JPS60264367A - 高強度セラミツク工具 - Google Patents
高強度セラミツク工具Info
- Publication number
- JPS60264367A JPS60264367A JP59120211A JP12021184A JPS60264367A JP S60264367 A JPS60264367 A JP S60264367A JP 59120211 A JP59120211 A JP 59120211A JP 12021184 A JP12021184 A JP 12021184A JP S60264367 A JPS60264367 A JP S60264367A
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- JP
- Japan
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- sialon
- cutting
- high strength
- strength
- sintering
- Prior art date
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- Granted
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- 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】
「産業上の利用分野」
高靭性と高耐摩耗性を高温迄有する優れたセラミック工
具、線引ダイス等の金属加工用工具、エンジン用部品、
ガスタービン用部品、シールリング、ベアリング等の耐
摩耗部品、原子炉構造材料等。
具、線引ダイス等の金属加工用工具、エンジン用部品、
ガスタービン用部品、シールリング、ベアリング等の耐
摩耗部品、原子炉構造材料等。
「従来の技術」
窒化珪素を主体とするセラミックは、高靭性、低膨張係
数を有するために優れた耐熱材料として利用されるが、
これの靭性を更に向上する目的でＡｈＯｍ 、 ＹｇＯ
ｓ 、Ｔｉを配合した焼結体が特開昭５４−１５４４１
７号［高強度窒化珪素焼結体の製造法」として提案され
ている。併しこの材質は高温における化学的安定性が不
足するため、工具として用いる場合、耐摩耗性が不足し
ているという問題があった。特にＮｉ基合金をはじめと
する耐熱合金の切削には、フランク摩耗や境界摩耗が共
に急激に進むため舟命が極めて短かかった。
数を有するために優れた耐熱材料として利用されるが、
これの靭性を更に向上する目的でＡｈＯｍ 、 ＹｇＯ
ｓ 、Ｔｉを配合した焼結体が特開昭５４−１５４４１
７号［高強度窒化珪素焼結体の製造法」として提案され
ている。併しこの材質は高温における化学的安定性が不
足するため、工具として用いる場合、耐摩耗性が不足し
ているという問題があった。特にＮｉ基合金をはじめと
する耐熱合金の切削には、フランク摩耗や境界摩耗が共
に急激に進むため舟命が極めて短かかった。
「発明が解決しようとする問題点」
一般式Ｓ １ ａ−１Ａ ｌ ｚ Ｏｚ Ｎａ−’ｔで
表されるサイアロンを主成分とする焼結体は上記Ｓ ｌ
ｓＮ＜に対し化学的に安定なため切削工具用材料とし
て用いることが考えられ、一部商品化がなされている。
表されるサイアロンを主成分とする焼結体は上記Ｓ ｌ
ｓＮ＜に対し化学的に安定なため切削工具用材料とし
て用いることが考えられ、一部商品化がなされている。
この様なサイアロン系材料を切削工具として用いた場合
、Ａｌａｒｍ Ｔｉｃ系工具と比較すると、カケに対す
る耐欠損性においてかカリ改善され、Ｎ１基合金の切削
にはかなυ良い結果が得られているが、未だ十分とは言
えず、また耐摩耗性は劣りていた。
、Ａｌａｒｍ Ｔｉｃ系工具と比較すると、カケに対す
る耐欠損性においてかカリ改善され、Ｎ１基合金の切削
にはかなυ良い結果が得られているが、未だ十分とは言
えず、また耐摩耗性は劣りていた。
「問題点を解決するための手段」
Ｙ＊ Ｏｓが０２〜１０重量％（以下「重量」を省く）
、ＴＩが００５〜５チ、残部がサイアロンと不可避不純
物よシなる高強度セラミック工具を提供するもので、サ
