JPS6259568A

JPS6259568A - 精密加工性に優れたセラミツクス材料

Info

Publication number: JPS6259568A
Application number: JP60197199A
Authority: JP
Inventors: 満彦古川; 修中野
Original assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Current assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Priority date: 1985-09-06
Filing date: 1985-09-06
Publication date: 1987-03-16
Anticipated expiration: 2009-01-05
Also published as: JPH06666B2

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、複雑形状に加工することができ、しかも精密
加工性にすぐれたセラミックス材料に関する。

〔従来の技術〕

ファインセラミックスは、機械構造部品、電子部品等と
して広く利用されている。このような用途で使用される
セラミックスとして、アルミナ系のものがあるが、近年
その部品を精密で複雑な形状に仕上げる傾向にあり、こ
れにしたがって使用されるセラミックス材料も優れた加
工性が要求されるようになってきている。

〔発明が解決しようとする問題点〕従来のアルミナ−炭化チタン系セラミックスは、ＴｉＣ
含有量が３０重Ｍ％以下であって、アルミナの靭性を充
分に改善したものではなく、精密加工時にクラックやチ
ッピングが生し易い。また、このアルミナ−炭化チタン
系セラミックスは、快削性にも劣るという欠点があった
。

本発明材料は、上記実情に対処すべく案出されたもので
あり、酸化アルミニウムー炭化チタン系複合材を刃物、
精密治具等の精密加重が要−にされる分野において、加
工時にクラックやチッピングが発生することなく、加工
能率を向上させ、更に放電加工により複雑形状品が安定
して製造できるセラミックス材料を提供しようとするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、その目的にこたえるべく、酸化アル−ミニラ
ム−炭化チタン系における炭化チタンの含有量を３０〜
８０重盪％と重量とすることにより、精密加工性の改善
を行ったものである。

すなわち、本発明材料は、炭化チタン３０〜８０重量％
と残部が酸化アルミニウムからなる基本組成をもつもの
であるゆその基本組成１００重置部に対して、次のよう
な任意添加成分を添加することにより、目的に応じた性
質の改善を図ることができる。

・快削性付与材として、マグネシウム、カルシウム、ｂ
ｌｉＬ　ニッケル、クロム、ジルコニウムの酸化物から
選択した１種又は２種以上を０．５〜５重蛍部・基本組成１００重看部に対して、酸化イツトリウム換
算量で０．０５〜２．０重量％のアルミニウム−イット
リウム複合酸化物・基本組成における炭化チタンの１５重量％以下を置換
するチタンの酸化物又は炭酸化物・基本組成における酸化アルミニウムの２重２％以下を
置換するアルミニウム、チタン複合酸化物・基本組成における炭化チタンの一部を置換する周期律
表ＩＶａ、　Ｖａ、　ＶＴａ族金属の炭化物（炭化チタ
ンを除＜）、窒化物、硼加物及びそれぞれの複合化合物
（炭窒化物、炭硼化物、窒硼化物。

炭窒硼化物）の１種又は２種以上このような材料は、上記原料混合粉末を調整した後、焼
結工程を経て製造される。焼結は、好ましくは熱間静水
圧加圧焼結法又はホットプレス法がある。ホットプレス
法では加圧力５０〜３５０　ｋｇｆ／ｃｍ”、焼成温度
１５５０〜１８００℃、一方熱間静水圧焼結法では加圧
力５００ｋｇｆ／ｃｍｚ以上、温度＋４５０−１６００
’ｃの条件下で好結果が得られる。

このようにして得られた焼結体は、理論密度９９％以上
で殆ど気孔がなく、粒径も微細であり、破壊靭性値が４
゜５　Ｍｐａ、　ｍＩ／２以上で、加工の際にクラック
やチッピングの発生がなく、精密カロエ性に優れている
。更に、比抵抗が１０ｍ・０ｃｍ以下であるため放電加
工性をも具備している。

