JPS5828230B2 - 高硬度多結晶材料及びその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は立方晶窒化ホウ素を基調とする高硬度材料に係
り、本材料は切削工具、ドレッサー及びきりの耐摩耗性
植刃の製造及び線引加工ダイスに使用せられる。

立方晶窒化ホウ素を基調とする既知の高硬度多結晶材料
は二種に大別することができる。

第一類に属する材料にち−いては、立方晶窒化ホウ素結
晶は自己結着、即ち結着材を要せずして焼結粒子の接触
帯域に生起する拡散過程によって互に強固に結合してい
る（特公昭４９−３０３５７号）。

第二類に属する材料に釦いては立方晶窒化ホウ素結晶は
結着材によって相互に結合している。

英国特許第９９０８１８号には立方晶窒化ホウ素を基調
とする高硬度多結晶材料の結着材としてニッケル、クロ
ム、ジルコニウム、コバルト、マンガン、銅、レニウム
、チタン、モリブデン等、多数の金属が開示されている
。

技術的には高硬度多結晶材料として立方晶窒化ホウ素結
晶に加えてダイヤモンド結晶を含有するものが既知であ
って、結着材としては金属（特公昭４３−３０４０９号
）、マグネシウム及びカルシウムのホウ化物及び酸化物
の如き耐熱材料（仏国特許第２２０１２６８号）が使用
せられる。

高硬度多結晶材料の既知製法（たとえば、英国特許第９
９０８１８号参照）にむいては、１２００〜２４００°
Ｃの高温度及び７５キロバ一ル以上の圧力下に窒化ホウ
素粒子を焼結して緻密註つ強固固な多結晶材料を製造す
ることができる。

既知法によって製造せられた多結晶材料は、動的荷重下
の切削工具にむいて硬鋼について試験（衝撃強度）した
結果、比較的低い耐摩耗性を示す。

この原因は、純立方晶窒化ホウ素粉末が用いられた場合
、焼結工程中に隣接する立方晶窒化ホウ素結晶間に強い
結合力が形成されないことにある。

また技術的には、１２００°Ｃ５５０キロバ一ル以上、
ダイヤモンド生成帯域にトいて石墨粉末、金属粉末及び
立方晶窒化ホウ素結晶の混合物から高硬度多結晶材料を
製造する方法が既知である（特公昭４３−３０４０９号
）。

この方法にむいては、結着材金属はダイヤモンド生成の
触媒となり、炭素含有物質はダイヤモンドに変り、ダイ
ヤモンド及び立方晶窒化ホウ素の粒子は結着材金属に固
定せられる。

上に引用した材料に不可避の欠点は、残留する反応生成
物及び結着材金属の存在に原因して、熱的安定性が劣る
ことである。

この既知法によって製造せられた多結晶材料は研摩材と
してのみ用いることができ、切削工具としては使用し得
ない。

なか技術的には、立方晶窒化ホウ素及び炭化ホウ素の混
合粉末から高硬度多結晶材料を製造する方法が既知であ
って、炭化ホウ素の量は得られる高硬度材料の２５係重
に達する（英国特許第９７５３１６号）。

この材料は、圧力少くとも１５キロバール、温度１０５
０℃にむいて製造せられる。

この既知法の欠点は、得られる材料が破壊し易く、従っ
て、加工困難な硬鋼及び硬質合金加工の場合動的荷重条
件下の切削工具に使用し得ないことである。

その上、この既知法は高度に均一な材料を保証するもの
ではない。

その理由は、密度の異なる原料成分（立方晶窒化ホウ素
及び炭化ホウ素）を単に機械的にかき１ぜても、成分の
一方が高度の分散状態にある場合に督いても、諸種材料
粒子を厳密に均一に配分することは絶対不可能であるか
らである。

材料の不均一性と材料本体内に訃ける成分の不均一配分
とは材料の機械的性質、殊に熱的及び機械的衝撃荷重に
対する抵抗力を低下せしめる。

本発明の目的は、立方晶窒化ホウ素から、機械的性質、
特に耐摩耗性の向上した高硬度多結晶材料を提供するに
ある。

本発明の他の目的は、立方晶窒化ホウ素から、機械的性
質、特に耐摩耗性の向上した高硬度多結晶材料を製造す
る方法を提供するにある。

前記目的は、温度１６００℃以上、圧力５０キロバ一ル
以上にむいて粒子を焼結して立方晶窒化ホウ素から製造
せられる高硬度多結晶材料にち・いて、本発明によれば
、立方晶窒化ホウ素の各粒子はその全表面を化学式Ｂｘ
ＮｙＣｚ （ここにｘ、ｙ。

Ｚは０より大きく１より小さいの値を取り得るものとす
る）の結晶性化合物層を以て破壊せられ、当該化合物が
立方晶窒化ホウ素粒子を結着することにより達成せられ
る。

本発明によれば、化学式ＢｘＮｙＣｚの結晶性化合物に
含有せられる炭素の量は多結晶材料全重量の０．１〜１
０饅重であることが望ましい。

本発明に提示せられた高硬度多結晶材料は高度に均一で
あって、その各点において立方晶窒化ホウ素を原料とす
る既知材料に優る機械性質を顕わす。

かくて、たとえば、同一の切削条件にあ・いて、ここに
提示された材料を以て製作された切削具の抵抗は立方晶
窒化ホウ素を基調とする既知材料を以て製作された切削
具の抵抗の２〜５倍である。

本発明によれば、立方晶窒化ホウ素から高硬度多結晶材
料を製造するには、炭素含有気体の流れ内に立方晶窒化
ホウ素粒子を置いて粒子の全表面に厚さ１〜１００オン
グストロームの炭素層を堆積し、立方晶窒化ホウ素の熱
力学的安定領域に相応する温度・圧力に釦いて該粒子を
焼結する方法が得策である。

本発明に３いて原料粒として使用する立方晶窒化ホウ素
粒子は、通常単結晶であるが、単結晶の破片、即ち特殊
な微細粉未形成技術により立方晶窒化珪素を砕いて粒度
６０ミクロン以下とした破片を使用してもよい。

従って、特許請求の範囲を含めて本明細書において、用
語「単結晶粒子」は単結晶トよび単結晶の破片双方を包
含する。

境界層にむける炭素相の再配置を可能ならしめる条件設
定のため、本発明によれば、圧力０．１〜７６０間Ｈｇ
、温度７００〜１１００℃にち−いて気状炭化水素の
気流中で炭素層を形成することが得策である。

本発明によれば、圧力５０キロバ一ル以上、温度１６０
０℃以上において立方晶窒化ホウ素粒の焼結を実施する
ことが得策である。

同様の条件下に立方晶窒化ホウ素粒の表面に炭素層を一
層効果的且つ均一に形成するため気状炭化水素としてチ
タンが使用せられる。

本発明の他の目的及び長所は、ここに提示された立方晶
窒化ホウ素を原料とする高硬度多結晶材料、その製法及
び添付の図面に関する以下の詳細な説明により十分明白
となるであろう。

本発明に提示せられた高硬度多結晶材料は温度１６００
°Ｃ以上、圧力５０キロバ一ル以上にむいて焼結された
立方晶窒化ホウ素単結晶粒子から成り、本発明によれば
、各粒子は化学式ＢｘＮｙＣｚの結晶性化合物を以て全
表面を被覆せられ、上式にかけるｘ、ｙ、ｚＵｏ〜１の
値を取ることができる。

ｘ、ｙ、ｚは通常ｏｔたは１とならないが、我々は実験
的に、層の下部にむいてはｘ ＝ ｙ ＝ １、Ｚ＝０
、また層の上部に唱いてはＺ＝］、Ｘ＝ｙ＝０であるこ
とを見出している。

また我々は、化学式ＢｘＮｙＣｚの結晶性化合物に含有
せられる炭素の量が高硬度多結晶材料全重量の０．１〜
１０多重である時材料が最高の性質を顕わすことを見出
している。

結晶性化合物の炭素含有量が上記と異なる材料を製造す
るには極めて高い圧力が必要であることが実験的に確か
められている。

本発明によれば、ここに提示せられた高硬度多結晶材料
は次のようにして製造せられる。

大きさ０．３〜６０ミクロンの立方晶窒化ホウ素単結晶
粒子を、これら粒子の全表面に厚さ１〜１００オングス
トロームの炭素層を形成するために、炭素含有気体、た
とえば気状炭化水素、一層正確には、メタン又はアセチ
レンの気流中に置く。

炭素層の厚さは１オングストローム即ち１原子の大きさ
より小さくすることはできない（１オングストロ一ム程
度の一様な厚さはむしろ平均の結果である）。

厚さが１００オングストロームを超えれば石墨からダイ
ヤモンドへの相転換は困難となる（このような厚さにち
−いては、１５０キロバール１での圧力、適当な温度に
釦いても、触媒がなければ、被覆の上層は石墨である）
。

我々は、０．１〜７６０山Ｈｇ、７００〜１１００°Ｃ
において立方晶窒化ホウ素粉上に炭素層を形成すること
が得策であることを確かめた。

その理由は、上記の層形成条件が転移層を確保し、相変
換に最適であるからである。

被覆層形成後、立方晶窒化ホウ素粒は焼結せられて高硬
度多結晶化合物が得られ、該化合物において立方晶窒化
ホウ素の各粒子は焼結中に生成した結晶性化合物層を以
て被覆せられ、その化合物の化学式はＢｘＮｙＣｚであ
って、ｘ、ｙ、ｚはＯより太きく１より小さいの値を取
り得る。

研究の結果、立方晶窒化ホウ素粒を強く結着して均一緻
密な生成物とし、従って得られる材料を摩耗に強くする
のは前記結晶性化合物の生成によることが示された。

上に引用した特公昭４３−３０４０９号記載のように、
立方晶窒化ホウ素粒と炭素含有物質、たとえば石墨とを
機械的に混和して焼結する場合には化学式ＢｘＮｙＣｚ
の結晶性化合物は虫取しないことを付言しなければなら
ない。

ダイヤモンド・石墨構造を有する炭素層は、エビタクシ
−生長、即ち基質構造及び表面力が本質的役割を演する
場合に、立方晶窒化ホウ素粒の表面に形成される。

エビタクシ−生長の過程にち・いて、温度７００〜１１
００℃、圧力０．１〜７６０ｍｍＨｇにおいて、前記炭
化水素から立方晶窒化ホウ素表面上にダイヤモンド・石
墨層が直接形成せられる。

立方晶窒化ホウ素結晶格子のパラメーターはダイヤモン
ドのそれに近い（差は１．５多を超えない）ので、気流
に含１れる炭素は、表面力の影響により、立方晶窒化ホ
ウ素粒の表面にダイヤモンド及び石墨の形にむいて結晶
する。

結晶する炭素の初期層は主にダイヤモンドからなり、次
にダイヤモンドとともに石墨が結晶し、最後に炭素の熱
力学的形態として石墨のみが立方晶窒化ホウ素粉上に気
状炭化水素の気流中で生長する。

形成された層内におけるダイヤモンドと石墨の比は、本
質的には、炭素含有気体の組成とともに形成が実施され
る温度及び圧力に依存する。

かくて、炭化水素を水素で希釈すればダイヤモンド層を
一層拡充することができる。

それ故、ダイヤモンド・石墨層形成のためには炭素１原
子当たり水素４原子を有するメタンを使用するのが最適
である。

前記の温度圧力範囲においては、炭化水素のうちでメタ
ンの分解が最も緩やかである。

この性質のため、立方晶窒化ホウ素粉上に炭素層を予備
形成するにはメタンが最も適当である。

他の炭化水素に比しメタンからダイヤモンド及び石墨が
生長する速度が遅いことは立方晶窒化ホウ素粒子上の層
の深さ全体にわたってダイヤモンド・石墨層の均一な形
成を確保する。

こうして、他の条件は同一として、メタンを使用すれば
ほとんど大部分の出発立方晶窒化ホウ素粒子炭素層を形
成することができる。

実験により、立方晶窒化ホウ素粒の表面で炭素がダイヤ
モンドの形を成して形成される部位にむいて炭素がエビ
タクシ−生長する際には強力な化学結合が形成されるこ
とが示された。

処理されている粒子の部位で石墨形態の炭素が生長して
いる部位にむいては、石墨は立方晶窒化ホウ素基質に対
して秩序ある構造を有し、この構造は、形成過程の条件
下にホウ素原子及び窒素原子の拡散によりこれら原子が
侵入するため、僅かに歪曲されている。

一方、形成される炭素層のかかる構造は、立方晶窒化ホ
ウ素粒が接近する場合、高温高圧の影響下に粒子の密着
焼結を起す。

他方、石墨の他形態への再配置に関しては、運動論的に
はこの構造は一層可動的である。

焼結過程を高温（１６００℃以上）で実施する場合、炭
素は立方晶窒化ホウ素粒の表面層に拡散し、窒素原子及
びホウ素原子は炭素層に拡散する。

これら元素の原子半径は値がち渣り違わないため、かか
る相互侵入は結晶格子に変形も歪曲も起こさない。

焼結過程における拡散のため、形成される遷移層に組成
及び性質の漸進的変化が確保される。

立方晶窒化ホウ素粒は単結晶であり、従って不等方性で
あるため、遷移層の存在は方向を異にする粒子の性質に
影響を与え、焼結後に得られる材料の機械的性質が大き
く改善せられる。

加えて、化学式ＢｘＮｙＣｚの結晶性化合物が価値ある
物理性、特に熱的及び機械的衝撃に対する高度の耐性を
具備することが知られていることを付言しなければなら
ない。

本発明に提示せられた高度に均一な高硬度多結晶材料の
研究から次の結果が得られている。

炭素層を堆積した後高温高圧で焼結せられた立方晶窒化
ホウ素粉末のＸ線回折図は窒化ホウ素及び炭素のどの結
晶形にも帰することのできない線を顕わす。

これらの線は原料粉末及び形成粉末のどのＸ線回折図に
も観測されず、結着層の特殊な結晶構造に由来すると結
論することができる。

明らかに、結晶学的見地から、これらの層はホウ素窒素
・炭素系に可能な数種の型の構造から戒っている。

新規の線は火山噴出物の炭化物もしくは炭素のＸ線回折
図に現れる線に酷似している。

しかし、形成炭素の量が少く、用いられたＸ線法の感度
水準に近いため、比較的強度の強いこれらの線を純炭素
相に帰することはできない。

それ故、焼結中に炭素層の炭素原子が窒化ホウ素粒の表
面層に侵入してその組成と構造を変化させ、立方晶窒化
ホウ素粒の密着焼結を起したと考えるのが自然である。

このように本発明に提示せられた方法によれば、ダイヤ
モンド・石墨遷移層の特徴に基づいて、高度の耐熱性及
び強度を有する化学式ＢｘＮｙＣｚの新化合物が形成さ
れる。

上記遷移層は厳密に配向してかり、上記新化合物の生成
を促進する。

形成された炭素層の厚さは１〜１００オングストローム
であることがわかってち・す、焼結の条件即ち立方晶窒
化ホウ素の熱力学的安定領域に相応する温度及び圧力（
１６００℃以上、５０キロバ一ル以上）に勢いて立方晶
炭化ホウ素とダイヤモンド・石墨層との反応を促進する
。

７００〜１１００℃、０．１〜７６０ ｍｒｎＨｇ Ｋ
ｈいて形成されるダイヤモンド・石墨構造の炭素層は圧
縮され、高温の影響を受けて立方晶窒化ホウ素粒の間隙
を満たす。

これにより格子欠陥は減少し、結合は強化され、従って
高度に均一な高硬度多結晶材料は一層強固となる。

５本発明にかかる多結晶材料の製造法は下記装置により
達成せられる。

立方晶窒化ホウ素結晶に炭素層を形成する装置（第１図
）は石英反応器１及び水晶ぜん１い秤２を含む。

容器３は立方晶窒化ホウ素の原料結晶を入れるもので、
石英繊維によって反応器内に導入せられる。

原料結晶の重量変化はカセトメーター４によって記録せ
られる。

反応器１は電気炉５により抵抗加熱を以て熱せられる。

反応器の石英ポケットに納められたクロメル・アルメル
熱電対６は反応器温度の測定に使用せられる。

水銀拡散ポンプと予備排気ポンプ（図には示されていな
い）により真空とする。

反応器１内の圧力は熱電対管７により真空計（図には示
されていない）を以て測定せられる。

層形成に先立ってメタン（又は他の炭素含有気体）を液
体窒素で冷されたトラップ８に、次いで反応器１に送入
する。

メタンの圧力はＵ字形圧力計９により測定される。

立方晶窒化ホウ素の原料結晶は微量天秤を以て秤量され
、容器３に入れて反応器１内に置かれる。

反応器は残圧１０ｍｍＨｇｉで排気され、次いでメタン
又は他の炭素含有気体を反応器に送通する。

気体の温度及び圧力は層形成過程に定められた値に相応
する。

層形成過程の進行とともに容器３の重量は増加し、これ
はカセトメーター４に記録される。

重量増加は形成された層の重量に相当する。

層の厚さは単純な重量関係から決定される。

層形成過程は、その厚さが１〜１００オングストローム
の間の所要値に達した時停止される。

立方晶窒化ホウ素結晶は、形成された炭素層とともに、
高温高圧を生成する装置内で焼結される。

この装置の一つが第２図に示されている。

立方晶窒化ホウ素結晶は、その上に形成された炭素層と
ともに管形黒鉛加熱器１０に入れられる。

加熱器の両端を黒鉛製円板１１を以て閉鎖し、加熱器を
ゴムさやを有する石版石製容器１２に納める。

次にその容器を反方向に配置された二つの硬質合金製ダ
イス１４のくぼみに入れる。

圧搾機を用いてダイスに圧力をかける。

黒鉛加熱器１０内の圧力が所要の値（５０キロバ一ル以
上）に達したならばダイス及び黒鉛加熱器に電流を通ず
る。

加熱器の内容物は電流により所要の温度（１６００℃以
上）に熱せられる。

この温度、圧力は一一〜２分間保持せられ、その後電流
を切り、圧力を下げで、立方晶窒化ホウ素の強く結合し
た結晶から成る小円柱を圧縮中に破壊された加熱器及び
容器がら分離する。

ここに提示された材料は、高度に均一な構造のため、改
善された機械性質を有する。

この均一性は諸種の化学分析及び構造解析によって確か
めることができる。

材料の元素組成は化学分析又は微量分析によって同定し
得る。

炭素が分離結晶していないことは電子ミクロ回折法によ
って確認し得る。

既に指摘したように、他の如何なる方法も構造の均一を
確証し炭素粒集合の生成を妨げることはできない。

実施例 １ 粒径５／３□クロンの立方晶窒化ホウ素粉末を秤量して
排気された反応器に入れ、９５０℃に熱する。

圧力２０ ｍｍＨｇ Ｋ、 ＄”いて粉末上にメタンを
送通して炭素層を形成せしめる。

粉末中に二本の黒鉛電極をさし入れ、炭素層堆積の進行
に伴い、電極間粉末の電気抵抗変化を制御する。

はじめの電気抵抗値は１０メガオームである。

層形成過程の間、立方晶窒化ホウ素粒の表面に石墨が堆
積する結果、粉末の抵抗は低下する。

抵抗値が０．０６メガオームになれば層形成過程を停止
し、粉末を反応器から取り出して秤量する。

重量増加と立方晶窒化ホウ素粉末の既知比表面積から堆
積層の厚さは２５オングストロームであることがわかる
。

形成層中の石墨部分は、４％＝］Ｌ：ｆｂの比から決定
される。

ここに、Ａｍは層中の炭素含量、ｍｏは立方晶窒化ホウ
素の量である。

エビタクシアル生長した厚さ２５オングストロームの炭
素層を有する前記立方晶窒化ホウ素粉末を長さ５ｍｍ、
外径７間、内径４關管形黒鉛加熱器に入れる。

その粉末を両端から黒鉛製円板で封する。

反応器を１／２分間２３００℃、８０キロバールに付す
る。

その結果、緻密な高硬度多結晶材料が直径３．５關、長
さ４關の円柱として得られる。

試料の重さは０．５カラツトである。

得られた多結晶素材を支持機に機械的に保持してダイヤ
モンド電解器で処理する。

このようにして刃切工具が製作される。

上記条件下に製造された高硬度多結晶材料を以て製作さ
れた切削具を試験して、硬鋼製円筒物体の加工工程Ｋか
いて、該物体に溝を切ってその表面を不連続とする時、
背面に関する耐摩耗性は、切削速度Ｖ＝１００ｍ／分、
たて送りＳ ＝ ０．０８４ｍａｎ 、／回転、切込み
１Ｊ＝０．１５ｍｍで、ｈ ３ ＝ ０．４１ｒＬ７ｎ
１での操作時間２００分であった。

実施例 ２ 実施例１の記載と同一の条件下に粒径５／３ミクロンの
立方晶窒化ホウ素粒に圧力０．５ ｍｍＨｇのメタンを
以て炭素層を形成する。

得られる層の厚さは８オングストロームである（、（％
−０，３％）。

その粉末を実施例】に記載の方法に従って７７キロバー
ルの下で焼結する。

得られる高硬度多結晶材料を以て製作した切削具は、実
施例１に設定された条件にむける機械的試験の結果、摩
耗抵抗８０分を示した。

実施例 ３ 実施例１の記載と同一の条件下に粒径５／３ミクロンの
立方晶窒化ホウ素粒に圧力１５０ｍｍＨｇのメタンを以
て炭素層を堆積する。

得られる層の厚さは８２オングストロームである（４％
−３，３％）。

その粉末を実施例１の記載に従って６５キロバールの下
で焼結する。

得られる高硬度多結晶材料を以て製作した切削具は、実
施例１に設定された条件にち・ける機械的試験の結果、
摩耗抵抗１８０分を示した。

実施例 ４ 実施例１の記載と同一の条件下に粒径５／３ミクロンの
立方晶窒化ホウ素粒に圧力１ ’５０ ｍｍＨｇに釦い
て炭素層を形成する。

得られる層の厚さは１００オングストロームである（４
％。

＝ ４ ％ ）。その立方晶窒化ホウ素粉末を実施例１
の記載に従って２０００℃、６０キロバールに訃いて焼
結する。

得られる高硬度多結晶材料を以て製作した切削具は、実
施例１に設定された条件における機械的試験の結果、摩
耗抵抗９０分を示した。

実施例 ５ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径５／３ミクロンの
立方晶窒化ホウ素粒に２５ｍｍＨｇ、７８０℃のメタン
を以て炭素層を形成する。

得られる層の厚さは３０オングストロームである。

その立方晶窒化ホウ素粉末を実施例１に記載の方法に従
って１８００℃、６０キロバールにむいて２分間焼結す
る。

得られる高硬度多結晶材料を以て製作した切削具は、実
施例１に設定された条件にかける機械的試験の結果、摩
耗抵抗８０分を示した。

実施例 ６ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径５／３ミクロンの
立方晶窒化ホウ素粒に３０ｍｍＨｇ、１０５０℃のメタ
ンを以て炭素層を形成する。

得られる層の厚さは４１オングストロームである。

その立方晶窒化ホウ素粉末を実施例１に記載の方法に従
って２２００℃、６５キロバールに釦いて焼結する。

得られる多結晶材料を以て製作した切削具は、実施例１
に設定された条件における機械的試験の結果、摩耗抵抗
１００分を示した。

実施例 ７ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径５／３ミクロンの
立方晶窒化ホウ木粒に２０７ＩｌｒＩＬＨｇ、９６０℃
のメタンを以て炭素層を形成する。

得られる層の厚さは２５オングストロームである（Ｊ％
。

−１φ）。

その立方晶窒化ホウ素粉末を実施例１に記載の方法に従
って１６００℃、５０キロバールに釦いて１分間焼結す
る。

切削具の摩耗抵抗は７０分である。

実施例 ８ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径５ミクロンの立方
晶窒化ホウ木粒Ｋ ２０ ｍ７１ＬＨｇ、９６０°Ｃの
メタンを以て炭素層を形成する。

得られる層の厚さは２５オングストロームである。

その立方晶窒化ホウ素粉末を実施例１に記載の方法に従
って２７００℃、９０キロバールにむいて５０秒間焼結
する。

得られる高硬度多結晶材料を以て製作した切削具は、実
施例１に設定された条件にむける機械的試験の結果、摩
耗抵抗９０分を示した。

実施例 ９ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径４０／６０する。

得られる高硬度多結晶材料を以て製作した切削具は、実
施例１に設定された条件に釦ける機械的試験の結果、摩
耗抵抗１５０分を示した。

実施例 １１ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径４０／６０ミクロ
ンの立方晶窒化ホウ木粒に７００ｍｍ’Ｈｇ、９６０℃
のメタンを以て炭素層を形成する。

得られる層の厚さは９６オングストロームである。

その立方晶窒化ホウ素粉末を実施例１に記載の方法に従
って２３００°Ｃ５７７キロバールに於いて焼結する。

得られる多結晶材料を以て製作した切削具は、実施例１
に設定された条件に督ける試験の結果、摩耗抵抗８０分
を示した。

実施例 １２ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径６０／４０□クロ
ンの立方晶窒化ホウ木粒に５０ｍｍＨｇ、７２０℃のメ
タンを以て炭素層を形成する。

得られる層の厚さは３０オングストロームである。

その立方晶窒化ホウ素粉末を実施例１に記載の方法に従
って２８００℃、８０キロバールに釦いて１分間焼結す
る。

得られる材料を以て製作した切削具は、実施例１に設定
された条件に釦ける試験の結果、摩耗抵抗８０分を示し
た。

実施例 １３ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径６０／４０□クロ
ンの立方晶窒化ホウ木粒に１５０ ｍ７１ＬＨｇ、分間
焼結する。

得られる材料を以て製作した切削具は、実施例１に設定
された条件に釦ける試験の結果、摩耗抵抗８０分を示し
た。

実施例 １５ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径６０／４０ミクロ
ンの立方晶窒化ホウ素粒に１５０ｍｍＨｇ、９６０℃の
メタンを以て炭素層を形成する。

得られる炭素層の厚さは２５オングストロームである。

その立方晶窒化ホウ素粉末を実施例１に記載の方法に従
って２７００°Ｃ１９０キロバールにおいて５秒間焼結
する。

得られる多結晶材料を以て製作した切削具は、実施例１
に設定された条件における試験の結果、摩耗抵抗９０分
を示した。

実施例 １６ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径６０／４０□クロ
ンの立方晶窒化ホウ素粒に２００ｍｍＨｇ、７５０℃の
アセチレンを以て炭素層を形成する。

得られる炭素層の厚さは８０オングストロームである（
２％。

＝３．２％）。その立方晶窒化ホウ素粉末を実施例】に
記載の方法に従って２３００°Ｃ１８０キロバールにむ
いて焼結スる。

得られる多結晶材料を以て製作した切削具は、実施例１
に設定された条件における試験の結果、摩耗抵抗８０分
を示した。

実施例 ］７ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径６０／４０ミクロ
ンの立方晶窒化ホウ素粒に２００ｍｉＨｇ、ｓｏｏ’ｃ
のアセチレンを以て炭素層を形成する。

得られる炭素層の厚さは９４オングストロームである。

その立方晶窒化ホウ素粉末を実施例１に記載の方法に従
って２３００℃、８０キロバールにお−いて焼結する。

、得られる多結晶材料を以て製作した切削具は、実施例
１に設定された条件にむける試験の結果、摩耗抵抗７０
分を示した。

実施例 １８ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径１１０□クロンの
立方晶窒化ホウ素粒に２０ｍｍＨｇ、９６００Ｃのメタ
ンを以て炭素層を形成する。

得られる炭素層の厚さは２４オングストロームである（
１％。

＝５％）。

その立方晶窒化ホウ素粉末を実施例１ニ記載の方法に従
って２３００°Ｃ１８０キロバールにむいて焼結する。

得られる結晶性材料を以て製作した切削具は、実施例１
に指摘した条件に耘ける試験の結果、摩耗抵抗９０分を
示した。

実施例 １９ 実施例１に記載と同一の条件下に粒径４０ミクロンの立
方晶窒化ホウ素粒に１５０ｒＩｔｒＩＬＨｇ、９６０℃
のメタンを以て炭素層を形成する。

得られる炭素層の厚さは８０オングストロームである。

その粉末を実施例１に記載の方法に従って２３００℃、
７７キロバールに釦いて焼結する。

得られる多結晶材料を以て製作した切削具は、実施例１
に指摘した条件における試験の結果、摩耗抵抗９０分を
示した。

比較例 本発明の高硬度材料を従来の材料と比較した。

従来の材料としては、 ヘキサナイトＰ （ｈｅｘａｎｉｔｅ−Ｐ ） （立方
晶ち−よび六方晶窒化ホウ素を高圧下で焼結したもの）
、イスマイ） （１５ｍ１ｔｅ） （立方晶窒化ホウ素
を高温高圧下で焼結したもの） を用いた。

旋削工具をこれらの材料から慣例法に従って製作し、Ｈ
ＲＣ６０〜６２のチルド鋼の円筒鋼部品の旋削について
試験した。

円筒鋼部品の表面に溝を設けて表面を不連続にした。

ＩＫ６２型ねじ切旋盤で、切削速度１００ｍ／分、たて
送り０．０８４山／回転、切込み０．１５間で試験を行
った。

背面への摩耗（０，４ｍｍ）ｔでの切削工具寿命は１５
０〜２００分であった。

これに対して、ヘキサナイトＰむよぴイスマイトでつく
った工具は最良のものでもその切削工具寿命が９０分以
下であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は立方晶窒化ホウ素粉に炭素層を形成する装置の
見取図である。 第２図は、立方晶窒化ホウ素粒をその上に形成された炭
素層とともに焼結するに必要な高温、高圧を造成する装
置の縦断面図である。 図中に用いた参照数字の表 １・・・石英反応器、２・
・・水晶ぜん渣い秤、３・・・容器、４・・・カセトメ
ーター、５・・・電気炉、６・・・熱電対、７・・・熱
電対管、８・・・トラップ、９・・・圧力計、１０・・
・黒鉛加熱器、１１・・・円板、 １ ２・・・容器、 ３・・・さや、 ４・・・ダ イス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 立方晶窒化ホウ素よりなる高硬度多結晶材料に耘い
   て、温度１６００℃以上、圧力５０キロバ一ル以上で焼
   結された立方晶窒化ホウ素単結晶粒子よりなり、該立方
   晶窒化ホウ素粒子がその全面にわたって化学式ＢｘＮｙ
   Ｃｚの結晶性化合物の層で被覆されかつ該化合物層によ
   り結合されてち・す、式中のｘ、ｙ、ｚは０より大きく
   １より小さい値をとり、但し該化合物層の内側ではｘ
   ＝ ｙ ＝ １、ｚ ＝ ０、または層の外側ではｘ
   ＝ ｙ ＝ Ｏｌｚ ＝ １であることを特徴とする高
   硬度多結晶材料。 ２ 化学式ＢｘＮｙＣｚの結晶性化合物に含有された炭
   素の量が多結晶材料全体の０．１〜１０重量＠である特
   許請求の範囲第１項記載の高硬度多結晶材料。 ３ 立方晶窒化ホウ素単結晶粒子を炭素含有ガスの流れ
   内に置いて温度７００〜１１００°Ｃ５圧力０．１〜７
   ６０ｍｍＨｇの条件下で粒子の全表面に厚さ１〜１００
   大の炭素層を堆積し、これら炭素層が堆積された立方晶
   窒化ホウ素粒子を立方晶窒化ホウ素の熱力学的安定領域
   に相応する温度１６００°Ｃ以上、圧力５０キロバー、
   ン以上の条件下で焼結処理することによって、全表面に
   わたって化学式ＢｘＮｙＣｚの結晶性化合物の層で被覆
   されかつ該化合物層により結合されている焼結立方晶窒
   化ホウ素粒子よりなり、式中のｘ、ｙ、ｚはＯより大き
   く１より小さい値をとり、但し該化合物層の内側ではｘ
   ＝ｙ＝１ 、ｚ＝ｏ、捷た層の外側ではＸ−ｙ＝Ｏ，ｚ
   ＝１である高硬度多結晶材料を製造する方法。 ４ 気体状炭化水素としてメタンを使用する特許請求の
   範囲第３項記載の高硬度多結晶材料の製造方法。