択するが、余り高
温になるとAl2O3の粒径が粗大化し、緻密さが失
なわれる傾向があり、比較的低温域で長時間処理
することが望ましい。 第１の発明に於いてはAl2O3コーテイング層の
厚みは0.1〜5μmがAl2O3の耐摩耗性を発揮し、か
つ切削時に於いて表面層に過度の急激な温度勾配
が生じても熱クラツクを生じないので好ましい。
Al2O3コーテイング層の厚みが0.1μmより薄い場
合はその効果が不十分であり、5μmより厚くなる
と熱衝撃で剥離し易くなる為好ましくない。 なおβ−サイアロンとAl2O3の熱膨張係数は前
者が3.0×10-6／℃、後者が7.8×10-6／℃と大き
く異なる為、切削条件によつてはこの被覆層に剥
離を生じることがある。 第２の発明に於いてはこの現象を予防する為に
β−サイアロン基セラミツク複合焼結体から成る
母材の上に、AlNやAlONの薄い層を中間層とし
て設けることにより前記の如き母材とAl2O3コー
テイング層の熱膨張係数の差による熱応力を緩和
してより強固なAl2O3コーテイング層を施すこと
ができる。この場合、前記した中間層の厚みとし
ては熱応力の緩和の点から3μm以下で十分であり
中間層を含むAl2O3コーテイング層の厚みとして
は0.1〜5μmに設定することが切削時の耐摩耗性
や耐剥離性の点から好ましい。中間層及び中間層
を含むAl2O3層の厚みがこれらより過大であると
熱衝撃により母材である焼結体と被覆層との間に
亀裂が入り易く、切削時に刃先欠損の原因とな
る。 コーテイング層をCVD法により構成する場合、
下記の如き析出反応によつて設けられる。 １ 2AlCl3＋3CO2＋3H2→Al2O3＋6HC1＋3CO ２ 2AlCl3＋N2＋3H2→2AlN＋6HCl ３ 2AlCl3＋2CO2＋3H2＋N2→2AlON＋6HCl
＋2CO コーテイング層はAl2O3のみからなる一重被覆
でよいが、上述の反応式２）、３）に示される析
出反応によつてAlN又はAlONの一種以上の層を
設け、ついで反応式１）に示される析出反応によ
つてAl2O3の層を設けることによつて多重被覆層
とすることができる。なお本発明のコーテイング
層の生成は上記CVD法の他PVD法（物理蒸着
法）やスパツタリング等の手法によつても可能で
ある。 （実施例） 以下本発明の実施例について説明する。 実施例 １ α率90％で平均粒径0.6μmのSi3N4粉末に、平
均粒径1μmのα−Al2O3粉末とSiCウイスカー
（ARCOケミカル社製SC−９）及び平均粒径
0.3μmの単斜晶ZrO2を第１表に示すような割合に
配合し、エタノール中で４時間均一に分散混合し
た後、乾燥し、造粒して素地を得た。 この素地を黒鉛型中で表中に示すような焼成温
度で各60分間200Kg／cm2の圧力でホツトプレスし、
緻密に焼結した焼結体を得た。次にこの焼結体を
SNGN432のチツプ形状に研摩加工した後、ステ
ンレス製反応容器中に装填し、加熱炉内で1100℃
に加熱した後、H2及びCO2ガスを供給し、AlCl3
発生装置を経てAlCl312容量％、CO223容量％及
びH265容量％の混合ガスを反応容器内に流入し
た。又反応容器は真空ポンプにより20〜30Torr
に保ち、Al2O3コーテイング層の膜厚は反応時間
を変えることによつて行なつた。 このようにして得られた試料とコーテイング前
の試料とを用いて極めて難削材として知られてい
る高ニツケル合金（インコネル718）の切削試験
を下記条件により行ない、初削後の欠損及び摩耗
量を測定した。 切削条件は以下のとおりである。 切削速度 200m／min 切り込み 1.0mm 送り速度 0.2mm／rev 切削時間 10min この結果を第１表に示す。 これによれば本発明（第１の発明）の範囲内で
β−サイアロン基セラミツク複合焼結体の表面に
0.1μm〜5μmのAl2O3コーテイング層を設けたセ
ラミツク工具材料は難切削材である高ニツケル合
金の切削でも欠損を生じず、耐摩耗性に優れたも
のであることが認められ、比較例のものは殆んど
欠損、チツピングを生じるか、摩耗量が大で実用
に耐えないことが立証された。
特に、鋼、鋳鉄、高ニツケル、アルミニウム、チ
タン等を高速切削し得る工具材料に関する。 （従来の技術） 窒化珪素（Si3N4）を主成分とする窒化珪素系
