(57)【要約】セラミック体（２０）、ならびにセラミック体（２０）を作るためのホットプレス法または完全密度までの焼結法。ホットプレスされたセラミック体（２０）は約１５から約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素相、および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含有する。完全密度まで焼結されたセラミック体（２０）は約１５から約５０体積パーセントの間の炭化ホウ素相および少なくとも５０体積パーセントのアルミナを含有する。基体（２１）はさらに次の成分（ａ）〜（ｂ）の少なくとも１つを含み；ここで成分（ａ）および（ｂ）の合計量は完全稠密化を達成するために有効な量であり、ここで成分（ａ）および（ｂ）は、（ａ）アルミニウム、マグネシウムおよび亜鉛のうちの１以上を含む金属成分；および（ｂ）炭素を含有する還元成分を含む。
2008537703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出発粉末混合物から製造されるチップ形成機械加工用セラミック金属切削インサートであって、
前記セラミックインサート体が、すくい面および逃げ面を有する基体であって、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基体を含み、
前記基体が、約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含み、
前記基体が、約４．５ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有する、
セラミック金属切削インサート。
【請求項２】
前記基体が、約５．５ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有する、請求項１に記載のセラミック金属切削インサート。
【請求項３】
前記基体が約３００ＧＰａ以上のヤング率を有する、請求項１に記載のセラミック金属切削インサート。
【請求項４】
前記基体が約１７ＧＰａ以上のビッカーズ微小硬さを有する、請求項１に記載のセラミック金属切削インサート。
【請求項５】
前記基体が約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および約６５体積パーセントから約８５体積パーセントの間のアルミナを含む、請求項１に記載のセラミック金属切削インサート。
【請求項６】
前記基体が約２０体積パーセントから約３０体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および約７０体積パーセントから約８０体積パーセントの間のアルミナを含む、請求項１に記載のセラミック金属切削インサート。
【請求項７】
前記基体が約２５体積パーセントの炭化ホウ素不定形相および約７５体積パーセントのアルミナを含む、請求項１に記載のセラミック金属切削インサート。
【請求項８】
前記基体が出発粉末混合物中に焼結助剤からの残留物をさらに含み、前記焼結助剤が、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化ランタン、酸化クロム、および他の希土類酸化物からなる群から選択される、請求項１に記載のセラミック金属切削インサート。
【請求項９】
前記基体が、次の添加剤のうちの１以上：ハフニウムおよび／またはジルコニウムの酸化物、および炭化珪素ウィスカー、からの構成成分を出発粉末混合物中にさらに含む、請求項１に記載のセラミック金属切削インサート。
【請求項１０】
前記基体上に耐火コーティングをさらに含む、請求項１に記載のセラミック金属切削インサート。
【請求項１１】
セラミック体を製造する方法であって、
出発粉末混合物を提供する工程であって、前記出発粉末混合物が、約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素粉末および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナ粉末および約５体積パーセント以下の焼結助剤を含む工程と、
前記粉末混合物を約セ氏１４００度からセ氏１８５０度の間の温度で固結させて、理論密度の９９パーセント以上の密度のセラミックを得る工程と、
を含む方法。
【請求項１２】
固結条件が、約３０ＭＰａから約４０ＭＰａの間のホットプレス圧をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
固結条件が、約３０分から約９０分の間のホットプレス期間をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記セラミック体が、約４．５ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記セラミック体が約３００ＧＰａ以上のヤング率を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記出発粉末混合物が、約２０体積パーセントから約３０体積パーセントの間の炭化ホウ素粉末および約７０体積パーセントから約８０体積パーセントの間のアルミナ粉末を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記セラミック体にコーティングを適用する工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相、および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含むセラミック体であって、約４．５ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有するセラミック体。
【請求項１９】
焼結助剤からの残留物をさらに含む、請求項１８に記載のセラミック体。
【請求項２０】
被加工物の機械加工法であって、
被加工物を提供する工程と、
すくい面および逃げ面を有するセラミック切削インサートであって、前記すくい面および前記逃げ面が交差して切削エッジを形成しているセラミック切削インサートを提供する工程と、
前記被加工物と前記セラミック切削インサートとの間に相対的回転運動を引き起こす工程であって、前記相対的回転運動の表面速度が約４５７表面メートル／分以上である工程と、
前記セラミック切削インサートおよび前記被加工物を互いに接触させて、前記被加工物から材料を除去する工程と、
を含み、
前記セラミック切削インサートが、約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素相および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含み約４．５ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有する基体を有する、
方法。
【請求項２１】
前記相対的回転運動の表面速度が約６１０表面メートル／分以上である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
被加工物材料が鋳鉄である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
被加工物材料が延性鋳鉄である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
出発粉末混合物から作られるチップ形成機械加工用セラミック金属切削インサートであって、
前記セラミックインサート体が、すくい面および逃げ面を有する基体であって、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基体を含み、
前記基体が、約１５体積パーセントから約５０体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および少なくとも５０体積パーセントのアルミナを含み、
前記基体が、以下の成分（ａ）〜（ｂ）の少なくとも１つをさらに含み、
成分（ａ）および（ｂ）の量の合計が完全稠密化を達成するために有効な量に等しく、
成分（ａ）および（ｂ）が、
（ａ）アルミニウム、マグネシウムおよび亜鉛のうちの１以上を含む金属成分、または
（ｂ）炭素を含有する還元成分、を含む、
セラミック金属切削インサート。
【請求項２５】
前記基体がホウ化イッテルビウムをさらに含む、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項２６】
成分（ａ）および（ｂ）からの前記基体への寄与が実質的にアルミニウムからなる、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項２７】
成分（ａ）および（ｂ）からの前記基体への寄与が実質的にマグネシウムからなる、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項２８】
成分（ａ）および（ｂ）からの前記基体への寄与が実質的に亜鉛からなる、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項２９】
成分（ａ）および（ｂ）からの前記基体への寄与が実質的に炭素からなる、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項３０】
前記基体が約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素、および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含有する、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項３１】
前記基体が約２０体積パーセントから約３０体積パーセントの間の炭化ホウ素、および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含有する、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項３２】
成分（ａ）および（ｂ）の有効量が、約０．０１体積パーセントから約５．０体積パーセントの間の量に等しい、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項３３】
成分（ａ）および（ｂ）の有効量が、約０．０５体積パーセントから約３．０体積パーセントの間の量に等しい、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項３４】
成分（ａ）および（ｂ）の合計量が、約０．５０体積パーセントから約２．０体積パーセントの間の量に等しい、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項３５】
前記基体が、約４．０ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有する、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項３６】
前記基体が、約５．０ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有する、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項３７】
前記基体が理論密度の約９９パーセント以上の密度を有する、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項３８】
前記基体が、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化ランタン、酸化クロム、および他の希土類酸化物からなる群から選択される１以上の焼結助剤からの残留物をさらに含有する、請求項２４に記載のセラミック体。
【請求項３９】
出発粉末混合物から作られるチップ形成機械加工用セラミック金属切削インサートであって、
前記セラミックインサート体が、すくい面と逃げ面を有する基体であって、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基体を含み、
前記基体が、約１５体積パーセントから約５０体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および少なくとも５０体積パーセントのアルミナを含み、
前記基体が、次の成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）の少なくとも１つをさらに含み、
成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）の量の合計が、完全稠密化を達成するために有効な量に等しく、
成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）が、
（ａ）１以上のアルミニウムを含む金属成分、
（ｂ）炭素を含有する還元成分、または
（ｃ）酸化ジルコニウムおよび酸化ハフニウムのうちの１以上を含む酸化物、を含む、
セラミック金属切削インサート。
【請求項４０】
前記基体が、約４．０ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有する、請求項３９に記載のセラミックインサート。
【請求項４１】
前記基体が、約５．０ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有する、請求項３９に記載のセラミックインサート。
【請求項４２】
成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）からの前記基体への寄与が、実質的に、アルミナ、炭化ホウ素ならびに炭化ジルコニウムおよび炭化ハフニウムの１以上からなる、請求項３９に記載のセラミックインサート。
【請求項４３】
前記基体が約３５体積パーセントから４５体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および少なくとも５０体積パーセントのアルミナを含む、請求項３９に記載のセラミックインサート。
【請求項４４】
成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）の量の合計が、約１体積パーセントから約１５体積パーセントの間に等しい、請求項３９に記載のセラミックインサート。
【請求項４５】
成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）の量の合計が、約６体積パーセントから約１０体積パーセントの間に等しい、請求項３９に記載のセラミックインサート。
【請求項４６】
前記基体がホウ化イッテルビウムをさらに含む、請求項３９に記載のセラミック体。
【請求項４７】
前記基体が約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素、および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含有する、請求項３９に記載のセラミック体。
【請求項４８】
前記基体が約２０体積パーセントから約３０体積パーセントの間の炭化ホウ素、および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含有する、請求項３９に記載のセラミック体。
【請求項４９】
前記基体が理論密度の９９パーセント以上の密度を有する、請求項３９に記載のセラミック体。
【請求項５０】
前記基体が、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化ランタン、酸化クロム、および他の希土類酸化物からなる群から選択される１以上の焼結助剤からの残留物をさらに含有する、請求項３９に記載のセラミック体。
【請求項５１】
セラミック体を製造する方法であって、
