JP6950942B2 - 窒化レニウムを含有する硬質材料、その製造方法およびそれを用いた切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、窒化レニウムを含有する硬質材料、その製造方法およびそれを用いた切削工具に関する。

切削工具等に使用する金属系硬質材料としては炭化タングステンが広く用いられている。炭化タングステンは鉄系材料を切削する際に、結晶中の炭素成分が鉄と反応するため、工具の摩耗の原因となっている。そのため、それに代わる、遷移金属の窒化物を主成分とする硬質材料の開発、その切削工具への適用が切望されている。

このような遷移金属の窒化物として窒化レニウムが知られている（例えば、非特許文献１〜３）。非特許文献１は、窒素量が多く、層状構造（二硫化モリブデン型構造）を有するＲｅＮ_２が高圧下で合成されることを報告している。しかしながら、ＲｅＮ_２は、体積弾性率が炭化タングステンの半分ほどしかなく、構造的に異方性が大きいことから、硬質材料として適さない。非特許文献２および３によれば、金属Ｒｅと流体窒素とを、レーザ加熱により、３０ＧＰａを超える圧力下、２０００Ｋの温度下で処理することにより、Ｒｅ_２ＮとＲｅ_３Ｎとが製造される。これらのＲｅ_２ＮとＲｅ_３Ｎとは、全体の窒素量が少ないため、鉄系材料切削時の耐摩耗効果が十分ではない。

Ｆ．Ｋａｗａｍｕｒａら，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，１００，２５１９１０，２０１２ Ａ．Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈら，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，１０５，０８５５０４，２０１０ Ａ．Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈら，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ ８２，２２４１０６，２０１０

以上から、本発明の課題は、窒化レニウムを主成分とする耐摩耗性に優れた硬質材料、その製造方法およびそれを用いた切削工具を提供することである。

本発明による硬質材料は、少なくともＲｅ（レニウム）とＮ（窒素）とを含有する窒化レニウムを含有し、前記窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶を含有し、前記ＲｅＮで示される結晶は、炭化タングステン型構造を有し、これにより上記課題を解決する。
前記ＲｅＮで示される結晶は、六方晶系の結晶であり、空間群Ｐ６−ｍ２（ここで、“−”は、６のオーバーラインを示す）の対称性を有し、格子定数ａおよびｃは、それぞれ、
ａ＝０．２７９８±０．０５（ｎｍ）
ｃ＝０．２７１５±０．０５（ｎｍ）
の範囲を満たしてもよい。
前記窒化レニウムは、前記ＲｅＮで示される結晶を７０重量％以上含有してもよい。
前記窒化レニウムは、ＲｅＮ_ｘ（ｘは、１＜ｘ≦２を満たす）で示される窒化レニウムをさらに含有してもよい。
前記ＲｅＮ_ｘは、０重量％より多く５重量％未満の範囲で含有されてもよい。
前記窒化レニウムは、前記Ｒｅに対する前記Ｎのモル比が０．８以上１．２以下の範囲を満たしてもよい。
前記窒化レニウムは、前記Ｒｅに対する前記Ｎのモル比が０．９５以上１．０５以下の範囲を満たしてもよい。
ＴｉＮ、ＢＮ、ＷＣ、ＷＮ、ＴａＣ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｒからなる群から選択される材料をさらに含有してもよい。
本発明による硬質材料を製造する方法は、少なくとも二硫化モリブデン型を有する窒化レニウムを、２２００Ｋより高く３２００Ｋ以下の温度範囲で、２５．５ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の圧力範囲で処理する工程を包含し、これにより上記課題を解決する。

