JPH08252702A - 耐欠損性に優れたホイスカ−強化窒化ケイ素基セラミックス製切削工具 - Google Patents
耐欠損性に優れたホイスカ−強化窒化ケイ素基セラミックス製切削工具Info
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- JPH08252702A JPH08252702A JP7056201A JP5620195A JPH08252702A JP H08252702 A JPH08252702 A JP H08252702A JP 7056201 A JP7056201 A JP 7056201A JP 5620195 A JP5620195 A JP 5620195A JP H08252702 A JPH08252702 A JP H08252702A
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- whiskers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐欠損性に優れたホイスカ−強化窒化ケイ素
基セラミックス製切削工具を提供する。 【構成】 本発明の耐欠損性に優れたホイスカ−強化窒
化ケイ素基セラミック製切削工具は、ＲｅをＹを含む希
土類元素のうちの１種以上とすると、Ｒｅの酸化物を５
〜２０モル％固溶した酸化ジルコニウム：０．５〜１０
ｗｔ％、ガラスに含まれる金属元素に対する割合でＲ
ｅ：５０〜７０モル％、Ｚｒ：１〜５モル％を含むＲｅ
−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガラスとＲｅシリケ−ト
からなる結合相：０．０５〜２０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3、Ａ
ｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系またはＳｉＣウィスカ−：１０〜３０
％、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系またはＳｉＣ粒子：
０．５〜１０ｗｔ％、β−Ｓｉ3Ｎ4：残部からなること
を特徴とする。
基セラミックス製切削工具を提供する。 【構成】 本発明の耐欠損性に優れたホイスカ−強化窒
化ケイ素基セラミック製切削工具は、ＲｅをＹを含む希
土類元素のうちの１種以上とすると、Ｒｅの酸化物を５
〜２０モル％固溶した酸化ジルコニウム：０．５〜１０
ｗｔ％、ガラスに含まれる金属元素に対する割合でＲ
ｅ：５０〜７０モル％、Ｚｒ：１〜５モル％を含むＲｅ
−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガラスとＲｅシリケ−ト
からなる結合相：０．０５〜２０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3、Ａ
ｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系またはＳｉＣウィスカ−：１０〜３０
％、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系またはＳｉＣ粒子：
０．５〜１０ｗｔ％、β−Ｓｉ3Ｎ4：残部からなること
を特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、耐欠損性に優れたホ
イスカ−強化窒化ケイ素基セラミックス製切削工具に関
するものである。
イスカ−強化窒化ケイ素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】一般に窒化ケイ素基セラミックスは、高
温における強度、硬さ、化学的安定性などに優れている
ところから、エンジニアリングセラミックスの１つとし
て知られている。例えば、特開昭６２−２０２８６４号
では、Ｙ2Ｏ3を固溶した部分安定化、または安定化ジル
コニアとガラス成分とβ−Ｓｉ3Ｎ4からなる窒化ケイ素
基セラミックスが提案されており、さらに特開昭６４−
５１３７９号では、３〜２５ｖｏｌ％の立方晶ＺｒＯ2
とＹシリケートとβ−Ｓｉ3Ｎ4からなる窒化ケイ素基セ
ラミックスが提案されており、いずれも高温特性に優れ
ているとされている。
温における強度、硬さ、化学的安定性などに優れている
ところから、エンジニアリングセラミックスの１つとし
て知られている。例えば、特開昭６２−２０２８６４号
では、Ｙ2Ｏ3を固溶した部分安定化、または安定化ジル
コニアとガラス成分とβ−Ｓｉ3Ｎ4からなる窒化ケイ素
基セラミックスが提案されており、さらに特開昭６４−
５１３７９号では、３〜２５ｖｏｌ％の立方晶ＺｒＯ2
