JPS621350B2 - - Google Patents
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- JPS621350B2 JPS621350B2 JP55065048A JP6504880A JPS621350B2 JP S621350 B2 JPS621350 B2 JP S621350B2 JP 55065048 A JP55065048 A JP 55065048A JP 6504880 A JP6504880 A JP 6504880A JP S621350 B2 JPS621350 B2 JP S621350B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
この発明は、高硬度、並びにすぐれた耐摩耗
性、靭性、および耐食性を有し、特にこれらの特
性が要求される高硬度鋼やNi基あるいはCo基ス
ーパーアロイなどの切削工具として、また軸受や
線引ダイスなどの耐摩耗工具として使用するのに
適した立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料に関する
ものである。 従来より、この種の切削工具や耐摩耗工具の製
造には炭化タングステン（以下WCで示す）基超
硬材料が、比較的すぐれた靭性をもつことから広
く使用されてきているが、前記WC基超硬材料は
耐摩耗性が十分でないため、増々苛酷になりつつ
ある最近の使用環境下では、十分に満足する性能
を発揮し得ず、かかる点から、よりすぐれた工具
用材料の開発が望まれている。 最近、かかる要望に則した工具用材料として、
立方晶窒化硼素（以下ｃ−BNで示す）焼結材料
や、これに少量のAlおよび鉄族金属、あるいは
窒化チタンや酸化アルミニウムを含有させたｃ−
BN基焼結材料が提案され、市販されているが、
前者の材料はすぐれた耐摩耗性を有するものの、
靭性の点で問題があり、また後者の材料は比較的
低温では良好な靭性および耐摩耗性を示すもの
の、これを高温発生を伴なう条件下で使用する
と、著しい耐摩耗性劣化をきたすなど、いずれも
満足する特性を備えた材料ではないのが現状であ
る。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、すぐれた靭性と耐摩耗性とを兼ね備え、かつ
切削工具や耐摩耗工具などの製造に使用した場合
にすぐれた性能を発揮する工具用焼結材料を得べ
く研究を行なつた結果、ｃ−BN粉末に、窒化イ
ツトリウム（以下YNで示す）粉末と、周期律表
の4a族金属の炭化物、窒化物、および炭窒化物の
うちの１種または２種以上（以下単に金属の炭・
窒化物と略記する）の粉末とを配合し、混合した
状態で超高圧焼結を行なうと、前記のYNおよび
金属の炭・窒化物とが、粒成長を抑制すると共
に、焼結性を促進し、かつ粒子間の結合強度を向
上させるように作用することから、得られた超高
圧焼結材料はすぐれた靭性と耐摩耗性とを兼ね備
えたものになるという知見を得たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
ので、 YN：１〜20％、 金属の炭・窒化物：１〜40％、 ｃ−BNおよび不可避不純物：残り、 からなる組成（以上容量％、以下％はすべて容量
％を意味する）を有し、かつ靭性および耐摩耗性
にすぐれたｃ−BN基超高圧焼結材料に特徴を有
するものである。 つぎに、この発明の超高圧焼結材料において、
成分組成を上記の通りに限定した理由を説明す
る。 (a) YN YNは、それ自体常温および高温において高
い硬さを有すると共に、化学的にきわめて安定
な成分であつて、ｃ−BNと共存した場合、焼
結時に、YNのごく一部がｃ−BN中のＢと反応
してＹ（NxOy）、Ｙ（NxBy）、あるいはＹ
（NxOyBz）を形成することから、ｃ−BNと
YNとの焼結性が著しく向上するようになる
が、その含有量が１％未満では、ｃ−BN粒子
同志の結合度合が多くなり過ぎ、所定の焼結改
善効果が得られないので、所望のすぐれた靭性
を確保することができず、一方20％を越えて含
有させると、焼結性は向上するものの、相対的
にｃ−BNの含有量が少なくなり過ぎて耐摩耗
性低下を招くようになることから、その含有量
を１〜20％と定めた。 (b) 金属の炭・窒化物 これらの化合物は、それ自体高温高圧下の焼
結条件においてすぐれた焼結性を示し、かつ高
硬度高融点を有するものであり、これがｃ−
BN粒子と共存した場合、焼結時に粒子間で一
部拡散が生じ、ｃ−BN粒子中のＢの一部と上
記化合物との反応によつて粒子間結合の強固に
して高硬度の界面を形成するが、その含有量が
１％未満では、ｃ−BN粒子同志の結合度合が
多くなり過ぎ、金属の炭・窒化物によつてもた
らされる前記の作用に所望の効果が得られない
ので、すぐれた靭性を確保することできず、一
方40％を越えて含有させると、相対的にｃ−
BNの含有量が少なくなり過ぎて耐摩耗性が劣
化するようになることから、その含有量を１〜
40％と定めた。 (c) 不可避不純物 不可避不純物は、ｃ−BN合成時に混合され
る少量の鉄族金属や、焼結材料製造に際して原
料粉末の混合時に混合容器などから混入する鉄
族金属やWCなどから構成されるものである
が、これらの不可避不純物は５％まで含有して
も焼結材料の特性に何らの悪影響も及ぼさない
ので、５％までの含有は許容される。しかし５
％を越えて含有するようになると焼結材料の特
性劣化を避けることができなくなるので、その
上限値を５％とするのが望ましい。 (d) ｃ−BN ｃ−BNは、温度1200℃以上、圧力40Kb（キ
ロバール）以上、望ましくは温度1800℃以上、
圧力60Kb以上の条件で合成されるもので、ダ
イヤモンドに次ぐ高い硬さ（ビツカース硬さ
6000〜7000Kg／mm2）を有し、かつ常温から約
1000℃以上の高温まで高い硬さを維持するなど
ダイヤモンドより安定した高温特性をもち、さ
らに鉄族金属に対して反応しにくい性質をもつ
ことから、このｃ−BN成分を主成分とするこ
の発明の焼結材料はすぐれた耐摩耗性を具備す
るようになるのである。 また、この発明の焼結材料は、ｃ−BN粉末
と、YN粉末と、金属の炭・窒化物粉末とを所定
の割合に配合し、長時間混合して均質な混合粉末
とした後、前記混合粉末を通常の条件で圧粉体に
成形するか、あるいはこれを一旦金属製容器に入
れ、800〜1200℃の適当な温度で脱ガスして封入
するかし、ついで前記圧粉体あるいは密封容器
を、例えば特公昭38−14号公報に記載されるよう
な超高圧高温発生装置に装入し、圧力40Kb以
上、温度1200℃以上の超高圧高温条件下に約５分
以上保持した後、冷却し、圧力開放する主要工程
によつて製造することができるものである。 ついで、この発明の超高圧焼結材料を実施例に
より比較例と対比しながら説明する。 実施例 １ 市販の平均粒径２μｍを有するｃ−BN粉末：
60％、同３μｍのYN粉末：15％、同1.5μｍの
TiN粉末：25％を配合し、この配合粉末をボール
ミル中で48時間湿式混合した後、外径12mmφの軟
鋼製容器に詰め、ついで圧力：10-4torrの真空
中、温度：1100℃に15分間保持して脱気した後、
密封した。引続いて、この密封容器を公知の超高
圧高温発生装置に装入し、最高付加圧力：
55Kb、最高加熱温度：1450℃の条件で30分間保
持した後、冷却し、圧力を開放することによつ
て、実質的に上記配合組成と同一の最終成分組成
をもつた本発明超高圧焼結材料１を製造した。 また、比較の目的で、配合組成を、ｃ−BN粉
末：60％、YN粉末：40％とする以外は、上記本
発明超高圧焼結材料１と同一の条件にて比較超高
圧焼結材料１を製造した。 つぎに、上記両超高圧焼結材料について、被削
材：SNCM−８（硬さＨRＣ：50）、切削速度：
120ｍ／min、送り：0.12mm／rev.、切込み：0.5
mmの条件で切削試験を行ない、その使用寿命に到
るまでの切削時間を測定したところ、実質的に
AlNを含有しない比較超高圧焼結材料１は、95分
で寿命に達したのに対して、本発明超高圧焼結材
料１は、380分の寿命時間を示し、すぐれた靭性
と耐摩耗性とを具備することが明らかである。 実施例 ２ 原料粉末として、市販の平均粒径１μｍのｃ−
BN粉末、同５μｍのYN粉末、並びにいずれも同
1.2μｍのTiC粉末、TiN粉末、TiCN粉末、ZrC
粉末、ZrN粉末、ZrCN粉末、HfC粉末、HfN粉
末、およびHfCN粉末を使用し、これら原料粉末
を第１表に示される最終成分組成をもつように配
合すると共に、公知の超高圧高温発生装置におけ
る最高加熱温度を1500℃とする以外は、実施例１
における本発明超高圧焼結材料１の製造条件と同
一の条件にて本発明超高圧焼結材料２〜13および
比較超高圧焼結材料２〜５をそれぞれ製造した。 ついで、これら超高圧焼結材料のそれぞれにつ
いて、実施例１におけると同一の条件で切削試験
を行ない、その寿命時間を測定した。この測定結
