CN109906212A

CN109906212A - 烧结体以及包含该烧结体的切削工具

Info

Publication number: CN109906212A
Application number: CN201780063799.0A
Authority: CN
Inventors: 石井显人; 原田高志; 冈村克己; 久木野晓
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: EP3527545A1; JP6915624B2; WO2018074017A1; US20190240739A1; JPWO2018074017A1; CN109906212B; KR20190071702A; US12070802B2; EP3527545A4; MX2019004170A

Abstract

一种烧结体，其为包含第一材料和第二材料的烧结体，其中所述第一材料是1体积％至90体积％的Al₂O₃分散在晶粒边界或晶粒中的部分稳定的ZrO₂，所述Al₂O₃是粒径为1μm以下的粒子，所述第二材料是选自由碳化物、氮化物和碳氮化物组成的组中的至少一种化合物，并且在所述烧结体中包含5体积％至95体积％的所述第二材料。

Description

烧结体以及包含该烧结体的切削工具

技术领域

本发明涉及烧结体和包括该烧结体的切削工具。本申请要求基于2016年10月17日提交的日本专利申请No.2016-203467的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

例如，如日本专利特开No.2001-019537(专利文献1)中所公开的，已知一种烧结体(所谓的“黑色陶瓷”)，其包括：碳化钨以及包含Ti、Zr、Nb和Ta中的至少一种的碳化物、氮化物、碳氮化物中的一种；氧化铝；和Zr化合物。采用这种烧结体的切削工具具有优异的耐磨性，并且所述切削工具用于切削硬化钢、灰铸铁等。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开No.2001-019537

发明内容

根据本公开的一个实施方案的烧结体包含第一材料和第二材料，其中所述第一材料是1体积％至90体积％的Al₂O₃分散在晶粒边界或晶粒中的部分稳定的ZrO₂，所述Al₂O₃是粒径为1μm以下的粒子，并且所述第二材料是选自由碳化物、氮化物和碳氮化物组成的组中的至少一种化合物，并且在所述烧结体中包含5体积％至95体积％的所述第二材料。

此外，根据本公开的一个实施方案的切削工具包括上述烧结体。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

已经指出，专利文献1中公开的烧结体因为其中包含的TiC和Al₂O₃的各自的韧性低，因此在切削期间破损。

鉴于上述情况，本公开的目的是提供：一种烧结体，其包含碳化物、氮化物和碳氮化物中的至少一种并且具有优异的耐破损性；以及一种包括该烧结体的切削工具。

[本公开的有益效果]

根据以上描述，可以提供：一种烧结体，其包含碳化物、氮化物和碳氮化物中的至少一种并且具有优异的耐破损性；以及一种包括该烧结体的切削工具。

[实施方案的详述]

首先，列出并描述了本发明的实施方案。

[1]根据本公开的一个实施方案的烧结体包含第一材料和第二材料，其中所述第一材料是1体积％至90体积％的Al₂O₃分散在晶粒边界或晶粒中的部分稳定的ZrO₂，所述Al₂O₃是粒径为1μm以下的粒子，并且所述第二材料是选自由碳化物、氮化物和碳氮化物组成的组中的至少一种化合物，并且在所述烧结体中包含5体积％至95体积％的所述第二材料。通过这种构成，烧结体可以具有优异的耐破损性。

[2]所述化合物优选包含选自由元素周期表中的第4族元素、第5族元素、第6族元素和Si组成的组中的至少一种元素。因此，烧结体能够具有更优异的耐破损性。

[3]所述第一材料中的体积比ZrO₂/(ZrO₂+Al₂O₃)优选为0.49以上。因此，烧结体能够具有进一步优异的耐破损性。

[4]所述烧结体优选进一步包含第三相，所述第三相包含选自由氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化钇和氧化铪组成的组中的至少一种，并且所述烧结体中包含95体积％以下的所述第三相。因此，烧结体可以具有优异的耐磨性。

[5]根据本公开的一个实施方案的切削工具包括上述烧结体。通过这种构成，切削工具可以具有优异的耐破损性。

[本发明实施方案的详述]

下面更详细地描述本发明的实施方案(下文中，也称为“本实施方案”)。

这里，在本说明书中，表述“A至B”表示从下限到上限的范围(即，A以上B以下)。当没有指示A的单位且仅指示B的单位时，A的单位与B的单位相同。此外，当化合物等在本说明书中用化学式表示且对于其原子比没有特别的限制时，假设包括所有常规已知的原子比。原子比不必仅限于化学计量范围内的一个。在本实施方案中，金属元素和非金属元素不一定需要构成化学计量组成。金属元素的实例包括钛(Ti)、铝(Al)、硅(Si)、钽(Ta)或铬(Cr)。非金属元素的实例包括氮(N)、氧(O)和碳(C)。除非另外特别说明，本说明书中的术语“粒径”是指平均粒径。

<<烧结体>>

通常，已知当用作切削工具时，包含碳化物、氮化物和碳氮化物中的至少一种、Al₂O₃和Zr化合物的烧结体在离心铸铁的高速切削中具有优异的耐磨性。然而，由于Al₂O₃是低韧性材料，因此当用于高速长距离切削时，烧结体可能会破损。

另一方面，根据本发明人的研究，以下列方式获得了高韧性材料：在部分稳定的ZrO₂烧结体中，使Al₂O₃在ZrO₂晶粒或ZrO₂晶粒边界中微细析出(0.1μm以上)，该部分稳定的ZrO₂烧结体是通过中和共沉淀法或溶胶-凝胶法、HIP法或SPS(脉冲电流)烧结法制得的，并且固溶有Al₂O₃。

此外，本发明人通过获得以下知识完成了本发明：当在烧结体中包含微细Al₂O₃并且微细Al₂O₃以特定形式呈现时，耐破损性显著提高，所述烧结体包含作为高韧性材料的部分稳定的ZrO₂，以及碳化物、氮化物和碳氮化物中的至少一种。耐破损性显著提高据推测是由于以下原因：由于微细析出的Al₂O₃，部分稳定的ZrO₂的结构变得强韧，因此导致所得韧性和碳化物、氮化物和碳氮化物的固有特性的协同效应。这种烧结体还具有优异的耐磨性。

根据本实施方案的烧结体是包含第一材料和第二材料的烧结体。第一种材料是其中1体积％至90体积％的Al₂O₃分散在晶粒边界或晶粒中的部分稳定的ZrO₂。Al₂O₃是粒径为1μm以下的粒子。第二材料是选自由碳化物、氮化物和碳氮化物组成的组中的至少一种化合物，并且在所述烧结体中包含5体积％至95体积％的第二材料。

根据本实施方案的这种烧结体可包含任意其他组分，只要该烧结体包含第一材料和第二材料即可。其他组分的实例可包括但不应仅限于如下所述的第三相等。而且，这种烧结体可包含不可避免的杂质，只要该烧结体呈现出所需效果即可。当然，烧结体可仅包含第一材料和第二材料。以下描述这种烧结体的每种组分。

<第一材料>

第一种材料是部分稳定的ZrO₂，其中1体积％至90体积％的Al₂O₃分散在部分稳定的ZrO₂的晶粒边界或晶粒中。Al₂O₃是粒径为1μm以下的粒子。

术语“部分稳定的ZrO₂”具有常规已知的含义，并且是指其中立方和四方晶体在室温下是稳定或亚稳定的ZrO₂。

除ZrO₂和Al₂O₃之外的氧化物的实例包括：氧化钙；氧化镁；和稀土氧化物如氧化钇。部分稳定的ZrO₂可包括一种或两种或更多种上述氧化物。除ZrO₂和Al₂O₃之外的氧化物的固溶量相对于ZrO₂优选为约1mol％至4mol％。

