(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式（１）
ＭｘＳｉ（６−ｘ−ｙ）ＡｌｙＯｙＮ（８−ｙ）・・・（１）
（式（１）中、Ｍはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属であり、０．０１≦ｘ≦１．５、０．０１≦ｙ≦４．２および１．７９≦（６−ｘ−ｙ）≦５．９８の関係を満たす）
で表わされる、立方晶型サイアロン。
【請求項２】
請求項１に記載の立方晶型サイアロンを２０体積％以上１００体積％以下含む、焼結体。
【請求項３】
請求項１に記載の立方晶型サイアロンと、第２金属および第１化合物のいずれか一方または両方とを含む焼結体であって、
前記第２金属は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも１種を含み、
前記第１化合物は、アルミニウム、硼素、珪素、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カルシウム、イットリウム、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第１元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第２元素とからなる少なくとも１種の化合物を含む、請求項３に記載の焼結体。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の焼結体を備える切削工具。
【請求項５】
請求項１に記載の立方晶型サイアロンの製造方法であって、
カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属、珪素、およびアルミニウムを含む第１粒子群を準備する工程と、
前記第１粒子群を熱処理して、前記第１金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第２粒子群を作製する工程と、
前記第２粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程とを備える、立方晶型サイアロンの製造方法。
【請求項６】
請求項２または請求項３に記載の焼結体の製造方法であって、
カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属、珪素およびアルミニウムを含む第１粒子群を準備する工程と、
前記第１粒子群を熱処理して、前記第１金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第２粒子群を作製する工程と、
前記第２粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程と、
前記立方晶型サイアロンを２０体積％以上１００体積％以下含む第３粒子群を準備する工程と、
前記第３粒子群を焼結して焼結体を得る工程とを備える、焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記第３粒子群は、前記立方晶型サイアロンと、第２金属および第１化合物のいずれか一方または両方とを含み、
前記第２金属は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも１種を含み、
前記第１化合物は、アルミニウム、硼素、珪素、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カルシウム、イットリウム、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第１元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第２元素とからなる少なくとも１種の化合物を含む、請求項６に記載の焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立方晶型サイアロン、焼結体、焼結体を備える工具、立方晶型サイアロンの製造方法および焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイアロン（以下、ＳｉＡｌＯＮともいう）は、窒化珪素にアルミニウムと酸素が固溶した構造を有している。サイアロンは結晶構造により、六方晶系に属するα型サイアロンおよびβ型サイアロンに分類される。さらに、β型サイアロンを衝撃波によって瞬間的に加圧することによって、立方晶系に属する立方晶型サイアロンを合成できることが知られている。立方晶型サイアロンはβ型サイアロンの高圧相であることから、β型サイアロンよりも密度が増加し、硬度が高くなっている。
【０００３】
サイアロンを用いた焼結体は、被加工材との反応性が低いという特性を有するため、切削工具用材料としての研究が進められている。
【０００４】
たとえば、特許文献１（特開２０１１−２５６０６７号公報）には、立方晶型サイアロンと、β型サイアロンと、第１化合物および第２化合物の少なくともいずれかとを含む焼結体であって、前記第１化合物は、鉄、コバルト、ニッケル、周期律表の第４ａ族元素、第５ａ族元素、および第６ａ族元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素であり、前記第２化合物は、第４ａ族元素、第５ａ族元素、および第６ａ族元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素および硼素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とからなる少なくとも１種の化合物である焼結体が開示されている。
【０００５】
特許文献２（特開２０１３−２３４０９３号公報）には、α型サイアロンおよびβ型サイアロンの少なくともいずれかと、立方晶型サイアロン（γ型サイアロン）とを含むサイアロン基粒子を含む焼結体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２５６０６７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３４０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および特許文献２の技術は、高硬度の立方晶型サイアロンとともに、立方晶型サイアロンよりも硬度の低いα型サイアロン、β型サイアロン、第１化合物、第２化合物などを含むため、焼結体の耐摩耗性が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで、本目的は、焼結体の材料として用いた場合に焼結体の耐摩耗性および耐欠損性を向上することのできる立方晶型サイアロン、立方晶型サイアロンを含む焼結体、焼結体を備える工具、立方晶型サイアロンの製造方法および焼結体の製造方法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】
【０００９】
本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、下記式（１）
ＭｘＳｉ（６−ｘ−ｙ）ＡｌｙＯｙＮ（８−ｙ）・・・（１）
（式（１）中、Ｍはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属であり、０．０１≦ｘ≦２、０．０１≦ｙ≦４．２および１．７９≦（６−ｘ−ｙ）≦５．９８の関係を満たす）
で表わされる、立方晶型サイアロンである。
【００１０】
本発明の一態様に係る焼結体は、上記の立方晶型サイアロンを２０体積％以上１００体積％以下含む、焼結体である。
【００１１】
本発明の一態様に係る切削工具は、上記の焼結体を備える切削工具である。
