JPH0686332B2 - 鋳鉄切削用サイアロン基セラミツク工具の製造法 - Google Patents
鋳鉄切削用サイアロン基セラミツク工具の製造法Info
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- JPH0686332B2 JPH0686332B2 JP61002390A JP239086A JPH0686332B2 JP H0686332 B2 JPH0686332 B2 JP H0686332B2 JP 61002390 A JP61002390 A JP 61002390A JP 239086 A JP239086 A JP 239086A JP H0686332 B2 JPH0686332 B2 JP H0686332B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高強度および高靭性を有し、さらに耐摩耗
性にもすぐれ、特に鋳鉄の切削に切削工具として用いる
のに適したサイアロン基セラミツク工具の製造法に関す
るものである。
性にもすぐれ、特に鋳鉄の切削に切削工具として用いる
のに適したサイアロン基セラミツク工具の製造法に関す
るものである。
従来、鋳鉄の切削に、切削工具としてサイアロン基セラ
ミツク工具が用いられ、このサイアロン基セラミツク工
具が、原料粉末として用意した平均粒径:0.7〜1.5μｍ
を有する窒化けい素（以下、Si3N4で示す）粉末に、同
じくいずれも平均粒径:2μｍ以下を有する、粒成長抑制
成分としての窒化チタン（以下TiNで示す）粉末:5〜30
重量％（以下％は重量％を示す）と、サイアロン形成成
分としての酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）粉
末、またはAl2O3粉末と窒化アルミニウム（以下AlNで示
す）粉末、あるいはAl2O3粉末と第１図のSi3N4−Al2O3
−SiO2−AlN4元系状態図における21R粉末や8H粉末など
のサイアロン中間体粉末:1〜20％と、結合相形成成分と
しての酸化イツトリウム（Y2O3で示す）粉末、酸化マグ
ネシウム（以下MgOで示す）粉末、および希土類元素の
酸化物粉末のうちの１種または２種以上:0.5〜15％を配
合し、混合し、圧粉体にプレス成形した後、１気圧以上
の窒素雰囲気中、1700〜1800℃の温度で焼結することに
よつて製造されている。
ミツク工具が用いられ、このサイアロン基セラミツク工
具が、原料粉末として用意した平均粒径:0.7〜1.5μｍ
を有する窒化けい素（以下、Si3N4で示す）粉末に、同
じくいずれも平均粒径:2μｍ以下を有する、粒成長抑制
成分としての窒化チタン（以下TiNで示す）粉末:5〜30
重量％（以下％は重量％を示す）と、サイアロン形成成
分としての酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）粉
末、またはAl2O3粉末と窒化アルミニウム（以下AlNで示
す）粉末、あるいはAl2O3粉末と第１図のSi3N4−Al2O3
−SiO2−AlN4元系状態図における21R粉末や8H粉末など
のサイアロン中間体粉末:1〜20％と、結合相形成成分と
しての酸化イツトリウム（Y2O3で示す）粉末、酸化マグ
ネシウム（以下MgOで示す）粉末、および希土類元素の
酸化物粉末のうちの１種または２種以上:0.5〜15％を配
合し、混合し、圧粉体にプレス成形した後、１気圧以上
の窒素雰囲気中、1700〜1800℃の温度で焼結することに
よつて製造されている。
しかし、上記の従来サイアロン基セラミツク工具におい
ては、サイアロン結晶の粒成長を抑制する目的で、TiN
を含有するものの、その効果は未だ不十分で、満足する
高強度および高靭性は得られておらず、この結果鋳鉄切
削に際しても、連続切削では比較的短時間で使用寿命に
到り、また断続切削では切刃の送りを比較的小さくして
切削を行なつているのが現状である。
ては、サイアロン結晶の粒成長を抑制する目的で、TiN
を含有するものの、その効果は未だ不十分で、満足する
高強度および高靭性は得られておらず、この結果鋳鉄切
削に際しても、連続切削では比較的短時間で使用寿命に
到り、また断続切削では切刃の送りを比較的小さくして
切削を行なつているのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の
従来サイアロン基セラミツク工具のもつ強度および靭性
の改善をはかるべく研究を行なつた結果、平均粒径:1μ
ｍ以下を有するSi3N4粉末に、オルトチタン酸イソプロ
ピル｛Ti〔（CH3）２・CHO〕４｝、チタンエトキシド
｛Ti（OC2H5）４｝、あるいはチタンオクタデシルオキ
サイド｛Ti〔CH3（CH2）17O〕４などのTi−アルコキシ
ドをTiNに換算して３〜15％の割合で配合し、ついで前
記Si3N4粉末の凝集（２次粒子）をほぐし、微粉末の状
態で分布するようにするために粉砕作用を伴う混合を行
ない、これを１気圧以上の窒素雰囲気中、1000〜1250℃
の温度で加熱処理して製造された、表面がTiN層で被覆
されたSi3N4粉末を、原料粉末として用いると、前記TiN
被覆層がサイアロン結晶の粒成長を著しく抑制し、平均
粒径:1μｍ以下の微細な前記Si3N4粉末と合まつて工具
は微細組織をもつようになり、この結果高強度と高靭性
をもつようになり、さらに耐摩耗性にもすぐれたものと
なり、鋳鉄の切削工具として用いた場合にすぐれた切削
性能を発揮するようになるという知見を得たのである。
従来サイアロン基セラミツク工具のもつ強度および靭性
の改善をはかるべく研究を行なつた結果、平均粒径:1μ
ｍ以下を有するSi3N4粉末に、オルトチタン酸イソプロ
ピル｛Ti〔（CH3）２・CHO〕４｝、チタンエトキシド
｛Ti（OC2H5）４｝、あるいはチタンオクタデシルオキ
サイド｛Ti〔CH3（CH2）17O〕４などのTi−アルコキシ
ドをTiNに換算して３〜15％の割合で配合し、ついで前
記Si3N4粉末の凝集（２次粒子）をほぐし、微粉末の状
態で分布するようにするために粉砕作用を伴う混合を行
ない、これを１気圧以上の窒素雰囲気中、1000〜1250℃
の温度で加熱処理して製造された、表面がTiN層で被覆
されたSi3N4粉末を、原料粉末として用いると、前記TiN
被覆層がサイアロン結晶の粒成長を著しく抑制し、平均
粒径:1μｍ以下の微細な前記Si3N4粉末と合まつて工具
は微細組織をもつようになり、この結果高強度と高靭性
をもつようになり、さらに耐摩耗性にもすぐれたものと
なり、鋳鉄の切削工具として用いた場合にすぐれた切削
性能を発揮するようになるという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであつ
て、原料粉末として用意した平均粒径:1μｍ以下のSi3N
4粉末に、Ti−アルコキシドをTiNに換算した割合で３〜
15％配合し、混合した後、１気圧以上の窒素雰囲気中、
1000〜1250℃の温度で加熱処理して、表面がTiNで被覆
されたSi3N4粉末を形成し、 ついで、この表面被覆Si3N4粉末に、サイアロン形成成
分としてのAl2O3粉末、またはAl2O3粉末とAlN粉末、あ
るいはAl2O3粉末とサイアロン中間体粉末:1〜20％、結
合相形成成分としてのY2O3粉末、MgO粉末、および希土
類元素の酸化物粉末のうちの１種または２種以上:0.5〜
15％を配合し、混合し、圧粉体にプレス成形した後、１
気圧以上の窒素雰囲気中、1700〜1800℃の温度で焼結
（この場合、ホツトプレス法やHIP法を用いて低い温度
での焼結を行なつてもよい）することによつて、高強度
および高靭性を有し、かつ耐摩耗性にもすぐれた鋳鉄切
削用サイアロン基セラミツク工具を製造する方法に特徴
を有するものである。
て、原料粉末として用意した平均粒径:1μｍ以下のSi3N
4粉末に、Ti−アルコキシドをTiNに換算した割合で３〜
15％配合し、混合した後、１気圧以上の窒素雰囲気中、
1000〜1250℃の温度で加熱処理して、表面がTiNで被覆
されたSi3N4粉末を形成し、 ついで、この表面被覆Si3N4粉末に、サイアロン形成成
分としてのAl2O3粉末、またはAl2O3粉末とAlN粉末、あ
るいはAl2O3粉末とサイアロン中間体粉末:1〜20％、結
合相形成成分としてのY2O3粉末、MgO粉末、および希土
類元素の酸化物粉末のうちの１種または２種以上:0.5〜
15％を配合し、混合し、圧粉体にプレス成形した後、１
気圧以上の窒素雰囲気中、1700〜1800℃の温度で焼結
（この場合、ホツトプレス法やHIP法を用いて低い温度
での焼結を行なつてもよい）することによつて、高強度
および高靭性を有し、かつ耐摩耗性にもすぐれた鋳鉄切
削用サイアロン基セラミツク工具を製造する方法に特徴
を有するものである。
つぎに、この発明の方法において、製造条件を上記の通
りに限定した理由を説明する。
りに限定した理由を説明する。
（ａ） Si3N4粉末の平均粒径 セラミツクのサイアロン結晶の粒径に与えるSi3N4粉末
の粒径の影響は大きく、Si3N4粉末の平均粒径が１μｍ
を越えると、焼結後のセラミツクに微細組織を確保する
ことができないことから、その平均粒径を１μｍ以下と
定めた。
の粒径の影響は大きく、Si3N4粉末の平均粒径が１μｍ
を越えると、焼結後のセラミツクに微細組織を確保する
ことができないことから、その平均粒径を１μｍ以下と
定めた。
（ｂ） Ti−アルコキシドの配合量 その配合量が３％未満では、TiN被覆層の形成が不十分
で所望の粒成長抑制効果が得られず、一方その配合量が
15％を越えると、セラミツク工具中のTiN含有量が相対
的に多くなりすぎて、強度および靭性の低下を招くよう
になることから、その配合量を３〜15％と定めた。
で所望の粒成長抑制効果が得られず、一方その配合量が
15％を越えると、セラミツク工具中のTiN含有量が相対
的に多くなりすぎて、強度および靭性の低下を招くよう
になることから、その配合量を３〜15％と定めた。
（ｃ） 加熱処理条件 加熱処理は、微細なSi3N4粉末の表面に、TiN被覆層をで
きるだけ均一に形成するためには、比較的低温で、長時
間かけてゆつくり行なう方が望ましいが、その雰囲気圧
力が１気圧未満でも、その温度が1000℃未満でも、反応
が遅すぎて実用的でなく、一方その温度が1250℃を越え
ると、反応が速く進みすぎて、TiNが凝集し易くなるば
かりでなく、粒成長も起り易くなることから、その条件
を、窒素雰囲気圧力:1気圧以上、温度:1000〜1250℃と
定めた。
きるだけ均一に形成するためには、比較的低温で、長時
間かけてゆつくり行なう方が望ましいが、その雰囲気圧
力が１気圧未満でも、その温度が1000℃未満でも、反応
が遅すぎて実用的でなく、一方その温度が1250℃を越え
ると、反応が速く進みすぎて、TiNが凝集し易くなるば
かりでなく、粒成長も起り易くなることから、その条件
を、窒素雰囲気圧力:1気圧以上、温度:1000〜1250℃と
定めた。
（ｄ） その他の条件 Si3N4粉末以外の原料粉末の平均粒径を２μｍ以下とし
たのは、その平均粒径が２μｍを越えると、微細組織の
セラミツクを製造するのが困難となるからであり、また
サイアロン形成成分の含有量を１〜20％と限定したの
は、その含有量が１％未満ではサイアロンの形成が不十
分であり、一方その含有量が20％を越えると、これらの
成分が多量に残留するようになつてセラミツク特性が低
下するようになるという理由によるものであり、さらに
結合相形成成分の含有量を0.5〜15％と限定したのは、
その含有量が0.5％未満では、焼結中の液相の量が少な
すぎて焼結が進行せず、一方その含有量が15％を越える
と、焼結時に形成されるガラス相が多くなりすぎて、軟
質となり、強度が低下するようになるという理由による
ものである。
たのは、その平均粒径が２μｍを越えると、微細組織の
セラミツクを製造するのが困難となるからであり、また
サイアロン形成成分の含有量を１〜20％と限定したの
は、その含有量が１％未満ではサイアロンの形成が不十
分であり、一方その含有量が20％を越えると、これらの
成分が多量に残留するようになつてセラミツク特性が低
下するようになるという理由によるものであり、さらに
結合相形成成分の含有量を0.5〜15％と限定したのは、
その含有量が0.5％未満では、焼結中の液相の量が少な
すぎて焼結が進行せず、一方その含有量が15％を越える
と、焼結時に形成されるガラス相が多くなりすぎて、軟
質となり、強度が低下するようになるという理由による
ものである。
なお、焼結条件は通常の条件であつて、これらの条件を
満足することによつて所望のセラミツク工具を製造する
ことができるのである。
満足することによつて所望のセラミツク工具を製造する
ことができるのである。
つぎに、この発明の方法を実施例により具体的に説明す
る。
る。
まず、平均粒径:0.7μｍを有するSi3N4粉末を用い、こ
れよりそれぞれ第１表に示される条件で表面被覆Si3N4
粉末を製造し、ついで、この表面被覆Si3N4粉末と、い
ずれも0.6〜１μｍの範囲内の平均粒径を有し、かつ第
１表に示される種類のサイアロン形成成分および結合相
形成粉末を、原料粉末として用い、これらを同じく第１
表に示される配合組成に配合し、ボールミルにて72時間
湿式混合し乾燥した後、通常の条件で圧粉体にプレス成
形し、ついで同じく第１表に示される条件で焼結するこ
とによつて本発明セラミツク工具１〜10をそれぞれ製造
した。
れよりそれぞれ第１表に示される条件で表面被覆Si3N4
粉末を製造し、ついで、この表面被覆Si3N4粉末と、い
ずれも0.6〜１μｍの範囲内の平均粒径を有し、かつ第
１表に示される種類のサイアロン形成成分および結合相
形成粉末を、原料粉末として用い、これらを同じく第１
表に示される配合組成に配合し、ボールミルにて72時間
湿式混合し乾燥した後、通常の条件で圧粉体にプレス成
形し、ついで同じく第１表に示される条件で焼結するこ
とによつて本発明セラミツク工具１〜10をそれぞれ製造
した。
また、比較の目的で、表面被覆Si3N4粉末に代つて、平
均粒径:0.7μｍを有するSi3N4粉末、および同２μｍのT
iN粉末を用い、さらに上記のサイアロン形成粉末と結合
相形成粉末を用い、これらをそれぞれ第２表に示される
配合組成に配合し、ボールミルにて72時間湿式混合し、
乾燥した後、通常の条件で圧粉体にプレス成形し、つい
で同じく第２表に示される条件にて焼結することによつ
て従来セラミツク工具１〜３をそれぞれ製 造した。
均粒径:0.7μｍを有するSi3N4粉末、および同２μｍのT
iN粉末を用い、さらに上記のサイアロン形成粉末と結合
相形成粉末を用い、これらをそれぞれ第２表に示される
配合組成に配合し、ボールミルにて72時間湿式混合し、
乾燥した後、通常の条件で圧粉体にプレス成形し、つい
で同じく第２表に示される条件にて焼結することによつ
て従来セラミツク工具１〜３をそれぞれ製 造した。
つぎに、この結果得られた本発明セラミツク工具１〜10
および従来セラミツク工具１〜３について、強度および
靭性を評価する目的で、JIS規格の３点曲げによる抵抗
力を測定すると共に、 被削材:FC25の丸棒、 切削速度:350m/min、 送り:0.45mm/rev.、 切込み:2mm、 の条件での鋳鉄連続高速切削試験、並びに、 被削材:FC25の角材、 切削速度:150m/min、 送り：変化、 切込み:2mm、 の条件での鋳鉄断続切削試験を行ない、前者の試験では
切刃の逃げ面摩耗幅が0.3mmに至るまでの切削時間を測
定し、また後者の試験では切刃に欠損が発生する送り量
を測定した。これらの結果を第３表に示した。
および従来セラミツク工具１〜３について、強度および
靭性を評価する目的で、JIS規格の３点曲げによる抵抗
力を測定すると共に、 被削材:FC25の丸棒、 切削速度:350m/min、 送り:0.45mm/rev.、 切込み:2mm、 の条件での鋳鉄連続高速切削試験、並びに、 被削材:FC25の角材、 切削速度:150m/min、 送り：変化、 切込み:2mm、 の条件での鋳鉄断続切削試験を行ない、前者の試験では
切刃の逃げ面摩耗幅が0.3mmに至るまでの切削時間を測
定し、また後者の試験では切刃に欠損が発生する送り量
を測定した。これらの結果を第３表に示した。
第３表に示される結果から、本発明セラミツク工具１〜
10は、いずれも従来セラミツク工具１〜３に比して一段
と高い強度および靭性を示し、さらに鋳鉄の切削でもす
ぐれた切削性能を示すことが明らかである。
10は、いずれも従来セラミツク工具１〜３に比して一段
と高い強度および靭性を示し、さらに鋳鉄の切削でもす
ぐれた切削性能を示すことが明らかである。
上述のように、この発明の方法によれば、Ti−アルコキ
シドを用い、表面をTiNで被覆したSi3N4粉末を原料粉末
として使用することによつて、高強度および高靭性を有
し、かつ耐摩耗性にもすぐれたサイアロン基セラミツク
工具を製造することができ、特にこれを鋳鉄の切削に切
削工具として用いた場合にはすぐれた切削性能を長期に
亘つて発揮するなど工業上有用な効果がもたらされるの
である。
シドを用い、表面をTiNで被覆したSi3N4粉末を原料粉末
として使用することによつて、高強度および高靭性を有
し、かつ耐摩耗性にもすぐれたサイアロン基セラミツク
工具を製造することができ、特にこれを鋳鉄の切削に切
削工具として用いた場合にはすぐれた切削性能を長期に
亘つて発揮するなど工業上有用な効果がもたらされるの
である。
第１図は、Si3N4−Al2O3−SiO2−AlNの４元系状態図で
ある。
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 孝 埼玉県大宮市北袋町１丁目297 三菱金属 株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−3073（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】原料粉末として用意した平均粒径:1μｍ以
下の窒化けい素粉末に、Ti−アルコキシドを窒化チタン
に換算した割合で３〜15重量％配合し、混合した後、１
気圧以上の窒素雰囲気中、1000〜1250℃の温度で加熱処
理して、表面が窒化チタンで被覆された窒化けい素粉末
を形成し、 ついで、この表面被覆窒化けい素粉末に、いずれも平均
粒径:2μｍ以下を有する、サイアロン形成成分としての
酸化アルミニウム粉末、または酸化アルミニウム粉末と
窒化アルミニウム粉末、あるいは酸化アルミニウム粉末
とサイアロン中間体粉末:1〜20重量％と、結合相形成成
分としての酸化イツトリウム粉末、酸化マグネシウム粉
末、および希土類元素の酸化物粉末のうちの１種または
２種以上:0.5〜15重量％を配合し、混合し、圧粉体にプ
レス成形した後、１気圧以上の窒素雰囲気中、1700〜18
00℃の温度で焼結することを特徴とする高強度および高
靭性を有する鋳鉄切削用サイアロン基セラミツク工具の
製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61002390A JPH0686332B2 (ja) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | 鋳鉄切削用サイアロン基セラミツク工具の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61002390A JPH0686332B2 (ja) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | 鋳鉄切削用サイアロン基セラミツク工具の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62162673A JPS62162673A (ja) | 1987-07-18 |
| JPH0686332B2 true JPH0686332B2 (ja) | 1994-11-02 |
Family
ID=11527905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61002390A Expired - Lifetime JPH0686332B2 (ja) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | 鋳鉄切削用サイアロン基セラミツク工具の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0686332B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4770673A (en) * | 1987-10-09 | 1988-09-13 | Corning Glass Works | Ceramic cutting tool inserts |
| JPH04362066A (ja) * | 1991-06-10 | 1992-12-15 | Toshiba Corp | セラミックス焼結体の製造方法 |
| JP2680938B2 (ja) * | 1991-02-13 | 1997-11-19 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素系複合焼結体の製造方法 |
-
1986
- 1986-01-09 JP JP61002390A patent/JPH0686332B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62162673A (ja) | 1987-07-18 |
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