CN116323052A - 立方晶氮化硼烧结体、具备立方晶氮化硼烧结体的工具以及立方晶氮化硼烧结体的制造方法 - Google Patents

立方晶氮化硼烧结体、具备立方晶氮化硼烧结体的工具以及立方晶氮化硼烧结体的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116323052A
CN116323052A CN202180064701.XA CN202180064701A CN116323052A CN 116323052 A CN116323052 A CN 116323052A CN 202180064701 A CN202180064701 A CN 202180064701A CN 116323052 A CN116323052 A CN 116323052A
Authority
CN
China
Prior art keywords
boron nitride
cubic boron
sintered body
particles
nitride sintered
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202180064701.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN116323052B (zh
Inventor
宫本敬太
久木野晓
植田晓彦
松川伦子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Original Assignee
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Hardmetal Corp filed Critical Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Publication of CN116323052A publication Critical patent/CN116323052A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116323052B publication Critical patent/CN116323052B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
    • C04B35/5831—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride based on cubic boron nitrides or Wurtzitic boron nitrides, including crystal structure transformation of powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62828—Non-oxide ceramics
    • C04B35/62836—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62892—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents with a coating layer consisting of particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/653—Processes involving a melting step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/0072—Heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
    • C04B41/5063—Aluminium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1057—Reactive infiltration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3804—Borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/386—Boron nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3865—Aluminium nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/402—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5463—Particle size distributions
    • C04B2235/5472—Bimodal, multi-modal or multi-fraction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/614—Gas infiltration of green bodies or pre-forms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C04B2235/725—Metal content
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/782—Grain size distributions
    • C04B2235/783—Bimodal, multi-modal or multi-fractional
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C22C2026/003—Cubic boron nitrides only

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

一种立方晶氮化硼烧结体，其包含立方晶氮化硼颗粒与结合相，其中，上述结合相包含氮化铝与二硼化铝，相对于上述立方晶氮化硼烧结体整体，上述立方晶氮化硼颗粒的含有比例为70体积％以上97体积％以下，上述立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率为5×10‑3Ωcm以下，在上述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面进行了X射线衍射测定的情况下，源自金属铝的峰强度与源自上述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率小于1.0％，上述立方晶氮化硼颗粒包含粒径为2μm以下的细颗粒、以及粒径为5μm以上的粗颗粒，上述粗颗粒可以包含粒径超过12μm的超粗颗粒，相对于上述立方晶氮化硼颗粒整体，上述细颗粒的含有比例α为10体积％以上，上述粗颗粒的含有比例β为30体积％以上，上述超粗颗粒的含有比例γ为25体积％以下，上述细颗粒的含有比例α与上述粗颗粒的含有比例β总计为50体积％以上100体积％以下。

Description

立方晶氮化硼烧结体、具备立方晶氮化硼烧结体的工具以及 立方晶氮化硼烧结体的制造方法
技术领域
本公开涉及立方晶氮化硼烧结体、具备立方晶氮化硼烧结体的工具以及立方晶氮化硼烧结体的制造方法。本申请主张基于在2020年10月28日申请的基于专利合作条约(PCT)的国际申请的PCT/JP2020/040456的优先权。将该国际申请所记载的全部记载内容通过参照而援引于本说明书中。
背景技术
已知立方晶氮化硼(以下，也记作“cBN”。)具有仅次于金刚石的较高的硬度，并且具有热传导率较高、与铁系材料的亲和性较低等特征。立方晶氮化硼的烧结体(以下，也记作“立方晶氮化硼烧结体”、“cBN烧结体”。)用于切削工具等工具。
在用于工具的cBN烧结体中大致具有高cBN含有率烧结体与低cBN含有率烧结体这两种组成。高cBN含有率烧结体中，cBN颗粒的含有率较高，具有cBN颗粒彼此通过以Co或者Al为主要成分的结合相结合而成的烧结体组织。与此相对，低cBN含有率烧结体中，cBN颗粒的含有率较低，具有cBN颗粒彼此经由TiN以及TiC等陶瓷材料结合而成的烧结体组织。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭55-126581号公报
发明内容
本公开所涉及的立方晶氮化硼烧结体包含立方晶氮化硼颗粒与结合相，其中，
上述结合相包含氮化铝与二硼化铝，
相对于上述立方晶氮化硼烧结体整体，上述立方晶氮化硼颗粒的含有比例为70体积％以上97体积％以下，
上述立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率为5×10-3Ωcm以下，
在上述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面进行了X射线衍射测定的情况下，源自金属铝的峰强度与源自上述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率小于1.0％，
上述立方晶氮化硼颗粒包含粒径为2μm以下的细颗粒、以及粒径为5μm以上的粗颗粒，
上述粗颗粒可以包含粒径超过12μm的超粗颗粒，
相对于上述立方晶氮化硼颗粒整体，
上述细颗粒的含有比例α为10体积％以上，
上述粗颗粒的含有比例β为30体积％以上，
上述超粗颗粒的含有比例γ为25体积％以下，
上述细颗粒的含有比例α与上述粗颗粒的含有比例β总计为50体积％以上100体积％以下。
本公开所涉及的工具具备上述立方晶氮化硼烧结体。
本公开所涉及的立方晶氮化硼烧结体的制造方法具备：
准备立方晶氮化硼粉末与铝材料的工序、
使上述立方晶氮化硼粉末与上述铝材料接触并得到前体的工序、以及
将上述前体在4GPa以上7GPa以下的烧结压力以及1000℃以上1500℃以下的烧结温度下烧结的工序。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的立方晶氮化硼烧结体的烧结体组织的一个例子的示意图。
图2是对本实施方式中的切削工具的一个方式进行例示的立体图。
图3是本实施方式中的切削工具的示意剖视图。
图4是拍摄立方晶氮化硼烧结体的剖面后所形成的SEM图像。
图5是拍摄立方晶氮化硼烧结体的剖面后所形成的SEM图像以及分析该剖面中的金属Al的有无后所形成的光谱图。
图6是表示制造立方晶氮化硼烧结体时的烧结温度与该立方晶氮化硼烧结体中的体积电阻率的相关关系的图表。
图7是表示制造立方晶氮化硼烧结体时的烧结温度与X射线衍射测定中的源自二硼化铝的峰强度和源自立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率的相关关系的图表。
图8是拍摄立方晶氮化硼烧结体的剖面后所形成的反射电子图像。
图9是拍摄立方晶氮化硼烧结体的剖面后所形成的二次电子图像。
具体实施方式
[本公开所要解决的问题]
作为高cBN含有率烧结体，例如，日本特开昭55-126581号公报(专利文献1)中公开了具有将立方晶氮化硼颗粒以及第二相的块结合至硬质的凝结体而成的组成的研磨成形体，其特征在于，在该成形体的立方晶氮化硼的含有率至少为80重量％的研磨成形体中，接近的立方晶氮化硼颗粒相互结合而形成互生物质，所述第二相基本由氮化铝和/或二硼化铝构成。
然而，专利文献1的研磨成形体的体积电阻率较高，导电性存在改善的余地。
本公开是鉴于上述情况而完成的，目的是提供韧性优异并且导电性优异的立方晶氮化硼烧结体、具备立方晶氮化硼烧结体的工具以及立方晶氮化硼烧结体的制造方法。
[本公开的效果]
根据本公开，能够提供韧性优异并且导电性优异的立方晶氮化硼烧结体、具备立方晶氮化硼烧结体的工具以及立方晶氮化硼烧结体的制造方法。
[本公开的实施方式的说明]
首先，列出本公开的实施方式并进行说明。
[1]本公开所涉及的立方晶氮化硼烧结体包含立方晶氮化硼颗粒与结合相，其中，
上述结合相包含氮化铝与二硼化铝，
相对于上述立方晶氮化硼烧结体整体，上述立方晶氮化硼颗粒的含有比例为70体积％以上97体积％以下，
上述立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率为5×10-3Ωcm以下，
在上述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面进行了X射线衍射测定的情况下，源自金属铝的峰强度与源自上述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率小于1.0％，
上述立方晶氮化硼颗粒包含粒径为2μm以下的细颗粒、以及粒径为5μm以上的粗颗粒，
上述粗颗粒可以含有粒径超过12μm的超粗颗粒，
相对于上述立方晶氮化硼颗粒整体，
上述细颗粒的含有比例α为10体积％以上，
上述粗颗粒的含有比例β为30体积％以上，
上述超粗颗粒的含有比例γ为25体积％以下，
上述细颗粒的含有比例α与上述粗颗粒的含有比例β总计为50体积％以上100体积％以下。
上述立方晶氮化硼烧结体中的结合相包含具有导电性的二硼化铝，作为上述结合相整体具有导电性。因此，具有这样的结合相的上述立方晶氮化硼烧结体能够经由上述结合相而导电。另外，上述立方晶氮化硼烧结体能够通过使上述含有比例α、β以及γ取上述范围而抑制空隙的产生，韧性提高。因此，上述立方晶氮化硼烧结体在作为切削工具的基材而使用的情况下除具有优异的导电性以外，还能发挥优异的切削性能(尤其是耐缺损性)。即，上述立方晶氮化硼烧结体能够通过具备上述那样的构成而韧性优异并且具有优异的导电性。
[2]优选地，在上述立方晶氮化硼烧结体中，
相对于上述立方晶氮化硼颗粒整体，
上述细颗粒的含有比例α为10体积％以上20体积％以下，
上述粗颗粒的含有比例β为30体积％以上90体积％以下，
上述超粗颗粒的含有比例γ为超过0体积％且25体积％以下。通过这样规定，上述立方晶氮化硼烧结体在作为切削工具的基材而使用的情况下除具有优异的导电性以外，还能发挥更优异的切削性能。
[3]优选地，在上述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面进行了X射线衍射测定的情况下，源自上述二硼化铝的峰强度与源自上述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率为3.9％以上。通过这样规定，上述立方晶氮化硼烧结体能够具有更优异的导电性。
[4]优选地，在上述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面观察的空隙的面积比率为0.05％以下。通过这样规定，上述立方晶氮化硼烧结体能够除优异的导电性以外，具有优异的强度。
[5]本公开所涉及的工具具备上述[1]至[4]中任一项所述的立方晶氮化硼烧结体。通过这样规定，上述工具能够具有优异的导电性。
[6]优选地，上述工具还具备设置于上述立方晶氮化硼烧结体上的覆膜，
上述覆膜在进行了使用R200μm、开口角120°的金刚石压头的划痕试验的情况下，剥离负载为20N以上。通过这样规定，上述工具能够除优异的导电性以外，还具有耐磨损性、耐缺损性等预定的特性。
[7]优选地，上述覆膜包含由以TixM1-xCyN1-y表示的化合物构成的覆盖层，
上述TixM1-xCyN1-y中，
M表示除钛以外的、选自周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅以及硼构成的群组中的一种以上的元素，
X为0.2以上1以下，
Y为0以上0.6以下。通过这样规定，上述工具能够除优异的导电性以外，具有耐磨损性、耐缺损性等预定的特性。
[8]优选地，上述覆膜的厚度为0.5μm以上且小于6.0μm。通过这样规定，上述工具能够除优异的导电性以外，具有耐磨损性、耐缺损性等预定的特性。
[9]本公开所涉及的立方晶氮化硼烧结体的制造方法具备：
准备立方晶氮化硼粉末与铝材料的工序；
使上述立方晶氮化硼粉末与上述铝材料接触并获得前体的工序；以及
将上述前体在4GPa以上7GPa以下的烧结压力以及1000℃以上1500℃以下的烧结温度下烧结的工序。通过这样规定，能够制造具有优异的导电性的立方晶氮化硼烧结体。
[10]优选地，上述铝材料为铝板。通过这样规定，能够制造具有更优异的导电性的立方晶氮化硼烧结体。
[本公开的实施方式的详细内容]
以下，对本公开的一个实施方式(以下，记作“本实施方式”)进行说明。但是，本实施方式不限于此。本说明书中“A～Z”这一形式的表述是指范围的上限下限(即A以上Z以下)，在A中没有记载单位，仅在Z中记载有单位的情况下，A的单位与Z的单相位同。进一步地，在本说明书中，例如如“AlN”等那样使化合物通过构成元素的组成比未被限定的化学式来表示的情况下，该化学式包含以往公知的所有组成比(元素比)。此时，上述化学式不仅包含化学计量组成，也包含非化学计量组成。例如在“AlN”的化学式中，不仅包含化学计量组成“Al1N1”，例如也包含“Al1N0.8”那样的非化学计量组成。这一情况在“AlN”以外的化合物的记载中也相同。
《立方晶氮化硼烧结体》
本公开所涉及的立方晶氮化硼烧结体包含立方晶氮化硼颗粒与结合相，其中，
上述结合相包含氮化铝与二硼化铝，
相对于上述立方晶氮化硼烧结体整体，上述立方晶氮化硼颗粒的含有比例为70体积％以上97体积％以下，
上述立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率为5×10-3Ωcm以下，
在上述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面进行了X射线衍射测定的情况下，源自金属铝的峰强度与源自上述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率小于1.0％，
上述立方晶氮化硼颗粒包含粒径为2μm以下的细颗粒、粒径为5μm以上的粗颗粒，
上述粗颗粒也可以包含粒径超过12μm的超粗颗粒，
相对于上述立方晶氮化硼颗粒整体，
上述细颗粒的含有比例α为10体积％以上，
上述粗颗粒的含有比例β为30体积％以上，
上述超粗颗粒的含有比例γ为25体积％以下，
上述细颗粒的含有比例α与上述粗颗粒的含有比例β总计为50体积％以上100体积％以下。
＜立方晶氮化硼颗粒＞
在本实施方式中，“立方晶氮化硼颗粒”是指立方晶型的氮化硼的晶粒。
(立方晶氮化硼颗粒的含有比例)
相对于上述立方晶氮化硼烧结体整体，上述立方晶氮化硼颗粒的含有比例为70体积％以上97体积％以下，优选为82体积％以上94体积％以下，更优选为82体积％以上90体积％以下。通过扫描电子显微镜(SEM)拍摄立方晶氮化硼烧结体的剖面样本，对该拍摄图像进行图像解析，从而求出上述立方晶氮化硼颗粒的含有比例。具体地说，首先对立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者剖面进行镜面加工。接着，通过SEM以3000～10000倍的倍率观察上述立方晶氮化硼烧结体中的加工面，得到SEM图像。在得到的SEM图像中确定预定的视野中的立方晶氮化硼的晶粒。计算通过图像处理确定好的该晶粒的面积的和，用其除以视野的面积，从而计算上述立方晶氮化硼颗粒的含有比例。另外，优选在同一立方晶氮化硼烧结体中以多个视野(例如，五个视野以上)进行上述图像解析，以其平均值作为立方晶氮化硼颗粒的含有比例。在上述图像处理中，能够优选使用图像解析式粒度分布软件(三谷商事株式会社制造的“WinROOF ver.7.4.1”)。
通过上述方法求出的比率是视野中的立方晶氮化硼颗粒的面积比率，在本实施方式中将该比率视作体积比率而处理。即，在通过上述方法求出的立方晶氮化硼颗粒的面积比率为80％的情况下，立方晶氮化硼颗粒的含有比例视作相对于立方晶氮化硼烧结体而为80体积％。后文所述的立方晶氮化硼颗粒整体中的、细颗粒的含有比例α(体积％)以及粗颗粒的含有比例β(体积％)、以及后文所述的结合相的含有比例(体积％)也通过同样的方法求出。
(立方晶氮化硼颗粒的粒度分布)
在本实施方式的一个方面，上述立方晶氮化硼颗粒包含粒径为2μm以下(更优选为0.5μm以上2μm以下)的细颗粒、粒径为5μm以上(更优选为5μm以上12μm以下)的粗颗粒，
上述粗颗粒可以包含粒径超过12μm(更优选为超过12μm且20μm以下)的超粗颗粒，
相对于上述立方晶氮化硼颗粒整体，
上述细颗粒的含有比例α为10体积％以上，
上述粗颗粒的含有比例β为30体积％以上，
上述超粗颗粒的含有比例γ为25体积％以下，
上述细颗粒的含有比例α与上述粗颗粒的含有比例β总计为50体积％以上100体积％以下。
上述立方晶氮化硼颗粒的粒径能够通过上述那样的使用SEM观察上述立方晶氮化硼烧结体的剖面来测定。具体地说，根据该剖面的拍摄图像计算每个晶粒的粒径(Heywood径：等面积圆当量直径)。测定的晶粒的数量至少为200个以上，进一步优选为400个以上。观察该剖面时，适当调整SEM的倍率(例如，3000倍等)以能观察到上述晶粒的数量即可。进行图像解析的视野的数量优选为两个视野以上，更优选为四个视野以上，进一步优选为六个视野以上。一个视野例如可以是长度26μm×宽度34μm。计算上述那样的晶粒的粒径的一连串操作可以使用图像解析软件来进行。作为图像解析软件，能够优选使用图像解析式粒度分布软件(三谷商事株式会社制造的“WinROOF ver.7.4.1”)。图像解析软件基于图像信息自动设定适当的二值化的阈值(测定者不会恣意设定阈值)。另外，发明者确认了即使在使图像的亮度等改变了的情况下测定结果也没有大的改变。
上述细颗粒的含有比例α优选为10体积％以上20体积％以下，更优选为10体积％以上15体积％以下。上述细颗粒的含有比例α能够通过与上文所述的立方晶氮化硼颗粒相对于立方晶氮化硼烧结体整体的含有比例的求出方法相同的方法求出。即，能够将用上述剖面样本的SEM图像中求出的上述细颗粒的面积除以上述立方晶氮化硼颗粒的面积而得到的值扩大100倍来求出该含有比例α(体积％)。
上述粗颗粒的含有比例β优选为30体积％以上95体积％以下，更优选为30体积％以上90体积％以下，进一步优选为35体积％以上77体积％以下，更进一步优选为40体积％以上65体积％以下。上述粗颗粒的含有比例β能够通过与上文所述的立方晶氮化硼颗粒相对于立方晶氮化硼烧结体整体的含有比例的求出方法相同的方法求出。即，能够将用上述剖面样本的SEM图像中求出的上述粗颗粒的面积除以上述立方晶氮化硼颗粒的面积而得到的值扩大100倍来求出该含有比例β(体积％)。
相对于上述立方晶氮化硼颗粒整体，上述细颗粒的含有比例α与上述粗颗粒的含有比例β总计优选为50体积％以上100体积％以下，优选为61体积％以上95体积％以下，更优选为70体积％以上90体积％以下。
在本实施方式的一个方面，相对于上述立方晶氮化硼颗粒整体，粒径超过12μm的超粗颗粒的含有比例γ优选为0体积％以上25体积％以下，更优选为0体积％以上15体积％以下。在本实施方式中，在上述粗颗粒中，尤其将粒径超过12μm的粗颗粒称作“超粗颗粒”。上述超粗颗粒的含有比例γ能够通过与上文所述的立方晶氮化硼颗粒相对于立方晶氮化硼烧结体整体的含有比例的求出方法相同的方法求出。即，能够将用上述剖面样本的SEM图像中求出的上述超粗颗粒的面积除以上述立方晶氮化硼颗粒的面积而得到的值扩大100倍来求出该含有比例γ(体积％)。通过将上述超粗颗粒的含有比例γ抑制在上述范围，能够抑制上述立方晶氮化硼烧结体中生成的空隙，进而能够具备优异的导电性。另外，通过将上述超粗颗粒的含有比例γ抑制在上述范围，能够抑制抗折强度的降低，进而能够抑制作为切削工具的基材使用的情况下的切削性能的降低。
在本实施方式的一个方面，上述超粗颗粒的含有比例γ相对于上述粗颗粒的含有比例β的比率γ/β优选为0以上5/6以下，更优选为0以上1/3以下。
在本实施方式的一个方面，在本实施方式的一个方面，上述立方晶氮化硼颗粒还包含粒径超过2μm且小于5μm的中颗粒。在本公开的效果起作用的范围内对上述中颗粒的含有比例δ没有特别的限制，例如可以是0体积％以上60体积％以下。上述中颗粒的含有比例δ能够通过与上文所述的立方晶氮化硼颗粒相对于立方晶氮化硼烧结体整体的含有比例的求出方法相同的方法求出。即，能够将用上述剖面样本的SEM图像中求出的上述中颗粒的面积除以上述立方晶氮化硼颗粒的面积而得到的值扩大100倍来求出该含有比例δ(体积％)。在本实施方式的另一方面，上述细颗粒的含有比例α、上述粗颗粒的含有比例β、以及上述中颗粒的含有比例δ总计可以为100体积％。此外，因为如上文所述，超粗颗粒是粗颗粒的下位概念，所以上述超粗颗粒的含有比例γ显然被包含在上述粗颗粒的含有比例β中。
在本实施方式的一个方面，在上述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面观察的空隙的面积比率优选为0.05％以下。对上述空隙的面积比率的下限没有特别的限制，例如可以为0％以上。上述空隙的面积比率能够如下求出。首先，在立方晶氮化硼烧结体的任意的位置处切断，制作上述立方晶氮化硼烧结体的剖面样本。在该剖面样本的制作中，能够使用会聚离子束装置、截面抛光装置等。接着，通过SEM以3000倍观察上述剖面样本的剖面，得到二次电子图像、以及反射电子图像。在反射电子图像中，存在空隙(void)的区域为黑色区域，在二次电子中看上去是凹陷的区域。因此，能够根据两图像辨别空隙部分。接着，使用图像解析软件(例如，三谷商事株式会社制造的“WinROOF”等)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空隙的面积率。即，能够用在上述剖面样本的SEM图像中求出的上述空隙的面积除以测定视野的面积来求出该面积比率。此时，图像解析软件基于图像信息自动设定适当的二值化的阈值(测定者不会恣意设定阈值)。另外，发明者确认了即使在使图像的亮度等改变了的情况下测定结果也没有大的改变。
＜结合相＞
在本实施方式中“结合相”是指使上述立方晶氮化硼的晶粒彼此结合的相(参照图1)。上述结合相包含氮化铝(AlN)与二硼化铝(AlB2)。相对于上述立方晶氮化硼烧结体整体，上述结合相的含有比例优选为3体积％以上30体积％以下，更优选为3体积％以上20体积％以下，进一步优选为6体积％以上18体积％以下，更进一步优选为8体积％以上10体积％以下。
上述结合相的含有比例能够通过与上文所述的立方晶氮化硼颗粒相对于立方晶氮化硼烧结体整体的含有比例的求出方法相同的方法求出。即，能够通过用上述剖面样本的SEM图像中求出的上述结合相的面积除以测定视野的面积来求出该含有比例。
在上述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面进行了X射线衍射测定(XRD测定)的情况下，源自上述二硼化铝的峰强度与源自上述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率优选为3.9％以上，更优选为5.3％以上，进一步优选为6.0％以上8.0％以下。
源自上述各成分的峰强度能够如下求出。首先，求出立方晶氮化硼颗粒以及结合相各自的组成。此时可以通过X射线衍射法求出该组成。接着，通过X射线衍射法分析包含上述立方晶氮化硼烧结体的切断面的试样，得到X射线衍射图案的数据。然后，基于求出的立方晶氮化硼颗粒以及结合相各自的组成与X射线衍射图案的数据而求出源自各成分的峰强度(峰的高度；cps)。在此，基于上述X射线衍射法的分析的条件使用以下条件。
基于X射线衍射法的分析的条件
特性X射线：Cu-Kα(波长
Figure GDA0004249458670000101
)
管电压：40kV
管电流：15mA
过滤器：多层反射镜
光学系统：集中法
X射线衍射法：θ-2θ法
在上述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面进行了X射线衍射测定(XRD测定)的情况下，源自上述氮化铝的峰强度与源自上述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率优选为6.0％以上12.0％以下，更优选为7.0％以上10.5％以下。
在本实施方式中，在上述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面中进行了X射线衍射测定的情况下，源自金属铝的峰强度与源自上述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率小于1.0％。通过这样，成为强度优异的立方晶氮化硼烧结体。该比率的下限值例如可以为0％以上。
上述结合相可以在不损害本公开起到的效果的范围内包含其他化合物。即，上述结合相还可以包含由第一元素与第二元素构成的化合物，第一元素为选自元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素以及Si(硅)构成的群组中的至少一个，第二元素为选自C(碳)、N(氮)、B(硼)以及O(氧)构成的群组中的至少一个。
作为上述第四族元素，例如可列举Ti(钛)、Zr(锆)、Hf(铪)。作为第五族元素，例如可列举V(钒)、Nb(铌)、Ta(钽)。作为上述第六族元素，例如可列举Cr(铬)、Mo(钼)、W(钨)。上述结合相所包含的各成分能够通过用上述SEM-EDX法对包含上述立方晶氮化硼烧结体的切断面的试样中的与结合相对应的区域进行分析而求出。
作为由选自元素周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素以及Si构成的群组的至少一个的第一元素与选自C、N、B以及O构成的群组的至少一个的第二元素构成的化合物，例如可列举TiN等氮化物、TiC、WC等碳化物、TiB2等硼化物、TiO2等氧化物等或者TiCN等。
＜不可避免的杂质＞
上述立方晶氮化硼烧结体可以在不损害本公开所起的效果的范围内包含不可避免的杂质。不可避免的杂质是指有可能在立方晶氮化硼烧结体的原料中或者其制造上微量包含的元素以及化合物的通称。作为不可避免的杂质而包含的各元素以及化合物的含量(体积％)分别为0体积％以上5体积％以下，它们的总和(即微量杂质的总计含量)为0体积％以上5体积％以下。因此，不可避免的杂质可以包含于上述立方晶氮化硼烧结体，也可以不包含。作为不可避免的杂质，例如可列举Li、Mg、Ca、Sr、Ba、Be、Si、Ga、La、Fe、Cu等。
＜立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率＞
本实施方式所涉及的立方晶氮化硼烧结体通过具备上述那样的构成从而能够具有优异的导电性。即，上述立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率为5×10-3Ωcm以下，优选为小于5×10-3Ωcm，更优选为小于4×10-3Ωcm，进一步优选为小于3.5×10-3Ωcm。对上述立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率的下限没有特别的限制，例如为0Ωcm以上。
上述体积电阻率通过基于4端子法的测定方法求出。以下示出测定条件。作为此时使用的测定装置，例如可列举Agilent Technologies株式会社制造的MILLIOHMMETER4328A。作为4端子方式的探针，可列举Agilent Technologies株式会社制造的销型探针16006A。
测定条件
试验片的尺寸：3mm×1mm×12mm
前处理：无
测定温度：22℃
测定湿度：60％
电极间隔：10mm
《工具》
本实施方式的立方晶氮化硼烧结体由于导电性优异、韧性优异、另外硬度较高，因此能够优选用于切削工具、耐磨工具、研磨工具、摩擦搅拌接合用工具等。即，本实施方式的工具具备上述立方晶氮化硼烧结体。上述工具可以整体由立方晶氮化硼烧结体构成，也可以为仅一部分(例如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。
作为切削工具，可列举钻头、立铣刀、钻头用刀尖替换型切削刀片、立铣刀用刀尖替换型切削刀片、铣削加工用刀尖替换型切削刀片、车削加工用刀尖替换型切削刀片、金工锯、齿切工具、铰刀、丝锥、切削车刀等。图2是例示出切削工具的一个方式的立体图。上述那样的形状的切削工具例如作为刀尖替换型切削刀片而使用。上述切削工具10具有前刀面1、后刀面2、前刀面1与后刀面2交叉的刀尖棱线部3。
作为耐磨工具，可列举模具、划线器、划线轮、修整器等。作为研磨工具，可列举研磨砂轮等。
另外，上述工具还可以具备设置于上述立方晶氮化硼烧结体上的覆膜(参照图3)。通过这样，上述工具能够在优异的导电性以外具有耐磨损性、耐缺损性等预定的特性。在本实施方式的一个方面，在上述覆膜具有与上述立方晶氮化硼烧结体不同的色调的情况下，能够通过目视观察确认因上述工具的使用而引起的上述覆膜的磨损等以及能够确定上述工具的使用位置。上述覆膜的厚度优选为0.5μm以上且小于6.0μm。
在本实施方式的一个方面，在上述工具为切削工具的情况下，上述切削工具还可以具备至少设置于切削刃部分上的覆膜。
在本实施方式中，优选地，上述覆膜包含由以TixM1-xCyN1-y表示的化合物构成的覆盖层，
上述TixM1-xCyN1-y中，
M表示除钛以外的、选自周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅以及硼构成的群组中的一种以上的元素，
X为0.2以上1以下，
y为0以上0.6以下。通过这样规定，能够在进行了淬火钢等加工的情况下，有效地抑制后刀面磨损的进展。
上述立方晶氮化硼烧结体的导电性优异。因此，在使用电弧离子镀法等的物理气相蒸镀法(PVD法)而在上述立方晶氮化硼烧结体上形成了覆膜的情况下，能够形成与上述立方晶氮化硼烧结体的紧贴性优异的覆膜。
即，优选地，上述工具还具备设置于上述立方晶氮化硼烧结体上的覆膜，上述覆膜在进行了使用R200μm、开口角120°的金刚石压头进行的划痕试验的情况下，剥离负载为20N以上。由此，在进行了淬火钢等的加工的情况下，能够发挥没有膜剥离的性能(例如耐磨损性、耐缺损性等)。划痕试验的方法例如可列举后文所述的实施例所记载的方法。作为进行划痕试验的装置，例如可列举安东帕公司制造的REVETEST SCRACTCH TESTER。
形成上述覆盖层的方法优选通过电弧离子镀法(利用真空电弧放电而使固体材料蒸发的离子电镀法)或者溅射法形成覆盖层。
在电弧离子镀法中，能够使用包含构成覆盖层的金属种类的金属蒸发源与CH4、N2等反应气体而形成覆盖层。作为通过电弧离子镀法形成覆盖层的条件，能够采用作为通过电弧离子镀法形成上述工具的覆盖层(覆膜)的条件而已知的公知的条件。
在溅射法中，能够使用包含构成覆盖层的金属种类的金属蒸发源、CH4、N2等反应气体以及Ar、Kr或者Xe等溅射气体而形成覆盖层。作为通过溅射法形成覆盖层的条件，能够采用作为通过溅射法形成上述工具的覆盖层的条件而已知的公知的条件。
通常，在电弧离子镀法中，通过偏压电压将离子化后的覆盖层的构成物质加速。换句话说，通过对基材施加负的偏压，离子化后的金属阳离子加速，到达基材表面而成膜。为了有效地向基材施加偏压，优选基材的体积电阻率较小。为了使在作为工具而使用的情况下能够有效地抑制磨损的进展的致密的膜成膜，作为基材的立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率优选为5×10-3Ωcm以下。
进一步优选地，本实施方式的上述工具的制造方法包括在形成覆盖层之前对形成覆盖层的基材的表面进行蚀刻。通过该蚀刻，阻碍覆盖层与基材的紧贴力的杂质被除去。通过该蚀刻，利用进一步仅选择性地除去包含于上述基材的表面的复合烧结体的结合材料而形成的表面状态，产生锚固效果，基材与覆盖层的紧贴力被强化。
通常，在电弧离子镀法以及溅射法中，通过将Ar等气体离子化并向基材施加负的偏压而进行蚀刻。为了有效地向基材施加偏压，优选基材的体积电阻率较小，为了有效地进行蚀刻，作为基材的立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率优选为5×10-3Ωcm以下。
本实施方式所涉及的立方晶氮化硼烧结体由于导电性优异，因此除上述工具以外，例如能够用于焊接工具等用途。作为上述焊接工具，例如可列举Tape AutomatedBonding(TAB)工具。
《立方晶氮化硼烧结体的制造方法》
本公开所涉及的立方晶氮化硼烧结体的制造方法具备：
准备立方晶氮化硼粉末与铝材料的工序(以下，有时称作“第一工序”。)；
使上述立方晶氮化硼粉末与上述铝材料接触并得到前体的工序(以下，有时称作“第二工序”。)；以及
将上述前体在4GPa以上7GPa以下的烧结压力以及1000℃以上1500℃以下的烧结温度下烧结的工序(以下，有时称作“第三工序”。)。
＜第一工序：准备立方晶氮化硼粉末与铝材料的工序＞
在第一工序中，准备立方晶氮化硼粉末与铝材料。
(立方晶氮化硼粉末)
在本实施方式中，“立方晶氮化硼粉末”是指由立方晶氮化硼的晶粒构成的原料粉末。立方晶氮化硼粉末可以购入市售品，也可以通过公知的方法制造。为了得到具备上文所述的构成的立方晶氮化硼烧结体，优选将细颗粒的立方晶氮化硼粉末与粗颗粒的立方晶氮化硼粉末适当地配合，混合而得到上述立方晶氮化硼粉末。另外，上述立方晶氮化硼粉末也可以将中颗粒的立方晶氮化硼粉末、超粗颗粒的立方晶氮化硼粉末、或者这二者进一步配合、混合。
(铝材料)
在本实施方式中，“铝材料”是指仅由金属铝构成的原料、以及由金属铝以及不可避免的杂质构成的原料。作为该不可避免的杂质，例如可列举铁(Fe)、硅(Si)等。铝材料可以购入市售品，也可以通过公知的方法制造。
对上述铝材料的形状没有特别的限制，例如可列举板状、粉末状、箔状(膜状)等。在本实施方式的一个方面，上述铝材料的形状优选为板状。即，上述铝材料优选为铝板。上述铝板的厚度例如为0.6mm。
＜第二工序：获得前体的工序＞
在第二工序中，使上述立方晶氮化硼粉末与上述铝材料接触并获得前体。在上述前体中上述铝材料与上述立方晶氮化硼粉末接触，从而上述铝材料通过后文所述的第三工序溶浸于上述立方晶氮化硼粉末。但是，本工序并非意图将立方晶氮化硼粉末与铝粉末混合而获得混合粉(所谓的完粉)。
在本实施方式的一个方面，可以通过将铝板配置在由立方晶氮化硼粉末构成的成形体上而获得上述前体。在本实施方式的另一方面，可以通过将立方晶氮化硼粉末与铝板以交替层叠的方式配置从而获得上述前体。在本实施方式的其它一个方面，可以通过将铝的粉末配置在立方晶氮化硼粉末上而获得上述前体。
上述立方晶氮化硼粉末的含有比例以上述前体为基准而优选为70质量％以上95质量％以下，更优选为80质量％以上90质量％以下。
上述铝材料的含有比例以上述前体为基准而优选为5质量％以上30质量％以下，更优选为5质量％以上20质量％以下。
＜第三工序：烧结前体的工序＞
在第三工序中，将上述前体在4GPa以上7GPa以下的烧结压力以及1000℃以上1500℃以下的烧结温度下烧结。具体地说，将上述前体导入至超高压高温装置，以预定的时间保持上述烧结压力、上述烧结温度从而获得上述立方晶氮化硼烧结体。在此，上文所述的“烧结压力”以及“烧结温度”分别是指上述超高压高温装置中的烧结时的压力以及温度。
上述烧结压力优选为4.5GPa以上6.5GPa以下，更优选为5.0GPa以上6.0GPa以下。
上述烧结温度优选为1000℃以上1300℃以下，更优选为1040℃以上1260℃以下。通过在上述温度范围下进行烧结，具有结合相中生成的AlB2的比例增加、得到的立方晶氮化硼烧结体的导电性变得更加优异的的趋势。
烧结上述前体所需要的时间优选为3分钟以上60分钟以下，更优选为5分钟以上30分钟以下。
作为上述超高压高温装置，没有特别的限制，例如可列举株式会社神户制钢所制造的固体超高压压力机(制品名)。
以上对本实施方式所涉及的立方晶氮化硼烧结体的制造方法进行了说明。上述制造方法是包含基于所谓的“溶浸法”的制造方法的概念。即，在本实施方式的一个方面，上述第三工序可以将上述前体通过溶浸法烧结。
作为具有导电性的立方晶氮化硼烧结体，以往已知有将钴包含于结合相的立方晶氮化硼烧结体。然而，将上述钴包含于结合相的立方晶氮化硼烧结体只能制造厚度较薄(例如，厚度为1.0mm)、尺寸较小的立方晶氮化硼烧结体等，制造的立方晶氮化硼烧结体的形状以及大小受到限制。例如，在制造刀尖替换型切削刀片(参照图2)的情况下，已往将上述立方晶氮化硼烧结体仅钎焊于与切削有关的刀尖的前端部分而应用。
本实施方式所涉及的立方晶氮化硼烧结体能够通过上述制造方法制造从而成为适于使用目的的形状、大小。例如，如果使用本实施方式所涉及的上述制造方法，能够制造整体由本实施方式所涉及的立方晶氮化硼烧结体构成的刀尖替换型切削刀片(参照图2)。
实施例
以下，列举实施例而详细地对本发明进行说明，但是本发明不限于此。
《立方晶氮化硼烧结体的制作》
＜第一工序：准备立方晶氮化硼粉末与铝材料的工序＞
分别准备了以下所示的立方晶氮化硼粉末与铝材料。按照各种配合组成将以下颗粒混合而获得了上述立方晶氮化硼粉末，从而使最终得到的立方晶氮化硼烧结体成为表2～表4所示的组成。
立方晶氮化硼粉末
粒径为0.5μm以上2μm以下的颗粒
粒径为3μm以上5μm以下的颗粒
粒径为8μm以上12μm以下的颗粒
铝材料
金属板(铝板)(厚度0.6mm)
金属粉末(铝粉末)(平均粒径4.3μm)
＜第二工序：得到前体的工序＞
使通过第一工序准备好的立方晶氮化硼粉末与铝材料这两者按照各种配合组成接触而得到前体，从而使最终得到的立方晶氮化硼烧结体成为表2～表4所示的组成。具体地说，首先，向镍(Ni)制的胶囊中加入立方晶氮化硼粉末，接着将上述铝材料以与上述立方晶氮化硼粉末接触的方式配置于立方晶氮化硼粉末上。然后，使上述立方晶氮化硼粉末与上述铝材料以成为预定的形状的方式成形，得到作为前体的成形体。此外，在试样编号24中，将立方晶氮化硼粉末与铝粉末均匀混合之后加入至该胶囊从而得到了前体(完粉)。
＜第三工序：烧结前体的工序＞
将得到的前体放入至超高温高压装置(株式会社神户制钢所制造、制品名：固体超高压压力机)，在5.0GPa的烧结压力以及表1所示的烧结温度下烧结了15分钟。
通过以上步骤得到了试样编号1～4以及7～28的立方晶氮化硼烧结体。此外，尝试了通过从与试样编号4同样的配合组成的原料中减少铝板的量而制造立方晶氮化硼颗粒的含有比例为98体积％的立方晶氮化硼烧结体，但是没有烧结(试样编号5)。另外，尝试了除将立方晶氮化硼粉末仅设为细颗粒以外，以成为与试样编号1同样的配合组成的方式填充铝板而烧结，但是没有烧结(试样编号6)。试样编号1～4、7～23以及25～28的立方晶氮化硼烧结体的制造方法相当于所谓的溶浸法。试样编号24的立方晶氮化硼烧结体的制造方法相当于所谓的完粉法(粉末法)。此外，试样编号1、3、4、10、14、15、17、20～23、25、26以及28的立方晶氮化硼烧结体与实施例对应。试样编号2、5～9、11～13、16、18、19、24以及27的立方晶氮化硼烧结体与比较例对应。
表1
Figure GDA0004249458670000181
《立方晶氮化硼烧结体的特性评价》
对于得到的立方晶氮化硼烧结体，如下所示，求出了立方晶氮化硼颗粒的含有比例、细颗粒、中颗粒、粗颗粒以及超粗颗粒的含有比例、结合相的组成、以及立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率。另外，进行了立方晶氮化硼烧结体的剖面观察。
＜立方晶氮化硼颗粒的含有比例＞
通过以下方法求出了试样编号1～4以及7～28的立方晶氮化硼烧结体中的立方晶氮化硼颗粒的含有比例。首先制作立方晶氮化硼烧结体的剖面样本，对该剖面进行了镜面加工。接着，通过SEM以3000倍的倍率观察上述立方晶氮化硼烧结体中的加工面，得到了SEM图像。在得到的SEM图像中确定预定视野中的立方晶氮化硼的晶粒。计算通过图像处理确定好的该晶粒的面积的和，用它除以视野的面积，从而计算出上述立方晶氮化硼颗粒的含有比例(体积％)。在此，在同一立方晶氮化硼烧结体中，以五个视野以上进行上述图像解析，以其平均值作为立方晶氮化硼颗粒的含有比例。在上述图像处理中，使用了图像解析式粒度分布软件(三谷商事株式会社制造的“WinROOF ver.7.4.1”)。将结果示于表2～表4。
＜以立方晶氮化硼颗粒整体为基准的、细颗粒、中颗粒、粗颗粒以及超粗颗粒的含有比例＞
在试样1～4以及7～28的立方晶氮化硼烧结体中，通过以下方法求出了以立方晶氮化硼颗粒整体为基准的、细颗粒(粒径为2μm以下的颗粒)、中颗粒(粒径超过2μm且小于5μm的颗粒)、粗颗粒(粒径为5μm以上的颗粒)以及超粗颗粒(上述粗颗粒中，粒径超过12μm的粗颗粒)各自的含有比例(体积％)。首先，通过SEM以3000倍的倍率观察上述剖面样本中的加工面，得到了SEM图像。根据得到的SEM图像计算出每个晶粒的粒径(Heywood径：等面积圆当量直径)。测定的晶粒的数量为200个以上。进行图像解析的视野的数量为两个视野以上。一个视野为长度26μm×宽度34μm。计算出上文所述那样的晶粒的粒径的一连串操作使用图像解析式粒度分布软件(三谷商事株式会社制造的“WinROOF ver.7.4.1”)来进行。
在上述步骤中，将测定的晶粒根据其粒径而分类为细颗粒、中颗粒、粗颗粒、以及超粗颗粒。细颗粒、中颗粒、粗颗粒以及超粗颗粒各自的含有比例(体积％)通过将用它们的面积除以上述立方晶氮化硼颗粒的面积而得到的值扩大100倍而算出。将结果示于表2～表4。表2～表4中的“粗颗粒”的栏的括号中记载的数值表示超粗颗粒的含有比例。
＜结合相的组成＞
通过X射线衍射法求出试样1～4以及7～28的立方晶氮化硼烧结体中的结合相的组成。另外，通过X射线衍射法分析包含上述剖面样本中的加工面的试样，获得了X射线衍射图案的数据。然后，基于立方晶氮化硼颗粒以及结合相各自的组成与X射线衍射图案的数据而求出了源自各成分的峰强度(峰的高度：cps)。基于求出的峰强度，计算出源自上述二硼化铝的峰强度与源自上述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率以及源自上述氮化铝的峰强度与源自上述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率。将结果示于图7以及表2～表4。此外，在图7的图表中，示出与试样编号1、14、19、20以及22～24对应的结果。
＜立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率＞
试样编号1～4以及7～28的立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率通过基于4端子法的测定方法求出。以下示出测定条件。测定装置使用了Agilent Technologies株式会社制造的MILLIOHMMETER 4328A。4端子方式的探针使用了Agilent Technologies株式会社制造的销型探针16006A。将结果示于表2～表4以及图6。此外，在图6的图表中，示出与试样编号1、7、14、19、20、22以及23对应的结果。
测定条件
试验片的尺寸：3mm×1mm×12mm
前处理：无
测定温度：22℃
测定湿度：60％
电极间隔：10mm
＜立方晶氮化硼烧结体的剖面观察＞
通过SEM观察试样编号1～4以及7～28的立方晶氮化硼烧结体的剖面样本，评价了结合相中的AlB2的网络等。将结果示于图4、图8(反射电子图像)以及图9(二次电子图像)。在基于SEM的剖面样本的观察图像中，黑色的部分表示立方晶氮化硼颗粒，灰色的部分表示二硼化铝。另外，白色的部分表示氮化铝(例如，参照图4)。
《具备立方晶氮化硼烧结体的切削工具的评价》
＜灰铸铁断续加工试验(1)＞
为了调查具备试样编号1～4以及7～13、以及试样编号25～28的立方晶氮化硼烧结体的切削工具的耐缺损性，分别使用各立方晶氮化硼烧结体而制作切削工具(形状：ISO规格SNGN090308)，进行了被切削材料(材质：FC300-6V带槽的圆棒)的断续车削加工。具体的切削条件如下。将结果示于表2。
(切削条件)
切削速度(Vc)：600m/分
进给量(f)：0.3mm/rev
切口(ap)：0.5mm
冷却剂：Dry
评价方法：基于到切削工具的缺损尺寸超过0.2mm为止的切削距离，评价了工具寿命。
Figure GDA0004249458670000221
＜灰铸铁断续加工试验(2)＞
为了调查具备试样编号14～18的立方晶氮化硼烧结体的切削工具的耐缺损性，分别使用各立方晶氮化硼烧结体而制作切削工具(形状：ISO规格SNGN090308)，进行了被切削材料(材质：FC300-6V带槽的圆棒)的断续车削加工。具体的切削条件如下。将结果示于表3。
(切削条件)
切削速度(Vc)：800m/分
进给量(f)：0.3mm/rev
切口(ap)：0.5mm
冷却剂：Dry
评价方法：基于到切削工具的缺损尺寸超过0.2mm为止的切削距离，评价了工具寿命。
Figure GDA0004249458670000241
＜灰铸铁断续加工试验(3)＞
为了调查具备试样编号19～24的立方晶氮化硼烧结体的切削工具的耐缺损性，分别使用各立方晶氮化硼烧结体而制作切削工具(形状：ISO规格SNGN090308)，进行了被切削材料(材质：FC300-6V带槽的圆棒)的断续车削加工。具体的切削条件如下。将结果示于表4。
(切削条件)
切削速度(Vc)：600m/分
进给量(f)：0.3mm/rev
切口(ap)：1.0mm
冷却剂：Dry
评价方法：基于到切削工具的缺损尺寸超过0.2mm为止的切削距离，评价了工具寿命。
Figure GDA0004249458670000261
＜评价结果＞
(关于体积电阻率)
试样编号24的立方晶氮化硼烧结体中，立方晶氮化硼颗粒由粗颗粒、中颗粒以及细颗粒构成。因此，通过使中颗粒或者细颗粒进入到粗颗粒彼此之间而基本没有形成空隙(表4、图4)。然而，该立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率为2.10Ωcm(表4)。该结果表明在通过完粉法(粉末法)制造而成的试样编号24的立方晶氮化硼烧结体中，结合相中的AlB2的网络形成不充分。
试样编号1、3、4、10、14、15、17、20～23、25、26以及28的立方晶氮化硼烧结体中，立方晶氮化硼颗粒由粗颗粒、中颗粒以及细颗粒构成。因此，通过使中颗粒或者细颗粒进入到粗颗粒彼此之间而基本没有形成空隙(表2～4、图4)。另外，由于通过溶浸法制造，因此具有导电性的AlB2均匀分布于结合相并形成充分的网络(表2～4、图4、图8)。因此，试样编号1、3、4、10、14、15、17、20～23、25、26以及28的立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率为2.30×10-3～5.00×10-3Ωcm。即，可知试样编号1、3、4、10、14、15、17、20～23、25、26以及28的立方晶氮化硼烧结体的导电性优异。若在试样编号20、21、14、22、23、1中比较，则以较低的烧结温度进行了烧结的立方晶氮化硼烧结体具有AlB2的含有比例较高(参照表1～4、图7)、体积电阻率变低的趋势(参照表1～4、图6)。
试样编号11的立方晶氮化硼烧结体中，立方晶氮化硼颗粒几乎仅由中颗粒构成。因此，结合相所包含的AlB2的含有比例较低，体积电阻率为5.90×10-3Ωcm。
试样编号13的立方晶氮化硼烧结体中，立方晶氮化硼颗粒由大部分的中颗粒、少量的细颗粒以及粗颗粒构成。因此，结合相所包含的AlB2的含有比例较低，体积电阻率为6.00×10-3Ωcm。
(关于断续加工试验(1))
根据表2的结果，具备试验编号1、3、4以及10、以及试样编号25、26以及28的立方晶氮化硼烧结体的切削工具(实施例)中，切削距离为6.6km以上，是良好的结果。另一方面，具备试样编号2、7～9以及11～13、以及试样编号27的立方晶氮化硼烧结体的切削工具(比较例)中，切削距离为6.4km以下。
(关于断续加工试验(2))
从表3的结果可知相对于立方晶氮化硼颗粒整体，细颗粒的含有比例为10体积％以上，粗颗粒的含有比例为30体积％以上，上述细颗粒的含有比例与上述粗颗粒的含有比例的总计为50体积％以上100体积％以下(试样编号14、15以及17、实施例)，工具寿命更加优异。
(关于断续加工试验(3))
根据表4的结果可知空隙的面积比率为0.05％以下的试样(试样编号14、以及21～23、实施例)的工具寿命更加优异。
《具备覆膜的切削工具的评价》
＜覆膜的形成＞
通过以下步骤在以试样编号14或者试样编号24的立方晶氮化硼烧结体为基材的切削工具(形状：ISO规格SNGN090308)的表面通过PVD法形成了覆膜(覆盖层)。
(针对形成覆膜的基材的表面的蚀刻处理)
在成膜装置内进行了针对基材的表面的蚀刻。在该成膜装置连接有真空泵，在装置内部配置有能够抽真空的真空腔室。在真空腔室内设置有旋转台，该旋转台构成为基材能够经由夹具而设置。设置于真空腔室内的基材能够通过设置于真空腔室内的加热器而加热。另外，在真空腔室中，用于导入蚀刻以及成膜用的气体的气体配管经由用于控制流量的质量流量控制器(MFC：Mass Flow Controller)而连接。进一步地，在真空腔室内，配置有用于产生蚀刻用的Ar离子的钨丝，配置有连接有必需的电源的成膜用的电弧蒸发源或者溅射源。在电弧蒸发源或者溅射源设置有成膜所必需的蒸发源原料(靶)。
将上文所述的立方晶氮化硼烧结体的基材设置于上述成膜装置的上述真空腔室内，在该真空腔室内进行了抽真空。然后，一边使上述旋转台以3rpm旋转一边将基材加热至500℃。接着，向上述真空腔室内导入Ar气体，使上述钨丝放电而产生Ar离子，向基材施加偏压电压，通过Ar离子对基材的上述表面(形成覆盖层的基材的表面)进行了蚀刻。此外，此时的蚀刻条件如下。
Ar气体的压力：1Pa
基板偏压电压：-450V。
(覆盖层的形成)
在上述成膜装置内向基材的表面上实施了成膜。通过以下所示的条件，调整蒸镀时间以成为表5所示的膜厚，形成了作为覆膜的覆盖层。
(覆盖层的形成条件)
靶：Al(50原子％)，Ti(50原子％)
导入气体：N2
成膜压力：3.5Pa
电弧放电电流：140A
基板偏压电压：-50V
转台转速：3rpm。
变更覆盖层的组成的情况下变更了靶成分、导入气体。在覆盖层除N以外包含C的情况下，作为反应气体，除N2之外使用CH4，调整各自的流量的比例而调整了C、N的比例。通过以上步骤，制作了试样编号101～109的切削工具。
＜切削工具的基材与覆膜的紧贴力的评价(划痕试验)＞
通过以下步骤，评价了试样编号101～109的切削工具中的、基材与覆盖层之间的紧贴力。
使金刚石压头与固定于转台的上述切削工具紧贴，逐渐施加负载，同时使转台以恒定速度移动，从而测定了基材与覆盖层之间的紧贴力。具体地说，使用R200μm、开口角120°的金刚石压头，用90秒，从10N到100N为止施加负载，并且使转台移动了4.5mm。另外，对于剥离负载，通过光学显微镜等的观察决定划痕的剥离点，作为剥离负载而测定了该变形点处的垂直负载。以相同的样本改变位置反复进行三次同样的试验，取三次剥离负载的平均值。该测定使用安东帕公司制造的REVETEST SCRACTCH TESTER进行。结果示于表5。根据表5的结果可知试样编号102～108的切削工具中，基材与覆盖层之间的紧贴力为18N以上，是良好的结果。另一方面，试样编号109的切削工具中，基材与覆盖层之间的紧贴力为11N。试样编号102～108的切削工具使用作为基材而导电性优异的试样编号14的立方晶氮化硼烧结体。因此，可认为若通过PVD法在该基材上将覆盖层成膜，则上述基材与上述覆盖层之间的紧贴力提高。
＜使用了具备覆膜的切削工具的切削试验＞
为了调查试样编号101～109的切削工具的耐磨损性，进行了被切削材料(材质：SUJ2圆棒)的连续车削加工。具体的切削条件如下。结果示于表5。
(切削条件)
切削速度(Vc)：150m/分
进给量(f)：0.2mm/rev
切口(ap)：0.3mm
冷却剂：WET
评价方法：基于切削工具的后刀面的磨损量超过0.15mm为止的切削距离，评价了工具寿命。
表5
Figure GDA0004249458670000301
*表示到后刀面的磨损量成为0.15mm为止的切削距离。
可认为没有覆膜的试样编号101的切削工具中，热的磨损容易在淬火钢加工时进展，因此后刀面磨损进展到0.5km左右。另外，在试样编号109的切削工具中，由于即使向绝缘性的立方晶氮化硼烧结体追加覆膜(覆盖层)紧贴力也较低，因此覆膜由于淬火钢加工时的切削电阻而立即剥离从而不能获得基于覆膜的耐磨损性提高的效果。另外，在超过6μm的膜厚中，紧贴力较低，同样地耐磨损性提高的效果较小(试样编号106)。若膜厚变薄至0.4μm，则没有剥离，但是因为磨损而覆膜消失，因此该情况下耐磨损性提高的效果也较小(试样编号108)。
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。
附图标记说明
1：前刀面；
2：后刀面；
3：刀尖棱线部；
10：切削工具；
11：基材；
12：覆膜；
20：立方晶氮化硼烧结体；
21：立方晶氮化硼颗粒；
23：结合相。

Claims (10)

1.一种立方晶氮化硼烧结体，其包含立方晶氮化硼颗粒与结合相，其中，
所述结合相包含氮化铝与二硼化铝，
相对于所述立方晶氮化硼烧结体整体，所述立方晶氮化硼颗粒的含有比例为70体积％以上97体积％以下，
所述立方晶氮化硼烧结体的体积电阻率为5×10-3Ωcm以下，
在所述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面进行了X射线衍射测定的情况下，源自金属铝的峰强度与源自所述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率小于1.0％，
所述立方晶氮化硼颗粒包含粒径为2μm以下的细颗粒、以及粒径为5μm以上的粗颗粒，
所述粗颗粒可以包含粒径超过12μm的超粗颗粒，
相对于所述立方晶氮化硼颗粒整体，
所述细颗粒的含有比例α为10体积％以上，
所述粗颗粒的含有比例β为30体积％以上，
所述超粗颗粒的含有比例γ为25体积％以下，
所述细颗粒的含有比例α与所述粗颗粒的含有比例β总计为50体积％以上100体积％以下。
2.根据权利要求1所述的立方晶氮化硼烧结体，其中，
相对于所述立方晶氮化硼颗粒整体，
所述细颗粒的含有比例α为10体积％以上20体积％以下，
所述粗颗粒的含有比例β为30体积％以上90体积％以下，
所述超粗颗粒的含有比例γ为超过0体积％且25体积％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，
在所述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面进行了X射线衍射测定的情况下，源自所述二硼化铝的峰强度与源自所述立方晶氮化硼颗粒的峰强度的比率为3.9％以上。
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，
在所述立方晶氮化硼烧结体的任意的表面或者任意的剖面观察的空隙的面积比率为0.05％以下。
5.一种工具，其中，
所述工具具备权利要求1至4中任一项所述的立方晶氮化硼烧结体。
6.根据权利要求5所述的工具，其中，
所述工具还具备设置于所述立方晶氮化硼烧结体上的覆膜，
所述覆膜在进行了使用R200μm、开口角120°的金刚石压头的划痕试验的情况下，剥离负载为20N以上。
7.根据权利要求6所述的工具，其中，
所述覆膜包含由以TixM1-xCyN1-y表示的化合物构成的覆盖层，
所述TixM1-xCyN1-y中，
M表示除钛以外的、选自周期表的第四族元素、第五族元素、第六族元素、铝、硅以及硼构成的群组中的一种以上的元素，
x为0.2以上1以下，
y为0以上0.6以下。
8.根据权利要求6或7所述的工具，其中，
所述覆膜的厚度为0.5μm以上且小于6.0μm。
9.一种立方晶氮化硼烧结体的制造方法，其中，
所述制造方法具备：
准备立方晶氮化硼粉末与铝材料的工序；
使所述立方晶氮化硼粉末与所述铝材料接触并获得前体的工序；以及
将所述前体在4GPa以上7GPa以下的烧结压力以及1000℃以上1500℃以下的烧结温度下烧结的工序。
10.根据权利要求9所述的立方晶氮化硼烧结体的制造方法，其中，
所述铝材料为铝板。
CN202180064701.XA 2020-10-28 2021-10-26 立方晶氮化硼烧结体、具备立方晶氮化硼烧结体的工具以及立方晶氮化硼烧结体的制造方法 Active CN116323052B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPPCT/JP2020/040456 2020-10-28
PCT/JP2020/040456 WO2022091257A1 (ja) 2020-10-28 2020-10-28 立方晶窒化ホウ素焼結体、立方晶窒化ホウ素焼結体を備える工具及び立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法
PCT/JP2021/039446 WO2022092071A1 (ja) 2020-10-28 2021-10-26 立方晶窒化ホウ素焼結体、立方晶窒化ホウ素焼結体を備える工具及び立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116323052A true CN116323052A (zh) 2023-06-23
CN116323052B CN116323052B (zh) 2024-09-17

Family

ID=81381500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180064701.XA Active CN116323052B (zh) 2020-10-28 2021-10-26 立方晶氮化硼烧结体、具备立方晶氮化硼烧结体的工具以及立方晶氮化硼烧结体的制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11773030B2 (zh)
EP (1) EP4238675A4 (zh)
JP (1) JP7151955B2 (zh)
KR (1) KR20230095942A (zh)
CN (1) CN116323052B (zh)
WO (2) WO2022091257A1 (zh)

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55126581A (en) * 1979-03-19 1980-09-30 De Beers Ind Diamond Abrasive molded body and its manufacture
JPS62228449A (ja) * 1985-12-28 1987-10-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 高硬度工具用焼結体およびその製造方法
CN87101720A (zh) * 1986-03-07 1988-08-31 兰克西敦技术公司 制备自撑式材料的方法以及用其制造的产品
CN1131937A (zh) * 1994-08-09 1996-09-25 株式会社丰田中央研究所 复合材料及其制造方法
JPH08291356A (ja) * 1995-04-20 1996-11-05 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｃｂｎ焼結体及びその製造方法
CN1162297A (zh) * 1994-09-07 1997-10-15 英国技术集团有限公司 氮化硼
JP2004331456A (ja) * 2003-05-08 2004-11-25 Tungaloy Corp 立方晶窒化硼素焼結体
US20100069225A1 (en) * 2008-09-18 2010-03-18 Diamond Innovations, Inc. Method of solid pcbn sythesis
JP2011194511A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Mitsubishi Materials Corp 高靭性立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料と切削工具
CN102239272A (zh) * 2008-10-02 2011-11-09 魁北克水电公司 用于可润湿阴极的复合材料及其用于铝生产的应用
JP2012157939A (ja) * 2011-02-01 2012-08-23 Sumitomo Electric Hardmetal Corp 表面被覆切削工具
US20130034712A1 (en) * 2010-04-16 2013-02-07 Tungaloy Corporation Coated CBN Sintered Body
CN104942555A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 三菱综合材料株式会社 立方晶氮化硼基超高压烧结材料制切削工具
CN105339116A (zh) * 2014-04-25 2016-02-17 住友电工硬质合金株式会社 表面被覆氮化硼烧结体工具
CN106232554A (zh) * 2015-02-26 2016-12-14 住友电气工业株式会社 烧结体及切削工具
WO2017006777A1 (en) * 2015-07-03 2017-01-12 Showa Denko K.K. Cubic boron nitride sintered body, method for producing cubic boron nitride sintered body, tool, and cutting tool
CN107000068A (zh) * 2014-11-27 2017-08-01 三菱综合材料株式会社 耐崩刀性、耐磨性优异的表面包覆切削工具
CN107207362A (zh) * 2014-12-24 2017-09-26 株式会社泰珂洛 立方晶氮化硼烧结体和被覆立方晶氮化硼烧结体
CN109070236A (zh) * 2016-05-23 2018-12-21 三菱综合材料株式会社 立方晶氮化硼烧结体切削工具

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4666466A (en) * 1979-03-19 1987-05-19 Wilson William I Abrasive compacts
JPS55126581A (en) * 1979-03-19 1980-09-30 De Beers Ind Diamond Abrasive molded body and its manufacture
JPS62228449A (ja) * 1985-12-28 1987-10-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 高硬度工具用焼結体およびその製造方法
US4911756A (en) * 1985-12-28 1990-03-27 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Hard sintered compact for tools
CN87101720A (zh) * 1986-03-07 1988-08-31 兰克西敦技术公司 制备自撑式材料的方法以及用其制造的产品
CN1131937A (zh) * 1994-08-09 1996-09-25 株式会社丰田中央研究所 复合材料及其制造方法
CN1162297A (zh) * 1994-09-07 1997-10-15 英国技术集团有限公司 氮化硼
JPH08291356A (ja) * 1995-04-20 1996-11-05 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｃｂｎ焼結体及びその製造方法
JP2004331456A (ja) * 2003-05-08 2004-11-25 Tungaloy Corp 立方晶窒化硼素焼結体
US20100069225A1 (en) * 2008-09-18 2010-03-18 Diamond Innovations, Inc. Method of solid pcbn sythesis
CN102239272A (zh) * 2008-10-02 2011-11-09 魁北克水电公司 用于可润湿阴极的复合材料及其用于铝生产的应用
JP2011194511A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Mitsubishi Materials Corp 高靭性立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料と切削工具
US20130034712A1 (en) * 2010-04-16 2013-02-07 Tungaloy Corporation Coated CBN Sintered Body
JP2012157939A (ja) * 2011-02-01 2012-08-23 Sumitomo Electric Hardmetal Corp 表面被覆切削工具
CN104942555A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 三菱综合材料株式会社 立方晶氮化硼基超高压烧结材料制切削工具
CN105339116A (zh) * 2014-04-25 2016-02-17 住友电工硬质合金株式会社 表面被覆氮化硼烧结体工具
CN107000068A (zh) * 2014-11-27 2017-08-01 三菱综合材料株式会社 耐崩刀性、耐磨性优异的表面包覆切削工具
CN107207362A (zh) * 2014-12-24 2017-09-26 株式会社泰珂洛 立方晶氮化硼烧结体和被覆立方晶氮化硼烧结体
CN106232554A (zh) * 2015-02-26 2016-12-14 住友电气工业株式会社 烧结体及切削工具
WO2017006777A1 (en) * 2015-07-03 2017-01-12 Showa Denko K.K. Cubic boron nitride sintered body, method for producing cubic boron nitride sintered body, tool, and cutting tool
CN109070236A (zh) * 2016-05-23 2018-12-21 三菱综合材料株式会社 立方晶氮化硼烧结体切削工具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵玉成 等: "Al与cBN在高温高压下的相互作用", 无机材料学报, no. 2, 15 March 2008 (2008-03-15) *

Also Published As

Publication number Publication date
US11773030B2 (en) 2023-10-03
JPWO2022092071A1 (zh) 2022-05-05
CN116323052B (zh) 2024-09-17
KR20230095942A (ko) 2023-06-29
WO2022091257A1 (ja) 2022-05-05
EP4238675A1 (en) 2023-09-06
JP7151955B2 (ja) 2022-10-12
WO2022092071A1 (ja) 2022-05-05
EP4238675A4 (en) 2024-04-24
US20230192557A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102198745B1 (ko) 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법
JP6634647B2 (ja) 耐チッピング性、耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具
JP6037255B1 (ja) 表面被覆切削工具およびその製造方法
JP6045010B1 (ja) 表面被覆切削工具およびその製造方法
KR101701186B1 (ko) 절삭 공구
EP3950190B1 (en) Cutting tool
US11111564B2 (en) Cemented carbide, cutting tool including same, and method of producing cemented carbide
JP6044861B1 (ja) 表面被覆切削工具およびその製造方法
EP3960341A1 (en) Cutting tool
JPWO2019239654A1 (ja) 表面被覆切削工具、及びその製造方法
JP2004042193A (ja) 被覆切削工具
CN116323052B (zh) 立方晶氮化硼烧结体、具备立方晶氮化硼烧结体的工具以及立方晶氮化硼烧结体的制造方法
JP7064659B1 (ja) 立方晶窒化硼素焼結体、およびそれを含む切削工具
CN104511731A (zh) 硬质包覆层发挥优异的耐崩刀性的表面包覆切削工具
CN116887935A (zh) 切削工具及其制造方法
WO2022230182A1 (ja) 切削工具
US11421307B2 (en) Cemented carbide and coated cemented carbide, and tool including same
WO2022172730A1 (ja) 超硬合金及びそれを基材として含む切削工具
JP2023134119A (ja) 表面被覆切削工具
EP4140967A1 (en) Cubic boron nitride sintered body and coated cubic boron nitride sintered body
CN118922264A (zh) 表面包覆切削工具
CN117326873A (zh) 立方氮化硼烧结体和涂覆立方氮化硼烧结体
CN116056823A (zh) 立方晶氮化硼烧结体以及包含该立方晶氮化硼烧结体的切削工具

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant