知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】
(24)【登録日】2026-02-26
(45)【発行日】2026-03-06
(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 20060101AFI20260227BHJP
C22C 29/16 20060101ALI20260227BHJP
B23B 27/14 20060101ALN20260227BHJP
B23B 27/20 20060101ALN20260227BHJP
C22C 1/051 20230101ALN20260227BHJP
【ＦＩ】
C04B35/5831
C22C29/16 A
B23B27/14 B
B23B27/20
C22C1/051 M
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2022162227
(22)【出願日】2022-10-07
(65)【公開番号】P2024055371
(43)【公開日】2024-04-18
【審査請求日】2025-04-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000221144
【氏名又は名称】株式会社タンガロイ
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】藤澤 弘明
【審査官】長谷川 真一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１１／０５９０２０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／１０４５６３（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０４Ｂ ３５／５８３１
Ｃ２２Ｃ ２９／１６
Ｃ２２Ｃ １／０５１
Ｂ２３Ｂ ２７／２０
Ｂ２３Ｂ ２７／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
立方晶窒化硼素と結合相とを含む立方晶窒化硼素焼結体であって、前記立方晶窒化硼素の含有割合は、前記焼結体の総量に対して３０．０体積％以上７０．０体積％以下であり、
前記結合相の含有割合は、前記焼結体の総量に対して３０．０体積％以上７０．０体積％以下であり、
前記結合相は、Ａｌ化合物及びＺｒ化合物を含み、
前記Ａｌ化合物は、α型Ａｌ２Ｏ３を含み、
前記Ｚｒ化合物は、ＺｒＢ２及びＺｒＯを含み、
前記α型Ａｌ２Ｏ３の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度をＩａｌ、前記ＺｒＢ２の（１０１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｂ、前記ＺｒＯの（１１１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｏとしたとき、
Ｉｚｂ／Ｉａｌが０．３０を超え５．００以下であり、
Ｉｚｂ／Ｉｚｏが０．１０以上１．００以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項2】
前記Ｚｒ化合物の含有割合は、前記焼結体の総量に対して１０．０体積％以上２５．０体積％以下である、請求項１に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項3】
前記Ｚｒ化合物は、さらにＺｒＯ２を含み、前記ＺｒＯ２は、立方晶ＺｒＯ２及び／又は正方晶ＺｒＯ２を含み、
前記立方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のＸ線回折ピーク強度Ｉｚｃと前記正方晶ＺｒＯ２の（１０１）のＸ線回折ピーク強度Ｉｚｔとの合計を（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）としたとき、
Ｉｚｏ／（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）が０．５０以上３．００以下である、請求項１又は２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項4】
前記Ｚｒ化合物の平均粒径が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項5】
前記立方晶窒化硼素の平均粒径が０．５μｍ以上３．０μｍ以下である、請求項１又は２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】
本発明は、立方晶窒化硼素焼結体に関する。
【背景技術】
【0002】
立方晶窒化硼素（以下「ｃＢＮ」ともいう。）は、ダイヤモンドに次ぐ高い硬度と優れた熱伝導性を持つ。また、立方晶窒化硼素は、ダイヤモンドに比べて鉄との親和性が低いという特徴を持つ。そのため、立方晶窒化硼素と、金属やセラミックスの結合相とからなる立方晶窒化硼素焼結体は、切削工具や耐摩耗工具などに用いられている。
【0003】
近年、加工能率を上げるため従来よりも切削条件が厳しくなる傾向があり、これまでより工具寿命を長くすることが求められている。特に、切削加工時に工具の刃先温度が高くなる加工、例えば普通鋳鉄の高速加工などにおいて、さらに耐摩耗性を向上させ、こうした要求に十分に応えられる技術が提案されている。
【0004】
このような切削工具などに使われている立方晶窒化硼素焼結体の従来技術としては、立方晶窒化硼素とＡｌの酸化物とＺｒの酸化物とＺｒの硼化物とからなる焼結体がある。具体的には、例えば、特許文献１には、立方晶窒化硼素：約３０～約７０体積％と、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、Ｃｅ、Ｍｇ、Ｃａの酸化物、炭化物、窒化物、硼化物およびこれらの相互固溶体の中から選ばれた少なくとも１種からなる結合相および不可避的不純物：残部とから構成され、α型Ａｌ２Ｏ３とＺｒＢ２とＺｒＯ２とＺｒＯとを含有し、α型Ａｌ２Ｏ３の（１１０）面のＸ線回折強度をＩａ、ＺｒＢ２の（１０１）面のＸ線回折強度をＩｚｂ、ＺｒＯの（１１１）面のＸ線回折強度をＩｚｏと表したとき、Ｉａに対するＩｚｂの割合を示す（Ｉｚｂ／Ｉａ）が０．１３≦（Ｉｚｂ／Ｉａ）≦０．３０を満足し、Ｉａに対するＩｚｏの割合を示す（Ｉｚｏ／Ｉａ）が０．０５≦（Ｉｚｏ／Ｉａ）≦０．２０を満足することを特徴とする立方晶窒化硼素焼結体について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】国際公開第２０１１／０５９０２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年は、「鋳鉄」の加工用工具に適用する立方晶窒化硼素焼結体ついて、より一層耐摩耗性及び耐欠損性に優れ、長い工具寿命を有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】
本発明は、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することによって、工具寿命を延長することができる立方晶窒化硼素焼結体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者は、工具寿命の延長について研究を重ねたところ、特許文献１に対する相違点である、以下の本発明の特徴が、本発明で向上した性能に影響するという知見が得られた。すなわち、立方晶窒化硼素焼結体を特定の構成にすると、その耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることが可能となり、その結果、工具寿命を延長することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
本発明の要旨は、以下の通りである。
［１］
立方晶窒化硼素と結合相とを含む立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記立方晶窒化硼素の含有割合は、前記焼結体の総量に対して３０．０体積％以上７０．０体積％以下であり、
前記結合相の含有割合は、前記焼結体の総量に対して３０．０体積％以上７０．０体積％以下であり、
前記結合相は、Ａｌ化合物及びＺｒ化合物を含み、
前記Ａｌ化合物は、α型Ａｌ２Ｏ３を含み、
前記Ｚｒ化合物は、ＺｒＢ２及びＺｒＯを含み、
前記α型Ａｌ２Ｏ３の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度をＩａｌ、前記ＺｒＢ２の（１０１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｂ、前記ＺｒＯの（１１１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｏとしたとき、
Ｉｚｂ／Ｉａｌが０．３０を超え５．００以下であり、
Ｉｚｂ／Ｉｚｏが０．１０以上１．００以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
［２］
前記Ｚｒ化合物の含有割合は、前記焼結体の総量に対して１０．０体積％以上２５．０体積％以下である、［１］に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
