立方氮化硼復合多晶體及其制造方法、以及切削工具、拉絲模具和研磨工具技術

一種立方氮化硼復合多晶物質，其具有粒狀立方氮化硼（1）和板狀立方氮化硼（2）。粒狀立方氮化硼（1）的平均粒徑為500nm以下。板狀立方氮化硼（2）的短邊（3）的最大值為10nm以上10000nm以下。因此本發明專利技術能夠提供具有高硬度的立方氮化硼復合多晶物質及其制造方法，以及切削工具、拉絲模具和研磨工具。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利摘要】一種立方氮化硼復合多晶物質，其具有粒狀立方氮化硼（1）和板狀立方氮化硼（2）。粒狀立方氮化硼（1）的平均粒徑為500nm以下。板狀立方氮化硼（2）的短邊（3）的最大值為10nm以上10000nm以下。因此本專利技術能夠提供具有高硬度的立方氮化硼復合多晶物質及其制造方法，以及切削工具、拉絲模具和研磨工具。【專利說明】立方氮化硼復合多晶體及其制造方法、以及切削工具、拉絲模具和研磨工具
本專利技術的一個方面涉及立方氮化硼復合多晶體及其制造方法，以及切削工具、拉絲模具和研磨工具，具體而言，涉及可用于黑色金屬材料用切削工具和耐磨工具的立方氮化硼復合多晶體、包含該多晶體的切削工具、拉絲模具和研磨工具。本專利技術的另一個方面涉及含有纖鋅礦型氮化硼(wBN)和立方氮化硼(cBN)的立方氮化硼復合多晶體及其制造方法，以及切削工具、拉絲模具和研磨工具，具體而言，涉及可用于切削黑色金屬材料的立方氮化硼復合多晶體、包含該多晶體的切削工具、拉絲模具和研磨工具。
技術介紹
傳統上，用作切削工具或耐磨工具的立方氮化硼(cBN)燒結體中含有燒結劑或粘合劑如TiN、TiC和Co。該燒結體是通過在約4GPa至5GPa的壓力下將cBN粉末與燒結劑或粘合劑燒結而得到的。該燒結體中含有約10%至40%的粘合劑。粘合劑極大地影響燒結體的強度、耐熱性和熱擴散性，尤其在切削黑色金屬材料時，在切削刃上容易出現缺陷和裂紋，這縮短了工具的壽命。作為延長工具壽命的方法，已知有不使用粘合劑的cBN燒結體制造方法。在該方法中，將六方氮化硼(hBN)和諸如氮硼化鎂之類的催化劑用作原材料，將它們燒結并反應。根據該方法，由于不使用粘合劑，cBN個體彼此強烈地結合并且導熱率變得高達6至7W/cm°C。因而，cBN燒結體用作散熱器材料或用于TAB (卷帶自動結合)工具等中。然而，由于若干部分的催化劑將殘留在燒結體中，并且當燒結體受熱時，由于cBN和催化劑之間的熱膨脹差異，因而容易產生細裂紋。從而，耐熱溫度低至約700°C，這對于切削工具而言將是一個大的問題。此外，由于粒徑粗達ΙΟμπι左右，這雖然提高了導熱率但削弱了其強度，使其無法承受大的切削負荷。通常，用作切削工具的cBN燒結體是通過在約4GPa至5GPa的壓力下將cBN粉末與TiN、TiC和Co等粘合劑燒結而制造的。所制造的燒結體中含有約10%至40%的粘合劑，并且粘合劑使燒結體的強度、耐熱性和熱擴散性劣化。從而，在高速切削時、尤其是在切削黑色金屬材料時，在切削刃上容易出現缺陷和裂紋，這縮短了工具的壽命。作為解決該問題的方法，已知有不使用粘合劑的cBN燒結體制造方法。在該方法中，將六方氮化硼(hBN)和氮硼化鎂等催化劑用作原材料，將它們燒結并反應。根據該方法，由于不使用粘合劑，cBN個體彼此強烈地結合并且導熱率變得高達6W/cm°C至7W/cm°C。因而，cBN燒結體用作散熱器材料或用于TAB (卷帶自動結合)工具等中。然而，由于若干部分的催化劑將殘留在燒結體中，并且當燒結體受熱時，由于cBN和催化劑之間的熱膨脹差異，容易產生細裂紋。從而，耐熱溫度低至約700°C，這對于切削工具而言將是一個大的問題。此外，由于粒徑粗達IOym左右，這雖然提高了導熱率但削弱了其強度，使其無法承受大的切削負荷。另一方面，cBN燒結體也可以通過在超高壓力和溫度下燒結hBN等常壓型BN經直接轉化而得到。