JPS60180962A - 工具用窒化硅素焼結体 - Google Patents
工具用窒化硅素焼結体Info
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、切削工具及び耐摩耗工具に適する高硬度窒化
硅素焼結体に係り、特にα型である三方晶からなる結晶
相を含有させることによって耐熱合金、超耐熱合金及び
鋼等の切削工具に最適な工具用窒化硅素焼結体に関する
。
硅素焼結体に係り、特にα型である三方晶からなる結晶
相を含有させることによって耐熱合金、超耐熱合金及び
鋼等の切削工具に最適な工具用窒化硅素焼結体に関する
。
従来、窒化硅素はα型（低温型）である三方晶とβ型（
高温型）である六方晶の結晶構造のものがあり、これら
の窒化硅素にＡｔｚＯａ 、 Ａ／、Ｎ 、 Ｙ２Ｏ３
。
高温型）である六方晶の結晶構造のものがあり、これら
の窒化硅素にＡｔｚＯａ 、 Ａ／、Ｎ 、 Ｙ２Ｏ３
。
ＭｆＯ等の焼結助剤を添加して得る焼結体は、１５００
℃以上の高温で焼結するために高温型の六方晶構造の結
晶となる。窒化硅素にＡｔ元素とＯ元素が固溶又は侵入
した５ｉ−Ａｌ−０−Ｎ系の結晶は、一般にサイアロン
と称され、特に ５ｉａ−ｚＡｔｚＮ８−ｚＯｚの式で表わされる結晶が
特開昭５１−５０８で開示され、これは高温型の結晶構
造であることから別名β−サイアロンと称されているの
に対してＭｘ（Ｓｉ、Ａｔ）１ｇ（０，Ｎ）１６ の式
で表わされる結晶がＳ 、Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ等によっ
て詳解され（Ｎａｔｕｒｅ、２７４，８８０−８２（１
９７８））、これは低温型の結晶構造であることから別
名α−サイアロンと称されている。窒化硅素を主体にし
た焼結体で三方晶の結晶構造のものは大方晶の結晶構造
のもの程研究開発されておらず、特に切削工具や耐摩耗
工具等の工具部品に使用されているのは六方晶の結晶構
造からなる窒化硅素焼結体である。
℃以上の高温で焼結するために高温型の六方晶構造の結
晶となる。窒化硅素にＡｔ元素とＯ元素が固溶又は侵入
した５ｉ−Ａｌ−０−Ｎ系の結晶は、一般にサイアロン
と称され、特に ５ｉａ−ｚＡｔｚＮ８−ｚＯｚの式で表わされる結晶が
特開昭５１−５０８で開示され、これは高温型の結晶構
造であることから別名β−サイアロンと称されているの
に対してＭｘ（Ｓｉ、Ａｔ）１ｇ（０，Ｎ）１６ の式
で表わされる結晶がＳ 、Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ等によっ
て詳解され（Ｎａｔｕｒｅ、２７４，８８０−８２（１
９７８））、これは低温型の結晶構造であることから別
名α−サイアロンと称されている。窒化硅素を主体にし
た焼結体で三方晶の結晶構造のものは大方晶の結晶構造
のもの程研究開発されておらず、特に切削工具や耐摩耗
工具等の工具部品に使用されているのは六方晶の結晶構
造からなる窒化硅素焼結体である。
この大方晶の結晶構造からなる窒化硅素焼結体は、切削
工具として使用するときに被剛材が鋳鉄であるときは良
好な切削性能を発揮するけれども鋳鉄以外の被削材、特
に耐熱合金、超耐熱合金及び鋼等のように硬くて破断強
さの高い材料を切削するとＡｔ２０ｓ系セラミツクスに
比較し【耐摩耗性が極端に劣ったり又は切刃にチッピン
グが生じて、切削工具としての使用領域が非常に狭い範
囲に限られてしまうという問題がある。
工具として使用するときに被剛材が鋳鉄であるときは良
好な切削性能を発揮するけれども鋳鉄以外の被削材、特
に耐熱合金、超耐熱合金及び鋼等のように硬くて破断強
さの高い材料を切削するとＡｔ２０ｓ系セラミツクスに
比較し【耐摩耗性が極端に劣ったり又は切刃にチッピン
グが生じて、切削工具としての使用領域が非常に狭い範
囲に限られてしまうという問題がある。
本発明は、上記のような従来の窒化硅素焼結体の問題点
を解決したもので、具体的には三方晶構造の結晶相を含
有する窒化硅素焼結体中に周期律表４ａ、５ａ、６ａ族
金属の炭化物、窒化物、硼化物、硅化物、酸化物又はこ
れらの相互固溶体の中の少なくとも１種の分散相を存在
させることにより、特に切削工具として使用したときに
被剛材が各種の鋼、耐熱合金及び非鉄金属に対しても耐
摩耗性、耐欠損性及び耐熱衝撃性にすぐれた高硬度及び
高靭性の窒化硅素焼結体の提供を目的とする。
を解決したもので、具体的には三方晶構造の結晶相を含
有する窒化硅素焼結体中に周期律表４ａ、５ａ、６ａ族
金属の炭化物、窒化物、硼化物、硅化物、酸化物又はこ
れらの相互固溶体の中の少なくとも１種の分散相を存在
させることにより、特に切削工具として使用したときに
被剛材が各種の鋼、耐熱合金及び非鉄金属に対しても耐
摩耗性、耐欠損性及び耐熱衝撃性にすぐれた高硬度及び
高靭性の窒化硅素焼結体の提供を目的とする。
三方晶構造の窒化硅素焼結体は、六方晶構造の窒化硅素
焼結体に比較して常温では靭性が劣る傾向にあるけれど