相对于部分稳定的ZrO₂，部分稳定的ZrO₂包含1体积％至90体积％的Al₂O₃。更优选地，其中相对于部分稳定的ZrO₂包含1体积％至51体积％的Al₂O₃。因此，获得了诸如高硬度、高强度和高韧性的特性，从而可以高速切削难以切削的钢材。当Al₂O₃的含量小于1体积％时，不能获得上述特性，结果降低了耐破损性。当Al₂O₃的含量大于90体积％时，韧性显著降低。

Al₂O₃以分散在部分稳定的ZrO₂的晶粒边界或晶粒中的方式存在。即，表述“以分散的方式存在”是指微粒Al₂O₃析出以分散在晶粒边界或晶粒中。因此，Al₂O₃需要是粒径为1μm以下的粒子(晶粒)。当Al₂O₃的粒径大于1μm时，硬度和韧性降低。Al₂O₃优选为粒径为0.5μm以下的粒子，更优选为粒径为0.1μm以下的粒子。随着粒径变小，韧性趋于提高，因此不应对粒径的下限进行限制。然而，当粒子太细时，材料本身的韧性趋于降低。因此，Al₂O₃的粒径优选为0.005μm以上。

此处，Al₂O₃的粒径根据烧结条件而改变。此外，即使在相同的烧结条件下，Al₂O₃的粒径也在仅烧结第一材料的情况和混合并烧结第一材料和下述第二材料的情况之间变化。即，将仅烧结第一材料的情况中Al₂O₃的粒径与混合并烧结第一材料和第二材料的情况中Al₂O₃的粒径相比较，后者的粒径(即，包含第二材料的烧结体中的Al₂O₃的粒径)倾向于是微细的粒径(结晶粒径)，其大约是前者粒径(即，仅烧结第一材料的情况中Al₂O₃的粒径)的十分之一，即使施加相同的烧结条件(例如温度和压力)亦是如此。据推测这是由于以下原因：由于第一材料和第二材料结合抑制了Al₂O₃的晶粒生长，因此Al₂O₃的粒径变得更细。

因此，Al₂O₃的粒径(结晶粒径)变为0.1μm以下的现象是当第一材料和第二材料混合并烧结时出现的特定现象。当不包含第二材料时，Al₂O₃的粒径不会变为0.1μm以下(通常，粒径大于0.2μm)。

在根据本实施方案的烧结体中，如上所述，由于Al₂O₃微细地分散在部分稳定的ZrO₂中，因此韧性得到显著改善。据推测这是由于结构因Al₂O₃而强韧。另外，Al₂O₃可以存在于晶粒边界和晶粒中的任一者或两者中。即，Al₂O₃存在的位置不限于部分稳定的ZrO₂的特定位置。

可以根据以下方法测定Al₂O₃的粒径、含量(体积)和存在位置。具体而言，使用离子束对烧结体进行CP(横截面抛光)加工，从而形成平滑的横截面。接下来，使用扫描电子显微镜(SEM)观察横截面，从而指定Al₂O₃存在的位置。基于通过该SEM获得的显微镜图像，使用图像分析软件进行二值化处理，并计算Al₂O₃的当量圆直径和面积。当量圆直径可以视为粒径。而且，该面积可以视为体积，因此可以视为Al₂O₃的含量。在本说明书中，术语“当量圆直径”是指假想圆的直径，该假想圆的面积与通过采用图像分析软件的二值化处理计算的测量对象的面积相当。

Al₂O₃的粒径(当量圆直径)为平均粒径。该平均粒径可以如下计算：从存在Al₂O₃的位置捕获总共十个显微镜图像；使用图像分析软件对这些显微镜图像进行二值化处理，以由每个显微镜图像计算50个Al₂O₃的当量圆直径(因此，通过10个显微镜图像×50个当量圆直径计算总共500个Al₂O₃的当量圆直径)；并计算其平均值。同样地，Al₂O₃的含量(体积)可以计算为由10个显微镜图像计算的500个Al₂O₃面积的平均值。

此处，第一材料中的体积比ZrO₂/(ZrO₂+Al₂O₃)优选为0.49以上。ZrO₂/(ZrO₂+Al₂O₃)是表示耐破损性的指标。随着其值越大，耐破损性越好。由于ZrO₂/(ZrO₂+Al₂O₃)为0.49以上，因此可以特别改善烧结体的耐破损性。据推测这是由于以下原因：通过在第一材料中具有上述体积比，优化了在部分稳定的ZrO₂的晶粒边界或晶粒中微细析出的Al₂O₃的比率，由此部分稳定的ZrO₂的结构变得更强韧。尽管不需要特别限定体积比ZrO₂/(ZrO₂+Al₂O₃)的上限值，但优选将上限值设定为如0.99之类的值，在该值下氧化铝的量不会变得太少。

第一材料中ZrO₂的体积可以通过与测量Al₂O₃体积的方法相同的方法确定，即，可以通过以下方式确定：通过使用图像分析软件在反射电子图像上执行二值化处理而获得其面积，其中该反射电子图像通过利用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得；将这个面积转换成体积。因此，可通过以下方法计算体积比ZrO₂/(ZrO₂+Al₂O₃)。首先，使用离子束对烧结体进行CP加工，从而形成平滑的横截面。使用扫描电子显微镜(SEM)观察该横截面以获得反射电子图像。使用图像分析软件对该反射电子图像进行二值化处理，以测量ZrO₂和Al₂O₃各自的面积。然后将这些面积转换成体积。

例如，可以使用下述中和共沉淀法或溶胶-凝胶法获得第一材料。

(中和共沉淀法)

中和共沉淀法是包括以下步骤A和B的方法。这种方法例如在2013年公开的论文(J.Jpn.Soc.Powder Powder Metallurgy,Vol.60,No.10,P428-435)中有所描述。

步骤A是这样的步骤，其中将锆盐、钇盐和铝盐混合，以使得氧化锆(ZrO₂)和氧化钇(Y₂O₃)之间的体积比为98.2:1.8至98.8:1.2并且添加有氧化钇的氧化锆和氧化铝(Al₂O₃)之间的体积比为10:90至99:1，由此制备混合溶液。此处，作为固溶于氧化锆(ZrO₂)中的氧化物例示了氧化钇(Y₂O₃)；然而，氧化物不仅限于此。

步骤B是这样的步骤，其中向上述步骤A中获得的混合溶液中添加碱进行中和，并且使锆、钇和铝共沉淀，从而得到沉淀物，干燥沉淀物，然后在650℃至750℃进行热处理7至12小时，并在850℃至950℃下煅烧0.5至3小时，从而制备Y₂O₃稳定的ZrO₂-Al₂O₃固溶体粉末。

步骤A中的锆盐的实例包括：氯氧化锆(ZrOCl₂)、硝酸氧锆(ZrO(NO₃)₂)等。钇盐的实例包括氯化钇(YCl₃)、硝酸钇(Y(NO₃)₃)等。铝盐的实例包括氯化铝(AlCl₃)等。用于混合溶液的溶剂的实例包括硝酸、盐酸等。

[溶胶-凝胶法]

溶胶-凝胶法是包括以下步骤X的方法。这种方法例如在2011年公开的论文(J.Jpn.Soc.Powder Powder Metallurgy,Vol.58,No.12,P727-732)中有所描述。

步骤X是这样的步骤，其中使用溶胶-凝胶法制备无定形固溶体粉末，并在等于或高于结晶温度的温度下煅烧所得的无定形固溶体粉末，由此制备结晶的、部分稳定的ZrO₂固溶体粉末，其中所述无定形固溶体粉末由5mol％至90mol％的Al₂O₃和添加有0.3mol％至1.7mol％的Y₂O₃的ZrO₂(99.7mol％至98.3mol％的ZrO₂-0.3mol％至1.7mol％的Y₂O₃)构成。

(其他方法)

本实施方案的第一材料也可以通过除上述两种方法之外的方法获得。即，使用研磨机如珠磨机或球磨机将部分稳定的ZrO₂和Al₂O₃在诸如乙醇的溶剂中彼此混合，从而获得浆料。然后，使用该浆料进行造粒，由此可以获得第一材料。对于造粒方法不应有特别的限制，其实例包括熔融造粒或喷雾造粒。

