JP2523452B2 - 高強度立方晶窒化ホウ素焼結体 - Google Patents
高強度立方晶窒化ホウ素焼結体Info
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
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- C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
- C04B35/5831—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride based on cubic boron nitrides or Wurtzitic boron nitrides, including crystal structure transformation of powder
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、立方晶窒化ホウ素焼結体に関し、具体的に
は、例えば焼入れ鋼，高硬度鋳鉄又は耐熱合金などの難
削材料を加工するためのドリル，フライス工具もしくは
旋削工具などに用いる切削工具用材料、及びスリッタ
ー，ダイスなどの耐摩耗工具用材料として適する高強度
立方晶窒化ホウ素焼結体に関するものである。
は、例えば焼入れ鋼，高硬度鋳鉄又は耐熱合金などの難
削材料を加工するためのドリル，フライス工具もしくは
旋削工具などに用いる切削工具用材料、及びスリッタ
ー，ダイスなどの耐摩耗工具用材料として適する高強度
立方晶窒化ホウ素焼結体に関するものである。
（従来の技術） 立方晶窒化ホウ素は、ダイヤモンドに次いで高硬度で
あり、しかもダイヤモンドは鉄との親和性が高いという
短所を有するのに対し、鉄との親和性が低いという長所
を有している。このことから立方晶窒化ホウ素に結合相
を加えてなる立方晶窒化ホウ素基焼結体が主として鉄系
材料を加工する工具材料の１つとして実用化されてい
る。
あり、しかもダイヤモンドは鉄との親和性が高いという
短所を有するのに対し、鉄との親和性が低いという長所
を有している。このことから立方晶窒化ホウ素に結合相
を加えてなる立方晶窒化ホウ素基焼結体が主として鉄系
材料を加工する工具材料の１つとして実用化されてい
る。
立方晶窒化ホウ素基焼結体を結合相成分で大別する
と、第１に結合相が金属又は合金からなる、所謂金属系
結合相と、第２の結合相がセラミックスと金属又は合金
とからなる、所謂サーメット系結合相と、第３に結合相
がセラミックスのみからなる、所謂セラミックス系結合
相とがある。この内、第１の金属系結合相でなる立方晶
窒化ホウ素基焼結体は、高温にさらされるような条件下
では結合相の軟化が生じて耐摩耗性を著しく低下させる
という問題がある。この金属系結合相における問題点を
解決したものに第３のセラミックス系結合相でなる立方
晶窒化ホウ素基焼結体がある。この第３の立方晶窒化ホ
ウ素基焼結体は、高温における結合相の耐軟化性に対し
ては著しくすぐれるようになったけれども、衝撃の加わ
るような用途に用いるとチッピング又は欠損して短寿命
になるという問題がある。この第１の結合相と第３の結
合相との両者の長所を有する結合相を目的としたものに
第２のサーメット系結合相でなる立方晶窒化ホウ素基焼
結体がある。
と、第１に結合相が金属又は合金からなる、所謂金属系
結合相と、第２の結合相がセラミックスと金属又は合金
とからなる、所謂サーメット系結合相と、第３に結合相
がセラミックスのみからなる、所謂セラミックス系結合
相とがある。この内、第１の金属系結合相でなる立方晶
窒化ホウ素基焼結体は、高温にさらされるような条件下
では結合相の軟化が生じて耐摩耗性を著しく低下させる
という問題がある。この金属系結合相における問題点を
解決したものに第３のセラミックス系結合相でなる立方
晶窒化ホウ素基焼結体がある。この第３の立方晶窒化ホ
ウ素基焼結体は、高温における結合相の耐軟化性に対し
ては著しくすぐれるようになったけれども、衝撃の加わ
るような用途に用いるとチッピング又は欠損して短寿命
になるという問題がある。この第１の結合相と第３の結
合相との両者の長所を有する結合相を目的としたものに
第２のサーメット系結合相でなる立方晶窒化ホウ素基焼
結体がある。
この第２の立方晶窒化ホウ素基焼結体の代表的なもの
としては、特公昭52−43846号公報及び特公昭57−49621
号公報がある。
としては、特公昭52−43846号公報及び特公昭57−49621
