JPH061666A - 立方晶窒化硼素質焼結体およびその製造方法 - Google Patents

立方晶窒化硼素質焼結体およびその製造方法

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JPH061666A
JPH061666A JP4159632A JP15963292A JPH061666A JP H061666 A JPH061666 A JP H061666A JP 4159632 A JP4159632 A JP 4159632A JP 15963292 A JP15963292 A JP 15963292A JP H061666 A JPH061666 A JP H061666A
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JP
Japan
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boron nitride
cubic boron
sintered body
sintered compact
cbn
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JP4159632A
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English (en)
Inventor
Kenya Narita
謙也 成田
Kenji Noda
謙二 野田
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】立方晶窒化硼素を80体積%を越え95体積%
以下の割合で含有し、残部が、窒化硼素とAlと周期律
4a,5a,6a族遷移金属の酸化物のうちの少なくと
も一種との反応により生成される化合物を主体とするも
ので、残部の化合物はAlNとTiB2 とAl2 3
主体とするものが好ましい。 【効果】AlN,TiB2 ,Al2 3 等の耐熱性化合
物を形成し、立方晶窒化硼素質焼結体の耐熱性を損なう
ことなく、cBNと結合相が強固に結合した焼結体を得
ることができる。また、予め調合し混合粉末を高温高圧
下で反応させることにより、結合相が均一に分散した組
織を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、切削工具等に
使用される高硬度,高靱性に優れた立方晶窒化硼素質焼
結体およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】立方晶窒化硼素(Cubic Boron Nitride 以
下cBNと略す)はダイヤモンドに次ぐ高硬度を有し、
しかもダイヤモンドと異なり、鉄系金属との親和性を持
たないため、特に高硬度焼入鋼の研削工具、切削工具に
用いられている。
【0003】このようなcBNを使用した切削工具とし
ては、cBNをコバルト(Co)からなる金属で結合し
たものや、窒化チタン(TiN)等のセラミックスで結
合した立方晶窒化硼素質焼結体が用いられている(特公
昭52−43846号公報等参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
のような切削工具のうちCoを結合材に用いた立方晶窒
化硼素質焼結体では、cBN含有率が高く極めて高硬度
であるが、結合相がCoの金属間化合物を形成している
ため、耐熱性に劣り、刃先温度の上昇する加工には不向
きである。さらに、特公昭52−43846号公報によ
れば、鉄族金属は高温高圧下の溶浸によってcBN中に
分散するものとされているが、このような方法では溶浸
する金属量を一定とすることが難しいため品質にばらつ
きを生じ易く、またCoの偏析が生じ均一な分散組織が
得られないという欠点がある。
【0005】このため、加工中に突発的な欠損を生じや
すいという問題があった。また、ある条件下で切削する
と、cBN粒子が結合相から脱落することによって大き
な摩耗を引き起こすことがある。これは、焼結過程にお
けるcBNとCoとの反応性が低く、cBNと結合相と
の結合力が弱いためと考えられる。
【0006】また、cBNを窒化チタン(TiN)等の
セラミックスで結合した立方晶窒化硼素質焼結体では、
cBNの含有率が低いためcBNの優れた特性が十分に
生かされていないという問題があった。
【0007】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、cBN
の含有率を向上して、cBNの高硬度,高耐熱性,高熱
伝導性を十分に生かすべく鋭意研究した結果、BNとの
反応性に富むAlと周期律4a,5a,6a族遷移金属
の酸化物を結合材として用い、AlNとTiB2,Al
2 3 等の耐熱性化合物を生成すると、耐熱性を損なう
ことなく、cBNが結合相と強固に結合した立方晶窒化
硼素質焼結体を得ることができることを見出し、本発明
に至った。
【0008】即ち、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体
は、立方晶窒化硼素を80体積%を越え95体積%以下
含有し、残部が、窒化硼素とAlと周期律4a,5a,
6a族遷移金属の酸化物のうちの少なくとも一種との反
応により生成される化合物を主体とすることを特徴とす
る。残部の化合物はAlNとTiB2 とAl2 3 を主
体とするものが好ましい。
【0009】立方晶窒化硼素(cBN)を80〜95体
積%含有させたのは、80体積%以下であると、cBN
本来の特性、即ち、高耐熱性、高熱伝導性などの優れた
特性を生かすことができないからであり、95体積%よ
りも多いとcBN粒子と結合相粒子との粒子間結合力が
低下するからである。
【0010】また、cBNの残部を、窒化硼素(BN)
とAlとの反応により生成される化合物、BNと周期律
4a,5a,6a族遷移金属の酸化物のうちの少なくと
も一種との反応により生成される化合物を含有して構成
したのは、上記のような反応によりAl2 3 ,Al
N,TiB2 等の耐熱性化合物を形成し、立方晶窒化硼
素質焼結体の耐熱性を損なうことなく、cBNと結合相
が強固に結合した焼結体を得ることができるからであ
る。残部の化合物はAl2 3 ,AlN,TiB2を主
体とするものが好ましい。これは、Al2 3 ,Al
N,TiB2 はそれぞれ耐酸化性,熱伝導度,硬度に特
に優れた特性を有しているからである。
【0011】窒化硼素(BN)とAlとの反応により生
成される化合物には、AlN,AlB2 ,AlB12など
があり、これらのAlN,AlB2 ,AlB12などは、
3〜12体積%存在することが好ましい。また、BNと
周期律4a,5a,6a族遷移金属の酸化物のうちの少
なくとも一種との反応により生成される化合物には、T
iB2 ,ZrB2 ,TaB2 ,TiN,ZrN,TaN
などがあり、これらは2〜7体積%存在することが好ま
しい。
【0012】このような立方晶窒化硼素質焼結体は、c
BN粉末とAl粉末と周期律4a,5a,6a族遷移金
属の酸化物のうちの少なくとも一種の粉末とを混合後、
この混合粉体を圧力3.0GPa以上、温度1200℃
以上で焼結することにより得られる。これにより、cB
N粒子間に結合相が均一に分散した組織を有することが
でき、品質をほぼ一定に保持することができる。
【0013】本発明の立方晶窒化硼素質焼結体の具体的
な製造方法としては、原料粉末としてcBN粉末、Al
粉末,その他所望の周期律4a,5a,6a族遷移金属
の酸化物粉末等を準備し、これらを前述した特定の組成
に秤量する。この後、必要があれば所定形状に成形す
る。成形手段としてはプレス成形,射出成形,鋳込み成
形,押出成形等周知の成形手段を用いることができる。
【0014】次に上記成形体を高温高圧発生装置を用い
て、例えば、特公昭39−8948号公報に開示される
ように高温高圧で焼結する。即ち、圧力3.0GPa以
上、温度1200℃以上で15〜120分間保持し、本
発明の立方晶窒化硼素質焼結体を得る。圧力は3.0〜
6.0GPaが好ましく、温度は1200〜1800℃
が好ましい。
【0015】周期律4a,5a,6a族遷移金属として
は、Ti,Zr,Hf,Nb,Ta,V,W,Mo,C
rがある。
【0016】
【作用】本発明の立方晶窒化硼素質焼結体では、BNと
Alと周期律4a,5a,6a族遷移金属の酸化物との
反応によりAl2 3 ,AlN,TiB2 等の耐熱性化
合物を形成し、立方晶窒化硼素質焼結体の耐熱性を損な
うことなく、cBNと結合相が強固に結合した焼結体を
得ることができる。これは、cBNと結合相が単に固相
焼結しているのではなく、cBNの一部が反応して結合
相となっているからと考えられる。
