JP2825701B2 - 立方晶窒化硼素質焼結体 - Google Patents
立方晶窒化硼素質焼結体Info
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- JP2825701B2 JP2825701B2 JP4108286A JP10828692A JP2825701B2 JP 2825701 B2 JP2825701 B2 JP 2825701B2 JP 4108286 A JP4108286 A JP 4108286A JP 10828692 A JP10828692 A JP 10828692A JP 2825701 B2 JP2825701 B2 JP 2825701B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、切削工具等に
使用される高硬度，高靱性に優れた立方晶窒化硼素質焼
結体に関するものである。
使用される高硬度，高靱性に優れた立方晶窒化硼素質焼
結体に関するものである。
【０００２】
【従来技術】立方晶窒化硼素（Cubic Boron Nitride 以
下ｃＢＮと略す）はダイヤモンドに次ぐ高硬度を有し、
しかもダイヤモンドと異なり、鉄系金属との親和性を持
たないため、特に鉄系高硬度材の加工に用いられてい
る。
下ｃＢＮと略す）はダイヤモンドに次ぐ高硬度を有し、
しかもダイヤモンドと異なり、鉄系金属との親和性を持
たないため、特に鉄系高硬度材の加工に用いられてい
る。
【０００３】このようなｃＢＮを使用した切削工具とし
ては、ｃＢＮをコバルト（Ｃｏ）等の金属で結合したも
のや、窒化チタン（ＴｉＮ）等のセラミックスで結合し
た立方晶窒化硼素質焼結体が用いられている（特公昭５
２−４３８４６号公報等参照）。
ては、ｃＢＮをコバルト（Ｃｏ）等の金属で結合したも
のや、窒化チタン（ＴｉＮ）等のセラミックスで結合し
た立方晶窒化硼素質焼結体が用いられている（特公昭５
２−４３８４６号公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、この
ようなＣｏやＴｉＮを結合材に用いた立方晶窒化硼素質
焼結体では、ＢＮがＣｏやＴｉＮと反応し、Ｃｏ21Ｗ2
Ｂ6 ，ＴｉＢ2 等の硼素化合物をいずれも含有してい
る。この硼素化合物は、高硬度であるが非常に脆い物質
であるため、焼結体の靱性を損なう。そのため、これま
での立方晶窒化硼素質焼結体を用いた切削工具は、特に
断続切削，重切削のような靱性を要求される用途に対し
ては、未だに満足する性能を得ることができなかった。
ようなＣｏやＴｉＮを結合材に用いた立方晶窒化硼素質
焼結体では、ＢＮがＣｏやＴｉＮと反応し、Ｃｏ21Ｗ2
Ｂ6 ，ＴｉＢ2 等の硼素化合物をいずれも含有してい
る。この硼素化合物は、高硬度であるが非常に脆い物質
であるため、焼結体の靱性を損なう。そのため、これま
での立方晶窒化硼素質焼結体を用いた切削工具は、特に
断続切削，重切削のような靱性を要求される用途に対し
ては、未だに満足する性能を得ることができなかった。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】本発明者は、立方晶窒
化硼素質焼結体の靱性を向上すべく鋭意研究した結果、
ＢＮと結合材との反応生成相として脆い硼素化合物が生
成しないように、特定の結合材を選択すると、靱性が大
幅に向上することを見出し、本発明に至った。
化硼素質焼結体の靱性を向上すべく鋭意研究した結果、
ＢＮと結合材との反応生成相として脆い硼素化合物が生
成しないように、特定の結合材を選択すると、靱性が大
幅に向上することを見出し、本発明に至った。
【０００６】
【０００７】本発明の立方晶窒化硼素質焼結体は、立方
晶窒化硼素を３０〜８５体積％含有し、残部が窒化珪素
と窒化アルミニウムと希土類金属酸化物との混合物もし
くは化合物からなるものである。残部の化合物がＳｉ，
Ａｌ，Ｏ，Ｎおよび希土類金属元素を含むサイアロン結
晶を主体とするか、あるいは、これと窒化珪素結晶を主
体とするものが望ましい。この場合にはαサイアロンを
生成する。
晶窒化硼素を３０〜８５体積％含有し、残部が窒化珪素
と窒化アルミニウムと希土類金属酸化物との混合物もし
くは化合物からなるものである。残部の化合物がＳｉ，
Ａｌ，Ｏ，Ｎおよび希土類金属元素を含むサイアロン結
晶を主体とするか、あるいは、これと窒化珪素結晶を主
体とするものが望ましい。この場合にはαサイアロンを
生成する。
【０００８】立方晶窒化硼素を３０〜８５体積％含有さ
せたのは、ｃＢＮ本来の特性を生かすためには、焼結体
中のｃＢＮの含有率が３０体積％以上必要だからであ
り、３０体積％より少ないと、焼結体の硬度が低下し、
耐磨耗性能を損なうからである。また、８５体積％を越
えると、硬度は高いものの靱性が低下し、実用に耐えな
くなってしまうからである。
せたのは、ｃＢＮ本来の特性を生かすためには、焼結体
中のｃＢＮの含有率が３０体積％以上必要だからであ
り、３０体積％より少ないと、焼結体の硬度が低下し、
耐磨耗性能を損なうからである。また、８５体積％を越
