JPH10218666A - 高圧相型窒化硼素基焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性および耐欠損性が改善された、フラ
イス工具およびエンドミルなどに代表される切削工具用
の高圧相型窒化硼素基高硬度高強度焼結体を提供する。 【解決手段】 本発明による高圧相型窒化硼素基焼結体
は、高圧相型窒化硼素の複数の粒子（１）と、結合相
（２、３）とを備え、上記粒子（１）の含有率は２０．
０体積％以上９９．７体積％以下である。上記結合相
（２、３）は、上記粒子（１）を包囲する第１の結合相
（２）と、それ以外の第２の結合相（３）とを含む。上
記第１の結合相（２）は、Ｔｉ、ＴｉＡｌ、Ｚｒ、Ｈｆ
の少なくとも１種の窒化物もしくはその固溶体の少なく
ともいずれかの形態からなる。上記第２の結合相（３）
は、上記第１の結合相（２）で包囲された複数の上記粒
子（１）の間に粒成長抑制結合相（４）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高圧相型窒化硼
素基焼結体に関するものであり、特に、耐摩耗性および
耐欠損性が改良された、フライス工具およびエンドミル
等に代表される切削工具用の高圧相型窒化硼素基焼結体
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】立方晶窒化硼素（以下ｃＢＮと記す）に
代表される高圧相型窒化硼素は、ダイヤモンドに次ぐ高
硬度物質であり、さらにダイヤモンドと比較して、鉄系
材料との反応性が低いために、ｃＢＮ基焼結体は種々の
切削工具に使用されている。

【０００３】また、高硬度でかつ高強度である材料は、
切削用途に限らず、たとえば摺動部に設けられる耐摩部
品や防御壁に用いられる耐衝撃部品など、さまざまなな
用途において切望されている。しかし、従来の高圧相型
窒化硼素基焼結体では、硬度と強度の両立に問題があ
り、十分な性能が得られていなかった。

【０００４】ここで、ｃＢＮは、ダイヤモンドと並び典
型的な難焼結材料であり、かつ、高圧安定相である。こ
のため、ｃＢＮ粒子同士を焼結させるためには、２００
０℃、８ＧＰａ以上という極限的な焼結条件が要求され
る。そのため、１４５０℃、４．５ＧＰａ以下といった
工業的な焼結条件では、ｃＢＮ粒子同士を結合させるこ
とはできない。したがって、ｃＢＮ基焼結体を工業的な
焼結条件で製造するためには、ｃＢＮ粉末と結合材粉末
とを混合後、焼結することが必要となる。この結合材粉
末としては、Ａｌ、ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌ₃ 、ＴｉＮ、Ｔ
ｉＣなどの粉末が用いられる。そして、Ａｌ金属もしく
はＡｌ元素の少なくとも１種の金属間化合物からなる結
合材（以下Ａｌベース結合材と記す）を用いて、工業的
に生産されるｃＢＮ基焼結体としては、以下の２種類に
大別できる。

【０００５】ｃＢＮ粒子とＡｌとを出発原料として焼結
を行なうことにより、８０重量％以上のｃＢＮと結合相
とからなるｃＢＮ基焼結体（Ａ）が得られることが、特
開昭５５−１２６５８１号公報に開示されている。これ
は、金属ＡｌやＴｉＡｌ₃ のようなＡｌの金属間化合物
が、焼結時の高温状態において溶融Ａｌを生じ、ｃＢＮ
粒子間のネックグロースの形成を促進するからである。
ここで、ネックグロースとは、ｃＢＮ粒子同士が溶着ま
たは結合し、連続モザイクないし互生物質が発生した状
態をいう。そして、実際にｃＢＮの含有率が８５〜９０
体積％のｃＢＮ基焼結体が製品化されている。このｃＢ
Ｎ基焼結体の抗折力は、長さ６ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ
０．４〜０．４５ｍｍの試験片を用いて４ｍｍスパンと
いう条件において８０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ² 程度であ
る。

【０００６】一方、ｃＢＮ粒子とＡｌベース結合材とＴ
ｉＮおよびＴｉＣなどに代表される周期律表４ａ、５
ａ、６ａ族元素の窒化物、炭化物もしくはその固溶体
（以下遷移金属窒化物等と記す）とを出発原料として焼
結を行なうことにより、５０〜８０体積％程度のｃＢＮ
と結合相とからなるｃＢＮ基焼結体（Ｂ）が得られる。
これは、金属ＡｌやＴｉＡｌ₃ のようなＡｌの金属間化
合物が焼結時の高温状態で溶融Ａｌを生じ、ｃＢＮ粒子
と遷移金属窒化物等の粒子との間、および、遷移金属窒
化物等の粒子同士の間に反応生成物を生成させ、強固な
結合を形成するためである。そして、実際に断続切削用
途などに用いられる高強度切削工具として、ｃＢＮの含
有率が５０〜８０体積％程度のｃＢＮ基焼結体が製品化
されている。このｃＢＮ基焼結体の抗折力は、長さ６ｍ
ｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．４〜０．４５ｍｍの測定用試験
片を用いて、４ｍｍスパンという条件において９０〜１
１０ｋｇｆ／ｍｍ² 程度である。

【０００７】ｃＢＮ粒子の理論強度は、ヤング率から推
定すると７０ＧＰａ程度である。また、遷移金属窒化物
等の粒子の理論強度は、２０〜５０ＧＰａ程度である。
しかし、現実には、上記ｃＢＮ基焼結体（Ａ）は、理論
強度の高いｃＢＮ粒子の含有率が高いにもかかわらず、
上記ｃＢＮ基焼結体（Ｂ）より抗折力が低い。つまり、
ｃＢＮ粒子間のネックグロースを構成粒子同士の結合形
態の主体とする上記ｃＢＮ基焼結体（Ａ）よりも、上記
ｃＢＮ基焼結体（Ｂ）の方が高強度である。これより、
ｃＢＮ粒子間のネックグロースによる結合力よりも、ｃ
ＢＮ粒子と遷移金属窒化物等の粒子との間、および、遷
移金属窒化物等の粒子同士の間の結合力の方が強固であ
ることがわかる。

【０００８】しかし、上記したように、上記ｃＢＮ基焼
結体（Ｂ）はＡｌベース結合材とｃＢＮ粉末と遷移金属
窒化物等とを混合、充填後、焼結したものである。そし
て、Ａｌベース結合材は、上記したように、ｃＢＮ粒子
同士をネックグロースさせる作用がある。そのため、従
来の混合状態では、ｃＢＮ粒子同士がＡｌベース結合材
を介して接触している領域や、ｃＢＮ粒子同士が直接接
触しており、その近傍にＡｌベース結合材が存在すると
いうような領域が少なからず存在していた。このため、
焼結時に上記ｃＢＮ粒子同士がネックグロースを起こす
領域が発生していた。この結果、上記ｃＢＮ基焼結体
（Ｂ）においても、ネックグロースの発生に起因してｃ
ＢＮ粒子の保持力が弱まり、理想的なｃＢＮ基焼結体と
比較した場合、十分な耐摩耗性と耐欠損性が発揮されて
いないという問題があった。

【０００９】このような問題を解決するために提案され
ている代表的なものに、特開昭５８−５８２４７号公
報、特開昭５８−６０６７８号公報、特開平５−１８６
８４４号公報、特開昭５８−６１２５３号公報がある。

【００１０】特開昭５８−５８２４７号公報には、ｃＢ
Ｎもしくはウルツ鉱型窒化硼素（以下ｗＢＮと記す）と
結合相とを備える切削および耐摩耗工具用高靭性窒化硼
素基焼結体が開示されている。上記結合相はＴｉ、Ｈ
ｆ、ＺｒおよびＭｏの少なくとも１種の硼化物と炭化物
とからなる。また、上記ｃＢＮもしくはｗＢＮの少なく
とも１種は、平均厚さ０．１〜２μｍである上記硼化物
によって包囲されている。

