陶瓷組合物和切削工具的制作方法
【專利摘要】一種陶瓷組合物，其主要由氧化鋁(Al2O3)、碳化鎢(WC)和氧化鋯(ZrO2)形成，其中，在作為氧化鋁(Al2O3)晶粒與碳化鎢(WC)晶粒鄰接的界面的第1晶粒間界和作為2個氧化鋁(Al2O3)晶粒鄰接的界面的第2晶粒間界處分布有鋯(Zr)。
【專利說明】
陶瓷組合物和切削工具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷組合物和切削工具。

【背景技術(shù)】
[0002]主要由氧化鋁(Al2O3)形成的陶瓷組合物具有比較優(yōu)異的機械特性、耐反應(yīng)性以及耐熱性，因此被利用于工具、結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)部件等。氧化鋁-碳化鎢系陶瓷組合物是在氧化鋁中添加了碳化鎢(WC)的陶瓷組合物，其具有更加優(yōu)異的機械特性和耐熱性。因此，氧化鋁-碳化鎢系陶瓷組合物也被利用于切削工具和模具等(例如參照專利文獻1、2)。
[0003]氧化鋁-碳化鎢-氧化鋯系陶瓷組合物是進一步在氧化鋁和碳化鎢中添加了氧化鋯(ZrO2)的陶瓷組合物，具有更加優(yōu)異的機械特性。因此，氧化鋁-碳化鎢-氧化鋯系陶瓷組合物也可以利用于要求更高的耐沖擊性和耐熱性等的耐熱合金用的切削工具(例如參照專利文獻3)。
[0004]耐熱合金用的切削工具大多利用晶須系陶瓷組合物。晶須系陶瓷組合物是在氧化鋁中添加了碳化硅晶須的陶瓷組合物。晶須系陶瓷組合物存在如下問題:作為原料的碳化硅晶須比較昂貴、為了避免形成針狀晶體的碳化硅晶須造成的健康危害而在處理中需要注意。氧化鋁-碳化鎢-氧化鋯系陶瓷組合物可以實現(xiàn)與晶須系陶瓷組合物同等的機械特性和耐久性，而且在成本和健康危害方面優(yōu)于晶須系陶瓷組合物。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開平5-279121號公報
[0008]專利文獻2:日本特開平6-009264號公報
[0009]專利文獻3:日本特開平9-221352號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

_0] 發(fā)明要解決的問題
[0011]專利文獻I?3的陶瓷組合物中存在由于拉伸殘留應(yīng)力而導(dǎo)致氧化鋁晶粒間的結(jié)合力降低的課題，所述拉伸殘留應(yīng)力是由于氧化鋁和碳化鎢之間的熱膨脹率之差而在氧化鋁晶粒中產(chǎn)生的拉伸殘留應(yīng)力。氧化鋁晶粒間的結(jié)合力的降低會加速陶瓷組合物中產(chǎn)生的龜裂的惡化，因此會使陶瓷組合物的機械特性降低，結(jié)果使陶瓷組合物的耐久性降低。
_2] 用于解決問題的方案
[0013]本發(fā)明是為了解決上述課題而作出的，可以通過以下的實施方式的形式來實現(xiàn)。
[0014](I)根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供主要由氧化鋁(Al2O3)、碳化鎢(WC)和氧化鋯(ZrO2)形成的陶瓷組合物。在該陶瓷組合物中，在作為氧化鋁(Al2O3)晶粒與碳化鎢(WC)晶粒鄰接的界面的第I晶粒間界與作為2個氧化鋁(Al2O3)晶粒鄰接的界面的第2晶粒間界處分布有鋯(Zr)。根據(jù)該實施方式，通過在第I晶粒間界和第2晶粒間界處分布的鋯(Zr)，能夠提高各晶粒間界處的晶粒間的結(jié)合力。因此，能夠提高氧化鋁-碳化鎢-氧化鋯系陶瓷組合物的機械特性，結(jié)果提高其耐久性。“主要由氧化鋁(Al2O3)、碳化鎢(WC)和氧化鋯(ZrO2)形成”是指除了氧化鋁、碳化鎢、氧化鋯以外，含有不可避免的雜質(zhì)?！安豢杀苊獾碾s質(zhì)”是指在制造工序中不可避免地混入的鐵(Fe)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)中的至少I種，其量為固溶于碳化鎢而不會使彎曲強度、硬度、熱導(dǎo)率降低的程度的量(例如0.1質(zhì)量％以下)。
[0015](2)在上述陶瓷組合物的截面中，不與其他碳化鎢(WC)晶粒鄰接且被氧化鋁(Al2O3)晶粒和氧化鋯(ZrO2)晶粒中的至少一種晶粒包圍的碳化鎢(WC)晶粒的截面積A和與其他碳化鎢(WC)晶粒鄰接的碳化鎢(WC)晶粒的截面積B的關(guān)系可以滿足1.5 < A/(A+B) X 100 ( 50.0。根據(jù)該實施方式，能夠兼具以下效果:被具有較高的熱膨脹率的氧化鋁、氧化鋯所包圍的碳化鎢晶粒中產(chǎn)生的壓縮殘留應(yīng)力所帶來的晶粒的強化、以及碳化鎢晶粒彼此連接而形成的熱導(dǎo)路所帶來的熱導(dǎo)性的提高。因此能夠提高氧化鋁-碳化鎢-氧化鋯系陶瓷組合物的機械特性和耐熱性，結(jié)果進一步提高其耐久性。
[0016](3)上述陶瓷組合物中，可以是碳化鎢(WC)占20.0體積％以上且50.0體積％以下，氧化鋯(ZrO2)占0.1體積％以上且18.0體積％以下，氧化鋁(Al2O3)占剩余部分。根據(jù)該實施方式，能夠提高氧化鋁-碳化鎢-氧化鋯系陶瓷組合物的機械特性和耐熱性，結(jié)果進一步提尚其耐久性。
[0017]本發(fā)明也能以陶瓷組合物以外的各種方式來實現(xiàn)。例如，也能夠以由上述陶瓷組合物形成的切削工具、由上述陶瓷組合物形成的模具、制造上述陶瓷組合物的制造方法等方式來實現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是示出作為一個實施方式的陶瓷組合物中的典型結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0019]圖2是示出作為一個實施方式的陶瓷組合物中的典型晶粒間界的說明圖。
[0020]圖3是示出陶瓷組合物的制造方法的工序圖。
[0021]圖4是示出關(guān)于陶瓷組合物的機械特性、熱特性以及耐久性的評價試驗的結(jié)果的表格。
[0022]圖5是示出關(guān)于陶瓷組合物的機械特性、熱特性以及耐久性的評價試驗的結(jié)果的表格。
[0023]圖6是示出試樣SCl中的晶粒間界的說明圖。
[0024]圖7是示出試樣SC2中的晶粒間界的說明圖。
[0025]圖8是示出分散劑的添加量與漿料的粘度的關(guān)系的圖表。
[0026]圖9是示意性示出與分散劑的添加量相對應(yīng)的漿料的狀態(tài)的說明圖。
[0027]圖10是示出試樣3中的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0028]圖11是示出試樣4中的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0029]圖12是示出關(guān)于陶瓷組合物的機械特性、熱特性以及耐久性的評價試驗的結(jié)果的表格。
[0030]圖13是示出關(guān)于陶瓷組合物的機械特性、熱特性以及耐久性的評價試驗的結(jié)果的表格。

【具體實施方式】
[0031]A.陶瓷組合物的構(gòu)成
