(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合粉末の合計を１００％としたとき、ＴｉＣＮを体積比で１５％〜４０％、Ｓｉ３Ｎ４を体積比で５％〜２５％、Ａｌ２Ｏ３を体積比で１５％〜４０％、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）を体積比で５％〜３０％を含有するように、ＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３及びＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）の各粉末を含有する前記混合粉末が焼結されて形成された焼成体で構成されていることを特徴とする工具用セラミック基焼結材。
【請求項２】
請求項１において、上記混合粉末は、ＳｉＣを外部添加により体積比で５％〜２０％含有することを特徴とする工具用セラミック基焼結材。
【請求項３】
混合粉末全体を１００％としたとき、ＴｉＣＮを体積比で１５％〜４０％、Ｓｉ３Ｎ４を体積比で５％〜２５％、Ａｌ２Ｏ３を体積比で１５％〜４０％、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）を体積比で５％〜３０％の配合割合で、ＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３及びＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）の各粉末を含有する混合粉末を作製する工程と、
次いで前記混合粉末を焼結して焼成体を形成する焼結工程とを順に実施することを特徴とする工具用セラミック基焼結材の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、前記混合粉末には、ＳｉＣが外部添加により体積比で５％〜２０％含有されていることを特徴とする工具用セラミック基焼結材の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４において、前記焼結工程は、温度１４００〜１８００℃、圧力３０ＭＰａ〜２０００ＭＰａで保持することにより行われることを特徴とする工具用セラミック基焼結材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被切削材を切削する切削工具等の工具として有効に利用することができる工具用セラミック基焼結材及びその製造方法に関する。本発明に係る工具セラミック基焼結材は、例えば、ニレジスト鋳鉄やオーステンパ球状黒鉛鋳鉄に代表される高級鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄や片状黒鉛鋳鉄に代表される一般鋳鉄などの被切削材を切削加工するのに適する。殊に、切削速度が速い高速切削、または、１回あたりの切削代が大きい重切削で切削するのに適する。
【０００２】
【従来の技術】
ニレジスト鋳鉄やオーステンパ球状黒鉛鋳鉄に代表される高級鋳鉄を切削する切削工具を例にとって、従来技術について説明する。ニレジスト（ＮｉーＲｅｓｉｓｔ）鋳鉄は、ニッケルークロムー銅系のオーステナイト鋳鉄であり、オーステナイト地に黒鉛が存在している。ニレジスト鋳鉄は、普通鋳鉄に比べ、耐摩耗性、耐熱性及び耐食性に優れているため、腐食性雰囲気の下、高温強度や耐摩耗性を必要とする機械部品の材料として広く使用されている。特に、近年、自動車の一層の高性能化により、主に自動車を構成する基幹重要部品として使用されている。一方、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄は、球状黒鉛鋳鉄に熱処理を行うことでベイナイト組織とオーステナイト組織中に球状化した黒鉛が存在しており、例えばＪＩＳ  Ｇ  ５５０３  ＦＣＡＤ  １０００−５があげられる。オーステンパ球状黒鉛鋳鉄は、普通鋳鉄に比べ、引張り強さと耐摩耗性に優れているため、強度を必要とする機械部品の材料として望まれている。また、高強度ゆえに、近年の自動車の小型・軽量化ニーズの材料アイテムとしても切望されている。
【０００３】
このようなニレジスト鋳鉄やオーステンパ球状黒鉛鋳鉄に代表される高級鋳鉄を前記基幹重要部品などの最終形状寸法にするために、通常、鋳造後に切削加工を必要とされることが多い。ニレジスト鋳鉄やオーステンパ球状黒鉛鋳鉄等に代表される高級鋳鉄を切削する切削工具は、必要とする加工精度で迅速に無駄なく加工できる性能を有していなければならない。工具の刃先が摩耗したりチッピングなどにより欠損すると、加工表面に面荒れやバリが発生するなど、必要とする寸法精度及び表面粗度が得られないため、不良品となり、製品として出荷できない。
【０００４】
そのため、前記切削工具の摩耗や欠損などが生じた場合には、直ちに切削工具を交換しなければならない。この工具交換は生産性低下につながるため、極力低減しなければならない。このため長寿命で安価な切削工具の開発が強く望まれている。このような不具合を解消する切削工具として、例えば特開昭６２ー２８０３６２号公報または特開昭６２ー２７８２６５号公報に記載されているようなＴｉＣＮ系のセラミック基焼結材が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ニレジスト鋳鉄及びオーステンパ球状黒鉛鋳鉄等といった高級鋳鉄は、一般的な球状黒鉛鋳鉄に比べて、硬度が硬く耐摩耗性に優れており、また、切削時の加工応力によりオーステナイト組織が応力誘起によりマルテンサイトに変態し、組織自体が切削中に高硬度化する。また、これらの高級鋳鉄は、切削時の発熱が一般的な球状黒鉛鋳鉄等に比較して激しい。さらに、高級鋳鉄が粗形材の状態では凹凸を有する鋳肌を有し、この鋳肌面から切削していくことになるが、鋳肌部分の切削は、振動を誘発する断続切削の状態になり易い。このため、断続的な切削に耐え得るだけの靱性が切削工具に要求される。
【０００６】
以上のように、高級鋳鉄を切削するための切削工具においては、高級鋳鉄の硬度に十分対向し得る耐摩耗性、切削時の発熱による熱劣化（硬度低下）が起こらない程度の耐熱性、鋳肌面の切削等の断続切削に追従するための靱性（耐欠損性）を兼ね備えた切削工具が要求されるところ、上記公報に記載のＴｉＣＮ系セラミック基焼結材では、特に耐熱性が低く、切削時の発熱により硬度低下を起こし、耐摩耗性が低下してしまう。このため切削工具の交換頻度が頻繁となる。
【０００７】
このように、従来から提案されてきた切削工具では、ニレジスト鋳鉄やオーステンパ球状黒鉛鋳鉄等といった高級鋳鉄を切削する際に要求される耐摩耗性、耐熱性、耐欠損性をいずれも充足する工具はｃＢＮを含む切削工具以外にはなく、切削工具として望まれているレベルの長寿命化を実現することはできなかった。
【０００８】
ｃＢＮやダイヤモンドを含む切削工具を使用すれば良いが、このような切削工具は製造コストが高い。
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、耐熱性、耐摩耗性、耐欠損性に優れた安価で且つ長寿命な切削工具等に代表される工具を形成することができる工具用セラミック基焼結材、及び、その製造方法を提供しようとするものである。
【００１０】
殊に、代表的な工具である切削工具に本発明を適用した場合には、その課題は、球状黒鉛鋳鉄や片状黒鉛鋳鉄に代表される一般鋳鉄の切削のみならず、ニレジスト鋳鉄やオーステンパ球状黒鉛鋳鉄等に代表される高級鋳鉄の鋳肌を含んだ状態での切削にも適用可能であり、これらの一般鋳鉄や高級鋳鉄等の金属系の被切削材を、高速切削、重切削、断続切削等の過酷な条件においても良好に切削することが可能で、且つ、安価で寿命が長い切削工具を形成することができる工具用セラミック基焼結材、及び、その製造方法を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、切削工具等に使用される工具用セラミック基焼結材及びその製造方法について長年にわたり開発を進めている。そして、混合粉末の合計を１００％としたとき、ＴｉＣＮを体積比で１５％〜４０％、Ｓｉ３Ｎ４を体積比で５％〜２５％、Ａｌ２Ｏ３を体積比で１５％〜４０％、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）を体積比で５％〜３０％を含有するように、ＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３及びＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）の各粉末を含有する混合粉末を作製し、この混合粉末を焼結して焼成体を形成し、この焼結体で切削工具等の工具用セラミック基焼結材を構成すれば、上記した課題を達成できることを知見し、この知見に基づいて本発明を完成した。
【００１２】
上記した課題が達成される理由は現在のところ必ずしも明確ではないが、次のように推察される。即ち、ＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３及びＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）の各粉末を含有する混合粉末を作製し、この混合粉末を焼結して焼成体を形成し、この焼結体で切削工具用セラミック基焼結材を構成すれば、出発原料であるＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３及びＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）に対して結晶構造が変化した新たな相が生成され、この相が切削時等の材質の改善に寄与しているものと推察される。ＣｒＸＮを含まない同様の配合の混合粉末を焼結してセラミック基焼成材を構成した場合には、この新たな相は発見されず、耐熱性、耐摩耗性、耐欠損性等は必ずしも充分ではなかった。
【００１３】
第１発明に係る工具用セラミック基焼結材は、混合粉末の合計を１００％としたとき、ＴｉＣＮを体積比で１５％〜４０％、Ｓｉ３Ｎ４を体積比で５％〜２５％、Ａｌ２Ｏ３を体積比で１５％〜４０％、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）を体積比で５％〜３０％を含有するように、ＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３及びＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）の各粉末を含有する混合粉末が焼結されて形成された焼成体で構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
第２発明に係る工具用セラミック基焼結材の製造方法は、混合粉末全体を１００％としたとき、ＴｉＣＮを体積比で１５％〜４０％、Ｓｉ３Ｎ４を体積比で５％〜２５％、Ａｌ２Ｏ３を体積比で１５％〜４０％、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）を体積比で５％〜３０％の配合割合で、ＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３及びＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）の各粉末を含有する混合粉末を作製する工程と、次いで混合粉末を焼結して焼成体を形成する焼結工程とを順に実施することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明において最も注目すべきことは、出発原料である上記ＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）を含む混合粉末を用いて焼結すると、焼結体において、出発原料であるＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３及びＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）に対して結晶構造が変化した新たな生成物質が認められることである。これにより切削工具に代表される工具の耐熱性が向上し、高温域における硬度及び強度が確保され、耐摩耗性及び耐欠損性が向上し、長寿命化を図り得るものと推察される。従って、本発明に係る工具用セラミック基焼結材を、代表的な工具である切削工具に適用した場合には、ニレジスト鋳鉄やオーステンパ鋳球状黒鉛鋳鉄に代表される高級鋳鉄等の難削性の被切削材を、高速切削、重切削、断続切削であっても、良好に切削することが可能な切削工具用のセラミック基焼結材が得られる。即ち、本発明は従来のセラミック基焼結材に比べ、高温領域においても硬度及び強度が確保され、従って、耐摩耗性及び靱性に優れ、高速切削、重切削、断続切削の場合であっても、耐久性に優れ、寿命が長い切削工具を得ることができる。なお切削工具の形状の代表例を図２に示す。
【００１６】
上記した機能を発揮できる混合粉末の配合割合は、混合粉末の合計を１００％としたとき、ＴｉＣＮが体積比で１５％〜４０％、Ｓｉ３Ｎ４が体積比で５％〜２５％、Ａｌ２Ｏ３が体積比で１５％〜４０％、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）が体積比で５％〜３０％の割合で含有されている。このような配合で混合した混合粉末を焼結すると、焼結後のセラミック基焼結材においては、ＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）に対して変化した結晶構造を有する生成物質の発生が認められ、これらが強固に結合するため、ニレジスト鋳鉄やオーステンパ球状黒鉛鋳鉄に代表される高級鋳鉄等といった難削性をもつ被切削材であっても、高速切削、重切削、断続切削の状態で切削することがででき、寿命が長い優れた工具用セラミック基焼結材が得られる。
【００１７】
更に、被切削材の材質に応じて、上記組成の混合粉末は、ＳｉＣを外部添加により体積比で５％〜２０％まで含有することが好ましい。この場合ＳｉＣが過剰であると、セラミック基焼結材がもろくなり、過少であると、添加の効果が現われない。ＳｉＣを外部添加で５％添加するとは、全体が１０５％（100+5)となることを意味する。
【００１８】
ＴｉＣＮは、いずれも立方晶系のＴｉＮとＴｉＣが連続固溶して生成するものであり、Ｎ：Ｃの比は原子数比で（１：９）〜（９：１）の範囲であればいずれでも構わない。しかし、好適には、ＴｉＮとＴｉＣの両方の性質が程良く現れるためには、Ｎ：Ｃの比は原子数比で（２：８）〜（８：２）の範囲のものがよい。
【００１９】
ＴｉＣＮの配合量が１５％未満では、本発明のセラミック基焼結材の出発原料として作用しにくい。一方、ＴｉＣＮの配合量が４０％を越えると、他の出発原料であるＳｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）とのバランスが崩れ、所望の混合粉末となりにくい。従って、ＴｉＣＮの配合量は体積比で１５％〜４０％が好ましいが、更に、ＴｉＣＮの配合量は体積比で２０％〜３５％が好ましい。
【００２０】
ＴｉＣＮの粉末の粒径としては、小さいことが好ましい。ＴｉＣＮの粒径が１０μｍを超える場合には、上記配合によって生成すべき生成物質が十分に生成せず、焼結条件に依存するがＴｉＣＮが焼結後にかなり残存する可能性がある。また、ＴｉＣＮの粒径が１０μｍを超える場合には、ＴｉＣＮの全てが反応して生成すべき生成物質が生成しても、生成物質が偏析し、満遍なく分布することが困難となるという問題がある。従って、粉砕する必要がある時は不純物の汚染に注意する必要はあるが、ＴｉＣＮの粉末の粒粒は５μｍ以下、好ましくは２μｍ〜１μｍ、あるいは、それより細かい方がよい。ＴｉＣＮは一般に粒径が０．１μｍ以下の超微粒子が好適であるが、この場合吸着ガスの除去に配慮する必要がある。
【００２１】
Ｓｉ３Ｎ４は、その結晶構造が六方晶系のα型と三方晶系のβ型とが存在する。本発明では基本的にはいずれの結晶構造も適用可能であるが、酸素を固溶しやすいα型のものがよい。Ｓｉ３Ｎ４の配合量は前記したように５〜２５％が好ましい。５％未満では、本発明のセラミック基焼結材の出発原料として作用しにくい。一方、Ｓｉ３Ｎ４の配合量が２５％を越えると、他の原料であるＴｉＣＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）とのバランスが崩れ、所望の混合材料となりにくい。従って、Ｓｉ３Ｎ４の配合量は体積比で５％〜２５％が好ましい。８〜２０％がより好ましい。また、Ｓｉ３Ｎ４の粉末の粒径としては、小さいことが好ましい。Ｓｉ３Ｎ４の粉末の粒径が１０μｍを超える場合には、上記配合によって生成すべき生成物質が十分生成せず、焼結条件に依存するがＳｉ３Ｎ４が焼結後にかなり残存する可能性がある。また、Ｓｉ３Ｎ４の全てが反応して生成すべき生成物質が生成しても、該生成物質が偏析し、満遍なく分布することが困難となるという問題がある。従って、不純物の汚染に注意する必要はあるが、Ｓｉ３Ｎ４の粒径は５μｍ以下、好ましくは２μｍ〜１μｍ、あるいは、それより細かい方がよい。一般に粒径が０．１μｍ以下の超微粒子が好適であるが、この場合には吸着ガスの除去に配慮する必要がある。
【００２２】
Ａｌ２Ｏ３は、多くの結晶構造が存在する。基本的にはその結晶構造に制限はないが、１０００℃以上でα型に変化する立方晶系スピネル型のγ型やその高温で安定な三方晶系鋼玉型のα型が好適である。Ａｌ２Ｏ３の配合量は１５〜４０％が好ましい。Ａｌ２Ｏ３の配合量が１５％未満では、本発明の工具用セラミック基焼結材の出発原料として作用しにくい。一方、Ａｌ２Ｏ３の配合量が４０％を越えると、他の出発原料であるＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）とのバランスが崩れ、所望の焼結とはなりにくい。従って、Ａｌ２Ｏ３の配合量は体積比で１５％〜４０％が好ましい。殊に２０％〜３５％がより好ましい。Ａｌ２Ｏ３の粉末の粒径としては、小さいことが好ましい。Ａｌ２Ｏ３の粉末は１μｍ以下で高純度な粉末が容易に市場で入手できるので、そのような粉末を用いるとよい。そうすれば、ＴｉＣＮやＳｉ３Ｎ４などで考慮した未反応や偏析の問題を心配するおそれが低下する。但し、Ａｌ２Ｏ３は一般に粒径が０．１μｍ以下の超微粒子が好適であるが、この場合は吸着ガスの除去に配慮する必要がある。
【００２３】
ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）は、主にはＣｒＮとＣｒ２Ｎとが存在するが、いずれも不定比化合物である。ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）の配合量は５〜３０％が好ましい。ＣｒＸＮの配合量が５％未満では、本発明のセラミック基焼結材の出発原料として作用しにくい。一方、ＣｒＸＮの配合量が３０％を越えると、他の原料であるＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３とのバランスが崩れ、所望の結合材とならない。従って、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）の配合量は前記したように体積比で５％〜３０％が好ましいが、体積比で８〜２５％がより好ましい。
【００２４】
（ｘ＝１〜２．７）の粉末の粒径としては小さいことが好ましい。ＣｒＸＮの粒径が１０μｍを超える場合には、上記配合によって生成物質が十分生成せず、焼成条件に依存するがＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）が焼結後にかなり残存する可能性がある。更に生成物質が偏析し、満遍なく分布することが困難となるという問題がある。従って、不純物の汚染に注意する必要はあるが、ＣｒＸＮの粒径は５μｍ以下、好ましくは２μｍ乃至１μｍか、それより細かい方がよい。ＣｒＸＮは一般に粒径が０．１μｍ以下の超微粒子が好適であるが、この場合には吸着ガスの除去に配慮する必要がある。
【００２５】
次に、本発明の作用につき説明する。本発明の工具用セラミック基焼結材の製造方法においては、上記特定の組成のＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）の各粉末の混合原料を焼結し、得られたセラミック基焼結材は、切削工具に使用した場合に優れた耐久性を発揮し、寿命が長い。
【００２６】
従来の焼結体では、高級鋳鉄と称せられるニレジスト鋳鉄やオーステンパ球状黒鉛鋳鉄等の難削系の被切削材を切削する場合には、十分な耐久性を発揮できなかった。その理由は、原料粉末自体の耐熱性、耐酸化性と耐久性の低さに原因があると考えられる。これに対し本発明においては、出発原料としてＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）を配合して用いているため、焼結後のセラミック基焼結材においては、ＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）に対して結晶構造が変化している新たな生成物質が認められ、これが強固に結合しているため、高温領域における硬度及び強度が優れ、耐摩耗性、耐欠損性に優れるものと推察される。それ故、本発明において得られる工具用セラミック基焼結材は、優れた耐久性、寿命を有する。そして、例えばニレジスト鋳鉄やオーステンパ球状黒鉛鋳鉄に代表される高級鋳鉄等の被切削材を切削する切削工具として用いた場合には、切削速度が速い高速切削、１回当たりの削り代が大きい重切削であっても、良好に切削することが可能となる。
【００２７】
好適な工具用セラミック基焼結材の製造方法としては、上記組成の混合粉末に対し、ＳｉＣを外部添加により体積比で５％〜２０％まで含有することができる。ＳｉＣは、菱面体ウルツ鉱型のα型と、立方晶系閃亜鉛鉱型のβ型があるが、いずれでも差し支えはない。よりしなやかなα型の方が好適である。ＳｉＣの添加により、焼結後に一層高硬度化するため、工具用セラミック基焼結材の耐摩耗性がより向上する効果がある。ＳｉＣの外部添加による添加量が体積比で５％未満のときには、その高硬度化を図るという効果があまり認められず、一方、２０％を越えるときには、上記配合のバランスが崩れ、特にマトリックスの靱性が低下するために、逆に切削工具として用いたとき、欠けが増加する弊害が生ずる。好ましくは、ＳｉＣの添加量は、外部添加による添加量が体積比で７％〜１５％である。また、ＳｉＣの粉末の粒径としては、上記したＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒＸＮといったセラミック粉末の粒径より小さいことが好ましい。強化材としてＳｉＣをマトリックスに満遍なく分布させるために、不純物の汚染に注意する必要があるが、ＳｉＣの粒径は３μｍ以下がよく、更に２μｍ〜１μｍがより好ましく、１μｍよりも細かい方がより好ましい。ＳｉＣは一般に粒径が０．１μｍ以下の超微粒子が好適であるが、この場合には吸着ガスの除去に配慮する必要がある。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２９】
出発原料粉末として、平均粒径が２．０μｍ以下のＳｉ３Ｎ４粉末と、平均粒径が２．０μｍ以下のＴｉＣＮ粉末、平均粒径が１．０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３粉末、平均粒径が２．０μｍ以下のＣｒＸＮ粉末、及び平均粒径が２．０μｍ以下のＳｉＣ粉末を用いた。これらの粉末を、表１に示す配合比に配合し、遊星ボールミルで約１時間混合することにより混合粉末を形成した。その後、混合粉末を乾燥して金型で圧縮成形し、圧密体を形成した。この圧密体を、表１に示す焼結条件にて加熱保持して焼結体を形成した。即ち、表１に示すように、ホットプレス、ＨＩＰ、又は、ピストン・シリンダを用い、圧力（３０Ｍｐａ〜２０００ＭＰａ）、温度（１４００〜１８００℃）の条件下に、１時間〜３時間加熱保持し、Ｎｏ．１焼結体を形成した。表１の圧力の項目において、＊１はアルゴンガスを流しつつホットプレスを施したことを意味し、＊２は熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）を施したことを意味し、＊３はシリンダ内に挿入した素材をピストンで加圧したシリンダ・ピストンン方式を意味する。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
上記したように焼結体を形成した後、その焼結体を冷却・降圧することにより、本実施例に係るセラミック基焼結材に相当するＮｏ.1〜Ｎｏ．１２を得た。
【００３２】
このようにして得られたセラミック基焼結材（試験片：Ｎｏ．５）について、Ｘ線回折図のピークを求め、これを図１に示す。また比較のために、焼結前の混合粉末についてのＸ線回折図のピークを図１に併記する。図１において、●はＡｌ２Ｏ３、○はＳｉ３Ｎ４、◎はＣｒＮ、△はＳｉＣ、◇はＴｉＣＮ、◆は未知相つまり未知の生成物質（unknown）を示す。図１に示すＸ線回折の結果から明らかなように、本発明によって得られるセラミック基焼結材は、出発原料であるＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＣｒＮ、ＳｉＣ、ＴｉＣＮに対して結晶構造が変化した新しい生成物質（図１において◆で示すピーク）が生成していることが確認された。この生成物質は現在のところ未知である。
【００３３】
上記のようにして得られたセラミック基焼結材を、所定の切削工具（ＪＩＳ：ＳＰＧＮ１２０３０４ＳＮ）形状に加工した。そしてこの切削工具を用い、下記の切削条件にて被切削材に対して切削を行った。
【００３４】
切削条件
被切削材：外径１１０ｍｍのニレジスト鋳鉄（ＪＩＳ：ＦＣＡ−ＮｉＣｕＣｒ１５６２  硬さ：Ｈｖ１６３）
切削速度：２２０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：４．５ｍｍ
切削油：ケミクールＳＲ〜１
そして、切削長さが１０ｋｍのときにおける工具の逃げ面の摩耗量（ＶＢ  ）を測定し、これを切削工具用のセラミック基焼結材の寿命の目安として評価した。この切削結果も併せて表１に示す。表１に示す焼結体の密度は、真密度に対する割合を意味する。比較例１として、出発原料としてＴｉＣＮを含まないように、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒｘＮ、ＳｉＣを用い、表１に示す条件にてセラミック基焼結材を形成した。
【００３５】
更に従来例１として、従来より用いられているＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系の市販のセラミック基焼結材で形成された切削工具を同様の方法で評価した。また従来例２として、従来より用いられているＡｌ２Ｏ３−ＳｉＣウィスカ系の市販のセラミック基焼結材で形成された切削工具についても同様の方法で評価した。
【００３６】
更に従来例３,従来例４として、ｃＢＮを含む焼結体で形成された切削工具を同様の方法で評価した。従来例３は体積比でｃＢＮが８０％,ＷＣ−Ｃｏが２０％の割合で形成された焼結体で得られた切削工具である。従来例４は体積比でｃＢＮが６０％,Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣが４０％の割合で得られた焼結体で形成された切削工具である。これらの比較例１、従来例１〜従来例４についての切削性能についても表１に併記した。
【００３７】
表１から理解できるように、実施例に相当するＮｏ．１〜Ｎｏ．１２は、欠損がなく、工具の摩耗量も少なく、良好なる切削試験結果を示した。殊にＳｉＣを出発原料として配合したＮｏ．３,Ｎｏ．４,Ｎｏ．６,Ｎｏ．７,Ｎｏ．１０,Ｎｏ．１２については、工具の摩耗量は少な目であり、耐摩耗性が向上していた。
【００３８】
これに対して表１から理解できるように、比較例１、従来例１、従来例２では欠損が発生した。またｃＢＮが採用されている従来例３、従来例４では、欠損しないものの、摩耗量が大きく、０．２８ｍｍを超えていた。
【００３９】
（その他）
上記した実施例では、被切削材としてニレジスト鋳鉄を採用し、ニレジスト鋳鉄に対して切削を行っているが、これに限らず、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄に代表される高級鋳鉄等の難削系の被切削材、更には、一般的な球状黒鉛鋳鉄や片状黒鉛鋳鉄といった一般鋳鉄、炭素鋼系、合金鋼系等の被切削材についても適用できることは勿論である。また、前記した実施例に係るセラミック基焼結体は、切削速度が速い高速切削、１回あたりの切削代が大きな重切削に好適なものであるが、これに限定されるものではなく、高速切削及び重切削以外の切削形態、例えば切削速度や１回当たりの切削代が通常である切削形態などにも適用できることは勿論である。
【００４０】
また上記した実施例は切削工具に適用したものであるが、必ずしも切削工具に限定されるものではなく、基準金、アンビル、金敷、掘削用ビット等といった工具にも適用できるものである。
【００４１】
その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できることは勿論である。実施例に記載の語句は例示であり、一部であっても請求項に記載できるものである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、出発原料であるＴｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒＸＮ（ｘ＝１〜２．７）に対して変化した結晶構造をもつ生成物質が認められ、セラミック基焼結材における高温領域の硬度及び強度を高めることができる。よって、切削などのように相手材と接触する環境下において良好なる耐摩耗性、耐欠損性を確保することができ、耐久性の向上、長寿命化を図るのに有利である。これにより、本発明を切削工具に適用した場合には、鋳鉄の中でも難加工性を示すニレジスト鋳鉄やオーステンパ球状黒鉛鋳鉄に代表される難削系の高級鋳鉄等の被切削材を切削する場合についても、高速切削や重切削を良好に行うことができ、切削工具の耐久性の向上を図り得、長寿命化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】混合粉末の状態（焼結前）及び焼結材（焼結後）におけるＸ線回折図である。
【図２】切削工具の一例を示す構成図である。
【図１】
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【図２】
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