本發(fā)明涉及燒結(jié)材料、使用該燒結(jié)材料的切削工具以及該燒結(jié)材料的制造方法。
背景技術(shù)：
作為用于切削等的切削工具的材料，已知有氧化鋁(Al2O3)燒結(jié)材料。這樣的氧化鋁燒結(jié)材料具有以下優(yōu)異的性質(zhì)，即，與鐵系工件的反應(yīng)性低，并且能夠廉價(jià)地進(jìn)行制造；然而，氧化鋁燒結(jié)材料傾向于具有低的韌性。因此，當(dāng)用作切削工具時(shí)，氧化鋁燒結(jié)材料易于損壞。另外，由于氧化鋁與作為結(jié)合劑的金屬化合物之間的反應(yīng)性低，因此難以采用元素周期表中第4A族、第5A族和第6A族的各金屬的氮化物、碳氮化物等作為結(jié)合劑。
為了解決這個(gè)問題，作為具有高硬度和韌性的陶瓷燒結(jié)材料，專利文獻(xiàn)1(日本專利待審公開No.2013-216517)公開了一種陶瓷燒結(jié)材料，其包含：立方氮化鋁；以及選自元素周期表中第4A族、第5A族和第6A族金屬的氮化物、碳化物、氧化物和硼化物所構(gòu)成的組中的至少一種金屬化合物及其固溶體。
引用列表
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1：日本專利待審公開No.2013-216517
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
技術(shù)問題
然而，專利文獻(xiàn)1的技術(shù)采用了低耐熱性的立方氮化鋁。因此，在切削離心鑄鐵等的情況下，在高速切削條件下，燒結(jié)材料中的立方氮化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)榈陀捕鹊牧降X。因此，在高速切削條件下，燒結(jié)材料的耐磨性將會(huì)不利地降低。
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供即使在高速切削條件下也具有優(yōu)異耐磨性的燒結(jié)材料；使用該燒結(jié)材料的工具；以及該燒結(jié)材料的制造方法。
解決問題的方案
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)材料是這樣的燒結(jié)材料，其包含：
第一顆粒組，其包含具有由Al(1-x)CrxN(式(1))(其中x滿足0.2≤x≤0.8)表示的立方巖鹽結(jié)構(gòu)的顆粒；以及
第二顆粒組，其包含至少一種第一化合物的顆粒，該第一化合物選自由鋁、鋯、釔、鎂和鉿的氧化物和氧氮化物所構(gòu)成的組中。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的切削工具是使用上述燒結(jié)材料的切削工具。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)材料的制造方法是制造上述燒結(jié)材料的方法，該方法包括：獲得包括六方AlN顆粒和六方Cr2N顆粒的第一混合顆粒組；通過對該第一混合顆粒組進(jìn)行熱處理，從而獲得包括立方CrN顆粒的第二混合顆粒組；通過等壓合成法或沖擊壓縮法處理所述第二混合顆粒組，從而獲得包含具有由Al(1-x)CrxN(式(1))(其中x滿足0.2≤x≤0.8)表示的立方巖鹽結(jié)構(gòu)的顆粒的第一顆粒組；通過將所述第一顆粒組與所述第二顆粒組混合，從而獲得第三混合顆粒組，其中所述第二顆粒組包含至少一種第一化合物的顆粒，該第一化合物選自由鋁、鋯、釔、鎂和鉿的氧化物和氧氮化物所構(gòu)成的組中；以及通過燒結(jié)所述第三混合顆粒組來獲得燒結(jié)材料。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)材料的制造方法是上述燒結(jié)材料的制造方法，該方法包括：準(zhǔn)備包含鋁和鉻作為組成元素的靶材；以及通過在氬氣和氮?dú)鈿夥罩械奈锢須庀喑练e法來處理所述靶材，從而在基板上進(jìn)行薄膜的氣相合成，所述薄膜包含第一顆粒組，該第一顆粒組包含具有由Al(1-x)CrxN(式(1))(其中x滿足0.2≤x≤0.8)表示的立方巖鹽結(jié)構(gòu)的顆粒。
發(fā)明的有益效果
根據(jù)上述實(shí)施方案，可以提供即使在高速切削條件下也具有優(yōu)異耐磨性的燒結(jié)材料；使用該燒結(jié)材料的工具；以及該燒結(jié)材料的制造方法。