前記処理する工程において、前記圧力範囲は、３０ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下の範囲であってもよい。 前記処理する工程において、前記圧力範囲は、３７ＧＰａより大きく４５ＧＰａ以下の範囲であってもよい。
前記処理する工程は、ダイヤモンドアンビル装置またはマルチアンビル装置を用いた高温高圧処理法または衝撃圧縮法によって行われてもよい。
前記二硫化モリブデン型を有する窒化レニウムは、１００ｎｍ以上５００μｍ以下の粒径を有する粉末であってもよい。
前記処理する工程によって得られた反応物を粒度調整し、焼結する工程をさらに包含してもよい。
前記粒度調整し、焼結する工程は、前記反応物を１０ｎｍ以上１０μｍ以下の粒径を有する粉末状にしてもよい。
前記粒度調整し、焼結する工程は、前記反応物を１５００Ｋ以上３０００Ｋ以下の温度範囲で焼結してもよい。
本発明による硬質材料を用いた切削工具は、前記硬質材料は、上述の硬質材料であり、これにより上記課題を解決する。

本発明の硬質材料は、炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とするため、大きな体積弾性率を有し、硬度に優れる。また、窒素含有量が多いため、耐摩耗性が向上し得る。このような硬質材料は切削工具に適用でき、とりわけ鉄系材料の切削に好ましい。本発明の硬質材料の製造方法は、出発原料に二硫化モリブデン構造を有する窒化レニウムを用い、上述の所定条件で高温高圧処理するだけで、脱窒を生じさせ、炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを製造できる。

本発明の硬質材料を構成するＲｅＮ結晶の結晶構造を示す図 本発明の硬質材料を製造するプロセスを説明する図 ダイヤモンドアンビルセルを備えたダイヤモンドアンビル装置の全体を示す模式図 図３のダイヤモンドアンビル装置の細部を示す模式図 Ｘ線構造解析および体積弾性率の測定のための測定系を示す図 実施例２の試料によるＸ線回折パターンを示す図 実施例２の試料による体積比の圧力依存性を示す図

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。

本発明の硬質材料について説明する。
本願発明者らは、少なくとも、Ｒｅ（レニウム）とＮ（窒素）とを含有する窒化レニウムに着目し、詳細に研究を行った結果、窒化レニウムの中でも、炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶が硬質材料として機能することを見出した。

炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶は、本願発明者らが新たに合成し、結晶構造解析により新規結晶であると確認した、本発明より以前において報告されていない結晶である。

図１は、本発明の硬質材料を構成するＲｅＮ結晶の結晶構造を示す図である。

本発明者らが合成したＲｅＮ結晶について行った単結晶構造解析によれば、ＲｅＮ結晶は、六方晶系に属し、Ｐ６−ｍ２（ここで“−”は６のオーバーラインを表す）空間群（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔａｌｂｅｓ ｆｏｒ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙの１８７番の空間群）に属し、表１に示す結晶パラメータおよび原子座標位置を占める。本願明細書において、炭化タングステン型構造とは、炭化タングステン（ＷＣ）と同じく、六方晶系に属し、Ｐ６−ｍ２空間群に属すことを意図する。

表１において、格子定数ａ、ｂおよびｃは単位格子の軸の長さを示し、α、β、γは単位格子の軸間の角度を示す。原子座標は、単位格子中の各原子の位置を示す。図１は、表１に示す結晶構造パラメータを使った解析から得られる結晶構造である。なお、格子定数ａとｂとはａ＝ｂの関係にある。

ＲｅＮで示される結晶は、構成成分であるＲｅとＮとの比率が変わったり、他の元素で置き換わったりすることによって格子定数が変化するが、結晶構造と、原子が占めるサイトおよびその座標によって与えられる原子位置とは、骨格原子間の化学結合が切れるほどには大きく変わることはない。本発明では、対象となる物質のＸ線回折や中性子回折の結果をＰ６−ｍ２の空間群でリートベルト解析して求めた格子定数と原子座標とから計算されたＲｅ−Ｎの化学結合の長さが、表１に示すＲｅＮ結晶の格子定数と原子座標とから計算されたそれと比べて±５％以内の場合は同一の結晶構造と判定できる。化学結合の長さが±５％を超えると、化学結合が切れて別の結晶となり得る。別の簡易的な判定方法として、ＲｅＮ結晶のＸ線回折の主要ピーク（例えば、回折強度の強い１０本程度）と、対象となる物質のそれとを比較してもよい。

