JPH09208322A - ホウ化チタン−窒化チタン系複合セラミックス及び該セラミックスを用いた切削工具 - Google Patents
ホウ化チタン−窒化チタン系複合セラミックス及び該セラミックスを用いた切削工具Info
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- JPH09208322A JPH09208322A JP8040369A JP4036996A JPH09208322A JP H09208322 A JPH09208322 A JP H09208322A JP 8040369 A JP8040369 A JP 8040369A JP 4036996 A JP4036996 A JP 4036996A JP H09208322 A JPH09208322 A JP H09208322A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ＴｉＢ2本来の優れた特性を維持しつつ、実用
可能な程度に靱性を改善したＴｉＢ2−ＴｉＮ系複合セ
ラミックスを提供する。 【解決手段】重量基準でＴｉＢ2５０〜８０％、残部Ｔ
ｉＮ及び不可避不純物からなり、ＴｉＮ粒子の５０％以
上がＴｉＢ2粒子中に取り込まれたコンポジット組織に
なっていることを特徴とする。
可能な程度に靱性を改善したＴｉＢ2−ＴｉＮ系複合セ
ラミックスを提供する。 【解決手段】重量基準でＴｉＢ2５０〜８０％、残部Ｔ
ｉＮ及び不可避不純物からなり、ＴｉＮ粒子の５０％以
上がＴｉＢ2粒子中に取り込まれたコンポジット組織に
なっていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ホウ化チタンＴｉ
Ｂ2−窒化チタンＴｉＮ系複合セラミックスに属する。
このセラミックスは、切削工具材料や耐摩耗性材料に好
適に利用されうる。
Ｂ2−窒化チタンＴｉＮ系複合セラミックスに属する。
このセラミックスは、切削工具材料や耐摩耗性材料に好
適に利用されうる。
【０００２】
【従来の技術】従来、切削工具材料としては、窒化ケイ
素系セラミックスやＳｉＣウィスカー強化アルミナ系セ
ラミックスが汎用されている。これらのセラミックス
は、強度が１０００〜１２００ＭＰａ程度、靱性７〜８
ＭＰａ・ｍ1/2程度、硬度１５ＧＰａ（窒化ケイ素系）
もしくは硬度２０ＧＰａ（ＳｉＣウィスカー強化アルミ
ナ系）で、強度及び靱性において優れる一方、硬度にお
いて若干劣る。従って、瞬間的な強い衝撃に対しては強
靱であり、深い切り込みで高速切削する粗切削用には適
しているが、表面仕上げには不向きである。
素系セラミックスやＳｉＣウィスカー強化アルミナ系セ
ラミックスが汎用されている。これらのセラミックス
は、強度が１０００〜１２００ＭＰａ程度、靱性７〜８
ＭＰａ・ｍ1/2程度、硬度１５ＧＰａ（窒化ケイ素系）
もしくは硬度２０ＧＰａ（ＳｉＣウィスカー強化アルミ
ナ系）で、強度及び靱性において優れる一方、硬度にお
いて若干劣る。従って、瞬間的な強い衝撃に対しては強
靱であり、深い切り込みで高速切削する粗切削用には適
しているが、表面仕上げには不向きである。
【０００３】この点、ＴｉＢ2は、高硬度且つ高導電性
であるし、また上記のようにケイ素を含有するセラミッ
クスからなる切削チップを用いて鋳物や鋼を削る際にＳ
ｉがＦｅと癒着して摩耗しやすいのと異なり、ＴｉがＦ
ｅと癒着するという問題もないので、切削工具や耐摩耗
性材料として有望視されている。
であるし、また上記のようにケイ素を含有するセラミッ
クスからなる切削チップを用いて鋳物や鋼を削る際にＳ
ｉがＦｅと癒着して摩耗しやすいのと異なり、ＴｉがＦ
ｅと癒着するという問題もないので、切削工具や耐摩耗
性材料として有望視されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＴｉＢ2は、
難焼結性である。従って、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の結合金
属やＴｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＣ等の易焼結性セラミック
ス原料を添加して焼結する技術が提案されている（特開
平５７−４２５７８号、特公平５−４７５１０号）が、
依然として靱性においては前記窒化ケイ素系セラミック
スやウィスカー強化アルミナ系セラミックスに遠く及ば
ない。このため粗切削用工具としてはもとより、表面仕
上げ用工具としても実用性に乏しい。それ故、本発明
は、ＴｉＢ2本来の優れた特性を維持しつつ、実用可能
な程度に靱性を改善したＴｉＢ2−ＴｉＮ系複合セラミ
ックスを提供することを目的とする。
難焼結性である。従って、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の結合金
属やＴｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＣ等の易焼結性セラミック
ス原料を添加して焼結する技術が提案されている（特開
平５７−４２５７８号、特公平５−４７５１０号）が、
依然として靱性においては前記窒化ケイ素系セラミック
スやウィスカー強化アルミナ系セラミックスに遠く及ば
ない。このため粗切削用工具としてはもとより、表面仕
上げ用工具としても実用性に乏しい。それ故、本発明
は、ＴｉＢ2本来の優れた特性を維持しつつ、実用可能
な程度に靱性を改善したＴｉＢ2−ＴｉＮ系複合セラミ
ックスを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
に、本発明のＴｉＢ2−ＴｉＮ系複合セラミックスは、
重量基準でＴｉＢ2５０〜８０％、残部ＴｉＮ及び不可
避不純物からなり、ＴｉＮ粒子の５０％以上がＴｉＢ2
粒子中に取り込まれたコンポジット組織になっているこ
とを特徴とする。この構成を具備するセラミックスは、
硬度２０ＧＰａ以上、抗折強度２００ＭＰａ以上、靱性
４ＭＰａ・ｍ1/2以上といった優れた機械的特性を発揮
する。従って、表面仕上げ用の切削工具の刃に好適であ
る。
に、本発明のＴｉＢ2−ＴｉＮ系複合セラミックスは、
重量基準でＴｉＢ2５０〜８０％、残部ＴｉＮ及び不可
避不純物からなり、ＴｉＮ粒子の５０％以上がＴｉＢ2
粒子中に取り込まれたコンポジット組織になっているこ
とを特徴とする。この構成を具備するセラミックスは、
硬度２０ＧＰａ以上、抗折強度２００ＭＰａ以上、靱性
４ＭＰａ・ｍ1/2以上といった優れた機械的特性を発揮
する。従って、表面仕上げ用の切削工具の刃に好適であ
る。
【０００６】ＴｉＢ2の含有量が５０％に満たないと所
望の機械的特性、特に２０ＧＰａ以上の硬度が得られな
い。他方、ＴｉＢ2の含有量が８０％を超えると、易焼
結性のＴｉＮが相対的に少なすぎて焼結性が低下し、緻
密な焼結体が得られない。ＴｉＢ2の好ましい含有量
は、５０〜７０％である。また、ＴｉＢ2の含有量が所
定の範囲であっても、ＴｉＢ2に取り込まれるＴｉＮの
割合が５０％に満たないと、高靱化しないうえ、硬度も
若干劣る。
望の機械的特性、特に２０ＧＰａ以上の硬度が得られな
い。他方、ＴｉＢ2の含有量が８０％を超えると、易焼
結性のＴｉＮが相対的に少なすぎて焼結性が低下し、緻
密な焼結体が得られない。ＴｉＢ2の好ましい含有量
は、５０〜７０％である。また、ＴｉＢ2の含有量が所
定の範囲であっても、ＴｉＢ2に取り込まれるＴｉＮの
割合が５０％に満たないと、高靱化しないうえ、硬度も
