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立方晶窒化硼素多結晶体及びその製造方法、並びに切削工具及び研削工具 NEW 新技術説明会

国内特許コード P190016434
整理番号 (S2017-0055-N0)
掲載日 2019年10月28日
出願番号 特願2018-550194
出願日 平成29年11月6日(2017.11.6)
国際出願番号 JP2017039979
国際公開番号 WO2018088369
国際出願日 平成29年11月6日(2017.11.6)
国際公開日 平成30年5月17日(2018.5.17)
優先権データ
  • 特願2016-220331 (2016.11.11) JP
発明者
  • 市田 良夫
  • 入舩 徹男
  • 大藤 弘明
出願人
  • 国立大学法人愛媛大学
発明の名称 立方晶窒化硼素多結晶体及びその製造方法、並びに切削工具及び研削工具 NEW 新技術説明会
発明の概要 本発明に係る立方晶窒化硼素(cBN)多結晶体は、平均粒径が200nm以下であるcBNの単相の結晶組織から成る無配向の多結晶体であって、ヌープ硬度が50GPa以上である。平均粒径を100nm以下とすることによりヌープ硬度を53GPa以上とすることができ、50nm以下とすることにより鋭利な工具切れ刃等に好適に用いることができる。平均粒径が70nm以下であるcBNの微細多結晶組織中に、平均粒径が120~165nmであるcBNの粗結晶粒が分散し、該微細多結晶組織と該粗結晶粒を合わせた多結晶体の平均粒径が100nm以下であるcBN多結晶体では、54.5GPa以上のヌープ硬度が得られる。本発明に係るcBN多結晶体は、熱分解窒化硼素(pBN)から成り[001]方向に配向している原料を圧力25GPa以上で所定温度に所定時間保持することによって、pBNをcBNに直接変換することにより製造する。
従来技術、競合技術の概要

窒化硼素(boron nitride:BN)には、主に六方晶窒化硼素(hexagonal BN:hBN)、ウルツ鉱型窒化硼素(wurtzitic BN:wBN)、及び立方晶窒化硼素(cubic BN:cBN)という、結晶構造が異なる3種のものがある。これらのBNのうちcBNは、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、且つ、熱的安定性及び化学的安定性がダイヤモンドよりも優れている、という特長を有する。特に、ダイヤモンドが鉄、ニッケル及びチタンといった材料と反応し易いのに対して、cBNはそれらの材料と反応しないため、cBNは鉄、ニッケル、あるいはチタンを含有するワークを加工する工具の材料として特に適している。

hBNは常圧で作製することができるのに対して、cBN及びwBNは高圧下で作製される。特許文献1及び2、並びに非特許文献1には、原料であるhBN又はpBN(後述)に8~20GPaの圧力を印加しつつ1900~2300℃の温度で加熱することにより、cBNとwBNを含有し、cBNの結晶の平均粒径が500nm以下の多結晶体であるcBN/wBN複合多結晶体を作製することが記載されている。ここでpBN(pyrolytic boron nitride、熱分解窒化硼素)は、hBNと同じく[001]方向に配向した結晶構造を有する常圧相であり、減圧熱分解化学気相成長(Chemical Vapor Deposition, CVD)法で製造され、hBNより高純度の窒化硼素である。なお、特許文献2の比較例2、及び特許文献3の比較例1には、wBNを含有せずcBNのみから成る多結晶体が記載されているが、それらの多結晶体は結晶の平均粒径が1000nmを超えており、高い硬度を有しない。

産業上の利用分野

本発明は、高い硬度が要求される切削工具や研削工具等に用いることができる材料である立方晶窒化硼素多結晶体及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
平均粒径が200nm以下である立方晶窒化硼素の単相の結晶組織から成る無配向の多結晶体であって、ヌープ硬度が50GPa以上であることを特徴とする立方晶窒化硼素多結晶体。

【請求項2】
前記平均粒径が100nm以下であって、前記ヌープ硬度が53GPa以上であることを特徴とする請求項1に記載の立方晶窒化硼素多結晶体。

【請求項3】
平均粒径が70nm以下である立方晶窒化硼素の微細多結晶組織中に、平均粒径が115~165nmである立方晶窒化硼素の粗結晶粒が分散し、該微細多結晶組織と該粗結晶粒を合わせた多結晶体の平均粒径が100nm以下である多結晶体であって、ヌープ硬度が53.5GPa以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の立方晶窒化硼素多結晶体。

【請求項4】
前記粗結晶粒の平均粒径が120~165nmであって、前記ヌープ硬度が54.5GPa以上であることを特徴とする請求項3に記載の立方晶窒化硼素多結晶体。

【請求項5】
前記平均粒径が50nm以下であることを特徴とする請求項2に記載の立方晶窒化硼素多結晶体。

【請求項6】
請求項1~5のいずれかに記載の立方晶窒化硼素多結晶体から成る工具切れ刃を備えることを特徴とする切削工具。

【請求項7】
請求項1~5のいずれかに記載の立方晶窒化硼素多結晶体から成る砥粒切れ刃を備えることを特徴とする研削工具。

【請求項8】
出発物質である熱分解窒化硼素から成り[001]方向に配向している原料を準備する工程と、
前記原料を圧力25GPa以上で所定温度に所定時間保持することによって、前記熱分解窒化硼素を立方晶窒化硼素に直接変換する工程と
を有することを特徴とする立方晶窒化硼素多結晶体製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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