附圖說明
圖1為示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)材料的制造方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
[本發(fā)明實(shí)施方案的描述]
首先，列出和描述本發(fā)明的實(shí)施方案。
(1)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)材料是這樣的燒結(jié)材料，其包含：
第一顆粒組，其包含具有由Al(1-x)CrxN(式(1))(其中x滿足0.2≤x≤0.8)表示的立方巖鹽結(jié)構(gòu)的顆粒；以及
第二顆粒組，其包含至少一種第一化合物的顆粒，該第一化合物選自由鋁、鋯、釔、鎂和鉿的氧化物和氧氮化物所構(gòu)成的組中。
在由式(1)表示的顆粒(以下也稱為“立方AlCrN”或“cAlCrN”)中，鉻固溶在低耐熱性的立方氮化鋁(以下也稱為“立方AlN”或“cAlN”)中。該顆粒的耐熱性優(yōu)異。因此，使用這種顆粒的燒結(jié)材料即使在高速切削條件下也可以具有優(yōu)異的耐磨性。
(2)x優(yōu)選滿足0.3≤x≤0.7。根據(jù)該構(gòu)成，燒結(jié)材料的耐磨性進(jìn)一步提高。
(3)燒結(jié)材料優(yōu)選包含0.5體積％以上90體積％以下的第二顆粒組，并且第一化合物優(yōu)選包括選自由Al2O3、ZrO2、AlON、Y2O3、MgO和HfO2所構(gòu)成的組中的至少一者。通過使用含量在上述范圍內(nèi)的Al2O3、ZrO2、AlON、Y2O3、MgO或HfO2作為第一化合物，燒結(jié)材料的燒結(jié)性提高，從而使得燒結(jié)材料的耐磨性進(jìn)一步提高。
(4)燒結(jié)材料優(yōu)選進(jìn)一步包含含有立方氮化硼的第三顆粒組。立方氮化硼為這樣的硬質(zhì)顆粒，其韌性和強(qiáng)度比具有由式(1)表示的立方巖鹽結(jié)構(gòu)的顆粒的韌性和強(qiáng)度更加優(yōu)異。因此，當(dāng)燒結(jié)材料包含這種顆粒時(shí)，燒結(jié)材料的韌性提高，從而導(dǎo)致耐崩裂性提高。
(5)燒結(jié)材料優(yōu)選包含20體積％以上70體積％以下的第三顆粒組。因此，燒結(jié)材料的耐崩裂性進(jìn)一步提高。
(6)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的工具是使用(1)至(5)中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)材料的切削工具。
由于燒結(jié)材料的耐磨性優(yōu)異，因而使用該燒結(jié)材料的工具的耐磨性也優(yōu)異。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的工具可以具有比常規(guī)工具更長的使用壽命。
(7)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)材料的制造方法是制造(1)至(5)中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)材料的方法，其包括：獲得包含六方AlN顆粒和六方Cr2N顆粒的第一混合顆粒組；通過對所述第一混合顆粒組進(jìn)行熱處理，從而獲得包含立方CrN顆粒的第二混合顆粒組；通過等壓合成法或沖擊壓縮法處理所述第二混合顆粒組，從而獲得包含具有由Al(1-x)CrxN(式(1))(其中x滿足0.2≤x≤0.8)表示的立方巖鹽結(jié)構(gòu)的顆粒的第一顆粒組；通過將所述第一顆粒組與所述第二顆粒組混合，從而獲得第三混合顆粒組，其中所述第二顆粒組包含至少一種第一化合物的顆粒，該第一化合物選自由鋁、鋯、釔、鎂和鉿的氧化物和氧氮化物所構(gòu)成的組中；以及通過燒結(jié)所述第三混合顆粒組來獲得燒結(jié)材料。
根據(jù)所述制造燒結(jié)材料的方法，可以獲得(1)至(5)中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)材料。
