JPH0523921A - 切削工具用窒化珪素質焼結体 - Google Patents
切削工具用窒化珪素質焼結体Info
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- JPH0523921A JPH0523921A JP3176445A JP17644591A JPH0523921A JP H0523921 A JPH0523921 A JP H0523921A JP 3176445 A JP3176445 A JP 3176445A JP 17644591 A JP17644591 A JP 17644591A JP H0523921 A JPH0523921 A JP H0523921A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 少なくとも周期律表第３ａ族元素を酸化物換
算（ＲＥ2 Ｏ3 ）で０．５〜５モル％の割合で含有し、
さらに過剰酸素をＳｉＯ2 換算で１０モル％以下の割合
で含有し、望ましくはＡｌ2 Ｏ3 等を含まない系からな
り、高α含有の窒化珪素粉末を用い、上記組成物を窒素
中で焼成後、ＨＩＰ焼成して、窒化珪素粒子を平均短径
１μｍ以下、平均アスペクト比が３以上の針状粒子より
焼結体を得、これを切削工具として用いる。 【効果】 優れた靱性を付与することができ、切削時の
欠損や摩耗を防止し切削特性を向上できるとともに工具
の長寿命化を図ることができる。
算（ＲＥ2 Ｏ3 ）で０．５〜５モル％の割合で含有し、
さらに過剰酸素をＳｉＯ2 換算で１０モル％以下の割合
で含有し、望ましくはＡｌ2 Ｏ3 等を含まない系からな
り、高α含有の窒化珪素粉末を用い、上記組成物を窒素
中で焼成後、ＨＩＰ焼成して、窒化珪素粒子を平均短径
１μｍ以下、平均アスペクト比が３以上の針状粒子より
焼結体を得、これを切削工具として用いる。 【効果】 優れた靱性を付与することができ、切削時の
欠損や摩耗を防止し切削特性を向上できるとともに工具
の長寿命化を図ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高硬度、高靱性で耐摩
耗性ならびに耐欠損性に優れ、特に鋳込み材の切削性能
に優れた切削工具用窒化珪素質焼結体に関する。
耗性ならびに耐欠損性に優れ、特に鋳込み材の切削性能
に優れた切削工具用窒化珪素質焼結体に関する。
【０００２】
【従来技術】従来から、窒化珪素質焼結体は、耐熱性、
耐熱衝撃性、および耐摩耗性に優れることから各種の熱
機関用構造材料の他に切削工具材料としての応用も進め
られている。
耐熱衝撃性、および耐摩耗性に優れることから各種の熱
機関用構造材料の他に切削工具材料としての応用も進め
られている。
【０００３】近時、高密度の窒化珪素質焼結体を作成す
るために焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）
等の酸化物を添加しホットプレス焼成した切削工具用窒
化珪素質焼結体が特開昭５５−３２７８５号にて提案さ
れている。
るために焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）
等の酸化物を添加しホットプレス焼成した切削工具用窒
化珪素質焼結体が特開昭５５−３２７８５号にて提案さ
れている。
【０００４】また、別の方法では、焼結助剤としてＹ2
Ｏ3および酸化アルミニウム (Ａｌ2 Ｏ3 ）を添加し、
窒素ガス中で常圧焼成することにより工具材料を得るこ
とが特開昭５６−７３６７０号にて提案されている。
Ｏ3および酸化アルミニウム (Ａｌ2 Ｏ3 ）を添加し、
窒素ガス中で常圧焼成することにより工具材料を得るこ
とが特開昭５６−７３６７０号にて提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従来
の窒化珪素質焼結体によれば、比較的低温にてホットプ
レス焼成すると、組織として微細な結晶粒子より構成さ
れることにより、強度が向上するが、切削工具としての
用途においては靱性が低く、欠損を生じやすいという問
題がある。
の窒化珪素質焼結体によれば、比較的低温にてホットプ
レス焼成すると、組織として微細な結晶粒子より構成さ
れることにより、強度が向上するが、切削工具としての
用途においては靱性が低く、欠損を生じやすいという問
題がある。
【０００６】また、Ａｌ2 Ｏ3 やＭｇＯの焼結助剤と添
加した系によれば、粒界相の融点もしくは軟化点が低
く、切削中に被削材と反応し易くなり、摩耗が進展して
工具の寿命が短くなるという問題があった。
加した系によれば、粒界相の融点もしくは軟化点が低
く、切削中に被削材と反応し易くなり、摩耗が進展して
