JPS61201751A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は高硬度焼結体及びその製造法に関し、特に高硬
度の鋼材を高速度で切削したシ、鋳鉄、鋳鋼及び軟鋼な
どを従来の工具では不可能な高能率で切削したシする為
の工具用素材として、又各種材料との接触面や摩擦面に
用いて長期間摩耗に耐える耐摩耗材として用いることが
出来る高硬度焼結体及び該高硬度焼結体を比較的低い焼
結圧力及び温度でも製造することの出来る高硬度焼結体
の製造法に関する。

（従来の技術） 従来立方晶系窒化ホウ素（以後ＣＢＮとする）及び／又
はウルツ鉱型窒化ホウ素（以後ＷＢＮとする）を含有す
る焼結体は公知であり、これらを主成分として含有する
切削工具又は研削材は、これらを含有しないものに比し
て高能率で切削できかつ耐摩耗性を有することから最近
急速にその利用が拡大されてきた。

まずＣＢＮ及び又はＷＢＮ　（以后高圧相窒化ホウ素と
総称する）を含む焼結体に関して開示されている先行文
献についてのべる。

特公昭５９−８９４８号公報にはＣＢＮのみ又は３乃至
３０重量％の酸化アルミニウム、ベリリウム、タングス
テン、モリブデン、ニッケル、銅、クロム、マンガン、
チタニウムの中から選ばれた添加物をＣＢＮに添加した
ものからなるＣＢＮの粒子同士が結合した焼結体が記載
されている。

また、％開開４９−４４０１４号公報には、ＷＢＮとセ
ラミックとからなる焼結体とその製造法が記載され、Ｗ
ＢＮの量が多い場合にはＷＢＮの連続した相が、セラミ
ックの量が多い場合にはセラミックの連続した相が得ら
れるとされている。また任意成分としてアルミニウム、
ニッケル等ノ金属でＷＢＮを被覆することが好ましいと
している。

また、特開昭５０−８２６８９号公報には、ＣＢＮ。

ダイヤモンド及びそれらの混合物から選択される研摩材
粒子について記載されておシ、研摩材粒子としてのＣＢ
Ｎに関してはアルミニウム、鉛、スズ、マグネシウム、
リチウム、及びそれらの合金から選ばれた溶剤物質とホ
ウ化物、窒化物、ケイ化物などの耐火物で接着して研摩
成形体としたものが記載されている。

また、特開昭５６−７７５５９号公報には、ＣＢＮ　４
〜１６体積チおよびＷＢＮ９６〜８４体積−からなる高
圧相窒化ホウ素を１５〜３０体積チ含有し、窒化物、酸
化物、ホウ化物および炭化物からなる群から選ばれた１
種または２種以上のセラミック物質７０〜９５体ｆｉ％
トニッケル、コバルト、クロム、マンガン、鉄、モリブ
デン、タングステン、バナジウム、アルミニウム、マグ
ネシウム、ケイ素、チタン、ジルコニウムおよびハフニ
ウムから選ばれた１種または２種以上の金属からなる焼
結体が記載されていて、この焼結体は焼結後の加工が容
易であるという特徴を有するとしている。

更に、特公昭５７−４９６２１号公報には、ＣＢＮ８０
〜２０体積％、周期率表第４α、５α、６ａ族遷移金属
の炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物もしくはこれら
の混合物または相互固溶体化合物を第１の結合相とし、
アルミニウム、ケイ素、ニッケル、コバルト、鉄または
、これらを含む合金、化合物を第２の結合相として、該
第１、第２の結合相が焼結体組織中で連続した結合相を
なす高硬度工具用焼結体が記載されている。

然し前述の各公報に開示されている焼結体には次のよう
Ｋなお実用上の問題点を有している。

即ち、特公昭５９−８９４８号公報記載の方法は、ＣＢ
Ｎのみからなる焼結体の場合、ＣＢＮは高温での強度が
非常に高い為に、焼結しようとする場合極めて高い圧力
と温度例えば約９００００気圧で２１００℃を加えなけ
ればならず、焼結する為の超高圧高温装置に対する負荷
が非常に大きくなり、装置の寿命が極めて短く、事実上
工業的に製造しようとすると採算が成シ立たない。

又ＣＢＮに添加物を加えた焼結体が記載されているが添
加物が金属である場合、金属は高温では強度が低く、切
削工具のように使用時に高温と大きな応力に耐えなけれ
ばならない材料としては適轟ではない。即ち単純にＣＢ
Ｎと混合して焼結しただけでは好ましい焼結体は得られ
ない。

又添加物として酸化アルミニウムを用いた場合、又は酸
化アルミニウムを金属と共に添加した焼結体もなおその
性能は不充分であった。

特開昭４９−４４０１４号公報に記載の焼結体は、表面
積の極めて大きいＷＢＮにセラミックを添加して焼結す
ることＫよって得られるものである。

ＷＢＮは硬度焼結工具材料の原料として優れた材料であ
るが、一般に爆薬の爆発衝撃で瞬時に合成する為結晶成
長を伴わず、個々のＷＢＮ粉末粒子は数１０７＆ｍｉｉ
度の微小々結晶粒の集合体からなり、粉末粒自体の強度
は単結晶よシ強くない。

粒子を単結６迄粉砕して使用すれば粒の強度上の問題は
解決するが、添加したセラミックや金属との接合界面の
面積が増え、接合界面の強度は当然ＷＢＮ自体の強度よ
シ低いので、焼結体の強度もより大きな単結晶を焼結し
た場合よシ低い。即ち本明細書記載の焼結体は強度に一
定の限界があった。

また、特開昭５０−８２６８９号公報には焼結体の製造
方法が開示されてお夛、特許請求の範囲に示される添加
物はその範囲が非常に広い。然し具体的な実施例として
は、添加物として３２重量％のアルミニウムと６８重量
％の窒化ケイ素を混合したもの１９．５重量％を８０．
５重量−〇〇ＢＮに添加して焼結した例が示されている
だけである。

また、各成分の粒度についても、′好適には４０ミクロ
ン以下、一層好適には１２ミクロン以下にされる”　と
言う記載があるにすぎない。また、特許請求の範囲の記
載によれば、”それら（研摩材粒子・・・この場合ＣＢ
Ｎ）を少なくともある限られた程度まで溶解し得る溶剤
物質と耐火物質とを含むマトリックスによって互いに［
Ｆされたものを有することを特徴とする研摩成形体”と
あｆｉ、ＣＢＮ粒子とＣＢＮ粒子の接合は溶剤物質と耐
火物質のマトリックスを介して行われることが理解され
る。然しこのものの硬度にも一定の限界がある。

特開昭５６−７７５５９号公報に開示の発明は、ＣＢＮ
とＷＢＮとの両方を焼結体の出発原料として用いる点に
特徴があるが、焼結体中に含まれるＣＢＮとＷＢＮとの
合計量は１５〜３０体積チであり、ＣＢＮ粒子或いはＷ
ＢＮ粒子同士又はＣＢＮ粒子とＷＢＮ粒子の結合する点
が非常に少ない。その為、焼結体の硬度が低く、研削加
工が容易であるという特徴を示している。

即ち本発明とする高硬度の焼結体は開示されていない。

特公昭５７−４９６２１号に開示の発明の特徴は、ＣＢ
Ｎ粒子同士の結合よりＣＢＮが出来るだけ第１及び第２
の結合相によって結合されるようＫしたもので、それに
よって優れた性質が得られるとしている。上記の結合相
はＣＢＮ粒子の結合相として非常に優れたものであり、
この発明によって得られる焼結体も優れたものであるが
、前述特公昭５６−７７５５９号に開示の発明と同様に
ＣＢＮ粒子同士の結合が非常に少ないことが予想され、
その為に焼結体としての強度もＣＢＮ同士の結合がある
ものよシ低く、従って切削時の負荷が大きい切削や衝撃
が加わる切削には適さない。

上記の従来技術による焼結体の性質をまとめると、以下
のようになる。

１、強度の優れた高圧相窒化ホウ素焼結体をうるために
は非常に高い圧力と温度が必要で、経済的に不利である
。

２、添加物を高圧相窒化ホウ素と添加した場合、製造条
件は比較的緩やかであるが焼結体の強度は不十分である
。

３、従来のＣＢＮ及び又はＷＢＮを含む焼結体、高圧相
窒化ホウ素粒子同士の接合を得ようとする場合、非常に
高い圧力と温度を加え、高圧相窒化ホウ素の含有量を例
えば７０体積チを越える程度に増さねばならず、たソ単
に高圧相窒化ホウ素の添加量を増しただけでは高圧相窒
化ホウ素粒子同士の接合は不十分である。

従って、製造コストが従来よシ低く、且つ焼結体の強度
が高いものを得る為には、例えば焼結圧力が２万気圧以
上というような低い圧力で、高圧相窒化ホウ素粒子が変
形して空隙を埋めるような厳しい条件で焼結したものと
同様に強固な焼結体を得ることが要求されることになる
。

（問題点を解決するための手段） 発−考らは、前項記載の従来技術の問題点を検討し考察
を加えた結果、次の様な結論に達した。即ち、高圧相窒
化ホウ素を含む焼結体の強度を向上させて、且つ焼結条
件を緩やかにするには、高圧相窒化ホウ素粒子同士の接
合機会を増すことが必要であると言うことである。

粒子同士の接合機会をまずために、単純には細かい高圧
相窒化ホウ素粒子を用いればよいことになる。然し単に
細かい高圧相窒化ホウ素粒子を用いるだけでは、例えば
特開昭４９−４４０１４号公報についてのべたような各
種の問題を生ずる。

