JP6291995B2 - 立方晶窒化ホウ素多結晶体、切削工具、耐摩工具、研削工具、および立方晶窒化ホウ素多結晶体の製造方法 - Google Patents
立方晶窒化ホウ素多結晶体、切削工具、耐摩工具、研削工具、および立方晶窒化ホウ素多結晶体の製造方法 Download PDFInfo
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Description
出発物質として粒径0.5μm以下の六方晶窒化ホウ素粉末を準備する工程と、
圧力をP(GPa)、温度をT(℃)としたときに、
P≧0.0000122T2−0.0531T+65.846、
T≦2200、および
P≦25
という条件を満たす温度および圧力において、該六方晶窒化ホウ素粉末を立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素に変換させ、かつ焼結させる工程と
を備えている。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
出発物質として粒径0.5μm以下の六方晶窒化ホウ素粉末を準備する工程と、
圧力をP(GPa)、温度をT(℃)としたときに、
P≧0.0000122T2−0.0531T+65.846、
T≦2200、および
P≦25
という条件を満たす温度および圧力において、該六方晶窒化ホウ素粉末を立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素に変換させ、かつ焼結させる工程と
を備えている。この製造方法により得られる立方晶窒化ホウ素多結晶体は、それを構成する立方晶窒化ホウ素の粒径が微細で、かつ強靭な多結晶体となる。
以下、本願発明の実施形態(以下「本実施形態」と記す)についてさらに詳細に説明する。
本実施形態に係る立方晶窒化ホウ素多結晶体は、立方晶窒化ホウ素を含み、該立方晶窒化ホウ素は、150nm以下の平均粒径を有し、23℃±5℃における試験荷重4.9Nのヌープ硬度の測定において、ヌープ圧痕の対角線の長い方の対角線の長さaと短い方の対角線の長さbとの比b/aが0.085以下となるものである。
本実施形態の立方晶窒化ホウ素多結晶体に含まれる立方晶窒化ホウ素は、小さい粒径を有するものであり、150nm以下の平均粒径を有することが好ましく、100nm以下の平均粒径を有することがより好ましい。また、この平均粒径は、小さくなればなる程好ましいため、その下限をあえて限定する必要はないが、製造的観点からその下限は20nmである。
本実施形態の立方晶窒化ホウ素多結晶体は、23℃±5℃における試験荷重4.9Nのヌープ硬度の測定において、ヌープ圧痕の対角線の長い方の対角線の長さaと短い方の対角線の長さbとの比b/aが0.085以下となるものである。
本実施形態の立方晶窒化ホウ素多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素(wBN)を含んでいても良く、このようなウルツ鉱型窒化ホウ素を0.01体積%以上含むことが好ましい。これにより、多結晶体の組織がより緻密なものとなる。なお、含有されるウルツ鉱型窒化ホウ素の含有量の上限は、ウルツ鉱型窒化ホウ素の特性の観点から65体積%以下である。ウルツ鉱型窒化ホウ素が存在すると亀裂進展を阻害し靱性を向上させる効果があるが、ウルツ鉱型窒化ホウ素は六方晶窒化ホウ素から立方晶窒化ホウ素への転移の間の準安定相であるため、立方晶窒化ホウ素よりも安定性に劣り、耐摩耗性が低いという特性を有する。ウルツ鉱型窒化ホウ素の含有量のより好ましい範囲は、0.01〜20体積%である。
本実施形態の立方晶窒化ホウ素多結晶体は、圧縮型六方晶窒化ホウ素を含んでいても良く、このような圧縮型六方晶窒化ホウ素を0.01〜0.5体積%含むことが好ましい。これにより、亀裂の進展を阻止し靭性を向上させる作用をもたらすことができる。また圧縮型hBNの存在を許容することで、広い温度範囲で焼結が可能となり、生産性が向上する。ただし圧縮型hBNが0.5体積%を超えると、圧縮型hBNでの応力集中が大きくなり強度が低下する場合もある。したがって立方晶窒化ホウ素多結晶体が圧縮型hBNをさらに含む場合、その上限は0.5体積%である。圧縮型hBNの体積含有率は、より好ましくは0.01体積%以上0.1体積%以下であり、特に好ましくは0.05体積%以上0.1体積%以下である。
本実施形態の立方晶窒化ホウ素多結晶体に含まれる立方晶窒化ホウ素は、X線回折において、(111)面のX線回折強度I(111)に対する(220)面のX線回折強度I(220)の比I(220)/I(111)が0.1以上0.3以下であることが好ましい。これにより、多結晶体が等方的なものとなり、工具等とした場合に偏摩耗が低減される。
<用途>
本実施形態の立方晶窒化ホウ素多結晶体は、立方晶窒化ホウ素(結晶粒)の粒径が微細であり、かつ強靭であるため、切削工具、耐摩工具、研削工具などに用いることが好適となる。すなわち、本実施形態の切削工具、耐摩工具、および研削工具は、それぞれ上記の立方晶窒化ホウ素多結晶体を備えたものである。
<製造方法>
本実施形態に係る立方晶窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、
出発物質として粒径0.5μm以下の六方晶窒化ホウ素粉末を準備する工程(以下「準備工程」とも記す)と、
圧力をP(GPa)、温度をT(℃)としたときに、
P≧0.0000122T2−0.0531T+65.846、
T≦2200、および
P≦25
という条件を満たす温度および圧力において、該六方晶窒化ホウ素粉末を立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素に変換させ、かつ焼結させる工程(以下「焼結工程」とも記す)と
を備えている。
P≧0.0000122T2−0.0531T+65.846、
T≦2200、および
P≦25
という条件を満たすことが必要である。
実施例1〜実施例5に係る立方晶窒化ホウ素多結晶体を以下の方法で作製した。まず、出発物質として粒径0.5μmの六方晶窒化ホウ素粉末(以下の表1の出発物質の欄に「微粒hBN粉末」と示す)を準備した(準備工程)。
比較例1に係る立方晶窒化ホウ素多結晶体を以下の方法で作製した。まず、出発物質として粒径0.5μmの六方晶窒化ホウ素粉末(以下の表1の出発物質の欄に「微粒hBN粉末」と示す)を準備した(準備工程)。
比較例2に係る立方晶窒化ホウ素多結晶体を以下の方法で作製した。まず、出発物質として粒径0.5μmの六方晶窒化ホウ素粉末(以下の表1の出発物質の欄に「微粒hBN粉末」と示す)を準備した(準備工程)。
比較例3に係る立方晶窒化ホウ素多結晶体を以下の方法で作製した。まず、出発物質として粒径5μm以下の六方晶窒化ホウ素粉末(以下の表1の出発物質の欄に「粗粒hBN粉末」と示す)を準備した(準備工程)。
比較例4に係る立方晶窒化ホウ素焼結体を以下の方法で作製した。まず、出発物質として平均粒径2μm以下の立方晶窒化ホウ素粉末とCo系の金属結合材粉末(以下の表1の出発物質の欄に「cBN粉末/金属結合材粉末」と示す)を準備した(準備工程)。
<評価>
上記の様にして得られた実施例1〜5および比較例1〜3の立方晶窒化ホウ素多結晶体、比較例4の立方晶窒化ホウ素焼結体の組成、X線回折、粒径、ヌープ圧痕の比b/aを下記の手法で測定した。
各立方晶窒化ホウ素多結晶体および立方晶窒化ホウ素焼結体に含まれる立方晶窒化ホウ素(cBN)、圧縮型六方晶窒化ホウ素(hBN)、およびウルツ鉱型窒化ホウ素(wBN)を、X線回折装置により同定した。この装置のX線の線源はCuであり、波長1.54ÅのKα線であった。その結果を表1の「組成」の欄に示す。
各立方晶窒化ホウ素多結晶体および立方晶窒化ホウ素焼結体に含まれる立方晶窒化ホウ素について、X線回折装置により、(111)面のX線回折強度I(111)に対する(220)面のX線回折強度I(220)の比I(220)/I(111)を求めた。この装置のX線の線源はCuであり、波長1.54ÅのKα線であった。その結果を表1の「XRD I(220)/I(111)」の欄に示す。
各立方晶窒化ホウ素多結晶体および立方晶窒化ホウ素焼結体に含まれる立方晶窒化ホウ素の平均粒径を、走査電子顕微鏡を用いた切断法により求めた。
各立方晶窒化ホウ素多結晶体および立方晶窒化ホウ素焼結体について、ヌープ圧痕の比b/aを測定するために、以下の条件でヌープ硬度を測定した。
Claims (9)
- 立方晶窒化ホウ素を含み、
前記立方晶窒化ホウ素は、150nm以下の平均粒径を有し、
23℃±5℃における試験荷重4.9Nのヌープ硬度の測定において、ヌープ圧痕の対角線の長い方の対角線の長さaと短い方の対角線の長さbとの比b/aが0.085以下となる、立方晶窒化ホウ素多結晶体。 - 前記立方晶窒化ホウ素は、100nm以下の平均粒径を有する、請求項1に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体。
- 前記立方晶窒化ホウ素多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素を0.01体積%以上含む、請求項1または請求項2に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体。
- 前記立方晶窒化ホウ素多結晶体は、圧縮型六方晶窒化ホウ素を0.01〜0.5体積%含む、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体。
- 前記立方晶窒化ホウ素は、X線回折において、(111)面のX線回折強度I(111)に対する(220)面のX線回折強度I(220)の比I(220)/I(111)が0.1以上0.3以下である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体を備えた切削工具。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体を備えた耐摩工具。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体を備えた研削工具。
- 出発物質として粒径0.5μm以下の六方晶窒化ホウ素粉末を準備する工程と、
圧力をP(GPa)、温度をT(℃)としたときに、
P≧0.0000122T2−0.0531T+65.846、
T≦2200、および
P≦25
という条件を満たす温度および圧力において、前記六方晶窒化ホウ素粉末を立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素に変換させ、かつ焼結させる工程と
を備えた、立方晶窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
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