とＹシリケートとβ−Ｓｉ3Ｎ4からなる窒化ケイ素基セ
ラミックスが提案されており、いずれも高温特性に優れ
ているとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記、従来の窒化ケイ
素基セラミックスは、高温構造部材として優れていて
も、この窒化ケイ素基セラミックスを、切削工具として
用いた場合には、特に耐欠損性が不足し、切削工具とし
て問題であった。
素基セラミックスは、高温構造部材として優れていて
も、この窒化ケイ素基セラミックスを、切削工具として
用いた場合には、特に耐欠損性が不足し、切削工具とし
て問題であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
従来よりも優れた耐欠損性を有する窒化ケイ素基セラミ
ックス製切削工具を得るべく研究を行った結果、Ｒｅを
Ｙを含む希土類元素のうちの１種以上とすると、（ａ）
Ｒｅの酸化物を５〜２０モル％固溶した酸化ジルコニウ
ム：０．５〜１０ｗｔ％、（ｂ）ガラスに含まれる金属
元素に対する割合でＲｅ：５０〜７０モル％Ｚｒ：１〜
５モル％を含むＲｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガラ
スとＲｅシリケートからなる結合相：０．０５〜２０ｗ
ｔ％、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3ホイスカー、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系
ホイスカー、またはＳｉＣホイスカー：１０〜３５ｗｔ
％、（ｄ）Ａｌ2Ｏ3粒子、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系粒子、ま
たはＳｉＣ粒子：０．５〜１０ｗｔ％、（ｅ）β−Ｓｉ
3Ｎ4および不可避不純物：残部の組成からなり、上記ホ
イスカーは、平均直径が、０．１〜１０μｍ、平均長さ
が、１〜２００μｍであり、該ホイスカーの２０〜９０
％が、すくい面と平行方向に配向したセラミックスは、
従来の窒化ケイ素基セラミックスよりも耐欠損性に優れ
ており、切削工具に適用した場合でも、優れた切削性能
が得られるという知見を得たのである。
従来よりも優れた耐欠損性を有する窒化ケイ素基セラミ
ックス製切削工具を得るべく研究を行った結果、Ｒｅを
Ｙを含む希土類元素のうちの１種以上とすると、（ａ）
Ｒｅの酸化物を５〜２０モル％固溶した酸化ジルコニウ
ム：０．５〜１０ｗｔ％、（ｂ）ガラスに含まれる金属
元素に対する割合でＲｅ：５０〜７０モル％Ｚｒ：１〜
５モル％を含むＲｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガラ
スとＲｅシリケートからなる結合相：０．０５〜２０ｗ
ｔ％、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3ホイスカー、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系
ホイスカー、またはＳｉＣホイスカー：１０〜３５ｗｔ
％、（ｄ）Ａｌ2Ｏ3粒子、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系粒子、ま
たはＳｉＣ粒子：０．５〜１０ｗｔ％、（ｅ）β−Ｓｉ
3Ｎ4および不可避不純物：残部の組成からなり、上記ホ
イスカーは、平均直径が、０．１〜１０μｍ、平均長さ
が、１〜２００μｍであり、該ホイスカーの２０〜９０
％が、すくい面と平行方向に配向したセラミックスは、
従来の窒化ケイ素基セラミックスよりも耐欠損性に優れ
ており、切削工具に適用した場合でも、優れた切削性能
が得られるという知見を得たのである。
【０００５】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
ものであって、ＲｅをＹを含む希土類元素のうちの１種
以上とすると、Ｒｅの酸化物を５〜２０モル％固溶した
酸化ジルコニウム：０．５〜１０ｗｔ％、ガラスに含ま
れる金属元素に対する割合でＲｅ：５０〜７０モル％Ｚ
ｒ：１〜５モル％を含むＲｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−
Ｎ系ガラスとＲｅシリケートガラスからなる結合相：
０．０５〜２０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3ホイスカー、Ａｌ2Ｏ3
−Ｂ2Ｏ3系ホイスカー、またはＳｉＣホイスカー：１０
〜３０ｗｔ％Ａｌ2Ｏ3粒子、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系粒子、
