セラミックス焼結体および切削インサート
【課題】高い耐摩耗性と靭性とを備えたセラミックス焼結体を実現する。
【解決手段】セラミックス焼結体を、β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含む基材と、物理蒸着法により、前記基材の少なくとも一部を被覆する硬質セラミックス皮膜とから形成する。基材に、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含むため、この基材上に形成される硬質セラミックス皮膜の結晶構造が適切なものとなる。
【解決手段】セラミックス焼結体を、β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含む基材と、物理蒸着法により、前記基材の少なくとも一部を被覆する硬質セラミックス皮膜とから形成する。基材に、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含むため、この基材上に形成される硬質セラミックス皮膜の結晶構造が適切なものとなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス焼結体，セラミックス焼結体を用いた切削インサートおよび切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、切削工具や繰り返し摺動する摺動部材など、高い耐摩耗性が要求される部材が存在する。これらの部材は、自動車などの機械部品として用いられる場合には加工性が求められることがあり、あるいは量産品としては、コスト低減の要請にもさらされる。そこで、部品表面に、耐摩耗性皮膜を形成することで、加工性や量産性と、耐摩耗性とを両立させようとする提案も行なわれている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
高い耐摩耗性等が要求される部材の一例としては、各種の鋼や鋳鉄などの被削材を旋削加工や平削り加工を行なうバイトの先端に着脱されるスローアウェイチップ、スローアウェイチップを取り付け被削材の溝加工などを行なうエンドミル工具などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６４４７１０号公報
【特許文献２】特許第３９３１３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした耐摩耗性皮膜を形成した部材では、従来基材として、超硬合金や炭化チタン系サーメットが用いられており、基材と耐摩耗性皮膜の組み合わせが十分に検討されているとは言えなかった。とはいえ基材選択の自由度をいたずらに高めると、選択した基材によっては、耐摩耗性皮膜の基材への密着性が不十分となり、剥離などを生じてしまうという課題が指摘されていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決することを目的としてなされたものであり、高い耐摩耗性と靭性とを備えたセラミックス焼結体を、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含む基材と、
物理蒸着法により、前記基材の少なくとも一部を被覆する硬質セラミックス皮膜と
を有するセラミックス焼結体。
【０００８】
かかるセラミックス焼結体では、基材に、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含むため、この基材上に形成される硬質セラミックス皮膜の結晶構造が適切なものとなり、適用例１記載のセラミックス焼結体は、加工性と耐摩耗性を備えたものとなっている。
【０００９】
［適用例２］
前記基材中における前記α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンの含有量が、２ないし３５体積％である
適用例１記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、特に皮膜配向成分の量が適切なものとなり、セラミックス焼結体としての特性に優れる。
【００１０】
［適用例３］
前記セラミックス皮膜は、アルミニュウムおよびチタンを含有する請求項１または適用例２記載のセラミックス焼結体。
［適用例４］
前記セラミックス皮膜は、窒化チタンアルミまたは窒化チタンアルミを主成分とする被膜である適用例３記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、硬質セラミックス皮膜として高い耐摩耗性を実現することができる。
【００１１】
［適用例５］
適用例３または適用例４記載のセラミックス焼結体であって、
前記セラミックス皮膜は、
Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置による測定で、（１１１）面に最も高いピークが存在し、
（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と、（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200が、１：１以上１０：１以下である
セラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、硬質セラミックス皮膜について、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置による測定での（１１１）面のピーク強度と（２００）面のピーク強度とを所定の範囲としているので、セラミックス皮膜の硬度を十分なものとし、かつ基材との高い密着性も実現することができる。
【００１２】
セラミック被膜に関して、（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200 を、１：１以上１０：１以下の範囲とすることが好ましい。この範囲における強度比Ｐ111 ：Ｐ200 の傾向として、ピーク強度Ｐ111 がピーク強度P200 に対して高くなるにつれて強度や硬度の向上が見られるが、強度比Ｐ111 ：Ｐ200 が７：１程度を境にその効果が薄れ、１０：１を超えるとセラミック被膜の硬度に与える影響は抑制される。
【００１３】
また、基材に関しては、（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200 が、７：１(α率：１８％程度)の場合、基材に微細なα相が１８％程度はいることで粒界に適度な応力がかかり焼結体の強度及び硬度が向上すると考えられる。反対に（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200 が１０：１を超えると強度が低下する傾向がみられる場合がある。
【００１４】
［適用例６］
前記（１１１）面のピークの半値幅が２θで０．３度以下であるＸ線解析パターンを示す適用例５記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、（１１１）面のピークの半値幅が十分に小さく、セラミックス皮膜の結晶性を確保して、十分な固さ、引いては十分な耐摩耗性を実現することができる。