えると、硬度は高いものの靱性が低下し、実用に耐えな
くなってしまうからである。
【０００９】また、立方晶窒化硼素の残部を窒化珪素，
窒化アルミニウム，酸化アルミニウム，酸化珪素の混合
物或いは化合物により構成したのは、これらがＢＮと反
応することがなく、脆い硼素化合物を生成することがな
いからである。残部を構成する化合物としては、Ｓｉ
6-x Ａｌx Ｏx Ｎ8-x ( ０＜Ｘ≦４．２）またはＳｉ6-
x Ａｌx+Y Ｏx Ｎ8-x+Y （０＜Ｘ＜６、２≦Ｙ≦１２）
主体とすることが望ましい。
窒化アルミニウム，酸化アルミニウム，酸化珪素の混合
物或いは化合物により構成したのは、これらがＢＮと反
応することがなく、脆い硼素化合物を生成することがな
いからである。残部を構成する化合物としては、Ｓｉ
6-x Ａｌx Ｏx Ｎ8-x ( ０＜Ｘ≦４．２）またはＳｉ6-
x Ａｌx+Y Ｏx Ｎ8-x+Y （０＜Ｘ＜６、２≦Ｙ≦１２）
主体とすることが望ましい。
【００１０】残部が、Ｓｉ6-x Ａｌx Ｏx Ｎ8-x を主体
とするものである場合において、Ｘ値を０＜Ｘ≦４．２
に限定したのは、Ｘ値を上記の範囲に限定したものはい
ずれも硬度，靱性に特に優れているからである。また、
残部がＳｉ6-x Ａｌx+Y ＯxＮ8-x+Y を主体とするもの
である場合、Ｘ値やＹ値を、０＜Ｘ≦６、２≦Ｙ≦１２
と限定したのは、Ｘ値やＹ値を上記の範囲に限定したも
のはいずれも硬度，靱性に特に優れているからである。
とするものである場合において、Ｘ値を０＜Ｘ≦４．２
に限定したのは、Ｘ値を上記の範囲に限定したものはい
ずれも硬度，靱性に特に優れているからである。また、
残部がＳｉ6-x Ａｌx+Y ＯxＮ8-x+Y を主体とするもの
である場合、Ｘ値やＹ値を、０＜Ｘ≦６、２≦Ｙ≦１２
と限定したのは、Ｘ値やＹ値を上記の範囲に限定したも
のはいずれも硬度，靱性に特に優れているからである。
【００１１】さらに、残部を窒化珪素と窒化アルミニウ
ムと希土類金属酸化物とから構成したのは、これらも硼
素化合物を生成することがなく、また、特に希土類金属
を含むことにより、結合相自体が高強度高硬度で耐熱性
に優れたものとなるために、焼結体全体の特性を高める
ことができるからである。この発明における残部の化合
物は、Ｍx ( Ｓｉ, Ａｌ) 12( Ｏ, Ｎ) 16（ただし、Ｍ
は希土類金属元素，０＜Ｘ≦２）を主体とするか、或い
はこれと窒化珪素を主体とするものが望ましい。ここ
で、０＜Ｘ≦２としたのは、この範囲内だと硬度，靱性
に特に優れているからである。尚、本発明で用いられる
希土類金属としては、Ｓｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂ等があ
る。
ムと希土類金属酸化物とから構成したのは、これらも硼
素化合物を生成することがなく、また、特に希土類金属
を含むことにより、結合相自体が高強度高硬度で耐熱性
に優れたものとなるために、焼結体全体の特性を高める
ことができるからである。この発明における残部の化合
物は、Ｍx ( Ｓｉ, Ａｌ) 12( Ｏ, Ｎ) 16（ただし、Ｍ
は希土類金属元素，０＜Ｘ≦２）を主体とするか、或い
はこれと窒化珪素を主体とするものが望ましい。ここ
で、０＜Ｘ≦２としたのは、この範囲内だと硬度，靱性
に特に優れているからである。尚、本発明で用いられる
希土類金属としては、Ｓｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂ等があ
る。
【００１２】本発明の立方晶窒化硼素質焼結体は、金属
粉末を添加しないことに特徴がある。即ち、従来、ｃＢ
Ｎの焼結に際しては、Ａｌ等の金属元素を助剤として添
加することが広く行われているが、本発明においてはそ
のような金属元素の添加は不必要である。むしろ、Ａｌ
等の金属元素を助剤として添加すると結合相中からＳｉ
が析出し、焼結体の特性、即ち、靱性や強度等が低下す
る結果となるからである。よって、本発明の立方晶窒化
硼素質焼結体によれば、ＡｌやＳｉ等の金属が実質的に
存在しないことも大きな特徴である。
粉末を添加しないことに特徴がある。即ち、従来、ｃＢ
Ｎの焼結に際しては、Ａｌ等の金属元素を助剤として添
加することが広く行われているが、本発明においてはそ
のような金属元素の添加は不必要である。むしろ、Ａｌ
等の金属元素を助剤として添加すると結合相中からＳｉ
が析出し、焼結体の特性、即ち、靱性や強度等が低下す
る結果となるからである。よって、本発明の立方晶窒化
硼素質焼結体によれば、ＡｌやＳｉ等の金属が実質的に
存在しないことも大きな特徴である。
【００１３】本発明の立方晶窒化硼素質焼結体の製造方
法としては、原料粉末としてｃＢＮ粉末、その他所望の
Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ，Ｌｉ
2 Ｏ，ＣａＯ，Ｙ2 Ｏ3 ，希土類元素酸化物等を準備
し、これらを前述した特定の組成に秤量し、充分に混合
する。その後、混合粉末を所定形状に成形する。成形手
