(57)【要約】  セラミック体（２０）、ならびにその製造法であって、該セラミック体は、酸窒化アルミニウムおよびウイスカー、（および必要に応じて）１以上の炭窒化チタン、および／またはアルミナ、および／またはジルコニア、および／または他の成分を含有する。
2007533593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸窒化アルミニウムを含むマトリックスおよび前記マトリックス全体にわたって分布するウイスカーを含むセラミック体であって、
前記酸窒化アルミニウムが前記セラミック体の約６０体積％から約９８体積％を構成し、前記ウイスカーが前記セラミック体の約２体積％から約４０体積％を構成する、
セラミック体。
【請求項２】
前記酸窒化アルミニウムが前記セラミックの約６５体積％から約８５体積％を構成し、前記ウイスカーが前記セラミックの約１５体積％から約３５体積％を構成する、請求項１記載のセラミック体。
【請求項３】
前記酸窒化アルミニウムの源が、約０．１重量％以下の窒化アルミニウムを含有する酸窒化アルミニウム粉末である、請求項１記載のセラミック体。
【請求項４】
前記酸窒化アルミニウム粉末が、約０．１重量％以下のアルミナを含有する、請求項３記載のセラミック体。
【請求項５】
前記ウイスカーが炭化ケイ素ウイスカー含み、ＡＳＴＭ  Ｅ３８４−９９ｅ１により決定されるＶｉｃｋｅｒ硬度数（ＶＨＮ）が少なくとも１５．００であり、ＥｖａｎｓおよびＣｈａｒｌｅｓによる破壊靱性（ＫIC）が少なくとも約５．０ＭＰａ・ｍ1/2である、請求項１記載のセラミック体。
【請求項６】
前記セラミック体が、切削インサートを含み、前記切削インサートがすくい面と逃げ面を有し、前記すくい面と前記逃げ面が交差して切削エッジを形成している、請求項１記載のセラミック体。
【請求項７】
酸窒化アルミニウムおよび酸窒化アルミニウム以外のセラミック添加剤を含むマトリックスと、前記マトリックス全体にわたって分布するウイスカーと、を含むセラミック体であって、
前記酸窒化アルミニウムが前記セラミック体の約３０体積％から約７０体積％を構成し、
前記セラミック添加剤が前記セラミック体の約１０体積％から約４０体積％を構成し、
前記ウイスカーが前記セラミック体の約２体積％から約４０体積％を構成する、
セラミック体。
【請求項８】
前記酸窒化アルミニウムが前記セラミック体の約３５体積％から約５５体積％の間の量で存在し、前記セラミック添加剤が前記セラミック体の約１５体積％から約３０体積％の間の量で存在し、前記ウイスカーが前記セラミック体の約１５体積％から約３５体積％の間の量で存在する、請求項７記載のセラミック体。
【請求項９】
前記酸窒化アルミニウムの源が、約０．１重量％以下の窒化アルミニウムを含有する酸窒化アルミニウム粉末である、請求項７記載のセラミック体。
【請求項１０】
前記ウイスカーが炭化ケイ素ウイスカーを含み、前記セラミック添加剤が炭窒化チタンを含み、ＡＳＴＭ  Ｅ３８４−９９ｅ１により決定されるＶｉｃｋｅｒ硬度数（ＶＨＮ）が少なくとも約１７．００であり、ＥｖａｎｓおよびＣｈａｒｌｅｓによる破壊靱性（ＫIC）が少なくとも約５．０ＭＰａ・ｍ1/2である、請求項７記載のセラミック体。
【請求項１１】
前記セラミック体が切削インサートを含み、前記切削インサートがすくい面と逃げ面を有し、前記すくい面と前記逃げ面が交差して切削エッジを形成している、請求項７記載のセラミック体。
【請求項１２】
前記セラミック添加剤が、別々に使われている、または相互のもしくは他の要素との固溶体として使われている次の材料：炭窒化チタン、炭窒化ハフニウム、炭窒化ジルコニウム、二ホウ化チタン、二ホウ化ジルコニウム、二ホウ化ハフニウムおよび炭化ホウ素の１以上である、請求項７記載のセラミック体。
【請求項１３】
酸窒化アルミニウム、アルミナ、および酸窒化アルミニウムまたはアルミナ以外のセラミック添加剤を含むマトリックスと、前記マトリックス全体にわたって分布するウイスカーと、を含むセラミック体であって、
前記酸窒化アルミニウムが前記セラミック体の約１０体積％から約２５体積％を構成し、
前記アルミナが前記セラミックの約２５体積％から約４０体積％を構成し、
前記セラミック添加剤が前記セラミック体の約１５体積％から約３５体積％を構成し、
前記ウイスカーが前記セラミック体の約２体積％から約４０体積％を構成する、
セラミック体。
【請求項１４】
前記セラミック添加剤が、別々に使われている、または相互のもしくは他の要素との固溶体として使われている次の材料：炭窒化チタン、炭窒化ハフニウム、炭窒化ジルコニウム、二ホウ化チタン、二ホウ化ジルコニウム、二ホウ化ハフニウムおよび炭化ホウ素の１以上である、請求項１３記載のセラミック体。
【請求項１５】
前記酸窒化アルミニウムの源が、約０．１重量％以下の窒化アルミニウムを含有する酸窒化アルミニウム粉末である、請求項１３記載のセラミック体。
【請求項１６】
前記ウイスカーが炭化ケイ素ウイスカーを含み、前記セラミック添加剤が炭窒化チタンを含み、ＡＳＴＭ  Ｅ３８４−９９ｅ１により決定されるＶｉｃｋｅｒ硬度数（ＶＨＮ）が少なくとも約１８．００であり、ＥｖａｎｓおよびＣｈａｒｌｅｓによる破壊靱性（ＫIC）が少なくとも約５．０ＭＰａ・ｍ1/2である、請求項１３記載のセラミック体。
【請求項１７】
前記セラミック体が、切削インサートを含み、前記切削インサートがすくい面と逃げ面を有し、前記すくい面と前記逃げ面が交差して切削エッジを形成している、請求項１３記載のセラミック体。
【請求項１８】
酸窒化アルミニウムおよびジルコニアを含むマトリックスと、前記マトリックス全体にわたって分布するウイスカーと、を含むセラミック体であって、
前記酸窒化アルミニウムが前記セラミック体の約３０体積％から約６０体積％を構成し、
前記ジルコニアが前記セラミック体の約１体積％から約１０体積％を構成し、
前記ウイスカーが前記セラミック体の約２体積％から約４０％体積％を構成する、
セラミック体。
【請求項１９】
前記マトリックスがさらに、酸窒化アルミニウムまたはジルコニア以外のセラミック添加剤を含み、前記セラミック添加剤が前記セラミック体の約１５体積％から約３５体積％を構成し、前記セラミック添加剤が、別々に使われている、または相互のもしくは他の要素との固溶体として使われている次の材料：炭窒化チタン、炭窒化ハフニウム、炭窒化ジルコニウム、二ホウ化チタン、二ホウ化ジルコニウム、二ホウ化ハフニウムおよび炭化ホウ素の１以上である、請求項１８記載のセラミック体。
【請求項２０】
