(57)【要約】【課題】高い曲げ強度を有する立方晶窒素化ホウ素複合多結晶体およびその製造方法ならびに当該多結晶体を備えた切削工具、耐摩工具および研削工具を提供する。【解決手段】立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、粒状の立方晶窒化ホウ素１と、層状の窒化ホウ素３とを有する。層状の窒化ホウ素３は、粒状の立方晶窒化ホウ素１と接し、かつ板状の窒化ホウ素２が積層されたものである。板状の窒化ホウ素２は立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の少なくともいずれかを含む。板状の窒化ホウ素２の面積は全表面積に対して面積比で７０％以上である。【選択図】図１
2014080321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の立方晶窒化ホウ素と、
前記粒状の立方晶窒化ホウ素と接し、かつ板状の窒化ホウ素が積層された層状の窒化ホウ素とを備え、
前記板状の窒化ホウ素は立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の少なくともいずれかを含み、
前記板状の窒化ホウ素の面積は全表面積に対して面積比で７０％以上である、立方晶窒化ホウ素複合多結晶体。
【請求項２】
前記立方晶窒化ホウ素とは結晶構造の異なる窒化ホウ素をさらに備え、
前記結晶構造の異なる窒化ホウ素の含有率は０．１体積％以上である、請求項１に記載の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体。
【請求項３】
前記結晶構造の異なる窒化ホウ素はウルツ鉱型窒化ホウ素である、請求項２に記載の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体。
【請求項４】
前記結晶構造の異なる窒化ホウ素は圧縮型六方晶窒化ホウ素である、請求項２に記載の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体。
【請求項５】
抗折力が１．５ＧＰａ以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を備える、切削工具。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を備える、耐摩工具。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を備える、研削工具。
【請求項９】
出発物質として常圧型窒化ホウ素を準備する工程と、
温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、Ｔ＜２００Ｐ−７００を満たす温度および圧力条件において、前記常圧型窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素とウルツ鉱型窒化ホウ素とに直接変換させると同時に焼結させる工程とを備えた、立方晶窒化ホウ素複合多結晶体の製造方法。
【請求項１０】
前記出発物質は、Ｘ線回折法における黒鉛化指数が５未満である、請求項９に記載の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立方晶窒化ホウ素複合多結晶体およびその製造方法ならびに当該立方晶窒化ホウ素複合多結晶を備える切削工具、耐摩工具および研削工具に関し、特に鉄系材料の切削工具および耐摩工具に有用な立方晶窒化ホウ素複合多結晶体およびその製造方法ならびに当該立方晶窒化ホウ素複合多結晶を備える切削工具、耐摩工具および研削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削工具や耐摩工具として用いられる立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）焼結体には、焼結助剤あるいは結合材としてＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｃｏなどが用いられている。これらは、ｃＢＮ粉末を焼結助剤や結合材とともに４〜５ＧＰａ程の圧力下で焼結することで得られる。この焼結体には１０〜４０％ほどのバインダーが含まれており、このバインダーが、焼結体の強度、耐熱性、熱拡散性に大きく影響を与え、特に鉄系材料を切削する場合に、刃先の欠損や亀裂が生じやすく、工具としての寿命が短くなる。
【０００３】
工具寿命を長くする手法として、バインダーを含まずにｃＢＮ焼結体を製造する方法が知られている。この方法では、ホウ窒化マグネシウムなどの触媒を用いた六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）を原料とし、これを反応焼結させる。この方法ではバインダーを含まないため、ｃＢＮ同士が強く結合しており熱伝導率が６〜７Ｗ／ｃｍ℃と高くなる。そのため、該ｃＢＮ焼結体は、ヒートシンク材やＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）ボンディングツールなどに用いられている。しかし、この焼結体の中には触媒がいくらか残留しているため、熱を加えると触媒とｃＢＮとの熱膨張差による微細クラックが入りやすい。このため、その耐熱温度は７００℃程度と低く、切削工具としては大きな問題となる。また、粒径が１０μｍ前後と大きいため、熱伝導率が高いものの、強度は弱く、負荷の大きい切削には耐えられない。
【０００４】
一方、ｈＢＮなどの常圧型ＢＮを超高圧高温下で、直接変換焼結させることによってもｃＢＮ焼結体は得られる。たとえば、特開昭４７−３４０９９号公報（特許文献１）や特開平３−１５９９６４号公報（特許文献２）にｈＢＮを超高圧高温下で、ｃＢＮに変換させｃＢＮ焼結体を得る方法が示されている。
【０００５】
