JPH0443874B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞ 本発明は高硬度焼結体及びその製造法に関し、
特に高硬度の鋼材を高速度で切削したり、鋳鉄、
鋳鋼及び軟鋼などを従来の工具では不可能な高能
率で切削したりする為の工具用素材として、又、
各種材料との接触面や摩擦面に用いて長期間摩耗
に耐える耐摩耗材として用いることが出来る高硬
度焼結体及び該高硬度焼結体と比較的低い焼結圧
力及び温度でも製造することが出来る高硬度焼結
体の製造法に関する。 ＜従来の技術＞ 従来立方晶系窒化ホウ素（以後CBNとする）
及び／又はウルツ鉱型窒化ホウ素（以後WBNと
する）を含有する焼結体は公知であり、これらを
主成分として含有する切削工具又は研削材は、こ
れらを含有しないものに比して高能率で切削でき
かつ耐摩耗性を有することから最近急速にその利
用が拡大されてきた。 まずCBN及び又はWBN（以後高圧相窒化ホウ
素と総称する）を含む焼結体に関して開示されて
いる先行文献についてのべる。 特公昭39−8948号公報にはCBNのみ又は３乃
至30重量％の酸化アルミニウム、ベリリウム、タ
ングステン、モリブデン、ニツケル、銅、クロ
ム、マンガン、チタニウムの中から選ばれた添加
物をCBNに添加したものからなるCBNの粒子同
士が結合した焼結体が記載されている。 また、特開昭49−44014号公報には、WBNと
セラミツクとからなる焼結体とその製造法が記載
され、WBNの量が多い場合にはWBNの連続し
た相が、セラミツクの量が多い場合にはセラミツ
クの連続した相が得られるとされている。また任
意成分としてアルミニウム、ニツケル等の金属で
WBNを被覆することが好ましいとしている。 また、特開昭50−82689号公報には、CBN、ダ
イヤモンド及びそれらの混合物から選択される研
摩材粒子について記載されており、研摩材粒子と
してのCBNに関してはアルミニウム、鉛、スズ、
マグネシウム、リチウム、及びそれらの合金から
選ばれた溶剤物質とホウ化物、窒化物、ケイ化物
などの耐火物で接着して研摩成形体としたものが
記載されている。 また、特開昭56−77359号公報には、CBN4〜
16体積％およびWBN96〜84体積％からなる高圧
相窒化ホウ素を15〜60体積％を含有し、窒化物、
酸化物、ホウ化物および炭化物からなる群から選
ばれた１種または２種以上のセラミツク物質70〜
95体積％とニツケル、コバルト、クロム、マンガ
ン、鉄、モリブデン、タングステン、バナジウ
ム、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、チタ
ン、ジルコニウムおよびハフニウムから選ばれた
１種または２種以上の金属からなる焼結体が記載
されていて、この焼結体は焼結後の加工が容易で
あるという特徴を有するとしている。 更に、特公昭57−49621号公報には、CBN80〜
20体積％、周期率表第４ａ，５ａ，６ａ族遷移金
属の炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物もしく
はこれらの混合物または相互固溶体化合物を第１
の結合相とし、アルミニウム、ケイ素、ニツケ
ル、コバルト、鉄または、これらを含む合金、化
合物を第２の結合相として、該第１、第２の結合
相が焼結体組織中で連続した結合相をなす高硬度
工具用焼結体が記載されている。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ 然し前述の各公報に解除されている焼結体には
次のようになお実用上の問題点を有している。 即ち、特公昭39−8948号公報記載の方法は、
CBNのみからなる焼結体の場合、CBNは高温で
の強度が非常に高い為に、焼結しようとする場合
極めて高い圧力と温度例えば約90000気圧で2100
℃を加えなければならず、焼結する為の超高圧高
温装置に対する負荷が非常に大きくなり、装置の
寿命が極めて短く、事実上工業的に製造しようと
すると採算が成り立たない。 又CBNに添加物を加えた焼結体が記載されて
いるが添加物が金属である場合、金属は高温では
強度が低く、切削工具のように使用時に高温と大
きな応力に耐えなければならない材料としては適
当ではない。即ち単純にCBNと混合して焼結し
ただけでは好ましい焼結体は得られない。又添加
物として酸化アルミニウムと用いた場合、又は酸
化アルミニウムを金属と共に添加した焼結体もな
おその性能は不充分であつた。 特開昭49−44014号公報に記載の焼結体は、表
面積の極めて大きいWBNにセラミツクを添加し
て焼結することによつて得られるものである。
WBNは硬度焼結工具材料の原料として優れた材
料であるが、一般に爆薬の爆発衝撃で瞬時に合成
する為結晶成長を伴わず、個々のWBN粉末粒子
は数10nm程度の微小な結晶粒の集合体からなり、
粉末粒自体の強度は単結晶より強くない。粒子を
単結晶迄粉砕して使用すれば粒の強度上の問題は
解決するが、添加したセラミツクや金属との接合
界面の面積が増え、接合界面の強度は当然WBN
自体の強度より低いので、焼結体の強度もより大
きな単結晶を焼結した場合より低い。即ち本明細
書記載の焼結体は強度に一定の限界があつた。 また、特開昭50−82689号公報には焼結体の製
造方法が開示されており、特許請求の範囲に示さ
れる添加物はその範囲が非常に広い。然し具体的
な実施例としては、添加物として32重量％のアル
ミニウムと68重量％の窒化ケイ素を混合したもの
19.5重量％を80.5重量％のCBNに添加して焼結し
た例が示されているだけである。また、各成分の
粒子についても、”好適には40ミクロン以下、一
層好適には12ミクロン以下にされる”と言う記載
があるにすぎない。また、特許請求の範囲の記載
によれば、”それら（研摩材粒子……この場合
CBN）を少なくともある限られた程度まで溶解
し得る溶剤物質と耐火物質とを含むマトリツクス
によつて互いに接着されたものを有することを特
徴とする研摩成形体”とあり、CBN粒子とCBN
粒子の接合は溶剤物質と耐火物質のマトリツクス
を介して行われることが理解される。然しこのも
のの硬度にも一定の限界がある。 特開昭56−77359号公報に開示の発明は、CBN
とWBNとの両方を焼結体の出発原料として用い
る点に特徴があるが、焼結体中に含まれるCBN
とWBNとの合計量は15〜60体積％であり、CBN
粒子或いはWBN粒子同士又はCBN粒子とWBN
粒子の結合する点が非常に少ない。その為、焼結
体の硬度が低く、研削加工が容易であるという特
徴を示している。 即ち本発明とする高硬度の焼結体は開示されて
いない。 特公昭57−49621号に開示の発明の特徴は、
CBN粒子同士の結合よりCBNが出来るだけ第１
及び第２の結合相によつて結合されるようにした
もので、それによつて優れた性質が得られるとし
ている。上記の結合相はCBN粒子の結合相とし
て非常に優れたものであり、この発明によつて得
られる焼結体も優れたものであるが、前述特公昭
56−77359号に開示の発明と同様にCBN粒子同士
の結合が非常に少ないことが予想され、その為に
焼結体としての強度もCBN同士の結合があるも
のより低く、従つて切削時の負荷が大きい切削や
衝撃が加わる切削には適さない。 上記の従来技術による焼結体の性質をまとめる
と、以下のようになる。 １ 強度の優れた高圧相窒化ホウ素焼結体をうる
ためには非常に高い圧力と温度が必要で、経済
的に不利である。 ２ 添加物を高圧相窒化ホウ素と添加した場合、
製造条件は比較的緩やかであるが焼結体の強度
は不十分である。 ３ 従来のCBN及び又はWBNを含む焼結体、高
圧相窒化ホウ素粒子同士の接合を得ようとする
場合、非常に高い圧力と温度を加え、高圧相窒
化ホウ素の含有量を例えば70体積％を越える程
度に増やさねばならず、たゞ単に高圧相窒化ホ
ウ素の添加量を増しただけでは高圧相窒化ホウ
素粒子同士の接合は不十分である。 従つて、製造コストが従来より低く、且つ焼結
体の強度が高いものを得る為には、例えば焼結圧
力が２万気圧以上というような低い圧力で、高圧
相窒化ホウ素粒子が変形して空〓を埋めるような
厳しい条件で焼結したものと同様に強固な焼結体
を得ることが要求されることになる。 ＜問題点を解決するための手段＞ 発明者らは、前項記載の従来技術の問題点を検
討し考察を加えた結果、次の様な結論に達した。
即ち、高圧相窒化ホウ素を含む焼結体の強度を向
上させて、且つ焼結条件を緩やかにするには、高
圧相窒化ホウ素粒子同士の接合機会を増すことが
必要であると言うことである。 粒子同士の接合機会をますために、単純には細
かい高圧相窒化ホウ素粒子を用いればよいことに
なる。然し単に細かい高圧相窒化ホウ素粒子を用
いるだけでは、例えば特開昭49−44014号公報に
ついてのべたような各種の問題を生ずる。 本発明者らは種々研究の結果、焼結原料中の高
圧相窒化ホウ素のCBN、WBNの容積比、添加剤
の種類、粒度を特定した焼結体が、従来公知の焼
結体に比し、すぐれた特性を有することを確認し
て本発明を完成した。即ち本発明の焼結体は、 立方晶系窒化ホウ素又は立方晶系窒化ホウ素と
ウルツ鉱型窒化ホウ素とからなる高圧相窒化ホウ
素を65〜95体積％、チタンまたはチタンおよびタ
ンタルのそれぞれの炭化物、窒化物、炭窒化物の
いずれかの少なくとも１種である添加物を４〜34
体積％、残部アルミニウムおよび不可避混入成分
とよりなる焼結体であつて、 立方晶系窒化ホウ素は粒子径最大10〜50μm，
最小1μm以下で、その間に連続的な粒度分布を有
し、高圧相窒化ホウ素が結合して連続的なマトリ
ツクスを形成している高硬度焼結体であり、さら
に前記焼結体に外割として0.1〜５体積％のホウ
素を添加した焼結体も含まれる。 又、本発明の方法は、 粒子径最大10〜50μm、最小1μm以下で、その
間に連続的な粒度分布を有する立方晶系窒化ホウ
素、又は前記立方晶系窒化ホウ素とウルツ鉱型窒
化ホウ素とからなる高圧相窒化ホウ素65〜95体積
％と、チタンまたはチタンおよびタンタルのそれ
ぞれの炭化物、窒化物、炭窒化物のいずれかの少
なくとも１種である添加物を４〜34体積％、およ
びアルミニウムを加えて100体積％とした混合物
を得、該混合物を最低1200℃、２万気圧で焼結し
て高圧相窒化ホウ素が結合して連続的なマトリツ
クスを形成している高硬度焼結体を製造する方法
である。なおこの方法では混合物を前記のように
してうる以外に、更に外割で0.1〜５体積％のホ
ウ素を加えてもよい。 そして本発明の高硬度焼結体はとくに高圧相窒
化ホウ素が70〜95体積％の立方晶系窒化ホウ素と
５〜30体積％のウルツ鉱型窒化ホウ素とからなる
ことが好ましく、又添加物がチタンの炭化物、窒
化物、炭窒化物であり、このため２ホウ化チタン
TiB₂が形成され、存在していることが好ましい。
前述の窒化ホウ素の好ましい構成や、添加物がチ
タンの化合物であることは、外割で0.1〜５体積
％のホウ素を含む焼結体にも適用されることが当
然である。 又本発明の高硬度焼結体の製造法において得ら
れる混合物中の高圧相窒化ホウ素は、70〜95体積
％が立方晶系窒化ホウ素で、残部がウルツ鉱型窒
化ホウ素であることが好ましく、更に添加物が高
硬度焼結体の場合と全く同様に、チタンの化合物
であり、このためTiB₂が生成し、高圧相窒化ホ
ウ素が強固に結合した連続せるマトリツクスが形
成されることが好ましい。前述せる特徴は焼結材
料である混合物に外割として0.1〜５体積％のホ
ウ素を加えて高硬度焼結体を製造する場合にも、
全く同様に適用される。 なお前述の連続的な粒度分布とは最大粒子寸法
を有する粒子から1μm以上の粒子寸法を有する粒
子が、5μm毎の級分けをして各級に少なくとも
100粒中１粒はその級に属する粒があり、且つ
1μm以下の粒子数が1μm以上の粒子数の10％以上
確認出来れば良い。 ＜作用＞ 本発明の構成によつて、本発明の高硬度焼結体
においては高圧相窒化ホウ素がマトリツクスを形
成し、その空〓をチタンまたはチタンおよびタン
タルのそれぞれの炭化物、窒化物、炭窒化物のい
ずれかの少なくとも１種およびアルミニウムより
なる添加物が埋める役割を果たしている。そして
チタン化合物は焼結性で良好であり、又それ自体
切削時の耐熱性、熱伝導度がすぐれている。即ち
本発明に於ては、上記化合物は特公昭57−49621
号公報に記載の焼結体中におけるように高圧相窒
化ホウ素を連続的に結合相で結合するための材料
として用いるだけのものではなく、前記のように
高圧相窒化ホウ素粒子同士が多くの部分で結合し
て、所謂高圧相窒化ホウ素のマトリツクスを形成
した空〓を埋め強硬度の焼結体たりうる役割を担
うものである。また、チタン化合物はチタンが過
剰な結合をしていることが多く、この場合は焼結
に際して過剰な部分のチタンがアルミニウムと反
応してTi−Al間の化合物を作る。さらに、チタ
ンは焼結の際に高圧相窒化ホウ素の界面で高圧相
窒化ホウ素と反応してTiB₂を、アルミニウムは
同様にして窒化アルミニウムAlNを作る。これ
らは、高圧相窒化ホウ素同士が点で接触している
部分で両者をのり付けして強固な接合を作り出
し、高圧相窒化ホウ素同士が直接接合して立体的
なマトリツクスを構成したような構造となる。本
発明では広い粒度範囲の高圧相窒化ホウ素が含ま
れているので大粒と大粒の間に中粒が入り込み、
中粒と中粒の間の小粒が入り込みといつた各種の
粒が密に充填された構造をつくる為に高圧相窒化
ホウ素同士の接触点が狭い粒度範囲の高圧相窒化
ホウ素を原料として使つた場合より!?かに多くな
り、従つてマトリツクスの強度が向上する。な
