JPH10139549A - 立方晶窒化硼素質焼結体 - Google Patents
立方晶窒化硼素質焼結体Info
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- JPH10139549A JPH10139549A JP8290910A JP29091096A JPH10139549A JP H10139549 A JPH10139549 A JP H10139549A JP 8290910 A JP8290910 A JP 8290910A JP 29091096 A JP29091096 A JP 29091096A JP H10139549 A JPH10139549 A JP H10139549A
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- cubic boron
- boron nitride
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Abstract
(57)【要約】
【課題】cBN焼結体の耐摩耗性を損なわずに靱性を向
上させる。 【解決手段】立方晶窒化硼素を30〜95体積%含有す
るとともに、残部が、Tiと少なくとも周期律表第4
a,5a,6a族元素(Tiを除く)の一種との炭化
物、窒化物、炭窒化物のいずれかからなる結合相と、/
TiB2 、AlN、〔Al2 O 3 、鉄族金属、及び周期律
表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)の炭化物、
窒化物、炭窒化物、硼化物、の中から選ばれる少なくと
も一種を含む場合あり〕と、/不可避不純物とからな
り、且つ、前記結合相が、CuのKα1線を用いたX線
回析測定で同一回析面で0.1〜1.0度離れた二種類
のB1型結晶構造のピークをもち、低角度側のピーク強
度IL :高角度側のピーク強度をIH としたとき、0<
IL /IH <4となるようにした。
上させる。 【解決手段】立方晶窒化硼素を30〜95体積%含有す
るとともに、残部が、Tiと少なくとも周期律表第4
a,5a,6a族元素(Tiを除く)の一種との炭化
物、窒化物、炭窒化物のいずれかからなる結合相と、/
TiB2 、AlN、〔Al2 O 3 、鉄族金属、及び周期律
表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)の炭化物、
窒化物、炭窒化物、硼化物、の中から選ばれる少なくと
も一種を含む場合あり〕と、/不可避不純物とからな
り、且つ、前記結合相が、CuのKα1線を用いたX線
回析測定で同一回析面で0.1〜1.0度離れた二種類
のB1型結晶構造のピークをもち、低角度側のピーク強
度IL :高角度側のピーク強度をIH としたとき、0<
IL /IH <4となるようにした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、切削工具
等に使用される高硬度、高靱性の立方晶窒化硼素質焼結
体に関するものである。
等に使用される高硬度、高靱性の立方晶窒化硼素質焼結
体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】立方晶窒化硼素(cubic Boron Nitride
以下cBN と略す) はダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、し
かもダイヤモンドと異なり鉄系金属との親和性を持たな
いため、特に高硬度焼入れ鋼の研削工具、切削工具に用
いられている。
以下cBN と略す) はダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、し
かもダイヤモンドと異なり鉄系金属との親和性を持たな
いため、特に高硬度焼入れ鋼の研削工具、切削工具に用
いられている。
【0003】このようなcBNを使用した切削工具とし
ては、cBNをコバルト(Co)等の金属で結合したも
のや、炭化チタン(TiC)などのセラミックスで結合
したcBN焼結体が用いられてきた(特公昭52−43
846号公報等参照)。
ては、cBNをコバルト(Co)等の金属で結合したも
のや、炭化チタン(TiC)などのセラミックスで結合
したcBN焼結体が用いられてきた(特公昭52−43