(8)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的燒結(jié)材料的制造方法是制造(1)至(5)中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)材料的方法，該方法包括：準(zhǔn)備包含鋁和鉻作為組成元素的靶材；以及通過在氬氣和氮?dú)鈿夥罩械奈锢須庀喑练e法來處理所述靶材，從而在基板上進(jìn)行薄膜的氣相合成，所述薄膜包含第一顆粒組，該第一顆粒組包含具有由Al(1-x)CrxN(式(1))(其中x滿足0.2≤x≤0.8)表示的立方巖鹽結(jié)構(gòu)的顆粒。
根據(jù)該燒結(jié)材料的制造方法，可以獲得(1)至(5)中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)材料。
[本發(fā)明實(shí)施方案的詳細(xì)說明]
參照附圖，下面將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的燒結(jié)材料、工具以及該燒結(jié)材料的制造方案的具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明由權(quán)利要求的條款限定，而不是由這些實(shí)施例限定，并且本發(fā)明旨在包括與權(quán)利要求的條款等同的范圍和含義內(nèi)的任何修改。
當(dāng)本說明書中描述的化學(xué)式?jīng)]有特別限定原子比時(shí)，所包含的各元素不必具有相同的原子比。該情況旨在包括所有常規(guī)已知的原子比。
在本說明書中，術(shù)語“平均粒徑”是指使用諸如Microtrac之類的粒徑分布測定裝置而測定的值。
<第一實(shí)施方案>
根據(jù)第一實(shí)施方案的燒結(jié)材料是這樣的燒結(jié)材料，其包含：
第一顆粒組，其包含具有由Al(1-x)CrxN(式(1))(其中x滿足0.2≤x≤0.8)表示的立方巖鹽結(jié)構(gòu)的顆粒；以及
第二顆粒組，其包含至少一種第一化合物的顆粒，該第一化合物選自由鋁、鋯、釔、鎂和鉿的氧化物和氧氮化物所構(gòu)成的組中。
作為巖鹽(氯化鈉)的代表性晶體結(jié)構(gòu)的立方巖鹽結(jié)構(gòu)是這樣的結(jié)構(gòu)，其中兩種不同類型的面心立方晶格相互結(jié)合，并使得它們在單位立方晶格的脊(ridge)的方向上彼此移位半個(gè)脊長。具有由上式(1)表示的立方巖鹽結(jié)構(gòu)的顆粒(cAlCrN)具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中在立方氮化鋁(cAlN)的晶體結(jié)構(gòu)中固溶有鉻。由此，cAlCrN的耐熱溫度高于cAlN的耐熱溫度。因此，包含cAlCrN的燒結(jié)材料在高速切削中可以具有優(yōu)異的耐磨性。
在上述式(1)中，x滿足0.2≤x≤0.8，x優(yōu)選滿足0.3≤x≤0.7，x更優(yōu)選滿足0.4≤x≤0.6。如果x小于0.2，則燒結(jié)材料在高速切削中不能表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性。這可能是因?yàn)槿绻鹸小于0.2，則不能充分地改善cAlCrN的耐熱性。另一方面，如果x大于0.8，則燒結(jié)材料在高速切削中不能表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性。這可能是由于以下原因：如果x大于0.8，則cAlCrN的硬度降低，使得燒結(jié)材料的硬度也降低。
根據(jù)第一實(shí)施方案的燒結(jié)材料優(yōu)選包含20體積％以上99.5體積％以下的第一顆粒組，更優(yōu)選包含35體積％以上99.5體積％以下的第一顆粒組，并且進(jìn)一步優(yōu)選包含40體積％以上80體積％以下的第一顆粒組。當(dāng)燒結(jié)材料包含20體積％以上的第一顆粒組時(shí)，燒結(jié)材料在高速切削中可具有優(yōu)異的耐磨性。
根據(jù)第一實(shí)施方案的燒結(jié)材料包含第二顆粒組，其包含至少一種第一化合物的顆粒，該第一化合物選自由鋁、鋯、釔、鎂和鉿的氧化物和氧氮化物所構(gòu)成的組中。燒結(jié)材料中的第二顆粒組存在于相鄰的硬質(zhì)顆粒之間的界面中，并且用作結(jié)合相。由于結(jié)合相可以使硬質(zhì)顆粒彼此牢固地結(jié)合，因此燒結(jié)材料可以具有更優(yōu)異的耐磨性。
