JPH06157143A - 耐欠損性にすぐれた窒化けい素基セラミックス製切削工具 - Google Patents
耐欠損性にすぐれた窒化けい素基セラミックス製切削工具Info
- Publication number
- JPH06157143A JPH06157143A JP4335251A JP33525192A JPH06157143A JP H06157143 A JPH06157143 A JP H06157143A JP 4335251 A JP4335251 A JP 4335251A JP 33525192 A JP33525192 A JP 33525192A JP H06157143 A JPH06157143 A JP H06157143A
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- cutting
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐欠損性のすぐれたＳｉ3 Ｎ4 基セラミック
ス製切削工具を提供する。 【構成】 切削工具が、重量％で、Ｙ2 Ｏ3 ：１〜１５
％、希土類酸化物：１〜１０％、ＳｉＯ2 ：０．５〜５
％、ＺｒＯ2 、部分安定化ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、および
部分安定化ＨｆＯ2 のうちの１種以上：１〜１５％、必
要に応じてＴｉＮ：１〜１０％、Ｓｉ3 Ｎ4 ：残りから
なる配合組成の焼結体にして、９９％以上の理論密度比
を有するＳｉ3 Ｎ4 基セラミックスからなる。
ス製切削工具を提供する。 【構成】 切削工具が、重量％で、Ｙ2 Ｏ3 ：１〜１５
％、希土類酸化物：１〜１０％、ＳｉＯ2 ：０．５〜５
％、ＺｒＯ2 、部分安定化ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、および
部分安定化ＨｆＯ2 のうちの１種以上：１〜１５％、必
要に応じてＴｉＮ：１〜１０％、Ｓｉ3 Ｎ4 ：残りから
なる配合組成の焼結体にして、９９％以上の理論密度比
を有するＳｉ3 Ｎ4 基セラミックスからなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた耐欠損性を
有し、したがって例えば鋳鉄の連続切削は勿論のこと、
これの断続切削に用いた場合にも、切刃に欠損やチッピ
ング（微小欠け）の発生なく、すぐれた切削性能を長期
に亘って発揮する窒化けい素（以下、Ｓｉ3 Ｎ4 で示
す）基セラミックス製切削工具に関するものである。
有し、したがって例えば鋳鉄の連続切削は勿論のこと、
これの断続切削に用いた場合にも、切刃に欠損やチッピ
ング（微小欠け）の発生なく、すぐれた切削性能を長期
に亘って発揮する窒化けい素（以下、Ｓｉ3 Ｎ4 で示
す）基セラミックス製切削工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特開昭６３−６０１６３号
公報に記載される通り、多くのＳｉ3Ｎ4 基セラミック
ス製切削工具が提案され、これらが鋳鉄などの連続切削
に用いられることも知られている。
公報に記載される通り、多くのＳｉ3Ｎ4 基セラミック
ス製切削工具が提案され、これらが鋳鉄などの連続切削
に用いられることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
のＦＡ化はめざましく、かつ省力化に対する要求も強
く、これに伴ない連続切削は勿論のこと、フライス切削
などの断続切削にも適用できる切削工具が求められてい
るが、上記の従来Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックス製切削工具
はじめ、その他多くの従来Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックス製
切削工具においては、これを断続切削に用いた場合、耐
欠損性が十分でないために切刃に欠損やチッピングが発
生し易く、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至る
のが現状である。
のＦＡ化はめざましく、かつ省力化に対する要求も強
く、これに伴ない連続切削は勿論のこと、フライス切削
などの断続切削にも適用できる切削工具が求められてい
るが、上記の従来Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックス製切削工具
はじめ、その他多くの従来Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックス製
切削工具においては、これを断続切削に用いた場合、耐
欠損性が十分でないために切刃に欠損やチッピングが発
生し易く、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至る
のが現状である。
