JPH0328159A - 繊維強化セラミックス - Google Patents
繊維強化セラミックスInfo
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- JPH0328159A JPH0328159A JP1162034A JP16203489A JPH0328159A JP H0328159 A JPH0328159 A JP H0328159A JP 1162034 A JP1162034 A JP 1162034A JP 16203489 A JP16203489 A JP 16203489A JP H0328159 A JPH0328159 A JP H0328159A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (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。
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、ウィスカー等の繊維状物質を含有するセラミ
ックスに関し、より詳細には高靭性に優れた特に工具用
として適したセラミックスに関する． （従来技術及びその問題点） アル藁ナ（ Ａ ｌｘ Ｏ ｓ）質焼結体は耐摩耗性に
優れる反面、靭性に劣るという欠点から従来から各種の
提案がなされている． その１つにＳｉＣウイスカーに代表される繊維状物質を
配合することにより靭性を改善することが特開昭６１−
２８６２７１号や特開昭６２−４１７７６号等により従
来より行われている．これらはいずれもアルミナを主体
とし、ＳｉＣウイスカーを添加し、ホットプレス等によ
り焼威したものである． このようなＳｉＣウイスカーを含有する繊維強化セラミ
ックスはＳｉＣ自体の硬度が高く、熱伝導性が良いため
、切削工具として用いた場合、一部の超耐熱合金の切削
（インコネル７１８の荒切削）では優れた切削特性を示
す． （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、ＳｉＣは鉄、特に酸化鉄と容易に反応す
るため、Ａ１ｚＯｚ− ． Ｓ ｉ Ｃウイスカー系工
具は多くの場合、他のＡ ｌ ｚ Ｏ ３を主体とする
工具に比較して摩耗量が多くなる傾向にある。例えばＳ
ＵＳ３０４を切削した場合、従来のＡ １ ｔ ０ ３
系工具であれば、十分切削可能な条件であってもＳｉＣ
ウイスカーを含有する工具では急激に摩耗が進展し、切
削不可能となる． また鋳鉄の切削においてもＡ １ ｔ Ｏ ｘ系工具よ
りも摩耗量が大きいことが確認されている．このように
、ＡｂＯｚ Ｓ ｉ Ｃウイスカー系工具では被削材
によってその切削性能が大きく変化するという問題を有
している． このことは、工具ユーザーの立場からは、鋼材の変化に
よって性能が著しく変化する、いわゆる安定性のない工
具と受け止められ、敬遠されているのが現状である． （問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の問題点に対し、検討を重ねた結果、Ａ
ｌ ｚ Ｏ ｚに配合する繊維状物質として炭化チタ
ン（Ｔｉｃ）ウイスカーを用いることによって上記問題
を解決し得ることを知見した．ＴＩＣは本来、鉄に対す
る反応性の面でＳＩＣより優れているため、Ａ ｌ ｚ
Ｏ ｚ中に適度の量で分散させることにより、非常に
優れた耐摩耗性を付与することができる。しかし、Ｔｉ
ＣはＳｉＣよりもヤング率がわずかに低く、理論強度は
ＳｌＣよりも低いという性質を持つ． そこで、本発明者等はＴｉＣウイスカーを含有するＡ
１ ｔ Ｏ ３質セラξツクスにおいて、最適な焼結助
剤を見出すことによって靭性面での上記欠点を解消し、
ＳＩＣウイスカー添加系より優れた靭性を有する材料を
得た。
ックスに関し、より詳細には高靭性に優れた特に工具用
として適したセラミックスに関する． （従来技術及びその問題点） アル藁ナ（ Ａ ｌｘ Ｏ ｓ）質焼結体は耐摩耗性に
優れる反面、靭性に劣るという欠点から従来から各種の
提案がなされている． その１つにＳｉＣウイスカーに代表される繊維状物質を
配合することにより靭性を改善することが特開昭６１−
２８６２７１号や特開昭６２−４１７７６号等により従
来より行われている．これらはいずれもアルミナを主体
とし、ＳｉＣウイスカーを添加し、ホットプレス等によ
り焼威したものである． このようなＳｉＣウイスカーを含有する繊維強化セラミ
ックスはＳｉＣ自体の硬度が高く、熱伝導性が良いため
、切削工具として用いた場合、一部の超耐熱合金の切削
（インコネル７１８の荒切削）では優れた切削特性を示
す． （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、ＳｉＣは鉄、特に酸化鉄と容易に反応す
るため、Ａ１ｚＯｚ− ． Ｓ ｉ Ｃウイスカー系工
具は多くの場合、他のＡ ｌ ｚ Ｏ ３を主体とする
工具に比較して摩耗量が多くなる傾向にある。例えばＳ
ＵＳ３０４を切削した場合、従来のＡ １ ｔ ０ ３
系工具であれば、十分切削可能な条件であってもＳｉＣ
ウイスカーを含有する工具では急激に摩耗が進展し、切
削不可能となる． また鋳鉄の切削においてもＡ １ ｔ Ｏ ｘ系工具よ
りも摩耗量が大きいことが確認されている．このように
、ＡｂＯｚ Ｓ ｉ Ｃウイスカー系工具では被削材
によってその切削性能が大きく変化するという問題を有
している． このことは、工具ユーザーの立場からは、鋼材の変化に
よって性能が著しく変化する、いわゆる安定性のない工
具と受け止められ、敬遠されているのが現状である． （問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の問題点に対し、検討を重ねた結果、Ａ
ｌ ｚ Ｏ ｚに配合する繊維状物質として炭化チタ
ン（Ｔｉｃ）ウイスカーを用いることによって上記問題
を解決し得ることを知見した．ＴＩＣは本来、鉄に対す
る反応性の面でＳＩＣより優れているため、Ａ ｌ ｚ
Ｏ ｚ中に適度の量で分散させることにより、非常に
優れた耐摩耗性を付与することができる。しかし、Ｔｉ
ＣはＳｉＣよりもヤング率がわずかに低く、理論強度は
ＳｌＣよりも低いという性質を持つ． そこで、本発明者等はＴｉＣウイスカーを含有するＡ
１ ｔ Ｏ ３質セラξツクスにおいて、最適な焼結助
剤を見出すことによって靭性面での上記欠点を解消し、
ＳＩＣウイスカー添加系より優れた靭性を有する材料を
得た。
即ち、本発明は周期律表第ｍａ族酸化物のうち少なくと
も１種を０． ３乃至８重量％、残部が実質的にアルミ
ナからなるマトリックス中に平均径２μｍ以下の炭化チ
タンウイスカーを１０乃至５０体積％の割合で分散含有
することを特徴とするものである。
も１種を０． ３乃至８重量％、残部が実質的にアルミ
ナからなるマトリックス中に平均径２μｍ以下の炭化チ
タンウイスカーを１０乃至５０体積％の割合で分散含有
することを特徴とするものである。
以下、本発明を詳述する．
本発明において用いられるＴｉＣウイスカーはそれ自体
、単結晶あるいは多結晶質からなるもので、その平均径
が２μ鳳以下、特に０．７乃至０．２μｍが好ましく、
また長径／短径で表わされるアスベクト比の平均が３〜
１００１特に１０乃至３０のものが用いられる． 平均径を上記の範囲に限定したのは、２μ鳳以下ではＡ
１ ｔ Ｏ ３との熱膨張差による応力が過度になら
ず、高い抗折強度を維持できるからであり、゜２μ鵬よ
り大きいと均一に分散することが難しくなり、強度およ
び靭性ともぱらつきが生じる．また切削工具として用い
た際に逃げ面の境界摩耗が大きくなる傾向にある。
、単結晶あるいは多結晶質からなるもので、その平均径
が２μ鳳以下、特に０．７乃至０．２μｍが好ましく、
また長径／短径で表わされるアスベクト比の平均が３〜