包含在第二顆粒組中的第一化合物的例子包括氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化釔(Y2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鉿(HfO2)等。其中，氧化鋁(Al2O3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鎂(MgO)和氧化鉿(HfO2)的使用使得燒結(jié)材料的耐磨性顯著提高。
根據(jù)第一實(shí)施方案的燒結(jié)材料優(yōu)選包含0.5體積％以上90體積％以下的第二顆粒組，更優(yōu)選包含10體積％以上50體積％以下的第二顆粒組。當(dāng)燒結(jié)材料包含0.5體積％以上90體積％以下的第二顆粒組時(shí)，燒結(jié)材料的耐磨性和耐崩裂性進(jìn)一步提高。此外，當(dāng)?shù)诙w粒組包含Al2O3和ZrO2時(shí)，燒結(jié)材料的耐崩裂性顯著地提高。這可能是因?yàn)锳l2O3被ZrO2分散強(qiáng)化從而提供了強(qiáng)韌性。
根據(jù)第一實(shí)施方案的燒結(jié)材料優(yōu)選進(jìn)一步包含含有立方氮化硼的第三顆粒組。立方氮化硼是具有比cAlCrN更優(yōu)異的韌性和強(qiáng)度的硬質(zhì)顆粒。因此，當(dāng)燒結(jié)材料包含這種顆粒時(shí)，燒結(jié)材料的韌性提高，從而使得耐崩裂性提高。特別地，當(dāng)?shù)谌w粒組包含立方氮化硼時(shí)，燒結(jié)材料的耐崩裂性顯著地提高。這可能是因?yàn)榕鸷蚦AlCrN彼此牢固地結(jié)合。
燒結(jié)材料進(jìn)一步優(yōu)選包含20體積％以上70體積％以下的第三顆粒組。當(dāng)燒結(jié)材料包含20體積％以上的第三顆粒組時(shí)，燒結(jié)材料的耐崩裂性顯著地提高。另一方面，如果燒結(jié)材料中的第三顆粒組的量大于70體積％，則耐磨性降低。
<第二實(shí)施方案>
根據(jù)第二實(shí)施方案的工具是使用了根據(jù)第一實(shí)施方案的燒結(jié)材料的工具。如上所述，由于第一實(shí)施方案的燒結(jié)材料在高速切削中具有優(yōu)異的耐磨性，因此使用了該燒結(jié)材料的工具也具有優(yōu)異的耐磨性。
根據(jù)第二實(shí)施方案的切削工具的例子包括鉆頭、端銑刀、銑削用可轉(zhuǎn)位切削刀片、車削用可轉(zhuǎn)位切削刀片、金屬鋸、齒輪切削工具、鉸刀或絲錐。此外，切削工具可以是全部地或局部(例如，刃部分)由上述燒結(jié)材料構(gòu)成。
當(dāng)切削工具全部由上述燒結(jié)材料構(gòu)成時(shí)，可以通過將燒結(jié)材料加工成所需形狀來制造切削工具。燒結(jié)材料可以通過(例如)激光來進(jìn)行加工。另一方面，當(dāng)切削工具部分地由上述燒結(jié)材料構(gòu)成時(shí)，可以通過將燒結(jié)材料接合至工具中所包括的基體的期望位置，從而制造切削工具。應(yīng)當(dāng)注意，對于燒結(jié)材料的接合方法沒有特別限定；然而，為了抑制燒結(jié)材料與基體分離，優(yōu)選在基體和燒結(jié)材料之間設(shè)置接合層，從而將基體和燒結(jié)材料彼此牢固地連接在一起。
<第三實(shí)施方案>
以下將參照圖1對根據(jù)第三實(shí)施方案的燒結(jié)材料的制造方法進(jìn)行說明。
第一實(shí)施方案中所述的燒結(jié)材料的制造方法包括：獲得包含六方AlN顆粒和六方Cr2N顆粒的第一混合顆粒組的步驟(在圖1中表示為S1；以下也稱為“獲得第一混合顆粒組的步驟”)；通過熱處理該第一混合顆粒組，來獲得包含立方CrN顆粒的第二混合顆粒組的步驟(在圖1中表示為S2；以下稱為“獲得第二混合顆粒組的步驟”)；通過等壓合成法或沖擊壓縮法來處理該第二混合顆粒組，從而獲得包含具有由Al(1-x)CrxN(式(1))(其中x滿足0.2≤x≤0.8)表示的立方巖鹽結(jié)構(gòu)的顆粒的第一顆粒組的步驟(在圖1中表示為S3；以下也稱為“獲得第一顆粒組的步驟”)；通過將該第一顆粒組與第二顆粒組混合，從而獲得第三混合顆粒組的步驟，該第二顆粒組包含至少一種第一化合物的顆粒，該第一化合物選自由鋁、鋯、釔、鎂和鉿的氧化物和氧氮化物構(gòu)成的組中(在圖1中表示為S4；以下也稱為“獲得第三混合顆粒組的步驟”)；以及通過燒結(jié)該第三混合顆粒組來獲得燒結(jié)材料的步驟(在圖1中表示為S5；以下也稱為“獲得燒結(jié)材料的步驟”)。
