JPS6016388B2 - 高靭性セラミック工具の製法 - Google Patents
高靭性セラミック工具の製法Info
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- JPS6016388B2 JPS6016388B2 JP53136048A JP13604878A JPS6016388B2 JP S6016388 B2 JPS6016388 B2 JP S6016388B2 JP 53136048 A JP53136048 A JP 53136048A JP 13604878 A JP13604878 A JP 13604878A JP S6016388 B2 JPS6016388 B2 JP S6016388B2
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- Japan
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- weight
- zro
- point
- stabilized
- cutting
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- 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
- C04B35/58—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 based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—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 based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
- C04B35/593—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 based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by pressure sintering
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
- B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
- B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
- B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
- B24D3/14—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic ceramic, i.e. vitrified bondings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T407/00—Cutters, for shaping
- Y10T407/27—Cutters, for shaping comprising tool of specific chemical composition
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- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は窒化珪素を主体とする高鰯性セラミック工具の
製法に関するものである。
製法に関するものである。
従来鋳物の黒皮を100m/min以上の/・ィスピー
ドで切削するセラミック工具としては、山203および
山203−TIC等をホットプレス若しくは熱間静水圧
法(HIP法)などにより燐結したものが主として使用
されてきた。
ドで切削するセラミック工具としては、山203および
山203−TIC等をホットプレス若しくは熱間静水圧
法(HIP法)などにより燐結したものが主として使用
されてきた。
ところがこれらの工具は、使用中欠け、割れ等を起し易
く、自動機で切削加工をする場合には、稼動率低下の最
大原因となっていた。また工具としての寿命は、欠けお
よび割れに左右され、摩耗幅が非常に少ない状態でも交
換しなければならないことが多かった。そこで本発明者
はかかる欠点を解消するため、鋭意検討の結果、AI2
03系材料よりも衝撃強さ、熱衝撃強さおよび鰯性の高
い窒化珪素に着目した。窒化珪素を主体とするセラミッ
クは、共有結合性の強い雛暁結材料で、従来よりガスタ
ービン等のエンジニアリングセラミックス用に非常に多
くの研究がなされてきたが、切削工具への応用は少ない
。本発明者は暁結助剤としてMg0および安定化された
Zr02を用いて、工具材料とした使用した場合の特性
調査を行ない、遂にAI203系セラミック工具の致命
的欠陥である使用中の欠け、割れを解決することに成功
