(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状であって最大粒径が１００ｎｍ以下であり、かつ平均粒径が７０ｎｍ以下の微粒の立方晶窒化ホウ素と、
板状であって平均長径が５０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下の板状の立方晶窒化ホウ素と、
粒状であって最小粒径が１００ｎｍを超え、かつ平均粒径が１０００ｎｍ以下の粗粒の立方晶窒化ホウ素と、
を含む立方晶窒化ホウ素多結晶体。
【請求項２】
ウルツ鉱型窒化ホウ素をさらに有し、
前記ウルツ鉱型窒化ホウ素の含有率が０．０１体積％以上８０体積％以下である、請求項１に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体。
【請求項３】
圧縮型六方晶窒化ホウ素をさらに有し、
前記圧縮型六方晶窒化ホウ素の含有率が０．０１体積％以上０．５体積％以下である、請求項１に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体を備える、切削工具。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体を備える、耐摩工具。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体を備える、研削工具。
【請求項７】
出発物質として粗粒の六方晶窒化ホウ素粉末と、非六方晶窒化ホウ素粉末とからなる原料組成物を準備する工程と、
温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、
Ｐ≧０．００００１３２Ｔ2−０．０５８３Ｔ＋７１．７９３、
Ｔ≦２２００、および
Ｐ≦２５
という条件を満たす温度および圧力において、前記原料組成物を立方晶窒化ホウ素に直接変換させ、かつ焼結させる工程と、を備え、
前記粗粒の六方晶窒化ホウ素粉末の平均粒径は１μｍ以上であり、
前記非六方晶窒化ホウ素粉末は、非晶質の窒化ホウ素粉末、または、形状が球状、管状、壁状および角状の少なくともいずれかである六方晶以外の結晶質の窒化ホウ素粉末である、立方晶窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項８】
前記原料組成物における前記非六方晶窒化ホウ素粉末の含有割合は、１０体積％以上９５体積％以下である、請求項７に記載の立方晶窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項９】
出発物質として粗粒の六方晶型窒化ホウ素粉末と、微粒の六方晶型窒化ホウ素粉末とからなる原料組成物を準備する工程と、
温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、
Ｐ≧０．００００１３２Ｔ2−０．０５８３Ｔ＋７１．７９３、
Ｔ≦２２００、および
Ｐ≦２５
という条件を満たす温度および圧力において、前記原料組成物を立方晶窒化ホウ素に直接変換させ、かつ焼結させる工程と、を備え、
前記粗粒の六方晶型窒化ホウ素粉末の平均粒径は１μｍ以上であり、
前記微粒の六方晶型窒化ホウ素粉末の平均粒径は１００ｎｍ未満である、立方晶窒化ホウ素多結晶体の製造方法。
【請求項１０】
前記原料組成物における前記微粒の六方晶窒化ホウ素粉末の含有割合は、１０体積％以上９５体積％以下である、請求項９に記載の立方晶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、立方晶窒化ホウ素多結晶体、切削工具、耐摩工具、研削工具、および立方晶窒化ホウ素多結晶体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
立方晶窒化ホウ素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も優れる。また、鉄系材料に対しては、ダイヤモンドよりも安定なため、鉄系材料の加工工具として立方晶窒化ホウ素焼結体が用いられてきた。
【０００３】
しかし、この立方晶窒化ホウ素焼結体には、１０体積％以上４０体積％以下（１０〜４０体積％）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、熱拡散性を低下させる原因となっていた。そのため、特に鉄系材料を高速で切削加工する場合に、熱負荷が大きくなり、刃先の欠損や亀裂が生じやすく工具の寿命を短くしていた。
【０００４】
この問題を解決する手法として、バインダーを用いずに、触媒を用いて立方晶窒化ホウ素焼結体を製造する方法がある。この方法では、六方晶窒化ホウ素を原料とし、ホウ窒化マグネシウム（Ｍｇ3ＢＮ3）等を触媒として反応焼結させる。この方法で得られた立方晶窒化ホウ素焼結体は、バインダーを含まないため、立方晶窒化ホウ素同士が強く結合しており、熱伝導率が高くなる。そのため、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少量残留しているため、熱を加えると触媒と立方晶窒化ホウ素との熱膨張差による微細クラックが入りやすく、切削工具等には向かない。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、負荷の大きい切削用途等には耐えられない。
