WO2022168655A1

WO2022168655A1 - ｃＢＮ焼結体

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Publication number: WO2022168655A1
Application number: PCT/JP2022/002412
Authority: WO
Inventors: 雅大矢野
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2022-01-24
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2023-08-02
Also published as: JPWO2022168655A1; EP4289987A4; US20240318286A1; US12529127B2; JP7852175B2; EP4289987A1

Abstract

立方晶窒化硼素粒子と結合相を有するｃＢＮ焼結体であって、前記結合相は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎの1種以上を有するＴｉ－Ａｌ合金の他に、Ｔｉ２ＣＮ、ＴｉＢ２を含み、ＸＲＤにおける２θが４１．９°から４２．２°に出現するＴｉ２ＣＮのピーク強度をＩＴｉ２ＣＮとし、同２θが３９．０°から３９．３°に出現するＴｉ－Ａｌ合金のピーク強度をＩＴｉ－Ａｌとするとき、ＩＴｉ２ＣＮ／ＩＴｉ－Ａｌが２．０以上、３０．０以下であり、ＡＥＳによるＴｉとＢの元素マッピング画像において、Ｔｉ元素とＢ元素とが重なる箇所の平均アスペクト比が１．７以上、６．５以下であり、かつ、前記箇所の面積率が０．０２５％以上、０．１２０％以下である、ことを特徴とするｃＢＮ焼結体。

Description

ｃＢＮ焼結体

　本発明は、硬質複合材料である立方晶窒化硼素焼結体（以下、ｃＢＮということがある）に関する。本出願は、２０２１年２月２日に出願した日本特許出願である特願２０２１－１４８４５号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

　ｃＢＮ焼結体は、ダイヤモンドに比して硬度は劣るものの、Ｆｅ系やＮｉ系材料との反応性が低いため切削工具として用いられ、また、掘削工具の掘削チップとしても用いられている。

　ここで、掘削工具は、地面や岩盤を掘りうがつための工具である。一方、地中の岩石は、その成分や強度は均一ではなく、脆性材料である。そのため、切り込み削り取る性能を重視する切削加工とは異なり、掘削工具は、岩石を破壊するための衝撃や振動に耐え、さらに、この破壊した岩石を効率よく取り除くための回転に耐える必要がある。
　このような状況の下で、超硬合金、ｃＢＮ焼結体に対して、切削性能や掘削性能の改善のための提案がなされている。

　例えば、特許文献１には、平均粒径が０．５から３．５μｍの立方晶窒化硼素粒子が４５から７５体積％と平均粒径が５０から５００ｎｍのＴｉ硼化物が分散分布している結合相を有し、前記立方晶窒化硼素粒子の含有量Ｘ体積％と前記Ｔｉ硼化物の生成量Ｙ体積％との間には、（－０．０５ｘ＋４．５）≦Ｙ≦（－０．２Ｘ＋１８）を満足し、かつ、前記立方晶窒化硼素粒子に接していない前記Ｔｉ硼化物の割合が全ての前記Ｔｉ硼化物の１５から６５体積％であるｃＢＮ焼結体が記載され、該ｃＢＮ焼結体は、靭性に優れ、切削工具として用いると耐欠損性および耐摩耗性に優れるとされている。

　また、例えば、特許文献２には、体積で２５から９０％の立方晶窒化硼素および／またはウルツ鉱型窒化硼素を硬質相とし、残部の結合相が主成分をセラミックスとし、前記硬質相の粒子の表面にはＴｉを含んだ硼窒化物、硼炭化物、硼酸化物、硼窒酸化物、硼窒炭化物、硼炭酸化物，硼窒炭酸化物の少なくとも１種からなる第１層と、前記第１層の全表面にＡｌを含んだ硼窒化物、硼炭化物、硼酸化物、硼窒酸化物、硼窒炭化物、硼炭酸化物、硼窒炭酸化物の少なくとも１種からなる第２層が生成されているｃＢＮ焼結体が記載され、該ｃＢＮ焼結体は耐欠損性に優れているとされている。