またはＳｉＣ粒子：０．５〜１０ｗｔ％、β−Ｓｉ3Ｎ4
および不可避不純物：残部からなる組成を有し、上記ホ
イスカーは、平均直径が、０．１〜１０μｍ、平均長さ
が、１〜２００μｍであり、該ホイスカーの２０〜９０
％が、すくい面と平行方向に配向した焼結体からなる耐
欠損性に優れた繊維強化窒化ケイ素基セラミックス製切
削工具に特徴を有するものである。
ものであって、ＲｅをＹを含む希土類元素のうちの１種
以上とすると、Ｒｅの酸化物を５〜２０モル％固溶した
酸化ジルコニウム：０．５〜１０ｗｔ％、ガラスに含ま
れる金属元素に対する割合でＲｅ：５０〜７０モル％Ｚ
ｒ：１〜５モル％を含むＲｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−
Ｎ系ガラスとＲｅシリケートガラスからなる結合相：
０．０５〜２０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3ホイスカー、Ａｌ2Ｏ3
−Ｂ2Ｏ3系ホイスカー、またはＳｉＣホイスカー：１０
〜３０ｗｔ％Ａｌ2Ｏ3粒子、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系粒子、
またはＳｉＣ粒子：０．５〜１０ｗｔ％、β−Ｓｉ3Ｎ4
および不可避不純物：残部からなる組成を有し、上記ホ
イスカーは、平均直径が、０．１〜１０μｍ、平均長さ
が、１〜２００μｍであり、該ホイスカーの２０〜９０
％が、すくい面と平行方向に配向した焼結体からなる耐
欠損性に優れた繊維強化窒化ケイ素基セラミックス製切
削工具に特徴を有するものである。
【０００６】上記、窒化ケイ素基セラミックスの成分組
成並びに構成を、上記の如く数値限定した理由を説明す
る。
成並びに構成を、上記の如く数値限定した理由を説明す
る。
【０００７】（１）Ｒｅの酸化物を固溶した酸化ジルコ
ニウム 酸化ジルコニウムは、窒化ケイ素基焼結体の耐欠損性を
向上させる作用効果があるが、そのためには、Ｒｅの酸
化物を５〜２０モル％（好ましくは１２〜１８モル％）
を固溶した安定化または部分安定化酸化ジルコニウムで
あることが必要で、その含有量が０．５ｗｔ％未満で
は、上記作用効果が得られず、また一方、その含有量１
０ｗｔ％を越えると、焼結体の硬さが低下し、焼結体の
耐摩耗性が低下するので好ましくない。したがってその
含有量を０．５〜１０ｗｔ％に、好ましくは０．８〜８
ｗｔ％に定めた。上記Ｒｅの酸化物は、主としてＲｅ2
Ｏ3であり、さらに酸化ジルコニウムには、窒素が微量
固溶可能であるから、窒素雰囲気中での焼結により窒素
が固溶することがあるが、窒素が固溶しても何らさしつ
かえない。
ニウム 酸化ジルコニウムは、窒化ケイ素基焼結体の耐欠損性を
向上させる作用効果があるが、そのためには、Ｒｅの酸
化物を５〜２０モル％（好ましくは１２〜１８モル％）
を固溶した安定化または部分安定化酸化ジルコニウムで
あることが必要で、その含有量が０．５ｗｔ％未満で
は、上記作用効果が得られず、また一方、その含有量１
０ｗｔ％を越えると、焼結体の硬さが低下し、焼結体の
耐摩耗性が低下するので好ましくない。したがってその
含有量を０．５〜１０ｗｔ％に、好ましくは０．８〜８
ｗｔ％に定めた。上記Ｒｅの酸化物は、主としてＲｅ2
Ｏ3であり、さらに酸化ジルコニウムには、窒素が微量
固溶可能であるから、窒素雰囲気中での焼結により窒素
が固溶することがあるが、窒素が固溶しても何らさしつ
かえない。
【０００８】（２）Ｒｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系
ガラスとＲｅシリケート結晶からなる結合相、 この結合相は、窒化ケイ素基焼結体の耐欠損性を向上さ
せる作用を有するが、その量が、０．０５ｗｔ％未満で
はβ−Ｓｉ3Ｎ4粒子の結合には不十分であり、一方、２
０ｗｔ％を越えると、窒化ケイ素基焼結体の硬さが小さ
くなって耐摩耗性が低下し、この窒化ケイ素基焼結体か
らなる切削工具の耐摩耗性が低下して実用上好ましくな
い。したがって、Ｒｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガ
ラスとＲｅシリケートからなる結合相は、０．０５〜２
０ｗｔ％、さらに好ましい範囲は、０．０７〜１２ｗｔ
％と定めた。
ガラスとＲｅシリケート結晶からなる結合相、 この結合相は、窒化ケイ素基焼結体の耐欠損性を向上さ
せる作用を有するが、その量が、０．０５ｗｔ％未満で
はβ−Ｓｉ3Ｎ4粒子の結合には不十分であり、一方、２
０ｗｔ％を越えると、窒化ケイ素基焼結体の硬さが小さ
くなって耐摩耗性が低下し、この窒化ケイ素基焼結体か
らなる切削工具の耐摩耗性が低下して実用上好ましくな
