JPS62278167A

JPS62278167A - 高い破壊じん性と硬度を有する窒化ケイ素を主成分とする多結晶焼結体

Info

Publication number: JPS62278167A
Application number: JP62103386A
Authority: JP
Inventors: デトレフ・シユタインマン; アルフレート・リツプ; フーベルト・ターレル; マツクス・モール
Original assignee: Elektroschmelzwerk Kempten GmbH
Current assignee: Elektroschmelzwerk Kempten GmbH
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1987-04-28
Publication date: 1987-12-03
Also published as: DE3761727D1; EP0247528A1; US4743571A; ATE50446T1; DE3617282A1; EP0247528B1

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】６、　発明の詳細な説明セラミック刃材料の分野では、窒化ケイ素を主成分とす
る多結晶焼結体が最近、重要性を高めている。これは窒
化ケイ素と焼結添加剤、窒化ケイ素と酸化物、炭化物及
び／または窒ｒヒ物を主成分とする他の耐火性化合物と
の混合物；及びいわゆるシアロン（５ｉａｌｏｎｅ　）
から成る。ような材料を意味する。シアロンでは、Ｓ　
Ｌ３　Ｎ４中のＳｉ原子とＮ原子の一部がＡｌ原子とＯ
原子に代えられて、異なる組成の５ｉ−Ａｌ−０−Ｎか
ら成る固溶体が形成されている。

Ｓｌ、５Ｎ４と、スピネル型グ、）予焼績（−た混合酸
ｒヒ物としてのＭｇＯ＝　Ａ／２Ｏ３またはＹ２Ｏ６の
ような酸化物を主成分とする焼結添加剤とから、成る粉
末混合物を加圧なしに焼結することによって製造する焼
結体はす↑に、超共融Ａｌ−８ｉ合会用刃材料とじてす
でに公知〒ある〔特開昭４９−１３３８０３号公報、ケ
ミカル・アブストラクト（Ｃｈｅｍ、　Ａｂｓ　ｔ　、
　）８６巻（１９７６）、２１号。４ａｏ　を参照〕。

（−かじ、このような焼結体は、結晶粒界に存在すｂ酸
化物を主成分とする二次相が主としてガラス質〒あり高
温）は軟化するの１、充分な耐高温性を有していない。

このために、このような焼結体は鉄材料を加工するよう
な厳しい条件下での刃材材としては適切ではない。

しかし、特定の圧力と温度条件を用いてＳｉ３Ｎ４とＭ
　ｇ　Ｏ、Ｚ　ｒ　０２及びＹ２Ｏ３のような炭化物と
の粉末混合物を高温処理することによって製造した焼結
体は、混合酸化物針がＳ１？、Ｎ４マトリツクスの結晶
粒界に非スピネル型で存在し、少量の安定な耐火性オキ
シニトリド及び／−！たはケイ酸塩を形成するよりに選
択するならば、刃材材としてのこれらの要件を適切に満
すことが〒きる（ヨーロッパ特許第ｉ’−−９８９５号
及び米国特許第Ａ−４２２，８４２号明、？ＩＩＦ店：
参照鳥本質的にイソ［・リウムーケイ素オキシニトリド
から成る二次結晶粒界相は、例えばＡ１２ｏ３．　ｗｃ
またはＴｉＣのような少量の他の物質を添加することに
よって（米国特許第Ａ　−４，４０１，６１７号明細書
参照）または焼結体を付加的に加熱処理丁乙ことによっ
て（西ドイツ特許第Ａ−３，０４７，２５５号明細書：
米国特許第Ａ−４，２２７，８４２号明細書に相当参照
）さらに形成される。焼結体の製造を加圧なしに行う場
合には、Ｓｉ３Ｎ４と酸化物添加剤から成る出発粉末混
合物中にＡＪ２Ｏ３．　ＷＣ，ＷＳｉ２．　Ｗ及びＴｉ
Ｃのような、第三物質の存在が不可避に必要である（米
国特許第４．２８０，９７３号明細書に相当する西ドイ
ツ特許第Ａ−３，０３９，８２７号明細書参照）。

