JPS5926976A - 高靭性セラミツク工具 - Google Patents
高靭性セラミツク工具Info
- Publication number
- JPS5926976A JPS5926976A JP57133676A JP13367682A JPS5926976A JP S5926976 A JPS5926976 A JP S5926976A JP 57133676 A JP57133676 A JP 57133676A JP 13367682 A JP13367682 A JP 13367682A JP S5926976 A JPS5926976 A JP S5926976A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- tool
- cutting
- stabilized
- present
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- 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】
本発明は窒化珪素を主体とする高靭性レラミック工具に
関する。
関する。
従来鋳物の黒皮を100 m /min以上のハイスピ
ードで切削するセラミック工具としては、Aβ203及
びAJ2203−−r’ic等をポットプレス若シ、り
は熱間静水圧法(HIP法)などにより焼結したものが
主どして使用されてきた。
ードで切削するセラミック工具としては、Aβ203及
びAJ2203−−r’ic等をポットプレス若シ、り
は熱間静水圧法(HIP法)などにより焼結したものが
主どして使用されてきた。
ところがこれらの工具は、使用中欠け、割れ等を起し易
く、自動機C切削加エリ−る場合には、稼動率の低下の
最大原因になっていた。
く、自動機C切削加エリ−る場合には、稼動率の低下の
最大原因になっていた。
また、工具としての寿命は欠は及び割れに左右され、摩
耗幅が非常に少ない状態でも交換しなければならないこ
とが多かった。
耗幅が非常に少ない状態でも交換しなければならないこ
とが多かった。
これらの欠点を解消するため、さきに
Aρ203系祠利J、りも衝撃強さ、熱衝撃強さ及び靭
性の高い窒化珪素に@目し、研究の結果、MgO及び安
定化したZr 02を焼結助剤としてポットプレスする
ことにより使用中に欠けや割れのない高靭性窒化珪素工
具を開発したが、ポットプレスであるIこめ形状的制約
を受けるのに加え、窒化珪素材料は切断、研磨等の(幾
械加工がしにくいためコスト的にへρ203系工具に対
抗できなかった。
性の高い窒化珪素に@目し、研究の結果、MgO及び安
定化したZr 02を焼結助剤としてポットプレスする
ことにより使用中に欠けや割れのない高靭性窒化珪素工
具を開発したが、ポットプレスであるIこめ形状的制約
を受けるのに加え、窒化珪素材料は切断、研磨等の(幾
械加工がしにくいためコスト的にへρ203系工具に対
抗できなかった。
そこで、本発明者等はかかる欠点を解消づるため、鋭意
検討の結果、MgO及び安定化したZrO2を添加した
3i 3N<にさらにDy2O3とY203のうちの
1種以上を添加することにより容易に非酸化性雰囲気中
で普通焼結でき、且つ使用中欠け、割れのない高靭性の
窒化珪素工具が得られることを見い出した。
検討の結果、MgO及び安定化したZrO2を添加した
3i 3N<にさらにDy2O3とY203のうちの
1種以上を添加することにより容易に非酸化性雰囲気中
で普通焼結でき、且つ使用中欠け、割れのない高靭性の
窒化珪素工具が得られることを見い出した。
゛リ−なわら本発明の要旨は、図面に示すように正三角
形に交わる三軸にそれぞれ 3i 3N4、MqO及び
安定化されたZr 02の重量%を表示した三角座標に
おいて、点A(Si 3N<98ff11%、M(10
1重量%、ZrO21重fu%)、点B (Si 3
N< 79重量%、M(1020重重量、7rO21
重量%)、点C(S i 3 N 479重早%、Mg
01重量%、Z r 0220ffifLt%)を結ぶ
線で囲まれる範囲において3i 3Nn、M(10及び
安定化されたZr 02の各粉末、を配合した第1粉末
80〜99.9重量%どDV2C)3及びY203の少
なくとも1種からなる第2粉末20〜0.1重量%の混