い。したがって、Ｒｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガ
ラスとＲｅシリケートからなる結合相は、０．０５〜２
０ｗｔ％、さらに好ましい範囲は、０．０７〜１２ｗｔ
％と定めた。
【０００９】（３）Ａｌ2Ｏ3 この結合相を構成するＲｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ
系ガラスに含まれるＲｅは含まれる金属元素に対する割
合で５０モル％未満であると結合相の耐欠損性が不足
し、７０モル％を越えると焼結時にガラス相の生成が困
難となるので好ましくない。したがって、Ｒｅ−Ｚｒ−
Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガラスに含まれるＲｅは、金属元
素の割合で５０〜７０モル％に定めた。またＲｅ−Ｚｒ
−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガラスに含まれるＺｒもＲｅと
ほぼ同じ理由により１〜５モル％に定めた。
系ガラスに含まれるＲｅは含まれる金属元素に対する割
合で５０モル％未満であると結合相の耐欠損性が不足
し、７０モル％を越えると焼結時にガラス相の生成が困
難となるので好ましくない。したがって、Ｒｅ−Ｚｒ−
Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガラスに含まれるＲｅは、金属元
素の割合で５０〜７０モル％に定めた。またＲｅ−Ｚｒ
−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガラスに含まれるＺｒもＲｅと
ほぼ同じ理由により１〜５モル％に定めた。
【００１０】（４）Ａｌ2Ｏ3ホイスカー、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ
2Ｏ3系ホイスカー、またはＳｉＣホイスカー これらホイスカー成分には、焼結体中に均一に分散して
焼結体の耐熱衝撃性を著しく向上させる作用があるが、
その含有量が１０ｗｔ％未満の場合には、上記所望の作
用効果が得られず、一方その含有量が３０ｗｔ％を越え
ると、曲げ強度および破壊強度が低下することから、そ
の含有量を１０〜３０ｗｔ％、望ましくは１５〜２５ｗ
ｔ％に定めた。
2Ｏ3系ホイスカー、またはＳｉＣホイスカー これらホイスカー成分には、焼結体中に均一に分散して
焼結体の耐熱衝撃性を著しく向上させる作用があるが、
その含有量が１０ｗｔ％未満の場合には、上記所望の作
用効果が得られず、一方その含有量が３０ｗｔ％を越え
ると、曲げ強度および破壊強度が低下することから、そ
の含有量を１０〜３０ｗｔ％、望ましくは１５〜２５ｗ
ｔ％に定めた。
【００１１】（５）Ａｌ2Ｏ3粒子、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系
粒子、またはＳｉＣ粒子 これら成分には、焼結体中に分散して、焼結体の耐熱性
を向上させる作用を有するが、その含有量が、０．５ｗ
ｔ％未満では、上記所望の作用効果が得られず、一方、
その含有量が１０ｗｔ％を越えると、耐熱衝撃性が低下
することから、その含有量を０．５〜１０ｗｔ％、望ま
しくは０．８〜８ｗｔ％に定めた。
粒子、またはＳｉＣ粒子 これら成分には、焼結体中に分散して、焼結体の耐熱性
を向上させる作用を有するが、その含有量が、０．５ｗ
ｔ％未満では、上記所望の作用効果が得られず、一方、
その含有量が１０ｗｔ％を越えると、耐熱衝撃性が低下
することから、その含有量を０．５〜１０ｗｔ％、望ま
しくは０．８〜８ｗｔ％に定めた。
【００１２】（６）各ホイスカーの平均直径 各ホイスカーの平均直径が０．１μｍ未満では焼結体の
靱性が低下し、一方その平均直径が１０μｍを越える
と、ホイスカー自体が粗大粒子と同様の働きをする様に
なり、曲げ強度を低下せしめるので、その平均直径を
０．１〜１０μｍ、望ましくは０．５〜５μｍに定め
た。
靱性が低下し、一方その平均直径が１０μｍを越える
と、ホイスカー自体が粗大粒子と同様の働きをする様に
なり、曲げ強度を低下せしめるので、その平均直径を
０．１〜１０μｍ、望ましくは０．５〜５μｍに定め
た。
【００１３】（７）各ホイスカーの平均長さ 各ホイスカーの平均長さが１μｍ未満では、焼結体の靱
性が低下し、一方、その平均長さが２００μｍを越える
と、曲げ強度が低下するので、その平均長さを、１〜２
００μｍ、望ましくは１０〜５０μｍに定めた。
性が低下し、一方、その平均長さが２００μｍを越える
と、曲げ強度が低下するので、その平均長さを、１〜２
００μｍ、望ましくは１０〜５０μｍに定めた。
