JPS6389461A - セラミツク複合体及びその製造方法 - Google Patents
セラミツク複合体及びその製造方法Info
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- JPS6389461A JPS6389461A JP61235721A JP23572186A JPS6389461A JP S6389461 A JPS6389461 A JP S6389461A JP 61235721 A JP61235721 A JP 61235721A JP 23572186 A JP23572186 A JP 23572186A JP S6389461 A JPS6389461 A JP S6389461A
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、切削工具材料として有用なセラミック複合体
及びその製造方法に関する。
及びその製造方法に関する。
近年、鋼及び鋳鉄の高速切削２目的として、超硬合金に
セラミックを被覆したコーティング工具及びアルミナ基
質焼結体からなるアルミナ基質工具等が開発されている
。
セラミックを被覆したコーティング工具及びアルミナ基
質焼結体からなるアルミナ基質工具等が開発されている
。
しかし、コーティング工具は耐熱亀裂性の点で難がある
ために実用切削速度が高々３００ｍ／分に限定されてし
まう欠点があった。一方、アルミナ基質工具は耐摩耗性
に優れているものの、例えば鋳鉄のフライス切削のよう
に急激な熱ザイクルを伴なう切削加工では熱的及び機械
的衝撃により切刃にチッピングを起し易く、濶及び鋳鉄
を高速で安定して切削することは困難であった。
ために実用切削速度が高々３００ｍ／分に限定されてし
まう欠点があった。一方、アルミナ基質工具は耐摩耗性
に優れているものの、例えば鋳鉄のフライス切削のよう
に急激な熱ザイクルを伴なう切削加工では熱的及び機械
的衝撃により切刃にチッピングを起し易く、濶及び鋳鉄
を高速で安定して切削することは困難であった。
そこで、耐熱衝撃性に優れ、高温における硬度及び機械
的強度にも優れた窒化ケイ素（Ｓｉ Ｎ ）が注目され
、これを主成分として含有する窒化ケイ素焼結体を銅及
び鋳鉄の切削工具として使用する試みも為されている。
的強度にも優れた窒化ケイ素（Ｓｉ Ｎ ）が注目され
、これを主成分として含有する窒化ケイ素焼結体を銅及
び鋳鉄の切削工具として使用する試みも為されている。
しかし、窒化ケイ素は鉄との反応性が高いために切削時
の摩耗が激しく、高速切削には適さず汎用性も極めて低
いものであった。
の摩耗が激しく、高速切削には適さず汎用性も極めて低
いものであった。
か＼る窒化ケイ素の欠点を補ない耐摩耗性を向上させる
ために、窒化ケイ素基質工具の表面にＣｖＤやＰＶＤ等
の技術によりＡＪ Ｏ、ＴｉＮ５Ｔｉ（１！等の被膜を
形成した切削工具が開発されたが、被膜の靭性及び被膜
と基質の熱膨張差や密着力不足等の点から膜厚を厚くす
ることができず、鋳鉄の切削の場合はともかく鋼の切削
では耐摩耗性が著しく不足し、切削時間が極めて短く限
定されていた０ 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上記の事情に鑑み、窒化ケイ素焼結体の耐摩
耗性を向上させることにより、切削工具としたとき鋳鉄
及び鋼を高速で安定して切削できる切削工具材料ご提供
することを目的とする。
ために、窒化ケイ素基質工具の表面にＣｖＤやＰＶＤ等
の技術によりＡＪ Ｏ、ＴｉＮ５Ｔｉ（１！等の被膜を
形成した切削工具が開発されたが、被膜の靭性及び被膜
と基質の熱膨張差や密着力不足等の点から膜厚を厚くす
ることができず、鋳鉄の切削の場合はともかく鋼の切削
では耐摩耗性が著しく不足し、切削時間が極めて短く限
定されていた０ 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上記の事情に鑑み、窒化ケイ素焼結体の耐摩