【０００５】
一方、六方晶窒化ホウ素等の常圧型窒化ホウ素を、超高圧高温下で触媒を用いず、直接立方晶窒化ホウ素へ変換させると同時に焼結させること（直接変換焼結法）によっても立方晶窒化ホウ素焼結体は得られる。たとえば、特開昭４７−０３４０９９号公報（特許文献１）や特開平０３−１５９９６４号公報（特許文献２）に、六方晶窒化ホウ素を超高圧高温下で立方晶窒化ホウ素に変換させて立方晶窒化ホウ素焼結体を得る方法が示されている。また、熱分解窒化ホウ素を原料とし、立方晶窒化ホウ素焼結体を得る方法がある。この種の方法が、例えば特開昭５４−０３３５１０号公報（特許文献３）や特開平０８−０４７８０１号公報（特許文献４）に示されている。この方法では７ＧＰａ、２１００℃以上の条件が必要である。
【０００６】
上記の条件よりもマイルドな条件で立方晶窒化ホウ素焼結体を得る方法が、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４７−０３４０９９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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献５は、圧力６ＧＰａ、１１００℃という条件で立方晶窒化ホウ素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六方晶窒化ホウ素の粒子を３μｍ以下にするため、六方晶窒化ホウ素が数質量％程度の酸化ホウ素不純物や吸着ガスを含む。したがって、これらの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等として用いることができない。
【０００９】
特許文献６は、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を開示している。また、この方法で合成された立方晶窒化ホウ素多結晶体では結晶粒径が０．１〜１μｍ程度であることが開示されている。
【００１０】
しかしながら、上記方法で得られた立方晶窒化ホウ素多結晶体において、立方晶窒化ホウ素結晶の粒径は合成温度により決まり、通常、立方晶窒化ホウ素結晶の粒径が平均粒径±０．２μｍ程度に揃った均質な組織となる。このように、上記方法で得られた立方晶窒化ホウ素多結晶体は均質な組織を有するため、微細なクラックが生じた場合に、クラックが進展しやすく、脆いという欠点がある。
【００１１】
上記のような課題に鑑み、本開示は、優れた靱性を有する立方晶窒化ホウ素多結晶体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】
【００１２】
本発明の一態様に係る立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ；cubic  Boron  Nitride）多結晶体は、粒状であって最大粒径が１００ｎｍ以下であり、かつ平均粒径が７０ｎｍ以下の微粒のｃＢＮと、板状であって平均長径が５０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下の板状のｃＢＮ、および、粒状であって最小粒径が１００ｎｍを超え、かつ平均粒径が１０００ｎｍ以下の粗粒のｃＢＮの少なくとも一方と、を含む。
【００１３】
本発明の一態様に係るｃＢＮ多結晶体の製造方法は、出発物質として粗粒の六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ;hexagonal  Boron  Nitride）粉末と、非六方晶窒化ホウ素（非ｈＢＮ）粉末とからなる原料組成物を準備する工程と、
温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、
Ｐ≧０．００００１３２Ｔ2−０．０５８３Ｔ＋７１．７９３、
Ｔ≦２２００、および
Ｐ≦２５
という条件を満たす温度および圧力において、原料組成物をｃＢＮに直接変換させ、かつ焼結させる工程と、を備え、
粗粒のｈＢＮ粉末の平均粒径は１μｍ以上であり、非ｈＢＮ粉末は、非晶質の窒化ホウ素粉末、または、形状が球状、管状、壁状および角状の少なくともいずれかである六方晶以外の結晶質の窒化ホウ素粉末である。
【００１４】
本発明の一態様に係るｃＢＮ多結晶体の製造方法は、出発物質として粗粒のｈＢＮ粉末と、微粒のｈＢＮ粉末とからなる原料組成物を準備する工程と、
温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、
Ｐ≧０．００００１３２Ｔ2−０．０５８３Ｔ＋７１．７９３、
Ｔ≦２２００、および
Ｐ≦２５
という条件を満たす温度および圧力において、原料組成物をｃＢＮに直接変換させ、かつ焼結させる工程と、を備え、
粗粒のｈＢＮ粉末の平均粒径は１μｍ以上であり、
微粒のｈＢＮ粉末の平均粒径は１００ｎｍ未満である。
