JPH0292868A - 高強度立方晶窒化ホウ素含有焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ドリル、フライス工具又は旋削工具などに代
表される切削工具用材料、もしくはスリッター、ダイス
などに代表される耐摩耗工具用Ｎ料として適する高強度
立方晶窒化ホウ素基焼結体に関するものである。

（従来の技術） 立方晶窒化ホウ素と結合相とでなる立方晶窒化ホウ素基
焼結体を結合相成分で大別すると、第１に結合相が金属
又は合金からなる、所謂金属系結合相と、第２に結合相
がセラミックスと金属又は合金とからなる。所謂サーメ
ット系結合相と。

第３に結合相がセラミックスのみからなる。虜謂セラミ
ックス系結合相とに別けることができる。

この内、第３のセラミックス系結合相からなるη方晶窒
化ホウ素基焼結体は、他の焼結体に比べて化学的安定性
が高いことから耐溶着性及び耐摩耗性にすぐれるものの
、耐熱衝撃性及び耐欠損性に劣るという問題がある。

このような問題点を解決するための立方晶窄化ホウ素基
焼結体が多数提案され、その代表的なものに特開昭５５
−　６２８６２号公報及び特開昭５６−１１２４３１１
号公報がある。

（発明が解決しようとする問題点） 特開昭５５−　６２８６２号公報は、立方晶窒化ホウ素
２２〜８９．９ｖｏ１２％、　’ｒｉ、　Ｚｒ、　Ｔａ
及びｌｌｆの炭化物。

窒化物のうちの１種又は２挿具−Ｌからなる高融点高硬
度を有する炭・窒化物ＩＯ〜６０ｖｏｊ！％、酸化アル
ミニウム及び酸化ジルコニウムのうちの１種又は２種か
らなる酸化物及び不可避不純物０．１〜１８ν０氾％か
らなる焼結材料が示されている。この特開昭５５−　６
２８６２号公報の発明は、従来の立方晶窒化ホウ石基焼
結体の靭性不足又は熱発生の高い条件で使用した場合の
耐摩耗性の劣化を立方晶窒化ホウ素と同じ結晶Ｈ４造を
（Ｔする炭・窒化物と酸化物の組合わせでもって解決し
ようとしたものであるけれども、酸化物自体が脆弱であ
るために耐熱衝撃性を必°皮とする、例えばフライスに
よる切削ｒ−１−１用材料として使用すると切刃の欠損
又はチッピングにより［貝寿命が短くなるという問題が
ある。

特開昭５６−１１２４３８号公報は、・［均−次粒径が
２０μ以下の立方晶系窒化硼素粉末を１０〜８０ｗｔ％
含有し、その残部が炭化チタン、炭化ハフニウム、炭化
ジルコニウム、窒化チタン、窒化ハフニウム。

窒化ジルコニウムの内１種のり１体粉末、又は２挿具ト
の混合粉末及び相互化合物粉末と、酸化アルミニウム、
酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム［４１化イツトリ
ウムなの内１種の単体粉末、又は２挿具りの混合粉末を
８９〜５ｗｔ％と、１〜１５ｗｔ％のアルミニウム粉末
を添加して焼結してなる立方畠窒化ホウ素基焼結体が示
されている。この特開昭５６−１１２４３８号公報の発
明は、結合相中の酸化物により耐化学反応性を高めると
共に、Ｓ２化物による熱伝導性の劣下を結合相中の炭化
物及び／又は窒化物により防Ｉヒシ、さらにミクロな空
隙内にアルミニウムを入り込ませて、立方晶窒化ホウ素
の逆変換を防＋ｈ　Ｌでいるものであるけれども、アル
ミニウムがＣｔ在すると軟化しやすく５又アルミニウム
が非常に少ない場合には−Ｆ述の特開昭５５６７、８６
２号公報の発明と同様に酸化物自体の脆弱性のために耐
欠損性及び耐ヂリビング性が劣下するという問題がある
。

本発明は、）１述のような問題点を解決したもので、１
４体的には、安定化削を含イｉした酸化ジルコニウム及
び／又は酸化ハフニウムと他のセラミックスとで組合わ
せた結合相からなる耐酸化性、耐溶着性、耐摩耗性、耐
欠損性及び耐熱１ｇ１撃性にすぐれた高強度立方晶窒化
ホウ素基焼結体の提供を［１的とするものである。