[0032]作為本發(fā)明的一個實施方式的陶瓷組合物是主要由氧化鋁(Al2O3)、碳化鎢(WC)和氧化鋯(ZrO2)形成的氧化鋁-碳化鎢-氧化鋯系陶瓷組合物。在作為本發(fā)明的一個實施方式的陶瓷組合物中，在作為氧化鋁(Al2O3)晶粒與碳化鎢(WC)晶粒鄰接的界面的第I晶粒間界與作為2個氧化鋁(Al2O3)晶粒鄰接的界面的第2晶粒間界處分布有鋯(Zr)。
[0033]圖1是示出作為一個實施方式的陶瓷組合物中的典型結(jié)構(gòu)的說明圖。圖1的(A)欄所示的圖像是用掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)對實施鏡面研磨后實施了熱蝕刻的陶瓷組合物中的任意表面進行觀察而得到的圖像。圖1的(B)欄所示的圖像是示意性表現(xiàn)圖1的(A)欄所示的圖像中的晶粒的圖像。圖1的(A)欄和(B)欄各自所示的圖像的I邊對應(yīng)于實際的陶瓷組合物中的10 μπι(微米)的長度。
[0034]作為一個實施方式的陶瓷組合物為多晶體，其具備多個氧化鋁晶粒10、多個碳化鎢晶粒20和多個氧化鋯晶粒30。氧化鋁晶粒10是由氧化鋁(Al2O3)形成的晶粒。碳化鎢晶粒20是由碳化鎢(WC)形成的晶粒。氧化鋯晶粒30是由氧化鋯(ZrO2)形成的晶粒。
[0035]多個碳化鎢晶粒20包括不與其他碳化鎢晶粒20鄰接且被氧化鋁晶粒10和氧化鋯晶粒30中的至少一種晶粒包圍的碳化鎢晶粒20 (A)、與其他碳化鎢晶粒20鄰接的碳化鎢晶粒20 (B)。在本實施方式的說明中，作為表不碳化鶴晶粒的標(biāo)記，與周圍的晶粒的關(guān)系未特定時使用標(biāo)記“20”，與周圍的晶粒的關(guān)系特定時使用標(biāo)記“20 (A) ”和標(biāo)記“20 (B) ”。碳化鎢晶粒20 (A)是不與其他碳化鎢晶粒20鄰接的晶粒，碳化鎢晶粒20 (B)是與I個以上的其他碳化鶴晶粒20鄰接的晶粒。
[0036]圖2是示出作為一個實施方式的陶瓷組合物中的典型晶粒間界的說明圖。圖2的(A)欄的紙面左側(cè)所示的圖像是用掃描透射型電子顯微鏡(Scanning Transmiss1nElectron Microscope、STEM)對作為氧化銷晶粒10與碳化鶴晶粒20鄰接的任意界面的第I晶粒間界40進行觀察而得到的圖像。圖2的(A)欄的紙面右側(cè)所示的圖像是用能量色散型 X 射線分光器(Energy Dispersive X-ray Spectrometer>EDS)對第 I 晶粒間界 40 周邊的鋯(Zr)元素的濃度進行測定而得到的圖表。
[0037]關(guān)于圖2的(A)欄中的圖表的橫軸，其作為橫穿第I晶粒間界40的直線上的位置，表示從氧化鋁晶粒10中的位置Al起，經(jīng)過第I晶粒間界40上的位置A2，直到碳化鎢晶粒20中的位置A3為止的各位置。從位置Al到位置A3的距離為約50nm(納米)。圖2的(A)欄中圖表的縱軸表示鋯元素的濃度。在作為一個實施方式的陶瓷組合物中，在氧化鋁晶粒10與碳化鎢晶粒20鄰接的第I晶粒間界40處分布有鋯(Zr)。
[0038]圖2的(B)欄的紙面左側(cè)所示的圖像是用STEM對作為2個氧化鋁晶粒10鄰接的任意界面的第2晶粒間界50進行觀察而得到的圖像。圖2的(B)欄的紙面右側(cè)所示的圖像是用EDS對第2晶粒間界50周邊的鋯元素的濃度進行測定而得到的圖表。關(guān)于圖2的(B)欄中的圖表的橫軸，其作為橫穿第2晶粒間界50的直線上的位置，表示從一個氧化鋁晶粒10中的位置A4起，經(jīng)過第2晶粒間界50上的位置A5，直到另一個氧化鋁晶粒10中的位置A6為止的各位置。從位置A4到位置A6的距離為約50nm。圖2的⑶欄中的圖表的縱軸表示鋯元素的濃度。在作為一個實施方式的典型陶瓷組合物中，在2個氧化鋁晶粒10鄰接的第2晶粒間界50處分布有鋯(Zr)。
[0039]作為一個實施方式的陶瓷組合物通過在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50處分布的鋯(Zr)而能夠提高各晶粒間界的晶粒間的結(jié)合力。因此，能夠提高氧化鋁-碳化鎢-氧化鋯系陶瓷組合物的機械特性，結(jié)果提高其耐久性。
[0040]在作為一個實施方式的陶瓷組合物中，優(yōu)選的是，在陶瓷組合物的任意截面中，碳化鎢晶粒20㈧的截面積A與碳化鎢晶粒20⑶的截面積B的關(guān)系滿足1.5SA/(A+B) X 100 ( 50.00由此，能夠兼具以下效果:被具有較高的熱膨脹率的氧化鋁、氧化鋯包圍的碳化鎢晶粒20(A)中產(chǎn)生的壓縮殘留應(yīng)力所帶來的晶粒的強化、以及碳化鎢晶粒20(B)彼此連接而形成的熱導(dǎo)路所帶來的熱導(dǎo)性的提高。因此，能夠提高氧化鋁-碳化鎢-氧化鋯系陶瓷組合物的機械特性和耐熱性，結(jié)果進一步提高其耐久性。
[0041]在作為一個實施方式的陶瓷組合物中，優(yōu)選的是，碳化鎢(WC)占20.0體積％以上且50.0體積％以下、氧化鋯(ZrO2)占0.1體積％以上且18.0體積％以下、氧化鋁(Al2O3)占剩余部分。由此，能夠提高氧化鋁-碳化鎢-氧化鋯系陶瓷組合物的機械特性和耐熱性，結(jié)果進一步提高其耐久性。在作為一個實施方式的陶瓷組合物中，優(yōu)選的是，彎曲強度(依照日本工業(yè)規(guī)格JIS R1601的基于外部支點間距離(跨度，span) 30mm的條件的3點彎曲強度)高于llOOMPa、且熱導(dǎo)率(依照日本工業(yè)規(guī)格JIS R 1611的室溫下的熱導(dǎo)率)高于26W/ (m.K)。
[0042]B.陶瓷組合物的制造方法
[0043]圖3為示出陶瓷組合物的制造方法的工序圖。圖3的制造方法是用于制造上述作為一個實施方式的陶瓷組合物的制造方法。制造陶瓷組合物時，首先，制造者分別稱量作為陶瓷組合物的原料的氧化鋁粉末、碳化鎢粉末和氧化鋯粉末(工序P105)。
[0044]在陶瓷組合物的原料中可以使用平均粒徑0.5 μπι左右的氧化鋁粉末。原料的氧化鋁粉末的平均粒徑可以低于0.5 μ m，也可以超過0.5 μ m。本實施方式的說明中的粉末的平均粒徑均為使用激光衍射式粒度分布測定裝置測得的值。
[0045]在陶瓷組合物的原料中可以使用平均粒徑0.7 μπι左右的碳化鎢粉末。原料的碳化鎢粉末的平均粒徑可以低于0.7 μm，也可以超過0.7 μπι。
[0046]在陶瓷組合物的原料中可以使用平均粒徑0.7 μπι左右、且用作為穩(wěn)定劑的3mol% (摩爾百分比)的氧化釔(Y2O3)進行了部分穩(wěn)定化的氧化鋯粉末(3YSZ粉末)。原料的氧化鋯粉末的平均粒徑可以低于0.7 μ m，也可以超過0.7 μ m。原料的氧化鋯粉末不限于3YSZ粉末，也可以使用含有氧化鋯的其他粉末。
[0047]稱量各粉末后(工序P105)，制造者進行預(yù)粉碎(工序Pl 10)。在預(yù)粉碎中，制造者使用球磨機，將氧化鋁粉末和氧化鋯粉末與溶劑(例如乙醇)一同混合并將各粉末的顆粒粉碎(工序Pl 10)。在本實施方式中，進行預(yù)粉碎的時間為約20小時，在其他實施方式中，可以低于20小時，也可以超過20小時。
