[发明专利]立方氮化硼复合多晶体及其制造方法、以及切削工具、拉丝模具和研磨工具

说明书

技术领域

本发明的一个方面涉及立方氮化硼复合多晶体及其制造方法，以及切削工具、拉丝模具和研磨工具，具体而言，涉及可用于黑色金属材料用切削工具和耐磨工具的立方氮化硼复合多晶体、包含该多晶体的切削工具、拉丝模具和研磨工具。

本发明的另一个方面涉及含有纤锌矿型氮化硼（wBN）和立方氮化硼（cBN）的立方氮化硼复合多晶体及其制造方法，以及切削工具、拉丝模具和研磨工具，具体而言，涉及可用于切削黑色金属材料的立方氮化硼复合多晶体、包含该多晶体的切削工具、拉丝模具和研磨工具。

背景技术

传统上，用作切削工具或耐磨工具的立方氮化硼（cBN）烧结体中含有烧结剂或粘合剂如TiN、TiC和Co。该烧结体是通过在约4GPa至5GPa的压力下将cBN粉末与烧结剂或粘合剂烧结而得到的。该烧结体中含有约10%至40%的粘合剂。粘合剂极大地影响烧结体的强度、耐热性和热扩散性，尤其在切削黑色金属材料时，在切削刃上容易出现缺陷和裂纹，这缩短了工具的寿命。

作为延长工具寿命的方法，已知有不使用粘合剂的cBN烧结体制造方法。在该方法中，将六方氮化硼（hBN）和诸如氮硼化镁之类的催化剂用作原材料，将它们烧结并反应。根据该方法，由于不使用粘合剂，cBN个体彼此强烈地结合并且导热率变得高达6至7W/cm℃。因而，cBN烧结体用作散热器材料或用于TAB（卷带自动结合）工具等中。然而，由于若干部分的催化剂将残留在烧结体中，并且当烧结体受热时，由于cBN和催化剂之间的热膨胀差异，因而容易产生细裂纹。从而，耐热温度低至约700℃，这对于切削工具而言将是一个大的问题。此外，由于粒径粗达10μm左右，这虽然提高了导热率但削弱了其强度，使其无法承受大的切削负荷。

通常，用作切削工具的cBN烧结体是通过在约4GPa至5GPa的压力下将cBN粉末与TiN、TiC和Co等粘合剂烧结而制造的。所制造的烧结体中含有约10%至40%的粘合剂，并且粘合剂使烧结体的强度、耐热性和热扩散性劣化。从而，在高速切削时、尤其是在切削黑色金属材料时，在切削刃上容易出现缺陷和裂纹，这缩短了工具的寿命。

作为解决该问题的方法，已知有不使用粘合剂的cBN烧结体制造方法。在该方法中，将六方氮化硼（hBN）和氮硼化镁等催化剂用作原材料，将它们烧结并反应。根据该方法，由于不使用粘合剂，cBN个体彼此强烈地结合并且导热率变得高达6W/cm℃至7W/cm℃。因而，cBN烧结体用作散热器材料或用于TAB（卷带自动结合）工具等中。然而，由于若干部分的催化剂将残留在烧结体中，并且当烧结体受热时，由于cBN和催化剂之间的热膨胀差异，容易产生细裂纹。从而，耐热温度低至约700℃，这对于切削工具而言将是一个大的问题。此外，由于粒径粗达10μm左右，这虽然提高了导热率但削弱了其强度，使其无法承受大的切削负荷。

另一方面，cBN烧结体也可以通过在超高压力和温度下烧结hBN等常压型BN经直接转化而得到。例如，日本专利公开No.47-34099（专利文献1）和日本专利公开No.3-159964（专利文献2）中公开了在超高压力和温度下通过将hBN转化为cBN而得到cBN烧结体这样的方法。

此外，有使用热解氮化硼（pBN）作为原材料来获得cBN烧结体的方法，该方法例如在日本专利公布No.63-394（专利文献3）和日本专利公开No.8-47801（专利文献4）中公开了。然而，在这种方法中，需要7GPa和2100℃以上的苛刻条件。

日本专利公布No.49-27518（专利文献5）中公开了另一种方法：在比以上条件相对温和的6GPa压力和1100℃温度下获得cBN烧结体。在这种方法中，由于用作原材料的hBN的颗粒为3μm以下，所以hBN含有若干百分比的氧化硼杂质和吸附气体。由于杂质和吸附气体的影响，烧结将不能充分进行或者硬度因氧化物的存在而减小，这使其无法用作切削工具和耐磨工具。

为了解决以上问题，日本专利公开No.11-246271（专利文献6）公开了一种方法：在6GPa至7GPa和1550℃至2100℃下使用低结晶性六方氮化硼作为原材料来合成cBN烧结体。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利公开No.47-34099

专利文献2：日本专利公开No.3-159964

专利文献3：日本专利公布No.63-394

专利文献4：日本专利公开No.8-47801

专利文献5：日本专利公布No.49-27518

专利文献6：日本专利公开No.11-246271