(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、
ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、
前記界面上の全て又は一部に酸素が存在し、
前記酸素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項２】
前記幅Ｄは、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下である、請求項１に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項３】
前記酸素が存在する領域における前記酸素の含有量の最大値Ｍは５．０原子％以下である、請求項１または請求項２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【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硼素焼結体を含む切削工具。
【請求項５】
立方晶窒化硼素原料粉末の酸素を除去するとともに、前記立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させて、有機立方晶窒化硼素粉末を作製する工程と、
前記有機立方晶窒化硼素粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の前記有機立方晶窒化硼素粉末と、残部の前記結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程と、
前記混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る工程と、を含む、立方晶窒化硼素焼結体の製造方法であって、
前記作製する工程は、
前記立方晶窒化硼素原料粉末と前記有機物とを、超臨界水に投入する工程を含む、立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記有機物は、アミン又は炭素数が５以上の炭化水素化合物である、請求項５に記載の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記有機物は、ヘキシルアミン、ヘキシルニトリル、パラフィン又はヘキサンである、請求項６に記載の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。
【請求項８】
立方晶窒化硼素原料粉末の酸素を除去するとともに、前記立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させて、有機立方晶窒化硼素粉末を作製する工程と、
前記有機立方晶窒化硼素粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の前記有機立方晶窒化硼素粉末と、残部の前記結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程と、
前記混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る工程と、を含む、立方晶窒化硼素焼結体の製造方法であって、
前記作製する工程は、
プラズマ処理により、前記立方晶窒化硼素原料粉末の表面をエッチングした後、前記表面に前記有機物を付着させる工程を含む、立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。
【請求項９】
前記有機物は、アミン又はフッ化炭素である、請求項８に記載の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、立方晶窒化硼素焼結体、それを含む切削工具、および立方晶窒化硼素焼結体の製造方法に関する。本出願は、２０１８年９月１９日に出願した日本特許出願である特願２０１８−１７４６９６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】
切削工具等に用いられる高硬度材料として、立方晶窒化硼素焼結体（以下、「ｃＢＮ焼結体」ともいう。）がある。立方晶窒化硼素焼結体は、通常、立方晶窒化硼素粒子（以下、「ｃＢＮ粒子」ともいう。）と結合材とからなり、立方晶窒化硼素粒子の含有割合によってその特性が異なる傾向がある。【０００３】
このため、切削加工の分野においては、被削材の材質、要求される加工精度等によって、切削工具に適用される立方晶窒化硼素焼結体の種類が使い分けられる。たとえば、立方晶窒化硼素（以下、「ｃＢＮ」ともいう）の含有割合の高い立方晶窒化硼素焼結体（以下、「High-ｃＢＮ焼結体」ともいう。）は、焼結合金等の切削に好適に用いることができる。【０００４】
しかし、High-ｃＢＮ焼結体は、突発的な欠損が発生しやすい傾向がある。この突発的な欠損は、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が弱く、立方晶窒化硼素粒子が脱落してしまうことに起因すると考えられる。たとえば、国際公開第２００５／０６６３８１号（特許文献１）には、結合材の適切な選択により、High-ｃＢＮ焼結体における突発的な欠損の発生を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００５／０６６３８１号
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体は、８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、界面上の全て又は一部に酸素が存在しており、酸素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【０００７】
本開示の一態様に係る切削工具は、上記の立方晶窒化硼素焼結体を含む切削工具である。
本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、上記立方晶窒化硼素焼結体を製造する立方晶窒化硼素焼結体の製造方法であって、立方晶窒化硼素原料粉末の酸素を除去するとともに、立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させて、有機立方晶窒化硼素粉末を作製する工程と、有機立方晶窒化硼素粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の有機立方晶窒化硼素粉末と、残部の結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程と、混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第２画像の一例である。
【図２】図２は、ライン分析の結果を示すグラフの一例であり、実験例３の立方晶窒化硼素焼結体に対して実施したライン分析の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[本開示が解決しようとする課題]
近年、機械部品の急速な高機能化に伴い、機械部品となる被削材の難削化が加速している。これに伴い、切削工具の短寿命化によるコスト増という問題が顕在化している。このため、High-ｃＢＮ焼結体のさらなる改良が望まれる。この点に鑑み、本開示では、長寿命化を可能とする立方晶窒化硼素焼結体、それを含む切削工具、および立方晶窒化硼素焼結体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
[本開示の効果]
上記により得られる立方晶窒化硼素焼結体によれば、長寿命化が可能となり、それを含む切削工具もまた、長寿命化が可能となる。
【００１１】
[本開示の実施形態の説明]
本発明者らは、立方晶窒化硼素焼結体のさらなる長寿命化を実現するためには、High-ｃＢＮ焼結体における立方晶窒化硼素粒子の脱落をさらに抑制する必要があると考えた。しかしながら、これを実現し、かつブレイクスルーを図るためには、従来の手法とは異なるアプローチが必要と考えた。
【００１２】
そこでまず本発明者らは、立方晶窒化硼素原料粉末（立方晶窒化硼素焼結体の原料となる立方晶窒化硼素粉末）がどのような状態にあるかを確認した。具体的には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、立方晶窒化硼素原料粉末を観察した。その結果、立方晶窒化硼素原料粉末の表面に酸素（Ｏ）が存在していること、また当該酸素は、Ｂ２Ｏ３またはホウ素（Ｂ）と混在した非晶質等の状態で存在していることが分かった。さらに上記立方晶窒化硼素原料粉末を用いて立方晶窒化硼素焼結体を製造した場合、立方晶窒化硼素焼結体中に多くの酸素が残存していることが分かった。