【００１５】
［適用例７］
前記セラミックス皮膜の厚みは、０．５〜３．０μｍである適用例１ないし適用例６のいずれか記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、セラミックス皮膜の厚みを適切な範囲として、セラミックス焼結体として必要な性能を確保することができる。
【００１６】
［適用例８］
前記β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンは、長径軸が８μｍ以下である適用例１ないし適用例７のいずれか記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを、長径軸が８μｍ以下としているので、必要な強度を確保しつつ、セラミックス皮膜の結晶性に寄与するα型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンの皮膜配向性を十分に引き出すことができる。
【００１７】
［適用例９］
前記α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンは、粒径が１μｍ以下である適用例１ないし適用例８のいずれか記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンのセラミックス皮膜の結晶性に寄与する皮膜配向性を十分に引き出すことができる。
［適用例１０］
前記基材に含まれる前記β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンより硬い硬質粒子を含まない
適用例１ないし適用例９記載のセラミックス焼結体。
このセラミックス焼結体では、基材には、基材に含まれる前記β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンより硬い硬質粒子を含まないので、基材に形成されるセラミックス皮膜の硬度が高すぎて、脆くなるということがない。硬質粒子としては、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）などを挙げることができる。
【００１８】
本発明のセラミックス焼結体は、セラミックス切削インサートやこのインサートが取り付けられた切削工具として実施することができる。こうした製品では、高い加工性や量産性と、高い耐摩耗性が要求されることがあり、本発明のセラミックス焼結体を用いた切削インサートや切削工具は、こうした要請に応えることができる。
【００１９】
［適用例１１］
セラミックス焼結体の製造方法であって、
窒化ケイ素および／またはサイアロンを焼成するための原材料を混合して混合物を生成し、
該混合物を乾燥後に造粒して粉末とし、冷間等方圧加圧により所定形状の成形体を成形し、
該成形体を所定圧・所定温度で焼成して、β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含む基材を製作し、
該基材に、物理蒸着法により、前記基材の少なくとも一部を被覆する硬質セラミックス皮膜を形成する
セラミックス焼結体の製造方法。
かかる製造方法によれば、高い耐摩耗性および靭性を備えたセラミックス焼結体を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施品としての切削インサートの外形形状を示す説明図である。
【図２】本発明の実施品としてセラミックス焼結体の構造を説明図である。
【図３】実施品としてのセラミックス焼結体の製造法を示す工程図である。
【図４】実施例としての切削インサートの性能を比較例と比較して示す説明図である。
【図５】比較例の一つのＣｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置による測定結果を示すグラフである。
【図６】実施例の一つのＣｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置による測定結果を示すグラフである。
【図７】実施例におけるα型サイアロンの体積％と、（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200 との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［実施の態様］
図１は、本発明の実施品であるセラミックス焼結体を用いた切削工具の外観図である。図示するように、この切削工具１０は、セラミックス焼結体からなる切削インサート２０を、工具先端に備える。この切削インサート２０は、耐熱合金の切削加工に用いられる切削工具１０に取り付けられる略直方体形状の使い捨ての刃先である。切削インサート２０は、通常、ホルダーと呼ばれる切削工具１０の本体部１１の先端において、取付部１２に着脱可能に取り付けられる。切削インサート２０であるセラミックス焼結体は、図２に示すように、所定厚さの基材２２の表面に、膜厚０．５〜３μｍの窒化チタンアルミのセラミックス皮膜２５を形成している。
【００２２】
一般に、切削インサート２０は、切削工具として実加工に耐えうる程度の強度や耐摩耗性能を有することが望まれる。ここで、「耐摩耗性能」とは、耐横逃げ境界摩耗性能と耐ＶＢ摩耗性能とを含む、摩擦に対する劣化特性を意味し、「切削工具」とは、旋削加工や、フライス加工、溝入加工などの粗加工、仕上加工などを行う工具全般を意味する。なお、本明細書においては、強度や耐摩耗性能を含む、切削工具が有する性能を「切削性能」と呼ぶ。本実施形態の切削インサート２０は、切削性能を向上させるために、以下に説明するセラミックス焼結体によって構成される。
【００２３】
切削インサート２０を構成する基材２２は、長径軸が８μｍ以下であるβ型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、粒径が１μｍ以下のα型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含んでいる。また、基材２２中におけるこのα型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンの含有量が、２ないし３５体積％としている。なお、基材２２には、β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンより硬い硬質粒子を含んでいない。
【００２４】
他方、硬質セラミックス皮膜２５は、アルミニュウムおよびチタンを含有する皮膜として形成することができ、例えば、窒化チタンアルミまたは窒化チタンアルミを主成分とする被膜とすることができる。さらに、この硬質セラミックス皮膜２５を、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置により測定したところ、（１１１）面に最も高いピークが存在し、かつ（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と、（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200が、１：１以上１０：１以下であるとの特性を得た。かかる特性を有する硬質セラミックス皮膜２５は、後述するように優れた耐摩耗性を示した。なお、（１１１）面のピークの半値幅が２θで０．３度以下であるＸ線解析パターンを示すものは、結晶性がよく、更に優れた特性を示した。