本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンの製造方法は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属、珪素およびアルミニウムを含む第１粒子群を準備する工程と、第１粒子群を熱処理して、第１金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第２粒子群を作製する工程と、第２粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程とを備え、立方晶型サイアロンは、下記式（１）
ＭｘＳｉ（６−ｘ−ｙ）ＡｌｙＯｙＮ（８−ｙ）・・・（１）
（式（１）中、Ｍはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属であり、０．０１≦ｙ≦４．２および１．７９≦（６−ｘ−ｙ）≦５．９８の関係を満たす）で表わされる、立方晶型サイアロンの製造方法である。
【００１２】
本発明の一態様に係る焼結体の製造方法は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属、珪素およびアルミニウムを含む第１粒子群を準備する工程と第１粒子群を熱処理して、第１金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第２粒子群を作製する工程と、第２粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程と、立方晶型サイアロンを２０体積％以上１００体積％以下含む第３粒子群を準備する工程と、第３粒子群を焼結して焼結体を得る工程とを備え、立方晶型サイアロンは、下記式（１）
ＭｘＳｉ（６−ｘ−ｙ）ＡｌｙＯｙＮ（８−ｙ）・・・（１）
（式（１）中、Ｍはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属であり、０．０１≦ｙ≦４．２および１．７９≦（６−ｘ−ｙ）≦５．９８の関係を満たす）で表わされる、焼結体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
上記態様によれば、焼結体の材料として用いた場合に焼結体の耐摩耗性および耐欠損性を向上することのできる立方晶型サイアロン、立方晶型サイアロンを含む焼結体、焼結体を備える工具、立方晶型サイアロンの製造方法および焼結体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンの製造方法を示すフロー図である。
【図２】本発明の一態様に係る焼結体の製造方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［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。
【００１６】
（１）本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、下記式（１）
ＭｘＳｉ（６−ｘ−ｙ）ＡｌｙＯｙＮ（８−ｙ）・・・（１）
（式（１）中、Ｍはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属であり、０．０１≦ｘ≦２、０．０１≦ｙ≦４．２および１．７９≦（６−ｘ−ｙ）≦５．９８の関係を満たす）
で表わされる、立方晶型サイアロンである。
【００１７】
本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、焼結体の材料として用いた場合に焼結体の耐摩耗性を向上することができる。この理由については、以下の通り推察される。前記式（１）で表される立方晶型サイアロンは、立方晶型サイアロンにカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属を固溶して得られるため、立方晶型サイアロンの粒子内に残留応力が付与されている。したがって、本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、第１金属が固溶されていない従来の立方晶型サイアロン以上の硬度を有し、更に亀裂伝播抵抗性が向上する。よって、本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンを焼結体の材料として用いた場合、焼結体は機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を示すと考えられる。
【００１８】
本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、焼結体の材料として用いた場合に焼結体の耐欠損性を向上することができる。この理由については、以下の通り推察される。前記第１金属が立方晶サイアロン粒子内に均一に分散することにより、粒子内の亀裂伝播の抵抗を高めることが出来る。したがって、本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンは、第１金属が分散されていない従来の立方晶型サイアロン以上の亀裂伝播抵抗を有する。よって、本発明の一態様に係る立方晶型サイアロンを焼結体の材料として用いた場合、焼結体は断続切削に対し優れた耐欠損性を示すと考えられる。
【００１９】
（２）前記立方晶型サイアロンは、前記第１金属単体を０．０１質量％以上５質量％以下含むことが好ましい。これによると、立方晶サイアロン粒子内に均一に分散した前記第１金属により、耐欠損性の向上効果を得ることができる。
【００２０】
（３）本発明の一態様に係る焼結体は、上記（１）または（２）に記載の立方晶型サイアロンを２０体積％以上１００体積％以下含む。前記焼結体は、機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。
【００２１】
（４）前記焼結体は、上記（１）または（２）に記載の立方晶型サイアロンと、第２金属および第１化合物のいずれか一方または両方とを含む焼結体であって、前記第２金属は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも１種を含み、前記第１化合物は、アルミニウム、硼素、珪素、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カルシウム、イットリウム、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第１元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第２元素とからなる少なくとも１種の化合物を含むことが好ましい。
【００２２】
第２金属および第１化合物は、焼結体において結合相の役割を果たす。したがって、焼結体が第２金属および第１化合物のいずれか一方または両方を含むと、機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。
【００２３】
（５）本発明の一態様に係る切削工具は、上記（３）または（４）に記載の焼結体を備える切削工具である。
【００２４】
前記焼結体は、耐摩耗性および耐欠損性が優れているため、これを用いた切削工具もまた、耐摩耗性および耐欠損性が優れている。したがって、本発明の一態様に係る切削工具は、従来と比して長寿命を有することができる。
【００２５】
（６）カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属、珪素、およびアルミニウムを含む第１粒子群を準備する工程と、前記第１粒子群を熱処理して、前記第１金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第２粒子群を作製する工程と、前記第２粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程とを備え、前記立方晶型サイアロンは、下記式（１）
ＭｘＳｉ（６−ｘ−ｙ）ＡｌｙＯｙＮ（８−ｙ）・・・（１）
（式（１）中、Ｍはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属であり、０．０１≦ｙ≦４．２および１．７９≦（６−ｘ−ｙ）≦５．９８の関係を満たす）で表わされる、立方晶型サイアロンの製造方法である。
【００２６】
これにより得られた立方晶型サイアロンは、焼結体の材料として用いた場合、焼結体の耐摩耗性および耐欠損性を向上することができる。
【００２７】
（７）本発明の一態様に係る焼結体の製造方法は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属、珪素およびアルミニウムを含む第１粒子群を準備する工程と、前記第１粒子群を熱処理して、前記第１金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第２粒子群を作製する工程と、前記第２粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程と、前記立方晶型サイアロンを２０体積％以上１００体積％以下含む第３粒子群を準備する工程と、前記第３粒子群を焼結して焼結体を得る工程とを備え、前記立方晶型サイアロンは、下記式（１）
ＭｘＳｉ（６−ｘ−ｙ）ＡｌｙＯｙＮ（８−ｙ）・・・（１）
（式（１）中、Ｍはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属であり、０．０１≦ｙ≦４．２および１．７９≦（６−ｘ−ｙ）≦５．９８の関係を満たす）で表わされる、焼結体の製造方法である。
【００２８】
これにより得られた焼結体は、機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を示すことができる。
【００２９】
（８）前記焼結体の製造方法において、前記第３粒子群は、前記立方晶型サイアロンと、第２金属および第１化合物のいずれか一方または両方とを含み、前記第２金属は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも１種を含み、前記第１化合物は、アルミニウム、硼素、珪素、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カルシウム、イットリウム、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第１元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第２元素とからなる少なくとも１種の化合物を含むことが好ましい。
【００３０】
第２金属および第１化合物は、焼結体において結合相の役割を果たす。したがって、第２金属および第１化合物のいずれか一方または両方を用いて焼結体を作製することにより、得られた焼結体は、機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態について、以下に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。
【００３１】
本明細書において「金属」とは、特に説明がない限り、１種の金属元素からなる単体金属に限定されるものではなく、２種以上の金属元素からなる合金を含む。また、本明細書において「化合物」とは、１種以上の金属元素と１種以上の非金属元素とからなる化合物を示す。なお、非金属元素としては、炭素、窒素、酸素および硼素が挙げられる。
【００３２】
本明細書において記載される化学式において特に原子比が規定されない場合は、各元素の原子比は必ずしも等比となるものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。たとえばＴｉＮと記す場合、ＴｉとＮとの原子比は１：１が含まれる他、２：１、１：０．９５、１：０．９などが含まれる。
【００３３】
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態に係る立方晶型サイアロンは、下記式（１）
ＭｘＳｉ（６−ｘ−ｙ）ＡｌｙＯｙＮ（８−ｙ）・・・（１）
（式（１）中、Ｍはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属であり、０．０１≦ｘ≦２、０．０１≦ｙ≦４．２および１．７９≦（６−ｘ−ｙ）≦５．９８の関係を満たす）
で表わされる。
【００３４】
前記式（１）で表わされる立方晶型サイアロンは、従来の立方晶型サイアロンとは構成が大きく異なる。
【００３５】
従来の立方晶型サイアロンは、たとえば、アルミン酸マグネシウム（ＭｇＡｌ２Ｏ３）からなる立方晶系に属する鉱物であるスピネルと同様の結晶構造を有し、一般式Ｓｉ（６−ｘ）ＡｌｘＯｘＮ（８−ｘ）（０＜ｘ≦４．２）で表わされる。
【００３６】
一方、第１の実施形態に係る立方晶型サイアロンは、従来の立方晶型サイアロンに、さらに、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属が固溶した構造を有している。
【００３７】
本明細書において、ランタノイドは、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）を含む。本明細書において、周期表の第４族元素は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）を含み、第５族元素はバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）およびタンタル（Ｔａ）を含み、第６族元素はクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）を含む。
【００３８】
第１金属は、珪素およびアルミニウムよりも原子半径が大きい。本実施形態の立方晶型サイアロンは、珪素およびアルミニウムと異なる原子半径を有する第１金属が固溶しているため、粒子内に残留応力が付与されている。したがって、立方晶型サイアロンは、立方晶型サイアロン以上の硬度有し、更に、亀裂伝播抵抗性が向上する。よって、前記立方晶型サイアロンを焼結体の材料として用いた場合、焼結体は機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を示すと考えられる。
【００３９】
本実施形態の立方晶型サイアロンは、下記式（１）中、
ＭｘＳｉ（６−ｘ−ｙ）ＡｌｙＯｙＮ（８−ｙ）・・・（１）
０．０１≦ｘ≦２、０．０１≦ｙ≦４．２および１．７９≦（６−ｘ−ｙ）≦５．９８の関係を満たす。
【００４０】
前記式（１）中、ｘが０．０１未満であると、立方晶型サイアロン中の残存応力が不足するため、耐摩耗性の向上効果が得られにくい。また、ｘ＝２は第１金属の固溶限界値を示している。ｘの範囲は、０．１≦ｘ≦１．５が好ましく、０．５≦ｘ≦１がさらに好ましい。
【００４１】
ｙが０．０１未満であると、切削に適する化学的安定性や機械的強度が劣る。また、ｙが４．２はＡｌの固溶限界値を示している。ｙの範囲は、０．１≦ｙ≦４が好ましく、０．５≦ｙ≦３がさらに好ましい。
【００４２】
（６−ｘ−ｙ）＝１．７９は、Ｓｉの置換上限である。（６−ｘ−ｙ）の値が５．９８を超えると、切削に適する化学的安定性や機械的強度が劣る。（６−ｘ−ｙ）の値の範囲は、２≦（６−ｘ−ｙ）≦５．５が好ましく、３≦（６−ｘ−ｙ）≦５がさらに好ましい。
【００４３】
前記立方晶型サイアロンは、前記第１金属単体を０．０１質量％以上５質量％以下含むことが好ましい。立方晶サイアロン粒子内に均一に分散した前記第１金属が０．０１質量％未満であった場合、耐欠損性の上昇効果はほぼ見られない。また５質量％以上であった場合、サイアロン粒子の硬度が低下するため機械的な擦過に対する耐摩耗性は下がる。立方晶型サイアロン中の分散した第１金属単体の量は０．０５質量％以上４質量％以下が好ましく、０．１質量％以上、３質量％以下がより好ましい。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る焼結体は、第１の実施形態の立方晶型サイアロンを２０体積％以上１００体積％以下含む。前記焼結体は、機械的な擦過に対して優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。