し本発明を完成した。すなわち本発明の要旨は、図面に
示すように正三角形に交わる三軸にそれぞれSi3N4
、Mg0および安定化されたZの2の重量%を表示した
三角座標において、点A(Si3N4班重量%、Mg0
1重量%、Zr021重量%)、点B(Si3N479
重量%、Mg02の重量%、Zの21重量%)、′点C
(Si3N479重量%、Mg01重量%、Zr022
の重量%)を結ぶ線で囲まれる範囲においてSi3N4
、Mg○および安定化されたZr02の各粉末を混合し
非酸化性雰囲気で1600〜185ぴ○、100k9/
地以上の圧力でホットプレスすることを特徴とする高鰍
性セラミック工具の製法にある。以下に本発明を詳細に
説明するに、本発明では原料としてSi3N4、Mg○
およびZの2の三成分を必要とし、Zの2はY203、
Ca0などで安定化されていることを要する。
く、自動機で切削加工をする場合には、稼動率低下の最
大原因となっていた。また工具としての寿命は、欠けお
よび割れに左右され、摩耗幅が非常に少ない状態でも交
換しなければならないことが多かった。そこで本発明者
はかかる欠点を解消するため、鋭意検討の結果、AI2
03系材料よりも衝撃強さ、熱衝撃強さおよび鰯性の高
い窒化珪素に着目した。窒化珪素を主体とするセラミッ
クは、共有結合性の強い雛暁結材料で、従来よりガスタ
ービン等のエンジニアリングセラミックス用に非常に多
くの研究がなされてきたが、切削工具への応用は少ない
。本発明者は暁結助剤としてMg0および安定化された
Zr02を用いて、工具材料とした使用した場合の特性
調査を行ない、遂にAI203系セラミック工具の致命
的欠陥である使用中の欠け、割れを解決することに成功
し本発明を完成した。すなわち本発明の要旨は、図面に
示すように正三角形に交わる三軸にそれぞれSi3N4
、Mg0および安定化されたZの2の重量%を表示した
三角座標において、点A(Si3N4班重量%、Mg0
1重量%、Zr021重量%)、点B(Si3N479
重量%、Mg02の重量%、Zの21重量%)、′点C
(Si3N479重量%、Mg01重量%、Zr022
の重量%)を結ぶ線で囲まれる範囲においてSi3N4
、Mg○および安定化されたZr02の各粉末を混合し
非酸化性雰囲気で1600〜185ぴ○、100k9/
地以上の圧力でホットプレスすることを特徴とする高鰍
性セラミック工具の製法にある。以下に本発明を詳細に
説明するに、本発明では原料としてSi3N4、Mg○
およびZの2の三成分を必要とし、Zの2はY203、
Ca0などで安定化されていることを要する。
安定化されていないZr02を使用すると、競絹後部分
安定化した形か又は単斜晶系の形で焼結体中に残留し、
切削加工する際工具先端の温度が1000qo以上に上
昇した時、高温型の正方晶系に変態を行い、異常な容積
変化を伴うため熱歪により欠け、割れに対する抵抗性が
減少してしまう。上記の三成分は図面に示すような三角
座標において点A、B、Cを結ぶ点線で囲まれる範囲内
、好ましくは点D、E、Fを結ぶ実線で囲まれる範囲内
であることが要求される。この範囲内であると欠けに対
する抵抗性が大きく、範囲外になると大幅に低下する。
また概してMg0が少なくなると耐摩耗性が低下する額
向がある。80%以上98%以下のSi3N4にY20
3、又はCa○で安定化したZr02を添加剤として1
%以上20%以下加えた理由はZの2添加量が1%より
少ない範囲では籾性の向上効果がみられず20%より多
くなると工具としての硬度の低下と共に切削時の摩耗が
多く使用できない点にある。
安定化した形か又は単斜晶系の形で焼結体中に残留し、
切削加工する際工具先端の温度が1000qo以上に上
昇した時、高温型の正方晶系に変態を行い、異常な容積
変化を伴うため熱歪により欠け、割れに対する抵抗性が
減少してしまう。上記の三成分は図面に示すような三角
座標において点A、B、Cを結ぶ点線で囲まれる範囲内
、好ましくは点D、E、Fを結ぶ実線で囲まれる範囲内
であることが要求される。この範囲内であると欠けに対
する抵抗性が大きく、範囲外になると大幅に低下する。
また概してMg0が少なくなると耐摩耗性が低下する額
向がある。80%以上98%以下のSi3N4にY20
3、又はCa○で安定化したZr02を添加剤として1
%以上20%以下加えた理由はZの2添加量が1%より
少ない範囲では籾性の向上効果がみられず20%より多
くなると工具としての硬度の低下と共に切削時の摩耗が
多く使用できない点にある。
又Si3N4の限定理由はSi3N4が聡%以上では晩
結性が悪く目的とする特性が得られず80%以下では切
削時の耐摩耗性が低下するためである。又Mg0を1%
以上20%以下加える理由は1%より少ない範囲では焼
結促進剤としての効果が少なく20%より多くなると切
削時の摩耗が多くなり工具としての特性が得られないた
めである。この範囲内で三成分の粉末を混合したならば
、非酸化性雰囲気で、1600〜1850oo、100
k9/仇以上の圧力でホットプレスする。非酸化性雰囲