耗性を向上させることにより、切削工具としたとき鋳鉄
及び鋼を高速で安定して切削できる切削工具材料ご提供
することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、窒化ケイ素を主
成分とし、この粉末に対して４〜２５体積％の酸化ジル
コニウム粉末と、１〜１５重量％のアルミニウム、イツ
トリウム及びランタニド系希土類元素から選ばれた少な
くとも１種の酸化物粉末とを混合して焼結した焼結体と
、該焼結体の表面に焼結過程で生成した膜厚１０〜２０
０μｍの窒化ジルコニウム及び／又は酸窒化ジルコニウ
ムの析出層と、該析出層の表面に形成した酸化アルミニ
ウム又はチタンの窒化物、炭化物及び炭窒化物の少なく
とも１種からなる膜厚１〜５０μｍの１層又は２層以上
のコーティング層とを有することを特徴とするセラミッ
ク複合体ご提供するものである０ 本発明のセラミック複合体の製造は、窒化ケイ素を主成
分とし、この粉末に対して４〜２５体積％の酸化ジルコ
ニウム粉末と、１〜１５重量％のアルミニウム、イツト
リウム及びランタニド系希土類元素から選ばれた少なく
とも１種の酸化物粉末とを混合し、混合粉末を窒素ガス
雰囲気中において１８００〜２０００１：’で焼結し、
焼結過程で焼結体表面に形成された膜厚１０〜２００μ
ｍの窒化ジルコニウム及び／又は酸窒化ジルコニウムの
析出層の表面に酸化アルミニウム又はチタンの窒化物、
炭化物及び炭窒化物の少なくとも１種からなる膜厚１〜
５０μｍの１層又は２層以上のコーティング層を形成す
る方法により行なう。
成分とし、この粉末に対して４〜２５体積％の酸化ジル
コニウム粉末と、１〜１５重量％のアルミニウム、イツ
トリウム及びランタニド系希土類元素から選ばれた少な
くとも１種の酸化物粉末とを混合して焼結した焼結体と
、該焼結体の表面に焼結過程で生成した膜厚１０〜２０
０μｍの窒化ジルコニウム及び／又は酸窒化ジルコニウ
ムの析出層と、該析出層の表面に形成した酸化アルミニ
ウム又はチタンの窒化物、炭化物及び炭窒化物の少なく
とも１種からなる膜厚１〜５０μｍの１層又は２層以上
のコーティング層とを有することを特徴とするセラミッ
ク複合体ご提供するものである０ 本発明のセラミック複合体の製造は、窒化ケイ素を主成
分とし、この粉末に対して４〜２５体積％の酸化ジルコ
ニウム粉末と、１〜１５重量％のアルミニウム、イツト
リウム及びランタニド系希土類元素から選ばれた少なく
とも１種の酸化物粉末とを混合し、混合粉末を窒素ガス
雰囲気中において１８００〜２０００１：’で焼結し、
焼結過程で焼結体表面に形成された膜厚１０〜２００μ
ｍの窒化ジルコニウム及び／又は酸窒化ジルコニウムの
析出層の表面に酸化アルミニウム又はチタンの窒化物、
炭化物及び炭窒化物の少なくとも１種からなる膜厚１〜
５０μｍの１層又は２層以上のコーティング層を形成す
る方法により行なう。
本発明のセラミック複合体においては、焼結原料粉末中
に酸化ジルコニウム（ｚｒｏ ） ’Ｅ添加して窒素雰
囲気中で焼結することによって、８１３Ｎ４焼結体の表
面に窒化ジルコニウム及び／又は酸窒化ジルコニウムが
析出する。この析出層はＺｒ０Ｎ （０≦Ｘ≦０．５
）の分子式で表わずことがでＩ−Ｘ きるジルコニウムの窒化物及バは酸窒化物であって焼結
時に窒素を母材中にも固溶し且つ窒素の固溶量を析出層
の膜厚方向に連続的に変化させた状態で形成されるため
、既存のコーティング膜屡のように母材との熱膨張差に
よる切削時の母材よりの剥離等の問題が起こらず、充分
厚く又強靭に母材であるＳｉ Ｎ 焼結体に密着してお
り、しかも鉄との反応性がＳｉ Ｎ よりもはるかに
低い。このＺｒＯＮ 析出層の膜厚が１０μｍ未満で
は耐摩耗ｌ−ｘ 性が充分ではなく、２００μｍひ超えると靭性が低下す
るので好ましくない。
に酸化ジルコニウム（ｚｒｏ ） ’Ｅ添加して窒素雰
囲気中で焼結することによって、８１３Ｎ４焼結体の表
面に窒化ジルコニウム及び／又は酸窒化ジルコニウムが
析出する。この析出層はＺｒ０Ｎ （０≦Ｘ≦０．５