［３］
前記Ｚｒ化合物は、さらにＺｒＯ２を含み、
前記ＺｒＯ２は、立方晶ＺｒＯ２及び／又は正方晶ＺｒＯ２を含み、
前記立方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のＸ線回折ピーク強度Ｉｚｃと前記正方晶ＺｒＯ２の（１０１）のＸ線回折ピーク強度Ｉｚｔとの合計を（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）としたとき、
Ｉｚｏ／（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）が０．５０以上３．００以下である、［１］又は［２］に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
［４］
前記Ｚｒ化合物の平均粒径が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、［１］から［３］のいずれかに記載の立方晶窒化硼素焼結体。
［５］
前記立方晶窒化硼素の平均粒径が０．５μｍ以上３．０μｍ以下である、［１］から［４］のいずれかに記載の立方晶窒化硼素焼結体。
［１］
立方晶窒化硼素と結合相とを含む立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記立方晶窒化硼素の含有割合は、前記焼結体の総量に対して３０．０体積％以上７０．０体積％以下であり、
前記結合相の含有割合は、前記焼結体の総量に対して３０．０体積％以上７０．０体積％以下であり、
前記結合相は、Ａｌ化合物及びＺｒ化合物を含み、
前記Ａｌ化合物は、α型Ａｌ２Ｏ３を含み、
前記Ｚｒ化合物は、ＺｒＢ２及びＺｒＯを含み、
前記α型Ａｌ２Ｏ３の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度をＩａｌ、前記ＺｒＢ２の（１０１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｂ、前記ＺｒＯの（１１１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｏとしたとき、
Ｉｚｂ／Ｉａｌが０．３０を超え５．００以下であり、
Ｉｚｂ／Ｉｚｏが０．１０以上１．００以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
［２］
前記Ｚｒ化合物の含有割合は、前記焼結体の総量に対して１０．０体積％以上２５．０体積％以下である、［１］に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
［３］
前記Ｚｒ化合物は、さらにＺｒＯ２を含み、
前記ＺｒＯ２は、立方晶ＺｒＯ２及び／又は正方晶ＺｒＯ２を含み、
前記立方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のＸ線回折ピーク強度Ｉｚｃと前記正方晶ＺｒＯ２の（１０１）のＸ線回折ピーク強度Ｉｚｔとの合計を（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）としたとき、
Ｉｚｏ／（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）が０．５０以上３．００以下である、［１］又は［２］に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
［４］
前記Ｚｒ化合物の平均粒径が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、［１］から［３］のいずれかに記載の立方晶窒化硼素焼結体。
［５］
前記立方晶窒化硼素の平均粒径が０．５μｍ以上３．０μｍ以下である、［１］から［４］のいずれかに記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することによって、工具寿命を延長することができる立方晶窒化硼素焼結体を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【0012】
［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、立方晶窒化硼素（以下、「ｃＢＮ」ともいう。）と結合相とを含む立方晶窒化硼素焼結体であって、立方晶窒化硼素の含有割合は、焼結体の総量に対して３０．０体積％以上７０．０体積％以下であり、結合相の含有割合は、焼結体の総量に対して３０．０体積％以上７０．０体積％以下であり、結合相は、Ａｌ元素を有する化合物（以下「Ａｌ化合物」という）及びＺｒ元素を有する化合物（以下「Ｚｒ化合物」という）を含み、Ａｌ化合物は、α型Ａｌ２Ｏ３（以下、単に「Ａｌ２Ｏ３」ともいう）を含み、Ｚｒ化合物は、ＺｒＢ２及びＺｒＯを含み、α型Ａｌ２Ｏ３の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度をＩａｌ、ＺｒＢ２の（１０１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｂ、ＺｒＯの（１１１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｏとしたとき、Ｉｚｂ／Ｉａｌが０．３０を超え５．００以下であり、Ｉｚｂ／Ｉｚｏが０．１０以上１．００以下である。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素（以下、「ｃＢＮ」ともいう。）と結合相とを含む立方晶窒化硼素焼結体であって、立方晶窒化硼素の含有割合は、焼結体の総量に対して３０．０体積％以上７０．０体積％以下であり、結合相の含有割合は、焼結体の総量に対して３０．０体積％以上７０．０体積％以下であり、結合相は、Ａｌ元素を有する化合物（以下「Ａｌ化合物」という）及びＺｒ元素を有する化合物（以下「Ｚｒ化合物」という）を含み、Ａｌ化合物は、α型Ａｌ２Ｏ３（以下、単に「Ａｌ２Ｏ３」ともいう）を含み、Ｚｒ化合物は、ＺｒＢ２及びＺｒＯを含み、α型Ａｌ２Ｏ３の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度をＩａｌ、ＺｒＢ２の（１０１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｂ、ＺｒＯの（１１１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｏとしたとき、Ｉｚｂ／Ｉａｌが０．３０を超え５．００以下であり、Ｉｚｂ／Ｉｚｏが０．１０以上１．００以下である。
【0013】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、上記の構成とすることにより、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることが可能となり、その結果、工具寿命を延長することができる。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体が、工具の耐摩耗性及び耐欠損性を向上させ、工具寿命の長いものとする要因は、詳細には明らかではないが、本発明者はその要因を下記のように考えている。ただし、要因はこれに限定されない。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素の含有割合が３０．０体積％以上であることにより、焼結体の強度が向上し、耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素の含有割合が７０．０体積％以下であることにより、相対的に結合相の含有割合が高くなるため、耐熱性が向上し、反応摩耗が抑制される。
また、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、結合相の含有割合が、３０．０体積％以上であることにより、耐熱性が向上し、反応摩耗が抑制される。一方、立方晶窒化硼素焼結体は、結合相の含有割合が７０．０体積％以下であることにより、相対的にｃＢＮの含有割合が高くなるため、焼結体の強度が向上し、耐欠損性が向上する。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉａｌが０．３０を超えることにより、反応摩耗が抑制され、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉａｌが５．００以下であることにより、結合相の高温下での硬さが向上し、耐摩耗性に優れる。また、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉｚｏが０．１０以上であることにより、反応摩耗が抑制され、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉｚｏが１．００以下であることにより、粒子間の結合強度が高くなり、耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、上述の効果が相俟った結果、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させ、工具寿命を延長することができる。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体が、工具の耐摩耗性及び耐欠損性を向上させ、工具寿命の長いものとする要因は、詳細には明らかではないが、本発明者はその要因を下記のように考えている。ただし、要因はこれに限定されない。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素の含有割合が３０．０体積％以上であることにより、焼結体の強度が向上し、耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素の含有割合が７０．０体積％以下であることにより、相対的に結合相の含有割合が高くなるため、耐熱性が向上し、反応摩耗が抑制される。
