JPH08323509A - 窒化珪素質切削工具およびその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質切削工具およびその製造方法Info
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- JPH08323509A JPH08323509A JP7133549A JP13354995A JPH08323509A JP H08323509 A JPH08323509 A JP H08323509A JP 7133549 A JP7133549 A JP 7133549A JP 13354995 A JP13354995 A JP 13354995A JP H08323509 A JPH08323509 A JP H08323509A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】窒化珪素粉末と、助剤成分として、希土類酸化
物、アルミニウム化合物および酸化珪素を合計で５〜２
５モル％含み、前記希土類酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）と前記
酸化珪素（ＳｉＯ2 ）とのＳｉＯ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 で表さ
れるモル比が２〜５の組成からなる混合物を切削工具形
状に成形した後、この成形体を少なくとも窒素ガス及び
ＳｉＯガスを含む雰囲気中で１７００〜２０００℃の範
囲で焼結して、場合によっては切削面を研磨し、少なく
とも切削面が焼き放し面あるいは焼き放し面を１０μｍ
以下研磨除去した面から構成されるともに、該切削面の
鏡面におけるマイクロヴィッカース硬度が内部よりも高
く、且つ１６ＧＰａ以上の窒化珪素質切削工具を得る。 【効果】切削面の加工が容易にできるために加工コスト
を低減できるとともに、高硬度層を有するために鋳鉄の
切削に適した長寿命の工具を提供できる。
物、アルミニウム化合物および酸化珪素を合計で５〜２
５モル％含み、前記希土類酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）と前記
酸化珪素（ＳｉＯ2 ）とのＳｉＯ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 で表さ
れるモル比が２〜５の組成からなる混合物を切削工具形
状に成形した後、この成形体を少なくとも窒素ガス及び
ＳｉＯガスを含む雰囲気中で１７００〜２０００℃の範
囲で焼結して、場合によっては切削面を研磨し、少なく
とも切削面が焼き放し面あるいは焼き放し面を１０μｍ
以下研磨除去した面から構成されるともに、該切削面の
鏡面におけるマイクロヴィッカース硬度が内部よりも高
く、且つ１６ＧＰａ以上の窒化珪素質切削工具を得る。 【効果】切削面の加工が容易にできるために加工コスト
を低減できるとともに、高硬度層を有するために鋳鉄の
切削に適した長寿命の工具を提供できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳鉄を切削するに適し
た窒化珪素質焼結体からなる安価な切削工具とその製造
方法に関する。
た窒化珪素質焼結体からなる安価な切削工具とその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、窒化珪素質焼結体は、耐熱
性、耐熱衝撃性および耐酸化性に優れることからエンジ
ニアリングセラミックス、特にタ−ボロ−タ−等の熱機
関用として応用が進められている。またその高い靭性と
耐磨耗性から切削工具への応用も進められている。
性、耐熱衝撃性および耐酸化性に優れることからエンジ
ニアリングセラミックス、特にタ−ボロ−タ−等の熱機
関用として応用が進められている。またその高い靭性と
耐磨耗性から切削工具への応用も進められている。
【０００３】近時、高密度で高強度の焼結体を切削工具
への応用することが特開昭５５−３２７８５号、特開昭
５６−７３６７０にて提案されている。
への応用することが特開昭５５−３２７８５号、特開昭
５６−７３６７０にて提案されている。
【０００４】このような窒化珪素質焼結体は、通常、焼
結助剤としてＹ2 Ｏ3 などの希土類酸化物や、Ａｌ2 Ｏ
3 、ＡｌＮなどのアルミニウム化合物を添加し、窒素を
含む非酸化性雰囲気中で焼成することにより得られてい
る。
結助剤としてＹ2 Ｏ3 などの希土類酸化物や、Ａｌ2 Ｏ
3 、ＡｌＮなどのアルミニウム化合物を添加し、窒素を
含む非酸化性雰囲気中で焼成することにより得られてい
る。
