立方晶窒化ホウ素成形体の製造方法
【課題】本発明の目的は、ＣＢＮ成形体であって、それの表面に耐熱性物質層が結合されている該ＣＢＮ成形体を製造するその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）方法を提供することである。
【解決手段】本発明は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体であって、その表面に耐熱性物質層が結合されている該立方晶窒化ホウ素成形体を製造する方法において、ＣＢＮ粒子塊を、前記耐熱性物質層を形成することのできる材料と接触させて配置することによって、反応集合体を作る工程と、前記反応集合体を、ＣＢＮ成形体を形成するのに適した高温高圧条件にさらす工程と、を含む、上記方法である。
【解決手段】本発明は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体であって、その表面に耐熱性物質層が結合されている該立方晶窒化ホウ素成形体を製造する方法において、ＣＢＮ粒子塊を、前記耐熱性物質層を形成することのできる材料と接触させて配置することによって、反応集合体を作る工程と、前記反応集合体を、ＣＢＮ成形体を形成するのに適した高温高圧条件にさらす工程と、を含む、上記方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔発明の背景〕
本発明は、立方晶窒化ホウ素成形体（ＣＢＮ ｃｏｍｐａｃｔ）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ホウ素は典型的には、３種類の結晶形態、即ち、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、ｈＢＮ（六方晶窒化ホウ素）及びｗＢＮ（ウルツ鉱型窒化ホウ素）、で存在する。立方晶窒化ホウ素は、ダイヤモンドの構造に類似する構造を有する、窒化ホウ素の硬質亜鉛混合物形態である。ＣＢＮ構造体において、原子間に形成される結合は、強力な、主として共有結合の四面体結合である。ＣＢＮを製造する方法は、当該技術分野では周知である。そのような方法の１つは、特定の触媒添加材料の存在の下、ｈＢＮを非常に高い圧力及び温度にさらすことである。該触媒添加材料には、アルカリ金属、アルカリ土塁金属、鉛、スズ、及び、これらの金属の窒化物が包含されることがある。温度及び圧力が減少した時、ＣＢＮを回収することができる。
ＣＢＮは、工作機械等において、広い商業用途を有する。ＣＢＮは、砥石車、切削工具、等における研磨粒子として使用されることがあるか、又は、従来の電気めっき法を使用して工具インサート（ｔｏｏｌ ｉｎｓｅｒｔ）を形成するために工具本体に結合されることがある。
【０００３】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）は、ＣＢＮ成形体として結合形態で使用されることもある。ＣＢＮ成形体は、ＰＣＢＮ（多結晶質立方晶窒化ホウ素）としても知られている。ＣＢＮ成形体は、優れた耐摩損性を有する傾向があり、熱的に安定であり、高い熱伝導率と優れた耐衝撃性とを有し、且つ、鉄の被加工部材と接触するとき、低摩擦係数を有する。
ダイヤモンドは、ＣＢＮよりも硬質である唯一の既知材料である。しかし、ダイヤモンドは鉄等の幾種類かの材料と反応する傾向があるので、ダイヤモンドは、鉄含有金属と一緒に作動する場合、使用することができない。したがって、これらの場合は、ＣＢＮを使用することが好ましい。
【０００４】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体は、ＣＢＮ粒子の多結晶質焼結塊（ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｍａｓｓ）を含有する。ＣＢＮ含有率がＣＢＮ成形体の８０体積％を超える場合、かなりの量の、ＣＢＮ−ＣＢＮの直接的な接触と結合とが存在する。ＣＢＮ含有量が、より低い場合、例えば、ＣＢＮ成形体の４０〜６０体積％の範囲である場合、ＣＢＮ−ＣＢＮの直接的な接触と結合との量はより少ない。
ＣＢＮ成形体は一般に、結合相又は第２の相をも含有し、結合相又は第２の相は、ＣＢＮ合成用触媒と成る場合があるか、又はそのような触媒を含有することがある。適切な結合相／第２の相の例は、アルミニウム、アルカリ金属、コバルト、ニッケル及びタングステンである。
【０００５】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体のＣＢＮ含有率が７５体積％未満である場合、一般に、もう１つの硬質相である第３の相が存在する。この相は、本質的にセラミックであることがある。適切なセラミック硬質相の例は、ＩＶＡ族又はＶＢ族遷移金属の窒化物、ホウ化物及び炭窒化物、並びに、酸化アルミニウム、並びに、炭化タングステン等の炭化物、並びに、それらの混合物である。
ＣＢＮ成形体は、工具インサート又は工具を形成する場合、工具本体に直接結合させることができる。しかし、多くの用途のために、ＣＢＮ成形体は、基体に結合させて、支持された成形体構造体を形成し、次いで、その支持された成形体構造体を工具本体に結合させることが好ましい。基体は典型的には、コバルト、ニッケル、鉄、又は、それらの混合物若しくは合金のような結合剤と一緒に結合される超硬合金である。超硬合金の粒子は、タングステン炭化物、チタン炭化物若しくはタンタル炭化物の粒子、又はそれらの混合物を含有することがある。基体は、与えられる場合、通常、ＣＢＮ成形体の寸法及び厚さよりもかなり大きい寸法及び厚さを有する。
【０００６】
多結晶質ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体と、支持された成形体構造体とを製造する既知の方法は、ＣＢＮ粒子の未焼結塊を高温高圧条件（即ち、ＣＢＮが結晶学的に安定である条件）に適切な時間の間さらす工程を含む。結合相を使用して、それら粒子の結合形成を促進させることができる。使用される高圧高温（ＨＰＨＴ）の典型的な条件は、約２ＧＰａ以上のオーダーの圧力、及び、約１１００℃以上の領域の温度である。これらの条件を維持するための時間は典型的には、約３〜１２０分である。
基体を備えた、又は備えていないＣＢＮ焼結体はしばしば、使用される特定の切削工具又は穿孔工具の所望の寸法及び／又は形状に切断され、次いで、ろう付け技術を用いて工具本体に取り付けられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体であって、その表面に耐熱性物質層が結合されている該立方晶窒化ホウ素成形体を製造する方法において、ＣＢＮ粒子塊を、前記耐熱性物質層を形成することのできる材料と接触させて配置することによって、反応集合体（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍａｓｓ）を作る工程と、前記反応集合体を、ＣＢＮ成形体を形成するのに適した高温高圧条件にさらす工程と、を含む、上記方法が提供される。
このように、本発明は、ＣＢＮ成形体であって、それの表面に耐熱性物質層が結合されている該ＣＢＮ成形体を製造するその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）方法を提供する。後焼結操作（ｐｏｓｔ−ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を行って耐熱性物質層をＣＢＮ成形体に施用する必要性はない。そのような後焼結操作は、コストを増大させ、且つ、ＣＢＮ成形体の劣化又は損傷を引き起こすことがある。耐熱性物質のＣＢＮ成形体への適切な結合を後焼結操作によって達成することは、困難である場合もある。