１００１特に１０乃至３０のものが用いられる． 平均径を上記の範囲に限定したのは、２μ鳳以下ではＡ
１ ｔ Ｏ ３との熱膨張差による応力が過度になら
ず、高い抗折強度を維持できるからであり、゜２μ鵬よ
り大きいと均一に分散することが難しくなり、強度およ
び靭性ともぱらつきが生じる．また切削工具として用い
た際に逃げ面の境界摩耗が大きくなる傾向にある。
一方、アスペクト比の平均が３より小さいと繊維強化の
効果が少なくなり靭性が低下し、１００より大きいと原
料の取扱が難しく、均一に分散できないために靭性が低
下する傾向にある．上記のウイスカーを分散するマトリ
ックスとしては、焼結助剤として希土類元素の酸化物の
うち少なくとも１種を０． ３乃至８重量％、特に１乃
至５重量％の割合で含有するＡ １ ｚ Ｏ ｚを用い
ることが重要で、上記助剤の量が０．３重量％未満では
焼結性が悪く緻密な材料が得られず、ＴｉＣウイスカー
添加系における靭性の改善がされない。８重量％を越え
ても焼結体中にボイドが発生し望ましくない．なお、希
土類酸化物としては特にＹｂ、Ｎｄ，Ｅｒ，Ｃｅ，３ｍ
，Ｙ，ＧｄＳＤｙおよびＬａが挙げられる。
効果が少なくなり靭性が低下し、１００より大きいと原
料の取扱が難しく、均一に分散できないために靭性が低
下する傾向にある．上記のウイスカーを分散するマトリ
ックスとしては、焼結助剤として希土類元素の酸化物の
うち少なくとも１種を０． ３乃至８重量％、特に１乃
至５重量％の割合で含有するＡ １ ｚ Ｏ ｚを用い
ることが重要で、上記助剤の量が０．３重量％未満では
焼結性が悪く緻密な材料が得られず、ＴｉＣウイスカー
添加系における靭性の改善がされない。８重量％を越え
ても焼結体中にボイドが発生し望ましくない．なお、希
土類酸化物としては特にＹｂ、Ｎｄ，Ｅｒ，Ｃｅ，３ｍ
，Ｙ，ＧｄＳＤｙおよびＬａが挙げられる。
本発明によれば上記のマトリックス中に前記ウイスカー
を１０〜６０体積％、特に３０乃至５０体積％の割合で
分散させる。ウイスカ一の分散量が１０体積％を下回る
とウイスカー添加効果が不十分であり、６０体積％を超
えると焼結性が低下する。
を１０〜６０体積％、特に３０乃至５０体積％の割合で
分散させる。ウイスカ一の分散量が１０体積％を下回る
とウイスカー添加効果が不十分であり、６０体積％を超
えると焼結性が低下する。
このようなセラミックスを製造するには、まず前記Ｔｉ
Ｃウイスカーおよび前記マトリックスを上記の割合で混
合、粉砕後に所望の戒形手段、例えば金型ブレス、冷間
静水圧プレス、押出し戒形等により戒形後焼威する。
Ｃウイスカーおよび前記マトリックスを上記の割合で混
合、粉砕後に所望の戒形手段、例えば金型ブレス、冷間
静水圧プレス、押出し戒形等により戒形後焼威する。
焼威は普通焼威、ホットプレス法、熱間静水圧焼戒法等
が適用される．焼戒は１６５０乃至１８５０℃の温度で
Ａｒ，Ｈｅ等の不活性ガスもしくはカーボン等の存在す
る還元性雰囲気およびそれらの加圧もしくは減圧雰囲気
で２．０乃至６． ０時間行えばよく、特に高密度の焼
結体を得るために、普通焼戒、ホットプレス法によって
対理論密度比９６％以上の焼結体を作威し、さらに熱間
静水圧焼或すればよい。
が適用される．焼戒は１６５０乃至１８５０℃の温度で
Ａｒ，Ｈｅ等の不活性ガスもしくはカーボン等の存在す
る還元性雰囲気およびそれらの加圧もしくは減圧雰囲気
で２．０乃至６． ０時間行えばよく、特に高密度の焼
結体を得るために、普通焼戒、ホットプレス法によって
対理論密度比９６％以上の焼結体を作威し、さらに熱間
静水圧焼或すればよい。
以下、本発明を次の例で説明する。
（実施例工）
平均粒径１μｍ以下、純度９９．９％以上のＡＩ！０３
粉末と、希土類酸化物粉末を秤量後、アトリッションミ
ルで１２時間混合粉砕した。この混合粉末にアスペクト
比が１０乃至３０のＴｉＣウイスカーを所定量添加し、
ナイロンポット中にナイロンボールとともに密封し、回
