[发明专利]立方氮化硼烧结体的制造方法和立方氮化硼烧结体

说明书

技术领域

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

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。

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。

高cBN含量的烧结体的例子为PTL1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。

引用列表

专利文献

PTL1：日本待审查专利申请公开No.2004-331456。

发明内容

技术问题

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。

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。

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。

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。

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。

问题的解决方案

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。

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。

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。

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(O)构成的组中的至少一种元素。

优选地，被覆材料包含选自由铬(Cr)、镍(Ni)和钼(Mo)构成的组中的至少一种元素。

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。