若干劣る。
【０００７】本発明のセラミックスは、ＴｉＢ2粉末及
びＴｉＮ粉末を所定割合で混合し、普通焼結、ホットプ
レス焼結又はＨＩＰ焼結することによって製造される。
ＴｉＢ2粉末は、純度９８％以上、平均粒径３μｍ以下
のものを用いるのがよい。ＴｉＮ粉末は、ＴｉＢ2粉末
よりも細かいことが必要で、平均粒径１μｍ以下のもの
を用いるのがよい。好ましい平均粒径は、ＴｉＢ2が１
μｍ以下、ＴｉＮが０．５μｍ以下であり、特にＴｉＮ
が０．５μｍ以下のときは、ＴｉＢ2に取り込まれるＴ
ｉＮ粒子が１μｍに満たないナノサイズとなり、すなわ
ち得られるセラミックスがナノコンポジット組織となる
ので良い。焼結中は、高温でＴｉＮが分解しないよう
に、窒素ガスやアンモニアガスを導入したり、成形体を
ＢＮ粉末中に埋める等のように窒素成分を補充する措置
を取るのが好ましい。これはＴｉＮが分解すると、緻密
化し難くなるからである。
びＴｉＮ粉末を所定割合で混合し、普通焼結、ホットプ
レス焼結又はＨＩＰ焼結することによって製造される。
ＴｉＢ2粉末は、純度９８％以上、平均粒径３μｍ以下
のものを用いるのがよい。ＴｉＮ粉末は、ＴｉＢ2粉末
よりも細かいことが必要で、平均粒径１μｍ以下のもの
を用いるのがよい。好ましい平均粒径は、ＴｉＢ2が１
μｍ以下、ＴｉＮが０．５μｍ以下であり、特にＴｉＮ
が０．５μｍ以下のときは、ＴｉＢ2に取り込まれるＴ
ｉＮ粒子が１μｍに満たないナノサイズとなり、すなわ
ち得られるセラミックスがナノコンポジット組織となる
ので良い。焼結中は、高温でＴｉＮが分解しないよう
に、窒素ガスやアンモニアガスを導入したり、成形体を
ＢＮ粉末中に埋める等のように窒素成分を補充する措置
を取るのが好ましい。これはＴｉＮが分解すると、緻密
化し難くなるからである。
【０００８】例えば、原料粉末混合物を金型に充填して
１〜３ｔｏｎ／ｃｍ2で加圧成形する。圧粉体を窒素、
アンモニア、アルゴン、水素又はそれらの混合ガス等の
中性ないし還元性雰囲気中において、１８００〜２２０
０℃好ましくは１９００〜２１００℃で３０〜１８０分
間で焼結する。続いてＨＩＰ処理しても良い。こうし
て、本発明のＴｉＢ2−ＴｉＮ系複合セラミックスが製
造される。
１〜３ｔｏｎ／ｃｍ2で加圧成形する。圧粉体を窒素、
アンモニア、アルゴン、水素又はそれらの混合ガス等の
中性ないし還元性雰囲気中において、１８００〜２２０
０℃好ましくは１９００〜２１００℃で３０〜１８０分
間で焼結する。続いてＨＩＰ処理しても良い。こうし
て、本発明のＴｉＢ2−ＴｉＮ系複合セラミックスが製
造される。
【０００９】また、原料粉末混合物を黒鉛型に充填し、
上記の還元性雰囲気中において、ダイ圧力２００〜４０
０ｋｇ／ｃｍ2、１７００〜２０００℃、３０〜１８０
分間ホットプレスすることによっても製造される。
上記の還元性雰囲気中において、ダイ圧力２００〜４０
０ｋｇ／ｃｍ2、１７００〜２０００℃、３０〜１８０
分間ホットプレスすることによっても製造される。
【００１０】
−請求項１及び２の実施例− ＴｉＢ2粉末（平均粒径１．５μｍ、純度９９％）及び
ＴｉＮ粉末（平均粒径０．５μｍ、純度９９％）を表１
に示す組成で秤量し、アセトン溶媒及び超硬ボールを用
いて、ボールミルにて２４時間湿式混合した。混合物を
乾燥し、粉末を金型に充填して１．５ｔｏｎ／ｃｍ2の
圧力で成形した。成形体を黒鉛製容器内に納め、容器と
成形体との間隙にＢＮ粉末を詰めた状態で納め、炉内に
置き、アルゴンガス雰囲気中１９００〜２１００℃で２
時間焼成することによって、本発明に属するＮｏ．１〜
４のセラミックスを製造した。
ＴｉＮ粉末（平均粒径０．５μｍ、純度９９％）を表１
に示す組成で秤量し、アセトン溶媒及び超硬ボールを用