前記ウイスカーが炭化ケイ素ウイスカーを含み、前記セラミック添加剤が炭窒化チタンを含み、ＡＳＴＭ  Ｅ３８４−９９ｅ１により決定されるＶｉｃｋｅｒ硬度数（ＶＨＮ）が少なくとも約１０．００であり、ＥｖａｎｓおよびＣｈａｒｌｅｓによる破壊靱性（ＫIC）が少なくとも約７．０ＭＰａ・ｍ1/2である、請求項１９記載のセラミック体。
【請求項２１】
前記ＡＳＴＭ  Ｅ３８４−９９ｅ１により決定されるＶｉｃｋｅｒ硬度数（ＶＨＮ）が約１０．００から約１５．００の間である、請求項２０記載のセラミック体。
【請求項２２】
前記ＥｖａｎｓおよびＣｈａｒｌｅｓによる破壊靱性（ＫIC）が約７．０ＭＰａ・ｍ1/2から約１１．０ＭＰａ・ｍ1/2の間の範囲である、請求項２０記載のセラミック体。
【請求項２３】
前記セラミック体が切削インサートを含み、前記切削インサートがすくい面と逃げ面を有し、前記すくい面と前記逃げ面が交差して切削エッジを形成している、請求項１８記載のセラミック体。
【請求項２４】
約０．１重量％以下の窒化アルミニウムを含有する酸窒化アルミニウム粉末、およびセラミックウイスカー、および酸窒化アルミニウム以外のセラミック添加剤粉末を含む出発粉末混合物を提供する工程と、
前記出発粉末混合物を固結させてセラミック体とする工程と、
を含む、セラミック体を製造する方法。
【請求項２５】
前記セラミック添加剤が：
アルミナ粉末、および
ジルコニア粉末、および
別々に使われる、または相互のもしくは他の要素との固溶体として使われる次の材料：炭窒化チタン、炭窒化ハフニウム、炭窒化ジルコニウム、二ホウ化チタン、二ホウ化ジルコニウム、二ホウ化ハフニウムおよび炭化ホウ素の１以上、
の１以上を含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記出発粉末混合物が、約１０から約２５体積％の間の酸窒化アルミニウム粉末および約１５から約３５体積％の間の炭窒化チタン粉末および約２５から約４０体積％の間のアルミナ粉末および約１５から約３５体積％の間のセラミックウイスカーを含む、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記出発粉末混合物が、約３０から約６０体積％の間の酸窒化アルミニウム粉末および約１から約１０体積％の間のジルコニア粉末および約１５から約３５体積％の間のセラミックウイスカーを含む、請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
前記出発粉末がさらに約１５体積％から約３５体積％の炭窒化チタン粉末を含む、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記出発粉末混合物が、約３０から約７０体積％の間の酸窒化アルミニウム粉末および約１０から約４０体積％の間のセラミック添加剤粉末および約２から約４０体積％の間のセラミックウイスカーを含む、請求項２４記載の方法。
【請求項３０】
約４０から約９８体積％の間の酸窒化アルミニウムおよび約２から約４０体積％の間のウイスカーを含む出発粉末混合物を提供する工程と、
前記出発粉末混合物を固結させてセラミック体とする工程と、
を含む、セラミック体を製造する方法。
【請求項３１】
約４０から約９８体積％の間の酸窒化アルミニウムおよび約２から約４０体積％の間のウイスカーを含む出発粉末混合物を提供する工程と、
前記出発粉末を約１７５０℃以下の温度でホットプレスしてセラミック体とする工程と、
を含む、セラミック体を製造する方法。
【請求項３２】
ホットプレス温度が約１６００℃から約１７５０℃の間である、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
次式にしたがってアルミナ粉末および窒化アルミニウム粉末を混合することにより、粉末混合物を形成する工程と、
（（４−ｘ）／３）アルミナおよびｘ窒化アルミニウム（ｘはモルパーセントであり、約０．３１から約０．６１の間である）
約０．１モルパーセントから約１．０モルパーセントの間の純アルミニウム粉末を前記粉末混合物に添加する工程と、
アルミニウムを含有する前記粉末混合物を約１６００℃から約１９００℃の間の温度で約２時間から約２４時間の間、流動窒素雰囲気中で反応させて、酸窒化アルミニウムを形成する工程と、
を含む、酸窒化アルミニウム粉末を製造する方法。
【請求項３４】
前記酸窒化アルミニウムが式：Ａｌ(8+x)/3Ｏ4-xＮxを有する、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記粉末混合物に添加される前記純アルミニウム粉末が約０．１から約０．２モルパーセントの間の範囲である、請求項３３記載の方法。
【請求項３６】
前記酸窒化アルミニウムが約０．１重量％以下の窒化アルミニウムを含有する、請求項３３記載の方法。
【請求項３７】
酸窒化アルミニウムを含むマトリックスと、前記マトリックス全体にわたって分布するウイスカーと、を含むセラミック体であって、
前記酸窒化アルミニウムが前記セラミック体の約１０から約９８体積を構成し、前記ウイスカーが前記セラミック体の約２から約４０体積％を構成する、
セラミック体。
【請求項３８】
４μｍ未満の酸窒化アルミニウム平均粒子サイズを有する、請求項３７記載のセラミック体。
【請求項３９】
３μｍ未満の酸窒化アルミニウム平均粒子サイズを有する、請求項３７記載のセラミック体。
【請求項４０】
１μｍ未満の酸窒化アルミニウム平均粒子サイズを有する、請求項３７記載のセラミック体。
【請求項４１】
少なくとも５０体積％の酸窒化アルミニウムを含む、請求項３７記載のセラミック体。
【請求項４２】
約１〜４０体積％の炭窒化チタンを含む、請求項３７記載のセラミック体。
【請求項４３】
約５〜１５体積％の炭窒化チタンを含む、請求項４１記載のセラミック体。
【請求項４４】
約１５〜約３５体積％の炭化ケイ素ウイスカーを含む、請求項３７記載のセラミック体。
【請求項４５】
約２５〜約３５体積％の炭化ケイ素ウイスカーを含む、請求項４３記載のセラミック体。
【請求項４６】
前記酸窒化アルミニウム中の窒化アルミニウム含量が０．１重量％未満である、請求項４５記載のセラミック体。
【請求項４７】
さらに焼結助剤を含む、請求項４６記載のセラミック体。
【請求項４８】
少なくとも５Ｍｐａ1/2（Ｅ＆Ｃ）のＫIC（Ｅ＆Ｃ）破壊靱性を有する、請求項４５記載のセラミック体。
【請求項４９】
少なくとも５〜６．５Ｍｐａ1/2（Ｅ＆Ｃ）のＫIC（Ｅ＆Ｃ）破壊靱性を有する、請求項４５記載のセラミック体。
【請求項５０】
