JPS6153154A - 高靭性セラミツクの製造法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高密度で靭性の大きいセラミック材料の製造法
に関するものであり、特に切削工具用材料として有用な
へ立２０３−ＴｉＣ系の高靭性セラミックの製造法に関
するものである。

［従来の技術］ 工具材料のうち、特に刃先部に過酷な力や熱を受ける切
削工具では、次のような材料特性が要求される。

１　高温硬度が大きいこと。

２　靭性、特に高温での靭性を有すること。

３　化学的に安定で、刃先において被切削材と反応しな
いこと。

切削工具材料としてのアルミナ系工具では、これらの要
求特性のうちの１と３とについては申し分ないが、２に
ついては問題がある。この限界を乗り越えるべく開発さ
れたのが、Ａ立２０３−ＴｉＣ系のセラミックである。

この系のセラミックは、Ａ文２０３基材料の改良として
は画期的なもので、複合化セラミックの典型的な成功例
である。

ところが酸化物と炭化物との複合化である！こめ、単純
に熱を加えるだけの製法゛では緻密化づることが困難で
ある。そこでＡｄｚ０３粒子と分散粒子（Ｔｉ　Ｃ）と
の間のガス発生を極力抑制する工夫が必要になるが、工
業的な製造技術としては、熱とともに礪械的な力を加え
るホットプレスの適用、更には全周囲方向から均等で大
きな力を加えることのできる熱間静水圧プレスの適用が
、安定して高性能な製品製造に使われている。このよう
なＡＡｚＯａ−Ｔｉ　Ｃ系のセラミックは、耐摩耗性が
優れ、鉄との親和性が低いという特徴をもつために、鋳
鉄の精密仕上げや高速切削において広く使用されている
。

［発明が解決しようとする問題点１ 種々の業界例えば、自動車や航空機産業などでは生産性
向上のために、切削速度が極度に速くなりつつあり、一
方ではこうし！、：高速切削に耐えうる工作は械の発展
もある。

又、生産現場の無人化が進むにしたがって切削工具特に
セラミック工具の信頼性を高めることが必要となってき
た。

高速切削および切削工具の信頼性を向上させるためには
、現在のＡｉｚ、０ａ−ＴｉＣ系セラミックの性能、特
に靭性面を更に向上させることが必要である。

この靭性の改善の一手段としてＴｉＣ粒同士、ＡｉｚＯ
ｓ粒同士あるいはＴｉ０粒とＡｉｚＯｇ粒間の界面の強
化が考えられ、過去にＴ；　Ｏｚ（特公昭５ｌ−５６９
）やＴｉ　　（特公昭５０−２０９６３及び特公昭５０
−３９４４５＞の添加により試みられたことがあるが十
分な成果は得られていない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
より靭性の大きいＡｊＬｚＯａ　−Ｔｉ　Ｃ系セラミッ
クの￥Ｊ造法を提供することを目的とする。

［発明の構成］ 本発明は、 一般式ＴｉＣｘ（ただしＸは０．６５〜０．９３）で表
わされる炭化チタン２０〜５０重量％と、１ＥＩｊ又は
２種以上からなる焼結助剤を０．１〜２重屋％と、 ＡｊＬｚＯａ　４８〜７９．９Ｉｆｆｉ％と、からなる
配合物を成形後、ホットプレス法により焼結することを
特徴とする高靭性セラミックの製造法を要旨とする。

本発明においてＴｉＣｘ（ただしＸは０．６５〜０．９
３＞が２０〜５０重量％用いられることが必要である。

上記のＴｉＣｘはＴｉが過剰の非化学ｍ論的炭化チタン
であり、ＴｉＣで表わされる化学ｍ論的゛炭化チタンに
比べて、結晶構造が不完全かつ不安定である。そのため
同相反応等の焼結反応が容易となり、ＡＡｚＯａ粒とＴ
ｉ　Ｃｘ粒及びＴ１Ｃｘ粒同士の界面がへ立２０３粒と
Ｔｉ０粒及びＴｉ・Ｃ粒同士の界面に比較して強化され
る。又、ＴｉＣｘの原子間の結合形態は共有結合に金属
結合的性質を帯びたものとなり靭性が向上する。

Ｔ１ＣｘにおけるＸが０．６５より小さい場合には、ｆ
Ａ結休体性能特に耐摩耗性が低下し、又Ｘが０．９３よ
り大きくなるとＴｉＣｘにおける非化学ｍ論的効果が弱
くなり、十分な靭性が得られなくなる。

上記ＴＩＣ×は２０〜５０重ｆｆｉ％用いられることが
必要であるがＴ１Ｃｘが２０重邑％未満の場合は、Ｔ１
Ｃｘを用いた効果が十分に表われず、５０重量％を超え
る場合は焼結性が悪くなり、十分な靭性が得られなくな
る。