いて、ボールミルにて２４時間湿式混合した。混合物を
乾燥し、粉末を金型に充填して１．５ｔｏｎ／ｃｍ2の
圧力で成形した。成形体を黒鉛製容器内に納め、容器と
成形体との間隙にＢＮ粉末を詰めた状態で納め、炉内に
置き、アルゴンガス雰囲気中１９００〜２１００℃で２
時間焼成することによって、本発明に属するＮｏ．１〜
４のセラミックスを製造した。
【００１１】また、セラミックスＮｏ．１〜４と同一条
件で製造したセラミックスに、続いて（アルゴン＋窒
素）混合ガス雰囲気中、１７００℃、圧力１５００ａｔ
ｍの条件で２時間ＨＩＰ処理することによって、本発明
に属するＮｏ．１’〜４’のセラミックスを製造した。
件で製造したセラミックスに、続いて（アルゴン＋窒
素）混合ガス雰囲気中、１７００℃、圧力１５００ａｔ
ｍの条件で２時間ＨＩＰ処理することによって、本発明
に属するＮｏ．１’〜４’のセラミックスを製造した。
【００１２】さらにまた、セラミックスＮｏ．２と同一
組成の湿式混合粉末を黒鉛型に充填し、窒素雰囲気中１
９５０℃、ダイ圧力４００ｋｇ／ｃｍ2でホットプレス
することによって、本発明に属するＮｏ．５のセラミッ
クスを製造した。
組成の湿式混合粉末を黒鉛型に充填し、窒素雰囲気中１
９５０℃、ダイ圧力４００ｋｇ／ｃｍ2でホットプレス
することによって、本発明に属するＮｏ．５のセラミッ
クスを製造した。
【００１３】セラミックスＮｏ．１〜５及びＮｏ．１’
〜４’について、複合粒子比＝（ＴｉＢ2粒子中のＴｉ
Ｎ粒子）／（全ＴｉＮ）、ＴｉＮの平均粒径、相対密
度、硬度、抗折強度及び靱性を測定し、それらの結果を
表１に示した。なお、硬度はビッカース硬度を、抗折強
度はJIS R1601に従う３点曲げ強度を、靱性は荷重１０
ｋｇｆ、保持時間３０秒でＩＦ法によりそれぞれ測定し
た。また、複合粒子比＝（ＴｉＢ2粒子中のＴｉＮ粒
子）／（全ＴｉＮ）及び平均粒径は、各セラミックスを
ＳＥＭ観察し、その組織写真における各粒子の面積及び
直径から算出した。
〜４’について、複合粒子比＝（ＴｉＢ2粒子中のＴｉ
Ｎ粒子）／（全ＴｉＮ）、ＴｉＮの平均粒径、相対密
度、硬度、抗折強度及び靱性を測定し、それらの結果を
表１に示した。なお、硬度はビッカース硬度を、抗折強
度はJIS R1601に従う３点曲げ強度を、靱性は荷重１０
ｋｇｆ、保持時間３０秒でＩＦ法によりそれぞれ測定し
た。また、複合粒子比＝（ＴｉＢ2粒子中のＴｉＮ粒
子）／（全ＴｉＮ）及び平均粒径は、各セラミックスを
ＳＥＭ観察し、その組織写真における各粒子の面積及び
直径から算出した。
【００１４】
【表１】 −請求項１に対する比較例− 秤量組成及び焼成条件を表１のものに代えて表２に示す
とおりにした以外は、セラミックスＮｏ．１〜４及びＮ
ｏ．１’〜４’と同一条件で比較用のセラミックスＮ
ｏ．１Ｒ〜２Ｒ及びＮｏ．１’Ｒ〜２’Ｒを製造し、前
記各種の特性を測定し、測定結果を表２に併記した。
とおりにした以外は、セラミックスＮｏ．１〜４及びＮ
ｏ．１’〜４’と同一条件で比較用のセラミックスＮ
ｏ．１Ｒ〜２Ｒ及びＮｏ．１’Ｒ〜２’Ｒを製造し、前
記各種の特性を測定し、測定結果を表２に併記した。
【００１５】−請求項２に対する比較例− ＴｉＮ原料粉末として、前記ＴｉＮ粉末に代えて平均粒
径２μｍ、純度９９％のものを用いた以外は、セラミッ
クスＮｏ．１〜４と同一条件で比較用のセラミックスＮ
ｏ．３Ｒ〜６Ｒを製造し、前記各種の特性を測定し、測
定結果を表２に併記した。
径２μｍ、純度９９％のものを用いた以外は、セラミッ
クスＮｏ．１〜４と同一条件で比較用のセラミックスＮ
ｏ．３Ｒ〜６Ｒを製造し、前記各種の特性を測定し、測
定結果を表２に併記した。
【００１６】
【表２】 −上記実施例及び比較例の評価− 表１にみられるように、本発明に属するセラミックス