工具の寿命が短くなるという問題があった。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記の
問題点に対して検討を重ねた結果、窒化珪素に対する焼
結助剤として、周期律表第３ａ族元素酸化物を添加した
系において、焼結体を構成する窒化珪素結晶を針状化さ
せるとともにその粒径を微細な形状に制御することによ
り硬度、強度、耐摩耗性ならびに耐欠損性に優れた切削
工具用として適した焼結体が得られることを知見した。
問題点に対して検討を重ねた結果、窒化珪素に対する焼
結助剤として、周期律表第３ａ族元素酸化物を添加した
系において、焼結体を構成する窒化珪素結晶を針状化さ
せるとともにその粒径を微細な形状に制御することによ
り硬度、強度、耐摩耗性ならびに耐欠損性に優れた切削
工具用として適した焼結体が得られることを知見した。
【０００８】即ち、本発明の切削工具用窒化珪素質焼結
体は、少なくとも周期律表第３ａ族元素を含む窒化珪素
質焼結体であって、焼結体中の窒化珪素粒子が平均短径
１μｍ以下、平均アスペクト比３以上の微細な針状粒子
より構成することを特徴とするものである。
体は、少なくとも周期律表第３ａ族元素を含む窒化珪素
質焼結体であって、焼結体中の窒化珪素粒子が平均短径
１μｍ以下、平均アスペクト比３以上の微細な針状粒子
より構成することを特徴とするものである。
【０００９】本発明において用いられる窒化珪素質焼結
体は、少なくとも周期律表第３ａ族元素化合物と窒化珪
素を主体とするものである。また、場合により、窒化珪
素原料等より不可避的に含有される酸素あるいは、意図
的に酸化珪素として添加された成分を含むもので、以後
これを過剰酸素という。
体は、少なくとも周期律表第３ａ族元素化合物と窒化珪
素を主体とするものである。また、場合により、窒化珪
素原料等より不可避的に含有される酸素あるいは、意図
的に酸化珪素として添加された成分を含むもので、以後
これを過剰酸素という。
【００１０】本発明によれば、望ましくはこれらの成分
は、周期律表第３ａ族元素が酸化物換算（ＲＥ2 Ｏ3 ）
で０．５〜５モル％の割合で含有し、過剰酸素はＳｉＯ
2 換算で１０モル％以下の割合で含有されるとよい。な
お、この過剰酸素は、焼結体中の全酸素量より周期律表
第３ａ族元素酸化物として添加されることにより混入す
る酸素分を除いた残りの酸素量として算出される。
は、周期律表第３ａ族元素が酸化物換算（ＲＥ2 Ｏ3 ）
で０．５〜５モル％の割合で含有し、過剰酸素はＳｉＯ
2 換算で１０モル％以下の割合で含有されるとよい。な
お、この過剰酸素は、焼結体中の全酸素量より周期律表
第３ａ族元素酸化物として添加されることにより混入す
る酸素分を除いた残りの酸素量として算出される。
【００１１】ここで、焼結体の組成を上記の範囲に限定
したのは、周期律表第３ａ族元素の酸化物換算量が５モ
ル％より多いと焼結体の硬度が低下し工具としての耐摩
耗性が低下し、０．５モル％より少ないと緻密な窒化珪
素が得られずに焼結体自体の強度が低下する傾向にあ
り、過剰酸素量が１０モル％より多いと焼結体の靱性が
低下し工具としての耐欠損性が劣化するためである。
したのは、周期律表第３ａ族元素の酸化物換算量が５モ
ル％より多いと焼結体の硬度が低下し工具としての耐摩
耗性が低下し、０．５モル％より少ないと緻密な窒化珪
素が得られずに焼結体自体の強度が低下する傾向にあ
り、過剰酸素量が１０モル％より多いと焼結体の靱性が
低下し工具としての耐欠損性が劣化するためである。
【００１２】また、本発明によれば、上記の組成におい
て過剰酸素と周期律表第３ａ族元素とのＳｉＯ2 ／ＲＥ
2 Ｏ3 で表されるモル比が０．５〜２．５、特に１〜
１．８であることが望ましく、このモル比が０．５より
小さいろ緻密な焼結体が得られず、２．５より大きいと
靱性が低下し耐欠損性が劣化するからである。
て過剰酸素と周期律表第３ａ族元素とのＳｉＯ2 ／ＲＥ
2 Ｏ3 で表されるモル比が０．５〜２．５、特に１〜
１．８であることが望ましく、このモル比が０．５より
小さいろ緻密な焼結体が得られず、２．５より大きいと
靱性が低下し耐欠損性が劣化するからである。
【００１３】なお、本発明の焼結体は切削工具としての
耐摩耗性、耐欠損性の点から考慮してＡｌ2 Ｏ3 やＭｇ
Ｏ等の酸化物はできるだけ存在しないことが望ましく、
特に１重量％以下に制御することが望ましい。
耐摩耗性、耐欠損性の点から考慮してＡｌ2 Ｏ3 やＭｇ
Ｏ等の酸化物はできるだけ存在しないことが望ましく、
特に１重量％以下に制御することが望ましい。
【００１４】本発明の窒化珪素質焼結体は、組織上、窒
化珪素結晶粒子と、その粒子間に存在する粒界相より構
成される。本発明によれば、この窒化珪素結晶粒子が微
細な針状粒子として存在し、この針状粒子の平均短径が