【０００５】ところが、窒化珪素質焼結体は、高温で焼
成すると窒化珪素が分解しやすくなるため焼結体の表面
が荒れるという問題がある。このような窒化珪素の分解
抑制のためには、従来より窒素ガスにより加圧した雰囲
気で焼成することが提案されている。
成すると窒化珪素が分解しやすくなるため焼結体の表面
が荒れるという問題がある。このような窒化珪素の分解
抑制のためには、従来より窒素ガスにより加圧した雰囲
気で焼成することが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、窒素
雰囲気中で焼成したとしても、表面の荒れを完全に抑制
することができないという問題があった。従って、この
ような焼結体を切削工具に使用する場合には、その焼き
放し面から１００μｍ以上を研磨除去して鏡面加工して
使用する必要があった。また、切削工具の形状も非常に
複雑になり表面を研磨加工するのに非常に時間を要し、
そのために加工コストが高くなり製造コストを高める大
きな要因になっていた。
雰囲気中で焼成したとしても、表面の荒れを完全に抑制
することができないという問題があった。従って、この
ような焼結体を切削工具に使用する場合には、その焼き
放し面から１００μｍ以上を研磨除去して鏡面加工して
使用する必要があった。また、切削工具の形状も非常に
複雑になり表面を研磨加工するのに非常に時間を要し、
そのために加工コストが高くなり製造コストを高める大
きな要因になっていた。
【０００７】また、一般に製造される窒化珪素質焼結体
は、鏡面におけるビッカース硬度はせいぜい１５ＭＰａ
程度であり、切削工具としては、さらなる高硬度、高強
度化が望まれていた。
は、鏡面におけるビッカース硬度はせいぜい１５ＭＰａ
程度であり、切削工具としては、さらなる高硬度、高強
度化が望まれていた。
【０００８】従って、本発明の目的は、切削工具を作製
する場合の加工を簡略してコストを大幅に低減できると
ともに、鋳鉄などの切削特性に優れた窒化珪素質焼結体
およびその製造方法を提供するにある。
する場合の加工を簡略してコストを大幅に低減できると
ともに、鋳鉄などの切削特性に優れた窒化珪素質焼結体
およびその製造方法を提供するにある。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】本発明者らは、まず、
第１に、加工を簡略化するためには、焼き放し面におけ
る機械的特性を向上させるとともに、焼き放し面の荒れ
を極力低減することが重要であるという見地に基づき検
討を重ねた結果、焼結助剤として、希土類酸化物、アル
ミニウム化合物および酸化珪素を用い、これを焼成する
際に窒素ガスとＳｉＯガスを含む雰囲気中で焼成するこ
とにより焼結性が向上すると同時に表面の荒れが低減さ
れること、また、希土類酸化物と酸化珪素とを特定の組
成範囲に制御することにより、焼結後の表層部に焼結体
の内部より硬度の高い硬化層が形成されることを見いだ
し本発明に至った。
第１に、加工を簡略化するためには、焼き放し面におけ
る機械的特性を向上させるとともに、焼き放し面の荒れ
を極力低減することが重要であるという見地に基づき検
討を重ねた結果、焼結助剤として、希土類酸化物、アル
ミニウム化合物および酸化珪素を用い、これを焼成する
際に窒素ガスとＳｉＯガスを含む雰囲気中で焼成するこ
とにより焼結性が向上すると同時に表面の荒れが低減さ
れること、また、希土類酸化物と酸化珪素とを特定の組
成範囲に制御することにより、焼結後の表層部に焼結体
の内部より硬度の高い硬化層が形成されることを見いだ
し本発明に至った。
【００１０】即ち、本発明の窒化珪素質切削工具は、β
−窒化珪素結晶相を主体とし、希土類元素、珪素、アル
ミニウム、酸素および窒素からなる粒界相を含む窒化珪
素質焼結体において、少なくとも切削面が焼き放し面あ
るいは焼き放し面を１０μｍ以下研磨除去した面から構
成されるともに、該切削面の鏡面におけるマイクロヴィ
ッカース硬度が内部よりも高く、且つ１６ＧＰａ以上で
あることを特徴とするものであり、かかる切削工具を作
製する方法として、窒化珪素粉末と、助剤成分として、
希土類酸化物、アルミニウム化合物および酸化珪素を合
計で５〜２５モル％含み、前記希土類酸化物（ＲＥ2 Ｏ
3 ）と前記酸化珪素（ＳｉＯ2 ）とのＳｉＯ2 ／ＲＥ2
Ｏ3 で表されるモル比が２〜５の組成からなる混合物を
工具形状に成形した後、この成形体を少なくとも窒素ガ
ス及びＳｉＯガスを含む雰囲気中で１７００〜２０００
℃の範囲で焼結させることを特徴とするものである。
−窒化珪素結晶相を主体とし、希土類元素、珪素、アル
ミニウム、酸素および窒素からなる粒界相を含む窒化珪
