立方氮化硼烧结体的制造方法和立方氮化硼烧结体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及包含立方氮化硼（下文中也称作cBN)作为主要组分的烧结体。具体 而言，本发明涉及具有特别高的cBN含量的高cBN含量烧结体。
【背景技术】
[0002] 已知cBN具有仅次于金刚石的硬度和诸如高热导率和对铁系材料的低亲和性之 类的其它特性，因此在切削工具中使用由cBN构成的烧结体。
[0003] 切削工具中使用的cBN烧结体基于组成可以大致分为两种类型，即：高cBN含量的 烧结体和低cBN含量的烧结体。前者具有高的cBN颗粒含量，并具有这样的烧结体结构，其 中cBN颗粒彼此直接结合，剩余部分与含有Co或Al作为主要组分的结合剂结合。与此相 对，后者具有低的cBN颗粒含量，并且具有这样的烧结体结构，其中彼此相接触的cBN颗粒 占较少部分，因此颗粒通过诸如TiN或TiC之类的陶瓷材料彼此相结合。
[0004] 高CBN含量的烧结体的例子为PTL 1中公开的CBN烧结体，其包含88体积％至97 体积％的cBN、结合相和不可避免的杂质。
[0005] 引用列表
[0006] 专利文献
[0007] PTL 1 :日本待审查专利申请公开No. 2004-331456。
【发明内容】
[0008] 技术问题
[0009] 高cBN含量的烧结体具有这样的烧结体结构，在该烧结体结构中，如上所述，cBN 颗粒彼此直接结合。其中具有高热导率的cBN颗粒连续结合的烧结体结构具有以下优点： 在切削过程中与工件摩擦产生的热量可容易地耗散。因此，高cBN含量的烧结体适用于（例 如）由热冲击导致的损坏占主要的铸铁的切削。此外，由于具有高硬度的cBN颗粒的含量 高，所以其也适用于由机械摩擦导致的损坏占主要的烧结合金的切削。
[0010] 通过将cBN颗粒与结合剂混合，并在不将cBN转化成为六方氮化硼（hBN)的压力 和温度条件下烧结所得的混合物，从而制造高cBN含量的烧结体。据认为在此过程中，包含 在结合剂中促进cBN颗粒彼此结合的组分导致形成cBN颗粒彼此直接结合的部分（也称作 颈部生长），因此可获得强固的烧结体结构。
[0011] 研究了作为结合剂的多种多样的元素和化合物。据认为，由几种元素或化合物的 混合物构成的结合剂由于各个组分的协同作用，能够促进cBN颗粒彼此相结合，并且能够 产生整个烧结体结构的强固结合。因此，建立了这样的技术准则：在获得烧结前的混合物 时，通过将结合剂更加均匀地分散在混合物中，能够提高烧结体工具的耐磨性和抗断裂性； 从而，基于这项准则以及通过改善分散工艺，烧结体工具的性能得到持续提高。
[0012] 然而，近年来，工件变得更加坚硬、更加难以切削、且形状更加复杂，这增加了烧结 体工具操作条件的严格度。特别是，切削复杂的形状常常涉及到断续切削，这增加了以下情 况的出现次数：机械磨损和边缘断裂导致工具使用寿命缩短。在当前的形势下，在前述传统 准则基础上取得的较小改善并不足以满足使用者的需求。而且，在传统准则基础上的改善 已经基本上达到饱和，从中不能再期望较大的改善。
[0013] 在上述情况下做出了本发明，其目的是提供一种具有良好耐磨性和抗断裂性的立 方氮化硼烧结体。
[0014] 问题的解决方案
[0015] 为了解决上述问题，本发明的发明人对构成烧结体结构的单个组分的作用进行了 深入的研究，发现与构成结合剂的组分均匀分散在结构体中的情况相比，当特定组分位于 特定位置时，更容易展现出整个烧结体结构的结合效果。基于该发现进一步研究发现，通过 使特定组分位于CBN颗粒之间的晶界处，同时使其它组分位于不存在cBN颗粒的间隙中，能 够获得结合强度急剧增加的烧结体结构。由此，做出了本发明。
[0016] 换言之，根据本发明的制造立方氮化硼烧结体的方法是制造具有80体积％以上 99体积％以下的立方氮化硼颗粒含量的立方氮化硼烧结体的方法。该方法包括制备立方氮 化硼颗粒的第一步骤；用被覆材料被覆立方氮化硼颗粒的表面，从而获得被覆颗粒的第二 步骤；将被覆颗粒与结合剂混合，从而获得混合物的第三步骤；以及烧结所述混合物的第 四步骤。
[0017] 优选地，被覆颗粒为基本上全部的表面都被覆有被覆材料的颗粒。
[0018] 优选地，结合剂包含选自由钨（W)、钴（Co)和铝（Al)构成的组中的至少一种元素。 优选地，结合剂还包含选自由碳（C)、氮（N)、硼（B)和氧（0)构成的组中的至少一种元素。
[0019] 优选地，被覆材料包含选自由络（Cr)、镍（Ni)和钼（Mo)构成的组中的至少一种元 素。
[0020] 优选地，第二步骤为这样的步骤：通过物理气相沉积法用被覆材料被覆立方氮化 硼颗粒。
[0021] 根据本发明的立方氮化硼烧结体包含立方氮化硼颗粒、结合剂和被覆材料，其中 立方氮化硼颗粒的含量为80体积％以上99体积％以下，结合剂包含选自由钨、钴和铝构成 的组中的至少一种元素，被覆材料的含量为〇. 1质量％以上1. 5质量％以下，并且立方氮化 硼颗粒的表面被覆有被覆材料。
[0022] 优选地，立方氮化硼烧结体中，基本上立方氮化硼颗粒的全部表面都被覆有被覆 材料。
[0023] 优选地，结合剂还包含选自由碳、氮、硼和氧构成的组中的至少一种元素。
[0024] 优选地，被覆材料包含选自由铬、镍和钼构成的组中的至少一种元素。
[0025] 立方氮化硼颗粒的含量优选为85体积％以上93体积％以下。
[0026] 发明的有益效果
[0027] 根据本发明的立方氮化硼烧结体具有良好的耐磨性和抗断裂性。
[0028] 附图简要说明
[0029] [图1]图1是示出根据实施方案的立方氮化硼烧结体的烧结体结构例子的示意 图。
[0030] [图2]图2是示出常规的立方氮化硼烧结体的烧结体结构例子的示意图。
[0031] [图3]图3是示出根据实施方案的立方氮化硼烧结体的制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032] 现在将对本发明的实施方案做进一步详细的描述。
[0033] 〈立方氮化硼烧结体〉
[0034] 根据实施方案的立方氮化硼烧结体（下文中也称作cBN烧结体）包含高达80体 积％以上的立方氮化硼颗粒（下文中也称作cBN颗粒），余量为结合剂和被覆材料。该cBN 烧结体能够形成适用于切削烧结合金和铸铁的切削工具。本实施方案的cBN烧结体可包含 任意其他组分，只要其包含上述组分即可，杂质等的包含不造成干扰。
[0035] 根据本实施方案的cBN烧结体具有这样的烧结体结构，其中cBN颗粒被覆有包含 特定元素的被覆材料。参照图1和2对根据本实施方案的cBN烧结体进行描述。
[0036] 图1和2是cBN烧结体的截面示意图，其示出了通过（例如）扫描透射电子显微 镜（STEM)等获得的观察视野区域的例子。图1示出了根据本实施方案的cBN烧结体，图2 示出了常规的cBN烧结体。
[0037] 如图1所示，在本实施方案的cBN烧结体中，cBN颗粒1的表面被覆有被覆材料2。 换言之，cBN颗粒1为被覆颗粒。因此，被覆材料2均匀地分布在cBN颗粒1彼此接触和结 合的部分（晶界）。尽管图中未示出，在被覆颗粒彼此接触的部分处颗粒间发生了颈部生 长，并且以该部分作为起点颗粒彼此结合。不存在cBN颗粒的间隙填充有结合剂3。烧结体 结构中的结合剂也被称作结合相。
[0038] 此处，如下所述，本实施方案的被覆材料由对颈部生长具有强促进作用的元素构 成。因此，在本实施方案的cBN烧结体中，cBN颗粒间的结合强度特别高。作为结果，由本 实施方案的cBN烧结体构成的切削工具表现出良好的耐磨性，并且在断续切削中能够显著 减少断裂的发生。
[0039] 与之相比，在图2所示的常规cBN烧结体中，虽然存在cBN颗粒彼此接触和结合的 部分（由图2的虚线示出），但是诸如构成本实施方案的被覆材料的那些元素极少地分布在 这些部分中。这是因为，即使常规cBN烧结体包含与被覆材料中所包含的元素相同的元素， 这些元素也是视为结合剂的部分，并且制备工艺设计成将这些元素均匀分布在整个结构体 中。因此，在常规的cBN烧结体中，cBN颗粒间的结合强度弱，并且在反复施加高冲击的条 件下（例如在断续切削的情况下），cBN颗粒间的结合容易断开，而且裂纹由结合断开处作 为起点开始蔓延，从而发生断裂。
[0040] 例如，在STEM截面观察视野区域上方通过能量色散X射线光谱（EDS)和元素分布 像（element mapping)能够确认烧结体结构中元素分布是否处于上述状态。在此过程中， STEM观察优选采用高角度环形暗场扫描透射电子显微法（HAADF-STEM)。
[0041 ] 以下对构成本实施方案的立方氮化硼烧结体的组分进行描述。
[0042] 〈立方氮化硼颗粒〉
[0043] 在本实施方案中，cBN烧结体中cBN颗粒的含量为80体积％以上99体积％以下。 cBN颗粒为表现出良好硬度和导热性的材料，当含量在上述范围内时，即使在