段としてはプレス成形，射出成形，鋳込み成形，押出成
形等周知の成形手段を用いることができる。
法としては、原料粉末としてｃＢＮ粉末、その他所望の
Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ，Ｌｉ
2 Ｏ，ＣａＯ，Ｙ2 Ｏ3 ，希土類元素酸化物等を準備
し、これらを前述した特定の組成に秤量し、充分に混合
する。その後、混合粉末を所定形状に成形する。成形手
段としてはプレス成形，射出成形，鋳込み成形，押出成
形等周知の成形手段を用いることができる。
【００１４】次に上記成形体を高温高圧発生装置を用い
て、例えば、特公昭３９−８９４８に開示されるように
高温高圧で焼結する。即ち、圧力３．５〜６ＧＰａ、温
度１３００〜１８００℃で１５〜１２０分間保持し、本
発明の立方晶窒化硼素質焼結体を得る。
て、例えば、特公昭３９−８９４８に開示されるように
高温高圧で焼結する。即ち、圧力３．５〜６ＧＰａ、温
度１３００〜１８００℃で１５〜１２０分間保持し、本
発明の立方晶窒化硼素質焼結体を得る。
【００１５】
【作用】本発明の立方晶窒化硼素質焼結体では、ＢＮと
反応しない結合材を使用しているので硼素化合物が生成
せず、このため、焼結体の靱性が向上し、例えば、これ
を切削工具として使用した場合、断続切削，重切削にお
ける性能を大幅に向上することができる。さらに、結合
相として、窒化珪素と窒化アルミニウムと希土類金属酸
化物を使用することにより、硼素化合物が生成せずに靱
性が向上するとともに、結合相自体としても高強度高硬
度で耐熱性に優れるため、さらに優れた特性を有する焼
結体を得ることができ、切削時における性能を従来より
も大幅に向上することができる。
反応しない結合材を使用しているので硼素化合物が生成
せず、このため、焼結体の靱性が向上し、例えば、これ
を切削工具として使用した場合、断続切削，重切削にお
ける性能を大幅に向上することができる。さらに、結合
相として、窒化珪素と窒化アルミニウムと希土類金属酸
化物を使用することにより、硼素化合物が生成せずに靱
性が向上するとともに、結合相自体としても高強度高硬
度で耐熱性に優れるため、さらに優れた特性を有する焼
結体を得ることができ、切削時における性能を従来より
も大幅に向上することができる。
【００１６】
実施例１ 原料粉末として、ｃＢＮ（平均結晶粒径２〜４μｍ），
及びＳｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＮ，ＳｉＯ2 粉末を
用い、これらを表１に示す割合で秤量混合して所定形状
に成形し、この後、超高圧高温発生装置を用いて、表１
に示す圧力、温度で所定時間保持し、焼成した。
及びＳｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＮ，ＳｉＯ2 粉末を
用い、これらを表１に示す割合で秤量混合して所定形状
に成形し、この後、超高圧高温発生装置を用いて、表１
に示す圧力、温度で所定時間保持し、焼成した。
【００１７】
【表１】
【００１８】そして、立方晶窒化硼素質焼結体を取り出
し鏡面加工し、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により組織
観察をしたところ、ポアのない緻密な組織を示した。
し鏡面加工し、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により組織
観察をしたところ、ポアのない緻密な組織を示した。
【００１９】また、得られた焼結体に対してビッカース
硬度、ビッカース硬度用ダイヤモンド圧子を用いて荷重
２０ｋｇで圧痕法により破壊靱性を測定した。さらに、
Ｘ線回折法により結晶相を調べた。
硬度、ビッカース硬度用ダイヤモンド圧子を用いて荷重
２０ｋｇで圧痕法により破壊靱性を測定した。さらに、
Ｘ線回折法により結晶相を調べた。
【００２０】そして、各試料を用いて下記に示す切削条
件で乾式断続切削試験を行った。
件で乾式断続切削試験を行った。
【００２１】（断続切削試験） 被削材 ＳＫＤ１１（ＨRC６０．５ｍｍ幅、４本
溝入り） 切削速度 １００ｍ／ｍｉｎ 切り込み ０．２ｍｍ 送り ０．１ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間 ５ｍｉｎ 上記の実験結果を表２に示す。
溝入り） 切削速度 １００ｍ／ｍｉｎ 切り込み ０．２ｍｍ 送り ０．１ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間 ５ｍｉｎ 上記の実験結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】尚、この表２において、切削試験結果は、
５分間断続切削しても欠損しない場合を○、欠損した場
合を×とした。
５分間断続切削しても欠損しない場合を○、欠損した場
合を×とした。
【００２４】表１及び表２により、本発明の立方晶窒化
硼素質焼結体は、硬度が２３００以上で、靱性が６．４
ＭＰａ・ｍ1/2 以上であった。また、５分間断続切削し
