CN112752737B - 多晶立方氮化硼及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种多晶立方氮化硼，包含98.5体积％以上的立方氮化硼，并且位错密度为8×1015/m2以下。

Description

多晶立方氮化硼及其制造方法
技术领域
本公开涉及多晶立方氮化硼及其制造方法。本申请要求基于在2018年9月27日提交的日本专利申请No.2018-182464的优先权。该日本专利申请中的所有描述都通过引用并入本文。
背景技术
立方氮化硼(以下也称为“cBN”)的硬度仅次于金刚石的硬度，并且具有优异的热稳定性和化学稳定性。此外，由于与金刚石相比，cBN对于铁系材料更为稳定，因此立方氮化硼烧结体被用作铁系材料的加工工具。
已经使用的立方氮化硼烧结体包含约10体积％至40体积％的结合剂。然而，结合剂是降低烧结体的强度和热扩散率的原因。特别是，当将立方氮化硼烧结体用于高速切削铁系材料时，趋向于热负荷增加、切削刃容易缺损或产生裂纹并且工具寿命缩短。
为了解决这些问题，已经开发了制作不含结合剂的立方氮化硼烧结体的方法。在该方法中，不使用结合剂，并且在超高压和超高温下直接将六方氮化硼转变为立方氮化硼，并且同时进行烧结。
在日本专利特开No.11-246271(专利文献1)中，公开了一种技术，其中在超高温和超高压下将低结晶六方氮化硼直接转变成立方氮化硼烧结体，并烧结以获得立方氮化硼烧结体。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利特开No.11-246271
发明内容
根据本公开的一个方面的多晶立方氮化硼为
包含含量为98.5体积％以上的立方氮化硼的多晶立方氮化硼，
多晶立方氮化硼的位错密度为8×1015/m2以下。
根据本公开的一个方面的制造多晶立方氮化硼的方法为
制造上述多晶立方氮化硼的方法，该方法包括
准备六方氮化硼粉末的步骤；以及
在温度和压力经过纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度和压力的情况下，对六方氮化硼粉末进行加热和加压至温度为1900℃以上2400℃以下并且压力为8GPa以上的加热和加压步骤，
其中纤锌矿氮化硼的稳定区域同时满足如下所示的式1和2：
P≥-0.0037T+11.301 式1；和
P≤-0.085T+117 式2
其中T表示以℃计的温度，并且P表示以GPa计的压力，并且
其中在加热和加压步骤中，进入纤锌矿氮化硼的稳定区域的进入温度为600℃以上。
附图说明
图1为氮化硼的压力-温度相图。
图2为用于说明根据本公开的一个实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法(模式A)的图。
图3为用于说明根据本公开的另一实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法(模式B)的图。
图4为用于说明根据本公开的又一实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法(模式C)的图。
图5为用于说明根据本公开的又另一实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法(模式D)的图。
图6为用于说明常规多晶立方氮化硼的制造方法的实例的图。
图7为用于说明作为参考的多晶立方氮化硼的制造方法的实例的图。
图8为用于说明晶粒的纵横比的图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
专利文献1中的立方氮化硼烧结体具有高硬度，这是因为该立方氮化硼烧结体包含具有小粒径的立方氮化硼颗粒。然而，立方氮化硼烧结体趋于具有低韧性。因此，当将立方氮化硼烧结体用于高速切削铁系材料时，存在切削刃容易缺损或破裂的趋势，并且工具寿命缩短。
因此，本发明的目的是提供一种多晶立方氮化硼，当将其用作工具时，即使在铁系材料的高速加工中，也可以实现长工具寿命。
[本公开的有利效果]
当将根据上述方面的多晶立方氮化硼用作工具时，即使在铁系材料的高速加工中，也可以实现长工具寿命。
[本公开的实施方案的描述]
首先，将列举并描述本公开的实施方案。
(1)根据本公开的一个方面的多晶立方氮化硼为
包含含量为98.5体积％以上的立方氮化硼的多晶立方氮化硼，
多晶立方氮化硼的位错密度为8×1015/m2以下。
当用作工具时，即使在铁系材料的高速加工中，多晶立方氮化硼也可以实现长工具寿命。
(2)位错密度优选为7×1015/m2以下。通过具有该位错密度，使用多晶立方氮化硼的工具的寿命进一步延长。
(3)优选地，多晶立方氮化硼包含多个晶粒，并且当用扫描电子显微镜以10,000倍的放大倍率观察多晶立方氮化硼的截面时，多晶立方氮化硼中圆当量直径为1μm以上的晶粒的面积比率S1为20面积％以下。通过具有该面积比率，使用多晶立方氮化硼的工具的寿命进一步延长。
(4)面积比率S1优选为15面积％以下。通过具有该面积比率，使用多晶立方氮化硼的工具的寿命进一步延长。
(5)多个晶粒的圆当量直径的中位直径d50优选为0.1μm以上0.5μm以下。通过具有该中位直径，提高了多晶立方氮化硼的耐磨性。
(6)当用扫描电子显微镜以10,000倍的放大倍率观察多晶立方氮化硼的截面时，多晶立方氮化硼中纵横比为4以上的板状颗粒的面积比率S2优选为5面积％以下。通过具有该面积比率，使用多晶立方氮化硼的工具的寿命进一步延长。
(7)根据本公开的一个方面的制造多晶立方氮化硼的方法为
制造根据上述(1)至(6)中任一项所述的多晶立方氮化硼的方法，该方法包括：
准备六方氮化硼粉末的步骤；以及
在温度和压力经过纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度和压力的情况下，对六方氮化硼粉末进行加热和加压至温度为1900℃以上2400℃以下并且压力为8GPa以上的加热和加压步骤，
其中纤锌矿氮化硼的稳定区域同时满足如下所示的式1和2：
P≥-0.0037T+11.301 式1；和
P≤-0.085T+117 式2
其中T表示以℃计的温度，并且P表示以GPa计的压力，并且
其中在加热和加压步骤中，进入纤锌矿氮化硼的稳定区域的进入温度为600℃以上。
当将通过该方法制造的多晶立方氮化硼用作工具时，其即使在铁系材料的高速加工中，也可以实现长工具寿命。
(8)进入温度优选为900℃以上。通过具有该进入温度，使用所获得的多晶立方氮化硼的工具的寿命进一步延长。
