JPH0516031A - 高靱性高耐久性被覆セラミツク工具の製造方法 - Google Patents
高靱性高耐久性被覆セラミツク工具の製造方法Info
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- JPH0516031A JPH0516031A JP3307214A JP30721491A JPH0516031A JP H0516031 A JPH0516031 A JP H0516031A JP 3307214 A JP3307214 A JP 3307214A JP 30721491 A JP30721491 A JP 30721491A JP H0516031 A JPH0516031 A JP H0516031A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】ZrO21〜50wt%、残部実質的にAl2O
3の組成を有するAl2O3−ZrO2系セラミック焼結体
から成る基材の表面に、TiC、TiN、TiCN、A
l2O3若しくはAlON又はこれらの組合せから成る被
覆層をCVD法により形成することにより、高靱性高耐
久性被覆セラミック工具を製造する。特にAl2O3−A
LON内層又はAl2O3外層−ALON中間層−Ti
C、TiN、TiCNの内層の多層被覆を行う。 【効果】基材の本来の特性を劣化させることなく、飛躍
的に改良された高靱性高耐久性セラミック工具が得ら
れ、ダクタイル鋳鉄等の難削材の高速衝撃切削の反復に
耐えるものとなる。
3の組成を有するAl2O3−ZrO2系セラミック焼結体
から成る基材の表面に、TiC、TiN、TiCN、A
l2O3若しくはAlON又はこれらの組合せから成る被
覆層をCVD法により形成することにより、高靱性高耐
久性被覆セラミック工具を製造する。特にAl2O3−A
LON内層又はAl2O3外層−ALON中間層−Ti
C、TiN、TiCNの内層の多層被覆を行う。 【効果】基材の本来の特性を劣化させることなく、飛躍
的に改良された高靱性高耐久性セラミック工具が得ら
れ、ダクタイル鋳鉄等の難削材の高速衝撃切削の反復に
耐えるものとなる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Al2O3−ZrO2系
セラミック焼結体を基材とする高靱性高耐久性セラミッ
ク工具の製造方法に関する。
セラミック焼結体を基材とする高靱性高耐久性セラミッ
ク工具の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のAl2O3系およびAl2O3−Ti
C系セラミック工具は、高温における硬さが大きいとい
う利点をもっているが、反面、強度又は靱性については
必ずしも良好ではないため、荒加工する場合に適さず、
また最近の工作機械のNC化が進んでいる状況下では、
工具としての信頼性が乏しいという欠点がある。
C系セラミック工具は、高温における硬さが大きいとい
う利点をもっているが、反面、強度又は靱性については
必ずしも良好ではないため、荒加工する場合に適さず、
また最近の工作機械のNC化が進んでいる状況下では、
工具としての信頼性が乏しいという欠点がある。
【0003】これに対して、ZrO2系セラミック工具
は、特開昭55−140762号に開示されるように、
その基材としてのZrO2系セラミックが、抗折力10
0kg/mm2以上、靱性(Kic)30kg/mm3/2以
上を示すように、超硬合金に匹敵する優れた諸特性を備
えており、このような高強度、高靱性のZrO2系セラ
ミックは、主成分としてのZrO2にCaO、MgO、
Y2O3等の酸化物を添加して、高温における正方晶や立
方晶などの高温安定相を常温付近においても部分的に安
定化させることにより得られるものである。
は、特開昭55−140762号に開示されるように、
その基材としてのZrO2系セラミックが、抗折力10
0kg/mm2以上、靱性(Kic)30kg/mm3/2以
上を示すように、超硬合金に匹敵する優れた諸特性を備
えており、このような高強度、高靱性のZrO2系セラ
ミックは、主成分としてのZrO2にCaO、MgO、
Y2O3等の酸化物を添加して、高温における正方晶や立