(獲得第一混合顆粒組的步驟)
參照圖1，在獲得第一混合顆粒組的步驟(S1)中，獲得了包含六方AlN(以下也稱為“hAlN”)顆粒和六方Cr2N(以下也稱為“hCr2N”)顆粒的第一混合顆粒組。優(yōu)選使用球磨裝置、珠磨裝置等混合第一混合顆粒組，并且優(yōu)選粉碎至平均粒徑為0.5μm以下。
(獲得第二混合顆粒組的步驟)
接著，在獲得第二混合顆粒組的步驟(S2)中，對第一混合顆粒組進(jìn)行熱處理，從而獲得包含立方CrN顆粒的第二混合顆粒組。
熱處理可以通過(例如)在氮?dú)鈿夥罩胁⑶以?00℃以上且1100℃以下加熱第一混合顆粒組來進(jìn)行。因此，包含在第一混合顆粒組中的六方Cr2N轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎紺rN。
(獲得第一顆粒組的步驟)
然后，在獲得第一顆粒組的步驟(S3)中，通過等壓合成法或沖擊壓縮法來處理第二混合顆粒組，從而獲得包含立方AlCrN顆粒的第一顆粒組。
沖擊壓縮法可以通過(例如)以下步驟來進(jìn)行：將第二混合顆粒組與起散熱作用的銅粉末和壓力介質(zhì)混合；將其引入鋼容器中；以及通過沖擊波瞬時(shí)施加15GPa以上的壓力，壓力施加時(shí)間為50微秒以下。由此，包含在第二混合顆粒組中的六方AlN轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎紸lN，并且Cr固溶在立方AlN中，從而合成了立方AlCrN。對于沖擊施加的壓力，優(yōu)選為15GPa以上50GPa以下的壓力，更優(yōu)選為35GPa以上50GPa以下的壓力。沖擊施加壓力時(shí)的溫度優(yōu)選為1200℃以上3000℃以下，更優(yōu)選為1800℃以上2200℃以下。
優(yōu)選使用球磨裝置、珠磨裝置等將所得的第一顆粒組粉碎至平均粒徑為0.1μm以上0.5μm以下。第一顆粒組可以用作燒結(jié)材料的原料。
(獲得第三混合顆粒組的步驟)
接著，在獲得第三混合顆粒組的步驟(S4)中，將第一顆粒組與第二顆粒組混合，從而獲得第三混合顆粒組，該第二顆粒組包含至少一種第一化合物的顆粒，該第一化合物選自由鋁、鋯、釔、鎂和鉿的氧化物和氧氮化物所構(gòu)成的組中。
第三顆粒組可以進(jìn)一步包含立方氮化硼。
第三混合顆粒組優(yōu)選使用球磨裝置、珠磨裝置等進(jìn)行混合，并且優(yōu)選粉碎至平均粒徑為0.5μm以下。
(獲得燒結(jié)材料的步驟)
然后，在獲得燒結(jié)材料的步驟(S5)中，燒結(jié)第三混合顆粒組從而獲得燒結(jié)材料。
具體而言，例如，可以在10kPa以上15GPa以下的壓力以及800℃以上1900℃以下的溫度下處理第三混合顆粒組，由此獲得燒結(jié)材料。燒結(jié)材料的獲得步驟優(yōu)選在非氧化性氣氛下，特別是在真空或氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行。雖然燒結(jié)方法沒有特別的限制，但是可以使用放電等離子體燒結(jié)(SPS)、熱壓、超高壓加壓等。
<第四實(shí)施方案>
根據(jù)第四實(shí)施方案的燒結(jié)材料的制造方法包括：
準(zhǔn)備包含鋁和鉻作為組成元素的靶材的步驟；以及
通過在氬氣和氮?dú)鈿夥罩械奈锢須庀喑练e法來處理該靶材，從而在基板上進(jìn)行薄膜的氣相合成的步驟，該薄膜包含第一顆粒組，該第一顆粒組包含具有由Al(1-x)CrxN(式(1))(其中x滿足0.2≤x≤0.8)表示的立方巖鹽結(jié)構(gòu)的顆粒。
可以通過(例如)用電弧離子鍍法處理靶材從而在基板上形成薄膜來進(jìn)行包含第一顆粒組的薄膜的氣相合成的步驟。在這種情況下，例如，處理?xiàng)l件可以設(shè)置如下：Ar流量為20sccm；N2流量為80sccm；壓力為2Pa；偏壓為110V；電弧電流為91A；以及基板溫度為400℃。
實(shí)施例1
以下通過實(shí)施例來更具體地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
[試樣1至42]
(獲得第一混合顆粒組的步驟)