合粉末を成形、焼結してなることを特徴とする高靭性セ
ラミック工具にある。
形に交わる三軸にそれぞれ 3i 3N4、MqO及び
安定化されたZr 02の重量%を表示した三角座標に
おいて、点A(Si 3N<98ff11%、M(10
1重量%、ZrO21重fu%)、点B (Si 3
N< 79重量%、M(1020重重量、7rO21
重量%)、点C(S i 3 N 479重早%、Mg
01重量%、Z r 0220ffifLt%)を結ぶ
線で囲まれる範囲において3i 3Nn、M(10及び
安定化されたZr 02の各粉末、を配合した第1粉末
80〜99.9重量%どDV2C)3及びY203の少
なくとも1種からなる第2粉末20〜0.1重量%の混
合粉末を成形、焼結してなることを特徴とする高靭性セ
ラミック工具にある。
以下に本発明の詳細な説明するに、本発明では原料とし
TSi 3 N4 、M!;l O及びZr 02の三
成分とI)l/2(、):+及びY203のうちの一成
分以上を必要とし、7rO2はY2O3、CaOなどで
′安定化されていることを要Jる。
TSi 3 N4 、M!;l O及びZr 02の三
成分とI)l/2(、):+及びY203のうちの一成
分以上を必要とし、7rO2はY2O3、CaOなどで
′安定化されていることを要Jる。
安定化されていないZrO2を使用すると、焼結後部分
安定化した形か又は単斜晶系の形で焼結体中に残留し、
切削加工する際工具先端の温度が1000℃以上に上昇
した時、高温型の正方品系に変態を行ない、異常な容積
変化を伴うため熱歪により欠()、割れに対りる抵抗性
が減少してしまう。
安定化した形か又は単斜晶系の形で焼結体中に残留し、
切削加工する際工具先端の温度が1000℃以上に上昇
した時、高温型の正方品系に変態を行ない、異常な容積
変化を伴うため熱歪により欠()、割れに対りる抵抗性
が減少してしまう。
上記のSi 3 N4 、Mgo、Zr 02の三成分
の配合量は図面に示すような三角座標において点A、8
.Cを結ぶ点線で囲まれる範囲内であることが要求され
る。この範囲内であると欠けに対する抵抗性が大きく、
範囲外になると大幅に低下する。また概してM(10が
少なくなると耐摩耗性が低下する傾向がある。79重量
%以上98重量%以下の3i 3N4にY2O3、又は
CaOで安定化したZr 02を添加剤として1重量%
以−1:20重量%以下加えた理由は、7rO2添加量
が1重量%より少ない範囲では靭性の向上効果がみられ
ず、20重湯%より多くなると工具としての硬度の低下
と其に切削時の摩耗が多く使用できない点にある。又、
Si 3N<の限定理由は、3i 3N+が98重単%
を越えると焼結性が悪く目的とする特性が1!1られす
、79重量%未満では切削時の耐摩耗性が低下するため
である。又、MgOを1小ω%以上20重量%以下加え
る理由は1重量%より少ない範囲では焼結促進剤として
の効果が少なく、20重量%より多くなると切削時の摩
耗が多くなり工具としての特性が得られないためである
。
の配合量は図面に示すような三角座標において点A、8
.Cを結ぶ点線で囲まれる範囲内であることが要求され
る。この範囲内であると欠けに対する抵抗性が大きく、
範囲外になると大幅に低下する。また概してM(10が
少なくなると耐摩耗性が低下する傾向がある。79重量
%以上98重量%以下の3i 3N4にY2O3、又は
CaOで安定化したZr 02を添加剤として1重量%
以−1:20重量%以下加えた理由は、7rO2添加量
が1重量%より少ない範囲では靭性の向上効果がみられ
ず、20重湯%より多くなると工具としての硬度の低下
と其に切削時の摩耗が多く使用できない点にある。又、
Si 3N<の限定理由は、3i 3N+が98重単%
を越えると焼結性が悪く目的とする特性が1!1られす
、79重量%未満では切削時の耐摩耗性が低下するため
である。又、MgOを1小ω%以上20重量%以下加え
る理由は1重量%より少ない範囲では焼結促進剤として
の効果が少なく、20重量%より多くなると切削時の摩
耗が多くなり工具としての特性が得られないためである
。
また、本発明をより効果あるものとするためには、上記
三成分の配合色を図面に示′IJ:うな三角座標におい
て、点D(S13N4941%、Mg0211%、ZI
’022重量%)、点E(S! 3N<80重量%、
M(1018重量%、Zr022重塁%)、点F(S!