約１５体積パーセントから約５０体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含む出発粉末混合物を提供する工程であって、基体が以下の成分（ａ）から（ｂ）の少なくとも１つをさらに含み、成分（ａ）および（ｂ）の量の合計が完全な稠密化を達成するために有効な量に等しく、成分（ａ）および（ｂ）が、（ａ）アルミニウム、マグネシウムおよび亜鉛の１以上を含む金属成分、および（ｂ）炭素を含有する還元成分、を含む工程と、
前記出発粉末混合物から未焼結成形体を形成する工程と、
前記未焼結成形体を完全密度まで焼結して、セラミック体を形成する工程と、
を含む方法。
【請求項５２】
前記出発粉末混合物が、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化ランタン、酸化クロム、および他の希土類酸化物からなる群から選択される１以上の焼結助剤をさらに含有する、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
完全密度まで焼結する工程が、無加圧焼結工程とそれに続く熱間静水圧成形工程とを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
無加圧焼結が、約１５００℃から約１８５０℃の間の温度で、約１５分から約１８０分の間行われ、熱間静水圧成形工程が、約１４００℃から約１７２５℃の間に等しい温度で、約３．４ＭＰａ以上の圧力で、約１５分から約１２０分の間に等しい期間行われる、請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
無加圧焼結が、約１６００℃から約１７５０℃の間の温度で、約３０分から約６０分の間行われ、熱間静水圧成形工程が、約１６００℃から約１７００℃の間に等しい温度で、約５０ＭＰａ以上の圧力で、約３０分から約６０分の間に等しい期間行われる、請求項５１に記載の方法。
【請求項５６】
成分（ａ）および（ｂ）の有効量が、前記出発粉末混合物の約０．０１体積パーセントから約５．０体積パーセントの間に等しい、請求項５１に記載の方法。
【請求項５７】
前記セラミック体が理論密度の約９９パーセント以上の密度を有する、請求項５１に記載の方法。
【請求項５８】
セラミック体を製造する方法であって、
約１５体積パーセントから約５０体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含む出発粉末混合物を提供する工程であって、基体が以下の成分（ａ）から（ｃ）の少なくとも１つをさらに含み、成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）の量の合計が完全な稠密化を達成するために有効な量に等しく、成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）が、（ａ）１以上のアルミニウムを含む金属成分、（ｂ）炭素を含有する還元成分、または（ｃ）酸化ジルコニウムおよび酸化ハフニウムの１以上を含む酸化物、を含む工程と、
前記出発粉末混合物から未焼結成形体を形成する工程と、
前記未焼結成形体を完全密度まで焼結して、セラミック体を形成する工程と、
を含む方法。
【請求項５９】
前記出発粉末混合物が、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化ランタン、酸化クロム、および他の希土類酸化物からなる群から選択される１以上の焼結助剤をさらに含有する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
無加圧焼結が、約１５００℃から約１８５０℃の間の温度で、約１５分から約１８０分の間行われ、熱間静水圧成形工程が、約１４００℃から約１７２５℃の間に等しい温度で、約３．４ＭＰａ以上の圧力で、約１５分から約１２０分の間に等しい期間行われる、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
無加圧焼結が、約１６００℃から約１７５０℃の間の温度で、約３０分から約６０分の間行われ、熱間静水圧成形工程が、約１６００℃から約１７００℃の間に等しい温度で、約５０ＭＰａ以上の圧力で、約３０分から約６０分の間に等しい期間行われる、請求項５８に記載の方法。
【請求項６２】
成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）の有効量が前記出発粉末混合物の約１体積パーセントから約１５体積パーセントの間に等しい、請求項５８に記載の方法。
【請求項６３】
前記セラミック体が理論密度の約９９パーセント以上の密度を有する、請求項５８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００５年２月２３日に出願された同時係属中の米国特許出願第１１／０６３，４８０号：アルミナ−炭化ホウ素セラミックおよびその製造法および使用法（ウー（Ｗｕ）およびイェックリー（Ｙｅｃｋｌｅｙ）により発明され、１５６５０ペンシルバニア州ラトローブ（Ｌａｔｒｏｂｅ、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）のケンナメタル社（Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ  Ｉｎｃ．）に譲渡）の一部継続出願である。
【０００２】
本特許出願の開示は、アルミナおよび炭化ホウ素を含有するセラミック体、ならびにその製造法およびその使用法に関する。さらに詳細には、本特許出願の開示は、アルミナおよび炭化ホウ素相を含有するセラミック体（セラミック切削インサートまたはコーティングされたセラミック切削インサートの基体またはセラミック摩耗部品として使用される）、ならびにその製造法（例えば、ホットプレス法または無加圧焼結−ＨＩＰｐｉｎｇ法）およびその使用法に関する。
【背景技術】
【０００３】
セラミック材料は、長年にわたり、切削インサートおよび摩耗部品として使用されてきた。これらのセラミック材料は、窒化珪素または窒化珪素ベースのセラミック、ＳｉＡｌＯＮまたはＳｉＡｌＯＮベースのセラミック、およびアルミナまたはアルミナベースのセラミックを含む。最初のセラミック切削インサートの１つは、アルミナ切削インサートであった。デーレ（Ｄｏｅｒｒｅ）らの「アルミナ、加工、特性、および用途（Ａｌｕｍｉｎａ，Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、スプリンガー−フェアラーグ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）（１９８４）、２５４〜２６５ページ参照。アルミナ切削インサートは本質的に９９．７パーセントを超えるアルミナであった。その後、炭化チタンの添加によりアルミナセラミックは改質された。ホイットニー（Ｗｈｉｔｎｅｙ）の「最新セラミック切削ツール材料（Ｍｏｄｅｒｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｏｏｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、１９８２年１０月、ミズーリー州セントルイス（Ｓｔ．Ｌｕｉｓ，Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）のＡＳＭ金属会議（ＡＳＭ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ）での発表を参照。
【０００４】
長期にわたり、多くの他の添加剤がアルミナベースのセラミック切削インサートを形成するためにアルミナと併せて用いられてきた。添加剤の例は、炭化珪素ウィスカー、例えば、米国特許第４，７８９，２７７号（ローデス（Ｒｈｏｄｅｓ）ら）および米国特許第４，９６１，７５７号（ローデス（Ｒｈｏｄｅｓ）ら）に開示されているセラミックの使用を含む。アルミナ−ＳｉＣウィスカーセラミックにおいて、ローデス（Ｒｈｏｄｅｓ）らの特許は、ＳｉＣウィスカー含量が０から２４体積パーセントに増加すると、（ＫIC）破壊靱性が増大した（４．１５〜８．９ＭＰａ・ｍ0.5）ことを示している。ローデス（Ｒｈｏｄｅｓ）らの特許は次に、ＳｉＣウィスカー含量が２４から３５体積パーセントまで増大すると破壊靱性が減少した（８．９から７．６ＭＰａ・ｍ0.5）ことを示している。欧州特許番号０３３５６０２Ｂ１（ラウダー（Ｌａｕｄｅｒ））は、ジルコニア、イットリア、ハフニア、マグネシア、ランタナまたは他の希土類酸化物、窒化珪素、炭化チタン、窒化チタンまたはその混合物などの添加剤の添加とともにアルミナ中で炭化珪素ウィスカーを使用することを開示している。炭化珪素ウィスカーをアルミナとともに使用することは、ビルマン（Ｂｉｌｌｍａｎ）らの「Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＣウィスカー切削ツールを使用した機械加工（Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＣ  Ｗｈｉｓｋｅｒ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｏｏｌｓ）」、セラミック・ビュレティン（Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｂｕｌｌｅｔｉｎ）、第６７巻、第６号（１９８８）１０１６〜１０１９ページに記載されている。米国特許第４，３４３，９０９号（アダムス（Ａｄａｍｓ）ら）は、ジルコニアおよび二ホウ化チタンをアルミナ（および焼結助剤）とともに使用することを開示している。米国特許第４，５４３，３４３号（イヨリ（Ｉｙｏｒｉ）ら）は、ホウ化チタンおよびジルコニアをアルミナとともに使用することを開示している。
【０００５】
リュー（Ｌｉｕ）およびオウンバイ（Ｏｗｎｂｙ）により書かれた論文（リュー（Ｌｉｕ）ら、「アルミナ−炭化ホウ素ウィスカー／粒子複合体の物理的特性（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ａｌｕｍｉｎａ−Ｂｏｒｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ｗｈｉｓｋｅｒ／Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）」、セラミック・エンジニアリング・アンド・サイエンス・プロシーディングズ（Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．Ｐｒｏｃ．）１２（７−８）１２４５〜１２５３ページ（１９９１））において、アルミナおよび炭化ホウ素粒子を含むセラミックが開示されている。この点に関して、リュー（Ｌｉｕ）らの複合体は、５．０、１０．０、１５．０および２０．０体積パーセントの量で存在する炭化ホウ素（残余はアルミナ）を伴うアルミナ（アルコア（Ａｌｃｏａ）から得られるＡ１６ＳＧ）−炭化ホウ素粒子（０．２〜７μｍ粒子サイズ）複合体を開示している。実施例は、１５００℃または１６００℃で３時間焼結するか、１５２０℃に等しい温度および２０分に等しい期間からなるホットプレスパラメータ下でホットプレスするか、のいずれかであった。焼結複合体は理論密度の８０パーセント未満の密度を有した。ホットプレスされたセラミックは理論密度の９８パーセントより高い密度を有した。ホットプレス圧は、リュー（Ｌｉｕ）らの論文の開示にはないようである。
【０００６】
このリュー（Ｌｉｕ）らの論文は、破壊靱性（シェブロン・ノッチト・ショート・ロッド（Ｃｈｅｖｒｏｎ  Ｎｏｔｃｈｅｄ  Ｓｈｏｒｔ  Ｒｏｄ（ＣＮＳＲ））技術により測定）が０体積パーセント炭化ホウ素粒子から５．０体積パーセント炭化ホウ素粒子で改善することを示しているようであり、ここで５．０体積パーセント炭化ホウ素粒子−アルミナセラミックの破壊靱性は約５．２ＭＰａ・ｍ0.5に等しい。しかしながら、破壊靱性は、５．０体積パーセントより高い炭化ホウ素粒子含量で減少する。さらに詳細には、破壊靱性は、１０．０、１５．０および２０．０体積パーセントの炭化ホウ素粒子含量で減少する。２０．０体積パーセント炭化ホウ素粒子−アルミナセラミックの破壊靱性は、約４．５ＭＰａ・ｍ0.5に等しいようである。リュー（Ｌｉｕ）らは、曲げ強度が０体積パーセント炭化ホウ素粒子から５．０体積パーセント炭化ホウ素粒子で増大することも示している。５．０体積パーセント炭化ホウ素粒子−アルミナ材料は約５７５ＭＰａに等しい曲げ強度を有する。曲げ強度は、５．０体積パーセントより高い炭化ホウ素粒子含量（すなわち、１０．０、１５．０および２０．０体積パーセントの炭化ホウ素粒子含量）で横ばい状態になる（すなわち、本質的に同じままである）。２０．０体積パーセントの炭化ホウ素粒子−アルミナ材料は約５９０ＭＰａに等しい曲げ強度を有する。
【０００７】
リュー（Ｌｉｕ）らにより書かれた、「ホウ素含有セラミック粒子およびセラミックマトリックス複合体の破壊靱性のウィスカー強化（Ｂｏｒｏｎ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ａｎｄ  Ｗｈｉｓｋｅｒ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｆｒａｃｔｕｒｅ  Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ  ｏｆ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）」という標題の論文（１９９１−アメリカン・インスティチュート・オブ・フィジックス（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ））において、アルミナおよび炭化ホウ素粒子を含むセラミックが開示されている。これらのリュー（Ｌｉｕ）らの複合体は、α−アルミナ−炭化ホウ素粒子複合体を開示し、ここで炭化ホウ素は５．０、１０．０、１５．０および２０．０体積パーセントの量で存在する（残余はアルミナ）。セラミックが理論密度の９８パーセントより高い密度を有するように、この実施例は１４８０℃に等しい温度からなるホットプレスパラメータ下でホットプレスされた。ホットプレス期間およびホットプレス圧力は、このリュー（Ｌｉｕ）らの論文の開示にはないようである。
【０００８】
リュー（Ｌｉｕ）らの論文は、破壊靱性（ＣＮＳＲ技術）が０体積パーセントの炭化ホウ素粒子から５．０体積パーセント炭化ホウ素粒子で改善することを示しており、ここで、５．０体積パーセント炭化ホウ素粒子−アルミナセラミックの破壊靱性は約５．５ＭＰａ・ｍ0.5に等しい。しかしながら、破壊靱性は、５．０体積パーセントより高い炭化ホウ素粒子含量で減少する。さらに詳細には、破壊靱性は、１０．０、１５．０および２０．０体積パーセントの炭化ホウ素粒子含量で減少する。２０．０体積パーセント炭化ホウ素粒子−アルミナセラミックの破壊靱性は約４．６ＭＰａ・ｍ0.5に等しいようである。
【０００９】
リュー（Ｌｉｕ）らにより書かれた「炭化ホウ素強化アルミナ複合体（Ｂｏｒｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ａｌｕｍｉｎａ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）」という標題の論文（ジャーナル・アメリカン・セラミック・ソサイエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ）７４（３）６４７〜６７７ページ（１９９１））において、アルミナおよび炭化ホウ素粒子を含むセラミックが開示されている。リュー（Ｌｉｕ）らの複合体は、５．０、１０．０、１５．０および２０．０体積パーセントの量で存在する炭化ホウ素（残余はアルミナ）を伴う微細α−アルミナ（アルコア（Ａｌｃｏａ）から得られるＡ１６ＳＧ）−炭化ホウ素「破片様（ｓｈａｒｄ  ｌｉｋｅ）」粒子（０．２〜７μｍ粒子サイズ）複合体を開示している。セラミックが理論密度の９８パーセントより高い密度を有するように、この実施例は１５２０℃の温度および２０分の期間からなるホットプレスパラメータ下でホットプレスされた。ホットプレス圧はリュー（Ｌｉｕ）らの論文の開示にはないようである。
【００１０】