Ｓｉ３Ｎ４、酸化物を主成分とする焼結助剤及び炭化物
（例えばＴｉＣ）もしくは窒化物、またはこれらの混合
物を主成分とする、約４０１童％までの量の耐火性添加
剤から成る粉末混合物を加圧してまたは加圧しないで焼
結することによって製造した刃材料も同様に公知である
（米国特許第４．３８８．０８５号参照）。

高効率の刃小プレートを製造するためには、いわゆるシ
アロンも公知ｆある。これはＳｉ３Ｎ４゜ＡＩＮ及びＡ
／２Ｏ．に、Ｙ２Ｏ３のような酸比物を主成分とする焼
結助剤を加えた粉末混合物から加圧してまたは加圧しな
いで製造することがフきる。

このような材料は耐高温性の改良を特徴とする。

耐高温性の改良とは、焼結過程の終了後に制御した段階
的冷却または次の熱処理によって、粒間ガラス質結晶粒
界相中のガラスの少なくとも一部が例えばＹ−ＡＪ−ガ
ーネットを含むセラミック相として結晶比するように配
慮した場合に、１２Ｏ０℃における破壊弾性率が室温ｆ
測定した値に比べてごく僅かに低下するにすぎないこと
を意味する（米国特許第４，１２７，４１６号明細書に
相当する西ドイツ特許第Ｃ−２，７３３，３５４号明細
書参照）。

しかし、先行技術による、Ｓｉ３Ｎ４を主成分とする刃
材料が理想的な刃材料を特徴づける性質に関連する要件
の一部のみを有するにすぎないことが判明している。こ
のような刃材料は一般にち密フあり、屈曲、酸化及び熱
衝撃に耐性であるが、例えば刃小プレートとして断続切
断に用いた場合に生ずる突然の予期しないストレスに破
壊せずに、％九縁を欠くことなしに、長期間耐え得るほ
ど充分に強じん１はない。

従って、本発明の課題は、窒化ケイ素と；酸化物を主成
分とする焼結添加剤と；任意に炭化物と窒化物とを主成
分とする他の耐火性添加剤とから成り、高い硬度と高い
破壊じん性とを含む性質を特徴とする特に高い切削速度
１の鉄材料の切削加工用セラミック刃材料に対する要件
を充分に満たし得るほど耐摩耗性である多結晶焼結体を
提供することである。

この課題は本発明罠よると、少なくとも９０重量％がβ
変態〒ある結晶Ｓｉ３Ｎ４相、少なくとも６６重量％と
、酸化物、炭化物及び／または窒化物を主成分とし、こ
の中の少なくとも１つが結晶〒ある粒間二次結晶粒界相
３４重量％までとから成り、粒間二次結晶粒界相の少な
くとも２５重量％がＱａ２Ｏ３ｓ　Ｌａ２Ｏ３及びＡ７
２Ｏ３　カラノ準三元結晶性ｒ２合物から成り、この準
三元結晶性化合物の三成分系Ｇａ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３−
ＡＡ！２ＯＢ中の量の割合１モル％）が次の頂点；Ｅ、２５％Ｇａ２Ｏ３−５％Ｌａ２Ｏ３−９０％ＡＪ！
！　２Ｏ゜Ｅ２　＝　９０％Ｇａ２ＯＢ　−５％Ｌａ２
ＯＢ　−５％Ａｚ２ｏ３Ｅ３＝５％Ｇａ２Ｏ３−９０％
Ｌａ２Ｏ３−５％Ａｌ２Ｏ６を有する三角形によって決
定され、多結晶焼結体が製造される前に、準三元結晶性
化合物（以下では、’Ｇａｚａ”化合物と略記する）が
酸化ガリウム、酸化ランタン及び酸化アルミニウムから
製造されることを特徴とする多結晶焼結体によって解決
される。

本発明による多結晶焼結体はＳｉ３Ｎ４と、酸化物を主
成分とする焼結添加剤と、任意に炭化物及び／または窒
化物を主成分とする他の耐火性添加剤とから放る粉末混
合物から、定義によって三成分系Ｇａ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ
５−ＡＡ！２Ｏ３中の量の割合（モル％）が頂点Ｅ１．
　Ｅ２．　Ｅ、を有する三角形、特に次の頂点：Ｅ１３”５％Ｇａ２Ｏ３−５０％Ｌａ２Ｏ３−４５％Ａ
ｌ２Ｏ３Ｅ１５　＝　４５％Ｇａ２Ｏ３−５０％Ｌａ２
Ｏ３−５％Ａノ２Ｏ３Ｅ２１＝４０％Ｇａ２Ｏ３−２Ｏ
％Ｌａ２Ｏ３−ｄ　０％Ａ１２ｏ３を有する三角形によ
って決定される準三元結晶性化合物を少なくとも１種類
の焼結添加剤として用い、これを他の成分と混合して焼
結する前に、上記〒定義した量の酸化カリウム、酸化ラ
ンタン及び酸化アルミニウムから１５００℃〜１８００
℃の温度に加熱するととＫよって製造することを決定的
な条件として、１７００℃〜２１００℃の温度範囲にお
ける加圧してまたは加圧しない焼結によって、それ自体
公知の方法で製造される。

出発物質としては、少なくとも８０重食％がα変態ｆあ
り、酸化物及び遊離炭素としての襄雑物の割合が４．０
重量％以下である窒化ケイ素、少なくとも７０重量％と
；単独の“ＧａＡ！ａ″化合物または酸化物及び／または
炭化物または窒化物を主成分とする公知の添加剤との混
合物としての“Ｇａｚａ”化合物（全体の少なくとも１
重量％が°Ｇａ１ａ’（ヒ合物の粉末〒なげればならな
い）３０重１％までとから成り、平均粒度が〈２μｍで
ある均質な粉末混合物を°用いるのが有利である。

窒化ケイ素粉末としては、通常の粒度と純度を有する市
販の粉末を用いることができる、すなわち特に微細ｆ、
特に純粋な粉末性質が必要とされるわけではな（、最大
粒度約１５μ扉まで、比表面積約３〜２Ｏｍ”／ｌ範囲
（ＢＥＴによって測定）の粉末が用いられる。５ｉ５Ｎ
４粉末中の許容される夾雑物の基準値は次の通ｔ）？あ
る。

ＣａＯ＜０．４重量％ＭｇＯ＜０．２重量％Ｎａ　２Ｏ　　　　＜０．１重量％に２Ｏ　　　　　＜０．１重量％Ｌｉ２Ｏ＜ｏ、１重量％Ａｔ２ｏ３　　　＜１．１重量％Ｆｅ　２Ｏ３＜１．５重量％ＴｉＯ２＜０．１重量％Ｃｆｒｅｉ　　　＜０．４重量％ ”Ｇａ１ａ″比合物の粉末と酸化物を主成分とする添加
剤との混合物を使用する場合には、天然または合成起源
の結晶性ケイ酸塩、ランタニドとアルミニウムを含めた
周期律表第２ａ及び３ｂ族の金属の金属炭化物、ならび
にケイ素−アルミニウム・オキシニトリドから成る群か
ら選択したような成分を用いるのが有利マある。

結晶性ケイ酸塩の例は、石英を除いてネソー。

ンロー、シクロ−、イノ−、フィロ−及びテクトケイ酸
塩から成る群から選択した、１３５０℃〜１９５０℃の
範囲内の融点を有するようなケイ酸塩である、このよう
なケイ酸塩は西ドイツ特許出願明細４Ｆ（８４年６月２
７日出願、Ｐ、第３４２３５７３．６号）によると、窒
［ヒケイ素を主成分とする多結晶焼結体の製造のための
焼結添加剤として金属炭化物とともに提案されている。

特別な例はＣａ２Ｍｙ（Ｓｉ２Ｏ７）（オーケルマナイ
ト）のような、天然起源のＣａ−Ｍｇシリケートと、Ａ
ＪＮＸ　Ｓ　ｉ０２　Ｘ　Ｙ２Ｏ３から製造されるＹＡ
Ａ！Ｎ（Ｓｉ０５）のような、合成起源のＹ−Ｎシリケ
ート〒ある。

金属炭化物の例は、Ｙｌす２Ｏ９とＹ６Ａｆｆ１１００
２４のような、Ｙ２Ｏ３とＡＡ！　２Ｏ３の混合酸化物
を含めて、ＭＩＯ，Ｙ２Ｏ３ランタニドの酸化物とＡｌ
２Ｏ３である。

