特許 7614468 立方晶窒化硼素焼結体および工具

(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】2025-01-06

(45)【発行日】2025-01-15

(54)【発明の名称】立方晶窒化硼素焼結体および工具

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/5831 20060101AFI20250107BHJP

   B23B 27/14 20060101ALI20250107BHJP

   C22C 29/16 20060101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

C04B35/5831

B23B27/14 B

C22C29/16 A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2024564644

(86)(22)【出願日】2024-07-10

(86)【国際出願番号】 JP2024024936

【審査請求日】2024-10-31

【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】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川村 侑生

(72)【発明者】

【氏名】石井 顕人

(72)【発明者】

【氏名】道内 真人

(72)【発明者】

【氏名】岡村 克己

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 雄太

(72)【発明者】

【氏名】石田 雄

【審査官】田中 永一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２２／０２５２９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２２／０２５２９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０８９２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９８６３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ ３５／５８３１

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｃ２２Ｃ ２９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

７０体積％以上９９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、
クロム、コバルトおよび炭素を含む第一化合物と、
炭化タングステンと、
コバルトと、
アルミニウムと、を含み、
前記第一化合物において、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒおよびコバルトの原子数Ｎ_Ｃｏの合計に対する、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒの割合Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．１０以上０．９０以下である、立方晶窒化硼素焼結体。

【請求項2】

前記立方晶窒化硼素焼結体のＸ線回折パターンを、横軸が回折角２θであり、かつ、縦軸が回折強度ｃｐｓである座標系に示した第一グラフにおいて、
立方晶窒化硼素のピーク強度Ｉ_ＢＮと、前記第一化合物のピーク強度Ｉ_ａとは、０．００１０≦Ｉ_ａ／Ｉ_ＢＮ≦０．３００の関係を示す、請求項１に記載の立方晶窒化硼素焼結体。

【請求項3】

前記ピーク強度Ｉ_ＢＮと、前記ピーク強度Ｉ_ａとは、０．０１≦Ｉ_ａ／Ｉ_ＢＮ≦０．１０の関係を示す、請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。

【請求項4】

前記Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．２０以上０．９０以下である、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Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．５０以上０．９０以下である、請求項４に記載の立方晶窒化硼素焼結体。

【請求項6】

前記第一化合物において、
クロムおよびコバルトの合計含有率は、１０原子％以上であり、
炭素の含有率は、５原子％以上であり、かつ、
クロム、コバルトおよび炭素の合計含有率は、４０原子％以上である、請求項１または請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。

【請求項7】

前記立方晶窒化硼素焼結体の前記第一化合物の含有率は、０．１体積％以上２９体積％以下である、請求項１または請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。

【請求項8】

前記第一化合物は、窒素、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウムおよび珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第一元素を含む、請求項１または請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。

【請求項9】

前記結合材は、さらに、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、および、アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素および酸素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる第二化合物を含む、請求項１または請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。

【請求項10】

前記結合材は、さらに、珪素を含む、請求項１または請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。

【請求項11】

請求項１または請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体を含む工具。

【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および工具に関する。

【背景技術】

【0002】

立方晶窒化硼素（以下「ｃＢＮ」とも記す。）焼結体は、非常に高い硬度を有するとともに、熱的安定性および化学的安定性にも優れることから、切削工具や耐磨工具に利用されている。立方晶窒化硼素焼結体では、用途に応じた特性を得るために、ｃＢＮ粒子の含有率および結合材の種類などが検討されている。

【0003】

特許文献１には、結合材の適切な選択により、立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具において、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】

【0004】

【文献】国際公開第２００５／０６６３８１号

【発明の概要】

【0005】

本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、７０体積％以上９９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、
クロム、コバルトおよび炭素を含む第一化合物と、
炭化タングステンと、
コバルトと、
アルミニウムと、を含み、
前記第一化合物において、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒおよびコバルトの原子数Ｎ_Ｃｏの合計に対する、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒの割合Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．１０以上０．９０以下である、立方晶窒化硼素焼結体である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

［本開示が解決しようとする課題］
工具材料として用いた場合に、焼結合金の加工においても、長い工具寿命を有する工具を提供することのできる立方晶窒化硼素焼結体が求められている。

【0007】

そこで、本開示は、工具材料として用いた場合に、焼結合金の加工においても、長い工具寿命を有する工具を提供することのできる立方晶窒化硼素焼結体、および、該立方晶窒化硼素焼結体を含む工具を提供することを目的とする。

【0008】

［本開示の効果］
本開示によれば、工具材料として用いた場合に、焼結合金の加工においても、長い工具寿命を有する工具を提供することのできる立方晶窒化硼素焼結体、および、該立方晶窒化硼素焼結体を含む工具を提供することが可能となる。

【0009】

［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、７０体積％以上９９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、
クロム、コバルトおよび炭素を含む第一化合物と、
炭化タングステンと、
コバルトと、
アルミニウムと、を含み、
前記第一化合物において、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒおよびコバルトの原子数Ｎ_Ｃｏの合計に対する、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒの割合Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．１０以上０．９０以下である、立方晶窒化硼素焼結体である。

【0010】

本開示によれば、工具材料として用いた場合に、焼結合金の加工においても、長い工具寿命を有する工具を提供することのできる立方晶窒化硼素焼結体、および、該立方晶窒化硼素焼結体を含む工具を提供することが可能となる。

【0011】

（２）上記（１）において、前記立方晶窒化硼素焼結体のＸ線回折パターンを、横軸が回折角２θであり、かつ、縦軸が回折強度ｃｐｓである座標系に示した第一グラフにおいて、
立方晶窒化硼素のピーク強度Ｉ_ＢＮと、前記第一化合物のピーク強度Ｉ_ａとは、０．００１０≦Ｉ_ａ／Ｉ_ＢＮ≦０．３００の関係を示してもよい。

【0012】

これによると、工具寿命が更に向上する。

【0013】

（３）上記（２）において、前記ピーク強度Ｉ_ＢＮと、前記ピーク強度Ｉ_ａとは、０．０１≦Ｉ_ａ／Ｉ_ＢＮ≦０．１０の関係を示してもよい。

【0014】

これによると、工具寿命が更に向上する。

【0015】

（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．２０以上０．９０以下であってもよい。これによると、工具寿命が更に向上する。

