DE69703195T2

DE69703195T2 - Sinterkörper aus kubischem Bornitrid und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE69703195T2
Application number: DE69703195T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Sumiya
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2017-11-29
Also published as: JPH10158065A; US6071841A; EP0845447A2; ZA9710673B; EP0845447A3; EP0845447B1; DE69703195D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sinterkörper aus kubischem Bornitrid und ein Verfahren zu dessen Herstellung, und bezieht sich insbesondere auf einen Sinterkörper aus kubischem Bornitrid, der erhalten wird, indem Bornitrid in der Niederdruckphase unmittelbar umgewandelt und es gleichzeitig gesintert wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus kubischem Bornitrid.
Ein Sinterkörper aus kubischem Bornitrid (nachfolgend als cBN bezeichnet), der die nächsthöchste Härte nach der des Diamants aufweist und mit keinem Eisenmaterial reagiert, wird im allgemeinen bei einem Schneidwerkzeug für einen Eisenwerkstoff verwendet.
Ein solcher Sinterkörper aus cBN, der bei einem Schneidwerkzeug angewendet wird, wird im allgemeinen hergestellt, indem cBN Pulver mit einem Bindemittel, das aus TiN, TiC, Co oder Ähnlichem besteht, unter superhohem Druck gesintert wird. Der auf diese Weise erhaltene Sinterkörper aus cBN enthält 10 bis 40 Volumenprozent an Verunreinigungen. Diese Verunreinigungen sind TiN, TiC, Co oder Ähnliches, die das Bindemittel bilden. Diese Verunreinigungen bewirken eine Verringerung der Festigkeit, der Wärmebeständigkeit und des Wärmeableitvermögens des Sinterkörpers aus cBN. Insbesondere, wenn ein Eisenwerkstoff mit einem solchen Schneidwerkzeug bei hoher Geschwindigkeit getrennt wird, wird seine Schneidkante leicht ausgebrochen oder rissig, wodurch die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs verringert wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus cBN ohne Bindemittel ist als dasjenige bekannt, das diese Schwierigkeit löst. Dieses Verfahren ist angepaßt, ein Rohmaterial aus hexagonalem Bornitrid (nachfolgend als hBN bezeichnet) mit einem Katalysator, wie Magnesiumbornitrid, reagieren zu lassen und zu sintern, um einen Sinterkörper cBN herzustellen. Der auf diese Weise erhaltene Sinterkörper hat ein hohes Wärmeleitvermögen von 6 bis 7 W/cm·ºC, da der darin enthaltene Verunreinigungsanteil klein ist und die cBN Körner fest aneinander darin gebunden sind. Deshalb wird dieser Sinterkörper bei einem Wärmesenkematerial oder einem TAB (automatische Gurtung) Werkzeug angewendet. Jedoch verbleibt der Katalysator, wie Magnesiumbornitrid, in diesem Sinterkörper. Wenn er erwärmt wird, werden leicht feine Risse in dem Sinterkörper aus cBN aufgrund des Wärmeausdehnungsunterschieds zwischen dem Katalysator und dem cBN hervorgerufen. Deshalb kann dieser Sinterkörper mit einer geringen Wärmebeständigkeitstemperatur von ungefähr 700ºC nicht bei einem Schneidwerkzeug eingesetzt werden. Des weiteren wird der Sinterkörper durch große cBN Körner mit einem Durchmesser von ungefähr 10 um gebildet, und daher wird seine Festigkeit verringert, obgleich dieser einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist. Wenn dieser Sinterkörper bei einem Schneidrand eines Schneidwerkzeugs eingesetzt wird, ist es deshalb schwierig, intermittierend ein Werkstück mit einer hohen Last abzutrennen.
Andererseits ist ein Verfahren bekannt, unmittelbar hBN in einen Sinterkörper aus cBN bei superhoher Temperatur und unter superhohem Druck ohne Bindemittel oder Katalysator umzuwandeln. Beispielsweise offenbart jede der japanischen Offenlegungsschriften Nr. 47-34099 (1972) und 3-159964 (1991) ein Verfahren, hBN bei einem Druck von 7 GPa und einer Temperatur von mindestens 2100ºC zu halten, um einen Sinterkörper aus cBN zu erhalten. Im Fall der industriellen Produktion jedoch ist dieses Verfahren bezüglich der Kosten oder der Produktivität nachteilig. Bei diesem Verfahren wachsen leicht große cBN Kristalle wegen des Sinters bei hoher Temperatur. Somit wird die Festigkeit des Sinterkörpers so verringert, daß seine Schneidkante absplittert, wenn er bei einem Schneidwerkzeug eingesetzt wird. Des weiteren ist das bei diesem Verfahren verwendete hBN hauptsächlich in der < 111> Richtung ausgerichtet, und daher ist der aus diesem Werkstoff hergestellte cBN Sinterkörper ebenfalls hauptsächlich in der < 111> Richtung ausgerichtet. Wenn der durch dieses Verfahren erhaltene Sinterkörper aus cBN bei einem Schneidwerkzeug angewendet wird, wird deshalb ein Schichtabsplittern oder -trennung auf nachteilige Weise hervorgerufen.
Andererseits offenbart jeweils die japanische Offenlegungsschrift Nr. 54-33510 (1979) und 8-47801 (1996) ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus cBN, wobei von pyrolytischem Bornitrid (nachfolgend als pBN bezeichnet) ohne Bindemittel oder Katalysator ausgegangen wird. Jedoch ist dieses Verfahren in bezug auf die Kosten oder die Produktivität im Fall der industriellen Herstellung von Nachteil. Bei diesem Verfahren ist des weiteren pBN, das als das Rohmaterial verwendet wird, äußerst kostspielig, gepreßtes hBN verbleibt leicht in dem Sinterkörper aus cBN, und das Reißen oder Abtrennen einer Schicht wird leicht aufgrund der starken Ausrichtung des Sinterkörpers aus cBN hervorgerufen.
Die japanische Patentschrift Nr. 49-27518 (1974) offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers cBN ohne Bindemittel oder Katalysator bei niedrigen Temperaturbedingungen, indem hexagonales Bornitrid mit einem mittleren Korndurchmesser von nicht mehr als 3 um verwendet und dieses Rohmaterial unter einem Druck von 6 GPa und bei einer Temperatur von 1100ºC gehalten wird. Bei diesen Verfahren besteht jedoch das Rohmaterial aus hexagonalem Bornitrid aus feinem Pulver und enthält mehrere Prozent an Verunreinigungen aus Boroxid oder adsorbiertes Gas. Somit schreitet das Sintern unzureichend aufgrund der Wirkung der Verunreinigungen oder des adsorbierten Gases fort. Des weiteren ist der Sinterkörper aus cBN, der ein Boroxid enthält, in seiner Härte, Festigkeit und Wärmebeständigkeit so verringert, daß diese nicht bei einem Schneidwerkzeug eingesetzt werden kann.
Entsprechend ist die vorliegende Erfindung vorgeschlagen worden, um die vorgenannten Probleme zu lösen und eine Zielsetzung von ihr ist, einen Sinterkörper aus cBN zu schaffen, der eine ausreichende Festigkeit, Härte, Wärmebeständigkeit und Wärmeableitvermögen aufweist, so daß er als Schneidwerkzeug dienen kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben zu schaffen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus kubischem Bornitrid, das die Schritte: Herstellen von als Ausgangsmaterial dienendem Bornitrid in einer Niederdruckphase, indem eine Verbindung, die Bor und Sauerstoff enthält, durch eine Kohlenstoff und Stickstoff enthaltende Verbindung reduziert wird; und unmittelbares Umwandeln des Bornitrids der Niederdruckphase bei hoher Temperatur und einem hohen Druck und gleichzeitiges Sintern desselben, um einen Sinterkörper aus kubischem Bornitrid zu erhalten.
Das Bornitrid der Niederdruckphase (Niederdruckphase-BN) ist Bornitrid, das in einem Niederdruckbereich thermodynamisch stabil ist und hexagonales BN (hBN) rhomboedrisches BN (rBN), turbostratisches BN (tBN) und amorphes BN (aBN) umfaßt. Andererseits wird cBN, das unter hohem Druck stabil ist, auch Hochdruckphase BN genannt.
Das Merkmal dieses Verfahrens besteht darin, daß Niederdruckphase-Bornitrid, das als das Ausgangsmaterial dient, kaum ausgerichtet ist, und der Durchmesser der Kristallkörner nach einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur nicht vergrößert wird. Deshalb ist der Sinterkörper aus cBN, der unmittelbar durch Umwandeln von Niederdruckphase-Bornitrid bei hoher Temperatur und hohem Druck erhalten wird, kaum ausgerichtet, d. h., isotrop, und weist Kristallkörner mit kleinem Durchmesser auf. Infolgedessen kann ein Sinterkörper aus cBN erhalten werden, der ausreichende Festigkeit und Härte aufweist, um als Schneidwerkzeug zu dienen.
Die unmittelbare Umwandlung in kubisches Bornitrid wird vorzugsweise nach dem Erwärmen des Niederdruckphase-Bornitrids in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei der Siedepunkttemperatur der Verbindung oder einer Temperatur durchgeführt, die den Siedepunkt der Verbindung überschreitet, die Bor und Sauerstoff enthält. In diesem Fall wird die Verbindung, die Bor und Sauerstoff oder adsorbiertes Gas enthält, durch das Erwärmen verflüchtigt, so daß sie nicht in dem Niederdruckphase-Bornitrid zurückbleibt. Deshalb wird die Bindefestigkeit zwischen den cBN Körnern so erhöht, daß ein Sinterkörper aus cBN erhalten werden kann, der nicht nur eine ausgezeichnete Festigkeit und Härte sondern auch Wärmebeständigkeit und Wärmeableitvermögen aufweist und als Schneidwerkzeug dienen kann. Des weiteren wird die Verbindung, die Bor und Oxid enthält und die Umwandlung in cBN behindert, so verflüchtigt, daß das Niederdruckphase-Bornitrid ohne weiteres in cBN umgewandelt wird. Somit bleibt kein hBN in dem Sinterkörper aus cBN im Unterschied zu dem Fall des herkömmlichen unmittelbaren Umwandlungsverfahrens zurück. Infolgedessen kann ein Sinterkörper aus cBN mit hoher Festigkeit bei moderaten Temperatur- und Druckbedingungen erhalten werden.
Das Niederdruckphase-Bornitrid enthält bevorzugt 0,08 bis 1 Gewichtsprozent an Sauerstoff. Der Sauerstoffanteil wird auf zumindest 0,09 Gewichtsprozent festgelegt, da das Niederdruckphase-BN geringer Kristallinität gemäß der vorliegenden Erfindung weniger als 0,08 Gewichtsprozent an nichtentfernbarem Sauerstoff enthält. Der Sauerstoffanteil wird eingestellt, damit er nicht größer als 1 Gewichtsprozent ist, da Niederdruckphase- Bornitrid, das Sauerstoff mit mehr als 1 Gewichtsprozent enthält, so schwer in cBN umwandelbar ist, daß nichtumgewandeltes Niederdruckphase-BN in dem Sinterkörper aus cBN zurückbleibt und seine Festigkeit und Härte verringert, wenn solches Niederdruckphase-BN als das Ausgangsmaterial verwendet wird.
Die unmittelbare Umwandlung in kubisches Bornitrid wird vorzugsweise nach dem Erwärmen von Pulver aus Niederdruckphase-Bornitrid in einer nichtoxidierenden Atmosphäre durchgeführt, und danach wird dieses geformt, um einen Preßkörper zu erhalten, und dieser Preßkörper wird weiters erwärmt. In diesem Fall wird adsorbiertes Gas, das in dem Preßkörper enthalten ist, aufgrund des Erwärmens entfernt. Deshalb wird die Bindefestigkeit zwischen den cBN Körnern erhöht, so daß die Festigkeit, die Härte, die Wärmebeständigkeit und das Wärmeableitvermögen von cBN weiter verbessert werden.
Der Sinterkörper aus kubischem Bornitrid gemäß der vorliegenden Erfindung wird erhalten, indem Niederdruckphase-Bornitrid bei einer hohen Temperatur und hohem Druck umgewandelt und gleichzeitig gesintert wird. Dieser Sinterkörper aus kubischem Bornitrid ist isotrop, da das Verhältnis I&sub2;&sub2;&sub0;/I&sub1;&sub1;&sub1; der Röntgenstrahlbeugungsintensität 1220 an seiner (220) Ebene zu der Röntgenstrahlbeugungsintensität I&sub1;&sub1;&sub1; an der (111) Ebene relativ groß ist, wodurch ein Sinterkörper aus cBN mit ausgezeichneter Festigkeit, Härte, Wärmebeständigkeit und Wärmeableitvermögen erhalten werden kann. Wenn das Verhältnis I&sub2;&sub2;&sub0;/I&sub1;&sub1;&sub1; kleiner als 0,1 ist, kann der Sinterkörper aus cBN als stark in der < 111> Richtung ausgerichtet betrachtet werden. Der Sinterkörper aus cBN ist in diesem Fall anisotrop und bewirkt leicht Schichtreißen oder -trennung.
Der Korndurchmesser der kubischen Bornitridkristalle, die in dem Sinterkörper aus kubischem Bornitrid enthalten sind, ist vorzugsweise nicht größer als 1 um. In diesem Fall kann die Festigkeit des Sinterkörpers aus cBN weiter aufgrund des kleinen Durchmes sers der cBN Kristalle erhöht werden. Wenn der Korndurchmesser der kubischen Bornitridkristalle 1 um überschreitet, werden übergreifende Kornbrüche ohne weiteres hervorgerufen, so daß die Festigkeit des Sinterkörpers aus cBN verringert wird.
Die Härte des Sinterkörpers aus kubischem Bornitrid ist vorzugsweise zumindest 4500 kg/mm².
Der Sinterkörper aus kubischem Bornitrid hat vorzugsweise eine Wärmebeständigkeitstemperatur von zumindest 1200ºC in einer nichtoxidierenden Atmosphäre.
Die vorgenannten und anderen Zielsetzungen, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden, ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung offensichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
Fig. 1 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm von hBN, das als Rohmaterial für den erfindungsgemäßen Sinterkörper aus cBN dient.

Beispiel 1

Boroxid (B&sub2;O&sub3;) und Melamin (C&sub3;N&sub6;H&sub6;) wurden in einem Molverhältnis von 3 : 1 zusammengebracht und homogen miteinander in einem Mörser vermischt. Diese Mischung wurde in einen Röhrenofen eingeführt und bei einer Temperatur von 950ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas wärmebehandelt, um ein Pulver zu erhalten. Dieses Pulver wurde mit Ethanol gewaschen, damit nichtreagiertes B&sub2;O&sub3; entfernt wird. Des weiteren wurde dieses Pulver in einem Hochfrequenzofen bei einer Temperatur von 2100ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas wärmebehandelt, um Pulver aus Bornitrid zu erhalten. Der Sauerstoffanteil dieses Bornitridpulvers, der durch Gasanalyse gemessen wurde, war 0,66 Gewichtsprozent. Die Kristallstruktur des Bornitridpulvers wurde durch Röntgenstrahlbeugung untersucht. Die Röntgenstrahlquelle wurde aus einer CuK α- Strahlenquelle hergestellt. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlen war 1,54 Å. Fig. 1 zeigt eine Beugungslinie, die durch diese Röntgenstrahlbeugung erhalten wurde.
Man erkennt aus Fig. 1, daß keine Beugungslinie von der (102) Ebene des hBN erhalten wurde, wobei aber eine Beugungslinie, die der (002) Ebene des hBN entspricht, äußerst breit war, und die Kristalle waren isotrop gewachsen. Des weiteren wurde die Halbbandbreite (W in Fig. 1, Einheit: Grad) der Beugungslinie erhalten, die der (002) Ebene des hBN entspricht. Die Halbbandbreite W wurde in die folgende Gleichung (A) eingesetzt, um die Halbbandbreite BN in Radian zu erhalten:
BM = π / 180 · W ... (A)
Die Radianhalbbandsbreite BM und ein mechanischer Fehler BS (= 4,0 · 10&supmin;³) wurden in die folgende Gleichung (B) eingesetzt, um die wahre Halbbandsbreite B zu erhalten:
B = (BM)² - (BS)² ...(B)
Aus der wahren Halbbandsbreite B, der Wellenlänge (λ = 1,54 Å) und dem Winkel (der halbe Wert A in Fig. 1), der die Beugung an der (002) Ebene bewirkt, wurde der Durchmesser t der Kristallkörner durch die folgende Gleichung (c) berechnet:
t = 0,9λ / B cos θ ... (C)
Der Durchmesser t der aus der obigen Gleichung berechneten Korngrößen war 13 nm.
Das Pulver des Niederdruckphase-BN, das mit dem vorgenannten Verfahren hergestellt wurde, wurde unter einem Druck von 6 · 10³ kp/mm² zur Herstellung eines Preßkörpers mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Dicke von 3 mm zusammengepreßt. Dieser Preßkörper wurde in einem Hochfrequenzofen bei einer Temperatur von 2100ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas wärmebehandelt. Dann wurde der Preßkörper in eine aus Molybdän (Mo) bestehende Kapsel eingebracht und bei einem Druck von 6,5 GPa und einer Temperatur von 1850ºC während 15 Minuten in einem Superhochdruckgenerator vom Bandtyp gehalten, um einen Sinterkörper aus cBN zu erhalten.
Die Struktur dieses Sinterkörpers wurde durch Röntgenstrahlbeugung untersucht, wobei erkannt wurde, daß dieser nur aus cBN bestand. Bei dieser Röntgenstrahlbeugung war das Verhältnis I&sub2;&sub2;&sub0;/I&sub1;&sub1;&sub1; der Beugungsintensität I&sub2;&sub2;&sub0; an der "220 Ebene" des cBN zu dem Beugungsverhältnis I&sub1;&sub1;&sub1; an der (111) Ebene des cBN 0,18. Somit wurde erkannt, daß der Sinterkörper aus cBN ein isotroper Sinterkörper mit einer geringen Ausrichtungseigenschaft war. Des weiteren wurde die Feinstruktur dieses Sinterkörpers aus cBN unter einem Transmissionselektronenmikroskop beobachtet, wobei erkannt wurde, daß dieser Durchmesser der Kristallkörner des cBN ungefähr 0,5 um war und der Sinterkörper aus feinen Kristallen bestand. Es wurde auch durch diese Beobachtung erkannt, daß keine Verunreinigungen zwischen den Kristallkörnern vorhanden waren, die fest miteinander verbunden waren.
Die Härte des Sinterkörpers aus cBN wurde mit einem Mikro-Knoop-Einkerber gemessen, wobei erkannt wurde, daß er eine hohe Härte von 5500 kg/mm² hatte. Des weiteren wurde die Wärmeleitfähigkeit mit einem Laserblitzverfahren gemessen, wobei erkannt wurde, daß der Sinterkörper aus cBN eine hohe Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 6 W/cm·ºC hatte. Zusätzlich wurde die Wärmebeständigkeit bestimmt, indem die Härte vor einer Wärmebehandlung in einem Vakuumofen mit derjenigen nach der Wärmebehandlung verglichen wurde, wobei erkannt wurde, daß der Sinterkörper aus cBN bis zu einer Temperatur von 1350ºC stabil war und eine hohe Wärmebeständigkeit aufwies. Ein Schneidwerkzeug wurde aus dem mit der vorliegenden Erfindung erhaltenen Sinterkörper aus cBN hergestellt und einer intermittierenden Hochgeschwindigkeitsschneidprüfung bei Gußeisen unterzogen. Des weiteren wurde auch ein im Handel erhältliches Schneidwerkzeug, das aus einem Sinterkörper aus cBN bestand, der mit einem Bindemittel aus Co hergestellt worden war, einer intermittierenden Hochgeschwindigkeitsschneidprüfung an Gußeisen unterzogen. Als Ergebnis wurde erkannt, daß die Lebensdauer des mit dem erfindungsgemäßen Sinterkörper aus cBN hergestellten Schneidwerkzeugs 10 mal diejenige des im Handel erhältlichen Schneidwerkzeugs war.

Beispiel 2

Während die Mischung aus Boroxid und Melamin in dem Röhrenofen bei der Temperatur von 950ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas im Beispiel 1 behandelt wurde, wurde eine Mischung aus Boroxid und Melamin in einem Röhrenofen bei einer Temperatur von 850ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas beim Beispiel 2 behandelt. Die restlichen Schritte waren jenen des Beispiels 1 ähnlich. Der Sauerstoffanteil des Niederdruckphase-BN-Pulvers, das auf diese Weise erhalten wurde, wurde durch Gasanalyse gemessen und zu 0,8 Gewichtsprozent bestimmt. Als die Struktur des Niederdruckphase-BN-Pulvers durch Röntgenstrahlbeugung untersucht wurde, wurden keine Beugungswinkel von der (102) Ebene des hBN erhalten, wobei eine Beugungslinie, die der an der (002) Ebene des hBN entspricht, äußerst breit in dem Röntgenstrahldiagramm war, und daher wurde erkannt, daß der Durchmesser der Niederdruckphase-BN Kristallkörner, die das Niederdruckphase-BN-Pulver bilden, beträchtlich klein war. Der Durchmesser t der Kristallkörner, der aus der Halbbandsbreite der Beugungslinie entsprechend der (002) Ebene des hBN durch die obigen Gleichungen (A) bis (C) erhalten wurde, war 8 nm.
Ein Sinterkörper aus cBN wurde aus dem Niederdruckphase-BN, die in der obenbeschriebenen Weise erhalten wurde, ähnlich wie beim Beispiel 1 hergestellt. Die Struktur des erhaltenen Sinterkörpers aus cBN wurde durch Röntgenstrahlbeugung untersucht, und es wurde erkannt, daß das Verhältnis I&sub2;&sub2;&sub0;/I&sub1;&sub1;&sub1; der Beugungsintensität I&sub2;&sub2;&sub0; an der (220) Ebene des cBN zu der Beugungsintensität I&sub1;&sub1;&sub1; an der (111) Ebene des cBN 0,2 war, und die den Sinterkörper bildenden Kristallkörper waren isotrop. Des weiteren zeigte dieser Sinterkörper aus cBN einen Kristallkorndurchmesser, eine Härte, ein Wärmeleitvermögen und eine Wärmebeständigkeit, die jenen des Beispiels 1 ähnlich waren, und erreichte bei einer intermittierenden Hochgeschwindigkeitsschneidprüfung an Gußeisen ein Ergebnis ähnlich dem des Beispiels 1.

Beispiel 3

Während die Mischung aus Boroxid und Melamin in dem Röhrenofen bei der Temperatur von 950ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas im Beispiel 1 behandelt wurde, wurde eine Mischung aus Boroxid und Melamin in einem Röhrenofen bei einer Temperatur von 1050ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas beim Beispiel 2 behandelt. Die restlichen Schritte waren jenen des Beispiels 1 ähnlich. Der Sauerstoffanteil des Niederdruckphase-BN-Pulvers, das auf diese Weise erhalten wurde, wurde durch Gasanalyse gemessen und zu 0,2 Gewichtsprozent bestimmt. Als die Struktur des Niederdruckphase-BN-Pulvers durch Röntgenstrahlbeugung untersucht wurde, wurden keine Beugungswinkel an der (102) Ebene des hBN erhalten, aber eine Beugungslinie, die der an der (002) Ebene des hBN entspricht, war äußerst breit in dem Röntgenstrahldiagramm bei geringer Kristallinität Der Durchmesser t der Kristallkörner wurde aus der Halbbandsbreite der Beugungslinie erhalten, die der (002) Ebene des hBN, dem Winkel, der die Beugung hervorruft, und der Wellenlänge der Röntgenstrahlen bei ungefähr 35 nm entspricht. Die Kristallstruktur des Niederdruckphase-BN-Pulvers wurde mit einem Abtastelektronenmikroskop untersucht, und es wurde erkannt, daß der Kristallkorndurchmesser 1 um war und das Pulver aus feinen Kristallen bestand.
Ein Sinterkörper aus cBN wurde aus dem Niederdruckphase-BN, die in der obenbeschriebenen Weise erhalten wurde, ähnlich wie beim Beispiel 1 hergestellt. Die Kristallstruktur des erhaltenen Sinterkörpers aus cBN wurde durch Röntgenstrahlbeugung untersucht, und es wurde erkannt, daß das Verhältnis I&sub2;&sub2;&sub0;/I&sub1;&sub1;&sub1; der Beugungsintensität I&sub2;&sub2;&sub0; an der (220) Ebene des cBN zu der Beugungsintensität I&sub1;&sub1;&sub1; an der (111) Ebene des cBN 0,12 war, und die den Sinterkörper bildenden Kristallkörper waren isotrop. Des weiteren zeigte dieser Sinterkörper aus cBN eine Härte, eine Wärmeleitfähigkeit, eine Wärmebeständigkeit und einen Kristallkorndurchmesser, die jenen des Beispiels 1 ähnlich waren, und erreichte bei einer intermittierenden Hochgeschwindigkeitsschneidprüfung an Gußeisen ein Ergebnis ähnlich dem des Beispiels 1.

Beispiel 4

Während der Preßkörper des Niederdruckphase-BN in die Molybdänkapsel eingebracht und bei einem Druck von 6,5 GPa und der Temperatur von 1850ºC während 15 Minuten in einem Superhochdruckgenerator vom Bandtyp beim Beispiel 2 gehalten wurde, wurde ein Preßkörper, der aus Niederdruckphase-BN bestand, der ähnlich dem Beispiel 2 hergestellt wurde, in eine Molybdänkapsel eingebracht und bei einem Druck von 6 GPa und einer Temperatur von 1550ºC in einem Superhochdruckgenerator vom Bandtyp beim Beispiel 4 gehalten. Ein Sinterkörper aus cBN wurde durch die restlichen Prozesse hergestellt, die jenen beim Beispiel 2 ähnlich waren.
Die Eigenschaften und die Schneidleistung des auf diese Weise erhaltenen Sinterkörpers aus cBN waren ähnlich jenen des im Beispiel 2 erhaltenen Sinterkörpers.

Vergleichsbeispiel 1

Ein im Handel erhältlicher Preßkörper aus hBN wurde als Rohmaterial verwendet. Der Korndurchmesser dieses hBN Preßkörpers war 3 bis 10 um. Dieser Preßkörper wurde in einen Hochfrequenzofen eingebracht und bei einer Temperatur von 2100ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas wärmebehandelt, um eine Probe zu erhalten. Der Sauerstoffanteil dieser Probe wurde durch Gasanalyse gemessen und zu 0,03 Gewichtsprozent bestimmt. Die Probe wurde in eine Molybänkapsel ähnlich wie beim Beispiel 1 eingeführt und bei einem Druck von 6,5 GPa und einer Temperatur von 1850ºC während 15 Minuten in einem Superhochdruckgenerator vom Bandtyp gehalten. Der auf diese Weise erhaltene Stoff wurde untersucht, und es wurde erkannt, daß er kaum gesintert war. Der Anteil an cBN in diesem durch Röntgenstrahlbeugung untersuchten Stoff war ungefähr 10 Volumenprozent und der verbleibende Teil von ungefähr 90 Volumenprozent war weiterhin hBN.

Vergleichsbeispiel 2

Ein im Handel erhältlicher Preßkörper aus hBN wurde als Rohmaterial verwendet. Dieser Preßkörper wurde in einen Hochfrequenzofen eingebracht und bei einer Temperatur von 2100ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas wärmebehandelt, um eine Probe zu erhalten. Der Sauerstoffanteil dieser Probe wurde durch Gasanalyse gemessen und zu 0,02 Gewichtsprozent bestimmt. Die Probe wurde in eine Molybänkapsel ähnlich wie beim Beispiel 1 eingeführt und bei einem Druck von 6,5 GPa und einer Temperatur von 1850ºC während 15 Minuten in einem Superhochdruckgenerator vom Bandtyp gehalten. Der auf diese Weise erhaltene Stoff wurde untersucht, und es wurde erkannt, daß er kaum gesintert war. Der Anteil an cBN in diesem durch Röntgenstrahlbeugung untersuchten Stoff war ungefähr 90 Volumenprozent und der verbleibende Teil von ungefähr 10 Volumenprozent war bestand aus gepreßtem hBN.

Vergleichsbeispiel 3

Ein im Handel erhältlicher Preßkörper aus hBN wurde als Rohmaterial verwendet. Der Korndurchmesser dieses hBN Preßkörpers war 3 bis 10 um. Dieser Preßkörper wurde in einen Hochfrequenzofen eingebracht und bei einer Temperatur von 2100ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas wärmebehandelt, um eine Probe zu erhalten. Der Sauerstoffanteil dieser Probe wurde durch Gasanalyse gemessen und zu 0,03 Gewichtsprozent bestimmt. Die Probe wurde in eine Molybänkapsel eingeführt und bei einem Druck von 7,7 GPa und einer Temperatur von 2200ºC während 15 Minuten in einem Superhochdruckgenerator vom Bandtyp gehalten, um einen festen Sinterkörper aus cBN zu erhalten.
Die Struktur dieses Sinterkörpers aus cBN wurde durch Röntgenstrahlbeugung untersucht, und es wurde erkannt, daß das Verhältnis I&sub2;&sub2;&sub0;/I&sub1;&sub1;&sub1; der Beugungsintensität I&sub2;&sub2;&sub0; an der (220) Ebene des cBN zu der Beugungsintensität I&sub1;&sub1;&sub1; an der (111) Ebene des cBN 0,06 war, und es wurde ein anisotroper Sinterkörper aus cBN erhalten, der selektiv in der < 111> Richtung ausgerichtet war. Es wurde auch erkannt, daß das zusammengepreßte hBN in einem Abstand d von 3,1 Å herum vorhanden war, obgleich dessen Menge klein war. Die Härte dieses Sinterkörpers aus cBN wurde mit einem Mikro- Knoop-Einkerber zu 5000 kg/mm² gemessen. Die Wärmeleitfähigkeit dieses Sinterkörpers aus cBN wurde mit einem Laserblitzverfahren zu ungefähr 5,5 W/cm·ºC gemessen. Aus diesem Sinterkörper aus cBN wurde ein Schneidwerkzeug hergestellt und einer intermittierenden Hochgeschwindigkeitsschneidprüfung an Gußeisen ähnlich dem Beispiel 1 unterzogen. Obgleich die gezeigte Lebensdauer ungefähr der doppelten derjenigen eines Werkzeugs war, das aus einem im Handel erhältlichen Sinterkörper aus cBN be stand, zeigt dieses Schneidwerkzeug ein solches Absplittern, daß seine Schneidkante merklich in Schichten abgetrennt wurde.

Vergleichsbeispiel 4

Ein im Handel erhältlicher Preßkörper aus pBN wurde als Rohmaterial verwendet. Dieser Preßkörper wurde in einen Hochfrequenzofen eingebracht und bei einer Temperatur von 2100ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas wärmebehandelt, um eine Probe zu erhalten. Der Sauerstoffanteil dieser Probe wurde durch Gasanalyse gemessen und zu 0,02 Gewichtsprozent bestimmt. Die Probe wurde in eine Molybänkapsel ähnlich wie beim Beispiel 1 eingeführt und bei einem Druck von 7,5 GPa und einer Temperatur von 2100ºC während 15 Minuten in einem Superhochdruckgenerator vom Bandtyp gehalten, um einen festen cBM Sinterkörper zu erhalten.
Die Struktur dieses Sinterkörpers aus cBN wurde durch Röntgenstrahlbeugung untersucht, und es wurde erkannt, daß eine Beugungslinie von der (220) Ebene von cBN kaum beobachtet wurde und daß das Verhältnis I&sub2;&sub2;&sub0;/I&sub1;&sub1;&sub1; der Beugungsintensität I&sub2;&sub2;&sub0; an der (220) Ebene des cBN zu der Beugungsintensität I&sub1;&sub1;&sub1; an der (111) Ebene des cBN im wesentlichen null war. Somit wurde erkannt, daß dieser Sinterkörper aus cBN selektiv in der < 111> Richtung ausgerichtet war und eine äußerst starke Anisometrie hatte. Es wurde durch die Röntgenbeugung auch erkannt, daß das zusammengepreßte hBN in einem Abstand d von 3,1 Å herum vorhanden war. Die Härte dieses Sinterkörpers aus cBN betrug 4000 kg/mm². Weiters war das Wärmeleitvermögen dieses Sinterkörpers aus cBN, das mit einem Laserblitzverfahren gemessen wurde, war ungefähr 4,5 W/cm·ºC. Wenn diesem Sinterkörper aus cBN ein Schneidwerkzeug hergestellt und einer intermittierenden Hochgeschwindigkeitsschneidprüfung an Gußeisen ausgesetzt wurde, splitterte seine Schneidkante sofort ab. Die beschädigte Schneidkante zeigte eine Anzahl in Schichten getrennter Teile.

