CN110719966B - 金属陶瓷、包括该金属陶瓷的切削工具及制造金属陶瓷的方法 - Google Patents

Abstract

一种金属陶瓷，包括：含有碳氮化物的硬质相，所述碳氮化物含有Ti和Nb；以及含有铁族元素的金属结合相。硬质相包括粒状的芯部和覆盖芯部的至少一部分的周边部。芯部含有表示为Ti_1‑X‑YNb_XW_YC_1‑ZN_Z的复合碳氮化物，其中Y为0以上0.05以下且Z为0.3以上0.6以下。与芯部相比，周边部的组成中W的含量更高。

Description

金属陶瓷、包括该金属陶瓷的切削工具及制造金属陶瓷的 方法

技术领域

本发明涉及金属陶瓷、包括该金属陶瓷的切削工具及制造金属陶瓷的方法。

背景技术

已知硬质合金和金属陶瓷是含有Ti的硬质材料。由于这种硬质材料具有优异的耐磨性，因此适合用于切削工具和耐磨工具。例如，

WO2010/008004(专利文献1)公开了由硬质相和结合相构成的烧结硬质合金，该硬质相含有相对于全部硬质相而言至少90体积％的表示为(Ti_1-xM_x)(C_1-yN_y)的复合碳氮化物固溶体。WO2011/136197(专利文献2)公开了一种金属陶瓷，该金属陶瓷包括由表示为(Ti_1-x-yL_xMo_y)(C_1-zN_z)的复合碳氮化物固溶体构成的第一硬质相、由WC构成的第二硬质相以及主要由Co和Ni两者或Co和Ni中的一者构成的结合相。

引用列表

专利文献

专利文献1：WO2010/008004

专利文献2：WO2011/136197

发明内容

根据本公开的一种方式的金属陶瓷包括：含有碳氮化物的硬质相，所述碳氮化物含有Ti和Nb；以及含有铁族元素的金属结合相。硬质相包括粒状的芯部和覆盖芯部的至少一部分的周边部。芯部含有表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物，其中Y为0以上0.05以下且Z为0.3以上0.6以下。与芯部相比，周边部的组成中W的含量更高。

根据本公开的一种方式的切削工具包括金属陶瓷。

根据本公开的一种方式的制造金属陶瓷的方法是包括以下步骤的制造金属陶瓷的方法：得到第一粉末，所述第一粉末由表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物构成；通过将所述第一粉末、含有W的第二粉末和含有铁族元素的第三粉末混合，从而得到混合粉末；通过将所述混合粉末加压成形，从而得到成形体；以及通过将所述成形体烧结，从而得到烧结体。Y为0以上0.05以下，Z为0.3以上0.6以下。所述得到第一粉末包括以下操作：通过将含有Ti和Nb两种元素或Ti、Nb和W三种元素的氧化物粉末和含有碳的碳源粉末混合，从而得到氧化物混合粉末；通过将所述氧化物混合粉末造粒，从而得到造粒体；通过在含有氮气的气氛中、在1800℃以上的温度下对所述造粒体进行热处理，从而得到由所述复合碳氮化物构成的粉末前体；以及通过将所述粉末前体破碎，从而得到所述第一粉末。

附图说明

图1为示意性地示出根据本实施方案的金属陶瓷的截面的示意图。

图2示出了通过对样品11中的金属陶瓷的截面进行拍摄而得到的电子显微照片的一个实例。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

在专利文献1的烧结硬质合金中，硬质相中所含的复合碳氮化物固溶体表示为(Ti_1-xM_x)(C_1-yN_y)。复合碳氮化物固溶体中的M表示选自由W、Mo、Nb、Zr和Ta构成的组中的至少一种元素，x为0.05以上0.5以下，并且y为0.01以上0.75以下。由于这种烧结硬质合金在硬质相和结合相之间的界面处的结合力不足，因而难以同时获得耐磨性和耐破损性。

在专利文献2的金属陶瓷中，第一硬质相中的复合碳氮化物固溶体表示为(Ti_{1-x- y}L_xMo_y)(C_1-zN_z)。在该化学式中，L表示选自由Zr、Hf、Nb和Ta构成的组中的至少一种元素，x为0.01以上0.5以下，y为0.03以上0.05以下，并且z为0.05以上0.75以下。由于Mo降低了碳氮化物本身的耐钢粘附性，因而Mo的含量优选较低。专利文献2的金属陶瓷中的复合碳氮化物固溶体的Mo的含量不低，这是因为Mo在全部金属元素(Ti、L和Mo)中所占的原子比为0.03以上。通过包括由WC构成的第二硬质相而使金属陶瓷的耐钢粘附性降低，这因而极大地影响了代表金属陶瓷的切削性能的耐破损性。

在这种情况下，本公开的目的是提供一种以均衡的方式获得耐磨性和耐破损性这两者的金属陶瓷、包括该金属陶瓷的切削工具及制造金属陶瓷的方法。

[本公开的效果]

根据以上所述，可以提供以均衡的方式获得耐磨性和耐破损性这两者的金属陶瓷、包括该金属陶瓷的切削工具及制造金属陶瓷的方法。

[本申请发明的实施方案的说明]

本发明人开发出了这样的金属陶瓷，该金属陶瓷中应用了表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物作为新原料。本发明人发现，表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物的热特性优于常规的Ti类化合物。特别地，本发明人发现通过适当地控制Nb、W和N的组成，可以获得高的机械强度。此外，本发明人还发现将含有该复合碳氮化物的硬质相构造成包括含有表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物的芯部以及与芯部相比组成中W的含量更高的周边部，能够提高硬质相和金属结合相之间的界面处的结合力，从而得到本公开。

首先列出并描述本发明的实施方案。

[1]根据本公开的一种方式的金属陶瓷包括：含有碳氮化物的硬质相，所述碳氮化物含有Ti和Nb；以及含有铁族元素的金属结合相。所述硬质相包括粒状的芯部和覆盖所述芯部的至少一部分的周边部。所述芯部含有表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物，其中Y为0以上0.05以下且Z为0.3以上0.6以下。与所述芯部相比，所述周边部的组成中W的含量更高。从而可以提供以均衡的方式获得耐磨性和耐破损性这两者的金属陶瓷。

[2]X优选为0.1以上0.6以下。从而可以获得显著的耐磨性和耐破损性。

[3]X进一步优选为0.1以上0.2以下。从而可以获得显著的耐磨性。

[4]X还进一步优选为0.4以上0.6以下。从而可以获得显著的耐破损性。

[5]优选地，所述金属陶瓷包含由WC构成的WC相，并且WC相的含量为1体积％以下。由于即使包括WC相也能够防止耐钢粘附性的降低，因而能够以更均衡的方式获得耐磨性和耐破损性两者。