方晶などの高温安定相を常温付近においても部分的に安
定化させることにより得られるものである。
【0004】また、Al2O3−ZrO2系セラミックを
開示する特開昭52−86413号、特開昭54−60
308号および特開昭54−61215号公報によれ
ば、Al2O3マトリックス中にZrO2を分散させるこ
とにより、かなり高い靱性を発揮することが知られてい
る。
開示する特開昭52−86413号、特開昭54−60
308号および特開昭54−61215号公報によれ
ば、Al2O3マトリックス中にZrO2を分散させるこ
とにより、かなり高い靱性を発揮することが知られてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のZrO2系セラミックおよびAl2O3−ZrO2系
セラミックを切削工具材として用いた場合には、Al2
O3系セラミックやAl2O3−TiC系セラミックに比
べて強度および靱性の点で優れているために、荒加工す
るときには好適であるが、一方、例えば強靱で切削困難
なダクタイル鋳鉄や鋼材を被切削材とするときには、フ
ランク摩耗、クレータ摩耗ともに顕著となる。このため
従来のZrO2系セラミックやAl2O3−ZrO2系セラ
ミックからなる工具は、対摩耗性が良好でなく切削工具
としての十分な機能を発揮することができなかった。さ
らにこれらの難削材を高速で切削するためには、高度な
耐衝撃性がその耐久性にとって不可欠である。
従来のZrO2系セラミックおよびAl2O3−ZrO2系
セラミックを切削工具材として用いた場合には、Al2
O3系セラミックやAl2O3−TiC系セラミックに比
べて強度および靱性の点で優れているために、荒加工す
るときには好適であるが、一方、例えば強靱で切削困難
なダクタイル鋳鉄や鋼材を被切削材とするときには、フ
ランク摩耗、クレータ摩耗ともに顕著となる。このため
従来のZrO2系セラミックやAl2O3−ZrO2系セラ
ミックからなる工具は、対摩耗性が良好でなく切削工具
としての十分な機能を発揮することができなかった。さ
らにこれらの難削材を高速で切削するためには、高度な
耐衝撃性がその耐久性にとって不可欠である。
【0006】本発明は、このような従来法の問題点を解
消することを基本的目的とし、十分な高強度および高靱
性をもち併せて、とくに難削材に対しても高い耐久性を
もつセラミック工具を提供することを目的とする。
消することを基本的目的とし、十分な高強度および高靱
性をもち併せて、とくに難削材に対しても高い耐久性を
もつセラミック工具を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を達成するための手段】そのために本発明のセラ
ミック工具の製造方法は、十分な強度及び靱性をもつ基
材に、その基材の本来の特性を劣化させることなく高い
硬度及び付着力をもつ被覆層を設ける。即ち、本発明
は、その第1の視点において、基材としてのAl2O3−
ZrO2系セラミックと、その表面に形成する被覆層
を、TiC、TiN、TiCN、Al2O3、AlONの
うちの少なくとも一種のセラミックによりCVD法によ
り形成することにより、高靱性かつ耐衝撃性の高い高耐
久性セラミック工具を提供する。
ミック工具の製造方法は、十分な強度及び靱性をもつ基
材に、その基材の本来の特性を劣化させることなく高い
硬度及び付着力をもつ被覆層を設ける。即ち、本発明
は、その第1の視点において、基材としてのAl2O3−
ZrO2系セラミックと、その表面に形成する被覆層
を、TiC、TiN、TiCN、Al2O3、AlONの
うちの少なくとも一種のセラミックによりCVD法によ
り形成することにより、高靱性かつ耐衝撃性の高い高耐
久性セラミック工具を提供する。
【0008】本発明の第2の視点において、上記目的
は、ZrO21〜50wt%、残部実質的にAl2O3の
組成を有するAl2O3−ZrO2系セラミック焼結体か
ら成る基材の表面に、 (イ) TiC、TiN若しくはTiCN又はこれらの組合
せから成る内層をCVD法により形成する工程、 (ロ) 内層の表面にAlONから成る中間層をCVD法に
より形成する工程、及び (ハ) 中間層の表面に、Al2O3から成る外層をCVD法
により形成する工程、を含むことを特徴とする高靱性高