【００１３】
立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子同士の結合は、Ｂ（硼素）および／またはＮ（窒素）が、立方晶窒化硼素粒子間に存在する結合材（主にＣｏ）を介して拡散及び再析出することにより、立方晶窒化硼素粒子同士のネックグロスが生じることによるものと考えられている。本発明者らは、焼結時に、立方晶窒化硼素粒子の表面に酸素が存在することにより、立方晶窒化硼素粒子間におけるネックグロスの発生が阻害されてしまい、これにより、立方晶窒化硼素粒子間の結合力が低下し、結果的に、立方晶窒化硼素粒子の脱落が起こるとの仮説をたてた。なお、以下本明細書において、「ネックグロスの発生の阻害」を、「ネックグロス抑制」ともいう。
【００１４】
そこで本発明者らは、立方晶窒化硼素原料粉末から酸素を除去する方法について検討した。まず、一般的な熱処理、具体的には水素またはアンモニアを用いた還元処理を実施した。しかし、これらの熱処理では酸素を適切に除去することはできなかった。
【００１５】
次に本発明者らは超臨界水に着眼した。超臨界水が極めて高い溶解力を有することから、立方晶窒化硼素原料粉末に含まれる酸素を超臨界水中に溶解させることにより、立方晶窒化硼素原料粉末からの酸素の除去が可能となるのではないかと考えたためである。しかし、立方晶窒化硼素原料粉末を超臨界水に曝す実験を繰り返し実施したところ、立方晶窒化硼素原料粉末における酸素量が増加することが確認された。
【００１６】
本発明者らは、得られた実験結果を様々な角度から検証し、その検証結果をもとに、２つのメカニズムを推察した。１つ目のメカニズムは、酸化環境下である超臨界水中において、立方晶窒化硼素原料粉末からの酸素の除去が引き起こされる一方で、立方晶窒化硼素原料粉末に対する、超臨界水を供給源とする酸素の吸着（再酸化）が引き起こされる、というものである。２つ目のメカニズムは、酸素除去後の立方晶窒化硼素原料粉末のハンドリング等により、立方晶窒化硼素原料粉末が再酸化される、というものである。そこで本発明者らは、酸素除去後の立方晶窒化硼素原料粉末の表面に対して何らかの処理を施すことにより、上記メカニズムによる再酸化が防げるのではないかと考え、鋭意検討を重ねた。
【００１７】
鋭意検討の結果、立方晶窒化硼素原料粉末の酸素を除去し、かつ酸素除去後の立方晶窒化硼素原料粉末の表面に有機物を付着させることにより、酸素の除去および再酸化の抑制が可能となることを知見した。さらに上記仮説を裏付けるように、このようにして得られた立方晶窒化硼素原料粉末を用いて製造された立方晶窒化硼素焼結体においては、立方晶窒化硼素粒子の脱落が顕著に抑制されていた。
【００１８】
本開示は、上記知見に基づいて完成されたものである。以下に、本開示の実施態様を列記して説明する。
【００１９】
〔１〕本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体は、８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、界面上の全て又は一部に酸素が存在しており、酸素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００２０】
上記立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子の含有量から、立方晶窒化硼素粒子の脱落が生じやすい「High-ｃＢＮ焼結体」であることが理解される。しかし上記立方晶窒化硼素焼結体は、従来のHigh-ｃＢＮ焼結体と異なり、立方晶窒化硼素粒子の脱落が抑制された、長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体である。その理由は、以下のように推察される。
【００２１】
従来の立方晶窒化硼素焼結体に対し、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合、界面上にて酸素が存在する領域の幅Ｄは、１０ｎｍを大きく超えていた。これに対し、上記立方晶窒化硼素焼結体においては、上記幅Ｄは０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。このような構造上の相違は、本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体が、従来の立方晶窒化硼素焼結体と比して酸素量が少ないことにより、生じるものと考えられる。してみるに、上記立方晶窒化硼素焼結体によれば、従来と比して、酸素によるネックグロス抑制が起こり難くなるため、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が従来と比して高められることとなり、結果的に、立方晶窒化硼素粒子の脱落が抑制される。
【００２２】
〔２〕上記立方晶窒化硼素焼結体において、幅Ｄは、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。この場合、立方晶窒化硼素焼結体のさらなる長寿命化が可能となる。
【００２３】
〔３〕上記立方晶窒化硼素焼結体において、酸素が存在する領域における酸素の含有量の最大値Ｍは５．０原子％以下である。この場合、立方晶窒化硼素焼結体のさらなる長寿命化が可能となる。
【００２４】
〔４〕本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体は、上記立方晶窒化硼素焼結体を含む切削工具である。当該切削工具によれば、長寿命化が可能となる。
【００２５】
〔５〕本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、上記立方晶窒化硼素焼結体を製造する立方晶窒化硼素焼結体の製造方法であって、立方晶窒化硼素原料粉末の酸素を除去するとともに、立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させて、有機立方晶窒化硼素粉末を作製する工程（作製工程）と、有機立方晶窒化硼素粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の有機立方晶窒化硼素粉末と、残部の結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程（調製工程）と、混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る工程（焼結工程）と、を含む。
【００２６】
上記製造方法によれば、作製工程により、立方晶窒化硼素原料粉末の酸素が除去されるとともに、酸素が除去された立方晶窒化硼素原料粉末に有機物が付着する。これにより、立方晶窒化硼素原料粉末の酸素の除去と再酸化の抑制とが可能となる。すなわち、上記製造方法によれば、焼結工程に用いられる立方晶窒化硼素原料粉末として、従来と比して酸素量の少ない有機立方晶窒化硼素粉末が用いられる。また、焼結時の有機立方晶窒化硼素粉末の表面には炭素が残存しており、これにより、有機立方晶窒化硼素粉末に残存する酸素のさらなる除去が可能となる。上記炭素と上記酸素とが反応して一酸化炭素および／または二酸化炭素となり、有機立方晶窒化硼素粉末から排出されるためである。このため、焼結工程において、酸素によるネックグロス抑制が低減されることとなり、もって立方晶窒化硼素粒子同士の結合力に優れた立方晶窒化硼素焼結体を得ることができる。
【００２７】
以上の理由により、本開示の一態様に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法によれば、High-ｃＢＮ焼結体であっても、立方晶窒化硼素粒子の脱落が抑制された、長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体を製造することができる。
【００２８】
〔６〕上記立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、作製する工程は、立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とを、超臨界水に投入する工程を含む。超臨界水中において、立方晶窒化硼素原料粉末の表面の酸素は、超臨界水中に溶解し、立方晶窒化硼素原料粉末の表面から排出される。これにより立方晶窒化硼素原料粉末の表面が清浄化される。そして、立方晶窒化硼素原料粉末の清浄化された表面（以下「清浄面」ともいう。）には、有機物が効率的に付着することができる。これにより結果的に、その表面（酸素が除去されてなる清浄面）に有機物が均一に付着してなる有機立方晶窒化硼素粉末の調製が容易となる。