号公報がある。
（発明が解決しようとする問題点） 特公昭52−43846号公報及び特公昭57−49621号公報に
代表される従来のサーメット系結合相でなる立方晶窒化
ホウ素基焼結体は、周期律表4a,5a,6a族金属の化合物で
なるセラミックスとAl,Siを主体とする合金又は金属間
化合物とでなる結合相を含有していて、耐摩耗性及び耐
溶着性にすぐれているけれども断続切削領域又は重切削
領域で用いるとチッピングもしくは欠損が発生して、極
端に短寿命になるという問題がある。
代表される従来のサーメット系結合相でなる立方晶窒化
ホウ素基焼結体は、周期律表4a,5a,6a族金属の化合物で
なるセラミックスとAl,Siを主体とする合金又は金属間
化合物とでなる結合相を含有していて、耐摩耗性及び耐
溶着性にすぐれているけれども断続切削領域又は重切削
領域で用いるとチッピングもしくは欠損が発生して、極
端に短寿命になるという問題がある。
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具
体的にはセラミックス成分と金属成分との中にウイスカ
ーを均一に分散させてなる結合相を含有した立方晶窒化
ホウ素焼結体で、耐摩耗性，耐溶着性及び強度の著しく
すぐれた立方晶窒化ホウ素焼結体の提供を目的とするも
のである。
体的にはセラミックス成分と金属成分との中にウイスカ
ーを均一に分散させてなる結合相を含有した立方晶窒化
ホウ素焼結体で、耐摩耗性，耐溶着性及び強度の著しく
すぐれた立方晶窒化ホウ素焼結体の提供を目的とするも
のである。
（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、立方晶窒化ホウ素基焼結体の耐摩耗性
及び強度の両方を高めることについて検討していた所、
従来のサーメット系結合相では、強度を高めることを重
要視すると耐摩耗性の低下が生じ、逆に耐摩耗性を高め
ることを重要視すると強度の低下が生じる傾向にあり、
これを解決するためにはウイスカーを均一に分散させる
ことにより達成できるという第１の知見を得たものであ
る。また、結合相中に分散させるウイスカーの材質及び
形状とウイスカーを除いた他の結合相成分の組合せ、並
びに結合相中のウイスカーの含有比率が焼結体の破壊靱
性や耐欠損に対する強度及び耐摩耗性に著しい影響を及
ぼすという第２の知見を得たものである。この第１の知
見と第２の知見に基づいて本発明を完成するに至ったも
のである。
及び強度の両方を高めることについて検討していた所、
従来のサーメット系結合相では、強度を高めることを重
要視すると耐摩耗性の低下が生じ、逆に耐摩耗性を高め
ることを重要視すると強度の低下が生じる傾向にあり、
これを解決するためにはウイスカーを均一に分散させる
ことにより達成できるという第１の知見を得たものであ
る。また、結合相中に分散させるウイスカーの材質及び
形状とウイスカーを除いた他の結合相成分の組合せ、並
びに結合相中のウイスカーの含有比率が焼結体の破壊靱
性や耐欠損に対する強度及び耐摩耗性に著しい影響を及
ぼすという第２の知見を得たものである。この第１の知
見と第２の知見に基づいて本発明を完成するに至ったも
のである。
すなわち、本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体
は、立方晶窒化ホウ素20〜90体積％と、残り結合相とか
らなり、該結合相が周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化
物，窒化物，ホウ化物,Alの酸化物，窒化物，ホウ化物
及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種でなるセ
ラミックス成分を結合相に対して５〜85体積％と、Al,S
i,Co,Ni,Ti及びこれらの金属間化合物の中の少なくとも
１種を主成分とする金属成分を結合相に対して５〜25体
積％と、ウイスカーを結合相に対して10〜75体積％含有
していることを特徴とするものである。
は、立方晶窒化ホウ素20〜90体積％と、残り結合相とか
らなり、該結合相が周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化
物，窒化物，ホウ化物,Alの酸化物，窒化物，ホウ化物
及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種でなるセ
ラミックス成分を結合相に対して５〜85体積％と、Al,S