また、熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）を原料とし、ｃＢＮ焼結体を得る方法がある。例えば特公昭６３−３９４号公報（特許文献３）や特開平８−４７８０１号公報（特許文献４）に示されている。この方法では７ＧＰａ、２１００℃以上の厳しい条件が必要である。
【０００６】
上記の条件よりマイルドな圧力６ＧＰａ、１１００℃という条件でｃＢＮ焼結体を得る方法が特公昭４９−２７５１８号公報（特許文献５）に記載されている。この方法では原料であるｈＢＮの粒子を３μｍ以下にするため、ｈＢＮが数％程度の酸化ホウ素不純物や吸着ガスを含む。したがって、これら不純物や吸着ガスの影響により、焼結が十分に進行せず、また、酸化物を含むために硬度、強度、耐熱性が低くなり、切削工具および耐摩工具として用いることができない。
【０００７】
上記の問題を解決するために、低結晶性の六方晶窒化ホウ素を原料とし、６〜７ＧＰａ、１５５０〜２１００℃の条件で合成する方法が特開平１１−２４６２７１号公報（特許文献６）に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭４７−３４０９９号公報
【特許文献２】特開平３−１５９９６４号公報
【特許文献３】特公昭６３−３９４号公報
【特許文献４】特開平８−４７８０１号公報
【特許文献５】特公昭４９−２７５１８号公報
【特許文献６】特開平１１−２４６２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この方法で合成されたｃＢＮ多結晶体では結晶粒径が５００ｎｍ程度であり、微細加工用途の切削工具や耐摩工具には向かない。一方、温度を制御し、ｃＢＮ多結晶体の粒径を小さくした場合、微細加工用途に使うことが可能である。しかし、粒径を小さくすることで強度が低くなり、曲げに対する強度が弱くなるという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、高い曲げ強度を有する立方晶窒素化ホウ素複合多結晶体およびその製造方法ならびに当該多結晶体を備えた切削工具、耐摩工具および研削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、温度をＴ（℃）とし、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、Ｔ＜２００Ｐ−７００を満たす温度および圧力条件において、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素に直接変換させることにより、微粒で粒状の立方晶窒化ホウ素の間に、比較的粗い板状の窒化ホウ素が層状に積み重なった窒化ホウ素が分散し、かつ板状の窒化ホウ素の面積が全表面積に対して面積比で７０％以上の多結晶体とすることで、高い曲げ強度を有する立方晶窒素化ホウ素複合多結晶体が得られることを見出した。
【００１２】
本発明に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体は、粒状の立方晶窒化ホウ素と、層状の窒化ホウ素とを有する。層状の窒化ホウ素は、粒状の立方晶窒化ホウ素と接し、かつ板状の窒化ホウ素が積層されたものである。板状の窒化ホウ素は立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の少なくともいずれかを含む。板状の窒化ホウ素の面積は全表面積に対して面積比で７０％以上である。これにより、高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を得ることができる。
【００１３】
上記の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体において好ましくは、立方晶窒化ホウ素とは結晶構造の異なる窒化ホウ素をさらに有する。結晶構造の異なる窒化ホウ素の含有率は０．１体積％以上である。これにより、より高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を得ることができる。
【００１４】
上記の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体において好ましくは、結晶構造の異なる窒化ホウ素はウルツ鉱型窒化ホウ素である。これにより、より高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を得ることができる。
【００１５】
上記の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体において好ましくは、結晶構造の異なる窒化ホウ素は圧縮型六方晶窒化ホウ素である。これにより、より高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を得ることができる。
【００１６】
上記の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体において好ましくは、抗折力が１．５ＧＰａ以上である。これにより、抗折力が１．５ＧＰａ以上であるような高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を得ることができる。
【００１７】
本発明に係る切削工具は上記の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を有している。これにより、高い曲げ強度を有する切削工具を得ることができる。
【００１８】
本発明に係る耐摩工具は上記の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を有している。これにより、高い曲げ強度を有する耐摩工具を得ることができる。
【００１９】
本発明に係る研削工具は上記の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を有している。これにより、高い曲げ強度を有する研削工具を得ることができる。