【００２９】
〔７〕上記立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、上記有機物は、アミン又は炭素数が５以上の炭化水素化合物である。これにより、製造された立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の脱落が飛躍的に低減される。
【００３０】
〔８〕上記立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、上記有機物は、ヘキシルアミン、ヘキシルニトリル、パラフィン又はヘキサンである。これにより、製造された立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の脱落が飛躍的に低減される。
【００３１】
〔９〕上記立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、作製する工程は、プラズマ処理により、立方晶窒化硼素原料粉末の表面をエッチングした後、該表面に有機物を付着させる工程を含む。本工程によれば、立方晶窒化硼素原料粉末の表面がエッチングされることにより、酸素が除去された清浄面が形成され、該清浄面に有機物が付着することとなる。これにより、その表面（酸素が除去されてなる清浄面）に有機物が均一に付着してなる有機立方晶窒化硼素粉末の調製が容易となる。
【００３２】
〔１０〕上記立方晶窒化硼素焼結体の製造方法において、上記有機物は、アミン又はフッ化炭素である。
【００３３】
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について説明する。ただし、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書において「Ａ〜Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｚ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｚにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＺの単位とは同じである。
【００３４】
〈第１の実施形態：立方晶窒化硼素焼結体〉
本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える。すなわち本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、いわゆるHigh-ｃＢＮ焼結体である。なお立方晶窒化硼素焼結体は、使用する原材料、製造条件等に起因する不可避不純物を含み得る。このとき、当該不可避不純物は結合材に含まれていると把握することができる。
【００３５】
立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）は、後述する混合粉末に用いられる立方晶窒化硼素原料粉末の含有割合（体積％）と実質的に同一の割合となる。有機物の付着等により生じる体積変化量は、立方晶窒化硼素粉末自身の体積に対して極めて小さいためである。したがって、混合粉末に用いられる立方晶窒化硼素原料粉末の含有割合を制御することにより、立方晶窒化硼素焼結体中の立方晶窒化硼素粒子の含有量（含有割合）を、所望の範囲に調製することができる。
【００３６】
また、立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）は、誘導結合高周波プラズマ分光分析（ＩＣＰ）による定量分析、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）付帯のＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素焼結体に対し、組織観察、元素分析等を実施することによっても確認することができる。本実施形態では、特に理由が無い限り、後述するＳＥＭを用いる方法で、立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の含有割合を求めるものとする。
【００３７】
たとえば、ＳＥＭを用いた場合、次のようにして立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）を求めることができる。まず、立方晶窒化硼素焼結体の任意の位置を切断し、立方晶窒化硼素焼結体の断面を含む試料を作製する。断面の作製には、集束イオンビーム装置、クロスセクションポリッシャ装置等を用いることができる。次に、上記断面をＳＥＭにて２０００倍で観察して、反射電子像を得る。反射電子像においては、立方晶窒化硼素粒子が存在する領域が黒色領域となり、結合材が存在する領域が灰色領域または白色領域となる。
【００３８】
次に、上記反射電子像に対して画像解析ソフト（たとえば、三谷商事（株）の「ＷｉｎＲＯＯＦ」）を用いて二値化処理を行い、二値化処理後の画像から各面積比率を算出する。算出された面積比率を体積％とみなすことにより、立方晶窒化硼素粒子の含有割合（体積％）を求めることができる。なお、これにより結合材の体積％を同時に求めることができる。
【００３９】
《立方晶窒化硼素粒子》
立方晶窒化硼素粒子は、硬度、強度、靱性が高く、立方晶窒化硼素焼結体中の骨格としての役割を果たす。立方晶窒化硼素粒子のＤ50（平均粒径）は特に限定されず、例えば、０．１〜１０．０μｍとすることができる。通常、Ｄ50が小さい方が立方晶窒化硼素焼結体の硬度が高くなる傾向がある。また、粒径のばらつきが小さい方が、立方晶窒化硼素焼結体の性質が均質となる傾向がある。立方晶窒化硼素粒子のＤ50は、例えば、０．５〜４．０μｍとすることが好ましい。
【００４０】
立方晶窒化硼素粒子のＤ50は次のようにして求められる。まず上記の立方晶窒化硼素粒子の含有量の求め方に準じて、立方晶窒化硼素焼結体の断面を含む試料を作製し、反射電子像を得る。次いで、画像解析ソフトを用いて反射電子像中の各黒色領域の円相当径を算出する。５視野以上を観察することによって１００個以上の立方晶窒化硼素粒子の円相当径を算出することが好ましい。
【００４１】
次いで、各円相当径を最小値から最大値まで昇順に並べて累積分布を求める。累積分布において累積面積５０％となる粒径がＤ50となる。なお円相当径とは、計測された立方晶窒化硼素粒子の面積と同じ面積を有する円の直径を意味する。
【００４２】
《結合材》
結合材は、難焼結性材料である立方晶窒化硼素粒子を工業レベルの圧力温度で焼結可能とする役割を果たす。また、鉄との反応性が立方晶窒化硼素より低いため、高硬度焼入鋼の切削においての化学的摩耗及び熱的摩耗を抑制する働きを立方晶窒化硼素焼結体に付加する。また、立方晶窒化硼素焼結体が結合材を含有すると、高硬度焼入鋼の高能率加工における耐摩耗性が向上する。
【００４３】
本実施形態の立方晶窒化硼素焼結体において、結合材は、ＷＣ（炭化タングステン）、Ｃｏ（コバルト）およびＡｌ化合物を含む。ここで、「Ａｌ化合物」とは、Ａｌ（アルミニウム）を構成元素として含む化合物を意味する。Ａｌ化合物としては、ＣｏＡｌ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、およびＡｌＢ2、ならびにこれらの複合化合物等が挙げられる。次の理由から、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含む当該結合材は、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体の長寿命化に特に有効と考えられる。
【００４４】
第１に、ＣｏおよびＡｌは触媒機能を有するため、後述の焼結工程において、立方晶窒化硼素粒子同士のネックグロスを促進することができる。第２に、ＷＣは、結合材の熱膨張係数を立方晶窒化硼素粒子の熱膨張係数に近づけるために有効と推察される。なお、上記の触媒機能とは、立方晶窒化硼素粒子を構成するＢ（硼素）および／またはＮ（窒素）が、ＣｏまたはＡｌを介して拡散したり、析出したりすることを意味する。
【００４５】
立方晶窒化硼素焼結体に含まれる結合材の組成は、ＸＲＤ（Ｘ線回折測定）およびＩＣＰを組み合わせることによって特定することができる。具体的には、まず、立方晶窒化硼素焼結体から、厚み０．４５〜０．５０ｍｍ程度の試験片を切り出し、該試験片に対してＸＲＤ分析を実施し、Ｘ線回折ピークから決定される化合物、金属等を決定する。次に、試験片を密閉容器内で弗硝酸（濃硝酸（６０％）：蒸留水：濃弗酸（４７％）＝２：２：１の体積比混合の混合酸）に浸漬し、結合材が溶解された酸処理液を得る。該酸処理液に対してＩＣＰ分析を実施し、各金属元素の定量分析を行う。そして、ＸＲＤの結果およびＩＣＰ分析の結果を解析することにより、結合材の組成を決定する。