【発明の効果】
【００１５】
上記によれば、ｃＢＮ多結晶体は、優れた靱性を有することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[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。
【００１７】
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、それぞれ異なる特徴を有する数種のｈＢＮ粉末を含む原料組成物を、高温高圧下において直接的にｃＢＮに変換することで、強靭なｃＢＮ多結晶体が得られることを見出した。
【００１８】
〔１〕本発明の一態様に係るｃＢＮ多結晶体は、粒状であって最大粒径が１００ｎｍ以下であり、かつ平均粒径が７０ｎｍ以下の微粒の立方晶窒化ホウ素と、板状であって平均長径が５０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下の板状の立方晶窒化ホウ素、および、粒状であって最小粒径が１００ｎｍを超え、かつ平均粒径が１０００ｎｍ以下の粗粒の立方晶窒化ホウ素の少なくとも一方と、を含むｃＢＮ多結晶体である。
【００１９】
上記ｃＢＮ多結晶体によれば、板状のｃＢＮおよび／または粗粒のｃＢＮが亀裂の進展を阻止するため、強靭な多結晶体となる。
【００２０】
〔２〕上記ｃＢＮ多結晶体は、ウルツ鉱型窒化ホウ素（以下、「ｗＢＮ」とも記す）をさらに有し、ｗＢＮの含有率が０．０１体積％以上８０体積％以下であることが好ましい。これにより、多結晶体の組織をより緻密なものとすることができる。
【００２１】
〔３〕上記ｃＢＮ多結晶体は、圧縮型六方晶窒化ホウ素（以下、「圧縮型ｈＢＮ」とも記す）をさらに有し、圧縮型ｈＢＮの含有率が０．０１体積％以上０．５体積％以下であることが好ましい。これにより、亀裂の進展を阻止し靱性を向上させることができる。
【００２２】
なお「圧縮型ｈＢＮ」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。
【００２３】
〔４〕本発明の一態様に係る切削工具は、上記〔１〕〜〔３〕のいずれか１つに記したｃＢＮ多結晶体を備える。
【００２４】
この切削工具は、上述したｃＢＮ多結晶体の性質に基づき、優れた靱性を有する。
〔５〕本発明の一態様に係る耐摩工具は、上記〔１〕〜〔３〕のいずれか１つに記したｃＢＮ多結晶体を備える。
【００２５】
この耐摩工具は、上述したｃＢＮ多結晶体の性質に基づき、優れた靱性を有する。
〔６〕本発明の一態様に係る研削工具は、上記〔１〕〜〔３〕のいずれか１つに記したｃＢＮ多結晶体を備える。
【００２６】
この研削工具は、上述したｃＢＮ多結晶体の性質に基づき、優れた靱性を有する。
なお、これらの工具は、工具全体がｃＢＮ多結晶体から構成されるものであってもよいし、その一部（たとえば切削工具の刃先部）がｃＢＮ多結晶体から構成されるものであってもよい。
【００２７】
〔７〕本発明の一態様に係るｃＢＮ多結晶体の製造方法は、
出発物質として粗粒のｈＢＮ粉末と、非ｈＢＮ粉末とからなる原料組成物を準備する工程と、
温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、
Ｐ≧０．００００１３２Ｔ2−０．０５８３Ｔ＋７１．７９３、
Ｔ≦２２００、および
Ｐ≦２５
という条件を満たす温度および圧力において、原料組成物をｃＢＮに直接変換させ、かつ焼結させる工程と、を備え、
粗粒のｈＢＮ粉末の平均粒径は１μｍ以上であり、
非ｈＢＮ粉末は、非晶質の窒化ホウ素、または、形状が球状、管状、壁状および角状の少なくともいずれかであるｈＢＮ以外の結晶質の窒化ホウ素である。
【００２８】
この製造方法によれば、上記〔１〕〜〔３〕のいずれか１つに記したｃＢＮ多結晶体を容易に製造することができる。
【００２９】
なお「直接変換される」とは、焼結助剤および触媒が添加されていない無触媒の下で出発物質がｃＢＮに直接的に変換されることを意味する。上記製造方法は、この直接変換と同時に出発物質を焼結するものであり、いわば「直接変換焼結」ともいうべき製造方法である。この直接変換焼結を経ることにより、ｃＢＮ多結晶体における粒間結合は強固なものとなる。
【００３０】
〔８〕上記製造方法において、原料組成物における非ｈＢＮ粉末の含有割合は、１０体積％以上９５体積％以下であることが好ましい。これにより、より靱性に優れたｃＢＮ多結晶体を製造することができる。
【００３１】
〔９〕本発明の一態様に係るｃＢＮ多結晶体の製造方法は、
出発物質として粗粒のｈＢＮ粉末と、微粒のｈＢＮ粉末とからなる原料組成物を準備する工程と、
温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、
Ｐ≧０．００００１３２Ｔ2−０．０５８３Ｔ＋７１．７９３、
Ｔ≦２２００、および
Ｐ≦２５
という条件を満たす温度および圧力において、原料組成物をｃＢＮに直接変換させ、かつ焼結させる工程と、を備え、
粗粒のｈＢＮ粉末の平均粒径は１μｍ以上であり、
微粒のｈＢＮ粉末の平均粒径は１００ｎｍ未満である。
【００３２】