846号公報等参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】上記のような切削工
具のうち、金属を結合材に用いたcBN焼結体では、耐
熱性を損なわないようにするため金属量をできるだけ少
量に抑え、残部のcBNが直接結合した組織を形成する
ようにしている。しかしながら、このような焼結体で、
例えば高硬度焼入れ鋼を実際に切削してみると、切削中
にcBN粒子が脱落することによって工具摩耗が大きく
進行するという問題があった。
具のうち、金属を結合材に用いたcBN焼結体では、耐
熱性を損なわないようにするため金属量をできるだけ少
量に抑え、残部のcBNが直接結合した組織を形成する
ようにしている。しかしながら、このような焼結体で、
例えば高硬度焼入れ鋼を実際に切削してみると、切削中
にcBN粒子が脱落することによって工具摩耗が大きく
進行するという問題があった。
【0005】一方、セラミックス中にcBNが分散した
組織のcBN焼結体では、上記のようなcBN粒子の脱
落はほとんど見られず耐摩耗性は比較的良好である。特
に、TiC、TiN、TiCNを結合材に用いた場合、
耐摩耗性は最も優れる。しかしながら、セラミック、例
えばTiCをそのまま結合相としたcBN焼結体では靱
性が劣り、切削中に欠損しやすいという欠点があった。
組織のcBN焼結体では、上記のようなcBN粒子の脱
落はほとんど見られず耐摩耗性は比較的良好である。特
に、TiC、TiN、TiCNを結合材に用いた場合、
耐摩耗性は最も優れる。しかしながら、セラミック、例
えばTiCをそのまま結合相としたcBN焼結体では靱
性が劣り、切削中に欠損しやすいという欠点があった。
【0006】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、cBN
焼結体の耐摩耗性を損なわずに靱性を向上させるべく鋭
意研究した結果、結合相中のTi化合物にTi以外の周
期律表4a、5a、6a族金属を焼結の過程で結合相中
に特定の化合物等を含有させることにより、耐摩耗性お
よび靱性に優れたcBN焼結体を得ることができること
を見出し、本発明に至った。
焼結体の耐摩耗性を損なわずに靱性を向上させるべく鋭
意研究した結果、結合相中のTi化合物にTi以外の周
期律表4a、5a、6a族金属を焼結の過程で結合相中
に特定の化合物等を含有させることにより、耐摩耗性お
よび靱性に優れたcBN焼結体を得ることができること
を見出し、本発明に至った。
【0007】即ち、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体
は、立方晶窒化硼素を30〜95体積%含有するととも
に、残部が、Tiと少なくとも周期律表第4a,5a,
6a族元素(Tiを除く)の一種との炭化物、窒化物、
炭窒化物のいずれかからなる結合相と、/TiB2 、A
lN、〔Al2 O 3 、鉄族金属、及び周期律表第4a,5
a,6a族元素(Tiを除く)の炭化物、窒化物、炭窒
化物、硼化物、の中から選ばれる少なくとも一種を含む
場合あり〕と、/不可避不純物とからなり、且つ、前記
結合相が、CuのKα1線を用いたX線回析測定で同一
回析面で0.1〜1.0度離れた二種類のB1型結晶構
造のピークをもち、低角度側のピーク強度IL :高角度
側のピーク強度をIH としたとき、0<IL /IH <4
であることを特徴とするものである。
は、立方晶窒化硼素を30〜95体積%含有するととも
に、残部が、Tiと少なくとも周期律表第4a,5a,
6a族元素(Tiを除く)の一種との炭化物、窒化物、
炭窒化物のいずれかからなる結合相と、/TiB2 、A
lN、〔Al2 O 3 、鉄族金属、及び周期律表第4a,5
a,6a族元素(Tiを除く)の炭化物、窒化物、炭窒
化物、硼化物、の中から選ばれる少なくとも一種を含む
場合あり〕と、/不可避不純物とからなり、且つ、前記
結合相が、CuのKα1線を用いたX線回析測定で同一
回析面で0.1〜1.0度離れた二種類のB1型結晶構
造のピークをもち、低角度側のピーク強度IL :高角度
側のピーク強度をIH としたとき、0<IL /IH <4
であることを特徴とするものである。
【0008】立方晶窒化硼素(cBN)を30〜95体
積%含有させたのは、cBNが30体積%より少ない
と、cBN本来の特性、即ち、高硬度、高熱伝導性など
の優れた特性を生かすことができないからであり、cB
Nが95体積%より多いと、切削中にcBN粒子が脱落
しやすくない、耐摩耗性が低下するからである。cBN
は40〜60体積%含有することが望ましい。
積%含有させたのは、cBNが30体積%より少ない
と、cBN本来の特性、即ち、高硬度、高熱伝導性など
の優れた特性を生かすことができないからであり、cB
Nが95体積%より多いと、切削中にcBN粒子が脱落
しやすくない、耐摩耗性が低下するからである。cBN
は40〜60体積%含有することが望ましい。
【0009】Tiと少なくとも周期律表第4a,5a,
6a族元素(Tiを除く)の一種との炭化物、窒化物、
炭窒化物のいずれかを含有させたのは、このような化合
物により結合相が強化され、耐摩耗性、靱性が向上する
からである。この際、鉄族金属、特に、Ni、Coがあ
ると、固溶はより促進される。周期律表第4a,5a,
6a族元素としては、V,Cr,Zr,Nb,Mo,H
f,Ta,Wがある。
6a族元素(Tiを除く)の一種との炭化物、窒化物、
炭窒化物のいずれかを含有させたのは、このような化合
物により結合相が強化され、耐摩耗性、靱性が向上する
からである。この際、鉄族金属、特に、Ni、Coがあ
ると、固溶はより促進される。周期律表第4a,5a,
6a族元素としては、V,Cr,Zr,Nb,Mo,H
f,Ta,Wがある。
【0010】特に、Mo,Hfが望ましい。このような
化合物は焼結体中0.1〜80体積%、特には30〜5
0体積%含有することが望ましい。
化合物は焼結体中0.1〜80体積%、特には30〜5
0体積%含有することが望ましい。
【0011】残部に、TiB2 、AlN、〔Al2 O 3 、
鉄族金属、及び周期律表第4a,5a,6a族元素(T
iを除く)の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、の中
から選ばれる少なくとも一種を含む場合あり〕を含有し
たのは、これらの化合物は、いずれもcBN粒子を強固
に保持する作用を有し、これら自身が耐熱性に優れる性
質を有しているからである。
鉄族金属、及び周期律表第4a,5a,6a族元素(T
iを除く)の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、の中
から選ばれる少なくとも一種を含む場合あり〕を含有し
たのは、これらの化合物は、いずれもcBN粒子を強固
に保持する作用を有し、これら自身が耐熱性に優れる性
質を有しているからである。
【0012】また、残部に周期律表第4a,5a,6a
族元素(Tiを除く)の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼
化物のいずれかを含む場合、これが炭化物であれば耐摩
耗性が良好で、窒化物であれば高温での耐反応性、耐酸
化性を向上できる。また、炭窒化物の場合、これらの両
方の特性を有する。
族元素(Tiを除く)の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼
化物のいずれかを含む場合、これが炭化物であれば耐摩
耗性が良好で、窒化物であれば高温での耐反応性、耐酸
化性を向上できる。また、炭窒化物の場合、これらの両
方の特性を有する。
【0013】ところで、前記の如く、結合相を、Cuの
Kα1線を用いたX線回析測定で同一回析面で0.1〜
1.0度離れた二種類のB1型結晶構造のピークをも
ち、低角度側のピーク強度IL :高角度側のピーク強度
をIH としたとき、0<IL /IH <4としたのは、I
L /IH =0(IL =0)では、結合層の強化が不充分
であり、IL /IH <4としたのは、結合相中の著しく
進行した固溶相等により結合相が強度劣化するため、c
BN粒子脱落による耐摩耗性の低下及び靱性の低下によ
る耐欠損性の低下が生じるためである。特にIL /IH
は、0.2<IL/IH <2が望ましい。
Kα1線を用いたX線回析測定で同一回析面で0.1〜
1.0度離れた二種類のB1型結晶構造のピークをも
ち、低角度側のピーク強度IL :高角度側のピーク強度
をIH としたとき、0<IL /IH <4としたのは、I
L /IH =0(IL =0)では、結合層の強化が不充分
であり、IL /IH <4としたのは、結合相中の著しく
進行した固溶相等により結合相が強度劣化するため、c
BN粒子脱落による耐摩耗性の低下及び靱性の低下によ
る耐欠損性の低下が生じるためである。特にIL /IH
は、0.2<IL/IH <2が望ましい。
【0014】このような本願発明の立方晶窒化硼素質焼
結体の具体的な製造方法は、例えば、まず、原料粉末と
してcBN粉末と、TiC粉末、TiN粉末、TiCN
粉末とAl粉末と、V,Cr,Zr,Nb,Mo,H
f,Ta,Wの金属、炭化物、窒化物のうち少なくとも
一種の粉末、あるいは、これらに加えNi,Co,Co
O,Co3 O4 のうち少なくとも一種の粉末を準備し、
これらを特定の組成に秤量し、例えば超硬合金製のボー
ルミルで混合する。その後、必要があれば所定形状に成
形する。
結体の具体的な製造方法は、例えば、まず、原料粉末と
してcBN粉末と、TiC粉末、TiN粉末、TiCN
粉末とAl粉末と、V,Cr,Zr,Nb,Mo,H
f,Ta,Wの金属、炭化物、窒化物のうち少なくとも
一種の粉末、あるいは、これらに加えNi,Co,Co
O,Co3 O4 のうち少なくとも一種の粉末を準備し、
これらを特定の組成に秤量し、例えば超硬合金製のボー
ルミルで混合する。その後、必要があれば所定形状に成
形する。
【0015】成形にはプレス成形、射出成形、鋳込み成
形、押し出し成形等、周知の成形手段を用いることがで
きる。
形、押し出し成形等、周知の成形手段を用いることがで
きる。
【0016】次に上記成形体を、例えば、特公昭39−
8948号公報に開示されるように高温高圧で焼結す
る。即ち、圧力4GPa以上、温度1300℃以上で1
5〜16分間保持し、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体
を得る。圧力は4〜6GPaが好ましく、温度は130
0〜1800℃が好ましい。
8948号公報に開示されるように高温高圧で焼結す
る。即ち、圧力4GPa以上、温度1300℃以上で1
5〜16分間保持し、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体
を得る。圧力は4〜6GPaが好ましく、温度は130
0〜1800℃が好ましい。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。原
料粉末として、cBN粉末と、TiC粉末、TiN粉
末、TiCN粉末とAl粉末と、V,Cr,Zr,N
b,Mo,Hf,Ta,Wの金属、炭化物、窒化物のう
ち少なくとも一種の粉末、あるいは、これらに加えN
i,Co,CoO,Co3 O4 のうち少なくとも一種の
粉末を準備し、焼結体組成が表1,2に示す組成となる
ように秤量し、この粉体を超硬合金製のボールミルで6
時間混合した。
料粉末として、cBN粉末と、TiC粉末、TiN粉
末、TiCN粉末とAl粉末と、V,Cr,Zr,N
b,Mo,Hf,Ta,Wの金属、炭化物、窒化物のう
ち少なくとも一種の粉末、あるいは、これらに加えN
i,Co,CoO,Co3 O4 のうち少なくとも一種の
粉末を準備し、焼結体組成が表1,2に示す組成となる
ように秤量し、この粉体を超硬合金製のボールミルで6
時間混合した。
【0018】
【表1】
【0019】次に、混合した粉体を圧力1ton/cm
2 で加圧成形し、この成形体を、超高温高圧発生装置を
用いて、表1,2に示す圧力、温度で所定時間保持し、
焼成し、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体を得た。
2 で加圧成形し、この成形体を、超高温高圧発生装置を
用いて、表1,2に示す圧力、温度で所定時間保持し、
焼成し、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体を得た。
【0020】そして、立方晶窒化硼素焼結体を取り出し
て研削後、鏡面加工し、SEM(走査型電子顕微鏡)で
組織を観察した。そうしたところ、本発明品はいずれも
ポアのない緻密な組織を有していることが確かめられ
た。また、本発明品はいずれも、結合相が、CuのKα
1線を用いたX線回析測定で同一回析面で0.1〜1.
0度離れた二種類のB1型結晶構造のピークをもち、低
角度側のピーク強度IL:高角度側のピーク強度をIH
としたとき、0<IL /IH <4であったのに対し、そ
れ以外のものは、この範囲外であった。
て研削後、鏡面加工し、SEM(走査型電子顕微鏡)で
組織を観察した。そうしたところ、本発明品はいずれも
ポアのない緻密な組織を有していることが確かめられ
た。また、本発明品はいずれも、結合相が、CuのKα
1線を用いたX線回析測定で同一回析面で0.1〜1.
0度離れた二種類のB1型結晶構造のピークをもち、低
角度側のピーク強度IL:高角度側のピーク強度をIH
としたとき、0<IL /IH <4であったのに対し、そ
れ以外のものは、この範囲外であった。
【0021】次に、得られた焼結体に対し、荷重1Kg
fのマイクロビッカース硬度及びビッカース硬度用ダイ
ヤモンド圧子を用いた荷重20Kgfの圧痕法による破
壊靱性を測定した。
fのマイクロビッカース硬度及びビッカース硬度用ダイ
ヤモンド圧子を用いた荷重20Kgfの圧痕法による破
壊靱性を測定した。
【0022】さらに、これらの焼結体を用いて工具を作
製し、下記に示す条件で、連続切削試験と断続切削試験
を行った。これらの結果を表1に示す。
製し、下記に示す条件で、連続切削試験と断続切削試験
を行った。これらの結果を表1に示す。
【0023】(連続切削試験) 被削材 SKD11(H C60)、円筒材 切削速度 100m/min 切込み 0.5mm 送り 0.1mm/rev 切削時間 20min (断続切削時間) 被削材 SKD11(H C60)、5mm幅溝4本
入り円筒材 切削速度 100m/min 切込み 0.5mm 送り 0.1mm/rev 切削時間 5min 表1から明らかなように、本発明品のものはいずれも摩
耗量が0.150mm以下と小さく、また欠損も起こら
なかったことから、良好な耐摩耗性と耐欠損性を示して
いた。これに対して、本発明の範囲外のものは欠損する
か、あるいは欠損しなくとも摩耗量が0.200mm以
上と大きかった。
入り円筒材 切削速度 100m/min 切込み 0.5mm 送り 0.1mm/rev 切削時間 5min 表1から明らかなように、本発明品のものはいずれも摩
耗量が0.150mm以下と小さく、また欠損も起こら
なかったことから、良好な耐摩耗性と耐欠損性を示して
いた。これに対して、本発明の範囲外のものは欠損する
か、あるいは欠損しなくとも摩耗量が0.200mm以
上と大きかった。
【0024】
【発明の効果】叙上にように、本発明の立方晶窒化硼素
質焼結体によれば、立方晶窒化硼素を30〜95体積%
含有するとともに、残部が、Tiと少なくとも周期律表
第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)の一種との炭
化物、窒化物、炭窒化物のいずれかからなる結合相と、
/TiB2 、AlN、〔Al2 O 3 、鉄族金属、及び周期
律表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)の炭化
物、窒化物、炭窒化物、硼化物、の中から選ばれる少な
くとも一種を含む場合あり〕と、/不可避不純物とから
なり、且つ、前記結合相が、CuのKα1線を用いたX
線回析測定で同一回析面で0.1〜1.0度離れた二種
類のB1型結晶構造のピークをもち、低角度側のピーク
強度IL :高角度側のピーク強度をIH としたとき、0
<IL /IH<4となるようにしたことにより、耐摩耗
性および靱性に優れたcBN焼結体を得ることによりc
BN焼結体の耐摩耗性を損なわずに靱性を向上させるこ
とができた。
質焼結体によれば、立方晶窒化硼素を30〜95体積%
含有するとともに、残部が、Tiと少なくとも周期律表
第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)の一種との炭
化物、窒化物、炭窒化物のいずれかからなる結合相と、
/TiB2 、AlN、〔Al2 O 3 、鉄族金属、及び周期
律表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)の炭化
物、窒化物、炭窒化物、硼化物、の中から選ばれる少な
くとも一種を含む場合あり〕と、/不可避不純物とから
なり、且つ、前記結合相が、CuのKα1線を用いたX
線回析測定で同一回析面で0.1〜1.0度離れた二種
類のB1型結晶構造のピークをもち、低角度側のピーク
強度IL :高角度側のピーク強度をIH としたとき、0
<IL /IH<4となるようにしたことにより、耐摩耗
性および靱性に優れたcBN焼結体を得ることによりc
BN焼結体の耐摩耗性を損なわずに靱性を向上させるこ
とができた。
Claims (2)
- 【請求項1】 立方晶窒化硼素を30〜95体積%含有
するとともに、 残部が、Tiと少なくとも周期律表第4a,5a,6a
族元素(Tiを除く)の一種との炭化物、窒化物、炭窒
化物のいずれかからなる結合相と、 TiB2 、AlNと、不可避不純物とからなる立方晶窒
化硼素質焼結体において、 前記結合相が、CuのKα1線を用いたX線回析測定で
同一回析面で0.1〜1.0度離れた二種類のB1型結
晶構造のピークをもち、低角度側のピーク強度IL :高
角度側のピーク強度をIH としたとき、0<IL /IH
<4であることを特徴とする立方晶窒化硼素質焼結体。 - 【請求項2】 残部にAl2 O 3 、鉄族金属、及び周期律
表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)の炭化物、
窒化物、炭窒化物、硼化物、の中から選ばれる少なくと
も一種を含むことを特徴とする請求項1の立方晶窒化硼
素質焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8290910A JPH10139549A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 立方晶窒化硼素質焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8290910A JPH10139549A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 立方晶窒化硼素質焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10139549A true JPH10139549A (ja) | 1998-05-26 |
Family
ID=17762098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8290910A Pending JPH10139549A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 立方晶窒化硼素質焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10139549A (ja) |
-
1996
- 1996-10-31 JP JP8290910A patent/JPH10139549A/ja active Pending
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