【０００４】
【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、耐欠損性のすぐれたＳｉ3 Ｎ4
基セラミックス製切削工具を開発すべく研究を行なった
結果、重量％で（以下、％は重量％を示す）、酸化イッ
トリウム（以下、Ｙ2 Ｏ3 で示す）：１〜１５％、希土
類酸化物：１〜１０％、酸化シリコン（以下、ＳｉＯ2
で示す）：０．５〜５％、酸化ジルコニウム（以下、Ｚ
ｒＯ2 で示す）、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、およびＣ
ｅＯ2 などのうちの１種以上からなる安定化剤を０．５
〜２０モル％の割合で固溶含有してなる部分安定化Ｚｒ
Ｏ2 、酸化ハフニウム（以下、ＨｆＯ2 で示す）、およ
び同じく前記安定化剤を固溶含有してなる部分安定化Ｈ
ｆＯ2 （以下、これらを総称してＺｒ・Ｈｆ酸化物とい
う）のうちの１種または２種以上：１〜１５％、さらに
必要に応じて、窒化チタン（以下、ＴｉＮで示す）：１
〜１０％、Ｓｉ3 Ｎ4 ：残り、からなる配合組成の焼結
体にして、９９％以上の理論密度比を有するＳｉ3 Ｎ4
基セラミックスで切削工具を構成すると、この結果のＳ
ｉ3 Ｎ4 基セラミックス製切削工具は、連続切削は勿論
のこと、断続切削においても切刃に欠損やチッピングの
発生なく、すぐれた耐摩耗性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。
上述のような観点から、耐欠損性のすぐれたＳｉ3 Ｎ4
基セラミックス製切削工具を開発すべく研究を行なった
結果、重量％で（以下、％は重量％を示す）、酸化イッ
トリウム（以下、Ｙ2 Ｏ3 で示す）：１〜１５％、希土
類酸化物：１〜１０％、酸化シリコン（以下、ＳｉＯ2
で示す）：０．５〜５％、酸化ジルコニウム（以下、Ｚ
ｒＯ2 で示す）、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、およびＣ
ｅＯ2 などのうちの１種以上からなる安定化剤を０．５
〜２０モル％の割合で固溶含有してなる部分安定化Ｚｒ
Ｏ2 、酸化ハフニウム（以下、ＨｆＯ2 で示す）、およ
び同じく前記安定化剤を固溶含有してなる部分安定化Ｈ
ｆＯ2 （以下、これらを総称してＺｒ・Ｈｆ酸化物とい
う）のうちの１種または２種以上：１〜１５％、さらに
必要に応じて、窒化チタン（以下、ＴｉＮで示す）：１
〜１０％、Ｓｉ3 Ｎ4 ：残り、からなる配合組成の焼結
体にして、９９％以上の理論密度比を有するＳｉ3 Ｎ4
基セラミックスで切削工具を構成すると、この結果のＳ
ｉ3 Ｎ4 基セラミックス製切削工具は、連続切削は勿論
のこと、断続切削においても切刃に欠損やチッピングの
発生なく、すぐれた耐摩耗性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。
【０００５】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、以下に切削工具を構成するＳｉ
3 Ｎ4 基セラミックスの配合組成を上記の通りに限定し
た理由を説明する。
なされたものであって、以下に切削工具を構成するＳｉ
3 Ｎ4 基セラミックスの配合組成を上記の通りに限定し
た理由を説明する。
【０００６】（ａ） Ｙ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 これらの成分には、焼結中に粒状のＳｉ3 Ｎ4 粉末を針
状のβ−Ｓｉ3 Ｎ4 粒子に成長させ、この針状Ｓｉ3 Ｎ
4 粒子が亀裂の伝幡の抵抗となって切削時の亀裂発生を
抑制するほか、一部のＳｉ3 Ｎ4 と結合し、固溶し合っ
てＹ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系の結合相を形成し、前記針状のＳ
ｉ3 Ｎ4 粒子と強固に結合し、この結合相中を亀裂が選
択的に伝幡するようにすることにより耐欠損性を著しく
向上させる作用があるが、その割合がＹ2 Ｏ3 およびＳ
ｉＯ2 のいずれかでもＹ2 Ｏ3 ：１％未満およびＳｉＯ
2 ：０．５％未満になっても前記作用に所望の向上効果
が得られず、一方その割合が、Ｙ2 Ｏ3 ：１５％および
ＳｉＯ2 ：５％を越えると、硬さが低下し、摩耗進行が
速くなることから、その割合を、それぞれＹ2 Ｏ3：１
〜１５％、ＳｉＯ2 ：０．５〜５％と定めた。
状のβ−Ｓｉ3 Ｎ4 粒子に成長させ、この針状Ｓｉ3 Ｎ
4 粒子が亀裂の伝幡の抵抗となって切削時の亀裂発生を
抑制するほか、一部のＳｉ3 Ｎ4 と結合し、固溶し合っ
てＹ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系の結合相を形成し、前記針状のＳ
ｉ3 Ｎ4 粒子と強固に結合し、この結合相中を亀裂が選
択的に伝幡するようにすることにより耐欠損性を著しく
向上させる作用があるが、その割合がＹ2 Ｏ3 およびＳ
