(57)【要約】  多結晶立方晶窒化ホウ素成形体は、バインダー材料のマトリックスに焼結された微結晶立方晶窒化ホウ素を有する本体を含む。微結晶立方晶窒化ホウ素粒子は、２ミクロンから５０ミクロンの範囲のサイズを有する。微結晶立方晶窒化ホウ素の粒子は複数のサブグレインを含み、各サブグレインが０．１ミクロンから２ミクロンの範囲のサイズを有する。成形体は高圧−高温（ＨＰＨＴ）焼結法で製造される。成形体は粒間の欠陥生成、続いて摩耗の導入を示す。サブグレインは、劈開機構よりもむしろマイクロチッピングに基づく亀裂伝播を促進し、焼結体においては、亀裂が粒内ではなく粒間で伝播し、それにより単結晶立方晶窒化ホウ素と比較して靭性が向上し、摩耗特性が改善される。成形体は研磨工具としての使用に適している。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダー材料のマトリックス中に焼結された微結晶立方晶窒化ホウ素を含む本体を含む多結晶立方晶窒化ホウ素成形体であって：
微結晶立方晶窒化ホウ素が、２ミクロンから５０ミクロンの範囲のサイズを有する粒子であり、
微結晶立方晶窒化ホウ素の粒子が複数のサブグレインを含み、各サブグレインが０．１ミクロンから２ミクロンの範囲のサイズを有する、
多結晶立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項２】
基材を更に含み、本体が基材に一体的に結合している、請求項１に記載の多結晶立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項３】
各サブグレインが０．５ミクロンから１．５ミクロンの範囲のサイズを有する、請求項１又は２に記載の多結晶立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項４】
微結晶立方晶窒化ホウ素粒子が約１０から約５０００のサブグレインを含有する、請求項１又は２に記載の多結晶立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項５】
本体の組成物が最大５０質量％のバインダー材料を含む、請求項１又は２に記載の多結晶立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項６】
バインダー材料が、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ａｌの窒化物、炭化物、及び炭窒化物、並びにそれらの混合物からなる群より選択される、請求項５に記載の多結晶立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項７】
成長したままの表面ボイド又はピット及びサブグレインのサイズのおよそ半分の寸法の表面性状を有する微結晶ｃＢＮ粒子を含有する、請求項１又は２に記載の多結晶立方晶窒化ホウ素成形体。
【請求項８】
多結晶立方晶窒化ホウ素成形体の製造方法であって：
制御雰囲気下で微結晶立方晶窒化ホウ素粒子をバインダー材料とブレンドし、粉末ブレンドを形成すること；
ブレンドを高圧−高温（ＨＰＨＴ）焼結法で使用するためにセル構造に集めること；
ブレンドを焼結し、集合体に高圧及び高温を適用することによって多結晶立方晶窒化ホウ素成形体を形成することを含む、方法であり、
多結晶立方晶窒化ホウ素成形体が、バインダー材料のマトリックスに焼結された微結晶立方晶窒化ホウ素を含む本体を含み、
微結晶立方晶窒化ホウ素が、１ミクロンから５０ミクロンの範囲のサイズを有する粒子であり、
微結晶立方晶窒化ホウ素の粒子が複数のサブグレインを含み、各サブグレインが０．１ミクロン未満から２ミクロンの範囲のサイズを有する、
方法。
【請求項９】
セル構造がブレンドと接触している表面を有する基材を含み、多結晶立方晶窒化ホウ素成形体が基材及び基材に一体的に結合している本体を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
