JPH0780709A - セラミック切削工具及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度黒鉛鋳鉄の切削に十分対応できる耐摩
耗性及び耐欠損性に優れたセラミックス製切削工具、及
びその製造方法を提供する。 【構成】 Al₂ Ｏ₃ が５〜３０容量％で、ZrＯ₂ が１〜
１２容量％で、SiＣウィスカーが３〜４０容量％であ
り、残部実質的に平均粒径２μｍ以下のTiＣからなるセ
ラミック切削工具であり、SiＣウィスカーの平均直径及
び平均長さがそれぞれ０．１〜１μｍ及び２〜５０μｍ
であり、かつSiＣウィスカーの５０％以上がα型の結晶
構造又はβ型の結晶構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミック切削工具及び
その製造方法に関し、詳しくはマルチ強化した炭化チタ
ン−アルミナ−ジルコニア−炭化珪素ウィスカーからな
り、高速切削時での耐欠損性及び耐摩耗性に優れた切削
工具及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
切削加工技術は工作機械の高精度化、高機能化により著
しく変革を遂げている。また切削加工業界においても、
それに伴って能率と精度を高めること、特に高能率化が
強く求められている。自動車産業においては特に軽量化
が指向され、高強度の材料で薄肉化してゆくという方策
が取られる傾向にあり、よって、被削材も高強度化さ
れ、重要な素形材の一つである球状黒鉛鋳鉄も引張強度
４０ｋｇ／ｍｍ² （ＦＣＤ４０）レベルから６０ｋｇ／
ｍｍ² （ＦＣＤ６０）、７０ｋｇ／ｍｍ² （ＦＣＤ７
０）、さらに１００ｋｇ／ｍｍ² （ＦＣＤ１００）レベ
ルのものまで出現し始めている。従って、高強度の被削
材をより高速で切削することが求められ、工具性能に対
する要求もより厳しさを増している。

【０００３】一般に、工具材料としてはＷＣやＴｉＣを
ＣｏやＮｉ等の金属で結合した超硬合金やサーメット、
またそれらの表面を化学的に安定なAl₂ Ｏ₃ 等でコーデ
ィングしたもの、さらには高温特性の優れたセラミック
スのAl₂ Ｏ₃ 、Al₂ Ｏ₃ −ＴｉＣ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、Al₂ Ｏ
₃ −ＳｉＣウイスカー系セラミックスが使用されてい
る。しかし、前述した引張強度６０ｋｇ／ｍｍ² 以上の
球状黒鉛鋳鉄をセラミックス工具を用いて切削しようと
すると、Al₂ Ｏ₃ やAl₂ Ｏ₃ −ＴｉＣ系工具では欠損、
ＳＩ₃ Ｎ₄ やAl₂ Ｏ₃ −ＳｉＣウイスカー系工具では反
応による摩耗が問題となる。このように現状のセラミッ
クス切削工具では満足した状態で使用されていないとい
うのが実情である。そのため、これらの高強度球状黒鉛
鋳鉄の切削は、コーディング工具やサーメット工具を用
いて比較的低速度で行われており、従って高速切削が可
能で、耐摩耗性及び耐欠損性に優れた切削工具に対して
強いニーズが存在する。

【０００４】球状黒鉛鋳鉄の切削を目的とした切削工具
としては、鉄系被削材に対して耐摩耗性の観点で高温硬
度に優れたＴｉＣをマトリックスとしてAl₂ Ｏ₃ を添加
した複合セラミックスが一部上市されている。その外
に、Al₂ Ｏ₃ だけでなく、さらにＳｉＣウイスカーで強
化した複合セラミックスについても検討されているが、
まだ実用の域に達したとは言えないのが実情である。