素質焼結体において、少なくとも切削面が焼き放し面あ
るいは焼き放し面を１０μｍ以下研磨除去した面から構
成されるともに、該切削面の鏡面におけるマイクロヴィ
ッカース硬度が内部よりも高く、且つ１６ＧＰａ以上で
あることを特徴とするものであり、かかる切削工具を作
製する方法として、窒化珪素粉末と、助剤成分として、
希土類酸化物、アルミニウム化合物および酸化珪素を合
計で５〜２５モル％含み、前記希土類酸化物（ＲＥ2 Ｏ
3 ）と前記酸化珪素（ＳｉＯ2 ）とのＳｉＯ2 ／ＲＥ2
Ｏ3 で表されるモル比が２〜５の組成からなる混合物を
工具形状に成形した後、この成形体を少なくとも窒素ガ
ス及びＳｉＯガスを含む雰囲気中で１７００〜２０００
℃の範囲で焼結させることを特徴とするものである。
【００１１】以下、本発明を詳述する。本発明の窒化珪
素質切削工具は、窒化珪素質焼結体からなるものであ
り、この焼結体は、β−窒化珪素結晶相を主相とし、希
土類元素、珪素、アルミニウム、酸素および窒素から構
成される粒界相を含有する。本発明によれば、焼結体の
少なくとも切削面が、焼き放し面であるか、または焼き
放し面から１０μｍ以下研磨加工した面である。つま
り、焼き放し面においても荒れのない良好な表面を有す
るもので、研磨加工する場合も、せいぜい１０μｍ研磨
することで良好な表面を形成することができるのであ
る。
素質切削工具は、窒化珪素質焼結体からなるものであ
り、この焼結体は、β−窒化珪素結晶相を主相とし、希
土類元素、珪素、アルミニウム、酸素および窒素から構
成される粒界相を含有する。本発明によれば、焼結体の
少なくとも切削面が、焼き放し面であるか、または焼き
放し面から１０μｍ以下研磨加工した面である。つま
り、焼き放し面においても荒れのない良好な表面を有す
るもので、研磨加工する場合も、せいぜい１０μｍ研磨
することで良好な表面を形成することができるのであ
る。
【００１２】しかも、本発明における切削工具は、表層
部に内部よりも硬度が高い高硬度層を有するものであ
る。その高硬度層は切削面の硬度がマイクロビッカース
硬度測定で１６ＧＰａ以上の高い硬度を有するものであ
る。このように、表層部において高い硬度を有すること
により鋳鉄等に対して高い切削性能が発揮される。よっ
て、この硬度が１６ＧＰａより低いと優れた切削性能が
発揮されなくなる。なお、焼結体内部の硬度は１５ＧＰ
ａ以上であることが望ましい。
部に内部よりも硬度が高い高硬度層を有するものであ
る。その高硬度層は切削面の硬度がマイクロビッカース
硬度測定で１６ＧＰａ以上の高い硬度を有するものであ
る。このように、表層部において高い硬度を有すること
により鋳鉄等に対して高い切削性能が発揮される。よっ
て、この硬度が１６ＧＰａより低いと優れた切削性能が
発揮されなくなる。なお、焼結体内部の硬度は１５ＧＰ
ａ以上であることが望ましい。
【００１３】また、この切削工具を構成する窒化珪素質
焼結体中には、窒化珪素以外に、希土類元素、Ａｌおよ
び酸素を含むものであるが、これらは、希土類元素の酸
化物換算量、Ａｌの酸化物換算量および不純物的酸素の
ＳｉＯ2 換算量の合計で５〜２５モル％、特に８〜２０
モル％含有される。より具体的には、希土類元素が酸化
物換算で１〜１０モル％、ＡｌがＡｌ2 Ｏ3 換算で１〜
１０モル％の割合、不純物的酸素はＳｉＯ2 換算で３〜
２０モル％の割合で含有される。なお、不純物的酸素と
は、焼結体中の全酸素量から、希土類元素の酸化物、Ａ
ｌの酸化物として結合する酸素量を除いた残りの酸素量
である。本発明では、この残りの酸素量のＳｉＯ2 換算
量と、希土類元素（ＲＥ）のＲＥ2 Ｏ3 換算量とのＳｉ
Ｏ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 で表されるモル比が２〜５、特に２．
３〜４となる量で含有される。
焼結体中には、窒化珪素以外に、希土類元素、Ａｌおよ
び酸素を含むものであるが、これらは、希土類元素の酸
化物換算量、Ａｌの酸化物換算量および不純物的酸素の
ＳｉＯ2 換算量の合計で５〜２５モル％、特に８〜２０
モル％含有される。より具体的には、希土類元素が酸化
物換算で１〜１０モル％、ＡｌがＡｌ2 Ｏ3 換算で１〜
１０モル％の割合、不純物的酸素はＳｉＯ2 換算で３〜
２０モル％の割合で含有される。なお、不純物的酸素と
は、焼結体中の全酸素量から、希土類元素の酸化物、Ａ
ｌの酸化物として結合する酸素量を除いた残りの酸素量
である。本発明では、この残りの酸素量のＳｉＯ2 換算
量と、希土類元素（ＲＥ）のＲＥ2 Ｏ3 換算量とのＳｉ
Ｏ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 で表されるモル比が２〜５、特に２．
