JP2577909B2 - Ceramics composite material and method for producing the same - Google Patents
Ceramics composite material and method for producing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、放電加工用セラミック複合材料及びその製
造方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic composite material for electric discharge machining and a method for producing the same.
［従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］ SiCウィスカー強化セラミックス複合材料及びその製
造方法に関して、米国特許第4,543,345号明細書（1985
年９月24日出願）がある。例えば、Al2O3をSiCウィスカ
ーで強化したセラミックス複合材料は、強度およびか靭
性が向上するばかりでなく比抵抗を低下する。しかし、
ウィスカーを添加するだけでは放電加工を容易に行なえ
るほど（10Ωcm以下）には比抵抗が低下しない。[Problems to be solved by the prior art and invention] US Pat. No. 4,543,345 (1985) relates to a SiC whisker reinforced ceramic composite material and a method for producing the same.
Filed on September 24, 2012). For example, a ceramic composite material in which Al 2 O 3 is reinforced with SiC whiskers not only improves strength and toughness but also lowers specific resistance. But,
Addition of whiskers does not lower the specific resistance so that electrical discharge machining can be easily performed (10 Ωcm or less).
この外に、鋼や鋳鉄を切削するためのSiCウィスカー
を混合したアルミナ系セラミックス（特開昭62−41775
号）がある。しかし、この技術は切削するための工具で
あり、単に工具としての硬度と靭性を向上させるための
ものであって、放電加工性を向上させる技術ではない。In addition, alumina ceramics mixed with SiC whiskers for cutting steel or cast iron (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-41775)
No.). However, this technique is a tool for cutting, and is merely for improving hardness and toughness as a tool, and is not a technique for improving electric discharge machining.
一般にセラミック材料は放電加工性に著しく劣る材料
である。一方では強度や靭性などの特性を維持しなけれ
ばならないという要求があるが、本質的にセラミック材
料の弱点である放電加工性をさらに向上させることが同
時に要求されたのである。Generally, a ceramic material is a material having extremely poor electric discharge machining properties. On the other hand, there is a demand that properties such as strength and toughness must be maintained, but at the same time, it is also required to further improve the electric discharge machining property, which is essentially a weak point of ceramic materials.
これまでいくつかの工夫がなされてはいたが、必ずし
も満足できるような材料は得られてはいなかった。Although some contrivances have been made so far, satisfactory materials have not always been obtained.
［問題点を解決する手段］ 本発明の目的は、放電加工を容易に実施し得るセラミ
ックス複合材料及びその製造方法を提供することにあ
る。[Means for Solving the Problems] An object of the present invention is to provide a ceramic composite material that can be easily subjected to electric discharge machining and a method for producing the same.
本発明によれば前記目的は、（１）マトリックスに対
して10〜40Vol.％のSiCウィスカーを含み、TiB2及びAl2
O3を主成分とする原料を焼成してなる放電加工用セラミ
ック複合材料であって、粒径が0.5〜10ミクロンのTiB2
原料の、前記Al2O3に対する体積率が20〜50Vol.％であ
り、かつ焼成後の比抵抗が10Ωcm以下である放電加工用
セラミック複合材料、（２）前記SiCウィスカーは、直
径が0.5〜2.5ミクロンであり、長さが10〜80ミクロンで
ある上記（１）の放電加工用セラミック複合材料、
（３）理論密度比が98.5％以上である上記（１）または
（２）の放電加工用セラミック複合材料、（４）Al2O3
に粒径0.5〜10ミクロンのTiB2を前記Al2O3の体積に対し
て20〜50Vol.％添加したマトリックスに、直径0.5〜2.5
ミクロンで長さ10〜80ミクロンのSiCウィスカーを前記
マトリックスの体積に対して10〜40Vol.％添加し、前記
ウィスカーが添加されたマトリックスを焼成する放電加
工用セラミック複合材料の製造方法によって達成され
る。According to the present invention, the object is (1) comprising 10 to 40% by volume of SiC whiskers with respect to the matrix, comprising TiB 2 and Al 2
A ceramic composite material for electric discharge machining obtained by firing a raw material containing O 3 as a main component, the TiB 2 having a particle size of 0.5 to 10 μm.