微結晶立方晶窒化ホウ素粒子をバインダー材料とブレンドする前に、微結晶立方晶窒化ホウ素粒子をアンモニア雰囲気中で最長２時間５００℃から１，３００℃の範囲の温度に加熱することを更に含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
各サブグレインが０．５ミクロンから１．５ミクロンの範囲のサイズを有する、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１２】
微結晶立方晶窒化ホウ素粒子が約１０から約５０００のサブグレインを含有する、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１３】
本体の組成物が最大５０質量％のバインダー材料を含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１４】
バインダー材料が、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ａｌの窒化物、炭化物、及び炭窒化物、並びにそれらの混合物からなる群より選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
多結晶立方晶窒化ホウ素成形体が成長したままの表面ボイド又はピット及びサブグレインのサイズのおよそ半分の寸法の表面性状を有する微結晶ｃＢＮ粒子を含有する、請求項８又は９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
なし
【０００２】
本開示は、一般的には多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）に関する。特に、本開示は、多結晶立方晶窒化ホウ素粉末を調製すること及びそのような多結晶立方晶窒化ホウ素粉末を研磨工具に加工する方法に関する。多結晶立方晶窒化ホウ素粉末は、多結晶立方晶窒化ホウ素の粒子がそれぞれ数多くのサブグレインを含有する多結晶粒状構造を示し、そのような多結晶立方晶窒化ホウ素粉末を用いて作製された研磨工具は多結晶粒状構造を保存する。
【背景技術】
【０００３】
以下の説明では、特定の構造及び／又は方法について言及する。しかしながら、以下の言及は、これらの構造及び／又は方法が先行技術を構成することを認めるものと解釈されるべきではない。出願人は、そのような構造及び／又は方法が本発明に対する先行技術としての資格がないことを示す権利を明示的に留保する。
【０００４】
窒化ホウ素の立方晶（立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ））は研磨材料として有用である。そのような使用の一つは、ボンディングシステムを使用して凝集し、砥石のような研磨工具を形成する粒子としての使用である。研磨材料、特に切削工具としての適用のためには、立方晶窒化ホウ素が摩耗、擦り切れ及びチッピング特性に寄与するか、又は少なくとも有害な影響を与えないことが望ましい。他の用途には、ホーニング、ダイシング、及び研磨が含まれる。
【０００５】
機械加工には、切削工具が高い摩耗特性、低い擦り切れ及びチッピング並びに長い寿命を有することが要求される。理想的には、工具の破損モードは、マイクロクラック又はマクロクラックの伝播によって誘発されたバインダー及び／又は立方晶窒化ホウ素供給におけるいかなる破損でもなく、摩損のみである。従来の立方晶窒化ホウ素系工具は、各立方晶窒化ホウ素粒子が単一結晶である単結晶立方晶窒化ホウ素粉末を利用する。単結晶構造は単結晶立方晶窒化ホウ素供給物から作製された工具の破壊モードに影響を与えるが、それは、マイクロクラック及びマクロクラックの両方が、バインダー中の破壊としてだけでなく、単結晶立方晶窒化ホウ素結晶の劈開によっても起こり得るからである。これらの破壊機構の両方は、単結晶立方晶窒化ホウ素粉末から作製された研磨工具の性能を低下させるのに寄与する。