(9)进入温度优选为1200℃以上。通过具有该进入温度，使用所获得的多晶立方氮化硼的工具的寿命进一步延长。
(10)该方法优选包括在加热和加压步骤之前的步骤，该步骤是在温度维持在-50℃以上100℃以下的范围内的同时，将六方氮化硼粉末加压至压力为0.5GPa以上6GPa以下的步骤。
通过进行上述步骤，能够压缩六方氮化硼粉末中的间隙，并且可以将存在于六方氮化硼粉末中的不需要的气体排出到体系外。因此，能够防止由于气体和六方氮化硼粉末之间的化学反应而导致的质量劣化。
通过进行上述步骤，能够将六方氮化硼粉末的密度提高至即使进一步对六方氮化硼粉末进行加压时也几乎不会改变外形的程度。由于可以在该状态下进行加热和加压步骤，因此可以稳定地制造多晶立方氮化硼。
(11)该方法优选包括在加热和加压步骤之后的温度和压力保持步骤，该温度和压力保持步骤是将通过加热和加压步骤制得的多晶立方氮化硼在温度为1900℃以上2400℃以下且压力为8GPa以上的条件下保持10分钟以上的步骤。根据该方法，所制得的多晶立方氮化硼可实现更长的工具寿命。
[本公开的实施方案的细节]
下面将参考附图描述根据本公开的实施方案的多晶立方氮化硼及其制造方法。
[实施方案1：多晶立方氮化硼]
将描述根据本公开的实施方案的多晶立方氮化硼。
<多晶立方氮化硼>
根据本实施方案的多晶立方氮化硼包含含量为98.5体积％以上的立方氮化硼，并且位错密度为8×1015/m2以下。
根据本实施方案的多晶立方氮化硼为烧结体，但是因为烧结体通常意指包含结合剂，所以在本实施方案中将多晶立方氮化硼称为“多晶”。
当将根据本实施方案的多晶立方氮化硼用作工具时，即使在铁系材料的高速加工中，其也可以实现长工具寿命。推测理由如以下(i)和(ii)所示。
(i)根据本实施方案的多晶立方氮化硼包含含量为98.5体积％以上的立方氮化硼，并且基本上不包含结合剂、烧结助剂、催化剂等。其结果是，立方氮化硼的颗粒牢固地结合在一起，并且提高了多晶立方氮化硼的强度和热扩散率。因此，即使在铁系材料的高速加工中，使用多晶立方氮化硼的工具也可以实现长工具寿命。
(ii)根据本实施方案的多晶立方氮化硼的位错密度为8×1015/m2以下。多晶立方氮化硼的晶格缺陷减少，从而提高了强度和韧性。因此，即使在铁系材料的高速加工中，使用多晶立方氮化硼的工具也可以实现长工具寿命。
<组成>
多晶立方氮化硼包含含量为98.5体积％以上的立方氮化硼。其结果是，多晶立方氮化硼具有优异的硬度，并且具有优异的热稳定性和化学稳定性。
除了立方氮化硼之外，多晶立方氮化硼可以包含总含量为1.5体积％以下的压缩六方氮化硼和纤锌矿氮化硼中的一者或两者，只要表现出本实施方案的效果即可。在此，术语“压缩六方氮化硼”是指具有与普通六方氮化硼相似的晶体结构、并且沿c轴的面间距小于普通六方氮化硼的面间距(0.333nm)的六方氮化硼。
根据本实施方案的多晶立方氮化硼可以包含不可避免的杂质，只要表现出本实施方案的效果即可。不可避免的杂质的实例包括氢、氧、碳和金属元素，如碱金属元素(锂(Li)、钠(Na)、钾(K)等)和碱土金属元素(钙(Ca)、镁(Mg)等)。当多晶立方氮化硼包含不可避免的杂质时，不可避免的杂质的含量优选为0.1体积％以下。可以通过二次离子质谱(SIMS)测定不可避免的杂质的含量。
多晶立方氮化硼基本上不包含结合剂、烧结助剂、催化剂等。其结果是，提高了多晶立方氮化硼的强度和热扩散率。
多晶立方氮化硼中立方氮化硼的含有率优选为98.5体积％以上100体积％以下，并且更优选为99体积％以上100体积％以下。
多晶立方氮化硼中的压缩六方氮化硼和纤锌矿氮化硼的总含有率优选为0体积％以上1.5体积％以下，更优选为0体积％以上1体积％以下，并且最优选为0体积％。也就是说，最优选的是，多晶立方氮化硼既不包含压缩六方氮化硼，也不包含纤锌矿氮化硼。
多晶立方氮化硼中的压缩六方氮化硼的含有率优选为0体积％以上1.5体积％以下，更优选为0体积％以上1体积％以下，并且最优选为0体积％。也就是说，最优选的是，多晶立方氮化硼不包含压缩六方氮化硼。
多晶立方氮化硼中的纤锌矿氮化硼的含有率优选为0体积％以上1.5体积％以下，更优选为0体积％以上1体积％以下，并且最优选为0体积％。也就是说，最优选的是，多晶立方氮化硼不包含纤锌矿氮化硼。
可以通过X射线衍射法测定多晶立方氮化硼中的立方氮化硼、压缩六方氮化硼和纤锌矿氮化硼各自的含有率(体积％)。具体的测定方法如下。
用金刚石磨石电沉积线切割多晶立方氮化硼，并且选取切面作为观察面。
使用X射线衍射仪(由Rigaku Corporation制造的“MiniFlex600”(商品名))获得多晶立方氮化硼的切面的X射线光谱。此时X射线衍射仪的条件(例如)如下。
特征X射线：Cu-Kα(波长
Figure BDA0002992141720000071
)
管电压：45kV
管电流：40mA
滤波片：多层反射镜
光学系统：聚焦法
X射线衍射法：θ-2θ法
在获得的X射线光谱中，测定以下的峰强度A、峰强度B和峰强度C。
峰强度A：从衍射角2θ＝28.5°附近的峰强度中除去背景从而得到的压缩六方氮化硼的峰强度。
峰强度B：从衍射角2θ＝40.8°附近的峰强度中除去背景从而得到的纤锌矿氮化硼的峰强度。
峰强度C：从衍射角2θ＝43.5°附近的峰强度中除去背景从而得到的立方氮化硼的峰强度。
通过计算峰强度A/(峰强度A+峰强度B+峰强度C)的值来确定压缩六方氮化硼的含有率。通过计算峰强度B/(峰强度A+峰强度B+峰强度C)的值来确定纤锌矿氮化硼的含有率。通过计算峰强度C/(峰强度A+峰强度B+峰强度C)的值来确定立方氮化硼的含有率。因为压缩六方氮化硼、纤锌矿氮化硼和立方氮化硼都具有几乎相同的电子密度，所以可以将上述X射线峰强度之间的比率视为多晶立方氮化硼中的体积比。
<位错密度>
多晶立方氮化硼的位错密度为8×1015/m2以下。多晶立方氮化硼的晶格缺陷减少，从而提高了强度和韧性。因此，即使在铁系材料的高速加工中，使用多晶立方氮化硼的工具也可以实现长的工具寿命。位错密度优选为7×1015/m2以下，并且更优选为6×1015/m2以下。位错密度的下限值没有特别的限制，但从制造的角度出发可为1.0×1015/m2以上。
在本说明书中，按照以下步骤计算位错密度。
准备由多晶立方氮化硼制成的试样。使试样具有如下尺寸：观察面为2.0mm×2.0mm，并且厚度为1.0mm。对试样的观察面进行抛光。
在以下条件下对试样的观察面进行X射线衍射测定，并从立方氮化硼的主要取向(111)、(200)、(220)、(311)、(400)和(331)的各取向面获得衍射峰的线轮廓。
(X射线衍射测定的条件)
X射线源：同步辐射