３〜４となる量で含有される。
【００１４】なお、本発明に用いられる希土類元素とし
ては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ，Ｌｕ等が挙げられるが、これら
の中でも安価な点からＹが望ましい。
ては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ，Ｌｕ等が挙げられるが、これら
の中でも安価な点からＹが望ましい。
【００１５】次に、本発明の窒化珪素質切削工具を製造
する方法について説明する。まず、原料粉末として窒化
珪素粉末を準備する。窒化珪素粉末はα−Ｓｉ3 Ｎ4 、
好ましくは８０％以上のα−Ｓｉ3 Ｎ4 を含有する窒化
珪素粉末を用いる。それらの粒径は０．４〜１．２μｍ
が好ましい。そして、この窒化珪素粉末に対して、添加
成分として希土類酸化物粉末、酸化珪素、Ａｌ2 Ｏ3 、
ＡｌＮなどのＡｌ化合物粉末を準備する。これらの成分
は、合量で５〜２５モル％、特に８〜２０モル％が含有
される。このときの酸化珪素としては、酸化珪素粉末と
して添加されたもの以外に、窒化珪素原料中に不可避的
に含まれる酸素をＳｉＯ2 換算したものも含まれる。
する方法について説明する。まず、原料粉末として窒化
珪素粉末を準備する。窒化珪素粉末はα−Ｓｉ3 Ｎ4 、
好ましくは８０％以上のα−Ｓｉ3 Ｎ4 を含有する窒化
珪素粉末を用いる。それらの粒径は０．４〜１．２μｍ
が好ましい。そして、この窒化珪素粉末に対して、添加
成分として希土類酸化物粉末、酸化珪素、Ａｌ2 Ｏ3 、
ＡｌＮなどのＡｌ化合物粉末を準備する。これらの成分
は、合量で５〜２５モル％、特に８〜２０モル％が含有
される。このときの酸化珪素としては、酸化珪素粉末と
して添加されたもの以外に、窒化珪素原料中に不可避的
に含まれる酸素をＳｉＯ2 換算したものも含まれる。
【００１６】これら添加成分は、具体的には、希土類酸
化物を１〜１０モル％、Ａｌ化合物をＡｌ2 Ｏ3 換算で
１〜１０モル％の割合、酸化珪素を３〜２０モル％の割
合で添加含有される。
化物を１〜１０モル％、Ａｌ化合物をＡｌ2 Ｏ3 換算で
１〜１０モル％の割合、酸化珪素を３〜２０モル％の割
合で添加含有される。
【００１７】また、本発明によれば、希土類酸化物（Ｒ
Ｅ2 Ｏ3 ）と酸化珪素（ＳｉＯ2 ）とのＳｉＯ2 ／ＲＥ
2 Ｏ3 で表されるモル比が２〜５、特に、２．３〜４の
割合からなるように調合する。この比率を限定するの
は、２以上では焼結が進行するとともに耐酸化性も向上
するためで、５より大きいと表層部の分解が進行しボイ
ドが生成し硬度が低下するためである。
Ｅ2 Ｏ3 ）と酸化珪素（ＳｉＯ2 ）とのＳｉＯ2 ／ＲＥ
2 Ｏ3 で表されるモル比が２〜５、特に、２．３〜４の
割合からなるように調合する。この比率を限定するの
は、２以上では焼結が進行するとともに耐酸化性も向上
するためで、５より大きいと表層部の分解が進行しボイ
ドが生成し硬度が低下するためである。
【００１８】上述したような組成に調製された混合物を
所定の切削工具形状に成形した後、焼成する。成形方法
としては、例えば、プレス成形、鋳込み成形、押出し成
形、射出成形、冷間静水圧成形などが挙げられる。な
お、成形と焼成は、ホットプレス法のように同時に行う
ことも当然できる。
所定の切削工具形状に成形した後、焼成する。成形方法
としては、例えば、プレス成形、鋳込み成形、押出し成
形、射出成形、冷間静水圧成形などが挙げられる。な
お、成形と焼成は、ホットプレス法のように同時に行う
ことも当然できる。
【００１９】本発明によれば、焼成に際して、雰囲気中
に窒素ガスとＳｉＯガスを存在させて、１７００〜２０
００℃、特に１７５０〜１８５０℃の温度で焼成する。
この時、雰囲気中にＳｉＯガスが存在しないと表層部の
分解を完全に抑制できず、しかも窒素雰囲気のみでは窒
化珪素の分解を完全に抑制できず、そのため切削工具に
供与する場合、焼き放し面を１０μｍを越えて研磨する
必要がある。また、雰囲気がＳｉＯガスのみで窒素が含
まれないと、上記の焼成温度で窒化珪素が分解し表面の
荒れを生じてしまう。
に窒素ガスとＳｉＯガスを存在させて、１７００〜２０
００℃、特に１７５０〜１８５０℃の温度で焼成する。
この時、雰囲気中にＳｉＯガスが存在しないと表層部の
分解を完全に抑制できず、しかも窒素雰囲気のみでは窒
化珪素の分解を完全に抑制できず、そのため切削工具に
供与する場合、焼き放し面を１０μｍを越えて研磨する
必要がある。また、雰囲気がＳｉＯガスのみで窒素が含
まれないと、上記の焼成温度で窒化珪素が分解し表面の
荒れを生じてしまう。
【００２０】この雰囲気は、焼成炉内に窒素ガスを導入
するとともに、焼成炉内に成形体とともに、ＳｉＯ2 粉
末や、Ｓｉ粉末とＳｉＯ2 粉末との混合粉末を成形体の
体積に応じて配置すればよい。
するとともに、焼成炉内に成形体とともに、ＳｉＯ2 粉
末や、Ｓｉ粉末とＳｉＯ2 粉末との混合粉末を成形体の
体積に応じて配置すればよい。
【００２１】焼成温度を上記の範囲に限定したのは、２
０００℃を越える温度では表層部の分解をおさえきれ
ず、また１７００℃より低いと焼結が十分に進行せず、
緻密な焼結体が得られないためである。
０００℃を越える温度では表層部の分解をおさえきれ
ず、また１７００℃より低いと焼結が十分に進行せず、
緻密な焼結体が得られないためである。
【００２２】焼成方法としては、例えば、ホットプレス
法、常圧焼成法、窒素ガス圧力焼成法、さらには、これ
らの焼成後に熱間静水圧焼成（ＨＩＰ）や、前記の成形
体をガラスシ−ルしてＨＩＰ焼成等で焼成すればよい。
法、常圧焼成法、窒素ガス圧力焼成法、さらには、これ
らの焼成後に熱間静水圧焼成（ＨＩＰ）や、前記の成形
体をガラスシ−ルしてＨＩＰ焼成等で焼成すればよい。
【００２３】また、本発明における窒化珪素質焼結体中
には、上記の成分に加え、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏな
どの周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属や、それらの炭
化物、窒化物、珪化物、あるいはＳｉＣなどを分散粒子
やウィスカ−として焼結体中に分散させて特性の改善を
行うことも可能である。
には、上記の成分に加え、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏな
どの周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属や、それらの炭
化物、窒化物、珪化物、あるいはＳｉＣなどを分散粒子
やウィスカ−として焼結体中に分散させて特性の改善を
行うことも可能である。
【００２４】このようにして得られた切削工具は、切削
面となるすくい面および逃げ面が焼き放し面の状態のま
まで使用できる他、研磨する場合においても１０μｍ以
下の研磨で工具として使用することができる。仮に、研
磨を行う場合でもサンドブラスト等によっても安価に加
工することができる。
面となるすくい面および逃げ面が焼き放し面の状態のま
まで使用できる他、研磨する場合においても１０μｍ以
下の研磨で工具として使用することができる。仮に、研
磨を行う場合でもサンドブラスト等によっても安価に加
工することができる。
【００２５】
【作用】本発明の切削工具によれば、前述したように、
窒化珪素に対する添加成分、特にを制御し、希土類酸化
物（ＲＥ2 Ｏ3 ）と前記酸化珪素（ＳｉＯ2 ）とのＳｉ
Ｏ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 モル比を２〜５に制御し、これを窒素
ガスおよびＳｉＯガスを含む雰囲気中で焼成することに
より、１７００〜２０００℃の比較的低温でしかも短時
間での焼成で緻密化することができると同時に、成形体
中の成分の分解を抑え焼き放し面でのボイドを発生を低
減することができる。また、焼結体の耐酸化性を向上し
切削特性を高めることができる。
窒化珪素に対する添加成分、特にを制御し、希土類酸化
物（ＲＥ2 Ｏ3 ）と前記酸化珪素（ＳｉＯ2 ）とのＳｉ
Ｏ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 モル比を２〜５に制御し、これを窒素
ガスおよびＳｉＯガスを含む雰囲気中で焼成することに
より、１７００〜２０００℃の比較的低温でしかも短時
間での焼成で緻密化することができると同時に、成形体
中の成分の分解を抑え焼き放し面でのボイドを発生を低
減することができる。また、焼結体の耐酸化性を向上し
切削特性を高めることができる。
【００２６】また、上記のように焼結体組成と、焼成時
の雰囲気中にＳｉＯガスを含有させたことにより、表層
部に内部よりも高硬度なマイクロビッカース硬度で１６
ＧＰａ以上の高硬度層を形成することができる。
の雰囲気中にＳｉＯガスを含有させたことにより、表層
部に内部よりも高硬度なマイクロビッカース硬度で１６
ＧＰａ以上の高硬度層を形成することができる。
【００２７】その結果、焼き放し面が良好で、切削面の
研磨加工も１０μｍ以下の研磨量でボイドのない高緻密
質な表面を形成できる。そのために、従来のような加工
によるコストの低減を図ることができる。
研磨加工も１０μｍ以下の研磨量でボイドのない高緻密
質な表面を形成できる。そのために、従来のような加工
によるコストの低減を図ることができる。
【００２８】また、本発明の切削工具は、その表層部が
内部よりも高硬度で１６ＧＰａ以上の硬度を有するため
に耐摩耗性に優れ、特に鋳鉄の切削において優れた切削
特性と切削寿命の長寿命化を図ることができる。
内部よりも高硬度で１６ＧＰａ以上の硬度を有するため
に耐摩耗性に優れ、特に鋳鉄の切削において優れた切削
特性と切削寿命の長寿命化を図ることができる。
【００２９】
実施例１ 窒化珪素粉末（ＢＥＴ比表面積９ｍ2 ／ｇ、α率９８
％、酸素量１．２重量％）と各種の希土類酸化物粉末と
酸化珪素粉末、酸化アルミニウム粉末を用いて、表１に
示す組成になるように調合後、１ｔ／ｃｍ2 で工具形状
ＳＮＭＮ１２０４１２に金型成形した。
％、酸素量１．２重量％）と各種の希土類酸化物粉末と
酸化珪素粉末、酸化アルミニウム粉末を用いて、表１に
示す組成になるように調合後、１ｔ／ｃｍ2 で工具形状
ＳＮＭＮ１２０４１２に金型成形した。
【００３０】そして、窒化珪素質の匣鉢内に、成形体と
ともにＳｉ粉末とＳｉＯ2 粉末とをモル比１／１で成形
体重量の１０％程度の量を配置し、常圧窒素気流中で表
１に示す条件で焼成した。
ともにＳｉ粉末とＳｉＯ2 粉末とをモル比１／１で成形
体重量の１０％程度の量を配置し、常圧窒素気流中で表
１に示す条件で焼成した。
【００３１】得られたサンプルをサンドブラストにより
焼き放し面から表１に示す研磨量で研磨した後、下記の
条件で切削試験を行い、刃先のフランク摩耗が０．２ｍ
ｍになるまで、あるいは欠損を生じるまでの時間で切削
性能を評価し表２に示した。また切削面の表面をダイヤ
モンドペーストで鏡面加工し、その鏡面に対してＪＩＳ
Ｂ７７２５に基づき、２００ｇのダイヤモンド圧子を鏡
面に垂直に当てて圧痕を１０箇所付け、この圧痕の形状
からマイクロヴィッカース硬度を算出しその平均を表２
に示した。
焼き放し面から表１に示す研磨量で研磨した後、下記の
条件で切削試験を行い、刃先のフランク摩耗が０．２ｍ
ｍになるまで、あるいは欠損を生じるまでの時間で切削
性能を評価し表２に示した。また切削面の表面をダイヤ
モンドペーストで鏡面加工し、その鏡面に対してＪＩＳ
Ｂ７７２５に基づき、２００ｇのダイヤモンド圧子を鏡
面に垂直に当てて圧痕を１０箇所付け、この圧痕の形状
からマイクロヴィッカース硬度を算出しその平均を表２
に示した。
【００３２】（切削試験条件） 被削材 ＦＣ−２５ 切削速度 ４００ｍ／ｍｉｎ 送り ０．２ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み ２．０ｍｍ
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】表１および表２の結果によると、ＳｉＯ2
／ＲＥ2 Ｏ3 モル比が２未満もしくは５を越える試料Ｎ
o.８，９、さらにアルミナを含まない試料Ｎo.２０は表
層部の硬度が低下した。また、焼成温度が１７００℃未
満、２０００℃を越える試料Ｎo.１８、１９も表層部の
硬度が低下しており、いずれも切削性能が低下した。こ
れらの比較例に対して、その他の本発明に基づく試料
は、いずれも表層部に１６ＧＰａ以上の高硬度層が形成
され、また鋳鉄に対する切削性能に優れていた。
／ＲＥ2 Ｏ3 モル比が２未満もしくは５を越える試料Ｎ
o.８，９、さらにアルミナを含まない試料Ｎo.２０は表
層部の硬度が低下した。また、焼成温度が１７００℃未
満、２０００℃を越える試料Ｎo.１８、１９も表層部の
硬度が低下しており、いずれも切削性能が低下した。こ
れらの比較例に対して、その他の本発明に基づく試料
は、いずれも表層部に１６ＧＰａ以上の高硬度層が形成
され、また鋳鉄に対する切削性能に優れていた。
【００３６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
１７００〜２０００℃の比較的低温でしかも短時間での
焼成で緻密化することができると同時に、成形体中の成
分の分解を抑え焼き放し面でのボイドを発生を低減し良
好な焼き放し面を形成できる。また、焼結体の耐酸化性
を向上し切削特性を高めることができ、切削面の研磨加
工も１０μｍ以下の研磨量でボイドのない高緻密質な表
面を形成できる。そのために、加工によるコストの低減
を図ることができる。
１７００〜２０００℃の比較的低温でしかも短時間での
焼成で緻密化することができると同時に、成形体中の成
分の分解を抑え焼き放し面でのボイドを発生を低減し良
好な焼き放し面を形成できる。また、焼結体の耐酸化性
を向上し切削特性を高めることができ、切削面の研磨加