i,Co,Ni,Ti及びこれらの金属間化合物の中の少なくとも
１種を主成分とする金属成分を結合相に対して５〜25体
積％と、ウイスカーを結合相に対して10〜75体積％含有
していることを特徴とするものである。
本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体における立方
晶窒化ホウ素は、平均粒径が10μｍ以下、好ましくは平
均粒径が３μｍ以下でなるものである。この立方晶窒化
ホウ素の焼結体中の含有量は、20体積％未満になると立
方晶窒化ホウ素の効果が弱くなって耐摩耗性を著しく低
下すると共にウイスカーの分散による高強度化の効果も
低下する傾向にある。逆に、立方晶窒化ホウ素の焼結体
中の含有量が90体積％を超えて多くなると立方晶窒化ホ
ウ素の結晶粒同志の接触割合が増加して、焼結性の低下
となること、及び相対的に結合相の含有量も少なくなる
ことから焼結体中に分散するウイスカー量も少なくなる
ために強度の低下が著しくなる。
晶窒化ホウ素は、平均粒径が10μｍ以下、好ましくは平
均粒径が３μｍ以下でなるものである。この立方晶窒化
ホウ素の焼結体中の含有量は、20体積％未満になると立
方晶窒化ホウ素の効果が弱くなって耐摩耗性を著しく低
下すると共にウイスカーの分散による高強度化の効果も
低下する傾向にある。逆に、立方晶窒化ホウ素の焼結体
中の含有量が90体積％を超えて多くなると立方晶窒化ホ
ウ素の結晶粒同志の接触割合が増加して、焼結性の低下
となること、及び相対的に結合相の含有量も少なくなる
ことから焼結体中に分散するウイスカー量も少なくなる
ために強度の低下が著しくなる。
本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体における結合
相中のセラミックス成分は、平均粒径が２μｍ以下、好
ましくは平均粒径が１μｍ以下で、特にアルミニウムを
含有した化合物の場合には平均粒径0.5μｍ以下にする
と緻密な焼結体になりより高強度化が達成されるので好
ましいことである。この結合相中のセラミックス成分
は、具体的には、例えばTiC,ZrC,HfC,TaC,NbC,VC,WC,Mo
2C,Cr3C2,TiN,ZrN,HfN,TaN,NbN,VN,CrN,TiB2,ZrB2,Hf
B2,TaB2,NbB2,VB2,Ti（C,N），（Ti,Zr）（C,N），（T
i,W）C,（Ti,Ta）C,（Ti,Ta）（C,N），（Ti,W）（C,
N），（Ti,Ta,W）（C,N）,Al2O3,AlN,AlB2,Al（O,N），
（Al,Ti）（C,N），（Al,Ti）（C,O）などを挙げること
ができる。これらのセラミックス成分の他に結合相を構
成している金属成分は、大体溶解析出により形成される
もので、具体的には、例えばAl,Si,Co,Ni,Tiの単体又は
TiAl,Ti3Al,TiAl3,Ni3Ti,Ni3Al,NiAl,CoAl,CoSi,CoSi2,
Ni3Si,CoAlTi,Ni2AlTiなどを挙げることができる。ま
た、セラミックス成分及び金属成分の他に結合相を構成
しているウイスカーは、例えばAl2O3,SiC,BN,Si3N4,B
4C,AlNなどを挙げることができ、この内、特に炭化ケイ
素，窒化ケイ素又は酸化アルミニウムの中の少なくとも
１種からなる場合には他の結合相及び立方晶窒化ホウ素
の両方に対する相互反応性が少なく、強度を高める傾向
が著しいので好ましいことである。このウイスカーは、
できるだけ細径のものを均一に分散するのがよく、例え
ば平均直径が0.1〜1.0μｍで、平均アスペクト比が10〜
500であるものが特に強度を高める傾向が著しいので好
ましいことである。
相中のセラミックス成分は、平均粒径が２μｍ以下、好
ましくは平均粒径が１μｍ以下で、特にアルミニウムを
含有した化合物の場合には平均粒径0.5μｍ以下にする
と緻密な焼結体になりより高強度化が達成されるので好
ましいことである。この結合相中のセラミックス成分
は、具体的には、例えばTiC,ZrC,HfC,TaC,NbC,VC,WC,Mo
2C,Cr3C2,TiN,ZrN,HfN,TaN,NbN,VN,CrN,TiB2,ZrB2,Hf
B2,TaB2,NbB2,VB2,Ti（C,N），（Ti,Zr）（C,N），（T
i,W）C,（Ti,Ta）C,（Ti,Ta）（C,N），（Ti,W）（C,
N），（Ti,Ta,W）（C,N）,Al2O3,AlN,AlB2,Al（O,N），
（Al,Ti）（C,N），（Al,Ti）（C,O）などを挙げること