例如，日本專利公開N0.47-34099 (專利文獻I)和日本專利公開N0.3-159964(專利文獻2)中公開了在超高壓力和溫度下通過將hBN轉化為cBN而得到cBN燒結體這樣的方法。此外，有使用熱解氮化硼(pBN)作為原材料來獲得cBN燒結體的方法，該方法例如在日本專利公布N0.63-394 (專利文獻3)和日本專利公開N0.8-47801 (專利文獻4)中公開了。然而，在這種方法中，需要7GPa和2100°C以上的苛刻條件。日本專利公布N0.49-27518 (專利文獻5)中公開了另一種方法:在比以上條件相對溫和的6GPa壓力和1100°C溫度下獲得cBN燒結體。在這種方法中，由于用作原材料的hBN的顆粒為3μπι以下，所以hBN含有若干百分比的氧化硼雜質和吸附氣體。由于雜質和吸附氣體的影響，燒結將不能充分進行或者硬度因氧化物的存在而減小，這使其無法用作切削工具和耐磨工具。為了解決以上問題，日本專利公開N0.11-246271 (專利文獻6)公開了一種方法:在6GPa至7GPa和1550°C至2100°C下使用低結晶性六方氮化硼作為原材料來合成cBN燒結體。 引用列表專利文獻專利文獻1:日本專利公開N0.47-34099專利文獻2:日本專利公開N0.3-159964專利文獻3:日本專利公布N0.63-394專利文獻4:日本專利公開N0.8-47801專利文獻5:日本專利公布N0.49-27518專利文獻6:日本專利公開N0.11-246271
技術實現思路
技術問題然而，通過這種方法合成的cBN多晶體具有500nm的粒徑，這使其不適用于微加工應用中的切削工具或耐磨工具。另一方面，如果通過溫度控制使cBN多晶體的粒徑變得較小，則這種cBN多晶體可用于微加工應用中。然而，減小粒徑將會促進裂紋的發展并降低韌性，這使其難以承受高負荷加工。鑒于上面提到的一個問題，根據本專利技術一個方面的目的是提供具有高硬度的立方氮化硼復合多晶體及其制造方法，以及含有該多晶體的切削工具、拉絲模具和研磨工具。通過日本專利公開N0.11-246271中的方法合成的cBN多晶體具有高達500nm的平均粒徑，這使其不適用于微加工和超精密加工應用中的切削工具。鑒于上面提到的另一個問題，根據本專利技術另一方面的目的是提供具有高硬度和小的平均粒徑的立方氮化硼復合多晶體及其制造方法，以及含有該多晶體的切削工具、拉絲模具和研磨工具。解決問題的方案為了解決上述問題，在深入研究之后，本專利技術人發現:在超高壓力和溫度下將六方氮化硼直接轉化為立方氮化硼時，如果具有層疊的相對粗糙的板狀顆粒的立方氮化硼分散在粒狀立方氮化硼的微粒之間，則可以獲得非常堅硬和強韌并有效抑制細裂紋發展的立方氮化硼復合多晶體。根據本專利技術一個方面的立方氮化硼復合多晶體包含粒狀立方氮化硼和板狀立方氮化硼的復合結構。粒狀立方氮化硼的平均粒徑為500nm以下。板狀立方氮化硼的短邊的最大值為IOnm以上1000Onm以下。這里，“板狀”是指某個方向上具有較長的平面形狀。更具體而言，“板狀”是指具有這樣的形狀:其中，較長方向上的長度(即，長邊的長度)至少是較短方向上的長度(即，短邊的長度)的3倍。這里，“短邊”是指大致垂直于較長方向的晶體長度。優選的是，在立方氮化硼復合多晶體中，粒狀立方氮化硼的平均粒徑為300nm以下。優選的是，在立方氮化硼復合多晶體中，板狀立方氮化硼的短邊的最大值為IOnm以上1000nm以下。優選的是，立方氮化硼復合多晶體還包含作為剩余部分的纖鋅礦型氮化硼和不可避免的雜質，并且纖鋅礦型氮化硼的含量為0.lv/v%至95v/v%。優選的是，立方氮化硼復合多晶體還包含作為剩余部分的纖鋅礦型氮化硼和不可避免的雜質，并且纖鋅礦型氮化硼的含量為0.lv/v%至10v/v%。優選的是，在立方氮化硼復合多晶體本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：石田雄，角谷均，
申請(專利權)人：住友電氣工業株式會社，
類型：
國別省市：