2013.11/16 ＳｉＣ基切削チップ

複合材料の設計にタグチメソッドは便利である。また複合材料の設計思想として強相関ソフトマテリアルの考え方はハードマテリアルにも使用できる。この両者の手法は時々材料設計に利用している。

２５年ほど前にセラミックス製切削チップを企画した。当時ＳｉＣで鋳鉄を研磨できないと言われていた。表面にフェロシリコンが生成し摩耗速度が速くなるケミカル摩耗が進行するため、と言われていた。ＳｉＣをベースにした切削チップでこの常識にチャレンジした。

当時Ｓｉ－Ａｌ－Ｃの３成分の相図について研究報告が出始めていた。またＳｉ－Ｔｉ－Ｃに関する研究も行われていた。ゆえに情報が出始めたこれらの組成に着目し、プリカーサー法で元素を均一に混合する技術を使用し、Ｓ―Ｔｉ－Ａｌ－Ｃという新材料の合成を企画した。開発効率を上げるために実験計画法を用いた。ただし、ラテン方格の外側には、荷重を変えた硬度測定で観察される亀裂の幅を変数に割り付けた。

タグチメソッドなど知らなかった時代に、タグチメソッドの感度をラテン方格の外側に割り付ける実験計画法を行っていた。これは新入社員時代から開発戦術として統計手法にこだわり続け編み出した方法である。特性値をそのまま割り付けると実験計画法で見いだした条件で最適解が得られないことが多かった。ゆえに研究所では実験計画法が使われなくなったのだが、これをうまく使いこなすことにこだわり続け、相関係数を割り付ける方法を考案した。不思議なことに、この方法で行うとうまく当たるようになったので、愛用戦術の一つになった。

ＴＥＯＳと、Ａｌイソプロポキシド、Ｔｉイソプロポキシド、フェノール樹脂を高速撹拌し前駆体を合成した。ここで、アルコキシドだけ事前に撹拌しておくとフェノール樹脂との反応をマイルドに行う事が可能になる。なぜかという理由は化学の専門であれば考えるとすぐにわかる処方である。ＳｉＣ化の条件と同様にして、３６種類の処方で粉体を合成した。得られた粉体をそのままＨＰにかけると、９９％以上の密度まで全ての処方が焼結した。処方の中には、低温度で液相を生成する場合もあったので、３６種の粉体でＨＰの条件は異なっている。

驚くべきことに、硬度計によりつけられた亀裂から求められるＫ１ｃが２０を越える処方が一つ見つかった。他の処方は、高くてもせいぜい８前後である。ちなみにＳｉＣは２－３と計測される。２０以上というのはサーメット製の切削チップと比較しても遜色の無い材料である。電子顕微鏡で組織観察を行うと、大変細かい組織が得られていた。すなわち、焼結過程で液相が生成していてもＳｉＣが異常粒成長を起こしていなかったのだ。

この材料で切削チップを作成し、東京都立工業技術試験所で評価して頂いたら、鋳鉄の研磨ができたのである。それを狙って材料設計したのだから当たり前の結果であるが、当時びっくりしたのと感動で、太い鋳鉄が何本も細くなってゆく評価実験を見ながら涙が出てきた。

カテゴリー : 高分子