JP2019064885A - Hard material containing rhenium nitride, method for producing the same, and cutting tool using the same - Google Patents
Hard material containing rhenium nitride, method for producing the same, and cutting tool using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019064885A JP2019064885A JP2017194126A JP2017194126A JP2019064885A JP 2019064885 A JP2019064885 A JP 2019064885A JP 2017194126 A JP2017194126 A JP 2017194126A JP 2017194126 A JP2017194126 A JP 2017194126A JP 2019064885 A JP2019064885 A JP 2019064885A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hard material
- ren
- range
- gpa
- rhenium
- 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
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- -1 rhenium nitride Chemical class 0.000 title claims abstract description 48
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 59
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 22
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 21
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 18
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 6
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 238000009931 pascalization Methods 0.000 claims description 3
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 abstract description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 abstract description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 10
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 10
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100034013 Gamma-glutamyl phosphate reductase Human genes 0.000 description 1
- 101001133924 Homo sapiens Gamma-glutamyl phosphate reductase Proteins 0.000 description 1
- 238000003991 Rietveld refinement Methods 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001683 neutron diffraction Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
本発明は、窒化レニウムを含有する硬質材料、その製造方法およびそれを用いた切削工具に関する。 The present invention relates to a hard material containing rhenium nitride, a method of manufacturing the same, and a cutting tool using the same.
切削工具等に使用する金属系硬質材料としては炭化タングステンが広く用いられている。炭化タングステンは鉄系材料を切削する際に、結晶中の炭素成分が鉄と反応するため、工具の摩耗の原因となっている。そのため、それに代わる、遷移金属の窒化物を主成分とする硬質材料の開発、その切削工具への適用が切望されている。 Tungsten carbide is widely used as a metal-based hard material used for cutting tools and the like. Tungsten carbide is a cause of tool wear because a carbon component in the crystal reacts with iron when cutting an iron-based material. Therefore, development of hard materials based on transition metal nitrides and their application to cutting tools have been desired.
このような遷移金属の窒化物として窒化レニウムが知られている（例えば、非特許文献１〜３）。非特許文献１は、窒素量が多く、層状構造（二硫化モリブデン型構造）を有するＲｅＮ２が高圧下で合成されることを報告している。しかしながら、ＲｅＮ２は、体積弾性率が炭化タングステンの半分ほどしかなく、構造的に異方性が大きいことから、硬質材料として適さない。非特許文献２および３によれば、金属Ｒｅと流体窒素とを、レーザ加熱により、３０ＧＰａを超える圧力下、２０００Ｋの温度下で処理することにより、Ｒｅ２ＮとＲｅ３Ｎとが製造される。これらのＲｅ２ＮとＲｅ３Ｎとは、全体の窒素量が少ないため、鉄系材料切削時の耐摩耗効果が十分ではない。 Rhenium nitride is known as such a transition metal nitride (for example, non-patent documents 1 to 3). Non-Patent Document 1 reports that ReN 2 having a large amount of nitrogen and having a layered structure (a molybdenum disulfide type structure) is synthesized under high pressure. However, ReN 2 is not suitable as a hard material because its bulk modulus is only about half that of tungsten carbide and its structural anisotropy is large. According to Non-Patent Documents 2 and 3, Re 2 N and Re 3 N are produced by treating metal Re and fluid nitrogen by laser heating under a pressure of over 30 GPa and a temperature of 2000 K. . Since these Re 2 N and Re 3 N have a small amount of nitrogen as a whole, the wear resistance effect at the time of iron-based material cutting is not sufficient.
以上から、本発明の課題は、窒化レニウムを主成分とする耐摩耗性に優れた硬質材料、その製造方法およびそれを用いた切削工具を提供することである。 From the above, it is an object of the present invention to provide a hard material excellent in wear resistance mainly composed of rhenium nitride, a method for producing the same, and a cutting tool using the same.
本発明による硬質材料は、少なくともＲｅ（レニウム）とＮ（窒素）とを含有する窒化レニウムを含有し、前記窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶を含有し、前記ＲｅＮで示される結晶は、炭化タングステン型構造を有し、これにより上記課題を解決する。
前記ＲｅＮで示される結晶は、六方晶系の結晶であり、空間群Ｐ６−ｍ２（ここで、“−”は、６のオーバーラインを示す）の対称性を有し、格子定数ａおよびｃは、それぞれ、
ａ＝０．２７９８±０．０５（ｎｍ）
ｃ＝０．２７１５±０．０５（ｎｍ）
の範囲を満たしてもよい。
前記窒化レニウムは、前記ＲｅＮで示される結晶を７０重量％以上含有してもよい。
前記窒化レニウムは、ＲｅＮｘ（ｘは、１＜ｘ≦２を満たす）で示される窒化レニウムをさらに含有してもよい。
前記ＲｅＮｘは、０重量％より多く５重量％未満の範囲で含有されてもよい。
前記窒化レニウムは、前記Ｒｅに対する前記Ｎのモル比が０．８以上１．２以下の範囲を満たしてもよい。
前記窒化レニウムは、前記Ｒｅに対する前記Ｎのモル比が０．９５以上１．０５以下の範囲を満たしてもよい。
ＴｉＮ、ＢＮ、ＷＣ、ＷＮ、ＴａＣ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｒからなる群から選択される材料をさらに含有してもよい。
本発明による硬質材料を製造する方法は、少なくとも二硫化モリブデン型を有する窒化レニウムを、２２００Ｋより高く３２００Ｋ以下の温度範囲で、２５．５ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の圧力範囲で処理する工程を包含し、これにより上記課題を解決する。
前記処理する工程において、前記圧力範囲は、３０ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下の範囲であってもよい。 前記処理する工程において、前記圧力範囲は、３７ＧＰａより大きく４５ＧＰａ以下の範囲であってもよい。
前記処理する工程は、ダイヤモンドアンビル装置またはマルチアンビル装置を用いた高温高圧処理法または衝撃圧縮法によって行われてもよい。
前記二硫化モリブデン型を有する窒化レニウムは、１００ｎｍ以上５００μｍ以下の粒径を有する粉末であってもよい。
前記処理する工程によって得られた反応物を粒度調整し、焼結する工程をさらに包含してもよい。
前記粒度調整し、焼結する工程は、前記反応物を１０ｎｍ以上１０μｍ以下の粒径を有する粉末状にしてもよい。
前記粒度調整し、焼結する工程は、前記反応物を１５００Ｋ以上３０００Ｋ以下の温度範囲で焼結してもよい。
本発明による硬質材料を用いた切削工具は、前記硬質材料は、上述の硬質材料であり、これにより上記課題を解決する。
The hard material according to the present invention contains rhenium nitride containing at least Re (rhenium) and N (nitrogen), and the rhenium nitride contains a crystal represented by ReN, and a crystal represented by the ReN is carbonized. It has a tungsten type structure, which solves the above problems.