【０００６】
立方晶窒化ホウ素の焼結には高圧−高温（ＨＰＨＴ）法が関与しているが、この種の材料の焼結における技術的改善は主に結合相の研究に焦点を当てており、立方晶窒化ホウ素の供給に関する研究はほとんどなく、供給物中の立方晶窒化ホウ素粉末は、特に機械加工用途において、焼結製品の焼結及び最終的な性能に影響を及ぼす。
【０００７】
改善された磨耗性能及び衝撃靱性に寄与する立方晶窒化ホウ素材料の改善を同定することが、立方晶窒化ホウ素系の研磨工具において有益であろう。
【発明の概要】
【０００８】
立方晶窒化ホウ素は、結晶粒界によって分離されたミクロン又はサブミクロン（マイクロメートル）サイズの複数のサブグレインから成る微結晶メッシュ又はミクロン粒子として合成することができ、微結晶立方晶窒化ホウ素と呼ばれる。米国特許第２９４７６１７号及び同第５９８５２２８号を参照のこと。それらの全文は、本明細書に参照により援用される。微結晶立方晶窒化ホウ素は、単結晶立方晶窒化ホウ素よりも増加した靱性を有する。微結晶立方晶窒化ホウ素のその他有利な特性は、ｉ）残留金属触媒及び／又は不純物を含まない立方晶窒化ホウ素粒子の純度の増加；ｉｉ）標準的な単結晶立方晶窒化ホウ素粉末より高い靭性；ｉｉｉ）劈開機構ではなく、マイクロチッピングに基づく亀裂伝播モード；ｉｖ）焼結体において、亀裂は粒内ではなく粒子間で伝播すること；及びｖ）粗い表面性状を有する塊状の結晶形状を含み得る。多結晶立方晶窒化ホウ素粒子を含む微細構造を有する研磨工具は、改良された磨耗性能及び衝撃靭性を付与する粒界によって分離された多数のサブグレインを含む。
【０００９】
一実施態様において、多結晶立方晶窒化ホウ素成形体は、バインダー材料のマトリックスに焼結された微結晶立方晶窒化ホウ素を有する本体を含む。微結晶立方晶窒化ホウ素粒子は、２ミクロンから５０ミクロンの範囲のサイズを有する。微結晶立方晶窒化ホウ素の粒子は複数のサブグレインを含み、各サブグレインは０．１ミクロンから２ミクロンの範囲のサイズを有する。
【００１０】
別の実施態様において、多結晶立方晶窒化ホウ素成形体の製造方法は、制御雰囲気下で微結晶立方晶窒化ホウ素粒子をバインダー材料とブレンドし、粉末ブレンドを形成すること、ブレンドを高圧−高温（ＨＰＨＴ）焼結法で使用するためにセル構造に集めること、及びブレンドを焼結し、集合体に高圧及び高温を適用することによって多結晶立方晶窒化ホウ素成形体を形成することを含む。多結晶立方晶窒化ホウ素成形体は、バインダー材料のマトリックスに焼結された微結晶立方晶窒化ホウ素を含む本体を含む。微結晶立方晶窒化ホウ素粒子は、２ミクロンから５０ミクロンの範囲のサイズを有する粒子である。微結晶立方晶窒化ホウ素の粒子は複数のサブグレインを含み、各サブグレインは０．１ミクロン未満から２ミクロンの範囲のサイズを有する。
【００１１】
前述の概要及び以下の発明を実施するための形態は、添付の図面と併せて読むことにより、よりよく理解されるであろう。示された実施態様は、示されている正確な構成及び手段に限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ａ及びＢは、微結晶立方晶窒化ホウ素の例示的実施態様の走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。
【図２】Ａ及びＢは、単結晶立方晶窒化ホウ素の走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。
【図３】Ａ及びＢは、多結晶立方晶窒化ホウ素粒子の焼結体を組み入れた支持成形体及び非支持成形体の例示的形状を示す。
【図４Ａ】微結晶立方晶窒化ホウ素粒子を用いて作製された試料成形体の微細構造を示す走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。
【図４Ｂ】単結晶立方晶窒化ホウ素粒子を用いて作製された試料成形体の微細構造を示す走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。