【００２５】
各面のピーク強度は、以下の条件で測定した。
・Ｘ線回折装置
（株）リガク製 Ｘ線回折装置 ＲＩＮＴ−ＴＴＲ ＩＩＩ
・Ｘ線回折条件
モノクロメータ：使用
ターゲット：Ｃu
管電流：３００ｍＡ
管電圧：５０ｋＶ
スキャンスピード２度／分
サンプリング幅０．０２度
【００２６】
基材２２中におけるα型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンの含有量は、上記の測定を踏まえ、以下の式（１）により求めた。
この式は、上記Ｘ線回折装置により測定したα（１０２）とα（２０１）のピーク強度を足したものを、同じくα（１０２）とα（２０１）及びβ（１０１）とβ（２０１）のピーク強度を足したもので割って、割合（％）を求めたものである。
【００２７】
【数１】
【００２８】
［製造方法］
そこで、次に、実施品の製造方法について説明する。本実施品の切削工具１０に用いたセラミックス焼結体は、図３に示すように、次の工程により製造した。なお、製造工程は、大きくは基材の形成とセラミックス皮膜の形成に分かれる。
【００２９】
（Ａ）基材の形成
（１）平均粒径０．５μｍの窒化珪素粉末と平均粒径０．４μｍの酸化アルミ粉末、窒化アルミ及び焼結助剤を合計１００体積％となるように配合し、配合された粉末をエタノールと共にボールミル中で約２０時間混合して混合物（スラリー）を生成した（図３、工程Ｓ１１０）。
（２）次に、このスラリーを湯煎乾燥により造粒し粉末にし、造粒した粉末を、３０００ｋｇｆ／ｃｍ2 、で冷間等方圧加圧（cold isostaticpressing：ＣＩＰ）成形により成形した（工程Ｓ１２０）。
（３）続いて、ＣＩＰ成形により成形された成形体を１次焼成した。具体的には、成形体を、３気圧の窒素（Ｎ2 ）雰囲気下において、約１７００℃〜１８００℃で２時間焼成した（工程Ｓ１３０）。
（４）続いて、１次焼成された成形体を２次焼成した。具体的には、１次焼成された成形体を、１０００気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気下において、約１５５０℃〜約１７００℃、より好ましくは、約１６２５℃〜約１６７５℃で約３時間保持し焼成した（工程Ｓ１４０）。
【００３０】
この結果、β型サイアロンを主成分とし、これにα型のサイアロンを含有しその含有量が２〜３５体積％であるサイアロン焼結体が得られた。α型サイアロンの含有量は、２次焼成の温度および時間を調整することにより、制御することができる。温度を上げ、長時間焼成することにより、α型サイアロンの含有量を低くでき、逆に温度を下げ焼成時間を短くすることにより、α型サイアロンの含有量を高くすることができる。
【００３１】
β型サイアロンは、組成式Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-Zとして表される化合物である（Ｚは、０．２〜４．２の実数）あり、その粒子形態は柱状（針状）である。従って、サイアロン焼結体は、サイアロン相にβ型サイアロンを含有する場合には、β型サイアロンの粒子同士が複雑に絡み合うため、外部応力などによってサイアロン焼結体に生じる亀裂の進行が抑制される。即ち、サイアロン相におけるβ型サイアロンの含有量が多いほど、サイアロン焼結体の強度を向上させ、耐横逃げ境界摩耗性能を向上させることができる。ここでは、焼結温度を制御することで、長軸方向の長さを８μｍ以下としたβ型サイアロンを得ている。
【００３２】
さらに、サイアロン焼結体には、粒子間相や、α型サイアロン中に、他の成分、例えばイットリウム（Ｙ）が含まれても差し支えない。ここで、「粒子間相」とは、各サイアロンの粒子間に存在するガラス相や結晶相を含む粒界相を意味する。イットリウムは、通常、焼結時に二酸化ケイ素（Ｓｉ０2 ：「シリカ」とも呼ばれる）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3：「アルミナ」とも呼ばれる）とともに高融点のガラスを生成する。即ち、例えば、焼結助剤としてイットリウムの酸化物を用いることにより、高融点のガラス相を有する粒子間相が生成される。また、α型サイアロンにイットリウムが含まれる場合には、α型サイアロンの耐熱性が向上する。なお、粒子間相は、非晶質相または部分的に非晶質を含む相であることが好ましく、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）や、Ｂ相のような結晶相を含むものとしても良い。
【００３３】
（Ｂ）セラミックス皮膜の形成
上記の工程で作製した基材にＰＶＤ（物理蒸着法）にてコーティングを施し、被覆された切削インサート２０を製造した。
（５）具体的には、コーティングチャンバー内を、１×１０-5ｔｏｒｒまで減圧した後、ヒータにて母材を５５０℃まで昇温した（図３、工程１５０）。
（６）次に、チタンアルミ（ＴｉＡｌ）ターゲットに５０〜１５０Ａの直流電源を印加しアーク放電させ、続いて母材に対するバイアス電圧を３０Ｖに調整し、この状態で高純度窒素ガスを導入して、窒化チタンアルミからなる、被膜を基材上に生成させた（工程１６０）。
【００３４】
この結果、切削インサート２０の基材表面に、窒化チタンアルミの被膜が形成された。この被膜の厚みは 窒素を流して、アークイオン流を発生させた状態での保持時間により調整した。なお、この実施例では、基材はセラミックス焼結体なので、電流は流れない。そこで、母材に対するバイアス電圧は３０Ｖとしているが、一旦窒化チタンアルミの被膜が薄く蒸着されれば、この被膜を用いて電流を流すことができるので、母材に印加する電圧を徐々に上げ、被膜の形成を短時間に効率よく完了するものとすることができる。
【００３５】
［実施例］
上記製造方法により、基材におけるα型サイアロンの含有量（体積％）が異なる切削インサート２０をいくつか製作した。実施例１はα率が２％、実施例２はα率が３０％、実施例３はα率が２１％であった。これに対して、基材にα型サイアロンを含まない比較例を複数製作した。いずれの切削インサートも、その皮膜の厚さは約０．８μｍであり、切削加工に必要な厚みを有していた。これらの実施例および比較例を、図４に示した。図４に示した特性表において、各項目は次の意味を示している。
（ａ）刃先欠陥の有無：
得られた切削インサートの刃先を顕微鏡で観察した。セラミックス皮膜の密着性が低く、自己破壊などの欠陥が見られる場合を「×」で、こうした自己破壊が観察されず、良好な刃先を有している場合を「○」で示した。実施例１ないし３は、いずれも良好な刃先を有していた。
（ｂ）被膜の密着性：