ても欠損しなかった。これに対して、試料Ｎo,９は硼素
化合物が生じており、硬度，靱性が低く、欠損が生じ
た。尚、試料Ｎo,８の結晶相は同定することができなか
った。
硼素質焼結体は、硬度が２３００以上で、靱性が６．４
ＭＰａ・ｍ1/2 以上であった。また、５分間断続切削し
ても欠損しなかった。これに対して、試料Ｎo,９は硼素
化合物が生じており、硬度，靱性が低く、欠損が生じ
た。尚、試料Ｎo,８の結晶相は同定することができなか
った。
【００２５】実施例２ 原料粉末として、ｃＢＮ（平均結晶粒径２〜４μｍ），
及びＳｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＮ，ＳｉＯ2 粉末
と、Ｅｒ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 を含有する粉末
を表３に示す割合で秤量混合し、これらを所定形状に成
形後、超高圧高温発生装置を用いて、表３に示す圧力、
温度で所定時間保持し、焼成した。
及びＳｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＮ，ＳｉＯ2 粉末
と、Ｅｒ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 を含有する粉末
を表３に示す割合で秤量混合し、これらを所定形状に成
形後、超高圧高温発生装置を用いて、表３に示す圧力、
温度で所定時間保持し、焼成した。
【００２６】
【表３】
【００２７】そして、立方晶窒化硼素質焼結体を取り出
し鏡面加工し、実施例１と同様に組織観察をしたとこ
ろ、ポアのない緻密な組織を示した。
し鏡面加工し、実施例１と同様に組織観察をしたとこ
ろ、ポアのない緻密な組織を示した。
【００２８】また、得られた焼結体に対して、実施例１
と同様に、ビッカース硬度，破壊靱性を測定し、結晶相
を調べた。
と同様に、ビッカース硬度，破壊靱性を測定し、結晶相
を調べた。
【００２９】そして、各試料を用いて下記に示す切削条
件で乾式断続切削試験を行った。
件で乾式断続切削試験を行った。
【００３０】（断続切削試験） 被削材 ＳＫＤ１１（ＨRC６０．５ｍｍ幅、４本
溝入り） 切削速度 １００ｍ／ｍｉｎ 切り込み ０．２ｍｍ 送り ０．１ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間 ５ｍｉｎ 上記の結果を表４に示す。
溝入り） 切削速度 １００ｍ／ｍｉｎ 切り込み ０．２ｍｍ 送り ０．１ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間 ５ｍｉｎ 上記の結果を表４に示す。
【００３１】
【表４】
【００３２】表３及び表４により、本発明の立方晶窒化
硼素質焼結体は、硬度が２３５０以上で、靱性が６．９
以上であった。これに対して、試料Ｎo,１５は、切削試
験において欠損しなかったが、磨耗のため、１分間で切
削できなくなった。また、試料Ｎo,１８は硼素化合物が
生じており、硬度，靱性が低く、欠損が生じた。尚、試
料Ｎo,１７の結晶相は同定することができなかった。
硼素質焼結体は、硬度が２３５０以上で、靱性が６．９
以上であった。これに対して、試料Ｎo,１５は、切削試
験において欠損しなかったが、磨耗のため、１分間で切
削できなくなった。また、試料Ｎo,１８は硼素化合物が
生じており、硬度，靱性が低く、欠損が生じた。尚、試
料Ｎo,１７の結晶相は同定することができなかった。
【００３３】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、結
合材がＢＮと反応することなく、高硬度および高靱性を
有することにより、例えば、断続切削，重切削における
性能を大幅に向上することができる。また、結合材中の
１成分として希土類金属酸化物をさらに使用することに
より、結合材の強度硬度および耐熱性を向上することが
でき、これにより、切削時における性能を従来よりも大
幅に向上することができる。
合材がＢＮと反応することなく、高硬度および高靱性を
有することにより、例えば、断続切削，重切削における
性能を大幅に向上することができる。また、結合材中の
１成分として希土類金属酸化物をさらに使用することに
より、結合材の強度硬度および耐熱性を向上することが
でき、これにより、切削時における性能を従来よりも大
幅に向上することができる。
Claims (2)
- 【請求項１】立方晶窒化硼素を３０〜８５体積％含有
し、残部が窒化珪素と窒化アルミニウムと希土類金属酸
化物との混合物もしくは化合物からなることを特徴とす
る立方晶窒化硼素質焼結体。 - 【請求項２】残部の化合物がＳｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎおよび
希土類金属元素を含むサイアロン結晶を主体とすること
