JPS62182155A - 複合セラミツクス材料およびその製造方法 - 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複合セラミックス材料およびその製造方法に
係り、特に、強靭で高硬度を釘し耐摩耗性に優れたアル
ミナ（Ａｇ２Ｏ３）系の腹合セラミックス材料に関する
。

〔従来技術およびその問題点〕

近年、セラミックス材料の発達はめざましく、いろいろ
な分野で注目を浴びている。

なかでも、切削用工具の分野では、低コストで、切削性
、耐摩耗性に優れていることから、アルミナ中に２Ｏ〜
４０ｗｔパーセントのチタンカーバイドを含宵してなる
アルミナ−チタンカーバイド（Ｔ　ｉ　Ｃ）系セラミッ
クス材料か広（用いられている。このアルミナ−チタン
カーバイド系腹合セラミックス伺料は、高価であるーＬ
チタンカーバイドが凝集したり、チタンカーバイドの異
常粒の成長が発生したりすることにより、靭性があまり
よくないという欠点があった。

しかしながら、切削用工具における「高速切削」、「長
寿命化」、「信頼性向−Ｌ」への社会的要求は高まる一
方であり、より強靭で、耐熱、耐摩耗性に優れたアルミ
ナ系セラミックス材料の開発が強く望まれていた。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、より低コ
ストで、強靭性、に優れたセラミックス祠）；）を提（
共することを目ｒ白とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明では、アルミナ母ｉｌｌ中に１０〜５０体
積パーセント（ＶＯΩ９６）のアルファシリコンカーバ
イド（αＳｉＣ：以下シリコンカーバイド）を含何して
なるアルミナ−シリコンカーバイド系複合セラミックス
材料を構成している。

また、本発明の方法によれば、アルミナ母）１１中に１
０〜５０　ｖ　ｏｎ％のシリコンカーバイドを均一に分
散した後、この混合物を加圧しつつ焼結するようにして
いる。

ここでアルファシリコンカーバイドとは、シリコンカー
バイド中のα相が５０％以上のものを指す。

（作用〕 すなわち、アルミナ母相中にシリコンカーバイドを１０
〜５０　Ｖ　ｏｐ％添加することにより、靭性が向上す
る。

また、このアルミナ−シリコンカーバイド系１ｕ合セラ
ミックス材料の製造に際しては、加圧および焼結を同時
に行なうことにより、結晶粒の成長を阻止し、靭性、耐
熱性および耐摩耗性を向上するようにしている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ、詳
細に説明する。

このアルミナ−シリコンカーバイド系複合セラミックス
材料は、４５ｖｏｇ％のシリコンカーバイドと５５ｖｏ
Ω９６アルミナとから構成されている。

このセラミックス材料の製造に際しては、次のような方
法がとられる。

まず平均粒子径が０６１〜２趨からなる４０ｖｏ　Ｄ　
９（、のシリコンカーバイドをアルミナ母相中に入れ更
にポリカルボン酸系の解膠剤を加えて、湿式ボールミル
で均一に分散混合調整する。

この後、加圧成型と焼結とを同時に行なうホットプレス
（Ｈｏｔ　　Ｐｒｅｓｓ）法によって、１８５０℃で約
１時間加圧焼結する。

このようにして形成されたアルミナ−シリコンカーバイ
ド系複合セラミックス材料は、結晶粒の成長もなく硬度
２５５０Ｈｖと、従来のアルミナ−チタンカーバイド系
腹合セラミックス材料の硬度に比べて、ビッカース硬度
（荷重５ｋｇ）で２Ｏ０〜３００ｋｇ／ｍｍ”も高くな
ッテイル。

また、破壊靭性値ＫＩＣも９．　８　ＭＮ−ｍ−３１２
であり、従来のアルミナ−チタンカーバイド系１隻合セ
ラミックス材料のＫ　Ｉ　Ｃ＝　６〜８．５ＭＮ・ｍ−
３／２よりも大幅に高くなっている。

更に、このアルミナ−シリコンカーバイド系；（合セラ
ミックス材料の高温下における硬度特性を第１図曲線ａ
に示す。ここでたて軸は温度（’Ｃ）、横軸は硬＆（Ｈ
ｖ）とした。比較のために、従来のアルミナ−４０ｖｏ
ρ％チタンカーバイド系複合セラミックス材料、および
アルミナセラミックス材料の硬度特性を夫々曲線す、ｃ
に示す。これら曲線ａ、ｂ、ｃの比較からも、本発明実
施例のアルミナ−４Ｑｖｏρ０６シリコンカーバイド）
９合セラミックス材料が最も高温下でも高い硬度を保持
していることがわかる。

加えて、抗折力についてもこのアルミナ−シリコンカー
バイド系＋ｊｌＩ合セラミックス材料は、従来のアルミ
ナ−チタンカーバイド系ｔ（合セラミックス十イ料より
も１０〜２Ｏｋｇ／ｍｍ２程度の強度の向上かみられた
。

ここで抗折力とは曲げ強度を表わすもので直径りの円棒
状試験体を、間隔して配置した２個のナイフェツジ上に
載置し、別のナイフエ・ノジを上方中央部から荷重し、
このときの最大破壊前はかＰＩｌｌであるとき、 抗折力　　ｒ−（８Ｐｍ　Ｌ）／　（πＤ２）（ｋｇ／
ｃｍ２） で規定（米国規ｔ８ＡＳＴＭ、Ｄｉ　１６−３４）した
値をいう。

