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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6912685
(24)【登録日】2021年7月12日
(45)【発行日】2021年8月4日
(54)【発明の名称】立方晶窒化硼素焼結体
(51)【国際特許分類】
C04B 35/5831 20060101AFI20210727BHJP
B23B 27/14 20060101ALI20210727BHJP
B23B 27/20 20060101ALI20210727BHJP
【ＦＩ】
C04B35/5831
B23B27/14 B
B23B27/20
【請求項の数】7
【全頁数】32
(21)【出願番号】特願2021-503621(P2021-503621)
(86)(22)【出願日】2020年7月17日
(86)【国際出願番号】JP2020027903
(87)【国際公開番号】WO2021010476
(87)【国際公開日】20210121
【審査請求日】2021年1月21日
(31)【優先権主張番号】特願2019-133027(P2019-133027)
(32)【優先日】2019年7月18日
(33)【優先権主張国】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】503212652
【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石井 顕人
(72)【発明者】
【氏名】岡村 克己
(72)【発明者】
【氏名】雨宮 麻佑
(72)【発明者】
【氏名】諸口 浩也
(72)【発明者】
【氏名】久木野 暁
【審査官】
田中 永一
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１４−２１４０６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−２５４２４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−２３６７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０９−１３６２０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−１８９４２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−２１９３６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−０９６９３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１９−１５６６９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０２０−５１４２３５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｃ０４Ｂ ３５／５８３１
Ｂ２３Ｂ ２７／１４
Ｂ２３Ｂ ２７／２０
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
２０体積％以上８０体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、２０体積％以上８０体積％以下の結合相と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記結合相は、第１結合材粒子と、第２結合材粒子とを含み、
前記第１結合材粒子及び前記第２結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第５族元素、第６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる１種の化合物を含み、
前記第１結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第１金属元素の原子数の合計に対する、前記第１金属元素の原子数の比率は０．０１％以上１０％未満であり、
前記第２結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第１金属元素の原子数の合計に対する、前記第１金属元素の原子数の比率は１０％以上８０％以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
前記結合相は、第１結合材粒子と、第２結合材粒子とを含み、
前記第１結合材粒子及び前記第２結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第５族元素、第６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる１種の化合物を含み、
前記第１結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第１金属元素の原子数の合計に対する、前記第１金属元素の原子数の比率は０．０１％以上１０％未満であり、
前記第２結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第１金属元素の原子数の合計に対する、前記第１金属元素の原子数の比率は１０％以上８０％以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項2】
前記第１結合材粒子と前記第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、前記界面から前記第２結合材粒子側に、前記チタン及び前記第１金属元素の原子数基準の含有量を測定した場合、前記界面からの距離が１５ｎｍ以内の領域において、前記界面からの距離の増加に伴い、前記チタンの含有量が減少傾向を示し、かつ、前記第１金属元素の含有量が増加傾向を示す、請求項１に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項3】
前記第１結合材粒子と前記第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、前記界面から前記第２結合材粒子側に、前記チタン及び前記第１金属元素の原子数基準の含有量をＳＥＭ−ＥＤＸにより線上に測定し、前記第１金属元素の含有量の最大値をＸ１、前記チタン及び前記第１金属元素の含有量の合計に対する前記第１金属元素の含有量の比率が１０％の時の前記第１金属元素の含有量をＸ２、前記Ｘ１と前記Ｘ２の平均値をＸ３とした場合、
前記第１金属元素の含有量が前記Ｘ２である位置Ａから、前記第１金属元素の含有量が前記Ｘ３である位置Ｅまでの距離Ｌ１が５ｎｍ以上である、請求項１又は請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
前記第１金属元素の含有量が前記Ｘ２である位置Ａから、前記第１金属元素の含有量が前記Ｘ３である位置Ｅまでの距離Ｌ１が５ｎｍ以上である、請求項１又は請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項4】
前記距離Ｌ１が１５ｎｍ以上である、請求項３に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項5】
前記第１金属元素は、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素からなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項6】
前記立方晶窒化硼素粒子の含有率は、３５体積％以上７５体積％以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項7】
前記第１結合材粒子及び前記第２結合材粒子の合計質量に対する、前記第２結合材粒子の質量の比率は５％以上９０％以下である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、立方晶窒化硼素焼結体に関する。本出願は、２０１９年７月１８日に出願した日本特許出願である特願２０１９−１３３０２７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。【背景技術】
【0002】
切削工具等に用いられる高硬度材料として、立方晶窒化硼素焼結体（以下、「ｃＢＮ焼結体」ともいう。）がある。ｃＢＮ焼結体は、通常、立方晶窒化硼素粒子（以下、「ｃＢＮ粒子」ともいう。）と結合相とからなり、ｃＢＮ粒子の含有割合や結合相の組成によってその特性が異なる傾向がある。【0003】
このため、切削加工の分野においては、被削材の材質、要求される加工精度等によって、切削工具に適用されるｃＢＮ焼結体の種類が使い分けられる。【0004】
例えば、特開２０１７−０３００８２号公報（特許文献１）には、高硬度鋼の断続切削加工に用いることのできるｃＢＮ焼結体として、立方晶窒化硼素粒子と、結合相としてＴｉＣ相を含む立方晶窒化硼素焼結体が開示されている。【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１７−０３００８２号公報
【発明の概要】
【0006】
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、２０体積％以上８０体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、２０体積％以上８０体積％以下の結合相と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、前記結合相は、第１結合材粒子と、第２結合材粒子とを含み、
前記第１結合材粒子及び前記第２結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第５族元素、第６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる１種の化合物を含み、
前記第１結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第１金属元素の原子数の合計に対する、前記第１金属元素の原子数の比率は０．０１％以上１０％未満であり、
前記第２結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第１金属元素の原子数の合計に対する、前記第１金属元素の原子数の比率は１０％以上８０％以下である、立方晶窒化硼素焼結体である。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図9】図９は、本開示の立方晶窒化硼素焼結体のＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ（Ｈｉｇｈ−ａｎｇｌｅ Ａｎｎｕｌａｒ Ｄａｒｋ Ｆｉｅｌｄ Ｓｃａｎｎｉｎｇ ＴＥＭ：高角散乱環状暗視野走査透過型電子顕微鏡）像の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