【００１４】（８）ホイスカーの配向比（％） ホイスカーは、焼結体中に配向性良く分散して、曲げ強
度を向上させる作用があるが、その配向比が、２０％未
満では、上記所望の作用効果が得られず、一方その値が
９０％を越えると別方向での曲げ強度が低下するので、
その値を２０〜９０％に定めた。
度を向上させる作用があるが、その配向比が、２０％未
満では、上記所望の作用効果が得られず、一方その値が
９０％を越えると別方向での曲げ強度が低下するので、
その値を２０〜９０％に定めた。
【００１５】この発明の耐欠損性に優れた窒化ケイ素基
焼結体からなる切削工具を製造する時に、Ａｌ2Ｏ3粉末
を０．５〜４ｗｔ％未満添加すると、１６００℃以上
で、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｒｅ2Ｏ3粉末、およびＳｉ3Ｎ4粉末
とＺｒＯ2粉末の一部が反応してＲｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｎ系の液相が生成する。焼結後冷却する過程で
上記Ｒｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系液相からＲｅ−
Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガラスとＲｅシリケート
（Ｒｅ2Ｓｉ2Ｏ7、Ｒｅ2ＳｉＯ5など）からなる結合相が
生成し、生成したＲｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガ
ラスのＲｅおよびＺｒ量が増加するにつれて、結合相の
ヤング率および熱膨張係数が大きくなり、焼結後に針状
のβ−Ｓｉ3Ｎ4粒子に圧縮応力を生じさせ、β−Ｓｉ3
Ｎ4粒子が容易に破断せずに強化粒子として働き、耐欠
損性が大きく向上するものと考えられる。
焼結体からなる切削工具を製造する時に、Ａｌ2Ｏ3粉末
を０．５〜４ｗｔ％未満添加すると、１６００℃以上
で、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｒｅ2Ｏ3粉末、およびＳｉ3Ｎ4粉末
とＺｒＯ2粉末の一部が反応してＲｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｎ系の液相が生成する。焼結後冷却する過程で
上記Ｒｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系液相からＲｅ−
Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガラスとＲｅシリケート
（Ｒｅ2Ｓｉ2Ｏ7、Ｒｅ2ＳｉＯ5など）からなる結合相が
生成し、生成したＲｅ−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガ
ラスのＲｅおよびＺｒ量が増加するにつれて、結合相の
ヤング率および熱膨張係数が大きくなり、焼結後に針状
のβ−Ｓｉ3Ｎ4粒子に圧縮応力を生じさせ、β−Ｓｉ3
Ｎ4粒子が容易に破断せずに強化粒子として働き、耐欠
損性が大きく向上するものと考えられる。
【００１６】Ａｌ2Ｏ3粉末を添加しない場合には、液相
の生成が困難となり、ガラス相が形成されにくく、４ｗ
ｔ％以上添加する場合には、焼結中に生成する液相の粘
性が高くなってガラス中にＺｒを含有することが困難と
なるばかりでなく、ガラス相に含まれるＲｅ量が相対的
に少なくなり、耐欠損性向上が不十分となる。したがっ
て、添加するＡｌ2Ｏ3粉末の量はＲｅ2Ｏ3量と密接な関
係があり、Ｒｅ2Ｏ3／Ａｌ2Ｏ3比はモルで１〜３の範囲
内にあることが好ましい。
の生成が困難となり、ガラス相が形成されにくく、４ｗ
ｔ％以上添加する場合には、焼結中に生成する液相の粘
性が高くなってガラス中にＺｒを含有することが困難と
なるばかりでなく、ガラス相に含まれるＲｅ量が相対的
に少なくなり、耐欠損性向上が不十分となる。したがっ
て、添加するＡｌ2Ｏ3粉末の量はＲｅ2Ｏ3量と密接な関
係があり、Ｒｅ2Ｏ3／Ａｌ2Ｏ3比はモルで１〜３の範囲
内にあることが好ましい。
【００１７】この発明の耐欠損性に優れた窒化ケイ素基
焼結体からなる切削工具を製造する時にＺｒＯ2粉末を
添加するが、ＺｒＯ2はＲｅ2Ｏ3の１部と反応し、Ｒｅ2
Ｏ3を固溶する。大部分のＺｒＯ2はβ−Ｓｉ3Ｎ4粒子の
粒界に存在し、粒界のすべりを抑制することにより高温
特性を向上させる。しかし、切削工具として用いた場合
には、ＺｒＯ2量が増加するにつれて硬さが低下し、耐
摩耗性が低下する。したがって、ＺｒＯ2粉末の添加量
の上限は、１０ｗｔ％に定めた。一方、ＺｒＯ2を少な
くすると、硬度の低下が抑えられるばかりでなく、Ｚｒ
Ｏ2に固溶するＲｅ2Ｏ3の量が多くなり、同時に結合相