[6]金属陶瓷优选不包括由WC构成的WC相。由于可以防止耐钢粘附性的降低，因而能够以更均衡的方式获得耐磨性和耐破损性。

[7]在芯部中，V、Cr和Mo的总量占Ti、Nb、W、V、Cr和Mo的总量的优选小于2原子％。由于可以充分地抑制V、Cr和Mo(代表使金属陶瓷的耐钢粘附性降低的元素)，因而能够以更均衡的方式获得耐磨性和耐破损性。

[8]芯部的平均晶体粒径优选为0.5μm以上3μm以下。从而可以获得更高的耐磨性和耐破损性。

[9]根据本公开的一种方式的切削工具包括金属陶瓷。从而可以提供具有归因于金属陶瓷的优异的耐磨性和耐破损性的切削工具。

[10]切削工具优选包括由金属陶瓷构成的基材和覆盖基材的覆膜。这种切削工具还可以具有归因于金属陶瓷的优异的耐磨性和耐破损性。

[11]根据本公开的一种方式的制造金属陶瓷的方法是包括以下步骤的制造金属陶瓷的方法：得到第一粉末，所述第一粉末由表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物构成；通过将所述第一粉末、含有W的第二粉末和含有铁族元素的第三粉末混合，从而得到混合粉末；通过将所述混合粉末加压成形，从而得到成形体；以及通过将所述成形体烧结，从而得到烧结体。Y为0以上0.05以下且Z为0.3以上0.6以下。所述得到第一粉末包括以下操作：通过将含有Ti和Nb两种元素或Ti、Nb和W三种元素的氧化物粉末和含有碳的碳源粉末混合，从而得到氧化物混合粉末；通过将所述氧化物混合粉末造粒，从而得到造粒体；通过在含有氮气的气氛中、在1800℃以上的温度下对所述造粒体进行热处理，从而得到由所述复合碳氮化物构成的粉末前体；以及通过将所述粉末前体破碎，从而得到所述第一粉末。从而能够制造以均衡的方式获得耐磨性和耐破损性这两者的金属陶瓷。

[本申请发明的实施方案的细节]

虽然在下文中将进一步详细描述本发明的实施方案(下文中也称为“本实施方案”)，但是本实施方案不限于此。下面将参照附图进行说明。

本文中的“A至B”表述形式是指范围的上限和下限(即，A以上B以下)。当没有给出A的单位而是仅给出B的单位时，A和B的单位相同。当本文中的化合物用化学式表示并且当对于原子比没有特别的限制时，可包括常规已知的所有原子比，并且原子比不必仅限于化学计量范围内的原子比。例如，当给出表达式“TiAlN”时，形成TiAlN的原子数之比不限于Ti:Al:N＝0.5:0.5:1，而是包括常规已知的所有原子比。这也适用于除“TiAlN”以外的化合物的表达式。在本实施方案中，显示为包含钛(Ti)、铝(Al)、硅(Si)、钽(Ta)、铬(Cr)、铌(Nb)或钨(W)等金属元素和氮(N)、氧(O)或碳(C)等非金属元素的化合物不一定必须具有化学计量组成。当本文所述的碳氮化物和复合碳氮化物表示为α_Xβ_Yγ_ZC_SN_T(金属αβγ和非金属CN)时，当满足X+Y+Z＝1的条件时，碳氮化物和复合碳氮化物可在(例如)0.6≤S+T≤1.0的范围内变化。本文中的“机械强度”是指包括耐磨性、耐破损性和弯曲强度等各种特性的机械强度。

<<金属陶瓷>>

如图1所示，根据本实施方案的金属陶瓷包括：含有碳氮化物的硬质相1，所述碳氮化物含有Ti和Nb；以及含有铁族元素的金属结合相2。硬质相1包括粒状的芯部11和覆盖芯部11的至少一部分的周边部12。芯部11含有表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物，其中Y为0以上0.05以下且Z为0.3以上0.6以下。与芯部11相比，周边部12的组成中W的含量更高。具有此类特征的金属陶瓷能够以均衡的方式获得耐磨性和耐破损性两者。

<硬质相>

如上所述，硬质相1包含碳氮化物，该碳氮化物含有Ti和Nb。特别地，硬质相1包括粒状的芯部11和覆盖芯部11的至少一部分的周边部12。芯部11含有表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物，其中Y为0以上0.05以下且Z为0.3以上0.6以下。与芯部11相比，周边部12的组成中W的含量更高。当硬质相1中粒状的芯部11的组成(Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z)具有上述范围内的原子比时，金属陶瓷可以具有高的机械强度。由于硬质相1包括芯部11和覆盖芯部11的至少一部分的周边部12，因而可以提高硬质相1与金属结合相2之间的密着强度。如图1所示，硬质相1中的芯部11和周边部12优选具有双重结构关系(所谓的核-壳结构)，其中芯部11部分地或完全地被周边部12覆盖。

(芯部)

芯部11含有表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物。X超过0且小于1，Y为0以上0.05以下，并且Z为0.3以上0.6以下。芯部11主要由Ti构成并且含有作为副成分的Nb。芯部可进一步包含作为第三成分的W。当X和Y的值在上述范围内时，金属陶瓷能够以均衡的方式获得耐磨性和耐破损性这两者。Nb的原子比X优选为0.1以上0.6以下，更优选0.1以上0.2以下，并且最优选0.13以上0.17以下。X还更优选为0.4以上0.6以下。W的原子比Y优选为0以上0.03以下。从将副成分和第三成分的添加量设定为至多固溶度极限并充分表现所添加的金属元素的效果的观点出发，Ti的原子比(1-X-Y)优选为0.75以上0.9以下。表示复合碳氮化物中碳和氮的原子比的Z优选为0.4以上0.6以下。虽然对芯部11的组成不应有特别的限制，只要表现出本公开的效果并且芯部的组成中W的含量低于周边部12中W的含量即可，但示例性组成包括Ti_0.9Nb_0.1C_0.5N_0.5、Ti_0.8Nb_0.15W_0.05C_0.4N_0.6和Ti_0.75Nb_0.2W_0.05C_0.6N_0.4。

在芯部11中，优选的是，V、Cr和Mo的总量占Ti、Nb、W、V、Cr和Mo的总量的小于2原子％。在芯部11中，更优选的是，V、Cr和Mo的总量占Ti、Nb、W、V、Cr和Mo的总量的1原子％以下。该含量最优选为0。

