KR20230079073A - 입방정 질화붕소 소결체 공구 - Google Patents
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Abstract
입방정 질화붕소 소결체 공구는, 제1 소결체를 적어도 날끝에 갖고, 제1 소결체는, 복수의 cBN 입자를 포함한다. 상기 날끝의 표면에 위치한 cBN 입자는, cBN의 결정 구조를 포함하는 입방정 질화붕소상과, hBN의 결정 구조를 포함하는 육방정 질화붕소상을 포함한다. 상기 날끝의 표면의 cBN 입자에 대하여, TEM-EELS법으로 붕소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 육방정 질화붕소상에 있어서의 hBN의 π 결합에 유래하는 π* 피크의 강도와, 육방정 질화붕소상에 있어서의 hBN의 σ 결합, 및 입방정 질화붕소상에 있어서의 cBN의 σ 결합에 유래하는 σ* 피크의 강도의 비(Iπ*/Iσ*)를 구한 경우, 날끝의 표면에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.1~2이고, 또한 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1이다.
Description
본 개시는 입방정 질화붕소 소결체 공구에 관한 것이다. 본 출원은 2020년 10월 2일에 출원한 국제 특허 출원인 PCT/JP2020/037533에 기초한 우선권을 주장한다. 상기 국제 특허 출원에 기재된 모든 기재 내용은, 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
입방정 질화붕소(이하, 「cBN」이라고도 기재함)는, 다이아몬드에 이은 경도와, 우수한 열전도성을 더불어 갖는다. 또한 cBN은, 철과의 친화성이 낮다고 하는 특징을 갖는다. 이들 물성에 기초하여, cBN과 결합재를 혼합함으로써 혼합물을 얻은 후, 상기 혼합물을 소결함으로써 얻어지는 cBN 소결체, 및 육방정 질화붕소 등으로부터 촉매를 이용하지 않고 cBN으로 직접 변환하고, 이것을 동시에 소결함으로써 얻어지는 바인더리스 cBN 소결체(이하, 이들을 합하여 「cBN기 소결체」라고도 기재함)가, 절삭 공구 및 내마모 공구 등의 기재로서 이용되고 있다. 이러한 cBN기 소결체의 일례로서, 예컨대 일본 특허 공개 제2016-145131호 공보(특허문헌 1)는, 강인한 것이 특징인 입방정 질화붕소 다결정체를 개시하고 있다.
본 개시에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 제1 소결체를 적어도 날끝에 갖는 입방정 질화붕소 소결체 공구로서, 상기 제1 소결체는, 복수의 입방정 질화붕소 입자를 포함하고, 상기 복수의 입방정 질화붕소 입자 중 적어도 일부의 상기 입방정 질화붕소 입자는, 상기 날끝의 표면에 위치하고, 상기 날끝의 표면에 위치한 상기 입방정 질화붕소 입자는, 입방정 질화붕소의 결정 구조를 포함하는 입방정 질화붕소상과, 육방정 질화붕소의 결정 구조를 포함하는 육방정 질화붕소상을 포함하고, 상기 날끝의 표면에 위치한 상기 입방정 질화붕소 입자에 대하여, 투과형 전자 현미경을 이용한 전자 에너지 손실 분광법으로, 붕소의 K각(殼) 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 상기 육방정 질화붕소상에 있어서의 상기 육방정 질화붕소의 π 결합에 유래하는 π* 피크의 강도와, 상기 육방정 질화붕소상에 있어서의 상기 육방정 질화붕소의 σ 결합, 및 상기 입방정 질화붕소상에 있어서의 상기 입방정 질화붕소의 σ 결합에 유래하는 σ* 피크의 강도의 비(Iπ*/Iσ*)를 구한 경우, 상기 날끝의 표면에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.1~2이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1이다.
도 1은 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구의 구성의 일례를 나타내는 사시 모식도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구의 날끝의 표면에 위치한 입방정 질화붕소 입자를, 상기 날끝의 표면의 법선 방향과 평행한 면으로 절단함으로써 얻은 단면의 일부를 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구의 날끝의 표면에 위치한 입방정 질화붕소 입자를, 상기 날끝의 표면의 법선 방향과 평행한 면으로 절단함으로써 얻은 단면의 일부를 설명하는 설명도이다.
[본 개시가 해결하고자 하는 과제]
cBN기 소결체를 절삭 공구 및 내마모 공구 등의 기재로서 이용하기 위해, 레이저를 이용함으로써, 벌크형의 cBN기 소결체로부터 공구 형상을 형성하고, 또한 날끝 형상을 마무리 가공하는 것이 종래부터 행해지고 있다. 그러나 cBN기 소결체의 표면은, 레이저 가공에 의해 매우 고온이 되기 때문에, 상기 표면에 존재하는 cBN이 육방정 질화붕소(이하, 「hBN」이라고도 기재함)로 대량으로 변태하는 경우가 있다. 이 경우, 변태한 대량의 hBN을 포함하는 cBN기 소결체를 날끝에 갖는 절삭 공구는, hBN이 cBN에 비해서 연질이기 때문에, 날끝의 강도가 저하함으로써 치핑 및 결손이 빈발하여, 공구 수명이 짧아지는 경향이 있었다. 한편, 벌크형의 cBN기 소결체에 대하여 지석을 이용하여 연삭 가공하는 것 등에 의해, 날끝의 표면에 hBN을 포함하지 않는 공구를 형성할 수도 있다. 그러나 그 경우, 날끝의 표면이 cBN을 포함하기 때문에, 절삭 시에 반응 마모가 진행됨으로써 크레이터 마모가 발생하기 쉬워, 치핑 및 결손이 빈발하고, 따라서 공구 수명이 짧아지는 경향이 있었다. 따라서 cBN기 소결체를 기재로서 이용한 입방정 질화붕소 소결체 공구에 있어서, 충분한 내결손성을 갖추게 하는 데는 이르지 못하였고, 그 개발이 갈망되고 있다.
상기 실정을 감안하여, 본 개시는 내결손성이 향상한 입방정 질화붕소 소결체 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[본 개시의 효과]
본 개시에 따르면, 내결손성이 향상한 입방정 질화붕소 소결체 공구를 제공할 수 있다.
[본 개시의 실시형태의 설명]
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭하여, 본 개시에 도달하였다. 구체적으로는, 레이저를 이용하여 벌크형의 cBN기 소결체로부터 공구 형상을 형성하고, 또한 날끝 형상을 마무리 가공하는 공정에 있어서, 날끝의 강도에 악영향이 미치지 않는 적절한 양의 hBN을 날끝의 표면에 생성시키는 것에 주목하였다. 이 경우에 있어서 본 발명자들은, 날끝의 표면의 hBN이 그 연질성에 기초하여 윤활제와 같은 역할을 함으로써, 공구의 슬라이딩성을 개선하고, 따라서 내결손성이 향상하는 것을 지견하여, 본 개시를 완성시켰다.
가장 먼저 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.
[1] 본 개시의 일 양태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 제1 소결체를 적어도 날끝에 갖는 입방정 질화붕소 소결체 공구로서, 상기 제1 소결체는, 복수의 입방정 질화붕소 입자를 포함하고, 상기 복수의 입방정 질화붕소 입자 중 적어도 일부의 상기 입방정 질화붕소 입자는, 상기 날끝의 표면에 위치하고, 상기 날끝의 표면에 위치한 상기 입방정 질화붕소 입자는, 입방정 질화붕소의 결정 구조를 포함하는 입방정 질화붕소상과, 육방정 질화붕소의 결정 구조를 포함하는 육방정 질화붕소상을 포함하고, 상기 날끝의 표면에 위치한 상기 입방정 질화붕소 입자에 대하여, 투과형 전자 현미경을 이용한 전자 에너지 손실 분광법으로, 붕소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 상기 육방정 질화붕소상에 있어서의 상기 육방정 질화붕소의 π 결합에 유래하는 π* 피크의 강도와, 상기 육방정 질화붕소상에 있어서의 상기 육방정 질화붕소의 σ 결합, 및 상기 입방정 질화붕소상에 있어서의 상기 입방정 질화붕소의 σ 결합에 유래하는 σ* 피크의 강도의 비(Iπ*/Iσ*)를 구한 경우, 상기 날끝의 표면에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.1~2이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1이다. 이러한 특징을 구비하는 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 내결손성을 향상시킬 수 있다.