ｉＯ2 のいずれかでもＹ2 Ｏ3 ：１％未満およびＳｉＯ
2 ：０．５％未満になっても前記作用に所望の向上効果
が得られず、一方その割合が、Ｙ2 Ｏ3 ：１５％および
ＳｉＯ2 ：５％を越えると、硬さが低下し、摩耗進行が
速くなることから、その割合を、それぞれＹ2 Ｏ3：１
〜１５％、ＳｉＯ2 ：０．５〜５％と定めた。
【０００７】（ｂ） 希土類酸化物 これらの成分には、いずれも上記Ｙ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系結
合相に固溶して、これの耐熱性を向上させ、もって高発
熱を伴なう高速切削などでの耐欠損性を一段と向上させ
る作用があるが、その割合が１％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１０％を越えると
硬さが低下して耐摩耗性の劣化をきたすようになること
から、その割合を１〜１０％と定めた。
合相に固溶して、これの耐熱性を向上させ、もって高発
熱を伴なう高速切削などでの耐欠損性を一段と向上させ
る作用があるが、その割合が１％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１０％を越えると
硬さが低下して耐摩耗性の劣化をきたすようになること
から、その割合を１〜１０％と定めた。
【０００８】（ｃ） Ｚｒ・Ｈｆ酸化物 これらの成分には、分散相を形成して上記針状Ｓｉ3 Ｎ
4 粒子の大きさを整え（整粒化）、この結果として耐欠
損性が向上するようになる作用があるが、その割合が１
％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１５％を越えると、焼結時の粒状Ｓｉ3 Ｎ4 粉末
の針状粒子への成長が抑制されるようになり、耐欠損性
が低下することから、その割合を１〜１５％と定めた。
4 粒子の大きさを整え（整粒化）、この結果として耐欠
損性が向上するようになる作用があるが、その割合が１
％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１５％を越えると、焼結時の粒状Ｓｉ3 Ｎ4 粉末
の針状粒子への成長が抑制されるようになり、耐欠損性
が低下することから、その割合を１〜１５％と定めた。
【０００９】（ｄ） ＴｉＮ ＴｉＮ成分には、分散相を形成して耐摩耗性を一段と向
上させる作用があるので、必要に応じて配合されるが、
その割合が１％未満では所望の耐摩耗性向上効果が得ら
れず、一方その割合が１０％を越えるとＳｉ3 Ｎ4 粒子
に対するＹ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 による針状成長効果が
損なわれ、この結果耐欠損性が低下するようになること
から、その割合を１〜１０％に定めた。
上させる作用があるので、必要に応じて配合されるが、
その割合が１％未満では所望の耐摩耗性向上効果が得ら
れず、一方その割合が１０％を越えるとＳｉ3 Ｎ4 粒子
に対するＹ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 による針状成長効果が
損なわれ、この結果耐欠損性が低下するようになること
から、その割合を１〜１０％に定めた。
【００１０】なお、焼結体の理論密度比が９９％未満で
は所望の高強度を具備することができないことから、切
削工具を構成するＳｉ3 Ｎ4 基セラミックスの理論密度
比を９９％以上と定めた。
は所望の高強度を具備することができないことから、切
削工具を構成するＳｉ3 Ｎ4 基セラミックスの理論密度
比を９９％以上と定めた。
【００１１】
【実施例】つぎに、この発明の切削工具を実施例により
具体的に説明する。原料粉末として、Ｓｉ3 Ｎ4 粉末、
Ｙ2 Ｏ3 粉末、各種の希土類酸化物粉末、Ｙ2 Ｏ3 と希
土類酸化物の固溶体粉末、ＳｉＯ2 粉末、ＺｒＯ2 粉
末、ＭｇＯ：５モル％固溶の部分安定化ＺｒＯ2 （表に
はＺｒＯ2 （ＭｇＯ）で示す）粉末、Ｙ2 Ｏ3 ：３モル
％固溶の部分安定化ＺｒＯ2 （同じくＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ
3 ）で示す）粉末、ＣｅＯ2 ：１２モル％固溶の部分安
定化ＺｒＯ2 （同じくＺｒＯ2（ＣｅＯ2 ）で示す）粉
末、ＨｆＯ2 粉末、ＭｇＯ：２モル％固溶の部分安定化
ＨｆＯ2 （同じくＨｆＯ2 （ＭｇＯ）で示す）粉末、Ｃ
ａＯ：８モル％固溶の部分安定化ＨｆＯ2 （同ＨｆＯ2
（ＣａＯ）で示す）粉末、Ｙ2 Ｏ3 ：４モル％固溶の部
分安定化ＨｆＯ2 （同ＨｆＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）で示す）粉
末、およびＴｉＮ粉末を用意し、これら原料粉末を表１
〜３に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時
間湿式混合し、乾燥した後、１．５ton ／cm2 の圧力で
圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を窒素雰囲気中、表
４〜６に示される条件で焼結することにより同じく表４
〜６に示される理論密度比を有し、かついずれもＳＮＧ
Ｎ１２０４０８の形状をもった本発明Ｓｉ3 Ｎ4 基セラ
ミックス製切削工具（以下、本発明切削工具という）１
〜２２および比較Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックス製切削工具
（以下、比較切削工具という）１〜１１をそれぞれ製造
した。
具体的に説明する。原料粉末として、Ｓｉ3 Ｎ4 粉末、
Ｙ2 Ｏ3 粉末、各種の希土類酸化物粉末、Ｙ2 Ｏ3 と希
土類酸化物の固溶体粉末、ＳｉＯ2 粉末、ＺｒＯ2 粉
末、ＭｇＯ：５モル％固溶の部分安定化ＺｒＯ2 （表に
はＺｒＯ2 （ＭｇＯ）で示す）粉末、Ｙ2 Ｏ3 ：３モル
％固溶の部分安定化ＺｒＯ2 （同じくＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ
3 ）で示す）粉末、ＣｅＯ2 ：１２モル％固溶の部分安
定化ＺｒＯ2 （同じくＺｒＯ2（ＣｅＯ2 ）で示す）粉
末、ＨｆＯ2 粉末、ＭｇＯ：２モル％固溶の部分安定化
ＨｆＯ2 （同じくＨｆＯ2 （ＭｇＯ）で示す）粉末、Ｃ
ａＯ：８モル％固溶の部分安定化ＨｆＯ2 （同ＨｆＯ2
（ＣａＯ）で示す）粉末、Ｙ2 Ｏ3 ：４モル％固溶の部
分安定化ＨｆＯ2 （同ＨｆＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）で示す）粉
末、およびＴｉＮ粉末を用意し、これら原料粉末を表１
〜３に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時
間湿式混合し、乾燥した後、１．５ton ／cm2 の圧力で
圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を窒素雰囲気中、表
４〜６に示される条件で焼結することにより同じく表４
〜６に示される理論密度比を有し、かついずれもＳＮＧ
Ｎ１２０４０８の形状をもった本発明Ｓｉ3 Ｎ4 基セラ
ミックス製切削工具（以下、本発明切削工具という）１
〜２２および比較Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックス製切削工具
（以下、比較切削工具という）１〜１１をそれぞれ製造
した。
【００１２】なお、比較切削工具１〜１１は、いずれも
構成成分のうちのいずれかの成分の配合割合がこの発明
の範囲から外れたＳｉ3 Ｎ4 基セラミックスで構成され
たものである。
構成成分のうちのいずれかの成分の配合割合がこの発明
の範囲から外れたＳｉ3 Ｎ4 基セラミックスで構成され
たものである。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【表３】
【００１６】
【表４】
【００１７】
【表５】
【００１８】
【表６】
【００１９】ついで、この結果得られた本発明切削工具
１〜２２および比較切削工具１〜１１について、被削
材：ＦＣ２５の長さ方向等間隔４本溝入丸棒、切削速
度：３００ｍ／min.、送り：０．５mm／rev.、切り込
み：１mm、切削時間：１０分、の条件で鋳鉄の湿式高速
断続切削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定し
た。これらの測定結果を表４〜６に示した。また、表４
〜６にはビッカース硬さも示した。
１〜２２および比較切削工具１〜１１について、被削
材：ＦＣ２５の長さ方向等間隔４本溝入丸棒、切削速
度：３００ｍ／min.、送り：０．５mm／rev.、切り込
み：１mm、切削時間：１０分、の条件で鋳鉄の湿式高速
断続切削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定し
た。これらの測定結果を表４〜６に示した。また、表４
〜６にはビッカース硬さも示した。
【００２０】
【発明の効果】表１〜６に示される結果から、本発明切
削工具１〜２２は、いずれも耐欠損性が要求される断続
切削で、切刃に欠損やチッピングの発生なく、すぐれた
耐摩耗性を示すのに対して、比較切削工具１〜１１に見
られるように、これを構成するＳｉ3 Ｎ4 基セラミック
スの構成成分のうちのいずれかの成分割合でもこの発明
の範囲から外れると耐欠損性および耐摩耗性のいずれか
が劣ったものになることが明らかである。
削工具１〜２２は、いずれも耐欠損性が要求される断続
切削で、切刃に欠損やチッピングの発生なく、すぐれた
耐摩耗性を示すのに対して、比較切削工具１〜１１に見
られるように、これを構成するＳｉ3 Ｎ4 基セラミック
スの構成成分のうちのいずれかの成分割合でもこの発明
の範囲から外れると耐欠損性および耐摩耗性のいずれか
が劣ったものになることが明らかである。
