JPS59131581A - 工具用高硬度焼結体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）技術分野 本発明は切削工具等に用いる立方晶型窒化硼素を主成分
とする高硬度焼結体の性能、特に耐溶着性、靭性、及び
耐摩耗性の改善に関するものである。

（ロ）技術背景 立方晶型窒化硼素（Ｃｕｂｉｃ　１３ｏｒｏｎ　Ｎ１ｔ
ｒｉｄｅ。

以下ＣＢＮと１１ｊ６す）はダイヤモンドに次ぐ高硬度
の物質であり、また、熱伝導性に１夏れ、高温における
鉄族金属との反応性か少ない物質であり、超高圧高温下
で合成される。このＣＢＮのみを焼結する試みは種々な
されているか、これには例えは特公昭３９−８９４８号
に記載されているり］］＜、約７［］ｋｂ以上、１９０
０℃以上の超高圧高温下で１１’、ｊ結する必要がある
。現状の超高圧高温装置ではこのような高圧高温条件を
発生させることはできるが、工業的規模に装置を大型化
した場合、高圧高温発生部の耐用回数が市Ｕ約され実用
的でない。

また、このＣＢＮ粒子を金属で結合したＪａ粘結体切削
用途に一部市販されているが、切削工具として使用した
場合、結合金属相の高温での軟化による耐摩耗性の低下
や、被削材金属の溶着による工具の損傷が欠点となる。

（ハ）発明の開示 本発明者らは、耐溶着性のみならず靭性と耐摩耗性に優
れた拐質を開発すべく研究をｌｉねた。

その結果、２〜１００１１？ｎのＣ，１３Ｎ粒子を２０
〜８５体債％含体積、残部の結合利か平均粒度ｉ　１ｔ
ηＬ以下の超微粒ＣＢ　Ｎ粒子２０〜９０体積％、周期
律表第４２１．５ａ、６ａ）ｌＡ遷移金属の炭化物、炭
窒化物、窒化物またはこれらの固溶体もしくは混合物結
晶５〜５０体積％及びＡＩ！５〜６０体債％より成体積
結体が１−１標を達成することを発見した。

まず、本発明焼結体の靭性が恨れているのは次の如く考
えられる。

ＣＢへ・ハ゛％、　Ｍｉ’ｉ体の抗折力は、第１図に示
すり１１＜粒度の増加に伴い低下する。

微粒Ｃ１３Ｎハス粘体は、抗折力か高く、靭性に優れて
いるため、刃先は欠］ｉ１シにくいものの、個々の粒子
の接合力は弱いため、アブレイシブナ厚：耗の場合、切
削中に個々の粒子か脱落しやすいため、１ｆｊｔ　Ｉ’
７Ｊ耗性か劣るものと考えられる。一方粗粒Ｃ１３Ｎ焼
結体は個々のＣＢ　Ｎ粒子の接合力は強いため、耐摩耗
性は優れるものの、一度クラックか発生すると伝播しや
すく、刃先か欠損するものと考えられる。本発明焼結体
は、２μｊｎ以−１：＝　１　Ｃ１，Ｏ／７ｍ以下のＣ
ＢＮ粒子を１μｍ以下の超微粒ＣＢＮ焼結体で保持して
いるものであるため、２μｍ以」−１００１Ｌｍ以下の
ＣＢ　Ｎ粒子の耐摩耗性の良さと、超微粒ＣＢ　Ｎハ゛
と粘体の靭性の高さを有するものである。さらに不発明
の：ｒ＋’Ａ結体は結粘体として超微粒のＣＢ　Ｎ粒子
と、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族の炭化物、窒化物、
炭窒化物を含有しているため、耐摩耗性、耐溶着性も非
常に１愛れている。

次にＡｅの添加により例えば＼Ａ、’Ｃ−Ｃｏ超硬合金
のハタ相焼結のαＵ　＜、硬質粒子の結合相への溶解と
１１１析出現象かあれば結合相と硬質粒子、又は硬質粒
子相互の結合強度の１燐いものが得られるが、本発明の
焼結体では結合材中にノ＼ｌか存在することにより、こ
れとり、（１似した現象が生じたと思われる。

さらに、これらＡＪの化合物には硬度の高いＡ　／！　
Ｂ７やＡ／！Ｎか生じるため強度の低下は起らない。

本発明焼結体に用いる粗粒のＣＢ　Ｎ粒子は２μηＬ以
−１−がよい。２／ｌπ以下になると耐摩耗性に問題を
生しる。又１００　Ａｍを越えると靭性が低下する。

２１１ｍ以−１：＝　１００１１ｍ以下のＣＩ３　Ｎの
含有ｊ、ｉｌは体積て２０〜８５％が好ましい。ね−に
耐１９４耗性か必要な場合は、２μｍ以−Ｌ１００μｍ
以下のＣＢＮ粒子の含有！＋（を増せは良いが、この含
有量、か、焼結体中の体積で８５％を越えると切削中刃
先か欠損したりする。また、含有はを少なくすれは良い
か、体積で２０％未満となると耐摩耗性か問題となる。

結合４＝Ａ中の超微粒のＣＢ　Ｎ粒子の粒度は１μｍ以
下、好ましくは０５μｍ以下か良い。微粒のＣＢ　Ｎ粒
子の粒度かｉ　ｌ１ｍを越すと靭性は低下する。

結合相中の微粒ＣＩ３　ＩＮ粒子の含有量は体積で、２
０〜９０％か好ましい。微粒ＣＢ　Ｎ粒子−の含有；１
：が２０％未満であると、結合相の耐１）ｆ耗性が低１
・−シ、結合相が早ｊυ１に摩耗し、２μｍ以−にの粗
粒ＣＢ　Ｎ粒子−が脱落する。

一方、微粒ＣＢ　Ｎ粒子の含有ト１トが９０％を越すと
、結合相が脆くなったり、あるいは周期律表第４３．５
ａ、６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物の含有（１（が
減るため、１μｍ以下のＣＩ３　Ｎが粒成長し、靭性が
低下する。

周ＪｊＪＪ律表第４ａ、５ａ、６ａ族の炭化物、窒化物
、炭窒化物の含有；ｆ（：は体積で５％〜５０％かよく
、５０％を越えると微粒ＣＢ’Ｎ楢か減るため」１記の
効果か出ない。５％未満ては、周期律表第４３．５ａ、
６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物の効果が出なく性能
か低下する。

また、Ａｉの含有量は体積で５％〜３０％かよく、６０
％を越えると結合相の強度か弱まり切削［生能は低下す
る。５％未満てはＡｌの効果が出ない。

焼結体の装造に際しては予め１μｍ以下−のＣＢ　Ｎ粒
子と周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族遷移金屈の炭化物、
窒化物、炭窒化物、またはこれらの固溶体もしくは混合
物粉末の１種又は２種以上及びΔｅ扮末を均一にボール
ミル等の手段を用いて混合し、続いて２μｍ〜１００μ
ｍのＣＢ　Ｎ粒子と混合する。

このＡ７７は予め混合せずに焼結時に溶浸せしめても良
い。

混合した粉末を超高圧装置に入れ、［所圧相Ｊ１１１窒
化硼素が安定な条件下で焼結する。

このような恨れた焼結体を切削工具として使用する場合
、［７ｊ］硬度Ｌｌ’ａ　４’ｉ体は切れ刃となる部分
にのみあれは良く、この（−’ｔｊ硬度焼結体を強度、
靭・ｌｊＬ、熱伝梯に優れた超硬合金に接合して使用す
れはその性能を十分発揮することかできる。

しかし超硬合金に直接接合すればＣＢ　Ｎの富有；武が
多い場合なとは接合強度か弱くｌ断続切削など　　コに
は使用できないこともある。十分な接合強度を得るには
ＣＩｓ　Ｎを体積て７０％未ｔ１：４含イｆし、残部　
　□が１゛１、Ｚｒ、Ｉｌｆの炭化物、窒化物、炭窒化
物の１神もしくはこれらの混合物や相互固体化合物から
なる中間層を用いて接合すればよい。

また、Ｉｔ、′」圧用型窒化硼素の別の形態であるウル
　　′ツ鉱）７′＋窒化硼素についても同様の検討を行
い、Ｃ′Ｉｓ　Ｎを用いた場合と類似した結果を７．１
−、ｌ−た。

以下実極例を述へる。

実施例 粒度０５μのＣＢ　Ｎ粉末とＴｉＣ及びＡｌｌ本末　゛
を体積て８：２の割合てＷＣ−Ｃｏ硬合金製のポ　　（
ノドとポールを用いて粉砕混合した。この混合粉末と平
均粒度１Ｑ　ｉｔｍのＣＢ　Ｎ粉末を体積で４：６の割
合いで混合した。この完成粉末を内径１０ｍｍタト径１
４陥のＭ　ｏ製の容器に充填した。次にこの容□□□を
、超、間圧装置内に入れ、先ず圧力５Ｑｋｂを加え、引
続いて１６００℃加熱して２０分間保持した。

〜１０製の容器を１反り出してへ・１０を除去し、焼結
体の重織を観察したところ、平均粒度１０７１ｍのＣＢ
Ｎつ）均一に分散しておりその周囲には超微粒ＣＢ　Ｎ
Ｆ＋に子を含有する結合材が存在していた。

次に、この焼結体を用いて切削加工用のチップを作成し
、切削試験を行った。尚、比較のため重数のＣＩ３Ｎ粒
子を金属で結合した焼結体からも同１菓のチップを作成
し切削試１験を行った。被削利は４径１００ｍｍて円周
に４ケ所の溝を有するＳ　Ｋ　Ｉ）１１ダイス鋼（１−
ＪＲＣ＝６２）を用い、切削速度１００ｍ乙１□、切込
み０．３　ｍｍ、送り０６ｍｍ／’ｒＱＶ　、乾式で試
験したところ、本発明品は刃先か欠損するまで２２分り
前回１１はであったのに対し、市販のものは、１０分切
削した時点で、刃先は欠４ｆｔ　Ｌ／た。

実施例２ 表１に示す結合材粉末を作成した。超微粒ＣＢ　Ｎとし
ては平均粒度０５μｍのものを使用した。

表１ この結合祠と平均粒度４μｍのＣＩ３　Ｎ粒子を表２に
示す割合で混合して、完成粉末を作成した。

表２ これらの完成粉末を実施例２と同様にしてハｎ結した。

たたし、Ｎｎイ、チは本発明焼結体ではない。

次にこれら焼結体より実施例１と同様にして切削用チッ
プを作成し切削試験を行った。被削材、条件は実施例１
と同じである。欠損までの切削可能１１１−間を表２に
示す。又、外径１００ｍｍの５ＫＩ）１１ダイス鋼（ｒ
ＩＲＣ＝　６２　）を切削速度１００　ｍ／；、ｒ、、
切込み０．２陥、送り０．１−乃ｅＶ、乾式て、切削し
、切削時間２０分後の逃げｌｎｉ　／ψ耗１’ｌ］を；
ＪＩｔＪ定した。結果を表２に示す。

実施例ろ 超微粒ＣＢ　Ｎとして平均粒度１μｍ以下のウルツ鉱型
窒化硼素粉末を用い、実施例２のＮ［ｌハと同じ組成に
混合し、これを実施例１と同様にして焼結を行った後、
切削用チップを作成し、切削試験を行ったところ、−刀
先か欠損するまで２０分切削１１丁能であった。