ができる。これらのセラミックス成分の他に結合相を構
成している金属成分は、大体溶解析出により形成される
もので、具体的には、例えばAl,Si,Co,Ni,Tiの単体又は
TiAl,Ti3Al,TiAl3,Ni3Ti,Ni3Al,NiAl,CoAl,CoSi,CoSi2,
Ni3Si,CoAlTi,Ni2AlTiなどを挙げることができる。ま
た、セラミックス成分及び金属成分の他に結合相を構成
しているウイスカーは、例えばAl2O3,SiC,BN,Si3N4,B
4C,AlNなどを挙げることができ、この内、特に炭化ケイ
素，窒化ケイ素又は酸化アルミニウムの中の少なくとも
１種からなる場合には他の結合相及び立方晶窒化ホウ素
の両方に対する相互反応性が少なく、強度を高める傾向
が著しいので好ましいことである。このウイスカーは、
できるだけ細径のものを均一に分散するのがよく、例え
ば平均直径が0.1〜1.0μｍで、平均アスペクト比が10〜
500であるものが特に強度を高める傾向が著しいので好
ましいことである。
この本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体における
結合相を構成しているセラミックス成分と金属成分とウ
イスカーとそれぞれの含有比率が耐摩耗性，耐溶着性及
び強度を高めるものである。特に、この結合相中のセラ
ミックス成分が５体積％未満になると相対的に金属成分
及びウイスカーが多くなり、この内金属成分を多くする
と高温で軟化して耐摩耗性及び耐溶着性の低下を生じ、
逆にウイスカーを多くするとウイスカーを保持するため
の強度が不足して焼結体の強度低下となる。逆に、結合
相中のセラミックス成分が85体積％を超えて多くなると
相対的に金属成分及びウイスカーが少なくなって強度低
下が著しくなる。また、特に結合相中の金属成分が５体
積％未満になると金属成分による強度向上が弱くなり、
逆に結合相中の金属成分が25体積％を超えて多くなると
高温で軟化して耐摩耗性及び耐溶着性の低下となる。さ
らに、結合相中のウイスカーが10体積％未満になるとウ
イスカーによる強度向上が弱くなり、逆に結合相中のウ
イスカーが75体積％を超えて多くなると相対的に他の結
合相が少なくなってウイスカーを保持するための強度が
不足し、その結果焼結体の強度低下となる。
結合相を構成しているセラミックス成分と金属成分とウ
イスカーとそれぞれの含有比率が耐摩耗性，耐溶着性及
び強度を高めるものである。特に、この結合相中のセラ
ミックス成分が５体積％未満になると相対的に金属成分
及びウイスカーが多くなり、この内金属成分を多くする
と高温で軟化して耐摩耗性及び耐溶着性の低下を生じ、
逆にウイスカーを多くするとウイスカーを保持するため
の強度が不足して焼結体の強度低下となる。逆に、結合
相中のセラミックス成分が85体積％を超えて多くなると
相対的に金属成分及びウイスカーが少なくなって強度低
下が著しくなる。また、特に結合相中の金属成分が５体
積％未満になると金属成分による強度向上が弱くなり、
逆に結合相中の金属成分が25体積％を超えて多くなると
高温で軟化して耐摩耗性及び耐溶着性の低下となる。さ
らに、結合相中のウイスカーが10体積％未満になるとウ
イスカーによる強度向上が弱くなり、逆に結合相中のウ
イスカーが75体積％を超えて多くなると相対的に他の結
合相が少なくなってウイスカーを保持するための強度が
不足し、その結果焼結体の強度低下となる。
本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体における結合
相と立方晶窒化ホウ素との関係で重要なことは、結合相
中のウイスカー含有量と立方晶窒化ホウ素含有量とが焼
結体の耐摩耗性及び強度に大きく影響を及ぼし、特に結
合相中のウイスカーが20〜55体積％で、かつ立方晶窒化
ホウ素が35〜65体積％である場合（用途によっては立方
晶窒化ホウ素が65〜90体積％がよい）には耐摩耗性及び
強度の両方が安定してすぐれる傾向になる。
相と立方晶窒化ホウ素との関係で重要なことは、結合相
中のウイスカー含有量と立方晶窒化ホウ素含有量とが焼
結体の耐摩耗性及び強度に大きく影響を及ぼし、特に結
合相中のウイスカーが20〜55体積％で、かつ立方晶窒化
ホウ素が35〜65体積％である場合（用途によっては立方
晶窒化ホウ素が65〜90体積％がよい）には耐摩耗性及び
強度の両方が安定してすぐれる傾向になる。
本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体は、従来から