）の分子式で表わずことがでＩ−Ｘ きるジルコニウムの窒化物及バは酸窒化物であって焼結
時に窒素を母材中にも固溶し且つ窒素の固溶量を析出層
の膜厚方向に連続的に変化させた状態で形成されるため
、既存のコーティング膜屡のように母材との熱膨張差に
よる切削時の母材よりの剥離等の問題が起こらず、充分
厚く又強靭に母材であるＳｉ Ｎ 焼結体に密着してお
り、しかも鉄との反応性がＳｉ Ｎ よりもはるかに
低い。このＺｒＯＮ 析出層の膜厚が１０μｍ未満で
は耐摩耗ｌ−ｘ 性が充分ではなく、２００μｍひ超えると靭性が低下す
るので好ましくない。
この析出層の表面には、従来公知のＰＶＤ及びＯＶＤ等
の気相からの薄膜形成法により、鉄との反応性が著しく
低い高純度の酸化アルミニウム又はチタンの窒化物、炭
化物及び炭窒化物の少なくとも１種からなる膜厚１〜５
０ Ａｍの１層又は２層以上のコーティング層を形成し
て更に耐摩耗性を向上させである。この膜厚が１μｍ未
満ではコーティング層による耐摩耗性向上の効果がなく
、５０μｍを超えるとコーティング層の靭性が低下する
ので好ましくない。
の気相からの薄膜形成法により、鉄との反応性が著しく
低い高純度の酸化アルミニウム又はチタンの窒化物、炭
化物及び炭窒化物の少なくとも１種からなる膜厚１〜５
０ Ａｍの１層又は２層以上のコーティング層を形成し
て更に耐摩耗性を向上させである。この膜厚が１μｍ未
満ではコーティング層による耐摩耗性向上の効果がなく
、５０μｍを超えるとコーティング層の靭性が低下する
ので好ましくない。
酸化ジルコニウムの添加量を窒化ケイ素に対して４〜２
５体積％に限定する理由は、４体積％未満では必要な膜
厚の上記析出層が形成できず、２５体積％２超えると焼
結体密度が充分に上らないからである。
５体積％に限定する理由は、４体積％未満では必要な膜
厚の上記析出層が形成できず、２５体積％２超えると焼
結体密度が充分に上らないからである。
焼結助剤であるアルミニウム、イツトリウム及びランタ
ニド系希土類元素から選ばれた少なくとも１種の酸化物
は、１種又は２種以上を組合せて窒化ケイ素に対して１
〜１５重量％の範囲で使用するが、１重量％未満では焼
結体の密度を充分高めることができず、１５重量％を超
えると焼結体の高温強度が低下する。
ニド系希土類元素から選ばれた少なくとも１種の酸化物
は、１種又は２種以上を組合せて窒化ケイ素に対して１
〜１５重量％の範囲で使用するが、１重量％未満では焼
結体の密度を充分高めることができず、１５重量％を超
えると焼結体の高温強度が低下する。
又、焼結温度が１８００１：’未満では上記析出層の形
成が不充分であり、２ＱＯＯＣを超えると窒素加圧雰囲
気であっても主成分であるＳｉ Ｎ が分解昇華し始
めるので適当ではない。
成が不充分であり、２ＱＯＯＣを超えると窒素加圧雰囲
気であっても主成分であるＳｉ Ｎ が分解昇華し始
めるので適当ではない。
実施例１
原料粉末として、Ｓｉ Ｎ 粉末に対して１２体積％
のＺｒＯ３粉末、３重量％のＡｔ２０３粉末、３重量％
のＹＯ粉末ひ添加してボールミルで混合し、乾燥したの
ち成形用バインダーを混合し、Ｊ工ＳＳＮＭＭ４３３級
のチップにプレスした。このプレス体を４気圧のＮ 雰
囲気下において１８５０ Ｃで２時間焼結した。
のＺｒＯ３粉末、３重量％のＡｔ２０３粉末、３重量％
のＹＯ粉末ひ添加してボールミルで混合し、乾燥したの
ち成形用バインダーを混合し、Ｊ工ＳＳＮＭＭ４３３級
のチップにプレスした。このプレス体を４気圧のＮ 雰
囲気下において１８５０ Ｃで２時間焼結した。
得られたＳｉ Ｎ 焼結体の表面には膜厚１４０μｍ
の窒化ジルコニウムと酸窒化ジルコニウムの混在析出層
が形成されていた。尚、この析出層を分析したところ窒
素固溶量は膜厚方向に連続的に変化しており、７〜１３
重量％の範囲にあった。
の窒化ジルコニウムと酸窒化ジルコニウムの混在析出層
が形成されていた。尚、この析出層を分析したところ窒
素固溶量は膜厚方向に連続的に変化しており、７〜１３
重量％の範囲にあった。