転逅ルで１２時間混合を行った．混合後のスラリーを乾
燥してホットプレス用原料とした。
粉末と、希土類酸化物粉末を秤量後、アトリッションミ
ルで１２時間混合粉砕した。この混合粉末にアスペクト
比が１０乃至３０のＴｉＣウイスカーを所定量添加し、
ナイロンポット中にナイロンボールとともに密封し、回
転逅ルで１２時間混合を行った．混合後のスラリーを乾
燥してホットプレス用原料とした。
この原料をカーボン型に充填し、所定の温度でｌ時間、
３ ０ ０ Ｋｇ／ｃ１の圧力でホットプレス焼威して
、ＪＩＳに基づく抗折試験片を作威した。
３ ０ ０ Ｋｇ／ｃ１の圧力でホットプレス焼威して
、ＪＩＳに基づく抗折試験片を作威した。
得られた各試料を研磨してＪＩＳ１６０１に基づく３点
曲げ抗折強度を、また鏡面状態にポリッシングしてＩＭ
法でＫｌｃを測定した．結果は第１表に示す． （以下余白） 第１表によれば、用いるＴｉＣウイスカ一の平均径が２
μ１より大きい阻１は抗折強度、靭性ともその特性値に
バラツキが生じ、分散性においてもムラが生じた。Ｔｉ
Ｃウイスカーの添加量が１０体積％を下回るＮｔｌＬ６
は抗折強度および靭性の点で改善が見られなかった． また、ウイスカーの量が６０体積％を超える阻１３、マ
トリックス中に希土類酸化物を含まないｋｌ４や希土類
酸化物を含んでもその量が０．３重量％未満の阻１５は
、いずれも焼結が不十分で焼結体中にボイドが残存し、
また希土類酸化物を過多に含有するＮα２０においても
ボイドが確認された。
曲げ抗折強度を、また鏡面状態にポリッシングしてＩＭ
法でＫｌｃを測定した．結果は第１表に示す． （以下余白） 第１表によれば、用いるＴｉＣウイスカ一の平均径が２
μ１より大きい阻１は抗折強度、靭性ともその特性値に
バラツキが生じ、分散性においてもムラが生じた。Ｔｉ
Ｃウイスカーの添加量が１０体積％を下回るＮｔｌＬ６
は抗折強度および靭性の点で改善が見られなかった． また、ウイスカーの量が６０体積％を超える阻１３、マ
トリックス中に希土類酸化物を含まないｋｌ４や希土類
酸化物を含んでもその量が０．３重量％未満の阻１５は
、いずれも焼結が不十分で焼結体中にボイドが残存し、
また希土類酸化物を過多に含有するＮα２０においても
ボイドが確認された。
さらにマトリックス中の助剤として従来から用いられて
いるＭｇＯ、ＳｉＯｚ、ＣａＯを用いた阻２９、３０、
３１では焼結が不十分でボイドが確認され、特性値も満
足しうるものでなかった．これらの比較例に対し、本発
明品はいずれも優れた抗折強度と靭性を有し、具体的に
は抗折強度５ ５ Ｋｇ／ａ＋ａ”以上、靭性５． ５
ＭＰａｍ””以上のボイドのない緻密なセラミックス
であった。
いるＭｇＯ、ＳｉＯｚ、ＣａＯを用いた阻２９、３０、
３１では焼結が不十分でボイドが確認され、特性値も満
足しうるものでなかった．これらの比較例に対し、本発
明品はいずれも優れた抗折強度と靭性を有し、具体的に
は抗折強度５ ５ Ｋｇ／ａ＋ａ”以上、靭性５． ５
ＭＰａｍ””以上のボイドのない緻密なセラミックス
であった。
（実施例２）
第１表中、Ｎα９の組或と、比較用として実施例１にお
いてＴｉＣウイスカーの代わりに直径０．７μ醜、アス
ペクト比３０のＳｉＣウイスカーを用いて実施例１の方
法に従い、ＲＮＧＮ１２０４形状の工具を作威した． これらの工具試験片を用いてインコネル７１Ｂ（溶体化
処理品）を切り込み２ｍｍ、送り０．３ｍ＋ａ／ｒｅｖ
、切削速度３ ０ ０ ｍ／ｗｉｎで５分間切削した
ところ、阻９の工具は比較品よりわずかに優れた耐摩耗
性を示した。
いてＴｉＣウイスカーの代わりに直径０．７μ醜、アス
ペクト比３０のＳｉＣウイスカーを用いて実施例１の方
法に従い、ＲＮＧＮ１２０４形状の工具を作威した． これらの工具試験片を用いてインコネル７１Ｂ（溶体化
処理品）を切り込み２ｍｍ、送り０．３ｍ＋ａ／ｒｅｖ
、切削速度３ ０ ０ ｍ／ｗｉｎで５分間切削した
ところ、阻９の工具は比較品よりわずかに優れた耐摩耗
