CN114845972A - 立方晶氮化硼烧结体 - Google Patents

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石井显人
冈村克己
诸口浩也
久木野晓
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Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

一种立方晶氮化硼烧结体，其具备超过80体积％且小于100体积％的立方晶氮化硼颗粒和超过0体积％且小于20体积％的结合相，其中，所述结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，或者，所述结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成，或者，所述结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，并且，所述结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成，所述立方晶氮化硼颗粒的位错密度为1×1015/m2以上且1×1017/m2以下。

Description

立方晶氮化硼烧结体
技术领域
本公开涉及立方晶氮化硼烧结体。
背景技术
作为用于切削工具等的高硬度材料，存在立方晶氮化硼烧结体(以下，也称为“cBN烧结体”)。cBN烧结体通常由立方晶氮化硼颗粒(以下，也称为“cBN颗粒”)和结合相构成，存在其特性根据cBN颗粒的含有比例而不同的倾向。
因此，在切削加工领域中，根据被切削材料的材质、所要求的加工精度等，区分使用适用于切削工具的cBN烧结体的种类。例如，立方晶氮化硼(以下，也称为“cBN”)的含有比例较高的cBN烧结体能够优选地用于烧结合金等的切削。
在国际公开第2005/066381号(专利文献1)中，作为兼具耐缺损性以及耐磨损性的cBN的含有率较高的烧结体，公开了由70体积％以上且98体积％以下的cBN颗粒和由Co化合物、Al化合物、WC以及它们的固溶体构成的结合相构成的cBN烧结体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2005/066381号
发明内容
本公开的立方晶氮化硼烧结体具备超过80体积％且小于100体积％的立方晶氮化硼颗粒和超过0体积％且小于20体积％的结合相，其中，
所述结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，或者，
所述结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成，或者，
所述结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，并且，所述结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成，
所述立方晶氮化硼颗粒的位错密度为1×1015/m2以上且1×1017/m2以下。
具体实施方式
[本公开所要解决的问题]
近年来，从降低成本的观点出发，烧结合金的高速加工的要求变得越来越高。因而，期望即使在烧结合金的高速加工中也能够具有较长的工具寿命的立方晶氮化硼烧结体。
因此，本发明的目的在于提供一种立方晶氮化硼烧结体，其在用作工具材料的情况下，即使在烧结合金的高速加工中，也能够实现工具的长寿命化。
[本公开的效果]
本公开的立方晶氮化硼烧结体在用作工具材料的情况下，即使在烧结合金的高速加工中，也能够实现工具的长寿命化。
[实施方式的概要]
首先，列举本公开的实施方式进行说明。
(1)本公开的立方晶氮化硼烧结体具备超过80体积％且小于100体积％的立方晶氮化硼颗粒和超过0体积％且小于20体积％的结合相，其中，
所述结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，或者，
所述结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成，或者，
所述结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，并且，所述结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成，
所述立方晶氮化硼颗粒的位错密度为1×1015/m2以上且1×1017/m2以下。
本公开的立方晶氮化硼烧结体在用作工具材料的情况下，即使在烧结合金的高速加工中，也能够实现工具的长寿命化。
(2)优选地，所述立方晶氮化硼颗粒的位错密度为2×1015/m2以上且6×1016/m2以下。由此，工具寿命进一步提高。
(3)优选地，所述立方晶氮化硼颗粒的位错密度为3×1015/m2以上且1×1016/m2以下。由此，工具寿命进一步提高。
(4)优选地，所述立方晶氮化硼颗粒包含0.02质量％以上且0.2质量％以下的钙。由此，工具寿命进一步提高。
(5)优选地，所述立方晶氮化硼颗粒包含0.05质量％以上且0.17质量％以下的钙。由此，工具寿命进一步提高。
(6)优选地，所述立方晶氮化硼颗粒包含0.07质量％以上且0.15质量％以下的钙。由此，工具寿命进一步提高。
[实施方式的详细内容]
本发明的发明人首先对将使用了以往的立方晶氮化硼烧结体的工具用于烧结合金的高速加工的情况下工具寿命降低的原因进行了研究。其结果是新发现了由于立方晶氮化硼烧结体的导热系数不足，因此尤其是在将工具用于烧结合金的高速加工的情况下，与被切削材料接触的接触点附近的温度上升，后刀面磨损容易加剧，导致工具寿命的降低。
本发明的发明人对影响立方晶氮化硼烧结体的导热系数的因素进行了更详细的研究。其结果是，本发明的发明人新发现了立方晶氮化硼颗粒的位错密度对立方晶氮化硼烧结体的导热系数产生影响。此外，由于立方晶氮化硼包含非常多的位错，因此以往本领域技术人员并未着眼于立方晶氮化硼颗粒的位错密度与工具寿命的关系。
本发明的发明人基于上述见解进行了深入研究的结果是完成了本公开的立方晶氮化硼烧结体。
以下，记载本公开的立方晶氮化硼烧结体的具体例。在本说明书中，“A～B”这样的形式的表述是指范围的上限下限(即A以上且B以下)，在A中没有单位的记载、仅在B中记载有单位的情况下，A的单位与B的单位相同。
在本说明书中，在以化学式表示化合物等的情况下，在不特别限定原子比时，包含以往公知的所有原子比，未必仅限定于化学计量范围内的原子比。例如在记载为“TiN”的情况下，构成TiN的原子数之比包括以往公知的所有原子比。
《立方晶氮化硼烧结体》
本公开的一个实施方式所涉及的立方晶氮化硼烧结体具备超过80体积％且小于100体积％的立方晶氮化硼颗粒和超过0体积％且小于20体积％的结合相，其中，
