JPS639009B2 - - Google Patents
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- JPS639009B2 JPS639009B2 JP55185754A JP18575480A JPS639009B2 JP S639009 B2 JPS639009 B2 JP S639009B2 JP 55185754 A JP55185754 A JP 55185754A JP 18575480 A JP18575480 A JP 18575480A JP S639009 B2 JPS639009 B2 JP S639009B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
立方晶系窒化硼素は物質中ダイヤモンドに次い
で高硬度で、しかも良好な熱伝導性を有し、かつ
ダイヤモンドが問題としている鉄系金属との親和
性をもたず化学的にも非常に安定しているために
鉄系難削材の切削工具としての応用が期待されて
いる。 なお、近年超高圧焼結技術の進歩によつて立方
晶系窒化硼素粉末に金属またはセラミツクスを添
加して焼結した立方晶窒化硼素が工具に応用され
着実にその使用も増加しつゝあるが、金属で結合
した該焼結体の問題点は刃先部が高温にさらされ
るような切削条件下では結合金属の軟化による刃
先強度の低下によつて、その性能が著しく劣化す
ることなどが指摘されている。 他方、セラミツクスで結合したセラミツクスマ
トリツクスの立方晶系窒化硼素焼結体の工具は上
記した金属で結合した該焼結体工具にみられた不
具合はほゞ解決はしたものゝ立方晶系窒化硼素の
粒子とセラミツクス粒子との結合力が充分でない
ために切削中に立方晶系窒化硼素粒子が脱落して
しまう危険性があり、しかもセラミツクスの組成
によつては立方晶系窒化硼素焼結体が脆くなつて
しまう危険性もある。 本発明は以上のような問題点の解決を計るため
になしたもので、実際に工具を使用するにあたつ
ては耐摩耗性、耐熱性もさることながら、耐欠損
性にも優れていることが重大な条件となり、特に
立方晶系窒化硼素焼結体工具が生産性を重点にし
た自動運転機械に使用されたような場合にも突発
的な刃先の欠損を生じない工具を提供することを
目的とするものである。 本発明は立方晶系窒化硼素のマトリツクスとし
てTi.Zr.Hf.Ta.Siの窒化物系のセラミツクスの１
種または２種以上の混合粉末および相互固溶体粉
末または相互化合物粉末にAlN粉末を加え、さ
らにAl.Fe.Co.Niの１種または２種以上の混合粉
末および相互化合物粉末を添加し、マトリツクス
部のセラミツクスを全て窒化物系セラミツクスで
焼結した耐摩耗性、耐熱性、耐欠損性に優れた切
削用の立方晶系窒化硼素焼結体の工具である。 以上の如く、Ti.Zr.Hf.Ta.Siの窒化物の粉末に
AlN粉末を添加、さらに、Al.Fe.Co.Niの粉末を
添加したものを立方晶系窒化硼素のマトリツクス
として用いた主たる理由は、高硬度な難削材料
（HRC50以上）の切削時において刃先の温度は
1200℃近辺まで上昇することもあり、また高硬度
材料を断続切削する場合、工具には大きな機械的
衝撃応力が繰り返し加わるが、このような過酷な
条件下での立方晶系窒化硼素焼結体の工具として
の性能はマトリツクスの組成に大きく依存され
る。 従つて、マトリツクスの組成に要求される特性
は、耐摩耗性、耐熱性は勿論必要であるが、上記
した様な断続切削に工具をもちいる場合は特に耐
熱衝撃性と耐欠損性に優れ、かつマトリツクス成
分の各粒子が強固に立方晶系窒化硼素粒子と結合
して該立方晶系窒化硼素粒子を強固に保持してい
ることが必要である。 以上の様な観点にたち、種々の供試材料を用い
て多数の試験研究の結果、マトリツクス成分の特
性を満足し得るマトリツクス素材として、Ti.Zr.
Hf.Ta.Siの窒化物の単体または複合したセラミ
ツクスにAlNを添加した場合において特にマト
リツクス特性の改良に効果を有することが判明し
た。 なお、前記したセラミツクスの１種または２種
以上の混合粉末あるいは相互化合物粉末または相
互固溶体粉末の立方晶系窒化硼素焼結体に占める
割合は、体積比で69〜15％の範囲内で決定すべき
で、これが69体積％を超えると立方晶系窒化硼素
焼結体の硬度の低下すなわち立方晶系窒化硼素焼
結体工具として耐摩耗性が低下するし、逆に15体
積％を下回ると立方晶系窒化硼素の粒子間へのセ
ラミツクスの分散が不均一なものとなり、該焼結
体の靭性は著しく劣化する。 また、AlNを添加する理由としてはAlNは焼
結時に立方晶系窒化硼素粒子と上記セラミツクス
の結合を強固にするための焼結助材的な役目を果
たすもので、AlNを添加した場合、立方晶系窒
化硼素焼結体は非常に緻密で靭性を備えたものに
なる。このAlNの添加量は体積で１〜20％の範
囲が良好な焼結体が得られるが、１％以下になる
と立方晶系窒化硼素粒子とマトリツクスのセラミ
ツクス粒子との結合度が不充分となり、20％以上
になると立方晶系窒化硼素粒子とマトリツクスで
あるセラミツク粒子の結合度は充分であるがマト
リツクス部の強度が低下するので好ましくない。 ちなみに、マトリツクス中にAl.Fe.Ni.Coの１
種または２種以上の混合粉末、および相互化合物
粉末を体積で１〜15％添加した狙いは後述する焼
結条件下において、これら溶融金属が立方晶系窒
化硼素粒子間あるいは立方晶系窒化硼素粒子−マ
トリツクス粒子間およびマトリツクス粒子−マト
リツクス粒子間に溶浸されて静水圧性を保障する
と同時に立方晶系窒化硼素の逆変換防止材として
作用させ緻密で良好な焼結体を得ることに寄与せ
しめることにある。 但し、これら金属粉末の添加量は該焼結体中に
体積で１％を下回ると焼結性が劣化しポアが多発
し良好な焼結体が得られなくなり、また、該粉末
の添加量が体積で15％を超えると焼結性は良好な
ものとなるが、該焼結体の耐摩耗性、耐熱性に悪
影響を与えるので好ましくない。 以下、本発明に関し具体例を挙げて説明する。 本発明の立方晶系窒化硼素焼結体工具を焼結す
るに際して用いた超電圧高温発生装置は、ベルト
型装置を使用したが、所望の圧力、温度の発生に
耐え得る装置であれば、その種類などは問うもの
ではない。 立方晶系窒化硼素粉末の粒子間に充填する材料
としては前述のセラミツクス系マトリツクス材料
と金属粉末を加えた後ボールミルで充分に混合し
たものを原料粉末として使用する。 このようにあらかじめ準備した原料を反応容器
中に充填し、超高圧高温下での焼結反応をおこな
う。この焼結反応は約1300〜1500℃の温度と40〜
60キロバールの圧力を少なくとも15分以上保持し
ておこなつた。 その結果得られた焼結体は緻密で高硬度を有
し、耐欠損性、耐熱衝撃性、耐摩耗性に富む立方
晶系窒化硼素焼結体であつた。この焼結体を用い
てスローアウエイチツプを作り、この試料を基に
各種の切削テストを試みた結果、きわめて優れた
成績であつた。 以下実施例を述べる。 実施例 １ 平均粒径5μの立方晶系窒化硼素粉末を60体積
％と平均粒径2μのTiN粉末10体積％、平均粒径
2μのTaN粉末10体積％、平均粒径2μのAlN粉末
10体積％、350メツシユ以下のAl粉末７体積％、
350メツシユ以下のCo粉末３体積％からなる混合
粉末をボールミルで約50時間混合撹拌し、原料粉
末とした。反応容器内に該原料粉末を充填し、そ
の後55キロバール．1400℃の圧力温度条件下に、
約20分間保持し、その後冷却と同時に圧力の除去
をおこなつた。 これによつてマイクロビツカース硬度3100Kg／
mm2の硬度を有する硬質で、かつ緻密な焼結体を得
た。 この焼結体を使つてSNG433のスローアウエイ
チツプを作成し、すり割溝を形成したSKD11
（JISG4404合金鋼鋼材D11種、HRc60）の被削材
を切削速度70ｍ／min、切り込み0.5mm、１回転
当りの送り0.15mmの条件で湿式旋削による断続切
削試験をおこなつた。 その結果、上記テストを10回それぞれ10分間ず
つ切削したが、いずれのチツプもカケ、チツピン
グ等の不具合は発生せず正常な摩耗であつた。 実施例 ２ 表−１に示した原料粉末を同表のとおりの割合
で試料１から試料７までの供試品を同表に示した
条件で超高圧高温発生装置を用いて焼結した。な
お、同表に各供試焼結体の硬度を示した。
で高硬度で、しかも良好な熱伝導性を有し、かつ
ダイヤモンドが問題としている鉄系金属との親和
性をもたず化学的にも非常に安定しているために
鉄系難削材の切削工具としての応用が期待されて
いる。 なお、近年超高圧焼結技術の進歩によつて立方
晶系窒化硼素粉末に金属またはセラミツクスを添
加して焼結した立方晶窒化硼素が工具に応用され
着実にその使用も増加しつゝあるが、金属で結合
した該焼結体の問題点は刃先部が高温にさらされ
るような切削条件下では結合金属の軟化による刃
先強度の低下によつて、その性能が著しく劣化す
ることなどが指摘されている。 他方、セラミツクスで結合したセラミツクスマ
トリツクスの立方晶系窒化硼素焼結体の工具は上
記した金属で結合した該焼結体工具にみられた不
具合はほゞ解決はしたものゝ立方晶系窒化硼素の
粒子とセラミツクス粒子との結合力が充分でない
ために切削中に立方晶系窒化硼素粒子が脱落して
しまう危険性があり、しかもセラミツクスの組成
によつては立方晶系窒化硼素焼結体が脆くなつて
しまう危険性もある。 本発明は以上のような問題点の解決を計るため
になしたもので、実際に工具を使用するにあたつ
ては耐摩耗性、耐熱性もさることながら、耐欠損
性にも優れていることが重大な条件となり、特に
立方晶系窒化硼素焼結体工具が生産性を重点にし
た自動運転機械に使用されたような場合にも突発
的な刃先の欠損を生じない工具を提供することを
目的とするものである。 本発明は立方晶系窒化硼素のマトリツクスとし
てTi.Zr.Hf.Ta.Siの窒化物系のセラミツクスの１
種または２種以上の混合粉末および相互固溶体粉
末または相互化合物粉末にAlN粉末を加え、さ
らにAl.Fe.Co.Niの１種または２種以上の混合粉
末および相互化合物粉末を添加し、マトリツクス
部のセラミツクスを全て窒化物系セラミツクスで
焼結した耐摩耗性、耐熱性、耐欠損性に優れた切
削用の立方晶系窒化硼素焼結体の工具である。 以上の如く、Ti.Zr.Hf.Ta.Siの窒化物の粉末に
AlN粉末を添加、さらに、Al.Fe.Co.Niの粉末を
添加したものを立方晶系窒化硼素のマトリツクス
として用いた主たる理由は、高硬度な難削材料
（HRC50以上）の切削時において刃先の温度は
1200℃近辺まで上昇することもあり、また高硬度
材料を断続切削する場合、工具には大きな機械的
衝撃応力が繰り返し加わるが、このような過酷な
条件下での立方晶系窒化硼素焼結体の工具として
の性能はマトリツクスの組成に大きく依存され
る。 従つて、マトリツクスの組成に要求される特性
は、耐摩耗性、耐熱性は勿論必要であるが、上記
した様な断続切削に工具をもちいる場合は特に耐
熱衝撃性と耐欠損性に優れ、かつマトリツクス成
分の各粒子が強固に立方晶系窒化硼素粒子と結合
して該立方晶系窒化硼素粒子を強固に保持してい
ることが必要である。 以上の様な観点にたち、種々の供試材料を用い
て多数の試験研究の結果、マトリツクス成分の特
性を満足し得るマトリツクス素材として、Ti.Zr.
Hf.Ta.Siの窒化物の単体または複合したセラミ
ツクスにAlNを添加した場合において特にマト
リツクス特性の改良に効果を有することが判明し
た。 なお、前記したセラミツクスの１種または２種
以上の混合粉末あるいは相互化合物粉末または相
互固溶体粉末の立方晶系窒化硼素焼結体に占める
割合は、体積比で69〜15％の範囲内で決定すべき
で、これが69体積％を超えると立方晶系窒化硼素
焼結体の硬度の低下すなわち立方晶系窒化硼素焼
結体工具として耐摩耗性が低下するし、逆に15体
積％を下回ると立方晶系窒化硼素の粒子間へのセ
ラミツクスの分散が不均一なものとなり、該焼結
体の靭性は著しく劣化する。 また、AlNを添加する理由としてはAlNは焼
結時に立方晶系窒化硼素粒子と上記セラミツクス
の結合を強固にするための焼結助材的な役目を果
たすもので、AlNを添加した場合、立方晶系窒
化硼素焼結体は非常に緻密で靭性を備えたものに
なる。このAlNの添加量は体積で１〜20％の範
囲が良好な焼結体が得られるが、１％以下になる
と立方晶系窒化硼素粒子とマトリツクスのセラミ
ツクス粒子との結合度が不充分となり、20％以上
になると立方晶系窒化硼素粒子とマトリツクスで
あるセラミツク粒子の結合度は充分であるがマト
リツクス部の強度が低下するので好ましくない。 ちなみに、マトリツクス中にAl.Fe.Ni.Coの１
種または２種以上の混合粉末、および相互化合物
粉末を体積で１〜15％添加した狙いは後述する焼
結条件下において、これら溶融金属が立方晶系窒
化硼素粒子間あるいは立方晶系窒化硼素粒子−マ
トリツクス粒子間およびマトリツクス粒子−マト
リツクス粒子間に溶浸されて静水圧性を保障する
と同時に立方晶系窒化硼素の逆変換防止材として
作用させ緻密で良好な焼結体を得ることに寄与せ
しめることにある。 但し、これら金属粉末の添加量は該焼結体中に
体積で１％を下回ると焼結性が劣化しポアが多発
し良好な焼結体が得られなくなり、また、該粉末
の添加量が体積で15％を超えると焼結性は良好な
ものとなるが、該焼結体の耐摩耗性、耐熱性に悪
影響を与えるので好ましくない。 以下、本発明に関し具体例を挙げて説明する。 本発明の立方晶系窒化硼素焼結体工具を焼結す
るに際して用いた超電圧高温発生装置は、ベルト
型装置を使用したが、所望の圧力、温度の発生に
耐え得る装置であれば、その種類などは問うもの
ではない。 立方晶系窒化硼素粉末の粒子間に充填する材料
としては前述のセラミツクス系マトリツクス材料
と金属粉末を加えた後ボールミルで充分に混合し
たものを原料粉末として使用する。 このようにあらかじめ準備した原料を反応容器
中に充填し、超高圧高温下での焼結反応をおこな
う。この焼結反応は約1300〜1500℃の温度と40〜
60キロバールの圧力を少なくとも15分以上保持し
ておこなつた。 その結果得られた焼結体は緻密で高硬度を有
し、耐欠損性、耐熱衝撃性、耐摩耗性に富む立方
晶系窒化硼素焼結体であつた。この焼結体を用い
てスローアウエイチツプを作り、この試料を基に
各種の切削テストを試みた結果、きわめて優れた
成績であつた。 以下実施例を述べる。 実施例 １ 平均粒径5μの立方晶系窒化硼素粉末を60体積
％と平均粒径2μのTiN粉末10体積％、平均粒径
2μのTaN粉末10体積％、平均粒径2μのAlN粉末
10体積％、350メツシユ以下のAl粉末７体積％、
350メツシユ以下のCo粉末３体積％からなる混合
粉末をボールミルで約50時間混合撹拌し、原料粉
末とした。反応容器内に該原料粉末を充填し、そ
の後55キロバール．1400℃の圧力温度条件下に、
約20分間保持し、その後冷却と同時に圧力の除去
をおこなつた。 これによつてマイクロビツカース硬度3100Kg／
mm2の硬度を有する硬質で、かつ緻密な焼結体を得
た。 この焼結体を使つてSNG433のスローアウエイ
チツプを作成し、すり割溝を形成したSKD11
（JISG4404合金鋼鋼材D11種、HRc60）の被削材
を切削速度70ｍ／min、切り込み0.5mm、１回転
当りの送り0.15mmの条件で湿式旋削による断続切
削試験をおこなつた。 その結果、上記テストを10回それぞれ10分間ず
つ切削したが、いずれのチツプもカケ、チツピン
グ等の不具合は発生せず正常な摩耗であつた。 実施例 ２ 表−１に示した原料粉末を同表のとおりの割合
で試料１から試料７までの供試品を同表に示した
条件で超高圧高温発生装置を用いて焼結した。な
お、同表に各供試焼結体の硬度を示した。
【表】
上表により焼結した各組成の立方晶系窒化硼素
焼結体によりスローアウエイチツプを作り、実施
例１と同様のテストをおこなつたが、いずれの試
料（スローアウエチツプ）もカケ、チツピング等
の不具合は発生せず正常な摩耗を示す好結果を得
た。
焼結体によりスローアウエイチツプを作り、実施
例１と同様のテストをおこなつたが、いずれの試
料（スローアウエチツプ）もカケ、チツピング等
の不具合は発生せず正常な摩耗を示す好結果を得
た。
Claims (1)
- １ 平均粒径が20μ以下の立方晶系窒化硼素粉末
を30〜70体積％含有し、その残部がTi、Zr、Hf、
Ta、Siの窒化物の１種または２種以上の混合粉
末および相互固溶体粉末あるいは相互化合物粉末
と１〜20体積％のAlNの粉末を69〜15体積％と、
体積で１〜15％のAl、Fe、Co、Niの内の１種ま
たは２種以上の混合粉末および相互化合物粉末を
添加して焼結した切削工具用の立方晶系窒化硼素
焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55185754A JPS57110648A (en) | 1980-12-26 | 1980-12-26 | Sintered body of cubic system boron nitride |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55185754A JPS57110648A (en) | 1980-12-26 | 1980-12-26 | Sintered body of cubic system boron nitride |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57110648A JPS57110648A (en) | 1982-07-09 |
| JPS639009B2 true JPS639009B2 (ja) | 1988-02-25 |
Family
ID=16176274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55185754A Granted JPS57110648A (en) | 1980-12-26 | 1980-12-26 | Sintered body of cubic system boron nitride |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57110648A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0378607U (ja) * | 1989-12-04 | 1991-08-09 | ||
| KR20220023288A (ko) | 2020-08-20 | 2022-03-02 | 주식회사 히타치하이테크 | 하전 입자빔 장치 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61201751A (ja) * | 1985-03-04 | 1986-09-06 | Nippon Oil & Fats Co Ltd | 高硬度焼結体およびその製造方法 |
-
1980
- 1980-12-26 JP JP55185754A patent/JPS57110648A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0378607U (ja) * | 1989-12-04 | 1991-08-09 | ||
| KR20220023288A (ko) | 2020-08-20 | 2022-03-02 | 주식회사 히타치하이테크 | 하전 입자빔 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57110648A (en) | 1982-07-09 |
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