このような観点から、本発明の硬質材料において、ＲｅＮで示される結晶は、ＲｅＮそれ自身、ＲｅとＮとのモル比が１からずれているもの（すなわち、ＲｅリッチまたはＮリッチ）、または、ＲｅおよびＮの一部が他の元素（例えば、Ｃ、Ｏ、Ｂ等）で置き換わったものも含むものとする。

本発明の硬質材料において、ＲｅＮで示される結晶は、表１に示すように、六方晶系の結晶であり、空間群Ｐ６−ｍ２の対称性を有するが、格子定数ａおよびｃは、好ましくは、それぞれ、
ａ＝０．２７９８±０．０５（ｎｍ）
ｃ＝０．２７１５±０．０５（ｎｍ）
の範囲を満たす。この範囲内であれば、結晶が安定であるため、硬度および耐摩耗性に優れる硬質材料となる。ここでも、格子定数ａ＝ｂの関係を満たす。

本発明の硬質材料は、窒化レニウムを主成分とするが、窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶を７０重量％以上含有することが好ましい。これにより、ＲｅＮで示される結晶による硬度および耐摩耗性に優れる硬質材料となる。より好ましくは、窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶を９０重量％以上含有する。さらに、好ましくは、窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶を９５重量％以上含有する。

本発明の硬質材料において、窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶から極力構成されることが望ましいが、ＲｅＮで示される結晶以外に、ＲｅＮ_ｘ（ｘは、１＜ｘ≦２）で示される窒化レニウムを含有してもよい。ｘが２である場合、ＲｅＮ_ｘは、製造時の原料に用い、一部未反応で残った二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）型構造を有する窒化レニウム（ＲｅＮ_２）である。ｘが１＜ｘ＜２である場合、ＲｅＮ_ｘは、ＲｅＮ_２からの脱窒が不十分な窒化レニウムである。これらのＲｅＮ_ｘの含有量は、好ましくは、０重量％より多く５重量％未満の範囲である。この範囲であれば、硬度および耐摩耗性を有する硬質材料を提供できる。

本発明の硬質材料において、窒化レニウムは、好ましくは、Ｒｅに対するＮのモル比が０．８以上１．２以下の範囲を満たす。これにより、ＲｅＮで示される結晶による硬度および耐摩耗性に優れる硬質材料となる。より好ましくは、Ｒｅに対するＮのモル比が０．９５以上１．０５以下の範囲を満たす。これにより、ＲｅＮで示される結晶の含有量が増大するため、より硬度および耐摩耗性に優れる硬質材料となる。

なお、本明細書において、窒化レニウムの主成分とする量は、９０重量％以上である。９０重量％を下回ると、窒化レニウム以外の成分の効果が大きくなり、十分な硬度および耐摩耗性が得られない場合がある。ここで、本発明の硬質材料は、窒化レニウム以外の成分として、ＴｉＮ、ＢＮ、ＷＣ、ＷＮ、ＴａＣ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｒからなる群から選択される材料を含有してもよい。これらの材料は焼結助剤として機能し得るので、硬度および耐摩耗性を有する硬質材料を提供できる。

本発明の硬質材料は、ＲｅＮで示される結晶の結晶構造に基づき硬度に優れ、また窒素含有量も多いため、耐摩耗性を有する。このような本発明の硬質材料は、３００ＧＰａ以上４００ＧＰａ以下の範囲の体積弾性率を有し、既存の硬質材料である立方晶窒化ホウ素（３８１ＧＰａ）、炭化タングステン（３２９〜３８４ＧＰａ）、ダイヤモンド（４４２ＧＰａ）の体積弾性率に匹敵し得る。このことからも本発明の硬質材料は、切削工具に適用できる。

