JP6912685B2 - Cubic boron nitride sintered body - Google Patents

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Description

本開示は、立方晶窒化硼素焼結体に関する。本出願は、2019年7月18日に出願した日本特許出願である特願2019−133027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。 The present disclosure relates to a cubic boron nitride sintered body. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-13302, which is a Japanese patent application filed on July 18, 2019. All the contents of the Japanese patent application are incorporated herein by reference.

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。cBN焼結体は、通常、立方晶窒化硼素粒子(以下、「cBN粒子」ともいう。)と結合相とからなり、cBN粒子の含有割合や結合相の組成によってその特性が異なる傾向がある。 As a high-hardness material used for cutting tools and the like, there is a cubic boron nitride sintered body (hereinafter, also referred to as “cBN sintered body”). The cBN sintered body is usually composed of cubic boron nitride particles (hereinafter, also referred to as “cBN particles”) and a bonded phase, and its characteristics tend to differ depending on the content ratio of the cBN particles and the composition of the bonded phase.

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cBN焼結体の種類が使い分けられる。 Therefore, in the field of cutting, the type of cBN sintered body applied to the cutting tool is properly used depending on the material of the work material, the required processing accuracy, and the like.

例えば、特開2017−030082号公報(特許文献1)には、高硬度鋼の断続切削加工に用いることのできるcBN焼結体として、立方晶窒化硼素粒子と、結合相としてTiC相を含む立方晶窒化硼素焼結体が開示されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-03028 (Patent Document 1) describes a cubic body containing cubic boron nitride particles as a cBN sintered body that can be used for intermittent cutting of high-hardness steel and a TiC phase as a bonding phase. A crystallization boron nitride sintered body is disclosed.

特開2017−030082号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-03028

本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、20体積%以上80体積%以下の立方晶窒化硼素粒子と、20体積%以上80体積%以下の結合相と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記結合相は、第1結合材粒子と、第2結合材粒子とを含み、
前記第1結合材粒子及び前記第2結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第5族元素、第6族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の第1金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる1種の化合物を含み、
前記第1結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第1金属元素の原子数の合計に対する、前記第1金属元素の原子数の比率は0.01%以上10%未満であり、
前記第2結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第1金属元素の原子数の合計に対する、前記第1金属元素の原子数の比率は10%以上80%以下である、立方晶窒化硼素焼結体である。
The cubic boron nitride sintered body of the present disclosure is a cubic boron nitride sintered body comprising 20% by volume or more and 80% by volume or less of cubic boron nitride particles and a bonding phase of 20% by volume or more and 80% by volume or less. And
The binding phase contains first binder particles and second binder particles.
Each of the first binder particles and the second binder particles is at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium, hafnium, Group 5 elements, Group 6 elements and aluminum in the periodic table. Contains one compound consisting of one metal element and one or both of zirconium and carbon.
In the first binder particles, the ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of the titanium and the number of atoms of the first metal element is 0.01% or more and less than 10%.
In the second binder particles, the ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of the titanium and the number of atoms of the first metal element is 10% or more and 80% or less. It is a sintered body.

図1は、本開示のcBN焼結体をSEMで観察して得られた反射電子像の一例を示す画像である。FIG. 1 is an image showing an example of a reflected electron image obtained by observing the cBN sintered body of the present disclosure by SEM. 図2は、図1の反射電子像を画像処理ソフトに読み込んだ画像である。FIG. 2 is an image obtained by reading the reflected electron image of FIG. 1 into image processing software. 図3は、上の画像は反射電子像であり、下の画像は該反射電子像から得られた濃度断面グラフである。In FIG. 3, the upper image is a backscattered electron image, and the lower image is a density cross-sectional graph obtained from the backscattered electron image. 図4は、黒色領域及び結合相の規定方法を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a method of defining a black region and a bound phase. 図5は、黒色領域と結合相との境界を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the boundary between the black region and the bound phase. 図6は、図1の反射電子像を二値化処理した画像である。FIG. 6 is an image obtained by binarizing the reflected electron image of FIG. 図7は、本開示の立方晶窒化硼素焼結体のニオブの元素マッピング像の一例を示す画像である。FIG. 7 is an image showing an example of an element mapping image of niobium in the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure. 図8は、図7の元素マッピング像において、Nb含有量(原子%)/(Ti含有量(原子%)+Nb含有量(原子%))が10%未満の領域を表示しないように設定した画像である。FIG. 8 is an image set so as not to display a region in which the Nb content (atomic%) / (Ti content (atomic%) + Nb content (atomic%)) is less than 10% in the element mapping image of FIG. Is. 図9は、本開示の立方晶窒化硼素焼結体のHAADF−STEM(High−angle Annular Dark Field Scanning TEM:高角散乱環状暗視野走査透過型電子顕微鏡)像の一例である。FIG. 9 is an example of a HAADF-STEM (High-angle Anal Dark Field Scanning TEM) image of the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure. 図10は、本開示の立方晶窒化硼素焼結体のBF−STEM(Bright Field Scanning TEM:明視野走査透過型電子顕微鏡)像の一例である。FIG. 10 is an example of a BF-STEM (Bright Field Scanning TEM) image of the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure. 図11は、本開示の立方晶窒化硼素焼結体の元素マッピング像の一例であり、硼素の分布状態を示す画像である。FIG. 11 is an example of an element mapping image of the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, and is an image showing the distribution state of boron. 図12は、本開示の立方晶窒化硼素焼結体の元素マッピング像の一例であり、チタンの分布状態を示す画像である。FIG. 12 is an example of an element mapping image of the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, and is an image showing the distribution state of titanium. 図13は、本開示の立方晶窒化硼素焼結体の補正元素マッピング像の一例であり、ニオブの分布状態(Nb含有量(原子%)/(Ti含有量(原子%)+Nb含有量(原子%))が10%未満をカット)を示す画像である。FIG. 13 is an example of a correction element mapping image of the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, and shows the distribution state of niobium (Nb content (atom%) / (Ti content (atom%) + Nb content (atom)). %)) Is an image showing less than 10% cut). 図14は、本開示の立方晶窒化硼素焼結体のHAADF−STEM像の一例である。FIG. 14 is an example of a HAADF-STEM image of the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure. 図15は、本開示の立方晶窒化硼素焼結体のBF−STEM像の一例である。FIG. 15 is an example of a BF-STEM image of the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure. 図16は、本開示の立方晶窒化硼素焼結体の元素マッピング像の一例であり、等高線図を示す画像である。FIG. 16 is an example of an element mapping image of the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, and is an image showing a contour diagram. 図17は、ライン分析の結果を示すグラフの一例である。FIG. 17 is an example of a graph showing the result of line analysis. 図18は、本開示の立方晶窒化硼素焼結体のX線スペクトルを示すグラフの一例である。FIG. 18 is an example of a graph showing an X-ray spectrum of the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure.

[本開示が解決しようとする課題]
自動車のギアやシャフト、ベアリング部品には、高い強度及び靱性を有する焼入鋼が用いられている。近年、これらの部品に対して、より高トルクに耐えうる機械特性が要求されている。焼入鋼の機械特性を向上させるため、例えば、焼入鋼素地に硬質粒子を分散させた高強度焼入鋼が開発されている。
[Issues to be resolved by this disclosure]
Hardened steel with high strength and toughness is used for gears, shafts, and bearing parts of automobiles. In recent years, these parts are required to have mechanical properties that can withstand higher torque. In order to improve the mechanical properties of hardened steel, for example, high-strength hardened steel in which hard particles are dispersed in a hardened steel base has been developed.

高強度焼入鋼は、非常に高い硬度を有するため、工具での加工が非常に困難である。特に、高能率加工の場面では、欠損による工具寿命の低下が生じにくい工具が求められている。 High-strength hardened steel has a very high hardness, which makes it very difficult to process with a tool. In particular, in the scene of high-efficiency machining, there is a demand for a tool in which the tool life is unlikely to be shortened due to a defect.

本開示は、工具の材料として用いた場合に、特に高強度焼入鋼の高能率加工においても、工具の長寿命化を可能とする立方晶窒化硼素焼結体を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a cubic boron nitride sintered body capable of extending the life of a tool when used as a material for a tool, particularly even in high-efficiency machining of high-strength hardened steel. ..

[本開示の効果]
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、工具の材料として用いた場合に、特に高強度焼入鋼の高能率加工においても、工具の長寿命化を可能とする。
[Effect of this disclosure]
When the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure is used as a material for a tool, the life of the tool can be extended even in high-efficiency machining of high-strength hardened steel.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
(1)本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、
20体積%以上80体積%以下の立方晶窒化硼素粒子と、20体積%以上80体積%以下の結合相と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記結合相は、第1結合材粒子と、第2結合材粒子とを含み、
前記第1結合材粒子及び前記第2結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第5族元素、第6族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の第1金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる1種の化合物を含み、
前記第1結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第1金属元素の原子数の合計に対する、前記第1金属元素の原子数の比率は0.01%以上10%未満であり、
前記第2結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第1金属元素の原子数の合計に対する、前記第1金属元素の原子数の比率は10%以上80%以下である、立方晶窒化硼素焼結体である。
[Explanation of Embodiments of the present disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.
(1) The cubic boron nitride sintered body of the present disclosure is
A cubic boron nitride sintered body comprising 20% by volume or more and 80% by volume or less of cubic boron nitride particles and a bonding phase of 20% by volume or more and 80% by volume or less.
The binding phase contains first binder particles and second binder particles.
Each of the first binder particles and the second binder particles is at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium, hafnium, Group 5 elements, Group 6 elements and aluminum in the periodic table. Contains one compound consisting of one metal element and one or both of zirconium and carbon.
In the first binder particles, the ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of the titanium and the number of atoms of the first metal element is 0.01% or more and less than 10%.
In the second binder particles, the ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of the titanium and the number of atoms of the first metal element is 10% or more and 80% or less. It is a sintered body.

本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、工具の材料として用いた場合に、特に高強度焼入鋼の高能率加工においても、工具の長寿命化を可能とする。 When the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure is used as a material for a tool, the life of the tool can be extended even in high-efficiency machining of high-strength hardened steel.

(2)前記第1結合材粒子と前記第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、前記界面から前記第2結合材粒子側に、前記チタン及び前記第1金属元素の原子数基準の含有量を測定した場合、前記界面からの距離が15nm以内の領域において、前記界面からの距離の増加に伴い、前記チタンの含有量が減少傾向を示し、かつ、前記第1金属元素の含有量が増加傾向を示すことが好ましい。 (2) The number of atoms of the titanium and the first metal element in the direction perpendicular to the interface between the first binder particles and the second binder particles, from the interface to the second binder particles side. When the reference content is measured, in the region where the distance from the interface is within 15 nm, the titanium content tends to decrease as the distance from the interface increases, and the content of the first metal element It is preferable that the content shows an increasing tendency.

これによると、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面における結合力が向上し、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が向上する。 According to this, the bonding force at the interface between the first binder particles and the second binder particles is improved, and the fracture resistance of the cubic boron nitride sintered body is improved.

(3)前記第1結合材粒子と前記第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、前記界面から前記第2結合材粒子側に、前記チタン及び前記第1金属元素の原子数基準の含有量をSEM−EDXにより線上に測定し、前記第1金属元素の含有量の最大値をX1、前記チタン及び前記第1金属元素の含有量の合計に対する前記第1金属元素の含有量の比率が10%の時の前記第1金属元素の含有量をX2、前記X1と前記X2の平均値をX3とした場合、
前記第1金属元素の含有量が前記X2である位置Aから、前記第1金属元素の含有量が前記X3である位置Eまでの距離L1が5nm以上であることが好ましい。
(3) The number of atoms of the titanium and the first metal element in the direction perpendicular to the interface between the first binder particle and the second binder particle, from the interface to the second binder particle side. The reference content is measured linearly with SEM-EDX, and the maximum value of the content of the first metal element is X1, the content of the first metal element with respect to the total content of the titanium and the first metal element. When the content of the first metal element is X2 and the average value of the X1 and the X2 is X3 when the ratio of the above is 10%,
It is preferable that the distance L1 from the position A where the content of the first metal element is X2 to the position E where the content of the first metal element is X3 is 5 nm or more.

これによると、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面における結合力が更に向上し、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が更に向上する。 According to this, the bonding force at the interface between the first binder particles and the second binder particles is further improved, and the fracture resistance of the cubic boron nitride sintered body is further improved.

(4)前記距離L1が15nm以上であることが好ましい。これによると、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面における結合力が更に向上し、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が更に向上する。 (4) The distance L1 is preferably 15 nm or more. According to this, the bonding force at the interface between the first binder particles and the second binder particles is further improved, and the fracture resistance of the cubic boron nitride sintered body is further improved.

(5)前記第1金属元素は、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素からなることが好ましい。これによると、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が更に向上する。 (5) The first metal element preferably comprises at least one metal element selected from the group consisting of zirconium, hafnium, niobium, tantalum, molybdenum and tungsten. According to this, the fracture resistance of the cubic boron nitride sintered body is further improved.

(6)前記立方晶窒化硼素粒子の含有率は、35体積%以上75体積%以下であることが好ましい。これによると、立方晶窒化硼素焼結体において、耐欠損性と耐摩耗性とがバランスよく向上する。 (6) The content of the cubic boron nitride particles is preferably 35% by volume or more and 75% by volume or less. According to this, in the cubic boron nitride sintered body, the fracture resistance and the wear resistance are improved in a well-balanced manner.

(7)前記第1結合材粒子及び前記第2結合材粒子の合計質量に対する、前記第2結合材粒子の質量の比率は5%以上90%以下であることが好ましく、10%以上50%以下が更に好ましい。これによると、第1結合材粒子と第2結合材粒子との格子定数が異なるため、界面が不整合になり、残留応力や格子欠陥の効果で焼結体の強度が向上する。 (7) The ratio of the mass of the second binder particles to the total mass of the first binder particles and the second binder particles is preferably 5% or more and 90% or less, and preferably 10% or more and 50% or less. Is more preferable. According to this, since the lattice constants of the first binder particles and the second binder particles are different, the interface becomes inconsistent, and the strength of the sintered body is improved by the effects of residual stress and lattice defects.

[本開示の実施形態の詳細]
本開示の立方晶窒化硼素焼結体の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
[Details of Embodiments of the present disclosure]
Specific examples of the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In the drawings of the present disclosure, the same reference numerals represent the same parts or equivalent parts. Further, the dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are appropriately changed for the purpose of clarifying and simplifying the drawings, and do not necessarily represent the actual dimensional relationships.

本明細書において「A〜B」という形式の表記は、範囲の上限下限(すなわちA以上B以下)を意味し、Aにおいて単位の記載がなく、Bにおいてのみ単位が記載されている場合、Aの単位とBの単位とは同じである。 In the present specification, the notation in the form of "A to B" means the upper and lower limits of the range (that is, A or more and B or less), and when the unit is not described in A and the unit is described only in B, A The unit of and the unit of B are the same.

本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。たとえば「TiNbCN」と記載されている場合、TiNbCNを構成する原子数の比は、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。このことは、「TiNbCN」以外の化合物の記載についても同様である。 When a compound or the like is represented by a chemical formula in the present specification, it shall include all conventionally known atomic ratios when the atomic ratio is not particularly limited, and is not necessarily limited to those in the stoichiometric range. For example, when described as "TiNbCN", the ratio of the number of atoms constituting TiNbCN includes any conventionally known atomic ratio. This also applies to the description of compounds other than "TiNbCN".

[第1の実施形態:立方晶窒化硼素焼結体]
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、20体積%以上80体積%以下の立方晶窒化硼素粒子と、20体積%以上80体積%以下の結合相と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、結合相は、第1結合材粒子と、第2結合材粒子とを含み、第1結合材粒子及び第2結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第5族元素、第6族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の第1金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる1種の化合物を含み、第1結合材粒子において、チタンの原子数と前記第1金属元素の原子数の合計に対する、第1金属元素の原子数の比率は0.01%以上10%未満であり、第2結合材粒子において、チタンの原子数と第1金属元素の原子数の合計に対する、第1金属元素の原子数の比率は10%以上80%以下である。
[First Embodiment: Cubic Boron Nitride Sintered Body]
The cubic boron nitride sintered body of the present disclosure is a cubic boron nitride sintered body comprising 20% by volume or more and 80% by volume or less of cubic boron nitride particles and a bonded phase of 20% by volume or more and 80% by volume or less. The bonding phase includes the first bonding material particles and the second bonding material particles, and the first bonding material particles and the second bonding material particles are made of titanium, zirconium, hafnium, and the periodic table, respectively. First binder particles containing at least one first metal element selected from the group consisting of Group 5 elements, Group 6 elements and aluminum, and one compound consisting of one or both of nitrogen and carbon. The ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of the titanium and the number of atoms of the first metal element is 0.01% or more and less than 10%. The ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of the number and the number of atoms of the first metal element is 10% or more and 80% or less.

本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、工具の材料として用いた場合に、特に高強度焼入鋼の高能率加工においても、工具の長寿命化を可能とする。この理由は明らかではないが、下記(i)〜(iii)の通りと推察される。 When the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure is used as a material for a tool, the life of the tool can be extended even in high-efficiency machining of high-strength hardened steel. The reason for this is not clear, but it is presumed to be as follows (i) to (iii).

(i)本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、優れた強度及び靱性を有する立方晶窒化硼素粒子を20体積%以上80体積%以下含む。このため、cBN焼結体も優れた強度及び靱性を有することができる。従って、該立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、高強度焼入鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。 (I) The cubic boron nitride sintered body of the present disclosure contains 20% by volume or more and 80% by volume or less of cubic boron nitride particles having excellent strength and toughness. Therefore, the cBN sintered body can also have excellent strength and toughness. Therefore, a tool using the cubic boron nitride sintered body can have a long tool life even in high-efficiency machining of high-strength hardened steel.

(ii)本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、結合相に含まれる第1結合材粒子及び第2結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第5族元素、第6族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の第1金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる1種の化合物(以下、「結合相化合物」ともいう)を含む。該結合相化合物は、従来の結合相に用いられていたTiN、TiC、TiCNに、チタン(Ti)と原子半径が異なる第1金属元素が固溶して成る。このため、該結合相化合物には、格子欠陥(転位や積層欠陥)が多量に導入されている。 (Ii) In the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, each of the first binder particles and the second binder particles contained in the bonding phase is titanium, zirconium, hafnium, and a Group 5 element in the periodic table. , A compound consisting of at least one first metal element selected from the group consisting of Group 6 elements and aluminum, and one or both of nitrogen and carbon (hereinafter, also referred to as "bonded phase compound"). include. The bonded phase compound is formed by solid-solving a first metal element having an atomic radius different from that of titanium (Ti) in TiN, TiC, and TiCN used in the conventional bonded phase. Therefore, a large amount of lattice defects (dislocations and stacking defects) are introduced into the bonded phase compound.

結合相化合物中に格子欠陥が存在すると、工具の使用時に発生した亀裂進展のエネルギーが、格子欠陥の原子の不整合部分に吸収されるため、亀裂の伝播が抑制されると推察される。従って、該立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、高強度焼入鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。 If lattice defects are present in the bonded phase compound, the energy of crack growth generated during the use of the tool is absorbed by the atomic mismatched portion of the lattice defects, and it is presumed that the propagation of cracks is suppressed. Therefore, a tool using the cubic boron nitride sintered body can have a long tool life even in high-efficiency machining of high-strength hardened steel.

(iii)本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、結合相に含まれる第1結合材粒子と第2結合材粒子とは、チタンの原子数と第1金属元素の原子数の合計に対する、第1金属元素の原子数の比率が異なる。このため、第1結合材粒子と第2結合材粒子とは格子定数が異なる。結合相において、第1結合材粒子と第2結合材粒子とが接すると、第2結合材粒子中の格子欠陥が残存しやすい。 (Iii) In the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, the first binder particles and the second binder particles contained in the bonding phase refer to the total number of atoms of titanium and the number of atoms of the first metal element. The ratio of the number of atoms of the first metal element is different. Therefore, the lattice constants of the first binder particles and the second binder particles are different. When the first binder particles and the second binder particles come into contact with each other in the binding phase, lattice defects in the second binder particles tend to remain.

本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、結合相が格子欠陥を有するため、結合相において亀裂の伝播が抑制され、耐欠損性が向上している。よって、該立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、高強度焼入鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。 In the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, since the bonded phase has lattice defects, the propagation of cracks is suppressed in the bonded phase and the fracture resistance is improved. Therefore, a tool using the cubic boron nitride sintered body can have a long tool life even in high-efficiency machining of high-strength hardened steel.

《組成》
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、20体積%以上80体積%以下の立方晶窒化硼素粒子と、20体積%以上80体積%以下の結合相と、を備える。該cBN焼結体は、cBN粒子と結合相とからなることができる。また、cBN焼結体は、原材料、製造条件等に起因する不可避不純物を含み得る。本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、cBN粒子の含有割合、結合相の含有割合、及び、不可避不純物の含有割合の合計は、100体積%となる。
"composition"
The cubic boron nitride sintered body of the present disclosure includes 20% by volume or more and 80% by volume or less of cubic boron nitride particles, and 20% by volume or more and 80% by volume or less of a bonded phase. The cBN sintered body can consist of cBN particles and a bound phase. Further, the cBN sintered body may contain unavoidable impurities due to raw materials, production conditions and the like. In the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, the total content of cBN particles, the content of the bonded phase, and the content of unavoidable impurities is 100% by volume.

本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、cBN粒子の含有割合、及び、結合相の含有割合の合計の下限は、95体積%以上、96体積%以上、97体積%以上、98体積%以上、99体積%以上とすることができる。本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、cBN粒子の含有割合、及び、結合相の含有割合の合計の上限は、100体積%以下、100体積%未満とすることができる。本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、cBN粒子の含有割合、及び、結合相の含有割合の合計は、95体積%以上100体積%以下、96体積%以上100体積%以下、97体積%以上100体積%以下、98体積%以上100体積%以下、99体積%以上100体積%以下、95体積%以上100体積%未満、96体積%以上100体積%未満、97体積%以上100体積%未満、98体積%以上100体積%未満、99体積%以上100体積%未満とすることができる。 In the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, the lower limit of the total content of cBN particles and the content of the bonded phase is 95% by volume or more, 96% by volume or more, 97% by volume or more, 98% by volume or more. , 99% by volume or more. In the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, the upper limit of the total content of cBN particles and the content of the bonded phase can be 100% by volume or less and less than 100% by volume. In the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, the total content of cBN particles and the content of the bonded phase is 95% by volume or more and 100% by volume or less, 96% by volume or more and 100% by volume or less, 97% by volume. 100% by volume or less, 98% by volume or more and 100% by volume or less, 99% by volume or more and 100% by volume or less, 95% by volume or more and less than 100% by volume, 96% by volume or more and less than 100% by volume, 97% by volume or more and less than 100% by volume. , 98% by volume or more and less than 100% by volume, 99% by volume or more and less than 100% by volume.

cBN焼結体におけるcBN粒子の含有割合(体積%)及び結合相の含有割合(体積%)は、走査電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製の「JSM−7800F」(商品名))付帯のエネルギー分散型X線分析装置(EDX)「Octane Elect(オクタンエレクト) EDS システム」(商品名))を用いて、cBN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確認することができる。 The content ratio (volume%) of cBN particles and the content ratio (volume%) of the bonded phase in the cBN sintered body are attached to the scanning electron microscope (SEM) (“JSM-7800F” (trade name) manufactured by JEOL Ltd.). Confirmation by performing microstructure observation, elemental analysis, etc. on the cBN sintered body using the energy dispersive X-ray analyzer (EDX) "Octane Elect EDS system" (trade name)). Can be done.

cBN粒子の含有割合(体積%)の測定方法は下記の通りである。まず、cBN焼結体の任意の位置を切断し、cBN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5000倍で観察して、反射電子像を得る。反射電子像においては、cBN粒子が存在する領域が黒色領域となり、結合相が存在する領域が灰色領域又は白色領域となる。 The method for measuring the content ratio (volume%) of cBN particles is as follows. First, an arbitrary position of the cBN sintered body is cut to prepare a sample containing a cross section of the cBN sintered body. A focused ion beam device, a cross-section polisher device, or the like can be used to prepare the cross section. Next, the cross section is observed by SEM at a magnification of 5000 to obtain a reflected electron image. In the backscattered electron image, the region where the cBN particles are present is the black region, and the region where the bound phase is present is the gray region or the white region.

次に、上記反射電子像に対して画像解析ソフト(三谷商事(株)の「WinROOF」)を用いて二値化処理を行う。二値化処理後の画像から、測定視野の面積に占める暗視野に由来する画素(cBN粒子に由来する画素)の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、cBN粒子の含有割合(体積%)を求めることができる。 Next, the reflected electron image is binarized using image analysis software (“WinROOF” of Mitani Shoji Co., Ltd.). From the image after the binarization process, the area ratio of the pixels derived from the dark field (pixels derived from the cBN particles) to the area of the measurement field of view is calculated. By regarding the calculated area ratio as a volume%, the content ratio (volume%) of the cBN particles can be obtained.

二値化処理後の画像から、測定視野の面積に占める明視野に由来する画素(結合相に由来する画素)の面積比率を算出することにより、結合相の含有割合(体積%)を求めることができる。
二値化処理の具体的な方法について、図1〜図6を用いて説明する。
To obtain the content ratio (volume%) of the coupled phase by calculating the area ratio of the pixels derived from the bright field (pixels derived from the coupled phase) to the area of the measurement visual field from the image after the binarization process. Can be done.
A specific method of binarization processing will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

図1は、cBN焼結体をSEMで観察して得られた反射電子像の一例である。該反射電子像を画像処理ソフトに読み込む。読み込んだ画像を図2に示す。図2に示されるように、読み込んだ画像において、任意のラインQ1を引く。 FIG. 1 is an example of a reflected electron image obtained by observing a cBN sintered body with SEM. The reflected electron image is read into image processing software. The read image is shown in FIG. As shown in FIG. 2, an arbitrary line Q1 is drawn in the read image.

ラインQ1に沿って、濃度断面図の計測を行い、GRAY値を読み取る。ラインQ1をX座標とし、GRAY値をY座標としたグラフ(以下、「濃度断面グラフ」ともいう。)を作製する。cBN焼結体の反射電子像と、該反射電子像の濃度断面グラフを図3に示す(上の画像が反射電子像であり、下のグラフが濃度断面グラフである)。図3において、反射電子像の幅と濃度断面グラフのX座標の幅(23.27μm)とは一致している。従って、反射電子像におけるラインQ1の左側端部から、ラインQ1上の特定の位置までの距離は、濃度断面グラフのX座標の値で示される。 The concentration cross-sectional view is measured along the line Q1 and the GRAY value is read. A graph having the line Q1 as the X coordinate and the GRAY value as the Y coordinate (hereinafter, also referred to as a “concentration cross-section graph”) is produced. The backscattered electron image of the cBN sintered body and the density cross-sectional graph of the backscattered electron image are shown in FIG. 3 (the upper image is the backscattered electron image and the lower graph is the density cross-sectional graph). In FIG. 3, the width of the backscattered electron image and the width of the X coordinate of the density cross-sectional graph (23.27 μm) are the same. Therefore, the distance from the left end of the line Q1 in the backscattered electron image to the specific position on the line Q1 is indicated by the value of the X coordinate of the density cross-section graph.

図3の反射電子像においてcBN粒子が存在する黒色領域を任意に3箇所選ぶ。黒色領域は、例えば、図4の反射電子像において、符号cの楕円で示される部分である。 In the reflected electron image of FIG. 3, three black regions where cBN particles are present are arbitrarily selected. The black region is, for example, the portion indicated by the ellipse of reference numeral c in the reflected electron image of FIG.

該3箇所の黒色領域のそれぞれのGRAY値を濃度断面グラフから読み取る。該3箇所の黒色領域のそれぞれのGRAY値は、図4の濃度断面グラフにおいて、符号cの楕円で囲まれる3箇所の各部分におけるGRAY値の平均値とする。該3箇所のそれぞれのGRAY値の平均値を算出する。該平均値をcBNのGRAY値(以下、Gcbnともいう。)とする。The GRAY value of each of the three black regions is read from the density cross-sectional graph. The GRAY value of each of the three black regions is the average value of the GRAY values of each of the three portions surrounded by the ellipse of reference numeral c in the density cross-sectional graph of FIG. The average value of the GRAY values of each of the three locations is calculated. The average value is taken as the GRAY value of cBN (hereinafter, also referred to as G cbn).

図3の反射電子像において灰色で示される結合相が存在する領域を任意に3箇所選ぶ。結合相は、例えば、図4の反射電子像において、符号dの楕円で示される部分である。 In the backscattered electron image of FIG. 3, three regions where the bonded phase shown in gray exists are arbitrarily selected. The coupled phase is, for example, the portion indicated by the ellipse of reference numeral d in the reflected electron image of FIG.

該3箇所の結合相のそれぞれのGRAY値を濃度断面グラフから読み取る。該3箇所の結合相のそれぞれのGRAY値は、図4の濃度断面グラフにおいて、符号dの楕円で囲まれる3箇所の各部分におけるGRAY値の平均値とする。該3箇所のそれぞれのGRAY値の平均値を算出する。該平均値を結合相のGRAY値(以下、Gbinderともいう。)とする。The GRAY value of each of the three bonded phases is read from the concentration cross-sectional graph. The GRAY value of each of the three bonded phases is the average value of the GRAY values at each of the three portions surrounded by the ellipse of reference numeral d in the concentration cross-sectional graph of FIG. The average value of the GRAY values of each of the three locations is calculated. The average value is taken as the GRAY value of the binding phase (hereinafter, also referred to as G bindr).

(Gcbn+Gbinder)/2で示されるGRAY値を、黒色領域(cBN粒子)と結合相との界面のGRAY値と規定する。例えば、図4の濃度断面グラフにおいて、黒色領域(cBN粒子)のGRAY値GcbnはラインGcbnで示され、結合相のGRAY値GbinderはラインGbinderで示され、(Gcbn+Gbinder)/2で示されるGRAY値はラインG1で示される。The GRAY value represented by (G cbn + G binder ) / 2 is defined as the GRAY value at the interface between the black region (cBN particles) and the bound phase. For example, at a concentration sectional graph of Fig. 4, GRAY value G cbn the black areas (cBN particles) is indicated by the line G cbn, GRAY value G binder of the binder phase is indicated by the line G binder, (G cbn + G binder) The GRAY value indicated by / 2 is indicated by the line G1.

上記の通り、濃度断面グラフにおいて、黒色領域(cBN粒子)と結合相との界面を規定することにより、黒色領域(cBN粒子)と結合相との界面におけるX座標及びY座標の値を読み取ることができる。界面は任意に規定することができる。例えば、図5の上部の反射電子像では、界面を含む部分の一例として、符号eの楕円で囲まれる部分が挙げられる。図5の反射電子像において、黒色領域(cBN粒子)と結合相との界面は、例えば符号eの楕円で示される部分である。図5の下部の濃度断面グラフにおいて、上記の符号eの楕円に相当する黒色領域(cBN粒子)と結合相との界面は矢印eで示される部分である。該矢印eの先端は、GRAY値の濃度断面グラフと、GRAY値(Gcbn+Gbinder)/2を示すラインG1と、の交点の位置を示す。該矢印eの先端のX座標及び矢印eの先端のY座標の値が、黒色領域(cBN粒子)と結合相との界面におけるX座標及びY座標の値に該当する。As described above, in the concentration cross-sectional graph, by defining the interface between the black region (cBN particles) and the bound phase, the values of the X coordinate and the Y coordinate at the interface between the black region (cBN particles) and the bound phase are read. Can be done. The interface can be specified arbitrarily. For example, in the reflected electron image at the upper part of FIG. 5, as an example of the portion including the interface, the portion surrounded by the ellipse of the symbol e can be mentioned. In the backscattered electron image of FIG. 5, the interface between the black region (cBN particles) and the bonded phase is, for example, a portion indicated by an ellipse of reference numeral e. In the concentration cross-sectional graph at the bottom of FIG. 5, the interface between the black region (cBN particles) corresponding to the ellipse of the above-mentioned symbol e and the bonded phase is the portion indicated by the arrow e. The tip of the arrow e indicates the position of the intersection of the concentration cross-sectional graph of the GRAY value and the line G1 indicating the GRAY value (G cbn + G binder) / 2. The X-coordinate value of the tip of the arrow e and the Y-coordinate value of the tip of the arrow e correspond to the X-coordinate and Y-coordinate values at the interface between the black region (cBN particle) and the bonding phase.

黒色領域(cBN粒子)と結合相との界面におけるX座標及びY座標の値を閾値として二値化処理を行う。二値化処理後の画像を図6に示す。図6において、点線で囲まれる領域が、二値化処理が行われた領域である。なお、二値化処理後の画像は、明視野と暗視野の他に、二値化処理前の画像において白色であった領域に対応する白色領域(明視野よりも白い箇所)を含んでいてもよい。 The binarization process is performed using the values of the X coordinate and the Y coordinate at the interface between the black region (cBN particles) and the bonding phase as threshold values. The image after the binarization process is shown in FIG. In FIG. 6, the area surrounded by the dotted line is the area where the binarization process has been performed. The image after the binarization process includes, in addition to the bright field and the dark field, a white area (a portion whiter than the bright field) corresponding to the area that was white in the image before the binarization process. May be good.

