JP2011207689A

JP2011207689A - 複合焼結体

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Publication number: JP2011207689A
Application number: JP2010078155A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Tsukihara; 望月原; Takashi Harada; 高志原田; Makoto Setoyama; 誠瀬戸山; Akira Kukino; 暁久木野
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】本発明は、耐欠損性と耐摩耗性とを高度に両立させた複合焼結体を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の複合焼結体は、立方晶窒化硼素と結合材とを含み、該立方晶窒化硼素は、該複合焼結体中に２５体積％以上８０体積％以下含まれ、該結合材は、Ｔｉ系化合物群を含み、該Ｔｉ系化合物群は、少なくともＴｉを含む化合物を１種以上含むものであって、かつ粒径が０．１μｍ以下の粒子で構成される第１微粒成分を含み、該第１微粒成分は、該複合焼結体の少なくとも一断面において、該結合材が占める面積の１０〜６０％を占めることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、立方晶窒化硼素を含む複合焼結体に関する。

立方晶窒化硼素は、ダイヤモンドに次ぐ高硬度物質であることから、各種の切削工具に用いられている。このような立方晶窒化硼素は、通常、それ単独で用いられるよりも結合材とともに複合焼結体として用いられる。

昨今、被削材や切削条件が多様化していることから立方晶窒化硼素を用いた切削工具に対する要求は高度化しており、とりわけ耐摩耗性と耐欠損性とを両立させることにより長い工具寿命を有することが所望されている。

このような要求に応えるために、結合材の粒径を規定した複合焼結体が提案されている（特許文献１および２）。

特開平０８−２２９７０８号公報国際公開第２００８／０９３５７７号パンフレット

特許文献１および２の提案によっても、ある程度切削性能の向上は期待されるものの、さらに耐欠損性と耐摩耗性を高度に両立させることが求められている。

本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、耐欠損性と耐摩耗性とを高度に両立させた複合焼結体を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、耐欠損性と耐摩耗性とを高度に両立させるためには、結合材の粒径を制御することが重要であり、特に粒径が０．１μｍ以下の粒子を制御することが好ましいとの知見が得られた。本発明は、この知見に基づきさらに検討を重ねることにより、ついに完成されたものである。

すなわち、本発明の複合焼結体は、立方晶窒化硼素と結合材とを含み、該立方晶窒化硼素は、該複合焼結体中に２５体積％以上８０体積％以下含まれ、該結合材は、Ｔｉ系化合物群を含み、該Ｔｉ系化合物群は、少なくともＴｉを含む化合物を１種以上含むものであって、かつ粒径が０．１μｍ以下の粒子で構成される第１微粒成分を含み、該第１微粒成分は、該複合焼結体の少なくとも一断面において、該結合材が占める面積の１０〜６０％を占めることを特徴とする。

ここで、上記Ｔｉ系化合物群は、上記第１微粒成分とともに第２微粒成分を含み、該第２微粒成分は、粒径が０．１μｍより大きく０．２５μｍ以下の粒子で構成され、該第１微粒成分および該第２微粒成分は、これら両者を合わせて、該複合焼結体の少なくとも一断面において、該結合材が占める面積の９０％以上を占めることが好ましい。

また、上記Ｔｉ系化合物群は、Ｔｉと、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｖ、およびＣｒからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素と、窒素、炭素、硼素、および酸素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素とからなる少なくとも一種の化合物を含むことが好ましい。

また、上記結合材は、上記Ｔｉ系化合物群と、（ｉ）Ｚｒ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗ、およびＣｏからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素、（ｉｉ）該少なくとも一種の元素と、窒素、炭素、硼素、および酸素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素とからなる化合物、または（ｉｉｉ）該化合物の固溶体、のいずれかにより構成される少なくとも一種の他の成分とを含むことが好ましい。