も高温では硬さ低下の割合が少なく、しかも三方晶構造
の窒化硅素焼結体の変形機構が転位すべりによる塑性変
形のみで転位り１７−プや拡散クリープによる変形を伴
わないために高温での靭性がすぐれている。逆に、六方
晶構造の窒化硅素焼結体は、三方晶構造の窒化硅素焼結
体に比較して常温での硬さが若干低いけれども熱膨張係
数が小さく、熱伝導率が大きいために耐熱衝撃性にすぐ
れている。
焼結体に比較して常温では靭性が劣る傾向にあるけれど
も高温では硬さ低下の割合が少なく、しかも三方晶構造
の窒化硅素焼結体の変形機構が転位すべりによる塑性変
形のみで転位り１７−プや拡散クリープによる変形を伴
わないために高温での靭性がすぐれている。逆に、六方
晶構造の窒化硅素焼結体は、三方晶構造の窒化硅素焼結
体に比較して常温での硬さが若干低いけれども熱膨張係
数が小さく、熱伝導率が大きいために耐熱衝撃性にすぐ
れている。
本発明は、上記のような三方晶構造の窒化硅素と六方晶
構造の窒化硅素のそれぞれの長所を最大限に発揮できる
ように追究した結果完成した耐摩耗性、耐欠損性及び耐
熱衝撃性にすぐれた窒化硅素焼結体であって、特に各種
の鋼を切削するときにすばらしい性能を発揮する工具用
窒化硅素焼結体である。即ち、本発明の工具用窒化硅素
焼結体は、周期律表１ａ 、２ａ 、３ａ 、３ｂ 、
４ｂ族金属の１種又は２種以上の窒化初詣よび／または
酸窒化物の結晶構造調整剤１〜３５体積％と周期律表４
ａ 、５ａ 、６ａ族金属の炭化物、窒化物、硼化物、
硅化物、酸化物又はこれらの相互固溶体の中のすくなく
とも１種の分散相ｌ〜４０体積％と残部窒化硅素と不可
避不純物からなる焼結体であって、かつ周期律表１ａ、
２ａ、３ａ、３ｂ。
構造の窒化硅素のそれぞれの長所を最大限に発揮できる
ように追究した結果完成した耐摩耗性、耐欠損性及び耐
熱衝撃性にすぐれた窒化硅素焼結体であって、特に各種
の鋼を切削するときにすばらしい性能を発揮する工具用
窒化硅素焼結体である。即ち、本発明の工具用窒化硅素
焼結体は、周期律表１ａ 、２ａ 、３ａ 、３ｂ 、
４ｂ族金属の１種又は２種以上の窒化初詣よび／または
酸窒化物の結晶構造調整剤１〜３５体積％と周期律表４
ａ 、５ａ 、６ａ族金属の炭化物、窒化物、硼化物、
硅化物、酸化物又はこれらの相互固溶体の中のすくなく
とも１種の分散相ｌ〜４０体積％と残部窒化硅素と不可
避不純物からなる焼結体であって、かつ周期律表１ａ、
２ａ、３ａ、３ｂ。
４ｂ族金属の１種又は２種以上の窒化物および／または
酸窒化物の結晶構造調整剤と窒化硅素とによって形成さ
れる硬質相が２５体積％以上の三方晶構造の結晶相とし
て含有している焼結体である。
酸窒化物の結晶構造調整剤と窒化硅素とによって形成さ
れる硬質相が２５体積％以上の三方晶構造の結晶相とし
て含有している焼結体である。
この結晶構造調整剤と窒化硅素とによって形成される窒
化硅素を主体とする硬質相は、その組成が（Ｓｉａ、Ｍ
ｂ）２ｔ（Ｏｘ、Ｎｙ）ａｘ （但し、Ｓｉは硅素、Ｍ
は、周期律表１ａ族のＬｉ、Ｎａ、に、Ｒｈ、Ｃ５２ａ
族のＢｅ、ＭＰ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ ３ ａ族の
Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド３ｂ族のＢ、Ａｔ、Ｇａ、Ｉｎ
。
化硅素を主体とする硬質相は、その組成が（Ｓｉａ、Ｍ
ｂ）２ｔ（Ｏｘ、Ｎｙ）ａｘ （但し、Ｓｉは硅素、Ｍ
は、周期律表１ａ族のＬｉ、Ｎａ、に、Ｒｈ、Ｃ５２ａ
族のＢｅ、ＭＰ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ ３ ａ族の
Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド３ｂ族のＢ、Ａｔ、Ｇａ、Ｉｎ
。
Ｔｔ及び４ｂ族のＧｅの中の少なくとも１種を示し、０
は酸素、Ｎは窒素を表わす。ａ及びｂは、それぞれＳｔ
とＭのモル比を表わし、Ｘ及びｙは、それぞれ酸素、窒
素のモル比を表わし、各々ａ＋ｂ＝１ 、ａ＞０ 、ｂ
＞０ 、ｘ＋ｙ＝１ 。
は酸素、Ｎは窒素を表わす。ａ及びｂは、それぞれＳｔ
とＭのモル比を表わし、Ｘ及びｙは、それぞれ酸素、窒
素のモル比を表わし、各々ａ＋ｂ＝１ 、ａ＞０ 、ｂ
＞０ 、ｘ＋ｙ＝１ 。
Ｘ≧０である。）と表わせる三方晶構造の結晶相を２５
体積％以上含有しているものである。この内、窒化硅素
を主体とする硬質相全部が三方晶構造の結晶相からなる
焼結体の場合は、例えば、切削工具として使用するとき
に熱衝撃の加わるような切削条件によっては刃先又は切
刃に熱き裂に起因する欠損又はチッピングが生じて好ま
しくない場合がある。このことから高温における高硬度
と靭性及び耐熱衝撃性を高めるために結晶構造調整剤と
窒化硅素とによって形成される窒化硅素を主体とする硬
質相は、三方晶構造の結晶相が３５〜９５体積％含有し
ていることが望ましい。
体積％以上含有しているものである。この内、窒化硅素
