[发明专利]立方氮化硼多晶体、切削工具、耐磨工具、研磨工具、和立方氮化硼多晶体的制造方法

说明书

一种立方氮化硼多晶体，其包含立方氮化硼，该立方氮化硼的平均晶粒尺寸为150nm以下，在使用R200μm金刚石压头并以100N/分钟的速率施加负荷的断裂强度试验中，该立方氮化硼多晶体的裂纹产生负荷为25N以上。

技术领域

本发明涉及立方氮化硼多晶体、切削工具、耐磨工具、研磨工具和立方氮化硼多晶体的制造方法，特别是这样的立方氮化硼多晶体、切削工具、耐磨工具、研磨工具和立方氮化硼多晶体的制造方法，它们适用作铁基材料的切削工具、耐磨工具和研磨工具。

背景技术

立方氮化硼(以下也称作“cBN”)具有仅次于钻石的硬度，并且其热稳定性与化学稳定性优异。此外，对于铁基材料，立方氮化硼比钻石更稳定，因此cBN烧结材料已经被用作铁基材料的加工工具。

然而，cBN烧结材料包含约10体积％至40体积％的结合剂，并且该结合剂造成烧结材料的强度、耐热性和热扩散性降低。因此，特别是在高速切削铁系材料时，热负荷增大并且切削刃容易崩裂和产生裂纹，从而缩短工具寿命。

作为解决该问题的方法，有使用催化剂而不使用结合剂来制造cBN烧结材料的方法。在该方法中，通过使用六方氮化硼(hBN)作为原材料并使用氮硼化镁(Mg₃BN₃)或其类似物作为催化剂来进行反应烧结。通过该方法得到的cBN烧结材料不包含结合剂，因此cBN晶粒彼此强烈结合且导热率更高。因此，该cBN烧结材料用作散热器材料、TAB(卷带自动结合)结合工具或它们的类似物。然而，由于少量催化剂残留在烧结材料中，因此在热应用下，由于催化剂与cBN之间的热膨胀差异，容易产生细裂纹，因而该cBN烧结材料并不适用于切削工具。此外，由于晶粒尺寸大，具体而言，为约10μm，因此虽然其导热率高，但其强度低，因此该cBN烧结材料无法适用于涉及大负荷或类似情况的切削。

另一方面，cBN烧结材料也可以这样得到：在超高压力和高温下，不用催化剂而直接将hBN等常压型BN(氮化硼)转化成cBN，并同时将其烧结(直接转化烧结法)。例如，日本专利特开No.47-034099(专利文献1)和日本专利特开No.03-159964(专利文献2)中均描述了在超高压力和高温下将hBN转化为cBN而得到cBN烧结材料的方法。此外，有使用热解氮化硼(pBN)作为原材料来获得cBN烧结材料的方法。这种方法在例如日本专利特开No.54-033510(专利文献3)和日本专利特开No.08-047801(专利文献4)中说明。在该方法中，需要诸如7GPa且不小于2100℃的条件。

日本已审查专利公布No.49-27518(专利文献5)和日本专利特开No.11-246271(专利文献6)中均描述了在不如上述条件那样苛刻的条件下获得cBN烧结材料的方法。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开No.47-034099

专利文献2：日本专利特开No.03-159964

专利文献3：日本专利特开No.54-033510

专利文献4：日本专利特开No.08-047801

专利文献5：日本已审查专利公布No.49-27518

专利文献6：日本专利特开No.11-246271

发明内容

技术问题

专利文献5中公开了在(例如)6GPa的压力和1100℃的条件下获得cBN烧结材料的方法。在这种方法中，由于作为原材料的hBN晶粒不超过3μm，所以该hBN含有若干质量％的氧化硼杂质和吸附气体。因此，由于杂质和吸附气体的影响，烧结将不能充分进行，并且硬度、强度和耐热性因为氧化物的存在而降低，这使得cBN烧结材料无法用作切削工具、耐磨工具等。