[0048]進行預(yù)粉碎后(工序P110)，制造者在球磨機內(nèi)的混合物中加入碳化鶴粉末、溶劑和分散劑，進一步進行混合和粉碎(工序P120)。由此，制造者得到分散有氧化鋁、碳化鎢以及氧化鋯的各顆粒的漿料。在本實施方式中，加入碳化鎢粉末進一步混合和粉碎的時間為約20小時，在其他實施方式中，可以低于20小時，也可以超過20小時。
[0049]添加在混合物中的分散劑例如可以使用FLOWLEN G_700(共榮社化學(xué)株式會社制)、SN DISPERSANT9228(SAN NOPCO UMITED 制)、MALIAUM AKM-0531 (日油株式會社制)、KA0CER8000 (花王株式會社制)等。分散劑的投入量優(yōu)選相對于全部原料粉末的質(zhì)量為1.5質(zhì)量％以上且3.5質(zhì)量％以下，在本實施方式中為2.0質(zhì)量％。在其他實施方式中，分散劑的投入量可以低于1.5質(zhì)量％，也可以超過3.5質(zhì)量％。
[0050]制作漿料后(工序P120)，制造者由漿料制作混合粉末(工序P130)。由漿料得到的混合粉末中混雜有氧化鋁、碳化鎢以及氧化鋯的各顆粒。在本實施方式中，制造者通過用開水加熱漿料并進行脫氣而從漿料中去除溶劑，然后將從漿料中去除了溶劑的粉體過篩，由此制作混合粉末。
[0051]制作混合粉末后(工序P130)，制造者利用熱壓由混合粉末制作陶瓷組合物(工序P150)。在本實施方式中，在熱壓中，制造者將混合粉末填充在碳制的模具中，一邊對該混合粉末進行單軸加壓一邊加熱。由此，制造者得到作為混合粉末燒結(jié)而成的燒結(jié)體的陶瓷組合物。
[0052]本實施方式中的熱壓(工序P150)的條件如下。
[0053]?焙燒溫度:1750 °C
[0054].焙燒時間:2小時
[0055].壓力:30MPa(兆帕斯卡)
[0056].環(huán)境氣體:氬(Ar)
[0057]經(jīng)過上述工序，陶瓷組合物制成。制造者也可以在進行熱壓后(工序P150)利用切削、磨削以及研磨中的至少I種加工法對陶瓷組合物的形狀、表面進行精加工。制造者還可以使用上述的制造方法制作由陶瓷組合物制成的切削工具。
[0058][實施例]
[0059]C.評價試驗
[0060]圖4和圖5是示出關(guān)于陶瓷組合物的機械特性、熱特性以及耐久性的評價試驗的結(jié)果的表格。試驗者制作多個試樣作為陶瓷組合物，對于各試樣，調(diào)查晶粒間界處的鋯(Zr)元素的有無、面積率A/(A+B) X 100、機械特性、熱特性和耐久性。
[0061]對于各試樣的晶粒間界的Zr元素的有無，試驗者按照以下步驟進行調(diào)查。
[0062]步驟1.使用聚焦離子束裝置(FIB裝置、Focused 1n Beam system)，從各試樣的任意部分切下10nm見方的薄片，用STEM觀察該薄片的任意表面，確認第I晶粒間界40和第2晶粒間界50
[0063]步驟2.如用圖2所說明的那樣，利用EDS從各試樣中的第I晶粒間界40和第2的晶粒間界50的各晶粒間界分別測定5個部位的Zr元素濃度，由此確認晶粒間界處的Zr元素的有無
[0064]對于各試樣的面積率A/ (A+B) X 100，試驗者按照以下步驟進行調(diào)查。
[0065]步驟1.用SEM觀察實施鏡面研磨后實施了蝕刻的各試樣的任意表面，從將該表面擴大I萬倍拍攝的圖像中分別選擇5處任意的10 μ m見方的區(qū)域
[0066]步驟1.使用圖像分析軟件(三谷商事株式會社制“WinRoof ” )，算出所選擇的區(qū)域中碳化鎢晶粒20 (A)和碳化鎢晶粒20 (B)所占的面積(A+B)、以及所選擇的區(qū)域中碳化鎢晶粒20 (A)所占的面積A
[0067]步驟3.用面積A除以面積(A+B)，由此算出面積率A/ (A+B) X 100
[0068]對于各試樣的機械特性，試驗者由各試樣制作試驗片，并使用試驗片求出彎曲強度、破壞韌性以及硬度。試驗片的形狀是截面為長方形的棱柱，其尺寸為全長40mm、寬度4mm、厚度3mm。關(guān)于彎曲強度，試驗者依照日本工業(yè)規(guī)格JIS R 1601在外部支點間距離(span) 30mm的條件下求出各試樣的3點彎曲強度。關(guān)于破壞韌性，試驗者依照日本工業(yè)規(guī)格JIS R 1607所規(guī)定的IF(Indentat1n Fracture)法求出各試樣的破壞韌性值(臨界應(yīng)力擴大系數(shù))Krc。關(guān)于硬度，試驗者依照日本工業(yè)規(guī)格JIS R 1610求出各試樣的維氏硬度。
[0069]對于各試樣的熱特性，試驗者求出熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率。關(guān)于熱膨脹系數(shù)，試驗者依照日本工業(yè)規(guī)格JIS R 1618求出600°C下的各試樣的熱膨脹系數(shù)。關(guān)于熱導(dǎo)率，試驗者依照日本工業(yè)規(guī)格JIS R 1611求出室溫下的各試樣的熱導(dǎo)率。
[0070]對于各試樣的耐久性，試驗者由各試樣制作切削工具并使用該切削工具進行切削試驗后，評價切削工具中的刃緣的狀態(tài)和磨耗量作為耐久性。由各試樣制作的切削工具的形狀是由依照日本工業(yè)規(guī)格JIS B 4120的稱呼標(biāo)記“RCGX120700T01020”所特定的形狀。切削試驗中所切削的被切削材料是由Inconel 718制成的鑄造品(“Inconel”是注冊商標(biāo))，其形狀是外徑250mm的開孔圓盤形狀。
[0071]切削試驗的條件如下。
[0072].切削速度:240m/分鐘、360m/分鐘、480m/分鐘
[0073].走刀次數(shù):5次走刀
[0074].每次走刀的長度:200mm
[0075].切入量:1.0mm
[0076].進給量:0.2mm/ 轉(zhuǎn)
[0077].冷卻水:有
[0078]對刃緣的狀態(tài)的評價基準(zhǔn)如下。
[0079]“〇(優(yōu))”:無缺損、無剝落(剝離)
[0080]“Λ (可)”:無缺損、有剝落(剝離)
[0081]“父(差)”:有缺損
[0082]對磨耗量的評價基準(zhǔn)如下。
[0083]“〇(優(yōu))”:磨耗量低于0.6mm
[0084]“Λ (可)”:磨耗量為0.6mm以上且低于1.0mm
[0085]“X (差)”:1.0mm 以上
[0086]“-(無標(biāo)記)”:由于刃緣的缺損而無法評價磨耗量
[0087]Cl.關(guān)于晶粒間界的Zr的有無的評價
[0088]試樣I是將55.0體積%的氧化鋁粉末、40.0體積%的碳化鎢粉末和5.0體積%的氧化鋯粉末作為原料，按照圖3的制造方法制作的陶瓷組合物。試樣I中，氧化鋁粉末的平均粒徑為約0.5 μ m，碳化鎢粉末的平均粒徑為約0.7 μ m，氧化鋯粉末的平均粒徑為約0.7 ymo圖1和圖2所示的各圖像示出試樣I的結(jié)構(gòu)。在試樣I中，面積率A/(A+B) X 100為9.0%。在試樣I中，第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的結(jié)晶界面處均有Zr分布。