装置条件：检测器Nal(荧光通过适当的ROI滤出)
能量：18keV(波长：0.6888埃)
分光晶体：Si(111)
入射狭缝：宽度为5mm×高度为0.5mm
受光狭缝：双狭缝(宽度为3mm×高度为0.5mm)
反射镜：镀铂反射镜
入射角：2.5mrad
扫描方法：2θ-θ扫描
测定峰：来自立方氮化硼的(111)、(200)、(220)、(311)、(400)和(331)的六个峰。当根据组织和取向难以获得轮廓时，排除米勒指数的峰。
测定条件：在半宽中设置9个以上的测定点。将最高峰值强度设置为2000计数以上。在分析中也使用峰尾，因此，将测定范围设定为半宽的约10倍。
从上述X射线衍射测定获得的线轮廓是包括由于诸如试样的非均匀应变之类的物理量引起的真实展宽和由于装置引起的展宽的轮廓。为了确定非均匀应变和晶粒尺寸，从测定的线轮廓中除去由于装置而引入的成分，以获得真实线轮廓。通过用伪Voigt函数拟合所获得的线轮廓和由于装置引起的线轮廓，并且减去由于装置引起的线轮廓，从而获得真实线轮廓。将LaB6用作标准样品，用于除去由于装置引起的衍射峰的展宽。当使用高准直辐射光时，可将由于装置引起的衍射峰的展宽视为零。
使用修正的Williamson-Hall法和修正的Warren-Averbach法分析所获得的真实线轮廓，以计算位错密度。修正的Williamson-Hall法和修正的Warren-Averbach法是用于确定位错密度的已知线轮廓分析方法。
修正的Williamson-Hall法的表达式由下式(I)表示：
Figure BDA0002992141720000091
其中ΔK表示线轮廓的半宽，D表示晶粒尺寸，M表示排列参数，b表示Burgers矢量，ρ表示位错密度，K表示散射矢量，O(K2C)表示K2C的高阶项，并且C表示平均衬度因子。
上式(I)中的C由下式(II)表示：
C＝Ch00[1-q(h2k2+h2l2+k2l2)/(h2+k2+l2)2]...(II)
在上式(II)中，通过使用计算代码ANIZC获得螺型位错的衬度因子Ch00和刃型位错的衬度因子Ch00以及各衬度因子的系数q，其中滑移系为<110>{111}，并且弹性刚度C11、C12和C44分别为8.44GPa、1.9GPa和4.83GPa。螺型位错的衬度因子Ch00为0.203，并且刃型位错的衬度因子Ch00为0.212。螺型位错的衬度因子的系数q为1.65，并且刃型位错的衬度因子的系数q为0.58。予以注意，将螺型位错比率固定为0.5，并且将刃型位错比率固定为0.5。
此外，在位错和非均匀应变之间，使用衬度因子C建立由式(III)表示的关系，如下：
<ε(L)2>＝(ρCb2/4π)ln(Re/L)...(III)，
其中Re表示位错的有效半径。
通过上式(III)的关系和Warren-Averbach表达式，可以提出下式(IV)，并且作为修正的Warren-Averbach法，可以确定位错密度ρ和晶粒尺寸。
lnA(L)＝lnAS(L)-(πL2ρb2/2)ln(Re/L)(K2C)+O(K2C)2(IV)
其中A(L)表示傅立叶级数，AS(L)表示晶粒尺寸的傅立叶级数，并且L表示傅立叶长度。
关于修正的Williamson-Hall法和修正的Warren-Averbach法的详细情况，参见T.Ungar和A.Borbely的“The effect of dislocation contrast on x-ray linebroadening:A new approach to line profile analysis”，Appl.Phys.Lett.，第69卷，no.21，3173页，1996，以及T.Ungar、S.Ott、P.Sanders、A.Borbely、J.Weertman的“Dislocations,grain size and planar faults in nanostructured copperdetermined by high resolution X-ray diffraction and a new procedure of peakprofile analysis”，Acta Mater.，第46卷，no.10，3693-3699页，1998。
<晶粒>
(圆当量直径为1μm以上的晶粒的面积比率S1)
多晶立方氮化硼包含多个晶粒，包括立方氮化硼的晶粒，并且任选地包括压缩六方氮化硼的晶粒和纤锌矿氮化硼的晶粒。当用扫描电子显微镜以10,000倍的放大倍率观察多晶立方氮化硼的截面时，多晶立方氮化硼中圆当量直径为1μm以上的晶粒的面积比率S1(以下也称为“面积比率S1”)为20面积％以下。在此，术语“圆当量直径”是指在该截面中具有与晶粒相同面积的圆的直径。
在多晶立方氮化硼中，圆当量直径为1μm以上的粗大晶粒的含有率降低。因此，在多晶立方氮化硼中，烧结体组织的均匀性得以改善，从而使强度和韧性得以改善，并且即使在铁系材料的高速加工中，多晶立方氮化硼也可以实现长工具寿命。
例如，通过用SEM(扫描电子显微镜)观察立方氮化硼，可以证实根据本实施方案的多晶立方氮化硼的晶体组织的均匀性。
圆当量直径为1μm以上的晶粒的面积比率S1优选为0面积％以上20面积％以下，更优选为0面积％以上15面积％以下，并且还更优选为0面积％以上10面积％以下。
(中位直径d50)
多晶立方氮化硼所含的多个晶粒的圆当量直径的中位直径d50(以下也称为“中位直径d50”)优选为0.1μm以上0.5μm以下。通常，认为多晶立方氮化硼的切削性能随着晶粒尺寸的减小而提高。因此，使多晶立方氮化硼中包含的晶粒的粒径较小(例如，平均粒径小于100nm)。然而，其结果是韧性有降低的趋势。同时，在根据本实施方案的多晶立方氮化硼中，晶粒的粒径大于常规晶粒的粒径，从而提高了多晶立方氮化硼的韧性，并且提高了耐磨性。晶粒的圆当量直径的中位直径d50更优选为0.15μm以上0.35μm以下，并且还更优选为0.2μm以上0.3μm以下。
(纵横比为4以上的板状颗粒的面积比率S2)
当用扫描电子显微镜以10,000倍的放大倍率观察多晶立方氮化硼的截面时，多晶立方氮化硼中纵横比为4以上的板状颗粒的面积比率S2(以下也称为“面积比率S2”)为5面积％以下。在常规的多晶立方氮化硼中，通过立方多晶体中板状组织的存在来补偿由于小粒径导致的低韧性。然而，特别是在难切削材料的高效加工期间，板状颗粒会突然从切削刃上掉落，从而造成切削刃的缺损，因此板状颗粒会导致工具寿命的变化和缩短。
在根据本实施方案的多晶立方氮化硼中，纵横比为4以上的板状颗粒的含有率降低。因此，在多晶立方氮化硼中，几乎不会发生由于板状颗粒而导致的切削刃的突然缺损，因此即使在铁系材料的高速加工中，多晶立方氮化硼也可以实现长工具寿命。
纵横比为4以上的板状颗粒的面积比率S2优选为0面积％以上5面积％以下，更优选为0面积％以上3面积％以下，并且还更优选为0面积％以上2面积％以下。
(面积比率S1、面积比率S2和晶粒的圆当量直径的中位直径d50的测定方法)
在本说明书中，多晶立方氮化硼中的“圆当量直径为1μm以上的晶粒的面积比率S1”、“纵横比为4以上的板状颗粒的面积比率S2”和“多晶立方氮化硼中所含的多个晶粒的圆当量直径的中位直径d50”是指在五个任意选择的测定点处分别测定晶粒的面积比率S1、面积比率S2和中位直径d50，并分别计算面积比率S1、面积比率S2和中位直径d50的平均值而获得的值。
如申请人所测定的，已经证实，对于同一样品中的面积比率S1、面积比率S2和中位直径d50的测定，当改变多晶立方氮化硼中所选择的测定视野的位置并由此进行多次计算时，获得的测定结果没有实质变化，因此即使根据需要设置测定视野，也不存在任意性。
当将多晶立方氮化硼用作切削工具的一部分时，通过线放电加工、金刚石磨石电沉积线等切出一部分多晶立方氮化硼，将切出的截面进行抛光，并且在抛光面上任意设置五个测定点。
下面，将详细描述在各测定点处测定面积比率S1、面积比率S2和晶粒的圆当量直径的中位直径d50的方法。
通过线放电加工、金刚石磨石电沉积线等切割多晶立方氮化硼，使得测定点露出，并且对切割面进行抛光。使用SEM(由JEOL Ltd.制造的“JSM-7500F”(商品名))观察抛光面上的测定点，以获得SEM图像。测定视野的尺寸为12μm×15μm，并且观察放大倍率为10,000倍。
对于这五个SEM图像中的每一个图像，进行二值化处理以使晶界清晰。例如，使用图像处理软件(Win Roof ver.7.4.5)进行自动二值化，并且通过适当地检查图像以对阈值进行微调。经过微调的阈值为(例如)75。
在将测定视野内观察到的晶粒的晶界彼此分离的状态下，使用上述图像处理软件计算各晶粒的纵横比、各晶粒的面积以及晶粒的圆当量直径的分布。在此，术语“纵横比”是指切面中的晶粒的长轴与短轴之比的值(长轴/短轴)。当晶粒的形状如图8所示是不确定的形状时，使用图像处理软件根据以下过程(a)至(c)计算纵横比。
(a)确定可在晶粒内部绘制(使得该线段的两端与晶界接触)的最长线段(以下也称为“第一线段”)，并测量第一线段的长度L1。
(b)确定与第一线段垂直并且可以在晶粒内部绘制(使得线段的两端与晶界接触)的最长线段(以下也称为“第二线段”)，并且测定第二线段的长度L2。
(c)计算第一线段的长度L1与第二线段的长度L2之比的值(L1/L2)。(L1/L2)的值作为纵横比。
使用整个测定视野的面积作为分母，从而计算面积比率S1、面积比率S2和中位直径d50。基于各晶粒的面积和各晶粒的纵横比，计算圆当量直径为1μm以上的晶粒的面积比率S1和纵横比为4以上的板状颗粒的面积比率S2。从晶粒的圆当量直径的分布计算中位直径d50。
<应用>
根据本实施方案的多晶立方氮化硼优选用于切削工具、耐磨工具、研磨工具等。
对于根据本实施方案的各切削工具、耐磨工具和研磨工具，其可整体包含多晶立方氮化硼，或者各工具的仅一部分(例如，在切削工具的情况下为切削刃部分)可以包含多晶立方氮化硼。此外，可以在各工具的表面上形成覆膜。
切削工具的实例包括钻头、端铣刀、钻头用可替换切削刀片、端铣刀用可替换切削刀片、铣削用可替换切削刀片、车削用可替换切削刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥和切削工具。
耐磨工具的实例包括模具、划线器、划线轮和修整器。研磨工具的实例包括磨石。
[实施方案2：多晶立方氮化硼的制造方法]
将参考图1至图7描述根据本公开的实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法。图1为氮化硼的压力-温度相图。图2至图5为用于说明根据本公开的实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法的图。图6为用于说明常规的多晶立方氮化硼的制造方法的实例的图。图7为用于说明作为参考的多晶立方氮化硼的制造方法的实例的图。
根据本实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法为制造根据第一实施方案的多晶立方氮化硼的方法。该方法包括：准备六方氮化硼粉末(以下也称为“准备步骤”)；以及在温度和压力经过纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度和压力的情况下，对六方氮化硼粉末进行加热和加压至温度为1900℃以上2400℃以下并且压力为8GPa以上(以下也称为“加热和加压步骤”)。纤锌矿氮化硼的稳定区域同时满足如下所示的式1和2：
P≥-0.0037T+11.301式1；和
P≤-0.085T+117式2
其中T表示以℃计的温度，并且P表示以GPa计的压力，并且
其中在加热和加压步骤中，进入纤锌矿氮化硼的稳定区域的进入温度为600℃以上。
根据本实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法可以进一步包括在加热和加压步骤之前，在温度维持在-50℃以上100℃以下的范围的同时，将六方氮化硼粉末加压至压力为0.5GPa以上6GPa以下(以下也称为“预处理步骤”)。
根据本实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法可以进一步包括在加热和加压步骤之后，将通过加热和加压步骤制得的多晶立方氮化硼在温度为1900℃以上2400℃以下且压力为8GPa以上的条件下保持10分钟以上(以下也称为“温度和压力保持步骤”)。
首先，在详细描述根据本实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法之前，将描述常规的多晶立方氮化硼的制造方法以及作为参考的多晶立方氮化硼的制造方法，以便更好地理解。
如图1所示，氮化硼具有以下三种相：六方氮化硼，其为常温常压下的稳定相；立方氮化硼，其为高温高压下的稳定相；以及纤锌矿氮化硼，其为由六方氮化硼向立方氮化硼转变期间的亚稳相。
相之间的边界可以由线性函数表示。在本说明书中，认为各相的稳定区域内的温度和压力可以由线性函数表示。
在本说明书中，将纤锌矿氮化硼的稳定区域(如图1中“wBN稳定区域”所示)内的温度和压力定义为同时满足以下式1和2的温度和压力：
P≥-0.0037T+11.301式1；和