除主成分Ti、副成分Nb和第三成分W以外，芯部11可包含作为杂质或微量元素的上述V、Cr和Mo等元素。在本实施方案中，相对于所有这些金属元素，上述元素中V、Cr和Mo的总含量优选小于2原子％。由于可以充分地抑制V、Cr和Mo(其代表使金属陶瓷的耐钢粘附性降低的元素)，因而能够以更均衡的方式获得耐磨性和耐破损性这两者。当该含量为2原子％以上时，这些杂质可降低金属陶瓷的耐钢粘附性。

通过使用扫描电子显微镜(SEM)所附的能量色散X射线光谱仪(EDX)对沿任意面切削金属陶瓷而得到的切削面进行分析，可以确定芯部11中所含的复合碳氮化物的组成和原子比。例如可以通过准备一件金属陶瓷的切削面并利用仪器对该切削面中出现的硬质相1中所含的芯部11进行测定，从而得到芯部11中的复合碳氮化物(Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z)的组成和原子比。类似地，通过相同的测定方法对切削面中出现的WC相、周边部12或金属结合相2进行测定，还可以确定金属陶瓷中后文将描述的WC的含量(含有量)、周边部12中复合碳氮化物的组成和原子比以及金属结合相2中铁族元素的含量。在使用SEM观察之前，优选利用聚焦离子束(FIB)对切削面的表面进行抛光。

芯部11的平均晶体粒径(即，50％数量累积分布粒径(以下也表示为“芯部的D50”))优选为0.5μm以上3μm以下。即，切削面中出现的多个粒状的芯部11的D50优选为0.5μm以上3μm以下。由于特别是可以提高机械强度中的弯曲强度和韧性，因而能够获得更高的耐磨性和耐破损性。芯部11的D50更优选为1μm以上2μm以下。

通过对金属陶瓷的截面(切削面)的SEM图像进行图像分析，可以得到各芯部11的粒径。例如，可以使用ImageJ(https://imagej.nih.gov/ij/)作为用于图像分析的软件。芯部11的“粒径”是指最大Feret直径。将用于得到芯部11的D50的总体参数(即，芯部11的“粒径”的数量)设定为至少50并且优选至少100。从分析的准确性的观点出发，以3000至5000倍的放大倍率选取用于图像分析的SEM图像，并且优选通过设定多个视野来准备满足总体参数的芯部11的粒径的数量。

芯部11在金属陶瓷中所占的体积比率优选为5体积％以上60体积％以下。从而可以获得更高的耐磨性和耐破损性。芯部11在金属陶瓷中所占的体积比率更优选为10体积％以上50体积％以下。

可以按照芯部11的D50的分析从而得到芯部11在金属陶瓷中所占的体积比率。更具体而言，通过准备上述切削面，利用SEM以3000至5000倍的放大倍率观察该切削面，并利用上述软件分析图像，可以得到观察视野中的芯部11的面积比率。然后，通过将面积比率视为在切削面的深度方向上也是连续的，从而将面积比率定义为芯部11在金属陶瓷中所占的体积比率。由此可以得到芯部11在金属陶瓷中所占的体积比率。优选的是，基于在至少三个视野中选取一个切削面的SEM图像而准备的上述图像的分析来计算面积比率的平均值，将该平均值定义为芯部11在金属陶瓷中所占的体积比率。

(周边部)

如上所述，硬质相1包括覆盖芯部11的至少一部分的周边部12。特别地，硬质相1中的芯部11和周边部12优选具有双重结构关系(所谓的核-壳结构)，其中芯部11部分地或完全地被周边部12覆盖。

在后文将描述的烧结金属陶瓷的步骤(第四步骤)中形成周边部12。由于液相烧结中用作原料的复合碳氮化物(Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z)颗粒及其周围的含有W的颗粒(例如WC颗粒)的固溶体的形成以及再析出，从而在芯部11周围形成周边部12。在这种情况下，周边部12析出为复合碳氮化物，该复合碳氮化物的W含量高于芯部11中所含的复合碳氮化物(即，Ti_{1-X- Y}Nb_XW_YC_1-ZN_Z)的W含量。芯部11中的复合碳氮化物和周边部12中的复合碳氮化物的X和Z的值根据Y的值以及烧结期间的气氛(特别是气氛中的氮气分压)而变化，而由于含有W的颗粒(例如，WC颗粒)的固溶体的形成和再析出，使得周边部12中的复合碳氮化物中的Y的值增大。

周边部12用作密着层，其增强硬质相1和金属结合相2之间的密着强度。从而可以提高金属陶瓷的机械特性。周边部12可以部分地或完全地覆盖芯部11，只要能够表现出本公开的效果即可，并且对周边部12的厚度不应有限制。对周边部12的组成不应有特别的限制，只要能够表现出本公开的效果并且周边部的组成中W的含量比芯部11更高即可。周边部12的示例性组成可以包括Ti_0.8Nb_0.1W_0.1C_0.5N_0.5、Ti_0.75Nb_0.15W_0.1C_0.4N_0.6和Ti_0.7Nb_0.15W_0.15C_0.6N_0.4。

<金属结合相>

金属结合相2包含铁族元素。金属结合相2主要由铁族元素构成。除铁族元素以外，金属结合相2还可以包含由硬质相1引入的不可避免的元素以及痕量的杂质元素。从保持作为金属的状态并避免形成脆性中间化合物的观点出发，金属结合相2中的铁族元素的含量优选为90原子％以上，并且更优选95原子％以上。金属结合相2中的铁族元素的含量的上限为100原子％。铁族元素是指元素周期表中第四周期中的第8族、第9族和第10族元素，即，铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)。金属结合相2中所含的除铁族元素以外的元素的实例还包括钛和铌。

金属陶瓷中的金属结合相2优选主要由Co构成。金属结合相2中除Co以外的其他铁族元素的含量优选低于75体积％，并且更优选低于50体积％。

<WC相>

根据本实施方案的金属陶瓷优选不包含由WC构成的WC相。当加工材料由基于铁和钢的材料构成时，由于WC在金属陶瓷中过度析出而出现WC相，因而会由于WC与加工材料的粘附性而趋于降低金属陶瓷的耐磨性和耐破损性。然而，当为了设计韧性高的金属陶瓷而应包含WC时，金属陶瓷中WC相的含量优选为1体积％以下。即，金属陶瓷包含由WC构成的WC相，并且WC相的含量优选为1体积％以下。当金属陶瓷中的WC相的含量超过1体积％时，耐钢粘附性降低，并且趋于难以以均衡的方式获得耐磨性和耐破损性这两者。

可以通过与上述计算芯部11在金属陶瓷中所占的体积比率的方法相同的方法得到金属陶瓷中WC相的含量(体积％)。在通过SEM观察的视野(背散射电子图像)中，观察到WC颗粒为高亮度(白色)颗粒。在金属陶瓷的X射线衍射(XRD)分析中，可以基于处于背景水平的WC的衍射峰而确认金属陶瓷中不存在由WC构成的WC相。

