JP6265097B2 - 焼結体、焼結体を用いた切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、焼結体、焼結体を用いた切削工具および焼結体の製造方法に関する。

切削加工などに用いられる切削工具の材料として、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）焼結体が知られている。酸化アルミニウム焼結体は、鉄系被削材との反応性が低く、安価に製造することができるという点で優れているが、その靭性が低い傾向にある。このために、酸化アルミニウム焼結体は、切削工具として使用した場合に、破損し易い傾向がある。さらに、酸化アルミニウムと結合材となる金属化合物との反応性が低いために、結合材として周期律表の第４Ａ族、第５Ａ族および第６Ａ族の金属の窒化物、炭窒化物などを採用することは困難である。

これに対し、特許文献１（特開２０１３−２１６５１７号公報）には、高い硬度と靭性とを有するセラミック焼結体として、立方晶型窒化アルミニウムと、周期律表の第４Ａ族、第５Ａ族および第６Ａ族の金属の窒化物、炭化物、酸化物、ホウ化物ならびにそれらの固溶体からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属化合物とを含むセラミック焼結体が開示されている。

特開２０１３−２１６５１７号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、耐熱性の低い立方晶型窒化アルミニウムを用いている。このため、遠心鋳造鋳鉄などを切削する場合の高速切削条件下では、焼結体中の立方晶型窒化アルミニウムが低硬度の六方晶型窒化アルミニウムに変換してしまう。したがって、高速切削条件下では焼結体の耐摩耗性が低下するという問題があった。

そこで、本目的は、高速切削条件下においても、優れた耐摩耗性を有する焼結体、焼結体を用いた工具および焼結体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る焼結体は、下記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子を含む第１粒子群と、
Ａｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮ・・・（１）
（式（１）中、ｘは０．２≦ｘ≦０．８である）
アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウムまたはハフニウムの酸化物または酸窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の第１化合物の粒子を含む第２粒子群とを有する、焼結体である。

本発明の一態様に係る切削工具は、上述の焼結体を用いた切削工具である。
本発明の一態様に係る焼結体の製造方法は、上述の焼結体の製造方法であって、六方晶型ＡｌＮ粒子および六方晶型Ｃｒ_２Ｎ粒子を含む第１混合粒子群を得る工程と、第１混合粒子群を熱処理して、立方晶型ＣｒＮ粒子を含む第２混合粒子群を得る工程と、第２混合粒子群を静水圧合成法または、衝撃圧縮法で処理して、下記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子を含む第１粒子群を得る工程と、
Ａｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮ・・・（１）
（式（１）中、ｘは０．２≦ｘ≦０．８である）
第１粒子群と、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウムまたはハフニウムの酸化物または酸窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の第１化合物の粒子を含む第２粒子群とを混合して第３混合粒子群を得る工程と、第３混合粒子群を焼結して焼結体を得る工程とを備える、焼結体の製造方法である。

本発明の一態様に係る焼結体の製造方法は、上述の焼結体の製造方法であって、アルミニウムとクロムを構成元素として含むタ―ゲットを準備する工程と、前記ターゲッ卜を、アルゴンおよび窒素雰囲気中で、物理蒸着法で処理して、基板上に下記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子を含む第１粒子群を含む薄膜を気相合成する工程とを備える、
Ａｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮ・・・（１）
（式（１）中、ｘは０．２≦ｘ≦０．８である）
焼結体の製造方法である。

上記態様によれば、高速切削条件下においても、優れた耐摩耗性を有する焼結体、焼結体を用いた工具および焼結体の製造方法を提供することが可能となる。

本発明の一態様に係る焼結体の製造方法を示すフロー図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係る焼結体は、下記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子を含む第１粒子群と、
Ａｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮ・・・（１）
（式（１）中、ｘは０．２≦ｘ≦０．８である）
アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウムまたはハフニウムの酸化物または酸窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の第１化合物の粒子を含む第２粒子群とを有する焼結体である。