P≤-0.085T+117式2
其中T表示以℃计的温度，并且P表示以GPa计的压力。
在本说明书中，将六方氮化硼的稳定区域(如图1中“hBN稳定区域”所示)内的温度和压力定义为同时满足以下式(A)和(B)或同时满足以下式(C)和(D)的温度和压力：
P≤-0.0037T+11.301(A)和
P≤-0.085T+117(B)；或
P≤0.0027T+0.3333(C)和
P≥-0.085T+117(D)，
其中T表示以℃计的温度，并且P表示以GPa计的压力。
在本说明书中，将立方氮化硼的稳定区域(如图1中“cBN稳定区域”所示)内的温度和压力定义为同时满足以下式(D)和(E)的温度和压力：
P≥-0.085T+117(D)；和
P≥0.0027T+0.3333(E)，
其中T表示以℃表示的温度，P表示以GPa表示的压力。
在根据本实施方案的方法中，将六方氮化硼粉末加热至1900℃以上2400℃以下的温度，并且加压至7.7GPa以上、优选8GPa以上、并且更优选10GPa以上的压力。这些温度和压力使得所获得的立方氮化硼表现出优异的工具性能。
通常，作为使六方氮化硼达到立方氮化硼(该立方氮化硼能够提供使工具表现出优异的性能的立方晶氮化硼)的稳定区域内的温度(1900℃以上2400℃以下)和压力(7.7GPa以上)的温度和压力的路径，研究了图6所示的路径(以下也称为“图6的路径”)。
沿着图6的路径，从初始温度和初始压力(常温和常压)开始，压力升高至立方氮化硼的稳定区域内的压力(例如，10GPa以上)(如图6中的箭头E1所示)，然后温度升高至立方氮化硼的稳定区域内的温度(例如，1900℃以上)(如图6中的箭头E2所示)。由于图6的路径中加热和加压各自进行一次，因此可以通过简单控制的操作进行，所以通常采用图6的路径。
然而，当遵循图6的路径时，该路径在低于600℃进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内，使得不太可能发生原子扩散，并且从六方氮化硼到纤锌矿氮化硼的相变主要是非扩散相变。因此，所获得的多晶立方氮化硼易于具有晶格缺陷和粗大颗粒。因此，该立方氮化硼会在加工过程中发生突然缺损，因此趋于提供更短的工具寿命。
相反，可以提高相变温度从而促进原子扩散。例如，当遵循图7所示的路径时，从初始温度和初始压力(常温和常压)开始，温度和压力分别升高至立方氮化硼的稳定区域内的温度和压力(例如，1500℃和9GPa)(如图7中的箭头F1、F2和F3所示)，而不经过纤锌矿氮化硼的稳定区域，随后，进一步升高温度(例如，升高至2100℃)(如图7中的箭头F4所示)。
当遵循图7的路径时，六方氮化硼经过直接相变成为立方氮化硼。然而，六方氮化硼和立方氮化硼具有显著不同的晶体结构，并且在相变过程中容易发生晶格缺陷。因此，立方氮化硼趋于提供更短的工具寿命。此外，六方氮化硼与立方氮化硼的晶体结构显著不同，其向立方氮化硼的转化率小于98.5体积％。因此，当将所获得的多晶立方氮化硼用于形成工具时，该工具表现出性能受损。
如上所述，当遵循常规研究的温度和压力路径时，难以抑制晶格缺陷的产生，并且不能制造提供优异工具寿命的多晶立方氮化硼。在这种情况下，本发明人深入研究了压力和温度路径，并且结果发现，通过在上述加热和加压步骤中指定的温度和压力下处理六方氮化硼，可以提供烧结体中晶格缺陷得以抑制、并且即使当将工具用于铁系材料的高速加工时，也可以提供具有长寿命的工具的多晶立方氮化硼。现在将参考图2至图5，在下面更具体地说明根据本实施方案的方法的步骤。
<准备步骤>
准备六方氮化硼粉末作为多晶立方氮化硼的原料。六方氮化硼粉末的纯度(或六方氮化硼的含有率)优选为98.5％以上，更优选为99％以上，最优选为100％。虽然六方氮化硼粉末的粒径没有特别地限制，但是例如可以为0.1μm以上10μm以下。
<预处理步骤>
随后，使用超高压和超高温发生器，在温度维持在-50℃以上100℃以下的范围的同时，将六方氮化硼粉末加压至压力为0.5GPa以上6GPa以下(如图2中的箭头A1、图3中的箭头B1、图4中的箭头C1和图5中的箭头D1所示)。
预处理步骤可以减小六方氮化硼粉末的间隙，并且可以将存在于六方氮化硼粉末中的不需要的气体排出到体系外。这能够防止由于气体和六方氮化硼粉末之间的化学反应而导致的质量劣化。
预处理步骤能够将六方氮化硼粉末的密度提高至进一步加压也几乎不会改变外形的程度。可以在该状态下进行加热和加压步骤，这使得能够稳定地制造。
进行预处理步骤的温度优选维持在-50℃以上100℃以下的范围，更优选为0℃以上50℃以下。进行预处理步骤的极限压力优选为0.5GPa以上5GPa以下，并且更优选为1GPa以上3GPa以下。
在根据本实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法中，预处理步骤是可任选的步骤。因此，可以在准备步骤之后进行下述加热和加压步骤，而不进行预处理步骤。
<加热和加压步骤>
随后，在温度和压力经过纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度和压力的情况下，将六方氮化硼粉末加热至温度为1900℃以上2400℃以下，并且加压至压力为8GPa以上(如图2中的箭头A2、A3和A4，图3中的箭头B2、B3和B4，图4中的箭头C2、C3和中途的C4以及图5中的箭头D2、D3和D4所示)。沿着于600℃以上的温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的路径进行加热和加压步骤。
在本说明书中，路径进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度是指路径首先达到纤锌矿氮化硼的稳定区域内时的温度。在图2中，进入温度是箭头A3和直线P＝-0.0037T+11.301的交点处的温度(即，约1200℃)，并且在图3中，进入温度是箭头B3和直线P＝-0.0037T+11.301的交点处的温度(即，约600℃)。在图4中，进入温度是箭头C3和直线P＝-0.0037T+11.301的交点处的温度(即，约1200℃)，并且在图5中，进入温度是箭头D3和直线P＝-0.0037T+11.301的交点处的温度(即，约1200℃)。
然后，当进行预处理步骤时，在温度和压力经过纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度和压力的情况下，将经过预处理步骤的六方氮化硼粉末由预处理步骤结束时所达到的极限温度加热至1900℃以上2400℃以下的温度，并且由预处理步骤结束时所达到的极限压力加压至8GPa以上的压力。同样在这种情况下，沿着于600℃以上的温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的路径进行加热和加压步骤。