【0017】また、結合合金を高温高圧下で溶浸によっ
てcBN中に分散させるのではなく、例えば、予め調合
した混合粉末を高温高圧下で反応させることにより、均
一組成で、かつ、結合相が均一に分散した組織を得るこ
とができ、これにより、品質をほぼ一定に保持すること
ができる。
【0018】
【実施例】
実施例1 原料粉末として、cBN粉末(平均結晶粒径2〜4μ
m)及びAl粉末と,周期律4a,5a,6a族遷移金
属の酸化物粉末を、表1に示す割合で混合し、この粉体
を圧力1ton/cm2 で加圧成形し、この成形体を超高温高
圧発生装置を用いて、表1に示す圧力, 温度で所定時間
保持し、焼成し、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体を得
た。
【0019】
【表1】
【0020】そして、立方晶窒化硼素質焼結体を取り出
し鏡面加工し、SEM(走査型電子顕微鏡)により組織
観察したところ、ポアのない緻密な組織を示した。
【0021】また、得られた焼結体に対してビッカース
硬度、ビッカース硬度用ダイヤモンド圧子を用いて荷重
20kgで圧痕法により破壊靱性を測定した。さらに、
X線回折法による結晶相の同定と、ICP発光分光分析
による定量分析を行い、焼結体組成を決定した。鏡面を
SEM(走査型電子顕微鏡)で観察したところ、本発明
の試料は何れも偏析のない均質微細な組織が生成してい
ることを確認した。さらに、破面をSEM観察したとこ
ろ、本発明の焼結体の破壊様式は粒内破壊であり、粒子
間結合が強固であることが裏付けられた。この焼結体を
用いて工具を作製し、各試料を用いて下記に示す切削条
件で切削評価試験を行った。評価は、20分間切削後の
工具逃げ面摩耗幅を測定することにより行った。
【0022】(切削試験) 被削材 SKD11(HRC60) 切削速度 100m/min 切り込み 0.5mm 送り 0.1mm/rev 切削時間 20min 上記の実験結果を表2に示す。
【0023】
【表2】
【0024】表1及び表2により、本発明の立方晶窒化
硼素質焼結体は、硬度が3850以上で、靱性が5.0
MPa・m1/2 以上であった。また、20分間切削した
工具逃げ面摩耗幅は0.183mm以下という優れた特
性を有していることが確認された。
【0025】一方、本発明者等は、市販の立方晶窒化硼
素質焼結体の焼結体組成,硬度,破壊靱性,工具逃げ面
摩耗幅を測定したところ、焼結体組成はcBN82.5
体積%、Co212 6 17.5体積%からなり、硬度
は3800、破壊靱性は4.7、工具逃げ面摩耗幅が
0.414mmであった。
【0026】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、c
BNと、Alと、周期律4a,5a,6a族遷移金属の
酸化物との反応によりAl2 3 ,AlN,TiB2
の耐熱性化合物を形成し、立方晶窒化硼素質焼結体の耐
熱性を損なうことなく、cBNと結合相が強固に結合し
た焼結体を得ることができる。
【0027】また、結合合金を高温高圧下で溶浸によっ
てcBN中に分散させるのではなく、例えば、予め調合
した混合粉末を高温高圧下で反応させることにより、均
一組成で、かつ、結合相が均一に分散した組織を得るこ
とができ、これにより、品質をほぼ一定に保持すること
ができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】立方晶窒化硼素を80体積%を越え95体
    積%以下の割合で含有し、残部が、窒化硼素とAlと周
    期律4a,5a,6a族遷移金属の酸化物のうちの少な
    くとも一種との反応により生成される化合物を主体とす
    ることを特徴とする立方晶窒化硼素質焼結体。
  2. 【請求項2】残部の化合物がAlNとTiB2 とAl2
    3 を主体とするものからなる請求項1記載の立方晶窒
    化硼素質焼結体。
  3. 【請求項3】立方晶窒化硼素粉末とAl粉末と周期律4
    a,5a,6a族遷移金属の酸化物のうちの少なくとも
    一種の粉末とを混合後、この混合粉体を圧力3.0GP
    a以上、温度1200℃以上で焼結することを特徴とす
    る立方晶窒化硼素質焼結体の製造方法。
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