また、上記複合焼結体は、Ｗ、Ｃｏ、およびＷまたはＣｏを含む化合物のいずれかを２質量％以下で含むことが好ましい。

また、上記Ｔｉ系化合物群は、主にＴｉＣ_xＮ_y（０≦ｘ≦０．９０、０≦ｙ≦０．９０、ｘ＋ｙ≦０．９０、以下同じ）で構成され、上記複合焼結体の少なくとも１断面における、原子数の比（Ｃ＋Ｎ）／Ｔｉの最大値をＸ１、最小値をＸ２としたときに、Ｘ２／Ｘ１≦０．９５であることが好ましい。

本発明の複合焼結体は、耐欠損性と耐摩耗性とを高度に両立させたという優れた効果を有する。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜複合焼結体＞
本発明の複合焼結体は、立方晶窒化硼素と結合材とを含む。このような複合焼結体は、以上の２成分を含む限り他の成分を含んでいてもよく、また使用する原材料や製造条件等に起因する不可避不純物を含み得る。

このような本発明の複合焼結体は、切削工具をはじめとする種々の工具類に使用することができるとともに、各種の産業資材としても有用である。特に本発明の複合焼結体を少なくとも一部に含む切削工具または耐摩工具として用いる場合に、本発明の効果が有効に発揮される。

このような切削工具としては、たとえばドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ、クランクシャフトのピンミーリング加工用チップなどを挙げることができる。

本発明の複合焼結体は、このような切削工具に用いられる場合、該工具の全体を構成する場合のみに限られるものではなく、その一部（特に切れ刃部等）のみを構成する場合も含まれる。たとえば、超硬合金等からなる基材の切れ刃部のみが本発明の複合焼結体で構成されるような場合も含まれる。

＜立方晶窒化硼素＞
本発明の複合焼結体において、立方晶窒化硼素は、２５体積％以上８０体積％以下含まれる。より好ましくは、３０体積％以上５５体積％以下とすることが好適である。

＜結合材＞
本発明の結合材は、Ｔｉ系化合物群を含む限り特に限定されるものではない。このような結合材は、この種の用途に用いられる従来公知の結合材と同様に、基本的には複合焼結体中において立方晶窒化硼素を結合し、切削において優れた耐熱性（特に焼入鋼の切削において強度および耐熱性）を発揮するという作用を示すものである。

このような結合材は、本発明の複合焼結体において、２０体積％以上７５体積％以下含まれることが好ましい。より好ましくは、４５体積％以上７０体積％以下である。結合材の含有割合が２０体積％未満の場合、結合力が不足し耐衝撃チッピング性が低下するとともに、耐熱性が不足し耐摩耗性も低下し、７５体積％を超えると結合材厚みが大きくなり強度が低下し耐摩耗性が低下する。

なお、このような含有割合（体積％）は、原料粉末の含有割合が原則として反映されたものとなるが、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて複合焼結体の組織を観測し、コントラストの差から立方晶窒化硼素と結合材とを区別し、画像解析で面積比率を算出することにより、その面積比率を体積％とみなすことにより測定することができる。

＜Ｔｉ系化合物群＞
本発明のＴｉ系化合物群は、少なくともＴｉを含む化合物を１種以上含むものであって、かつ粒径が０．１μｍ以下の粒子で構成される第１微粒成分を含み、該第１微粒成分は、該複合焼結体の少なくとも一断面において、該結合材が占める面積の１０〜６０％を占めることを特徴とする。さらに、このようなＴｉ系化合物群は、上記第１微粒成分とともに第２微粒成分を含み、該第２微粒成分は、粒径が０．１μｍより大きく０．２５μｍ以下の粒子で構成され、該第１微粒成分および該第２微粒成分は、これら両者を合わせて、該複合焼結体の少なくとも一断面において、該結合材が占める面積の９０％以上を占めることが好ましい。

ここで、上記第１微粒成分および上記第２微粒成分のそれぞれは、同一組成の化合物のみから構成されていてもよいし、異なる組成の複数の化合物で構成されていてもよい。また、上記第１微粒成分および上記第２微粒成分を比較すると、構成化合物の種類および比率は同一であってもよいし、異なっていてもよい。