セラミツクスは、強度、耐酸化性、耐摩耗性、耐
熱衝撃性、耐食性等の特性に優れているので、切
削工具材料等として好ましいものとし、注目され
ている。 しかしながらSi3N4単独では金属に比べて品質
安定性や約質性が乏しく、信頼性の向上や高特性
と言う視点から一層高靭性化が望まれている。 そのため、特開昭59−30770号、特開昭59−
54680号、特開昭60−246268号のようにSiCウイ
スカーを強化材として使用し、複合化する試みが
あるが、切削工具材料としては耐欠損性、耐摩耗
性共に不充分であるので、特に耐熱鋼等の高速切
削用の工具材料としては実用化されていないのが
実情である。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記の如き実情に鑑み、高温特性と靭
性とに優れた特性を有するβ−サイアロン基セラ
ミツク材料の表面層を改質することによつて、耐
欠損性と耐摩耗性とを兼ね備えた切削工具材料を
目的とするものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するために種々検討
の結果なされたもので、その概要は以下に記すと
おりである。 SiCウイスカー５〜45重量％、Zr化合物をZr換
算で３〜20重量％、残部β−サイアロン基セラミ
ツクを主成分とする複合焼結体の表面に、平均膜
厚0.1〜5μmの緻密なAl2O3コーテイング層を設け
たセラミツク工具材料を第１の発明とし、Al2O3
コーテイング層を施す前に厚さ3μm以下のAlN及
び又はAlONからなる中間層を介して、中間層を
含む平均膜厚0.1〜5μmの緻密なAl2O3コーテイン
グ層を設けたセラミツク工具材料を第２の発明と
するものである。 先ずβ−サイアロン基セラミツクについて述べ
れば、第１の発明、第２の発明共通で、組成式
Si6-zAlzOzN8-z（但し０＜ｚ≦１）で表わされる
β−サイアロンとこのような組成式を持つβ−サ
イアロンに対し、１〜25重量％のZr，Si，Al，
Ｏ，Ｎと不可避不純物又はそれにＹ，Mg，Ca及
び希土類の１種以上を含むガラス相で構成されて
いるものが望ましい。 このガラス相が１重量％より少ない場合はβ−
サイアロンの焼結が十分達成できない為所望の密
度を得ることができず、又25重量％よりも多い場
合には靭性や高温強度の劣化を来たすため、切削
時に刃先先端部が高温になる切削工具材料として
は好ましくないからである。又、特にこのような
ガラス生成物の添加は常圧焼結やガス圧焼結法を
採用する際に有効である。 ここでｚ値を特定する理由はｚ＞１の場合に機
械的強度及び靭性が低下し、切削工具材料として
必要な機械的特性を満足することができなくなる
ためである。 次にSiCウイスカーの量を５〜45重量％とする
理由は、５重量％より少ない場合はセラミツク材
料に靭性の向上が見られず、逆に45重量％を越え
る場合は焼結性が低下し、共に切削時に於いて欠
け易く、耐欠損性に劣る為、上記の範囲が好まし
い。しかし更に好ましい範囲は10〜30重量％、最
も好ましい範囲は15〜25重量％の範囲である。 なおウイスカーの一般定義は断面積が８×
10-5in2以下で長さが断面の平均直径に比して10
倍以上の単結晶であるが、本発明で使用するウイ
スカーとしては平均直径0.2〜1μm、平均長さ５
〜100μm、アスペクト比５〜500のものでAl，
Ca，Mg，Ni，Fe，Mn，Co，Cr等のカチオン
不純物やSiO2の含有量が1.0％以下のくびれや枝
分れや面欠陥の少ないひげ状結晶を用いることが
高靭性な緻密体を得る上で好ましい。 又、Zr化合物をZr換算で３〜20重量％とする
理由は３重量％未満では靭性の改善効果が十分で
なく、又20重量％を越えると焼結体の硬度や熱伝
導率や靭性が低下し、耐摩耗性や耐欠損性に劣る
為好ましくないからである。ここでZr化合物は
特に限定されないが、例えばZrO2（単斜晶、正方
晶、立方晶又はそれらの共存体）やASTMカー
ドNo.20−684のZrOにＸ線回折の結果がかなり良
く一致するような化合物を言う。 Zr化合物の作用は、焼結時に一旦ガラス相に
固溶したZrがガラス相とSiCウイスカーの界面に