沿着于600℃以上的温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的路径进行加热和加压步骤。由此，在容易发生原子扩散的环境中，六方氮化硼粉末转变为纤锌矿氮化硼，然后转变为多晶立方氮化硼。结果，所获得的多晶立方氮化硼的晶格缺陷减少，并因此提高了强度和韧性。因此，即使在铁系材料的高速加工中，使用多晶立方氮化硼的工具也可以具有长工具寿命。
沿着优选于900℃以上、更优选1200℃以上的温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的路径进行加热和加压步骤。因为进入温度越高，越容易发生原子扩散，并且晶格缺陷趋于减少。进入温度的上限值可(例如)为1500℃以下。
在加热和加压步骤中，极限压力为8GPa以上。虽然极限压力的上限值没有特别地限制，但是可以(例如)为15GPa以下。在加热和加压步骤中，在加热和加压路径进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内之后，优选将压力提升至10GPa以上。
可以在纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度和压力下将加热和加压步骤保持(例如)5分钟以上60分钟以下。
在加热和加压步骤中，当遵循图2至图5所示的路径时，首先进行加热，然后加压，随后进一步加热。然而，这不局限于此。可以通过任何方法，沿着于600℃以上的温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的路径进行加热和加压。例如，可以同时进行加热和加压。
因此，通过对六方氮化硼粉末进行加热和加压，可以获得多晶立方氮化硼。
<温度和压力保持步骤>
在上述加热和加压步骤之后，可以进行将通过加热和加压步骤制得的多晶立方氮化硼在温度为1900℃以上2400℃以下(以下也称为“烧结温度”)且压力为8GPa以上(以下也称为“烧结压力”)的条件下保持10分钟以上的步骤。因此所获得的多晶立方氮化硼中的立方氮化硼的含有率提高，从而可以实现更长的工具寿命。
温度和压力保持步骤中的烧结温度优选为1900℃以上2400℃以下，更优选为2100℃以上2300℃以下。温度和压力保持步骤中的烧结压力优选为8GPa以上15GPa以下，更优选为9GPa以上12GPa以下。温度和压力保持步骤中的烧结时间优选为10分钟以上60分钟以下，更优选为10分钟以上30分钟以下。
<通过图2至5的路径获得的多晶立方氮化硼的特性>
当遵循图2的路径时，该路径在约1200℃的温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内。由此，在非常容易发生原子扩散的环境中，六方氮化硼粉末转变成纤锌矿氮化硼。因此，纤锌矿氮化硼的晶格缺陷很少，并且位错密度显著降低。然后，进一步加热纤锌矿氮化硼，从而使其转变成多晶立方氮化硼，然后将多晶立方氮化硼保持在约2200℃的温度和约9GPa的压力。该温度和压力条件不会使立方氮化硼的颗粒生长。因此，获得的多晶立方氮化硼具有非常低的位错密度，并且没有粗大颗粒。
当遵循图3的路径时，路径在约600℃的温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内。由此，在发生原子扩散的环境中，六方氮化硼粉末转变成纤锌矿氮化硼。因此，纤锌矿氮化硼的晶格缺陷很少，并且位错密度低。然而，由于该路径进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的进入温度低于图2中路径的进入温度，并且还发生非扩散相变，因此可能产生粗大颗粒。然后，进一步加热纤锌矿氮化硼，从而使其转变成多晶立方氮化硼，然后将多晶立方氮化硼保持在约2200℃的温度和约9GPa的压力。因此，获得的多晶立方氮化硼具有低位错密度，但可能具有粗大颗粒。
当遵循图4的路径时，该路径在约1200℃的温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内。由此，在非常容易发生原子扩散的环境中，六方氮化硼粉末转变成纤锌矿氮化硼。因此，纤锌矿氮化硼的晶格缺陷少，并且位错密度显著降低。然后，进一步加热纤锌矿氮化硼，从而使其转变成多晶立方氮化硼，然后将多晶立方氮化硼保持在约2500℃的温度和约9GPa的压力。该温度和压力条件使立方氮化硼的颗粒生长。因此，获得的多晶立方氮化硼具有非常低的位错密度，但具有粗大颗粒。
当遵循图5的路径时，该路径在约1200℃的温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内。由此，在非常容易发生原子扩散的环境中，六方氮化硼粉末转变成纤锌矿氮化硼。因此，纤锌矿氮化硼的晶格缺陷很少，并且位错密度显著降低。然后，进一步加热纤锌矿氮化硼，从而使其转变成多晶立方氮化硼，然后将多晶立方氮化硼保持在约2200℃的温度和约15GPa的压力。该温度和压力条件不会使立方氮化硼的颗粒生长。因此，获得的多晶立方氮化硼具有非常低的位错密度，并且抑制了粗大颗粒。
当通过图2的路径获得的多晶立方氮化硼与通过图3的路径获得的多晶立方氮化硼进行比较时，前者具有比后者更低的位错密度和更少的粗大颗粒。这是因为，据信，图2的路径于较高温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内，因此促进了原子扩散。
当通过图2的路径获得的多晶立方氮化硼与通过图4的路径获得的多晶立方氮化硼进行比较时，前者具有比后者更少的粗大颗粒。这是因为，据信，立方氮化硼的稳定区域内的温度和压力保持条件是不会使图2的路径中的立方氮化硼的颗粒生长的条件，而立方氮化硼的稳定区域内的温度和压力保持条件是使图4的路径中的立方氮化硼的颗粒生长的条件。
当通过图2的路径获得的多晶立方氮化硼与通过图5的路径获得的多晶立方氮化硼进行比较时，前者的位错密度与后者相当，但是与后者相比，前者所获得的烧结体具有更大的体积。这是因为图2的路径在立方氮化硼的稳定区域内的保持压力较低。因此，从生产性的观点出发，更优选图2的路径。
实施例
将参考实施例更具体地描述本实施方案。然而，本实施方案不限于这些实施例。
在这些实施例中，研究了多晶立方氮化硼的制造条件和所得多晶立方氮化硼的构成(组成、位错密度、圆当量直径为1μm以上的晶粒的面积比率S1、板状颗粒的面积比率S2和中位直径)和性能之间的关系。
<多晶立方氮化硼的制作>
根据以下过程制作多晶立方氮化硼。
[试样1至6]
(预处理步骤)
准备6g的六方氮化硼粉末(由Denka Company Limited制造的“DENKA BORONNITRIDE”(商品名)，粒径：5μm)。将六方氮化硼粉末装入由钼制成的胶囊中，并且使用超高压超高温发生器，在25℃(室温)加压至表1的“预处理步骤”的“第一阶段加压压力”一栏中记载的压力。
(加热和加压步骤)
随后，将超高压超高温发生器的内部温度升高至表1中“加热和加压步骤”的“wBN稳定区域进入温度”一栏中记载的温度。同时，将超高压超高温发生器的内部压力保持在表1中“预处理步骤”的“第一阶段加压压力”一栏中记载的压力。
随后，将超高压超高温发生器的内部压力升高至表1中“加热和加压步骤”的“第二阶段加压压力”一栏中记载的压力。在此期间，将超高压超高温发生器的内部温度和压力从六方氮化硼的稳定区域内的温度和压力改变为纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度和压力。沿着于表1中“加热和加压步骤”的“wBN稳定区域进入温度”一栏中记载的温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的路径进行加热和加压步骤。
随后，将超高压超高温发生器的内部温度升高至表1中“温度和压力保持步骤”的“温度”一栏中记载的温度。同时，将超高压超高温发生器的内部压力保持在表1中“加热和加压步骤”的“第二阶段加压压力”一栏中记载的压力。
(温度和压力保持步骤)
通过将中间产物在表1中“温度和压力保持步骤”的“温度”和“压力”栏中记载的温度和压力保持10分钟，从而获得多晶立方氮化硼。
[试样7至9]
(预处理步骤)
准备6g的六方氮化硼粉末(由Denka Company Limited制造的“DENKA BORONNITRIDE”(商品名)，粒径：5μm)。将六方氮化硼粉末装入由钼制成的胶囊中，并且使用超高压超高温发生器，在25℃(室温)加压至表1的“预处理步骤”的“第一阶段加压压力”一栏中记载的压力。
(加热和加压步骤)
随后，将超高压超高温发生器的内部温度升高至表1中“加热和加压步骤”的“wBN稳定区域进入温度”一栏中记载的温度。同时，将超高压超高温发生器的内部压力保持在表1中“预处理步骤”的“第一阶段加压压力”一栏中记载的压力。在此期间，将超高压超高温发生器的内部温度和压力从六方氮化硼的稳定区域内的温度和压力改变为纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度和压力。沿着于表1中“加热和加压步骤”的“wBN稳定区域进入温度”一栏中记载的温度进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的路径进行加热和加压步骤。
随后，将超高压超高温发生器的内部温度进一步升高至表1中“温度和压力保持步骤”的“温度”一栏中记载的温度。同时，将超高压超高温发生器的内部压力保持在表1中“预处理步骤”的“第一阶段加压压力”一栏中记载的压力。
(温度和压力保持步骤)
通过将中间产物在表1中“温度和压力保持步骤”的“温度”和“压力”栏中记载的温度和压力保持10分钟，从而获得多晶立方氮化硼。
[试样10]
(预处理步骤以及加热和加压步骤)
准备6g的六方氮化硼粉末(由Denka Company Limited制造的“DENKA BORONNITRIDE”(商品名)，粒径：5μm)。将六方氮化硼粉末装入由钼制成的胶囊中，并且使用超高压超高温发生器，在25℃(室温)加压至表1的“预处理步骤”的“第一阶段加压压力”一栏中记载的压力(12GPa)。
在此期间，将超高压超高温发生器的内部温度和压力从六方氮化硼的稳定区域内的温度和压力改变为纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度和压力。对于试样10，沿着于表1中“加热和加压步骤”的“wBN稳定区域进入温度”一栏中记载的温度(25℃)进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的路径进行加热和加压步骤。
随后，将超高压超高温发生器的内部温度进一步升高至表1中“温度和压力保持步骤”的“温度”一栏中记载的温度。同时，将超高压超高温发生器的内部压力保持在表1中“预处理步骤”的“第一阶段加压压力”一栏中记载的压力。
(温度和压力保持步骤)
通过将中间产物在表1中“温度和压力保持步骤”的“温度”和“压力”栏中记载的温度和压力保持10分钟，从而获得多晶立方氮化硼。
[试样11]
(预处理步骤)
准备6g的六方氮化硼粉末(由Denka Company Limited制造的“DENKA BORONNITRIDE”(商品名)，粒径：5μm)。将六方氮化硼粉末装入由钼制成的胶囊中，并且使用超高压超高温发生器，在25℃(室温)加压至表1的“预处理步骤”的“第一阶段加压压力”一栏中记载的压力。
(加热和加压步骤)
随后，将超高压超高温发生器的内部温度升高至1500℃。同时，将超高压超高温发生器的内部压力保持在表1中“预处理步骤”的“第一阶段加压压力”一栏中记载的压力。
随后，将超高压超高温发生器的内部压力升高至表1中“加热和加压步骤”的“第二阶段加压压力”一栏中记载的压力。在此期间，将超高压超高温发生器的内部温度和压力从六方氮化硼的稳定区域内的温度和压力改变为立方氮化硼的稳定区域内的温度和压力。
随后，将超高压超高温发生器的内部温度升高至表1中“温度和压力保持步骤”的“温度”一栏中记载的温度。同时，将超高压超高温发生器的内部压力保持在表1中“加热和加压步骤”的“第二阶段加压压力”一栏中记载的压力。
(温度和压力保持步骤)
通过将中间产物在表1中“温度和压力保持步骤”的“温度”和“压力”栏中记载的温度和压力保持10分钟，从而获得多晶立方氮化硼。
[比较例]
准备由住友电工硬质合金株式会社制造的“BN7000”(商品名)作为比较例。这是包含结合剂的普通立方氮化硼烧结体。
<评价>
(组成的测定)
按照X射线衍射法测定试样1至11各自的多晶立方氮化硼中立方氮化硼的含有率。由于X射线衍射法的具体方法如第一实施方案所述，因此将不重复其描述。
对于试样1至11，没有识别出cBN、wBN和压缩hBN之外的成分。在试样1至10中，多晶立方氮化硼中立方氮化硼的含有率为98.5体积％以上。在试样11中，多晶立方氮化硼中立方氮化硼的含有率小于98.5体积％。