结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，或者，
结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成，或者，
结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，并且，结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成，
立方晶氮化硼颗粒的位错密度为1×1015/m2以上且1×1017/m2以下。
本公开的立方晶氮化硼烧结体在用作工具材料的情况下，尤其是在烧结合金的高速加工中，也能够实现工具的长寿命化。据推测，其理由如下述的(i)～(iii)所述。
(i)本公开的立方晶氮化硼烧结体包含超过80体积％且小于100体积％的硬度、强度以及韧性较高的cBN颗粒。因此，据推测，立方晶氮化硼烧结体具有优异的耐磨损性以及耐缺损性，工具寿命变长。
(ii)在本公开的立方晶氮化硼烧结体中，
结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，或者，
结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成，或者，
结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，并且，结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成。
对于该结合相而言，结合相相对于cBN颗粒的结合力较高。因此，据推测，立方晶氮化硼烧结体具有优异的耐缺损性，工具寿命变长。
(iii)在本公开的立方晶氮化硼烧结体中，立方晶氮化硼颗粒的位错密度为1×1015/m2以上且1×1017/m2以下。该立方晶氮化硼颗粒的导热系数提高。因此，包含该立方晶氮化硼颗粒的立方晶氮化硼烧结体的导热系数也提高。因此，据推测，即使在将使用了该立方晶氮化硼烧结体的工具用于烧结合金的高速加工的情况下，与被切削材料接触的接触点附近的温度也不易上升，月牙洼磨损得到抑制，工具寿命变长。
此外，在上述中，对使用了本公开的立方晶氮化硼烧结体的工具在烧结合金的高速加工中具有较长的工具寿命的情况进行了说明，但被切削材料并不限定于此。作为被切削材料，可列举为铬钼钢(SCM415)、机械结构用碳素钢(S50C)、高碳铬轴承钢(SUJ2、SUJ4)、合金工具钢(SKD11)等。
(立方晶氮化硼烧结体的组成)
本公开的立方晶氮化硼烧结体具备超过80体积％且小于100体积％的立方晶氮化硼颗粒和超过0体积％且小于20体积％的结合相。此外，cBN烧结体可以包含由原材料、制造条件等引起的不可避免的杂质。
cBN烧结体中的cBN颗粒的含有比例的下限为超过80体积％，优选为83体积％以上，更优选为85体积％以上。cBN烧结体中的cBN颗粒的含有比例的上限为小于100体积％，优选为95体积％以下，更优选为93体积％以下。cBN烧结体中的cBN颗粒的含有比例超过80体积％且小于100体积％，优选为83体积％以上且95体积％以下，更优选为85体积％以上且93体积％以下。
cBN烧结体中的结合相的含有比例的下限为超过0体积％，优选为5体积％以上，更优选为7体积％以上。cBN烧结体中的结合相的含有比例的上限为小于20体积％，优选为17体积％以下，更优选为15体积％以下。cBN烧结体中的结合相的含有比例超过0体积％且小于20体积％，优选为5体积％以上且17体积％以下，更优选为7体积％以上且15体积％以下。
cBN烧结体中的cBN颗粒的含有比例(体积％)以及结合相的含有比例(体积％)可以通过使用扫描电子显微镜(SEM)(日本电子公司制造的“JSM-7800F”(商品名))附带的能量色散型X射线分析装置(EDX)(Octane Eelect(オクタンエレクト)EDS系统)(以下也记为“SEM-EDX”)，对cBN烧结体实施组织观察、元素分析等来进行确认。具体的测定方法如下所述。
首先，对cBN烧结体的任意位置进行切割，制作包含cBN烧结体的截面的试样。在截面的制作中，可以使用聚焦离子束装置、截面抛光装置等。接着，利用SEM以5000倍对上述截面进行观察，得到反射电子图像。在反射电子图像中，cBN颗粒存在的区域为黑色区域，结合相存在的区域为灰色区域或白色区域。
接着，使用图像分析软件(三谷商事(株)的“WinROOF”)对上述反射电子图像进行二值化处理。根据二值化处理后的图像，计算出源自暗视野的像素(源自cBN颗粒的像素)在测定视野的面积中所占的面积比率。通过将计算出的面积比率视为体积％，能够求出cBN颗粒的含有比例(体积％)。
根据二值化处理后的图像，计算出源自明视野的像素(源自结合相的像素)在测定视野的面积中所占的面积比率，由此能够求出结合相的含有比例(体积％)。
在申请人进行测定的范围内，确认到只要是在同一试样中对cBN烧结体中的cBN颗粒的含有比例(体积％)以及结合相的含有比例(体积％)进行测定，则即使变更测定视野的选择部位并多次计算，测定结果也几乎没有偏差，即使任意地设定测定视野也不会随意变化。
此外，源自暗视野的像素源自cBN颗粒这一情况可以通过对cBN烧结体进行基于SEM-EDX的元素分析来进行确认。
(不可避免的杂质)
本公开的立方晶氮化硼烧结体可以在显示出本公开的效果的范围内包含不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，例如可以列举为氢、氧、碳、碱金属元素(锂(Li)、钠(Na)、钾(K)等)以及碱土金属元素(钙(Ca)、镁(Mg)等)等金属元素。在立方晶氮化硼烧结体包含不可避免的杂质的情况下，不可避免的杂质的含量优选为0.1质量％以下。不可避免的杂质的含量可以通过二次离子质谱分析(SIMS)来进行测定。
《立方晶氮化硼颗粒》
(位错密度)
本公开的立方晶氮化硼烧结体中包含的立方晶氮化硼颗粒的位错密度为1×1015/m2以上且1×1017/m2以下。该立方晶氮化硼颗粒与以往的立方晶氮化硼颗粒相比导热系数提高。因此，包含该立方晶氮化硼颗粒的立方晶氮化硼烧结体的导热系数也提高。因此，据推测，即使在将使用了该立方晶氮化硼烧结体的工具用于烧结合金的高速加工的情况下，与被切削材料接触的接触点附近的温度也不易上升，后刀面磨损得到抑制，工具寿命变长。另外，若位错密度为1×1015/m2以上，则立方晶氮化硼颗粒能够具有优异的强度，工具寿命变长。
立方晶氮化硼颗粒的位错密度的上限为1×1017/m2以下，优选为6×1016/m2以下，更优选为1×1016/m2以下。位错密度的下限没有特别限定，从制造上的观点出发，为1×1015/m2以上，优选为2×1015/m2以上，进一步优选为3×1015/m2以上。即，位错密度优选为1×1014/m2以上且1×1017/m2以下，更优选为2×1015/m2以上且6×1016/m2以下，进一步优选为3×1015/m2以上且1×1016/m2以下。
在本说明书中，立方晶氮化硼颗粒的位错密度在大型放射光设施(例如，SPring-8(兵库县))中进行测定。具体而言，通过下述方法进行测定。
将立方晶氮化硼烧结体样品在密闭容器内浸渍于140℃的氟硝酸(氢氟酸∶硝酸＝5∶5(体积比))中48小时。由此，使结合相全部溶解于氟硝酸，仅残留cBN颗粒。将该cBN颗粒填充于TOHO制造的0.3mmΦ的X射线晶体分析用毛细管(TOHO制造的“Mark Tube”(商标))中，作为密封试验体。
对于该试验体，在下述条件下进行X射线衍射测定，得到源自作为立方晶氮化硼的主要方位的(111)、(200)、(220)、(311)、(400)、(531)的各方位面的衍射峰的线轮廓。
(X射线衍射测定条件)
X射线源：放射光
装置条件：检测器MYTHEN
能量：18keV(波长：
Figure BDA0003683436600000081
)
照相机长度：573mm
测定峰：立方晶氮化硼的(111)、(200)、(220)、(311)、(400)、(531)这六条。其中，在由于织构、取向而难以取得轮廓的情况下，排除该面指数的峰。
测定条件：在与各测定峰对应的半峰全宽中，将测定点设为9个点以上。峰顶强度为2000counts以上。由于峰的边缘也用于分析，因此测定范围为半峰全宽的10倍左右。
通过上述的X射线衍射测定而得到的线轮廓成为包含由试样的不均匀应变等物理量引起的真实的扩展和由装置引起的扩展这两者的形状。为了求出不均匀应变、微晶尺寸，从测定出的线轮廓中去除由装置引起的成分，得到真实的线轮廓。真实的线轮廓通过利用伪Voigt函数对所得到的线轮廓以及由装置引起的线轮廓进行拟合，并减去由装置引起的线轮廓而得到。作为用于去除由装置引起的衍射线扩展的标准样品，使用了LaB6。另外，在使用平行度较高的放射光的情况下，也可以将由装置引起的衍射线扩展视为0。
使用修正Williamson-Hall法以及修正Warren-Averbach法对所得到的真实的线轮廓进行分析，由此计算出位错密度。修正Williamson-Hall法以及修正Warren-Averbach法是用于求出位错密度的公知的线轮廓分析法。
修正Williamson-Hall法的式子由下述式(I)表示。
【数1】
Figure BDA0003683436600000091
(在上述式(I)中，ΔK表示线轮廓的半值宽度，D表示微晶尺寸，M表示配置参数，b表示柏氏矢量，ρ表示位错密度，K表示散射矢量，O(K2C)表示K2C的高次项，C表示衬度因子的平均值)。
上述式(I)中的C由下述式(II)表示。
C＝Ch00[1-q(h2k2+h2l2+k2l2)/(h2+k2+l2)2] (II)
在上述式(II)中，螺旋位错和刃型位错中的各自的衬度因子Ch00以及与衬度因子相关的系数q使用计算码ANIZC，以滑移系为<110>{111}、弹性刚度C11为8.44GPa、C12为1.9GPa、C44为4.83GPa的方式求出。衬度因子Ch00在螺旋位错中为0.203，在刃型位错中为0.212。与衬度因子相关的系数q在螺旋位错中为1.65，在刃型位错中为0.58。此外，螺旋位错比率固定为0.5，刃型位错比率固定为0.5。
另外，在位错与不均匀应变之间使用衬度因子C而成立下述式(III)的关系。
<ε(L)2>＝(ρCb2/4π)ln(Re/L) (III)
(在上述式(III)中，Re表示位错的有效半径。)
根据上述式(III)的关系和Warren-Averbach的式子，能够如下述式(IV)那样表示，作为修正Warren-Averbach法，能够求出位错密度ρ以及微晶尺寸。
lnA(L)＝lnAS(L)-(πL2ρb2/2)ln(Re/L)(K2C)+O(K2C)2 (IV)
(在上述式(IV)中，A(L)表示傅立叶级数，AS(L)表示与微晶尺寸相关的傅立叶级数，L表示傅立叶长度。)
修正Williamson-Hall法以及修正Warren-Averbach法的详细内容记载于“T.Ungar and A.Borbely,“The effect of dislocation contrast on x-ray linebroadening∶A new approach to line profile analysis”Appl.Phys.Lett.,vol.69,no.21,p.3173,1996.”以及“T.Ungar,S.Ott,P.Sanders,A.Borbely,J.Weertman,“Dislocations,grain size and planar faults in nanostructured copperdetermined by high resolution X-ray diffraction and a new procedure of peakprofile analysis”Acta Mater.,vol.46,no.10,pp.3693-3699,1998.”。
在申请人进行测定的范围内，确认到只要是在同一试样中对cBN颗粒的位错密度进行测定，则即使变更测定范围的选择部位并多次计算，测定结果也几乎没有偏差，即使任意地设定测定视野也不会随意变化。
(钙含量)
本公开的立方晶氮化硼烧结体中包含的立方晶氮化硼颗粒优选包含0.02质量％以上且0.2质量％以下的钙。若cBN颗粒包含钙，则cBN颗粒中的原子空穴减少，cBN颗粒自身在常温以及高温时的强度以及韧性提高，使用了立方晶氮化硼烧结体的工具的寿命进一步提高。
立方晶氮化硼颗粒的钙含量的上限优选为0.2质量％以下，更优选为0.17质量％以下，进一步优选为0.15质量％以下。立方晶氮化硼颗粒的钙含量的下限优选为0.02质量％以上，更优选为0.05质量％以上，进一步优选为0.07质量％以上。立方晶氮化硼颗粒的钙含量优选为0.02质量％以上且0.2质量％以下，更优选为0.05质量％以上且0.17质量％以下，进一步优选为0.07质量％以上且0.15质量％以下。
立方晶氮化硼颗粒的钙含量的测定方法如下所述。
将立方晶氮化硼烧结体样品在密闭容器内浸渍于140℃的氟硝酸(氢氟酸∶硝酸＝5∶5(体积比))中48小时后，进行过滤。将作为过滤后的残渣的cBN在以重量比计为Na2CO3∶B2O3＝3∶0.5包含Na2CO3以及B2O3的1000℃的溶剂中浸渍1小时，去除结合材料的残留物。之后，在以重量比计为盐酸：双氧水＝1：1包含盐酸以及双氧水的溶液中浸渍30分钟。对该溶解有cBN的溶液进行高频感应等离子体发光分析(ICP)(测定装置：岛津制作所公司制造的“ICPS-8100”)，对cBN颗粒的钙含量进行定量测定。
(中值粒径d50)
本公开的立方晶氮化硼烧结体中包含的立方晶氮化硼颗粒的当量圆直径的中值粒径d50(以下，也记为“中值粒径d50”)优选为1nm以上且30000nm以下，更优选为10nm以上且15000nm以下。由此，使用了立方晶氮化硼烧结体的工具能够具有较长的工具寿命。