上記式（１）で表される粒子（以下、立方晶型ＡｌＣｒＮまたはｃＡｌＣｒＮとも記す）は、耐熱性の低い立方晶型窒化アルミニウム（以下、立方晶型ＡｌＮまたはｃＡｌＮとも記す）にクロムが固溶したものであり、耐熱性が優れている。したがって、この粒子を用いた焼結体は、高速切削条件下においても、優れた耐摩耗性を有することができる。

（２）前記ｘは、０．３≦ｘ≦０．７であることが好ましい。これによると、焼結体の耐摩耗性がさらに向上する。

（３）前記焼結体は、前記第２粒子群を０．５体積％以上９０体積％以下有し、前記第１化合物は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＡｌＯＮ、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯおよびＨｆＯ_２からなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。第１化合物としてＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＡｌＯＮ、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＨｆＯ_２を前記の量の範囲で用いると、焼結体の焼結性が向上するため、焼結体の耐摩耗性がさらに向上する。

（４）前記焼結体は、さらに立方晶型窒化ホウ素を含む第３粒子群を有することが好ましい。立方晶型窒化ホウ素は、上記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子よりも、靭性および強度が優れている硬質粒子である。したがって、焼結体がこれらの粒子を含むと、焼結体の靭性が向上するため、耐欠損性が向上する。

（５）前記焼結体は、前記第３粒子群を２０体積％以上７０体積％以下有することが好ましい。これによると、焼結体の耐欠損性がさらに向上する。

（６）本発明の一態様に係る工具は、上記（１）から（５）のいずれかの焼結体を用いた切削工具である。

前記焼結体は、耐摩耗性が優れているため、これを用いた工具もまた、耐摩耗性が優れている。したがって、本発明の一態様に係る工具は、従来と比して長寿命を有することができる。

（７）本発明の一態様に係る焼結体の製造方法は、上記（１）から（５）のいずれかの焼結体の製造方法であって、六方晶型ＡｌＮ粒子および六方晶型Ｃｒ_２Ｎ粒子を含む第１混合粒子群を得る工程と、前記第１混合粒子群を熱処理して、立方晶型ＣｒＮ粒子を含む第２混合粒子群を得る工程と、前記第２混合粒子群を静水圧合成法または衝撃圧縮法で処理して、下記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子を含む第１粒子群を得る工程と、
Ａｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮ・・・（１）
（式（１）中、ｘは０．２≦ｘ≦０．８である）
前記第１粒子群と、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウムまたはハフニウムの酸化物または酸窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の第１化合物の粒子を含む第２粒子群とを混合して第３混合粒子群を得る工程と、前記第３混合粒子群を焼結して焼結体を得る工程とを備える、焼結体の製造方法である。

上記の焼結体の製造方法によれば、上記（１）から（５）のいずれかの焼結体を得ることができる。

（８）本発明の一態様に係る焼結体の製造方法は、上記（１）から（５）のいずれかの焼結体の製造方法であって、アルミニウムとクロムを構成元素として含むタ―ゲットを準備する工程と、前記ターゲッ卜を、アルゴンおよび窒素雰囲気中で、物理蒸着法で処理して、基板上に下記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子を含む第１粒子群を含む薄膜を気相合成する工程とを備える、
Ａｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮ・・・（１）
（式（１）中、ｘは０．２≦ｘ≦０．８である）、
焼結体の製造方法である。

上記の焼結体の製造方法によれば、上記（１）から（５）のいずれかの焼結体を得ることができる。
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかる焼結体、工具、焼結体の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。

本明細書において記載される化学式において特に原子比が規定されない場合は、各元素の原子比は必ずしも等比となるものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。

本明細書において「平均粒径」とは、マイクロトラックなどの粒度分布測定機により測定した値を意味する。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態に係る焼結体は、下記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子を含む第１粒子群と、
Ａｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮ・・・（１）
（式（１）中、ｘは０．２≦ｘ≦０．８である）
アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウムまたはハフニウムの酸化物または酸窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の第１化合物の粒子を含む第２粒子群とを有する焼結体である。