は、２００ＭＰａ以上の抗折強度と４ＭＰａ・ｍ1/2以
上の靱性を発揮しつつ、硬度が２０ＧＰａ以上と汎用の
窒化ケイ素焼結体に比べて格段に高い。
は、２００ＭＰａ以上の抗折強度と４ＭＰａ・ｍ1/2以
上の靱性を発揮しつつ、硬度が２０ＧＰａ以上と汎用の
窒化ケイ素焼結体に比べて格段に高い。
【００１７】これに対して、表２にみられるように、本
発明に属さないセラミックスＮｏ．１Ｒ及び１’Ｒは、
ＴｉＢ2含有量が乏しいために硬度に劣る。他方、セラ
ミックスＮｏ．２Ｒ及び２’Ｒは、ＴｉＮ含有量が乏し
いために焼成しても緻密化せず、セラミックスの特性を
測定することさえもできなかった。また、セラミックス
Ｎｏ．３Ｒ〜６Ｒは、秤量組成の点では本発明の範囲に
属するものの、複合粒子比が５０％に満たないので、硬
度及び靱性が低かった。
発明に属さないセラミックスＮｏ．１Ｒ及び１’Ｒは、
ＴｉＢ2含有量が乏しいために硬度に劣る。他方、セラ
ミックスＮｏ．２Ｒ及び２’Ｒは、ＴｉＮ含有量が乏し
いために焼成しても緻密化せず、セラミックスの特性を
測定することさえもできなかった。また、セラミックス
Ｎｏ．３Ｒ〜６Ｒは、秤量組成の点では本発明の範囲に
属するものの、複合粒子比が５０％に満たないので、硬
度及び靱性が低かった。
【００１８】−請求項３の実施例とそれに対する比較例
− 上記セラミックスＮｏ．１，２，４及びＮｏ．１Ｒ，３
Ｒ，４Ｒ，６Ｒとそれぞれ同一条件で製造したセラミッ
クスをＳＮＧＮ１２０４０８形状に研磨加工し切削工具
とした。これらを下記に示す条件で乾式による連続切削
試験を行った。その切削時間と切削工具の摩耗量との関
係を打点した結果を図１に示す。
− 上記セラミックスＮｏ．１，２，４及びＮｏ．１Ｒ，３
Ｒ，４Ｒ，６Ｒとそれぞれ同一条件で製造したセラミッ
クスをＳＮＧＮ１２０４０８形状に研磨加工し切削工具
とした。これらを下記に示す条件で乾式による連続切削
試験を行った。その切削時間と切削工具の摩耗量との関
係を打点した結果を図１に示す。
【００１９】被削材 ＦＣ３００ 切削速度 ３００ｍ／ｍｉｎ． 切り込み ０．５ｍｍ 送り ０．２ｍｍ／ｒｅｖ 刃先処理 ０．１ｍｍ×２５゜ 図から明らかなように、本発明のセラミックスからなる
切削工具は、浅い切り込みで仕上げ切削する場合に、比
較用セラミックスからなる切削工具に比べて、摩耗量が
著しく少ない。従って、表面仕上げ用切削工具として好
適である。
切削工具は、浅い切り込みで仕上げ切削する場合に、比
較用セラミックスからなる切削工具に比べて、摩耗量が
著しく少ない。従って、表面仕上げ用切削工具として好
適である。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、本発明のセラミックス
は、切削工具用材料、耐摩耗性材料として必要な強度及
び硬度を備えつつ、靱性が改善されているので、有益で
ある。
は、切削工具用材料、耐摩耗性材料として必要な強度及
び硬度を備えつつ、靱性が改善されているので、有益で
ある。
【図１】 乾式連続切削試験における切削時間と切削工
具の摩耗量との関係を示すグラフである。
具の摩耗量との関係を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項１】 重量基準でＴｉＢ2５０〜８０％、残部
ＴｉＮ及び不可避不純物からなり、ＴｉＮ粒子の５０％
以上がＴｉＢ2粒子中に取り込まれたコンポジット組織
になっていることを特徴とするＴｉＢ2−ＴｉＮ系複合
セラミックス。 - 【請求項２】 重量基準でＴｉＢ2５０〜７０％、残部
ＴｉＮ及び不可避不純物からなる請求項１に記載のＴｉ
Ｂ2−ＴｉＮ系複合セラミックス。 - 【請求項３】 ＴｉＮの平均粒径が１μｍ以下である請