【００２０】
本発明に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体の製造方法は以下の工程を有している。出発物質として常圧型窒化ホウ素が準備される。温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、Ｔ＜２００Ｐ−７００を満たす温度および圧力条件において、常圧型窒化ホウ素が立方晶窒化ホウ素とウルツ鉱型窒化ホウ素とに直接変換させると同時に焼結される。これにより、高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を得ることができる。また、高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を安定してかつ低価格で得ることができる。さらに、試料ごとの特性のバラツキも小さくなる。
【００２１】
上記の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体の製造方法において好ましくは、出発物質は、Ｘ線回折法における黒鉛化指数が５未満である。これにより、効率的に高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を得ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高い曲げ強度を有する立方晶窒素化ホウ素複合多結晶体およびその製造方法ならびに当該立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を備えた切削工具、耐摩工具および研削工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶の表面を概略的に示す平面模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶の板状の窒化ホウ素の形状を概略的に示す斜視模式図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶の構成を概略的に示す断面模式図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶の板状の窒化ホウ素の積層状態の例を概略的に示す斜視模式図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶の板状の窒化ホウ素の積層状態の例を概略的に示す斜視模式図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶の板状の窒化ホウ素の積層状態の例を概略的に示す斜視模式図である。
【図７】実施例および比較例の立方晶窒化ホウ素複合多結晶の製造方法における温度と圧力との関係を示す図である。
【図８】実施例２に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶の表面状態を示すＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本実施の形態について図１〜図６を用いて説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、粒状の立方晶窒化ホウ素１と、板状の窒化ホウ素２が積層された層状の窒化ホウ素３とを有している。板状の窒化ホウ素２の大部分は立方晶窒化ホウ素であるが、板状の窒化ホウ素２はウルツ鉱型窒化ホウ素を含んでいても構わない。つまり、板状の窒化ホウ素２は立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の少なくともいずれかを含んでいる。また、本実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、焼結助剤や触媒を含まない実質的に高圧相窒化ホウ素のみからなる多結晶体である。
【００２５】
板状の窒化ホウ素２が積層された層状の窒化ホウ素３は、図１に示すように、粒状の立方晶窒化ホウ素１と接し、粒状の立方晶窒化ホウ素１の中に分散するように存在している。本実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素多結晶体１０における板状の窒化ホウ素２の面積は全表面積に対して面積比で７０％以上である。好ましくは、板状の窒化ホウ素２の面積は全面積に対して面積比で７２％以上である。
【００２６】
図２を参照して板状の窒化ホウ素について説明する。「板状」とは、長手方向の長さ（長辺の長さａ）が短手方向の長さ（短辺の長さｂ）の３倍以上であり、厚みｔが長辺および短辺の長さよりも小さい形状である。なお、短辺とは長辺に対してほぼ垂直な方向の長さの最大値である。
【００２７】
図３〜図６を参照して、板状の窒化ホウ素２の積層状態を模式的に説明する。まず図３を参照して、層状の窒化ホウ素３は、板状の窒化ホウ素２が積層されたものである。板状の窒化ホウ素２は粒状の立方晶窒化ホウ素１と接しているが、粒状の立方晶窒化ホウ素と接していない板状の窒化ホウ素２があっても構わない。
【００２８】
図４を参照して、層状の窒化ホウ素３は、板状の窒化ホウ素２が、当該板状の窒化ホウ素２の結晶の最大面積を有する面の法線方向に積層されていても構わない。当該法線方向は、立方晶窒化ホウ素の（１１１）方向であっても構わない。図４においては、板状の窒化ホウ素２の結晶の最大面積を有する面のほぼ全てが重なっている。図５を参照して、板状の窒化ホウ素２の結晶の最大面積を有する面の一部が重なって層状の窒化ホウ素３が形成されてもよい。図６を参照して、板状の窒化ホウ素２が板状の窒化ホウ素の長辺方向に積層されて層状の窒化ホウ素３が形成されていてもよいし、短辺方向に積層されて層状の窒化ホウ素３が形成されてもよい。
【００２９】
再び図１を参照して、板状の窒化ホウ素２の各々は、短手方向に沿ってずれた位置において最大面積を有する面の法線方向に重なっていてもよい。また板状の窒化ホウ素２が積層された層状の窒化ホウ素３の各々は、互いに交差する方向に延在していてもよい。
【００３０】
本実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素多結晶体１０においては、層状の窒化ホウ素３が全表面積の大半（面積比で７０％以上）を占めているため、曲げ試験のように立方晶窒化ホウ素多結晶体１０に対して負荷がかかった場合、層状の窒化ホウ素３が支えの役割を果たし強度が高くなる。そのため、本実施の形態の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、高い曲げ強度を有する。具体的には、本実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素多結晶体１０の曲げ強度の指標の一つである抗折力はたとえば１．５ＧＰａ以上であり、好ましくは１．６ＧＰａ以上である。それゆえ、本実施の形態の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、高負荷が必要とされる切削工具、耐摩工具および研削工具などに好適に使用可能である。より具体的には、当該立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、切削バイト、ダイスやマイクロ工具などの精密工具の材料として使用可能である。
【００３１】
立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、立方晶窒化ホウ素とは結晶構造の異なる窒化ホウ素をさらに有していても構わない。立方晶窒化ホウ素と結晶構造の異なる窒化ホウ素とは、例えば、ウルツ鉱型窒化ホウ素や圧縮型六方晶窒化ホウ素などである。つまり、立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、少量のウルツ鉱型窒化ホウ素を含んでいてもよいし、少量のウルツ鉱型窒化ホウ素と圧縮型六方晶窒化ホウ素を含んでいてもよい。立方晶窒化ホウ素とは結晶構造の異なる窒化ホウ素の含有率は、たとえば０．１体積％以上である。好ましくは、当該含有率は０．８体積％以上である。なお、立方晶窒化ホウ素と結晶構造の異なる窒化ホウ素が２種類以上存在する場合、当該含有率とは全ての種類の窒化ホウ素の合計値である。
【００３２】
ウルツ鉱型窒化ホウ素および圧縮型六方晶窒化ホウ素は、粒状結晶であってもよいし、板状結晶であってもよい。また、粒状の立方晶窒化ホウ素１の平均粒径は５００ｎｍ以下であることが好ましく、２９１ｎｍ以下であることがより好ましい。また、立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は不可避不純物をさらに含んでいてもよい。不可避不純物とは、たとえば窒素、水素、酸素などである。
【００３３】
次に、本実施の形態の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体の製造方法について説明する。
まず、出発物質として常圧型窒化ホウ素である常圧型六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）を準備する。六方晶窒化ホウ素は、高結晶性であることが好ましい。ここでいう原料の高結晶性とは、Ｘ線回折法における黒鉛化指数（ＧＩ値）が５未満のことを指す。ＧＩ値とは、ｈＢＮのＸ線回折の３本のピーク、すなわち（１００）、（１０１）、（１０２）のピークの面積を以下の数式１に導入することによって導き出される値である。ここで、Ｉ（ＸＸＸ）はｈＢＮ結晶の（ＸＸＸ）面の回折ピークの面積のことである。ｈＢＮの結晶性が向上するとＧＩ値は小さくなる。
【００３４】
【数１】
2014080321.tif 000003
【００３５】
結晶性が低くなると（つまり黒鉛化指数が高くなると）、ｈＢＮからｃＢＮへの拡散型転位となるので、ｗＢＮが生成されない傾向があり、かつ板状組織（板状の窒化ホウ素２）が生成されない傾向がある。拡散型転位は原子拡散と格子の組み換えを伴うので、当該転位の場合は粒状組織が形成される。それゆえ、黒鉛化指数を低く（つまり５未満）にすることで、板状組織の形成を促進することができると考えられる。
【００３６】
次に、高結晶性のｈＢＮ原料を超高圧高温発生装置を用いて、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素に変換させると同時に焼結させる。具体的には、温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、Ｔ＜２００Ｐ−７００を満たす温度および圧力条件において、常圧型窒化ホウ素である六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素とウルツ鉱型窒化ホウ素とに直接変換させると同時に焼結させる。好ましい温度条件は１５００℃以上２２００℃以下である。好ましい圧力条件は１３ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下である。本実施の形態では、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加なしに直接的にｈＢＮが高圧相ＢＮ（立方晶窒化ホウ素やウルツ鉱型窒化ホウ素）に変換焼結される。
【００３７】
なお、本実施の形態の製造方法においては、六方晶窒化ホウ素の全てを立方晶窒化ホウ素に変換させる必要はない。たとえば、六方晶窒化ホウ素の一部が立方晶窒化ホウ素に変換され、残りがウルツ鉱型窒化ホウ素や圧縮型六方晶窒化ホウ素に変換されてもよい。
【００３８】
本発明の高強度ｃＢＮ多結晶体を製造するために重要なことは、合成圧力と合成温度である。合成圧力が高い程層状組織が増え、合成温度が高い程粒成長に伴い層状組織が消えてしまう。そのため、合成圧力と合成温度のバランスが重要となる。ｃＢＮ結晶の粒成長を抑制し、かつ層状のｃＢＮを残す温度は圧力により異なる。