A ceramic composite material for electric discharge machining, wherein the volume ratio of the raw material to the Al 2 O 3 is 20 to 50 Vol.% And the specific resistance after firing is 10 Ωcm or less, (2) the SiC whiskers have a diameter of 0.5 to 50 The ceramic composite material for electric discharge machining according to the above (1), which is 2.5 microns and has a length of 10 to 80 microns;
(3) The ceramic composite material for electrical discharge machining according to the above (1) or (2), wherein the theoretical density ratio is 98.5% or more; (4) Al 2 O 3
To a matrix obtained by adding 20 to 50% by volume of TiB 2 having a particle size of 0.5 to 10 μm to the volume of Al 2 O 3 ,
This is achieved by a method of manufacturing a ceramic composite material for electric discharge machining, in which SiC whiskers having a length of 10 to 80 microns and a volume of 10 to 40 Vol. .
［作 用］ Al2O3に粒径0.5〜10ミクロンのTiB2を前記Al2O3の体
積に対して20〜50Vol.％添加したマトリックス粉末及び
直径0.5〜2.5ミクロンで長さ10〜80ミクロンのSiCウィ
スカーをあらかじめポットミル等で湿式混合しスラリー
とする。このスラリーを乾燥造粒後、ホットプレス等に
より焼結する。焼結温度及び焼結時間は通常1600℃〜19
00℃及び15分〜２時間である。20~50Vol.% The added matrix powder and diameter 0.5 to 2.5 microns long 10-80 in the work for] Al 2 O 3 particle size 0.5 to 10 microns TiB 2 with respect to the volume of the Al 2 O 3 A micron SiC whisker is wet-mixed in advance with a pot mill or the like to form a slurry. After this slurry is dried and granulated, it is sintered by hot pressing or the like. Sintering temperature and sintering time are usually 1600 ° C ~ 19
00 ° C and 15 minutes to 2 hours.
このとき、TiB2がAl2O3のの体積に対して20Vol.％未
満では放電加工用材料として必要な比抵抗が十分に低下
しない。またTiB2がAl2O3の体積に対して50Vol.％以上
ではSiCウィスカーによる効果が生じない。さらにTiB2
は比抵抗ばかりではなく破壊靭性を向上させる効果もあ
り、TiB2がAl2O3の体積に対して20Vol.％以下では破壊
靭性の向上が顕著ではなく、50Vol.％以上では破壊靭性
に変化がない。一方、SiCウィスカーはマトリックスの
体積に対して10Vol.％未満では曲げ強さの向上が顕著で
はなく、また40Vol.％以上ではかえって曲げ強さが低下
する。また焼結体の理論密度比が98.5％以下では曲げ強
さが低下する。At this time, if TiB 2 is less than 20% by volume with respect to the volume of Al 2 O 3 , the specific resistance required as a material for electric discharge machining does not sufficiently decrease. The TiB 2 does not occur the effect by SiC whiskers with 50 Vol.% Or more based on the volume of the Al 2 O 3. Further TiB 2
Has the effect of improving not only the specific resistance but also the fracture toughness. When TiB 2 is less than 20 Vol.% Of the volume of Al 2 O 3 , the improvement in fracture toughness is not remarkable, and when it is 50 Vol. There is no. On the other hand, in the case of SiC whiskers, the bending strength is not remarkably improved when the volume is less than 10 Vol.% With respect to the volume of the matrix, and the bending strength is lowered when the volume is 40 Vol.% Or more. If the theoretical density ratio of the sintered body is 98.5% or less, the bending strength decreases.
本発明のウィスカーは直径が0.5〜2.5ミクロンであ
り、従来のウィスカーより太いので破壊靭性の向上に有
利である。The whiskers of the present invention have a diameter of 0.5 to 2.5 microns and are thicker than conventional whiskers, which is advantageous for improving fracture toughness.
本発明によればAl2O3−SiCウィスカー系の複合材料に
比べて放電加工性が著しく向上し、かつ破壊靭性を向上
させたセラミックス複合材料を提供し得る。According to the present invention, it is possible to provide a ceramic composite material which has significantly improved electric discharge machinability and improved fracture toughness as compared with an Al 2 O 3 —SiC whisker-based composite material.