中に含まれるＲｅ量も多くなってヤング率および熱膨張
係数が大きくなり、焼結後に針状β−Ｓｉ3Ｎ4粒子に働
く圧縮応力が大きくなることから、β−Ｓｉ3Ｎ4粒子が
容易に破断せずに強化粒子として働き、耐欠損性が大き
く向上するが、ＺｒＯ2量が余り少なくなりすぎると結
合相中に含まれるＺｒ量がすくなくなり、耐欠損性が低
下するので好ましくない。したがってＺｒＯ2粉末添加
量の下限は、０．７ｗｔ％とした。上記ＺｒＯ2粉末に
はＲｅ2Ｏ3が固溶した安定化または部分安定化したＺｒ
Ｏ2粉末を用いても良い。
焼結体からなる切削工具を製造する時にＺｒＯ2粉末を
添加するが、ＺｒＯ2はＲｅ2Ｏ3の１部と反応し、Ｒｅ2
Ｏ3を固溶する。大部分のＺｒＯ2はβ−Ｓｉ3Ｎ4粒子の
粒界に存在し、粒界のすべりを抑制することにより高温
特性を向上させる。しかし、切削工具として用いた場合
には、ＺｒＯ2量が増加するにつれて硬さが低下し、耐
摩耗性が低下する。したがって、ＺｒＯ2粉末の添加量
の上限は、１０ｗｔ％に定めた。一方、ＺｒＯ2を少な
くすると、硬度の低下が抑えられるばかりでなく、Ｚｒ
Ｏ2に固溶するＲｅ2Ｏ3の量が多くなり、同時に結合相
中に含まれるＲｅ量も多くなってヤング率および熱膨張
係数が大きくなり、焼結後に針状β−Ｓｉ3Ｎ4粒子に働
く圧縮応力が大きくなることから、β−Ｓｉ3Ｎ4粒子が
容易に破断せずに強化粒子として働き、耐欠損性が大き
く向上するが、ＺｒＯ2量が余り少なくなりすぎると結
合相中に含まれるＺｒ量がすくなくなり、耐欠損性が低
下するので好ましくない。したがってＺｒＯ2粉末添加
量の下限は、０．７ｗｔ％とした。上記ＺｒＯ2粉末に
はＲｅ2Ｏ3が固溶した安定化または部分安定化したＺｒ
Ｏ2粉末を用いても良い。
【００１８】Ｒｅは、Ｙを含む希土類元素であるが、通
常ＲｅはＹであり、その他Ｌａ,Ｎｄ,Ｅｒ,Ｙｂなどの
希土類元素が用いられる。
常ＲｅはＹであり、その他Ｌａ,Ｎｄ,Ｅｒ,Ｙｂなどの
希土類元素が用いられる。
【００１９】なお、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系、ま
たはＳｉＣホイスカーは、通常単独で含有されるが、２
種または２種以上が同時に含有されても、本発明の特性
に何等の悪い影響を与えるものではない。またＡｌ2Ｏ3
−Ｂ2Ｏ3系ホイスカーでは、通常Ａｌ2Ｏ3５〜２５モル
％Ｂ2Ｏ3の組成のものが利用される。
たはＳｉＣホイスカーは、通常単独で含有されるが、２
種または２種以上が同時に含有されても、本発明の特性
に何等の悪い影響を与えるものではない。またＡｌ2Ｏ3
−Ｂ2Ｏ3系ホイスカーでは、通常Ａｌ2Ｏ3５〜２５モル
％Ｂ2Ｏ3の組成のものが利用される。
【００２０】上述せる如く、この発明の切削工具は、ホ
イスカー成分以外の結合相を含む素地の優れた耐欠損性
に加えて、適度な寸法を有するホイスカー成分が、すく
い面と平行方向に相当量が配向していることにより、特
に耐熱衝撃性が向上し、高負荷（高速、高送り、高切り
込み）下における切削条件下においても、充分な耐欠損
性を示すものである。
イスカー成分以外の結合相を含む素地の優れた耐欠損性
に加えて、適度な寸法を有するホイスカー成分が、すく
い面と平行方向に相当量が配向していることにより、特
に耐熱衝撃性が向上し、高負荷（高速、高送り、高切り
込み）下における切削条件下においても、充分な耐欠損
性を示すものである。
【００２１】
【実施例】平均粒径０．６μｍのＳｉ3Ｎ4（α相含有
率：９０ｖｏｌ％）粉末、平均粒径０．４μｍのＺｒＯ
2粉末、平均粒径０．４μｍのＡｌ2Ｏ3粉末、平均粒径
１．３μｍのＹ2Ｏ3粉末等を表１および表２に示すよう
な割合に混合し、２４ｈｒボ−ルミルを行い、水中に分
散させた。さらに、表３および表４に示す仕様のホイス
カ−を、表３および表４に示す本発明焼結体Ａ〜Ｋおよ
び比較焼結体Ｌ〜Ｕの配合組成を持つように配合し、５
ｈｒボ−ルミルを行い均一に分散させた。この様にして
作製したスラリ−を、石膏型に鋳込み、十分に吸水させ
た後脱型して、１０Ｘ２０Ｘ１１０の成形体を得た。こ
の成形体を乾燥、脱脂したのち、１気圧のＮ2雰囲気
中、温度１７５０〜１８５０℃で、２〜１０時間保持の
条件で燒結し、さらにＮ2雰囲気中、温度：１７８０
℃、圧力：１０００ｋｇｆ／ｃｍ2の条件でＨＩＰ燒結
し、本発明焼結体Ａ〜Ｋおよび比較焼結体Ｌ〜Ｕを作製
した。
率：９０ｖｏｌ％）粉末、平均粒径０．４μｍのＺｒＯ
2粉末、平均粒径０．４μｍのＡｌ2Ｏ3粉末、平均粒径
１．３μｍのＹ2Ｏ3粉末等を表１および表２に示すよう
な割合に混合し、２４ｈｒボ−ルミルを行い、水中に分
散させた。さらに、表３および表４に示す仕様のホイス
カ−を、表３および表４に示す本発明焼結体Ａ〜Ｋおよ