【図５】Ａ及びＢは、それぞれ図４Ａ及び４Ｂに示される微細構造の走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）の拡大顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１Ａ及びＢは、多結晶立方晶窒化ホウ素の例示的実施態様の走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。図１Ａは、２０００倍に拡大された多くの微結晶立方晶窒化ホウ素粒子１０を示す。微結晶立方晶窒化ホウ素粒子は、１８ミクロンの粒子サイズのＤ５０値を有する。微結晶立方晶窒化ホウ素粒子１０上の蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）は、それらが基本的にはＣｏ（８ｐｐｍ）、Ｃｒ（１０ｐｐｍ）、Ｆｅ（６９ｐｐｍ）、Ｎｉ（２５ｐｐｍ）及びＳｉ（１９ｐｐｍ）の不純物準位を有するホウ素及び窒素である組成物を有することを示す。これらの不純物は、このような微結晶粒子を作製するために使用される粉砕処理中に立方晶窒化ホウ素粒子に導入された粉砕媒体由来である。
【００１４】
微結晶立方晶窒化ホウ素粒子は、ミクロン又はサブミクロン（マイクロメートル）サイズの複数のサブグレインから成るメッシュ又はミクロン粒子として合成し、結晶粒界によって分離することができる。米国特許第２９４７６１７号及び同第５９８５２２８号を参照のこと。それらの全文は、本明細書に参照により援用される。
【００１５】
微結晶立方晶窒化ホウ素粒子１０は、一様ではない形状と非常に粗い表面性状を有する。この表面性状は、５０００倍に拡大した、微結晶立方晶窒化ホウ素粒子（具体的には図１Ａの左下角にある微結晶立方晶窒化ホウ素粒子１０）のＳＥＭ顕微鏡写真である、図１Ｂでより容易に見られる。図１Ｂにおいて、微結晶立方晶窒化ホウ素粒子１０は、非直線の端部及び多数の高さ変化（この両方は多結晶性の本体（即ち微結晶性の本体）を示す）を伴い、一様ではなく、微結晶性の本体における個々の結晶性粒子の表面終端に層間がある。各微結晶性粒子の表面性状の高さは、粒子表面上に曝露したサブグレインの粒子サイズの１／２により決定される。
【００１６】
微結晶立方晶窒化ホウ素粒子１０と比較して、単結晶性立方晶窒化ホウ素粒子は走査電子顕微鏡法下で観察された。図２Ａ及び２Ｂは、単結晶立方晶窒化ホウ素の例示的実施態様の走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。図２Ａは、２５００倍に拡大された多くの微結晶立方晶窒化ホウ素粒子２０を示す。単結晶立方晶窒化ホウ素粒子は、１８ミクロンのＤ５０値を有する。単結晶性立方晶窒化ホウ素粒子２０は、単結晶性構造の結晶面に沿って破砕された方面を示す、滑らかでファセットされた表面性状を有する。この表面性状は、４０００倍に拡大した単結晶性立方晶窒化ホウ素粒子２０のＳＥＭ顕微鏡写真である図２Ｂでより容易に見られ、領域２５中の結晶面の層形成を示す。
【００１７】
微結晶性粒子は非常に粗い外見及び比較的ストレートではない結晶エッジを有する塊状の形を示すが、単結晶粒子は粗さと滑らかさの混ざった外見及びストレートエッジを有する角ばった形を示す。
【００１８】
微結晶立方晶窒化ホウ素粒子は、焼結された多結晶立方晶窒化ホウ素成形体を製造するための供給物として、あるいは支持成形体又は非支持成形体として使用され得る。例示的な製造プロセスにおいて、不活性雰囲気等の制御雰囲気下で微結晶立方晶窒化ホウ素粒子はバインダー材料とブレンドされ、粉末ブレンドを形成する。微結晶立方晶窒化ホウ素粒子範囲は、１ミクロンから５０ミクロン、又は２ミクロン２０ミクロン、又は約１８ミクロンのサイズの範囲であり得、そのサイズは粒子サイズのＤ５０値として報告される。粉末ブレンドの組成物は、０から５０重量パーセント（重量％）、あるいは１０から４０重量％のバインダーを含み得る。適切なバインダー材料は、Ｔｉ、ＡｌとＺｒの窒化物、炭化物、及び炭窒化物、例えばＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＺｒＮ、ＡｌＮ、及びＣｏとＡｌ並びにそれらの混合物を含む。
