(57)【要約】  窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、高圧相窒化ホウ素の粉末を１３００℃以上で熱処理することにより熱処理粉末を得る第１工程と、前記熱処理粉末を、８〜２０ＧＰａかつ１２００〜２３００℃の条件下で焼結することにより窒化ホウ素多結晶体を得る第２工程とを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧相窒化ホウ素の粉末を１３００℃以上で熱処理することにより熱処理粉末を得る第１工程と、
前記熱処理粉末を、８〜２０ＧＰａかつ１２００〜２３００℃の条件下で焼結することにより窒化ホウ素多結晶体を得る第２工程とを含む、窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項２】
前記窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、前記第１工程において２１００℃以下で熱処理する、請求項１に記載の窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項３】
前記高圧相窒化ホウ素は、立方晶窒化ホウ素からなる、請求項１または請求項２に記載の窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項４】
前記高圧相窒化ホウ素は、ウルツ鉱型窒化ホウ素からなる、請求項１または請求項２に記載の窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項５】
立方晶窒化ホウ素を含み、
前記立方晶窒化ホウ素は、２５ｎｍ以下の平均粒径を有し、
２３℃±５℃における試験荷重４．９Ｎのヌープ硬度測定において、ヌープ圧痕の対角線の長い方の対角線の長さａと短い方の対角線の長さｂとの比ｂ／ａが０．０７以下である、窒化ホウ素多結晶体。
【請求項６】
前記ヌープ硬度測定において、ヌープ硬度が４０〜６０ＧＰａである、請求項５に記載の窒化ホウ素多結晶体。
【請求項７】
前記窒化ホウ素多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素を０．０１体積％以上含む、請求項５または請求項６に記載の窒化ホウ素多結晶体。
【請求項８】
前記窒化ホウ素多結晶体は、圧縮型六方晶窒化ホウ素を０．０１体積％以上０．５体積％以下含む、請求項５から請求項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】
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の窒化ホウ素多結晶体を備えた切削工具。
【請求項１０】
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の窒化ホウ素多結晶体を備えた耐摩工具。
【請求項１１】
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の窒化ホウ素多結晶体を備えた研削工具。
【請求項１２】
高圧相窒化ホウ素の粉末を１３００℃以上２１００℃以下で熱処理することにより熱処理粉末を得る第１工程と、
前記熱処理粉末を、８〜２０ＧＰａかつ１２００〜２３００℃の条件下で焼結することにより窒化ホウ素多結晶体を得る第２工程とを含み、
前記高圧相窒化ホウ素は、立方晶窒化ホウ素またはウルツ鉱型窒化ホウ素からなる、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の製造方法、窒化ホウ素多結晶体、切削工具、耐摩工具および研削工具に関する。本出願は、２０１６年１０月６日に出願した日本特許出願である特願２０１６−１９８１３５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。
【背景技術】
【０００２】
立方晶窒化ホウ素（以下、「ｃＢＮ」とも記す）は、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、熱的安定性および化学的安定性に優れる。特にｃＢＮ焼結体は、鉄系材料に対してダイヤモンドよりも安定であるため、鉄系材料の加工工具として用いられている。ｃＢＮ焼結体がバインダーを含むことにより生じる強度、耐熱性および熱拡散性の低下を克服したバインダーレスのｃＢＮ焼結体も知られている。【０００３】
ｃＢＮ焼結体を製造する方法として、六方晶窒化ホウ素（以下、「ｈＢＮ」とも記す）などの常圧下で安定に結晶状態が維持される窒化ホウ素を、超高圧高温下で触媒を用いることなく、直接ｃＢＮへ変換すると同時に焼結することにより得る方法が知られる（直接変換焼結法）。この方法は、たとえば特開昭４７−０３４０９９号公報（特許文献１）、特開平０３−１５９９６４号公報（特許文献２）などに示されている。【０００４】
熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）を原料としてｃＢＮ焼結体を製造する方法は、たとえば特開昭５４−０３３５１０号公報（特許文献３）、特開平０８−０４７８０１号公報（特許文献４）などに示されている。この方法では、ｃＢＮ焼結体を得るために７ＧＰａ、２１００℃以上の条件を必要とする。【０００５】
上述の７ＧＰａ、２１００℃以上の条件よりも穏やかな条件でｃＢＮ焼結体を得る方法は、特公昭４９−０２７５１８号公報（特許文献５）および特開平１１−２４６２７１号公報（特許文献６）に示されている。【０００６】
微粒の原料粉末を用いて粒径１００ｎｍ以下のｃＢＮ多結晶体を得る方法は、特開２０１５−２０５７８９号公報（特許文献７）に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭４７−０３４０９９号公報
【特許文献２】特開平０３−１５９９６４号公報
【特許文献３】特開昭５４−０３３５１０号公報
【特許文献４】特開平０８−０４７８０１号公報
【特許文献５】特公昭４９−０２７５１８号公報
【特許文献６】特開平１１−２４６２７１号公報
【特許文献７】特開２０１５−２０５７８９号公報
【発明の概要】
【０００８】
本開示の一態様に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、高圧相窒化ホウ素の粉末を１３００℃以上で熱処理することにより熱処理粉末を得る第１工程と、前記熱処理粉末を、８〜２０ＧＰａかつ１２００〜２３００℃の条件下で焼結することにより窒化ホウ素多結晶体を得る第２工程とを含む。
【０００９】
本開示の一態様に係る窒化ホウ素多結晶体は、立方晶窒化ホウ素を含み、前記立方晶窒化ホウ素は、２５ｎｍ以下の平均粒径を有し、２３℃±５℃における試験荷重４．９Ｎのヌープ硬度測定において、ヌープ圧痕の対角線の長い方の対角線の長さａと短い方の対角線の長さｂとの比ｂ／ａが０．０７以下である。
【００１０】