ケイ素−アルミニウム・オキシニトリドの例は、次の組
成を有するものｆある　：Ｓ　ｉＡＩ　４０２Ｎ４　ｐ　Ｓ　ｉＡｌ　５０２Ｎ５
　、　Ｓ　ｉＡＩ　６０２Ｎ６　、　Ｓ　ｉＡＩ　ＢＯ
□Ｎ８とＳ　ｉ　ｏ、ｓ　Ａｌ　ｓ、ｓ　Ｏ２，５Ｎ２
．５”Ｇａ１ａ’″化合物粉末と、炭化物及び／または
窒化物を主成分とする耐火性添加剤との混合物を用いる
場合には、周期律表第４ｂ　、５ｂ及び６ｂ族からの金
属原子ならびにＢとＳｉの金属炭ｆヒ物の群から、及び
窒化チタンとカルゼ窒化チタンから成る群から選択した
ような成分が用いられる。

金属炭ｆヒ物の例はＴｉＣ，ＺｒＣ，ＷＣ，ＴａＣ，Ｃ
ｒＣ。

ＶＣならびにＢ４ＣとＳｉＣである。

上記混合物を用いる場合に、”Ｇａ１ａ″Ｃヒ合物の結
晶性粉末のｔは、酸化物を主成分とする混合物を用いる
かまたは炭化物及び／または窒化物を主成分とする添加
剤を用いるかに関係なく、完成焼結体中に定義によって
少なくとも２５Ｘ７％存在する全ての二次相が結晶性″
Ｇａ１ａ’（ヒ合物から成るように見積らなければなら
ない、この場合に５ｉ５Ｎ４中に存在する夾雑物も考慮
する必要がある。

結晶性″Ｇａ１ａ”化合物の量は、炭化物／窒化物を主
成分とする添加物との混合物中フは少なくとも６０重１
％から約７０重蓋％ま〒１あり、酸化物を主成分とする
添加物との混合物中では少なくとも３０重量％から約６
０重蓋％ま↑である。

本発明による多結晶焼結体を製造するためには、５ｉ５
Ｎ４粉末を選択した混合物とともに周矧の方法によって
均質に混合する。均質な混合はメタノール、トルエンま
たはヘキサンのような、有機溶媒の存在下フ摩擦するこ
とによって実施するのが有利である。しかし、既製の出
発粉末の代りに、混合物にＳｉ粉末を加えて均質に摩擦
してから、硝化することもｆきる。これＫよって、Ｓｉ
３Ｎ４中に特に均質に混合物が分配さＧる。硝化が終了
した後に、出発粉末混合物中に必要なく２μｍ粒度を保
証するために、さらに摩擦段階を用いることが便利！あ
る。

次にこのような均質な出発粉末混合物を加圧するまたは
加圧しない公知の方法によって焼結する。

温度、滞留時間及び任意の圧力のような工程ノクラメー
タは、被焼結体を高度に圧縮するためばかりでなく、　
Ｓｉ３Ｎ４のα変態をβ変態に実際に完全に転化するた
めにも充分であるように１選択することが望ましい。こ
の場合、各焼結工程に対して、次の工程ｚｅラメ−ター
が有利であるとわかっている：１、　　Ｓｉ３Ｎ４またはＳｉ３Ｎ４とＢＮから成る粉
末床における加圧なし焼結温度：最大１８５０℃ １０〜４０簡の被焼結体の肉厚に依存する滞留時間：　
１〜６時間 λ　少なくとも２ＭＰａの一定窒素圧下での焼結温度：
最大２１００’Ｃ１０〜４０ｍの肉厚に依存する滞留時間：１〜３時間＆　常圧下または真空下１の窒素存在下スタンプ圧熱間
プレス温度：最大１８００℃ １０〜４０ｔｍの肉厚１の滞留時間＝１〜１．５時間４
　２Ｏ０　ＭＰ　ａの窒素圧下での熱間アイソスタチッ
クプレス温度：最大１８５０℃ １０〜４０ｍの肉厚での滞留時間＝１〜１．５時間本発
明によって結晶性”Ｇａ１ａ”化合物を用いて製造した
多結晶焼結体は、それぞれ用いる焼結工程に関係なく、
加圧焼結方法によって１００％まフに達する、理論的に
可能な密度の９６％以上の密度を有する。このような焼
結体は次のような性質の組合わせを特徴とする：１、　非常に良好な耐熱衝撃性の尺度として通用する、
２５０〜３１０ＫＮ／ｒｎｍ”範囲ノ相対的ニ低イ弾性
率（Ｅ−ｍｏｄｕｌｅ） λ　室温における高い機械的強度と温度上昇に伴う低い
強度低下；、４点法費測定して少なくとも６００　Ｎ／
ｍ１ｒＬ”の室＠ｆの曲げ強度が１０００℃まマに３０
％以下、％に２５％以下低下するにすぎないことによっ
て実証される。