【００１９】
粉末ブレンドは、次いで、当該技術分野で知られる高温−高圧（ＨＰＨＴ）焼結法での使用のためにセル構造に集められる。米国特許第３７６７３７１号を参照のこと。その全文は、本明細書に参照により援用される。ＨＰＨＴ焼結法の例として、粉末ブレンドは、硬く焼結された炭化物ディスクのような基材の表面と接触して分配されてもよい。粉末−基材組み合わせは、粉末及び任意選択的な基材を封入し、酸素を排除し、除去する容器又は金属ラッピングのような薄いジルコニウム遮蔽体中に入れられる。この集合体は、次いで、高圧伝達要素、例えばＮａＣｌ系の要素により次々に取り囲まれ、ＨＰＨＴセルを形成し得る。多数の集合体はＨＰＨＴセル内で組み合され得る。ＨＰＨＴセルは、次いでＨＰＨＴ焼結装置に入れられ、次いで高圧及び高温（５．５〜７Ｇｐａ、好ましくは６ＧＰａ、及び１，３００℃から１，８００℃、好ましくは１，５００℃）が適切な時間適用されて、粉末ブレンドを焼結し、焼結された粉末ブレンドを任意選択的な基材の表面に接着させる。典型的なＨＰＨＴ処理時間は３０分から４時間の範囲である。圧力を除去し、ＨＰＨＴセルを冷却させた後、複合研磨体が回収され得る。
【００２０】
微結晶立方晶窒化ホウ素粒子が前処理される任意選択的な工程は、微結晶立方晶窒化ホウ素粒子をブレンダー材料とブレンドする前に、上記の製造プロセスに含まれ得る。前処理工程は、微結晶立方晶窒化ホウ素粒子をアンモニア雰囲気中、炉内で５００℃から１，３００℃、好ましくは９００℃の温度で２時間以下、好ましくは１から２時間加熱することを含む。温度及び時間は、高温が使用されるとより短時間に、低温が使用されるとより長時間に、これらの範囲内で変わり得る。前処理工程は、あらゆる夾雑物の微結晶立方晶窒化ホウ素粒子の表面を洗浄する。洗浄された表面を維持するのを助けるために、前処理された微結晶立方晶窒化ホウ素粒子は保存され、不活性ガス環境中の続く製造プロセスに移される。更に且つ上記の通り、前処理された微結晶立方晶窒化ホウ素粒子はバインダー材料とブレンドされ、ブレンドプロセスはまた、不活性ガス中でブレンドプロセスを行うことのような制御雰囲気下でも生じる。
【００２１】
基材を含む複合研磨体は支持成形体として知られる。上で説明される製造プロセスはまた、基材がない状態でも行うことができ、その場合回収された複合研磨体は基材を含まない。このような複合研磨体は、非支持成形体として知られる。図３Ａ及び３Ｂは、それぞれ非支持成形体及び支持成形体７０の例示的な形状を示す。支持成形体７０は、バインダー材料のマトリックスに焼結された微結晶立方晶窒化ホウ素を含む本体８０を含む。本体８０は基材９０と結合している。本体８０は、本体８０中の焼結された微結晶立方晶窒化ホウ素粒子の接触面への基材９０中の金属相の熱拡散により基材９０と一体的に結合されている。非支持成形体６０は、バインダー材料のマトリックスに焼結された微結晶立方晶窒化ホウ素を含む本体６２を含む。支持成形体７０及び非支持成形体６０の両方において、焼結体は複数の粒子を含む。複数の粒子のそれぞれは、複数のサブグレインを有する。各サブグレインは、ＭｉｃｒｏＴｒａｃ粒子特性化システムにより測定された場合１ミクロン未満から２ミクロン、又は０．１ミクロンから１．５ミクロンの範囲のサイズを有する。１から２ミクロンの粒子直径を有する典型的な微結晶立方晶窒化ホウ素粒子は、約１０から約５，０００のサブグレイン、例えばおよそ１０００のサブグレインを含有する。
【００２２】