將六方AlN顆粒(由Tokuyama Corporation提供)和六方Cr2N顆粒(由Shin Nippon Kinzoku Co.,Ltd.提供)以10:90至90:10的比例混合，從而獲得第一混合顆粒組。應(yīng)當(dāng)注意，通過珠磨機(jī)將第一混合顆粒組粉碎至平均粒徑為0.5μm以下。
(獲得第二混合顆粒組的步驟)
接著，在氮?dú)馓幚頎t中，在900℃下對第一混合顆粒組進(jìn)行熱處理，從而獲得包含立方CrN顆粒的第二混合顆粒組。各試樣的第二混合顆粒組中的hAlN含量(摩爾％)與cCrN含量(摩爾％)之比示于表1的“第二混合顆粒組”一欄中。
(獲得第一顆粒組的步驟)
然后，將第二混合顆粒組與散熱體和銅粉末混合，并引入鋼制容器中。接著，通過爆炸物的爆炸，在40GPa的壓力和2000℃的溫度下處理第二混合顆粒組，從而獲得第一顆粒組。對所得第一顆粒組進(jìn)行XRD分析，確認(rèn)了cAlCrN。應(yīng)當(dāng)注意，通過珠磨機(jī)將第一顆粒組粉碎至平均粒徑為0.5μm以下。
(獲得第三混合顆粒組的步驟)
接著，將第一顆粒組、第二顆粒組和第三顆粒組混合，從而獲得第三混合顆粒組。應(yīng)當(dāng)注意，它們各自的混合量以及各顆粒組中所包含的化合物的類型示于表1中。應(yīng)當(dāng)注意，通過珠磨機(jī)將第三混合顆粒組粉碎至平均粒徑為0.5μm以下。
(獲得燒結(jié)材料的步驟)
然后，將第三混合顆粒組引入到鉭制微腔中，使用壓力機(jī)在7GPa的壓力和1350℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)15分鐘，從而獲得燒結(jié)材料。
(燒結(jié)材料的測定)
對燒結(jié)材料進(jìn)行XRD分析，并通過Rietveld法來修正晶格常數(shù)，從而獲得cAl(1-x)CrxN的晶格常數(shù)和x的值。在此，通過確定Cr的固溶量來獲得x的值，其中基于的cAlN晶格常數(shù)和的cCrN晶格常數(shù)的比例計(jì)算獲得Cr的固溶量。結(jié)果示于表1。
當(dāng)使用SEM-EDX來觀察燒結(jié)材料的經(jīng)CP處理的表面時(shí)，可以證實(shí)，燒結(jié)材料的經(jīng)CP處理的表面中AlCrN與第二顆粒組的面積比基本上等于第三混合顆粒組中第一顆粒組與第二顆粒組的體積比(應(yīng)用軟件：Mitani Corporation的WinROOF)。
(評價(jià))
將所得燒結(jié)材料用激光進(jìn)行切割并進(jìn)行精加工，從而制成刀具形狀為CNMA120408并且負(fù)刃帶(negative land)為15°×0.1至0.15mm的切削工具。將所得切削工具在下述切削條件下用于離心鑄鐵的切削試驗(yàn)，從而測定切削1.5km后的后刀面磨損量(μm)。此外，觀察切削2.0km后的切削工具的磨損類型和崩裂狀態(tài)。
切削速度：900m/分鐘
切入深度：0.1mm
進(jìn)給率：0.28mm/轉(zhuǎn)
冷卻液：乳液
車床：OKUMA LB400；刀柄：EWN68-150CKB6
工件：具有致密珍珠巖結(jié)構(gòu)并具有灰鑄鐵化學(xué)成分的離心鑄鐵
工件形狀：圓柱形；內(nèi)徑φ為85mm
結(jié)果示于表1。
[表1]
(評價(jià)結(jié)果)
在試樣1至試樣7的比較中，當(dāng)上述式(1)中的x的值為0.2以上0.8以下(試樣2至6)時(shí)，各燒結(jié)材料的耐磨性良好。
在試樣8至試樣14的比較中，第三混合顆粒組中的第一顆粒組的量越多，各燒結(jié)材料的耐磨性越優(yōu)異。
在試樣4以及試樣15至20的比較中，當(dāng)使用Al2O3、ZrO2、Y2O3、MgO或HfO2作為第二顆粒組時(shí)，燒結(jié)材料的耐磨性同樣優(yōu)異。
在試樣4以及試樣21至29的比較中，當(dāng)使用兩種以上的化合物的顆粒作為第二顆粒組時(shí)，耐崩裂性優(yōu)異。此外，當(dāng)使用cBN作為第三顆粒組時(shí)，耐崩裂性也優(yōu)異。
在試樣30至37的比較中，各試樣的耐崩裂性優(yōu)異，并且第三混合顆粒組中的第三顆粒組的量越少，耐磨性越優(yōu)異。
實(shí)施例2
[試樣43至84]
(獲得第一混合顆粒組的步驟)
將六方AlN顆粒(由Tokuyama Corporation提供)和六方Cr2N顆粒(由Shin Nippon Kinzoku Co.,Ltd.提供)混合，從而獲得如表2的“混合比”一欄中所示的Al與Cr的原子比，由此獲得第一混合顆粒組。應(yīng)當(dāng)注意，通過珠磨機(jī)將第一混合顆粒組粉碎至平均粒徑為0.5μm以下。
(獲得第一顆粒組的步驟)
接著，在氮?dú)鈮毫?MPa且溫度為2000℃的氮?dú)鉅t中對第一混合顆粒組進(jìn)行處理，從而制造第一顆粒組(等壓合成法)。對該顆粒硬質(zhì)材料進(jìn)行XRD分析，從而確認(rèn)cAlCrN。
(獲得第三混合顆粒組的步驟)
然后，將第一顆粒組、第二顆粒組和第三顆粒組混合，從而獲得第三混合顆粒組。應(yīng)當(dāng)注意，它們各自混合量以及各顆粒組中所包含的化合物的類型示于表2中。應(yīng)當(dāng)注意，通過珠磨機(jī)將第三混合顆粒組粉碎至平均粒徑為0.5μm以下。
(獲得燒結(jié)材料的步驟)
接著，將第三混合顆粒組引入到鉭制微腔中，使用壓力機(jī)在7GPa的壓力和1350℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)15分鐘，從而獲得燒結(jié)材料。
(燒結(jié)材料的測定)
對燒結(jié)材料進(jìn)行XRD分析，并通過Rietveld法來修正晶格常數(shù)，從而獲得cAl(1-x)CrxN的晶格常數(shù)和x的值。在此，通過確定Cr的固溶量來獲得x的值，其中基于的cAlN晶格常數(shù)和的cCrN晶格常數(shù)的比例計(jì)算獲得Cr的固溶量。結(jié)果示于表2。
當(dāng)使用SEM-EDX來觀察燒結(jié)材料的經(jīng)CP處理的表面時(shí)，可以證實(shí)，燒結(jié)材料的經(jīng)CP處理的表面中AlCrN與第二顆粒組的面積比基本上等于第三混合顆粒組中第一顆粒組與第二顆粒組的體積比(應(yīng)用軟件：Mitani Corporation的WinROOF)。
(評價(jià))
將所得燒結(jié)材料用激光進(jìn)行切割并進(jìn)行精加工，從而制成刀具形狀為CNMA120408并且負(fù)刃帶為15°×0.1至0.15mm的切削工具。將所得切削工具在下述切削條件下用于離心鑄鐵的切削試驗(yàn)，從而測定切削1.5km后的后刀面磨損量(μm)。此外，觀察切削2.0km后的切削工具的磨損類型和崩裂狀態(tài)。
切削速度：900m/分鐘
切入深度：0.1mm
進(jìn)給率：0.28mm/轉(zhuǎn)
冷卻液：乳液
車床：OKUMA LB400；刀柄：EWN68-150CKB6
工件：具有致密珍珠巖結(jié)構(gòu)并具有灰鑄鐵化學(xué)成分的離心鑄鐵
工件形狀：圓柱形；內(nèi)徑φ為85mm
結(jié)果示于表2。
[表2]
(評價(jià)結(jié)果)
在試樣43至試樣49的比較中，當(dāng)上述式(1)中的x的值為0.2以上0.8以下(試樣44至48)時(shí)，各燒結(jié)材料的耐磨性優(yōu)異。
在試樣50至試樣56的比較中，第三混合顆粒組中的第一顆粒組的量越多，各燒結(jié)材料的耐磨性越優(yōu)異。
在試樣46以及試樣57至62的比較中，當(dāng)使用Al2O3、ZrO2、Y2O3、MgO或HfO2作為第二顆粒組時(shí)，燒結(jié)材料的耐磨性同樣優(yōu)異。
在試樣46以及試樣63至71的比較中，當(dāng)使用兩種以上的化合物的顆粒作為第二顆粒組時(shí)，耐崩裂性優(yōu)異。此外，當(dāng)使用cBN作為第三顆粒組時(shí)，耐崩裂性也優(yōu)異。
在試樣72至79的比較中，各試樣的耐崩裂性優(yōu)異，并且第三混合顆粒組中的第三顆粒組的量越少，耐磨性越優(yōu)異。
從上述結(jié)果可以確認(rèn)，使用等壓合成法而生產(chǎn)的燒結(jié)材料表現(xiàn)出與使用沖擊壓縮法而生產(chǎn)的燒結(jié)材料類似的結(jié)果。
實(shí)施例3
[試樣85至126]
(靶材準(zhǔn)備步驟)
準(zhǔn)備靶材，使得靶材中的Al與Cr的混合比(原子比)為表3中“靶材組成”一欄中所述的比例。
(獲得第一顆粒組的步驟)
接著，通過電弧離子鍍法處理靶材，從而在高速鋼基板上形成薄膜。處理?xiàng)l件如下：Ar流量為20sccm；N2流量為80sccm；壓力為2Pa；偏壓為110V；電弧電流為91A；以及基板溫度為400℃。然后，通過將形成在高速鋼基板上的薄膜從基板上剝離下來從而進(jìn)行收集薄膜，并用珠磨機(jī)粉碎至粒徑為0.5μm至3μm來生產(chǎn)漿料。然后，將漿料干燥從而獲得第一顆粒組。對該第一顆粒組進(jìn)行XRD分析，從而確認(rèn)了cAlCrN。
(獲得第三混合顆粒組的步驟)
然后，將第一顆粒組、第二顆粒組和第三顆粒組混合，從而獲得第三混合顆粒組。應(yīng)當(dāng)注意，它們各自的混合量以及各顆粒組中所包含的化合物的類型示于表3中。應(yīng)當(dāng)注意，通過珠磨機(jī)將第三混合顆粒組粉碎至平均粒徑為0.5μm以下。
(獲得燒結(jié)材料的步驟)
接著，將第三混合顆粒組引入鉭制微腔中，用壓力機(jī)在7GPa的壓力和1350℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)15分鐘，從而獲得燒結(jié)材料。
(燒結(jié)材料的測定)
對燒結(jié)材料進(jìn)行XRD分析，并通過Rietveld法來修正晶格常數(shù)，從而獲得cAl(1-x)CrxN的晶格常數(shù)和x的值。在此，通過確定Cr的固溶量來獲得x的值，其中基于的cAlN晶格常數(shù)和的cCrN晶格常數(shù)的比例計(jì)算來獲得Cr的固溶量。結(jié)果示于表3。
當(dāng)使用SEM-EDX來觀察燒結(jié)材料的經(jīng)CP處理的表面時(shí)，可以證實(shí)，燒結(jié)材料的經(jīng)CP處理的表面中AlCrN與第二顆粒組的面積比基本上等于第三混合顆粒組中第一顆粒組與第二顆粒組的體積比(應(yīng)用軟件：Mitani Corporation的WinROOF)。
(評價(jià))
將所得燒結(jié)材料用激光進(jìn)行切割并進(jìn)行精加工，從而制成刀具形狀為CNMA120408并且負(fù)刃帶為15°×0.1至0.15mm的切削工具。將所得切削工具在下述切削條件下用于離心鑄鐵的切削試驗(yàn)，從而測定切削1.5km后的后刀面磨損量(μm)。此外，觀察切削2.0km后的切削工具的磨損類型和崩裂狀態(tài)。
切削速度：900m/分鐘
切入深度：0.1mm
進(jìn)給率：0.28mm/轉(zhuǎn)
冷卻液：乳液
車床：OKUMA LB400；刀柄：EWN68-150CKB6
工件：具有致密珍珠巖結(jié)構(gòu)并具有灰鑄鐵化學(xué)成分的離心鑄鐵
工件形狀：圓柱形；內(nèi)徑φ為85mm
結(jié)果示于表3。
[表3]
(評價(jià)結(jié)果)
在試樣85至試樣91的比較中，當(dāng)上述式(1)中的x的值為0.2以上0.8以下(試樣2至6)時(shí)，各燒結(jié)材料的耐磨性優(yōu)異。
在試樣92至試樣98的比較中，第三混合顆粒組中的第一顆粒組的量越多，各燒結(jié)材料的耐磨性越優(yōu)異。
在試樣88以及試樣99至104的比較中，當(dāng)使用Al2O3、ZrO2、Y2O3、MgO或HfO2作為第二顆粒組時(shí)，燒結(jié)材料的耐磨性同樣優(yōu)異。
在試樣88以及試樣105至113的比較中，當(dāng)使用兩種以上的化合物的顆粒作為第二顆粒組時(shí)，耐崩裂性優(yōu)異。此外，當(dāng)使用cBN作為第三顆粒組時(shí)，耐崩裂性也優(yōu)異。
在試樣114至121中的比較中，各試樣的耐崩裂性優(yōu)異，并且第三混合顆粒組中的第三顆粒組的量越少，耐磨性越優(yōu)異。
從上述結(jié)果可以確認(rèn)，使用物理氣相沉積法而生產(chǎn)的燒結(jié)材料表現(xiàn)出與使用沖擊壓縮法而生產(chǎn)的燒結(jié)材料類似的結(jié)果。
這里公開的實(shí)施方案和實(shí)施例在任何方面都是示意性的而非限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求的條款而不是由上述實(shí)施方案所限定，并且旨在包括與權(quán)利要求的條款等同的范圍和含義以內(nèi)的任何修改。
工業(yè)實(shí)用性
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的包含立方AlCrN的燒結(jié)材料可廣泛地用于切削工具。例如，該燒結(jié)材料可用于鉆頭、端銑刀、銑削用可轉(zhuǎn)位切削刀片、車削用可轉(zhuǎn)位切削刀片、金屬鋸、齒輪切削工具、鉸刀或絲錐。