【０００５】例えば、特開昭６１−２６５６４号には、
ＴｉＣ−Al₂ Ｏ₃ 複合セラミックスにおいて、ＭｇＯ、
ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、ＮｉＯ等の焼結助剤を加
え、かつＴｉＣの一部をＴｉで置換した原料から焼結す
る製造方法が開示されている。また、特開昭６３−２２
５５７９号には、ＴｉＣ−Al₂ Ｏ₃ −ＳｉＣウイスカー
複合セラミックスに、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、Ｚｒ
Ｏ₂ 、ＮｉＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ等の焼結助剤を加えた
セラミックス工具材料、またＴｉＣの一部がＴｉ、又は
ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の炭化物、窒化物、酸化
物、ホウ化物から選ばれたもので置換されたセラミック
ス工具材料が開示されている。

【０００６】しかしながら、本発明者らの研究によれ
ば、特開昭６１−２６５６４号のＴｉＣ−Al₂ Ｏ₃ 複合
セラミックスではまだ耐欠損性が十分ではない。また特
開昭６３−２２５５７９号には、１〜２．５μｍの粒径
のＴｉＣを原料としてホットプレス焼結法で１８００〜
１９５０℃の焼結温度で焼結することが開示されている
のみである。このような製法ではＴｉＣマトリックスの
粒径が比較的粗大で、高強度球状黒鉛鋳鉄を高速切削し
た場合、十分な耐摩耗性が得られていないのが現実であ
る。

【０００７】したがって、本発明の目的は、高強度黒鉛
鋳鉄の切削に十分対応できる耐摩耗性及び耐欠損性に優
れたセラミックス製切削工具、及びその製造方法を提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】切削工具としての特性評
価として、特に鉄系の材料を被削材とした切削試験にお
ける逃げ面の摩耗を例にとると、例えば、勝村らが「粉
体及び粉末冶金」（Journal of the Japan Society
of Powder and Metallurgy、ｖｏｌ．１３７、Ｎ
ｏ．７、１０８２〜１０８７頁、１９９０）に報告して
いるように、Al₂Ｏ₃ −SiＣ粒子からなる切削工具の方
が、Al₂ Ｏ₃ −SiＣウィスカーからなる切削工具よりも
耐摩耗性が優れている。これは、耐摩耗性の向上に関し
ては、切削工具材中のセラミック組織はなるべく微細な
方が良いことを意味していると思われる。

【０００９】また、本発明者の一人が「バウンダリー」
（ｖｏｌ．５、Ｎｏ．８、４４〜４７頁、１９８９）に
報告しているように、Al₂ Ｏ₃ −ＺｒＯ₂ −ＳｉＣウイ
スカー複合セラミックスにおいては、焼結の過程でＺｒ
Ｏ₂ がＳｉＣウイスカーに接触する傾向にあり、十分微
細な一次粒子を持つＺｒＯ₂ 原料を使った場合、ＳｉＣ
ウイスカーの径に対応したサイズで分布していることが
観測され、ＺｒＯ₂ の微細分散を考慮すると、ＳｉＣウ
イスカーは細径の方が好ましい。

【００１０】一方、ウィスカーをセラミックス中に導入
して複合化すると、基本的には高靭化を達成することが
できるが、Ｐ．Ｆ．Beocher 等が「Journal of America
n Ceramic Society 」（ｖｏｌ．７１、Ｎｏ．１２、１
０５０〜１０６１頁、１９８８）に報告しているよう
に、ウィスカー強化セラミックス（複合体）の破壊靭性
の増加ΔＫは、一般に式 ΔＫ＝σ_f 〔Ｖ_f ・ｒ・Ｅ^c ・Ｇ^m ／６（１−ν² ）Ｅ
^w ・Ｇⁱ 〕^1/2 で表すことができる。ここで、σ_f はウィスカーの破壊
強度であり、Ｖ_f はウィスカーの体積率であり、ｒはウ
ィスカーの半径であり、Ｅ^c は複合体のヤング率であ
り、Ｇ^m はマトリックスの歪みエネルギー解放速度であ
り、νは複合体のポアソン比であり、Ｅ^w はウィスカー
のヤング率であり、そしてＧⁱ はウィスカー／マトリッ
クス界面の歪みエネルギー解放速度である。

【００１１】この式によれば、ウィスカーの配合量を
（体積率で）同一とすれば、ウィスカーの破壊強度が高
く、またウィスカー径が大きいほどセラミック複合体の
破壊靭性が向上することになる。