を主体とする硬質相全部が三方晶構造の結晶相からなる
焼結体の場合は、例えば、切削工具として使用するとき
に熱衝撃の加わるような切削条件によっては刃先又は切
刃に熱き裂に起因する欠損又はチッピングが生じて好ま
しくない場合がある。このことから高温における高硬度
と靭性及び耐熱衝撃性を高めるために結晶構造調整剤と
窒化硅素とによって形成される窒化硅素を主体とする硬
質相は、三方晶構造の結晶相が３５〜９５体積％含有し
ていることが望ましい。
本発明の工具用窒化硅素焼結体は、結晶構造調整剤と窒
化硅素とからなる三方晶構造の結晶相と六方晶構造の結
晶相に周期律表４ａ、５’ａ、６ａ族金属の炭化物、窒
化物、硼化物、硅化物、酸化物又はこれらの相互固溶体
の中の少なくとも１種の分散相とからなる焼結体であっ
て、この白玉方晶構造の結晶相が主として焼結体の高硬
度化及び高温での耐塑性変性に寄与し【耐摩耗性及び耐
クリープ変形性を高め、大方晶構造の結晶相が主として
靭性向上に寄与して耐欠損性を高めたもので、この結晶
構造調整剤と窒化硅素とからなる三方晶構造の結晶相の
中に混在した分散相が更に焼結体の高硬度化と熱伝導性
及び電気伝導性を高める作用をしているために耐摩耗性
、耐欠損性及び耐熱衝撃性にすぐれた焼結体となり、こ
の結果、破断強さの高い鋼及び耐熱合金をも切削可能な
工具用焼結体となっている。この本発明の焼結体に存在
する結晶構造調整剤と窒化硅素とによって形成される硬
質相は、主として三方晶構造の結晶相と大方晶構造の結
晶相からなっているけれども製造条件又は結晶構造調整
剤の種類及び添加量によっては窒素含有の結晶質硅酸塩
〔例えば （Ｓｉ、Ｍ）５（Ｎ、Ｏ）７等〕を含む場合がある。
化硅素とからなる三方晶構造の結晶相と六方晶構造の結
晶相に周期律表４ａ、５’ａ、６ａ族金属の炭化物、窒
化物、硼化物、硅化物、酸化物又はこれらの相互固溶体
の中の少なくとも１種の分散相とからなる焼結体であっ
て、この白玉方晶構造の結晶相が主として焼結体の高硬
度化及び高温での耐塑性変性に寄与し【耐摩耗性及び耐
クリープ変形性を高め、大方晶構造の結晶相が主として
靭性向上に寄与して耐欠損性を高めたもので、この結晶
構造調整剤と窒化硅素とからなる三方晶構造の結晶相の
中に混在した分散相が更に焼結体の高硬度化と熱伝導性
及び電気伝導性を高める作用をしているために耐摩耗性
、耐欠損性及び耐熱衝撃性にすぐれた焼結体となり、こ
の結果、破断強さの高い鋼及び耐熱合金をも切削可能な
工具用焼結体となっている。この本発明の焼結体に存在
する結晶構造調整剤と窒化硅素とによって形成される硬
質相は、主として三方晶構造の結晶相と大方晶構造の結
晶相からなっているけれども製造条件又は結晶構造調整
剤の種類及び添加量によっては窒素含有の結晶質硅酸塩
〔例えば （Ｓｉ、Ｍ）５（Ｎ、Ｏ）７等〕を含む場合がある。
本発明の工具用窒化硅素焼結体は、焼結過程における昇
温速度、焼結温度又はＮ２分圧（ＰＮ２）の制御によっ
て低温型の三方晶から高温型の六方晶への変態を阻止し
て三方晶構造の結晶の含有量を成る程度コントロールで
きるけれども主として周期律表１ａ族金属のＬｉ、Ｎａ
、に、Ｒｂ、Ｃｓ１２ａ族金属のＢｅ、Ｍｊ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ、Ｒａ、 ３ ａ族金属のＳｃ、Ｙ、ランタノ
イド、３ｂ族金属のＢ 、 Ａｔ。
温速度、焼結温度又はＮ２分圧（ＰＮ２）の制御によっ
て低温型の三方晶から高温型の六方晶への変態を阻止し
て三方晶構造の結晶の含有量を成る程度コントロールで
きるけれども主として周期律表１ａ族金属のＬｉ、Ｎａ
、に、Ｒｂ、Ｃｓ１２ａ族金属のＢｅ、Ｍｊ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ、Ｒａ、 ３ ａ族金属のＳｃ、Ｙ、ランタノ
イド、３ｂ族金属のＢ 、 Ａｔ。
Ｇ ａ Ｔ Ｉ ｎ ｗ ＴＺ及び４ｂ族金属のＧｅの
窒化物、酸窒化物又はこれらの相互固溶体の中の少なく
とも１種からなる結晶構造調整剤と窒化硅素との配合成
分比及び出発原料としてめ窒化硅素の結晶構造によって
焼結体中の三方晶構造の結晶相の含有量がコントロール
できる。焼結体中の三方晶構造の結晶相の含有量を多く
するときには、特に出発原料として使用する窒化硅素粉
末が三方晶であるα−窒化硅素の含有率の高い、例えば
α率５０％以上のものを使用することが望ましく、その
平均粒子径がｌＯμｍ以下望ましくは平均粒子径が２μ
ｍ以下の粉末を使用する方が焼結体の強度向上から望ま
しい。又非晶質の窒化硅素を含有したα率５０％以上の
窒化硅素粉末を出発原料として使用すると微細な粉末で
焼結も促進される反面窒化硅素粉末の製造方法によって
は酸素を多く含有している場合があって、この酸素量が
焼結過程において三方晶構造の結晶の生成を低下させる
ために酸素含有量には特に注意が必要である。このよう
な窒化硅素粉末は、Ａｔ、Ｆｅ等の不純物を微量含んで
いたり、窒化硅素粉末の表面に酸素が吸着してＳｉＯ又