なお、このような少なくともＴｉを含む化合物としては、たとえばＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＴｉＢ₂、およびそれらを２種以上含んだ固溶体等を挙げることができる。また、このような化合物として、Ｔｉと、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｖ、およびＣｒからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素と、窒素、炭素、硼素、および酸素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素とからなる少なくとも一種の化合物を含むことも好ましい。また、このような化合物には、Ｔｉ単体も含まれる。

本発明者の研究によれば、結合材中、０．１μｍ以下の粒子の存在割合を制御することが耐欠損性と耐摩耗性の向上に大きく寄与するとの知見が得られ、さらにＴｉ系化合物群の粒径を制御することが特に有効であるとの知見が得られた。本発明は、このような知見に基づき、その制御方法をさらに研究することにより完成されたものである。

すなわち、本発明の複合焼結体は、Ｔｉ系化合物群が上記のように特定粒径の微粒成分を含むことにより、微粒化に伴う耐熱性の低下をもっても、それを上回る強度向上が得られ、耐欠損性と耐熱性とを高度に両立させることにより、切削工具として用いた場合に工具寿命を大幅に延長することに成功したものである。

ここで、複合焼結体の断面において、上記第１微粒成分の占める面積が結合材が占める面積の１０％未満となる場合は、粒径の大きい粒子の占める割合が大きくなりすぎるため耐欠損性が低下することとなり、逆に６０％を超える場合は、粒径の小さい粒子の占める割合が大きくなりすぎるため耐摩耗性が低下することとなるため、いずれも好ましくない。

また、複合焼結体の断面において、上記第１微粒成分と第２微粒成分とを合わせた面積が結合材が占める面積の９０％未満となる場合も、耐欠損性の低下に重大な影響を及ぼすような粒径の大きな粒子の割合が大きくなるため好ましくない。したがって、上記第１微粒成分と第２微粒成分とを合わせた面積が結合材が占める面積の９０％以上とすることがより好ましい。

なお、このような第１微粒成分および第２微粒成分が占める面積は、次のようにして特定することができる。すなわち、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて複合焼結体の少なくとも一断面を１万倍〜５万倍で写真撮影し、得られた写真に対して目視により濃淡のコントラストに沿ってＴｉ系化合物群を構成する各粒子の粒界をトレースする。この場合、濃淡のコントラストは、別途ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析法）を用いた分析により対象とするＴｉ系化合物群を構成する化合物の色目を求めておくことにより判断することができる。そして、このトレースを画像解析することによりそれらの面積を特定することができる。

本発明の複合焼結体は、上記Ｔｉ系化合物群が、主にＴｉＣ_xＮ_y（０≦ｘ≦０．９０、０≦ｙ≦０．９０、ｘ＋ｙ≦０．９０）で構成され、複合焼結体の少なくとも１断面における、原子数の比（Ｃ＋Ｎ）／Ｔｉの最大値をＸ１、最小値をＸ２としたときに、Ｘ２／Ｘ１≦０．９５であることがより好ましい。

（Ｃ＋Ｎ）／Ｔｉが小さいと、ＴｉＣ_xＮ_yはより金属的な特性を示すために、複合焼結体の靭性を向上させる効果があるが、小さすぎると耐熱性が低下するおそれがある。このため、（Ｃ＋Ｎ）／Ｔｉ比の異なる結合材を準備し、両者を混在させることにより、靭性と耐熱性を両立することができる。

複合焼結体中の（Ｃ＋Ｎ）／Ｔｉ比は、複合焼結体を薄片に加工し、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）に電子エネルギー損失分光法を組み合わせた、ＴＥＭ−ＥＥＬＳを用いることにより、求めることができる。

＜他の成分＞
本発明の結合材は、Ｔｉ系化合物群とともに、たとえば（ｉ）Ｚｒ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗ、およびＣｏからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素、（ｉｉ）該少なくとも一種の元素と、窒素、炭素、硼素、および酸素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素とからなる化合物、または（ｉｉｉ）該化合物の固溶体、のいずれかにより構成される他の成分を少なくとも一種含むことが好ましい。これにより、結合材において優れた耐熱性が発揮され、特に焼入鋼の切削加工に優れた複合焼結体を得ることができる。

このような他の成分としては、より具体的には、たとえばＡｌＮ、ＡｌＢ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＷＣ、ＺｒＮ、ＨｆＣ、およびそれらを２種以上含んだ固溶体を挙げることができる。

＜ＷおよびＣｏ＞
本発明の複合焼結体は、Ｗ、Ｃｏ、およびＷまたはＣｏを含む化合物のいずれかを２質量％以下で含むことが好ましい。このようなＷおよびＣｏは、複合焼結体の製造条件に起因して必然的に含まれる可能性があるが、このＷ、Ｃｏ、およびＷまたはＣｏを含む化合物のいずれかを２質量％を超えて複合焼結体中に含むと、その強度が低下する場合があるからである。これは、ＷおよびＣｏが多量に含まれると脆化するためであると考えられる。

したがって、Ｗ、Ｃｏ、およびＷまたはＣｏを含む化合物のいずれかを２質量％以下で含む場合、Ｗ、Ｃｏ、およびＷまたはＣｏを含む化合物の含有量は可能な限り低くすることが好ましく、さらにＷ、Ｃｏ、およびＷまたはＣｏを含む化合物の含有率を低くすることで焼結工程での粒成長を抑制することができ、上記のような結合材の粒度制御によってもたらされる優れた効果を助長することができる。

このため、本発明の複合焼結体は、Ｗ、Ｃｏ、およびＷまたはＣｏを含む化合物の合計含有量が２質量％以下とすることが好ましい。

なお、ＷおよびＣｏの含有量は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）分析により求めることができる。

＜製造方法＞
本発明の複合焼結体は、たとえば以下のようにして製造することができる。すなわち、まず結合材（Ｔｉ系化合物群）用の原料粉末を準備する。これは、該原料粉末をボールミル等の粉砕装置により粉砕することにより得られるが、その粉砕条件として、たとえばボールミルを用いる場合、ボールの直径、粉砕時間、撹拌速度を種々制御することにより、原料粉末の粒径を制御することが重要である。通常、この原料粉末の粒径が複合焼結体中におけるＴｉ系化合物群を構成する粒子の粒径に反映されるためである。

このため、ボールの直径を０．１〜５．０ｍｍ程度とし、粉砕時間を０．５〜１００時間程度とすることが好ましい。また、容器およびボールとしては超硬合金製のものを採用することができるが、これに代えてＺｒＯ₂製のものを採用することにより不純物の混入を低減させることができる。

一方、ボールミルに代えて、液体を高圧に加圧してノズルを抜ける際のせん断力による粒子の衝突で粉砕／混合を行なう高圧ホモジナイザーを用いても不純物の混入を低減することができるため好ましい。この場合、高圧ホモジナイザーのノズル径を０．３〜１．０ｍｍ程度とし、圧力を１００〜２５０ＭＰａに制御することにより上記粒径を制御することができる。

次いで、上記のようにして得られた結合材の原料粉末と別途準備した立方晶窒化硼素の原料粉末とを均一に混合し、所望の形状とした後、真空炉中で一定の加熱処理後、焼結することにより本発明の複合焼結体を得ることができる。

なお、焼結条件としては、たとえば７００〜２０００℃程度の温度で、３〜１０ＧＰａ程度の圧力で、１０〜１２０分程度保持するという条件を採用することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
結合材用の原料粉末としてＴｉＮ（平均粒径：５μｍ）とＡｌ粉末（平均粒径：２０μｍ）とを、超硬合金製の容器へ直径４ｍｍの超硬合金製ボールとアセトンとともに充填した。なお、ＴｉＮとＡｌ粉末とは、Ａｌ量が１０質量％となるように混合し、ＴｉＮが複合焼結体におけるＴｉ系化合物群となる。

そして、周速１ｍ／秒の撹拌速度で次のように所定時間撹拌することにより、原料粉末を粉砕した。すなわち、粉砕（撹拌）時間は、試料Ｎｏ．２は４０時間、試料Ｎｏ．３は５０時間、試料Ｎｏ．４は６０時間、試料Ｎｏ．５は７０時間、試料Ｎｏ．６は８０時間、資料Ｎｏ．７は９０時間とした。