この製造方法によれば、上記〔１〕〜〔３〕のいずれか１つに記したｃＢＮ多結晶体を容易に製造することができる。
【００３３】
〔１０〕上記製造方法において、原料組成物における微粒のｈＢＮ粉末の含有割合は、１０体積％以上９５体積％以下であることが好ましい。これにより、より靱性に優れたｃＢＮ多結晶体を製造することができる。
【００３４】
[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
＜立方晶窒化ホウ素多結晶体（ｃＢＮ多結晶体）＞
本実施形態に係るｃＢＮ多結晶体は、微粒のｃＢＮと、板状のｃＢＮおよび粗粒のｃＢＮの少なくともいずれか一方と、からなる混合組織を含む。つまりこのｃＢＮ多結晶体は、微粒のｃＢＮの他、板状のｃＢＮおよび粗粒のｃＢＮの一方を含むもの、または微粒のｃＢＮの他、板状のｃＢＮおよび粗粒のｃＢＮの両方を含むものである。本実施形態のｃＢＮ多結晶体は、このような混合組織を含む限り、本実施形態の効果を示す範囲において不可避不純物を含んでいても差し支えない。不可避不純物としては、たとえば窒素（Ｎ2）、水素（Ｈ2）、酸素（Ｏ2）などを挙げることができる。
【００３６】
また、本実施形態に係るｃＢＮ多結晶体は、常圧型窒化ホウ素の含有率が０．１体積％以下であることが好ましい。常圧型窒化ホウ素を０．１体積％を超えて含有すると、強度が大幅に低下する可能性があるためである。
【００３７】
本実施形態のｃＢＮ多結晶体は、実質的にバインダー、焼結助剤、触媒などを含んでおらず、これは本実施形態のｃＢＮ多結晶体の有利な点の一つである。なぜなら、従来のｃＢＮ焼結体のように、バインダーを含んだり、焼結助剤や触媒を含むことによるデメリットを解消できるからである。
【００３８】
なお、本実施形態に係るｃＢＮ多結晶体は焼結体であるが、通常焼結体とはバインダーを含むことを意図する場合が多いため、本実施形態では「多結晶体」という用語を用いている。
【００３９】
（立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ））
本実施形態のｃＢＮ多結晶体は、上述のように、微粒のｃＢＮと、板状のｃＢＮおよび粗粒のｃＢＮの少なくともいずれか一方とを含む。これらのｃＢＮは互いに強固に結合して緻密な混合組織を構成する。
【００４０】
「微粒のｃＢＮ」とは、粒状であり、粒径（最大粒径）が１００ｎｍ以下であり、かつ平均粒径が７０ｎｍ以下のｃＢＮの結晶を意味する。「粒状」とは、その形状が真球状、球状、不定形状のものを意味する。
【００４１】
「板状のｃＢＮ」とは、板状であり、その平均長径が５０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下であるｃＢＮの結晶を意味する。「板状」とは、「粒状」とは異なる形状であって、鱗片状、フレーク状、平板状のものを意味する。本明細書では、ｃＢＮの長径をｃＢＮの短径で割ったアスペクト比が３以上のものを「板状」とする。
【００４２】
「粗粒のｃＢＮ」とは、粒状であり、粒径（最小粒径）が１００ｎｍを超え、かつ平均粒径が１０００ｎｍ以下のｃＢＮの結晶を意味する。
【００４３】
ｃＢＮ多結晶体に含まれるｃＢＮにおいて、微粒のｃＢＮ、粗粒のｃＢＮおよび板状のｃＢＮの分類は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning  Electron  Microscope）を用いて行うことができる。
【００４４】
具体的には、まずＳＥＭを用いてｃＢＮ多結晶体の表面を研磨し、研磨された面を１０００〜１０００００倍の倍率で観察し、ＳＥＭ画像を得る。そして、ＳＥＭ画像中において、ｃＢＮのうち、アスペクト比が３以上のものを板状のｃＢＮとする。次に、板状のｃＢＮと認定したｃＢＮ以外のｃＢＮ（すなわちアスペクト比が３未満のもの）のうち、粒径が１００ｎｍ以下のものを微粒のｃＢＮとし、粒径が１００ｎｍを超えるものを粗粒のｃＢＮとする。
【００４５】
また微粒のｃＢＮの平均粒径は、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、上記の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（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。
【００４６】
この場合、上記の観察倍率および円の直径は、上記の直線１本あたりに載る微粒のｃＢＮ粒子（結晶粒）の個数が１０〜５０個程度になるように設定することが好ましい。
【００４７】
引続き、上記の各直線毎に微粒のｃＢＮ粒子の結晶粒界を横切る数を数え、直線の長さをその横切る数で割ることにより平均切片長さを求め、その平均切片長さに１．１２８をかけ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たものである）。なお、このような平均粒径は、より好ましくは数枚のＳＥＭ画像を用いて、各画像毎に上記のような方法で平均粒径を求め、その平均粒径の平均値を「微粒のｃＢＮの平均粒径」とすることが好適である。
【００４８】
また、上記のような方法による測定では、ｃＢＮ以外の微粒の粒子（たとえばｗＢＮの結晶粒）の粒径を含む可能性があるが、このようにｃＢＮ以外の粒子の粒径を含む場合であっても、微粒のｃＢＮの平均粒径とみなすものとする。
【００４９】
粗粒のｃＢＮの平均粒径も、微粒のｃＢＮの平均粒径と同様に、ＳＥＭを用いた切断法により求めることができる。この場合にも、上記の観察倍率および円の直径は、上記の直線１本あたりに載る粗粒のｃＢＮ粒子（結晶粒）の個数が１０〜５０個程度になるように設定することが好ましい。
【００５０】
板状のｃＢＮの平均長径も、微粒のｃＢＮの平均粒径と同様に、ＳＥＭを用いた切断法により求めることができる。この場合にも、上記の観察倍率および円の直径は、上記の直線１本あたりに載る板状のｃＢＮ粒子（結晶粒）の個数が１０〜５０個程度になるように設定することが好ましい。
【００５１】
本発明者らは、上記の２種または３種のｃＢＮからなる混合組織を有するｃＢＮ多結晶体においては、混合組織が高い硬度を有することができるとともに、微細なクラックが生じた際に、板状のｃＢＮおよび／または粗粒のｃＢＮがクラックの進展を阻止する効果があることを知見した。したがって、本実施形態のｃＢＮ多結晶体は耐亀裂伝搬性に優れた強靭な多結晶体となる。
【００５２】
本実施形態のｃＢＮ多結晶体は、このように微粒のｃＢＮだけでなく、板状のｃＢＮおよび粗粒のｃＢＮの少なくとも一方を含むｃＢＮの混合組織を有することにより、工具等に用いる場合に負荷の大きな用途などに適用することができるものとなる。特に、本実施形態のｃＢＮ多結晶体は、微粒のｃＢＮ、板状のｃＢＮおよび粗粒のｃＢＮのいずれをも含むことが好ましく、この場合、特に靱性に優れることができる。
【００５３】
本実施形態のｃＢＮ多結晶体において、微粒のｃＢＮの粒径（最大粒径）は３０〜９５ｎｍ以下が好ましく、３５〜９５ｎｍがより好ましく、７０〜９５ｎｍがさらに好ましい。また、微粒のｃＢＮの平均粒径は７０ｎｍ以下が好ましく、５４ｎｍ以下がより好ましい。微粒のｃＢＮの平均粒径は、小さいほど上記効果、すなわち硬度を高める点で好ましいため、その下限をあえて限定する必要はない。ただし、製造効率の観点からその下限は１０ｎｍである。
【００５４】
本実施形態のｃＢＮ多結晶体において、板状のｃＢＮの平均長径は３００〜２１００ｎｍが好ましく、３００〜１１００ｎｍがより好ましく、３００〜１０００ｎｍがさらに好ましい。
【００５５】
本実施形態のｃＢＮ多結晶体において、粗粒のｃＢＮの平均粒径は１５０〜３２０ｎｍであることが好ましく、１６０〜３２０ｎｍであることがより好ましい。
【００５６】
またｃＢＮ多結晶体におけるｃＢＮ（上記２種または上記３種のｃＢＮの合計量）の含有率は２０体積％以上であることが好ましい。つまり、ｃＢＮ多結晶体において混合組織が占める割合は２０体積％以上であることが好ましい。この場合、ｃＢＮ多結晶体は亀裂進展を抑制する耐亀裂伝搬性に特に優れることができる。ｃＢＮ多結晶体における上記ｃＢＮの含有率は９２体積％以上がより好ましく、９８体積％以上がさらに好ましい。
【００５７】
なお、ｃＢＮ多結晶体中におけるｃＢＮ、後述するｗＢＮ、圧縮型ｈＢＮのそれぞれの含有割合（体積％）は、従来公知の方法、たとえばＸ線回折法により求めることができる。
【００５８】
（ウルツ鉱型窒化ホウ素（ｗＢＮ））
本実施形態のｃＢＮ多結晶体は、ｗＢＮを含んでいても良く、このようなｗＢＮを０．０１体積％以上含むことが好ましい。これにより、多結晶体の組織がより緻密なものとなる。なお、含有されるｗＢＮの含有量の上限は、ｗＢＮの特性の観点から８０体積％以下である。ｗＢＮが存在すると亀裂進展を阻害し靱性を向上させる効果があるが、ｗＢＮはｈＢＮからｃＢＮへの転移の間の準安定相であるため、ｃＢＮ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。ｗＢＮの含有量のより好ましい範囲は、０．０１〜２０体積％であり、さらに好ましい範囲は、０．０１〜１体積％である。
【００５９】
ｃＢＮ多結晶体がｗＢＮを含む場合、上述のように、複数のｃＢＮの結晶粒からなる混合組織と複数のｗＢＮの結晶粒とが、互いに異なった領域を形成する。そして、ｃＢＮ同士は混合組織として強固に結合し、ｗＢＮ同士もまた強固に結合し、さらにｃＢＮとｗＢＮともまた強固に結合するため、結果的に緻密な組織を有することになる。
【００６０】
（圧縮型六方晶窒化ホウ素（圧縮型ｈＢＮ））
本実施形態のｃＢＮ多結晶体は、圧縮型ｈＢＮを含んでいても良く、このような圧縮型ｈＢＮを０．０１〜０．５体積％含むことが好ましい。これにより、亀裂の進展を阻止し靭性を向上させる作用をもたらすことができる。また圧縮型ｈＢＮの存在を許容することで、広い温度範囲で焼結が可能となり、生産性が向上する。ただし圧縮型ｈＢＮが０．５体積％を超えると、圧縮型ｈＢＮでの応力集中が大きくなり強度が低下する場合もある。したがってｃＢＮ多結晶体が圧縮型ｈＢＮをさらに含む場合、その上限は０．５体積％である。圧縮型ｈＢＮの体積含有率は、より好ましくは０．０１〜０．１体積％であり、特に好ましくは０．０５〜０．１体積％である。
【００６１】
なお、ｃＢＮ多結晶体中にｗＢＮおよび圧縮型ｈＢＮのいずれもが含まれていてもよいが、ｗＢＮおよび圧縮型ｈＢＮのいずれか一方が含まれていることが好ましい。この場合、より靱性に優れることができる。
【００６２】
＜用途＞
本実施形態のｃＢＮ多結晶体は、強靭であるため、切削工具、耐摩工具、研削工具などに用いることが好適となる。すなわち、本実施形態の切削工具、耐摩工具、および研削工具は、それぞれ上記のｃＢＮ多結晶体を備えたものである。
【００６３】
なお、上記の各工具は、その全体がｃＢＮ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ｃＢＮ多結晶体で構成されていても良い。また、各工具は、その表面にコーティング膜が形成されていても良い。
【００６４】
ここで、上記切削工具としては、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、切削バイト等を挙げることができる。
【００６５】
また、上記耐摩工具としては、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。
【００６６】
また、上記研削工具としては、研削砥石などを挙げることができる。
＜製造方法＞
本実施形態に係るｃＢＮ多結晶体の製造方法は、
出発物質としての粗粒のｈＢＮ粉末と、非ｈＢＮ粉末とからなる原料組成物を準備する工程（以下「準備工程」とも記す）と、
温度をＴ（℃）、圧力をＰ（ＧＰａ）としたときに、
Ｐ≧０．００００１３２Ｔ2−０．０５８３Ｔ＋７１．７９３、
Ｔ≦２２００、および
Ｐ≦２５
という条件（以下「合成条件Ａ」ともいう）を満たす温度および圧力において、原料組成物をｃＢＮに直接変換させ、かつ焼結させる工程（以下「焼結工程」とも記す）とを備える。以下、各工程について説明する。
【００６７】
（準備工程）
準備工程において、粗粒のｈＢＮ粉末および非ｈＢＮ粉末のそれぞれは、どのように準備されてもよい。すなわちそれぞれは従来公知の合成法により得たものでもよく、市販のものを入手してもよい。それぞれ得た（入手した）粉末を混合することにより、原料組成物を調製することができる。
【００６８】
「粗粒のｈＢＮ粉末」は、六方晶の結晶構造を有する窒化ホウ素よりなる粉末であってその平均粒径は１μｍ以上である。なお、原料（出発物質）であるｈＢＮ粉末の平均粒径は、レーザー光を利用したレーザー回折散乱法により測定された平均粒径である。
【００６９】
ここで、粗粒のｈＢＮ粉末としては、得られるｃＢＮ多結晶体における各種ｃＢＮの平均粒径（または平均長径）よりも大きな平均粒径を有するｈＢＮ粉末を採用することができる。ｈＢＮからｃＢＮへと転移する際にｈＢＮ間の結合を切って、原子の組み換えを経て再結合するために原料（出発物質）の粒径よりも焼結後のｃＢＮの粒径のほうが小さくなるためである。ただし、原料の粒径が小さいと本来のｈＢＮ間の結合が無い粒界が多くなるため、変換後のｃＢＮの粒径は小さくなる。逆に原料の粒径が大きいとｃＢＮの粒径が大きくなる。
【００７０】
したがって、粗粒のｈＢＮ粉末の平均粒径の上限値は、目的とするｃＢＮ多結晶体中のｃＢＮの平均粒径（または平均長径）に鑑み、１０μｍが好ましく、８μｍがより好ましい。
「非ｈＢＮ粉末」は、六方晶の結晶構造を有さない窒化ホウ素よりなる粉末であり、非晶質の窒化ホウ素よりなる粉末、または形状が球状、管状、壁状および角状の少なくともいずれかである結晶質の窒化ホウ素よりなる粉末である。
【００７１】
非晶質の窒化ホウ素としては、アモルファスの窒化ホウ素を挙げることができる。また結晶質の窒化ホウ素としては、ナノ結晶質の窒化ホウ素を挙げることができる。ナノ結晶質の窒化ホウ素としては、オニオン状（球状）の形状を有する窒化ホウ素ナノオニオン、管状の形状を有する窒化ホウ素ナノチューブ、壁状の形状を有する窒化ホウ素ナノウォール、角状の形状を有する窒化ホウ素ナノホーン等がある。
【００７２】
上記非ｈＢＮ粉末の大きさ（領域）は特に制限されないが、粗粒のｈＢＮ粉末の平均粒径に対して小さい傾向にあることが好ましい。たとえば、管状の窒化ホウ素ナノチューブの直径は１〜１００ｎｍであることが好ましく、球状の窒化ホウ素ナノオニオンの粒径は５〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００７３】
準備工程で準備される原料組成物における非ｈＢＮ粉末の含有割合は、１０〜９５体積％が好ましく、２０〜５０体積％がより好ましく、１０〜５０体積％がさらに好ましい。これにより、原料組成物中に粗粒ｈＢＮ粉末と非ｈＢＮ粉末の両者がバランスよく存在することができ、もって、上述の２種または３種のｃＢＮからなる混合組織を有するｃＢＮ多結晶体を容易に得ることができる。
【００７４】
また、準備工程において、非ｈＢＮ粉末の代わりに微粒のｈＢＮ粉末を用いてもよい。
微粒のｈＢＮ粉末は、平均粒径が１００ｎｍ未満である点で、粗粒のｈＢＮ粉末と異なる。なお、粗粒のｈＢＮ粉末および微粒のｈＢＮ粉末とは、それぞれ粒度分布を有する粒子の集合体であるが、両者の平均粒径が十分に離れていることから、両者の粒度分布のうち重なる領域はない。
【００７５】
ここで、微粒のｈＢＮ粉末の平均粒径は、得られるｃＢＮ多結晶体における微粒のｃＢＮの平均粒径よりも大きな粒径を有するものを採用することができる。上述のように、ｈＢＮからｃＢＮへと転移する際にｈＢＮ間の結合を切って、原子の組み換えを経て再結合するために原料（出発物質）の粒径よりも焼結後のｃＢＮの粒径のほうが小さくなるためである。したがって、上記微粒のｈＢＮ粉末の粒径は１００ｎｍ未満とし、製造的理由からその下限値は５ｎｍである。
【００７６】
準備工程で準備される原料組成物における微粒のｈＢＮ粉末の含有割合は、１０〜９５体積％が好ましく、５０〜９５体積％がより好ましい。これにより、原料組成物中に粗粒ｈＢＮ粉末と微粒ｈＢＮ粉末の両者がバランスよく存在することができ、もって、上述の２種または３種のｃＢＮからなる混合組織を有するｃＢＮ多結晶体を容易に得ることができる。
【００７７】
（焼結工程）
焼結工程において、圧力Ｐ（ＧＰａ）および温度Ｔ（℃）は、高温側では粒成長、低温側では未変換ｈＢＮの残留などの問題が発生するという理由から、上記の合成条件Ａを満たすことが必要である。
【００７８】
ここで、合成条件Ａにおける温度Ｔ（℃）は、ｃＢＮ多結晶体が得られる温度であれば特に限定はなく、その下限値を規定する必要はない。この温度Ｔ（℃）は、より好ましくは１３００〜２２００℃である。
【００７９】
また、合成条件Ａにおける圧力Ｐ（ＧＰａ）も、ｃＢＮ多結晶体が得られる圧力であれば特に限定はなく、その下限値を規定する必要はない。この圧力Ｐ（ＧＰａ）は、より好ましくは８〜２０ＧＰａである。
【００８０】
また焼結工程における上記温度および圧力の適用時間は、５〜２０分である。５分より短い場合、焼結が不十分となり、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。
【００８１】
上記焼結工程は、原料組成物をｃＢＮに変換させ、かつ焼結させる工程であるが、原料組成物のｃＢＮへの変換は、焼結助剤や触媒を用いることなく、原料組成物（すなわち窒化ホウ素）が単独で直接ｃＢＮに変換されるものであり、通常この変換は焼結と同時に行なわれることになる。
【００８２】
上述の製造方法により、本実施形態に係るｃＢＮ多結晶体、すなわち、微粒のｃＢＮと板状のｃＢＮおよび／または粗粒のｃＢＮとを含む、強靭なｃＢＮ多結晶体を製造することができる。
【実施例】
【００８３】
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。
【００８４】
＜実施例１〜１０および比較例１〜４＞
実施例１〜１０に係るｃＢＮ多結晶体を以下の方法で作製した。まず、各実施例において、出発物質を準備した（準備工程）。出発物質としては粗粒のｈＢＮ粉末、微粒のｈＢＮ粉末、非ｈＢＮ粉末を準備し、各実施例毎に使用する原料組成物を変更した。
【００８５】
次いで、上記で準備した原料組成物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（「合成条件」の欄）に記載した温度および圧力において２０分間保持することにより、原料組成物をｃＢＮに変換させ、かつ焼結させた（焼結工程）。これにより、ｃＢＮ多結晶体を得た。
【００８６】
【表１】
0006447197.tif 000002
【００８７】
表１の原料組成物の欄において、「粗粒ｈＢＮ粉末」は平均粒径が１μｍのｈＢＮ粉末を意味し、「微粒ｈＢＮ粉末」は平均粒径が１００ｎｍ未満のｈＢＮ粉末を意味し、「非ｈＢＮ粉末」はｈＢＮ以外の窒化ホウ素粉末（具体的にはナノ結晶質からなる窒化ホウ素の粉末）を意味する。「粗粒ｈＢＮ」および「微粒ｈＢＮ」の欄には、各実施例および各比較例で用いた粗粒ｈＢＮおよび／または微粒ｈＢＮの平均粒径を記し、「非ｈＢＮ」の欄には、各実施例および各比較例で用いた非ｈＢＮとしてのナノ結晶質の種類を記している。また、「含有割合（体積％）」の欄には、原料組成物における粗粒ｈＢＮ粉末以外の粉末の含有割合（すなわち微粒ｈＢＮ粉末または非ｈＢＮ粉末の含有割合）を示している。
【００８８】
実施例１〜１０の製造方法に関し、焼結工程における合成条件（温度および圧力）は、合成条件Ａを満たしている。
【００８９】
比較例１の製造方法に関し、合成条件Ａを満たしているが、原料組成物に微粒ｈＢＮおよび非ｈＢＮのいずれも含んでいないという点で実施例と異なっている。比較例２〜４の製造方法に関し、合成条件Ａを満たしているが、原料組成物に粗粒ｈＢＮを含んでない点で実施例と異なっている。
【００９０】
＜評価＞
上記の様にして得られた実施例１〜１０および比較例１〜４のｃＢＮ多結晶体の組成、粒径を下記の手法で測定し、さらに各ｃＢＮ多結晶体を用いて切削試験を行い、各ｃＢＮ多結晶体の耐摩耗性、耐欠損性を評価した。
【００９１】
（組成）
各ｃＢＮ多結晶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）を、Ｘ線回折装置により同定し、さらにそれぞれの含有割合を算出した。この装置のＸ線の線源はＣｕであり、波長１．５４ÅのＫα線であった。その結果を表２に示す。
【００９２】