【0016】

（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．５０以上０．９０以下であってもよい。これによると、工具寿命が更に向上する。

【0017】

（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、
前記第一化合物において、
クロムおよびコバルトの合計含有率は、１０原子％以上であり、
炭素の含有率は、５原子％以上であり、かつ、
クロム、コバルトおよび炭素の合計含有率は、４０原子％以上であってもよい。

【0018】

これによると、工具寿命が更に向上する。

【0019】

（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、前記立方晶窒化硼素焼結体の前記第一化合物の含有率は、０．１体積％以上２９体積％以下であってもよい。これによると、工具寿命が更に向上する。

【0020】

（８）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、前記第一化合物は、窒素、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウムおよび珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第一元素を含んでもよい。これによると、工具寿命が更に向上する。

【0021】

（９）上記（１）から（８）のいずれかにおいて、前記結合材は、さらに、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、および、アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素および酸素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる第二化合物を含んでもよい。これによると、切削工具の耐欠損性がさらに向上する。

【0022】

（１０）上記（１）から（９）のいずれかにおいて、前記結合材は、さらに、珪素を含んでもよい。これによると、切削工具の耐摩耗性がさらに向上する。

【0023】

（１１）本開示の工具は、上記（１）から（１０）のいずれかを含む工具である。これによると、焼結合金の加工においても、長い工具寿命を有する工具を提供することが可能となる。

【0024】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示において「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。

【0025】

本開示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。

【0026】

本開示において、数値範囲下限及び上限として、それぞれ１つ以上の数値が記載されている場合は、下限に記載されている任意の１つの数値と、上限に記載されている任意の１つの数値との組み合わせも開示されているものとする。

【0027】

本開示において、「備える」、「含む」、「有する」、および、これらの変形は、オープンエンドの用語である。オープンエンドの用語は必須要素に加えて、追加要素をさらに含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。「からなる」との記載はクローズドの用語である。ただしクローズドの用語で表現される構成であっても、通常において付随する不純物であったり、対象技術に無関係であったりする付加的な要素は含み得る。

【0028】

本発明者等は、焼結合金の加工においても、長い工具寿命を有する工具を提供することのできる立方晶窒化硼素焼結体の開発にあたり、まず、従来の立方晶窒化硼素焼結体を含む工具を用いて焼結合金の加工を行い、工具の損傷状態を観察した。その結果、以下の知見を得た。加工に伴い、立方晶窒化硼素焼結体において、ｃＢＮより低硬度である金属系結合材が選択的に損耗し、ｃＢＮ粒子が浮き彫りになる。次に、ｃＢＮ粒子間の結合が切れてｃＢＮ粒子が脱落する。結果として工具の刃先稜線が丸まり、被削材にバリなどが発生し、工具寿命に至る。

【0029】

本発明者等は、上記の知見に基づき、特に、耐摩耗性およびｃＢＮ粒子間の結合力に着目して、鋭意検討を行い、本開示の立方晶窒化硼素焼結体を得た。本開示の立方晶窒化硼素焼結体および工具の具体例を、以下に説明する。

【0030】

［実施形態１：立方晶窒化硼素焼結体］
本開示の一実施形態（以下「実施形態１」とも記す。）に係る立方晶窒化硼素焼結体は、７０体積％以上９９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、クロム、コバルトおよび炭素を含む第一化合物と、炭化タングステンと、コバルトと、アルミニウムと、を含み、該第一化合物において、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒおよびコバルトの原子数Ｎ_Ｃｏの合計に対する、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒの割合Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．１０以上０．９０以下である、立方晶窒化硼素焼結体である。

【0031】

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、焼結合金の加工においても、長い工具寿命を有する工具を提供することができる。この理由は、以下の通りと推察される。

【0032】

（ｉ）本開示の立方晶窒化硼素焼結体は、優れた強度および靱性を有する立方晶窒化硼素粒子を７０体積％以上９９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およ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含む工具は、焼結合金の加工においても、優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。

【0033】

（ｉｉ）本開示の立方晶窒化硼素焼結体の結合材は、クロム、コバルトおよび炭素を含む第一化合物を含む。第一化合物において、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒおよびコバルトの原子数Ｎ_Ｃｏの合計に対する、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒの割合Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．１０以上０．９０以下である。第一化合物は高い硬度を有するため、第一化合物を含む立方晶窒化硼素焼結体も高い硬度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含む工具は、焼結合金の加工においても、優れた耐摩耗性を有することができる。

【0034】

（ｉｉｉ）本開示の立方晶窒化硼素焼結体に含まれる第一化合物は、立方晶窒化硼素焼結体の製造時に、立方晶窒化硼素粒子の溶解および晶出を促進させるために、原料粉末に添加されたコバルトおよびクロムに由来する。原料粉末にコバルトおよびクロムを添加すると、焼結時に立方晶窒化硼素粒子のネッキングを成長させ、立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率を向上させることができる。よって、得られた立方晶窒化硼素焼結体を含む工具では、焼結合金の加工においても、熱亀裂の発生が抑制される。

【0035】

＜立方晶窒化硼素焼結体の組成＞
実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体は、７０体積％以上９９体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、を備える。結合材は、クロム、コバルトおよび炭素を含む第一化合物、炭化タングステン、コバルト、並びに、アルミニウム、を含む。実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体は、７０体積％以上９９体積％以下の立方晶窒化硼素粒子と、結合材と、からなってもよい。

【0036】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体において、立方晶窒化硼素粒子の含有率は、７０体積％以上９９体積％以下である。立方晶窒化硼素焼結体の立方晶窒化硼素粒子の含有率の下限は、硬度向上の観点から、７０体積％以上であり、８０体積％以上でもよく、または、９０体積％以上でもよい。立方晶窒化硼素焼結体の立方晶窒化硼素粒子の含有率の上限は、靭性向上の観点から、９９体積％以下であり、または、９５体積％以下でもよい。立方晶窒化硼素焼結体の立方晶窒化硼素粒子の含有率は、８０体積％以上９９体積％以下でもよく、９０体積％以上９９体積％以下でもよく、または、９０体積％以上９５体積％以下でもよい。