【００４６】
本実施形態における結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物の他に、他の結合材を含んでいてもよい。他の結合材を構成する元素として好適なものは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ等である。
【００４７】
《ＴＥＭ−ＥＤＸによる分析》
本実施形態における立方晶窒化硼素焼結体は、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、以下（１）および（２）を満たすことを特徴とする。
（１）界面上に酸素が存在しており；
（２）酸素が存在する領域の幅Ｄは、０．１〜１０ｎｍである。
【００４８】
ＴＥＭ−ＥＤＸによる上記分析は、次のようにして実施される。まず、立方晶窒化硼素焼結体からサンプルを採取し、アルゴンイオンスライサーを用いて、サンプルを３０〜１００ｎｍの厚みに薄片化して切片を作製する。次いで、当該切片をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）にて５００００倍で観察することにより、第１画像を得る。このときに用いられる透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製の「ＪＥＭ−２１００Ｆ／Ｃｓ」（商品名）が挙げられる。第１画像において、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる一の界面を任意に選択する。次に、選択された界面が、画像の中央付近を通るように位置決めを行い、観察倍率を２００万倍に変更して観察することにより、第２画像を得る。得られた第２画像（１００ｎｍ×１００ｎｍ）において、界面は、画像の一端から、画像の中央付近を通って、該一端に対向する他の一旦に伸びるように存在することとなる。
【００４９】
次に、第２画像に対し、ＥＤＸによる元素マッピング分析を実施し、第２画像内、すなわち界面を含む界面領域における酸素の分布を分析する。このときに用いられるエネルギー分散型Ｘ線分析装置としては、例えば、ＡＭＥＴＥＫ社製の「ＥＤＡＸ」（商品名）が挙げられる。界面上に（界面の形状に一致するように）、酸素の濃度が高い領域が観察された場合には、当該立方晶窒化硼素焼結体は上記（１）を満たすこととなる。
【００５０】
上記（１）を満たす第２画像において、界面の伸張する伸張方向（酸素の濃度が高い領域が伸張する伸張方向）を確認し、該伸張方向に対する略垂直方向に、元素ライン分析を実施する。そのときのビーム径は０．３ｎｍ以下とし、スキャン間隔は０．１〜０．７ｎｍとする。元素ライン分析の結果から、酸素が存在する領域の幅Ｄを算出する。当該幅Ｄが０．１〜１０ｎｍである場合には、当該立方晶窒化硼素焼結体は、上記（２）を満たすこととなる。
【００５１】
６視野分の第１画像において上述の分析を繰り返し実施し、１視野分以上において、上記（１）および（２）を満たすことが確認された場合、当該立方晶窒化硼素焼結体は、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体であるとみなすことができる。このとき、上記（１）の条件は、「界面上の全て又は一部に酸素が存在している」と把握することもできる。
【００５２】
図１は、第２画像の一例である。図１を参照し、黒色領域が、ＢおよびＮを主な構成元素とする領域（ＢＮ領域）であり、白色領域または灰色領域が第１画像において界面と認識された領域（ＳＦ領域）に相当する。図１に示されるように、第２画像のうちのＳＦ領域が、「立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面」に相当し、第２画像の全体が、「界面を含む界面領域」に相当する。
【００５３】
ここで、第２画像において、ＳＦ領域の幅（図１においては略上下方向）が１０ｎｍを超える場合には、第１画像に戻り、他の一の界面を再選択する。ＳＦ領域の幅が１０ｎｍを超える場合には、当該ＳＦ領域が「立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面」に相当するとは言い難いためである。
【００５４】
図２は、ライン分析の結果に基づくグラフの一例である。図２において、ライン分析を実施した距離（ｎｍ）を横軸とし、ライン分析結果から算出される、スポットにおける酸素の含有割合（原子％）の値を縦軸とした結果を実線で示す。図２を参照し、ピークが観察される部分が「酸素が存在する領域」であり、当該ピークの幅Ｄが「酸素が存在する領域の幅Ｄ」となる。
【００５５】
《作用効果》
上述の本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体によれば、長寿命化が可能となる。その理由は、次のとおりである。従来の立方晶窒化硼素焼結体においては、幅Ｄが１０ｎｍ超となるのに対し、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体においては、幅Ｄが１０ｎｍ以下である。すなわち、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体においては、従来の立方晶窒化硼素焼結体と比して、酸素の存在領域が狭く、かつ酸素量が少ない。
【００５６】
このため、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、その製造過程において、酸素によるネックグロス抑制を受けにくいため、従来の立方晶窒化硼素焼結体と比して良好なネックグロスを有するものとなる。したがって、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、従来の立方晶窒化硼素焼結体と比して、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が飛躍的に向上したものであり、もって長寿命化が可能となる。種々の検討によれば、上述の方法において観察される６視野のうち、３視野以上において、上記（１）および（２）を満たすことが好ましいことが確認されている。
【００５７】
なお、理論上、立方晶窒化硼素焼結体を構成する立方晶窒化硼素粒子から酸素が完全に除去された場合、立方晶窒化硼素焼結体は酸素が存在する領域を有さず、故に、幅Ｄは０ｎｍとなる。しかし、現段階において、立方晶窒化硼素粒子の表面からの酸素の完全な除去は難しく、このため、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体においては、幅Ｄが０．１ｎｍを下回ることはないのが実情である。
【００５８】
さらに本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、さらに幅Ｄが０．１〜５ｎｍであることが好ましい。この場合、立方晶窒化硼素焼結体のさらなる長寿命化が可能となる。
【００５９】
本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、酸素が存在する領域における酸素の含有量の最大値Ｍが、５．０原子％以下であることが好ましい。この場合、立方晶窒化硼素焼結体のさらなる長寿命化が可能となる。当該酸素の含有量の最大値Ｍとは、ライン分析結果から算出される、各スポットにおける酸素の含有割合（原子％）のうちの最大値である。たとえば図２においては、最大値Ｍは、約２．４原子％である。
【００６０】
一方、最大値Ｍが５．０原子％超の場合、立方晶窒化硼素粒子内における酸素量が十分に低減されていない恐れがある。この場合、立方晶窒化硼素粒子同士の結合力が十分に高くなく、結果的に、長寿命化の程度が不十分となる恐れがある。なお、立方晶窒化硼素粒子において、酸素が完全に除去されている場合、最大値Ｍは０原子％となる。しかし、酸素が完全に除去されることは難しいのが実情である。
【００６１】
なかでも、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体は、幅Ｄが０．１〜５ｎｍであり、かつ最大値Ｍが５．０原子％である場合に、特に顕著な長寿命化が可能となる。
【００６２】
〈第２の実施形態：切削工具〉
本実施形態に係る切削工具は、上記立方晶窒化硼素焼結体を含む。本実施形態の一側面において、上記切削工具は、基材として上記立方晶窒化硼素焼結体を含む。また本実施形態に係る切削工具は、基材となる立方晶窒化硼素焼結体の表面の一部または全部に被膜を有していてもよい。