５〜１１Ｍｐａ1/2（Ｅ＆Ｃ）のＫIC（Ｅ＆Ｃ）破壊靱性を有する、請求項４５記載のセラミック体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウイスカー強化セラミックおよびその製造法に関する。さらに詳細には、本発明は、酸窒化アルミニウム、および必要に応じて他の材料を含有するウイスカー強化セラミック、ならびにその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウイスカー強化材料、例えば、ウイスカー強化セラミックが公知である。この点に関して、米国特許第４，５４３，３４５号（Ｗｅｉ）は、炭化ケイ素ウイスカー強化アルミナセラミック材料を記載している。米国特許第４，７８９，２７７号（Ｒｈｏｄｅｓら）および米国特許第４，９６１，７５７号（Ｒｈｏｄｅｓら）はそれぞれ、セラミックが炭化ケイ素−ウイスカー強化アルミナであるセラミック切削工具を開示している。
【０００３】
米国特許第６，４４７，８９６号（Ａｕｇｕｓｔｉｎｅ）は、コーティングされたセラミック切削工具であって、セラミックが炭化ケイ素ウイスカーを含有するものを開示している。Ａｕｇｕｓｔｉｎｅの特許によると、ウイスカー強化セラミックとしての使用に好適な多くのセラミックが列挙されている。これらのセラミックは、とりわけ、アルミナ、炭窒化チタン、酸化ジルコニウムおよび酸窒化アルミニウムを含有する。
【０００４】
さらに、欧州特許第０２４７６３０（ＮＧＫ  Ｓｐａｒｋ  Ｐｌｕｇ）は、切削工具として有用なセラミック材料に関する。そのセラミック基体は、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（ムライト）およびＴｉＣからなる群から選択される少なくとも１種の材料からなるマトリックスをベースとしており、該基体はさらに前記基体に関して５〜５０重量％のＳｉＣウイスカーを含む。
【０００５】
欧州特許第０８６１２１９（Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ  Ｉｎｃ．）（ならびに米国特許第５，９５５，３９０号および米国特許第６，２０４，２１３（Ｍｅｈｒｏｔｒａら、Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ  Ｉｎｃ．に譲渡）は、炭窒化チタン−アルミナ−炭化ケイ素ウイスカーセラミックを開示している。これらのセラミックにおいて、炭窒化チタンが主なマトリックス成分である。
【０００６】
前記セラミック材料は満足のいく性質を示すが、少なくともある状況においては、新規かつ有用なセラミック材料を開発する必要がある。これは、切削工具として有用なセラミック材料に関して特に当てはまる。
【０００７】
これまで、Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ  Ｉｎｃ．（米国ペンシルバニア州ラトローブ）（本特許出願の譲受人）の社内施設において行われた実験において、発明者らは、切削工具として有用なセラミック材料の成分としての酸窒化アルミニウムの使用を考慮してきた。酸窒化アルミニウムは、アルミナと類似した機械的特性を有するが、アルミナよりも高い強度および低い熱膨張係数を有する。これらの特性を考慮すると、酸窒化アルミニウムをセラミック中に含めることは、その熱ショック耐性を向上させると考えられる。ニッケルベースの高温合金の旋削におけるアルミナ−炭化ケイ素ウイスカー強化セラミック切削工具の主な破損メカニズムは、カットノッチの深さであると考えられていた。この破損メカニズム、すなわち、カットノッチの深さは、切削工具材料の熱ショック耐性および衝撃強さに関連すると考えられていた。
【０００８】
過去にＫｅｎｎａｍｅｔａｌ  Ｉｎｃ．の社内施設において本発明者らが行った実験においても、酸窒化アルミニウムおよび炭化ケイ素ウイスカーを含有するセラミック材料を製造する典型的な方法は、出発成分の一部としてアルミナおよび窒化アルミナを使用することだった。これらの出発成分を、約１９５０℃のオーダーの温度でホットプレスした。窒化アルミニウムおよび炭化ケイ素ウイスカーを含有するこの粉末混合物を約１９５０℃のオーダーの温度でホットプレスすることにより、窒化アルミニウムおよび炭化ケイ素ウイスカーは固溶体を形成し、それらの間には強力な界面が生じることが見いだされた。この界面は、ウイスカー抜け、すなわち、炭化ケイ素ウイスカーがセラミックマトリックスから抜けるのを防止した。ウイスカー抜けがないことにより、セラミック切削工具の性能特性が劣化した。
【０００９】
ウイスカー抜けに関して、米国再発行特許第３４，４４６号（Ｗｅｉ）は、２欄３０行から５３行で、ウイスカー抜けの考察を記載している：
単結晶ウイスカーをセラミック複合体において使用することにより、その亀裂エネルギーを吸収する能力のために、複合体の破壊靱性において有意な改善がもたらされる。さらに詳細には、ウイスカーマトリックスボンドの半径方向引っ張り応力により規定されるＳｉＣウイスカーマトリックス界面剪断強度が比較的低いセラミックマトリックスにおいて、「ウイスカー抜け」と称するプロセスがクラッキング中に起こって、クラッキングエネルギーを吸収し、亀裂の傾向を有効に軽減し、亀裂伝播も阻害する。ウイスカー抜けは、マトリックスが亀裂形成応力に付されると生じる。亀裂面が複合体中に伝播すると、亀裂線を広げ、亀裂の反対側のセラミックマトリックス中に広がるウイスカーの多くは、亀裂が成長するかまたはセラミック中に伝播するために、破壊されるかまたはマトリックスから抜けるかの何れかである。単結晶ＳｉＣウイスカーは、破壊に対抗するために十分な引っ張り強度を有するので、亀裂が伝播するためにはマトリックスから抜けなければならない。これらのウイスカーがマトリクスから抜けると、これらは亀裂面上で相当の架橋力を示し、亀裂先端での応力強度を有効に減少させ、亀裂エネルギーを吸収する。
【００１０】
Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ  Ｉｎｃ．の社内施設において発明者らにより行われた実験において、炭窒化チタンが、窒化アルミニウムおよびアルミナおよび炭化ケイ素ウイスカーとともに出発粉末における成分である場合、炭窒化チタンおよび炭化ケイ素は酸窒化アルミニウムの形成を相当遅らせることが見いだされた。この結果を克服するために、ホットプレス温度を炭化ケイ素ウイスカーが損傷を受けるレベルまで上昇させなければならなかった。
【００１１】
Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ  Ｉｎｃ．の社内施設において発明者らにより行われた実験において、窒化アルミニウムおよびアルミナを、酸窒化アルミニウムを形成するために使用する場合、セラミックの最終組成を制御することが困難であることも見出された。さらに詳細には、これは、窒化アルミニウムおよびアルミナを出発粉末において使用する場合、製造される酸窒化アルミニウムの量の制御が困難であるためであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、改善されたウイスカー強化セラミック材料、特に、酸窒化アルミニウムを含有する、切削工具として有用なウイスカー強化セラミック材料を提供することが非常に望ましいことがわかる。
【００１３】
改善されたウイスカー強化セラミック材料、特に、ウイスカーがセラミックマトリックスからの満足できるクラックブリッジング抜けと見なすことができる満足できる抜けを示す、切削工具として有用な酸窒化アルミニウムを含有するウイスカー強化セラミック材料を提供することが非常に望ましいこともわかる。
【００１４】
さらに、改善されたウイスカー強化セラミック材料、特に、粉末混合物のホットプレスが、炭化ケイ素ウイスカーを損なわず、酸窒化アルミニウムの粒子成長を最小限に抑えるために十分低い温度で行われる、酸窒化アルミニウムを含有する、切削工具として有用なウイスカー強化セラミック材料を提供することが非常に望ましいことがわかる。
【００１５】
最後に、改善されたウイスカー強化セラミック材料、特に、セラミック中の酸窒化アルミニウムの量が制御された酸窒化アルミニウムを含有する、切削工具として有用なウイスカー強化セラミック材料を提供することが非常に望ましいことがわかる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
要約すると、本発明は、酸窒化アルミニウムを含むマトリックス中に分布する約２〜約４０体積％のセラミックウイスカー、および必要に応じて１以上のセラミック添加剤を有する金属切削工具などのセラミック体（およびその製造法）に関する。酸窒化アルミニウムはセラミックの少なくとも１０体積％、最高約９８体積％までを構成する。好ましくは、セラミックは、少なくとも３０体積％、より好ましくは少なくとも４０体積％、最も好ましくは少なくとも５０体積％の酸窒化アルミニウムを含有する。
【００１７】
本発明の高密度化セラミックは、好ましくは４μｍ未満、好ましくは３μｍ未満、より好ましくは２μｍ以下、最も好ましくは１μｍ以下の酸窒化アルミニウム粒子サイズを有する。
【００１８】
セラミック添加剤は、存在する場合、好ましくは炭窒化チタン、および／またはアルミナ、および／またはジルコニア、および／または１以上の焼結助剤である。
【００１９】
炭窒化チタンが添加される場合、最高４０体積％まで、好ましくは１〜４０体積％、より好ましくは５〜１５体積％のレベルで添加される。
【００２０】
アルミナが添加される場合、最高４０体積％まで、好ましくは１〜４０体積％のレベルで添加される。
【００２１】
ある形態において、本発明は、酸窒化アルミニウムを含むマトリックスを含むセラミック体である。セラミック体はさらに、マトリックス全体にわたって分布するウイスカーを含む。酸窒化アルミニウムは、セラミック体の約６０体積％から約９８体積％を構成する。ウイスカーはセラミック体の約２体積％から約４０体積％を構成する。
【００２２】
別の形態において、本発明は、酸窒化アルミニウムおよび酸窒化アルミニウム以外のセラミック添加剤を含むマトリックスを含むセラミック体である。ウイスカーはマトリックス全体にわたって分布している。酸窒化アルミニウムは、セラミック体の約３０体積％から約７０体積％を構成する。セラミック添加剤は、セラミック体の約１０体積％から約４０体積％を構成する。ウイスカーは、セラミック体の約２体積％から約４０体積％、より好ましくは、約１５体積％から約３５体積％を構成する。
【００２３】
さらに別の形態において、本発明は、酸窒化アルミニウムおよびアルミナおよび酸窒化アルミニウムまたはアルミナ以外のセラミック添加剤を含むマトリックスを含むセラミック体である。ウイスカーはマトリックス全体にわたって分布している。酸窒化アルミニウムは、セラミック体の約１０体積％から約２５体積％を構成する。アルミナはセラミックの約２５体積％から約４０体積％を構成する。セラミック添加剤は、セラミック体の約１５体積％から約３５体積％を構成する。ウイスカーは、セラミック体の約２体積％から約４０体積％、より好ましくは、約１５体積％から約３５体積％を構成する。
【００２４】
さらに別の形態において、本発明は、酸窒化アルミニウムおよびジルコニアを含むマトリックスを含むセラミック体である。マトリックス全体にわたってウイスカーが分布している。酸窒化アルミニウムは、セラミック体の約３０体積％から約６０体積％の間を構成する。ジルコニアはセラミック体の約１体積％から約１０体積％を構成する。ウイスカーは、セラミック体の約２体積％から約４０体積％を構成する。
【００２５】
さらに別の形態において、本発明は、セラミック体を製造する方法であって：約０．１重量％以下の窒化アルミニウムを含む酸窒化アルミニウム粉末、セラミックウイスカー、および酸窒化アルミニウム以外のセラミック添加剤を含む出発粉末混合物を提供する工程；および該出発粉末混合物を固結させてセラミック体とする工程を含む方法である。
【００２６】
別の形態において、本発明は、セラミック体を製造する方法であって：約４０から約９８体積％の間の酸窒化アルミニウムおよび約２から約４０体積％の間のウイスカーを含む出発粉末混合物を提供する工程；および該出発粉末を固結させてセラミック体とする工程を含む方法である。
【００２７】
さらに別の形態において、本発明は、セラミック体を製造する方法であって：約４０から約９８体積％の間の酸窒化アルミニウムおよび約２から約４０体積％の間のウイスカーを含む出発粉末混合物を提供する工程；および該出発粉末を、約１７５０℃以下の温度でホットプレスしてセラミック体とする工程を含む方法である。
【００２８】
さらに別の形態において、本発明は、酸窒化アルミニウム粉末を製造する方法であって：次の式（（４−ｘ）／３）アルミナおよびｘ窒化アルミニウム（ｘはモルパーセントであり、約０．３１から約０．６１の間である）に従って、アルミナ粉末および窒化アルミニウム粉末を混合することにより粉末混合物を形成する工程；約０．１モル％から約１．０モル％の間の純アルミニウム粉末を該粉末混合物に添加する工程；およびアルミニウムを含有する該粉末混合物を約１６００℃から約１９００℃の間の温度で約２時間から約２４時間、流動窒素雰囲気中で反応させて酸窒化アルミニウムを形成する工程を含む方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図面を参照して、図１は、一般に２０で表されるＲＮＧ４３Ｔ０３２０スタイルの切削工具を示す。切削工具２０は、すくい面２２および逃げ面２４を有する。すくい面２２および逃げ面２４は交差して、切削エッジ２６をその交差部で形成し、該切削エッジは一般に円形である。切削工具２０は一般に円筒形切削工具として示されているが、本発明の組成物は、他の形状の切削工具に製造することもできると理解されるべきである。さらに、示された具体例は切削工具であるが、本発明のセラミック組成物は、他の製品、例えば、磨耗製品および耐衝撃性部品、ならびに他の構造用途にも使用できると理解されるべきである。