本発明者は種々研究の結果、焼結原料中の高圧相窒化ホ
ウ素のＣＢＮ、　ＷＢＮの容積比、添加剤の釉類、粒度
を特定した焼結体が、従来公知の焼結体に比し、すぐれ
た特性を有することを確認して本発明を完成した。即ち
本発明の焼結体は、 立方晶系窒化ホウ素又は立方晶系窒化ホウ素とウルツ鉱
型窒化ホウ素とからなる高圧相窒化ホウ素を６５〜９５
体積％、チタンまたはチタンおよびタンタルのそれぞれ
の炭化物、窒化物、炭窒化物のいずれかの少なくとも１
筏である添加物を４〜！１４体積％、残部アルミニウム
および不可避混入成分とよりなる焼結体であって、立方
晶系窒化ホウ素は粒子径最大１０〜５０μｍ、最小１μ
ｍ以下で、その間に連続的な粒度分布を有する高圧相窒
化ホウ素が結合して連続的なマトリックスを形成してい
る高硬度焼結体であり、さらに前記焼結体に外割として
０．１〜５体積％のホウ素を含む焼結体も含まれる。

又本発明の方法は 粒子径最大１０〜５０μｍ１最小１Ｐ以下で、その間に
連続的な粒度分布を有する立方晶系窒化ホウ素、又は前
記立方晶系窒化ホウ素とウルツ鉱型窒化ホウ素とからな
る高圧相窒化ホウ素６５〜９５体積チと、チタンまたは
チタンおよびタンタルのそれぞれの炭化物、窒化物、炭
窒化物のいずれかの少なくとも１種である添加物を４〜
３４体積％、およびアルミニウムを加えて１００体積チ
とした混合物を得、該混合物を最低１２００℃、２万気
圧で焼結して高圧相窒化ホウ素が結合して連続的なマト
リックスを形成している高硬度焼結体を製造する方法で
ある。なおこの方法には混合物を前記のようにしてうる
以外に、更に外割で０．１〜５体８ｔ％のホウ素を加え
たものとする方法も含まれる。

そして本発明の高硬度焼結体はとくに高圧相窒化ホウ素
が７０〜９５体積チの立方晶系窒化ホウ素と５〜５０体
積チのウルツ鉱型窒化ホウ素とからなることが好ましく
、又添加物がチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物であり
、このためＴｉＢｔが形成され、存在していることが好
ましい。前述の窒化ホウ素の好ましい構成や、添加物が
チタンの化合物であることは、外割で０．１〜５体積％
のホウ素を含む焼結体にも適用されることは当然である
。

又本発明の高硬度焼結体の製造法において得られる混合
物中の高圧相窒化ホウ素は、７０〜９５体積チが立方晶
系窒化ホウ素で、残部がウルツ鉱型窒化ホウ素であるこ
とが好ましく、更に添加物が高硬度焼結体の場合と全く
同様に、チタンの化合物であり、このためＴｉＢ、が生
成し、高圧相窒化ホウ素が強固に結合した連続せるマト
リックスが形成されることが好ましい。前述せる特徴は
焼結材料である混合物に外割として０．１〜５体積％の
ホウ素を加えて高硬度焼結体を製造する場合に、全く同
様に適用される。

なお前述の連続的な粒度分布とは最大粒子寸法を有する
粒子から１μ惧以上の粒子寸法を有する粒子が、５μｍ
毎の級分けをして各般に少なくとも１００粒中１粒はそ
の級に属する粒があり、且つ１μ常以下の粒子数が１μ
ｍ以上の粒子数の１０チ以上確認出来れば良い。

（作用） 本発明の構成によって、本発明の高硬度焼結体において
は高圧相窒化ホウ素がマトリックスを形成し、その空隙
をチタンまたはチタンおよびタンタルのそれぞれの炭化
物、窒化物、炭窒化物のいずれかの少なくとも１種およ
びアルミニウムよシなる添加物が埋める役割を果してい
る。そしてチタン化合物は焼結性が良好であり、又それ
自体切削時の耐熱性、熱伝導度がすぐれている。即ち本
発明に於いては、上記化合物は特公昭５７−４９６２１
号公報に記載の焼結体中におけるように高圧相窒化ホウ
素を連続的な結合相で結合するための材料として用いる
だけのものではなく、前記のように高圧相窒化ホウ素粒
子同士が多くの部分で結合して、所謂高圧相窒化ホウ素
のマトリックスを形成した空隙を埋め強硬度の焼結体た
シうる役割を担うものである。

また、チタン化合物はチタンが過剰な結合をしているこ
とが多く、この場合は焼結に際して過剰な部分のチタン
がアルミニウムと反対してＴ＜−Ａ１間の化合物を作る
。さらに、チタンは焼結の際に高圧相窒化ホウ素の界面
で高圧相窒化ホウ素と反応して２ホウ化チタン（Ｔ＜Ｂ
ｔ）を、アルミニウムは同様にして窒化アルミニウム（
ＡｊＮ　）を作る。これらは、高圧相窒化ホウ素同士が
点で接触している部分で両者をのり付けして強固な接合
を作り出し、高圧相窒化ホウ素同士が直接接合して立体
的なマトリックスを構成したような構造となる。本発明
では広い粒度範囲の高圧相窒化ホウ素が含まれているの
で大粒と大粒の間に中粒が入シ込み、中粒と中粒の間に
小粒が入シ込みといった各種の粒が密に充填された構造
をつくる為に高圧相窒化ホウ素同士の接触点が狭い粒度
範囲の高圧相窒化ホウ素を原料として使った場合よシ遥
かに多くなり、従ってマトリックスの強度が向上する。