耐久性被覆セラミック工具の製造方法によって達成され
る。
は、ZrO21〜50wt%、残部実質的にAl2O3の
組成を有するAl2O3−ZrO2系セラミック焼結体か
ら成る基材の表面に、 (イ) TiC、TiN若しくはTiCN又はこれらの組合
せから成る内層をCVD法により形成する工程、 (ロ) 内層の表面にAlONから成る中間層をCVD法に
より形成する工程、及び (ハ) 中間層の表面に、Al2O3から成る外層をCVD法
により形成する工程、を含むことを特徴とする高靱性高
耐久性被覆セラミック工具の製造方法によって達成され
る。
【0009】本発明の第3の視点において、上記目的
は、ZrO21〜50wt%、残部実質的にAl2O3の
組成を有するAl2O3−ZrO2系セラミック焼結体か
ら成る基材の表面に、 (イ) AlONから成る内層をCVD法により形成する工
程、 (ロ) 内層の表面に、Al2O3から成る層をCVD法によ
り形成する工程、 を含むことを特徴とする高靱性高耐久性被覆セラミック
工具の製造方法によって達成される。
は、ZrO21〜50wt%、残部実質的にAl2O3の
組成を有するAl2O3−ZrO2系セラミック焼結体か
ら成る基材の表面に、 (イ) AlONから成る内層をCVD法により形成する工
程、 (ロ) 内層の表面に、Al2O3から成る層をCVD法によ
り形成する工程、 を含むことを特徴とする高靱性高耐久性被覆セラミック
工具の製造方法によって達成される。
【0010】基材としてのAl2O3−ZrO2系セラミ
ック焼結体の組成は、ZrO21〜50wt%、残部実
質的にAl2O3からなり、好ましくはZrO21〜30
wt%、残部実質的にAl2O3がよい。ZrO2を1w
t%以上とすることにより基材の強度、特に靱性が格段
に改善されるからである。また、ZrO2を50wt%
以下(さらに好ましくは30wt%以下)とすると基材
の特性劣化を生ずることなく(特にCVD法の場合必要
である)高温下で被覆層を所定の厚さに形成することが
できる。
ック焼結体の組成は、ZrO21〜50wt%、残部実
質的にAl2O3からなり、好ましくはZrO21〜30
wt%、残部実質的にAl2O3がよい。ZrO2を1w
t%以上とすることにより基材の強度、特に靱性が格段
に改善されるからである。また、ZrO2を50wt%
以下(さらに好ましくは30wt%以下)とすると基材
の特性劣化を生ずることなく(特にCVD法の場合必要
である)高温下で被覆層を所定の厚さに形成することが
できる。
【0011】従来ZrO2焼結体を1000℃近くの高
温に保持することは、急激な体積変化を伴う相転移
温に保持することは、急激な体積変化を伴う相転移
【数1】
を招来するため基材の急激な強度劣化をもたらすと考え
られていた。しかし、本発明によれば、ZrO250w
t%以下とすることにより、基材の劣化を生ずることな
く、高温下での被膜形成が可能となったものである。
られていた。しかし、本発明によれば、ZrO250w
t%以下とすることにより、基材の劣化を生ずることな
く、高温下での被膜形成が可能となったものである。
【0012】
【好適な実施の態様】このうちZrO2は、好ましく
は、CaO、MgO、Y2O3などの希土類酸化物の安定
化剤を含むが、必ずしも含まなくてもよい。該安定化剤
を含む場合、CaOまたはMgOはトータルでZrO2
に対して15wt%以下、Y2O3は同じくZrO2に対
して9wt%以下が好ましい。この場合のZrO2は、
その総量に対して正方晶ZrO2が5wt%以上を含む
部分安定化構造をもつようにするのがよい。尚、製造に
際し、Al2O3にZrO2を添加する際には、予め部分
安定化したZrO2をAl2O3に添加してもよいし、ま
た単斜晶ZrO2と安定化剤をそれぞれ単独でAl2O3
に添加してもよい。
は、CaO、MgO、Y2O3などの希土類酸化物の安定
化剤を含むが、必ずしも含まなくてもよい。該安定化剤
を含む場合、CaOまたはMgOはトータルでZrO2
に対して15wt%以下、Y2O3は同じくZrO2に対
して9wt%以下が好ましい。この場合のZrO2は、
その総量に対して正方晶ZrO2が5wt%以上を含む
部分安定化構造をもつようにするのがよい。尚、製造に
