(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＢＮ成形体を製造するためのＣＢＮ粒子、粉末状の第二硬質相、及び粉末状の結合剤相を含む粉末組成物を製造する方法において、
チタン窒化物、チタン炭窒化物、チタン炭化物である前記第二硬質相と前記結合剤相とを焼結炭化タングステン・ボールを使用した摩擦ミルによって粉砕して微細混合物を生成する工程、
前記微細混合物にＣＢＮ粒子を添加して混合物とする工程、及び、
前記混合物を焼結炭化タングステン・ボールを使用した摩擦ミルによって粉砕して粉末組成物を生成する工程を含む、粉末組成物を製造する方法。
【請求項２】
前記第二硬質相と前記結合剤相との摩擦ミルによる粉砕が、固体対液体の体積比が１６％未満で、かつ、スラリー対粉砕媒体の体積比が６０％未満で行われる、請求項１に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項３】
前記微細混合物と前記ＣＢＮ粒子との摩擦ミルによる粉砕が、固体対液体の体積比が１６％を超えて、かつ、スラリー対粉砕媒体の体積比が６０％を超えて行われる、請求項１又は請求項２に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項４】
前記粉末組成物中のＣＢＮ粒子の体積が４０〜７５％である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項５】
前記粉末組成物中のＣＢＮ粒子の体積が４５〜６５％である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項６】
前記粉末組成物中のＣＢＮ粒子の平均粒径が１０μｍよりも小さくなっている、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項７】
前記粉末組成物中のＣＢＮ粒子の平均粒径が５μｍよりも小さくなっている、請求項６に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項８】
前記粉末組成物が、４０〜７５体積％のＣＢＮ粒子、第４、５、又は６族遷移金属の窒化物、炭窒化物、又は炭化物を含む化合物からなる第二硬質相、及び結合剤相を含む、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項９】
前記粉末組成物中のＣＢＮ粒子が、少なくとも平均粒径の異なる二つの粒子群から構成されている、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項１０】
ＣＢＮ粒子が、平均粒径の異なる二つの粒子群から構成されている、請求項９に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項１１】
平均粒径の小さい粒子群の平均粒径の範囲が０．１〜２μｍであり、平均粒径の大きい粒子群の平均粒径の範囲が０．３〜５μｍである、請求項９又は請求項１０に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項１２】
平均粒径の大きいＣＢＮ粒子群対平均粒径の小さい粒子群の含有量の比が、５０：５０〜９０：１０である、請求項９〜請求項１１のいずれか１項に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項１３】
前記遷移金属がチタンである、請求項８〜請求項１２のいずれか１項に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項１４】
前記結合剤相が、前記第二硬質相の５〜３０重量％の量で存在する、請求項８〜請求項１３のいずれか１項に記載の粉末組成物を製造する方法。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の粉末組成物を製造する方法により製造された組成物を、ＣＢＮ成形体の製造に適するように温度及び圧力を上昇させた条件に付すことによって製造されたＣＢＮ成形体。
【請求項１６】
