JPH1112025A - 耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニウム基焼結材料製切削工具 - Google Patents
耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニウム基焼結材料製切削工具Info
- Publication number
- JPH1112025A JPH1112025A JP9167338A JP16733897A JPH1112025A JP H1112025 A JPH1112025 A JP H1112025A JP 9167338 A JP9167338 A JP 9167338A JP 16733897 A JP16733897 A JP 16733897A JP H1112025 A JPH1112025 A JP H1112025A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cutting
- sintered material
- cutting tool
- wear resistance
- aluminum oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐摩耗性のすぐれたAl2 O3 基焼結材料製
切削工具を提供する。 【解決手段】 Al2 O3 基焼結材料製切削工具が、重
量%で、TiCN:20〜40%、Co:1〜3%、N
i:0.3〜1%、を含有し、残りが実質的にAl2 O
3 からなる内部組成を有し、かつ表面部に、実質的に成
長Al2 O3 だけからなる表面アルミナ生成層が0.5
〜10μmの平均層厚で存在するAl2 O 3 基焼結材料
からなる。
切削工具を提供する。 【解決手段】 Al2 O3 基焼結材料製切削工具が、重
量%で、TiCN:20〜40%、Co:1〜3%、N
i:0.3〜1%、を含有し、残りが実質的にAl2 O
3 からなる内部組成を有し、かつ表面部に、実質的に成
長Al2 O3 だけからなる表面アルミナ生成層が0.5
〜10μmの平均層厚で存在するAl2 O 3 基焼結材料
からなる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、すぐれた耐摩耗
性を有し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮する酸
化アルミニウム(以下、Al2 O3 で示す)基焼結材料
製切削工具に関するものである。
性を有し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮する酸
化アルミニウム(以下、Al2 O3 で示す)基焼結材料
製切削工具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、例えば特開昭56−54
271号公報に記載されるように、重量%で(以下、%
は重量%を示す)、周期律表の4a、5a、および6a
族金属の窒化物および炭窒化物(以下、これらを総称し
て「金属の窒・炭窒化物」と云う)のうちの1種以上:
5〜60%、を含有し、残りの40〜95%が実質的に
Al2 O3 からなる組成を有するAl 2 O3 基セラミッ
クスで構成されたAl2 O3 基セラミックス製切削工具
が知られており、これが鋼や鋳鉄などの連続切削や断続
切削に広く用いられていることも知られている。さら
に、上記の従来Al2 O3 基セラミックス製切削工具
が、原料粉末として、Al2 O3 および金属の窒・炭窒
化物粉末を用い、これを所定の配合組成に配合し、これ
に必要に応じて焼結促進剤として酸化イットリウム(以
下、Y2 O3で示す)や酸化マグネシウムなどを2%以
下の割合で配合した状態で混合し、圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を、不活性ガス雰囲気中、1600〜1
900℃の温度で焼結し、さらにこの焼結体に同じく不
活性ガス雰囲気中、圧力:50〜200MPa、温度:
1400〜1700℃の条件でHIP処理を施すことに
より製造されることも知られている。
271号公報に記載されるように、重量%で(以下、%
は重量%を示す)、周期律表の4a、5a、および6a
族金属の窒化物および炭窒化物(以下、これらを総称し
て「金属の窒・炭窒化物」と云う)のうちの1種以上:
5〜60%、を含有し、残りの40〜95%が実質的に
Al2 O3 からなる組成を有するAl 2 O3 基セラミッ
クスで構成されたAl2 O3 基セラミックス製切削工具
が知られており、これが鋼や鋳鉄などの連続切削や断続
切削に広く用いられていることも知られている。さら
に、上記の従来Al2 O3 基セラミックス製切削工具
が、原料粉末として、Al2 O3 および金属の窒・炭窒
化物粉末を用い、これを所定の配合組成に配合し、これ
に必要に応じて焼結促進剤として酸化イットリウム(以
下、Y2 O3で示す)や酸化マグネシウムなどを2%以
