高靭性、高強度、高硬度アルミナ系複合材料
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度、高硬度かつ高靭性を同時に有するＡｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料に関するものである。更に詳しくは、高耐摩耗性材料、切削工具用材料に適したＡｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は主成分としてＷＣが用いられていた。しかし、ＷＣは高価であるためコストの安いものが求められている。また、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は高靭性であるが、硬さがあまり高くないため、切削工具として用いられた時、切削工具寿命が短いという欠点がある。一方、アルミナセラミックス切削工具は鋳鉄の仕上げ切削のみに用いられているのにすぎない。この原因として、靭性が低いので、鋳鉄の中切削や重切削では切削中に破損することがあげられる。また、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系セラミックスは、Ａｌ２Ｏ３単味焼結体に比べ靭性は高いものの、やはり中切削や重切削に用いるのは困難である。そのため、高強度、高硬度かつ高靭性を同時に有する切削工具用複合材料の開発が求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するため、本発明者らは、様々の実験を試みた後、まず、アルミナセラミックスにナノサイズのコバルト金属粒子を分散することにより、アルミナとコバルトの複合材料を製造することに成功した。この材料は、Ａｌ２Ｏ３単味焼結体に対し、２倍以上の曲げ強さを有するものである。また、靭性の改善もみられた。しかしながら、さらに、Ａｌ２Ｏ３−Ｃｏ系セラミックスの特性を改善するために様々の実験を試みた結果、アルミナとコバルトの混合粉末を基本成分とし、ＷＣ粒子を添加することにより、高靭性、高強度かつ高硬度を有するＡｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料が得られるのを見いだすことに成功した。本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、その技術的課題は、高価なＷＣを多用することなく、高靭性、高強度、高硬度を同時に兼ね備えたアルミナ系複合材料を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するための本発明のＡｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料は、全重量に対し１０〜８７．５重量％のアルミナと１０〜３０重量％のコバルトから成る混合粉末を基本成分とし、それに、ＷＣを２．５〜８０％重量％添加した混合粉末を焼結することによって形成したことを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明のＡｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料において、コバルトとＷＣを添加するのは、硬さ、強度及び靭性を増加させ、しかも、熱伝導をよくするためである。その時、全重量に対しＷＣの添加量が２．５重量％以下になると、曲げ強さの改善はできない。コバルト粉末の好ましい平均粒径は０．００５μｍ以下で、最も望ましいのは０．０３μｍ以下である。
【０００６】本発明の複合材料は、前記の各成分を混合し、これまでに知られているセラミックスの製造の場合と同じような方法によって製造することができる。例えば、原料粉末混合物を黒鉛型に充填したのち、真空中またはアルゴン、水素などの中性若しくは還元性雰囲気中において、ダイ圧力５０−３００ｋｇ／ｃｍ２、温度１２００−１５００℃の条件で３０−１２０分間加熱焼結するホットプレスを用いて製造することが可能である。又、常圧焼結法やＨＩＰ法も用いることができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の複合材料について、実施例により詳述する。表１の組成欄に示すように、Ａｌ２Ｏ３、ＷＣ、Ｃｏの原料粉末を種々の割合に配合した粉末を十分に混合したのち、黒鉛型に充填し、真空中にて、表中に示す焼結温度で各々１時間焼結し、得られた複合焼結体について、各々気孔の状態、破壊靭性ＫＩＣ、曲げ強さ、及びビッカース硬さ等を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１中の１＊、２＊、９＊は比較データとして記載した。表１によれば、ＷＣの２．５〜８０重量％及びＣｏの１０〜３０重量％の添加で良好な焼結体が得られている。
【０００８】
【表１】
【０００９】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、Ａｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料において、高価なＷＣを多用しなくても、高靭性、高強度、高硬度を同時に兼ね備えた複合材料を提供することができる。この材料は、切削工具用や高耐摩耗性機械部品等として有効に使用できる。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度、高硬度かつ高靭性を同時に有するＡｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料に関するものである。更に詳しくは、高耐摩耗性材料、切削工具用材料に適したＡｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は主成分としてＷＣが用いられていた。しかし、ＷＣは高価であるためコストの安いものが求められている。また、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は高靭性であるが、硬さがあまり高くないため、切削工具として用いられた時、切削工具寿命が短いという欠点がある。一方、アルミナセラミックス切削工具は鋳鉄の仕上げ切削のみに用いられているのにすぎない。この原因として、靭性が低いので、鋳鉄の中切削や重切削では切削中に破損することがあげられる。また、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系セラミックスは、Ａｌ２Ｏ３単味焼結体に比べ靭性は高いものの、やはり中切削や重切削に用いるのは困難である。