お、焼結の際に生成したAlNはCBNの焼結触媒
であり、本発明方法において高圧相窒化ホウ素同
士を極めて低い温度、圧力で焼結し、連続的なマ
トリツクスを有する高硬度焼結体を形成するに至
る。 本発明で、高圧相窒化ホウ素の量が65体積％未
満の場合には、十分な強度を有するマトリツクス
が得られずまた、95体積％を越える場合には、結
合相の量が不足で、本発明の高硬度焼結体をうる
ことはできない。 また、チタンまたはチタンおよびタンタルの炭
化物、窒化物、炭窒化物の量を４〜34体積％に限
定する理由を次に示す。即ちそれらとアルミニウ
ムとを合わせたものが高圧相窒化ホウ素の残部を
構成するわけであり、高圧相窒化ホウ素が95体積
％を占める場合チタンまたはチタンおよびタンタ
ルの炭化物、窒化物、炭窒化物は４体積％、アル
ミニウムは１体積％必要であり、、又高圧相窒化
ホウ素が65体積％を占める場合チタンまたはチタ
ンおよびタンタルの炭化物、窒化物、炭窒化物は
４体積％から34体積％の範囲で、アルミニウムは
31体積％から１体積％の範囲とすることにより、
目的とする高硬度焼結体とすることができる。 更に、焼結する為の圧力で２万気圧以上必要で
ある理由は、それ以下では安定した焼結が困難で
あり、温度が1200℃以上必要な理由は、それ以下
では焼結体の強度が不十分であるからである。 本発明方法を実施するに当つては、原料混合物
を1200℃以上、２万気圧以上で加圧する必要があ
る。なおこの焼結は前記以上の高温高圧で実施し
うるが、実際の温度、圧力は装置自体の条件によ
り定めうるものである。即ち焼結条件としての圧
力はとくに上限はなく、又温度も原料混合物が高
圧相窒化ホウ素が低圧相窒化ホウ素に相転換を起
さない範囲の高温で実施可能である。又ホウ素を
添加することにより焼結体の高温による硬度低下
を防ぐことができる。 更に高圧相窒化ホウ素中、WBNの占める割合
は30体積％以下であることが好ましい。その理由
を次に示す。 WBN粒子の粗いものは、粒としての強度はさ
程高くなく、従つて粒としての強度を求める場合
は大きくても5μmを限度とする可きである。実際
的には、CBN粒子の10μm以上の粒度を有する原
料粉末を粉砕して10μm以上の最大寸法を有する
CBN粒子から1μm以下の最小寸法を有するCBN
粒子迄連続的な粒度分布を有するCBN原料とし
て焼結体に含有させ、粉砕時間を短縮したり、
1μm以下の高圧相BNの含有量を増す目的で
WBNを添加することが適当である。よつて、
WBNはCBNの細かい粒子の含有量を補なうもの
であるから、高圧相BN量全体の中の30体積％以
下に止めることが好ましい。また、CBNを粉砕
して連続的な粒度分布を作る場合には、CBNの
粉砕された粒の破断面はCBNが合成されてから
雰囲気に触れていない新鮮な面であり、従つて雰
囲気によつて汚染されていない為、焼結に際して
不純物を持込むことが少ない点でも好ましい。そ
の為、粉砕後には焼結する迄出来るだけ雰囲気に
触れさせず、真空中や不活性気体中に保管するこ
とが好ましい。更に、必要に応じて複数の粒度分
布を有するCBN粒子群を組合せて粉砕し、連続
的な粒度分布を有する原料を作つても良い。例え
ばボールミル、スタンプミル、エツジランナー、
らい潰機、振動ミルなどを用いることにより連続
的な粒度分布を有する粒体をうることができる。 ＜実施例＞ 次に具体的な実施例、比較例を掲げ本発明につ
いて詳細に説明する。 実施例 １ 平均粒径15μmのCBNと平均粒径5μmのCBN
との比が３：１である混合物を超硬合金製ボール
ミル中で４時間粉砕混合した。得られた混合物の
最大粒子は18μmであり、1μm以下の粒子は23％、
そして1μmをこえる粒子は連続した粒度分布を有
することを、水中沈降分級処理および顕微鏡観察
により確認した。 次に前記のCBN混合物72体積％、チタンと炭
素のモル比が１：0.68である炭化チタン10体積
％、タンタルと炭素のモル比が１：１の炭化タン
タル４体積％、チタンと窒素の、モル比が１：
0.72である窒化チタン2.6体積％およびアルミニ
ウム11.4体積％を超硬合金製ボールミルで12時間
混合した。 さらに外径15mm、高さ６mm、厚さ0.8mmの工業
用純チタンの底付き円筒状カプセルに、まず下か
ら３mmの深さまでコバルト10重量％を有する超硬
合金粉を充填し、その上に前記混合物を２mmの厚
さになるように圧入し、工業用純チタン円板で封
をした。この封入カプセルの周囲を理論密度に対
して98％の密度に成形した食塩で包囲し、ベルト
式超高圧装置に装入して、3.8万気圧、1520℃に