可以通过以下方法提高通过上述方法获得的造粒材料(第一材料)的强度：

(1)在热处理炉(例如，在1000℃、真空中进行3小时)中进行烧结；或者

(2)将10质量％的粘结剂(一般粘结剂如PVB(聚乙烯醇缩丁醛))加入到浆料中，该浆料处于造粒材料之前的阶段。

如上所述，可以通过各种方法获得第一材料，并且对于制造第一材料的方法不应有特别的限制。

在烧结体中优选包含5体积％至95体积％的第一材料。当烧结体中第一材料的比率小于5体积％时，耐磨性和耐破损性可能会降低。当烧结体中的第一材料的比率大于95体积％时，硬度可能会降低，因此耐磨性可能降低。烧结体中第一材料的比率更优选为10体积％至90体积％。

第一材料的平均粒径优选为0.01μm至1μm。当平均粒径小于0.01μm时，在与其他粉末混合期间可能发生聚集，因此倾向于发生烧结不良。当平均粒径超过1μm时，由于烧结过程中的晶粒生长，强度趋于降低。平均粒径更优选为0.1μm至0.5μm。

可以通过与确定Al₂O₃的粒径的方法相同的方法确定第一材料的平均粒径。具体而言，利用离子束对烧结体进行CP加工，从而形成平滑的横截面。然后，用扫描电子显微镜(SEM)观察该横截面。通过利用图像分析软件的二值化处理，计算第一材料的当量圆直径，并且可以将该当量圆直径定义为平均粒径。

此外，可以通过用扫描电子显微镜(SEM)对CP加工面进行测定而获得的反射电子图像、EDX(能量色散X射线分析)或俄歇电子能谱分析来确定本实施方案的烧结体中除了该第一材料之外的组分的组成和含量(体积)。

例如，第一材料的体积可以通过与测量ZrO₂和Al₂O₃的各自体积的方法相同的方法确定，即，可以通过使用图像分析软件在反射电子图像上执行二值化处理从而测定第一材料的面积，从而确定第一材料的体积，其中通过利用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得该反射电子图像。

<第二材料>

如上所述，根据本实施方案的烧结体包含第一材料和第二材料。第二材料是选自由碳化物、氮化物和碳氮化物组成的组中的至少一种化合物，并且烧结体中包含5体积％至95体积％的第二材料。

也就是说，第二材料优选以5体积％至95体积％的比率包含在烧结体中。当烧结体中第二材料的比率小于5体积％时，硬度可能会降低，导致耐磨性降低。当烧结体中的第二材料的比率变得大于95体积％时，耐破损性可能会降低。烧结体中第二材料的含量更优选为10体积％至90体积％。第二材料的含量可以通过与测量第一材料的含量的方法相同的测量方法来确定。

用作第二材料的上述化合物优选为选自由元素周期表中的第4族元素、第5族元素、第6族元素和Si组成的组中的至少一种元素。即，上述化合物优选为碳化物、氮化物和碳氮化物中的一种，所述碳化物、氮化物和碳氮化物各自包含选自由元素周期表中的第4族元素(Ti、Zr、Hf等)、第5族元素(V、Nb、Ta等)、第6族元素(Cr、Mo、W等)和Si组成的组中的至少一种元素。因此，根据本实施方案的烧结体可以具有更优异的耐破损性。

用作第二材料的碳化物的具体实例可包括TiC、ZrC、HfC、NbC、TaC、SiC、MO₂C、WC等。氮化物的实例可包括TiN、ZrN、HfN、NbN、TaN、Si₃N₄、CrN等。碳氮化物的实例可包括TiCN、ZrCN、HfCN、NbCN、TaCN等。

<第三相>

根据本实施方案的烧结体还可包括第三相。第三相优选为选自由氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化钇和氧化铪组成的组中的至少一种。此外，优选在烧结体中包含95体积％以下的第三相。

当烧结体包含95体积％以下的选自由氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化钇和氧化铪组成的组中的至少一种作为第三相时，根据本实施方案的烧结体的烧结性得到改善。因此，可以在实现由于微细析出的Al₂O₃而使部分稳定的ZrO₂的结构变强韧的效果的同时获得优异的耐磨性。第三相的含量更优选为0至60体积％。

第三相的平均粒径优选为0.05μm至5μm。当平均粒径小于0.05μm时，当第三相与其他粉末混合时，由于聚集而倾向于发生烧结不良。当平均粒径大于5μm时，由于烧结期间的晶粒生长，强度趋于降低。

可以通过与测量Al₂O₃和第一材料的各自粒径的方法相同的测量方法来确定第三相的平均粒径。此外，第三相的含量也可以通过与测量第一材料的含量的方法相同的测量方法来确定。

<作用>

根据上文所述，在根据本实施方案的烧结体中，用作第一材料的部分稳定的ZrO₂的结构通过在晶粒边界或晶粒中分散并微细析出的Al₂O₃变得强韧。通过这种第一材料的特性和用作第二材料的碳化物、氮化物或碳氮化物各自的固有特性的协同效应，可以显著提高耐破损性。此外，根据本实施方案的烧结体还可以具有优异的耐磨性。

<<烧结体的制造方法>>

根据本实施方案的烧结体可以通过常规已知的制造方法制造，并且对于制造方法不应有特别的限制。

例如，使用珠磨机、球磨机等将作为原料的第一材料、第二材料和其他组分(例如第三相的粒子)混合。接下来，在1300℃至1600℃的温度和10MPa至7GPa的压力下进行10分钟至60分钟的烧结，从而获得烧结体。烧结中的压力优选为4GPa至7GPa。尽管对烧结方法没有特别的限制，但是可以使用放电等离子体烧结(SPS)、热压、超高压烧结等。

<<切削工具>>

由于根据本实施方案的烧结体显示出优异的耐破损性和耐磨性等特性，因此根据本实施方案的烧结体适用于切削工具等。即，根据本实施方案的切削工具包含上述烧结体。

切削工具的实例包括钻头、端铣刀、钻头用可转位切削刀片、端铣刀用可转位切削刀片、铣削用可转位切削刀片、车削用可转位切削刀片、金工锯、齿轮切削刀具、铰刀、丝锥、切削车刀等等。

上述切削工具可以完全由本实施方案的烧结体构成，或者可以一部分(例如，刃部)由本实施方案的烧结体构成。可以在切削工具的表面上形成覆膜。

实施例

尽管下文将参考实施例更详细地描述本发明，但本发明不限于此。

<<包含碳化物作为第二材料的烧结体：样品A1至A48>>

准备在下述步骤(中和共沉淀法)中制备的第一材料作为原料。第二材料准备为市售的碳化物粉末。此外，在每个预定样品中，根据需要准备市售原料粉末作为第三相。

<样品A1至A26>

如下所述制造样品A1至A26的烧结体。

(第一材料(前体)的制造)

如上所述，第一材料(前体)可以基于2013年公开的论文(J.Jpn.Soc.PowderPowder Metallurgy,Vol.60,No.10,P428-435)通过以下方法制造。

具体而言，首先，将氯氧化锆(ZrOCl₂·8H₂O)、氯化铝(AlCl₃)和氯化钇(YCl₃)加入水中以制备混合水溶液，使得ZrO₂和Y₂O₃的体积比满足“ZrO₂:Y₂O₃＝98.5:1.5”并且添加有Y₂O₃的ZrO₂与Al₂O₃的摩尔比满足“(添加有Y₂O₃的ZrO₂):Al₂O₃＝75:25”。

接下来，将氨水溶液添加到该混合水溶液中以通过同时中和使Zr、Y和Al共沉淀，并将所得沉淀物过滤，用水洗涤并干燥，从而制备无定形水合氧化锆(75mol％(98.5mol％的ZrO₂-1.5mol％的Y₂O₃)-25mol％的Al₂O₃)固溶体粉末。

