JP6744014B2 - 立方晶窒化硼素多結晶体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、立方晶窒化硼素多結晶体及びその製造方法に関する。本出願は、２０１８年６月１８日に出願した日本特許出願である特願２０１８−１１５４３２号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

立方晶窒化硼素（以下、「ｃＢＮ」とも記す。）はダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、熱的安定性及び化学的安定性にも優れる。また、ｃＢＮは、鉄系材料に対しては、ダイヤモンドよりも安定なため、鉄系材料の加工工具として立方晶窒化硼素焼結体が用いられてきた。

立方晶窒化硼素焼結体としては、バインダーを１０〜４０体積％程度含むものが用いられていた。しかし、バインダーは焼結体の強度、熱拡散性を低下させる原因となっていた。特に、立方晶窒化硼素焼結体を用いて鉄系材料を高速で切削加工する場合に、熱負荷が大きくなり、刃先の欠損や亀裂が生じやすく、工具の寿命が短くなる傾向があった。

この問題を解決するために、バインダーを用いずに、六方晶窒化硼素を超高圧高温下で触媒を用いず、立方晶窒化硼素へ直接変換させると同時に焼結させることにより、バインダーを含まない立方晶窒化硼素焼結体を得る方法が開発されている。

特開平１１−２４６２７１号公報（特許文献１）には、低結晶性の六方晶窒化硼素を超高温高圧下で立方晶窒化硼素焼結体に直接変換させ、かつ焼結させて、立方晶窒化硼素焼結体を得る技術が開示されている。この立方晶窒化硼素焼結体は、これを構成する立方晶窒化硼素粒子の粒径が小さいため、高い硬度を有するが、一方で、靱性が低下する傾向があった。

立方晶窒化硼素多結晶体の靱性を確保するために、立方晶窒化硼素焼結体中に、長径の大きい粗大な板状組織を存在させる技術が開発されている。これによると、微細なクラックが生じた際に、板状組織がクラックの進展を阻止することができる。

国際公開第２０１６／１２９３２８号（特許文献２）には、粒径０．５μｍ以下の六方晶窒化硼素粉末を超高圧高温下で立方晶窒化硼素及びウルツ鉱型窒化硼素に直接変換させ、かつ焼結させて、微粒の立方晶窒化硼素とともに板状組織を含む立方晶窒化硼素多結晶体を得る技術が開示されている。

国際公開第２０１６／１２５５４８号（特許文献３）には、粗粒の六方晶窒化硼素と、非六方晶窒化硼素又は微粒の六方晶窒化硼素とを超高圧高温下で立方晶窒化硼素に直接変換させ、かつ焼結させて、微粒の立方晶窒化硼素とともに、板状の立方晶窒化硼素を含む立方晶窒化硼素多結晶体を得る技術が開示されている。

特開平１１−２４６２７１号公報 国際公開第２０１６／１２９３２８号 国際公開第２０１６／１２５５４８号

本発明者らは、従来の立方晶窒化硼素多結晶に生じる突発的な欠損の要因について調べたところ、焼結体組織中の粗大粒の存在により、焼結体組織の均質性が低下し、強度及び靱性が低下していることを見出した。そこで、焼結体組織中の粗大粒を低減することにより、この突発的な欠損を低減できると仮定し、鋭意検討したところ、本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体を下記の通り完成させた。

［１］本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素多結晶体は、
立方晶窒化硼素を９８．５体積％以上含む立方晶窒化硼素多結晶体であって、
前記立方晶窒化硼素多結晶体は、その断面を走査型電子顕微鏡を用いて１００００倍の倍率で観察した場合、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１が２０面積％以下である、立方晶窒化硼素多結晶体である。

［２］本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法は、
上記［１］に記載の立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法であって、
六方晶窒化硼素粉末を準備する工程と、
前記六方晶窒化硼素粉末を、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力を通過せずに、１９００℃以上２４００℃以下の温度、及び、８ＧＰａ以上の圧力まで加熱加圧する加熱加圧工程と、を備え、
前記ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力は、温度をＴ℃、圧力をＰＧＰａとした時に、下記式１及び下記式２を同時に満たす温度及び圧力である、
Ｐ≧−０．００３７Ｔ＋１１．３０１ 式１
Ｐ≦−０．０８５Ｔ＋１１７ 式２
立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法である。

図１は、本開示の一実施の形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体のＸ線スペクトルである。 図２は、本開示の一実施の形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体のＳＥＭ画像である。 図３は、従来の立方晶窒化硼素多結晶体のＳＥＭ画像である。 図４は、窒化硼素の圧力−温度相図である。 図５は、本開示の一実施の形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体の製造工程を説明するための図である。 図６は、従来の立方晶窒化硼素多結晶体の製造工程を説明するための図である。 図７は、立方晶窒化硼素多結晶体の測定箇所を説明するための図である。 図８は、結晶粒のアスペクト比を説明するための図である。

[本開示が解決しようとする課題]
特許文献２及び特許文献３の立方晶窒化硼素多結晶体は、主に焼結合金や鋳鉄等の比較的切削加工が容易な材料の切削に使用されていた。一方、近年、航空機や医療等の産業分野では、チタン系合金、コバルトクロム合金等の難削材が用いられるようになり、これらの難削材の高能率加工の要求が高まっている。

本発明者らは、これらの難削材の高能率加工に、特許文献２及び特許文献３の立方晶窒化硼素多結晶体を用いた場合、優れた耐摩耗性を発揮する一方で、工具寿命にばらつきが生じる傾向があるという新たな課題を見出した。

そこで、本目的は、工具として用いた場合に、難削材の高能率加工においても、工具寿命のばらつきがなく、安定的に長い工具寿命を有することのできる立方晶窒化硼素多結晶体を提供することを目的とする。

[本開示の効果]
上記態様によれば、立方晶窒化硼素多結晶体は、工具として用いた場合に、難削材の高効率加工においても、工具寿命のばらつきがなく、安定的に長い工具寿命を有することができる。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

（１）本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素多結晶体は、
立方晶窒化硼素を９８．５体積％以上含む立方晶窒化硼素多結晶体であって、
前記立方晶窒化硼素多結晶体は、その断面を走査型電子顕微鏡を用いて１００００倍の倍率で観察した場合、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１が２０面積％以下である、立方晶窒化硼素多結晶体である。

この立方晶窒化硼素多結晶体は、工具として用いた場合に、難削材の高能率加工においても、工具寿命のばらつきがなく、安定的に長い工具寿命を有することができる。

（２）前記結晶粒は、円相当径のメジアン径ｄ５０が０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。これによると、立方晶窒化硼素多結晶体の耐摩耗性が向上する。

（３）前記メジアン径ｄ５０は、０．１５μｍ以上０．３５μｍ以下であることが好ましい。これによると、立方晶窒化硼素多結晶体の耐摩耗性が更に向上する。

（４）前記面積比率Ｓ１は１５面積％以下であることが好ましい。これによると、立方晶窒化硼素多結晶体の工具寿命が更に向上する。

（５）前記面積比率Ｓ１は１０面積％以下であることが好ましい。これによると、立方晶窒化硼素多結晶体の工具寿命が更に向上する。

（６）前記立方晶窒化硼素多結晶体は、その断面を走査型電子顕微鏡を用いて１００００倍の倍率で観察した場合、アスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２が５面積％以下であることが好ましい。これによると、立方晶窒化硼素多結晶体の工具寿命が更に向上する。

（７）前記面積比率Ｓ２は３面積％以下であることが好ましい。これによると、立方晶窒化硼素多結晶体の工具寿命が更に向上する。

（８）本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法は、
上記（１）〜（７）のいずれかに記載の立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法であって、
六方晶窒化硼素粉末を準備する工程と、
前記六方晶窒化硼素粉末を、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力を通過せずに、１９００℃以上２４００℃以下の温度、及び、８ＧＰａ以上の圧力まで加熱加圧する加熱加圧工程と、を備え、
前記ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力は、温度をＴ℃、圧力をＰＧＰａとした時に、下記式１及び下記式２を同時に満たす温度及び圧力である、
Ｐ≧−０．００３７Ｔ＋１１．３０１ 式１
Ｐ≦−０．０８５Ｔ＋１１７ 式２
立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法である。

この方法で得られた立方晶窒化硼素多結晶体は、工具として用いた場合に、難削材の高能率加工においても、工具寿命のばらつきがなく、安定的に長い工具寿命を達成することができる。

（９）前記加熱加圧工程の前に、前記六方晶窒化硼素粉末を、−５０℃以上１００℃以下の温度範囲を維持しつつ、０．５ＧＰａ以上６ＧＰａ以下の圧力まで加圧する前処理工程を備えることが好ましい。

前処理工程を行うことにより、六方晶窒化硼素粉末の間隙を圧縮し、六方晶窒化硼素粉末中に存在する不要なガスを系外に排出することができる。よって、当該ガスと六方晶窒化硼素粉末との化学反応に起因する品質低下を防止することができる。

前処理工程を行うことにより、更なる加圧を行っても外形の変化がほとんど生じない程度に六方晶窒化硼素粉末の密度を高くすることができる。この状態で、加熱加圧工程を行うことができるため、安定して製造することができる。

（１０）前記加熱加圧工程の後に、前記加熱加圧工程により得られた立方晶窒化硼素多結晶体を、１９００℃以上２４００℃以下の温度、及び、８ＧＰａ以上の圧力条件下で１０分以上保持する温度圧力保持工程を備えることが好ましい。これによると、得られた立方晶窒化硼素多結晶体は、更に長い工具寿命を達成することができる。

（１１）前記加熱加圧工程は、温度Ｔの増加量ΔＴ１と、前記ΔＴ１に対する圧力Ｐの増加量ΔＰ１との比の値ΔＰ１／ΔＴ１が一定である第１加熱加圧工程、及び、温度Ｔの増加量ΔＴ２と、前記ΔＴ２に対する圧力Ｐの増加量ΔＰ２との比の値ΔＰ２／ΔＴ２が一定である第２加熱加圧工程を含み、
前記第１加熱加圧工程の後に前記第２加熱加圧工程が行われ、
前記値ΔＰ２／ΔＴ２は、前記値ΔＰ１／ΔＴ１よりも大きいことが好ましい。

これによると、加熱加圧工程がウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内を通過することを確実に回避することができる。

（１２）前記第１加熱加圧工程は、少なくとも下記式３の条件を満たす温度及び圧力に到達するまで、下記式４の条件を満たす温度及び圧力で行われることが好ましい。

Ｐ＝−０．０８５Ｔ＋１１７ 式３
Ｐ＜０．００５１Ｔ−０．１２７５ 式４
これによると、加熱加圧工程がウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内を通過することを確実に回避することができる。

（１３）前記第１加熱加圧工程は、下記式５及び下記式６の条件を満たす温度及び圧力で行われることが好ましい。

Ｐ＜−０．０８５Ｔ＋１１７ 式５
Ｐ＜０．００５１Ｔ−０．１２７５ 式６
これによると、加熱加圧工程がウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内を通過することを確実に回避することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の一実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体及びその製造方法を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

［実施の形態１：立方晶窒化硼素多結晶体］
本開示の一実施の形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体について、図１〜図３、図７及び図８を用いて説明する。図１は、本開示の一実施の形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体のＸ線スペクトルである。図２は、本開示の一実施の形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体のＳＥＭ画像である。図３は、従来の立方晶窒化硼素多結晶体のＳＥＭ画像である。図７は、立方晶窒化硼素多結晶体の測定箇所を説明するための図である。図８は、結晶粒のアスペクト比を説明するための図である。

＜立方晶窒化硼素多結晶体＞
本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体は、立方晶窒化硼素を９８．５体積％以上含み、その断面を走査型電子顕微鏡を用いて１００００倍の倍率で観察した場合、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１が２０％以下である。

本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体は焼結体であるが、通常焼結体とはバインダーを含むことを意図する場合が多いため、本実施形態では「多結晶体」という用語を用いている。

本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体は、工具として用いた場合、難削材の高能率加工においても、工具寿命のばらつきがなく、安定的に長い工具寿命を有することができる。この理由は、下記の（i）及び（ii）の通りと推察される。

（i）本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体は、立方晶窒化硼素を９８．５体積％以上含み、実質的にバインダー、焼結助剤、触媒等を含まない。このため、立方晶窒化硼素同士が強固に結合しており、立方晶窒化硼素多結晶体の強度及び熱拡散性が向上している。よって、該立方晶窒化硼素多結晶体は、難削材の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。

（ii）本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体は、その断面における円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１が２０％以下であり、立方晶窒化硼素多結晶体中の粗大粒の割合が低減されている。よって、該立方晶窒化硼素多結晶体では、焼結体組織の均質性が向上するため、該立方晶窒化硼素多結晶体は、強度及び靱性が向上し、難削材の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。

＜組成＞
立方晶窒化硼素多結晶体は、立方晶窒化硼素を９８．５体積％以上含む。これにより、立方晶窒化硼素多結晶体は、優れた硬度を有し、熱的安定性及び化学的安定性にも優れる。

立方晶窒化硼素多結晶体は、本実施形態の効果を示す範囲において、立方晶窒化硼素に加えて、圧縮型六方晶窒化硼素及びウルツ鉱型窒化硼素の一方又は両方を合計で１．５体積％以下含んでいても構わない。ここで、「圧縮型六方晶窒化硼素」とは、通常の六方晶窒化硼素と結晶構造が類似し、ｃ軸方向の面間隔が通常の六方晶窒化硼素の面間隔（０．３３３ｎｍ）よりも小さいものを示す。

本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体は、本実施形態の効果を示す範囲において不可避不純物を含んでいても構わない。不可避不純物としては、例えば、水素、酸素、炭素、アルカリ金属元素（リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）等）及びアルカリ土類金属元素（カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）等）等の金属元素を挙げることができる。立方晶窒化硼素多結晶体が不可避不純物を含む場合は、不可避不純物の含有量は０．１体積％以下であることが好ましい。不可避不純物の含有量は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定することができる。

該立方晶窒化硼素多結晶体は、実質的にバインダー、焼結助剤、触媒等を含まない。これにより、立方晶窒化硼素多結晶体の強度及び熱拡散性が向上している。

立方晶窒化硼素多結晶体中の立方晶窒化硼素の含有率は、９８．５体積％以上１００体積％以下が好ましく、９９体積％以上１００体積％以下が更に好ましい。

立方晶窒化硼素多結晶体中の圧縮型六方晶窒化硼素及びウルツ鉱型窒化硼素の含有率の合計は、０体積％以上１．５体積％以下が好ましく、０体積％以上１体積％以下が更に好ましく、０体積％が最も好ましい。すなわち、立方晶窒化硼素多結晶体には、圧縮型六方晶窒化硼素及びウルツ鉱型窒化硼素のいずれも含まれないことが最も好ましい。

立方晶窒化硼素多結晶体中の圧縮型六方晶窒化硼素の含有率は０体積％以上１．５体積％以下が好ましく、０体積％以上１体積％以下がより好ましく、０体積％が最も好ましい。すなわち、立方晶窒化硼素多結晶体には、圧縮型六方晶窒化硼素が含まれないことが最も好ましい。

立方晶窒化硼素多結晶体中のウルツ鉱型窒化硼素の含有率は０体積％以上１．５体積％以下が好ましく、０体積％以上１体積％以下がより好ましく、０体積％が最も好ましい。すなわち、立方晶窒化硼素多結晶体には、ウルツ鉱型窒化硼素が含まれないことが最も好ましい。

立方晶窒化硼素多結晶体中の立方晶窒化硼素、圧縮型六方晶窒化硼素及びウルツ鉱型窒化硼素の含有率（体積％）は、Ｘ線回折法により測定することができる。具体的な測定方法は下記の通りである。

立方晶窒化硼素多結晶体をダイヤモンド砥石電着ワイヤーで切断し、切断面を観察面とする。

Ｘ線回折装置（Ｒｉｇａｋｕ社製「ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００」（商品名））を用いて立方晶窒化硼素多結晶体の切断面のＸ線スペクトルを得る。このときのＸ線回折装置の条件は例えば、下記の通りとする。
特性Ｘ線： Ｃｕ−Ｋα（波長１．５４Å）
管電圧： ４５ｋＶ
管電流： ４０ｍＡ
フィルター： 多層ミラー
光学系： 集中法
Ｘ線回折法： θ−２θ法。

得られたＸ線スペクトルにおいて、下記のピーク強度Ａ、ピーク強度Ｂ及びピーク強度Ｃを測定する。

ピーク強度Ａ：回折角２θ＝２８．５°付近のピーク強度（図１のＡで示されるピーク強度）から、バックグランドを除いた圧縮型六方晶窒化硼素のピーク強度。

ピーク強度Ｂ：回折角２θ＝４０．８°付近のピーク強度（図１のＢで示されるピーク強度）から、バックグラウンドを除いたウルツ鉱型窒化硼素のピーク強度。

ピーク強度Ｃ：回折角２θ＝４３．５°付近のピーク強度（図１のＣで示されるピーク強度）から、バックグラウンドを除いた立方晶窒化硼素のピーク強度。

圧縮型六方晶窒化硼素の含有率は、ピーク強度Ａ／（ピーク強度Ａ＋ピーク強度Ｂ＋ピーク強度Ｃ）の値を算出することにより得られる。ウルツ鉱型窒化硼素の含有率は、ピーク強度Ｂ／（ピーク強度Ａ＋ピーク強度Ｂ＋ピーク強度Ｃ）の値を算出することにより得られる。立方晶窒化硼素多結晶体の含有率は、ピーク強度Ｃ／（ピーク強度Ａ＋ピーク強度Ｂ＋ピーク強度Ｃ）の値を算出することにより得られる。圧縮型六方晶窒化硼素、ウルツ鉱型窒化硼素及び立方晶窒化硼素は、全て同程度の電子的な重みを有するため、上記のＸ線ピーク強度比を立方晶窒化硼素多結晶体中の体積比と見なすことができる。

＜結晶粒＞
（円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１）
立方晶窒化硼素多結晶体は、立方晶窒化硼素の結晶粒、並びに、任意で圧縮型六方晶窒化硼素の結晶粒及びウルツ鉱型窒化硼素の結晶粒を含む複数の結晶粒から構成される。立方晶窒化硼素多結晶体は、その断面を走査型電子顕微鏡を用いて１００００倍の倍率で観察した場合、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１（以下、「面積比率Ｓ１」とも記す。）が２０％以下である。ここで円相当径とは、結晶粒の面積と同一の面積を有する円の直径を意味する。

該立方晶窒化硼素多結晶体は、円相当径が１μｍ以上の粗大粒の含有率が低減されている。よって、該立方晶窒化硼素多結晶体は、焼結体組織の均質性が向上するため、強度及び靱性が向上し、難削材の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。

本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体の結晶体組織が均質であることは、例えば、立方晶窒化硼素をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡）で観察することにより確認することができる。図２は、本開示の一実施の形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体のＳＥＭ画像である。図３は、従来の立方晶窒化硼素多結晶体のＳＥＭ画像である。図２及び図３はいずれも同じ観察倍率で撮影されたものである。これらのＳＥＭ画像を比較すると、図３より図２の方が、結晶粒の大きさや形状が均質であることが分かる。

円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１は、０面積％以上２０面積％以下が好ましく、０面積％以上１５面積％以下がより好ましく、０面積％以上１０面積％以下が更に好ましい。

（メジアン径ｄ５０）
結晶粒は、円相当径のメジアン径ｄ５０が０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。従来、立方晶窒化硼素多結晶体は、結晶粒の粒径が小さいほど切削性能が向上すると考えられていた。このため、立方晶窒化硼素多結晶体を構成する結晶粒の粒径を小さくしていた（例えば、平均粒径１００ｎｍ未満）が、これにより靱性が低下する傾向があった。一方、本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体においては、結晶粒の粒径が、従来に比べて大きいため、立方晶窒化硼素多結晶体の靱性が向上し、耐摩耗性が向上する。結晶粒の円相当径のメジアン径ｄ５０は、０．１５μｍ以上０．３５μｍ以下がより好ましく、０．２μｍ以上０．３μｍ以下が更に好ましい。

（アスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２）
立方晶窒化硼素多結晶体は、その断面を走査型電子顕微鏡を用いて１００００倍の倍率で観察した場合、アスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２（以下、「面積比率Ｓ２」とも記す。）が５面積％以下であることが好ましい。従来の立方晶窒化硼素多結晶体では、粒径を小さくすることに伴う靱性の低下を、立方晶多結晶体中に板状組織を存在させることにより補っていた。しかし、この板状組織は、特に難削材の高能率加工中に、突発的に刃先から脱落して刃先の欠損を生じさせるため、工具寿命のばらつき及び低下の要因となっていた。

本実施形態に係る該立方晶窒化硼素多結晶体においては、アスペクト比が４以上の粒子の含有率が低減されている。よって、該立方晶窒化硼素多結晶体は、アスペクト比が４以上の粒子に起因する突発的な刃先の欠損が生じにくく、難削材の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。

アスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２は、０面積％以上５面積％以下が好ましく、０面積％以上３面積％以下がより好ましく、０面積％以上２面積％以下が更に好ましい。

（面積比率Ｓ１、面積比率Ｓ２、及び、結晶粒の円相当径のメジアン径ｄ５０の測定方法）
本明細書において、立方晶窒化硼素多結晶体における円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１、アスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２及び結晶粒の円相当径のメジアン径ｄ５０とは、任意に選択された５箇所の各測定箇所において、面積比率Ｓ１、面積比率Ｓ２及び結晶粒のメジアン径ｄ５０をそれぞれ測定し、これらの平均値を算出することにより得られた値を意味する。

測定箇所は、例えば、立方晶窒化硼素多結晶体が円柱形状の場合は、図７の番号１〜５に示される５箇所の測定箇所（上下面近傍に２箇所（番号１及び３の場所）、中央部に１箇所（番号２の場所）及び側面近傍に２箇所（番号４及び５の場所））とすることができる。

立方晶窒化硼素多結晶体が切削工具の一部として用いられている場合は、立方晶窒化硼素多結晶体の部分を、ワイヤー放電加工やダイヤモンド砥石電着ワイヤー等で切り出して、切り出した断面にＣＰ（クロスセクションポリッシャ）加工を行い、ＣＰ加工面において５箇所の測定箇所を任意に設定する。

各測定箇所における面積比率Ｓ１、面積比率Ｓ２及び結晶粒の円相当径のメジアン径ｄ５０の測定方法について下記に具体的に説明する。

測定箇所が露出するように立方晶窒化硼素多結晶体をワイヤー放電加工やダイヤモンド砥石電着ワイヤー等で切断し、切断面にＣＰ（クロスセクションポリッシャ）加工を行う。ＣＰ加工面上の測定箇所をＳＥＭ（日本電子株式会社社製「ＪＳＭ−７５００Ｆ」（商品名））を用いて観察し、ＳＥＭ画像を得る。測定視野のサイズは１２μｍ×１５μｍとし、観察倍率は１００００倍とする。

５つのＳＥＭ画像のそれぞれについて、測定視野内に観察される結晶粒の粒界を分離した状態で、画像処理ソフト（Win Roof ver.7.4.5）を用いて、各結晶粒のアスペクト比及び各結晶粒の面積、及び、結晶粒の円相当径の分布を算出する。ここでアスペクト比は、切断面における結晶粒の長径と短径との比の値（長径／短径）を意味する。結晶粒の形状が図８に示されるような不定形状の場合は、アスペクト比は、画像処理ソフトを用いて、下記（ａ）〜（ｃ）の手順に従い算出される。

（ａ）結晶粒の内部で引くことができる（両端が結晶粒界に接する）最も長い線分（以下、「第１の線分」とも記す。）を特定し、該第１の線分の長さＬ１を測定する。

（ｂ）上記の第１の線分に直交し、かつ、結晶粒の内部で引くことができる（両端が結晶粒界に接する）最も長い線分（以下、「第２の線分」とも記す。）を特定し、該第２の線分の長さＬ２を測定する。

（ｃ）第１の線分の長さＬ１と第２の線分の長さＬ２との比の値（Ｌ１／Ｌ２）を算出する。該（Ｌ１／Ｌ２）の値をアスペクト比とする。

各結晶粒のアスペクト比及び各結晶粒の面積から、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１及びアスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２を算出する。結晶粒の円相当径の分布から、メジアン径ｄ５０を算出する。面積比率Ｓ１、面積比率Ｓ２及びメジアン径ｄ５０は、測定視野の全体を分母として算出する。

＜用途＞
本実施形態に係る窒化硼素多結晶体は、切削工具、耐摩工具、研削工具などに用いることが好適である。すなわち、本実施形態に係る切削工具、耐摩工具および研削工具は、それぞれ上記窒化硼素多結晶体を備えることが好ましい。

本実施形態に係る切削工具、耐摩工具および研削工具はそれぞれ、その全体が立方晶窒化硼素多結晶体で構成されていても良いし、その一部（たとえば切削工具の場合、刃先部分）のみが窒化硼素多結晶体で構成されていても良い。さらに、各工具の表面にコーティング膜が形成されていても良い。

本実施形態に係る切削工具としては、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ、切削バイトなどを挙げることができる。

本実施形態に係る耐摩工具としては、ダイス、スクライバー、スクライビングホイール、ドレッサーなどを挙げることができる。本実施形態に係る研削工具としては、研削砥石などを挙げることができる。

［実施の形態２：立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法］
本開示の一実施の形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法を、図４〜図６を用いて説明する。図４は、窒化硼素の圧力−温度相図である。図５は、本開示の一実施の形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体の製造工程を説明するための図である。図６は、従来の立方晶窒化硼素多結晶体の製造工程を説明するための図である。

本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法は、上記の立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法である。該製造方法は、六方晶窒化硼素粉末を準備する工程（以下、「準備工程」とも記す。）と、六方晶窒化硼素粉末を、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力を通過せずに、１９００℃以上２４００℃以下の温度、及び、８ＧＰａ以上の圧力まで加熱加圧する加熱加圧工程（以下、「加熱加圧工程」とも記す。）と、を備える。ここで、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力は、温度をＴ℃、圧力をＰＧＰａとした時に、下記式１及び下記式２を同時に満たす温度及び圧力である。

Ｐ≧−０．００３７Ｔ＋１１．３０１ 式１
Ｐ≦−０．０８５Ｔ＋１１７ 式２
本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法によれば、六方晶窒化硼素粉末をウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力を通過せずに、立方晶窒化硼素多結晶体に直接変換させる。よって、得られた立方晶窒化硼素多結晶体では、粗大粒の発生が抑制されている。このため、この立方晶窒化硼素多結晶体は、焼結体組織の均質性が向上して強度及び靱性が向上し、難削材の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。

