(57)【要約】【課題】高い硬度で、かつ耐亀裂伝搬性を有する窒化ホウ素多結晶体およびその製造方法、ならびに工具を提供する。【解決手段】ウルツ鉱型窒化ホウ素と不可避不純物とからなり、外形の最大幅が０．３ｍｍ以上ある。このように、本発明の窒化ホウ素多結晶体は、主としてウルツ鉱型窒化ホウ素により構成されており、また、粉末としてではなくバルク状の外形を有することができるため、高硬度で、かつ耐亀裂伝搬性を有することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウルツ鉱型窒化ホウ素と不可避不純物とからなり、
外形の最大幅が０．３ｍｍ以上である、窒化ホウ素多結晶体。
【請求項２】
ウルツ鉱型窒化ホウ素と不可避不純物とからなり、
ヌープ硬度が４０ＧＰａ以上である、窒化ホウ素多結晶体。
【請求項３】
ウルツ鉱型窒化ホウ素と不可避不純物とからなり、
破壊靭性値Ｋ１ｃが８．０ＭＰａ・ｍ1/2以上である、窒化ホウ素多結晶体。
【請求項４】
ウルツ鉱型窒化ホウ素を９５体積％以上含み、
残部を前記ウルツ鉱型窒化ホウ素とは結晶構造の異なる他の窒化ホウ素と不可避不純物とで構成される、窒化ホウ素多結晶体。
【請求項５】
前記他の窒化ホウ素は、立方晶窒化ホウ素である、請求項４に記載の窒化ホウ素多結晶体。
【請求項６】
前記他の窒化ホウ素は、圧縮型六方晶窒化ホウ素である、請求項４に記載の窒化ホウ素多結晶体。
【請求項７】
外形の最大幅が０．３ｍｍ以上である、請求項４〜６のいずれか１項に記載の窒化ホウ素多結晶体。
【請求項８】
ヌープ硬度が４０ＧＰａ以上である、請求項４〜７のいずれか１項に記載の窒化ホウ素多結晶体。
【請求項９】
破壊靭性値Ｋ１ｃが８．０ＭＰａ・ｍ1/2以上である、請求項４〜８のいずれか１項に記載の窒化ホウ素多結晶体。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化ホウ素多結晶体を備える工具。
【請求項１１】
出発物質として、Ｘ線回折法における黒鉛化指数が３．５未満である常圧型窒化ホウ素を準備する工程と、
前記常圧型窒化ホウ素を熱処理する工程とを備え、
前記熱処理する工程は、圧力８ＧＰａ以上かつ温度１２００℃以上２２００℃未満の条件にまで加圧および加熱する工程と、前記条件を維持する工程とを含む、窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項１２】
前記熱処理する工程では、前記常圧型窒化ホウ素をウルツ鉱型窒化ホウ素に直接変換させると同時に焼結する、請求項１１に記載の窒化ホウ素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、窒化ホウ素多結晶体およびその製造方法、ならびに工具に関し、特にウルツ鉱型窒化ホウ素を主成分とする、窒化ホウ素多結晶体およびその製造方法、ならびに工具に関する。
【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窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、コバルト（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％程度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、および熱拡散性に大きく影響を与える。特に鉄系材料を切削する工具として用いた場合には、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窒化ホウ素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、該窒化ホウ素焼結体は、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。
【０００４】
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。
【０００５】
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窒化ホウ素焼結体は得られる。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に変換させ窒化ホウ素焼結体を得る方法が示されている。