The crystal represented by ReN is a hexagonal crystal, has a symmetry of space group P6-m2 (where, "-" indicates an overline of 6), and lattice constants a and c are ,Each,
a = 2798 ± 0.05 (nm)
c = 0.2715 ± 0.05 (nm)
You may satisfy the range of
The rhenium nitride may contain 70% by weight or more of the crystal represented by the ReN.
The rhenium nitride may further contain rhenium nitride represented by ReN x (x satisfies 1 <x ≦ 2).
The ReN x may be contained in the range of more than 0% by weight and less than 5% by weight.
The molar ratio of N to Re may satisfy the range of 0.8 or more and 1.2 or less.
The molar ratio of N to Re may satisfy the range of 0.95 to 1.05.
It may further contain a material selected from the group consisting of TiN, BN, WC, WN, TaC, Co, Ni and Cr.
The method of manufacturing the hard material according to the present invention comprises the step of treating rhenium nitride having at least a molybdenum disulfide type in a temperature range of more than 2200 K and 3200 K or less and in a pressure range of 25.5 GPa to 100 GPa. Solve the above problems.
In the processing step, the pressure range may be in the range of 30 GPa to 60 GPa. In the processing step, the pressure range may be in the range of more than 37 GPa and 45 GPa or less.
The processing may be performed by a high temperature high pressure processing method or an impact compression method using a diamond anvil device or a multi-anvil device.
The rhenium nitride having a molybdenum disulfide type may be a powder having a particle size of 100 nm to 500 μm.
The method may further include the step of adjusting the particle size of the reactant obtained by the treatment step and sintering.
In the step of adjusting the particle size and sintering, the reaction product may be in the form of powder having a particle diameter of 10 nm to 10 μm.
In the step of adjusting the particle size and sintering, the reaction product may be sintered in a temperature range of 1500 K to 3000 K.
In the cutting tool using a hard material according to the present invention, the hard material is the above-described hard material, thereby solving the above-mentioned problems.
本発明の硬質材料は、炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とするため、大きな体積弾性率を有し、硬度に優れる。また、窒素含有量が多いため、耐摩耗性が向上し得る。このような硬質材料は切削工具に適用でき、とりわけ鉄系材料の切削に好ましい。本発明の硬質材料の製造方法は、出発原料に二硫化モリブデン構造を有する窒化レニウムを用い、上述の所定条件で高温高圧処理するだけで、脱窒を生じさせ、炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを製造できる。 The hard material of the present invention has rhenium nitride containing a crystal represented by ReN having a tungsten carbide type structure as a main component, and thus has a large volume elastic modulus and is excellent in hardness. In addition, the wear resistance can be improved because the nitrogen content is high. Such hard materials can be applied to cutting tools and are particularly preferred for cutting ferrous materials. The method for producing a hard material according to the present invention uses rhenium nitride having a molybdenum disulfide structure as a starting material and denitrification occurs only by high-temperature and high-pressure treatment under the above-mentioned predetermined conditions, and ReN having a tungsten carbide type structure Rhenium nitride can be prepared containing the crystals shown.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same number is given to the same element and the description is abbreviate | omitted.
本発明の硬質材料について説明する。
本願発明者らは、少なくとも、Ｒｅ（レニウム）とＮ（窒素）とを含有する窒化レニウムに着目し、詳細に研究を行った結果、窒化レニウムの中でも、炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶が硬質材料として機能することを見出した。
The hard material of the present invention will be described.
The present inventors focused on rhenium nitride containing at least Re (rhenium) and N (nitrogen), and as a result of conducting detailed research, it is shown by ReN having a tungsten carbide type structure among rhenium nitrides. It has been found that the crystals function as a hard material.
炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶は、本願発明者らが新たに合成し、結晶構造解析により新規結晶であると確認した、本発明より以前において報告されていない結晶である。 The crystal represented by ReN having a tungsten carbide type structure is a crystal which has been newly synthesized by the present inventors and which has been confirmed as a new crystal by crystal structure analysis and has not been reported before the present invention.
図１は、本発明の硬質材料を構成するＲｅＮ結晶の結晶構造を示す図である。 FIG. 1 is a view showing a crystal structure of ReN crystal constituting the hard material of the present invention.
本発明者らが合成したＲｅＮ結晶について行った単結晶構造解析によれば、ＲｅＮ結晶は、六方晶系に属し、Ｐ６−ｍ２（ここで“−”は６のオーバーラインを表す）空間群（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔａｌｂｅｓ ｆｏｒ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙの１８７番の空間群）に属し、表１に示す結晶パラメータおよび原子座標位置を占める。本願明細書において、炭化タングステン型構造とは、炭化タングステン（ＷＣ）と同じく、六方晶系に属し、Ｐ６−ｍ２空間群に属すことを意図する。 According to single crystal structure analysis performed on ReN crystals synthesized by the present inventors, ReN crystals belong to a hexagonal system, and P6-m2 (here, "-" represents an overline of 6) space group ( Belongs to the space group No. 187 of International Talbes for Crystallography), and occupies the crystal parameters and atomic coordinate positions shown in Table 1. As used herein, tungsten carbide type structures, like tungsten carbide (WC), belong to the hexagonal system and are intended to belong to the P6-m2 space group.
表１において、格子定数ａ、ｂおよびｃは単位格子の軸の長さを示し、α、β、γは単位格子の軸間の角度を示す。原子座標は、単位格子中の各原子の位置を示す。図１は、表１に示す結晶構造パラメータを使った解析から得られる結晶構造である。なお、格子定数ａとｂとはａ＝ｂの関係にある。 In Table 1, lattice constants a, b and c indicate the lengths of the unit cell axes, and α, β and γ indicate the angles between the unit cell axes. The atomic coordinates indicate the position of each atom in the unit cell. FIG. 1 is a crystal structure obtained from analysis using crystal structure parameters shown in Table 1. The lattice constants a and b are in the relationship of a = b.
