JPH0832584B2 - 高靭性を有するアルミナ基セラミックス製切削工具 - Google Patents
高靭性を有するアルミナ基セラミックス製切削工具Info
- Publication number
- JPH0832584B2 JPH0832584B2 JP61246186A JP24618686A JPH0832584B2 JP H0832584 B2 JPH0832584 B2 JP H0832584B2 JP 61246186 A JP61246186 A JP 61246186A JP 24618686 A JP24618686 A JP 24618686A JP H0832584 B2 JPH0832584 B2 JP H0832584B2
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- Japan
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- alumina
- cutting tool
- cutting
- high toughness
- powder
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高靱性を有し、したがって特に高靱性が
要求されるフライス切削やならい切削などの衝撃や大き
な負荷を受けるような条件下で使用した場合にすぐれた
切削性能を長期に亘って発揮するアルミナ基セラミック
ス製切削工具（以下、アルミナ系切削工具という）に関
するものである。
要求されるフライス切削やならい切削などの衝撃や大き
な負荷を受けるような条件下で使用した場合にすぐれた
切削性能を長期に亘って発揮するアルミナ基セラミック
ス製切削工具（以下、アルミナ系切削工具という）に関
するものである。
従来、高硬度と高強度を有するアルミナ系切削工具と
して、容量％で（以下、％は容量％を示す）、11〜100
μｍの平均長さを有する炭化けい素（以下、SiCで示
す）ホイスカ:20〜40％、酸化イットリウム（以下、Y2O
3で示す）:0.1〜３％を含有し、残りが酸化アルミニウ
ム（以下、Al2O3で示す）と不可避不純物からなる組成
を有するアルミナ基セラミックスで構成されたものが知
られている。
して、容量％で（以下、％は容量％を示す）、11〜100
μｍの平均長さを有する炭化けい素（以下、SiCで示
す）ホイスカ:20〜40％、酸化イットリウム（以下、Y2O
3で示す）:0.1〜３％を含有し、残りが酸化アルミニウ
ム（以下、Al2O3で示す）と不可避不純物からなる組成
を有するアルミナ基セラミックスで構成されたものが知
られている。
しかし、上記の従来アルミナ系切削工具においては、
これを構成するアルミナ基セラミックスが高硬度および
高強度を有するものの十分な靱性を具備するものでない
ために、これをフライス切削やならい切削などの衝撃や
大きな負荷を受ける切削に用いると、切刃に欠けやチッ
ピングなどの欠損が発生し易く、これが原因で比較的短
時間で使用寿命に至るのが現状である。
これを構成するアルミナ基セラミックスが高硬度および
高強度を有するものの十分な靱性を具備するものでない
ために、これをフライス切削やならい切削などの衝撃や
大きな負荷を受ける切削に用いると、切刃に欠けやチッ
ピングなどの欠損が発生し易く、これが原因で比較的短
時間で使用寿命に至るのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記
の従来アルミナ系切削工具に着目し、これに高靱性を付
与すべく研究を行なった結果、「原料粉末として用いら
れているSiCホイスカに、例えば空気中、300〜1000℃の
温度に30分〜５時間保持の条件で加熱酸化処理を施す
と、これに混在している遊離カーボンがCOやCO2となっ
て除去されて、SiCホイスカは活性化するようになり、
したがってこの酸化加熱処理されたSiCホイスカを原料
粉末として用いると共に、さらに窒化チタン（以下、Ti
Nで示す）を21〜30％の割合で含有させてアルミナ系切
削工具を製造すると、この結果のアルミナ系切削工具
は、前記の活性化したSiCホイスカとTiNの作用で」靱性
が著しく向上し、高靱性が要求されるフライス切削やな
らい切削などに用いた場合に、すぐれた耐欠損性を示
し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するようにな
るという研究結果を得たのである。
の従来アルミナ系切削工具に着目し、これに高靱性を付