このセラミック複合体を０．１ ｍ／ｍ Ｘ −２５°
のネガランド処理を行なって上記スローアウェイチップ
を作成し、更に上記析出層の表面に、ＯＶＤ法により膜
厚２μｍのＴｉ０Ｎコ一テイング層及び膜厚２μｍの）
ｌ Ｏコーティング層を順次形成した。
のネガランド処理を行なって上記スローアウェイチップ
を作成し、更に上記析出層の表面に、ＯＶＤ法により膜
厚２μｍのＴｉ０Ｎコ一テイング層及び膜厚２μｍの）
ｌ Ｏコーティング層を順次形成した。
このスローアウェイチップを用いて下記切削条件により
切削テストを行なった。比較のために、市販のＡ７０−
Ｔ１Ｃｌ具（従来例１）及び市販のコーティング工具（
従来例２）についても同様に切削テストを行ない、結果
な第１表に示した。
切削テストを行なった。比較のために、市販のＡ７０−
Ｔ１Ｃｌ具（従来例１）及び市販のコーティング工具（
従来例２）についても同様に切削テストを行ない、結果
な第１表に示した。
被削材 ：５４５Ｃ！
切削条件 ：切削速度６００ ｍ／ｍｉｎ切込み １．
５朋 送 リ ０．１５１１１ｆｆｉ／ｒｅｖ。
５朋 送 リ ０．１５１１１ｆｆｉ／ｒｅｖ。
乾式鋼連続切削
寿命判定 ： Ｖ ＝ ３．３ ｍｍ
本発明 ２０分
従来例１ ０．１分でチッピング
従来例２ ２分で面荒れ寿命
実施例２
原料粉末として、第２表に示す割合でＳｉ３Ｎ４粉末、
ＺｒＯ粉末、ｌ Ｏ粉末及びＹ２Ｏ３粉末を添加混合し
、実施例１と同様に焼結した。
ＺｒＯ粉末、ｌ Ｏ粉末及びＹ２Ｏ３粉末を添加混合し
、実施例１と同様に焼結した。
４※ ８９．３ １０ ０．２ ０．５５
※ ７０ １０ １０ １０６’
７９ １ １０ １０（注）試料４〜６
は比較例である。
※ ７０ １０ １０ １０６’
７９ １ １０ １０（注）試料４〜６
は比較例である。
各焼結体の析出層表面に実施例１と同様の２μｍＴｉ０
Ｎ−２μｍＡｌｏ のコーティング層３形成し、得ら
れたセラミック複合体を実施例１と同様にスローアウェ
イチップとして切削ナス１．Ｈ−実施した。
Ｎ−２μｍＡｌｏ のコーティング層３形成し、得ら
れたセラミック複合体を実施例１と同様にスローアウェ
イチップとして切削ナス１．Ｈ−実施した。
結果ご析出層の膜厚（μｍ）と共に第３表に示した。
第 ３ 表
？１２０ ５分でチッピング
１’ １８０ ６
♂ ５３
実施例３
実施例１と同様にして同一原料粉末を焼結し、得られた
Ｓｉ Ｎ 焼結体表面の膜厚１４０μｍの析出層上に
第４表に示すコーティング層企形成した。
Ｓｉ Ｎ 焼結体表面の膜厚１４０μｍの析出層上に
第４表に示すコーティング層企形成した。
かくして作成したＪ工Ｓ ＳＮＭＭ ４３３級のスロー
アウェイチップを用いて実施例１と同一条件で切削テス
トを実施した。結果を同じく第４表に示す。
アウェイチップを用いて実施例１と同一条件で切削テス
トを実施した。結果を同じく第４表に示す。
第 ４ 表
７ 内層ｒｔａ（１１−外層１ｄ Ｏ（１１３０分
８ 内層Ｔ１ｃ（１）−外層Ａ／ Ｏ（１１３０分
９ 内層Ｔｉ０Ｎ（１）−外層１０ ’＋１）
３０分１０ 内層Ｔ １Ｎ （５）−外層Ａ／
Ｏ（５） ２０分〔発明の効果〕 本発明によれば、焼結過程で窒化ケイ素焼結体の表面に
窒化ジルコニウム及び／又は酸窒化ジルコニウムな厚く
しかも強固に密着した状態で析出させ、更にその表面に
鉄との反応性が極めて低いコーティング層を形成するこ
とにより、窒化ケイ素焼結体の耐摩耗性を向上させるこ
とができる。
８ 内層Ｔ１ｃ（１）−外層Ａ／ Ｏ（１１３０分
９ 内層Ｔｉ０Ｎ（１）−外層１０ ’＋１）
３０分１０ 内層Ｔ １Ｎ （５）−外層Ａ／
Ｏ（５） ２０分〔発明の効果〕 本発明によれば、焼結過程で窒化ケイ素焼結体の表面に
窒化ジルコニウム及び／又は酸窒化ジルコニウムな厚く
しかも強固に密着した状態で析出させ、更にその表面に
鉄との反応性が極めて低いコーティング層を形成するこ
とにより、窒化ケイ素焼結体の耐摩耗性を向上させるこ
とができる。
従って、従来は鋼切削には不適とされていた窒化ケイ素
基質材料でありながら、切削工具として鋳鉄及び鋼を高