ＲｅＮで示される結晶は、構成成分であるＲｅとＮとの比率が変わったり、他の元素で置き換わったりすることによって格子定数が変化するが、結晶構造と、原子が占めるサイトおよびその座標によって与えられる原子位置とは、骨格原子間の化学結合が切れるほどには大きく変わることはない。本発明では、対象となる物質のＸ線回折や中性子回折の結果をＰ６−ｍ２の空間群でリートベルト解析して求めた格子定数と原子座標とから計算されたＲｅ−Ｎの化学結合の長さが、表１に示すＲｅＮ結晶の格子定数と原子座標とから計算されたそれと比べて±５％以内の場合は同一の結晶構造と判定できる。化学結合の長さが±５％を超えると、化学結合が切れて別の結晶となり得る。別の簡易的な判定方法として、ＲｅＮ結晶のＸ線回折の主要ピーク（例えば、回折強度の強い１０本程度）と、対象となる物質のそれとを比較してもよい。 The crystal represented by ReN changes its lattice constant by changing the ratio of the components Re and N, or replacing it with another element, but is given by the crystal structure, the site occupied by the atom, and its coordinates. The positions of atoms to be changed do not change so much that the chemical bond between the skeleton atoms is broken. In the present invention, the length of the chemical bond of Re-N calculated from lattice constants and atomic coordinates obtained by Rietveld analysis of the results of X-ray diffraction and neutron diffraction of the target substance in the P6-m2 space group It can be determined that the crystal structure is the same if it is within ± 5% of that calculated from the lattice constant and atomic coordinates of the ReN crystal shown in Table 1. When the length of the chemical bond exceeds ± 5%, the chemical bond may be broken to form another crystal. As another simple determination method, the main peak of X-ray diffraction of ReN crystal (for example, about 10 strong diffraction intensities) may be compared with that of the substance of interest.
このような観点から、本発明の硬質材料において、ＲｅＮで示される結晶は、ＲｅＮそれ自身、ＲｅとＮとのモル比が１からずれているもの（すなわち、ＲｅリッチまたはＮリッチ）、または、ＲｅおよびＮの一部が他の元素（例えば、Ｃ、Ｏ、Ｂ等）で置き換わったものも含むものとする。 From this point of view, in the hard material of the present invention, the crystal represented by ReN has a molar ratio of Re to N itself which is different from 1 (that is, Re rich or N rich), or It also includes those in which part of Re and N is replaced with another element (eg, C, O, B, etc.).
本発明の硬質材料において、ＲｅＮで示される結晶は、表１に示すように、六方晶系の結晶であり、空間群Ｐ６−ｍ２の対称性を有するが、格子定数ａおよびｃは、好ましくは、それぞれ、
ａ＝０．２７９８±０．０５（ｎｍ）
ｃ＝０．２７１５±０．０５（ｎｍ）
の範囲を満たす。この範囲内であれば、結晶が安定であるため、硬度および耐摩耗性に優れる硬質材料となる。ここでも、格子定数ａ＝ｂの関係を満たす。
In the hard material of the present invention, the crystal represented by ReN is a hexagonal crystal and has the symmetry of space group P6-m2, as shown in Table 1, but the lattice constants a and c are preferably ,Each,
a = 2798 ± 0.05 (nm)
c = 0.2715 ± 0.05 (nm)
Meet the range of If it is in this range, the crystal is stable, so it becomes a hard material excellent in hardness and wear resistance. Here too, the relationship of lattice constant a = b is satisfied.
本発明の硬質材料は、窒化レニウムを主成分とするが、窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶を７０重量％以上含有することが好ましい。これにより、ＲｅＮで示される結晶による硬度および耐摩耗性に優れる硬質材料となる。より好ましくは、窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶を９０重量％以上含有する。さらに、好ましくは、窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶を９５重量％以上含有する。 The hard material of the present invention contains rhenium nitride as a main component, and it is preferable that rhenium nitride contains 70% by weight or more of a crystal represented by ReN. Thereby, it becomes a hard material which is excellent in hardness and abrasion resistance by the crystal | crystallization shown by ReN. More preferably, rhenium nitride contains 90% by weight or more of a crystal represented by ReN. Furthermore, preferably, rhenium nitride contains 95% by weight or more of a crystal represented by ReN.
本発明の硬質材料において、窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶から極力構成されることが望ましいが、ＲｅＮで示される結晶以外に、ＲｅＮｘ（ｘは、１＜ｘ≦２）で示される窒化レニウムを含有してもよい。ｘが２である場合、ＲｅＮｘは、製造時の原料に用い、一部未反応で残った二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）型構造を有する窒化レニウム（ＲｅＮ２）である。ｘが１＜ｘ＜２である場合、ＲｅＮｘは、ＲｅＮ２からの脱窒が不十分な窒化レニウムである。これらのＲｅＮｘの含有量は、好ましくは、０重量％より多く５重量％未満の範囲である。この範囲であれば、硬度および耐摩耗性を有する硬質材料を提供できる。 In the hard material of the present invention, it is desirable that rhenium nitride be composed as much as possible of the crystal represented by ReN, but in addition to the crystal represented by ReN, nitrided represented by ReN x (x is 1 <x ≦ 2) It may contain rhenium. When x is 2, ReN x is rhenium nitride (ReN 2 ) having a partially unreacted molybdenum disulfide (MoS 2 ) type structure, which is used as a raw material at the time of production. When x is 1 <x <2, ReN x is rhenium nitride which is insufficient in denitrification from ReN 2 . The content of these ReN x is preferably in the range of more than 0% by weight and less than 5% by weight. Within this range, a hard material having hardness and wear resistance can be provided.
本発明の硬質材料において、窒化レニウムは、好ましくは、Ｒｅに対するＮのモル比が０．８以上１．２以下の範囲を満たす。これにより、ＲｅＮで示される結晶による硬度および耐摩耗性に優れる硬質材料となる。より好ましくは、Ｒｅに対するＮのモル比が０．９５以上１．０５以下の範囲を満たす。これにより、ＲｅＮで示される結晶の含有量が増大するため、より硬度および耐摩耗性に優れる硬質材料となる。 In the hard material of the present invention, preferably, the molar ratio of N to Re satisfies the range of 0.8 or more and 1.2 or less. Thereby, it becomes a hard material which is excellent in hardness and abrasion resistance by the crystal | crystallization shown by ReN. More preferably, the molar ratio of N to Re satisfies the range of 0.95 or more and 1.05 or less. As a result, the content of crystals represented by ReN is increased, so that a hard material having more excellent hardness and wear resistance can be obtained.