気により焼成するのは、窒化珪素が極めて酸化し易いか
らである。また1600qoよりも低い温度であると競
結が不充分となる場合があり、1850ooよりも高い
温度であるとSi3N4の蒸発が著しくなる。実施例
1 Q−Si3N49の重量%と8一Si3N41の重量%
よりなる粉末とCa020モル%により安定化したZの
2と、Mg○とを表1に示す比で混合し、ボールミルに
より粉砕して平均粒径1仏とした。
結性が悪く目的とする特性が得られず80%以下では切
削時の耐摩耗性が低下するためである。又Mg0を1%
以上20%以下加える理由は1%より少ない範囲では焼
結促進剤としての効果が少なく20%より多くなると切
削時の摩耗が多くなり工具としての特性が得られないた
めである。この範囲内で三成分の粉末を混合したならば
、非酸化性雰囲気で、1600〜1850oo、100
k9/仇以上の圧力でホットプレスする。非酸化性雰囲
気により焼成するのは、窒化珪素が極めて酸化し易いか
らである。また1600qoよりも低い温度であると競
結が不充分となる場合があり、1850ooよりも高い
温度であるとSi3N4の蒸発が著しくなる。実施例
1 Q−Si3N49の重量%と8一Si3N41の重量%
よりなる粉末とCa020モル%により安定化したZの
2と、Mg○とを表1に示す比で混合し、ボールミルに
より粉砕して平均粒径1仏とした。
これを乾燥してホットプレス素地とし、表に示す温度で
黒鉛型にて30分間、200k9/めでホットプレス成
形し、研磨して12.8×12.8×4.76凧のSN
P−432、12.8×12.8×7.94のSNP−
455 4×8×25の各テストピースを製作し、諸物
性を測定した。なお、試料M.1、恥.2、船.8を除
き暁綾体は彫密に焼きしまっていた。また図面に原料粉
末の組成をプロット(図面の数字は表の試料No.に相
当)した。表 1失 本発明の範囲外 ×1 これのみoa○の代りKY203で安定した。
黒鉛型にて30分間、200k9/めでホットプレス成
形し、研磨して12.8×12.8×4.76凧のSN
P−432、12.8×12.8×7.94のSNP−
455 4×8×25の各テストピースを製作し、諸物
性を測定した。なお、試料M.1、恥.2、船.8を除
き暁綾体は彫密に焼きしまっていた。また図面に原料粉
末の組成をプロット(図面の数字は表の試料No.に相
当)した。表 1失 本発明の範囲外 ×1 これのみoa○の代りKY203で安定した。
X2 4×8×25肌のテストピースを使用しJIS
B−4104Kより測定した。X3 ス中ハーフィッシ
ャ−硬度計により45K9の荷車で測定した。×4 S
NP−432、チャンフア−U.1のテストピースを使
用し、被削材として1000の仇×5002仇のを選び
、切削条件を切削速度400mノ肌、切込み1.0のの
、送り速度0.2のの/rev、切削長さ、400の勿
としてフランク摩耗中V13を測定した。X5 SNP
−455、チャンフア−0.2のテストピ−スを使用し
、被削材として1ー○−20(黒皮)を選び、切削条件
を切削速度500mイ肌、切込み2.2〜3.0の仇′
、送り速度0.3 のり/revとして外径200冊、
厚さ35ののの円板の外側前を軸方向に切削したり表1
によって示せれる通り本発明によって得たセラミック工
具は、鋤性特に鋳物のラフカットに対する工具のチッピ
ング、欠けに対する抵抗性に優れ、自動機における工具
の信頼性を大中に向上させることができる。
B−4104Kより測定した。X3 ス中ハーフィッシ
ャ−硬度計により45K9の荷車で測定した。×4 S
NP−432、チャンフア−U.1のテストピースを使
用し、被削材として1000の仇×5002仇のを選び
、切削条件を切削速度400mノ肌、切込み1.0のの
、送り速度0.2のの/rev、切削長さ、400の勿
としてフランク摩耗中V13を測定した。X5 SNP
−455、チャンフア−0.2のテストピ−スを使用し
、被削材として1ー○−20(黒皮)を選び、切削条件
を切削速度500mイ肌、切込み2.2〜3.0の仇′
、送り速度0.3 のり/revとして外径200冊、
厚さ35ののの円板の外側前を軸方向に切削したり表1
によって示せれる通り本発明によって得たセラミック工
具は、鋤性特に鋳物のラフカットに対する工具のチッピ
ング、欠けに対する抵抗性に優れ、自動機における工具
の信頼性を大中に向上させることができる。
その理由は断定できないが第1に表1に示す如き断続切
削に於ては刃先の温度は100000以上に上昇するこ
とが繰り返され、この時AI203−TIC系工具は熱
膨張係数が約7xl06/℃と大きいのに対し本発明の
Si3N4を主体とする工具は約3.5xl06/℃と
小さく熱衝撃に強いためと考えられる。又第2にSi3
N,を主体とする工具は微構造的に観察した時、繊維構
造を示し、破壊に対する靭‘性が高いためと考えられる
。実施例 2実施例1の試料No.6と同一組成にて安
定化ジルコニャを用いる代りに、安定化されていない単
斜晶系のジルコニャを用い、比較試料No.駅−を製作
した。