［実施例］ Al2O3からなるマトリックス粉末に直径0.5〜2.5ミク
ロンで長さ10〜80ミクロンのSiCウィスカーをマトリッ
クスに対して25Vol.％添加して試料を焼結した複合材料
Ａと、Al2O3に粒径0.5〜10ミクロンのTiB2を前記Al2O3
の体積に対して30Vol.％添加したマトリックス粉末に直
径0.5〜2.5ミクロンで長さ10〜80ミクロンのSiCウィス
カーをマトリックスに対して25Vol.％添加した試料を焼
結した複合材料Ｂとの特性の比較例を表に示す。なお、
これらの製造方法は前述と同様である。また焼結体の理
論密度比は98.5％以上である。Example A composite material A obtained by adding a SiC whisker having a diameter of 0.5 to 2.5 μm and a length of 10 to 80 μm to a matrix powder composed of Al 2 O 3 at 25 vol. wherein the TiB 2 particle size 0.5 to 10 microns 2 O 3 Al 2 O 3
The characteristics of the composite material B obtained by sintering a sample in which SiC whiskers having a diameter of 0.5 to 2.5 microns and a length of 10 to 80 microns were added to the matrix powder at a volume of 25 Vol. Comparative examples are shown in the table. In addition,
These manufacturing methods are the same as described above. The theoretical density ratio of the sintered body is 98.5% or more.
この表によれば、TiB2の添加により曲げ強度は若干低
下するがKIc、Hvは向上する。また比抵抗は放電加工が
十分に行なえる程度まで低下し、複合材料の放電加工特
性が向上する。KIcの向上はTiB2粒子の分散によるもの
であるが、TiB2が多すぎても少なすぎても効果が少な
く、粒子径が0.5〜10ミクロンの範囲が適当である。こ
の実施例のTiB2を添加した複合材料は、硬度も高く、破
壊靭性も備え、かつ放電加工も容易であるという優れた
特性を有している。 According to this table, flexural strength by the addition of TiB 2 is slightly reduced but K Ic, H v is improved. Further, the specific resistance is reduced to such a degree that electric discharge machining can be sufficiently performed, and the electric discharge machining characteristics of the composite material are improved. The improvement in K Ic is due to the dispersion of TiB 2 particles. However, if the amount of TiB 2 is too large or too small, the effect is small, and a particle size in the range of 0.5 to 10 μm is appropriate. The composite material to which TiB 2 is added in this example has excellent properties such as high hardness, high fracture toughness, and easy electric discharge machining.
次に、第１図、第２図、第３図、第４図によればAl2O
3に対して添加するTiB2の体積率（Vol.％）を変化させ
た場合のAl2O3−TiB2マトリックスによって作られたSiC
ウィスカー強化Al2O3−TiB2複合材料の曲げ強さ、比抵
抗、Hv、KIcそれぞれの値が示されている。これらの図
においては、SiCウィスカー（マトリックスに対する体
積率25Vol.％）を添加した場合は○印及び実線１で、Si
Cウィスカー無添加の場合は△印及び破線２で示してい
る。これらの値から、マトリックス中のTiB2の体積率が
20〜50Vol.％であり、直径0.5〜2.5ミクロンで長さ10〜
80ミクロンのSiCウィスカーをマトリックスの体積に対
して10〜40Vol.％添加すれば、比抵抗が10Ω・cm以下、
曲げ強さ450MPa以上であって、KIc及び硬さHv共にSiCウ
ィスカー無添加の場合より良好なSiCウィスカー強化Al2
O3−TiB2放電加工用複合材料が得られる。Next, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, according to Figure 4 Al 2 O
SiC produced by Al 2 O 3 -TiB 2 matrix when the volume ratio (Vol.%) Of TiB 2 added to 3 is changed
Whisker reinforced Al 2 O 3 -TiB 2 bending strength of the composite material, resistivity, H v, K Ic each value is shown. In these figures, in the case where SiC whiskers (25 vol.
In the case where no C whisker was added, this is indicated by a triangle and a broken line 2. From these values, the volume fraction of TiB 2 in the matrix is
20 ~ 50Vol.%, 0.5 ~ 2.5 microns in diameter and 10 ~ length
If 80 to 40 Vol.% Of SiC whiskers are added to the volume of the matrix, the specific resistance will be 10Ωcm or less,
Bending A in strength 450MPa or more, K Ic and hardness H v together better SiC whisker reinforced if the SiC whisker no addition Al 2
A composite material for O 3 —TiB 2 electric discharge machining is obtained.
また、第５図は、マトリックスに対して添加するSiC
ウィスカーの体積Vf（Vol.％）を変化させた場合におい
て、TiB2を20Vol.％添加したSiCウィスカー強化Al2O3−
TiB2放電加工用複合材料の曲げ強さの値（三角印及び実
線３）及びTiB2無添加の場合の値（黒丸印及び破線４）
が示されている。第５図によれば、SiCウィスカーが37V
ol.％の時に、TiB2が無添加の場合は曲げ強さが最大値
約760MPaを示し、TiB220Vol.％添加の場合は最大値約71
0MPaを示す。SiCウィスカーの体積率が10〜50％の範囲
においては、TiB2を添加する場合は無添加の場合に比べ
て曲げ強さは若干低下する。Fig. 5 shows the SiC added to the matrix.