行なわれている立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法によ
り作成することができる。例えば、出発物としての立方
晶窒化ホウ素は、平均粒径15μｍ以下の粉末、好ましく
は平均粒径７μｍ以下の粉末を用い、ウイスカーを除い
た他の結合相となるものはできるだけ微細なサブミクロ
ンの粉末を用いることが好ましいことである。出発物と
してのウイスカーは、焼結体中に存在させるウイスカー
に対して長さ方向で平均1.5〜３倍長いウイスカーを用
いることが好ましいことである。
行なわれている立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法によ
り作成することができる。例えば、出発物としての立方
晶窒化ホウ素は、平均粒径15μｍ以下の粉末、好ましく
は平均粒径７μｍ以下の粉末を用い、ウイスカーを除い
た他の結合相となるものはできるだけ微細なサブミクロ
ンの粉末を用いることが好ましいことである。出発物と
してのウイスカーは、焼結体中に存在させるウイスカー
に対して長さ方向で平均1.5〜３倍長いウイスカーを用
いることが好ましいことである。
これらの出発物を混合する場合に重要なことは、出発
物としてのウイスカーをできるだけ粉砕せずに均一に分
散することである。この混合工程は、従来の粉末冶金に
おける混合方法に応用することができ、例えば粉砕作用
の大きいボールを少量にして混合する方法，振動ミルの
振動のみで混合する方法,Vブレンダーによる混合方法又
は超音波を利用する混合方法などがある。こうして得た
混合粉末を成形体にする場合は、従来の粉末冶金におけ
る成形方法、例えば金型を用いたプレス成形により得る
ことができる。この成形体を従来から用いられている４
方向加圧方式又は６方向加圧方式などの超高圧発生装置
でもって立方晶窒化ホウ素の安定な高圧高温、例えば50
Kbar以上の圧力、1350℃以上の温度で焼結体にすること
ができる。
物としてのウイスカーをできるだけ粉砕せずに均一に分
散することである。この混合工程は、従来の粉末冶金に
おける混合方法に応用することができ、例えば粉砕作用
の大きいボールを少量にして混合する方法，振動ミルの
振動のみで混合する方法,Vブレンダーによる混合方法又
は超音波を利用する混合方法などがある。こうして得た
混合粉末を成形体にする場合は、従来の粉末冶金におけ
る成形方法、例えば金型を用いたプレス成形により得る
ことができる。この成形体を従来から用いられている４
方向加圧方式又は６方向加圧方式などの超高圧発生装置
でもって立方晶窒化ホウ素の安定な高圧高温、例えば50
Kbar以上の圧力、1350℃以上の温度で焼結体にすること
ができる。
（作用） 本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体は、主として
立方晶窒化ホウ素が耐摩耗性を高める作用をし、この立
方晶窒化ホウ素を結合相が保持して強度を高める作用を
しているものである。この結合相の内、セラミックス成
分は、他の結合相成分である金属成分とウイスカーの相
互間の結合強化を行う作用をし、結合相内の金属成分が
焼結時に焼結の促進作用をして、焼結後には立方晶窒化
ホウ素，セラミックス成分及びウイスカーの結晶粒界に
侵入して薄層を形成することにより焼結体の強度を高め
る作用をしているものである。この金属成分の内、非金
属元素との反応性の高い単体、例えばAl,Si,Tiなどを出
発物とした場合は、焼結工程中にその１部がAlN,AlB2,S
i3N4,TiN,TiB2又はこれらを含む固溶体になって焼結の
強度を著しく高める作用をしているものである。また、
結合相中のウイスカーは、他の成分と化学的に強固な結
合を形成しないようにしたもので、このために焼結体に
クラックが発生した場合にウイスカー界面と他成分との
結合の外れ、所謂ウイスカーの引き抜きによるクラツク
の進行エネルギーの吸収及びクラックの進行をウイスカ
ーで偏向させる、所謂クラックの折れ曲りにより焼結体
の強度を著しく高める作用をしているものである。
立方晶窒化ホウ素が耐摩耗性を高める作用をし、この立
方晶窒化ホウ素を結合相が保持して強度を高める作用を
しているものである。この結合相の内、セラミックス成
分は、他の結合相成分である金属成分とウイスカーの相
互間の結合強化を行う作用をし、結合相内の金属成分が
焼結時に焼結の促進作用をして、焼結後には立方晶窒化
ホウ素，セラミックス成分及びウイスカーの結晶粒界に