次に、本発明の硬質材料を製造する例示的な方法を説明する。
図２は、本発明の硬質材料を製造するプロセスを説明する図である。

本発明の製造方法では、出発原料に二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）型窒化レニウム（以降では、ＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２と称する）を用いる。ＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２は、例えば非特許文献１の方法によって製造される。本願発明者らは、ＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２が、２２００Ｋより高く３２００Ｋ以下の温度範囲で、２５．５ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の圧力範囲で高温高圧処理（以降では単に処理と称する）することにより、脱窒（例示的には図２における点線部分で示す窒素の脱離）が生じ、上述したＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とする硬質材料を製造できることを見出した。２２００Ｋ以下の温度範囲、ならびに、２５．５ＧＰａ未満の圧力範囲では、ＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２からの脱窒が生じない。３２００Ｋより高い温度範囲、ならびに、１００ＧＰより高い圧力範囲は、ＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２からの脱窒は生じるが、より特殊な装置が必要となり、製造コストが高くなるため、好ましくない。なお、高温高圧処理の時間は、原料の量や用いる装置によって異なることに留意されたい。

より好ましくは、上記処理工程は、３０ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下の圧力範囲で行われる。これにより、確実に、ＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２から脱窒が生じ、上述のＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とする硬質材料が製造される。さらに好ましくは、上記処理工程は、３７ＧＰａ以上４５ＧＰａ以下の圧力範囲で行われる。これにより、ＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２から脱窒が生じ、第二相の生成が抑制された、上述のＲｅＮで示される結晶からなる窒化レニウムを主成分とする硬質材料が製造される。

上述の処理工程は、例えば、ダイヤモンドアンビル装置またはマルチアンビル装置を用いた高温高圧処理法または衝撃圧縮法によって行われる。これらの方法は、上述の温度範囲および圧力範囲を達成できる。なお、上述の高温および高圧条件を達成できれば、装置に制限はない。

出発原料に用いるＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２は、好ましくは、１００ｎｍ以上５００μｍ以下の粒径を有する粉末である。この範囲の粒径であれば、脱窒の進行を促進する。より好ましくは、ＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２は、好ましくは、２００ｎｍ以上２００μｍ以下の粒径を有する粉末である。なお、本願明細書において、粒径は、マイクロトラックやレーザ散乱法によって測定される体積基準のメディアン径（ｄ５０）とする。

なお、ＲｅＮで示される結晶が、ＲｅおよびＮの一部が他の元素で置き換わったものを意図する場合には、出発原料ＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２に加えて、他の元素の窒化物等を用いればよい。

上述の処理工程によって本発明の硬質材料が得られるが、さらに、得られた反応物を粒度調整し、焼結する工程を行ってもよい。例えば、上述の処理工程によって得られた反応物を原料として、より大きな焼結体を製造し、切削工具に加工する場合に好ましい。

粒度調整し、焼結する工程において、好ましくは、反応物が、１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲を満たす粉末となるまで、粒度調整を行う。これにより、緻密な焼結体である硬質材料を製造できる。より好ましくは、反応物が、５０ｎｍ以上５μｍ以下の範囲を満たす粉末となるまで、粒度調整を行う。これにより、緻密で粒成長が抑制された焼結体である硬質材料を製造できる。なお、粒度調整は、湿式または乾式によるボールミル、ジェットミル等を使用し、篩い分け等の分級を行ってもよい。

粒度調整し、焼結する工程において、好ましくは、粒度調整した粉末状の反応物を、１５００Ｋ以上３０００Ｋ以下の温度範囲で焼結する。この温度範囲であれば、焼結が進行する。より好ましくは、反応物を１８００Ｋ以上２５００Ｋ以下の温度範囲で焼結する。この温度範囲であれば、粒成長を抑制したまま、緻密な焼結体である硬質材料を製造できる。なお、焼結時間は、成形体の大きさにもよるが、例示的には、１時間以上２４時間以下の範囲である。焼結に際して、成型後通常の雰囲気炉にて焼結してもよいが、ホットプレスや熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）などを用いて加圧下にて焼結してもよい。焼結は、好ましくは、窒素雰囲気中など還元雰囲気で行われる。

粒度調整し、焼結する工程において、粒度調整した粉末状の反応物に加えてＴｉＮ、ＢＮ、ＷＣ、ＷＮ、ＴａＣ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｒからなる群から選択される材料を添加してもよい。これらは焼結助剤として機能し、より緻密な焼結体である硬質材料を提供できる。添加する量は、１０重量％未満が好ましい。

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。

［実施例１］
実施例１では、出発原料としてＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２に、３２．２ＧＰａの圧力下、２２５０Ｋ〜２７５０Ｋの温度範囲で、図３および図４に示すダイヤモンドアンビル装置を用いたレーザ加熱による高温高圧処理法を実施した。まず、出発原料であるＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２を、非特許文献１にしたがって合成した。合成の手順を説明する。

ＲｅＣｌ_５（シグマアルドリッチ製）とＬｉ_３Ｎ（シグマアルドリッチ製）とをそれぞれ４００ｗｔ％のＮａＣｌ（和光純薬工業株式会社製）粉末で薄めた。希釈後のＲｅＣｌ_５およびＬｉ_３Ｎを、重量比で１：１となるように混合した。なお、混合は、窒素ガスを充填したグローブボックス（Ｈ_２ＯおよびＯ_２の濃度は１ｐｐｍ以下に制御された）内で行った。混合後のＲｅＣｌ_５、Ｌｉ_３ＮおよびＮａＣｌのモル比（ＲｅＣｌ_５：Ｌｉ_３Ｎ：ＮａＣｌ）は、１：１０：５０であった。

ＲｅＣｌ_５、Ｌｉ_３ＮおよびＮａＣｌの混合物をプラチナカプセルに充填し、高圧セルにセットした。充填量は、約２００ｍｇであった。ベルト型高圧装置を用いて、高圧セルに７．７ＧＰａの圧力を印加し、１８７３Ｋに加熱した。加熱時間は、３０分から１０時間であった。高温高圧後、７０℃の温水で生成物を洗浄し、ＬｉＣｌおよびＮａＣｌを溶解させた。乾燥後の生成物が、ＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２であり、不純物および第二相を含有しないことをＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）および粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）から確認した。

図３は、ダイヤモンドアンビルセルを備えたダイヤモンドアンビル装置の全体を示す模式図である。
図４は、図３のダイヤモンドアンビル装置の細部を示す模式図である。

ダイヤモンドアンビル装置は既存のものを使用でき、図３に示すように、底面が平らになるよう研磨されたダイヤモンドが、底面を対向した状態で設置されており、この底面に圧力が印加される。図４に示すように、出発原料であるＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２を、圧力伝達物質であるＮａＣｌで固め、ガスケットとダイヤモンドとで保持した。充填したＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２は、粒径約１００μｍを有し、約０．３〜０．８μｇであった。

次いで、表２に示すように、ダイヤモンドアンビル装置に３２．２ＧＰａの圧力を印加し、１００ＷのファイバーレーザからレーザビームをＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２に照射した。なお、レーザビームは、１０μｍφに集光されており、ＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２全体をスキャンした。このときのＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２の温度は、色温度から判断して、２２５０Ｋ〜２７５０Ｋの範囲内であった。レーザの照射時間は、温度が一定になってから数分であった。また、加熱後の圧力は、３２．１ＧＰａであり、実質的に変化はないことを確認した。

反応後の試料について、図５に示す測定系によりＸ線構造解析を行った。結果を表３に示す。なお、実施例１では、反応後のダイヤモンドアンビルセルを減圧することなくそのまま測定系のセルに使用した。

図５は、Ｘ線構造解析および体積弾性率の測定のための測定系を示す図である。

放射光からのＸ線をシリコンで単色化し（λ＝０．０４１４７６ｎｍ、もしくは０.０３３２４２ｎｍ、もしくは０．０７４９９６ｎｍ）、種々の圧力における試料のＸ線回折パターンを得た。Ｘ線回折パターンからＸ線構造解析を行い、格子定数を求めた。この際、圧力標準物質としてＮａＣｌを採用した。

［実施例２］
実施例２では、表２に示すように、圧力が異なる以外は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。実施例１と同様に、実施例２で得られた試料について、Ｘ線構造解析を行い、格子定数を求めた。結果を図６および表３に示す。実施例２では、反応後、ダイヤモンドアンビルセルを１気圧に減圧し、セルから試料を取り出し、再度ダイヤモンドアンビルセルに充填した。その際、アルコール媒体（メタノール：エタノール：水＝１６：３：１）とともに試料を封入した。また、圧力標準物質としてＡｕを採用した。そこでさらに、圧力を変えながら、Ｘ線構造解析を行い、体積弾性率を求めた。結果を図７に示す。

［比較例３］
比較例３では、表２に示すように、圧力および加熱温度が異なる以外は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。実施例１と同様に、比較例３で得られた試料について、Ｘ線構造解析を行い、格子定数を求めた。結果を表３に示す。

［実施例４］
実施例４では、表２に示すように、圧力および加熱温度が異なる以外は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。実施例４では、反応後、ダイヤモンドアンビルセルを１気圧に減圧し、セルから試料を取り出し、Ｘ線構造解析を行い、格子定数を求めた。結果を表３に示す。

［実施例５］
実施例５では、表２に示すように、圧力および加熱温度が異なる以外は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。実施例４と同様に、実施例５で得られた試料について、Ｘ線構造解析を行い、格子定数を求めた。結果を表３に示す。

［実施例６］
実施例６では、表２に示すように、圧力および加熱温度が異なる以外は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。実施例４と同様に、実施例６で得られた試料について、Ｘ線構造解析を行い、格子定数を求めた。結果を表３に示す。

以上の実施例／比較例１〜６の試料の合成条件を簡単のために表２に示し、結果を説明する。

図６は、実施例２の試料によるＸ線回折パターンを示す図である。

図６によれば、回折ピークは、六方晶系の空間群Ｐ６−ｍ２の対称性を有するＷＣ型ＲｅＮおよびＮａＣｌに指数付けできた。それ以外の第二相を示すピークは見られなかった。ここで、ＮａＣｌのピークは、ダイヤモンドアンビルセルで用いた圧力伝達物質（ＮａＣｌ）に基づく。リートベルト解析プログラム（ＧＳＡＳ）によれば、ａ＝ｂ＝２．７９８（１）Åおよびｂ＝２．７１５（１）Åであった。図示しないが、実施例１、２、４〜６の試料のＸＲＤパターンは、ごくわずかな未知のピークを有すものの、図６と同様のＸＲＤパターンを主として有した。未知のピークは、出発原料に用いたＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２から窒素の一部が脱離したＲｅＮ_ｘ（１＜ｘ≦２）と考えられる。一方、比較例３の試料のＸＲＤパターン（図示せず）は、出発原料に用いたＭｏＳ_２型ＲｅＮ_２のそれに一致した。これらの結果から得られた生成物の主相を表３にまとめる。

実施例１、４〜６の試料は、いずれも、第二相を含有するものの、炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とする材料であった。実施例２の試料は、第二相を含有しない、炭化タングステン型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムからなる材料であり、Ｒｅに対するＮのモル比は、０．９５以上１．０５以下を満たすと推定される。

以上から、本発明の製造方法を実施すれば、ＷＣ型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とする材料が得られることが示された。特に、圧力範囲を３７ＧＰａより大きく４５ＧＰａ以下に制御するだけで、ＷＣ型構造を有するＲｅＮで示される結晶を極めて高純度で含有する窒化レニウムを主成分とする材料が得られることが示された。

図７は、実施例２の試料による体積比の圧力依存性を示す図である。

図７によれば、実施例２の試料の体積弾性率は３２３±３ＧＰａと算出された。図示しないが、実施例１、４〜６の試料の体積弾性率も、３００ＧＰａ以上４００ＧＰａ以下の範囲の範囲を有することを確認した。これらの値は、既存の硬質材料である立方晶窒化ホウ素（３８１ＧＰａ）、炭化タングステン（３２９〜３８４ＧＰａ）、ダイヤモンド（４４２ＧＰａ）の体積弾性率に匹敵し得る。