（微粒のｃＢＮの平均粒径および最大粒径）
各ｃＢＮ多結晶体に含まれる微粒のｃＢＮの平均粒径は、ＳＥＭを用いた切断法により求めた。
【００９３】
すなわち、まずＳＥＭを用いてｃＢＮ多結晶体の表面を研磨してその研磨された面を観察し、ＳＥＭ画像を得た。そして、ＳＥＭ画像中において、ｃＢＮのうち、アスペクト比が３以上のものを板状のｃＢＮと判断した。次に残りのｃＢＮのうち、粒径が１００ｎｍ以下のものを微粒のｃＢＮとし、粒径が１００ｎｍを超えるものを粗粒のｃＢＮと判断した。
【００９４】
次にその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（各直線間の交差角度がほぼ等しくなるよう）に円の外周まで引いた。この場合、上記の観察倍率および円の直径は、上記の直線１本あたりに載る微粒のｃＢＮ粒子（結晶粒）の個数が１０〜５０個程度になるように設定した。
【００９５】
引続き、上記の各直線毎に微粒のｃＢＮの結晶粒界を横切る数を数え、直線の長さをその横切る数で割ることにより平均切片長さを求め、その平均切片長さに１．１２８をかけて得られる数値を微粒のｃＢＮ粒子の平均粒径とした。また、観察される微粒のｃＢＮ粒子のうち、その粒径が最大のものを微粒のｃＢＮの最大粒径とした。
【００９６】
なお、微粒のｃＢＮ粒子の平均粒径の算出にあたって、上記のＳＥＭ画像の倍率は３００００倍とした。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、粒界が見えにくくなるとともに数え間違いが発生する上、線を引く際に板状組織を含める可能性が高くなったためである。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かったためである。
【００９７】
また、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ＳＥＭ画像を使用し、各ＳＥＭ画像毎に上記の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を「微粒のｃＢＮの平均粒径」とした。その結果を表２の「生成物」の欄に示す。
【００９８】
（粗粒のｃＢＮの平均粒径）
各ｃＢＮ多結晶体に含まれる粗粒のｃＢＮの平均粒径は、微粒のｃＢＮの平均粒径と同様に、ＳＥＭを用いた切断法により求めた。その結果を表２に示す。
【００９９】
なお、粗粒のｃＢＮ粒子の平均粒径の算出にあたって、ＳＥＭ画像の倍率は１００００倍とした。その理由は、微粒のｃＢＮ粒子を算出する際における理由と同様である。
【０１００】
（板状のｃＢＮの平均長径）
各ｃＢＮ多結晶体に含まれる板状のｃＢＮの平均長径は、微粒のｃＢＮの平均粒径と同様に、ＳＥＭを用いた切断法により求めた。その結果を表２に示す。
【０１０１】
なお、板状のｃＢＮ粒子の平均長径の算出にあたって、ＳＥＭ画像の倍率は１００００倍とした。その理由は、微粒のｃＢＮ粒子を算出する際における理由と同様である。
【０１０２】
【表２】
0006447197.tif 000003
【０１０３】
表２に示すように、実施例１〜４および６〜１０は、１〜８０体積％のｗＢＮを含有していることが確認された。また、実施例１、３、４、７、８および１０のｃＢＮ多結晶体は、微粒のｃＢＮ、粗粒のｃＢＮおよび板状のｃＢＮの結晶からなる混合組織を有していた。また実施例２、６および９のｃＢＮ多結晶体は、微粒のｃＢＮおよび板状のｃＢＮの結晶からなる混合組織を有していた。また実施例５のｃＢＮ多結晶は、微粒のｃＢＮおよび粗粒のｃＢＮの結晶からなる混合組織を有していた。これに対し、比較例１〜４は混合組織となっていなかった。
【０１０４】
（切削試験）
各実施例および各比較例のｃＢＮ多結晶体を切削加工用チップに加工した。これらの切削加工用チップを使用して、以下の切削条件で切削試験を行って耐摩耗性、耐欠損性を評価した。その結果を表３に示す。
【０１０５】
切削方式：湿式切削
被削材：焼結合金ＳＭＦ４０４０の丸棒（外周面に軸方向に沿った垂直な溝が等間隔に６本形成されたもの）
切削速度：１００ｍｍ／ｍｉｎ
切り込み量：０．２ｍｍ
送り：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
評価方法：２ｋｍ切削した際の逃げ面摩耗量と、欠損の有無。
【０１０６】
【表３】
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【０１０７】
表３に示すように、実施例１を基準とすると実施例２〜１０の摩耗量は０．９〜１．２で、欠損は無かった。これに対し、比較例１〜４は欠損が生じていた。このため、実施例のｃＢＮ多結晶体が比較例のｃＢＮ多結晶体に対し、強靭であることが確認された。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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ではなく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が含まれることが意図される。