(57)【要約】  本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料は、アルファＳｉＡｌＯＮ相（ｐｈａｓｅ）、ベータＳｉＡｌＯＮ相、および粒界相（ｇｒａｉｎ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｐｈａｓｅ）を含むＳｉＡｌＯＮ相を含むＳｉＡｌＯＮ複合材料であって、前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料は、窒化ケイ素粉末と、アルミニウム、酸素、窒素、イットリウム（Ｙ）及びエルビウム（Ｅｒ）を前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料に提供する１種以上の粉末とを含む出発粉末混合物から製造され、前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料は少なくとも９０ｖｏｌ％の前記ＳｉＡｌＯＮ相を含有し、前記ベータＳｉＡｌＯＮ相のｚ値は０．２７乃至０．３６の間であり、前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱拡散度は２．４（ｍｍ２／ｓｅｃ）以上５．２（ｍｍ２／ｓｅｃ）以下であり得る。【選択図】図１
2018516222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルファＳｉＡｌＯＮ相（ｐｈａｓｅ）、ベータＳｉＡｌＯＮ相、及び粒界相（ｇｒａｉｎ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｐｈａｓｅ）を含むＳｉＡｌＯＮ相を含むＳｉＡｌＯＮ複合材料であって、
前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料は、窒化ケイ素粉末と、アルミニウム、酸素、窒素、イットリウム（Ｙ）及びエルビウム（Ｅｒ）を前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料に提供する１種以上の粉末とを含む出発粉末混合物から製造され、
前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料は少なくとも９０ｖｏｌ％の前記ＳｉＡｌＯＮ相を含有し、
前記ベータＳｉＡｌＯＮ相のｚ値は０．２７乃至０．３６の間であり、
前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱拡散度は２．４（ｍｍ２／ｓｅｃ）以上５．２（ｍｍ２／ｓｅｃ）以下である、ＳｉＡｌＯＮ複合材料。
【請求項２】
前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱伝導度は８．２（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上１１．４（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以下である、請求項１に記載のＳｉＡｌＯＮ複合材料。
【請求項３】
前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱膨張係数は３．４（１０−６／Ｋ）以上４．０（１０−６／Ｋ）以下である、請求項１に記載のＳｉＡｌＯＮ複合材料。
【請求項４】
前記ＳｉＡｌＯＮ相に対する前記アルファＳｉＡｌＯＮ相の割合は２１．７５％以上４８．５％以下である、請求項１に記載のＳｉＡｌＯＮ複合材料。
【請求項５】
前記出発粉末混合物はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）及びエルビア（Ｅｒ２Ｏ３）を含み、
前記アルミナ、前記イットリア及び前記エルビアの含有量の和は８．８７重量％乃至１１．８３重量％である、請求項１に記載のＳｉＡｌＯＮ複合材料。
【請求項６】
前記イットリア及び前記エルビアの含有量の和は６．０８重量％乃至９．１２重量％である、請求項５に記載のＳｉＡｌＯＮ複合材料。
【請求項７】
前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料のビッカース硬度は常温で１６．６乃至１８．７ＧＰａの間であり、前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料の破壊靭性は４．１乃至５．４ＭＰａｍ０．５の間である、請求項１に記載のＳｉＡｌＯＮ複合材料。
【請求項８】
請求項１に記載のＳｉＡｌＯＮ複合材料で製作される金属機械加工用切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱合金（ＨＲＳＡ）の機械加工に適した耐摩耗性及び破壊靭性を有するＳｉＡｌＯＮ複合材料、及びこのＳｉＡｌＯＮ複合材料で製作された切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック材料の高い高温硬度のために、切削工具用セラミック材料は、高温における高い硬度及び高い引張強度と、低い熱拡散性を有する作業物の機械加工に適し、時々耐熱合金（Ｈｅａｔ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  Ｓｕｐｅｒ  Ａｌｌｏｙｓ、ＨＲＳＡ）として使用されるニッケル系またはコバルト系材料などの自硬性（ｓｅｌｆ−ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）材料に特に適する。
【０００３】
多くの切削工具用窒化ケイ素系材料は、焼結助剤として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用いて製造される。アルミニウム及び酸素は、窒化ケイ素の結晶構造においてそれぞれケイ素及び窒素を代替することができるので、サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）セラミックを形成することができる。サイアロンセラミックは、Ｓｉ−Ａｌ−ＯＮで構成され、時には陽イオンＭｅによって付加的に安定化でき、ここで、Ｍｅｎ＋は、多数の希土類金属と適切なイオン半径（ｒ＜１．０Å）を有する物質であり、例えば、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｌｕ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｃなどのランタナイド（Ｌａｎｔｈａｎｉｄｅｓ）から選択できる。
【０００４】
文献「Izhevskiy V A, Genova L A, Bressiani J C and Aldinger F., "Progress in SiAlON ceramics", J. Eur. Ceram. Soc. 20, 2275-2295(2000)」を参照すると、多くのＳｉＡｌＯＮ相が検出されて特徴付けられるが、切削工具の材料に使用される主な相は、アルファＳｉＡｌＯＮ相であるＲｘＳｉ１２−（ｍ＋ｎ）Ａｌ（ｍ＋ｎ）ＯｎＮ（１６−ｎ）（１．０＜ｍ＜２．７、ｎ＜１．２）状態で残り、ここで、Ｒは前述した金属、及びイオン半径が１．０Åよりも小さいランタナイドのうちのいずれかであり、ベータＳｉＡｌＯＮはＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ（８−ｚ）（０＜ｚ＜４．２）である。
【０００５】
金属イオンは、アルファＳｉＡｌＯＮ相を安定化させるだけでなく、焼結の際にＳｉＡｌＯＮ結晶を形成する触媒として作用することができる。通常、ベータ相で、細長いサイアロン粒子の形成を助けるが、アルファＳｉＡｌＯＮの細長い粒子も生産される。（Fang-Fang X, Shu-Lin W, Nordberg L-O and Ekstreom T, "Nucleation and Growth of the Elongated α'-SiAlON", J. Eur. Ceram. Soc. 17(13) 1631-1638 (1997))を参照）。
【０００６】
ＳｉＡｌＯＮ素材は、アルファＳｉＡｌＯＮ相及びベータＳｉＡｌＯＮ相を含むことができ、これに加えて、ＳｉＡｌＯＮマトリックス全体にわたって分散した炭化ケイ素粒子をさらに含有することができる（ＵＳ４，８２９，７９１号を参照）。
【０００７】
Ｍｅｈｒｏｔｒａ等に許諾された米国特許第５，３７０，７１６号は、高いｚ値を有するベータＳｉＡｌＯＮ相を含むＳｉＡｌＯＮ素材を開示している。ベータＳｉＡｌＯＮ相は、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ（８−ｚ）の化学式を有しており、式中１＜ｚ＜３である。
【０００８】
Ｔｉｅｎ等に許諾された米国特許第６，１２４，２２５号は、高い分率のアルファＳｉＡｌＯＮを有しているＳｉＡｌＯＮセラミック素材を開示している。Ｔｉｅｎ等は、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｙ、及びこれらの混合物、好ましくはＧｄを添加剤として列挙している。好適な一実施形態において、出発窒化ケイ素粉末は、約９５重量％のアルファ窒化ケイ素を有している。Ｔｉｅｎ等の’２２５特許は、ベータ窒化ケイ素を含有しないか少量含有する（すなわち、０重量％の下限と約１．６重量％の上限を有する量）窒化ケイ素出発粉末を含む出発粉末混合物から製造されるＳｉＡｌＯＮセラミックは取り扱わないように見える。
【０００９】
「Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ＲＥ−α−Ｓｉａｌｏｎ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ（ＲＥ＝Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｙｂ）」という題目のＮｏｒｄｂｅｒｇなどの論文（J American Ceramic Society 81 [6] pp.1461-70 (1998)）は、アルファ−サイアロンが添加剤を用いて形成できることを開示している。実施形態は、１種の希土類元素（例えば、Ｎｄ、ＳｍまたはＹｂ）のみを使用するように見える。上記の論文は、出発窒化ケイ素粉末をＵＢＥ、ＳＮＥ−１０と記載している。ベータ窒化ケイ素を含有しないか少量含有する（すなわち、０重量％の下限と約１．６重量％の上限を有する量）窒化ケイ素出発粉末を含む出発粉末混合物から製造されるサイアロンセラミックに関するいずれの教示もないように見える。
【００１０】
例えば、現在のセラミック体（ｃｅｒａｍｉｃ  ｂｏｄｙ）がインサートとして使用されるのに適した性質（例えば、硬度、靭性）を示していても、硬度、ヤング率（Ｙｏｕｎｇ’ｓ  Ｍｏｄｕｌｕｓ）、破壊靭性、熱伝導度及び熱衝撃抵抗を含む、向上した金属切削性能特性を示す切削インサートとしての用途を有する、向上したＳｉＡｌＯＮ素材を提供することが好ましい。たとえ、現在のＳｉＡｌＯＮ摩耗性部品が、満足すべき性質（例えば、硬度、破壊靭性）を示していても、向上した性能を示す摩耗性部品としての用途を有する、向上したＳｉＡｌＯＮ素材を提供することが好ましいという点で、ＳｉＡｌＯＮ摩耗性部品にもこれは同様である。
【００１１】
このような観点から、粉末混合物をＳｉＡｌＯＮ素材の製造のために焼結するとき、結晶相がアルファＳｉＡｌＯＮ結晶粒（ｇｒａｉｎ）とベータＳｉＡｌＯＮ結晶粒との間の結晶粒界（ｇｒａｉｎ  ｂｏｕｎｄａｒｙ）内に形成できる。結晶粒界内の結晶相含有量の増加は、ＳｉＡｌＯＮ素材の破壊靭性（ｆｒａｃｔｕｒｅ  ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）の減少をもたらすおそれがある。したがって、結晶粒界、及び結晶粒界内に形成された結晶相を最小限の量で有するＳｉＡｌＯＮ素材を提供することが好ましい。
【００１２】
高い硬度を示すＳｉＡｌＯＮセラミック素材は、切削インサート及び耐摩耗性部品としての特定の用途への使用に利点を持つ。一般に、さらに微細な結晶粒サイズを有するＳｉＡｌＯＮセラミック素材は、さらに高い硬度をもたらす。よって、さらに微細な結晶サイズを有するため、さらに高い硬度のＳｉＡｌＯＮセラミック素材を提供することが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第４，８２９，７９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、耐熱合金を機械加工するための熱伝導度及び熱拡散度を有する金属切削工具用ＳｉＡｌＯＮ複合材料を提供することにある。
【００１５】
本発明が解決しようとする課題は、耐熱合金を機械加工するための熱伝導度及び熱拡散度を有する金属切削工具用ＳｉＡｌＯＮ複合材料で製作された切削工具を提供することにある。
【００１６】
本発明の課題は上述した課題に限定されず、上述していない別の課題は以降の記載から当業者に明確に理解できるだろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するための本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料は、アルファＳｉＡｌＯＮ相（ｐｈａｓｅ）、ベータＳｉＡｌＯＮ相、及び粒界相（ｇｒａｉｎ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｐｈａｓｅ）を含むＳｉＡｌＯＮ相を含むＳｉＡｌＯＮ複合材料であって、前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料は、窒化ケイ素粉末と、アルミニウム、酸素、窒素、イットリウム（Ｙ）及びエルビウム（Ｅｒ）を前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料に提供する１種以上の粉末とを含む出発粉末混合物から製造され、前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料は、少なくとも９０ｖｏｌ％の前記ＳｉＡｌＯＮ相を含有し、前記ベータＳｉＡｌＯＮ相のｚ値は０．２７乃至０．３６の間であり、前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱拡散度（ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙ）は２．４（ｍｍ２／ｓｅｃ）以上５．２（ｍｍ２／ｓｅｃ）以下であり得る。
【００１８】
本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料において、前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱伝導度（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は、８．２（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上１１．４（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以下であり得る。
【００１９】
本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料において、前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱膨張係数（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）は、３．４（１０−６／Ｋ）以上４．０（１０−６／Ｋ）以下であり得る。
【００２０】
本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料において、前記ＳｉＡｌＯＮ相に対する前記アルファＳｉＡｌＯＮ相の割合は、２１．７５％以上４８．５％以下であり得る。
【００２１】
本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料において、前記出発粉末混合物は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）及びエルビア（Ｅｒ２Ｏ３）を含み、前記アルミナ、前記イットリア及びエルビアの含有量の和は８．８７重量％（ｗｔ％）乃至１１．８３重量％である。
【００２２】
本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料において、前記イットリア及び前記エルビアの含有量の和は６．０８重量％乃至９．１２重量％である。
【００２３】
本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料において、前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料のビッカース硬度は常温で１６．６乃至１８．７ＧＰａの間であり、前記ＳｉＡｌＯＮ複合材料の破壊靭性は４．１乃至５．４ＭＰａｍ０．５の間であり得る。
【００２４】
本発明の実施例に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料は、耐熱合金を加工するために切削工具インサートに使用できる熱伝導度及び熱拡散度を有することができる。
【００２５】
本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料は、耐熱合金（ＨＲＳＡ）を機械加工するための熱伝導度及び熱拡散度を有する切削工具インサートに使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料の微細構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】本発明の実施形態に係る切削工具のミリングテスト結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料は、Ｓｉ３Ｎ４粉末と、アルミニウム、酸素、窒素、イットリウム（Ｙ）及びエルビウム（Ｅｒ）を提供する１種以上の粉末とを用いて製造できる。
【００２９】
ＳｉＡｌＯＮ複合材料に提供されたアルミニウムはＡｌＮ粉末とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末から提供でき、ＳｉＡｌＯＮ複合材料に提供されたイットリウムはイットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末から提供でき、ＳｉＡｌＯＮ複合材料に提供されたエルビウムはエルビア（Ｅｒ２Ｏ３）粉末から提供できる。また、ＳｉＡｌＯＮ複合材料に提供された酸素はＡｌ２Ｏ３粉末、Ｙ２Ｏ３粉末及びＥｒ２Ｏ３粉末から提供できる。
【００３０】
ＳｉＡｌＯＮ複合材料を製造するために使用されるＳｉ３Ｎ４の含有量は８３．６重量％（ｗｔ％）乃至８６．４重量％であり、ＡｌＮの含有量は４．５７重量％乃至４．７３重量％であり得る。ＳｉＡｌＯＮ複合材料を製造するために使用されるＹ２Ｏ３の含有量は２．６重量％乃至３．９重量％であり、Ｅｒ２Ｏ３の含有量は３．４８重量％乃至５．２２重量％であり、Ａｌ２Ｏ３の含有量は２．７１重量％乃至２．７９重量％であり得る。
【００３１】
ＳｉＡｌＯＮ複合材料を製造するために使用されるＹ２Ｏ３の含有量とＥｒ２Ｏ３の含有量とＡｌ２Ｏ３の含有量との和は、８．８７重量％乃至１１．８３重量％であり得る。また、ＳｉＡｌＯＮ複合材料を製造するために触媒として使用できる金属イオンを含む物質であるＹ２Ｏ３の含有量とＥｒ２Ｏ３の含有量との和は、６．０８重量％乃至９．１２重量％であり得る。
【００３２】
上述した範囲のような重量％で混合されている粉末混合物に溶媒としてのメタノール、分散剤及びバインダーを添加して、ボールミル（ｂａｌｌ  ｍｉｌｌ）で約２０時間粉砕する。このように粉砕することにより、原料物質を含むスラリーを製造する。
【００３３】
スラリーを製造するための粉砕の後、スラリーは、噴霧乾燥機（ｓｐｒａｙ  ｄｒｙｅｒ）によって粒状化される。粒状化された原料物質を篩い分けることにより、粉末を採取する。
【００３４】
採取された粉末を圧縮して成形体を作る。成形体は、脱脂工程（ｄｅ−ｂｉｎｄｉｎｇ）を経て、１６８０℃〜１８２０℃で２時間ガス加圧焼結（ｇａｓ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）によって焼結及び緻密化される。
【００３５】
図１は本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料の微細構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。参考までに、図１はＳｉＡｌＯＮの研磨面を測定した写真である。
【００３６】
ＳｉＡｌＯＮ複合材料は、アルファＳｉＡｌＯＮ相（ｐｈａｓｅ）及びベータＳｉＡｌＯＮ相を含むＳｉＡｌＯＮ相を含むことができる。また、ＳｉＡｌＯＮ複合材料は、粒界結晶相（ｇｒａｉｎ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｐｈａｓｅ）をさらに含むことができる。
【００３７】
図１のような顕微鏡写真などを用いる場合、本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料は、少なくとも９０ｖｏｌ％のＳｉＡｌＯＮ相を含むことができる。すなわち、本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料は、粒界結晶相の含有量を１０ｖｏｌ％以下に減少させることにより、ＳｉＡｌＯＮ複合材料の破壊靭性（ｆｒａｃｔｕｒｅ  ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）を向上させることができる。
【００３８】
製造されたＳｉＡｌＯＮ複合材料をＸ線回折分析により分析した結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
2018516222.tif 000003
【００４０】
表１を参照すると、本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料において、Ｓｉ（６−ｚ）ＡｌｚＯｚＮ（８−ｚ）の化学式で表すことができるベータＳｉＡｌＯＮのｚは、０．２７乃至０．３６の値であり得る。
【００４１】
ＳｉＡｌＯＮ複合材料において、ベータＳｉＡｌＯＮのｚ値は、硬度（ｈａｒｄｎｅｓｓ）、破壊靭性及び結晶サイズ分布に影響を与えることができる（Ekstrom et al., "SiAlON ceramics", J. AM. Ceram. Soc. 75 (2), 259-276(1992)を参照）。また、ベータＳｉＡｌＯＮのｚ値は、ＳｉＡｌＯＮ複合材料を用いて製造された切削工具の切削能力にも影響を与えることができる。一般に、ベータＳｉＡｌＯＮの低いｚ値は、高い破壊靭性及びノッチ耐摩耗性（ｎｏｔｃｈ  ｗｅａｒ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を意味する。
【００４２】
したがって、ベータＳｉＡｌＯＮのｚ値を低くすることにより、ＳｉＡｌＯＮ複合材料の破壊靭性及びノッチ耐摩耗性を向上させることができる。
【００４３】
また、本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料において、ＲｘＳｉ１２−（ｍ＋ｎ）Ａｌ（ｍ＋ｎ）ＯｎＮ（１６−ｎ）の化学式で表すことができるアルファＳｉＡｌＯＮのｍ及びｎは、それぞれ０．１〜１の間の値であり得る。
【００４４】
これに加えて、製造されたＳｉＡｌＯＮ複合材料のＸ線回折分析によって、ＳｉＡｌＯＮ複合材料内のアルファＳｉＡｌＯＮ相の含有量を分析した。
【００４５】
ＳｉＡｌＯＮ複合材料内のアルファＳｉＡｌＯＮ相の含有量は、次のような式を用いて求めることができる。
【００４６】
まず、アルファＳｉＡｌＯＮ相の回折強度（Ｉ１）は、アルファＳｉＡｌＯＮの（１０２）面での回折強度とアルファＳｉＡｌＯＮの（２１０）面での回折強度との和と定義することができる。
【００４７】
また、ベータＳｉＡｌＯＮ相の回折強度（Ｉ２）は、ベータＳｉＡｌＯＮの（１０１）面での回折強度とベータＳｉＡｌＯＮの（２１０）面での回折強度との和と定義することができる。
【００４８】
この際、ＳｉＡｌＯＮ複合材料内のアルファＳｉＡｌＯＮ相の含有量は、アルファＳｉＡｌＯＮ相の回折強度（Ｉ１）とベータＳｉＡｌＯＮ相の回折強度（Ｉ２）との和に対するアルファＳｉＡｌＯＮ相の回折強度（Ｉ１）の割合であり得る。
【００４９】
本発明の実施形態に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料において、アルファＳｉＡｌＯＮ相の含有量は２１．７５乃至４８．５０％の間の値であり得る。
【００５０】
＜評価１＞
製造されたＳｉＡｌＯＮ複合材料に対するビッカース硬度（ＨＶ）と、ロックウェル硬度（ＨＲａ）と、破壊靭性（ｆｒａｃｔｕｒｅ  ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ、ＫＩＣ）と、三点（ｔｈｒｅｅ  ｐｏｉｎｔ）及び四点（ｆｏｕｒ  ｐｏｉｎｔ）曲げ強度（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ、σ）と、ヤング率（Ｙｏｕｎｇ’ｓ  Ｍｏｄｕｌｕｓ、Ｅ）と、ポアソン比（Ｐｏｉｓｓｏｎ’ｓ  ｒａｔｉｏ、ν）を測定し、表２に平均値または範囲を示した。表２において、ビッカース硬度（ＨＶ）の単位はｋｇｆ／ｍｍ２であり、破壊靭性（ＫＩＣ）の単位はＭＰａ・ｍ１／２であり、曲げ強度（σ）の単位はＭＰａであり、ヤング率（Ｅ）の単位はＧＰａである。
【００５１】
【表２】
2018516222.tif 000004
【００５２】
表２のビッカース硬度（ＨＶ）は、対面角１３６°の正四角錐のダイヤモンド圧子を１０ｋｇの荷重で圧着して凹部の対角線を測定した。このとき、圧子の下降速度は１５０μｍ／ｓであり、１５秒間圧入時間を維持した。
【００５３】
ＳｉＡｌＯＮ複合材料のビッカース硬度が例えば１６６０乃至１８７０の間の値を有する場合、ＳｉＡｌＯＮ複合材料は切削工具の製造に使用できる。
【００５４】
表２のロックウェル硬度（ＨＲａ）は、指定された形状のダイヤモンド円錐圧子を用いて最初に基準荷重を加え、次に試験荷重（本発明の測定では６０ｋｇｆ）まで荷重を増加させた後、最初の基準荷重に戻ってきたときの、この前後２回の基準荷重時におけるくぼみ深さの差と定義される硬度である。
【００５５】
ＳｉＡｌＯＮ複合材料のロックウェル硬度が例えば９４．３乃至９５．２の間の値を持つ場合、ＳｉＡｌＯＮ複合材料は切削工具の製造に使用できる。
【００５６】
表２の破壊靭性（ＫＩＣ）は、文献「Equilibrium penny-like cracks in indentation fracture, J. Mat. Sci. 12: 2016-2024(1975) of Lawn B. R. and Fuller E. R.」に示される数式１を用いて測定した。
【００５７】
【数１】
2018516222.tif 000005
【００５８】
ＳｉＡｌＯＮ複合材料の破壊靭性が例えば４．１よりも大きい値を有する場合、ＳｉＡｌＯＮ複合材料は切削工具の製造に使用できる。
【００５９】
＜評価２＞
製造されたＳｉＡｌＯＮ複合材料に対する熱伝導度（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）と、熱拡散度（ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙ）と、熱膨張係数（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を測定して、表３乃至表５に平均値を示した。
【００６０】
【表３】
2018516222.tif 000006
【００６１】
表３は、ＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱伝導度を温度に応じて測定したものである。ここで、温度は摂氏温度（℃）を意味する。ＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱伝導度は、温度が増加するにつれて減少する傾向を有していることが分かる。
【００６２】
さらに具体的には、２５℃で測定したＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱伝導度は９．２乃至１１．４の間の値を有することができ、９００℃で測定したＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱伝導度は８．３乃至９．２の間の値を有することができる。
【００６３】
【表４】
2018516222.tif 000007
【００６４】
表４はＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱拡散度を温度に応じて測定したものである。ここで、温度は摂氏温度（℃）を意味する。ＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱拡散度は、温度が増加するにつれて減少することが分かる。
【００６５】
さらに具体的には、２５℃で測定したＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱拡散度は５．０４乃至５．１５の間の値を持つことができ、９００℃で測定したＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱拡散度は２．４６乃至２．４９の間の値を有することができる。
【００６６】
【表５】
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【００６７】
２５℃（常温）から１２００℃まで温度を上昇させながら測定したＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱膨張係数は３．５２乃至４．０の間の値を有することができ、１２００℃で２５℃まで温度を下降させながら測定したＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱膨張係数は３．４４乃至３．９５の間の値を有することができる。また、２５℃（常温）から１０００℃まで温度を上昇させながら測定したＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱膨張係数は３．４３乃至４．０１の間の値を有することができる。
【００６８】
また、本発明のＳｉＡｌＯＮ複合材料の熱衝撃抵抗温度（ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｈｏｃｋ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）は８２０℃付近であり得る。
【００６９】
本発明の実施例に係るＳｉＡｌＯＮ複合材料は、耐熱合金（ＨＲＳＡ）を加工するために切削工具インサートに使用できる熱伝導度及び熱拡散度を有する。
【００７０】
＜評価３＞
上述した範囲の重量％を持つ原料から製造されたＳｉＡｌＯＮ複合材料を用いて切削工具インサートを製作した。
【００７１】
本発明のＳｉＡｌＯＮ複合材料を用いて製作したインサートに対する比較対象は、表６のような重量％で混合されている粉末の混合物を用いて製造したＳｉＡｌＯＮ複合材料から製作したインサートである。
【００７２】
【表６】
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【００７３】
それぞれのインサートは、７４０ｍ／ｍｉｎの速度、０．１ｍｍ／ｒｅｖの移動速度、１．５ｍｍの切削深さ及び２０ｍｍの切削幅を利用するインコネル７１８の長さ方向旋削作業で試験された。切削油は使用されなかった。
【００７４】
フランク摩耗深さ（Ｖｂ）が０．５ｍｍになるまで、各インサートによって耐えられた周期の回数が記録されている。
【００７５】
図２は本発明の実施形態に係る切削工具のミリングテスト結果を示す図である。
【００７６】
図２は表６の原料から製造されたＳｉＡｌＯＮ複合材料を用いて、切削工具であるインサート（Ｒｅｆ）の寿命を基準とする。
【００７７】
また、上述した範囲の重量％を有する原料から製造された本発明のＳｉＡｌＯＮ複合材料を用いて、切削工具であるインサートの寿命は２次にわたって測定した。
【００７８】
上述した範囲の重量％を有する原料から製造された本発明のＳｉＡｌＯＮ複合材料を用いて測定した、切削工具であるインサートの１次テスト寿命（＃１）は、１７０であり得る。
【００７９】
また、上述した範囲の重量％を有する原料から製造された本発明のＳｉＡｌＯＮ複合材料を用いて測定した、切削工具であるインサートの２次テスト寿命（＃２）は、１０６であり得る。
【００８０】
図２のミリングテスト結果から分かるように、ＳｉＡｌＯＮ複合材料にイットリウム（Ｙ）とエルビウム（Ｅｒ）を同時に含有させる場合、ＳｉＡｌＯＮ複合材料を用いて作った切削工具の寿命が向上する。
【００８１】
本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明が、その技術的思想または必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できることを理解することができるであろう。よって、上述した実施形態は、あらゆる面で例示的なもので、限定的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は前記の詳細な説明よりは後記の特許請求の範囲によって示されるもので、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその均等概念から導出されるすべての変更または変形形態も本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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