なお、ホットプレス法もしくは熱間静水圧焼結法で焼結
された材料を、非酸化性雰囲気で加圧力０〜１０ｋｇ／
ｃｍ２．　Ａ度１０００℃から焼結温度より１００℃高
い温度範囲で熱処理することにより、歪みを除去するこ
とができる。この熱処理した材料は、精密加工時に歪み
によるクラックや微細チッピングの発生がないので、安
定した加工を施すことができる。

ここで、本発明の成分及びその組成範囲に関し−、ニシ
イし、く説明する。

この発明において、炭化チタンは酸化アルミニウムとと
もに本系＋Ａ料の主成分であり、３０重間％未満では精
密加工を行なう時にチッピングを生じ易い傾向にあり、
また比爪抗が高く放電加工性に劣ろという欠白、がある
。他方、８０重７％を超えると、焼結ｉｉ！！＋度が高
くなり、酸化アルミニウムの結晶Ｅ５子径か大きくなり
、破壊靭性も小さく、機械１１１１１時にチッピングを
生じ易く、精密加工用セラミ、クス材料としては不適当
である。このことから、！２化千、−′ンの含有範囲を
３０〜８０重１％とした。

なかでも、炭化チタンの含有範囲か４５〜６０重星％の
重量ＩＱ合一、゛（よ、酸化アルミニウム及び炭化チタ
ンの結晶１′）（予が微細で、破壊靭性値も大きく、詩
に優り１人一本音Ａ嗜力１１丁１生を具備している。

また、ＹｒＡギ）粉末或いは焼結過程時に生じるチタン
化合物の最終焼結体中にａ−有される酸素固溶量；、訳
、酸化チタンＳこ換算して１５重Ｖ％を越えると破壊靭
性を低下させるとともに、精密加工時にチッピングを生
じさせる傾向にあり、好ましくない。

しかしながら、チタン化合物に存在する酸素は、酸化ア
ルミニウムとともに炭化チタン成分の結合強度を高め、
強靭な焼結体を得る上で重要なものである。酸化アルミ
ニウムは、炭化チタンととも？、こ木系材料の主成分で
あり、炭化チタン成分の含有範囲が特定されることによ
り、７０〜２０重Ｙ％となる。

機械加工上、好ましくは快削性付与剤として、Ｍｇ、　
Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｚｒの各種酸化物を一種又は２種以上
添加することにより、得られたセラミ、クス成品の加工
性が改善される。その最適量は０．５〜５重量部である
。すなわぢ、０．５重量部未満では酸化−アルミニウム
の粒成長抑制剤として効果がみられ緻密な焼結体を得る
ことはできるが、機械加工性の向上はみられない。また
、５重り部以上では、焼結体の結晶粒子間の結合強度が
弱くなり好ましくない。

酸化ジルコニウムについては、粒度０．３μｍ以ト−の
未安定酸化ジルコニウム又は、Ｙ２Ｏ，、！’Ｉｇｏ。

Ｃａｂ、ＣｅＯの少なくとも１種で部分安定された酸化
ジルコニウムあるいは安定化酸化ジルコニウムを用いて
４）よい。これらの酸化ジルコニウムは、粒成長（１１
１制効果七靭性向」−効果による精密性加工１′１畳こ
効果を与える。しかし、５重１％以上の添加：１！：、
加−ｒ性に著（−２く悪い影ツを与える。

了ルミニウ、°、−イノ）リウム復合酸化物は酸化イ、
・トリウム模算で０．０５重１迂部以下では酸化アルミ
ニーツムと他の配合主成分との相互焼結性を助成号フ）
作用がなく、焼結体の破壊靭性値が下がり、［ｖ岐加工
時にチッピングを生しやすくなる。すなわち、０．０５
重Ｖ部から２重量部の範囲で、焼結促進剤志しての効果
がみられる。また、アルミニウド−イツトリウム複合酸
化物粉末としては、たとえば複合酸化物の１つとして、
次式に示すガーネ２・トの形で使用することもできる。

Ｙ３ＣＡＩ　Ｙ）ｚ（Ａ１０４）：ｌ　　　　　　・・
１ｔ）（Ｙ、ＡＩ）：１Ａ１２（Ａｉ　０４）ｘ　　’
　　　　・・・ｉ２１同様に、ＹＩＡ１２（Ａ１０．）
の組成のガーネットやＹｘＡｌ　＋１−ＸＩ　Ｏ＊　（
ここでＸ＜１）で表さレル組成でも使用可能である。