将上述得到的固溶体粉末在700℃、空气中和9小时的条件下煅烧(热处理)，并在900℃进一步煅烧1小时，从而得到作为第一材料(前体)的结晶ZrO₂粉末(其中Al₂O₃和Y₂O₃固溶)。该第一材料(前体)是部分稳定的ZrO₂，其中相对于全部第一材料固溶有30体积％的Al₂O₃。此处，在下表1至5中，“ATZ(氧化铝增韧的氧化锆)”被描述为代表用作第一材料的其中固溶有Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂。

此处，在样品A1至A26中的样品A8、A15和A22中的各样品中，如下所述，准备其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末(商标：“TZ-3Y”，由TOSOH制造；平均粒径为45nm)以使用，以代替使用通过上述方法制造的第一材料(前体)。

(第二材料的准备)

准备市售的碳化物粉末作为第二材料。具体而言，准备以下材料作为第二材料：TiC(等级：TiC-01；由Japan New Metals制造)；ZrC(等级：ZrC-F；由Japan New Metals制造)；NbC(等级：NbC；由Japan New Metals制造)；TaC(等级：TaC；由Japan New Metals制造)；SiC(等级：SII02PB；由Kojundo Chemical Laboratory制造)；MO₂C(等级：MO₂C；由JapanNew Metals制造)；和WC(等级：WWI14PBWC；由Kojundo Chemical Laboratory制造)。第二材料的粒径为2μm。

然后，使用球磨机将第一材料(前体)和由表1中所示的原料粉末构成的第二材料以获得表1所示的配合量(体积％)的方式进行混合，以获得各样品的混合物。关于样品A8、A15和A22中的各样品，使用球磨机将其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末与作为第二材料原料的粉末以获得表1中所示的配合量(体积％)的方式进行混合，由此获得每种混合物。

接着，将样品A1至A6和A8至A26的混合物在7GPa的压力和1400℃的烧结温度下烧结15分钟，从而获得样品A1至A6和A8至A26的烧结体。将样品A7的混合物在7GPa的压力和1700℃的烧结温度下烧结15分钟，从而获得样品A7的烧结体。

对样品A1至A26的各烧结体进行如上所述的CP加工，并且用SEM观察其横截面，从而确定第一材料中Al₂O₃的存在位置。另外，通过使用图像分析软件(商标：“WinROOFver.6.5.3”，由Mitani Corporation制造)的二值化处理，计算出Al₂O₃的当量圆直径(粒径)和含量。结果，证实在样品A1至A6、A9至A14、A16至A21和A23至A26中的各烧结体中，Al₂O₃的粒径为0.05μm，并且其含量与原料的含量一致(30体积％；其存在的位置在晶粒边界或晶粒中)。在样品A7的烧结体中，Al₂O₃的含量与原料的含量一致；但是，Al₂O₃的粒径为2μm。在样品A1至A6、A9至A14、A16至A21和A23至A26的各烧结体中，第一材料的平均粒径为0.15μm。在样品A8、A15和A22的各烧结体中，部分稳定的ZrO₂的平均粒径为0.045μm。在样品A7的烧结体中，第一材料的平均粒径为2.5μm。此外，在样品A1至A26的各烧结体中，第二材料的平均粒径与原料的平均粒径一致。

然后，在样品A1至A26的各烧结体中，使用通过利用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得的反射电子图像，或使用借助俄歇电子能谱的元素分析来确认第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂的区域和第二材料的区域。然后，利用上述图像分析软件通过二值化处理测量其各自的面积。因此，可以证实：各烧结体包含第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂和第二材料；它们的比率与原料的比率一致。

<样品A27至A38>

如下所述制备样品A27至A38的各烧结体。

(用于样品A27、A31和A35中的各样品的第一材料(前体)的制造)

除了以下几点之外，该第一材料(前体)可以根据与用于样品A1的第一材料(前体)的制造方法相同的方法来制造。

也就是说，在用于样品A27、A31和A35中的各样品的第一材料(前体)的制造中，调制混合水溶液，使得添加有Y₂O₃的ZrO₂与Al₂O₃的摩尔比满足“(添加有Y₂O₃的ZrO₂):Al₂O₃＝5:95”。此外，调制由该混合水溶液得到的无定形水合氧化锆固溶体粉末，使得添加有Y₂O₃的ZrO₂与Al₂O₃的摩尔比满足5mol％(98.5mol％ZrO₂-1.5mol％Y₂O₃)-95mol％Al₂O₃。

用于样品A27、A31和A35中的各样品的所制造的第一材料(前体)是部分稳定的ZrO₂，其中相对于全部第一材料固溶有96体积％的Al₂O₃。

(用于样品A28、A32和A36中的各样品的第一材料(前体)的制造)

也就是说，在用于样品A28、A32和A36中的各样品的第一材料(前体)的制造中，调制混合水溶液，使得添加有Y₂O₃的ZrO₂与Al₂O₃的摩尔比满足“(添加有Y₂O₃的ZrO₂):Al₂O₃＝15:85”。此外，调制由该混合水溶液得到的无定形水合氧化锆固溶体粉末，使得添加有Y₂O₃的ZrO₂与Al₂O₃的摩尔比满足15mol％(98.5mol％ZrO₂-1.5mol％Y₂O₃)-85mol％Al₂O₃。

用于样品A28、A32和A36中的各样品的所制造的第一材料(前体)是部分稳定的ZrO₂，其中相对于全部第一材料固溶有88体积％的Al₂O₃。

(用于样品A29、A33和A37中的各样品的第一材料(前体)的制造)

也就是说，在用于样品A29、A33和A37中的各样品的第一材料(前体)的制造中，调制混合水溶液，使得添加有Y₂O₃的ZrO₂与Al₂O₃的摩尔比满足“(添加有Y₂O₃的ZrO₂):Al₂O₃＝55:45”。此外，调制由该混合水溶液得到的无定形水合氧化锆固溶体粉末，使得添加有Y₂O₃的ZrO₂与Al₂O₃的摩尔比满足55mol％(98.5mol％ZrO₂-1.5mol％Y₂O₃)-45mol％Al₂O₃。

用于样品A29、A33和A37中的各样品的所制造的第一材料(前体)是部分稳定的ZrO₂，其中相对于全部第一材料固溶有51体积％的Al₂O₃。

(用于样品A30、A34和A38中的各样品的第一材料(前体)的制造)

也就是说，在用于样品A30、A34和A38中的各样品的第一材料(前体)的制造中，调制混合水溶液，使得添加有Y₂O₃的ZrO₂与Al₂O₃的摩尔比满足“(添加有Y₂O₃的ZrO₂):Al₂O₃＝99.5:0.5”。此外，调制由该混合水溶液得到的无定形水合氧化锆固溶体粉末，使得添加有Y₂O₃的ZrO₂与Al₂O₃的摩尔比满足99.5mol％(98.5mol％ZrO₂-1.5mol％Y₂O₃)-0.5mol％Al₂O₃。

用于样品A30、A34和A38中的各样品的所制造的第一材料(前体)是部分稳定的ZrO₂，其中相对于全部第一材料固溶有0.6体积％的Al₂O₃。

(第二材料的准备)

准备市售的碳化物粉末作为第二材料。具体而言，准备以下材料作为第二材料：TiC(等级：TiC-01；由Japan New Metals制造)，ZrC(等级：ZrC-F；由Japan New Metals制造)和WC(等级：WWI14PBWC；由Kojundo Chemical Laboratory制造)。

然后，使用球磨机将第一材料(前体)与由表2中所示的原料粉末构成的第二材料以获得表2中所示的配合量(体积％)的方式混合，从而获得各样品的混合物。

接下来，将样品A27至A38的混合物在7GPa的压力和1400℃的烧结温度下烧结15分钟，从而获得样品A27至A38的烧结体。

对样品A27至A38的各烧结体进行如上所述的CP加工，并用SEM观察其横截面，从而确定第一材料中Al₂O₃的存在位置。另外，通过使用图像分析软件(商标：“WinROOFver.6.5.3”，由Mitani Corporation制造)的二值化处理，计算出Al₂O₃的当量圆直径(粒径)和含量。结果证实，在样品A27至A38的各样品中，Al₂O₃的粒径为0.05μm，并且其含量与原料的含量一致(30体积％；其存在的位置在晶粒边界或晶粒中)。在样品A27至A38中的各烧结体中，第一材料的平均粒径为0.15μm。此外，在样品A27至A38的各烧结体中，第二材料的平均粒径与原料的平均粒径一致。

然后，在样品A27至A38的各烧结体中，使用通过用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得的反射电子图像，或使用借助俄歇电子能谱的元素分析来确认第一材料和第二材料的区域。然后，利用上述图像分析软件通过二值化处理测量其各自的面积。因此，可以证实：各烧结体包含第一材料和第二材料；并且第一材料和第二材料的比率与原料的比率一致。

<样品A39至A48>

如下所述制备样品A39至A48的各烧结体。

(用于样品A39至A45中的各样品的第一材料(前体)的制造)

第一材料(前体)可以根据与用于样品A1的第一材料(前体)的制造方法相同的方法来制造。该第一材料(前体)是部分稳定的ZrO₂，其中相对于全部第一材料固溶有30体积％的Al₂O₃。

此处，在样品A46至A48中的每个样品中，如下所述，准备其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末(商标：“TZ-3Y”，由TOSOH制造；平均粒径为45nm)以使用，代替使用通过上述方法制造的第一材料(前体)。

(第二材料的准备)

准备市售的碳化物粉末作为第二材料。具体而言，准备以下材料作为第二材料：TiC(等级：TiC-01；由Japan New Metals制造)，ZrC(等级：ZrC-F；由Japan New Metals制造)和WC(等级：WWI14PBWC；由Kojundo Chemical Laboratory制造)。第二材料的粒径为2μm。

(第三相的准备)

准备以下市售粉末作为第三相的原料：Al₂O₃粉末(商标：“TM-DAR”，由TaimeiChemicals制造；平均粒径为0.1μm)；MgO粉末(商标：“FNM-G”，由Tateho ChemicalIndustries制造；平均粒径为0.5μm)；Ce₂O粉末(商标：“CE005PB”，由Kojundo ChemicalLaboratory制造；平均粒径为0.2μm)；Y₂O₃粉末(商标：“YY003PB”，由Kojundo ChemicalLaboratory制造；平均粒径为0.4μm)；和HfO₂粉末(商标：“HF001PB”，由Kojundo ChemicalLaboratory制造；平均粒径为2μm)。

然后，使用球磨机将第一材料(前体)、由表2中所示的原料粉末构成的第二材料和由表2中所示的原料粉末构成的第三相以获得表2中所示的配合量(体积％)的方式混合，由此获得各样品的混合物。对于样品A46至A48中的各样品，使用球磨机将其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末、用作第二材料的原料的粉末以及用作第三相的原料的粉末以获得表2中所示的配合量(体积％)的方式混合，从而获得各混合物。

接下来，将样品A39至A48的混合物在7GPa的压力和1400℃的烧结温度下烧结15分钟，从而获得样品A39至A48的烧结体。

对样品A39至A48的各烧结体进行如上所述的CP加工，并用SEM观察其横截面，从而确定第一材料中Al₂O₃的存在位置。另外，通过使用图像分析软件(商标：“WinROOFver.6.5.3”，由Mitani Corporation制造)的二值化处理，计算出Al₂O₃的当量圆直径(粒径)和含量。结果证实，在样品A39至A45的各烧结体中，Al₂O₃的粒径为0.05μm，并且其含量与原料的含量一致(30体积％；其存在的位置在晶粒边界或晶粒中)。在样品A39至A45的各烧结体中，第一材料的平均粒径为0.15μm。在样品A46至A48中的各烧结体中，部分稳定的ZrO₂的平均粒径为0.045μm。此外，在样品A39至A48的各烧结体中，第二材料的平均粒径与原料的平均粒径一致。

然后，在样品A39至A48的各烧结体中，使用通过用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得的反射电子图像，或使用借助俄歇电子能谱的元素分析来确认第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂的区域、第二材料的区域以及第三相的区域。然后，利用上述图像分析软件通过二值化处理测量其各自的面积。因此，可以证实：各烧结体包含第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂、第二材料以及第三相；并且它们的比率与原料的比率一致。

<<包含碳氮化物作为第二材料的烧结体：样品B1至B32>>

准备在下述步骤(中和共沉淀法)中制造的第一材料作为原料。第二材料是碳氮化物，并且使用下述方法为此准备各种类型的材料。此外，在每个预定样品中，根据需要准备用作第三相的市售原料粉末。

<样品B1至B16>

如下所述制造样品B1至B16的烧结体。

(第一材料(前体)的制造)

此处，在样品B1至B16中的样品B7和B14的各样品中，如下所述，准备其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末(商标：“TZ-3Y”，由TOSOH制造；平均粒径为45nm)以使用，代替使用通过上述方法制造的第一材料(前体)。

(第二材料的准备)

通过使用以下方法获得碳氮化物粉末来准备第二材料。具体而言，使用球磨机或珠磨机将TiCN与TiC(等级：TiC-01；由Japan New Metals制造)和TiN(等级：TiN-01；由Japan New Metals制造)混合，从而获得混合物。使用球磨机或珠磨机将ZrCN与ZrC(等级：ZrC-F；由Japan New Metals制造)和ZrN(等级：ZrN-01；由Japan New Metals制造)混合，从而获得混合物。

使用球磨机或珠磨机将NbCN与NbC(等级：NbC；由Japan New Metals制造)和NbN(等级：NbN-0；由Japan New Metals制造)混合，从而获得混合物。使用球磨机或珠磨机将TaCN与TaC(等级：TaC；由Japan New Metals制造)和TaN(等级：TaN-0；由Japan New Metals制造)混合，从而获得混合物。

然后，将各混合物在碳炉内的Ar气氛中在2000℃下进行热处理，然后使用碳化物棒和磨臼将经热处理的材料粉碎，从而获得各碳氮化物粉末。

然后，使用球磨机将第一材料(前体)与由表3中所示的原料粉末构成的第二材料以获得表3中所示的配合量(体积％)的方式混合，从而获得各样品的混合物。对于样品B7和B14中的各样品，使用球磨机将其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末与作为第二材料的原料的粉末以获得如表3所示的配合量(体积％)的方式混合，从而得到混合物。

接着，将样品B1至B16的混合物在7GPa的压力和1400℃的烧结温度下烧结15分钟，从而获得样品B1至B16的烧结体。

对样品B1至B16的各烧结体进行如上所述的CP加工，并且用SEM观察其横截面，从而确定第一材料中Al₂O₃的存在位置。另外，通过使用图像分析软件(商标：“WinROOFver.6.5.3”，由Mitani Corporation制造)的二值化处理，计算出Al₂O₃的当量圆直径(粒径)和含量。结果证实，在样品B1至B6、B8至B13、B15和B16中的各烧结体中，Al₂O₃的粒径为0.05μm，并且其含量与原料的含量一致(30体积％；其存在的位置在晶粒边界或晶粒中)。在样品B1至B6、B8至B13、B15和B16中的各烧结体中，第一材料的平均粒径为0.15μm。在样品B7和B14的各烧结体中，部分稳定的ZrO₂的平均粒径为0.1μm。此外，在样品B1至B16的各烧结体中，第二材料的平均粒径与原料的平均粒径一致。

然后，在样品B1至B16的各烧结体中，使用通过用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得的反射电子图像，或使用借助俄歇电子能谱的元素分析来确认第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂的区域和第二材料的区域。然后，利用上述图像分析软件通过二值化处理测量其各自的面积。因此，可以证实：各烧结体包含第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂和第二材料；它们的比率与原料的比率一致。

