JPH075382B2 - 立方晶窒化ホウ素含有焼結体 - Google Patents
立方晶窒化ホウ素含有焼結体Info
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- JPH075382B2 JPH075382B2 JP62272210A JP27221087A JPH075382B2 JP H075382 B2 JPH075382 B2 JP H075382B2 JP 62272210 A JP62272210 A JP 62272210A JP 27221087 A JP27221087 A JP 27221087A JP H075382 B2 JPH075382 B2 JP H075382B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
- C04B35/5831—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride based on cubic boron nitrides or Wurtzitic boron nitrides, including crystal structure transformation of powder
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ドリル,フライス工具又は旋削工具などに用
いる切削工具用材料、もしくはスリッター,ダイスなど
の耐摩耗工具用材料として適する立方晶窒化ホウ素含有
焼結体に関するものである。
いる切削工具用材料、もしくはスリッター,ダイスなど
の耐摩耗工具用材料として適する立方晶窒化ホウ素含有
焼結体に関するものである。
(従来の技術) 立方晶窒化ホウ素は、ダイヤモンドに次いで高硬度であ
り、しかもダイヤモンドが鉄との親和性に高いという短
所を有するのに対し、鉄との親和性に低いという長所を
有している。このことから立方晶窒化ホウ素に結合相を
加えてなる立方晶窒化ホウ素基焼結体が主として鉄系材
料を加工する工具材料の1つとして実用化されている。
この実用化されている立方晶窒化ホウ素基焼結体を結合
相成分で大別すると、第1に結合相がセラミックス成分
と金属又は合金とからなる、所謂サーメット系結合相
と、第2に結合相がセラミックス成分からなる、所謂セ
ラミックス系結合相とがある。
り、しかもダイヤモンドが鉄との親和性に高いという短
所を有するのに対し、鉄との親和性に低いという長所を
有している。このことから立方晶窒化ホウ素に結合相を
加えてなる立方晶窒化ホウ素基焼結体が主として鉄系材
料を加工する工具材料の1つとして実用化されている。
この実用化されている立方晶窒化ホウ素基焼結体を結合
相成分で大別すると、第1に結合相がセラミックス成分
と金属又は合金とからなる、所謂サーメット系結合相
と、第2に結合相がセラミックス成分からなる、所謂セ
ラミックス系結合相とがある。
この内、サーメット系結合相からなる立方晶窒化ホウ素
基焼結体の代表的なものとしては、特公昭57−49621号
公報及び特開昭58−164750号公報があり、セラミックス
系結合相からなる立方晶窒化ホウ素基焼結体の代表的な
ものとしては、特開昭55−31517号公報及び特開昭58−1
76173号公報がある。
基焼結体の代表的なものとしては、特公昭57−49621号
公報及び特開昭58−164750号公報があり、セラミックス
系結合相からなる立方晶窒化ホウ素基焼結体の代表的な
ものとしては、特開昭55−31517号公報及び特開昭58−1
76173号公報がある。
(発明が解決しようとする問題点) 特公昭57−49621号公報は、立方晶窒化ホウ素を体積%
で80〜20%含有し残部が周期律表4a,5a,6a族遷移金属の
炭化物,窒化物,ホウ化物,ケイ化物もしくはこれらの
混合物または相互固溶体化合物を第1の結合相とし、A
l,Si,Ni,Co,Feまたは、これらを含む合金、化合物を第
2の結合相として、該第1、第2の結合相が焼結体組織
中で連続した結合相をなし、前記4a,5a,6a族金属の化合
物が結合相中の体積で50%以上99.9%%以下であること
を特徴とする立方晶窒化ホウ素基焼結体である。この特
公昭57−49621号公報の立方晶窒化ホウ素基焼結体は、
従来の立方晶窒化ホウ素基焼結体が金属又は合金でなる
結合相であるために、高で軟化して耐摩耗性及び耐溶着
性に劣ることから工具用材料として用いると損傷しやす
いという欠点があるのに対し、周期律表4a,5a,6a族遷移
金属の化合物とAl,Si,Ni,Co,Fe又はこれらの合金,化合
物とでなる結合相にすることにより解決したものである
けれども、金属又はTiAl3,TiAl,Ti2AlN,TiNi,Ti2Niのよ
うな金属間化合物の残在した焼結体であること、及び他
の結合相成分から、例えば高速切削用工具材料又は高硬
度材料を切削すための工具材料として用いると結合相と
被削材との相互反応,結合相の酸化もしくは結合相の軟
化などが進行して耐摩耗性の低下になるという問題があ
る。また、特公昭57−49621号公報の焼結体は、Alの化
合物を多量に含有させる場合、立方晶窒化ホウ素と結合
相との密着性が低下して欠損しやすくなるという問題が
ある。
で80〜20%含有し残部が周期律表4a,5a,6a族遷移金属の
炭化物,窒化物,ホウ化物,ケイ化物もしくはこれらの
混合物または相互固溶体化合物を第1の結合相とし、A
l,Si,Ni,Co,Feまたは、これらを含む合金、化合物を第
2の結合相として、該第1、第2の結合相が焼結体組織
中で連続した結合相をなし、前記4a,5a,6a族金属の化合
物が結合相中の体積で50%以上99.9%%以下であること
を特徴とする立方晶窒化ホウ素基焼結体である。この特
公昭57−49621号公報の立方晶窒化ホウ素基焼結体は、
従来の立方晶窒化ホウ素基焼結体が金属又は合金でなる
結合相であるために、高で軟化して耐摩耗性及び耐溶着
性に劣ることから工具用材料として用いると損傷しやす
いという欠点があるのに対し、周期律表4a,5a,6a族遷移
金属の化合物とAl,Si,Ni,Co,Fe又はこれらの合金,化合
物とでなる結合相にすることにより解決したものである
けれども、金属又はTiAl3,TiAl,Ti2AlN,TiNi,Ti2Niのよ
うな金属間化合物の残在した焼結体であること、及び他
の結合相成分から、例えば高速切削用工具材料又は高硬
度材料を切削すための工具材料として用いると結合相と
被削材との相互反応,結合相の酸化もしくは結合相の軟
化などが進行して耐摩耗性の低下になるという問題があ
る。また、特公昭57−49621号公報の焼結体は、Alの化
合物を多量に含有させる場合、立方晶窒化ホウ素と結合
相との密着性が低下して欠損しやすくなるという問題が
ある。
特開昭58−164750号公報は、Tiの炭化物,窒化物及び炭
窒化物,さらにTiとWの複炭化物及び複炭窒化物のうち
の1種又は2種以上20〜70wt%,ホウ化アルミニウム1
〜10wt%,Al,Fe,Ni及びCoのうちの1種または2種以上
0.5〜10wt%を含有し、残りが立方晶窒化ホウ素と不可
避不純物からなる組成(ただし立方晶窒化ホウ素40〜80
vol%含有)を有することを特徴とする切削工具用超高
圧燒結材料である。この特開昭58−164750号公報の立方
晶窒化ホウ素基焼結体は、靭性及び耐溶着性を向上させ
るTiの化合物、又はTiとWとでなる化合物と、耐熱衝撃
性を向上させるホウ化アルミニウムと、さらに必要に応
じて耐溶着性及び耐熱衝撃性を向上させる窒化アルミニ
ウムとでなるセラミックス成分に燒結性及び靭性を向上
させるAl,Fe,Ni,Coの金属又は合金を含有した結合相と
立方晶窒化ホウ素とからなる焼結体で、その結果靭性,
耐溶着性及び耐熱衝撃性にすぐれる焼結体になっている
ものであるけれども、耐酸化性及び高温における化学的
安定性に劣ること、及び金属又は合金を多量に含有させ
た場合は高温での耐摩耗性に劣るという問題がある。
窒化物,さらにTiとWの複炭化物及び複炭窒化物のうち
の1種又は2種以上20〜70wt%,ホウ化アルミニウム1
〜10wt%,Al,Fe,Ni及びCoのうちの1種または2種以上
0.5〜10wt%を含有し、残りが立方晶窒化ホウ素と不可
避不純物からなる組成(ただし立方晶窒化ホウ素40〜80
vol%含有)を有することを特徴とする切削工具用超高
圧燒結材料である。この特開昭58−164750号公報の立方
晶窒化ホウ素基焼結体は、靭性及び耐溶着性を向上させ
るTiの化合物、又はTiとWとでなる化合物と、耐熱衝撃
性を向上させるホウ化アルミニウムと、さらに必要に応
じて耐溶着性及び耐熱衝撃性を向上させる窒化アルミニ
ウムとでなるセラミックス成分に燒結性及び靭性を向上
させるAl,Fe,Ni,Coの金属又は合金を含有した結合相と
立方晶窒化ホウ素とからなる焼結体で、その結果靭性,
耐溶着性及び耐熱衝撃性にすぐれる焼結体になっている
ものであるけれども、耐酸化性及び高温における化学的
安定性に劣ること、及び金属又は合金を多量に含有させ
た場合は高温での耐摩耗性に劣るという問題がある。
特開昭55−31517号公報は、周期律表の4a,5a,6a族の金
属の炭化物,窒化物,炭窒化物,炭酸化物,または炭窒
酸化物からなる高融点金属化合物5〜50vol%、酸化ア
ルミニウム10〜70vol%、立方晶窒化ホウ素及び不可避
不純物25〜85xol%からなる切削工具用焼結体材料であ
る。この特開昭55−31517号公報の立方晶窒化ホウ素基
焼結体は、靭性及び耐摩耗性の両方がすぐれる焼結体で
はあるけれども、製造時において、特に窒化アルミニウ
ムが含有していないために立方晶窒化ホウ素の表面が逆
変換して六方晶窒化ホウ素になりやすく、このために立
方晶窒化ホウ素と結合相との密着性が低下して欠損しや
すくなること、又は立方晶窒化ホウ素と結合相との相互
拡散が生じ難いために立方晶窒化ホウ素と結合相との結
合強度が低いという問題がある。
属の炭化物,窒化物,炭窒化物,炭酸化物,または炭窒
酸化物からなる高融点金属化合物5〜50vol%、酸化ア
ルミニウム10〜70vol%、立方晶窒化ホウ素及び不可避
不純物25〜85xol%からなる切削工具用焼結体材料であ
る。この特開昭55−31517号公報の立方晶窒化ホウ素基
焼結体は、靭性及び耐摩耗性の両方がすぐれる焼結体で
はあるけれども、製造時において、特に窒化アルミニウ
ムが含有していないために立方晶窒化ホウ素の表面が逆
変換して六方晶窒化ホウ素になりやすく、このために立
方晶窒化ホウ素と結合相との密着性が低下して欠損しや
すくなること、又は立方晶窒化ホウ素と結合相との相互
拡散が生じ難いために立方晶窒化ホウ素と結合相との結
合強度が低いという問題がある。
特開昭58−176173号公報は、高圧相型窒化ホウ素を20〜
80vol%含有し、残結合相においてAl2O3を50〜80wt%及
び周期律表4a,5a,6a族の金属の1種以上の炭化物,窒化
物,炭窒化物を15〜40wt%及びAlを5〜20wt%含有して
いる工具用高硬度焼結体である。この特開昭58−176173
号公報における焼結体は、AlがAlB2やAlNのAl化合物を
形成することが開示されていることから上述の成分を出
発物として燒結した焼結体と考えられる。このことか
ら、特開昭58−176173号公報の焼結体は、結局セラミッ
クス系結合相からなる焼結体で、強度,耐溶着性,耐熱
性及び熱伝導性を考慮したすぐれた焼結体であるけれど
も、高温における結合相強度が低いことから欠損しやす
いという問題、又は高圧相型窒化ホウ素が燒結工程中に
逆変換して、結合相との結合強度を低下することから欠
損しやすいという問題がある。
80vol%含有し、残結合相においてAl2O3を50〜80wt%及
び周期律表4a,5a,6a族の金属の1種以上の炭化物,窒化
物,炭窒化物を15〜40wt%及びAlを5〜20wt%含有して
いる工具用高硬度焼結体である。この特開昭58−176173
号公報における焼結体は、AlがAlB2やAlNのAl化合物を
形成することが開示されていることから上述の成分を出
発物として燒結した焼結体と考えられる。このことか
ら、特開昭58−176173号公報の焼結体は、結局セラミッ
クス系結合相からなる焼結体で、強度,耐溶着性,耐熱
性及び熱伝導性を考慮したすぐれた焼結体であるけれど
も、高温における結合相強度が低いことから欠損しやす
いという問題、又は高圧相型窒化ホウ素が燒結工程中に
逆変換して、結合相との結合強度を低下することから欠
損しやすいという問題がある。
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具体
的には、立方晶窒化ホウ素とセラミックス系結合相とか
らなる焼結体の結合相組成及びその含有量を制御するこ
とにより、結合相組成の相互間、及び結合相と立方晶窒
化ホウ素との相互間における結合強度を高め、その結果
強度,耐摩耗性,耐酸化性,耐溶着性,耐熱衝撃性,熱
伝導性及び化学的安定性にすぐれるようにした立方晶窒
化ホウ素基焼結体の提供を目的とするものである。
的には、立方晶窒化ホウ素とセラミックス系結合相とか
らなる焼結体の結合相組成及びその含有量を制御するこ
とにより、結合相組成の相互間、及び結合相と立方晶窒
化ホウ素との相互間における結合強度を高め、その結果
強度,耐摩耗性,耐酸化性,耐溶着性,耐熱衝撃性,熱
伝導性及び化学的安定性にすぐれるようにした立方晶窒
化ホウ素基焼結体の提供を目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、立方晶窒化ホウ素基焼結体の強度及び耐
摩耗性の両方を高めることについて検討していた所、耐
摩耗性を高めるためにはサーメット系結合相よりもセラ
ミックス系結合相の方がすぐれており、このセラミック
ス系結合相に酸化アルミニウムと高融点金属化合物、特
にTiの含有した化合物との両方が一定比率内で含まれて
いると耐摩耗性及び強度にすぐれる傾向が著しいという
第1の知見と、セラミックス系結合相の中でも酸化アル
ミニウムと窒化アルミニウム化ホウ化アルミニウムとを
含有していると強度を高める効果があるという第2の知
見と、さらに、ホウ化アルミニウムとホウ化チタンとの
両方を含有有させて組合わせると高温における強度及び
耐摩耗性が著しくすぐれるという第3の知見を得たもの
である。この第1の知見と第2の知見と第3の知見に基
づいて本発明を完成するに至ったものである。
摩耗性の両方を高めることについて検討していた所、耐
摩耗性を高めるためにはサーメット系結合相よりもセラ