なお、本明細書において、窒化レニウムの主成分とする量は、９０重量％以上である。９０重量％を下回ると、窒化レニウム以外の成分の効果が大きくなり、十分な硬度および耐摩耗性が得られない場合がある。ここで、本発明の硬質材料は、窒化レニウム以外の成分として、ＴｉＮ、ＢＮ、ＷＣ、ＷＮ、ＴａＣ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｒからなる群から選択される材料を含有してもよい。これらの材料は焼結助剤として機能し得るので、硬度および耐摩耗性を有する硬質材料を提供できる。 In the present specification, the amount of rhenium nitride as the main component is 90% by weight or more. If the amount is less than 90% by weight, the effects of components other than rhenium nitride may be increased, and sufficient hardness and wear resistance may not be obtained. Here, the hard material of the present invention may contain, as a component other than rhenium nitride, a material selected from the group consisting of TiN, BN, WC, WN, TaC, Co, Ni and Cr. Since these materials can function as sintering aids, hard materials having hardness and wear resistance can be provided.
本発明の硬質材料は、ＲｅＮで示される結晶の結晶構造に基づき硬度に優れ、また窒素含有量も多いため、耐摩耗性を有する。このような本発明の硬質材料は、３００ＧＰａ以上４００ＧＰａ以下の範囲の体積弾性率を有し、既存の硬質材料である立方晶窒化ホウ素（３８１ＧＰａ）、炭化タングステン（３２９〜３８４ＧＰａ）、ダイヤモンド（４４２ＧＰａ）の体積弾性率に匹敵し得る。このことからも本発明の硬質材料は、切削工具に適用できる。 The hard material of the present invention is excellent in hardness based on the crystal structure of a crystal represented by ReN, and also has a high nitrogen content, and therefore has wear resistance. Such a hard material of the present invention has a bulk modulus in the range of 300 GPa to 400 GPa, and is an existing hard material, cubic boron nitride (381 GPa), tungsten carbide (329 to 384 GPa), diamond (442 GPa) Comparable to the bulk modulus of Also from this point, the hard material of the present invention can be applied to a cutting tool.
次に、本発明の硬質材料を製造する例示的な方法を説明する。
図２は、本発明の硬質材料を製造するプロセスを説明する図である。
Next, an exemplary method of manufacturing the hard material of the present invention will be described.
FIG. 2 is a diagram illustrating the process of producing the hard material of the present invention.
本発明の製造方法では、出発原料に二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）型窒化レニウム（以降では、ＭｏＳ２型ＲｅＮ２と称する）を用いる。ＭｏＳ２型ＲｅＮ２は、例えば非特許文献１の方法によって製造される。本願発明者らは、ＭｏＳ２型ＲｅＮ２が、２２００Ｋより高く３２００Ｋ以下の温度範囲で、２５．５ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の圧力範囲で高温高圧処理（以降では単に処理と称する）することにより、脱窒（例示的には図２における点線部分で示す窒素の脱離）が生じ、上述したＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とする硬質材料を製造できることを見出した。２２００Ｋ以下の温度範囲、ならびに、２５．５ＧＰａ未満の圧力範囲では、ＭｏＳ２型ＲｅＮ２からの脱窒が生じない。３２００Ｋより高い温度範囲、ならびに、１００ＧＰより高い圧力範囲は、ＭｏＳ２型ＲｅＮ２からの脱窒は生じるが、より特殊な装置が必要となり、製造コストが高くなるため、好ましくない。なお、高温高圧処理の時間は、原料の量や用いる装置によって異なることに留意されたい。 In the production method of the present invention, molybdenum disulfide (MoS 2 ) type rhenium nitride (hereinafter referred to as MoS 2 type ReN 2 ) is used as a starting material. MoS 2 type ReN 2 is produced, for example, by the method of Non-Patent Document 1. The present inventors have carried out denitrification treatment by subjecting MoS 2 type ReN 2 to high temperature and high pressure treatment (hereinafter simply referred to as treatment) in a pressure range of 25.5 GPa to 100 GPa in a temperature range of 2200 K to 3200 K or less. (Exemplarily, desorption of nitrogen shown by a dotted line in FIG. 2) occurs, and it has been found that a rhenium nitride-based hard material containing a crystal represented by ReN described above can be manufactured. In the temperature range of 2200 K or less, and in the pressure range of less than 25.5 GPa, denitrification from MoS 2 type ReN 2 does not occur. A temperature range higher than 3200 K and a pressure range higher than 100 GP are not preferable because denitrification from MoS 2 type ReN 2 occurs but more specialized equipment is required and the manufacturing cost becomes high. It should be noted that the time of high temperature and high pressure treatment varies depending on the amount of raw materials and the apparatus used.
より好ましくは、上記処理工程は、３０ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下の圧力範囲で行われる。これにより、確実に、ＭｏＳ２型ＲｅＮ２から脱窒が生じ、上述のＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とする硬質材料が製造される。さらに好ましくは、上記処理工程は、３７ＧＰａ以上４５ＧＰａ以下の圧力範囲で行われる。これにより、ＭｏＳ２型ＲｅＮ２から脱窒が生じ、第二相の生成が抑制された、上述のＲｅＮで示される結晶からなる窒化レニウムを主成分とする硬質材料が製造される。 More preferably, the treatment process is performed in a pressure range of 30 GPa to 60 GPa. As a result, denitrification occurs surely from MoS 2 type ReN 2 and a hard material containing rhenium nitride as a main component containing the crystal represented by the above ReN is produced. More preferably, the treatment process is performed in a pressure range of 37 GPa to 45 GPa. As a result, denitrification occurs from the MoS 2 type ReN 2 to produce a hard material mainly composed of rhenium nitride composed of a crystal represented by the above ReN, in which the generation of the second phase is suppressed.
上述の処理工程は、例えば、ダイヤモンドアンビル装置またはマルチアンビル装置を用いた高温高圧処理法または衝撃圧縮法によって行われる。これらの方法は、上述の温度範囲および圧力範囲を達成できる。なお、上述の高温および高圧条件を達成できれば、装置に制限はない。 The above-described processing steps are performed, for example, by high-temperature high-pressure processing or impact compression using a diamond anvil apparatus or a multi-anvil apparatus. These methods can achieve the temperature range and pressure range described above. The apparatus is not limited as long as the above-described high temperature and high pressure conditions can be achieved.