本開示の一態様に係る切削工具、耐摩工具および研削工具は、上記窒化ホウ素多結晶体を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、ヌープ圧痕を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本開示が解決しようとする課題］
特許文献５は、６ＧＰａ、１１００℃の条件でｃＢＮ焼結体を得る方法を開示している。この方法では原料であるｈＢＮの粒子を３μｍ以下にする工程が必要となるため、数質量％程度の酸化ホウ素からなる不純物および吸着ガスを含む傾向がある。この種のｃＢＮ焼結体は、上記不純物および吸着ガスの影響により、焼結が十分に進行せず、かつ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などとして用いることが困難である。
【００１３】
特許文献６は、低結晶性のｈＢＮを原料とし、６〜７ＧＰａ、１５５０〜２１００℃の条件でｃＢＮ多結晶体を製造する方法を開示している。このｃＢＮ多結晶体は、結晶粒径が０．１〜１μｍ程度であるとされる。しかしながら、このｃＢＮ多結晶体では、仕上げ加工用および精密加工用などに有用な小さい粒径を、焼結温度を低くすることにより得ているために焼結性が低い。このため強度が低く、かつ粒径が小さいために靭性も低く、欠けやすい。
【００１４】
特許文献７は、粒径０．５μｍ以下の微粒のｈＢＮを原料とし、微粒で強靭な立方晶窒化ホウ素多結晶体を製造する方法を開示している。しかしながら、ｈＢＮは摺動性の高さから粉砕が難しいにもかからわず、この方法では微粒のｈＢＮを準備するために、粗粒のｈＢＮを粉砕する工程を必要とする。さらに微粒のｈＢＮは、粒径が小さいために大気成分である酸素および水分などの不純物が吸着しやすい。このため微粒のｈＢＮを原料として立方晶窒化ホウ素多結晶体を製造する場合、酸素によってｃＢＮへの変換が阻害され、水分および水分中の水素の触媒作用によってｃＢＮの急激な粒成長が促される。不純物は、立方晶窒化ホウ素多結晶体の硬度および強度を低下させる要因にもなる。したがって、微粒のｈＢＮを利用して微粒かつ強靭な立方晶窒化ホウ素多結晶体を製造する方法は生産性が低い。さらに特許文献７では、２５ｎｍ以下の微粒の立方晶窒化ホウ素多結晶体は得られていないため、これを超精密加工などに用いることは難しい。
【００１５】
以上の点に鑑み、本開示は、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体を製造することができる窒化ホウ素多結晶体の製造方法、窒化ホウ素多結晶体、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。
【００１６】
［本開示の効果］
上記によれば、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体を製造することができる窒化ホウ素多結晶体の製造方法および窒化ホウ素多結晶体、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。
【００１７】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１８】
［１］本開示の一態様に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、高圧相窒化ホウ素の粉末を１３００℃以上で熱処理することにより熱処理粉末を得る第１工程と、上記熱処理粉末を、８〜２０ＧＰａかつ１２００〜２３００℃の条件下で焼結することにより窒化ホウ素多結晶体を得る第２工程とを含む。このような構成により、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体を製造することができる。
【００１９】
［２］上記窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、上記第１工程において２１００℃以下で熱処理することが好ましい。これにより、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体を効率よく製造することができる。
【００２０】
［３］上記高圧相窒化ホウ素は、立方晶窒化ホウ素からなることが好ましい。これにより、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体をさらに効率よく製造することができる。
【００２１】
［４］上記高圧相窒化ホウ素は、ウルツ鉱型窒化ホウ素からなることが好ましい。これによっても、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体をさらに効率よく製造することができる。
【００２２】
［５］本開示の一態様に係る窒化ホウ素多結晶体は、立方晶窒化ホウ素を含み、上記立方晶窒化ホウ素は、２５ｎｍ以下の平均粒径を有し、２３℃±５℃における試験荷重４．９Ｎのヌープ硬度測定において、ヌープ圧痕の対角線の長い方の対角線の長さａと短い方の対角線の長さｂとの比ｂ／ａが０．０７以下である。このような構成により、窒化ホウ素多結晶体は、微細な組織を有し、かつ強靭となる。
【００２３】
［６］上記ヌープ硬度測定において、ヌープ硬度が４０〜６０ＧＰａであることが好ましい。これにより、より微細な組織を有し、かつより強靭となる窒化ホウ素多結晶体を得ることができる。
【００２４】
［７］上記窒化ホウ素多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素を０．０１体積％以上含むことが好ましい。これによって、さらに微細な組織を有し、かつさらに強靭となる窒化ホウ素多結晶体を得ることができる。
【００２５】
［８］上記窒化ホウ素多結晶体は、圧縮型六方晶窒化ホウ素を０．０１体積％以上０．５体積％以下含むことが好ましい。これによっても、さらに微細な組織を有し、かつさらに強靭となる窒化ホウ素多結晶体を得ることができる。
【００２６】
［９］本開示の一態様に係る切削工具は、上記窒化ホウ素多結晶体を備えることが好ましい。これにより、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体を備えた切削工具を得ることができる。この切削工具は、鉄系材料の切削に有用である。
【００２７】
［１０］本開示の一態様に係る耐摩工具は、上記窒化ホウ素多結晶体を備えることが好ましい。これにより、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体を備えた耐摩工具を得ることができる。この耐摩工具は、鉄系材料の加工に有用である。
【００２８】
［１１］本開示の一態様に係る研削工具は、上記窒化ホウ素多結晶体を備えることが好ましい。これにより、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体を備えた研削工具を得ることができる。この研削工具は、鉄系材料の研削に有用である。
