JP6744520B1 - 立方晶窒化硼素焼結体、およびそれを含む切削工具 - Google Patents

Abstract

立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させてなる有機立方晶窒化硼素粉末を作製する工程と、有機立方晶窒化硼素粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の有機立方晶窒化硼素粉末と、残部の結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程と、混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る工程と、を含む、立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。

Description

本開示は、立方晶窒化硼素焼結体の製造方法、立方晶窒化硼素焼結体、およびそれを含む切削工具に関する。本出願は、２０１８年９月１９日に出願した日本特許出願である特願２０１８−１７４６９５号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

切削工具等に用いられる高硬度材料として、立方晶窒化硼素焼結体（以下、「ｃＢＮ焼結体」ともいう。）がある。立方晶窒化硼素焼結体は、通常、立方晶窒化硼素粒子（以下、「ｃＢＮ粒子」ともいう。）と結合材とからなり、立方晶窒化硼素粒子の含有割合によってその特性が異なる傾向がある。

このため、切削加工の分野においては、被削材の材質、要求される加工精度等によって、切削工具に適用される立方晶窒化硼素焼結体の種類が使い分けられる。たとえば、立方晶窒化硼素（以下、「ｃＢＮ」ともいう）の含有割合の高い立方晶窒化硼素焼結体（以下、「High-ｃＢＮ焼結体」ともいう。）は、焼結合金等の切削に好適に用いることができる。

しかし、High-ｃＢＮ焼結体は、突発的な欠損が発生しやすい傾向がある。この突発的な欠損は、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が弱く、立方晶窒化硼素粒子が脱落してしまうことに起因すると考えられる。たとえば、国際公開第２００５／０６６３８１号（特許文献１）には、結合材の適切な選択により、High-ｃＢＮ焼結体における突発的な欠損の発生を抑制する技術が開示されている。

国際公開第２００５／０６６３８１号

本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させてなる有機立方晶窒化硼素粉末を作製する工程と、有機立方晶窒化硼素粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の有機立方晶窒化硼素粉末と、残部の結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程と、混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る工程と、を含む。

本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体は、８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、界面上に炭素が存在しており、炭素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。

本開示の他の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体は、８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、界面上に炭素が存在しており、炭素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、炭素が存在する領域における炭素の含有量の最大値Ｍは、０．１原子％以上５．０原子％以下である。

本開示の一態様に係る切削工具は、上記の立方晶窒化硼素焼結体を含む切削工具である。

図１は、第２画像の一例である。 図２は、元素マッピング分析の結果に基づく元素分布の一例であり、硼素の分布状態を示す画像である。 図３は、元素マッピング分析の結果に基づく元素分布の一例であり、窒素の分布状態を示す画像である。 図４は、元素マッピング分析の結果に基づく元素分布の一例であり、炭素の分布状態を示す画像である。 図５は、ライン分析の結果を示すグラフの一例である。

[本開示が解決しようとする課題]
近年、機械部品の急速な高機能化に伴い、機械部品となる被削材の難削化が加速している。これに伴い、切削工具の短寿命化によるコスト増という問題が顕在化している。このため、High-ｃＢＮ焼結体のさらなる改良が望まれる。この点に鑑み、本開示では、長寿命化を可能とする立方晶窒化硼素焼結体の製造方法、立方晶窒化硼素焼結体、およびそれを含む切削工具を提供することを目的とする。

[本開示の効果]
上記により得られる立方晶窒化硼素焼結体によれば、長寿命化が可能となり、それを含む切削工具もまた、長寿命化が可能となる。

[本開示の実施形態の説明]
本発明者らはまず、より長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体を完成させるべく、High-立方晶窒化硼素焼結体における結合材の原料として、ＷＣ（炭化タングステン）、Ｃｏ（コバルト）およびＡｌ（アルミニウム）を含む結合材原料粉末を用いることとした。これは、本発明者らのこれまでの研究により、このような結合材原料粉末を用いた場合に、立方晶窒化硼素粒子に対する結合材の結合力が特に高く、結果的に、優れた立方晶窒化硼素焼結体が得られることを知見しているためである。

しかし、High-ｃＢＮ焼結体においては、結合材の量が立方晶窒化硼素粒子の量に対して顕著に少ないため、結合材が立方晶窒化硼素粒子間に広く行き渡ることが難しい傾向がある。このため本発明者らは、結合材の最適化だけでは、High-ｃＢＮ焼結体の長寿命化のブレイクスルーは図れないと考えた。

そこで本発明者らは、結合材と立方晶窒化硼素粒子との結合力を高める従来の手法から大きく発想を転換し、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力を高める手法はないかと考えた。そして種々の検討から、立方晶窒化硼素粒子間に配置された微量の炭素が、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力を高め得るとの知見を得た。しかし一方で、立方晶窒化硼素粒子間における炭素の量が多いと、立方晶窒化硼素焼結体の特性が変化してしまう。

上記の知見から、本発明者らは、立方晶窒化硼素粒子間に炭素を配置させて、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力を顕著に高めるためには、立方晶窒化硼素粒子間において、炭素を偏析させることなく、均一に配置させる必要があると考え、これを可能にする手法を見出すべく鋭意検討を重ねた。そして鋭意検討の結果、本発明者らは、立方晶窒化硼素原料粉末の表面に均一に有機物を付着させる手法を見出し、さらに、この立方晶窒化硼素原料粉末を用いて立方晶窒化硼素焼結体を製造することにより、立方晶窒化硼素粒子間に均一に炭素を配置させ得ることを見出した。

本開示は、上述のようにして完成されたものである。以下に、本開示の実施態様を列記して説明する。

〔１〕本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させてなる有機立方晶窒化硼素粉末を作製する工程（作製工程）と、有機立方晶窒化硼素粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の有機立方晶窒化硼素粉末と、残部の結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程（調製工程）と、混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る工程（焼結工程）と、を含む。

上記製造方法によれば、長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体を製造することができる。その理由は次のように推察される。まず、作製工程により、立方晶窒化硼素原料粉末の表面に有機物が均一に付着した有機立方晶窒化硼素粉末が作製される。そして調製工程により、有機立方晶窒化硼素粉末を含む混合粉末が調製され、続く焼結工程により、立方晶窒化硼素焼結体が製造される。焼結工程において、有機立方晶窒化硼素粉末の表面に位置する炭素は触媒機能を発揮する。