は５ｉ０２を形成している場合があり、このＳｉＯ又は
Ｓ ｉ０２は焼結促進及び緻密化に効果があるけれども
逆に多過ぎると三方晶構造の結晶の生成を低下させるの
で出来るだけ純度の高い例えば１．２体積％以下のＳｉ
Ｏ又は５ｉ０２含有の窒化硅素粉末を使用することが望
ましい。又、窒化硅素粉末の他に使用する出発原料粉末
は、出来るだけ微細な粉末がよく、混合粉末中での均−
分散及び焼結性から３μｍ以下の粉末が望ましい。これ
らの出発原料粉末は、定比化合物又は不定比化合物であ
ってもよく、特に周期律表４ａ 、５ａ 、６ａ族金属
の炭化物、窒化物、硼化物、硅化物、酸化物又はこれら
の相互固溶体の中の少なくとも１種の出発原料粉末が不
定比化合物であると焼結過程で発生するガスを吸着しな
がら焼結されるために焼結促進及び緻密化に効果がある
。
窒化物、酸窒化物又はこれらの相互固溶体の中の少なく
とも１種からなる結晶構造調整剤と窒化硅素との配合成
分比及び出発原料としてめ窒化硅素の結晶構造によって
焼結体中の三方晶構造の結晶相の含有量がコントロール
できる。焼結体中の三方晶構造の結晶相の含有量を多く
するときには、特に出発原料として使用する窒化硅素粉
末が三方晶であるα−窒化硅素の含有率の高い、例えば
α率５０％以上のものを使用することが望ましく、その
平均粒子径がｌＯμｍ以下望ましくは平均粒子径が２μ
ｍ以下の粉末を使用する方が焼結体の強度向上から望ま
しい。又非晶質の窒化硅素を含有したα率５０％以上の
窒化硅素粉末を出発原料として使用すると微細な粉末で
焼結も促進される反面窒化硅素粉末の製造方法によって
は酸素を多く含有している場合があって、この酸素量が
焼結過程において三方晶構造の結晶の生成を低下させる
ために酸素含有量には特に注意が必要である。このよう
な窒化硅素粉末は、Ａｔ、Ｆｅ等の不純物を微量含んで
いたり、窒化硅素粉末の表面に酸素が吸着してＳｉＯ又
は５ｉ０２を形成している場合があり、このＳｉＯ又は
Ｓ ｉ０２は焼結促進及び緻密化に効果があるけれども
逆に多過ぎると三方晶構造の結晶の生成を低下させるの
で出来るだけ純度の高い例えば１．２体積％以下のＳｉ
Ｏ又は５ｉ０２含有の窒化硅素粉末を使用することが望
ましい。又、窒化硅素粉末の他に使用する出発原料粉末
は、出来るだけ微細な粉末がよく、混合粉末中での均−
分散及び焼結性から３μｍ以下の粉末が望ましい。これ
らの出発原料粉末は、定比化合物又は不定比化合物であ
ってもよく、特に周期律表４ａ 、５ａ 、６ａ族金属
の炭化物、窒化物、硼化物、硅化物、酸化物又はこれら
の相互固溶体の中の少なくとも１種の出発原料粉末が不
定比化合物であると焼結過程で発生するガスを吸着しな
がら焼結されるために焼結促進及び緻密化に効果がある
。
本発明の工具用窒化硅素焼結体の製造方法は、従来の粉
末冶金法で行なう方法が利用できる。例えば粉末の混合
粉砕は、ステンレス製又はセラミックス製もしくはステ
ンレスに超硬合金又はゴム等を内張すした容器にＳｉ３
Ｎ４系、ＺｒＯ２系セラミックスポール又は超硬合金製
ボールと共に所定量の出発原料粉末を配合した乾式又は
ヘキサン、アルコール、ベンゼン、アセトン等の有機溶
剤を加えた湿式で混合粉砕できる。この混合粉末の成形
及び焼結は、カーボン又は黒鉛製の焼結用モールドに混
合粉末を詰めて、そのまま直接ホットプレスによる高周
波加圧焼結、通電加圧焼結又はＮ２雰囲気ガスによる加
圧焼結によって焼結したり、混合粉末をラバープレス、
押出成形又は成形モールドによって成形した成形体もし
くはこの成形体を焼結温度より低い温度で予備焼結した
後機械加工した成形体を真空中又は非酸化性雰囲気中で
普通焼結（無加圧焼結も含む）あるいは雰囲気ガスで加
圧しながら焼結したり、更にこのような方法で１度焼結
したものを熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）処理を行なって焼
結体の緻密化の促進及び強度の向上もできる。焼結温度
は、出発原料粉末の種類又は配合成分もしくは上記の製
造条件によっても異なるが１５００〜１９００℃の温度
で相対密度１００％近傍の緻密な焼結体が得られる。こ
れらの製造条件の内、焼結体中に混在してくる不純物は
、混合粉砕工程から混入する度合が高く、不純物の種類
としては鉄族金属及び周期律表４ａ、５ａ；６ａ族金属
の炭化物、窒化物、炭窒化物等があり、この内特に鉄族
金属が不純物として混入する場合は、焼結体の強度低下
の原因になるために１体積％以下にすることが望ましく
、用途によっては製造条件の厳選によって鉄族金属の不
純物を０．３体積％以下にする必要がある。
末冶金法で行なう方法が利用できる。例えば粉末の混合
粉砕は、ステンレス製又はセラミックス製もしくはステ
ンレスに超硬合金又はゴム等を内張すした容器にＳｉ３
Ｎ４系、ＺｒＯ２系セラミックスポール又は超硬合金製
ボールと共に所定量の出発原料粉末を配合した乾式又は
ヘキサン、アルコール、ベンゼン、アセトン等の有機溶
剤を加えた湿式で混合粉砕できる。この混合粉末の成形
及び焼結は、カーボン又は黒鉛製の焼結用モールドに混
合粉末を詰めて、そのまま直接ホットプレスによる高周
波加圧焼結、通電加圧焼結又はＮ２雰囲気ガスによる加
圧焼結によって焼結したり、混合粉末をラバープレス、
押出成形又は成形モールドによって成形した成形体もし
くはこの成形体を焼結温度より低い温度で予備焼結した
後機械加工した成形体を真空中又は非酸化性雰囲気中で
普通焼結（無加圧焼結も含む）あるいは雰囲気ガスで加
圧しながら焼結したり、更にこのような方法で１度焼結
したものを熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）処理を行なって焼
結体の緻密化の促進及び強度の向上もできる。焼結温度
は、出発原料粉末の種類又は配合成分もしくは上記の製
造条件によっても異なるが１５００〜１９００℃の温度
で相対密度１００％近傍の緻密な焼結体が得られる。こ
れらの製造条件の内、焼結体中に混在してくる不純物は
、混合粉砕工程から混入する度合が高く、不純物の種類
としては鉄族金属及び周期律表４ａ、５ａ；６ａ族金属
の炭化物、窒化物、炭窒化物等があり、この内特に鉄族
金属が不純物として混入する場合は、焼結体の強度低下
の原因になるために１体積％以下にすることが望ましく
、用途によっては製造条件の厳選によって鉄族金属の不
純物を０．３体積％以下にする必要がある。
ここで本発明の工具用窒化硅素焼結体の数値限１定した
理由について述べる。
理由について述べる。
結晶構造調整剤について
周期律表１ａ、２ａ、３ａ、３ｂ、４ｂ族金属の１種又
は２種以上の窒化物および／または酸窒化物からなる結
晶構造調整剤が１体積％未満では窒化硅素を主体とする
結晶中の三方晶の結晶相が２５体積％未満となり、又結
晶構造調整剤が焼結促進の効果を有するけれども１体積
％未満では焼結性が悪く、緻密な焼結体になり難い。逆
に、結晶構造調整剤が３５体積％を超えて多くなると焼
結体の硬さが低下して塑性変形を生じ易くなったり、耐
摩耗性が劣るために結晶構造調整剤は１〜３５体積％と
定めた。特に焼結促進の効果と焼結体の耐摩耗性及び耐
塑性変形性から結晶構造調整剤は、５〜２０体積％が望
ましい。焼結体の強度上から結晶構造調整剤の種類とし
ては、周期律表の２ａ族であるＢｅｔＭＰ、Ｃａ、Ｓｒ
、Ｂａ、Ｒａ、、３ａ族であるＳ ｃ ｅ Ｙ ＝ラン
タノイド（希土類）、３ｂ族であるＢ、Ａｊ、Ｇａ、Ｉ
ｎ、Ｔｔ金金属窒化物、酸窒化物又はこれらの相互固溶
体の中の少なくとも１種を結晶構造調整剤中の５０体積
％以上含有したものが望ましい。
は２種以上の窒化物および／または酸窒化物からなる結
晶構造調整剤が１体積％未満では窒化硅素を主体とする
結晶中の三方晶の結晶相が２５体積％未満となり、又結
晶構造調整剤が焼結促進の効果を有するけれども１体積
％未満では焼結性が悪く、緻密な焼結体になり難い。逆
に、結晶構造調整剤が３５体積％を超えて多くなると焼
結体の硬さが低下して塑性変形を生じ易くなったり、耐
摩耗性が劣るために結晶構造調整剤は１〜３５体積％と
定めた。特に焼結促進の効果と焼結体の耐摩耗性及び耐
塑性変形性から結晶構造調整剤は、５〜２０体積％が望
ましい。焼結体の強度上から結晶構造調整剤の種類とし
ては、周期律表の２ａ族であるＢｅｔＭＰ、Ｃａ、Ｓｒ
、Ｂａ、Ｒａ、、３ａ族であるＳ ｃ ｅ Ｙ ＝ラン
タノイド（希土類）、３ｂ族であるＢ、Ａｊ、Ｇａ、Ｉ
ｎ、Ｔｔ金金属窒化物、酸窒化物又はこれらの相互固溶
体の中の少なくとも１種を結晶構造調整剤中の５０体積
％以上含有したものが望ましい。
分散相について
周期律表４ａ 、５ａ 、６ａ族金属の炭化物、窒化物
、硼化物、硅化物、酸化物又はこれらの相互固溶体の中
の少なくとも１種からなる分散相が１体積％未満では焼
結体の熱伝導率及び電気伝導率が低下するために鋼糸の
被剛材の切削工具として使用すると摩耗及び熱衝撃性か
ら生じる損傷が大きくなったり、焼結体を放電加工にょ
っ【加工するのが困難になる。逆に、分散相が４０体積
％を超えて多くなると焼結性が劣ったり、焼結体の靭性
が低下する傾向になる。このために分散相は、１〜４０
体積％と定めた。耐摩耗性、耐熱衝撃性及び耐欠損性か
ら分散相は、１０〜２０体積％が望ましい。
、硼化物、硅化物、酸化物又はこれらの相互固溶体の中
の少なくとも１種からなる分散相が１体積％未満では焼
結体の熱伝導率及び電気伝導率が低下するために鋼糸の
被剛材の切削工具として使用すると摩耗及び熱衝撃性か
ら生じる損傷が大きくなったり、焼結体を放電加工にょ
っ【加工するのが困難になる。逆に、分散相が４０体積
％を超えて多くなると焼結性が劣ったり、焼結体の靭性
が低下する傾向になる。このために分散相は、１〜４０
体積％と定めた。耐摩耗性、耐熱衝撃性及び耐欠損性か
ら分散相は、１０〜２０体積％が望ましい。
三方晶構造の結晶について
結晶構造調整剤と窒化硅素によって形成される硬質相中
の三方晶構造の結晶相が２５体積％未溝になると相対的