【００６３】
本実施形態に係る切削工具の形状および用途は特に制限されない。たとえばドリル、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、クランクシャフトのピンミーリング加工用チップなどを挙げることができる。
【００６４】
また、本実施形態に係る切削工具は、工具の全体が立方晶窒化硼素焼結体からなるもののみに限らず、工具の一部（特に刃先部位（切れ刃部）等）のみが立方晶窒化硼素焼結体からなるものも含む。たとえば、超硬合金等からなる基体（支持体）の刃先部位のみが立方晶窒化硼素焼結体で構成されるようなものも本実施形態に係る切削工具に含まれる。この場合は、文言上、その刃先部位を切削工具とみなすものとする。換言すれば、立方晶窒化硼素焼結体が切削工具の一部のみを占める場合であっても、立方晶窒化硼素焼結体を切削工具と呼ぶものとする。
【００６５】
本実施形態に係る切削工具によれば、上記立方晶窒化硼素焼結体を含むことから、長寿命化が可能となる。
【００６６】
〈第３の実施形態：立方晶窒化硼素焼結体の製造方法〉
本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法について説明する。本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、第１の実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体を製造する方法である。
【００６７】
具体的には、本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法は、少なくとも、立方晶窒化硼素原料粉末の酸素を除去するとともに、立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させて、有機立方晶窒化硼素粉末を作製する工程（作製工程）と、有機立方晶窒化硼素粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の有機立方晶窒化硼素粉末と、残部の結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程（調製工程）と、混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る工程（焼結工程）と、を含む。以下、各工程について詳述する。
【００６８】
《作製工程》
本工程は、立方晶窒化硼素原料粉末の酸素を除去するとともに、立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させて、有機立方晶窒化硼素粉末を作製する工程である。
【００６９】
立方晶窒化硼素原料粉末とは、立方晶窒化硼素焼結体に含まれる立方晶窒化硼素粒子の原料粉末である。本発明者らにより、この立方晶窒化硼素原料粉末の表面には、酸化物が存在していることが確認されている。これは、超高圧合成されてなる立方晶窒化硼素原料粉末に対し、洗浄処理が施されたり、大気暴露がなされたりするためと考えられる。このため、「立方晶窒化硼素原料粉末の酸素を除去する」とは、立方晶窒化硼素原料粉末から酸化物を除去すること、および酸素原子を除去することの両意味を含む。
【００７０】
立方晶窒化硼素原料粉末の酸素を除去するとともに、立方晶窒化硼素原料粉末に有機物を付着させる方法としては、超臨界水を用いる方法、およびプラズマ処理を実施する方法等が挙げられる。
【００７１】
（超臨界水を用いる方法）
超臨界水を用いる方法について説明する。当該方法においては、立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とを超臨界水に投入する工程が実施される。これにより、有機立方晶窒化硼素粉末を作製することができる。なお本明細書において、超臨界水とは、超臨界状態または亜臨界状態の水を意味する。
【００７２】
立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とを超臨界水に投入する方法としては、たとえば、超臨界水に対し、立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とをこの順で投入する方法、有機物と立方晶窒化硼素原料粉末とをこの順で投入する方法、立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とを同時に投入する方法が挙げられる。
【００７３】
上記方法によれば、立方晶窒化硼素原料粉末と超臨界水との接触により、立方晶窒化硼素原料粉末の表面に位置する酸素が超臨界水中に溶解し、もって該表面の酸素が除去されてなる清浄面が形成される。超臨界水が高い溶解性を有するためである。また、超臨界水中に投入された有機物は、有機立方晶窒化硼素粉末の清浄面に対して効率的に付着する。超臨界水中において、清浄面は活性化されており、有機物との付着性が高められているためである。
【００７４】
上記方法において、なかでも、超臨界水に対し、立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とをこの順で投入する方法が好ましい。酸素が除去される前の立方晶窒化硼素原料粉末に有機物が付着してしまう可能性が低く、清浄面に対して有機物を効率的に付着させることができるためである。
【００７５】
（プラズマ処理を実施する方法）
プラズマ処理を実施する方法について説明する。当該方法においては、プラズマ処理により、立方晶窒化硼素原料粉末の表面をエッチングした後、該表面に有機物を付着させる工程が実施される。具体的には、プラズマ発生装置内において、立方晶窒化硼素原料粉末を、炭素を含む第１ガス雰囲気に曝した後、アンモニアを含む第２ガス雰囲気下に曝す方法が挙げられる。第１ガスとしては、ＣＦ4、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2等を用いることができる。第２ガスとしては、ＮＨ3、Ｎ2およびＨ2の混合ガス等を用いることができる。
【００７６】
上記方法によれば、立方晶窒化硼素原料粉末が第１ガス雰囲気下に曝されることにより、立方晶窒化硼素原料粉末の表面の酸素がエッチング除去されて清浄面が形成され、かつ該清浄面に炭素（第１ガス）が付着する。引き続き、炭素が付着された立方晶窒化硼素原料粉末が第２ガス雰囲気下に曝されることにより、該炭素がアンモニアにより終端される。これにより、炭素と窒素とを含む有機物が、清浄面に付着することとなる。
【００７７】
以上のように、超臨界水を用いる方法およびプラズマ処理を実施する方法のいずれかにより、有機立方晶窒化硼素粉末を効率的に作製することができる。本工程においては、超臨界水を用いる方法を採用することが好ましい。立方晶窒化硼素原料粉末に付着する有機物の均一化が容易であり、もって有機立方晶窒化硼素粉末の均一化が容易なためである。
【００７８】
本工程において、立方晶窒化硼素原料粉末の平均粒子径は特に制限されない。高強度であり高耐摩耗性および高耐欠損性を兼ね備える立方晶窒化硼素焼結体を形成する観点からは、０．１〜１０μｍが好ましく、０．５〜５．０μｍがより好ましい。
【００７９】
超臨界水を用いて本工程を実施する場合、用いられる有機物は、アミン、炭素数が５以上の炭化水素化合物が好ましい。なかでも、ヘキシルアミン、ヘキシルニトリル、パラフィン、ヘキサンがより好ましく、ヘキシルアミンがさらに好ましい。本発明者らは、これらの有機物を用いた場合に、立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の脱落が飛躍的に低減されることを確認している。プラズマ処理を利用して本工程を実施する場合、付着される有機物としては、アミン、フッ化炭素等が挙げられる。
【００８０】
立方晶窒化硼素原料粉末に付着する有機物の好ましい量は、立方晶窒化硼素原料粉末の粒径により変化する。たとえば、有機物としてヘキシルアミンを用いる場合、平均粒子径が１〜１０μｍの立方晶窒化硼素原料粉末に対して、５０〜２０００ｐｐｍのヘキシルアミンが付着することが好ましく、平均粒子径が０．１〜１μｍの立方晶窒化硼素原料粉末に対して、１００〜５０００ｐｐｍのヘキシルアミンが付着することが好ましい。このような場合に、所望する立方晶窒化硼素焼結体が効率的に製造される傾向がある。有機立方晶窒化硼素粉末に付着した有機物の量は、たとえばガスクロマトグラフ質量分析法により測定することができる。
【００８１】
ここで、本実施形態では、後述する焼結工程の第２工程に供される有機立方晶窒化硼素粉末において、残存する酸素と反応する程度の炭素が存在していることが好ましい。また、立方晶窒化硼素原料粉末に付着した有機物は、続く工程（例えば、後述する精製工程、調製工程等）により、その量が減少する傾向がある。このため、立方晶窒化硼素原料粉末に付着する有機物の量が上記以外、たとえば過剰量であっても、続く工程の各処理時において適宜調製することにより、第２工程に供される有機立方晶窒化硼素粉末において好適な炭素量を残存させることができると考えられる。
【００８２】
《精製工程》
上記作製工程により得られた有機立方晶窒化硼素粉末を、下記調製工程に用いるにあたって、有機立方晶窒化硼素粉末から不純物を除去することが好ましい。不純物としては、たとえば未反応の有機物が挙げられる。未反応の有機物を除去することにより、調製工程および／または焼結工程における意図しない反応を抑制することができる。
【００８３】
たとえば、超臨界水を用いた場合、有機立方晶窒化硼素粉末はスラリーとして得られる。この場合、該スラリーに対して遠心分離を実施することにより、有機立方晶窒化硼素粉末と未反応の有機物とを分離することができる。
【００８４】
また、超臨界水から取り出した有機立方晶窒化硼素原料粉末、または、超臨界水から取り出した後に上述の遠心分離等を実施した有機立方晶窒化硼素原料粉末に対し、さらに熱処理（たとえば、真空下で２５０℃以上、好ましくは４００℃以上、より好ましくは８５０℃以上）を実施してもよい。これにより、有機立方晶窒化硼素粉末の表面に吸着された水分等の不純物を除去することができる。
【００８５】
ここで本発明者らは、当初、有機立方晶窒化硼素粉末に対して熱処理が実施された場合、立方晶窒化硼素原料粉末に付着する有機物の全てが揮発および／または消失すると予想した。ところが驚くべきことに、オージェ電子分光法により有機立方晶窒化硼素粉末を観察した結果、熱処理を経ることによって有機物は分解されるものの、有機立方晶窒化硼素粉末の表面には、炭素が均一に残存していることが確認された。この炭素は有機物由来とみなされる。
【００８６】
すなわち、有機立方晶窒化硼素粉末に対して熱処理を施すことにより、有機立方晶窒化硼素粉末の表面の不純物が除去されるだけでなく、その表面に均一に炭素が付着してなる、表面改質された有機立方晶窒化硼素粉末が得られることが確認された。有機立方晶窒化硼素粉末の表面に残存する炭素は、後述する焼成工程において、有機立方晶窒化硼素粉末における更なる酸素の低減を可能とする。
【００８７】
なお、熱処理を経て、有機立方晶窒化硼素粉末の表面に炭素が均一に残存するメカニズムは明確ではない。本発明者らは、超臨界水、プラズマ等の処理を経て形成された清浄面は、顕著に高い活性を有しており、故に、清浄面と有機物とが非常に強く結合するものであって、この強い結合が、有機立方晶窒化硼素粉末の表面改質に関与していると推察している。
【００８８】
《調製工程》
本工程は、有機立方晶窒化硼素粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の有機立方晶窒化硼素粉末と、残部の結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程である。有機立方晶窒化硼素粉末は、上述の作製工程により得られた有機立方晶窒化硼素粉末であり、結合材原料粉末は、立方晶窒化硼素焼結体に含まれる結合材の原料である。
【００８９】
上記結合材原料粉末は、次のようにして調製することができる。まず、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末およびＡｌ粉末を準備する。次に、各粉末を所定の比率となるように混合し、これを真空下で熱処理（たとえば１２００℃）して金属間化合物を作製する。当該金属間化合物を湿式のボールミル、湿式のビーズミル等で粉砕することにより、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末が調製される。なお、各粉末の混合方法は特に制限されないが、効率よく均質に混合する観点から、ボールミル混合、ビーズミル混合、遊星ミル混合、およびジェットミル混合などが好ましい。各混合方法は、湿式でもよく乾式でもよい。
【００９０】
有機立方晶窒化硼素粉末と、準備された結合材原料粉末とは、エタノール、アセトン等を溶媒に用いた湿式ボールミル混合により混合されることが好ましい。また、混合後は自然乾燥により溶媒が除去される。その後、熱処理（たとえば、真空下で８５０℃以上）により、表面に吸着された水分等の不純物を除去することが好ましい。これにより、上述のように、有機立方晶窒化硼素粉末の表面において、有機物が分解されるとともに、有機物由来の炭素が均一に残存することができ、もって、表面改質された有機立方晶窒化硼素粉末を得ることができる。以上により、混合粉末が調製される。
【００９１】
上記結合材原料粉末は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌの他に、他の元素を含んでいてもよい。他の元素として好適なものは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ等である。
【００９２】
《焼結工程》
本工程は、混合粉末を焼結して立方晶窒化硼素焼結体を得る工程である。本工程において、混合粉末が高温高圧条件下に曝されて焼結されることにより、立方晶窒化硼素焼結体が製造される。
【００９３】
具体的には、まず、第１工程として、混合粉末を容器に充填して真空シールする。真空シールの温度は８５０℃以上が好ましい。これは、シール材の融点を超える温度であり、かつ、有機立方晶窒化硼素粉末に付着する有機物が分解されるとともに、有機立方晶窒化硼素粉末の表面に有機物由来の炭素を均一に残存させるのに十分な温度である。
【００９４】
次に、第２工程として、超高温高圧装置を用いて、真空シールされた混合粉末を焼結処理する。焼結条件は特に制限されないが、５．５〜８ＧＰａおよび１５００℃以上２０００℃未満が好ましい。特に、コストと焼結性能とのバランスの観点から、６〜７ＧＰａおよび１６００〜１９００℃が好ましい。
【００９５】
本工程以前に熱処理（精製工程における熱処理および／または調製工程における熱処理）が実施されている場合には、炭素が有機立方晶窒化硼素粉末表面に均一に残存する、表面改質された有機立方晶窒化硼素粉末が第１工程に供されることとなる。本工程以前に熱処理が実施されていない場合には、第１工程により、表面改質された有機立方晶窒化硼素粉末が調製されることとなる。このため、第２工程に供される有機立方晶窒化硼素粉末の表面には、炭素が均一に存在することとなる。
【００９６】
続く第２工程においては、有機立方晶窒化硼素粉末の表面に付着する炭素と有機立方晶窒化硼素粉末に残存する酸素とが反応して、一酸化炭素および／または二酸化炭素となり、有機立方晶窒化硼素粉末の外部に排出される。これにより、有機立方晶窒化硼素粉末内の酸素がさらに除去されることとなり、もって酸素量が十分に低減された有機立方晶窒化硼素粉末を含む混合粉末が焼結される。以上により、立方晶窒化硼素焼結体が製造される。
【００９７】
《作用効果》
上述の本実施形態に係る立方晶窒化硼素焼結体の製造方法によれば、長寿命化が可能な立方晶窒化硼素焼結体を製造することができる。その理由は次のとおりである。
【００９８】
第１に、作製工程において、立方晶窒化硼素原料粉末に存在する酸素が除去されるとともに、再酸化が抑制されるため、従来の立方晶窒化硼素原料粉末と比して、酸素量が低減された有機立方晶窒化硼素粉末が作製される。第２に、焼結工程において、有機立方晶窒化硼素粉末の表面に残存する酸素と、有機立方晶窒化硼素粉末の表面に残存する炭素とが反応して、該反応物が有機立方晶窒化硼素粉末の外部に排出されるため、立方晶窒化硼素原料粉末の表面に残存する酸素がさらに除去される。また調整工程においても、焼結工程と同様の作用により、酸素が除去されているものと推察される。調製工程においても、混合粉末に対してある程度の熱がかけられるためである。
【００９９】
以上の理由により、焼結に供される有機立方晶窒化硼素粉末における酸素量は、従来の立方晶窒化硼素粒子と比して顕著に低減されたものとなる。したがって、立方晶窒化硼素粒子間におけるネックグロスの発生が良好となり、立方晶窒化硼素粒子間の結合力は高くなり、もって、長寿命化が可能となる立方晶窒化硼素焼結体が得られる。
【０１００】
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
８５体積％以上１００体積％未満のｃＢＮ粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、
前記結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、
ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、ｃＢＮ粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、
前記界面上に酸素が存在し、
前記酸素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、立方晶窒化硼素焼結体。
（付記２）
前記幅Ｄは、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下である、付記１に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
（付記３）
前記酸素が存在する領域における前記酸素の含有量の最大値Ｍは５．０原子％以下である、付記１または付記２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
（付記４）
付記１から付記３のいずれかに記載の立方晶窒化硼素焼結体を含む切削工具。
（付記５）
ｃＢＮ原料粉末の酸素を除去するとともに、前記ｃＢＮ原料粉末に有機物を付着させて、有機ｃＢＮ粉末を作製する工程と、
前記有機ｃＢＮ粉末と、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌを含む結合材原料粉末とを混合して、８５体積％以上１００体積％未満の前記有機ｃＢＮ粉末と、残部の結合材原料粉末とからなる混合粉末を調製する工程と、
前記混合粉末を焼結してｃＢＮ焼結体を得る工程と、を含む、立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。
（付記６）
前記作製する工程は、
前記ｃＢＮ原料粉末と前記有機物とを、超臨界水に投入する工程を含む、付記５に記載の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。
（付記７）
前記作製する工程は、
プラズマ処理により、前記ｃＢＮ原料粉末の表面をエッチングした後、前記表面に前記有機物を付着させる工程を含む、付記５に記載の立方晶窒化硼素焼結体の製造方法。
【実施例】
【０１０１】
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。【０１０２】
〈実験例１〉
まず、有機立方晶窒化硼素粉末を作製した。具体的には、まず、超臨界水合成装置（株式会社アイテック社製、「ＭＯＭＩ超ｍｉｎｉ」）を用いて、以下の条件下で超臨界水を作製した。
圧力：３８ＭＰａ
温度：３９０℃
流速：２ｍｌ／分。【０１０３】
次に、超臨界水中におけるヘキシルアミンの濃度が１０．０重量％となるように、ヘキシルアミンの原液を上記装置内に連続投入した。さらに、超臨界水中における立方晶窒化硼素原料粉末の量が１０重量％となるように、平均粒子径が３μｍの立方晶窒化硼素原料粉末を上記装置内に連続投入した。これにより、立方晶窒化硼素原料粉末と有機物とが、超臨界水に投入された。上記の超臨界水処理を１００分間継続した後、装置内を常温常圧に戻して超臨界水処理を終了し、得られたスラリーを全量回収した。同スラリーを遠心分離（９０００ｒｐｍ、８分間）し、立方晶窒化硼素原料粉末に付着していない余剰のヘキシルアミンを分離した。分離後の濃縮スラリーを乾燥（−９０℃、１０時間）し、超臨界水処理後の粉末約１５ｇを回収した。【０１０４】
以上により、有機立方晶窒化硼素粉末が作製された。作製された有機立方晶窒化硼素粉末をガスクロマトグラフ質量分析法に供したところ、立方晶窒化硼素粉末に対して７８２ｐｐｍのヘキシルアミンが存在する（付着されている）ことが確認された。【０１０５】
次に、結合材の原料となる結合材原料粉末を準備した。具体的には、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＡｌ粉末を準備し、これらを重量％でＷＣ：Ｃｏ：Ａｌ＝５０：４２：８の比率で配合した。なお、各粉末の平均粒径は２μｍであった。これを、熱処理（真空下、１２５０℃、３０分間）して均一化し、その後、超硬ボールミルで微粉砕した。これにより、平均粒子径１μｍの結合材原料粉末を得た。【０１０６】
有機立方晶窒化硼素粉末と得られた結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝８６：１４の比率で配合し、エタノールを用いた湿式ボールミル法により均一に混合した。その後、真空下にて９００℃で混合した粉末に熱処理を実施した。熱処理後の有機立方晶窒化硼素粉末をオージェ電子分光法にて分析したことろ、その表面に炭素が残存していることが確認された。以上により、混合粉末が作製された。【０１０７】
次に、得られた混合粉末を焼結することにより、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。具体的には、混合粉末を、ＷＣ−６％Ｃｏの超硬合金製円盤とＣｏ箔とに接した状態で、Ｔａ製の容器に充填して真空シールした。これを、ベルト型超高圧高温発生装置を用いて、６．５ＧＰａ、１６５０℃で１５分間焼結した。これにより、立方晶窒化硼素焼結体が作製された。【０１０８】
〈実験例２〉
投与するヘキシルアミンの濃度を７．５重量％とし、有機立方晶窒化硼素粉末と結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝９４：６の比率で配合すること以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。有機立方晶窒化硼素粉末をガスクロマトグラフ質量分析法に供したところ、立方晶窒化硼素に対して６０７ｐｐｍのヘキシルアミンが存在することが確認された。【０１０９】
〈実験例３〉
投与するヘキシルアミンの濃度を５．０重量％とし、有機立方晶窒化硼素粉末と結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝９２：８の比率で配合し、エタノールを用いた湿式ボールミル法により均一に混合した。その後、真空下にて２５０℃で混合した粉末に熱処理を実施したこと以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。有機立方晶窒化硼素粉末をガスクロマトグラフ質量分析法に供したところ、立方晶窒化硼素に対して３５０ｐｐｍのヘキシルアミンが存在することが確認された。【０１１０】
〈実験例４〉
投与するヘキシルアミンの濃度を３．５重量％とし、有機立方晶窒化硼素粉末と結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝９２：８の比率で配合し、エタノールを用いた湿式ボールミル法により均一に混合した。その後、真空下にて４００℃で混合した粉末に熱処理を実施したこと以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。有機立方晶窒化硼素粉末をガスクロマトグラフ質量分析法に供したところ、立方晶窒化硼素に対して２１２ｐｐｍのヘキシルアミンが存在することが確認された。【０１１１】
〈実験例５〉
投与するヘキシルアミンの濃度を１２．５重量％とし、有機立方晶窒化硼素粉末と結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝９２：８の比率で配合すること以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。有機立方晶窒化硼素粉末をガスクロマトグラフ質量分析法に供したところ、立方晶窒化硼素に対して１０１６ｐｐｍのヘキシルアミンが存在することが確認された。【０１１２】
〈実験例６〉
超臨界水を用いる方法に代えて、プラズマ処理により有機立方晶窒化硼素粉末を作製した。具体的には、プラズマ改質装置（低圧プラズマ装置ＦＥＭＴＯ、Ｄｉｅｎｎｅｒ社製）を用いて、ＣＦ４雰囲気下で立方晶窒化硼素原料粉末の表面をエッチングした後、装置内をＮＨ３雰囲気に切り替え、エッチング後の立方晶窒化硼素原料粉末を処理した。上記以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。【０１１３】
〈実験例７〉
超臨界水を用いる方法に代えて、上述のプラズマ処理を実施した以外は、実験例２と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。【０１１４】
〈実験例８〉