得られた切削インサートにおけるセラミックス皮膜の密着性を、ロックウェル試験機を用いて確認した。まずロックウェル試験器で、皮膜表面に６０ｋｇｆの加重で圧子を打ち込み、その圧痕周りの皮膜の剥離を顕微鏡を用いて調査した。圧痕周りの皮膜に剥離は確認できない場合を「○」で、被膜の剥離が見つかった場合を「×」で示した。実施例１ないし３の皮膜の密着性は良好であった。
また得られた被覆セラミックス切削工具の皮膜の厚みを測定するため、皮膜断面を走査型電子顕微鏡で観察した。
【００３６】
（ｃ）Ｘ線解析装置による回折パターン：
Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置を用い、得られた皮膜のＸ線回折パターンを確認した。比較例のセラミックス皮膜はいずれも（２００）面に最高ピークを持ち、かつその半価幅は２θで０．４度以上であった。比較例におけるＸ線回折パターンの一例を図５に示した。他方、実施例１ないし３の切削インサートにおけるセラミックス皮膜を、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置にて同様に検査したところ、得られた皮膜のＸ線回折パターンでは（１１１）面に最高ピークが現れ、その半価幅は２θで０．３度以下であった。実施例におけるＸ線回折パターンの一例を図６に示した。
【００３７】
図６に示したように、本発明の実施品である切削インサート２０では、（１１１）面のピークが最大となっており、また（１１１）面のピーク強度Ｐ１１１ と、（２００）面のピーク強度Ｐ２００ との強度比Ｐ１１１：Ｐ２００が、実施例１では、１．３対１．０、実施例２では９．３対１．０、実施例３では８．０対１．０であった。このことは、窒化チタンアルミの皮膜が立方晶を中心に高い結晶性を実現していることを示している。但し、強度比Ｐ１１１：Ｐ２００は、１０対１を上限としているので、皮膜の靭性は十分に担保されている。この強度比が高すぎると、立方晶の割合が高すぎて、皮膜の硬度は十分に高くなるものの、脆くなり、切削インサートとしては適さない。
【００３８】
実施例１ないし３および比較例１におけるα型サイアロンの体積％と強度比Ｐ１１１：Ｐ２００との関係を図７に示した。これらの例から、α型サイアロンの体積％を、２〜３５体積％とすれば、強度比Ｐ１１１：Ｐ２００が、１対１から１０対１の間に調整できることが分かる。
【００３９】
上記のように、本実施例１ないし３において、形成された窒化チタンアルミの皮膜２５が、（１１１）面に最高ピークを持つのは、基材２２にα型サイアロンを所定の割合で形成しているからである。基材２２表面のα型サイアロンは、皮膜配向成分として機能し、ＰＶＤにより形成される窒化チタンアルミの皮膜における立方晶の形成を導いている。なお、このα型サイアロンに代えて、α型窒化珪素を被膜における結晶配向成分として用いることも可能である。本実施例１ないし３の切削インサート２０における基材は、α型Ｓｉ３Ｎ４及びまたはα型ＳｉＡｌＯＮを含み、その含有量が２〜３５体積％とされており、皮膜配向成分としての機能を十分に発揮している。
【００４０】
実施例１ないし３により得られた切削インサート２０は、従来の窒化チタンアルミ皮膜を形成した超硬合金製あるいはサーメット製のインサートと比べて、高温特性（高温耐酸化性及び高温硬さ）に優れ、また優れた耐摩耗性および高い靭性を有するので、切削機能に優れ、切削工具１０として長寿命を達成できる。更に、基材２２としてセラミックス焼結体を用いているので、加工性、成型性に優れ、また比較的安価に供給することができる。従って、量産性にも優れている。
【００４１】
以上、本発明の実施の態様を実施例を挙げて説明したが、本発明のセラミックス焼結体は、各種の切削インサートや切削工具として利用できることはもとより、高い耐摩耗性や靭性が必要とされる機械部品、例えば自動車のピストンリング、軸受などに用いることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…切削工具
１１…先端部
１２…取付部
２０…切削インサート
２２…基材
２５…セラミックス皮膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス焼結体，セラミックス焼結体を用いた切削インサートおよび切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、切削工具や繰り返し摺動する摺動部材など、高い耐摩耗性が要求される部材が存在する。これらの部材は、自動車などの機械部品として用いられる場合には加工性が求められることがあり、あるいは量産品としては、コスト低減の要請にもさらされる。そこで、部品表面に、耐摩耗性皮膜を形成することで、加工性や量産性と、耐摩耗性とを両立させようとする提案も行なわれている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
高い耐摩耗性等が要求される部材の一例としては、各種の鋼や鋳鉄などの被削材を旋削加工や平削り加工を行なうバイトの先端に着脱されるスローアウェイチップ、スローアウェイチップを取り付け被削材の溝加工などを行なうエンドミル工具などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６４４７１０号公報
【特許文献２】特許第３９３１３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした耐摩耗性皮膜を形成した部材では、従来基材として、超硬合金や炭化チタン系サーメットが用いられており、基材と耐摩耗性皮膜の組み合わせが十分に検討されているとは言えなかった。とはいえ基材選択の自由度をいたずらに高めると、選択した基材によっては、耐摩耗性皮膜の基材への密着性が不十分となり、剥離などを生じてしまうという課題が指摘されていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決することを目的としてなされたものであり、高い耐摩耗性と靭性とを備えたセラミックス焼結体を、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含む基材と、
物理蒸着法により、前記基材の少なくとも一部を被覆する硬質セラミックス皮膜と
を有するセラミックス焼結体。
【０００８】
かかるセラミックス焼結体では、基材に、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含むため、この基材上に形成される硬質セラミックス皮膜の結晶構造が適切なものとなり、適用例１記載のセラミックス焼結体は、加工性と耐摩耗性を備えたものとなっている。
【０００９】
［適用例２］
前記基材中における前記α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンの含有量が、２ないし３５体積％である
適用例１記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、特に皮膜配向成分の量が適切なものとなり、セラミックス焼結体としての特性に優れる。
【００１０】
［適用例３］
前記セラミックス皮膜は、アルミニュウムおよびチタンを含有する請求項１または適用例２記載のセラミックス焼結体。
［適用例４］
前記セラミックス皮膜は、窒化チタンアルミまたは窒化チタンアルミを主成分とする被膜である適用例３記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、硬質セラミックス皮膜として高い耐摩耗性を実現することができる。
【００１１】
［適用例５］
適用例３または適用例４記載のセラミックス焼結体であって、
前記セラミックス皮膜は、
Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置による測定で、（１１１）面に最も高いピークが存在し、
（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と、（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200が、１：１以上１０：１以下である
セラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、硬質セラミックス皮膜について、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置による測定での（１１１）面のピーク強度と（２００）面のピーク強度とを所定の範囲としているので、セラミックス皮膜の硬度を十分なものとし、かつ基材との高い密着性も実現することができる。
【００１２】
セラミック被膜に関して、（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200 を、１：１以上１０：１以下の範囲とすることが好ましい。この範囲における強度比Ｐ111 ：Ｐ200 の傾向として、ピーク強度Ｐ111 がピーク強度P200 に対して高くなるにつれて強度や硬度の向上が見られるが、強度比Ｐ111 ：Ｐ200 が７：１程度を境にその効果が薄れ、１０：１を超えるとセラミック被膜の硬度に与える影響は抑制される。
【００１３】
また、基材に関しては、（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200 が、７：１(α率：１８％程度)の場合、基材に微細なα相が１８％程度はいることで粒界に適度な応力がかかり焼結体の強度及び硬度が向上すると考えられる。反対に（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200 が１０：１を超えると強度が低下する傾向がみられる場合がある。
【００１４】
［適用例６］
前記（１１１）面のピークの半値幅が２θで０．３度以下であるＸ線解析パターンを示す適用例５記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、（１１１）面のピークの半値幅が十分に小さく、セラミックス皮膜の結晶性を確保して、十分な固さ、引いては十分な耐摩耗性を実現することができる。
【００１５】
［適用例７］
前記セラミックス皮膜の厚みは、０．５〜３．０μｍである適用例１ないし適用例６のいずれか記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、セラミックス皮膜の厚みを適切な範囲として、セラミックス焼結体として必要な性能を確保することができる。
【００１６】
［適用例８］
前記β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンは、長径軸が８μｍ以下である適用例１ないし適用例７のいずれか記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを、長径軸が８μｍ以下としているので、必要な強度を確保しつつ、セラミックス皮膜の結晶性に寄与するα型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンの皮膜配向性を十分に引き出すことができる。
【００１７】
［適用例９］
前記α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンは、粒径が１μｍ以下である適用例１ないし適用例８のいずれか記載のセラミックス焼結体。
かかるセラミックス焼結体では、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンのセラミックス皮膜の結晶性に寄与する皮膜配向性を十分に引き出すことができる。
［適用例１０］
前記基材に含まれる前記β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンより硬い硬質粒子を含まない
適用例１ないし適用例９記載のセラミックス焼結体。
このセラミックス焼結体では、基材には、基材に含まれる前記β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンより硬い硬質粒子を含まないので、基材に形成されるセラミックス皮膜の硬度が高すぎて、脆くなるということがない。硬質粒子としては、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）などを挙げることができる。
【００１８】
本発明のセラミックス焼結体は、セラミックス切削インサートやこのインサートが取り付けられた切削工具として実施することができる。こうした製品では、高い加工性や量産性と、高い耐摩耗性が要求されることがあり、本発明のセラミックス焼結体を用いた切削インサートや切削工具は、こうした要請に応えることができる。
【００１９】
［適用例１１］
セラミックス焼結体の製造方法であって、
窒化ケイ素および／またはサイアロンを焼成するための原材料を混合して混合物を生成し、
該混合物を乾燥後に造粒して粉末とし、冷間等方圧加圧により所定形状の成形体を成形し、
該成形体を所定圧・所定温度で焼成して、β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含む基材を製作し、
該基材に、物理蒸着法により、前記基材の少なくとも一部を被覆する硬質セラミックス皮膜を形成する
セラミックス焼結体の製造方法。
かかる製造方法によれば、高い耐摩耗性および靭性を備えたセラミックス焼結体を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施品としての切削インサートの外形形状を示す説明図である。
【図２】本発明の実施品としてセラミックス焼結体の構造を説明図である。
【図３】実施品としてのセラミックス焼結体の製造法を示す工程図である。
【図４】実施例としての切削インサートの性能を比較例と比較して示す説明図である。
【図５】比較例の一つのＣｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置による測定結果を示すグラフである。
【図６】実施例の一つのＣｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置による測定結果を示すグラフである。