[2] 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1인 것이 바람직하다. 이에 의해, 입방정 질화붕소 소결체 공구의 내결손성을 더욱 향상시킬 수 있다.
[3] 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1인 것이 바람직하다. 이에 의해, 입방정 질화붕소 소결체 공구의 내결손성을 더욱 향상시킬 수 있다.
[4] 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 경사면과, 여유면과, 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선을 포함하고, 상기 경사면은, 상기 능선을 통해 상기 여유면에 연속하고, 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 상기 경사면의 일부와, 상기 여유면의 일부와, 상기 능선으로 날끝이 구성되고, 상기 날끝의 표면은, 상기 날끝의 적어도 일부의 표면인 것이 바람직하다. 이에 의해, 입방정 질화붕소 소결체 공구의 날끝에 있어서 내결손성을 향상시킬 수 있다.
[본 개시의 실시형태의 상세]
이하, 본 개시의 실시형태(이하, 「본 실시형태」라고도 기재함)를 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서 「A~B」라고 하는 형식의 표기는, 범위의 상한 하한(즉 A 이상 B 이하)을 의미하고, A에 있어서 단위의 기재가 없고, B에 있어서만 단위가 기재되어 있는 경우, A의 단위와 B의 단위는 동일하다.
〔입방정 질화붕소 소결체 공구〕
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 제1 소결체를 적어도 날끝에 갖는 입방정 질화붕소 소결체 공구이다. 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 상기 날끝의 표면에 갖는 제1 소결체 내의 후술하는 일부의 입방정 질화붕소 입자의 특징에 기초하여, 이 종류의 종래 공지의 입방정 질화붕소 소결체 공구에 비해서, 적어도 내결손성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 예컨대 절삭 공구로서 드릴, 엔드 밀, 드릴용 날끝 교환형 절삭 팁, 엔드 엔드밀용 날끝 교환형 절삭 팁, 프레이즈 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 메탈 소, 기어 커팅 공구, 리머, 탭 등의 용도에 적합하다. 또한 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 다이스, 스크라이버, 스크라이빙 휠, 드레서 등의 내마모 공구, 및 연삭 지석 등의 연삭 공구로서의 용도에도 적합하다.
본 명세서에 있어서 「날끝」이란, 입방정 질화붕소 소결체 공구가 갖는 절삭날 중, 피삭재의 가공에 직접 관여하는 부분을 의미한다. 또한 상기 「날끝」의 표면을, 「날끝의 표면」이라고 정의한다. 이 「날끝의 표면」의 위치는, 그 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0 ㎛의 깊이 위치이다. 본 명세서에 있어서 「경사면」이란, 절삭 시에 상기 피삭재로부터 절취한 절취 부스러기를 퍼내는 면을 의미하고, 「여유면」이란, 절삭 시에 상기 피삭재의 피삭면에 대하여 대향하는 면을 의미한다. 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 경사면과, 여유면과, 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서 상기 경사면은, 상기 능선을 통해 상기 여유면에 연속한다. 또한 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 상기 경사면의 일부와, 상기 여유면의 일부와, 상기 능선으로 날끝이 구성되고, 상기 날끝의 표면은, 상기 날끝의 적어도 일부의 표면(경사면의 일부의 표면, 여유면의 일부의 표면 및 능선상 중 적어도 어느 하나)인 것이 바람직하다. 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 상기 능선과 그 능선으로부터 경사면측 및 여유면측으로 각각 0.5 ㎜ 떨어진 영역으로 날끝이 구성되는 경우가 있다.
여기서 상기 날끝의 형상으로서는, 샤프 에지(경사면과 여유면이 교차하는 모서리), 호닝(샤프 에지에 대하여 라운딩을 부여한 것), 네거티브 랜드(모따기를 한 것), 호닝과 네거티브 랜드를 조합한 형상 등이 있다. 이 때문에 날끝은, 샤프 에지의 형상이 되는 경우, 경사면 및 여유면이 교차하는 경계에 능선을 갖지만, 호닝의 형상을 갖는 경우 및 네거티브 랜드의 형상을 갖는 경우, 상기 능선을 갖지 않게 된다. 그러나 본 명세서에 있어서는, 이들 경우에 있어서도, 호닝의 형상부 및 네거티브 랜드의 형상부에, 입방정 질화붕소 소결체 공구의 경사면을 연장한 가상의 경사면과, 여유면을 연장한 가상의 여유면과, 이들 가상의 경사면 및 여유면이 교차하는 가상의 능선이 존재하는 것으로 간주하여 이후 설명한다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 전술한 바와 같게 제1 소결체를 적어도 날끝에 갖는다. 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 제1 소결체와 베이스 메탈이 접착층으로 결합됨으로써 일체화된 구조를 갖는 것이 바람직하다. 베이스 메탈은, 이 종류의 공구에 이용되는 기재로서 종래 공지의 것을 어느 것이나 사용할 수 있다. 이러한 베이스 메탈의 소재로서는, 예컨대 초경 합금(예컨대, WC기 초경 합금, WC 외에, Co를 포함하고, 혹은 Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물을 첨가한 것도 포함함), 서멧(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강 및 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 등) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
베이스 메탈의 소재로서는, 이들 중에서도 초경 합금(특히 WC기 초경 합금) 또는 서멧(특히 TiCN기 서멧)을 선택하는 것이 바람직하다. 이들 소재는, 고온에 있어서의 경도와 강도의 밸런스가 우수하기 때문에, 입방정 질화붕소 소결체 공구가 이용되는 용도에 대하여 바람직한 특성을 갖고 있다. 베이스 메탈로서 WC기 초경 합금을 이용하는 경우, 그 조직 중에 유리 탄소와, η상 또는 ε상이라고 불리는 이상층(異常層) 등을 포함하고 있어도 좋다. 또한 베이스 메탈은, 그 표면이 개질된 것이어도 상관없다. 예컨대 초경 합금의 경우, 그 표면에 탈β층이 형성되어 있거나, 서멧의 경우에 표면 경화층이 형성되어 있거나 하여도 좋다. 베이스 메탈은, 그 표면이 개질되어 있어도 소망의 효과가 나타난다. 베이스 메탈은, 입방정 질화붕소 소결체 공구가 드릴 또는 엔드 밀 등인 경우, 섕크 등이라고 불리는 경우가 있다. 또한 입방정 질화붕소 소결체 공구가 날끝 교환형 절삭 팁 등인 경우, 베이스 메탈은, 팁 브레이커를 갖는 것도, 갖지 않는 것도 포함된다. 또한 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 베이스 메탈을 포함하지 않는 양태일 수 있고, 예컨대 제1 소결체만을 포함하는 양태를 가질 수 있다. 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 경사면, 여유면, 및 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선을 포함하는 날끝의 적어도 일부를 덮는 피막을 포함할 수도 있다.
여기서 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구의 구성의 일례를, 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구의 구성의 일례를 나타내는 사시 모식도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구(100)는, 예컨대 엔드 밀로서, 날부(90)와, 접합부(8)와, 섕크부(3)로 구성되어 있다. 날부(90)는, 제1 경사면(10)과, 제1 여유면(31)과, 제2 경사면(15)과, 제2 여유면(33)과, 외주 절삭날(20)과, 바닥 절삭날(21)과, 전단을 갖고 있다. 섕크부(3)는, 후단을 갖고 있다. 날부(90)는, 접합부(8)에 의해 섕크부(3)에 고정되어 있다. 접합부(8)는, 예컨대 납재이다. 제1 경사면(10)과 제2 경사면(15)이 본 개시에 따른 경사면에 대응하고, 제1 여유면(31)과 제2 여유면(33)이 본 개시에 따른 여유면에 대응한다.