3N480重量%、M(102重量%、Z r O
218i11i帝%)ヲ結ぶ実線で囲まれる範囲内に選
択するとよい。
三成分の配合色を図面に示′IJ:うな三角座標におい
て、点D(S13N4941%、Mg0211%、ZI
’022重量%)、点E(S! 3N<80重量%、
M(1018重量%、Zr022重塁%)、点F(S!
3N480重量%、M(102重量%、Z r O
218i11i帝%)ヲ結ぶ実線で囲まれる範囲内に選
択するとよい。
以上の三成分でホットプレスによる緻密化は可能である
が、これを普通焼結するためには、上記三成分80〜9
9.9重量%にさらにDy2O3及びY203の少なく
ども1種を20〜0.1重量%添加しなければならない
。Dy2O3及びY203の添加量の限定理由は、添加
fit O,1重量%未満では普通焼結ができず、20
重量%を越えると硬匪の低下と共に切削時の摩耗が多く
なり工具どして使用できない。
が、これを普通焼結するためには、上記三成分80〜9
9.9重量%にさらにDy2O3及びY203の少なく
ども1種を20〜0.1重量%添加しなければならない
。Dy2O3及びY203の添加量の限定理由は、添加
fit O,1重量%未満では普通焼結ができず、20
重量%を越えると硬匪の低下と共に切削時の摩耗が多く
なり工具どして使用できない。
本発明に係る工具を製造するためには、以上の混合粉末
に有機バインターを添加し、金型プレスにより所定の形
状に成型し、仮焼して有機バインダーを除去した後、1
550〜1800℃、非酸化性雰囲気で焼成する。非酸
化性雰囲気で焼成づるのは窒化珪素が酸化し易いからで
、1550 ’C未渦の温度では焼結が不十分どなる場
合があり、1800°Cを越えると3i 31’J4の
蒸発が著しくなる。
に有機バインターを添加し、金型プレスにより所定の形
状に成型し、仮焼して有機バインダーを除去した後、1
550〜1800℃、非酸化性雰囲気で焼成する。非酸
化性雰囲気で焼成づるのは窒化珪素が酸化し易いからで
、1550 ’C未渦の温度では焼結が不十分どなる場
合があり、1800°Cを越えると3i 31’J4の
蒸発が著しくなる。
以下に実施例によって本発明をより訂■にd1明覆る。
実施例1
α−3! 3N490重φ%とβ−3i 3N410重
量%よりなる粉末とCa O20Eル%により安定化し
たZr 02 、MQ O,Dy 203及びY203
を表1に示す比で混合し、ボールミルにより粉砕して平
均粒径1μとした。これ(こ5外重量%のパラフィンを
加え造粒し、金型ブレスによりプレス圧1.5 ton
/ cJで所定形状に成型した。これを真空中800°
Cで仮焼した後、N2気流中で表1に示ず温度″c11
Iyi間焼結した。
量%よりなる粉末とCa O20Eル%により安定化し
たZr 02 、MQ O,Dy 203及びY203
を表1に示す比で混合し、ボールミルにより粉砕して平
均粒径1μとした。これ(こ5外重量%のパラフィンを
加え造粒し、金型ブレスによりプレス圧1.5 ton
/ cJで所定形状に成型した。これを真空中800°
Cで仮焼した後、N2気流中で表1に示ず温度″c11
Iyi間焼結した。
1qられた焼結体をω(磨して、S N G N 43
2− TN(チャンファ−0,1) 、5NGN Ab
5〜1N(チャンファ−0,2)及び4X8X25能の
各デスl−ピースを作成し、諸物性を測定した。
2− TN(チャンファ−0,1) 、5NGN Ab
5〜1N(チャンファ−0,2)及び4X8X25能の
各デスl−ピースを作成し、諸物性を測定した。
なお、表中の注は下記のとおりである。
※1.Y20:+で安定化したZr 02を使用し l
こ。
こ。
※2.5NGN 432−TN (チャンフ1−〇、
1)のテストピースを用い、被削材どして 100φ×
500℃のFe12を選び、切削条件を切削速度400
m / Ill!n 、切込み2 、0 ++++、
送り0.3mm / revとし1000mm切削後の
フランク摩耗幅vB を測定した。
1)のテストピースを用い、被削材どして 100φ×
500℃のFe12を選び、切削条件を切削速度400
m / Ill!n 、切込み2 、0 ++++、
送り0.3mm / revとし1000mm切削後の
フランク摩耗幅vB を測定した。
※3. S N G N 455− T N (チャ
ンファ−0,2)のテストピースを用い、被剛材として
200φ×35℃のFe12(黒皮)を選び、切削条件
を切削速度400 m /min 、切込み2.5能、
送り 0.3 +nu/revとし、円板の外側面を
軸方向に切削した。
ンファ−0,2)のテストピースを用い、被剛材として
200φ×35℃のFe12(黒皮)を選び、切削条件
を切削速度400 m /min 、切込み2.5能、
送り 0.3 +nu/revとし、円板の外側面を
軸方向に切削した。
表1によって示される通り本発明のセラミック工具は、
靭性特に鋳物のラフカットに対する工具のチッピング、
欠【ノに対する抵抗性に優れ、自動機における工具の信