炭化チタンの一部を周期率表Ｎａ、Ｖａ及びＶｉａ族金
属の炭化物、窒化物、硼化物及びそれぞれの複合化合物
で置換することも可能である。その場合、酸化アルミニ
ウムー炭化チタン複合材料の特徴を残し、結晶粒子の微
細化等を行なうには、炭化チタンの２〜２０重量％を置
換して、初めてその効果がみられる。すなわち、２重要
％以下の置換ではその効果はなく、２０重量％以上であ
ると焼結性が悪くなり、無理して得られた焼結体の破壊
靭性は小さく、精密加工性に劣る。そこで、周期率表Ｉ
Ｖａ、　ｖａ　ｌ　Ｖｉａ族金属の炭化物（炭化チタン
を除く）、窒化物、硼化物及びそれぞれの複合化合物の
第３成分を炭化チタンの一部に置換する場合、炭化チタ
ンの２〜２０重量％の範囲でアルミナ−炭化チタン系の
特性を残し、なおかつ第３成分の特徴を生かすことがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明セラミックス材料の製造方法、精歯加工性
、快削性につき実施例により説明する。

−実験１− 第１表に示された＋１）〜（２５）の各成分構成に調整
された原料粉末〔α−ＡｌｚＯｚ’平均粒子径０．３μ
ｍ。

純度９９．９χ、炭化チタン及び酸化チタン：平均粒子
径０−５μＬ＋Ｍｇ＋　Ｎｉ＋　Ｃｒ、　Ｚｒの各酸化
物及び炭化チタン・酸化チタンの固溶体、イツトリア−
アルミナの複合酸化物：平均粒子径　０．５μｍ７周期
率表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化物、硼化物：平
均粒子径０．８μ階）〕を５０　Ｘ　５０ｍｍ角、高さ
６０ＩＩＩＩｍの黒鉛型内に充填して、高周波コイルに
挿入し、それぞれ最適の焼結温度（１５５０〜１８００
℃）で２００Ｋｇ／ｃ＋ｎ２の圧力を加え６０分間保持
した。次いで圧力を除去し、放冷することにより５０　
Ｘ　５０　Ｘ　５．５　ｉｕａの目的とする焼結体を得
た。各々の焼結体をダイヤモンド砥石で切断研削して試
験片を作成し、各種試験に供した。

破壊靭性の測定は、ビッカース圧痕の対角線の延長上よ
り発生するクラック長さから求める１、Ｆ。

法（Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ　Ｆｒａｃｔｕｒｅ　Ｍｅ
ｔｈｏｄ）によった、試験片は、表面をダイヤモンドホ
イールで表面研削し、機械研磨により表面の残留応力を
除去した後鏡面に仕上げた。試験荷重は全て１０Ｋｇｆ
とし、負荷時間は２０秒とした。

精密加工性は、５００μ泪のダイヤモンド切断砥石で切
断した後、エッヂ部を詳細に観察することにより判定し
た。エッヂ部にチッピングを発生したものをＸ印、チッ
ピングを発生しないものをＯ印、特にｊすれているもの
を◎印で示した。

快削性は、同じ断面積を切断するのに必要とする時間が
短いものを○印で、長くて生産性上好ましくないと考え
られるものを×印で示した。破壊靭性は、４．５　ＭＰ
ａｍ””以上を○印で示し、それ以下をＸ印で示した。

放電加工性は、２０　Ｘ　２０　Ｘ　５ｍｍの試験片を
作成し直径１ｍｒａの電極により行った放電加工の結果
を判定して定めた。放電加工が可能なものをＯ印、全く
放電加工ができないものをＸ印として示した。

これらの各種性質についての判定結果を、第１表に示し
、特にＴｉＣの破壊靭性に与える効果については第１図
に示した。

−一実験２− 快削性付与剤であるＭｇ＋　Ｃｒ、　Ｎ＋、　Ｚｒ等の
各酸化物の効果を調査した結果を、第２表に示す。試験
片の作成及び快削性の評価は、実験１と同一の方法によ
った。

一実験３− 焼結助剤であるイツトリウム−アルミニウム複合酸化物
の添加と精密加工性の関係を調査した結果を、第３表に
示す、試験片は、全て同一温度で焼結を行ったものであ
る。評価は、実験１と同一の方法により行った。

一実験４〜実験１に用いた調整された原料粉末をホットプレス法に
より焼結した後、除圧し、十ノドプレス焼結温度より５
０℃高い温度で熱処理を行った。同様に実験１に用いた
調整された原料粉末をホットプレス法により相対密度９
５％まで焼結を行い、次に熱間静水圧焼結法（ＩＩＩＰ
）でホントプレス温度より　１０（１℃低い温度で焼結
を行った。次に、非酸化性雰囲気で１３００℃の熱処理
を行った。

精密加工性の評価は、実験１と同一の方法で行った。そ
の結果を、第４表に示す。

第　　　３　　　表〔発明の効果〕本発明の酸化アルミニウムー炭化チタン複合材料は、従
来の酸化アルミニウムー炭化チタン複合材料と同様に耐
食性、耐摩耗性に優れ、なお且つ破壊靭性が大きいため
、加工する際にクラックやチッピングの発生をみること
なく、能率の良い加工ができるようになった。このよう
に、本発明のセラミックス材料は、精密加工を必要とす
るスリッター刃物や精密冶具等のセラミックス材料とし
て、卓越した精密加工性と機械加工性に優れた性能を有
する。また、ＴｉＣ含有量を調整することにより、得ら
れるセラミックス材料の比抵抗値を広い範囲にわたって
変えることができるので、用途に応じた適切な抵抗値を
もつ電気部品として使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明セラミックス材料に含まれるＴｉＣの
含有量が破壊靭性値に与える影響を示すものである。

Claims

【特許請求の範囲】１、炭化チタン３０〜８０重量％と残部が酸化アルミニ
ウムからなる基本組成をもつことを特徴とする精密加工
性にすぐれたセラミックス材料。２、特許請求の範囲１、記載の基本組成１００重量部に
対して、マグネシウム、カルシウム、硼素、ニッケル、
クロム、ジルコニウムの酸化物から選択した１種又は２
種以上を０．５〜５重量部含有せしめてなる精密加工性
にすぐれたセラミックス材料。３、特許請求の範囲１、及び２、記載の基本組成１００
重量部に対して、酸化イットリウム換算量で０．０５〜
２．０重量％のアルミニウム−イットリウム複合酸化物
を含有せしめてなる精密加工性にすぐれたセラミックス
材料。４、特許請求の範囲１、乃至３、記載の基本組成におい
て、炭化チタンの１５重量％以下をチタンの酸化物又は
炭酸化物で置換してなる精密加工性にすぐれたセラミッ
クス材料。５、１特許請求の範囲１、乃至４、記載の基本組成にお
いて、酸化アルミニウムの２重量％以下をアルミニウム
、チタン複合酸化物で置換してなる精密加工性にすぐれ
たセラミックス材料。６、特許請求の範囲１、乃至５、記載の基本組成におい
て、炭化チタンの一部を周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ
族金属の炭化物（炭化チタンを除く）、窒化物、硼加物
及びそれぞれの複合化合物（炭窒化物、炭硼化物、窒硼
化物、炭窒硼化物）の１種又は２種以上で置換してなる
精密加工性にすぐれたセラミックス材料。７、特許請求の範囲１、乃至６、記載の材料が電気抵抗
部品として使用されるものであることを特徴とする精密
加工性にすぐれたセラミックス材料。８、特許請求の範囲１、乃至７、記載の材料が熱間加圧
焼結法によって製造されたものである精密加工性にすぐ
れたセラミックス材料。９、特許請求の範囲８、記載の熱間加圧焼結法が熱間静
水圧加圧焼結法又はホットプレス法であり、かつ熱間加
圧焼結された後で熱処理されたものである精密加工性に
すぐれたセラミックス材料。