請求項１５に記載のＣＢＮ成形体を含む工具インサート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立方晶系窒化硼素研磨材成形体の製造で用いるのに適した粉末組成物の製造、特に摩耗抵抗が増大し、欠損抵抗が増大した成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化硼素は、典型的には三種類の結晶形態、即ち、立方晶系(cubic)窒化硼素（ＣＢＮ）、六方晶系窒化硼素（ｈＢＮ）、及びウルツ鉱型立方晶系窒化硼素（ｗＢＮ）で存在する。立方晶系窒化硼素はダイヤモンドの構造に類似した構造を有する窒化硼素の固い閃亜鉛鉱型をしている。ＣＢＮ構造では、原子間に形成された結合が強く、即ち、共有四面体結合である。ＣＢＮの製造方法は当分野でよく知られている。そのような方法の一つは、ｈＢＮをアルカリ金属、アルカリ土類金属、鉛、錫、及びそれらの金属の窒化物を含めた特定の触媒添加剤物質を存在させて非常に高い圧力及び温度にかけることである。温度及び圧力が低下した後、ＣＢＮを回収することができる。
【０００３】
ＣＢＮは、機械加工用具等で広い商業的用途を有する。それは砥石車、切削工具等の研磨材粒子として用いることもでき、或いは慣用的電気メッキ法を用いて工具挿入体を形成するため、工具本体に結合することができる。
【０００４】
ＣＢＮは、ＣＢＮ成形体のような結合した形態で用いることもできる。ＣＢＮ成形体は良好な研磨材耐久性を有する傾向があり、熱安定性を持ち、大きな熱伝導度、良好な衝撃抵抗、及び鉄含有金属と接触している時に小さい摩擦係数を有する。
【０００５】
ダイヤモンドは、ＣＢＮよりも固いことが知られている唯一の物質である。しかし、ダイヤモンドは鉄のような或る材料と反応する傾向があるため、鉄含有金属と一緒に作業する場合には用いることができず、従って、そのような場合にはＣＢＮを使用することが好ましい。
【０００６】
ＣＢＮ成形体は、ＣＢＮ粒子の焼結物体を含む。ＣＢＮ含有量が成形体の８０体積％を超えると、かなりの量のＣＢＮ対ＣＢＮ（ＣＢＮ−ｔｏ−ＣＢＮ）接触及び結合が存在する。ＣＢＮ含有量が低くなると、例えば、成形体の４０〜６０体積％の領域になると、直接ＣＢＮ対ＣＢＮ接触及び結合の度合いは低くなる。
【０００７】
ＣＢＮ成形体は、一般に結合相、例えば、アルミニウム、珪素、コバルト、ニッケル、及びチタンも含有するであろう。
【０００８】
成形体のＣＢＮ含有量が７０体積％より低くなると、一般に別の硬質相、第二相が存在し、それはセラミックの性質を持つことがある。適当なセラミック硬質相の例は、第４、５、又は６族遷移金属（新しいＩＵＰＡＣ図表による）の炭化物、窒化物、硼化物、及び炭窒化物、酸化アルミニウム、及び炭化タングステンのような炭化物、及びそれらの混合物である。マトリックスは、ＣＢＮを除いた組成物中の全ての成分を構成する。
【０００９】
ＵＳ６，３１６，０９４では、焼結前にマトリックス材料とＣＢＮとを混合するのに種々の混合技術、例えば、超音波混合、ボールミリング(ball milling)、及び摩擦粉砕機を用いた粉砕が用いられている。摩擦粉砕機を用いた粉砕は、他の殆どの混合方法と比較して低下した工具寿命を与える結果になると主張している。
【００１０】
ＣＢＮ成形体は、工具挿入体又は工具を形成するのに工具本体に直接結合してもよい。しかし、多くの用途では、成形体を基体／支持体材料に結合し、支持された成形構造体を形成し、次にその支持された成形構造体を工具本体に結合するのが好ましい。基体／支持体材料は、典型的には、コバルト、ニッケル、鉄、又はそれらの混合物又は合金のような結合剤で一緒に結合された焼結金属炭化物(cemented metal carbide)である。金属炭化物粒子は、タングステン、チタン、又はタンタルの炭化物粒子又はそれらの混合物を含むことがある。
【００１１】
ＣＢＮ成形体及び支持された成形構造体を製造するための既知の方法は、ＣＢＮ粒子の未焼結物体を高温及び高圧条件に、即ち、ＣＢＮが結晶学的に安定である条件に適当な時間付すことが含まれる。粒子の結合を促進するため、結合剤相を用いてもよい。用いられる高い温度及び圧力（ＨＴＨＰ）の典型的な条件は、１１００℃以上の範囲の温度及び２ＧＰａ以上の程度の圧力である。それらの条件を維持する時間は、典型的には約３〜１２０分である。
【００１２】
