JPH076023B2

JPH076023B2 - 超硬質複合材料

Info

Publication number: JPH076023B2
Application number: JP11175988A
Authority: JP
Inventors: 耕司新田
Original assignee: 小野田セメント株式会社
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1988-05-09
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH01283331A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の技術分野）本発明は超硬質複合材料に関するものである。更に詳し
くいえば、切削工具用材料として特にすぐれた性質を有
する、炭化物を基とする超硬質複合材料に関するもので
ある。

（従来の技術）特に切削工具などに使用する超硬質複合材料としては、
炭化タングステンを主成分とする超硬質合金とか、炭化
チタンを主成分とするサーメット、又はアルミナを主成
分とするセラミックス等が知られている。

さらに、超硬質合金に、TiN,TiC,Al₂O₃等を被覆して成
る複合材料が開発され、切削工具などの分野で実用化さ
れて来ている。

このように、この分野において、多岐にわたって各種の
材料が開発され、又は提案されているが、その主流は炭
化タングステン−コバルト系のものが占めている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、炭化タングステンやコバルトは戦略物質
であり、かつその産出国が限られており、市場が不安定
であることから、将来にわたって安定した供給を期待す
ることが難しいという問題がある。このため、これに代
る材料による超硬質材料が待望され、これを開発すべく
研究が行われている。

本発明者は、このような超硬質材料として、セラミック
ス複合材料の立場から鋭意開発研究を進めて来た。本発
明は、セラミックスを主成分とする超硬質複合材料を提
供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明者は、ニッケル被覆した炭化珪素ウィスカーを使
用することにより、超硬質材料としてすぐれた性質を有
する複合材料を得ることができることを見出した。

炭化珪素は、窒化珪素，アルミナ，ジルコニアと並んで
４大構造材料の１つとして知られており、抜群の硬さを
有し、かつ高温強度，高温耐酸化性など高温におけるす
ぐれた物性を有しているが、一般のセラミックスにおけ
ると同様に脆く、又金属とのヌレ性が悪い。脆さという
欠点を克服するためには、靭性の大きい金属との複合材
料とすることが考えられるが、金属中に炭化珪素粒子を
分散させても、結合相との付着性が悪いため、たとえば
切削工具用材料として使用する場合、刃先が欠損するな
どの問題がある。

本発明者は、このような、炭化珪素のもろさを改善し、
しかも結合相との付着性を改善し、切削工具用材料とし
て利用する場合に何等問題の起らない材料を得るために
は、前述したような、ニッケルで被覆した炭化珪素ウィ
スカーを使用することが非常に効果的であることを見出
し本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、ニッケルで被覆した炭化珪素ウィスカー :10〜40重量％炭化チタン :10〜50重量％炭化モリブデン :5〜30重量％炭化タングステン :5〜20重量％ニッケル又はニッケルの50重量％以下をコバルトで置換
したもの :10〜50重量％から成ることを特徴とする超硬質複合材料に関するもの
である。

ニッケルで被覆した炭化珪素ウィスカーを使用する前記
の超硬質複合材料は、すぐれた硬さを有し、高温強度，
高温耐酸化性など高温における物性がすぐれている外、
もろさが改善され、切削工具材料として使用した場合に
おいても、鋼切削寿命時間，抗折力などの諸性質もすぐ
れたものとなる。しかも、ニッケルで被覆した炭化珪素
ウィスカーを使用することにより、結合相のニッケル又
はニッケル−コバルトとの結合力が強固となる。このた
め、従来、炭化珪素を含む材料においては困難とされて
いた、切削工具材料用途においても十分活用できるもの
となる外、各種超硬質材料、たとえば耐摩耗性材料，耐
熱性材料などの用途にも使用可能な材料が得られる。

表面にニッケル被覆を形成させるべき炭化珪素ウィスカ
ーは、α型，β型またはα／β混合型のいずれの結晶形
を有するものでもよく、平均径が５μｍ以下、平均長さ
が10〜100μｍのものが適当である。このような炭化珪
素ウィスカーの表面上に、２μｍ以下の厚さの被覆を形
成させたものを使用する。被覆を形成する方法は特定の
方法でなければならない理由はない。たとえば、通常の
無電解メッキ方法などによって被覆を形成することがで
きる。

ニッケルで被覆した炭化珪素ウィスカーを前述の割合
（重量％、以下単に％で示す）で炭化チタン，炭化モリ
ブデン，炭化タングステン，ニッケル又はニッケルを50
％以下コバルトで置換したものと混合する。得られた混
合物を成形後たとえばホットプレスにより通常は1300〜
1500℃の範囲内で加熱焼成することにより本発明の超硬
質複合材料を得る。