また、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、結合相の含有割合が、３０．０体積％以上であることにより、耐熱性が向上し、反応摩耗が抑制される。一方、立方晶窒化硼素焼結体は、結合相の含有割合が７０．０体積％以下であることにより、相対的にｃＢＮの含有割合が高くなるため、焼結体の強度が向上し、耐欠損性が向上する。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉａｌが０．３０を超えることにより、反応摩耗が抑制され、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉａｌが５．００以下であることにより、結合相の高温下での硬さが向上し、耐摩耗性に優れる。また、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉｚｏが０．１０以上であることにより、反応摩耗が抑制され、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉｚｏが１．００以下であることにより、粒子間の結合強度が高くなり、耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、上述の効果が相俟った結果、耐摩耗性及び耐欠損性を向上させ、工具寿命を延長することができる。
【0014】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、ｃＢＮと結合相とを含む。ｃＢＮの含有割合は、焼結体の総量に対して３０．０体積％以上７０．０体積％以下である。結合相の含有割合は、焼結体の総量に対して３０．０体積％７０．０体積％以下である。なお、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、ｃＢＮと結合相との合計の含有割合は１００体積％となる。
【0015】
［立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）］
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、立方晶窒化硼素の含有割合が３０．０体積％以上であることにより、焼結体の強度が向上し、耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素の含有割合が７０．０体積％以下であることにより、相対的に結合相の含有割合が高くなるため、耐熱性が向上し、反応摩耗が抑制される。同様の観点から、立方晶窒化硼素の含有割合は、３６．０体積％以上６５．２体積％以下であることが好ましく、４０．８体積％以上６１．９体積％以下であることがより好ましい。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、立方晶窒化硼素の含有割合が３０．０体積％以上であることにより、焼結体の強度が向上し、耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素の含有割合が７０．０体積％以下であることにより、相対的に結合相の含有割合が高くなるため、耐熱性が向上し、反応摩耗が抑制される。同様の観点から、立方晶窒化硼素の含有割合は、３６．０体積％以上６５．２体積％以下であることが好ましく、４０．８体積％以上６１．９体積％以下であることがより好ましい。
【0016】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）の平均粒径は、０．５μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましい。立方晶窒化硼素焼結体は、ｃＢＮの平均粒径が０．５μｍ以上であることにより、ｃＢＮ粒子の脱落が抑制される傾向にあり、また、ｃＢＮの平均粒径が３．０μｍ以下であることにより、ｃＢＮ焼結体の耐欠損性が向上する傾向にある。同様の観点から、ｃＢＮの平均粒径は、０．５μｍ以上２．１μｍ以下であることがより好ましく、０．９μｍ以上１．５μｍ以下であることがより好ましい。
【0017】
本実施形態において、ｃＢＮの平均粒径は、例えば、以下のようにして求めることができる。
立方晶窒化硼素焼結体の断面組織をＳＥＭによって撮影する。撮影した組織写真を解析することでｃＢＮ粒子の面積を求め、この面積と等しい面積の円の直径をｃＢＮの粒径として求める。
複数のｃＢＮ粒子の粒径の平均値を、ｃＢＮの平均粒径として求める。ｃＢＮの平均粒径は、立方晶窒化硼素焼結体の断面組織の画像から、市販の画像解析ソフトを用いて求めることができる。より具体的には、後述の実施例に記載の方法により求めることができる。
立方晶窒化硼素焼結体の断面組織をＳＥＭによって撮影する。撮影した組織写真を解析することでｃＢＮ粒子の面積を求め、この面積と等しい面積の円の直径をｃＢＮの粒径として求める。
複数のｃＢＮ粒子の粒径の平均値を、ｃＢＮの平均粒径として求める。ｃＢＮの平均粒径は、立方晶窒化硼素焼結体の断面組織の画像から、市販の画像解析ソフトを用いて求めることができる。より具体的には、後述の実施例に記載の方法により求めることができる。
【0018】
［結合相］
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、結合相の含有割合が、３０．０体積％以上であることにより、耐熱性が向上し、反応摩耗が抑制される。一方、立方晶窒化硼素焼結体は、結合相の含有割合が７０．０体積％以下であることにより、相対的にｃＢＮの含有割合が高くなるため、焼結体の強度が向上し、耐欠損性が向上する。同様の観点から、結合相の含有割合は、３４．８体積％以上６４．０体積％以下であることが好ましく、３８．１体積％以上５９．２体積％以下であることがより好ましい。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、結合相の含有割合が、３０．０体積％以上であることにより、耐熱性が向上し、反応摩耗が抑制される。一方、立方晶窒化硼素焼結体は、結合相の含有割合が７０．０体積％以下であることにより、相対的にｃＢＮの含有割合が高くなるため、焼結体の強度が向上し、耐欠損性が向上する。同様の観点から、結合相の含有割合は、３４．８体積％以上６４．０体積％以下であることが好ましく、３８．１体積％以上５９．２体積％以下であることがより好ましい。
【0019】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、結合相が、Ａｌ化合物及びＺｒ化合物を含む。
Ｚｒ化合物の含有割合は、焼結体の総量に対して１０．０体積％以上２５．０体積％以下であることが好ましい。本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｚｒ化合物の含有割合が１０．０体積％以上であると、結合相の強度が向上し、耐欠損性に優れる傾向にある。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｚｒ化合物の含有割合が２５．０体積％以下であると、結合相の高温下での硬さが向上し、耐摩耗性に優れる傾向にある。同様の観点から、Ｚｒ化合物の含有割合は、焼結体の総量に対して、１１．１体積％以上２４．３体積％以下であることがより好ましく、１４．４体積％以上２０．６体積％以下であることがさらに好ましい。
Ｚｒ化合物の含有割合は、焼結体の総量に対して１０．０体積％以上２５．０体積％以下であることが好ましい。本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｚｒ化合物の含有割合が１０．０体積％以上であると、結合相の強度が向上し、耐欠損性に優れる傾向にある。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｚｒ化合物の含有割合が２５．０体積％以下であると、結合相の高温下での硬さが向上し、耐摩耗性に優れる傾向にある。同様の観点から、Ｚｒ化合物の含有割合は、焼結体の総量に対して、１１．１体積％以上２４．３体積％以下であることがより好ましく、１４．４体積％以上２０．６体積％以下であることがさらに好ましい。
【0020】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、Ａｌ化合物の含有割合は、２０．５体積％以上４９．２体積％以下であることが好ましく、２０．５体積％以上４５．１体積％以下であることがより好ましく、２１．６体積％以上４２．１体積％以下であることがさらに好ましい。本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ａｌ化合物の含有割合が前記範囲であると、立方晶窒化硼素焼結体の強度と、高温下での硬さとのバランスに優れ、耐欠損性及び耐摩耗性に優れる傾向にある。