求項１又は２に記載のＴｉＢ2−ＴｉＮ系複合セラミッ
クス。 - 【請求項４】 請求項１〜３に記載のＴｉＢ2−ＴｉＮ
系複合セラミックスを表面仕上げ用の刃とする切削工
具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8040369A JPH09208322A (ja) | 1996-02-01 | 1996-02-01 | ホウ化チタン−窒化チタン系複合セラミックス及び該セラミックスを用いた切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8040369A JPH09208322A (ja) | 1996-02-01 | 1996-02-01 | ホウ化チタン−窒化チタン系複合セラミックス及び該セラミックスを用いた切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09208322A true JPH09208322A (ja) | 1997-08-12 |
Family
ID=12578738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8040369A Pending JPH09208322A (ja) | 1996-02-01 | 1996-02-01 | ホウ化チタン−窒化チタン系複合セラミックス及び該セラミックスを用いた切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09208322A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114605156A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-10 | 北京理工大学 | 一种TiB2基装甲复合陶瓷材料 |
| CN118834074A (zh) * | 2024-08-12 | 2024-10-25 | 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 | 一种复合陶瓷材料及其制备方法 |
| CN119430888A (zh) * | 2025-01-10 | 2025-02-14 | 山东百多安医疗器械股份有限公司 | 一种医用陶瓷高频电刀 |
-
1996
- 1996-02-01 JP JP8040369A patent/JPH09208322A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114605156A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-10 | 北京理工大学 | 一种TiB2基装甲复合陶瓷材料 |
| CN114605156B (zh) * | 2022-03-15 | 2023-02-17 | 北京理工大学 | 一种TiB2基装甲复合陶瓷材料 |
| CN118834074A (zh) * | 2024-08-12 | 2024-10-25 | 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 | 一种复合陶瓷材料及其制备方法 |
| CN119430888A (zh) * | 2025-01-10 | 2025-02-14 | 山东百多安医疗器械股份有限公司 | 一种医用陶瓷高频电刀 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
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