際し、Al2O3にZrO2を添加する際には、予め部分
安定化したZrO2をAl2O3に添加してもよいし、ま
た単斜晶ZrO2と安定化剤をそれぞれ単独でAl2O3
に添加してもよい。
【0013】一方、安定化剤を含まない場合は、平均粒
径0.3μm以下のZrO2を使用するのが好ましい。
ZrO2のAl2O3への添加のさいに、微粒ZrO2がA
l2O3に分散すると、ZrO2が正方晶のまま残留し、
これにより靱性の良好なAl2O3−ZrO2系セラミッ
ク基材が得られるからである。
径0.3μm以下のZrO2を使用するのが好ましい。
ZrO2のAl2O3への添加のさいに、微粒ZrO2がA
l2O3に分散すると、ZrO2が正方晶のまま残留し、
これにより靱性の良好なAl2O3−ZrO2系セラミッ
ク基材が得られるからである。
【0014】Al2O3−ZrO2系セラミック基材の焼
成条件は、酸化雰囲気中、温度1350〜1650℃、
処理時間数分ないし数時間が良い。温度1350℃未満
では焼結が十分に行われず、1650℃を超えると結晶
粒の成長が著しくなって基材の強度および靱性がともに
劣化するからである。このようにして構成される基材
は、抗折強度約60kg/mm2以上、破壊靱性Kic 約
20kg/mm3/2以上のものが得られる。
成条件は、酸化雰囲気中、温度1350〜1650℃、
処理時間数分ないし数時間が良い。温度1350℃未満
では焼結が十分に行われず、1650℃を超えると結晶
粒の成長が著しくなって基材の強度および靱性がともに
劣化するからである。このようにして構成される基材
は、抗折強度約60kg/mm2以上、破壊靱性Kic 約
20kg/mm3/2以上のものが得られる。
【0015】次に被覆剤としてのセラミックは、第1の
視点によれば、TiC、TiN、TiCN、Al2O3も
しくはAlON又はこれらの成分の組合せからなり(但
しAlONは外層としては好ましくない)、上記基材の
表面に対して単層被覆してもよいし多層被覆にしてもよ
い。上記成分を組合せて多層被覆した場合の被覆層は、
2層以上とし、例えば第1表に示すような内層、中間
層、外層をもつようにするのがよい(中間層としてはA
lONが好ましい)。第2、第3の視点によれば、外層
としてはAl2O3が最適である(Al2O3はマイクロビ
ッカース硬度2000kg/mm2以上の高い硬度のた
め)。Al2O3層の内側層(内層又は中間層)としては
AlONが最適である(硬いAl2O3層の付着力を高め
ハクリを防止するため)。
視点によれば、TiC、TiN、TiCN、Al2O3も
しくはAlON又はこれらの成分の組合せからなり(但
しAlONは外層としては好ましくない)、上記基材の
表面に対して単層被覆してもよいし多層被覆にしてもよ
い。上記成分を組合せて多層被覆した場合の被覆層は、
2層以上とし、例えば第1表に示すような内層、中間
層、外層をもつようにするのがよい(中間層としてはA
lONが好ましい)。第2、第3の視点によれば、外層
としてはAl2O3が最適である(Al2O3はマイクロビ
ッカース硬度2000kg/mm2以上の高い硬度のた
め)。Al2O3層の内側層(内層又は中間層)としては
AlONが最適である(硬いAl2O3層の付着力を高め
ハクリを防止するため)。
【0016】この場合の被覆方法は、一般的にはPVD
法(PhysicalVapor Deposition)とCVD法(Chemical
Vapor Deposition)、その他の物理的ないし化学的析
着被膜形成方法が考えられるが、被覆材の密着性均質性
および被覆速度の点からして、本発明では下記に示す反
応によるCVD法を用いる。
法(PhysicalVapor Deposition)とCVD法(Chemical
Vapor Deposition)、その他の物理的ないし化学的析
着被膜形成方法が考えられるが、被覆材の密着性均質性
および被覆速度の点からして、本発明では下記に示す反
応によるCVD法を用いる。
【0017】TiCl4+CH4→TiC+4HCl
2TiCl4+N2+4H2→2TiN+3HCl
2TiCl4+2CH4+N2→2TiCN+8HCl
2AlCl3+3CO2+3H2→Al2O3+3CO+6HCl
2AlCl+2CO2+N2+3H2→2AlON+2CO+6HCl