に大方晶構造の結晶相が多くなって焼結体の硬さが低下
すると共に耐塑性変形性も低下する。このために結晶構
造調整剤と窒化硅素によって形成される硬質相中の三方
晶構造の結晶相は、２５体積％以上と定めた。
の三方晶構造の結晶相が２５体積％未溝になると相対的
に大方晶構造の結晶相が多くなって焼結体の硬さが低下
すると共に耐塑性変形性も低下する。このために結晶構
造調整剤と窒化硅素によって形成される硬質相中の三方
晶構造の結晶相は、２５体積％以上と定めた。
〔発明を実施するための代表的な形態〕実施例１
平均粒径１μｍのＳｉ３Ｎ４ （α率９０％）と非晶質
３５％含有した５ｉｓＮ４（α率６０％）と平均粒径６
ｐｍの３ｉ ３Ｎ４Ｃａ率７９％）と平均粒径１〜３μ
ｍの各種粉末を使用して第１表の如く各試料を配合し、
この配合した各試料をヘキサン溶媒中ＷＣ基超硬合金製
ボールと共にウレタン内張り容器の中で混合粉砕した。
３５％含有した５ｉｓＮ４（α率６０％）と平均粒径６
ｐｍの３ｉ ３Ｎ４Ｃａ率７９％）と平均粒径１〜３μ
ｍの各種粉末を使用して第１表の如く各試料を配合し、
この配合した各試料をヘキサン溶媒中ＷＣ基超硬合金製
ボールと共にウレタン内張り容器の中で混合粉砕した。
得られた混合粉末から溶媒を蒸発除去後、ＢＮ粉末で被
覆したカーボンモールド中に充填し、Ｎ２ガスで炉内を
置換後１００〜４００警の成形圧力、１７００℃〜１８
５０℃の温度、５０〜９０分の保持時間で加圧焼結した
。得られた焼結体の緒特性を第２表に示した。
覆したカーボンモールド中に充填し、Ｎ２ガスで炉内を
置換後１００〜４００警の成形圧力、１７００℃〜１８
５０℃の温度、５０〜９０分の保持時間で加圧焼結した
。得られた焼結体の緒特性を第２表に示した。
以下余白
晶相量を表わす。
実施例２
実施例１で作製した試料の内、本発明の焼結体である試
料ＮＬ３，５．８と本発明から外れた比較の焼結体であ
る試料１ｋｌ ｌ 、Ｎ＆ｌ ５と市販のＡｔ２０３
Ｔ’ｉＣ系セラミックス及び超硬合金の刃先にＣＢＮ系
焼結体の接着した試料を加えて下記の切削条件で耐摩耗
試験を行なった。
料ＮＬ３，５．８と本発明から外れた比較の焼結体であ
る試料１ｋｌ ｌ 、Ｎ＆ｌ ５と市販のＡｔ２０３
Ｔ’ｉＣ系セラミックス及び超硬合金の刃先にＣＢＮ系
焼結体の接着した試料を加えて下記の切削条件で耐摩耗
試験を行なった。
旋削による切削条件
被削材 ＳＣＭ３浸次材（ＨＲｃ６０）切削速度 １０
０机４萌ｎ 切込み量 ０．２５順 送り速度 ０．Ｉ Ｑ／ｒｅｖ 切削時間 ２ｍ１ｎ 工具形状 ５ＮＰ４３２ 切削試験の結果、本発明の焼結体である試料１に３ 、
５ 、８のそれぞれの平均逃げ面摩耗量は、０．１０朋
、０．１２間、０．０１３ｕ＋であったのに対し、比較
の焼結体である試料１ｋｌｌ、１５のそれぞれの平均逃
げ面摩耗量は、０．２０ ｍｇ 、 ０．４３ ｖｔｍ
市販のＭ２Ｏ５−Ｔｉｃ Ａ％セラミックスハ、０．１
９ｍ市販のＣＢＮ系焼結体は、０．０８＋ｍｓ＋であっ
た。
０机４萌ｎ 切込み量 ０．２５順 送り速度 ０．Ｉ Ｑ／ｒｅｖ 切削時間 ２ｍ１ｎ 工具形状 ５ＮＰ４３２ 切削試験の結果、本発明の焼結体である試料１に３ 、
５ 、８のそれぞれの平均逃げ面摩耗量は、０．１０朋
、０．１２間、０．０１３ｕ＋であったのに対し、比較
の焼結体である試料１ｋｌｌ、１５のそれぞれの平均逃
げ面摩耗量は、０．２０ ｍｇ 、 ０．４３ ｖｔｍ
市販のＭ２Ｏ５−Ｔｉｃ Ａ％セラミックスハ、０．１
９ｍ市販のＣＢＮ系焼結体は、０．０８＋ｍｓ＋であっ
た。
実施例３
実施例２で使用した各試料を下記の切削条件で耐欠損性
試験を行なった。
試験を行なった。
転削による切削条件
被削材 ＳＣＭ３ 浸炭材（ＨＲｃ６０）２本スロット
入り切削速度 １００ ｒ１１／１′ｎｉｎ切込み量
０．２５順 送り速度 ０．１５ ｍｒｒｒｙ’ｒｅｖ切削時間 チ
ッピング又は欠損迄 工具形状 ＴＮＰ ３３２ 切削試験の結果、本発明の焼結体である試料Ｎｏ、３は
、１０分６秒切削時に刃先チッピングが生じ、試料風５
は、１１分２４秒切削時に刃先チッピングが生じ、試料
風８は、９分４２秒切削時に刃先チッピングが生じたの
に対し、比較の焼結体である試料Ｎ＆ｌｌは、４分１８
秒で刃先チッピングが生じ、試料４１５は１分１２秒で
刃先欠損し、市販のＡｔ２ｏ３−ＴｉＣ系セラミックス
は、１分２４秒で刃先大欠損し、市販のＣＢＮ系焼結体
は、１１分切削時に微少チッピングが生じた。
入り切削速度 １００ ｒ１１／１′ｎｉｎ切込み量
０．２５順 送り速度 ０．１５ ｍｒｒｒｙ’ｒｅｖ切削時間 チ
ッピング又は欠損迄 工具形状 ＴＮＰ ３３２ 切削試験の結果、本発明の焼結体である試料Ｎｏ、３は
、１０分６秒切削時に刃先チッピングが生じ、試料風５
は、１１分２４秒切削時に刃先チッピングが生じ、試料
風８は、９分４２秒切削時に刃先チッピングが生じたの
に対し、比較の焼結体である試料Ｎ＆ｌｌは、４分１８
秒で刃先チッピングが生じ、試料４１５は１分１２秒で