（問題点を解決するための１段） 本発明者らは、セラミックス系結合相からなる立方晶窒
化ホウ石基焼結体において、結合相の化？的安定性に起
因すると思われる耐摩耗性、耐酸化性、耐溶着性を劣下
させることなしに耐欠損性及び耐熱衝撃性を向上させる
ことについて検討していた所、η方晶窒化ホウ素に安定
化削の含イ了してなる酸化ジルコニウム及び／又は酸化
ハフニウムを一定埴含有してなるセラミックス系結合相
を混在させて緻密に焼結した焼結体は、従来のセラミッ
クス系結合相の化学的安定性を保持し、しかも耐欠損性
及び耐熱衝撃性が著しく向トするという知見を得たもの
である。この知見に基づいて１本発明を完成するに至っ
たものである。

すなわち１本発明の高強度立方晶窒化ホウ素基焼結体は
、在方、−１１窒化ホウ素及び／又はウルツ鉱型窒化ホ
ウ素１０〜８０ｗｔ％と、Ｍｇ、　Ｃａ及び希」二類金
属の酸化物の中の少なくとも１種を１〜５ａ＋ｏＡ％含
有してなる酸化ジルコニウム及び／又は酸化ハフニウム
の第１結合相５〜８９．５ｗｔ％と、周期律表４ａ、　
５ａ、　６ａ族金属の炭化物、窒化物、ホウ化物。

Ａｊ）、、Ｓｉの炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物及
びこれらの相互固溶体の中の少なくともｌ柿の第２結合
相０，５〜７５盲１％と、不可避不純物とからなること
を特徴とするものである。

本発明の高強度立方晶窒化ホウ素基焼結体における立方
晶窒化ホウ素は、従来のｑ方畠窒化ホウ素基焼結体に用
いられている粒径と同等のものを用いることができ、例
えば平均粒径１０μｍ以下のもの、特に弔均粒径３μｍ
以下の場合は緻密な焼粘体が得られやすいので好ましい
ことである。立方晶窒化ホウ素及び／又はウルツ鉱型窒
化ホウ素が１０冑【％未満になると、窒化ホウ素の有す
る高熱伝導性の効果を発揮することができず、その結果
切削−［具として使用すると切刃が欠損又はチッピング
しやすくなる。逆に、立方晶窒化ホウ素及び／又はウル
ツ鉱型窒化ホウ素がａＯｗｔ％を超えると焼結し難く、
シかも耐摩耗性も低下する。

本発明の高強度立方晶窒化ホウ素話焼結体における第１
結合相は、Ｍｇ、　Ｃａ及びＳＣ，Ｙ、　Ｌａ、　Ｃｅ
。

Ｐａ　　Ｎｄ、　ＳＩｌ、　Ｅｕ、　Ｇｄ、　Ｔｂ、　
Ｄｙ、　Ｈｏ、　Ｅｒ、　Ｔ’ｓ、　Ｙｂ。

Ｌｕの酸化物の中の少なくとも１種の安定化剤を１〜５
ｓｏＩ２％含有してなる酸化ジルコニウム及び／又は酸
化ハフニウムからなるもので、この第１結合相中の安定
化剤が１１１１０１２％未満になるとｔｐ斜品を多く含
有してなる第１結合相となり、その結果正方晶の含有量
が減少するために強度及び靭性の低下が生し、逆に第１
結合相中の安定化剤が５＠ｏｎ％を超えて多くなるとガ
ラス質を多く含有した第１結合相となり、その結果耐欠
損性の低下となる。このために、第１結合相中の安定化
剤は。

１ｍｏｆｉ％〜５ｆｆｌｏβ％と定めたものである。こ
の安定化剤の含有してなる第１結合相が５ｗｔ％未満で
は、耐欠損性及び耐熱衝撃性の向上が弱く、逆に第１結
合相が１１９．５ｗｔ％を超えて多くなると、相対的に
第２結合相の含有量が少なくなり、その結果耐摩耗性の
低下が著しくなる。このために、第１結合相は、５ｗｔ
％〜８９．５ｗｔ％と定めたものである。この第１結合
相は、　＋ＩＥ方品のみ、正方晶と１１ｔ斜品、正方晶
と立方晶、又は正方晶と立方晶と弔斜品という組合わせ
の結晶構造が考えられるが、特に第１結合相中の９０ｗ
ｔ％以上が正方晶、もしくは正方晶と立方晶の結晶構造
でなると耐欠損性にすぐれるので好ましいことである。