【００１１】また、特開昭５８−６０６７８号公報に
は、ｃＢＮもしくはｗＢＮの少なくとも１種と、Ｔｉ、
ＨｆおよびＳｉの少なくとも１種の窒化物と炭化物とか
らなる結合相とを備える、切削および耐摩耗工具用高靭
性窒化硼素基焼結体が開示されている。そして、上記ｃ
ＢＮもしくはｗＢＮの少なくとも１種は、平均厚さが
０．１〜２μｍである上記硼化物によって包囲されてい
る。

【００１２】さらに、特開平５−１８６８４４号公報に
は、ｃＢＮもしくはｗＢＮの少なくとも１種と、周期律
表４ａ、５ａ、６ａ族金属、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｏの炭化物、窒化物、酸化物、硼化物、希土類金属の
酸化物、窒化物もしくはこの固溶体、またはＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｇｏの少なくとも１種からなる結合相とを備える、
高密度相窒化硼素を含む焼結体が開示されている。そし
て、上記焼結体は、０．５〜９０ｎｍの平均厚さを有す
るＴｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｉの窒化物、硼化
物およびこれらの固溶体の中の少なくとも１種により、
ｃＢＮもしくはｗＢＮの少なくとも１種を被覆した複合
硬質相を焼結することによって得られる。

【００１３】さらに、特開昭５８−６１２５３号公報に
は、ｃＢＮもしくはｗＢＮの少なくとも１種と、Ａｌと
Ａｌの酸化物および窒化物の１種または２種とを含有し
た組成である、切削および耐摩耗工具用高靭性材窒化硼
素基焼結体が開示されている。そして、上記焼結体は、
平均層厚が０．１〜１μｍであるＡｌもしくはＡｌとＡ
ｌの酸化物および窒化物の１種または２種が、上記ｃＢ
ＮもしくはｗＢＮの少なくとも１種を包囲した組織を有
する。

【００１４】上記特開昭５８−５８２４７号公報、特開
昭５８−６０６７８号公報、および特開平５−１８６８
４４号公報に記載されている高圧相型窒化硼素基焼結体
は、ｃＢＮもしくはｗＢＮの少なくとも１種の高圧相型
窒化硼素粒子を結合材で被覆し焼結している。これによ
り、焼結体中のｃＢＮ粒子同士が凝集することによって
未焼結となる領域を減少させ、耐摩耗性と耐欠損性とを
向上させるというものである。

【００１５】また、特開昭５８−６１２５３号公報に記
載の焼結体は、ｃＢＮもしくはｗＢＮの少なくとも１種
を包囲しているＡｌが、その表面層部において、ｃＢＮ
などの高圧相型窒化硼素、Ａｌの酸化物および窒化物と
相互拡散し、強固に結合することによって、上記焼結体
の靭性を改善するというものである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の高圧相型窒化硼
素基焼結体はもちろんのこと、上記の従来提案されてい
る結合材で被覆された高圧相型窒化硼素を用いた高圧相
型窒化硼素基焼結体においても、結合相の粒成長が大き
な問題となっていた。すなわち、高圧相型窒化硼素粒子
が上記結合相中に均質に分散した組織を有する高圧相型
窒化硼素基焼結体を作製しても、連続している結合相が
焼結中に粒成長することによって粗粒子化を起こし、耐
欠損性が低下するという問題があった。

【００１７】また、上記特開昭５８−５８２４７号公
報、特開昭５８−６０６７８号公報、特開平５−１８６
８４４号公報に記載の焼結体では、Ａｌ、Ｔｉ、Ｈｆな
どの元素を含む結合材が、窒化物、硼化物ならびにその
固溶体の中から選択される少なくとも１種として、高圧
相型窒化硼素粒子を被覆している。そして上記結合材
は、熱的および化学的に安定なセラミックとして高圧相
型窒化硼素粒子を被覆しているため、焼結時の高温状態
で溶融Ａｌを生ずるＡｌベース結合材と比較し、高圧相
型窒化硼素粒子と遷移金属窒化物等の粒子との間、およ
び、遷移金属窒化物等の粒子同士の間に形成される結合
力が弱い。このため、近年の高能率化・高速化の要求に
伴う切削条件の過酷化に伴い、耐摩耗性と耐欠損性にお
いて満足のいくものではなかった。

【００１８】また、上記特開昭５８−６１２５３号公報
に記載の焼結体では、焼結後においてＡｌの大部分は未
反応のまま金属Ａｌとして残存しているので、焼入れ鋼
や鋳鉄を切削する場合など、容易に切削温度が１０００
℃以上に達する用途では、金属Ａｌが溶融してしまうた
めに実用的ではなかった。

【００１９】また、上記提案された焼結体において使用
されているｗＢＮ粒子は、ｃＢＮ粒子が静的圧縮法によ
って合成されるのに対し、衝撃圧縮法によって合成され
る。ｗＢＮおよびｃＢＮともに高圧相型窒化硼素であ
り、粒子自体における硬度、化学的安定性、およびＡｌ
ベース結合材との反応性などの諸物性はほぼ同等であ
る。しかし、それぞれその粒子の存在形態において大き
く異なる。すなわち、ｃＢＮ粒子が主に単結晶からなる
のに対して、ｗＢＮは数十ｎｍ〜数百ｎｍの粒径を有す
る１次粒子同士が衝撃圧縮時のエネルギにより焼結され
た、２次粒子からなる多結晶粒子である。このｗＢＮの
２次粒子の粒径は数μｍ程度に達する。

【００２０】そのため、ｗＢＮに結合材を被覆しても、
ｗＢＮの２次粒子の表面に位置しているｗＢＮの１次粒
子と、他のｃＢＮ粒子もしくは他のｗＢＮの２次粒子の
表面に位置しているｗＢＮの１次粒子との間にのみ、遷
移金属窒化物等の粒子を介した強固な結合を形成するこ
とになる。その結果、ｗＢＮの２次粒子の内部では、ｗ
ＢＮの１次粒子同士が結合材を介さずに結合しており、
十分な耐摩耗性と耐欠損性を有しているとは言えなかっ
た。

【００２１】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされてものであり、耐摩耗性および耐欠損性が改
良された、切削工具、フライス工具およびエンドミルな
どに代表される切削工具用の高圧相型窒化硼素基高硬度
高強度焼結体を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明による高圧相型窒
化硼素基焼結体は、高圧相型窒化硼素の複数の粒子と、
結合相とを備える。上記粒子の含有率は２０．０体積％
以上９９．７体積％以下である。上記結合相は、上記粒
子を包囲する第１の結合相と、それ以外の第２の結合相
とを含む。上記第１の結合相は、Ｔｉ、ＴｉＡｌ、Ｚ
ｒ、Ｈｆの少なくとも１種の窒化物もしくはその固溶体
の少なくともいずれかの形態からなる。上記第２の結合
相は、上記第１の結合相で包囲された複数の上記粒子の
間に粒成長抑制結合相を含む。上記粒成長抑制結合相
は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも１種の硼化物もしく
はその固溶体の少なくともいずれかの形態、または、Ａ
ｌの窒化物、硼化物、もしくはその固溶体の少なくとも
いずれかの形態からなる。