ざらに、１ａ又は２種以上の焼結助剤例えばＭｇｏｌｃ
ａ　ｏ等を０．１〜２重母％用いることが必要である。

焼結助剤はＡｉｚ　Ｏａと化合物をつくり、それが、セ
ラミックの焼結を助成し、焼結性が向上する。又焼結助
剤を添加することによって焼結時のへ立２０ａの粒成長
を抑えることができる二本発明において焼結助剤とは、
ｔｖｌｏ　Ｏ，Ｑａ　Ｏ，５ｉ０２、Ｚｒ　０２、Ｎｉ
　Ｃ）や、ＹｚＯａ、Ｄｙ　２０ａ、Ｅｒ　ｚｏａ、１
−１ｏ　２０Ｂ等の希土類酸化物等（７）通常Ａｊ１２
０ｉ系、ＡＡｚＯａ−Ｔｉ　Ｃ系、ＡＪ１２０３−Ｚｒ
Ｏ２系など（７）Ａ１２０ｇ主体セラミンクの焼結に用
いられるものを指す。

焼結助剤は、本発明において、０．１田吊％〜２重量％
用いられるが、０．１ｍｆｆ１％以下では、上記の効果
は十分にあられれず、逆に２単量％以上では多階の上記
化合物がセラミック材料の高温特性を低下させる。

以上のような本発明方法によって得られるセラミックは
Ｍ摩耗性及び靭性に優れたものとなる。

その理由はＡ立ｚ０３とＴｉＯｘとの接七強度が高く、
かつへ立２０３の結晶粒子が微１なためと推定される。

［実施例］ 本発明の一実施例について述べる。

純度９９．９％平均粒径０．４ｔ１ｍの（Ｚ−Ａｉ２０
３、第１表の内容に調整されたＴｉ　ＣＸ　％及び焼結
助剤を第２表のように各種配合し、ボールミルにて４０
ｈｒ湿式混合を行った後乾燥し、混合粉を得た。この混
合粉を圧力２００　ｋｇ／ｃｒｙ、時間１５分、第２表
に示すｍ度の条件で黒鉛型内においてホットプレス法に
よって焼結した。得られた焼結体を１３Ｘ１３Ｘ５ｍｍ
に切断し、さらにダイヤモンド砥石を用いて５ＮＧＮ４
３２の形状（ＪＩｓ）に仕上げた。チャンファ−は０．
１ｍｍｘ２５°とした。このものについて次の工、■の
条件にて切削テストを行ったところ第２表のような結果
が得られた。

切削テストの条件 Ｉ　　被削材　：Ｆｅ１２（ＨＢ１９０〜２２０＞切削
条件：切削速度（Ｖ）−８００ｍ　／ｍｉｎ、切り込み
（ｔ　）　−０，５ｍｍ。

送り速度（ｆ　）　−０，２５ｍｍ／ ｒｅｖ　　。

寿命判定：１２０ｍＩＩｌφＸ１５ｎｖＪｌの外周部を
１００回切削した後の摩耗幅Ｖら （ｉｍ）を測定 ■　被削材　：５ＫＤ１１　（ＨＲＣ６２）切削条件：
切削速度（Ｖ）＝１５０ｍ／ｍｉｎ、切り込み（ｔ　）
　−０，５ｍｍ。

送り速度（ｆ　）　＝０．１７ｍｍ／ｒｅｖ寿命判定＝
１２０φＩの棒材を１５分間切削した後の摩耗幅Ｖｓ　
　（ｍｍ）を測定第１表 第２表の結果により次の（１）〜（６）の場合には、セ
ラミックエ只の摩耗幅が大きくなり、場合によっては欠
損することが判った。

（１）Ｎｏ、１７のようにＴ１Ｃｘが５０ｆｆｌ１％よ
りも多く配合された場合。

＜２＞Ｎｏ、１８のようにＴ１Ｃｘが２０ｆｆｌｆｆｉ
％よりも少なく配合された場合。

（３）Ｎｏ、１９のようにＴ１ＣｘにおけるＸの値が０
．９３を超える場合。

＜４）Ｎｏ、２０のようにＴｉ　ＣｘにおけるＸの値が
０．６５よりも小さい場合。　　　　　　゛（５）Ｎｏ
、２１のように焼結助剤が０．１重Ｄ％よりも少ない場
合。

（６）Ｎｏ、２２のように焼結助剤が２重量％よりも多
い場合。

これらより高靭性セラミックを１りるには、本発明のよ
うにＴｉ　ＣｘにおけるＸの値、Ｔ１Ｃｘの配合量、焼
結助剤の配合量を所定にすることがどうしても必要であ
ることがわかった。

［発明の効果］ 本発明のセラミックの製造法を用いることによって靭性
の大きいＡ文２０１１−Ｔｉ　Ｃ系セラミックを製造す
ることができ製造されたセラミックは鋳鉄、鋼、高ニッ
ケル、アルミニウム、チタン等や、非金属の切削工具と
して、又振動が激しくかかるあるいは高熱のかかる機械
部品等に有用である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　一般式ＴｉＣ＿ｘ（ただしｘは０．６５〜０．９３
   ）で表わされる炭化チタン２０〜５０重量％と、 １種又は２種以上からなる焼結助剤を０．１〜２重量％
   と、 Ａｌ＿２Ｏ＿３４８〜７９．９重量％と、 からなる配合物を成形後、ホツトプレス法により焼結す
   ることを特徴とする高靭性セラミツクの製造法。 ２　ホツトプレス法により対理論密度を９９％以上とす
   る特許請求の範囲第１項記載の高靭性セラミツクの製造
   法。 ３　焼結助剤が、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ＿２、ＺｒＯ
   ＿２、ＮｉＯ及び希土類酸化物から選ばれる１種又は２
   種以上である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の高
   靭性セラミツクの製造法。