び比較焼結体Ｌ〜Ｕの配合組成を持つように配合し、５
ｈｒボ−ルミルを行い均一に分散させた。この様にして
作製したスラリ−を、石膏型に鋳込み、十分に吸水させ
た後脱型して、１０Ｘ２０Ｘ１１０の成形体を得た。こ
の成形体を乾燥、脱脂したのち、１気圧のＮ2雰囲気
中、温度１７５０〜１８５０℃で、２〜１０時間保持の
条件で燒結し、さらにＮ2雰囲気中、温度：１７８０
℃、圧力：１０００ｋｇｆ／ｃｍ2の条件でＨＩＰ燒結
し、本発明焼結体Ａ〜Ｋおよび比較焼結体Ｌ〜Ｕを作製
した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】上記燒結体の組成は、Ｘ線回折によりＺｒ
Ｏ2、Ｒｅシリケ−ト、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ 2Ｏ3、ＳｉＣを同
定、定量し、さらにＴＥＭによりＺｒＯ2中に含まれる
Ｒｅ量、ガラスに含まれるＲｅ量を定量分析し、同時に
ＺｒＯ2量と結合相との総量を測定して成分組成を確か
めた。さらに燒結体の組織から、Ａｌ2Ｏ3ホイスカ−、
Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ホイスカ−、またはＳｉＣホイスカ
−の含有量、平均直径、平均長さ、および切削切刃のす
くい面と平行に配向しているホイスカ−の配向率(％)を
測定し、これらの結果を表５、表６、表７および表８に
示した。（比較燒結体は、本発明の条件から外れた組
成、または組織を有するもので、＊印をもつて、表６お
よび表８に示した。）
Ｏ2、Ｒｅシリケ−ト、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ 2Ｏ3、ＳｉＣを同
定、定量し、さらにＴＥＭによりＺｒＯ2中に含まれる
Ｒｅ量、ガラスに含まれるＲｅ量を定量分析し、同時に
ＺｒＯ2量と結合相との総量を測定して成分組成を確か
めた。さらに燒結体の組織から、Ａｌ2Ｏ3ホイスカ−、
Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ホイスカ−、またはＳｉＣホイスカ
−の含有量、平均直径、平均長さ、および切削切刃のす
くい面と平行に配向しているホイスカ−の配向率(％)を
測定し、これらの結果を表５、表６、表７および表８に
示した。（比較燒結体は、本発明の条件から外れた組
成、または組織を有するもので、＊印をもつて、表６お
よび表８に示した。）
【００２７】
【表５】
【００２８】
【表６】
【００２９】
【表７】
【００３０】
【表８】
【００３１】次いで、上記それぞれの燒結体を、研削加
工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＮ１２０４０８相当の形状を有
する切刃とし、これをそれぞれシャンクにロ−付し、本
発明切削工具１〜１１、および比較切削工具１〜１０を
作製した。
工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＮ１２０４０８相当の形状を有
する切刃とし、これをそれぞれシャンクにロ−付し、本
発明切削工具１〜１１、および比較切削工具１〜１０を
作製した。
【００３２】引き続き、上記本発明切削工具１〜１１、
および比較切削工具１〜１０を用い、 被削材：ＦＣ２５（４本溝付丸棒） 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ． 送り：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ． 切り込み：１ｍｍ． の条件の湿式切削試験を行い、欠損までの時間を測定
し、その結果を表９に示した。
および比較切削工具１〜１０を用い、 被削材：ＦＣ２５（４本溝付丸棒） 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ． 送り：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ． 切り込み：１ｍｍ． の条件の湿式切削試験を行い、欠損までの時間を測定
し、その結果を表９に示した。
【００３３】
【表９】
【００３４】さらに、市販の窒化ケイ素基燒結体製切削
工具（以下、従来切削工具と言う）を用い、上記本発
明、および比較切削工具と同じ条件の湿式切削試験を行
い、欠損までの時間を測定し、その結果を同じく表９に
示した。
工具（以下、従来切削工具と言う）を用い、上記本発
明、および比較切削工具と同じ条件の湿式切削試験を行
い、欠損までの時間を測定し、その結果を同じく表９に
示した。
【００３５】
【発明の効果】表９から明らかな様に、本発明の切削工