８分間かけて徐々に上昇させ、そのまゝ20分間保
持してから常温常圧に12分間かけて下降させてか
ら取り出した。 カプセルをグラインダーで除去した処、CBN
を含む混合粉と超硬合金の粉末は強固に焼結さ
れ、かつ両者が２層に分かれて接合された厚さ約
2.8mm、直径約12.3mmの円板状焼結体が得られた。 CBNを含む焼結体の硬度をマイクロビツカー
ス硬度計で荷重を１Kgとして測定した結果、５点
の測定点の平均は4020Kg／mm²であつた。CBNを
含む焼結体部分をダイヤモンドペーストで研摩し
て、1500倍の光学顕微鏡で観察した処、CBN同
士が結合している組織が認められた。第１図にそ
の焼結体組織の1500倍の光学顕微鏡写真を示す。
図において黒色部分がCBN、白色部分がCBN以
外の部分である。 次にこのCBNを含む焼結体を濃度46％のフツ
化水素酸と濃度35％の硝酸との体積で１：１の割
合の混合物に浸漬した。その浸漬後の焼結体を約
10倍に拡大した顕微鏡写真にもとづいて第２図に
示す。第２図は化学処理後も焼結体の形状が保た
れていることを示す。そしてこのものについて処
理前の焼結体と同様マイクロビツカース硬度を測
定したが、５点の平均値は958Kg／mm²でCBN同士
が結合していることを示している。 なおこのCBNを含む焼結体について、化学処
理前後のＸ線回折測定を行つたが、その経過を第
３図、第４図に示す。処理前の第３図にはあきら
かにみられる炭窒化チタン、ホウ化チタン及び炭
化タンタルのピークが、化学処理後、第４図にお
いては消失し、強いCBNのピークと弱い窒化ア
ルミニウムのピークのみが見られる。即ち本発明
の方法により製造された本発明の高硬度焼結体は
焼結前の連続した粒度分布のCBNが結合した連
続的なマトリツクスと、炭化チタン、炭化タンタ
ル、窒化タンタル、アルミニウムとよりなる部分
とよりなるものであることがあきらかである。 次に実施例１で製造された本発明の高硬度焼結
体が実用的に極めてすぐれていることを切削工具
として使用した例により説明する。 即ち実施例１により製造された円板状の焼結体
を直径11mm、厚さ2.5mmでCBNを含む焼結体部分
の厚さが約１mmとなるようにダイヤモンド砥石で
仕上げた。更にダイヤモンドカツターで円の中心
を通る切断線で６等分に切断し、頂角が60°の扇
形のチツプとし、K20種の超硬合金の台に銀ロウ
によつてろう付けし、ダイヤモンド砥石で研摩し
て頂角60°、内接円寸法9.525mm、厚さ4.76mm、刃
先R0.8mmのTNG332と称するスローアウエイチツ
プに加工した。 切削試験用の被削材として、SCM415種鋼の直
径120mm、長さ500mmのものに巾20mm、深さ20mmの
断面が矩形の溝を彫り込み、ロツクウエル硬度Ｃ
スケール58に熱処理したものを用意して、前記の
スローアウエイチツプで外周を切削した。切削条
件を、周速（以後Ｖとする）＝188m／min、切込
み（以後ｄとする）＝0.5mm、送り（以後ｆとす
る）＝0.2mm／revとして連続60分間切削した処、
刃先の逃げ面摩耗は0.08mmに止まり、欠損やチツ
ピングの傾向は全く認められず、更に切削を続け
ることが可能と判断された。この種の切削方法
は、一般に継続切削と呼ばれ、従来のCBNを含
む焼結体工具では、本試験で実施した様な厳しい
条件では早期に刃先の欠損が発生して全く実施出
来なかつた。 比較例 １ CBNは平均粒径3μmのものを粉砕せずに用い、
かつ添加物との混合処理を３時間処理した以外、
他はすべて実施例１と同様に処理した。 得られた焼結体のマイクロビツカース硬度は
3400Kg／mm²で実施例１に比して低い。これは
CBN同士の結合がないためと考えられるが、こ
のことは光学顕微鏡による観察によつてもCBN
の粒が互いに結合相により隔てられていることが
確認されたしかめられた。更に実施例１と同様な
方法で化学処理を行つた。化学処理後の焼結体を
約10倍に拡大した顕微鏡写真にもとづいて第５図
に示す。図では焼結体は崩壊しており、CBN同
士が結合していないことを示している。 実施例１と同様な切削試験を行つた処、刃先は
２分間切削しただけで欠損し、更に同様な試験を
繰返した処、１分30秒で欠損した。 比較例 ２ 添加物をすべて酸化アルミニウムに置換した以
外、すべて実施例１と同様に処理した。光学顕微
鏡による観察、化学処理後の観察の何れもCBN
同士が結合していることが確認れた。 実施例１と同様な切削試験を実施した処、刃先
は18分間の切削後に逃げ面摩耗0.8mmに達し、以