＆　室温における高い硬度と温度上昇に伴う低い硬度低
下；１９．６２Ｎ負荷下でヌープ（Ｋｎｏｏｐ）によっ
て測定した室温において１．６００〜２．ＱＯＯの■９
値が１，１００℃゛ま〒ｆｆ１４５％以下、特に４０％
以下低下するＫすぎないことマ実証される。

４、大きい破壊じん性：５０％ノツチ深さと５ｏｏＮ／
分の負荷速度１ｃおいて４点法で測定して少なくとも７
．０　ＮＭ／ｍ“／２のに１θ値によって実証される。

これらはさらに、最大粒径５μｍと粒子長さ７粒径の比
４：１〜７二１を有する針状Ｓｉ３Ｎ４結晶と、研摩し
た表面の１０μｍ゛以下の切子面に見られる、均一に分
布した二次相とから成るミクロ構造を有する〇本発明によって”Ｇａ１ａ”化合物結晶を用いて製造し
た多結晶窒化ケイ素焼結体は、高い切断速度〒鉄材料を
切削するためのセラミック刃材料として、先行技術の多
結晶窒化ケイ素焼結体よりもあきらかに丁ぐれている。

以下の実施例フは、本発明によって“ＧａＡ！ａ’比合
物結晶の混合物を用いて製造した焼結体と用いないで製
造した焼結体とを異なる条件下ｆの切削試験して、本発
明による刃材料の侵透性を実証した。

実施例囚　Ｇａ　２Ｏ３−Ｌａ　２Ｏ３−Ａｌ　２Ｏ３系の準
三元結晶性化合物の製造三成分系を行値とする組成、すなわち特徴的な三角形Ｅ
、−Ｅ２−Ｅ、、特に特徴的な三角形Ｅ１３−Ｅｊ５−
Ｅ２１で表される組成（モル％）（第１図参照）に応じ
て、Ｇａ　２Ｏ３　、　Ｌａ　２ＯＢとＡｌ２Ｏ３を７
七トンと混合する。乾燥しふるい（１００μｍメツシュ
）Ｋかけた後に、無水の均質な粉末混合物を適当なるつ
ぼに入れて酸比条件下フ、任意に保護ガス下においても
、１５００℃〜１８５０℃の温度範囲に加熱し、この温
度に１５〜３０分間維持する。熱処理によって、Ｘ線図
により検出可能な、はぼ単相の物質が生ずる。冷却後に
、このようにして製造した準三元結晶性【ヒ合物を粉砕
器と窒化ケイ素族の粉砕球とを含み、粉砕用液としてシ
クロヘキサンを用いる遊星メールミルにおいて、〈２μ
ｍの必要な粒度になるまｆ、粉砕する。

Ｕ　本発明による多結晶焼結捧の製造実施例１次の分析値を有する５ｉ６Ｎ４出発粉末を用いた：α−
８ｉ６Ｎ４８７重量％ β−３ｉ　５Ｎ４２．５重量％０２　　　　　　　１．６３重重％ＣＯ，２１重重％ｋｌ　　　　　　　Ｏ，１５ＩＵ量％Ｆｅ　　　　　　　Ｏ，２１重シラＣａ　　　　　　　Ｑ、１４重量％Ｍ＆　　　　　　＜０．０５重蓋％Ｚｒ　　　　　＜０．０５３１（１１％Ｔｉ　　　　　
　　　Ｏ，０２重量％Ｎａ　　　　　＜（１０２重量％Ｋ　　　　　　く０．０２ｉ童％Ｎ２　　　　　　３６．０５　Ｎｊｊｋ％比表面積（Ｂ
ＥＴ）　　　３．７７７１“／Ｉこの５ｉ５Ｎ４粉末に
囚によって製造した”Ｇａノａ”化合物と任意の、炭比
物を生成分とする他の添加剤を上記の量フ加え、粉砕器
と輩出ケイ素製粉砕球とを含む遊星メールミル中で粉砕
用液としてシクロヘキサンを用いて、１〜５時間均質に
混合する。次にシクロヘキサンを留去し、粉末混合物を
ふるい（メツシュ１００μｍ）にかけて大きな凝集粒子
を除去する。次に、粉末混合物を通常の公知の成形方法
（常温アイソスタチックプレス、グイプレス加工、また
は鋳造）によって成形し、公知の方法によって焼結する
。

