JPS6138803A - 高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法 - Google Patents
高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法Info
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- JPS6138803A JPS6138803A JP15809684A JP15809684A JPS6138803A JP S6138803 A JPS6138803 A JP S6138803A JP 15809684 A JP15809684 A JP 15809684A JP 15809684 A JP15809684 A JP 15809684A JP S6138803 A JPS6138803 A JP S6138803A
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- sintered body
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- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
- B23B27/148—Composition of the cutting inserts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
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-
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- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
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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)
本発明は鋳鉄の切削加工、Ni基合金などの難削性材料
の切削加工等の用途に適し、靭性に優れかつ耐摩耗性の
向上した切削用高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製
造方法に関するものである。
の切削加工等の用途に適し、靭性に優れかつ耐摩耗性の
向上した切削用高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製
造方法に関するものである。
(従来の技術)
現在市販されているセラミック工具は主としてアルミナ
系セラミック工具とアルミナ−炭化チタン系セラミック
工具の2種類がある。アルミナ系セラミックは高温かつ
酸化性雰囲気下で耐摩耗性に優れているという特徴があ
るが、一方熱衝撃によるクツツクが発生し易いなどその
靭性に劣っており、高硬度材や断続を含む部位の旋削加
工、フッイス加工などには使用できない。また、アルミ
ナ−炭化チタン系セラミック工具はアルミナに炭化チタ
ンを添加して靭性を改善したものであるが、旋削加工の
高能率化と自動化により、より高い靭性を有しかつ安定
して使用できる工具が望まれている。この様な現状から
近時、窒化珪素を主成分とするセラミックスが高温強度
や高温硬度が優れておシかつ熱衝撃性にも強いことから
切削工具用材料として盛んに研究されている。
系セラミック工具とアルミナ−炭化チタン系セラミック
工具の2種類がある。アルミナ系セラミックは高温かつ
酸化性雰囲気下で耐摩耗性に優れているという特徴があ
るが、一方熱衝撃によるクツツクが発生し易いなどその
靭性に劣っており、高硬度材や断続を含む部位の旋削加
工、フッイス加工などには使用できない。また、アルミ
ナ−炭化チタン系セラミック工具はアルミナに炭化チタ
ンを添加して靭性を改善したものであるが、旋削加工の
高能率化と自動化により、より高い靭性を有しかつ安定
して使用できる工具が望まれている。この様な現状から
近時、窒化珪素を主成分とするセラミックスが高温強度
や高温硬度が優れておシかつ熱衝撃性にも強いことから
切削工具用材料として盛んに研究されている。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、窒化珪素を主成分とするセラミック工具
はアルミナ系セラミック工具やアルミナ−炭化チタン系
セラミック工具と比較して強度及び熱衝撃性に優れてい
るが、耐摩耗性に劣るという欠点があシ、使用条件が限
られている。そのため、この窒化珪素を主成分として炭
化チタン(Tic)や窒化チタン(TiN)などの硬質
粒子を添加して耐摩耗性を向上させようとする方法があ
るが、との場合窒化珪素本来の靭性が低下する。また、
アあるが、CVDコーティングでは高温で塩素などを含
む腐食性#囲気にさらされるため、窒化珪素母材の強度
劣化を免れず、また、窒化珪素とアルミナでは熱膨張率