焼結したＣＢＮ成形体は、基体があってもなくても、使用される特定の切削又は穿孔工具の希望の大きさ及び／又は形に屡々切断され、次にろう付け技術を用いて工具本体に取付ける。
【００１３】
ＣＢＮ成形体は、表面硬化鋼、ボールベアリング鋼、及び全硬化工学的鋼のような硬化鋼の最終的加工のための切削工具を製造するのに広く用いられている。切削速度、供給及び切削深さ、のような使用条件の外に、ＣＢＮ工具の性能は、加工片の幾何学的形態、特に「連続的切削」のような分野で知られている長時間加工片と工具が一定にかみ合っているか否か、或いは工具が、一般に「間欠的切削」(interrupted cutting)のような分野で知られている間欠的方法で加工片とかみ合っているか否かに依存することが一般に知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
加工片の幾何学的形態に依存して、ＣＢＮ工具は、一つの処理サイクル内で連続的及び間欠的の両方の切削を受けるのが普通であり、更に、連続的切削対間欠的切削の比率は、その現場によって広く変化する。この分野での広範な研究により、これらの異なった切削方式が、工具の切削刃を含むＣＢＮ材料に非常に異なった要求を課すことになることが発見されている。主な問題は、工具が破損又は欠損することにより破滅して駄目になる傾向があり、工具は切削速度を増大して一層生産性を大きくすることが市場で益々要求されてきていることにより悪化し、従って、短い工具寿命を有することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、ＣＢＮ成形体を製造するのに適した粉末組成物で、ＣＢＮ粒子、粉末第二硬質相、及び粉末結合剤相を含む該組成物を製造する方法は、前記第二硬質相及び結合剤相を摩擦粉砕(attrition milling)してそれら成分の微細混合を生成させる工程、前記微細混合物にＣＢＮ粒子を添加する工程、及びその混合物を摩擦粉砕する工程を含む。好ましくは、粉末第二相と粉末結合剤相との摩擦粉砕は、低粘度摩擦粉砕段階であり、微細混合物とＣＢＮ粒子との粉砕は、高粘度摩擦粉砕段階である。
【００１６】
摩擦粉砕し、乾燥した後の粉末混合物は、真空熱処理にかけて汚染物質を最小限にしてから、その組成物をＣＢＮ成形体を形成するのに必要な上昇させた温度及び圧力条件に付すのが好ましい。
【００１７】
組成物中に存在するＣＢＮの体積は、４０〜７５％であるのが好ましく、一層好ましくは４５〜６５％である。ＣＢＮの平均粒径は、通常１０μｍより小さく、好ましくは５μｍより小さい。
【００１８】
第二硬質相は、第４、５、又は６族（新しいＩＵＰＡＣ図表による）遷移金属の窒化物、炭窒化物、又は炭化物を含む化合物からなるのが好ましい。窒化物、炭窒化物、又は炭化物の金属はチタンであるのが好ましい。第二硬質相は、準化学量論的(substoichiometric)になっていてもよい。その場合、それは、結合剤相、例えば、アルミニウムと予め反応させてもよい。それは化学量論的第二硬質相と遷移金属アルミニウム化物との反応生成物及び未反応結合剤相をもたらすであろう。
【００１９】
結合剤相は、当分野で知られているどのようなものでもよく、アルミニウム、及び場合により珪素、鉄、ニッケル、コバルト、チタン、タングステン、ニオブ、及びモリブデンから選択された他の元素の一種類以上からなっているのが好ましく、それらはアルミニウム結合剤と合金化されていてもよく、化合又は固溶体に形成されていてもよい。結合剤相は、第二硬質相の約５〜３０重量％の量で存在するのが典型的である。
【００２０】
摩擦粉砕は、一般に焼結炭化タングステン・ボールを使用して行われるであろう。そのようなボールを使用することは、粉末組成物中に幾らかの炭化タングステンを入れる効果を有する。一般に、炭化タングステンの含有量は、粉末組成物の３体積％を超えないであろう。
【００２１】
ＣＢＮは、単一峰型、即ち、全てのＣＢＮ粒子が同様な平均粒径を持っていてもよく、或は多峰型、即ち、ＣＢＮ混合物が少なくとも二つの平均粒径を有する粒子を有する。ＣＢＮが多峰型である場合、ＣＢＮは双峰型であるのが好ましく、即ち、ＣＢＮは二つの平均粒径を有する粒子からなる。双峰型ＣＢＮについては、細かい方の粒子の平均粒径範囲は、通常約０．１〜約２μｍであり、粗い方の粒子の平均粒径範囲は通常約０．３〜約５μｍである。粗いＣＢＮ粒子対細かい粒子の含有量の比は、典型的には、５０：５０〜９０：１０である。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、ＣＢＮ成形体は、上に記載した方法により生成させた組成物を、そのような成形体を製造するのに適した上昇させた温度及び圧力条件にかけることにより製造する。そのような上昇させた条件は、ＣＢＮが結晶学的に安定な条件であり、当分野で知られている。
【００２３】
組成物を、上昇させた温度及び圧力条件を適用する前に、基体の表面上に乗せてもよい。基体は、一般に焼結金属炭化物基体であろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、ＣＢＮ、第二硬質相、及び結合剤相を含むＣＢＮ成形体を製造するのに用いられる出発材料、即ち、粉末組成物の製造に関する。この方法は二段階の摩擦粉砕を含む。第一は、第二硬質相と結合剤相との摩擦粉砕である。第二は、前記第一摩擦粉砕の微粒子混合物にＣＢＮ粒子を添加し、次にその混合物を摩擦粉砕することである。
【００２５】
粉砕及び分散の手段として一般的粉砕は当分野でよく知られている。セラミック粉末の粉砕で用いられている一般的粉砕技術には、慣用的ボールミル及び回転ボールミル、プラネタリボールミル、及び摩擦ボールミル、及び振動又は撹拌ボールミルが含まれる。慣用的ボールミリング(ball milling)では、エネルギー入力は、粉砕媒体の大きさ及び密度、粉砕ポットの直径、及び回転速度によって決定される。その方法ではボールが転がることが必要なので、回転速度、従ってエネルギーは限られている。慣用的ボールミリングは、粒子強度が小さいものから中程度のものまでの粉末の粉砕に良く適している。粉末を約１μｍ以上の最終的粒径まで粉砕しなければならない場合には、慣用的ボールミリングを用いるのが典型的である。
【００２６】
プラネタリボールミルでは、粉砕ポットのプラネタリ運動により、重力加速度の２０倍までの加速が可能であり、緻密な媒体を用いた場合、慣用的ボールミリングに比較して実質的に一層大きなエネルギーを粉砕で与えることができる。この技術は、中程度の強度の粒子を約１μｍの最終的粒径まで粉砕するのに良く適している。
【００２７】
摩擦ミル(attrition mill)は、垂直か又は水平の形態で高速度で回転する撹拌器を具えた閉じた粉砕室からなる。用いられる粉砕媒体は０．２〜１５ｍｍの粒径範囲にあるのが典型的であり、粉砕が目的である場合、粉砕媒体は高密度を有する焼結炭化物であるのが典型的である。小さな直径の高密度媒体と組合せた撹拌器の大きな回転速度により、大きなエネルギーが与えられる。更に、摩擦粉砕での大きなエネルギーは、スラリーに大きな剪断を与える結果になり、それは非常に成功した粉末の同時分散又は混合を与える。摩擦粉砕は他の言及した方法よりも焼結成形体に一層微細な粒子及び一層よい材料の均一性を達成する。
【００２８】
摩擦粉砕を「二段階」式処理で用いた場合には特にそのようになり、それにより粉末第二相及び粉末結合剤相を、好ましくは低粘度方式で摩擦粉砕を用いて粉砕し、典型的にはナノ粒径の粒子、一般に約２００〜約５００ｎｍの平均粒径を有する粒子からなる微細混合物を生成させる。得られた微細混合物とＣＢＮ粒子とを更に第二段階として摩擦粉砕に好ましくは高粘度方式で掛け、その段階では混合作用が増大しており、均質で微細な混合物を生ずる驚く程効率的な粉末の粉砕と混合の組合せを与える結果になる。
【００２９】
本発明の別の態様は、その二段階摩擦粉砕法が、典型的には焼結炭化物である粉砕媒体の制御された摩耗量を与えることである。粉砕媒体の摩耗はかなりの量、典型的には３重量％未満の焼結炭化物をＣＢＮ粉末混合物中へ導入することになるであろう。
【００３０】
低粘度方式では、固体対液体体積比は低く（１６％未満）、スラリー対粉砕媒体（例えば、粉砕用ボール）の体積比は６０％未満に維持されるのが典型的である。これらの設定は、第二硬質相及び結合剤相粒子の粒径減少効果を、粉砕媒体の摩耗量を制御すると共に増大する状態を生ずる。
【００３１】
高粘度方式では、固体対液体体積比は１６％より大きいのが典型的であり、スラリー対粉砕媒体の体積比は６０％より大きいのが典型的である。これらの設定は、ＣＢＮ粒子が第二硬質相及び結合剤相粒子と均質に混合され、一つの操作型で驚く程効率的な粉末の粉砕及び混合の組合せを与える結果になる状態を生ずる。
【００３２】
「二段階」摩擦粉砕法を用いる利点は、非常に微細な出発材料が典型的に得られることである。微細な第二硬質相及び結合剤相粒子は、大きな比表面積、従って、ＣＢＮと第二硬質相粒子との間の非常に良好な焼結をもたらす反応性を有するので好ましい。同様に、第二硬質相粒子の粒径が小さいと、それらに大きな比表面積を与え、従って、第二硬質相粒子間に同様に良好な結合を与える。この大きな比表面積効果は、必要な靭性を犠牲にすることなく、最終構造体に大きな強度を与える。更に、第二硬質相粒子の粒径が小さいことは、一層均質な成形体を与える結果になり、そのことは、成形体を工具挿入体の形成に用いた場合、その工具挿入体の性能を一層よくする結果になるのが典型的である。
【００３３】
ＣＢＮとマトリックス相、即ち、ＣＢＮ以外の全ての相との高度に均質な分布の利点は、ＣＢＮ粒子の分布にある。マトリックス中のＣＢＮの分布は、ＣＢＮ成形体の耐摩耗性、高温特性、及び熱伝導度を増大するのはそのＣＢＮであるので、極めて重要である。従って、成形体中のＣＢＮの効果は、ＣＢＮ粒子がマトリックス内に均質に分布している場合に最大になる。ＣＢＮとマトリックス相との分布は、ＵＳ６，３１６，０９４に記載されているような方法を用い、マトリックス相の平均自由行程又は厚さの平均値を測定し、その測定の標準偏差を用いて定量化することができる。平均自由行程の値が大きく、標準偏差の値が大きいことは、成形体マトリックス内のＣＢＮの分布が良くないことを示している。
【００３４】
結合剤相の平均自由行程又は厚さは、次のようにして測定された。
【００３５】
ＣＢＮ成形体の研磨表面を走査電子顕微鏡を用いて分析した。ＣＢＮの推定平均粒径により適当な倍率で後方散乱電子像を取った。次に収集した画像を電気的に処理し、画像中のＣＢＮ粒子を同定し、残余の相をマトリックス（非ＣＢＮ）相として同定した。次に直線（１ピクセルの厚さ）を画像に重複させ、それらの線上の二つのＣＢＮ粒子間の交差距離を測定した。典型的には、９０，０００の測定をどの与えられた試料についても行なった。次にそれらから平均値及び標準偏差を計算した。
【００３６】
ＣＢＮは、多峰型粒子、即ち、少なくとも二つの型のＣＢＮ粒子で、それらの平均粒径が互いに異なる粒子を含むのが好ましいであろう。「平均粒径」とは、粒子の大部分が特定の粒径に近く、その特定の粒径から隔たった粒子の数は僅かであることを意味する。粒子分布のピークが特定の粒径を有するであろう。例えば、平均粒径が２μｍであると、定義により２μｍより大きな粒子が幾らかあるが、粒子の大部分は粒径が約２μｍの所にあり、粒子分布のピークは２μｍ近辺にあるであろう。
【００３７】
多峰型、好ましくは双峰型のＣＢＮを組成物に用いると、予め焼結した組成物中に存在する必須の粒径(critical size)の欠陥が起きる可能性を減少するように、マトリックスを確実に微細に分割することができる。このことは、組成物から製造された成形体の靭性及び強度の両方にとって有利である。小さな粒径、典型的には、０．５μｍより小さいマトリックス材料を得ることは、予め処理する間の機械的手段により、特に第二硬質相、アルミニウム、他の結合剤金属及び付随的不純物の第一の好ましくは低い粘度での摩擦粉砕段階により達成される。予め焼結した組成物／出発材料中の炭化タングステンは上記粉砕処理で導入されるのが典型的である。
【００３８】
一般に、二段階摩擦粉砕後のＣＢＮを含む粉末組成物の主要(bulk)酸素含有量は、実質的に増大した比表面積により、ボールミリング、プラネタリボールミリング、及び他の低エネルギー粉砕法後のものよりも大きく、それは粒子の周りに薄い酸化物層を形成する結果になる。或る量の酸素は、真空熱処理により後で減少することができ、幾らかは反応してＡｌ２Ｏ３のような安定な酸化物を形成する。これらの酸化物は、マトリックス内の結晶粒微細化剤として通常働き、高圧及び高温焼結中、第二硬質相粒子の粒子成長を防止／減少する。
【００３９】
焼結炭化タングステンから作られたボール及びポットを含めた粉砕媒体を用いた摩擦粉砕の更に別の利点は、それが極めて微細でよく分布した焼結炭化タングステンを粉末混合物中に取り込む結果になることである。高圧及び高温焼結中、これらの粒子は結晶粒成長抑制剤としても働く。
【００４０】
予め焼結した組成物で必要な粒径を達成するため、摩擦粉砕を、真空炉中での数時間の熱処理と共に使用すると、予め焼結した成形体中の汚染物及び主要酸素含有量を実質的に減少する。
【００４１】
ＣＢＮ成形体を生成させるのに必要な上昇させた温度及び圧力の典型的な条件は、当分野でよく知られている。これらの条件は、約２〜６ＧＰａの範囲の圧力及び約１１００℃〜 約２０００℃の範囲の温度である。本発明に特に都合のよいことが判明している条件は、約４〜約６ＧＰａ及び約１２００〜約１６００℃の範囲に入る。
【００４２】
本発明の方法により製造された組成物を用いて製造したＣＢＮ成形体は、高度のＸＲＤピーク幅拡大を示す第二硬質相を含むものが典型的である。第二硬質相の（小さい回折角度での）ＸＲＤピーク幅拡大は、この第二硬質相が摩擦粉砕法に起因する非常に微細な粒径を有し、化学性の変動を含むこともあることを示している。第二硬質相の特徴は、第二硬質相材料の主要なＸＲＤピークの半値幅（ＦＷＨＭ）測定を用いて決定された。
【００４３】
典型的な双峰型分布中の非常に微細なＣＢＮ粒子は、明らかに上述の上昇させた温度及び圧力条件での焼結中の粒子界面を留めることにより、マトリックス材料の結晶粒成長を抑制する更に別の利点を与える。
【００４４】
本発明の組成物から製造した成形体は、肌焼き鋼及びボールベアリング鋼のような焼き入れ鋼の連続的、僅かに中断された、及び中程度から重度に中断される機械加工で特に用途を有する。
【００４５】
本発明を次に単に例として次の実施例を参照して記述するが、本発明は、それらに限定されるものではない。これらの実施例全ての中で上述したような低粘度摩擦粉砕を、第二硬質相及び結合剤相を摩擦粉砕するために用い、上に記載した高粘度摩擦粉砕をＣＢＮ含有混合物を粉砕するために用いた。
【実施例】
【００４６】
実施例１
ＴｉＣ０．８粉末をＡｌ粉末と混合し、この場合、ＴｉＣ０．８とＡｌ粉末との重量比は９０：１０であった。その粉末混合物を真空中で１０２５℃へ３０分間加熱し、次に破砕し、粉砕した。粉末混合物をヘキサンを用いて４時間摩擦粉砕した。固体対液体比を１４．３体積％に維持した。平均粒径１．２μｍのＣＢＮ粉末を混合物中に５０体積％のＣＢＮに達する比率で添加し、次にその混合物を更に１時間摩擦粉砕した。固体対液体体積比を２０体積％に維持した。摩擦粉砕後、スラリーを真空中で乾燥し、圧粉体に成形した。
【００４７】
粉砕した粉末は、摩擦粉砕前及び後の粉砕媒体の重量差により測定して、粉砕媒体からの炭化タングステンを約２．０１重量％含んでいた。
【００４８】
その材料を５５キロバール及び１３００℃で焼結し、ＣＢＮ成形体を形成した。このＣＢＮ成形体のＸ線分析は、２θが平均値０．３９４°で、炭化チタン（１１１）及び（２００）面についてＦＷＨＭピーク幅拡大効果を示していた。
【００４９】
比較例１：ボールミリング対摩擦粉砕
材料１Ａ：
ＴｉＣ０．８粉末をＡｌ粉末と混合し、この場合、ＴｉＣ０．８とＡｌとの重量比は９０：１０であった。その粉末混合物を真空中で１０２５℃へ３０分間加熱し、次に破砕し、粉砕した。次に粉末混合物をヘキサンを用いて４８時間ボールミルにかけた。平均粒径１．２μｍのＣＢＮ粉末を混合物中に５０体積％のＣＢＮに達する比率で添加し、その混合物を更に２０時間ボールミルにかけた。ボールミリング後、スラリーを真空中で乾燥し、圧粉体に成形した。
【００５０】
その材料を５５キロバール及び１３００℃で焼結し、ＣＢＮ成形体を形成した。このＣＢＮ成形体のＸ線分析は、炭化チタン（１１１）及び（２００）面の二つのピークから、２θが平均０．３６０°で、ＦＷＨＭピーク幅拡大を示していた。
【００５１】
このＣＢＮ成形体と、例１で製造した成形体（今後材料１Ｂとして言及する）を分析し、次に機械加工試験にかけた。
【００５２】
Ｘ線回折分析により、焼結材料（材料１Ａ及び材料１Ｂ）は、ＣＢＮ及びＴｉＣ（化学量論的）の外に、ＴｉＢ２、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、及びＷＣを含んでいる。
【００５３】
記載した画像分析法を用いて測定したＣＢＮ粒子間の平均距離（平均自由行程）は、材料１Ｂについては０．７５μｍで、標準偏差は０．８５μｍであり、材料１Ａについては平均自由行程は１．５１μｍで、標準偏差は１．９７μｍであった。このことは、材料１Ｂ中のＣＢＮ粒子は、材料１Ａよりもマトリックス（非ＣＢＮ相）内に一層均一に分布していることを示している。
【００５４】
焼結した成形体は、両方共ワイヤーＥＤＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ；放電加工）を用いて切断し、ＳＮＭＮ０９０３０８  Ｓ０２０２０の標準挿入体型に研磨した。６２ＨＲＣのＳＡＥ１００Ｃｒ６鋼を、１５０ｍ／分及び１８０ｍ／分の切削速度、０．１ｍｍ／回転の供給速度、及び０．２ｍｍの切削深さを用いて連続的に機械加工した。丸型鋼棒は、６０ｍｍの長さ及び４１ｍｍの直径を持っていた。切削刃が刃の破損又は欠損により駄目になるまで切削試験を続けた。全切削距離を、切削工具の性能を示すものとして測定した。過度の側面摩耗の結果として駄目になった試験工具は一つもなかった。
【００５５】
材料１Ａ及び材料１Ｂの切削性能を、１５０ｍ／分の切削速度で上述の機械加工試験を用いて評価した。材料１Ａは平均１１９４ｍしか持続しなかったのに対し、材料１Ｂは平均２３６１ｍ持続し、それは材料１Ａの性能のほぼ２倍であることが判明した。
【００５６】
１８０ｍ／分の切削速度で機械加工試験を繰り返し、切削工具材料の性能を、上に記載した方法を用いて評価した。材料１Ａは、切削距離として平均８２０ｍしか成し遂げられなかったのに対し、材料１Ｂは平均１９４４ｍを成し遂げた。
【００５７】
実施例２
Ｔｉ（Ｃ０．５Ｎ０．５）０．８粉末をＡｌ粉末と混合し、この場合、Ｔｉ（Ｃ０．５Ｎ０．５）０．８とＡｌ粉末との重量比は９０：１０であった。その粉末混合物を真空中で１０２５℃へ３０分間加熱し、次に破砕し、粉砕した。粉末混合物をヘキサンを用いて４時間摩擦粉砕した。固体対液体比を１５．３体積％に維持した。平均粒径０．７μｍのＣＢＮ粉末を混合物中に５０体積％のＣＢＮに達する比率で添加し、次にその混合物を更に１時間摩擦粉砕した。固体対液体体積比を１８．３体積％に維持した。摩擦粉砕後、スラリーを真空中で乾燥し、圧粉体に成形した。
【００５８】
粉砕した粉末は、摩擦粉砕前及び後の粉砕媒体の重量差により測定して、摩擦粉砕からの炭化タングステンを約１．１重量％含んでいた。
【００５９】
その材料を５５キロバール及び１３００℃で焼結し、ＣＢＮ成形体を形成した。このＣＢＮ成形体のＸ線分析は、２θの平均値０．５７４°で、炭窒化チタン（１１１）及び（２００）面についてＦＷＨＭピーク幅拡大効果を示していた。
【００６０】
比較例２：ボールミリング対摩擦粉砕
材料２Ａ：
Ｔｉ（Ｃ０．５Ｎ０．５)０．８粉末をＡｌ粉末と混合し、この場合、Ｔｉ（Ｃ０．５Ｎ０．５)０．８とＡｌ粉末との重量比は９０：１０であった。その粉末混合物を真空中で１０２５℃へ３０分間加熱し、次に破砕し、粉砕した。次に粉末混合物をヘキサンを用いて４８時間ボールミルに掛けた。平均粒径０．７μｍのＣＢＮ粉末を混合物中に５０体積％のＣＢＮに達する比率で添加し、その混合物を更に２０時間ボールミルに掛けた。ボールミリング後、スラリーを真空中で乾燥し、圧粉体に成形した。
【００６１】
その材料を５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び１３００℃で焼結し、ＣＢＮ成形体を形成した。このＣＢＮ成形体のＸ線分析は、２θの平均値が０．４３６°で、炭窒化チタン（１１１）及び（２００）面についてＦＷＨＭピーク幅拡大効果を示していた。
【００６２】
このＣＢＮ成形体と、例２のＣＢＮ成形体（今後材料２Ｂとして言及する）を分析し、次に機械加工試験にかけた。
【００６３】
Ｘ線回折分析により、焼結材料（材料２Ａ及び材料２Ｂ）は、ＣＢＮ及びＴｉ（Ｃ０．５Ｎ０．５)の外に、ＴｉＢ２、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、及びＷＣを含んでいる。
【００６４】
記載した画像分析法を用いて測定したＣＢＮ粒子間の平均距離（ＭＦＰ）は、材料１Ｂについて０．４μｍで、標準偏差は０．４３μｍであり、材料１Ａについては平均距離は０．４９μｍであり、標準偏差は０．６μｍであった。このことは、材料１Ｂ中のＣＢＮ粒子は、材料１Ａ中よりもマトリックス（非ＣＢＮ相）内に一層均一に分布していることを示している。
【００６５】
これらの材料を、６１ＨＲＣの１００Ｃｒ６ボールベアリング鋼の連続的仕上げ強回転(finish hard turning)で試験した。試験は、次の切削条件で行われた：
切削速度、ｖｃ（ｍ／分）：    ２００
切削深さ（ｍｍ）：            ０．１５
供給、ｆ（ｍｍ）：            ０．１０
挿入体の幾何学的形態：        ＳＮＭＮ０９０３０８  Ｔ０１０２０
（刃の半径、ｒ０＝１０−１５ｊ−ｉｍ）
【００６６】
丸型鋼棒は、２０ｍｍの長さ及び４０．６ｍｍの直径を持っていた。工具の「浸漬」時間は、１回通過(pass)当たり７．２秒であった。６通過毎に切削工具を調べた。全ての切削工具は、過度の側面摩耗よりもむしろ刃欠損／破損の結果として駄目になることが認められた。平均して２Ｂは損傷する前に全切削距離として９３７ｍをやり遂げたのに対し、材料２Ａは僅か３７４ｍで駄目になった。
【００６７】
実施例３
平均粒径１．４μｍの準化学量論的炭窒化チタン粉末、Ｔｉ（Ｃ０．３Ｎ０．７）０．８を、平均粒径５μｍのＡｌ粉末と混合した。Ｔｉ（Ｃ０．３Ｎ０．７）０．８とＡｌとの質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物をチタンカップ中にプレスし、圧粉体を形成し、真空中で１０２５℃へ３０分間加熱し、次に破砕し、粉砕した。その粉末混合物を次に４時間摩擦粉砕した。粉砕の第一段階では固体対液体比を１５．１体積％に維持した。平均粒径が０．７μｍの約３０重量％のＣＢＮ及び平均粒径が２μｍの残余のＣＢＮを含むＣＢＮ粉末混合物を、６０全体積％のＣＢＮが得られるような或る量でスラリーに添加した。ＣＢＮ含有スラリーを、摩擦粉砕を用いて１時間粉砕混合した。粉砕の第二段階では固体対液体比を１８．３体積％に維持した。スラリーを真空中で乾燥し、圧粉体へ成形し、５５キロバール（５．５ＧＰａ）で約１３００℃で焼結し、ＣＢＮ成形体を形成した。
【００６８】
粉砕した粉末は、摩擦粉砕前及び後の粉砕媒体の重量差により測定して、摩擦粉砕からの炭化タングステンを約１．３重量％含んでいた。
【００６９】
このＣＢＮ成形体のＸ線分析は、２θの平均値０．６３１°で、炭窒化チタン（１１１）及び（２００）面についてＦＷＨＭピーク幅拡大効果を示していた。
【００７０】
記載した画像分析法を用いて測定した焼結ＣＢＮ材料中のＣＢＮ粒子間の平均距離（ＭＦＰ）は、０．５５μｍであり、標準偏差は０．５７μｍであった。
【００７１】
実施例４
平均粒径１．４μｍの準化学量論的炭窒化チタン粉末、Ｔｉ（Ｃ０．５Ｎ０．５）０．８を、平均粒径５μｍのＡｌ粉末と混合した。Ｔｉ（Ｃ０．５Ｎ０．５）０．８とＡｌとの質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物をチタンカップ中にプレスし、圧粉体を形成し、真空中で１０２５℃へ３０分間加熱し、次に破砕し、粉砕した。その粉末混合物を次に４時間摩擦粉砕した。粉砕の第一段階では固体対液体比を１２．８体積％に維持した。
【００７２】
平均粒径が０．７μｍの約３０重量％のＣＢＮ及び平均粒径が１．４μｍの残余のＣＢＮを含むＣＢＮ粉末混合物を、５５全体積％のＣＢＮが得られるようにスラリーに添加した。そのＣＢＮ含有スラリーを、摩擦粉砕を用いて１時間粉砕混合した。粉砕の第一段階では固体対液体比を１７．４体積％に維持した。スラリーを真空中で乾燥し、圧粉体へ成形し、次に５５キロバール（５．５ＧＰａ）で約１３００℃で焼結し、ＣＢＮ成形体を形成した。
【００７３】
粉砕した粉末は、摩擦粉砕前及び後の粉砕媒体の重量差により測定して、摩擦粉砕からの炭化タングステンを約１．７重量％含んでいた。
【００７４】
このＣＢＮ成形体のＸ線分析は、２θの平均値０．５９６°で、炭窒化チタン（１１１）及び（２００）面についてＦＷＨＭピーク幅拡大効果を示していた。
【００７５】
記載した画像分析法を用いて測定した焼結ＣＢＮ材料中のＣＢＮ粒子間の平均距離（ＭＦＰ）は、０．５２μｍであり、標準偏差は０．５２μｍであった。