第１表には、窒化ケイ素出発粉末と添加剤の重（重量％
）、粉砕期間（時間）及び用いた焼結方法及び得られた
焼結密度１７７ｃｃを要約する。

ｒＧａｌａＪ化合物の組成（モル％）は第１図に示した
点Ｅに対応する。

注）ＨＰ＝スタンプ圧下での熱間プレヌ加工。

比プレス圧：１５ＭＰａ温度：　１８００Ｃ滞留時間：１時間Ｎ２−Ｄｒｕｃｋ＝　６ＭＰ　ａの一定Ｎ２圧下で焼結
；温度：１９００Ｃ：滞留時間：６時間Ｄ　Ｌ　Ｓ”　Ｂ　Ｎ／Ｓ　ｉ　３Ｎ４混合物から成る
粉末床において加圧なし焼結。

温度：　１８００Ｃ：滞留時間：６時間実施例２実施例１で用いた窒化ケイ素出発粉末と、（Ａ）によっ
て製造した”Ｇａ１ａ”化合物と、酸化物、炭化物及び
／または窒化物を主成分とする、任意の他の添加剤とか
ら、焼結体を製造して、その性質に関して調べた。

比較のために、本発明の“Ｇａ１ａ”化合物の混合物を
用いない点板外は同じ条件下マ製造した焼結体を用いた
。

第２表に、焼結体の製造に用いたＳ　ｉ　３Ｎ４出発粉
末量と混合物！（重量係）ならびにこれらの焼結体の性
■と要約する。

第２表の注）弾性率＝室温受測定、Ｋ　Ｎ　／ｍｘ２ＢＦＲＴ＝室温
において４点法フ測定した曲げ強度Ｎ　／ｙｒｘ２ＰＩＦ’＋１００＝　１１００　Ｃにおいて４点法で測
定した曲げ強度Ｎ／ｎＦＨＫ２ＲＴ＝室温において１９．６２Ｎの負荷下でヌー
プ法に従って測定した硬度ＨＫ２１１００　＝　１１００Ｃにおいて１９．６２Ｎ
の負荷下でヌープ法に従って測定した硬度この硬度試験は、細い斜方形の底面を有するダイヤモン
ドピラミッドをナイフ状体として上記負荷下で用いる、
ピッカー法（ＤＩＮ５０１３３）による試験法の改良法
である。

ＫＩ　Ｃ＝　２　Ｘ　４　Ｘ　３４　ｒｒｘサイズの小
切欠き試験棒を用いて、４点法で測定した破壊じん性；
切欠き深さは２ｍ（＝５０％）、切欠き幅は０．１ｕ″
？％あり、９荷速度は５０ＯＮ／分〒ある。

Ｃ）切削試験における試験体の分析本発明によって実施例２−ｔ％製造した焼結体Ｅ１〜Ｅ
１５　　と対照として製造した焼結体ｖ１〜ｖ９を切削
試験において次のように分析した。

試験１．摩擦板の加工鋳鉄ＧＧ２６製の摩擦板を連続切断で加工した。

切断速度　Ｖｃ＝　６００ｍ／分。

フィード　ｆ＝０．６ｒＬ／Ｕ切断深さ　ａｐ＝４朋接触期間７個＝　５．２５秒刃出プレート形態＝ＳＮＧＮ１２Ｏ４３０Ｔ加工量はＶ
ｂ　ｒ＝０．３　ｍ　／切断縁の摩耗標識幅に達するま
で刃出プレートによって加工した摩擦板の数を意味する
。