本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶の製造方法は、加熱加圧工程の前に、六方晶窒化硼素粉末を、−５０℃以上１００℃以下の温度範囲を維持しつつ、０．５ＧＰａ以上６ＧＰａ以下の圧力まで加圧する前処理工程（以下、「前処理工程」とも記す。）を備えることができる。

本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶の製造方法は、加熱加圧工程の後に、加熱加圧工程により得られた立方晶窒化硼素多結晶体を、１９００℃以上２４００℃以下の温度、及び、８ＧＰａ以上の圧力条件下で１０分以上保持する温度圧力保持工程（以下、「温度圧力保持工程」とも記す。）を備えることができる。

まず、本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法の詳細な説明を行う前に、その理解を助けるため、従来検討されてきた立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法について説明する。

図４に示されるように、窒化硼素には、常温常圧の安定相である六方晶窒化硼素、高温高圧の安定相である立方晶窒化硼素、及び、六方晶窒化硼素から立方晶窒化硼素への転移の間の準安定相であるウルツ鉱型窒化硼素の３つの相が存在する。

各相の境界は一次関数で表すことができる。本明細書において、各相の安定領域内の温度及び圧力は、一次関数を用いて示すことができるものとする。

本明細書において、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力（図４において、「ｗＢＮ安定領域」と記す。）は、温度をＴ℃、圧力をＰＧＰａとした時に、下記式１及び下記式２を同時に満たす温度及び圧力として定義する。

Ｐ≧−０．００３７Ｔ＋１１．３０１ 式１
Ｐ≦−０．０８５Ｔ＋１１７ 式２
本明細書において、六方晶窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力（図４において、「ｈＢＮ安定領域」と記す。）は、温度をＴ℃、圧力をＰＧＰａとした時に、下記式（Ａ）及び下記式（Ｂ）を同時に満たす温度及び圧力、又は下記式（Ｃ）及び下記式（Ｄ）を当時に満たす温度及び圧力として定義する。

Ｐ≦−０．００３７Ｔ＋１１．３０１ （Ａ）
Ｐ≦−０．０８５Ｔ＋１１７ （Ｂ）
Ｐ≦０．００２７Ｔ＋０．３３３３ （Ｃ）
Ｐ≧−０．０８５Ｔ＋１１７ （Ｄ）
本明細書において、立方晶窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力（図４において、「ｃＢＮ安定領域」と記す。）は、温度をＴ℃、圧力をＰＧＰａとした時に、下記式（Ｄ）及び下記式（Ｅ）を同時に満たす温度及び圧力として定義する。

Ｐ≧−０．０８５Ｔ＋１１７ （Ｄ）
Ｐ≧０．００２７Ｔ＋０．３３３３ （Ｅ）
本実施形態では、加熱加圧工程において到達する温度及び圧力、及び、温度圧力保持工程において保持される温度及び圧力は、温度１９００℃以上２４００℃以下及び圧力８ＧＰａ以上である。この温度及び圧力は、優れた工具性能を有する立方晶窒化硼素が得られる温度及び圧力である。すなわち、本実施形態では、１９００℃以上２４００℃以下及び圧力８ＧＰａ以上を目的温度及び目的圧力として設定している。

従来、六方晶窒化硼素を、立方晶窒化硼素の安定領域内の目的温度及び目的圧力まで到達させるための温度及び圧力の経路として、下記の３つの経路が検討されていた（図６参照）。

第１の経路：開始温度及び開始圧力（常温常圧）から、圧力を目的圧力まで上げ（図６の矢印Ｒ１）、その後に、温度を目的温度まで上げる（図６の矢印Ｒ２）。

第１の経路は、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内を通過する。従って、六方晶窒化硼素がウルツ鉱型窒化硼素への変換を経た後に立方晶窒化硼素へ変換される。六方晶窒化硼素は層状の構造であり、ウルツ鉱型窒化硼素もそれを引き継いで柱状結晶となる。この柱状結晶が立方晶窒化硼素へ変換するため、柱状結晶の結晶型に影響されて、板状粒子が生じ、得られた立方晶窒化硼素には粗大粒が存在する。よって、この立方晶窒化硼素は、加工時に突発的な欠損が生じることがあった。

第２の経路：開始温度及び開始圧力（常温常圧）から、目的温度及び目的圧力まで、温度の増加量に対する圧力の増加量を一定に保ったまま、加熱加圧する（図６の矢印Ｒ３）。

第２の経路は、大きな初期変形と加熱を同時に進めるため、量的安定性が不十分である。更に、優れた工具性能を有する立方晶窒化硼素が得られる目的温度及び目的圧力まで、温度の増加量に対する圧力の増加量を一定に保って加熱加圧すると、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内を通過することになり、得られた立方晶窒化硼素には粗大粒が存在する。よって、この立方晶窒化硼素は、加工時に突発的な欠損が生じることがあった。

第３の経路：開始温度及び開始圧力（常温常圧）から、温度を目的温度まで上げ（図６の矢印Ｒ４）、その後に、圧力を目的圧力まで上げる（図６の矢印Ｒ５）。

第３の経路では、六方晶窒化硼素が圧力の低い環境で高温にさらされるため、六方晶窒化硼素や立方晶窒化硼素が酸化されてしまう。更に、設備の耐久性の観点から、この経路は通常選択されない。

上記の通り、従来検討されてきた温度及び圧力の経路では、粗大粒が存在せず、かつ、強度及び靱性に優れた立方晶窒化硼素多結晶体を製造することができない。本発明者らはこの状況を鑑み、圧力及び温度の経路を鋭意検討した結果、六方晶窒化硼素を、上記の加熱加圧工程に規定される温度及び圧力条件で処理することにより、焼結体中の粗大粒の発生が抑制され、かつ、強度及び靱性が向上し、難削材の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる立方晶多結晶体を得ることができることを見いだした。本実施形態に係る製造方法の各工程の詳細について、下記に説明する。

＜準備工程＞
立方晶窒化硼素多結晶体の原料として、六方晶窒化硼素粉末を準備する。六方晶窒化硼素粉末は、純度（六方晶窒化硼素の含有率）が９８．５％以上が好ましく、９９％以上がより好ましく、１００％が最も好ましい。六方晶窒化硼素粉末の粒径は特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。

＜前処理工程＞
次に、六方晶窒化硼素粉末を、超高圧高温発生装置を用いて、−５０℃以上１００℃以下の温度範囲を維持しつつ、０．５ＧＰａ以上６ＧＰａ以下の圧力（以下、「前処理工程到達圧力」とも記す。）まで加圧する（例えば図５の矢印Ａ１、矢印Ａ２、矢印Ａ３）。

