JPH05294718A - 靭性のすぐれた酸化アルミニウム−酸化ジルコニウム系焼結セラミックス - Google Patents

靭性のすぐれた酸化アルミニウム−酸化ジルコニウム系焼結セラミックス

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JPH05294718A
JPH05294718A JP4129973A JP12997392A JPH05294718A JP H05294718 A JPH05294718 A JP H05294718A JP 4129973 A JP4129973 A JP 4129973A JP 12997392 A JP12997392 A JP 12997392A JP H05294718 A JPH05294718 A JP H05294718A
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zirconium oxide
aluminum oxide
based sintered
cutting
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孝 小山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 靭性のすぐれたAl2 3 −ZrO2 系焼結
セラミックスを提供する。 【構成】 Al2 3 と、ZrO2 および安定化ZrO
2 のいずれか、または両方を主成分とするAl2 3
ZrO2 系焼結セラミックスにおいて、前記焼結セラミ
ックスを構成するAl2 3 の主体を細長成長結晶とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた靭性を有
し、例えば切削工具として用いた場合に、鋼の連続切削
は勿論のこと、特に高靭性が要求される鋼の断続切削に
用いた場合にも切刃に欠損やチッピングなどの発生な
く、すぐれた切削性能を発揮する酸化アルミニウム(以
下、Al2 3 で示す)−酸化ジルコニウム(以下、Z
rO2 で示す)系焼結セラミックスに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば特公昭59−6274号公
報に記載される通り、Al2 3 と、ZrO2 並びにこ
れにMgO、Y2 3 、およびCeO2 などのうちの1
種以上を1〜12モル%の割合で含有させてなる部分安
定化ZrO2 のいずれか、または両方を主成分とし、か
つ図2の走査型電子顕微鏡による組織写真に例示される
微細組織をもったAl2 3 −ZrO2 系焼結セラミッ
クスが知られており、これが切削工具として、主に鋼な
どの連続切削に用いられていることは良く知られるとこ
ろである。
【0003】また、これらの従来Al2 3 −ZrO2
系焼結ラミックスが、上記公告公報にも記載される通
り、原料粉末として、Al2 3 粉末、ZrO2 粉末、
および部分安定化ZrO2 粉末などを用い、これら原料
粉末を所定の配合組成に配合し、混合した後、所定形状
の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、酸化性雰囲気
中、1400〜1800℃の温度に所定時間保持の条件
で焼結し、さらに必要に応じて熱間静水圧プレス(HI
P)処理を施すことによって製造されることも知られて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の例えば切
削加工の省力化、FA化、および汎用化に対する要求は
厳しく、これに伴ない、連続切削および断続切削のいず
れの切削も可能な切削工具が強く望まれているが、上記
の従来Al2 3 −ZrO2 系焼結セラミックスの場
合、これを例えば鋼の断続切削に用いると、靭性不足が
原因で切刃に欠損やチッピングが発生し易く、実用に供
することができないのが現状である。
【0005】そこで、本発明者等は、上述のような観点
から、靭性のすぐれたAl2 3 −ZrO2 系焼結セラ
ミックスを開発すべく研究を行なった結果、Al2 3
−ZrO2 系焼結セラミックスを製造するに際して、原
料粉末として用いられるAl2 3 粉末に、あらかじめ
Ca,Ba、およびSrの炭酸塩、硝酸塩、塩化物、お
よび酸化物(以下、それぞれCaCO3 ,BaCO3
SrCO3 ,Ca(NO3 2 ,Ba(NO3 2 ,S
r(NO3 2 ,CaCl2,BaCl2 ,SrC
2 ,CaO,BaO、およびSrOで示す)のうちの
1種以上の粉末と、酸化けい素(以下、SiO2 で示
す)粉末およびSiアルコキシドのうちの1種以上と
を、全体に占める重量割合で(以下、%はすべて重量%
を示す)、それぞれ前者:0.02〜2%、後者:0.