【0021】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ａｌ化合物がα型Ａｌ２Ｏ３を含む。α型Ａｌ２Ｏ３以外のＡｌ化合物としては、特に限定されないが、例えば、ＡｌＢ２、ＡｌＮ、ＡｌＯＮが挙げられ、ＡｌＢ２、ＡｌＮが好ましい。
【0022】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｚｒ化合物がＺｒＢ２及びＺｒＯを含む。ＺｒＢ２及びＺｒＯ以外のＺｒ化合物としては、特に限定されないが、例えば、ＺｒＯ２、ＺｒＣ、ＺｒＮが挙げられ、ＺｒＯ２が好ましい。
【0023】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、結合相には上述した各化合物を構成する元素以外の元素を含んでいてもよい。このような元素の具体例としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ、Ｎ、Ｏ挙げられる。上記の元素は、単体、合金、化合物として含まれ得る。このような結合相に含まれ得るその他の単体、合金、化合物としては、特に限定されないが、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ２、ＮｂＣ、ＮｂＮ、ＴａＣ、ＴａＮ、Ｃｒ３Ｃ２、ＣｒＮ、Ｃｒ２Ｎ、Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ、Ｗ２Ｃｏ２１Ｂ６、Ｃｏ３Ｗ３Ｃ、ＶＣ、ＶＮ、ＴａＣ、ＨｆＣ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＣｏＡｌ、Ｎｉなどが挙げられ、Ｃｒ２Ｎ、ＴｉＮ、ＷＣ、ＶＣ、ＴａＣが好ましい。これらの材料は、例えば、ボールミル用のシリンダーやボール、充填に用いる高融点金属カプセルなどに由来し、不可避的に含まれていてもよく、意図的に添加される場合もある。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、その他の化合物の含有割合は、０．０体積％以上１０．０体積％以下であることが好ましく、０．０体積％以上５．０体積％以下であることがより好ましく、０．０体積％以上３．０体積％以下であることがさらに好ましい。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、その他の化合物の含有割合は、０．０体積％以上１０．０体積％以下であることが好ましく、０．０体積％以上５．０体積％以下であることがより好ましく、０．０体積％以上３．０体積％以下であることがさらに好ましい。
【0024】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、結合相において、α型Ａｌ２Ｏ３の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度をＩａｌ、ＺｒＢ２の（１０１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｂとしたとき、Ｉｚｂ／Ｉａｌが０．３０を超え５．００以下である。本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉａｌが０．３０を超えることにより、反応摩耗が抑制され、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉａｌが５．０以下であることにより、結合相の高温下での硬さが向上し、耐摩耗性に優れる。同様の観点から、Ｉｚｂ／Ｉａｌは、０．４０以上４．４０以下であることがより好ましく、０．７８以上３．５２以下であることがさらに好ましい。
【0025】
また、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、結合相において、ＺｒＢ２の（１０１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｂ、ＺｒＯの（１１１）面のＸ線回折ピーク強度をＩｚｏとしたとき、Ｉｚｂ／Ｉｚｏが０．１以上１．０以下である。本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉｚｏが０．１以上であることにより、反応摩耗が抑制され、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｂ／Ｉｚｏが１．０以下であることにより、粒子間の結合強度が高くなり、耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。同様の観点から、Ｉｚｂ／Ｉｚｏは、０．１５以上０．８９以下であることがより好ましく、０．２０以上０．８２以下であることがさらに好ましい。
【0026】
また、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｚｒ化合物がさらにＺｒＯ２を含むことが好ましい。ＺｒＯ２は、立方晶ＺｒＯ２及び／又は正方晶ＺｒＯ２を含むことが好ましい。すなわち、ＺｒＯ２は、立方晶ＺｒＯ２だけの状態、正方晶ＺｒＯ２だけの状態、あるいは、立方晶ＺｒＯ２及び正方晶ＺｒＯ２が混在した状態のいずれかで存在することが好ましい。本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｚｒ化合物が立方晶ＺｒＯ２及び／又は正方晶ＺｒＯ２を含むと、焼結体の靭性が向上し、耐欠損性に優れる傾向にある。
なお、本実施形態において、ＺｒＯ２は、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＣａＯなどが添加された部分安定化ＺｒＯ２（ＰＳＺ）であってもよい。
なお、本実施形態において、ＺｒＯ２は、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＣａＯなどが添加された部分安定化ＺｒＯ２（ＰＳＺ）であってもよい。
【0027】
また、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｚｒ化合物が立方晶ＺｒＯ２及び／又は正方晶ＺｒＯ２を含む場合、立方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のＸ線回折ピーク強度Ｉｚｃと正方晶ＺｒＯ２の（１０１）のＸ線回折ピーク強度Ｉｚｔとの合計を（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）としたとき、Ｉｚｏ／（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）が０．５０以上３．００以下であることが好ましい。本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｏ／（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）が０．５０以上であると、焼結体の硬さが向上し、耐摩耗性に優れる傾向にある。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｉｚｏ／（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）が３．００以下であると、焼結体の靭性が向上し、耐欠損性に優れる傾向にある。同様の観点から、Ｉｚｏ／（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）は、０．５０以上２．６０以下であることがより好ましく、０．６８以上２．０５以下であることがさらに好ましい。
なお、本実施形態において、各面のＸ線回折ピーク強度は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
なお、本実施形態において、各面のＸ線回折ピーク強度は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
【0028】
また、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｚｒ化合物の平均粒径が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｚｒ化合物の平均粒径が３００ｎｍ以下であると、耐欠損性が向上する傾向にある。一方、本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、Ｚｒ化合物の平均粒径が５０ｎｍ以上であると、製造が容易である。同様の観点から、Ｚｒ化合物の平均粒径は、６２ｎｍ以上２９７ｎｍ以下であることがより好ましく、１０３ｎｍ以上２７２ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、本実施形態において、Ｚｒ化合物の平均粒径は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
なお、本実施形態において、Ｚｒ化合物の平均粒径は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