【0018】特にAl2O3、AlON層については、C
VD法でないと本発明の目的に適う実用的な被膜形成が
(特に膜形成速度、膜安定性上)困難である。TiC、
TiN、TiCN、Al2O3、AlONの被覆方法の詳
細は、それ自体公知のため記述を省くが一般にかなりの
高温が不可欠である(800℃以上好ましくは950〜
1100℃程度)。
VD法でないと本発明の目的に適う実用的な被膜形成が
(特に膜形成速度、膜安定性上)困難である。TiC、
TiN、TiCN、Al2O3、AlONの被覆方法の詳
細は、それ自体公知のため記述を省くが一般にかなりの
高温が不可欠である(800℃以上好ましくは950〜
1100℃程度)。
【0019】超硬合金上へCVD法により各種被覆層を
設ける方法は特公昭42013(TiC)を初めとして
多数有り、TiN、TiCNは特公昭51−2498
2、Al2O3は特開昭48−217、TiC、TiN/
Al2O3やAlON/Al2O3の2重被覆はそれぞれ特
公昭52−13201、特開昭54−29185があ
り、同様な被覆方法を用いることができる。但しこれら
は、いずれも超硬合金を母材としているため、高速切削
には不向きであったものである。なお、従来ZrO2を
含むセラミック基材については、焼結(冷却)後1000℃以
上の高温に保持することは、この温度域でZrO2に大
きな体積変化を伴う相変態
設ける方法は特公昭42013(TiC)を初めとして
多数有り、TiN、TiCNは特公昭51−2498
2、Al2O3は特開昭48−217、TiC、TiN/
Al2O3やAlON/Al2O3の2重被覆はそれぞれ特
公昭52−13201、特開昭54−29185があ
り、同様な被覆方法を用いることができる。但しこれら
は、いずれも超硬合金を母材としているため、高速切削
には不向きであったものである。なお、従来ZrO2を
含むセラミック基材については、焼結(冷却)後1000℃以
上の高温に保持することは、この温度域でZrO2に大
きな体積変化を伴う相変態
【数2】
が生じ、強度が著しく劣化するため、禁忌とされていた
ものである。しかしながら、本発明によれば、そのよう
な予期に反し、飛躍的に顕著な特性の改善が達成された
ことは驚くべきことである。
ものである。しかしながら、本発明によれば、そのよう
な予期に反し、飛躍的に顕著な特性の改善が達成された
ことは驚くべきことである。
【0020】被覆層の膜厚は0.3〜15μmとする。
なぜなら、0.3μm未満では被覆材としての機能が薄
れるとともに、15μmを超えると被覆のさいに粒成長
が著しく剥離しやすくなるからである。Al2O3を被覆
する場合のAl2O3層厚は0.3〜5μm程度が好まし
い。
なぜなら、0.3μm未満では被覆材としての機能が薄
れるとともに、15μmを超えると被覆のさいに粒成長
が著しく剥離しやすくなるからである。Al2O3を被覆
する場合のAl2O3層厚は0.3〜5μm程度が好まし
い。
【0021】このようにして構成されるセラミック工具
は、靱削材の衝撃的高速切削の反復に十分耐える高強
度、高靱性を備えるうえに、対摩耗性の点においても優
れた特性を発揮する。その結果高度に自動化された切削
機に用いることができる信頼性の高い切削工具が製造で
きる。このことを以下に述べる実施例に基づいて説明す
る。
は、靱削材の衝撃的高速切削の反復に十分耐える高強
度、高靱性を備えるうえに、対摩耗性の点においても優
れた特性を発揮する。その結果高度に自動化された切削
機に用いることができる信頼性の高い切削工具が製造で
きる。このことを以下に述べる実施例に基づいて説明す
る。
【0022】
【実施例】基材に用いた原料は、Al2O3については純
度(wt%)99.9%、平均粒径0.6μm、単斜晶
ZrO2については純度99%以上、平均粒径0.2μ
m、CaCO3については原料CaO純度98%、Mg
Oについては純度97%以上、Y2O3については純度9
9.9%以上であった。 基材の各試料は第2表のよう
な組成とし、所定の原料を湿式混合したあと、乾燥、バ
インダ添加を経て造粒したのち圧力1.5kg/cm2
にてプレス成形した。この圧粉体は、仮焼によりバイン
ダを除去したのち、電気炉内にて1400〜1650℃
