[发明专利]立方晶氮化硼烧结体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及高硬度且均质、致密的立方晶氮化硼烧结体的制造方法，特别地，涉及不使用烧结助剂，且与现有条件相比，在较低压低温条件下(5GPa以上，1400℃以上)可得到均质性、致密性高且硬度高的立方晶氮化硼烧结体的制造方法。

本申请要求2010年2月9日在日本申请的特愿2010-026539号的优先权，这里引用其内容。

背景技术

以往已知在高硬度钢等铁系被切削材料的切削加工中，作为与被切削材料的亲和性低的工具材料，可以使用例如立方晶氮化硼(以下，用cBN表示)烧结体。

这些cBN烧结体一般例如通过将cBN原料粉末与金属、陶瓷等烧结助剂混合，并通过超高压高温处理制成烧结体来制造，但由于该烧结体含有烧结助剂，因此硬度、导热性等差，不能充分发挥cBN固有的特性。

因此，为了解决由于使用烧结助剂所带来的问题，如专利文献1所示的那样，提出了高纯度cBN烧结体的制造方法，该方法是将cBN原料粉末用由不含有氧的流体构成、使用固态聚偏氯乙烯、聚氯乙烯和聚乙烯中的1种或2种以上作为流体源的超临界流体进行净化，并在不添加烧结助剂、5GPa、1400℃以上的高压高温条件下进行烧结。报道了通过该制造方法可以得到硬度高且耐热性优异的高纯度cBN烧结体。

另外，作为没有使用烧结助剂的其他技术，如专利文献2所示的那样，提出了通过将cBN原料粉末以cBN热力学稳定条件下的7GPa以上的压力和2100℃以上的温度、并在不使用烧结助剂、且超高压超高温的条件下进行烧结，由此制造cBN烧结体的技术。但是，在该制造方法中，当以提高cBN材料的生产率等为目的，特别是谋求制造装置的大型化时，不仅成本高，而且操作的难度也变高，因此不能实用。

【专利文献1】日本特开2007-70148号公报

【专利文献2】日本特开平3-159964号公报

发明内容

cBN具有与金刚石相媲美的硬度，且热、化学性稳定，另外，可发挥优异的耐磨损性。cBN目前被用作对高速钢、模具钢、铸铁等铁类被切削材料进行切削加工的工具材料。

但是，最近例如为了减轻汽车部件的重量，开始使用异种复合材料，当使用cBN烧结体作为这种异种复合材料(例如球墨铸铁-铝合金的复合材料)的切削工具材料时，以作用于工具的高负荷、以及cBN烧结体的不均质性为主要原因，导致切削工具产生卷刃、缺损等，由此导致发生破损、工具寿命变短这样的问题。

本发明的目的在于提供能够简单且以低成本得到硬度高且均质性、致密性优异的cBN烧结体的新型制造方法。

本发明人对制造cBN烧结体时的原料粉末的处理条件等进行了深入研究，结果得到以下见解。

在上述专利文献1公开的烧结体的制造方法中，作为原料用粉末，使用粒径范围为0.5～2μm的cBN粉末，作为超临界流体源，以在常温常压下为固体且不含有氧的组合物形式使用聚偏氯乙烯、聚氯乙烯和聚乙烯中的1种或2种以上。将上述cBN粉末用达到了超临界流体状态的上述超临界流体源进行净化，不添加烧结助剂而在压力为5GPa以上、温度为1400℃以上的条件下进行烧结，由此可以得到专利文献1的cBN烧结体。

对通过上述专利文献1的方法得到的cBN烧结体的截面进行组织观察，结果发现因cBN烧结体的原料粉末凝聚而形成二次粒子，妨碍了超临界流体均匀分散到二次粒子内部。将含有该二次粒子的原料粉末烧结时，发现在cBN烧结体内部，部分异常粒子生长，形成不均匀组织。

进一步地，还发现在上述专利文献1的方法中，原料粉末中二次粒子的解絮凝不充分，因此在利用含有氯成分的超临界流体(聚偏氯乙烯、聚氯乙烯等)进行净化时，氯成分不均匀地残留在cBN烧结体中，这导致cBN烧结体的组织、特性的不均质性。

因此，对将cBN烧结体的原料粉末中的二次粒子解絮凝的方案进一步进行了研究。

发现当在将cBN原料粉末用超临界流体净化、并进行烧结之前，作为前处理，使上述cBN原料粉末分散在解絮凝剂溶液中，并除去解絮凝剂溶液，然后成型为成型体时，cBN原料粉末中二次粒子的解絮凝充分进行，结果超临界流体均匀地进入cBN原料粉末之间的间隙，粉末粒子表面充分得到净化，因此当将其烧结时，组织、特性的均质性、致密性优异，且可以得到高硬度的cBN烧结体。

由该方法制造的cBN烧结体其组织、特性均质、致密，且硬度高，因此例如优选用作耐缺损性、耐磨损性等优异的长寿命的工具材料。