超臨界水を用いる方法に代えて、上述のプラズマ処理を実施した以外は、実験例３と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。【０１１５】
〈実験例９〉
超臨界水を用いる方法に代えて、上述のプラズマ処理を実施した以外は、実験例４と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。【０１１６】
〈実験例１０〉
超臨界水を用いる方法に代えて、上述のプラズマ処理を用いた以外は、実験例５と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。【０１１７】
〈実験例２１〉
超臨界水を用いた処理を実施せずに、立方晶窒化硼素原料粉末を用いて混合粉末を調製した以外は、実験例３と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を製造した。【０１１８】
〈実験例２２〉
有機立方晶窒化硼素粉末と結合材原料粉末とを、体積％で有機立方晶窒化硼素粉末：結合材原料粉末＝６５：３５の比率で配合した以外は、実験例４と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。【０１１９】
〈実験例２３〉
超臨界水を用いた処理を実施せずに、かつ結合材原料粉末を配合せずに立方晶窒化硼素原料粉末のみを用いた以外は、実験例１と同様の方法により、立方晶窒化硼素焼結体を作製した。【０１２０】
以上のようにして実験例１〜１０及び実験例２１〜２３の立方晶窒化硼素焼結体を作製した。ここで、実験例１〜１０は、実施例に相当する。実験例２１〜２３は比較例に相当する。【０１２１】
〈特性評価〉
《幅Ｄおよび最大値Ｍ》
作製された各立方晶窒化硼素焼結体に関し、任意の位置で切断した後、露出した面を研磨して平滑面を作製した。その後、アルゴンイオンスライサーを用いて、５０ｎｍの厚みに薄片化して切片を作製した。次いで、上述の方法に従って、第２画像（１００ｎｍ×１００ｎｍ）に対して、ＥＤＸによる元素マッピング分析および元素ライン分析を実施した。このとき、透過型電子顕微鏡は、日本電子株式会社製の「ＪＥＭ−２１００Ｆ／Ｃｓ」（商品名）を用いた。また、エネルギー分散型Ｘ線分析装置は、ＡＭＥＴＥＫ社製の「ＥＤＡＸ」（商品名）を用いた。ＥＤＸにおけるビーム径は０．２ｎｍとし、スキャン間隔は０．６ｎｍとした。ＥＤＸによる元素マッピング分析および元素ライン分析に用いたソフトは日本電子株式会社社製のＡｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｔａｔｉｏｎであった。これらの結果を表１に示す。また、参考として、実験例３におけるライン分析の結果を示すグラフを、図２に示す。【０１２２】
なお表１に示される各値は、６視野の中に上記（１）および（２）を満たす視野がある場合には、上記（１）および（２）を満たす視野の平均値であり、実験例１、２、５〜１０の切片の各々においては、任意に抽出された６つの界面領域の全てにおいて、上記（１）および（２）が満たされていた。実験例３においては、任意に抽出された６つの界面領域のうち１視野において、上記（１）および（２）が満たされていた。実験例４においては、任意に抽出された６つの界面領域のうち３視野において、上記（１）および（２）が満たされていた。【０１２３】
《結合材の組成》
作製された各立方晶窒化硼素焼結体から、長さ６ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．４５〜０．５０ｍｍの試験片を切り出し、該試験片に対してＸＲＤ分析を実施した。次に、密閉容器内において、各試験片を１４０℃の弗硝酸（濃硝酸（６０％）：蒸留水：濃弗酸（４７％）＝２：２：１の体積比混合の混合酸）に４８時間浸漬し、結合材が溶解された酸処理液を得た。当該酸処理液に対してＩＣＰ分析を実施した。そして、ＸＲＤ分析の結果およびＩＣＰ分析の結果から、結合材の組成を特定した。【０１２４】
《抗折強度》
上述の酸処理後の各試験片に対し、３点曲げ試験機を用いて、４ｍｍスパン、ストローク速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで抗折強度（ＧＰａ）を測定した。その結果を表１に示す。【０１２５】
《切削試験》
作製された各立方晶窒化硼素焼結体を用いて切削工具（基材形状：ＤＮＧＡ１５０４０８、刃先処理Ｔ０１２２５）を作製した。これを用いて、以下の切削条件下で切削試験を実施した。
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．
送り速度：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．１ｍｍ
クーラント：ＤＲＹ
切削方法：断続切削
旋盤：ＬＢ４００（オークマ株式会社製）
被削材：焼結部品（住友電気工業社製の焼入焼結合金Ｄ−４０、焼入れされた切削部の硬度：４０ＨＲＣ）。【０１２６】
切削距離０．５ｋｍ毎に刃先を観察し、刃先の脱落量を測定した。刃先の脱落量は切削前の刃先稜線の位置からの摩耗による後退幅とした。欠損した場合は、欠損の大きさを脱落量とした。刃先脱落量が０．１ｍｍ以上となる時点の切削距離を測定した。なお、この切削距離を切削工具の寿命の指標とした。その結果を表１に示す。【０１２７】
【表１】
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【０１２８】
表１には、立方晶窒化硼素焼結体における立方晶窒化硼素粒子の体積％も示す。また、結合材の組成に関し、実験例１〜１０および実験例２１〜２２において、少なくともＷＣ、Ｃｏ、およびＡｌ化合物が存在することが確認された。なおＡｌ化合物に関し、ＸＲＤにおいて明瞭なピークが検出されなかったことから、Ａｌ化合物は、複数のＡｌ化合物からなる複合化合物であると推察された。【０１２９】
表１を参照し、実験例１、２、５〜１０および実験例２２においては、任意の６視野において抽出された６つの界面の全てにおいて上記（１）および（２）が満たされていた。実験例３においては、任意に抽出された６つの界面領域のうち１視野において、上記（１）および（２）が満たされていた。実験例４においては、任意に抽出された６つの界面領域のうち３視野において、上記（１）および（２）が満たされていた。一方、実験例２１および実験例２３においては、任意の６視野において抽出された６つの界面の全てにおいて、上記（２）が満たされなかった。実験例１〜１０および実験例２２の各欄においては、上記（１）および（２）を満たす視野の平均値が示されている。実験例２１および実験例２３の各欄においては、参考までに６視野分の平均値が示されている。【０１３０】
表１を参照し、実験例１〜１０の立方晶窒化硼素焼結体は、実験例２１〜２３の立方晶窒化硼素焼結体と比して、抗折強度が高いことが確認された。なお実験例２２および実験例２３における「崩壊」とは、酸処理後の立方晶窒化硼素焼結体が自壊したことを意味する。実験例１〜１０の立方晶窒化硼素焼結体に関し、酸処理後の試験片の抗折強度が高いことから、立方晶窒化硼素粒子同士の結合が強固であることが理解される。これは、酸素が多く存在することにより、立方晶窒化硼素粒子同士のネックグロスが抑制されているとの仮説を裏付ける結果でもある。【０１３１】
また実験例１〜１０は、実験例２１〜２３と比して切削距離が顕著に長い。このことから、実験例１〜１０に係る立方晶窒化硼素焼結体は、顕著に長寿命化されていることが確認された。なかでも、実験例２〜４、７〜９において、切削距離がより顕著に長いことから、幅Ｄが０．１〜５．０ｎｍであり、かつ最大値Ｍが５．０原子％以下の場合に、より顕著な長寿命化が可能であることが確認された。【０１３２】
今回開示された実施の形態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。
【要約】
８５体積％以上１００体積％未満の立方晶窒化硼素粒子と、残部の結合材と、を備える立方晶窒化硼素焼結体であって、結合材は、ＷＣ、ＣｏおよびＡｌ化合物を含み、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、立方晶窒化硼素粒子同士が隣接してなる界面を含む界面領域を分析した場合に、界面上の全て又は一部に酸素が存在しており、酸素が存在する領域の幅Ｄは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、立方晶窒化硼素焼結体。【図１】
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【図２】
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