【００３０】
切削工具２０は、コーティングされていない。セラミック切削工具２０の基体は、酸窒化アルミニウムおよび炭窒化チタンおよび炭化ケイ素ウイスカーを含有する。
【００３１】
前記セラミック組成物とは別の組成物として、セラミック基体はさらに、アルミナを含むことができ、その場合セラミック基体は、酸窒化アルミニウムおよび炭窒化チタンおよびアルミナおよび炭化ケイ素ウイスカーを含む。該セラミック基体は、アルミナを含み、それにより改善された化学磨耗耐性をもたらす。
【００３２】
前記組成物のそれぞれに関して、本出願人らは、炭窒化チタンは、１以上の次の材料（別々、または相互のもしくは１以上の他の要素との固溶体で）によって、全体的にまたは部分的に置換することができると考える：炭窒化ハフニウムおよび炭窒化ジルコニウム、炭化ボロン、二ホウ化チタン、二ホウ化ジルコニウム、および二ホウ化ハフニウム。また、前記組成物のそれぞれについて、炭化ケイ素ウイスカーは、全体的にまたは部分的に、１以上の他のセラミックウイスカー、例えば、炭化チタンウイスカーおよび／または炭窒化チタンウイスカーおよび／または窒化チタンウイスカー（単独でまたは組み合わせで）によって、置換することができる。
【００３３】
セラミック切削工具２０を製造するために、酸窒化アルミニウム、炭窒化チタン、および炭化ケイ素ウイスカーを焼結助剤と共に含む出発粉末混合物がある。焼結助剤の一例は、イットリアである。他の焼結助剤としては、マグネシア、ジルコニア、イットリウムアルミニウムガーネット、イッテルビアおよび他の希土類酸化物（例えば、酸化ランタン、酸化ユーロピウム、酸化エルビウム、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、および酸化ツリウム）が挙げられる。もう一つ別のセラミック組成物において、出発粉末混合物は、酸窒化アルミニウム、炭窒化チタン、アルミナおよび炭化ケイ素ウイスカーを焼結助剤、例えば、イットリアと共に含む。他のセラミック組成物において、セラミック用の出発粉末混合物は、酸窒化アルミニウム、アルミナ、炭化ケイ素および焼結助剤（例えば、イットリア、マグネシアなど）を含む。焼結助剤は、出発粉末混合物の約３体積％以下の量で存在することができる。より好ましくは、焼結助剤は、出発粉末混合物の約１体積％以下の量で存在することができる。ジルコニアの場合、破壊靱性をさらに改善するために、ジルコニアはさらに高いレベル、例えば、以下の実施例３において示すように約５体積％のオーダーの量で存在することができる。
【００３４】
全ての出発粉末混合物に関して、酸窒化アルミニウム出発粉末は、高純度の粉末であり、従って検出可能な量の残留窒化アルミニウムを含有せず、好ましくは、検出可能な量の残留アルミナを含有しない。この点に関して、標準的なＢｒａｇｇのｘ線回折技術を使用した場合に、検出可能な量の残留窒化アルミニウムまたは検出可能な量の残留アルミナが存在しないことは、残留窒化アルミニウムが約０．１重量％以下の量で存在し、残留アルミナが約０．１重量％以下の量で存在することを意味する。酸窒化アルミニウム出発粉末が残留窒化アルミニウムや残留アルミナを含有しないのが最も好ましい。
【００３５】
出願人らは、検出可能な量の残留窒化アルミニウムや検出可能な量の残留アルミナを含有しない酸窒化アルミニウム出発粉末を使用すること関して、いくつかの利点があると考えている。この点に関して、高純度の酸窒化アルミニウム出発粉末の一つの利点は、酸窒化アルミニウムの含有量が既知であるので、セラミックの形成中における、成分を完全に反応させるために必要なホットプレス条件をよりよく予測できることである。この予測可能性により、より短時間およびより低い温度を使用して粉末混合物をホットプレスまたは固結させてセラミックとすることが可能になる。より短時間およびより低い温度を使用してセラミックをホットプレスする結果、マトリックス成分とウイスカー（例えば、炭化ケイ素ウイスカー）間の反応が少なくなり、それによりウイスカーがマトリックスから適切に抜ける、すなわち、材料の破壊靱性で測定されるマトリックスを強化する能力が維持される。
【００３６】
前記利点は、アルミナおよび窒化アルミニウムを含有する粉末混合物を用いて形成されるセラミックと対照的である。この点に関して、アルミナおよび窒化アルミニウムを含有する粉末混合物を使用するプロセスの場合のセラミックを形成するための反応に対しての制御は乏しい。従って、セラミックを形成するためのホットプレスパラメーターは、アルミナおよび窒化アルミニウムを完全に反応させることができるようにより長時間、より高い温度を含まなければならない。長時間および高温を使用する結果、セラミックを形成するためにより時間およびエネルギーがかかるので、ホットプレスプロセスの効率が低下する。加えて、長時間および高温を使用する結果、ウイスカー（例えば、炭化ケイ素ウイスカー）とマトリックス成分との間の反応が増え、これはウイスカーが適切にマトリックスから抜ける能力の低下につながり得る。
【００３７】
酸窒化アルミニウム出発粉末中の残留窒化アルミニウムの存在を減少または排除することにより、本発明は、炭化ケイ素ウイスカーと残留窒化アルミニウムとの間の反応を減少または排除するという利点をもたらす（炭化ケイ素および窒化アルミニウムは材料の性能を劣化させ得る固溶体を形成する）。加えて、酸窒化アルミニウム出発粉末中の残留アルミナの存在を減少または排除することにより、本発明は、残留アルミナが、高温で酸窒化アルミニウムと、材料の性能を劣化させ得る液相を形成する可能性を減少または排除するという利点をもたらす。
【００３８】
利点についてさらに言及すると、本出願人らは、高純度の酸窒化アルミニウム出発粉末を用いることにより、ホットプレス温度は約１８００℃以下、好ましくは１７５０℃以下であり得ると考える。例えば、ホットプレス温度の一範囲は、約１６００℃から約１８００℃の間である。これは、アルミナおよび窒化アルミニウムを含有する出発粉末を使用するプロセスと対照的であり、そのようなプロセスでは、本質的に完全な緻密化を達成するために、約１９００℃から約１９７５℃の範囲のホットプレス温度を必要とする。
【００３９】
