JP2001322009A - アルミナセラミックス切削工具およびその製造方法 - Google Patents
アルミナセラミックス切削工具およびその製造方法Info
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- JP2001322009A JP2001322009A JP2000282215A JP2000282215A JP2001322009A JP 2001322009 A JP2001322009 A JP 2001322009A JP 2000282215 A JP2000282215 A JP 2000282215A JP 2000282215 A JP2000282215 A JP 2000282215A JP 2001322009 A JP2001322009 A JP 2001322009A
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- cutting
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速切削や高硬度材の切削に用いられた場合
にも長い工具寿命の得られるアルミナセラミックス切削
工具およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の切削工具は、３Ａ属金属酸化物
を０．０２〜２．０モル％含み、ＭｇおよびＴｉを含有
せず、密度が３．９８ｇ／ｃｍ3以上、アルミナ結晶粒
の平均粒径０．３〜２．０μｍであるアルミナ焼結体か
らなる。この切削工具は、原料粉末を（１）焼成して密
度３．７７〜３．９１ｇ／ｃｍ3の一次焼結体とし、次
いでＨＩＰ処理を施して密度３．９８ｇ／ｃｍ3以上と
する、（２）焼成して相対密度９４．５〜９８．０％の
一次焼結体とし、次いでＨＩＰ処理を施して相対密度９
９．８％以上とする、（３）１２７０〜１３６０℃で焼
成して一次焼結体とし、次いで温度１２５０〜１５００
℃、圧力５００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2のＨＩＰ処理を
施す、のいずれかの方法により製造されたアルミナ焼結
体を工具形状に加工して製造される。
にも長い工具寿命の得られるアルミナセラミックス切削
工具およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の切削工具は、３Ａ属金属酸化物
を０．０２〜２．０モル％含み、ＭｇおよびＴｉを含有
せず、密度が３．９８ｇ／ｃｍ3以上、アルミナ結晶粒
の平均粒径０．３〜２．０μｍであるアルミナ焼結体か
らなる。この切削工具は、原料粉末を（１）焼成して密
度３．７７〜３．９１ｇ／ｃｍ3の一次焼結体とし、次
いでＨＩＰ処理を施して密度３．９８ｇ／ｃｍ3以上と
する、（２）焼成して相対密度９４．５〜９８．０％の
一次焼結体とし、次いでＨＩＰ処理を施して相対密度９
９．８％以上とする、（３）１２７０〜１３６０℃で焼
成して一次焼結体とし、次いで温度１２５０〜１５００
℃、圧力５００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2のＨＩＰ処理を
施す、のいずれかの方法により製造されたアルミナ焼結
体を工具形状に加工して製造される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミナセラミッ
クス切削工具およびその製造方法に関し、詳しくは、工
具寿命の長いアルミナセラミックス切削工具およびその
製造方法に関する。本発明のアルミナセラミックス切削
工具は、高速切削（例えば切削速度６００〜１０００ｍ
／分）用および難削材切削用の切削工具として特に好適
である。
クス切削工具およびその製造方法に関し、詳しくは、工
具寿命の長いアルミナセラミックス切削工具およびその
製造方法に関する。本発明のアルミナセラミックス切削
工具は、高速切削（例えば切削速度６００〜１０００ｍ
／分）用および難削材切削用の切削工具として特に好適
である。
【０００２】
【従来の技術】アルミナ焼結体は高硬度であり、かつ化
学的安定性が高い（鉄との親和性が低い）ため優れた耐
摩耗性を示し、切削工具として鋼、鋳鉄の高速仕上げ加
工等に広く使用されている。しかし、アルミナ焼結体か
らなる工具は強度や靱性が比較的低いため、欠損を起こ
しやすいという問題がある。
学的安定性が高い（鉄との親和性が低い）ため優れた耐
摩耗性を示し、切削工具として鋼、鋳鉄の高速仕上げ加
工等に広く使用されている。しかし、アルミナ焼結体か
らなる工具は強度や靱性が比較的低いため、欠損を起こ
しやすいという問題がある。
【０００３】この問題に対し、アルミナ焼結体中にＴｉ
Ｃ粒子を分散させることにより強度、靱性を向上させて
耐欠損性を改善したＡｌ2Ｏ3−ＴｉＣ系材料が知られて
いる（小林正樹、「セラミック工具」、マテリアルイン
テグレーション、13(5),77-85(2000)）。しかし、Ｔｉ
Ｃは耐酸化性、鉄に対する化学的安定性等の点において
アルミナに劣るため、この材料では純アルミナ系材料よ
りも摩耗特性が低下してしまう。一方、純アルミナに粒
成長抑制剤としてＭｇＯを添加し、低温焼成したのち熱
間静水圧プレス処理（以下、ＨＩＰ処理ともいう。）を
行うことにより、組織を微細化し高強度化を図る方法も
提案されている。
Ｃ粒子を分散させることにより強度、靱性を向上させて
耐欠損性を改善したＡｌ2Ｏ3−ＴｉＣ系材料が知られて
いる（小林正樹、「セラミック工具」、マテリアルイン
テグレーション、13(5),77-85(2000)）。しかし、Ｔｉ
Ｃは耐酸化性、鉄に対する化学的安定性等の点において
アルミナに劣るため、この材料では純アルミナ系材料よ
