金屬陶瓷、金屬陶瓷的制備方法以及切削工具的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及金屬陶瓷、金屬陶瓷的制備方法以及包含所述金屬陶瓷的切削工具， 其中該金屬陶瓷包含至少具有Ti的硬質相顆粒以及包含Ni和Co中的至少一者的結合相。
【背景技術】
[0002] 切削工具的主體（基材）中利用了稱為金屬陶瓷的硬質材料。金屬陶瓷是其中硬 質相顆粒被鐵族金屬結合相結合在一起的燒結體，并且金屬陶瓷為其中諸如碳化鈦（TiC)、 氮化鈦（TiN)或碳氮化鈦（TiCN)之類的Ti化合物被用作硬質相顆粒的硬質材料。與其中 碳化鎢（WC)用于主要硬質相顆粒中的燒結硬質合金相比，金屬陶瓷具有如下優點，如：[1] 降低了稀缺資源鎢的用量，[2]具有高耐磨性，[3]在鋼切削中可獲得精細加工表面，和[4] 重量輕。另一方面，金屬陶瓷存在的問題在于：其強度和韌性低于燒結硬質合金，容易受到 熱沖擊，因此其加工應用受到限制。
[0003] -些金屬陶瓷中的硬質相顆粒具有由芯部和圍繞該芯部的外周部構成的含芯結 構。該芯部富含TiC或TiCN，并且外周部富含Ti復合化合物，該Ti復合化合物包含Ti和 另一種金屬（如在日本使用的元素周期表中的IV族、V族和/或VI族元素）。外周部改善 了硬質相顆粒和結合相之間的潤濕性，賦予了金屬陶瓷以良好的可燒結性，并由此有助于 改善金屬陶瓷的強度和韌性。本領域技術人員試圖（例如）通過控制這種含芯結構的組成 來進一步改善金屬陶瓷的強度和韌性（例如，參見專利文獻1至專利文獻4)。
[0004] 引用列表
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1:日本未審查的專利申請公開No. 06-172913
[0007] 專利文獻2:日本未審查的專利申請公開No. 2007-111786
[0008] 專利文獻3 :日本未審查的專利申請公開No. 2009-19276
[0009] 專利文獻4 :日本未審查的專利申請公開No. 2010-31308
【發明內容】
[0010] 技術問題
[0011] 盡管一些現有金屬陶瓷的強度和韌性得以改善，然而對于某些應用來說，它們可 能不具有足夠高的強度和韌性。尤其是，當將包含現有的金屬陶瓷的切削工具用于100m/ min以上的切削速度下的切削時或用于斷續切削時，熱傾向于積聚在切削工具的切削刃及 其附近，這往往會導致后刀面磨損、前刀面磨損（月牙洼磨損）、熱龜裂和由此導致的斷裂。
[0012] 鑒于上述情況，本發明的目的在于提供一種金屬陶瓷及其制備方法，該金屬陶瓷 能夠構成耐熱性切削工具。本發明的另一目的在于提供一種耐熱性切削工具。
[0013] 解決問題的方案
[0014] 切削期間熱傾向于積聚在現有切削工具的切削刃及其附近的原因可能是由于切 削刃的熱量不能通過切削工具的內部耗散。因此，本發明人研究了金屬陶瓷的熱性能，發現 由于具有含芯結構的硬質相顆粒的外周部中的Ti復合化合物具有固溶體結構，因此，外周 部的導熱率低于由Tic或TiN構成的芯部的導熱率。雖然外周部有助于改善金屬陶瓷的可 燒結性，但是據發現，金屬陶瓷中過量的外周部顯著降低了金屬陶瓷的導熱率，從而降低了 金屬陶瓷的耐熱性。基于這些發現，根據本發明的一個方面的金屬陶瓷和根據本發明的一 個方面的金屬陶瓷的制備方法如下所述。
[0015] 根據本發明的一個方面的金屬陶瓷是這樣的一種金屬陶瓷，其包括：包含Ti的硬 質相顆粒；和包含Ni和Co中的至少一者的結合相，并且70%以上（個數）的硬質相顆粒 具有含芯結構，所述含芯結構包括芯部和圍繞所述芯部的外周部。具有含芯結構的硬質相 顆粒的芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中的至少一種構成。具有含芯結構 的硬質相顆粒的外周部主要由包含Ti以及選自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一種的Ti復 合化合物構成。在根據本發明的一個方面的金屬陶瓷中，所述芯部的平均粒徑為α，所述外 周部的平均粒徑為β，并且α和β滿足1. 1彡β/α彡1. 7。
[0016] 如下所述，根據本發明的一個方面的制造金屬陶瓷的方法包括準備步驟、混合步 驟、成形步驟和燒結步驟。
[0017] ?準備步驟：準備如下粉末：第一硬質相原料粉末，其包含Ti碳化物、Ti氮化物和 Ti碳氮化物中的至少一種；第二硬質相原料粉末，其包含選自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少 一種；和結合相原料粉末，其包含Co和Ni中的至少一者。
[0018] ?混合步驟：在磨碎機中將第一硬質相原料粉末、第二硬質相原料粉末和結合相原 料粉末混合。在該混合步驟中，磨碎機的周速為l〇〇m/min至400m/min，并且混合時間在0. 1 小時至5小時的范圍內。
[0019] ?成形步驟：將在混合步驟中制備的混合原料成形。
[0020] ?燒結步驟：將在成形步驟中制備的成形體燒結。
[0021] 本發明的有益效果
[0022] 根據本發明的金屬陶瓷具有高的耐熱性。根據本發明的耐熱性金屬陶瓷能夠通過 根據本發明的金屬陶瓷的制備方法來制備。
[0023] 附圖簡要說明
[0024] [圖1]圖1是根據本發明實施方案的金屬陶瓷的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0025] [本發明實施方案的描述]
[0026] 首先，以下將描述本發明的實施方案。
[0027] 〈1>根據本發明的實施方案的金屬陶瓷是這樣的一種金屬陶瓷，其包括：包含Ti 的硬質相顆粒；和包含Ni和Co中的至少一者的結合相，并且70%以上（個數）的硬質相 顆粒具有含芯結構，所述含芯結構包括芯部和圍繞芯部的外周部。具有含芯結構的硬質相 顆粒的芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中的至少一種構成。具有含芯結構 的硬質相顆粒的外周部主要由包含Ti以及選自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一種的Ti復 合化合物構成。所述芯部的平均粒徑為α，所述外周部的平均粒徑（S卩，具有含芯結構的硬 質相顆粒的平均粒徑）為β，且α和β滿足1. 1彡β/α彡1. 7。
[0028] 具有滿足上式的含芯結構的硬質相顆粒的導熱率低的外周部薄，且該硬質相顆粒 具有高導熱率。因此，包含具有這種含芯結構的硬質相顆粒的金屬陶瓷具有比現有金屬陶 瓷更高的導熱率，所保留的熱量更少，并且受到的熱損傷更少。
[0029]〈〈硬質相顆粒》
[0030] 具有含芯結構的硬質相顆粒占全部硬質相顆粒的70%以上。不具有含芯結構的硬 質相顆粒為幾乎不具有外周部的硬質相顆粒，即，為Ti碳化物顆粒、Ti氮化物顆粒或Ti碳 氮化物顆粒。具有含芯結構的硬質相顆粒優選占全部硬質相顆粒的90%以上，從而保持金 屬陶瓷的可燒結性。
[0031] 具有含芯結構的硬質相顆粒的芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中 的至少一種構成。即，芯部基本上由Ti化合物構成。因此，芯部的Ti含量為50質量％以 上。
[0032] 具有含芯結構的硬質相顆粒的外周部主要由Ti復合化合物（=包含Ti以及選自 W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一種的化合物）構成。即，外周部基本上由Ti復合化合物構 成。因此，外周部的W、Mo、Ta、Nb和Cr的含量為50質量％以上。
[0033] 在本說明書中，芯部的平均粒徑α(μπι)和外周部的平均粒徑β(μπι)是在金屬 陶瓷的截面的圖像分析中，截面圖像中的水平方向的費雷特（Feret's)直徑和垂直方向的 費雷特直徑的平均值。更具體地說，關于截面圖像中的至少200個具有含芯