前処理工程を行うことにより、六方晶窒化硼素粉末の間隙を圧縮し、六方晶窒化硼素粉末中に存在する不要なガスを系外に排出することができる。よって、当該ガスと六方晶窒化硼素粉末との化学反応に起因する品質低下を防止することができる。

前処理工程を行うことにより、更なる加圧を行っても外形の変化がほとんど生じない程度に六方晶窒化硼素粉末の密度を高くすることができる。この状態で、加熱加圧工程を行うことができるため、安定して製造することができる。

前処理工程における温度は、−５０℃以上１００℃以下の温度範囲に維持することが好ましく、０℃以上５０℃以下の温度範囲に維持することがより好ましい。前処理工程における前処理工程到達圧力は、０．５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下が好ましく、１ＧＰａ以上３ＧＰａ以下が更に好ましい。

本実施形態に係る立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法において、前処理工程は任意で行われる工程である。従って、上記の準備工程の後に、前処理工程を行わずに、後述する加熱加圧工程を行うことができる。

＜加熱加圧工程＞
次に、六方晶窒化硼素粉末を、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力を通過せずに、１９００℃以上２４００℃以下の温度（以下、「加熱加圧工程における到達温度」とも記す。）、及び、８ＧＰａ以上の圧力（以下、「加熱加圧工程における到達圧力」とも記す。）まで加熱加圧する。前記の前処理工程を行った場合は、前処理工程後の六方晶窒化硼素粉末を、前処理工程の最後に到達した到達温度、及び、前処理工程到達圧力から、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力を通過せずに、１９００℃以上２４００℃以下の温度、及び、８ＧＰａ以上の圧力まで加熱加圧する。

加熱加圧工程では、六方晶窒化硼素粉末中の六方晶窒化硼素が、ウルツ鉱型窒化硼素への変換を経ずに、直接立方晶窒化硼素に変換される。よって、本実施形態の製造方法により得られた立方晶窒化硼素多結晶体では、ウルツ鉱型窒化硼素の含有量が低減される。更に、本実施形態の加熱加圧工程では、六方晶窒化硼素を立方晶窒化硼素へと直接相変化させるため、ウルツ鉱型窒化硼素を経由することに起因するアスペクト比が４以上の粒子の発生を低減することができる。

加熱加圧工程は、温度Ｔの増加量ΔＴ１と、前記ΔＴ１に対する圧力Ｐの増加量ΔＰ１との比の値ΔＰ１／ΔＴ１が一定である第１加熱加圧工程（例えば図５の矢印Ｂ１、矢印Ｂ２、矢印Ｂ３）、及び、温度Ｔの増加量ΔＴ２と、前記ΔＴ２に対する圧力Ｐの増加量ΔＰ２との比の値ΔＰ２／ΔＴ２が一定である第２加熱加圧工程（例えば図５の矢印Ｃ１、矢印Ｃ２、矢印Ｃ３）を含み、第１加熱加圧工程の後に第２加熱加圧工程が行われ、値ΔＰ２／ΔＴ２は、値ΔＰ１／ΔＴ１よりも大きいことが好ましい。これによると、加熱加圧工程がウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内を通過することを確実に回避することができる。

例えば図５の矢印Ｂ２に示されるように、第１加熱加圧工程は、少なくとも下記式３の条件を満たす温度及び圧力に到達するまで、式４の条件を満たす温度及び圧力で行われることが好ましい。

Ｐ＝−０．０８５Ｔ＋１１７ 式３
Ｐ＜０．００５１Ｔ−０．１２７５ 式４
これによると、加熱加圧工程がウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内を通過することを確実に回避することができる。

例えば図５の矢印Ｂ３に示されるように、第１加熱加圧工程は、下記式５及び下記式６の条件を満たす温度及び圧力で行われることが好ましい。

Ｐ＜−０．０８５Ｔ＋１１７ 式５
Ｐ＜０．００５１Ｔ−０．１２７５ 式６
これによると、加熱加圧工程がウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内を通過することを確実に回避することができる。

加熱加圧工程における到達温度は１９００℃以上２４００℃以下が好ましく、２１００℃以上２３００℃以下がより好ましい。加熱加圧工程における到達圧力は８ＧＰａ以上１５ＧＰａ以下が好ましく、９ＧＰａ以上１２ＧＰａ以下がより好ましい。

上記の通り、六方晶窒化硼素粉末に加熱加圧工程を行うことにより、立方晶窒化硼素多結晶体を得ることができる。

＜温度圧力保持工程＞
上記の加熱加圧工程の後に、加熱加圧工程により得られた立方晶窒化硼素多結晶体を、１９００℃以上２４００℃以下の温度（以下、「焼結温度」とも記す。）、及び、８ＧＰａ以上の圧力（以下、「焼結圧力」とも記す。）条件下で１０分以上保持する工程を行うことができる。これにより、得られた立方晶窒化硼素多結晶体は、立方晶窒化硼素の含有率が大きくなり、更に長い工具寿命を達成することができる。

温度圧力保持工程における焼結温度は１９００℃以上２４００℃以下が好ましく、２１００℃以上２３００℃以下がより好ましい。温度圧力保持工程における焼結圧力は８ＧＰａ以上１５ＧＰａ以下が好ましく、９ＧＰａ以上１２ＧＰａ以下がより好ましい。温度圧力保持工程における焼結時間は１０分以上６０分以下が好ましく、１０分以上３０分以下がより好ましい。

本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。

［試料１〜試料２０］
本実施例では、立方晶窒化硼素多結晶体の製造条件と、得られる立方晶窒化硼素多結晶体の構成（組成、結晶粒のメジアン径、円相当径１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１、アスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２）、ビッカース硬度、及び、性能との関係を調べた。

（立方晶窒化硼素多結晶体の作製）
各試料の立方晶窒化硼素多結晶体を、下記の手順に従って作製した。

まず、六方晶窒化硼素粉末（デンカ社製の「デンカボロンナイトライド」（商品名）、粒径５μｍ）を６ｇ準備した。該六方晶窒化硼素粉末をモリブデン製のカプセルに入れ、超高圧高温発生装置を用いて、表１の「前処理工程」の「温度」欄に記載される温度において、表１の「前処理工程」の「圧力」欄に記載される圧力まで加圧した（前処理工程）。表１の「前処理工程」の欄に「無し」と記載されている試料では、前処理工程を行わなかった。

続いて、超高圧高温発生装置内の圧力及び温度を、前処理工程の最後に到達した到達温度、及び、前処理工程到達圧力から、表１の「第１加熱加圧工程」の「温度」及び「圧力」欄に記載される温度及び圧力まで加熱加圧した（第１加熱加圧工程）。続いて超高圧高温発生装置内の温度及び圧力を、表１の「第２加熱加圧工程」の「温度」及び「圧力」欄に記載される温度及び圧力まで加熱加圧した（第２加熱加圧工程）。表１の「加熱加圧工程」の欄に「無し」と記載されている試料では、加熱加圧工程を行わなかった。

各試料の加熱加圧工程において、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力を通過する場合は、表１の「ｗＢＮ安定領域の通過」の欄に「有り」と記載し、通過しない場合は「無し」と記載する。

続いて、超高圧高温発生装置内の温度及び圧力を、表１の「温度圧力保持工程」の「温度」及び「圧力」欄に記載される温度及び圧力で、表１の「温度圧力保持工程」の「保持時間」の欄に記載される時間を維持して、立方晶窒化硼素多結晶体を得た（温度圧力保持工程）。表１の「温度圧力保持工程」の欄に「無し」と記載されている試料では、温度圧力保持工程を行わなかった。得られた立方晶窒化硼素多結晶体は円柱形状であった。

（組成の測定）
各試料の立方晶窒化硼素多結晶体をダイヤモンド砥石電着ワイヤーで切断し、切断面を観察面とする。Ｘ線回折装置（Ｒｉｇａｋｕ社製「ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００」（商品名））を用いて立方晶窒化硼素多結晶体の切断面のＸ線スペクトルを得る。このときのＸ線回折装置の条件は、下記の通りとする。
特性Ｘ線： Ｃｕ−Ｋα（波長１．５４Å）
管電圧： ４５ｋＶ
管電流： ４０ｍＡ
フィルター： 多層ミラー
光学系： 集中法
Ｘ線回折法： θ−２θ法。

得られたＸ線スペクトルにおいて、下記のピーク強度Ａ、ピーク強度Ｂ及びピーク強度Ｃを測定する。

ピーク強度Ａ：回折角２θ＝２８．５°付近のピーク強度から、バックグランドを除いた圧縮型六方晶窒化硼素のピーク強度。

ピーク強度Ｂ：回折角２θ＝４０．８°付近のピーク強度から、バックグラウンドを除いたウルツ鉱型窒化硼素のピーク強度。

ピーク強度Ｃ：回折角２θ＝４３．５°付近のピーク強度から、バックグラウンドを除いた立方晶窒化硼素のピーク強度。

圧縮型六方晶窒化硼素の含有率は、ピーク強度Ａ／（ピーク強度Ａ＋ピーク強度Ｂ＋ピーク強度Ｃ）の値を算出することにより得られる。ウルツ鉱型窒化硼素の含有率は、ピーク強度Ｂ／（ピーク強度Ａ＋ピーク強度Ｂ＋ピーク強度Ｃ）の値を算出することにより得られる。立方晶窒化硼素多結晶体の含有率は、ピーク強度Ｃ／（ピーク強度Ａ＋ピーク強度Ｂ＋ピーク強度Ｃ）の値を算出することにより得られる。圧縮型六方晶窒化硼素、ウルツ鉱型窒化硼素及び立方晶窒化硼素は、全て同程度の電子的な重みを有するため、上記のＸ線ピーク強度比を立方晶窒化硼素多結晶体中の体積比と見なすことができる。

全ての試料について、ｃＢＮ、ｗＢＮ及び圧縮型ｈＢＮ以外の成分は同定されなかった。各試料中のｃＢＮ、圧縮型ｈＢＮ、ｗＢＮの比率（体積％）を、それぞれ表１の「立方晶窒化硼素多結晶体」の「ｃＢＮ比率」、「圧縮型ｈＢＮ比率」、「ｗＢＮ比率」欄に示す。

（ビッカース硬度の測定）
各試料の立方晶窒化硼素多結晶体について、ＪＩＳ Ｒ １６２３に記載の方法で、１０００℃、荷重１ｋｇ重の条件下でビッカース硬度Ｈｖを測定した。結果を表１の「ビッカース硬度Ｈｖ」の欄に示す。

（結晶粒の測定）
各試料の立方晶窒化硼素多結晶体に含まれる結晶粒について、円相当径のメジアン径ｄ５０、円相当径１μｍ以上の結晶粒の面積比率及びアスペクト比が４以上の粒子の面積比率を測定した。具体的な方法は下記の通りである。

立方晶窒化硼素多結晶体を、図７の番号１〜５に示される５箇所の測定箇所（上下面近傍に２箇所（番号１及び３の場所）、中央部に１箇所（番号２の場所）及び側面近傍に２箇所（番号４及び５の場所））が露出するようにワイヤー放電加工を用いて切断し、各切断面にＣＰ（クロスセクションポリッシャ）加工を行った。ＣＰ加工面上の５箇所の測定箇所のそれぞれを、ＳＥＭ（日本電子株式会社社製「ＪＳＭ−７５００Ｆ」（商品名））を用いて観察し、ＳＥＭ画像を得た。測定視野のサイズは１２μｍ×１５μｍとし、観察倍率は１００００倍とした。

５つのＳＥＭ画像のそれぞれについて、測定視野内に観察される結晶粒の粒界を分離した状態で、画像処理ソフト（Win Roof ver.7.4.5）を用いて、結晶粒の円相当径の分布、各結晶粒のアスペクト比及び各結晶粒の面積を算出した。結晶粒の円相当径の分布から、メジアン径ｄ５０を算出した。アスペクト比及び各結晶粒の面積から、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１及びアスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２を算出した。面積比率Ｓ１、面積比率Ｓ２及びメジアン径ｄ５０は、測定視野の全体を分母として算出した。

５つのＳＥＭ画像について、それぞれメジアン径ｄ５０、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１及びアスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２を測定した。これらの測定に基づき、ｄ５０、面積比率Ｓ１及び面積比率Ｓ２のそれぞれの平均値を算出した。得られた平均値を表１の「メジアン径ｄ５０」、「円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１」、「アスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２」の欄に示す。

（切削試験）
得られた焼結体を、レーザにより切断して仕上げ加工し、工具型番ＣＮＧＡ１２０４０８の切削工具を作製した。得られた切削工具を用いて、以下の切削条件でチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）の丸棒外形旋削加工を行い、耐摩耗性を評価した。
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ．
切込み量：０．２ｍｍ
送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切削油：あり
上記の切削条件で切削し、逃げ面摩耗量が０．１ｍｍに到達、又は、チッピング最大値が０．１ｍｍに到達するまでの加工時間を測定した。加工時間が長いほど、耐摩耗性及び耐欠損性に優れ、工具寿命が長いことを示している。切削試験は３回行った。結果を表１の「逃げ面摩耗またはチッピング最大値が０．１ｍｍを超えるまでの加工時間」の欄に示す。

（考察）
試料１〜試料１０、試料１７、試料１９及び試料２０の製造方法は、六方晶窒化硼素粉末を、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力を通過せずに、１９００℃以上２４００℃以下の温度、及び、８ＧＰａ以上の圧力まで加熱加圧する工程を含み、実施例に該当する。試料１〜試料１０、試料１７、試料１９及び試料２０の立方晶窒化硼素多結晶体は、立方晶窒化硼素を９８．５体積％以上含み、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１が２０面積％以下であり、実施例に該当する。試料１〜試料１０、試料１７、試料１９及び試料２０の立方晶窒化硼素多結晶体は、ビッカース硬度が高く、工具として用いた場合に、難削材の高能率加工においても、工具寿命のばらつきがなく、安定的に長い工具寿命を有することのできることが確認された。中でも、試料１〜試料１０、試料１７及び試料１９は、アスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２が５面積％以下であり、更に長い工具寿命を有することが確認された。

試料１１及び試料１４の製造方法は、加熱加圧工程が、ｗＢＮ安定領域内の温度及び圧力を通過しており、比較例に該当する。試料１１及び試料１４の立方晶窒化硼素多結晶体は、立方晶窒化硼素の含有率が９８．５体積％未満であり、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１が２０面積％超であり、比較例に該当する。試料１１及び試料１４の立方晶窒化硼素多結晶体は、工具として用いた場合に、難削材の高能率加工において、加工時間にばらつきがあった。

試料１３及び試料１５の製造方法は、加熱加圧工程の到達温度が１８００℃であり、比較例に該当する。試料１３及び試料１５の立方晶窒化硼素多結晶体は、立方晶窒化硼素多結晶体の含有率が９８．５体積％未満であり、比較例に該当する。試料１３及び試料１５の立方晶窒化硼素多結晶体は、工具として用いた場合に、難削材の高能率加工において、加工時間が短かった。

試料１２の製造方法は、六方晶窒化硼素粉末を、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力を通過せずに、２５００℃の温度、及び、８ＧＰａの圧力まで加熱加圧する工程を含み、比較例に該当する。試料１２の立方晶窒化硼素多結晶体は、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１が２０面積％超であり、比較例に該当する。試料１２の立方晶窒化硼素多結晶体は、工具として用いた場合に、難削材の高能率加工において、加工時間が短かった。

試料１６の製造方法は、加熱加圧工程が、ｗＢＮ安定領域内の温度及び圧力を通過しており、比較例に該当する。試料１６の立方晶窒化硼素多結晶体は、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１が２０面積％超であり、比較例に該当する。試料１６の立方晶窒化硼素多結晶体は、工具として用いた場合に、難削材の高能率加工において、加工時間が短かった。

試料１８の製造方法は、加熱加圧工程の到達圧力が７．８ＧＰａであり、比較例に該当する。試料１８の立方晶窒化硼素多結晶体は、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１が２０面積％超であり、比較例に該当する。試料１８の立方晶窒化硼素多結晶体は、工具として用いた場合に、難削材の高能率加工において、加工時間が短かった。

以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (12)

1. 立方晶窒化硼素を９８．５体積％以上含む立方晶窒化硼素多結晶体であって、
   前記立方晶窒化硼素多結晶体は、その断面を走査型電子顕微鏡を用いて１００００倍の倍率で観察した場合、円相当径が１μｍ以上の結晶粒の面積比率Ｓ１が２０面積％以下であり、
   前記立方晶窒化硼素多結晶体を構成する結晶粒は、円相当径のメジアン径ｄ５０が０．１μｍ以上０．５μｍ以下である、立方晶窒化硼素多結晶体。
2. 前記メジアン径ｄ５０は、０．１５μｍ以上０．３５μｍ以下である、請求項１に記載の立方晶窒化硼素多結晶体。
3. 前記面積比率Ｓ１は１５面積％以下である、請求項１又は請求項２に記載の立方晶窒化硼素多結晶体。
4. 前記面積比率Ｓ１は１０面積％以下である、請求項３に記載の立方晶窒化硼素多結晶体。
5. 前記立方晶窒化硼素多結晶体は、その断面を走査型電子顕微鏡を用いて１００００倍の倍率で観察した場合、アスペクト比が４以上の粒子の面積比率Ｓ２が５面積％以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の立方晶窒化硼素多結晶体。
6. 前記面積比率Ｓ２は３面積％以下である、請求項５に記載の立方晶窒化硼素多結晶体。
7. ビッカース硬度が４９Ｈｖ以上である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の立方晶窒化硼素多結晶体。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法であって、
   六方晶窒化硼素粉末を準備する工程と、
   前記六方晶窒化硼素粉末を、ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力を通過せずに、１９００℃以上２４００℃以下の温度、及び、８ＧＰａ以上の圧力まで加熱加圧する加熱加圧工程と、を備え、
   前記ウルツ鉱型窒化硼素の安定領域内の温度及び圧力は、温度をＴ℃、圧力をＰＧＰａとした時に、下記式１及び下記式２を同時に満たす温度及び圧力であり、
   Ｐ≧−０．００３７Ｔ＋１１．３０１ 式１
   Ｐ≦−０．０８５Ｔ＋１１７ 式２
   前記加熱加圧工程は、温度Ｔの増加量ΔＴ１と、前記ΔＴ１に対する圧力Ｐの増加量ΔＰ１との比の値ΔＰ１／ΔＴ１が一定である第１加熱加圧工程、及び、温度Ｔの増加量ΔＴ２と、前記ΔＴ２に対する圧力Ｐの増加量ΔＰ２との比の値ΔＰ２／ΔＴ２が一定である第２加熱加圧工程を含み、
   前記第１加熱加圧工程の後に前記第２加熱加圧工程が行われ、
   前記値ΔＰ２／ΔＴ２は、前記値ΔＰ１／ΔＴ１よりも大きい、
   立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法。
9. 前記加熱加圧工程の前に、前記六方晶窒化硼素粉末を、−５０℃以上１００℃以下の温度範囲を維持しつつ、０．５ＧＰａ以上６ＧＰａ以下の圧力まで加圧する前処理工程を備える、請求項８に記載の立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法。
10. 前記加熱加圧工程の後に、前記加熱加圧工程により得られた立方晶窒化硼素多結晶体を、１９００℃以上２４００℃以下の温度、及び、８ＧＰａ以上の圧力条件下で１０分以上保持する温度圧力保持工程を備える、請求項８又は請求項９に記載の立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法。
11. 前記第１加熱加圧工程は、少なくとも下記式３の条件を満たす温度及び圧力に到達するまで、下記式４の条件を満たす温度及び圧力で行われる、
    Ｐ＝−０．０８５Ｔ＋１１７ 式３
    Ｐ＜０．００５１Ｔ−０．１２７５ 式４
    請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法。
12. 前記第１加熱加圧工程は、下記式５及び下記式６の条件を満たす温度及び圧力で行われる、
    Ｐ＜−０．０８５Ｔ＋１１７ 式５
    Ｐ＜０．００５１Ｔ−０．１２７５ 式６
    請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載の立方晶窒化硼素多結晶体の製造方法。