イアロンに対するＴｉの特定量添加によシ、耐欠損性も
耐摩耗性も大巾に改良されたものである。
、ＴＩが００５〜５チ、残部がサイアロンと不可避不純
物よシなる高強度セラミック工具を提供するもので、サ
イアロンに対するＴｉの特定量添加によシ、耐欠損性も
耐摩耗性も大巾に改良されたものである。
「作用」
ここで本発明物質の主体をなすサイアロンは通常ａ相が
７０％以上の５ｉｓＮ４． ＡｌａＯ３及びＡＩＮを次
式の反応によって生成する。
７０％以上の５ｉｓＮ４． ＡｌａＯ３及びＡＩＮを次
式の反応によって生成する。
（６−Ｚ ） Ｓ １ｓＮ４＋ＺＡｂＯｓ＋ ＺＡＩＮ
−＞ ８８１６−２Ａ１ ｚ Ｏｚ Ｎ５−７ただし
、２は０２以下では化学的安定性が５ｌｓＮａと差が小
さく、１．５以上では強度が低いため、０２〜１５が好
ましい。併し上記以外のサイアロン形成組成、例えば、
５ｉｓＮ４，５ｌｏｚ 、 ＡＩＮの混合物でも又は合
成したサイアロンでもよい。
−＞ ８８１６−２Ａ１ ｚ Ｏｚ Ｎ５−７ただし
、２は０２以下では化学的安定性が５ｌｓＮａと差が小
さく、１．５以上では強度が低いため、０２〜１５が好
ましい。併し上記以外のサイアロン形成組成、例えば、
５ｉｓＮ４，５ｌｏｚ 、 ＡＩＮの混合物でも又は合
成したサイアロンでもよい。
Ｙ！０３は焼結助剤として添加し、０２％以下では焼結
促進効果が乏しく、１０％以上では高温１１゛・″ 強
度の劣化が激しいので０２〜１０チが好ましい。
促進効果が乏しく、１０％以上では高温１１゛・″ 強
度の劣化が激しいので０２〜１０チが好ましい。
またＹ２Ｏ３の代りに焼成中Ｙ２Ｏ３になるイツトリウ
ム化合物も利用しうる。
ム化合物も利用しうる。
Ｔｉは金属チタン又はＴ Ｉ Ｈｚとして添加すること
が本発明の特徴である。ＴｉＨ２は焼結中にＴ１に変化
し金属と同じ作用を有する。Ｔｉは焼結後生として非晶
質の結合相中に残存し、強度−硬度共に従来の優れた焼
結体が得られる。その理由は、焼結後良好な反応性のた
めに、Ｔｉを含む非晶質相が、サイアロン粒子の周囲を
取シまいているのみでなく、一部はサイアロン粒子と反
応し、粒子間の境界強度が増加しているためと考えられ
る。更に焼結後サイアロン粒子の周シに生成して焼結体
の強度に悪影響を及ばす５ｉ０２薄膜をＴＩが次式に従
って還元し去り、Ｓ ｉ ｓ Ｎ４に転化するのも原因
の一つと考えられる。
が本発明の特徴である。ＴｉＨ２は焼結中にＴ１に変化
し金属と同じ作用を有する。Ｔｉは焼結後生として非晶
質の結合相中に残存し、強度−硬度共に従来の優れた焼
結体が得られる。その理由は、焼結後良好な反応性のた
めに、Ｔｉを含む非晶質相が、サイアロン粒子の周囲を
取シまいているのみでなく、一部はサイアロン粒子と反
応し、粒子間の境界強度が増加しているためと考えられ
る。更に焼結後サイアロン粒子の周シに生成して焼結体
の強度に悪影響を及ばす５ｉ０２薄膜をＴＩが次式に従
って還元し去り、Ｓ ｉ ｓ Ｎ４に転化するのも原因
の一つと考えられる。
５ｉＯａ＋Ｔｉ→ＴｉＯ２＋ｓｉ 、８Ｓｉ＋２Ｎ２→
８１ａＮ４また、Ｔｉは焼結中にサイアロン粒子の粒成
長の抑制効果もあると思われ、これによシ硬度も上昇す
る効果がある。その添加量は１０５％以下では上記の効
果が乏しく、５％以上ではＴＩＮが析出して、焼結性が
悪化し、強度低下を起し、また熱膨張係数を大きくし耐
熱衝撃性が劣化する。
８１ａＮ４また、Ｔｉは焼結中にサイアロン粒子の粒成
長の抑制効果もあると思われ、これによシ硬度も上昇す
る効果がある。その添加量は１０５％以下では上記の効
果が乏しく、５％以上ではＴＩＮが析出して、焼結性が
悪化し、強度低下を起し、また熱膨張係数を大きくし耐
熱衝撃性が劣化する。
「製造法」
所定の組成の混合物成形体を１気圧以上の非酸化性雰囲
気、例えばＮ２ガスやＡｒガス中１６００〜２１００℃
で焼結する。雰囲気圧力が高ければサイアロンの分解蒸
発を抑制し、焼結温度を高め強度を増大することができ
る。上記の加圧雰囲気焼結の他、黒鉛型を用いての一軸
性ホットプレスを１００〜４００Ｋｔ／ｃｎの圧力で行
うこともでき又は５０〜２０００Ｋｙ／ａＡの圧力で熱
間静水圧プレスを行ってもよい。焼結温度は１６００℃