次いで、別途準備した立方晶窒化硼素用の原料粉末（平均粒径：１μｍ）と上記で準備した結合材の原料粉末とを、立方晶窒化硼素が５０体積％（立方晶窒化硼素含有率）となるような体積割合で均一に混合した。なお、この立方晶窒化硼素と結合材および添加粉末との体積割合は最終的に得られる複合焼結体中における体積割合に等しくなる。なお、表１において、立方晶窒化硼素含有率は「ｃＢＮ含有率」として示した。

そして、上記のようにして得られた混合粉末を所望の形状とし、これを真空炉中で１０００℃で２０分間保持し、脱ガスした。続いて、５．５ＧＰａの圧力で、１４００℃、６０分間焼結することにより、試料Ｎｏ．２〜７の本発明の複合焼結体を作製した。

なお、各複合焼結体について、上記で既に説明した方法によりＴｉ系化合物群に含まれる第１微粒成分と第２微粒成分が複合焼結体の任意の一断面において、該結合材が占める面積の何％を占めるかについて測定した。その結果を表１に示す。なお、表１中、「第１微粒成分」とは第１微粒成分が占める面積を示し、「第１＋第２」とは第１微粒成分と第２微粒成分とが合わせて占める面積を示す。

また、表１において、「Ｔｉ系化合物群」としてＴｉ系化合物群の組成を、「他の成分」としてＴｉ系化合物群以外の結合材成分を、「Ｗ／Ｃｏ」としてＷ、Ｃｏ、およびＷまたはＣｏを含む化合物の合計含有量を、それぞれ示した。なお、これらはＩＣＰ分析の結果を示すものである。

＜比較例１＞
実施例１において、超硬合金製ボールの直径を８ｍｍとし、周速を０．５ｍ／秒とし、粉砕時間を５０時間とすることを除き、他は全て実施例１と同様にして、複合焼結体を得た（試料Ｎｏ．１）。

この複合焼結体について、実施例１と同様にしてＴｉ系化合物群に含まれる第１微粒成分と第２微粒成分が複合焼結体の任意の一断面において、該結合材が占める面積の何％を占めるかについて測定した。その結果を表１に示す。

＜比較例２＞
実施例１において、周速を１．５ｍ／秒とし、粉砕時間を１１０時間（試料Ｎｏ．８）、１２０時間（試料Ｎｏ．９）とすることを除き、他は全て実施例１と同様にして、複合焼結体を得た。

＜実施例２＞
実施例１と同じ結合材用の原料粉末を、超硬合金製の容器へ直径０．５ｍｍのＺｒＯ₂製ボールとエタノールとともに充填した。次いで、周速１０ｍ／秒の撹拌速度で撹拌時間を２０分（試料Ｎｏ．１０）、３０分（試料Ｎｏ．１１）、４０分（試料Ｎｏ．１２）、５０分（試料Ｎｏ．１３）、６０分（試料Ｎｏ．１４）、７０分（試料Ｎｏ．１５）とし、原料粉末を粉砕した。そして、この原料粉末を用いることを除き、他は全て実施例１と同様にして、複合焼結体を得た。

＜実施例３＞
実施例２において、周速を５ｍ／秒とし、撹拌時間を３０分とすることを除き、他は全て実施例２と同様にして、複合焼結体を得た（試料Ｎｏ．１６）。

＜比較例３＞
実施例２において、周速を１０ｍ／秒とし、撹拌時間を５分（試料Ｎｏ．１７）とすることを除き、他は全て実施例２と同様にして、複合焼結体を得た。

＜実施例４＞
実施例１と同じ結合材用の原料粉末を、超硬合金製の容器へ直径１ｍｍのＳｉ₃Ｎ₄製ボールとエタノールとともに充填した。次いで、周速１０ｍ／秒の撹拌速度で撹拌時間を２０分（試料Ｎｏ．１８）、３０分（試料Ｎｏ．１９）、４０分（試料Ｎｏ．２０）、５０分（試料Ｎｏ．２１）、６０分（試料Ｎｏ．２２）、７０分（試料Ｎｏ．２３）とし、原料粉末を粉砕した。そして、この原料粉末を用いることを除き、他は全て実施例１と同様にして、複合焼結体を得た。