[制造金属陶瓷的方法]

虽然对根据本实施方案的制造金属陶瓷的方法不应有特别的限制，但是优选以下方法。制造金属陶瓷的方法包括：得到第一粉末，该第一粉末由表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物构成(第一步骤)；通过将第一粉末、含有W的第二粉末和含有铁族元素的第三粉末混合，从而得到混合粉末(第二步骤)；通过将混合粉末加压成形，从而得到成形体(第三步骤)；以及通过将成形体烧结，从而得到烧结体(第四步骤)。在Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z中，Y为0以上0.05以下且Z为0.3以上0.6以下。在Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z中，X超过0且小于1。

<第一步骤>

第一步骤为得到第一粉末的步骤，该第一粉末由表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物构成。

得到第一粉末的步骤包括以下操作：通过将含有Ti和Nb两种元素或Ti、Nb和W三种元素的氧化物粉末和含有碳的碳源粉末混合，从而得到氧化物混合粉末(第一操作)；通过将氧化物混合粉末造粒，从而得到造粒体(第二操作)；通过在含有氮气的气氛中、在1800℃以上的温度下对造粒体进行热处理，从而得到由复合碳氮化物构成的粉末前体(第三操作)；以及通过将粉末前体破碎，从而得到第一粉末(第四操作)。

(第一操作)

在第一操作中，通过将含有Ti和Nb两种元素或Ti、Nb和W三种元素的氧化物粉末和含有碳的碳源粉末混合，从而得到氧化物混合粉末。

如上所述，氧化物粉末由含有Ti和Nb两种元素或Ti、Nb和W三种元素的氧化物构成。在这种情况下，可以容易地得到一次粒径小的第一粉末，从而能够使芯部的D50更小，例如，其D50为至多3μm。氧化物粉末可包含选自由V、Cr和Mo构成的组中的至少一种元素作为由用于制造的设备引入的成分。在这种情况下，在氧化物粉末中，相对于Ti、Nb、W、V、Cr和Mo的总量，V、Cr和Mo的总含量优选低于2原子％。氧化物粉末的具体实例包括含有TiO₂、Nb₂O₅和WO₃等氧化物的粉末的混合粉末。氧化物粉末可由Ti_0.9Nb_0.1O₂或Ti_0.9Nb_0.05W_0.05O₂等复合氧化物构成。除非与目的相反，否则可以改变各元素的氧化数或杂质的含量。

碳源粉末至少包含碳。碳源粉末优选包含石墨，并且更优选由石墨构成。在第一操作中，通过将碳源粉末和氧化物粉末混合，从而得到氧化物混合粉末。因此，在后文将描述的第三操作中，在含有氮气的气氛中，氧化物的还原反应、由还原的氧化物中的Ti和Nb的相互扩散引起的固溶体形成反应以及固溶体状态中的Ti和Nb的碳氮共渗反应可以同时且连续地进行。当氧化物粉末含有W时，在第三操作中，在含有氮气的气氛中，氧化物的还原反应、由Ti、Nb和W的相互扩散引起的固溶体形成反应以及固溶体状态中的Ti、Nb和W的碳氮共渗反应可以同时且连续地进行。从而可以有效地获得第一粉末。

可以将常规已知的方法用作将氧化物粉末和碳源粉末混合的方法。从减小氧化物混合粉末的50％数量累积分布粒径(以下也表示为“氧化物混合粉末的D50”)的观点出发，可以适当地采用具有高破碎功能的使用干式球磨机的混合方法和使用湿式球磨机的混合方法。还可以应用具有低破碎功能的使用回转式叶轮流体混合器(rotary blade fluidmixer)的混合方法。可以基于出现在利用SEM在10000倍的放大倍率下观察到的显微照片中出现的至少100个颗粒而得到氧化物混合粉末的D50。对于显微照片中出现的所有颗粒，使用图像分析软件(例如，ImageJ)计算与颗粒面积相等的圆的直径(等效圆直径)，并将颗粒的50％数量累积分布等效圆直径定义为氧化物混合粉末的D50。

(第二操作)

在第二操作中，通过将氧化物混合粉末造粒，从而得到造粒体。可以将常规已知的造粒方法用作第二操作中的造粒方法。造粒方法的实例包括使用诸如喷雾干燥器和挤出造粒机之类的已知设备的方法。对于造粒，例如，可以适当地将诸如蜡材料之类的结合剂成分用作结合剂。对造粒体的形状和尺寸不应有特别的限制。造粒体可以为(例如)直径为0.5mm至5mm且长度为5mm至20mm的圆柱形状。

(第三操作)

在第三操作中，通过在含有氮气的气氛中，在1800℃以上的温度下对造粒体进行热处理，从而得到由复合碳氮化物构成的粉末前体。在第三操作中，在含有氮气的气氛中，造粒体所含的氧化物粉末中的氧化物中的氧与碳源粉末中的碳反应，使得氧化物粉末中的Ti和Nb被还原。由于相互扩散，从而使还原的Ti和Nb的固溶体形成反应得以进行。还同时发生还原的Ti和Nb与气氛中的氮和碳源粉末中的碳的碳氮共渗反应。从而形成上述由表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物构成的粉末前体。气氛中所含的氮气用作复合碳氮化物的N的来源。

在第三操作中，当通过将含有Ti和Nb的金属粉末、含有Ti、Nb和W的金属粉末、含有Ti和Nb的碳氮化物粉末或含有Ti、Nb和W的碳氮化物粉末而不是氧化物粉末与碳源粉末混合而得到混合粉末并进行热处理时，不能得到由复合碳氮化物构成的粉末前体。这是因为含有Ti、Nb等的金属粉末的碳氮共渗反应会在热处理的早期进行，因此无法进行由Ti、Nb等的相互扩散引起的固溶体形成反应。由于含有Ti、Nb等的碳氮化物粉末即使在超过2000℃的高温区域也是化学稳定的，因而无法进行由Ti、Nb等的相互扩散引起的固溶体形成反应。

对第三操作中的热处理气氛不应有特别的限制，只要其为含有氮气的气氛即可。可以将纯N₂气体或通过将氢气(H₂气体)、氩气(Ar气体)、氦气(He气体)或一氧化碳气体(CO气体)混合到N₂气体中而得到的气体混合物用作气氛。

从氧化物粉末的还原反应、固溶体形成反应和碳氮共渗反应的进行和加速的观点出发，第三操作中的热处理期间的温度优选为1800℃以上，并且更优选2000℃以上。从防止由热处理得到的粉末前体的过度聚集的观点出发，温度优选为2400℃以下。

优选根据氧化物粉末的D50来调整第三操作中的热处理的时间。例如，当氧化物混合粉末的D50为0.3μm至0.5μm时，上述热处理的时间合适地为15分钟至60分钟。当D50的值较小时，第三操作中的热处理的时间优选较短。当D50的值较大时，第三操作中的热处理的时间优选较长。

在第三操作中，优选使用回转式连续热处理装置，如回转炉。该热处理装置包括倾斜的回转式反应管。该热处理装置还进一步包括加热回转式反应管的加热机构、用于将含有氮的气体导入回转式反应管中的气体导入口、用于将含有氮的气体从回转式反应管中排出的气体排出口、用于将造粒体引入回转式反应管中的投入口以及用于将粉末前体从回转式反应管中取出的取出口。这种热处理装置是优选的，因为该热处理装置可以在恒定条件下对造粒体进行热处理，因此该热处理装置可以连续有效地制造质量稳定的复合碳氮化物的粉末前体。

在第三操作中使用该热处理装置时，首先，通过使用加热机构将回转式反应管加热至1800℃以上的温度，并经由气体导入口导入含有氮的气体从而将回转式反应管的内部设定为氮气气氛。经由回转式反应管上部的投入口连续供应造粒体，使回转式反应管旋转并使造粒体移动通过回转式反应管的内部，从而对造粒体进行热处理。由此可以形成由复合碳氮化物构成的粉末前体。可以经由回转式反应管下部的取出口将粉末前体取出。

(第四操作)

在第四操作中，通过将粉末前体破碎，从而得到第一粉末。可以将常规已知的破碎方法用作第四操作中破碎粉末前体的方法。

<第二步骤>

第二步骤为通过将第一粉末、含有W的第二粉末和含有铁族元素的第三粉末混合，从而得到混合粉末的步骤。可以将常规已知的混合方法用作混合这些粉末的方法。方法的实例包括具有高破碎功能的使用干式球磨机的混合方法和使用湿式球磨机的混合方法，以及当粉末轻度聚集时具有低破碎功能的使用回转式叶轮流体混合器的混合方法。可以将市售可得的WC粉末用作含有W的第二粉末，并且可以将市售可得的Co粉末用作含有铁族元素的第三粉末。

<第三步骤>

第三步骤为通过将上述混合粉末加压成形，从而得到成形体的步骤。可以将常规已知的加压成形方法用作将混合粉末加压成形的方法。方法的实例包括通过用混合粉末填充模具并用冲头施加压力进行加压成形、冷等静压成形、注射成形和挤出成形。加压成形时的压力优选为0.5t/cm²(约50MPa)以上2.0t/cm²(约200MPa)以下。

<第四步骤>

第四步骤为通过烧结上述成形体从而得到烧结体的步骤。在烧结成形体的方法中，优选将成形体在产生液相的温度区域内保持规定的一段时间。烧结温度优选为1300℃以上1600℃以下。烧结温度更优选为1300℃以上1500℃以下。保持成形体的时间优选为0.5小时以上2小时以下，并且更优选1小时以上1.5小时以下。烧结期间的气氛优选为诸如氮气或氩气之类的惰性气体气氛或真空(约0.5Pa以下)。

在由此得到烧结体之后，可以根据需要通过对烧结体进行机械加工来获得作为最终产品的金属陶瓷。通过这种制造方法得到的金属陶瓷能够以均衡的方式获得耐磨性和耐破损性这两者。通过该制造方法得到的烧结体不一定需要诸如表面抛光之类的机械加工，并且可以维持烧结体的烧结外皮而制成最终产品(金属陶瓷)。

可以通过常规已知的成分分析技术得到第一粉末的组成和原子比。例如，可以通过诱导等离子体发射光谱法、高频燃烧或导热技术来确定粉末中的组成(金属、碳和氮)和含量。

从作为切削工具的应用中的可操作性以及实现高硬度和高韧性这两者的观点出发，第一粉末的50％数量累积分布粒径(以下也表示为第一粉末的D50)优选为0.3μm以上1.5μm以下。第一粉末的D50的测定方法可以与芯部的D50的测定方法相同或不同。与芯部的D50相似，第一粉末的D50可以使用SEM来测定。例如，可以使用激光衍射粒度分布测量仪器(商品名为“

MT3000II”，由MicrotracBEL Corp.制造)，将颗粒的折射率设定为2.4，从而测定D50。第一粉末的D50是指复合碳氮化物的一次颗粒的D50。

[切削工具]

根据本实施方案的切削工具包括金属陶瓷。从而可以提供以均衡的方式获得耐磨性和耐破损性这两者的切削工具。切削工具可以适合于用作钻头、端铣刀、钻头用可替换型刀片、端铣刀用可替换型刀片、铣削加工用可替换型刀片、旋削加工用可替换型刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥、切削钻头、耐磨工具或搅拌摩擦焊接用工具。

当将切削工具应用为可替换型刀片时，基材可以具有或不具有断屑器。在切削加工材料时用作切削中心部分的切削刃棱线部分可具有锐边(前刀面和后刀面相交的棱)、可被珩磨(具有R的锐边)、可具有负刃带(斜削)以及可被珩磨并具有负刃带。

根据本实施方案的切削工具包括由金属陶瓷构成的基材和覆盖基材的覆膜。由于此类切削工具还包括覆膜，因而除耐磨性以外，还能够获得更高的耐粘附性。覆膜可覆盖基材的整个表面或一部分(例如，切削刃棱线部分，该部分为对切削性能有很大贡献的区域)。对覆膜的组成不应有特别的限制，并且可以采用任何常规已知的覆膜。

可以采用常规已知的方法作为用覆膜覆盖由金属陶瓷构成的基材的方法。例如，可以采用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)。特别地，PVD的实例包括电阻热蒸镀、电子束(EB)蒸镀、分子束外延(MBE)、离子电镀、离子束沉积和溅射。

实施例

尽管下文将参照实施例进一步详细描述本发明，但本发明不限于此。

<<实施例1>>

<样品1至9及样品A至B中的金属陶瓷的制造>

(第一步骤)

准备作为氧化物粉末的市售可得的TiO₂粉末(尺寸为约0.5μm，并且由KojundoChemical Lab.Co.,Ltd.制造)和市售可得的Nb₂O₅粉末(尺寸为约1μm，并且由KojundoChemical Lab.Co.,Ltd.制造)。准备作为碳源粉末的市售可得的石墨粉末(尺寸为约5μm，并且由Kojundo Chemical Lab.Co.,Ltd.制造)。通过以实现表1中样品1至9所示的复合碳氮化物的化学组成以及样品A和B所示的碳氮化物的化学组成的混合比将粉末混合，从而得到对应于样品1至9及样品A至B的氧化物混合粉末(第一操作)。通过球磨法进行混合。