제1 여유면(31)은, 제1 경사면(10)에 연속한다. 제1 경사면(10)과 제1 여유면(31)의 능선은, 외주 절삭날(20)을 구성한다. 제2 여유면(33)은, 제2 경사면(15)에 연속한다. 제2 경사면(15)과 제2 여유면(33)의 능선은, 바닥 절삭날(21)을 구성한다. 또한 제1 경사면(10)은, 제2 경사면(15)에 연속한다. 제1 경사면(10)은, 제2 경사면(15)에 대하여, 축방향의 후방에 위치하고 있다. 제1 여유면(31)은, 제2 여유면(33)에 연속한다. 제1 여유면(31)은, 제2 여유면(33)에 대하여, 축방향의 후방에 위치하고 있다. 또한, 도 1의 엔드 밀은, 어디까지나 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구의 구성의 일례이다. 본 실시형태는, 상기 엔드 밀뿐만 아니라, 전술한 바와 같이 절삭 공구로서 드릴, 드릴용 날끝 교환형 절삭 팁, 엔드 엔드밀용 날끝 교환형 절삭 팁, 프레이즈 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 메탈 소, 기어 커팅 공구, 리머, 탭 등이 포함되고, 다이스, 스크라이버, 스크라이빙 휠, 드레서 등의 내마모 공구도 포함되고, 또한 연삭 지석 등의 연삭 공구도 포함된다.
<제1 소결체>
제1 소결체는, 복수의 입방정 질화붕소 입자를 포함한다. 제1 소결체는, 구체적으로는 복수의 입방정 질화붕소 입자(이하, 「cBN 입자」라고도 기재함)를 포함하고, 또한 전술한 cBN기 소결체(상기 cBN 소결체 또는 상기 바인더리스 cBN 소결체)와 동일한 조성을 갖는 것이 바람직하다.
예컨대 제1 소결체는, cBN 입자와 결합재를 혼합하여 얻은 혼합물을 소결함으로써 제작되는 cBN 소결체(cBN기 소결체)인 경우가 있다. 이 경우, 제1 소결체에 있어서 cBN 입자의 함유량은, 제1 소결체의 전체량(100 체적%)에 대하여 40 체적% 이상 95 체적% 이하인 것이 바람직하고, 결합재와 불가피 불순물의 합계의 함유량이 5 체적% 이상 60 체적% 이하인 것이 바람직하다.
cBN 입자의 함유량은, 제1 소결체의 전체량에 대하여 40 체적% 이상인 경우, cBN 입자의 물성에 기초하여 제1 소결체의 강도가 높게 유지되기 때문에, 내결손성이 향상한다. 한편, cBN 입자의 함유량은, 제1 소결체의 전체량에 대하여 95 체적% 이하인 경우, cBN 입자끼리의 결합에 필요한 결합재의 양을 확보할 수 있기 때문에, 결함의 증가를 억제할 수 있다. 이에 의해 결함을 기점으로 한 결손의 발생을 막을 수 있기 때문에, 내결손성이 향상한다. 제1 소결체는, cBN 입자와 결합재를 혼합하여 얻은 혼합물을 소결함으로써 제작되는 cBN기 소결체인 경우, cBN 입자의 함유량은, 제1 소결체의 전체량에 대하여 50 체적% 이상 95 체적% 이하인 것이 바람직하다.
상기 결합재는, 주기표에 있어서의 제4족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 제5족 원소(V, Nb, Ta 등), 제6족 원소(Cr, Mo, W 등), Al, Co, Ni 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 상기 원소를 포함하는 질화물, 탄질화물, 붕화물, 산화물 및 이들의 상호 고용체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 결합재는, 구체적으로는 Ti, Co, Cr, Ni, Al, AlN, Al2O3, AlB2, TiN, TiC, TiCN, TiB2, Cr2N, WC, ZrO2, ZrO, ZrN, ZrB2 및 Si3N4로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 조성을 갖는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 제1 소결체의 강도를 향상시킬 수 있다.
또한 제1 소결체는, 상기 결합재를 혼합하는 일없이, 저압상 질화붕소를 고온 고압 하에서 직접 변환시킴과 동시에 소결시킴으로써 제작되는 바인더리스 cBN 소결체(cBN기 소결체)인 경우가 있다. 이 경우, 제1 소결체에 있어서 cBN 입자의 함유량은, 불가피 불순물을 제외하고 실질적으로 100 체적%이다. 여기서 저압상 질화붕소(이하, 「저압상 BN」이라고도 기재함)는, 열역학적으로 저압역에서 안정된 질화붕소를 말하며, 구체적으로는 육방정계 그래파이트형 구조와 유사한 육방정 질화붕소(hBN), 능면체 질화붕소(rBN), 난층 구조의 질화붕소(tBN) 및 비정질의 질화붕소(aBN) 등을 포함한다. 이러한 저압상 BN은, 붕소와 산소를 포함하는 화합물을, 탄소와 질소를 포함하는 화합물로 환원함으로써 준비할 수 있다. 제1 소결체는, 예컨대 상기 저압상 BN을, 1500~2100℃ 및 6~10 ㎬의 고온 고압 하에서 직접 변환시킴과 동시에 소결시킴으로써 제작할 수 있다. 또한 불가피 불순물의 함유량은, 적을수록 바람직하고, 0 체적%인 것이 이상적이지만, 불가피 불순물은, 제1 소결체의 전체량에 대하여 수 퍼센트 포함되는 경우가 있다. 불가피 불순물로서 포함되는 원소의 종류 및 함유량은, 예컨대 이차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)을 이용함으로써 구할 수 있다.
cBN로의 직접 변환은, 붕소와 산소를 포함하는 화합물의 비점 이상, 또한 비산화성 분위기의 조건에 있어서, 가열한 저압상 BN을 이용하여 실행되는 것이 바람직하다. 이 경우, 붕소와 산소를 포함하는 화합물 및 흡착 가스가 가열에 의해 휘발하기 때문에, 저압상 BN 중에 붕소와 산소를 포함하는 화합물 및 흡착 가스가 잔존하지 않는다. 이에 의해 cBN 입자 간의 결합 강도가 커져, 강도 및 경도와 함께, 내열성 및 방열성이 우수한 cBN기 소결체(제1 소결체)를 얻을 수 있다.
제1 소결체가 cBN 입자와 결합재를 혼합하여 얻은 혼합물을 소결함으로써 제작되는 cBN 소결체(cBN기 소결체)인 경우, 상기 제1 소결체 내의 cBN 입자 및 결합재의 함유량(체적%)은, 주사 전자 현미경(SEM, 상품명: 「JSM-7800F」, 니혼덴시 가부시키가이샤 제조)에 의해 촬영한 상기 제1 소결체의 조직 사진을, 시판의 화상 해석 소프트(상품명: 「WinROOF」, 미타니쇼지 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 해석함으로써 구할 수 있다. 보다 구체적으로는, 먼저 후술하는 제조 방법을 따름으로써 제조한 입방정 질화붕소 소결체 공구의 날끝의 표면으로부터 제1 소결체의 샘플을 채취하고, 상기 제1 소결체의 샘플의 표면을 경면 연마한다. 다음에, 상기 SEM을 이용하여 5000~20000배의 배율에 의해 상기 샘플의 경면 연마면의 반사 전자상을 관찰한다. 또한 SEM에 부속되어 있는 에너지 분산형 X선 분석 장치(EDS, 상품명: 「Octane Elect」, AMETEK사 제조)를 이용함으로써, 반사 전자상 중의 흑색 영역을 입방정 질화붕소로 특정하고, 회색 영역 및 백색 영역을 결합재로 특정한다. 덧붙여, SEM을 이용하여 상기 경면 연마면의 조직 사진을 촬영하고, 이 조직 사진에 대하여 상기 화상 해석 소프트를 이용함으로써, 상기 조직 사진으로부터 입방정 질화붕소(흑색 영역)와 결합재(회색 영역 및 백색 영역)의 점유 면적을 각각 구하고, 상기 점유 면적으로부터 입방정 질화붕소 및 결합재의 각 함유량(체적%)을 구할 수 있다.
