WO2012053375A1

WO2012053375A1 - 立方晶窒化硼素焼結体工具

Info

Publication number: WO2012053375A1
Application number: PCT/JP2011/073179
Authority: WO
Inventors: 克己岡村; 真知子阿部; 久木野　暁
Original assignee: 住友電工ハードメタル株式会社
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2012-04-26
Also published as: JPWO2012053375A1; KR101414910B1; IN2012DN05018A; CN102712048B; EP2631026B1; CA2786993C; US8822361B2; JP5771883B2; EP2631026A1; US20120302425A1; CA2786993A1; CN102712048A; KR20120104311A; EP2631026A4

Abstract

　立方晶窒化硼素焼結体の耐熱性と耐欠損性とを高度に両立させることにより、立方晶窒化硼素焼結体工具の長寿命化を図る。本発明の立方晶窒化硼素焼結体工具は、立方晶窒化硼素粒子と結合相とを含む立方晶窒化硼素焼結体を少なくとも刃先に有するものであって、立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子を４０～７０体積％含み、該結合相は、第１成分と第２成分とを含み、第１成分は、ＴｉＣであり、第２成分は、ＴｉＢ₂およびＡｌＢ₂のいずれか一方または両方であり、第１成分の（２００）面のＸ線回折強度をＩ₁、第２成分の（１０１）面のＸ線回折強度をＩ₂とする場合、Ｉ₁は、立方晶窒化硼素焼結体において立方晶窒化硼素粒子を除く全成分のＸ線回折強度中最大であり、かつ０．０１≦Ｉ₂／Ｉ₁≦０．１を満たすことを特徴とする。

Description

立方晶窒化硼素焼結体工具

　本発明は、立方晶窒化硼素焼結体工具に関し、特に耐熱性および耐欠損性が高度に優れる立方晶窒化硼素焼結体工具に関する。

　立方晶窒化硼素（以下「ｃＢＮ」とも記す）焼結体工具に用いられるｃＢＮ焼結体は、従来の超硬工具に比して、化学的安定性、鉄との低親和性、および高硬度に優れるため、高能率で長寿命を達成できる材料と評価されている。このようなｃＢＮ焼結体工具を切削工具に適用した場合には、研削工具を大きく凌ぐ優れたフレキシビリティーを有し、かつ環境への負荷が小さい点等のメリットがある。このため、ｃＢＮ焼結体工具は、鉄系難加工性材料の加工において従来工具を置換してきた。

　ｃＢＮ焼結体は、高ｃＢＮ含有率焼結体と低ｃＢＮ含有率焼結体の２種の組成に大別される。前者は、ｃＢＮ粒子の含有率が高く、ｃＢＮ粒子同士が直接結合し、残部がＣｏやＡｌを主成分とする結合材で結合されたものである。後者は、ｃＢＮ粒子の含有率が低いため、ｃＢＮ粒子同士の接触率が少なく、Ｔｉの窒化物（ＴｉＮ）や炭化物（ＴｉＣ）のような、鉄との親和性が低いセラミックスを介して結合されたものである。このような２種のｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮの含有率の相違により、適用すべき切削加工の被削材が異なっている。以下、各ｃＢＮ焼結体の好適な被削材を説明する。

　硬質粒子との擦れによって生じる機械的な摩耗や損傷が支配的な鉄系焼結部品の切削加工や、高速断続切削時の熱衝撃による損傷が支配的なねずみ鋳鉄の切削加工は、切り屑が分断されやすいため、切り屑によるせん断熱が発生しにくい。このような材料の切削加工においては、前者の高ｃＢＮ含有率焼結体によって切削加工することが好適である。すなわち、ねずみ鋳鉄等の切削加工において、高ｃＢＮ含有率焼結体は、ｃＢＮの優れた機械特性（高硬度、高強度、高靭性）と高熱伝導率とが功を奏し、抜群の安定性と長寿命とを達成する。

　その一方で、焼入鋼などの加工に高ｃＢＮ含有率焼結体を適用すると、硬度が高く、かつ切り屑が連続するため、せん断熱が発生する。これにより高ｃＢＮ含有率焼結体の刃先が高温に曝され、ｃＢＮと鉄との反応により摩耗の発達が速く、十分な工具寿命が得られない。

　したがって、焼入鋼の加工においては、低ｃＢＮ含有率焼結体を用いることが好適である。すなわち、低ｃＢＮ含有率焼結体は、高温下での鉄との親和性の低いＴｉＮやＴｉＣセラミックスからなる結合材を多量に有するため、特に高温時に優れた耐摩耗性を発揮し、従来工具に対し１０倍～数十倍の工具寿命を達成することができる。このような性質を有する低ｃＢＮ含有率焼結体は、焼入鋼の切削市場を開拓してきた。