然后，通过利用挤出机(挤出孔径φ设定为2.5mm)将氧化物混合粉末造粒，从而得到平均直径为约2.4mm且平均长度为约10mm的圆柱形造粒体(第二操作)。用千分尺测定造粒体的平均直径和平均长度。

通过使用上述回转炉，在氮气氛中并在1800℃下对造粒体进行热处理，从而得到由复合碳氮化物或碳氮化物构成的粉末前体(第三操作)。造粒体通过回转炉中的加热区段需要约30分钟。

最后，使用已知的破碎机(使用φ4.5mm的超硬球作为破碎介质的转动球磨机)将粉末前体干式破碎(第四操作)。从而得到具有表1所示的化学组成的样品1至9中的复合碳氮化物的粉末(第一粉末)以及样品A和B中的碳氮化物的粉末。

(第二步骤)

通过将80体积％的上述第一粉末、作为第二粉末的5体积％的市售可得的WC粉末(商品名为“WC-25”，由Japan New Metals Co.,Ltd.制造)和作为第三粉末的15体积％市售可得的Co粉末(尺寸为约5μm，由Kojundo Chemical Lab.Co.,Ltd.制造)混合，从而得到混合粉末。通过球磨法进行混合48小时。

(第三步骤)

通过使用樟脑和乙醇对混合粉末进行造粒，并通过使用规定的模具(压力＝1.0t/cm²(约100MPa))将造粒体加压成形，从而得到成形体。

(第四步骤)

通过将成形体装入烧结炉，在减压(0.1kPa)的氮气氛中并在1500℃的烧结温度和1小时的保持时间的条件下将成形体烧结，从而得到烧结体，并将烧结体用作各样品1至9及样品A至B中的金属陶瓷。

使用上述方法，利用SEM所附的EDX分析金属陶瓷的硬质相的组成。从而证实了金属陶瓷中硬质相的芯部包含复合碳氮化物，该复合碳氮化物具有表1中各样品1至9及样品A至B所示的化学组成。进一步证实了硬质相包括周边部，与芯部中的复合碳氮化物的组成相比，周边部的组成中W的含量更高，并且周边部覆盖芯部的至少一部分。表1还示出了各样品1至9及样品A至B中金属陶瓷中的周边部的组成。

<样品1至9及样品A至B中的切削工具的制造>

通过利用编号#400(编号(#)表示细度，编号越大，表示越细)的金刚石砂轮磨掉烧结外皮(其为金属陶瓷的表面)的机械加工，使金属陶瓷成形为CNGN120408的工具形状。通过对成形为该工具形状的金属陶瓷进行切削刃处理，从而制造样品1至9及样品A至B中的切削工具。对这些切削工具进行以下切削试验。

<切削试验>

在以下条件下，对样品1至9及样品A至B中的切削工具进行耐磨性试验和耐破损性试验。表1示出了结果。当切削工具(金属陶瓷)的芯部所含的复合碳氮化物具有规定组成时，预期耐磨性试验和耐破损性试验均得到良好结果。

(耐磨性试验)

加工材料：SCM435

周速：230m/min

进给：0.15mm/rev

切削深度：1.0mm

切削油：使用

在耐磨性试验中，将直至各样品中的切削刃的后刀面磨损宽度为0.15mm以上时的切削时间(单位为分钟)确定为寿命。该时间越长，对耐磨性的评价越高。

(耐破损性试验)

加工材料：具有狭槽的SCM435

周速：300m/min

进给：0.3mm/rev

切削深度：1.5mm

切削油：使用

在耐破损性试验中，对直至各样品中的切削刃破损时切削刃与狭槽碰撞的次数进行评价。该次数越多，对耐破损性的评价越高。

表1

<讨论>

根据表1，可以看出，与根据比较例(样品A和B)的切削工具相比，根据实施例(样品1至9)的切削工具以均衡的方式获得了耐磨性和耐破损性这两者。

<<实施例2>>

<样品11至19及样品111至116中的金属陶瓷的制造>

(第一步骤)

准备作为氧化物粉末的市售可得的TiO₂粉末(尺寸为约0.5μm，并且由KojundoChemical Lab.Co.,Ltd.制造)、市售可得的Nb₂O₅粉末(尺寸为约1μm，并且由KojundoChemical Lab.Co.,Ltd.制造)和市售可得的WO₃粉末(纯度为3N，并且由Kojundo ChemicalLab.Co.,Ltd.制造)。准备作为碳源粉末的市售可得的石墨粉末(尺寸为约5μm，并且由Kojundo Chemical Lab.Co.,Ltd.制造)。将这些粉末以使得能够实现表2中样品11至19及样品111至116所示的复合碳氮化物的化学组成的混合比进行混合，从而得到对应于样品11至19及样品111至116的氧化物混合粉末(第一操作)。通过球磨法进行混合。

然后，通过利用挤出机(挤出孔径φ为2.5mm)将氧化物混合粉末造粒，从而得到平均直径为约2.4mm且平均长度为约10mm的圆柱形造粒体(第二操作)。用千分尺测定造粒体的平均直径和平均长度。

通过使用上述回转炉，在氮气氛中并在1800℃下对造粒体进行热处理，从而得到由复合碳氮化物构成的粉末前体(第三操作)。造粒体通过回转炉中的加热区段需要约30分钟。

最后，使用已知的破碎机(使用φ4.5mm的超硬球作为破碎介质的转动球磨机)将粉末前体干式破碎(第四操作)。从而得到样品11至19及样品111至116中的第一粉末，该第一粉末含有化学组成示于表2的复合碳氮化物。

通过上述方法鉴定第一粉末中的复合碳氮化物的组成。通过调整与上述氧化物粉末一同添加的碳源粉末的量以及用于热处理的氮气氛中的氮气浓度，可以控制复合碳氮化物中的C量和N量。

(第二步骤)

通过将86体积％的上述第一粉末、作为第二粉末的2体积％的市售可得的WC粉末(商品名为“WC-25”，由Japan New Metals Co.,Ltd.制造)、以及作为第三粉末的6体积％的市售可得的Co粉末(尺寸为约5μm，由Kojundo Chemical Lab.Co.,Ltd.制造)和6％体积的市售可得的Ni粉末(尺寸为约0.4μm，并且由Toho Titanium Co.,Ltd.制造)混合，从而得到混合粉末。通过湿式球磨法进行混合48小时。

(第三步骤)

通过使用樟脑和乙醇对混合粉末进行造粒并通过使用规定的模具(压力＝1.0t/cm²(约100MPa))将造粒体加压成形，从而得到成形体。

(第四步骤)