【００４５】
焼結体中の立方晶型サイアロンの含有量が２０体積％以上であると、焼結体の耐摩耗性および耐欠損性が向上する。焼結体中の立方晶型サイアロンの含有量は、５０体積％以上１００体積％以下が好ましく、５０体積％以上９０体積％以下がさらに好ましく、５０体積％以上８０体積％以下がさらに好ましい。
【００４６】
前記焼結体は、立方晶型サイアロンと、第２金属および第１化合物のいずれか一方または両方とを含む焼結体であって、前記第２金属は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群より選ばれる少なくとも１種を含み、前記第１化合物は、アルミニウム、硼素、珪素、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、カルシウム、イットリウム、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第１元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選ばれる少なくとも１種の第２元素とからなる少なくとも１種の化合物を含むことが好ましい。
【００４７】
焼結体中の第２金属および第１化合物は、隣り合う立方晶型サイアロン同士の界面に存在し、結合相の役割を果たす。結合相は、立方晶型サイアロン同士を強固に結合することができるため、焼結体はさらに優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。
【００４８】
また、焼結体に結合相が含まれることにより、焼結体は立方晶型サイアロンの特性に起因する特性に加え、さらに結合相に起因する特性を有することができる。したがって、結合相の組成を適宜調整することにより、焼結体は、様々な切削条件に必要とされる各ニーズに柔軟に対応することができる。たとえば、結合相が立方晶窒化ホウ素を含む場合、立方晶窒化ホウ素は極めて高い硬度を有するため、立方晶窒化ホウ素を含む結合相を有する焼結体は、高い硬度を有することができる。
【００４９】
第２金属として、たとえば、マンガン、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅などの１種類からなる金属や、これらの金属を含む合金を用いることができる。第２金属は１種類を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５０】
第１化合物として、たとえば、第１元素の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物を用いることができる。
【００５１】
第１元素の炭化物として、たとえば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）、および炭化タングステン（ＷＣ）などを用いることができる。
【００５２】
第１元素の窒化物として、たとえば、窒化硼素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化クロム（Ｃｒ２Ｎ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、および窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタンジルコニウム（ＴｉＺｒＮ）、窒化チタンハフニウム（ＴｉＨｆＮ）、窒化チタンバナジウム（ＴｉＶＮ）、窒化チタンニオブ（ＴｉＮｂＮ）、窒化チタンタンタル（ＴｉＴａＮ）、窒化チタンクロム（ＴｉＣｒＮ）、窒化チタンモリブデン（ＴｉＭｏＮ）、窒化チタンタングステン（ＴｉＷＮ）、窒化ジルコニウムハフニウム（ＺｒＨｆＮ）、窒化ジルコニウムバナジウム（ＺｒＶＮ）、窒化ジルコニウムニオブ（ＺｒＮｂＮ）、窒化ジルコニウムタンタル（ＺｒＴａＮ）、窒化ジルコニウムクロム（ＺｒＣｒＮ）、窒化ジルコニウムモリブデン（ＺｒＭｏＮ）、窒化ジルコニウムタングステン（ＺｒＷＮ）、窒化ハフニウムバナジウム（ＨｆＶＮ）、窒化ハフニウムニオブ（ＨｆＮｂＮ）、窒化ハフニウムタンタル（ＨｆＴａＮ）、窒化ハフニウムクロム（ＨｆＣｒＮ）、窒化ハフニウムモリブデン（ＨｆＭｏＮ）、窒化ハフニウムタングステン（ＨｆＷＮ）、窒化バナジウムニオブ（ＶＮｂＮ）、窒化バナジウムタンタル（ＶＴａＮ）、窒化バナジウムクロム（ＶＣｒＮ）、窒化バナジウムモリブデン（ＶＭｏＮ）、窒化バナジウムタングステン（ＶＷＮ）、窒化ニオブタンタル（ＮｂＴａＮ）、窒化ニオブクロム（ＮｂＣｒＮ）、窒化ニオブモリブデン（ＮｂＭｏＮ）、窒化ニオブタングステン（ＮｂＷＮ）、窒化タンタルクロム（ＴａＣｒＮ）、窒化タンタルモリブデン（ＴａＭｏＮ）、窒化タンタルタングステン（ＴａＷＮ）、窒化クロムモリブデン（ＣｒＭｏＮ）、窒化クロムタングステン（ＣｒＷＮ）、および窒化モリブデンクロム（ＭｏＷＮ）を用いることができる。
【００５３】
第１元素の酸化物として、たとえば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ２）酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、および酸化タングステン（ＷＯ３）を用いることができる。
【００５４】
第１元素の硼化物として、たとえば、硼化珪素（ＳｉＢ４）、硼化アルミニウム（ＡｌＢ１２）、硼化チタン（ＴｉＢ２）、硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、硼化ハフニウム（ＨｆＢ２）、硼化バナジウム（ＶＢ）、硼化ニオブ（ＮｂＢ２）、硼化タンタル（ＴａＢ２）、硼化クロム（ＣｒＢ２）、硼化モリブデン（ＭｏＢ）および硼化タングステン（ＷＢ）を用いることができる。
【００５５】
第１化合物は１種類を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
焼結体中の第２金属および第１化合物の合計の含有量は０体積％を超え、かつ５０体積％以下が好ましく、１０体積％以上５０体積％以下がさらに好ましく、２０体積％以上５０体積％以下がさらに好ましい。焼結体中の第２金属および第１化合物の合計の含有量が０体積％を超え、かつ５０体積％以下であると、焼結体の耐摩耗性および耐欠損性が向上する。
【００５６】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態に係る切削工具は、第２の実施形態に係る焼結体を用いた工具である。上述のように、上記式（１）で示される立方晶型サイアロンを含む焼結体は、耐摩耗性および耐欠損性に優れるため、これを用いた工具もまた、これらの特性に優れることとなる。
【００５７】
第３の実施形態に係る切削工具としては、たとえば、ドリル、エンドミル、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、歯切り工具、リーマまたはタップを例示することができる。また、切削工具は、その全体が上記焼結体により構成されていてもよく、その一部（たとえば、刃先部分）が上記焼結体により構成されていてもよい。
【００５８】
切削工具の全体が上記焼結体からなる場合、焼結体を所望の形状に加工することにより、切削工具を作製することができる。焼結体の加工は、たとえば、レーザーまたはワイヤー放電によって行うことができる。また、切削工具の一部が上記焼結体からなる場合、工具を構成する基体の所望の位置に焼結体を接合することにより、切削工具を作製することができる。なお、焼結体の接合方法は特に制限されないが、基体から焼結体が離脱することを抑制する観点から、基体と焼結体との間に、基体と焼結とを強固に結合させるための接合層を介在させることが好ましい。
【００５９】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態に係る立方晶型サイアロンの製造方法について、図１を用いて説明する。
【００６０】