図6において、測定視野の面積に占める暗視野に由来する画素(cBN粒子に由来する画素)の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、cBN粒子の含有割合(体積%)を求めることができる。 In FIG. 6, the area ratio of the pixels derived from the dark field (pixels derived from the cBN particles) to the area of the measurement field of view is calculated. By regarding the calculated area ratio as a volume%, the content ratio (volume%) of the cBN particles can be obtained.

図6において、測定視野の面積に占める明視野に由来する画素(結合相に由来する画素)の面積比率を算出することにより、結合相の含有割合(体積%)を求めることができる。 In FIG. 6, the content ratio (volume%) of the coupled phase can be obtained by calculating the area ratio of the pixels derived from the bright visual field (pixels derived from the coupled phase) to the area of the measurement visual field.

cBN焼結体中のcBN粒子の含有割合は、35体積%以上75体積%以下が好ましく、45体積%以上74.5体積%以下がより好ましい。 The content ratio of cBN particles in the cBN sintered body is preferably 35% by volume or more and 75% by volume or less, and more preferably 45% by volume or more and 74.5% by volume or less.

cBN焼結体中の結合相の含有割合は、25体積%以上65体積%以下が好ましく、25.5体積%以上55体積%以下がより好ましい。 The content ratio of the bonded phase in the cBN sintered body is preferably 25% by volume or more and 65% by volume or less, and more preferably 25.5% by volume or more and 55% by volume or less.

《cBN粒子》
cBN粒子は、硬度、強度、靱性が高く、cBN焼結体中の骨格としての役割を果たす。cBN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cBN焼結体の硬度が高くなる傾向があり、粒径のばらつきが小さい方が、cBN焼結体の性質が均質となる傾向がある。cBN粒子のD50は、例えば、0.5〜4.0μmとすることが好ましい。
<< cBN particles >>
The cBN particles have high hardness, strength and toughness, and serve as a skeleton in the cBN sintered body. The D 50 (average particle size) of the cBN particles is not particularly limited, and can be, for example, 0.1 to 10.0 μm. Generally, the smaller the D 50 , the higher the hardness of the cBN sintered body, and the smaller the variation in particle size, the more homogeneous the properties of the cBN sintered body tend to be. D 50 of the cBN particles is preferably, for example, to 0.5~4.0Myuemu.

cBN粒子のD50は次のようにして求められる。まず上記のcBN粒子の含有割合の求め方に準じて、cBN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暗視野(cBNに相当)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cBN粒子の円相当径を算出することが好ましい。 D 50 of the cBN particles is determined as follows. First, a sample including a cross section of the cBN sintered body is prepared according to the above method for determining the content ratio of cBN particles, and a backscattered electron image is obtained. Next, the circle-equivalent diameter of each dark field (corresponding to cBN) in the reflected electron image is calculated using image analysis software. It is preferable to calculate the equivalent circle diameter of 100 or more cBN particles by observing 5 or more fields of view.

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cBN粒子の面積と同じ面積を有する円の直径を意味する。Next, the diameters corresponding to each circle are arranged in ascending order from the minimum value to the maximum value to obtain the cumulative distribution. Particle diameter at a cumulative area of 50% in the cumulative distribution is D 50. The equivalent circle diameter means the diameter of a circle having the same area as the measured area of the cBN particles.

《結合相》
結合相は、難焼結性材料であるcBN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cBNより低いため、高強度焼入鋼の切削において、化学的摩耗及び熱的摩耗を抑制する働きを付加する。また、cBN焼結体が結合相を含有すると、高強度焼入鋼の高能率加工における耐摩耗性が向上する。
<< Bonding phase >>
The bonded phase serves to enable cBN particles, which are difficult-to-sinter materials, to be sintered at industrial-level pressure temperatures. Further, since the reactivity with iron is lower than that of cBN, a function of suppressing chemical wear and thermal wear is added in cutting high-strength hardened steel. Further, when the cBN sintered body contains a bonded phase, the wear resistance of the high-strength hardened steel in high-efficiency machining is improved.

本開示のcBN焼結体において、結合相は、第1結合材粒子と、第2結合材粒子とを含む。第1結合材粒子及び第2結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第5族元素、第6族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の第1金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる1種の化合物を含み、該第1結合材粒子において、該チタンの原子数と該第1金属元素の原子数の合計に対する、該第1金属元素の原子数の比率は0.01%以上10%未満であり、該第2結合材粒子において、該チタンの原子数と該第1金属元素の原子数の合計に対する、該第1金属元素の原子数の比率は10%以上80%以下である。第1結合材粒子と第2結合材粒子とは、チタンの原子数及び第1金属元素の原子数の合計に対する、第1金属元素の原子数の比率が異なる。 In the cBN sintered body of the present disclosure, the bonding phase includes the first binder particles and the second binder particles. Each of the first binder particles and the second binder particles is at least one first metal selected from the group consisting of titanium, zirconium, hafnium, Group 5 elements, Group 6 elements and aluminum of the periodic table. The first compound containing an element and one or both of nitrogen and carbon, with respect to the total number of atoms of the titanium and the number of atoms of the first metal element in the first binder particles. The ratio of the number of atoms of the metal element is 0.01% or more and less than 10%, and the first metal element with respect to the total number of atoms of the titanium and the number of atoms of the first metal element in the second binder particles. The ratio of the number of atoms of is 10% or more and 80% or less. The ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of titanium and the number of atoms of the first metal element is different between the first binder particle and the second binder particle.

第1結合材粒子及び第2結合材粒子のそれぞれは、結合相化合物のみからなることができる。又、第1結合材粒子及び第2結合材粒子のそれぞれは、結合相化合物に加えて、他の成分を含むことができる。他の成分を構成する元素としては、例えば、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、レニウム(Re)を挙げることができる。 Each of the first binder particles and the second binder particles can consist only of the binding phase compound. Further, each of the first binder particle and the second binder particle can contain other components in addition to the binding phase compound. Examples of elements constituting other components include nickel (Ni), iron (Fe), manganese (Mn), and rhenium (Re).

ここで、周期律表の第5族元素は、例えば、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)及びタンタル(Ta)を含む。第6族元素は、例えば、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)及びタングステン(W)を含む。 Here, the Group 5 elements of the periodic table include, for example, vanadium (V), niobium (Nb) and tantalum (Ta). Group 6 elements include, for example, chromium (Cr), molybdenum (Mo) and tungsten (W).

第1金属元素は、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素からなることが好ましい。 The first metal element preferably comprises at least one metal element selected from the group consisting of zirconium, hafnium, niobium, tantalum, molybdenum and tungsten.

チタンと第1金属元素と窒素とを含む化合物(窒化物)としては、例えば、窒化チタンジルコニウム(TiZrN)、窒化チタンハフニウム(TiHfN)、窒化チタンバナジウム(TiVN)、窒化チタンニオブ(TiNbN)、窒化チタンタンタル(TiTaN)、窒化チタンクロム(TiCrN)、窒化チタンモリブデン(TiMoN)、窒化チタンタングステン(TiWN)、窒化チタンアルミニウム(TiAlN、TiAlN、TiAlN)等を挙げることができる。Examples of the compound (nitride) containing titanium, the first metal element, and nitrogen include titanium nitride zirconium (TiZrN), titanium nitride hafnium (TiHfN), titanium nitride vanadium (TiVN), titanium nitride niobium (TiNbN), and titanium nitride. Examples thereof include tantalum (TiTaN), titanium nitride chromium (TiCrN), titanium nitride molybdenum (TiMoN), titanium nitride tungsten (TiWN), and titanium nitride aluminum (TiAlN, Ti 2 AlN, Ti 3 AlN).

チタンと第1金属元素と炭素とを含む化合物(炭化物)としては、例えば、炭化チタンジルコニウム(TiZrC)、炭化チタンハフニウム(TiHfC)、炭化チタンバナジウム(TiVC)、炭化チタンニオブ(TiNbC)、炭化チタンタンタル(TiTaC)、炭化チタンクロム(TiCrC)、炭化チタンモリブデン(TiMoC)、炭化チタンタングステン(TiWC)、炭化チタンアルミニウム(TiAlC、TiAlC、TiAlC)等を挙げることができる。Examples of the compound (carbide) containing titanium, the first metal element and carbon include titanium carbide zirconium (TiZrC), titanium carbide hafnium (TiHfC), titanium carbide vanadium (TiVC), titanium carbide niobium (TiNbC), and titanium carbide tantalum. (TiTaC), titanium carbide chromium (TiCrC), titanium carbide molybdenum (TiMoC), titanium carbide tungsten (TiWC), titanium carbide aluminum (TiAlC, Ti 2 AlC, Ti 3 AlC) and the like.

チタンと第1金属元素と炭素と窒素とを含む化合物(炭窒化物)としては、例えば、炭窒化チタンジルコニム(TiZrCN)、炭窒化チタンハフニウム(TiHfCN)、炭窒化チタンバナジウム(TiVCN)、炭窒化チタンニオブ(TiNbCN)、炭窒化チタンタンタル(TiTaCN)、炭窒化チタンクロム(TiCrCN)、炭窒化チタンモリブデン(TiMoCN)、炭窒化チタンタングステン(TiWCN)、炭窒化チタンアルミニウム(TiAlCN、TiAlCN)等を挙げることができる。Examples of the compound (carbonitride) containing titanium, the first metal element, carbon and nitrogen include titanium carbonitride zirconim (TiZrCN), titanium carbonitide hafnium (TiHfCN), titanium carbonitride vanadium (TiVCN), and charcoal. Titanium Nitride Niob (TiNbCN), Titanium Titanium Tantal (TiTaCN), Titanium Titanium Chromium (TiCrCN), Titanium Titanium Molybdenum Molybdenum (TiMoCN), Titanium Titanium Titanium Tungsten (TiWCN), Titanium Titanium Aluminum Nitride (TiAlCN, Ti 2 AlCN), etc. Can be mentioned.

結合相は、上記の化合物由来の固溶体を含むことができる。ここで、上記の化合物由来の固溶体とは、2種類以上のこれらの化合物が互いの結晶構造内に溶け込んでいる状態を意味し、侵入型固溶体や置換型固溶体を意味する。 The binding phase can include a solid solution derived from the above compound. Here, the solid solution derived from the above compound means a state in which two or more kinds of these compounds are dissolved in each other's crystal structure, and means an invasion type solid solution or a substitution type solid solution.

結合相は、第1結合材粒子及び第2結合材粒子のみからなることができる。又、結合相は、第1結合材粒子及び第2結合材粒子に加えて、他の成分を含むことができる。他の成分を構成する元素としては、例えば、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、レニウム(Re)を挙げることができる。 The binding phase can consist only of the first binder particles and the second binder particles. Further, the binding phase may contain other components in addition to the first binder particles and the second binder particles. Examples of elements constituting other components include nickel (Ni), iron (Fe), manganese (Mn), and rhenium (Re).

cBN焼結体に含まれる結合相の全体としての組成は、走査電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製の「JSM−7800F」(商標))付帯のエネルギー分散型X線分析装置(EDX)「Octane Elect(オクタンエレクト) EDS システム」(商標))を用いた組織観察、元素分析等と、XRD(X線回折測定)(装置:RIGAKU社製の「MiniFlex600」(商標))による結晶構造解析等を組み合わせることで確認することができる。 The overall composition of the bonded phase contained in the cBN sintered body is the energy dispersive X-ray analyzer (EDX) "EDX" attached to the scanning electron microscope (SEM) ("JSM-7800F" (trademark) manufactured by JEOL Ltd.). Structure observation, elemental analysis, etc. using Octane Elect EDS system (trademark), and crystal structure analysis using XRD (X-ray diffraction measurement) (device: "MiniFlex600" (trademark) manufactured by RIGAKU), etc. Can be confirmed by combining.

第1結合材粒子において、チタンの原子数と第1金属元素の原子数の合計に対する、第1金属元素の原子数の比率は0.01%以上10%未満である。第1金属元素の原子数の比率が0.01%以上10%未満であると、第1結合材粒子と第2結合材粒子との格子定数の相違が大きくなる。この場合、第1結合材粒子と第2結合材粒子とが接すると、第2結合材粒子中の格子欠陥が残存しやすく、結合相において亀裂の伝播が抑制され、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が顕著に向上する。更に、第1金属元素の原子数の比率が10%未満であると、第1結合材粒子の耐摩耗性が向上するため、立方晶窒化硼素焼結体において、耐欠損性と耐摩耗性とがバランスよく向上する。 In the first binder particles, the ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of titanium and the number of atoms of the first metal element is 0.01% or more and less than 10%. When the ratio of the number of atoms of the first metal element is 0.01% or more and less than 10%, the difference in the lattice constants between the first binder particles and the second binder particles becomes large. In this case, when the first binder particles and the second binder particles come into contact with each other, lattice defects in the second binder particles are likely to remain, crack propagation is suppressed in the bonding phase, and a cubic boron nitride sintered body is used. Fracture resistance is significantly improved. Further, when the ratio of the number of atoms of the first metal element is less than 10%, the wear resistance of the first binder particles is improved. Therefore, in the cubic boron nitride sintered body, the fracture resistance and the wear resistance are improved. Is improved in a well-balanced manner.

第1結合材粒子において、チタンの原子数と第1金属元素の原子数の合計に対する、第1金属元素の原子数の比率は、0.01%以上10%未満であり、0.02%以上5%以下が好ましく、0.05%以上3%以下が更に好ましい。 In the first binder particles, the ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of titanium and the number of atoms of the first metal element is 0.01% or more and less than 10%, and 0.02% or more. 5% or less is preferable, and 0.05% or more and 3% or less is more preferable.

第2結合材粒子において、チタンの原子数と第1金属元素の原子数の合計に対する、第1金属元素の原子数の比率は10%以上80%以下である。第2金属元素の原子数の比率が10%以上であると、第2結合材粒子中の格子欠陥が増加し、結合相において亀裂の伝播が抑制され、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が顕著に向上する。第2金属元素の原子数の比率が80%以下であると、第2結合材粒子は優れた強度を有することができ、立方晶窒化硼素焼結体の強度が向上する。 In the second binder particles, the ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of titanium and the number of atoms of the first metal element is 10% or more and 80% or less. When the ratio of the number of atoms of the second metal element is 10% or more, lattice defects in the second binder particles increase, crack propagation is suppressed in the bonding phase, and the fracture resistance of the cubic boron nitride sintered body is suppressed. The sex is significantly improved. When the ratio of the number of atoms of the second metal element is 80% or less, the second binder particles can have excellent strength, and the strength of the cubic boron nitride sintered body is improved.

第2結合材粒子において、チタンの原子数と第1金属元素の原子数の合計に対する、第1金属元素の原子数の比率は、10%以上80%以下であり、11.5%以上60%以下が好ましく、13%以上50%以下が更に好ましい。 In the second binder particles, the ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of titanium and the number of atoms of the first metal element is 10% or more and 80% or less, and 11.5% or more and 60%. The following is preferable, and 13% or more and 50% or less is more preferable.

第1結合材粒子及び第2結合材粒子のそれぞれの組成、並びに、第1結合材粒子及び第2結合材粒子のそれぞれにおける、チタンの原子数と第1金属元素の原子数の合計に対する、第1金属元素の原子数の比率(以下、「第1金属元素の比率」ともいう。)の測定方法の手順について、下記(1−1)〜(1−5)に説明する。 The composition of the first binder particles and the second binder particles, and the total number of atoms of titanium and the number of atoms of the first metal element in each of the first binder particles and the second binder particles. The procedure of the method for measuring the ratio of the number of atoms of one metal element (hereinafter, also referred to as “the ratio of the first metal element”) will be described in (1-1) to (1-5) below.

(1−1)cBN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。該切片を透過型電子顕微鏡(以下、「TEM」ともいう。)にて3万倍、5万倍で観察してHAADF−STEM像である第1画像を得る。第1画像において、cBN粒子は黒色として観察され、結合相及び粒子間の界面は白色または灰色として観察される。 (1-1) A sample is taken from the cBN sintered body, and the sample is sliced to a thickness of 30 to 100 nm using an argon ion slicer to prepare a section. The section is observed with a transmission electron microscope (hereinafter, also referred to as "TEM") at a magnification of 30,000 and 50,000 to obtain a first image which is a HAADF-STEM image. In the first image, the cBN particles are observed as black and the bound phase and the interface between the particles are observed as white or gray.

(1−2)第1画像において、cBN粒子(黒色)以外の領域が視野の中心となるように位置決めを行い、観察倍率を10万倍に変更して観察することにより、第2画像を得る。 (1-2) In the first image, the second image is obtained by positioning so that the region other than the cBN particles (black) is the center of the field of view and observing with the observation magnification changed to 100,000 times. ..

(1−3)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て、チタン、第1金属元素、炭素及び窒素の分布を分析する。 (1-3) Next, element mapping analysis by EDX is performed on the second image to analyze the distribution of titanium, the first metal element, carbon and nitrogen.