【０００８】
耐熱性物質層を得るための該耐熱性物質の性質は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体が用いられる用途によって様々である。例えば、耐熱性物質層が切削作業におけるＣＢＮ成形体の作業面（ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）に対するクレータ損傷（ｃｒａｔｅｒ ｄａｍａｇｅ）を低減することを目的とする場合、該耐熱性物質は、該ＣＢＮ成形体の耐クレータ性よりも大きい耐クレータ性を有するように選定されるであろう。
耐熱性物質は、典型的には、炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物又はケイ化物であり、好ましくは、４族、５族若しくは６族の金属、アルミニウム又はケイ素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物又はケイ化物である。耐熱性物質は、そのような耐熱性物質の混合物又は固溶体であってもよい。
【０００９】
耐熱性物質は典型的には、通常、該耐熱性物質の２０体積％未満の量で存在する結合剤を含有する。適切な結合剤の諸例は、遷移金属（例えば、コバルト、鉄、ニッケル、イットリウム及びチタン）、銅、アルミニウム、ケイ素、並びに、そのような金属を含有する化合物及び合金である。
本発明の１つの態様において、反応集合体中の耐熱性物質形成性材料（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ−ｆｏｒｍｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）粒子塊と接触する層の形態をとる。該層は、凝集性未焼結状形態（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｇｒｅｅｎ ｓｔａｔｅ ｆｏｒｍ）を有することが好ましい。
反応集合体中の耐熱性物質形成性材料の層は、異なる組成を有する２以上の異なる層で形成することができる。
【００１０】
本発明のもう１つの態様において、反応集合体は、耐熱性物質形成性材料でできた容器の中にＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）粒子塊を入れることによって作る。容器は、チタン、ニオブ、タングステン、モリブデン、アルミニウム、ハフニウム、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、バナジウム、ジルコニウム及びタンタル、又は、そのような金属を含有する合金、から選ばれる金属で作製することができる。容器の材料は、高温高圧にさらされる間、ＣＢＮ粒子と反応して窒化物及び／又はホウ化物を形成し、このようにして、ＣＢＮ成形体の表面に結合される、この耐熱性物質の層を形成する。金属合金がキャニスタ材料として使用される場合、合金化元素の１つは、耐熱性物質のための適切な結合相の形成が容易となるように選定することができる。耐熱性物質のための適切な元素の例は、ニッケル及びコバルトである。合金化元素は、最終の焼結製品の内部に金属形態で存続することができる。そのような層の厚さ、即ち、ＣＢＮ粒子からのホウ素及び窒素が容器材料の中に拡散する深さは、典型的には約２０〜５０μｍである。容器からのある種の残留金属は、耐熱性物質層の中に残存して、結合相の機能を果たすことができる。
【００１１】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体の表面に結合される耐熱性物質層は、通常は薄く、厚さが３００μｍ以下であることが好ましい。耐熱性物質層の厚さは通常、少なくとも３０μｍである。反応集合体中の耐熱性物質形成性材料の層の厚さは、所望の厚さの耐熱性物質層を生成するように選定する。
反応集合体中の耐熱性物質とＣＢＮ粒子塊との間に、銅、銀、亜鉛、コバルト及びニッケルのような金属の層を与えることができる。そのような金属の目的は、例えば、耐熱性物質層とＣＢＮ成形体との間の結合を改善することである場合がある。
【００１２】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体を生成するのに使用する典型的な高圧高温（ＨＰＨＴ）条件は、１１００℃以上の温度、及び約２ＧＰａ以上のオーダーの圧力である。これらの条件を維持する時間は典型的には、約３〜１２０分間である。
ＣＢＮ成形体は、高ＣＢＮ含量の成形体、即ち、少なくとも７０体積％のＣＢＮ含量を有する成形体であってもよく、通常、第２の相を含有する。ＣＢＮ成形体はまた、第２の相を含有する低ＣＢＮ含量の成形体であって、通常、第３の相をも含有する成形体であってもよい。そのようなＣＢＮ成形体はいずれも、当該技術分野では周知である。
【００１３】
第２の相及び第３の相の材料は、与えられるときは通常、粒状形態であり、その場合、高温高圧条件にかけられる前にＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）粒子塊と混合される。
ＣＢＮ粒子塊は、粒状の第２の相及び第３の相の有無にかかわらず、凝集性未焼結状形態の成形体に形成することが好ましく、該成形体は、続いて高温高圧条件にかける。
【００１４】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体は、超硬合金製基体・（ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）のような基体に結合させることができる。そのような成形体のための超硬合金製基体は、ＣＢＮ成形体と比べて大きな塊であり、また、耐熱性物質層は通常、該基体に結合される成形体表面と背中合わせの成形体表面に結合される。
ＣＢＮ成形体は、典型的には約３００μｍ〜２０００μｍ、好ましくは約５００μｍ〜１０００μｍの範囲の厚さを有する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔好ましい具体例の詳細な記述〕
本発明は次に、下記の非制限的実施例によって説明する。
【実施例】
【００１６】
［実施例１］
チューブミキサー（ｔｕｂｕｌａｒ ｍｉｘｅｒ）を使用して、１．４μｍの平均粒度を有する準化学量論の（ｓｕｂ−ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ）炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と一緒に混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミル（ａｔｔｒｉｔｉｏｎ ｍｉｌｌ）で粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加し、ヘキサン中で１時間の間オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、炭化タングステン基超硬合金によって支持された圧粉体に成形した。
【００１７】
前記の圧粉体と炭化タングステン製支持体とは、チタン製キャニスターに入れ、次いで、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。該キャニスターを取り出して、未反応チタンは、研削によって除去した。ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体の少なくとも１つの表面に、二ホウ化チタン及び窒化チタンを含有する耐熱性物質の薄層を残した。この耐熱性物質層は、チタンと、ＣＢＮ粒子から前記チタン製カップの中に拡散するホウ素及び窒素との相互作用によって形成された。拡散の深さは典型的には、２０〜５０μｍである。該耐熱性物質層の中に、結合剤として作用する幾らかの残留チタンが存在することがある。
【００１８】
［実施例２］
チューブミキサーを使用して、１．４μｍの平均粒度を有する不足当量の炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と一緒に混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミルで粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加して、ヘキサン中で１時間の間オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、圧粉体に成形した。
【００１９】
ＴｉＣ０．８約８９体積％と同一体積％のＡｌ及びＮｉとを含有する粉末混合物を、粉砕機にかけ、次いで、オトリションミルで混合し、次いで、乾燥させた。同一体積％の結合剤、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、可塑剤及びＤＢＰ（ジブチルフタレート）を、メチルエチルケトン７０容量％とエタノール３０容量％とを含有する総容量５０容量％の溶媒物質と一緒に、容器に添加した。その混合物は高速度で撹拌し、次いで、ＴｉＣ０．８、Ａｌ及びＮｉを含有する粉末混合物を、前記液体混合物に徐々に添加して、テープ成形を行うのに適する安定粘度を達成した。その混合スラリーは、ドクターブレード装置（Ｄｒ． Ｂｌａｄｅ ｓｅｔ ｕｐ）の中に注ぎ、次いで、セラミック製テープの（厚さが約１００μｍの）薄層を成形し乾燥させた。セラミック製テープの複数層は、乾燥の後、既に形成された圧粉体の表面に配置した。そのユニットは、容器封入を行った後、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。
焼結工程の後、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体であって、その表面に、炭化チタン、二ホウ化チタン、窒化アルミニウム及びニッケル合金を含有する耐熱材料の層が結合されている該ＣＢＮ成形体を回収した。
【００２０】
［実施例３］
チューブミキサーを使用して、１．４μｍの平均粒度を有する不足当量の炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と一緒に混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミルで粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加して、ヘキサン中で１時間の間オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、圧粉体に成形した。
【００２１】
ＴｉＣ０．８約６３．５体積％、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）３０体積％、Ａｌ ２．６体積％及びＮｉ ３．９体積％を含有する粉末混合物を、粉砕機にかけ、次いで、オトリションミルで混合し、次いで、乾燥させた。同一体積％の結合剤、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、可塑剤及びＤＢＰ（ジブチルフタレート）を、メチルエチルケトン７０体積％とエタノール３０体積％とを含有する総容量５０容量％の溶媒物質と一緒に、容器に添加した。その混合物は高速度で撹拌し、次いで、ＴｉＣ０．８、ＣＢＮ、Ａｌ及びＮｉを含有する粉末混合物を、前記液体混合物に徐々に添加して、テープ成形を行うのに適する安定粘度を達成した。その混合スラリーは、ドクターブレード装置の中に注ぎ、次いで、セラミック製テープの（厚さが約１００μｍの）薄層を成形し乾燥させた。セラミック製テープの複数層は、乾燥の後、既に形成された圧粉体の表面に配置した。そのユニットは、容器封入を行った後、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。
ＣＢＮ成形体であって、その表面に、炭化チタン、ＣＢＮ、二ホウ化チタン、窒化アルミニウム及びニッケル合金を含有する耐熱性物質層が結合されている該ＣＢＮ成形体を回収した。
【００２２】
［実施例４］
チューブミキサーを使用して、１．４μｍの平均粒度を有する不足当量の炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と一緒に混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミルで粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加して、ヘキサン中で１時間、オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、圧粉体に成形した。
【００２３】
ＴｉＮ０．８約４６．９体積％、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）４６体積％、Ｎｉ ３．１体積％及びＡｌ ４体積％を含有する粉末混合物を、粉砕機にかけ、次いで、アトライター粉砕機で混合し、次いで、乾燥させた。同一体積％の結合剤、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、可塑剤及びＤＢＰ（ジブチルフタレート）を、メチルエチルケトン７０体積％とエタノール３０体積％とを含有する総容量５０体積％の溶媒物質と一緒に、容器に添加した。その混合物は高速度で撹拌し、次いで、ＴｉＮ０．８、ＣＢＮ、Ａｌ及びＮｉを含有する粉末混合物を、前記液体混合物に徐々に添加して、テープ成形を行うのに適する安定粘度を達成した。その混合スラリーは、ドクターブレード装置の中に注ぎ、次いで、セラミック製テープの（厚さが約１００μｍの）薄層を成形し乾燥させた。セラミック製テープの複数層は、乾燥の後、既に形成された圧粉体の表面に配置した。そのユニットは、容器封入を行った後、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。
ＣＢＮ成形体であって、その表面に、窒化チタン、ＣＢＮ、二ホウ化チタン、窒化アルミニウム及びニッケル合金を含有する耐熱性物質層が結合されている該ＣＢＮ成形体を回収した。
【００２４】
［実施例５］
チューブミキサーを使用して、１．４μｍの平均粒度を有する不足当量の炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミルで粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加して、ヘキサン中で１時間、オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、圧粉体に成形した。
【００２５】
Ｔｉ（Ｃ０．５Ｎ０．５）０．８約９０．７体積％、Ｎｉ ４．６体積％及びＡｌ ４．７体積％を含有する粉末混合物を、粉砕機にかけ、次いで、アトライター粉砕機で混合し、次いで、乾燥させた。同一体積％の結合剤、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、可塑剤及びＤＢＰ（ジブチルフタレート）を、メチルエチルケトン７０体積％とエタノール３０体積％とを含有する総容量５０体積％の溶媒物質と一緒に、容器に添加した。その混合物は高速度で撹拌し、次いで、Ｔｉ（Ｃ０．５Ｎ０．５）０．８、Ｎｉ及びＡｌを含有する粉末混合物を、前記液体混合物に徐々に添加して、テープ成形を行うのに適する安定粘度を達成した。その混合スラリーは、ドクターブレード装置の中に注ぎ、次いで、セラミック製テープの（厚さが約１００μｍの）薄層を成形し乾燥させた。セラミック製テープの複数層は、乾燥の後、既に形成された圧粉体の表面に配置した。そのユニットは、容器封入を行った後、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体であって、その表面に、炭窒化チタン、二ホウ化チタン、ニッケル合金及び窒化アルミニウムを含有する耐熱性物質層が結合されている該ＣＢＮ成形体を回収した。
【００２６】
［実施例６］
チューブミキサーを使用して、１．４μｍの平均粒度を有する不足当量の炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミルで粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加して、ヘキサン中で１時間の間オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、圧粉体に成形した。
【００２７】
ＴｉＮ０．８約３１．５体積％、ＺｒＯ２ ６１．７体積％、Ａｌ２Ｏ３ １．４体積％及びＹ２Ｏ３ ５．５体積％を含有する粉末混合物を、粉砕機にかけ、次いで、アトライター粉砕機で混合し、次いで、乾燥させた。同一体積％の結合剤、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、可塑剤及びＤＢＰ（ジブチルフタレート）を、メチルエチルケトン７０容量％とエタノール３０容量％とを含有する総容量５０容量％の溶媒物質と一緒に、容器に添加した。その混合物は高速度で撹拌し、次いで、ＴｉＮ０．８、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３を含有する粉末混合物を、前記液体混合物に徐々に添加して、テープ成形を行うのに適する安定粘度を達成した。その混合スラリーは、ドクターブレード装置の中に注ぎ、次いで、セラミック製テープの（厚さが約１００μｍの）薄層を成形し乾燥させた。セラミック製テープの複数層は、乾燥の後、既に形成された圧粉体の表面に配置した。そのユニットは、容器封入を行った後、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体であって、その表面に、窒化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び酸化イットリウムを含有する耐熱性物質層が結合されている該ＣＢＮ成形体を回収した。
【技術分野】
【０００１】
〔発明の背景〕
本発明は、立方晶窒化ホウ素成形体（ＣＢＮ ｃｏｍｐａｃｔ）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ホウ素は典型的には、３種類の結晶形態、即ち、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、ｈＢＮ（六方晶窒化ホウ素）及びｗＢＮ（ウルツ鉱型窒化ホウ素）、で存在する。立方晶窒化ホウ素は、ダイヤモンドの構造に類似する構造を有する、窒化ホウ素の硬質亜鉛混合物形態である。ＣＢＮ構造体において、原子間に形成される結合は、強力な、主として共有結合の四面体結合である。ＣＢＮを製造する方法は、当該技術分野では周知である。そのような方法の１つは、特定の触媒添加材料の存在の下、ｈＢＮを非常に高い圧力及び温度にさらすことである。該触媒添加材料には、アルカリ金属、アルカリ土塁金属、鉛、スズ、及び、これらの金属の窒化物が包含されることがある。温度及び圧力が減少した時、ＣＢＮを回収することができる。
ＣＢＮは、工作機械等において、広い商業用途を有する。ＣＢＮは、砥石車、切削工具、等における研磨粒子として使用されることがあるか、又は、従来の電気めっき法を使用して工具インサート（ｔｏｏｌ ｉｎｓｅｒｔ）を形成するために工具本体に結合されることがある。
【０００３】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）は、ＣＢＮ成形体として結合形態で使用されることもある。ＣＢＮ成形体は、ＰＣＢＮ（多結晶質立方晶窒化ホウ素）としても知られている。ＣＢＮ成形体は、優れた耐摩損性を有する傾向があり、熱的に安定であり、高い熱伝導率と優れた耐衝撃性とを有し、且つ、鉄の被加工部材と接触するとき、低摩擦係数を有する。
ダイヤモンドは、ＣＢＮよりも硬質である唯一の既知材料である。しかし、ダイヤモンドは鉄等の幾種類かの材料と反応する傾向があるので、ダイヤモンドは、鉄含有金属と一緒に作動する場合、使用することができない。したがって、これらの場合は、ＣＢＮを使用することが好ましい。
【０００４】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体は、ＣＢＮ粒子の多結晶質焼結塊（ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｍａｓｓ）を含有する。ＣＢＮ含有率がＣＢＮ成形体の８０体積％を超える場合、かなりの量の、ＣＢＮ−ＣＢＮの直接的な接触と結合とが存在する。ＣＢＮ含有量が、より低い場合、例えば、ＣＢＮ成形体の４０〜６０体積％の範囲である場合、ＣＢＮ−ＣＢＮの直接的な接触と結合との量はより少ない。
ＣＢＮ成形体は一般に、結合相又は第２の相をも含有し、結合相又は第２の相は、ＣＢＮ合成用触媒と成る場合があるか、又はそのような触媒を含有することがある。適切な結合相／第２の相の例は、アルミニウム、アルカリ金属、コバルト、ニッケル及びタングステンである。
【０００５】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体のＣＢＮ含有率が７５体積％未満である場合、一般に、もう１つの硬質相である第３の相が存在する。この相は、本質的にセラミックであることがある。適切なセラミック硬質相の例は、ＩＶＡ族又はＶＢ族遷移金属の窒化物、ホウ化物及び炭窒化物、並びに、酸化アルミニウム、並びに、炭化タングステン等の炭化物、並びに、それらの混合物である。
ＣＢＮ成形体は、工具インサート又は工具を形成する場合、工具本体に直接結合させることができる。しかし、多くの用途のために、ＣＢＮ成形体は、基体に結合させて、支持された成形体構造体を形成し、次いで、その支持された成形体構造体を工具本体に結合させることが好ましい。基体は典型的には、コバルト、ニッケル、鉄、又は、それらの混合物若しくは合金のような結合剤と一緒に結合される超硬合金である。超硬合金の粒子は、タングステン炭化物、チタン炭化物若しくはタンタル炭化物の粒子、又はそれらの混合物を含有することがある。基体は、与えられる場合、通常、ＣＢＮ成形体の寸法及び厚さよりもかなり大きい寸法及び厚さを有する。
【０００６】
多結晶質ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体と、支持された成形体構造体とを製造する既知の方法は、ＣＢＮ粒子の未焼結塊を高温高圧条件（即ち、ＣＢＮが結晶学的に安定である条件）に適切な時間の間さらす工程を含む。結合相を使用して、それら粒子の結合形成を促進させることができる。使用される高圧高温（ＨＰＨＴ）の典型的な条件は、約２ＧＰａ以上のオーダーの圧力、及び、約１１００℃以上の領域の温度である。これらの条件を維持するための時間は典型的には、約３〜１２０分である。
基体を備えた、又は備えていないＣＢＮ焼結体はしばしば、使用される特定の切削工具又は穿孔工具の所望の寸法及び／又は形状に切断され、次いで、ろう付け技術を用いて工具本体に取り付けられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体であって、その表面に耐熱性物質層が結合されている該立方晶窒化ホウ素成形体を製造する方法において、ＣＢＮ粒子塊を、前記耐熱性物質層を形成することのできる材料と接触させて配置することによって、反応集合体（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍａｓｓ）を作る工程と、前記反応集合体を、ＣＢＮ成形体を形成するのに適した高温高圧条件にさらす工程と、を含む、上記方法が提供される。
このように、本発明は、ＣＢＮ成形体であって、それの表面に耐熱性物質層が結合されている該ＣＢＮ成形体を製造するその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）方法を提供する。後焼結操作（ｐｏｓｔ−ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を行って耐熱性物質層をＣＢＮ成形体に施用する必要性はない。そのような後焼結操作は、コストを増大させ、且つ、ＣＢＮ成形体の劣化又は損傷を引き起こすことがある。耐熱性物質のＣＢＮ成形体への適切な結合を後焼結操作によって達成することは、困難である場合もある。
【０００８】
耐熱性物質層を得るための該耐熱性物質の性質は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体が用いられる用途によって様々である。例えば、耐熱性物質層が切削作業におけるＣＢＮ成形体の作業面（ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）に対するクレータ損傷（ｃｒａｔｅｒ ｄａｍａｇｅ）を低減することを目的とする場合、該耐熱性物質は、該ＣＢＮ成形体の耐クレータ性よりも大きい耐クレータ性を有するように選定されるであろう。
耐熱性物質は、典型的には、炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物又はケイ化物であり、好ましくは、４族、５族若しくは６族の金属、アルミニウム又はケイ素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物又はケイ化物である。耐熱性物質は、そのような耐熱性物質の混合物又は固溶体であってもよい。
【０００９】
耐熱性物質は典型的には、通常、該耐熱性物質の２０体積％未満の量で存在する結合剤を含有する。適切な結合剤の諸例は、遷移金属（例えば、コバルト、鉄、ニッケル、イットリウム及びチタン）、銅、アルミニウム、ケイ素、並びに、そのような金属を含有する化合物及び合金である。
本発明の１つの態様において、反応集合体中の耐熱性物質形成性材料（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ−ｆｏｒｍｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）粒子塊と接触する層の形態をとる。該層は、凝集性未焼結状形態（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｇｒｅｅｎ ｓｔａｔｅ ｆｏｒｍ）を有することが好ましい。
反応集合体中の耐熱性物質形成性材料の層は、異なる組成を有する２以上の異なる層で形成することができる。
【００１０】
本発明のもう１つの態様において、反応集合体は、耐熱性物質形成性材料でできた容器の中にＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）粒子塊を入れることによって作る。容器は、チタン、ニオブ、タングステン、モリブデン、アルミニウム、ハフニウム、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、バナジウム、ジルコニウム及びタンタル、又は、そのような金属を含有する合金、から選ばれる金属で作製することができる。容器の材料は、高温高圧にさらされる間、ＣＢＮ粒子と反応して窒化物及び／又はホウ化物を形成し、このようにして、ＣＢＮ成形体の表面に結合される、この耐熱性物質の層を形成する。金属合金がキャニスタ材料として使用される場合、合金化元素の１つは、耐熱性物質のための適切な結合相の形成が容易となるように選定することができる。耐熱性物質のための適切な元素の例は、ニッケル及びコバルトである。合金化元素は、最終の焼結製品の内部に金属形態で存続することができる。そのような層の厚さ、即ち、ＣＢＮ粒子からのホウ素及び窒素が容器材料の中に拡散する深さは、典型的には約２０〜５０μｍである。容器からのある種の残留金属は、耐熱性物質層の中に残存して、結合相の機能を果たすことができる。
【００１１】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体の表面に結合される耐熱性物質層は、通常は薄く、厚さが３００μｍ以下であることが好ましい。耐熱性物質層の厚さは通常、少なくとも３０μｍである。反応集合体中の耐熱性物質形成性材料の層の厚さは、所望の厚さの耐熱性物質層を生成するように選定する。
反応集合体中の耐熱性物質とＣＢＮ粒子塊との間に、銅、銀、亜鉛、コバルト及びニッケルのような金属の層を与えることができる。そのような金属の目的は、例えば、耐熱性物質層とＣＢＮ成形体との間の結合を改善することである場合がある。
【００１２】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体を生成するのに使用する典型的な高圧高温（ＨＰＨＴ）条件は、１１００℃以上の温度、及び約２ＧＰａ以上のオーダーの圧力である。これらの条件を維持する時間は典型的には、約３〜１２０分間である。
ＣＢＮ成形体は、高ＣＢＮ含量の成形体、即ち、少なくとも７０体積％のＣＢＮ含量を有する成形体であってもよく、通常、第２の相を含有する。ＣＢＮ成形体はまた、第２の相を含有する低ＣＢＮ含量の成形体であって、通常、第３の相をも含有する成形体であってもよい。そのようなＣＢＮ成形体はいずれも、当該技術分野では周知である。
【００１３】
第２の相及び第３の相の材料は、与えられるときは通常、粒状形態であり、その場合、高温高圧条件にかけられる前にＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）粒子塊と混合される。
ＣＢＮ粒子塊は、粒状の第２の相及び第３の相の有無にかかわらず、凝集性未焼結状形態の成形体に形成することが好ましく、該成形体は、続いて高温高圧条件にかける。
【００１４】
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体は、超硬合金製基体・（ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）のような基体に結合させることができる。そのような成形体のための超硬合金製基体は、ＣＢＮ成形体と比べて大きな塊であり、また、耐熱性物質層は通常、該基体に結合される成形体表面と背中合わせの成形体表面に結合される。
ＣＢＮ成形体は、典型的には約３００μｍ〜２０００μｍ、好ましくは約５００μｍ〜１０００μｍの範囲の厚さを有する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔好ましい具体例の詳細な記述〕
本発明は次に、下記の非制限的実施例によって説明する。
【実施例】
【００１６】
［実施例１］
チューブミキサー（ｔｕｂｕｌａｒ ｍｉｘｅｒ）を使用して、１．４μｍの平均粒度を有する準化学量論の（ｓｕｂ−ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ）炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と一緒に混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミル（ａｔｔｒｉｔｉｏｎ ｍｉｌｌ）で粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加し、ヘキサン中で１時間の間オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、炭化タングステン基超硬合金によって支持された圧粉体に成形した。
【００１７】
前記の圧粉体と炭化タングステン製支持体とは、チタン製キャニスターに入れ、次いで、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。該キャニスターを取り出して、未反応チタンは、研削によって除去した。ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体の少なくとも１つの表面に、二ホウ化チタン及び窒化チタンを含有する耐熱性物質の薄層を残した。この耐熱性物質層は、チタンと、ＣＢＮ粒子から前記チタン製カップの中に拡散するホウ素及び窒素との相互作用によって形成された。拡散の深さは典型的には、２０〜５０μｍである。該耐熱性物質層の中に、結合剤として作用する幾らかの残留チタンが存在することがある。
【００１８】
［実施例２］
チューブミキサーを使用して、１．４μｍの平均粒度を有する不足当量の炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と一緒に混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミルで粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加して、ヘキサン中で１時間の間オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、圧粉体に成形した。
【００１９】
ＴｉＣ０．８約８９体積％と同一体積％のＡｌ及びＮｉとを含有する粉末混合物を、粉砕機にかけ、次いで、オトリションミルで混合し、次いで、乾燥させた。同一体積％の結合剤、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、可塑剤及びＤＢＰ（ジブチルフタレート）を、メチルエチルケトン７０容量％とエタノール３０容量％とを含有する総容量５０容量％の溶媒物質と一緒に、容器に添加した。その混合物は高速度で撹拌し、次いで、ＴｉＣ０．８、Ａｌ及びＮｉを含有する粉末混合物を、前記液体混合物に徐々に添加して、テープ成形を行うのに適する安定粘度を達成した。その混合スラリーは、ドクターブレード装置（Ｄｒ． Ｂｌａｄｅ ｓｅｔ ｕｐ）の中に注ぎ、次いで、セラミック製テープの（厚さが約１００μｍの）薄層を成形し乾燥させた。セラミック製テープの複数層は、乾燥の後、既に形成された圧粉体の表面に配置した。そのユニットは、容器封入を行った後、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。
焼結工程の後、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体であって、その表面に、炭化チタン、二ホウ化チタン、窒化アルミニウム及びニッケル合金を含有する耐熱材料の層が結合されている該ＣＢＮ成形体を回収した。
【００２０】
［実施例３］
チューブミキサーを使用して、１．４μｍの平均粒度を有する不足当量の炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と一緒に混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミルで粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加して、ヘキサン中で１時間の間オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、圧粉体に成形した。
【００２１】
ＴｉＣ０．８約６３．５体積％、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）３０体積％、Ａｌ ２．６体積％及びＮｉ ３．９体積％を含有する粉末混合物を、粉砕機にかけ、次いで、オトリションミルで混合し、次いで、乾燥させた。同一体積％の結合剤、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、可塑剤及びＤＢＰ（ジブチルフタレート）を、メチルエチルケトン７０体積％とエタノール３０体積％とを含有する総容量５０容量％の溶媒物質と一緒に、容器に添加した。その混合物は高速度で撹拌し、次いで、ＴｉＣ０．８、ＣＢＮ、Ａｌ及びＮｉを含有する粉末混合物を、前記液体混合物に徐々に添加して、テープ成形を行うのに適する安定粘度を達成した。その混合スラリーは、ドクターブレード装置の中に注ぎ、次いで、セラミック製テープの（厚さが約１００μｍの）薄層を成形し乾燥させた。セラミック製テープの複数層は、乾燥の後、既に形成された圧粉体の表面に配置した。そのユニットは、容器封入を行った後、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。
ＣＢＮ成形体であって、その表面に、炭化チタン、ＣＢＮ、二ホウ化チタン、窒化アルミニウム及びニッケル合金を含有する耐熱性物質層が結合されている該ＣＢＮ成形体を回収した。
【００２２】
［実施例４］
チューブミキサーを使用して、１．４μｍの平均粒度を有する不足当量の炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と一緒に混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミルで粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加して、ヘキサン中で１時間、オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、圧粉体に成形した。
【００２３】
ＴｉＮ０．８約４６．９体積％、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）４６体積％、Ｎｉ ３．１体積％及びＡｌ ４体積％を含有する粉末混合物を、粉砕機にかけ、次いで、アトライター粉砕機で混合し、次いで、乾燥させた。同一体積％の結合剤、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、可塑剤及びＤＢＰ（ジブチルフタレート）を、メチルエチルケトン７０体積％とエタノール３０体積％とを含有する総容量５０体積％の溶媒物質と一緒に、容器に添加した。その混合物は高速度で撹拌し、次いで、ＴｉＮ０．８、ＣＢＮ、Ａｌ及びＮｉを含有する粉末混合物を、前記液体混合物に徐々に添加して、テープ成形を行うのに適する安定粘度を達成した。その混合スラリーは、ドクターブレード装置の中に注ぎ、次いで、セラミック製テープの（厚さが約１００μｍの）薄層を成形し乾燥させた。セラミック製テープの複数層は、乾燥の後、既に形成された圧粉体の表面に配置した。そのユニットは、容器封入を行った後、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。
ＣＢＮ成形体であって、その表面に、窒化チタン、ＣＢＮ、二ホウ化チタン、窒化アルミニウム及びニッケル合金を含有する耐熱性物質層が結合されている該ＣＢＮ成形体を回収した。
【００２４】
［実施例５］
チューブミキサーを使用して、１．４μｍの平均粒度を有する不足当量の炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミルで粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加して、ヘキサン中で１時間、オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、圧粉体に成形した。
【００２５】
Ｔｉ（Ｃ０．５Ｎ０．５）０．８約９０．７体積％、Ｎｉ ４．６体積％及びＡｌ ４．７体積％を含有する粉末混合物を、粉砕機にかけ、次いで、アトライター粉砕機で混合し、次いで、乾燥させた。同一体積％の結合剤、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、可塑剤及びＤＢＰ（ジブチルフタレート）を、メチルエチルケトン７０体積％とエタノール３０体積％とを含有する総容量５０体積％の溶媒物質と一緒に、容器に添加した。その混合物は高速度で撹拌し、次いで、Ｔｉ（Ｃ０．５Ｎ０．５）０．８、Ｎｉ及びＡｌを含有する粉末混合物を、前記液体混合物に徐々に添加して、テープ成形を行うのに適する安定粘度を達成した。その混合スラリーは、ドクターブレード装置の中に注ぎ、次いで、セラミック製テープの（厚さが約１００μｍの）薄層を成形し乾燥させた。セラミック製テープの複数層は、乾燥の後、既に形成された圧粉体の表面に配置した。そのユニットは、容器封入を行った後、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体であって、その表面に、炭窒化チタン、二ホウ化チタン、ニッケル合金及び窒化アルミニウムを含有する耐熱性物質層が結合されている該ＣＢＮ成形体を回収した。
【００２６】
［実施例６］
チューブミキサーを使用して、１．４μｍの平均粒度を有する不足当量の炭窒化チタン粉末［Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８］を、５μｍの平均粒度を有するＡｌ粉末と混合した。Ｔｉ（Ｃ０．７Ｎ０．３）０．８とＡｌとの間の質量比は、９０：１０であった。その粉末混合物は、チタン製カップに圧入して圧粉体を成形し、次いで、真空下で１０２５℃まで３０分間加熱し、次いで、破砕し粉砕した。次いで、その粉末混合物は４時間の間オトリションミルで粉砕し、次いで、平均粒度１．４μｍのＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を添加して、ヘキサン中で１時間の間オトリションミルで粉砕した。そのＣＢＮは、該混合物中のＣＢＮの理論総体積％が約６０％になるような量で添加した。そのスラリーは、真空下で乾燥させ、次いで、圧粉体に成形した。
【００２７】
ＴｉＮ０．８約３１．５体積％、ＺｒＯ２ ６１．７体積％、Ａｌ２Ｏ３ １．４体積％及びＹ２Ｏ３ ５．５体積％を含有する粉末混合物を、粉砕機にかけ、次いで、アトライター粉砕機で混合し、次いで、乾燥させた。同一体積％の結合剤、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、可塑剤及びＤＢＰ（ジブチルフタレート）を、メチルエチルケトン７０容量％とエタノール３０容量％とを含有する総容量５０容量％の溶媒物質と一緒に、容器に添加した。その混合物は高速度で撹拌し、次いで、ＴｉＮ０．８、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３を含有する粉末混合物を、前記液体混合物に徐々に添加して、テープ成形を行うのに適する安定粘度を達成した。その混合スラリーは、ドクターブレード装置の中に注ぎ、次いで、セラミック製テープの（厚さが約１００μｍの）薄層を成形し乾燥させた。セラミック製テープの複数層は、乾燥の後、既に形成された圧粉体の表面に配置した。そのユニットは、容器封入を行った後、５５キロバール（５．５ＧＰａ）及び約１３００℃の温度で焼結した。
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）成形体であって、その表面に、窒化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び酸化イットリウムを含有する耐熱性物質層が結合されている該ＣＢＮ成形体を回収した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方晶窒化ホウ素成形体の表面に耐熱性物質層が結合されている該立方晶窒化ホウ素成形体を製造する方法であって、
立方晶窒化ホウ素粒子塊を、前記耐熱性物質層を形成することのできる材料と接触させて配置することによって、反応集合体を作る工程と、
前記反応集合体を、立方晶窒化ホウ素成形体を形成するのに適した高温高圧条件にさらす工程と、
を含む、上記方法。
【請求項２】
耐熱性物質形成性材料を、立方晶窒化ホウ素粒子塊と接触する層として提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記層が凝集性未焼結状形態である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
耐熱性物質は、炭化物、ホウ化物、炭窒化物、窒化物、酸化物及びケイ化物から選択される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
炭化物、炭窒化物、窒化物、ホウ化物、酸化物及びケイ化物は、４族、５族及び６族の金属、アルミニウム並びにケイ素から選択される金属の炭化物、炭窒化物、窒化物、ホウ化物、酸化物及びケイ化物である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
耐熱性物質が結合剤を含有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
結合剤は、遷移金属、銅、アルミニウム、ケイ素、並びに、そのような金属を含有する合金及び化合物から選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
結合剤が耐熱性物質の２０体積％未満の量で存在する、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
耐熱性物質形成性材料でできた容器であって、高温高圧条件の下、反応集合体中の立方晶窒化ホウ素粒子と反応して、立方晶窒化ホウ素成形体上に耐熱性物質層を形成する該容器の少なくとも一部分中に立方晶窒化ホウ素粒子塊を入れることによって、該反応集合体を作る、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
容器は、チタン、ニオブ、タングステン、モリブデン、アルミニウム、ハフニウム、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、バナジウム、ジルコニウム及びタンタル、又は、そのような金属を含有する合金から選択される金属で作製する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
立方晶窒化ホウ素成形体に結合される耐熱性物質形成性材料の層は、３００μｍ以下の厚さを有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
耐熱性物質形成性材料の層は、３０〜３００μｍの範囲の厚さを有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
立方晶窒化ホウ素粒子塊が、反応集合体中で凝集性未焼結状形態である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
反応集合体中の立方晶窒化ホウ素粒子塊が、粒状形態の第２の相の材料と混合される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
高温高圧条件は、少なくとも１１００℃の温度、及び少なくとも２ＧＰａの圧力である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
高温高圧条件を３〜１２０分間の間維持する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
実施例のいずれか１つに関連し、本明細書に実質的に記述されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１】
立方晶窒化ホウ素成形体の表面に耐熱性物質層が結合されている該立方晶窒化ホウ素成形体を製造する方法であって、
立方晶窒化ホウ素粒子塊を、前記耐熱性物質層を形成することのできる材料と接触させて配置することによって、反応集合体を作る工程と、
前記反応集合体を、立方晶窒化ホウ素成形体を形成するのに適した高温高圧条件にさらす工程と、
を含む、上記方法。
【請求項２】
耐熱性物質形成性材料を、立方晶窒化ホウ素粒子塊と接触する層として提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記層が凝集性未焼結状形態である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
耐熱性物質は、炭化物、ホウ化物、炭窒化物、窒化物、酸化物及びケイ化物から選択される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
炭化物、炭窒化物、窒化物、ホウ化物、酸化物及びケイ化物は、４族、５族及び６族の金属、アルミニウム並びにケイ素から選択される金属の炭化物、炭窒化物、窒化物、ホウ化物、酸化物及びケイ化物である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
耐熱性物質が結合剤を含有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
結合剤は、遷移金属、銅、アルミニウム、ケイ素、並びに、そのような金属を含有する合金及び化合物から選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
結合剤が耐熱性物質の２０体積％未満の量で存在する、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
耐熱性物質形成性材料でできた容器であって、高温高圧条件の下、反応集合体中の立方晶窒化ホウ素粒子と反応して、立方晶窒化ホウ素成形体上に耐熱性物質層を形成する該容器の少なくとも一部分中に立方晶窒化ホウ素粒子塊を入れることによって、該反応集合体を作る、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
容器は、チタン、ニオブ、タングステン、モリブデン、アルミニウム、ハフニウム、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、バナジウム、ジルコニウム及びタンタル、又は、そのような金属を含有する合金から選択される金属で作製する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
立方晶窒化ホウ素成形体に結合される耐熱性物質形成性材料の層は、３００μｍ以下の厚さを有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
耐熱性物質形成性材料の層は、３０〜３００μｍの範囲の厚さを有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
立方晶窒化ホウ素粒子塊が、反応集合体中で凝集性未焼結状形態である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
反応集合体中の立方晶窒化ホウ素粒子塊が、粒状形態の第２の相の材料と混合される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
高温高圧条件は、少なくとも１１００℃の温度、及び少なくとも２ＧＰａの圧力である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
高温高圧条件を３〜１２０分間の間維持する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
実施例のいずれか１つに関連し、本明細書に実質的に記述されている、請求項１に記載の方法。
【公開番号】特開２０１３−４０１０２（Ｐ２０１３−４０１０２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２５３３５２（Ｐ２０１２−２５３３５２）
【出願日】平成２４年１１月１９日（２０１２．１１．１９）
【分割の表示】特願２００９−５０５９９２（Ｐ２００９−５０５９９２）の分割
【原出願日】平成１９年４月２３日（２００７．４．２３）
【出願人】（５０７１４２１５５）エレメント シックス （プロダクション）（プロプライエタリィ） リミテッド (44)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５３３５２（Ｐ２０１２−２５３３５２）
【出願日】平成２４年１１月１９日（２０１２．１１．１９）
【分割の表示】特願２００９−５０５９９２（Ｐ２００９−５０５９９２）の分割
【原出願日】平成１９年４月２３日（２００７．４．２３）
【出願人】（５０７１４２１５５）エレメント シックス （プロダクション）（プロプライエタリィ） リミテッド (44)
【Ｆターム（参考）】
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