通过将成形体装入烧结炉，在减压(0.1kPa)的氮气氛中并在1500℃的烧结温度和1小时的保持时间的条件下将成形体烧结，从而得到烧结体，并将烧结体用作各样品11至19及样品111至116中的金属陶瓷。

使用上述方法，利用SEM所附的EDX分析金属陶瓷的硬质相的组成。从而证实了金属陶瓷中硬质相的芯部包含复合碳氮化物，该复合碳氮化物具有表2中各样品11至19及样品111至116所示的化学组成。进一步证实了硬质相包括周边部，与芯部的复合碳氮化物的组成相比，周边部的组成中W的含量更高，并且周边部覆盖芯部的至少一部分。表2示出了各样品11至19及样品111至116中金属陶瓷中的周边部的组成。图2还示出了由拍摄样品11中的金属陶瓷的截面而得到的SEM图像。在图2中，显示为深色(黑色)的区域表示芯部，并且覆盖芯部的至少一部分或全部并且以灰色示出的区域表示周边部。由芯部和周边部构成的区域形成硬质相。图2中以白色示出的区域表示金属结合相。

<样品11至19及样品111至116中的切削工具的制造>

通过利用编号#400(编号(#)表示细度，编号越大，表示越细)的金刚石砂轮磨掉烧结外皮(其为金属陶瓷的表面)的机械加工，使金属陶瓷成形为CNGN120408的工具形状。通过对成形为该工具形状的金属陶瓷进行切削刃处理，从而制造样品11至19及样品111至116中的切削工具。对这些切削工具进行以下切削试验。

<切削试验>

在以下条件下，对样品11至19及样品111至116中的切削工具进行耐磨性试验和耐破损性试验。表2示出了结果。当切削工具(金属陶瓷)的芯部所含的复合碳氮化物具有规定组成时，预期耐磨性试验和耐破损性试验均得到良好结果。

(耐磨性试验)

加工材料：SCM435

周速：250m/min

进给：0.3mm/rev

切削深度：1.5mm

切削油：无

在耐磨性试验中，将直至各样品中的切削刃的后刀面磨损宽度为0.15mm以上时的切削时间(单位为分钟)确定为寿命。该时间越长，对耐磨性的评价越高。

(耐破损性试验)

加工材料：具有狭槽的SCM435

周速：60m/min

进给：0.5mm/rev

切削深度：2.0mm

切削油：无

在耐破损性试验中，对直至各样品中的切削刃破损时切削刃与狭槽碰撞的次数进行评价。该次数越多，对耐破损性的评价越高。表2中“耐破损性”一栏中的“早期破损”表述是指由于在试验开始后随即破损而无法计数次数。

表2

<讨论>

根据表2，可以看出，与根据比较例(样品111至116)的切削工具相比，根据实施例(样品11至19)的切削工具以均衡的方式获得了耐磨性和耐破损性。

<<实施例3>>

<样品21至27中的金属陶瓷的制造>

在制造样品21至27中的金属陶瓷时，首先通过使用与实施例1中相同的氧化物粉末和碳源粉末进行第一步骤，从而得到第一粉末，该第一粉末中的复合碳氮化物由Ti_0.85Nb_0.15C_0.5N_0.5构成。通过将第一粉末、作为第二粉末的市售可得的WC粉末(商品名为“WC-25”，由Japan New Metals Co.,Ltd.制造)和作为第三粉末的市售可得的Co粉末(尺寸为约5μm，并且由Kojundo Chemical Lab.Co.,Ltd.制造)和市售可得的Ni粉末(尺寸为约0.4μm，并且由Toho Titanium Co.,Ltd.制造)以表3所示的混合组成进行混合，并通过湿式球磨法将粉末混合48小时，从而得到混合粉末(第二操作)。然后，通过进行与实施例1相同的第三步骤和第四步骤，从而制造样品21至27中的金属陶瓷。

表3中所示的混合组成一栏中的“TiNbCN”表示Ti_0.85Nb_0.15C_0.5N_0.5，并且例如，“82TiNbCN”表示混合粉末中包含82质量％的Ti_0.85Nb_0.15C_0.5N_0.5。

使用上述方法，利用SEM所附的EDX得到金属陶瓷中WC相的含量(体积％)。表3示出了结果。还利用SEM所附的EDX分析了金属陶瓷的硬质相的组成，并且证实了芯部由Ti_0.85Nb_0.15C_0.5N_0.5构成。进一步证实了硬质相包括周边部，与Ti_0.85Nb_0.15C_0.5N_0.5相比，周边部的组成中W的含量更高，并且周边部分覆盖芯部的至少一部分。例如，在样品21中，周边部中的复合碳氮化物由Ti_0.82Nb_0.14W_0.04C_0.52N_0.48构成。

<样品21至27中的切削工具的制造>

通过利用编号#400(编号(#)表示细度，编号越大，表示越细)的金刚石砂轮磨掉烧结外皮的机械加工，使金属陶瓷成形为SNGN120408的工具形状。通过对成形为该工具形状的金属陶瓷进行切削刃处理，从而制造样品21至27中的切削工具。对这些切削工具进行以下切削试验。

<切削试验>

在以下条件下，对样品21至27中的切削工具进行耐磨性试验和耐破损性试验。表3示出了结果。当切削工具中WC相的含量为1体积％以下时，预期耐磨性试验和耐破损性试验这两者均有良好结果。

(耐磨性试验)

加工材料：SCM435

周速：200m/min

进给：0.2mm/rev

切削深度：1.0mm

切削油：使用

在耐磨性试验中，将直至各样品中的切削刃的后刀面磨损宽度为0.15mm以上时的切削时间(单位为分钟)确定为寿命。该时间越长，对耐磨性的评价越高。

(耐破损性试验)

加工材料：具有狭槽的SCM435

周速：100m/min

进给：0.5mm/rev

切削深度：1.5mm

切削油：无

在耐破损性试验中，对直至各样品中的切削刃破损时切削刃与狭槽碰撞的次数进行评价。该次数越多，对耐破损性的评价越高。

表3

<讨论>

根据表3，可以理解，与WC相的含量超过1体积％的样品26至27中的切削工具(金属陶瓷)相比，WC相的含量为1体积％以下的样品21至24中的切削工具(金属陶瓷)的耐磨性和耐破损性这两者均较高。在样品25中，没有添加WC，并且没有形成组成中W的含量比芯部更高的周边部。因此，与样品21至24中的切削工具相比，样品25的耐磨性和耐破损性这两者均更差。样品25代表比较例，因为样品25不包括周边部。