の差が大きく窒化珪素母材表面に極く薄くしかコーテイ
ング膜が付着せず通常の摩耗量に対応できる効果がない
。さらに、これらCvD等のコーティング技術では製造
コストが高くなる欠点がある。
はアルミナ系セラミック工具やアルミナ−炭化チタン系
セラミック工具と比較して強度及び熱衝撃性に優れてい
るが、耐摩耗性に劣るという欠点があシ、使用条件が限
られている。そのため、この窒化珪素を主成分として炭
化チタン(Tic)や窒化チタン(TiN)などの硬質
粒子を添加して耐摩耗性を向上させようとする方法があ
るが、との場合窒化珪素本来の靭性が低下する。また、
アあるが、CVDコーティングでは高温で塩素などを含
む腐食性#囲気にさらされるため、窒化珪素母材の強度
劣化を免れず、また、窒化珪素とアルミナでは熱膨張率
の差が大きく窒化珪素母材表面に極く薄くしかコーテイ
ング膜が付着せず通常の摩耗量に対応できる効果がない
。さらに、これらCvD等のコーティング技術では製造
コストが高くなる欠点がある。
(問題点を解決するだめの手段)
本発明者は上記の現状に鑑み鋭意研究の結果、窒化珪素
を主成分とする焼結体を一定温度に加熱後、急冷するこ
とにより、該焼結体の表層部の破壊靭性を中心部の破壊
靭性よりも2.0MN/m3/2以上高くすることが出
来、これにより欠損やチッピングの発生が少なくかつ耐
摩耗性の向上した窒化珪素質焼結体工具が得られること
を知見した。
を主成分とする焼結体を一定温度に加熱後、急冷するこ
とにより、該焼結体の表層部の破壊靭性を中心部の破壊
靭性よりも2.0MN/m3/2以上高くすることが出
来、これにより欠損やチッピングの発生が少なくかつ耐
摩耗性の向上した窒化珪素質焼結体工具が得られること
を知見した。
したがって、本発明においては耐摩耗性の向上した高靭
性窒化珪素質工具及びその製造方法を提供することを目
的とする。
性窒化珪素質工具及びその製造方法を提供することを目
的とする。
本発明によれば窒化珪素(Si3N4)を主成分とする
焼結体であって、該焼結体の表層部の破壊靭旦 性が中心部の破壊靭性よりも2.0 MN/m2以上高
い高靭性窒化珪素質焼結木工具が提供される。
焼結体であって、該焼結体の表層部の破壊靭旦 性が中心部の破壊靭性よりも2.0 MN/m2以上高
い高靭性窒化珪素質焼結木工具が提供される。
また、本発明によれば窒化珪素(Si2N3)を主成分
として所定形状に焼結成形された焼結体を、不活性雰囲
気中で1300〜1600’C!に加熱し、次いで50
〜200°C/秒で冷却するようにした高靭性窒化珪素
焼結体工具の製造方法が提供される。
として所定形状に焼結成形された焼結体を、不活性雰囲
気中で1300〜1600’C!に加熱し、次いで50
〜200°C/秒で冷却するようにした高靭性窒化珪素
焼結体工具の製造方法が提供される。
(作用)
予じめ、ホットプレス法、熱間静水圧プレス法、常圧あ
るいは加圧ガス中焼結法などの任意の焼成方法九より焼
成され、所定形状に成形された窒化珪素質焼結体を13
00〜1600℃の不活性雰囲気中で加熱しなければな
らない。この場合、1300″C未満での加熱では冷却
時に充分な効果がなく焼結体の表層部と中心部との破壊
靭性の差旦 が2.0 MN/m2以上、とならず、1600℃を超
えて加熱すると冷却時、焼結体にクラック等の欠陥が生
じる。また、加熱された焼結体は50〜200”C/秒
で冷却しなければならない。即ち、5的ン秒未満では焼
結体表面の破壊靭性が向上せず、200°C/秒を超え
ると焼結体に歪が生じ全体にクラックが生じるか、また
は表層部の破壊靭性が向上せず耐摩耗性及び耐チッピン
グ性が劣下する。さらに焼結体の表層部の破壊靭性が中
心部の破壊靭性よりも2.0MN/m2未満であると、
焼結体に欠損やチッピングが発生し、耐摩耗性の向上が
みられない。
るいは加圧ガス中焼結法などの任意の焼成方法九より焼
成され、所定形状に成形された窒化珪素質焼結体を13
00〜1600℃の不活性雰囲気中で加熱しなければな
らない。この場合、1300″C未満での加熱では冷却
時に充分な効果がなく焼結体の表層部と中心部との破壊
靭性の差旦 が2.0 MN/m2以上、とならず、1600℃を超
えて加熱すると冷却時、焼結体にクラック等の欠陥が生
じる。また、加熱された焼結体は50〜200”C/秒
で冷却しなければならない。即ち、5的ン秒未満では焼
結体表面の破壊靭性が向上せず、200°C/秒を超え
ると焼結体に歪が生じ全体にクラックが生じるか、また
は表層部の破壊靭性が向上せず耐摩耗性及び耐チッピン
グ性が劣下する。さらに焼結体の表層部の破壊靭性が中
心部の破壊靭性よりも2.0MN/m2未満であると、
焼結体に欠損やチッピングが発生し、耐摩耗性の向上が
みられない。
(実施例)
α相90%以上の窒化珪素(Si3N4)に対し、A1
20B 、 MgO、Y2O2、Ce20B及び希土類
元素の酸化物から選ばれる1種若しくは複数種の複合焼
結助剤を第1表に示す割合(重量)となるように秤量し
、アルミナポット中にてイオン交換水を力0えて混合粉
砕する。得られた原料を第1表の焼成条件欄に示す条件
