JPH06505303A - 複合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 複合体の製造方法 本発明は多孔状の複合素体を、その多孔系を減圧している間に、屠体材料成分の スラリーに浸漬することにより、これに屠体を具備せしめ、それから熱処理、例 えば焼結して複合体を製造する方法に関する。

摩耗すべく露呈された素体がタフネス（強靭性）を失わずに素体の耐摩耗性を増 大させるようにするために、素体に耐摩耗性屠体を被覆することは多い。このよ うな場合には、１以上の屠体がＣＶＤ法やＰｖＤ法によって施こされている工作 用のインサートのケースがある。このようにして沈積された屠体は通常単相であ り、適切な層厚は数１０ミクロンである。当該屠体の限界は、微細グレンサイズ の肉厚層体と良好な接着力とを合せ持つことの難しさにある。

浸漬により多孔性素体に屠体を施こすのは適切な製法である．しかし、これは泡 立ちと皮ふくれの問題と不完全被覆層の事態をしばしばもたらす。この泡立ちと 皮ぶくれは多孔系によるものであり、粗い及び／或いは不均一分布の多孔により 加勢される．特に不都合な多孔系がファイバ及び／或いはニードル及び／或いは プレートレノトの単結晶を含有する材料に見られる。

多孔体を均衡加圧法で加圧するには、通常はこの多孔体を圧力媒体がその多孔系 に侵入するのを阻止するために稠密包囲体で包む。

この包囲体は通常ガラス或いは粉末状で与えられ、加熱によりガラス化する材料 である。ガラスが素体の多孔に侵入すること及び／或いは均衡加圧に際してこの 多孔と反応する事態を回避するために、バリア、即ち保護層として作用する１層 或いは幾層かの中間層を施こす。均衡加圧の完了後に、ガラス並びに中間層を取 り除《。当該中間層はその成分のスラリーに浸漬することにより一般に施こされ るが、この浸漬中の泡立ちと皮ふくれにより、この中間層に中空部分がしばしば 生じる。スウェーデン特許出＠　ＳＥ９００４１３４−　４から、このような層 の粉末原料のスラリーに浸漬し、それにより少くとも１つのサクション（吸孔） カップによって多孔体内に減圧が得られるようにして屠体を施こす、斯＼る改良 方法が知られている．この層は、この発明の構成部分ではない。

本発明は、これによってＡＩ．Ｏｆｆを被覆されたセラミック体の光学顕微鏡写 真である図１と、この方法を示す図２−３とに示されており、図において へ一層 Ｂ一素体及び Ｃ−サクションカップ 図４−５は本発明が適用され得る被覆用の製品例を示している。

本発明によれば、多孔素体にこれを少くとも部分的に被覆する層を施こすことを 特徴とする複合体の製造方法が提供される．本発明は、多孔体がその外面におい て、１個以上のサクシランカップ或いはこれに類似した手段と真空ポンプとの協 力で、粉末の層材料のスラリーにこの多孔体を浸漬する間に与えられる減圧（ｓ ｕｂｐｒｅｓｓｕｒｅ）によって排気されることに特徴がある。幾つかの層が含 まれているならば、多孔体は勿論所望の層組合体及び／或いは層厚を得るために 、中間に乾燥工程を入れて或いは入れることなく幾度か浸漬する。

この方法は、圧縮固化、予備焼結或いは本焼結した状態の、特に多重相の微細グ レン層を有する粉末冶金法によって製造された多孔体の被覆に特に適している。

微細グレン化構造を保持するために、グレン成長抑制剤を容易に添加することが 出来る。層を施こした後、複合体は焼結、旧Ｐ、ガス圧焼結成いはその他の熱処 理によって高密度にされる。これによって得られた複合体は、それでもなお多孔 状であるか、或いは本質的に完全に稠密になっている。施こした層は焼結／熱処 理の間に素体と反応し、多少はシャープ（ｓｈａｒｐ）な遷移域が得られる。