. In the case of changing the whiskers in volume Vf (. Vol%), SiC whisker reinforced addition of TiB 2 20Vol% Al 2 O 3 -
The value of the bending strength of the composite material for TiB 2 electrical discharge machining (triangles and solid line 3) and the value without TiB 2 (black circles and broken line 4)
It is shown. According to FIG. 5, the SiC whisker is 37V
%, the bending strength shows the maximum value of about 760 MPa when TiB 2 is not added, and the maximum value is about 71 when TiB 2 20 Vol.% is added.
Indicates 0MPa. To the extent the volume ratio of 10 to 50 percent SiC whiskers, bending strength as compared with the case without addition of adding TiB 2 is slightly reduced.
［発明の効果］ 本発明によれば、Al2O3−SiCウィスカー系の複合材料
に比べて優れた放電加工特性を有し、かつ破壊靭性を向
上させた放電加工用セラミックス複合材料を提供し得
る。[Effect of the Invention] According to the present invention, there is provided a ceramic composite material for electric discharge machining, which has excellent electric discharge machining characteristics as compared with an Al 2 O 3 —SiC whisker-based composite material and has improved fracture toughness. obtain.
第１図、第２図、第３図、及び第４図は、TiB2の体積率
（Vol.％）を変化させた場合の本発明の複合材料の曲げ
強さ、比抵抗、Hv、KIcのそれぞれの値を示すグラフ、
第５図はSiCウィスカーの体積率（Vol.％）を変化させ
た場合の本発明の複合材料の曲げ強さの値を示すグラフ
である。 1,3……実線、2,4……破線。FIGS. 1, 2, 3 and 4 show the bending strength, specific resistance, H v , and Hb of the composite material of the present invention when the volume ratio (Vol.%) Of TiB 2 is changed. A graph showing each value of K Ic ,
FIG. 5 is a graph showing the value of the bending strength of the composite material of the present invention when the volume ratio (Vol.%) Of the SiC whiskers is changed. 1,3: solid line, 2,4: broken line.
Claims (4)
ウィスカーを含み、TiB2及びAl2O3を主成分とする原料
を焼成してなる放電加工用セラミック複合材料であっ
て、粒径が0.5〜10ミクロンのTiB2原料の、前記Al2O3に
対する体積率が20〜50Vol.％であり、かつ焼成後の比抵
抗が10Ωcm以下であることを特徴とする放電加工用セラ
ミック複合材料。1. The SiC of 10 to 40% by volume with respect to the matrix.
Includes a whisker, a ceramic composite material for electrical discharge machining made by firing a raw material composed mainly of TiB 2 and Al 2 O 3, particle size of the TiB 2 material of 0.5 to 10 microns, wherein the Al 2 O 3 A ceramic composite material for electric discharge machining, characterized in that the volume ratio of the ceramic composite is 20 to 50% by volume and the specific resistance after firing is 10 Ωcm or less.
クロンであり、長さが10〜80ミクロンであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の放電加工用セラミ
ック複合材料。2. The ceramic composite material for electric discharge machining according to claim 1, wherein said SiC whiskers have a diameter of 0.5 to 2.5 microns and a length of 10 to 80 microns.
とする特許請求の範囲第１項又は第２項のいずれか一項
に記載の放電加工用セラミック複合材料。3. The ceramic composite material for electric discharge machining according to claim 1, wherein a theoretical density ratio is 98.5% or more.
Al2O3の体積に対して20〜50Vol.％添加したマトリック
スに、直径0.5〜2.5ミクロンで長さ10〜80ミクロンのSi
Cウィスカーを前記マトリックスの体積に対して10〜40V
ol.％添加し、前記ウィスカーが添加されたマトリック
スを焼成することを特徴とする放電加工用セラミック複
合材料の製造方法。4. TiB 2 having a particle size of 0.5 to 10 microns is added to Al 2 O 3.
The al 2 O 3 matrix was added 20~50Vol.% Relative to the volume, Si of length 10 to 80 microns in diameter 0.5 to 2.5 microns
C whisker is 10 ~ 40V based on the volume of the matrix
%, and firing the matrix to which the whiskers have been added.
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