【0029】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、立方晶窒化硼素及び結合相の含有割合（体積％）は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した立方晶窒化硼素焼結体の組織写真から、市販の画像解析ソフトで解析して求めることができる。より具体的には、立方晶窒化硼素焼結体の任意の断面の鏡面研磨面を得る。次に、ＳＥＭを用いて、鏡面研磨して現れた立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面の反射電子像を観察する。この際、ＳＥＭを用いて、立方晶窒化硼素の粒子が１００個以上４００個以下含まれるように選択した倍率で拡大した立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面を反射電子像にて観察する。ＳＥＭに付属しているエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用いることにより、黒色領域を立方晶窒化硼素と、灰色領域及び白色領域を結合相と特定することができる。その後、ＳＥＭを用いて立方晶窒化硼素の上記断面の組織写真を撮影する。市販の画像解析ソフトを用い、得られた組織写真から立方晶窒化硼素及び結合相の占有面積をそれぞれ求め、その占有面積から含有割合（体積％）を求める。
また、本実施形態において、同様に、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料の含有割合（体積％）も以下のとおり求めることができる。具体的には、まず、各材料の含有割合を求める前提として、立方晶窒化硼素焼結体が立方晶窒化硼素、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料を含むことを特定する。このためには、上記の反射電子像及びＥＤＳを用いた分析だけでは不十分な場合がある。ここで、ＸＲＤ測定の結果と組み合わせて解析することで、立方晶窒化硼素焼結体が含む材料を特定することができる。この情報を元に、さらに、反射電子像と、ＥＤＳを用いた元素マッピングとの結果より、反射電子像上における各領域を立方晶窒化硼素、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料と特定することができ、画像解析を行うことで含有割合（体積％）を求めることができる。
また、本実施形態において、同様に、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料の含有割合（体積％）も以下のとおり求めることができる。具体的には、まず、各材料の含有割合を求める前提として、立方晶窒化硼素焼結体が立方晶窒化硼素、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料を含むことを特定する。このためには、上記の反射電子像及びＥＤＳを用いた分析だけでは不十分な場合がある。ここで、ＸＲＤ測定の結果と組み合わせて解析することで、立方晶窒化硼素焼結体が含む材料を特定することができる。この情報を元に、さらに、反射電子像と、ＥＤＳを用いた元素マッピングとの結果より、反射電子像上における各領域を立方晶窒化硼素、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料と特定することができ、画像解析を行うことで含有割合（体積％）を求めることができる。
【0030】
ここで、立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面は、立方晶窒化硼素焼結体の表面又は任意の断面を鏡面研磨して得られた立方晶窒化硼素焼結体の断面である。立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面を得る方法としては、例えばダイヤモンドペーストを用いて研磨する方法を挙げることができる。
【0031】
結合相の組成は、市販のＸ線回折装置を用いて同定することもできる。例えば、株式会社リガク製のＸ線回折装置（型式「ＳｍａｒｔＬａｂ」）を用いて、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中光学系のＸ線回折測定をすると、結合相の組成を同定することができる。ここで、測定条件としては、例えば、後述する実施例に記載の条件であると好ましい。また、２θの測定範囲を広くして分析すると、より多くのピークを検出できる傾向にあり、焼結体に含まれる材料の特定を一層確実にさせることができる。このような観点から、例えば、２θ＝２０～１４０°の範囲で測定するとよい。
なお、本実施形態において、立方晶窒化硼素及び結合相の含有割合、並びに結合相の組成は、後述の実施例に記載の方法により測定することもできる。具体的には、結合相の組成は、Ｘ線解析装置による測定の結果と、ＥＤＳを用いた元素マッピング結果とを解析することにより特定することができる。
なお、本実施形態において、立方晶窒化硼素及び結合相の含有割合、並びに結合相の組成は、後述の実施例に記載の方法により測定することもできる。具体的には、結合相の組成は、Ｘ線解析装置による測定の結果と、ＥＤＳを用いた元素マッピング結果とを解析することにより特定することができる。
【0032】
［立方晶窒化硼素焼結体の製造方法］
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、例えば、以下の方法により製造することができる。
原料粉末として、例えば、ｃＢＮ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、Ａｌ粉末、ＺｒＯ２粉末等を準備する。ここで、原料のｃＢＮ粉末の平均粒径を適宜調整することにより、得られる立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの平均粒径を上記特定の範囲に制御することができる。
また、得られる立方晶窒化硼素焼結体におけるＺｒ化合物の平均粒径を小さくする方法としては、特に限定されないが、例えば、原料粉末の配合割合に占める結合相材料（ｃＢＮ以外の材料）のうち、Ｚｒ化合物の原料となるＺｒＯ２の配合割合を低くする方法、後述する焼結工程における焼結時の温度を低くする方法、原料粉末の配合割合に占めるＡｌ粉末の配合割合、あるいはＡｌ粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の合計に対するＡｌ粉末の配合割合を高くする方法、立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの含有割合（体積％）を高くする方法、立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの平均粒径を小さくする方法が挙げられる。これらの中でも特に焼結時の温度及びｃＢＮの含有割合（体積％）がＺｒ化合物の平均粒径に大きく影響すると推察される。
また、各原料粉末の割合を適宜調整することにより、得られる立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮ及び結合相の含有割合を所望の範囲に制御することができる。
次に、準備した原料粉末を、アルミナ製ボールとヘキサン溶媒とパラフィンとともにボールミル用のシリンダーに入れて混合する（混合工程）。混合後、原料粉末を、Ｚｒ製の高融点金属カプセル（以下、単に「カプセル」ともいう）内に充填する（充填工程）。充填後、原料粉末の表面に吸着している水分及び有機成分を除去するため、カプセルを開放したまま真空熱処理を行う（乾燥工程）。真空熱処理後に、カプセルを密封し、カプセルに充填されている原料粉末を高温、高圧下で焼結させる（焼結工程）。カプセル内に充填を行う際には、その底面に超硬合金からなる基材を入れてもよい。焼結工程の条件は、例えば、圧力：７．７～８．５ＧＰａ、温度：１６００～１７００℃、時間：１０～６０分である。
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、例えば、以下の方法により製造することができる。
原料粉末として、例えば、ｃＢＮ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、Ａｌ粉末、ＺｒＯ２粉末等を準備する。ここで、原料のｃＢＮ粉末の平均粒径を適宜調整することにより、得られる立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの平均粒径を上記特定の範囲に制御することができる。
また、得られる立方晶窒化硼素焼結体におけるＺｒ化合物の平均粒径を小さくする方法としては、特に限定されないが、例えば、原料粉末の配合割合に占める結合相材料（ｃＢＮ以外の材料）のうち、Ｚｒ化合物の原料となるＺｒＯ２の配合割合を低くする方法、後述する焼結工程における焼結時の温度を低くする方法、原料粉末の配合割合に占めるＡｌ粉末の配合割合、あるいはＡｌ粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の合計に対するＡｌ粉末の配合割合を高くする方法、立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの含有割合（体積％）を高くする方法、立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの平均粒径を小さくする方法が挙げられる。これらの中でも特に焼結時の温度及びｃＢＮの含有割合（体積％）がＺｒ化合物の平均粒径に大きく影響すると推察される。