１μｍ以下、特に０．７μｍ以下の細い粒子であり、且
つ針状粒子の平均アスペクト比（長径／短径）が３以
上、特に５以上の粒子であることが大きな特徴である。
化珪素結晶粒子と、その粒子間に存在する粒界相より構
成される。本発明によれば、この窒化珪素結晶粒子が微
細な針状粒子として存在し、この針状粒子の平均短径が
１μｍ以下、特に０．７μｍ以下の細い粒子であり、且
つ針状粒子の平均アスペクト比（長径／短径）が３以
上、特に５以上の粒子であることが大きな特徴である。
【００１５】針状の窒化珪素結晶粒子の形状を上記の範
囲に設定したのは、平均短径が１μｍより大きいと切削
時に脱粒が生じた場合、その影響が大きく異常摩耗を生
じるためで、平均アスペクト比が３より小さいと焼結体
の靱性が低くなり結晶粒子の脱粒そのものが生じやすく
なるためで、その結果、いずれの場合においてもも摩耗
量が増加し、工具の長寿命が阻害される。
囲に設定したのは、平均短径が１μｍより大きいと切削
時に脱粒が生じた場合、その影響が大きく異常摩耗を生
じるためで、平均アスペクト比が３より小さいと焼結体
の靱性が低くなり結晶粒子の脱粒そのものが生じやすく
なるためで、その結果、いずれの場合においてもも摩耗
量が増加し、工具の長寿命が阻害される。
【００１６】一方、焼結体中の粒界は、周期律表第３ａ
族元素、窒素、酸素、珪素より構成され、これらの元素
によりガラス相、あるいは結晶相を構成する。
族元素、窒素、酸素、珪素より構成され、これらの元素
によりガラス相、あるいは結晶相を構成する。
【００１７】なお、本発明において用いられる周期律表
第３ａ族元素としては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｄｙお
よびＨｏから選ばれる少なくとも１種が挙げられるが、
Ｙはスポットと呼ばれるシミが発生し耐欠損性が低下す
ることがあるために好ましくは他の元素を用いるのがよ
い。
第３ａ族元素としては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｄｙお
よびＨｏから選ばれる少なくとも１種が挙げられるが、
Ｙはスポットと呼ばれるシミが発生し耐欠損性が低下す
ることがあるために好ましくは他の元素を用いるのがよ
い。
【００１８】次に、本発明の窒化珪素質焼結体を製造す
る方法について説明すると、まず、原料粉末として、窒
化珪素粉末および周期律表第３ａ族元素酸化物、望まし
くはＥｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｓｃ2 Ｏ3 、Ｄｙ2 Ｏ3
およびＨｏ2 Ｏ3 から選ばれる少なくとも１種の酸化物
粉末、場合によってＳｉＯ2 粉末を準備する。
る方法について説明すると、まず、原料粉末として、窒
化珪素粉末および周期律表第３ａ族元素酸化物、望まし
くはＥｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｓｃ2 Ｏ3 、Ｄｙ2 Ｏ3
およびＨｏ2 Ｏ3 から選ばれる少なくとも１種の酸化物
粉末、場合によってＳｉＯ2 粉末を準備する。
【００１９】なお、窒化珪素粉末としてはα型、β型の
２種が知られているが、前述の粒径、平均アスペクト比
に制御するためにα−Ｓｉ3 Ｎ4が９０％以上含まれる
ことが望ましく、また不純物酸素量０．８〜１．５重量
％、ＢＥＴ比表面積が３〜２０ｍ2 ／ｇであることがよ
い。
２種が知られているが、前述の粒径、平均アスペクト比
に制御するためにα−Ｓｉ3 Ｎ4が９０％以上含まれる
ことが望ましく、また不純物酸素量０．８〜１．５重量
％、ＢＥＴ比表面積が３〜２０ｍ2 ／ｇであることがよ
い。
【００２０】次にこれらの原料粉末を所定の割合で秤量
混合し、これに適宜バインダーを添加して造粒後、公知
の成形方法、例えばプレス成形法、押出成形法、射出成
形法あるいは鋳込み成形法等の成形法で所望の形状に成
形し、その後焼成する。
混合し、これに適宜バインダーを添加して造粒後、公知
の成形方法、例えばプレス成形法、押出成形法、射出成
形法あるいは鋳込み成形法等の成形法で所望の形状に成
形し、その後焼成する。
【００２１】焼成手段としては公知の方法が採用される
が、本発明における１つの特徴としては、機械的な圧力
なしに窒素ガス圧力１〜１００気圧の雰囲気にて１７０
０〜２０００℃の焼成温度で焼成することが望ましい。
また、前述したように窒化珪素粒子の粒径を小さくし、
平均アスペクト比を大きくするためには、一旦、窒素中
で１７００〜１８５０℃で焼成した後、１００〜３００
０気圧、１５００〜１９００℃の温度で熱間静水圧焼成
を施すことが望ましい。
が、本発明における１つの特徴としては、機械的な圧力