なお、焼結の際に生成したＡＩＮはＣＢＮの焼結触媒で
あり、本発明方法において高圧相窒化ホウ素同士を極め
て低い温度、圧力で焼結し、連続的なマトリックスを有
する高硬度焼結体を形成するに至る。

本発明で、高圧相窒化ホウ素の量が６５体積チ未満の場
合には、十分な強度を有するマトリックスが得られずま
た、９５体体積管越える場合には、結合相の量が不足で
、本発明の高硬度焼結体をうることはできない。

また、チタンまたはチタンおよびタンタルの炭化物、窒
化物、炭窒化物の量を４〜３４体積チに限定する理由を
次に示す。即ちそれらとアルミニウムとを合わせたもの
が高圧相窒化ホウ素の残部を構成するわけであり、高圧
相窒化ホウ素が９５体積−を占める場合チタンまたはチ
タンおよびタンタルの炭化物、窒化物、炭窒化物は４体
積％、アルミニウムは１体積チ必要であり、又高圧相窒
化ホウ素が６５体体積上占める場合チタンまたはチタン
およびタンタルの炭化物、窒化物、炭窒化物は４体積チ
から３４体積チの範囲で、アルミニウムは３１体積チか
ら１体積チの範囲とすることによシ、目的とする高硬度
焼結体とすることができる。

更に、焼結する為の圧力が２万気圧以上必要である理由
は、それ以下では安定した焼結が困難であり、温度が１
２００℃以上必要な理由は、それ以下ｔは焼結体の強度
が不十分であるからである。

本発明方法を実施するに当っては、原料混合物を１２０
０℃以上、２００００気圧以上で加圧する必要がある。

なおこの焼成は前記以上の高温高圧で実施しうるが、実
際の温度、圧力は装置自体の条件によシ定めうるもので
ある。即ち焼成条件としての圧力にはとくに上限はなく
、又温度も原料混合物が高圧相窒化ホウ素が低圧相窒化
ホウ素に相転換を起さない範囲で高温で実施可能である
。又ホウ素を添加することによシ焼結体の高温による硬
度低下を防ぐことができる。

更に高圧相窒化ホウ素中、ＷＢＮの占める割合は５０体
積以下であることが好ましい。その理由を次に示す。

ＷＢＮ粒子の粗いものは、粒としての強度はさ程高くな
く、従って粒としての強度を求める場合は大きくても５
Ｐを限度とする可きである。

実際的には、ＣＢＮ粒子の１０μｍ以上の粒度を有する
原料粉末を粉砕して１０μｍ以上の最大寸法を有するＣ
ＢＮ粒子から１Ｐ以下の最小寸法を有するＣＢＮ粒子迄
連続的な粒度分布を有するＣＢＮ原料として焼結体に含
有させ、粉砕時間を短縮しｆｔ−９、ＩＰ以下の高圧相
ＢＮの含有量を増す目的でＷＢＮを添加することが適当
である。よって、ＷＢＮはＣＢＮの細かい粒子の含有量
を補なうものであるから、高圧相ＢＮ量全体の中の５０
体積チ以下に止めることが好ましい。また、ＣＢＮを粉
砕して連続的な粒度分布を作る場合には、ＣＢＮの粉砕
された粒の破断面はＣＢＮが合成されてから雰囲気に触
れていない新鮮な面であり、従って雰囲気によって汚染
されていない為、焼結に際して不純物を持込むことが少
ない点でも好ましい。その為、粉砕後には焼結する迄出
来るだけ雰囲気に触れさせず、真空中や不活性気体中に
保管することが好ましい。更に、必要に応じて複数の粒
度分布を有するＣＢＮ粒子群を組合せて粉砕し、連続的
な粒度分布を有する原料を作っても良い。例えばボール
ミル、スタンプミル、エツジランナー、らい潰機、振動
ミルなどを用いることによ多連続的な粒度分布を有する
粒体をうろことができる。

（実施例） 次に具体的な実施例、比較例を掲げ本発明について詳細
に説明する。

実施例１ 平均粒径１５μｍのＣＢＮと平均粒径５μｍのＣＢＮと
の比が５：１である混合物全超硬合金製ボールミル中で
４時間粉砕混合をした。得られた混合物の最大粒子は１
８Ｐ、１μ雇以下の粒子は２３％、そのて１−をこえる
粒子は連続した粒度分布を有することを、水中沈降分級
処理および顕微鏡観察によシ確認した。