<样品B17至B24>

如下所述制备样品B17至B24的各烧结体。

(用于样品B17和B21中的各样品的第一材料(前体)的制造)

第一材料(前体)可以根据与用于样品A27的第一材料(前体)的制造方法相同的方法来制造。该第一材料(前体)是部分稳定的ZrO₂，其中相对于全部第一材料固溶有96体积％的Al₂O₃。

(用于样品B18和B22中的各样品的第一材料(前体)的制造)

第一材料(前体)可以根据与用于样品A28的第一材料(前体)的制造方法相同的方法来制造。该第一材料(前体)是部分稳定的ZrO₂，其中相对于全部第一材料固溶有88体积％的Al₂O₃。

(用于样品B19和B23中的各样品的第一材料(前体)的制造)

第一材料(前体)可以根据与用于样品A29的第一材料(前体)的制造方法相同的方法来制造。该第一材料(前体)是部分稳定的ZrO₂，其中相对于全部第一材料固溶有51体积％的Al₂O₃。

(用于样品B20和B24中的各样品的第一材料(前体)的制造)

第一材料(前体)可以根据与用于样品A30的第一材料(前体)的制造方法相同的方法来制造。该第一材料(前体)是部分稳定的ZrO₂，其中相对于全部第一材料固溶有0.6体积％的Al₂O₃。

(第二材料的准备)

然后，使用球磨机将第一材料(前体)与由表3中所示的原料粉末构成的第二材料以获得表3中所示的配合量(体积％)的方式混合，从而获得各样品的混合物。

接着，将样品B17至B24的混合物在7GPa的压力和1400℃的烧结温度下烧结15分钟，从而获得样品B17至B24的烧结体。

对样品B17至B24的各烧结体进行如上所述的CP加工，并且用SEM观察其横截面，从而确定第一材料中Al₂O₃的存在位置。另外，通过使用图像分析软件(商标：“WinROOFver.6.5.3”，由Mitani Corporation制造)的二值化处理，计算出Al₂O₃的当量圆直径(粒径)和含量。结果证实，在样品B17至B24中的各样品中，Al₂O₃的粒径为0.05μm，并且其含量与原料的含量一致(30体积％；其存在的位置在晶粒边界或晶粒中)。在样品B17至B24中的各烧结体中，第一材料的平均粒径为0.15μm。此外，在样品B17至B24的各烧结体中，第二材料的平均粒径与原料的平均粒径一致。

然后，对于样品B17至B24的各烧结体，使用通过用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得的反射电子图像，或使用借助俄歇电子能谱的元素分析来确认第一材料和第二材料的区域，并利用上述图像分析软件通过二值化处理测量其各自的面积。然后，也可以证实：各烧结体包含第一材料和第二材料；并且第一材料和第二材料的比率与原料的比率一致。

<样品B25至B32>

如下所述制备样品B25至B32的各烧结体。

(用于样品B25至B30中的各样品的第一材料(前体)的制造)

在样品B31和B32中的各样品中，如下所述，准备其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末(商标：“TZ-3Y”，由TOSOH制造；平均粒径为45nm)来使用，代替使用通过上述方法制造的第一材料(前体)。

(第二材料的准备)

(第三相的准备)

作为第三相的原料，准备以下各市售粉末：Al₂O₃粉末(商标：“TM-DAR”，由TaimeiChemicals制造；平均粒径为0.1μm)；MgO粉末(商标：“FNM-G”，由Tateho ChemicalIndustries制造；平均粒径为0.5μm)；Ce₂O粉末(商标：“CE005PB”，由Kojundo ChemicalLaboratory制造；平均粒径为0.2μm)；Y₂O₃粉末(商标：“YY003PB”，由Kojundo ChemicalLaboratory制造；平均粒径为0.4μm)；和HfO₂粉末(商标：“HF001PB”，由Kojundo ChemicalLaboratory制造；平均粒径为2μm)。

然后，使用球磨机将第一材料(前体)、由表3中所示的原料粉末构成的第二材料和由表3中所示的原料粉末构成的第三相以获得表3中所示的配合量(体积％)的方式混合，由此获得各样品的混合物。对于样品B31和B32中的各样品，使用球磨机将其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末、用作第二材料的原料的粉末以及用作第三相的原料的粉末以获得表3中所示的配合量(体积％)的方式混合，从而获得各混合物。

接下来，将样品B25至B32的混合物在7GPa的压力和1400℃的烧结温度下烧结15分钟，从而获得样品B25至B32的烧结体。

对样品B25至B32的各烧结体进行如上所述的CP加工，并用SEM观察其横截面，从而确定第一材料中Al₂O₃的存在位置。另外，通过使用图像分析软件(商标：“WinROOFver.6.5.3”，由Mitani Corporation制造)的二值化处理，计算出Al₂O₃的当量圆直径(粒径)和含量。结果证实，在样品B25至B30的各样品中，Al₂O₃的粒径为0.05μm，并且其含量与原料的含量一致(30体积％；其存在的位置在晶粒边界或晶粒中)。在样品B25至B30中的各烧结体中，第一材料的平均粒径为0.15μm。在样品B31和B32中的各烧结体中，部分稳定的ZrO₂的平均粒径为0.045μm。此外，在样品B25至B32的各烧结体中，第二材料的平均粒径与原料的平均粒径一致。

然后，在样品B25至B32的各烧结体中，使用通过用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得的反射电子图像，或使用借助俄歇电子能谱的元素分析来确认第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂的区域、第二材料的区域以及第三相的区域。然后，利用上述图像分析软件通过二值化处理测量其各自的面积。因此，可以证实：各烧结体包含第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂、第二材料以及第三相；并且它们的比率与原料的比率一致。

<<包含氮化物作为第二材料的烧结体：样品C1至C34>>

准备在下述步骤(中和共沉淀法)中制造的第一材料作为原料。准备市售氮化物粉末作为第二材料。此外，在每个预定样品中，根据需要准备用作第三相的市售原料粉末。

<样品C1至C18>

如下所述制造样品C1至C18的各烧结体。

(第一材料(前体)的制造)

此处，在样品C1至C18中的样品C7和C14的各样品中，如下所述，准备其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末(商标：“TZ-3Y”，由TOSOH制造；平均粒径为45nm)来使用，代替使用通过上述方法制造的第一材料(前体)。

(第二材料的准备)

对于第二材料，准备了市售的氮化物粉末。具体而言，作为第二材料，准备了：TiN(等级：TiN-01；由Japan New Metals制造)；ZrN(等级：ZrN-01；由Japan New Metals制造)；NbN(等级：NbN-0；由Japan New Metals制造)；TaN(等级：TaN-0，由Japan New Metals制造)；Si₃N₄(等级：SII09PB；由Kojundo Chemical Laboratory制造)；以及CrN(根据日本专利特开No.2002-241113中公开的制造方法制造)。第二材料的粒径为2μm。

然后，使用球磨机将第一材料(前体)与由表4中所示的原料粉末构成的第二材料以获得表4中所示的配合量(体积％)的方式混合，从而获得各样品的混合物。对于样品C7和C14中的各样品，使用球磨机将其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末与作为第二材料的原料的粉末以获得如表4所示的配合量(体积％)的方式混合，从而得到混合物。

接着，将样品C1至C18的混合物在7GPa的压力和1400℃的烧结温度下烧结15分钟，从而获得样品C1至C18的烧结体。

对样品C1至C18的各烧结体进行如上所述的CP加工，并且用SEM观察其横截面，从而确定第一材料中Al₂O₃的存在位置。另外，通过使用图像分析软件(商标：“WinROOFver.6.5.3”，由Mitani Corporation制造)的二值化处理，计算出Al₂O₃的当量圆直径(粒径)和含量。结果证实，在样品C1至C6、C8至C13和C15至C18中的各烧结体中，Al₂O₃的粒径为0.05μm，并且其含量与原料的含量一致(30体积％；其存在的位置在晶粒边界或晶粒中)。在样品C1至C6、C8至C13和C15至C18中的各烧结体中，第一材料的平均粒径为0.15μm。在样品C7和C14的各烧结体中，部分稳定的ZrO₂的平均粒径为0.1μm。此外，在样品C1至C18的各烧结体中，第二材料的平均粒径与原料的平均粒径一致。

然后，在样品C1至C18的各烧结体中，使用通过用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得的反射电子图像，或使用借助俄歇电子能谱的元素分析来确认第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂的区域和第二材料的区域。然后，利用上述图像分析软件通过二值化处理测量其各自的面积。因此，可以证实：各烧结体包含第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂和第二材料；它们的比率与原料的比率一致。

<样品C19至C26>

如下所述制备样品C19至C26的各烧结体。

(用于样品C19和C23中的各样品的第一材料(前体)的制造)

第一材料可以根据与用于样品A27的第一材料(前体)的制造方法相同的方法来制造。该第一材料(前体)是部分稳定的ZrO₂，其中相对于全部第一材料固溶有96体积％的Al₂O₃。

(用于样品C20和C24中的各样品的第一材料(前体)的制造)

(用于样品C21和C25中的各样品的第一材料(前体)的制造)

(用于样品C22和C26中的各样品的第一材料(前体)的制造)

(第二材料的准备)

对于第二材料，准备了市售的氮化物粉末。具体而言，作为第二材料，准备了TiN(等级：TiN-01；由Japan New Metals制造)和ZrN(等级：ZrN-01；由Japan New Metals制造)。第二材料的粒径为2μm。

然后，使用球磨机将第一材料(前体)与由表4中所示的原料粉末构成的第二材料以获得表4中所示的配合量(体积％)的方式混合，从而获得各样品的混合物。

接下来，将样品C19至C26的混合物在7GPa的压力和1400℃的烧结温度下烧结15分钟，从而获得样品C19至C26的烧结体。

对样品C19至C26的各烧结体进行如上所述的CP加工，并且用SEM观察其横截面，从而确定第一材料中Al₂O₃的存在位置。另外，通过使用图像分析软件(商标：“WinROOFver.6.5.3”，由Mitani Corporation制造)的二值化处理，计算出Al₂O₃的当量圆直径(粒径)和含量。结果证实，在样品C19至C26中的各样品中，Al₂O₃的粒径为0.05μm，并且其含量与原料的含量一致(30体积％；其存在的位置在晶粒边界或晶粒中)。在C19至C26中的各烧结体中，第一材料的平均粒径为0.15μm。此外，在样品C19至C26的各烧结体中，第二材料的平均粒径与原料的平均粒径一致。

此外，对于样品C19至C26的各烧结体，使用通过用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得的反射电子图像，或使用借助俄歇电子能谱的元素分析来确认第一材料和第二材料的区域，并利用上述图像分析软件通过二值化处理测量其各自的面积。然后，也可以证实：各烧结体包含第一材料和第二材料；并且第一材料和第二材料的比率与原料的比率一致。

<样品C27至C34>

如下所述制造样品C27至C34的烧结体。

(用于样品C27至C32中的各样品的第一材料(前体)的制造)

在样品C33和C34的各样品中，如下所述，准备未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末(商标：“TZ-3Y”，由TOSOH制造；平均粒径为45nm)来使用，代替使用通过上述方法制造的第一材料(前体)。

(第二材料的准备)

(第三相的准备)

准备以下各市售粉末作为第三相的原料：Al₂O₃粉末(商标：“TM-DAR”，由TaimeiChemicals制造；平均粒径为0.1μm)；MgO粉末(商标：“FNM-G”，由Tateho ChemicalIndustries制造；平均粒径为0.5μm)；Ce₂O粉末(商标：“CE005PB”，由Kojundo ChemicalLaboratory制造；平均粒径为0.2μm)；Y₂O₃粉末(商标：“YY003PB”，由Kojundo ChemicalLaboratory制造；平均粒径为0.4μm)；和HfO₂粉末(商标：“HF001PB”，由Kojundo ChemicalLaboratory制造；平均粒径为2μm)。

然后，使用球磨机将第一材料(前体)、由表4中所示的原料粉末构成的第二材料和由表4中所示的原料粉末构成的第三相以获得表4中所示的配合量(体积％)的方式混合，由此获得各样品的混合物。对于样品C33和C34中的各样品，使用球磨机将其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末、用作第二材料的原料的粉末以及用作第三相的原料的粉末以获得表4中所示的配合量(体积％)的方式混合，从而获得混合物。

接下来，将样品C27至C34的混合物在7GPa的压力和1400℃的烧结温度下烧结15分钟，从而获得样品C27至C34的烧结体。

对样品C27至C34的各烧结体进行如上所述的CP加工，并用SEM观察其横截面，从而确定第一材料中Al₂O₃的存在位置。另外，通过使用图像分析软件(商标：“WinROOFver.6.5.3”，由Mitani Corporation制造)的二值化处理，计算出Al₂O₃的当量圆直径(粒径)和含量。结果证实，在样品C27至C32的各样品的烧结体中，Al₂O₃的粒径为0.05μm，并且其含量与原料的含量一致(30体积％；其存在的位置在晶粒边界或晶粒中)。在样品C27至C32中的各样品的烧结体中，第一材料的平均粒径为0.15μm。在样品C33和C34中的各烧结体中，部分稳定的ZrO₂的平均粒径为0.1μm。此外，在样品C27至C34的各烧结体中，第二材料的平均粒径与原料的平均粒径一致。

然后，在样品C27至C34的各烧结体中，使用通过用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得的反射电子图像，或使用借助俄歇电子能谱的元素分析来确认第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂的区域、第二材料的区域以及第三相的区域。然后，利用上述图像分析软件通过二值化处理测量其各自的面积。因此，可以证实：各烧结体包含第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂、第二材料以及第三相；并且它们的比率与原料的比率一致。

<<包含两种碳化物作为第二材料的烧结体：样品D1至D14>>

准备在下述步骤(中和共沉淀法)中制造的第一材料作为原料。准备市售的碳化物粉末作为第二材料。此外，在每个预定样品中，根据需要准备了用作第三相的市售原料粉末。具体而言，如下所述制造样品D1至D14的烧结体。

(用于样品D1和D8中的各样品的第一材料(前体)的制造)

(用于样品D2和D9中的各样品的第一材料(前体)的制造)

(用于样品D3和D10中的各样品的第一材料(前体)的制造)

(用于样品D4、D6、D11和D13中的各样品的第一材料(前体)的制造)

(用于样品D5和D12中的各样品的第一材料(前体)的制造)

此处，在样品D1至D14中的样品D7和D14的各样品中，如下所述，准备其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末(商标：“TZ-3Y”，由TOSOH制造；平均粒径为45nm)来使用，代替使用通过上述方法制造的第一材料(前体)。

(第二材料的准备)

对于第二材料，准备市售的碳化物粉末。具体而言，准备以下材料作为第二材料：TiC(等级：TiC-01；由Japan New Metals制造)，ZrC(等级：ZrC-F；由Japan New Metals制造)和WC(等级：WWI14PBWC；由Kojundo Chemical Laboratory制造)。第二材料的粒径为2μm。

(第三相的准备)

准备以下市售粉末作为第三相的原料：Al₂O₃粉末(商标：“TM-DAR”，由TaimeiChemicals制造；平均粒径为0.1μm)。

然后，使用球磨机将第一材料(前体)与由表5中所示的原料粉末构成的第二材料以获得表5中所示的配合量(体积％)的方式混合，从而获得各样品的混合物。对于样品D6和D13中的各样品，使用球磨机将第一材料(前体)、用作第二材料的原料的粉末和用作第三相的原料的粉末以获得表5中所示的配合量(体积％)的方式混合，从而获得混合物。对于样品D7和D14中的各样品，使用球磨机将其中未固溶Al₂O₃的市售部分稳定的ZrO₂粉末、用作第二材料的原料的粉末、以及用作第三相的原料的粉末以获得表5中所示的配合量(体积％)的方式混合，从而获得混合物。