与すべく研究を行なった結果、「原料粉末として用いら
れているSiCホイスカに、例えば空気中、300〜1000℃の
温度に30分〜５時間保持の条件で加熱酸化処理を施す
と、これに混在している遊離カーボンがCOやCO2となっ
て除去されて、SiCホイスカは活性化するようになり、
したがってこの酸化加熱処理されたSiCホイスカを原料
粉末として用いると共に、さらに窒化チタン（以下、Ti
Nで示す）を21〜30％の割合で含有させてアルミナ系切
削工具を製造すると、この結果のアルミナ系切削工具
は、前記の活性化したSiCホイスカとTiNの作用で」靱性
が著しく向上し、高靱性が要求されるフライス切削やな
らい切削などに用いた場合に、すぐれた耐欠損性を示
し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するようにな
るという研究結果を得たのである。
この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたも
のであって、 11〜100μｍの平均長さを有する加熱酸化処理されたSiC
ホイスカ:10〜29％、 TiN:21〜30％、 Y2O3:0.1〜３％、 を含有し、残りがAl2O3と不可避不純物からなる組成を
有するアルミナ基セラミックスで構成してなる、高靱性
を有するアルミナ系切削工具に特徴を有するものであ
る。
のであって、 11〜100μｍの平均長さを有する加熱酸化処理されたSiC
ホイスカ:10〜29％、 TiN:21〜30％、 Y2O3:0.1〜３％、 を含有し、残りがAl2O3と不可避不純物からなる組成を
有するアルミナ基セラミックスで構成してなる、高靱性
を有するアルミナ系切削工具に特徴を有するものであ
る。
つぎに、この発明のアルミナ系切削工具を構成するア
ルミナ基セラミックスの組成を上記の通りに限定した理
由を説明する。
ルミナ基セラミックスの組成を上記の通りに限定した理
由を説明する。
（ａ） SiCホイスカ SiCホイスカには、原料粉末として加熱酸化処理した
状態で用いることによりアルミナ系切削工具の硬さと強
度を向上させる作用があるが、その含有割合が10％未満
では、前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有
割合が29％を越えると、焼結性に低下傾向が現われ、強
度が低下するようになることから、その含有割合を10〜
29％と定めた。
状態で用いることによりアルミナ系切削工具の硬さと強
度を向上させる作用があるが、その含有割合が10％未満
では、前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有
割合が29％を越えると、焼結性に低下傾向が現われ、強
度が低下するようになることから、その含有割合を10〜
29％と定めた。
なお、その平均長さを11〜100μｍとしたのは、その
平均長さが11μｍ未満では、繊維強化型による所望の強
度向上が得られず、一方その平均長さが100μｍを越え
ると焼結性が低下し、強度が急激に低下するようになる
という理由によるものである。
平均長さが11μｍ未満では、繊維強化型による所望の強
度向上が得られず、一方その平均長さが100μｍを越え
ると焼結性が低下し、強度が急激に低下するようになる
という理由によるものである。
（ｂ） TiN TiNは、TiとＮが1:1の割合よりもずれた、活性の高い
TiN0.5〜TiN0.98の形で存在し、このように化学量論的
な割合からずれたTiN対Ｎ比の状態にあるTiNが、焼結時
にSiCホイスカおよびAl2O3間で活発に反応し、これらと
強固に結合し、靱性を著しく向上させる作用があるが、
その含有割合が21％未満では所望の高靱性を確保するこ
とができず、一方その含有割合が30％を越えると耐摩耗
性が低下するようになることから、その含有割合を21〜
30％と定めた。
TiN0.5〜TiN0.98の形で存在し、このように化学量論的
な割合からずれたTiN対Ｎ比の状態にあるTiNが、焼結時
にSiCホイスカおよびAl2O3間で活発に反応し、これらと
強固に結合し、靱性を著しく向上させる作用があるが、
その含有割合が21％未満では所望の高靱性を確保するこ
とができず、一方その含有割合が30％を越えると耐摩耗
性が低下するようになることから、その含有割合を21〜
30％と定めた。
（ｃ） Y2O3 Y2O3には、TiNとの共存において、一段と焼結性を向
上させ、SiCホイスカおよびAl2O3による強度および硬さ