【００１２】ところが、実際にはウィスカー内部には欠
陥が存在することがあるので、Ａ．Kelly の“Strong
Solids" （Oxford University Press,1966）にも述べ
られているように、径の小さなウィスカーほど内部に欠
陥を有する確率が小さく、もって強度も大きいことが期
待される。

【００１３】また、上記の書にあるように、高強度のウ
ィスカーは本質的に表面が平滑である。SiＣウィスカー
におけるα型（六方晶）、β型（立方晶）の２結晶型を
比較すると、ｃ軸方向に成長するα型ウィスカーの方が
表面が平滑になる傾向が強い。また、β型でも成長方向
にたくさんの積層欠陥（不整）をもつもの（ｘ線回折パ
ターンでは通常のβ型結晶で表れる２θ＝４１．４°の
ピークが現れず、２θ＝３３．６°のピークが現れる）
も真直性に優れ、表面が平滑になることが観察されてい
る。このようなウィスカーは通常のβ型結晶構造を有す
るウィスカーより高強度である。

【００１４】以上の点を考慮して切削工具について鋭意
研究の結果、本発明者らは、ＴｉＣセラミックスの中に
Al₂ Ｏ₃ 、ZrＯ₂ とSiＣウィスカーを導入する系を選択
し、SiＣウィスカーとしては、耐欠損性の観点からSiＣ
ウィスカー自身の破壊強度が高いもの、即ち基本的には
α型のものか、又はβ型でも、たくさんの不整をもつも
のを選択し、また、耐摩耗性の観点からは、セラミック
複合体の組織をなるべく微細にすること、すなわち、微
細なＴｉＣ、Al₂ Ｏ₃ 、ZrＯ₂ の原料粉末と、径の細い
SiＣウィスカーとし、また、その製造に当たっては、焼
結の条件を精密に制御して微細なセラミック組織とすれ
ば、耐欠損性及び耐摩擦性に優れたセラミック切削工具
を得ることができることを発見し、本発明に想到した。

【００１５】すなわち、TiＣ、Al₂ Ｏ₃ 、SiＣウィスカ
ー及びZrＯ₂ からなる本発明のセラミック切削工具は、
Al₂ Ｏ₃ が５〜３０容量％で、ZrＯ₂ が１〜１２容量％
で、SiＣウィスカーが３〜４０容量％であり、残部実質
的に平均粒径２μｍ以下のTiＣからなり、前記SiＣウィ
スカーの平均直径及び平均長さがそれぞれ０．１〜１μ
ｍ及び２〜５０μｍであり、かつ前記SiＣウィスカーの
５０％以上がα型の結晶構造又はβ型の結晶構造である
ことを特徴とする。

【００１６】また、本発明のセラミック切削工具の製造
方法は、(a) 平均粒径１μｍ以下のTiＣ粉末と、(b) 平
均粒径１μｍ以下のAl₂ Ｏ₃ 粉末と、(c) ZrＯ₂ 粉末
と、(d) 平均直径及び平均長さがそれぞれ０．１〜１μ
ｍ及び２〜５０μｍであり、かつ５０％以上がα型の結
晶構造又はβ型の結晶構造であるSiＣウィスカーとを含
有する原料粉末を用い、１５００〜１８００℃の温度か
つ１５０〜５００kg／cm² の圧力で、３０分〜１０時間
の加圧焼結を行なうことを特徴とする。

【００１７】以下本発明を詳細に説明する。

【００１８】本発明では、平均直径が０．１〜１μｍ
で、平均長さが２〜５０μｍのSiＣウィスカーを用い
る。SiＣウィスカーの平均直径が０．１μｍ未満では、
靭性と強度の向上が十分でなく、また１μｍより大きい
ものを用いると、複合セラミックスの微細構造がそれほ
ど細かくならず、その結果耐摩耗性に劣るようになる。
また、SiＣウィスカーの平均長さが２μｍ未満である
と、ウィスカーによる強度の向上が十分とならない。一
方、平均長さが５０μｍを超えると、焼結体中に欠陥を
導入する確率が高くなり、もって複合体の強度が低下す
る。