頼性を大幅に向上させることができる。その理由は断定
できないが、第1に表1に示す如き断続切削に於ては刃
先の温度は1000℃以上に上昇することが繰り返され
、この時へλ203−TiC系工具は熱膨張係数が約7
x 10−6/ °Cと大きいのに対し本発明の3i
3N+を主体とする工具は約3.5X 10−6/℃
ど小さく熱衝撃に強いためと考えられる。又、第2にS
i 3N<を主体とする工具は微構造的に観察した時、
繊維構造を示し、破壊に対する靭性が高いためと考えら
れる。
靭性特に鋳物のラフカットに対する工具のチッピング、
欠【ノに対する抵抗性に優れ、自動機における工具の信
頼性を大幅に向上させることができる。その理由は断定
できないが、第1に表1に示す如き断続切削に於ては刃
先の温度は1000℃以上に上昇することが繰り返され
、この時へλ203−TiC系工具は熱膨張係数が約7
x 10−6/ °Cと大きいのに対し本発明の3i
3N+を主体とする工具は約3.5X 10−6/℃
ど小さく熱衝撃に強いためと考えられる。又、第2にS
i 3N<を主体とする工具は微構造的に観察した時、
繊維構造を示し、破壊に対する靭性が高いためと考えら
れる。
又、Si 3 N4−Mg0−Zl・02にDV203
やY2O3を添加すること【こより普通焼結が可能とな
り、ホットプレスした場合に較べ切断不要となり、研磨
加工時間も大幅に短縮されるとともに穴付チップ等の複
雑形状の切削工具も容易に得られる様になった。
やY2O3を添加すること【こより普通焼結が可能とな
り、ホットプレスした場合に較べ切断不要となり、研磨
加工時間も大幅に短縮されるとともに穴付チップ等の複
雑形状の切削工具も容易に得られる様になった。
実施例2
実施例1の試料NO12と同一組成にて安定化ジルコニ
ヤを用いる代りに、安定化されていない単斜晶系のシル
コニVを用い、比較試1’31 N o。
ヤを用いる代りに、安定化されていない単斜晶系のシル
コニVを用い、比較試1’31 N o。
2Rを製作した。特に欠け、割れを起すまでの製品の切
削枚数を調査する試料は10ケ製作し、N022と比較
した結果表2の通りになった。
削枚数を調査する試料は10ケ製作し、N022と比較
した結果表2の通りになった。
表2
表2より明らかな如く、抗折力、硬度、耐I字粍性では
両者共差がないけれども、欠()、割れを起すまでの製
品の切削枚数はN o、 2が10りの試料中、10ケ
冑150ケ以上切削できたのに対し、NO,2Rは4ケ
のみ150以上切削でさ、その11!!は32ケ〜13
1ケの間にばらついていた。これの理由は断定できない
が、No、2RがX線回析により、少量の単斜晶系の低
温型Zr 02を検出されるのに対し、本発明のNO,
2は覆べて安定化Zr 02のみ検出されるため、欠け
、割れに対する強さが安定しているためと思われる。
両者共差がないけれども、欠()、割れを起すまでの製
品の切削枚数はN o、 2が10りの試料中、10ケ
冑150ケ以上切削できたのに対し、NO,2Rは4ケ
のみ150以上切削でさ、その11!!は32ケ〜13
1ケの間にばらついていた。これの理由は断定できない
が、No、2RがX線回析により、少量の単斜晶系の低
温型Zr 02を検出されるのに対し、本発明のNO,
2は覆べて安定化Zr 02のみ検出されるため、欠け
、割れに対する強さが安定しているためと思われる。
最近の切削機械はいずれも自動化が進/υでおり、工具
の突発的な欠(す、割れは大変やっかいな問題を起すた
め、本発明による安定した]7具は欠け、割れ(二対1
−る強さのばらつきの大きいNo、2Rに比較し、大き
な長所を有している。
の突発的な欠(す、割れは大変やっかいな問題を起すた
め、本発明による安定した]7具は欠け、割れ(二対1
−る強さのばらつきの大きいNo、2Rに比較し、大き
な長所を有している。
なお、更に至渇から1200℃までの熱膜111を調合
したところ、No、2Rは900℃と1000℃の間て
熱膨張係数の変化点が認められたがN002は変化点が
認められず直線的膨張曲線を示した。
したところ、No、2Rは900℃と1000℃の間て
熱膨張係数の変化点が認められたがN002は変化点が
認められず直線的膨張曲線を示した。
又、本発明のレラミツクニ[具は、上記のような優れた
諸物性のため、鋳物以外の金属、例えばアルミニウム、
スチールなどの切削工具、更には切削のような振動や熱
のかかる機械用耐熱部品に使用することができる。
諸物性のため、鋳物以外の金属、例えばアルミニウム、
スチールなどの切削工具、更には切削のような振動や熱
のかかる機械用耐熱部品に使用することができる。
図面は焼結されるべき混合粉末を構成する各要素の配合
割合を示す三角座標図である。
割合を示す三角座標図である。
Claims (1)
- (1) 図面に示すように正三角形に交わる三軸にそ
れぞれ 3i:+Na、M(10及び安定化されたZr
O2の重量%を表示した三角座標において、点A(Si
3Nq98重量%、MCl01重量%、Zr021重