또한 cBN 입자의 D50(평균 입경)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 0.5~10.0 ㎛로 할 수 있다. 통상, D50이 작은 쪽이 cBN 소결체의 경도가 높아지는 경향이 있고, 입경의 편차가 작은 쪽이, cBN 소결체의 성질이 균질해지는 경향이 있다. cBN 입자의 D50은, 예컨대 1~5.0 ㎛로 하는 것이 바람직하다.
cBN 입자의 D50은 다음과 같이 하여 구해진다. 먼저 전술한 cBN 입자의 함유량의 측정 방법에 준하여 cBN 소결체의 단면을 포함하는 시료를 제작함으로써, 반사 전자상을 얻는다. 계속해서, 상기 화상 해석 소프트를 이용하여 상기 반사 전자상 중의 각 흑색 영역의 원상당 직경을 산출한다. 5 시야 이상을 관찰함으로써 100개 이상의 cBN 입자의 원상당 직경을 산출하는 것이 바람직하다.
계속해서, 각 원상당 직경을 최소값으로부터 최대값까지 오름차순으로 나열하여 누적 분포를 구한다. 누적 분포에 있어서 누적 면적 50%가 되는 입경이 D50이 된다. 또한 원상당 직경이란, 계측된 cBN 입자의 면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경을 의미한다.
(제1 소결체에 있어서의 hBN의 존재 비율(비(Iπ*/Iσ*)))
제1 소결체는, 전술한 바와 같이 복수의 cBN 입자를 포함한다. 상기 복수의 cBN 입자 중 적어도 일부의 cBN 입자는, 상기 날끝의 표면에 위치한다. 상기 날끝의 표면에 위치한 cBN 입자는, cBN의 결정 구조를 포함하는 입방정 질화붕소상(이하, 「cBN상」이라고도 기재함)과, hBN의 결정 구조를 포함하는 육방정 질화붕소상(이하, 「hBN상」이라고도 기재함)을 포함한다. 상기 날끝의 표면에 위치한 cBN 입자에 대하여, 투과형 전자 현미경을 이용한 전자 에너지 손실 분광법(이하, 「TEM-EELS법」이라고도 기재함)으로, 붕소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, hBN상에 있어서의 hBN의 π 결합에 유래하는 π* 피크의 강도와, hBN상에 있어서의 hBN의 σ 결합, 및 cBN상에 있어서의 cBN의 σ 결합에 유래하는 σ* 피크의 강도의 비(Iπ*/Iσ*)를 구한 경우, 상기 날끝의 표면에 있어서의 상기 cBN 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.1~2이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 cBN 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1이다. 이에 의해 입방정 질화붕소 소결체 공구의 내결손성을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 날끝의 표면에 있어서의 상기 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.1~2이고, 또한 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.001~0.1이다. 이에 의해 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 날끝에 있어서 그 강도에 악영향이 미치지 않는 적절한 비율로 hBN을 가질 수 있다. 이 경우, 날끝의 표면의 hBN이 그 연질성에 기초하여 윤활제와 같은 역할을 함으로써, 공구의 슬라이딩성을 개선하고, 따라서 내결손성을 향상시킬 수 있다. 특히, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1인 것이 바람직하고, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1인 것이 바람직하다. 이 경우, 입방정 질화붕소 소결체 공구의 내결손성을 보다 향상시킬 수 있다.
여기서 도 2를 이용하여, 날끝의 표면에 위치한 cBN 입자에 대해서 설명한다. 도 2는 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구의 날끝의 표면에 위치한 입방정 질화붕소 입자를, 상기 날끝의 표면의 법선 방향과 평행한 면으로 절단함으로써 얻은 단면의 일부를 설명하는 설명도이다. 도 2에 있어서는, 상기 날끝에 있어서 제1 소결체를 구성하는 복수의 cBN 입자 중, 날끝의 표면에 위치한 일부의 cBN 입자(A)의 하나(1알)에 주목하여, 이것을 나타낸다. 도 2의 cBN 입자(A)는, 날끝의 표면으로부터 날끝 내부 영역(13)을 향하여 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)을 이 순서로 갖는다. 제1 영역(11)은, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a)까지의 영역을 말한다. 제2 영역(12)은, 상기 깊이 위치(11a)와의 계면에서, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치(12a)까지의 영역을 말한다. 날끝 내부 영역(13)은, 상기 깊이 위치(12a)와의 계면에서, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 법선 방향으로 5 ㎛의 깊이 위치(13a)까지의 영역을 말한다.
cBN 입자(A)는, 제1 영역(11), 제2 영역(12) 및 날끝 내부 영역(13)을 일체 불가분으로 갖는다. 본 명세서에 있어서 「일체 불가분」이란, 제1 영역(11)과 제2 영역(12)의 계면, 및 제2 영역(12)과 날끝 내부 영역(13)의 계면에서 cBN 입자(A)를 구성하는 결정 격자가 연속하고, 또한 제1 영역(11)과 제2 영역(12)의 계면, 및 제2 영역(12)과 날끝 내부 영역(13)의 계면에서 벽개하는 일이 없는 것을 의미한다. 즉 본 명세서에 있어서 제1 영역(11)과 제2 영역(12)의 계면, 및 제2 영역(12)과 날끝 내부 영역(13)의 계면의 양자는, cBN 입자(A)의 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a), cBN 입자(A)의 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치(12a), 및 cBN 입자(A)의 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치(13a)에 있어서, 각각 hBN의 존재 비율을 나타내는 비(Iπ*/Iσ*)를 측정하기 위해, cBN 입자(A)의 단면상에 편의상 마련한 계면을 의미한다. 이하, hBN의 존재 비율을 나타내는 비(Iπ*/Iσ*)를, TEM-EELS법을 이용하여 측정하는 방법에 대해서 설명한다.
(TEM-EELS법을 이용한 hBN의 존재 비율(비(Iπ*/Iσ*))의 측정 방법)
먼저 후술하는 제조 방법에 따름으로써 입방정 질화붕소 소결체 공구를 제조한다. 계속해서 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구의 날끝의 표면으로부터 제1 소결체의 샘플을 채취하고, 아르곤 이온 슬라이서를 이용하여 상기 샘플을 상기 날끝의 표면의 법선 방향과 평행한 면으로 절단함으로써, 두께 3~100 ㎚의 절편을 제작한다. 또한, 상기 절편을 투과형 전자 현미경(TEM, 상품명: 「JEM-2100F/Cs」, 니혼덴시 가부시키가이샤 제조)을 이용하여 10만~100만배로 관찰함으로써 상기 샘플 중의 날끝의 표면에 위치하는 cBN 입자(A)의 단면 투과상을 얻는다.
다음에 상기 단면 투과상에 있어서, 상기 cBN 입자(A)에 있어서의 날끝의 표면 위치, cBN 입자(A)의 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a), cBN 입자(A)의 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치(12a), 및 cBN 입자(A)의 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치(13a)를 각각 특정한다. 또한, 전자 에너지 손실 분광법(EELS법)을 적용하여, 전술한 cBN 입자(A)에 있어서의 날끝의 표면 위치, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a), 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치(12a), 및 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치(13a)에 있어서, 1 ㎚의 관측 스폿을 날끝 표면과 평행한 방향으로 예컨대 10 ㎚ 스캔함으로써, 붕소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실(K 에지)을 관측한다. 이상에 의해, 상기 cBN 입자(A)에 있어서의 날끝의 표면 위치, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.1 ㎛의 깊이 위치(11a), 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(12a), 및 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치(13a)에 있어서의 붕소의 K각 전자의 여기에 따른 200 eV 부근의 에너지 손실(K 에지) 곡선을 각각 묘출할 수 있다.