(1−4)第1金属元素の元素マッピング像において、第1金属元素の信号が最強の点(分析範囲:約2nm)と最低の点(分析範囲:約2nm)を特定し、かつその領域に硼素が15原子%以上存在しないことを確認する。硼素が存在する場合は、第1結合材粒子及び第2結合材粒子とみなさない。ここで、第1金属の信号が最強の点は、第2結合材粒子内に存在し、第1金属の信号が最低の点は、第1結合材粒子内に存在するものである。それぞれの点において、チタン、第1金属元素、炭素及び窒素の定量分析を行う。 (1-4) In the element mapping image of the first metal element, the strongest point (analysis range: about 2 nm) and the lowest point (analysis range: about 2 nm) of the signal of the first metal element are specified, and the region thereof. Confirm that boron is not present in an amount of 15 atomic% or more. If boron is present, it is not considered as the first binder particle and the second binder particle. Here, the point where the signal of the first metal is strongest exists in the second binder particle, and the point where the signal of the first metal is the lowest exists in the first binder particle. Quantitative analysis of titanium, first metal element, carbon and nitrogen is performed at each point.

(1−5)上記(1−4)の結果から、第1金属の信号が最強の点における組成を特定する。該組成は、第2結合材粒子の組成に該当する。また、第1金属の信号が最強の点における、チタンの原子数と第1金属元素の原子数の合計に対する、第1金属元素の原子数の比率(第1金属元素の比率)を算出する。該比率を10視野以上にて算出する。該10視野以上における第1金属元素の比率の平均値が、第2結合材粒子中の第1金属元素の比率に該当する。 (1-5) From the results of (1-4) above, the composition at the point where the signal of the first metal is the strongest is specified. The composition corresponds to the composition of the second binder particles. Further, the ratio of the number of atoms of the first metal element (ratio of the first metal element) to the total number of atoms of titanium and the number of atoms of the first metal element at the point where the signal of the first metal is the strongest is calculated. The ratio is calculated in 10 or more fields of view. The average value of the ratio of the first metal element in the 10 visual fields or more corresponds to the ratio of the first metal element in the second binder particles.

上記(1−4)の結果から、第1金属の信号が最低の点における組成を特定する。該組成は、第1結合材粒子の組成に該当する。また、第1金属の信号が最低の点における、チタンの原子数と第1金属元素の原子数の合計に対する、第1金属元素の原子数の比率(第1金属元素の比率)を算出する。該比率を10視野以上にて算出する。該10視野以上における第1金属元素の比率の平均値が、第1結合材粒子中の第1金属元素の比率に該当する。 From the result of (1-4) above, the composition at the point where the signal of the first metal is the lowest is specified. The composition corresponds to the composition of the first binder particles. Further, the ratio of the number of atoms of the first metal element (ratio of the first metal element) to the total number of atoms of titanium and the number of atoms of the first metal element at the point where the signal of the first metal is the lowest is calculated. The ratio is calculated in 10 or more fields of view. The average value of the ratio of the first metal element in the 10 visual fields or more corresponds to the ratio of the first metal element in the first binder particles.

本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から前記第2結合材粒子側に、チタン及び第1金属元素の原子数基準の含有量を測定した場合、界面からの距離が15nm以内の領域において、界面からの距離の増加に伴い、チタンの含有量が減少傾向を示し、かつ、第1金属元素の含有量が増加傾向を示すことが好ましい。 The cubic boron nitride sintered body of the present disclosure includes titanium and a first metal in a direction perpendicular to the interface between the first binder particles and the second binder particles, from the interface to the second binder particles side. When the atomic number-based content of the element is measured, the titanium content tends to decrease as the distance from the interface increases in the region where the distance from the interface is within 15 nm, and the content of the first metal element It is preferable that the content shows an increasing tendency.

これによると、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面における結合力が向上し、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が向上する。 According to this, the bonding force at the interface between the first binder particles and the second binder particles is improved, and the fracture resistance of the cubic boron nitride sintered body is improved.

ここで、「第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第2結合材粒子側に、チタン及び第1金属元素の含有量を測定する方法」(以下、「元素ライン分析」ともいう。)の手順について、下記(2−1)〜(2−9)に説明する。 Here, "a method of measuring the contents of titanium and the first metal element in the direction perpendicular to the interface between the first binder particles and the second binder particles, from the interface to the second binder particles side". (Hereinafter, also referred to as “elemental line analysis”) will be described in (2-1) to (2-9) below.

(2−1)cBN焼結体からサンプルを採取し、日本電子社製のイオンスライサ「EM−09100IS」(商品名)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。 (2-1) A sample is taken from the cBN sintered body, and the sample is sliced to a thickness of 30 to 100 nm using an ion slicer "EM-09100IS" (trade name) manufactured by JEOL Ltd. to prepare a section. ..

(2−2)上記(2−1)で作製された切片を透過型電子顕微鏡(TEM、日本電子社製の「JEM−2100F/Cs」(商品名))にて10万倍で観察し、TEM付帯のエネルギー分散型X線分光法(EDX、AMETEK社製の「EDAX」(商品名))を用いて元素マッピング分析を行い、元素マッピング像を得る。元素マッピング分析では、チタン、各第1金属元素(ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第5族元素に含まれる元素、第6族元素に含まれる元素、アルミニウム)及び硼素の分布を分析する。 (2-2) The section prepared in (2-1) above was observed with a transmission electron microscope (TEM, "JEM-2100F / Cs" (trade name) manufactured by JEOL Ltd.) at a magnification of 100,000. Element mapping analysis is performed using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX, "EDAX" (trade name) manufactured by AMETEK) incidental to TEM, and an element mapping image is obtained. In the element mapping analysis, the distributions of titanium, each first metal element (zirconium, hafnium, elements contained in Group 5 elements of the periodic table, elements contained in Group 6 elements, aluminum) and boron are analyzed.

(2−3)上記(2−2)で得られた元素マッピング像と同一の視野に対して、高角散乱環状暗視野走査透過型電子顕微鏡(日本電子社製の「JEM−2100F/Cs」(商品名))を用いて、HAADF−STEM像を得る。 (2-3) High-angle scattering annular dark-field scanning transmission electron microscope ("JEM-2100F / Cs" manufactured by JEOL Ltd.) for the same field of view as the element mapping image obtained in (2-2) above. A HAADF-STEM image is obtained using the trade name)).

(2−4)上記(2−2)で得られた元素マッピング像と同一の視野に対して、明視野走査透過型電子顕微鏡(日本電子社製の「JEM−2100F/Cs)を用いて、BF−STEM像を得る。 (2-4) Using a bright-field scanning transmission electron microscope (“JEM-2100F / Cs) manufactured by JEOL Ltd.) for the same field of view as the element mapping image obtained in (2-2) above, Obtain a BF-STEM image.

(2−5)上記(2−2)で得られた元素マッピング像に基づき、第1金属元素(以下、「M」とも記す。)が観察される領域(以下、「第1領域」ともいう。)を特定する。次に、上記で得られた第1金属元素(M)のマッピング像において、M含有量(原子%)/(Ti含有量(原子%)+M含有量(原子%))が10%未満の領域を表示しないように設定した画像を得る。該画像において、上記(2−2)で得られた硼素のマッピング像において硼素が観察されない領域、かつ、第1金属元素(M)の独立した各々のマッピング領域が第2結合材粒子に該当する。当該第2結合材粒子を示すマッピング領域を結晶粒と定義し、該マッピング領域の境目を結晶粒界として特定する。 (2-5) Based on the element mapping image obtained in (2-2) above, the region where the first metal element (hereinafter, also referred to as “M”) is observed (hereinafter, also referred to as “first region”). .) Is specified. Next, in the mapping image of the first metal element (M) obtained above, the region where the M content (atomic%) / (Ti content (atomic%) + M content (atomic%)) is less than 10%. Get an image that is set not to display. In the image, the region where boron is not observed in the boron mapping image obtained in (2-2) above, and the independent mapping region of the first metal element (M) corresponds to the second binder particle. .. The mapping region indicating the second binder particle is defined as a crystal grain, and the boundary of the mapping region is specified as a crystal grain boundary.

(2−6)上記(2−2)で得られた硼素及びチタンの元素マッピング像、並びに、M含有量(原子%)/(Ti含有量(原子%)+M含有量(原子%))が10%未満の領域を表示しないように設定した第1金属元素の元素マッピング像が、以下の(a)〜(c)の全てを満たす領域(以下、「第2領域」ともいう。)を特定する。
(a)硼素が観察されない。
(b)チタンが観察される。
(c)第1金属元素が観察されない。
(2-6) The elemental mapping image of boron and titanium obtained in (2-2) above, and the M content (atomic%) / (Ti content (atomic%) + M content (atomic%)) are The element mapping image of the first metal element set so as not to display the region less than 10% specifies the region satisfying all of the following (a) to (c) (hereinafter, also referred to as “second region”). do.
(A) Boron is not observed.
(B) Titanium is observed.
(C) No first metal element is observed.

更に、上記(2−3)で得られたHAADF−STEM像及び上記(2−4)で得られたBF−STEM像に基づき、上記(2−5)で特定された第2結合材粒子に隣接し、かつ、第2領域を含む一つの結晶粒を特定する。該結晶粒は第1結合材粒子に該当する。該結晶粒の結晶粒界は下記の方法で特定する。まず、上記で得られた第1金属元素(M)のマッピング像において、M含有量(原子%)/(Ti含有量(原子%)+M含有量(原子%))が10%以上の領域を表示しないように設定した画像を得る。該画像において、第1金属元素(M)のマッピング領域を結晶粒と定義し、該第1金属元素(M)のマッピング領域の境目を結晶粒界として特定する。 Further, based on the HAADF-STEM image obtained in (2-3) above and the BF-STEM image obtained in (2-4) above, the second binder particles specified in (2-5) above can be obtained. Identify one crystal grain that is adjacent and contains a second region. The crystal grains correspond to the first binder particles. The crystal grain boundaries of the crystal grains are specified by the following method. First, in the mapping image of the first metal element (M) obtained above, a region having an M content (atomic%) / (Ti content (atomic%) + M content (atomic%)) of 10% or more is defined. Get an image that is set not to be displayed. In the image, the mapping region of the first metal element (M) is defined as a crystal grain, and the boundary of the mapping region of the first metal element (M) is specified as a crystal grain boundary.

(2−7)上記(2−5)で特定された第2結合材粒子、及び、上記(2−6)で特定された第1結合材粒子を含む領域をTEMにて30万倍で観察し、TEM付帯のエネルギー分散型X線分光法(EDX)を用いて元素マッピング分析を行い、元素マッピング像を得る。元素マッピング分析では、各第1金属元素(ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第5族元素に含まれる元素、第6族元素に含まれる元素、アルミニウム)の分布を分析する。 (2-7) The region containing the second binder particles specified in (2-5) above and the first binder particles specified in (2-6) above was observed by TEM at a magnification of 300,000. Then, element mapping analysis is performed using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) incidental to TEM to obtain an element mapping image. In the element mapping analysis, the distribution of each first metal element (zirconium, hafnium, the element contained in the group 5 element of the periodic table, the element contained in the group 6 element, aluminum) is analyzed.

(2−8)上記(2−7)で得られた元素マッピング像において、第1金属元素の信号が強く観察される領域において等高線図をとり、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第2結合材粒子側に、元素ライン分析を実施し、チタン及び第1金属元素の含有量を測定する。ここで、界面に対して垂直な方向とは、界面の伸長方向の接線に対して90°±5°の角度で交差する直線に沿う方向を意味する。また、界面に対して垂直な方向は、試料の断面において第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面(境界線)に垂直、かつ、該断面に平行な方向である。元素ライン分析のビーム径は0.3nm以下とし、スキャン間隔は0.1〜0.7nmとする。 (2-8) In the element mapping image obtained in (2-7) above, an contour diagram is taken in the region where the signal of the first metal element is strongly observed, and the first binder particles and the second binder particles are formed. The element line analysis is performed from the interface to the second binder particle side in the direction perpendicular to the interface of the above, and the contents of titanium and the first metal element are measured. Here, the direction perpendicular to the interface means a direction along a straight line intersecting the tangent line in the extending direction of the interface at an angle of 90 ° ± 5 °. The direction perpendicular to the interface is a direction perpendicular to the interface (boundary line) between the first binder particles and the second binder particles in the cross section of the sample and parallel to the cross section. The beam diameter for elemental line analysis shall be 0.3 nm or less, and the scan interval shall be 0.1 to 0.7 nm.

上記(2−1)〜(2−8)の手順により、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第2結合材粒子側に、チタン及び第1金属元素の含有量を測定することができる。 According to the above steps (2-1) to (2-8), titanium and titanium and the second binder particles are formed in the direction perpendicular to the interface between the first binder particles and the second binder particles, from the interface to the second binder particles side. The content of the first metal element can be measured.

上述の測定に関し、理解を容易とするために、図7〜図17を用いて詳述する。 The above measurements will be described in detail with reference to FIGS. 7-17 for ease of understanding.

図7は、第1結合材粒子及び第2結合材粒子がTiNbCNの組成を含むcBN焼結体に対して、元素マッピング分析を実施し、ニオブ(Nb)の分布を分析した時に得られる元素マッピング像である。なお、実際の元素マッピング像では、ニオブの存在する位置は濃色の発光色を示すが、図7では該元素マッピング像が白黒表示されているため、ニオブの存在する位置は淡色として表示されている。 FIG. 7 shows the element mapping obtained when the element mapping analysis was performed on the cBN sintered body in which the first binder particles and the second binder particles contained the composition of TiNbCN, and the distribution of niobium (Nb) was analyzed. It is a statue. In the actual element mapping image, the position where niobium exists shows a dark emission color, but since the element mapping image is displayed in black and white in FIG. 7, the position where niobium exists is displayed as a light color. There is.

図7と同一視野におけるHAADF−STEM像を図9に示す。図9において、cBN粒子は黒色として観察され、結合相は白色又は灰色として観察される。 The HAADF-STEM image in the same field of view as that of FIG. 7 is shown in FIG. In FIG. 9, the cBN particles are observed as black and the bound phase is observed as white or gray.

図7と同一視野におけるBF−STEM像を図10に示す。図10において、cBN粒子は白色として観察され、結合相は黒色又は灰色として観察される。 A BF-STEM image in the same field of view as that of FIG. 7 is shown in FIG. In FIG. 10, the cBN particles are observed as white and the bound phase is observed as black or gray.

図11は、上記のcBN焼結体に対して、元素マッピング分析を実施し、硼素(B)の分布を分析した時に得られる元素マッピング像である。なお、実際の元素マッピング像では、硼素の存在する位置は濃色の発光色を示すが、図11では該元素マッピング像が白黒表示されているため、硼素の存在する位置は淡色として表示されている。 FIG. 11 is an element mapping image obtained when element mapping analysis is performed on the above cBN sintered body and the distribution of boron (B) is analyzed. In the actual element mapping image, the position where boron exists indicates a dark emission color, but in FIG. 11, since the element mapping image is displayed in black and white, the position where boron exists is displayed as a light color. There is.

図12は、上記のcBN焼結体に対して、元素マッピング分析を実施し、チタン(Ti)の分布を分析した時に得られる元素マッピング像である。なお、実際の元素マッピング像では、チタンの存在する位置は濃色の発光色を示すが、図12では該元素マッピング像が白黒表示されているため、チタンの存在する位置は淡色として表示されている。 FIG. 12 is an element mapping image obtained when element mapping analysis is performed on the above cBN sintered body and the distribution of titanium (Ti) is analyzed. In the actual element mapping image, the position where titanium is present shows a dark emission color, but in FIG. 12, since the element mapping image is displayed in black and white, the position where titanium is present is displayed as a light color. There is.

図7の元素マッピング像に基づき、ニオブが観察される第1領域を特定する。更に、図9のHAADF−STEM像及び図10のBF−STEM像に基づき、該第1領域を含む一つの結晶粒を特定する。該結晶粒の結晶粒界は下記の方法で特定する。まず、上記で得られたニオブのマッピング像において、Nb含有量(原子%)/(Ti含有量(原子%)+Nb含有量(原子%))が10%未満の領域を表示しないように設定した画像を得る。該画像において、ニオブのマッピング領域を結晶粒と定義し、該ニオブのマッピング領域の境目を結晶粒界として特定する。該結晶粒は第2結合材粒子に該当する。図8においてニオブの観察される領域と、図11において硼素の観察される領域とが重ならない領域が第2結合材粒子を示す。第2結合材粒子を示す領域を図9に点線で示す。 Based on the element mapping image of FIG. 7, the first region where niobium is observed is specified. Further, based on the HAADF-STEM image of FIG. 9 and the BF-STEM image of FIG. 10, one crystal grain containing the first region is specified. The crystal grain boundaries of the crystal grains are specified by the following method. First, in the niobium mapping image obtained above, a region having an Nb content (atomic%) / (Ti content (atomic%) + Nb content (atomic%)) of less than 10% was set not to be displayed. Get an image. In the image, the niobium mapping region is defined as a crystal grain, and the boundary of the niobium mapping region is specified as a crystal grain boundary. The crystal grains correspond to the second binder particles. The region where niobium is observed in FIG. 8 and the region where boron is observed in FIG. 11 do not overlap each other show the second binder particles. The region showing the second binder particles is shown by a dotted line in FIG.