（耐摩耗性）の向上、並びにTiNによる靱性向上を促進
する作用があるが、その含有割合が0.1％未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方その含有割合が３％
を越えると耐摩耗性が低下するようになることから、そ
の含有割合を0.1〜３％と定めた。
上させ、SiCホイスカおよびAl2O3による強度および硬さ
（耐摩耗性）の向上、並びにTiNによる靱性向上を促進
する作用があるが、その含有割合が0.1％未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方その含有割合が３％
を越えると耐摩耗性が低下するようになることから、そ
の含有割合を0.1〜３％と定めた。
なお、この発明のアルミナ系切削工具は、原料粉末と
して、30〜500μｍの平均長さ（この場合、500μｍ以下
のSiCホイスカは混合時および焼結時に壊れて焼結後の
セラミックス中には100μｍ以下の平均長さで存在する
ようになる）を有し、かつ混在する遊離カーボンをCOや
CO2として除去して活性化する目的で、空気中、300〜10
00℃の温度に30分〜５時間保持の条件で加熱酸化処理し
たSiCホイスカ、0.2〜２μｍの平均粒径を有するAl2O3
粉末、TiN粉末、およびY2O3粉末を用意し、これらの原
料粉末を、 SiCホイスカ:10〜29％、 TiN:21〜30％、 Y2O3:0.1〜３％、 Al2O3：残り、 からなる配合組成に配合し、まずSiCホイスカを除く原
料粉末を、例えばボールミルなどを用いて十分に混合し
た後に、SiCホイスカを加え、これ壊さないように、例
えばロータリ式回転機により混合し、この混合粉末を圧
粉末にプレス成形し、この圧粉体あるいは上記混合粉末
に直接、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中、温度:165
0〜1850℃、圧力:1〜5kg/mm2、保持時間:30分〜３時間
の条件でホットプレスを施すか、あるいは上記圧粉体
に、真空中、1650〜1850℃の温度に30分〜３時間補助の
条件での真空焼結と、不活性ガス雰囲気中、温度:1650
〜1850℃、圧力:1000〜2000気圧の条件での熱間静水圧
プレス（HIP）を施すことにより製造するのが望まし
い。
して、30〜500μｍの平均長さ（この場合、500μｍ以下
のSiCホイスカは混合時および焼結時に壊れて焼結後の
セラミックス中には100μｍ以下の平均長さで存在する
ようになる）を有し、かつ混在する遊離カーボンをCOや
CO2として除去して活性化する目的で、空気中、300〜10
00℃の温度に30分〜５時間保持の条件で加熱酸化処理し
たSiCホイスカ、0.2〜２μｍの平均粒径を有するAl2O3
粉末、TiN粉末、およびY2O3粉末を用意し、これらの原
料粉末を、 SiCホイスカ:10〜29％、 TiN:21〜30％、 Y2O3:0.1〜３％、 Al2O3：残り、 からなる配合組成に配合し、まずSiCホイスカを除く原
料粉末を、例えばボールミルなどを用いて十分に混合し
た後に、SiCホイスカを加え、これ壊さないように、例
えばロータリ式回転機により混合し、この混合粉末を圧
粉末にプレス成形し、この圧粉体あるいは上記混合粉末
に直接、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中、温度:165
0〜1850℃、圧力:1〜5kg/mm2、保持時間:30分〜３時間
の条件でホットプレスを施すか、あるいは上記圧粉体
に、真空中、1650〜1850℃の温度に30分〜３時間補助の
条件での真空焼結と、不活性ガス雰囲気中、温度:1650
〜1850℃、圧力:1000〜2000気圧の条件での熱間静水圧
プレス（HIP）を施すことにより製造するのが望まし
い。
つぎに、この発明のアルミナ系切削工具を実施例によ
り具体的に説明する。
り具体的に説明する。
原料粉末として、30〜500μｍの範囲内の所定の平均
長さを有し、かつ大気中、300〜1000℃の範囲の所定温
度に30分〜５時間の範囲内の所定時間保持の条件で加熱
酸化処理を施した各種の本発明アルミナ系切削工具用Si
Cホイスカ並びに前記加熱酸化処理を施さない従来アル
ミナ系切削工具用SiCホイスカ、平均粒径:0.2μｍのAl2
O3粉末、同0.8μｍの各種のTiNx（x:0.5〜0.98）粉末、
および同1.5μｍのY2O3粉末を用意し、これらの原料粉
末を所定の配合組成に配合し、まず、Al2O3粉末とTiN粉