【００２９】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態（以下、「本実施形態」とも記す）についてさらに詳細に説明する。
【００３０】
ここで、本明細書において「Ａ〜Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。さらに、本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるものではない。本明細書において「粒径」は、特段の規定がなければ、平均粒径を意味する。
【００３１】
≪窒化ホウ素多結晶体の製造方法≫
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、高圧相窒化ホウ素の粉末を所定の温度で熱処理することにより熱処理粉末を得た。この熱処理粉末を出発物質として高温高圧下で立方晶窒化ホウ素に変換し、または立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の両方に変換し、かつ焼結することにより、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【００３２】
すなわち、本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、高圧相窒化ホウ素の粉末を１３００℃以上で熱処理することにより熱処理粉末を得る第１工程と、上記熱処理粉末を、８〜２０ＧＰａかつ１２００〜２３００℃の条件下で焼結することにより窒化ホウ素多結晶体を得る第２工程とを含む。この製造方法により得られる窒化ホウ素多結晶体は、それを構成する立方晶窒化ホウ素の粒径、または立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の両方の粒径がそれぞれ微細となり、かつ強靭となる。
【００３３】
ここで本明細書において「高圧相窒化ホウ素」とは、高圧下で熱力学的に安定または準安定な窒化ホウ素をいう。具体的には、窒化ホウ素について一般的に知られるＰ（圧力）−Ｔ（温度）相図において、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）−六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）平衡線よりも高圧側の領域である立方晶窒化ホウ素安定領域内で熱力学的に安定または準安定な窒化ホウ素をいう。より具体的には、立方晶窒化ホウ素、ウルツ鉱型窒化ホウ素および圧縮型ｈＢＮをいう。これに対し、後述する「常圧相窒化ホウ素」および「常圧型窒化ホウ素」とは、常圧下で熱力学的に安定または準安定な窒化ホウ素をいう。具体的には、上述した窒化ホウ素についてのＰ（圧力）−Ｔ（温度）相図において、ｃＢＮ−ｈＢＮ平衡線よりも低圧側の領域である六方晶窒化ホウ素安定領域内で熱力学的に安定または準安定な窒化ホウ素をいう。より具体的には、六方晶窒化ホウ素、非晶質窒化ホウ素、菱面体ＢＮ（ｒＢＮ）、乱層構造をもったＢＮ（ｔＢＮ）などが、常圧下で熱力学的に安定または準安定な窒化ホウ素に含まれる。後述するＢＮナノチューブ（比較例４で用いた原料）および窒化ホウ素焼結体（比較例５で用いた原料）も、それぞれ常圧下で熱力学的に安定または準安定な窒化ホウ素に含まれる。
【００３４】
＜第１工程＞
本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、高圧相窒化ホウ素の粉末（たとえば、立方晶窒化ホウ素、ウルツ鉱型窒化ホウ素および圧縮型ｈＢＮのいずれか１種または２種以上からなる窒化ホウ素の粉末）を温度１３００℃以上で熱処理することにより熱処理粉末を得る第１工程を含む。さらに、窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、上記第１工程において２１００℃以下で熱処理することが好ましい。本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法では、第１工程において高圧相窒化ホウ素の粉末を１３００℃以上２１００℃以下で熱処理し、高圧相窒化ホウ素を常圧相窒化ホウ素（以下、「熱処理後窒化ホウ素」とも記す）に変換することにより、熱処理粉末（すなわち上記熱処理後窒化ホウ素の結晶粒の集合体である粉末）を得ることができる。
【００３５】
上記熱処理後窒化ホウ素は、その結晶状態が常圧下で熱力学的に安定または準安定に維持される。しかしながら熱処理後窒化ホウ素は、その結晶粒の形状が、常圧下で熱力学的に安定または準安定に維持される窒化ホウ素の１つである六方晶窒化ホウ素の形状と異なり、球状または角が丸みを帯びた多角形状として形容される形状を有する。さらに熱処理後窒化ホウ素は、上記球状または多角形状であって実質的にダングリングボンドがないため、六方晶窒化ホウ素に比べて酸素および水分などの大気成分が吸着しにくい。熱処理後窒化ホウ素は、常圧下で熱力学的に安定または準安定に維持される別の窒化ホウ素である非晶質窒化ホウ素よりも、大気成分が吸着しにくい。このため熱処理後窒化ホウ素の粉末（すなわち熱処理粉末）は、管理が容易となるので、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体を効率的に製造することができる。
【００３６】
高圧相窒化ホウ素は、立方晶窒化ホウ素からなることが好ましい。さらに、高圧相窒化ホウ素は、ウルツ鉱型窒化ホウ素からなることが好ましい。高圧相窒化ホウ素の組成が、立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素のいずれかからなることにより、微細な組織を有し、かつ強靭となる窒化ホウ素多結晶体をより効率的に製造することができる。
【００３７】
ここで高圧相窒化ホウ素の組成は、Ｘ線回折法により確認することができ、たとえばＸ線回折装置（商品名：「Ｘ’ｐｅｒｔ」、スペクトリス社製）を用いることができる。このときの該装置の条件はたとえば、以下のとおりとすればよい。
特性Ｘ線：  Ｃｕ−Ｋα（波長１．５４Å）
管電圧：  ４５ｋＶ
管電流：  ４０ｍＡ
フィルター：  多層ミラー
光学系：  集中法
Ｘ線回折法：  θ−２θ法。
【００３８】
上記第１工程において、高圧相窒化ホウ素の結晶粒の粒径は特に限定すべきではないが、製造効率の観点により１０ｎｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。熱処理する温度は、高圧相窒化ホウ素の結晶粒の粒径によって異なり、粒径が小さい程熱処理する温度を低くすることが好ましい。ただし、１３００℃より低い温度で熱処理すれば、高圧相窒化ホウ素が熱処理後窒化ホウ素へ変換しない。２１００℃よりも高い温度で熱処理すれば、熱処理後窒化ホウ素の結晶粒が六方晶窒化ホウ素の構造に近づき、この場合、該結晶粒が急激に粒成長する傾向にあるため粒径が大きくなる恐れがある。このため、第１工程における熱処理温度は２１００℃以下であることが望ましい。さらに第１工程における熱処理の時間は、２時間以内であることが好ましい。
【００３９】
熱処理する雰囲気は真空中、アルゴン中など酸素が少ない雰囲気または酸素を含まない雰囲気であることが望ましい。酸素雰囲気下で高圧相窒化ホウ素の粉末を熱処理すると、熱処理粉末が酸化し、後述する第２工程において立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素への変換が阻害され、かつ第２工程により得られる窒化ホウ素多結晶体の強度が低くなる傾向がある。
【００４０】
さらに、第１工程では高圧相窒化ホウ素がなくなるまで完全に熱処理することが望ましいが、上記熱処理粉末に高圧相窒化ホウ素が一部残留していてもよい。許容される残留量は、上記熱処理粉末中の窒化ホウ素の粒径によって異なる。たとえば第２工程において粒径数十ｎｍの窒化ホウ素多結晶体を得る場合、上記熱処理粉末中の窒化ホウ素の粒径が１０〜１００ｎｍであるとき、上記残留量は５０体積％以下であることが好ましい。上記熱処理粉末中の窒化ホウ素の粒径が１００ｎｍ超〜５μｍであるとき、上記残留量は３０体積％以下であることが好ましく、上記熱処理粉末中の窒化ホウ素の粒径が５μｍ超であるとき、上記残留量は１０体積％以下であることが好ましい。
【００４１】
高圧相窒化ホウ素および熱処理後窒化ホウ素の粒径（平均粒径）は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた切断法により求めることができる。具体的には、まずＳＥＭを用いて高圧相窒化ホウ素および熱処理後窒化ホウ素を１０００〜３００００倍の倍率で観察し、ＳＥＭ画像を得る。
【００４２】
次に、上記ＳＥＭ画像に円を描き、その円の中心から８本の直線を放射状、かつ各直線間の交差角度がほぼ等しくなるように円の外周まで引く。このとき、上記の観察倍率および円の直径は、上記直線１本あたり窒化ホウ素の粒子（結晶粒）が１０〜５０個程度載るように設定することが好ましい。
【００４３】
さらに、それぞれの直線毎に窒化ホウ素の粒子の結晶粒界が横切る数を数え、直線の長さをその横切る数で除することにより平均切片長さを求める。続いて、その平均切片長さに１．１２８を乗じて得られる数値を平均粒径とする（この方法は、ＡＳＴＭ規格の公称粒径を算出する方法に準じている）。
【００４４】
高圧相窒化ホウ素および熱処理後窒化ホウ素の平均粒径は、上記ＳＥＭ画像を３枚用い、各画像毎に上記方法で平均粒径を求め、その平均粒径の平均値によることが好ましい。
【００４５】
熱処理後窒化ホウ素の結晶粒の形状は、上記ＳＥＭ画像を用いることにより特定することができる。
【００４６】
＜第２工程＞
本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、上記熱処理粉末を、８〜２０ＧＰａかつ１２００〜２３００℃の条件下で焼結することにより窒化ホウ素多結晶体を得る第２工程を含む。この第２工程により得られる窒化ホウ素多結晶体は、それを構成する立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の粒径が微細となり、かつ強靭となる。
【００４７】
第２工程における圧力および温度は、８〜２０ＧＰａかつ１２００〜２３００℃である必要がある。特に温度条件において、２３００℃を超えると粒成長が進むため好ましくなく、１２００℃未満であると窒化ホウ素多結晶体に未変換の熱処理後窒化ホウ素が残留する恐れがあるため好ましくない。１２００℃未満であると、後述する窒化ホウ素多結晶体の物性としてのヌープ圧痕の対角線の比ｂ／ａが０．０７以下であることを満たさなくなる傾向がある。さらに圧力条件において８ＧＰａ未満である場合、窒化ホウ素多結晶体に未変換の熱処理後窒化ホウ素が多く残留し、後述する窒化ホウ素多結晶体の物性としてのヌープ圧痕の対角線の比ｂ／ａが０．０７以下であることを満たさなくなる傾向がある。一方で、圧力の上限に関しては特に限定する必要はないが、装置（超高圧高温発生装置）の技術的な理由により２０ＧＰａを上限とする。
【００４８】
第２工程における圧力および温度の適用時間は、１分〜２０分であることが好ましい。この適用時間が１分未満となる場合、焼結不十分となり、２０分より長くしても焼結状態に差はなく経済的に不利となる。より好ましい適用時間は、１０〜２０分である。
【００４９】
第２工程は、第１工程により得られる上記熱処理粉末を、立方晶窒化ホウ素に変換し、または立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の両方に変換し、かつ焼結する工程である。本工程では、焼結助剤および触媒の両方を用いることなく、上記熱処理粉末中の窒化ホウ素を直接立方晶窒化ホウ素、または立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の両方に変換する。通常、第２工程において立方晶窒化ホウ素への変換、ならびに立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の両方への変換は、焼結と同時に進む。
【００５０】
第２工程により得られる窒化ホウ素多結晶体は、それを構成する立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の粒径が微細で、かつ弾性的な振舞いを示して耐欠損性が向上することにより強靭となる。このため窒化ホウ素多結晶体は、負荷の大きな高速の微細加工などの用途、たとえば切削工具、耐摩工具、研削工具などの基材として好適に用いることができる。
【００５１】
≪窒化ホウ素多結晶体≫
本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、立方晶窒化ホウ素を含み、該立方晶窒化ホウ素は、２５ｎｍ以下の平均粒径を有する。上記窒化ホウ素多結晶体は、２３℃±５℃における試験荷重４．９Ｎのヌープ硬度測定において、ヌープ圧痕の対角線の長い方の対角線の長さａと短い方の対角線の長さｂとの比ｂ／ａが０．０７以下である。さらに、上記ヌープ硬度測定において、ヌープ硬度が４０〜６０ＧＰａであることが好ましい。これにより窒化ホウ素多結晶体は、微細な組織を有し、かつ強靭となる。
【００５２】
窒化ホウ素多結晶体は、実質的にバインダー、焼結助剤、触媒などを含んでいない。このため従来のｃＢＮ焼結体のバインダー、焼結助剤および触媒の少なくともいずれかを含むことによるデメリットを解消することができる。
【００５３】
窒化ホウ素多結晶体は、立方晶窒化ホウ素を含む限り、本実施形態の効果を示す範囲において不純物を含んでいても差し支えない。不純物としては、たとえば窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）などを挙げることができる。不純物の含有量は、それぞれの成分が１０００ｐｐｍａ未満（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｍｉｌｌｉｏｎ  ａｔｏｍｉｃ）であって、かつこれらの合計で２０００ｐｐｍａ未満であることが望ましい。不純物の含有量の合計が２０００ｐｐｍａを超える窒化ホウ素多結晶体は、不純物に基づく空隙が多結晶体内に生じることにより、その強度が低下する。さらに、第２工程において得られる窒化ホウ素多結晶体を大気中、すなわち酸素雰囲気下または高湿度の雰囲気下に放置すると不純物の含有量の合計が２０００ｐｐｍａを超える傾向がある。たとえば、大気中で相対湿度が６０％以上の環境下で窒化ホウ素多結晶体を１日放置すると、不純物の含有量の合計が２０００ｐｐｍａを超える。