立方晶岩塩型結晶構造とは、岩塩（塩化ナトリウム）に代表される結晶構造であり、２種類の異なる面心立方格子が、単位の立方格子のリョウ（稜）の方向にリョウ（稜）長の半分ずれて互いに組み合わされた構造である。上記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子（ｃＡｌＣｒＮ）は、立方晶型窒化アルミニウム（ｃＡｌＮ）の結晶構造中に、クロムが固溶した構造を有している。このため、ｃＡｌＣｒＮはｃＡｌＮよりも耐熱温度が上昇している。したがって、ｃＡｌＣｒＮを含む焼結体は、高速切削において優れた耐摩耗性を有することができる。

上記式（１）中、ｘは０．２≦ｘ≦０．８であり、０．３≦ｘ≦０．７であることが好ましく、０．４≦ｘ≦０．６がさらに好ましい。ｘが０．２未満であると、焼結体が高速切削において、優れた耐摩耗性を示すことができない。この理由としては、ｘが０．２未満であると、ｃＡｌＣｒＮの耐熱性が十分に向上しないためと考えられる。一方、ｘが０．８を超えると、焼結体が高速切削において、優れた耐摩耗性を示すことができない。この理由としては、ｘが０．８を超えると、ｃＡｌＣｒＮの硬度が低下するため、焼結体の硬度も低下するためと考えられる。

第１の実施形態に係る焼結体は、前記第１粒子群を２０体積％以上９９．５体積％以下含むことが好ましく、３５体積％以上９９．５体積％以下含むことがさらに好ましく、４０体積％以上８０体積％以下含むことがよりさらに好ましい。焼結体が第１粒子群を２０体積％以上含むと、高速切削において優れた耐摩耗性を有することができる。

第１の実施形態に係る焼結体は、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウムまたはハフニウムの酸化物または酸窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の第１化合物の粒子を含む第２粒子群を有する。焼結体中の第２粒子群は、隣り合う硬質粒子同士の界面に存在し、結合相の役割を果たす。結合相は、硬質粒子同士を強固に結合することができるため、焼結体はさらに優れた耐摩耗性を有することができる。

前記第２粒子群に含まれる第１化合物としては、たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）などを用いることができる。中でも、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）を用いると、焼結体の耐摩耗性が非常に向上する。

第１の実施形態に係る焼結体は、前記第２粒子群を０．５体積％以上９０体積％以下含むことが好ましく、１０体積％以上５０体積％以下含むことがさらに好ましい。焼結体が第２粒子群を０．５体積％以上９０体積％以下の範囲で含むと、焼結体の耐摩耗性および耐欠損性がさらに向上する。また、第２粒子群が、Ａｌ_２Ｏ_３およびＺｒＯ_２を含むと、焼結体の耐欠損性が非常に向上する。この理由としては、Ａｌ_２Ｏ_３がＺｒＯ_２により分散強化されて強靭化することが考えられる。

第１の実施形態に係る焼結体は、さらに立方晶型窒化ホウ素を含む第３粒子群を有することが好ましい。立方晶型窒化ホウ素は、ｃＡｌＣｒＮよりも、靭性および強度が優れている硬質粒子である。したがって、焼結体がこれらの粒子を含むと、焼結体の靭性が向上するため、耐欠損性が向上する。中でも、第３粒子群が立方晶型窒化ホウ素を含むと、焼結体の耐欠損性が非常に向上する。この理由としては、ホウ素およびｃＡｌＣｒＮの結合が強固になることが考えられる。

前記焼結体は、前記第３粒子群を２０体積％以上７０体積％以下有することがさらに好ましい。焼結体が第３粒子群を２０体積％以上含むと、焼結体の耐欠損性が非常に向上する。一方、焼結体中の第３粒子群の量が７０体積％を超えると、耐摩耗性が低下してしまう。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る工具は、第１の実施形態に係る焼結体を用いた工具である。上述のように、第１の実施形態の焼結体は、高速切削における耐摩耗性に優れるため、これを用いた工具もまた、耐摩耗性に優れることとなる。

第２の実施形態に係る切削工具としては、たとえば、ドリル、エンドミル、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、歯切り工具、リーマまたはタップを例示することができる。また、切削工具は、その全体が上記焼結体により構成されていてもよく、その一部（たとえば、刃先部分）が上記焼結体により構成されていてもよい。

切削工具の全体が上記焼結体からなる場合、焼結体を所望の形状に加工することにより、切削工具を作製することができる。焼結体の加工は、たとえば、レーザによって行うことができる。また、切削工具の一部が上記焼結体からなる場合、工具を構成する基体の所望の位置に焼結体を接合することにより、切削工具を作製することができる。なお、焼結体の接合方法は特に制限されないが、基体から焼結体が離脱することを抑制する観点から、基体と焼結体との間に、基体と焼結とを強固に結合させるための接合層を介在させることが好ましい。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態に係る焼結体の製造方法について、図１を用いて説明する。

第１の実施形態に記載された焼結体の製造方法は、六方晶型ＡｌＮ粒子および六方晶型Ｃｒ_２Ｎ粒子を含む第１混合粒子群を得る工程（図１中、Ｓ１で示される。以下、「第１混合粒子群を得る工程」とも記す）と、前記第１混合粒子群を熱処理して、立方晶型ＣｒＮ粒子を含む第２混合粒子群を得る工程（図１中、Ｓ２で示される。以下、「第２混合粒子群を得る工程」とも記す）と、前記第２混合粒子群を静水圧合成法または衝撃圧縮法で処理して、下記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子を含む第１粒子群を得る工程（図１中、Ｓ３で示される。以下、「第１粒子群を得る工程」とも記す）と、
Ａｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮ・・・（１）
（式（１）中、ｘは０．２≦ｘ≦０．８である）
前記第１粒子群と、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウムまたはハフニウムの酸化物または酸窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の第１化合物の粒子を含む第２粒子群とを混合して第３混合粒子群を得る工程（図１中、Ｓ４で示される。以下、「第３混合粒子を得る工程」とも記す）と、前記第３混合粒子群を焼結して焼結体を得る工程（図１中、Ｓ５で示される。以下、「焼結体を得る工程」とも記す）とを備える。

（第１混合粒子群を得る工程）
図１を参照し、第１混合粒子群を得る工程（Ｓ１）において、六方晶型ＡｌＮ（以下、ｈＡｌＮとも記す）粒子および六方晶型Ｃｒ_２Ｎ（以下、ｈＣｒ_２Ｎとも記す）粒子を含む第１混合粒子群を得る。第１混合粒子群は、ボールミル装置やビーズミル装置などを用いて混合し、平均粒子径が０．５μｍ以下となるように粉砕しておくことが好ましい。

（第２混合粒子群を得る工程）
次に、第２混合粒子群を得る工程（Ｓ２）において、前記第１混合粒子群を熱処理して、立方晶型ＣｒＮ粒子を含む第２混合粒子群を得る。

熱処理は、たとえば、第１混合粒子群を窒素雰囲気中で８００℃以上１１００℃以下の条件で加熱して行うことができる。これにより、第１混合粒子群に含まれる六方晶型Ｃｒ_２Ｎが、立方晶型ＣｒＮに変化する。

（第１粒子群を得る工程）
次に、第１粒子群を得る工程（Ｓ３）において、第２混合粒子群を静水圧合成法または衝撃圧縮法で処理して、立方晶型ＡｌＣｒＮ粒子を含む第１粒子群を得る。

衝撃圧縮法は、たとえば、第２混合粒子群をヒートシンクおよび圧力媒体としての銅粉と混合して鋼製容器に充填し、１５ＧＰａ以上の圧力で、加圧時間５０マイクロ秒以下の衝撃波によって瞬間的に加圧することによって行うことができる。これにより、第２混合粒子群に含まれる六方晶型ＡｌＮが立方晶型ＡｌＮに変化し、該立方晶型ＡｌＮにＣｒが固溶して、立方晶型ＡｌＣｒＮが合成される。衝撃加圧の圧力は、１５ＧＰａ以上５０ＧＰａ以下が好ましく、３５ＧＰａ以上５０ＧＰａ以下がさらに好ましい。衝撃加圧時の温度は１２００℃以上３０００℃以下が好ましく、１８００℃以上２２００℃以下がさらに好ましい。