酸窒化アルミニウム出発粉末はまた微細であり、その平均粒子サイズは約５マイクロメートル以下、好ましくは約１．０マイクロメートル以下である。高純度の酸窒化アルミニウム粉末は、焼結アルミナおよび窒化アルミニウムの窒素雰囲気中での反応により製造される。焼結プロセスの時間および温度および圧力は、結果として得られる酸窒化アルミニウムが検出可能なアルミナまたは検出可能な窒化アルミニウムを含有しないように、慎重に制御される。
【００４０】
酸窒化アルミニウム出発粉末を製造するために必要なプロセスパラメータに関して、次の反応が起こると考えられる：
（（４−ｘ）／３）アルミナ＋ｘ窒化アルミニウム→Ａｌ(8+x)/3Ｏ4-xＮx
（式中、ｘはモルパーセントであり、ｘは約０．３１から約０．６１の範囲である）。前記反応は、次のプロセスパラメータ内で起こる：約１６００℃から約１９００℃の間の温度範囲で約２時間から約２４時間の期間、流動窒素雰囲気中。以下に記載される実施例において使用される酸窒化アルミニウムに関して、ｘは０．３５であり、窒素雰囲気の効果とバランスをとるために有効量の純粋なアルミニウム粉末が添加され、好ましくは、この量は約０．１〜約０．２モル％の範囲の純粋なアルミニウム粉末である。しかしながら、純粋なアルミニウム粉末の量は、出発粉末混合物の約０．２モル％から約１．０モル％の間の範囲とすることができる。酸窒化アルミニウムは、好ましい式：Ａｌ2.78Ｏ3.65Ｎ.35を有する立方スピネル結晶相（ガンマ相）である。
【００４１】
実施例１は、本発明のセラミックである。実施例１は、次の出発粉末混合物を用いて製造した：約２６．２体積％の炭窒化チタン粉末であって、次の性質を有するもの：炭素と窒素のモル比が５０：５０であり、平均粒子サイズが約３マイクロメートルであり、酸素含量が約１重量％未満である；約４８．６体積％の酸窒化アルミニウムであって、該酸窒化アルミニウム粉末は次の性質を有する：検出可能な窒化アルミニウムまたはアルミナを含有せず、平均粒子サイズが約３マイクロメートル未満である；約２５．０体積％の炭化ケイ素ウイスカーであって、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｒｅｅｒ，Ｓｏｕｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａから入手したＳＣ−９グレードの炭化ケイ素ウイスカーであって、次の性質を有するもの：約０．６マイクロメートルの平均直径、および約１０〜８０マイクロメートルの長さで、平均アスペクト比が約７５であり、ウイスカー含量が約９０％より高い；および約０．２体積％のイットリアであって、該イットリア粉末は次の性質を有する：約０．７マイクロメートルの平均粒子サイズおよび約９９．９５％より高い純度。
【００４２】
実施例１の出発粉末混合物は、酸窒化アルミニウムおよび炭窒化チタンおよびイットリア粉末をブレンドし、次いで炭化ケイ素ウイスカーを該粉末混合物中にブレンドして、これらを出発粉末混合物の全体にわたって完全かつ均一に分布させることにより形成した。次に、該粉末混合物を次の条件下：約１７００℃の温度で、約１時間、約５０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）（３４．５ＭＰａ）の圧力下、真空または保護雰囲気（例えば、窒素）中のいずれかでホットプレスした。
【００４３】
以下に記載する表１は、実施例１のセラミック材料の選択された物理的性質を記載するものである。性質に関して、密度はグラム／立方センチメートルで記載する。密度は、ＡＳＴＭ  Ｂ３１１−９３（２０００）（粉末冶金学に関する密度決定のための試験法（２％未満の多孔率を含む材料））に記載されている手順に従って測定した。ヤング率（Ｅ）はギガパスカル（ＧＰａ）で記載し、ＡＳＴＭ  Ｅ１１１−９７のヤング率、接線係数、およびコード係数のための標準的試験法により決定した。Ｖｉｃｋｅｒの硬度数（ＶＨＮ）はギガパスカル（ＧＰａ）で記載し、ＡＳＴＭ  Ｅ３８４−９９ｅ１、材料の微細圧入のための標準的試験法（１８．５キログラムの負荷）により決定した。破壊靱性（ＫIC）はＭ・Ｐａ・ｍ1/2で記載し、ＥｖａｎｓおよびＣｈａｒｌｅｓによる論文（標題「圧入による破壊靱性の決定」、Ｊｏｕｒｎａｌ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ５９，Ｎｏｓ．７−８、３７１−３７２ページ（１９７６）において記載されている方法［１８．５キログラムの負荷］により決定した。
【００４４】
【表１】
2007533593.tif 000003
図２は、実施例１のセラミックの微細構造のＳＥＭ顕微鏡写真である。図２は、均一に分布した針状炭化ケイ素ウイスカーおよび不規則な形状の炭窒化チタンを示し、これらのそれぞれは酸窒化アルミニウムと容易に識別できる。この点に関して、炭窒化チタンは明相であり、酸窒化アルミニウムは暗相である。
【００４５】
既に述べたように、本発明のセラミックの他の組成物があり、これらの組成物の一つは、酸窒化アルミニウム、炭窒化チタン、アルミナおよび炭化ケイ素ウイスカーを含む。実施例２に関して、以下の表２は、出発粉末混合物（約０．３体積％のイットリア焼結助剤は表２に記載されていない）を体積パーセントで記載しており、そして以下で述べられるいくつかの他の性質を記載している。
【００４６】
【表２】
2007533593.tif 000004
実施例２の粉末混合物中の出発粉末の性質は、出発粉末が同じである限り、実施例１における出発粉末の性質と同じである。さらに、アルミナ粉末は次の性質を有する：約０．６マイクロメートル以下の平均粒子サイズ、および約０．１重量％以下の不純物含量。実施例２のプロセスパラメータは、実施例１と同じである。実施例２を試験するために使用した試験基準は、実施例１を試験するために使用したものと同じであった。
【００４７】
実施例３は、本発明のセラミックのもう一つ別の組成物であり、炭窒化チタン、酸窒化アルミニウム、ジルコニア（おそらくは多少のハフニア）および炭化ケイ素ウイスカーを含む。以下の表３は、出発粉末組成物およびセラミック材料の選択された性質を記載する。実施例３の粉末混合物中の出発粉末の性質は、出発材料が同じである限り、実施例１および実施例２におけるものと同じである。加えて、ジルコニア粉末成分は次の性質を有する：多少のハフニアを含み得る単斜晶系ジルコニアであって、その平均粒子サイズは約１．０マイクロメートル以下であり、ジルコニア含量とハフニア含量の合計が成分の約９８．５重量％以上であり、ハフニア含量が成分の約２．５重量％以下である。プロセスパラメータは、ホットプレス温度が１６８０℃である以外は、実施例１と同じである。実施例３を試験するために使用した試験基準は実施例１を試験するために使用したものと同じであった。
【００４８】
【表３】
2007533593.tif 000005
本発明のセラミックのもう一つ別の組成物は、酸窒化アルミニウム、アルミナおよび炭化ケイ素ウイスカーを含む。処理パラメータは実施例１についてと同じであると予想される。
【００４９】
実施例４は本発明のセラミックのもう一つ別の組成物であり、酸窒化アルミニウム、炭化ケイ素ウイスカー、イットリアの形態の焼結助剤を含む。表４は、出発粉末組成物およびセラミックの選択された性質を記載する。実施例４の出発粉末の性質は、実施例１〜３における対応する出発粉末と同じであった。実施例４の処理パラメータは実施例１と同じであった。実施例４を試験するために使用した試験基準は、実施例１を試験するために使用したものと同じであった。
【００５０】
【表４】
2007533593.tif 000006
図３は、実施例４の微細構造を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。この点に関して、図３は、ＳｉＣウイスカーが、針状形態を有し、灰色であり、残りが酸窒化アルミニウムマトリックスであることを示す。図３における輝点は、アルミナ−炭化チタンミリングメディアからの炭窒化チタンの人工産物であると考えられる。
【００５１】
以下の表２および３は、実施例１〜実施例４のセラミックの選択された１つから製造された切削工具についての金属切断試験結果を、２つの他の先行技術の切削工具と比較して記載する。先行技術の切削工具の一つ、すなわち、工具Ｎｏ．Ａは、約３８体積％の炭窒化チタン、約３７体積％のアルミナおよび約２５体積％の炭化ケイ素ウイスカーに等しい組成を有する。他の先行技術の切削工具、すなわち、「アルミナ−ＳｉＣw工具」は次のような典型的な組成（その分析に基づいて）を有する：６９．７５体積％のアルミナ、約２５体積％から約３２．５体積％の間の炭化ケイ素ウイスカーおよび約０．２５体積％の焼結助剤。「アルミナ−ＳｉＣw工具」は、少なくとも２つの商業的供給源から入手可能である。一つのこのような供給源は、Ｇｒｅｅｎｌｅａｆ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ペンシルバニア州Ｓａｅｇｅｒｔｏｗｎ）であり、このようなセラミック切削工具をＷＧ−３００の名称で販売している。もう一つ別のこのような供給源は、Ｓａｎｄｖｉｋ  Ｃｏｒｏｍａｎｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ（スウェーデン）であり、このようなセラミック切削工具を「ＣＣ６７０」の名称で販売している。
【００５２】
表５は、ＩＮＣＯＮＥＬ７１８の丸棒の湿潤（浸水冷却液）旋削試験からの試験結果（平均工具寿命（分））を示し、切削パラメータは次の通りであった：速度は約９００表面フィート／分（２９５．３表面メートル／分）であり、フィードは約０．００６インチ／回転（０．１５２ミリメートル／回転）であり、カットノッチの深さは０．０６インチ（１．５２ミリメートル）であった。切削工具は次の形状：ＲＮＧ４３Ｔ０３２０を有していた。破損基準は次の通りであった：逃げ面磨耗、前端磨耗、およびトレイルエッジ磨耗は約０．０４インチ（または１．０１６ミリメートル）未満であり、カットノッチ深さ（ＤＯＣＮ）磨耗は約０．０８インチ（または２．０３２ミリメートル）未満であった。
【００５３】
【表５】
2007533593.tif 000007
表６は、ＩＮＣＯＮＥＬ７１８の丸棒の湿潤（浸水冷却液）旋削試験からの試験結果（平均工具寿命（分））を示し、切削パラメータは次の通りであった：速度は約９００表面フィート／分（２９５．３表面メートル／分）であり、フィードは約０．００６インチ／回転（０．１５２ミリメートル／回転）であり、カット深さは０．０６インチ（１．５２ミリメートル）であった。切削工具は次の形状：ＲＮＧ４３Ｔ０３２０を有していた。破損基準は次の通りであった：最大逃げ面磨耗、前端磨耗、およびトレイルエッジ磨耗は約０．０４インチ（または１．０１６ミリメートル）未満であり、ノッチカット深さ（ＤＯＣＮ）磨耗は約０．０８インチ（または２．０３２ミリメートル）未満であった。表３において、工具寿命と併記した記号は、破損形態を反映し、「ｃｈ」はチップ化を意味し、「ＭＷ」は最大磨耗を意味し、「ＤＮ」はカットノッチ深さ磨耗を意味する。
【００５４】
【表６】
2007533593.tif 000008
表７は、ＩＮＣＯＮＥＬ７１８の偏心棒の旋削試験からの試験結果（工具寿命（分））を示し、切削パラメータは次の通りであった：速度は約５００表面フィート／分（１６４表面メートル／分）であり、フィードは約０．００６インチ／回転（０．１５２ミリメートル／回転）であり、カット深さは０．０２〜０．０４インチ（０．５０８〜１．０２ミリメートル）であった。切削工具は次の形状：ＲＮＧ４３Ｔ０３２０を有していた。破損基準は次の通りであった：逃げ面磨耗、前端磨耗、およびトレイルエッジ磨耗は約０．０４インチ（または１．０１６ミリメートル）未満であり、カットノッチ深さ（ＤＯＣＮ）磨耗は約０．０８インチ（または２．０３２ミリメートル）未満であった。表３において、工具寿命と併記した記号は、破損形態を反映し、「ＢＫ」は破損を意味し、「ＤＮ」はカットノッチ深さ磨耗を意味する。
【００５５】
【表７】
2007533593.tif 000009
表８は、ＩＮＣＯＮＥＬ７１８の偏心棒の旋削試験からの試験結果（平均工具寿命（分））を示し、切削パラメータは次の通りであった：速度は約５００表面フィート／分（１６４表面メートル／分）であり、フィードは約０．００６インチ／回転（０．１５２ミリメートル／回転）であり、カットノッチ深さは０．０２〜０．０４インチ（０．５０８〜１．０２ミリメートル）であった。切削工具は次の形状：ＲＮＧ４３Ｔ０３２０を有していた。破損基準は次の通りであった：逃げ面磨耗、前端磨耗、およびトレイルエッジ磨耗は約０．０４インチ（または１．０１６ミリメートル）未満であり、カットノッチ深さ（ＤＯＣＮ）磨耗は約０．０８インチ（または２．０３２ミリメートル）未満であった。
【００５６】
【表８】
2007533593.tif 000010
ストレート旋削および偏心棒の旋削におけるセラミック切削インサートについての試験結果から判断すると、これらの試験は、異なる特性を示すと理解すべきである。ストレート旋削試験は、セラミック切削インサートの磨耗特性を示す。セラミック切削インサートの靱性は、偏心棒試験により示される。
【００５７】