　さらに、例えば、特許文献３には、ｃＢＮ粒子の第１相とチタン化合物を含むセラミックスバインダー相を有する自己焼結多結晶立方晶窒化硼素コンパクトにおいて、前記第１相が前記コンパクトの８０体積％超を占め、さらに、バインダー前駆体にＴｉ_２ＡｌＣを用いることによる導電性または半導電性を有するバインダー相を前記コンパクトが含むため放電加工による加工性に優れた高含有ｃＢＮ焼結体が記載され、該ｃＢＮ焼結体は鋳鉄および超硬合金の切削加工に適するとされている。

特許第５８０４４４８号公報特開平５－３１０４７４号公報特表２０１３－５３７１１６号公報

　本発明は、前記事情や前記提案を鑑みてなされたものであって、耐疲労摩耗性、耐アブレッシブ摩耗性に優れ、さらに掘削工具として用いても、岩石を破壊するための衝撃や振動による欠損などの損傷要因に対する耐性を有する硬質複合材料であるｃＢＮ焼結体を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るｃＢＮ焼結体は、
１）立方晶窒化硼素粒子と結合相を有し、
２）前記結合相は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎの1種以上を有するＴｉ－Ａｌ合金の他にＴｉ_２ＣＮ、ＴｉＢ_２を含み、
３）ＸＲＤにおける２θが４１．９°から４２．２°に出現するＴｉ_２ＣＮのピーク強度をＩ_{Ｔｉ２ＣＮ}とし、同２θが３９．０°から３９．３°に出現するＴｉ－Ａｌ合金のピーク強度をＩ_{Ｔｉ－Ａｌ}とするとき、Ｉ_{Ｔｉ２ＣＮ}／Ｉ_{Ｔｉ－Ａｌ}が２．０以上、３０．０以下であり、
４）オージェ電子分光法によるＴｉとＢの元素マッピング画像において、Ｔｉ元素とＢ元素とが重なる箇所の平均アスペクト比が１．７以上６．５以下であり、かつ、前記箇所の面積率が０．０２５％以上、０．１２０％以下である。

　前記ｃＢＮ焼結体は、耐疲労摩耗性、耐アブレッシブ摩耗性に優れ、さらに掘削工具として用いても、岩石を破壊するための衝撃や振動による欠損などの損傷要因に対する耐性を有する。

実施例１４のオージェ電子分光法による元素マッピングをもとにＴｉ元素とＢ元素の重なる箇所を模式的に示した図である。図１の重なる箇所を楕円近似した図である。

　本発明者は耐疲労摩耗性、耐アブレッシブ摩耗性に優れ、かつ、掘削工具として用いても、岩石を破壊するための衝撃や振動による欠損などの損傷要因に対する耐性を有するｃＢＮ焼結体を得るべく鋭意検討を行った。

　その結果、結合相に含まれるＴｉ_２ＣＮとＴｉ－Ａｌ合金のＸＲＤピークに所定の関係があり、かつ、結合相中のＴｉ元素とＢ元素とが重なる箇所の面積率が所定の範囲であり、かつ、前記箇所の平均アスペクト比が所定の範囲にあるとき、耐疲労摩耗性、耐アブレッシブ摩耗性に優れ、さらに、掘削工具として用いても、岩石を破壊するための衝撃や振動による欠損などの損傷要因に対する耐性を有するという知見を得た。

　以下では、本発明の実施形態に係るｃＢＮ焼結体について、掘削工具に適用した場合を中心に詳細に説明する。
　なお、本明細書、特許請求の範囲の記載において、数値範囲を「ＡからＢ」、「Ａ～Ｂ」（Ａ、Ｂは共に数値）と表現する場合、「Ａ以上、Ｂ以下」と同義であって、その範囲は上限値（Ｂ）と下限値（Ａ）を含むものである。また、上限値（Ｂ）のみに単位が記載されているとき、上限値（Ｂ）と下限値（Ａ）の単位は同じである。