【００２１】上述のように、この発明のＳｉ3 Ｎ4 基セ
ラミックス製切削工具は、連続切削は勿論のこと、特に
断続切削ですぐれた耐欠損性を示し、長期に亘ってすぐ
れた切削性能を発揮するので、切削加工のＦＡ化および
省力化に十分対応することができる有用な特性を有する
ものである。
ラミックス製切削工具は、連続切削は勿論のこと、特に
断続切削ですぐれた耐欠損性を示し、長期に亘ってすぐ
れた切削性能を発揮するので、切削加工のＦＡ化および
省力化に十分対応することができる有用な特性を有する
ものである。
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、 酸化イットリウム：１〜１５％、 希土類酸化物：１〜１０％、 酸化シリコン：０．５〜５％、 酸化ジルコニウム、部分安定化酸化ジルコニウム、酸化
ハフニウム、および部分安定化酸化ハフニウムのうちの
１種または２種以上：１〜１５％、 窒化けい素：残り、 からなる配合組成の焼結体にして、９９％以上の理論密
度比を有する窒化けい素基セラミックスで構成したこと
を特徴とする耐欠損性にすぐれた窒化けい素基セラミッ
クス製切削工具。 - 【請求項２】 重量％で、 酸化イットリウム：１〜１５％、 希土類酸化物：１〜１０％、 酸化シリコン：０．５〜５％、 酸化ジルコニウム、部分安定化酸化ジルコニウム、酸化
ハフニウム、および部分安定化酸化ハフニウムのうちの
１種または２種以上：１〜１５％、 窒化チタン：１〜１０％、 窒化けい素：残り、 からなる配合組成の焼結体にして、９９％以上の理論密
度比を有する窒化けい素基セラミックスで構成したこと
を特徴とする耐欠損性にすぐれた窒化けい素基セラミッ
クス製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4335251A JPH06157143A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 耐欠損性にすぐれた窒化けい素基セラミックス製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4335251A JPH06157143A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 耐欠損性にすぐれた窒化けい素基セラミックス製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06157143A true JPH06157143A (ja) | 1994-06-03 |
Family
ID=18286434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4335251A Pending JPH06157143A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 耐欠損性にすぐれた窒化けい素基セラミックス製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06157143A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007038889A1 (en) * | 2005-10-03 | 2007-04-12 | Oertli Werkzeuge Ag | Ceramic matrix composite cutting blade for wood machining and the method of manufacturing the cutting blade |
| KR101347594B1 (ko) * | 2011-10-26 | 2014-01-10 | 선문대학교 산학협력단 | 인광체용 질화규소 세라믹스, 이를 이용한 인광체 및 그 제조방법 |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP4335251A patent/JPH06157143A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007038889A1 (en) * | 2005-10-03 | 2007-04-12 | Oertli Werkzeuge Ag | Ceramic matrix composite cutting blade for wood machining and the method of manufacturing the cutting blade |
| KR101347594B1 (ko) * | 2011-10-26 | 2014-01-10 | 선문대학교 산학협력단 | 인광체용 질화규소 세라믹스, 이를 이용한 인광체 및 그 제조방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010116 |