で1時間焼成した。この焼成体をサイズ4×8×25m
mに研摩した。
度(wt%)99.9%、平均粒径0.6μm、単斜晶
ZrO2については純度99%以上、平均粒径0.2μ
m、CaCO3については原料CaO純度98%、Mg
Oについては純度97%以上、Y2O3については純度9
9.9%以上であった。 基材の各試料は第2表のよう
な組成とし、所定の原料を湿式混合したあと、乾燥、バ
インダ添加を経て造粒したのち圧力1.5kg/cm2
にてプレス成形した。この圧粉体は、仮焼によりバイン
ダを除去したのち、電気炉内にて1400〜1650℃
で1時間焼成した。この焼成体をサイズ4×8×25m
mに研摩した。
【0023】こうして作成された各試料の諸特性は第2
表に示すとおりである。第2表から明らかなように、各
試料は、通常のAl2O3の抗折力50kg/mm2以
下、靱性(Kic)10kg/mm3/2以下に比べ、かなり
高い抗折力および靱性を示している。
表に示すとおりである。第2表から明らかなように、各
試料は、通常のAl2O3の抗折力50kg/mm2以
下、靱性(Kic)10kg/mm3/2以下に比べ、かなり
高い抗折力および靱性を示している。
【0024】尚、試料の各特性の測定法は次のとおりで
ある。(1)曲げ強度はJIS B4104により測定、
5本の平均値を示す。(2)破壊靱性はASTMスペシャ
ルテクニカルパブリケーションNo.410に準じて、巾
4mm、厚さ5mm、長さ25mmの試片に深さ0.5
mm、巾0.15mmの切欠きを入れ、スパン20mm
の三点曲げ切欠き法によって測定した。測定値は各5本
の平均値である。(3)結晶系は理学電機製ガイガーフレ
ックスRAD−γA型を用い、X線回折法により行っ
た。まず、15μmダイヤモンドペーストで鏡面研摩し
た試片をX線回折で測定し、単斜晶ZrO2の
ある。(1)曲げ強度はJIS B4104により測定、
5本の平均値を示す。(2)破壊靱性はASTMスペシャ
ルテクニカルパブリケーションNo.410に準じて、巾
4mm、厚さ5mm、長さ25mmの試片に深さ0.5
mm、巾0.15mmの切欠きを入れ、スパン20mm
の三点曲げ切欠き法によって測定した。測定値は各5本
の平均値である。(3)結晶系は理学電機製ガイガーフレ
ックスRAD−γA型を用い、X線回折法により行っ
た。まず、15μmダイヤモンドペーストで鏡面研摩し
た試片をX線回折で測定し、単斜晶ZrO2の
【数3】
面と(111)面の積分強度Imと、正方晶ZrO2の
(111)面と立方晶ZrO2の(111)面の積分強
度の和It+Ieの比から、単斜晶ZrO2の量を決定
した。ついで焼結体を325メッシュ全通迄粉砕し、同
条件でX線回折し、再度単斜晶ZrO2と立方晶ZrO2
の積分強度I′mおよびI′eを求めた。この際、焼結
体中の残留正方晶ZrO2は粉砕によって機械的応力を
受け、すべて単斜晶ZrO2に変態すると考えられるの
で、I′e/(I′m+I′e)から立方晶ZrO2量
が決定されついで正方晶ZrO2量も決定した。
(111)面と立方晶ZrO2の(111)面の積分強
度の和It+Ieの比から、単斜晶ZrO2の量を決定
した。ついで焼結体を325メッシュ全通迄粉砕し、同
条件でX線回折し、再度単斜晶ZrO2と立方晶ZrO2
の積分強度I′mおよびI′eを求めた。この際、焼結
体中の残留正方晶ZrO2は粉砕によって機械的応力を
受け、すべて単斜晶ZrO2に変態すると考えられるの
で、I′e/(I′m+I′e)から立方晶ZrO2量
が決定されついで正方晶ZrO2量も決定した。
【0025】次に、これらの各試料をSNGN432T
N(JIS008Bによるスローアウェイチップ形状表
示法)の形状に加工し、この成形体(基材)の表面にC
VD法により所定の被覆層を形成した。具体的には、基
材をセットした反応容器内にキャリアガスとしてH2ガ
スを流し、前述の化学反応を伴わせて基材の表面に所定
の被覆材を付着させた(第3表参照)。反応容器の内圧
は、TiC、Al2O3、AlONを被覆する場合100
mb、同じくTiCNの場合300mb、TiNの場合
500mbとし、反応容器内の温度は1050℃にセッ
トした。被覆速度は、TiC、TiN、TiCNについ
ては1μm/hr、Al2O3、AlONについては0.