【００１９】好ましくは、平均直径が０．２〜０．８μ
ｍ、より好ましくは０．４〜０．６μｍ程度で、平均長
さが１０〜４０μｍ、より好ましくは３０μｍ程度のSi
Ｃウィスカーを用いる。

【００２０】また、本発明では、用いるSiＣウィスカー
のうち、少なくとも５０％以上がα型の結晶構造、又は
ｘ線回折パターンにおいて２θ＝３３．６°にピークを
有し、２θ＝４１．４°に実質的にピークを有しないβ
型の結晶構造、すなわち成長方向にたくさんの積層欠陥
（不整）をもつβ型の結晶構造からなるものとする。α
型の結晶構造、又はたくさんの不整をもつβ型の結晶構
造を有するSiＣウィスカーが５０％未満であると、切削
工具の強度及び靭性の向上がみられない。好ましくはSi
Ｃウィスカーの８０％以上をα型、又はたくさんの不整
をもつβ型のものとする。

【００２１】なお、後述するように、本発明におけるセ
ラミックマトリックス中にはZrＯ₂が分散されている
が、ZrＯ₂ はSiＣウィスカーに接触して分散する傾向が
あるので、上述したような比較的小さなSiＣウィスカー
を用いることによりZrＯ₂ の分散状態も良好となり、微
細な組織を有する複合セラミックスを得ることができ
る。これにより、切削工具としての耐摩耗性が大幅に向
上する。

【００２２】本発明では、ＴｉＣマトリックスにAl₂ Ｏ
₃ 、ZrＯ₂ とSiＣウィスカーを同時に複合し、マルチタ
フニングによりセラミックスの高靭化が達成できる。Al
₂ Ｏ₃ の複合は第二相の分散によるクラック相互作用
（クラックデフレクション或はクラックバウイング）の
高靭化効果をもたらす。またＴｉＣの焼結助剤としての
作用もある。ZrＯ₂ の高靭化機構はZrＯ₂ の変態（立方
晶から単斜晶マルテンサイトへの変態）により破壊のエ
ネルギー（クラックの発生時のエネルギー）が吸収され
ることによる。また、クラック後方（クラックが走る方
向に対してクラック先端部より後方）のZrＯ₂ の変態領
域内ではウィスカーへの圧縮応力が大きくなり、ウィス
カーのブリッジングメカニズムをより強力とする付加的
効果が得られる。さらに、Al₂ Ｏ₃ とZrＯ₂ の複合は低
温焼成を可能にし、マトリックスの粒成長を抑制して組
織の微細化を達成することができる。

【００２３】ＴｉＣ、Al₂ Ｏ₃ 、ZrＯ₂ の原料粉末は、
耐摩耗性の向上を図る観点でセラミックスマトリックス
をできるだけ微細にするため、平均粒径１μｍ以下とす
る。１μｍ以上の原料粉末を用いると、複合セラミック
スの組織が粗大化し、耐摩耗性が劣るようになる。好ま
しくは、特にＴｉＣの平均粒径０．２〜０．５μｍの原
料粉末を用いる。

【００２４】各成分の配合は以下の通りとする。Ｔｉ
Ｃ、Al₂ Ｏ₃ 、ZrＯ₂ 及びSiＣウィスカーの合計を１０
０容量％として、Al₂ Ｏ₃ を５〜３０容量％、ZrＯ₂ を
１〜１２容量％、SiＣウィスカーを３〜４０容量％、及
び残部実質的にＴｉＣとする。

【００２５】Al₂ Ｏ₃ が５容量％未満であれば、クラッ
ク相互作用による高靭化が十分ではなく、又切削工具を
形成する緻密な複合セラミックスが得られにくくなる。
一方、一方、３０容量％を超す量のAl₂ Ｏ₃ を配合する
と、相対的に高温硬度に優れたＴｉＣの量が減少するの
で、切削工具の耐摩耗性が低下する。好ましくはAl₂Ｏ
₃ の量を１０〜２５容量％とする。