図7、図11及び図12の元素マッピング像に基づき、以下の(a)〜(c)の全てを満たす第2領域を特定する。
(a)硼素が観察されない。
(b)チタンが観察される。
(c)ニオブが観察されない。
Based on the element mapping images of FIGS. 7, 11 and 12, a second region satisfying all of the following (a) to (c) is specified.
(A) Boron is not observed.
(B) Titanium is observed.
(C) No niobium is observed.

更に、図9のHAADF−STEM像及び図10のBF−STEM像に基づき、第2領域を含む一つの結晶粒を特定する。該結晶粒は第1結合材粒子に該当する。図9の実線で囲まれる領域は、該第1結合材粒子を示す。 Further, based on the HAADF-STEM image of FIG. 9 and the BF-STEM image of FIG. 10, one crystal grain containing the second region is specified. The crystal grains correspond to the first binder particles. The area surrounded by the solid line in FIG. 9 indicates the first binder particles.

図13は、図9の点線で囲まれる部分(第2結合材粒子)を含む領域に対して、元素マッピング分析を実施し、ニオブ(Nb)の分布を分析した時に得られる元素マッピング像において、ニオブの含有量が10原子%以下の部分をカットして得られた補正元素マッピング像である。参考までに、図13と同一視野におけるHAADF−STEM像を図14に示し、図13と同一視野におけるBF−STEM像を図15に示す。図15において、点線で囲まれる部分は第2結合材粒子を示し、実線で囲まれる部分は第1結合材粒子を示す。 FIG. 13 shows an element mapping image obtained when element mapping analysis was performed on a region including a portion (second binder particle) surrounded by a dotted line in FIG. 9 and the distribution of niobium (Nb) was analyzed. It is a correction element mapping image obtained by cutting the portion of niobium content of 10 atomic% or less. For reference, a HAADF-STEM image in the same field of view as FIG. 13 is shown in FIG. 14, and a BF-STEM image in the same field of view as FIG. 13 is shown in FIG. In FIG. 15, the portion surrounded by the dotted line indicates the second binder particle, and the portion surrounded by the solid line indicates the first binder particle.

図13の補正元素マッピング像において、ニオブの信号が強く観察される領域における等高線図を図16に示す。図16において、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面に対して垂直方向(界面の接線に対して90°±5°の角度で交差する直線に沿う方向)(図16の矢印aで示される方向)に沿って、元素ライン分析を実施する。 In the correction element mapping image of FIG. 13, a contour diagram in a region where the niobium signal is strongly observed is shown in FIG. In FIG. 16, the direction perpendicular to the interface between the first binder particle and the second binder particle (direction along a straight line intersecting the tangent of the interface at an angle of 90 ° ± 5 °) (arrow in FIG. 16). The element line analysis is performed along the direction indicated by a).

図17は、元素ライン分析の結果を示すグラフの一例である。該グラフにおいて、横軸(X軸)は図16におけるラインの距離(nm)を示し、縦軸(Y軸)はチタン及びニオブの含有量(原子%)を示す。 FIG. 17 is an example of a graph showing the results of elemental line analysis. In the graph, the horizontal axis (X-axis) indicates the distance (nm) of the lines in FIG. 16, and the vertical axis (Y-axis) indicates the content of titanium and niobium (atomic%).

次に、「界面からの距離が15nm以内の領域において、界面からの距離の増加に伴い、チタンの含有量が減少傾向を示し、第1金属元素の含有量が増加傾向を示す」ことの確認方法の具体的な手順について、図17を用いて説明する。下記では、第1金属元素がニオブの場合として説明するが、第1金属元素が他の元素であっても、同様の方法で確認することができる。 Next, it was confirmed that "in the region where the distance from the interface is within 15 nm, the titanium content tends to decrease and the content of the first metal element tends to increase as the distance from the interface increases". The specific procedure of the method will be described with reference to FIG. In the following, the case where the first metal element is niobium will be described, but even if the first metal element is another element, it can be confirmed by the same method.

図17において、点線はチタンを示し、実線はニオブを示す。また、X1はニオブの含有量の最大値を示し、X2はチタン及びニオブの含有量の合計に対するニオブの含有量の比率が10%の時のニオブの含有量を示す。X4はチタンの含有量の最小値を示す。 In FIG. 17, the dotted line indicates titanium and the solid line indicates niobium. Further, X1 indicates the maximum value of the niobium content, and X2 indicates the niobium content when the ratio of the niobium content to the total content of titanium and niobium is 10%. X4 indicates the minimum value of the titanium content.

含有量X2を示す直線とニオブのスペクトルとの交点であるAと、含有量X1を示す直線とニオブのスペクトルとの交点であるBを結んだ直線Mを引く。直線Mとニオブのスペクトル(以下、「Nbスペクトル」ともいう。)とのずれを、AとBとの間において等間隔に10点測定する(A、Bは含まない)。ここで、直線MとNbスペクトルとのずれは、同一の距離におけるNbスペクトル上のニオブ含有量と、直線M上のニオブ含有量との差を意味する。7点以上において、直線MとNbスペクトルとのずれが±10原子%以内の場合は、「ニオブ(第1金属元素)の含有量が増加傾向を示す。」ことが確認される。 A straight line M connecting A, which is the intersection of the straight line showing the content X2 and the niobium spectrum, and B, which is the intersection of the straight line showing the content X1 and the niobium spectrum, is drawn. The deviation between the straight line M and the spectrum of niobium (hereinafter, also referred to as “Nb spectrum”) is measured at 10 points at equal intervals between A and B (A and B are not included). Here, the deviation between the straight line M and the Nb spectrum means the difference between the niobium content on the Nb spectrum and the niobium content on the straight line M at the same distance. At 7 points or more, when the deviation between the straight line M and the Nb spectrum is within ± 10 atomic%, it is confirmed that “the content of niobium (first metal element) tends to increase”.

上記交点Aの距離におけるチタンのスペクトル(以下、「Tiスペクトル」ともいう。)上の点Cと、含有量X4を示す直線とTiスペクトルとの交点であるDを結んだ直線Nを引く。直線NとTiスペクトルとのずれを、CとDとの間において等間隔に10点測定する(C、Dは含まない)。ここで、直線NとTiスペクトルとのずれは、同一の距離におけるTiスペクトル上のチタン含有量と、直線N上のチタン含有量との差を意味する。7点以上において、直線NとTiスペクトルとのずれが±10原子%以内の場合は、「チタンの含有量が減少傾向を示す。」ことが確認される。 A straight line N connecting the point C on the titanium spectrum (hereinafter, also referred to as “Ti spectrum”) at the distance of the intersection A and the intersection D of the straight line indicating the content X4 and the Ti spectrum is drawn. The deviation between the straight line N and the Ti spectrum is measured at 10 points at equal intervals between C and D (C and D are not included). Here, the deviation between the straight line N and the Ti spectrum means the difference between the titanium content on the Ti spectrum and the titanium content on the straight line N at the same distance. At 7 points or more, when the deviation between the straight line N and the Ti spectrum is within ± 10 atomic%, it is confirmed that "the titanium content tends to decrease."

6視野分の元素マッピング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、上記の増加傾向及び減少傾向を示すことが確認された場合、当該cBN焼結体は、「界面からの距離が15nm以内の領域において、界面からの距離の増加に伴い、チタンの含有量が減少傾向を示し、第1金属元素の含有量が増加傾向を示す」とみなす。 When the above analysis is repeated in the element mapping images for 6 fields and it is confirmed that the above-mentioned increasing tendency and decreasing tendency are shown in 1 field or more, the cBN sintered body is "distance from the interface". In the region of 15 nm or less, the titanium content tends to decrease and the content of the first metal element tends to increase as the distance from the interface increases. "

本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第2結合材粒子側に、チタン及び第1金属元素の含有量を測定し、第1金属元素の含有量の最大値をX1、チタン及び第1金属元素の含有量の合計に対する第1金属元素の含有量の比率が10%の時の第1金属元素の含有量をX2、X1とX2の平均値をX3とした場合、第1金属元素の含有量がX2である位置Aから、第1金属元素の含有量が前記X3である位置Eまでの距離L1が5nm以上であることが好ましい。 The cubic boron nitride sintered body of the present disclosure includes titanium and a first metal element in a direction perpendicular to the interface between the first binder particles and the second binder particles, from the interface to the second binder particles side. When the ratio of the content of the first metal element to the total content of X1, titanium and the first metal element is 10%, the maximum value of the content of the first metal element is measured. When the element content is X2, and the average value of X1 and X2 is X3, the position A where the content of the first metal element is X2 to the position E where the content of the first metal element is X3. The distance L1 is preferably 5 nm or more.

これによると、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面における結合力が更に向上し、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が更に向上する。距離L1は、5nm以上300nm以下が好ましく、15nm以上200nm以下がより好ましく、30nm以上150nm以下が更に好ましい。 According to this, the bonding force at the interface between the first binder particles and the second binder particles is further improved, and the fracture resistance of the cubic boron nitride sintered body is further improved. The distance L1 is preferably 5 nm or more and 300 nm or less, more preferably 15 nm or more and 200 nm or less, and further preferably 30 nm or more and 150 nm or less.

距離L1の測定方法の具体的な手順について、図17を用いて説明する。図17のY軸において、ニオブの含有量の最大値はX1で示され、チタン及びニオブの含有量の合計に対するニオブの含有量の比率が10%の時のニオブの含有量はX2で示され、X1とX2の平均値はX3で示される。Nbスペクトルにおいて、ニオブの含有量がX2である位置はAで示され、ニオブの含有量がX3である位置はEで示される。図17のX軸において、AからEまでの距離が、距離L1に該当する。 A specific procedure of the method for measuring the distance L1 will be described with reference to FIG. On the Y-axis of FIG. 17, the maximum value of niobium content is indicated by X1, and the niobium content when the ratio of niobium content to the total content of titanium and niobium is 10% is indicated by X2. , The average value of X1 and X2 is indicated by X3. In the Nb spectrum, the position where the niobium content is X2 is indicated by A, and the position where the niobium content is X3 is indicated by E. In the X-axis of FIG. 17, the distance from A to E corresponds to the distance L1.

本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、第1結合材粒子及び第2結合材粒子の合計質量に対する、第2結合材粒子の質量の比率は5%以上90%以下であることが好ましい。これによると、格子定数が異なる結晶粒が隣り合うことで粒界が不整合となり、格子欠陥、応力の効果により強度が向上し、耐欠損性が向上する。第1結合材粒子及び第2結合材粒子の合計質量に対する、第2結合材粒子の質量の比率は10%以上70%以下がより好ましく、20%以上50%以下が更に好ましい。 In the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure, the ratio of the mass of the second binder particles to the total mass of the first binder particles and the second binder particles is preferably 5% or more and 90% or less. According to this, the grain boundaries become inconsistent due to the adjacent crystal grains having different lattice constants, the strength is improved by the effects of lattice defects and stress, and the fracture resistance is improved. The ratio of the mass of the second binder particles to the total mass of the first binder particles and the second binder particles is more preferably 10% or more and 70% or less, and further preferably 20% or more and 50% or less.

第1結合材粒子と第2結合材粒子の合計質量に対する、第2結合材粒子の質量の比率はX線回折法により測定することができる。具体的な測定方法について、下記(3−1)〜(3−3)に具体的に説明する。 The ratio of the mass of the second binder particles to the total mass of the first binder particles and the second binder particles can be measured by the X-ray diffraction method. Specific measurement methods will be specifically described in (3-1) to (3-3) below.

(3−1)立方晶窒化硼素焼結体をダイヤモンド砥石電着ワイヤーで切断し、切断面を観察面とする。 (3-1) A cubic boron nitride sintered body is cut with a diamond grindstone electrodeposition wire, and the cut surface is used as an observation surface.

(3−2)X線回折装置(Rigaku社製「MiniFlex600」(商品名))を用いて立方晶窒化硼素焼結体の切断面のX線スペクトルを得る。このときのX線回折装置の条件は、下記の通りとする。
特性X線: Cu−Kα(波長1.54Å)
管電圧: 40kV
管電流: 15mA
フィルター: 多層ミラー
光学系: 集中法
X線回折法: θ−2θ法
スキャン速度: 4度/分
(3-2) An X-ray spectrum of a cut surface of a cubic boron nitride sintered body is obtained using an X-ray diffractometer (“MiniFlex 600” (trade name) manufactured by Rigaku). The conditions of the X-ray diffractometer at this time are as follows.
Characteristic X-ray: Cu-Kα (wavelength 1.54 Å)
Tube voltage: 40kV
Tube current: 15mA
Filter: Multi-layer mirror Optical system: Concentration method X-ray diffraction method: θ-2θ method Scan speed: 4 degrees / minute

(3−3)得られたX線スペクトルにおいて、下記のピーク強度A、ピーク強度Bを測定する。 (3-3) In the obtained X-ray spectrum, the following peak intensity A and peak intensity B are measured.

ピーク強度A:回折角2θ=60°付近のピーク強度から、バックグランドを除いた第1結合材粒子の(220)面のピーク強度。 Peak intensity A: The peak intensity of the (220) plane of the first binder particles excluding the background from the peak intensity near the diffraction angle 2θ = 60 °.

ピーク強度B:回折角2θ=60°付近のピーク強度から、バックグラウンドを除いた第2結合材粒子の(220)面のピーク強度。 Peak intensity B: The peak intensity of the (220) plane of the second binder particles excluding the background from the peak intensity near the diffraction angle 2θ = 60 °.

第1結合材粒子及び第2結合材粒子の合計質量に対する、第2結合材粒子の質量の比率は、ピーク強度B/(ピーク強度A+ピーク強度B)の値を算出することにより得られる。具体的には、XRD分析ソフト(RIGAKU社製「PDXL2」にスペクトルを読み込む。スペクトルの情報として表示され、(220)面に相当する高さをピーク強度として計算する。このピーク高さはバックグラウンドを除いたピーク強度を示している。本開示の立方晶窒化硼素焼結体のX線スペクトルの一例を図18に示す。 The ratio of the mass of the second binder particle to the total mass of the first binder particle and the second binder particle is obtained by calculating the value of peak intensity B / (peak intensity A + peak intensity B). Specifically, the spectrum is read into XRD analysis software (“PDXL2” manufactured by RIGAKU). It is displayed as spectrum information, and the height corresponding to the (220) plane is calculated as the peak intensity. This peak height is the background. The peak intensity excluding the above is shown in FIG. 18 as an example of the X-ray spectrum of the cubic boron nitride sintered body of the present disclosure.

図18に示されるように、第1結合材粒子及び第2結合材粒子のそれぞれのピークは一部が重なり、1つのピークSの高角度側又は低角度側にショルダーが観察される場合がある。この場合は、分析ソフトにより2つのピークS1(第1結合材粒子の(220)面由来のピーク)、S2(第2結合材粒子の(220)面由来のピーク)として認識させて分析する。分析ソフトが自動で2つのピークを認識しない場合は、1つのピークの低角度側のショルダー部分を第2結合材粒子のピークと見做して、ピーク追加機能により追加し、フィッティングを行う。 As shown in FIG. 18, the peaks of the first binder particle and the second binder particle partially overlap each other, and a shoulder may be observed on the high angle side or the low angle side of one peak S. .. In this case, the analysis software recognizes and analyzes the two peaks S1 (peak derived from the (220) plane of the first binder particle) and S2 (peak derived from the (220) plane of the second binder particle). If the analysis software does not automatically recognize the two peaks, the shoulder portion on the low angle side of one peak is regarded as the peak of the second binder particle, and is added by the peak addition function to perform fitting.

[第2の実施形態:立方晶窒化硼素焼結体の製造方法]
本開示のcBN焼結体の製造方法について説明する。本開示のcBN焼結体の製造方法は、立方晶窒化硼素粉末(以下、「cBN粉末」ともいう)と、第1結合材粉末と、第2結合材粉末とを準備する工程(以下、「準備工程」ともいう。)と、前記cBN粉末と、第1結合材粉末と、第2結合材粉末とを混合して、混合粉末を調製する工程(以下、「調製工程」ともいう。)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(以下、「焼結工程」ともいう。)と、を備えることができる。以下、各工程について詳述する。
[Second Embodiment: Method for Producing Cubic Boron Nitride Sintered Body]
The method for producing the cBN sintered body of the present disclosure will be described. The method for producing the cBN sintered body of the present disclosure is a step of preparing a cubic boron nitride powder (hereinafter, also referred to as "cBN powder"), a first binder powder, and a second binder powder (hereinafter, "" Also referred to as a "preparation step"), and a step of mixing the cBN powder, the first binder powder, and the second binder powder to prepare a mixed powder (hereinafter, also referred to as a "preparation step"). , A step of sintering a mixed powder to obtain a cubic boron nitride sintered body (hereinafter, also referred to as a “sintering step”) can be provided. Hereinafter, each step will be described in detail.