在本说明书中，立方晶氮化硼颗粒的当量圆直径的中值粒径d50是指，在任意选择的五处的各测定部位，对多个立方晶氮化硼颗粒的中值粒径d50分别进行测定，并计算出它们的平均值而得到的值。具体的测定方法如下所述。
在将立方晶氮化硼烧结体用作工具的一部分的情况下，利用金刚石砂轮电沉积线等将立方晶氮化硼烧结体的部分切出，并对切出的截面进行研磨，在该研磨面中任意地设定五处测定部位。
使用SEM(日本电子株式会社制造的“JSM-7500F”(商品名))对各测定部位的研磨面进行观察，得到SEM图像。测定视野的尺寸为12μm×15μm，观察倍率为10000倍。
对于五个SEM图像中的每一个，在将测定视野内观察到的立方晶氮化硼颗粒的晶界分离的状态下，使用图像处理软件(Win Roof ver.7.4.5)计算出各立方晶氮化硼颗粒的当量圆直径的分布。
由立方晶氮化硼颗粒的当量圆直径的分布计算出各测定部位的中值粒径d50，并计算出它们的平均值。该平均值相当于立方晶氮化硼颗粒的当量圆直径的中值粒径d50。
此外，在申请人进行测定的范围内，确认到只要是在同一试样中对立方晶氮化硼颗粒的中值粒径d50进行测定，则即使变更立方晶氮化硼烧结体中的测定视野的选择部位并多次计算，测定结果也几乎没有偏差，即使任意地设定测定视野也不会随意变化。
《结合相》
结合相起到能够在工业水平的压力温度下对作为难烧结性材料的cBN颗粒进行烧结的作用。另外，由于与铁的反应性比cBN低，因此在高硬度烧结合金的切削中，附加抑制化学磨损以及热磨损的作用。另外，若cBN烧结体含有结合相，则在高硬度烧结合金的高效率加工中的耐磨损性提高。
在本公开的cBN烧结体中，
结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组(以下，也记为“群组A”)，或者，
结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组(群组A)中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组(以下，也记为“群组B”)中的至少一种元素组成，或者，
结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组(群组A)，并且，结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组(群组A)中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组(群组B)中的至少一种元素组成。即，结合相可以为下述的(a)～(f)中的任一种形态。
(a)由群组A的单质、合金、金属间化合物中的至少一种构成。
(b)包含群组A的单质、合金、金属间化合物中的至少一种。
(c)由选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种构成，所述化合物由选自群组A中的至少一种元素和选自群组B中的至少一种元素组成。
(d)包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自群组A中的至少一种元素和选自群组B中的至少一种元素组成。
(e)由群组A的单质、合金、金属间化合物中的至少一种、以及选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种构成，所述化合物由选自群组A中的至少一种元素和选自群组B中的至少一种元素组成。
(f)包含群组A的单质、合金、金属间化合物中的至少一种、以及选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自群组A中的至少一种元素和选自群组B中的至少一种元素组成。
元素周期表的第四族元素例如包含钛(Ti)、锆(Zr)以及铪(Hf)。第五族元素例如包含钒(V)、铌(Nb)以及钽(Ta)。第六族元素例如包含铬(Cr)、钼(Mo)以及钨(W)。以下，也将第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍记为“第一金属元素”。
第一金属元素的合金例如可列举为Ti-Zr、Ti-Hf、Ti-V、Ti-Nb、Ti-Ta、Ti-Cr、Ti-Mo。第一金属元素的金属间化合物例如可列举为TiCr2、Ti3Al、Co-Al。
作为包含上述第一金属元素和氮的化合物(氮化物)，例如，可以列举为氮化钛(TiN)、氮化锆(ZrN)、氮化铪(HfN)、氮化钒(VN)、氮化铌(NbN)、氮化钽(TaN)、氮化铬(Cr2N)、氮化钼(MoN)、氮化钨(WN)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氮化钴(CoN)、氮化镍(NiN)、氮化钛锆(TiZrN)、氮化钛铪(TiHfN)、氮化钛钒(TiVN)、氮化钛铌(TiNbN)、氮化钛钽(TiTaN)、氮化钛铬(TiCrN)、氮化钛钼(TiMoN)、氮化钛钨(TiWN)、氮化钛铝(TiAlN、Ti2AlN、Ti3AlN)、氮化锆铪(ZrHfN)、氮化锆钒(ZrVN)、氮化锆铌(ZrNbN)、氮化锆钽(ZrTaN)、氮化锆铬(ZrCrN)、氮化锆钼(ZrMoN)、氮化锆钨(ZrWN)、氮化铪钒(HfVN)、氮化铪铌(HfNbN)、氮化铪钽(HfTaN)、氮化铪铬(HfCrN)、氮化铪钼(HfMoN)、氮化铪钨(HfWN)、氮化钒铌(VNbN)、氮化钒钽(VTaN)、氮化钒铬(VCrN)、氮化钒钼(VMoN)、氮化钒钨(VWN)、氮化铌钽(NbTaN)、氮化铌铬(NbCrN)、氮化铌钼(NbMoN)、氮化铌钨(NbWN)、氮化钽铬(TaCrN)、氮化钽钼(TaMoN)、氮化钽钨(TaWN)、氮化铬钼(CrMoN)、氮化铬钨(CrWN)、氮化钼铬(MoWN)。
作为包含上述第一金属元素和碳的化合物(碳化物)，例如，可以列举为碳化钛(TiC)、碳化锆(ZrC)、碳化铪(HfC)、碳化钒(VC)、碳化铌(NbC)、碳化钽(TaC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化钼(MoC)、碳化钨(WC)、碳化硅(SiC)、碳化钨钴(W2Co3C)。
作为包含上述第一金属元素和硼的化合物(硼化物)，例如，可以列举为硼化钛(TiB2)、硼化锆(ZrB2)、硼化铪(HfB2)、硼化钒(VB2)、硼化铌(NbB2)、硼化钽(TaB2)、硼化铬(CrB)、硼化钼(MoB)、硼化钨(WB)、硼化铝(AlB2)、硼化钴(Co2B)、硼化镍(Ni2B)。