[本開示が解決しようとする課題]自動車のギアやシャフト、ベアリング部品には、高い強度及び靱性を有する焼入鋼が用いられている。近年、これらの部品に対して、より高トルクに耐えうる機械特性が要求されている。焼入鋼の機械特性を向上させるため、例えば、焼入鋼素地に硬質粒子を分散させた高強度焼入鋼が開発されている。
【0009】
高強度焼入鋼は、非常に高い硬度を有するため、工具での加工が非常に困難である。特に、高能率加工の場面では、欠損による工具寿命の低下が生じにくい工具が求められている。【0010】
本開示は、工具の材料として用いた場合に、特に高強度焼入鋼の高能率加工においても、工具の長寿命化を可能とする立方晶窒化硼素焼結体を提供することを目的とする。【0011】
[本開示の効果]本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、工具の材料として用いた場合に、特に高強度焼入鋼の高能率加工においても、工具の長寿命化を可能とする。
【0012】
［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）本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、
２０体積％以上８０体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、２０体積％以上８０体積％以下の結合相と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記結合相は、第１結合材粒子と、第２結合材粒子とを含み、
前記第１結合材粒子及び前記第２結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第５族元素、第６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる１種の化合物を含み、
前記第１結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第１金属元素の原子数の合計に対する、前記第１金属元素の原子数の比率は０．０１％以上１０％未満であり、
前記第２結合材粒子において、前記チタンの原子数と前記第１金属元素の原子数の合計に対する、前記第１金属元素の原子数の比率は１０％以上８０％以下である、立方晶窒化硼素焼結体である。
【0013】
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、工具の材料として用いた場合に、特に高強度焼入鋼の高能率加工においても、工具の長寿命化を可能とする。【0014】
（２）前記第１結合材粒子と前記第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、前記界面から前記第２結合材粒子側に、前記チタン及び前記第１金属元素の原子数基準の含有量を測定した場合、前記界面からの距離が１５ｎｍ以内の領域において、前記界面からの距離の増加に伴い、前記チタンの含有量が減少傾向を示し、かつ、前記第１金属元素の含有量が増加傾向を示すことが好ましい。【0015】
これによると、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面における結合力が向上し、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が向上する。【0016】
（３）前記第１結合材粒子と前記第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、前記界面から前記第２結合材粒子側に、前記チタン及び前記第１金属元素の原子数基準の含有量をＳＥＭ−ＥＤＸにより線上に測定し、前記第１金属元素の含有量の最大値をＸ１、前記チタン及び前記第１金属元素の含有量の合計に対する前記第１金属元素の含有量の比率が１０％の時の前記第１金属元素の含有量をＸ２、前記Ｘ１と前記Ｘ２の平均値をＸ３とした場合、前記第１金属元素の含有量が前記Ｘ２である位置Ａから、前記第１金属元素の含有量が前記Ｘ３である位置Ｅまでの距離Ｌ１が５ｎｍ以上であることが好ましい。
【0017】
これによると、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面における結合力が更に向上し、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が更に向上する。【0018】
（４）前記距離Ｌ１が１５ｎｍ以上であることが好ましい。これによると、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面における結合力が更に向上し、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が更に向上する。【0019】
（５）前記第１金属元素は、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素からなることが好ましい。これによると、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が更に向上する。【0020】
（６）前記立方晶窒化硼素粒子の含有率は、３５体積％以上７５体積％以下であることが好ましい。これによると、立方晶窒化硼素焼結体において、耐欠損性と耐摩耗性とがバランスよく向上する。【0021】
（７）前記第１結合材粒子及び前記第２結合材粒子の合計質量に対する、前記第２結合材粒子の質量の比率は５％以上９０％以下であることが好ましく、１０％以上５０％以下が更に好ましい。これによると、第１結合材粒子と第２結合材粒子との格子定数が異なるため、界面が不整合になり、残留応力や格子欠陥の効果で焼結体の強度が向上する。【0022】
［本開示の実施形態の詳細］本開示の立方晶窒化硼素焼結体の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
【0023】
本明細書において「Ａ〜Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。【0024】
本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。たとえば「ＴｉＮｂＣＮ」と記載されている場合、ＴｉＮｂＣＮを構成する原子数の比は、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。このことは、「ＴｉＮｂＣＮ」以外の化合物の記載についても同様である。【0025】
［第１の実施形態：立方晶窒化硼素焼結体］本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、２０体積％以上８０体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、２０体積％以上８０体積％以下の結合相と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、結合相は、第１結合材粒子と、第２結合材粒子とを含み、第１結合材粒子及び第２結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第５族元素、第６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる１種の化合物を含み、第１結合材粒子において、チタンの原子数と前記第１金属元素の原子数の合計に対する、第１金属元素の原子数の比率は０．０１％以上１０％未満であり、第２結合材粒子において、チタンの原子数と第１金属元素の原子数の合計に対する、第１金属元素の原子数の比率は１０％以上８０％以下である。
【0026】
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、工具の材料として用いた場合に、特に高強度焼入鋼の高能率加工においても、工具の長寿命化を可能とする。この理由は明らかではないが、下記（i）〜（iii）の通りと推察される。【0027】
（i）本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、優れた強度及び靱性を有する立方晶窒化硼素粒子を２０体積％以上８０体積％以下含む。このため、ｃＢＮ焼結体も優れた強度及び靱性を有することができる。従って、該立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、高強度焼入鋼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。【0028】
（ii）本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、結合相に含まれる第１結合材粒子及び第２結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第５族元素、第６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる１種の化合物（以下、「結合相化合物」ともいう）を含む。該結合相化合物は、従来の結合相に用いられていたＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮに、チタン（Ｔｉ）と原子半径が異なる第１金属元素が固溶して成る。このため、該結合相化合物には、格子欠陥（転位や積層欠陥）が多量に導入されている。【0029】
結合相化合物中に格子欠陥が存在すると、工具の使用時に発生した亀裂進展のエネルギーが、格子欠陥の原子の不整合部分に吸収されるため、亀裂の伝播が抑制されると推察される。従って、該立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、高強度焼入鋼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。【0030】
（iii）本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、結合相に含まれる第１結合材粒子と第２結合材粒子とは、チタンの原子数と第１金属元素の原子数の合計に対する、第１金属元素の原子数の比率が異なる。このため、第１結合材粒子と第２結合材粒子とは格子定数が異なる。結合相において、第１結合材粒子と第２結合材粒子とが接すると、第２結合材粒子中の格子欠陥が残存しやすい。【0031】
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、結合相が格子欠陥を有するため、結合相において亀裂の伝播が抑制され、耐欠損性が向上している。よって、該立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、高強度焼入鋼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。【0032】
《組成》本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、２０体積％以上８０体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、２０体積％以上８０体積％以下の結合相と、を備える。該ｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒子と結合相とからなることができる。また、ｃＢＮ焼結体は、原材料、製造条件等に起因する不可避不純物を含み得る。本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、ｃＢＮ粒子の含有割合、結合相の含有割合、及び、不可避不純物の含有割合の合計は、１００体積％となる。
【0033】
本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、ｃＢＮ粒子の含有割合、及び、結合相の含有割合の合計の下限は、９５体積％以上、９６体積％以上、９７体積％以上、９８体積％以上、９９体積％以上とすることができる。本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、ｃＢＮ粒子の含有割合、及び、結合相の含有割合の合計の上限は、１００体積％以下、１００体積％未満とすることができる。本開示の立方晶窒化硼素焼結体において、ｃＢＮ粒子の含有割合、及び、結合相の含有割合の合計は、９５体積％以上１００体積％以下、９６体積％以上１００体積％以下、９７体積％以上１００体積％以下、９８体積％以上１００体積％以下、９９体積％以上１００体積％以下、９５体積％以上１００体積％未満、９６体積％以上１００体積％未満、９７体積％以上１００体積％未満、９８体積％以上１００体積％未満、９９体積％以上１００体積％未満とすることができる。【0034】
ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮ粒子の含有割合（体積％）及び結合相の含有割合（体積％）は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日本電子社製の「ＪＳＭ−７８００Ｆ」（商品名））付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）「Ｏｃｔａｎｅ Ｅｌｅｃｔ（オクタンエレクト） ＥＤＳ システム」（商品名））を用いて、ｃＢＮ焼結体に対し、組織観察、元素分析等を実施することによって確認することができる。【0035】
ｃＢＮ粒子の含有割合（体積％）の測定方法は下記の通りである。まず、ｃＢＮ焼結体の任意の位置を切断し、ｃＢＮ焼結体の断面を含む試料を作製する。断面の作製には、集束イオンビーム装置、クロスセクションポリッシャ装置等を用いることができる。次に、上記断面をＳＥＭにて５０００倍で観察して、反射電子像を得る。反射電子像においては、ｃＢＮ粒子が存在する領域が黒色領域となり、結合相が存在する領域が灰色領域又は白色領域となる。【0036】
次に、上記反射電子像に対して画像解析ソフト（三谷商事（株）の「ＷｉｎＲＯＯＦ」）を用いて二値化処理を行う。二値化処理後の画像から、測定視野の面積に占める暗視野に由来する画素（ｃＢＮ粒子に由来する画素）の面積比率を算出する。算出された面積比率を体積％とみなすことにより、ｃＢＮ粒子の含有割合（体積％）を求めることができる。【0037】
二値化処理後の画像から、測定視野の面積に占める明視野に由来する画素（結合相に由来する画素）の面積比率を算出することにより、結合相の含有割合（体積％）を求めることができる。二値化処理の具体的な方法について、図１〜図６を用いて説明する。
【0038】
図１は、ｃＢＮ焼結体をＳＥＭで観察して得られた反射電子像の一例である。該反射電子像を画像処理ソフトに読み込む。読み込んだ画像を図２に示す。図２に示されるように、読み込んだ画像において、任意のラインＱ１を引く。【0039】
ラインＱ１に沿って、濃度断面図の計測を行い、ＧＲＡＹ値を読み取る。ラインＱ１をＸ座標とし、ＧＲＡＹ値をＹ座標としたグラフ（以下、「濃度断面グラフ」ともいう。）を作製する。ｃＢＮ焼結体の反射電子像と、該反射電子像の濃度断面グラフを図３に示す（上の画像が反射電子像であり、下のグラフが濃度断面グラフである）。図３において、反射電子像の幅と濃度断面グラフのＸ座標の幅（２３．２７μｍ）とは一致している。従って、反射電子像におけるラインＱ１の左側端部から、ラインＱ１上の特定の位置までの距離は、濃度断面グラフのＸ座標の値で示される。【0041】
該３箇所の黒色領域のそれぞれのＧＲＡＹ値を濃度断面グラフから読み取る。該３箇所の黒色領域のそれぞれのＧＲＡＹ値は、図４の濃度断面グラフにおいて、符号ｃの楕円で囲まれる３箇所の各部分におけるＧＲＡＹ値の平均値とする。該３箇所のそれぞれのＧＲＡＹ値の平均値を算出する。該平均値をｃＢＮのＧＲＡＹ値（以下、Ｇｃｂｎともいう。）とする。【0043】
該３箇所の結合相のそれぞれのＧＲＡＹ値を濃度断面グラフから読み取る。該３箇所の結合相のそれぞれのＧＲＡＹ値は、図４の濃度断面グラフにおいて、符号ｄの楕円で囲まれる３箇所の各部分におけるＧＲＡＹ値の平均値とする。該３箇所のそれぞれのＧＲＡＹ値の平均値を算出する。該平均値を結合相のＧＲＡＹ値（以下、Ｇｂｉｎｄｅｒともいう。）とする。【0044】
（Ｇｃｂｎ＋Ｇｂｉｎｄｅｒ）／２で示されるＧＲＡＹ値を、黒色領域（ｃＢＮ粒子）と結合相との界面のＧＲＡＹ値と規定する。例えば、図４の濃度断面グラフにおいて、黒色領域（ｃＢＮ粒子）のＧＲＡＹ値ＧｃｂｎはラインＧｃｂｎで示され、結合相のＧＲＡＹ値ＧｂｉｎｄｅｒはラインＧｂｉｎｄｅｒで示され、（Ｇｃｂｎ＋Ｇｂｉｎｄｅｒ）／２で示されるＧＲＡＹ値はラインＧ１で示される。【0045】
上記の通り、濃度断面グラフにおいて、黒色領域（ｃＢＮ粒子）と結合相との界面を規定することにより、黒色領域（ｃＢＮ粒子）と結合相との界面におけるＸ座標及びＹ座標の値を読み取ることができる。界面は任意に規定することができる。例えば、図５の上部の反射電子像では、界面を含む部分の一例として、符号ｅの楕円で囲まれる部分が挙げられる。図５の反射電子像において、黒色領域（ｃＢＮ粒子）と結合相との界面は、例えば符号ｅの楕円で示される部分である。図５の下部の濃度断面グラフにおいて、上記の符号ｅの楕円に相当する黒色領域（ｃＢＮ粒子）と結合相との界面は矢印ｅで示される部分である。該矢印ｅの先端は、ＧＲＡＹ値の濃度断面グラフと、ＧＲＡＹ値（Ｇｃｂｎ＋Ｇｂｉｎｄｅｒ）／２を示すラインＧ１と、の交点の位置を示す。該矢印ｅの先端のＸ座標及び矢印ｅの先端のＹ座標の値が、黒色領域（ｃＢＮ粒子）と結合相との界面におけるＸ座標及びＹ座標の値に該当する。【0046】
黒色領域（ｃＢＮ粒子）と結合相との界面におけるＸ座標及びＹ座標の値を閾値として二値化処理を行う。二値化処理後の画像を図６に示す。図６において、点線で囲まれる領域が、二値化処理が行われた領域である。なお、二値化処理後の画像は、明視野と暗視野の他に、二値化処理前の画像において白色であった領域に対応する白色領域（明視野よりも白い箇所）を含んでいてもよい。【0047】
図６において、測定視野の面積に占める暗視野に由来する画素（ｃＢＮ粒子に由来する画素）の面積比率を算出する。算出された面積比率を体積％とみなすことにより、ｃＢＮ粒子の含有割合（体積％）を求めることができる。【0048】
図６において、測定視野の面積に占める明視野に由来する画素（結合相に由来する画素）の面積比率を算出することにより、結合相の含有割合（体積％）を求めることができる。【0049】
ｃＢＮ焼結体中のｃＢＮ粒子の含有割合は、３５体積％以上７５体積％以下が好ましく、４５体積％以上７４．５体積％以下がより好ましい。【0050】
ｃＢＮ焼結体中の結合相の含有割合は、２５体積％以上６５体積％以下が好ましく、２５．５体積％以上５５体積％以下がより好ましい。【0051】
《ｃＢＮ粒子》ｃＢＮ粒子は、硬度、強度、靱性が高く、ｃＢＮ焼結体中の骨格としての役割を果たす。ｃＢＮ粒子のＤ５０（平均粒径）は特に限定されず、例えば、０．１〜１０．０μｍとすることができる。通常、Ｄ５０が小さい方がｃＢＮ焼結体の硬度が高くなる傾向があり、粒径のばらつきが小さい方が、ｃＢＮ焼結体の性質が均質となる傾向がある。ｃＢＮ粒子のＤ５０は、例えば、０．５〜４．０μｍとすることが好ましい。
【0052】
ｃＢＮ粒子のＤ５０は次のようにして求められる。まず上記のｃＢＮ粒子の含有割合の求め方に準じて、ｃＢＮ焼結体の断面を含む試料を作製し、反射電子像を得る。次いで、画像解析ソフトを用いて反射電子像中の各暗視野（ｃＢＮに相当）の円相当径を算出する。５視野以上を観察することによって１００個以上のｃＢＮ粒子の円相当径を算出することが好ましい。【0053】
次いで、各円相当径を最小値から最大値まで昇順に並べて累積分布を求める。累積分布において累積面積５０％となる粒径がＤ５０となる。なお円相当径とは、計測されたｃＢＮ粒子の面積と同じ面積を有する円の直径を意味する。【0054】
《結合相》結合相は、難焼結性材料であるｃＢＮ粒子を工業レベルの圧力温度で焼結可能とする役割を果たす。また、鉄との反応性がｃＢＮより低いため、高強度焼入鋼の切削において、化学的摩耗及び熱的摩耗を抑制する働きを付加する。また、ｃＢＮ焼結体が結合相を含有すると、高強度焼入鋼の高能率加工における耐摩耗性が向上する。
【0055】
本開示のｃＢＮ焼結体において、結合相は、第１結合材粒子と、第２結合材粒子とを含む。第１結合材粒子及び第２結合材粒子のそれぞれは、チタンと、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第５族元素、第６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の第１金属元素と、窒素及び炭素の一方又は両方と、からなる１種の化合物を含み、該第１結合材粒子において、該チタンの原子数と該第１金属元素の原子数の合計に対する、該第１金属元素の原子数の比率は０．０１％以上１０％未満であり、該第２結合材粒子において、該チタンの原子数と該第１金属元素の原子数の合計に対する、該第１金属元素の原子数の比率は１０％以上８０％以下である。第１結合材粒子と第２結合材粒子とは、チタンの原子数及び第１金属元素の原子数の合計に対する、第１金属元素の原子数の比率が異なる。【0056】
第１結合材粒子及び第２結合材粒子のそれぞれは、結合相化合物のみからなることができる。又、第１結合材粒子及び第２結合材粒子のそれぞれは、結合相化合物に加えて、他の成分を含むことができる。他の成分を構成する元素としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、レニウム（Ｒｅ）を挙げることができる。【0057】
ここで、周期律表の第５族元素は、例えば、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）及びタンタル（Ｔａ）を含む。第６族元素は、例えば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）を含む。【0058】
第１金属元素は、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素からなることが好ましい。【0059】
チタンと第１金属元素と窒素とを含む化合物（窒化物）としては、例えば、窒化チタンジルコニウム（ＴｉＺｒＮ）、窒化チタンハフニウム（ＴｉＨｆＮ）、窒化チタンバナジウム（ＴｉＶＮ）、窒化チタンニオブ（ＴｉＮｂＮ）、窒化チタンタンタル（ＴｉＴａＮ）、窒化チタンクロム（ＴｉＣｒＮ）、窒化チタンモリブデン（ＴｉＭｏＮ）、窒化チタンタングステン（ＴｉＷＮ）、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ、Ｔｉ２ＡｌＮ、Ｔｉ３ＡｌＮ）等を挙げることができる。【0060】
チタンと第１金属元素と炭素とを含む化合物（炭化物）としては、例えば、炭化チタンジルコニウム（ＴｉＺｒＣ）、炭化チタンハフニウム（ＴｉＨｆＣ）、炭化チタンバナジウム（ＴｉＶＣ）、炭化チタンニオブ（ＴｉＮｂＣ）、炭化チタンタンタル（ＴｉＴａＣ）、炭化チタンクロム（ＴｉＣｒＣ）、炭化チタンモリブデン（ＴｉＭｏＣ）、炭化チタンタングステン（ＴｉＷＣ）、炭化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＣ、Ｔｉ２ＡｌＣ、Ｔｉ３ＡｌＣ）等を挙げることができる。【0061】
チタンと第１金属元素と炭素と窒素とを含む化合物（炭窒化物）としては、例えば、炭窒化チタンジルコニム（ＴｉＺｒＣＮ）、炭窒化チタンハフニウム（ＴｉＨｆＣＮ）、炭窒化チタンバナジウム（ＴｉＶＣＮ）、炭窒化チタンニオブ（ＴｉＮｂＣＮ）、炭窒化チタンタンタル（ＴｉＴａＣＮ）、炭窒化チタンクロム（ＴｉＣｒＣＮ）、炭窒化チタンモリブデン（ＴｉＭｏＣＮ）、炭窒化チタンタングステン（ＴｉＷＣＮ）、炭窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＣＮ、Ｔｉ２ＡｌＣＮ）等を挙げることができる。【0062】
結合相は、上記の化合物由来の固溶体を含むことができる。ここで、上記の化合物由来の固溶体とは、２種類以上のこれらの化合物が互いの結晶構造内に溶け込んでいる状態を意味し、侵入型固溶体や置換型固溶体を意味する。【0063】
結合相は、第１結合材粒子及び第２結合材粒子のみからなることができる。又、結合相は、第１結合材粒子及び第２結合材粒子に加えて、他の成分を含むことができる。他の成分を構成する元素としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、レニウム（Ｒｅ）を挙げることができる。【0064】
ｃＢＮ焼結体に含まれる結合相の全体としての組成は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日本電子社製の「ＪＳＭ−７８００Ｆ」（商標））付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）「Ｏｃｔａｎｅ Ｅｌｅｃｔ（オクタンエレクト） ＥＤＳ システム」（商標））を用いた組織観察、元素分析等と、ＸＲＤ（Ｘ線回折測定）（装置：ＲＩＧＡＫＵ社製の「ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００」（商標））による結晶構造解析等を組み合わせることで確認することができる。【0065】
第１結合材粒子において、チタンの原子数と第１金属元素の原子数の合計に対する、第１金属元素の原子数の比率は０．０１％以上１０％未満である。第１金属元素の原子数の比率が０．０１％以上１０％未満であると、第１結合材粒子と第２結合材粒子との格子定数の相違が大きくなる。この場合、第１結合材粒子と第２結合材粒子とが接すると、第２結合材粒子中の格子欠陥が残存しやすく、結合相において亀裂の伝播が抑制され、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が顕著に向上する。更に、第１金属元素の原子数の比率が１０％未満であると、第１結合材粒子の耐摩耗性が向上するため、立方晶窒化硼素焼結体において、耐欠損性と耐摩耗性とがバランスよく向上する。【0066】
第１結合材粒子において、チタンの原子数と第１金属元素の原子数の合計に対する、第１金属元素の原子数の比率は、０．０１％以上１０％未満であり、０．０２％以上５％以下が好ましく、０．０５％以上３％以下が更に好ましい。【0067】
第２結合材粒子において、チタンの原子数と第１金属元素の原子数の合計に対する、第１金属元素の原子数の比率は１０％以上８０％以下である。第２金属元素の原子数の比率が１０％以上であると、第２結合材粒子中の格子欠陥が増加し、結合相において亀裂の伝播が抑制され、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が顕著に向上する。第２金属元素の原子数の比率が８０％以下であると、第２結合材粒子は優れた強度を有することができ、立方晶窒化硼素焼結体の強度が向上する。【0068】
第２結合材粒子において、チタンの原子数と第１金属元素の原子数の合計に対する、第１金属元素の原子数の比率は、１０％以上８０％以下であり、１１．５％以上６０％以下が好ましく、１３％以上５０％以下が更に好ましい。【0069】
第１結合材粒子及び第２結合材粒子のそれぞれの組成、並びに、第１結合材粒子及び第２結合材粒子のそれぞれにおける、チタンの原子数と第１金属元素の原子数の合計に対する、第１金属元素の原子数の比率（以下、「第１金属元素の比率」ともいう。）の測定方法の手順について、下記（１−１）〜（１−５）に説明する。【0070】
（１−１）ｃＢＮ焼結体からサンプルを採取し、アルゴンイオンスライサーを用いて、サンプルを３０〜１００ｎｍの厚みに薄片化して切片を作製する。該切片を透過型電子顕微鏡（以下、「ＴＥＭ」ともいう。）にて３万倍、５万倍で観察してＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像である第１画像を得る。第１画像において、ｃＢＮ粒子は黒色として観察され、結合相及び粒子間の界面は白色または灰色として観察される。【0071】
（１−２）第１画像において、ｃＢＮ粒子（黒色）以外の領域が視野の中心となるように位置決めを行い、観察倍率を１０万倍に変更して観察することにより、第２画像を得る。【0072】
（１−３）次に、第２画像に対し、ＥＤＸによる元素マッピング分析を実施して、チタン、第１金属元素、炭素及び窒素の分布を分析する。【0073】
（１−４）第１金属元素の元素マッピング像において、第１金属元素の信号が最強の点（分析範囲：約２ｎｍ）と最低の点（分析範囲：約２ｎｍ）を特定し、かつその領域に硼素が１５原子％以上存在しないことを確認する。硼素が存在する場合は、第１結合材粒子及び第２結合材粒子とみなさない。ここで、第１金属の信号が最強の点は、第２結合材粒子内に存在し、第１金属の信号が最低の点は、第１結合材粒子内に存在するものである。それぞれの点において、チタン、第１金属元素、炭素及び窒素の定量分析を行う。【0074】
（１−５）上記（１−４）の結果から、第１金属の信号が最強の点における組成を特定する。該組成は、第２結合材粒子の組成に該当する。また、第１金属の信号が最強の点における、チタンの原子数と第１金属元素の原子数の合計に対する、第１金属元素の原子数の比率（第１金属元素の比率）を算出する。該比率を１０視野以上にて算出する。該１０視野以上における第１金属元素の比率の平均値が、第２結合材粒子中の第１金属元素の比率に該当する。【0075】
上記（１−４）の結果から、第１金属の信号が最低の点における組成を特定する。該組成は、第１結合材粒子の組成に該当する。また、第１金属の信号が最低の点における、チタンの原子数と第１金属元素の原子数の合計に対する、第１金属元素の原子数の比率（第１金属元素の比率）を算出する。該比率を１０視野以上にて算出する。該１０視野以上における第１金属元素の比率の平均値が、第１結合材粒子中の第１金属元素の比率に該当する。【0076】
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から前記第２結合材粒子側に、チタン及び第１金属元素の原子数基準の含有量を測定した場合、界面からの距離が１５ｎｍ以内の領域において、界面からの距離の増加に伴い、チタンの含有量が減少傾向を示し、かつ、第１金属元素の含有量が増加傾向を示すことが好ましい。【0077】
これによると、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面における結合力が向上し、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が向上する。【0078】
ここで、「第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第２結合材粒子側に、チタン及び第１金属元素の含有量を測定する方法」（以下、「元素ライン分析」ともいう。）の手順について、下記（２−１）〜（２−９）に説明する。【0079】
（２−１）ｃＢＮ焼結体からサンプルを採取し、日本電子社製のイオンスライサ「ＥＭ−０９１００ＩＳ」（商品名）を用いて、サンプルを３０〜１００ｎｍの厚みに薄片化して切片を作製する。【0080】
（２−２）上記（２−１）で作製された切片を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、日本電子社製の「ＪＥＭ−２１００Ｆ／Ｃｓ」（商品名））にて１０万倍で観察し、ＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ、ＡＭＥＴＥＫ社製の「ＥＤＡＸ」（商品名））を用いて元素マッピング分析を行い、元素マッピング像を得る。元素マッピング分析では、チタン、各第１金属元素（ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第５族元素に含まれる元素、第６族元素に含まれる元素、アルミニウム）及び硼素の分布を分析する。【0081】
（２−３）上記（２−２）で得られた元素マッピング像と同一の視野に対して、高角散乱環状暗視野走査透過型電子顕微鏡（日本電子社製の「ＪＥＭ−２１００Ｆ／Ｃｓ」（商品名））を用いて、ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像を得る。【0082】
（２−４）上記（２−２）で得られた元素マッピング像と同一の視野に対して、明視野走査透過型電子顕微鏡（日本電子社製の「ＪＥＭ−２１００Ｆ／Ｃｓ）を用いて、ＢＦ−ＳＴＥＭ像を得る。【0083】
（２−５）上記（２−２）で得られた元素マッピング像に基づき、第１金属元素（以下、「Ｍ」とも記す。）が観察される領域（以下、「第１領域」ともいう。）を特定する。次に、上記で得られた第１金属元素（Ｍ）のマッピング像において、Ｍ含有量（原子％）／（Ｔｉ含有量（原子％）＋Ｍ含有量（原子％））が１０％未満の領域を表示しないように設定した画像を得る。該画像において、上記（２−２）で得られた硼素のマッピング像において硼素が観察されない領域、かつ、第１金属元素（Ｍ）の独立した各々のマッピング領域が第２結合材粒子に該当する。当該第２結合材粒子を示すマッピング領域を結晶粒と定義し、該マッピング領域の境目を結晶粒界として特定する。【0084】
（２−６）上記（２−２）で得られた硼素及びチタンの元素マッピング像、並びに、Ｍ含有量（原子％）／（Ｔｉ含有量（原子％）＋Ｍ含有量（原子％））が１０％未満の領域を表示しないように設定した第１金属元素の元素マッピング像が、以下の（ａ）〜（ｃ）の全てを満たす領域（以下、「第２領域」ともいう。）を特定する。（ａ）硼素が観察されない。
（ｂ）チタンが観察される。
（ｃ）第１金属元素が観察されない。
【0085】
更に、上記（２−３）で得られたＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像及び上記（２−４）で得られたＢＦ−ＳＴＥＭ像に基づき、上記（２−５）で特定された第２結合材粒子に隣接し、かつ、第２領域を含む一つの結晶粒を特定する。該結晶粒は第１結合材粒子に該当する。該結晶粒の結晶粒界は下記の方法で特定する。まず、上記で得られた第１金属元素（Ｍ）のマッピング像において、Ｍ含有量（原子％）／（Ｔｉ含有量（原子％）＋Ｍ含有量（原子％））が１０％以上の領域を表示しないように設定した画像を得る。該画像において、第１金属元素（Ｍ）のマッピング領域を結晶粒と定義し、該第１金属元素（Ｍ）のマッピング領域の境目を結晶粒界として特定する。【0086】
（２−７）上記（２−５）で特定された第２結合材粒子、及び、上記（２−６）で特定された第１結合材粒子を含む領域をＴＥＭにて３０万倍で観察し、ＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）を用いて元素マッピング分析を行い、元素マッピング像を得る。元素マッピング分析では、各第１金属元素（ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第５族元素に含まれる元素、第６族元素に含まれる元素、アルミニウム）の分布を分析する。【0087】
（２−８）上記（２−７）で得られた元素マッピング像において、第１金属元素の信号が強く観察される領域において等高線図をとり、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第２結合材粒子側に、元素ライン分析を実施し、チタン及び第１金属元素の含有量を測定する。ここで、界面に対して垂直な方向とは、界面の伸長方向の接線に対して９０°±５°の角度で交差する直線に沿う方向を意味する。また、界面に対して垂直な方向は、試料の断面において第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面（境界線）に垂直、かつ、該断面に平行な方向である。元素ライン分析のビーム径は０．３ｎｍ以下とし、スキャン間隔は０．１〜０．７ｎｍとする。【0088】
上記（２−１）〜（２−８）の手順により、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第２結合材粒子側に、チタン及び第１金属元素の含有量を測定することができる。【0090】
図７は、第１結合材粒子及び第２結合材粒子がＴｉＮｂＣＮの組成を含むｃＢＮ焼結体に対して、元素マッピング分析を実施し、ニオブ（Ｎｂ）の分布を分析した時に得られる元素マッピング像である。なお、実際の元素マッピング像では、ニオブの存在する位置は濃色の発光色を示すが、図７では該元素マッピング像が白黒表示されているため、ニオブの存在する位置は淡色として表示されている。【0093】
図１１は、上記のｃＢＮ焼結体に対して、元素マッピング分析を実施し、硼素（Ｂ）の分布を分析した時に得られる元素マッピング像である。なお、実際の元素マッピング像では、硼素の存在する位置は濃色の発光色を示すが、図１１では該元素マッピング像が白黒表示されているため、硼素の存在する位置は淡色として表示されている。【0094】
図１２は、上記のｃＢＮ焼結体に対して、元素マッピング分析を実施し、チタン（Ｔｉ）の分布を分析した時に得られる元素マッピング像である。なお、実際の元素マッピング像では、チタンの存在する位置は濃色の発光色を示すが、図１２では該元素マッピング像が白黒表示されているため、チタンの存在する位置は淡色として表示されている。【0095】
図７の元素マッピング像に基づき、ニオブが観察される第１領域を特定する。更に、図９のＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像及び図１０のＢＦ−ＳＴＥＭ像に基づき、該第１領域を含む一つの結晶粒を特定する。該結晶粒の結晶粒界は下記の方法で特定する。まず、上記で得られたニオブのマッピング像において、Ｎｂ含有量（原子％）／（Ｔｉ含有量（原子％）＋Ｎｂ含有量（原子％））が１０％未満の領域を表示しないように設定した画像を得る。該画像において、ニオブのマッピング領域を結晶粒と定義し、該ニオブのマッピング領域の境目を結晶粒界として特定する。該結晶粒は第２結合材粒子に該当する。図８においてニオブの観察される領域と、図１１において硼素の観察される領域とが重ならない領域が第２結合材粒子を示す。第２結合材粒子を示す領域を図９に点線で示す。【0096】
図７、図１１及び図１２の元素マッピング像に基づき、以下の（ａ）〜（ｃ）の全てを満たす第２領域を特定する。（ａ）硼素が観察されない。
（ｂ）チタンが観察される。
（ｃ）ニオブが観察されない。
【0097】
更に、図９のＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像及び図１０のＢＦ−ＳＴＥＭ像に基づき、第２領域を含む一つの結晶粒を特定する。該結晶粒は第１結合材粒子に該当する。図９の実線で囲まれる領域は、該第１結合材粒子を示す。【0098】
図１３は、図９の点線で囲まれる部分（第２結合材粒子）を含む領域に対して、元素マッピング分析を実施し、ニオブ（Ｎｂ）の分布を分析した時に得られる元素マッピング像において、ニオブの含有量が１０原子％以下の部分をカットして得られた補正元素マッピング像である。参考までに、図１３と同一視野におけるＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像を図１４に示し、図１３と同一視野におけるＢＦ−ＳＴＥＭ像を図１５に示す。図１５において、点線で囲まれる部分は第２結合材粒子を示し、実線で囲まれる部分は第１結合材粒子を示す。【0099】
図１３の補正元素マッピング像において、ニオブの信号が強く観察される領域における等高線図を図１６に示す。図１６において、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面に対して垂直方向（界面の接線に対して９０°±５°の角度で交差する直線に沿う方向）（図１６の矢印ａで示される方向）に沿って、元素ライン分析を実施する。【0100】
図１７は、元素ライン分析の結果を示すグラフの一例である。該グラフにおいて、横軸（Ｘ軸）は図１６におけるラインの距離（ｎｍ）を示し、縦軸（Ｙ軸）はチタン及びニオブの含有量（原子％）を示す。【0101】
次に、「界面からの距離が１５ｎｍ以内の領域において、界面からの距離の増加に伴い、チタンの含有量が減少傾向を示し、第１金属元素の含有量が増加傾向を示す」ことの確認方法の具体的な手順について、図１７を用いて説明する。下記では、第１金属元素がニオブの場合として説明するが、第１金属元素が他の元素であっても、同様の方法で確認することができる。【0102】
図１７において、点線はチタンを示し、実線はニオブを示す。また、Ｘ１はニオブの含有量の最大値を示し、Ｘ２はチタン及びニオブの含有量の合計に対するニオブの含有量の比率が１０％の時のニオブの含有量を示す。Ｘ４はチタンの含有量の最小値を示す。【0103】
含有量Ｘ２を示す直線とニオブのスペクトルとの交点であるＡと、含有量Ｘ１を示す直線とニオブのスペクトルとの交点であるＢを結んだ直線Ｍを引く。直線Ｍとニオブのスペクトル（以下、「Ｎｂスペクトル」ともいう。）とのずれを、ＡとＢとの間において等間隔に１０点測定する（Ａ、Ｂは含まない）。ここで、直線ＭとＮｂスペクトルとのずれは、同一の距離におけるＮｂスペクトル上のニオブ含有量と、直線Ｍ上のニオブ含有量との差を意味する。７点以上において、直線ＭとＮｂスペクトルとのずれが±１０原子％以内の場合は、「ニオブ（第１金属元素）の含有量が増加傾向を示す。」ことが確認される。【0104】
上記交点Ａの距離におけるチタンのスペクトル（以下、「Ｔｉスペクトル」ともいう。）上の点Ｃと、含有量Ｘ４を示す直線とＴｉスペクトルとの交点であるＤを結んだ直線Ｎを引く。直線ＮとＴｉスペクトルとのずれを、ＣとＤとの間において等間隔に１０点測定する（Ｃ、Ｄは含まない）。ここで、直線ＮとＴｉスペクトルとのずれは、同一の距離におけるＴｉスペクトル上のチタン含有量と、直線Ｎ上のチタン含有量との差を意味する。７点以上において、直線ＮとＴｉスペクトルとのずれが±１０原子％以内の場合は、「チタンの含有量が減少傾向を示す。」ことが確認される。【0105】
６視野分の元素マッピング像において上述の分析を繰り返し実施し、１視野分以上において、上記の増加傾向及び減少傾向を示すことが確認された場合、当該ｃＢＮ焼結体は、「界面からの距離が１５ｎｍ以内の領域において、界面からの距離の増加に伴い、チタンの含有量が減少傾向を示し、第１金属元素の含有量が増加傾向を示す」とみなす。【0106】
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第２結合材粒子側に、チタン及び第１金属元素の含有量を測定し、第１金属元素の含有量の最大値をＸ１、チタン及び第１金属元素の含有量の合計に対する第１金属元素の含有量の比率が１０％の時の第１金属元素の含有量をＸ２、Ｘ１とＸ２の平均値をＸ３とした場合、第１金属元素の含有量がＸ２である位置Ａから、第１金属元素の含有量が前記Ｘ３である位置Ｅまでの距離Ｌ１が５ｎｍ以上であることが好ましい。【0107】
これによると、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面における結合力が更に向上し、立方晶窒化硼素焼結体の耐欠損性が更に向上する。距離Ｌ１は、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましく、１５ｎｍ以上２００ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下が更に好ましい。【0108】
距離Ｌ１の測定方法の具体的な手順について、図１７を用いて説明する。図１７のＹ軸において、ニオブの含有量の最大値はＸ１で示され、チタン及びニオブの含有量の合計に対するニオブの含有量の比率が１０％の時のニオブの含有量はＸ２で示され、Ｘ１とＸ２の平均値はＸ３で示される。Ｎｂスペクトルにおいて、ニオブの含有量がＸ２である位置はＡで示され、ニオブの含有量がＸ３である位置はＥで示される。図１７のＸ軸において、ＡからＥまでの距離が、距離Ｌ１に該当する。【0109】
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、第１結合材粒子及び第２結合材粒子の合計質量に対する、第２結合材粒子の質量の比率は５％以上９０％以下であることが好ましい。これによると、格子定数が異なる結晶粒が隣り合うことで粒界が不整合となり、格子欠陥、応力の効果により強度が向上し、耐欠損性が向上する。第１結合材粒子及び第２結合材粒子の合計質量に対する、第２結合材粒子の質量の比率は１０％以上７０％以下がより好ましく、２０％以上５０％以下が更に好ましい。【0110】
第１結合材粒子と第２結合材粒子の合計質量に対する、第２結合材粒子の質量の比率はＸ線回折法により測定することができる。具体的な測定方法について、下記（３−１）〜（３−３）に具体的に説明する。【0111】
（３−１）立方晶窒化硼素焼結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。【0112】
（３−２）Ｘ線回折装置（Ｒｉｇａｋｕ社製「ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００」（商品名））を用いて立方晶窒化硼素焼結体の切断面の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： ４０ｋＶ
管電流： １５ｍＡ
フィルター： 多層ミラー
光学系： 集中法
Ｘ線回折法： θ−２θ法
スキャン速度： ４度／分
【0113】
（３−３）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を測定する。【0114】
ピーク強度Ａ：回折角２θ＝６０°付近のピーク強度から、バックグランドを除いた第１結合材粒子の（２２０）面のピーク強度。【0115】
ピーク強度Ｂ：回折角２θ＝６０°付近のピーク強度から、バックグラウンドを除いた第２結合材粒子の（２２０）面のピーク強度。【0116】
第１結合材粒子及び第２結合材粒子の合計質量に対する、第２結合材粒子の質量の比率は、ピーク強度Ｂ／（ピーク強度Ａ＋ピーク強度Ｂ）の値を算出することにより得られる。具体的には、ＸＲＤ分析ソフト（ＲＩＧＡＫＵ社製「ＰＤＸＬ２」にスペクトルを読み込む。スペクトルの情報として表示され、（２２０）面に相当する高さをピーク強度として計算する。このピーク高さはバックグラウンドを除いたピーク強度を示している。本開示の立方晶窒化硼素焼結体のＸ線スペクトルの一例を図１８に示す。【0117】
図１８に示されるように、第１結合材粒子及び第２結合材粒子のそれぞれのピークは一部が重なり、１つのピークＳの高角度側又は低角度側にショルダーが観察される場合がある。この場合は、分析ソフトにより２つのピークＳ１（第１結合材粒子の（２２０）面由来のピーク）、Ｓ２（第２結合材粒子の（２２０）面由来のピーク）として認識させて分析する。分析ソフトが自動で２つのピークを認識しない場合は、１つのピークの低角度側のショルダー部分を第２結合材粒子のピークと見做して、ピーク追加機能により追加し、フィッティングを行う。【0118】
［第２の実施形態：立方晶窒化硼素焼結体の製造方法］本開示のｃＢＮ焼結体の製造方法について説明する。本開示のｃＢＮ焼結体の製造方法は、立方晶窒化硼素粉末（以下、「ｃＢＮ粉末」ともいう）と、第１結合材粉末と、第２結合材粉末とを準備する工程（以下、「準備工程」ともいう。）と、前記ｃＢＮ粉末と、第１結合材粉末と、第２結合材粉末とを混合して、混合粉末を調製する工程（以下、「調製工程」ともいう。）と、混合粉末を焼結して、立方晶窒化硼素焼結体を得る工程（以下、「焼結工程」ともいう。）と、を備えることができる。以下、各工程について詳述する。
【0119】
＜準備工程＞まず、ｃＢＮ粉末及び結合材粉末を準備する。ｃＢＮ粉末とは、ｃＢＮ焼結体に含まれるｃＢＮ粒子の原料粉末である。ｃＢＮ粉末は、特に限定されず、公知のｃＢＮ粉末を用いることができる。結合材粉末とは、ｃＢＮ焼結体に含まれる結合相の原料粉末である。
【0120】
本開示のｃＢＮ焼結体の結合相に含まれる化合物は、ＴｉＣｘＮｙ（ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ＞０である。）に、チタン（Ｔｉ）と原子半径が異なる第１金属元素が固溶して成り、ＴｉＭ２ＣｘＮｙ（ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ＞０であり、Ｍ２は１以上の第１金属元素を示す。Ｔｉの原子数とＭ２の原子数の合計に対する、Ｍ２の原子数の比率は１０％以上８０％以下である。）の組成を有する。以下、該ＴｉＭ２ＣｘＮｙの組成を有する結合材を主結合材という。【0121】
チタンに原子半径の異なる金属元素を固溶させることは、従来の一般的な方法では困難である。本発明者らは、鋭意検討の結果、主結合材の原料を１８００℃以上の高温で熱処理（以下、「高温熱処理」ともいう。）を行うことにより、チタンに原子半径の異なる金属元素が固溶した主結合材粉末を作製できることを見出した。更に、主結合材に含まれる元素粉末を粉末熱プラズマ処理を行うことによっても、チタンに原子半径の異なる金属元素が固溶した主結合材粉末を作製できることを見出した。高温熱処理及び粉末熱プラズマ処理の詳細について、下記に説明する。【0122】
（高温熱処理を用いる方法）高温熱処理を用いて主結合材粉末を作製する方法の一例について説明する。
【0123】
ＴｉＯ２粉末、ジルコニウム、ハフニウム、周期律表の第５族元素、第６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物粉末、及び、炭素（Ｃ）粉末を混合して主結合材用混合粉末を得る。【0124】
第１金属元素の酸化物粉末としては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化タングステン（ＷＯ３）を挙げることができる。【0125】
ＴｉＯ２粉末と第１金属元素の酸化物粉末と炭素粉末との混合割合は、原子％基準で、チタン：第１金属元素：炭素＝０．９〜０．２：０．１〜０．８：０．１〜０．９となるように配合することが好ましい。【0126】
得られた主結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、１８００℃〜２２００℃で６０分間熱処理する。これにより、ＴｉＭ２ＣｘＮｙの組成を有する単相化合物が合成される。該単相化合物を湿式粉砕法で所望の粒径まで粉砕し、ＴｉＭ２ＣｘＮｙの組成を有する主結合材粉末を得ることができる。【0127】
（粉末熱プラズマ処理を用いる方法）粉末熱プラズマ処理を用いて主結合材粉末を作製する方法の一例について説明する。
【0128】
チタン（Ｔｉ）粉末、Ｍ（第１金属元素）粉末、及び、炭素（Ｃ）粉末を混合して結合材用混合粉末を得る。チタン（Ｔｉ）粉末とＭ（第１金属元素）粉末と炭素（Ｃ）粉末との混合割合は、重量比で、チタン（Ｔｉ）粉末：Ｍ（第１金属元素）粉末：炭素（Ｃ）粉末＝２０〜８０：１０〜８０：１〜２０とすることができる。【0129】
得られた結合材用混合粉末を、熱粉末プラズマ装置（ＪＥＯＬ製、ＴＰ−４００２０ＮＰＳ）にて処理する。例えば、熱粉末プラズマ装置のチャンバ内に主結合材用混合粉末をセットし、出力６ｋＷの条件でＮ２ガスを３０Ｌ／分の流量で導入して処理する。これにより、ＴｉＭ２ＣｘＮｙの組成を有する主結合材粉末を得ることができる。【0130】
ｃＢＮ粉末と上記の主結合材粉末とを焼結するためには、Ｔｉ２ＡｌＮ及び／又はＴｉ２ＡｌＣを副結合材として用いることが好ましい。副結合材を用いることにより、ｃＢＮ粒子と主結合材との結合が促進される。更に、主結合材粉末と副結合材粉末とを混合して焼結することにより、主結合材粉末に含まれる第１金属元素（Ｍ２）の一部と、副結合材粉末とから、ＴｉＭ１ＣｘＮｙ（ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ＞０であり、Ｍ１は上記Ｍ２と同一の第１金属元素を示す。Ｔｉの原子数とＭ１の原子数の合計に対する、Ｍ１の原子数の比率は０．０１％以上１０％未満である。）の組成を有する化合物が生成される。該ＴｉＭ１ＣｘＮｙの組成を有する化合物は、ｃＢＮ焼結体において第１結合材粒子を構成する。【0131】
以下に、副結合材粉末として、Ｔｉ２ＡｌＣ粉末を作製する方法の一例について説明する。チタン（Ｔｉ）粉末とアルミニウム（Ａｌ）粉末とＴｉＣ粉末とを、重量比でチタン（Ｔｉ）粉末：アルミニウム（Ａｌ）粉末：ＴｉＣ粉末＝３７：２２：４１の割合で混合して副結合材用混合粉末を得る。【0132】
得られた副結合材用混合粉末を、アルゴン雰囲気下、１５００℃で６０分間熱処理する。これにより、Ｔｉ２ＡｌＣの組成を有する単相化合物が合成される。該単相化合物を湿式粉砕法で所望の粒径まで粉砕し、Ｔｉ２ＡｌＣの組成を有する副結合材粉末を得ることができる。【0133】
＜調製工程＞本工程は、ｃＢＮ粉末と結合材粉末とを混合して、混合粉末を調製する工程である。ここで、結合材粉末は、主結合材粉末と副結合材粉末とを含むことができる。
【0134】
ｃＢＮ粉末と結合材粉末との混合割合は、混合粉末中のｃＢＮ粉末の割合が２０体積％以上８０体積％以下、かつ、結合材粉末の割合が２０体積％以上８０体積％以下となるように調整する。結合材粉末として主結合材粉末と副結合材粉末とを用いる場合は、主結合材粉末と副結合材粉末との混合割合は、副結合材が焼結後にＴｉＭ１ＣｘＮｙとＡｌに分解すると仮定し、重量比でＴｉＭ１ＣｘＮｙ：ＴｉＭ２ＣｘＮｙ＝１０〜９５：９０〜５となるように計算して配合する。【0135】
なお、混合粉末中のｃＢＮ粉末と、結合材粉末との混合割合は、該混合粉末を焼結して得られるｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮ粒子と、結合相との割合と実質的に同一となる。したがって、混合粉末中のｃＢＮ粉末と、結合材粉末との混合割合を調節することにより、ｃＢＮ焼結体中のｃＢＮ粒子と結合相との割合を、所望の範囲とすることができる。【0136】
ｃＢＮ粉末と、結合材粉末との混合方法は特に制限されないが、効率よく均質に混合する観点から、ボールミル混合、ビーズミル混合、遊星ミル混合、及びジェットミル混合等を用いることができる。各混合方法は、湿式でもよく乾式でもよい。【0137】
ｃＢＮ粉末と、結合材粉末とは、エタノール、アセトン等を溶媒に用いた湿式ボールミル混合により混合されることが好ましい。また、混合後は自然乾燥により溶媒が除去される。その後、熱処理により、表面に吸着した水分等の不純物を揮発させ表面を清浄化する。これにより、混合粉末が調製される。【0138】
＜焼結工程＞本工程は、混合粉末を焼結してｃＢＮ焼結体を得る工程である。本工程において、混合粉末が高温高圧条件下に曝されて焼結されることにより、ｃＢＮ焼結体が製造される。
【0139】
まず、混合粉末中の水分や不純物除去のため、真空下で高温（例えば９００℃以上）熱処理（以下、「脱ガス処理」ともいう。）を行う。脱ガス処理後の混合粉末を、超高圧焼結用のカプセルに充填して、真空下で金属をシール材に用いて、真空シールする。【0140】
次に、超高温高圧装置を用いて、真空シールされた混合粉末を焼結処理する。焼結条件は、例えば、５．５〜８ＧＰａ及び１２００℃以上１８００℃未満で、５〜６０分が好ましい。特に、コストと焼結性能とのバランスの観点から、６〜７ＧＰａ及び１４００〜１６００℃で、１０〜３０分が好ましい。これにより、ｃＢＮ焼結体が製造される。【0141】
［第３の実施形態：工具］本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、工具の材料として用いることができる。工具は、基材として上記ｃＢＮ焼結体を含むことができる。また工具は、基材となるｃＢＮ焼結体の表面に被膜を有していてもよい。
【0142】
工具の形状及び用途は特に制限されない。例えばドリル、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、クランクシャフトのピンミーリング加工用チップなどを挙げることができる。【0143】
また、本実施形態に係る工具は、工具の全体がｃＢＮ焼結体からなるもののみに限らず、工具の一部（特に刃先部位（切れ刃部）等）のみがｃＢＮ焼結体からなるものも含む。例えば、超硬合金等からなる基体（支持体）の刃先部位のみがｃＢＮ焼結体で構成されるようなものも本実施形態に係る工具に含まれる。この場合は、文言上、その刃先部位を工具とみなすものとする。換言すれば、ｃＢＮ焼結体が工具の一部のみを占める場合であっても、ｃＢＮ焼結体を工具と呼ぶものとする。【0144】
本実施形態に係る工具によれば、上記ｃＢＮ焼結体を含むことから、長寿命化が可能となる。【実施例】
【0145】
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。【0146】
＜試料１＞（準備工程）
ｃＢＮ粉末（平均粒径：３μｍ）と主結合材粉末と副結合材粉末とを準備した。主結合材粉末は、高温熱処理を用いる方法で作製した。具体的には、ＴｉＯ２粉末とＮｂ２Ｏ５粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、５７．１９：１６．７９：２６．０２の割合で混合し、主結合材用混合粉末を得た。該主結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、２１００℃で６０分間熱処理して、ＴｉＮｂＣＮ組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径０．５μｍまで粉砕し、ＴｉＮｂＣＮ粉末を得た。
【0147】
該ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）とを混合して結合材粉末を準備した。ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合は、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が１重量％となるように調整した。【0148】
（調製工程）ｃＢＮ粉末と結合材粉末とを、体積比で、ｃＢＮ粉末：結合材粉末＝６５：３５の割合で混合し、ボールミルにより均一に混合して混合粉末を得た。
【0149】
（焼結工程）得られた混合粉末を、ＷＣ−６％Ｃｏの超硬合金製円盤に接した状態でＴａ製の容器に充填して真空シールし、ベルト型超高圧高温発生装置を用いて、６．５ＧＰａ、１５００℃で１５分間焼結した。これにより、ｃＢＮ焼結体が作製された。
【0150】
＜試料２＞準備工程において、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が２重量％となるように調整した以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0151】
＜試料３＞準備工程において、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が４重量％となるように調整した以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0152】
＜試料４＞準備工程において、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が７重量％となるように調整した以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0153】
＜試料５＞準備工程において、ＴｉＯ２粉末とＮｂ２Ｏ５粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、４３．８３：３１．２５：２４．９２の割合で混合し、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が４重量％となるように調整した以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0154】
＜試料６＞準備工程において、ＴｉＯ２粉末とＮｂ２Ｏ５粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、２８．６６：４７．６７：２３．６７の割合で混合し、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が４重量％となるように調整した以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0155】
＜試料７＞準備工程において、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が４重量％となるように調整し、焼結工程において焼結温度を１７５０℃とした以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0156】
＜試料８＞準備工程において、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が４重量％となるように調整し、焼結工程において焼結温度を１２５０℃とした以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0157】
＜試料９＞準備工程において、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が０．５重量％となるように調整した以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0158】
＜試料１０＞準備工程において、ＴｉＯ２粉末とＮｂ２Ｏ５粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、７．４９：７０．５８：２１：９３の割合で混合し、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が４重量％となるように調整した以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0159】
＜試料１１＞主結合材粉末として、ＴｉＮｂＣＮ粉末に代えて、ＴｉＺｒＣＮ粉末を用いた以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0160】
ＴｉＺｒＣＮ粉末は、以下の方法で作製した。ＴｉＯ２粉末とＺｒＯ２粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、５８．３５：１５．８８：２５．７７の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、２１００℃で６０分間熱処理して、ＴｉＺｒＣＮ組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径０．５μｍまで粉砕し、ＴｉＺｒＣＮ粉末を得た。【0161】
＜試料１２＞主結合材粉末として、ＴｉＮｂＣＮ粉末に代えて、ＴｉＭｏＣＮ粉末を用いた以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0162】
ＴｉＭｏＣＮ粉末は、以下の方法で作製した。ＴｉＯ２粉末とＭｏＯ３粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、５５．９９：１７．８０：２６．２１の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、２１００℃で６０分間熱処理して、ＴｉＭｏＣＮ組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径０．５μｍまで粉砕し、ＴｉＭｏＣＮ粉末を得た。【0163】
＜試料１３＞主結合材粉末として、ＴｉＮｂＣＮ粉末に代えて、ＴｉＨｆＣＮ粉末を用いた以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0164】
ＴｉＨｆＣＮ粉末は、以下の方法で作製した。ＴｉＯ２粉末とＨｆＯ２粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、５２．４５：２４．３８：２３．１７の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、２１００℃で６０分間熱処理して、ＴｉＨｆＣＮ組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径０．５μｍまで粉砕し、ＴｉＨｆＣＮ粉末を得た。【0165】
＜試料１４＞主結合材粉末として、ＴｉＮｂＣＮ粉末に代えて、ＴｉＴａＣＮ粉末を用いた以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0166】
ＴｉＴａＣＮ粉末は、以下の方法で作製した。ＴｉＯ２粉末とＴａ２Ｏ５粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、５１．４６７：２５．１１６：２３．４１７の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、２１００℃で６０分間熱処理して、ＴｉＴａＣＮ組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径０．５μｍまで粉砕し、ＴｉＴａＣＮ粉末を得た。【0167】
＜試料１５＞主結合材粉末として、ＴｉＮｂＣＮ粉末に代えて、ＴｉＷＣＮ粉末を用いた以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0168】
ＴｉＷＣＮ粉末は、以下の方法で作製した。ＴｉＯ２粉末とＷＯ３粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、５１．５３：２６．３９：２２．０８の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、２１００℃で６０分間熱処理して、ＴｉＷＣＮ組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径０．５μｍまで粉砕し、ＴｉＷＣＮ粉末を得た。【0169】
＜試料１６＞主結合材粉末として、ＴｉＮｂＣＮ粉末に代えて、ＴｉＶＣＮ粉末を用いた以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0170】
ＴｉＶＣＮ粉末は、以下の方法で作製した。ＴｉＯ２粉末とＶ２Ｏ５粉末（高純度化学製）と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、６３．６２：１１．６５：２４．７３の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、２１００℃で６０分間熱処理して、ＴｉＶＣＮ組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径０．５μｍまで粉砕し、ＴｉＶＣＮ粉末を得た。【0171】
＜試料１７＞主結合材粉末として、ＴｉＮｂＣＮ粉末に代えて、ＴｉＣｒＣＮ粉末を用いた以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0172】
ＴｉＣｒＣＮ粉末は、以下の方法で作製した。ＴｉＯ２粉末とＣｒ２Ｏ３粉末（高純度化学製）と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、６２．６４：１０．５２：２６．８４の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、２１００℃で６０分間熱処理して、ＴｉＣｒＣＮ組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径０．５μｍまで粉砕し、ＴｉＣｒＣＮ粉末を得た。【0173】
＜試料１８＞主結合材粉末として、ＴｉＮｂＣＮ粉末に代えて、ＴｉＡｌＣＮ粉末を用いた以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0174】
ＴｉＡｌＣＮ粉末は、以下の方法で作製した。ＴｉＯ２粉末とＡｌ２Ｏ３粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、６４．８９：７．３１：２７．８０の割合で混合し、結合材用混合粉末を得た。該結合材用混合粉末を、窒素雰囲気下、２１００℃で６０分間熱処理して、ＴｉＡｌＣＮ組成の単相化合物を合成した。該単相化合物を湿式粉砕法で粒径０．５μｍまで粉砕し、ＴｉＡｌＣＮ粉末を得た。【0175】
＜試料１９＞調整工程において、ｃＢＮ粉末と結合材粉末とを、体積比で、ｃＢＮ粉末：結合材粉末＝５０：５０の割合で混合した以外は、試料３と同じ製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0176】
＜試料２０＞調整工程において、ｃＢＮ粉末と結合材粉末とを、体積比で、ｃＢＮ粉末：結合材粉末＝８０：２０の割合で混合した以外は、試料３と同じ製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0177】
＜試料２１＞調整工程において、ｃＢＮ粉末と結合材粉末とを、体積比で、ｃＢＮ粉末：結合材粉末＝１０：９０の割合で混合した以外は、試料３と同じ製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0178】
＜試料２２＞調整工程において、ｃＢＮ粉末と結合材粉末とを、体積比で、ｃＢＮ粉末：結合材粉末＝９０：１０の割合で混合した以外は、試料３と同じ製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0179】
＜試料２３＞準備工程の結合材粉末の準備において、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）とを混合することに代えて、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＡｌ粉末（ミナルコ社製「ミナルコ９００Ｆ」（商品名））とを混合して結合材粉末を準備した以外は、試料３と同じ製法でｃＢＮ焼結体を作製した。なお、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＡｌ粉末との混合割合は、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が４重量％となるように調整した。
【0180】
＜試料２４＞調整工程において、ｃＢＮ粉末と結合材粉末とを、体積比で、ｃＢＮ粉末：結合材粉末＝２０：８０の割合で混合した以外は、試料３と同じ製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0181】
＜試料２５＞準備工程において、ＴｉＯ２粉末とＮｂ２Ｏ５粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、６２．１０：１１．４８：２６．４２の割合で混合した以外は、試料３と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0182】
＜試料２６＞準備工程において、ＴｉＯ２粉末とＮｂ２Ｏ５粉末と炭素（Ｃ）粉末とを、重量比で、１０．１７：６７．６８：２２．１５の割合で混合した以外は、試料３と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0183】
＜試料２７＞準備工程において、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が１３重量％となるように調整した以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0184】
＜試料２８＞準備工程において、ＴｉＮｂＣＮ粉末（主結合材粉末）とＴｉ２ＡｌＣ粉末（副結合材粉末）との混合割合を、結合材粉末中のアルミニウム（Ａｌ）の割合が１７重量％となるように調整した以外は、試料１と同一の製法でｃＢＮ焼結体を作製した。
【0185】
［評価］《ｃＢＮ粒子及び結合相の含有割合》
試料１〜試料２８のｃＢＮ焼結体について、ｃＢＮ粒子及び結合相のそれぞれの含有割合（体積％）を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて測定した。具体的な測定方法は第１の実施形態に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１〜表３の「ｃＢＮ粒子（体積％）」、「結合相（体積％）」の欄に示す。
【0186】
測定の結果、全ての試料において、ｃＢＮ焼結体中のｃＢＮ粒子及び結合相のそれぞれの含有割合は、ｃＢＮ粉末及び結合相粉末の合計（体積％）（すなわち、混合粉末）におけるｃＢＮ粉末及び結合材粉末のそれぞれの含有割合を維持していることが確認された。【0187】
《第１結合材粒子及び第２結合材粒子の組成、第１金属元素の比率》試料１〜試料２８のｃＢＮ焼結体について、第１結合材粒子及び第２結合材粒子の組成、並びに、第１結合材粒子及び第２結合材粒子のそれぞれにおける構成元素の含有量（原子数基準）をＴＥＭ−ＥＤＸを用いて測定した。具体的な測定方法は第１の実施形態に記載されているため、その説明は繰り返さない。
【0188】
測定の結果、各試料において、第１結合材粒子及び第２結合材粒子とともに、ＴｉＢ２、ＡｌＮ及びＡｌ２Ｏ３が確認された。各試料における第１結合材粒子及び第２結合材粒子の具体的な結合材組成を、それぞれ、表１〜表３の「第１結合材粒子」の「組成」欄、及び「第２結合材粒子」の「組成」欄に示す。【0189】
更に、第１結合材粒子及び第２結合材粒子のそれぞれにおいて、チタンの原子数と第１金属元素の原子数の合計に対する、チタンの原子数の比率及び第１金属元素の原子数の比率を算出した。結果を、表１〜表３の「第１結合材粒子」の「Ｔｉ比率（％）」欄、「Ｍ１比率（％）」欄、「第２結合材粒子」の「Ｔｉ比率（％）」欄、「Ｍ２比率（％）」欄に示す。【0190】
《元素ライン分析》試料１〜試料２８のｃＢＮ焼結体について、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第２結合材粒子側に、チタン及び第１金属元素の含有量を元素ライン分析により測定した。具体的な測定方法は第１の実施形態に記載されているため、その説明は繰り返さない。
【0191】
元素ライン分析の結果、試料１〜試料２２、試料２４〜試料２８のｃＢＮ焼結体は、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から前記第２結合材粒子側に、チタン及び第１金属元素の含有量を測定した場合、界面からの距離が１５ｎｍ以内の領域において、界面からの距離の増加に伴い、チタンが減少傾向を示し、第１金属元素が増加傾向を示すことが確認された。試料２３では、結合相が第２結合材粒子、ＴｉＢ２、ＡｌＮ及びＡｌ２Ｏ３から形成され、第１結合材粒子が存在しないため、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面における組成の分布は測定できなかった。【0192】
元素ライン分析の結果から、第１結合材粒子と第２結合材粒子との界面に対して垂直な方向に、界面から第２結合材粒子側に、チタン及び第１金属元素の含有量を測定し、第１金属元素の含有量の最大値をＸ１、チタン及び第１金属元素の含有量の合計に対する第１金属元素の含有量の比率が１０％の時の第１金属元素の含有量をＸ２、Ｘ１とＸ２の平均値をＸ３とした場合、第１金属元素の含有量がＸ２である位置Ａから、第１金属元素の含有量が前記Ｘ３である位置Ｅまでの距離Ｌ１を測定した。具体的な測定方法は第１の実施形態に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１〜表３の「Ｌ１（ｎｍ）」欄に示す。【0193】
《第１結合材粒子と第２結合材粒子の合計質量に対する、第２結合材粒子の質量の比率》第１結合材粒子と第２結合材粒子の合計質量に対する、第２結合材粒子の質量の比率をＸ線回折法により測定した。具体的な測定方法は第１の実施形態に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１〜表３の「第２結合材粒子の質量比率」欄に示す。
【0194】
《切削試験》試料１〜試料２８のｃＢＮ焼結体を刃先に用いた切削工具（工具型番：ＤＮＧＡ１５０４１２、刃先処理Ｓ０１２２５）を作製した。これを用いて、下記の切削条件下で切削試験を実施した。
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．１７ｍｍ
クーラント：ＤＲＹ
切削方法：断続切削
旋盤：ＬＢ４００（オークマ株式会社製）
被削材：焼入鋼（ＳＫＤ１１、硬度５８ＨＲＣ、外周部がＶ溝の断続切削）
上記の切削条件は、高強度焼入鋼の高能率加工に該当する。
【0195】
切削距離０．１ｋｍ毎に刃先を観察し、刃先のチッピングの大きさを測定した。刃先のチッピングの大きさは、切削前の刃先稜線の位置を基準とし、主分力方向の欠けの大きさと定義した。刃先のチッピングの大きさが０．１ｍｍ以上となる時点の切削距離を測定した。なお、切削距離が長いほど、切削工具の寿命が長いことを意味する。結果を表１〜表３の「距離（ｋｍ）」欄に示す。【0196】
【表1】
【0197】
【表2】
【0198】
【表3】
【0199】
《考察》試料１〜試料８、試料１１〜試料２０、試料２４〜試料２８のｃＢＮ焼結体は実施例に該当する。これらの試料のｃＢＮは、工具の材料として用いた場合に、高強度焼入鋼の高能率加工においても、優れた工具寿命を示すことが確認された。
【0200】
試料９のｃＢＮ焼結体は、第１結合材粒子における第１金属元素の原子数の比率が０．００１％であり、比較例に該当する。試料９のｃＢＮ焼結体は、工具の材料として用いた場合に、工具寿命が上記の実施例よりも短かった。【0201】
試料１０のｃＢＮ焼結体は、第２結合材粒子における第１金属元素の原子数の比率が８５％であり、比較例に該当する。試料１０のｃＢＮ焼結体は、工具の材料として用いた場合に、工具寿命が上記の実施例よりも短かった。【0202】
試料２１のｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒子の含有割合が１０体積％であり、比較例に該当する。試料２１のｃＢＮ焼結体は、工具の材料として用いた場合に、工具寿命が上記の実施例よりも短かった。【0203】
試料２２のｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒子の含有割合が９０体積％であり、比較例に該当する。試料２２のｃＢＮ焼結体は、工具の材料として用いた場合に、工具寿命が上記の実施例よりも短かった。【0204】
試料２３のｃＢＮ焼結体は、第１結合材粒子を含まず、比較例に該当する。試料２３のｃＢＮ焼結体は、工具の材料として用いた場合に、工具寿命が上記の実施例よりも短かった。【0205】
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。
【符号の説明】
【0206】
１ 第１結合材粒子、 ２ 第２結合材粒子