【0037】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の結合材の含有率は、１体積％以上３０体積％以下でもよく、１体積％以上１０体積％以下でもよく、または、５体積％以上１０体積％以下でもよい。

【0038】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子および結合材の合計含有率は、７１体積％以上９９．９体積％以下でもよく、８１体積％以上９９．９体積％以下でもよく、または、９５体積％以上９９．９体積％以下でもよい。

【0039】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子および第一化合物の合計含有率は、７０．１体積％以上９９．１体積％以下でもよく、７３体積％以上９９体積％以下でもよく、９０．１体積％以上９５体積％以下でもよく、または、９１体積％以上９５体積％以下でもよい。

【0040】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体は、本開示の効果を損なわない限り、不可避不純物を含んでもよい。実施形態１の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、不可避不純物と、からなってもよい。不可避不純物としては、たとえば、窒素、酸素が挙げられる。立方晶窒化硼素焼結体が不可避不純物を含む場合は、立方晶窒化硼素焼結体の不可避不純物の含有率は０．１質量％以下とすることができる。立方晶窒化硼素焼結体の不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定することができる。

【0041】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子、第一化合物、炭化タングステン、コバルト、および、アルミニウムからなることができる。実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体は、本開示の効果を損なわない限りにおいて、第一化合物、炭化タングステン、コバルト、および、アルミニウムに加えて、後述の第二化合物、珪素単体、および、原材料、製造条件等に起因する不純物を含むことができる。実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子、第一化合物、炭化タングステン、コバルト、アルミニウム、第二化合物および珪素の一方または両方、並びに、不可避不純物からなることができる。

【0042】

立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮ粒子の含有率（体積％）および結合材の含有率（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）（以下「ＳＥＭ－ＥＤＸ」とも記す。）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。具体的な測定方法は、下記の通りである。

【0043】

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露出させ、断面を研磨する。立方晶窒化硼素焼結体の切断には、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。立方晶窒化硼素焼結体が工具の一部として用いられている場合は、立方晶窒化硼素焼結体の部分を、ダイヤモンド砥石電着ワイヤー等で切り出して、立方晶窒化硼素焼結体の断面を含む試料を露出させる。

【0044】

次に、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、例えば、ｃＢＮ粒子が存在する領域は最も濃い黒色領域となり、結合材が存在する領域は灰色領域または白色領域となる。

【0045】

次に、反射電子像に対して画像解析ソフト（三谷商事（株）の「ＷｉｎＲＯＯＦ ２０１８」）を用いて、ｃＢＮ粒子のみが抽出されるように二値化処理を行う。二値化の閾値はコントラストにより変化するため、画像ごとに設定する。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、立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮ粒子の含有率（体積％）を求めることができる。暗視野に由来する画素がｃＢＮ粒子に由来することは、立方晶窒化硼素焼結体に対してＳＥＭ－ＥＤＸによる元素分析を行うことにより確認することができる。

【0046】

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（結合材に由来する画素）の面積比率を算出することにより、立方晶窒化硼素焼結体における結合材の含有率（体積％）を求めることができる。明視野に由来する画素が結合材に由来することは、立方晶窒化硼素焼結体に対してＳＥＭ－ＥＤＸによる元素分析を行うことにより確認することができる。

【0047】

上記のｃＢＮ粒子および結合材の面積百分率の測定を、互いに重複しない５つの測定視野で行い、５つの測定視野のｃＢＮ粒子および結合材の面積百分率の平均を算出する。本開示において、５つの測定視野のｃＢＮ粒子の面積百分率の平均が、立方晶窒化硼素焼結体の立方晶窒化硼素粒子の含有率（体積％）に該当する。本開示において、５つの測定視野の結合材の面積百分率の平均が、立方晶窒化硼素焼結体の結合材の含有率（体積％）に該当する。

【0048】

出願人が測定した限りでは、同一の試料において５つの測定視野を任意に設定して、上記の手順に従い、立方晶窒化硼素焼結体の立方晶窒化硼素粒子および結合材の含有率の測定を複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。

【0049】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体において、第一化合物の含有率は、０．１体積％以上２９体積％以下であってもよい。立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物の含有率の下限は、硬度向上の観点から、０．１体積％以上でもよく、０．１５体積％以上でもよく、０．２体積％以上でもよく、または、０．３体積％以上でもよい。立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物の含有率の上限は、２９体積％以下でもよく、１５体積％以下でもよく、１０体積％以下でもよく、９体積％以下でもよく、または、３体積％以下でもよい。立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物の含有率は、０．１５体積％以上１５体積％以下でもよく、０．２体積％以上９体積％以下でもよく、または、０．３体積％以上３体積％以下でもよい。

【0050】

本開示において、立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物の含有率（体積％）は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日本電子社製の「ＪＥＭ－ＡＲＭ３００Ｆ２」（商標））付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）（日本電子社製のデュアルＳＳＤシステム）（以下「ＴＥＭ－ＥＤＸ」とも記す。）を用いて、以下の手順で測定される。

【0051】

（Ａ１）立方晶窒化硼素焼結体をアルゴンイオンスライサー（日本電子社製の「クライオイオンスライサーＩＢ－０９０６０ＢＣＩＳ」（商標））を用いて、加速電圧６ｋＶ、仕上げ２ｋＶの条件で、３０～１００ｎｍの厚みに薄片化して測定用試料を作製する。

【0052】

（Ｂ１）次に、測定用試料をＴＥＭを用いて、加速電圧２００ｋＶの条件で、２万倍で観察することにより、第１画像を得る。

【0053】

（Ｃ１）第１画像中に１０μｍ×１０μｍの矩形の測定視野を設定する。測定視野において、ＴＥＭ－ＥＤＸで元素分布分析を行う。測定条件は、加速電圧２００ｋＶ、カメラ長１０ｃｍ、画素数５１２×５１２ｐｉｘｅｌ、デュエルタイム０．５ｍｓ／ｐｉｘｅｌである。元素分布分析結果に基づき、各画素にクロム、コバルトおよび炭素のそれぞれの原子基準の含有率（原子％）が記された５１２×５１２ｐｉｘｅｌ（以下「５１２×５１２画素」とも記す。）から構成される行列を得る。