作为包含上述第一金属元素和氧的化合物(氧化物)，例如，可以列举为氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化铪(HfO2)、氧化钒(V2O5)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铬(Cr2O3)、氧化钼(MoO3)、氧化钨(WO3)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化钴(CoO)、氧化镍(NiO)。
作为包含上述第一金属元素、碳和氮的化合物(碳氮化物)，例如，可以列举为碳氮化钛(TiCN)、碳氮化锆(ZrCN)、碳氮化铪(HfCN)、碳氮化钛铌(TiNbCN)、碳氮化钛锆(TiZrCN)、碳氮化钛钽(TiTaCN)、碳氮化钛铪(TiHfCN)、碳氮化钛铬(TiCrCN)。
作为由上述第一金属元素、氧和氮构成的化合物(氮氧化物)，例如，可以列举为氮氧化钛(TiON)、氮氧化锆(ZrON)、氮氧化铪(HfON)、氮氧化钒(VON)、氮氧化铌(NbON)、氮氧化钽(TaON)、氮氧化铬(CrON)、氮氧化钼(MoON)、氮氧化钨(WON)、氮氧化铝(AlON)、氮氧化硅(SiAlON)。
上述的源自化合物的固溶体是指两种以上的这些化合物溶入彼此的晶体结构内的状态，是指侵入型固溶体、置换型固溶体。
上述化合物可以使用一种，也可以组合使用两种以上。
结合相中的上述化合物以及源自上述化合物的固溶体的合计含量的下限优选为10体积％以上，更优选为20体积％以上，进一步优选为30体积％以上。结合相中的上述化合物以及源自上述化合物的固溶体的合计含量的上限优选为70体积％以下，更优选为60体积％以下，最优选为50体积％。结合相中的上述化合物以及源自上述化合物的固溶体的合计含量优选为10体积％以上且70体积％以下，更优选为20体积％以上且60体积％以下，进一步优选为30体积％以上且50体积％以下。
结合相中的化合物以及源自化合物的固溶体的合计含量通过基于XRD的RIR法(Reference Intensity Ratio，参考强度比)来进行测定。
结合相除了上述化合物以外，还可以包含其他成分。作为构成其他成分的元素，例如，可以列举为锰(Mn)、铼(Re)。
cBN烧结体中包含的结合相的组成可以通过XRD(X射线衍射测定，X-rayDiffraction)来进行确定。
<用途>
本公开的立方晶氮化硼烧结体优选用于切削工具、耐磨工具、磨削工具等。
使用了本公开的立方晶氮化硼烧结体的切削工具、耐磨工具以及磨削工具分别可以是其整体由立方晶氮化硼烧结体构成，也可以是仅其一部分(例如在切削工具的情况下为刀尖部分)由立方晶氮化硼烧结体构成。进一步地，也可以在各工具的表面形成涂层膜。
作为切削工具，可以列举为钻头、立铣刀、钻头用刀尖更换型切削刀片、立铣刀用刀尖更换型切削刀片、铣削加工用刀尖更换型切削刀片、车削加工用刀尖更换型切削刀片、金工锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥、切削刀具等。
作为耐磨工具，可以列举为冲模、划线器、划线轮、修整器等。作为磨削工具，可以列举为磨削砂轮等。
《立方晶氮化硼烧结体的制造方法》
本公开的立方晶氮化硼烧结体例如可以通过下述方法制作。
首先，准备立方晶氮化硼粉末(以下，也称为“cBN粉末”)和结合材料原料粉末。
cBN粉末是指cBN烧结体中包含的cBN颗粒的原料粉末。cBN粉末没有特别限定，可以使用公知的cBN粉末。其中，cBN粉末优选通过在作为催化剂的LiCaBN2的存在下将六方晶氮化硼粉末保持在立方晶氮化硼的热力学稳定区域内将其转化为立方晶氮化硼粉末来合成。为了降低cBN粉末的位错密度，优选提高cBN粉末合成时的温度或延长合成时间。
cBN粉末的D50(平均粒径)没有特别限定，例如可以设为0.1～12.0μm。
对上述准备的cBN粉末进行电子束照射、微波处理、或者氨气气氛下、氮气加压气氛下的长时间热处理中的任一种。由此，降低cBN的位错密度。
在对cBN粉末进行电子束照射的情况下，例如，优选设为25MeV以上且30MeV以下的照射能量、10小时以上且24小时以下的照射时间。
结合材料原料粉末是指cBN烧结体中包含的结合相的原料粉末。结合材料原料粉末例如可以如下制备。将WC粉末、Co粉末以及Al粉末以质量比3：8：1混合，在真空中以1200℃进行30分钟热处理，得到包含WC、Co以及Al的化合物。对该化合物进行粉碎，制作结合材料原料粉末。
此外，各粉末的混合、粉碎方法没有特别限制，从高效且均质地混合的观点出发，优选为利用球等介质的混合、粉碎以及喷磨机混合、粉碎等。各混合、粉碎方法可以是湿式的，也可以是干式的。
使用将乙醇、丙酮等用作溶剂的湿式球磨混合，将上述准备的cBN粉末和结合材料原料粉末混合，制作混合粉末。溶剂在混合后通过自然干燥而被去除。之后，通过进行热处理，使吸附于混合粉末的表面的水分等杂质挥发，使混合粉末的表面清洁化。
上述结合材料原料粉末除了WC、Co以及Al以外，还可以包含选自Fe、Ni、Si、Cr、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W中的至少一种金属、该金属的合金、该金属的碳化物、氧化物、氮化物以及碳氮化物。
将上述的混合粉末以与WC-6％Co的超硬合金制成的圆盘和Co(钴)箔接触的状态填充到Ta(钽)制成的容器中进行真空密封。将真空密封后的混合粉末使用带式超高压高温发生装置在3～9GPa、1100～1900℃的条件下保持5～30分钟进行烧结。由此，制作本公开的立方晶氮化硼烧结体。
在混合粉末的烧结过程中，cBN内部的位错密度增加，但通过调整烧结工艺也能够抑制位错密度的增加。例如，通过升压速度的上升、烧结压力以及烧结温度下的保持时间的长时间化，能够抑制位错密度的增加，与以往相比能够降低烧结体中的cBN的位错密度。
在上述方法中，为了降低cBN的位错密度，列举了cBN粉末合成时的高温条件或合成时间的长时间化的应用、对cBN粉末进行电子束照射、微波处理或热处理、烧结时的升压速度的上升、烧结压力以及烧结温度下的保持时间的长时间化，但降低cBN的位错密度的方法并不限定于此。例如，通过不对cBN粉末进行电子束照射、微波处理或热处理而制作烧结体，并对该烧结体进行电子束照射、微波处理或热处理，也能够降低烧结体中的cBN的位错密度。另外，通过将cBN粉末合成时的高温条件或合成时间的长时间化的应用与电子束照射、微波处理或热处理组合，能够进一步降低位错密度。
实施例
通过实施例对本实施方式进一步具体地进行说明。但是，本实施方式并不限定于这些实施例。
[实施例1]
(试样1-1)
首先，按照下述步骤准备立方晶氮化硼粉末。
相对于100质量份的六方晶氮化硼粉末，以10质量份的比例配合作为催化剂的LiCaBN2，在5GPa、1450℃的条件下保持30分钟，得到立方晶氮化硼粉末(cBN粉末)。
对上述cBN粉末进行电子束照射。照射能量为25eV，照射时间为10小时。
接着，按照下述步骤准备结合材料原料粉末。