【０００６】
また、ＢＮの高圧相にはｃＢＮの他に、ウルツ鉱型窒化ホウ素（ｗＢＮ）が知られており、ｗＢＮはｃＢＮと同様に優れた機械的強度が期待されている材料である。しかし、窒化ホウ素は、高圧においてｃＢＮが安定相であり、ｗＢＮは準安定相である。そのため、ｗＢＮは作製が極めて困難である。特公昭５８−２３４５９号公報には、爆薬の爆発などの衝撃圧縮により、常圧型ｈＢＮからｗＢＮへ相転移させ、微細なｗＢＮ粉末を作製する方法が記載されている。さらに特公昭５８−２３４５９号公報には、このｗＢＮ粉末を結合材と共に焼結した窒化ホウ素焼結体や、ｗＢＮ粉末とｃＢＮと結合材を焼結した窒化ホウ素焼結体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】特公昭５８−２３４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、衝撃圧縮によるｗＢＮの合成に要する時間は１００万分の１秒単位の極めて短い時間であるため、クラックや欠陥の無いバルク状の多結晶体は得られず、粉末状のものしか製造できない。また得られるｗＢＮ粉末も結晶内に多くの格子欠陥を含んでおり、硬度、強度が不十分であった。そのため、このようなｗＢＮ粉末と結合材とを混合、焼結して得られた窒化ホウ素焼結体も、工具（特に、切削工具、耐摩工具、および研削工具）用部材としては、硬度、強度が不十分であった。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、高い硬度で、かつ耐亀裂伝搬性を有する窒化ホウ素多結晶体およびその製造方法、ならびに工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の窒化ホウ素多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素と不可避不純物とからなり、外形の最大幅が０．３ｍｍ以上である。このように、本発明の窒化ホウ素多結晶体は、主としてウルツ鉱型窒化ホウ素により構成されており、また、粉末としてではなくバルク状の外形を有することができるため、高硬度で、かつ耐亀裂伝搬性を有することができる。
【００１１】
本発明の窒化ホウ素多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素と不可避不純物とからなり、ヌープ硬度が４０ＧＰａ以上である。このように、本発明の窒化ホウ素多結晶体は、主としてウルツ鉱型窒化ホウ素により構成されているため、高硬度とすることができる。
【００１２】
本発明の窒化ホウ素多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素と不可避不純物とからなり、破壊靭性値Ｋ１ｃが８．０ＭＰａ・ｍ1/2以上である。このように、本発明の窒化ホウ素多結晶体は、主としてウルツ鉱型窒化ホウ素により構成されているため、優れた靭性を有することができる。
【００１３】
本発明の窒化ホウ素多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素を９５体積％以上含み、残部をウルツ鉱型窒化ホウ素とは結晶構造の異なる他の窒化ホウ素と不可避不純物とで構成される。これにより、主としてウルツ鉱型窒化ホウ素により構成された窒化ホウ素多結晶体は、粉末としてではなくバルク状の外形を有するため、高硬度で、かつ耐亀裂伝搬性を有することができる。
【００１４】
上記他の窒化ホウ素は、立方晶窒化ホウ素としてもよい。上記他の窒化ホウ素は、圧縮型六方晶窒化ホウ素としてもよい。ここで、「圧縮型六方晶窒化ホウ素」とは、通常のｈＢＮと結晶構造が類似し、ｃ軸方向の面間隔が、通常のｈＢＮの面間隔（０．３３３ｎｍ）よりも小さいものをいう。
【００１５】
また、ウルツ鉱型窒化ホウ素を９５体積％以上含み、残部を前記ウルツ鉱型窒化ホウ素とは結晶構造の異なる他の窒化ホウ素と不可避不純物とで構成される上記窒化ホウ素多結晶体は、外形の最大幅が０．３ｍｍ以上とすることができる。また、上記窒化ホウ素多結晶体は、ヌープ硬度が４０ＧＰａ以上とすることができる。また、上記窒化ホウ素多結晶体は、破壊靭性値Ｋ１ｃが８．０ＭＰａ・ｍ1/2以上とすることができる。
【００１６】
本発明に係る工具は、上記窒化ホウ素多結晶体を備える。このようにすれば、高硬度で耐亀裂伝搬性に優れた工具を実現できる。
【００１７】
本発明の窒化ホウ素多結晶体の製造方法は出発物質として、Ｘ線回折法における黒鉛化指数が３．５未満である常圧型窒化ホウ素を準備する工程と、常圧型窒化ホウ素を熱処理する工程とを備え、熱処理する工程は、圧力８ＧＰａ以上かつ温度１２００℃以上２２００℃未満の条件にまで加圧および加熱する工程と、条件を維持する工程とを含む。
【００１８】
これにより、本発明に係る窒化ホウ素多結晶体を容易に得ることができる。
上記熱処理する工程では、常圧型窒化ホウ素をウルツ鉱型窒化ホウ素に直接変換させると同時に焼結することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る窒化ホウ素多結晶体は、主としてウルツ鉱型窒化ホウ素により構成されるため、高硬度で、かつ耐亀裂伝搬性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態に係る工具を説明するための図である。
【図２】本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法のフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る窒化ホウ素（ＢＮ）焼結体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素（ｗＢＮ）を９５体積％以上含み、残部を立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）と不可避不純物とで構成される。不可避不純物とは、たとえば窒素、水素、酸素などであり、含有率は０．１体積％以下である。このとき、ｗＢＮの平均粒径は５００ｎｍ以下程度である。該焼結体は、実質的にバインダー、焼結助剤、触媒などを含んでいない。このため、ｗＢＮ粒子同士、ｗＢＮ粒子とｃＢＮ粒子、さらにｃＢＮ粒子同士がいずれも強固に結合しており、本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体は緻密な複合組織を有している。
【００２２】
本実施の形態の窒化ホウ素多結晶体は、外形の最大幅が０．３ｍｍ以上ある。つまり、本実施の形態の窒化ホウ素多結晶体は、粉末状ではなく、バルク体（塊体）である。
【００２３】
従来、ｗＢＮは粉末状として作製できるのみで、バルク状体として作製することはできなかった。そのため、従来のｗＢＮを含む窒化ホウ素多結晶体は、ｗＢＮ粉末、ｃＢＮ粉末および結合材と焼結して作製され、その硬度や耐亀裂伝搬性の検討は、ｗＢＮやｃＢＮと結合材との比率、又は結合材の材質を調整することにより行われていた。その結果、ｗＢＮを含む窒化ホウ素多結晶体は、工具用部材として十分な硬度と耐亀裂伝搬性を有することができなかった。
【００２４】
本実施の形態の窒化ホウ素多結晶体は、上述のように、結合材等を含まずに構成された、バルク状体とすることができる。そのため、本実施の形態の窒化ホウ素多結晶体は、ヌープ硬度が４０ＧＰａ以上とすることができ、さらに、破壊靭性値Ｋ１ｃを８．０ＭＰａ・ｍ1/2以上とすることができる。
【００２５】
後述の実施例より、ｗＢＮ、ｃＢＮ、および不可避不純物からなる窒化ホウ素多結晶体は、室温でのヌープ硬度は４８ＧＰａ以上、破壊靭性値Ｋ１ｃは８．６ＭＰａ・ｍ1/2以上であった。このように、本実施の形態の窒化ホウ素多結晶体は、高い耐亀裂性を有することが確認できた。
【００２６】
本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、高硬度でかつ耐亀裂伝搬性に優れ、さらに外形の最大幅が０．３ｍｍ以上であるため、工具用部材に好適である。たとえば、本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、切削工具、耐摩工具、および研削工具等に用いることができ、より具体的には、切削バイト、ダイス、およびマイクロ工具等の精密工具等に用いることができる。図１を参照して、本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体を備えた切削工具の概略図を示す。台金２の所定の領域に、ろう付け層３およびメタライズ層４を介して窒化ホウ素多結晶体１が固定されている。このようにして作製された本実施の形態に係る工具は、従来の衝撃圧縮により作製されたｗＢＮ粉末と結合材とを混合、焼結して得られた窒化ホウ素多結晶体を備える工具よりも、長寿命である。
【００２７】
次に、図２を参照して、本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法について説明する。本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、出発物質として、Ｘ線回折法における黒鉛化指数が３．５未満である常圧型窒化ホウ素（ＢＮ）を準備する工程（Ｓ１０）と、常圧型ＢＮを熱処理する工程（Ｓ２０）とを備える。
【００２８】
まず、工程（Ｓ１０）では、出発物質として六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）を準備する。ｈＢＮは、Ｘ線回折法における黒鉛化指数（ＧＩ値）が３．５未満であり、高結晶性である。ＧＩ値とは、ｈＢＮのＸ線回折の３本のピーク、すなわち（１００）、（１０１）、（１０２）のピークの面積を数式１に導入することによって導き出される値である。
【００２９】
【数１】
2014084243.tif 000002
【００３０】
ｈＢＮの結晶性が向上するとＧＩ値は小さくなる。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。
【００３１】
次に、工程（Ｓ２０）では、常圧型ＢＮを熱処理することにより、ｗＢＮに相転移させ、さらにこれを焼結することにより窒化ホウ素多結晶体を作製する。具体的には、工程（Ｓ２０）は、常圧型ＢＮを圧力８ＧＰａ以上かつ温度１３００℃以上２２００℃未満の条件にまで加圧および加熱する工程（Ｓ２１）と、当該条件を維持する工程（Ｓ２２）とを含む。このとき、合成圧力の上限値については、ｗＢＮが熱力学的に安定な値であればよく、実際には使用する超高圧高温発生装置により圧力の上限値は決められる（例えば、２５ＧＰａ程度）。また、工程（Ｓ２２）において、工程（Ｓ２１）の圧力温度条件を維持する時間は、１２０秒以上である。
【００３２】
本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法において、特に重要であるのは、工程（Ｓ０１）にて準備される出発物質（ｈＢＮ）の黒鉛化指数（ＧＩ値）と、工程（Ｓ０２）における温度圧力条件である。
【００３３】
出発物質のＧＩ値が３．５以上であり、かつ圧力が２０ＧＰａ程度である場合には、工程（Ｓ０２）において生成されるｗＢＮの含有率が減少する。
【００３４】
工程（Ｓ０２）における加熱温度が２２００℃以上である場合には、準安定相であるｗＢＮは安定相であるｃＢＮに相転移してしまう。また、加熱温度が１３００℃未満である場合には、得られる窒化ホウ素多結晶体には未変換の出発物質が残ってしまう。
【００３５】
本実施の形態の窒化ホウ素多結晶体を合成するために適切な加熱温度は、合成圧力と出発物質のＧＩ値によって変化する。たとえば、出発物質のＧＩ値が低い場合には、合成圧力が低く、かつ加熱温度が高い圧力温度条件でも、ｗＢＮを９５体積％以上含んだ窒化ホウ素多結晶体を得ることができる。逆に、出発物質のＧＩ値が高い場合には、合成圧力が高く、加熱温度の低い圧力温度条件にすることで、本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体を得ることができる。
【００３６】
このようにすることで、本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、衝撃圧縮法によらず、かつ焼結助剤や触媒等を添加せずに、ｗＢＮ、ｃＢＮおよび不可避不純物からなる窒化ホウ素多結晶体を、外形の最大幅が０．３ｍｍ以上のバルク状体として得ることができる。
【００３７】
後述する実施例より、出発物質に黒鉛化指数が３.５未満の高結晶性のｈＢＮを用いて、工程（Ｓ０２）において、圧力１６〜２０ＧＰａ程度、温度１３００〜１８００℃程度の圧力温度条件で焼結して得られた窒化ホウ素多結晶体は、室温におけるヌープ硬度が、試験荷重４．９Ｎの条件下において、４５ＧＰａ以上、破壊靭性値Ｋ１ｃは８．２ＭＰａ・ｍ1/2以上であった。このように、本実施の形態の窒化ホウ素多結晶体は、高い耐亀裂伝搬性を有することが確認できた。