마지막으로, 상기 cBN 입자(A)의 날끝의 표면 위치에 있어서의 관측으로부터 묘출한 에너지 손실 곡선으로부터, hBN상에 있어서의 hBN의 π 결합에 유래하는 π* 피크의 강도(Iπ*)와, hBN상에 있어서의 hBN의 σ 결합, 및 cBN상에 있어서의 cBN의 σ 결합에 유래하는 σ* 피크의 강도(Iσ*)를 구하고, 계속해서 Iπ*를 Iσ*로 나눔으로써 비(Iπ*/Iσ*)를 구할 수 있다. 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치(11a)에 있어서의 관측으로부터 묘출한 에너지 손실 곡선, 및 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치(12a)에 있어서의 관측으로부터 묘출한 에너지 손실 곡선, 및 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치(13a)에 있어서의 관측으로부터 묘출한 에너지 손실 곡선으로부터도, 각각 동일한 요령에 의해 비(Iπ*/Iσ*)를 구할 수 있다.
이 경우, 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 날끝의 표면에 있어서의 cBN 입자(A)의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.1~2가 되고, 또한 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자(A)의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.001~0.1이 된다. 또한 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자(A)의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1이 되는 것이 바람직하고, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자(A)의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1이 되는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 날끝의 표면에 있어서의 cBN 입자(A)의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.6~1이 되는 것이 보다 바람직하고, 또한 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자(A)의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.005~0.01이 되는 것이 보다 바람직하다. 또한 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자(A)의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.2가 되는 것도 바람직하고, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자(A)의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.9가 되는 것도 바람직하다. 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자(A)의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.005~0.01이 되는 것이 더욱 바람직하고, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자(A)의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.005~0.01이 되는 것이 더욱 바람직하다.
여기서 전술한 측정 방법에 있어서는, 날끝의 경사면측 및 여유면측의 각각에 있어서 날끝의 표면에 위치하는 cBN 입자의 단면 투과 사진을 각 1장(합계 2장) 준비하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 상기 2장의 cBN 입자의 단면 투과 사진에 있어서, 날끝의 표면에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*), 및 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)를 구한 경우, 적어도 어느 하나의 단면 투과 사진에 있어서 전술한 비율을 만족시킴으로써, 측정 대상으로 하는 입방정 질화붕소 소결체 공구가 내결손성을 향상시킬 수 있다. 상기 비(Iπ*/Iσ*)는, π* 피크의 피크값과, σ* 피크의 피크값의 비를 의미한다. 또한 π* 피크 및 σ* 피크는, 날끝의 표면 위치, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치 등의 측정 개소에 있어서, 1 ㎚의 관측 스폿을 날끝의 표면과 평행한 방향으로, 예컨대 10 ㎚ 스캔하여 측정한 결과를 적산하고, 이것을 에너지 손실 곡선으로서 묘출함으로써 얻을 수 있다. 여기서, 상기 스캔의 길이인 10 ㎚는, 1~100 ㎚의 사이에서 임의로 변경할 수 있는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치, 혹은 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치에 있어서, 날끝의 표면에 위치하는 cBN 입자와는 다른 별도의 cBN 입자가 존재하는 경우가 있다. 그러나 이 경우라도, hBN의 존재 비율을 나타내는 비(Iπ*/Iσ*)를 측정하는 한에 있어서는, 전술한 별도의 cBN 입자를 날끝의 표면에 위치하는 cBN 입자라고 간주하여 전술한 TEM-EELS법을 적용하여, 이들의 깊이 위치의 비(Iπ*/Iσ*)를 구하는 것으로 한다.
<작용 효과>
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 전술한 바와 같이 날끝의 표면에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.1~2이고, 또한 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.001~0.1이다. 이에 의해 날끝의 표면에 위치하는 cBN 입자에 있어서, 날끝의 강도에 악영향이 미치지 않는 적절한 비율로 hBN을 가질 수 있다. 이 경우, 날끝의 표면의 hBN이 그 연질성에 기초하여 윤활제와 같은 역할을 함으로써, 공구의 슬라이딩성을 개선하고, 따라서 내결손성을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.001~0.1인 것이 바람직하고, 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.001~0.1인 것이 바람직하다. 이 경우, 내결손성을 보다 향상시킬 수 있다.
〔입방정 질화붕소 소결체 공구의 제조 방법〕
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 날끝에 대하여 실행되는 후술하는 날끝을 마무리 가공하는 공정을 제외하고, 종래 공지의 입방정 질화붕소 소결체 공구의 제조 방법을 행함으로써 제조할 수 있다. 예컨대 다음 제조 방법을 이용함으로써, 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구를 제조하는 것이 바람직하다. 이하에서는, cBN 입자와 결합재를 혼합함으로써 혼합물을 얻은 후, 상기 혼합물을 소결함으로써 얻어지는 cBN 소결체(cBN기 소결체)를 재료로 하여, 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구를 제조하는 방법을 예시하여 설명하지만, 상기 제조 방법은 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 바인더리스 cBN 소결체(cBN기 소결체)를 재료로 하여 제조되는 경우가 있다. 이 경우, 바인더리스 cBN 소결체를 재료로 한 종래 공지의 제조 방법에 더하여, 후술하는 날끝을 마무리 가공하는 공정과 동일한 공정을, 바인더리스 cBN 소결체를 포함하는 날끝에 대하여 행함으로써, 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구를 제조할 수 있다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구의 제조 방법은, cBN기 소결체를 준비하는 공정(제1 공정)과, 상기 cBN기 소결체를 소정의 공구 형상으로 절단하는 공정(제2 공정)과, 상기 공구 형상으로 절단된 소결체를, 납땜에 의해 베이스 메탈과 접합하는 공정(제3 공정)과, 베이스 메탈과 접합한 소결체의 날끝에 대하여 레이저 가공을 실행함으로써, 날끝을 마무리 가공하는 공정(제4 공정)을 적어도 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 입방정 질화붕소 소결체 공구가 cBN기 소결체만을 포함하는 양태인 경우, 베이스 메탈을 이용하지 않기 때문에 상기 제3 공정을 행할 필요는 없고, 상기 제2 공정에 있어서 소정의 공구 형상으로 절단한 소결체의 날끝에 대하여, 날끝을 마무리 가공하는 공정(제4 공정)을 행하는 경우도 있다.
<제1 공정>
제1 공정은, cBN기 소결체를 준비하는 공정이다. 제1 공정에 대해서는, 종래 공지의 방법에 의해 행할 수 있다. 예컨대, 먼저 평균 입경 1~5 ㎛의 입방정 질화붕소 입자의 분말 15~90 체적%와, 평균 입경 0.05~8 ㎛의 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al, Co, Ni 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, 또는 상기 원소와 C, N, O 및 B로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와의 화합물을 포함하는 분말 10~85 체적%를 배합함(단, 이들의 합계를 100 체적%로 함)으로써 원료 분말을 얻는다. 계속해서 상기 원료 분말을, 초경 합금제 볼 등을 이용하여 5~24시간의 습식 볼밀에 의해 혼합하여, 혼합물을 조제한다. 또한 상기 혼합물을 소정의 형상으로 성형함으로써 성형체를 얻는다. 마지막으로, 상기 성형체를 공지의 초고압 발생 장치에 수용하여, 4~7 ㎬의 압력 하, 1300~1500℃의 소결 온도로 소정 시간 유지한다. 이에 의해 cBN기 소결체를 준비할 수 있다.
<제2 공정>
제2 공정은, 상기 cBN기 소결체를 소정의 공구 형상으로 절단하는 공정이다. 제2 공정에 대해서도, 종래 공지의 방법에 의해 행할 수 있다. 예컨대 종래 공지의 방전 가공기를 이용한 방전 가공, 연삭 가공기를 이용한 연삭 가공 및 레이저 가공기를 이용한 레이저 가공 중 적어도 어느 하나에 의해, 상기 cBN기 소결체를 소정의 공구 형상으로 절단할 수 있다. 바꾸어 말하면 제2 공정은, cBN기 소결체를 소정의 수단을 이용하여 조가공 및 정밀 가공함으로써, 소정의 공구 형상으로 절단하는 공정이라고 할 수 있다.
<제3 공정>
제3 공정은, 상기 공구 형상으로 절단된 소결체를, 납땜에 의해 베이스 메탈과 접합하는 공정이다. 제3 공정에 대해서도, 종래 공지의 방법에 의해 행할 수 있다. 구체적으로는, 상기 공구 형상으로 절단된 소결체에 있어서의 날끝이 형성된 측과 반대측이 되는 단부면에, 베이스 메탈을 납땜함으로써 접합할 수 있다. 납땜으로서는, 예컨대 은납을 이용한 납땜이 적합하다. 이에 의해 다음 공정(제4 공정)에 있어서, 소결체의 날끝을 향하여 레이저를 조사하는 것이 편해져, 상기 소결체의 날끝을 마무리 가공에 제공하는 것이 용이해진다.
<제4 공정>
제4 공정은, 베이스 메탈과 접합한 소결체의 날끝에 대하여 레이저 가공을 실행함으로써, 날끝을 마무리 가공하는 공정이다. 제4 공정에 의해, 날끝의 표면에 위치한 cBN 입자에 전술한 특징을 갖는 hBN상을 형성할 수 있다. 제4 공정에 있어서, 날끝의 표면에 위치한 cBN 입자에 전술한 특징을 갖는 hBN상을 형성할 수 있는 한, 레이저 가공의 조건 등은 특별히 제한되어서는 안 되지만, 예컨대 다음에 설명하는 조건 하에서 레이저 가공을 행함으로써, 날끝의 표면에 위치한 cBN 입자에 있어서, 수율 좋게 전술한 특징을 갖는 hBN상을 형성할 수 있다.
예컨대 제4 공정에서는, 피코초 레이저를 이용하여, 레이저 파장이 532 ㎚ 이상 1064 ㎚ 이하이고, 레이저 스폿 직경이 반치폭으로서 5 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하이고, 레이저 초점 심도가 0.5 ㎜ 이상 20 ㎜ 이하이고, 레이저 출력이 가공점에 있어서 1 W 이상 20 W 이하이고, 레이저 주사 속도가 5 ㎜/초 이상 100 ㎜/초 이하인 레이저 조사 조건 하에서, 소결체의 날끝을 마무리 가공하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 날끝의 표면에 있어서 과도한 가열이 발생하는 것을 회피하기 위해, 압축 공기를 가공부에 분무하여 냉각하는 것이 바람직하다. 예컨대 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여, 압축 공기를 가공부에 분무하는 경우, 보텍스 효과에 의해 실온보다 낮은 온도의 냉풍이 얻어져, 보다 효과적으로 냉각을 행할 수 있다. 이에 의해 날끝의 표면 근방 영역(예컨대 표면으로부터 1 ㎛ 이내, 바람직하게는 0.2 ㎛ 이내)에 있어서의 cBN으로부터 hBN으로의 변태를, 날끝의 강도에 악영향이 미치지 않는 적절한 양으로 제어할 수 있다. 상기 레이저 가공과 병용하는 냉각 조건은, 보텍스 튜브의 동작 조건을 적절하게 조정함으로써 설정할 수 있다.
또한 상기 레이저 조사 조건으로서는, 필요에 따라 1 f(펨토)초이상 1 μ초 이하의 레이저 펄스폭, 10 ㎐ 이상 1 ㎒ 이하의 레이저 반복 주파수를 규정하는 것이 바람직하다.
상기 레이저 조사 조건에 있어서, 레이저 스폿 직경이 반치폭으로서 5 ㎛ 미만인 경우, 레이저 파워가 낮기 때문에 날끝의 마무리 가공이 곤란해지는 경향이 있다. 레이저 스폿 직경이 반치폭으로서 70 ㎛를 넘는 경우, 레이저 파워가 높기 때문에 cBN기 소결체가 깨지는 경향이 있다. 레이저 초점 심도가 0.5 ㎜ 미만인 경우, 디포커스에 의해 날끝의 마무리 가공이 곤란해지는 경향이 있다. 레이저출력이 가공점에 있어서 1 W 미만이 되는 경우, 레이저 파워가 낮기 때문에 날끝의 마무리 가공이 곤란해지는 경향이 있다. 레이저 출력이 가공점에 있어서 20 W를 넘는 경우, 레이저 파워가 높기 때문에 cBN기 소결체가 깨지는 경향이 있다.
레이저 주사 속도가 5 ㎜/초 미만인 경우, 레이저가 날끝 내부에 너무 깊게 들어가 cBN기 소결체가 깨지는 경향이 있고, 100 ㎜/초를 넘는 경우, 레이저에 의한 가공이 거의 행해지지 않는 경향이 있다. 레이저 펄스폭이 1 f초 미만이 되는 경우, 레이저에 의한 가공에 과대한 시간이 걸리는 경향이 있고, 또한 레이저장치가 매우 비싸지는 경향이 있다. 레이저 펄스폭이 1 μ초를 넘는 경우, 열적 가공이 지배적이 되어 cBN으로부터 hBN으로의 변태가 과다해지는 경향이 있다. 레이저 반복 주파수가 10 ㎐ 미만이 되는 경우, 열적 가공이 지배적이 되어 cBN으로부터 hBN으로의 변태가 과다해지는 경향이 있다. 레이저 반복 주파수가 1 ㎒를 넘는 경우, 조사된 레이저 펄스의 에너지가 가공점에 있어서 소비되기 전에 다음 레이저 펄스가 도달하기 때문에, 가공점에서의 열 부하가 커져 cBN으로부터 hBN으로의 변태가 과다해지는 경향이 있다.
<그 외의 공정>
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 경사면, 여유면, 및 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선의 적어도 일부를 덮는 피막을 포함할 수 있다. 이 경우, 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구의 제조 방법으로서, 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구를 피막에 의해 피복하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이 공정은, 종래 공지의 방법을 이용할 수 있다. 예컨대 이온 플레이팅법, 아크 이온 플레이팅법, 스퍼터법 및 이온 믹싱법 등의 물리 증착법을 들 수 있다. 또한 화학 증착법에 따라 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구를 피막에 의해 피복하는 것도 가능하다.
<작용 효과>
이상에 의해, 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 소결체 공구를 제조할 수 있다. 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 날끝의 마무리 가공 시에 날끝의 표면에 있어서의 cBN으로부터 hBN으로의 변태가 억제되어 있다. 이 때문에 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 날끝의 표면에 위치한 cBN 입자에 대하여, TEM-EELS법으로 붕소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, hBN상에 있어서의 hBN의 π 결합에 유래하는 π* 피크의 강도와, hBN상에 있어서의 hBN의 σ 결합, 및 cBN상에 있어서의 cBN의 σ 결합에 유래하는 σ* 피크의 강도의 비(Iπ*/Iσ*)를 구한 경우, 날끝의 표면에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.1~2가 되고, 또한 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1이 된다. 따라서 상기 제조 방법에 따라, 내결손성을 향상시킨 입방정 질화붕소 소결체 공구를 얻을 수 있다.
〔부기〕
이상의 설명은, 이하에 부기하는 실시형태를 포함한다.
<부기 1>
제1 소결체를 적어도 날끝에 갖는 입방정 질화붕소 소결체 공구로서,
상기 제1 소결체는, 복수의 입방정 질화붕소 입자를 포함하고,
상기 복수의 입방정 질화붕소 입자 중 적어도 일부의 상기 입방정 질화붕소 입자는, 상기 날끝의 표면에 위치하고,
상기 날끝의 표면에 위치한 상기 입방정 질화붕소 입자는, 입방정 질화붕소의 결정 구조를 포함하는 입방정 질화붕소상과, 육방정 질화붕소의 결정 구조를 포함하는 육방정 질화붕소상을 포함하고,
상기 날끝의 표면에 위치한 상기 입방정 질화붕소 입자에 대하여, 투과형 전자 현미경을 이용한 전자 에너지 손실 분광법으로, 붕소의 K각 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 상기 육방정 질화붕소상에 있어서의 상기 육방정 질화붕소의 π 결합에 유래하는 π* 피크의 강도와, 상기 육방정 질화붕소상에 있어서의 상기 육방정 질화붕소의 σ 결합, 및 상기 입방정 질화붕소상에 있어서의 상기 입방정 질화붕소의 σ 결합에 유래하는 σ* 피크의 강도의 비(Iπ*/Iσ*)를 구한 경우, 상기 날끝의 표면에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.1~2이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1인, 입방정 질화붕소 소결체 공구.
<부기 2>
상기 제1 소결체는, 입방정 질화붕소 입자와 결합재를 혼합하여 얻은 혼합물을 소결함으로써 제작되는 cBN 소결체인 경우, 제1 소결체에 있어서 입방정 질화붕소 입자의 함유량은, 제1 소결체의 전체량(100 체적%)에 대하여 40 체적% 이상 95 체적% 이하인, 부기 1에 기재된 입방정 질화붕소 소결체 공구.
<부기 3>
상기 제1 소결체는, 결합재를 혼합하는 일없이, 저압상 질화붕소를 고온 고압 하에서 직접 변환시킴과 동시에 소결시킴으로써 제작되는 바인더리스 cBN 소결체인, 부기 1에 기재된 입방정 질화붕소 소결체 공구.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 개시를 보다 상세하게 설명하지만, 본 개시는 이들에 한정되는 것이 아니다. 이하의 설명에 있어서는, 시료 1~시료 9가 실시예이고, 시료 10이 비교예이다.
〔입방정 질화붕소 소결체 공구의 제조〕
<시료 1>
(제1 공정)
평균 입경 1 ㎛의 cBN 입자(상품명: 「SBN」, 쇼와덴코 가부시키가이샤 제조)를 준비하였다. 다음에, 직경(φ) 3 ㎜의 초경 합금제 볼 미디어와, 평균 입경 1 ㎛의 TiN 입자(상품명: 「티탄나이트라이드분」, 니혼신킨조쿠 가부시키가이샤 제조) 및 평균 입경 200 ㎚의 Al2O3 입자(상품명: 「고순도 알루미나」, 스미토모가가쿠 가부시키가이샤 제조)를 에탄올과 함께 초경 합금제 용기에 넣고, 볼밀 혼합법에 따라 20시간, 혼합 및 분쇄를 실행함으로써 결합재의 원료 분말을 얻었다. 또한 상기 초경 합금제 용기 중의 결합재의 원료 분말에 대하여, 상기 cBN 입자를 첨가하여, 볼밀 혼합법에 의해 10시간, 혼합 및 분쇄를 실행함으로써 혼합 분말을 얻었다. 계속해서 상기 혼합 분말을 몰리브덴(Mo)제 캡슐에 충전한 후, 초고압 발생 장치를 이용하여 압력 7.0 ㎬, 온도 1600도로 30분간 소결함으로써, cBN기 소결체를 준비하였다.
(제2 공정)
카탈로그 번호 「BNES1120」(스미토모덴키고교 가부시키가이샤)에서 규정되는 엔드 밀을 제조하기 위해, 상기 cBN기 소결체에 대하여, 시판의 와이어 방전 가공기를 이용함으로써, 직사각형의 소결체를 절단하였다. 또한 상기 엔드 밀 형상은, 경사면과, 여유면과, 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선을 포함하고, 상기 경사면은, 상기 능선을 통해 상기 여유면에 연속한다. 또한 상기 엔드 밀 형상은, 상기 경사면의 일부와, 상기 여유면의 일부와, 상기 능선으로 날끝이 구성된다. 구체적으로는, 상기 엔드 밀 형상은, 상기 능선과 상기 능선로부터 경사면측 및 여유면측으로 각각 0.5 ㎜ 떨어진 영역으로 날끝이 구성된다.
(제3 공정)
스미토모덴키고교 가부시키가이샤 제조의 초경 합금인 이게탈로이(등록상표, 재종: G10E)를 가공함으로써 베이스 메탈로서의 섕크를 준비하였다. 이 섕크와, 상기 직사각형으로 절단된 소결체를 납땜에 의해 접합하였다.
(제4 공정)
상기 섕크와 접합한 소결체를 연삭 가공함으로써 날끝을 형성한 후, 날끝 중 여유면측의 표면에만, 이하의 조사 조건 하에서 레이저 가공을 실행함으로써, 상기 날끝을 마무리 가공하였다.
〈조사 조건〉
레이저 파장: 1064 ㎚
레이저 스폿 직경: 40 ㎛(반치폭)
레이저 초점 심도: 1.5 ㎜
레이저 출력: 5 W(가공점)
레이저 주사 속도: 10 ㎜/min
레이저 펄스폭: 10 ps(피코초)
레이저 반복 주파수: 200 ㎑.
이상에 의해, 시료 1의 엔드 밀(입방정 질화붕소 소결체 공구)을 얻었다. 시료 1의 엔드 밀은, 적어도 날끝에 cBN기 소결체를 포함하는 제1 소결체를 갖는다. 제1 소결체는, 복수의 입방정 질화붕소 입자를 포함하고, 상기 복수의 입방정 질화붕소 입자 중 적어도 일부의 입방정 질화붕소 입자는, 상기 날끝의 표면에 위치한다. 날끝의 표면에 위치한 입방정 질화붕소 입자는, 상기 제4 공정에 의해 입방정 질화붕소의 결정 구조를 포함하는 입방정 질화붕소상과, 육방정 질화붕소의 결정 구조를 포함하는 육방정 질화붕소상이 형성되어 있다.
<시료 2>
제4 공정에 있어서, 소결체의 날끝 중 경사면측에만, 레이저 가공을 실행하는 것 이외에는, 시료 1과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 2의 엔드 밀(입방정 질화붕소 소결체 공구)을 얻었다.
<시료 3>
제4 공정에 있어서, 소결체의 날끝 중 여유면측 및 경사면측의 양자에, 레이저 가공을 실행하는 것 이외에는, 시료 1과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 3의 엔드 밀(입방정 질화붕소 소결체 공구)을 얻었다.
<시료 4>
제4 공정에 있어서, 소결체의 날끝의 여유면측에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 여유면측에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분무하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 10 W로 하는 것 이외에는, 시료 1과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 4의 엔드 밀(입방정 질화붕소 소결체 공구)을 얻었다.
<시료 5>
제4 공정에 있어서, 소결체의 날끝의 경사면측에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 경사면측에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분무하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 10 W로 하는 것 이외에는, 시료 2와 동일한 방법을 이용함으로써 시료 5의 엔드 밀(입방정 질화붕소 소결체 공구)을 얻었다.
<시료 6>
제4 공정에 있어서, 소결체의 날끝의 여유면측 및 경사면측에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 여유면측 및 경사면측에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분무하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 10 W로 하는 것 이외에는, 시료 3과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 6의 엔드 밀(입방정 질화붕소 소결체 공구)을 얻었다.
<시료 7>
제4 공정에 있어서, 소결체의 날끝의 여유면측에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 여유면측에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분무하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 3 W로 하는 것 이외에는, 시료 1과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 7의 엔드 밀(입방정 질화붕소 소결체 공구)을 얻었다.
<시료 8>
제4 공정에 있어서, 소결체의 날끝의 경사면측에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 경사면측에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분무하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 3 W로 하는 것 이외에는, 시료 2와 동일한 방법을 이용함으로써 시료 8의 엔드 밀(입방정 질화붕소 소결체 공구)을 얻었다.