以质量比计为3：8：1准备WC粉末、Co粉末以及Al粉末。在WC粉末、Co粉末以及Al粉末中，以成为整体的5质量％的方式添加Zr粉末并混合，在真空中以1200℃进行30分钟热处理后，利用湿式的球磨机进行混合以及粉碎，制作包含WC、Co、Al以及Zr的结合材料原料粉末。
将电子束照射后的cBN粉末和结合材料原料粉末以体积比计为95∶5的比率配合，并通过使用了乙醇的湿式球磨法均匀地混合而得到混合粉末。之后，为了去除表面的水分等杂质，在真空下、900℃下进行脱气处理。
接着，将混合粉末以与WC-6％Co的超硬合金制成的圆盘和Co(钴)箔接触的状态填充到Ta(钽)制成的容器中进行真空密封。使用带式超高压高温发生装置，以0.4GPa/min的升压速度升压至7GPa，在7GPa且1700℃的条件下保持20分钟而使真空密封的混合粉末烧结，得到试样1-1的cBN烧结体。
(试样1-2～试样1-6)
将针对cBN粉末的电子束照射的照射条件变更为表1的“电子束照射”的“能量(MeV)”以及“(时间)”一栏中记载的条件，除此以外，以与试样1-1相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-7～试样1-12)
在制作cBN粉末时，将在5GPa、1450℃的条件下的保持时间变更为表1的“cBN粉末合成”的“催化剂、保持时间”一栏中记载的保持时间，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-13)
在制作结合材料粉末时，添加Cr粉末来代替Zr粉末，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-14)
在制作结合材料粉末时，添加Ni粉末以及Nb粉末来代替Zr粉末，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。此外，Ni粉末与Nb粉末的质量比设为Ni∶Nb＝1∶1。
(试样1-15)
在制作结合材料粉末时，不添加Zr粉末，而在混合cBN粉末和结合材料粉末时添加ZrN粉末，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。此外，ZrN粉末的添加量设为相对于结合材料整体的含有比例为5重量％。
(试样1-16)
在制作结合材料粉末时，不添加Zr粉末，而在混合cBN粉末和结合材料粉末时添加CrN粉末，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。此外，CrN粉末的添加量设为相对于结合材料整体的含有比例为5重量％。
(试样1-17)
在烧结混合粉末时，以0.4GPa/min的升压速度升压至10GPa，在10GPa且1700℃的条件下保持20分钟而进行烧结，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-18)
将cBN粉末与结合材料粉末的体积比设为90∶10，在烧结混合粉末时，以0.4GPa/min的升压速度升压至6.5GPa，在6.5GPa且1700℃的条件下保持20分钟而进行烧结，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-19)
将cBN粉末与结合材料粉末的体积比设为90∶10，在烧结混合粉末时，以0.4GPa/min的升压速度升压至5.5GPa，在5.5GPa且1700℃的条件下保持20分钟而进行烧结，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-20)
在烧结混合粉末时，以0.4GPa/min的升压速度升压至15GPa，在15GPa且1700℃的条件下保持20分钟而进行烧结，除此以外，以与试样1-1相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-21)
不对cBN粉末进行电子束照射，除此以外，以与试样1-1相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-22)
在制作cBN粉末时，使用LiBN2来代替LiCaBN2，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-23)
将cBN粉末与结合材料粉末的体积比设为80∶20，在烧结混合粉末时，以0.4GPa/min的升压速度升压至4.5GPa，在4.5GPa且1450℃的条件下保持20分钟而进行烧结，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-24)
将针对cBN粉末的电子束照射的照射条件变更为表1的“电子束照射”的“能量(MeV)”以及“(时间)”一栏中记载的条件，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-25)
不使用结合材料粉末，仅对cBN粉末进行烧结，在烧结时不使用WC-6％Co的超硬合金制成的圆盘和Co(钴)箔，并且，在烧结cBN粉末时，以0.4GPa/min的升压速度升压至15GPa，在15GPa且2000℃的条件下保持20分钟而进行烧结，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-26)
不使用结合材料粉末，仅对cBN粉末进行烧结，并且，在烧结时使用Al板来代替WC-6％Co的超硬合金制成的圆盘和Co(钴)箔，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-27)
作为结合材料粉末，准备将Co粉末和Al粉末以质量比为7.5∶1混合而成的粉末，将cBN粉末和结合材料粉末以90∶10的比率配合而制作混合粉末，在烧结该混合粉末时，不使用超硬合金制成的圆盘而进行烧结，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。此外，在烧结时，Co以及Al固溶而形成Co-Al合金。
(试样1-28)
在合成cBN粉末后不进行电子束照射，取而代之地，在氨气气氛下以500℃进行12小时热处理，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-29)
在合成cBN粉末后不进行电子束照射，取而代之地，在300kPa的氮气加压气氛下以900℃进行12小时热处理，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-30)
在烧结混合粉末时，以3.0GPa/min的升压速度升压至7GPa，在7GPa且1700℃的条件下保持60分钟而进行烧结，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样1-31)