立方晶型サイアロンの製造方法は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属、珪素、およびアルミニウムを含む第１粒子群を準備する工程（図１中、Ｓ１で示される。以下、「第１粒子群準備工程」ともいう）と、前記第１粒子群を熱処理して、前記第１金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第２粒子群を作製する工程（図１中、Ｓ２で示される。以下、「第２粒子群作製工程」ともいう）と、前記第２粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程（図１中、Ｓ３で示される。以下、「立方晶型サイアロン作製工程」ともいう）とを備える。前記立方晶型サイアロンは、下記式（１）
ＭｘＳｉ（６−ｘ−ｙ）ＡｌｙＯｙＮ（８−ｙ）・・・（１）
（式（１）中、Ｍはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属であり、０．０１≦ｙ≦４．２および１．７９≦（６−ｘ−ｙ）≦５．９８の関係を満たす）で表わされる。
【００６１】
（第１粒子群準備工程）
図１を参照し、第１粒子群準備工程（Ｓ１）において、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属、珪素、およびアルミニウムを含む第１粒子群を準備する。
【００６２】
第１粒子群は、立方晶型サイアロンの原料となる原料粒子群である。立方晶型サイアロンを構成する第１金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素のうち、第１金属、珪素およびアルミニウムは、第１粒子群のみから供給される。このため、第１粒子群中の第１金属、珪素およびアルミニウムの含有比率は、目的とする立方晶型サイアロン中の第１金属、珪素およびアルミニウムの含有比率と同一とする必要がある。一方、立方晶型サイアロン中の酸素および窒素は、第１粒子群から供給されるとともに、後続の工程での雰囲気（酸素雰囲気、窒素雰囲気など）から供給され得る。このため、第１粒子群中の酸素および窒素の含有比率は、立方晶型サイアロン中の酸素および窒素の含有比率と同一である必要はない。
【００６３】
第１粒子群には、第１金属を含む粒子、珪素を含む粒子およびアルミニウムを含む粒子が含まれる。
【００６４】
第１金属を含む粒子として、第１金属を構成する１種類の元素からなる粒子および第１金属を構成する２種類以上の元素からなる粒子を用いることができる。具体的には、たとえば、カルシウム粒子、ストロンチウム粒子、バリウム粒子、スカンジウム粒子、イットリウム粒子、マンガン粒子、鉄粒子、コバルト粒子、ニッケル粒子、銅粒子、ランタン粒子、セリウム粒子、プラセオジム粒子、ネオジム粒子、プロメチウム粒子、サマリウム粒子、ユウロピウム粒子、ガドリニウム粒子、テルビウム粒子、ジスプロシウム粒子、ホルミウム粒子、エルビウム粒子、ツリウム粒子、イッテルビウム粒子、ルテチウム粒子、チタン粒子、ジルコニウム粒子、ハフニウム粒子、バナジウム粒子、ニオブ粒子、タンタル粒子、クロム粒子、モリブデン粒子、タングステン粒子、チタンジルコニウム（ＴｉＺｒ）粒子、チタンハフニウム（ＴｉＨｆ）粒子、チタンバナジウム（ＴｉＶ）粒子、チタンニオブ（ＴｉＮｂ）粒子、チタンタンタル（ＴｉＴａ）粒子、チタンクロム（ＴｉＣｒ）粒子、チタンモリブデン（ＴｉＭｏ）粒子、チタンタングステン（ＴｉＷ）粒子、ジルコニウムハフニウム（ＺｒＨｆ）粒子、ジルコニウムバナジウム（ＺｒＶ）粒子、ジルコニウムニオブ（ＺｒＮｂ）粒子、ジルコニウムタンタル（ＺｒＴａ）粒子、ジルコニウムクロム（ＺｒＣｒ）粒子、ジルコニウムモリブデン（ＺｒＭｏ）粒子、ジルコニウムタングステン（ＺｒＷ）粒子、ハフニウムバナジウム（ＨｆＶ）粒子、ハフニウムニオブ（ＨｆＮｂ）粒子、ハフニウムタンタル（ＨｆＴａ粒子）、ハフニウムクロム（ＨｆＣｒ）粒子、ハフニウムモリブデン（ＨｆＭｏ）粒子、ハフニウムタングステン（ＨｆＷ）粒子、バナジウムニオブ（ＶＮｂ）粒子、バナジウムタンタル（ＶＴａ）粒子、バナジウムクロム（ＶＣｒ）粒子、バナジウムモリブデン（ＶＭｏ）粒子、バナジウムタングステン（ＶＷ）粒子、ニオブタンタル（ＮｂＴａ）粒子、ニオブクロム（ＮｂＣｒ）粒子、ニオブモリブデン（ＮｂＭｏ）粒子、ニオブタングステン（ＮｂＷ）粒子、タンタルクロム（ＴａＣｒ）粒子、タンタルモリブデン（ＴａＭｏ）粒子、タンタルタングステン（ＴａＷ）粒子、クロムモリブデン（ＣｒＭｏ）粒子、クロムタングステン（ＣｒＷ）粒子、モリブデンクロム（ＭｏＷ）粒子を用いることができる。
【００６５】
第１金属を含む粒子として、第１金属を構成する元素の酸化物、窒化物、酸窒化物の粒子を用いることもできる。
【００６６】
第１金属を構成する元素の酸化物としては、たとえば、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化ニオブ（ＮｂＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ２、ＷＯ３）が挙げられる。
【００６７】
第１金属を構成する元素の窒化物としては、たとえば、窒化カルシウム（Ｃａ３Ｎ２）、窒化ストロンチウム（Ｓｒ３Ｎ２）、窒化バリウム（Ｂａ３Ｎ２）、窒化スカンジウム（ＳｃＮ）、窒化イットリウム（ＹＮ）、窒化ランタン（ＬａＮ）、窒化セリウム（ＣｅＮ）、窒化プラセオジム（ＰｒＮ）、窒化ネオジム（ＮｄＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化クロム（Ｃｒ２Ｎ、ＣｒＮ）、窒化モリブデン（Ｍｏ２Ｎ、ＭｏＮ）、窒化タングステン（Ｗ２Ｎ、ＷＮ２、Ｗ２Ｎ３）、窒化チタンジルコニウム（ＴｉＺｒＮ）、窒化チタンハフニウム（ＴｉＨｆＮ）、窒化チタンバナジウム（ＴｉＶＮ）、窒化チタンニオブ（ＴｉＮｂＮ）、窒化チタンタンタル（ＴｉＴａＮ）、窒化チタンクロム（ＴｉＣｒＮ）、窒化チタンモリブデン（ＴｉＭｏＮ）、窒化チタンタングステン（ＴｉＷＮ）、窒化ジルコニウムハフニウム（ＺｒＨｆＮ）、窒化ジルコニウムバナジウム（ＺｒＶＮ）、窒化ジルコニウムニオブ（ＺｒＮｂＮ）、窒化ジルコニウムタンタル（ＺｒＴａＮ）、窒化ジルコニウムクロム（ＺｒＣｒＮ）、窒化ジルコニウムモリブデン（ＺｒＭｏＮ）、窒化ジルコニウムタングステン（ＺｒＷＮ）、窒化ハフニウムバナジウム（ＨｆＶＮ）、窒化ハフニウムニオブ（ＨｆＮｂＮ）、窒化ハフニウムタンタル（ＨｆＴａＮ）、窒化ハフニウムクロム（ＨｆＣｒＮ）、窒化ハフニウムモリブデン（ＨｆＭｏＮ）、窒化ハフニウムタングステン（ＨｆＷＮ）、窒化バナジウムニオブ（ＶＮｂＮ）、窒化バナジウムタンタル（ＶＴａＮ）、窒化バナジウムクロム（ＶＣｒＮ）、窒化バナジウムモリブデン（ＶＭｏＮ）、窒化バナジウムタングステン（ＶＷＮ）、窒化ニオブタンタル（ＮｂＴａＮ）、窒化ニオブクロム（ＮｂＣｒＮ）、窒化ニオブモリブデン（ＮｂＭｏＮ）、窒化ニオブタングステン（ＮｂＷＮ）、窒化タンタルクロム（ＴａＣｒＮ）、窒化タンタルモリブデン（ＴａＭｏＮ）、窒化タンタルタングステン（ＴａＷＮ）、窒化クロムモリブデン（ＣｒＭｏＮ）、窒化クロムタングステン（ＣｒＷＮ）、窒化モリブデンクロム（ＭｏＷＮ）が挙げられる。
【００６８】
第１金属を構成する元素の酸窒化物としては、たとえば、酸窒化チタン（ＴｉＯＮ）、酸窒化ジルコニウム（ＺｒＯＮ）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯＮ）、酸窒化バナジウム（ＶＯＮ）、酸窒化ニオブ（ＮｂＯＮ）、酸窒化タンタル（ＴａＯＮ）、酸窒化クロム（ＣｒＯＮ）、酸窒化モリブデン（ＭｏＯＮ）、酸窒化タングステン（ＷＯＮ）、酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）、酸窒化ホウ素（ＢＯＮ）が挙げられる。
【００６９】
珪素を含む粒子としては、たとえば、珪素のみからなる珪素粒子および、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）などの珪素化合物の粒子が挙げられる。
【００７０】
アルミニウムを含む粒子としては、たとえば、アルミニウムのみからなるアルミニウム粒子および、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）などのアルミニウム化合物の粒子が挙げられる。
【００７１】
また、珪素とアルミニウムを同時に含む粒子を用いてもよい。たとえば、サイアロン粒子（ＳｉＡｌＯＮ）などが挙げられる。
【００７２】
第１金属を含む粒子、珪素を含む粒子およびアルミニウムを含む粒子を、第１金属、珪素およびアルミニウムの比率が所望の比率になるように計量した後、これらの粒子をボールミルやジェットミルで混合する。混合後の第１粒子群に含まれる粒子の平均粒径は１０μｍ以下であることが好ましい。このような平均粒径の第１粒子群を用いた場合、後述する第２粒子群作製工程において、第１粒子群に対する窒素および酸素の付与をより均一化することができるため、目的とする組成の第２粒子群を歩留まり良く作製することができる。なお、本明細書において、粒子の平均粒径とは、レーザー回折法などの公知の粒度分布測定法により測定された粒子の粒度分布に基づくメディアン径をいう。
【００７３】
得られた第１粒子群は、後述する第２粒子群作製工程に供するために加圧成形されることが好ましい。加圧成形の方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。たとえば、第１粒子群を１ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下に加圧して加圧成形体を得ることができる。
【００７４】
（第２粒子群作製工程）
次に、図１を参照し、第２粒子群作製工程（Ｓ２）において、前記第１粒子群を熱処理して、前記第１金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第２粒子群を作製する。熱処理により、第１粒子群に不足分の窒素および酸素の一方または両方が付与され、目的とする立方晶型サイアロンと同一の組成比の第２粒子群を得ることができる。なお、「不足分の窒素および酸素」とは、第１粒子群中の窒素および酸素の含有比率と、目的とする立方晶型サイアロン中の窒素および酸素の含有比率との差に相当する。
【００７５】
熱処理は、第１粒子群に外部から熱を加える方法（以下、外部加熱法ともいう）や、第１粒子群の自己発熱による反応を利用する方法（以下、燃焼合成法ともいう）を用いることができる。
【００７６】
外部加熱法では、たとえば、第１粒子群からなる粉体、または第１粒子群が加圧成形されることによって形成された成形体を、真空雰囲気下、またはアルゴンガス、窒素ガスおよび酸素ガスからなる群より選択される１種以上のガスを含む雰囲気下に配置して、カーボンヒーターなどを用いて外部から加熱する。第１粒子群が置かれる雰囲気をいずれの雰囲気下とするかは、第１粒子群の組成により適宜選択される。
【００７７】
たとえば、第１粒子群が第１金属、珪素およびアルミニウムの各元素から構成され、窒素および酸素のいずれの元素も含まない場合、第１粒子群は、窒素ガスおよび酸素ガスを含む雰囲気下に置かれることになる。目的とする立方晶型サイアロン中の窒素および酸素の両元素の全量が、外部加熱法で用いられる原料ガスから付与される必要があるためである。また、たとえば、第１粒子群が、目的とする立方晶型サイアロンと同一の比率で第１金属、アルミニウム、珪素および窒素を含み、酸素を含まない場合は、第１粒子群は、窒素ガスを含まず、酸素ガスを含む雰囲気下に置かれることになる。また、たとえば、第１粒子群が、目的とする立方晶型サイアロンと同一の比率で第１金属、アルミニウム、珪素、窒素および酸素を含む場合は、第１粒子群は、アルゴンガスのみからなる雰囲気下または真空雰囲気下に置くことができる。
【００７８】
第１粒子群が置かれる雰囲気の加熱温度、各ガスの分圧を適宜調整することにより、第１粒子群に付与する酸素の量および窒素の量を制御することができる。また、加熱工程の処理時間によっても、第１粒子群に付与する酸素の量および窒素の量を制御することができる。
【００７９】
外部加熱法における加熱温度、各ガスの分圧、加熱時間は、適宜調整される。たとえば、加熱温度は１５００℃以上２０００℃以下が好ましく、１７００℃以上１９００℃以下がさらに好ましい。各ガスの分圧は０．１ＭＰａ以上が好ましく、０．３ＭＰａ以上がさらに好ましい。加熱時間は６時間以上が好ましい。
【００８０】
燃焼合成法とは、目的とする化合物を合成する際に放出される高い化学反応熱を利用する粉末合成法である。燃焼合成法によると、秒単位の短時間で目的とする化合物を得ることができる。燃焼合成法は外部からのエネルギ供給が不要であり、合成のコストが低減する等の利点を有する。
【００８１】
燃焼合成法では、たとえば、第１粒子群を加圧成形することによって得られた成形体を炉内に投入し、炉内を窒素ガス雰囲気とする。次に、炉内の窒素ガスの分圧を１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下に設定した後、成形体の端部を加熱して第１粒子群の窒化反応を誘起する。この窒化反応により生じた化学反応熱が、隣接部分の反応を誘起することで、化学反応が成形体全体に伝播して、第２粒子群を得ることができる。
【００８２】
第１粒子群が置かれる炉内の雰囲気ガスの分圧を適宜調整することにより、第１粒子群に付与する窒素の量を制御することができる。また、加熱工程の処理時間によっても、第１粒子群に付与する窒素の量を制御することができる。
【００８３】
燃焼合成法を用いる場合は、第１粒子群が窒化可能成分を２０重量％以上含むことが必要である。ここで窒化可能成分とは、第１金属を構成する１種類の金属元素からなる粒子、第１金属を構成する２種類以上の金属元素を含む合金からなる粒子、窒素量が不十分である窒化物（たとえば、Ｔｉ２Ｎ、Ｃａ２Ｎなど）などを意味する。
【００８４】
得られた第２粒子群は、後述する立方晶型サイアロン作製工程に供するために粉体化されることが好ましい。粉体化の方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。たとえば、第２粒子群を超硬製の棒を用いて粗く砕き、１５０μｍメッシュに通した後に、ボールミルまたはジェットミルなどを用いて細粉化する。第２粒子群の平均粒径は、０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上３μｍ以下がさらに好ましい。
【００８５】
（立方晶型サイアロン作製工程）
次に、図１を参照し、立方晶型サイアロン作製工程（Ｓ３）において、前記第２粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する。
【００８６】
衝撃圧縮法では、たとえば、第２粒子群をヒートシンクおよび圧力媒体としての銅粉と混合して鋼製容器に充填し、１５ＧＰａ以上の圧力で、加圧時間５０マイクロ秒以下の衝撃波によって瞬間的に加圧することによって、第２粒子群を立方晶型サイアロンに変換させることができる。衝撃加圧の圧力は、１５ＧＰａ以上５０ＧＰａ以下が好ましく、２０ＧＰａ以上がさらに好ましい。衝撃加圧時の加圧時間は１マイクロ秒以上５０マイクロ秒以下が好ましく、３マイクロ秒以上４０マイクロ秒以下がさらに好ましい。衝撃加圧時の温度は１２００℃以上３０００℃以下が好ましく、１５００℃以上２５００℃以下がさらに好ましい。
【００８７】
静圧合成法では、たとえば、第２粒子群をマルチアンビルプレスなどを用いて、圧力０．１ＧＰａ以上２０ＰＧａ以下、温度１０００℃以上２０００℃以下の条件で、５分以上１８０分以下処理することによって、第２粒子群を立方晶型サイアロンに変換させることができる。
【００８８】
第２粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法で処理すると、第２粒子群の一部は、立方晶型サイアロンに変換されずに不可避不純物になる。不可避不純物としては、たとえば、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる元素の酸化物、窒化物、酸窒化物、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化タングステン、非晶質物質が挙げられる。これらの不可避不純物の合計量は、立方晶型サイアロンと不可避不純物との合計１００質量％中、１０質量％以下が好ましく、５．０質量％以下がさらに好ましい。
【００８９】
不可避不純物を除去するために、衝撃圧縮法または静圧合成法で処理後の粉末から立方晶型サイアロンを精製することが好ましい。
【００９０】
立方晶型サイアロンの精製は、たとえば以下の方法で行うことができる。初めに、衝撃圧縮法または静圧合成法で処理後の粉末を、ボールミルやジェットミルを用いて細かく粉砕する。得られた粉砕粉を、フッ酸などの酸性溶液で洗浄する。非晶質物質は酸性溶液に溶解するため、前記粉末を酸性溶液で洗浄すると、非晶質物質を除去することができる。次に、洗浄後の粉末に含まれる立方晶型サイアロンと不可避不純物とを、遠心分離などを用いて分離して、精製された立方晶型サイアロンを得ることができる。
【００９１】
＜第５の実施形態＞
第５の実施形態に係る焼結体の製造方法について、図２を用いて説明する。
【００９２】
焼結体の製造方法は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属、珪素およびアルミニウムを含む第１粒子群を準備する工程（図２中、Ｓ２１で示される。以下、「第１粒子群準備工程」ともいう）と、前記第１粒子群を熱処理して、前記第１金属、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含む第２粒子群を作製する工程（図２中、Ｓ２２で示される。以下、「第２粒子群作製工程」ともいう）と、前記第２粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製する工程（図２中、Ｓ２３で示される。以下、「立方晶型サイアロン作製工程」ともいう）と、立方晶型サイアロンを２０体積％以上１００体積％以下含む第３粒子群を準備する工程（図２中、Ｓ２４で示される。以下、「第３粒子群準備工程」ともいう）と、第３粒子群を焼結して焼結体を作製する工程（図２中、Ｓ２５で示される。「焼結体作製工程」ともいう）とを備える。前記立方晶型サイアロンは、下記式（１）
ＭｘＳｉ（６−ｘ−ｙ）ＡｌｙＯｙＮ（８−ｙ）・・・（１）
（式（１）中、Ｍはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む第１金属であり、０．０１≦ｙ≦４．２および１．７９≦（６−ｘ−ｙ）≦５．９８の関係を満たす）で表わされる。
【００９３】
第１粒子群作製工程（Ｓ２１）、第２粒子群作製工程（Ｓ２２）および立方晶型サイアロン作製工程（Ｓ２３）は、それぞれ第４の実施形態の第１粒子群作製工程（Ｓ１）、第２粒子群作製工程（Ｓ２）および立方晶型サイアロン作製工程（Ｓ３）と同様であるため、その説明は繰り返さない。
【００９４】
（第３粒子群準備工程）
図２を参照し、第３粒子群準備工程（Ｓ２４）において、立方晶型サイアロン作製工程（Ｓ２３）で作製した立方晶型サイアロンを２０体積％以上１００体積％以下含む第３粒子群を準備する。
【００９５】
第３粒子群は、焼結体の原料となる原料粒子群である。第３粒子群は、立方晶型サイアロンのみを含んでいてもよいし、立方晶型サイアロンとともに結合相の原料となる物質を含んでいてもよい。
【００９６】
結合相の原料となる物質としては、たとえば、第２の実施形態に記載の第２金属および第１化合物を用いることができる。なお、第２金属および第１化合物は、第２の実施形態と同様であるため、その説明は繰り返さない。
【００９７】
第３粒子群中の立方晶型サイアロンの含有量は、２０体積％以上１００体積％以下である。第３粒子群中の立方晶型サイアロンの含有量が２０体積％以上であると、第３粒子群を焼結して得られた焼結体の耐摩耗性および耐欠損性が向上する。第３粒子群中の立方晶型サイアロンの含有量は、５０体積％以上１００体積％以下が好ましく、５０体積％以上９０体積％以下がさらに好ましく、５０体積％以上８０体積％以下がさらに好ましい。
【００９８】
第３粒子群が立方晶型サイアロンとともに結合相の原料物質を含む場合、第３粒子群をボールミルやジェットミルを用いて混合することが好ましい。
【００９９】
（焼結体作製工程）
次に、図２を参照し、焼結体作製工程（Ｓ２５）において、第３粒子群を焼結して焼結体を作製する。
【０１００】
第３粒子群の焼結は、第３粒子群を加圧成形した後に行うことが好ましい。また、加圧成形と同時に行ってもよい。加圧成形と焼結とを同時に行う方法としては、ホットプレス（ＨＰ）法、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）法、超高圧焼結法が挙げられる。また、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）法で成形した後、さらに熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）法を用いて焼結することもできる。なお、上記のような加圧焼結法の代わりに常圧焼結法を用いてもよい。
【０１０１】
焼結体作製工程は、焼結体の組成が第３粒子群の組成から大きく変化することを抑制するために、非酸化性および非窒化性の雰囲気下で実行されることが好ましい。
【０１０２】
焼結時の圧力は０．１ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下が好ましく、１ＧＰａ以上がさらに好ましい。焼結時の温度は１０００℃以上２０００℃以下が好ましく、１３００℃以上１７００℃以下がさらに好ましい。焼結に要する時間は第３粒子群の量（体積）、温度等によって異なるが、たとえば、１０００℃以上２０００℃以下の焼結温度の際には、３分以上１８０分以下とすることができる。
【０１０３】
上記焼結体作製工程が行われることにより、上記式（１）で示される立方晶型サイアロンを含む焼結体を得ることができる。
【実施例１】
【０１０４】
本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。
【０１０５】
［試料１−１〜試料１−５０，１−５２，１−５３］
＜立方晶型サイアロンの作製＞
（第１粒子群準備工程）
表１の原料および混合比にしたがって、原料粒子が混合された第１粒子群を準備した。たとえば、試料１−１では、Ｓｉ３Ｎ４粒子と、Ａｌ２Ｏ３粒子と、ＴｉＯ２粒子とを、混合比（質量比）で、６７：１８：１５となるように計量した後、ボールミルで混合して、第１粒子群を準備した。なお、試料１−１〜試料１−５０，１−５２，１−５３において準備された各第１粒子群の平均粒径は、全て１０μｍ以下であった。得られた第１粒子群を圧力１０ＭＰａで加圧成形して成形体を得た。
【０１０６】
（第２粒子群作製工程）
次に、第１粒子群の成形体を熱処理して、第２粒子群を作製した。各試料で用いた熱処理法を表１に示す。表１中、「外部加熱」は外部加熱法を意味し、「燃焼合成」は燃焼合成法を意味する。
【０１０７】
外部加熱法では、まず窒素ガスが充填された坩堝内に第１粒子群を配置した。そして、坩堝の周囲に配置されたカーボンヒータにより坩堝内を１７００℃に加熱した。このときの坩堝内のガス圧は０．３ＭＰａであった。坩堝内が１７００℃に達してからの加熱時間は６時間であった。これにより、第２粒子群が得られた。
【０１０８】
燃焼合成法では、まず、ガス供給部およびガス排出部を有する圧力容器内に第１粒子群を配置した。そして、圧力容器内に窒素ガスを供給し３ＭＰａまで昇圧させ、１５００℃の熱源を用いて第１粒子群の一部を着火させることにより、第１粒子群を燃焼合成させた第１粒子群の一部を着火してからの燃焼時間は１分間であった。これにより、第２粒子群が得られた。
【０１０９】
得られた第２粒子群を超硬製の棒を用いて粗く叩き、１５０μｍメッシュに通した後、ボールミルを用いて粉砕化した。粉砕化後の第２粒子群の平均粒径は１μｍであった。