また、各原料粉末の割合を適宜調整することにより、得られる立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮ及び結合相の含有割合を所望の範囲に制御することができる。
次に、準備した原料粉末を、アルミナ製ボールとヘキサン溶媒とパラフィンとともにボールミル用のシリンダーに入れて混合する（混合工程）。混合後、原料粉末を、Ｚｒ製の高融点金属カプセル（以下、単に「カプセル」ともいう）内に充填する（充填工程）。充填後、原料粉末の表面に吸着している水分及び有機成分を除去するため、カプセルを開放したまま真空熱処理を行う（乾燥工程）。真空熱処理後に、カプセルを密封し、カプセルに充填されている原料粉末を高温、高圧下で焼結させる（焼結工程）。カプセル内に充填を行う際には、その底面に超硬合金からなる基材を入れてもよい。焼結工程の条件は、例えば、圧力：７．７～８．５ＧＰａ、温度：１６００～１７００℃、時間：１０～６０分である。
【0033】
本実施形態に用いる結合相において、上述のＩｚｂ／Ｉａｌを大きくする方法としては、特に限定されないが、例えば、上述した立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、原料粉末の配合割合に占める結合相材料（ｃＢＮ以外の材料）のうち、Ｚｒ化合物の原料となるＺｒＯ２粉末の配合割合を高くする方法、焼結工程の焼結時の温度を高くする方法、原料粉末の配合割合に占めるＡｌ粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の合計に対するＡｌ粉末の配合割合を高くする方法、立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの含有割合（体積％）を高くする方法、立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの平均粒径を小さくする方法が挙げられる。これらの中でも特にＺｒＯ２粉末の配合割合、焼結時の温度、ｃＢＮの含有割合（体積％）及びｃＢＮの平均粒径がＩｚｂ／Ｉａｌに大きく影響すると推察される。
【0034】
本実施形態に用いる結合相において、上述のＩｚｂ／Ｉｚｏを小さくする方法としては、特に限定されないが、例えば、上述した立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、焼結工程の焼結時の温度を高くする方法、原料粉末の配合割合に占めるＡｌ粉末の配合割合、あるいはＡｌ粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の合計に対するＡｌ粉末の配合割合を高くする方法、立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの含有割合（体積％）を低くする方法、立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの平均粒径を小さくする方法が挙げられる。これらの中でも特にＡｌ粉末の配合割合及びｃＢＮの含有割合（体積％）がＩｚｂ／Ｉｚｏに大きく影響すると推察される。
【0035】
本実施形態に用いる結合相において、上述のＩｚｏ／（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）を大きくする方法としては、特に限定されないが、例えば、上述した立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、原料粉末の配合割合に占める結合相材料（ｃＢＮ以外の材料）のうち、Ｚｒ化合物の原料となるＺｒＯ２粉末の配合割合を低くする方法、焼結工程の焼結時の温度を高くする方法、原料粉末の配合割合に占めるＡｌ粉末の配合割合、あるいはＡｌ粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の合計に対するＡｌ粉末の配合割合を高くする方法、立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの含有割合（体積％）を高くする方法、立方晶窒化硼素焼結体におけるｃＢＮの平均粒径を小さくする方法が挙げられる。これらの中でも特に焼結時の温度、Ａｌ粉末の配合割合及びｃＢＮの含有割合（体積％）がＩｚｏ／（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）に大きく影響すると推察される。
【0036】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体は、その表面に被覆層を備えた被覆立方晶窒化硼素焼結体として用いてもよい。立方晶窒化硼素焼結体の表面に被覆層が形成されることによって、耐摩耗性がさらに向上する。被覆層は、特に限定されないが、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とを含んでいてもよい。また、被覆層は、単層構造、又は、２層以上を含む積層構造を有してもよい。被覆層がこのような構造を有する場合、本実施形態の被覆立方晶窒化硼素焼結体は、耐摩耗性が一層向上する傾向にある。
【0037】
被覆層を形成する化合物の例として、特に限定されないが、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、及び、ＡｌＣｒＮなどを挙げることができる。中でも、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、及び、ＡｌＣｒＮが好ましい。被覆層は、組成が異なる複数の層を積層した構造を有してもよい。
【0038】
被覆層を構成する各層の厚さ及び被覆層全体の厚さは、被覆立方晶窒化硼素焼結体の断面組織から光学顕微鏡、ＳＥＭ、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などを用いて測定することができる。なお、被覆立方晶窒化硼素焼結体における各層の平均厚さ及び被覆層全体の平均厚さは、金属蒸発源に対向する面の刃先から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、３箇所以上の断面から、各層の厚さ及び被覆層全体の厚さを測定して、その平均値を計算することで求めることができる。
【0039】
また、被覆層を構成する各層の組成は、被覆立方晶窒化硼素焼結体の断面組織から、ＥＤＳや波長分散型Ｘ線分析装置（ＷＤＳ）などを用いて測定することができる。
【0040】
被覆層の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、化学蒸着法や、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法及びイオンミキシング法などの物理蒸着法が挙げられる。その中でも、アークイオンプレーティング法は、被覆層と立方晶窒化硼素焼結体との密着性に一層優れるので、好ましい。
【0041】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体又は被覆立方晶窒化硼素焼結体は、耐摩耗性及び耐欠損性に優れるため、切削工具や耐摩耗工具として使用されると好ましく、その中でも切削工具として使用されると好ましい。本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体又は被覆立方晶窒化硼素焼結体は、鋳鉄用切削工具として使用されるとさらに好ましい。本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体又は被覆立方晶窒化硼素焼結体を切削工具や耐摩耗工具として用いた場合、従来よりも工具寿命を延長することができる。
【実施例】
【0042】
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0043】
（実施例１）
［原料粉末の準備］
立方晶窒化硼素焼結体の原料として、表１に示す平均粒径（μｍ）の原料粉末を準備した。なお、原料粉末のうち、ＺｒＯ２は、ＺｒＯ２全体に対して３ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３が添加された、平均粒径４０ｎｍの部分安定化ジルコニアの一次粒子が凝集した、平均粒径が０．６μｍの二次粒子の粉末を用いた。また、原料粉末の平均粒径は、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）規格Ｂ３３０に記載のフィッシャー法（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｕｂ－Ｓｉｚｅｒ、ＦＳＳＳ）により測定した。
［原料粉末の準備］
立方晶窒化硼素焼結体の原料として、表１に示す平均粒径（μｍ）の原料粉末を準備した。なお、原料粉末のうち、ＺｒＯ２は、ＺｒＯ２全体に対して３ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３が添加された、平均粒径４０ｎｍの部分安定化ジルコニアの一次粒子が凝集した、平均粒径が０．６μｍの二次粒子の粉末を用いた。また、原料粉末の平均粒径は、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）規格Ｂ３３０に記載のフィッシャー法（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｕｂ－Ｓｉｚｅｒ、ＦＳＳＳ）により測定した。