<準備工程>
まず、cBN粉末及び結合材粉末を準備する。cBN粉末とは、cBN焼結体に含まれるcBN粒子の原料粉末である。cBN粉末は、特に限定されず、公知のcBN粉末を用いることができる。結合材粉末とは、cBN焼結体に含まれる結合相の原料粉末である。
<Preparation process>
First, cBN powder and binder powder are prepared. The cBN powder is a raw material powder of cBN particles contained in the cBN sintered body. The cBN powder is not particularly limited, and known cBN powder can be used. The binder powder is a raw material powder for the bonding phase contained in the cBN sintered body.

本開示のcBN焼結体の結合相に含まれる化合物は、TiC(x≧0、y≧0、x+y>0である。)に、チタン(Ti)と原子半径が異なる第1金属元素が固溶して成り、TiM2C(x≧0、y≧0、x+y>0であり、M2は1以上の第1金属元素を示す。Tiの原子数とM2の原子数の合計に対する、M2の原子数の比率は10%以上80%以下である。)の組成を有する。以下、該TiM2Cの組成を有する結合材を主結合材という。The compound contained in the bonded phase of the cBN sintered body of the present disclosure is TiC x N y (x ≧ 0, y ≧ 0, x + y> 0) and a first metal having an atomic radius different from that of titanium (Ti). The elements are solid-dissolved, TiM2C x N y (x ≧ 0, y ≧ 0, x + y> 0, and M2 indicates a first metal element of 1 or more. The sum of the number of atoms of Ti and the number of atoms of M2. The ratio of the number of atoms of M2 to M2 is 10% or more and 80% or less). Hereinafter, the binder having the composition of TiM2C x N y is referred to as a main binder.

チタンに原子半径の異なる金属元素を固溶させることは、従来の一般的な方法では困難である。本発明者らは、鋭意検討の結果、主結合材の原料を1800℃以上の高温で熱処理(以下、「高温熱処理」ともいう。)を行うことにより、チタンに原子半径の異なる金属元素が固溶した主結合材粉末を作製できることを見出した。更に、主結合材に含まれる元素粉末を粉末熱プラズマ処理を行うことによっても、チタンに原子半径の異なる金属元素が固溶した主結合材粉末を作製できることを見出した。高温熱処理及び粉末熱プラズマ処理の詳細について、下記に説明する。 It is difficult to dissolve metal elements having different atomic radii in titanium by a conventional general method. As a result of diligent studies, the present inventors performed heat treatment of the raw material of the main binder at a high temperature of 1800 ° C. or higher (hereinafter, also referred to as "high temperature heat treatment") to solidify metal elements having different atomic radii into titanium. It has been found that a molten main binder powder can be produced. Furthermore, it has been found that the main binder powder in which metal elements having different atomic radii are solid-solved in titanium can also be produced by subjecting the element powder contained in the main binder to powder thermal plasma treatment. Details of the high temperature heat treatment and the powder thermal plasma treatment will be described below.

(高温熱処理を用いる方法)
高温熱処理を用いて主結合材粉末を作製する方法の一例について説明する。
(Method using high temperature heat treatment)
An example of a method for producing a main binder powder using high-temperature heat treatment will be described.

TiO粉末、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第5族元素、第6族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物粉末、及び、炭素(C)粉末を混合して主結合材用混合粉末を得る。Oxide powder of at least one element selected from the group consisting of TiO 2 powder, zirconium, hafnium, Group 5 element, Group 6 element of the periodic table and aluminum, and carbon (C) powder are mixed. Obtain a mixed powder for the main binder.

第1金属元素の酸化物粉末としては、例えば、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化バナジウム(V)、酸化ニオブ(Nb)、酸化タンタル(Ta)、酸化クロム(Cr)、酸化モリブデン(MoO)、酸化タングステン(WO)を挙げることができる。Examples of the oxide powder of the first metal element include zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), vanadium oxide (V 2 O 5 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), and tantalum oxide (Ta 2). O 5 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), molybdenum oxide (MoO 3 ), and tungsten oxide (WO 3 ) can be mentioned.

TiO粉末と第1金属元素の酸化物粉末と炭素粉末との混合割合は、原子%基準で、チタン:第1金属元素:炭素=0.9〜0.2:0.1〜0.8:0.1〜0.9となるように配合することが好ましい。The mixing ratio of TiO 2 powder, oxide powder of first metal element, and carbon powder is based on atomic%, and titanium: first metal element: carbon = 0.9 to 0.2: 0.1 to 0.8. : It is preferable to mix so as to be 0.1 to 0.9.

得られた主結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、1800℃〜2200℃で60分間熱処理する。これにより、TiM2Cの組成を有する単相化合物が合成される。該単相化合物を湿式粉砕法で所望の粒径まで粉砕し、TiM2Cの組成を有する主結合材粉末を得ることができる。The obtained mixed powder for the main binder is heat-treated at 1800 ° C. to 2200 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere. As a result, a single-phase compound having a composition of TiM2C x N y is synthesized. The single-phase compound can be pulverized to a desired particle size by a wet pulverization method to obtain a main binder powder having a composition of TiM2C x N y.

(粉末熱プラズマ処理を用いる方法)
粉末熱プラズマ処理を用いて主結合材粉末を作製する方法の一例について説明する。
(Method using powder thermal plasma treatment)
An example of a method for producing a main binder powder using powder thermal plasma treatment will be described.

チタン(Ti)粉末、M(第1金属元素)粉末、及び、炭素(C)粉末を混合して結合材用混合粉末を得る。チタン(Ti)粉末とM(第1金属元素)粉末と炭素(C)粉末との混合割合は、重量比で、チタン(Ti)粉末:M(第1金属元素)粉末:炭素(C)粉末=20〜80:10〜80:1〜20とすることができる。 Titanium (Ti) powder, M (first metal element) powder, and carbon (C) powder are mixed to obtain a mixed powder for a binder. The mixing ratio of titanium (Ti) powder, M (first metal element) powder and carbon (C) powder is a weight ratio. Titanium (Ti) powder: M (first metal element) powder: carbon (C) powder. = 20 to 80: 10 to 80: 1 to 20.

得られた結合材用混合粉末を、熱粉末プラズマ装置(JEOL製、TP−40020NPS)にて処理する。例えば、熱粉末プラズマ装置のチャンバ内に主結合材用混合粉末をセットし、出力6kWの条件でNガスを30L/分の流量で導入して処理する。これにより、TiM2Cの組成を有する主結合材粉末を得ることができる。The obtained mixed powder for a binder is treated with a hot powder plasma apparatus (manufactured by JEOL, TP-4002NPS). For example, a mixed powder for a main binder is set in the chamber of a hot powder plasma apparatus, and N 2 gas is introduced at a flow rate of 30 L / min under the condition of an output of 6 kW for processing. Thus, it is possible to obtain a main binder powder having a composition of TiM2C x N y.

cBN粉末と上記の主結合材粉末とを焼結するためには、TiAlN及び/又はTiAlCを副結合材として用いることが好ましい。副結合材を用いることにより、cBN粒子と主結合材との結合が促進される。更に、主結合材粉末と副結合材粉末とを混合して焼結することにより、主結合材粉末に含まれる第1金属元素(M2)の一部と、副結合材粉末とから、TiM1C(x≧0、y≧0、x+y>0であり、M1は上記M2と同一の第1金属元素を示す。Tiの原子数とM1の原子数の合計に対する、M1の原子数の比率は0.01%以上10%未満である。)の組成を有する化合物が生成される。該TiM1Cの組成を有する化合物は、cBN焼結体において第1結合材粒子を構成する。In order to sinter the cBN powder and the above-mentioned main binder powder, it is preferable to use Ti 2 AlN and / or Ti 2 AlC as an auxiliary binder. By using the sub-bonding material, the bonding between the cBN particles and the main bonding material is promoted. Further, by mixing and sintering the main binder powder and the sub-bond material powder, a part of the first metal element (M2) contained in the main binder powder and the sub-bond material powder are separated from TiM1C x. N y (x ≧ 0, y ≧ 0, x + y> 0, and M1 represents the same first metal element as M2. The ratio of the number of M1 atoms to the total number of Ti atoms and M1 atoms. Is more than 0.01% and less than 10%). The compound having a composition of TiM1C x N y constitutes the first binder particles in the cBN sintered body.

以下に、副結合材粉末として、TiAlC粉末を作製する方法の一例について説明する。チタン(Ti)粉末とアルミニウム(Al)粉末とTiC粉末とを、重量比でチタン(Ti)粉末:アルミニウム(Al)粉末:TiC粉末=37:22:41の割合で混合して副結合材用混合粉末を得る。Hereinafter, an example of a method for producing Ti 2 AlC powder as the auxiliary binder powder will be described. Titanium (Ti) powder, aluminum (Al) powder, and TiC powder are mixed in a weight ratio of titanium (Ti) powder: aluminum (Al) powder: TiC powder = 37: 22: 41 for a secondary binder. Obtain a mixed powder.

得られた副結合材用混合粉末を、アルゴン雰囲気下、1500℃で60分間熱処理する。これにより、TiAlCの組成を有する単相化合物が合成される。該単相化合物を湿式粉砕法で所望の粒径まで粉砕し、TiAlCの組成を有する副結合材粉末を得ることができる。The obtained mixed powder for an auxiliary binder is heat-treated at 1500 ° C. for 60 minutes in an argon atmosphere. As a result, a single-phase compound having a composition of Ti 2 AlC is synthesized. The single-phase compound can be pulverized to a desired particle size by a wet pulverization method to obtain an accessory binder powder having a composition of Ti 2 AlC.

<調製工程>
本工程は、cBN粉末と結合材粉末とを混合して、混合粉末を調製する工程である。ここで、結合材粉末は、主結合材粉末と副結合材粉末とを含むことができる。
<Preparation process>
This step is a step of mixing the cBN powder and the binder powder to prepare a mixed powder. Here, the binder powder can include a main binder powder and a sub-bonder powder.

cBN粉末と結合材粉末との混合割合は、混合粉末中のcBN粉末の割合が20体積%以上80体積%以下、かつ、結合材粉末の割合が20体積%以上80体積%以下となるように調整する。結合材粉末として主結合材粉末と副結合材粉末とを用いる場合は、主結合材粉末と副結合材粉末との混合割合は、副結合材が焼結後にTiM1CとAlに分解すると仮定し、重量比でTiM1C:TiM2C=10〜95:90〜5となるように計算して配合する。The mixing ratio of the cBN powder and the binder powder is such that the ratio of the cBN powder in the mixed powder is 20% by volume or more and 80% by volume or less, and the ratio of the binder powder is 20% by volume or more and 80% by volume or less. adjust. When the main binder powder and the sub-bond material powder are used as the binder powder, the mixing ratio of the main binder powder and the sub-bond material powder is such that the sub-bond material decomposes into TiM1C x N y and Al after sintering. Assuming that the weight ratio is TiM1C x N y : TiM2C x N y = 10 to 95: 90 to 5, the mixture is calculated and blended.

なお、混合粉末中のcBN粉末と、結合材粉末との混合割合は、該混合粉末を焼結して得られるcBN焼結体におけるcBN粒子と、結合相との割合と実質的に同一となる。したがって、混合粉末中のcBN粉末と、結合材粉末との混合割合を調節することにより、cBN焼結体中のcBN粒子と結合相との割合を、所望の範囲とすることができる。 The mixing ratio of the cBN powder in the mixed powder and the binder powder is substantially the same as the ratio of the cBN particles in the cBN sintered body obtained by sintering the mixed powder and the bonding phase. .. Therefore, by adjusting the mixing ratio of the cBN powder in the mixed powder and the binder powder, the ratio of the cBN particles and the bonding phase in the cBN sintered body can be set in a desired range.

cBN粉末と、結合材粉末と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、及びジェットミル混合等を用いることができる。各混合方法は、湿式でもよく乾式でもよい。 The method of mixing the cBN powder and the binder powder is not particularly limited, but from the viewpoint of efficient and homogeneous mixing, ball mill mixing, bead mill mixing, planet mill mixing, jet mill mixing and the like can be used. Each mixing method may be wet or dry.

cBN粉末と、結合材粉末とは、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、熱処理により、表面に吸着した水分等の不純物を揮発させ表面を清浄化する。これにより、混合粉末が調製される。 The cBN powder and the binder powder are preferably mixed by wet ball mill mixing using ethanol, acetone or the like as a solvent. After mixing, the solvent is removed by natural drying. Then, by heat treatment, impurities such as moisture adsorbed on the surface are volatilized to clean the surface. As a result, a mixed powder is prepared.

<焼結工程>
本工程は、混合粉末を焼結してcBN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、cBN焼結体が製造される。
<Sintering process>
This step is a step of sintering the mixed powder to obtain a cBN sintered body. In this step, the mixed powder is exposed to high temperature and high pressure conditions and sintered to produce a cBN sintered body.

まず、混合粉末中の水分や不純物除去のため、真空下で高温(例えば900℃以上)熱処理(以下、「脱ガス処理」ともいう。)を行う。脱ガス処理後の混合粉末を、超高圧焼結用のカプセルに充填して、真空下で金属をシール材に用いて、真空シールする。 First, in order to remove water and impurities in the mixed powder, a high temperature (for example, 900 ° C. or higher) heat treatment (hereinafter, also referred to as “degassing treatment”) is performed under vacuum. The mixed powder after the degassing treatment is filled in a capsule for ultra-high pressure sintering, and vacuum-sealed using a metal as a sealing material under vacuum.

次に、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、例えば、5.5〜8GPa及び1200℃以上1800℃未満で、5〜60分が好ましい。特に、コストと焼結性能とのバランスの観点から、6〜7GPa及び1400〜1600℃で、10〜30分が好ましい。これにより、cBN焼結体が製造される。 Next, the vacuum-sealed mixed powder is sintered using an ultra-high temperature and high pressure device. The sintering conditions are, for example, 5.5 to 8 GPa and 1200 ° C. or higher and lower than 1800 ° C., preferably 5 to 60 minutes. In particular, from the viewpoint of the balance between cost and sintering performance, it is preferably 6 to 7 GPa and 1400 to 1600 ° C. for 10 to 30 minutes. As a result, a cBN sintered body is produced.

[第3の実施形態:工具]
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、工具の材料として用いることができる。工具は、基材として上記cBN焼結体を含むことができる。また工具は、基材となるcBN焼結体の表面に被膜を有していてもよい。
[Third Embodiment: Tool]
The cubic boron nitride sintered body of the present disclosure can be used as a material for tools. The tool can include the above cBN sintered body as a base material. Further, the tool may have a coating film on the surface of the cBN sintered body as the base material.

工具の形状及び用途は特に制限されない。例えばドリル、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。 The shape and use of the tool are not particularly limited. For example, drills, end mills, replaceable cutting tips for drills, replaceable cutting tips for end mills, replaceable cutting tips for milling, replaceable cutting tips for turning, metal saws, gear cutting tools, reamers, taps, cranks. Examples include a tip for pin milling of a shaft.

また、本実施形態に係る工具は、工具の全体がcBN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cBN焼結体からなるものも含む。例えば、超硬合金等からなる基体(支持体)の刃先部位のみがcBN焼結体で構成されるようなものも本実施形態に係る工具に含まれる。この場合は、文言上、その刃先部位を工具とみなすものとする。換言すれば、cBN焼結体が工具の一部のみを占める場合であっても、cBN焼結体を工具と呼ぶものとする。 Further, the tool according to the present embodiment is not limited to a tool in which the entire tool is made of a cBN sintered body, and a tool in which only a part of the tool (particularly a cutting edge portion (cutting edge portion) etc.) is made of a cBN sintered body. Also includes. For example, the tool according to the present embodiment also includes a tool in which only the cutting edge portion of a substrate (support) made of cemented carbide or the like is composed of a cBN sintered body. In this case, the cutting edge portion shall be regarded as a tool in terms of wording. In other words, the cBN sintered body is referred to as a tool even when the cBN sintered body occupies only a part of the tool.

本実施形態に係る工具によれば、上記cBN焼結体を含むことから、長寿命化が可能となる。 According to the tool according to the present embodiment, since the cBN sintered body is included, the life can be extended.

本実施の形態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実施の形態が限定されるものではない。 The present embodiment will be described in more detail with reference to Examples. However, these embodiments do not limit the present embodiment.