表５に記載されるＩＮＣＯＮＥＬ７１８のストレート旋削についての結果に関して、炭化ケイ素強化酸窒化アルミニウム−炭窒化チタンセラミック切削工具の性能は、工具Ａセラミック切削工具よりも良好であり（６．０ｖｓ４．０分）、ＩＮＣＯＮＥＬ７１８のストレート旋削におけるアルミナ−ＳｉＣw工具セラミック切削工具と拮抗していた（６．０ｖｓ６．０分）。ストレート旋削はセラミック切削工具の耐摩耗性の尺度である。酸窒化アルミニウム−炭窒化チタン−アルミナ−炭化ケイ素ウイスカーセラミック切削工具の性能は、工具Ａよりも良好であるが（５．６ｖｓ４．０分）、アルミナ−ＳｉＣwセラミック切削よりも若干劣っていた（５．６ｖｓ６．０分）。
【００５８】
表６に記載されているＩＮＣＯＮＥＬ７１８のストレート旋削についての結果に関して、炭化ケイ素強化酸窒化アルミニウム−炭窒化チタンセラミック切削工具の性能は、工具Ａセラミック切削工具よりも若干劣り（４．７ｖｓ５．０分）、アルミナ−ＳｉＣw工具セラミック切削工具とは基本的に競合していた（４．７ｖｓ４．８分）。酸窒化アルミニウム−炭化ケイ素セラミック切削工具の性能は、工具Ａよりも若干良好であり（５．２ｖｓ５．０分）、アルミナ−ＳｉＣwセラミック切削工具よりも良好であった（５．２ｖｓ４．８分）。
【００５９】
表７に記載されているＩＮＣＯＮＥＬ７１８の偏心棒の旋削に関する試験結果に関して、酸窒化アルミニウム−炭化ケイ素セラミック切削工具の性能は、工具Ａよりも良好であり（３．１ｖｓ２．３分）、アルミナ−ＳｉＣwセラミック切削工具よりも良好であった（３．１ｖｓ１．８分）。偏心棒の旋削の試験は、セラミック切削工具の強靱性の尺度である。
【００６０】
表８に記載されているＩＮＣＯＮＥＬ７１８の偏心棒の旋削に関する試験結果に関して、酸窒化アルミニウム−炭窒化チタン−炭化ケイ素ウイスカーセラミック切削工具は工具Ａよりも若干良好な工具寿命を有するが（１．８ｖｓ１．７分）、アルミナ−ＳｉＣwセラミック切削工具よりも短い工具寿命を有する（１．８ｖ２．２分）。酸窒化アルミニウム−炭窒化チタン−アルミナ−炭化ケイ素ウイスカーセラミック切削工具は、工具Ａよりも短い工具寿命を有し（１．０ｖｓ１．７分）、アルミナ−ＳｉＣwセラミック切削工具よりも短い工具寿命を有していた（１．０ｖｓ２．２分）。酸窒化アルミニウム−炭窒化チタン−ジルコニア−炭化ケイ素ウイスカーセラミック切削工具は、工具Ａよりも短い工具寿命を有し（１．４ｖｓ１．７分）、アルミナ−ＳｉＣwセラミック切削工具よりも短い工具寿命を有していた（１．４ｖｓ２．２分）。
【００６１】
実施例５は、本発明のセラミックのもう一つ別の具体例である。実施例５は、次の出発粉末混合物：約９．０７体積％の、５０：５０の炭素と窒素のモル比を有する炭窒化チタン粉末（Ｈ．Ｄ．ＳｔａｒｋグレードＤ）；次の性質を有する約６０．６８体積％の酸窒化アルミナ粉末：検出可能な窒化アルミニウムまたはアルミナを含まず、平均粒子サイズが３μｍ未満である；約３０体積％の炭化ケイ素ウイスカー、グレードＳＣ−９；および約０．２５体積％のイットリア粉末、Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｋ、グレードＣを用いて製造された。
【００６２】
実施例５の粉末混合物は、酸窒化アルミニウム、炭窒化チタンおよびイットリア粉末をブレンドし、次いで炭化ケイ素ウイスカー中にブレンドすることにより形成された。粉末混合物を次の条件下：約１７８０℃の温度で、約１時間、約３５ＭＰａの圧力、真空中でホットプレスした。緻密化され、ホットプレスされたビレットを次に切断し、インデックス可能な切削インサートに研削した。
【００６３】
緻密化された実施例５材料の酸窒化アルミニウム平均粒子サイズは、約２〜３μｍであった。この材料の優れた高温硬さを以下の表９に示す：
【００６４】
【表９】
2007533593.tif 000011
室温で、この実施例５の材料は、約９４．２〜約９４．８の範囲のＲｏｃｋｗｅｌｌ  Ａ硬度、約１７．０〜約１９．５ＧＰａの範囲のＶｉｃｋｅｒ硬度、約５．０〜約６．５ＭＰａｍ1/2のＫIC−Ｅ＋Ｃ破壊靱性、および約３．６５〜約３．６９ｇ／ｃｃの密度を有する。
【００６５】
従って、本発明のセラミック材料は、改善されたウイスカー強化セラミック材料であり、特に切削工具として有用な、酸窒化アルミニウムを含有するウイスカー強化セラミック材料であることは明らかである。さらに、本発明のセラミックは、改善されたウイスカー強化セラミック材料であり、特に、切削工具として有用な、酸窒化アルミニウムを含有するウイスカー強化セラミック材料であり、前記ウイスカーは満足できる抜けを示すことは明らかである。加えて、本発明のセラミック材料は、改善されたウイスカー強化セラミック材料であり、特に、切削工具として有用な、酸窒化アルミニウムを含有するウイスカー強化セラミック材料であり、粉末混合物のホットプレスは、炭化ケイ素ウイスカーを損なわないために十分低い温度で行われることは明らかである。最後に、本発明のセラミックは、改善されたウイスカー強化セラミック材料であり、特に、切削工具として有用な、酸窒化アルミニウムを含有するウイスカー強化セラミック材料であり、セラミック中の酸窒化アルミニウムの量が制御されている。
【００６６】
本明細書において特定された特許および他の文献は、出典明示により本発明の一部として組み込まれる。本発明の他の具体例は、本明細書において開示された本発明の明細および実施を考慮すると、当業者に明らかであろう。明細書および実施例は例示のみを目的とし、本発明の範囲を限定することを意図しない。本発明の真の範囲および精神は、以下の請求の範囲により示される。
【００６７】
［関連出願］
本出願は、同時係属中の出願番号１０／８３１，３８３（２００４年４月２３日提出）の一部継続出願である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】ＲＮＧ４３Ｔ０３２０スタイルのセラミック切削工具の等角図であり、本発明のセラミックはこのスタイルの切削工具として有用である。
【図２】実施例１の微細構造の３０００倍に等しい倍率での走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影された顕微鏡写真である。
【図３】実施例４の微細構造の３０００倍に等しい倍率での走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影された顕微鏡写真である。
【図１】
2007533593.tif 000012
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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