【００２６】また、ZrＯ₂ が１容量％未満であれば、最
終的に得られる複合セラミックスの靭性及び強度の増加
が期待できない。さらに、セラミック組織の微細化が不
十分となり、耐摩耗性にも劣るようになる。一方、ZrＯ
₂ を１２容量％を超す量配合すると、複合セラミックス
の硬度が低下し、切削工具として十分な耐摩耗性を有さ
ない。好ましくはZrＯ₂ の量を２〜１０容量％とする。

【００２７】さらに、SiＣウィスカーの量が３容量％未
満では、切削工具を形成する複合セラミックスの強度及
び靭性の向上が十分とならない。一方、４０容量％を超
す量のSiＣウィスカーを配合すると、被削材の球状黒鉛
鋳鉄との反応により、切削工具の耐摩耗性が低下する。
好ましくは、SiＣウィスカーを８〜３５容量％とする。
そのうち、耐摩耗性を重視する場合は８〜２０容量％、
耐欠損性を重視する場合は２０〜３５容量％とする。

【００２８】上記の成分比からなる原料を焼結してなる
セラミックス中のＴｉＣの平均粒径は２μｍ以下である
ことが望ましい。平均粒径が２μｍを超えると耐摩耗性
が低下する。なお、セラミックス中のＴｉＣの平均粒径
を２μｍ以下とするには、上述した量の配合で、かつ平
均粒径１μｍ以下の原料粉末を用い、後述する製造方法
により焼結すればよい。

【００２９】次に、ＴｉＣ−Al₂ Ｏ₃ −ZrＯ₂ −SiＣウ
ィスカー複合セラミックスの製造方法について説明す
る。

【００３０】まず、原料となるＴｉＣ粉、Al₂ Ｏ₃ 粉、
ZrＯ₂ 粉、及び上述した規格のSiＣウィスカーを所定量
取り、これを混合する。混合はボールミル等により十分
に（たとえば４８時間以上）行うのがよい。平均粒径が
１μｍ以上ある原料粉末から始めるときは、最初にＴｉ
Ｃ粉、Al₂ Ｏ₃ 粉、ZrＯ₂ 粉とをアトライタ等で十分粉
砕し、その後SiＣウィスカーを加え、ボールミルで混合
してもよい。

【００３１】また、この混合粉に、焼結助剤としてＭｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＮｉＯ、ＴｉＯ₂ 等
の酸化物を添加してもよい。

【００３２】なお、原料となるZrＯ₂ として、Ｙ
₂ Ｏ₃ 、ＣａＯ、ＨｆＯ₂ 等で部分的に安定化したもの
を用いてもよい。

【００３３】次に、得られた混合粉を乾燥後、所望の形
状の型に入れ、１５０〜５００kg／cm² の圧力を加えな
がら、１５００〜１８００℃で、３０分〜１０時間の加
圧焼結を行う。

【００３４】圧力が１５０kg／cm² 未満の焼結では、切
削工具として実用に耐えるほどには緻密化しない。ま
た、圧力を５００kg／cm² を超えても効果に差がでない
ので上限を５００kg／cm² とする。

【００３５】一方、焼結温度については、１５００℃未
満とするとセラミックスの緻密化が達成できない。ま
た、１８００℃を超す温度で焼結すると、ＴｉＣマトリ
ックスが粒成長してしまい、微細な結晶構造を達成する
ことができず、その結果耐摩耗性が低下する。このよう
に、本発明の方法では、焼結を比較的低い温度で行うこ
とが重要であり、これによってセラミックス中のＴｉＣ
マトリックスの平均粒径を好ましくは２μｍ以下に抑え
る。

【００３６】また、焼結時間を３０分未満とすると、セ
ラミックスの緻密化が達成できない。一方、１０時間を
超す焼結時間とすると、ＴｉＣマトリックスが粒成長し
てしまい、耐摩耗性が低下する。