<시료 9>
제4 공정에 있어서, 소결체의 날끝의 여유면측 및 경사면측에 대하여 레이저 가공을 할 때에, 상기 날끝의 여유면측 및 경사면측에 보텍스 튜브(코기 가부시키가이샤 제조)를 이용하여 압축 공기를 가공부에 분무하여 냉각하고, 또한 레이저 출력을 3 W로 하는 것 이외에는, 시료 3과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 9의 엔드 밀(입방정 질화붕소 소결체 공구)을 얻었다.
<시료 10>
제4 공정에 있어서 소결체의 날끝의 여유면측 및 경사면측의 양자에 대하여, 레이저 가공을 행하는 것 대신에 지석을 이용하여 연삭 가공을 행하는 것 이외에는, 시료 3과 동일한 방법을 이용함으로써 시료 10의 엔드 밀(입방정 질화붕소 소결체 공구)을 얻었다.
〔hBN의 존재 비율(비(Iπ*/Iσ*))의 측정〕
시료 1~시료 10의 엔드 밀의 날끝(여유면측 및 경사면측의 양자)의 표면에 위치한 cBN 입자에 대하여, 전술한 TEM-EELS법을 이용한 측정 방법을 각각 실행함으로써, 날끝의 표면에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*), 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*), 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*), 및 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)를 각각 구하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
〔절삭 시험(내결손성 시험)〕
시료 1~시료 10의 엔드 밀을 이용하고, 피삭재로서 침탄 경화강(SCM415(치수: 200 ㎜×200 ㎜×두께 5 ㎜), 경도: HRC60)을 준비하고, 상기 피삭재를 이하의 절삭 조건에 따라 절삭하였다. 본 절삭 시험에서는, 상기 피삭재를 절삭함으로써 날끝에 결손 및 치핑 중 어느 하나의 크기가 0.1 ㎜를 넘은 시점에 절삭을 중지하고, 시험의 개시로부터 상기 시점에 이르는 시간(단위는, 분)을 평가하였다. 상기 시간이 길수록 내결손성이 향상되어 있다고 평가할 수 있다. 결과를 표 1 중의 「내결손성(min)」의 항목에 나타낸다.
<절삭 조건>
가공기: 머시닝 센터
절삭 속도(Vc): 100 m/min
이송 속도(f): 0.05 ㎜/rev
절입량(ap): 5 ㎜/rev
절입량(ae): 0.1 ㎜/rev
절삭유(쿨런트): 없음.
〔고찰〕
시료 1, 시료 2, 시료 4, 시료 5, 시료 7 및 시료 8의 엔드 밀은, 전술한 제4 공정에 의해, 날끝의 경사면측 및 여유면측의 표면에 위치한 cBN 입자 중 어느 하나에 있어서, 날끝의 표면에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.1~2가 되고, 또한 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.001~0.1이 되는 입방정 질화붕소 소결체 공구가 제조되는 예이다. 시료 3, 시료 6 및 시료 9의 엔드 밀은, 전술한 제4 공정에 의해, 날끝의 경사면측 및 여유면측의 표면에 위치한 cBN 입자의 양자에 있어서, 날끝의 표면에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.1~2가 되고, 또한 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 cBN 입자의 비(Iπ*/Iσ*)가 0.001~0.1이 되는 입방정 질화붕소 소결체 공구가 제조되는 예이다. 시료 10의 엔드 밀은, 종래의 지석을 이용한 연삭 가공을 이용하여 입방정 질화붕소 소결체 공구가 제조되는 예이다.
표 1에 따르면, 시료 1~시료 9의 엔드 밀은, 모두 시료 10의 엔드 밀에 비해서 내결손성이 향상하는 것이 이해된다. 특히 시료 3의 엔드 밀은, 시료 1~시료 2에 비해서 보다 내결손성이 향상하고, 시료 6의 엔드 밀은, 시료 4~시료 5에 비해서 보다 내결손성이 향상하고, 시료 9의 엔드 밀은, 시료 7~시료 8에 비해서 보다 내결손성이 향상하는 것이 이해된다. 이상으로부터, 시료 1~시료 9의 엔드 밀(입방정 질화붕소 소결체 공구)은, 종래에 비해서 내결손성이 향상되어 있다고 평가할 수 있다.
이상과 같이 본 개시의 실시형태 및 실시예에 대해서 설명을 행하였지만, 전술한 각 실시의 형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하거나, 다양하게 변형하거나 하는 것도 당초부터 예정하고 있다.
이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태 및 실시예가 아니라 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
A : 입방정 질화붕소 입자(cBN 입자)
3 : 섕크부
8 : 접합부 10 : 제1 경사면
11 : 제1 영역
11a : 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치
12 : 제2 영역
12a : 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치
13 : 날끝 내부 영역
13a : 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치
15 : 제2 경사면 20 : 외주 절삭날
21 : 바닥 절삭날 31 : 제1 여유면
33 : 제2 여유면 90 : 날부
100 : 입방정 질화붕소 소결체 공구
8 : 접합부 10 : 제1 경사면
11 : 제1 영역
11a : 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치
12 : 제2 영역
12a : 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치
13 : 날끝 내부 영역
13a : 날끝의 표면으로부터 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치
15 : 제2 경사면 20 : 외주 절삭날
21 : 바닥 절삭날 31 : 제1 여유면
33 : 제2 여유면 90 : 날부
100 : 입방정 질화붕소 소결체 공구
Claims (4)
- 제1 소결체를 적어도 날끝에 갖는 입방정 질화붕소 소결체 공구로서,
상기 제1 소결체는, 복수의 입방정 질화붕소 입자를 포함하고,
상기 복수의 입방정 질화붕소 입자 중 적어도 일부의 상기 입방정 질화붕소 입자는, 상기 날끝의 표면에 위치하고,
상기 날끝의 표면에 위치한 상기 입방정 질화붕소 입자는, 입방정 질화붕소의 결정 구조를 포함하는 입방정 질화붕소상과, 육방정 질화붕소의 결정 구조를 포함하는 육방정 질화붕소상을 포함하고,
상기 날끝의 표면에 위치한 상기 입방정 질화붕소 입자에 대하여, 투과형 전자 현미경을 이용한 전자 에너지 손실 분광법으로, 붕소의 K각(殼) 전자의 여기에 따른 에너지 손실을 측정함으로써, 상기 육방정 질화붕소상에 있어서의 상기 육방정 질화붕소의 π 결합에 유래하는 π* 피크의 강도와, 상기 육방정 질화붕소상에 있어서의 상기 육방정 질화붕소의 σ 결합, 및 상기 입방정 질화붕소상에 있어서의 상기 입방정 질화붕소의 σ 결합에 유래하는 σ* 피크의 강도의 비(Iπ*/Iσ*)를 구한 경우, 상기 날끝의 표면에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.1~2이고, 또한 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 5 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1인 것인 입방정 질화붕소 소결체 공구. - 제1항에 있어서, 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 1 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1인 것인 입방정 질화붕소 소결체 공구.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 날끝의 표면으로부터 상기 날끝의 표면의 법선 방향을 따라 0.2 ㎛의 깊이 위치에 있어서의 상기 입방정 질화붕소 입자의 상기 비(Iπ*/Iσ*)는 0.001~0.1인 것인 입방정 질화붕소 소결체 공구.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 경사면과, 여유면과, 상기 경사면 및 상기 여유면이 교차하는 능선을 포함하고,
상기 경사면은, 상기 능선을 통해 상기 여유면에 연속하고,
상기 입방정 질화붕소 소결체 공구는, 상기 경사면의 일부와, 상기 여유면의 일부와, 상기 능선과으로 날끝이 구성되고,
상기 날끝의 표면은, 상기 날끝의 적어도 일부의 표면인 것인 입방정 질화붕소 소결체 공구.
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