【0054】

（Ｄ１）得られた５１２×５１２画素から構成される行列の各画素において、クロム含有率とコバルト含有率とを加算した後に、二値化処理を行い、クロムおよびコバルトの少なくとも一方を含む画素が抽出された第１二値化画像を得る。閾値の設定条件には周知の自動閾値決定法の一つである「大津の二値化法」を適用する。

【0055】

（Ｅ１）次に、得られた５１２×５１２画素から構成される行列の各画素において、炭素含有率に基づき、二値化処理を行い、炭素を含む画素が抽出された第２二値化画像を得る。閾値の設定条件には「大津の二値化法」を適用する。

【0056】

（Ｆ１）第１二値化画像および第２二値化画像に基づき、５１２×５１２画素のうち、第１二値化画像および第２二値化画像のいずれにおいても抽出された画素（以下「第１画素」とも記す。）を特定する。以下、５１２×５１２画素のうち、第１画素に対応する領域を領域Ｒ１とも記す。

【0057】

（Ｇ１）領域Ｒ１を構成する第１画素のそれぞれにおいて、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒおよびコバルトの原子数Ｎ_Ｃｏの合計に対する、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒの割合Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）を算出する。領域Ｒ１を構成する全ての第１画素のＮ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）の中央値Ａを算出する。

【0058】

（Ｈ１）上記中央値Ａの算出を、互いに重複しない５つの測定視野で行い、５つの測定視野のＮ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）の中央値Ａの平均Ｂを算出する。本開示において、平均Ｂが０．１０以上０．９０以下である場合、５つの測定視野中の領域Ｒ１は、Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）が０．１０以上０．９０以下である第一化合物に該当すると判断される。

【0059】

（Ｉ１）５つの測定視野の全ての画素の数ＮＡに対する、５つの測定視野の全てにおける第一化合物に該当する領域Ｒ１を構成する第１画素の数Ｎ１の百分率（Ｎ１／ＮＡ）×１００を算出する。本開示において、百分率（Ｎ１／ＮＡ）×１００が、立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物の含有率（体積％）に該当する。

【0060】

出願人が測定した限りでは、同一の試料において５つの測定視野を任意に設定して、上記の手順に従い、立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物の含有率の測定を複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。

【0061】

＜立方晶窒化硼素粒子＞
≪立方晶窒化硼素粒子の組成≫
実施形態１において、立方晶窒化硼素粒子は立方晶窒化硼素からなる。立方晶窒化硼素粒子は、本開示の効果を損なわない限りにおいて、立方晶窒化硼素とともに、不純物を含むことができる。立方晶窒化硼素粒子が不純物を含む場合は、立方晶窒化硼素粒子の不純物の含有率は０．１質量％以下とすることができる。立方晶窒化硼素粒子の不純物の含有率は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定することができる。

【0062】

≪立方晶窒化硼素粒子の平均粒径≫
実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体において、立方晶窒化硼素粒子の平均粒径は特に制限されず、従来の立方晶窒化硼素焼結体に用いられる一般的な平均粒径とすることができる。立方晶窒化硼素粒子の粒径は、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。

【0063】

本開示において、立方晶窒化硼素粒子の平均粒径は、以下の手順で測定される。立方晶窒化硼素焼結体の立方晶窒化硼素粒子の含有率の測定手順と同一の方法で、ｃＢＮ焼結体の断面を露出させ、断面を研磨する。

【0064】

次に、研磨面をＳＥＭにて１０，０００倍で観察して、ＳＥＭ画像を得る。ＳＥＭ画像中に、１２μｍ×１５μｍの矩形の測定視野を設定する。ＳＥＭ画像を画像解析ソフト（三谷商事（株）の「ＷｉｎＲＯＯＦ ｖｅｒ．７．４．５」）を用いて処理することにより、測定視野内に観察される各ｃＢＮ粒子の円相当径を得る。測定視野内の全てのｃＢＮ粒子の円相当径の算術平均を算出する。該算術平均が、測定視野におけるｃＢＮ粒子の平均粒径に該当する。

【0065】

上記の測定を、互いに重複しない５つの測定視野で行う。５つの測定視野のｃＢＮ粒子の平均粒径の算術平均を算出する。本開示において、５つの測定視野の平均粒径の算術平均が、立方晶窒化硼素粒子の平均粒径に該当する。

【0066】

出願人が測定した限りでは、同一の試料において５つの測定視野を任意に設定して、上記の手順に従い、立方晶窒化硼素粒子の平均粒径の測定を複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。

【0067】

＜第一化合物＞
実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の結合材は第一化合物を含む。第一化合物はクロム、コバルトおよび炭素を含み、第一化合物において、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒおよびコバルトの原子数Ｎ_Ｃｏの合計に対する、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒの割合Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．１０以上０．９０以下である。第一化合物は、ＣｒＣｏＣで示される化合物でもよい。

【0068】

Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）の下限は、立方晶窒化硼素焼結体の製造時に、立方晶窒化硼素粒子の溶解および晶出が促進され、立方晶窒化硼素粒子のネッキングの成長が促進されるという観点から、０．２０以上０．９０以下でもよく、０．３０以上０．９０以下でもよく、０．５０以上０．９０以下でもよく、または、０．６５以上０．８０以下でもよい。

【0069】

本開示において、Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、上記の立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物の含有率（体積％）の測定方法に記載の手順（Ａ１）～（Ｈ１）に従って求められる５つの測定視野のＮ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）の中央値Ａの平均Ｂに該当する。

【0070】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物において、クロムおよびコバルトの合計含有率は、１０原子％以上であり、炭素の含有率は、１０原子％以上であり、かつ、クロム、コバルトおよび炭素の合計含有率は、４０原子％以上でもよい。実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物において、クロムおよびコバルトの合計含有率は、１０原子％以上であり、炭素の含有率は、５原子％以上であり、かつ、クロム、コバルトおよび炭素の合計含有率は、４０原子％以上でもよい。

【0071】

第一化合物におけるクロムおよびコバルトの合計含有率は、立方晶窒化硼素粒子のネッキングの成長が促進されるという観点から、１０原子％以上９０原子％以下もよく、２０原子％以上８０原子％以下でもよく、または、３０原子％以上７０原子％以下でもよい。