侵入して薄層を形成することにより焼結体の強度を高め
る作用をしているものである。この金属成分の内、非金
属元素との反応性の高い単体、例えばAl,Si,Tiなどを出
発物とした場合は、焼結工程中にその１部がAlN,AlB2,S
i3N4,TiN,TiB2又はこれらを含む固溶体になって焼結の
強度を著しく高める作用をしているものである。また、
結合相中のウイスカーは、他の成分と化学的に強固な結
合を形成しないようにしたもので、このために焼結体に
クラックが発生した場合にウイスカー界面と他成分との
結合の外れ、所謂ウイスカーの引き抜きによるクラツク
の進行エネルギーの吸収及びクラックの進行をウイスカ
ーで偏向させる、所謂クラックの折れ曲りにより焼結体
の強度を著しく高める作用をしているものである。
実施例 実施例１ 平均粒径３μｍの立方晶窒化ホウ素粉末（CBN）と平
均粒径１μｍの各種セラミックス成分粉末と平均粒径５
μｍ以下の各種金属成分粉末と平均直径0.5μｍ、平均
アスペクト比100のSiCウイスカーをそれぞれ出発物とし
て用いて、第１表のような組成に配合した。この配合物
と超硬合金製ボールとエタノールとを容器に入れて30分
間湿式混合した後乾燥し、次いで金型を用いて2ton/cm2
の圧力で所定の形状に成形した。これらの成形体を圧力
媒体及び黒鉛ヒーターからなる超高圧焼結試料構成部品
に組み込み、超高圧高温装置でもって第２表に示した圧
力，温度及び保持時間の条件で焼結した。こうして得た
各焼結体は、マイロクビッカース（荷重1kg−15秒保
持）による硬さとビッカース圧痕法による破壊靱性値と
下記の（Ａ）〜（Ｄ）の切削試験を行い、これらの結果
を第３表に示した。
均粒径１μｍの各種セラミックス成分粉末と平均粒径５
μｍ以下の各種金属成分粉末と平均直径0.5μｍ、平均
アスペクト比100のSiCウイスカーをそれぞれ出発物とし
て用いて、第１表のような組成に配合した。この配合物
と超硬合金製ボールとエタノールとを容器に入れて30分
間湿式混合した後乾燥し、次いで金型を用いて2ton/cm2
の圧力で所定の形状に成形した。これらの成形体を圧力
媒体及び黒鉛ヒーターからなる超高圧焼結試料構成部品
に組み込み、超高圧高温装置でもって第２表に示した圧
力，温度及び保持時間の条件で焼結した。こうして得た
各焼結体は、マイロクビッカース（荷重1kg−15秒保
持）による硬さとビッカース圧痕法による破壊靱性値と
下記の（Ａ）〜（Ｄ）の切削試験を行い、これらの結果
を第３表に示した。
（Ａ）切削試験条件 被削材 SKD 11（HRc 61） 切削速度 110m/min 切込み 0.5mm 送り 0.1mm/rev 評価 平均逃げ面摩耗量（VB）が0.2mmに達するか
又は途中欠損，チッピングして寿命になるまでの時間。
又は途中欠損，チッピングして寿命になるまでの時間。
（Ｂ）切削試験条件 被削材 SKD 11（HRc 61） 150φの被削材に15mm巾×20mm深さの溝４本入 切削速度 110m/min 切込み 0.3mm 送り 0.1mm/rev 評価 チッピング又は欠損するまでの切削時間。
（Ｃ）切削試験条件 被削材 SKD 9（HRc 64） 150φの被削材に15mm巾×20mm深さの溝２本入 切削速度 100m/min 切込み 0.3mm 送り 0.1mm/rev 評価 チッピング又は欠損するまでの切削時間。
（Ｄ）切削試験条件 被削材 FC 35（Hs 28〜33） 200φの被削材に15mm巾×20mm深さの溝４本入 切削速度 500m/min 切込み 0.5mm 送り 0.2mm/rev 評価 チッピング又は欠損するまでの切削時間。
実施例２ 平均粒径７μｍの立方晶窒化ホウ素粉末（CBN）と実
施例１で用いたセラミックス成分粉末，金属成分粉末及
びSiCウイスカーを用いて第４表のような組成に配合し
た。この配合物を実施例１と同様の方法で混合，乾燥，
成形及び焼結して焼結体を得た。（ただし、焼結条件は
第５表に示す条件で行った。）こうして得た焼結体をそ
れぞれ実施例１の硬さ，破壊靱性値，（Ａ）切削試験条
件，（Ｂ）切削試験条件及び（Ｄ）切削試験条件と同様
の方法でもって評価し、その結果を第６表に示した。
施例１で用いたセラミックス成分粉末，金属成分粉末及
びSiCウイスカーを用いて第４表のような組成に配合し
た。この配合物を実施例１と同様の方法で混合，乾燥，
成形及び焼結して焼結体を得た。（ただし、焼結条件は
第５表に示す条件で行った。）こうして得た焼結体をそ
れぞれ実施例１の硬さ，破壊靱性値，（Ａ）切削試験条
件，（Ｂ）切削試験条件及び（Ｄ）切削試験条件と同様