【００２３】ここで、高圧相型窒化硼素の粒子の含有率
が、２０．０体積％以上であれば、結合相の厚さが厚く
なることを防止でき、これにより、十分な耐欠損性を確
保することができる。また、高圧相型窒化硼素の粒子の
含有率が９９．７体積％以下であれば、結合相を突き破
り、部分的に高圧相型窒化硼素の粒子同士が直接的に結
合することを防止できる。これによって、十分な耐摩耗
性および耐欠損性を得ることができる。また、上記第２
の結合相が、上記第１の結合相で包囲された複数の上記
粒子の間に粒成長抑制結合相を含んでいるので、上記第
１および第２の結合相における粒成長を抑制することが
できる。これにより、均質かつ微細な結合相を得ること
ができる。これにより、十分な耐欠損性を確保すること
ができる。また、上記第１の結合相が上記粒子を包囲す
るように形成されているので、高圧相型窒化硼素の上記
粒子同士によりネックグロースが形成されることを防止
できる。これにより、十分な耐摩耗性および耐欠損性を
得ることができる。

【００２４】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体は、
上記第１の結合相の平均厚さが、５ｎｍ以上３０００ｎ
ｍ以下であることが好ましい。ここで、上記第１の結合
相の平均厚さが５ｎｍ以上であれば、上記第１の結合相
を突き破り、高圧相型窒化硼素の粒子同士が直接結合す
ることを防止できる。これにより、十分な耐欠損性を得
ることができる。さらに、上記第１の結合相の平均厚さ
が３０００ｎｍ以下であれば、結合相の厚さが厚くなり
すぎることによって耐欠損性が低下することを防止でき
る。

【００２５】本発明による高圧相型窒化硼素基型焼結体
は、高圧相型窒化硼素の複数の粒子と、結合相とを備え
る。上記粒子の含有率は２０．０体積％以上９９．７体
積％以下である。上記結合相は、上記粒子を包囲する第
１の結合相と、それ以外の第２の結合相とを含む。上記
第１の結合相は上記粒子に接触して包囲する第３の結合
相と、上記第３の結合相を包囲する第４の結合相とを含
む。上記第３の結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌの少
なくとも１種の窒化物、硼化物もしくはその固溶体の少
なくともいずれかの形態からなる。上記第４の結合相
は、Ｔｉ、ＴｉＡｌ、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも１種の窒
化物、炭化物、酸化物もしくはその固溶体の少なくとも
いずかの形態からなる。上記第２の結合相は、上記第１
の結合相で包囲された複数の上記粒子の間に粒成長抑制
結合相を含む。上記粒成長抑制結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｈｆの少なくとも１種の硼化物もしくはその固溶体の少
なくともいずれかの形態、または、Ａｌの窒化物、硼化
物もしくはその固溶体の少なくともいずれかの形態から
なる。

【００２６】ここで、高圧相型窒化硼素の粒子の含有率
が、２０．０体積％以上であれば、結合相の厚さが厚く
なることを防止でき、これにより、十分な耐欠損性を確
保することができる。また、高圧相型窒化硼素の粒子の
含有率が９９．７体積％以下であれば、結合相を突き破
り、部分的に高圧相型窒化硼素の粒子同士が直接的に結
合することを防止できる。これによって、十分な耐摩耗
性および耐欠損性を得ることができる。また、上記第２
の結合相が、上記第１の結合相で包囲された複数の上記
粒子の間に粒成長抑制結合相を含んでいるので、上記第
１および第２の結合相における粒成長を抑制することが
できる。これにより、均質かつ微細な結合相を得ること
ができる。これにより、十分な耐欠損性を確保すること
ができる。また、上記第１の結合相が上記粒子に接触し
て包囲する第３の結合相と、上記第３の結合相を包囲す
る第４の結合相とを含んでいるので、高圧相型窒化硼素
の上記粒子同士によりネックグロースが形成されること
を防止できる。これにより、十分な耐摩耗性および耐欠
損性を得ることができる。

【００２７】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体で
は、上記第３の結合相の平均厚さが、５ｎｍ以上５００
ｎｍ以下であることが好ましい。また、上記第４の結合
相の平均厚さが、５ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であるこ
とが好ましい。ここで、上記第３の結合相の平均厚さが
５ｎｍ以上であれば、結合相を突き破り高圧相型窒化硼
素の粒子が直接結合することを防止できる。これによっ
て、十分な耐欠損性を確保することができる。また、上
記第３の結合相の平均厚さが５００ｎｍ以下であれば、
結合相が厚くなることによる耐欠損性の劣化を防止でき
るとともに、結合相をより微細化でき、十分な耐欠損性
を確保することができる。

【００２８】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体で
は、上記結合相が、Ａｌ金属、ＴｉＡｌＮ、もしくはＡ
ｌ元素を含有する金属間化合物の少なくとも１種を出発
原料として、焼結中に反応生成したＡｌ化合物を含むこ
とが好ましい。ここで、上記結合相がＡｌ金属、ＴｉＡ
ｌＮもしくはＡｌ元素を含有する金属間化合物の少なく
とも１種を出発原料としているので、高圧相型窒化硼素
の粒子と上記結合相に含まれるＴｉの窒化物などとの
間、および、上記結合相に含まれるＴｉの窒化物など同
士の間に、強固な結合を形成する反応生成物を形成する
ことができる。これにより、十分な耐摩耗性を得ること
ができる。

【００２９】また、Ａｌ金属、ＴｉＡｌＮおよびＡｌ元
素を含有する金属間化合物は、非常に活性なため、高圧
相型窒化硼素およびその他の結合材の粉末に吸着されて
いる酸素成分および水分と焼結時に容易に反応し、Ａｌ
₂ Ｏ₃ 等を生成する場合がある。上記酸素成分および水
分は焼結阻害因子である。そのため、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等とな
ることにより、上記高圧相型窒化硼素およびその他の結
合材の粉末からこれら酸素成分等が除去されることによ
り、焼結性が向上し、より強固な結合を形成することが
できる。なお、Ａｌ₂ Ｏ₃ は熱伝導率が小さいため、そ
の生成は本来好ましくないが、熱伝導率の大きなＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌの中から選択される少なくとも１種の
窒化物、炭化物、硼化物もしくはその固溶体が結合相の
主体（５０体積％以上）であれば、焼結体の熱伝導率が
大幅に低下する事はない。そのため、焼結体の切削性能
に大きな影響を及ぼすことはない。

【００３０】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体で
は、上記Ａｌ化合物からなる結合相部分の含有率が、
０．１体積％以上３０．０体積％未満であることが好ま
しい。ここで、上記結合相部分の含有率が０．１体積％
以上であれば、高圧相型窒化硼素の粒子と結合相を構成
する成分との間、および、結合相を構成する成分同士の
間における結合力を十分確保することができると同時
に、粒成長抑制結合相を十分形成することができる。こ
れにより、耐欠損性および耐摩耗性が低下することを防
止できる。また、上記結合相部分の含有率が３０．０体
積％未満であれば、高圧相型窒化硼素、Ｔｉ、ＴｉＡ
ｌ、Ｚｒ、Ｈｆの窒化物、炭化物、酸化物もしくはその
固溶体と比較して耐摩耗性が劣る上記結合相部分の影響
により、高圧相型窒化硼素基焼結体の耐摩耗性が低下す
るといった問題の発生を防止できる。

【００３１】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体は、
不可避不純物と、上記Ａｌ化合物以外の残部結合相とを
さらに備え、上記不可避不純物の含有率は５．０体積％
以下であることが好ましい。

【００３２】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体で
は、長さ６ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ以上０．４
５ｍｍ以下の試験片を用いて、４ｍｍスパンで測定され
る抗折力が、１２０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上であることが好
ましい。