この内、第！結合相中の９０１ｔ％以」二が正方晶と一
γ方品でなる場合には、正方晶が少なくとも６０ｗｔ％
含有していることが好ましいことである。

本発明の高強度立方晶窒化ホウ素話焼結体における第２
結合相は、具体的には１例えばＴｉＣ。

ＺｒＣ，ｌ！ｒｃ、　ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｃｒ、Ｃ
，、Ｍｏ、Ｃ，ＷＣｏＴｉＮ、　　ＺｒＮ、　　ｌ！ｆ
Ｎ、　　ＶＮ、　　ＮｂＮ、　　ＴａＮ、　　ＣｒＮ、
　　Ｔｉ１３ｔ。

ＺｒＢｇ、　　　ｌ暑ｒＢ＊、　　　ＶＢ　Ｍ、　　　
Ｎｂ８　、、　　Ｔａｘｉ、　　　ＬＢ、　　　ＩＩ８
＋！Ｉｊｌ−Ｃ，ＳｉＣ，Ａｊ！Ｎ、　　　５ｉＪ４．
　　　ＡＲＢｍ、　　Ａｌ１５Ｏ＝。

Ｓｉｎ、、　　　ｆＴｉ、　　Ｚｒ）Ｃ，ｌＴｉ、　　
Ｔａ１ｃ、　　　ｌＴｉ、　　胃）Ｃ９ｌＴｉ、　　Ｔ
ａ、　　ＷＩＣ，（１’ｉ、　　Ｔｏ、Ｎｂ、　　ｌｌ
ＩＣ，ｌＴｉ、　　Ｚｒ）Ｎ。

（Ｔｉ、　　Ｔａ１Ｎ、　　（Ｔｉ、　　ＺｒＨＣ，Ｎ
）、ｆＴｉ、　　Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ、　　０１゜（Ｓｉ、
＾ＪＮ（０，Ｎｌ　などを挙げることができる。この第
２結合相が０．５ｗｔ％未満になると、緻密な焼結体を
得るのが困難になるばかりか立方晶窒化ホウ素と結合相
との結合強度が低下し５耐チツピング性の低下となる。

逆に第２結合相が７５１Ｌ％を超えて多くなると、耐摩
耗性の低下刃５著しくなる。

このために、第２結合相は、０．５〜７５ｗｔ％と定め
たものである。この第２結合相は、酸化アルミニウム、
窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムの中の少なくと
も１種を含有している場合には、特に耐摩耗性及び耐欠
損性の両方に著しくすぐれた効果を発揮するので好まし
いことである。

本発明の高強度立方晶窒化ホウ素話焼結体における不可
避不純物は、出発物質に含有している非常に微量の物質
と、ＩＭ造工程、特に３２造工程の内の混合工程から混
入してくる物質がある。この内、混合工程から混入して
くる不可避不純物は、混合工程て用いるステンレス製又
は超硬合金製の混合容器やボールなどから混入する１例
えばＦｃ。

Ｎｉ、　Ｃｏ、　醋ｏ、　ＩＩなとの金属や合金及び周
期律表４ａ、　６ａ、　６ａ族金属の炭化物、窒化物及
びこれらの相Ｑ、　ｒ＋λ１１溶体からなる金属化合物
がある。この内、金属化合物でなる不１ｉ１１ｉＩ不純
物は、第２結合相となるので問題にならないが、　Ｆｅ
、　Ｎｉ、　ＣＯ，ＭＯ，’１１などの金属や合金でな
る不可避不純物は、Ｉｗｔ％以下ならば耐摩耗性及び耐
欠損性を主とする焼結体の特性に影響を及ぼさないので
許容範囲内とみなすことができる。

本発明の高強度立方晶窒化ホウ素話焼結体は。

従来の粉末冶金法及び高圧高温で作製する従来の立方晶
型化ホウ素基焼結体の製造方法を応用することにより得
ることができる。

（作用） 本発明の高強度立方晶窒化ホウぷ基焼結体は、第１結合
相と第２結合相とでなる結合相の組合わせにより、立方
晶窒化ホウ素がイｉしている高硬度性と結合相の高靭性
をバランスよく発揮させたもので、特に結合相の内、安
定化剤が第１結合相を正方晶にする作用をし、第１結合
相が焼結体の強度及び靭性な向−Ｌする作用をし、第２
結合相と立方晶窒化ホウ素が耐摩耗性を高める作用をし
、さらに第２結合相が第１結合相と立方晶窒化ホウ素と
の緻密化及び結合強化の促進作用となっているものであ
る。

実施例 平均粒径３μｍのＣＢＮ粉末、゛ＩＬ均粒径０．２〜１
．０μｍ内にある第２結合相となる各種粉末及びそれぞ
れの安定化剤を含有してなる１次粒径が２００人〜３０
０人のＺｒ０ａ粉末を用いて、第１表の如くに配合し、
第１表の内、ＣＯＮ粉末を除いたそれぞれの配合成分と
超硬合金製ボールとメタノールとをステンレス製容器に
入れて４８８時間混粉砕後、第１表に示すＣＢＮ粉末を
１１１追加して１時間混合した。この混合粉末を乾燥後
、成形体とし、この成形体をｗＣ−８ｗｔ％Ｃｏの超硬
合金の合金に接した状態にして、ｚｒ製容器に充填し１
次いで　８ｏ。

’Ｃ，１０−’Ｔｏｒｒ以上の真空中で１時間脱ガス処
理をした。次に、超高圧容器内に配；ηし、圧力を５０
ｋｂまでｈＷさせた後、温度を１５５０℃まで上界させ
、１５分間保持及び冷却し、降温完了後圧力を下げると
いう方法で本発明品１．２．３，４．５．６゜７及び比
較品１．２．３を得た。

こうして得た本発明品１，２．３．４．５゜６．７及び
比較品１．２．３に、さらに市販のサーメット系結合相
のＣＢＮ基焼結体を比較品４及び市販の金属系結合相の
ＣＢＮ基焼結体を比較品５として加えて、被削材ＦＣＺ
５　（１１８２００〜２２０１２００ａＩｎＸＩＱＯｍ
ａｅ角の切削面積中に１５ＮｓｅＸ　１５＋＊ｎ＋角の
穴６個付き、チップ形状５ＮＧＮ１６０４０８．切削速
度３７２ｍ／１ｔＩｉｎ。

切込みｉｌ　Ｏ，５ｍｍ、　　送り０．１０５　ａｍ／
刃の条件で乾式によるフライス切削試験を行い、その結
果を第２表に示した。尚１本発明品１．２．３．４．５
゜６．７及び比較品１．２．３のそれぞれの焼結体をｘ
ｌｉ！回折により測定し、焼結体中の第１結合相の結晶
構造を求めて、その結果を第２表に併記した。

以下余白 （発明の効果） 本発明の高強度−ｑ方晶窒化ホウ素話焼結体は、本発明
の焼結体の組成成分から外れた比較品に比べて耐欠損性
において１０〜１００倍も向上するという効果があり、
また市販されている従来のサメット系結合相の焼結体と
比べて耐摩耗性において約４倍も向りするという効果が
あり、さらに市販されている従来の金属系結合相の焼結
体と比べて耐欠損性において約３．６倍も向トするとい
う効果がある。

特許出願人　東芝タンガロイ株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）立方晶窒化ホウ素及び／又はウルツ鉱型窒化ホウ
   素１０〜８０ｗｔ％と，Ｍｇ，Ｃａ及び希土類金属の酸
   化物の中の少なくとも１種を１〜５ｍｏｌ％含有してな
   る酸化ジルコニウム及び／又は酸化ハフニウムの第１結
   合相５〜８９．５ｗｔ％と、周期律表４ａ，５ａ，６ａ
   族金属の炭化物，窒化物，ホウ化物，Ａｌ，Ｓｉの炭化
   物，窒化物，ホウ化物，酸化物及びこれらの相互固溶体
   の中の少なくとも１種の第２結合相０．５〜７５ｗｔ％
   と、不可避不純物とからなることを特徴とする高強度立
   方晶窒化ホウ素基焼結体。
2. （２）上記第１結合相は、該第１結合相の９０ｗｔ％以
   上が正方晶、又は正方晶と立方晶の結晶構造からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高強度立方
   晶窒化ホウ素基焼結体。