以下では十分な緻密化ができず、従って十分な強度が得
られず、１８５０℃以上ではサイアロンの分解が起るの
で１８５０℃以下が好ましいが雰囲気を高圧とすれば２
１００℃迄上昇することも可能である。
気、例えばＮ２ガスやＡｒガス中１６００〜２１００℃
で焼結する。雰囲気圧力が高ければサイアロンの分解蒸
発を抑制し、焼結温度を高め強度を増大することができ
る。上記の加圧雰囲気焼結の他、黒鉛型を用いての一軸
性ホットプレスを１００〜４００Ｋｔ／ｃｎの圧力で行
うこともでき又は５０〜２０００Ｋｙ／ａＡの圧力で熱
間静水圧プレスを行ってもよい。焼結温度は１６００℃
以下では十分な緻密化ができず、従って十分な強度が得
られず、１８５０℃以上ではサイアロンの分解が起るの
で１８５０℃以下が好ましいが雰囲気を高圧とすれば２
１００℃迄上昇することも可能である。
「実施例１」
純度９９チ、平均粒径１μｍ１α相９０％の５ｉｓＮ４
粉末、純度９９％平均粒径αｓｐｍのＡｈＯｓ粉末、純
度９８チ平均粒径１μｍのＡＩＮ粉末をそれぞれ［１％
、＆５％ 、＆４％混合してサイアロンの組成粉末と
した。ついで純度９１９ ％の平均粒径１μｍのＹ２Ｏ
３粉末及び純度９９％平均粒径２μｍのＴｉＨ２粉末を
第１表に示す組成に配合し混合粉末を調整した。ついで
該混合粉末を予め窒化はう素を塗布した黒鉛型中に入れ
、温度１７５０℃、圧力８００１１７ｄで１時間加圧焼
結し、焼結体の強度なＪＩＳ Ｒ１６０１−１９８１の
８点曲げで２０ケ測定し、硬度をロックウェルスーパー
７ イシーｙル４５Ｎ”ｔ’ＪＩｓＺ２２４５−１９８
１に従って測定した。第１表により明らかなように、本
願組成範囲の焼結体は範囲外のものに較べ抗折強度、硬
度共に優れていた。
粉末、純度９９％平均粒径αｓｐｍのＡｈＯｓ粉末、純
度９８チ平均粒径１μｍのＡＩＮ粉末をそれぞれ［１％
、＆５％ 、＆４％混合してサイアロンの組成粉末と
した。ついで純度９１９ ％の平均粒径１μｍのＹ２Ｏ
３粉末及び純度９９％平均粒径２μｍのＴｉＨ２粉末を
第１表に示す組成に配合し混合粉末を調整した。ついで
該混合粉末を予め窒化はう素を塗布した黒鉛型中に入れ
、温度１７５０℃、圧力８００１１７ｄで１時間加圧焼
結し、焼結体の強度なＪＩＳ Ｒ１６０１−１９８１の
８点曲げで２０ケ測定し、硬度をロックウェルスーパー
７ イシーｙル４５Ｎ”ｔ’ＪＩｓＺ２２４５−１９８
１に従って測定した。第１表により明らかなように、本
願組成範囲の焼結体は範囲外のものに較べ抗折強度、硬
度共に優れていた。
次に切削性能を調べるため、焼結体を５ＮＧＮ４８２（
チャンファ−α１■）の切削工具に研摩加工し、第２表
に示すテスト条件で切削テストを行った。テスト１は第
１図の形状のＦＣ−２０の鋳鉄の中断切削テストで耐欠
損性の比較を行った。これによれば本願発明の組成では
８８山以上切削可能であるのに対し、従来品の１４は２
４山しか切削できず、その他の組成範囲外のものも４８
山ＪＪ、下しか切削できなかった。まだテスト２では棒
状インコネル７１８の連続切削テストで耐摩耗性の比較
を行ったが、これからも本願組成範囲の工具が耐摩耗性
に優れていることが認められた。
チャンファ−α１■）の切削工具に研摩加工し、第２表
に示すテスト条件で切削テストを行った。テスト１は第
１図の形状のＦＣ−２０の鋳鉄の中断切削テストで耐欠
損性の比較を行った。これによれば本願発明の組成では
８８山以上切削可能であるのに対し、従来品の１４は２
４山しか切削できず、その他の組成範囲外のものも４８
山ＪＪ、下しか切削できなかった。まだテスト２では棒
状インコネル７１８の連続切削テストで耐摩耗性の比較
を行ったが、これからも本願組成範囲の工具が耐摩耗性
に優れていることが認められた。
「実施例２」
実施例１に用いたと同様の原料を用い、ＴｉＨ２の代り
に金属チタンＴｉの平均粒径２μｍの粉末を用いる以外
同様にして実施例１と同様のテストを行った結果を第３
表に示す。更にサイアロンにかえて５ｉｓＮ４９０チ、
Ａｌ２Ｏ３１０％の混合物を用いた比較例もム１９．ム
２０として示す。第８表よシ明らかなように基本物質と
してサイアロンを用いず、Ｓ １ｓＮ４／ Ａｌ２Ｏ３
の比が９：１である窒化珪素−アルミナ混合物を用いた