出発原料に用いるＭｏＳ２型ＲｅＮ２は、好ましくは、１００ｎｍ以上５００μｍ以下の粒径を有する粉末である。この範囲の粒径であれば、脱窒の進行を促進する。より好ましくは、ＭｏＳ２型ＲｅＮ２は、好ましくは、２００ｎｍ以上２００μｍ以下の粒径を有する粉末である。なお、本願明細書において、粒径は、マイクロトラックやレーザ散乱法によって測定される体積基準のメディアン径（ｄ５０）とする。 The MoS 2 type ReN 2 used as the starting material is preferably a powder having a particle size of 100 nm to 500 μm. With a particle size in this range, the progress of denitrification is promoted. More preferably, MoS 2 type ReN 2 is preferably a powder having a particle size of 200 nm or more and 200 μm or less. In the present specification, the particle size is a volume-based median diameter (d50) measured by a microtrack or a laser scattering method.
なお、ＲｅＮで示される結晶が、ＲｅおよびＮの一部が他の元素で置き換わったものを意図する場合には、出発原料ＭｏＳ２型ＲｅＮ２に加えて、他の元素の窒化物等を用いればよい。 In addition, when the crystal represented by ReN intends that a part of Re and N is replaced by another element, in addition to the starting material MoS 2 type ReN 2 , a nitride of the other element, etc. is used. Just do it.
上述の処理工程によって本発明の硬質材料が得られるが、さらに、得られた反応物を粒度調整し、焼結する工程を行ってもよい。例えば、上述の処理工程によって得られた反応物を原料として、より大きな焼結体を製造し、切削工具に加工する場合に好ましい。 Although the hard material of the present invention is obtained by the above-mentioned treatment step, the step of adjusting the particle size of the obtained reactant and sintering may be performed. For example, it is preferable when using a reaction product obtained by the above-described treatment process as a raw material to produce a larger sintered body and processing it into a cutting tool.
粒度調整し、焼結する工程において、好ましくは、反応物が、１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲を満たす粉末となるまで、粒度調整を行う。これにより、緻密な焼結体である硬質材料を製造できる。より好ましくは、反応物が、５０ｎｍ以上５μｍ以下の範囲を満たす粉末となるまで、粒度調整を行う。これにより、緻密で粒成長が抑制された焼結体である硬質材料を製造できる。なお、粒度調整は、湿式または乾式によるボールミル、ジェットミル等を使用し、篩い分け等の分級を行ってもよい。 In the step of adjusting the particle size and sintering, preferably, the particle size adjustment is performed until the reaction product becomes a powder satisfying a range of 10 nm to 10 μm. Thereby, the hard material which is a precise | minute sintered compact can be manufactured. More preferably, the particle size adjustment is performed until the reaction product becomes a powder that satisfies the range of 50 nm to 5 μm. Thereby, it is possible to manufacture a hard material which is a compact and a sintered body in which grain growth is suppressed. The particle size adjustment may be performed by classification such as sieving using a wet or dry ball mill, jet mill or the like.
粒度調整し、焼結する工程において、好ましくは、粒度調整した粉末状の反応物を、１５００Ｋ以上３０００Ｋ以下の温度範囲で焼結する。この温度範囲であれば、焼結が進行する。より好ましくは、反応物を１８００Ｋ以上２５００Ｋ以下の温度範囲で焼結する。この温度範囲であれば、粒成長を抑制したまま、緻密な焼結体である硬質材料を製造できる。なお、焼結時間は、成形体の大きさにもよるが、例示的には、１時間以上２４時間以下の範囲である。焼結に際して、成型後通常の雰囲気炉にて焼結してもよいが、ホットプレスや熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）などを用いて加圧下にて焼結してもよい。焼結は、好ましくは、窒素雰囲気中など還元雰囲気で行われる。 In the step of adjusting the particle size and sintering, preferably, the powdery reaction product adjusted in particle size is sintered in a temperature range of 1500 K or more and 3000 K or less. In this temperature range, sintering proceeds. More preferably, the reaction product is sintered in a temperature range of 1800 K or more and 2500 K or less. If it is this temperature range, the hard material which is a precise | minute sintered compact can be manufactured, suppressing grain growth. In addition, although sintering time is based also on the magnitude | size of a molded object, it is the range of 1 to 24 hours as an example. At the time of sintering, although sintering may be performed in a conventional atmosphere furnace, sintering may be performed under pressure using a hot press, a hot isostatic press (HIP) or the like. Sintering is preferably performed in a reducing atmosphere, such as in a nitrogen atmosphere.
粒度調整し、焼結する工程において、粒度調整した粉末状の反応物に加えてＴｉＮ、ＢＮ、ＷＣ、ＷＮ、ＴａＣ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｒからなる群から選択される材料を添加してもよい。これらは焼結助剤として機能し、より緻密な焼結体である硬質材料を提供できる。添加する量は、１０重量％未満が好ましい。 In the step of adjusting particle size and sintering, a material selected from the group consisting of TiN, BN, WC, WN, TaC, Co, Ni and Cr may be added in addition to the particle-shaped adjusted powdery reactant. . These function as sintering aids and can provide a hard material that is a more compact sintered body. The amount to be added is preferably less than 10% by weight.
次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。 Next, the present invention will be described in detail using specific examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples.
［実施例１］
実施例１では、出発原料としてＭｏＳ２型ＲｅＮ２に、３２．２ＧＰａの圧力下、２２５０Ｋ〜２７５０Ｋの温度範囲で、図３および図４に示すダイヤモンドアンビル装置を用いたレーザ加熱による高温高圧処理法を実施した。まず、出発原料であるＭｏＳ２型ＲｅＮ２を、非特許文献１にしたがって合成した。合成の手順を説明する。
Example 1
In Example 1, a high temperature and high pressure treatment method by laser heating using a diamond anvil apparatus shown in FIGS. 3 and 4 in a temperature range of 2250 K to 2750 K under a pressure of 32.2 GPa to MoS 2 type ReN 2 as a starting material Carried out. First, MoS 2 type ReN 2 as a starting material was synthesized according to Non-Patent Document 1. Describe the procedure of synthesis.
ＲｅＣｌ５（シグマアルドリッチ製）とＬｉ３Ｎ（シグマアルドリッチ製）とをそれぞれ４００ｗｔ％のＮａＣｌ（和光純薬工業株式会社製）粉末で薄めた。希釈後のＲｅＣｌ５およびＬｉ３Ｎを、重量比で１：１となるように混合した。なお、混合は、窒素ガスを充填したグローブボックス（Ｈ２ＯおよびＯ２の濃度は１ｐｐｍ以下に制御された）内で行った。混合後のＲｅＣｌ５、Ｌｉ３ＮおよびＮａＣｌのモル比（ＲｅＣｌ５：Ｌｉ３Ｎ：ＮａＣｌ）は、１：１０：５０であった。 ReCl 5 (manufactured by Sigma Aldrich) and Li 3 N (manufactured by Sigma Aldrich) were each diluted with 400 wt% NaCl (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) powder. The diluted ReCl 5 and Li 3 N were mixed at a weight ratio of 1: 1. The mixing was performed in a glove box filled with nitrogen gas (the concentration of H 2 O and O 2 was controlled to 1 ppm or less). The molar ratio of ReCl 5 , Li 3 N and NaCl after mixing (ReCl 5 : Li 3 N: NaCl) was 1:10:50.