このリュー（Ｌｉｕ）らの論文は、破壊靱性（ＣＮＳＲ技術）が０体積パーセント炭化ホウ素粒子から５．０体積パーセント炭化ホウ素粒子で改善することを示し、ここで５．０体積パーセントの炭化ホウ素粒子−アルミナセラミックの破壊靱性は約５．３ＭＰａ・ｍ0.5に等しい。しかしながら、破壊靱性は、５．０体積パーセントより高い炭化ホウ素粒子含量で減少する。さらに詳細には、破壊靱性は、１０．０、１５．０および２０．０体積パーセントの炭化ホウ素粒子含量で減少する。２０．０体積パーセント炭化ホウ素粒子−アルミナセラミックの破壊靱性は、約４．６ＭＰａ・ｍ0.5に等しいようである。リュー（Ｌｉｕ）らは、曲げ強度は０体積パーセント炭化ホウ素粒子から５．０体積パーセント炭化ホウ素粒子で改善することも示している。５．０体積パーセント炭化ホウ素粒子−アルミナ材料は約５８０ＭＰａに等しい曲げ強度を有する。曲げ強度は５．０体積パーセントより高い炭化ホウ素粒子含量（すなわち、１０．０、１５．０および２０．０体積パーセントの炭化ホウ素粒子含量）で横ばい状態になる（すなわち、本質的に同じままである）。２０．０体積パーセント炭化ホウ素粒子−アルミナ材料は約６００ＭＰａに等しい曲げ強度を有する。
【００１１】
ユン（Ｊｕｎｇ）およびキム（Ｋｉｍ）の「Ａｌ2Ｏ3−Ｂ4Ｃ複合体の焼結および特性（Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｌ2Ｏ3−Ｂ4Ｃ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）」という標題の論文（ジャーナル・オブ・マテリアル・サイエンス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ）２６（１９９１）５０３７〜５０４０ページ）は、アルミナ−炭化ホウ素複合体の焼結に関する。この論文によると、１８５０度で６０分間焼結された複合体に関しては、５から２０体積パーセント炭化ホウ素の範囲の炭化ホウ素含量に対して密度は約９７パーセントであった。ユン（Ｊｕｎｇ）らの論文によると、曲げ強度は、１８５０℃で６０分間焼結されたアルミナ−２０体積パーセント炭化ホウ素複合体に関して５５０ＭＰａの最大値を有した。ユン（Ｊｕｎｇ）らの論文によると、１８５０度で６０分間焼結された複合体について、ビッカーズ微小硬さは炭化ホウ素含量が３０体積パーセントに増大する際に増加した。この同じ複合体に関して、炭化ホウ素含量が２０体積パーセントまで増加すると、破壊靱性は若干増加する。最大破壊靱性は４ＭＰａ・ｍ1/2である。
【００１２】
ドール（Ｄｏｌｅ）らによる「炭化ホウ素の焼結中の微小構造結晶粒粗大化（Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｃｏａｒｓｅｎｉｎｇ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｂｏｒｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）」という標題の論文（ジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサイエティ（Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．）７２（６）９５８〜９６６ページ（１９８９））において、２３００℃での炭化ホウ素の無加圧焼結では、微小構造結晶粒粗大化のために若干の稠密化しか得られないことが報告された。リー（Ｌｅｅ）らによる「炭化ホウ素の無加圧焼結（Ｐｒｅｓｓｕｒｅｌｅｓｓ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｂｏｒｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）」という標題の論文（ジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサイエティ（Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．）８６（９）１４６８〜１４７３ページ（２００３））によると、液相焼結温度まで急速に加熱して結晶粒粗大化が起こる時間を短縮することにより、無加圧焼結炭化ホウ素体について改善された密度が得られた。さらに、炭素の添加により明らかに酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）コーティングとの反応が起こり、稠密化が改善された。「水素を用いて加熱処理された炭化ホウ素の焼結（Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｂｏｒｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ｈｅａｔ−Ｔｒｅａｔｅｄ  ｗｉｔｈ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ）」という標題のリー（Ｌｅｅ）らによる論文（ジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサイエティ（Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．）８５（８）２１３１〜２１３３ページ（２００２））によると、焼結雰囲気中で水素ガスを用いると炭化ホウ素粒子上の酸化ホウ素コーティングを抽出することができ、その結果、９４．７パーセントに等しい理論密度を示す無加圧焼結炭化ホウ素体が得られた。
【００１３】
ジャーナル・オブ・セントラル・サウス・インスティチュート・オブ・マイニング・アンド・メタルジー（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｓｏｕｔｈ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ（１９９４年１０月）におけるドンシェン（Ｄｏｎｇｓｈｅｎｇ）らによる、「Ｂ4Ｃ分散Ａｌ2Ｏ3ペレットの焼結中のホウ素含量の制御（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｂｏｒｏｎ  Ｃｏｎｔｅｎｔ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｂ4Ｃ−ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ａｌ2Ｏ3  Ｐｅｌｌｅｔｓ）」という標題の論文において、炭素がアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）および炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）に添加されて、焼結中のホウ素の損失が減少し、これによりＢ4Ｃ−Ａｌ2Ｏ3ペレット中のホウ素含量の正確な制御が行われる。この論文によると、これらのＢ4Ｃ−Ａｌ2Ｏ3は原子炉炉心において用いられ、これらのペレット中のホウ素含量は炉心中の中性子束の大きさに影響を及ぼす。この論文は、炭素がホウ素含量を制御する理由は、ペレット中に含有される炭素の微小粒子がＢ4Ｃより前に酸化し、Ｂ2Ｏ3を還元し炭素化して、Ｂ4Ｃにすることもできることであると記載している。
【００１４】
ジャーナル・オブ・セントラル・サウス・インスティチュート・オブ・マイニング・アンド・メタルジー（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｓｏｕｔｈ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ（１９８９年２月）におけるドンシェン（Ｄｏｎｓｈｅｎｇ）らによる「Ｂ4Ｃ分散Ａｌ2Ｏ3ペレットの焼結挙動（Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  Ｂ4Ｃ−ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ａｌ2Ｏ3  Ｐｅｌｌｅｔｓ）」という標題の論文も、原子炉において用いられるＡｌ2Ｏ3−Ｂ4Ｃペレットに関する。この論文は、粒子サイズ並びに他の因子の、焼結ペレットの性質に対する影響を考察していた。
【００１５】
イー・ドゥ・ホイットニー（Ｅ．Ｄｏｗ  Ｗｈｉｔｎｅｙ）による「新規改善切削ツール材料（Ｎｅｗ  ａｎｄ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｏｏｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」（１９６９）という標題の空軍報告（Ａｉｒ  Ｆｏｒｃｅ  Ｒｅｐｏｒｔ）ＡＦＭＬ−ＴＲ−６９−５０は、アルミナ−炭化ホウ素複合体を開示している。このレポートの１１９ページには、
「金属炭化物、ＷＣ、ＴａＣ、ＴｉＣ、Ｂ4ＣおよびＳｉＣは、ホットプレスアルミナの一般的特性を改善するための添加剤として選択された。１．２５ｗｔ％の各添加剤を含有するＡｌ2Ｏ3の混合物を１６００℃、２６００ｐｓｉで３０分間窒素雰囲気中でホットプレスした。図１４７〜１４９においては、これらの系の加熱稠密化曲線が示されている。密度は約１２００℃から急速に増大し、１６００℃より低い温度でほぼ１００％の相対密度に達した。」
と書かれている。
【００１６】
空軍報告書の表５２は、１．２５重量パーセントの炭化ホウ素をアルミナに添加すると、ＭＯＲが３０，７００ｐｓｉ（アルミナに関して）から４２，５００ｐｓｉ（アルミナ＋１．２５重量パーセント炭化ホウ素）まで増大したが、硬度は９４．２（ＲN１５）から９３．７（ＲN１５）まで減少したことを示している。
【００１７】
米国特許第５，２７１，７５８号（ブルジャン（Ｂｕｌｊａｎ）ら）は、アルミナベースの複合体であって、炭化ホウ素およびＮｉ−Ａｌ金属相を含み得るものに関する。実施例２０は、８ｖ／ｏ（Ｎｉ、Ａｌ）、２７．６ｖ／ｏＢ4Ｃおよび６４．４ｖ／ｏＡｌ2Ｏ3を含む。米国’７５８特許は、実施例２０に関してホットプレス法について具体的に記載していない。１９９２年４月３０日に公開されたＰＣＴ特許公開第ＷＯ９２／０７１０２号（ブルジャン（Ｂｕｌｊａｎ）ら）は、米国’７５８特許と関連しているようである。米国特許第５，２７９，１９１号（ブルジャン（Ｂｕｌｊａｎ））はアルミナベースのセラミックであって、炭化ホウ素を含んでよいものを開示している。米国’１９１特許はＳｉＣ強化およびＮｉ−Ａｌ金属相の使用を必要とする。
【００１８】
米国特許第５，１６２，２７０号（オウンバイ（Ｏｗｎｂｙ）ら）は、炭化ホウ素ウィスカー強化を有するアルミナセラミックに関する。図１は、炭化ホウ素ウィスカーが０、５．０、１０．０、１５．０、２０．０および３０．０体積パーセントの複合体（残余はアルミナ）を含む特定の組成物を示している。これらのサンプルは１５２０℃で、７５００ｐｓｉに等しい圧力下ホットプレスされ、理論密度の約９８パーセントより高い密度を達成している。１５．０体積パーセントの炭化ホウ素ウィスカーで最大破壊靱性（約７．１ＭＰａ・ｍ0.5）が生じる。炭化ホウ素ウィスカー含量が１５体積パーセントを超える場合に破壊靱性が若干減少する（約７．１ＭＰａ・ｍ0.5から約７．０ＭＰａ・ｍ0.5）。米国特許第５，３９８，８５８号（デュガン（Ｄｕｇａｎ）ら）は、アルミナを強化するための炭化ホウ素ウィスカーの使用に言及している。セラミックの具体的な用途は、ローラーガイドである。
【００１９】
リュー（Ｌｉｕ）およびオウンバイ（Ｏｗｎｂｙ）による「Ｂ4Ｃウィスカー強化Ａｌ2Ｏ3マトリックス複合体の稠密化（Ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂ4Ｃ  Ｗｈｉｓｋｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ａｌ2Ｏ3  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）」という標題の論文（高性能セラミックスに関する第一回中国国際会議会報（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｆｉｒｓｔ  Ｃｈｉｎａ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ（１９９８年１０月、北京）４１５〜４１９ページは、炭化ホウ素ウィスカー−アルミナ複合体の焼結に関する。炭化ホウ素ウィスカー含量は（体積パーセントで）、０、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５および４０であった。
【００２０】
リュー（Ｌｉｕ）らによる、「分散二ホウ化チタン粒子封入によるアルミナの改善された機械的特性（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ａｌｕｍｉｎａ  ｂｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｔｉｔａｎｉｕｍ  Ｄｉｂｏｒｉｄｅ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ）」という標題の論文（ジャーナル・アメリカン・セラミック・ソサイエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ）７４（１）２４１〜２４３ページ（１９９１）は、アルミナの機械的特性を改善するための二ホウ化チタン粒子の使用を開示している。図２は、アルミナベースのセラミック中の炭化ホウ素粒子含量の曲げ強度に対する影響を示し、ここで、炭化ホウ素含量は０〜２０．０体積パーセントの範囲である。リュー（Ｌｉｕ）らの他の論文においてと同様に、曲げ強度は５．０体積パーセントを超える炭化ホウ素含量で横ばい状態（または定常状態のまま）になるようである。
【００２１】
米国特許第４，７４５，０９１号（ランディンハム（Ｌａｎｄｉｎｇｈａｍ））は、窒化物改質剤（例えば、ＡＩＮまたはＳｉ3Ｎ4）および分散粒子を有するアルミナベースのセラミックを開示している。分散粒子のリストは炭化ホウ素について言及している。’０９１特許によると、窒化物改質剤は０．１〜１５．０重量パーセントの範囲であり、分散粒子は０．１から４０．０重量パーセントの間の範囲であり得る。分散粒子として炭化ホウ素を使用する実際の例はないようである。
【００２２】
米国特許第６，４１７，１２６Ｂ１号（ヤン（Ｙａｎｇ））は、ホウ化物（例えば、炭化ホウ素）および金属炭化物（例えば、炭化珪素）を有するアルミナベースの複合体を開示している。実施例は、アルミナ、炭化珪素、および炭化ホウ素を含む組成物を開示し、ここで炭化ホウ素は０．５から５．４重量パーセントの間の範囲である。米国’１２６特許は、セラミックの主な用途は工業用送風ノズルであることを開示している。米国特許出願公開第ＵＳ２００２／０１９５７５２  Ａ２号（ヤン（Ｙａｎｇ））は、米国’１２６特許に関連しているようである。欧州特許第０２０８９１０号（スズキ（Ｓｕｚｕｋｉ）ら）は、アルミナ複合体中ＳｉＣウィスカーとともに炭化ホウ素を使用することを開示しているようである。
【００２３】
米国特許第５，１６４，３４５号（ライス（Ｒｉｃｅ）ら）は、アルミナ−炭化ホウ素−炭化珪素複合体に関する。最終生成物は、二酸化珪素、酸化ホウ素、アルミニウムおよび炭素の加熱の結果物である。
【００２４】
サトウ（Ｓａｔｏ）らによる「アルミナ−ジルコニア（イットリア）−非酸化物に基づく複合体の焼結および破壊挙動（Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｆｒａｃｔｕｒｅ  Ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ａｌｕｍｉｎａ−Ｚｉｒｃｏｎｉａ（Ｙｔｔｒｉａ）−Ｎｏｎｏｘｉｄｅｓ）」という標題の論文（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｄｅ  Ｐｈｙｓｉｑｕｅ，Ｃｏｌｌｏｑｕｅ  Ｃ１）、補遺第２号、第４７巻、１９８６年２月、Ｃ１−７３３〜Ｃ１−７３７ページ）は、アルミナ−ジルコニア−炭化ホウ素複合体を含むアルミナ含有複合体の焼結に関するものである。サトウ（Ｓａｔｏ）らの表１は、５０体積パーセントＡｌ2Ｏ3−４０体積パーセントＺｒＯ2（イットリアなし）−１０体積パーセントＢ4Ｃ複合体、および８０体積パーセントＡｌ2Ｏ3−１０体積パーセントＺｒＯ2（イットリアなし）−１０体積パーセントＢ4Ｃ複合体の様々な特性を示している。各複合体は、１５００℃、２ＧＰａで３０分間ホットプレスされている。
【００２５】
ベッチャー（Ｂｅｃｈｅｒ）による「強化セラミックの微小構造設計（Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｔｏｕｇｈｅｎｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）」という標題の論文（ジャーナル・アメリカン・セラミック・ソサイエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｔｅｙ）７４（２）２５５〜２６９ページ（１９９１）は、強化メカニズムを議論している。主な強化メカニズムはクラック−ブリッジング（ｃｒａｃｋ−ｂｒｉｄｇｉｎｇ）である。添加剤としては、炭化珪素ウィスカー、正方晶ジルコニアおよび単斜晶系ジルコニアが挙げられている。
【００２６】
米国特許第４，４７４，７２８号（ラドフォード（Ｒａｄｆｏｒｄ））および米国特許第４，８２６，６３０号（ラドフォード（Ｒａｄｆｏｒｄ））はそれぞれ、アルミナおよび炭化ホウ素を含むペレットを開示している。これらのペレットは中性子吸収剤として有用である。
【００２７】
アルミナおよび炭化ホウ素を含むセラミック体があるが、アルミナおよび炭化ホウ素相を含有する改善されたセラミック体を提供する必要性が依然として存在する。アルミナおよび炭化ホウ素を含有する改善されたセラミック体を製造する方法、ならびに使用する方法を提供することも依然として必要とされている。さらに、金属切削に特に有用な性質を示すアルミナおよび炭化ホウ素のセラミック体を提供することも依然として必要とされている。加えて、金属切削に特に有用な性質を示すアルミナおよび炭化ホウ素のセラミック体の製造法（および使用法）を提供することも依然として必要とされている。
【００２８】
これらの特性の例は、セラミック体の、さらに高い操作温度、特にさらに高い切削速度に付随する温度でもその硬度を維持できる能力である。もう一つ別の特性の例は、セラミック体の、さらに高い操作温度でも、特にさらに高い切削速度に付随する温度でも被加工材料が良好な化学耐性を示す能力である。
【００２９】
これらの特性のそれぞれは、それ自体、特に一緒に組み合わされた場合、さらに高い操作温度が発生するさらに高い切削速度で用いるセラミック切削インサートとして特に有用なセラミック体を提供する。例えば、延性鋳鉄用途で想定されるさらに高い切削速度は、約１５００表面フィート／分以上の速度であり（約４５７表面メートル／分）、さらに好ましくは、約２０００表面フィート／分（６１０表面メートル／分）以上である。
【００３０】
本発明者らは、ホットプレスが、アルミナおよび炭化ホウ素を含有する前記セラミック体を製造するために用いられる一方法であることを見出した。ホットプレスは、アルミナおよび炭化ホウ素を含有するセラミック体であって、セラミック体を特に金属切削に有用なものにする性質を含む許容できる性質を示すセラミック体を製造する。
【００３１】
ホットプレス法は許容できるセラミック材料を製造するが、ホットプレス法は典型的には経験上の欠点がある。これらの欠点の一つは、ホットプレス法を行うための高い費用と関連する。そのような高い費用はセラミック体、特に金属切削インサートとして用いられるセラミックを製造するための全体的な費用を増大させる。これらの欠点のもう一つは、ホットプレス法が、複雑な形状または構造を呈する部品の費用効率の高い製作を可能にできないことであった。このようなホットプレスはしたがって複雑な形状を有する部品の製作に関して費用効率が高くない。アルミナ−炭化ホウ素セラミックに適用可能な製品の範囲がそのようなものであるならば、費用効率の高い方法により製作することを含むことは有利なことである。
【００３２】
従って、粉末成形体を稠密化するためのもう一つ別の方法は、無加圧焼結を含む焼結である。無加圧焼結は、それに付随するより低いコスト、ならびに、複雑な形状や構造を有する部品を費用効率性の高い方法で製作できる能力のために、ホットプレスと比較してより望ましい方法である。しかしながら、これまでは、アルミナ−炭化ホウ素粉末成形体の無加圧焼結は、焼結中のホウ素の損失のために、孔の閉鎖を達成するのが困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
アルミナ−炭化ホウ素セラミック、およびその製造方法であって、ホットプレスと比較して行うのにそれほど費用がかからない方法を提供することが非常に望ましいことは明らかである。このような方法が利用可能であるならば、セラミック体を製造するための全体的な費用は減少することが予想される。
【００３４】
アルミナ−炭化ホウ素セラミック、およびその製造方法であって、複雑な形状または構造を有する部品を費用有効性の高い方法で製作する能力を提供する方法を提供することが非常に望ましいことも明らかである。このような方法が利用可能であるならば、アルミナ−炭化ホウ素セラミックの適用可能な製品の範囲が増大する。
【００３５】
焼結されたアルミナ−炭化ホウ素セラミック体、ならびに、金属切削インサートとしての使用に好適になるような許容可能な性質を含む許容可能な性質を示すアルミナ−炭化ホウ素セラミック体を製造する焼結法を提供することが非常に望ましいことであることも明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
一形態において、本発明は、出発粉末混合物から製造されるチップ形成機械加工用セラミック金属切削インサートである。セラミックインサート体は、すくい面および逃げ面を有する基体であって、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基体を含む。基体は、約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含む。基体は、約４．５ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有する。
【００３７】
さらに別の形態において、本発明は、セラミック（ここで、セラミックは、切削ツール用途に関して好ましい用途を有する）を製造する方法であって、約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素粉末、および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナ粉末および約５体積パーセント以下の焼結助剤を含む出発粉末混合物を提供する工程と、粉末混合物を約セ氏１４００度から約セ氏１８５０度の間の温度で固結させて、理論密度の９９パーセント以上の密度を有するセラミックを得る工程と、を含む方法である。
【００３８】
さらにもう一つ別の形態において、本発明は、約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相、および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含むセラミック体である。基体は約４．５ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC）（１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有する。
【００３９】
さらにもう一つ別の形態において、本発明は、被加工物の機械加工法であって、被加工物を提供する工程と、すくい面および逃げ面を有するセラミック切削インサートであって、すくい面および逃げ面が交差して切削エッジを形成しているセラミック切削インサートを提供する工程（セラミック切削インサートは、約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素相および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含み約４．５ＭＰａ・ｍ0.5以上の破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）を有する基体を有する）と、被加工物とセラミック切削インサートとの間に相対的回転運動を引き起こす工程（相対的回転運動の表面速度は約４５７表面メートル／分以上である）と、セラミック切削インサートおよび被加工物を互いに接触させて、被加工物から材料を除去する工程と、を含む方法である。
【００４０】
さらにもう一つ別の形態において、本発明は、出発粉末混合物から作られるチップ形成機械加工用セラミック金属切削インサートである。セラミックインサート体は、すくい面および逃げ面を有する基体であって、すくい面と逃げ面が交差して切削エッジを形成している基体を含む。基体は、約１５体積パーセントから約５０体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および少なくとも５０体積パーセントのアルミナを含有する組成を有する。基体の組成は、以下の成分（ａ）〜（ｂ）の少なくとも１つをさらに含有し、ここで、成分（ａ）および（ｂ）の量の合計は完全稠密化を達成するために有効な量に等しく、成分（ａ）および（ｂ）は、（ａ）アルミニウム、マグネシウムおよび亜鉛の１以上を含む金属成分、または（ｂ）炭素を含有する還元成分を含む。
【００４１】
さらにもう一つ別の形態において、本発明は、出発粉末混合物から作られるチップ形成機械加工用セラミック金属切削インサートであって、セラミックインサート体が、すくい面と逃げ面を有する基体であって、すくい面と逃げ面が交差して切削エッジを形成している基体を含む。基体は、約１５体積パーセントから約５０体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および少なくとも５０体積パーセントのアルミナを含有する組成を有する。基体は、次の成分（ａ）〜（ｃ）の少なくとも１つをさらに含有し、成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）の量の合計は、完全稠密化を達成するために有効な量に等しく、成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）は、（ａ）１以上のアルミニウムを含む金属成分、（ｂ）炭素を含有する還元成分、または（ｃ）酸化ジルコニウムおよび酸化ハフニウムの１以上を含む酸化物を含む。
【００４２】
さらにもう一つ別の形態において、本発明は、セラミック体を製造する方法であって、約１５体積パーセントから約５０体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含む出発粉末混合物を提供する工程（基体は以下の成分（ａ）から（ｂ）の少なくとも１つをさらに含み、ここで、成分（ａ）および（ｂ）の量の合計は、完全な稠密化を達成するために有効な量に等しく、成分（ａ）および（ｂ）は、（ａ）アルミニウム、マグネシウムおよび亜鉛の１以上を含む金属成分、および（ｂ）炭素を含有する還元成分を含む）と、出発粉末混合物から未焼結成形体を形成する工程と、前記未焼結成形体を完全密度まで焼結してセラミック体を形成する工程と、を含む方法である。
【００４３】
さらにもう一つ別の形態において、本発明は、セラミック体を製造する方法であって、約１５体積パーセントから約５０体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および少なくとも約５０体積パーセントのアルミナを含む出発粉末混合物を提供する工程（基体は以下の成分（ａ）から（ｃ）の少なくとも１つをさらに含み、ここで、成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）の量の合計は、完全な稠密化を達成するために有効な量に等しく、成分（ａ）および（ｂ）および（ｃ）は、（ａ）アルミニウムの１以上を含む金属成分、（ｂ）炭素の１以上を含む還元成分、または（ｃ）酸化ジルコニウムおよび酸化ハフニウムの１以上を含む酸化物を含む）と、出発粉末混合物から未焼結成形体を形成する工程と、未焼結成形体を無加圧焼結して焼結体を形成する工程と、焼結体を熱間静水圧成形してセラミック体を形成する工程と、を含む方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
図に関して、図１は、セラミック切削インサート、すなわち、通常は２０として指定されるセラミック体の実施形態を示す。セラミック切削インサート２０は、すくい面２２および逃げ面２４を有する基体２１を含み、ここで切削エッジ２６はすくい面２２および逃げ面２４が交差したところにある。
【００４５】
この説明全体にわたって、セラミック体（またはセラミック基体）の選択された物理的性質が記載される。これらの性質を決定する方法に関して、破壊靱性（ＫIC）（Ｅ＆Ｃ）は、エバンス（Ｅｖａｎｓ）およびチャールズ（Ｃｈａｒｌｅｓ）、「圧入による破壊靱性決定法（Ｆｒａｃｔｕｒｅ  Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）」、ジャーナル・アメリカン・セラミック・ソサイエティ（Ｊ．Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ）、第５９巻、第７〜８号、３７１〜３７２ページにおいて記載されている方法により、１８．５キログラムロードを用いて決定される。ヤング率は、ヤング率、接線係数およびコードモジュラス（Ｃｈｏｒｄ  Ｍｏｄｕｌｕｓ）に関するＡＳＴＭ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｅ１１１−９７標準試験法により決定される。ビッカーの微小硬さは、材料の微小圧入硬さについてのＡＳＴＭ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｅ３８４−９９ｅ１標準試験法により１８．５キログラムロードを用いて決定される。
【００４６】
以下の記載から明らかになるように、具体例の一つのグループは、セラミック体の基体を製作するための技術としてホットプレスを使用する。具体例のもう一つ別のグループは、セラミック体の基体を製作するために、無加圧焼結とそれに続いて熱間静水圧成形（ＨＩＰｉｎｇ）を使用する。セラミック体の幾つかの特性または特徴は、ホットプレスまたは無加圧焼結−ＨＩＰｉｎｇのいずれかにより製造されるセラミック体に関連して議論できるが、このような議論は必ずしも特定の方法により製造されるセラミック体に限定されると考えられるべきではない。一つの具体的なプロセスにより製造されるセラミック体を参照して議論される組成範囲および他の性質は、必ずしもこの方法に限定されるべきではなく、別の方法により製造されるセラミック体にも適用できる。
【００４７】
ホットプレスにより製造されるセラミック切削インサートのセラミック基体（またはセラミック体）は、主にアルミナおよび炭化ホウ素不定形相と、必要に応じてより少ない量の添加剤（例えば、出発粉末混合物に焼結助剤を添加することから得られる焼結助剤残留物）と、を含む組成を有する。焼結助剤は、典型的には、そのより広い範囲において、出発粉末混合物の約０．０５体積パーセントから約５体積パーセントを占める。焼結助剤の好ましい範囲は、出発粉末混合物の約０．１体積パーセントから約１．５体積パーセントの間である。出発粉末混合物中の焼結助剤のさらに好ましい量は、出発粉末混合物の約０．５体積パーセントである。セラミック基体に関して、セラミック中のアルミナの含量（体積パーセント）は、セラミック中の炭化ホウ素不定形相の含量（体積パーセント）よりも多い。セラミック中の炭化ホウ素不定形相の含量（体積パーセント）は、セラミック中のアルミナを除いて、他の成分よりも多い。
【００４８】
本出願者らは、セラミック体の稠密化の間にセラミック中の炭化ホウ素との明らかな反応を受けることなく（本発明のセラミック切削インサートの）金属切削性能特性を改善するために有効な量で他の添加剤を添加できると考える。この点に関して、これらの添加剤は、ジルコニウムおよび／またはハフニウムの酸化物およびセラミックウィスカー（例えば、炭化珪素ウィスカー、炭化チタンウィスカー、窒化チタンウィスカーおよび炭窒化チタンウィスカー）の１以上を含む。
【００４９】
一つの組成範囲において、ホットプレス法により製造された基体は約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの炭化ホウ素不定形相および少なくとも約５０体積パーセントアルミナおよび焼結助剤残留物を含む。ホットプレス法により製造されるセラミック基体のもう一つ別の組成範囲において、セラミック切削インサートの基体は約１５体積パーセントから約３５体積パーセントの間の炭化ホウ素不定形相および約６５体積パーセントから約８５体積パーセントのアルミナおよび焼結助剤残留物を含む。ホットプレス法により製造されるセラミック基体のさらにもう一つ別の組成範囲において、セラミック切削インサートの基体は、約２０体積パーセントから約３０体積パーセントの炭化ホウ素不定形相および約７０体積パーセントから約８０体積パーセントの間のアルミナおよび焼結助剤残留物を含む。ホットプレス法により製造されるセラミック基体のさらにもう一つ別の組成において、基体は約２５体積パーセントの炭化ホウ素不定形相および約７５体積パーセントのアルミナおよび焼結助剤残留物を含む。
【００５０】
セラミック切削インサートのホットプレスされたセラミック基体（またはセラミック体）はある物理的性質を示す。これらの物理的性質はヤング率（Ｅ）、破壊靱性（ＫIC）およびビッカーの微小硬さを含む。これらの性質の値を以下に記載する。
【００５１】
ホットプレスされたセラミック体の一つの実施形態において、破壊靱性（ＫIC、１８．５ｋｇロード  Ｅｖａｎｓ＆Ｃｈａｒｌｅｓ）は約４．５ＭＰａ・ｍ1/2以上である。ホットプレスされたセラミック体のもう一つ別の実施形態において、破壊靱性（ＫIC、１８．５ｋｇロード  Ｅｖａｎｓ＆Ｃｈａｒｌｅｓ）は約５．０ＭＰａ・ｍ1/2以上である。ホットプレスされたセラミック体のもう一つ別の実施形態において、破壊靱性（ＫIC、１８．５ｋｇロード  Ｅｖａｎｓ＆Ｃｈａｒｌｅｓ）は約５．５ＭＰａ・ｍ1/2以上である。ホットプレスされたセラミック体のさらにもう一つ別の実施形態において、破壊靱性（ＫIC、１８．５ｋｇロード  Ｅｖａｎｓ＆Ｃｈａｒｌｅｓ）は約６．０ＭＰａ・ｍ1/2以上である。
【００５２】
ホットプレスされたセラミック体の一つの実施形態において、ヤング率（ＡＳＴＭ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｅ１１１−９７、ヤング率、接線係数およびコードモジュラスについての標準試験法）は約３００ＧＰａ以上である。ホットプレスされたセラミック体のもう一つ別の実施形態において、ヤング率は約３５０ＧＰａ以上である。ホットプレスされたセラミック体のさらにもう一つ別の実施形態において、ヤング率は約４００ＧＰａ以上である。
【００５３】
ホットプレスされたセラミック体の一つの実施形態において、ビッカーズ微小硬さ（ＡＳＴＭ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｅ３８４−９９ｅ１、材料の微小圧入硬さについての標準的試験法、１８．５ｋｇロード）は約１７ＧＰａ以上である。ホットプレスされたセラミック体のもう一つ別の実施形態において、ビッカーズ微小硬さは約１８ＧＰａ以上である。ホットプレスされたセラミック体のさらにもう一つ別の実施形態において、ビッカーズ微小硬さは約１９ＧＰａ以上である。
【００５４】
セラミック体（ホットプレス後）は、１立方センチメートルあたり約３．６グラム以上の密度を有する。これは約２５体積パーセントの炭化ホウ素不定形相および約７５体積パーセントのアルミナおよび焼結助剤残留物を含む組成物についての理論密度の約９９．７パーセント以上である密度に等しい。
【００５５】
図１の具体的な実施形態はコーティングされていないインデックス可能な（ｉｎｄｅｘａｂｌｅ）セラミック切削インサートの基体の形態をとるセラミック体であるが、本出願者らは、セラミック体はセラミック切削インサートの基体として以外の用途を有すると考える。この点に関して、セラミック体は、インデックス可能なセラミック切削インサートを含むコーティングされたセラミック切削インサートの基体としての用途を有し得る。加えて、セラミック体は摩耗部材としての用途も有し得る。摩耗部材の例としては、ショットブラスト用および研磨ウォータージェット用ノズルが挙げられる。
【００５６】
前述のように、セラミック体を製造するための一つの有用な技術はホットプレスであり、以下に記載する実施例の幾つかに関して、ホットプレスは好ましい方法である。しかしながら、前述したように、本出願者らは、ある添加剤が使用される場合に、完全密度まで焼結する方法により、満足できる密度、並びに他の所望の特性を有する、許容できるセラミック体が得られることを見出した。この点に関して、好ましい完全密度まで焼結する方法は、無加圧焼結とそれに続く熱間静水圧成形（ＨＩＰｉｎｇ）を含む。
【００５７】
一般に、ホットプレス法は、以下に記載されるような工程を含む。第一工程は、出発粉末混合物を提供することを含み、ここで、出発粉末混合物は、本特許出願において記載された本発明により想定される組成範囲の一つに含まれる組成を有する。出発粉末混合物の基本的成分は、大部分のアルミナ粉末と、少量の炭化ホウ素粉末、および少量（例えば、約０．５体積パーセント）の焼結助剤あるいは場合によっては、もう一つ別の前記のような添加剤（例えば、ジルコニウムおよび／またはハフニウムの酸化物および／またはセラミックウィスカー、例えば、炭化珪素ウィスカー、炭化チタンウィスカー、窒化チタンウィスカーおよび炭窒化チタンウィスカー）である。焼結助剤は、セラミックの焼結助剤としての使用に適する１以上の材料を含むことができる。焼結助剤の例としては、酸化物、例えば、酸化クロム、酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、酸化イッテルビウム、酸化ランタン、および他の希土類酸化物が挙げられる。
【００５８】
ホットプレス法の第二の工程は、出発粉末混合物を圧力下でホットプレスし、加熱してセラミック体を形成することを含む。ホットプレス条件は、一般に、ホットプレス温度、ホットプレス圧力およびホットプレスプロセスの期間により規定される。ホットプレスパラメータに関して、ホットプレス温度は約セ氏１４００度から約セ氏１８５０度の間の１つの範囲、ならびに約セ氏１４００度から約セ氏１７００度の間のより狭い範囲を有する。ホットプレス圧力は約２０ＭＰａから約５０ＭＰａの間の範囲を有する。ホットプレス期間は約２０分から約９０分の間の範囲を有する。ホットプレス法は、真空（すなわち、約１００マイクロメートル水銀柱以下の圧力）または不活性気体雰囲気下で行うことができる。
【００５９】
ホットプレス法は、破壊靱性（ＫIC、１８．５Ｋｇロード  Ｅ＆Ｃ）、ヤング率およびビッカーズ硬さを含む物理的特性を示すセラミック体を製造する。これらの特性の典型的な値は本特許出願において記載されている。
【００６０】
選択された物理的特性（例えば、ヤング率、ビッカーズ微小硬さおよび破壊靱性（ＫIC）、ならびに金属切削性能を決定するための試験は、アルミナ−炭化ホウ素不定形相セラミック切削インサートの具体例の性能を標準的切削インサートの性能に対して比較するためにセラミック体の具体例（またはサンプル）に関して行われた。物理的特性および金属切削性能を決定するための試験の対象であるアルミナ−炭化ホウ素不定形相セラミック切削インサートを製造するために用いられたプロセスの工程を以下に記載する。
【００６１】
サンプルにおいて用いられた特定の粉末に関して、ほとんどの例に関して、炭化ホウ素粉末（塊状の角張った形状を有する）はエレクトロ・アブレイシブズ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ）（１４２１８ニューヨーク州バッファロー、ウィレットロード７０１（７０１  Ｗｉｌｌｅｔ  Ｒｏａｄ，Ｂｕｆｆａｌｏ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  １４２１８）で営業）によりＦ８００の呼称で販売されており、ここで、この粉末は次の特性を有する：約１５マイクロメートルに等しい中央粒子サイズ、１．５ｍ2／グラムに等しい表面積（ＢＥＴにより測定）、０．６４重量パーセントに等しい酸素含量、合計ホウ素含量＝７７．５重量％、合計炭素含量＝２１．５重量％、鉄＝０．２重量％、および合計Ｂ＋Ｃ含量＝９８重量％。エレクトロ・アブレイシブズ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｒａｓｉｖｅｓ）により販売されている炭化ホウ素粉末についての追加の情報は、ウェブサイト：ｈｔｔｐ：／ｗｗｗ．ｅｌｅｃｔｒｏａｂｒａｓｉｖｅｓ．ｃｏｍ／ｂ４Ｃ．ｈｔｍｌより入手可能である。
【００６２】
他の種類の炭化ホウ素粉末（表１において「ＨＰ」と表示される）は、グレード（Ｇｒａｄｅ）ＨＰという呼称で、０２４６１  ＭＡ、ニュートン、インダストリアル・プレース４５（４５  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｌａｃｅ，Ｎｅｗｔｏｎ，ＭＡ  ０２４６１）のエイチ・シー・スターク社（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ，Ｉｎｃ）により販売されていた。グレードＨＰ炭化ホウ素粉末は次の化学特性を有する。Ｂ：Ｃ比＝３．８〜３．９、最低２１．８重量％炭素、最大０．７％窒素、最大１．０重量％酸素、最大０．０５重量％鉄、最大０．１５重量％珪素、最大０．０５重量％アルミニウム、および最大０．５重量％の他の成分。グレードＨＰ炭化ホウ素粉末は次の物理的特性を有する。比表面積（ＡＳＴＭ  Ｄ３６６３に従ったＢＥＴによるＴＲＩＳＴＡＲ３０００）＝６〜９ｍ2／グラム、グリーン密度（１０3ｋｇ／ｃｍ2）＝１．５〜１．７ｇ／ｃｍ2、粒子サイズ分布の典型的な値（ＡＳＴＭ  Ｂ８２２に従ったレーザー光回折によるＭＡＳＴＥＲＳＩＺＥＲ、分析前に高エネルギー超音波で微粒子化）＝Ｄ９０＝６．５マイクロメートル、Ｄ５０＝２．５マイクロメートル、Ｄ１０＝０．４マイクロメートル。前記化学特性および物理的特性はウェブサイトｈｔｔｐ：／ｗｗｗ．ｈｃｓｔａｒｃｋ．ｃｏｍから入手可能であり、Ｈ．Ｃ．ＳｔａｒｃｋデータシートナンバーＰＤ−４０１２に記載されている。
【００６３】
アルミナ粉末は、バイコウスキー・インターナショナル（Ｂａｉｋｏｗｓｋｉ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）（２８２７３ノースカロライナ州シャーロット、ウェイスティングハウス通り３５２（３５２  Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ  Ｂｌｖｄ．，Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ，Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ  ２８２７３）に事務所を有する）によりＳＭ８の名称で販売されたものであり、ここで、粉末は次の特性を有する。ＢＥＴ比表面積＝１０ｍ2／グラム、アルファ結晶構造、アルファ結晶サイズ／ＸＲＤ＝５０ナノメートル（ｎｍ）、最高粒子サイズ（ｕｌｔｉｍａｔｅ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｉｚｅ）／ＴＥＭ＝４００ナノメートル（ｎｍ）、および９９．９９パーセントを超える純度。凝集体サイズ分布／セジグラフ（ｓｅｄｉｇｒａｐｈ）は、Ｄ２０＝０．２マイクロメートル、Ｄ５０＝０．３マイクロメートル、Ｄ９０＝０．７マイクロメートルである。ＳＭ８アルミナ粉末に関するこの情報は、ウェブサイト：ｈｔｔｐ：／ｗｗｗ．ｂａｉｋｏｗｓｋｉ．ｃｏｍから入手可能である。
【００６４】
もう一つ別の種類のアルミナ粉末が少なくとも一つの他の実施例において用いられており、これは、「ＨＰＡ−０．５」の名称で、８５７０６アリゾナ州タクソン、サウス・コルブ・ロード７８００（７８００  Ｓｏｕｔｈ  Ｋｏｌｂ  Ｒｏａｄ，Ｔｕｃｓｏｎ，Ａｒｉｚｏｎａ  ８５７０６）に事務所を有するサソール北アメリカ社（Ｓａｓｏｌ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．）のセラロックス部門（Ｃｅｒａｌｏｘ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）により販売されているアルミナ粉末であった。ＨＰＡ−０．５アルミナ粉末は次の特性を有する。純度＝９９．９９重量パーセント、表面積＝９．０ｍ2／グラム：グリーン密度＝２．１９グラム／立方センチメートル、および粒子サイズ分布Ｄ９０＝１．２マイクロメートル、Ｄ５０＝０．４マイクロメートルおよびＤ１０＝０．２マイクロメートル。この特性およびＨＰＡ−０．５アルミナ粉末についての追加の情報はウェブサイト：ｈｔｔｐ：／ｗｗｗ．ｃｅｒａｌｏｘ．ｃｏｍ／Ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／ＰＤＦ  ｆｉｌｅｓ／ＴＤＳ−ｃｅｒａｍｉｃｐｏｗｄｅｒｓ．ｐｄｆで入手可能である。
【００６５】
焼結助剤について、酸化イットリウム粉末はモリーコープ社（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ  Ｉｎｃ．）（９７３６６カリフォルニア州マウンテン・パス、ベイリーロード６７７５０（６７７５０  Ｂａｉｌｅｙ  Ｒｏａｄ，Ｍｏｕｎｔａｉｎ  Ｐａｓｓ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  ９７３６６）に事務所を有する）により販売されたものであり、ここで粉末は次の特性を有していた。表面積＝１．８ｍ2／グラム、粒子サイズ（Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ  ｄ５０）＝３〜６マイクロメートル（μｍ）、および純度は９９．０パーセントより高い。酸化イッテルビウム粉末は、モリーコープ社（ＭｏｌｙＣｏｒｐ  Ｉｎｃ．）からＹｂ2Ｏ3９９％の呼称で販売されたものであり、次の特性を有する。粒子サイズ（ＦＡＰＳ）最大３μｍおよび純度９９パーセント超。酸化ランタン粉末はモリーコープ社（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ  Ｉｎｃ．）によりＬａ2Ｏ3９９．９９％の呼称で販売されたものであり、次の特性を有する。粒子サイズ（ＦＡＰＳ）５〜１０μｍ最大および純度９９．９パーセント超。ＹＡＧ粉末は、セラック社（Ｃｅｒａｃ  Ｉｎｃ．）（５３２０１−１１７８ウィスコンシン州、ミルウォーキー、私書箱１１７８で営業）によりＹ−２０００の呼称で販売されたものであり、次の特性を有する。式はＹ3Ａｌ5Ｏ12、平均粒子サイズ−３２５メッシュ、純度９９．９パーセント超。
【００６６】
無加圧焼結セラミック体と組み合わせて用いられた他の粉末成分がある。これらの粉末成分を以下でさらに詳細に説明する。
【００６７】
出発粉末混合物を製造するために、アルミナおよび炭化ホウ素の出発粉末および焼結助剤の混合物を、約３６時間の間、アルコール中で高純度アルミナサイクロイドを用いてボールミル粉砕に付した。ボールミル粉砕の完了後、粉末混合物を乾燥した。
【００６８】
具体例の最初のグループのすべてについて、出発粉末混合物のそれぞれをホットプレスしてセラミック体を形成した。特に反対の記載がない限り、具体例の第一グループのすべてについて、ホットプレスはグラファイトダイおよびグラファイトラムを用いて行われ、ホットプレスパラメータは約セ氏１６５０度の温度で約１時間の期間、約３５ＭＰａの圧力下であった。セラミック体を次いで仕上げ研削して、以下に記載する金属切削試験において用いられるアルミナ−炭化ホウ素不定形相セラミック切削インサートの構造を形成した。セラミック切削インサートの構造を表のそれぞれに記載する。
【００６９】
以下の表１は、以下に記載する表に含有される多くの組成についての出発粉末組成を記載する。
【００７０】
【表１】
2008537703.tif 000003
【００７１】
本明細書において前記の表１は、金属切削試験、および物理的特性についての試験に付されたホットプレスされたセラミック切削インサートのサンプルの組成を提供し、ここで、試験結果は本特許出願中の表中に記載されている。組成は、出発粉末混合物の体積パーセントで報告されている。セラロックス（Ｃｅｒａｌｏｘ）ＨＰＡ−０．５アルミナ粉末を使用するサンプルＡＡ３０１−０１３を除いて、これらのサンプルはすべて本明細書において先に記載したＳＭ８アルミナ粉末を使用した。炭化ホウ素粉末についての「Ｆ８００」という表示は、炭化ホウ素粉末が本明細書で先に記載したエレクトロ・アブレイシブズ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｒａｓｉｖｅｓ）から得たＦ８００炭化ホウ素粉末であったことを意味する。炭化ホウ素粉末についての「ＨＰ」という表示は、炭化ホウ素粉末が、前記のエイチ・シー・スターク（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）から得たＨＰ炭化ホウ素粉末であったことを意味する。
【００７２】
本明細書において記載される表２は、ＡＳＴＭ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｅ１１１−９７によるヤング率の測定結果（ここで、結果はギガパスカル（ＧＰａ）で報告される）、ＡＳＴＭ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｅ３８４−９９ｅ１によるビッカーズ微小硬さ（１８．５ｋｇロード）（ここで結果はギガパスカル（ＧＰａ）で報告される）、およびエバンス・アンド・チャールズ（Ｅｖａｎｓ  ＆  Ｃｈａｒｌｅｓ）に従って１８．５ｋｇロードを用いて測定され、ＭＰａｍ1/2で報告される破壊靱性（ＫIC）を示す。
【００７３】
【表２】
2008537703.tif 000004
【００７４】
図２は、表１に記載される出発組成および表２に記載される室温特性を有するサンプルＣＡ３４０−５８のホットプレスされたセラミック体の微小構造を示すカラーの顕微鏡写真である。顕微鏡写真（図２）を見ると、本出願者らは、４つの相が図２において示されていると考える。本出願者らが炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）相であると考えるものは図２において明相として示される。本出願者らが存在すると考えるホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）相に関して、この相は走査電子顕微鏡下で見ることができるが、この光学顕微鏡写真（図２）における解像度は、この相の識別が困難になるようなものである。本出願者らは、図２において示される微小構造の残余はマトリックスを含むと考える。本出願者らは、マトリックスはアルミナ（酸化アルミニウム）相およびアルミナベースの固溶体相を含むと考え、ここで色のコントラストはこれらの相を区別する。この点に関して、本出願者らがアルミナ相であると考えるものは、図２において（他のマトリックス相に対して）色が明るい方のマトリックスの相として示され、本出願者らがアルミナベースの固溶体相と考えるものは、図２において（他のマトリックス相に対して）色が暗い方のマトリックスの相として示される。
【００７５】
図３は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）技術により作成された顕微鏡写真であって、表１に記載された組成を有するサンプルＣＡ３４０−５９のホットプレスされたセラミック体の微小構造を示すものである。顕微鏡写真（図３）を見ると、本出願者らは、４つの相が図３において示されていると考える。本出願者らが炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）相であると考えるものは、図３において暗相として示され、ここで炭化ホウ素は不規則な形状を呈している。炭化ホウ素相はその主要寸法で、約６マイクロメートル以下、さらに典型的には約３マイクロメートル以下であるように見える。本出願者らがイッテルビウム含有化合物（おそらくはホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6））相であると考えるものは、図３において明相として示される。本出願者らは図３において示される微小構造の残余はマトリックスを含むと考える。本出願者らは、マトリックスはアルミナ（酸化アルミニウム）相およびアルミナベースの固溶体相を含み、ここで色のコントラストがこれらの相を区別する。この点に関して、本出願者らがアルミナ相であると考えるものは、図３において（他のマトリックス相に対して）色が明るい方のマトリックスの相として示され、本出願者らがアルミナベースの固溶体相と考えるものは図３において（他のマトリックス相に対して）色が暗い方のマトリックスの相として示される。
【００７６】
以下に記載される表３は、延性鋳鉄（８０−５５−０６）の清浄な丸棒を旋削させた結果を記載し、ここで、これらの結果は、本発明のホットプレスされたセラミック切削インサート（出発粉末組成が表１に記載されているサンプルＡＡ３０１−０１３として表示）と多くの比較切削インサート間での比較を示す。本発明のセラミック切削インサート（サンプルＡＡ３０１−０１３）は、約２５体積パーセントの炭化ホウ素不定形相、約７４．５体積パーセントアルミナ、および出発粉末混合物中の約０．５体積パーセントのイットリア焼結助剤からの焼結剤残留物の組成を有する。比較切削インサートＫ０９０は、約３０体積パーセント炭化チタンおよび残余（７０体積パーセント）アルミナを含む組成を有する。比較インサートＫ１６１５は、７５体積パーセントアルミナ−２５体積パーセント炭窒化チタンを含む組成を有する。表中ＬＡ１７／０２の表示を有する切削インサートは７５体積パーセントアルミナ−２５体積パーセント炭窒化チタンの組成を有する。ＣＢ３４７−２１６の表示を有する切削インサートは４２体積パーセントアルミナ−４３体積パーセント炭窒化チタン−１５体積パーセント炭化珪素ウィスカーの組成を有する。アルミナ−ＳｉＣウィスカーの表示を有する切削インサートは、約１５体積パーセント炭化珪素ウィスカーおよび残余（約８５体積パーセント）アルミナの組成を有する切削インサートである。比較切削インサートＫＹＯＮ３４００は化学蒸着（ＣＶＤ）コーティングされた窒化珪素基体である。
【００７７】
この金属切削試験は、延性鋳鉄８０−５５−０６の清浄な丸棒の旋削を含んでいた。旋削パラメータは、１５００表面フィート／分（４５７表面メートル／分）の速度、０．０１５インチ（０．３８ミリメートル）／回転のフィード、および０．１００インチ（２．５４ミリメートル）ｄ．ｏ．ｃ．の切り込みの深さであった。金属切削は乾燥、すなわち、冷却剤なしであった。切削インサートの構造は以下の表３に記載され、ここで、切削インサートのすべてについてリード角度は１５度であった。この構造は、切削ツール−インデックス可能なインサートについての米国標準規格−同定システムＡＮＳＩ  Ｂ２１２．４−１９８６に従って同定される。この試験についての破壊基準は次の通りである。逃げ面摩耗（ＵＮＩＦ）＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）、逃げ面摩耗（ＭＡＸ）＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）、ノーズ摩耗＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）、および後縁摩耗＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）。
【００７８】
【表３】
2008537703.tif 000005
【００７９】
表３の左側から２番目の列において記載されたインサートの表示から分かるように、切削インサートの幾つかについてのサイズ、構造およびエッジ加工は異なっていた。本出願者らの経験に基づくと、また追加の試験により後に立証されるように、試験された切削インサート間のサイズ、構造およびエッジ加工における差は、試験結果に有意な影響を及ぼさなかった。従って、本出願者らは、表３において記載された試験結果は、本発明の切削インサートと他の切削インサート間の公正な比較を含むと考える。
【００８０】
これらの試験結果から、本発明のホットプレスされたセラミック切削インサート（サンプルＡＡ３０１−０１３）は、多くの他の先行技術のセラミック切削インサートと比較して、１５００ｓｆｍ（４５７ｓｍｍ）に等しい速度で切削する場合に、優れた工具寿命を示したことが分かる。さらに詳細には、本発明は、比較切削インサートと比較して、優れたクレータ摩耗およびノーズ摩耗耐性を示した。クレータ摩耗およびノーズ摩耗耐性は、高速（例えば、１５００ｓｆｍ（４５７ｓｍｍ）に等しい速度）で切削（例えば、旋削）する場合、工具寿命を制御する重要な因子である。言い換えれば、高速（例えば、１５００ｓｆｍ（４５７ｓｍｍ））に等しい速度）で切削（例えば、旋削）する場合、クレータ摩耗およびノーズ摩耗耐性が良好であるほど、セラミック切削インサートの工具寿命が長くなる。
【００８１】
以下に記載する表４は、延性鋳鉄（８０−５５−０６）の清浄な丸棒の旋削から得られた結果を記載し、ここで、結果は、本発明のホットプレスされたセラミック切削インサート（サンプルＣＡ３４０−６７として表示）および比較切削インサート（ＫＹＯＮ３４００）間の比較を示す。サンプルＣＡ３４０−６７は、約２４．９体積パーセントの炭化ホウ素不定形相、約７４．６体積パーセントのアルミナ、および約０．５体積パーセントに等しい焼結助剤の出発粉末含量からのものである焼結助剤（イッテルビア）残留物の組成を有する。旋削パラメータは次の通りであった。２０００表面フィート／分（６０９．６表面メートル／分）の速度、１回転あたり０．０１５インチ（０．３８ミリメートル）のフィード、および０．１００インチ（２．５４ミリメートル）ｄ．ｏ．ｃ．の切り込みの深さ。金属切削は乾燥、すなわち冷却剤なしであった。切削インサートの構造は以下の表４に記載され、ここで、すべての切削インサートについてのリード角は１５度であった。この試験の破壊基準は次の通りである。逃げ面摩耗（ＵＮＩＦ）＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）、逃げ面摩耗（ＭＡＸ）＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）、ノーズ摩耗＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）、および後縁摩耗＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）。
【００８２】
【表４】
2008537703.tif 000006
【００８３】
本発明のホットプレスされたセラミック切削インサート（サンプルＣＡ３４０−６７）は比較グレード（ＫＹＯＮ３４００）の切削インサートよりも著しく性能が優れていた。本出願者らは、この性能における改善は、本発明のセラミック切削インサートによりもたらされる、より高速な（例えば、２０００ｓｆｍ（６１０ｓｍｍ））切削速度での優れた化学摩耗耐性によると考え、このようなより高い切削速度で、化学摩耗は工具寿命に対して多大な影響を及ぼす（すなわち支配する）。
【００８４】
さらなる金属切削試験結果は、本発明のセラミック切削インサートの特定のサンプルの性能を示す。これらの試験結果を以下に記載する。
【００８５】
速度を除いて、表５および６に記載される試験のそれぞれは次のパラメータで行われた。０．０１５インチ（０．３８１ミリメートル）のフィード、０．１００インチ（２．５４ｍｍ）の切り込みの深さ（ＤＯＣ）、および冷却剤：乾燥。表５において記載された試験の速度は１５００フィート／分（４５７メートル／分）であり、表６において記載された試験の速度は２０００フィート／分（６１０メートル／分）であった。試験のそれぞれについて、切削インサートの構造は、−５度リード角を有するＳＮＧ４３３Ｔ０８２０スタイルの切削インサートであった。被加工物材料は延性鋳鉄（８０−５５−０６）の清浄な丸棒であった。表５および６において記載されるこれらの試験についての破壊基準は次の通りであった。逃げ面摩耗（ＵＮＩＦ）＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）、逃げ面摩耗（ＭＡＸ）＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）、ノーズ摩耗＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）、および後縁摩耗＝０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）。
【００８６】
【表５】
2008537703.tif 000007
【００８７】
前記表５において、「ＦＷ」という表示は、インチで記録された平均逃げ面摩耗を意味し、「ＭＷ」はインチで記録された平均最大逃げ面摩耗を意味し、「ＮＷ」はインチで記録された平均ノーズ摩耗を意味し、「ＴＷ」はインチで記録された平均後縁摩耗を意味する。平均工具寿命は分で記録されている。
【００８８】
前記表５において示される試験結果を参照すると、大部分では、本発明のホットプレスされたセラミック切削インサートはＫＹＯＮ３４００セラミック切削インサートよりも性能が優れていた。ＫＹＯＮ３４００切削インサートは市販の切削インサートであって、延性鋳鉄の旋削における使用について十分許容されるものである。さらに詳細には、ＫＹＯＮ３４００切削インサートの平均工具寿命の約８９．２パーセントに等しい平均工具寿命を有するインサート番号３（サンプルＣＡ３４０−６２）を除いて、セラミック切削インサートはすべて改善された平均工具寿命を示した。この点に関して、インサート番号２（サンプルＣＡ３４０−３０）はＫＹＯＮ３４００切削インサートの平均工具寿命の約１２１．４パーセントに等しい平均工具寿命を有し、インサート番号４（サンプルＣＡ３４０−５７）はＫＹＯＮ３４００切削インサートの平均工具寿命の約１２８．６パーセントに等しい平均工具寿命を有し、インサート番号５（サンプルＣＡ３４０−５８）はＫＹＯＮ３４００切削インサートの平均工具寿命の１２５パーセントに等しい平均工具寿命を有し、酸化ランタン焼結助剤を使用したインサート番号６（サンプルＣＡ３４０−６３）はＫＹＯＮ３４００切削インサートの平均工具寿命の約１３２．１パーセントに等しい平均工具寿命を有した。
【００８９】
インサート番号２およびインサート番号３の試験結果の比較に基づくと、Ｆ８００炭化ホウ素（エレクトロ・アブレイシブズ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｒａｓｉｖｅｓ）から入手）を使用するセラミック切削インサートはＨＰ炭化ホウ素（エイチ・シー・スターク（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）から入手）を使用したセラミック切削インサートよりも良好な結果（すなわち、より長い平均工具寿命）を有した。
【００９０】
焼結助剤としてイットリアを使用するアルミナ−炭化ホウ素不定形相セラミック切削インサート（すなわち、インサート番号２）の試験結果を、他の焼結助剤を使用するアルミナ−炭化ホウ素不定形相セラミック切削インサートに対して比較すると、これらの他の焼成助剤（すなわち、ＹＡＧ、イッテルビウムおよびＬａ2Ｏ3）は、より長い平均工具寿命の形態で改善された結果をもたらしたことが分かる。
【００９１】
図４Ａおよび５Ａは、比較インサート番号１および本発明のホットプレスされた切削インサート（サンプルＣＡ３４０−５８）間の逃げ面摩耗特性の比較を示す。さらに詳細には、図４Ａは、比較インサート番号１［ＫＹＯＮ３４００］の逃げ面のカラー写真（３０×に等しい倍率）であり、表５において記載された試験の完了（６分間）後の切削インサート上の逃げ面摩耗の性質を示す。図５Ａは、サンプルＣＡ３４０−５８の逃げ面のカラー写真（３０×に等しい倍率）であり、表５において記載された試験の完了（６分間）後の切削インサート上の逃げ面摩耗の性質を示す。図４Ａおよび５Ａにおいて示される切削インサートの調査から、本発明のホットプレスされたセラミック切削インサートは、当分野の比較切削インサート（比較インサート番号１）が受けるより少ない逃げ面摩耗を受け、より均一な逃げ面摩耗を受けたことは明らかである。
【００９２】
図４Ｂおよび５Ｂは、比較インサート番号１および本発明のホットプレスされた切削インサート（サンプルＣＡ３４０−５８）間のクレータ摩耗特性の比較を示す。さらに詳細には、図４Ｂは、比較インサート番号１［ＫＹＯＮ３４００］のすくい面のカラー写真（３０×に等しい倍率）であり、表５において示される試験の完了（６分）後の切削インサート上のクレータ摩耗の性質を示す。図５Ｂは、サンプルＣＡ３４０−５８のすくい面のカラー写真（３０×に等しい倍率）であり、表５において示される試験の完了（６分）後の切削インサート上のクレータ摩耗の性質を示す。図４Ｂおよび５Ｂの調査から、本発明のホットプレスされたセラミック切削インサート（サンプルＣＡ３４０−５８）は当分野の切削インサート（比較インサート番号１）が受けるよりも少ないクレータ摩耗を受けたことは明らかである。
【００９３】
金属切削試験から、本発明のホットプレスされたセラミック切削インサートがさらに高い切削速度、例えば、２０００ｓｆｍ（６１０ｓｍｍ）のオーダーであっても、より良好な性能（すなわち、工具寿命）を示すことも分かる。この点に関して、以下の表６は、表６において示される構造（ＳＮＧ−４３３Ｔ０８２０）の切削インサートにより説明されるパラメータ（２０００ｓｆｍ（６１０ｓｍｍ）に等しい速度を含む）での延性鋳鉄の旋削についての結果を記載する。表６において示される結果から分かるように、本発明の切削インサートはＫＹＯＮ３４００切削インサートよりもずっと長い平均工具寿命を示す。さらに詳細には、インサート番号２（サンプルＣＡ３４０−３０）は、Ｆ８００炭化ホウ素を使用するアルミナ−炭化ホウ素不定形相セラミック切削インサートであり、ＫＹＯＮ３４００セラミック切削インサートの平均工具寿命の２４４パーセントに等しい平均工具寿命を有した。インサート番号５（サンプルＣＡ３４０−５８）は、焼結助剤としてイッテルビアを使用するアルミナ−炭化ホウ素不定形相セラミック切削インサートであり、ＫＹＯＮ３４００セラミック切削インサートの平均工具寿命の２９２パーセントの平均工具寿命を有した。
【００９４】
【表６】
2008537703.tif 000008
【００９５】
金属切削試験Ｔ１０９１９（以下の表６）において示されるように、回転速度を１５００ｓｆｍ（４５７ｍ／分）から２０００ｓｆｍ（６１０ｍ／分）まで増大させる場合、ＫＹ３４００の性能は、かなり低下し、一方、アルミナ−炭化ホウ素複合体の性能に対する速度の影響はあまり顕著でなかった。焼結助剤として酸化ランタンを使用する切削インサート（サンプルＣＡ３４０−６３）はＫＹＯＮ３４００切削インサートの平均工具寿命の２倍を超える平均工具寿命を有した（すなわち、５．５分対２．５分）。
【００９６】
以下に記載する特定の例は、特に異なるプロセスにより製造されると記載されない限り、完全密度まで焼結するプロセスにより製造され、ここで、好ましい完全密度までの焼結プロセスは、まず無加圧焼結し、次いでＨＩＰｉｎｇすることを含む。出発粉末混合物がアルミナを使用する限り、アルミナ粉末はバイコウスキー・インターナショナル（Ｂａｉｋｏｗｓｋｉ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）により販売されているＳＭ８酸化アルミニウムであった。炭化ホウ素を使用する例に関して、炭化ホウ素粉末は、エレクトロ・アブレイシブズ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ）により販売されているＦ８００であった。イッテルビアを使用する例に関して、酸化イッテルビウムは先の実施例により使用され、モリーコープ社（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ  Ｉｎｃ．）により販売されているものと同じであった。
【００９７】
完全密度までの焼結プロセスにより製造される具体例は、出発粉末混合物中同様の追加の粉末を使用した。これらの粉末を以下に記載する。
【００９８】
酸化ジルコニウム粉末はトーソー・ユーエスエー社（ＴＯＳＯＨ  ＵＳＡ，ＩＮＣ（米国４３１２３ＯＨ、グローブシティー、ガンツロード３６００（３６００  Ｇａｎｔｚ  Ｒｏａｄ，Ｇｒｏｖｅ  Ｃｉｔｙ，ＯＨ４３１２３  ＵＳＡ）、ＵＳＡ無料電話：８６６−８４４−６９５３  ファックス：＋１−６１４−８７５−８０６６、ｅ−ｍａｉｌ：ｉｎｆｏ＠ｔｏｓｏｈｕｓａ．ｃｏｍ）により、ＴＺ−６Ｙの名称で販売され、次の特性を有する。６％モル％Ｙ2Ｏ3および比表面積１６ｍ2／ｇ。
【００９９】
アルミニウム粉末は、アトランティック・エクイプメント・エンジニアズ（ＡＴＬＡＮＴＩＣ  ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ  ＥＮＧＩＮＥＥＲＳ（０７６２１  ＮＪ、バーゲンフィールド、フォスターストリート１３（１３  Ｆｏｓｔｅｒ  Ｓｔｒｅｅｔ，Ｂｅｒｇｅｎｆｉｅｌｄ，ＮＪ  ０７６２１）、電話：（８００）４８６−２４３６または（２０１）３８４−５６０６  ファックス：２０１−３８７−０２９１、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｎｍｅｔａｌｓ．ｃｏｍ）により、ＡＬ−１０４の名称で販売され、次の特性を有する。球状粉末、９９．９％純度、１〜３ミクロンのＰＳＤ。
【０１００】
カーボンブラックは典型的には多くの供給源から入手可能である。例えば、コロンビアン・ケミカルズ社（Ｃｏｌｕｍｂｉａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ）（３００６２−２２５３ジョージア、マリエッタ、ウェスト・オーク・コモンズ・コート１８００（１８００  Ｗｅｓｔ  Ｏａｋ  Ｃｏｍｍｏｎｓ  Ｃｏｕｒｔ，Ｍａｒｉｅｔｔａ，Ｇｅｏｒｇｉａ  ３００６２−２２５３）電話：７７０−７９２−９４００）により供給されるカーボンブラックレイブン（Ｒａｖｅｎ）４１０。レイブン（Ｒａｖｅｎ）４１０は１０１ｎｍの平均粒子サイズ、２６ｍ2／ｇのＮＳＡ表面積および０．７％揮発物質を有する。
【０１０１】
具体例はどれもマグネシウムまたは亜鉛またはハフニウムの酸化物を含有しないが、本出願者らは、適当なマグネシウム、亜鉛およびハフニウムの酸化物粉末は、アトランティック・エクイプメント・エンジニアズ（ＡＴＬＡＮＴＩＣ  ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ  ＥＮＧＩＮＥＥＲＳ（０７６２１  ＮＪ、バーゲンフィールド、フォスターストリート１３（１３  Ｆｏｓｔｅｒ  Ｓｔｒｅｅｔ，Ｂｅｒｇｅｎｆｉｅｌｄ，ＮＪ  ０７６２１）、電話：（８００）４８６−２４３６または（２０１）３８４−５６０６  ファックス：２０１−３８７−０２９１、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｎｍｅｔａｌｓ．ｃｏｍ）から入手可能であると理解している。
【０１０２】
以下の例に関して出発粉末混合物を製造するために、アルミナおよび炭化ホウ素の出発粉末および焼結助剤の混合物を、高純度アルミナサイクロイドを約３６時間に等しい期間、アルコール中で使用して、ボールミル粉砕に付した。ボールミル粉砕の完了後、粉末混合物を乾燥させた。以下の表７は、表中に記載された例についての出発粉末混合物（すなわち、混合物番号）の組成（体積パーセント）を説明するものである。
【０１０３】
【表７】
2008537703.tif 000009
【０１０４】
例ＣＡ３４０−７６を、以下のパラメータによりホットプレスした。ホットプレス温度＝１５５０℃、ホットプレス圧（アルゴン中）＝２８ＭＰａ、ホットプレス期間＝６０分。
【０１０５】
以下の表８は、完全密度までの焼結プロセスにより製造され、表８において同定される本発明の例のための加工パラメータを説明する。セラミック体は、密度が理論密度の約９８％以上、好ましくは理論密度の約９９％以上である場合に「完全密度」であると考えられ、ここで理論密度は、もとの出発粉末およびそのもとの濃度に基づく。
【０１０６】
「無加圧焼結」という用語は、他の稠密化プロセスに対する相対的な意味での稠密化プロセスを説明するために用いられる相対語であり、ここで、他の稠密化プロセスでは、無加圧焼結プロセスよりも高い圧力で稠密化する。さらに高い圧力を用いる、これらの他の稠密化プロセスの例は、ホットプレス法、ガス圧焼結プロセスおよび熱間静水圧成形プロセスを含む。本明細書において記載される具体例の無加圧焼結について好ましい条件は、約０．５から約１．０ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）（メートル法では、約３．４ＫＰａから約６．９ＫＰａの間に相当する）の間の圧力で保持されたアルゴン保護雰囲気であった。しかしながら、本出願者らは、「無加圧」焼結は、不活性または還元気体雰囲気中、１気圧（７６０ｔｏｒｒ）以下の圧力を使用する焼結プロセスを含むことを意図することは明らかである。
【０１０７】
さらに、無加圧焼結プロセスにおいて、焼結温度までの好ましい加熱速度は約７５℃／分に相当し、焼結温度から室温までの好ましい冷却速度は約１００℃／分に相当するものであった。加熱速度は約５℃／分から約２５０℃／分の間であり、冷却速度は約５℃／分から約２５０℃／分の間の範囲であり得る。
【０１０８】
無加圧焼結は、約１５００℃から約１８５０℃の間で約１５分から約１８０分の間に等しい期間行われる。別法として、無加圧焼結は、約１６００℃から約１７５０℃の間に等しい温度で、約３０分から約６０分の間に等しい期間行うことができる。
【０１０９】
加工工程に関して、ボールミル粉砕工程の完了後、出発粉末混合物を加圧してグリーンＳＮＧ−４３３切削インサートブランクコンパクトにし、次いで表８において以下に記載されるパラメータに従って焼結して、焼結体を形成した。グリーン体を次いで３０，０００ｐｓｉ（２０６．９ＭＰａ）の圧力で冷間静水圧圧縮して、そのグリーン密度を増大させた。別法として、粉末混合物を、その中にブレンドされた一時的（fugitive）バインダーとともに圧縮して、冷間静水圧圧縮の必要性を回避することができた。本出願者らは、一時的バインダーを使用する場合において、この一時的バインダーは、炭素の全部または一部を供給することができ、従って、還元成分として機能することができると考える。
【０１１０】
前述のように、無加圧焼結体を次に熱間静水圧成形（ＨＩＰ）工程に付すのが好ましい。ＨＩＰｉｎｇパラメータの例を表８に記載する。例のすべてについて、熱間静水圧成形工程はアルゴン中で行われた。
【０１１１】
【表８】
2008537703.tif 000010
【０１１２】
ＨＩＰｉｎｇは約１４００℃から約１７２５℃の間に等しい温度、約３．４ＭＰａ以上の圧力で、約１５分から約１２０分の間に等しい期間行うことができる。代替法として、ＨＩＰｉｎｇは約１６００℃から約１７００℃の間に等しい温度、約５０ＭＰａ以上の圧力で、約３０分から約６０分の間に等しい期間行うことができる。
【０１１３】
表９〜１５は、前記の技術による選択された物理的特性の選択されたセラミック材料についての３つの測定の結果を示す。これらの３つの測定値を平均し、平均値を記載する。
【０１１４】
【表９】
2008537703.tif 000011
【０１１５】
例ＣＡ３４０−７６の密度は３．６７７グラム／立方センチメートルに等しく、これは理論密度の約９９．９パーセントに等しく、ここで、理論密度は特定の出発材料の組成および量に基づく。
【０１１６】
【表１０】
2008537703.tif 000012
【０１１７】
例ＣＡ３４０−８０Ｂの密度は３．７３１グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｃ）であり、これは理論密度の約１０１パーセントに等しく、ここで、理論密度は特定の出発材料の組成および量に基づく。
【０１１８】
ＣＡ３４０−８０Ｂ材料の顕微鏡写真（図６）を参照すると、この光学画像は、研磨されたサンプルの微小構造を示している。顕微鏡写真（図６）を見ると、本出願者らは４つの相が図６において示されていると考える。本出願者らが炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）相と考えるものは、図６においては明相として示される。本出願者らが存在すると考えるホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）相に関して、この相は走査電子顕微鏡下で見ることができるが、この光学顕微鏡写真（図６）の解像度は、この相の識別が困難になるようなものである。本出願者らは、図６において示される微小構造の残余はマトリックスを含むと考える。本出願者らは、マトリックスはアルミナ（酸化アルミニウム）相およびアルミナベースの固溶体相を含むと考え、ここで、色のコントラストがこれらの相を識別する。この点に関して、本出願者らがアルミナ相であると考えるものは、図６においては色が明るい方（他のマトリックス相に対して）であるマトリックスの相として示され、本出願者らがアルミナベースの固溶体相であると考えるものは図６においては色が暗い方（他のマトリックス相に対して）であるマトリックスの相として示される。光学顕微鏡写真（図６）中の暗領域は、炭化ホウ素がサンプル製造の間に引き抜かれた位置にあるようである。図７に示されるＸＲＤ分析結果は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）の存在を立証した。
【０１１９】
【表１１】
2008537703.tif 000013
【０１２０】
例ＣＡ３４０−８０Ｄの密度は３．７３６グラム／立方センチメートルに等しく、これは理論密度の約１０１パーセントに等しく、ここで理論密度は特定の出発材料の組成および量に基づく。
【０１２１】
ＣＡ３４０−８０Ｄ材料の顕微鏡写真（図８）を参照すると、この光学画像は、研磨されたサンプルの微小構造を示している。顕微鏡写真（図８）を見ると、本出願者らは４つの相が図８において示されていると考える。本出願者らが炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）相と考えるものは、図８においては明相として示される。本出願者らが存在すると考えるホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）相に関して、この相は走査電子顕微鏡下で見ることができるが、この光学顕微鏡写真（図８）の解像度は、この相の識別が困難になるようなものである。本出願者らは、図８において示される微小構造の残余はマトリックスを含むと考える。本出願者らは、マトリックスはアルミナ（酸化アルミニウム）相およびアルミナベースの固溶体相を含むと考え、ここで、色のコントラストがこれらの相を識別する。この点に関して、本出願者らがアルミナ相であると考えるものは、図８においては色が明るい方（他のマトリックス相に対して）であるマトリックスの相として示され、本出願者らがアルミナベースの固溶体相であると考えるものは図８においては色が暗い方（他のマトリックス相に対して）であるマトリックスの相として示される。光学顕微鏡写真（図８）における暗領域は、炭化ホウ素がサンプル製造の間に引き抜かれた位置にあるようである。表９に示されるＸＲＤ分析結果は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）の存在を立証した。
【０１２２】
初期Ｙｂ2Ｏ3成分はＸＲＤ分析により検出できなかった。従って、本出願者らは、イッテルビア（Ｙｂ2Ｏ3）成分はＢ4Ｃと完全に反応して、ＸＲＤ分析により検出されるホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）を形成するか、またはホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）がＸＲＤ分析により検出でき、残存する（そうであった場合の）イッテルビアがＸＲＤ分析により検出できない程度まで反応するかのいずれかであると考える。
【０１２３】
ＣＡ３４０−８７材料の顕微鏡写真（図１０）を参照すると、この光学画像は、研磨されたサンプルの微小構造を示している。顕微鏡写真（図１０）を見ると、本出願者らは４つの相が図１０において示されていると考える。本出願者らが炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）相およびホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ2）相と考えるものは、図１０においてはそれぞれ明相として示される。この点に関して、この光学顕微鏡写真の解像度は、炭化ホウ素相およびホウ化ジルコニウム相の間の識別が困難になるようなものである。本出願者らは、図１０において示される微小構造の残余はマトリックスを含むと考える。本出願者らは、マトリックスはアルミナ（酸化アルミニウム）相およびアルミナベースの固溶体相を含むと考え、ここで、色のコントラストがこれらの相を識別する。この点に関して、本出願者らがアルミナ相であると考えるものは、図１０においては色が明るい方（他のマトリックス相に対して）であるマトリックスの相として示され、本出願者らがアルミナベースの固溶体相であると考えるものは図１０においては色が暗い方（他のマトリックス相に対して）であるマトリックスの相として示される。光学顕微鏡写真（図１０）中の暗領域は、炭化ホウ素またはホウ化ジルコニウムのいずれかがサンプル製造の間に引き抜かれた位置にあるようである。表１１に示されるＸＲＤ分析結果は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ2）の存在を示す。本出願者らは、以下の化学反応が焼結の間に起こり得るという理論を立てる。
【０１２４】
４Ｂ4Ｃ（ｓ）＋５ＺｒＯ2（ｓ）→５ＺｒＢ2＋４ＣＯ（ｇ）＋６ＢＯ（ｇ）
初期ジルコニア（ＺｒＯ2）成分はＸＲＤ分析により検出できなかった。従って、本出願者らは、初期ジルコニア成分は完全にＢ4Ｃと反応して、ＸＲＤ分析により検出されるＺｒＢ2を形成するか、またはホウ化ジルコニウムがＸＲＤ分析により検出でき、残存する（そうであった場合の）ジルコニアがＸＲＤ分析により検出できない程度まで反応するかのいずれかであると考える。焼結操作後、ＸＲＤ分析により検出されたのは３つの検出可能な相のみであり、これらは、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ2）であった。
【０１２５】
【表１２】
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【０１２６】
例ＣＡ３４０−８９Ａの密度は３．７０３グラム／立方センチメートルに等しく、これは理論密度の約１００パーセントに等しく、ここで理論密度は特定の出発材料の組成および量に基づく。
【０１２７】
図１２に示されるＸＲＤ分析結果は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）の存在を示す。金属アルミニウムはＸＲＤ分析により検出できなかった。本出願者らは、金属アルミニウムは、Ｂ4Ｃ粒子上の薄いＢ2Ｏ3コーティングと反応することにより焼結の間に完全に反応して（あるいはＸＲＤ分析により検出できない程度まで反応して）、これによりアルミニウムはアルミナに変換され、一方、ホウ素が残り、これは炭素が豊富な環境と反応して、Ｂ4Ｃを形成したと考える。
【０１２８】
初期Ｙｂ2Ｏ3成分はＸＲＤ分析により検出できなかった。従って、本出願者らは、イッテルビア成分は完全にＢ4Ｃと反応して、ＸＲＤ分析により検出されるＹｂＢ6を形成したか、またはホウ化イッテルビウムがＸＲＤ分析により検出でき、残存する（そうであった場合の）イッテルビアがＸＲＤ分析により検出できない程度まで反応したかのいずれかであると考える。焼結操作後、ＸＲＤ分析により検出されたのは３つの検出可能な相のみであり、これらは、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ2）であった。
【０１２９】
【表１３】
2008537703.tif 000015
【０１３０】
例ＣＡ３４０−７４Ａの密度は３．６３３グラム／立方センチメートルに等しく、これは理論密度の約９９．９パーセントに等しく、ここで理論密度は特定の出発材料の組成および量に基づく。
【０１３１】
【表１４】
2008537703.tif 000016
【０１３２】
例ＣＡ３４０−８９Ｂの密度は３．６９５グラム／立方センチメートルに等しく、これは理論密度の約９９．９パーセントに等しく、ここで理論密度は特定の出発材料の組成および量に基づく。
【０１３３】
【表１５】
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【０１３４】
例ＣＡ３４０−７６Ａの密度は３．７１３グラム／立方センチメートルに等しく、これは理論密度の約１０１パーセントに等しく、ここで理論密度は特定の出発材料の組成および量に基づく。
【０１３５】
図１３に示されるＸＲＤ分析結果は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）の存在を示す。金属アルミニウムはＸＲＤ分析により検出できなかった。本出願者らは、金属アルミニウムは、Ｂ4Ｃ粒子上の薄いＢ2Ｏ3コーティングと反応することにより焼結の間に完全に反応して（あるいはＸＲＤ分析により検出できない程度まで反応して）、これによりアルミニウムは完全にアルミナに変換され、一方、ホウ素が残り、これは炭素が豊富な環境と反応して、Ｂ4Ｃを形成したと考える。
【０１３６】
初期Ｙｂ2Ｏ3成分はＸＲＤ分析により検出できなかった。従って、本出願者らは、イッテルビア成分は完全にＢ4Ｃと反応して、ＸＲＤ分析により検出されるＹｂＢ6を形成したか、またはホウ化イッテルビウムがＸＲＤ分析により検出でき、残存する（そうであった場合の）イッテルビアがＸＲＤ分析により検出できない程度まで反応したかのいずれかであると考える。焼結操作後、ＸＲＤ分析により検出されたのは３つの検出可能な相のみであり、これらは、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ2）であった。
【０１３７】
炭化ホウ素がその上に酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）の薄いコーティングを有することは珍しいことではない。本出願者らは、酸化ホウ素は稠密化を阻害するので、酸化ホウ素コーティングの存在は、セラミックの稠密化に有害であったと考える。本出願者らは、焼結の間に酸化ホウ素含量を減少させ、それにより炭化ホウ素を酸化損失から保護し、稠密化を促進できることが有利であると考える。
【０１３８】
具体例の幾つかにおいて、カーボンブラックが例ＣＡ３４０−８０Ｄ（０．２５体積パーセントカーボンブラック）および例ＣＡ３４０−８９Ｂ（０．７５体積パーセントカーボンブラック）において存在する。本出願者らは、焼結は炭素が豊富な環境中で起こり得るので、炭素は次の反応に従って酸化ホウ素コーティングと反応して、Ｂ4Ｃを形成することができるという理論を立てる。
【０１３９】
２Ｂ2Ｏ3（ｓ）＋７Ｃ（ｓ）→Ｂ4Ｃ（ｓ）＋６ＣＯ（ｇ）
従って、出発粉末混合物中のカーボンブラックの存在は、酸化ホウ素の還元および稠密化に有利であることは明らかである。
【０１４０】
金属アルミニウム成分は例ＣＡ３４０−８０Ｂ（０．５体積パーセント金属アルミニウム）、例ＣＡ３４０−８９Ａ（１．５０体積パーセント金属アルミニウム）、例３４０−７４Ａ（２．５０体積パーセント金属アルミニウム）、および例ＣＡ３４０−７６Ａ（２．５０体積パーセント金属アルミニウム）中に存在する。金属アルミニウムを使用するこれらの例に関して、本出願者らは、炭素含有雰囲気中で（または炭素含有成分が出発粉末混合物中に存在する場合に）焼結の間に次の反応が起こり得るという理論を立てる。
【０１４１】
２Ｂ2Ｏ3（ｓ）＋４Ａｌ（ｓ）＋Ｃ（ｇ／ｓ）→Ａｌ2Ｏ3（ｓ）＋Ｂ4Ｃ（ｓ）
実施例の幾つかから分かるように、酸化ホウ素の薄膜は焼結に際して炭素またはアルミニウムと反応して他の化合物を形成する。アルミニウムの場合、結果として得られる化合物はアルミナおよび炭化ホウ素である。炭素の場合、結果として得られる化合物は炭化ホウ素および一酸化炭素ガスである。それぞれの場合について、酸化ホウ素の還元および炭化ホウ素の産生が起こり得る。従って、アルミニウムまたは炭素は、酸化（損失）からの炭化ホウ素の保護および稠密化の援助に有効な量で存在する。
【０１４２】
本出願者らは、アルミニウム以外の金属添加剤は焼結の間の酸化損失から炭化ホウ素を保護するために機能すると考える。これらの金属添加剤は、マグネシウムおよび亜鉛を含む。炭素は多くの形態のいずれかにおいて存在し得る。形態の例は、カーボンブラックまたは有機化合物、例えば、フェノール系樹脂、ならびに一時的バインダー、例えば、ワックスである。
【０１４３】
金属添加剤（例えば、アルミニウム、マグネシウムおよび／または亜鉛）および炭素含有化合物（例えば、カーボンブラックまたは有機化合物）の出発粉末混合物中の含量に関して、一つの好ましい範囲は、出発粉末混合物の約０．０１体積パーセントから約５．０体積パーセントの間である。金属添加剤および炭素含有成分の含量のもう一つ別の好ましい範囲は、出発粉末混合物の０．０５体積パーセントから約３．０体積パーセントの間である。金属添加剤および炭素含有成分の含量のさらにもう一つ別の好ましい範囲は、出発粉末混合物の０．５０体積パーセントから約２．０体積パーセントである。
【０１４４】
ジルコニア（酸化ジルコニウム）成分は例ＣＡ３４０−８７中にある（７．５０体積パーセントジルコニア）。前述のように、本出願者らは、ジルコニアは炭化ホウ素と反応して、ホウ化ジルコニウムおよび一酸化炭素ガスおよび酸化ホウ素ガスを形成するという理論を立てる。出発粉末混合物中のジルコニアの含量に関して、一つの好ましい範囲は、出発粉末混合物の約１体積パーセントから約１５体積パーセントの間である。ジルコニアのもう一つ別の好ましい範囲は、出発粉末混合物の約６体積パーセントから約１０体積パーセントの間である。
【０１４５】
表１６は表９〜１５において示される選択された特性のまとめを記載する。
【０１４６】
【表１６】
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【０１４７】
全体として、本出願者らが、アルミナおよび炭化ホウ素不定形相、および必要に応じて、出発粉末混合物中に含有される焼結助剤からの焼結助剤残留物を含む新規かつ有用なセラミック体を発明したことは明らかである。セラミック体は摩耗部材、ならびにコーティングされていないセラミック切削インサートまたはコーティングされたセラミック切削インサートとして用いることができる。
【０１４８】
セラミック切削インサートとして用いられる場合、セラミック基体はさらに高い操作温度でも、特にさらに高い切削速度（例えば、約１５００ｓｆｍ（４５７ｓｍｍ）以上の速度、または約２０００ｓｆｍ（６１０ｓｍｍ）以上のさらに高い切削速度）に付随する温度でも、その摩耗耐性を維持する。セラミック基体は被加工材料に関して良好な化学耐性を示すこともできる。
【０１４９】
これらの改善された特性は、本発明の全体的なアルミナ−炭化ホウ素不定形相セラミック切削インサートは（延性鋳鉄の旋削における平均工具寿命により測定すると）、従来の市販のセラミック切削インサート（ＣＶＤコーティングされた窒化珪素切削インサート）よりも性能が優れていることを示す。これは、２０００ｓｆｍ（６１０ｓｍｍ）のオーダーの高い切削速度で特に当てはまる。これは、焼結助剤がＹＡＧまたはＹｂ2Ｏ3またはＬａ2Ｏ3またはＹ2Ｏ3などの物質を含む場合に顕著である。
【０１５０】
本出願者らが、アルミナおよび炭化ホウ素を含有するセラミック体、ならびに該セラミック体の製造するための無加圧焼結法を発明したことも明らかであり、該無加圧焼結法はホットプレス法ほど費用がかからない。
【０１５１】
本出願者らが、アルミナおよび炭化ホウ素を含有するセラミック体、ならびに該セラミック体の製造方法を発明したことも明らかであり、この方法は複雑な構造を有する部品を製作することができる。
【０１５２】
本明細書において特定されるすべての特許、特許出願、論文および他の文書は、明細書中での参照により組み込まれる。本発明の他の実施形態は、本明細書において開示された本発明の詳細または実施を考慮することにより当業者には明らかである。本明細書において記載される詳細および実施例は、単なる例示と見なされ、本発明の真の精神および範囲は特許請求の範囲により示されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明を具体化する、セラミック切削インサートの等角図である。
【図２】約２４．９体積パーセント炭化ホウ素粉末、約７４．６体積パーセントアルミナ粉末、および出発粉末混合物中の焼結助剤としての０．５体積パーセントのイッテルビア（すなわち、酸化イッテルビウム）からの焼結助剤残留物の出発組成を有するサンプルＣＡ３４０−５８のセラミック体の微小構造を示すカラーの顕微鏡写真（５０マイクロメートルスケール）であり、この顕微鏡写真において、明相は炭化ホウ素である。
【図３】約２５体積パーセント炭化ホウ素粉末、約７４体積パーセントアルミナ粉末および出発粉末混合物中の焼結助剤としての１．０体積パーセントイッテルビア（酸化イッテルビウム）からの焼結助剤残留物の組成を有するサンプルＣＡ３４０−５９のセラミック体の微小構造を示す、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）技術により作成されたカラーの顕微鏡写真（３０マイクロメートルスケール）であり、この顕微鏡写真において、暗相は炭化ホウ素であり、明相はイッテルビウム含有化合物である。
【図４Ａ】比較インサート＃１［ＫＹＯＮ３４００］として本明細書において指定される先行技術のセラミック切削インサートの逃げ面のカラー写真（３０×に等しい倍率）であり、表５に記載の試験の完了（６分間）後の切削インサート上の逃げ面摩耗の性質を示す。
【図４Ｂ】比較インサート＃１［ＫＹＯＮ３４００］として本明細書において指定される先行技術のセラミック切削インサートのすくい面のカラー写真（３０×に等しい倍率）であり、表５に記載の試験の完了（６分間）後の切削インサート上のクレータ摩耗の性質を示す。
【図５Ａ】サンプルＣＡ３４０−５８の逃げ面のカラー写真（３０×に等しい倍率）であり、表５に記載の試験の完了（６分間）後の切削インサート上の逃げ面摩耗の性質を示す。
【図５Ｂ】サンプルＣＡ３４０−５８のすくい面のカラー写真（３０×に等しい倍率）であり、表５に記載の試験の完了（６分間）後の切削インサート上のクレータ摩耗の性質を示す。
【図６】例ＣＡ３４０−８０Ｂの微小構造のカラー光学顕微鏡写真（５０マイクロメートルのスケール）である。
【図７】例ＣＡ３４０−８０Ｂのｘ線回折相分析であり、図中、ピークは酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）の存在を示す。
【図８】例ＣＡ３４０−８０Ｄの微小構造のカラー光学顕微鏡写真（５０マイクロメートルのスケール）である。
【図９】例ＣＡ３４０−８０Ｄのｘ線回折相分析であり、図中、ピークは酸化アルミニウム、炭化ホウ素およびホウ化イッテルビウムの存在を示す。
【図１０】例ＣＡ３４０−８７の微小構造のカラーの光学顕微鏡写真（５０マイクロメートルのスケール）である。
【図１１】例ＣＡ３４０−８７のｘ線回折相分析であり、図中、ピークは酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ2）の存在を示す。
【図１２】例ＣＡ３４０−８９Ａのｘ線回折相分析であり、図中、ピークは酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）の存在を示す。
【図１３】例ＣＡ３４０−７６Ａのｘ線回折相分析であり、図中、ピークは酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）およびホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ6）の存在を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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