JPS63252965A - 窒化硅素ジルコニア系複合セラミツクス材料 - 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） この発明は機械工作におけるフライス加工用などのセラ
ミックス工具用材料に関し、特に重切削用高靭性を要求
される工具用材料に用いて好適なものである。

（従来の技術） 窒化硅素（以下に於て５ｉＪａ　と記す）系材料は、高
い硬度（ピンカース硬度Ｈｖ１９００前後）を持ってい
るので、現在切削工具用材料として用いられている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来のＳｔ、Ｎ、系切削工具材料は、破壊靭性値Ｋ
ｒｃ−６Ｍ　Ｐａ＠′Ａ前後であってあまり高くないた
め重切削用工具としては不適当であった。

（問題点を解決するための手段及び作用）この発明は上
記問題点に鑑みなされたものであって、５ｉＪ４と２Ｍ
化イツトリウム　（以下に於てＹ２Ｏ，と記す）を固溶
した酸化ジルコニウム（以下に於てＺｒＯ，と記す）と
を、ポリカルボン酸系の解膠剤を用いて湿式ボールミリ
ングして均一な分散組織を持つように調整して成るセラ
ミックス複合材料であって、特にＹ、０．を２．０〜５
．０ｍｏ１％固溶した平均粒子径が０．１〜２μｍから
成る微細部分安定化ＺｒＯ□を体積％で３０〜７０％を
Ｓｉ３Ｎ４の母相に均一分散させ、ホットプレスや熱間
静水圧焼結法（以下において＋ｉ　ｒ　ｐと記す）など
により加圧焼結した複合セラミックス材料は、硬度と破
壊靭性値が特に高いので、従来のセラミックス工具では
不可能であった黒皮部の断続切削に使用可能な工具用材
料である。

また、前記ＳｉＪ＊−ＺｒＯｔ系材料に、平均粒子系が
０．１〜２μｍから成る酸化アルミニウム（以下に於て
ＡｌｘＯｓと記す）を２０〜６０体積％混合し。

ポリカルボン酸系の解膠剤を用いて湿式ボールミリング
して材料調整した混合粉末を焼結して得られた材料では
、破壊靭性値ＫＩＣはＡｌｔｏｓ無添加の前記５ｉＪｎ
−ＺｒＯ１系材料に比し最高値では少々劣るがビッカー
ス硬度（以下に於てＨｖ　と記す）は高（、かつ高価な
５ｔｓＮａ−ＺｒＯｚ（ＹｚＯｓ）を節約できる作用が
ある。

（実施例） 以下にこの発明の詳細な説明する。

（実施例１）　　ＹｚＯｘ　を３＊ｏ１％固溶したＺｒ
Ｌに。

Ｓｉ３Ｎ４　を５０体積％加えたものをホットプレス焼
結したｍ織の研磨面を走査型電子顕微鏡で観察した写真
を第１図に示す。図かられかるようにＹｔＯｓを固溶し
たＺｒＯ□及び５ｉ３Ｎｎ　の両相共、数μｍの微粒子
から成る微細＆ＩＮ織を示していた。また、第２図及び
第３図にＺｒＯ□（ＹｚＯｓ）の添加量を各種変えたと
きのＳｉ３Ｎａ−ＺｒＯｘ（ＹｚＯｉ）複合セラミック
ス材料のピンカース硬度Ｈ１と破壊靭性値ＫＩＣを示す
、（焼結条件は１８００℃×３０分、ホットプレス焼結
である。）両図かられかるように。

Ｈｖ及びＫＩＣ共、　Ｓｉ３Ｎｔ−５０体積％Ｚｒ０ｚ
（Ｙｚ（ｈ）付近で最高値を示し、特に優れた破壊靭性
を有していることがわかる。この原因として考えられる
のは次の３点である。すなわち。

＋ｔｌ　　Ｓ　ｉ　３　Ｎ　ａ　とＺｒ０ｚの熱膨張率
の差により材料中に複雑な残留応力が存在する。

（２）　　第４図に示す写真はこの実施例１のものをフ
ン酸によりＺｒ０ｚ相を溶出した組織を顕微鏡で観察し
たものであるが５図かられかるように均一に分散してい
る５ｉＪ４が焼結中に直径１μｍ。

長さ１０μ−以上の高アスペクト比（アスペクト比−長
さ／径）の針状結晶粒になっている。

（３）　　靭性の高いＺｒＯ□（Ｙｇ０３）を添加した
こと。

（実施例２）次に５ｉＪ４−ＺｒＪ系材料に八１．０．
を混合し、ポリカルボン酸系解膠剤を用いて湿式ボール
ミリングして材料調整を行なった実施例について説明す
る。この混合粉体を焼結して得られた組織は、前記（実
施例１）の場合と同様。