【0072】

第一化合物における炭素の含有率の下限は、第一化合物が炭化物として高い硬度を有するという観点から、５原子％以上でもよく、１０原子％以上でもよく、または、１５原子％以上でもよい。第一化合物における炭素の含有率の上限は、立方晶窒化硼素粒子のネッキングの成長の抑制を低減するという観点から、９０原子％以下でもよく、８０原子％以下でもよく、または、７０原子％以下でもよい。第一化合物における炭素の含有率は、５原子％以上９０原子％以下もよく、１０原子％以上８０原子％以下でもよく、または、１５原子％以上７０原子％以下でもよい。

【0073】

第一化合物におけるクロム、コバルトおよび炭素の合計含有率は、本開示の効果を十分に発揮するという観点から、４０原子％以上１００原子％以下もよく、５０原子％以上９０原子％以下でもよく、または、６０原子％以上８０原子％以下でもよい。

【0074】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体において、第一化合物は、クロム、コバルトおよび炭素に加えて、窒素、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウムおよび珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第一元素を含んでもよい。第一元素が窒素の場合、第一元素はＣｒＣｏＣＮであってもよい。窒素は、第一化合物の製造工程において、第一化合物に混入する可能性がある元素である。窒素は、ＣｒＣｏＣに固溶していてもよい。第一元素がチタン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウムおよび珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種の場合、これらの元素は、ＣｒＣｏＣに固溶していてもよい。

【0075】

第一化合物における第一元素の合計含有率は、０原子％以上２５原子％以下でもよく、３原子％以上１５原子％以下でもよく、５原子％以上１０原子％以下でもよい。

【0076】

本開示において、第一化合物における、クロム、コバルト、炭素および第一元素のそれぞれの含有率（原子％）は、以下の手順で測定される。上記の立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物の含有率（体積％）の測定方法に記載の手順（Ａ１）～（Ｈ１）に従って、Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）が０．１０以上０．９０以下である第一化合物に該当する領域Ｒ１を特定する。領域Ｒ１を構成する全ての第１画素に対して、ＴＥＭ－ＥＤＸで元素分布分析を行い、測定結果に基づき、領域Ｒ１におけるクロム、コバルト、炭素および第一元素のそれぞれの含有率（原子％）の平均値を算出する。領域Ｒ１におけるクロム、コバルト、炭素および第一元素のそれぞれの含有率（原子％）の平均値が、第一化合物におけるクロム、コバルト、炭素および第一元素のそれぞれの含有率（原子％）に該当する。

【0077】

出願人が測定した限りでは、同一の試料において５つの測定視野を任意に設定して、上記の手順に従い、第一化合物におけるクロム、コバルト、炭素および第一元素のそれぞれの含有率の測定を複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。

【0078】

第一化合物は、本開示の効果を損なわない限りにおいて、クロム、コバルト、炭素および第一元素以外の他の元素を含んでいてもよい。例えば、他の元素は、硼素、酸素、アルミニウムでもよい。

【0079】

＜炭化タングステン＞
実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の結合材は、炭化タングステンを含む。実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の炭化タングステンの含有率の下限は、硬度向上の観点から、０．１体積％以上でもよく、０．２体積％以上でもよく、または、０．３体積％以上でもよい。立方晶窒化硼素焼結体の炭化タングステンの含有率の上限は、２９体積％以下でもよく、１０体積％以下でもよく、７体積％以下でもよく、６体積％以下でもよく、または、３体積％以下でもよい。立方晶窒化硼素焼結体の炭化タングステンの含有率は、０．１体積％以上２９体積％以下でもよく、０．２体積％以上１０体積％以下でもよく、０．２体積％以上７体積％以下でもよく、０．２体積％以上６体積％以下でもよく、または、０．３体積％以上３体積％以下でもよい。

【0080】

本開示において、立方晶窒化硼素焼結体の炭化タングステンの含有率は、以下の手順で測定される。

【0081】

（Ａ２）上記の立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物の含有率（体積％）の測定方法に記載の手順（Ａ１）～（Ｃ１）に従って元素分布分析を行い、各画素に炭素およびタングステンのそれぞれの原子基準の含有率（原子％）が記された５１２×５１２画素から構成される行列を得る。

【0082】

（Ｂ２）得られた５１２×５１２画素から構成される行列の各画素において、炭素含有率に基づき、二値化処理を行い、炭素を含む画素が抽出された第２二値化画像を得る。閾値の設定条件には「大津の二値化法」を適用する。

【0083】

（Ｃ２）得られた５１２×５１２画素から構成される行列の各画素において、タングステン含有率に基づき、二値化処理を行い、タングステンを含む画素が抽出された第３二値化画像を得る。閾値の設定条件には「大津の二値化法」を適用する。

【0084】

（Ｄ２）第２二値化画像および第３二値化画像に基づき、５１２×５１２画素のうち、第２二値化画像および第３二値化画像のいずれにおいても抽出された画素（以下「第２画素」とも記す。）を特定する。

【0085】

（Ｅ２）５つの測定視野の全ての画素の数ＮＡに対する、第２画素の数Ｎ２の百分率（Ｎ２／ＮＡ）×１００を算出する。本開示において、百分率（Ｎ２／ＮＡ）×１００が、立方晶窒化硼素焼結体の炭化タングステンの含有率（体積％）に該当する。

【0086】

出願人が測定した限りでは、同一の試料において５つの測定視野を任意に設定して、上記の手順に従い、立方晶窒化硼素焼結体の炭化タングステンの含有率の測定を複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。

【0087】

＜コバルト＞
実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体は、コバルトを含む。該コバルトは、コバルト単体からなるコバルト相として存在し、第一化合物に含まれるコバルトとは区別される。

【0088】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体のコバルトの含有率の下限は、靱性向上の観点から、０．１体積％以上でもよく、０．５体積％以上でもよく、または、１．０体積％以上でもよい。立方晶窒化硼素焼結体のコバルトの含有率の上限は、２９体積％以下でもよく、１７体積％以下でもよく、１４体積％以下でもよく、５体積％以下でもよく、または、３体積％以下でもよい。立方晶窒化硼素焼結体のコバルトの含有率は、０．１体積％以上２９体積％以下でもよく、０．５体積％以上１７体積％以下でもよく、１．０体積％以上１４体積％以下でもよく、１．０体積％以上５体積％以下でもよく、または、１．０体積％以上３体積％以下でもよい。ここで、コバルトの含有率は、コバルト単体の含有率である。

【0089】

本開示において、立方晶窒化硼素焼結体のコバルトの含有率は、以下の手順で測定される。

【0090】

（Ａ３）上記の立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物の含有率（体積％）の測定方法に記載の手順（Ａ１）～（Ｃ１）に従って元素分布分析を行い、５１２×５１２画素から構成される行列において、コバルトのみが存在する画素（以下「第３画素」）を特定する。

【0091】

（Ｂ３）５つの測定視野の全ての画素の数ＮＡに対する、第３画素の数Ｎ３の百分率（Ｎ３／ＮＡ）×１００を算出する。本開示において、百分率（Ｎ３／ＮＡ）×１００が、立方晶窒化硼素焼結体のコバルトの含有率（体積％）に該当する。

【0092】

出願人が測定した限りでは、同一の試料において５つの測定視野を任意に設定して、上記の手順に従い、立方晶窒化硼素焼結体のコバルトの含有率の測定を複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。

【0093】

＜アルミニウム＞
実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体は、アルミニウムを含む。アルミニウムは、アルミニウム単体からなるアルミニウム相として存在する。

【0094】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体のアルミニウムの含有率の下限は、靱性向上の観点から、０．１体積％以上でもよく、０．２体積％以上でもよく、または、０．３体積％以上でもよい。立方晶窒化硼素焼結体のアルミニウムの含有率の上限は、２９体積％以下でもよく、１０体積％以下でもよく、または、３体積％以下でもよい。立方晶窒化硼素焼結体のアルミニウムの含有率は、０．１体積％以上２９体積％以下でもよく、０．２体積％以上１０体積％以下でもよく、または、０．３体積％以上３体積％以下でもよい。ここで、アルミニウムの含有率は、アルミニウム単体の含有率である。

【0095】

本開示において、立方晶窒化硼素焼結体のアルミニウムの含有率は、以下の手順で測定される。

【0096】

（Ａ４）上記の立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物の含有率（体積％）の測定方法に記載の手順（Ａ１）～（Ｃ１）に従って元素分布分析を行い、５１２×５１２画素から構成される行列において、アルミニウムのみが存在する画素（以下「第４画素」）を特定する。

【0097】

（Ｂ４）５つの測定視野の全ての画素の数ＮＡに対する、第４画素の数Ｎ４の百分率（Ｎ４／ＮＡ）×１００を算出する。本開示において、百分率（Ｎ４／ＮＡ）×１００が、立方晶窒化硼素焼結体のアルミニウムの含有率（体積％）に該当する。

【0098】

出願人が測定した限りでは、同一の試料において５つの測定視野を任意に設定して、上記の手順に従い、立方晶窒化硼素焼結体のアルミニウムの含有率の測定を複数回行っても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。

【0099】

＜第二化合物＞
実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の結合材は、さらに、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、および、アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素および酸素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる第二化合物を含んでもよい。これによると、切削工具の耐欠損性がさらに向上する。

【0100】

第二化合物は、ＡｌＮ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＺｒＣＮ、ＨｆＣＮ、ＮｂＣＮ、ＴａＣＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、および、ＺｒＯ_２からなる群より選ばれる少なくとも１種でもよい。

【0101】

＜その他の成分＞
実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の結合材は、珪素を含んでもよい。珪素は珪素単体として存在し、第一化合物に含まれる第一元素としての珪素とは区別される。これによると、切削工具の耐摩耗性がさらに向上する。

【0102】

実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の結合材は、ニッケルを含んでもよい。これによると、立方晶窒化硼素焼結体の靱性が向上する。

【0103】

＜Ｘ線回折パターン＞
実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体のＸ線回折パターンを、横軸が回折角２θであり、かつ、縦軸が回折強度ｃｐｓである座標系に示した第一グラフにおいて、立方晶窒化硼素のピーク強度Ｉ_ＢＮと、第一化合物のピーク強度Ｉ_ａとは、０．００１０≦Ｉ_ａ／Ｉ_ＢＮ≦０．３５０の関係を示してもよく、０．００１０≦Ｉ_ａ／Ｉ_ＢＮ≦０．３００の関係を示してもよく、０．０１≦Ｉ_ａ／Ｉ_ＢＮ≦０．１０の関係を示してもよい。

【0104】

Ｉ_ａ／Ｉ_ＢＮは、０．０１以上０．３００以下でもよく、または、０．０２以上０．１０以下でもよい。

【0105】

本開示において、立方晶窒化硼素焼結体のＸ線回折パターンは、以下の手順で取得される。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。

【0106】

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線回折パターンを得る。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

【0107】

得られたＸ線回折パターンを、横軸が回折角２θであり、かつ、縦軸が回折強度ｃｐｓである座標系に示して、第一グラフを得る。第一グラフにおいて、立方晶窒化硼素のピーク強度Ｉ_ＢＮ、および、第一化合物のピーク強度Ｉ_ａを測定する。立方晶窒化硼素のピーク強度Ｉ_ＢＮを示すピークは、理論上は回折角２θが４３．３７°に存在する。ただし、測定上のばらつきや、第一化合物におけるクロムとコバルトとの原子比率により、ピーク強度Ｉ_ＢＮを示すピークの回折角２θが４３．３７°から±０．３°の範囲でシフトしている場合がある。この場合は、ピーク強度Ｉ_ＢＮを示すピークの回折角２θが４３．３７°となるように、第一グラフ上のＸ線回折パターンを規格化する。

【0108】

立方晶窒化硼素のピーク強度Ｉ_ＢＮは、回折角２θが４３．３７°でのピーク強度からバックグラウンドを除いた強度である。Ｘ線回折パターンを規格化後の第一グラフにおいて、第一化合物のピーク強度Ｉ_ａを示すピークは、回折角２θが３９．０８°±０．５°に存在する。第一化合物のピーク強度Ｉ_ａは、回折角２θが３９．０８°±０．５°でのピーク強度からバックグラウンドを除いた強度である。

【0109】

＜立方晶窒化硼素焼結体の製造方法＞
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。実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、原料粉末準備工程と、混合工程と、焼結工程とを含むことができる。

