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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-26
(45)【発行日】2022-05-10
(54)【発明の名称】立方晶窒化硼素焼結体
(51)【国際特許分類】
C22C 29/16 20060101AFI20220427BHJP
B22F 1/00 20220101ALI20220427BHJP
C22C 1/05 20060101ALI20220427BHJP
C22C 29/08 20060101ALI20220427BHJP
C04B 35/5831 20060101ALI20220427BHJP
B23B 27/14 20060101ALN20220427BHJP
B23B 27/20 20060101ALN20220427BHJP
【ＦＩ】
C22C29/16 B
B22F1/00 Q
C22C1/05 M
C22C29/08
C04B35/5831
B23B27/14 B
B23B27/20
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021568124
(86)(22)【出願日】2020-11-04
(86)【国際出願番号】 JP2020041222
【審査請求日】2021-11-12
【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】濱 久也
(72)【発明者】
【氏名】石田 雄
(72)【発明者】
【氏名】長島 一成
【審査官】藤長 千香子
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００５／０６６３８１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特許第６７４４５２０（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開昭５５－０３１５１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／１４５０７１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－２２９００１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ２９／１６
Ｃ０４Ｂ ３５／５８３１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
８０体積％以上９６体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、前記結合材は、炭化タングステン、コバルト及びアルミニウム化合物を含み、
前記立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと、前記立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、前記立方晶窒化硼素焼結体中の前記結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たし、
前記硬度Ｈｂは、前記立方晶窒化硼素焼結体からなる厚み０．５ｍｍの測定試料Ａに対して、微小ビッカース硬さ試験機を用いて、荷重５ｋｇの条件で測定され、
前記Ｈａは、前記測定試料Ａを、１４０℃に加熱した、塩酸、硝酸及び弗酸を含む酸溶液に投入し、密閉容器中で４８時間以上酸処理して得られる測定試料Ｂに対して、前記微小ビッカース硬さ試験機を用いて、荷重５ｋｇの条件で測定され、
前記測定試料Ａにおけるコバルトの存在割合の平均値Ｘ１（質量％）に対する、前記測定試料Ｂにおけるコバルトの存在割合の平均値Ｘ２（質量％）の割合Ｘ２／Ｘ１が０．２０以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項2】
前記Ｈａと前記Ｈｂとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．５３を満たす、請求項１に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項3】
前記Ｈａと前記Ｈｂとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．５５を満たす、請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項4】
酸処理前の前記立方晶窒化硼素焼結体の熱拡散率Ｋｂと、前記酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の熱拡散率Ｋａとが、Ｋａ／Ｋｂ≧０．６０を満たす、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項5】
前記Ｋａと前記Ｋｂとが、Ｋａ／Ｋｂ≧０．９０を満たす、請求項４に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項6】
前記Ｋａと前記Ｋｂとが、Ｋａ／Ｋｂ≧０．９５を満たす、請求項５に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項7】
酸処理前の前記立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔｂと、前記酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔａとが、Ｔａ／Ｔｂ≧０．３０を満たす、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。
【請求項8】
前記Ｔａと前記Ｔｂとが、Ｔａ／Ｔｂ≧０．３５を満たす、請求項７に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項9】
前記Ｔａと前記Ｔｂとが、Ｔａ／Ｔｂ≧０．４０を満たす、請求項８に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項10】
前記立方晶窒化硼素粒子の平均粒子径は、０．４μｍ以上５μｍ以下である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項11】
前記立方晶窒化硼素粒子の平均粒子径は、０．５μｍ以上３．５μｍ以下である、請求項１０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。
【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。立方晶窒化硼素焼結体は、通常、立方晶窒化硼素粒子（以下、「ｃＢＮ粒子」ともいう。）と結合材とからなり、立方晶窒化硼素粒子の含有割合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立方晶窒化硼素焼結体の種類が使い分けられる。たとえば、立方晶窒化硼素（以下、「ｃＢＮ」ともいう）粒子の含有割合の高い立方晶窒化硼素焼結体（以下、「Ｈｉｇｈ－ｃＢＮ焼結体」ともいう。）は、焼結合金等の切削に好適に用いることができる。
【0004】
しかし、Ｈｉｇｈ－ｃＢＮ焼結体は、突発的な欠損が発生しやすい傾向がある。この突発的な欠損は、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が弱く、立方晶窒化硼素粒子が脱落してしまうことに起因すると考えられる。たとえば、国際公開第２００５／０６６３８１号（特許文献１）には、結合材の適切な選択により、Ｈｉｇｈ－ｃＢＮ焼結体における突発的な欠損の発生を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】国際公開第２００５／０６６３８１号
【発明の概要】
【0006】
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、８０体積％以上９６体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記結合材は、炭化タングステン、コバルト及びアルミニウム化合物を含み、
前記立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと、前記立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、前記立方晶窒化硼素焼結体中の前記結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たす。
前記結合材は、炭化タングステン、コバルト及びアルミニウム化合物を含み、
前記立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと、前記立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、前記立方晶窒化硼素焼結体中の前記結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たす。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【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］
近年、機械部品の急速な高機能化に伴い、機械部品となる被削材の難削化が加速している。これに伴い、切削工具の短寿命化によるコスト増という問題が顕在化している。このため、Ｈｉｇｈ－ｃＢＮ焼結体のさらなる改良が望まれる。この点に鑑み、本開示は、工具材料として用いた場合に、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。
近年、機械部品の急速な高機能化に伴い、機械部品となる被削材の難削化が加速している。これに伴い、切削工具の短寿命化によるコスト増という問題が顕在化している。このため、Ｈｉｇｈ－ｃＢＮ焼結体のさらなる改良が望まれる。この点に鑑み、本開示は、工具材料として用いた場合に、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。
【0009】
［本開示の効果］
本開示の立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、長い工具寿命を有することができる。
本開示の立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、長い工具寿命を有することができる。
【0010】
［本開示の実施形態の説明］
本発明者らはまず、より長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体を完成させるべく、Ｈｉｇｈ－ｃＢＮ焼結体における結合材の原料として、ＷＣ（炭化タングステン）、Ｃｏ（コバルト）およびＡｌ（アルミニウム）を含む結合材原料粉末を用いることとした。これは、本発明者らのこれまでの研究により、このような結合材原料粉末を用いた場合に、立方晶窒化硼素粒子に対する結合材の結合力が特に高く、結果的に、耐摩耗性及び耐欠損性に優れた立方晶窒化硼素焼結体が得られることを知見しているためである。
本発明者らはまず、より長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体を完成させるべく、Ｈｉｇｈ－ｃＢＮ焼結体における結合材の原料として、ＷＣ（炭化タングステン）、Ｃｏ（コバルト）およびＡｌ（アルミニウム）を含む結合材原料粉末を用いることとした。これは、本発明者らのこれまでの研究により、このような結合材原料粉末を用いた場合に、立方晶窒化硼素粒子に対する結合材の結合力が特に高く、結果的に、耐摩耗性及び耐欠損性に優れた立方晶窒化硼素焼結体が得られることを知見しているためである。