の方法でもって評価し、その結果を第６表に示した。
実施例３ 実施例１で用いたCBN粉末，セラミックス成分粉末，
金属成分粉末と、平均粒径0.7μm,平均アスペクト比50
内にあるSiC,Al2O3,Si3N4の各ウイスカーを出発物とし
て第７表に示すような組成に配合した。この配合物を実
施例１と同様の方法で混合，乾燥，成形及び焼結して焼
結体を得た。（ただし、焼結条件は第８表に示す条件で
行った。）こうして得た焼結体をそれぞれ実施例１の硬
さ，破壊靱性値，（Ａ）切削試験条件及び（Ｂ）切削試
験条件と同様の方法でもって評価し、その結果を第９表
に示した。
金属成分粉末と、平均粒径0.7μm,平均アスペクト比50
内にあるSiC,Al2O3,Si3N4の各ウイスカーを出発物とし
て第７表に示すような組成に配合した。この配合物を実
施例１と同様の方法で混合，乾燥，成形及び焼結して焼
結体を得た。（ただし、焼結条件は第８表に示す条件で
行った。）こうして得た焼結体をそれぞれ実施例１の硬
さ，破壊靱性値，（Ａ）切削試験条件及び（Ｂ）切削試
験条件と同様の方法でもって評価し、その結果を第９表
に示した。
（発明の効果） 以上の結果、本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体
は、ウイスカーの含有していない従来の立方晶窒化ホウ
素焼結体及び本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体の
組成から外れた比較品に比べて、破壊靱性値が約1.4〜
1.9倍向上し、耐摩耗性及び耐欠損性の両方を含めた切
削試験では約２倍〜18倍も向上するという効果がある。
このことから、本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体
は、例えばNC機械用切削工具材料又は無人化工場におけ
る自動加工機用の加工工具として適用できる産業上有用
な材料である。
は、ウイスカーの含有していない従来の立方晶窒化ホウ
素焼結体及び本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体の
組成から外れた比較品に比べて、破壊靱性値が約1.4〜
1.9倍向上し、耐摩耗性及び耐欠損性の両方を含めた切
削試験では約２倍〜18倍も向上するという効果がある。
このことから、本発明の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体
は、例えばNC機械用切削工具材料又は無人化工場におけ
る自動加工機用の加工工具として適用できる産業上有用
な材料である。
Claims (4)
- 【請求項１】立方晶窒化ホウ素20〜90体積％と、残り結
合相とからなる立方晶窒化ホウ素焼結体において、該結
合相は周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物，窒化物，ホ
ウ化物,Alの酸化物，窒化物，ホウ化物及びこれらの相
互固溶体の中の少なくとも１種でなるセラミックス成分
を該結合相に対して５〜85体積％と、Al,Si,Co,Ni,Ti及
びこれらの金属間化合物の中の少なくとも１種を主成分
とする金属成分を該結合相に対して５〜25体積％と、ウ
イスカーを該結合相に対して10〜75体積％含有している
ことを特徴とする高強度立方晶窒化ホウ素焼結体。 - 【請求項２】上記立方晶窒化ホウ素は、平均粒径が３μ
ｍ以下でなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体。 - 【請求項３】上記セラミックスは、平均粒径が１μｍ以
下でなることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
第２項記載の高強度立方晶窒化ホウ素焼結体。 - 【請求項４】上記ウイスカーは、炭化ケイ素，窒化ケイ
素又は酸化アルミニウムの中の少なくとも１種からな
り、かつ平均直径が0.1〜1.0μｍで平均アスペクト比が
10〜500であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項，第２項または第３項記載の高強度立方晶窒化ホウ素
焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62329327A JP2523452B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 高強度立方晶窒化ホウ素焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62329327A JP2523452B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 高強度立方晶窒化ホウ素焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01172270A JPH01172270A (ja) | 1989-07-07 |
| JP2523452B2 true JP2523452B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=18220215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62329327A Expired - Fee Related JP2523452B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 高強度立方晶窒化ホウ素焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2523452B2 (ja) |
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| JP2782685B2 (ja) * | 1991-04-05 | 1998-08-06 | 工業技術院長 | ダイヤモンド含有高硬度高密度複合焼結体及びその製造法 |
| JP2860394B2 (ja) * | 1991-04-05 | 1999-02-24 | 工業技術院長 | 被覆ダイヤモンド含有高硬度高密度複合焼結体及びその製造法 |
| JP2847173B2 (ja) * | 1991-05-18 | 1999-01-13 | 工業技術院長 | ダイヤモンド焼結体及びその製造法 |
| JP2662578B2 (ja) * | 1991-05-18 | 1997-10-15 | 工業技術院長 | 高圧型窒化硼素焼結体及びその製造法 |
| JP5485999B2 (ja) * | 2008-09-17 | 2014-05-07 | ダイヤモンド イノベイションズ インコーポレーテッド | 立方晶窒化ホウ素セラミック複合体およびその製造方法 |
| GB201002372D0 (en) * | 2010-02-12 | 2010-03-31 | Element Six Production Pty Ltd | A superhard multiphase material and method of using same |
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| WO2021124401A1 (ja) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 住友電気工業株式会社 | 立方晶窒化硼素焼結体 |
| CN114845972A (zh) * | 2019-12-16 | 2022-08-02 | 住友电气工业株式会社 | 立方晶氮化硼烧结体 |
| WO2021124402A1 (ja) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 立方晶窒化硼素焼結体 |
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56156738A (en) * | 1981-03-16 | 1981-12-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Sintered body for high hardness tool and its manufacture |
| JPS60246268A (ja) * | 1984-05-23 | 1985-12-05 | 三菱マテリアル株式会社 | サイアロン基セラミツクス |
-
1987
- 1987-12-25 JP JP62329327A patent/JP2523452B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01172270A (ja) | 1989-07-07 |
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