りも摩耗特性が低下してしまう。一方、純アルミナに粒
成長抑制剤としてＭｇＯを添加し、低温焼成したのち熱
間静水圧プレス処理（以下、ＨＩＰ処理ともいう。）を
行うことにより、組織を微細化し高強度化を図る方法も
提案されている。
【０００４】近年、製造効率の向上等の目的から、従来
（３００ｍ／分程度）より一層の高速切削化の要望がな
されている。このような高速切削では、刃先温度が上昇
するため、切削工具の高温硬度および高温強度の向上が
要求される。また、焼き入れ鋼等の高硬度材（難削材）
の加工においても刃先温度が上昇するため、同様に高温
における硬度および強度が必要である。しかし、従来の
アルミナ系工具は、ＴｉＣやＭｇＯを添加した上記材料
からなるものを含め、高温硬度や高温強度が未だ不十分
である。このため、高速切削（例えば切削速度６００〜
１０００ｍ／分）においては速やかに摩耗またはフレー
キングが生じ、工具寿命が短いという問題がある。
（３００ｍ／分程度）より一層の高速切削化の要望がな
されている。このような高速切削では、刃先温度が上昇
するため、切削工具の高温硬度および高温強度の向上が
要求される。また、焼き入れ鋼等の高硬度材（難削材）
の加工においても刃先温度が上昇するため、同様に高温
における硬度および強度が必要である。しかし、従来の
アルミナ系工具は、ＴｉＣやＭｇＯを添加した上記材料
からなるものを含め、高温硬度や高温強度が未だ不十分
である。このため、高速切削（例えば切削速度６００〜
１０００ｍ／分）においては速やかに摩耗またはフレー
キングが生じ、工具寿命が短いという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題を解決するものであり、高速切削や高硬度材の切削
に用いられた場合にも長い工具寿命の得られるアルミナ
セラミックス切削工具およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
問題を解決するものであり、高速切削や高硬度材の切削
に用いられた場合にも長い工具寿命の得られるアルミナ
セラミックス切削工具およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１発明のアルミナセラ
ミックス切削工具は、３Ａ属金属酸化物から選択される
一種以上の金属酸化物をアルミナ１００モルに対して
０．０２〜２．０モル含み、ＭｇおよびＴｉを含有せ
ず、密度が３．９８ｇ／ｃｍ3以上、アルミナ結晶粒の
平均粒径が０．３〜２．０μｍであるアルミナ焼結体か
らなることを特徴とする。
ミックス切削工具は、３Ａ属金属酸化物から選択される
一種以上の金属酸化物をアルミナ１００モルに対して
０．０２〜２．０モル含み、ＭｇおよびＴｉを含有せ
ず、密度が３．９８ｇ／ｃｍ3以上、アルミナ結晶粒の
平均粒径が０．３〜２．０μｍであるアルミナ焼結体か
らなることを特徴とする。
【０００７】上記３Ａ族金属酸化物における「３Ａ族金
属」としては、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドが好ましく
用いられ、このうちＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｌｕ
がより好ましく、ＹおよびＹｂが特に好ましく、Ｙｂが
最も好ましい。この３Ａ族金属酸化物の含有量は、アル
ミナ１００モルに対して０．０２〜２．０モル（好まし
くは０．０５〜０．２モル）の範囲とする。この含有量
が０．０２モル未満では高温における強度または硬度が
不足する。一方、含有量が２．０ｍｏｌ％を超えるとこ
れらの酸化物自身、これらの酸化物とアルミナとの化合
物、もしくはその両方が粒界に偏析して、室温および高
温における焼結体の強度および硬度が低下する。また、
焼結体の原材料費を抑えるためには含有量を０．２ｍｏ
ｌ％以下とすることが好ましい。
属」としては、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドが好ましく
用いられ、このうちＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｌｕ
がより好ましく、ＹおよびＹｂが特に好ましく、Ｙｂが
最も好ましい。この３Ａ族金属酸化物の含有量は、アル
ミナ１００モルに対して０．０２〜２．０モル（好まし
くは０．０５〜０．２モル）の範囲とする。この含有量
が０．０２モル未満では高温における強度または硬度が
不足する。一方、含有量が２．０ｍｏｌ％を超えるとこ
れらの酸化物自身、これらの酸化物とアルミナとの化合
物、もしくはその両方が粒界に偏析して、室温および高
温における焼結体の強度および硬度が低下する。また、
焼結体の原材料費を抑えるためには含有量を０．２ｍｏ
ｌ％以下とすることが好ましい。
【０００８】上記アルミナ焼結体はＭｇ（例えばＭｇ
Ｏ）およびＴｉ（例えばＴｉＣ、ＴｉＯ2）を「含有し
ない」ことを特徴とする。アルミナ中にこれらの元素ま
たは化合物を含有させると、室温における硬度および強
度については向上がみられる場合もあるが、高温におけ
る硬度および強度はむしろ低下する。また、これらの元
素または化合物と３Ａ族金属酸化物とを併用した場合に
は、３Ａ族金属酸化物の添加による効果を相殺してしま
う恐れがある。
Ｏ）およびＴｉ（例えばＴｉＣ、ＴｉＯ2）を「含有し
ない」ことを特徴とする。アルミナ中にこれらの元素ま
たは化合物を含有させると、室温における硬度および強
度については向上がみられる場合もあるが、高温におけ
る硬度および強度はむしろ低下する。また、これらの元
素または化合物と３Ａ族金属酸化物とを併用した場合に
は、３Ａ族金属酸化物の添加による効果を相殺してしま
う恐れがある。
【０００９】アルミナ焼結体を構成する上記アルミナ結
