JPH0745343B2 - 立方晶窒化ほう素焼結体およびその製造方法 - Google Patents
立方晶窒化ほう素焼結体およびその製造方法Info
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- JPH0745343B2 JPH0745343B2 JP62291792A JP29179287A JPH0745343B2 JP H0745343 B2 JPH0745343 B2 JP H0745343B2 JP 62291792 A JP62291792 A JP 62291792A JP 29179287 A JP29179287 A JP 29179287A JP H0745343 B2 JPH0745343 B2 JP H0745343B2
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- JP
- Japan
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- mol
- cbn
- sintered body
- cubic boron
- boron nitride
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
- C04B35/5831—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride based on cubic boron nitrides or Wurtzitic boron nitrides, including crystal structure transformation of powder
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、立方晶窒化ほう素（以下、cBNと言う）焼結
体およびその製造方法に関するものである。特に、本発
明は、高硬度を要する鉄系合金切削用工具および研削用
砥粒に加工するに適したcBN焼結体、ならびにこの焼結
体を比較的高温低圧で製造する方法に関するものであ
る。
体およびその製造方法に関するものである。特に、本発
明は、高硬度を要する鉄系合金切削用工具および研削用
砥粒に加工するに適したcBN焼結体、ならびにこの焼結
体を比較的高温低圧で製造する方法に関するものであ
る。
（従来の技術） cBNの焼結は技術的に難しいために、従来は添加剤を用
いてcBN粒子を結合する方法が行なわれていた。かかる
添加剤の種類は、Eliezer Rapoport（“Cubic Boron Ni
tride",ANCPA（0151−9107）ANN.CHIM（Parls）10
〔７〕,607（'87））が次の様にまとめている：合金系
（Al−Fe,Ti−Cu等）；合金−化合物系（Si3N4＋Alな
ど）；化合物系（SiAlON,Si3N4＋AlN＋Al2O3,Y2O3＋AlN
など）。これらは何れもcBNとの濡れまたは反応を利用
しているため、高密度焼結体を得るためには10容量％以
上の添加が必要である。
いてcBN粒子を結合する方法が行なわれていた。かかる
添加剤の種類は、Eliezer Rapoport（“Cubic Boron Ni
tride",ANCPA（0151−9107）ANN.CHIM（Parls）10
〔７〕,607（'87））が次の様にまとめている：合金系
（Al−Fe,Ti−Cu等）；合金−化合物系（Si3N4＋Alな
ど）；化合物系（SiAlON,Si3N4＋AlN＋Al2O3,Y2O3＋AlN
など）。これらは何れもcBNとの濡れまたは反応を利用
しているため、高密度焼結体を得るためには10容量％以
上の添加が必要である。
（発明が解決しようとする問題点） 従来の添加剤ではその添加量の増加とともに硬さが激減
するため、高硬度が要求される工具あるいは研摩砥粒等
としてcBN焼結体を使用することができなかった。
するため、高硬度が要求される工具あるいは研摩砥粒等
としてcBN焼結体を使用することができなかった。
またcBNは電子材料としても使用されるが、添加剤はか
かる用途で要求される特性を損なうため、添加剤が少な
いcBN焼結体が必要である。
かる用途で要求される特性を損なうため、添加剤が少な
いcBN焼結体が必要である。
本発明は、上述のところに鑑み、少量の添加剤でcBN粒
子結合効果を奏するcBN焼結体および焼結方法を提供す
ることを目的とする。
子結合効果を奏するcBN焼結体および焼結方法を提供す
ることを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、添加剤の組成を特定し、cBNの焼結緻密化機
構として本質的なcBNの塑性流動を極力起こさせるとと
もにcBN粒子間に残存する添加剤を強化することによ
り、上記目的を達成する。
構として本質的なcBNの塑性流動を極力起こさせるとと
もにcBN粒子間に残存する添加剤を強化することによ
り、上記目的を達成する。
すなわち、本発明は、20モル％〜98モル％のSi3N4、１
モル％〜50モル％のY2O3および１モル％〜70モル％のAl
Nからなる添加剤を容量で0.03〜８％含有させた立方晶
窒化ほう素焼結体を提供する。
モル％〜50モル％のY2O3および１モル％〜70モル％のAl
Nからなる添加剤を容量で0.03〜８％含有させた立方晶
窒化ほう素焼結体を提供する。
以下、本発明に係るcBN焼結体の構成を詳しく説明す
る。
る。
Si3N4はSiの作用を利用するために使用される。即ち、S
i3N4のSiがcBN中に微量移行して、cBNの安定温度域を高
くし、焼結緻密化に必須なcBNの塑性流動が促進され
る。またSi3N4のほとんどは焼結体のマトリックスに存
在する。遊離Siがマトリックスに存在すると焼結を阻害
するが、Si3N4は阻害しない。
i3N4のSiがcBN中に微量移行して、cBNの安定温度域を高
くし、焼結緻密化に必須なcBNの塑性流動が促進され
る。またSi3N4のほとんどは焼結体のマトリックスに存
在する。遊離Siがマトリックスに存在すると焼結を阻害
するが、Si3N4は阻害しない。
Y2O3は、1700℃前後で液相を発生してcBN粒子を均一に
を濡らし、Si3N4の一部が分解して生成するSiをcBN粒子
間に均一に分散させる。
を濡らし、Si3N4の一部が分解して生成するSiをcBN粒子
間に均一に分散させる。
AlNは焼結時の冷却過程でY2O3−AlN系繊維状化合物を生
じさせて、粒界の強度を強化する。なお、Y2O3−AlN系
化合物が作る相関係についてはK.H.Jack（“Review Sia
lons and related nitrogen ceramics"L.Mat.Sci.11,11
35（1976））を引用する。
じさせて、粒界の強度を強化する。なお、Y2O3−AlN系
化合物が作る相関係についてはK.H.Jack（“Review Sia
lons and related nitrogen ceramics"L.Mat.Sci.11,11
35（1976））を引用する。
また添加物の組成については、タフネスの関係から、Si
3N4−20mol％以上、Y2O3−50mol％以下、AlN−70mol％
以下とする。ここで、タフネスとは、一定容量のステン
レス容器中に粉砕篩分した焼結体の一定量をスチールボ
ールと共に入れ、一定の振動を加えて粉砕した後一定の
目開きの篩で篩い、篩上残量を原試料に対する割合で示
したもので、一定系列の砥粒においては研削試験と非常
に相関がつよく、また焼結性良否の指標となる。さら
に、Si3N4の量が98mol％を越え、Y2O3およびAlNの量が1
mol％未満となると、前述のY2O3およびAlNの効果がなく
なり、焼結体の強度低下を来す。よって、添加剤の組成
を特許請求の範囲のとおり定めた。
3N4−20mol％以上、Y2O3−50mol％以下、AlN−70mol％
以下とする。ここで、タフネスとは、一定容量のステン
レス容器中に粉砕篩分した焼結体の一定量をスチールボ
ールと共に入れ、一定の振動を加えて粉砕した後一定の
目開きの篩で篩い、篩上残量を原試料に対する割合で示
したもので、一定系列の砥粒においては研削試験と非常
に相関がつよく、また焼結性良否の指標となる。さら
に、Si3N4の量が98mol％を越え、Y2O3およびAlNの量が1
mol％未満となると、前述のY2O3およびAlNの効果がなく
なり、焼結体の強度低下を来す。よって、添加剤の組成
を特許請求の範囲のとおり定めた。
上記焼結体は添加剤とcBN粉末を混合し高温高圧装置で
ホットプレスすることにより製造することができる。本
発明においては、上記した添加剤をcBN粉末と混合した
原料を比較的高温低圧で具体的には、圧力50kb以上、温
度は1700℃以上でホットプレスすることにより、本発明
が特徴とするSi3N4による焼結促進作用を最も有効に活
用することができる。各成分粉末の粒度は30μｍ以下が
適切である。
ホットプレスすることにより製造することができる。本
発明においては、上記した添加剤をcBN粉末と混合した
原料を比較的高温低圧で具体的には、圧力50kb以上、温
度は1700℃以上でホットプレスすることにより、本発明
が特徴とするSi3N4による焼結促進作用を最も有効に活
用することができる。各成分粉末の粒度は30μｍ以下が
適切である。
（作用） 上記三成分において、原料cBN粉末中に均一に分散したS
i3N4中のSiは、例えば50kb,1700℃でホットプレスした
場合、まずcBN中へ拡散固溶し、その六方晶（hBN）への
逆転換を防止するものと推定される。このような高温に
おいてはcBN粒子は塑性変形を起こし、焼結される。
i3N4中のSiは、例えば50kb,1700℃でホットプレスした
場合、まずcBN中へ拡散固溶し、その六方晶（hBN）への
逆転換を防止するものと推定される。このような高温に
おいてはcBN粒子は塑性変形を起こし、焼結される。
添加されたSi3N4の一部は高温における焼結過程におい
て前述の如くSiとしてcBN結晶中へ固溶等の形態で入り
込み、cBN相を安定化させると共に焼結後の応用時にお
いては、このcBN結晶中へ入り込んだSiが硬さの増大に
寄与する。cBN結晶に対するcBN結晶中のSiの影響につい
ては、А．М．Мазуренко他（СВЕРХТВ
ЕРДЫЕ МАТЕРИАПЫ No.37（1986））に述
べられている。
て前述の如くSiとしてcBN結晶中へ固溶等の形態で入り
込み、cBN相を安定化させると共に焼結後の応用時にお
いては、このcBN結晶中へ入り込んだSiが硬さの増大に
寄与する。cBN結晶に対するcBN結晶中のSiの影響につい
ては、А．М．Мазуренко他（СВЕРХТВ
ЕРДЫЕ МАТЕРИАПЫ No.37（1986））に述
べられている。
Si3N4が均一にcBN粒間に分散するように、Y2O3の作用を
利用する。またY2O3による硬度低下を防ぐためAlNによ
り粒界強化を図る。このように各成分の性質が関連して
いるため、少量の添加剤で所望の効果が得られるように
なる。すなわち、添加剤の量は最大８容量％で、従来の
10％容量以上と同等の結合効果を得ることができる。添
加物の量については、0.03％未満では効果がなく、８％
を越えると硬度が低下するので、0.03％以上８％以下と
する。
利用する。またY2O3による硬度低下を防ぐためAlNによ
り粒界強化を図る。このように各成分の性質が関連して
いるため、少量の添加剤で所望の効果が得られるように
なる。すなわち、添加剤の量は最大８容量％で、従来の
10％容量以上と同等の結合効果を得ることができる。添
加物の量については、0.03％未満では効果がなく、８％
を越えると硬度が低下するので、0.03％以上８％以下と
する。
さらに、研削熱による強度低下など高温における強度低
下を防止する観点においても、添加剤の三成分は有効な
作用をしている。すなわち、Y2O3は高温において強度低