【表1】
【0044】
［混合工程］
各原料粉末を、表２に示す配合割合（体積％）となるように、アルミナ製ボールとヘキサン溶媒とパラフィンとともにボールミル用のシリンダーに入れて混合した。なお、表２において「－」は、記載されている欄に対応する原料を含んでいないことを示す。
各原料粉末を、表２に示す配合割合（体積％）となるように、アルミナ製ボールとヘキサン溶媒とパラフィンとともにボールミル用のシリンダーに入れて混合した。なお、表２において「－」は、記載されている欄に対応する原料を含んでいないことを示す。
【0045】
【表2】
【0046】
［充填工程及び乾燥工程］
混合された原料粉末を、Ｔａ製の高融点金属カプセル（以下、単に「カプセル」とも記す）内に充填した。充填された原料粉末の表面に吸着している水分及び有機成分を除去するため、カプセルを開放したまま真空熱処理を行った。真空熱処理後に、カプセルを密封した。
混合された原料粉末を、Ｔａ製の高融点金属カプセル（以下、単に「カプセル」とも記す）内に充填した。充填された原料粉末の表面に吸着している水分及び有機成分を除去するため、カプセルを開放したまま真空熱処理を行った。真空熱処理後に、カプセルを密封した。
【0047】
［焼結工程］
その後、カプセルに充填されている原料粉末を高温、高圧下で焼結させた。当該焼結の条件を、表３に示す。焼結時間は３０分とした。
その後、カプセルに充填されている原料粉末を高温、高圧下で焼結させた。当該焼結の条件を、表３に示す。焼結時間は３０分とした。
【0048】
【表3】
【0049】
［測定及び分析］
焼結工程によって得られた立方晶窒化硼素焼結体について、立方晶窒化硼素及び結合相の含有割合（体積％）を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した立方晶窒化硼素焼結体の組織写真から、市販の画像解析ソフトで解析して求めた。より具体的には、立方晶窒化硼素焼結体の任意の断面の鏡面研磨面を得た。次に、ＳＥＭを用いて、鏡面研磨して現れた立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面の反射電子像を観察した。この際、ＳＥＭを用いて、立方晶窒化硼素の粒子が１００個以上４００個以下含まれるように選択した倍率で拡大した立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面を反射電子像にて観察した。ＳＥＭに付属しているエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用いることにより、黒色領域を立方晶窒化硼素と、灰色領域及び白色領域を結合相と特定した。その後、ＳＥＭを用いて立方晶窒化硼素の上記鏡面研磨面の組織写真を撮影した。市販の画像解析ソフトを用い、得られた組織写真から立方晶窒化硼素及び結合相の占有面積をそれぞれ求め、その占有面積から含有割合（体積％）を求めた。結果を表５に示す。
ここで、立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面は、立方晶窒化硼素焼結体の表面又は任意の断面を鏡面研磨して得られた立方晶窒化硼素焼結体の断面であった。立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面（以下、「断面」ともいう。）を得る方法は、ダイヤモンドペーストを用いて研磨する方法とした。
また、同様に、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料の含有割合（体積％）も以下のとおり求めた。具体的には、まず、各材料の含有割合を求める前提として、立方晶窒化硼素焼結体が立方晶窒化硼素、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料を含むことを特定した。このために、上記の反射電子像及びＥＤＳを用いた分析と、ＸＲＤ測定の結果と組み合わせて解析することで、立方晶窒化硼素焼結体が含む材料を特定した。この情報を元に、さらに、反射電子像と、ＥＤＳを用いた元素マッピングとの結果より、反射電子像上における各領域を立方晶窒化硼素、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料と特定し、画像解析を行うことで含有割合（体積％）を求めた。結果を表５に示す。
焼結工程によって得られた立方晶窒化硼素焼結体について、立方晶窒化硼素及び結合相の含有割合（体積％）を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した立方晶窒化硼素焼結体の組織写真から、市販の画像解析ソフトで解析して求めた。より具体的には、立方晶窒化硼素焼結体の任意の断面の鏡面研磨面を得た。次に、ＳＥＭを用いて、鏡面研磨して現れた立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面の反射電子像を観察した。この際、ＳＥＭを用いて、立方晶窒化硼素の粒子が１００個以上４００個以下含まれるように選択した倍率で拡大した立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面を反射電子像にて観察した。ＳＥＭに付属しているエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用いることにより、黒色領域を立方晶窒化硼素と、灰色領域及び白色領域を結合相と特定した。その後、ＳＥＭを用いて立方晶窒化硼素の上記鏡面研磨面の組織写真を撮影した。市販の画像解析ソフトを用い、得られた組織写真から立方晶窒化硼素及び結合相の占有面積をそれぞれ求め、その占有面積から含有割合（体積％）を求めた。結果を表５に示す。
ここで、立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面は、立方晶窒化硼素焼結体の表面又は任意の断面を鏡面研磨して得られた立方晶窒化硼素焼結体の断面であった。立方晶窒化硼素焼結体の鏡面研磨面（以下、「断面」ともいう。）を得る方法は、ダイヤモンドペーストを用いて研磨する方法とした。
また、同様に、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料の含有割合（体積％）も以下のとおり求めた。具体的には、まず、各材料の含有割合を求める前提として、立方晶窒化硼素焼結体が立方晶窒化硼素、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料を含むことを特定した。このために、上記の反射電子像及びＥＤＳを用いた分析と、ＸＲＤ測定の結果と組み合わせて解析することで、立方晶窒化硼素焼結体が含む材料を特定した。この情報を元に、さらに、反射電子像と、ＥＤＳを用いた元素マッピングとの結果より、反射電子像上における各領域を立方晶窒化硼素、Ａｌ化合物、Ｚｒ化合物及びその他の材料と特定し、画像解析を行うことで含有割合（体積％）を求めた。結果を表５に示す。
【0050】
また、上記ＳＥＭで撮影した立方晶窒化硼素焼結体の組織写真について、市販の画像解析ソフトを用いた画像解析により、ｃＢＮ粒子の面積を求め、この面積と等しい面積の円の直径をｃＢＮ粒子の粒径とした。次いで、下記式の関係を満たすｃＢＮ粒子の粒径の値Ｄ５０を求め、ｃＢＮの平均粒径とした。結果を表４に示す。
（Ｄ５０以下の粒径を有するｃＢＮ粒子が占める面積の合計）／（全てのｃＢＮ粒子が占める面積）＝０．５
（Ｄ５０以下の粒径を有するｃＢＮ粒子が占める面積の合計）／（全てのｃＢＮ粒子が占める面積）＝０．５
【0051】
また、Ｚｒ化合物の平均粒径もｃＢＮの平均粒径と同様に求めることができる。具体的には、上記ＳＥＭで撮影した立方晶窒化硼素焼結体の組織写真について、市販の画像解析ソフトを用いた画像解析により、Ｚｒ化合物粒子の面積を求め、この面積と等しい面積の円の直径をＺｒ化合物粒子の粒径とした。次いで、下記式の関係を満たすＺｒ化合物粒子の粒径の値Ｄ５０を求め、Ｚｒ化合物の平均粒径とした。結果を表４に示す。
（Ｄ５０以下の粒径を有するＺｒ化合物粒子が占める面積の合計）／（全てのＺｒ化合物粒子が占める面積）＝０．５
なお、Ｚｒ化合物の平均粒径は、上記のとおり立方晶窒化硼素焼結体を鏡面研磨した後に、熱食刻した試料を上記のとおりＳＥＭで観察し、観察範囲内のＺｒ化合物の各粒径を測定した。また、当該熱食刻は、以下の条件で熱処理を行うことで実施した。
雰囲気：１Ｐａ以下の真空
昇温速度：１０℃／分
温度：１２００℃
保持時間：３０分
上記熱処理後に２５０ｋＰａのアルゴン雰囲気下で室温まで冷却した。
（Ｄ５０以下の粒径を有するＺｒ化合物粒子が占める面積の合計）／（全てのＺｒ化合物粒子が占める面積）＝０．５
なお、Ｚｒ化合物の平均粒径は、上記のとおり立方晶窒化硼素焼結体を鏡面研磨した後に、熱食刻した試料を上記のとおりＳＥＭで観察し、観察範囲内のＺｒ化合物の各粒径を測定した。また、当該熱食刻は、以下の条件で熱処理を行うことで実施した。
雰囲気：１Ｐａ以下の真空
昇温速度：１０℃／分
温度：１２００℃
保持時間：３０分
上記熱処理後に２５０ｋＰａのアルゴン雰囲気下で室温まで冷却した。
【0052】