＜実施例５＞
実施例４において、周速を５ｍ／秒とし、撹拌時間を３０分とすることを除き、他は全て実施例４と同様にして、複合焼結体を得た（試料Ｎｏ．２４）。

この複合焼結体について、実施例１と同様にしてＴｉ系化合物群に含まれる第１微粒成分と第２微粒成分が複合焼結体の任意の一断面において、該結合材が占める面積の何％を占めるかについて測定した。その結果を表２に示す。

＜比較例４＞
実施例４において、周速を１０ｍ／秒とし、撹拌時間を５分（試料Ｎｏ．２５）とすることを除き、他は全て実施例４と同様にして、複合焼結体を得た。

＜実施例６＞
実施例１と同じ結合材用の原料粉末を、高圧ホモジナイザーを用いて粉砕した。この場合、液体としてはエタノールを用い、ノズルの直径を０．５ｍｍとし、圧力を１５０ＭＰａ（試料Ｎｏ．２７）、１６０ＭＰａ（試料Ｎｏ．２８）、１７０ＭＰａ（試料Ｎｏ．２９）、１８０ＭＰａ（試料Ｎｏ．３０）、１９０ＭＰａ（試料Ｎｏ．３１）、２００ＭＰａ（試料Ｎｏ．３２）とした。そして、この原料粉末を用いることを除き、他は全て実施例１と同様にして、複合焼結体を得た。

＜比較例５＞
実施例６において、圧力を１４０ＭＰａ（試料Ｎｏ．２６）、１００ＭＰａ（試料Ｎｏ．３３）とすることを除き、他は全て実施例６と同様にして、複合焼結体を得た。

＜実施例７＞
結合材用の原料粉末としてＴｉＣまたはＴｉＣＮに加えて、ＨｆＣ、ＶＣ、ＺｒＮ（平均粒径はそれぞれ５μｍ）と、Ａｌ粉末（平均粒径：２０μｍ）とを、表２に示した組成となるように、超硬合金製の容器へ直径０．５ｍｍのＺｒＯ₂製ボールとエタノールとともに充填した。次いで、周速１０ｍ／秒の撹拌速度で撹拌時間を４０分とし、原料粉末を粉砕した。そして、この原料粉末を用いることを除き、他は全て実施例１と同様にして、複合焼結体を得た。ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、（ＴｉＨｆ）Ｃ、（ＴｉＶ）Ｃ、（ＴｉＺｒ）Ｎが複合焼結体におけるＴｉ系化合物群となる（試料Ｎｏ.３４〜Ｎｏ.３８、Ｔｉ系化合物群の組成は表２の「Ｔｉ系化合物群」の項に示した）。

＜実施例８＞
原料粉末としてＴｉＮとＡｌ粉末とを、超硬合金製の容器へ直径０．５ｍｍのＺｒＯ₂製ボールとエタノールとともに充填した。次いで、周速１０ｍ／秒の撹拌速度で撹拌時間を４０分とし、原料粉末を粉砕した。そして、この原料粉末と立方晶窒化硼素に加えて、ＨｆＣ（試料Ｎｏ．３９）、ＶＣ（試料Ｎｏ．４０）、ＺｒＮ（試料Ｎｏ．４１）、ＡｌＮ（試料Ｎｏ．４２）の微粉末（平均粒径はそれぞれ５μｍ）を添加して混合することを除き、他は全て実施例１と同様にして、複合焼結体を得た。

＜実施例９＞
原料粉末としてＴｉＮとＡｌ粉末とを、超硬合金製の容器へ直径０．５ｍｍのＺｒＯ₂製ボールとエタノールとともに充填した。次いで、周速１０ｍ／秒の撹拌速度で撹拌時間を４０分とし、原料粉末を粉砕した。そして、この原料粉末と立方晶窒化硼素を、立方晶窒化硼素が表３の体積％（立方晶窒化硼素含有率）となるような体積割合で均一に混合することを除き、他は全て実施例１と同様にして、複合焼結体を得た（試料Ｎｏ.４５〜Ｎｏ.５０）。