【図７】実施例におけるα型サイアロンの体積％と、（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200 との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［実施の態様］
図１は、本発明の実施品であるセラミックス焼結体を用いた切削工具の外観図である。図示するように、この切削工具１０は、セラミックス焼結体からなる切削インサート２０を、工具先端に備える。この切削インサート２０は、耐熱合金の切削加工に用いられる切削工具１０に取り付けられる略直方体形状の使い捨ての刃先である。切削インサート２０は、通常、ホルダーと呼ばれる切削工具１０の本体部１１の先端において、取付部１２に着脱可能に取り付けられる。切削インサート２０であるセラミックス焼結体は、図２に示すように、所定厚さの基材２２の表面に、膜厚０．５〜３μｍの窒化チタンアルミのセラミックス皮膜２５を形成している。
【００２２】
一般に、切削インサート２０は、切削工具として実加工に耐えうる程度の強度や耐摩耗性能を有することが望まれる。ここで、「耐摩耗性能」とは、耐横逃げ境界摩耗性能と耐ＶＢ摩耗性能とを含む、摩擦に対する劣化特性を意味し、「切削工具」とは、旋削加工や、フライス加工、溝入加工などの粗加工、仕上加工などを行う工具全般を意味する。なお、本明細書においては、強度や耐摩耗性能を含む、切削工具が有する性能を「切削性能」と呼ぶ。本実施形態の切削インサート２０は、切削性能を向上させるために、以下に説明するセラミックス焼結体によって構成される。
【００２３】
切削インサート２０を構成する基材２２は、長径軸が８μｍ以下であるβ型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、粒径が１μｍ以下のα型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含んでいる。また、基材２２中におけるこのα型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンの含有量が、２ないし３５体積％としている。なお、基材２２には、β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンより硬い硬質粒子を含んでいない。
【００２４】
他方、硬質セラミックス皮膜２５は、アルミニュウムおよびチタンを含有する皮膜として形成することができ、例えば、窒化チタンアルミまたは窒化チタンアルミを主成分とする被膜とすることができる。さらに、この硬質セラミックス皮膜２５を、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置により測定したところ、（１１１）面に最も高いピークが存在し、かつ（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と、（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200が、１：１以上１０：１以下であるとの特性を得た。かかる特性を有する硬質セラミックス皮膜２５は、後述するように優れた耐摩耗性を示した。なお、（１１１）面のピークの半値幅が２θで０．３度以下であるＸ線解析パターンを示すものは、結晶性がよく、更に優れた特性を示した。
【００２５】
各面のピーク強度は、以下の条件で測定した。
・Ｘ線回折装置
（株）リガク製 Ｘ線回折装置 ＲＩＮＴ−ＴＴＲ ＩＩＩ
・Ｘ線回折条件
モノクロメータ：使用
ターゲット：Ｃu
管電流：３００ｍＡ
管電圧：５０ｋＶ
スキャンスピード２度／分
サンプリング幅０．０２度
【００２６】
基材２２中におけるα型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンの含有量は、上記の測定を踏まえ、以下の式（１）により求めた。
この式は、上記Ｘ線回折装置により測定したα（１０２）とα（２０１）のピーク強度を足したものを、同じくα（１０２）とα（２０１）及びβ（１０１）とβ（２０１）のピーク強度を足したもので割って、割合（％）を求めたものである。
【００２７】
【数１】
【００２８】
［製造方法］
そこで、次に、実施品の製造方法について説明する。本実施品の切削工具１０に用いたセラミックス焼結体は、図３に示すように、次の工程により製造した。なお、製造工程は、大きくは基材の形成とセラミックス皮膜の形成に分かれる。
【００２９】
（Ａ）基材の形成
（１）平均粒径０．５μｍの窒化珪素粉末と平均粒径０．４μｍの酸化アルミ粉末、窒化アルミ及び焼結助剤を合計１００体積％となるように配合し、配合された粉末をエタノールと共にボールミル中で約２０時間混合して混合物（スラリー）を生成した（図３、工程Ｓ１１０）。
（２）次に、このスラリーを湯煎乾燥により造粒し粉末にし、造粒した粉末を、３０００ｋｇｆ／ｃｍ2 、で冷間等方圧加圧（cold isostaticpressing：ＣＩＰ）成形により成形した（工程Ｓ１２０）。
（３）続いて、ＣＩＰ成形により成形された成形体を１次焼成した。具体的には、成形体を、３気圧の窒素（Ｎ2 ）雰囲気下において、約１７００℃〜１８００℃で２時間焼成した（工程Ｓ１３０）。
（４）続いて、１次焼成された成形体を２次焼成した。具体的には、１次焼成された成形体を、１０００気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気下において、約１５５０℃〜約１７００℃、より好ましくは、約１６２５℃〜約１６７５℃で約３時間保持し焼成した（工程Ｓ１４０）。
【００３０】
この結果、β型サイアロンを主成分とし、これにα型のサイアロンを含有しその含有量が２〜３５体積％であるサイアロン焼結体が得られた。α型サイアロンの含有量は、２次焼成の温度および時間を調整することにより、制御することができる。温度を上げ、長時間焼成することにより、α型サイアロンの含有量を低くでき、逆に温度を下げ焼成時間を短くすることにより、α型サイアロンの含有量を高くすることができる。
【００３１】
β型サイアロンは、組成式Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-Zとして表される化合物である（Ｚは、０．２〜４．２の実数）あり、その粒子形態は柱状（針状）である。従って、サイアロン焼結体は、サイアロン相にβ型サイアロンを含有する場合には、β型サイアロンの粒子同士が複雑に絡み合うため、外部応力などによってサイアロン焼結体に生じる亀裂の進行が抑制される。即ち、サイアロン相におけるβ型サイアロンの含有量が多いほど、サイアロン焼結体の強度を向上させ、耐横逃げ境界摩耗性能を向上させることができる。ここでは、焼結温度を制御することで、長軸方向の長さを８μｍ以下としたβ型サイアロンを得ている。
【００３２】