削に於ては刃先の温度は100000以上に上昇するこ
とが繰り返され、この時AI203−TIC系工具は熱
膨張係数が約7xl06/℃と大きいのに対し本発明の
Si3N4を主体とする工具は約3.5xl06/℃と
小さく熱衝撃に強いためと考えられる。又第2にSi3
N,を主体とする工具は微構造的に観察した時、繊維構
造を示し、破壊に対する靭‘性が高いためと考えられる
。実施例 2実施例1の試料No.6と同一組成にて安
定化ジルコニャを用いる代りに、安定化されていない単
斜晶系のジルコニャを用い、比較試料No.駅−を製作
した。
特に欠け、割れを起す迄の製品の切削枚数を調査する試
料は10ケ製作し、No.6と比較した結果表2の通り
になった。表 2 表2より明らかな如く、抗折力、硬度、耐摩耗性では両
者共差がないけれども、欠け、割れを起す迄の製品の切
削枚数は恥.6が10ケの試料中、10ケ皆200ケ以
上切削できたのに対し、舷.服は3ケのみ200ケ以上
切削でき、その他は41ケ〜189ケの間にばらついて
いた。
料は10ケ製作し、No.6と比較した結果表2の通り
になった。表 2 表2より明らかな如く、抗折力、硬度、耐摩耗性では両
者共差がないけれども、欠け、割れを起す迄の製品の切
削枚数は恥.6が10ケの試料中、10ケ皆200ケ以
上切削できたのに対し、舷.服は3ケのみ200ケ以上
切削でき、その他は41ケ〜189ケの間にばらついて
いた。
これの理由は断定できないが、舷.服がX線回折により
、少量の単斜晶系の低温型Zr02を検出されるのに対
し、本発明のM.6はすべて安定イけの2のみ検出され
るため、欠け、割れに対する強さが安定しているためと
思われる。最近の切削機械はいずれも自動化が進んでお
り、工具の突発的な欠け、割れは大変やつかし、な問題
を起すため、本発明による安定した工具は欠け、割れに
対する強さのばらつきの大きいM.駅に比し大きな長所
を有している。尚別に室温から1200℃迄の熱膨脹を
調査したところ地.服は90ぴ0と100ぴ0の間で熱
膨脹係数の変化点が認められたがM.6は変化点が認め
られず直線的膨脹曲線を示した。また本発明によって得
られたセラミック工具は、上記のような優れた諸物性の
ため、鋳物以外の金属、例えばアルミニウム、スチール
などの切削工具、さらには切削のような振動や熱のかか
る機械用耐熱部品に使用することができる。
、少量の単斜晶系の低温型Zr02を検出されるのに対
し、本発明のM.6はすべて安定イけの2のみ検出され
るため、欠け、割れに対する強さが安定しているためと
思われる。最近の切削機械はいずれも自動化が進んでお
り、工具の突発的な欠け、割れは大変やつかし、な問題
を起すため、本発明による安定した工具は欠け、割れに
対する強さのばらつきの大きいM.駅に比し大きな長所
を有している。尚別に室温から1200℃迄の熱膨脹を
調査したところ地.服は90ぴ0と100ぴ0の間で熱
膨脹係数の変化点が認められたがM.6は変化点が認め
られず直線的膨脹曲線を示した。また本発明によって得
られたセラミック工具は、上記のような優れた諸物性の
ため、鋳物以外の金属、例えばアルミニウム、スチール
などの切削工具、さらには切削のような振動や熱のかか
る機械用耐熱部品に使用することができる。
図面は凝結されるべき混合粉末を構成する各要素の配合
割合を示す三角座標図である。
割合を示す三角座標図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 図面に示すように正三角形に交わる三軸にそれぞれ
Si_3N_4、MgOおよび安定化されたZrO_2
の重量%を表示した三角座標において、点A(Si_3
N_498重量%、MgO1重量%、ZrO_21重量
%)、点B(Si_3N_479重量%、MgO20重
量%、ZrO_21重量%)、点C(Si_3N_47
9重量%、MgO1重量%、ZrO_220重量%)を
結ぶ線で囲まれる範囲においてSi_3N_4、MgO
および安定化ジルコニアの各粉末を混合し非酸化性雰囲
気で1600〜1850℃、100kg/cm^2以上
の圧力でホツトプレスすることを特徴とする高靭性セラ
ミツク工具の製法。 2 三角座標において、点D(Si_3N_496重量
%、MgO2重量%、ZrO_22重量%)、点E(S
i_3N_480重量%、MgO18重量%、ZrO_
22重量%)、点F(Si_3N_480重量%、Mg
O2重量%、ZrO_218重量%)を結ぶ線で囲まれ
る範囲においてSi_3N_4、MgOおよび安定化さ
れたZrO_2を混合した粉末をホツトプレスする特許
請求の範囲第1項に記載の高靭性セラミツク工具の製法
。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP53136048A JPS6016388B2 (ja) | 1978-11-04 | 1978-11-04 | 高靭性セラミック工具の製法 |
US06/091,662 US4304576A (en) | 1978-11-04 | 1979-11-05 | Silicon nitride ceramic tools and a process for their production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP53136048A JPS6016388B2 (ja) | 1978-11-04 | 1978-11-04 | 高靭性セラミック工具の製法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5562857A JPS5562857A (en) | 1980-05-12 |
JPS6016388B2 true JPS6016388B2 (ja) | 1985-04-25 |
Family
ID=15165953
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP53136048A Expired JPS6016388B2 (ja) | 1978-11-04 | 1978-11-04 | 高靭性セラミック工具の製法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4304576A (ja) |
JP (1) | JPS6016388B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0306001A2 (en) | 1987-09-02 | 1989-03-08 | NGK Spark Plug Co. Ltd. | Silicon nitride sintered product |
Families Citing this family (53)
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---|---|---|---|---|
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JPS5926976A (ja) * | 1982-08-02 | 1984-02-13 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性セラミツク工具 |
JPS59146981A (ja) * | 1983-02-09 | 1984-08-23 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体およびその製造法 |
JPS6054976A (ja) * | 1983-09-02 | 1985-03-29 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体 |
JPS61501835A (ja) * | 1984-04-13 | 1986-08-28 | フオ−ド モ−タ− カンパニ− | Si↓3N↓4で金属ケイ素粒状体を機械切削する方法 |
JPS61101482A (ja) * | 1984-10-23 | 1986-05-20 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素切削工具 |
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US4891342A (en) * | 1985-11-20 | 1990-01-02 | Kyocera Corporation | Process for preparing a silicon nitride sintered body |
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US4925458A (en) * | 1987-05-28 | 1990-05-15 | Kennametal Inc. | Cutting tool |
JPH0694390B2 (ja) * | 1988-09-09 | 1994-11-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体 |
AU654848B2 (en) * | 1991-04-30 | 1994-11-24 | Dentsply International Inc. | Denture curing apparatus and method |
JPH107466A (ja) * | 1996-06-19 | 1998-01-13 | Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk | 低熱伝導率を有するセラミツクス |
US7031122B2 (en) * | 2001-10-26 | 2006-04-18 | Seagate Technology Llc | Magnetic shields for reduced variations of head-media spacing |
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