(57)【要約】  立方晶窒化ホウ素成形体は、ＡｌＭｇＢ１４のような少なくとも１種のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物を含有する第２の硬質相を含有する。第２の硬質相中に存在するホウ化アルミニウムマグネシウムは、ＡｌＭｇＢ１４のみから成るか、又は、ＡｌＭｇＢ１４と他の１種以上のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物との混合物から成る場合がある。更に、１種以上のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物は、ケイ素、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル及び鉄のような単体；又は、それらのホウ化物、炭化物並びに窒化物；でドーピングすることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方晶窒化ホウ素粒子の塊と、少なくとも１種のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物を含有する第２の硬質相とを含有している、立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項２】
前記第２の硬質相がＡｌＭｇＢ１４から成る、請求項１に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項３】
前記第２の硬質相が、ＡｌＭｇＢ１４と他の１種以上のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物との混合物から成る、請求項１に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項４】
前記第２の硬質相が、前記ホウ化アルミニウムマグネシウムに加えて、１種以上の硬質相を有している、請求項１に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項５】
結合剤相を有している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項６】
前記結合剤相は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、鉄、コバルト、ニッケル、チタン、タングステン及び同類のものから選ばれた１種の単体を含有している、請求項５に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項７】
前記ホウ化アルミニウムマグネシウムは、ＡｌＭｇＢ１４である、請求項１及び４〜６のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項８】
前記ホウ化アルミニウムマグネシウムは、ＡｌＭｇＢ１４と他の１種以上のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物との混合物である、請求項１及び４〜６のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項９】
前記立方晶窒化ホウ素の含有量は、３０〜９０体積％の範囲である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項１０】
前記立方晶窒化ホウ素の粒度は、０．１〜５０μｍの範囲にある、請求項１〜９のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項１１】
前記ホウ化アルミニウムマグネシウムの粒度は、０．０１〜２０μｍの範囲にある、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項１２】
説明に役立つ実施例に関連して本出願書類に実質的に記述されている、請求項１に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項１３】
鉄鋼材の機械加工に、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体を使用する方法。
【請求項１４】
前記機械加工は高速機械加工である、請求項１３に記載の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立方晶窒化ホウ素成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ホウ素は典型的には、３種の結晶形態、即ち、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）およびウルツ鉱型立方晶窒化ホウ素（ｗＢＮ）、で存在する。立方晶窒化ホウ素は、ダイヤモンドの構造に類似する構造を有する、硬質の閃亜鉛鉱型窒化ホウ素である。ｃＢＮ構造において、諸原子の間に形成される結合は、強力な四面体的共有結合（ｃｏｖａｌｅｎｔ  ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ  ｂｏｎｄｓ）である。ｃＢＮを製造する方法は、当該技術分野では周知である。そのような方法の１つは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉛、スズ、および、これらの金属の窒化物を包含することができる特定の触媒添加物質の存在の下、非常に高い圧力と温度とにｈＢＮをさらすことである。温度および圧力が減少した時、ｃＢＮを回収することができる。