ここで炭素の触媒機能とは、炭素を介して、立方晶窒化硼素を構成するＢ（硼素）および／またはＮ（窒素）を拡散させたり析出させたりすることを意味する。炭素が触媒機能を発揮することにより、有機立方晶窒化硼素粉末間におけるネックグロスの発生が促進されることとなり、もって立方晶窒化硼素焼結体において、立方晶窒化硼素粒子間の結合力が高まり、結果的に、立方晶窒化硼素粒子の脱落が抑制されることとなる。

したがって、本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法によれば、High-ｃＢＮ焼結体であっても、立方晶窒化硼素粒子の脱落が抑制された、長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体を製造することができる。

〔２〕上記立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、作製する工程は、立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とを、超臨界水に投入する工程を含む。これにより、その表面に有機物が均一に付着してなる有機立方晶窒化硼素粉末の調製が容易となる。

〔３〕上記立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、上記有機物は、アミン又は炭素数が５以上の炭化水素化合物である。これにより、製造された立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の脱落が飛躍的に低減される。

〔４〕上記立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、上記有機物は、ヘキシルアミン、ヘキシルニトリル、パラフィン又はヘキサンである。これにより、製造された立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の脱落が飛躍的に低減される。

〔５〕上記立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、作製する工程は、プラズマ処理により、立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させる工程を含む。これにより、その表面に有機物が均一に付着してなる有機立方晶窒化硼素粉末の調製が容易となる。

〔６〕上記立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、上記有機物は、アミン又はフッ化炭素である。これにより、立方晶窒化硼素原料粉末の表面に有機物が均一に付着してなる有機立方晶窒化硼素粉末の調製が可能となる。

〔７〕本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体は、８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、界面上の全て又は一部に炭素が存在しており、炭素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。

上記立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子の含有量から、立方晶窒化硼素粒子の脱落が生じやすい「High-ｃＢＮ焼結体」であることが理解される。しかし上記立方晶窒化硼素焼結体は、上記製造方法により製造される立方晶窒化硼素焼結体であり、故に、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、界面上に炭素が存在しており、さらに、炭素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。このような立方晶窒化硼素焼結体においては、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が従来と比して高められている。したがって、本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子の脱落が抑制された、長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体である。

〔８〕上記立方晶窒化硼素焼結体において、幅Ｄは、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。この場合、立方晶窒化硼素焼結体のさらなる長寿命化が可能となる。

〔９〕上記立方晶窒化硼素焼結体において、炭素が存在する領域における炭素の含有量の最大値Ｍは、０．１原子％以上５．０原子％以下である。この場合、立方晶窒化硼素焼結体のさらなる長寿命化が可能となる。

〔１０〕本開示の他の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体は、８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、界面上の全て又は一部に炭素が存在しており、炭素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、炭素が存在する領域における炭素の含有量の最大値Ｍは、０．１原子％以上５．０原子％以下である。本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体は、このような構成を備えることによって、立方晶窒化硼素粒子の脱落が抑制された、長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体である。

〔１１〕本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体は、上記立方晶窒化硼素焼結体を含む切削工具である。当該切削工具によれば、長寿命化が可能となる。

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について説明する。ただし、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書において「Ａ〜Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｚ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｚにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＺの単位とは同じである。

〈第１の実施形態：立方晶窒化硼素焼結体の製造方法〉
本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法について説明する。本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、少なくとも、立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させてなる有機立方晶窒化硼素粉末を作製する工程（作製工程）と、有機立方晶窒化硼素粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の有機立方晶窒化硼素粉末と、残部の結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程（調製工程）と、混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る工程（焼結工程）と、を含む。以下、各工程について詳述する。

《作製工程》
本工程は、立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させてなる有機立方晶窒化硼素粉末を作製する工程である。

立方晶窒化硼素原料粉末とは、立方晶窒化硼素焼結体に含まれる立方晶窒化硼素粒子の原料粉末である。立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させる方法としては、超臨界水を用いる方法、およびプラズマ処理を実施する方法等が挙げられる。

（超臨界水を用いる方法）
超臨界水を用いる方法について説明する。当該方法においては、立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とを超臨界水に投入する工程が実施される。これにより、有機立方晶窒化硼素粉末を作製することができる。なお本明細書において、超臨界水とは、超臨界状態または亜臨界状態の水を意味する。

立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とを超臨界水に投入する方法としては、たとえば、超臨界水に対し、立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とをこの順で投入する方法、有機物と立方晶窒化硼素原料粉末とをこの順で投入する方法、立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とを同時に投入する方法が挙げられる。これらの方法によれば、立方晶窒化硼素原料粉末と超臨界水との接触により、立方晶窒化硼素原料粉末の表面が清浄化される。また、清浄化された表面（以下、「清浄面」ともいう。）を有する立方晶窒化硼素原料粉末と有機物との接触により、有機物が立方晶窒化硼素原料粉末の清浄面に付着する。

（プラズマ処理を実施する方法）
プラズマ処理を実施する方法について説明する。当該方法においては、プラズマ処理により、立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させる工程が実施される。具体的には、プラズマ発生装置内において、立方晶窒化硼素原料粉末を、炭素を含む第１ガス雰囲気に曝した後、アンモニアを含む第２ガス雰囲気下に曝す方法が挙げられる。第１ガスとしては、ＣＦ₄、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂等を用いることができる。第２ガスとしては、ＮＨ₃、Ｎ₂およびＨ₂の混合ガス等を用いることができる。

上記方法によれば、立方晶窒化硼素原料粉末が第１ガス雰囲気下に曝されることにより、立方晶窒化硼素原料粉末の表面がエッチングされて清浄面が形成され、かつ該清浄面に炭素（第１ガス）が付着する。引き続き、炭素が付着された立方晶窒化硼素原料粉末が第２ガス雰囲気下に曝されることにより、該炭素がアンモニアにより終端される。これにより、結果的に、炭素と窒素を含む有機物が清浄面に付着することとなる。

以上のように、超臨界水を用いる方法およびプラズマ処理を実施する方法のいずれかにより、有機立方晶窒化硼素粉末を効率的に作製することができる。本工程においては、超臨界水を用いる方法を採用することが好ましい。立方晶窒化硼素原料粉末に付着する有機物の均一化が容易であり、もって有機立方晶窒化硼素粉末の均一化が容易なためである。

本工程において、立方晶窒化硼素原料粉末の平均粒子径は特に制限されない。高強度であり高耐摩耗性および高耐欠損性を兼ね備える立方晶窒化硼素焼結体を形成する観点からは、０．１〜１０μｍが好ましく、０．５〜５．０μｍがより好ましい。

超臨界水を用いて本工程を実施する場合、用いられる有機物は、アミン、炭素数が５以上の炭化水素化合物が好ましい。なかでも、ヘキシルアミン、ヘキシルニトリル、パラフィン、ヘキサンがより好ましく、ヘキシルアミンがさらに好ましい。本発明者らは、これらの有機物を用いた場合に、立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の脱落が飛躍的に低減されることを確認している。プラズマ処理を利用して本工程を実施する場合、付着される有機物としては、アミン、フッ化炭素等が挙げられる。

立方晶窒化硼素原料粉末に付着する有機物の好ましい量は、立方晶窒化硼素原料粉末の粒径により変化する。たとえば、有機物としてヘキシルアミンを用いる場合、平均粒子径が１〜１０μｍの立方晶窒化硼素原料粉末に対して、５０〜２０００ｐｐｍのヘキシルアミンが付着することが好ましく、平均粒子径が０．１〜１μｍの立方晶窒化硼素原料粉末に対して、１００〜５０００ｐｐｍのヘキシルアミンが付着することが好ましい。このような場合に、所望する立方晶窒化硼素焼結体が効率的に製造される傾向がある。有機立方晶窒化硼素粉末に付着した有機物の量は、たとえばガスクロマトグラフ質量分析法により測定することができる。

ここで、本実施形態では、後述する焼結工程の第２工程に供される有機立方晶窒化硼素粉末において、十分な触媒機能を発揮し得る程度の炭素が存在していればよい。また、立方晶窒化硼素原料粉末に付着した有機物は、続く工程（例えば、後述する精製工程、調製工程等）により、その量が減少する傾向がある。このため、立方晶窒化硼素原料粉末に付着する有機物の量が上記以外、たとえば過剰量であっても、続く工程の各処理時において適宜調製することにより、第２工程に供される有機立方晶窒化硼素粉末において好適な炭素量を残存させることができると考えられる。なお、好適な炭素量が残存した有機立方晶窒化硼素粉末を用いて製造された立方晶窒化硼素焼結体は、後述する第２の実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体となる。

《精製工程》
上記作製工程により得られた有機立方晶窒化硼素粉末を、下記調製工程に用いるにあたって、有機立方晶窒化硼素粉末から不純物を除去することが好ましい。不純物としては、たとえば未反応の有機物が挙げられる。未反応の有機物を除去することにより、調製工程および／または焼結工程における意図しない反応を抑制することができる。

たとえば、超臨界水を用いた場合、有機立方晶窒化硼素粉末はスラリーとして得られる。この場合、該スラリーに対して遠心分離を実施することにより、有機立方晶窒化硼素粉末と未反応の有機物とを分離することができる。

また、超臨界水から取り出した有機立方晶窒化硼素原料粉末、または、超臨界水から取り出した後に上述の遠心分離等を実施した有機立方晶窒化硼素原料粉末に対し、さらに熱処理（たとえば、真空下で２５０℃以上、好ましくは４００℃以上、より好ましくは８５０℃以上）を実施してもよい。これにより、有機立方晶窒化硼素粉末の表面に吸着された水分等の不純物を除去することができる。

ここで本発明者らは、当初、有機立方晶窒化硼素粉末に対して熱処理が実施された場合、立方晶窒化硼素原料粉末に付着する有機物の全てが揮発および／または消失してしまうことを懸念した。ところが驚くべきことに、オージェ電子分光法により有機立方晶窒化硼素粉末を観察した結果、熱処理を経ることによって有機物は分解されるものの、有機立方晶窒化硼素粉末の表面には、炭素が均一に残存していることが確認された。この炭素は有機物由来とみなされる。

すなわち、有機立方晶窒化硼素粉末に対して熱処理を施すことにより、有機立方晶窒化硼素粉末の表面の不純物が除去されるだけでなく、その表面に均一に炭素が付着してなる、表面改質された有機立方晶窒化硼素粉末が得られることが確認された。このメカニズムは不明であるが、本発明者らは、超臨界水、プラズマ等の処理を経て形成された清浄面は、顕著に高い活性を有しており、故に、清浄面と有機物とが非常に強く結合するものであって、この強い結合が、有機立方晶窒化硼素粉末の表面改質に関与していると推察している。

《調製工程》
本工程は、有機立方晶窒化硼素粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の有機立方晶窒化硼素粉末と、残部の結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程である。有機立方晶窒化硼素粉末は、上述の作製工程により得られた有機立方晶窒化硼素粉末であり、結合材原料粉末は、立方晶窒化硼素焼結体の結合材の原料である。

上記結合材原料粉末は、次のようにして調製することができる。まず、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末およびＡｌ粉末を準備する。次に、各粉末を所定の比率となるように混合し、これを真空下で熱処理（たとえば１２００℃）して金属間化合物を作製する。当該金属間化合物を湿式のボールミル、湿式のビーズミル等で粉砕することにより、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末が調製される。なお、各粉末の混合方法は特に制限されないが、効率よく均質に混合する観点から、ボールミル混合、ビーズミル混合、遊星ミル混合、およびジェットミル混合などが好ましい。各混合方法は、湿式でもよく乾式でもよい。

有機立方晶窒化硼素粉末と、準備された結合材原料粉末とは、エタノール、アセトン等を溶媒に用いた湿式ボールミル混合により混合されることが好ましい。また、混合後は自然乾燥により溶媒が除去される。その後、熱処理（たとえば、真空下で８５０℃以上）により、表面に吸着された水分等の不純物を除去することが好ましい。これにより、上述のように、有機立方晶窒化硼素粉末の表面において、有機物が分解されるとともに、有機物由来の炭素が均一に残存することができ、もって、表面改質された有機立方晶窒化硼素粉末を得ることができる。以上により、混合粉末が調製される。

上記結合材原料粉末は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌの他に、他の元素を含んでいてもよい。他の元素として好適なものは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ等である。

《焼結工程》
本工程は、混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る工程である。本工程において、混合粉末が高温高圧条件下に曝されて焼結されることにより、立方晶窒化硼素焼結体が製造される。

具体的には、まず、第１工程として、混合粉末を容器に充填して真空シールする。真空シールの温度は８５０℃以上が好ましい。これは、シール材の融点を超える温度であり、かつ、有機立方晶窒化硼素粉末に付着する有機物が分解されるとともに、有機立方晶窒化硼素粉末の表面に有機物由来の炭素を均一に残存させるのに十分な温度である。

次に、第２工程として、超高温高圧装置を用いて、真空シールされた混合粉末を焼結処理する。焼結条件は特に制限されないが、５．５〜８ＧＰａおよび１５００℃以上２０００℃未満が好ましい。特に、コストと焼結性能とのバランスの観点から、６〜７ＧＰａおよび１６００〜１９００℃が好ましい。

本工程以前に熱処理（精製工程における熱処理および／または調製工程における熱処理）が実施されている場合には、炭素が有機立方晶窒化硼素粉末表面に均一に残存する、表面改質された有機立方晶窒化硼素粉末が第１工程に供されることとなる。本工程以前に熱処理が実施されていない場合には、第１工程、すなわち真空シールにより、表面改質された有機立方晶窒化硼素粉末が調製されることとなる。このため、第２工程に供される有機立方晶窒化硼素粉末の表面には、炭素が均一に存在することとなる。このような有機立方晶窒化硼素粉末を含む混合粉末が第２工程を経ることにより、立方晶窒化硼素焼結体が製造される。

《作用効果》
上述の本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法によれば、長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体を製造することができる。その理由は、有機立方晶窒化硼素粉末の表面に均一に存在する炭素が触媒機能を発揮し、これにより、立方晶窒化硼素粒子間におけるネックグロスの発生が促進され、結果的に、立方晶窒化硼素粒子間の結合力に優れた立方晶窒化硼素焼結体が得られるためと推察される。

したがって、本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法によれば、High-ｃＢＮ焼結体であっても、立方晶窒化硼素粒子の脱落が抑制された、長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体を製造することができる。なお、従来のHigh-ｃＢＮ焼結体の製造方法において、結合材原料粉末に炭素を含有させた場合、炭素は立方晶窒化硼素粒子の表面に均一に存在することはなく、立方晶窒化硼素粒子間に偏析することとなる。

〈第２の実施形態：立方晶窒化硼素焼結体〉
本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体について説明する。本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、上述の製造方法により製造される立方晶窒化硼素焼結体である。

具体的には、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える。すなわち本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、いわゆるHigh-ｃＢＮ焼結体である。なお立方晶窒化硼素焼結体は、使用する原材料、製造条件等に起因する不可避不純物を含み得る。このとき、当該不可避不純物は結合材に含まれていると把握することができる。

立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）は、後述する混合粉末に用いられる立方晶窒化硼素原料粉末の含有割合（体積％）と実質的に同一の割合となる。有機物の付着等により生じる体積変化量は、立方晶窒化硼素粉末自身の体積に対して極めて小さいためである。したがって、混合粉末に用いられる立方晶窒化硼素原料粉末の含有割合を制御することにより、立方晶窒化硼素焼結体中の立方晶窒化硼素粒子の含有量（含有割合）を、所望の範囲に調製することができる。

また、立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）は、誘導結合高周波プラズマ分光分析（ＩＣＰ）による定量分析、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）付帯のＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素焼結体に対し、組織観察、元素分析等を実施することによっても確認することができる。本実施形態では、特に理由が無い限り、後述するＳＥＭを用いる方法で、立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の含有割合を求めるものとする。

たとえば、ＳＥＭを用いた場合、次のようにして立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）を求めることができる。まず、立方晶窒化硼素焼結体の任意の位置を切断し、立方晶窒化硼素焼結体の断面を含む試料を作製する。断面の作製には、集束イオンビーム装置、クロスセクションポリッシャ装置等を用いることができる。次に、上記断面をＳＥＭにて２０００倍で観察して、反射電子像を得る。反射電子像においては、立方晶窒化硼素粒子が存在する領域が黒色領域となり、結合材が存在する領域が灰色領域または白色領域となる。

次に、上記反射電子像に対して画像解析ソフト（たとえば、三谷商事（株）の「ＷｉｎＲＯＯＦ」）を用いて二値化処理を行い、二値化処理後の画像から各面積比率を算出する。算出された面積比率を体積％とみなすことにより、立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）を求めることができる。なお、これにより結合材の体積％を同時に求めることができる。

《立方晶窒化硼素粒子》
立方晶窒化硼素粒子は、硬度、強度、靱性が高く、立方晶窒化硼素焼結体中の骨格としての役割を果たす。立方晶窒化硼素粒子のＤ₅₀（平均粒径）は特に限定されず、例えば、０．１〜１０．０μｍとすることができる。通常、Ｄ₅₀が小さい方が立方晶窒化硼素焼結体の硬度が高くなる傾向がある。また、粒径のばらつきが小さい方が、立方晶窒化硼素焼結体の性質が均質となる傾向がある。立方晶窒化硼素粒子のＤ₅₀は、例えば、０．５〜４．０μｍとすることが好ましい。

立方晶窒化硼素粒子のＤ₅₀は次のようにして求められる。まず上記の立方晶窒化硼素粒子の含有量の求め方に準じて、立方晶窒化硼素焼結体の断面を含む試料を作製し、反射電子像を得る。次いで、画像解析ソフトを用いて反射電子像中の各黒色領域の円相当径を算出する。５視野以上を観察することによって１００個以上の立方晶窒化硼素粒子の円相当径を算出することが好ましい。

次いで、各円相当径を最小値から最大値まで昇順に並べて累積分布を求める。累積分布において累積面積５０％となる粒径がＤ₅₀となる。なお円相当径とは、計測された立方晶窒化硼素粒子の面積と同じ面積を有する円の直径を意味する。

《結合材》
結合材は、難焼結性材料である立方晶窒化硼素粒子を工業レベルの圧力温度で焼結可能とする役割を果たす。また、鉄との反応性が立方晶窒化硼素より低いため、高硬度焼入鋼の切削においての化学的摩耗及び熱的摩耗を抑制する働きを立方晶窒化硼素焼結体に付加する。また、立方晶窒化硼素焼結体が結合材を含有すると、高硬度焼入鋼の高能率加工における耐摩耗性が向上する。