１．立方晶窒化ほう素（ｃＢＮ）粒子
　ｃＢＮ粒子の平均粒径とｃＢＮ焼結体に占めるｃＢＮ粒子の含有量について説明する。

（１）平均粒径
　本実施形態で用いるｃＢＮ粒子の平均粒径は、特に限定されるものではないが、０．５μｍ以上、３０．０μｍ以下の範囲にあることがより好ましい。

　その理由は、ｃＢＮ粒子が焼結体内に含まれることにより耐欠損性が高められることに加えて、平均粒径が０．５μｍ以上、３０．０μｍ以下であれば、掘削工具として使用されても工具表面のｃＢＮ粒子が脱落して生じる刃先の凹凸形状を起点とする欠損、チッピングをより確実に抑制し、さらに、使用中に刃先に加わる応力により生じるｃＢＮ粒子と結合相との界面から進展するクラック、あるいはｃＢＮ粒子が割れて進展するクラックの伝播が確実に抑制され、より一層優れた耐欠損性を有することができるためである。

　ここで、ｃＢＮ粒子の平均粒径は、以下のとおりにして求めることができる。
　ｃＢＮ焼結体の断面を鏡面加工し、鏡面加工した面に対して走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下、ＳＥＭという）による組織観察を実施し、二次電子像を得る。次に、得られた画像内のｃＢＮ粒子の部分を画像処理にて抜き出し、画像解析より求めた各粒子の最大長を基に後述するように平均粒径を算出する。

　ここで、画像内のｃＢＮ粒子の部分を画像処理にて抜き出すにあたり、ｃＢＮ粒子と結合相とを明確に判断するため、画像は０を黒、２５５を白の２５６階調のモノクロで表示し、ｃＢＮ粒子部分の画素値のピーク値（ｖ）と結合相部分の画素値のピーク値（ｗ）に対して、（ｗ－ｖ）／２＋ｖで算出された値を閾値として２値化処理を行う。

　ｃＢＮ粒子部分の画素値を求めるための領域として、例えば、０．５μｍ×０．５μｍ程度の領域を選択し、少なくとも同一画像領域内から異なる３個所より求めた平均の値をｃＢＮ粒子の前述の画素値とすることが好ましい。そして、結合相部分の画素値を求めるための領域として、０．２μｍ×０．２μｍ程度から０．５μｍ×０．５μｍ程度の領域を選択し、同じく、同一画像領域内から少なくとも異なる３個所より求めた平均の値を結合相の前述の画素値のピーク値とすることが好ましい。

　なお、２値化処理後はｃＢＮ粒同士が接触していると考えられる部分を切り離すような処理、例えば、ウォーターシェッド（ｗａｔｅｒｓｈｅｄ）画像処理を用いて接触していると思われるｃＢＮ粒同士を分離する。

　前述の２値化処理後に得られた画像内のｃＢＮ粒子にあたる部分（黒の部分）を粒子解析し、求めた各ｃＢＮ粒子の最大長をそれぞれ各ｃＢＮ粒子の直径とする。最大長を求める粒子解析としては、１つのｃＢＮ粒子に対してフェレ径を算出することより得られる２つの長さから大きい長さの値を最大長とし、その値を各ｃＢＮ粒子の直径とする。

　各ｃＢＮ粒子をこの直径を有する理想球体と仮定して、計算より求めた体積を各粒子の体積として累積体積を求め、この累積体積を基に縦軸を体積百分率（％）、横軸を直径（μｍ）としてグラフを描画させ、体積百分率が５０％のときの直径をｃＢＮ粒子の平均粒径とする。これを３観察領域に対して行い、その平均値をｃＢＮ粒子の平均粒径（μｍ、この平均粒径をＤ５０という）とする。

　この粒子解析を行う際には、あらかじめＳＥＭにより分かっているスケールの値を用いて、１ピクセル当たりの長さ（μｍ）を設定しておく。観察領域として、ｃＢＮ粒子が領域の中に少なくとも３０個以上観察される領域、すなわち、ｃＢＮ粒子の平均粒径が３μｍ程度の場合、例えば、１５μｍ×１５μｍ程度の観察領域が好ましい。

（２）含有量
　ｃＢＮ焼結体に占めるｃＢＮ粒子の含有量（ｖｏｌ％）は、特に限定されるものではないが、６５．０ｖｏｌ％以上、９３．０ｖｏｌ％以下が好ましい。

　その理由は、６５．０ｖｏｌ％未満では、ｃＢＮ焼結体中に硬質物質（ｃＢＮ粒子）が少なく、例えば、掘削用工具として使用した場合に、耐欠損性が低下することがあり、一方、９３．０ｖｏｌ％を超えると、ｃＢＮ焼結体中にクラックの起点となる空隙が生成し、耐欠損性が低下することがあるためである。

　ｃＢＮ焼結体に占めるｃＢＮ粒子の含有量は、以下のとおりにして求めることができる。すなわち、ｃＢＮ焼結体の断面組織をＳＥＭによって観察し、得られた二次電子像内のｃＢＮ粒子の部分を画像処理によって抜き出し、画像解析によってｃＢＮ粒子が占める面積を算出する。これを少なくとも３観察領域に対して行い、求めた面積値の平均値をｃＢＮ粒子の含有量（ｖｏｌ％）とする。この画像処理に用いる観察領域として、ｃＢＮ粒子が領域の中に少なくとも３０個以上観察される領域、すなわち、ｃＢＮ粒子の平均粒径３μｍとなる場合は、例えば、１５μｍ×１５μｍ程度の観察領域が望ましい。

２．結合相
　結合相は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎの1種以上を有するＴｉ－Ａｌ合金の他に、Ｔｉ_２ＣＮ、ＴｉＢ_２が含まれることが好ましい。
　ここで、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎの1種以上とは、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎのどれか１種、または、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎのどれか２種、または、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎの３種（全て）のいずれかをいう。

　結合相に含まれるＴｉ_２ＣＮとＴｉ－Ａｌ合金について、そのＸＲＤピーク強度が所定の関係にあるとき、すなわち、
　ＸＲＤにおける２θが４１．９°から４２．２°に出現するＴｉ_２ＣＮのピーク強度をＩ_{Ｔｉ２ＣＮ}とし、同２θが３９．０°から３９．３°に出現するＴｉ－Ａｌ合金のピーク強度をＩ_ＴｉＡｌとするとき、ピーク強度の比、Ｉ_{Ｔｉ２ＣＮ}／Ｉ_ＴｉＡｌが２．０以上、３０．０以下が好ましい。ピーク強度の比がこの範囲にあるとき、耐摩耗性、耐アブレッシブ摩耗性に優れ、例えば、岩石掘削時の衝撃や振動による欠損などの損傷要因に対する耐性の高いｃＢＮ焼結体となる。

　その理由は、Ｉ_{Ｔｉ２ＣＮ}／Ｉ_ＴｉＡｌが２．０未満であると、ｃＢＮ焼結体中に過剰に存在するＴｉ－Ａｌ合金により、ｃＢＮ粒子がこのＴｉＡｌと反応して粗大なＴｉＢ_２を形成し、かつ、ＡｌＮが過剰に生成するため、このＴｉＢ_２とＡｌＮとが岩石掘削時等の破壊の起点となってしまい、一方、Ｉ_{Ｔｉ２ＣＮ}／Ｉ_ＴｉＡｌが３０．０より大きいとｃＢＮ焼結体中のＴｉ－Ａｌ合金が少なくなり、ｃＢＮ粒子と結合相との付着力の低下やｃＢＮ焼結体の靭性が低下してしまうためと考えられる。

　ここで、Ｔｉ_２ＣＮのピーク強度（Ｉ_{Ｔｉ２ＣＮ}）とＴｉ－Ａｌ合金のピーク強度（Ｉ_ＴｉＡｌ）は、ＣｕＫα線を用いたＸＲＤ測定により、ｃＢＮの１１１回折線のピークを２θ＝４３．３とし、このピーク位置（角度）を基準として、２θが４１．９°から４２．２°の間のピークをＴｉ_２ＣＮとし、２θが３９．０°から３９．３°のピークをＴｉ－Ａｌ合金として、バックグラウンドノイズ除去後、ピークサーチを行い、それぞれ、確認する。

　また、オージェ電子分光法（Ａｕｇｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：以下、ＡＥＳという）によるＴｉとＢの元素マッピング画像において、Ｔｉ元素とＢ元素とが重なる箇所があり、この重なる箇所のアスペクト比が１．７以上、６．５以下であり、かつ、その面積率が０．０２５％以上、０．１２０％以下であることが好ましい。
　この重なる箇所の一例として、図１に後述する実施例１４の焼結体の観察結果を示している。

　ここで、アスペクト比は、この図１に示す重なる箇所を画像解析により、図２に示すように楕円近似したとき、抽出された真円度が１の正円の部分を除いた箇所の平均アスペクト比（長辺の短辺に対する比の平均値）が１．７以上、６．５以下であることが好ましい。
　なお、真円度は４π×（面積）／（周長の２乗）であり、この値が１の場合を正円という。

　また、面積率とは、ＡＥＳの観察領域に占める前記真円度が１の正円の部分を除いた箇所の面積の和の割合であり、０．０２５％以上、０．１２０％以下であることが好ましい。

　平均アスペクト比を前記範囲とする理由は、１．７未満であるとｃＢＮ焼結体中に発生したクラックの進展をこの重なる箇所が十分に屈曲（屈折）させることできなくなって、ｃＢＮ焼結体の靭性が十分に向上せず、一方、６．５を超えるとｃＢＮ焼結体中に生じたクラックがこの箇所内を伝播し同様にｃＢＮ焼結体の靭性が十分に向上しないためである。

　面積率を前記範囲とする理由は、ＴｉとＢ元素が重なる箇所の面積率が０．０２５％未満であると、仮に、平均アスペクト比が１．７以上、６．５以下の範囲にあったとしても、ｃＢＮ焼結体中に発生したクラックの進展をこの重なる箇所が屈曲（屈折）させることが不十分となって、ｃＢＮ焼結体の靭性が十分に向上せず、一方、０．１２０％を超えると、この重なる箇所が伝播するクラックを屈曲させる確率は高くなるが、クラックを発生させる起点、すなわち疲労破壊の起点となりやすくなるためである。

　平均アスペクト比と面積率を画像解析によって算出するにあたり、焼結体中の少なくとも３箇所を観察し、画像処理する。求めた値の平均値を平均アスペクト比、面積率とする。画像処理に用いる観察領域として、ｃＢＮ粒子の平均粒径３μｍとなる場合は、例えば、５．０μｍ×３．５μｍ程度の観察領域が望ましい。

　以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
　立方晶窒化硼素粒子と結合相を有するｃＢＮ焼結体であって、
１）前記結合相は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎの1種以上を有するＴｉ－Ａｌ合金の他に、Ｔｉ_２ＣＮ、ＴｉＢ_２を含み、
２）ＸＲＤにおける２θが４１．９°から４２．２°に出現するＴｉ_２ＣＮのピーク強度をＩ_{Ｔｉ２ＣＮ}とし、同２θが３９．０°から３９．３°に出現するＴｉ－Ａｌ合金のピーク強度をＩ_{Ｔｉ－Ａｌ}とするとき、Ｉ_{Ｔｉ２ＣＮ}／Ｉ_{Ｔｉ－Ａｌ}が２．０以上、３０．０以下であり、
３）オージェ電子分光法によるＴｉとＢの元素マッピング画像において、Ｔｉ元素とＢ元素とが重なる箇所の平均アスペクト比が１．７以上、６．５以下であり、かつ、前記箇所の面積率が０．０２５％以上、０．１２０％以下である、
ことを特徴とするｃＢＮ焼結体。
（付記２）
　前記立方晶窒化硼素粒子の平均粒径が０．５μｍ以上、３０．０μｍ以下であることを特徴とする付記１に記載のｃＢＮ焼結体。
（付記３）
　前記立方晶窒化硼素粒子の平均含有量が６５．０ｖｏｌ％以上、９３．０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする付記１または付記２に記載のｃＢＮ焼結体。