なしに窒素ガス圧力１〜１００気圧の雰囲気にて１７０
０〜２０００℃の焼成温度で焼成することが望ましい。
また、前述したように窒化珪素粒子の粒径を小さくし、
平均アスペクト比を大きくするためには、一旦、窒素中
で１７００〜１８５０℃で焼成した後、１００〜３００
０気圧、１５００〜１９００℃の温度で熱間静水圧焼成
を施すことが望ましい。
【００２２】
【作用】本発明によれば、用いる窒化珪素質焼結体の窒
化珪素結晶粒子を微細な針状粒子として存在させること
により、粒子同士の絡み合いにより焼結体自体の靱性を
高め、これにより工具の耐欠損性を向上させることがで
きる。また、切削加工中に結晶粒子の脱粒が生じた場合
にも、粒子が微細であることから異常摩耗を引き起こす
ことなく、優れた耐摩耗性が得られる。
化珪素結晶粒子を微細な針状粒子として存在させること
により、粒子同士の絡み合いにより焼結体自体の靱性を
高め、これにより工具の耐欠損性を向上させることがで
きる。また、切削加工中に結晶粒子の脱粒が生じた場合
にも、粒子が微細であることから異常摩耗を引き起こす
ことなく、優れた耐摩耗性が得られる。
【００２３】
【実施例】原料粉末として、表１中の試料Ｎo,１〜９は
窒化珪素粉末としてＢＥＴ比表面積１５ｍ2 ／ｇ、α化
率９５％、不純物酸素量０．９重量％のものを用い、Ｎ
o,１０〜１１はＢＥＴ比表面積１４ｍ2／ｇ、α化率７
２％、不純物酸素量０．８重量％のものを用いた。
窒化珪素粉末としてＢＥＴ比表面積１５ｍ2 ／ｇ、α化
率９５％、不純物酸素量０．９重量％のものを用い、Ｎ
o,１０〜１１はＢＥＴ比表面積１４ｍ2／ｇ、α化率７
２％、不純物酸素量０．８重量％のものを用いた。
【００２４】また、表１に示した各種の周期律表第３ａ
族元素酸化物粉末、酸化珪素粉末を用いて最終焼結体が
表１の組成になるようにバインダーとともに調合混合
し、１ｔ／ｃｍ2 の圧力でプレス成形し、工具形状ＳＮ
ＧＮ１２０４１２用の成形体を得た。この成形体を脱脂
後、表１に示す条件で焼成し、熱間静水圧焼成して焼結
体を得た。
族元素酸化物粉末、酸化珪素粉末を用いて最終焼結体が
表１の組成になるようにバインダーとともに調合混合
し、１ｔ／ｃｍ2 の圧力でプレス成形し、工具形状ＳＮ
ＧＮ１２０４１２用の成形体を得た。この成形体を脱脂
後、表１に示す条件で焼成し、熱間静水圧焼成して焼結
体を得た。
【００２５】得られた焼結体においてアルキメデス法に
より焼結体の密度を測定したところ、いずれの試料も９
５％以上であることを確認した。また、焼結体に対して
電子顕微鏡写真により窒化珪素結晶粒子の平均短径と平
均アスペクト比を求めた。
より焼結体の密度を測定したところ、いずれの試料も９
５％以上であることを確認した。また、焼結体に対して
電子顕微鏡写真により窒化珪素結晶粒子の平均短径と平
均アスペクト比を求めた。
【００２６】さらに工具形状に研磨後、下記の条件 被削材 ＦＣ−２５ 切削速度 ４００ｍ／ｍｉｎ 送り ０．２ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み ２．０ｍｍ で切削試験を行い、刃先のフランク摩耗量が０．２ｍｍ
になるまで、もしくは欠損を生じるまでの時間を測定
し、その結果を表２に示した。
になるまで、もしくは欠損を生じるまでの時間を測定
し、その結果を表２に示した。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】表１および表２によれば、本発明の試料は
いずれも高い靱性を示し、優れた切削性能を示した。こ
れに対して、焼成温度が高く、粒径が１μｍを超える試
料Ｎo,７〜９は、切削試験において脱粒による異常摩耗
を示した。また、α率の低い窒化珪素原料を用いた試料
Ｎo,１０、１１においても同様に異常摩耗を示した。
いずれも高い靱性を示し、優れた切削性能を示した。こ
れに対して、焼成温度が高く、粒径が１μｍを超える試
料Ｎo,７〜９は、切削試験において脱粒による異常摩耗
を示した。また、α率の低い窒化珪素原料を用いた試料
Ｎo,１０、１１においても同様に異常摩耗を示した。
【００３０】また、組成が本発明の範囲外の試料Ｎo,１
２〜１５では、いずれも結晶粒子の短径およびアスペク
ト比が本発明の範囲内の焼結体を得ることが難しく、切
削テストにおいても本発明品よりも劣るものであった。
２〜１５では、いずれも結晶粒子の短径およびアスペク
ト比が本発明の範囲内の焼結体を得ることが難しく、切
削テストにおいても本発明品よりも劣るものであった。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の切削工具用
窒化珪素質焼結体は、焼結体中の窒化珪素粒子を微細な
粒子として存在させることによりこれまでにない優れた