【００３３】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体で
は、高圧相型窒化硼素の粒子を少なくとも１００個含有
している領域で、他の上記粒子と接触している粒子数の
割合が０．１％以上２０．０％未満であることが好まし
い。ここで、他の高圧相型窒化硼素の粒子と接触してい
る上記粒子数の割合が０．１％以上２０．０％未満であ
る上記焼結体は、特に組織が均質であり、耐摩耗性およ
び耐欠損性に優れる。

【００３４】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体で
は、フッ硝酸を用いて溶解処理を行なった場合、残留し
た高圧相型窒化硼素の粒子の、少なくとも９０％以上が
単粒子として存在する。上記溶解処理においては、１辺
が３ｍｍ以上７ｍｍ以下、厚さが０．３ｍｍ以上０．５
ｍｍ以下である四角形状にした上記焼結体を用いる。そ
して、上記焼結体を密閉容器中で、フッ硝酸を用いて１
２０℃以上１５０℃以下で３時間以上５時間以下の溶解
処理を行なう。上記フッ硝酸は、６０．０重量％以上６
５．０重量％以下の硝酸を２倍希釈したものを４０ｍｌ
と、４５．０重量％以上５０．０重量％以下のフッ化水
素酸１０ｍｌとを混合して作成する。ここで、残留した
上記粒子の少なくとも９０％以上が単粒子として存在す
る焼結体は、上記高圧相型窒化硼素の粒子同士の結合が
ほとんどなく、高圧相型窒化硼素の粒子が上記結合相中
に均質に分散している組織を有する。このため、従来の
高圧相型窒化硼素基焼結体と比較し、耐摩耗性および耐
欠損性に優れる。

【００３５】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体で
は、上記高圧相型窒化硼素が立方晶窒化硼素であること
が好ましい。また、Ｘ線回折図形において、上記結合相
において主体と判断できる成分の回折線の中の最強強度
線の半価幅が、上記立方晶窒化硼素の（１１１）回折線
の半価幅の１．４倍以上であることが好ましい。ここ
で、上記Ｘ線回折は、４０ｋｅＶ、２５ｍＡ、Ｃｕ、２
θ＝２０〜８０°、走査速度０．１℃／秒という条件を
用いる。そして、このような上記高圧相型窒化硼素基焼
結体は、特に微細で均質な組織を有している。そのた
め、硬度および強度に優れ、焼入れ鋼や鋳鉄などの高硬
度難削材の切削において優れた耐摩耗性と耐欠損性を示
す。

【００３６】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体で
は、上記高圧相型窒化硼素の粒子の平均粒径が３μｍ以
下であることが好ましい。ここで、このように上記粒子
の平均粒径が３μｍ以下であれば、より優れる耐摩耗性
と耐欠損性を示す。また、長さ６ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ
０．４ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の試験片を用いて、４
ｍｍスパンで測定される抗折力が、１４０ｋｇｆ／ｍｍ
² 以上であることが好ましい。ここで、このような上記
高圧相型窒化硼素基焼結体は、高硬度難削材の切削にお
いて特に優れた耐欠損性を示す。

【００３７】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体は、
不可避不純物と、Ａｌ化合物からなる結合相部分と、前
記Ａｌ化合物以外の残部結合相とをさらに備えることが
好ましい。さらに、上記高圧相型窒化硼素が立方晶窒化
硼素であることが好ましい。また、上記結合相部分がＡ
ｌ、ＴｉＡｌ、Ｔｉ₂ ＡｌＮ、Ｔｉ₃ Ａｌ、およびＴｉ
Ａｌ₃ の少なくとも１種を出発原料として焼結中に反応
生成したＡｌ化合物からなり、上記第１の結合相がＴｉ
もしくはＴｉＡｌの窒化物の少なくとも１種からなり、
上記粒子の含有率が４５．０体積％以上７５．０体積％
以下であり、上記結合相部分の含有率が１．０体積％以
上２０．０体積％以下であり、上記不可避不純物の含有
率が３．０体積％以下であり、上記第１の結合相の平均
厚さが、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好まし
い。

【００３８】また、上記高圧相型窒化硼素基焼結体は、
不可避不純物と、Ａｌ化合物からなる結合相部分と、前
記Ａｌ化合物以外の残部結合相とをさらに備え、上記高
圧相型窒化硼素が立方晶窒化硼素であることが好まし
い。さらに、上記結合相部分はＡｌ、ＴｉＡｌ、Ｔｉ₂
ＡｌＮ、Ｔｉ₃ Ａｌ、およびＴｉＡｌ₃ の少なくとも１
種を出発原料として焼結中に反応生成したＡｌ化合物か
らなり、上記第３の結合相は、Ｔｉ、Ａｌの少なくとも
１種の窒化物、硼化物、およびその固溶体の、少なくと
もいずれかの形態からなり、上記第４の結合相は、Ｔ
ｉ、ＴｉＡｌ、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも１種の窒化部、
炭化物、酸化物およびその固溶体の、少なくとも１いず
れかの形態からなることが好ましい。さらに、上記立方
晶窒化硼素の粒子の含有率は４５．０体積％以上７５．
０体積％以下であり、上記結合相の含有率は１．０体積
％以上２０．０体積％以下であり、上記不可避不純物の
含有率は３．０体積％以下であり、上記第３の結合相の
平均厚さは、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、上記第
４の結合相の平均厚さは、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下で
あることが好ましい。

【００３９】

【実施例】本発明の高圧相型窒化硼素基焼結体は以下の
手順で得ることができる。

【００４０】まず、遊星ミルなどのより混合性および粉
砕性に優れる混合・粉砕装置を使用する。そして、混合
時の媒質、分散材、処理時間などの混合・粉砕条件を最
適化することにより、高圧相型窒化硼素粒子と結合材が
均質に分散した混合粉末を得ることができる。

【００４１】また、予め、化学蒸着法（ＣＶＤ法）や物
理蒸着法（ＰＶＤ法）、また、無電解めっき法、機械的
混合時の圧縮せん断力、摩擦力や衝撃力に誘起されたメ
カノケミカル的な反応などを利用する方法により、結合
材を被覆した高圧相型窒化硼素の粒子を用いてもよい。
そして、この結合材で被覆された高圧相型窒化硼素の粒
子と結合材とを機械的に混合してもよい。

【００４２】そして、このような手段により、高圧相型
窒化硼素の粒子と、Ａｌベース結合材と、Ｔｉ、ＴｉＡ
ｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌの中から選択される少なくとも１
種の窒化物、炭化物もしくはその固溶体（以下Ｔｉの窒
化物等と記す）の粒子とを理想的な配置状態とする。

【００４３】そして、焼結工程には、従来のプラズマ焼
結装置、ホットプレス装置、超高圧焼結装置などを用い
る。これにより、高圧相型窒化硼素の粒子間でのネック
グロースの発生を防止し、上記高圧相型窒化硼素の粒子
とＴｉの窒化物等の粒子との間およびＴｉの窒化物等の
粒子同士の間に強固な結合を形成する反応生成物を選択
的に生成させる。例えば、ｃＢＮとＴｉＡｌとの反応に
より、ＴｉＮとＡｌＢ ₂ 等を生成する。また、ＴｉＮと
ＴｉＡｌとの反応により、ＴｉＡｌＮ等を生成する。さ
らに、上記結合相の中に上記高圧相型窒化硼素の粒子が
均質に分散した組織を有する、本発明の高圧相型窒化硼
素基焼結体を得ることができる。また、結合相中にＡｌ
の窒化物、硼化物もしくはその固溶体の少なくともいず
れかの形態、または、Ｔｉ、ＴｉＡｌ、Ｚｒ、Ｈｆの少
なくとも１種の硼化物もしくはその固溶体の少なくとも
いずれかの形態からなる粒成長抑制結合相を生成させる
ことができる。

