(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方晶窒化硼素を含有した焼結体工具において、該焼結体は立方晶窒化硼素を体積％で３０％以上９０％未満含有し、残部の結合材は（１）  １０〜６０重量％のサイアロン、（２）  ２〜２０重量％のＡｌ及び（３）  残部はＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｎ，（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからなる化合物から選択された１種または２種以上（ただしＭはＴｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族の遷移金属）および不可避不純物からなるケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。
【請求項２】
前記結合材のサイアロンの組成がβ−サイアロン（Ｓｉ６−ｚ  Ａｌｚ  ＯＺ  Ｎ８−ｚ  、０＜Ｚ≦４．２）である請求項１に記載のケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、立方晶窒化硼素（以下ＣＢＮと称す）を用いたケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＢＮはダイヤモンドに次ぐ高硬度物質であり、その焼結体は主に鉄系材料の切削加工用工具として使用されている。この種の焼結体の一例は特開昭５３−７７８１１号公報や６２−２２８４５１号公報に開示されており、焼入鋼や鋳鉄の切削において高い切削性能を示すことは上記市販品においても確かめられている
。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＣＢＮ焼結体工具では例えば鋳鉄の高速切削においては刃先の摩耗の進展が速く、その寿命が短かったり刃先が欠損するという問題があった。従って、この発明の目的は上記のＣＢＮ焼結体よりもさらに耐摩耗性に優れた高硬度焼結体を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の目的を達成するため鋭意研究した結果、ＣＢＮの結合材の一成分としてケイ素含有化合物であるサイアロンを用いると優れた耐熱性と耐摩耗性が得られることを見出して本発明を完成した。すなわち、本発明は、ＣＢＮを体積％で３０％以上９０％未満含有し、残部の結合材は（１）  １０〜６０重量％のサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、（２）  ２〜２０重量％のＡｌ及び（３）  残部ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｎ，（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからなる化合物（以下Ｔｉ化合物という）から選択された１種または２種以上（ただしＭはＴｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族の遷移金属）および不可避不純物からなるケイ素化合物含有高硬度焼結体である。
【０００５】
【作用】
この発明の焼結体工具が耐磨耗性に優れるのは以下の理由によるものと推測し得る。本発明の用途であるねずみ鋳鉄の高速切削において、本発明者らは以下の興味深い現象を発見した。すなわち上記の切削を行なうと、工具刃先にケイ素（Ｓｉ）を含有する溶着物が生成し、これが保護膜となり刃先のすくい面および逃げ面の摩耗を著しく抑制することである。Ｓｉは一般に被削材である鋳鉄に含有され、これが供給源となり、従来のＣＢＮ焼結体においても耐摩耗性が多少向上することを発見したがＳｉの含有率は微量であるため刃先の保護による耐摩耗性向上は不十分であった。さらに、Ｓｉ化合物をＸ線回析により分析した結果、サイアロンであることが判明した。
このサイアロンは高温強度が高く耐摩耗性にも優れるため鋳鉄の高速切削のような刃先が高温となる場合に特に効果が現れたものと推測される。また、サイアロンはβ−サイアロンであることが望ましい。この理由は、β−サイアロンは特に高温強度に優れているからである。
【０００６】
本発明のＣＢＮ焼結体に用いられるＣＢＮは、この種の焼結体において通常用いられるものでよく、その結晶粒の大きさは数ミクロン以下とするのが好ましい。該焼結体中のＣＢＮ含有率は、体積％で通常３０％以上９０％未満、好ましくは６５〜８８％とする。３０％未満であると焼結体の硬度や強度が低下し、また、９０％をこえると相対的に結合材の量が減少し、高硬度の被削材や断続を有する被削材を切削した際に接触部に亀裂が発生し、欠損を生じ易くなる。
【０００７】
結合材としてはその主成分として１０〜６０重量％、好ましくは３５〜５５重量％のサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、及び２〜２０重量％のＡｌと残部がＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｎ，（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからなる化合物から選択された１種または２種以上の混合物であることが好ましい。特にサイアロンとしてはβ−サイアロン（Ｓｉ６−ｚ  Ａｌｚ  ＯＺ  Ｎ８−ｚ  、０＜Ｚ≦４．２）が高温強度に優れているので好ましい。このほか、α−Ｓｉ３  Ｎ４  のＳｉ，Ｎの一部がＡｌ，Ｏにて置換されたα−サイアロンも用いることができる。このサイアロンは市販品でもよく、またＳｉ３  Ｎ４  ，ＡｌＮ，ＳｉＯ２  ，Ａｌ２  Ｏ３  等の粉末を混合し熱処理することにより合成することができる。
サイアロンは前記のごとく、鋳鉄の高速切削時にこれが保護膜となり刃先のすくい面および逃げ面の摩耗を著しく抑制する効果がある。このサイアロンが結合材中で１０重量％未満であるとその供給が不十分となり、十分な耐摩耗性向上の効果が得られない。一方、６０重量％を越えると、相対的に、ＣＢＮと強固な結合をせしめるＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｎ，（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからなる化合物の量が減少し、焼結体として十分な強度が得られない。上記Ｔｉ化合物は高硬度であり、超高圧高温にてＣＢＮ粒子と強固に焼結し、更に前記被削材を切削した際に優れた耐摩耗性を示す。
【０００８】
また、結合材中には、２〜２０重量％、好ましくは４〜１５重量％のアルミニウムはその作用としてはＣＢＮ粒子とＴｉ化合物との結合を促進せしめるもので、２重量％未満では充分な結合強度が得られない。２０重量％を越えると、ＣＢＮと結合材との結合強度が高くなるものの、結合材自体の硬度が低下し耐摩耗性が悪くなるので好ましくない。また、アルミニウムはサイアロンの他に窒化アルミニウムや硼化アルミニウムとしても存在していることがＸ線回折によって確認された。
さらに、不可避的不純物としては、ＷＣ，Ａｌ２  Ｏ３  がＸ線回折によって確認された。
【０００９】
【実施例】
以下本発明を実施例によって更に詳細に説明する。
（実施例１）
サイアロン、Ｔｉ化合物とアルミニウムを表１の配合で含む結合材を超硬合金製ポットおよびボールを用いて混合し結合材粉末を作製した。
次に、この結合材と表１に示すＣＢＮ含有率のＣＢＮ粉末を配合したあとＭｏ製容器に充填し圧力４５ｋｂ，１３８０℃で２０分間焼結した。さらに、この焼結体を切削工具とした。
この工具を用いて、ねずみ鋳鉄の丸棒（φ２００×３００ｍｍ）の外周の連続切削テストを行った。
切削条件はＶ＝２０００ｍ／ｍｉｎ，ｄ＝０．３ｍｍ，ｆ＝０．１５ｍｍ／刃、乾式で行った。この結果を表１に示す（表中、Ｎｏ．１〜６が本発明の実施例、Ｎｏ．７〜１０は比較例である）。
【００１０】
【表１】
0003605842.tif 000002
【００１１】
以下に本発明の好ましい実施態様を要約して示す。
（１）β−サイアロンを結合材中３５〜５５重量％の割合で含有させる請求項１に記載のケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。
（２）ＣＢＮを含有する焼結体であって、ＣＢＮを体積％で６５〜８８％含有し、残部の結合材が
0003605842.tif 000003
からなることを特徴とするケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。
（３）サイアロンがβ−サイアロンである上記（２）記載のケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。
【００１２】
【発明の効果】
以上の説明のごとく、この発明ではＣＢＮの他に結合材中に１０〜６０重量％のサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、２〜２０重量％のアルミニウムを含み残部がＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍ）Ｎ，（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからなる化合物から選択された１種または２種以上の混合物（ただしＭはＴｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族の遷移金属）を混合し超高圧下で焼結することにより強固な焼結体を得ることができ、さらに、たとえば、ねずみ鋳鉄の切削速度１０００ｍ．／ｍｉｎを越える高速切削において有効である。