を特徴とする請求項１記載の立方晶窒化硼素質焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4108286A JP2825701B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 立方晶窒化硼素質焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4108286A JP2825701B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 立方晶窒化硼素質焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05301776A JPH05301776A (ja) | 1993-11-16 |
| JP2825701B2 true JP2825701B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=14480817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4108286A Expired - Fee Related JP2825701B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 立方晶窒化硼素質焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2825701B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
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|---|---|---|---|---|
| JP5245081B2 (ja) * | 2006-11-09 | 2013-07-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 高硬度高密度立方晶窒化ホウ素系焼結体およびその製造方法 |
| WO2010032137A1 (en) * | 2008-09-17 | 2010-03-25 | Diamond Innovations, Inc. | Cubic boron nitride ceramic composites and methods of making thereof |
| JP2011116597A (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 焼結体および回転工具 |
| JP5499717B2 (ja) * | 2010-01-06 | 2014-05-21 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体および焼結体を用いた切削工具 |
| JP5499718B2 (ja) * | 2010-01-06 | 2014-05-21 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体および焼結体を用いた切削工具 |
| GB201307804D0 (en) * | 2013-04-30 | 2013-06-12 | Element Six Ltd | Composite material, articles comprising same and method for making same |
| JP5880598B2 (ja) * | 2014-03-06 | 2016-03-09 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体および焼結体を用いた切削工具 |
| JP6265103B2 (ja) * | 2014-10-23 | 2018-01-24 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体 |
| KR101828297B1 (ko) * | 2016-04-11 | 2018-02-13 | 일진다이아몬드(주) | 다결정 입방정 질화붕소 및 그의 제조방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5562859A (en) * | 1978-11-06 | 1980-05-12 | Mitsubishi Metal Corp | Sintering material with tenacity and abrasion resistance |
| JPS6270268A (ja) * | 1986-03-19 | 1987-03-31 | 住友電気工業株式会社 | 高硬度工具用焼結体 |
-
1992
- 1992-04-28 JP JP4108286A patent/JP2825701B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05301776A (ja) | 1993-11-16 |
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