　ところで、近年、自動車産業においては、自動車の高性能化と軽量化の両立を狙い、一部の自動車メーカでは、薄肉の高強度鋳鉄材料を使用するケースが増えている。すなわちたとえば、シリンダブロックが片状黒鉛鋳鉄製からバーミキュラー鋳鉄製へ変更になったり、自動車の一部品であるディファレンシャルケースの材料がＦＣＤ４５０からＦＣＤ７００へ変更になったりしている。ちなみに、ＦＣＤの末尾の３桁の数値は引っ張り強度を示し、数値が大きくなるほど高強度になることを意味する。このような材料の代替に伴い、高強度鋳鉄材料を高能率および高精度に加工できる工具の登場が待ち望まれている。

　従来の超硬工具やセラミックス工具を用いて、ダクタイル鋳鉄のような強度の高い材料を加工しても、２００ｍ／ｍｉｎ以上の速度での加工は困難であった。また、従来のｃＢＮ焼結体工具を用いても、切削速度はせいぜい３００～４００ｍ／ｍｉｎに留まり、工具寿命も満足できるレベルではなかった。

　たとえば、特開平０８－１２０３９１号公報（特許文献１）は、ダクタイル鋳鉄を長寿命に切削できるｃＢＮ焼結体の組成を開示している。すなわち、特許文献１においては、ｃＢＮ焼結体の結合相を構成する主成分に、Ｈｆ、ＴｉＨｆ、周期律表のＩＶａ族元素、Ｖａ族元素、およびＶＩａ族元素（Ｔｉを除く）のいずれかの炭窒化物を用いることにより、ｃＢＮ焼結体の長寿命化を達成している。しかしながら、特許文献１のｃＢＮ焼結体も、最近の高速化および長寿命化の要求性能を満たすために、耐摩耗性のさらなる向上が求められている。

　また、特開２００８－２２２４８５号公報（特許文献２）および国際公開第２００７／０５７９９５明細書（特許文献３）においては、高ｃＢＮ含有率焼結体にセラミックスコーティングを施した被覆複合焼結体が開示されている。しかしながら、いずれの被覆複合焼結体も母材であるｃＢＮ焼結体の耐摩耗性が十分ではなく、さらなる耐摩耗性の向上が望まれている。

　また、特開２０００－０４４３４７号公報（特許文献４）および特開２０００－０４４３５０号公報（特許文献５）においては、ＴｉＮ、ＡｌＮ等の金属窒化物層によってｃＢＮ粒子を被覆し、これと結合相を構成する材料とを焼結することにより得られるｃＢＮ焼結体を開示している。

特開平０８－１２０３９１号公報特開２００８－２２２４８５号公報国際公開第２００７／０５７９９５明細書特開２０００－０４４３４７号公報特開２０００－０４４３５０号公報

　しかしながら、上記の特許文献４および５に開示されるように、ｃＢＮ焼結体の表面を金属窒化物層で被覆すると、ｃＢＮ粒子同士の結合力が十分でないことに起因して、欠損が生じやすいという問題があった。本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、立方晶窒化硼素焼結体の耐熱性と耐欠損性とを高度に両立させることにより、立方晶窒化硼素焼結体工具の長寿命化を図ることである。

　従来用いられているダクタイル鋳鉄加工用のｃＢＮ焼結体は、上述したように、ｃＢＮの含有率が半分強程度で、残りはＴｉの炭化物および炭窒化物と、Ａｌ化合物とを主成分として含む結合相で構成されるものであった。かかる結合相は、ｃＢＮ焼結体を焼結する過程で生成されるＴｉＢ₂やＡｌＢ₂を微量に含有するものであった。

　本発明者らは、結合相を構成する成分の組成比率を変更し、摩耗速度と材料強度との相関を調査した結果、ＴｉＢ₂やＡｌＢ₂等の硼化物の含有量が多いほど、材料強度を高められる傾向にあるが、その反面摩耗速度も速まる傾向にあることを突き止めた。さらに、ＴｉＣとＴｉＢ₂またはＡｌＢ₂とのＸ線回折の強度ピーク比を変化させたときの材料強度および摩耗速度の変化を調べたところ、材料強度と摩擦速度とは単純なトレードオフの関係にあるわけではなく、材料強度と耐摩耗性とが両立する状態が存在することを見い出した。本発明は、このような知見に基づき、さらに鋭意検討を重ねることにより完成されたものである。

　すなわち、本発明の立方晶窒化硼素焼結体工具は、立方晶窒化硼素粒子と結合相とを含む立方晶窒化硼素焼結体を少なくとも刃先に有するものであって、立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子を４０～７０体積％（４０体積％以上７０体積％以下、以下、特に断らない限り、同様の表記において同意）含み、該結合相は、第１成分と第２成分とを含み、第１成分は、ＴｉＣであり、第２成分は、ＴｉＢ₂およびＡｌＢ₂のいずれか一方または両方であり、第１成分の（２００）面のＸ線回折強度をＩ₁、第２成分の（１０１）面のＸ線回折強度をＩ₂とする場合、Ｉ₁は、立方晶窒化硼素焼結体において立方晶窒化硼素粒子を除く全成分のＸ線回折強度中最大であり、かつ０．０１≦Ｉ₂／Ｉ₁≦０．１を満たすことを特徴とする。

　第２成分の少なくとも一部は、立方晶窒化硼素粒子の表面と接触するように存在し、立方晶窒化硼素粒子の表面に占める第２成分の占有率は、２０～７０％であり、結合相は、第２成分を１～１０体積％含むことが好ましい。

　本発明の立方晶窒化硼素焼結体工具は、上記の構成を有することにより、立方晶窒化硼素焼結体の耐熱性と耐欠損性とを高度に両立し、もって立方晶窒化硼素焼結体工具の長寿命化を達成することができる。

　以下、本発明の立方晶窒化硼素焼結体工具の各構成についてさらに説明する。
　＜立方晶窒化硼素焼結体工具＞
　本発明のｃＢＮ焼結体工具は、ｃＢＮ粒子と結合相とを含むｃＢＮ焼結体を少なくとも刃先に有するものである。すなわち、ｃＢＮ焼結体のみによってｃＢＮ焼結体工具が構成されていてもよいし、超硬合金やサーメット等の基材の刃先に接合材を用いてｃＢＮ焼結体を接合してｃＢＮ焼結体工具が構成されていてもよい。また、ｃＢＮ焼結体工具の表面を硬質セラミックス被覆層で覆っていてもよい。かかる硬質セラミックス被覆層は、従来公知の組成のものを用いることができる。なお、本発明において、「刃先」とは、被削材と接触する部分を意味する。

　本発明のｃＢＮ焼結体工具は、後述するｃＢＮ焼結体を用いることにより、耐熱性および耐欠損性を高度に両立させることができるため、ダクタイル鋳鉄（球状黒鉛鋳鉄）、バーミキュラー鋳鉄（芋虫状黒鉛鋳鉄）の切削加工においても、たとえば４００ｍ／ｍｉｎ以上の高速切削で切削加工でき、しかも長寿命化を実現することができる。

　本発明のｃＢＮ焼結体工具を切削加工の用途に用いる場合、旋削加工用やフライス加工用等として極めて有用に用いることができる。

　＜立方晶窒化硼素焼結体＞
　本発明のｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒子と結合相とを含むものであって、ｃＢＮ粒子を４０～７０体積％含むことを特徴とする。かかる体積比率でｃＢＮ粒子を含むことにより、ｃＢＮ焼結体の強度と耐熱性とのバランスが優れたものとなり、耐熱性と耐欠損性とを高度に両立させることができる。ｃＢＮ粒子が４０体積％未満であると、難削なダクタイル鋳鉄の切削加工において、強度が足りず、耐欠損性が低下する。一方、７０体積％を超えると、相対的に結合相の含有量が低下するため、耐熱性が低下し、切削加工の際に生じる熱によってｃＢＮが反応し、摩耗が進行しやすくなる。かかるｃＢＮ粒子の体積比率は、５０体積％以上６５体積％以下であることがより好ましい。なお、本発明において、ｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒子と結合相との他に、さらに他の成分を含んでいてもよい。

　＜立方晶窒化硼素粒子＞
　本発明のｃＢＮ焼結体に含まれるｃＢＮ粒子は、材料強度を高めるという観点から、その平均粒子径は小さいことが好ましく、６μｍ以下の平均粒子径であることが好ましい。また、ｃＢＮ焼結体の靭性を損なわないようにするという観点から、ｃＢＮ粒子の平均粒子径は、０．１μｍ以上であることが好ましい。このような材料強度および靭性のバランスの観点からは、ｃＢＮ粒子の平均粒子径が１μｍ以上４μｍ以下であることがより好ましい。また、ｃＢＮ粒子は、その表面を金属層で被覆されたものを用いることが好ましいが、この理由や金属層に関しては後述する。

　＜結合相＞
　本発明において、結合相は、ｃＢＮ粒子を結合する作用を示すものであって、第１成分と第２成分とを含むことを特徴とするものである。ここで、第１成分は、ＴｉＣであり、第２成分は、ＴｉＢ₂およびＡｌＢ₂のいずれか一方もしくは両方である。

　そして、上記の第１成分の（２００）面のＸ線回折強度をＩ₁、第２成分の（１０１）面のＸ線回折強度をＩ₂とすると、Ｉ₁は、立方晶窒化硼素焼結体において立方晶窒化硼素粒子を除く全成分のＸ線回折強度中最大であり、かつ０．０１≦Ｉ₂／Ｉ₁≦０．１を満たすことを特徴とする。このような特定のＸ線回折強度比で、第１成分と第２成分とを含有することにより、第１成分と第２成分との組成のバランスが良好なものとなり、耐熱性と耐欠損性とを大幅に向上させることができる。上記のＸ線回折強度は、０．０２≦Ｉ₂／Ｉ₁≦０．０５であることがより好ましい。Ｉ₂／Ｉ₁が０．０１未満であると、ｃＢＮ粒子同士の結合力を高めることができず、耐欠損性が低下する。一方、Ｉ₂／Ｉ₁が０．１を超えると、耐摩耗性に優れるＴｉＣの含有量が相対的に低下するとともに、耐摩耗性に劣るＴｉＢ₂およびＡｌＢ₂の含有量が増加し、ｃＢＮ焼結体の耐摩耗性が大幅に低下する。ちなみに、第２成分を構成するＴｉＢ₂とＡｌＢ₂とは、そのＸ線回折におけるピーク波長が極めて近似している。このため、第２成分の（１０１）面のＸ線回折強度Ｉ₂は、ＴｉＢ₂に由来するものか、ＡｌＢ₂に由来するものかを特定しにくいが、いずれに由来するものであっても差し支えない。

　本発明において、結合相は、金属硼化物からなる第２成分を１～１０体積％含むことが好ましい。このような体積比率で第２成分を含むことにより、ｃＢＮ粒子の結合力を高めるとともに、ｃＢＮ焼結体の耐摩耗性を向上させることができる。このような第２成分は、３～７体積％含むことがより好ましい。第２成分が１体積％未満であると、ｃＢＮ粒子の結合が十分でない場合があり、強度が低下する。一方、１０体積％を超えると、耐摩耗性が低下する。

　本発明において、第２成分は、ｃＢＮ粒子と結合相との結合力を高めるというメリットがあるが、その反面、結合相中に多量に含むと、耐摩耗性が低下するというデメリットがある。したがって、ｃＢＮ粒子の周辺のみに第２成分が局所的に高濃度に含まれることが好ましい。これによりｃＢＮ粒子の結合力を高めることができ、ｃＢＮ焼結体の強度を高めることができる。ｃＢＮ粒子の周囲に第２成分を局所的に配置するためには、ｃＢＮ粒子の表面を予め第２成分を構成する金属の層（以下、「金属層」と記す）で被覆し、これと結合相を構成する原料粉末と混合して焼結することが好ましい。

　ここで、ｃＢＮ粒子を被覆する金属層の組成としては、ＴｉまたはＡｌのいずれか一方もしくは両方からなるものを用いることが好ましく、より好ましくはＴｉＡｌである。また、金属層は、ｃＢＮ粒子の質量比に対し、１～４０質量％で被覆されていることが好ましく、より好ましくは５～２０質量％である。

　本発明において、ｃＢＮ粒子の表面に占める第２成分の占有率が２０～７０％であることが好ましく、より好ましくは４０～６０％である。かかる占有率を満たすことにより、ｃＢＮ焼結体の耐摩耗性および耐欠損性をさらに向上させることができる。ここで、「占有率」は、ｃＢＮ粒子の周囲に局所的に第２成分が含まれることを定量的に評価するためのものであり、以下のようにして算出する。

　まず、本発明のｃＢＮ焼結体をいずれか１の断面で切断したときの切断面をＳＥＭで観察したときの１００００倍の観察画像を１以上準備する。それらの観察画像に現われるｃＢＮ粒子のうちの粒子径が１μｍ以上の任意の２０個を選定し、その外周の総和を算出する。次に、該２０個のｃＢＮ粒子のそれぞれが第２成分と接触している部分の長さの総和を算出する。そして、第２成分と接触している部分の長さの総和を、ｃＢＮ粒子の外周の総和で除した値の百分率をｃＢＮ粒子の表面に占める第２成分の占有率とする。

　上記占有率が２０％未満であると、ｃＢＮ粒子の結合力が低下するため好ましくなく、７０％を超えると、相対的に第２成分以外の含有量が低下するため、耐熱性が低下する。これにより切削加工の際に生じる熱が増加し、ｃＢＮ粒子が反応しやすくなり、摩耗が進行しやすくなる。

　また、結合相は、第１成分および第２成分のみからなるものであってもよいし、第１成分および第２成分以外に、さらに他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、従来公知の成分が含まれ、たとえば周期律表のＩＶａ族元素、Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素、およびＡｌからなる群より選択される一種以上の元素と、窒素、炭素、および硼素からなる群より選ばれる一種以上の元素との化合物（ただし、ＴＩＣ、ＴｉＢ₂、およびＡｌＢ₂を除く）、または該化合物の相互固溶体のうちの１種以上からなるものを用いることができる。

　＜ｃＢＮ焼結体の製造方法＞
　本発明に用いられるｃＢＮ焼結体は、以下のようにして作製する。まず、ｃＢＮ粒子の表面に、ＴｉまたはＡｌのいずれか一方もしくは両方からなる金属層を被覆することが好ましい。このような金属層は、たとえばＲＦスパッタリングＰＶＤによって成膜される。かかる金属層で被覆したｃＢＮ粒子と、結合相を構成する原料粉末とを超高圧装置に導入した上で、これらの混合粉末を超高圧焼結することにより、ｃＢＮ焼結体を作製する。このようにｃＢＮ粒子を焼結させる前に、その表面を金属層で被覆することにより、焼結後にｃＢＮ粒子の周囲に、第２成分（ＴｉＢ₂またはＡｌＢ₂）が局所的に配置されることになり、もってｃＢＮ粒子と結合相との結合力を高めることができる。

　従来は、ｃＢＮ粒子の表面を金属窒化物層で覆った上で、これを結合相の原料粉末と混合し焼結を行なっていた。一見すると、従来のｃＢＮ粒子を金属窒化物層で被覆する技術は、本発明のｃＢＮ粒子を金属層で被覆する技術と共通する技術思想に見えるかもしれないが、ｃＢＮ粒子に含まれる硼素の拡散性の観点からは、金属窒化物層と金属層とは全く逆の性質を示すものである。すなわち、本発明は、ｃＢＮ粒子を構成する硼素が結合相中（特に、第２成分を構成するよう）に拡散することを促進すべく、ｃＢＮ粒子の表面を金属層で覆うものであるが、従来技術のような金属窒化物層による被覆は、ｃＢＮ粒子から硼素が拡散するのを阻害するために覆うものである。このため、従来技術から、この発明の構成（すなわち、金属層で被覆すること）を容易に導き出すことはできない。

　上記の超高圧焼結時の圧力は、５．５ＧＰａ以上７ＧＰａ以下であることが好ましい。また、超高圧焼結時の温度は、１２００℃以上１５００℃以下であることが好ましく、超高圧焼結の処理に要する時間は５分以上３０分以下であることが好ましい。なお、超高圧焼結後のｃＢＮ粒子の体積比は、原料粉末混合時のｃＢＮ粒子の体積比に比して、２～３質量％程度低下した値となる。

　以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

　＜実施例１＞
　以下のようにして、ｃＢＮ焼結体工具を作製した。まず、平均粒子径３μｍのｃＢＮ粒子の表面に、ＲＦスパッタリングＰＶＤ装置を用いて、ＴｉＡｌからなる金属層を被覆した。上記のスパッタリングの条件は、２ｋＷ／ｈの電力で、アルゴンガスを１４．０ｃｃｍで流しながら、チャンバの回転数を１８Ｈｚとして、８時間半行なうことにより、ｃＢＮ粒子の表面に対する質量比が、１５質量％となるように被覆した。

　そして、その金属層の最表面に、極薄膜のＴｉＡｌＮからなる保護層を被覆した。かかる保護層の被覆条件は、１４．０ｃｃｍのアルゴンガスと、７．０ｃｃｍの窒素ガスとを流しながら、上記の金属層の成膜と同一の電力およびチャンバの回転数で３０分間成膜した。

　次に、平均粒子径１μｍのＴｉＣ粉末と平均粒子径４μｍのＡｌ粉末とを粉砕して、これらを質量比で、ＴｉＣ：Ａｌ＝９５：５となるように混合し、真空中で１２００℃、３０分間熱処理して化合物を得た。この化合物を直径６ｍｍの超硬合金製ボールメディアを用いてボールミル粉砕法により均一に粉砕し、結合相を構成する原料粉末を得た。

　次に、表１の「ｃＢＮ含有率」に示す組成となるように、金属層で被覆したｃＢＮ粒子と、結合相を構成する原料粉末とを配合し、直径３ｍｍの窒化硼素製ボールメディアを用いてボールミル混合法により均一に混合した。そして、これらの混合粉末を超硬合金製支持板に積層して、Ｍｏ製カプセルに充填後、超高圧装置を用いて、圧力５．５ＧＰａ、温度１４００℃で３０分間焼結することにより、ｃＢＮ焼結体を得た。

　＜実施例２～７、比較例１～４＞
　実施例１のｃＢＮ焼結体工具に対し、ｃＢＮ含有率、金属層の被覆量、および結合相を構成する原料粉末の組成および質量比を表１のように変えたことが異なる他は、実施例１と同様の方法により実施例２～７、比較例１～４のｃＢＮ焼結体工具を作製した。特に、金属相の被覆量においては、後述する表１の「Ｉ₂／Ｉ₁」に示す値となるように、その質量比を調整した。たとえば、実施例２においては、ｃＢＮ焼結体に含まれるｃＢＮ粒子の体積比率を６０体積％とし、ｃＢＮ粒子の表面を被覆する金属層の被覆量を１０質量％とし、残部の結合相を構成する原料粉末を９７質量％のＴｉＣと３質量％のＡｌとにしたことを示す。なお、実施例２のｃＢＮ焼結体工具に対し、金属層を被覆していないｃＢＮ粒子を用いたことを除いては、実施例２と同一の方法によって、比較例３のｃＢＮ焼結体工具を作製した。

　＜実施例８＞
　以下のようにして、ｃＢＮ焼結体工具を作製した。まず、平均粒子径２μｍのｃＢＮ粒子に対し、ＲＦスパッタリングＰＶＤ装置を用いて、１５質量％のＴｉＡｌからなる金属層を被覆した。次に、平均粒子径１．５μｍのＴｉＣ粉末と平均粒子径３μｍのＡｌ粉末とを質量比で、ＴｉＣ：Ａｌ＝９５：５となるように混合し、真空中で１２００℃、３０分間熱処理して化合物を得た。この化合物を直径６ｍｍの超硬合金製ボールメディアを用いてボールミル粉砕法により均一に粉砕し、結合相を構成する原料粉末を得た。

　次に、表１の「ｃＢＮ含有率」に示す組成となるように、金属層で被覆したｃＢＮ粒子と、被覆していないｃＢＮ粒子と、結合相を構成する原料粉末とを質量比で、１２：５０：３８となるように配合し、直径３ｍｍの窒化硼素製ボールメディアを用いてボールミル混合法により均一に混合した。そして、これらの混合粉末を超硬合金製支持板に積層して、Ｍｏ製カプセルに充填後、超高圧装置を用いて、圧力５．５ＧＰａ、温度１４００℃で３０分間焼結することにより、ｃＢＮ焼結体を得た。

　＜実施例９～１２＞
　実施例８のｃＢＮ焼結体工具に対し、金属層で被覆したｃＢＮ粒子と、被覆していないｃＢＮ粒子との混合比を表２のように変えたことが異なる他は、実施例８と同様の方法により実施例９～１２のｃＢＮ焼結体工具を作製した。このようにｃＢＮ粒子の混合比を変えることにより、後述の表３の「第２成分含有率」および「占有率」に示すように、実施例９～１２のｃＢＮ焼結体の第２成分の体積比および占有率が調整された。

　このようにして作製された各実施例のｃＢＮ焼結体工具は、立方晶窒化硼素粒子と結合相とを含む立方晶窒化硼素焼結体を少なくとも刃先に有するものであって、立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子を４０～７０体積％含み、該結合相は、第１成分と第２成分とを含み、第１成分は、ＴｉＣであり、第２成分は、ＴｉＢ₂およびＡｌＢ₂のいずれか一方または両方であり、第１成分の（２００）面のＸ線回折強度をＩ₁、第２成分の（１０１）面のＸ線回折強度をＩ₂とする場合、Ｉ₁は、立方晶窒化硼素焼結体において立方晶窒化硼素粒子を除く全成分のＸ線回折強度中最大であり、かつ０．０１≦Ｉ₂／Ｉ₁≦０．１を満たすものである。

　＜比較例５＞
　市販されているｃＢＮ焼結体（製品名：ＢＸ９３０（株式会社タンガロイ製））を用いた。

　＜比較例６＞
　市販されているｃＢＮ焼結体（製品名：ＭＢ７１０（三菱マテリアル株式会社製））を用いた。

　＜ｃＢＮ焼結体の評価＞
　各実施例および各比較例のｃＢＮ焼結体に対し、「Ｘ線回折強度の比Ｉ₂／Ｉ₁」、「ｃＢＮ含有率」、「占有率」、および「ｃＢＮ焼結体を構成する化合物」を以下のようにして算出した。

　（Ｘ線回折強度の比Ｉ₂／Ｉ₁）
　各実施例および各比較例のｃＢＮ焼結体に対し、Ｘ線回折装置（製品名：ＳｍａｒｔＬａｂ－２Ｄ－ＰＩＬＡＴＵＳ（株式会社リガク製））を用いて、Ｘ線回折測定を行なうことにより、第１成分の（２００）面のＸ線回折強度Ｉ₁、および第２成分の（１０１）面のＸ線回折強度Ｉ₂を測定した。そして、これらの比Ｉ₂／Ｉ₁を表１および表３の「Ｉ₂／Ｉ₁」の欄に示した。

　（ｃＢＮ含有率）
　表１および表３の「ｃＢＮ含有率」は、ｃＢＮ焼結体に含まれるｃＢＮ粒子の体積比を示すものであり、以下のようにして算出した。まず、各実施例および各比較例で作製されたｃＢＮ焼結体を鏡面研磨し、任意の領域のｃＢＮ焼結体組織を電子顕微鏡にて５０００倍で反射電子像を撮影したところ、黒色領域と灰色領域と白色領域が観察された。その観察画像を付属のＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）で観察することにより、黒色領域はｃＢＮ粒子、灰色領域と白色領域は結合相であることを推定した。

　次に、上記で撮影された５０００倍の写真に対し画像処理ソフトを用いて２値化処理を施し、同写真のｃＢＮ粒子が占める領域（黒色領域）の合計面積を算出し、その写真中のｃＢＮ焼結体に占める黒色領域の割合の百分率を、ｃＢＮ粒子の体積％として表１および表３に記載した。

　（占有率）
　表３の「占有率」は、立方晶窒化硼素粒子の表面に占める第２成分の割合を示すものであり、上記と同様の方法で撮影した１００００倍の観察画像を用いて、以下のように算出した。まず、１μｍ以上の粒子径のｃＢＮ粒子を２０個選定し、その外周の総和を算出した。次に、ｃＢＮ粒子の外周のうち、第２成分と接触している部分の長さの総和を算出した。そして、第２成分と接触している部分の長さの総和を、ｃＢＮ粒子の外周の総和で除することにより、ｃＢＮ粒子の表面に占める第２成分の占有率（％）を算出した。この結果を表３に示す。

　ちなみに、上記の１００００倍の観察画像において、ｃＢＮ粒子の体積比が高いｃＢＮ焼結体は、１枚の観察画像で１０個以上のｃＢＮ粒子が観察され、ｃＢＮ粒子の体積比が低いｃＢＮ焼結体は、１枚の観察画像から５個以下のｃＢＮ粒子が観察されたが、いずれの実施例および比較例においても一律に２０個の１μｍ以上の粒子径のｃＢＮ粒子を対象に占有率を算出できるように、複数枚の観察画像を準備した。

　（ｃＢＮ焼結体を構成する化合物）
　各実施例および各比較例のｃＢＮ焼結体を構成する化合物は、ｃＢＮ焼結体を鏡面研磨した面の任意の領域を電子顕微鏡にて５００００倍で写真撮影し、付属のＥＤＸにより、各種元素の重なり状態とＸ線回折測定の化合物同定結果に基づいて推定した。このようにして測定したＥＤＸの組成分析の結果を表１および表３の「ｃＢＮ焼結体を構成する化合物」の欄に示した。

　＜切削試験＞
　超硬合金製の基材として、形状がＩＳＯ　ＣＮＭＡ１２０４０８である超硬合金（Ｋ１０相当）を準備し、その刃先に各実施例および各比較例の立方晶窒化硼素焼結体（形状：頂角が８０°でありそれを挟む両辺が各２．５ｍｍの二等辺三角形を底面とする厚みが２ｍｍの三角柱状のもの）を、Ｔｉ－Ｚｒ－Ｃｕからなるロウ材を用いることにより接合した。

　実施例１～７および比較例１～４においては、下記の切削試験１の条件で損傷幅が０．２ｍｍを超えるまで切削加工を行なった。また、実施例８～１２および比較例５、６においては、下記の切削試験２の条件で損傷幅が０．２ｍｍを超えるまで切削加工を行なった。そして、切削試験１および２のいずれにおいても、損傷幅が０．２ｍｍを超えた時点を工具寿命とし、それまでの切削距離（ｋｍ）を表１および表３の「工具寿命」の欄に示した。なお、損傷幅とは、摩耗幅または欠損幅を意味し、その長さが長いものほど、工具寿命が長いことを示している。また、工具寿命に至ったときの損傷形態（「摩耗」または「欠損」のいずれか）を表１および表３の「損傷形態」の欄に示した。

　（切削試験１）
被削材　：ＦＣＤ４５０（硬度：１６０ＨＢ、外周部にＶ溝が付いた丸棒の外形切削）
切削条件：切削速度　　Ｖｃ＝４００ｍ／ｍｉｎ．
　　　　　送り量　　　ｆ＝０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
　　　　　切り込み量　ａ_p＝０．２ｍｍ
　　　　　湿式切削
　（切削試験２）
被削材　：ＦＣＤ７００（硬度：２６０ＨＢ、外周部にＶ溝が付いた丸棒の外形切削）
切削条件：切削速度　　Ｖｃ＝４００ｍ／ｍｉｎ．
　　　　　送り量　　　ｆ＝０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
　　　　　切り込み量　ａ_p＝０．２ｍｍ
　　　　　湿式切削
　表１および表３の「工具寿命」の結果から明らかなように、実施例１～１２の本発明に係る立方晶窒化硼素焼結体工具は、比較例１～６の立方晶窒化硼素焼結体工具に比し、工具寿命を長寿命化したものであることが明らかである。

　実施例１～１２において、工具寿命が向上した理由は、主として第１成分の（２００）面のＸ線回折強度Ｉ₁、および第２成分の（１０１）面のＸ線回折強度Ｉ₂との比Ｉ₂／Ｉ₁が０．０１以上０．１以下であったことにより、耐熱性および耐欠損性を高度に両立したことによるものと考えられる。

　比較例１のｃＢＮ焼結体が欠損によって損傷した理由は、ｃＢＮ粒子の含有率が本発明の規定する下限値（３０体積％）を大幅に下回る１０体積％であったことによるものと考えられる。比較例２において、工具寿命が短かった理由は、ｃＢＮ粒子の含有率が本発明の規定する上限値（７０体積％）を上回る８５体積％であったことによるものと考えられる。

　比較例３において、欠損によって損傷した理由は、Ｘ線回折強度の回折ピーク比Ｉ₂／Ｉ₁が本発明の規定する下限値（０．０１）を下回る０であったことによるものと考えられる。また、比較例４において、工具寿命が短かった理由は、Ｘ線回折強度の回折ピーク比Ｉ₂／Ｉ₁が本発明の規定する上限値（０．１）を上回る０．４２であったことによるものと考えられる。

　以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせ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説明ではなくて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

　立方晶窒化硼素粒子と結合相とを含む立方晶窒化硼素焼結体を少なくとも刃先に有する立方晶窒化硼素焼結体工具であって、
　前記立方晶窒化硼素焼結体は、前記立方晶窒化硼素粒子を４０～７０体積％含み、
　前記結合相は、第１成分と第２成分とを含み、
　前記第１成分は、ＴｉＣであり、
　前記第２成分は、ＴｉＢ₂およびＡｌＢ₂のいずれか一方または両方であり、
　前記第１成分の（２００）面のＸ線回折強度をＩ₁、前記第２成分の（１０１）面のＸ線回折強度をＩ₂とする場合、前記Ｉ₁は、前記立方晶窒化硼素焼結体において前記立方晶窒化硼素粒子を除く全成分のＸ線回折強度中最大であり、かつ０．０１≦Ｉ₂／Ｉ₁≦０．１を満たす、立方晶窒化硼素焼結体工具。
　前記第２成分の少なくとも一部は、前記立方晶窒化硼素粒子の表面と接触するように存在し、
　前記立方晶窒化硼素粒子の表面に占める前記第２成分の占有率は、２０～７０％であり、
　前記結合相は、前記第２成分を１～１０体積％含む、請求項１記載の立方晶窒化硼素焼結体工具。