得られた第１粒子群は、ボールミル装置やビーズミル装置などで、平均粒径０．１μｍ以上０．５μｍ以下に粉砕することが好ましい。第１粒子群は、焼結体の原料として用いることができる。

（第３混合粒子群を得る工程）
次に、第３混合粒子群を得る工程（Ｓ４）において、第１粒子群と、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、マグネシウムまたはハフニウムの酸化物または酸窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の第１化合物の粒子を含む第２粒子群とを混合して第３混合粒子群を得る。

第３粒子群は、さらに、立方晶型窒化ホウ素を含むことができる。
第３混合粒子群は、ボールミル装置やビーズミル装置などを用いて混合し、平均粒子径が０．５μｍ以下となるように粉砕しておくことが好ましい。

（焼結体を得る工程）
次に、焼結体を得る工程（Ｓ５）において、第３混合粒子群を焼結して焼結体を得る。

具体的には、たとえば、第３混合粒子群を１０ｋＰａ以上１５ＧＰａ以下の圧力および８００℃以上１９００℃以下の温度で処理して、焼結体を得ることができる。焼結体を得る工程は、非酸化雰囲気下で行うことが好ましく、特に真空中、または窒素雰囲気下で行うことが好ましい。焼結方法は特に限定されないが、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、ホットプレス、超高圧プレスなどを用いることができる。

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態に係る焼結体の製造方法は、アルミニウムとクロムを構成元素として含むタ―ゲットを準備する工程と、
前記ターゲッ卜を、アルゴンおよび窒素雰囲気中で、物理蒸着法で処理して、基板上に下記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子を含む第１粒子群を含む薄膜を気相合成する工程とを備える、
Ａｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮ・・・（１）
（式（１）中、ｘは０．２≦ｘ≦０．８である）
焼結体の製造方法である。

第１粒子群を含む薄膜を気相合成する工程は、たとえば、ターゲットをアークイオンプレーティング法で処理して、基板上に薄膜を形成する方法を採用することができる。この時の処理条件は、たとえば、Ａｒ流量２０ｓｃｃｍ、Ｎ_２流量８０ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、バイアス１１０Ｖ、アーク電流９１Ａ、基板温度４００℃とすることができる。

本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。

［試料１〜４２］
（第１混合粒子群を得る工程）
六方晶型ＡｌＮ粒子（（株）トクヤマ製）および六方晶型Ｃｒ_２Ｎ粒子（新日本金属（株）製）を、１０：９０〜９０：１０の割合で混合して第１混合粒子群を得た。なお、第１混合粒子群はビーズミルにて平均粒径が０．５μｍ以下になるように粉砕した。

（第２混合粒子群を得る工程）
次に、第１混合粒子群を窒素処理炉にて、９００℃の条件で熱処理して、立方晶型ＣｒＮ粒子を含む第２混合粒子群を得た。各試料の第２混合粒子群中のｈＡｌＮとｃＣｒＮとの含有量（ｍоｌ％）の比を、表１の「第２混合粒子群」欄に示す。

（第１粒子群を得る工程）
次に、第２混合粒子群をヒートシンクおよび銅粉と混合して鋼製容器に充填した。その後、爆薬の爆発により、第２混合粒子群を圧力４０ＧＰａ、温度２０００℃で処理して第１粒子群を得た。得られた第１粒子群をＸＲＤ分析したところ、ｃＡｌＣｒＮが確認された。なお、第１粒子群はビーズミルにて平均粒径が０．５μｍ以下になるように粉砕した。

（第３混合粒子群を得る工程）
次に、第１粒子群、第２粒子群および第３粒子群を混合して第３混合粒子群を得た。なお、それぞれの配合量、ならびに各粒子群に含まれる化合物の種類は、表１に示すとおりである。なお、第３混合粒子群はビーズミルにて平均粒径が０．５μｍ以下になるように粉砕した。