量%)、点B (Si 3N479重量%、MO020重蟻%、7r0
21重量%)、点C(Si 3Ng79重量%、M(
101重量%、Zr0220重□□□%)を結ぶ線で囲
まれる範囲においてS! 3N4、M(10及び安定化
された7r○2の各粉末を配合した第1粉末80〜99
.9 重量%とDV203及びY2O3の少なくとも
1種からなる第2粉末20〜0.1 重量%の混合粉
末を成形、焼結してなることを特徴とする高靭性セラミ
ック工具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57133676A JPS5926976A (ja) | 1982-08-02 | 1982-08-02 | 高靭性セラミツク工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57133676A JPS5926976A (ja) | 1982-08-02 | 1982-08-02 | 高靭性セラミツク工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5926976A true JPS5926976A (ja) | 1984-02-13 |
JPH0339989B2 JPH0339989B2 (ja) | 1991-06-17 |
Family
ID=15110279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57133676A Granted JPS5926976A (ja) | 1982-08-02 | 1982-08-02 | 高靭性セラミツク工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5926976A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62292674A (ja) * | 1986-06-11 | 1987-12-19 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5499115A (en) * | 1978-01-20 | 1979-08-04 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Heat resistant hearth roil |
JPS5562857A (en) * | 1978-11-04 | 1980-05-12 | Ngk Spark Plug Co | Manufacture of high tenacity ceramic tool |
JPS55109276A (en) * | 1979-02-12 | 1980-08-22 | Ngk Spark Plug Co | Manufacture of silicon nitride sintered body |
JPS56388A (en) * | 1978-11-24 | 1981-01-06 | Hoechst Ag | Printing method by developable dyestuff |
JPS5673670A (en) * | 1979-11-14 | 1981-06-18 | Ford Motor Co | Manufacture of high effeciency cutting tool |
-
1982
- 1982-08-02 JP JP57133676A patent/JPS5926976A/ja active Granted
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5499115A (en) * | 1978-01-20 | 1979-08-04 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Heat resistant hearth roil |
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JPS56388A (en) * | 1978-11-24 | 1981-01-06 | Hoechst Ag | Printing method by developable dyestuff |
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JPS5673670A (en) * | 1979-11-14 | 1981-06-18 | Ford Motor Co | Manufacture of high effeciency cutting tool |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0339989B2 (ja) | 1991-06-17 |
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