(57)【要約】【課題】立方晶窒化硼素を８８〜９７体積％含有し、ワイヤーカット放電加工可能な立方晶窒化硼素焼結体の提供を目的とする。【解決手段】立方晶窒化硼素：８８〜９７体積％と、Ｗ、Ｃｏ、Ａｌの炭化物、窒化物、硼化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた少なくとも１種からなる結合相と不可避不純物：残部とで構成された立方晶窒化硼素焼結体であって、該結合相はＢ６Ｃｏ２１Ｗ２を含有するとともに、Ｂ６Ｃｏ２１Ｗ２の（４２０）面のＸ線回折強度をＩｗ、立方晶窒化硼素の（１１１）面のＸ線回折強度をＩｂと表したとき、Ｉｂに対するＩｗの強度比Ｉｗ／Ｉｂが０．１０〜０．４０となる立方晶窒化硼素焼結体は、低い比抵抗を示し、ワイヤーカット放電加工可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方晶窒化硼素：８８〜９７体積％と、Ｗ、Ｃｏ、Ａｌの炭化物、窒化物、硼化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた少なくとも１種からなる結合相と不可避不純物：残部とで構成された立方晶窒化硼素焼結体であって、該結合相はＢ６Ｃｏ２１Ｗ２を含有するとともに、Ｂ６Ｃｏ２１Ｗ２の（４２０）面のＸ線回折強度をＩｗ、立方晶窒化硼素の（１１１）面のＸ線回折強度をＩｂと表したとき、Ｉｂに対するＩｗの割合を示す強度比Ｉｗ／Ｉｂが０．１０〜０．４０となる立方晶窒化硼素焼結体。
【請求項２】
前記立方晶窒化硼素焼結体の比抵抗が５×１０−６〜１０Ω・ｃｍ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】
前記立方晶窒化硼素焼結体は、切削工具として用いられる請求項１または２に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は立方晶窒化硼素含有量の多い立方晶窒化硼素焼結体に関する。その中でも主に切削加工に用いられる立方晶窒化硼素焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に立方晶窒化硼素焼結体切削工具は、立方晶窒化硼素焼結体ブランクスからワイヤーカット放電加工により刃先形状の立方晶窒化硼素焼結体を切り出し、超硬合金台金にロウ付けする。ワイヤーカット放電加工ができない場合、レーザーカット加工を行うが、研削取りしろ幅が増えることで製造コストが増加する。
【０００３】
立方晶窒化硼素焼結体に関する従来の技術として、立方晶窒化硼素を８０〜９５体積％の割合で含有し、残りが窒化硼素とアルミニウムと周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の酸化物のうちの少なくとも１種との反応により生成される化合物を主体とする立方晶窒化硼素焼結体がある（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、立方晶窒化硼素含有量が８８体積％以上になると比抵抗が高くなり、ワイヤーカット放電加工が困難になるという問題があった。
【０００４】
また、立方晶窒化硼素を７０〜９５体積％の割合で含有し、残りがＣｏ、コバルト合金、およびＡｌと、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＶおよびＣｒから選ばれた合金形成性金属の金属相からなる立方晶窒化硼素焼結体がある（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、立方晶窒化硼素含有量が８８体積％以上になると、比抵抗が高くなり、ワイヤーカット放電加工が困難になるという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１６６６号公報
【特許文献２】
特開昭５３−１１４５８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、立方晶窒化硼素含有量の多い立方晶窒化硼素焼結体を切削工具に応用することを試みている。しかしながら、立方晶窒化硼素含有量の多い立方晶窒化硼素焼結体は、比抵抗が高いため、ワイヤーカット放電加工が困難であるという問題があった。そこで、本発明は、比抵抗が低く、立方晶窒化硼素含有量の多い立方晶窒化硼素焼結体の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく立方晶窒化硼素焼結体に関する研究を重ねたところ、結合相としてＢ６Ｃｏ２１Ｗ２を含む立方晶窒化硼素焼結体において、立方晶窒化硼素（１１１）面のＸ線回折強度に対するＢ６Ｃｏ２１Ｗ２（４２０）面のＸ線回折強度の割合を示す強度比が、立方晶窒化硼素焼結体の比抵抗に影響を及ぼすという知見を得て本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素：８８〜９７体積％と、Ｗ、Ｃｏ、Ａｌの炭化物、窒化物、硼化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた少なくとも１種からなる結合相と不可避不純物：残部とで構成された立方晶窒化硼素焼結体であって、該結合相はＢ６Ｃｏ２１Ｗ２を含有するとともに、Ｂ６Ｃｏ２１Ｗ２の（４２０）面のＸ線回折強度をＩｗ、立方晶窒化硼素の（１１１）面のＸ線回折強度をＩｂと表したとき、Ｉｂに対するＩｗの割合を示す強度比Ｉｗ／Ｉｂが０．１０〜０．４０となることを特徴とする。
【０００９】
本発明立方晶窒化硼素焼結体に含まれる立方晶窒化硼素量が８８体積％未満であると耐摩耗性が低下し、９７体積％を超えると相対的に結合相が減少し焼結性が低下する。そこで立方晶窒化硼素含有量を８８〜９７体積％とした。その中でも立方晶窒化硼素含有量は、９３〜９５体積％であると好ましい。
【００１０】
本発明立方晶窒化硼素焼結体の結合相は、Ｗ、Ｃｏ、Ａｌの炭化物、窒化物、硼化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた少なくとも１種であり、立方晶窒化硼素との親和性が高く耐熱性も高い。具体的には、ＡｌＢ２、ＡｌＮ、ＢＣｏＷ、Ｂ２ＣｏＷ２、Ｂ３ＣｏＷ３、Ｂ６Ｃｏ２１Ｗ２、Ｂ６ＣｏＷ３、Ｂ１０ＣｏＷ９、ＷＣなどが挙げられる。その中でも、Ｂ６Ｃｏ２１Ｗ２を主成分とすると特に好ましい。
【００１１】
本発明立方晶窒化硼素焼結体についてＣｕターゲットのＫα線によりＸ線回折測定を行い、Ｂ６Ｃｏ２１Ｗ２の（４２０）面のＸ線回折強度をＩｗ、立方晶窒化硼素の（１１１）面のＸ線回折強度をＩｂと表したとき、Ｉｂに対するＩｗの割合を示す強度比Ｉｗ／Ｉｂが０．１未満であると比抵抗が増加しワイヤーカット放電加工が難しくなる。Ｉｗ／Ｉｂが０．４を超えると立方晶窒化硼素焼結体の硬さが低下し、切削工具として用いた場合、耐摩耗性が低下する。したがって、Ｉｗ／Ｉｂを０．１〜０．４と定めた。なお、立方晶窒化硼素、Ｂ６Ｃｏ２１Ｗ２のＸ線回折図形以外に、ＡｌＢ２、ＡｌＮ、ＢＣｏＷ、Ｂ２ＣｏＷ２、Ｂ３ＣｏＷ３、Ｂ６ＣｏＷ３、Ｂ１０ＣｏＷ９、ＷＣのＸ線回折図形が観察される場合がある。
【００１２】
本発明立方晶窒化硼素焼結体の比抵抗が、５×１０−６Ω・ｃｍ未満を示すことはなく、１０Ω・ｃｍを超えるとワイヤーカット放電加工能率の低下が顕著になる。したがって、比抵抗は５×１０−６〜１０Ω・ｃｍであると好ましい。
【００１３】
試験荷重：４．９０Ｎ、荷重保持時間：１５秒の試験条件で測定した本発明立方晶窒化硼素焼結体のヌープ硬さは、３９００以上であると耐摩耗性が向上する。また、ヌープ硬さが４３００を超えることは困難であるため、ヌープ硬さは、３９００〜４３００の範囲であると好ましい。
【００１４】
本発明立方晶窒化硼素焼結体は、鋭角部の強度が高く耐欠損性に優れるため、切削工具として用いると好ましい。切削工具として用いた場合、加工材の面精度に優れる。本発明立方晶窒化硼素焼結体は、ワイヤーカット放電加工が可能であるため、レーザーカット加工しかできなかった従来の立方晶窒化硼素焼結体よりも複雑な工具形状にも加工できる。本発明立方晶窒化硼素焼結体を鉄系焼結金属、高硬度ハイスロールに代表されるＨＲＣ５０以上の非常に硬い難削材を加工する切削工具として用いることは特に好ましく、その中でも鉄系焼結金属用切削工具として用いると、さらに好ましい。
【００１５】
【実施例１】
市販の平均粒径２μｍの立方晶窒化硼素粉末、平均粒径２μｍのＷＣ粉末、平均粒径１．５μｍのＣｏ粉末、平均粒径４μｍのＡｌ粉末を用意する。体積比でＷＣ：Ｃｏ：Ａｌ＝２：７：５となるように配合した粉末Ａと立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粉末を表１に示すように配合した。配合した原料粉末をウレタン内張りボールミルで湿式混合し、乾燥させた混合粉末を金属カプセルに充填した後、超高圧高温発生装置の容器内に挿入し、圧力６ＧＰａ、温度１６００℃、保持時間３０分の焼結条件で焼結した。焼結体として得られた本発明立方晶窒化硼素焼結体１〜３、比較立方晶窒化硼素焼結体１を研磨し、Ｘ線回折測定を行った。Ｂ６Ｃｏ２１Ｗ２の（４２０）面のＸ線回折強度をＩｗ、立方晶窒化硼素の（１１１）面のＸ線回折強度をＩｂと表したとき、強度比Ｉｗ／Ｉｂを表２に示した。また、研磨面をエネルギー分散型Ｘ線分析器および波長分散型Ｘ線分析器付きの走査型電子顕微鏡で観察し、立方晶窒化硼素焼結体に含まれる立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）量を測定した。さらに、試験荷重：４．９０Ｎ、荷重保持時間：１５秒の試験条件でヌープ硬さ（Ｈｋ）と比抵抗を測定した。それらの結果を表２に示した。本発明立方晶窒化硼素焼結体１〜３、比較立方晶窒化硼素焼結体１を１辺５ｍｍ、厚み１ｍｍの正三角形に切断し、チップ形状：ＴＮＧＡ１６０４０８の超硬合金台金にロウ付けして切削工具を作製し、鉄系焼結金属（ＨＲＣ＝６２）の加工テストを行った。加工テスト条件は切削速度Ｖｃ＝１３０ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込みａｐ＝０．０５ｍｍである。その結果を表２に示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
【表２】
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【００１８】
表２に示すように立方晶窒化硼素９７体積％以下の本発明立方晶窒化硼素焼結体１〜３、比較立方晶窒化硼素焼結体１は焼結可能であった。なお、配合組成よりも立方晶窒化硼素焼結体に含まれる立方晶窒化硼素量が減少している。これは焼結によって立方晶窒化硼素の一部が、結合相の原料粉末と反応したためである。本発明立方晶窒化硼素焼結体１〜３、比較立方晶窒化硼素焼結体１のＸ線回折図形において、立方晶窒化硼素以外に、Ｂ６Ｃｏ２１Ｗ２、ＷＣ、ＡｌＮ、ＢＣｏＷが観察されたことから、本発明立方晶窒化硼素焼結体１〜３、比較立方晶窒化硼素焼結体１は、立方晶窒化硼素と、Ｂ６Ｃｏ２１Ｗ２、ＷＣ、ＡｌＮおよびＢＣｏＷからなる結合相とで構成された立方晶窒化硼素焼結体であることが分かる。得られた立方晶窒化硼素焼結体の比抵抗は８〜１０Ω・ｃｍであり、ワイヤーカット放電加工することが可能であった。鉄系焼結金属加工テストにおいて、立方晶窒化硼素８８〜９５体積％の本発明立方晶窒化硼素焼結体１〜３は、立方晶窒化硼素８３体積％の比較立方晶窒化硼素焼結体１に対して１．６〜２倍の性能が得られた。
【００１９】
【実施例２】市販の平均粒径２μｍの立方晶窒化硼素粉末、平均粒径２μｍのＷＣ粉末、平均粒径１．５μｍのＣｏ粉末、平均粒径４μｍのＡｌ粉末を用意する。立方晶窒化硼素：９５．４体積％、ＷＣ：０．７体積％、Ｃｏ：２．５体積％、Ａｌ：１．４体積％と配合した原料粉末をウレタン内張りボールミルで湿式混合し、乾燥した混合粉末を金属カプセルに充填した後、超高圧高温発生装置の容器内に挿入し、表３に示す圧力と温度、保持時間：３０分という条件で焼結した。焼結体として得られた本発明立方晶窒化硼素焼結体４〜６、比較立方晶窒化硼素焼結体４、５を研磨した後、Ｘ線回折測定および比抵抗測定を行った。各試料のＸ線回折強度比Ｉｗ／Ｉｂ、比抵抗を表３に示した。なお、本発明立方晶窒化硼素焼結体４〜６、比較立方晶窒化硼素焼結体４、５は、立方晶窒化硼素：９２体積％と、Ｂ６Ｃｏ２１Ｗ２、ＷＣ、ＡｌＮおよびＢＣｏＷからなる結合相：８体積％とで構成された立方晶窒化硼素焼結体であった。試験荷重：４．９０Ｎ、荷重保持時間：１５秒の試験条件でヌープ硬さ（Ｈｋ）を測定し、その値を表３に示した。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
Ｘ線回折強度比Ｉｗ／Ｉｂが０．１０〜０．２０である発明立方晶窒化硼素焼結体４〜６は、ヌープ硬さ４１００、比抵抗１０Ω・ｃｍであり、ワイヤーカット放電加工可能であった。Ｉｗ／Ｉｂが０．０５〜０．０７である比較立方晶窒化硼素焼結体４、５は、比抵抗１０００Ω・ｃｍであり、ワイヤーカット放電加工できなかった。
【００２２】
【発明の効果】本発明立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素を８８〜９７体積％含む焼結体でありながら比抵抗が低いという特徴を有する。本発明立方晶窒化硼素焼結体はワイヤーカット放電加工できるため、複雑形状の工具を作製することが可能となった。本発明立方晶窒化硼素焼結体を切削工具として用いると工具寿命が向上するため好ましく、その中でも、特に鉄系焼結金属用切削工具として用いると工具寿命を向上させる効果が高い。