【００５４】
不純物の含有量は、たとえば二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定できる。ＳＩＭＳを用いて不純物の含有量を測定する場合、たとえば以下の条件で分析することができる。
測定装置：  商品名（品番）：「ＩＭＳ−７ｆ」、ＣＡＭＥＣＡ社製
一次イオン種：  セシウム（Ｃｓ+）
一次加速電圧：  １５ｋＶ
検出領域：  ３０（μｍφ）
測定精度：  ±４０％（２σ）。
【００５５】
ここで本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、焼結体である。しかしながら焼結体は、通常バインダーを含むことが意図される。このため本明細書では、バインダーを含むものと明確に区別するため、焼結体という用語に代えて、「多結晶体」という用語を用いた。
【００５６】
さらに上記構成の窒化ホウ素多結晶体を製造する製造方法については、特に限定すべきではない。しかしながら、本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、上述した窒化ホウ素多結晶体の製造方法を用いることにより、効率よく製造することが可能である。
【００５７】
＜立方晶窒化ホウ素＞
立方晶窒化ホウ素は、２５ｎｍ以下の平均粒径を有する。立方晶窒化ホウ素は、２０ｎｍ以下の平均粒径を有することが好ましく、２０ｎｍ未満の平均粒径を有することがより好ましい。立方晶窒化ホウ素の平均粒径は、小さい程好ましいため、その下限を規定すべきではない。ただし、非晶質窒化ホウ素との区別が困難となる観点から、その下限は１ｎｍとすることが好ましい。立方晶窒化ホウ素を含むことにより、窒化ホウ素多結晶体は、高硬度となり、かつ熱的安定性および化学的安定性にも優れる。さらに、立方晶窒化ホウ素が２５ｎｍ以下の小さい粒径を有することにより、工具などに用いる場合に負荷の大きな用途、微細加工用途など広範囲にわたって適用することができる。
【００５８】
窒化ホウ素多結晶体中のそれぞれの立方晶窒化ホウ素の粒径は、応力集中がなく、かつ高強度とする観点から均一であることが好ましい。このため立方晶窒化ホウ素の結晶粒それぞれの粒径は、偏差の狭い正規分布を示すことが好ましい。粒径の偏差が大きく、または粒径が不均一となる場合、偏った部分に応力が集中するため強度が低くなる。本明細書において、単に「立方晶窒化ホウ素の粒径」という場合、窒化ホウ素多結晶体を構成する立方晶窒化ホウ素の結晶粒の粒径を示すものとする。
【００５９】
立方晶窒化ホウ素の粒径（平均粒径）は、高圧相窒化ホウ素および熱処理後窒化ホウ素の平均粒径の測定方法に用いた走査電子顕微鏡に代えて透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を採用し、これを用いた切断法により求めることができる。ＴＥＭを用いて窒化ホウ素多結晶体を２０００００〜５０００００倍の倍率で観察することによりＴＥＭ画像を得、上記ＴＥＭ画像に円を描いた後は、高圧相窒化ホウ素および熱処理後窒化ホウ素の平均粒径の測定方法と同様な操作を経ることにより、平均粒径を求めることができる。
【００６０】
立方晶窒化ホウ素の平均粒径についても、上記ＴＥＭ画像を３枚用い、各画像毎に上記方法で平均粒径を求め、その平均粒径の平均値によることが好ましい。
【００６１】
＜ヌープ硬度＞
本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、２３℃±５℃における試験荷重４．９Ｎのヌープ硬度測定において、ヌープ圧痕の対角線の長い方の対角線の長さａと短い方の対角線の長さｂとの比ｂ／ａが０．０７以下となる。さらに、上記ヌープ硬度測定において、ヌープ硬度が４０〜６０ＧＰａであることが好ましい。
【００６２】
ヌープ硬度測定は、たとえばＪＩＳ  Ｚ  ２２５１：２００９で規定され、工業材料の硬さを表す尺度の一つとして公知である。ヌープ硬度測定は、所定の温度および所定の荷重（試験荷重）でヌープ圧子を被測定材料へ押圧することにより、被測定材料の硬度を求めるものである。
【００６３】
ヌープ圧子とは、底面が菱型の四角柱の形状を有するダイヤモンド製の圧子をいう。底面の菱型は、対角線の長い方の対角線の長さａと短い方の対角線の長さｂとの比ｂ／ａが０．１４１と規定されている。ヌープ圧痕とは、上記温度および試験荷重でヌープ圧子を被測定材料へ押圧した直後に、該ヌープ圧子をリリースした箇所に残る痕跡をいう。
【００６４】
本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、ヌープ圧痕の比ｂ／ａ（０．０７以下）が本来のヌープ圧子の比ｂ／ａ（０．１４１）よりも小さくなることを特徴の一つとしている。この特徴は、被測定材料（すなわち本実施形態では窒化ホウ素多結晶体）が弾性的に振る舞い、圧痕が弾性的に元に戻ろうとする回復（弾性回復）が生じていることを意味する。
【００６５】
以下、ヌープ圧痕を概念的に示した図１を用いて上記弾性回復に関する現象を説明する。たとえば、被測定材料が全く弾性回復を示さない場合、ヌープ圧子の断面とヌープ圧痕とは等しい形状となり、図１中の「本来のヌープ圧痕」として破線で示した菱型となる。その一方で、本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体のヌープ圧痕は、図中の矢印の方向に弾性回復が生じやすいため、図中の実線で示した菱型となる。すなわち、図中の矢印の方向の戻りが大きくなれば、比ｂ／ａの値は小さくなり、この値が小さいほど弾性回復（弾性的性質）が大きいことを示している。
【００６６】
本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、ヌープ圧痕の比ｂ／ａが０．０７以下であるので大きな弾性回復力を有する。弾性回復が大きければ靭性は高くなり、もって強靭となる。以上のように、ヌープ圧痕の比ｂ／ａは、窒化ホウ素多結晶体の弾性回復の多寡を示す指標とすることができる。
【００６７】
本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体においてヌープ圧痕の比ｂ／ａは、小さい数値である程弾性回復が大きくなるため好ましい。さらに弾性回復が大きいと弾性的性質が大きくなり、超精密であることが要求される切削の場合に刃先が弾性的に変形するため、鏡面の加工などで問題となる切削痕に起因する回折現象（所謂虹目模様）が発生しにくくなる点においても好ましい。このため、比ｂ／ａの下限は規定すべきではないが、弾性回復が大きくなり過ぎると工具として使用した場合に加工中の弾性変形が大きくなって加工性が悪化する傾向がある。その観点から、比ｂ／ａの下限は０．０４とすることが好ましい。本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体においてヌープ圧痕の比ｂ／ａは、さらに好ましくは０．０５〜０．０７である。
【００６８】
＜ウルツ鉱型窒化ホウ素＞
本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素（ｗＢＮ）を０．０１体積％以上含むことが好ましい。これにより、窒化ホウ素多結晶体の組織がより緻密になる。ウルツ鉱型窒化ホウ素の含有量の上限は、特に規定すべきではないが、ウルツ鉱型窒化ホウ素の後述する特性の観点から７０体積％以下であることが好ましい。窒化ホウ素多結晶体にウルツ鉱型窒化ホウ素が含まれることにより、亀裂進展が阻害され靱性が向上する傾向がある。ただし、ウルツ鉱型窒化ホウ素は、六方晶窒化ホウ素から立方晶窒化ホウ素へ転移する間の準安定相であるため、立方晶窒化ホウ素よりも安定性に劣り、耐摩耗性が低いという特性を有する。このためウルツ鉱型窒化ホウ素の含有量のより好ましい範囲は、０．０１〜２０体積％となる。
【００６９】
窒化ホウ素多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素を含む場合、多結晶体中に複数の立方晶窒化ホウ素の結晶粒と複数のウルツ鉱型窒化ホウ素の結晶粒とが互いに分散して存在している。窒化ホウ素多結晶体は、この分散状態で、立方晶窒化ホウ素同士、ウルツ鉱型窒化ホウ素同士および立方晶窒化ホウ素とウルツ鉱型窒化ホウ素とが、いずれも強固に結合することにより緻密な組織を有することとなる。
【００７０】
ウルツ鉱型窒化ホウ素を０．０１体積％以上含み、残部が立方晶窒化ホウ素および不純物からなる窒化ホウ素多結晶体は、立方晶窒化ホウ素が５〜２５ｎｍ程度の平均粒径を有することができる。
【００７１】
＜圧縮型六方晶窒化ホウ素＞
本実施形態の窒化ホウ素多結晶体は、圧縮型六方晶窒化ホウ素（圧縮型ｈＢＮ）を０．０１〜０．５体積％含むことが好ましい。これにより、亀裂の進展が阻止され靭性が向上する。圧縮型ｈＢＮを含むことにより、広い温度範囲での焼結が可能となるため生産性が向上する。ただし、０．５体積％を超えて圧縮型ｈＢＮを含むと、圧縮型ｈＢＮに応力が集中して強度が低下する傾向がある。本実施形態の窒化ホウ素多結晶体は、圧縮型ｈＢＮをより好ましくは０．０１体積％以上０．１体積％以下含み、さらに好ましくは０．０５体積％以上０．１体積％以下含むことである。圧縮型六方晶窒化ホウ素とは、Ｃ軸の面間隔が通常よりも狭い六方晶窒化ホウ素をいう。
【００７２】
さらに窒化ホウ素多結晶体は、常圧型窒化ホウ素の含有量が０．１体積％以下であることが好ましい。常圧型窒化ホウ素の含有量が０．１体積％を超えると、強度が大幅に低下する可能性がある。常圧型窒化ホウ素とは、ｈＢＮ、菱面体ＢＮ（ｒＢＮ）、乱層構造をもったＢＮ（ｔＢＮ）および非晶質窒化ホウ素をいう。したがって「常圧型窒化ホウ素の含有量が０．１体積％以下である」とは、これらの窒化ホウ素の合計の含有量が０．１体積％以下であることを意味する。
【００７３】
窒化ホウ素多結晶体の組成、および窒化ホウ素多結晶体に含まれる各組成の体積比率は、Ｘ線回折法により確認することができ、たとえば、上述のＸ線回折装置（商品名：「Ｘ’ｐｅｒｔ」、スペクトリス社製）を用いて測定することができる。このときの該装置の条件はたとえば、以下のとおりとすればよい。
特性Ｘ線：  Ｃｕ−Ｋα（波長１．５４Å）
管電圧：  ４５ｋＶ
管電流：  ４０ｍＡ
フィルター：  多層ミラー
光学系：  集中法
Ｘ線回折法：  θ−２θ法。
【００７４】
≪切削工具、耐摩工具および研削工具≫
本実施形態に係る窒化ホウ素多結晶体は、立方晶窒化ホウ素の結晶粒の粒径が微細であり、かつ強靭となるため、切削工具、耐摩工具、研削工具などに用いることが好適である。すなわち、本実施形態に係る切削工具、耐摩工具および研削工具は、それぞれ上記窒化ホウ素多結晶体を備えることが好ましい。
【００７５】
本実施形態に係る切削工具、耐摩工具および研削工具はそれぞれ、その全体が窒化ホウ素多結晶体で構成されていても良いし、その一部（たとえば切削工具の場合、刃先部分）のみが窒化ホウ素多結晶体で構成されていても良い。さらに、各工具の表面にコーティング膜が形成されていても良い。
【００７６】
本実施形態に係る切削工具としては、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ、切削バイトなどを挙げることができる。
【００７７】
本実施形態に係る耐摩工具としては、ダイス、スクライバー、スクライビングホイール、ドレッサーなどを挙げることができる。本実施形態に係る研削工具としては、研削砥石などを挙げることができる。
【実施例】
【００７８】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００７９】
≪実施例１〜１０≫
＜熱処理粉末の準備＞
実施例１〜１０の窒化ホウ素多結晶体を製造するため、最初に以下の方法で熱処理粉末を準備した。まず、表１に示す種々の組成および粒径からなる高圧相窒化ホウ素の粉末を、表１に示す温度条件で真空中において熱処理した。これにより、表１において原料Ａ〜Ｆで示す熱処理後窒化ホウ素の粉末（すなわち熱処理粉末）を準備した（第１工程）。【００８０】
＜窒化ホウ素多結晶体の製造＞
次いで、原料Ａ〜Ｆをそれぞれ高融点金属（材質：タンタル）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２に示す温度および圧力の条件下で２０分間保持することにより、原料Ａ〜Ｆを立方晶窒化ホウ素に変換し、または立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の両方に変換し、かつ焼結した（第２工程）。これにより、実施例１〜１０の窒化ホウ素多結晶体を得た。実施例５の窒化ホウ素多結晶体は、後述する測定方法により測定すると、圧縮型六方晶窒化ホウ素（圧縮型ｈＢＮ）が表２に示す量、含まれていた。【００８１】
【表１】
2018066261.tif 000002
【００８２】
【表２】
2018066261.tif 000003
【００８３】
≪比較例１〜２≫
比較例１および２の窒化ホウ素多結晶体を、以下の方法で作製した。すなわち、表２に示すように、原料Ａを上記カプセルに入れ、超高圧高温発生装置を用いて表２に示す温度および圧力の条件下で２０分間保持することにより、原料Ａを立方晶窒化ホウ素に変換し、または立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素の両方に変換し、かつ焼結した。これにより、比較例１〜２の窒化ホウ素多結晶体を得た。比較例２の窒化ホウ素多結晶体は、後述する測定方法により測定すると、圧縮型六方晶窒化ホウ素（圧縮型ｈＢＮ）が表２に示す量、含まれていた。【００８４】
ここで上記実施例１〜１０および比較例１〜２に用いた高圧相窒化ホウ素の粉末の組成は、上述した方法、すなわちＸ線回折装置を用いたＸ線回折法により特定した。さらにこれらの高圧相窒化ホウ素の粒径についても上述した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）用いた切断法により求めた。熱処理粉末（原料Ａ〜Ｅ）の結晶粒の形状も、上述したＳＥＭ画像を用いる方法により特定した。【００８５】
≪比較例３≫
比較例３の窒化ホウ素多結晶体を、以下の方法で作製した。まず、実施例１〜１０の熱処理粉末（原料Ａ〜Ｆ）に代わる原料として、粒径５μｍ以下の市販の六方晶窒化ホウ素の粉末（以下、表２に記載する場合を含めて「粗粒ｈＢＮ粉末」とも記す）を準備した。【００８６】
次いで、この粗粒ｈＢＮの粉末を上記カプセルに入れ、超高圧高温発生装置を用いて表２に示す温度および圧力の条件下で２０分間保持することにより、粗粒ｈＢＮ粉末を立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素に変換し、かつ焼結した。これにより、比較例３の窒化ホウ素多結晶体を得た。【００８７】
≪比較例４≫
比較例４の窒化ホウ素多結晶体を、以下の方法で作製した。まず、実施例１〜１０の熱処理粉末（原料Ａ〜Ｆ）に代わる原料として、粒径２０ｎｍ以下の市販のＢＮナノチューブの粉末（以下、表２に記載する場合を含めて「ＢＮナノチューブ」とも記す）を準備した。【００８８】
次いで、このＢＮナノチューブの粉末を上記カプセルに入れ、超高圧高温発生装置を用いて表２に示す温度および圧力の条件下で２０分間保持することにより、ＢＮナノチューブの粉末を立方晶窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化ホウ素に変換し、かつ焼結した。これにより、比較例４の窒化ホウ素多結晶体を得た。【００８９】
≪比較例５≫
比較例５の立方晶窒化ホウ素焼結体を以下の方法で作製した。まず、実施例１〜１０の熱処理粉末（原料Ａ〜Ｆ）に代わる原料として、平均粒径２μｍ以下の市販の立方晶窒化ホウ素の粉末と市販のＣｏ系の金属結合材の粉末とを混合した混合物（以下、表２に記載する場合を含めて「ｃＢＮ／金属結合材」とも記す）の粉末を準備した。【００９０】
次いで、このｃＢＮ／金属結合材の粉末を上記カプセルに入れ、超高圧高温発生装置を用いて表２に示す温度および圧力の条件下で２０分間保持することにより焼結した。これにより、比較例５の立方晶窒化ホウ素焼結体を得た。【００９１】
≪評価≫
実施例１〜１０および比較例１〜４の窒化ホウ素多結晶体、比較例５の立方晶窒化ホウ素焼結体の組成、粒径、ヌープ硬度、ヌープ圧痕の比ｂ／ａを下記の手法で測定した。【００９２】
＜組成＞
実施例１〜１０および比較例１〜４の窒化ホウ素多結晶体、比較例５の立方晶窒化ホウ素焼結体に含まれる立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、圧縮型六方晶窒化ホウ素（圧縮型ｈＢＮ）およびウルツ鉱型窒化ホウ素（ｗＢＮ）の組成およびそれらの体積比率を、それぞれＸ線回折装置（商品名：「Ｘ’ｐｅｒｔ」、スペクトリス社製）により上述した条件により同定した。すなわち該装置のＸ線の線源はＣｕであり、波長１．５４ÅのＫα線である。その結果を表２の「組成（体積％）」の欄に示す。比較例５においては、立方晶窒化ホウ素焼結体に占める金属結合材の体積比率を考慮することなく、上記の各窒化ホウ素の組成を算出した。【００９３】
さらに、実施例１〜１０および比較例１〜４の窒化ホウ素多結晶体に対し、それぞれ不純物の含有量を上述したＳＩＭＳを用いた方法により測定した。比較例５の立方晶窒化ホウ素焼結体は焼結体内に金属の結合材を含むため、ＳＩＭＳによる分析を行なわなかった。その結果、実施例１〜１０および比較例１〜３の窒化ホウ素多結晶体において不純物の含有量は、水素が８００ｐｐｍａ以下、窒素が２００ｐｐｍａ以下、酸素が３０ｐｐｍａ以下であった。比較例４の窒化ホウ素多結晶体は、不純物として水素を３０００ｐｐｍａ以上含有していた。【００９４】
＜粒径＞
実施例１〜１０、比較例２および比較例４の窒化ホウ素多結晶体に含まれる立方晶窒化ホウ素の平均粒径を、上述したＴＥＭ画像を用いた切断法により求めた。このときＴＥＭの倍率は２０００００倍とした。その理由は、２０００００倍未満の倍率とすると、１視野内に現れる結晶粒の数が多くなりすぎ、粒界が見えにくくなるとともに数え間違いが発生し、測定する粒径の誤差が大きくなる傾向があるからである。２０００００倍を超える倍率とすると、１視野内に現れる結晶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。比較例１および比較例３において立方晶窒化ホウ素の平均粒径の測定に用いるＴＥＭの倍率は、これらの粒径が大きいことから３００００倍とし、比較例５において立方晶窒化ホウ素の平均粒径の測定に用いるＴＥＭの倍率は、比較例１および比較例３の立方晶窒化ホウ素のよりもさらに粒径が大きいことから３０００倍とした。【００９５】
さらに、各実施例および各比較例毎に、１つの試料に対して別々の箇所を撮影した３枚のＴＥＭ画像を使用し、各ＴＥＭ画像毎に上記方法で平均粒径を求め、得られた３つの平均粒径の平均値により、各実施例および各比較例における立方晶窒化ホウ素の平均粒径とした。その結果を表２の「平均粒径」の欄に示す。【００９６】
＜ヌープ硬度およびヌープ圧痕の比ｂ／ａ＞
実施例１〜１０および比較例１〜４の窒化ホウ素多結晶体、比較例５の立方晶窒化ホウ素焼結体について、ヌープ硬度およびヌープ圧痕の比ｂ／ａを以下の条件で測定した。【００９７】
すなわち、ヌープ圧子としてはマイクロヌープ圧子（対稜角１７２．５°および１３０°、対角線長比１：７．１１）を使用し、２３℃±５℃において４．９Ｎの試験荷重で、ヌープ硬度の測定を５回行なった。５回測定した結果のうち、最も小さな値と最も大きな値を除いた３つの値の平均値を求め、各実施例および各比較例におけるヌープ硬度とした。その結果を表２の「ヌープ硬度」の欄に示す。【００９８】
さらに、各測定毎にヌープ圧痕の対角線の長い方の対角線の長さａと短い方の対角線の長さｂとの比ｂ／ａをレーザー顕微鏡（商品名：「ｏｌｓ３０００」、オリンパス株式会社製）を用いて測定し、その平均値をヌープ圧痕の比ｂ／ａとした。その結果を表２の「ヌープ圧痕（比ｂ／ａ）」の欄に示す。ヌープ圧痕についても５回測定した結果のうち、最も小さな値と最も大きな値を除いた３つの値の平均値により求めた。【００９９】
表２に示すように、実施例１、２、４〜１０は０．８〜５０体積％のウルツ鉱型窒化ホウ素（ｗＢＮ）を含有していることが確認された。実施例１〜１０の立方晶窒化ホウ素の平均粒径は、５〜２５ｎｍであった。このとき、実施例１〜１０のヌープ圧痕の比ｂ／ａは０．０５０〜０．０７０であった。このことから実施例１〜１０の窒化ホウ素多結晶体は、微細な組織を有し、かつ強靭となることが分かる。【０１００】