性、靭性、および耐食性を有し、特にこれらの特
性が要求される高硬度鋼やNi基あるいはCo基ス
ーパーアロイなどの切削工具として、また軸受や
線引ダイスなどの耐摩耗工具として使用するのに
適した立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料に関する
ものである。 従来より、この種の切削工具や耐摩耗工具の製
造には炭化タングステン（以下WCで示す）基超
硬材料が、比較的すぐれた靭性をもつことから広
く使用されてきているが、前記WC基超硬材料は
耐摩耗性が十分でないため、増々苛酷になりつつ
ある最近の使用環境下では、十分に満足する性能
を発揮し得ず、かかる点から、よりすぐれた工具
用材料の開発が望まれている。 最近、かかる要望に則した工具用材料として、
立方晶窒化硼素（以下ｃ−BNで示す）焼結材料
や、これに少量のAlおよび鉄族金属、あるいは
窒化チタンや酸化アルミニウムを含有させたｃ−
BN基焼結材料が提案され、市販されているが、
前者の材料はすぐれた耐摩耗性を有するものの、
靭性の点で問題があり、また後者の材料は比較的
低温では良好な靭性および耐摩耗性を示すもの
の、これを高温発生を伴なう条件下で使用する
と、著しい耐摩耗性劣化をきたすなど、いずれも
満足する特性を備えた材料ではないのが現状であ
る。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、すぐれた靭性と耐摩耗性とを兼ね備え、かつ
切削工具や耐摩耗工具などの製造に使用した場合
にすぐれた性能を発揮する工具用焼結材料を得べ
く研究を行なつた結果、ｃ−BN粉末に、窒化イ
ツトリウム（以下YNで示す）粉末と、周期律表
の4a族金属の炭化物、窒化物、および炭窒化物の
うちの１種または２種以上（以下単に金属の炭・
窒化物と略記する）の粉末とを配合し、混合した
状態で超高圧焼結を行なうと、前記のYNおよび
金属の炭・窒化物とが、粒成長を抑制すると共
に、焼結性を促進し、かつ粒子間の結合強度を向
上させるように作用することから、得られた超高
圧焼結材料はすぐれた靭性と耐摩耗性とを兼ね備
えたものになるという知見を得たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
ので、 YN：１〜20％、 金属の炭・窒化物：１〜40％、 ｃ−BNおよび不可避不純物：残り、 からなる組成（以上容量％、以下％はすべて容量
％を意味する）を有し、かつ靭性および耐摩耗性
にすぐれたｃ−BN基超高圧焼結材料に特徴を有
するものである。 つぎに、この発明の超高圧焼結材料において、
成分組成を上記の通りに限定した理由を説明す
る。 (a) YN YNは、それ自体常温および高温において高
い硬さを有すると共に、化学的にきわめて安定
な成分であつて、ｃ−BNと共存した場合、焼
結時に、YNのごく一部がｃ−BN中のＢと反応
してＹ（NxOy）、Ｙ（NxBy）、あるいはＹ
（NxOyBz）を形成することから、ｃ−BNと
YNとの焼結性が著しく向上するようになる
が、その含有量が１％未満では、ｃ−BN粒子
同志の結合度合が多くなり過ぎ、所定の焼結改
善効果が得られないので、所望のすぐれた靭性
を確保することができず、一方20％を越えて含
有させると、焼結性は向上するものの、相対的
にｃ−BNの含有量が少なくなり過ぎて耐摩耗
性低下を招くようになることから、その含有量
を１〜20％と定めた。 (b) 金属の炭・窒化物 これらの化合物は、それ自体高温高圧下の焼
結条件においてすぐれた焼結性を示し、かつ高
硬度高融点を有するものであり、これがｃ−
BN粒子と共存した場合、焼結時に粒子間で一
部拡散が生じ、ｃ−BN粒子中のＢの一部と上
記化合物との反応によつて粒子間結合の強固に
して高硬度の界面を形成するが、その含有量が
１％未満では、ｃ−BN粒子同志の結合度合が
多くなり過ぎ、金属の炭・窒化物によつてもた
らされる前記の作用に所望の効果が得られない
ので、すぐれた靭性を確保することできず、一
方40％を越えて含有させると、相対的にｃ−
BNの含有量が少なくなり過ぎて耐摩耗性が劣
化するようになることから、その含有量を１〜
40％と定めた。 (c) 不可避不純物 不可避不純物は、ｃ−BN合成時に混合され
る少量の鉄族金属や、焼結材料製造に際して原
料粉末の混合時に混合容器などから混入する鉄
族金属やWCなどから構成されるものである
が、これらの不可避不純物は５％まで含有して
も焼結材料の特性に何らの悪影響も及ぼさない
ので、５％までの含有は許容される。しかし５
％を越えて含有するようになると焼結材料の特
性劣化を避けることができなくなるので、その
上限値を５％とするのが望ましい。 (d) ｃ−BN ｃ−BNは、温度1200℃以上、圧力40Kb（キ
ロバール）以上、望ましくは温度1800℃以上、
圧力60Kb以上の条件で合成されるもので、ダ
イヤモンドに次ぐ高い硬さ（ビツカース硬さ
6000〜7000Kg／mm2）を有し、かつ常温から約
1000℃以上の高温まで高い硬さを維持するなど
ダイヤモンドより安定した高温特性をもち、さ
らに鉄族金属に対して反応しにくい性質をもつ
ことから、このｃ−BN成分を主成分とするこ
の発明の焼結材料はすぐれた耐摩耗性を具備す
るようになるのである。 また、この発明の焼結材料は、ｃ−BN粉末
と、YN粉末と、金属の炭・窒化物粉末とを所定
の割合に配合し、長時間混合して均質な混合粉末
とした後、前記混合粉末を通常の条件で圧粉体に
成形するか、あるいはこれを一旦金属製容器に入
れ、800〜1200℃の適当な温度で脱ガスして封入
するかし、ついで前記圧粉体あるいは密封容器
を、例えば特公昭38−14号公報に記載されるよう
な超高圧高温発生装置に装入し、圧力40Kb以
上、温度1200℃以上の超高圧高温条件下に約５分
以上保持した後、冷却し、圧力開放する主要工程
によつて製造することができるものである。 ついで、この発明の超高圧焼結材料を実施例に
より比較例と対比しながら説明する。 実施例 １ 市販の平均粒径２μｍを有するｃ−BN粉末：
60％、同３μｍのYN粉末：15％、同1.5μｍの
TiN粉末：25％を配合し、この配合粉末をボール
ミル中で48時間湿式混合した後、外径12mmφの軟
鋼製容器に詰め、ついで圧力：10-4torrの真空
中、温度：1100℃に15分間保持して脱気した後、
密封した。引続いて、この密封容器を公知の超高
圧高温発生装置に装入し、最高付加圧力：
55Kb、最高加熱温度：1450℃の条件で30分間保
持した後、冷却し、圧力を開放することによつ
て、実質的に上記配合組成と同一の最終成分組成
をもつた本発明超高圧焼結材料１を製造した。 また、比較の目的で、配合組成を、ｃ−BN粉
末：60％、YN粉末：40％とする以外は、上記本
発明超高圧焼結材料１と同一の条件にて比較超高
圧焼結材料１を製造した。 つぎに、上記両超高圧焼結材料について、被削
材：SNCM−８（硬さＨRＣ：50）、切削速度：
120ｍ／min、送り：0.12mm／rev.、切込み：0.5
mmの条件で切削試験を行ない、その使用寿命に到
るまでの切削時間を測定したところ、実質的に
AlNを含有しない比較超高圧焼結材料１は、95分
で寿命に達したのに対して、本発明超高圧焼結材
料１は、380分の寿命時間を示し、すぐれた靭性
と耐摩耗性とを具備することが明らかである。 実施例 ２ 原料粉末として、市販の平均粒径１μｍのｃ−
BN粉末、同５μｍのYN粉末、並びにいずれも同
1.2μｍのTiC粉末、TiN粉末、TiCN粉末、ZrC
粉末、ZrN粉末、ZrCN粉末、HfC粉末、HfN粉
末、およびHfCN粉末を使用し、これら原料粉末
を第１表に示される最終成分組成をもつように配
合すると共に、公知の超高圧高温発生装置におけ
る最高加熱温度を1500℃とする以外は、実施例１
における本発明超高圧焼結材料１の製造条件と同
一の条件にて本発明超高圧焼結材料２〜13および
比較超高圧焼結材料２〜５をそれぞれ製造した。 ついで、これら超高圧焼結材料のそれぞれにつ
いて、実施例１におけると同一の条件で切削試験
を行ない、その寿命時間を測定した。この測定結
【表】
果を第１表に合せて示した。
第１表に示されるように、本発明超高圧焼結材
料２〜13は、いずれもYNおよび金属の炭・窒化
物の含有量がこの発明の範囲から外れた組成を有
する比較超高圧焼結材料２〜５に比して、著しく
長い寿命時間を示し、これらの結果から本発明超
高圧焼結材料２〜13はいずれもすぐれた靭性と耐
摩耗性をもつことが明らかである。 上述のように、この発明の超高圧焼結材料は、
特にすぐれた靭性と耐摩耗性とを兼ね備え、かつ
高硬度およびすぐれた耐食性をも具備しているの
で、これらの特性が要求される高硬度鋼や、Ni
基あるいはCo基スーパーアロイなどの切削工具
用として、また軸受や線引ダイスなどの耐摩耗工
具用、さらに堀削ビツト刃先用などとして使用し
た場合に、これら工具類はきわめてすぐれた性能
を発揮するなど工業上有用な特性を有するのであ
る。
料２〜13は、いずれもYNおよび金属の炭・窒化
物の含有量がこの発明の範囲から外れた組成を有
する比較超高圧焼結材料２〜５に比して、著しく
長い寿命時間を示し、これらの結果から本発明超
高圧焼結材料２〜13はいずれもすぐれた靭性と耐
摩耗性をもつことが明らかである。 上述のように、この発明の超高圧焼結材料は、
特にすぐれた靭性と耐摩耗性とを兼ね備え、かつ
高硬度およびすぐれた耐食性をも具備しているの
で、これらの特性が要求される高硬度鋼や、Ni
基あるいはCo基スーパーアロイなどの切削工具
用として、また軸受や線引ダイスなどの耐摩耗工
具用、さらに堀削ビツト刃先用などとして使用し
た場合に、これら工具類はきわめてすぐれた性能
を発揮するなど工業上有用な特性を有するのであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化イツトリウム：１〜20％、 周期律表の4a族金属の炭化物、窒化物、および
炭窒化物のうちの１種または２種以上：１〜40
％、 立方晶窒化硼素および不可避不純物：残り、 （以上容量％）からなる組成を有することを特徴
とする靭性および耐摩耗性を具備した立方晶窒化
硼素基超高圧焼結材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6504880A JPS56164077A (en) | 1980-05-16 | 1980-05-16 | Tenacious and friction-resitant cubic boron nitride base super high pressure sintered body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6504880A JPS56164077A (en) | 1980-05-16 | 1980-05-16 | Tenacious and friction-resitant cubic boron nitride base super high pressure sintered body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56164077A JPS56164077A (en) | 1981-12-16 |
| JPS621350B2 true JPS621350B2 (ja) | 1987-01-13 |
Family
ID=13275678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6504880A Granted JPS56164077A (en) | 1980-05-16 | 1980-05-16 | Tenacious and friction-resitant cubic boron nitride base super high pressure sintered body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56164077A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6421716U (ja) * | 1987-07-23 | 1989-02-03 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992017618A1 (en) * | 1991-03-26 | 1992-10-15 | The Australian National University | Abrasive compact composed mainly of cubic boron nitride and method of making same |
-
1980
- 1980-05-16 JP JP6504880A patent/JPS56164077A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6421716U (ja) * | 1987-07-23 | 1989-02-03 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56164077A (en) | 1981-12-16 |
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