5μm/hrに設定した。
N(JIS008Bによるスローアウェイチップ形状表
示法)の形状に加工し、この成形体(基材)の表面にC
VD法により所定の被覆層を形成した。具体的には、基
材をセットした反応容器内にキャリアガスとしてH2ガ
スを流し、前述の化学反応を伴わせて基材の表面に所定
の被覆材を付着させた(第3表参照)。反応容器の内圧
は、TiC、Al2O3、AlONを被覆する場合100
mb、同じくTiCNの場合300mb、TiNの場合
500mbとし、反応容器内の温度は1050℃にセッ
トした。被覆速度は、TiC、TiN、TiCNについ
ては1μm/hr、Al2O3、AlONについては0.
5μm/hrに設定した。
【0026】このようにして得られたセラミック工具
(試料)を用いて、ダクタイル鋳鉄(FCD55)のフ
ライス切削(テスト1)と、クロムモリブデン合金鋼
(SCM44C)の旋削(テスト2)を行った。切削条
件は第4表のとおりである。
(試料)を用いて、ダクタイル鋳鉄(FCD55)のフ
ライス切削(テスト1)と、クロムモリブデン合金鋼
(SCM44C)の旋削(テスト2)を行った。切削条
件は第4表のとおりである。
【0027】この切削試験の結果は、第3表に示すとお
りであり、この表からわかるように、テスト1におい
て、試料No.2〜8は略約4000〜5000回の衝撃
に十分耐えるのに対し、参考試料No.1および9は20
00〜2500回の衝撃で欠損している。これらNo.2
〜8,10およびNo.4a〜4gの両グループは比較例
1〜4に比べ寿命が極めて長い(10〜50倍以上にも
達する)ことから所定の被覆層を形成して成るAl2O3
−ZrO2系セラミックが、所定の膜厚でダクタイル鋳
鉄のフライス切削に特に有効であることがわかる。ま
た、テスト2からも同様に、所定の被覆層を形成してな
るAl2O3−ZrO2系セラミックが、鋼の旋削におい
て耐フランク摩耗性に優れていることがわかる。なおA
lON層の効果はNo.4a、No.4と、No.4b、4dと
を夫々比較することにより明らかである。
りであり、この表からわかるように、テスト1におい
て、試料No.2〜8は略約4000〜5000回の衝撃
に十分耐えるのに対し、参考試料No.1および9は20
00〜2500回の衝撃で欠損している。これらNo.2
〜8,10およびNo.4a〜4gの両グループは比較例
1〜4に比べ寿命が極めて長い(10〜50倍以上にも
達する)ことから所定の被覆層を形成して成るAl2O3
−ZrO2系セラミックが、所定の膜厚でダクタイル鋳
鉄のフライス切削に特に有効であることがわかる。ま
た、テスト2からも同様に、所定の被覆層を形成してな
るAl2O3−ZrO2系セラミックが、鋼の旋削におい
て耐フランク摩耗性に優れていることがわかる。なおA
lON層の効果はNo.4a、No.4と、No.4b、4dと
を夫々比較することにより明らかである。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】
【表3】
【0031】
【表4】
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基材としてAl2O3を主体とするAl2O3−ZrO2系
セラミックを用いるとともに、その基材の表面に所定の
薄膜としてのTiC、TiN、TiCN、Al2O3、A
lONのうちの少なくとも一種のセラミックからなる被
覆層をCVD法により形成することにより、基材の劣化
を招来することなく極めて高い強度および靱性(耐衝撃
性)を発揮するセラミック工具が製造できる(第1の視
点)。その結果従来のセラミック工具では得られなかっ
た優れた耐摩耗製を発揮するという効果がある。特に第
2、第3の視点において、高硬度のAl2O3(外層)を
AlON(その内側層)を介して、共にCVD法によ
り、ZrO2基材の強度劣化を招くことなく形成し得た
ことは、当業者の予期の範囲を超えたものである。
基材としてAl2O3を主体とするAl2O3−ZrO2系
セラミックを用いるとともに、その基材の表面に所定の
薄膜としてのTiC、TiN、TiCN、Al2O3、A
lONのうちの少なくとも一種のセラミックからなる被
覆層をCVD法により形成することにより、基材の劣化
を招来することなく極めて高い強度および靱性(耐衝撃
性)を発揮するセラミック工具が製造できる(第1の視
点)。その結果従来のセラミック工具では得られなかっ
た優れた耐摩耗製を発揮するという効果がある。特に第
2、第3の視点において、高硬度のAl2O3(外層)を
AlON(その内側層)を介して、共にCVD法によ
り、ZrO2基材の強度劣化を招くことなく形成し得た
ことは、当業者の予期の範囲を超えたものである。
【0033】本発明により製造されるセラミック工具は
単に切削、旋削用工具のみならず線引き用ダイス、その
他の、耐摩耗製、靱性、硬度を兼ね備えることを要求さ
れる、金属等加工用工具としても応用できる。
単に切削、旋削用工具のみならず線引き用ダイス、その
他の、耐摩耗製、靱性、硬度を兼ね備えることを要求さ
れる、金属等加工用工具としても応用できる。
Claims (8)
- 【請求項1】ZrO21〜50wt%、残部実質的にA
l2O3の組成を有するAl2O3−ZrO2系セラミック
焼結体から成る基材の表面に、TiC、TiN、TiC
N、Al2O3若しくはAlON又はこれらの組合せから
成る被覆層をCVD法により形成することを特徴とする
高靱性高耐久性被覆セラミック工具の製造方法。 - 【請求項2】前記被覆層を0.3〜15μmの厚さに形
成する特許請求の範囲第1項記載の製造方法。 - 【請求項3】ZrO21〜50wt%、残部実質的にA
l2O3の組成を有するAl2O3−ZrO2系セラミック
焼結体から成る基材の表面に、 (イ) TiC、TiN若しくはTiCN又はこれらの組合
せから成る内層をCVD法により形成する工程、 (ロ) 内層の表面にAlONから成る中間層をCVD法に
より形成する工程、及び (ハ) 中間層の表面に、Al2O3から成る外層をCVD法
により形成する工程、 を含むことを特徴とする高靱性高耐久性被覆セラミック
工具の製造方法。 - 【請求項4】前記内層、中間層、及び外層から成る被覆
層を、0.3〜15μmの厚さに形成する特許請求の範
囲第3項記載の製造方法。 - 【請求項5】Al2O3の外層を0.3〜5μmに形成す
る特許請求の範囲第3項又は第4項記載の製造方法。 - 【請求項6】ZrO21〜50wt%、残部実質的にA
l2O3の組成を有するAl2O3−ZrO2系セラミック
焼結体から成る基材の表面に、 (イ) AlONから成る内層をCVD法により形成する工
程、 (ロ) 内層の表面に、Al2O3から成る層をCVD法によ
り形成する工程、 を含むことを特徴とする高靱性高耐久性被覆セラミック
工具の製造方法。 - 【請求項7】内層及びAl2O3層から成る被覆層を、0.
3〜15μmに形成する特許請求の範囲第6項記載の製
造方法。 - 【請求項8】Al2O3層は0.3〜5μmの厚さに形成
する特許請求の範囲第7項記載の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3307214A JPH0516031A (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 高靱性高耐久性被覆セラミツク工具の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3307214A JPH0516031A (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 高靱性高耐久性被覆セラミツク工具の製造方法 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23148883A Division JPS60127905A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | 高靭性セラミック工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0516031A true JPH0516031A (ja) | 1993-01-26 |
JPH0579449B2 JPH0579449B2 (ja) | 1993-11-02 |
Family
ID=17966420
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3307214A Granted JPH0516031A (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 高靱性高耐久性被覆セラミツク工具の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0516031A (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2011068960A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Kyocera Corp | 表面被覆部材 |
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US9903018B2 (en) | 2013-03-21 | 2018-02-27 | Kennametal Inc. | Coated body wherein the coating scheme includes a coating layer of TiAl2O3 and method of making the same |
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-
1991
- 1991-10-28 JP JP3307214A patent/JPH0516031A/ja active Granted
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JPH0579449B2 (ja) | 1993-11-02 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19961015 |