JPS6256355A - Antiabrasive tough ceramic cutting tool - Google Patents

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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Ａ、１２０３−Ｚ　ｒＯ□系セクセラミック
工具するものであυ特に、耐摩耗性および靭性の改良に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to A, 1203-Z rO□ series ceramic tools, and particularly to improvements in wear resistance and toughness.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

Ａｔ２０．系セラミックスの靭性を改善するため、Ｚ　
ｒ　Ｏ２を添加することは良く知られており、***公開
公報第２５４９６５２号ではＡｔ２０中に分散したＺｒ
Ｏ□の冷却中での変態によシ発生するマイクロクラ、り
による靭性改善が報告されている。しかしながら、この
方法ではマイクロクラ、りが潜在するため、強度の改善
にはいたらなかった。At20. In order to improve the toughness of ceramics, Z
Adding rO2 is well known, and West German Publication No. 2549652 describes the addition of ZrO2 dispersed in At20.
It has been reported that toughness is improved by microcracks generated by transformation during cooling of O□. However, this method did not lead to an improvement in strength due to latent microcracks and cracks.

その後、米国特許第４３３１０４８号公報や日本公開特
許５８−１５０７４号公報で焼結体中のＺｒＯ□を正方
晶（を相）のまま残し、このｔ相が応力のかかったとこ
ろで、単斜晶（ｍ相）へ応力誘発変態することによシ応
力緩和を計シ、強靭化を達成しようという考え方が出さ
れている。この場合、ＺｒＯ２をｔ相として安定に残留
させることは文献（Ｚ、Ｗａｒｋｍｔｏｆｆｔｅｅｈ　
１３巻Ｐ、１３８）から見ると難しく、焼結体中のＺ　
ｒ　Ｏ２の粒径を０．５２μｍ以下にする必要があると
されている。After that, in U.S. Patent No. 4,331,048 and Japanese Patent Publication No. 58-15074, ZrO□ in the sintered body was left as a tetragonal (phase), and when this t phase was stressed, monoclinic ( An idea has been proposed to achieve stress relaxation and toughness through stress-induced transformation into the m-phase). In this case, it is known in the literature (Z, Workmtoffteeh
It is difficult to see from Vol. 13 P, 138) that Z in the sintered body
It is said that it is necessary to reduce the particle size of rO2 to 0.52 μm or less.

この困難さを解決するため、Ｙを使りて化学的に安定化
する方法が米国特許第４３１６９６４号公報及び文献（
Ｊ、Ｍａｔ、　Ｓｅｉ、　１７巻Ｐ、　２４７〜２６３
　）で提案されており、すぐれた強度が報告されている
。In order to solve this difficulty, a method of chemically stabilizing using Y has been proposed in US Pat. No. 4,316,964 and the literature (
J, Mat, Sei, Vol. 17, P, 247-263.
), and excellent strength has been reported.

〜〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、この提案では文献にも記載されているよ
うに、使用温度が上昇するにしたがって靭性は低下する
という欠点を持っており、使用時に温度のあがる〔切削
用工具〕に使った場合、高靭性という特徴を十分に生か
しきれない。第１図は上記文献よシ引用した図であシ、
温度と共に強度が劣化することを示した例である。この
理由は、ＺｒＯ□添加による強靭化がｔ相からｍ相への
応力による変態によるものであシ、温度が上がると高温
相であるｔ相が安定化しすぎ、応力下でｍ相へ変態しな
くなるためと考えられる。これを防ぐにはｔ相の安定度
を下げれば良いことになる。~ [Problem to be solved by the invention] However, as described in the literature, this proposal has the disadvantage that the toughness decreases as the usage temperature increases, and the temperature rises during usage. When used in cutting tools, the characteristics of high toughness cannot be fully utilized. Figure 1 is a diagram taken from the above-mentioned literature.
This is an example showing that strength deteriorates with temperature. The reason for this is that the toughening caused by the addition of ZrO□ is due to the transformation from the t-phase to the m-phase due to stress.As the temperature rises, the t-phase, which is a high-temperature phase, becomes too stable and transforms to the m-phase under stress. This is thought to be because it disappears. To prevent this, it is sufficient to lower the stability of the t-phase.

本発明は高温、高圧力下で特に靭性に優れたＡｔｏ５系
切削工具を提案することを目的とする。An object of the present invention is to propose an Ato5-based cutting tool that has particularly excellent toughness under high temperature and high pressure.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

そこで、本発明のセラミ、り切削工具は１８〜３０モル
チのＺ　ｒ　Ｏ２とＤ７の酸化物を前記ＺｒＯ□に対す
る割合で１．５〜２．５モルチ含み、残部が実質的にＡ
ｔ２０５から成り、かつＺｒＯ２の８０％以上はｔ相で
存在することを特徴とする。Therefore, the ceramic cutting tool of the present invention contains 18 to 30 moles of Z r O2 and 1.5 to 2.5 moles of D7 oxide relative to the ZrO□, and the remainder is substantially A.
t205, and 80% or more of ZrO2 is present in the t phase.

Ｄｙ酸化物の最も適切な量はＺ　ｒＯ２の量の２モルチ
である。そこでこの２モルチの前後の１．５〜２．５モ
ルチが望ましい。The most suitable amount of Dy oxide is 2 molar of the amount of ZrO2. Therefore, 1.5 to 2.5 molti around this 2 molti is desirable.

本発明においてＹの酸化物をＺ　ｒｏ　ｚに対する割合
で０．０５〜０．５モルチ含有することができる。In the present invention, the oxide of Y can be contained in a proportion of 0.05 to 0.5 mole relative to Z r z .

Ｄｙの酸化物はＹの酸化物と同様にｔ相を安定化させる
作用があるが、その挙動はＹの酸化物とやや異なる。す
なわち一般にｔ相は高温になるほど安定になるが、Ｄｙ
酸化物はＹの酸化物はど高温でのｔ相の安定化傾向が少
いことを発明者らは見出した。従りて高温においても応
力によってｔ相からｍ相へ変態が生じ強靭化が保たれる
。The oxide of Dy has the effect of stabilizing the t-phase like the oxide of Y, but its behavior is slightly different from that of the oxide of Y. In other words, the t-phase generally becomes more stable as the temperature increases, but Dy
The inventors have found that the oxide of Y has less tendency to stabilize the t-phase at high temperatures. Therefore, even at high temperatures, stress causes transformation from t-phase to m-phase, and toughness is maintained.

Ｄｙの酸化物は常温近傍においてＹの酸化物よυもやや
ｔ−４ｍ変態点が高くｔ相の存在量はやや少くなるが、
少量のＹ２Ｏ３を添加することでこの点は改善される。Dy oxides have a slightly higher t-4m transformation point than Y oxides at room temperature, and the amount of t phase present is slightly lower.
Adding a small amount of Y2O3 improves this point.

切削工具は加工中高温高負荷応力が加わるが、このよう
にＤｙ酸化物でＺｒＯ□を安定化させると常温から高温
において強靭性が保たれるため、良好な切削特性が期待
できる。Cutting tools are subjected to high temperature and high load stress during machining, but by stabilizing ZrO□ with Dy oxide in this way, toughness is maintained from room temperature to high temperature, so good cutting properties can be expected.

第２図はｔ相としたＺ　ｒ　０２の量をかえ、強度と硬
さの変化を示したものであυ、ｚｒＯ□が１８肇〜３０
％の範囲で硬さと抗折強度が共に高く、切削工具として
良好な性能が期待できる。Figure 2 shows the changes in strength and hardness by changing the amount of Z r 02 in the t phase.
% range, both hardness and bending strength are high, and good performance as a cutting tool can be expected.

第３図はｔ相安定化剤の添加量と１０００℃における抗
折強度の関係を示したものでＤ７２０．の添加量がＺｒ
Ｏ□菫に対し１．５〜２．５ｍｏｌチの範囲において高
い抗折強度を示すことがわかる。１．５ｍｏ１％未満で
はｔ相の安定化が不充分であり２．５ｍｏ１％を超える
と１０００℃付近でｔ相の安定化傾向が著しく強靭化が
望めない。Ｙ２Ｏ３を添加し九場合を相の安定化傾向が
大きく相対的に高温抗折力値が低い。Figure 3 shows the relationship between the amount of t-phase stabilizer added and the bending strength at 1000°C. The amount of Zr added is
It can be seen that high bending strength is exhibited in the range of 1.5 to 2.5 mol of O□ violet. If it is less than 1.5 mo1%, the stabilization of the t-phase is insufficient, and if it exceeds 2.5 mo1%, the tendency of stabilization of the t-phase is marked at around 1000° C., and toughening cannot be expected. When Y2O3 is added, the phase tends to be more stable and the high-temperature transverse rupture strength value is relatively low.

第４図は抗折強度の温度変化を示したものである。Ｚ　
ｒ　Ｏ２に対し２ｍｏ１％のＹ２Ｏ３を添加したものは
常温での抗折力値は高いが４００℃を越えると著しく低
下する。ＺｒＯ□に対し２ｍｏｌチのＤｙ２０゜を添加
したものは常温における抗折強度はＹ２Ｏ。FIG. 4 shows the change in bending strength with temperature. Z
The transverse rupture strength value of the material in which 2 mo1% of Y2O3 is added to rO2 is high at room temperature, but it decreases significantly when the temperature exceeds 400°C. When 2 mol of Dy20° is added to ZrO□, the bending strength at room temperature is Y2O.

に比べてやや低いか高温にまで強度低下が観察されない
。常温で抗折強度が低い原因はｍ相への変態量がＹ２Ｏ
，に比べてやや多いためと推測された。No decrease in strength is observed even at slightly lower or higher temperatures compared to . The reason for the low bending strength at room temperature is the amount of Y2O transformed into the m phase.
This is thought to be because the number is slightly higher than that of .

Ｚ　ｒ　Ｏ５に対し２ｍｏ１チのＤｙ２Ｏ３および０．
１ｍｏ１％のＹ２Ｏ３を添加した場合常温から高温に到
るまで高い抗折強度を示す。少量の添加が低温でのｍ相
への変態量を減少させたためである。Z r O5 with 2 mol of Dy2O3 and 0.
When 1 mo1% of Y2O3 is added, high bending strength is exhibited from room temperature to high temperature. This is because the addition of a small amount reduced the amount of transformation to m-phase at low temperatures.

第５図にＺ　ｒｏ　２に対し２ｍｏ１％のＤｙ２Ｏ３に
さらにＹ２Ｏ，を添加した場合の抗折強度の変化を示す
。FIG. 5 shows the change in bending strength when Y2O is further added to Dy2O3 in an amount of 2 mo1% based on Z ro 2.

Ｙ２Ｏ３添加量が０．０５ｍｏ１％未満では常温での抗
折強度が低（，９，５ｍｏｌチを越えると高温での抗折
強度が低下する。従りてＹ２Ｏ，量は０．０５〜０．５
ｍｏｌチの範囲が望ましい。If the amount of Y2O3 added is less than 0.05 mol%, the flexural strength at room temperature will be low (and if it exceeds 9.5 mol, the flexural strength at high temperature will decrease. Therefore, the amount of Y2O should be 0.05-0. 5
A range of mol.

〔実施例〕〔Example〕

表１に各種組成を有するセラミック工具の７ランク摩耗
量を示す。切削条件は表２に示す。Table 1 shows the seven ranks of wear amounts of ceramic tools with various compositions. The cutting conditions are shown in Table 2.

表１　　　（ｍｏｌチ） Ｏ印は本発明 表２ このように硬さおよび常温、高温の抗折強度に優れる本
発明は切削テストにおいてもすぐれた耐摩耗性を示した
。Table 1 (mol) O indicates the present invention Table 2 As described above, the present invention, which is excellent in hardness and bending strength at room temperature and high temperature, also showed excellent wear resistance in the cutting test.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明はＺ　ｒ　Ｏ２の高温相（を相
）安定化剤としてＤ７の酸化物を選ぶことによシ、強度
の温度依頼性を改良し、切削特性にすぐれるセラミ、り
切削工具を提供するものである。なお圧密化手法として
ホウトゲレス、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）を使用する
ことも何ら本発明の効果を減するものではない。As described above, the present invention improves the temperature dependence of strength by selecting the D7 oxide as a stabilizer for the high temperature phase of ZrO2, and produces ceramics and resins with excellent cutting characteristics. The present invention provides cutting tools. Note that the use of Houtgeles or hot isostatic pressing (HIP) as a consolidation method does not reduce the effects of the present invention in any way.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図はＡｔ２０５−２９．３　ｍｏｌ　’１６　Ｚｒ
Ｏ２にＹ２Ｏ５を２ｍｏ１％添加した材料における曲げ
強さの温度依存性を示す図、第２図はＺｒＯ２量と抗折
強度、硬さの関係を示す図、第３図は高温における抗折
強度とＺｒＯ□安定化安定色剤量関を示す図、第４図は
抗折強度の温度変化を示す図、第５図はＤ７２０．に加
えてＺ　ｒ　Ｏ２の安定化剤としてＹ２Ｏ３を加えた場
合の抗折強度の変化を示す図である。 ゛、Ｒ９゛掃 第１図 温度 第２図 ＺｒＯ２量（モル’／、） 第３図 を相安定化剤量（ＺｒＯ２に対するｍｏＬ’ん）第４図 温　度　じＣ） 第５図Figure 1 shows At205-29.3 mol '16 Zr
A diagram showing the temperature dependence of bending strength in a material in which 2 mo1% of Y2O5 is added to O2. Figure 2 is a diagram showing the relationship between the amount of ZrO2, bending strength, and hardness. Figure 3 is a diagram showing the relationship between bending strength and hardness at high temperatures. A diagram showing the relationship between ZrO□ stabilization and stabilizer colorant amount, FIG. 4 is a diagram showing the change in bending strength with temperature, and FIG. 5 is a diagram showing the relationship between D720. FIG. 3 is a diagram showing changes in bending strength when Y2O3 is added as a stabilizer for Z r O2 in addition to Z r O2. Figure 1 Temperature Figure 2 Amount of ZrO2 (mol'/,) Figure 3 Amount of phase stabilizer (moL' to ZrO2) Figure 4 Temperature Figure 5

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）１８〜３０モル％のＺｒＯ＿２とＤｙの酸化物を
前記ＺｒＯ＿２に対する割合で１．５〜２．５モル％含
み、残部が実質的にＡｌ＿２Ｏ＿３から成ることを特徴
とする耐摩耗性、靭性にすぐれたセラミック切削工具。(1) Wear resistance and toughness characterized by containing 18 to 30 mol % of ZrO_2 and Dy oxides in a ratio of 1.5 to 2.5 mol % to the ZrO_2, with the remainder consisting essentially of Al_2O_3 Excellent ceramic cutting tools. （２）特許請求の範囲第一項のものにおいてＹの酸化物
を前記ＺｒＯ＿２に対する割合で、０．０５〜０．５モ
ル％含有することを特徴とする耐摩耗性、靭性にすぐれ
たセラミック切削工具。(2) Ceramic cutting with excellent wear resistance and toughness, characterized in that it contains Y oxide in a proportion of 0.05 to 0.5 mol% relative to ZrO_2 in the first aspect of the claims. tool.