【０１１０】
（立方晶型サイアロン作製工程）
次に、得られた第２粒子群を衝撃圧縮法または静圧合成法により処理して、立方晶型サイアロンを作製した。各試料で用いた合成法を表１に示す。表１中、「衝撃圧縮」は衝撃圧縮法を意味し、「静圧合成」は静圧合成法を意味する。
【０１１１】
衝撃圧縮法では、初めに、第２粒子群をヒートシンクおよび銅粉と混合して鋼製容器に充填した。その後、爆薬の爆発により、第２粒子群を圧力１５ＧＰａおよび温度２０００℃で５マイクロ秒間処理して、立方晶型サイアロンを含む試料を得た。
【０１１２】
静圧合成法では、第２粒子群を超硬製のアンビルを用いて圧力１５ＧＰａおよび温度２０００℃で１５分間処理して、立方晶型サイアロンを含む試料を得た。
。
【０１１３】
得られた立方晶型サイアロンを含む試料をボールミルで粉砕した。粉砕した試料を硝酸で処理して、不純物を除去した。さらに、遠心分離により立方晶サイアロンを精製し、水簸により分級した。
【０１１４】
＜立方晶型サイアロンの測定＞
得られた立方晶型サイアロンについて、Ｘ線回折測定を行い、生成相を同定した。結果を表１の「生成物」の欄に示す。
【０１１５】
さらに、高周波誘導結合プラズマ発光分析法を行い、立方晶型サイアロン中の金属元素の割合を調べた。また、不活性ガス融解赤外線吸収法により、立方晶型サイアロン中の酸素元素および窒素元素の割合を調べた。また得られた粉末の断面が観察できるように加工を行い、走査型電子顕微鏡（以下ＳＥＭと記す）で粉末の断面を観察し、粉末中の色の濃淡で、金属元素の固溶しているサイアロン粒子と、サイアロン粒子内外に分散している金属元素を区別した。その際、予め元素分析により、各化合物を特性した。更にその視野に対し二値化を行い分散している金属元素量を定量化した。これらの結果から、立方晶型サイアロンを示す上記式（１）中のｘ、ｙ、分散している金属成分の値を算出した。結果を表１の「ｘ」、「ｙ」の欄に示す。なお、表１の生成物の欄に記載した「ｃ−」とは、「立方晶型」を意味する。
【０１１６】
＜焼結体の作製＞
得られた立方晶型サイアロンを、表１に示す圧力、温度および焼結時間で焼結処理を行い焼結体を得た。焼結前の立方晶型サイアロンと、得られた焼結体のそれぞれを、走査電子顕微鏡に付属のＥＰＭＡ（Electron Probe X-ray Micro Analyzer：試料に電子線を照射した際に発生する特性Ｘ線を検出し、構成元素を分析する装置）により分析した結果、両者は同様の構成元素比率となっていた。すなわち、立方晶型サイアロンは、焼結の前後で構成元素比率がほとんど変化しないことが確認された。
【０１１７】
＜焼結体の評価＞
得られた焼結体をレーザーを用いて加工し、ＩＳＯ型番ＣＮＧＡ１２０４０８形状のチップ形状、刃先処理が−２５°の角度で、幅０．１５ｍｍのチャンファー形状の切削工具を作製した。以下の切削条件で切削試験を行い、連続切削時の平均逃げ面摩耗量が２００μｍに達するまでの切削長さ（ｋｍ）および断続切削時の欠損までの切削長さ（ｋｍ）を測定した。
【０１１８】
（連続切削条件および評価内容）
被削材：インコネル７１８（登録商標）の丸棒の外径加工
被削材硬度：ＨＲＣ４０
切削速度：Ｖ＝１５０ｍ／ｍｉｎ
切込み量：ｄ＝０．２５ｍ／ｍｉｎ
送り速度：ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
クーラント：エマルジョン２０倍希釈
評価内容：平均逃げ面摩耗量が２００μｍに達するまでの切削長さ（ｋｍ）
（断続切削条件および評価内容）
被削材：外周４箇所に溝を有するインコネル７１８（登録商標）の棒の外径加工
被削材硬度：ＨＲＣ４０
切削速度：Ｖ＝１５０ｍ／ｍｉｎ
切込み量：ｄ＝０．２５ｍ／ｍｉｎ
送り速度：ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
クーラント：なし
評価内容：欠損までの切削長さ（ｋｍ）
結果を表１に示す。連続切削時の平均逃げ面摩耗量が２００μｍに達するまでの切削長さ（ｋｍ）が長いほど、耐摩耗性が優れている。断続切削時の欠損までの切削長さ（ｋｍ）が長いほど、耐欠損性が優れている。
【０１１９】
［試料１−５１］
試料１−５１では、従来の立方晶型サイアロン（Ｓｉ（６−ｘ）ＡｌｘＯｘＮ（８−ｘ）（０＜ｘ≦４．２））を用いて焼結体を作製した。得られた焼結体を用いて試料１−１と同一形状の切削工具を作製し、試料１−１と同一の評価を行った。結果を表１に示す。
【０１２０】
【表１】
0006409441.tif 000002
【０１２１】
＜評価結果＞
試料１−１〜試料１−５０の焼結体は、上記式（１）で表わされる立方晶型サイアロンを用いて作製された焼結体である。従来の立方晶型サイアロンを用いて作製された試料１−５１の焼結体よりも、耐摩耗性および耐欠損性が優れていた。
【０１２２】
［試料２−１〜試料２−３５、試料２−３９、試料２−４０］
＜焼結体の作製＞
試料１−１、試料１−１５、試料１−２９または試料１−３８の立方晶型サイアロンと、第２金属または第１化合物とを表２に示す割合で混合して第３粒子群を作製した。該第３粒子群を表２に示す圧力、温度および焼結時間でＨＰ法による焼結処理を行い焼結体を得た。得られた焼結体をＸ線回折した結果、第３粒子群中の立方晶型サイアロンの質量割合と、焼結体中の立方晶型サイアロンの質量割合は、ほとんど変化しないことが確認された。また、第３粒子群と得られた焼結体のそれぞれを、走査電子顕微鏡に付属のＥＰＭＡ（Electron Probe X-ray Micro Analyzer：試料に電子線を照射した際に発生する特性Ｘ線を検出し、構成元素を分析する装置）により分析した結果、両者は同様の構成元素比率となっていた。すなわち、第３粒子群とその焼結体とでは、構成元素比率がほとんど変化しないことが確認された。
【０１２３】
＜焼結体の評価＞
得られた焼結体用いて試料１−１と同一形状の切削工具を作製し、試料１−１と同一の評価を行った。結果を表２に示す。
【０１２４】
［試料２−３６〜試料２−３８］
試料２−３６では、従来の立方晶型サイアロン（Ｓｉ（６−ｘ）ＡｌｘＯｘＮ（８−ｘ）（０＜ｘ≦４．２））を用いて焼結体を作製した。
【０１２５】
試料２−３７では、従来の立方晶型サイアロン（Ｓｉ（６−ｘ）ＡｌｘＯｘＮ（８−ｘ）（０＜ｘ≦４．２））およびβ型サイアロンを用いて焼結体を作製した。
【０１２６】
試料２−３８では、従来の立方晶型サイアロン（Ｓｉ（６−ｘ）ＡｌｘＯｘＮ（８−ｘ）（０＜ｘ≦４．２））およびコバルトを用いて焼結体を作製した。
【０１２７】
＜焼結体の評価＞
得られた焼結体用いて試料１−１と同一形状の切削工具を作製し、試料１−１と同一の評価を行った。結果を表２に示す。
【０１２８】
【表２】
0006409441.tif 000003
【０１２９】
＜評価結果＞
試料２−１〜試料２−３５の焼結体は、上記式（１）で表わされる立方晶型サイアロンを用いて作製された焼結体であり、焼結体中の立方晶型サイアロンの含有量は２０体積％以上８０体積％以下である。
【０１３０】
試料２−３６〜試料２−３８の焼結体は、従来の立方晶型サイアロンを用いて作製された焼結体である。
【０１３１】
試料２−３９〜試料２−４０の焼結体は、上記式（１）で表わされる立方晶型サイアロンを用いて作製された焼結体であり、焼結体中の立方晶型サイアロンの含有量は１５体積％である。
【０１３２】
試料２−１〜試料２−３５の焼結体は、試料２−３６〜試料２−４０の焼結体に比べて、耐摩耗性および耐欠損性が優れていた。
【０１３３】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の一実施形態に係る立方晶型サイアロンを含む焼結体は、切削工具に広く用いることができる。たとえば、ドリル、エンドミル、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、歯切り工具、リーマまたはタップに用いることができる。
【図１】
0006409441.tif 000004
【図２】
0006409441.tif 000005