将合成cBN粉末时的条件变更为7GPa且1750℃下的保持时间为60分钟，除此以外，以与试样1-5相同的方法制作cBN烧结体。
<评价>
(cBN烧结体的组成)
对cBN烧结体中的cBN颗粒与结合相的体积比进行测定。具体的测定方法与用于实施上述发明的方式中记载的方法相同，因此不重复其说明。将结果示于表1的“cBN颗粒(体积％)”以及“结合相(体积％)”一栏中。
测定的结果为，在试样1-1～试样1-16、试样1-18～试样1-24、试样1-26、试样1-28～试样1-31中，混合粉末中的cBN粉末与结合材料粉末的体积比、立方晶氮化硼烧结体中的cBN颗粒与结合相的体积比不同。据推测其理由如下。
据认为这是因为，在试样1-1～试样1-16、试样1-18、试样1-19、试样1-21～试样1-24、试样1-26、试样1-28～试样1-31中，混合粉末在与WC-6％Co的超硬合金制成的圆盘接触的状态下被烧结，因此在烧结过程中超硬成分流入混合粉末，在所得到的cBN烧结体中该超硬成分作为结合相存在。
据认为这是因为，在试样1-20中，由于是高压烧结，因此在烧结过程中结合材料成分被挤出到烧结体外。
(结合相的组成)
通过XRD来确定cBN烧结体中的结合相的组成。将结果示于表1的“结合相”的“组成”一栏中。
(位错密度)
对cBN烧结体中的cBN颗粒的位错密度进行测定。具体的测定方法与用于实施上述发明的方式中记载的方法相同，因此不重复其说明。将结果示于表1的“位错密度”一栏中。
(钙含量)
通过ICP分析对cBN烧结体中的cBN颗粒的钙含量进行测定。具体的测定方法与用于实施上述发明的方式中记载的方法相同，因此不重复其说明。将结果示于表1的“cBN颗粒Ca含量”一栏中。
(切削试验)
使用所制作的各试样的cBN烧结体来制作切削工具(基材形状：CNGA120408，刀尖处理T01215)。使用该切削工具，在以下的切削条件下实施切削试验。下述的切削条件相当于烧结合金的高速加工。
切削速度：150m/min.
进给速度：0.1mm/rev.
切口：0.15mm
冷却剂：WET
切削方法：端面连续切削
车床：LB4000(OKUMA株式会社制造)
被切削材料：圆筒状烧结部件(住友电气工业公司制造的“烧结合金D-40(硬度为HRB75)”的端面切削)
评价方法：每隔0.5km对刀尖进行观察，对后刀面磨损量进行测定，描绘出表示磨损量相对于切削距离的变化的图表。在该图表中划出磨损量为100μm的线，读取该线与对磨损量的变化进行表示的图表的交点的切削距离作为工具寿命。将其结果示于表1的“工具寿命”一栏中。
Figure BDA0003683436600000221
<考察>
试样1-1～试样1-20、试样1-22以及试样1-26～试样1-31的cBN烧结体相当于实施例。
在试样1-21的cBN烧结体中，cBN颗粒的位错密度超过1×1017/m2，相当于比较例。
在试样1-23的cBN烧结体中，cBN颗粒的体积比率为80体积％以下，相当于比较例。
在试样1-24的cBN烧结体中，cBN颗粒的位错密度小于1×1015/m2，相当于比较例。
在试样1-25的cBN烧结体中，cBN颗粒的体积比率为100体积％，相当于比较例。
可确认，与相当于比较例的试样1-21、试样1-23、试样1-24、试样1-25相比，相当于实施例的试样1-1～试样1-20、试样1-22以及试样1-26～试样1-31在烧结合金的高速加工中工具寿命较长。据认为这是因为，在相当于实施例的试样1-1～试样1-20、试样1-22以及试样1-26～试样1-31中，不易产生后刀面磨损，工具的耐磨损性提高。
[实施例2]
(试样2-1)
首先，按照下述步骤准备立方晶氮化硼粉末。
相对于100质量份的六方晶氮化硼粉末，以10质量份的比例配合作为催化剂的LiCaBN2，在5GPa、1450℃的条件下保持30分钟，得到立方晶氮化硼粉末(cBN粉末)。对所得到的cBN粉末利用球磨机(不锈钢容器、不锈钢球)进行湿式粉碎，得到平均粒径(当量圆直径的中值粒径d50)为3μm的cBN粉末。
对上述cBN粉末进行电子束照射。照射能量为25eV，照射时间为10小时。
将钛(Ti)粉末、铝(Al)粉末以及TiN粉末(Kennametal公司制造)以质量比计为37∶22∶41进行混合，在氩气气氛下在1500℃下进行60分钟的热处理，得到具有Ti2AlN的组成的单相化合物。将该单相化合物利用湿式的球磨机进行混合以及粉碎，得到粒径(D50)为0.5μm的Ti2AlN粉末。
将TiN粉末和Ti2AlN粉末以质量比计为1∶2进行混合而得到结合材料粉末。将cBN粉末和结合材料粉末按照以体积比计为82∶18的比例混合，并通过球磨机均匀地混合而得到混合粉末。
接着，将混合粉末填充于Ta(钽)制成的容器中进行真空密封。使用带式超高压高温发生装置在6.5GPa、1500℃的条件下将真空密封的混合粉末保持15分钟而进行烧结，得到试样2-1的cBN烧结体。在烧结工序中，cBN与Ti2AlN反应，生成TiB2、AlN以及Al2O3。
(试样2-2～试样2-6)
将针对cBN粉末的电子束照射的照射条件变更为表2中记载的条件，除此以外，以与试样2-1相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-7～试样2-12)
在制作cBN粉末时，将在5GPa、1450℃的条件下的保持时间变更为表2所记载的时间，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-13)
在制作结合材料粉末时，使用ZrN粉末来代替TiN粉末，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-14)
在制作结合材料粉末时，使用HfN粉末来代替TiN粉末，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-15)
在制作结合材料粉末时，使用VN粉末来代替TiN粉末，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-16)
在制作结合材料粉末时，使用NbN粉末来代替TiN粉末，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-17)
在制作结合材料粉末时，使用TaN粉末来代替TiN粉末，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-18)
在制作结合材料粉末时，使用Cr2N粉末来代替TiN粉末，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-19)
在制作结合材料粉末时，使用Mo2N粉末来代替TiN粉末，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-20)