後の切削が実施できなかつた。 実施例１と比較例１より、本発明においては
CBNが連続的な粒度分布を有することが、又実
施例１と比較例２とよりは添加物の種類がCBN
粒子同士の結合に大きな影響のあることが分か
る。 実施例 ２ まず平均粒径20μmと3μmのCBN粒体を２：１
の割合で混合し、粉砕して得たCBNを74体積％、
粒径1μm以下のWBN9体積％、炭素対チタンの
モル比１：0.68である炭化チタンを5.8体積％、
窒素対チタンのモル比１：0.69である窒化チタン
2.3体積％、アルミニウム8.9体積％を混合した。
混合体中のCBNは最大粒径が23μm、最小粒径が
1μmでその間連続的な粒度分布を有する粒体であ
る。前述の粒体を用いること、および焼結時の加
圧を4.2万気圧、温度を1780℃とする以外実施例
１と同様に処理した。 得られた焼結体のマイクロビツカース硬度（以
下単に硬度と記す）は4300Kg／mm²である。そして
この焼結体はCBN同士が結合していることは、
実施例１と同様1500倍の該焼結体の組織を示す光
学顕微鏡写真（第６図）および実施例１と同様の
フツ化水素酸と硝酸との混合液による処理（化学
処理）後の焼結体がその形を維持していることを
示す約10倍に拡大した顕微鏡写真にもとづく第７
図よりあきらかである。そしてこのことは更にＸ
線回折測定結果により裏付けられる。即ち第８図
は化学処理前の焼結体の、第９図は化学処理後の
それぞれのＸ線回折測定結果を示すものである。
第８図にみられた２ホウ化チタン、炭窒化チタン
のピークは第９図には認められず、CBN及び窒
化アルミニウムのピークのみが認められる。なお
焼結体にはWBNが含まれているにもかゝわら
ず、Ｘ線回折図にWBNのピークが認められない
が、これはWBNの添加量が少なく、かつ、
WBNの回折線は弱いため現われなかつたもので
あり、化学処理後も残存していることは他の試験
により確認された。 製造した焼結体を実施例１で製作したスローア
ウエイチツプと同形状に加工して切削試験を実施
した。被削材形状は実施例１のものと同じとし、
材質は未熱処理のS15C種鋼とした。Ｖ＝433m／
min、ｄ＝0.5mm、ｆ＝0.2mm／revで３時間20分切
削した結果、逃げ面摩耗は0.28mmに達し、僅かな
クレーター摩耗が認められたが、欠損やチツピン
グは認められなかつた。 比較例 ３ 窒化ホウ素として平均粒径3μmのCBNを用い
た以外、すべて実施例２と同様に処理して焼結体
を製造した。 得られた焼結体の硬度は3800Kg／mm²であつた。
このものを実施例１と同様に化学処理をし、つい
で硬度測定を実施したところ１Kgの荷重で焼結体
は崩壊した。 実施例 ３ 実施例１においてカプセルに封入する混合物に
外割で3.8体積％の無定形ホウ素を加えたこと、
焼結圧力、温度を2.5万気圧、1400℃とした以外
すべて実施例１と同様に処理して高硬度焼結体を
得た。 得られた焼結体の硬度は4350Kg／mm²で、光学顕
微鏡、化学処理、化学処理後の硬度測定の何れも
CBN同士が結合していることを示した。 実施例１で実施した切削試験と同様な切削試験
をＶ＝201m／minに上げて実施した結果、60分
間切削した後の逃げ面摩耗は周速が高くなつて条
件としてはより厳しくなつたにもかゝわらず、実
施例１と等しく0.08mmで、欠損やチツピングも殆
ど認められなかつた。また、クレーター摩耗も僅
かで、以後継続して切削することが可能と認めら
れた。 比較例 ４ 用いるCBNをすべて平均粒径5μmの粒体とし
た以外、すべて実施例１と同様に処理して焼結体
を得た。 得られた焼結体の硬度は3800Kg／mm²であつた。
光学顕微鏡、化学処理後の観察の何れもCBN同
士の結合がないか、あつても僅かであることを示
した。 実施例３と同様な切削試験を実施した処、刃先
は８分間切削しただけで欠損し、同様な試験を更
に２回繰返したが、５分及び10分30秒で欠損し
た。 実施例 ４〜10 CBNの含有量、CBN以外の添加物の組成と焼
結圧力及び温度のみを第１表、第２表に示すよう
に変化させ、他は実施例１と同様の条件で本発明
の方法により焼結体を製造した。これらの焼結体
について実施例１と同様な方法で化学処理を行
い、焼結体中においてCBN同士が結合し、連続
的なマトリツクスを形成していることを確認し
た。次にこれらの焼結体について、実施例２と同
様な切削試験を実施した。この結果を第３表に示
す。

【表】 炭化物、窒化物、炭窒化物の金属と
炭素又は窒素との分子量比は
1：0.65〜1：1の範囲にある。

【表】

【表】

【表】 第３表に示すように上記実施例の本発明の方法
により製造された焼結体は切削試験においても極
めて良好であることはあきらかである。 比較例 ５〜11 平均粒径3μmのほゞ均一の粒度分布を有する
CBNを用いた以外すべて実施例４，５，６，７，
７，８，９，10と同条件で焼結体を製造し、それ
ぞれ比較例５，６，７，８，９，10，11とした。
そして前記実施例と全く同条件で各焼結体につい
て切削試験を行つた。その結果を第４表に示す。

【表】

【表】 実施例４〜10と比較例５〜11とはCBNの粒度
に相異があるのみで、他の条件はすべて同一であ
るにもかゝわらず、第３表、第４表よりその焼結
体の性質に大きな差のあることが充分理解され
る。 実施例 11〜17 実施例４〜10で作成した焼結体組成のCBNの
一部を粒径1μm以下のWBNで置き換えた焼結体
を作成し、切削試験を実施した。第５表にその組
成、第６表に実施例１と同条件下での切削試験結
果を示す。尚、焼結条件は実施例11は実施例４
に、以下実施例17は実施例10に対応するように逐
次対応をとつて実施した。又、何れの焼結体も、
化学処理と顕微鏡観察によつて、高圧相窒化ホウ
素の粒子が結合して連続的なマトリツクスを形成
していることを確認した。 更に、表中Ｃ：Ｗとあるのは、高圧相窒化ホウ
素の全体量を100％として、CBNとWBNの比率
を示したものである。 尚、実施例12〜17で用いたCBNの粒径は、実
施例２で用いたものと同じである。 但し、実施例11で用いたCBNの粒径は、平均
粒径20μmと平均粒径45μmのCBNを２：１の割
合で混合し、粉砕して得たものであり、最大粒径
が48μm、最小粒径が1μmでその間連続的な粒度
分布を有するものである。

【表】

【表】 比較例 12 用いるCBNの粒径を以下のものに換えた以外
は、実施例11に準じて焼結体を作成し、切削試験
を実施した。 CBNは、平均粒径20μmと平均粒径60μmの
CBNを２：１で割合で混合し、粉砕して得たも
のであり、最大粒径が71μm、最小粒径が1μmで
その間連続的な粒度分布を有するものを用いた。 切削試験の結果、23分後に刃先が欠損し、摩耗
測定が不能となつた。 従つて、用いるCBNの最大粒径が大きすぎる
と、切削試験で問題があることが明らかである。 実施例 18 実施例17の焼結体を同組成の焼結原料に、外割
で2.8体積％のホウ素を加えた焼結体を、実施例
17と同焼結条件で焼結したものを作成した。実施
例17の焼結体は、ビツカース硬度4500Kg／mm²であ
つたが、この実施例で得られた焼結体のビツカー
ス硬度は4700Kg／mm²であつた。実施例１で行なつ
た切削試験と同条件で切削試験を実施したとこ
ろ、３時間後の刃先の逃げ面摩耗は0.18mmで、
僅かなクレーター摩耗が認められた。 ＜発明の効果＞ 従来技術による高圧相窒化ホウ素を含む焼結体
は、他の従来工具材料に比べて鉄系材料の切削に
かけ離れた性能を発揮することが知られている
が、本発明による焼結体においては、それを更に
上回る性能を示した。特に高硬度焼入れ鋼の高速
断続切削、鋳鋼、鋳鉄、型鋼等の生材、焼入れ材
の重切削、高速切削、焼結金属の高速切削におい
て従来の高圧相窒化ホウ素を含む焼結体に勝り、
更に従来は高圧相窒化ホウ素を含む焼結体には向
かないとされ、事実切削しても良い結果を示さな
かつた低炭素から高炭素に及ぶ鋼の切削にも適し
ている。即ち本発明は従来のCBN及び又はCBN
とWBNとを含む焼結体では到底実施できないよ
うな厳しい条件での切削、特に高硬度の焼入鋼材
や未熱処理の鋼材の高速度での断続切削が可能な
工具用焼結体を提供する、産業上極めて有用な発
明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１において製造された本発明の
高硬度焼結体組織を示す1500倍の光学顕微鏡写真
である。 第２図は実施例１において製造された本発明の
高硬度焼結体を濃度46％のフツ化水素酸と濃度35
％の硝酸との体積で１：１の割合の混合物に浸漬
後の状態を約10倍に拡大した顕微鏡写真にもとづ
いて示したものである。 第３図は第１図の本発明の高硬度焼結体のＸ線
回折図を示す。第４図は第２図に示される化学処
理後の本発明の高硬度焼結体のＸ線回折図を示
す。第５図は比較例において製造された焼結体を
実施例１と同様にフツ化水素酸と硝酸との混合液
に浸漬した後の状態を約10倍に拡大した顕微鏡写
真にもとづいて示したものである。第６図は実施
例２において製造された本発明の高硬度焼結体組
織を示す1500倍の光学顕微鏡写真である。第７図
は実施例２において製造された本発明の高硬度焼
結体を実施例１と同様、フツ化水素酸と硝酸との
混合液に浸漬した後の状態を約10倍に拡大した顕
微鏡写真にもとづいて示したものである。第８図
は第６図の本発明の高硬度焼結体のＸ線回折図を
示す。第９図は第７図に示される化学処理後の本
発明の高硬度焼結体のＸ線回折図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 立方晶系窒化ホウ素又は立方晶系窒化ホウ素
   とウルツ鉱型窒化ホウ素とからなる高圧相窒化ホ
   ウ素を65〜95体積％、チタンまたはチタンおよび
   タンタルのそれぞれの炭化物、窒化物、炭窒化物
   のいずれかの少なくとも１種である添加物を４〜
   34体積％、残部アルミニウムおよび不可避混入成
   分とよりなる焼結体であつて、 立方晶系窒化ホウ素は粒子径最大10〜50μm，
   最小1μm以下で、最大粒子寸法を有する粒子から
   1μm以上の粒子寸法を有する粒子が、5μm毎の級
   分けをして各級に少なくとも100粒中１粒はその
   級に属する粒があり、且つ1μm以下の粒子数が
   1μm以上の粒子数の10％以上確認できる連続的な
   粒度分布を有し、高圧相窒化ホウ素が結合して連
   続的なマトリツクスを形成していることを特徴と
   する高硬度焼結体。 ２ ２圧相窒化ホウ素が70〜95体積％の立方晶系
   窒化ホウ素と５〜30体積％のウルツ鉱型窒化ホウ
   素とからなる特許請求の範囲第１項の高硬度焼結
   体。 ３ 添加物がチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物
   の少なくとも１種であり、２ホウ化チタン及び窒
   化アルミニウムが存在している特許請求の範囲第
   １項の高硬度焼結体。 ４ 立方晶系窒化ホウ素、又は立方晶系窒化ホウ
   素とウルツ鉱型窒化ホウ素とからなる高圧相窒化
   ホウ素を65〜95体積％、チタンまたはチタンおよ
   びタンタルのそれぞれの炭化物、窒化物、炭窒化
   物のいずれかの少なくとも１種である添加物を４
   〜34体積％、残部アルミニウムおよび不可避混入
   成分とよりなり、さらに外割で0.1〜５体積％の
   ホウ素を添加した焼結体であつて、立方晶系窒化
   ホウ素は粒子径最大10〜50μm、最小1μm以下で、
   最大粒子寸法を有する粒子から1μm以上の粒子寸
   法を有する粒子が、5μm毎の級分けをして各級に
   少なくとも、100粒中１粒はその級に属する粒が
   あり、且つ1μm以下の粒子数が1μm以上の粒子数
   の10％以上確認できる連続的な粒度分布を有し、
   高圧相窒化ホウ素が結合して連続的なマトリツク
   スを形成していることを特徴とする高硬度焼結
   体。 ５ 高圧相窒化ホウ素が70〜95体積％の立方晶系
   窒化ホウ素と５〜30体積％のウルツ鉱型窒化ホウ
   素とからなる特許請求の範囲第４項の高硬度焼結
   体。 ６ 添加物がチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物
   の少なくとも１種であり、２ホウ化チタン及び窒
   化アルミニウムが存在している特許請求の範囲第
   ４項の高硬度焼結体。 ７ 粒子径最大10〜50μm、最小1μm以下で、最
   大粒子寸法を有する粒子から1μm以上の粒子寸法
   を有する粒子が、5μm毎の級分けをして各級に少
   なくとも100粒中１粒はその級に属する粒があり、
   且つ1μm以下の粒子数が1μm以上の粒子数の10％
   以上確認できる連続的な粒度分布を有する立方晶
   系窒化ホウ素又は前記立方晶系窒化ホウ素とウル
   ツ鉱型窒化ホウ素とからなる高圧相窒化ホウ素65
   〜95体積％と、チタンまたはチタンおよびタンタ
   ルのそれぞれの炭化物、窒化物、炭窒化物のいず
   れかの少なくとも１種である添加物を４〜34体積
   ％、およびアルミニウムを加えて100体積％とし
   た混合物を得、該混合物を最低1200℃、２万気圧
   で焼結して高圧相窒化ホウ素同士が結合して連続
   的なマトリツクスを形成している高硬度焼結体を
   製造する方法。 ８ 高圧相窒化ホウ素が70〜95体積％の立方晶系
   窒化ホウ素と５〜30体積％のウルツ鉱型窒化ホウ
   素とからなる特許請求の範囲第７項の高硬度焼結
   体を製造する方法。