しかし、圧力８ＧＰａ以上程度、かつ２２００℃未満程度の焼結条件においても、同様の特性を有する窒化ホウ素多結晶体を得ることができると考えられる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、ｗＢＮ、ｃＢＮと不可避不純物からなり、かつ外形の最大幅が０．３ｍｍ以上であるため、高硬度でかつ破壊靭性値が高く、耐亀裂伝搬性に優れている。そのため、本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体は切削工具、耐摩工具、および研削工具等に用いることができる。また、本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法によれば、工程（Ｓ０１）において出発物質として高結晶性のｈＢＮを準備し、工程（Ｓ０２）において当該出発物質を所定の圧力温度条件で加圧および加熱し、さらにその条件を維持することにより、上記のような窒化ホウ素多結晶体を作製することができる。
【００３９】
また、本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、ｗＢＮと結晶構造の異なる窒化ホウ素としてｃＢＮを含んでいるが、これに限られるものではない。例えば、ｗＢＮとは結晶構造の異なる他の窒化ホウ素は、圧縮型六方晶窒化ホウ素であってもよい。また、ｃＢＮと圧縮型窒化ホウ素とが混在していてもよい。このようにしても、本発明の窒化ホウ素多結晶体は緻密な複合組織を有しており、工具用部材として十分な硬度と耐亀裂伝搬性を有することができる。
【００４０】
上述のように、本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、ｗＢＮを９５体積％以上含み、残部をｗＢＮとは結晶構造の異なる他の窒化ホウ素としてのｃＢＮと、不可避不純物とで構成されている。しかし、本発明の窒化ホウ素多結晶体は、ｗＢＮと不可避不純物とで構成されることができる。このときも、不可避不純物は０．１体積％以下である。つまり、本発明の窒化ホウ素多結晶体は、不純物濃度を極めて低く抑えながら、ｗＢＮとは結晶構造の異なる他の窒化ホウ素を含まずに、窒化ホウ素としてｗＢＮのみを含むことができる。このようにしても、本発明の窒化ホウ素多結晶体は緻密な複合組織を有しており、工具用部材として十分な硬度と耐亀裂伝搬性を有することができる。
【００４１】
ｗＢＮと不可避不純物のみからなる窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、基本的には本実施の形態に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法と同等の構成を備えるが、出発物質のＧＩ値および圧力温度条件の範囲がより限定される。たとえば、ＧＩ値が３．０以上３．４未満の場合には、合成圧力２０ＧＰａ程度、加熱温度１３００℃程度とすればよい。また、ＧＩ値が２．０以上３．０未満程度の場合には、合成圧力１９ＧＰａ程度、加熱温度１４００℃以上１５００℃以下程度とすればよい。また、ＧＩ値が１．０以上２．０未満程度の場合には、合成圧力１８ＧＰａ程度、加熱温度１４００℃以上１８００℃以下程度とすればよい。
【００４２】
後述の実施例より、窒化ホウ素としてｗＢＮのみを含む窒化ホウ素多結晶体は、室温におけるヌープ硬度が、試験荷重４．９Ｎの条件下において、４５ＧＰａ以上、破壊靭性値Ｋ１ｃは８．２ＭＰａ・ｍ1/2以上であった。
【００４３】
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００４４】
実施例１、２に係る窒化ホウ素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であってＧＩ値が３．１という高結晶性の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表１に記載の圧力、温度条件下において２０分間保持し、窒化ホウ素多結晶体を作製した。
【００４５】
実施例３、４に係る窒化ホウ素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であってＧＩ値が１．１という高結晶性の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表１に記載の圧力、温度条件下において２０分間保持し、窒化ホウ素多結晶体を作製した。
【００４６】
比較例１に係る窒化ホウ素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であってＧＩ値が３．６という高結晶性の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、窒化ホウ素多結晶体を作製した。
【００４７】
比較例２、３に係る窒化ホウ素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であってＧＩ値が１．１という高結晶性の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表１に記載の圧力、温度条件下において２０分間保持し、窒化ホウ素多結晶体を作製した。
【００４８】
上記の様にして得られた実施例１〜４および比較例１〜３の窒化ホウ素多結晶体の組成、粒径と硬度と破壊靭性値を下記の手法で測定した。
【００４９】
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。
【００５０】
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。なお、比較例２の窒化ホウ素多結晶体の粒径は小さいものでも１０００ｎｍ以上であったため、切断法を使用して平均粒径を算出することができなかった。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
硬度の測定として、ヌープ硬度を測定した。ヌープ硬度の測定には、マイクロヌープ圧子を使用した。このときの荷重を４．９Ｎとした。測定機器はミツトヨ社製ＶＬＰＡＫ２０００を用いた。測定は５回行い、その中で一番小さい値と大きい値を除いた３つの値の平均値を試料の硬度とした。
【００５４】
破壊靭性値Ｋ１ＣはＪＩＳ−Ｒ−１６０７に則り、ビッカース硬さを測定する際に発生する亀裂の長さより測定を行った。ビッカース硬さを測定するときの荷重は９８Ｎとした。測定は５回行い、その中で一番小さい値と大きい値を除いた３つの値の平均値を試料の破壊靭性値とした。
【００５５】
実施例１〜４および比較例１〜３の窒化ホウ素多結晶体の組成、粒径、硬度の結果を表１に示す。なお、表１において、比較例２の粒径は平均粒径ではなく粒径の最小値を示す。
【００５６】
【表１】
2014084243.tif 000003
【００５７】
表１に示すように、実施例１〜４の窒化ホウ素多結晶体は、ｗＢＮを９５体積％以上含むことがわかった。具体的には、実施例１および３の窒化ホウ素多結晶体は、ｗＢＮの組成比が１００体積％であった。実施例２の窒化ホウ素多結晶体は、ｗＢＮの組成比が９７体積％程度であって、ｗＢＮと結晶構造の異なる他の窒化ホウ素としてｈＢＮとｃＢＮとを含んでいた。実施例４の窒化ホウ素多結晶体は、ｗＢＮの組成比が９９.９体積％程度であり、ｗＢＮと結晶構造の異なる他の窒化ホウ素としてｈＢＮを含んでいた。また、実施例１〜４の窒化ホウ素多結晶体において、粒状の結晶の平均粒径は、３２〜１０１ｎｍであった。また、実施例１〜４の窒化ホウ素多結晶体は、硬度が４０ＧＰａ以上であり、かつ破壊靭性値が８．０ＭＰａ・ｍ１／２以上であった。
【００５８】
一方、比較例１〜２の窒化ホウ素多結晶体はｗＢＮを有さず、また比較例３の窒化ホウ素多結晶体はｗＢＮの組成比が３０体積％程度と少なかった。また、比較例１および３の窒化ホウ素多結晶体の硬度は、実施例１〜４の窒化ホウ素多結晶体と同程度であったが、破壊靭性値が７．９ＭＰａ・ｍ１／２以下であった。比較例２の窒化ホウ素多結晶体は、硬度および破壊靭性値ともに実施例１〜４の窒化ホウ素多結晶体よりも低かった。なお、実施例１〜４および比較例１〜３の窒化ホウ素多結晶体は直接変換法により作製されているため、いずれも不可避不純物がＸ線回折法において検出限界以下であった。
【００５９】
表1より実施例１〜４の窒化ホウ素多結晶体は、比較例１〜３の窒化ホウ素多結晶体と比較して、耐亀裂伝搬性が向上していることが確認できた。
【００６０】
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】
【００６１】
１  窒化ホウ素多結晶体、２  台金、３  ろう付け層、４  メタライズ層。
【図１】
2014084243.tif 000004
【図２】
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