Vergleichsbeispiel 5

B&sub2;O&sub3; wurde zur Reaktion mit Ammonium gebracht, um ein Niederdruckphase-BN mit geringer Kristallinität zu synthetisieren, um als Rohmaterial zu dienen. Der Durchmesser der Kristallkörner, die dieses Rohmaterial bilden, war 0,5 um. Die Zusammensetzung dieses Rohmaterials wurde analysiert, und es wurde erkannt, daß diese ungefähr 3 Gewichtsprozent an 8203 enthielt. Das Rohmaterial wurde in einem Hochfrequenzofen bei einer Temperatur von 2100ºC während zwei Stunden in Stickstoffgas wärmebehandelt, um dieses B&sub2;O&sub3; zu entfernen. Der Sauerstoffanteil wurde auf ungefähr 0,1 Gewichtsprozent wegen der Wärmebehandlung verringert, während die Kristallkörner des hBN auf einen Durchmesser von 3 bis 5 um wuchsen. Während die Herstellung eines Sinterkörpers aus cBN aus dem Rohmaterial ähnlich dem Beispiel 1 versucht wurde, wurde das hBN nicht in cBN umgewandelt, und es wurde überhaupt kein fester Sinterkörper aus cBN erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus kubischem Bornitrid, das die Schritte umfaßt:

Herstellen von als Ausgangsmaterial dienendem Bornitrid in einer Niederdruckphase, indem eine Verbindung, die Bor und Sauerstoff enthält, durch eine Kohlenstoff und Stickstoff enthaltende Verbindung reduziert wird; und

unmittelbares Umwandeln des Bornitrids der Niederdruckphase bei hoher Temperatur und einem hohen Druck und gleichzeitiges Sintern desselben, um einen Sinterkörper aus kubischem Bornitrid zu erhalten.

2. Verfahren, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die direkte Umwandlung des kubischen Bornitrids nach dem Erwärmen des Bornitrids der Niederdruckphase in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei der Siedepunkttemperatur der Verbindung durchgeführt wird, die Bor und Sauerstoff enthält, oder bei einer Temperatur, die den Siedepunkt der Verbindung überschreitet, die Bor und Sauerstoff enthält.

3. Verfahren, wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, wobei das Bornitrid der Niederdruckphase 0,08 bis 1 Gewichtsprozent an Sauerstoff enthält.

4. Verfahren, wie in irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei die direkte Umwandlung des kubischen Bornitrids nach dem Erwärmen von Pulver aus Bornitrid der Niederdruckphase in einer nichtoxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, woraufhin jenes geformt wird, um einen Preßkörper zu erhalten, und der Preßkörper des weiteren erwärmt wird.

5. Verfahren, wie in irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, das den weiteren Schritt umfaßt, ein Schneidwerkzeug aus dem Sinterkörper aus kubischem Bornitrid herzustellen.

6. Sinterkörper aus kubischem Bornitrid, der durch direktes Umwandeln von Bornitrid einer Niederdruckphase bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck hergestellt und gleichzeitig gesintert wird, wobei das Verhältnis (1220/1111) der Röntgenstrahlbeugungsintensität (1220) an der (220) Ebene des Sinterkörpers aus kubischem Bornitrid zu der Röntgenstrahlenbeugungsintensität (1111) an der (111) Ebene zumindest 0,1 ist.

7. Sinterkörper aus kubischem Bornitrid, wie in Anspruch 6 beansprucht, wobei der Korndurchmesser der kubischen Bornitridkristalle, die den Sinterkörper aus kubischem Bornitrid bilden, nicht größer als 1 um ist.

8. Sinterkörper aus kubischem Bornitrid, wie in Anspruch 6 oder Anspruch 7 beansprucht, der eine Härte von mindestens 4500 kg/mm² aufweist.

9. Sinterkörper aus kubischem Bornitrid, wie in irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8 beansprucht, der eine Wärmebeständigkeitstemperatur von mindestens 1200ºC in einer nichtoxidierenden Atmosphäre aufweist.

10. Schneidwerkzeug, das einen Sinterkörper aus kubischem Bornitrid umfaßt, wie er in irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9 beansprucht ist.