実施例４ 粗粒ＣＩｓ　Ｎ　（！ｌ：Ｌ／て平均粒Ｊグ５０　μｍ
と８０　ｔｔｍのものを用い、各々実す面倒２のＮαハ
と同し組成に混合し、これを実施例１と同様にして焼結
を行った後切削用チップを作成し、切削試験を行ったと
ころ刃先が欠損するまで各々１８分と１５分切削叶能で
あった。

４し１而の節！１ｊ、な説明 第１図はＣＢ　Ｎ焼結体の抵抗力と粒度との関係を表わ
した１／１である。

代理人　弁理士　上　代　哲　司 一一゛・−１訪

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）２〜１０’ＯｔｒｎＬの高圧相型窒化硼素粒子を
   、体積で２０〜８５％含有し、残部の結合材か平均粒度
   １μｍ以下の超微粒高圧相型窒化硼素粒子２０〜９０体
   債％と体積ηＬ以下の周期−律表第４ａ、５ａ、６ａ族
   遷移金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、またはこれらの
   固溶体もしくは混合物結晶５〜５０体積％およびＡ、ｘ
   ５〜６０体債％よ体積る」−具用高硬度焼結体。
2. （２）結合相が平均粒度１／ｌ？ル以下の超微粒高圧相
   型窒化硼素粒子２０〜９０体債％、体積律表第４ａ、５
   ａ、６ａ族遷移金属の炭火物５〜５０体積％およびＡｅ
   ５〜３０体債％より体積特許請求の範囲（１）の」二μ
   用高硬度焼結体。
3. （３）結合イー（が平均粒度１１ｔｍ以下の超微粒高圧
   相型窒化硼素粒子２０〜９０体債％と体積”ｉの炭火物
   、窒化物、炭窒化物５〜５０体債％体積びＡ１５〜ろＯ
   体積％より成る特許請求の範囲（１）または（２）の工
   具用高硬度焼結体。
4. （４）高圧相型窒化硼素か立方晶型窒化硼素であること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（ろ）項
   の何れかの工具用高硬度焼結体。
5. （５）２〜１００μｍの高圧相型窒化硼素粉末、１μｍ
   以下の超微粒高圧相型窒化硼素粉末、１μｍ以下の周期
   律表第４ａ、５ａ、６ａ族遷移金属の炭化物、窒化物、
   炭窒化物またはこれらの固溶体もしくは混合物結晶粉末
   の少なくとも一種、およびＡｅ粉末の混合粉末の作成し
   、超高圧制温装置を用いて高圧相型窒化硼素か安定な高
   温高圧下でホットプレスすることを特徴とする２〜１０
   ０μｍの高圧相型窒化硼素粒子を体積で２０〜８５％含
   有し、残部が１μｍ以下の超微粒高圧相型窒化硼素粒子
   ２０〜９０体債％、体積ｍ以下の周期律表第４ａ、５ａ
   、６ａ族遷移金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、または
   これらの固溶体もしくは混合物結晶５〜５０体債％体積
   びＡＩ＋’５〜６０体債％から構成体積る結合相よりな
   る工具用高硬度焼結体の製造方法。
6. （６）２〜１０口μｍの高圧相型窒化硼素粉末、１μｍ
   以下の超微粒高圧相型窒化硼素粉末、１μｍ以下の周ｊ
   υ１律表第４ａ、５ａ、６ａ族遷移金属の炭化物、およ
   びＡ、ｌの混合粉末を用いることを特徴とする４’３．
   ；’＋−請求の化１ノ旧５）の工具用高剣度焼結体の製
   造方法。
7. （７）結合材形成粉末としてＴｉめ炭化物、窒化物、炭
   窒化物を用いることを特徴とする特許請求の範囲第（５
   ）項または第（６）項記載の］７見用高硬度焼結体の製
   造方法。
8. （８）　＋”ｊＧ圧圧型型窒化硼素立方晶型窒化硼素で
   あることを特徴とする特許請求範囲第（５）項乃至第（
   ７）項の何れかの」７見用高硬度焼結体の製造方法。