【００３７】次いで、得られた焼結体を公知の方法によ
り研削加工して、目的の切削工具を作製する。

【００３８】

【実施例】以下の具体的実施例により、本発明をさらに
詳細に説明する。

【００３９】実施例１ ＴｉＣ（平均粒径０．２７μｍ）が６０容量％、α−Al
₂ Ｏ₃ （平均粒径０．７μｍ）が１０容量％、Ｙ₂ Ｏ₃
を２モル％含有する部分安定化ZrＯ₂ （平均粒径０．４
５μｍ）が５容量％、及びSiＣウィスカー（平均直径
０．４μｍ、平均長さ３０μｍ、α型の結晶の比率（α
／（α＋β））８５％）が２５容量％となるように配合
した混合粉を、ボールミルで９６時間湿式混合し、乾燥
させた。

【００４０】得られた混合粉を用い、アルゴンガス気流
中、４５０kg／cm² の圧力をかけながら１６５０℃で１
時間加圧焼結し、９０mmφ×６mmの焼結体を得た。

【００４１】得られた焼結体から、型番ＳＮＧＮ１２０
４０８の形状の切削チップを切出し、研削加工した。

【００４２】上記で得た切削チップを用い、以下に示す
切削条件（切削条件１）で切削試験を行った。

【００４３】切削条件１ 被削材 ：ＦＣＤ７０ 切削速度 ：１８０ｍ／分 送り ：０．４mm／回転 切り込み ：１mm ホルダー ：ＦＮ１１Ｒ−４４Ａ 切削剤 ：使用せず

【００４４】４分間の切削後の逃げ面摩耗幅（Ｖ_a ）を
測定したところ、０．０６mmであった。

【００４５】また、この切削チップに対して、以下に示
す条件（切削条件２）で切削試験を行った。

【００４６】切削条件２ 被削材 ：ＦＣＤ６０ 切削速度 ：３００ｍ／分 送り ：０．１mm／回転 切り込み ：１．５mm カッター ：ＣＳＢＲＮ２５２５（１５０mmφ、一枚刃
にての試験） 切削剤 ：使用せず

【００４７】２５０mmを３パス切削した時の逃げ面摩耗
幅（Ｖ_a ）は、この切削チップでは０．１８mmであっ
た。

【００４８】実施例２ 平均直径０．８μｍ、平均長さ２０μｍ、ｘ線回折パタ
ーンにおいて２θ＝３３．６°にピークを有し、２θ＝
４１．４°に実質的にピークを有しないβ型の結晶構造
を有するSiＣウィスカーを用いた以外は実施例１と同様
にして複合セラミックスからなる切削工具を作製した。

【００４９】この切削チップに対して、実施例１の切削
条件１で切削試験を行い、４分間の切削後の逃げ面摩耗
幅を測定したところ、０．０５mmであった。

【００５０】また、この切削チップに対して、実施例１
の切削条件２で切削試験を行った。２５０mmを３パス切
削した時の逃げ面摩耗幅（Ｖ_a ）は、この切削チップで
は０．１６mmであった。

【００５１】比較例１ 比較のために、平均粒径１．８μｍのＴｉＣを用いた以
外は、実施例１と同様にして複合セラミックスからなる
切削工具を作製した。

【００５２】この切削チップに対し、実施例１の切削条
件１により切削試験を行い、１分間の切削後の逃げ面摩
耗幅を測定した。結果は、０．１８mmであった。

【００５３】また、この切削チップに対して、実施例１
の切削条件２により切削試験を行ったところ、２５０mm
を１パスで欠損した。

【００５４】実施例３〜５及び比較例２〜１１ 用いたSiＣウィスカーの平均直径、結晶型の比率、及び
ＴｉＣ、Al₂ Ｏ₃ 、ZrＯ₂ 、SiＣウィスカーの配合量を
表１に示すようにした以外は、実施例１と同様にしてＴ
ｉＣ−Al₂ Ｏ₃ −ZrＯ₂ −SiＣウィスカー複合セラミッ
クスからなる切削チップを作製した。

【００５５】 表１ ＴｉＣ Al₂ Ｏ₃ Zr Ｏ₂ SiＣウィスカー 配合 配合 配合 配合 平均直径 α/(α＋β) 例Ｎo. ( 容量%) (容量%) (容量%) (容量%) (μｍ) （％） 実施例３ ６０ ２０ １０ １０ ０．４ ８５ 実施例４ ５０ ２５ ５ ２０ ０．４ ８５ 実施例５ ５５ １０ ５ ３０ ０．４ ８５ 比較例２ ６８ ２ ５ ２５ ０．４ ８５ 比較例３ ３５ ３５ ５ ２５ ０．４ ８５ 比較例４ ６５ １０ ０ ２５ ０．４ ８５ 比較例５ ５０ １０ １５ ２５ ０．４ ８５ 比較例６ ８３ １０ ５ ２ ０．４ ８５ 比較例７ ４０ １０ ５ ４５ ０．４ ８５ 比較例８ ５０ ２５ ５ ２０ １．５ ９０ 比較例９ ５０ ２５ ５ ２０ ０．５ ０ 比較例１０ ５０ ２５ ５ ２０ １．８ ０ 比較例１１ ５０ ２５ ５ ２０ ０．３ ３０

【００５６】得られた切削チップについて、実施例１の
切削条件１及び切削条件２で切削試験を行った。この試
験の切削条件１では４分間切削した後の逃げ面摩耗幅、
切削条件２では２５０ｍｍを３パス切削した後の逃げ面
摩耗幅を測定した。結果を表２に示す。

【００５７】 表２ 逃げ面摩耗幅（ｍｍ） 例Ｎo. 切削条件１ 切削条件２ 実施例３ ０．０４ ０．１９ 実施例４ ０．０６ ０．１８ 実施例５ ０．０８ ０．２０ 比較例２ ０．１６ ０．３８ 比較例３ ０．２０ ０．３２ 比較例４ ０．０８ ２パスで欠損 比較例５ ０．２６ ０．４５ 比較例６ ０．０７ １パスで欠損 比較例７ ０．１４ ０．３５ 比較例８ ０．１９ ０．２９ 比較例９ ０．１１ ２パスで欠損 比較例１０ ０．２８ ０．６９ 比較例１１ ０．１５ ２パスで欠損

【００５８】実施例６〜８及び比較例１２〜１７ 表３に示す条件の加圧焼結とした以外は、実施例１と同
様にして（実施例１と同一の組成で）切削チップを作製
した。

【００５９】得られた切削チップについて、実施例１に
おける切削条件２と同一の条件で切削試験を行った。こ
の切削試験では、２５０mmを３パス切削した後の逃げ面
摩耗幅を測定した。結果を表３に合わせて示す。

【００６０】 表３ 加圧焼結 加圧焼結 加圧焼結 逃げ面 温度 圧力 時間 摩耗幅 例Ｎo. （℃） （kg／cm² ） （時） （mm） 実施例６ １５５０ ４５０ １ ０．１９ 実施例７ １６５０ ３５０ １ ０．２０ 実施例８ １７５０ ４５０ １ ０．２０ 比較例１２ １４５０ ４５０ １ １パスで欠損 比較例１３ １８５０ ４５０ １ ０．３９ 比較例１４ １６５０ ４５０ ０．２５ １パスで欠損 比較例１５ １６５０ ４５０ １２ ２パスで欠損 比較例１６ １６５０ １００ １ １パスで欠損 比較例１７ １６５０ ６００ １ ０．１８

【００６１】実施例９〜１３、比較例１８〜２２ 実施例１〜５で得た切削チップ（その順に実施例９〜１
３）、及び比較例１、８、１０、１３、１５で得た切削
チップ（その順に比較例１８〜２２）について、以下の
条件（切削条件３）でさらに切削試験を行った。結果を
表４に示す。また、各切削チップについて、走査電子顕
微鏡によりＴｉＣマトリックスの組織を観察し、平均粒
径を測定した。その結果を表４に合わせて示す。