ミックス系結合相の方がすぐれており、このセラミック
ス系結合相に酸化アルミニウムと高融点金属化合物、特
にTiの含有した化合物との両方が一定比率内で含まれて
いると耐摩耗性及び強度にすぐれる傾向が著しいという
第1の知見と、セラミックス系結合相の中でも酸化アル
ミニウムと窒化アルミニウム化ホウ化アルミニウムとを
含有していると強度を高める効果があるという第2の知
見と、さらに、ホウ化アルミニウムとホウ化チタンとの
両方を含有有させて組合わせると高温における強度及び
耐摩耗性が著しくすぐれるという第3の知見を得たもの
である。この第1の知見と第2の知見と第3の知見に基
づいて本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体は、立
方晶窒化ホウ素10〜80vol%と、酸化アルミニウム7.5〜
80vol%と、窒化アルミニウム3〜20vol%と、ホウ化ア
ルミニウム1〜5vol%と、ホウ化チタン1〜5vol%と、
Ti,Zr,Hf,Ta,Nb,Vの炭化物,窒化物,Wの炭化物及びこれ
らの相互固溶体の中の少なくとも1種の高融点金属化合
物3.75〜40vol%と、不可避不純物とからなる焼結体で
あって、かつ前記酸化アルミニウムと前記高融点金属化
合物との体積比が酸化アルミニウム:高融点金属化合物
=0.5〜0.956:0.5〜0.044であることを特徴とするもの
である。
方晶窒化ホウ素10〜80vol%と、酸化アルミニウム7.5〜
80vol%と、窒化アルミニウム3〜20vol%と、ホウ化ア
ルミニウム1〜5vol%と、ホウ化チタン1〜5vol%と、
Ti,Zr,Hf,Ta,Nb,Vの炭化物,窒化物,Wの炭化物及びこれ
らの相互固溶体の中の少なくとも1種の高融点金属化合
物3.75〜40vol%と、不可避不純物とからなる焼結体で
あって、かつ前記酸化アルミニウムと前記高融点金属化
合物との体積比が酸化アルミニウム:高融点金属化合物
=0.5〜0.956:0.5〜0.044であることを特徴とするもの
である。
本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体における立方晶窒
化ホウ素は、平均粒径が15μm以下、特に強度及び耐摩
耗性の両方を高めるために平均粒径が1μm〜5μmに
あることが好ましいことである。この立方晶窒化ホウ素
の含有量は、10vol%未満では耐摩耗性の低下が著し
く、逆に80vol%を超えて多くなると耐欠損性の低下が
著しくなる。また、立方晶窒化ホウ素の含有量が10〜43
vol%の場合には、平均粒径0.5μm〜2μmの微細な立
方晶窒化ホウ素にすると、特に乾式切削における切削工
具材料に適し、立方晶窒化ホウ素の含有量が43〜80vol
%の場合には、平均粒径2〜5μmの立方晶窒化ホウ素
にすると、特に湿式切削における切削工具材料として適
するものである。
化ホウ素は、平均粒径が15μm以下、特に強度及び耐摩
耗性の両方を高めるために平均粒径が1μm〜5μmに
あることが好ましいことである。この立方晶窒化ホウ素
の含有量は、10vol%未満では耐摩耗性の低下が著し
く、逆に80vol%を超えて多くなると耐欠損性の低下が
著しくなる。また、立方晶窒化ホウ素の含有量が10〜43
vol%の場合には、平均粒径0.5μm〜2μmの微細な立
方晶窒化ホウ素にすると、特に乾式切削における切削工
具材料に適し、立方晶窒化ホウ素の含有量が43〜80vol
%の場合には、平均粒径2〜5μmの立方晶窒化ホウ素
にすると、特に湿式切削における切削工具材料として適
するものである。
本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体における酸化アル
ミニウムは、平均粒径が1.0μm以下、特に緻密な焼結
体にするために平均粒径が0.5μm以下であることが好
ましいことである。この酸化アルミニウムの含有量は、
7.5vol%未満では耐摩耗性の低下が著しく、逆に80vol
%を超えて多くなると立方晶窒化ホウ素及び他の結合相
の含有量が相対的に少なくなり、そのために耐摩耗性及
び耐欠損性の低下が著しく短寿命になる。
ミニウムは、平均粒径が1.0μm以下、特に緻密な焼結
体にするために平均粒径が0.5μm以下であることが好
ましいことである。この酸化アルミニウムの含有量は、
7.5vol%未満では耐摩耗性の低下が著しく、逆に80vol
%を超えて多くなると立方晶窒化ホウ素及び他の結合相
の含有量が相対的に少なくなり、そのために耐摩耗性及
び耐欠損性の低下が著しく短寿命になる。
本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体における窒化アル
ミニウムは、昇圧昇温時に立方晶窒化ホウ素の六方晶窒
化ホウ素への逆変換を防止し、ホウ化アルミニウムと共
に立方晶窒化ホウ素と他の結合相との結合の媒介的役割
をし、その量が3vol%未満ではその効果が弱く、逆に20
vol%を超えると焼結し難くなる。
ミニウムは、昇圧昇温時に立方晶窒化ホウ素の六方晶窒
化ホウ素への逆変換を防止し、ホウ化アルミニウムと共
に立方晶窒化ホウ素と他の結合相との結合の媒介的役割
をし、その量が3vol%未満ではその効果が弱く、逆に20
vol%を超えると焼結し難くなる。
本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体におけるホウ化ア
ルミニウムは、AlB2,AlB12の中の少なくとも1種からな
るもので、この含有量が1vol%未満では立方晶窒化ホウ
素と結合相との結合強度を低下し、その結果焼結体の強
度を低下する。逆に、ホウ化アルミニウムの含有量が5v
ol%を超えて多くなると焼結性を阻害して緻密な焼結体
になり難くなる。
ルミニウムは、AlB2,AlB12の中の少なくとも1種からな
るもので、この含有量が1vol%未満では立方晶窒化ホウ
素と結合相との結合強度を低下し、その結果焼結体の強
度を低下する。逆に、ホウ化アルミニウムの含有量が5v
ol%を超えて多くなると焼結性を阻害して緻密な焼結体
になり難くなる。
本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体におけるホウ化チ
タンは、上述のホウ化アルミニウムと共に適量に組合わ
せることにより高温における耐摩耗性及び強度が著しく
すぐれるもので、特にAlB2と組合わせると強度を高める
傾向が強く、AlB12と組合わせると耐摩耗性を高める傾
向が強いものである。このホウ化チタンが1vol%未満で
は高温における耐摩耗性の低下が著しく、逆に5vol%を
超えて多くなると強度の低下が著しくなる。
タンは、上述のホウ化アルミニウムと共に適量に組合わ
せることにより高温における耐摩耗性及び強度が著しく
すぐれるもので、特にAlB2と組合わせると強度を高める
傾向が強く、AlB12と組合わせると耐摩耗性を高める傾
向が強いものである。このホウ化チタンが1vol%未満で
は高温における耐摩耗性の低下が著しく、逆に5vol%を
超えて多くなると強度の低下が著しくなる。
本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体における高融点金
属化合物は、TiC,ZrC,HfC,TaC,NbC,VC,WC,TiN,ZrN,Ti
(C,N),(Ti,Zr)(C,N),(Ti,Ta)(C,N),(Ti,
W)C,(Ti,W)(C,N),(Ti,Ta)C,(Ti,Ta,W)(C,
N)などを具体的な例として挙げることができる。この
高融点金属化合物は、特にTiの含有した化合物、例えば
TiC,TiN,Ti(C,N),(Ti,W)C,(Ti,W)(C,N),(T
i,Ta)(C,N)などを主成分とすると耐摩耗性及び耐欠
損性にすぐれるもので好ましいことである。この高融点
金属化合物が3.75vol%未満になると結合相中の酸化ア
ルミニウムとの相互作用により耐摩耗性を高めるという
効果が弱くなり、逆に40vol%を超えて多くなると強度
が低下して短寿命になる。
属化合物は、TiC,ZrC,HfC,TaC,NbC,VC,WC,TiN,ZrN,Ti
(C,N),(Ti,Zr)(C,N),(Ti,Ta)(C,N),(Ti,
W)C,(Ti,W)(C,N),(Ti,Ta)C,(Ti,Ta,W)(C,
N)などを具体的な例として挙げることができる。この
高融点金属化合物は、特にTiの含有した化合物、例えば
TiC,TiN,Ti(C,N),(Ti,W)C,(Ti,W)(C,N),(T
i,Ta)(C,N)などを主成分とすると耐摩耗性及び耐欠
損性にすぐれるもので好ましいことである。この高融点
金属化合物が3.75vol%未満になると結合相中の酸化ア
ルミニウムとの相互作用により耐摩耗性を高めるという
効果が弱くなり、逆に40vol%を超えて多くなると強度
が低下して短寿命になる。
本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体における立方晶窒
化ホウ素を除いた他成分からなる結合相は、結合相の相
互間及び結合相と立方晶窒化ホウ素との相互間の結合強
度を最適にするためのもので、この結合相の組成の他に
組成比率も耐摩耗性及び強度に及ぼす影響が大きく、特
に酸化アルミニウムと高融点金属化合物との体積比が酸
化アルミニウム:高融点金属化合物=0.5〜0.956:0.55
〜0.044の範囲にあることが重要なことである。
化ホウ素を除いた他成分からなる結合相は、結合相の相
互間及び結合相と立方晶窒化ホウ素との相互間の結合強
度を最適にするためのもので、この結合相の組成の他に
組成比率も耐摩耗性及び強度に及ぼす影響が大きく、特
に酸化アルミニウムと高融点金属化合物との体積比が酸
化アルミニウム:高融点金属化合物=0.5〜0.956:0.55
〜0.044の範囲にあることが重要なことである。
この本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体を構成してい
る立方晶窒化ホウ素及び結合相は、後述する出発物を含
めた製造条件により、化学量論的化合物や非化学量論的
化合物でなっているものである。
る立方晶窒化ホウ素及び結合相は、後述する出発物を含
めた製造条件により、化学量論的化合物や非化学量論的
化合物でなっているものである。
本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体は、従来から行わ
れている立方晶窒化ホウ素基焼結体の製造方法により作
成することができる。例えば、出発物としての立方晶窒
化ホウ素は、平均粒径15μm以下の粉末、好ましくは平
均粒径5μm以下の粉末を用い、他の結合相となるもの
はできるだけ微細なサブミクロンの粉末を用いることが
好ましく、特にAl2O3は焼結性の促進から微細粉末を用
いることが必要である。
れている立方晶窒化ホウ素基焼結体の製造方法により作
成することができる。例えば、出発物としての立方晶窒
化ホウ素は、平均粒径15μm以下の粉末、好ましくは平
均粒径5μm以下の粉末を用い、他の結合相となるもの
はできるだけ微細なサブミクロンの粉末を用いることが
好ましく、特にAl2O3は焼結性の促進から微細粉末を用
いることが必要である。
焼結体中に含有する窒化アルミニウムは、焼結工程の昇
温時における立方晶窒化ホウ素の逆変換を防止するため
に出発物中に窒化アルミニウムの粉末として混在してお
く必要があるけれども、窒化アルミニウム粉末の他にAl
粉末を出発物中に含有しておいて、焼結工程においてAl
と立方晶窒化ホウ素との相互反応から窒化アルミニウム
の1部を析出させるという方法でもよい。また、焼結体
中に含有するホウ化アルミニウムは、ホウ化アルミニウ
ム粉末を出発物とする方法、ホウ化アルミニウム粉末と
Al粉末とを出発物とする方法又はAl粉末のみを出発物と
する方法がある。ここで、Al粉末を出発物として用いて
焼結体中にホウ化アルミニウムを形成させるのは、焼結
工程でのAlと立方晶窒化ホウ素との相互反応、例えば3A
l+2BN→2AlN+AlB2の反応により形成されるものであ
る。出発物としてAl粉末を用いる場合は、焼結を促進さ
せるという効果があるけれども、特にAl粉末の表面に付
着又は結合している酸素を除去するために還元処理する
など前処理をして、Al粉末とTiの含有した化合物との反
応が起らないようにすることが重要である。
温時における立方晶窒化ホウ素の逆変換を防止するため
に出発物中に窒化アルミニウムの粉末として混在してお
く必要があるけれども、窒化アルミニウム粉末の他にAl
粉末を出発物中に含有しておいて、焼結工程においてAl
と立方晶窒化ホウ素との相互反応から窒化アルミニウム
の1部を析出させるという方法でもよい。また、焼結体
中に含有するホウ化アルミニウムは、ホウ化アルミニウ
ム粉末を出発物とする方法、ホウ化アルミニウム粉末と
Al粉末とを出発物とする方法又はAl粉末のみを出発物と
する方法がある。ここで、Al粉末を出発物として用いて
焼結体中にホウ化アルミニウムを形成させるのは、焼結
工程でのAlと立方晶窒化ホウ素との相互反応、例えば3A
l+2BN→2AlN+AlB2の反応により形成されるものであ
る。出発物としてAl粉末を用いる場合は、焼結を促進さ
せるという効果があるけれども、特にAl粉末の表面に付
着又は結合している酸素を除去するために還元処理する
など前処理をして、Al粉末とTiの含有した化合物との反
応が起らないようにすることが重要である。
さらに、焼結体中に含有するホウ化チタン及び高融点金
属化合物は、それぞれとも焼結体中に含有させる化合物
からなる粉末を出発物として用いることが焼結体の組成
及び焼結体の諸特性の安定性から好ましいことである。
属化合物は、それぞれとも焼結体中に含有させる化合物
からなる粉末を出発物として用いることが焼結体の組成
及び焼結体の諸特性の安定性から好ましいことである。
これらの出発物を所定量に配合した後、従来の粉末冶金
法による混合,乾燥,篩別及び成形を行い、次いで従来
の高圧高温装置でもって立方晶窒化ホウ素含有焼結体を
作製するという製造方法により行うことができる。
法による混合,乾燥,篩別及び成形を行い、次いで従来
の高圧高温装置でもって立方晶窒化ホウ素含有焼結体を
作製するという製造方法により行うことができる。
(作用) 本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体は、結合相中の、
特に窒化アルミニウムが立方晶窒化ホウ素の六方晶窒化
ホウ素への逆変換を防止する作用をし、ホウ化アルミニ
ウムとホウ化チタンとを適量に組合わせたことにより結
合相の相互間並びに結合相と立方晶窒化ホウ素との相互
間における結合強度を高める作用をし、酸化アルミニウ
ムと高融点金属化合物とを最適比率にしたことにより耐
摩耗性及び強度を高める作用をしているものである。
特に窒化アルミニウムが立方晶窒化ホウ素の六方晶窒化
ホウ素への逆変換を防止する作用をし、ホウ化アルミニ
ウムとホウ化チタンとを適量に組合わせたことにより結
合相の相互間並びに結合相と立方晶窒化ホウ素との相互
間における結合強度を高める作用をし、酸化アルミニウ
ムと高融点金属化合物とを最適比率にしたことにより耐
摩耗性及び強度を高める作用をしているものである。
(実施例) 実施例1 平均粒径1μmの立方晶窒化ホウ素(CBN)粉末と平均
粒径0.5μmのAl2O3粉末と平均粒径1.0〜1.5μmのAlN
粉末,AlB2粉末,TiB2粉末,Al粉末,高融点金属化合物粉
末を出発物として、それぞれ用いて所定量に配合し、超
硬合金で内張りした混合容器に配合粉末とボールとヘキ
サンとを入れて混合粉砕した。混合粉砕時間は、出発物
としてのCBNを短時間にし、Al2O3を最も長時間混合粉砕
するような方法で行った。こうして得た混合粉末を従来
の粉末冶金の方法でもって、乾燥,篩別及び成形した
後、従来と同様に高圧高温装置にセットして圧力45〜50
kb,温度1350〜1550℃,保持時間5〜15分の条件で焼結
体を作成した。こうして得た焼結体をX線回折による解
析と配合組成から判断して各試料の焼結体組成として第
1表に示した。この第1表の内、本発明品No3及び本発
明の範囲から外れた比較品No2は、出発物としてAl粉末
を使用し、他は第1表に示した成分を出発物としたもの
である。また、45vol%CBN−セラミックス系結合相でな
る市販の焼結体と上述の方法でもって作成した焼結体を
それぞれ切断して超硬合金の刃先部になるようにロー付
けして、被削材SKD11(HRC60〜62),切削速度150m/mi
n,切り込み量0.5mm,送り速度0.1mm/rev,乾式による連続
旋削試験を行い、平均逃げ面摩耗量が0.3mm又は欠損寿
命になる迄の切削時間を求めて、その結果を第1表に併
記した。
粒径0.5μmのAl2O3粉末と平均粒径1.0〜1.5μmのAlN
粉末,AlB2粉末,TiB2粉末,Al粉末,高融点金属化合物粉
末を出発物として、それぞれ用いて所定量に配合し、超
硬合金で内張りした混合容器に配合粉末とボールとヘキ
サンとを入れて混合粉砕した。混合粉砕時間は、出発物
としてのCBNを短時間にし、Al2O3を最も長時間混合粉砕
するような方法で行った。こうして得た混合粉末を従来
の粉末冶金の方法でもって、乾燥,篩別及び成形した
後、従来と同様に高圧高温装置にセットして圧力45〜50
kb,温度1350〜1550℃,保持時間5〜15分の条件で焼結
体を作成した。こうして得た焼結体をX線回折による解
析と配合組成から判断して各試料の焼結体組成として第
1表に示した。この第1表の内、本発明品No3及び本発
明の範囲から外れた比較品No2は、出発物としてAl粉末
を使用し、他は第1表に示した成分を出発物としたもの
である。また、45vol%CBN−セラミックス系結合相でな
る市販の焼結体と上述の方法でもって作成した焼結体を
それぞれ切断して超硬合金の刃先部になるようにロー付
けして、被削材SKD11(HRC60〜62),切削速度150m/mi
n,切り込み量0.5mm,送り速度0.1mm/rev,乾式による連続
旋削試験を行い、平均逃げ面摩耗量が0.3mm又は欠損寿
命になる迄の切削時間を求めて、その結果を第1表に併
記した。
実施例2 平均粒径4μmのCBN粉末と実施例1で用いた出発物に
より所定量配合した後、実施例1と同様にして焼結体を
作成した。この焼結体及び60vol%CBN−セラミックス系
結合相の市販品,80vol%CBN−セラミックス系結合相の
市販品,90vol%−CBN−金属系結合相の市販品をそれぞ
れ実施例1と同様に超硬合金にロー付けして、被削材,
切削速度,切り込み量,送り速度は実施例1と同条件で
切削油を用いる湿式による連続旋削試験を行い、実施例
1と同様に寿命になる迄の切削時間を求めた。ここで作
成した焼結体の組成及び切削試験結果を第2表に示し
た。
より所定量配合した後、実施例1と同様にして焼結体を
作成した。この焼結体及び60vol%CBN−セラミックス系
結合相の市販品,80vol%CBN−セラミックス系結合相の
市販品,90vol%−CBN−金属系結合相の市販品をそれぞ
れ実施例1と同様に超硬合金にロー付けして、被削材,
切削速度,切り込み量,送り速度は実施例1と同条件で
切削油を用いる湿式による連続旋削試験を行い、実施例
1と同様に寿命になる迄の切削時間を求めた。ここで作
成した焼結体の組成及び切削試験結果を第2表に示し
た。
(発明の効果) 以上の結果から、本発明の立方晶窒化ホウ素含有焼結体
は、本発明の焼結体組成から外た比較品及び従来の立方
晶窒化ホウ素基焼結体に比較して耐摩耗性及び耐欠損性
にすぐれているために約2倍〜23倍も長寿命になるとい
う効果がある。このことから、本発明の立方晶窒化ホウ
素含有焼結体は、例えばNC機械用切削工具材料又は自動
加工機用の加工工具材料として適応できる産業上有用な
材料である。
は、本発明の焼結体組成から外た比較品及び従来の立方
晶窒化ホウ素基焼結体に比較して耐摩耗性及び耐欠損性
にすぐれているために約2倍〜23倍も長寿命になるとい
う効果がある。このことから、本発明の立方晶窒化ホウ
素含有焼結体は、例えばNC機械用切削工具材料又は自動
加工機用の加工工具材料として適応できる産業上有用な
材料である。
Claims (3)
- 【請求項1】立方晶窒化ホウ素10〜80vol%と、酸化ア
ルミニウム7.5〜80vol%と、窒化アルミニウム3〜20vo
l%と、ホウ化アルミニウム1〜5vol%と、ホウ化チタ
ン1〜5vol%と、Ti,Zr,Hf,Ta,Nb,Vの炭化物,窒化物,W
の炭化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種
の高融点金属化合物3.75〜40vol%と、不可避不純物と
からなる焼結体であって、かつ前記酸化アルミニウムと
前記高融点金属化合物との体積比が酸化アルミニウム:
高融点金属化合物=0.5〜0.956:0.5〜0.044であること
を特徴とする立方晶窒化ホウ素含有焼結体。 - 【請求項2】上記酸化アルミニウムは、平均粒径が1.0
μm以下であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の立方晶窒化ホウ素含有焼結体。 - 【請求項3】上記高融点金属化合物は、Tiの含有した化
合物を主成分とすることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の立方晶窒化ホウ素含有焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62272210A JPH075382B2 (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 立方晶窒化ホウ素含有焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62272210A JPH075382B2 (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 立方晶窒化ホウ素含有焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01115873A JPH01115873A (ja) | 1989-05-09 |
| JPH075382B2 true JPH075382B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=17510642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62272210A Expired - Lifetime JPH075382B2 (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 立方晶窒化ホウ素含有焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH075382B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210246076A1 (en) * | 2019-12-16 | 2021-08-12 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cubic boron nitride sintered material |
| CN114787104B (zh) * | 2019-12-16 | 2023-06-09 | 住友电气工业株式会社 | 立方晶氮化硼烧结体 |
| CN112661517A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-16 | 富耐克超硬材料股份有限公司 | 一种散热复合材料的制备方法 |
-
1987
- 1987-10-28 JP JP62272210A patent/JPH075382B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01115873A (ja) | 1989-05-09 |
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