次に前記のＣＢＮ混合混合物７墳 素のモル比が１：０．６８　　である炭化チク２体積体
積％、タンタルと炭素のモル比が１：１の炭化タンタル
４体積％、チタンと窒素のモル比が１＝０、７２である
窒化チタン２．６体積チおよびアルミニウム１１．４体
積チを超硬合金製ボールミルで１２時間混合した。

さらに外径１５ｎ，高さ６ｍ，厚さ０．８露　　の工業
用純チタンの底付き円筒状カプセルに、まず下から５ｆ
ｉの深さまでコバルト１０重量％を有する超硬合金粉を
充てんし、その上に前記混合粉を２鰭の厚さになるよう
に圧入し、工業用純チタン円板で封をした。この封入カ
プセルを周囲を理論密度に対して９８％の密度に成形し
た食塩で包囲し、ベルト式超高圧装置に装入して、３．
８万気圧、１５２０℃に８分間かけて徐々に上昇させ、
そのま５２０分間保持してから常温常圧に１２分間かけ
て下降させてから取出した。

カプセルをグラインダーで除去した処、ＣＢＮを含む混
合粉と超硬合金の粉末は強固に焼結され、かつ両者が２
層に分かれて接合された厚さ約２．８　１ｌＩＩ＋、直
径約１２．３ｍの円板状焼結体が得られた。

ＣＢＮを含む焼結体の硬度をマイクロビッカース硬度計
で荷重をＩＫ４として測定した結果、５点の測定点の平
均は４０２０Ｋｌ／−であった。ＣＢＮを含む焼結体部
分をダイヤモンドペーストで研摩して、１５００倍の光
学顕微鏡で観察した処、ＣＢＮ同士が結合している組織
が認められた。第１図にその光学顕微鏡写真を示す。図
において黒色部分がＣＢＮ　、白色部分がＣＢＮ以外の
部分でめる。

次にこのＣＢＮを含む焼結体を濃度４６％のフッ化水素
酸と濃度３５％の硝酸との体積で１：１の割合の混合物
に浸漬した。その浸漬后の焼結体の顕微鏡写真（Ｘ約１
２）を第２図に示す。第２図は化学処理后も焼結体の形
状が保たれていることを示す。そしてこのものについて
処理前の焼結体と同様マイクロビッカース硬度を測定し
たが、５点の平均値は９５８に４／−でＣＢＮ同士が結
合していることを示している。

なおこのＣＢＮを含む焼結体について、化学処理前後の
Ｘ線回折測定を行ったが、その経過を第５図、第４図に
示す。処理前の第５図にはあきらかにみられる炭窒化チ
タン、ホウ化チタン及び炭化タンタルのピークが、化学
処理后、第４図においては消失し、強いＣＢＮのピーク
と弱い窒化アルミニウムのピークのみが見られる。

即ち本発明の方法によシ製造された本発明の高硬度焼結
体は焼結前の連続した粒度分布のＣＢＮが結合した連続
的なマトリックスと、炭化チタン、炭化タンタル、窒化
タンタル、アルミニウムとよりなる部分とよりなるもの
であることがあきらかである。

次に実施例１で製造された本発明の高硬度焼結体が実用
的に極めてすぐれていることを切削工具として使用した
例によシ説明する。

即ち実施例１によゲ製造された円板状の焼結体を直径１
　１　ｗＩ，厚さ２．５露でＣＢＮを含む焼結体部分の
厚さが約１ｓ＋ｓとなるようにダイヤモンド砥石で仕上
げた。更にダイヤモンドカッターで円の中心を通る切断
線で６等分に切断し、頂角が３０°の扇形のチップとし
、Ｋ２Ｏ種の超硬合金の台に銀ロウによってろう付けし
、ダイヤモンド砥石で研摩して頂角３０°、内接円寸法
９．５２５露、厚さ４．７６１ＥＩＩ％刃先Ｒ０．８ｍ
のＴＮＧ　５５２　　と称するスローアウェイタップに
加工した。

切削試験用の被剛材として、８０Ｍ４１５種鋼の直径１
２０１１１、長さ５００　ｔｎのものに巾２０ｎ１深さ
２０ｘａｘの断面が矩形の溝を彫シ込み、ロックフェル
硬度Ｃスケール５Ｂに熱処理したものを用意して、前記
のスロー７ウエイチツプで外周を切削した。切削条件を
、周速（以後Ｖとする）＝１６Ｂｍ／１ｎｉｎ　、切込
み（以後ｄとすル）＝０．５ｔｓｚ、送シ（以後ｆとす
る）　＝　０．２ｔｌＬ／ｒｅｖとして連続３０分間切
削した処、刃先の逃げ面摩耗は０．０８ｍに止まり、欠
損やチッピングの傾向は全く認められず、更に切削を続
けることが可能と判断された。この種の切削方法は、一
般に継続切削と呼ばれ、従来のＣＢＮを含む焼結体工具
では、本試験で実施した様な厳しい条件では早期に刃先
の欠損が発生して全〈実施出来なかった。

比較例１ ＣＢＮは平均粒径５μｍのものを粉砕せずに用い、かつ
添加物との混合処理を３時間処理した以外、他はすべて
実施例１と同様に処理した。

得られた焼結体のマイクロビッカース硬度は３４００Ｋ
ｆ／−で実施例１に比して低い。これはＣＢＮ同士の結
合がないためと考えられるが、このことは光学顕微鏡に
よる観察によってもＣＢＨの粒が互いに結合相によシ隔
てられていることが確認されたしかめられた。更に実施
例１と同様な方法で化学処理を行った。化学処理后の焼
結体の顕微鏡写真（約１０倍）を第５図に示す。

図では焼結体は崩壊してお、ｊ）、ＣＢＮ同士が結合し
ていないことを示している。

実施例１と同様な切削試験を行った処、刃先は２分間切
削しただけで欠損し、更に同様な試験を繰返した処、１
分５０秒で欠損した。

比較例２ 添加物をすべて酸化アルミニウムに置換した以外、すべ
て実施例１と同様に処理した。光学顕微鏡による観察、
化学処理后の観察の何れもＣＢＮ同士が結合しているこ
とが確認された。

実施例１と同様な切削試験を実施した処、刃先は１８分
間の切削後に逃げ面摩耗０．８ｍｍに達し、以後の切削
が実施できなかった。

実施例１と比較例１よシ、本発明においてはＣＢＮが連
続的な粒度分布を有することが、又実施例１と比較例２
とよシは添加物の種類がＣＢＮ粒子同士の結合に大きな
影響のあることが分る。

実施例２ まず平均粒径２０μｍと６μｍのＣＢＮ粒体を２：１の
割合で混合し、粉砕して得たＣＢＮを７４容積％、粒径
１μ常以下のＷＢＮ　９体積％、炭素対チタンのモル比
１　：　０．６８である炭化チタンを５．８体積％、窒
素対チタンのモル比１　：　０．６９である窒化チタン
２．３体積％、アルミニウム８．９体積チを混合した。

混合体中のＣＢＮは最大粒径が２３μ常、最小粒径が１
μｍでその間連続的な粒度分布を有する粒体である。前
述の粒体を用いること、および焼結時の加圧を４，２万
気圧、温度を１７８０℃とする以外実施例１と同様に処
理した。

得られた焼結体の硬度は４３００に９／Ｊである。

そしてこの焼結体はＣＢＮ同士が結合していることは、
実施例１と同様１５００倍の光学顕微鏡写真（第６図）
および実施例１と同様のフッ化水素酸と硝酸との混合液
による処理（化学処理）后の焼結体がその形を維持して
いることを示す約１０倍の顕微ｆＲ（第７図）よシあき
らかである。

そしてこのことは更にＸ線回折測定結果によシ裏付けら
れる。即ち第８図は化学処理前の焼結体の、第９図は化
学処理后のそれぞれのＸ線回折の測定結果を示すもので
ある。第８図にみられたチタンホウ化物、チタン炭窒化
物のピークは第９図には認められず、ＣＢＮ及び窒化ア
ルミニウムのピークのみが認められる。なお焼結体には
ＷＢＮが含まれているにもか＼わらず、Ｘ線回折図にＷ
ＢＮのピークが認められないが、これはＷＢＮの添加量
が少なく、かつ、ＷＢＮの回折線は弱いため現われなか
ったものであり、化学処理後も残存していることは他の
試験によシ確認された。

製造した焼結体を実施例１で製作したスローアウェイチ
ップと同形状に加工して切削試験を実施した。被剛材形
状は実施例１のものと同じとし、材質は未熱処理の８１
５Ｃ′ｓｉ鋼とした。■＝　４５５ｍ１ｓｉｎ、ｄ　＝
　０．５ｔｎｘｓ　ｆ　＝　０．２ｔｒｙｖ’ｒｅｖで
３時間２０分切削した結果、逃げ面摩耗は０．２８ｉｉ
に達し、僅かなりレータ−摩耗が認められたが、欠損や
チッピングは認められなかった。

比較例６ 窒化ホウ素として平均粒径３μｍのＣＢＮを用いた以外
、すべて実施例２と同様に処理して焼結体を製造した。

得られた焼結体の硬度は３ｓｏｏ）Ｃｐ、−であった。

このものを実施例１と同様に化学処理をし、ついで硬度
測定を実施したところＩＫｇの荷重で焼結体は崩壊した
。

実施例５ 実施例１においてカプセルに封入する混合物に外割で３
．８体積係の無定形ホウ素を加えたこと、焼結圧力、温
度を２，５万気圧、１４００℃とした以外すべて実施例
１と同様に処理して高硬度焼結体を得た。

得られた焼結体の硬度は４５５０ＫＩ／−で、光学顕微
鏡、化学処理、化学処理後の硬度測定の何れもＣＢＮ同
士が結合していることを示した。

実施例１で実施した切削試験と同様な切削試験をＶ　＝
　２０１　ｍ／ｍｉｎに上げて実施した結果、３０分間
切削した後の逃げ面摩耗は周速が高くなって条件として
はより厳しくなったにもか＼わらず、実施例１と等しく
　０．’０８ｍで、欠損やチッピングも殆ど認められな
かった。また、クレータ−摩耗も僅かで、以後継続して
切削することが可能と認められた。

比較例４ 用いるＣＢＮをすべて平均５μ毒の粒体とした以外、す
べて実施例１と同様に処理して焼結体を得た。

得られた焼結体の硬度は３８００Ｋｔ／Ｊ　　であった
。

光学顕微鏡、化学処理後の観察の何れもＣＢＮ同士の結
合がないか、あっても僅かであることを示した。

実施例５と同様な切削試験を実施した処、刃先は８分間
切削しただけで欠損し、同様な試験を更に２回繰返した
が、５分及び１０分５０秒で欠損した。

実施例４〜１０ ＣＢＮの含有量、ＣＢＮ以外の添加物の組成と焼結圧力
及び温度のみを第１表、第２表に示すように変化させ、
他は実施例１と同様の条件で本発明の方法によシ焼結体
を製造した。これらの焼結体について実施例１と同様な
方法で化学処理を行い、焼結体中においてＣＢＮ同士が
結合し、連続的なマトリックスを形成していることを確
認した。次にこれらの焼結体について、実施例２と同様
な切削試験を実施した。この結果を第５表に示す。

第　１　表　　　（体積チ） 炭化物、窒化物、炭窒化物の金属と炭素又は窒素との分
子量比は１　：　０．６５〜１：１の範囲にある。

第２表 第３表 第３表に示すように上記実施例の本発明の方法によシ製
造された焼結体は切削試験においても極めて良好である
ことはあきらかである。

比較例５〜１１ 平均粒３ＰのＦｔｖ均一の粒度分布を有するＣＢＮを用
いた以外すべて実施４．５．６．７．８．９．１０と同
条件で焼結体を製造し、それぞれ比較例５．６．７．８
．９．１０．１１　　とした。そして前記実施例と全く
同条件で各焼結体について切削試験を行なった。その結
果を第４表に示す。

第４表 実施例４〜１０と比較例５〜１１とはＣＢＮの粒度に相
異があるのみで、他の条件はすべて同一であるにもか＼
わらず、第３表、第４表よシその焼結体の性質に大きな
差のあることが充分理解される。

（発明の効果） 従来技術による高圧相窒化ホウ素を含む焼結体は、他の
従来工具材料に比べて鉄系材料の切削にかけ離れた性能
を発揮することが知られているが、本発明による焼結体
においては、それを更に上回る性能を示した。特に高硬
度焼入れ鋼の高速断続切削、鋳鋼、鋳鉄、微調等の生材
、焼入れ材の重切削、高速切削、焼結金属の高速切削に
おいて従来の高正相窒化ホウ素を含む焼結体に勝シ、更
に従来は高圧相窒化ホウ素を含む焼結体には向かないと
され、事実切削しても良い結果を示さなかった低炭素か
ら高炭素に及ぶ鋼の切削にも適している。即ち本発明は
従来のＣＢＮ及び又はＣＢＮとＷＢＮとを含む焼結体で
は列置実施できないような厳しい条件での切削、！に高
硬度の焼入鋼材や未熱処理の鋼材の高速度での断続切削
が可能な工具用焼結体を提供する、産業上極めて有用な
発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１において製造された本発明の高硬度焼
結体の１５００倍の光学顕微鏡写真を示す。 第２図は実施例１において製造された本発明の高硬度焼
結体を濃度４６チの７ツ化水素酸と濃度３５ｔｓの硝酸
との体積で１：１の割合の混合物に浸漬后の約１０倍の
顕微鏡写真を示す。 第３図は第１図の本発明の高硬度焼結体のＸ線回折図を
示す。 第４図社第２図に示される化学処理后の本発明の高硬度
焼結体のＸ線回折図を示す。 第５図は比較例において製造された焼結体を実施例１と
同様にフッ化水素酸と硝酸との混合液に浸漬した後の約
１０倍の顕微鏡写真を示す。 第６図は実施例２において製造された本発明の高硬度焼
結体の１５００倍の光学顕微鏡写真を示す。 第７図は実施例２において製造された本発明の高硬度焼
結体を実施例１と同様、フッ化水素酸と硝酸との混合液
に浸漬した後の約１０倍の顕微鏡写真を示す。 第８図は第６図の本発明の高硬度焼結体のＸ線回折図を
示す。 第９図は第７図に示される化学処理后の本発明の高硬度
焼結体のＸ線回折図を示す。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）立方晶系窒化ホウ素又は立方晶系窒化ホウ素とウ
   ルツ鉱型窒化ホウ素とからなる高圧相窒化ホウ素を６５
   〜９５体積％、チタンまたはチタンおよびタンタルのそ
   れぞれの炭化物、窒化物、炭窒化物のいずれかの少なく
   とも１種である添加物を４〜３４体積％、残部アルミニ
   ウムおよび混入成分とよりなる焼結体であって、 立方晶系窒化ホウ素は粒子径最大１０〜５０μｍ、最小
   １μｍ以下で、その間に連続的な粒度分布を有し、高圧
   相窒化ホウ素が結合して連続的なマトリックスを形成し
   ていることを特徴とする高硬度焼結体。
2. （２）高圧相窒化ホウ素が７０〜９５体積％の立方晶系
   窒化ホウ素と５〜３０体積％のウルツ鉱型窒化ホウ素と
   からなる特許請求の範囲第１項の高硬度焼結体。
3. （３）添加物がチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物の少
   なくとも１種であり、ＴｉＢ＿２が存在している特許請
   求の範囲第１項の高硬度焼結体。
4. （４）立方晶系窒化ホウ素、又は立方晶系窒化ホウ素と
   ウルツ鉱型窒化ホウ素とからなる高圧相窒化ホウ素を６
   ５〜９５体積％、チタンまたはチタンおよびタンタルの
   それぞれの炭化物、窒化物、炭窒化物のいずれかを少な
   くとも１種である添加物を４〜３４％、残部アルミニウ
   ムおよび混入成分とよりなり、さらに外割として０．１
   〜５体積％のホウ素を含む焼結体であって、立方晶系窒
   化ホウ素は粒子径最大１０〜５０μｍ、最小１μｍ以下
   で、その間に連続的な粒度分布を有し、高圧相窒化ホウ
   素が結合して連続的なマトリックスを形成していること
   を特徴とする高硬度焼結体。
5. （５）高圧相窒化ホウ素が７０〜９５体積％の立方晶系
   窒化ホウ素と５〜３０体積％のウルツ鉱型窒化ホウ素と
   からなる特許請求の範囲第４項の高硬度焼結体。
6. （６）添加物がチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物の少
   なくとも１種でありＴｉＢ＿２が存在している特許請求
   の範囲第４項の高硬度焼結体。
7. （７）粒子径最大１０〜５０μｍ、最小１μｍ以下で、
   その間に連続的な粒度分布を有る立方晶系窒化ホウ素又
   は前記立方晶系窒化ホウ素とウルツ鉱型窒化ホウ素とか
   らなる高圧相窒化ホウ素６５〜９５体積％と、チタンま
   たはチタンおよびタンタルのそれぞれの炭化物、窒化物
   、炭窒化物のいずれかの少なくとも１種である添加物を
   ４〜３４体積％、およびアルミニウムを加えて１００体
   積％とした混合物を得、該混合物を最低１２００℃、２
   万気圧で焼結して高圧相窒化ホウ素同士が結合して連続
   的なマトリックスを形成している高硬度焼結体を製造す
   る方法。
8. （８）高圧相窒化ホウ素が７０〜９５体積％の立方晶系
   窒化ホウ素と５〜３０体積％のウルツ鉱型窒化ホウ素と
   からなる特許請求の範囲第７項の高硬度焼結体を製造す
   る方法。
9. （９）添加物がチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物の少
   なくとも１種であり、焼結に際して ＴｉＢ＿２が生成して、高圧相窒化ホウ素が強固に結合
   した連続せるマトリックスが生成する特許請求の範囲第
   ７項の高硬度焼結体を製造する方法。
10. （１０）粒子径最大１０〜５０μｍ、最小１μｍ以下で
    、その間に連続的な粒度分布を有る立方晶系窒化ホウ素
    又は前記立方晶系窒化ホウ素とウルツ鉱型窒化ホウ素と
    からなる高圧相窒化ホウ素６５〜９５体積％と、チタン
    またはチタンおよびタンタルのそれぞれの炭化物、窒化
    物、炭窒化物のいずれかの少なくとも１種である添加物
    を４〜３４体積％、およびアルミニウムを加えて１００
    体積％としさらに外割として０．１〜５体積％のホウ素
    を加えた混合物を得、該混合物を最低１２００℃、２万
    気圧で焼結して高圧相窒化ホウ素同士が結合して連続的
    なマトリックスを形成している高硬度焼結体を製造する
    方法。
11. （１１）高圧相窒化ホウ素が７０〜９５体積％の立方晶
    系窒化ホウ素と５〜３０体積％のウルツ鉱型窒化ホウ素
    とからなる特許請求の範囲第１０項の高硬度焼結体を製
    造する方法。
12. （１２）添加物がチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物の
    少なくとも１種であり、焼結に際して ＴｉＢ＿２が生成して高圧相窒化ホウ素が強固に結合し
    た連続せるマトリックスが生成する特許請求の範囲第１
    ０項の高硬度焼結体を製造する方法。