於いて両者の濡れ性を改善し、両者のより強固な
結合を可能にすることによつて、SiCウイスカー
の持つ本来の特性が十分に発揮出来る様に作用し
て、靭性を向上することにある。 またガラス相に固溶したZrは焼結後に一部が
ガラス相中に残るものの、大半はその時の配合組
成によつてとり得る結晶相でガラス相より再析出
し、焼結体中に存在する。 従つて例えば焼結体中にZrO2として存在する
場合でも、配合組成によつて単斜晶、正方晶、立
方晶又はそれらの共存体として存在することが可
能であり、又その結晶系に違いがあつてもすべて
焼結時における本願のZrの作用効果が同じであ
る為、同様に高強度、高靭性な焼結体となり得
る。 又このβ−サイアロン基セラミツク複合焼結体
は緻密な焼結体に焼結することにより破壊靭性、
抗折強度を好ましい値のものとすることができ
る。 本発明はこのようなβ−サイアロン基セラミツ
ク複合焼結体の表面にAl2O3コーテイング層を設
けた切削工具材料に関するものであるが、この
Al2O3コーテイング層は焼結体表面に直接設ける
第１の発明と、AlN及び又はAlONから成る中間
層を介して設ける第２の発明からなる。 しかし、いずれの場合もAl2O3を化学気相蒸着
法（CVD）により析出させることができる。こ
のCVD法は例えば1000℃〜1100℃にβ−サイア
ロン基セラミツク複合焼結体を加熱し、これを装
填してある反応容器中にAlCl3，CO2，H2場合に
より更にCOを含めた混合ガスを流入して容易に
行なうことができる。この処理温度は900℃〜
1300℃の範囲で条件に応じて選択するが、余り高
温になるとAl2O3の粒径が粗大化し、緻密さが失
なわれる傾向があり、比較的低温域で長時間処理
することが望ましい。 第１の発明に於いてはAl2O3コーテイング層の
厚みは0.1〜5μmがAl2O3の耐摩耗性を発揮し、か
つ切削時に於いて表面層に過度の急激な温度勾配
が生じても熱クラツクを生じないので好ましい。
Al2O3コーテイング層の厚みが0.1μmより薄い場
合はその効果が不十分であり、5μmより厚くなる
と熱衝撃で剥離し易くなる為好ましくない。 なおβ−サイアロンとAl2O3の熱膨張係数は前
者が3.0×10-6／℃、後者が7.8×10-6／℃と大き
く異なる為、切削条件によつてはこの被覆層に剥
離を生じることがある。 第２の発明に於いてはこの現象を予防する為に
β−サイアロン基セラミツク複合焼結体から成る
母材の上に、AlNやAlONの薄い層を中間層とし
て設けることにより前記の如き母材とAl2O3コー
テイング層の熱膨張係数の差による熱応力を緩和
してより強固なAl2O3コーテイング層を施すこと
ができる。この場合、前記した中間層の厚みとし
ては熱応力の緩和の点から3μm以下で十分であり
中間層を含むAl2O3コーテイング層の厚みとして
は0.1〜5μmに設定することが切削時の耐摩耗性
や耐剥離性の点から好ましい。中間層及び中間層
を含むAl2O3層の厚みがこれらより過大であると
熱衝撃により母材である焼結体と被覆層との間に
亀裂が入り易く、切削時に刃先欠損の原因とな
る。 コーテイング層をCVD法により構成する場合、
下記の如き析出反応によつて設けられる。 １ 2AlCl3＋3CO2＋3H2→Al2O3＋6HC1＋3CO ２ 2AlCl3＋N2＋3H2→2AlN＋6HCl ３ 2AlCl3＋2CO2＋3H2＋N2→2AlON＋6HCl
＋2CO コーテイング層はAl2O3のみからなる一重被覆
でよいが、上述の反応式２）、３）に示される析
出反応によつてAlN又はAlONの一種以上の層を
設け、ついで反応式１）に示される析出反応によ
つてAl2O3の層を設けることによつて多重被覆層
とすることができる。なお本発明のコーテイング
層の生成は上記CVD法の他PVD法（物理蒸着
法）やスパツタリング等の手法によつても可能で
ある。 （実施例） 以下本発明の実施例について説明する。 実施例 １ α率90％で平均粒径0.6μmのSi3N4粉末に、平
均粒径1μmのα−Al2O3粉末とSiCウイスカー
（ARCOケミカル社製SC−９）及び平均粒径
0.3μmの単斜晶ZrO2を第１表に示すような割合に
配合し、エタノール中で４時間均一に分散混合し
た後、乾燥し、造粒して素地を得た。 この素地を黒鉛型中で表中に示すような焼成温
度で各60分間200Kg／cm2の圧力でホツトプレスし、
緻密に焼結した焼結体を得た。次にこの焼結体を
SNGN432のチツプ形状に研摩加工した後、ステ
ンレス製反応容器中に装填し、加熱炉内で1100℃
に加熱した後、H2及びCO2ガスを供給し、AlCl3
発生装置を経てAlCl312容量％、CO223容量％及
びH265容量％の混合ガスを反応容器内に流入し
た。又反応容器は真空ポンプにより20〜30Torr
に保ち、Al2O3コーテイング層の膜厚は反応時間
を変えることによつて行なつた。 このようにして得られた試料とコーテイング前
の試料とを用いて極めて難削材として知られてい
る高ニツケル合金（インコネル718）の切削試験
を下記条件により行ない、初削後の欠損及び摩耗
量を測定した。 切削条件は以下のとおりである。 切削速度 200m／min 切り込み 1.0mm 送り速度 0.2mm／rev 切削時間 10min この結果を第１表に示す。 これによれば本発明（第１の発明）の範囲内で
β−サイアロン基セラミツク複合焼結体の表面に
0.1μm〜5μmのAl2O3コーテイング層を設けたセ
ラミツク工具材料は難切削材である高ニツケル合
金の切削でも欠損を生じず、耐摩耗性に優れたも
のであることが認められ、比較例のものは殆んど
欠損、チツピングを生じるか、摩耗量が大で実用
に耐えないことが立証された。
【表】
実施例 ２
平均粒径2μm以下のY2O3，MgO，CaO，
Dy2O3をZr，Si，Al，Ｏ，Ｎ以外のガラス生成化
合物として添加する以外は実施例１と同様にして
第２表に示すような割合に配合して得た素地粉末
を黒鉛型中で1750℃×200Kg／cm2の温度、圧力の
条件下で各60分間ホツトプレスし、緻密に焼結し
た焼結体を得た。次にこの焼結体をSNGN432の
チツプ形状に研摩加工した後、ステンレス製反応
容器中に装填し、1050℃に加熱した後、温度を
320℃に保つたAlチツプ中にHClを通過させて発
生したAlCl3及びH2，N2，CO2の混合ガスを連続
的に変化させて反応容器内に供給した。 AlN−AlONの混合中間層を形成する場合は
AlCl3ガス18容量％、N2ガス12容量％、H2ガス
70容量％を最初に流し、30分毎にN2ガス２容量
％減じてCO2ガスを２容量％ずつ増すようにし、
最終的にN2ガスを停止させ、外層にAl2O3を形成
した。AlN中間層を形成する場合はAlCl3ガス18
容量％、N2ガス12容量％、H2ガス70容量％の混
合ガスを流した。AlON中間層を形成する場合
は、AlCl3ガス12容量％、N2ガス７容量％、CO2
ガス16容量％、H2ガス65容量％の混合ガスを流
した。 そしてこれらの混合ガスの焼結体表面への接触
時間を変化させ、中間生成層及び外層の厚みを異
ならしめたチツプを得た。 次にこのチツプを下記の切削条件にてフライス
切削のテストを実施した。 切削条件 被削材 クロムモリブデン鋼SCM440 （HB280） 切削速度 200m／min 切り込み 1.5mm 送り速度 0.2mm／tooth 切削テストは刃先が欠損するまで実施し、刃先
が欠損するまでの衝撃回数を測定し、10点の平均
値を結果として第２表に示した。 この結果からAlNやAlONの中間生成層を設け
た第２の発明は、これを有しないものに比べて衝
撃回数が増加し、切削寿命が延びることが判つ
た。
Dy2O3をZr，Si，Al，Ｏ，Ｎ以外のガラス生成化
合物として添加する以外は実施例１と同様にして
第２表に示すような割合に配合して得た素地粉末
を黒鉛型中で1750℃×200Kg／cm2の温度、圧力の
条件下で各60分間ホツトプレスし、緻密に焼結し
た焼結体を得た。次にこの焼結体をSNGN432の
チツプ形状に研摩加工した後、ステンレス製反応
容器中に装填し、1050℃に加熱した後、温度を
320℃に保つたAlチツプ中にHClを通過させて発
生したAlCl3及びH2，N2，CO2の混合ガスを連続
的に変化させて反応容器内に供給した。 AlN−AlONの混合中間層を形成する場合は
AlCl3ガス18容量％、N2ガス12容量％、H2ガス
70容量％を最初に流し、30分毎にN2ガス２容量
％減じてCO2ガスを２容量％ずつ増すようにし、
最終的にN2ガスを停止させ、外層にAl2O3を形成
した。AlN中間層を形成する場合はAlCl3ガス18
容量％、N2ガス12容量％、H2ガス70容量％の混
合ガスを流した。AlON中間層を形成する場合
は、AlCl3ガス12容量％、N2ガス７容量％、CO2
ガス16容量％、H2ガス65容量％の混合ガスを流
した。 そしてこれらの混合ガスの焼結体表面への接触
時間を変化させ、中間生成層及び外層の厚みを異
ならしめたチツプを得た。 次にこのチツプを下記の切削条件にてフライス
切削のテストを実施した。 切削条件 被削材 クロムモリブデン鋼SCM440 （HB280） 切削速度 200m／min 切り込み 1.5mm 送り速度 0.2mm／tooth 切削テストは刃先が欠損するまで実施し、刃先
が欠損するまでの衝撃回数を測定し、10点の平均
値を結果として第２表に示した。 この結果からAlNやAlONの中間生成層を設け
た第２の発明は、これを有しないものに比べて衝
撃回数が増加し、切削寿命が延びることが判つ
た。
【表】
【表】
実施例 ３
Zr化合物としてZrO2，ZrNを用いることとし
た以外は実施例２と同様にして第３表に示す割合
に配合して調整した素地粉末を焼結し、得られた
焼結体母材の組成をＸ線回折により同定した。又
機械的特性として強度と靭性を測定し、その結果
を第３表に示す。 この結果から添加するZr化合物の種類に拘ら
ず焼結後は配合組成によつてZrO2やZrOやZrの
酸窒化物と思われるZr化合物として焼結体中に
存在することが判つた。 又Zro2として存在する場合でも配合組成によつ
て単斜晶、正方晶、立方晶又はそれらの共存体と
して存在するが、すべて同様に高強度・高靭性を
有する焼結体となることが判つた。
た以外は実施例２と同様にして第３表に示す割合
に配合して調整した素地粉末を焼結し、得られた
焼結体母材の組成をＸ線回折により同定した。又
機械的特性として強度と靭性を測定し、その結果
を第３表に示す。 この結果から添加するZr化合物の種類に拘ら
ず焼結後は配合組成によつてZrO2やZrOやZrの
酸窒化物と思われるZr化合物として焼結体中に
存在することが判つた。 又Zro2として存在する場合でも配合組成によつ
て単斜晶、正方晶、立方晶又はそれらの共存体と
して存在するが、すべて同様に高強度・高靭性を
有する焼結体となることが判つた。
【表】
【表】
実施例 ４
出発原料としてSi3N4以外に予めｚ＝0.3に合成
されたβ−サイアロン粉末を用いる以外には実施
例２と同様にして、第４表に示すような割合に配
合して得た素地粉末を20□ ×７mmの寸法に成形圧
1.5ton／cm2でプレス成形した後、1750℃の１気圧
の窒素ガス雰囲気中で２時間焼結し１次焼結体を
得た。次にこの焼結体を1750℃、70気圧の加圧窒
素ガス雰囲気中で２時間再焼結し、緻密な２次焼
結体を得た。このようにして得られた焼結体を実
施例２と同様にして加工した後、表面にAl2O3コ
ーテイング層を設け、下記の切削条件にて切削テ
ストを実施し、切削後の欠損及び摩耗量を測定し
た。 切削条件 被削材 SCr420 切削速度 500m／min 切り込み 1.0mm 送り速度 0.3mm／rev 切削時間 10分 この結果から本発明の範囲内に於いて、焼結体
表面にAl2O3コーテイング層を施した切削材料は
耐欠損性及び耐摩耗性に優れた切削性能を有して
いることが立証された。
されたβ−サイアロン粉末を用いる以外には実施
例２と同様にして、第４表に示すような割合に配
合して得た素地粉末を20□ ×７mmの寸法に成形圧
1.5ton／cm2でプレス成形した後、1750℃の１気圧
の窒素ガス雰囲気中で２時間焼結し１次焼結体を
得た。次にこの焼結体を1750℃、70気圧の加圧窒
素ガス雰囲気中で２時間再焼結し、緻密な２次焼
結体を得た。このようにして得られた焼結体を実
施例２と同様にして加工した後、表面にAl2O3コ
ーテイング層を設け、下記の切削条件にて切削テ
ストを実施し、切削後の欠損及び摩耗量を測定し
た。 切削条件 被削材 SCr420 切削速度 500m／min 切り込み 1.0mm 送り速度 0.3mm／rev 切削時間 10分 この結果から本発明の範囲内に於いて、焼結体