下をもたらす低融点相を発生させるが、この相を過剰Si
3N4よりSi3N4−Y2O3−AlN系の高融点物質に変え、この
三元系物質をcBNの粒界に存在させると、高温における
強度低下が少なくなる。
下を防止する観点においても、添加剤の三成分は有効な
作用をしている。すなわち、Y2O3は高温において強度低
下をもたらす低融点相を発生させるが、この相を過剰Si
3N4よりSi3N4−Y2O3−AlN系の高融点物質に変え、この
三元系物質をcBNの粒界に存在させると、高温における
強度低下が少なくなる。
以下、実施例により本発明をより詳しく説明する。
（実施例） 実施例 １ 粒度がいずれも２μｍのSi3N4、Y2O3およびAlNを、それ
ぞれ、30mol％、12.5mol％および57.5mol％の割合で混
合し、三成分系粉末混合物よりなる添加剤を調製した。
ぞれ、30mol％、12.5mol％および57.5mol％の割合で混
合し、三成分系粉末混合物よりなる添加剤を調製した。
次に、この添加剤を、粒子寸法１μｍが50部、粒子寸法
15μｍが50部よりなるcBN原料粉末中へ、表１に示す種
々の割合でエタノールを用いて湿式で添加混合した。
15μｍが50部よりなるcBN原料粉末中へ、表１に示す種
々の割合でエタノールを用いて湿式で添加混合した。
これらの添加剤を混合済の原料cBN粉末を成形機により
ディスク状に成形し、cBN合成用の高温高圧装置により
約50kb、1700℃の条件で30分焼結した。
ディスク状に成形し、cBN合成用の高温高圧装置により
約50kb、1700℃の条件で30分焼結した。
焼結塊を粉砕、篩分して＃80/100の砥粒を得、その特性
を測定した。
を測定した。
表から、添加剤の量が0.03％未満のときはタフネスが不
充分でり、一方８％を越えると硬さが充分でないことが
分かる。
充分でり、一方８％を越えると硬さが充分でないことが
分かる。
（発明の効果） 本発明によれば、比較的少量の添加剤を使用して単結晶
と同等の高硬度のcBN焼結体を製造することができる。
また添加剤を多くすると、単結晶とほぼ同等の硬度を保
ちつつ、タフネスが優れ、切削工具として適したcBN焼
結体を製造することができる。
と同等の高硬度のcBN焼結体を製造することができる。
また添加剤を多くすると、単結晶とほぼ同等の硬度を保
ちつつ、タフネスが優れ、切削工具として適したcBN焼
結体を製造することができる。
Claims (4)
- 【請求項１】20モル％〜98モル％のSi3N4、１モル％〜5
0モル％のY2O3および１モル％〜70モル％のAlNからなる
添加剤を容量で0.03〜８％含有することを特徴とする、
高硬度を有する立方晶窒化ほう素焼結体。 - 【請求項２】立方晶窒化ほう素粉末に、20モル％〜98モ
ル％のSi3N4、１モル％〜50モル％のY2O3および１モル
％〜70モル％のAlNからなる添加剤を容量0.03〜８％混
合してホットプレスすることを特徴とする立方晶窒化ほ
う素焼結体の製造方法。 - 【請求項３】圧力50kb以上、温度は1700℃以上でホット
プレスを行なうことを特徴とする特許請求の範囲第２項
記載の立方晶窒化ほう素焼結体の製造方法。 - 【請求項４】ホットプレス後さらに粉砕工程を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項の立
方晶窒化ほう素焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62291792A JPH0745343B2 (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 立方晶窒化ほう素焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62291792A JPH0745343B2 (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 立方晶窒化ほう素焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01133982A JPH01133982A (ja) | 1989-05-26 |
| JPH0745343B2 true JPH0745343B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=17773487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62291792A Expired - Lifetime JPH0745343B2 (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 立方晶窒化ほう素焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0745343B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2256434A (en) * | 1991-06-04 | 1992-12-09 | Rolls Royce Plc | Abrasive medium |
| US7494635B2 (en) | 2003-08-21 | 2009-02-24 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Boron nitride agglomerated powder |
-
1987
- 1987-11-20 JP JP62291792A patent/JPH0745343B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01133982A (ja) | 1989-05-26 |
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