工も１０μｍ以下の研磨量でボイドのない高緻密質な表
面を形成できる。そのために、加工によるコストの低減
を図ることができる。
【００３７】また、本発明の切削工具は、その表層部が
内部よりも高硬度で１６ＧＰａ以上の硬度を有するため
に耐摩耗性に優れ、特に鋳鉄の切削において優れた切削
特性と切削寿命の長寿命化を図ることができる。
内部よりも高硬度で１６ＧＰａ以上の硬度を有するため
に耐摩耗性に優れ、特に鋳鉄の切削において優れた切削
特性と切削寿命の長寿命化を図ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高坂 祥二 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】β−窒化珪素結晶相を主体とし、希土類元
素、珪素、アルミニウム、酸素および窒素からなる粒界
相を含む窒化珪素質焼結体において、少なくとも切削面
が焼き放し面あるいは焼き放し面を１０μｍ以下研磨除
去した面から構成されるともに、該切削面の鏡面におけ
るマイクロヴィッカース硬度が内部よりも高く、且つ１
６ＧＰａ以上であることを特徴とする窒化珪素質切削工
具。 - 【請求項２】窒化珪素粉末と、助剤成分として、希土類
酸化物、アルミニウム化合物および酸化珪素を合計で５
〜２５モル％含み、前記希土類酸化物（ＲＥ2Ｏ3 ）と
前記酸化珪素（ＳｉＯ2 ）とのＳｉＯ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 で
表されるモル比が２〜５の組成からなる混合物を切削工
具形状に成形した後、この成形体を少なくとも窒素ガス
及びＳｉＯガスを含む雰囲気中で１７００〜２０００℃
で焼成することを特徴とする窒化珪素質切削工具の製造
方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13354995A JP3588162B2 (ja) | 1995-05-31 | 1995-05-31 | 窒化珪素質切削工具およびその製造方法 |
| US08/655,388 US5668069A (en) | 1995-05-31 | 1996-05-30 | Cutting tool composed of silicon nitride |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13354995A JP3588162B2 (ja) | 1995-05-31 | 1995-05-31 | 窒化珪素質切削工具およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08323509A true JPH08323509A (ja) | 1996-12-10 |
| JP3588162B2 JP3588162B2 (ja) | 2004-11-10 |
Family
ID=15107418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13354995A Expired - Fee Related JP3588162B2 (ja) | 1995-05-31 | 1995-05-31 | 窒化珪素質切削工具およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5668069A (ja) |
| JP (1) | JP3588162B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008114752A1 (ja) | 2007-03-22 | 2008-09-25 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | インサート及び切削工具 |
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|---|---|---|---|---|
| DE19519864B4 (de) * | 1994-05-31 | 2006-11-23 | Kyocera Corp. | Siliciumnitridsinterprodukt und Verfahren zu seiner Herstellung |
| SE513938C2 (sv) * | 1996-07-19 | 2000-11-27 | Sandvik Ab | Skärverktygsmaterial av kiselnitrid |
| US5810849A (en) * | 1997-06-09 | 1998-09-22 | Cardiologics, L.L.C. | Device and method for suturing blood vessels and the like |
| US6610113B1 (en) | 1999-09-09 | 2003-08-26 | Kennametal Pc Inc. | Process for heat treating ceramics and articles of manufacture made thereby |
| JP2001163674A (ja) * | 1999-11-15 | 2001-06-19 | Ngk Insulators Ltd | 窒化珪素焼結体およびその製造方法 |
| US20080196319A1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-08-21 | Advanced Ceramic Manufacturing, Llc | Ceramic round tools for the machining of composite materials |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4881950A (en) * | 1986-05-30 | 1989-11-21 | Gte Valenite Corporation | Silicon nitride cutting tool |
| DE4102628A1 (de) * | 1991-01-30 | 1992-08-06 | Bayer Ag | Verfahren zur herstellung eines werkstoffes auf si(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)n(pfeil abwaerts)4(pfeil abwaerts)-basis, so hergestellte werkstoffe sowie deren verwendung |
| EP0499861B1 (en) * | 1991-02-15 | 1996-01-17 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Tool of silicon nitride sintered body |
| US5316586A (en) * | 1992-06-26 | 1994-05-31 | California Institute Of Technology | Silicon sample holder for molecular beam epitaxy on pre-fabricated integrated circuits |
| US5382273A (en) * | 1993-01-15 | 1995-01-17 | Kennametal Inc. | Silicon nitride ceramic and cutting tool made thereof |
| US5432132A (en) * | 1994-05-25 | 1995-07-11 | The Electrofuel Manufacturing Co. | Silicon nitride based cutting tool insert |
-
1995
- 1995-05-31 JP JP13354995A patent/JP3588162B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-05-30 US US08/655,388 patent/US5668069A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008114752A1 (ja) | 2007-03-22 | 2008-09-25 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | インサート及び切削工具 |
| US8492300B2 (en) | 2007-03-22 | 2013-07-23 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Insert and cutting tool |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5668069A (en) | 1997-09-16 |
| JP3588162B2 (ja) | 2004-11-10 |
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