表面にAl2O3コーテイング層を施した切削材料は
耐欠損性及び耐摩耗性に優れた切削性能を有して
いることが立証された。
【表】
（発明の効果）
第１の発明によればSiCウイスカーとZr化合物
を複合したβ−サイアロン基セラミツク焼結体の
優れた特性である高靭性を利用し、Al2O3コーテ
イング被膜を付けることによつて切削工具として
必要な耐欠損性と耐摩耗性を向上した工具材料を
提供するものであり、第２の発明によればAl2O3
コーテイング被膜を設けるに際し、AlN及び又
はAlON層を中間層として設けることにより、第
１の発明に係るものより一層耐熱衝撃性を改良
し、著るしく切削寿命の延びた切削工具を提供す
ることができる。
を複合したβ−サイアロン基セラミツク焼結体の
優れた特性である高靭性を利用し、Al2O3コーテ
イング被膜を付けることによつて切削工具として
必要な耐欠損性と耐摩耗性を向上した工具材料を
提供するものであり、第２の発明によればAl2O3
コーテイング被膜を設けるに際し、AlN及び又
はAlON層を中間層として設けることにより、第
１の発明に係るものより一層耐熱衝撃性を改良
し、著るしく切削寿命の延びた切削工具を提供す
ることができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ SiCウイスカー５〜45重量％、Zr化合物をZr
換算で３〜20重量％、残部β−サイアロン基セラ
ミツクを主成分とし、そのβ−サイアロン基セラ
ミツクが組成式Si6-zAlzOzN8-z（但し０＜ｚ≦
１）で表わされるβ−サイアロンと１〜25重量％
のZr，Si，Al，Ｏ，Ｎと不可避不純物又はそれ
にＹ，Mg，Ca及び希土類元素の１種以上を含む
ガラス相で主として構成される複合焼結体の表面
に、平均膜厚0.1〜5μmの緻密なAl2O3コーテイン
グ層が設けられていることを特徴とする高靭性・
耐摩耗性セラミツク工具材料 ２ SiCウイスカー５〜45重量％、Zr化合物をZr
換算で３〜20重量％、残部β−サイアロン基セラ
ミツクを主成分とし、そのβ−サイアロン基セラ
ミツクが組成式Si6-zAlzOzN8-z（但し０＜ｚ≦
１）で表わされるβ−サイアロンと１〜25重量％
のZr，Si，Al，Ｏ，Ｎと不可避不純物又はそれ
にＹ，Mg，Ca及び希土類元素の１種以上を含む
ガラス相で主として構成される複合焼結体の表面
に、厚さ3μm以下のAlN又はAlONのうちの１種
以上からなる中間層を介して、中間層を含む平均
膜厚0.1〜5μmの緻密なAl2O3コーテイング層が設
けられていることを特徴とする高靭性・耐摩耗性
セラミツク工具材料。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19820486 | 1986-08-26 | ||
| JP61-198204 | 1986-08-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63156076A JPS63156076A (ja) | 1988-06-29 |
| JPH0535696B2 true JPH0535696B2 (ja) | 1993-05-27 |
Family
ID=16387211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61291632A Granted JPS63156076A (ja) | 1986-08-26 | 1986-12-09 | 高靭性・耐摩耗性セラミツク工具材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63156076A (ja) |
-
1986
- 1986-12-09 JP JP61291632A patent/JPS63156076A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63156076A (ja) | 1988-06-29 |
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