速切削や熱サイクルの激しいフライス切削等でも安定し
た切削が可能であるセラミック複合体を提供することが
できる。
基質材料でありながら、切削工具として鋳鉄及び鋼を高
速切削や熱サイクルの激しいフライス切削等でも安定し
た切削が可能であるセラミック複合体を提供することが
できる。
Claims (2)
- （１）窒化ケイ素を主成分とし、この粉末に対して４〜
２５体積％の酸化ジルコニウム粉末と、１〜１５重量％
のアルミニウム、イットリウム及びランタニド系希土類
元素から選ばれた少なくとも１種の酸化物粉末とを混合
して焼結した焼結体と、該焼結体の表面に焼結過程で生
成した膜厚１０〜２００μｍの窒化ジルコニウム及び／
又は酸窒化ジルコニウムの析出層と、該析出層の表面に
形成した酸化アルミニウム又はチタンの窒化物、炭化物
及び炭窒化物の少なくとも１種からなる膜厚１〜５０μ
ｍの１層又は２層以上のコーティング層とを有すること
を特徴とするセラミック複合体。 - （２）窒化ケイ素を主成分とし、この粉末に対して４〜
２５体積％の酸化ジルコニウム粉末と、１〜１５重量％
のアルミニウム、イットリウム及びランタニド系希土類
元素から選ばれた少なくとも１種の酸化物粉末とを混合
し、混合粉末を窒素ガス雰囲気中において１８００〜２
０００℃で焼結し、焼結過程で焼結表面に形成された膜
厚１０〜２００μｍの窒化ジルコニウム及び／又は酸窒
化ジルコニウムの析出層の表面に酸化アルミニウム又は
チタンの窒化物、炭化物及び炭窒化物の少なくとも１種
からなる膜厚１〜５０μｍの１層又は２層以上のコーテ
ィング層を形成することを特徴とするセラミック複合体
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61235721A JPS6389461A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | セラミツク複合体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61235721A JPS6389461A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | セラミツク複合体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6389461A true JPS6389461A (ja) | 1988-04-20 |
Family
ID=16990244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61235721A Pending JPS6389461A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | セラミツク複合体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6389461A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4866013A (en) * | 1986-05-28 | 1989-09-12 | Anseau Michael R | Process for making an improved ceramic material |
-
1986
- 1986-10-03 JP JP61235721A patent/JPS6389461A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4866013A (en) * | 1986-05-28 | 1989-09-12 | Anseau Michael R | Process for making an improved ceramic material |
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