(位错密度的测定)
通过使用修正的Williamson-Hall法和修正的Warren-Averbach法分析由X射线衍射测定获得的线轮廓，以计算试样1至11各自的多晶立方氮化硼的位错密度。由于计算位错密度的具体方法如第一实施方案所述，因此不再重复其描述。在位于由佐贺县建立的九州同步加速器光研究中心的住友电工专用BL中进行X射线衍射测定。结果示于表1的“位错密度”一栏中。
(晶粒的测定)
对于试样1至11各自的多晶立方氮化硼中包含的晶粒，测定了圆当量直径的中位直径d50、圆当量直径为1μm以上的晶粒的面积比率以及板状颗粒的面积比率S2。由于具体方法如第一实施方案所述，因此将不重复其描述。结果示于表1的“中位直径d50”、“圆当量直径为1μm以上的晶粒的面积比率S1”和“板状颗粒的面积比率S2”栏中。
(切削试验)
用激光切割试样1至11各自的多晶立方氮化硼并进行精加工，从而制作刀片型号为SNEW1203ADTR(由住友电工硬质合金株式会社制造)的切削工具。使用获得的切削工具，对灰铸铁FC300块材(80mm×300mm×150mm)进行端面铣削，并评价其工具寿命。
(切削条件)
所用刀具：FMU4100R(由住友电工硬质合金株式会社制造)
刀片型号：SNEW1203ADTR(由住友电工硬质合金株式会社制造)
切削速度：2500m/min
切削量：0.3mm
进给量：0.2mm/t
干式加工
在上述切削条件下进行切削，并测定直到产生0.2mm以上的缺损时的加工时间。结果表明，加工时间越长，耐缺损性越好，并且工具寿命越长。在使用常规立方氮化硼烧结体的工具中，标准切削速度为1500m/min，并且当切削速度超过2000m/min时，可能发生缺损。因此，切削速度为2500m/min的切削条件为高速加工条件。
Figure BDA0002992141720000271
<讨论>
制造试样1至8的方法包括在温度和压力经过纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度和压力的情况下，对六方氮化硼粉末进行加热和加压至温度为1900℃以上2400℃以下并且压力为8GPa以上的加热和加压步骤，其中，进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的进入温度为600℃以上，并且该方法相当于实施例。试样1至8的多晶立方氮化硼包含含量为98.5体积％以上的立方氮化硼，位错密度为8×1015/m2以下，并且其相当于实施例。经证实，试样1至8的多晶立方氮化硼即使在铁系材料的高速加工中也能够实现长工具寿命。
特别地，在试样1至6的制造方法中，进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的进入温度为600℃以上，然后，在加热和加压步骤中，将压力升高至10GPa以上的压力。与在加热和加压步骤中不将压力升高至10GPa以上的情况下制作的试样7和8的多晶立方氮化硼相比，试样1至6的多晶立方氮化硼具有更长的工具寿命。从该结果证实，在根据本公开的实施方案的多晶立方氮化硼的制造方法中，更优选的是，进入纤锌矿氮化硼的稳定区域的进入温度为600℃以上，并且该方法包括随后将压力升高至10GPa以上的压力的步骤。
在试样9和10的制造方法中，进入纤锌矿氮化硼的稳定区域内的进入温度低于600℃，并且试样9和10的制造方法相当于比较例。试样9和10的多晶立方氮化硼包含含量为98.5体积％以上的立方氮化硼，但是位错密度超过8×1015/m2，其相当于比较例。经证实，与试样1至8相比，试样9和10的多晶立方氮化硼在铁系材料的高速加工中具有更短的工具寿命。
试样11的制造方法不经过纤锌矿氮化硼的稳定区域内的温度和压力，其相当于比较例。试样11的多晶立方氮化硼包含含有率小于98.5体积％的立方氮化硼，并且位错密度超过8×1015/m2，其相当于比较例。经证实，与试样1至8相比，试样11的多晶立方氮化硼在铁系材料的高速加工中具有更短的工具寿命。
如上所述，已经描述了本公开的实施方案和实施例。还从开始就计划将上述实施方案和实施例的构成适当地组合并且进行各种修改。
在本文中公开的实施方案和实施例在所有方面都是说明性的，并且不应当解释为是限制性的。本公开的范围不是由上述实施方案和实施例限定，而是由权利要求限定，并且旨在包括在与权利要求等同的范围和含义内的所有修改。

Claims (9)

1.一种多晶立方氮化硼，包含含量为98.5体积%以上的立方氮化硼，
所述多晶立方氮化硼的位错密度为8×1015/m2以下，
所述多晶立方氮化硼包含多个晶粒，并且
所述多个晶粒的圆当量直径的中位直径d50为0.1μm以上0.5μm以下，
所述圆当量直径是指在所述多晶立方氮化硼的截面中具有与所述多个晶粒相同面积的圆的直径。
2.根据权利要求1所述的多晶立方氮化硼，其中
所述位错密度为7×1015/m2以下。
3.根据权利要求1所述的多晶立方氮化硼，其中
所述多晶立方氮化硼包含多个晶粒，并且
当用扫描电子显微镜以10,000倍的放大倍率观察所述多晶立方氮化硼的截面时，所述多晶立方氮化硼中圆当量直径为1μm以上的晶粒的面积比率S1为20面积%以下。
4.根据权利要求2所述的多晶立方氮化硼，其中
所述多晶立方氮化硼包含多个晶粒，并且
当用扫描电子显微镜以10,000倍的放大倍率观察所述多晶立方氮化硼的截面时，所述多晶立方氮化硼中圆当量直径为1μm以上的晶粒的面积比率S1为20面积%以下。
5.根据权利要求3所述的多晶立方氮化硼，其中
所述面积比率S1为15面积%以下。
6.根据权利要求4所述的多晶立方氮化硼，其中
所述面积比率S1为15面积%以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多晶立方氮化硼，当用扫描电子显微镜以10,000倍的放大倍率观察所述多晶立方氮化硼的截面时，所述多晶立方氮化硼中纵横比为4以上的板状颗粒的面积比率S2为5面积%以下。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的多晶立方氮化硼，其中所述多晶立方氮化硼中的压缩六方氮化硼和纤锌矿氮化硼的总含有率为0体积%以上1.5体积%以下。
9.根据权利要求7所述的多晶立方氮化硼，其中所述多晶立方氮化硼中的压缩六方氮化硼和纤锌矿氮化硼的总含有率为0体积%以上1.5体积%以下。
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