試験２　縦方向回転成形鋳鉄ＧＧＧ５０製シャフトを断続切削で縦方向回転成形
した。

切削速度　Ｖｃ　＝　　６００ｍ／ｆ＋フィー）′ｆ＝
０．６Ｗ！Ｌ／Ｕ切削深さ　ａｐ＝２襲刃ｌＪ＼プレート形態＝ＳＮＧＮ１２Ｏ４＋２Ｔ耐用時
間とは、刃小プレートの切断縁がＶｂｒ＝０．３ｎの摩
耗標識＠に達するまでの時間を意味する。

試験３．　　正面削り２３０ＨＢの硬度を有する鋳鉄ＧＧ２５製中全シリンダ
ー（外径１１０ｕ、内径８０罷、長さ２Ｏ０ｍ）を標準
試験フ正面削りした。

切削速度　ｖｃ＝６７８〜９０７１ｒＬ／分フィード　
ｆ　　＝０．４ｍ／Ｕ切削深さ　ａｐ＝２罪刃小プレート形態＝　５ＮＧＮ　１２Ｏ４１２Ｔ耐用時
間とは刃小プレートの切断縁の摩耗標識＠Ｖｂｒ＝０．
３ｉｉに達するまフの時間（分）を意味する。

第３表には、これらの試験１〜３の結果を要約するう第３表第３表から明らかなように、高い切削速度６００７に／
分における鋳鉄材料の３種類の切削試験において、本発
明による焼結体Ｅ１〜Ｅ５によって対照サンプルＶ１〜
ｖ９によるよりもかなり高い加工量もしくは耐用時間が
示された。

この良好な結果は本発明の焼結体中に検出可能に存在す
る結晶性“Ｇａｚａ”化合物に起因する。しかし、これ
らの結晶相は出発粉末混合物に、混合する前にＧａ　２
Ｏ３　、Ｌａ　２Ｏ３とＡＩ　２Ｏ３から製造した結晶
性”Ｇａ１ａ”化合物を用いた場合にのみ形成される。

このことは、焼結前の５ｉ５Ｎ４出発粉末にＧａ２Ｏ３
、Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３を別々に混合した場合のサン
プルｖ１とＥｌの結果の比較から明らか〒ある。

本発明による材料のすぐれた性質を考えると、この材料
が切削テクノロジーに用いられるのみでなく、一般に耐
摩耗性材料として、機械建造と工業的プロセスポンプニ
ャリングにも利用可能であることは明らかである。この
実例はベアリ゛ング・テクノロジー、ノ々ルブ・テクノ
ロジー、ポンプ・チクノロ、クー、ノズル・テクノロジ
ー、及び高温テクノロジーである。