<試料1>
(準備工程)
cBN粉末(平均粒径:3μm)と主結合材粉末と副結合材粉末とを準備した。主結合材粉末は、高温熱処理を用いる方法で作製した。具体的には、TiO粉末とNb粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、57.19:16.79:26.02の割合で混合し、主結合材用混合粉末を得た。該主結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、2100℃で60分間熱処理して、TiNbCN組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径0.5μmまで粉砕し、TiNbCN粉末を得た。
<Sample 1>
(Preparation process)
A cBN powder (average particle size: 3 μm), a main binder powder, and an auxiliary binder powder were prepared. The main binder powder was prepared by a method using high temperature heat treatment. Specifically, the TiO 2 powder, the Nb 2 O 5 powder, and the carbon (C) powder are mixed in a weight ratio of 57.19: 16.79: 26.02, and the mixed powder for the main binder is mixed. Got The mixed powder for the main binder was heat-treated at 2100 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to synthesize a single-phase compound having a TiNbCN composition. The single-phase compound was pulverized to a particle size of 0.5 μm by a wet pulverization method to obtain a TiNbCN powder.

該TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)とを混合して結合材粉末を準備した。TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合は、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が1重量%となるように調整した。The TiNbCN powder (main binder powder) and Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) were mixed to prepare a binder powder. The mixing ratio of TiNbCN powder (main binder powder) and Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) was adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder was 1% by weight.

(調製工程)
cBN粉末と結合材粉末とを、体積比で、cBN粉末:結合材粉末=65:35の割合で混合し、ボールミルにより均一に混合して混合粉末を得た。
(Preparation process)
The cBN powder and the binder powder were mixed in a volume ratio of cBN powder: binder powder = 65:35, and uniformly mixed by a ball mill to obtain a mixed powder.

(焼結工程)
得られた混合粉末を、WC−6%Coの超硬合金製円盤に接した状態でTa製の容器に充填して真空シールし、ベルト型超高圧高温発生装置を用いて、6.5GPa、1500℃で15分間焼結した。これにより、cBN焼結体が作製された。
(Sintering process)
The obtained mixed powder was filled in a container made of Ta in contact with a cemented carbide disk of WC-6% Co, vacuum-sealed, and 6.5 GPa, using a belt-type ultrahigh-pressure high-temperature generator. Sintered at 1500 ° C. for 15 minutes. As a result, a cBN sintered body was produced.

<試料2>
準備工程において、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が2重量%となるように調整した以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 2>
In the preparatory step, the mixing ratio of TiNbCN powder (main binder powder) and Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) was adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder was 2% by weight. A cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as that of sample 1 except for the above.

<試料3>
準備工程において、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が4重量%となるように調整した以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 3>
In the preparatory step, the mixing ratio of TiNbCN powder (main binder powder) and Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) was adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder was 4% by weight. A cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as that of sample 1 except for the above.

<試料4>
準備工程において、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が7重量%となるように調整した以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 4>
In the preparatory step, the mixing ratio of TiNbCN powder (main binder powder) and Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) was adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder was 7% by weight. A cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as that of sample 1 except for the above.

<試料5>
準備工程において、TiO粉末とNb粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、43.83:31.25:24.92の割合で混合し、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が4重量%となるように調整した以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 5>
In the preparatory step, the TiO 2 powder, the Nb 2 O 5 powder, and the carbon (C) powder are mixed in a weight ratio of 43.83: 31.25: 24.92, and the TiNbCN powder (main binder powder) is mixed. ) And Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) were adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder was 4% by weight, but cBN was produced by the same manufacturing method as sample 1. A sintered body was produced.

<試料6>
準備工程において、TiO粉末とNb粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、28.66:47.67:23.67の割合で混合し、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が4重量%となるように調整した以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 6>
In the preparatory step, the TiO 2 powder, the Nb 2 O 5 powder, and the carbon (C) powder are mixed in a weight ratio of 28.66: 47.67: 23.67, and the TiNbCN powder (main binder powder) is mixed. ) And Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) were adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder was 4% by weight, but cBN was produced by the same manufacturing method as sample 1. A sintered body was produced.

<試料7>
準備工程において、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が4重量%となるように調整し、焼結工程において焼結温度を1750℃とした以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 7>
In the preparatory step, the mixing ratio of TiNbCN powder (main binder powder) and Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) is adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder is 4% by weight. A cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as that of Sample 1 except that the sintering temperature was set to 1750 ° C. in the sintering step.

<試料8>
準備工程において、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が4重量%となるように調整し、焼結工程において焼結温度を1250℃とした以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 8>
In the preparatory step, the mixing ratio of TiNbCN powder (main binder powder) and Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) is adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder is 4% by weight. A cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as that of Sample 1 except that the sintering temperature was set to 1250 ° C. in the sintering step.

<試料9>
準備工程において、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が0.5重量%となるように調整した以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 9>
In the preparatory step, the mixing ratio of TiNbCN powder (main binder powder) and Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) is adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder is 0.5% by weight. A cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as that of Sample 1 except for the adjustment.

<試料10>
準備工程において、TiO粉末とNb粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、7.49:70.58:21:93の割合で混合し、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が4重量%となるように調整した以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 10>
In the preparatory step, the TiO 2 powder, the Nb 2 O 5 powder, and the carbon (C) powder are mixed in a weight ratio of 7.49: 70.58: 21: 93, and the TiNbCN powder (main binder powder) is mixed. ) And Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) were adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder was 4% by weight, but cBN was produced by the same manufacturing method as sample 1. A sintered body was produced.

<試料11>
主結合材粉末として、TiNbCN粉末に代えて、TiZrCN粉末を用いた以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 11>
A cBN sintered body was prepared by the same production method as that of Sample 1 except that TiZrCN powder was used instead of TiNbCN powder as the main binder powder.

TiZrCN粉末は、以下の方法で作製した。TiO粉末とZrO粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、58.35:15.88:25.77の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、2100℃で60分間熱処理して、TiZrCN組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径0.5μmまで粉砕し、TiZrCN粉末を得た。The TiZrCN powder was prepared by the following method. The TiO 2 powder, the ZrO 2 powder, and the carbon (C) powder were mixed in a weight ratio of 58.35: 15.88: 25.77 to obtain a mixed powder for a binder. The mixed powder for a binder was heat-treated at 2100 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to synthesize a single-phase compound having a TiZrCN composition. The single-phase compound was pulverized to a particle size of 0.5 μm by a wet pulverization method to obtain TiZrCN powder.

<試料12>
主結合材粉末として、TiNbCN粉末に代えて、TiMoCN粉末を用いた以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 12>
A cBN sintered body was prepared by the same production method as that of Sample 1 except that TimoCN powder was used instead of TiNbCN powder as the main binder powder.

TiMoCN粉末は、以下の方法で作製した。TiO粉末とMoO粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、55.99:17.80:26.21の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、2100℃で60分間熱処理して、TiMoCN組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径0.5μmまで粉砕し、TiMoCN粉末を得た。The TimoCN powder was prepared by the following method. The TiO 2 powder, the MoO 3 powder, and the carbon (C) powder were mixed in a weight ratio of 55.99: 17.80: 26.21 to obtain a mixed powder for a binder. The mixed powder for a binder was heat-treated at 2100 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to synthesize a single-phase compound having a TimoCN composition. The single-phase compound was pulverized to a particle size of 0.5 μm by a wet pulverization method to obtain a TimoCN powder.

<試料13>
主結合材粉末として、TiNbCN粉末に代えて、TiHfCN粉末を用いた以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 13>
A cBN sintered body was prepared by the same production method as that of Sample 1 except that TiHfCN powder was used instead of TiNbCN powder as the main binder powder.

TiHfCN粉末は、以下の方法で作製した。TiO粉末とHfO粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、52.45:24.38:23.17の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、2100℃で60分間熱処理して、TiHfCN組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径0.5μmまで粉砕し、TiHfCN粉末を得た。The TiHfCN powder was prepared by the following method. The TiO 2 powder, the HfO 2 powder, and the carbon (C) powder were mixed in a weight ratio of 52.45: 24.38: 23.17 to obtain a mixed powder for a binder. The mixed powder for a binder was heat-treated at 2100 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to synthesize a single-phase compound having a TiHfCN composition. The single-phase compound was pulverized to a particle size of 0.5 μm by a wet pulverization method to obtain TiHfCN powder.

<試料14>
主結合材粉末として、TiNbCN粉末に代えて、TiTaCN粉末を用いた以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 14>
A cBN sintered body was prepared by the same production method as that of Sample 1 except that TiTaCN powder was used instead of TiNbCN powder as the main binder powder.

TiTaCN粉末は、以下の方法で作製した。TiO粉末とTa粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、51.467:25.116:23.417の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、2100℃で60分間熱処理して、TiTaCN組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径0.5μmまで粉砕し、TiTaCN粉末を得た。The TiTaCN powder was prepared by the following method. The TiO 2 powder, the Ta 2 O 5 powder, and the carbon (C) powder were mixed in a weight ratio of 51.467: 25.116: 23.417 to obtain a mixed powder for a binder. The mixed powder for a binder was heat-treated at 2100 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to synthesize a single-phase compound having a TiTaCN composition. The single-phase compound was pulverized to a particle size of 0.5 μm by a wet pulverization method to obtain TiTaCN powder.

<試料15>
主結合材粉末として、TiNbCN粉末に代えて、TiWCN粉末を用いた以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 15>
A cBN sintered body was prepared by the same production method as that of Sample 1 except that TiWCN powder was used instead of TiNbCN powder as the main binder powder.

TiWCN粉末は、以下の方法で作製した。TiO粉末とWO粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、51.53:26.39:22.08の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、2100℃で60分間熱処理して、TiWCN組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径0.5μmまで粉砕し、TiWCN粉末を得た。The TiWCN powder was prepared by the following method. The TiO 2 powder, the WO 3 powder, and the carbon (C) powder were mixed in a weight ratio of 51.53: 26.39: 22.08 to obtain a mixed powder for a binder. The mixed powder for a binder was heat-treated at 2100 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to synthesize a single-phase compound having a TiWCN composition. The single-phase compound was pulverized to a particle size of 0.5 μm by a wet pulverization method to obtain a TiWCN powder.

<試料16>
主結合材粉末として、TiNbCN粉末に代えて、TiVCN粉末を用いた以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 16>
A cBN sintered body was prepared by the same production method as that of Sample 1 except that TiVCN powder was used instead of TiNbCN powder as the main binder powder.

TiVCN粉末は、以下の方法で作製した。TiO粉末とV粉末(高純度化学製)と炭素(C)粉末とを、重量比で、63.62:11.65:24.73の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、2100℃で60分間熱処理して、TiVCN組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径0.5μmまで粉砕し、TiVCN粉末を得た。The TiVCN powder was prepared by the following method. TiO 2 powder, V 2 O 5 powder (manufactured by high-purity chemicals), and carbon (C) powder are mixed in a weight ratio of 63.62: 11.65: 24.73, and a mixed powder for a binder is used. Got The mixed powder for a binder was heat-treated at 2100 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to synthesize a single-phase compound having a TiVCN composition. The single-phase compound was pulverized to a particle size of 0.5 μm by a wet pulverization method to obtain a TiVCN powder.

<試料17>
主結合材粉末として、TiNbCN粉末に代えて、TiCrCN粉末を用いた以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 17>
A cBN sintered body was prepared by the same production method as that of Sample 1 except that TiCrCN powder was used instead of TiNbCN powder as the main binder powder.

TiCrCN粉末は、以下の方法で作製した。TiO粉末とCr粉末(高純度化学製)と炭素(C)粉末とを、重量比で、62.64:10.52:26.84の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、2100℃で60分間熱処理して、TiCrCN組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径0.5μmまで粉砕し、TiCrCN粉末を得た。The TiCrCN powder was prepared by the following method. TiO 2 powder, Cr 2 O 3 powder (manufactured by high-purity chemicals) and carbon (C) powder are mixed in a weight ratio of 62.64: 10.52: 26.84, and a mixed powder for a binder is mixed. Got The mixed powder for a binder was heat-treated at 2100 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to synthesize a single-phase compound having a TiCrCN composition. The single-phase compound was pulverized to a particle size of 0.5 μm by a wet pulverization method to obtain TiCrCN powder.

<試料18>
主結合材粉末として、TiNbCN粉末に代えて、TiAlCN粉末を用いた以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 18>
A cBN sintered body was prepared by the same production method as that of Sample 1 except that TiAlCN powder was used instead of TiNbCN powder as the main binder powder.

TiAlCN粉末は、以下の方法で作製した。TiO粉末とAl粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、64.89:7.31:27.80の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、2100℃で60分間熱処理して、TiAlCN組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径0.5μmまで粉砕し、TiAlCN粉末を得た。The TiAlCN powder was prepared by the following method. The TiO 2 powder, the Al 2 O 3 powder, and the carbon (C) powder were mixed in a weight ratio of 64.89: 7.31: 27.80 to obtain a mixed powder for a binder. The mixed powder for a binder was heat-treated at 2100 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to synthesize a single-phase compound having a TiAlCN composition. The single-phase compound was pulverized to a particle size of 0.5 μm by a wet pulverization method to obtain TiAlCN powder.

<試料19>
調整工程において、cBN粉末と結合材粉末とを、体積比で、cBN粉末:結合材粉末=50:50の割合で混合した以外は、試料3と同じ製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 19>
In the preparation step, a cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as in Sample 3 except that the cBN powder and the binder powder were mixed in a volume ratio of cBN powder: binder powder = 50:50.

<試料20>
調整工程において、cBN粉末と結合材粉末とを、体積比で、cBN粉末:結合材粉末=80:20の割合で混合した以外は、試料3と同じ製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 20>
In the preparation step, a cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as that of Sample 3 except that the cBN powder and the binder powder were mixed in a volume ratio of cBN powder: binder powder = 80:20.

<試料21>
調整工程において、cBN粉末と結合材粉末とを、体積比で、cBN粉末:結合材粉末=10:90の割合で混合した以外は、試料3と同じ製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 21>
In the preparation step, a cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as in Sample 3 except that the cBN powder and the binder powder were mixed in a volume ratio of cBN powder: binder powder = 10:90.

<試料22>
調整工程において、cBN粉末と結合材粉末とを、体積比で、cBN粉末:結合材粉末=90:10の割合で混合した以外は、試料3と同じ製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 22>
In the preparation step, a cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as that of Sample 3 except that the cBN powder and the binder powder were mixed in a volume ratio of cBN powder: binder powder = 90:10.

<試料23>
準備工程の結合材粉末の準備において、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)とを混合することに代えて、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とAl粉末(ミナルコ社製「ミナルコ900F」(商品名))とを混合して結合材粉末を準備した以外は、試料3と同じ製法でcBN焼結体を作製した。なお、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とAl粉末との混合割合は、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が4重量%となるように調整した。
<Sample 23>
In the preparation of the binder powder in the preparation step , instead of mixing the TiNbCN powder (main binder powder) and the Ti 2 AlC powder (secondary binder powder), the TiNbCN powder (main binder powder) and the Al powder (main binder powder) A cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as in Sample 3 except that the binder powder was prepared by mixing with "Minalco 900F" (trade name) manufactured by Minarco. The mixing ratio of TiNbCN powder (main binder powder) and Al powder was adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder was 4% by weight.

<試料24>
調整工程において、cBN粉末と結合材粉末とを、体積比で、cBN粉末:結合材粉末=20:80の割合で混合した以外は、試料3と同じ製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 24>
In the preparation step, a cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as in Sample 3 except that the cBN powder and the binder powder were mixed in a volume ratio of cBN powder: binder powder = 20:80.

<試料25>
準備工程において、TiO粉末とNb粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、62.10:11.48:26.42の割合で混合した以外は、試料3と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 25>
Same as sample 3 except that in the preparation step, TiO 2 powder, Nb 2 O 5 powder, and carbon (C) powder were mixed in a weight ratio of 62.10: 11.48: 26.42. A cBN sintered body was produced by the manufacturing method.

<試料26>
準備工程において、TiO粉末とNb粉末と炭素(C)粉末とを、重量比で、10.17:67.68:22.15の割合で混合した以外は、試料3と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 26>
Same as sample 3 except that in the preparation step, TiO 2 powder, Nb 2 O 5 powder, and carbon (C) powder were mixed at a weight ratio of 10.17: 67.68: 22.15. A cBN sintered body was produced by the manufacturing method.

<試料27>
準備工程において、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が13重量%となるように調整した以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 27>
In the preparatory step, the mixing ratio of TiNbCN powder (main binder powder) and Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) was adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder was 13% by weight. A cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as that of sample 1 except for the above.

<試料28>
準備工程において、TiNbCN粉末(主結合材粉末)とTiAlC粉末(副結合材粉末)との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム(Al)の割合が17重量%となるように調整した以外は、試料1と同一の製法でcBN焼結体を作製した。
<Sample 28>
In the preparatory step, the mixing ratio of TiNbCN powder (main binder powder) and Ti 2 AlC powder (secondary binder powder) was adjusted so that the ratio of aluminum (Al) in the binder powder was 17% by weight. A cBN sintered body was prepared by the same manufacturing method as that of sample 1 except for the above.