ＲｅＣｌ５、Ｌｉ３ＮおよびＮａＣｌの混合物をプラチナカプセルに充填し、高圧セルにセットした。充填量は、約２００ｍｇであった。ベルト型高圧装置を用いて、高圧セルに７．７ＧＰａの圧力を印加し、１８７３Ｋに加熱した。加熱時間は、３０分から１０時間であった。高温高圧後、７０℃の温水で生成物を洗浄し、ＬｉＣｌおよびＮａＣｌを溶解させた。乾燥後の生成物が、ＭｏＳ２型ＲｅＮ２であり、不純物および第二相を含有しないことをＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）および粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）から確認した。 A mixture of ReCl 5 , Li 3 N and NaCl was filled into platinum capsules and set in a high pressure cell. The loading was about 200 mg. Using a belt type high pressure device, a pressure of 7.7 GPa was applied to the high pressure cell and heated to 1873K. The heating time was 30 minutes to 10 hours. After high temperature and pressure, the product was washed with 70 ° C. warm water to dissolve LiCl and NaCl. It was confirmed from X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and powder X-ray diffraction (XRD) that the product after drying was MoS 2 type ReN 2 and contained no impurities and the second phase.
図３は、ダイヤモンドアンビルセルを備えたダイヤモンドアンビル装置の全体を示す模式図である。
図４は、図３のダイヤモンドアンビル装置の細部を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing an entire diamond anvil apparatus provided with a diamond anvil cell.
FIG. 4 is a schematic view showing details of the diamond anvil device of FIG. 3;
ダイヤモンドアンビル装置は既存のものを使用でき、図３に示すように、底面が平らになるよう研磨されたダイヤモンドが、底面を対向した状態で設置されており、この底面に圧力が印加される。図４に示すように、出発原料であるＭｏＳ２型ＲｅＮ２を、圧力伝達物質であるＮａＣｌで固め、ガスケットとダイヤモンドとで保持した。充填したＭｏＳ２型ＲｅＮ２は、粒径約１００μｍを有し、約０．３〜０．８μｇであった。 The diamond anvil apparatus can use the existing thing, and as shown in FIG. 3, the diamond grind | polished so that the bottom face is flat is installed with the bottom face opposed, and pressure is applied to this bottom face. As shown in FIG. 4, the starting material MoS 2 type ReN 2 was solidified with NaCl as a pressure transfer material, and held by a gasket and a diamond. The loaded MoS 2 type ReN 2 had a particle size of about 100 μm and was about 0.3-0.8 μg.
次いで、表２に示すように、ダイヤモンドアンビル装置に３２．２ＧＰａの圧力を印加し、１００ＷのファイバーレーザからレーザビームをＭｏＳ２型ＲｅＮ２に照射した。なお、レーザビームは、１０μｍφに集光されており、ＭｏＳ２型ＲｅＮ２全体をスキャンした。このときのＭｏＳ２型ＲｅＮ２の温度は、色温度から判断して、２２５０Ｋ〜２７５０Ｋの範囲内であった。レーザの照射時間は、温度が一定になってから数分であった。また、加熱後の圧力は、３２．１ＧＰａであり、実質的に変化はないことを確認した。 Next, as shown in Table 2, a pressure of 32.2 GPa was applied to the diamond anvil apparatus, and a laser beam was irradiated to the MoS 2 type ReN 2 from a 100 W fiber laser. The laser beam was focused to 10 μmφ and scanned the entire MoS 2 type ReN 2 . The temperature of the MoS 2 type ReN 2 at this time was in the range of 2250 K to 2750 K as judged from the color temperature. The irradiation time of the laser was several minutes after the temperature became constant. In addition, it was confirmed that the pressure after heating was 32.1 GPa and that there was substantially no change.
反応後の試料について、図５に示す測定系によりＸ線構造解析を行った。結果を表３に示す。なお、実施例１では、反応後のダイヤモンドアンビルセルを減圧することなくそのまま測定系のセルに使用した。 The sample after reaction was subjected to X-ray structural analysis by the measurement system shown in FIG. The results are shown in Table 3. In Example 1, the diamond anvil cell after reaction was used as it is for the cell of the measurement system without pressure reduction.
図５は、Ｘ線構造解析および体積弾性率の測定のための測定系を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a measurement system for X-ray structural analysis and measurement of bulk modulus.
放射光からのＸ線をシリコンで単色化し（λ＝０．０４１４７６ｎｍ、もしくは０.０３３２４２ｎｍ、もしくは０．０７４９９６ｎｍ）、種々の圧力における試料のＸ線回折パターンを得た。Ｘ線回折パターンからＸ線構造解析を行い、格子定数を求めた。この際、圧力標準物質としてＮａＣｌを採用した。 X-rays from the radiation were monochromatized with silicon (λ = 0.041476 nm, or 0.033242 nm, or 0.074996 nm) to obtain X-ray diffraction patterns of the samples at various pressures. X-ray structural analysis was performed from the X-ray diffraction pattern to determine the lattice constant. At this time, NaCl was adopted as a pressure standard substance.
［実施例２］
実施例２では、表２に示すように、圧力が異なる以外は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。実施例１と同様に、実施例２で得られた試料について、Ｘ線構造解析を行い、格子定数を求めた。結果を図６および表３に示す。実施例２では、反応後、ダイヤモンドアンビルセルを１気圧に減圧し、セルから試料を取り出し、再度ダイヤモンドアンビルセルに充填した。その際、アルコール媒体（メタノール：エタノール：水＝１６：３：１）とともに試料を封入した。また、圧力標準物質としてＡｕを採用した。そこでさらに、圧力を変えながら、Ｘ線構造解析を行い、体積弾性率を求めた。結果を図７に示す。
Example 2
In Example 2, as shown in Table 2, since it is the same as that of Example 1 except that the pressure is different, the description is omitted. The X-ray structural analysis was performed on the sample obtained in Example 2 in the same manner as in Example 1 to obtain the lattice constant. The results are shown in FIG. 6 and Table 3. In Example 2, after the reaction, the diamond anvil cell was depressurized to 1 atm, the sample was removed from the cell, and the sample was again filled in the diamond anvil cell. At that time, the sample was sealed together with an alcohol medium (methanol: ethanol: water = 16: 3: 1). Moreover, Au was adopted as a pressure standard substance. Therefore, while changing the pressure, X-ray structural analysis was performed to determine the bulk modulus. The results are shown in FIG.