粉末材料のスラリーは２−５０、好ましくは５−３０体積％のグレンサイズが＜ １００μｍになる材料を液（アルコール、ケトン、炭化水素或いは水、或いはこ れらの２種以上の混合物）に分散することにより調製される。切削工具に適用す るためには、グレンサイズを０．１−５μｍにする。良好な脱集塊と安定分散を 得るためには、適当な表面活性有機化合物を加える。分散物に最適粘度を与え、 且つ層に良好な強度を与えるために、有機化合物を加えることも可能である０分 散媒体として水を用いるならば、ｐｎ値を好ましくは粉末材料のジータ（ぐ）電 位より充分高くなるようにしたり、或いは充分低くなるように調整する。異なる 組成の幾つかの層から成る被覆が望まれるならば、各組成の懸濁液を作る。

浸漬は所望層厚と組成が得られるまで繰返す。層厚は用途に依存する。この浸漬 の後に層を乾燥する。乾燥は、例えば熱空気ファンによって加速される。層にき 裂が生じないように乾燥速度を調整するのが重要である。多くの場合、浸漬の合 間に１以上の乾燥工程を追加することが要求される。有機化合物は別の排気工程 で、或いはその後の焼結時に駆逐する。

本発明の方法は、例えばセラミックス、焼結炭化物（セメンテッドカーバイド） 、チタン基炭窒化物合金、所謂サーメット等で製作した被覆切削インサート用に 適している。そこでは、相対的に高い摩耗抵抗性の層を相対的に高い強靭性（タ フネス）のコアの頂部に施こす、例えばＴｉｃ、　ＴｔＮ及び／或いはＡｌ１０ ３等の単相の層群或いは好ましくは焼結炭化物を含有したガンマ相の層群のよう な多重相の層群をＷＣ−Ｇｏ焼結炭化物のみのコアに施こす、或いは微細グレン 化焼結炭化物の単層を相対的に粗いグレン化焼結炭化物のコアに施こす。この耐 摩耗性層はダイヤモンド粒子或いはその他の耐摩耗性材料を含有することも出来 る。その他の可能性として、−〇及び／或いはガンマ相及び／或いはコバルトの 層をセラミック体、好ましくはＡｌｔ０３基のものに施こすものがある０層厚は 好ましくは＜５０ｔＩｍ。

最も好ましくは５−１５μｍにする。

もう１つの選択肢として、ＳｉＣ体にそれより化学的に安定しているＡ１□０． のような層を施こすものがある。

更に別の選択肢として、相対的には高（でも、低くても相対的に適した摩擦特性 を結果的に被覆体に付与することになる斯る層を施こすものがある。例えば、Ｙ ２Ｏ，を添加した５ｉｓＮ４の多孔体に、相対的に摩擦力を低下させるために六 方晶系ＢＮを含有せしめた多孔体と同じ材料の層で、或いは相対的に摩擦力を高 めるためにＳｉＣを含有せしめた多孔体と同じ材料の層で被覆することが出来る 。

更にもう１つの選択肢には、多孔体とは異なる導電性の別の電気特性を有する層 を施こすものである。例えば、ＴｉＢ、とＳｉ３Ｎ、の多孔体をＴｉＮ、　Ｓｉ ３Ｎ４及びＹ２Ｏ，の層で被覆して、導電性コア上に絶縁性の層を設ける。

層材料には、好ましくは、この層に圧縮プレストレスを生せしめるために多孔体 の膨張係数より小さい膨張係数のものを選択する。

本発明法は、ウィスカー、ファイバ及び／或いはプレートレットで補強された切 削工具用として特に好ましい材料に層を施こす、例えばＡｈＯｉの層をＳｉＣウ ィスカーで補強されたＡｕｔｏｓの材料に施こすのに特に適している。この層は 予備焼結の条件下にある材料に施こし、その後に本焼結される、好ましくは均衡 焼結によって焼結される。被覆前に予備焼結材料のある種の成形は均衡焼結中に 形崩れを打ち消すために必要になり得る。具体的にいえば、工具加圧部品にとっ ては、圧縮固化（ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ）の際にダイに対して剪断変形させられ て、ウィスカー材料が実質的に配向してしまっている材料を取り除く必要があり 得る。

本発明の方法は、従来の焼結法によっては多孔を閉じ得す、従って圧力伝達ガス 媒体を用いて均衡焼結しなければならない斯＼る材料にも施こし得る。第１の層 は、減圧（ｓｕｂｐｒｅｓｓｕｒｅ）の際中に浸漬することにより施こされる。

稠密化工程の間にこの層は少くとも部分的に多孔体の材料と反応するか、或いは 他の作用で最終の稠密化（ｄｅｎｓｉｆｉｃＱｔｌＤｎ　）の後にも離脱されな い接着性の層を形成する。その後、別の層、少くとも１つの中間層を浸漬によっ て施こし、その後ガラスの、或いは加熱時にガラスを生成する材料のカバーを粉 末形態で以って施こす。この包囲体は加熱によって圧力媒体に対し不透過性にな る。この多孔体は次に均衡加圧と焼結により本質的に稠（緻）書体に圧縮固化し 、その後に該中間層とガラス状包囲体を取り除いて被覆体にする。

本発明の方法によれば、公知の方法で可能なものであり、且つ妥当なものである ものに較べ、それより肉厚な層で被覆されて成る被覆体を製造することが出来る 。この方法は生産の観点からしても都合の良いものであり、良好な接着性と多重 相の組成を有する微細グレン化層の製造の可能性を与える。好ましくない多孔系 を有する多孔体に対し、本発明により製造された被覆物は、微細グレン材料のス ラリーが集合した多孔に侵入することが出来る（図１参照）が故に、有益である 。このようにして、焼結材の表面域の集合多孔を起源とする割れ目の発生は減少 する。

複合体を製造する本発明方法は、セラミックファイバ組成物、好ましくは予め成 形されたチップブレーカを具備した或いはこれを具備していない高相対密度の工 作用インサートを、熱間加圧（ＨＰ）、或いはガラスカプセル化均衡加圧（ＨＩ Ｐ）等の精巧な方法を用いることなく製造するのに適した方法であることも判明 した。

多量のファイバ、ウィスカー及び／或いはプレートレットを有するセラミックフ ァイバ組成物を高圧を使用せずに稠密に焼結することは、これがネットワークを 構成することにより稠密化を効果的に阻害するので不可能である。本発明の方法 では、稠密に詰込まれた粒子のクランクの無い一樺な層が、水、シクロヘキサン 或いはその他の溶媒を伴う粒子スラリーに圧縮固化した或いは予備焼結した多孔 体を浸漬することによって生成される０表面が高密度の粒子であるお陰で、稠密 表面層が焼結した後に、好ましくは真空下の焼結の後に得られる。それ故に今や 閉鎖多孔のみを有する焼結体はその後に追加の層を何ら施こさずとも、熱間均衡 加圧、所謂ボス）　１（ＩＰ処理によって稠密化され得る０種々の粒子スラリー に減圧（ｓｕｂｐｒｅｓｓｕｒｅ）を伴わない浸漬（ディッピング）は充分な品 質の被覆層を与えず、そしてその後のボスト旧Ｐ処理では不充分な稠密化しか出 来ないことが判明した。

■土 腐蝕性液用途の管において使用される電気接点用のセラミック部品を図２−３に 示す以下の方法で製造した。この部品は非導電性の層によって被覆された導電性 コアから成る。

４８重量％のＴｉＢ、と残部Ｓｉ３Ｎ４の組成を有するセラミック粉末を工具加 圧して図２の物体（Ｂ）に成形した。この物体を真空ポンプに接続したサクショ ンカップ（Ｃ）を用いてスラリーに半分だけ浸漬した。これはイソプロパツール に入れた３０重量％のＴｉＮ、　６７重量％の５ｉＪ４及び３重量％のＹア０． の組成を有する２０体積部のセラミック粉末と５体積部のアクリル系バインダと から成る。浸漬は各１分間の乾燥を間に入れて３回繰返した。浸漬された側は乾 燥することが許容され、その間に反対側が対応する方法で被覆された。得られた 層（Ａ）は約５００μｍの層厚を有していた。被覆物体をガラス粉末の内部に閉 じ込め（カプセル化し）、そして真空下での６００“Ｃの加熱によりバインダを 離脱させた。その後、被覆物体（図３）を１時間、１６５０°Ｃと１５０ＭＰａ における熱間均衡加圧によって稠密化した。ガラスはプラスト処理により除去し た。

この物体の両側の突出部分にある絶縁層を研磨して導電コアと接続した。この絶 縁層はクランプ用の平坦面においては僅かに研磨した。

仕上部品は図５に係わる電気接点に組み込んだ。

３個のグイ加圧（ｔｏｏｌ　ｐｒｅＳｓｅｄ）セメンテテッドカーバイド（焼結 炭化物）　（ＳＮＧＮ　１２０４型）を３種の異なる方法で製造し、これを技術 的に比較した。この焼結炭化物は５．５重量％のＣｏ、８．６重量％のＴ　ｉＣ ＋　ＴａＣ＋　ＮｂＣ及び残部−Ｃの組成を有していた。

インサート１はＡｒ雰囲気下の１４００°Ｃ，１０ＭＰａの条件で焼結された。

このインサートをエツジ処理で３０μｍエツジ半径に仕上げた。

インサート２はインサート１と同様にガス加圧焼結され、次いで３０μｍに丸み エツジが付与された。その後、ＣＶＤ法により１−２μｍＴｉＣと６−７　ａｍ 　Ａ１．０．が被覆された。

インサート３は７０％の相対密度に焼結され、その後３０μｍの丸みエツジが付 与された。その後、約３０μｍ厚のＡｌｚＣｈ層を、本発明に係わる浸漬法の助 けをかりてインサートに施こした。インサートは図２に示す真空ポンプに連結し たサクシジンカップによって保持され、アクリル系バインダを含むブタノールに 約０．５μｍのグレンサイズの２０体積％のＡｌｔｏ！を入れて成るスラリーに 浸漬された。このＡＩｔｏｚ被覆インサートをインサート１．２と同様にガス圧 焼結した。

このようにして、相対的に肉厚な約１５μｍの相対的に微細にグレン化したＡｌ ｔｏｓ層が得られた。この３種のインサートを硬質化スチール（ＳＳ２５１１） のケースにおける寿命に関して比較したが、次の結果となった。

インサート１　（無理）は予期した通り、低切削スピードで既に深刻な摩耗を被 っており、それ故に２００ｍ／分でのみ試験した。摩耗寿命は４分であった。

インサート２　（ＣＶＤ被覆ＡｂＯｓ）とインサート３（本発明による被覆）は ５００ｍ／分で試験した。これにより、インサート２は７分、インサート３は１ １分の摩耗寿命となった。この結果は、本発明により施こされたＡｂＣｈ層がＣ ＶＤ法により施こされた＾ｉ、ｏ、層よりも接着性に優れていることを示してい る。

■主 ２５重量％のＳｉＣウィスカーと残部ＡＩ！Ｏ，から成る３個の工具加圧セラミ ックインサートを３種の異なる方法において製造し、これを後に技術的試験で比 較した。

インサートｌはＨオ雰囲気において１３００°Ｃで予備焼結し、次いで約１００ μｍの材料を周囲から除去するように周辺研磨した。保護層を施こし、インサー トを既述の特許出願に係わるガラスカプセル化旧Ｐ法を用いて稠密化した。この 保護層とガラスカプセルは取り除き、インサートを約３０μｍにエツジ丸め加工 した。

インサート２はインサート１と同様に予備焼結と周辺研磨し、そして約３０μｍ に工・７ジ丸め加工した。その後、２５％ＴｉＣと残部ＡＩ！（ｈから成る約１ ０μｍ厚の層を浸漬法により施こした。インサートは、図２に示す真空ポンプに 連結したサクシジンカップにより保持して、グレンサイズが約０．５μｍの７０ 重量％のＡｌｔｏｓとグレンサイズが約０．８μｍの３０重量％のＴｉＣから成 る組成の２０体積％のセラミック粉末をアクリル系バインダを含むブタノールに 入れて成るスラリーに浸漬した。保護層の適用、稠密化（高密度化）及びこの保 護層の除去、及びガラスカプセル化をインサート１と同様に実施した。仕上イン サートは約５μｍ厚のＴｉＣ＋　Ａｌｔｏｓ層を有していた。

インサート３はインサート２と同様に製造されたが、層は厚くなるように２度施 こされた。

インサートは硬質化ボールベアリングスチールにおける旋削試験で比較した。こ れにより、インサート２はインサート１より２倍の長寿命を得たが、インサート ３は５０％もそれより増大した工具寿命を得た。摩耗パターンの検査は、施こし たＴｉＣ＋ＡｈＯｓＯ層においてクレータ摩耗が低減していることを示していた 。

氾 焼結炭化物のブランクを、コアが冨コバルトの、即ち強靭な材料（１０，２重量 ％のＣｏ、５．８重量％のＴｉＣ＋ＴａＣ＋ＮｂＣ及び残部−Ｃ）から圧縮固化 されているように製造された。このブランクは、予備焼結して７０％の相対密度 にし、それからこれに既述の例と類似の浸漬法により相対的に貧Ｃｏ材料（７， ２重量％のＣｏ、５．８重量％のＴｉＣ＋ＴａＣ＋−ＮｂＣ及び残部−〇）の１ ５０μｍ厚の層を施こした。全体を１３５０’Ｃ，１０ＭＰａでガス圧焼結して 稠密体にした。２９体積％のＳｉＣウィスカーを有するＡ１□０．を加圧せずに 、且つ浸漬によりＡｌアＯ８の層を施こすことなく、焼結した。この多孔体は２ ０重量％の＾１□０．と溶媒としてのシクロヘキサンを有する粒子スラリーに浸 漬した。浸漬は真空ポンプの助力で多孔体言排気（図２）した場合と排気しない 場合の両方で実施した。焼結は低圧の＾ｒにおいて、１５５０°Ｃで実施し、そ して後続のボストＨＩＰ処理をＡｒにおいて１５５０°Ｃ，２００ＭＰａで行っ た。

理論密度の％で示す下記の結果が得られた。

焼結後　ボスト旧Ｐ後 無理　＜６０　＜６０ 浸漬による層　＜　６０　＜　６０ 浸漬と排気を伴う層　５８９９ この結果は、本発明の方法のみが焼結後に稠密表面層をもたらし、この層がボス ）ＨＩＰ処理で完全密度（ｆｕｌｌ　ｄｅｎｓｉｔｙ）への稠密化を可能にする ことを示している。

、、Ｌ覆 ２５重量％のＳｉＣウィスカーと残部Ａｌｔ０３から成る３個の工具加圧セラミ ックインサートを２種の異なる方法で製造した。

インサート１は１３００°Ｃで予備焼結した。保護層を浸漬法により施こし、そ の後にインサートをガラスカプセル化）１１Ｐ法を用いて稠密化した。このＨＩ Ｐ処理されたインサートは周辺研磨して、そして約３０μｍにエツジ丸め加工し た。

インサート２はインサート１と同様に予備焼結し、その後減圧しない浸漬法によ り約３０μｍのＡｌｔｏｓ層を施こした。保護層の適用、ガラスカプセル化ＨＩ Ｐ処理、周辺研磨加工及びエツジ丸め加工をインサート１と同様に実行した。仕 上りインサートはクレータに似た欠陥のある部分的にフレーキング（ｆｌａｋｉ ｎｇ）の被覆を有していた。

インサート３はインサート２と同様に製造されたが、Ａｌｔｏｓ層は既述の例と 類似した本発明に係わる減圧で以って施こされた。仕上りインサートは図１に示 すようにレーキ面に良好に接着している１０μｍのＡｈＯｔ層を有していた。

倒」− 例５に述べたインサートは次の条件下の構造物スチール（ＡＩＳＩ１０４５に等 価な５Ｓ１６７２）における旋削試験で比較した。

スピード：　３５０ｍ／分 送　リ　：　０．２−ｍ／ｒｅｖ 切削深さ：１．０−一 インサートｌの工具寿命は７分間、インサート２では８分間、インサート３では １２分間である。結果は、本発明によって施こされた＾ＬｔＯｘ層が減圧なしで 施こされたＡｌｔｏｓ層より優れた摩耗抵抗を有していたことを示している。イ ンサート３ではフレーキングは観測されなかったが、インサート２は工具寿命が 未被覆インサートの寿命に本質的に類似するような斯−るフレーキング挙動を呈 した。

ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　３ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成５年８月　６日

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．少くとも１個のサクションカップ或いはそれに類似の手段により多孔体に与 えた減圧によりその多孔系が排気されている状態において、少くとも１種の層を 、その粉末成分のスラリーに該多孔体を浸漬して該多孔体に少くとも部分的に被 覆するように施こし、その後に該多孔体を焼結或いはその他の熱処理により稠密 化することを特徴とする複合体の製造方法。
2. ２．該多孔体が複合体であることを特徴とする先行の請求項に係わる方法。
3. ３．該多孔体が予備焼結体であることを特徴とする請求項１に係わる方法。
4. ４．該多孔体がウィスカー、ファイバ及び／或いはプレートレットで補強されて いることを特徴とする請求項１−３に係わる方法。
5. ５．該適用層が該多孔体より耐摩耗性が高い及び／或いは化学的安定性が高いこ とを特徴とする先行請求項のいづれか１項に係わる方法。
6. ６．該適用層が該多孔体より有利な摩耗特性を有していることを特徴とする請求 項１−４に係わる方法。
7. ７．該適用層が該多孔体とは別の電気特性を有していることを特徴とする請求項 １−４に係わる方法。
8. ８．該適用層により該焼結体がその表面に圧縮応力を有するようにしたことを特 徴とする先行請求項のいづれか１項に係わる方法。
9. ９．該適用層が該多孔体の多孔を閉鎖し、該後続熱処理が所謂ポストＨＩＰ処理 であることを特徴とする請求項１−４に係わる方法。
10. １０．該複合体を圧力伝達ガス媒体により稠密化してから該層に浸漬により少く とも１つの中間層を追加的に施こし、その後にガラスの、或いは加熱する間にガ ラスを生成する材料の包囲体を粉末状で施こし、その後当該包囲体を該複合体が 均衡加圧と焼結により稠密化される前に加熱により該圧力媒体に対し不透過性に し、当該稠密化処理の後で該中間層とガラス包囲体を除去することを特徴とする 請求項１−８に係わる方法。
11. １１．該スラリーが０．１−１００μｍサイズの２−５０体積％の粒子及び、水 、アルコール、炭化水素及びケトンの群からの１種の液或いは複種の混合液であ って、適宜の有機性化合物、好ましくは表面活性化合物が分散と該スラリーの粘 性と該適用層の強度とを向上させるために添加されて成る液から成ることを特徴 とする先行請求項のいづれか１項に係わる方法。