02〜1%の割合で配合し、混合した後、酸化性雰囲気
中、600〜1050℃の温度に所定時間保持の加熱処
理を施した状態で(この場合、前記炭酸塩、硝酸塩、お
よび塩化物はいずれも酸化物となるので、以下上記酸化
物を含め、これらを総称して金属酸化物系化合物とい
い、またSiアルコキシドはSiO2 となるので、以下
SiO2 を含め、これらを総称してSiO2 系化合物と
いう)、これに同じく原料粉末としてのZrO2 粉末お
よび安定化ZrO2 粉末のうちのいずれか、または両方
を、同じく全体に占める割合で5〜30%配合し、混合
し、プレス成形などにより圧粉体などの成形体とし、こ
の成形体を焼結すると、焼結時に、上記Ca,Ba、お
よびSrの酸化物とSiO2 の共存作用でAl2 3
晶が細長く成長し、この結果得られたAl2 3 −Zr
2 系焼結セラミックスは、図1の走査型電子顕微鏡に
よる組織写真に例示される通り、Al2 3 の主体が細
長成長結晶からなる組織をもつようになり、この細長成
長Al2 3 結晶によってすぐれた靭性を具備するよう
になり、したがってこれを切削工具として用いた場合、
鋼の連続切削は勿論のこと、高靭性が要求される鋼の断
続切削にも、切刃に欠損やチッピングなどの発生がな
く、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するという研
究結果を得たのである。
【0006】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、Al2 3と、ZrO2 および
安定化ZrO2 のいずれか、または両方を主成分とする
Al2 3 −ZrO2 系焼結セラミックスにおいて、上
記焼結セラミックスを構成するAl2 3 の主体を、組
織上細長成長結晶としてなる靭性にすぐれたAl2 3
−ZrO2 系焼結セラミックスに特徴を有するものであ
る。
【0007】
【実施例】つぎに、この発明のAl2 3 −ZrO2
焼結セラミックスを実施例により具体的に説明する。原
料粉末として、いずれも0.1〜5μmの範囲内の所定
の平均粒径を有する、各種の金属酸化物系化合物粉末、
SiO2 粉末、Siアルコキシド、ZrO2粉末、Y2
3 またはCeO2 含有の部分安定化ZrO2 粉末、お
よびAl2 3 粉末を用意し、まず、これらの原料粉末
のうちの金属酸化物系化合物粉末とSiO2 系化合物と
を、Al2 3 粉末に表1〜3に示される割合(全体に
占める割合で示す)で配合し、ボールミルで72時間混
合した後、大気中、同じく表1〜3に示される条件で加
熱処理を施し、ついでこれに同じく表1〜3に示される
割合(同じく全体に占める割合)でZrO2 粉末および
部分安定化ZrO2 粉末を配合し、ボールミルで72時
間湿式混合し、上記Siアルコキシドを用いた場合には
水を添加して加水分解を行なわしめ、乾燥した後、1to
n /cm2 の圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、こ
の圧粉体を大気中、表1〜3に示される温度に1時間保
持の条件で焼結することにより、JIS・SNGN12
0408のスローアウェイ形状をもった本発明Al2
3 −ZrO2 系焼結セラミックスで構成された切削工具
(以下、本発明セラミックス切削工具という)1〜23
を製造した。また、靭性を評価する目的で、曲げ強度お
よび破壊靭性値の測定用試験片も合せて製造した。
【0008】さらに、比較の目的で、原料粉末として、
上記のAl2 3 粉末、ZrO2 粉末、および安定化Z
rO2 粉末を用い、加熱処理を行なわず、これらの原料
粉末を直接表3に示される配合組成に配合し、かつ表3
に示される温度で焼結する以外は同一の条件にて従来A
2 3 −ZrO2 系焼結セラミックスで構成された切
削工具(以下、従来セラミックス切削工具という)1〜
4を製造した。この場合も曲げ強度および破壊靭性値測
定用試験片を製造した。
【0009】
【表1】
【0010】
【表2】
【0011】
【表3】
【0012】
【表4】
【0013】
【表5】
【0014】ついで、この結果得られた各種のセラミッ
クス切削工具について、 被削材:SCM440(硬さ:HR B180)、の2本
縦溝付丸棒、 切削速度:400m/min.、 切込み:0.15mm、 送り:1mm/rev.、 切削時間:15分、 の条件での鋼の湿式断続切削試験、並びに、 被削材:SCM440 切削速度:300m/min.、 切込み:1.5mm、 送り:0.2mm/rev.、 切削時間:10分、 の条件での鋼の湿式連続切削試験を行ない、いずれの切
削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測
定結果を表4,5に示した。なお、表4,5には曲げ強
度および破壊靭性値の測定結果も合せて示した。
【0015】さらに、図1および図2には、それぞれ本
発明セラミックス切削工具3および従来セラミックス切
削工具4の走査型電子顕微鏡による組織写真(5000
倍)を示した。
【0016】
【発明の効果】図1および図2に示される通り、本発明
セラミックス切削工具が細長成長Al2 3 結晶と塊状
ZrO2 結晶を主体とした混合組織を示すのに対し、従
来セラミックス切削工具は塊状Al2 3 結晶と塊状Z
rO2 結晶の混合組織を示し、両者は組織上相異するこ
とが明白であり、これらの組織上の相異は靭性に現わ
れ、表4,5に示される通り本発明セラミックス切削工
具1〜23は、従来セラミックス切削工具1〜4に比し
て一段とすぐれた靭性をもつことが示されており、この
ことは、鋼の連続切削では同等の切削性能を示すもの
の、鋼の断続切削では、従来セラミックス切削工具1〜
4のいずれもが切刃に欠損が発生し、比較的短時間で使
用寿命に至るのに対して、本発明セラミックス切削工具
1〜23は、いずれも切刃に欠損やチッピングの発生な
く、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮することから
も明らかである。
【0017】上述のように、この発明のAl2 3 −Z
rO2 系焼結セラミックスは、従来Al2 3 −ZrO
2 系焼結セラミックスに比して一段とすぐれた靭性をも
つので、例えばこれを切削工具として用いた場合、鋼の
連続切削は勿論のこと、高靭性が要求される鋼の断続切
削などに用いても切刃に欠損やチッピングなどの発生な
く、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するのであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明セラミックス切削工具3の走査型電子顕
微鏡による組織写真である。
【図2】従来セラミックス切削工具4の走査型電子顕微
鏡による組織写真である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化アルミニウムと、酸化ジルコニウム
    および部分安定化酸化ジルコニウムのいずれか、または
    両方を主成分とする酸化アルミニウム−酸化ジルコニウ
    ム系焼結セラミックスにおいて、 上記焼結セラミックスを構成する酸化アルミニウムの主
    体を、組織上細長成長結晶としたことを特徴とする靭性
    のすぐれた酸化アルミニウム−酸化ジルコニウム系焼結
    セラミックス。
  2. 【請求項2】 上記焼結セラミックスにおける酸化ジル
    コニウムおよび部分安定化酸化ジルコニウムの含有量が
    5〜30重量%であることを特徴とする上記請求項1記
    載の酸化アルミニウム−酸化ジルコニウム系焼結セラミ
    ックス。
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