CN102731097B - 立方晶氮化硼的合成方法及立方晶氮化硼烧结体的制法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在低压条件下从hBN合成cBN的低压合成方法及利用cBN原料粉末的cBN烧结体的制造方法。使用合金粉末或混合粉末作为金属催化剂在低压(4GPa以上)且1200～1700℃下从hBN合成cBN，并且，以cBN为原料粉末，使原料粉末中含有用作金属催化剂的上述合金粉末或混合粉末作为烧结助剂并进行烧结，从而得到cBN烧结体。其中，所述合金粉末或混合粉末由以下组成成分构成：在Cr为10～55质量％、Mo为10～50质量％及(Cr+Mo)为10～50质量％的范围内含有Cr及Mo中任意1种或2种，并且含有1～50质量％的V及1.5～8质量％的Al，剩余部分为Fe、Ni及Co中任意1种或2种以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种从六方晶氮化硼(以下由hBN表示)合成立方晶氮化硼(以下由cBN表示)的cBN的合成方法，及以合成的cBN为原料粉末的cBN烧结体的制造方法。
背景技术
以往，作为从hBN合成cBN的合成方法已知有，将包含碱或碱土类元素的硼氮化物(代表例为Li3BN2)用作催化剂的通常的方法，还已知Co、Ni、Fe等过渡金属与Al的合金及混合物也作为有效的催化剂。
例如，专利文献1中公开有如下内容，即，NiAl、CoAl、FeNiAl、FeNiCoAl等各合金在压力大概为6～8.5GPa、温度为800～1600℃的条件下具有催化作用。
专利文献2中公开有如下内容，即，Fe46-Ni32-Cr21-Al1质量％、Ni39.2-Mn58.8-Al2质量％、Ni49-Cr49-Al2质量％、Fe8-Ni43-Cr47-Al2质量％等混合物在压力为5～5.5GPa、温度为约1400～1500℃的范围内，作为将原料hBN转换为cBN的催化剂是有效的。
非专利文献1中公开了预先在电弧熔解炉进行合金化的Fe90-Al10质量％成分的合金在约6GPa以上作为cBN合成催化剂是有效的。
并且，还已知能够通过利用催化剂从hBN合成cBN之后，对其进行烧结来制造cBN烧结体的技术。
例如，专利文献3中公开有如下内容，即，若使Co-Al混合物、Ni87-Al13质量％混合物、WC-Co-Al、NiAl3合金、Co67-W16.5-Al16.5质量％等与原料hBN共存，并在压力为5.4GPa以上、温度范围为约1500～1550℃下进行合成来生成cBN，则合成的cBN成为构成颗粒紧固键合的烧结体。
专利文献4及专利文献5中公开了如下内容，即，将合金粉末或混合粉末用作金属催化剂来合成cBN，由此能够在低压力条件下合成cBN，另外，若将其用作烧结助剂来制造cBN，则能够制造具有致密组织的组织且高硬度的cBN烧结体，其中，专利文献4所述的合金粉末或混合粉末由Mo、Al及剩余部分为选自Fe、Co及Ni中的1种或2种以上的组成成分构成，专利文献5所述的合金粉末或混合粉末由Cr(或者，Cr和Mo)、Al及剩余部分为选自Fe、Co及Ni中的1种或2种以上的组成成分构成。
专利文献1：美国专利3768972号说明书
专利文献2：美国专利3918931号说明书
专利文献3：美国专利3918219号说明书
专利文献4：日本专利公开2010-137997号公报
专利文献5：日本专利公开2010-235369号公报
非专利文献1：“窯業協会誌”Vol.78，No.1(1970年)7-14页
cBN除了具有与金刚石匹敌的硬度之外，热性、化学性也稳定，因此cBN烧结体例如作为高速钢、模具钢、铸铁等铁系工件的切削工具用硬质材料等用于宽广领域内。
但是，如前述以往技术所示出，从hBN合成cBN时，通常在超高压(5GPa以上)高温条件下进行合成，但是以cBN材料的大型化、生产率提高等为目的，尤其如谋求合成装置的大型化时，根据是否需要(5GPa以上的)超高压而在操作的难易度、装置结构上有较大的差异，并且，例如作为模具装置的中心部件的大型超硬合金的寿命也根据操作压力是否为超高压(5GPa以上)产生显著的差异。
因此，期望在如使合成装置大型化且谋求提高生产率时，也能够在更缓和的低压条件下简单地合成cBN的cBN的合成方法。
另一方面，关于cBN烧结体，也期望制造更致密且微粒组织的cBN烧结体的方法。
发明内容
本发明人等对当从hBN合成cBN时在低于以往的压力条件(最低合成压力为4GPa)下进行合成的方法深入研究的结果，得到了以下见解。
当从hBN合成cBN时，以往使用了由Fe、Ni、Co等过渡金属与Al的合金及混合物构成的金属催化剂，其反应机理如下，即首先金属催化剂在超高压高温条件下熔融后呈液相状态，hBN的成分B(硼)和N(氮)溶解于该液相中，之后产生cBN的核生成和核生长，并进行cBN的合成，从以上观点考虑认为，当B及N向上述液相的溶解度较小时，无法满足生成cBN时所需的条件，并且，假定即使足量的B和N溶解于上述液相中，为了在cBN的热学平衡条件附近(例如为低于以往的合成压力的4～5GPa这种压力条件)进行cBN的核生成和核生长来合成cBN，会需要促进和助长cBN的核生成和核生长的条件。
因此，当金属催化剂在液相状态下B溶解能力及N溶解能力优异，同时具有促进和助长cBN的核生成和核生长的作用时，可以说能够在低于以往的压力条件下从hBN合成cBN。
但是，若从上述观点对一直以来使用的金属催化剂观察催化剂成分的作用，则Fe、Ni、Co等过渡金属在它们熔融后呈液相状态时具有溶解数％左右的B的能力，具有硼溶解成分的作用，但另一方面，由于溶解N的能力极小，因此尤其欲在低压条件下进行合成时，结果向cBN的转换反应极其不令人满意。
因此，本发明人等对N溶解能力优异，同时具有在低压条件下也促进和助长cBN的核生成和核生长的作用的金属催化剂进行研究的结果发现了如下：在如专利文献4、5所述的由合金粉末或混合粉末构成的金属催化剂中，所述合金粉末或混合粉末由Cr和/或Mo、Al及剩余部分为选自Fe、Co及Ni中的1种或2种以上的组成成分构成，其中，作为其成分，若使其含有1～50质量％的V，则能够降低金属催化剂的熔融温度，所以能够在4～5GPa这种低压的合成压力条件下，而且在低温度范围(1200～1700℃)合成平均粒径为30μm以下的微粒cBN。
另外，作为上述金属催化剂的成分的Cr、Mo在液相状态下溶解N的能力非常好，并且通过与同样作为金属催化剂成分的Al共存来促进和助长cBN的核生成和核生长。另外，当Cr和Mo共存时，氮的溶解度因Mo的添加而增加，所以与单独含有Cr时相比，所生成的cBN粒径增大。
并且，作为上述金属催化剂的剩余部分成分的Fe、Co及Ni具有硼溶解成分的作用。
即，发现了如下：使用由具有溶解N的作用的Cr和/或Mo、具有促进和助长cBN的核生成和核生长的作用的Al成分及剩余部分为具有溶解B的作用的Fe、Co、Ni成分构成的合金粉末或混合粉末作为从hBN合成cBN时的金属催化剂，由此能够使合成最低压力降低至4GPa，而且能够在低温度范围(1200～1700℃)内合成平均粒径为30μm以下的微粒cBN。
另外，本发明人等还发现了如下：以cBN为原料粉末，并将上述金属催化剂用作烧结助剂，对原料粉末与烧结助剂的混合粉末进行烧结的结果得到了由平均粒径为30μm以下的微颗粒构成，而且在cBN颗粒之间具有紧固的直接键合(直接結合)的致密的cBN烧结体。
本发明是根据上述见解而完成的，其中，
(1)一种立方晶氮化硼的合成方法，所述合成方法在金属催化剂的存在下并在超高压高温条件下从六方晶氮化硼合成立方晶氮化硼，上述金属催化剂是由以下组成成分构成的合金粉末或混合粉末，其含有Cr及Mo中任意1种或2种，其中当单独含有Cr时Cr为10～55质量％，当单独含有Mo时Mo为10～50质量％，当同时含有Cr和Mo时(Cr+Mo)为10～50质量％，并且含有1～50质量％的V及1.5～8质量％的Al，剩余部分为Fe、Ni及Co中任意1种或2种以上，进而在4GPa以上且1200～1700℃下进行上述合成。
