JPS61174173A - ダイヤモンドで結合した立方晶窒化硼素塊体及びその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野）　本発明は超硬工具材等に適する
立方晶窒化硼素（キュービックボロンナイトライド、Ｃ
ＢＮと略記する。以下同）塊体およびその製造方法に係
り、特に気相法（ケミカル・ペーパー−デポジション、
ＣＶＤと略記、以下同）で析出したダイヤモンドでＣＢ
Ｎ粒子を結合したＣＢＮ塊体に関するものである。

（従来技術）　　ＣＢＮ塊体を造るための従来技術はＣ
ＢＮ粒子をＡＩＬ、Ｇｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等の金属あるいは
セラミックス等をバインダーとして高温高圧で焼結する
方法が通例である。

しかしながら、この方法はバインダーたる金属等が焼結
体中に残存するためＣＢＮ本来の特性である硬度、研削
切削性の低下はまぬがれない。

モのためバインダー金属の含有量を減少する目的でＣＢ
Ｎ微粒子表面にバインダー金属を薄く被覆した後焼結す
る方法も見られるが木質的にはＣＢＮに比して、硬度、
切削性等において劣る金属が含まれるためＣＢ’Ｎ単体
の特性を十分に発揮出来ない欠点があった。

上記技術を改良する方法としてＣＢＮとダイヤモンドと
の複合焼結体を製造するためＣＢＮ粉末、グラファイト
粉末およびバインダー金属とくにＧｏ粒粉末を一定比率
に混合し高温高圧にて焼結する技術が開示されている。

（特公昭４３−３０４０９号） この方法は焼結体にＣＯが残留する点では上記従来法の
欠点と同様であるのみならず、未転換グラファイトの残
留も見られるため却って焼結体の特性は低下せざるを得
ない欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点）　本発明は従来のＣ
ＢＮ焼結体の欠点であったＣＢＮより硬度ノ劣る金属や
セラミックスを使用せずにＣＢＮ塊体を得ようとするも
のである。

（問題点解決の手段）　本発明は上記の問題点を解決す
るため１．ＣＢ　Ｎ粒子の集合体を気相法ダイヤモンド
析出条件下におき前記ＣＢＮ粒子間にダイヤモンドを析
出させて０８８粒子を結合し、塊体としたものであり、
その製法は０８８粒子の集合体に水素又は水素と不活性
ガスで希釈した炭化水素ガスを通し、所定の条件下でＣ
ＢＮ粒子間にダイヤモンドを析出させて０８８粒子を結
合する方法である。

本発明に用いる０８８粒子は静圧法等で合成された立方
晶窒化硼素粉粒体である。粒度はとくに限定されないが
その集合体の気孔、あるいは空隙にＣＶＤ法によるダイ
ヤモンドを充填するのであるから、通気性があることが
必要である。粒度または粒度分布によって上記０８８粒
子の集合体の層の厚さは通気性を損わないように選定さ
れる。

ＣＶＤ法を実施するためのガスはＨ２、または（Ｈ２＋
Ａｒ等不活性ガス）に炭化水素ガスを混合した気体を用
い、炭化水素は好ましくはメタンまたはエタン、プロパ
ン、エチレン等、ＣＶＤ法ダイヤモンドの析出条件にお
いて熱分解して炭素を析出するものであればいづれも使
用可能である。

本発明における気相法ダイヤモンド析出は０８８粒子が
反応容器中に堆積され、反応容器の一方よりＣＶＤを行
なうための反応ガスが導入され、これが例えばマイクロ
波によって励起され、かつ上記反応容器は必要により外
部から、たとえば高周波誘導加熱されて堆積しているＣ
ＢＮ集合体が所定の温度に加熱され、その集合体中に反
応ガスを通すことによってダイヤモンドの析出を行なう
ものである。

次に本発明を図面によって詳説する。第１図は本発明の
ＣＢＮ塊体を得るための装置の一態様を示す、ここに１
は底部に多孔板１ａを有する石英ガラス製反応容器であ
り、石英ガラス製ケース２の内部に挿入され気密に固定
される。容器１内には所定量の０８８粒子が堆積され、
ＣＢＮ集合体３が形成されている。容器ｌの上端部には
水素ガス、炭化水素ガスおよび不活性ガスの供給源４よ
りそれぞれのガスを所定の混合比、流速で容器ｌ内に導
入するためのガス導入管４ａが接続されている。ケース
２には該ケースおよび容器１内を所定の減圧に保持する
排気装置たとえばロータリポンプ５が排気管５ａを介し
て接続される。

またマイクロ波発振器６からのマイクロ波は導波管６ａ
を経て上記ＣＢＮ集合体に到るように配備されている。

なお、ＣＢＮ集合体の位置でケース２の外側には加熱装
置たとえば高周波誘導加熱装置７を設けＣＢＮ集合体の
温度を調節することもできる。

上記装置を用いて本発明のダイヤモンド結合ＣＢＮ塊体
を製造するには所定量の０８８粒子を容の減圧下に保持
し、次いで炭化水素ガスおよび水素ガスあるいは水素と
不活性ガスの混合ガスを所定割合に混合して容器１内に
導入する。マイクロ波発振器６を作動して無極放電を行
ない導入ガスを励起状態にすると共にＣＢＮ集合体３を
所定温度に加熱する。励起状態の原料ガスが集合体３を
通過する際に炭化水素は熱分解し、′Ｉｉ離した炭素は
集合体３の粒子間でダイヤモンドとなって充填され、上
記粒子間を結合してダイヤモンドで結合されたＣＢＮ塊
体が得られる。

上記においてマイクロ波に代り高周波を使用することも
可能である。その場合にはマイクロ波発振器、導波管の
代りにケース２または容器ｌの周囲をコイルで捲き高周
波電流を導通することによってＣＢＮ集合体を加熱し、
かつ導入ガスを励起する。

ＣＢＮ集合体３の堆積空間にダイヤモンドを析出させる
条件は公知のＣＶＤ法ダイヤモンドの製造条件がそのま
ま使用できる。−例を示せば＝（ａ）ケース、容器の真
空度：　　５〜１００Ｔｏｒｒ（ｂ）ＣＢＮ集合体の温
度ニア５０〜９５０℃、（Ｃ）導入ガス混合比は使用ガ
スにより一様ではないが、たとえばＨ２とＣＨ４との混
合ガスの場合ＣＨ４：　　Ｈ２＝　０．００１〜１０．
０（ｄ）マイクロ波を使用する場合、マイクロ波の周波
数は０．７〜９ギガヘルツが適当であり、たとえば公用
の２．４５ギガヘルツが好適である。

（ｅ）高周波を使用する場合、高周波の周波数は通常１
〜５０メガヘルツ、好ましくは公用の、　１３．５８メ
ガヘルツが好適であ−１゜反応時間はＣＢＮ集合体３の
充填率によって異なるが、たとえば充填率５０％におい
て集合体３の厚さ　１ｍｍ当り１０〜２０時間である。

本発明で得られる塊体の代表例を示せば塊体中ＣＢＮ粒
子は２０〜７０重量％、ＣＶＤ析出グイヤモンドは８０
〜３０重量％である。塊体の形状は特に制限なく、円板
状、角板状その他のものが可能である。

次に実施例により本発明を説明する。

（実施例１）　第１図に示す装置を用い、粒径１〜２μ
のＣＢＮ粉体を容器１に装入し集合体３の厚さを　５＋
ａｍとし、ケース内を３０Ｔｏｒｒに減圧しＣＨ４：　
　Ｈ２＝　１：９９　（容積比）の混合ガスを導入速度
１００ｃｃ／ｓｉｎにて導入し、出力４００Ｗ、周波数
２．４５ＧＨ，のマイクロ波を発生せしめて上記ガスを
励起状態とすると共に上記ＣＢＮ集合体３を加熱装置７
を調整して８００〜９００℃に保持し、ダイヤモンドを
析出させた。ＣＢＮの当初集合密度が１．５ｇ／ｃｒｎ
’であったものが１５時間の処理により　３．０ｇ／ｃ
ｒｎ’の塊体となり、その特性値はヤング率平均７０ｔ
／ｍｒｎ’、硬度平均５５００Ｋｇ／　ｍｍ’　（ヌー
プ硬度）を得た。

（本発明の効果）　以上述べたように本発明の焼結体お
よびその製造方法は従来高温高圧によってのみ可能であ
ったダイヤモンド焼結ＣＢＮ複合体を、高圧を必要とす
ることなく取得可能とし、かつ、従来鉄鋼系材料の加工
において鉄鋼との親和性のため鉄鋼との反応消失性の強
いダイヤモンドの欠点をＣＢＮによって補うのみならず
、鉄鋼以外の材料加工においては抜群の加工性を有する
ダイヤモンドの特性を発揮するため万能的工具材として
の複合体が得られた効果は顕著である。すなわちＣＢＮ
粒子の間隙をＣＶＤダイヤモンドで充填した本発明塊体
はダイヤモンドで足りない特性をＣＢＮで補い、ＣＢＮ
の及ばない特性はダイヤモンドで補う相補型複合塊体を
高圧不要の方法で実現した点は従来技術に見られない効
果であると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るダイヤモンド焼結ＣＢＮ複合焼結
体の製造装置の一態様を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）気相法によって析出したダイヤモンドによって立
   方晶窒化硼素粒子を結合したことを特徴とする立方晶窒
   化硼素塊体
2. （２）立方晶窒化硼素粒子の集合体を気相法ダイヤモン
   ド析出条件下におき、該集合体に水素または水素と不活
   性ガスで希釈した炭化水素ガスを通し前記立方晶窒化硼
   素粒子間にダイヤモンドを析出させることを特徴とする
   ダイヤモンドで結合した立方晶窒化硼素塊体の製造方法
   。