【0110】

≪原料粉末準備工程≫
原料粉末としては、立方晶窒化硼素粉末、第一原料粉末、および第二原料粉末を準備する。

【0111】

立方晶窒化硼素粉末は、立方晶窒化硼素焼結体に含まれる立方晶窒化硼素粒子の原料粉末である。立方晶窒化硼素粉末は、六方晶窒化硼素粉末に触媒（Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、及びこれらの窒化物、硼化物、硼窒化物）を添加した後、加熱加圧を行い作製してもよいし、市販のｃＢＮ粉末を準備してもよい。

【0112】

第一原料粉末は、例えば、アトマイズ法により製造したＣｏＣｒ合金と炭素粉末とを混合し、窒素雰囲気にて焼成して得ることができる。ＣｏＣｒ合金および炭素粉末に第一元素粉末を添加して混合して、窒素雰囲気にて焼成して、第一原料粉末を得てもよい。

【0113】

第一元素粉末は、チタン粉末、バナジウム粉末、ジルコニウム粉末、ニオブ粉末、モリブデン粉末、ハフニウム粉末、タンタル粉末、タングステン粉末、レニウム粉末および珪素粉末からなる群より選ばれる少なくとも１種でもよい。

【0114】

第一原料粉末は、ボールミル、ビーズミル、遊星ミル、およびジェットミルなどで混合する。これによると、均質な第一原料粉末を得ることができる。各混合粉砕方法は、湿式でもよく乾式でもよい。第一原料粉末の平均粒径は、例えば、０．０５μｍ以上３μｍ以下でもよい。本開示において、原料粉末の平均粒径とは、ＦＳＳＳ（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｕｂ－Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒ）法により測定される平均粒径を意味する。該平均粒径は、Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製の「Ｓｕｂ－Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒ モデル９５」（商標）を用いて測定される。原料粉末の粒径の分布は、マイクロトラック社製の粒度分布測定装置（商品名：ＭＴ３３００ＥＸ）を用いて測定される。

【0115】

第二原料粉末は、炭化タングステン粉末、コバルト粉末およびアルミニウム粉末を混合後、均一化のために焼成し粉砕して得ることができる。炭化タングステン粉末、コバルト粉末およびアルミニウム粉末に、更に、珪素粉末、第二化合物原料粉末、ニッケル粉末などを加えて、混合後、焼成し粉砕して第二原料粉末を得てもよい。

【0116】

第二化合物原料粉末は、ＡｌＮ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＨｆＣ粉末、ＶＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＴｉＮ粉末、ＺｒＮ粉末、ＨｆＮ粉末、ＶＮ粉末、ＮｂＮ粉末、ＴａＮ粉末、ＣｒＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末、ＺｒＣＮ粉末、ＨｆＣＮ粉末、ＮｂＣＮ粉末、ＴａＣＮ粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、および、ＺｒＯ_２粉末からなる群より選ばれる少なくとも１種でもよい。

【0117】

混合は、ボールミル、ビーズミル、遊星ミル、およびジェットミルなどを用いることができる。これによると、均質な第二原料粉末を得ることができる。各混合粉砕方法は、湿式でもよく乾式でもよい。第二原料粉末の平均粒径は、例えば、０．０５μｍ以上３μｍ以下でもよい。

【0118】

≪混合工程≫
立方晶窒化硼素粉末、第一原料粉末と第二原料粉末とを所定の比率で混合して混合粉末を得る。混合は、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とする。混合粉末の調製後は自然乾燥もしくは真空湯煎乾燥によって溶媒を除去する。さらに混合粉末に対して、熱処理（たとえば、真空下で２００℃以上）をすることができる。これにより、表面に吸着された水分等の不純物を除去することができる。

【0119】

≪焼結工程≫
上記混合粉末を焼結することにより、実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体を得る。具体的には、真空封止された混合粉末を、超高温高圧装置を用いて焼結する。焼結温度は、１６００℃以上１９００℃以下である。焼結圧力は、５．５ＧＰａ以上８．０ＧＰａ以下である。保持時間は、１０分以上５０分以下である。

【0120】

［実施形態２：工具］
本開示の一実施形態（以下「実施形態２」とも記す。）に係る工具は、実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体を含む工具である。工具はそれぞれ、その全体が立方晶窒化硼素焼結体で構成されていてもよいし、その一部（たとえば切削工具の場合、刃先部分）のみが立方晶窒化硼素焼結体で構成されていてもよい。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。工具としては、切削工具および耐摩工具などを挙げることができる。

【0121】

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。

【0122】

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。研削工具としては、研削砥石などを挙げることができる。

【0123】

［付記１］
７０体積％以上９９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、
クロム、コバルトおよび炭素を含む第一化合物と、
炭化タングステンと、
コバルト単体と、
アルミニウム単体と、を含み、
前記第一化合物において、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒおよびコバルトの原子数Ｎ_Ｃｏの合計に対する、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒの割合Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．１０以上０．９０以下である、立方晶窒化硼素焼結体。

【実施例】

【0124】

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。

【0125】

＜立方晶窒化硼素焼結体の作製＞
以下の手順で、各試料の立方晶窒化硼素焼結体を作製した。

【0126】

≪原料粉末準備工程≫
原料粉末として、立方晶窒化硼素粉末、第一原料粉末、第二原料粉末を準備した。

【0127】

第一原料粉末は、アトマイズ法により製造したＣｏＣｒ合金と炭素粉末と第一元素粉末とを表１および表２の「第一原料粉末」の「ＣｏＣｒ」、「Ｃ」および「第一元素粉末」欄に記載の比率で混合し、真空中で焼成して得た。ただし、試料２９のみ、窒素雰囲気で焼成した。各試料で用いたＣｏＣｒ合金におけるＣｏとＣｒとの原子数の比は、表５および表６の「第一化合物」の「Ｃｏ含有率」と「Ｃｒ含有率」との比と同一であった。第一原料粉末は、湿式でボールミルで混合した。第一原料粉末の平均粒径は０．１μｍ以上３μｍ以下であった。表中「－」との記載は、該当の粉末を用いなかったことを示す。

【0128】

第二原料粉末は、表１および表２の「第二原料粉末」欄に記載の組成の粉末を準備した。例えば、試料１では、炭化タングステン（ＷＣ）粉末、コバルト（Ｃｏ）粉末およびアルミニウム（Ａｌ）粉末を準備した。これらの粉末を混合後、焼成し粉砕して、第二原料粉末を得た。第二原料粉末は、湿式でボールミルで混合した。第二原料粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上３μｍ以下であった。

【0129】

≪混合工程≫
立方晶窒化硼素粉末と第一原料粉末と第二原料粉末とを、表１および表２の「原料粉末」の「ｃＢＮ粉末」、「第一原料粉末」および「第二原料粉末」の「配合量」欄に記載の質量比率で混合して混合粉末を得た。混合は、エタノールを溶媒に用いた湿式ボールミル混合とした。混合粉末の調製後は自然乾燥によって溶媒を除去した。

【0130】

≪焼結工程≫
上記混合粉末を焼結することにより、各試料の立方晶窒化硼素焼結体を得た。具体的には、真空封止された混合粉末を、超高温高圧装置を用いて焼結した。焼結温度は１７００℃、焼結圧力は７ＧＰａ、保持時間は１５分とした。

【0131】

【表1】

【0132】

【表2】

【0133】

＜立方晶窒化硼素焼結体の評価＞
≪組成≫
各試料の立方晶窒化硼素焼結体において、立方晶窒化硼素粒子の含有率（体積％）をＳＥＭ－ＥＤＸで測定した。具体的な測定方法は、実施形態１に記載の通りである。結果を表３および表４の「ｃＢＮ焼結体」の「ｃＢＮ粒子」欄に示す。

【0134】

各試料の立方晶窒化硼素焼結体において、ｃＢＮ焼結体の第一化合物の含有率（体積％）、第一化合物のクロム含有率（原子％）、コバルト含有率（原子％）および炭素含有率（原子％）、第一化合物に含まれる第一元素の種類をＴＥＭ－ＥＤＸで測定した。具体的な測定方法は、実施形態１に記載の通りである。ｃＢＮ焼結体の第一化合物の含有率を、表３および表４の「第一化合物」欄に示す。第一化合物のクロム含有率、コバルト含有率および炭素含有率、第一化合物に含まれる第一元素の種類を、表５および表６の「Ｃｒ」、「Ｃｏ」、「Ｃ」、「第一元素」欄に示す。

【0135】

各試料の立方晶窒化硼素焼結体の第一化合物において、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒおよびコバルトの原子数Ｎ_Ｃｏの合計に対する、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒの割合Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）を測定した。具体的な測定方法は、実施形態１に記載の通りである。結果を表５および表６の「Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）」欄に示す。

【0136】

各試料の立方晶窒化硼素焼結体において、ｃＢＮ粒子および第一化合物以外の成分の組成をＴＥＭ－ＥＤＸで特定した。結果を表３および表４の「結合材」欄に示す。結合材は、第一化合物および「結合材」欄に記載される成分からなる。全ての立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子と、第一化合物および「結合材」欄に記載される成分からなる結合材と、からなる。

【0137】

各試料の立方晶窒化硼素焼結体において、炭化タングステンの含有率（体積％）、コバルトの含有率（体積％）、および、アルミニウムの含有率（体積％）を測定した。ここで、コバルトの含有率は、コバルト単体の含有率であり、アルミニウムの含有率は、アルミニウム単体の含有率である。具体的な測定方法は、実施形態１に記載の通りである。結果を表３および表４の「ＷＣ」、「Ｃｏ」および「Ａｌ」欄に示す。

【0138】

≪Ｘ線回折パターン≫
実施形態１の立方晶窒化硼素焼結体のＸ線回折パターンを取得し、これを横軸が回折角２θであり、かつ、縦軸が回折強度ｃｐｓである座標系に示した第一グラフを得た。第一グラフにおいて、Ｉ_ａ／Ｉ_ＢＮを算出した。結果を表５および表６の「Ｉ_ａ／Ｉ_ＢＮ」欄に示す。

【0139】

【表3】

【0140】

【表4】

【0141】

【表5】

【0142】

【表6】

【0143】

＜切削試験＞
各試料の立方晶窒化硼素焼結体からなる工具（型番：２ＮＵ－ＣＮＧＡ１２０４０８）を用いて、以下の切削試験を行った。

【0144】

被削材：焼結合金 Ｆ－０８Ｃ２相当（１５０ＨＶ）
切削速度：Ｖ＝２０５ｍ／ｍｉｎ．
送り：ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：ａｐ＝０．２ｍｍ
湿式／乾式：湿式
切削方法：連続切削
切削距離５．９ｋｍでの刃先の脱落体積を測定した。刃先の脱落体積は切削前の刃先稜線の位置からの後退幅とした。表５および表６の「切削試験」欄において、脱落体積が１５００００μｍ^３未満の場合を「Ａ」と記し、脱落体積が１５００００μｍ^３以上２０００００μｍ^３未満の場合を「Ｂ」と記し、脱落体積が２０００００μｍ^３以上３０００００μｍ^３未満の場合を「Ｃ」と記し、脱落体積が３０００００μｍ^３超の場合を「Ｄ」と記す。脱落体積が小さいほど、工具寿命が長いことを示す。

【0145】

＜考察＞
試料１、試料３～試料４、試料７～試料１１、試料１３～試料２７、および、試料２９～試料６１の立方晶窒化硼素焼結体および工具は実施例に該当する。試料２、試料５～試料６、試料１２、および、試料２８の立方晶窒化硼素焼結体および工具は比較例に該当する。実施例の工具は、比較例の工具に比べて、工具寿命が長いことが確認された。

【0146】

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、様々に変形したり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。

【要約】

７０体積％以上９９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、クロム、コバルトおよび炭素を含む第一化合物と、炭化タングステンと、コバルトと、アルミニウムと、を含み、前記第一化合物において、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒおよびコバルトの原子数Ｎ_Ｃｏの合計に対する、クロムの原子数Ｎ_Ｃｒの割合Ｎ_Ｃｒ／（Ｎ_Ｃｒ＋Ｎ_Ｃｏ）は、０．１０以上０．９０以下である、立方晶窒化硼素焼結体である。