【００６２】切削条件３ 被削材 ：ＦＣＤ７０ 切削速度 ：１８０ｍ／分 送り ：０．４mm／回転 切り込み ：１mm チップ型番：ＳＮＧＮ１２０４０８ ホルダー ：ＦＮ１１Ｒ−４４Ａ 切削剤 ：ＡＰＣー１０（１０） 切削時間 ：５分

【００６３】 表４ 逃げ面摩耗幅 ＴｉＣ平均粒径 例Ｎo. （ｍｍ） （μｍ） 実施例９ ０．０５ ０．８ 実施例１０ ０．０７ １．２ 実施例１１ ０．０６ １．３ 実施例１２ ０．０５ ０．９ 実施例１３ ０．０８ ０．７ 比較例１８ ０．１６ ４．２ 比較例１９ ０．１４ ３．５ 比較例２０ ０．２５ ５．４ 比較例２１ ０．２１ ４．８ 比較例２２ ０．１８ ３．２

【００６４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による切削工
具は耐欠損性及び耐摩耗性ともに優れている。本発明に
よる切削工具は、球状黒鉛鋳鉄のみならず、ねずみ鋳鉄
や高硬度合金鋼等の被削材をも良好に切削することがで
きる。

【００６５】本発明による切削工具は、各種切削用チッ
プ、ドリル等に好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/80 Ｃ０４Ｂ 35/80 Ｃ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 TiＣ、Al₂ Ｏ₃ 、SiＣウィスカー及びZr
   Ｏ₂ からなるセラミック切削工具において、Al₂ Ｏ₃ が
   ５〜３０容量％で、ZrＯ₂ が１〜１２容量％で、SiＣウ
   ィスカーが３〜４０容量％であり、残部実質的に平均粒
   径２μｍ以下のTiＣからなり、前記SiＣウィスカーの平
   均直径及び平均長さがそれぞれ０．１〜１μｍ及び２〜
   ５０μｍであり、かつ前記SiＣウィスカーの５０％以上
   がα型の結晶構造又はβ型の結晶構造であることを特徴
   とするセラミック切削工具。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のセラミック切削工具に
   おいて、前記SiＣウィスカーの平均直径及び平均長さが
   それぞれ０．２〜０．８μｍ及び１０〜４０μｍである
   ことを特徴とするセラミック切削工具。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のセラミック切削
   工具において、前記SiＣウィスカーの８０％以上がα型
   の結晶構造、又はｘ線回折パターンにおいて２θ＝３
   ３．６°にピークを有し、２θ＝４１．４°に実質的に
   ピークを有しないβ型の結晶構造であることを特徴とす
   るセラミック切削工具。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のセラ
   ミック切削工具において、前記SiＣウィスカーの含有量
   を８〜１９容量％とすることを特徴とするセラミック切
   削工具。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれかに記載のセラ
   ミック切削工具において、前記SiＣウィスカーの含有量
   を２０〜３５容量％とすることを特徴とするセラミック
   切削工具。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載のセラ
   ミック切削工具において、前記TiＣの平均粒径が１．５
   μｍ以下であることを特徴とするセラミック切削工具。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載のセラ
   ミック切削工具において、前記TiＣの平均粒径が１．０
   μｍ以下であることを特徴とするセラミック切削工具。
8. 【請求項８】 (a) 平均粒径１μｍ以下のTiＣ粉末と、
   (b) 平均粒径１μｍ以下のAl₂ Ｏ₃ 粉末と、(c) ZrＯ₂
   粉末と、(d) 平均直径及び平均長さがそれぞれ０．１〜
   １μｍ及び２〜５０μｍであり、かつ５０％以上がα型
   の結晶構造又はβ型の結晶構造であるSiＣウィスカーと
   を含有する原料粉末を用い、１５００〜１８００℃の温
   度かつ１５０〜５００kg／cm² の圧力で、３０分〜１０
   時間の加圧焼結を行なうことを特徴とするセラミック切
   削工具の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の方法において、前記Ti
   Ｃの平均粒径が０．２〜０．５μｍであることを特徴と
   するセラミック切削工具の製造方法。