【００３９】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、粒状の立方晶窒化ホウ素１と、層状の窒化ホウ素３とを有する。層状の窒化ホウ素３は、粒状の立方晶窒化ホウ素１と接し、かつ板状の窒化ホウ素２が積層されたものである。板状の窒化ホウ素２は立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の少なくともいずれかを含む。板状の窒化ホウ素２の面積は全表面積に対して面積比で７０％以上である。これにより、高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０を得ることができる。
【００４０】
また本実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、立方晶窒化ホウ素とは結晶構造の異なる窒化ホウ素をさらに有する。結晶構造の異なる窒化ホウ素の含有率は０．１体積％以上である。これにより、より高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０を得ることができる。
【００４１】
さらに本実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、結晶構造の異なる窒化ホウ素はウルツ鉱型窒化ホウ素または圧縮型六方晶窒化ホウ素である。これにより、より高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を得ることができる。
【００４２】
さらに本実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、抗折力が１．５ＧＰａ以上である。これにより、抗折力が１．５ＧＰａ以上であるような高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０を得ることができる。
【００４３】
本実施の形態に係る切削工具は上記の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０を有している。これにより、高い曲げ強度を有する切削工具を得ることができる。
【００４４】
本実施の形態に係る耐摩工具は上記の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０を有している。これにより、高い曲げ強度を有する耐摩工具を得ることができる。
【００４５】
本実施の形態に係る研削工具は上記の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０を有している。これにより、高い曲げ強度を有する研削工具を得ることができる。
【００４６】
本実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体の製造方法によれば、出発物質として常圧型窒化ホウ素が準備される。温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、Ｔ＜２００Ｐ−７００を満たす温度および圧力条件において、常圧型窒化ホウ素が立方晶窒化ホウ素とウルツ鉱型窒化ホウ素とに直接変換させると同時に焼結される。これにより、高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０を得ることができる。また、高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０を安定してかつ低価格で得ることができる。さらに、試料ごとの特性のバラツキも小さくなる。
【００４７】
また本実施の形態に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体の製造方法によれば、出発物質は、Ｘ線回折法における黒鉛化指数が５未満である。これにより、効率的に高い曲げ強度を有する立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０を得ることができる。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明の実施例について説明する。
実施例１〜４に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を以下の方法で作製した。まず、出発原料として市販のペレット状のＧＩ値が３．６の高結晶性のｈＢＮを使用した。その出発原料を高融点金属からなるカプセルに入れ、超高圧高温発生装置を用いて以下の圧力、温度条件下において２０分間保持し、出発原料をｃＢＮとウルツ鉱型窒化ホウ素とに直接変換した。実施例１の圧力条件を１３ＧＰａとし、温度条件を１７００℃とした。実施例２の圧力条件を１５ＧＰａとし、温度条件を２２００℃とした。実施例３の圧力条件を１８ＧＰａとし、温度条件を１５００℃とした。実施例４の圧力条件を２０ＧＰａとし、温度条件を２０００℃とした。
【００４９】
比較例１に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を以下の方法で作製した。まず、出発原料として市販のペレット状のＧＩ値が３．８の高結晶性のｈＢＮを使用した。その出発原料を高融点金属からなるカプセルに入れ、超高圧発生装置で７．７ＧＰａの圧力を発生させ、２３００℃の温度で１５分間保持し、ｃＢＮに直接変換した。
【００５０】
比較例２、３に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体を以下の方法で作製した。まず、出発原料として市販のペレット状のＧＩ値が３．７の高結晶性のｈＢＮを使用した。その出発原料を、高融点金属からなるカプセルに入れ、超高圧高温発生装置を用いて以下の圧力、温度条件下において２０分間保持し、出発原料をｃＢＮに直接変換した。比較例２の圧力条件を１０ＧＰａとし、温度条件を２４００℃とした。比較例３の圧力条件を１１ＧＰａとし、温度条件を１８００℃とした。
【００５１】
上述した製造方法によって得られた実施例１〜４および比較例１〜３の立方晶窒化ホウ素多結晶体１０の組成、粒状組織（粒状結晶）の平均粒径、板状組織（板状結晶）の割合および抗折力を下記の手法で測定した。
【００５２】
各相の組成は、Ｘ線回折装置により各相を同定することにより得られた。この装置のＸ線の線源はＣｕであり、波長１．５４ÅのＫα線である。
【００５３】
粒状結晶（粒状の立方晶窒化ホウ素１）の平均粒径は、走査電子顕微鏡によって測定した。平均粒径を求める方法として切断法を使用した。この方法では、まず走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の画像に円を書き、円の中心から８本の直線を放射状に円の外周まで引き、円の中で直線が結晶粒界を横切る数を数える。そして、直線の長さをその横切る数で割ることで平均切片長さを求め、その平均切片長さに１．１２８をかけると平均結晶粒径が求められる。
【００５４】
切断法を用いるのに使用したＳＥＭ画像の倍率は３００００倍である。その理由は、これ以下の倍率では、円内の粒の数が多くなり、粒界が見えにくく数え間違いが発生する上に、線を引く際に板状組織を含める可能性が高くなるからである。また、これ以上の倍率では、円内の粒の数が少な過ぎて、正確な平均粒径が算出できないからである。
【００５５】
本実験においては、１つの試料に対して、別々の箇所を撮影した３枚のＳＥＭ画像を使用した。それぞれのＳＥＭ画像に対して切断法を使用して、その平均値を平均粒径とした。
【００５６】
また、板状組織（板状の窒化ホウ素２）の割合は、倍率３０００倍のＳＥＭ画像を用いて、板状組織の面積と粒状組織の面積を比較することで測定した。それより倍率が高いと粒状組織のみの場所を選ぶ可能性があり、それより低いと粒界が良く見えなくなり、粒状組織と板状組織を区別できなくなるからである。
【００５７】
実施例および比較例の曲げ強度は、抗折力（ＴＲＳ；Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｒｕｐｔｕｒｅ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を測定することで比較した。抗折力の測定は、まず試料を６×３×０．７ｍｍのサイズに切り出し、炭化珪素（ＳｉＣ）製の冶具を用いて、３点曲げ試験（スパン長は４ｍｍ）により測定した。
【００５８】
実施例１〜４および比較例１〜３の立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０の組成、粒状組織（粒状結晶）の粒径、板状組織（板状結晶）の割合と抗折力（ＴＲＳ）を表１に示す。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
表１に示すように、実施例１〜４は、板状の窒化ホウ素２（板状組織）を面積比で７０％以上含むことがわかった。図８に示すように、実施例２は、粒状の立方晶窒化ホウ素１と板状の窒化ホウ素２とを含んでいることが確認された。粒状の立方晶窒化ホウ素１の平均粒径は、７９ｎｍ以上２９１ｎｍ以下であった。また、抗折力は１．６ＧＰａ以上１．８１ＧＰａ以下であった。また実施例１〜４はｃＢＮを９２．１体積％以上９９．２体積％以下含んでおり、ｗＢＮを０．８体積％以上７．９体積％以下含んでいた。また実施例２は高圧型ｈＢＮを０．０４体積％含んでいた。
【００６１】
一方、比較例１および２は、板状の窒化ホウ素２（板状組織）を有さないことが確認された。また、比較例３は板状組織の割合が面積比で６５％であり、７０％より少ないことが確認された。また、比較例１〜３の抗折力は１．４ＧＰａ以下であった。比較例１は高圧型ｈＢＮを０．０３体積％含んでいた。比較例３はｗＢＮを２．８体積％含んでいた。比較例２は高圧型ｈＢＮとｗＢＮを含んでいなかった。
【００６２】
以上の結果より、板状の窒化ホウ素２の面積が全表面積に対して面積比で７０％以上である立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０は、当該面積比が７０％未満である立方晶窒化ホウ素複合多結晶体１０よりも抗折力が高く、曲げ強度が向上していることが確認された。
【００６３】
次に、図７を参照して実施例と比較例との製造条件の違いについて説明する。図７において、黒丸が実施例の条件であり、白三角が比較例の条件である。破線で示す境界線１１は、温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、Ｔ＝２００Ｐ−７００を満たす温度および圧力の関係を示す式である。つまり、温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、Ｔ＜２００Ｐ−７００を満たす温度および圧力条件において、常圧型窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素とウルツ鉱型窒化ホウ素とに直接変換させると同時に焼結させることにより、実施例に係る立方晶窒化ホウ素複合多結晶体が得られることが確認された。
【００６４】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施の形態および実施例を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許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を含むことが意図される。
【符号の説明】
【００６５】
１  粒状の立方晶窒化ホウ素、２  板状の窒化ホウ素、３  層状の窒化ホウ素、１１  境界線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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