【図面の簡単な説明】

添付図面は三元系Ｇａ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３
を説明する相ダイヤグラム〒ある。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも９０重量％がβ変態で存在する結晶性
窒化ケイ素相少なくとも６６重量％と、酸化物、炭化物
及び／または窒化物を主成分とし、この中の少なくとも
１種類が結晶である粒間二次結晶粒界相３４重量％まで
とから成る、高い耐破壊性と硬度を有する多結晶焼結体
において、粒間二次結晶粒界相の少なくとも２５重量％
が準三元結晶性化合物Ｇａ＿２Ｏ＿３−Ｌａ＿２Ｏ３−
Ａｌ＿２Ｏ＿３から成り、この三元系Ｇａ＿２Ｏ＿３−
Ｌａ＿２Ｏ＿３−Ａｌ＿２Ｏ＿３の量的割合（モル％）
が次の頂点：Ｅ＿１＝５％Ｇａ＿２Ｏ＿３−５％Ｌａ＿２Ｏ＿３−９
０％Ａｌ＿２Ｏ＿３Ｅ＿２＝９０％Ｇａ＿２Ｏ＿３−５
％Ｌａ＿２Ｏ＿３−５％Ａｌ＿２Ｏ＿３Ｅ＿３＝５％Ｇ
ａ＿２Ｏ＿３−９０％Ｌａ＿２Ｏ＿３−５％Ａｌ＿２Ｏ
＿３を有する三角形によつて決定されること、及び多結
晶焼結体が製造される前に酸化ガリウム、酸化ランタン
及び酸化アルミニウムから準三元結晶性化合物が製造さ
れることを特徴とする多結晶焼結体。
（２）窒化ケイ素、酸化物を主成分とする焼結添加剤な
らびに炭化物及び／または窒化物を主成分とする任意の
他の耐火性添加剤から成る粉末混合物を１７００°〜２
１００℃の範囲内の温度において、加圧してまたは加圧
しないで焼結することによる少なくとも９０重量％がβ
変態で存在する結晶性窒化ケイ素相少なくとも６６重量
％と、酸化物、炭化物及び／または窒化物を主成分とし
、この中の少なくとも１種類が結晶である粒間二次結晶
粒界相３４重量％までとから成る、高い耐破壊性と硬度
を有する多結晶焼結体の製造方法において、三元系Ｇａ
＿２Ｏ＿３−Ｌａ＿２Ｏ＿３−Ａｌ＿２Ｏ＿３の量的割
合（モル％）が次の頂点：Ｅ＿１＝５％Ｇａ＿２Ｏ＿３−５％Ｌａ＿２Ｏ＿３−９
０％Ａｌ＿２Ｏ＿３Ｅ＿２＝９０％Ｇａ＿２Ｏ＿３−５
％Ｌａ＿２Ｏ＿３−５％Ａｌ＿２Ｏ＿３Ｅ＿３＝５％Ｇ
ａ＿２Ｏ＿３−９０％Ｌａ＿２Ｏ＿３−５％Ａｌ＿２Ｏ
＿３を有する三角形によつて決定される。Ｇａ＿２Ｏ＿
３−Ｌａ＿２Ｏ＿３−Ａｌ＿２Ｏ＿３の準三元結晶性化
合物から成る粉末を少なくとも１種類の焼結添加剤とし
て用いること、及び前記準三元結晶性化合物を、他の成
分と混合して焼結する前に、上記で定義した量の酸化ガ
リウム、酸化ランタン及び酸化アルミニウムから１５０
０°〜１８５０℃の温度に加熱することによつて製造す
ることを特徴とする方法。
（３）少なくとも９０重量％がβ変態で存在する結晶性
窒化ケイ素相少なくとも６６重量％と、酸化物、炭化物
及び／または窒化物を主成分とし、この中の少なくとも
１種類が結晶である粒間二次結晶粒界相３４重量％まで
とから成る、高い耐破壊性と硬度を有する多結晶焼結体
を製造するための特許請求の範囲第２項記載の方法にお
いて、出発物質として次の成分：酸化物及び遊離炭素の形の不純物を４．０重量％以下含
み、少なくとも８０重量％がα−変態として存在する窒
化ケイ素の少なくとも７０重量％、ならびに単独のまたは準三元結晶性化合物が全体で少なくとも１
重量％存在するという条件で酸化物及び／または炭化物
及び／または窒化物を主成分とする添加剤と混合した、
Ｇａ＿２Ｏ＿３−Ｌａ＿２Ｏ＿３−Ａｌ＿２Ｏ＿３系の
三角形Ｅ＿１−Ｅ＿２−Ｅ＿３内に存在する準三元結晶
性化合物の３０重量％までから成る、平均粒度＜２μｍ
の均質な粉末混合物を用いることを特徴とする方法。
（４）準三元結晶性化合物と、天然または合成起源の結
晶性ケイ酸塩、ランタニドとアルミニウムを含む周期律
表第２ａ族と第３ｂ族からの金属原子の金属酸化物及び
ケイ素−アルミニウムオキシニトリドから成る群から選
択した、酸化物を主成分とする添加剤とから成る混合物
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
方法。
（５）準三元結晶性化合物と、周期律表の第４ｂ族、第
５ｂ族及び第６ｂ族からの金属原子ならびにホウ素とケ
イ素の金属炭化物から成る群から選択した炭化物を主成
分とする添加剤及び／または窒化チタン及びチタンカル
ボニトリドから成る群から選択した、窒化物を生成物と
する添加物から成る混合物を用いることを特徴とする特
許請求の範囲第３項記載の方法。
（６）高い切削速度での鉄材料の切削加工用セラミック
刃材料としての「特許請求の範囲第１項記載の多結晶焼
結体」の利用。