にて焼結成形するととによりJIS規格5NGN 48
2 (0,2X20’ )f’v ンファーホーニング
)に基づく形状の各試料点1〜20を得だ。これらの試
料点1〜20について第1表に示す熱処理条件、冷却条
件及び表層部冷却速度条件に従って加熱及び冷却処理を
行った。得られた各試料X1〜20の内部及び外部の破
壊靭性(KIC)をビッカース圧痕法(予じめ、鏡面研
摩した試料表面にビッカース硬度計用圧子を押し当て発
生したクラックの長さから破壊靭性を求める測定法)に
より測定し、表層部の破壊靭性(K、IC)向上量を算
出すると共に、クランク摩耗量及び刃先のチッピング状
態を観察した。
20B 、 MgO、Y2O2、Ce20B及び希土類
元素の酸化物から選ばれる1種若しくは複数種の複合焼
結助剤を第1表に示す割合(重量)となるように秤量し
、アルミナポット中にてイオン交換水を力0えて混合粉
砕する。得られた原料を第1表の焼成条件欄に示す条件
にて焼結成形するととによりJIS規格5NGN 48
2 (0,2X20’ )f’v ンファーホーニング
)に基づく形状の各試料点1〜20を得だ。これらの試
料点1〜20について第1表に示す熱処理条件、冷却条
件及び表層部冷却速度条件に従って加熱及び冷却処理を
行った。得られた各試料X1〜20の内部及び外部の破
壊靭性(KIC)をビッカース圧痕法(予じめ、鏡面研
摩した試料表面にビッカース硬度計用圧子を押し当て発
生したクラックの長さから破壊靭性を求める測定法)に
より測定し、表層部の破壊靭性(K、IC)向上量を算
出すると共に、クランク摩耗量及び刃先のチッピング状
態を観察した。
これらの結果を第2表に示す。
試料A1.2.及び5〜12は本発明の範囲外(実験例
)のものであり、試料A:1及び2は夫々20℃の水中
と粘度10 csLで20℃の油中に投下して表層部の
冷却速度200°C/秒を超えて冷却したもので冷却速
度が早すぎ焼結体にクラックが発生して使用に耐えない
か表層部と中心部とに充分な破壊靭性の差が生じていな
いため耐摩耗性及び耐チッピング性に劣る。試料層7〜
12は冷却条件が強制空冷(窒素風量大、小)、窒素ガ
ス中放置及び粘度50cSLのシリコンオイル投下であ
る。また、この場合表層部冷却速度が50°C/秒未満
であるか、焼結体の熱処理温度が1300°C未溝であ
るので、焼結体の表層部と中6部とに2MN/m2以上
の破壊靭性の差が生じておらず、また表層部の靭性が充
分向上していない。
)のものであり、試料A:1及び2は夫々20℃の水中
と粘度10 csLで20℃の油中に投下して表層部の
冷却速度200°C/秒を超えて冷却したもので冷却速
度が早すぎ焼結体にクラックが発生して使用に耐えない
か表層部と中心部とに充分な破壊靭性の差が生じていな
いため耐摩耗性及び耐チッピング性に劣る。試料層7〜
12は冷却条件が強制空冷(窒素風量大、小)、窒素ガ
ス中放置及び粘度50cSLのシリコンオイル投下であ
る。また、この場合表層部冷却速度が50°C/秒未満
であるか、焼結体の熱処理温度が1300°C未溝であ
るので、焼結体の表層部と中6部とに2MN/m2以上
の破壊靭性の差が生じておらず、また表層部の靭性が充
分向上していない。
また、焼結体に欠損やチッピングが発生し、フランク摩
耗量が0.495m以上となシ耐摩耗性が劣化している
。
耗量が0.495m以上となシ耐摩耗性が劣化している
。
尚、試料層5及び6は熱処理条件及び表層部冷冷速度が
本発明の範囲内であるのに焼結体の表層部の破壊靭性(
KIC)向上量が充分でなくフランク摩耗量も0.50
w以上となっている。これは冷におけるシリコンオイル
の粘度が500cStである場合は本発明を充分備えて
いることからして少すくトモシリコンオイル投下の場合
は600 cSt前後程度までは本発明の特性に影響は
ないものと考えられる。また、冷却条件における該実施
例を見るかぎり、シリコンオイル投下の場合は表層部冷
却速度が略50〜200°C/秒に制御し易いのに比べ
他の冷却条件の場合表層部の冷却速度が著しるしく高い
か低いかの何れかで不安定であるものと考えられる。
本発明の範囲内であるのに焼結体の表層部の破壊靭性(
KIC)向上量が充分でなくフランク摩耗量も0.50
w以上となっている。これは冷におけるシリコンオイル
の粘度が500cStである場合は本発明を充分備えて
いることからして少すくトモシリコンオイル投下の場合
は600 cSt前後程度までは本発明の特性に影響は
ないものと考えられる。また、冷却条件における該実施
例を見るかぎり、シリコンオイル投下の場合は表層部冷
却速度が略50〜200°C/秒に制御し易いのに比べ
他の冷却条件の場合表層部の冷却速度が著しるしく高い
か低いかの何れかで不安定であるものと考えられる。
一方、これに対し試料i8 、4 、及び18〜20の
ものは本発明の範囲内のものであυ、何れも焼給体の表
層部の破壊靭性が2MN/m2以上であシ、かつ欠損や
チッピングの発生がなく、フランク摩耗量も少なくとも
0.45m以下と本発明の範囲外のものと比べ少なく耐
摩耗性が向上していることが理解される。
ものは本発明の範囲内のものであυ、何れも焼給体の表