末とY2O3粉末をボールミルで72時間混合し、これをロー
タリ式回転機に移し、これにSiCホイスカを加えて30分
間混合し、1ton/cm2の圧力で圧粉体にプレス成形し、こ
の圧粉体に、 （ａ） Arガス雰囲気中、温度:1750℃、圧力:3kg/m
m2、時間:1時間の条件でのホットプレス、 （ｂ） 真空中、温度:1700℃、保持時間:10分の条件で
の真空焼結と、Arガス雰囲気中、温度:1730℃、圧力:15
00気圧、保持時間:40分の条件でのHIP、上記（ａ）また
は（ｂ）の条件での焼結を行なうことにより、それぞれ
第1,2表に示される平均長さのSiCで構成され、かつ組成
を有するアルミナ基セラミック スからなり、いずれもISO規格SNGN120408のチップ形状
をもった本発明アルミナ系切削工具（以下、本発明切削
工具という）１〜９および従来アルミナ系切削工具（以
下、従来切削工具という）１〜９をそれぞれ製造した。
長さを有し、かつ大気中、300〜1000℃の範囲の所定温
度に30分〜５時間の範囲内の所定時間保持の条件で加熱
酸化処理を施した各種の本発明アルミナ系切削工具用Si
Cホイスカ並びに前記加熱酸化処理を施さない従来アル
ミナ系切削工具用SiCホイスカ、平均粒径:0.2μｍのAl2
O3粉末、同0.8μｍの各種のTiNx（x:0.5〜0.98）粉末、
および同1.5μｍのY2O3粉末を用意し、これらの原料粉
末を所定の配合組成に配合し、まず、Al2O3粉末とTiN粉
末とY2O3粉末をボールミルで72時間混合し、これをロー
タリ式回転機に移し、これにSiCホイスカを加えて30分
間混合し、1ton/cm2の圧力で圧粉体にプレス成形し、こ
の圧粉体に、 （ａ） Arガス雰囲気中、温度:1750℃、圧力:3kg/m
m2、時間:1時間の条件でのホットプレス、 （ｂ） 真空中、温度:1700℃、保持時間:10分の条件で
の真空焼結と、Arガス雰囲気中、温度:1730℃、圧力:15
00気圧、保持時間:40分の条件でのHIP、上記（ａ）また
は（ｂ）の条件での焼結を行なうことにより、それぞれ
第1,2表に示される平均長さのSiCで構成され、かつ組成
を有するアルミナ基セラミック スからなり、いずれもISO規格SNGN120408のチップ形状
をもった本発明アルミナ系切削工具（以下、本発明切削
工具という）１〜９および従来アルミナ系切削工具（以
下、従来切削工具という）１〜９をそれぞれ製造した。
ついで、この結果得られた各種の切削工具について、
ロックウェル硬さ（Ａスケール）および杭折力を測定
し、さらに、 被削材:FC25の角材、 切削速度:320m/min、 一刃当りの送り:0.16mm/刃、 切込み:1mm、 切削時間:10分、 の条件での鋳鉄角材の単刃によるフライス切削試験を行
ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結
果を第1,2表に示した。
ロックウェル硬さ（Ａスケール）および杭折力を測定
し、さらに、 被削材:FC25の角材、 切削速度:320m/min、 一刃当りの送り:0.16mm/刃、 切込み:1mm、 切削時間:10分、 の条件での鋳鉄角材の単刃によるフライス切削試験を行
ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結
果を第1,2表に示した。
〔発明の効果〕 第1,2表に示される結果から、本発明切削工具１〜９
は、いずれも高靱性を示し、高靱性を必要とするフライ
ス切削で、切刃に欠損の発生なく、すぐれた耐摩耗性を
発揮するのに対して、従来切削工具１〜９においては、
靱性不足が原因で切刃に欠損が発生し、これが原因で比
較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
は、いずれも高靱性を示し、高靱性を必要とするフライ
ス切削で、切刃に欠損の発生なく、すぐれた耐摩耗性を
発揮するのに対して、従来切削工具１〜９においては、
靱性不足が原因で切刃に欠損が発生し、これが原因で比
較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明のアルミナ系切削工具は、高
硬度と高強度を有し、さらに一段とすぐれた靱性を有す
るので、連続切削は勿論のこと、フライス切削やならい
切削などに用いてもすぐれた耐欠損性を示し、長期に亘
ってすぐれた切削性能を発揮するのである。
硬度と高強度を有し、さらに一段とすぐれた靱性を有す
るので、連続切削は勿論のこと、フライス切削やならい
切削などに用いてもすぐれた耐欠損性を示し、長期に亘
ってすぐれた切削性能を発揮するのである。
Claims (1)
- 【請求項１】11〜100μｍの平均長さを有する加熱酸化
処理された炭化けい素ホイスカ:10〜29％、 窒化チタン:21〜30％、 酸化イットリウム:0.1〜３％、 を含有し、残りが酸化アルミニウムと不可避不純物から
なる組成（以上容量％）を有するアルミナ基セラミック
スで構成したことを特徴とする高靱性を有するアルミナ
基セラミックス製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61246186A JPH0832584B2 (ja) | 1986-10-16 | 1986-10-16 | 高靭性を有するアルミナ基セラミックス製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61246186A JPH0832584B2 (ja) | 1986-10-16 | 1986-10-16 | 高靭性を有するアルミナ基セラミックス製切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63100055A JPS63100055A (ja) | 1988-05-02 |
| JPH0832584B2 true JPH0832584B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=17144793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61246186A Expired - Lifetime JPH0832584B2 (ja) | 1986-10-16 | 1986-10-16 | 高靭性を有するアルミナ基セラミックス製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0832584B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6433069A (en) * | 1987-07-27 | 1989-02-02 | Kobe Steel Ltd | Shaft shaped ceramic cutting tool |
| CN1037169C (zh) * | 1991-12-03 | 1998-01-28 | 先进复合材料公司 | 无压烧结晶须增强的氧化铝复合材料及其制备方法 |
| US5656217A (en) * | 1994-09-13 | 1997-08-12 | Advanced Composite Materials Corporation | Pressureless sintering of whisker reinforced alumina composites |
| US20040009112A1 (en) | 2002-07-10 | 2004-01-15 | Advanced Composite Materials Corporation | Silicon carbide fibers essentially devoid of whiskers and method for preparation thereof |
| US20070235450A1 (en) | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Advanced Composite Materials Corporation | Composite materials and devices comprising single crystal silicon carbide heated by electromagnetic radiation |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62235266A (ja) * | 1986-04-02 | 1987-10-15 | 日本特殊陶業株式会社 | 工具用繊維強化複合材料 |
-
1986
- 1986-10-16 JP JP61246186A patent/JPH0832584B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63100055A (ja) | 1988-05-02 |
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