次に、アルミナ母相中へのシリコンカーバイドの添加息
を変化させた場合について実験を行なった。他の製造条
件は前記実施例と全く同様にホットプレス法によるもの
とする。

第２図に、破壊靭性値（Ｋ　Ｉ　Ｃ）とシリコンカーバ
イド含有Ｕ（ＶＯΩ％）と″の関係を示す。ここでたて
軸には破壊靭性値、横軸にはシリコンカーバイド３釘【
賃をとった。

また、第３図に、硬度（たて軸）とシリコンカーバイド
な釘量（ｖｏΩ？６）（横軸）との関係を示す。

史に、第４図に抗折力（ｋｇ／＋＋＋ｎ＋２）とシリコ
ンカーバイドの含Ｒ量（ｖｏΩ％）との関係を示す。（
○は比較のために従来のアルミナ−チタンカーバイド系
複合セラミンクス何科についての実験データを示してい
る。） 第２図乃至第４図に示された結果から、アルミナ中への
シリコンカーバイドの含１４　Ｑは１０〜５０％が適切
である。すなわち、第２図によれば、シリコンカーバイ
ドの含（−Ｈ−Ｑが１０％の点て破壊靭性値か大幅に向
上しており、第４図によれば、強度的な観点からみても
、シリコンカーバイドの含ｑ量が１０〜５０９６の範囲
で大幅に抗折力が向上していることがわかる。また、シ
リコンカーバイドは、焼結しにくい材料であるため、含
何量か５Ｑｖｏ、ｌ）％を超えると焼結が困難となる。

なお、実施例では、シリコンカーバイドの含ｑ量が４Ｑ
ｖｏ、Ｑ％のアルミナ−シリコンカーバイド系複合セラ
ミックス材料について説明したが、この含ｑ量について
は１０〜５０　Ｖ　ｏｊ）％の範囲内で適宜選択可能で
ある。

また、これに加えて例えば、焼結助剤として酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化クロ
ム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ３　）　
、窒化シリコン（Ｓ　ｉ　３　Ｎ４）、窒化アルミニウ
ム（Ａｉ）Ｎ）　、酸化ベリリウム（Ｂｅｄ）等を添加
してもよい。添加によって焼結温度を低くすることかＩ
ＩＪ能となる。なお添加ｍについては０．０５〜５％程
度が望ましい。

また、ホットプレス法を用いたが、この他、加圧を静水
圧によって行なうＨＩＰ（Ｈｏｔ　　ｌ５ｏｓｔａｔｉ
ｃ　　Ｐｒｅｓｓ）法を用いてもよく、史には、加圧成
型ｌ−程と焼結工程とを別上程としてもよい。

加えて、何科の粒径は均一かつ小さいものが望ましい。

〔効果〕

以−Ｌ説明してきたように、本発明の複合セラミックス
材料ではアルミナ母を１中に１０〜５０ｖＯｇ％のシリ
コンカーバイドを含有せしめているため、大幅に靭性が
向上している。

また、本発明のｉ支台セラミックス材料の製造方法によ
れば、１０〜５ＱｖｏΩ％のシリコンカーバイドをアル
ミナ母相中に均一に混合分散した後、加圧しつつ焼結す
るようにしているため、靭性が高く、耐熱性および耐摩
耗性に優れた調合セラミックス＋４料の形成か「■■能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例のアルミナ−シリコンカーバイ
ド系１隻合セラミックス材料および従来例のセラミック
ス材料の温度と硬度との関係（すなわち高温下における
硬度特性）を示す比較図、第２図は、シリコンカーバイ
ドの％　ｈ　）Ｊｔと破壊靭性値ＫＩＣとの関係を示す
図、第３図はシリコンカーバイドの含釘量と硬度との関
係を示す図、第４図はシリコンカーバイドの含有電と抗
折力との関係を示す図である。 出願人代理人　木　村　高　久　　　１ｊ −，１ 湿度　じＣ〕 第１図 第２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）と、１０〜５０体積
   パーセントのアルファシリコンカーバイド（αＳｉＣ）
   とを含有したことを特徴とする複合セラミックス材料。
2. （２）アルミナ母相中に１０〜５０体積パーセントのア
   ルファシリコンカーバイドを分散混合せしめる混合工程
   と、 該混合工程において形成された混合体を加圧しつつ焼結
   する加圧焼結工程とを含むことを特徴とする複合セラミ
   ックス材料の製造方法。
3. （３）前記加圧焼結工程はホットプレス工程であること
   を特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の複合セラ
   ミックス材料の製造方法。
4. （４）前記加圧焼結工程は、ＨＩＰ（■ｏｔ■ｓｏｓｔ
   ａｔｉｃＰｒｅｓｓ）工程であることを特徴とする特許
   請求の範囲第（２）項記載の複合セラミックス材料の製
   造方法。
5. （５）前記混合工程では、焼結助剤として、酸化マグネ
   シウム（ＭｇＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ＿２）、酸化ク
   ロム（Ｃｒ＿２Ｏ＿３）、酸化イットリウム（Ｙ＿２Ｏ
   ＿３）、窒化シリコン（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）、窒化アルミ
   ニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）のうち１
   種又は複数種を添加するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第（２）項乃至第（４）項のいずれかに記
   載の複合セラミックス材料の製造方法。