<<实施例4>>

<样品31至37的制造>

在制造样品31至37中的金属陶瓷时，如下准备第一粉末：首先向第一粉末中添加V₂O₅(纯度为3N，由Kojundo Chemical Lab.Co.,Ltd.制造)、Cr₂O₃(尺寸为约3μm，并且由Kojundo Chemical Lab.Co.,Ltd.制造)和MoO₃(纯度为3N，由Kojundo Chemical Lab.Co.,Ltd.制造)，从而使复合碳氮化物的化学组成中包含杂质(V、Cr和Mo)，所述杂质在Ti、Nb、W、V、Cr和Mo的总量中所占的总含量(原子％)示于表4中。除此之外，通过进行与实施例2中相同的制造方法，以样品11中的方式制造样品31至37中的金属陶瓷。使金属陶瓷成形为CNGN120408。

通过将样品31至37中的金属陶瓷用作基材，并在以下PVD条件下使用由TiAlN构成的覆膜覆盖基材，从而制造样品31至37中的切削工具。

(PVD条件)

AlTi靶材(靶材组成为Al:Ti＝50:50)

电弧电流：100A

偏压：-100V

室内压力：4.0Pa

反应气体：氮气

在以下条件下，对样品31至37中的切削工具进行切削试验(耐破损性试验)。表4示出了结果。

(耐破损性试验)

加工材料：具有狭槽的SCM435

周速：60m/min

进给：0.6mm/rev

切削深度：2.0mm

切削油：无

在耐破损性试验中，将切削时间设定为1分钟，将在经过1分钟的时间点未观察到破损的样品确定为良品。对于经过1分钟时目视观察到破损的样品，观察到破损时的时间(秒)示于表4中。

表4

<讨论>

根据表4，可以理解，与样品34至37中的切削工具相比，样品31至33中的切削工具(其中V、Cr和Mo的总含量占Ti、Nb、W、V、Cr和Mo的总量的低于2原子％)的耐破损性更高。

<<实施例5>>

<样品41至46中的金属陶瓷的制造>

(第一步骤)

在制造样品41至46中的金属陶瓷时，首先通过使用与实施例2中相同的氧化物粉末和碳源粉末进行第一操作，从而得到与样品11中的氧化物混合粉末组成相同的氧化物混合粉末。在进行与实施例2中相同的第二操作之后，在第三操作中，通过在减压(0.1kPa)的氮气气氛中并在2200℃的烧结温度和1小时的保持时间的条件下进行热处理，从而得到粉末前体。接着，在第四操作中，通过将粉末前体破碎，从而得到一次颗粒的平均粒径(D50)为3.8μm的第一粉末。使用上述激光衍射粒度分布测量仪器测定平均粒径。

通过使用球磨机将具有上述粒径的第一粉末破碎，从而调节样品41至46中粉末的粒度，使得芯部具有如表5所示的粒径。

(第二步骤至第四步骤)

通过对上述粒度经调整的第一粉末进行与实施例2中相同的第二步骤至第四步骤，从而制造样品41至46中的金属陶瓷。

<样品41至46中的切削工具的制造>

通过与实施例2中相同的方法，使用样品41至46中的金属陶瓷制造样品41至46中的切削工具。在与实施例2中相同的条件下，对样品41至46中的切削工具进行耐磨性试验和耐破损性试验。表5示出了结果。由于样品42中的切削工具和样品11中的切削工具在芯部的粒径方面以及在制造方法方面彼此相同，因而在以下耐磨性试验和耐破损性试验中得到了相同的结果。

表5

<讨论>

根据表5，可以看出，与样品45至46中的切削工具相比，样品41至44中的切削工具(其中芯部的粒径为0.5μm至3μm)以均衡的方式获得了耐磨性和耐破损性两者。

尽管已经如上描述了本发明的实施方案和实施例，但是本来还旨在根据需要对上述各实施方案和实施例中的特征进行组合。

应当理解，本文公开的实施方案和实施例在每个方面都是说明性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的条款限定而不是由上述实施方案和实施例限定，并且旨在包括在与权利要求的条款等同的范围和含义内的任何修改。

附图标记列表

1硬质相；11芯部；12周边部；2金属结合相。

Claims (11)

1.一种金属陶瓷，包括：

含有碳氮化物的硬质相，所述碳氮化物含有Ti和Nb；以及

含有铁族元素的金属结合相，所述金属结合相中的所述铁族元素的含量为90原子％以上，

所述硬质相包括粒状的芯部和覆盖所述芯部的至少一部分的周边部，

所述芯部含有表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物，其中Y为0以上0.05以下且Z为0.3以上0.6以下，

与所述芯部相比，所述周边部的组成中W的含量更高。

2.根据权利要求1所述的金属陶瓷，其中

X为0.1以上0.6以下。

3.根据权利要求1或2所述的金属陶瓷，其中

X为0.1以上0.2以下。

4.根据权利要求1或2所述的金属陶瓷，其中

X为0.4以上0.6以下。

5.根据权利要求1或2所述的金属陶瓷，所述金属陶瓷包括由WC构成的WC相，其中

WC相的含量为1体积％以下。

6.根据权利要求1或2所述的金属陶瓷，所述金属陶瓷不包括由WC构成的WC相。

7.根据权利要求1或2所述的金属陶瓷，其中

在所述芯部中，V、Cr和Mo的总量占Ti、Nb、W、V、Cr和Mo的总量的小于2原子％。

8.根据权利要求1或2所述的金属陶瓷，其中

所述芯部的平均晶体粒径为0.5μm以上3μm以下。

9.一种切削工具，其包括根据权利要求1至8中任一项所述的金属陶瓷。

10.根据权利要求9所述的切削工具，所述切削工具包括：

由所述金属陶瓷构成的基材；以及

覆盖所述基材的覆膜。

11.一种制造金属陶瓷的方法，所述金属陶瓷包括：含有碳氮化物的硬质相以及含有铁族元素的金属结合相，所述金属结合相中的所述铁族元素的含量为90原子％以上，所述方法包括：

得到第一粉末，所述第一粉末由表示为Ti_1-X-YNb_XW_YC_1-ZN_Z的复合碳氮化物构成；

通过将所述第一粉末、含有W的第二粉末和含有铁族元素的第三粉末混合，从而得到混合粉末；

通过将所述混合粉末加压成形，从而得到成形体；以及

通过将所述成形体烧结，从而得到烧结体，

Y为0以上0.05以下，

Z为0.3以上0.6以下，

所述得到第一粉末包括以下操作：

通过将含有Ti和Nb两种元素或Ti、Nb和W三种元素的氧化物粉末和含有碳的碳源粉末混合，从而得到氧化物混合粉末，

通过将所述氧化物混合粉末造粒，从而得到造粒体，

通过在含有氮气的气氛中、在1800℃以上的温度下对所述造粒体进行热处理，从而得到由所述复合碳氮化物构成的粉末前体，以及

通过将所述粉末前体破碎，从而得到所述第一粉末。

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