接下来，将样品D1至D14的混合物在7GPa的压力和1400℃的烧结温度下烧结15分钟，从而获得样品D1至D14的烧结体。

对样品D1至D14的各烧结体进行如上所述的CP加工，并用SEM观察其横截面，从而确定第一材料中Al₂O₃的存在位置。另外，通过使用图像分析软件(商标：“WinROOFver.6.5.3”，由Mitani Corporation制造)的二值化处理，计算出Al₂O₃的当量圆直径(粒径)和含量。结果证实，在样品D1至D6和D8至D13的各样品的烧结体中，Al₂O₃的粒径为0.05μm，并且其含量与原料的含量一致(30体积％；其存在的位置在晶粒边界或晶粒中)。在样品D1至D6和D8至D13中的各样品的烧结体中，第一材料的平均粒径为0.15μm。在样品D7和样品D14的各烧结体中，部分稳定的ZrO₂的平均粒径为0.045μm。此外，在样品D1至D14的各烧结体中，第二材料的平均粒径与原料的平均粒径一致。

然后，在样品D1至D14的各烧结体中，使用通过用扫描电子显微镜(SEM)测定CP加工面而获得的反射电子图像，或使用借助俄歇电子能谱的元素分析来确认第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂的区域、第二材料的区域、以及在样品D6、D7、D13和D14的情况中第三相的区域。然后，利用上述图像分析软件通过二值化处理测量其各自的面积。因此，可以证实：各烧结体包含第一材料或其中未固溶Al₂O₃的部分稳定的ZrO₂、第二材料、以及在样品D6、D7、D13和D14的情况中的第三相；并且它们的比率与原料的比率一致。

(切削试验)

接下来，使用样品A1至A48、样品B1至B32、样品C1至C34和样品D1至D14中的各样品的烧结体来制造具有以下形状的切削工具：CNMA120408；倒角角度为15°；倒角宽度为0.12mm。然后，使用NC车床对烧结体进行切削试验，以在下列切削条件下进行高速强断续切削。

工件：渗碳淬火钢(SCM415-5V，HRC：62)

工件形状：圆筒形(外径φ100mm×长300mm；沿轴向设置五个V型槽)

切削速度：V＝130m/min

进给：f＝0.1mm/rev

切削深度：ap＝0.2mm

湿式/干式：干式。

(切削评价)

在样品A1至A48、样品B1至B32、样品C1至C34和样品D1至D14的各切削工具中，测量切削3km时的后刀面磨损量(μm)(耐磨性评价)。此外，在这些切削工具中的每个中，观察在切削10km时的破损状况(耐破损性评价)。关于破损状况，A表示切削工具中没有破损的状态，B表示存在微小破损但切削刃保留的状态，C表示切削刃由于破损而消失的状态。结果示于表1至表5中。在该切削试验中，使用渗碳淬火钢作为工件；但是，工件不应局限于此。这里可用的工件的例子包括：灰铸铁；耐热合金，如各种钢材；等等。

在由样品A2至A5、A10至A13、A17至A20、A23至A26、A28至A29、A32至A33、A36至A37和A39至A45中的各烧结体构成的切削工具中，第一材料是其中1体积％至90体积％的Al₂O₃分散在晶粒边界或晶粒中的部分稳定的ZrO₂，第二材料是碳化物，烧结体中包含5体积％至95体积％的第二材料，并且Al₂O₃的粒径为1μm以下。从表1和表2中可以看出，这些切削工具中的每个在切削3km时具有小的后刀面磨损量，因此具有优异的耐磨性，并且在切削10km时还具有优异的破损状况，因此具有优异的耐破损性。在上述切削工具中，在其中第一材料中的体积比ZrO₂/(ZrO₂+Al₂O₃)为0.49以上的切削工具中，切削10km时的破损状况特别优异。

在由样品B2至B5、B9至B12、B15至B16、B18至B19、B22至B23和B25至B30的烧结体构成的各切削工具中，第一材料是其中1体积％至90体积％的Al₂O₃分散在晶粒边界或晶粒中的部分稳定的ZrO₂，第二材料是碳氮化物，烧结体中包含5体积％至95体积％的第二材料，并且Al₂O₃的粒径为1μm以下。从表3可以看出，这些切削工具中的每个在切削3km时都具有小的后刀面磨损量，因此具有优异的耐磨性，并且在切削10km时还具有优异的破损状况，因此具有优异的耐破损性。在上述切削工具中，在其中第一材料中的体积比ZrO₂/(ZrO₂+Al₂O₃)为0.49以上的切削工具中，切削10km时的破损状况特别优异。

在由样品C2至C5、C9至C12、C15至C18、C20至C21、C24至C25和C27至C32的烧结体构成的各切削工具中，第一材料是其中1体积％至90体积％的Al₂O₃分散在晶粒边界或晶粒中的部分稳定的ZrO₂，第二材料是氮化物，烧结体中包含5体积％至95体积％的第二材料，并且Al₂O₃的粒径为1μm以下。从表4可以看出，这些切削工具中的每个在切削3km时都具有小的后刀面磨损量，因此具有优异的耐磨性，并且在切削10km时还具有优异的破损状况，因此具有优异的耐破损性。在上述切削工具中，在其中第一材料中的体积比ZrO₂/(ZrO₂+Al₂O₃)为0.49以上的切削工具中，切削10km时的破损状况特别优异。

在由样品D2至D4、D6、D9至D11和D13的烧结体构成的各切削工具中，第一材料是其中1体积％至90体积％的Al₂O₃分散在晶粒边界或晶粒中的部分稳定的ZrO₂，第二材料是两种类型的碳化物，烧结体中包含5体积％至95体积％的第二材料，并且Al₂O₃的粒径为1μm以下。从表5可以看出，这些切削工具中的每个在切削3km时都具有小的后刀面磨损量，因此具有优异的耐磨性，并且在切削10km时还具有优异的破损状况，因此具有优异的耐破损性。在上述切削工具中，在其中第一材料中的体积比ZrO₂/(ZrO₂+Al₂O₃)为0.49以上的切削工具中，切削10km时的破损状况特别优异。

至此，已经对本发明的实施方案和实施例进行了说明，但是最初期望将这些实施方案和实施例的构成适当地组合并以各种方式对其进行修改。

本文公开的实施方案和实施例在任何方面都是说明性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的条款限定，而不是由上述实施方案限定，并且旨在包括在与权利要求的条款等同的范围和含义内的任何修改。

Claims

1.一种烧结体，包含第一材料和第二材料，其中

所述第一材料是1体积％至90体积％的Al₂O₃分散在晶粒边界或晶粒中的部分稳定的ZrO₂，

所述Al₂O₃是粒径为1μm以下的粒子，并且

所述第二材料是选自由碳化物、氮化物和碳氮化物组成的组中的至少一种化合物，并且在所述烧结体中包含5体积％至95体积％的所述第二材料。

2.根据权利要求1所述的烧结体，其中所述化合物包含选自由元素周期表中的第4族元素、第5族元素、第6族元素和Si组成的组中的至少一种元素。

3.根据权利要求1或2所述的烧结体，其中所述第一材料中的体积比ZrO₂/(ZrO₂+Al₂O₃)为0.49以上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的烧结体，其中

所述烧结体还包含第三相，

所述第三相包含选自由氧化铝、氧化镁、氧化铈、氧化钇和氧化铪组成的组中的至少一种，并且

所述烧结体中包含95体积％以下的所述第三相。

5.一种切削工具，包括权利要求1至4中任一项所述的烧结体。