[0089]試樣SCl是除了氧化鋯粉末的平均粒徑與試樣I的原料相比大約1.7 μπκ不進行預(yù)粉碎(工序Ρ110)而一次性地將全部原料混合并粉碎以外與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。在試樣SCl中，面積率A/(A+B) XlOO為10.5%。
[0090]圖6是示出試樣SCl中的晶粒間界的說明圖。圖6的㈧欄中，對于試樣SC1，與圖2同樣地圖示出第I晶粒間界40的圖像和對第I晶粒間界40的周邊的Zr元素的濃度進行測定而得到的圖表。圖6的㈧欄中的圖表的橫軸對應(yīng)于橫穿第I晶粒間界40的直線上的位置B1、B2、B3。圖6的⑶欄中，對于試樣SC1，與圖2同樣地圖示出第2晶粒間界50的圖像和對第2晶粒間界50的周邊的Zr元素的濃度進行測定而得到的圖表。圖6的⑶欄中的圖表的橫軸對應(yīng)于橫穿第2晶粒間界50的直線上的位置B4、B5、B6。在試樣SCl中，第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的結(jié)晶界面處均無Zr分布。
[0091]試樣SC2是除了不進行預(yù)粉碎(工序P110)而一次性地將全部原料混合并粉碎以外與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。在試樣SC2中，面積率A/(A+B) X 100為11.2%。
[0092]圖7是示出試樣SC2中的晶粒間界的說明圖。圖7的(A)欄中，對于試樣SC2，與圖2同樣地圖示出第I晶粒間界40的圖像和對第I晶粒間界40的周邊的Zr元素的濃度進行測定而得到的圖表。圖7的㈧欄中的圖表的橫軸對應(yīng)于橫穿第I晶粒間界40的直線上的位置C1、C2、C3。圖7的⑶欄中，對于試樣SC2，與圖2同樣地圖示出第2晶粒間界50的圖像和對第2晶粒間界50的周邊的Zr元素的濃度進行測定而得到的圖表。圖7的(B)欄中的圖表的橫軸對應(yīng)于橫穿第2晶粒間界50的直線上的位置C4、C5、C6。在試樣SC2中，第I晶粒間界40處有Zr分布，但第2晶粒間界50處無Zr分布。
[0093]回到圖4的說明，關(guān)于試樣1、試樣SCl以及試樣SC2的機械特性，試樣I的彎曲強度是試樣SCl的彎曲強度的2倍以上，并且是試樣SC2的彎曲強度的1.6倍以上。關(guān)于作為其他機械特性的破壞韌性和硬度，各試樣是同等的。關(guān)于試樣1、試樣SCl和試樣SC2的熱特性(熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率)，各試樣是同等的。
[0094]在試樣I的切削試驗中，在所有切削速度下均未產(chǎn)生缺損、剝落，且磨耗量低于0.6mm。與此相對，在試樣SC1、SC2的切削試驗中，在所有切削速度下均有缺損產(chǎn)生。
[0095]可以認為試樣1、試樣SCl以及試樣SC2的彎曲強度和切削試驗的結(jié)果的起因在于:由于分布在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50處的Zr而使各晶粒間界的晶粒間的結(jié)合力提尚。
[0096]通過比較試樣1、試樣SCl和試樣SC2可知，作為原料的氧化鋯粉末的粒徑會對第I晶粒間界40處的Zr的有無造成影響。作為原料的氧化鋯粉末的粒徑過大時，如試樣SCl那樣在第I晶粒間界40處無Zr分布。因此，為了使Zr分布在第I晶粒間界40處，作為原料的氧化鋯粉末的平均粒徑優(yōu)選為與作為其他原料的碳化鎢粉末的平均粒徑同等的程度。
[0097]通過比較試樣1、試樣SCl和試樣SC2可知，制造工序中的預(yù)粉碎(工序Pl 10)對第2晶粒間界50處的Zr的有無造成影響。不實施預(yù)粉碎(工序Pl 10)時，如試樣SCI，SC2那樣在第2晶粒間界50處無Zr分布。因此，為了使Zr分布在第2晶粒間界50處，優(yōu)選在制造工序中實施預(yù)粉碎(工序P110)。通過預(yù)粉碎(工序P110)，能夠使作為Zr元素的供給源的氧化鋯微細并且均質(zhì)地分散。其結(jié)果，能夠使Zr擴散并分布在第2晶粒間界50處。
[0098]C2.關(guān)于分散劑的添加量和面積率A/ (A+B) X 100的評價
[0099]圖4所示的試樣2?6和試樣SC3?SC6是除了制造時添加的分散劑的添加量不同以外與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。關(guān)于分散劑的添加量，相對于2.0質(zhì)量％的試樣1，試樣SC3中為最小的0.1質(zhì)量％、試樣6中為最大的3.5質(zhì)量％。在試樣2?6和試樣SC3?SC6中，第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的結(jié)晶界面處均有Zr分布。
[0100]圖8是示出分散劑的添加量與漿料的粘度的關(guān)系的圖表。在圖8的圖表中，橫軸表示分散劑的添加量，縱軸表示漿料的粘度?；旌狭颂沾山M合物的原料粉末的漿料的粘度隨著分散劑的添加而急劇降低(狀態(tài)Si)。比該狀態(tài)SI進一步增加分散劑的添加量時，漿料的粘度緩慢降低成為最低值(狀態(tài)S2)。比該狀態(tài)S2再進一步增加分散劑的添加量時，漿料的粘度隨著分散劑的增量而緩慢增加(狀態(tài)S3)。
[0101]圖9是示意性示出與分散劑的添加量相對應(yīng)的漿料的狀態(tài)的說明圖。圖9的紙面左側(cè)的圖像示意性地示出圖8的狀態(tài)SI的漿料。圖9的紙面中央的圖像示意性地示出圖8的狀態(tài)S2的漿料。圖9的紙面右側(cè)的圖像示意性地示出圖8的狀態(tài)S3的漿料。
[0102]在狀態(tài)SI的漿料中，源自原料粉末的若干顆粒150以聚集的狀態(tài)分散在溶劑110中。在狀態(tài)S2的漿料中，源自原料粉末的每個顆粒150因分散劑而以基本上分離的狀態(tài)分散在溶劑110中。在狀態(tài)S3的漿料中，因分散劑而各自分離的若干顆粒150因分散劑彼此的交聯(lián)而以再聚集的狀態(tài)分散在溶劑110中。
[0103]在分散劑的添加量為0.1?0.3質(zhì)量％的試樣SC3，SC4中，漿料為狀態(tài)SI。在分散劑的添加量為0.8?1.0質(zhì)量％的試樣SC5、SC6中，漿料為狀態(tài)S2。在分散劑的添加量為1.5?3.5質(zhì)量％的試樣I?6中，漿料為狀態(tài)S3。
[0104]圖10為示出試樣SC3中的結(jié)構(gòu)的說明圖。圖10的㈧欄所示的圖像是與圖1的圖像同樣地用SEM觀察試樣SC3的任意表面而得到的圖像。圖10的(B)欄所示的圖像是示意性地表示圖10的(A)欄所示的圖像中的晶粒的圖像。在圖10所示的試樣SC3中，碳化鎢晶粒20(A)的比例比圖1所示的試樣I少。
[0105]圖11是示出試樣4中的結(jié)構(gòu)的說明圖。圖11的㈧欄所示的圖像是與圖1的圖像同樣地用SEM觀察試樣4的任意表面而得到的圖像。圖11的(B)欄所示的圖像是示意性地表示圖11的㈧欄所示的圖像中的晶粒的圖像。在圖11所示的試樣4中，碳化鎢晶粒20㈧的比例比圖1所示的試樣I多。
[0106]在面積率A/(A+B) X 100為1.5?50.0%的試樣2?6的切削試驗中，與試樣I同樣地，在所有切削速度下均未產(chǎn)生缺損、剝落，且磨耗量低于0.6_。與此相對，在面積率A/(A+B) X 100低于1.5%的試樣SC3、SC4的切削試驗中，在切削阻力較大的低速的切削試驗(切削速度:240m/分鐘和360m/分鐘)中產(chǎn)生了缺損、在較高速的切削試驗(切削速度:480m/分鐘)中產(chǎn)生了剝落并且磨耗量比試樣I?6更為增加。由該結(jié)果可知:由于在試樣SC3、SC4中面積率A/(A+B) X 100低于1.5%，因此氧化鋁的晶粒生長深化、以及被具有較高的熱膨脹率的氧化鋁、氧化鋯包圍的碳化鎢晶粒20(A)中產(chǎn)生的壓縮殘留應(yīng)力所帶來的晶粒的強化不充分的情況是由彎曲強度的不足引起的。
[0107]另外，在面積率A/(A+B) X 100超過50.0%的試樣SC5、SC6的切削試驗中，在成為較高溫的高速的切削試驗(切削速度:360m/分鐘和480m/分鐘)中產(chǎn)生缺損、在較低速的切削試驗(切削速度:240m/分鐘)中產(chǎn)生剝落并且磨耗量比試樣I?6更為增加。該結(jié)果可認為起因于:在試樣SC5、SC6中碳化鎢晶粒20(B)之間連接的熱導(dǎo)路所帶來的熱導(dǎo)性的提高不充分，因此熱導(dǎo)率不足。
[0108]因此，從兼具碳化鎢晶粒20(A)的晶粒的強化和碳化鎢晶粒20(B)所帶來的熱導(dǎo)性的提高的觀點出發(fā)，碳化鎢晶粒20(A)的截面積A與碳化鎢晶粒20 (B)的截面積B的關(guān)系優(yōu)選滿足1.5彡A/ (A+B) X 100 ^ 50.0ο另外，從使面積率A/ (A+B) X 100的調(diào)節(jié)容易的觀點出發(fā)，分散劑的添加量優(yōu)選多于使?jié){料成為狀態(tài)S2的量。
[0109]C3.關(guān)于碳化鎢的量的評價
[0110]圖5所示的試樣7?9和試樣SC7?SC9是除了氧化鋁和碳化鎢的量不同以外與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。圖5所示的試樣SClO是除了作為原料的氧化鋁粉末和碳化鎢粉末的量不同、焙燒溫度為1800°C以外與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。碳化鎢的量相對于40.0體積％的試樣1，在試樣SC7中為最小的10.0體積％、在試樣SClO中為最大的60.0體積％。試樣7?9和試樣SC7?SClO中，第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有Zr分布，面積率A/ (A+B) X 100為3.9?48.0%。
[0111]在碳化鎢的量為20.0?50.0體積％的試樣7?9的切削試驗中，與試樣I同樣地，在所有切削速度下均未產(chǎn)生缺損、剝落，且磨耗量低于0.6_。與此相對，在碳化鎢的量低于20.0體積％的試樣SC7、SC8的切削試驗中，產(chǎn)生缺損、剝落并且磨耗量比試樣1、7?9更為增加。該結(jié)果可認為起因于:碳化鎢的量不充分，因此彎曲強度、硬度以及熱導(dǎo)率不足。
[0112]另外，在碳化鎢的量超過50.0體積％的試樣SC9、SClO中，盡管機械特性和熱特性較高，但在其切削試驗中，產(chǎn)生缺損、剝落并且磨耗量比試樣1、7?9更為增加。該結(jié)果可認為起因于:由于碳化鎢的量過剩，因此碳化鎢容易受到因化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì)成較脆的物質(zhì)(例如氧化鎢(WO3))的影響，陶瓷組合物整體的耐反應(yīng)性降低。
[0113]因此，從提高機械特性、熱特性以及耐反應(yīng)性的觀點出發(fā)，在陶瓷組合物中，優(yōu)選碳化鎢占20.0體積%以上且50.0體積％以下。
[0114]C4.關(guān)于氧化鋯的量的評價
[0115]圖5所示的試樣10和試樣SCll是除了氧化鋁和氧化鋯的量不同以外與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。圖5所示的試樣11、12和試樣SC12、13是除了作為原料的氧化鋁粉末和氧化鋯粉末的量不同、焙燒溫度為1700°C以外與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。氧化錯的量相對于5.0體積％的試樣1，在試樣SCll中為最小的0.05體積％，在試樣SC13中為最大的25.0體積％。在試樣10?12和試樣SC12、SC13中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有Zr分布，面積率A/ (A+B) X 100為8.5?12.2%。在試樣SCll中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均無Zr分布，面積率 A/(A+B) XlOO 為 8.2%o
[0116]在氧化鋯的量為0.1?18.0體積％的試樣10?12的切削試驗中，與試樣I同樣地，在所有切削速度下均未產(chǎn)生缺損、剝落，且磨耗量低于0.6_。與此相對，在氧化鋯的量低于0.1體積％的試樣SCll的切削試驗中，在所有切削速度下均產(chǎn)生了缺損。該結(jié)果可認為起因于:由于氧化鋯的量不充分，因此無法使第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有Zr分布。
[0117]另外，在氧化鋯的量為18.5?25.0體積％的試樣SC12、SC13的切削試驗中，產(chǎn)生了缺損、剝落并且磨耗量比試樣1、10?12更為增加。該結(jié)果可認為起因于:由于氧化鋯的量過剩，因此硬度和熱導(dǎo)率不足并且熱膨脹系數(shù)增加。
[0118]C5.與晶須系陶瓷組合物的比較
[0119]圖5所示的試樣SC14是由晶須系陶瓷組合物制成的市售的切削工具(日本特殊陶業(yè)株式會社制“WA1”)。在試樣I的切削試驗中，在所有切削速度下均未產(chǎn)生缺損、剝落，且磨耗量低于0.6mmο與此相對，在試樣SC14的切削試驗中，在成為較高溫的高速的切削試驗(切削速度:360m/分鐘和480m/分鐘)中產(chǎn)生缺損，在較低速的切削試驗(切削速度:240m/分鐘)中產(chǎn)生剝落并且磨耗量比試樣I更為增加。由試樣I與試樣SC14的比較可明確:通過使Zr分布在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50處，能夠使氧化鋁-碳化鎢-氧化鋯系陶瓷組合物的耐久性比晶須系陶瓷組合物更為提高。
[0120]D.其他實施方式
[0121]本發(fā)明不受上述實施方式、實施例、變形例的限定，可以在不脫離其主旨的范圍內(nèi)以各種構(gòu)成來實現(xiàn)。例如，與
【發(fā)明內(nèi)容】
的部分所記載的各實施方式中的技術(shù)特征對應(yīng)的實施方式、實施例、變形例中的技術(shù)特征可以為了解決上述課題的一部分或全部、或者為了達成上述效果的一部分或全部而適當(dāng)進行替代或組合。另外，其技術(shù)特征只要在本說明書中未作為必要的特征進行說明，則可以適當(dāng)刪除。
[0122]使鋯(Zr)有效地分布在陶瓷組合物的晶粒間界處的方法并不限于上述實施方式中的預(yù)粉碎(工序P110)，也可以是以下方法。
[0123].利用壓縮力和剪切力使顆粒復(fù)合化的方法(例如，使用Hosokawa MicronCorporat1n制N0BILTA(注冊商標(biāo))對粉體進行處理的方法)
[0124]?使用珠磨機對粉體進行處理的方法
[0125].使用通過醇鹽法制作的超微粒氧化鋯的方法
[0126]通過這些方法，也能夠使作為Zr元素的供給源的氧化鋯微細并且均質(zhì)地分散。其結(jié)果，能夠使Zr擴散并分布在陶瓷組合物的晶粒間界處。
[0127]提高陶瓷組合物的晶粒間界的結(jié)合力的元素并不限于上述實施方式中的鋯(Zr)，也可以是以下元素。
[0128].屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬(不包括鎢(W))
[0129]?釔(Y)
[0130]?鈧(Sc)
[0131].鑭系元素(從原子序數(shù)57到71的任意元素，特別優(yōu)選銪(Eu)和鐿(Yb)。)
[0132]陶瓷組合物的成分并不限于上述實施方式中的氧化鋯(ZrO2),也可以是屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬的化合物(不包括鎢(W))、釔化合物、鈧化合物、鑭系化合物中的至少I種化合物。換言之，陶瓷組合物也可以主要由如下物質(zhì)形成:氧化鋁(Al2O3);碳化鎢(WC);屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬的化合物(不包括鎢(W))、釔化合物、鈧化合物、鑭系化合物的至少I種化合物。在該陶瓷組合物中，在作為氧化鋁(Al2O3)晶粒和碳化鎢(WC)晶粒鄰接的界面的第I晶粒間界與作為2個氧化鋁(Al2O3)晶粒鄰接的界面的第2晶粒間界處，也可以分布有屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬(不包括鎢(W))、釔(Y)、鈧(Sc)、鑭系元素中的至少I種(以下，分布在第I晶粒間界和第2晶粒間界處的元素也稱為“添加成分”，這些元素的化合物也稱為“添加成分的化合物”)。根據(jù)該實施方式，通過分布在第I晶粒間界和第2晶粒間界處的添加成分，能夠提高各晶粒間界中的晶粒間的結(jié)合力。因此，能夠提高氧化鋁-碳化鎢系陶瓷組合物的機械特性，結(jié)果提高其耐久性。
[0133]在使用了提高晶粒間界的結(jié)合力的添加成分的化合物的陶瓷組合物的截面中，不與其他碳化鎢(WC)晶粒鄰接、被氧化鋁(Al2O3)、屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬(不包括鎢(W))的化合物、釔化合物、鈧化合物、鑭系化合物中的至少一種的晶粒包圍的碳化鎢(WC)晶粒的截面積A和與其他碳化鎢(WC)晶粒鄰接的碳化鎢(WC)晶粒的截面積B的關(guān)系優(yōu)選滿足1.5 ^ A/(A+B) X 100 ^ 50.0o
[0134]另外，在使用了提高晶粒間界的結(jié)合力的添加成分的化合物的陶瓷組合物中，優(yōu)選的是，碳化鎢(WC)占20.0體積％以上且50.0體積%以下，鋯化合物占0.1體積％以上且18.0體積％以下，氧化鋁(Al2O3)占剩余部分。另外，在使用了提高晶粒間界的結(jié)合力的添加成分的化合物的陶瓷組合物中，優(yōu)選的是，碳化鎢(WC)占20.0體積％以上且50.0體積％以下，鋯化合物占0.1體積％以上且18.0體積％以下，屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬(不包括鋯(Zr)和鎢(W))的化合物、釔化合物、鈧化合物、以及鑭系化合物占0.1體積％以上且1.0體積％以下，氧化鋁(Al2O3)占剩余部分。另外，在使用了提高晶粒間界的結(jié)合力的添加成分的化合物的陶瓷組合物中，實質(zhì)上不包含鋯化合物時，優(yōu)選的是，碳化鎢(WC)占20.0體積％以上且50.0體積％以下，屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬(不包括鋯(Zr)和鎢(W))的化合物、釔化合物、鈧化合物、以及鑭系化合物占0.1體積％以上且1.0體積％以下，氧化鋁(Al2O3)占剩余部分。添加成分的化合物的含量超過1.0體積％時，由于添加成分固溶于碳化鎢(WC)而使陶瓷組合物的特性劣化。此處，添加成分的化合物是指添加成分的氧化物、添加成分的碳化物、添加成分的氮化物、添加成分的碳氮化物、或它們的組合。
[0135]圖12是示出關(guān)于陶瓷組合物的機械特性、熱特性以及耐久性的評價試驗的結(jié)果的表格。試驗者制作多個試樣13、14、15、16、17、SC15、SC16作為陶瓷組合物，對于各試樣，與圖4和圖5的評價試驗同樣地調(diào)查各種特性。試樣13與圖4、5的試樣I同樣，試樣13的添加成分為氧化鋯粉末。
[0136]試樣14是以59.5體積%的氧化鋁粉末、40.0體積%的碳化鎢粉末、0.5體積%的氧化釔(Y2O3)粉末作為原料，與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。試樣14的添加成分的化合物為氧化釔(Y2O3)粉末。在試樣14中，氧化釔粉末的平均粒徑為約0.8 μπι。在試樣14中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的Y元素分布。在試樣14中，面積率A/(A+B) X 100為10.1%。
[0137]試樣15是除了添加成分的化合物為0.5體積％的氧化鈮(Nb2O5)粉末以外與試樣14同樣地制作的陶瓷組合物。在試樣15中，氧化鈮粉末的平均粒徑為約0.7 μπι。在試樣15中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的Nb元素分布。在試樣15中，面積率A/(A+B) XlOO為9.2%。
[0138]試樣16是除了添加成分的化合物為0.5體積％的氧化鉻(Cr2O3)粉末以外與試樣14同樣地制作的陶瓷組合物。在試樣16中，氧化鉻粉末的平均粒徑為約1.1 μπι。在試樣16中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的Cr元素分布。在試樣16中，面積率A/(A+B) XlOO為11.1%。
[0139]試樣17是除了添加成分的化合物為0.25體積％的氧化鋯粉末和0.25體積％的氧化釔粉末以外與試樣14同樣地制作的陶瓷組合物。在試樣17中，氧化鋯粉末的平均粒徑為約0.7 μπκ氧化紀(jì)粉末的平均粒徑為約0.7 μπι。在試樣17中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的Zr元素和Y元素分布。在試樣 17 中，面積率 A/(A+B) XlOO 為 10.6%。
[0140]試樣SC15是除了添加成分的化合物為0.5體積％的氧化鐵(Fe2O3)粉末以外與試樣14同樣地制作的陶瓷組合物。在試樣SC15中，氧化鐵粉末的平均粒徑為約0.9 μπι。在試樣SC15中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均無作為添加成分元素的Fe元素分布。可認為該結(jié)果是因為:由于燒結(jié)時Fe元素成為液相而發(fā)生偏析、以及Fe元素與其他添加成分反應(yīng)而生成化合物，從而Fe元素?zé)o法對結(jié)晶界面同樣地進行擴散。在試樣SC15中，面積率A/(A+B) XlOO為10.0%。
[0141]試樣SC16是除了添加成分的化合物為0.5體積％的氧化鈣(CaO)粉末以外與試樣14同樣地制作的陶瓷組合物。在試樣SC16中，氧化鈣粉末的平均粒徑為約1.1 μπι。在試樣SC16中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均無作為添加成分元素的Ca元素分布?？烧J為該結(jié)果是因為:由于燒結(jié)時Ca元素成為液相而發(fā)生偏析、以及Ca元素與其他添加成分反應(yīng)而生成化合物，從而Ca元素?zé)o法對結(jié)晶界面同樣地進行擴散。在試樣SC16中，面積率A/ (A+B) X 100為10.0 %。
[0142]對于試樣14?17，與試樣13同樣地，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有各添加成分元素分布，試樣14?17的基本特性(彎曲強度、破壞韌性等)與試樣13同等。因此，試樣14?17的各切削試驗的結(jié)果與試樣13同樣良好。
[0143]與此相對，在試樣SC15、SC16中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均無各添加成分元素分布，試樣SC15、SC16的彎曲強度與試樣13?17相比為3分之2以下。因此，在試樣SC15、SCl的切削試驗中，在所有切削速度下均產(chǎn)生缺損。
[0144]根據(jù)圖12的評價試驗的結(jié)果，從提高陶瓷組合物的耐久性的觀點出發(fā)，優(yōu)選的是，在第I晶粒間界40與第2晶粒間界50處分布有鋯(Zr)、屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬、釔(Y)、鈧(Sc)、鑭系元素的至少I種。
[0145]圖13是示出關(guān)于陶瓷組合物的機械特性、熱特性以及耐久性的評價試驗的結(jié)果的表格。試驗者制作多個試樣A、B、C、D、E、F、G、H、1、X作為陶瓷組合物，對于各試樣，與圖4和圖5的評價試驗同樣地調(diào)查各種特性。
[0146]試樣A是以59.0體積%的氧化鋁粉末、40.0體積%的碳化鎢粉末和1.0體積%的氧化鋯粉末作為原料，與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。試樣A的添加成分的化合物為氧化鋯粉末。在試樣A中，氧化鋯粉末的平均粒徑為約0.7 μπι。在試樣A中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的Zr元素分布。在試樣A中，面積率A/ (A+B) X 100為8.6 %。
[0147]試樣B是以58.3體積％的氧化鋁粉末、40.0體積％的碳化鎢粉末和1.7體積％的氧化鋯粉末作為原料，與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。試樣B的添加成分的化合物為氧化鋯粉末。在試樣B中，氧化鋯粉末的平均粒徑為約0.7 μπι。在試樣B中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的Zr元素分布。在試樣B中，面積率A/ (A+B) X 100為8.6 % ο
[0148]試樣C是以50.0體積%的氧化鋁粉末、40.0體積%的碳化鎢粉末和10.0體積%的氧化鋯粉末作為原料，與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。試樣C的添加成分的化合物為氧化鋯粉末。在試樣C中，氧化鋯粉末的平均粒徑為約0.7 μπι。在試樣C中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的Zr元素分布。在試樣C中，面積率A/ (A+B) X 100為9.3 %。
[0149]試樣D是以59.5體積%的氧化鋁粉末、40.0體積%的碳化鎢粉末和0.5體積%的碳化鈦(TiC)粉末作為原料，與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。試樣D的添加成分的化合物為碳化鈦粉末。在試樣D中，碳化鈦粉末的平均粒徑為約0.8 μ m。在試樣D中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的鈦(Ti)元素分布。在試樣D中，面積率A/(A+B) XlOO為10.3%。
[0150]試樣E是以59.5體積%的氧化鋁粉末、40.0體積%的碳化鎢粉末和0.5體積%的碳化釩(VC)粉末作為原料，與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。試樣E的添加成分的化合物為碳化釩粉末。在試樣E中，碳化釩粉末的平均粒徑為約1.2 μπι。在試樣E中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的釩(V)元素分布。在試樣E中，面積率A/ (A+B) X 100為10.9 %。
[0151]試樣F是以59.5體積%的氧化鋁粉末、40.0體積%的碳化鎢粉末和0.5體積%的二碳化三鉻(Cr3C2)粉末作為原料，與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。試樣F的添加成分的化合物為二碳化三鉻粉末。在試樣F中，二碳化三鉻粉末的平均粒徑為約1.0 μπι。在試樣F中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的鉻(Cr)元素分布。在試樣F中，面積率A/(A+B) X 100為12.0%。
[0152]試樣G是以59.5體積%的氧化鋁粉末、40.0體積%的碳化鎢粉末和0.5體積%的碳化鋯(ZrC)粉末作為原料，與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。試樣G的添加成分的化合物為碳化鋯粉末。在試樣G中，碳化鋯粉末的平均粒徑為約1.1 μπι。在試樣G中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的鋯(Zr)元素分布。在試樣G中，面積率A/(A+B) XlOO為10.5%。
[0153]試樣H是以59.5體積%的氧化鋁粉末、40.0體積%的碳化鎢粉末和0.5體積%的碳化鈮(NbC)粉末作為原料，與試樣I同樣地制作的陶瓷組合物。試樣H的添加成分的化合物為碳化鈮粉末。在試樣H中，碳化鈮粉末的平均粒徑為約1.0 μπι。在試樣H中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的鈮(Nb)元素分布。在試樣H中，面積率A/(A+B) XlOO為11.3%。
[0154]試樣I是除了添加成分的化合物為0.25體積％的氧化鋯(ZrO2)粉末和0.25體積％的碳化鋯(ZrC)粉末以外與試樣H同樣地制作的陶瓷組合物。在試樣I中，氧化鋯粉末的平均粒徑為約0.7 μπκ碳化鋯粉末的平均粒徑為約1.1 μ--。在試樣I中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的鋯(Zr)元素分布。在試樣I中，面積率A/ (A+B) X 100為9.9 %。
[0155]試樣X是除了添加成分的化合物為0.5體積％的氧化鎂(MgO)粉末以外與試樣H同樣地制作的陶瓷組合物。在試樣X中，氧化鎂粉末的平均粒徑為約0.8 μπι。在試樣X中，在第I晶粒間界40和第2晶粒間界50的任意結(jié)晶界面處均有作為添加成分元素的鎂(Mg)元素分布。在試樣X中，面積率A/ (A+B) X 100為9.6 %。
[0156]試樣A?I的各切削試驗的結(jié)果在所有切削速度下均為良好。在試樣X的切削試驗中，在所有切削速度下均產(chǎn)生缺損。
[0157]根據(jù)試樣I?12和試樣A、B、C的評價結(jié)果，從確保耐缺損性的觀點出發(fā)，作為添加成分的氧化鋯(ZrO2)進一步優(yōu)選為1.0體積％以上且15.0體積％以下，更優(yōu)選為1.7體積％以上且10.0體積％以下。
[0158]陶瓷組合物中的氧化鋯晶粒30的至少一部分也可以是氧化鋯(ZrO2)因碳化而變質(zhì)得到的碳化鋯(ZrC)，也可以是2102與21"(:的固溶體。即，陶瓷組合物也可以主要由氧化鋁(Al2O3)、碳化鎢(WC)和鋯化合物(例如、Zr02、ZrC等的至少I種)形成。
[0159]附圖標(biāo)記說曰月
[0160]10…氧化鋁晶粒
[0161]20…碳化鎢晶粒
[0162]30…氧化鋯晶粒
[0163]40…第I晶粒間界
[0164]50…第2晶粒間界
[0165]110 …溶齊IJ
[0166]150…顆粒
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷組合物，其特征在于，其為主要由氧化鋁(Al 203)、碳化鎢(WC)和氧化鋯(ZrO2)形成的陶瓷組合物， 在作為氧化鋁(Al2O3)晶粒與碳化鎢(WC)晶粒鄰接的界面的第I晶粒間界和作為2個氧化鋁(Al2O3)晶粒鄰接的界面的第2晶粒間界處分布有鋯(Zr)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷組合物，其中， 在所述陶瓷組合物的截面中，不與其他碳化鎢(WC)晶粒鄰接且被氧化鋁(Al2O3)晶粒和氧化鋯(ZrO2)晶粒中的至少一種晶粒包圍的碳化鎢(WC)晶粒的截面積A和與其他碳化鎢(WC)晶粒鄰接的碳化鎢(WC)晶粒的截面積B的關(guān)系滿足1.5彡A/ (A+B) X 100彡50.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的陶瓷組合物，其中， 碳化鎢(WC)占20.0體積％以上且50.0體積％以下， 氧化鋯(ZrO2)占0.1體積％以上且18.0體積％以下， 氧化鋁(Al2O3)占剩余部分。
4.一種切削工具，其是由權(quán)利要求1?權(quán)利要求3中的任一項所述的陶瓷組合物制成的。
5.一種陶瓷組合物，其特征在于，其為主要由氧化鋁(Al 203)、 碳化鎢(WC)、以及 不包括鎢(W)的屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬的化合物、釔化合物、鈧化合物、鑭系化合物中的至少I種化合物形成的陶瓷組合物， 在作為氧化鋁(Al2O3)晶粒與碳化鎢(WC)晶粒鄰接的界面的第I晶粒間界和作為2個氧化鋁(Al2O3)晶粒鄰接的界面的第2晶粒間界處，分布有不包括鎢(W)的屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬、釔(Y)、鈧(Sc)、鑭系元素的至少I種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的陶瓷組合物，其中， 在所述陶瓷組合物的截面中，不與其他碳化鎢(WC)晶粒鄰接且被氧化鋁(Al2O3)、不包括鎢(W)的屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬的化合物、釔化合物、鈧化合物、鑭系化合物中的至少I種晶粒包圍的碳化鎢(WC)晶粒的截面積A和與其他碳化鎢(WC)晶粒鄰接的碳化鎢(WC)晶粒的截面積B的關(guān)系滿足1.5 ( A/(A+B) X 100 ( 50.0。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的陶瓷組合物，其中， 碳化鎢(WC)占20.0體積％以上且50.0體積％以下， 鋯化合物占0.1體積％以上且18.0體積％以下， 氧化鋁(Al2O3)占剩余部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的陶瓷組合物，其中， 碳化鎢(WC)占20.0體積％以上且50.0體積％以下， 鋯化合物占0.1體積％以上且18.0體積％以下， 不包括鋯(Zr)和鎢(W)的屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬的化合物、釔化合物、鈧化合物以及鑭系化合物占0.1體積％以上且1.0體積％以下， 氧化鋁(Al2O3)占剩余部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的陶瓷組合物，其中， 碳化鎢(WC)占20.0體積％以上50.0體積％以下， 不包括鋯(Zr)和鎢(W)的屬于周期表的IVa?VIa族的過渡金屬的化合物、釔化合物、鈧化合物以及鑭系化合物占0.1體積％以上且1.0體積％以下， 氧化鋁(Al2O3)占剩余部分。
10.一種切削工具，其是由權(quán)利要求5?權(quán)利要求9中的任一項所述的陶瓷組合物制成的。
【文檔編號】C04B35/10GK104520252SQ201380021893
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】茂木淳, 勝祐介, 光岡健 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社