層部の破壊靭性が2MN/m2以上であシ、かつ欠損や
チッピングの発生がなく、フランク摩耗量も少なくとも
0.45m以下と本発明の範囲外のものと比べ少なく耐
摩耗性が向上していることが理解される。
(発明の効果)
叙述の如く、本発明の窒化珪素質焼結体工具は、表層部
の破壊靭性が中心部の破壊靭性よりも2.OMN/m2
以上大であクズ、これによυ窒化珪素を主成分とするセ
ラミック工具の本来保有する優れを保有することになシ
、高硬材料の切削加工等厳しい条件下での使用にも充分
耐用し得るもので、その実用上の価値は極めて大である
。亦、この優ら頗る簡易であり、従って製造上のメリッ
トも大きく、この両発明により得られる利益は極めて犬
である。
の破壊靭性が中心部の破壊靭性よりも2.OMN/m2
以上大であクズ、これによυ窒化珪素を主成分とするセ
ラミック工具の本来保有する優れを保有することになシ
、高硬材料の切削加工等厳しい条件下での使用にも充分
耐用し得るもので、その実用上の価値は極めて大である
。亦、この優ら頗る簡易であり、従って製造上のメリッ
トも大きく、この両発明により得られる利益は極めて犬
である。
一以上一
出 願 人 京セツ株式会社
代理人弁理士(6285)松野英彦
αη
8、補正の内容
手続補正書(白紙9
昭和76年)月8日
◆
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、窒化珪素(Si_3N_4)を主成分とする焼結体
であつて、該焼結体の表層部の破壊靭性が中心部の破壊
靭性よりも2.0MN/m^3^/^2以上高いことを
特徴とする高靭性窒化珪素質焼結体工具。 2、窒化珪素(Si_3N_4)を主成分として所定形
状に焼結成形された焼結体を、不活性雰囲気中で130
0〜1600℃に加熱し、次いで50〜200℃/秒で
冷却することを特徴とする高靭性窒化珪素質焼結体工具
の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15809684A JPS6138803A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15809684A JPS6138803A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6138803A true JPS6138803A (ja) | 1986-02-24 |
JPH0451281B2 JPH0451281B2 (ja) | 1992-08-18 |
Family
ID=15664213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15809684A Granted JPS6138803A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6138803A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0276607A (ja) * | 1988-09-13 | 1990-03-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化けい素系切削工具 |
JP2001192258A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-17 | Toshiba Corp | セラミックス焼結体とその製造方法、及びそれを用いた摺動部材、ベアリングボール、ベアリング |
-
1984
- 1984-07-27 JP JP15809684A patent/JPS6138803A/ja active Granted
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0276607A (ja) * | 1988-09-13 | 1990-03-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化けい素系切削工具 |
JPH059202B2 (ja) * | 1988-09-13 | 1993-02-04 | Sumitomo Electric Industries | |
JP2001192258A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-17 | Toshiba Corp | セラミックス焼結体とその製造方法、及びそれを用いた摺動部材、ベアリングボール、ベアリング |
JP4642956B2 (ja) * | 1999-12-28 | 2011-03-02 | 株式会社東芝 | ベアリングボール、ベアリング、およびベアリングボールの製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0451281B2 (ja) | 1992-08-18 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |