[发明专利]立方氮化硼多晶材料、切削工具、耐磨工具、研磨工具、和制造立方氮化硼多晶材料的方法

说明书

本发明的目的是提供韧性优异的立方氮化硼多晶体。立方氮化硼多晶体包含：细颗粒状的立方氮化硼，其最大粒径为100nm以下，且平均粒径为70nm以下；平均长度为50nm以上10,000nm以下的板状立方氮化硼和/或粗颗粒状的立方氮化硼，该粗颗粒状的立方氮化硼的最小粒径大于100nm并且平均粒径为1,000nm以下。

技术领域

本发明涉及立方氮化硼多晶材料、切削工具、耐磨工具、研磨工具以及制造立方氮化硼多晶材料的方法。

背景技术

立方氮化硼具有仅次于金刚石的硬度，同时也具有优异的热稳定性和化学稳定性。由于立方氮化硼对于铁系材料比金刚石更稳定，所以立方氮化硼烧结材料已被用于铁系材料的加工用工具。

然而，立方氮化硼烧结材料含有大约10体积％以上40体积％以下(10体积％至40体积％)的结合剂，并且该结合剂已经成为降低烧结材料的强度、耐热性和热扩散性的原因。因此，尤其是在高速切削铁系材料时，热负荷大，切削刃容易崩裂或产生裂纹，并且会缩短工具的寿命。

解决上述问题的技术包括使用催化剂代替结合剂来制造立方氮化硼烧结材料的方法。在该方法中，采用六方氮化硼作为原料，并且通过采用氮硼化镁(Mg₃BN₃)等作为催化剂进行反应和烧结。由于采用该方法得到的立方氮化硼烧结材料不含结合剂，因此该立方氮化硼与立方氮化硼牢固结合，并且立方氮化硼烧结材料的导热率高。因此，该立方氮化硼烧结材料用作散热材料或卷带自动结合(TAB)的结合工具。然而，少量的催化剂残留在该烧结材料中。因此，当施加热时，由于催化剂和立方氮化硼之间的热膨胀差异而容易产生小裂纹，因而该立方氮化硼烧结材料不适用于切削工具等。此外，该立方氮化硼烧结材料具有约10μm的大晶粒尺寸。因此，尽管该立方氮化硼烧结材料的导热率高，但是其强度低，并且不能承受高负荷的切削应用。

立方氮化硼烧结材料也可以这样得到：在不用催化剂的情况下，在超高压力和高温下直接将六方氮化硼等常压型氮化硼转化并同时烧结成立方氮化硼(直接转化烧结法)。例如，日本专利公开No.47-034099(专利文献1)和日本专利公开No.03-159964(专利文献2)示出了通过在超高压和高温下将六方氮化硼转化为立方氮化硼，从而获得立方氮化硼烧结材料的方法。通过采用热解氮化硼作为原材料来获得立方氮化硼烧结材料的方法也是可行的。此类方法在(例如)日本专利公开No.54-033510(专利文献3)和日本专利公开No.08-047801(专利文献4)中示出。在该方法中，需要不低于7GPa和2100℃的条件。

日本专利公开No.49-027518(专利文献5)和日本专利公开No.11-246271(专利文献6)描述了在比上述条件更温和的条件下获得立方氮化硼烧结材料的方法。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利公开No.47-034099

专利文献2：日本专利公开No.03-159964

专利文献3：日本专利公开No.54-033510

专利文献4：日本专利公开No.08-047801

专利文献5：日本专利公开No.49-027518

专利文献6：日本专利公开No.11-246271

发明内容

技术问题

专利文献5公开了在压力为6GPa和1100℃的条件下获得立方氮化硼烧结材料的方法。使用这种方法，用作原材料的六方氮化硼的晶粒不大于3μm。因此，六方氮化硼含有大约若干质量％的氧化硼杂质或吸附气体。因此，在这种杂质或吸附气体的影响下，烧结不能充分进行。由于含有氧化物，所以降低了硬度、强度和耐热性并且不能用作切削工具和耐磨工具。