具１〜１１は、従来切削工具に比較して、格段の優れた
切削寿命を有している。また、本発明の条件から外れた
組成、または組織を有する比較切削工具１〜１０は、本
発明の切削工具に比べて、可成り短い切削寿命を示す。
上記の如く、本発明の切削工具を構成するホイスカ−強
化窒化ケイ素基セラミツクス燒結体は、優れた耐欠損性
を有し、さらに、耐熱衝撃性にも優れているため、これ
を切削工具の切刃として使用した場合、格段に工具寿命
が長く、産業上優れた効果を奏するものである。
具１〜１１は、従来切削工具に比較して、格段の優れた
切削寿命を有している。また、本発明の条件から外れた
組成、または組織を有する比較切削工具１〜１０は、本
発明の切削工具に比べて、可成り短い切削寿命を示す。
上記の如く、本発明の切削工具を構成するホイスカ−強
化窒化ケイ素基セラミツクス燒結体は、優れた耐欠損性
を有し、さらに、耐熱衝撃性にも優れているため、これ
を切削工具の切刃として使用した場合、格段に工具寿命
が長く、産業上優れた効果を奏するものである。
Claims (1)
- 【請求項１】 ＲｅをＹを含む希土類元素のうちの１種
以上とすると、Ｒｅの酸化物を５〜２０モル％固溶した
酸化ジルコニウム：０．５〜１０wt％、 ガラスに含まれる金属元素に対する割合でＲｅ：５０〜
７０モル％、Ｚｒ：１〜５％モルを含むＲｅ−Ｚｒ−Ａ
ｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系ガラスとＲｅシリケートからなる結
合相：０．０５〜２０ｗｔ％、 Ａｌ2Ｏ3ホイスカー、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ホイスカーま
たはＳｉＣホイスカー：１０〜３０ｗｔ％、 Ａｌ2Ｏ3粒子、Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系粒子またはＳｉＣ粒
子：０．５〜１０ｗｔ％、 β−Ｓｉ3Ｎ4および不可避不純物：残部からなる組成を
有し、上記ホイスカーは、平均直径が、０．１〜１０μ
ｍ、平均長さが、１〜２００μｍであり、該ホイスカー
の２０〜９０％が、すくい面と平行方向に配向した焼結
体からなることを特徴とする耐欠損性に優れたホイスカ
−強化窒化ケイ素基セラミックス製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7056201A JPH08252702A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 耐欠損性に優れたホイスカ−強化窒化ケイ素基セラミックス製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7056201A JPH08252702A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 耐欠損性に優れたホイスカ−強化窒化ケイ素基セラミックス製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08252702A true JPH08252702A (ja) | 1996-10-01 |
Family
ID=13020510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7056201A Withdrawn JPH08252702A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 耐欠損性に優れたホイスカ−強化窒化ケイ素基セラミックス製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08252702A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104311144A (zh) * | 2014-09-19 | 2015-01-28 | 大连理工大学 | 一种含有垂直于层界面定向排列晶须的层状氧化铝-环氧树脂复合材料及其制备方法 |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP7056201A patent/JPH08252702A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104311144A (zh) * | 2014-09-19 | 2015-01-28 | 大连理工大学 | 一种含有垂直于层界面定向排列晶须的层状氧化铝-环氧树脂复合材料及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020604 |