[評価]
《cBN粒子及び結合相の含有割合》
試料1〜試料28のcBN焼結体について、cBN粒子及び結合相のそれぞれの含有割合(体積%)を走査電子顕微鏡(SEM)付帯のエネルギー分散型X線分析装置(EDX)を用いて測定した。具体的な測定方法は第1の実施形態に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表1〜表3の「cBN粒子(体積%)」、「結合相(体積%)」の欄に示す。
[evaluation]
<< Content ratio of cBN particles and bound phase >>
For the cBN sintered bodies of Samples 1 to 28, the content ratios (volume%) of the cBN particles and the bound phase were measured using an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) attached to a scanning electron microscope (SEM). .. Since the specific measurement method is described in the first embodiment, the description thereof will not be repeated. The results are shown in the columns of "cBN particles (volume%)" and "bonding phase (volume%)" in Tables 1 to 3.

測定の結果、全ての試料において、cBN焼結体中のcBN粒子及び結合相のそれぞれの含有割合は、cBN粉末及び結合相粉末の合計(体積%)(すなわち、混合粉末)におけるcBN粉末及び結合材粉末のそれぞれの含有割合を維持していることが確認された。 As a result of the measurement, in all the samples, the content ratios of the cBN particles and the bound phase in the cBN sintered body are the cBN powder and the bound in the total (volume%) (that is, the mixed powder) of the cBN powder and the bound phase powder. It was confirmed that the content ratio of each of the wood powders was maintained.

《第1結合材粒子及び第2結合材粒子の組成、第1金属元素の比率》
試料1〜試料28のcBN焼結体について、第1結合材粒子及び第2結合材粒子の組成、並びに、第1結合材粒子及び第2結合材粒子のそれぞれにおける構成元素の含有量(原子数基準)をTEM−EDXを用いて測定した。具体的な測定方法は第1の実施形態に記載されているため、その説明は繰り返さない。
<< Composition of 1st binder particle and 2nd binder particle, ratio of 1st metal element >>
For the cBN sintered bodies of Samples 1 to 28, the composition of the first binder particles and the second binder particles, and the content of the constituent elements (number of atoms) in each of the first binder particles and the second binder particles. Reference) was measured using TEM-EDX. Since the specific measurement method is described in the first embodiment, the description thereof will not be repeated.

測定の結果、各試料において、第1結合材粒子及び第2結合材粒子とともに、TiB、AlN及びAlが確認された。各試料における第1結合材粒子及び第2結合材粒子の具体的な結合材組成を、それぞれ、表1〜表3の「第1結合材粒子」の「組成」欄、及び「第2結合材粒子」の「組成」欄に示す。 As a result of the measurement, TiB 2 , AlN and Al 2 O 3 were confirmed in each sample together with the first binder particles and the second binder particles. The specific binder compositions of the first binder particles and the second binder particles in each sample are described in the "Composition" column of "First binder particles" in Tables 1 to 3, respectively, and "Second binder". Shown in the "Composition" column of "Particles".

更に、第1結合材粒子及び第2結合材粒子のそれぞれにおいて、チタンの原子数と第1金属元素の原子数の合計に対する、チタンの原子数の比率及び第1金属元素の原子数の比率を算出した。結果を、表1〜表3の「第1結合材粒子」の「Ti比率(%)」欄、「M1比率(%)」欄、「第2結合材粒子」の「Ti比率(%)」欄、「M2比率(%)」欄に示す。 Further, in each of the first binder particle and the second binder particle, the ratio of the number of titanium atoms and the ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of titanium and the number of atoms of the first metal element are calculated. Calculated. The results are shown in the "Ti ratio (%)" column, "M1 ratio (%)" column of "1st binder particle", and "Ti ratio (%)" of "2nd binder particle" in Tables 1 to 3. It is shown in the column, "M2 ratio (%)" column.

《元素ライン分析》
試料1〜試料28のcBN焼結体について、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第2結合材粒子側に、チタン及び第1金属元素の含有量を元素ライン分析により測定した。具体的な測定方法は第1の実施形態に記載されているため、その説明は繰り返さない。
《Elemental line analysis》
Regarding the cBN sintered body of Samples 1 to 28, titanium and the first metal element in the direction perpendicular to the interface between the first binder particles and the second binder particles, from the interface to the second binder particles side. Content was measured by elemental line analysis. Since the specific measurement method is described in the first embodiment, the description thereof will not be repeated.

元素ライン分析の結果、試料1〜試料22、試料24〜試料28のcBN焼結体は、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から前記第2結合材粒子側に、チタン及び第1金属元素の含有量を測定した場合、界面からの距離が15nm以内の領域において、界面からの距離の増加に伴い、チタンが減少傾向を示し、第1金属元素が増加傾向を示すことが確認された。試料23では、結合相が第2結合材粒子、TiB、AlN及びAlから形成され、第1結合材粒子が存在しないため、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面における組成の分布は測定できなかった。As a result of the element line analysis, the cBN sintered bodies of Samples 1 to 22 and Samples 24 to 28 were found in the direction perpendicular to the interface between the first binder particles and the second binder particles, from the interface to the first. 2 When the contents of titanium and the first metal element were measured on the binder particle side, titanium showed a decreasing tendency as the distance from the interface increased in the region where the distance from the interface was within 15 nm, and the first It was confirmed that the metal element showed an increasing tendency. Sample 23, binder phase second binder particles are formed from TiB 2, AlN and Al 2 O 3, since the first binder particles is not present, the interface between the first coupling material particles and the second binder particles The distribution of the composition in was not measurable.

元素ライン分析の結果から、第1結合材粒子と第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第2結合材粒子側に、チタン及び第1金属元素の含有量を測定し、第1金属元素の含有量の最大値をX1、チタン及び第1金属元素の含有量の合計に対する第1金属元素の含有量の比率が10%の時の第1金属元素の含有量をX2、X1とX2の平均値をX3とした場合、第1金属元素の含有量がX2である位置Aから、第1金属元素の含有量が前記X3である位置Eまでの距離L1を測定した。具体的な測定方法は第1の実施形態に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表1〜表3の「L1(nm)」欄に示す。 From the results of the element line analysis, the contents of titanium and the first metal element were measured in the direction perpendicular to the interface between the first binder particle and the second binder particle, and from the interface to the second binder particle side. Then, the maximum value of the content of the first metal element is X1, and the content of the first metal element when the ratio of the content of the first metal element to the total content of titanium and the first metal element is 10% is set. When the average value of X2, X1 and X2 is X3, the distance L1 from the position A where the content of the first metal element is X2 to the position E where the content of the first metal element is X3 is measured. .. Since the specific measurement method is described in the first embodiment, the description thereof will not be repeated. The results are shown in the "L1 (nm)" column of Tables 1 to 3.

《第1結合材粒子と第2結合材粒子の合計質量に対する、第2結合材粒子の質量の比率》
第1結合材粒子と第2結合材粒子の合計質量に対する、第2結合材粒子の質量の比率をX線回折法により測定した。具体的な測定方法は第1の実施形態に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表1〜表3の「第2結合材粒子の質量比率」欄に示す。
<< Ratio of the mass of the second binder particle to the total mass of the first binder particle and the second binder particle >>
The ratio of the mass of the second binder particles to the total mass of the first binder particles and the second binder particles was measured by the X-ray diffraction method. Since the specific measurement method is described in the first embodiment, the description thereof will not be repeated. The results are shown in the "Mass ratio of second binder particles" column of Tables 1 to 3.

《切削試験》
試料1〜試料28のcBN焼結体を刃先に用いた切削工具(工具型番:DNGA150412、刃先処理S01225)を作製した。これを用いて、下記の切削条件下で切削試験を実施した。
切削速度:180m/min.
送り速度:0.2mm/rev.
切込み:0.17mm
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:焼入鋼(SKD11、硬度58HRC、外周部がV溝の断続切削)
上記の切削条件は、高強度焼入鋼の高能率加工に該当する。
《Cutting test》
A cutting tool (tool model number: DNGA150412, cutting edge treatment S01225) was prepared using the cBN sintered body of Samples 1 to 28 as the cutting edge. Using this, a cutting test was carried out under the following cutting conditions.
Cutting speed: 180 m / min.
Feed rate: 0.2 mm / rev.
Notch: 0.17 mm
Coolant: DRY
Cutting method: Intermittent cutting Lathe: LB400 (manufactured by Okuma Corporation)
Work material: Hardened steel (SKD11, hardness 58HRC, intermittent cutting of V-groove on the outer circumference)
The above cutting conditions correspond to high-efficiency machining of high-strength hardened steel.

切削距離0.1km毎に刃先を観察し、刃先のチッピングの大きさを測定した。刃先のチッピングの大きさは、切削前の刃先稜線の位置を基準とし、主分力方向の欠けの大きさと定義した。刃先のチッピングの大きさが0.1mm以上となる時点の切削距離を測定した。なお、切削距離が長いほど、切削工具の寿命が長いことを意味する。結果を表1〜表3の「距離(km)」欄に示す。 The cutting edge was observed every 0.1 km of cutting distance, and the size of chipping of the cutting edge was measured. The size of chipping of the cutting edge is defined as the size of chipping in the main component force direction based on the position of the cutting edge ridge line before cutting. The cutting distance at the time when the chipping size of the cutting edge became 0.1 mm or more was measured. The longer the cutting distance, the longer the life of the cutting tool. The results are shown in the "Distance (km)" column of Tables 1 to 3.

Figure 0006912685
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Figure 0006912685
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Figure 0006912685
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《考察》
試料1〜試料8、試料11〜試料20、試料24〜試料28のcBN焼結体は実施例に該当する。これらの試料のcBNは、工具の材料として用いた場合に、高強度焼入鋼の高能率加工においても、優れた工具寿命を示すことが確認された。
<< Consideration >>
The cBN sintered bodies of Samples 1 to 8, Samples 11 to 20, and Samples 24 to 28 correspond to Examples. It was confirmed that the cBN of these samples showed excellent tool life even in high-efficiency machining of high-strength hardened steel when used as a tool material.

試料9のcBN焼結体は、第1結合材粒子における第1金属元素の原子数の比率が0.001%であり、比較例に該当する。試料9のcBN焼結体は、工具の材料として用いた場合に、工具寿命が上記の実施例よりも短かった。 The cBN sintered body of Sample 9 has a ratio of the number of atoms of the first metal element in the first binder particles of 0.001%, which corresponds to a comparative example. When the cBN sintered body of Sample 9 was used as a material for a tool, the tool life was shorter than that in the above-mentioned example.

試料10のcBN焼結体は、第2結合材粒子における第1金属元素の原子数の比率が85%であり、比較例に該当する。試料10のcBN焼結体は、工具の材料として用いた場合に、工具寿命が上記の実施例よりも短かった。 The cBN sintered body of Sample 10 has a ratio of the number of atoms of the first metal element in the second binder particles of 85%, which corresponds to a comparative example. When the cBN sintered body of Sample 10 was used as a material for a tool, the tool life was shorter than that in the above-mentioned example.

試料21のcBN焼結体は、cBN粒子の含有割合が10体積%であり、比較例に該当する。試料21のcBN焼結体は、工具の材料として用いた場合に、工具寿命が上記の実施例よりも短かった。 The cBN sintered body of Sample 21 has a content ratio of cBN particles of 10% by volume, which corresponds to a comparative example. When the cBN sintered body of Sample 21 was used as a material for a tool, the tool life was shorter than that in the above-mentioned example.

試料22のcBN焼結体は、cBN粒子の含有割合が90体積%であり、比較例に該当する。試料22のcBN焼結体は、工具の材料として用いた場合に、工具寿命が上記の実施例よりも短かった。 The cBN sintered body of sample 22 has a content ratio of cBN particles of 90% by volume, which corresponds to a comparative example. The cBN sintered body of Sample 22 had a shorter tool life than the above-mentioned example when used as a material for a tool.

試料23のcBN焼結体は、第1結合材粒子を含まず、比較例に該当する。試料23のcBN焼結体は、工具の材料として用いた場合に、工具寿命が上記の実施例よりも短かった。 The cBN sintered body of Sample 23 does not contain the first binder particles and corresponds to a comparative example. The cBN sintered body of Sample 23 had a shorter tool life than the above-mentioned example when used as a material for a tool.

以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。
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および実施例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。
Although the embodiments and examples of the present disclosure have been described as described above, it is planned from the beginning that the configurations of the above-described embodiments and examples may be appropriately combined or variously modified.
The embodiments and examples disclosed this time should be considered as exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the embodiments and examples described above, and is intended to include meaning equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

1 第1結合材粒子、 2 第2結合材粒子 1 1st binder particle, 2 2nd binder particle

Claims (7)

20体積%以上80体積%以下の立方晶窒化硼素粒子と、20体積%以上80体積%以下の結合相と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記結合相は、第1結合材粒子と、第2結合材粒子とを含み、
前記第1結合材粒子及び前記第2結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第5族元素、第6族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の第1金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる1種の化合物を含み、
前記第1結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第1金属元素の原子数の合計に対する、前記第1金属元素の原子数の比率は0.01%以上10%未満であり、
前記第2結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第1金属元素の原子数の合計に対する、前記第1金属元素の原子数の比率は10%以上80%以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
A cubic boron nitride sintered body comprising 20% by volume or more and 80% by volume or less of cubic boron nitride particles and a bonding phase of 20% by volume or more and 80% by volume or less.
The binding phase contains first binder particles and second binder particles.
Each of the first binder particles and the second binder particles is at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium, hafnium, Group 5 elements, Group 6 elements and aluminum in the periodic table. Contains one compound consisting of one metal element and one or both of zirconium and carbon.
In the first binder particles, the ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of the titanium and the number of atoms of the first metal element is 0.01% or more and less than 10%.
In the second binder particles, the ratio of the number of atoms of the first metal element to the total number of atoms of the titanium and the number of atoms of the first metal element is 10% or more and 80% or less. Sintered body.
前記第1結合材粒子と前記第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、前記界面から前記第2結合材粒子側に、前記チタン及び前記第1金属元素の原子数基準の含有量を測定した場合、前記界面からの距離が15nm以内の領域において、前記界面からの距離の増加に伴い、前記チタンの含有量が減少傾向を示し、かつ、前記第1金属元素の含有量が増加傾向を示す、請求項1に記載の立方晶窒化硼素焼結体。 Atomic number reference of the titanium and the first metal element is contained from the interface to the second binder particle side in a direction perpendicular to the interface between the first binder particle and the second binder particle. When the amount was measured, in the region where the distance from the interface was within 15 nm, the titanium content tended to decrease as the distance from the interface increased, and the content of the first metal element increased. The cubic boron nitride sintered body according to claim 1, which shows an increasing tendency. 前記第1結合材粒子と前記第2結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、前記界面から前記第2結合材粒子側に、前記チタン及び前記第1金属元素の原子数基準の含有量をSEM−EDXにより線上に測定し、前記第1金属元素の含有量の最大値をX1、前記チタン及び前記第1金属元素の含有量の合計に対する前記第1金属元素の含有量の比率が10%の時の前記第1金属元素の含有量をX2、前記X1と前記X2の平均値をX3とした場合、
前記第1金属元素の含有量が前記X2である位置Aから、前記第1金属元素の含有量が前記X3である位置Eまでの距離L1が5nm以上である、請求項1又は請求項2に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
Atomic number reference of the titanium and the first metal element is contained from the interface to the second binder particle side in a direction perpendicular to the interface between the first binder particle and the second binder particle. The amount is measured linearly with SEM-EDX, and the maximum value of the content of the first metal element is X1, and the ratio of the content of the first metal element to the total content of the titanium and the first metal element is When the content of the first metal element at 10% is X2, and the average value of the X1 and the X2 is X3,
According to claim 1 or 2, the distance L1 from the position A where the content of the first metal element is X2 to the position E where the content of the first metal element is X3 is 5 nm or more. The described cubic boron nitride sintered body.
前記距離L1が15nm以上である、請求項3に記載の立方晶窒化硼素焼結体。 The cubic boron nitride sintered body according to claim 3, wherein the distance L1 is 15 nm or more. 前記第1金属元素は、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素からなる、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。 The cubic crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the first metal element is composed of at least one metal element selected from the group consisting of zirconium, hafnium, niobium, tantalum, molybdenum and tungsten. Boron nitride sintered body. 前記立方晶窒化硼素粒子の含有率は、35体積%以上75体積%以下である、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。 The cubic boron nitride sintered body according to any one of claims 1 to 5, wherein the content of the cubic boron nitride particles is 35% by volume or more and 75% by volume or less. 前記第1結合材粒子及び前記第2結合材粒子の合計質量に対する、前記第2結合材粒子の質量の比率は5%以上90%以下である、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。 Any one of claims 1 to 6, wherein the ratio of the mass of the second binder particles to the total mass of the first binder particles and the second binder particles is 5% or more and 90% or less. The cubic boron nitride sintered body described in 1.
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