［比較例３］
比較例３では、表２に示すように、圧力および加熱温度が異なる以外は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。実施例１と同様に、比較例３で得られた試料について、Ｘ線構造解析を行い、格子定数を求めた。結果を表３に示す。
Comparative Example 3
The comparative example 3 is the same as the example 1 except that the pressure and the heating temperature are different as shown in Table 2, so the description will be omitted. The X-ray structural analysis was performed on the sample obtained in Comparative Example 3 in the same manner as Example 1 to obtain the lattice constant. The results are shown in Table 3.
［実施例４］
実施例４では、表２に示すように、圧力および加熱温度が異なる以外は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。実施例４では、反応後、ダイヤモンドアンビルセルを１気圧に減圧し、セルから試料を取り出し、Ｘ線構造解析を行い、格子定数を求めた。結果を表３に示す。
Example 4
The fourth embodiment is the same as the first embodiment except that the pressure and the heating temperature are different as shown in Table 2, so the description will be omitted. In Example 4, after the reaction, the diamond anvil cell was depressurized to 1 atm, the sample was taken out from the cell, X-ray structural analysis was performed, and the lattice constant was determined. The results are shown in Table 3.
［実施例５］
実施例５では、表２に示すように、圧力および加熱温度が異なる以外は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。実施例４と同様に、実施例５で得られた試料について、Ｘ線構造解析を行い、格子定数を求めた。結果を表３に示す。
[Example 5]
The fifth embodiment is the same as the first embodiment except that the pressure and the heating temperature are different as shown in Table 2, so the description will be omitted. In the same manner as in Example 4, X-ray structural analysis was performed on the sample obtained in Example 5 to obtain a lattice constant. The results are shown in Table 3.
［実施例６］
実施例６では、表２に示すように、圧力および加熱温度が異なる以外は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。実施例４と同様に、実施例６で得られた試料について、Ｘ線構造解析を行い、格子定数を求めた。結果を表３に示す。
[Example 6]
The sixth embodiment is the same as the first embodiment except that the pressure and the heating temperature are different as shown in Table 2, so the description will be omitted. The X-ray structural analysis was performed on the sample obtained in Example 6 in the same manner as in Example 4 to obtain the lattice constant. The results are shown in Table 3.
以上の実施例／比較例１〜６の試料の合成条件を簡単のために表２に示し、結果を説明する。 The synthesis conditions of the samples of the above example / comparative examples 1 to 6 are shown in Table 2 for the sake of simplicity, and the results will be described.
図６は、実施例２の試料によるＸ線回折パターンを示す図である。 FIG. 6 is a view showing an X-ray diffraction pattern of the sample of Example 2.
図６によれば、回折ピークは、六方晶系の空間群Ｐ６−ｍ２の対称性を有するＷＣ型ＲｅＮおよびＮａＣｌに指数付けできた。それ以外の第二相を示すピークは見られなかった。ここで、ＮａＣｌのピークは、ダイヤモンドアンビルセルで用いた圧力伝達物質（ＮａＣｌ）に基づく。リートベルト解析プログラム（ＧＳＡＳ）によれば、ａ＝ｂ＝２．７９８（１）Åおよびｂ＝２．７１５（１）Åであった。図示しないが、実施例１、２、４〜６の試料のＸＲＤパターンは、ごくわずかな未知のピークを有すものの、図６と同様のＸＲＤパターンを主として有した。未知のピークは、出発原料に用いたＭｏＳ２型ＲｅＮ２から窒素の一部が脱離したＲｅＮｘ（１＜ｘ≦２）と考えられる。一方、比較例３の試料のＸＲＤパターン（図示せず）は、出発原料に用いたＭｏＳ２型ＲｅＮ２のそれに一致した。これらの結果から得られた生成物の主相を表３にまとめる。 According to FIG. 6, the diffraction peak can be indexed to WC type ReN and NaCl having the symmetry of the hexagonal space group P6-m2. No peak showing the other second phase was observed. Here, the peak of NaCl is based on the pressure transmitter (NaCl) used in the diamond anvil cell. According to the Rietveld analysis program (GSAS), a = b = 2.798 (1) Å and b = 2.715 (1) Å. Although not shown, the XRD patterns of the samples of Examples 1, 2 and 4 to 6 mainly had the same XRD pattern as FIG. 6, although they had very few unknown peaks. The unknown peak is considered to be ReN x (1 <x ≦ 2) in which part of nitrogen is eliminated from MoS 2 type ReN 2 used as the starting material. On the other hand, the XRD pattern (not shown) of the sample of Comparative Example 3 matched that of MoS 2 type ReN 2 used as the starting material. The major phases of the product obtained from these results are summarized in Table 3.
実施例１、４〜６の試料は、いずれも、第二相を含有するものの、炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とする材料であった。実施例２の試料は、第二相を含有しない、炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムからなる材料であり、Ｒｅに対するＮのモル比は、０．９５以上１．０５以下を満たすと推定される。 All of the samples of Examples 1 to 4 were rhenium nitride-based materials which contained a second phase but contained a crystal represented by ReN having a tungsten carbide type structure. The sample of Example 2 is a material which does not contain the second phase and is made of rhenium nitride containing a crystal represented by ReN having a tungsten carbide type structure, and the molar ratio of N to Re is 0.95 or more. It is estimated that 05 or less is satisfied.
以上から、本発明の製造方法を実施すれば、ＷＣ型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とする材料が得られることが示された。特に、圧力範囲を３７ＧＰａより大きく４５ＧＰａ以下に制御するだけで、ＷＣ型構造を有するＲｅＮで示される結晶を極めて高純度で含有する窒化レニウムを主成分とする材料が得られることが示された。 From the above, it has been shown that a rhenium nitride-based material containing a crystal represented by ReN having a WC type structure can be obtained by carrying out the manufacturing method of the present invention. In particular, it has been shown that a rhenium nitride-based material containing crystals of ReN having a WC type structure with extremely high purity can be obtained only by controlling the pressure range to 37 GPa or less and 45 GPa or less.