さらに、結合相の組成は、株式会社リガク製のＸ線回折装置（型式「ＳｍａｒｔＬａｂ」）を用いて同定した。具体的には、Ｃｕ－Ｋα線を用いた２θ／θ集中光学系のＸ線回折測定を、下記条件で測定して得られた結果と、ＥＤＳを用いた元素マッピング結果とを解析することにより結合相の組成を同定した。
＜測定条件＞
・出力：４５ｋＶ、２００ｍＡ
・入射側ソーラースリット：５°
・発散縦スリット：２／３°
・発散縦制限スリット：５ｍｍ
・散乱スリット：２／３°
・受光側ソーラースリット：５°
・受光スリット：０．３ｍｍ
・サンプリング幅：０．０２°
・スキャンスピード：１°／ｍｉｎ
・２θ測定範囲：３０～９０°
＜測定条件＞
・出力：４５ｋＶ、２００ｍＡ
・入射側ソーラースリット：５°
・発散縦スリット：２／３°
・発散縦制限スリット：５ｍｍ
・散乱スリット：２／３°
・受光側ソーラースリット：５°
・受光スリット：０．３ｍｍ
・サンプリング幅：０．０２°
・スキャンスピード：１°／ｍｉｎ
・２θ測定範囲：３０～９０°
【0053】
また、上記Ｘ線回折測定と同時に得られたα型Ａｌ２Ｏ３の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度（Ｉａｌ）、ＺｒＢ２の（１０１）面のＸ線回折ピーク強度（Ｉｚｂ）、ＺｒＯの（１１１）面のＸ線回折ピーク強度（Ｉｚｏ）、立方晶ＺｒＯ２の（１１１）面のＸ線回折ピーク強度（Ｉｚｃ）と正方晶ＺｒＯ２の（１０１）のＸ線回折ピーク強度（Ｉｚｔ）との合計（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）から、Ｉｚｂ／Ｉａｌ、Ｉｚｂ／Ｉｚｏ及びＩｚｏ／（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）を各々算出した。各結晶面のＸ線回折ピークは、それぞれ以下のＰｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｅ（以下「ＰＤＦ」とも記す）カードＮｏ．の情報を元に特定した。上記で得られた値をまとめて表６に示す。なお、表６において「－」は、Ｘ線回折測定において、明瞭なＺｒＯに由来するピークが検出されず、Ｉｚｏが「０」であることを示す。
・立方晶ＺｒＯ２（１１１）：Ｉｚｃ
ＰＤＦカード番号７１－６４２５
・正方晶ＺｒＯ２（１０１）：Ｉｚｔ
ＰＤＦカード番号６８－０２００
・ＺｒＯ（１１１）：Ｉｚｏ
ＰＤＦカード番号２０－０６８４
・ＺｒＢ２（１０１）：Ｉｚｂ
ＰＤＦカード番号３４－０４２３
・α型Ａｌ２Ｏ３（１１０）：Ｉａｌ
ＰＤＦカード番号４６－１２１２
なお、ＺｒＯ２の回折ピーク強度は、立方晶ＺｒＯ２（１１１）の回折ピークと正方晶ＺｒＯ２（１０１）の回折ピークは重複するため、ＩｚｃとＩｚｔとの合計（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）を用いた。
・立方晶ＺｒＯ２（１１１）：Ｉｚｃ
ＰＤＦカード番号７１－６４２５
・正方晶ＺｒＯ２（１０１）：Ｉｚｔ
ＰＤＦカード番号６８－０２００
・ＺｒＯ（１１１）：Ｉｚｏ
ＰＤＦカード番号２０－０６８４
・ＺｒＢ２（１０１）：Ｉｚｂ
ＰＤＦカード番号３４－０４２３
・α型Ａｌ２Ｏ３（１１０）：Ｉａｌ
ＰＤＦカード番号４６－１２１２
なお、ＺｒＯ２の回折ピーク強度は、立方晶ＺｒＯ２（１１１）の回折ピークと正方晶ＺｒＯ２（１０１）の回折ピークは重複するため、ＩｚｃとＩｚｔとの合計（Ｉｚｃ＋Ｉｚｔ）を用いた。
【0054】
【表4】
【0055】
【表5】
【0056】
【表6】
【0057】
［切削工具の作製］
得られた立方晶窒化硼素焼結体を、レーザー加工機を用いてＩＳＯ規格ＳＰＧＷ１２０４１２で定められたインサート形状とＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８で定められたインサート形状の工具形状に合わせて切り出した。切り出した立方晶窒化硼素焼結体を、超硬合金からなる台金にろう付けにより接合した。ろう付けした工具にホーニング加工を施して、切削工具を得た。
得られた立方晶窒化硼素焼結体を、レーザー加工機を用いてＩＳＯ規格ＳＰＧＷ１２０４１２で定められたインサート形状とＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８で定められたインサート形状の工具形状に合わせて切り出した。切り出した立方晶窒化硼素焼結体を、超硬合金からなる台金にろう付けにより接合した。ろう付けした工具にホーニング加工を施して、切削工具を得た。
【0058】
［切削試験１］連続加工
得られた切削工具を用いて、下記の条件で切削試験１を行った。
・被削材：ＦＣ２３０、
・被削材形状：円筒状（外径９０ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）、
・切削速度：８００ｍ／分、
・送り：０．４０ｍｍ／ｒｅｖ、
・切り込み深さ：０．２５ｍｍ、
・クーラント：水溶性、
・インサート：ｃＢＮ焼結体を刃先に用いたＩＳＯ規格ＳＰＧＷ１２０４１２、
・評価項目：工具の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍを超えるまでの加工時間を工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。また、工具寿命に至ったときの損傷形態をそれぞれＳＥＭで観察した。損傷形態が「チッピング」であるのは、加工を継続できる程度の欠けであったことを意味する。
得られた切削工具を用いて、下記の条件で切削試験１を行った。
・被削材：ＦＣ２３０、
・被削材形状：円筒状（外径９０ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）、
・切削速度：８００ｍ／分、
・送り：０．４０ｍｍ／ｒｅｖ、
・切り込み深さ：０．２５ｍｍ、
・クーラント：水溶性、
・インサート：ｃＢＮ焼結体を刃先に用いたＩＳＯ規格ＳＰＧＷ１２０４１２、
・評価項目：工具の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍを超えるまでの加工時間を工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。また、工具寿命に至ったときの損傷形態をそれぞれＳＥＭで観察した。損傷形態が「チッピング」であるのは、加工を継続できる程度の欠けであったことを意味する。
【0059】
［切削試験２］断続加工
得られた切削工具を用いて、下記の条件で切削試験２を行った。
・被削材：ＦＣ２００、
・被削材形状：外周面に、１本の溝が入っている丸棒（１２０ｍｍ、長さ４００ｍｍ）、
・切削速度：６００ｍ／分、
・送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
・切り込み深さ：０．２０ｍｍ、
・クーラント：水溶性、
・インサート：ｃＢＮ焼結体を刃先に用いたＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８、
・評価項目：工具の刃先が欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの衝撃回数を測定した。
得られた切削工具を用いて、下記の条件で切削試験２を行った。
・被削材：ＦＣ２００、
・被削材形状：外周面に、１本の溝が入っている丸棒（１２０ｍｍ、長さ４００ｍｍ）、
・切削速度：６００ｍ／分、
・送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
・切り込み深さ：０．２０ｍｍ、
・クーラント：水溶性、
・インサート：ｃＢＮ焼結体を刃先に用いたＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８、
・評価項目：工具の刃先が欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの衝撃回数を測定した。
【0060】
切削試験１の工具寿命に至るまでの加工時間について、２０分以上を「Ａ」、１５分以上２０分未満を「Ｂ」、１５分未満を「Ｃ」として評価した。また、切削試験２の工具寿命に至るまでの回数について、１０００回以上を「Ａ」、７５０回以上１０００回未満を「Ｂ」、７５０回未満を「Ｃ」として評価した。これらの評価では、「Ａ」が最も優れており、次に「Ｂ」が優れており、「Ｃ」が最も劣っていることを意味する。切削試験１の加工時間の評価が、「Ａ」又は「Ｂ」であり、切削試験２の回数の評価が「Ａ」又は「Ｂ」であることは、切削性能に優れることを意味する。
【0061】
【表7】
【0062】
表７に示す結果より、発明品の加工時間の評価及び加工回数の評価は、いずれも「Ａ」又は「Ｂ」であり、耐摩耗性及び耐欠損性の両方が優れることが分かった。一方、比較品の加工時間の評価及び加工回数の評価は、いずれかあるいは両方が「Ｃ」であり、発明品に比べて耐摩耗性及び／又は耐欠損性が劣ることが分かった。
以上の結果より、発明品は、耐摩耗性及び耐欠損性の両方が優れる結果、工具寿命が長いことが分かった。
以上の結果より、発明品は、耐摩耗性及び耐欠損性の両方が優れる結果、工具寿命が長いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【0063】
本発明の立方晶窒化硼素焼結体は、耐摩耗性及び耐欠損性に優れることにより、従来よりも工具寿命を延長できるので、その点で産業上の利用可能性が高い。