そのため、高強度、高硬度かつ高靭性を同時に有する切削工具用複合材料の開発が求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するため、本発明者らは、様々の実験を試みた後、まず、アルミナセラミックスにナノサイズのコバルト金属粒子を分散することにより、アルミナとコバルトの複合材料を製造することに成功した。この材料は、Ａｌ２Ｏ３単味焼結体に対し、２倍以上の曲げ強さを有するものである。また、靭性の改善もみられた。しかしながら、さらに、Ａｌ２Ｏ３−Ｃｏ系セラミックスの特性を改善するために様々の実験を試みた結果、アルミナとコバルトの混合粉末を基本成分とし、ＷＣ粒子を添加することにより、高靭性、高強度かつ高硬度を有するＡｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料が得られるのを見いだすことに成功した。本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、その技術的課題は、高価なＷＣを多用することなく、高靭性、高強度、高硬度を同時に兼ね備えたアルミナ系複合材料を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するための本発明のＡｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料は、全重量に対し１０〜８７．５重量％のアルミナと１０〜３０重量％のコバルトから成る混合粉末を基本成分とし、それに、ＷＣを２．５〜８０％重量％添加した混合粉末を焼結することによって形成したことを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明のＡｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料において、コバルトとＷＣを添加するのは、硬さ、強度及び靭性を増加させ、しかも、熱伝導をよくするためである。その時、全重量に対しＷＣの添加量が２．５重量％以下になると、曲げ強さの改善はできない。コバルト粉末の好ましい平均粒径は０．００５μｍ以下で、最も望ましいのは０．０３μｍ以下である。
【０００６】本発明の複合材料は、前記の各成分を混合し、これまでに知られているセラミックスの製造の場合と同じような方法によって製造することができる。例えば、原料粉末混合物を黒鉛型に充填したのち、真空中またはアルゴン、水素などの中性若しくは還元性雰囲気中において、ダイ圧力５０−３００ｋｇ／ｃｍ２、温度１２００−１５００℃の条件で３０−１２０分間加熱焼結するホットプレスを用いて製造することが可能である。又、常圧焼結法やＨＩＰ法も用いることができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の複合材料について、実施例により詳述する。表１の組成欄に示すように、Ａｌ２Ｏ３、ＷＣ、Ｃｏの原料粉末を種々の割合に配合した粉末を十分に混合したのち、黒鉛型に充填し、真空中にて、表中に示す焼結温度で各々１時間焼結し、得られた複合焼結体について、各々気孔の状態、破壊靭性ＫＩＣ、曲げ強さ、及びビッカース硬さ等を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１中の１＊、２＊、９＊は比較データとして記載した。表１によれば、ＷＣの２．５〜８０重量％及びＣｏの１０〜３０重量％の添加で良好な焼結体が得られている。
【０００８】
【表１】
【０００９】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、Ａｌ２Ｏ３−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料において、高価なＷＣを多用しなくても、高靭性、高強度、高硬度を同時に兼ね備えた複合材料を提供することができる。この材料は、切削工具用や高耐摩耗性機械部品等として有効に使用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】全重量に対し１０〜８７．５重量％のアルミナと１０〜３０重量％のコバルトから成る混合粉末を基本成分とし、それに、ＷＣを２．５〜８０％重量％添加した混合粉末の焼結によって形成したことを特徴とする高靭性、高強度、高硬度アルミナ系複合材料。
【請求項１】全重量に対し１０〜８７．５重量％のアルミナと１０〜３０重量％のコバルトから成る混合粉末を基本成分とし、それに、ＷＣを２．５〜８０％重量％添加した混合粉末の焼結によって形成したことを特徴とする高靭性、高強度、高硬度アルミナ系複合材料。
【特許番号】第２８６３８２９号
【登録日】平成１０年（１９９８）１２月１８日
【発行日】平成１１年（１９９９）３月３日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−１６０６１６
【出願日】平成８年（１９９６）５月３０日
【公開番号】特開平９−３１６５８９
【公開日】平成９年（１９９７）１２月９日
【審査請求日】平成８年（１９９６）５月３０日
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【指定代理人】
【氏名又は名称】 工業技術院九州工業技術研究所長
【参考文献】
【文献】特開 平４−１３８４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６１−１９４１４８（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１０年（１９９８）１２月１８日
【発行日】平成１１年（１９９９）３月３日
【国際特許分類】
【出願日】平成８年（１９９６）５月３０日
【公開番号】特開平９−３１６５８９
【公開日】平成９年（１９９７）１２月９日
【審査請求日】平成８年（１９９６）５月３０日
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【指定代理人】
【氏名又は名称】 工業技術院九州工業技術研究所長
【参考文献】
【文献】特開 平４−１３８４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６１−１９４１４８（ＪＰ，Ａ）
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