(2)一种立方晶氮化硼烧结体的制造方法，所述制造方法由如下构成，以立方晶氮化硼为原料粉末，在该原料粉末中添加烧结助剂并进行烧结，在原料粉末中添加5～20体积％的作为上述烧结助剂的合金粉末或混合粉末并进行烧结，所述合金粉末或混合粉末由以下组成成分构成，含有Cr及Mo中任意1种或2种，其中当单独含有Cr时Cr为10～55质量％，当单独含有Mo时Mo为10～50质量％，当同时含有Cr和Mo时(Cr+Mo)为10～50质量％，并且含有1～50质量％的V及1.5～8质量％的Al，剩余部分为Fe、Ni及Co中任意1种或2种以上。
以下对本发明进行详细说明。
金属催化剂的成分或组成：
上述(1)所述的发明中，金属催化剂作为由以下组成成分构成的合金粉末或混合粉末来形成，在Cr为10～55质量％、Mo为10～50质量％及(Cr+Mo)为10～50质量％的范围内含有Cr及Mo中任意1种或2种，并且含有1～50质量％的V及1.5～8质量％的Al，剩余部分为Fe、Ni及Co中任意1种或2种以上。
Cr成分及Mo成分均具有将作为原材料的hBN的N溶解于熔融状态(液相)的金属催化剂中的作用，但在Cr成分及Mo成分的含有比例不到10质量％时，由于N的溶解量较少，所以无法充分生成cBN，另一方面，在Cr成分的含有比例超过55质量％时或者Mo成分的含有比例超过50质量％时，由于金属催化剂的熔融温度变得过高，所以在4～5GPa这种低压力条件下N的溶解度下降无法充分生成cBN。因此，具有溶解N的作用的Cr成分及Mo成分的含有比例在单独含有Cr时为10质量％～55质量％，优选为20～40质量％，并且，当单独含有Mo时为10～50质量％，优选为20～40质量％。
并且，当含有Cr成分和Mo成分两者时，N的溶解度显著提高，但Cr成分及Mo成分的总计含有比例变得不到10质量％时，在合成cBN之际，通过含有Cr及Mo作为金属催化剂的成分来使N溶解于熔融状态(液相)的金属催化剂中的作用降低，且在低压条件下难以进行cBN的合成，另一方面，若Cr成分和Mo成分的总计含有比例超过50质量％，则作为硼溶解成分的Fe、Co、Ni等的组成比必然减少，且cBN的合成压力因融点上升或硼溶解度下降而上升。并且，当制造cBN烧结体时，由于存在于cBN颗粒之间的金属的融点上升，因此不优选。
所以，Cr成分和Mo成分的总计含有比例需满足10～50质量％以下。
能够通过含有1～50质量％的V作为金属催化剂成分来降低金属催化剂的熔融温度，因此能够在1200～1700℃这种低温度范围内，而且在4～5GPa这种低压力条件下合成cBN。但是，若V含有比例超过50质量％，则最低融点会超过约1600℃，因此在压力4GPa的区域中进入hBN稳定区域，另一方面，当V含有比例不到1质量％时，cBN颗粒的微细化效果下降，无法合成平均粒径为30μm以下的cBN颗粒，所以V含有比例规定为1～50质量％。另外，从cBN颗粒的微细化效果的观点考虑优选设为10～50质量％。
Al成分具有促进和助长cBN的核生成和核生长的作用，通过将其少量添加含于金属催化剂中来大幅降低cBN合成时的所需压力，能够在4～5GPa的低压条件下合成cBN，但在Al成分的含有比例不到1.5质量％时，由于促进和助长cBN的核生成和核生长的作用较少，所以cBN的形成变得不充分，另一方面，若Al成分过多，则生成氮化铝而有时会成为生成cBN的阻碍因素，在形成烧结体的方面不优选，因此将Al成分含有比例规定为1.5～8质量％。
Fe、Co及Ni中任意1种或2种以上的成分在分别单独时以及将这些组合2种以上时，都具有将作为原材料的hBN的B溶解于熔融状态(液相)的金属催化剂中的作用。
另外，本发明的金属催化剂能够以将各成分混合成预定组成之后预先通过电弧熔解法、雾化法等进行合金化的合金粉末的形态使用，除此以外，还能够以将各成分的粉末配合成预定组成(配合)并以混合这些的混合粉末的形态使用。
合成条件(压力、温度)：
从hBN向cBN的合成例如能够通过使作为合成用原材料的hBN和上述金属催化剂的粉末以共存的状态配置于图1所示的合成装置内，并在压力为4GPa以上、温度为1200～1700℃下进行合成来进行。
该发明中，能够通过使用上述金属催化剂来将cBN的最低合成压力降低至4GPa，并能够在远低于以往的合成法的压力范围(优选为4.4GPa以上)和温度范围(优选为1300～1600℃)下合成cBN(当然，也能够在以往方法的5～8.5GPa这种高压合成压力、1700～1900℃这种高温合成温度下进行合成)，因此具有无需要大型化设备且装置构成部件的耐用寿命也延长等优点。
在合成温度不到1200℃时，不发生金属催化剂的熔解，所以不会进行cBN的合成反应，另一方面，若超过1700℃，则不仅容易发生cBN的粒子生长，因的压力、温度平衡状态在4～5GPa压力区域中靠近hBN稳定区域，因此所合成的cBN有可能逆变换为hBN，所以将反应合成温度规定为1200～1700℃(优选为1300～1600℃)。
cBN烧结体：
以往，例如如专利文献3中所记载，为了以WC-Co-Al、NiAl3、Co67-W16.5-Al16.5质量％等为烧结助剂来制作cBN颗粒紧固地键合的烧结体，必须在压力为5.4GPa以上、温度为1500℃以上进行，但根据本发明，以cBN为原料粉末，并将用于合成cBN的由所述特定的组成成分的合金粉末或混合粉末构成的金属催化剂用作烧结助剂，向原料粉末以烧结助剂的配合比例成为5～20体积％的方式配合，例如使该混合粉末配置于图2所示的烧结单元内，若例如在4.0～6.0GPa下进行加压的同时在1200～1700℃的温度范围进行烧结，则能够得到由平均粒径为30μm以下的微颗粒构成且在cBN颗粒之间具有紧固的直接键合的致密的cBN烧结体。即，可以说cBN合成时所使用的上述金属催化剂还具有作为制造cBN烧结体时的烧结助剂的功能。
在此，将烧结助剂的配合比例设为5～20体积％是因为：当烧结助剂的配合比例不到5体积％时，在混合烧结助剂和cBN原料之际，在烧结助剂无法均匀地分散，且在烧结助剂不够的区域中，无法充分进行cBN颗粒之间的键合，得不到高强度的cBN烧结体。
另一方面，当配合比例超过20体积％时，由于过剩的烧结助剂存在于cBN颗粒之间的间隙，所以cBN颗粒之间的接触面减少，由此无法在cBN颗粒之间得到紧固的直接键合，其结果，变得无法得到致密的cBN烧结体，因此烧结助剂的配合比例规定为5～20体积％。
例如，通过图1所示的合成单元，以用本发明的合成法合成(使用Co40.87-Mo17.39-Cr20.87-V18.26-Al2.61质量％的组成成分的Co-Mo-Cr-V-Al系金属催化剂作为金属催化剂)的cBN粉末为原料粉末，并将与上述金属催化剂相同组成成分的Co-Mo-Cr-V-Al系合金用作烧结助剂，配合成烧结助剂的含有比例为10体积％，在图2所示的烧结单元，以4.8GPa×1400℃的条件对其烧结60分钟，由此制造了cBN烧结体。
即，可知通过本发明的制造法得到的cBN烧结体即使在低温度下的烧结中，也由具有非常致密的组织且平均粒径为30μm以下的微颗粒构成。
另外，在本发明中制造由平均粒径为30μm以下的cBN颗粒构成的烧结体的目的中，应使用本公司的cBN原料粒径为30μm以下的颗粒，优选较佳为数μm的微颗粒。hBN原料也同样优选在初始状态下hBN粒径为30μm以下。
如上所述，本发明通过使用特定的组成成分的金属催化剂从hBN合成cBN来使最低合成压力降低至4GPa，而且能够通过在低温度范围(1200～1700℃)进行合成来合成平均粒径为30μm以下的微粒cBN，因此无需使cBN合成装置大型化，就能够谋求设备费用降低，且能够进一步谋求cBN合成装置结构部件的长寿命化。
并且，若以cBN为原料粉末，并将与上述金属催化剂相同组成成分的合金粉末及混合粉末用作烧结助剂来进行烧结，则无需使用其它烧结助剂，就能够制造由平均粒径为30μm以下的微颗粒构成且在cBN颗粒之间具有紧固的直接键合的致密的cBN烧结体，还能够谋求制造cBN烧结体的低成本化。
附图说明
图1表示从hBN合成cBN的cBN合成单元的试料配置概要图。
图2表示用于以所合成的cBN为原料粉末制造cBN烧结体的cBN烧结体制造单元的试料配置概要图。
图3表示根据实施例2(压力为4.6GPa、温度为1330℃、反应时间为60分钟)合成的微粒cBN的X射线衍射曲线图(存在cBN峰)。
图4表示根据实施例2(压力为4.6GPa、温度为1330℃、反应时间为60分钟)合成的微粒cBN的基于扫描电子显微镜的组织照片。
图5表示根据比较例2(压力为5.0GPa、温度为1560℃、反应时间为60分钟)合成的粗粒cBN的基于扫描电子显微镜的组织照片。
符号说明
1、11-石墨加热器，2-Mo箔，3-金属催化剂，4-hBN原料，5、15-NaCl-10质量％ZrO2成型体，12-cBN+烧结助剂(＝金属催化剂)的混合物，13-Mo箔，14-WC/Co合金基板。
具体实施方式
以下，根据实施例对本发明的cBN合成方法、cBN烧结体的制造方法进行具体说明。
[实施例]
实施例1：
如图1所示，预先制作由Co60-Mo20-V16-Al4质量％构成的组成成分的合金粉末作为金属催化剂，并填充至外径为10mm、内径为7mm及高度为7.6mm的食盐(包含10质量％的氧化锆粉末)成型体5的试料容器中，以便形成夹层于直径为约7mm且厚度为3mm的2张hBN成型板4之间的约1.6mm厚度的金属催化剂(合金粉末)层3。
以外径为12mm、内径为10mm及高度为17.6mm的石墨管状加热器1包围该试料，在内面配置Mo箔2，用带式超高压装置(砧台前端径为21mm、气缸内径为25mm)进行加压，之后向加热器投入电力来加热，并保持一定时间之后，急速降低温度，之后泄压取出试料，通过扫描电子显微镜、X射线衍射等方法鉴定试料。
对在压力为5.6GPa、1550℃下反应30分钟的试料进行分析的结果，合成了cBN转换率为95％以上且平均粒径为30μm的微粒cBN。
另外，X射线衍射通过Bruker Corporation制AXSMXP18VAHF测定。
并且，对于cBN转换率，在预先混合已知量的hBN和cBN粉末的X射线衍射图形中求出各个最强射线的比率，并制作以此为基础的检定曲线。在图3的基于实施例2的X射线衍射图形中，cBN的最强射线的相对强度为约89.3％，cBN的体积％为约95％。
此外，通过扫描电子显微镜(SEM)的背散射电子像(BEI)观察合成的试料截面，且通过观察面(倍率为1000倍)的cBN与金属催化剂的面积比(之后，换算为体积比)，由此大致求出其cBN转换率。
实施例2：
使用由Co40.87-Mo17.39-Cr20.87-V18.26-Al2.61质量％构成的组成成分的合金粉末作为金属催化剂，与实施例1相同地，在压力为4.6GPa、1330℃下反应60分钟来合成cBN的结果，合成了cBN转换率为90％以上且平均粒径为20μm的微粒cBN。
图3中示出对实施例2中得到的微粒cBN求出的X射线衍射曲线图。
并且，图4中示出实施例2中得到的微粒cBN的通过扫描电子显微镜观察的组织照片。
实施例3：
使用由Co47-Mo20-Cr24-V6-Al3质量％构成的组成成分的合金粉末作为金属催化剂，与实施例1相同地，在压力为4.6GPa、1320℃下反应30分钟来合成cBN的结果，合成了cBN转换率为80％以上且平均粒径为20μm的微粒cBN。另外，同时还合成了极少量的平均粒径为约40μm的粒径cBN。这样，若减少V的添加量，则V的分布局部变得不均匀，且在V的浓度较小的部分中，cBN的颗粒大幅生长到30μm以上。
实施例4：
使用由Ni64-Mo16-V16-Al4质量％构成的组成成分的合金粉末作为金属催化剂，与实施例1相同地，在压力为5.6GPa、1460℃下反应30分钟来合成cBN的结果，合成了cBN转换率为80％以上且平均粒径为30μm的微粒cBN。
实施例5：
使用由Ni53.04-Fe9.36-Cr20.16-V13.44-Al4质量％构成的组成成分的合金粉末作为金属催化剂，与实施例1相同地，在压力为4.0GPa、1315℃下反应60分钟来合成cBN的结果，合成了cBN转换率为90％以上且平均粒径为25μm的微粒cBN。
实施例6：
使用由Co63-Cr20-V13-Al4质量％构成的组成成分的合金粉末作为金属催化剂，与实施例1相同地，在压力为5.6GPa、1580℃下反应30分钟来合成cBN的结果，合成了cBN转换率为80％以上且平均粒径为10μm的微粒cBN。
实施例7：
使用由Co40-Ni20-Cr20-V16-Al4质量％构成的组成成分的合金粉末作为金属催化剂，与实施例1相同地，在压力为5.6GPa、1588℃下反应30分钟来合成cBN的结果，合成了cBN转换率为80％以上且平均粒径为5μm的微粒cBN。
实施例8：
使用由Co22-Ni50-Cr10-V10-Al8质量％构成的组成成分的合金粉末作为金属催化剂，与实施例1相同地，在压力为5.6GPa、1590℃下反应30分钟来合成cBN的结果，合成了cBN转换率为95％以上且平均粒径为10μm的微粒cBN。
实施例9：
使用由Fe18.7-Co21-Mo2.3-Cr47.4-V1.9-Al3.7质量％构成的组成成分的合金粉末作为金属催化剂，与实施例1相同地，在压力为5.6GPa、1600℃下反应30分钟来合成cBN的结果，合成了cBN转换率为90％以上且平均粒径为30μm的微粒cBN。
实施例10：
使用由Fe10-Co20-Ni15-Mo50-V1-Al4质量％构成的组成成分的合金粉作为金属催化剂，与实施例1相同地，在压力为4.8GPa、1500℃下反应60分钟来合成cBN的结果，合成了cBN转换率为85％以上且平均粒径为25μm的微粒cBN。
实施例11：
使用由Fe10.2-Co29.4-Mo7.2-Cr3.2-V48.5-Al1.5质量％构成的组成成分的合金粉末作为金属催化剂，与实施例1相同地，在压力为5.4GPa、1650℃下反应60分钟来合成cBN的结果，合成了cBN转换率为85％以上且平均粒径为15μm的微粒cBN。
比较例1：
如图1所示，预先制作由Co46.5-Mo20-Cr31-Al2.5质量％构成的组成成分的合金粉末(即，未含有V成分)作为金属催化剂，并填充至外径为10mm、内径为7mm及高度为7.6mm的食盐(包含10质量％的氧化锆粉末)成型体5的试料容器中，以便形成在直径为约7mm且厚度为3mm的2张hBN成型板4之间夹层的约1.6mm厚度的金属催化剂(合金粉末)层3。
以外径为12mm、内径为10mm及高度为17.6mm的石墨管状加热器1包围这些试料，在内面配置Mo箔2，用带式超高压装置(砧台前端径为21mm、气缸内径为25mm)进行加压，之后向加热器投入电力来加热，并保持一定时间之后，急速降低温度，之后泄压取出试料，通过扫描电子显微镜、X射线衍射等方法鉴定试料。
对在压力为4.2GPa、1320℃下反应30分钟的试料进行分析的结果，cBN转换率虽为50％以上，但却是一种所得的cBN的平均粒径为80μm的粗粒，未合成微粒cBN。
比较例2：
使用由Co76-Mo20-Al4质量％构成的组成成分的合金粉末(即，未含有V成分)作为金属催化剂，与比较例1相同地，在压力为5.0GPa、1560℃下反应60分钟来合成cBN的结果，cBN转换率虽为50％以上，但却是一种所得的cBN的平均粒径为50μm的粗粒，未合成微粒cBN。
图5中示出比较例2中得到的微粒cBN的通过扫描电子显微镜观察的组织照片。
比较例3：
使用由Ni53.04-Fe9.36-Cr33.6-Al4质量％构成的组成成分的合金粉末(即，未含有V成分)作为金属催化剂，与比较例1相同地，在压力为4.2GPa、1350℃下反应60分钟来合成cBN的结果，cBN转换率虽为80％以上，但却是一种所得的cBN的平均粒径为100μm的粗粒，未合成微粒cBN。
表1中总结示出上述的实施例1～11及比较例1～3的结果。
从表1的结果来看，通过使用了本发明的金属催化剂的cBN颗粒的合成，能够得到在低压力、低温度范围内cBN转换率较高且微粒的cBN。
与此相对，在使用了未含有V成分的金属催化剂的比较例1～3的合成法中，在低压力、低温度范围内无法得到微粒的cBN。
[表1]
接着，对上述合成的实施例1～11、比较例1～3的cBN颗粒进行粉碎和分级，以便成为如表2所示的平均粒径，并用作cBN烧结体21～31(实施例21～31)及比较例的cBN烧结体11～13(比较例11～13)的原料粉末。
分别使用由与表1示出的金属催化剂相同组成成分构成的混合粉末作为实施例21～31及比较例11～13的烧结实验中的烧结助剂，如图2所示将混合粉末12以被夹层于由内侧被0.02mm厚度的Mo箔13包围的外径为10mm、内径为7mm及高度为7.6mm的食盐(包含10wt％的氧化锆粉末)成型体15之间的方式填充，在表2所示的条件下分别进行烧结，其中，所述混合粉末配合成烧结助剂的含有比例在实施例21～31中成为5～20体积％，而在比较例11～13中成为30～50体积％。
用扫描电子显微镜观察所得的cBN烧结体的结果，若与比较例的cBN烧结体11～13(比较例11～13)比较，则本发明的cBN烧结体21～31(实施例21～31)形成了由平均粒径为30μm以下的微颗粒构成，而且在cBN颗粒之间具有紧固的直接键合的致密的cBN烧结体。
表2示出制造出的各cBN烧结体中的cBN的平均粒径。
[表2]
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明的cBN合成方法及以cBN为原料粉末的cBN烧结体的制造方法，使用由具有溶解N的作用的Cr及Mo、具有降低金属催化剂的熔融温度的作用的V、具有促进和助长cBN核生成和核生长的作用的Al及剩余部分为具有溶解B的作用的Fe、Co、Ni构成的合金粉末或混合粉末作为金属催化剂，由此能够在低于以往的压力范围(最低压力为4GPa)和温度范围(1200～1700℃)下合成微粒(平均粒径为30μm以下)的cBN，并且，能够通过使用与上述金属催化剂相同组成成分的烧结助剂的烧结来制造在cBN颗粒之间具有紧固的直接键合且具备致密的微粒组织的cBN烧结体。
Claims (2)
1.一种立方晶氮化硼的合成方法，所述合成方法在金属催化剂的存在下并在超高压高温条件下从六方晶氮化硼合成立方晶氮化硼，其特征在于，
所述金属催化剂是由以下组成成分构成的合金粉末或混合粉末，含有Cr及Mo中任意1种或2种，其中当单独含有Cr时Cr为10～55质量％，当单独含有Mo时Mo为10～50质量％，当同时含有Cr和Mo时Cr+Mo为10～50质量％，并且含有1～50质量％的V及1.5～8质量％的Al，剩余部分为Fe、Ni及Co中任意1种或2种以上，进而在4GPa以上且1200～1700℃下进行所述合成。
2.一种立方晶氮化硼烧结体的制造方法，所述制造方法由如下构成，以立方晶氮化硼为原料粉末，在该原料粉末中添加烧结助剂并进行烧结，其特征在于，
在原料粉末中添加5～20体积％的作为所述烧结助剂的合金粉末或混合粉末并进行烧结，所述合金粉末或混合粉末由以下组成成分构成，含有Cr及Mo中任意1种或2种，其中当单独含有Cr时Cr为10～55质量％，当单独含有Mo时Mo为10～50质量％，当同时含有Cr和Mo时Cr+Mo为10～50质量％，并且含有1～50质量％的V及1.5～8质量％的Al，剩余部分为Fe、Ni及Co中任意1种或2种以上。
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