【０００３】
ｃＢＮは、工作器具等において、広い商業的用途を有する。ｃＢＮは、砥石車、切削工具、等の研磨粒子として使用することができるか、または、工具本体に結合させて、従来の電気めっき技術を用いて工具インサート（ｔｏｏｌ  ｉｎｓｅｒｔ）を形成することができる。
ｃＢＮはまた、ＰＣＢＮとしても知られているｃＢＮ成形体のような結合形態で使用することができる。ｃＢＮ成形体は、優れたアブレシブ摩耗抵抗及び化学的摩耗抵抗（ａｂｒａｓｉｖｅ  ａｎｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｗｅａｒ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を有する傾向があり、熱的に安定であり、高い熱伝導率、優れた耐衝撃性を有し、しかも、被加工物と接触するとき、低い摩擦係数を有する。
【０００４】
ダイヤモンドは、ｃＢＮより硬質の唯一の材料である。しかし、ダイヤモンドは鉄のような幾種類かの材料と反応する傾向があるので、ダイヤモンドは、鉄含有金属と共に作動する場合、使用することができない。これらの場合、ｃＢＮを使用することが好ましい。
ｃＢＮ成形体は、多量の焼結多結晶ｃＢＮ粒子を含有する。ｃＢＮ含有率は高い。ｃＢＮ含有率が該成形体の８０容積％を超えるとき、かなりの量の、ｃＢＮ−ｃＢＮの直接的接触及び物理的結合が存在する。ｃＢＮ含有率がより低い（例えば、該成形体の４０〜６０容積％の範囲にある）とき、ｃＢＮ−ｃＢＮの直接的接触及び物理的結合の程度はより小さい。
【０００５】
ｃＢＮ成形体は一般に、典型的にはｃＢＮ触媒であるか又はそのような触媒を含有する結合相（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｐｈａｓｅ）を更に含有する。適切な結合相には、単体（例えば、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、タングステン、ケイ素、チタン）、これらの金属の組合せ、それらの窒化物、炭化物及び炭窒化物が包含される。
ｃＢＮ成形体中のｃＢＮ含有量が６０体積％未満である場合、もう１つの硬質相であって、本質的にセラミックであることがある硬質相が一般に存在する。適切なセラミック硬質相の例は、４族、５族又は６族遷移金属の炭化物、窒化物、ホウ化物及び炭窒化物、酸化アルミニウム、並びに、それらの混合物である。
ｃＢＮ成形体は、工具インサート又は工具の形成過程で、工具本体に直接結合させることができる。しかし、多くの用途に対しては、ｃＢＮ成形体は基体材料／支持材料に結合させて、支持された成形体構造体（ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ｃｏｍｐａｃｔ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成し、次いで、その支持された成形体構造体を工具本体に結合させることが好ましい。基体材料／支持材料は典型的には、コバルト、ニッケル、鉄、又は、それらの混合物若しくは合金のような結合剤と一緒に結合される焼結金属炭化物である。金属炭化物粒子は、タングステン炭化物粒子、チタン炭化物粒子、タンタル炭化物粒子、又は、それらの混合物を含有することができる。
【０００６】
前記の多結晶ｃＢＮ成形体及び支持された成形体構造体を製造するための既知の方法は、多量の未焼結ｃＢＮ粒子を高温高圧条件（即ち、ｃＢＮが、適切な時間の間、結晶学的に安定である条件）にさらす工程を含む。触媒又は触媒含有相を使用して、それら粒子の結合を促進させることができる。使用される典型的な高温高圧条件は、約１３００℃以上の範囲の温度、及び、約３２ＧＰａ以上の圧力である。これらの条件を維持するための時間は典型的には、約３〜１２０分である。
基体を有するか又は有さない焼結ｃＢＮ成形体はしばしば、使用される特定の切削工具若しくは穴あけ工具の所望の寸法及び／又は形状に切断され、次いで、ろう付け技術を利用して工具本体に取り付けられる。
【０００７】
一連の鉄鋼材、超硬度鋼、延性鋳鉄及びコンパクト黒鉛鋳鉄の高速機械加工を行う間の、立方晶窒化ホウ素成形体の工具寿命は、摩擦化学的摩耗（ｔｒｉｂｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｗｅａｒ）によって制限される。この問題は、用途において要求される、より高速の切削速度によって悪化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明による立方晶窒化ホウ素成形体（ＰＣＢＮ）は、多量の立方晶窒化ホウ素粒子と、少なくとも１種のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物を含有する第２の硬質相とを含有する。
本発明のもう１つの態様によると、鉄鋼材の機械加工（好ましくは、高速機械加工）に、上述の立方晶窒化ホウ素成形体を使用する方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の立方晶窒化ホウ素成形体は、少なくとも１種のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物を含有する第２の硬質相を含有する。該ホウ化アルミニウムマグネシウム化合物は、当該技術分野で知られているように、様々な形態をしている。当該技術分野において明確に確認されて特徴付けられている、１種の超硬質ホウ化アルミニウムマグネシウム化合物は、ＡｌＭｇＢ１４と称されるＡｌ０．７５Ｍｇ０．７８Ｂ１４である。第２の硬質相中に存在するホウ化アルミニウムマグネシウムは、ＡｌＭｇＢ１４のみから成るか、又は、ＡｌＭｇＢ１４と他の１種以上のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物との混合物から成る場合がある。更に、１種以上のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物は、ケイ素、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル及び鉄のような単体、又は、それらのホウ化物、炭化物並びに窒化物でドーピングすることができる。そのようなドーパント（ｄｏｐａｎｔ）は、該ホウ化アルミニウムマグネシウムの特性（例えば、硬度及び耐摩耗性）を変化させる効果を有する。該ドーパント元素はまた、該ホウ化アルミニウムマグネシウムと一緒に錯化合物、典型的にはＡｌＭｇＢ１４：Ｘ（式中、Ｘは前記ドーパント元素を示す）、を形成することができる。
【００１０】
第２の硬質相は、前記の少なくとも１種のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物（とりわけ、ＡｌＭｇＢ１４）から成り、他のいずれの元素も痕跡量又は極微量である。
第２の硬質相はまた、前記の少なくとも１種のホウ化アルミニウムマグネシウム化合物（とりわけ、ＡｌＭｇＢ１４）と、他の１種以上の硬質相（例えば、炭化チタン）とを含有することができる。
【００１１】
前記立方晶窒化ホウ素成形体は、当該技術分野で知られている結合剤相を更に含有することができる。適切な結合剤相には、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ及び同類のもののような単体が包含される。
前記成形体中の立方晶窒化ホウ素の含有量は、所望される成形体の性質と種類とによって異なり、典型的には、３０〜９０体積％の範囲である。立方晶窒化ホウ素の含有量は、高い（即ち、少なくとも８０体積％である）場合がある。代わりに、立方晶窒化ホウ素の含有量は、低い（例えば、４０〜６０体積％の範囲である）場合もある。
【００１２】
前記立方晶窒化ホウ素の粒度は概して、前記ホウ化アルミニウムマグネシウムの粒度よりも大きい。該立方晶窒化ホウ素の粒度は０．１〜５０μｍの範囲にあり、該ホウ化アルミニウムマグネシウム化合物の粒度は０．０１〜２０μｍの範囲にある。
本発明の立方晶窒化ホウ素成形体は、使用時、立方晶窒化ホウ素粒子とホウ化アルミニウムマグネシウム粒子と他のいずれかの第２の硬質相粒子と結合剤相粒子との混合物を、立方晶窒化ホウ素が結晶学的に安定である高温高圧条件に、適切な時間の間さらすことによって製造することができる。上述のように、そのような条件は、当該技術分野では周知である。前記ホウ化アルミニウムマグネシウム化合物はそれら自体、出発混合物（ｓｔａｒｔｉｎｇ  ｍｉｘｔｕｒｅ）として使用することができる。代替的に、アルミニウム及びマグネシウムの供給源は、立方晶窒化ホウ素と、前処理段階の間に作られたホウ化アルミニウムマグネシウムと一緒に、（例えば、立方晶窒化ホウ素粒子と共に、アルミニウム、マグネシウム及びホウ素の粉末の混合物を提供し、次いで、それらを適切な温度及び圧力の条件の下、加熱することによって、）混合することができる。
【００１３】
本発明の立方晶窒化ホウ素成形体は、優れた耐摩耗性と硬度とを有し、とりわけ、鉄鋼材、超硬度鋼、延性鋳鉄及びコンパクト黒鉛鋳鉄の高速機械加工で受ける高温条件の下で、優れた耐摩耗性と硬度とを有する。
次に、本発明は、次の非制限的実施例によって、より詳細に記述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
〔実施例〕
ＡｌＭｇＢ１４２０〜４０体積％（粒度５〜１５μｍ）を、ｃＢＮ粉末（粒度０．５〜５μｍ）に添加し、次いで、メタノールに入れて遊星ミルで２時間の間、粉砕機にかけた。それら粉末は、乾燥させて圧縮成形し、未焼結状態の、本質的に結合されていない塊（ｍａｓｓ）を形成した。該塊は、５．５ＧＰａの圧力及び１３００℃の温度にさらして、ｃＢＮ−ＡｌＭｇＢ１４の複合材料（ＰＣＢＮ）を形成した。Ｘ線回折による追跡によって、ＡｌＭｇＢ１４の存在を確認し、超高温／超高圧で処理した。２種類のそのような成形体を作った。一方は、ｃＢＮを６０体積％含有し、他方は、ｃＢＮを８０体積％含有した。
【国際調査報告】
2008539155.tif 000002
2008539155.tif 000003