さらに、サイアロン焼結体には、粒子間相や、α型サイアロン中に、他の成分、例えばイットリウム（Ｙ）が含まれても差し支えない。ここで、「粒子間相」とは、各サイアロンの粒子間に存在するガラス相や結晶相を含む粒界相を意味する。イットリウムは、通常、焼結時に二酸化ケイ素（Ｓｉ０2 ：「シリカ」とも呼ばれる）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3：「アルミナ」とも呼ばれる）とともに高融点のガラスを生成する。即ち、例えば、焼結助剤としてイットリウムの酸化物を用いることにより、高融点のガラス相を有する粒子間相が生成される。また、α型サイアロンにイットリウムが含まれる場合には、α型サイアロンの耐熱性が向上する。なお、粒子間相は、非晶質相または部分的に非晶質を含む相であることが好ましく、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）や、Ｂ相のような結晶相を含むものとしても良い。
【００３３】
（Ｂ）セラミックス皮膜の形成
上記の工程で作製した基材にＰＶＤ（物理蒸着法）にてコーティングを施し、被覆された切削インサート２０を製造した。
（５）具体的には、コーティングチャンバー内を、１×１０-5ｔｏｒｒまで減圧した後、ヒータにて母材を５５０℃まで昇温した（図３、工程１５０）。
（６）次に、チタンアルミ（ＴｉＡｌ）ターゲットに５０〜１５０Ａの直流電源を印加しアーク放電させ、続いて母材に対するバイアス電圧を３０Ｖに調整し、この状態で高純度窒素ガスを導入して、窒化チタンアルミからなる、被膜を基材上に生成させた（工程１６０）。
【００３４】
この結果、切削インサート２０の基材表面に、窒化チタンアルミの被膜が形成された。この被膜の厚みは 窒素を流して、アークイオン流を発生させた状態での保持時間により調整した。なお、この実施例では、基材はセラミックス焼結体なので、電流は流れない。そこで、母材に対するバイアス電圧は３０Ｖとしているが、一旦窒化チタンアルミの被膜が薄く蒸着されれば、この被膜を用いて電流を流すことができるので、母材に印加する電圧を徐々に上げ、被膜の形成を短時間に効率よく完了するものとすることができる。
【００３５】
［実施例］
上記製造方法により、基材におけるα型サイアロンの含有量（体積％）が異なる切削インサート２０をいくつか製作した。実施例１はα率が２％、実施例２はα率が３０％、実施例３はα率が２１％であった。これに対して、基材にα型サイアロンを含まない比較例を複数製作した。いずれの切削インサートも、その皮膜の厚さは約０．８μｍであり、切削加工に必要な厚みを有していた。これらの実施例および比較例を、図４に示した。図４に示した特性表において、各項目は次の意味を示している。
（ａ）刃先欠陥の有無：
得られた切削インサートの刃先を顕微鏡で観察した。セラミックス皮膜の密着性が低く、自己破壊などの欠陥が見られる場合を「×」で、こうした自己破壊が観察されず、良好な刃先を有している場合を「○」で示した。実施例１ないし３は、いずれも良好な刃先を有していた。
（ｂ）被膜の密着性：
得られた切削インサートにおけるセラミックス皮膜の密着性を、ロックウェル試験機を用いて確認した。まずロックウェル試験器で、皮膜表面に６０ｋｇｆの加重で圧子を打ち込み、その圧痕周りの皮膜の剥離を顕微鏡を用いて調査した。圧痕周りの皮膜に剥離は確認できない場合を「○」で、被膜の剥離が見つかった場合を「×」で示した。実施例１ないし３の皮膜の密着性は良好であった。
また得られた被覆セラミックス切削工具の皮膜の厚みを測定するため、皮膜断面を走査型電子顕微鏡で観察した。
【００３６】
（ｃ）Ｘ線解析装置による回折パターン：
Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置を用い、得られた皮膜のＸ線回折パターンを確認した。比較例のセラミックス皮膜はいずれも（２００）面に最高ピークを持ち、かつその半価幅は２θで０．４度以上であった。比較例におけるＸ線回折パターンの一例を図５に示した。他方、実施例１ないし３の切削インサートにおけるセラミックス皮膜を、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置にて同様に検査したところ、得られた皮膜のＸ線回折パターンでは（１１１）面に最高ピークが現れ、その半価幅は２θで０．３度以下であった。実施例におけるＸ線回折パターンの一例を図６に示した。
【００３７】
図６に示したように、本発明の実施品である切削インサート２０では、（１１１）面のピークが最大となっており、また（１１１）面のピーク強度Ｐ１１１ と、（２００）面のピーク強度Ｐ２００ との強度比Ｐ１１１：Ｐ２００が、実施例１では、１．３対１．０、実施例２では９．３対１．０、実施例３では８．０対１．０であった。このことは、窒化チタンアルミの皮膜が立方晶を中心に高い結晶性を実現していることを示している。但し、強度比Ｐ１１１：Ｐ２００は、１０対１を上限としているので、皮膜の靭性は十分に担保されている。この強度比が高すぎると、立方晶の割合が高すぎて、皮膜の硬度は十分に高くなるものの、脆くなり、切削インサートとしては適さない。
【００３８】
実施例１ないし３および比較例１におけるα型サイアロンの体積％と強度比Ｐ１１１：Ｐ２００との関係を図７に示した。これらの例から、α型サイアロンの体積％を、２〜３５体積％とすれば、強度比Ｐ１１１：Ｐ２００が、１対１から１０対１の間に調整できることが分かる。
【００３９】
上記のように、本実施例１ないし３において、形成された窒化チタンアルミの皮膜２５が、（１１１）面に最高ピークを持つのは、基材２２にα型サイアロンを所定の割合で形成しているからである。基材２２表面のα型サイアロンは、皮膜配向成分として機能し、ＰＶＤにより形成される窒化チタンアルミの皮膜における立方晶の形成を導いている。なお、このα型サイアロンに代えて、α型窒化珪素を被膜における結晶配向成分として用いることも可能である。本実施例１ないし３の切削インサート２０における基材は、α型Ｓｉ３Ｎ４及びまたはα型ＳｉＡｌＯＮを含み、その含有量が２〜３５体積％とされており、皮膜配向成分としての機能を十分に発揮している。
【００４０】
実施例１ないし３により得られた切削インサート２０は、従来の窒化チタンアルミ皮膜を形成した超硬合金製あるいはサーメット製のインサートと比べて、高温特性（高温耐酸化性及び高温硬さ）に優れ、また優れた耐摩耗性および高い靭性を有するので、切削機能に優れ、切削工具１０として長寿命を達成できる。更に、基材２２としてセラミックス焼結体を用いているので、加工性、成型性に優れ、また比較的安価に供給することができる。従って、量産性にも優れている。
【００４１】
以上、本発明の実施の態様を実施例を挙げて説明したが、本発明のセラミックス焼結体は、各種の切削インサートや切削工具として利用できることはもとより、高い耐摩耗性や靭性が必要とされる機械部品、例えば自動車のピストンリング、軸受などに用いることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…切削工具
１１…先端部
１２…取付部
２０…切削インサート
２２…基材
２５…セラミックス皮膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含む基材と、
物理蒸着法により、前記基材の少なくとも一部を被覆する硬質セラミックス皮膜と