晶粒の平均粒径は０．３〜２．０μｍの範囲である。ア
ルミナ結晶粒の平均粒径が２．０μｍを超える場合は、
室温および高温における焼結体の強度や硬度が小さくな
り、この焼結体からなる切削工具の切削性能が低下す
る。一方、アルミナ結晶粒の平均粒径が０．３μｍ未満
であるアルミナ焼結体は、安価な原料粉末を用いて（例
えば、焼成−ＨＩＰ処理といった量産手法により）生成
させることが難しく、得られる焼結体がコスト高にな
る。また、粒径が小さすぎるため３Ａ属金属酸化物の添
加効果が現れず、高温における硬度および強度が不足す
るので、この焼結体を用いた切削工具は高速切削や高硬
度材切削における切削性能が不十分なものとなる。
晶粒の平均粒径は０．３〜２．０μｍの範囲である。ア
ルミナ結晶粒の平均粒径が２．０μｍを超える場合は、
室温および高温における焼結体の強度や硬度が小さくな
り、この焼結体からなる切削工具の切削性能が低下す
る。一方、アルミナ結晶粒の平均粒径が０．３μｍ未満
であるアルミナ焼結体は、安価な原料粉末を用いて（例
えば、焼成−ＨＩＰ処理といった量産手法により）生成
させることが難しく、得られる焼結体がコスト高にな
る。また、粒径が小さすぎるため３Ａ属金属酸化物の添
加効果が現れず、高温における硬度および強度が不足す
るので、この焼結体を用いた切削工具は高速切削や高硬
度材切削における切削性能が不十分なものとなる。
【００１０】また、アルミナ焼結体を構成するアルミナ
結晶粒の平均粒径が大きくなるにつれて、この焼結体を
切削工具形状に加工する際の加工性が向上するため加工
コストが低減する。高速切削および高硬度材切削におけ
る十分な切削性能を維持しつつ実用的な加工性を得るた
めには、アルミナ結晶粒の平均粒径が０．５〜１．７μ
ｍであることが好ましく、０．８〜１．５μｍであるこ
とが特に好ましい。なお、より加工性を重視する場合に
は、アルミナ結晶粒の平均粒径を、１．０μｍを超えて
１．７μｍ以下の範囲とすることもできる。
結晶粒の平均粒径が大きくなるにつれて、この焼結体を
切削工具形状に加工する際の加工性が向上するため加工
コストが低減する。高速切削および高硬度材切削におけ
る十分な切削性能を維持しつつ実用的な加工性を得るた
めには、アルミナ結晶粒の平均粒径が０．５〜１．７μ
ｍであることが好ましく、０．８〜１．５μｍであるこ
とが特に好ましい。なお、より加工性を重視する場合に
は、アルミナ結晶粒の平均粒径を、１．０μｍを超えて
１．７μｍ以下の範囲とすることもできる。
【００１１】上記アルミナ焼結体の密度は３．９８ｇ／
ｃｍ3以上であり、特に３．９９ｇ／ｃｍ3以上（上限は
このアルミナ焼結体の理論密度である。）であることが
好ましい。アルミナ焼結体の密度が３．９８ｇ／ｃｍ3
未満である場合は、焼結体の緻密化が不十分となり、室
温および高温における強度や硬度が小さくなって、この
焼結体からなる切削工具の切削性能が低下する。
ｃｍ3以上であり、特に３．９９ｇ／ｃｍ3以上（上限は
このアルミナ焼結体の理論密度である。）であることが
好ましい。アルミナ焼結体の密度が３．９８ｇ／ｃｍ3
未満である場合は、焼結体の緻密化が不十分となり、室
温および高温における強度や硬度が小さくなって、この
焼結体からなる切削工具の切削性能が低下する。
【００１２】第１発明の切削工具におけるアルミナ焼結
体は、第２発明のように、室温における曲げ強度および
ビッカース硬度がそれぞれ７００ＭＰａ以上（好ましく
は７５０ＭＰａ以上、上限は特に限定されないが通常は
９００〜１０００ＭＰａ程度）および１８００以上（好
ましくは１９００以上、上限は特に限定されないが通常
は２１００〜２２００程度）、１０００℃における曲げ
強度およびビッカース硬度がそれぞれ５００ＭＰａ以上
（好ましくは５５０ＭＰａ以上、上限は特に限定されな
いが通常は６５０ＭＰａ程度）および７００以上（好ま
しくは８００以上、上限は特に限定されないが通常は１
０００程度）、かつ１２００℃における曲げ強度が４０
０ＭＰａ以上（好ましくは４５０ＭＰａ以上、上限は特
に限定されないが通常は６００ＭＰａ程度）であるもの
とすることができる。第２発明の切削工具は、室温から
高温までの温度範囲において所定の高い硬度および強度
を示すアルミナ焼結体からなるので、さらに高速切削性
および高硬度材切削性に優れる。
体は、第２発明のように、室温における曲げ強度および
ビッカース硬度がそれぞれ７００ＭＰａ以上（好ましく
は７５０ＭＰａ以上、上限は特に限定されないが通常は
９００〜１０００ＭＰａ程度）および１８００以上（好
ましくは１９００以上、上限は特に限定されないが通常
は２１００〜２２００程度）、１０００℃における曲げ
強度およびビッカース硬度がそれぞれ５００ＭＰａ以上
（好ましくは５５０ＭＰａ以上、上限は特に限定されな
いが通常は６５０ＭＰａ程度）および７００以上（好ま
しくは８００以上、上限は特に限定されないが通常は１
０００程度）、かつ１２００℃における曲げ強度が４０
０ＭＰａ以上（好ましくは４５０ＭＰａ以上、上限は特
に限定されないが通常は６００ＭＰａ程度）であるもの
とすることができる。第２発明の切削工具は、室温から
高温までの温度範囲において所定の高い硬度および強度
を示すアルミナ焼結体からなるので、さらに高速切削性
および高硬度材切削性に優れる。
【００１３】第１発明または第２発明の切削工具は、第
３発明のように、下記条件で切削試験を行った場合にお
いて、切削可能な距離が７００ｍ以上（好ましくは７５
０ｍ以上）であるものとすることができる。 〔切削試験条件〕 工具形状；ＳＮＧＮ４３４ 被削材；鋳鉄 切削条件；ドライ 切削速度Ｖ＝１０００ｍ／分 工具送りｆ＝０．３０ｍｍ／ｒｅｖ 切削深さｄ＝２．０ｍｍ
３発明のように、下記条件で切削試験を行った場合にお
いて、切削可能な距離が７００ｍ以上（好ましくは７５