Ａ１９．ム２０は共に切削テストで不十分であシ、特に
切削テ１′１′ スト２では、境界摩耗が大きく、被剛
材の面粗度が極めて悪くなるため実用が困難と思われ、
またＴＩを８％加えたｌ６１１も、Ｔｉを加えないＡＩ
Ｏに比し、少々性能の向上はみられるものの、実用上極
めて不十分であった。だから基本物質をサイアロンとし
、金属チタンを加えることによシ、その相乗効果が現わ
れ、満足表特性が得られることが判った。更にＴｉＨ２
とＴｉとは何れを用いてもほぼ同様な満足すべき結果を
得られることも判った。
に金属チタンＴｉの平均粒径２μｍの粉末を用いる以外
同様にして実施例１と同様のテストを行った結果を第３
表に示す。更にサイアロンにかえて５ｉｓＮ４９０チ、
Ａｌ２Ｏ３１０％の混合物を用いた比較例もム１９．ム
２０として示す。第８表よシ明らかなように基本物質と
してサイアロンを用いず、Ｓ １ｓＮ４／ Ａｌ２Ｏ３
の比が９：１である窒化珪素−アルミナ混合物を用いた
Ａ１９．ム２０は共に切削テストで不十分であシ、特に
切削テ１′１′ スト２では、境界摩耗が大きく、被剛
材の面粗度が極めて悪くなるため実用が困難と思われ、
またＴＩを８％加えたｌ６１１も、Ｔｉを加えないＡＩ
Ｏに比し、少々性能の向上はみられるものの、実用上極
めて不十分であった。だから基本物質をサイアロンとし
、金属チタンを加えることによシ、その相乗効果が現わ
れ、満足表特性が得られることが判った。更にＴｉＨ２
とＴｉとは何れを用いてもほぼ同様な満足すべき結果を
得られることも判った。
「効果」
従来品のＳ １ａＮ４− Ａ１２０Ｂ −Ｙａｋｓ −
Ｔ ｉ系の材料やサイアロン−Ｙ２Ｏ２系の材料に比し
本発明の組成のセラミック工具は耐欠損性や耐摩耗性倒
れも極めてすぐれたものであった。
Ｔ ｉ系の材料やサイアロン−Ｙ２Ｏ２系の材料に比し
本発明の組成のセラミック工具は耐欠損性や耐摩耗性倒
れも極めてすぐれたものであった。
第 ２ 表
※図−１に被剛材形状を示す
図面は切削テスト１に用いた被削材の側面図と切削工具
の切削方向を示す図である。 （１２）
の切削方向を示す図である。 （１２）
Claims (1)
- （１） ＹａＯｎが０２〜１０重量％、Ｔｉが００５〜
５重量％、残部がサイアロンと不可避不純物よりなる高
強度セラミック工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59120211A JPS60264367A (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | 高強度セラミツク工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59120211A JPS60264367A (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | 高強度セラミツク工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60264367A true JPS60264367A (ja) | 1985-12-27 |
| JPH0225872B2 JPH0225872B2 (ja) | 1990-06-06 |
Family
ID=14780646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59120211A Granted JPS60264367A (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | 高強度セラミツク工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60264367A (ja) |
-
1984
- 1984-06-12 JP JP59120211A patent/JPS60264367A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0225872B2 (ja) | 1990-06-06 |
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