微細構造調査は非支持成形体の試料上で行われた。一非支持成形体は、微結晶立方晶窒化ホウ素粒子をＨＰＨＴ法を介して製造するための供給物として使用して製造された。他の支持成形体は、単結晶立方晶窒化ホウ素粒子をＨＰＨＴ法を介して製造するための供給物として使用した。第一の試料（試料Ａ）は、６．７５グラムの１８ミクロンの粒子サイズのＤ５０値を有する微結晶立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）粒子（グレードＢＭＰ ５５０ １５−２５としてＳａｎｄｖｉｋ Ｈｙｐｅｒｉｏｎより入手可能）を耐熱管容器に入れることより調製された。Ａｌディスク（０．０１２”（０．３ｍｍ）の厚さ）の二片が容器の両端に置かれ、非結合ｃＢＮ粒子と接触した。次いで、グラファイトディスクがＡｌディスクと接触するように、一のグラファイトディスクを耐熱管容器の各端部に置くことによって容器は密閉され、それによりコア集合体を形成した。続いて、コア集合体は高圧セルに取り込まれ、Ｔａディスク及び塩圧透過媒体ピルのようなセル成分により封入された。高圧−高温（ＨＰＨＴ）焼結は、５５ｋバールの圧力及び１４００℃の浸漬温度で、約２０分間の滞留時間行われた。滞留時間後、セルは初めに５０℃／分の温度低下速度で４分間冷却され、次いで、全加熱エネルギーは冷却剤を使用して迅速な温度低下のために終了した。試料Ａの形成されたＰｃＢＮ体は、標準的な四辺形の工具形状を有した。
【００２３】
比較のため、第二の試料（試料Ｂ）がベースラインとして調製され、１８マイクロメートルの粒子サイズＤ５０を有する単結晶立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）粒子（グレードＣＦＢ １８０としてＳａｎｄｖｉｋ Ｈｙｐｅｒｉｏｎより入手可能）を使用して作製された。第二の試料は試料Ａと同じＨＰＨＴ処理条件を使用して処理された。試料Ａ（本発明）は、供給粒子の微細構造において試料Ｂ（ベースライン）と異なる（即ち、微結晶対単結晶）。表１は製造プロセスの詳細をまとめる。
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【００２４】
試料Ａは図４Ａに示され、試料Ｂは図４Ｂに示された。両方の試料は、一般に円筒形状の試料の直径に沿って立方晶窒化ホウ素層の断面を露出させるために試料を破砕することによって調製された。次いで、断面ラッピング及び研磨と続く最終工程としてのイオンビーム圧延によるＳＥＭを使用した構造的特徴付けのために、試料Ａ（本発明）及び試料Ｂ（ベースライン）を更に調製した。
【００２５】
上の詳細に従って作製された試料Ａ及びＢの微細構造は、走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）を使用して調査された。使用されたＳＥＭ装置は日立Ｓ４５００であり、設定は電圧２５ＫＶ及び作動距離１２ｍｍであった。図４Ａは試料Ａの微細構造を示すＳＥＭ顕微鏡写真であり、図４Ｂは試料Ｂの微細構造を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ａ及び４Ｂの両方は１０００倍に拡大されており、図４Ａにおける棒ゲージは同様に図４Ｂに適用する。
【００２６】
図４Ａ及び４Ｂの顕微鏡写真は、類似する一般的な焼結特長を示す。両方の顕微鏡写真において、粗い立方晶窒化ホウ素粒子は、細かい立方晶窒化ホウ素粒子（黒色で示される）及びバインダー相（灰色及び白色で示される）の両方により分離される。概して、試料Ａ中の焼結された粒子のサイズは、試料Ｂ中の焼結された粒子のサイズよりもわずかに小さい。その上、試料ＡのｃＢＮ粒子とバインダー相との間の焼結された接触面（図５Ａ、２１０と標識された矢印で示される）は、試料Ｂのそれ（図５Ｂ、１００と標識された矢印で示される）よりも粗い。これらの顕微鏡写真において、粗さは焼結されたｃＢＮ粒子の表面性状により決定される。焼結体中の微細亀裂は両方の試料で観察された。これらの亀裂は、図５Ａで２４０と標識された矢印及び図５Ｂで１１０と標識された矢印に見られるように、断面図に関して試料を破砕することにより生じる。