この複合焼結体について、実施例１と同様にしてＴｉ系化合物群に含まれる第１微粒成分と第２微粒成分が複合焼結体の任意の一断面において、該結合材が占める面積の何％を占めるかについて測定した。その結果を表３に示す。

＜比較例６＞
実施例９において、立方晶窒化硼素が表３の体積％（立方晶窒化硼素含有率）となるような体積割合で均一に混合することを除き、他は全て実施例９と同様にして、複合焼結体を得た（試料Ｎｏ.４３、Ｎｏ.４４、Ｎｏ.５１）。

＜実施例１０＞
原料粉末としてＴｉＮとＡｌ粉末とを、超硬合金製の容器へ直径０．５ｍｍのＺｒＯ₂製ボールとエタノールとともに充填した。次いで、周速１０ｍ／秒の撹拌速度で撹拌時間を４０分とし、原料粉末を粉砕した。そして、この原料粉末と立方晶窒化硼素とともに、ＷＣ粉末（平均粒径１μｍ）を表３に示す含有量となるように添加し混合することを除き、他は全て実施例１と同様にして、複合焼結体を得た（試料Ｎｏ．５２〜Ｎｏ．５５）。

＜実施例１１＞
原料として、ＴｉＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末、ＴｉＣ粉末のいずれかと、Ａｌ粉末に加えて、Ｔｉ粉末とを、Ａｌ量が１０質量％となりかつ構成する原子数の比（Ｃ＋Ｎ）／Ｔｉが０．７〜０．９となるような質量で混合し、それぞれ超硬合金製の容器へ直径０．５ｍｍのＺｒＯ₂製ボールとエタノールとともに充填した。次いで、周速１０ｍ／秒の撹拌速度で撹拌時間を４０分とし、原料粉末を粉砕した。続いて、この原料粉末の中から、（Ｃ＋Ｎ）／Ｔｉ比の異なる２種類の原料粉末を選択し、立方晶窒化硼素と均一に混合した。その後、実施例１と同様に、上記混合粉末を所望の形状とし、真空炉中で１０００℃で２０分間脱ガスした後、５．５ＧＰａの圧力で、１４００℃、６０分間焼結することにより、複合焼結体を得た（試料Ｎｏ．５６〜Ｎｏ．７３）。

この複合焼結体について、実施例１と同様にしてＴｉ系化合物群に含まれる第１微粒成分と第２微粒成分が複合焼結体の任意の一断面において、該結合材が占める面積の何％を占めるかについて測定した。次に、複合焼結体を薄片状に加工し、ＴＥＭ−ＥＥＬＳ分析を行なうことにより、Ｔｉ系化合物群を構成する原子数の比（Ｃ＋Ｎ）／Ｔｉの最大値Ｘ１と最小値Ｘ２を測定し、Ｘ２／Ｘ１を求めた。この結果を表４に示す。なお、本実施例におけるＴｉ系化合物群は、いずれも主にＴｉＣ_xＮ_y（０≦ｘ≦０．９０、０≦ｙ≦０．９０、ｘ＋ｙ≦０．９０）で構成されていた。

＜切削試験＞
上記のようにして作製された各複合焼結体を用いて、切削工具（ＩＳＯ型番：ＣＮＧＡ１２０４０８）を成形した。この切削工具中における各複合焼結体の配置は、頂角を８０°（ただし先端はアール（Ｒ）を付している）とする１辺が２ｍｍの二等辺三角形であって、厚みが１．２ｍｍである三角柱状の形状のものが各コーナー部に計２個配置されている。

そして、この切削工具を用いて以下の切削条件により切削試験（断続切削）を行なった。その結果を表１〜表４に示す。結果は、断続切削により欠損するまでの時間を表わしており、時間が長いもの程、工具寿命が長くなることを示す。