刃先欠損し、市販のＡｔ２ｏ３−ＴｉＣ系セラミックス
は、１分２４秒で刃先大欠損し、市販のＣＢＮ系焼結体
は、１１分切削時に微少チッピングが生じた。
実施例４
実施例１で作製した試料の内、本発明の焼結体である試
料Ｎ１Ｌ２ 、 ＮＩＬ６ 、 Ｎｌ２と本発明から外
れた比較の焼結体である試料Ａｌｌ、Ｎａ１５と市販の
ｋ１２０ｓ −Ｔ ｉＣ系セラミックスを加えて下記の
切削条件で耐摩耗試験を行なった。
料Ｎ１Ｌ２ 、 ＮＩＬ６ 、 Ｎｌ２と本発明から外
れた比較の焼結体である試料Ａｌｌ、Ｎａ１５と市販の
ｋ１２０ｓ −Ｔ ｉＣ系セラミックスを加えて下記の
切削条件で耐摩耗試験を行なった。
旋削による切削条件
被削材 Ｔｉ−６％Ａｔ−４％Ｖ合金（ＨＲｃ４８）切
削速度 ８０ ｍ／ｍｉｎ 切込み量 １．０ ｍｍ 送り速度 ０．２ ｇｍ／ｒｅｖ 切削時間 １ｍ１ｎ 工具形状 ５ＮＰ４３１ 試験の結果、本発明の焼結体である試料Ｎｏ、２の平均
逃げ面摩耗量は、０．１８ｍｍ、試料Ｎ（Ｌ６は、０．
１３朋、試料＆９は、０．１９順であったのに対して、
比較の焼結体である試料ＮＬＬｉｌは、０．２５ｍ５＋
％試料鳳１５は、０．３５ｍ、市販αＭ２Ｏ３−ＴｉＣ
系セラミックスは、０．３８ｇ＋ｍの平均逃げ面摩耗量
を示した。
削速度 ８０ ｍ／ｍｉｎ 切込み量 １．０ ｍｍ 送り速度 ０．２ ｇｍ／ｒｅｖ 切削時間 １ｍ１ｎ 工具形状 ５ＮＰ４３１ 試験の結果、本発明の焼結体である試料Ｎｏ、２の平均
逃げ面摩耗量は、０．１８ｍｍ、試料Ｎ（Ｌ６は、０．
１３朋、試料＆９は、０．１９順であったのに対して、
比較の焼結体である試料ＮＬＬｉｌは、０．２５ｍ５＋
％試料鳳１５は、０．３５ｍ、市販αＭ２Ｏ３−ＴｉＣ
系セラミックスは、０．３８ｇ＋ｍの平均逃げ面摩耗量
を示した。
以上の実施例の結果から本発明の工具用窒化硅素焼結体
は、高硬度で耐熱衝撃性及び耐塑性変形性にすぐれてい
るために、鋼切削におい【高価なＣＢＮ系焼結体と同程
度の耐摩耗性及び耐欠損性を有し、又工具に圧着分離損
傷から生じる欠損を誘起し易い難削材に対しても使用で
きる焼結体であることが確認できた。このことからハサ
ミ、スリッター、裁断刃、刃物等の切断工具、ボール、
ガイドブツシュ、ロール、ゲージ類の機械部品治具、Ｓ
ｉ３Ｎ４が有している耐食性を利用して、パルプ、メカ
ニカルシール、化学工業関係部品等の耐摩耐食部品及び
Ｓｉ３Ｎ４が有している潤滑性を利用して軸受部品、離
型性の要求される金型に代表される各種の耐摩耗用工具
並びに各種の被削材に対する旋削工具、プライス工具及
び耐圧着、耐摩耗、耐欠損性にすぐれていることからエ
ンドミル、リニマ、ドリル等の穴あけ工具に代表される
各種の切削工具として本発明の焼結体は利用できる。又
、軽量化とすぐれた熱伝導性からエンジン部品、タービ
ン部品等の耐熱性を要する構造用材料にも応用できる可
能性がある産業上有用な焼結体である。
は、高硬度で耐熱衝撃性及び耐塑性変形性にすぐれてい
るために、鋼切削におい【高価なＣＢＮ系焼結体と同程
度の耐摩耗性及び耐欠損性を有し、又工具に圧着分離損
傷から生じる欠損を誘起し易い難削材に対しても使用で
きる焼結体であることが確認できた。このことからハサ
ミ、スリッター、裁断刃、刃物等の切断工具、ボール、
ガイドブツシュ、ロール、ゲージ類の機械部品治具、Ｓ
ｉ３Ｎ４が有している耐食性を利用して、パルプ、メカ
ニカルシール、化学工業関係部品等の耐摩耐食部品及び
Ｓｉ３Ｎ４が有している潤滑性を利用して軸受部品、離
型性の要求される金型に代表される各種の耐摩耗用工具
並びに各種の被削材に対する旋削工具、プライス工具及
び耐圧着、耐摩耗、耐欠損性にすぐれていることからエ
ンドミル、リニマ、ドリル等の穴あけ工具に代表される
各種の切削工具として本発明の焼結体は利用できる。又
、軽量化とすぐれた熱伝導性からエンジン部品、タービ
ン部品等の耐熱性を要する構造用材料にも応用できる可
能性がある産業上有用な焼結体である。
特許出願人 東芝タンガロイ株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１） 周期律表１ａ、２ａ、３ａ、３ｂ、４ｂ族金属
の１種又は２種以上の窒化物詣よび／または酸窒化物の
結晶構造調整剤１〜３５体積％と周期律表４ａ 、５ａ
、６ａ族金属の炭化物、窒化物、硼化物、硅化物、酸
化物又はこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の分
散相ｌ〜４０体積％と残部窒化硅素と不可避不純物から
なる焼結体であって、かつ前記結晶構造調整剤と前記窒
化硅素とによって形成される硬質相が２５体積％以上の
三方晶構造の結晶相として含有していることを特徴とす
る工具用窒化硅素焼結体。 り２）上記結晶構造調整剤と上記窒化硅素とによって形
成される硬質相が３５〜９５体積％の三方晶構造の結晶
相として含有していることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の工具用窒化硅素焼結体。 （３） 上記結晶構造調整剤が周期律表２ａ 、 ３ａ