以上から、本発明の製造方法によって得られた材料は、ＷＣ型構造を有するＲｅＮで示される結晶を含有する窒化レニウムを主成分とする硬質材料であることが示された。

本発明の硬質材料は、硬度および耐摩耗性に優れるため、切削工具に適用できる。特に、本発明の硬質材料を適用した切削工具は、鉄系材料を切削しても反応することはないので、鉄系材料の加工用の切削工具に好ましい。

Claims (17)

1. 少なくともＲｅ（レニウム）とＮ（窒素）とを含有する窒化レニウムを含有する硬質材料であって、
   前記窒化レニウムは、ＲｅＮで示される結晶を含有し、
   前記ＲｅＮで示される結晶は、炭化タングステン型構造を有する、硬質材料。
2. 前記ＲｅＮで示される結晶は、六方晶系の結晶であり、空間群Ｐ６−ｍ２（ここで、“−”は、６のオーバーラインを示す）の対称性を有し、格子定数ａおよびｃは、それぞれ、
   ａ＝０．２７９８±０．０５（ｎｍ）
   ｃ＝０．２７１５±０．０５（ｎｍ）
   の範囲を満たす、請求項１に記載の硬質材料。
3. 前記窒化レニウムは、前記ＲｅＮで示される結晶を７０重量％以上含有する、請求項１または２に記載の硬質材料。
4. 前記窒化レニウムは、ＲｅＮ_ｘ（ｘは、１＜ｘ≦２を満たす）で示される窒化レニウムをさらに含有する、請求項１〜３のいずれかに記載の硬質材料。
5. 前記ＲｅＮ_ｘは、０重量％より多く５重量％未満の範囲で含有される、請求項４に記載の硬質材料。
6. 前記窒化レニウムは、前記Ｒｅに対する前記Ｎのモル比が０．８以上１．２以下の範囲を満たす、請求項１〜５のいずれかに記載の硬質材料。
7. 前記窒化レニウムは、前記Ｒｅに対する前記Ｎのモル比が０．９５以上１．０５以下の範囲を満たす、請求項６に記載の硬質材料。
8. ＴｉＮ、ＢＮ、ＷＣ、ＷＮ、ＴａＣ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｒからなる群から選択される材料をさらに含有する、請求項１〜７のいずれかに記載の硬質材料。
9. 少なくとも二硫化モリブデン型を有する窒化レニウムを、２２００Ｋより高く３２００Ｋ以下の温度範囲で、２５．５ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の圧力範囲で処理する工程を包含する、請求項１〜８のいずれかに記載の硬質材料を製造する方法。
   
10. 前記処理する工程において、前記圧力範囲は、３０ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下の範囲である、請求項９に記載の方法。
11. 前記処理する工程において、前記圧力範囲は、３７ＧＰａより大きく４５ＧＰａ以下の範囲である、請求項１０に記載の方法。
12. 前記処理する工程は、ダイヤモンドアンビル装置またはマルチアンビル装置を用いた高温高圧処理法または衝撃圧縮法によって行われる、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記二硫化モリブデン型を有する窒化レニウムは、１００ｎｍ以上５００μｍ以下の粒径を有する粉末である、請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記処理する工程によって得られた反応物を粒度調整し、焼結する工程をさらに包含する、請求項９〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記粒度調整し、焼結する工程は、前記反応物を１０ｎｍ以上１０μｍ以下の粒径を有する粉末状にする、請求項１４に記載の方法。
16. 前記粒度調整し、焼結する工程は、前記反応物を１５００Ｋ以上３０００Ｋ以下の温度範囲で焼結する、請求項１４または１５に記載の方法。
17. 硬質材料を用いた切削工具であって、
    前記硬質材料は、請求項１〜８のいずれかに記載の硬質材料である、切削工具。

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