【００２７】
図５Ａ及び５Ｂは図４Ａ及び４Ｂに示される微細構造の拡大顕微鏡写真であり、それぞれ試料Ａ及び試料Ｂに関する。これらの顕微鏡写真は５０００倍に拡大されており、焼結されたＰｃＢＮ粒子は明確に区別することができるが、試料Ａと試料Ｂとの間には微細構造差異がある。第一に、試料Ａ中の焼結された粒子（図５Ａ）は、試料Ｂ中の焼結された粒子（図５Ｂ）よりも塊状の形をしている。第二に、試料Ａ中の各個別の焼結された粒子内の微結晶性粒子（サブグレイン）の対比は、図５Ａで２５０と標識される矢印により示されるように明らかに観察され得る。その上、各微結晶性粒子はまた、図５Ａで２３０と標識される円により示されるピット又はボイドを表面上に含む。ボイド又はピットの大きさはナノメートルの範囲内である。これらのピット又はボイドは、ｃＢＮが多結晶本体に加工される場合、バインダー相中のｃＢＮの保持を機械的に向上させる。図５Ｂにおいて、顕微鏡写真中の単結晶性立方晶窒化ホウ素粒子のそれぞれは、濃淡又はコントラストに変化なく実質的に均一な黒色であり、したがって焼結された単結晶性立方晶窒化ホウ素粒子にはサブグレインは存在しないことを示す。第三に、試料Ａ（図５Ａ）において、微結晶立方晶窒化ホウ素粒子とバインダーとの間の接触面は、試料Ｂ（図５Ｂ）のそれよりも粗い。微結晶ｃＢＮ粒子とバインダーとの間の粗さにおける相対的な増加は、試料Ａに使用される微結晶ｃＢＮの表面形態の存在による。これらの顕微鏡写真において、粗さはｃＢＮサブグレインサイズの約１／２と決定される。
【００２８】
最後に、図５Ａで２４０と標識される矢印で示されるように、亀裂は試料Ａ中のバインダー相に存在し、それは試料調製中の断面破砕により生じた。亀裂は、微結晶立方晶窒化ホウ素粒子の粒内及びそれを通してよりもむしろ、個々の微結晶立方晶窒化ホウ素粒子の周りの粒間で伝播する。亀裂伝播経路は、顕微鏡写真に重なる矢印２４０により示される。この粒間亀裂伝播挙動は、亀裂が単結晶性立方晶窒化ホウ素粒子を通って貫通し、単結晶性立方晶窒化ホウ素粒子を破断した、即ち亀裂が粒内で伝播した、試料Ｂの単結晶性立方晶窒化ホウ素で観察されたものとは異なる。微結晶ｃＢＮ試料粒子を含む試料Ａは、単結晶ｃＢＮ粒子を含む試料Ｂよりも粗いという事実を考慮すると、微結晶粒子は、亀裂エネルギーを吸収すること及び／又は亀裂伝播の経路を逸脱させることにより亀裂伝播を終了させる能力を示す。
【００２９】
試料Ａ及び試料Ｂの焼結された多結晶立方晶窒化ホウ素本体の微細構造特徴のある組成物はＥＤＸを使用して分析された。調査された微細構造の領域は、図５に示され、以下を含む。灰色の領域（３００）は二ホウ化アルミニウム（ＡｌＢ２）により同定された。ＡｌＢ２付近の明るい領域（３１０）はホウ化アルミニウム（ＡｌＮ）として同定された。ＡｌＢ２とＡｌＮとの間の領域（３２０）はｃＢＮ相である。領域３３０は、ｃＢＮ結晶であるとも調査され、確認されたＡｌＢ２領域内の島様ドメインである（スペクトラム４を参照のこと）。色のコントラストに基づき、ＳＥＭ顕微鏡写真は、試料Ａ及び試料Ｂの両方でバインダー中にＡｌＮ相よりも多くのＡｌＢ２相があることを定性的に示す。表１は、構成要素の量（原子パーセント（ａｔ．％））及び領域の組成物の同定を含むこれらの四領域のＥＤＸ結果をまとめる。
2018505839.tif 000004
【００３０】
特定の実施態様について言及されているが、その精神と範囲から逸脱することなく、その他実施態様及び変化体が当業者により考案され得ることは明らかである。添付の特許請求の範囲は、全てのそのような実施態様及び同等の変化体を含むもの解釈されることが意図される。
【図１Ａ】
2018505839.tif 000005
【図１Ｂ】
2018505839.tif 000006
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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