（焼結体を得る工程）
次に、第３混合粒子群をタンタル製のカプセルに充填し、プレス機を用いて、圧力７ＧＰａおよび温度１３５０℃で１５分間維持して焼結させ、焼結体を得た。

（焼結体の測定）
焼結体をＸＲＤ分析し、リートベルト法にて格子定数を精密化し、ｃＡｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮの格子定数およびｘの値を得た。ここで、ｘの値は、ｃＡｌＮの格子定数４．１２Å、ｃＣｒＮの格子定数４．１５Åに基づき、比例計算によりＣｒの固溶量を導出して得た。結果を表１に示す。

焼結体のＣＰ加工面をＳＥＭ−ＥＤＸ観察したところ、焼結体のＣＰ加工面のＡｌＣｒＮと第２粒子群との面積比が、第３混合粒子群中の第１粒子群と第２粒子群との体積比とほぼ同一であることが確認された（使用ソフト：三谷商事（株）製ＷｉｎＲＯＯＦ）。

（評価）
得られた焼結体を、レーザにて切断して仕上げ加工し、工具形状ＣＮＭＡ１２０４０８、ネガランド１５°×０．１〜０．１５ｍｍの切削工具を作製した。得られた切削工具を用いて、以下の切削条件で遠心鋳造鋳鉄の切削試験を行い、１．５ｋｍ切削後の逃げ面摩耗量（μｍ）を測定した。また、２．０ｋｍ切削後の切削工具の摩耗形態および欠損状況を観察した。
切削速度：９００ｍ／分
切込み量：０．１ｍｍ
送り量：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ
クーラント：エマルジョン
装置：オークマＬＢ４００、ホルダー：ＥＷＮ６８−１５０ＣＫＢ６
被削材：緻密パーライトの組織を有し、ネズミ鋳鉄の化学組成を有する遠心鋳造鋳鉄
被削材の形状：円筒状、内径φ８５ｍｍ
結果を表１に示す。

（評価結果）
試料１〜試料７を比較すると、前記式（１）中のｘの値が０．２以上０．８以下であると（試料２〜６）、焼結体の耐摩耗性が優れていた。

試料８〜試料１４を比較すると、第３混合粒子群中の第１粒子群の量が多いほど、焼結体の耐摩耗性が優れていた。

試料４、試料１５〜２０を比較すると、第２粒子群としてＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＨｆＯ_２を用いると、焼結体の耐摩耗性が同等に優れていた。

試料４および試料２１〜２９を比較すると、第２粒子群として２種類以上の化合物の粒子を用いると、耐欠損性が優れていた。また、第３粒子群としてｃＢＮを用いた場合も、耐欠損性が優れていた。

試料３０〜３７を比較すると、いずれも耐欠損性に優れており、第３混合粒子群中の第３粒子群の量が少ないほど、耐摩耗性に優れていた。

［試料４３〜８４］
（第１混合粒子群を得る工程）
六方晶型ＡｌＮ粒子（（株）トクヤマ製）および六方晶型Ｃｒ_２Ｎ粒子（新日本金属（株）製）を、表２の「配合比」に示したＡｌとＣｒの原子比となるように混合して第１混合粒子群を得た。なお、第１混合粒子群はビーズミルにて平均粒径が０．５μｍ以下になるように粉砕した。
（第１粒子群を得る工程）
次に、第１混合粒子群を窒素炉中で、窒素圧力８ＭＰａおよび温度２０００℃で処理して第一粒子群を作製した（静圧合成法）。該硬質材料をＸＲＤ分析したところ、ｃＡｌＣｒＮが確認された。

（第３混合粒子群を得る工程）
次に、第１粒子群、第２粒子群および第３粒子群を混合して第３混合粒子群を得た。なお、それぞれの配合量、ならびに各粒子群に含まれる化合物の種類は、表２に示すとおりである。なお、第３混合粒子群はビーズミルにて平均粒径が０．５μｍ以下になるように粉砕した。

（焼結体を得る工程）
次に、第３混合粒子群をタンタル製のカプセルに充填し、プレス機を用いて、圧力７ＧＰａおよび温度１３５０℃で１５分間維持して焼結させ、焼結体を得た。