下の割合で配合した状態で混合し、圧粉体にプレス成形
し、この圧粉体を、不活性ガス雰囲気中、1600〜1
900℃の温度で焼結し、さらにこの焼結体に同じく不
活性ガス雰囲気中、圧力:50〜200MPa、温度:
1400〜1700℃の条件でHIP処理を施すことに
より製造されることも知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削装置
のFA化はめざましく、また切削加工の省力化に対する
要求も強く、これに伴い、切削工具にはより一層の耐摩
耗性向上が望まれるが、上記の従来Al2 O3 基セラミ
ックス製切削工具においては、必ずしも十分な耐摩耗性
を具備するものではなく、特に高速切削や、高送りおよ
び高切り込みなどの重切削では摩耗が急速に進行し、比
較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
のFA化はめざましく、また切削加工の省力化に対する
要求も強く、これに伴い、切削工具にはより一層の耐摩
耗性向上が望まれるが、上記の従来Al2 O3 基セラミ
ックス製切削工具においては、必ずしも十分な耐摩耗性
を具備するものではなく、特に高速切削や、高送りおよ
び高切り込みなどの重切削では摩耗が急速に進行し、比
較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、高速切削や、高送りおよび高切
り込みなどの重切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する切削
工具を開発すべく研究を行った結果、原料粉末として、
Al2 O3 粉末、および上記の金属の窒・炭窒化物粉末
のうちの1種である炭窒化チタン(以下、TiCNで示
す)粉末を特定し、さらにCo粉末とNi粉末を用い、
これらを所定の割合に配合し、さらに焼結促進剤として
Y2 O3 粉末を少量(全体に占める割合で0.05〜
0.5%)配合した状態で混合した後、圧粉体にプレス
成形し、この圧粉体を上記の通常の条件で焼結し、HI
P処理を行うことにより切削工具を製造すると、Co粉
末とNi粉末が、焼結時に表面部におけるAl2 O3 を
粒成長させると共に、成長したAl2 O3 の表面への粒
界移動を促進する作用を発揮することから、前記成長A
l2 O3 が表面部に集結するようになり(この場合、内
部のAl2 O3 はTiCNによって粒成長および粒界移
動が抑制されることから、強度と靭性が保持される)、
したがって、この結果製造される切削工具を、TiC
N:20〜40%、Co:1〜3%、 Ni:
0.3〜1%、を含有し、残りが実質的にAl2 O3 か
らなる内部組成を有し、かつ表面部に、実質的に成長A
l2 O3 だけからなる表面アルミナ生成層が0.5〜1
0μmの平均層厚で存在するAl2 O3 基焼結材料で構
成するようにすると、実質的に成長Al2 O3 だけから
なる前記表面アルミナ生成層はきわめて硬質であること
から、高速切削や重切削でも、切削工具内部のもつすぐ
れた靭性と高強度と相まって、すぐれた耐摩耗性を長期
に亘って発揮するという研究結果を得たのである。
上述のような観点から、高速切削や、高送りおよび高切
り込みなどの重切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する切削
工具を開発すべく研究を行った結果、原料粉末として、
Al2 O3 粉末、および上記の金属の窒・炭窒化物粉末
のうちの1種である炭窒化チタン(以下、TiCNで示
す)粉末を特定し、さらにCo粉末とNi粉末を用い、
これらを所定の割合に配合し、さらに焼結促進剤として
Y2 O3 粉末を少量(全体に占める割合で0.05〜
0.5%)配合した状態で混合した後、圧粉体にプレス
成形し、この圧粉体を上記の通常の条件で焼結し、HI
P処理を行うことにより切削工具を製造すると、Co粉
末とNi粉末が、焼結時に表面部におけるAl2 O3 を
粒成長させると共に、成長したAl2 O3 の表面への粒
界移動を促進する作用を発揮することから、前記成長A
l2 O3 が表面部に集結するようになり(この場合、内
部のAl2 O3 はTiCNによって粒成長および粒界移
動が抑制されることから、強度と靭性が保持される)、
したがって、この結果製造される切削工具を、TiC
N:20〜40%、Co:1〜3%、 Ni:
0.3〜1%、を含有し、残りが実質的にAl2 O3 か
らなる内部組成を有し、かつ表面部に、実質的に成長A
l2 O3 だけからなる表面アルミナ生成層が0.5〜1
0μmの平均層厚で存在するAl2 O3 基焼結材料で構
成するようにすると、実質的に成長Al2 O3 だけから
なる前記表面アルミナ生成層はきわめて硬質であること
から、高速切削や重切削でも、切削工具内部のもつすぐ
れた靭性と高強度と相まって、すぐれた耐摩耗性を長期
に亘って発揮するという研究結果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、TiCN:20〜40%、Co:
1〜3%、 Ni:0.3〜1%、を含有し、残
りが実質的にAl2 O3 からなる内部組成を有し、かつ
表面部に、実質的に成長Al2 O3 だけからなる表面ア
ルミナ生成層が0.5〜10μmの平均層厚で存在する
Al2 O3 基焼結材料で構成してなる、耐摩耗性のすぐ
れたAl2 O3 基焼結材料製切削工具に特徴を有するも
のである。
されたものであって、TiCN:20〜40%、Co:
1〜3%、 Ni:0.3〜1%、を含有し、残
りが実質的にAl2 O3 からなる内部組成を有し、かつ
表面部に、実質的に成長Al2 O3 だけからなる表面ア
ルミナ生成層が0.5〜10μmの平均層厚で存在する
Al2 O3 基焼結材料で構成してなる、耐摩耗性のすぐ
れたAl2 O3 基焼結材料製切削工具に特徴を有するも
のである。
【0006】ついで、この発明の切削工具を構成するA
l2 O3 基焼結材料の内部組成および表面アルミナ生成
層の平均層厚を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a)TiCN TiCNには、切削工具内部にあって相互隣接するAl
2 O3 の粒成長および粒界移動を抑制するほか、切削工
具の強度および靭性を向上させ、さらに耐熱衝撃性も向
上させる作用があるが、その含有量が20%未満では、
前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が4
0%を越えると、焼結性が低下し、強度および靭性が急
激に低下するようになることから、その含有量20〜4
0%、望ましくは25〜35%と定めた。
l2 O3 基焼結材料の内部組成および表面アルミナ生成
層の平均層厚を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a)TiCN TiCNには、切削工具内部にあって相互隣接するAl
2 O3 の粒成長および粒界移動を抑制するほか、切削工
具の強度および靭性を向上させ、さらに耐熱衝撃性も向
上させる作用があるが、その含有量が20%未満では、
前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が4
0%を越えると、焼結性が低下し、強度および靭性が急
激に低下するようになることから、その含有量20〜4
0%、望ましくは25〜35%と定めた。
【0007】(b)Co Coには、焼結時に切削工具表面部におけるAl2 O3
の粒成長を促進する作用があるので、表面アルミナ生成
層の形成には不可欠な成分であるが、その含有量が1%
未満では、所望の粒成長促進効果が得られず、一方その
含有量が3%を越えると、耐熱塑性変形性が低下し、切
削時に偏摩耗が発生し易くなることから、その含有量1
〜3%、望ましくは1.5〜2.5%と定めた。
の粒成長を促進する作用があるので、表面アルミナ生成
層の形成には不可欠な成分であるが、その含有量が1%
未満では、所望の粒成長促進効果が得られず、一方その
含有量が3%を越えると、耐熱塑性変形性が低下し、切
削時に偏摩耗が発生し易くなることから、その含有量1
〜3%、望ましくは1.5〜2.5%と定めた。
【0008】(c)Ni Niには、Coとの共存において成長Al2 O3 の表面
部への粒界移動を促進し、もって表面アルミナ生成層の
形成に寄与する作用があるが、その含有量が0.3%未
満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方その含
有量が1%を越えると、Coと同様に耐熱塑性変形性が
低下するようになることから、その含有量0.3〜1
%、望ましくは0.5〜0.8%と定めた。
部への粒界移動を促進し、もって表面アルミナ生成層の
形成に寄与する作用があるが、その含有量が0.3%未
満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方その含
有量が1%を越えると、Coと同様に耐熱塑性変形性が
低下するようになることから、その含有量0.3〜1
%、望ましくは0.5〜0.8%と定めた。
【0009】(d)表面アルミナ生成層の平均層厚 表面アルミナ生成層は、上記の通り実質的に成長Al2
O3 だけからなるので、きわめて硬質であり、したがっ
てこれの形成によって切削工具の耐摩耗性が著しく向上
するようになるが、その平均層厚が0.5μm未満では
所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方その平均層厚
が10μmを越えると、切刃に欠けやチッピング(微小
欠け)などが発生し易くなることから、その平均層厚を
0.5〜10μm、望ましくは1〜5μmと定めた。
O3 だけからなるので、きわめて硬質であり、したがっ
てこれの形成によって切削工具の耐摩耗性が著しく向上
するようになるが、その平均層厚が0.5μm未満では
所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方その平均層厚
が10μmを越えると、切刃に欠けやチッピング(微小
欠け)などが発生し易くなることから、その平均層厚を
0.5〜10μm、望ましくは1〜5μmと定めた。
【0010】なお、この発明の切削工具の製造に際して
は、原料粉末に焼結促進剤としてY 2 O3 粉末を全体に
占める割合で0.05〜0.5%、望ましくは0.1〜
0.3%の割合で配合するが、これはその配合割合が
0.05%未満では所望の焼結性を確保することができ
ず、一方その配合割合が0.5%を越えると切削工具の
強度が急激に低下するようになるという理由に基づくも
のである。
は、原料粉末に焼結促進剤としてY 2 O3 粉末を全体に
占める割合で0.05〜0.5%、望ましくは0.1〜
0.3%の割合で配合するが、これはその配合割合が
0.05%未満では所望の焼結性を確保することができ
ず、一方その配合割合が0.5%を越えると切削工具の
強度が急激に低下するようになるという理由に基づくも
のである。
【0011】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明のAl2 O3 基
焼結材料製切削工具を実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、いずれも0.1〜1μmの範囲内の所
定の平均粒径を有するAl2 O3 粉末、TiCN粉末、
Co粉末、およびNi粉末を用意し、これら原料粉末を
表1に示される配合組成に配合し、焼結促進剤としてY
2 O3 粉末を同じく表1に示される割合で配合し、ボー
ルミルで48時間混合した後、1ton/cm2 の圧力
で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、圧
力:0.11MPaのアルゴン雰囲気中、温度:175
0℃に2時間保持の条件で焼結し、引き続いて圧力:1
00MPaのアルゴン雰囲気中、温度:1600℃に加
熱のHIP処理を施すことにより、JIS・SNMN4
32のスローアウエイチップ形状を有し、かつ実質的に
上記配合組成と同じ内部組成をもった本発明切削工具1
〜5および比較切削工具1〜5をそれぞれ製造した。
焼結材料製切削工具を実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、いずれも0.1〜1μmの範囲内の所
定の平均粒径を有するAl2 O3 粉末、TiCN粉末、
Co粉末、およびNi粉末を用意し、これら原料粉末を
表1に示される配合組成に配合し、焼結促進剤としてY
2 O3 粉末を同じく表1に示される割合で配合し、ボー
ルミルで48時間混合した後、1ton/cm2 の圧力
で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、圧
力:0.11MPaのアルゴン雰囲気中、温度:175
0℃に2時間保持の条件で焼結し、引き続いて圧力:1
00MPaのアルゴン雰囲気中、温度:1600℃に加
熱のHIP処理を施すことにより、JIS・SNMN4
32のスローアウエイチップ形状を有し、かつ実質的に
上記配合組成と同じ内部組成をもった本発明切削工具1
〜5および比較切削工具1〜5をそれぞれ製造した。
【0012】この結果得られた本発明切削工具1〜5お
よび比較切削工具1〜5について、その任意縦断面を研
磨した状態で走査型電子顕微鏡を用いて観察し、切刃の
すくい面および逃げ面のそれぞれ3か所の表面部におけ
る表面アルミナ生成層の有無、並びに前記表面アルミナ
生成層が実質的に成長Al2 O3 だけからなることを確
認し、かつその厚さを測定した。この測定結果を表1に
平均値で示した。
よび比較切削工具1〜5について、その任意縦断面を研
磨した状態で走査型電子顕微鏡を用いて観察し、切刃の
すくい面および逃げ面のそれぞれ3か所の表面部におけ
る表面アルミナ生成層の有無、並びに前記表面アルミナ
生成層が実質的に成長Al2 O3 だけからなることを確
認し、かつその厚さを測定した。この測定結果を表1に
平均値で示した。
【0013】また、上記本発明切削工具1〜5および比
較切削工具1〜5について、 被削材:JIS・FC300の長さ方向等間隔縦溝2本
入り丸棒、 切削速度:450m/min、 送り:0.2mm/rev、 切り込み:1mm、 切削時間:10分、 の条件で鋳鉄の湿式高速断続切削試験を行い、切刃の逃
げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を同じく表1に示
した。
較切削工具1〜5について、 被削材:JIS・FC300の長さ方向等間隔縦溝2本
入り丸棒、 切削速度:450m/min、 送り:0.2mm/rev、 切り込み:1mm、 切削時間:10分、 の条件で鋳鉄の湿式高速断続切削試験を行い、切刃の逃
げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を同じく表1に示
した。
【0014】
【表1】
【0015】
【発明の効果】表1に示される結果から、本発明切削工
具1〜5は、いずれもその表面部に実質的に成長Al2
O3 だけからなる表面アルミナ生成層が存在し、この表
面アルミナ生成層はきわめて硬質であることから、前記
表面アルミナ生成層の形成がない比較切削工具1〜5に
比して一段とすぐれた耐摩耗性を示すことが明らかであ
る。上述のように、この発明のAl2 O3 基焼結材料製
切削工具は、鋳鉄や鋼などの通常の条件での連続切削や
断続切削は勿論のこと、これの高速切削や重切削などに
おいても、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するの
て、切削装置のFA化や切削加工の省力化にも十分満足
に対応できるものである。
具1〜5は、いずれもその表面部に実質的に成長Al2
O3 だけからなる表面アルミナ生成層が存在し、この表
面アルミナ生成層はきわめて硬質であることから、前記
表面アルミナ生成層の形成がない比較切削工具1〜5に
比して一段とすぐれた耐摩耗性を示すことが明らかであ
る。上述のように、この発明のAl2 O3 基焼結材料製
切削工具は、鋳鉄や鋼などの通常の条件での連続切削や
断続切削は勿論のこと、これの高速切削や重切削などに
おいても、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するの
て、切削装置のFA化や切削加工の省力化にも十分満足
に対応できるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾形 保義 茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地 三菱マテリアル株式会社筑波製作所内
Claims (1)
- 【請求項1】 重量%で、 炭窒化チタン:20〜40
%、 Co:1〜3%、 Ni:0.3〜1%、を含有
し、残りが実質的に酸化アルミニウムからなる内部組成
を有し、かつ表面部に、実質的に成長酸化アルミニウム
だけからなる表面アルミナ生成層が0.5〜10μmの
平均層厚で存在する酸化アルミニウム基焼結材料で構成
したことを特徴とする耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニ
ウム基焼結材料製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9167338A JPH1112025A (ja) | 1997-06-24 | 1997-06-24 | 耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニウム基焼結材料製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9167338A JPH1112025A (ja) | 1997-06-24 | 1997-06-24 | 耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニウム基焼結材料製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1112025A true JPH1112025A (ja) | 1999-01-19 |
Family
ID=15847892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9167338A Withdrawn JPH1112025A (ja) | 1997-06-24 | 1997-06-24 | 耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニウム基焼結材料製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1112025A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002194474A (ja) * | 2000-12-22 | 2002-07-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体 |
| CN111001818A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-14 | 南通金源智能技术有限公司 | 一种3d打印氧化铝碳氮化钛钴镍粉末及其制备方法 |
-
1997
- 1997-06-24 JP JP9167338A patent/JPH1112025A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002194474A (ja) * | 2000-12-22 | 2002-07-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体 |
| CN111001818A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-14 | 南通金源智能技术有限公司 | 一种3d打印氧化铝碳氮化钛钴镍粉末及其制备方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040907 |