特に、実施例１〜９の窒化ホウ素多結晶体は、ヌープ硬度が４０ＧＰａ以上であり、立方晶窒化ホウ素の平均粒径およびヌープ圧痕の比ｂ／ａの結果と併せて、より強靭となることが分かる。【０１０１】
これに対し比較例１は、立方晶窒化ホウ素の平均粒径が２００ｎｍであって、ヌープ圧痕の比ｂ／ａも０．０９３であった。比較例２は、圧縮型六方晶窒化ホウ素の含有量が１０体積％であって、ヌープ圧痕の比ｂ／ａも０．０９９であった。比較例３は、粗粒ｈＢＮ粉末を原料としており、立方晶窒化ホウ素の平均粒径が１９１ｎｍであって、ヌープ圧痕の比ｂ／ａも０．０９１であった。【０１０２】
比較例４は、ＢＮナノチューブを原料としており、平均粒径が９ｎｍで実施例１〜１０と同程度であったが、ヌープ圧痕の比ｂ／ａは０．０８０であった。この理由は、ＢＮナノチューブが水素を含んだガスから生成されるため、製造上水素が多量に含まれることによると考えられる。比較例４における不純物測定（ＳＩＭＳ分析）においても、水素が３０００ｐｐｍａ以上含有していた。比較例５は、立方晶窒化ホウ素の粉末と金属結合材の粉末とを混合した粉末を原料としており、平均粒径が２０００ｎｍ、ヌープ圧痕の比ｂ／ａが０．１１３であった。したがって、実施例１〜１０の窒化ホウ素多結晶体はすべて、比較例１〜５よりも微細な組織を有し、かつ強靭となることが分かる。【０１０３】
＜切削性能＞
実施例１〜１０および比較例１〜４の窒化ホウ素多結晶体、比較例５の立方晶窒化ホウ素焼結体を、先端径０．５ｍｍのボールエンドミル工具の先端に取り付け、これらの切削性能を評価した。具体的には、被削材としてＨＲＣ６０の焼入鋼を準備し、回転数８００００ｒｐｍ、切削速度２００ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み量５μｍ、送り量３μｍの条件で、２４ｍの切削をそれぞれ行なった。切削終了時の各実施例および各比較例の摩耗量を表３に示した。摩耗量が少ない程、その窒化ホウ素多結晶体および立方晶窒化ホウ素焼結体を備えた切削工具（ボールエンドミル工具）が強靭であると評価することができる。【０１０４】
【表３】
2018066261.tif 000004
【０１０５】
表３に示すように、最も摩耗量が少なかった実施例１を基準とすると、実施例２〜１０の摩耗量は、実施例１の摩耗量の１〜３倍の範囲内であった。これに対し、比較例２および４は、それぞれ切削距離が１５ｍおよび１１ｍの段階で大きな欠けが発生し、加工を中止する結果となった。さらに、比較例１、３および５は、実施例１の摩耗量のそれぞれ７．５倍、１０倍、２０．５倍と大きかった。このため、実施例１〜１０の窒化ホウ素多結晶体を備えた切削工具は、比較例１〜４の窒化ホウ素多結晶体および比較例５の立方晶窒化ホウ素焼結体を備えた切削工具に比べ強靭であることが確認された。【０１０６】
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、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。【０１０７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例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。
【符号の説明】
【０１０８】
ａ  菱形の長い方の対角線の長さ、ｂ  菱形の短い方の対角線の長さ
【図１】
2018066261.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月6日(2018.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧相窒化ホウ素の粉末を１３００℃以上で熱処理することにより熱処理粉末を得る第１工程と、
前記熱処理粉末を、８〜２０ＧＰａかつ１２００〜２３００℃の条件下で焼結することにより窒化ホウ素多結晶体を得る第２工程とを含み、
前記第１工程における熱処理の時間は、２時間以内である、窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項２】
前記窒化ホウ素多結晶体の製造方法は、前記第１工程において２１００℃以下で熱処理する、請求項１に記載の窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項３】
前記高圧相窒化ホウ素は、立方晶窒化ホウ素からなる、請求項１または請求項２に記載の窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項４】
前記高圧相窒化ホウ素は、ウルツ鉱型窒化ホウ素からなる、請求項１または請求項２に記載の窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項５】
立方晶窒化ホウ素を含み、
前記立方晶窒化ホウ素は、２５ｎｍ以下の平均粒径を有し、
２３℃±５℃における試験荷重４．９Ｎのヌープ硬度測定において、ヌープ圧痕の対角線の長い方の対角線の長さａと短い方の対角線の長さｂとの比ｂ／ａが０．０７以下である、窒化ホウ素多結晶体。
【請求項６】
前記ヌープ硬度測定において、ヌープ硬度が４０〜６０ＧＰａである、請求項５に記載の窒化ホウ素多結晶体。
【請求項７】
前記窒化ホウ素多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素を０．０１体積％以上含む、請求項５または請求項６に記載の窒化ホウ素多結晶体。
【請求項８】
前記窒化ホウ素多結晶体は、圧縮型六方晶窒化ホウ素を０．０１体積％以上０．５体積％以下含む、請求項５から請求項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】
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の窒化ホウ素多結晶体を備えた切削工具。
【請求項１０】
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の窒化ホウ素多結晶体を備えた耐摩工具。
【請求項１１】
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の窒化ホウ素多結晶体を備えた研削工具。
【請求項１２】
高圧相窒化ホウ素の粉末を１３００℃以上２１００℃以下で熱処理することにより熱処理粉末を得る第１工程と、
前記熱処理粉末を、８〜２０ＧＰａかつ１２００〜２３００℃の条件下で焼結することにより窒化ホウ素多結晶体を得る第２工程とを含み、
前記高圧相窒化ホウ素は、立方晶窒化ホウ素またはウルツ鉱型窒化ホウ素からなり、
前記第１工程における熱処理の時間は、２時間以内である、窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【国際調査報告】
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