（焼結体の測定）
焼結体をＸＲＤ分析し、リートベルト法にて格子定数を精密化し、ｃＡｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮの格子定数およびｘの値を得た。ここで、ｘの値は、ｃＡｌＮの格子定数４．１２Å、ｃＣｒＮの格子定数４．１５Åに基づき、比例計算によりＣｒの固溶量を導出して得た。結果を表２に示す。

焼結体のＣＰ加工面をＳＥＭ−ＥＤＸ観察したところ、焼結体のＣＰ加工面のＡｌＣｒＮと第２粒子群との面積比が、第３混合粒子群中の第１粒子群と第２粒子群との体積比とほぼ同一であることが確認された（使用ソフト：三谷商事（株）製ＷｉｎＲＯＯＦ）。

（評価）
得られた焼結体を、レーザにて切断して仕上げ加工し、工具形状ＣＮＭＡ１２０４０８、ネガランド１５°×０．１〜０．１５ｍｍの切削工具を作製した。得られた切削工具を用いて、以下の切削条件で遠心鋳造鋳鉄の切削試験を行い、１．５ｋｍ切削後の逃げ面摩耗量（μｍ）を測定した。また、２．０ｋｍ切削後の切削工具の摩耗形態および欠損状況を観察した。
切削速度：９００ｍ／分
切込み量：０．１ｍｍ
送り量：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ
クーラント：エマルジョン
装置：オークマＬＢ４００、ホルダー：ＥＷＮ６８−１５０ＣＫＢ６
被削材：緻密パーライトの組織を有し、ネズミ鋳鉄の化学組成を有する遠心鋳造鋳鉄
被削材の形状：円筒状、内径φ８５ｍｍ
結果を表２に示す。

（評価結果）
試料４３〜試料４９を比較すると、前記式（１）中のｘの値が０．２以上０．８以下であると（試料４４〜４８）、焼結体の耐摩耗性が優れていた。

試料５０〜試料５６を比較すると、第３混合粒子群中の第１粒子群の量が多いほど、焼結体の耐摩耗性が優れていた。

試料４６、試料５７〜６２を比較すると、第２粒子群としてＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＨｆＯ_２を用いると、焼結体の耐摩耗性が同等に優れていた。

試料４６および試料６３〜７１を比較すると、第２粒子群として２種類以上の化合物の粒子を用いると、耐欠損性が優れていた。また、第３粒子群としてｃＢＮを用いた場合も、耐欠損性が優れていた。

試料７２〜７９を比較すると、いずれも耐欠損性に優れており、第３混合粒子群中の第３粒子群の量が少ないほど、耐摩耗性に優れていた。

以上より、静水圧合成法を用いて作製された焼結体は、衝撃圧縮法を用いて作製された焼結体と同様の結果を示すことが確認された。

［試料８５〜１２６］
（ターゲット準備工程）
ターゲット中のＡｌ、Ｃｒの配合比（原子数比）が、表３の「ターゲット組成」欄に記載の割合となるように、ターゲットを準備した。

（第１粒子群を得る工程）
次に、ターゲットをアークイオンプレーティング法で処理して、高速度鋼基板の上に薄膜を形成した。処理条件は、Ａｒ流量２０ｓｃｃｍ、Ｎ_２流量８０ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、バイアス１１０Ｖ、アーク電流９１Ａ、基板温度４００℃であった。次に高速度鋼基板上に形成された薄膜を基板から剥がして回収し、ビーズミルで粒径０．５μｍ〜３μｍになるよう粉砕してスラリーを作り、該スラリーを乾燥させることで第１粒子群を得た。これをＸＲＤ分析したところ、ｃＡｌＣｒＮが確認された。

（第３混合粒子群を得る工程）
次に、第１粒子群、第２粒子群および第３粒子群を混合して第３混合粒子群を得た。なお、それぞれの配合量、ならびに各粒子群に含まれる化合物の種類は、表３に示すとおりである。なお、第３混合粒子群はビーズミルにて平均粒径が０．５μｍ以下になるように粉砕した。

（焼結体を得る工程）
次に、第３混合粒子群をタンタル製のカプセルに充填し、プレス機を用いて、圧力７ＧＰａおよび温度１３５０℃で１５分間維持して焼結させ、焼結体を得た。

（焼結体の測定）
焼結体をＸＲＤ分析し、リートベルト法にて格子定数を精密化し、ｃＡｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮの格子定数およびｘの値を得た。ここで、ｘの値は、ｃＡｌＮの格子定数４．１２Å、ｃＣｒＮの格子定数４．１５Åに基づき、比例計算によりＣｒの固溶量を導出して得た。結果を表３に示す。

焼結体のＣＰ加工面をＳＥＭ−ＥＤＸ観察したところ、焼結体のＣＰ加工面のＡｌＣｒＮと第２粒子群との面積比が、第３混合粒子群中の第１粒子群と第２粒子群との体積比とほぼ同一であることが確認された（使用ソフト：三谷商事（株）製ＷｉｎＲＯＯＦ）。

（評価）
得られた焼結体を、レーザにて切断して仕上げ加工し、工具形状ＣＮＭＡ１２０４０８、ネガランド１５°×０．１〜０．１５ｍｍの切削工具を作製した。得られた切削工具を用いて、以下の切削条件で遠心鋳造鋳鉄の切削試験を行い、１．５ｋｍ切削後の逃げ面摩耗量（μｍ）を測定した。また、２．０ｋｍ切削後の切削工具の摩耗形態および欠損状況を観察した。
切削速度：９００ｍ／分
切込み量：０．１ｍｍ
送り量：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ
クーラント：エマルジョン
装置：オークマＬＢ４００、ホルダー：ＥＷＮ６８−１５０ＣＫＢ６
被削材：緻密パーライトの組織を有し、ネズミ鋳鉄の化学組成を有する遠心鋳造鋳鉄
被削材の形状：円筒状、内径φ８５ｍｍ
結果を表３に示す。

（評価結果）
試料８５〜試料９１を比較すると、前記式（１）中のｘの値が０．２以上０．８以下であると（試料２〜６）、焼結体の耐摩耗性が優れていた。

試料９２〜試料９８を比較すると、第３混合粒子群中の第１粒子群の量が多いほど、焼結体の耐摩耗性が優れていた。

試料８８、試料９９〜１０４を比較すると、第２粒子群としてＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＨｆＯ_２を用いると、焼結体の耐摩耗性が同等に優れていた。

試料８８および試料１０５〜１１３を比較すると、第２粒子群として２種類以上の化合物の粒子を用いると、耐欠損性が優れていた。また、第３粒子群としてｃＢＮを用いた場合も、耐欠損性が優れていた。

試料１１４〜１２１を比較すると、いずれも耐欠損性に優れており、第３混合粒子群中の第３粒子群の量が少ないほど、耐摩耗性に優れていた。

以上より、物理蒸着法を用いて作製された焼結体は、衝撃圧縮法を用いて作製された焼結体と同様の結果を示すことが確認された。

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実施の形態ではなく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。

本発明の一実施形態に係る立方晶型ＡｌＣｒＮを含む焼結体は、切削工具に広く用いることができる。たとえば、ドリル、エンドミル、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、歯切り工具、リーマまたはタップに用いることができる。

Claims (4)

1. 下記式（１）で表される立方晶岩塩型構造を有する粒子を含む第１粒子群と、
   Ａｌ_{（１−ｘ）}Ｃｒ_ｘＮ・・・（１）
   （式（１）中、ｘは０．３≦ｘ≦０．７である）
   ０．５体積％以上９０体積％以下の、Ａｌ_２Ｏ_３およびＡｌＯＮのいずれか一方または両方の粒子を含む第２粒子群とを有する、
   焼結体。
2. 前記焼結体は、さらに立方晶型窒化ホウ素を含む第３粒子群を有する、請求項１に記載の焼結体。
3. 前記焼結体は、前記第３粒子群を２０体積％以上７０体積％以下有する、請求項２に記載の焼結体。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の焼結体を用いた切削工具。

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