靱性を付与することができ、切削時の欠損や摩耗を防止
し切削特性を向上できるとともに工具の寿命を延ばすこ
とができる。
窒化珪素質焼結体は、焼結体中の窒化珪素粒子を微細な
粒子として存在させることによりこれまでにない優れた
靱性を付与することができ、切削時の欠損や摩耗を防止
し切削特性を向上できるとともに工具の寿命を延ばすこ
とができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 少なくとも周期律表第３ａ族元素を含む
窒化珪素質焼結体であって、窒化珪素粒子が平均短径１
μｍ以下、平均アスペクト比が３以上の針状粒子よるな
ることを特徴とする切削工具用窒化珪素質焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3176445A JP2851721B2 (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 切削工具用窒化珪素質焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3176445A JP2851721B2 (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 切削工具用窒化珪素質焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0523921A true JPH0523921A (ja) | 1993-02-02 |
| JP2851721B2 JP2851721B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=16013832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3176445A Expired - Lifetime JP2851721B2 (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 切削工具用窒化珪素質焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2851721B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180112854A (ko) | 2016-03-31 | 2018-10-12 | 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤 | 질화규소질 소결체 및 절삭 인서트 |
| CN113116157A (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-16 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | 复合涂层、锅体及烹饪器具 |
-
1991
- 1991-07-17 JP JP3176445A patent/JP2851721B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180112854A (ko) | 2016-03-31 | 2018-10-12 | 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤 | 질화규소질 소결체 및 절삭 인서트 |
| US11365154B2 (en) | 2016-03-31 | 2022-06-21 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride-based sintered body and cutting insert |
| CN113116157A (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-16 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | 复合涂层、锅体及烹饪器具 |
| CN113116157B (zh) * | 2019-12-31 | 2022-05-13 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | 复合涂层、锅体及烹饪器具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2851721B2 (ja) | 1999-01-27 |
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