。 ３ｂ族金属の窒化物、酸窒化物又はこれらの相互固溶体
の中の少なくとも１種を主体にしたものであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項及び第２項記載の工具用
窒化硅素焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59033758A JPS60180962A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | 工具用窒化硅素焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59033758A JPS60180962A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | 工具用窒化硅素焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60180962A true JPS60180962A (ja) | 1985-09-14 |
| JPH059386B2 JPH059386B2 (ja) | 1993-02-04 |
Family
ID=12395328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59033758A Granted JPS60180962A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | 工具用窒化硅素焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60180962A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5296008A (en) * | 1991-02-15 | 1994-03-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for manufacturing a cutting tool insert made of a silicon nitride body |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5874574A (ja) * | 1982-07-30 | 1983-05-06 | 住友電気工業株式会社 | 銅および銅合金用塑性加工工具 |
| JPS58213679A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-12-12 | ジ−・テイ−・イ−・ラボラトリ−ズ・インコ−ポレ−テツド | 複合セラミツク切削工具及びその製造方法 |
| JPS59199579A (ja) * | 1983-04-25 | 1984-11-12 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐摩耗性のすぐれたサイアロン基セラミツクス |
-
1984
- 1984-02-24 JP JP59033758A patent/JPS60180962A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58213679A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-12-12 | ジ−・テイ−・イ−・ラボラトリ−ズ・インコ−ポレ−テツド | 複合セラミツク切削工具及びその製造方法 |
| JPS5874574A (ja) * | 1982-07-30 | 1983-05-06 | 住友電気工業株式会社 | 銅および銅合金用塑性加工工具 |
| JPS59199579A (ja) * | 1983-04-25 | 1984-11-12 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐摩耗性のすぐれたサイアロン基セラミツクス |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5296008A (en) * | 1991-02-15 | 1994-03-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for manufacturing a cutting tool insert made of a silicon nitride body |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH059386B2 (ja) | 1993-02-04 |
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