を有するセラミックス焼結体。
【請求項２】
前記基材中における前記α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンの含有量が、２ないし３５体積％である
請求項１記載のセラミックス焼結体。
【請求項３】
前記セラミックス皮膜は、アルミニュウムおよびチタンを含有する請求項１または請求項２記載のセラミックス焼結体。
【請求項４】
前記セラミックス皮膜は、窒化チタンアルミまたは窒化チタンアルミを主成分とする被膜である請求項３記載のセラミックス焼結体。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載のセラミックス焼結体であって、
前記セラミックス皮膜は、
Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置による測定で、（１１１）面に最も高いピークが存在し、
（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と、（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200が、１：１以上１０：１以下であり、
セラミックス焼結体。
【請求項６】
前記（１１１）面のピークの半値幅が２θで０．３度以下であるＸ線解析パターンを示す請求項５記載のセラミックス焼結体。
【請求項７】
前記セラミックス皮膜の厚みは、０．５〜３．０μｍである請求項１ないし請求項６のいずれか記載のセラミックス焼結体。
【請求項８】
前記β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンは、長径軸が８μｍ以下である請求項１ないし請求項７のいずれか記載のセラミックス焼結体。
【請求項９】
前記α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンは、粒径が１μｍ以下である請求項１ないし請求項８のいずれか記載のセラミックス焼結体。
【請求項１０】
前記基材は、前記β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンより硬い硬質粒子を含まない
請求項１ないし請求項９のいずれか記載のセラミックス焼結体。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか記載のセラミックス焼結体を用いたセラミックス切削インサート。
【請求項１２】
請求項１１記載のセラミックス切削インサートが取り付けられた切削工具。
【請求項１３】
セラミックス焼結体の製造方法であって、
窒化ケイ素および／またはサイアロンを焼成するための原材料を混合して混合物を生成し、
該混合物を乾燥後に造粒して粉末とし、冷間等方圧加圧により所定形状の成形体を成形し、
該成形体を所定圧・所定温度で焼成して、β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含む基材を製作し、
該基材に、物理蒸着法により、前記基材の少なくとも一部を被覆する硬質セラミックス皮膜を形成する
セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項１】
β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含む基材と、
物理蒸着法により、前記基材の少なくとも一部を被覆する硬質セラミックス皮膜と
を有するセラミックス焼結体。
【請求項２】
前記基材中における前記α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンの含有量が、２ないし３５体積％である
請求項１記載のセラミックス焼結体。
【請求項３】
前記セラミックス皮膜は、アルミニュウムおよびチタンを含有する請求項１または請求項２記載のセラミックス焼結体。
【請求項４】
前記セラミックス皮膜は、窒化チタンアルミまたは窒化チタンアルミを主成分とする被膜である請求項３記載のセラミックス焼結体。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載のセラミックス焼結体であって、
前記セラミックス皮膜は、
Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線解析装置による測定で、（１１１）面に最も高いピークが存在し、
（１１１）面のピーク強度Ｐ111 と、（２００）面のピーク強度Ｐ200 との強度比Ｐ111 ：Ｐ200が、１：１以上１０：１以下であり、
セラミックス焼結体。
【請求項６】
前記（１１１）面のピークの半値幅が２θで０．３度以下であるＸ線解析パターンを示す請求項５記載のセラミックス焼結体。
【請求項７】
前記セラミックス皮膜の厚みは、０．５〜３．０μｍである請求項１ないし請求項６のいずれか記載のセラミックス焼結体。
【請求項８】
前記β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンは、長径軸が８μｍ以下である請求項１ないし請求項７のいずれか記載のセラミックス焼結体。
【請求項９】
前記α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンは、粒径が１μｍ以下である請求項１ないし請求項８のいずれか記載のセラミックス焼結体。
【請求項１０】
前記基材は、前記β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンより硬い硬質粒子を含まない
請求項１ないし請求項９のいずれか記載のセラミックス焼結体。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか記載のセラミックス焼結体を用いたセラミックス切削インサート。
【請求項１２】
請求項１１記載のセラミックス切削インサートが取り付けられた切削工具。
【請求項１３】
セラミックス焼結体の製造方法であって、
窒化ケイ素および／またはサイアロンを焼成するための原材料を混合して混合物を生成し、
該混合物を乾燥後に造粒して粉末とし、冷間等方圧加圧により所定形状の成形体を成形し、
該成形体を所定圧・所定温度で焼成して、β型窒化ケイ素および／またはβ型サイアロンを主体とし、α型窒化ケイ素および／またはα型サイアロンを被膜配向成分として含む基材を製作し、
該基材に、物理蒸着法により、前記基材の少なくとも一部を被覆する硬質セラミックス皮膜を形成する
セラミックス焼結体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１３８３（Ｐ２０１２−１３８３Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３６６９９（Ｐ２０１０−１３６６９９）
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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