０ｍ以上）であるものとすることができる。 〔切削試験条件〕 工具形状；ＳＮＧＮ４３４ 被削材；鋳鉄 切削条件；ドライ 切削速度Ｖ＝１０００ｍ／分 工具送りｆ＝０．３０ｍｍ／ｒｅｖ 切削深さｄ＝２．０ｍｍ
【００１４】第４発明、第５発明および第６発明は、第
１発明から第３発明のアルミナセラミックス切削工具を
製造する方法に関する。すなわち、第４発明の製造方法
は、平均粒径が２．０μｍ以下であり純度が９９．９９
％以上であるアルミナ粉末を他の原料粉末と混合して所
定形状に成形した後、焼成して３．７７〜３．９１ｇ／
ｃｍ3（より好ましくは３．８０〜３．８８ｇ／ｃｍ3）
の密度を有する一次焼結体とし、次いで、該一次焼結体
にＨＩＰ処理を施して３．９８ｇ／ｃｍ3以上（より好
ましくは３．９９ｇ／ｃｍ3以上）の密度を有する二次
焼結体とすることにより上記アルミナ焼結体を製造し、
その後、該アルミナ焼結体を切削工具形状に加工するこ
とを特徴とする。
１発明から第３発明のアルミナセラミックス切削工具を
製造する方法に関する。すなわち、第４発明の製造方法
は、平均粒径が２．０μｍ以下であり純度が９９．９９
％以上であるアルミナ粉末を他の原料粉末と混合して所
定形状に成形した後、焼成して３．７７〜３．９１ｇ／
ｃｍ3（より好ましくは３．８０〜３．８８ｇ／ｃｍ3）
の密度を有する一次焼結体とし、次いで、該一次焼結体
にＨＩＰ処理を施して３．９８ｇ／ｃｍ3以上（より好
ましくは３．９９ｇ／ｃｍ3以上）の密度を有する二次
焼結体とすることにより上記アルミナ焼結体を製造し、
その後、該アルミナ焼結体を切削工具形状に加工するこ
とを特徴とする。
【００１５】また、第５発明の製造方法は、平均粒径が
２．０μｍ以下であり純度が９９．９９％以上であるア
ルミナ粉末を他の原料粉末と混合して所定形状に成形し
た後、焼成して理論密度に対する相対密度が９４．５〜
９８．０％（より好ましくは９６．５〜９８．０％）で
ある一次焼結体とし、次いで、該一次焼結体にＨＩＰ処
理を施して理論密度に対する相対密度が９９．８％以上
（より好ましくは９９．９％以上）の二次焼結体とする
ことにより上記アルミナ焼結体を製造し、その後、該ア
ルミナ焼結体を切削工具形状に加工することを特徴とす
る。
２．０μｍ以下であり純度が９９．９９％以上であるア
ルミナ粉末を他の原料粉末と混合して所定形状に成形し
た後、焼成して理論密度に対する相対密度が９４．５〜
９８．０％（より好ましくは９６．５〜９８．０％）で
ある一次焼結体とし、次いで、該一次焼結体にＨＩＰ処
理を施して理論密度に対する相対密度が９９．８％以上
（より好ましくは９９．９％以上）の二次焼結体とする
ことにより上記アルミナ焼結体を製造し、その後、該ア
ルミナ焼結体を切削工具形状に加工することを特徴とす
る。
【００１６】そして、第６発明の製造方法は、平均粒径
が２．０μｍ以下であり純度が９９．９９％以上である
アルミナ粉末を所定形状に成形した後、１２７０〜１３
６０℃（より好ましくは１２８０〜１３４０℃）で焼成
して一次焼結体とし、次いで、該一次焼結体に温度１２
５０〜１５００℃（より好ましくは１３００〜１４００
℃）、圧力５００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2（より好まし
くは１０００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2）のＨＩＰ処理を
施して二次焼結体とすることにより上記アルミナ焼結体
を製造し、その後、該アルミナ焼結体を切削工具形状に
加工することを特徴とする。
が２．０μｍ以下であり純度が９９．９９％以上である
アルミナ粉末を所定形状に成形した後、１２７０〜１３
６０℃（より好ましくは１２８０〜１３４０℃）で焼成
して一次焼結体とし、次いで、該一次焼結体に温度１２
５０〜１５００℃（より好ましくは１３００〜１４００
℃）、圧力５００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2（より好まし
くは１０００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2）のＨＩＰ処理を
施して二次焼結体とすることにより上記アルミナ焼結体
を製造し、その後、該アルミナ焼結体を切削工具形状に
加工することを特徴とする。
【００１７】第４発明の製造方法において、一次焼結体
の密度が３．９１ｇ／ｃｍ3よりも高くなるような条件
でこの一次焼結体を焼成するとアルミナの粒成長が起こ
り、目的とする切削性能を備えた工具を得ることが困難
となる。一方、一次焼結体の密度が３．７７ｇ／ｃｍ3
未満では、後のＨＩＰ処理においてこの一次焼結体を十
分に緻密化できず、密度３．９８ｇ／ｃｍ3以上のアル
ミナ焼結体が得られない場合がある。
の密度が３．９１ｇ／ｃｍ3よりも高くなるような条件
でこの一次焼結体を焼成するとアルミナの粒成長が起こ
り、目的とする切削性能を備えた工具を得ることが困難
となる。一方、一次焼結体の密度が３．７７ｇ／ｃｍ3
未満では、後のＨＩＰ処理においてこの一次焼結体を十
分に緻密化できず、密度３．９８ｇ／ｃｍ3以上のアル
ミナ焼結体が得られない場合がある。
【００１８】また、第５発明の製造方法において、一次
焼結体の理論密度に対する相対密度が９８．０％を超え
るような条件でこの一次焼結体を焼成すると、アルミナ
の粒成長や異常粒成長が起こり易くなり、目的とする切
削性能を備えた工具を得ることが困難となる。一方、一
次焼結体の相対密度が９６．５％未満では、後のＨＩＰ
処理においてこの一次焼結体を十分に緻密化できず、密
度３．９８ｇ／ｃｍ3以上の二次焼結体（本発明のアル
ミナ焼結体）が得られない場合がある。
焼結体の理論密度に対する相対密度が９８．０％を超え
るような条件でこの一次焼結体を焼成すると、アルミナ
の粒成長や異常粒成長が起こり易くなり、目的とする切
削性能を備えた工具を得ることが困難となる。一方、一
次焼結体の相対密度が９６．５％未満では、後のＨＩＰ
処理においてこの一次焼結体を十分に緻密化できず、密
度３．９８ｇ／ｃｍ3以上の二次焼結体（本発明のアル
ミナ焼結体）が得られない場合がある。
【００１９】第６発明の製造方法において焼成温度を１
２７０〜１３６０℃とするのは、上記密度および／また
は理論密度の一次焼結体を得やすいためである。焼成温
度が１３６０℃を超えるとアルミナの粒成長が起こり、
目的とする切削性能を備えた工具を得ることが困難とな
る。一方、焼成温度が１２７０℃未満では、密度３．７
７ｇ／ｃｍ3以上の一次焼結体を得ることは困難であ
る。また、ＨＩＰ処理温度を１２５０〜１５００℃、処
理圧力を５００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2とするのは、温
度が上記範囲を超えるとアルミナの粒成長や異常粒成長
が起こり易くなり、強度、硬度および耐摩耗性の低下を
招くためである。一方、温度および／または圧力が上記
範囲未満では密度３．９８ｇ／ｃｍ3以上のアルミナ焼
結体を得ることが困難である。なお、ＨＩＰ処理の圧力
は、２０００ｋｇ／ｃｍ2を超える場合も切削性能に優
れた切削工具を製造することはできるが、得られる切削
工具がコスト高となるため２０００ｋｇ／ｃｍ2の処理
圧力とすることが好ましい。このＨＩＰ処理は窒素、ア
ルゴン等の不活性雰囲気において行うことができ、処理
温度および圧力を保持する時間は例えば０．５〜３時
間、好ましくは１〜２時間程度である。
２７０〜１３６０℃とするのは、上記密度および／また
は理論密度の一次焼結体を得やすいためである。焼成温
度が１３６０℃を超えるとアルミナの粒成長が起こり、
目的とする切削性能を備えた工具を得ることが困難とな
る。一方、焼成温度が１２７０℃未満では、密度３．７
７ｇ／ｃｍ3以上の一次焼結体を得ることは困難であ
る。また、ＨＩＰ処理温度を１２５０〜１５００℃、処
理圧力を５００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2とするのは、温
度が上記範囲を超えるとアルミナの粒成長や異常粒成長
が起こり易くなり、強度、硬度および耐摩耗性の低下を
招くためである。一方、温度および／または圧力が上記
範囲未満では密度３．９８ｇ／ｃｍ3以上のアルミナ焼
結体を得ることが困難である。なお、ＨＩＰ処理の圧力
は、２０００ｋｇ／ｃｍ2を超える場合も切削性能に優
れた切削工具を製造することはできるが、得られる切削
工具がコスト高となるため２０００ｋｇ／ｃｍ2の処理
圧力とすることが好ましい。このＨＩＰ処理は窒素、ア
ルゴン等の不活性雰囲気において行うことができ、処理
温度および圧力を保持する時間は例えば０．５〜３時
間、好ましくは１〜２時間程度である。
【００２０】第４〜第６発明の製造方法において、アル
ミナ粉末とともに成形される「他の原料粉末」として
は、３Ａ族金属酸化物の粉末を用いてもよく、また加熱
等により焼結後に３Ａ族金属酸化物となる化合物（例え
ば金属アルコキシド等の有機金属化合物、硝酸塩等の塩
類）の粉末を用いてもよく、これらを併用してもよい。
ミナ粉末とともに成形される「他の原料粉末」として
は、３Ａ族金属酸化物の粉末を用いてもよく、また加熱
等により焼結後に３Ａ族金属酸化物となる化合物（例え
ば金属アルコキシド等の有機金属化合物、硝酸塩等の塩
類）の粉末を用いてもよく、これらを併用してもよい。
【００２１】焼結体の製造に用いる上記アルミナ粉末の
平均粒径は２．０μｍ以下であり、０．２〜１．０μｍ
であることが好ましい。この平均粒径が２．０μｍを超
える場合は、得られる焼結体の強度および硬度が小さく
なり、耐摩耗性等も低下するため、所望の性能を備えた
切削工具を得ることが困難となる。なお、平均粒径が
０．２μｍ未満のアルミナ粉末を用いた場合にも切削性
能に優れた切削工具を製造することはできるが、そのよ
うな微粉末は高価であるため、平均粒径０．２μｍ以上
の粉末を用いることが好ましい。
平均粒径は２．０μｍ以下であり、０．２〜１．０μｍ
であることが好ましい。この平均粒径が２．０μｍを超
える場合は、得られる焼結体の強度および硬度が小さく
なり、耐摩耗性等も低下するため、所望の性能を備えた
切削工具を得ることが困難となる。なお、平均粒径が
０．２μｍ未満のアルミナ粉末を用いた場合にも切削性
能に優れた切削工具を製造することはできるが、そのよ
うな微粉末は高価であるため、平均粒径０．２μｍ以上
の粉末を用いることが好ましい。
【００２２】本発明の製造方法によると、後のＨＩＰ処
理により所定以上の緻密化が可能な範囲で、一次焼結体
の密度を（例えば一次焼結体を低温で焼成する等の方法
で）低く抑えることにより、粒成長を抑制するととも
に、残留気孔が小さくしかも粒界にのみ分布した一次焼
結体を作製することができる。このような一次焼結体を
ＨＩＰ処理することによって残留気孔が容易に排出(消
失)され、その結果として、焼結体の残留気孔がほぼ完
全に消失した高密度のアルミナ焼結体からなるアルミナ
セラミックス切削工具を作製することができる。また、
３Ａ族金属酸化物を添加することにより高温における強
度および硬度が向上する理由は必ずしも明らかではない
が、おそらくこれらの酸化物は粒界に沿って極薄く偏析
し、粒界の結合力を高め、かつ／または拡散を抑制して
いるものと考えられる。
理により所定以上の緻密化が可能な範囲で、一次焼結体
の密度を（例えば一次焼結体を低温で焼成する等の方法
で）低く抑えることにより、粒成長を抑制するととも
に、残留気孔が小さくしかも粒界にのみ分布した一次焼
結体を作製することができる。このような一次焼結体を
ＨＩＰ処理することによって残留気孔が容易に排出(消
失)され、その結果として、焼結体の残留気孔がほぼ完
全に消失した高密度のアルミナ焼結体からなるアルミナ
セラミックス切削工具を作製することができる。また、
３Ａ族金属酸化物を添加することにより高温における強
度および硬度が向上する理由は必ずしも明らかではない
が、おそらくこれらの酸化物は粒界に沿って極薄く偏析
し、粒界の結合力を高め、かつ／または拡散を抑制して
いるものと考えられる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、実施例によって本発明を更
に詳しく説明する。 （１）アルミナ焼結体の作製 平均粒径０．２μｍ、純度９９．９９％以上のアルミナ
粉末と、このアルミナ粉末１００モルに対して表１に示
す添加物量に相当する他の原料粉末とを、高純度アルミ
ナ球石（純度９９．５％以上）を使用し、水を媒体とし
て湿式混合した。なお、球石としてアルミナ純度９９．
５％以上のものを用いたので、球石の摩耗による不純物
の混入を低減できる。必要に応じてバインダを添加して
噴霧乾燥した後、所定形状に成形し、この成形体を表１
に記載の温度で焼成し、次いで、この一次焼結体に対し
て表１に記載の温度および圧力でＨＩＰ処理を施した。
このとき、すべての試料において焼成は大気中で行い、
焼成温度での保持時間は２時間とした。また、ＨＩＰ処
理はアルゴン雰囲気で行い、ＨＩＰ処理温度および圧力
での保持時間は１時間とした。
に詳しく説明する。 （１）アルミナ焼結体の作製 平均粒径０．２μｍ、純度９９．９９％以上のアルミナ
粉末と、このアルミナ粉末１００モルに対して表１に示
す添加物量に相当する他の原料粉末とを、高純度アルミ
ナ球石（純度９９．５％以上）を使用し、水を媒体とし
て湿式混合した。なお、球石としてアルミナ純度９９．
５％以上のものを用いたので、球石の摩耗による不純物
の混入を低減できる。必要に応じてバインダを添加して
噴霧乾燥した後、所定形状に成形し、この成形体を表１
に記載の温度で焼成し、次いで、この一次焼結体に対し
て表１に記載の温度および圧力でＨＩＰ処理を施した。
このとき、すべての試料において焼成は大気中で行い、
焼成温度での保持時間は２時間とした。また、ＨＩＰ処
理はアルゴン雰囲気で行い、ＨＩＰ処理温度および圧力
での保持時間は１時間とした。
【００２４】（２）アルミナ焼結体の評価 得られたアルミナ焼結体について、焼成後の一次焼結体
の密度（「一次密度」ともいう。）、ＨＩＰ処理後の二
次焼結体の密度（「ＨＩＰ処理後密度」ともいう。）を
測定した。その結果を表１に示す。また、得られたアル
ミナ焼結体につき、アルミナ結晶粒の平均粒径、室温お
よび高温における曲げ強度とビッカース硬度を下記の方
法によって測定した。その結果を表２に示す。
の密度（「一次密度」ともいう。）、ＨＩＰ処理後の二
次焼結体の密度（「ＨＩＰ処理後密度」ともいう。）を
測定した。その結果を表１に示す。また、得られたアル
ミナ焼結体につき、アルミナ結晶粒の平均粒径、室温お
よび高温における曲げ強度とビッカース硬度を下記の方
法によって測定した。その結果を表２に示す。
【００２５】各測定は以下の方法により行った。 焼成後の一次密度およびＨＩＰ処理後密度；ＪＩＳ
Ｒ １６３４に定められたアルキメデス法により測定し
た（数値はＪＩＳ Ｚ ８４０１に従って小数点以下２
けたに丸めた。）。 アルミナ結晶粒の平均粒径；焼結体を鏡面研磨し、サ
ーマルエッチングした後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
写真を撮り、このＳＥＭ写真からインターセプト法によ
り算出した。
Ｒ １６３４に定められたアルキメデス法により測定し
た（数値はＪＩＳ Ｚ ８４０１に従って小数点以下２
けたに丸めた。）。 アルミナ結晶粒の平均粒径；焼結体を鏡面研磨し、サ
ーマルエッチングした後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
写真を撮り、このＳＥＭ写真からインターセプト法によ
り算出した。
【００２６】アルミナ焼結体の室温曲げ強度；ＪＩＳ
Ｒ １６０１に定められた曲げ強さ試験方法により、
室温における３点曲げ強度を測定した。 アルミナ焼結体の高温曲げ強度；ＪＩＳ Ｒ １６０
４に定められた曲げ強さ試験方法により、１０００℃お
よび１２００℃における３点曲げ強度を測定した。 アルミナ焼結体の室温硬度；ＪＩＳ Ｒ １６１０に
定められたビッカース硬さ試験方法により、荷重１ｋｇ
ｆ（９．８０７Ｎ）で測定した。 アルミナ焼結体の高温硬度；ＪＩＳ Ｒ １６２３に
定められたビッカース硬さ試験方法により、荷重１ｋｇ
ｆ（９．８０７Ｎ）で測定した。
Ｒ １６０１に定められた曲げ強さ試験方法により、
室温における３点曲げ強度を測定した。 アルミナ焼結体の高温曲げ強度；ＪＩＳ Ｒ １６０
４に定められた曲げ強さ試験方法により、１０００℃お
よび１２００℃における３点曲げ強度を測定した。 アルミナ焼結体の室温硬度；ＪＩＳ Ｒ １６１０に
定められたビッカース硬さ試験方法により、荷重１ｋｇ
ｆ（９．８０７Ｎ）で測定した。 アルミナ焼結体の高温硬度；ＪＩＳ Ｒ １６２３に
定められたビッカース硬さ試験方法により、荷重１ｋｇ
ｆ（９．８０７Ｎ）で測定した。
【００２７】（３）アルミナセラミックス切削工具の評
価 得られた焼結体をＳＮＧＮ４３４形状に加工し、以下の
条件で切削試験を行った。試験は各試料につき３回ずつ
行い、フレーキングに至るまでの切削距離の平均値を求
めた。その結果を表２に示す。 〔切削試験条件〕 工具形状；ＳＮＧＮ４３４ 被削材；鋳鉄 切削条件；ドライ 切削速度Ｖ＝１０００ｍ／分 工具送りｆ＝０．３０ｍｍ／ｒｅｖ 切削深さｄ＝２．０ｍｍ
価 得られた焼結体をＳＮＧＮ４３４形状に加工し、以下の
条件で切削試験を行った。試験は各試料につき３回ずつ
行い、フレーキングに至るまでの切削距離の平均値を求
めた。その結果を表２に示す。 〔切削試験条件〕 工具形状；ＳＮＧＮ４３４ 被削材；鋳鉄 切削条件；ドライ 切削速度Ｖ＝１０００ｍ／分 工具送りｆ＝０．３０ｍｍ／ｒｅｖ 切削深さｄ＝２．０ｍｍ
【００２８】また、試料No.１〜６および１０、１４、
１５の焼結体については、工具形状への加工性の指標と
して、次の方法により研削性を評価した。すなわち、試
料を４５μｍダイヤモンドホイール（ＳＤ Ｄ４５ Ｊ
１００Ｂ）に面圧１ｋｇ／ｃｍ2にて５分間押しつ
け、このときの摩耗量（摩耗深さ）を測定した。なお、
試験は湿式（水）にて行い、試料断面積は１３ｍｍ×１
３ｍｍで統一した。摩耗量は１分間当たりに研削される
体積量に換算した。その結果を表２に示す。
１５の焼結体については、工具形状への加工性の指標と
して、次の方法により研削性を評価した。すなわち、試
料を４５μｍダイヤモンドホイール（ＳＤ Ｄ４５ Ｊ
１００Ｂ）に面圧１ｋｇ／ｃｍ2にて５分間押しつ
け、このときの摩耗量（摩耗深さ）を測定した。なお、
試験は湿式（水）にて行い、試料断面積は１３ｍｍ×１
３ｍｍで統一した。摩耗量は１分間当たりに研削される
体積量に換算した。その結果を表２に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】表２から判るように、本発明のアルミナセ
ラミックス切削工具はいずれも室温および高温での強
度、硬度に優れた焼結体からなるので、１０００ｍ／分
という高速切削においても７００ｍ以上の切削が可能で
あり、工具寿命の長いものであった。また、アルミナ結
晶粒の粒径が大きくなるにつれて研削性（加工性）は向
上する。例えば試料No.４〜６の焼結体は、比較例の試
料No.１４および１５と同等以上の加工性を示しなが
ら、これらの試料よりも高温硬度が高いため、高速切削
における寿命が長く良好な切削工具とすることができ
た。
ラミックス切削工具はいずれも室温および高温での強
度、硬度に優れた焼結体からなるので、１０００ｍ／分
という高速切削においても７００ｍ以上の切削が可能で
あり、工具寿命の長いものであった。また、アルミナ結
晶粒の粒径が大きくなるにつれて研削性（加工性）は向
上する。例えば試料No.４〜６の焼結体は、比較例の試
料No.１４および１５と同等以上の加工性を示しなが
ら、これらの試料よりも高温硬度が高いため、高速切削
における寿命が長く良好な切削工具とすることができ
た。
【００３２】
【発明の効果】本発明のアルミナセラミックス切削工具
は、室温および高温における強度、硬度に優れたアルミ
ナ焼結体から形成されているので、高速切削あるいは難
削材の切削用においても優れた切削性を示す（例えば工
具寿命が長い）。この切削工具は、本発明の製造方法に
より好適に製造することができる。
は、室温および高温における強度、硬度に優れたアルミ
ナ焼結体から形成されているので、高速切削あるいは難
削材の切削用においても優れた切削性を示す（例えば工
具寿命が長い）。この切削工具は、本発明の製造方法に
より好適に製造することができる。
フロントページの続き (72)発明者 飯尾 聡 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 3C046 FF33 FF57 4G030 AA11 AA12 AA36 BA19 GA09 GA11
Claims (6)
- 【請求項１】 ３Ａ属金属酸化物から選択される一種以
上の金属酸化物をアルミナ１００モルに対して０．０２
〜２．０モル含み、ＭｇおよびＴｉを含有せず、密度が
３．９８ｇ／ｃｍ3以上、アルミナ結晶粒の平均粒径が
０．３〜２．０μｍであるアルミナ焼結体からなること
を特徴とするアルミナセラミックス切削工具。 - 【請求項２】 上記アルミナ焼結体は、室温における曲
げ強度およびビッカース硬度がそれぞれ７００ＭＰａ以
上および１８００以上であり、１０００℃における曲げ
強度およびビッカース硬度がそれぞれ５００ＭＰａ以上
および７００以上であり、かつ１２００℃における曲げ
強度が４００ＭＰａ以上である請求項１記載のアルミナ
セラミックス切削工具。 - 【請求項３】 下記条件で切削試験を行った場合におい
て、切削可能な距離が７００ｍ以上である請求項１また
は２記載のアルミナセラミックス切削工具。 〔切削試験条件〕 工具形状；ＳＮＧＮ４３４ 被削材；鋳鉄 切削条件；ドライ 切削速度Ｖ＝１０００ｍ／分 工具送りｆ＝０．３０ｍｍ／ｒｅｖ 切削深さｄ＝２．０ｍｍ - 【請求項４】 請求項１から３のいずれか一項記載のア
ルミナセラミックス切削工具の製造方法であって、 平均粒径が２．０μｍ以下であり純度が９９．９９％以
上であるアルミナ粉末を他の原料粉末と混合して所定形
状に成形した後、焼成して３．７７〜３．９１ｇ／ｃｍ
3の密度を有する一次焼結体とし、次いで、該一次焼結
体に熱間静水圧プレス処理を施して３．９８ｇ／ｃｍ3
以上の密度を有する二次焼結体とすることにより上記ア
ルミナ焼結体を製造し、その後、該アルミナ焼結体を切
削工具形状に加工することを特徴とするアルミナセラミ
ックス切削工具の製造方法。 - 【請求項５】 請求項１から３のいずれか一項記載のア
ルミナセラミックス切削工具の製造方法であって、 平均粒径が２．０μｍ以下であり純度が９９．９９％以
上であるアルミナ粉末を他の原料粉末と混合して所定形
状に成形した後、焼成して理論密度に対する相対密度が
９４．５〜９８．０％である一次焼結体とし、次いで、
該一次焼結体に熱間静水圧プレス処理を施して理論密度
に対する相対密度が９９．８％以上の二次焼結体とする
ことにより上記アルミナ焼結体を製造し、その後、該ア
ルミナ焼結体を切削工具形状に加工することを特徴とす
るアルミナセラミックス切削工具の製造方法。 - 【請求項６】 請求項１から３のいずれか一項記載のア
ルミナセラミックス切削工具の製造方法であって、 平均粒径が２．０μｍ以下であり純度が９９．９９％以
上であるアルミナ粉末を所定形状に成形した後、１２７
０〜１３６０℃で焼成して一次焼結体とし、次いで、該
一次焼結体に温度１２５０〜１５００℃、圧力５００〜
２０００ｋｇ／ｃｍ2の熱間静水圧プレス処理を施して
二次焼結体とすることにより上記アルミナ焼結体を製造
し、その後、該アルミナ焼結体を切削工具形状に加工す
ることを特徴とするアルミナセラミックス切削工具の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000282215A JP2001322009A (ja) | 1999-12-28 | 2000-09-18 | アルミナセラミックス切削工具およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37479799 | 1999-12-28 | ||
| JP11-374797 | 2000-03-07 | ||
| JP2000-62627 | 2000-03-07 | ||
| JP2000062627 | 2000-03-07 | ||
| JP2000282215A JP2001322009A (ja) | 1999-12-28 | 2000-09-18 | アルミナセラミックス切削工具およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001322009A true JP2001322009A (ja) | 2001-11-20 |
Family
ID=27341850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000282215A Pending JP2001322009A (ja) | 1999-12-28 | 2000-09-18 | アルミナセラミックス切削工具およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001322009A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003034572A (ja) * | 2001-07-23 | 2003-02-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | アルミナセラミックス焼結体及びその製造方法並びに切削工具 |
| JP2006087915A (ja) * | 2004-08-27 | 2006-04-06 | Tosoh Corp | 歯列矯正ブラケット及びその製造方法 |
| CN116003109A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-04-25 | 广东工业大学 | 一种高性能氧化铝陶瓷劈刀及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58161969A (ja) * | 1982-03-20 | 1983-09-26 | 日本特殊陶業株式会社 | 切削工具用セラミツク工具の製造方法 |
| JPS6411183A (en) * | 1987-05-27 | 1989-01-13 | Minnesota Mining & Mfg | Abrasive grain made from ceramic containing aluminium oxide and rare earth metal, manufacture and product |
| JPH0450160A (ja) * | 1990-06-19 | 1992-02-19 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 透光性アルミナ焼結体 |
| JPH04193760A (ja) * | 1990-11-26 | 1992-07-13 | Nkk Corp | 着色透光性アルミナ焼結体及びその製造方法 |
| JPH1171168A (ja) * | 1997-06-26 | 1999-03-16 | Ngk Spark Plug Co Ltd | アルミナ基セラミックス焼結体及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-09-18 JP JP2000282215A patent/JP2001322009A/ja active Pending
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| JP4723127B2 (ja) * | 2001-07-23 | 2011-07-13 | 日本特殊陶業株式会社 | アルミナセラミックス焼結体及びその製造方法並びに切削工具 |
| JP2006087915A (ja) * | 2004-08-27 | 2006-04-06 | Tosoh Corp | 歯列矯正ブラケット及びその製造方法 |
| CN116003109A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-04-25 | 广东工业大学 | 一种高性能氧化铝陶瓷劈刀及其制备方法 |
| CN116003109B (zh) * | 2022-12-05 | 2023-10-31 | 广东工业大学 | 一种高性能氧化铝陶瓷劈刀及其制备方法 |
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