図７は、実施例２の試料による体積比の圧力依存性を示す図である。 FIG. 7 is a graph showing the pressure dependency of the volume ratio of the sample of Example 2.
図７によれば、実施例２の試料の体積弾性率は３２３±３ＧＰａと算出された。図示しないが、実施例１、４〜６の試料の体積弾性率も、３００ＧＰａ以上４００ＧＰａ以下の範囲の範囲を有することを確認した。これらの値は、既存の硬質材料である立方晶窒化ホウ素（３８１ＧＰａ）、炭化タングステン（３２９〜３８４ＧＰａ）、ダイヤモンド（４４２ＧＰａ）の体積弾性率に匹敵し得る。 According to FIG. 7, the bulk modulus of the sample of Example 2 was calculated to be 323 ± 3 GPa. Although not shown, it was also confirmed that the bulk modulus of each of the samples of Examples 1 to 4 also has a range of 300 GPa or more and 400 GPa or less. These values may be comparable to the bulk modulus of existing hard materials cubic boron nitride (381 GPa), tungsten carbide (329-384 GPa) and diamond (442 GPa).
以上から、本発明の製造方法によって得られた材料は、ＷＣ型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とする硬質材料であることが示された。 From the above, it was shown that the material obtained by the manufacturing method of the present invention is a hard material having rhenium nitride as a main component, which contains a crystal represented by ReN having a WC type structure.
本発明の硬質材料は、硬度および耐摩耗性に優れるため、切削工具に適用できる。特に、本発明の硬質材料を適用した切削工具は、鉄系材料を切削しても反応することはないので、鉄系材料の加工用の切削工具に好ましい。 The hard material of the present invention is applicable to cutting tools because of its excellent hardness and wear resistance. In particular, since the cutting tool to which the hard material of the present invention is applied does not react even when cutting an iron-based material, it is preferable to a cutting tool for processing an iron-based material.
Claims (17)
前記窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶を含有し、
前記ＲｅＮで示される結晶は、炭化タングステン型構造を有する、硬質材料。 A hard material containing rhenium nitride containing at least Re (rhenium) and N (nitrogen),
The rhenium nitride contains a crystal represented by ReN,
The crystal represented by ReN has a tungsten carbide type structure, and is a hard material.
ａ＝０．２７９８±０．０５（ｎｍ）
ｃ＝０．２７１５±０．０５（ｎｍ）
の範囲を満たす、請求項１に記載の硬質材料。 The crystal represented by ReN is a hexagonal crystal, has a symmetry of space group P6-m2 (where, "-" indicates an overline of 6), and lattice constants a and c are ,Each,
a = 2798 ± 0.05 (nm)
c = 0.2715 ± 0.05 (nm)
The hard material according to claim 1 satisfying the range of
The hard process according to any one of claims 1 to 8, comprising the step of treating rhenium nitride having at least a molybdenum disulfide type in a temperature range of more than 2200 K and 3200 K or less and a pressure range of 25.5 GPa to 100 GPa. How to make the material.
前記硬質材料は、請求項１〜８のいずれかに記載の硬質材料である、切削工具。 A cutting tool using a hard material,
The cutting tool according to any one of claims 1 to 8, wherein the hard material is a hard material according to any one of claims 1 to 8.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017194126A JP6950942B2 (en) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Hard material containing rhenium nitride, its manufacturing method and cutting tools using it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017194126A JP6950942B2 (en) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Hard material containing rhenium nitride, its manufacturing method and cutting tools using it |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019064885A true JP2019064885A (en) | 2019-04-25 |
| JP6950942B2 JP6950942B2 (en) | 2021-10-13 |
Family
ID=66338935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017194126A Active JP6950942B2 (en) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Hard material containing rhenium nitride, its manufacturing method and cutting tools using it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6950942B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110016719A (en) * | 2019-04-30 | 2019-07-16 | 吉林大学 | A kind of bismuth sulfide compound crystal and preparation method thereof |
-
2017
- 2017-10-04 JP JP2017194126A patent/JP6950942B2/en active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110016719A (en) * | 2019-04-30 | 2019-07-16 | 吉林大学 | A kind of bismuth sulfide compound crystal and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6950942B2 (en) | 2021-10-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107207363B (en) | Cubic boron nitride polycrystalline material, cutting tool, wear-resistant tool, abrasive tool, and method for producing cubic boron nitride polycrystalline material | |
| KR102245623B1 (en) | Novel tungsten carbide powder and production thereof | |
| US20140178139A1 (en) | Method of manufacturing super hard alloy containing carbon nanotubes, super hard alloy manufactured using same, and cutting tool comprising super hard alloy | |
| JP6265103B2 (en) | Sintered body | |
| US9701542B2 (en) | Mechanochemical synthesis of hexagonal OsB2 | |
| KR20200140372A (en) | Cubic boron nitride polycrystal and method for producing same | |
| Slipchenko et al. | Superhard pcBN materials with chromium compounds as a binder | |
| CN106587088B (en) | A kind of novel tertiary osmium ruthenium boride hard material and preparation method thereof | |
| JP2017014084A (en) | Cubic crystal boron nitride sintered body, method of producing cubic crystal boron nitride sintered body, tool and cutting tool | |
| WO2015166730A1 (en) | Composite sintered body | |
| CN110629095A (en) | Gradient hard alloy composite bar and preparation method thereof | |
| JP2019131442A (en) | Method for manufacturing cubic crystal or hexagonal crystal boron nitride | |
| CN109641806B (en) | Titanium carbonitride powder and method for producing titanium carbonitride powder | |
| JP6950942B2 (en) | Hard material containing rhenium nitride, its manufacturing method and cutting tools using it | |
| KR100959931B1 (en) | Method of forming titanium nitride powders | |
| RU2491987C2 (en) | Method of producing superhard composite material | |
| Kurlov et al. | Effect of cobalt powder morphology on the properties of WC-Co hard alloys | |
| US20140100103A1 (en) | Method of producing carbide and carbon nitride powders containing binder, and cermet obtained from the same | |
| JP5880389B2 (en) | Method for producing boron nitride polycrystal | |
| JP6850505B2 (en) | How to make zirconium nitride | |
| JP6288117B2 (en) | Boron nitride polycrystals and tools | |
| RU2386515C2 (en) | Charge for production of composite metal-diamond material | |
| KR20220095234A (en) | Cubic boron nitride sintered compact | |
| JP2007131493A (en) | METHOD FOR PRODUCING BULK BODY OF Al-ADDED TiN | |
| CN113993813A (en) | Tungsten carbide powder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201001 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210824 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210914 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210915 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6950942 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |