JPS627152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

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用工具として、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、かかる要望に即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、これを高熱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
も満足する特徴を備えた材料ではないのが現状で
ある。 この発明は、上術のような要望に即した工具用
焼結材料、すなわちすぐれた靭性と耐摩耗性を兼
ね備え、かつ切削用工具や耐摩耗性工具などの製
造に使用した場合に、これら工具はすぐれた性能
を発揮するようになる焼結材料を提供するもの
で、 ボロン（以下Ｂで示す）：0.5〜20％、 窒化アルミニウム（以下AlNで示す）および酸
化イツトリウム（以下Y₂O₃で示す）のうち１種
または２種：１〜40％、 ｃ−BNおよび不可避不純物：残り、 （以上容量％、以下％はすべて容量％を意味す
る） からなる組成を有するｃ−BN基超高圧焼結材料
に特徴を有するものである。 なお、この発明の超高圧焼結材料において、成
分組成範囲を上記の通りに限定したのは以下に示
す理由によるものである。 (a) Ｂ Ｂ成分には焼結時、原料粉末としてのｃ−
BN粒子の表面を活発化して焼結性を促進する
作用があり、かつそれ自体も高剛性と高硬度を
有するものであるが、その含有量が0.5％未満
では所望の焼結性促進効果を確保することがで
きず、一方20％を越えた含有になると、相対的
にｃ−BN成分の含有量が低くなつて、高い耐
摩耗性を維持することができなくなることか
ら、その含有量を0.5〜20％と定めた。 (b) AlNおよびY₂O₃ これらの成分には、ｃ−BN粒子間に存在し
て焼結時に粒界拡散を促進し、もつて強固な粒
子間結合をはかる一種の触媒作用があるほか、
それ自体も焼結しやすい成分であるので、すぐ
れた靭性確保のためには不可欠の成分である
が、その含有量が１％未満では、所望の靭性を
確保することができず、一方40％を越えて含有
させると、硬さが低下し、所望の耐摩耗性を確
保することができなくなることから、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成分は、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が、その含有量が40％
未満では、ｃ−BNのもつ特性を焼結材料に十
分に付与することができず、一方98.5％を越え
た含有は、上記の他の成分の含有を相対的に低
くして、所望の靭性確保を不可能にすることか
ら、その含有量は40〜98.5％とするのが望まし
い。 また、この発明の焼結材料は、ｃ−BN粉末
と、Ｂ粉末と、AlN粉末および／またはY₂O₃
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、圧力開放の製造態様によつて製造するこ
とができる。 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１μｍを有するｃ−BN粉末：
65％、同３μｍのＢ粉末：５％、同0.6μｍの
AlN粉末：30％を配合し、この配合粉末をボール
ミル中で48時間湿式混合して、混合組成が、ｃ−
BN粉末：63.8％、Ｂ粉末：4.7％、AlN粉末：
29.3％、鉄族金属：0.4％、WC：1.9％からなる
混合粉末を得た。なお、前記混合粉末における鉄
族金属およびWCは混合中に混合容器などから混
入したものである。 ついで、この結果得られた混合粉末を、外径12
mmφのステンレス鋼製容器に詰め、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：50Kb、最高加熱温度1450℃の条件で30分
間保持した後、冷却し、圧力を解放することによ
つて、実質的に上記混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を製造した。 また、比較の目的で、配合組成を、ｃ−BN粉
末：99.4％、Ｂ粉末：0.1％、AlN粉末：0.5％と
する以外は、上記超高圧焼結材料の製造条件と同
一の条件にて、ＢおよびAlN成分がこの発明の範
囲からいずれも低い方に外れた比較超高圧焼結材
料を製造した。 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：52）、切削速度：
100ｍ／min、送り：0.10mm／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、比較超高圧
焼結材料製切削工具は85分の寿命時間しか示さな
いのに対して、本発明超高圧焼結材料製切削工具
は、この焼結材料のもつすぐれた靭性と耐摩耗性
によつて240分のきわめて長い寿命時間を示し、
すぐれた切削性能をもつことが明らかである。 実施例 ２ 原料粉末として、実施例１で用いたと同じｃ−
BN粉末、Ｂ粉末、AlN粉末、さらに平均粒径：
0.6μｍを有するY₂O₃粉末を用意し、これらの原
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の製造条件
と同一の条件にて本発明超高圧焼結材料ａ〜ｉお
よび比較超高圧焼結材料ａ〜ｄをそれぞれ製造し
た。 なお、この結果得られた両焼結材料における不
可避不純物は、主成分が粉末混合時に容器などか
ら混入した鉄族金属とWCからなるものであり、
また比較超高圧焼結材料ａ〜ｄは、Ｂ成分、AlN
成分、およびY₂O₃成分がこの発明の範囲から外
れた成分組成をもつものである。 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
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
料製切削工具は、いずれも比較超高圧焼結材料製
切削工具に比して著しく長い寿命時間を示し、こ

【表】 れらの結果から本発明超高圧焼結材料はすぐれた
靭性と耐摩耗性を具備する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、
すぐれた靭性および耐摩耗性、さらに高硬度およ
び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、さらに掘削用ビツト
刃先などの製造に使用した場合に、これら工具類
はきわめてすぐれた性能を発揮するようになるな
ど工業上有用な特性をもつものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボロン：0.5〜20％、 窒化アルミニウムおよび酸化イツトリウムのう
   ちの１種または２種：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。