なお、炭化チタン，炭化モリブダン，炭化タングステ
ン，ニッケル，コバルトは平均粒径0.5〜２μｍのもの
を使用するのが好ましい。

ニッケルで被覆した炭化珪素ウィスカーは、10〜40％の
範囲内でなければならない。10％を下回ると添加効果が
少く、特に高温強度が低下する。一方40％を超えると、
靭性が低下するため好ましくない。炭化チタンは10〜50
％の範囲内におさめる。炭化チタンは、、炭化珪素ウィ
スカーと共に、本素材の母材を構成するもので、抜群の
硬さを有するものであり、10％より少い量では十分な硬
度が得られず、一方50％を超えると靭性の低下が目立
ち、いずれも好ましくない。炭化モリブデンは５〜30％
の添加量とする。炭化モリブデンは炭化物の粒成長を抑
制し、かつ炭化物とニッケル，コバルトとの間のヌレ性
改善に寄与する。５％より少ないときは添加効果が少な
く、30％を超えると、硬度の低下が見られる。又炭化タ
ングステンを５〜20％添加するのは、焼結性を向上させ
るためである。

本発明の超硬質複合材料において、ニッケル単独、又は
その50％以下をコバルトで置換したものを結合相とす
る。結合相の割合は10〜50％の範囲とするのが適当であ
り、結合相が10％より減少すると靭性の低下を来すこと
となり好ましくない。一方50％を超えると硬度が低下す
る傾向がありやはり好ましくない。このため、結合相の
割合は10〜50％の範囲内とすることが好ましい。結合相
におけるニッケルの50％以下をコバルトで置換すること
が可能であるが、10〜50％程度にとどめるのが好まし
い。

（実施例）次に具体的な実施例を記載することにより本発明を更に
詳細に説明する。

（実施例１〜８、比較例１〜３）第１表に示した各種材料を、同表に示した割合（％）で
混合した。

炭化珪素ウィスカーは、平均径３μｍ、平均長さ50μｍ
の市販品のα／β混合型を使用し、その表面上に、塩化
ニッケル，次亜燐酸ソーダ，及びクエン酸等を含有する
液を使用して無電解メッキにより0.1〜１μｍの厚さの
ニッケル被覆を形成した。このニッケル被覆炭化珪素ウ
ィスカーをトルエンで分散，過して混合用試料とし
た。

炭化チタン，炭化モリブデン及び炭化タングステンの各
種炭化物及びニッケル又はコバルトは、それぞれ、平均
粒径1.0〜1.3μｍの市販品を使用した。

炭化物及び金属原料を第１表に示した割合（％）に配合
し、トルエンに分散し、ボールミルで３日間粉砕混合し
た後、前述のニッケル被覆炭化珪素ウィスカーと混合し
た。

このようにして得た混合物を乾燥し、１トン/cm²でシン
グルプッシュ方式で成形した後1.5トン/cm²でCIP成形を
行った。成形体をホットプレスで1450℃,200kg/cm²の条
件下で、真空雰囲気中で１時間保持して焼結した。

得られた焼結体をSNGN432型（CIS規格）の切削チップに
加工した。この切削チップについて、それぞれの切刃の
逃げ面摩耗幅0.2mm基準で寿命時間を測定した。この測
定結果をあわせて第１表にまとめて示す。この測定条件
は下記のとおりである。

被削材 FCD45 切削速度 250m/分切り込み 1.5mm 送り速度 0.3mm/rev. 実施例及び比較例の結果が示すとおり、本発明におい
て、ニッケル被覆を施した炭化珪素を所定の組成範囲で
使用して得た硬質複合材料は、比較例に示される如き材
料に比べ、すぐれた切削部材としての性質を有する。

（発明の効果）本発明により、すぐれた切削性能を有する複合材料を提
供することが可能となった。

本発明の超硬質複合材料は、切削部材としての用途の
外、耐摩耗性材料例えば精密工作機械部材材料、あるい
は耐熱性材料例えば熱交換機，ガスタービン部材として
の用途にも使用することができるすぐれた材料である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ニッケルで被覆した炭化珪素ウィスカー:1
0〜40重量％炭化チタン :10〜50重量％炭化モリブデン :5〜30重量％炭化タングステン :5〜20重量％ニッケルまたはニッケルの50重量％以下をコバルトで置
換したもの :10〜50重量％から成ることを特徴とする超硬質複合材料。