在制作结合材料粉末时，使用W2N粉末来代替TiN粉末，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-21)
在制作结合材料粉末时，使用TiNbCN粉末来代替TiN粉末，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。TiNbCN粉末按照下述步骤制作。
将TiO2粉末、Nb2O5粉末以及碳粉末以质量比计为62.10∶11.48∶26.42进行混合，在氮气气氛下、2100℃下进行60分钟的热处理，得到具有TiNbCN的组成的单相化合物。将该单相化合物利用湿式的球磨机进行混合以及粉碎，得到粒径(D50)为0.5μm的TiNbCN粉末。
(试样2-22)
在制作结合材料粉末时，使用TiZrCN粉末来代替TiN粉末，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。TiZrCN粉末按照下述步骤制作。
将TiO2粉末、ZrO2粉末以及碳粉末以质量比计为58.35∶15.88∶25.77进行混合，在氮气气氛下、2100℃下进行60分钟的热处理，得到具有TiZrCN的组成的单相化合物。将该单相化合物利用湿式的球磨机进行混合以及粉碎，得到粒径(D50)为0.5μm的TiZrCN粉末。
(试样2-23～试样2-25、试样2-28)
将cBN粉末与结合材料粉末的体积比变更为表2中记载的比率，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-26)
不对cBN粉末进行电子束照射，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-27)
在制作cBN粉末时，使用LiBN2代替LiCaBN2，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
(试样2-29)
将针对cBN粉末的电子束照射的照射条件变更为表1中记载的条件，除此以外，以与试样2-5相同的方法制作cBN烧结体。
<评价>
(cBN烧结体的组成、结合相的组成、cBN颗粒的碳含有率、cBN颗粒的钙含有率、有无游离碳的确认)
对所制作的cBN烧结体进行cBN烧结体的组成、结合相的组成、cBN颗粒的碳含有率、cBN颗粒的钙含有率、有无游离碳的确认。具体的测定方法与用于实施上述发明的方式中记载的方法相同，因此不重复其说明。将结果示于表2。
(切削试验)
使用所制作的各试样的cBN烧结体，制作刀尖由cBN烧结体构成的切削工具(基材形状：DNGA150412，刀尖处理S01225)。使用该切削工具，在以下的切削条件下实施切削试验。下述的切削条件相当于高强度淬火钢的高速加工。
切削速度：200m/min.
进给速度：0.15mm/rev.
切口：0.3mm
冷却剂：DRY
切削方法：中断续切削
车床：LB4000(OKUMA株式会社制造)
被切削材料：淬火钢(SCM415渗碳淬火，V槽为五个，硬度为60HRC)
评价方法：每隔0.5km对刀尖进行观察，对后刀面磨损量或缺损宽度进行测定，描绘出表示磨损量以及缺损宽度相对于切削距离的变化的图表。在该图表中划出磨损量为200μm的线，读取该线与对磨损量或缺损宽度的变化进行表示的图表的交点的切削距离中的较短的一方作为工具寿命。将其结果示于表2的“工具寿命”一栏。
Figure BDA0003683436600000271
<考察>
试样2-1～试样2-25、试样2-27的cBN烧结体相当于实施例。
在试样2-26的cBN烧结体中，cBN颗粒的位错密度超过1×1017/m2，相当于比较例。
在试样2-28的cBN烧结体中，cBN颗粒的体积比率为80体积％以下，相当于比较例。
在试样2-29的cBN烧结体中，cBN颗粒的位错密度小于1×1015/m2，相当于比较例。
可确认，与相当于比较例的试样2-26、试样2-28、试样2-29相比，相当于实施例的试样2-1～试样2-25、试样2-27在淬火钢的高速加工中，工具寿命较长。据认为这是因为，在相当于实施例的试样2-1～试样2-25、试样2-27中，导热系数提高，工具的前刀面的耐磨损性以及耐缺损性提高。
如以上那样对本公开的实施方式以及实施例进行了说明，但从最初起也预定将上述的各实施方式以及实施例的构成适当组合或进行各种变形。
应当认为本次公开的实施方式以及实施例在所有方面都是示例，而不是限制性的。本发明的范围不是由上述的实施方式以及实施例表示，而是由权利要求书表示，意图包含与权利要求书等同的意思以及范围内的全部变更。

Claims (6)

1.一种立方晶氮化硼烧结体，其具备超过80体积％且小于100体积％的立方晶氮化硼颗粒和超过0体积％且小于20体积％的结合相，其中，
所述结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，或者，
所述结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成，或者，
所述结合相包含选自由单质、合金、金属间化合物组成的群组中的至少一种，所述单质、合金、金属间化合物选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组，并且，所述结合相包含选自由化合物以及源自所述化合物的固溶体组成的群组中的至少一种，所述化合物由选自由元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅、钴以及镍组成的群组中的至少一种元素和选自由氮、碳、硼以及氧组成的群组中的至少一种元素组成，
所述立方晶氮化硼颗粒的位错密度为1×1015/m2以上且1×1017/m2以下。
2.根据权利要求1所述的立方晶氮化硼烧结体，其中，所述立方晶氮化硼颗粒的位错密度为2×1015/m2以上且6×1016/m2以下。
3.根据权利要求1或2所述的立方晶氮化硼烧结体，其中，所述立方晶氮化硼颗粒的位错密度为3×1015/m2以上且1×1016/m2以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的立方晶氮化硼烧结体，其中，所述立方晶氮化硼颗粒包含0.02质量％以上且0.2质量％以下的钙。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的立方晶氮化硼烧结体，其中，所述立方晶氮化硼颗粒包含0.05质量％以上且0.17质量％以下的钙。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的立方晶氮化硼烧结体，其中，所述立方晶氮化硼颗粒包含0.07质量％以上且0.15质量％以下的钙。
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