切削速度：Ｖ＝１５０ｍ／ｍｉｎ．
切り込み：ｄ＝０．１ｍｍ
送り：ｆ＝０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
湿式乾式：乾式（ＤＲＹ）
被削材：浸炭焼入鋼ＳＣＭ４１５（ＨＲＣ６２）
軸方向にＶ字形状の５本の溝有り。

なお、表２〜表４において、表１と同様の項目は、表１と同様の内容を示すものとする。

表１〜表４より明らかなように、本発明の実施例は比較例に比し、欠損するまでに要する時間が長く、明らかに工具寿命が延長されていることが確認できた。これは、耐欠損性と耐摩耗性との両者が十分に向上された結果であると考えられる。

また、Ｗ、Ｃｏ、およびＷまたはＣｏを含む化合物の含有量が２質量％以下の場合、Ｎｏ．５３〜Ｎｏ．５５のように２質量％を超える場合に比べ、工具寿命が長いことが確認できた。Ｗ、Ｃｏ、およびＷまたはＣｏを含む化合物を低減すると、結合材の粒成長が抑制され、微粒成分の面積％を一定の範囲とする本結合材の効果がより顕著に現れたものと考えられる。

さらに、Ｎｏ．５６〜Ｎｏ．７３のように、Ｔｉ系化合物群を構成する原子数の比（Ｃ＋Ｎ）／Ｔｉの最大値Ｘ１、最小値Ｘ２が、Ｘ２／Ｘ１≦０．９５となる場合、工具寿命がさらに長くなることが確認できた。（Ｃ＋Ｎ）／Ｔｉ比の異なる結合材が混在することにより、靭性と耐熱性を両立させる効果が現れたと考えられる。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

立方晶窒化硼素と結合材とを含む複合焼結体であって、
前記立方晶窒化硼素は、前記複合焼結体中に２５体積％以上８０体積％以下含まれ、
前記結合材は、Ｔｉ系化合物群を含み、
前記Ｔｉ系化合物群は、少なくともＴｉを含む化合物を１種以上含むものであって、かつ粒径が０．１μｍ以下の粒子で構成される第１微粒成分を含み、
前記第１微粒成分は、前記複合焼結体の少なくとも一断面において、前記結合材が占める面積の１０〜６０％を占める、複合焼結体。
前記Ｔｉ系化合物群は、前記第１微粒成分とともに第２微粒成分を含み、
前記第２微粒成分は、粒径が０．１μｍより大きく０．２５μｍ以下の粒子で構成され、
前記第１微粒成分および前記第２微粒成分は、これら両者を合わせて、前記複合焼結体の少なくとも一断面において、前記結合材が占める面積の９０％以上を占める、請求項１記載の複合焼結体。
前記Ｔｉ系化合物群は、Ｔｉと、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｖ、およびＣｒからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素と、窒素、炭素、硼素、および酸素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素とからなる少なくとも一種の化合物を含む、請求項１または２に記載の複合焼結体。
前記結合材は、前記Ｔｉ系化合物群と、
（ｉ）Ｚｒ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗ、およびＣｏからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素、
（ｉｉ）前記少なくとも一種の元素と、窒素、炭素、硼素、および酸素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素とからなる化合物、または
（ｉｉｉ）前記化合物の固溶体、
のいずれかにより構成される少なくとも一種の他の成分とを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の複合焼結体。
前記複合焼結体は、Ｗ、Ｃｏ、およびＷまたはＣｏを含む化合物のいずれかを２質量％以下で含む、請求項１〜４のいずれかに記載の複合焼結体。
前記Ｔｉ系化合物群は、主にＴｉＣ_xＮ_y（０≦ｘ≦０．９０、０≦ｙ≦０．９０、ｘ＋ｙ≦０．９０）で構成され、前記複合焼結体の少なくとも１断面における、原子数の比（Ｃ＋Ｎ）／Ｔｉの最大値をＸ１、最小値をＸ２としたときに、Ｘ２／Ｘ１≦０．９５である、請求項１〜５のいずれかに記載の複合焼結体。