数８１０粒径から成る均一な微細分散組織であった。ま
た、　ＳｉＪ４−ＺｒＯｇ（Ｙｇ（ｈ）−ＡＩｇＯｚの
組成を変化させた場合のビッカース硬度ＨＶ、破壊靭性
値ＫＩＣをそれぞれ第５図、第６図に示す、第３図と第
６図を比較してわかるように、破壊靭性値ＫＩＣは実施
例１に比し実施例２の方が最高値で２ＭＰａｅ＋３４程
度の低下が生じるが、第２図と第５図を比較してわかる
ようにビッカース硬度Ｈ１の方は実施例１に比し実施例
２の方が２００弱の上昇を示す、さらにこのときの実施
例２の組成は３０体積％ＡｌｚＯｚ付近であり、実施例
１に比し高価なＳｉＪ４−ＺｒＯｔ（ＹｇＯｚ）を節約
できる特徴を有するものである。

（発明の効果） この発明は以上詳述したようにして成り。

ＳｉＪ＊−ＺｒＯｔ（ＹｉＯ３）系材料は優れた靭性を
有するので、従来のセラミックス工具では不可能であっ
た黒皮部の断続切削に使用が可能である。第７図にこの
発明による５ｉｘＮａ−１ｒＱｚ系セラミツクス材料を
用いた切削工具と、従来技術によるＳｉ、Ｎ４系セラミ
ツクス材料及びＡ１．０３−Ｔｉｅ系セラミックス材料
を用いた切削工具との、刃先欠損までの切削長さの実験
データを示す０図かられかるようにＳｉＪｌ−ＺｒＯｍ
系セラミックス材料による切削工具が最もすぐれている
。

また、第８図はこの発明による５ｉ３Ｎ４−ＺｒＯ□−
＾ｌｘ’ｓ系セラミックス材料による切削工具と。

従来技術による＾１，０＝−Ｔｉｅ系セラミックス材料
。

＾１□０．系セラミックス材料及び超硬合金ＰＴＯ材料
による切削工具の切削速度に対する切削寿命の実験デー
タを示す。図かられかるように５ｉ３Ｎ４−ＺｒＯｔ−
Ａｌ□０．系セラミックス材料による切削工具が最も便
れている。さらにＳｌ、Ｎａ−Ｚｒ０ｚ−Ａｌ□Ｏ１系
セラミックス材料は、！ロウ０．含存星に相当する高価
な５１３Ｎａ−ＺｒＯ□を節約できるので、安価で長寿
命の工具材料が得られるという大きい効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のものの組織研群面をＳＥ
Ｘ観察した写真、第２図及び第３図はそれぞれ、この発
明によるＳＩ３Ｎｍ−ＺｒＯｘ（ＹｉＯ３）複合セラミ
ックス材料において、　Ｚｒ０ｘ（ＹｘＯｓ）添加量を
各種変えたときのビッカース硬度Ｈｗ及び破壊靭性４Ｉ
！に＋Ｃの実験データを示すグラフであり、第４図は実
施例１のものをフン酸によりＺｒＪ相を溶出した組織の
顕微鏡写真、第５図及び第６図はそれぞれ、この発明に
よる５ｉＪｎ−ＺｒＯｘ（Ｙｚ（ｈ）−Ａ１ｘＯｓ複合
セラミンクス材において。 各成分組成を変えたときのビッカース硬度Ｈｖ及び破壊
靭性値ＫＩＣの実験データを示すグラフ。 第７図はこの発明によるＳＩＪ＊−ＺｒＯ，系セラミッ
クス材料を用いた切削工具と、従来技術によるセラミッ
クス材料を用いた切削工具との、切削長さの比較実験デ
ータを示すグラフ、第８図はこの発明による５ｉＪａ−
ＺｒＯｚ−ＡｌｘＯｔ系セラミックス材料を用いた切削
工具と、従来技術によるセラミックス材料を用いた切削
工具との、切削寿命の比較実験データを示すグラフであ
る。 特許出願人　株式会社小松製作所 代理人　（弁理士）松　澤　　統 第１図 第２図 ５１３Ｎ４２０　４０　６０　８０　ｚ、ｑ、（ｙ２０
３）イトオ禽・ム 第３図 第４図 ｉＩ　５　図 第６図 切斉・濤命（ｍｉｎ） 第８図 手続補正書 昭和６２年１１月２Ｇ　日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｙ＿２Ｏ＿３を２．０〜５．０ｍｏｌ％固溶した
   、平均粒子径が０．１〜２μｍから成る微細部分安定化
   ＺｒＯ＿２を３０〜７０体積％の範囲で、Ｓｉ＿３Ｎ＿
   ４の母相に均一分散させ、加圧焼結したことを特徴とす
   る複合セラミックス材料。
2. （２）平均粒子径が０．１〜２μｍから成るＡｌ＿２Ｏ
   ＿３を２０〜６０体積％の範囲で、有していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の複合セラミックス
   材料。