　次に、実施例について記載する。ただし、本発明は、この岩石の切削を対象とした工具に適用した実施例に何ら限定されるものではない。

　本実施例は、以下の（１）～（３）の工程により製造した。なお、原料粉末には不可避的不純物が微量含まれていた。

（１）原料粉末の準備
　硬質原料として、表２に示すように焼結後の平均粒径が０．５から３５．０μｍとなるようにｃＢＮ原料を、結合相を構成する原料粉末として、Ｔｉ_２ＡｌＣおよびＴｉ_３ＡｌＣ_２原料を、それぞれ用意した。Ｔｉ_２ＡｌＣおよびＴｉ_３ＡｌＣ_２原料は、共に平均粒径が５μｍのものと５０μｍのものであった。

　また、結合相形成原料粉末としてＴｉＮ粉末（０．６）、ＴｉＣＮ粉末（０．６）、ＴｉＣ粉末（０．６）、ＴｉＡｌ_３粉末（０．４）、および、ＳｉＯ_２粉末（０．０２）、ＺｎＯ粉末（０．８）、ＭｇＯ粉末（０．８）を別途準備した。これら原料の配合組成を表１に示す。ここで、各粉末の名称の後の括弧内の数字は、平均粒径（Ｄ５０）であり、単位はμｍである。

（２）混合・仮熱処理
　これら準備した粉末のうちＳｉ、Ｍｇ、Ｚｎを含む粉末以外の粉末を、超硬合金で内張りされたボールミル容器内に超硬合金製のボールとアセトンと共に充填して混合した。混合時間は原料粉を細かく粉砕させないように、１時間であった。本実施例では行っていないが、超音波攪拌装置を用いて原料粉の凝集を解砕しながら混合することがより好ましい。

　次に、この混合された原料粉末を、１Ｐａ以下の真空雰囲気下で表２において「混合後の熱処理温度」と記載した温度で仮熱処理し、粉末表面から吸着水を蒸発させた。

　ここで、仮熱処理温度は、１Ｐａ以下の真空雰囲気下で２５０から９００℃が好ましい。その理由は、２５０℃未満であると、吸着水の蒸発が十分ではなく、超高圧高温焼結時にＴｉ_２ＡｌＣ、Ｔｉ_３ＡｌＣ_２が残存している水分と反応して、ＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３に分解し、一方、９００℃を超えると仮熱処理時にＴｉ_２ＡｌＣ、Ｔｉ_３ＡｌＣ_２が酸素と反応して同じくＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３に分解して、結合相中のＴｉ_２ＡｌＣ、Ｔｉ_３ＡｌＣ_２の含有量が減ってｃＢＮ焼結体の靭性が低下してしまうためである。

　続いて、それぞれ仮熱処理を行ったＳｉ、Ｍｇ、Ｚｎ元素を含む粉末以外の粉末と、ＳｉＯ_２、ＺｎＯ、ＭｇＯ粉末の１または２以上を、超硬合金で内張りされたボールミル容器内に超硬合金製のボールとアセトンと共に充填して混合した。混合時間は原料粉を細かく粉砕させないように、１時間であった。本実施例では行っていないが、この混合も超音波攪拌装置を用いて原料粉の凝集を解砕しながら混合することがより好ましい。

（３）成形、焼結
　次いで、得られた焼結体原料粉末から成形体を作製し、これを超高圧高温焼結装置に装入して、圧力：５ＧＰａ、温度：１６００℃で焼結することにより、表２に示す本発明のｃＢＮ焼結体（実施例焼結体という）１～２０を作製した。表２の各値は、前記した方法により測定したものである。ここで、ｃＢＮ粒子の平均粒径や含有割合は、ｃＢＮ粒子が観察領域の中に少なくとも３０個以上観察される観察領域を用い、その他の観察領域は、例示した大きさを用いて測定した。

　比較のために、比較例焼結体を作製した。原料粉末は、硬質原料として、表４に示すように焼結後の平均粒径が１．０から４．０μｍとなるようにｃＢＮ原料を、結合相を構成する原料粉末として、Ｔｉ_２ＡｌＣあるいはＴｉ_３ＡｌＣ_２を含む原料粉末を用意した。ここで、Ｔｉ_２ＡｌＣあるいはＴｉ_３ＡｌＣ_２原料は、各々平均粒径（Ｄ５０）５μｍと平均粒径（Ｄ５０）５０μｍであった（他の粉末は、実施例と同じ平均粒径であった）。これを表１や表３に示す組成の中でＳｉＯ_２粉末以外の粉末を、実施例と同様の条件でボールミルにより混合を行った。その後、これを１Ｐａ以下の真空雰囲気下で温度１００℃から１２００℃の範囲内の所定の温度で仮熱処理（表４では、「混合後の熱処理温度」と記載している）し、その後、表１や表３に示す組成となる量のＳｉＯ_２粉末を実施例と同様の条件で混合して得られた原料粉末から成形体を作製し、これを超高圧高温焼結装置に装入して、圧力：５ＧＰａ、温度：１６００℃で焼結することにより、表４に示す比較例のｃＢＮ焼結体（比較例焼結体という）１～８を作製した。表４の各値は、実施例と同様に求めたものである。

　表１において、　表１において、「－」は、含有していないことを示し、「＊」は、一部は比較例用結合相原料としても用いたことを示している。

　表２において、「＊」は、電子プローブマイクロアナライザー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏ　Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＥＰＭＡ）により、Ａｌ_２Ｏ_３の存在を確認したことを示している。

　表３において、「－」は、含有していないことを示している。

　表４において、「＊1」は、ＴｉＡｌ_３のＸＲＤによるピークは検出されなかったことを示し、「＊２」は、ＥＰＭＡにより、Ａｌ_２Ｏ_３の存在を確認したことを示している。

　次に、本発明焼結体１～１５および比較焼結体１～５から、それぞれ、ＩＳＯ規格ＲＮＧＮ０９０３００形状をもつ実施例工具１～２０（実施例１～２０という）と比較例工具１～８（比較例１～８という）を作製し、これらをＮＣ旋盤に取り付け、以下の湿式切削試験を行った。

　切削速度：１５０ｍ/ｍｉｎ
　切込量：０．３ｍｍ
　送り量：０．１ｍｍ/ｒｅｖ
　被削材：花崗岩(滝根産)　形状Φ１５０ｍｍ×２００ｍｍＬ
切削油材：水溶性切削油（株式会社ＭＯＲＥＳＣＯ製ネオクール）
　切削長（切削距離）が８００ｍのときの刃先の摩耗量と刃先の状態を確認した。ただし、切削長が１００ｍ毎に刃先を観察し、欠損の有無、摩耗量を測定し、摩耗量が２０００μｍを超えていればその時点で切削試験を中止した。結果を表５に示す。

　表５において、「＊」は、切削距離が１００ｍのときの状態を示している。

　表５から明らかなように、実施例は、いずれも摩耗量が少なくチッピングの発生がないことから、耐アブレッシブ摩耗性に優れ、さらに掘削工具として用いても、岩石を破壊するための衝撃や振動による欠損などの損傷要因に対する耐性を有する。これに対して、比較例は、いずれもわずかな切削長さで、欠損の発生、または高い摩耗量を示し、耐アブレッシブ摩耗性能は低く、欠損しやすいため掘削工具として用いることが困難である。

　前記開示した実施の形態はすべての点で例示にすぎず、制限的なものではない。本発明の範囲は前記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

　立方晶窒化硼素粒子と結合相を有するｃＢＮ焼結体であって、
１）前記結合相は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎの1種以上を有するＴｉ－Ａｌ合金の他に、Ｔｉ_２ＣＮ、ＴｉＢ_２を含み、
２）ＸＲＤにおける２θが４１．９°から４２．２°に出現するＴｉ_２ＣＮのピーク強度をＩ_{Ｔｉ２ＣＮ}とし、同２θが３９．０°から３９．３°に出現するＴｉ－Ａｌ合金のピーク強度をＩ_{Ｔｉ－Ａｌ}とするとき、Ｉ_{Ｔｉ２ＣＮ}／Ｉ_{Ｔｉ－Ａｌ}が２．０以上、３０．０以下であり、
３）オージェ電子分光法によるＴｉとＢの元素マッピング画像において、Ｔｉ元素とＢ元素とが重なる箇所の平均アスペクト比が１．７以上、６．５以下であり、かつ、前記箇所の面積率が０．０２５％以上、０．１２０％以下である、
ことを特徴とするｃＢＮ焼結体。