【0011】
しかし、Ｈｉｇｈ－ｃＢＮ焼結体においては、結合材の量が立方晶窒化硼素粒子の量に対して顕著に少ないため、結合材が立方晶窒化硼素粒子間に広く行き渡ることが難しい傾向がある。このため本発明者らは、結合材の最適化だけでは、Ｈｉｇｈ－ｃＢＮ焼結体の長寿命化のブレイクスルーは図れないと考えた。
【0012】
そこで本発明者らは、結合材と立方晶窒化硼素粒子との結合力を高める従来の手法から大きく発想を転換し、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力を高める手法はないかと考え、鋭意検討の結果、本開示の立方晶窒化硼素焼結体を得た。
【0013】
本開示は、上述のようにして完成されたものである。以下に、本開示の実施態様を列記して説明する。
【0014】
（１）本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、８０体積％以上９６体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記結合材は、炭化タングステン、コバルト及びアルミニウム化合物を含み、
前記立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと、前記立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、前記立方晶窒化硼素焼結体中の前記結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たす。
前記結合材は、炭化タングステン、コバルト及びアルミニウム化合物を含み、
前記立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと、前記立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、前記立方晶窒化硼素焼結体中の前記結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たす。
【0015】
本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、工具材料として用いた場合に、工具の長寿命化を可能とする。
【0016】
（２）前記Ｈａと前記Ｈｂとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．５３を満たすことが好ましい。これによると、工具寿命が向上する。
【0017】
（３）前記Ｈａと前記Ｈｂとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．５５を満たすことが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。
【0018】
（４）酸処理前の前記立方晶窒化硼素焼結体の熱拡散率Ｋｂと、前記酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の熱拡散率Ｋａとが、Ｋａ／Ｋｂ≧０．６０を満たすことが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。
【0019】
（５）前記Ｋａと前記Ｋｂとが、Ｋａ／Ｋｂ≧０．９０を満たすことが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。
【0020】
（６）前記Ｋａと前記Ｋｂとが、Ｋａ／Ｋｂ≧０．９５を満たすことが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。
【0021】
（７）酸処理前の前記立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔｂと、前記酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔａとが、Ｔａ／Ｔｂ≧０．３０を満たすことが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。
【0022】
（８）前記Ｔａと前記Ｔｂとが、Ｔａ／Ｔｂ≧０．３５を満たすことが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。
【0023】
（９）前記Ｔａと前記Ｔｂとが、Ｔａ／Ｔｂ≧０．４０を満たすことが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。
【0024】
（１０）前記立方晶窒化硼素の平均粒子径は、０．４μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。
【0025】
（１１）前記立方晶窒化硼素の平均粒子径は、０．５μｍ以上３．５μｍ以下であることが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。
【0026】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について説明する。ただし、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書において「Ａ～Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｚ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｚにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＺの単位とは同じである。
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について説明する。ただし、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書において「Ａ～Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｚ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｚにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＺの単位とは同じである。
【0027】
＜実施形態１：立方晶窒化硼素焼結体＞
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、８０体積％以上９６体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
該結合材は、炭化タングステン、コバルト及びアルミニウム化合物を含み、
該立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと、該立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、該立方晶窒化硼素焼結体中の前記結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たす。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、８０体積％以上９６体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
該結合材は、炭化タングステン、コバルト及びアルミニウム化合物を含み、
該立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと、該立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、該立方晶窒化硼素焼結体中の前記結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たす。
【0028】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、工具材料として用いた場合に、工具の長寿命化を可能とする。この理由は、以下（ｉ）及び（ｉｉ）の通りと推察される。
【0029】
（ｉ）本実施形態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８０体積％以上９６体積％以下含む。このため、立方晶窒化硼素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は、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有し、該立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、長い工具寿命を有することができる。
【0030】
（ｉｉ）本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、結合材は、炭化タングステン、コバルト及びアルミニウム化合物を含む。このような結合材は、立方晶窒化硼素粒子に対する結合材の結合力が特に高い。従って、該立方晶窒化硼素焼結体は、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有し、該立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、長い工具寿命を有することができる。
【0031】
（ｉｉｉ）本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと、該立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、該立方晶窒化硼素焼結体中の結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たす。このような立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が高い。従って、該立方晶窒化硼素焼結体は、工具の使用中に立方晶窒化硼素粒子の脱落が生じ難く、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有し、該立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、長い工具寿命を有することができる。
【0032】
（組成）
本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、８０体積％以上９６体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、を備える。すなわち本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、いわゆるＨｉｇｈ－ｃＢＮ焼結体である。なお立方晶窒化硼素焼結体は、使用する原材料、製造条件等に起因する不可避不純物を含み得る。立方晶窒化硼素焼結体中の不可避不純物の含有割合（質量％）は、１質量％以下とすることができる。本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、不可避不純物からなることができる。
本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、８０体積％以上９６体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、を備える。すなわち本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、いわゆるＨｉｇｈ－ｃＢＮ焼結体である。なお立方晶窒化硼素焼結体は、使用する原材料、製造条件等に起因する不可避不純物を含み得る。立方晶窒化硼素焼結体中の不可避不純物の含有割合（質量％）は、１質量％以下とすることができる。本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、不可避不純物からなることができる。
【0033】
立方晶窒化硼素焼結体中の立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）の下限は、８０体積％以上であり、８１体積％以上、８２体積％以上とすることができる。立方晶窒化硼素焼結体中の立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）の上限は、９６体積％以下であり、９５体積％以下、９４体積％以下とすることができる。立方晶窒化硼素焼結体中の立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）は、８１体積％以上９５体積％以下、８２体積％以上９４体積％以下とすることができる。
【0034】
立方晶窒化硼素焼結体中の結合材の含有割合（体積％）の下限は、４体積％以上、５体積％以上、６体積％以上とすることができる。立方晶窒化硼素焼結体中の結合材の含有割合（体積％）の上限は、２０体積％以下、１９体積％以下、１８体積％以下とすることができる。立方晶窒化硼素焼結体中の結合材の含有割合（体積％）は、４体積％以上２０体積％以下、５体積％以上１９体積％以下、６体積％以上１８体積％以下とすることができる。
【0035】
立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素の含有割合（体積％）は、誘導結合高周波プラズマ分光分析（ＩＣＰ）による定量分析、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）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）付帯のＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素焼結体に対し、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。本実施形態では、特に理由が無い限り、後述するＳＥＭを用いる方法で、立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の含有割合を求めるものとする。
【0036】
ＳＥＭを用いた場合、次のようにして立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）を求めることができる。まず、立方晶窒化硼素焼結体の任意の位置を切断し、立方晶窒化硼素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２０００倍で観察して、反射電子像を得る。反射電子像においては、立方晶窒化硼素粒子が存在する領域が黒色領域となり、結合材が存在する領域が灰色領域または白色領域となる。観察する倍率は粒度によって適宜調整し、５視野以上観察及び分析した平均値を含有割合とした。
【0037】
次に、上記反射電子像に対して画像解析ソフト（たとえば、三谷商事（株）の「ＷｉｎＲＯＯＦ」）を用いて二値化処理を行い、二値化処理後の画像から黒色領域（立方晶窒化硼素粒子が存在する領域）及び白色領域（結合相が存在する領域）の各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、立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）を求めることができる。なお、これにより結合材の体積％を同時に求めることができる。
【0038】
（立方晶窒化硼素粒子）
立方晶窒化硼素粒子は、硬度、強度、靱性が高く、立方晶窒化硼素焼結体中の骨格としての役割を果たす。立方晶窒化硼素粒子のＤ５０（平均粒子径）は、工具寿命向上の観点から、０．４μｍ以上５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上３．５μｍ以下が更に好ましい。
立方晶窒化硼素粒子は、硬度、強度、靱性が高く、立方晶窒化硼素焼結体中の骨格としての役割を果たす。立方晶窒化硼素粒子のＤ５０（平均粒子径）は、工具寿命向上の観点から、０．４μｍ以上５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上３．５μｍ以下が更に好ましい。
【0039】
立方晶窒化硼素粒子のＤ５０は次のようにして求められる。まず上記の立方晶窒化硼素粒子の含有量の求め方に準じて、立方晶窒化硼素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黒色領域の円相当径（等面積円の直径）を算出する。５視野以上を観察することによって１００個以上の立方晶窒化硼素粒子の円相当径を算出することが好ましい。
【0040】
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、計測された立方晶窒化硼素粒子の面積と同じ面積を有する円の直径を意味する。
【0041】
（結合材）
結合材は、難焼結性材料である立方晶窒化硼素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。
結合材は、難焼結性材料である立方晶窒化硼素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。
【0042】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含む。ここで、「Ａｌ化合物」とは、Ａｌを構成元素として含む化合物を意味する。Ａｌ化合物としては、ＣｏＡｌ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、およびＡｌＢ２、ならびにこれらの複合化合物等が挙げられる。次の理由から、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含む当該結合材は、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体の長寿命化に特に有効と考えられる。
【0043】
第１に、ＣｏおよびＡｌは触媒機能を有するため、立方晶窒化硼素焼結体の製造時の焼結工程において、立方晶窒化硼素粒子同士のネックグロスを促進することができる。第２に、ＷＣは、結合材の熱膨張係数を立方晶窒化硼素粒子の熱膨張係数に近づけるために有効と推察される。なお、上記の触媒機能とは、立方晶窒化硼素粒子を構成するＢ（硼素）および／またはＮ（窒素）が、ＣｏまたはＡｌを介して拡散したり、析出したりすることを意味する。第３に、Ｃｏなどの金属成分は靭性向上の役割を果たし、適正量の結合材は耐欠損性を向上させる。
【0044】
立方晶窒化硼素焼結体に含まれる結合材の組成は、ＸＲＤ（Ｘ線回折測定）およびＩＣＰを組み合わせることによって特定することができる。具体的には、まず、立方晶窒化硼素焼結体から、厚み０．４５～０．５０ｍｍ程度の試験片を切り出し、該試験片に対してＸＲＤ分析を実施し、Ｘ線回折ピークから決定される化合物、金属等を決定する。次に、試験片を密閉容器内で弗硝酸（濃硝酸（６０％）：蒸留水：濃弗酸（４７％）＝２：２：１の体積比混合の混合酸）に浸漬し、結合材が溶解された酸処理液を得る。該酸処理液に対してＩＣＰ分析を実施し、各金属元素の定量分析を行う。そして、ＸＲＤの結果およびＩＣＰ分析の結果を解析することにより、結合材の組成を決定する。
【0045】
本実施形態における結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物の他に、他の結合材を含んでいてもよい。他の結合材を構成する元素として好適なものは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ等である。
【0046】
（硬度）
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと、立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、該立方晶窒化硼素焼結体中の結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たす。ここで、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂ（ＧＰａ）は、以下の手順で測定される。立方晶窒化硼素焼結体を厚み０．５ｍｍまで加工して測定試料Ａを準備する。ＦＵＴＵＲＥ－ＴＥＣＨ製ロードセル微小ビッカース硬さ試験機を用いて、荷重５ｋｇの条件で、測定試料Ａ（酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体）の硬度を測定する。硬度の測定は６箇所で行い、該６箇所の硬度の平均値を、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂとする。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと、立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、該立方晶窒化硼素焼結体中の結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たす。ここで、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂ（ＧＰａ）は、以下の手順で測定される。立方晶窒化硼素焼結体を厚み０．５ｍｍまで加工して測定試料Ａを準備する。ＦＵＴＵＲＥ－ＴＥＣＨ製ロードセル微小ビッカース硬さ試験機を用いて、荷重５ｋｇの条件で、測定試料Ａ（酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体）の硬度を測定する。硬度の測定は６箇所で行い、該６箇所の硬度の平均値を、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂとする。
【0047】
酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａの測定は、以下の手順で行う。塩酸（９５％）：硝酸（９５％）：弗酸（９５％）：水＝２：１：１：２の体積比で配合した酸溶液を準備する。上記測定試料Ａを、１４０℃に加熱した酸溶液に投入し、密閉容器中で４８時間酸処理を行う。酸処理後の測定試料Ｂ（立方晶窒化硼素焼結体）を酸溶液から取り出す。測定試料Ｂについて、上記の酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと同様の方法で、硬度の測定を６箇所で行う。該６箇所の硬度の平均値を、酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとする。
【0048】
なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、上記硬度Ｈａ及び硬度Ｈｂの測定を、測定個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定か所を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
【0049】
上記の酸処理により、立方晶窒化硼素焼結体の結合材を実質的に除去できるものの、酸処理後も結合材成分が残存しうる。この理由は、下記の通りと推察される。酸処理は上記酸溶液にｃＢＮ焼結体を投入する手法である。よって、ｃＢＮ焼結体内部に、酸性溶液が浸透できないような領域を複数のｃＢＮ粒子が形成している場合（３重点ともいう）は、酸処理後に結合材成分が残存すると考えられる。もしくはｃＢＮ焼結体中に酸化アルミニウムなどの酸溶液に不溶の特性を持つ物質が存在した場合も、酸処理後に結合材成分が残存すると考えられる。よって、ＣＢＮ粒子同士の結合力を評価するのに十分な量の結合材を除去できれば、立方晶窒化硼素焼結体の結合材を実質的に除去したと評価できる。
【0050】
上記の酸処理により、立方晶窒化硼素焼結体の結合材が実質的に除去されていることの確認は、下記の手順で行うことができる。上記の測定試料Ａ（酸処理前のｃＢＮ焼結体）をＳＥＭ（装置：日本電子製「ＪＳＭ－７８００Ｆ」（商標））で観察できるように、表面を研磨加工（＃２０００）する。測定表面の中心を含めるように、上記ＳＥＭでラインスキャンを実施する。ラインの幅は１００μｍ以上とする。ライン幅が１００μｍ以上であると、測定領域におけるｃＢＮ粒子及び結合材の偏りを低減することができる。
【0051】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体の酸処理前後のＳＥＭ－ＥＤＳ分析結果の一例を、図１（酸処理前）及び図２（酸処理後）に示す。図１及び図２において、横軸は試料中の測定位置（μｍ）を示し、縦軸は元素の存在割合（ｗｔ％）を示す。図１及び図２に示されるように、該立方晶窒化硼素焼結体では、Ａｌ（アルミニウム）、Ｗ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｂ（硼素）、Ｎ（窒素）の存在が確認される。これらの元素のうち、炭素及び窒素は立方晶窒化硼素粒子に由来し、これら以外のタングステン、アルミニウム、クロム、コバルトは結合相に由来する。
【0052】
図２に示されるように、酸処理後は立方晶窒化硼素焼結体中のＮ（窒素）及びＢ（硼素）以外の元素（図２では、Ｗ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｃｏ（コバルト））は、いずれも存在割合が低下する。これは、酸処理を行うと、立方晶窒化硼素焼結体の結合材成分が酸処理液中に溶出するためである。
【0053】
上記ラインスキャンにおいて、立方晶窒化硼素焼結体のコバルト（Ｃо）の存在割合（質量％）を算出する。具体的には、立方晶窒化硼素焼結体を分析している領域におけるコバルト（Ｃｏ）の存在割合（質量％）の平均値Ｘ１（質量％）を測定する。立方晶窒化硼素焼結体を分析している領域は、立方晶窒化ホウ素の構成元素である硼素と窒素の存在割合（ａｔ％）の合計が他の結合材成分よりも多い事により特定される。
【0054】
次に、上記の測定試料Ｂ（酸処理後のｃＢＮ焼結体）に対して、上記測定試料Ａと同様の方法で上記ＳＥＭでラインスキャンを実施する。該ラインスキャンにおいて、立方晶窒化硼素焼結体のコバルト（Ｃо）の存在割合（質量％）を算出する。具体的には、立方晶窒化硼素焼結体を分析している領域におけるコバルト（Ｃｏ）の存在割合の平均値Ｘ２（質量％）を測定する。立方晶窒化硼素焼結体を分析している領域は、立方晶窒化ホウ素の構成元素である硼素と窒素の存在割合(at%)の合計が他の結合材成分よりも多い事により特定される。
【0055】
Ｘ２／Ｘ１が０．２０以下の場合、上記酸処理により、立方晶窒化硼素焼結体の結合材が実質的に除去されていることが確認される。よって、Ｘ２／Ｘ１が０．２０以下である酸処理後のｃＢＮ焼結体の硬度の測定は、ｃＢＮ粒子間の結合力を測定していることに相当する。
【0056】
なお、Ｘ２／Ｘ１が０．２０超の場合は、酸処理の時間を４８時間超に適宜調整することにより、Ｘ２／Ｘ１を０．２０以下とすることができる。
【0057】
Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たす立方晶窒化硼素焼結体は、酸処理後も硬度低下率が小さい。酸処理を行うと、立方晶窒化硼素焼結体の結合材成分が酸処理液中に溶出する。よって、酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度低下率が小さいことは、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が強固であることを示す。従って、該立方晶窒化硼素焼結体は、工具の使用中に立方晶窒化硼素粒子の脱落が生じ難く、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有し、該立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、長い工具寿命を有することができる。
【0058】
従来の立方晶窒化硼素焼結体を用いて、例えば焼結合金を加工した場合、加工中に立方晶窒化硼素粒子の脱落が生じやすく、刃先形状が鈍化し、加工部品にバリや、白濁が発生する傾向があった。本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体では、上記の通り立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が強く、脱落が発生しにくいので、加工後の被削材の面品位を良好にすることができる。
【0059】
Ｈａ／Ｈｂは、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たし、Ｈａ／Ｈｂ≧０．５３が好ましく、Ｈａ／Ｈｂ≧０．５５が更に好ましい。Ｈａ／Ｈｂの上限は、例えば、１以下とすることができる。Ｈａ／Ｈｂは、１≧Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０、１≧Ｈａ／Ｈｂ≧０．５３、１≧Ｈａ／Ｈｂ≧０．５５とすることができる。
【0060】
Ｈａは、例えば、１４ＧＰａ以上２４ＧＰａ以下、１５ＧＰａ以上２３ＧＰａ以下、１６ＧＰａ以上２４ＧＰａ以下とすることができる。
【0061】
Ｈｂは、例えば、３４ＧＰａ以上４５ＧＰａ以下、３５ＧＰａ以上４４ＧＰａ以下、３７ＧＰａ以上４３ＧＰａ以下とすることができる。
【0062】
（熱拡散率）
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の熱拡散率Ｋｂと、立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、該立方晶窒化硼素中の結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の熱拡散率Ｋａとが、Ｋａ／Ｋｂ≧０．６０を満たすことが好ましい。ここで、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の熱拡散率Ｋｂ（ｍｍ２／ｓ）は、立方晶窒化硼素焼結体を底辺３．９ｍｍ、頂角８０°、厚さ０．５ｍｍの２等辺三角形に切り出して測定試料Ｃを準備し、該測定試料Ｃについて、ＮＥＴＺＳＣＨ社製キセノンフレッシュアナライザー（ＬＦＡ４６７ ＨｙｐｅｒＦｌａｓｈｕ商標名）を用いて測定する。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の熱拡散率Ｋｂと、立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、該立方晶窒化硼素中の結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の熱拡散率Ｋａとが、Ｋａ／Ｋｂ≧０．６０を満たすことが好ましい。ここで、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の熱拡散率Ｋｂ（ｍｍ２／ｓ）は、立方晶窒化硼素焼結体を底辺３．９ｍｍ、頂角８０°、厚さ０．５ｍｍの２等辺三角形に切り出して測定試料Ｃを準備し、該測定試料Ｃについて、ＮＥＴＺＳＣＨ社製キセノンフレッシュアナライザー（ＬＦＡ４６７ ＨｙｐｅｒＦｌａｓｈｕ商標名）を用いて測定する。
【0063】
酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の熱拡散率Ｋａ（ｍｍ２／ｓ）の測定は、以下の手順で行う。上記測定試料Ｃに酸処理を行い、酸処理後の測定試料Ｄ（立方晶窒化硼素焼結体）を作製し、その熱拡散率Ｋａ（ｍｍ２／ｓ）を上記測定試料Ｃの測定で用いた装置にて測定する。酸処理の具体的な方法は、上記の硬度の測定における方法と同一であるため、その説明は繰り返さない。
【0064】
Ｋａ／Ｋｂ≧０．６０を満たす立方晶窒化硼素焼結体は、酸処理後も熱拡散率低下率が小さい。これは、立方晶窒化硼素粒子間の熱伝導性が優れていることを示す。該立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、特に鋳鉄加工に用いた場合、熱亀裂による損傷が低減され、長い工具寿命を有することができる。
【0065】
Ｋａ／Ｋｂは、Ｋａ／Ｋｂ≧０．６０が好ましく、Ｋａ／Ｋｂ≧０．９０がより好ましく、Ｋａ／Ｋｂ≧０．９５が更に好ましい。Ｋａ／Ｋｂの上限は、例えば、１以下とすることができる。Ｋａ／Ｋｂは、１≧Ｋａ／Ｋｂ≧０．６０、１≧Ｋａ／Ｋｂ≧０．９０、１≧Ｋａ／Ｋｂ≧０．９５とすることができる。
【0066】
Ｋａは、例えば、２０ｍｍ２／ｓ以上６２ｍｍ２／ｓ以下、３０ｍｍ２／ｓ以上６０ｍｍ２／ｓ以下、４０ｍｍ２／ｓ以上５８ｍｍ２／ｓ以下とすることができる。
【0067】
Ｋｂは、例えば、３９ｍｍ２／ｓ以上６５ｍｍ２／ｓ以下、４２ｍｍ２／ｓ以上６２ｍｍ２／ｓ以下、５０ｍｍ２／ｓ以上６０ｍｍ２／ｓ以下とすることができる。
【0068】
（曲げ試験強度）
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔｂと、立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、該立方晶窒化硼素中の結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔａとが、Ｔａ／Ｔｂ≧０．３０を満たすことが好ましい。ここで、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度ｂ（ＧＰａ）は、立方晶窒化硼素焼結体を０．５ｍｍ×２ｍｍ×５．８ｍｍの板状に切り出して測定試料Ｅを準備し、該測定試料Ｅについて、３点曲げ試験機を用いて、４ｍｍスパン、ストローク速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで曲げ試験強度（ＧＰａ）を測定する。１０個の測定試料Ｅの曲げ試験強度の平均値を立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔｂ（ＧＰａ）とする。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔｂと、立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、該立方晶窒化硼素中の結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔａとが、Ｔａ／Ｔｂ≧０．３０を満たすことが好ましい。ここで、酸処理前の立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度ｂ（ＧＰａ）は、立方晶窒化硼素焼結体を０．５ｍｍ×２ｍｍ×５．８ｍｍの板状に切り出して測定試料Ｅを準備し、該測定試料Ｅについて、３点曲げ試験機を用いて、４ｍｍスパン、ストローク速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで曲げ試験強度（ＧＰａ）を測定する。１０個の測定試料Ｅの曲げ試験強度の平均値を立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔｂ（ＧＰａ）とする。
【0069】
酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔａ（ＧＰａ）の測定は、以下の手順で行う。上記測定試料Ｅに酸処理を行い、酸処理後の測定試料Ｆ（立方晶窒化硼素焼結体）を作製し、その曲げ試験強度を３点曲げ試験機を用いて、４ｍｍスパン、ストローク速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で測定する。１０個の測定試料Ｆの曲げ試験強度の平均値を酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の曲げ試験強度Ｔａ（ＧＰａ）とする。酸処理の具体的な方法は、上記の硬度の測定における方法と同一であるため、その説明は繰り返さない。
【0070】
Ｔａ／Ｔｂ≧０．３０を満たす立方晶窒化硼素焼結体は、酸処理後も曲げ強度の低下率が小さい。これは、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が強固であることを示す。従って、該立方晶窒化硼素焼結体は、特に、高強度焼結合金の加工においても、優れた耐欠損性を示す。
【0071】
Ｔａ／Ｔｂは、Ｔａ／Ｔｂ≧０．３０が好ましく、Ｔａ／Ｔｂ≧０．３５がより好ましく、Ｔａ／Ｔｂ≧０．４０が更に好ましい。Ｔａ／Ｔｂの上限は、例えば、１以下とすることができる。Ｔａ／Ｔｂは、１≧Ｔａ／Ｔｂ≧０．３０、１≧Ｔａ／Ｔｂ≧０．３５、１≧Ｔａ／Ｔｂ≧０．４０とすることができる。
【0072】
Ｔａは、例えば、０．３５ＧＰａ以上１．２ＧＰａ以下、０．５ＧＰａ以上１．１ＧＰａ以下、０．６５ＧＰａ以上１．０ＧＰａ以下とすることができる。
【0073】
Ｔｂは、例えば、１．２ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下、１．５ＧＰａ以上２．７ＧＰａ以下、１．７ＧＰａ以上２．５ＧＰａ以下とすることができる。
【0074】
＜実施形態２：立方晶窒化硼素焼結体の製造方法＞
上記実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法について説明する。ただし、該立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、以下の方法に限定されない。実施形態２の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、例えば、粗粒立方晶窒化硼素粒子（以下、「粗粒ｃＢＮ粒子」とも記す。）に微粒立方晶窒化硼素粒子（以下、「微粒ｃＢＮ粒子」とも記す。）を付着させて立方晶窒化硼素原料粉末（以下、「ｃＢＮ原料粉末」とも記す。）を得る「立方晶窒化硼素粉末処理工程」と、立方晶窒化硼素原料粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して混合粉末を調製する「混合粉末作製工程」と、混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る「焼結工程」と、を含むことができる。
上記実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法について説明する。ただし、該立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、以下の方法に限定されない。実施形態２の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、例えば、粗粒立方晶窒化硼素粒子（以下、「粗粒ｃＢＮ粒子」とも記す。）に微粒立方晶窒化硼素粒子（以下、「微粒ｃＢＮ粒子」とも記す。）を付着させて立方晶窒化硼素原料粉末（以下、「ｃＢＮ原料粉末」とも記す。）を得る「立方晶窒化硼素粉末処理工程」と、立方晶窒化硼素原料粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して混合粉末を調製する「混合粉末作製工程」と、混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る「焼結工程」と、を含むことができる。
【0075】
（立方晶窒化硼素粉末処理工程）
粗粒立方晶窒化硼素粉末（平均粒子径０．２～８μｍ、以下「粗粒ｃＢＮ粉末」とも記す。）と、微粒ｃＢＮ粉末（平均粒子径０．０５～０．１μｍ、以下「微粒ｃＢＮ粉末」）とを準備する。微粒ｃＢＮ粉末と粗粒ｃＢＮ粉末との体積比は、２０：８０～１：９９とすることができる。
粗粒立方晶窒化硼素粉末（平均粒子径０．２～８μｍ、以下「粗粒ｃＢＮ粉末」とも記す。）と、微粒ｃＢＮ粉末（平均粒子径０．０５～０．１μｍ、以下「微粒ｃＢＮ粉末」）とを準備する。微粒ｃＢＮ粉末と粗粒ｃＢＮ粉末との体積比は、２０：８０～１：９９とすることができる。
【0076】
（静電吸着）
微粒ｃＢＮ粉末に試薬ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（ｄｉａｌｌｙｌｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド）を添加して３０分放置する。粗粒ｃＢＮ粉末に試薬ＰＤＤＡ（ｐｏｌｙ（ｓｏｄｉｕｍ ４－ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム）を添加して３０分間放置する。その後、微粒ｃＢＮ粉末及び粗粒ｃＢＮ粉末を洗浄後、これらを遊星ミルで１０分間混合して混合スラリーを得る。混合スラリーを２４時間放置して乾燥させて、ｃＢＮ原料粉末を得る。
微粒ｃＢＮ粉末に試薬ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（ｄｉａｌｌｙｌｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド）を添加して３０分放置する。粗粒ｃＢＮ粉末に試薬ＰＤＤＡ（ｐｏｌｙ（ｓｏｄｉｕｍ ４－ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム）を添加して３０分間放置する。その後、微粒ｃＢＮ粉末及び粗粒ｃＢＮ粉末を洗浄後、これらを遊星ミルで１０分間混合して混合スラリーを得る。混合スラリーを２４時間放置して乾燥させて、ｃＢＮ原料粉末を得る。
【0077】
得られたｃＢＮ原料粉末では、粗粒ｃＢＮ粒子の表面に微粒ｃＢＮ粒子が静電吸着により付着している。粗粒ｃＢＮ粒子間に、焼結性に優れる微粒ｃＢＮ粒子が存在することにより、該ｃＢＮ原料粉末を焼結した場合に、粗粒ｃＢＮ粒子間の結合力が強化される。よって、得られたｃＢＮ焼結体は、酸処理後においても高い硬度を有することができる。
【0078】
（イオン注入）
上記の静電吸着により得られたｃＢＮ原料粉末に対して、イオン注入を行うことができる。イオン注入では、例えば、イオン注入装置（住友重機械工業製「ＳＨＸ－ＩＩ」（商標））にて、０．２～６０ＫｅＶのエネルギーでイオン照射する。イオンとしては、コバルトイオン、カルシウムイオン、ニッケルイオン、鉄イオン、アルミニウムイオン等を用いることができる。
上記の静電吸着により得られたｃＢＮ原料粉末に対して、イオン注入を行うことができる。イオン注入では、例えば、イオン注入装置（住友重機械工業製「ＳＨＸ－ＩＩ」（商標））にて、０．２～６０ＫｅＶのエネルギーでイオン照射する。イオンとしては、コバルトイオン、カルシウムイオン、ニッケルイオン、鉄イオン、アルミニウムイオン等を用いることができる。
【0079】
イオン照射を行いｃＢＮ粒子表面に元素を添加することで、ｃＢＮ粒子表面に存在する微量の酸化層や、ｃＢＮ粒子表面の硼素と窒素との結合（Ｂ－Ｎ結合）が不安定となる。これにより、後述の焼結工程におけるコバルト等により生じる溶解再析出が促進され、粗粒ｃＢＮ粒子間の結合力が更に強化される。よって、得られたｃＢＮ焼結体は、酸処理後においても高い硬度を有することができる。
【0080】
（アンモニア処理）
上記の静電吸着により得られたｃＢＮ原料粉末に対して、アンモニア処理を行うことができる。アンモニア処理では、例えば、ｃＢＮ原料粉末を１００～１４００℃に加熱したアンモニア雰囲気中に投入し、３０～５４０分放置する。
上記の静電吸着により得られたｃＢＮ原料粉末に対して、アンモニア処理を行うことができる。アンモニア処理では、例えば、ｃＢＮ原料粉末を１００～１４００℃に加熱したアンモニア雰囲気中に投入し、３０～５４０分放置する。
【0081】
アンモニア処理を長時間行うことにより、ｃＢＮ粒子表面の酸素が分解され、さらに窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）がｃＢＮ粒子表面に原子レベルで修飾されると予想でき、後述の焼結工程において、ｃＢＮ粒子間の結合が更に促進される。よって、得られたｃＢＮ焼結体は、酸処理後においても、高い硬度とともに、高い曲げ試験強度を有することができる。
【0082】
（混合粉末作製工程）
上記で得られたｃＢＮ原料粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合粉末を作製する。結合材原料粉末は、立方晶窒化硼素焼結体の結合材の原料である。
上記で得られたｃＢＮ原料粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合粉末を作製する。結合材原料粉末は、立方晶窒化硼素焼結体の結合材の原料である。
【0083】
結合材原料粉末は、次のようにして調製することができる。まず、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末およびＡｌ粉末を準備する。次に、各粉末を所定の比率となるように混合し、これを真空下で熱処理（たとえば１２００℃）して金属間化合物を作製する。当該金属間化合物を湿式のボールミル、湿式のビーズミル等で粉砕することにより、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末が調製される。なお、各粉末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、およびジェットミル混合などが好ましい。各混合方法は、湿式でもよく乾式でもよい。
【0084】
ｃＢＮ原料粉末と、結合材原料粉末とは、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（たとえば、真空下で８５０℃以上）により、表面に吸着された水分等の不純物を除去することが好ましい。
【0085】
上記結合材原料粉末は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌの他に、他の元素を含んでいてもよい。他の元素として好適なものは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ等である。
【0086】
（焼結工程）
上記で得られた混合粉末を容器に充填して真空シールする。真空シールの温度は８５０℃以上が好ましい。これは、シール材の融点を超える温度である。
上記で得られた混合粉末を容器に充填して真空シールする。真空シールの温度は８５０℃以上が好ましい。これは、シール材の融点を超える温度である。
【0087】
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して立方晶窒化硼素焼結体を得る。焼結条件は特に制限されない。例えば、圧力４．５～１０ＧＰａ、温度１２００℃以上１９００℃以下の条件で、１５分間焼結処理することができる。
【0088】
焼結時に、混合粉末に高圧高温をかけた後、低圧から高圧への圧力変化を繰り返すと、ｃＢＮ粒子の表面が欠け、活性が高い新生面が現れ、ｃＢＮ粒子間の結合力が強化される。この効果は、特に、静電吸着で粗粒ｃＢＮ粒子に微粒ｃＢＮ粒子を付着させていた場合に顕著である。よって、得られたｃＢＮ焼結体は、酸処理後においても、高い硬度とともに、高い熱拡散率を有することができる。
【実施例】
【0089】
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。
【0090】
［実施例１］
＜試料１－１＞
（混合粉末作製工程）
結合材原料粉末を準備する。ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＡｌ粉末を準備し、これらを重量％でＷＣ：Ｃｏ：Ａｌ＝４３：４０：１７の比率で配合した。なお、各粉末の平均粒子径は２μｍであった。これを、熱処理（真空下、９５０℃、３０分間）して均一化し、その後、超硬ボールミルで微粉砕した。これにより、平均粒子径１μｍの結合材原料粉末を得た。
＜試料１－１＞
（混合粉末作製工程）
結合材原料粉末を準備する。ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＡｌ粉末を準備し、これらを重量％でＷＣ：Ｃｏ：Ａｌ＝４３：４０：１７の比率で配合した。なお、各粉末の平均粒子径は２μｍであった。これを、熱処理（真空下、９５０℃、３０分間）して均一化し、その後、超硬ボールミルで微粉砕した。これにより、平均粒子径１μｍの結合材原料粉末を得た。
【0091】
ｃＢＮ原料粉末（平均粒子径１μｍ）と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝９５：５の比率で配合し、エタノールを用いた湿式ボールミル法により均一に混合した。その後、表面の水分等の不純物除去のために、真空下にて９００℃で混合した粉末に脱ガス熱処理を実施した。以上により、混合粉末が作製された。
【0092】
（焼結工程）
次に、得られた混合粉末を焼結することにより、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。具体的には、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た。これを、ベルト型超高圧高温発生装置を用いて、７．０ＧＰａ、１７００℃で１５分間焼結した。これにより、立方晶窒化硼素焼結体が作製された。
次に、得られた混合粉末を焼結することにより、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。具体的には、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た。これを、ベルト型超高圧高温発生装置を用いて、７．０ＧＰａ、１７００℃で１５分間焼結した。これにより、立方晶窒化硼素焼結体が作製された。
【0093】
＜試料１－２＞
（ｃＢＮ粉末処理工程）
まず、ｃＢＮ原料粉末を作製した。粗粒ｃＢＮ粉末（平均粒子径１μｍ）と、微粒ｃＢＮ粉末（平均粒子径０．１μｍ）とを、体積比で粗粒ｃＢＮ粉末：微粒ｃＢＮ粉末＝８：１となるように準備した。
（ｃＢＮ粉末処理工程）
まず、ｃＢＮ原料粉末を作製した。粗粒ｃＢＮ粉末（平均粒子径１μｍ）と、微粒ｃＢＮ粉末（平均粒子径０．１μｍ）とを、体積比で粗粒ｃＢＮ粉末：微粒ｃＢＮ粉末＝８：１となるように準備した。
【0094】
微粒ｃＢＮ粉末に試薬ＰＳＳを添加して３０分放置した。粗粒ｃＢＮ粉末に試薬ＰＤＤＡを添加して３０分間放置した。その後、微粒ｃＢＮ粉末及び粗粒ｃＢＮ粉末を洗浄後、これらを遊星ミルで１０分間混合して混合スラリーを得た。混合スラリーを２４時間放置して乾燥させて、ｃＢＮ原料粉末を得た。
【0095】
得られたｃＢＮ原料粉末をＳＥＭで観察したところ、粗粒ｃＢＮ粒子の表面に微粒ｃＢＮ粒子が付着（静電吸着）していることが確認された。
【0096】
（混合粉末作製工程）
次に、結合材原料粉末を準備する。ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＡｌ粉末を準備し、これらを重量％でＷＣ：Ｃｏ：Ａｌ＝４３：４０：１７の比率で配合した。なお、各粉末の平均粒子径は２μｍであった。これを、熱処理（真空下、９５０℃、３０分間）して均一化し、その後、超硬ボールミルで微粉砕した。これにより、平均粒子径１μｍの結合材原料粉末を得た。
次に、結合材原料粉末を準備する。ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＡｌ粉末を準備し、これらを重量％でＷＣ：Ｃｏ：Ａｌ＝４３：４０：１７の比率で配合した。なお、各粉末の平均粒子径は２μｍであった。これを、熱処理（真空下、９５０℃、３０分間）して均一化し、その後、超硬ボールミルで微粉砕した。これにより、平均粒子径１μｍの結合材原料粉末を得た。
【0097】
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝９５：５の比率で配合し、エタノールを用いた湿式ボールミル法により均一に混合した。その後、表面の水分等の不純物除去のために、真空下にて９００℃で混合した粉末に脱ガス熱処理を実施した。熱処理後のｃＢＮ原料粉末をＳＥＭで観察したところ、粗粒ｃＢＮ粒子の表面に微粒ｃＢＮ粒子が付着していることが確認された。以上により、混合粉末が作製された。
【0098】
（焼結工程）
次に、得られた混合粉末を焼結することにより、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。具体的には、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た。これを、ベルト型超高圧高温発生装置を用いて、７．０ＧＰａ、１７００℃で１５分間焼結した。これにより、立方晶窒化硼素焼結体が作製された。
次に、得られた混合粉末を焼結することにより、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。具体的には、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た。これを、ベルト型超高圧高温発生装置を用いて、７．０ＧＰａ、１７００℃で１５分間焼結した。これにより、立方晶窒化硼素焼結体が作製された。
【0099】
＜試料１－３＞
試料１－３は、下記の点以外は試料１－２と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「ｃＢＮ粉末処理工程」での粗粒ｃＢＮ粉末と微粒ｃＢＮ粉末との体積比を、表１の「ｃＢＮ粉末処理」の「静電吸着」の「粗粒：微粒（体積比）」欄に記載の通りとした。
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝８０：２０の比率で配合した。
試料１－３は、下記の点以外は試料１－２と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「ｃＢＮ粉末処理工程」での粗粒ｃＢＮ粉末と微粒ｃＢＮ粉末との体積比を、表１の「ｃＢＮ粉末処理」の「静電吸着」の「粗粒：微粒（体積比）」欄に記載の通りとした。
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝８０：２０の比率で配合した。
【0100】
＜試料１－１１＞
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝９７：３の比率で配合したこと以外試料１－３と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝９７：３の比率で配合したこと以外試料１－３と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
【0101】
＜試料１－１２＞
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝６５：３５の比率で配合したこと以外、試料１－３と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝６５：３５の比率で配合したこと以外、試料１－３と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
【0102】
＜試料１－４、試料１－５、試料１－１３～試料１－１９＞
試料１－４、試料１－５、試料１－１３～試料１－１９では、下記の点以外は試料１－２と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「ｃＢＮ粉末処理工程」での粗粒ｃＢＮ粉末と微粒ｃＢＮ粉末との体積比を、表１の「ｃＢＮ粉末処理」の「静電吸着」の「粗粒：微粒（体積比）」欄に記載の通りとした。
「焼結工程」での圧力を、表１の「焼結工程」の「圧力（ＧＰａ）」欄に記載の通りとした。
粗粒ｃＢＮ粉末の平均粒子径を、表１の「原料」の「粗粒ｃＢＮ粒子径（μｍ）」欄に記載の通りとした。
試料１－４、試料１－５、試料１－１３～試料１－１９では、下記の点以外は試料１－２と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「ｃＢＮ粉末処理工程」での粗粒ｃＢＮ粉末と微粒ｃＢＮ粉末との体積比を、表１の「ｃＢＮ粉末処理」の「静電吸着」の「粗粒：微粒（体積比）」欄に記載の通りとした。
「焼結工程」での圧力を、表１の「焼結工程」の「圧力（ＧＰａ）」欄に記載の通りとした。
粗粒ｃＢＮ粉末の平均粒子径を、表１の「原料」の「粗粒ｃＢＮ粒子径（μｍ）」欄に記載の通りとした。
【0103】
＜試料１－６～試料１－１０＞
下記の点以外は試料１－２と同様の方法で、試料１－６～試料１－１０の立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「ｃＢＮ粉末処理工程」を以下の手順で行った。粗粒ｃＢＮ粉末（平均粒子径１μｍ）と、微粒ｃＢＮ粉末（平均粒子径０．１μｍ）とを、体積比で粗粒ｃＢＮ粉末：微粒ｃＢＮ粉末＝８：１となるように準備した。
下記の点以外は試料１－２と同様の方法で、試料１－６～試料１－１０の立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「ｃＢＮ粉末処理工程」を以下の手順で行った。粗粒ｃＢＮ粉末（平均粒子径１μｍ）と、微粒ｃＢＮ粉末（平均粒子径０．１μｍ）とを、体積比で粗粒ｃＢＮ粉末：微粒ｃＢＮ粉末＝８：１となるように準備した。
【0104】
微粒ｃＢＮ粉末に試薬ＰＳＳを添加して３０分放置した。粗粒ｃＢＮ粉末に試薬ＰＤＤＡを添加して３０分間放置した。その後、微粒ｃＢＮ粉末及び粗粒ｃＢＮ粉末を洗浄後、これらを遊星ミルで１０分間混合して混合スラリーを得た。混合スラリーを２４時間放置して乾燥させて、ｃＢＮ原料粉末を得た。
【0105】
得られたｃＢＮ原料粉末に、イオン注入装置にて、１００ＫｅＶのエネルギーで表１の「ｃＢＮ粉末処理」の「イオン注入」の「注入元素」欄に記載の元素を照射した。例えば、試料１－６では、コバルト（Ｃｏ）を照射した。
【0106】
照射後のｃＢＮ原料粉末をＴＥＭ－ＥＥＬＳで観察したところ、粗粒ｃＢＮ粒子の表面に微粒ｃＢＮ粒子が付着（静電吸着）し、さらに表面付近にＣｏが存在していることが確認された。
【0107】
＜試料１－２０＞
下記の点以外は試料１－４と同様の方法で、試料１－２０の立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「混合粉末作製工程」において、ｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝６０：４０の比率で配合した。
下記の点以外は試料１－４と同様の方法で、試料１－２０の立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「混合粉末作製工程」において、ｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝６０：４０の比率で配合した。
【0108】
＜試料１－２１＞
下記の点以外は試料１－４と同様の方法で、試料１－２０の立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「混合粉末作製工程」において、ｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝９７：３の比率で配合した。
「焼結工程」において、超硬合金製円盤を用いずに焼結した。
下記の点以外は試料１－４と同様の方法で、試料１－２０の立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「混合粉末作製工程」において、ｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝９７：３の比率で配合した。
「焼結工程」において、超硬合金製円盤を用いずに焼結した。
【0109】
＜評価＞
（立方晶窒化硼素の含有率）
各立方晶窒化硼素焼結体中の立方晶窒化硼素の含有率をＳＥＭを用いて測定した。具体的な測定方法は、実施形態１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の「ｃＢＮ焼結体」の「ｃＢＮ含有率（体積％）」欄に示す。
（立方晶窒化硼素の含有率）
各立方晶窒化硼素焼結体中の立方晶窒化硼素の含有率をＳＥＭを用いて測定した。具体的な測定方法は、実施形態１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の「ｃＢＮ焼結体」の「ｃＢＮ含有率（体積％）」欄に示す。
【0110】
試料１－１～試料１－１９では、混合粉末中のｃＢＮ原料粉末の割合よりも、立方晶窒化硼素焼結体中の立方晶窒化硼素の割合の方が小さい。これらの試料では、焼結工程において、混合粉末を超硬合金製円盤に接した状態で焼結する。このため、焼結中に混合粉末中に超硬合金成分が流入し、混合粉末中のｃＢＮ原料粉末中の混合比率が変化して、表１に記載の通りの割合になったと推察される。
【0111】
＜結合材の組成＞
各立方晶窒化硼素焼結体から、長さ６ｍｍ、幅３ｍｍ、厚み０．４５～０．５０ｍｍの試験片を切り出し、該試験片に対してＸＲＤ分析を実施した。次に、密閉容器内において、各試験片を１４０℃の弗硝酸（濃硝酸（６０％）：蒸留水：濃弗酸（４７％）＝２：２：１の体積比混合の混合酸）に４８時間浸漬し、結合材が溶解された酸処理液を得た。当該酸処理液に対してＩＣＰ分析を実施した。そして、ＸＲＤ分析の結果およびＩＣＰ分析の結果から、結合材の組成を特定した。
各立方晶窒化硼素焼結体から、長さ６ｍｍ、幅３ｍｍ、厚み０．４５～０．５０ｍｍの試験片を切り出し、該試験片に対してＸＲＤ分析を実施した。次に、密閉容器内において、各試験片を１４０℃の弗硝酸（濃硝酸（６０％）：蒸留水：濃弗酸（４７％）＝２：２：１の体積比混合の混合酸）に４８時間浸漬し、結合材が溶解された酸処理液を得た。当該酸処理液に対してＩＣＰ分析を実施した。そして、ＸＲＤ分析の結果およびＩＣＰ分析の結果から、結合材の組成を特定した。
【0112】
全ての試料において、少なくともＷＣ、Ｃｏ、およびＡｌ化合物が存在することが確認された。なおＡｌ化合物に関し、ＸＲＤにおいて明瞭なピークが検出されなかった。これはＸＲＤ装置にＣｕ線源を用いているためＣｏによるバックグラウンドノイズが大きいため、少量のＡｌ化合物が検出できなかったと推察された。
【0113】
＜硬度＞
各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理前の硬度Ｈｂ（ＧＰａ）を測定した。各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理後の硬度Ｈａ（ＧＰａ）を測定した。具体的な測定方法は、実施形態１に記載されているためその説明は繰り返さない。上記Ｈａ及びＨｂに基づき、各試料のＨａ／Ｈｂを算出した。結果を表１の「ｃＢＮ焼結体」の「Ｈａ／Ｈｂ」欄に示す。
各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理前の硬度Ｈｂ（ＧＰａ）を測定した。各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理後の硬度Ｈａ（ＧＰａ）を測定した。具体的な測定方法は、実施形態１に記載されているためその説明は繰り返さない。上記Ｈａ及びＨｂに基づき、各試料のＨａ／Ｈｂを算出した。結果を表１の「ｃＢＮ焼結体」の「Ｈａ／Ｈｂ」欄に示す。
【0114】
なお、各酸処理後の測定試料（立方晶窒化硼素焼結体）において、上記Ｘ２／Ｘ１を測定したところ、全ての測定試料において、Ｘ２／Ｘ１は０．０９以下であり、立方晶窒化硼素中の結合材が実質的に除去されていることが確認された。上記Ｘ２／Ｘ１の測定方法の詳細は、実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。
【0115】
＜切削試験：焼結合金切削＞
作製された各立方晶窒化硼素焼結体を用いて切削工具（基材形状：ＴＮＧＡ１６０４０４、刃先処理Ｔ０１２２５）を作製した。これを用いて、以下の切削条件下で切削試験を実施した。
作製された各立方晶窒化硼素焼結体を用いて切削工具（基材形状：ＴＮＧＡ１６０４０４、刃先処理Ｔ０１２２５）を作製した。これを用いて、以下の切削条件下で切削試験を実施した。
【0116】
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．
送り速度：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．２ｍｍ
クーラント：ＤＲＹ
切削方法：端面連続切削
旋盤：ＬＢ４０００（オークマ株式会社製）
被削材：円筒状焼結部品（住友電工焼結合金社製の焼結合金Ｄ－４０の端面切削：ＨＲＢ７５）
送り速度：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．２ｍｍ
クーラント：ＤＲＹ
切削方法：端面連続切削
旋盤：ＬＢ４０００（オークマ株式会社製）
被削材：円筒状焼結部品（住友電工焼結合金社製の焼結合金Ｄ－４０の端面切削：ＨＲＢ７５）
【0117】
評価方法：切削距離０．１ｋｍ毎に刃先を観察し、逃げ面摩耗量を測定した。最大逃げ面摩耗量が２００μｍ以上となる時点の切削距離を測定した。切削距離は横軸切削距離ｋｍ、縦軸最大逃げ面摩耗量を各々の試料についてプロットし、プロット間を直線で補間しグラフを得たうえで、グラフの値が２００μｍとなる切削距離を読み取った。切削距離が長いほど、工具寿命が長いことを示す。結果を表１の「切削試験」の「切削距離（ｋｍ）」欄に示す。
【0118】
【表1】
【0119】
＜考察＞
試料１－１、試料１－２０、試料１－２１は比較例に該当する。試料１－２～試料１－１９は実施例に該当する。試料１－２～試料１－１９（実施例）は、試料１－１、試料１－２０、試料１－２１（比較例）に比べて、工具寿命が長いことが確認された。
試料１－１、試料１－２０、試料１－２１は比較例に該当する。試料１－２～試料１－１９は実施例に該当する。試料１－２～試料１－１９（実施例）は、試料１－１、試料１－２０、試料１－２１（比較例）に比べて、工具寿命が長いことが確認された。
【0120】
［実施例２］
＜試料２－１＞
試料２－１では、試料１－４と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
＜試料２－１＞
試料２－１では、試料１－４と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
【0121】
＜試料２－２～試料２－５＞
試料２－２～試料２－５では、下記の点以外は試料２－１と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「焼結工程」において、７ＧＰａまで加圧した後、１７００℃まで加熱した。その後、焼結時間１５分の間で、表２の「焼結工程」の「加圧プロファイル（ＧＰａ）」に記載の通り、圧力を変化させた。例えば、試料２－２では、焼結時間１５分の間で圧力を７ＧＰａ→６ＧＰａ→７ＧＰａと変化させた。
試料２－２～試料２－５では、下記の点以外は試料２－１と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「焼結工程」において、７ＧＰａまで加圧した後、１７００℃まで加熱した。その後、焼結時間１５分の間で、表２の「焼結工程」の「加圧プロファイル（ＧＰａ）」に記載の通り、圧力を変化させた。例えば、試料２－２では、焼結時間１５分の間で圧力を７ＧＰａ→６ＧＰａ→７ＧＰａと変化させた。
【0122】
＜試料２－６＞
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝８０：２０の比率で配合したこと以外、試料２－５と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝８０：２０の比率で配合したこと以外、試料２－５と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
【0123】
＜試料２－７＞
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝６５：３５の比率で配合したこと以外、試料２－５と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝６５：３５の比率で配合したこと以外、試料２－５と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
【0124】
＜試料２－８＞
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝９７：３の比率で配合したこと以外、試料２－５と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝９７：３の比率で配合したこと以外、試料２－５と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
【0125】
＜評価＞
各立方晶窒化硼素焼結体について、立方晶窒化硼素の含有率、結合材の組成、硬度を測定した。それぞれの測定方法は、実施例１と同様であるため、その説明は繰り返さない。
各立方晶窒化硼素焼結体について、立方晶窒化硼素の含有率、結合材の組成、硬度を測定した。それぞれの測定方法は、実施例１と同様であるため、その説明は繰り返さない。
【0126】
各試料の立方晶窒化硼素の含有率を表２の「ｃＢＮ焼結体」の「ｃＢＮ含有率（体積％）」欄に示す。
結合材の組成は、全ての試料において、少なくともＷＣ、Ｃｏ、およびＡｌ化合物が存在することが確認された。なおＡｌ化合物に関し、ＸＲＤにおいて明瞭なピークが検出されなかったことから、Ａｌ化合物は、複数のＡｌ化合物からなる複合化合物であると推察された。
各試料のＨａ／Ｈｂを表２の「ｃＢＮ焼結体」の「Ｈａ／Ｈｂ」欄に示す。
結合材の組成は、全ての試料において、少なくともＷＣ、Ｃｏ、およびＡｌ化合物が存在することが確認された。なおＡｌ化合物に関し、ＸＲＤにおいて明瞭なピークが検出されなかったことから、Ａｌ化合物は、複数のＡｌ化合物からなる複合化合物であると推察された。
各試料のＨａ／Ｈｂを表２の「ｃＢＮ焼結体」の「Ｈａ／Ｈｂ」欄に示す。
【0127】
＜熱拡散率＞
各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理前の熱拡散率Ｋｂ（ｍｍ２／ｓ）を測定した。各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理後の熱拡散率Ｋａ（ｍｍ２／ｓ）を測定した。具体的な測定方法は、実施形態１に記載されているためその説明は繰り返さない。上記Ｋａ及びＫｂに基づき、各試料のＫａ／Ｋｂを算出した。結果を表２の「ｃＢＮ焼結体」の「Ｋａ／Ｋｂ」欄に示す。
各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理前の熱拡散率Ｋｂ（ｍｍ２／ｓ）を測定した。各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理後の熱拡散率Ｋａ（ｍｍ２／ｓ）を測定した。具体的な測定方法は、実施形態１に記載されているためその説明は繰り返さない。上記Ｋａ及びＫｂに基づき、各試料のＫａ／Ｋｂを算出した。結果を表２の「ｃＢＮ焼結体」の「Ｋａ／Ｋｂ」欄に示す。
【0128】
なお、各酸処理後の測定試料（立方晶窒化硼素焼結体）において、上記Ｘ２／Ｘ１を測定したところ、全ての測定試料において、Ｘ２／Ｘ１は０．０９以下であり、立方晶窒化硼素中の結合材が実質的に除去されていることが確認された。上記Ｘ２／Ｘ１の測定方法の詳細は、実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。
【0129】
＜切削試験：鋳鉄ミリング評価（残ＷＥＴ）＞
作製された各立方晶窒化硼素焼結体を用いて切削工具（基材形状：ＳＮＧＮ０９０３０８ＬＥ、ホルダ：ＲＭ３０８０Ｒ、ＳＮＧＮ０９０３０８、刃先処理Ｔ０１２２５）を作製した。これを用いて、以下の切削条件下で切削試験を実施した。
作製された各立方晶窒化硼素焼結体を用いて切削工具（基材形状：ＳＮＧＮ０９０３０８ＬＥ、ホルダ：ＲＭ３０８０Ｒ、ＳＮＧＮ０９０３０８、刃先処理Ｔ０１２２５）を作製した。これを用いて、以下の切削条件下で切削試験を実施した。
【0130】
切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ．
送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．４ｍｍ
クーラント：エマルション９６ 水で２０倍に希釈
設備：ＮＥＸＵＳ ５３０Ｃ－ＩＩ ＨＳ（ヤマザキマザック株式会社製）
被削材：ＦＣ２５０パーライト板２枚を同時加工
送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．４ｍｍ
クーラント：エマルション９６ 水で２０倍に希釈
設備：ＮＥＸＵＳ ５３０Ｃ－ＩＩ ＨＳ（ヤマザキマザック株式会社製）
被削材：ＦＣ２５０パーライト板２枚を同時加工
【0131】
評価方法：２０パスごとに刃先を確認し、１００μｍ以上のチッピング又は欠損が出た場合を工具寿命とした。１パス当たりの除去体積は切込み量（０．４ｍｍ＝０．０００４ｃｍ）×被削材の切削面の面積（ｃｍ２）×２（枚）にて計算した。除去体積が長いほど、工具寿命が長いことを示す。結果を表２の「切削試験」の「除去体積（ｃｍ３）」欄に示す。
【0132】
【表2】
【0133】
＜考察＞
試料２－１～試料２－８は実施例に該当し、いずれも工具寿命が長いことが確認された。
試料２－１～試料２－８は実施例に該当し、いずれも工具寿命が長いことが確認された。
【0134】
これらのうち、試料２－２～試料２－８はＫａ／Ｋｂ≧０．６０を満たし、工具寿命が特に長いことが確認された。これらの試料では、焼結工程において、圧力を高圧→低圧と繰り返し変化させたため、粗粒ｃＢＮ粒子に静電吸着で付着した微粒ｃＢＮ粒子が、粗粒ｃＢＮ粒子同士の結合を促進させたためと推察される。
【0135】
［実施例３］
＜試料３－１＞
試料３－１では、試料１－４と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
＜試料３－１＞
試料３－１では、試料１－４と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
【0136】
＜試料３－２～試料３－６＞
試料３－２～試料３－６では、下記の点以外は試料３－１と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「ｃＢＮ粉末処理工程」において、静電吸着により得られたｃＢＮ原料粉末に対してアンモニア処理を行った。アンモニア処理の温度及び時間を表３の「アンモニア処理」の「温度、時間」欄に示す。
「焼結工程」での圧力を、表３の「焼結工程」の「圧力（ＧＰａ）」欄に記載の通りとした。
試料３－２～試料３－６では、下記の点以外は試料３－１と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
「ｃＢＮ粉末処理工程」において、静電吸着により得られたｃＢＮ原料粉末に対してアンモニア処理を行った。アンモニア処理の温度及び時間を表３の「アンモニア処理」の「温度、時間」欄に示す。
「焼結工程」での圧力を、表３の「焼結工程」の「圧力（ＧＰａ）」欄に記載の通りとした。
【0137】
＜試料３－７＞
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝８０：２０の比率で配合したこと以外、試料３－６と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝８０：２０の比率で配合したこと以外、試料３－６と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
【0138】
＜試料３－８＞
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝６５：３５の比率で配合したこと以外、試料３－６と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝６５：３５の比率で配合したこと以外、試料３－６と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
【0139】
＜試料３－９＞
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝９７：３の比率で配合したこと以外、試料３－６と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
ｃＢＮ原料粉末と結合材原料粉末とを、体積％でｃＢＮ原料粉末：結合材原料粉末＝９７：３の比率で配合したこと以外、試料３－６と同様の方法で立方晶窒化硼素焼結体を作製した。
【0140】
＜評価＞
各立方晶窒化硼素焼結体について、立方晶窒化硼素の含有率、結合材の組成、硬度を測定した。それぞれの測定方法は、実施例１と同様であるため、その説明は繰り返さない。
各立方晶窒化硼素焼結体について、立方晶窒化硼素の含有率、結合材の組成、硬度を測定した。それぞれの測定方法は、実施例１と同様であるため、その説明は繰り返さない。
【0141】
各試料の立方晶窒化硼素の含有率を表３の「ｃＢＮ焼結体」の「ｃＢＮ含有率（体積％）」欄に示す。
結合材の組成は、全ての試料において、少なくともＷＣ、Ｃｏ、およびＡｌ化合物が存在することが確認された。なおＡｌ化合物に関し、ＸＲＤにおいて明瞭なピークが検出されなかったことから、Ａｌ化合物は、複数のＡｌ化合物からなる複合化合物であると推察された。
各試料のＨａ／Ｈｂを表３の「ｃＢＮ焼結体」の「Ｈａ／Ｈｂ」欄に示す。
結合材の組成は、全ての試料において、少なくともＷＣ、Ｃｏ、およびＡｌ化合物が存在することが確認された。なおＡｌ化合物に関し、ＸＲＤにおいて明瞭なピークが検出されなかったことから、Ａｌ化合物は、複数のＡｌ化合物からなる複合化合物であると推察された。
各試料のＨａ／Ｈｂを表３の「ｃＢＮ焼結体」の「Ｈａ／Ｈｂ」欄に示す。
【0142】
＜曲げ試験強度＞
各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理前の曲げ試験強度Ｔｂ（ＧＰａ）を測定した。各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理後の曲げ試験強度Ｔａ（ＧＰａ）とした。具体的な測定方法は、実施形態１に記載されているためその説明は繰り返さない。上記Ｔａ及びＴｂに基づき、各試料のＴａ／Ｔｂを算出した。結果を表３の「ｃＢＮ焼結体」の「Ｔａ／Ｔｂ」欄に示す。
各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理前の曲げ試験強度Ｔｂ（ＧＰａ）を測定した。各立方晶窒化硼素焼結体の酸処理後の曲げ試験強度Ｔａ（ＧＰａ）とした。具体的な測定方法は、実施形態１に記載されているためその説明は繰り返さない。上記Ｔａ及びＴｂに基づき、各試料のＴａ／Ｔｂを算出した。結果を表３の「ｃＢＮ焼結体」の「Ｔａ／Ｔｂ」欄に示す。
【0143】
なお、各酸処理後の測定試料（立方晶窒化硼素焼結体）において、上記Ｘ２／Ｘ１を測定したところ、全ての測定試料において、Ｘ２／Ｘ１は０．０９以下であり、立方晶窒化硼素中の結合材が実質的に除去されていることが確認された。上記Ｘ２／Ｘ１の測定方法の詳細は、実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。
【0144】
＜切削試験：高強度焼結合金切削＞
作製された各ｃＢＮ焼結体を用いて切削工具（基材形状：ＣＮＧＡ１２０４０８、刃先処理Ｔ０１２２５）を作製した。これを用いて、以下の切削条件下で切削試験を実施した。
作製された各ｃＢＮ焼結体を用いて切削工具（基材形状：ＣＮＧＡ１２０４０８、刃先処理Ｔ０１２２５）を作製した。これを用いて、以下の切削条件下で切削試験を実施した。
【0145】
切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ．
送り速度：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．１３ｍｍ
クーラント：ＤＲＹ
切削方法：端面断続切削
旋盤：ＬＢ４０００（オークマ株式会社製）
被削材：スプロケット（住友電工焼結合金社製の焼結合金ＤＭ－５０（焼入）の端面切削：ＨＶ４４０）
送り速度：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．１３ｍｍ
クーラント：ＤＲＹ
切削方法：端面断続切削
旋盤：ＬＢ４０００（オークマ株式会社製）
被削材：スプロケット（住友電工焼結合金社製の焼結合金ＤＭ－５０（焼入）の端面切削：ＨＶ４４０）
【0146】
評価方法：０．５ｋｍ毎に刃先を観察し、逃げ面摩耗量を測定した。逃げ面の欠損幅が１００μｍ以上となる時点の切削距離を測定した。切削距離が長いほど、工具寿命が長いことを示す。結果を表３の「切削試験」の「切削距離（ｋｍ）」欄に示す。
【0147】
【表3】
【0148】
＜考察＞
試料３－１～試料３－９は実施例に該当し、いずれも工具寿命が長いことが確認された。
試料３－１～試料３－９は実施例に該当し、いずれも工具寿命が長いことが確認された。
【0149】
これらのうち、試料３－４～試料３－９はＴａ／Ｔｂ≧０．３５を満たし、工具寿命が特に長いことが確認された。この理由は、アンモニア処理時間が長いため、ＣＢＮ表面の酸素がより低減されたことで、ＣＢＮ同士の結合力が向上したためと推察される。
【0150】
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。
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。
【要約】
立方晶窒化硼素焼結体は、８０体積％以上９６体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、前記結合材は、炭化タングステン、コバルト及びアルミニウム化合物を含み、前記立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈｂと、前記立方晶窒化硼素焼結体に酸処理を行い、前記立方晶窒化硼素焼結体中の前記結合材を実質的に除去した酸処理後立方晶窒化硼素焼結体の硬度Ｈａとが、Ｈａ／Ｈｂ≧０．４０を満たす。
【図1】
【図2】