【００４４】以下、本発明の具体的な実施方法を実施例
を用いて説明する。 （実施例１）回転式の混合装置を内包する特殊真空炉を
用いて、１０^-4Ｔｏｒｒ、３００℃、２０００ｒｐｍの
条件で、平均粒度が１０μｍであるｃＢＮ粉末とＡｌ金
属もしくはＡｌ元素の少なくとも１種を含有する金属間
化合物の粉末との乾式混合を行なった。

【００４５】この混合粉末を回収した後、上記粉末の表
面をＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyser ）で観
察したところ、ｃＢＮ粉末および各種結合材に各種金属
間化合物が均質に被覆されていることがわかった。

【００４６】次に、この結合材を被覆したｃＢＮ粉末と
各種結合材とを、ベルト型超高圧装置によって４ＧＰ
ａ、１４８０℃の条件で、１０分間焼結した。比較のた
め、超硬合金製ポットと直径１０ｍｍのテフロンボール
を用いて、２５０ｒｐｍ、３６００分、エチルアルコー
ル中で湿式混合を行なった同一組成の出発原料を用いた
ｃＢＮ基焼結体も作製した。

【００４７】焼結後、Ｍｏ製カプセルを回収した後研削
により除去し、この焼結体の組織と組成をＸ線回折、Ｉ
ＣＰ−ＡＥＳ（Inductive Coupled Plasma Atomic Emis
sionSpectrometer ）、ＴＥＭ（Transmission Electron
Microscope）、およびＡＥＳ（Auger Electron Spectr
oscopy ）により分析を行なった。本実施例で作製した
ｃＢＮ基焼結体の出発原料として、Ａｌ₂ Ｏ₃ は添加し
ていないが、焼結過程で焼結材粉末に吸着されている焼
結阻害因子である酸素成分や水分と反応し生成したと思
われるＡｌ₂ Ｏ₃ が最大で、重量％で１０％生成してい
た。作製した焼結体の詳細を表１に示す。また、比較の
ために、ＡｌＢ₂ などのセラミック成分からなる結合材
を被覆したｃＢＮ粉末を用いたｃＢＮ基焼結体、およ
び、市販の焼入れ鋼切削用ｃＢＮ基焼結体についても評
価した。

【００４８】

【表１】

【００４９】そして、本発明の実施例にしたがって作成
した焼結体の組織の模式図を図１および２に示す。図１
は、試料Ｎｏ．２などのように、ｃＢＮ粒子の周囲に第
１の結合相が形成されている焼結体の組織を示してい
る。図１を参照して、ｃＢＮ粒子１の周囲に第１の結合
相２が形成されている。そして、ｃＢＮ粒子１同士の間
の第２の結合相３には、粒成長抑制結合相４が形成され
ている。なお、第２の結合相３における、粒成長抑制結
合相４以外の領域は、Ａｌ₂ Ｏ₃ などの不可避不純物を
含む。

【００５０】また、図２は、試料Ｎｏ．１などのよう
に、ｃＢＮ粒子の周囲に第３および第４の結合相が形成
されている状態を示している。図２を参照して、図２に
示した本発明の実施例にしたがって作成した焼結体の組
織は、基本的には図１に示した焼結体の組織と同じ構造
を備えるが、第１の結合相２が、上記第３の結合相５お
よび上記第４の結合相６を含んでいる。具体的には、ｃ
ＢＮ粒子１の周囲に第３の結合相５が形成され、上記第
３の結合相５の周囲に上記第４の結合相６が形成されて
いる。

【００５１】これらの焼結体から、長さ６ｍｍ、幅３ｍ
ｍ、厚さ０．４〜０．４５ｍｍの測定試験片を切出し、
４ｍｍスパンの条件で抗折力を測定した。さらに、主面
形状が四角形状の切削用焼結体チップ（ＩＳＯ規格：Ｓ
ＮＭＧ１２０８０８）を形成し、次の条件で切削テスト
を行なった。

【００５２】切削速度：Ｖ７０ｍ／ｍｉｎ、切り込み：
１ｍｍ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、湿式で３０分間 この切削テストの結果を表２に示す。

【００５３】

【表２】

【００５４】表１および２を参照して、試料Ｎｏ．５の
ように、ｃＢＮの含有率が低下すると、結合相の厚さが
厚くなるため、耐欠損性が低下する。また、試料Ｎｏ．
８に示したように、ｃＢＮの含有率が高くなると、結合
相を突き破り、部分的にｃＢＮの粒子同士が直接的に結
合するため、やはり耐欠損性が低下する。そして、本発
明によるｃＢＮ基焼結体によって形成された試料は、良
好な耐欠損性を示していることがわかる。

【００５５】また、耐摩耗性についても、本発明による
ｃＢＮ基焼結体は良好な耐摩耗性を有することがわか
る。また、試料Ｎｏ．１４〜１６に示したような、Ａｌ
Ｂ₂ などのセラミック成分からなる結合材を被覆したｃ
ＢＮ粉末を用いたｃＢＮ基焼結体よりも、本発明による
ｃＢＮ基焼結体の方が、表２を参照して、欠損に至るま
での切削距離などを見ても、優れた切削性能を発揮して
いる。特に、Ａｌ、ＴｉとＡｌの金属間化合物を被覆し
たｃＢＮ粉末を用いた本発明によるｃＢＮ基焼結体が優
れた切削性能を発揮している。

【００５６】（実施例２）超音波振動装置を内包した真
空蒸着装置を用いて、下記に示す３種類の結合材被覆ｃ
ＢＮ粉末を用意した。

【００５７】試料Ａ：平均粒径が２μｍおよび４μｍの
ｃＢＮ粉末に、１０^-4Ｔｏｒｒ、３００℃、６０分の条
件で、ＴｉＮ_0.8 を被覆し、さらに、１０^-4Ｔｏｒｒ、
３００℃、５分の条件で、ＴｉＡｌ₃ の被覆を行なった
もの。

【００５８】試料Ｂ：平均粒径が４μｍのｃＢＮ粉末
に、１０^-4Ｔｏｒｒ、３００℃、６０分の条件で、Ｔｉ
Ｎ_0.8 を被覆し、さらに、１０^-4Ｔｏｒｒ、３００℃、
５分の条件でＴｉＡｌ₃ の被覆を行なったもの。

【００５９】試料Ｃ：平均粒径が２μｍのｃＢＮ粉末
に、１０^-4Ｔｏｒｒ、３００℃、６０分の条件で、Ｔｉ
Ｎ_0.8 のみを被覆したもの。上記の被覆処理後の粉末表
面をＥＰＭＡで観察したところ、結合材がｃＢＮ粉末表
面を完全に覆い、かつ、均質に被覆していることがわか
った。次に、この結合材を被覆した試料ＡおよびＢの結
合材被覆ｃＢＮ粉末を、Ｍｏ製カプセルに充填した後、
ベルト型超高圧装置によって５．０ＧＰａ、１４００℃
の条件で、５分間焼結した。比較のため、以下に示す２
種類のｃＢＮ基焼結体についても試料を作製した。

【００６０】比較試料１：超硬合金性ポットと直径１０
ｍｍのテフロンボールを用いて、２５０ｒｐｍ、３６０
０分、エチルアルコール中で湿式混合を行なった上記試
料Ｃの結合材被覆ｃＢＮ粉末と、平均粒度０．５μｍの
ＴｉＡｌ₃ 粉末とを出発原料とし、上記試料ＡおよびＢ
を出発原料としたｃＢＮ基焼結体と同組成であるｃＢＮ
基焼結体。

【００６１】比較試料２：超硬合金性ポットと直径１０
ｍｍのテフロンボールを用いて、２５０ｒｐｍ、３６０
０分、エチルアルコール中で湿式混合を行なった平均粒
度２μｍのｃＢＮ粉末と、平均粒度０．５μｍのＴｉＡ
ｌ₃ 粉末と、平均粒度０．５μｍのＴｉＮ_0.8 粉末とを
出発原料とし、上記試料ＡおよびＢを出発原料としたｃ
ＢＮ基焼結体と同組成のｃＢＮ基焼結体。

【００６２】焼結後、Ｍｏ製カプセルを回収した後研削
により除去し、この焼結体をＸ線回折、ＩＣＰ−ＡＥＳ
によって分析し、その組成を調査した。また、ＦＥ−Ａ
ＥＳ（Field Emission type Auger Electron Spectrosc
opy ）によって、その面分析像からｃＢＮ粒子同士の接
触率を測定した。また、この焼結体から、長さ６ｍｍ、
幅３ｍｍ、厚さ０．５〜０．５５ｍｍの測定試験片を切
出し、４ｍｍスパンの条件で抗折力を測定した。作製し
た焼結体の詳細を表３に示す。

【００６３】

【表３】

【００６４】さらに、主面形状が四角形の切削用焼結体
チップ（ＩＳＯ規格：ＳＮＭＧ１２０８０８）を形成
し、以下のような条件で切削テストを行なった。

【００６５】被削材：外周６箇所にＶ字状の溝を有する
硬度ＨＲＣ５９のＳＧＲ４２０Ｈ材の浸炭焼入れ材の丸
棒 切削速度：Ｖ１７０ｍ／ｍｉｎ、切込み料：０．２ｍ
ｍ、送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．、湿式 比較のため、市販されている焼入れ鋼断続切削用ｃＢＮ
基焼結体についても、同様の評価を行なった。切削テス
トの結果を表４に示す。

【００６６】

【表４】

【００６７】試料Ｎｏ．８は市販されている焼入れ鋼断
続切削用ｃＢＮ基焼結体である。試料Ｎｏ．６、７は比
較用ｃＢＮ基焼結体であり、試料Ｎｏ．６は比較試料１
のｃＢＮ基焼結体、試料Ｎｏ．７は比較試料２のｃＢＮ
基焼結体である。表４を参照して、本発明によるｃＢＮ
基焼結体は優れた抗折力を示している。また、この実施
例２における本発明のｃＢＮ基焼結体は、実施例１で示
した本発明のｃＢＮ基焼結体よりも優れた抗折力を示し
ている。

【００６８】また、試料Ｎｏ．６のｃＢＮ基焼結体は、
試料Ｎｏ．２と同じ組成であるが、試料Ｎｏ．２のｃＢ
Ｎ粒子の接触率が３％であるのに対し、試料Ｎｏ．６の
ｃＢＮ粒子の接触率は２３％である。これは、ｃＢＮ粉
末と結合材粉末の混合方法が異なることにより、試料Ｎ
ｏ．６の組織の方が若干不均一であったことによる。そ
して、表４からわかるように、ｃＢＮ粒子の接触率が
０．１％以上２０％未満である本発明のｃＢＮ基焼結体
は、特に組織が均質であり、耐欠損性に優れている。ま
た、Ｘ線回折図形において、結合相（ＴｉＮ）がｃＢＮ
と比較して大きな半価幅を示す試料Ｎｏ．１〜５は、特
に結合相が微細であり、耐欠損性に優れる。

【００６９】（実施例３）平均粒度が１μｍであるｃＢ
Ｎ粉末、２次粒子の平均粒度が２μｍであるｗＢＮ粉
末、平均粒度が５μｍのＴｉ₃ Ａｌ粉末、平均粒度が３
μｍであるＴｉＮ_{0. 7} 粉末の混合粉末を体積％で４５：
１０：２０：２５の割合で配合し、超硬合金製のポット
と直径１０ｍｍの超硬ボールを用いた遊星ミル装置によ
り、２５０ｒｐｍ、６０〜３００分間、エチルアルコー
ルとポリエチレングリコールの混合溶液中で、湿式混合
・粉砕を行なった。

【００７０】この混合・粉砕粉末を回収した後、ＳＥＭ
（Scanning Electron Microsrope）観察を行なったとこ
ろ、処理時間が３００分のものでは、この混合・粉砕粉
末の平均粒度は約０．５μｍ以下であり、混合・粉砕前
は２次粒子を形成していたｗＢＮ粒子のほとんどが１次
粒子として存在していることがわかった。

【００７１】次に、この混合粉末をベルト型超高圧装置
によって４ＧＰａ、１４８０℃の条件で、１０分間焼結
した。比較のため、超硬合金製ポットと直径１０ｍｍの
超硬ボールを用いた従来のボールミル装置により、２５
０ｒｐｍ、３６００分、エチルアルコールとポリエチレ
ングリコールの混合溶液中で混合を行なった同組成の出
発原料を用いた高圧相型窒化硼素基焼結体についても試
料を作製した。そして、焼結後、Ｍｏ製カプセルを回収
した後研削によりカプセルを除去し、この焼結体をＸ線
回折、ＴＥＭ、およびＡＥＳにより分析を行ない、この
焼結体の組成と組織を分析した。

【００７２】次に、この焼結体を１辺が５ｍｍで厚さが
０．４ｍｍである四角形状にし、テフロン製の密閉容器
中で、比重１．３８、重量％で６１％の硝酸を２倍希釈
したもの４０ｍｌと、比重１．１４７、重量％で４７％
のフッ化水素酸１０ｍｌとを混合したフッ硝酸により、
１４０℃で３時間保持することにより、結合材成分の溶
解処理を行なった。その後、蒸留水による超音波洗浄な
どを繰返し、ｃＢＮおよびｗＢＮを回収した。そして、
ＴＥＭにより単粒子として存在しているｃＢＮおよびｗ
ＢＮの割合を求めた。作製した焼結体の詳細を表５に示
す。

【００７３】

【表５】

【００７４】この焼結体から、長さ６ｍｍ、幅３ｍｍ、
厚さ０．４〜０．４５ｍｍの作製試験片を切出し、４ｍ
ｍスパンの条件で抗折力を測定した。また、破壊靭性に
ついても測定を行なった。さらに、主面形状が四角形の
切削用焼結体チップ（ＩＳＯ規格：ＳＮＭＧ１２０８０
８）を形成し、次の条件で切削テストを行なった。

【００７５】被削材：硬度ＨＲＣ６０のＳＫＨ５１材の
丸棒 切削速度：Ｖ７０ｍ／ｍｉｎ、切り込み量：１ｍｍ、送
り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、湿式において３０分間 これらの試験の結果を表６に示す。

【００７６】

【表６】

【００７７】高圧相型窒化硼素基焼結体の耐欠損性に対
する評価方法として、破壊靭性値での評価を試みたが、
現実の切削評価と対応せず、特に、未焼結部がある焼結
体では亀裂が伝播しにくく、逆に破壊靭性値が高くなる
のに対し、本発明の焼結体においては抗折力と切削性の
間に相関関係が成り立つことが明らかとなった。

【００７８】（実施例４）以下の工程により、結合材を
複合被覆したｃＢＮ粉末を作製した。

【００７９】工程１：ＲＦスパッタリングＰＶＤ装置を
用いて、平均粒度が１０μｍであるｃＢＮ粉末にＴｉＡ
ｌを被覆した。この際、炉内の真空炉を１０^-4Ｔｏｒｒ
とした後、Ａｒガスを導入して、１０^-2Ｔｏｒｒの雰囲
気に保持した。そして、２００℃まで粉末容器を加熱し
ながら、電力５ＫＷ、周波数１５ＭＨｚ、５時間という
条件で被覆した。

【００８０】工程２：次に、この結合材被覆ｃＢＮ粉末
と、平均粒径が０．１μｍのＡｌＮ、ＴｉＢ₂ 、ＨｆＢ
₂ 、ＷＣ、ＺｒＯ₂ のいずれかの粒成長抑制結合材粉末
を体積％で９２：８から８８：１２の割合で配合し、上
記実施例１と同様の回転式の混合装置を内包する特殊真
空炉装置を用いて乾式混合を行なった。この際の条件と
しては、炉内の真空度を１０^-4Ｔｏｒｒとした後、Ｎ₂
ガスを２００ｃｃ／ｍｉｎの割合で炉内に導入しなが
ら、１０^-2Ｔｏｒｒの雰囲気に保持した。そして、２０
０℃まで炉内を加熱しながら、２０００ｒｐｍの条件で
混合した。

【００８１】この混合粉末を回収後、ＳＥＭ、ＴＥＭ、
ＦＥ−ＡＥＳおよびＸ線回折分析により分析したとこ
ろ、ｃＢＮ粉末に立方晶型のＴｉＡｌＮが均質に被覆さ
れ、さらに、ＴｉＡｌＮ層の表面にＡｌＮなどの粒子が
めり込んでいた。この結合材被覆ｃＢＮ粒子の断面模式
図を図３に示す。図３を参照して、ｃＢＮ粒子１の周囲
にＴｉＡｌＮ層７が形成されている。ＴｉＡｌＮ層７の
表面には、ＡｌＮ等の粒子８がめり込んでいる。

【００８２】次に、この結合材被覆ｃＢＮ粉末を出発原
料とし、上記実施例１と同様にｃＢＮ基焼結体を作製
し、組成および組織を分析した。

【００８３】また、比較用の試料として、 比較用試料１：工程１の結合材被覆ｃＢＮ粉末に窒化処
理のみを施したＴｉＡｌＮ（六方晶型）被覆ｃＢＮ粉末
を用いたｃＢＮ基焼結体 比較用試料２：平均粒径２μｍのｃＢＮ、ＴｉＮ、Ｔｉ
Ａｌを出発原料として、超硬合金製ポットと直径１０ｍ
ｍのテフロンボールを用いて、２５０ｒｐｍ、３６００
分、エチルアルコール中という条件で、湿式混合を行な
った、同組成のｃＢＮ基焼結体 という２つの試料についても評価した。これら作製した
焼結体の詳細データを表７に示す。

【００８４】

【表７】

【００８５】出発原料としては添加していないが、試料
Ｎｏ．１〜７の焼結体からは、１．５〜２．０体積％の
Ａｌ₂ Ｏ₃ 、１．５〜２．０体積％のＷ、０．０５〜
０．１体積％のＣｏ、０．０５〜０．１体積％のＮｉ、
０．０２〜０．０４体積％のＣからなる不可避不純物が
検出された。また、試料Ｎｏ．８の焼結体からは、６．
０体積％のＡｌ₂ Ｏ₃ 、４．０体積％のＷ、１．０体積
％のＣｏ、０．１５体積％のＮｉ、０．０７体積％のＣ
からなる不可避不純物が検出された。

【００８６】Ａｌ₂ Ｏ₃ は、焼結過程で出発原料に吸着
していた酸素成分や水分とＡｌ成分とが反応して生成し
たものと推定される。Ｗ等のその他の成分は、出発原料
調整時に、混合容器と出発原料との擦過により混入した
ものと推定される。

【００８７】ここで、試料Ｎｏ．１および２は、ＡｌＮ
を粒成長抑制結合相とした工程２による結合材被覆ｃＢ
Ｎ粒子を用いた本発明のｃＢＮ基焼結体である。試料Ｎ
ｏ．３は、ＴｉＢ₂ を粒成長抑制結合相とした工程２の
結合材被覆ｃＢＮ粒子を用いた本発明のｃＢＮ基焼結体
である。試料Ｎｏ．４は、ＨｆＢ₂ を粒成長抑制結合相
とした工程２の結合材被覆ｃＢＮ粒子を用いた本発明の
ｃＢＮ基焼結体である。試料Ｎｏ．５は、工程１の結合
材被覆ｃＢＮ粒子に窒化処理のみを施したＴｉＡｌＮ被
覆ｃＢＮ粒子を用いた、本発明のｃＢＮ基焼結体であ
る。試料Ｎｏ．６は、ＷＣを粒成長抑制結合相とした工
程２の結合材被覆ｃＢＮ粒子を用いた比較用のｃＢＮ基
焼結体である。試料Ｎｏ．７は、ＺｒＯ₂ を粒成長抑制
結合相とした工程２の結合材被覆ｃＢＮ粒子を用いた比
較用のｃＢＮ基焼結体である。そして、試料Ｎｏ．８
は、比較用試料２によるｃＢＮ基焼結体である。

【００８８】さらに、実施例１と同様に、抗折力および
切削性能を評価した。その評価結果を表８に示す。

【００８９】

【表８】

【００９０】表７を参照して、試料Ｎｏ．１〜７におい
ては、ＴｉＡｌＮが焼結時に一部が分解・溶融し、ｃＢ
Ｎと反応して、ＴｉＮ、ＡｌＢ₂ 、ＡｌＮ、ＴｉＢ₂ を
生成させている。これにより、表７に示すような組成を
有するｃＢＮ基焼結体を得ることができたものと推定さ
れる。

【００９１】また、試料Ｎｏ．１〜５の評価結果からわ
かるように、粒成長抑制結合相の含有率が増えるのに従
い、ｃＢＮ基焼結体の強度（抗折力）が向上している
（表８参照）。これは、粒成長抑制結合相の働きによ
り、微細な組織を有する結合相が得られたことによるも
のと考えられる。また、本実施例では、粒成長抑制結合
相の含有率が体積％で２５％以下である試料は、耐摩耗
性に優れるＴｉおよびＴｉＡｌの窒化物からなる結合相
の割合を一定以上に維持できるために、より優れた耐摩
耗性を示している。

【００９２】試料Ｎｏ．６および７においては、その粒
成長抑制結合相においてＷＣ、ＺｒＯ₂ などが形成され
ている。これらＷＣ、ＺｒＯ₂ などは、この実施例にお
けるｃＢＮ基焼結体の残部結合相との親和性が本発明に
よる粒成長抑制結合相の組成と比較して低いために、試
料Ｎｏ．８のｃＢＮ基焼結体と比較して均質な組織を有
しているにもかかわらず、耐摩耗性の向上が見られな
い。

【００９３】なお、今回開示された実施例はすべての点
で例示であって制限的なものではないと考えられるべき
である。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請
求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味
および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図さ
れる。

【００９４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、耐摩耗
性および耐欠損性が改善された、フライス工具およびエ
ンドミルなどに代表される切削工具用の高圧相型窒化硼
素基高硬度高強度焼結体を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にしたがって作製した高圧相型
窒化硼素基焼結体の組織の模式図である。

【図２】本発明の実施例にしたがって作製した高圧相型
窒化硼素基焼結体の組織の模式図である。

【図３】本発明の実施例にしたがって作製した結合材被
覆立方晶窒化硼素粒子の模式図である。

【符号の説明】

１ 立方晶窒化硼素 ２ 第１の結合相 ３ 第２の結合相 ４ 粒成長抑制結合相 ５ 第３の結合相 ６ 第４の結合相 ７ ＴｉＡｌＮ相 ８ ＡｌＮなどの粒子

フロントページの続き (72)発明者 深谷 朋弘 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 上坂 伸哉 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧相型窒化硼素の複数の粒子と、結合
   相とを備え、 前記粒子の含有率は２０．０体積％以上９９．７体積％
   以下であり、 前記結合相は、前記粒子を包囲する第１の結合相と、そ
   れ以外の第２の結合相とを含み、 前記第１の結合相は、Ｔｉ、ＴｉＡｌ、Ｚｒ、Ｈｆの少
   なくとも１種の窒化物もしくはその固溶体の少なくとも
   いずれかの形態からなり、 前記第２の結合相は、前記第１の結合相で包囲された複
   数の前記粒子の間に粒成長抑制結合相を含み、 前記粒成長抑制結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの少なくと
   も１種の硼化物もしくはその固溶体の少なくともいずれ
   かの形態、または、Ａｌの窒化物、硼化物もしくはその
   固溶体の少なくともいずれかの形態からなる、高圧相型
   窒化硼素基焼結体。
2. 【請求項２】 前記第１の結合相の平均厚さは、５ｎｍ
   以上３０００ｎｍ以下である、請求項１に記載の高圧相
   型窒化硼素基焼結体。
3. 【請求項３】 高圧相型窒化硼素の複数の粒子と、結合
   相とを備え、 前記粒子の含有率が２０．０体積％以上９９．７体積％
   以下であり、 前記結合相は、前記粒子を包囲する第１の結合相と、そ
   れ以外の第２の結合相とを含み、 前記第１の結合相は、前記粒子に接触して包囲する第３
   の結合相と、前記第３の結合相を包囲する第４の結合相
   とを含み、 前記第３の結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌの少なく
   とも１種の窒化物、硼化物もしくはその固溶体の少なく
   ともいずれかの形態からなり、 前記第４の結合相は、Ｔｉ、ＴｉＡｌ、Ｚｒ、Ｈｆの少
   なくとも１種の窒化物、炭化物、酸化物もしくはその固
   溶体の少なくともいずかの形態からなり、 前記第２の結合相は、前記第１の結合相で包囲された複
   数の前記粒子の間に粒成長抑制結合相を含み、 前記粒成長抑制結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの少なくと
   も１種の硼化物もしくはその固溶体の少なくともいずれ
   かの形態、または、Ａｌの窒化物、硼化物もしくはその
   固溶体の少なくともいずれかの形態からなる、高圧相型
   窒化硼素基焼結体。
4. 【請求項４】 前記第３の結合相の平均厚さは、５ｎｍ
   以上５００ｎｍ以下であり、前記第４の結合相の平均厚
   さは、５ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である、請求項３に
   記載の高圧相型窒化硼素基焼結体。
5. 【請求項５】 前記結合相は、Ａｌ金属、ＴｉＡｌＮ、
   もしくはＡｌ元素を含有する金属間化合物の少なくとも
   １種を出発原料として焼結中に反応生成したＡｌ化合物
   を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧相型
   窒化硼素基焼結体。
6. 【請求項６】 前記Ａｌ化合物からなる結合相部分の含
   有率は、０．１体積％以上３０．０体積％未満である、
   請求項５に記載の高圧相型窒化硼素基焼結体。
7. 【請求項７】 不可避不純物と、前記Ａｌ化合物以外の
   残部結合相とをさらに備え、前記不可避不純物の含有率
   は５．０体積％以下である、請求項６に記載の高圧相型
   窒化硼素基焼結体。
8. 【請求項８】 長さ６ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ
   以上０．４５ｍｍ以下の試験片を用いて、４ｍｍスパン
   で測定される抗折力が、１２０ｋｇｆ／ｍｍ ² 以上であ
   る、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高圧相型窒化
   硼素基焼結体。
9. 【請求項９】 高圧相型窒化硼素の前記粒子を少なくと
   も１００個含有している領域で、他の前記粒子と接触し
   ている粒子数の割合が、０．１％以上２０．０％未満で
   ある、請求項１〜８のいずれか１項に記載の高圧相型窒
   化硼素基焼結体。
10. 【請求項１０】 １辺が３ｍｍ以上７ｍｍ以下で、厚さ
    が０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である四角形状にした
    焼結体を、密閉容器中で、６０．０重量％以上６５．０
    重量％以下の硝酸を２倍希釈したもの４０ｍｌと、４
    ５．０重量％以上５０．０重量％以下のフッ化水素酸１
    ０ｍｌとを混合したフッ硝酸を用いて、１２０℃以上１
    ５０℃以下で３時間以上５時間以下の溶解処理を行なっ
    た場合、残留した前記粒子の、少なくとも９０％以上が
    単粒子として存在することを特徴とする、請求項１〜９
    のいずれか１項に記載の高圧相型窒化硼素基焼結体。
11. 【請求項１１】 前記高圧相型窒化硼素が立方晶窒化硼
    素であって、Ｘ線回折図形において、前記結合相におけ
    る主体と判断できる成分の回折線の中の最強強度線の半
    価幅が、前記立方晶窒化硼素の（１１１）回折線の半価
    幅の１．４倍以上である、請求項１〜１０のいずれか１
    項に記載の高圧相型窒化硼素基焼結体。
12. 【請求項１２】 前記粒子の平均粒径が３μｍ以下であ
    り、長さ６ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ以上０．４
    ５ｍｍ以下の試験片を用いて、４ｍｍスパンで測定され
    る抗折力が、１４０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上である、請求項
    １〜１１のいずれか１項に記載の高圧相型窒化硼素基焼
    結体。
13. 【請求項１３】 不可避不純物と、Ａｌ、ＴｉＡｌ、Ｔ
    ｉ₂ ＡｌＮ、Ｔｉ₃ＡｌおよびＴｉＡｌ₃ の少なくとも
    １種を出発原料として焼結中に反応生成したＡｌ化合物
    からなる結合相部分と、前記Ａｌ化合物以外の残部結合
    相とをさらに備え、 前記高圧相型窒化硼素が立方晶窒化硼素であって、 前記第１の結合相はＴｉもしくはＴｉＡｌの窒化物の少
    なくとも１種からなり、 前記粒子の含有率は４５．０体積％以上７５．０体積％
    以下であり、 前記Ａｌ化合物からなる結合相部分の含有率は１．０体
    積％以上２０．０体積％以下であり、 前記不可避不純物の含有率は３．０体積％以下であり、 前記第１の結合相の平均厚さは５ｎｍ以上５００ｎｍ以
    下である、請求項１に記載の高圧相型窒化硼素基焼結
    体。
14. 【請求項１４】 不可避不純物と、Ａｌ、ＴｉＡｌ、Ｔ
    ｉ₂ ＡｌＮ、Ｔｉ₃ＡｌおよびＴｉＡｌ₃ の少なくとも
    １種を出発原料として焼結中に反応生成したＡｌ化合物
    からなる結合相部分と、前記Ａｌ化合物以外の残部結合
    相とをさらに備え、 前記高圧相型窒化硼素が立方晶窒化硼素であって、 前記第３の結合相は、Ｔｉ、Ａｌの少なくとも１種の窒
    化物、硼化物もしくはその固溶体の少なくともいずれか
    の形態からなり、 前記第４の結合相は、Ｔｉ、ＴｉＡｌ、Ｚｒ、Ｈｆの少
    なくとも１種の窒化物、炭化物、酸化物もしくはその固
    溶体の少なくとも１いずれかの形態からなり、 前記粒子の含有率は４５．０体積％以上７５．０体積％
    以下であり、 前記Ａｌ化合物からなる結合相部分の含有率は１．０体
    積％以上２０．０体積％以下であり、 前記不可避不純物の含有率は３．０体積％以下であり、 前記第３の結合相の平均厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以
    下であり、 前記第４の結合相の平均厚さは５ｎｍ以上５００ｎｍ以
    下である、請求項３に記載の高圧相型窒化硼素基焼結
    体。