性を示した。
同じく、ＳＮＧＮ１２０４１２形状の工具を作或しＳＵ
Ｓ３０４を切り込み２ａｍ，送り０．３＋ａｍ／ｒｅｖ
，切削速度３ ０ ０ｍ／ｗｉｎで切削したところ、
比較品は急激に摩耗が進展し欠損したのに対し、Ｎｔｌ
Ｌ９の工具は１０分以上の切削が可能であった。
Ｓ３０４を切り込み２ａｍ，送り０．３＋ａｍ／ｒｅｖ
，切削速度３ ０ ０ｍ／ｗｉｎで切削したところ、
比較品は急激に摩耗が進展し欠損したのに対し、Ｎｔｌ
Ｌ９の工具は１０分以上の切削が可能であった。
（発明の効果）
Claims (1)
- 周期律表第IIIａ族酸化物のうち少なくとも１種を０
．３乃至８重量％、残部が実質的にアルミナからなるマ
トリックス中に平均径２μｍ以下の炭化チタンウイスカ
ーを１０乃至６０体積％の割合で分散含有したことを特
徴とする繊維強化セラミックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1162034A JP2794122B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 繊維強化セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1162034A JP2794122B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 繊維強化セラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0328159A true JPH0328159A (ja) | 1991-02-06 |
| JP2794122B2 JP2794122B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=15746826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1162034A Expired - Fee Related JP2794122B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 繊維強化セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2794122B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04325467A (ja) * | 1991-04-25 | 1992-11-13 | Kokuritsu Kankyo Kenkyusho | 窯業製品製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62185869A (ja) * | 1986-02-12 | 1987-08-14 | Hitachi Ltd | 合金被覆耐熱部材 |
-
1989
- 1989-06-23 JP JP1162034A patent/JP2794122B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62185869A (ja) * | 1986-02-12 | 1987-08-14 | Hitachi Ltd | 合金被覆耐熱部材 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04325467A (ja) * | 1991-04-25 | 1992-11-13 | Kokuritsu Kankyo Kenkyusho | 窯業製品製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2794122B2 (ja) | 1998-09-03 |
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