本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含む。ここで、「Ａｌ化合物」とは、Ａｌを構成元素として含む化合物を意味する。Ａｌ化合物としては、ＣｏＡｌ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、およびＡｌＢ₂、ならびにこれらの複合化合物等が挙げられる。次の理由から、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含む当該結合材は、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体の長寿命化に特に有効と考えられる。

第１に、ＣｏおよびＡｌは触媒機能を有するため、上述の焼結工程において、立方晶窒化硼素粒子同士のネックグロスを促進することができる。第２に、ＷＣは、結合材の熱膨張係数を立方晶窒化硼素粒子の熱膨張係数に近づけるために有効と推察される。なお、上記の触媒機能とは、立方晶窒化硼素粒子を構成するＢ（硼素）および／またはＮ（窒素）が、ＣｏまたはＡｌを介して拡散したり、析出したりすることを意味する。

立方晶窒化硼素焼結体に含まれる結合材の組成は、ＸＲＤ（Ｘ線回折測定）およびＩＣＰを組み合わせることによって特定することができる。具体的には、まず、立方晶窒化硼素焼結体から、厚み０．４５〜０．５０ｍｍ程度の試験片を切り出し、該試験片に対してＸＲＤ分析を実施し、Ｘ線回折ピークから決定される化合物、金属等を決定する。次に、試験片を密閉容器内で弗硝酸（濃硝酸（６０％）：蒸留水：濃弗酸（４７％）＝２：２：１の体積比混合の混合酸）に浸漬し、結合材が溶解された酸処理液を得る。該酸処理液に対してＩＣＰ分析を実施し、各金属元素の定量分析を行う。そして、ＸＲＤの結果およびＩＣＰ分析の結果を解析することにより、結合材の組成を決定する。

本実施形態における結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物の他に、他の結合材を含んでいてもよい。他の結合材を構成する元素として好適なものは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ等である。

《ＴＥＭ−ＥＤＸによる分析》
本実施形態における立方晶窒化硼素焼結体は、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、以下（１）および（２）を満たすことを特徴とする。
（１）界面上に炭素が存在しており；
（２）炭素が存在する領域の幅Ｄは、０．１〜１０ｎｍである。

ＴＥＭ−ＥＤＸによる上記分析は、次のようにして実施される。まず、立方晶窒化硼素焼結体からサンプルを採取し、アルゴンイオンスライサーを用いて、サンプルを３０〜１００ｎｍの厚みに薄片化して切片を作製する。次いで、当該切片をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）にて５００００倍で観察することにより、第１画像を得る。このときに用いられる透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製の「ＪＥＭ−２１００Ｆ／Ｃｓ」（商品名）が挙げられる。第１画像において、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる一の界面を任意に選択する。次に、選択された界面が、画像の中央付近を通るように位置決めを行い、観察倍率を２００万倍に変更して観察することにより、第２画像を得る。得られた第２画像（１００ｎｍ×１００ｎｍ）において、界面は、画像の一端から、画像の中央付近を通って、該一端に対向する他の一旦に伸びるように存在することとなる。

次に、第２画像に対し、ＥＤＸによる元素マッピング分析を実施し、第２画像内、すなわち界面を含む界面領域における炭素の分布を分析する。このときに用いられるエネルギー分散型Ｘ線分析装置としては、例えば、ＡＭＥＴＥＫ社製の「ＥＤＡＸ」（商品名）が挙げられる。界面上に（界面の形状に一致するように）、炭素の濃度が高い領域が観察された場合には、当該立方晶窒化硼素焼結体は上記（１）を満たすこととなる。

上記（１）を満たす第２画像において、界面の伸張する伸張方向（炭素の濃度が高い領域が伸張する伸張方向）を確認し、該伸張方向に対する略垂直方向に、元素ライン分析を実施する。そのときのビーム径は０．３ｎｍ以下とし、スキャン間隔は０．１〜０．７ｎｍとする。元素ライン分析の結果から、炭素が存在する領域の幅Ｄを算出する。当該幅Ｄが０．１〜１０ｎｍである場合には、当該立方晶窒化硼素焼結体は、上記（２）を満たすこととなる。

６視野分の第１画像において上述の分析を繰り返し実施し、１視野分以上において、上記（１）および（２）を満たすことが確認された場合、当該立方晶窒化硼素焼結体は、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体であるとみなすことができる。このとき、上記（１）の条件は、「界面上の全て又は一部に炭素が存在している」と把握することもできる。

上述の分析に関し、理解を容易とするために、図１〜図５を用いてさらに詳述する。
図１は、第２画像の一例である。図１を参照し、黒色領域が、ＢおよびＮを主な構成元素とする領域（ＢＮ領域）であり、白色領域または灰色領域が第１画像において界面と認識された領域（ＳＦ領域）に相当する。図１に示されるように、第２画像のうちのＳＦ領域が、「立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面」に相当し、第２画像の全体が、「界面を含む界面領域」に相当する。

ここで、第２画像において、ＳＦ領域の幅（図１においては略上下方向）が１０ｎｍを超える場合には、第１画像に戻り、他の一の界面を再選択する。ＳＦ領域の幅が１０ｎｍを超える場合には、当該ＳＦ領域が「立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面」に相当するとは言い難いためである。

図１に示す第２画像に対し、ＥＤＸによる元素マッピング分析を実施した結果が図２〜図４であり、それぞれ、硼素、窒素、および炭素の分布状態を示す。元素マッピング分析において、各元素が存在している位置は淡色を示す。このため、図２〜図４において、濃色を呈する領域は、各元素が存在しない（またはごくわずかに存在する）領域であり、その色味が淡くなるほど、各元素が多く存在する領域となる。

図２〜図３を参照し、ＳＦ領域における硼素および窒素の各分布量は、ＢＮ領域におけるＢおよびＮの各分布量よりも低下している。一方、図４から、炭素は、ＳＦ領域に存在することが分かる。図４において、炭素が存在する領域（以下、「炭素含有領域」ともいう。）は、図中の左右方向に伸張しており、ＳＦ領域に略一致している。

図４に示す画像内に示される白い実線は、炭素含有領域の伸張方向（図４においては左右方向）に対する略垂直方向（図４においては上下方向）に、元素ライン分析を実施した結果である。これをグラフ化したものが図５に示される。図５において、ライン分析を実施した距離（ｎｍ）を横軸とし、ライン分析結果から算出される、スポットにおける炭素の含有割合（原子％）の値を縦軸とした結果を実線で示す。また図５においては、参考として、ライン分析を実施した距離（ｎｍ）を横軸とし、ＨＡＡＤＦ（高角環状暗視野、Ｈｉｇｈ−ａｎｇｌｅ Ａｎｎｕｌａｒ Ｄａｒｋ Ｆｉｅｌｄ）像の強度（a.u.）を縦軸とした結果を点線で示す。

図５を参照し、ＨＡＡＤＦ像の強度が高い領域、すなわち界面領域において、炭素の含有割合（原子％）のピークが観察されている。当該ピークが観察される部分が「炭素が存在する領域」であり、当該ピークの幅ｄが「炭素が存在する領域の幅Ｄ」となる。

《作用効果》
上述の本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体によれば、長寿命化が可能となる。第１の実施形態に係る製造方法により製造された立方晶窒化硼素焼結体であり、立方晶窒化硼素粒子同士の界面に炭素が均一に存在しており、これにより、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が高められているためである。種々の検討によれば、上述の方法において観察される６視野のうち、３視野以上において、上記（１）および（２）を満たすことが好ましいことが確認されている。

一方、幅Ｄが１０ｎｍを超える場合には、長寿命化された立方晶窒化硼素焼結体を得ることができない。この理由は次のように考えられる。すなわち、立方晶窒化硼素粒子の表面に残存する炭素量が多すぎる場合に、幅Ｄが１０ｎｍを超えてしまう。この場合、立方晶窒化硼素粒子内に過剰な遊離炭素が存在することにより、立方晶窒化硼素粒子間の結合力の低下が引き起こされる。また、幅Ｄが０．１ｎｍ未満の場合にも同様に、長寿命化された立方晶窒化硼素焼結体を得ることができない。これは、立方晶窒化硼素粒子の表面に存在する炭素量が少なすぎるために、炭素による立方晶窒化硼素粒子同士の結合力の向上が十分でないためと考えられる。さらに本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、さらに幅Ｄが０．１〜５ｎｍであることが好ましい。この場合、立方晶窒化硼素焼結体のさらなる長寿命化が可能となる。

なお、従来のHigh-ｃＢＮ焼結体においても、立方晶窒化硼素粒子間に炭素が存在することはあり得る。しかし、この炭素は、結合材由来の炭素であり、このため立方晶窒化硼素粒子間に偏析しており、故に立方晶窒化硼素粒子間に均一に存在することはない。また、偏析による炭素が存在する領域の幅は、０．１〜２．０μｍ程度と大きく、上記（２）を満たすものではない。

本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、炭素が存在する領域（第２画像の炭素含有領域）における炭素の含有量の最大値Ｍが、０．１〜５．０原子％であることが好ましい。この場合、立方晶窒化硼素焼結体のさらなる長寿命化が可能となる。当該炭素の含有量の最大値Ｍとは、ライン分析結果から算出される、各スポットにおける炭素の含有割合（原子％）のうちの最大値である。たとえば図５においては、炭素含有領域における炭素の含有量の最大値Ｍは、約１．４原子％である。

一方、最大値Ｍが０．１原子％未満の場合、上記効果を好適に発揮することができない恐れがある。また、最大値Ｍが５．０原子％超の場合、過剰な遊離炭素が存在してしまい、これにより逆に粒子間の結合力の低下が引き起こされる恐れがある。

なかでも、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、幅Ｄが０．１〜５ｎｍであり、かつ最大値Ｍが０．１〜５．０原子％である場合に、顕著な長寿命化が可能となる。

〈第３の実施形態：切削工具〉
本実施形態に係る切削工具は、上記立方晶窒化硼素焼結体を含む。本実施形態の一側面において、上記切削工具は、基材として上記立方晶窒化硼素焼結体を含む。また本実施形態に係る切削工具は、基材となる立方晶窒化硼素焼結体の表面に被膜を有していてもよい。

本実施形態に係る切削工具の形状および用途は特に制限されない。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。

また、本実施形態に係る切削工具は、工具の全体が立方晶窒化硼素焼結体からなるもののみに限らず、工具の一部（特に刃先部位（切れ刃部）等）のみが立方晶窒化硼素焼結体からなるものも含む。たとえば、超硬合金等からなる基体（支持体）の刃先部位のみが立方晶窒化硼素焼結体で構成されるようなものも本実施形態に係る切削工具に含まれる。この場合は、文言上、その刃先部位を切削工具とみなすものとする。換言すれば、立方晶窒化硼素焼結体が切削工具の一部のみを占める場合であっても、立方晶窒化硼素焼結体を切削工具と呼ぶものとする。

本実施形態に係る切削工具によれば、上記立方晶窒化硼素焼結体を含むことから、長寿命化が可能となる。

以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
ｃＢＮ原料粉末に有機物を付着させてなる有機ｃＢＮ粉末を作製する工程と、
前記有機ｃＢＮ粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の前記有機ｃＢＮ粉末と、残部の結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程と、
前記混合粉末を焼結してｃＢＮ焼結体を得る工程と、を含む、立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。
（付記２）
前記作製する工程は、
前記ｃＢＮ原料粉末と前記有機物とを、超臨界水に投入する工程を含む、付記１に記載の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。
（付記３）
前記作製する工程は、
プラズマ処理により、前記ｃＢＮ原料粉末に前記有機物を付着させる工程を含む、付記１に記載の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。
（付記４）
８５体積％以上１００体積％未満のｃＢＮ粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、
ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、前記ｃＢＮ粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、
前記界面上に炭素が存在しており、
前記炭素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
（付記５）
前記幅Ｄは、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下である、付記４に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
（付記６）
前記炭素が存在する領域における前記炭素の含有量の最大値Ｍは、０．１原子％以上５．０原子％以下である、付記４または付記５に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
（付記７）
付記４から付記６のいずれかに記載の立方晶窒化硼素焼結体を含む切削工具。

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。

〈実験例１〉
まず、有機立方晶窒化硼素粉末を作製した。具体的には、まず、超臨界水合成装置（株式会社アイテック社製、「ＭＯＭＩ超ｍｉｎｉ」）を用いて、以下の条件下で超臨界水を作製した。
圧力：３５ＭＰａ
温度：３７５℃
流速：２ｍｌ／分。

次に、超臨界水中におけるヘキシルアミンの濃度が１０．０重量％となるように、ヘキシルアミンの原液を上記装置内に連続投入した。さらに、超臨界水中における立方晶窒化硼素原料粉末の量が１０重量％となるように、平均粒子径が２μｍの立方晶窒化硼素原料粉末を上記装置内に連続投入した。これにより、立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とが、超臨界水に投入された。

上記の超臨界水処理を１００分間継続した後、装置内を常温常圧に戻し、調製工程を終了し、得られたスラリーを全量回収した。同スラリーを遠心分離（１００００ｒｐｍ、５分間）し、立方晶窒化硼素原料粉末に付着していない余剰のヘキシルアミンを分離した。分離後の濃縮スラリーを乾燥（−９０℃、１２時間）し、超臨界水処理後の粉末約２０ｇを回収した。

以上により、有機立方晶窒化硼素粉末が作製された。作製された有機立方晶窒化硼素粉末をガスクロマトグラフ質量分析法に供したところ、立方晶窒化硼素粉末に対して８９５ｐｐｍのヘキシルアミンが存在する（付着されている）ことが確認された。

次に、結合材の原料となる結合材原料粉末を準備した。具体的には、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＡｌ粉末を準備し、これらを重量％でＷＣ：Ｃｏ：Ａｌ＝５０：４０：１０の比率で配合した。なお、各粉末の平均粒子径は２μｍであった。これを、熱処理（真空下、１２００℃、３０分間）して均一化し、その後、超硬ボールミルで微粉砕した。これにより、平均粒子径１μｍの結合材原料粉末を得た。

有機立方晶窒化硼素粉末と得られた結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝８５：１５の比率で配合し、エタノールを用いた湿式ボールミル法により均一に混合した。その後、真空下にて９００℃で混合した粉末に熱処理を実施した。熱処理後の有機立方晶窒化硼素粉末をオージェ電子分光法にて分析したことろ、その表面に炭素が残存していることが確認された。以上により、混合粉末が作製された。

次に、得られた混合粉末を焼結することにより、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。具体的には、混合粉末を、ＷＣ−６％Ｃｏの超硬合金製円盤とＣｏ箔とに接した状態で、Ｔａ製の容器に充填して真空シールした。これを、ベルト型超高圧高温発生装置を用いて、７．０ＧＰａ、１７００℃で１５分間焼結した。これにより、立方晶窒化硼素焼結体が作製された。

〈実験例２〉
投与するヘキシルアミンの濃度を８．０重量％とし、有機立方晶窒化硼素粉末と結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝９５：５の比率で配合し、エタノールを用いた湿式ボールミル法により均一に混合した。その後、真空下にて２５０℃で混合した粉末に熱処理を実施したこと以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。有機立方晶窒化硼素粉末をガスクロマトグラフ質量分析法に供したところ、立方晶窒化硼素に対して８２１ｐｐｍのヘキシルアミンが存在することが確認された。

〈実験例３〉
投与するヘキシルアミンの濃度を６．０重量％とし、有機立方晶窒化硼素粉末と結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝９２：８の比率で配合し、エタノールを用いた湿式ボールミル法により均一に混合した。その後、真空下にて４００℃で混合した粉末に熱処理を実施したこと以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。有機立方晶窒化硼素粉末をガスクロマトグラフ質量分析法に供したところ、立方晶窒化硼素に対して５４３ｐｐｍのヘキシルアミンが存在することが確認された。

〈実験例４〉
投与するヘキシルアミンの濃度を４．０重量％とし、有機立方晶窒化硼素粉末と結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝９２：８の比率で配合すること以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。有機立方晶窒化硼素粉末をガスクロマトグラフ質量分析法に供したところ、立方晶窒化硼素に対して３０２ｐｐｍのヘキシルアミンが存在することが確認された。

〈実験例５〉
投与するヘキシルアミンの濃度を１３．０重量％とし、有機立方晶窒化硼素粉末と結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝９２：８の比率で配合すること以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。有機立方晶窒化硼素粉末をガスクロマトグラフ質量分析法に供したところ、立方晶窒化硼素に対して１３４３ｐｐｍのヘキシルアミンが存在することが確認された。

〈実験例６〉
超臨界水を用いる方法に代えて、プラズマ処理により有機立方晶窒化硼素粉末を作製した。具体的には、プラズマ改質装置（低圧プラズマ装置ＦＥＭＴＯ、Ｄｉｅｎｎｅｒ社製）を用いて、ＣＦ_４雰囲気下で立方晶窒化硼素原料粉末の表面をエッチングした後、装置内をＮＨ_３雰囲気に切り替え、エッチング後の立方晶窒化硼素原料粉末を処理した。上記以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。

〈実験例７〉
超臨界水を用いる方法に代えて、上述のプラズマ処理を用いた以外は、実験例２と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。

〈実験例８〉
超臨界水を用いる方法に代えて、上述のプラズマ処理を用いた以外は、実験例３と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。

〈実験例９〉
超臨界水を用いる方法に代えて、上述のプラズマ処理を用いた以外は、実験例４と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。

〈実験例１０〉
超臨界水を用いる方法に代えて、上述のプラズマ処理を用いた以外は、実験例５と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。

〈実験例２１〉
超臨界水を用いた処理を実施せずに、立方晶窒化硼素原料粉末を用いて混合粉末を調製した以外には、実験例３と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。

〈実験例２２〉
有機立方晶窒化硼素粉末と結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝６５：３５の比率で配合した以外は、実験例４と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。

〈実験例２３〉
超臨界水を用いた処理を実施せずに、かつ結合材原料粉末を配合せずに立方晶窒化硼素原料粉末のみを用いた以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。

以上のようにして実験例１〜１０及び実験例２１〜２３の立方晶窒化硼素焼結体を作製した。ここで、実験例１〜１０は、実施例に相当する。実験例２１〜２３は比較例に相当する。

〈特性評価〉
《幅Ｄおよび最大値Ｍ》
作製された各立方晶窒化硼素焼結体に関し、任意の位置で切断した後、露出した面を研磨して平滑面を作製した。その後、アルゴンイオンスライサーを用いて、５０ｎｍの厚みに薄片化して切片を作製した。次いで、上述の方法に従って、第２画像（１００ｎｍ×１００ｎｍ）に対して、ＥＤＸによる元素マッピング分析および元素ライン分析を実施した。このとき、透過型電子顕微鏡は、日本電子株式会社製の「ＪＥＭ−２１００Ｆ／Ｃｓ」（商品名）を用いた。また、エネルギー分散型Ｘ線分析装置は、ＡＭＥＴＥＫ社製の「ＥＤＡＸ」（商品名）を用いた。ＥＤＸにおけるビーム径は０．２ｎｍとし、スキャン間隔は０．６ｎｍとした。ＥＤＸによる元素マッピング分析および元素ライン分析に用いたソフトは日本電子株式会社製のＡｎａｌｙｓｉｓ Ｓｔａｔｉｏｎであった。これらの結果を表１に示す。

なお表１に示される各値は、上記（１）および（２）を満たす視野の平均値であり、実験例１、４〜１０の切片の各々においては、任意に抽出された６つの界面領域の全てにおいて、上記（１）および（２）が満たされていた。実験例２においては、任意に抽出された６つの界面領域のうち１視野において、上記（１）および（２）が満たされていた。実験例３においては、任意に抽出された６つの界面領域のうち３視野において、上記（１）および（２）が満たされていた。

《結合材の組成》
作製された各立方晶窒化硼素焼結体から、長さ６ｍｍ、幅３ｍｍ、厚み０．４５〜０．５０ｍｍの試験片を切り出し、該試験片に対してＸＲＤ分析を実施した。次に、密閉容器内において、各試験片を１４０℃の弗硝酸（濃硝酸（６０％）：蒸留水：濃弗酸（４７％）＝２：２：１の体積比混合の混合酸）に４８時間浸漬し、結合材が溶解された酸処理液を得た。当該酸処理液に対してＩＣＰ分析を実施した。そして、ＸＲＤ分析の結果およびＩＣＰ分析の結果から、結合材の組成を特定した。

《抗折強度》
上述の酸処理後の各試験片に対し、３点曲げ試験機を用いて、４ｍｍスパン、ストローク速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで抗折強度（ＧＰａ）を測定した。その結果を表１に示す。

《切削試験》
作製された各立方晶窒化硼素焼結体を用いて切削工具（基材形状：ＣＮＧＡ１２０４０８、刃先処理Ｔ０１２１５）を作製した。これを用いて、以下の切削条件下で切削試験を実施した。
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．
送り速度：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．１ｍｍ
クーラント：ＤＲＹ
切削方法：断続切削
旋盤：ＬＢ４００（オークマ株式会社製）
被削材：焼結部品（住友電気工業社製の焼入焼結合金Ｄ−４０、焼入れされた切削部の硬度：４０ＨＲＣ）。

切削距離０．４ｋｍ毎に刃先を観察し、刃先の脱落量を測定した。刃先の脱落量は切削前の刃先稜線の位置からの摩耗による後退幅とした。欠損した場合は、欠損の大きさを脱落量とした。刃先脱落量が０．０５ｍｍ以上となる時点の切削距離を測定した。なお、この切削距離を切削工具の寿命の指標とした。その結果を表１に示す。

表１には、立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素の体積％も示す。また、結合材の組成に関し、実験例１〜１０および実験例２１〜２２において、少なくともＷＣ、Ｃｏ、およびＡｌ化合物が存在することが確認された。なおＡｌ化合物に関し、ＸＲＤにおいて明瞭なピークが検出されなかったことから、Ａｌ化合物は、複数のＡｌ化合物からなる複合化合物であると推察された。

表１を参照し、実験例１、４〜１０においては、任意の６視野において抽出された６つの界面の全てにおいて上記（１）および（２）が満たされていた。実験例２においては、任意に抽出された６つの界面領域のうち１視野において、上記（１）および（２）が満たされていた。実験例３においては、任意に抽出された６つの界面領域のうち３視野において、上記（１）および（２）が満たされていた。このため、実験例１及び３〜１０の各欄においては、それぞれの平均値が示されている。一方、実験例２１〜２３においては、任意の６視野において抽出された６つの界面の全てにおいて炭素含有領域は確認されず、故に上記（１）および（２）を満たすことはなかった。このため、実験例２１〜２３の各欄においては「−」が示されている。

表１を参照し、実験例１〜１０の立方晶窒化硼素焼結体は、実験例２１〜２３の立方晶窒化硼素焼結体と比して、抗折強度が高いことが確認された。なお実験例２２および実験例２３における「崩壊」とは、酸処理後の立方晶窒化硼素焼結体が自壊したことを意味する。実験例１〜１０の立方晶窒化硼素焼結体に関し、酸処理後の試験片の抗折強度が高いことから、立方晶窒化硼素粒子同士の結合が強固であることが理解される。これは、炭素が存在することにより、立方晶窒化硼素粒子同士のネックグロスが促進されているとの仮説を裏付ける結果でもある。

また実験例１〜１０は、実験例２１〜２３と比して切削距離が顕著に長い。このことから、実験例１〜１０に係る立方晶窒化硼素焼結体は、顕著に長寿命化されていることが確認された。なかでも、実験例２〜４、７〜９において、切削距離がより顕著に長いことから、幅Ｄが０．１〜５．０ｎｍであり、かつ最大値Ｍが０．１〜５．０原子％の場合に、より顕著な長寿命化が可能であることが確認された。

今回開示された実施の形態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請求の範囲によって示され、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 (5)

1. ８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
   前記結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、
   ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、前記立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、
   前記界面上の全て又は一部に炭素が存在しており、
   前記炭素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
2. 前記幅Ｄは、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下である、請求項１に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
3. 前記炭素が存在する領域における前記炭素の含有量の最大値Ｍは、０．１原子％以上５．０原子％以下である、請求項１または請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
4. ８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
   前記結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、
   ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、前記立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、
   前記界面上の全て又は一部に炭素が存在しており、
   前記炭素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、
   前記炭素が存在する領域における前記炭素の含有量の最大値Ｍは、０．１原子％以上５．０原子％以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の立方晶窒化硼素焼結体を含む切削工具。