KR20210058855A - 입방정 질화붕소 다결정체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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즈토무 히라노
사토루 구키노
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스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

입방정 질화붕소를 98.5 체적％ 이상 포함하는 입방정 질화붕소 다결정체로서, 입방정 질화붕소 다결정체의 전위 밀도는 8×1015/㎡ 이하이다.

Description

입방정 질화붕소 다결정체 및 그 제조 방법
본 개시는 입방정 질화붕소 다결정체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원은 2018년 9월 27일에 출원한 일본 특허 출원인 특원2018-182464호에 기초한 우선권을 주장한다. 상기 일본 특허 출원에 기재된 모든 기재 내용은, 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
입방정 질화붕소(이하, 「cBN」이라고도 기재함)는 다이아몬드에 이은 경도를 가지고, 열적 안정성 및 화학적 안정성도 우수하다. 또한, cBN은, 철계 재료에 대하여는, 다이아몬드보다 안정적이기 때문에, 철계 재료의 가공 공구로서 입방정 질화붕소 소결체가 이용되어 왔다.
입방정 질화붕소 소결체로서는, 바인더를 10∼40 체적％ 정도 포함하는 것이 이용되고 있었다. 그러나, 바인더는 소결체의 강도, 열확산성을 저하시키는 원인으로 되어 있었다. 특히, 입방정 질화붕소 소결체를 이용하여 철계 재료를 고속으로 절삭 가공하는 경우에, 열부하가 커져, 날끝의 결손이나 균열이 생기기 쉬워, 공구의 수명이 짧아지는 경향이 있었다.
이 문제를 해결하기 위해, 바인더를 이용하지 않고, 육방정 질화붕소를 초고압 고온 하에서 입방정 질화붕소로 직접 변환시킴과 동시에 소결시킴으로써, 바인더를 포함하지 않는 입방정 질화붕소 소결체를 얻는 방법이 개발되고 있다.
일본 특허 공개 평성11-246271호 공보(특허문헌 1)에는, 저결정성의 육방정 질화붕소를 초고온 고압 하에서 입방정 질화붕소 소결체로 직접 변환시키고, 또한 소결시켜, 입방정 질화붕소 소결체를 얻는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성11-246271호 공보
본 개시의 일양태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체는,
입방정 질화붕소를 98.5 체적％ 이상 포함하는 입방정 질화붕소 다결정체이고,
상기 입방정 질화붕소 다결정체는, 전위 밀도가 8×1015/㎡ 이하인, 입방정 질화붕소 다결정체이다.
본 개시의 일양태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법은,
상기 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법으로서,
육방정 질화붕소 분말을 준비하는 공정과,
상기 육방정 질화붕소 분말을, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력을 통과하여, 1900℃ 이상 2400℃ 이하의 온도 및 8 ㎬ 이상의 압력까지 가열 가압하는 공정을 포함하고,
상기 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역은, 온도를 T ℃, 압력을 P ㎬로 하였을 때에, 하기 식 1 및 하기 식 2를 동시에 만족하는 영역이고,
P≥-0.0037T+11.301 [식 1]
P≤-0.085T+117 [식 2]
상기 가열 가압하는 공정에 있어서, 상기 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는 600℃ 이상인, 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법이다.
도 1은 질화붕소의 압력-온도 상도이다.
도 2는 본 개시의 일실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법(패턴 A)을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 다른 일실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법(패턴 B)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 다른 일실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법(패턴 C)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 다른 일실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법(패턴 D)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법의 종래 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법의 참고예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 결정립의 애스펙트비를 설명하기 위한 도면이다.
[본 개시가 해결하고자 하는 과제]
특허문헌 1의 입방정 질화붕소 소결체는, 이것을 구성하는 입방정 질화붕소 입자의 입경(粒徑)이 작기 때문에, 높은 경도를 갖지만, 한편으로, 인성이 저하하는 경향이 있었다. 이 때문에, 입방정 질화붕소 소결체를 이용하여 철계 재료를 고속으로 절삭 가공하는 경우에, 날끝의 결손이나 균열이 생기기 쉬워, 공구의 수명이 짧아지는 경향이 있었다.
그래서, 본 목적은, 공구로서 이용한 경우에, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있는 입방정 질화붕소 다결정체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[본 개시의 효과]
상기 양태에 따르면, 입방정 질화붕소 다결정체는, 공구로서 이용한 경우에, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있다.
[본 개시의 실시형태의 설명]
먼저 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.
(1) 본 개시의 일양태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체는,
입방정 질화붕소를 98.5 체적％ 이상 포함하는 입방정 질화붕소 다결정체로서,
상기 입방정 질화붕소 다결정체의 전위 밀도는 8×1015/㎡ 이하인, 입방정 질화붕소 다결정체이다.
이 입방정 질화붕소 다결정체는, 공구로서 이용한 경우에, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있다.
(2) 상기 전위 밀도는 7×1015/㎡ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따르면, 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구의 수명이 더욱 향상한다.
(3) 상기 입방정 질화붕소 다결정체는, 복수의 결정립을 포함하고,
상기 입방정 질화붕소 다결정체에 있어서, 그 단면을 주사형 전자 현미경을 이용하여 10000배의 배율로 관찰한 경우, 원상당 직경이 1 ㎛ 이상인 결정립의 면적 비율(S1)은 20 면적％ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따르면, 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구의 수명이 더욱 향상한다.
(4) 상기 면적 비율(S1)은 15 면적％ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따르면, 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구의 수명이 더욱 향상한다.
(5) 상기 복수의 결정립의 원상당 직경의 메디안 직경(d50)은 0.1 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따르면, 입방정 질화붕소 다결정체의 내마모성이 향상한다.
(6) 상기 입방정 질화붕소 다결정체에 있어서, 그 단면을 주사형 전자 현미경을 이용하여 10000배의 배율로 관찰한 경우, 애스펙트비가 4 이상인 판형 입자의 면적 비율(S2)은 5 면적％ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따르면, 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구의 수명이 더욱 향상한다.
(7) 본 개시의 일양태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법은,
상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법으로서,
육방정 질화붕소 분말을 준비하는 공정과,
상기 육방정 질화붕소 분말을, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력을 통과하여, 1900℃ 이상 2400℃ 이하의 온도 및 8 ㎬ 이상의 압력까지 가열 가압하는 공정을 포함하고,
상기 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역은, 온도를 T ℃, 압력을 P ㎬로 하였을 때에, 하기 식 1 및 하기 식 2를 동시에 만족하는 영역이고,
P≥-0.0037T+11.301 [식 1]
P≤-0.085T+117 [식 2]
상기 가열 가압하는 공정에 있어서, 상기 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는 600℃ 이상인, 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법이다.
이 방법으로 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체는, 공구로서 이용한 경우에, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있다.
(8) 상기 돌입 온도는 900℃ 이상인 것이 바람직하다. 이에 따르면, 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구의 수명이 더욱 향상한다.
(9) 상기 돌입 온도는 1200℃ 이상인 것이 바람직하다. 이에 따르면, 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구의 수명이 더욱 향상한다.
(10) 상기 가열 가압하는 공정 전에, 상기 육방정 질화붕소 분말을, -50℃ 이상 100℃ 이하의 온도 범위를 유지하면서, 0.5 ㎬ 이상 6 ㎬ 이하의 압력까지 가압하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 공정을 행함으로써, 육방정 질화붕소 분말의 간극을 압축하여, 육방정 질화붕소 분말 중에 존재하는 불필요한 가스를 계 밖으로 배출할 수 있다. 따라서, 상기 가스와 육방정 질화붕소 분말의 화학 반응에 기인하는 품질 저하를 방지할 수 있다.
상기 공정을 행함으로써, 추가적인 가압을 행하여도 외형의 변화가 거의 생기지 않을 정도로 육방정 질화붕소 분말의 밀도를 높게 할 수 있다. 이 상태에서, 가열 가압하는 공정을 행할 수 있기 때문에, 안정적으로 제조할 수 있다.
(11) 상기 가열 가압하는 공정 후에, 상기 가열 가압하는 공정에 의해 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체를, 1900℃ 이상 2400℃ 이하의 온도 및 8 ㎬ 이상의 압력 조건 하에서 10분 이상 유지하는 온도 압력 유지 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구의 수명이 더욱 향상한다.
[본 개시의 실시형태의 상세]
본 개시의 일실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체 및 그 제조 방법을, 이하에 도면을 참조하면서 설명한다.
[실시형태 1: 입방정 질화붕소 다결정체]
본 개시의 일실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체에 대해서 설명한다.
<입방정 질화붕소 다결정체>
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체는, 입방정 질화붕소를 98.5 체적％ 이상 포함하는 입방정 질화붕소 다결정체로서, 상기 입방정 질화붕소 다결정체의 전위 밀도는 8×1015/㎡ 이하이다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체는 소결체이지만, 통상 소결체란 바인더를 포함하는 것을 의도하는 경우가 많기 때문에, 본 실시형태에서는 「다결정체」라고 하는 용어를 이용하고 있다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체는, 공구로서 이용한 경우, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있다. 이 이유는, 하기의 (i) 및 (ii)와 같다고 추찰된다.
(i) 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체는, 입방정 질화붕소를 98.5 체적％ 이상 포함하고, 실질적으로 바인더, 소결 조제, 촉매 등을 포함하지 않는다. 이 때문에, 입방정 질화붕소끼리가 강고하게 결합하고 있어, 입방정 질화붕소 다결정체의 강도 및 열확산성이 향상하고 있다. 따라서, 상기 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구는, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있다.
(ii) 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 전위 밀도는 8×1015/㎡ 이하이다. 상기 입방정 질화붕소 다결정체에서는, 다결정체 내의 격자 결함이 감소하고 있기 때문에, 입방정 질화붕소 다결정체의 강도 및 인성이 향상하고 있다. 따라서, 상기 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구는, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있다.
<조성>
입방정 질화붕소 다결정체는, 입방정 질화붕소를 98.5 체적％ 이상 포함한다. 이에 의해, 입방정 질화붕소 다결정체는, 우수한 경도를 가지고, 열적 안정성 및 화학적 안정성도 우수하다.
입방정 질화붕소 다결정체는, 본 실시형태의 효과를 나타내는 범위에 있어서, 입방정 질화붕소에 더하여, 압축형 육방정 질화붕소 및 우르츠광형 질화붕소 중 한쪽 또는 양쪽을 합계로 1.5 체적％ 이하 포함하고 있어도 상관없다. 여기서, 「압축형 육방정 질화붕소」란, 통상의 육방정 질화붕소와 결정 구조가 유사하고, c축 방향의 면간격이 통상의 육방정 질화붕소의 면간격(0.333 ㎚)보다 작은 것을 나타낸다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체는, 본 실시형태의 효과를 나타내는 범위에 있어서 불가피 불순물을 포함하고 있어도 상관없다. 불가피 불순물로서는, 예컨대, 수소, 산소, 탄소, 알칼리 금속 원소[리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 등] 및 알칼리 토류 금속 원소[칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 등] 등의 금속 원소를 들 수 있다. 입방정 질화붕소 다결정체가 불가피 불순물을 포함하는 경우는, 불가피 불순물의 함유량은 0.1 체적％ 이하인 것이 바람직하다. 불가피 불순물의 함유량은, 이차 이온 질량 분석(SIMS)에 의해 측정할 수 있다.
상기 입방정 질화붕소 다결정체는, 실질적으로 바인더, 소결 조제, 촉매 등을 포함하지 않는다. 이에 의해, 입방정 질화붕소 다결정체의 강도 및 열확산성이 향상하고 있다.
입방정 질화붕소 다결정체 중의 입방정 질화붕소의 함유율은, 98.5 체적％ 이상 100 체적％ 이하가 바람직하고, 99 체적％ 이상 100 체적％ 이하가 더욱 바람직하다.
입방정 질화붕소 다결정체 중의 압축형 육방정 질화붕소 및 우르츠광형 질화붕소의 함유율의 합계는, 0 체적％ 이상 1.5 체적％ 이하가 바람직하고, 0 체적％ 이상 1 체적％ 이하가 더욱 바람직하고, 0 체적％가 가장 바람직하다. 즉, 입방정 질화붕소 다결정체에는, 압축형 육방정 질화붕소 및 우르츠광형 질화붕소 중 어느 것도 포함되지 않는 것이 가장 바람직하다.
입방정 질화붕소 다결정체 중의 압축형 육방정 질화붕소의 함유율은 0 체적％ 이상 1.5 체적％ 이하가 바람직하고, 0 체적％ 이상 1 체적％ 이하가 보다 바람직하고, 0 체적％가 가장 바람직하다. 즉, 입방정 질화붕소 다결정체에는, 압축형 육방정 질화붕소가 포함되지 않는 것이 가장 바람직하다.
입방정 질화붕소 다결정체 중의 우르츠광형 질화붕소의 함유율은 0 체적％ 이상 1.5 체적％ 이하가 바람직하고, 0 체적％ 이상 1 체적％ 이하가 보다 바람직하고, 0 체적％가 가장 바람직하다. 즉, 입방정 질화붕소 다결정체에는, 우르츠광형 질화붕소가 포함되지 않는 것이 가장 바람직하다.
입방정 질화붕소 다결정체 중의 입방정 질화붕소, 압축형 육방정 질화붕소 및 우르츠광형 질화붕소의 함유율(체적％)은, X선 회절법에 따라 측정할 수 있다. 구체적인 측정 방법은 하기와 같다.
입방정 질화붕소 다결정체를 다이아몬드 지석 전착 와이어로 절단하고, 절단면을 관찰면으로 한다.
X선 회절 장치[Rigaku사 제조 「Mini Flex 600」(상품명)]를 이용하여 입방정 질화붕소 다결정체의 절단면의 X선 스펙트럼을 얻는다. 이때의 X선 회절 장치의 조건은, 하기와 같이 한다.
특성 X선: Cu-Kα(파장 1.54 Å)
관 전압: 45 ㎸
관 전류: 40 ㎃
필터: 다층 미러
광학계: 집중법
X선 회절법: θ-2θ법.
얻어진 X선 스펙트럼에 있어서, 하기의 피크 강도 A, 피크 강도 B 및 피크 강도 C를 측정한다.
피크 강도 A: 회절각 2θ=28.5°부근의 피크 강도로부터, 백그라운드를 제외한 압축형 육방정 질화붕소의 피크 강도.
피크 강도 B: 회절각 2θ=40.8°부근의 피크 강도로부터, 백그라운드를 제외한 우르츠광형 질화붕소의 피크 강도.
피크 강도 C: 회절각 2θ=43.5°부근의 피크 강도로부터, 백그라운드를 제외한 입방정 질화붕소의 피크 강도.
압축형 육방정 질화붕소의 함유율은, 피크 강도 A/(피크 강도 A+피크 강도 B+피크 강도 C)의 값을 산출함으로써 얻어진다. 우르츠광형 질화붕소의 함유율은, 피크 강도 B/(피크 강도 A+피크 강도 B+피크 강도 C)의 값을 산출함으로써 얻어진다. 입방정 질화붕소의 함유율은, 피크 강도 C/(피크 강도 A+피크 강도 B+피크 강도 C)의 값을 산출함으로써 얻어진다. 압축형 육방정 질화붕소, 우르츠광형 질화붕소 및 입방정 질화붕소는, 전부 같은 정도의 전자적인 무게를 갖기 때문에, 상기 X선 피크 강도비를 입방정 질화붕소 다결정체 중의 체적비로 볼 수 있다.
<전위 밀도>
입방정 질화붕소 다결정체의 전위 밀도는 8×1015/㎡ 이하이다. 상기 입방정 질화붕소 다결정체에서는, 다결정체 내의 격자 결함이 감소하고 있기 때문에, 입방정 질화붕소 다결정체의 강도 및 인성이 향상하고 있다. 따라서, 상기 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구는, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있다. 전위 밀도는, 7×1015/㎡ 이하가 바람직하고, 6×1015/㎡ 이하가 더욱 바람직하다. 전위 밀도의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, 제조상의 관점에서, 1.0×1015/㎡ 이상으로 할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 전위 밀도란 하기의 순서에 따라 산출된다.
입방정 질화붕소 다결정체를 포함하는 시험편을 준비한다. 시험편의 크기는, 관찰면이 2.0 ㎜×2.0 ㎜이고, 두께가 1.0 ㎜이다. 시험편의 관찰면을 연마한다.
상기 시험편의 관찰면에 대해서, 하기의 조건으로 X선 회절 측정을 행하여, 입방정 질화붕소의 주요한 방위인 (111), (200), (220), (311), (400), (331)의 각 방위면으로부터의 회절 피크의 라인 프로파일을 얻는다.
(X선 회절 측정 조건)
X선원: 방사광
장치 조건: 검출기 NaI(적절한 ROI에 의해 형광을 컷트한다.)
에너지: 18 keV(파장: 0.6888 Å)
분광 결정: Si(111)
입사 슬릿: 폭 5 ㎜×높이 0.5 ㎜
수광 슬릿: 더블 슬릿(폭 3 ㎜×높이 0.5 ㎜)
미러: 백금 코트 거울
입사각: 2.5 m㎭
주사 방법: 2θ-θ scan
측정 피크: 입방정 질화붕소의 (111), (200), (220), (311), (400), (331)의 6개. 단, 집합 조직, 배향에 의해 프로파일의 취득이 곤란한 경우는, 그 면지수의 피크를 제외한다.
측정 조건: 반치폭 중에, 측정점이 9점 이상이 되도록 한다. 피크톱 강도는 2000 counts 이상으로 한다. 피크의 테일도 해석에 사용하기 때문에, 측정 범위는 반치폭의 10배 정도로 한다.
상기 X선 회절 측정에 의해 얻어지는 라인 프로파일은, 시료의 불균일 변형 등의 물리량에 기인하는 참의 확대와, 장치 기인의 확대의 양방을 포함하는 형상이 된다. 불균일 변형이나 결정자 사이즈를 구하기 위해, 측정된 라인 프로파일로부터, 장치 기인의 성분을 제거하여, 참의 라인 프로파일을 얻는다. 참의 라인 프로파일은, 얻어진 라인 프로파일 및 장치 기인의 라인 프로파일을 슈도 Voigt 함수에 의해 피팅하고, 장치 기인의 라인 프로파일을 뺌으로써 얻는다. 장치 기인의 회절선 확대를 제거하기 위한 표준 샘플로서는, LaB6을 이용하였다. 또한, 평행도가 높은 방사광을 이용하는 경우는, 장치 기인의 회절선 확대는 0으로 간주할 수 있다.
얻어진 참의 라인 프로파일을 수정 Williamson-Hall법 및 수정 Warren-Averbach법을 이용하여 해석함으로써 전위 밀도를 산출한다. 수정 Williamson-Hall법 및 수정 Warren-Averbach법은, 전위 밀도를 구하기 위해 이용되고 있는 공지의 라인 프로파일 해석법이다.
수정 Williamson-Hall법의 식은, 하기 식 (I)로 표시된다.
Figure pct00001
(상기 식 (I)에 있어서, ΔK는 라인 프로파일의 반치폭, D는 결정자 사이즈, M은 배치 파라미터, b는 버거스 벡터, ρ는 전위 밀도, K는 산란 벡터, O(K2C)는 K2C의 고차항, C는 콘트라스트 요인의 평균값을 나타낸다.)
상기 식 (I)에 있어서의 C는, 하기 식 (II)로 표시된다.
C=Ch00[1-q(h2k2+h2l2+k2l2)/(h2+k2+l2)2] [식 (II)]
상기 식 (II)에 있어서, 나선 전위와 날형 전위에 있어서의 각각의 콘트라스트 팩터(Ch00) 및 콘트라스트 팩터에 관한 계수(q)는, 계산 코드 ANIZC를 이용하여, 슬립계가 <110>{111}, 탄성 스티프니스 C11이 8.44 ㎬, C12가 1.9 ㎬, C44가 4.83 ㎬로서 구해진다. 콘트라스트 팩터(Ch00)는, 나선 전위는 0.203이고, 날형 전위는 0.212이다. 콘트라스트 팩터에 관한 계수(q)는, 나선 전위는 1.65이고, 날형 전위는 0.58이다. 또한, 나선 전위 비율은 0.5, 날형 전위 비율은 0.5로 고정한다.
또한, 전위와 불균일 변형 사이에는 콘트라스트 팩터(C)를 이용하여 하기 식 (III)의 관계가 성립한다.
<ε(L)2>=(ρCb2/4π)ln(Re/L) [식 (III)]
(상기 식 (III)에 있어서, Re는 전위의 유효 반경을 나타낸다.)
상기 식 (III)의 관계와, Warren-Averbach의 식으로부터, 하기 식 (IV)와 같이 표시될 수 있고, 수정 Warren-Averbach법으로서, 전위 밀도(ρ) 및 결정자 사이즈를 구할 수 있다.
lnA(L)=lnAS(L)-(πL2ρb2/2)ln(Re/L)(K2C)+O(K2C)2 [식 (IV)]
(상기 식 (IV)에 있어서, A(L)은 푸리에 급수, AS(L)은 결정자 사이즈에 관한 푸리에 급수, L은 푸리에 길이를 나타낸다.)
수정 Williamson-Hall법 및 수정 Warren-Averbach법의 상세는, "T.Ungar and A.Borbely, "The effect of dislocation contrast on x-ray line broadening: A new approach to line profile analysis" Appl.Phys.Lett., vol.69, no.21, p.3173, 1996." 및 "T.Ungar, S.Ott, P.Sanders, A.Borbely, J.Weertman "Dislocations, grain size and planar faults in nanostructured copper determined by high resolution X-ray diffraction and a new procedure of peak profile analysis" Acta Mater., vol.46, no.10, pp.3693 - 3699, 1998."에 기재되어 있다.
<결정립>
(원상당 직경이 1 ㎛ 이상인 결정립의 면적 비율(S1))
입방정 질화붕소 다결정체는, 입방정 질화붕소의 결정립과, 임의로 압축형 육방정 질화붕소의 결정립 및 우르츠광형 질화붕소의 결정립을 포함하는 복수의 결정립으로 구성된다. 입방정 질화붕소 다결정체에 있어서, 그 단면을 주사형 전자 현미경을 이용하여 10000배의 배율로 관찰한 경우, 원상당 직경이 1 ㎛ 이상인 결정립의 면적 비율(S1)[이하, 「면적 비율(S1)」이라고도 기재함]은 20 면적％ 이하이다. 여기서 원상당 직경이란, 상기 단면에 있어서, 결정립의 면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경을 의미한다.
상기 입방정 질화붕소 다결정체에서는, 원상당 직경이 1 ㎛ 이상인 조대립의 함유율이 저감되어 있다. 따라서, 상기 입방정 질화붕소 다결정체는, 소결체 조직의 균질성이 향상하기 때문에, 강도 및 인성이 향상하여, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 결정체 조직이 균질한 것은, 예컨대, 입방정 질화붕소를 SEM(Scanning Electron Microscope, 주사형 전자 현미경)으로 관찰함으로써 확인할 수 있다.
원상당 직경이 1 ㎛ 이상인 결정립의 면적 비율(S1)은, 0 면적％ 이상 20 면적％ 이하가 바람직하고, 0 면적％ 이상 15 면적％ 이하가 보다 바람직하고, 0 면적％ 이상 10 면적％ 이하가 더욱 바람직하다.
(메디안 직경(d50))
입방정 질화붕소 다결정체에 포함되는 복수의 결정립은, 원상당 직경의 메디안 직경(d50)[이하, 「메디안 직경(d50)」이라고도 기재함]이 0.1 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 종래, 입방정 질화붕소 다결정체는, 결정립의 입경이 작을수록 절삭 성능이 향상한다고 생각되고 있었다. 이 때문에, 입방정 질화붕소 다결정체를 구성하는 결정립의 입경을 작게 하고 있었지만(예컨대, 평균 입경 100 ㎚ 미만), 이에 의해 인성이 저하하는 경향이 있었다. 한편, 본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체에 있어서는, 결정립의 입경이, 종래에 비해서 크기 때문에, 입방정 질화붕소 다결정체의 인성이 향상하고, 내마모성이 향상한다. 결정립의 원상당 직경의 메디안 직경(d50)은, 0.15 ㎛ 이상 0.35 ㎛ 이하가 보다 바람직하고, 0.2 ㎛ 이상 0.3 ㎛ 이하가 더욱 바람직하다.
(애스펙트비가 4 이상인 판형 입자의 면적 비율(S2))
입방정 질화붕소 다결정체에 있어서, 그 단면을 주사형 전자 현미경을 이용하여 10000배의 배율로 관찰한 경우, 애스펙트비가 4 이상인 판형 입자의 면적 비율(S2)[이하, 「면적 비율(S2)」이라고도 기재함]이 5 면적％ 이하인 것이 바람직하다. 종래의 입방정 질화붕소 다결정체에서는, 입경을 작게 하는 것에 따른 인성의 저하를, 입방정 다결정체 중에 판형 조직을 존재시킴으로써 보충하고 있었다. 그러나, 이 판형 입자는, 특히 난삭재의 고능률 가공 중에, 돌발적으로 날끝으로부터 탈락하여 날끝의 결손을 발생시키기 때문에, 공구 수명의 변동 및 저하의 요인으로 되어 있었다.
본 실시형태에 따른 상기 입방정 질화붕소 다결정체에 있어서는, 애스펙트비가 4 이상인 판형 입자의 함유율이 저감되어 있다. 따라서, 상기 입방정 질화붕소 다결정체는, 판형 입자에 기인하는 돌발적인 날끝의 결손이 생기기 어려워, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있다.
애스펙트비가 4 이상인 판형 입자의 면적 비율(S2)은, 0 면적％ 이상 5 면적％ 이하가 바람직하고, 0 면적％ 이상 3 면적％ 이하가 보다 바람직하고, 0 면적％ 이상 2 면적％ 이하가 더욱 바람직하다.
(면적 비율(S1), 면적 비율(S2) 및 결정립의 원상당 직경의 메디안 직경(d50)의 측정 방법)
본 명세서에 있어서, 입방정 질화붕소 다결정체에 있어서의 원상당 직경이 1 ㎛ 이상인 결정립의 면적 비율(S1), 애스펙트비가 4 이상인 판형 입자의 면적 비율(S2) 및 입방정 질화붕소 다결정체에 포함되는 복수의 결정립의 원상당 직경의 메디안 직경(d50)이란, 임의로 선택된 5개소의 각 측정 개소에 있어서, 면적 비율(S1), 면적 비율(S2) 및 결정립의 메디안 직경(d50)을 각각 측정하고, 이들의 평균값을 산출함으로써 얻어진 값을 의미한다.
또한, 출원인이 측정한 한에 있어서는, 동일한 시료에 있어서 면적 비율(S1), 면적 비율(S2) 및 메디안 직경(d50)을 측정하는 한, 입방정 질화붕소 다결정체에 있어서의 측정 시야의 선택 개소를 변경하여 복수회 산출하여도, 측정 결과의 편차는 거의 없고, 임의로 측정 시야를 설정하여도 자의적으로는 되지 않는 것이 확인되었다.
입방정 질화붕소 다결정체가 절삭 공구의 일부로서 이용되고 있는 경우는, 입방정 질화붕소 다결정체의 부분을, 와이어 방전 가공이나 다이아몬드 지석 전착 와이어 등으로 절취하고, 절취한 단면을 연마하여, 그 연마면에 있어서 5개소의 측정 개소를 임의로 설정한다.
각 측정 개소에서의 면적 비율(S1), 면적 비율(S2) 및 결정립의 원상당 직경의 메디안 직경(d50)의 측정 방법에 대해서 하기에 구체적으로 설명한다.
측정 개소가 노출되도록 입방정 질화붕소 다결정체를 와이어 방전 가공이나 다이아몬드 지석 전착 와이어 등으로 절단하고, 절단면을 연마한다. 상기 연마면 상의 측정 개소를 SEM[니혼덴시 가부시키가이샤 제조 「JSM-7500F」(상품명)]을 이용하여 관찰하여, SEM 화상을 얻는다. 측정 시야의 사이즈는 12 ㎛×15 ㎛로 하고, 관찰 배율은 10000배로 한다.
5개의 SEM 화상의 각각에 대해서, 결정립계가 선명해지도록, 2치화 처리를 행한다. 예컨대, 화상 처리 소프트(Win Roof ver.7.4.5)를 이용하여, 자동 2치화를 실시하고, 임계값을 적절하게 화상을 확인하여 미조정한다. 예컨대, 미조정한 임계값은 75이다.
측정 시야 내에 관찰되는 결정립의 입계를 분리한 상태에서, 상기 화상 처리 소프트를 이용하여, 각 결정립의 애스펙트비 및 각 결정립의 면적 및 결정립의 원상당 직경의 분포를 산출한다. 여기서 애스펙트비는, 절단면에 있어서의 결정립의 장직경과 단직경의 비의 값(장직경/단직경)을 의미한다. 결정립의 형상이 도 8에 나타내는 것과 같은 부정형상인 경우는, 애스펙트비는, 화상 처리 소프트를 이용하여, 하기 (a)∼(c)의 순서에 따라 산출된다.
(a) 결정립의 내부에서 그을 수 있는(양단부가 결정립계에 접하는) 가장 긴 선분(이하, 「제1 선분」이라고도 기재함)을 특정하고, 그 제1 선분의 길이(L1)를 측정한다.
(b) 상기 제1 선분에 직교하며, 또한, 결정립의 내부에서 그을 수 있는(양단부가 결정립계에 접하는) 가장 긴 선분(이하, 「제2 선분」이라고도 기재함)을 특정하고, 그 제2 선분의 길이(L2)를 측정한다.
(c) 제1 선분의 길이(L1)와 제2 선분의 길이(L2)의 비의 값(L1/L2)을 산출한다. 상기 (L1/L2)의 값을 애스펙트비로 한다.
면적 비율(S1), 면적 비율(S2) 및 메디안 직경(d50)은, 측정 시야의 전체를 분모로 하여 산출한다. 각 결정립의 면적 및 각 결정립의 애스펙트비에 기초하여, 원상당 직경이 1 ㎛ 이상인 결정립의 면적 비율(S1) 및 애스펙트비가 4 이상인 판형 입자의 면적 비율(S2)을 산출한다. 결정립의 원상당 직경의 분포로부터, 메디안 직경(d50)을 산출한다.
<용도>
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체는, 절삭 공구, 내마공구, 연삭 공구 등에 이용하는 것이 적합하다.
본 실시형태에 따른 절삭 공구, 내마공구 및 연삭 공구는 각각, 그 전체가 입방정 질화붕소 다결정체로 구성되어 있어도 좋고, 그 일부(예컨대 절삭 공구의 경우, 날끝 부분)만이 입방정 질화붕소 다결정체로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 각 공구의 표면에 코팅막이 형성되어 있어도 좋다.
절삭 공구로서는, 드릴, 엔드밀, 드릴용 날끝 교환형 절삭 팁, 엔드밀용 날끝 교환형 절삭 팁, 프라이스 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 메탈 쏘오, 기어 커팅 공구, 리머, 탭, 절삭 바이트 등을 들 수 있다.
내마공구로서는, 다이스, 스크라이버, 스크라이빙 휠, 드레서 등을 예를 들 수 있다. 연삭 공구로서는, 연삭 지석 등을 들 수 있다.
[실시형태 2: 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법]
본 개시의 일실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법을, 도 1∼도 7을 이용하여 설명한다. 도 1은 질화붕소의 압력-온도 상도이다. 도 2∼도 5는 본 개시의 일실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법의 종래 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법의 참고예를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법은, 실시형태 1의 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법이다. 상기 제조 방법은, 육방정 질화붕소 분말을 준비하는 공정(이하, 「준비 공정」이라고도 기재함)과, 상기 육방정 질화붕소 분말을, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력을 통과하여, 1900℃ 이상 2400℃ 이하의 온도 및 8 ㎬ 이상의 압력까지 가열 가압하는 공정(이하, 「가열 가압 공정」이라고도 기재함)을 포함한다. 여기서, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역은, 온도를 T ℃, 압력을 P ㎬로 하였을 때에, 하기 식 1 및 하기 식 2를 동시에 만족하는 영역이고,
P≥-0.0037T+11.301 [식 1]
P≤-0.085T+117 [식 2]
상기 가열 가압하는 공정에 있어서, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는 600℃ 이상이다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법은, 가열 가압하는 공정 전에, 육방정 질화붕소 분말을, -50℃ 이상 100℃ 이하의 온도 범위를 유지하면서, 0.5 ㎬ 이상 6 ㎬ 이하의 압력까지 가압하는 공정(이하, 「전처리 공정」이라고도 기재함)을 포함할 수 있다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법은, 가열 가압하는 공정 후에, 가열 가압하는 공정에 의해 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체를, 1900℃ 이상 2400℃ 이하의 온도 및 8 ㎬ 이상의 압력 조건 하에서 10분 이상 유지하는 공정(이하, 「온도 압력 유지 공정」이라고도 기재함)을 포함할 수 있다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법의 상세한 설명을 행하기 전에, 그 이해를 돕기 위해, 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법의 종래예 및 참고예에 대해서 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 질화붕소에는, 상온 상압의 안정상인 육방정 질화붕소, 고온 고압의 안정상인 입방정 질화붕소 및 육방정 질화붕소로부터 입방정 질화붕소로의 전이의 동안의 준안정상인 우르츠광형 질화붕소의 3개의 상이 존재한다.
각 상의 경계는 1차 함수로 나타낼 수 있다. 본 명세서에 있어서, 각 상의 안정 영역 내의 온도 및 압력은, 1차 함수를 이용하여 나타낼 수 있는 것으로 한다.
본 명세서에 있어서, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력(도 1에 있어서, 「wBN 안정 영역」이라고 기재함)은, 온도를 T ℃, 압력을 P ㎬로 하였을 때에, 하기 식 1 및 하기 식 2를 동시에 만족하는 온도 및 압력으로서 정의한다.
P≥-0.0037T+11.301 [식 1]
P≤-0.085T+117 [식 2]
본 명세서에 있어서, 육방정 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력(도 1에 있어서, 「hBN 안정 영역」이라고 기재함)은, 온도를 T ℃, 압력을 P ㎬로 하였을 때에, 하기 식 (A) 및 하기 식 (B)를 동시에 만족하는 온도 및 압력, 또는 하기 식 (C) 및 하기 식 (D)를 동시에 만족하는 온도 및 압력으로서 정의한다.
P≤-0.0037T+11.301 (A)
P≤-0.085T+117 (B)
P≤0.0027T+0.3333 (C)
P≥-0.085T+117 (D)
본 명세서에 있어서, 입방정 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력(도 1에 있어서, 「cBN 안정 영역」이라고 기재함)은, 온도를 T ℃, 압력을 P ㎬로 하였을 때에, 하기 식 (D) 및 하기 식 (E)를 동시에 만족하는 온도 및 압력으로서 정의한다.
P≥-0.085 T+117 (D)
P≥0.0027T+0.3333 (E)
본 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 육방정 질화붕소 분말을, 온도 1900℃ 이상 2400℃ 이하 및 압력 7.7 ㎬ 이상, 바람직하게는 8 ㎬ 이상, 보다 바람직하게는 10 ㎬ 이상까지 가열 가압한다. 이 온도 및 압력은, 우수한 공구 성능을 갖는 입방정 질화붕소가 얻어지는 온도 및 압력이다.
종래, 육방정 질화붕소를, 우수한 공구 성능을 갖는 입방정 질화붕소가 얻어지는 입방정 질화붕소의 안정 영역 내의 온도(1900℃ 이상 2400℃ 이하) 및 압력(7.7 ㎬ 이상)까지 도달시키기 위한 온도 및 압력의 경로로서, 도 6에 나타내는 경로(이하, 「도 6의 경로」라고도 기재함)가 검토되어 있었다.
도 6의 경로에서는, 개시 온도 및 개시 압력(상온 상압)으로부터, 압력을 입방정 질화붕소의 안정 영역 내의 압력(예컨대, 10 ㎬ 이상)까지 올리고(도 6의 화살표 E1), 그 후에, 온도를 입방정 질화붕소의 안정 영역 내의 온도(예컨대, 1900℃ 이상)까지 올린다[도 6의 화살표 E2]. 도 6의 경로는, 가열과 가압이 각각 1회씩 행해지기 때문에, 가열 가압 조작의 제어가 단순하여, 종래 채용되고 있었다.
그러나, 도 6의 경로는, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도가 600℃ 미만으로, 원자 확산이 발생하기 어려워, 육방정 질화붕소로부터 우르츠광형 질화붕소로의 상전이는, 무확산형 상전이가 주가 된다. 이 때문에, 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체에서는, 격자 결함이나 조대립이 존재하기 쉽다. 따라서, 이 입방정 질화붕소는, 가공 시에 돌발적인 결손이 생기기 쉬워, 공구 수명이 짧아지는 경향이 있다.
한편, 원자 확산을 발생하기 쉽게 하기 위해, 상전이의 온도를 올리는 것도 생각된다. 예컨대, 도 7의 경로에서는, 개시 온도 및 개시 압력(상온 상압)으로부터, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역을 통과하지 않도록, 입방정형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도(예컨대, 1500℃) 및 압력(예컨대, 9 ㎬)까지 가열 가압하고(도 7의 화살표 F1, F2, F3), 그 후에, 더욱, 온도를 올린다(예컨대, 2100℃)(도 7의 화살표 F4).
도 7의 경로에서는, 육방정 질화붕소는 입방정 질화붕소로 직접 상전이되지만, 육방정 질화붕소와 입방정 질화붕소는 결정 구조가 크게 다르기 때문에, 상전이 시에 격자 결함이 생기기 쉽다. 따라서, 이 입방정 질화붕소는 공구 수명이 짧아지는 경향이 있다. 또한, 육방정 질화붕소와 입방정 질화붕소는 결정 구조가 크게 다르기 때문에, 입방정 질화붕소로의 변환율이 98.5 체적％ 미만이 된다. 따라서, 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구는, 성능이 저하한다.
상기한 바와 같이, 종래 검토되어 온 온도 및 압력의 경로에서는, 격자 결함의 발생을 억제하기 어려워, 우수한 공구 수명을 갖는 입방정 질화붕소 다결정체를 제조할 수 없다. 본 출원인들은 이 상황을 감안하여, 압력 및 온도의 경로를 예의 검토한 결과, 육방정 질화붕소를, 상기 가열 가압 공정에 규정되는 온도 및 압력 조건으로 처리함으로써, 소결체 내의 격자 결함의 발생이 억제되어, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있는 입방정 질화붕소 다결정체를 얻을 수 있는 것을 발견하였다. 본 실시형태에 따른 제조 방법의 각 공정의 상세에 대해서, 도 2∼도 5를 이용하여 하기에 설명한다.
<준비 공정>
입방정 질화붕소 다결정체의 원료로서, 육방정 질화붕소 분말을 준비한다. 육방정 질화붕소 분말은, 순도(육방정 질화붕소의 함유율)가 98.5％ 이상이 바람직하고, 99％ 이상이 보다 바람직하고, 100％가 가장 바람직하다. 육방정 질화붕소 분말의 입경은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하로 할 수 있다.
<전처리 공정>
다음에, 육방정 질화붕소 분말을, 초고압 고온 발생 장치를 이용하여, -50℃ 이상 100℃ 이하의 온도 범위를 유지하면서, 0.5 ㎬ 이상 6 ㎬ 이하의 압력까지 가압한다(도 2의 화살표 A1, 도 3의 화살표 B1, 도 4의 화살표 C1, 도 5의 화살표 D1).
전처리 공정을 행함으로써, 육방정 질화붕소 분말 간의 간극을 압축하여, 육방정 질화붕소 분말 중에 존재하는 불필요한 가스를 계 밖으로 배출할 수 있다. 따라서, 상기 가스와 육방정 질화붕소 분말의 화학 반응에 기인하는 품질 저하를 방지할 수 있다.
전처리 공정을 행함으로써, 추가적인 가압을 행하여도 외형의 변화가 거의 생기지 않을 정도로 육방정 질화붕소 분말의 밀도를 높게 할 수 있다. 이 상태에서, 가열 가압 공정을 행할 수 있기 때문에, 안정적으로 제조할 수 있다.
전처리 공정에 있어서의 온도는, -50℃ 이상 100℃ 이하의 온도 범위로 유지하는 것이 바람직하고, 0℃ 이상 50℃ 이하의 온도 범위로 유지하는 것이 보다 바람직하다. 전처리 공정에 있어서의 도달 압력은, 0.5 ㎬ 이상 5 ㎬ 이하가 바람직하고, 1 ㎬ 이상 3 ㎬ 이하가 더욱 바람직하다.
본 실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법에 있어서, 전처리 공정은 임의로 행해지는 공정이다. 따라서, 상기 준비 공정 후에, 전처리 공정을 행하지 않고, 후술하는 가열 가압 공정을 행할 수 있다.
<가열 가압 공정>
다음에, 육방정 질화붕소 분말을, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력을 통과하여, 1900℃ 이상 2400℃ 이하의 온도 및 8 ㎬ 이상의 압력까지 가열 가압한다(도 2에서는 화살표 A2, A3 및 A4, 도 3에서는 화살표 B2, B3 및 B4, 도 4에서는 화살표 C2, C3 및 C4의 도중까지, 도 5에서는 화살표 D2, D3 및 D4). 가열 가압 공정에 있어서, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는 600℃ 이상이다.
본 명세서 중, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도란, 가열 가압 공정에 있어서, 처음으로 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내에 도달한 시점에서의 온도를 의미한다. 상기 돌입 온도는, 도 2에서는, 화살표 A3와 P=-0.0037T+11.301의 선의 교점에 있어서의 온도(약 1200℃)이고, 도 3에서는, 화살표 B3와 P=-0.0037T+11.301의 선의 교점에 있어서의 온도(약 600℃)이고, 도 4에서는, 화살표 C3와 P=-0.0037T+11.301의 선의 교점에 있어서의 온도(약 1200℃)이고, 도 5에서는, 화살표 D3와 P=-0.0037T+11.301의 선의 교점에 있어서의 온도(약 1200℃)이다.
상기 전처리 공정을 행한 경우는, 전처리 공정 후의 육방정 질화붕소 분말을, 전처리 공정의 마지막에 도달한 도달 온도 및 도달 압력으로부터, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력을 통과하여, 1900℃ 이상 2400℃ 이하의 온도 및 8 ㎬ 이상의 압력까지 가열 가압한다. 이 경우도, 가열 가압 공정에 있어서, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는 600℃ 이상이다.
가열 가압 공정에 있어서, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는 600℃ 이상이다. 이에 따르면, 육방정 질화붕소 분말은 원자 확산이 발생하기 쉬운 환경에서, 우르츠광형 질화붕소로 변환되고, 그 후, 입방정 질화붕소 다결정체로 변환된다. 이 때문에, 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체에서는, 격자 결함이 감소하고, 입방정 질화붕소 다결정체의 강도 및 인성이 향상하고 있다. 따라서, 상기 입방정 질화붕소 다결정체를 이용한 공구는, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 가질 수 있다.
우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는 900℃ 이상이 바람직하고, 1200℃ 이상이 더욱 바람직하다. 돌입 온도가 높을수록 원자 확산이 발생하기 쉬워, 격자 결함이 감소하는 경향이 있다. 돌입 온도의 상한값은, 예컨대 1500℃ 이하로 할 수 있다.
가열 가압 공정에 있어서의 도달 압력은 8 ㎬ 이상이다. 상기 도달 압력의 상한값은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 15 ㎬ 이하로 할 수 있다. 가열 가압 공정에 있어서, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내에의 돌입 후에, 압력을 10 ㎬ 이상까지 가압하는 것이 바람직하다.
가열 가압 공정에 있어서, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력에서의 유지 시간은, 예컨대 5분 이상 60분 이하로 할 수 있다.
가열 가압 공정에 있어서, 도 2∼도 5의 경로에서는, 가열을 행한 후에 가압을 행하고, 더욱 가열을 행하고 있지만, 이에 한정되지 않는다. 가열 가압의 방법은, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도를 600℃ 이상으로 할 수 있는 방법이면, 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 가열과 가압을 동시에 행하여도 좋다.
상기한 바와 같이, 육방정 질화붕소 분말에 가열 가압 공정을 행함으로써, 입방정 질화붕소 다결정체를 얻을 수 있다.
<온도 압력 유지 공정>
상기 가열 가압 공정 후에, 가열 가압 공정에 의해 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체를, 1900℃ 이상 2400℃ 이하의 온도(이하, 「소결 온도」라고도 기재함) 및 8 ㎬ 이상의 압력(이하, 「소결 압력」이라고도 기재함) 조건 하에서 10분 이상 유지하는 공정을 행할 수 있다. 이에 의해, 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체는, 입방정 질화붕소의 함유율이 커져, 더욱 긴 공구 수명을 달성할 수 있다.
온도 압력 유지 공정에 있어서의 소결 온도는 1900℃ 이상 2400℃ 이하가 바람직하고, 2100℃ 이상 2300℃ 이하가 보다 바람직하다. 온도 압력 유지 공정에 있어서의 소결 압력은 8 ㎬ 이상 15 ㎬ 이하가 바람직하고, 9 ㎬ 이상 12 ㎬ 이하가 보다 바람직하다. 온도 압력 유지 공정에 있어서의 소결 시간은 10분 이상 60분 이하가 바람직하고, 10분 이상 30분 이하가 보다 바람직하다.
<도 2∼도 5의 경로에 따라 얻어지는 입방정 질화붕소 다결정체의 특성>
도 2의 경로에서는, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도가 약 1200℃이다. 이에 따르면, 육방정 질화붕소 분말은 원자 확산이 매우 일어나기 쉬운 환경에서, 우르츠광형 질화붕소로 변환된다. 이 때문에, 우르츠광형 질화붕소는 격자 결함이 적고, 전위 밀도가 매우 낮아진다. 그 후, 우르츠광형 질화붕소는, 더욱 가열되어 입방정 질화붕소 다결정체로 변환되고, 그 후, 온도 약 2200℃, 압력 약 9 ㎬로 유지된다. 이 온도 및 압력 조건은, 입방정 질화붕소의 입성장을 발생시키지 않는 것이다. 따라서, 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체는, 전위 밀도가 매우 낮고, 조대립도 존재하지 않는다.
도 3의 경로에서는, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도가 약 600℃이다. 이에 따르면, 육방정 질화붕소 분말은 원자 확산이 생기는 환경에서, 우르츠광형 질화붕소로 변환된다. 이 때문에, 우르츠광형 질화붕소는 격자 결함이 적고, 전위 밀도가 낮아진다. 한편, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도가 도 2의 경로보다 저온측이고, 무확산 상전이도 생기기 때문에, 조대립이 발생하는 경우가 있다. 그 후, 우르츠광형 질화붕소는, 더욱 가열되어 입방정 질화붕소 다결정체로 변환되고, 그 후, 온도 약 2200℃, 압력 약 9 ㎬로 유지된다. 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체는, 전위 밀도가 낮지만, 조대립이 존재하는 경우가 있다.
도 4의 경로에서는, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도가 약 1200℃이다. 이에 따르면, 육방정 질화붕소 분말은 원자 확산이 매우 발생하기 쉬운 환경에서, 우르츠광형 질화붕소로 변환된다. 이 때문에, 우르츠광형 질화붕소는 격자 결함이 적고, 전위 밀도가 매우 낮아진다. 그 후, 우르츠광형 질화붕소는, 더욱 가열되어 입방정 질화붕소 다결정체로 변환되고, 그 후, 온도 약 2500℃, 압력 약 9 ㎬로 유지된다. 이 온도 및 압력 조건은, 입방정 질화붕소의 입성장을 발생시키는 것이다. 따라서, 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체는, 전위 밀도가 매우 낮지만, 조대립이 존재한다.
도 5의 경로에서는, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도가 약 1200℃이다. 이에 따르면, 육방정 질화붕소 분말은 원자 확산이 매우 발생하기 쉬운 환경에서, 우르츠광형 질화붕소로 변환된다. 이 때문에, 우르츠광형 질화붕소는 격자 결함이 적고, 전위 밀도가 매우 낮아진다. 그 후, 우르츠광형 질화붕소는, 더욱 가열되어 입방정 질화붕소 다결정체로 변환되고, 그 후, 온도 약 2200℃, 압력 약 15 ㎬로 유지된다. 이 온도 및 압력 조건은, 입방정 질화붕소의 입성장을 발생시키지 않는 것이다. 따라서, 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체는, 전위 밀도가 매우 낮아, 조대립의 생성이 억제된다.
도 2의 경로에서 얻어지는 입방정 질화붕소 다결정체와, 도 3의 경로에서 얻어지는 입방정 질화붕소 다결정체를 비교하면, 도 2의 경로에서 얻어지는 입방정 질화붕소 다결정체 쪽이, 전위 밀도가 낮고, 조대립도 적다. 이 이유는, 도 2의 경로 쪽이 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도가 높아, 원자 확산이 발생하기 쉽기 때문이라고 생각된다.
도 2의 경로에서 얻어지는 입방정 질화붕소 다결정체와, 도 4의 경로에서 얻어지는 입방정 질화붕소 다결정체를 비교하면, 도 2의 경로에서 얻어지는 입방정 질화붕소 다결정체 쪽이, 조대립이 적다. 이 이유는, 입방정 질화붕소의 안정 영역에서의 온도 압력 유지 조건이, 도 2의 경로에서는, 입방정 질화붕소의 입성장을 발생시키지 않는 조건이고, 도 4의 경로에서는, 입방정 질화붕소의 입성장을 발생시키는 조건이기 때문이라고 생각된다.
도 2의 경로에서 얻어지는 입방정 질화붕소 다결정체와, 도 5의 경로에서 얻어지는 입방정 질화붕소 다결정체를 비교하면, 전위 밀도는 동등하지만, 얻어지는 소결체의 체적은, 도 2의 경로에서 얻어지는 입방정 질화붕소 다결정체 쪽이 크다. 이것은, 입방정 질화붕소 안정 영역에서의 유지 압력이, 도 2의 경로 쪽이 작기 때문이다. 따라서, 생산성의 관점에서는, 도 2의 경로 쪽이 바람직하다.
실시예
본 실시형태를 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 이들 실시예에 의해 본 실시형태가 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서는, 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 조건과, 얻어지는 입방정 질화붕소 다결정체의 구성[조성, 전위 밀도, 원상당 직경 1 ㎛ 이상의 결정립의 면적 비율(S1), 판형 입자의 면적 비율(S2), 메디안 직경] 및 성능의 관계를 조사하였다.
<입방정 질화붕소 다결정체의 제작>
입방정 질화붕소 다결정체를, 하기의 순서에 따라 제작하였다.
[시료 1∼시료 6]
(전처리 공정)
육방정 질화붕소 분말[덴카사 제조의 「덴카보론나이트라이드」(상품명), 입경 5 ㎛]을 6 g 준비하였다. 상기 육방정 질화붕소 분말을 몰리브덴제의 캡슐에 넣어, 초고압 고온 발생 장치를 이용하여, 25℃(실온)에서, 표 1의 「전처리 공정」의 「제1 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력까지 가압하였다.
(가열 가압 공정)
계속해서, 초고압 고온 발생 장치 내의 온도를, 표 1의 「가열 가압 공정」의 「wBN 안정 영역 돌입 온도」란에 기재되는 온도까지 가열하였다. 이 동안, 초고압 고온 발생 장치 내의 압력은, 표 1의 「전처리 공정」의 「제1 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력을 유지하였다.
계속해서, 초고압 고온 발생 장치 내의 압력을, 표 1의 「가열 가압 공정」의 「제2 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력까지 가압하였다. 이 동안에, 초고압 고온 발생 장치 내는, 육방정 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력으로부터, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력으로 변화되었다. 상기 가열 가압 공정에 있어서, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는, 표 1의 「가열 가압 공정」의 「wBN 안정 영역 돌입 온도」란에 기재되는 온도였다.
계속해서, 초고압 고온 발생 장치 내의 온도를, 표 1의 「온도 압력 유지 공정」의 「온도」란에 기재되는 온도까지 가열하였다. 이 동안, 초고압 고온 발생 장치 내의 압력은, 표 1의 「가열 가압 공정」의 「제2 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력을 유지하였다.
(온도 압력 유지 공정)
표 1의 「온도 압력 유지 공정」의 「온도」 및 「압력」란에 기재되는 온도 및 압력으로 10분간 유지하여, 입방정 질화붕소 다결정체를 얻었다.
[시료 7∼시료 9]
(전처리 공정)
육방정 질화붕소 분말[덴카사 제조의 「덴카보론나이트라이드」(상품명), 입경 5 ㎛]을 6 g 준비하였다. 상기 육방정 질화붕소 분말을 몰리브덴제의 캡슐에 넣고, 초고압 고온 발생 장치를 이용하여, 25℃(실온)에서, 표 1의 「전처리 공정」의 「제1 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력까지 가압하였다.
(가열 가압 공정)
계속해서, 초고압 고온 발생 장치 내의 온도를, 표 1의 「가열 가압 공정」의 「wBN 안정 영역 돌입 온도」란에 기재되는 온도까지 가열하였다. 이 동안, 초고압 고온 발생 장치 내의 압력은, 표 1의 「전처리 공정」의 「제1 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력을 유지하였다. 이 동안에, 초고압 고온 발생 장치 내는, 육방정 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력으로부터, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력으로 변화되었다. 상기 가열 가압 공정에 있어서, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는, 표 1의 「가열 가압 공정」의 「wBN 안정 영역돌입 온도」란에 기재되는 온도였다.
그 후, 더욱, 초고압 고온 발생 장치 내의 온도를, 표 1의 「온도 압력 유지 공정」의 「온도」란에 기재되는 온도까지 가열하였다. 이 동안, 초고압 고온 발생 장치 내의 압력은, 표 1의 「전처리 공정」의 「제1 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력을 유지하였다.
(온도 압력 유지 공정)
표 1의 「온도 압력 유지 공정」의 「온도」 및 「압력」란에 기재되는 온도 및 압력으로 10분간 유지하여, 입방정 질화붕소 다결정체를 얻었다.
[시료 10]
(전처리 공정 및 가열 가압 공정)
육방정 질화붕소 분말[덴카사 제조의 「덴카보론나이트라이드」(상품명), 입경 5 ㎛]을 6 g 준비하였다. 상기 육방정 질화붕소 분말을 몰리브덴제의 캡슐에 넣고, 초고압 고온 발생 장치를 이용하여, 25℃(실온)에서, 표 1의 「전처리 공정」의 「제1 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력(12 ㎬)까지 가압하였다.
이 동안에, 초고압 고온 발생 장치 내는, 육방정 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력으로부터, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력으로 변화하였다. 시료 10에서는, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는, 표 1의 「가열 가압 공정」의 「wBN 안정 영역돌입 온도」란에 기재되는 온도(25℃)였다.
그 후, 더욱, 초고압 고온 발생 장치 내의 온도를, 표 1의 「온도 압력 유지 공정」의 「온도」란에 기재되는 온도까지 가열하였다. 이 동안, 초고압 고온 발생 장치 내의 압력은, 표 1의 「전처리 공정」의 「제1 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력을 유지하였다.
(온도 압력 유지 공정)
표 1의 「온도 압력 유지 공정」의 「온도」 및 「압력」란에 기재되는 온도 및 압력으로 10분간 유지하여, 입방정 질화붕소 다결정체를 얻었다.
[시료 11]
(전처리 공정)
육방정 질화붕소 분말[덴카사 제조의 「덴카보론나이트라이드」(상품명), 입경 5 ㎛]을 6 g 준비하였다. 상기 육방정 질화붕소 분말을 몰리브덴제의 캡슐에 넣고, 초고압 고온 발생 장치를 이용하여, 25℃(실온)에서, 표 1의 「전처리 공정」의 「제1 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력까지 가압하였다.
(가열 가압 공정)
계속해서, 초고압 고온 발생 장치 내의 온도를, 1500℃까지 가열하였다. 이 동안, 초고압 고온 발생 장치 내의 압력은, 표 1의 「전처리 공정」의 「제1 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력을 유지하였다.
계속해서, 초고압 고온 발생 장치 내의 압력을, 표 1의 「가열 가압 공정」의 「제2 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력까지 가압하였다. 이 동안에, 초고압 고온 발생 장치 내는, 육방정 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력으로부터, 입방정 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력으로 변화하였다.
계속해서, 초고압 고온 발생 장치 내의 온도를, 표 1의 「온도 압력 유지 공정」의 「온도」란에 기재되는 온도까지 가열하였다. 이 동안, 초고압 고온 발생 장치 내의 압력은, 표 1의 「가열 가압 공정」의 「제2 단계 가압 압력」란에 기재되는 압력을 유지하였다.
(온도 압력 유지 공정)
표 1의 「온도 압력 유지 공정」의 「온도」 및 「압력」란에 기재되는 온도 및 압력으로 10분간 유지하여, 입방정 질화붕소 다결정체를 얻었다.
[대조예]
대조예로서, 스미토모덴코하드메탈(주) 제조의 「BN7000」(상품명)을 준비하였다. 이것은, 통상의 결합재를 포함하는 입방정 질화붕소 소결체이다.
<평가>
(조성의 측정)
시료 1∼시료 11의 입방정 질화붕소 다결정체 중의 입방정 질화붕소의 함유율을, X선 회절법에 따라 측정하였다. X선 회절법의 구체적인 방법은, 실시형태 1에 나타내는 바와 같기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다.
시료 1∼시료 11에 대해서, cBN, wBN 및 압축형 hBN 이외의 성분은 동정(同定)되지 않았다. 시료 1∼시료 10에 있어서, 입방정 질화붕소 다결정체 중의 입방정 질화붕소의 함유율은, 98.5 체적％ 이상이었다. 시료 11에 있어서, 입방정 질화붕소 다결정체 중의 입방정 질화붕소의 함유율은 98.5 체적％ 미만이었다.
(전위 밀도의 측정)
시료 1∼시료 11의 입방정 질화붕소 다결정체의 전위 밀도를, X선 회절 측정에 따라 얻어지는 라인 프로파일을 수정 Williamson-Hall법 및 수정 Warren-Averbach법을 이용하여 해석함으로써 산출하였다. 전위 밀도의 구체적인 산출 방법은, 실시형태 1에 나타내는 바와 같기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다. 또한, X선 회절 측정은, 사가현립 큐슈 싱크로트론 광연구 센터 내의 스미토모덴코 전용 BL(BL)로 행하였다. 결과를 표 1의 「전위 밀도」의 난에 나타낸다.
(결정립의 측정)
시료 1∼시료 11의 입방정 질화붕소 다결정체에 포함되는 결정립에 대해서, 원상당 직경의 메디안 직경(d50), 원상당 직경 1 ㎛ 이상의 결정립의 면적 비율 및 판형 입자의 면적 비율(S2)을 측정하였다. 구체적인 방법은, 실시형태 1에 나타내는 바와 같기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다. 표 1의 「메디안 직경(d50)」, 「원상당 직경이 1 ㎛ 이상인 결정립의 면적 비율(S1)」, 「판형 입자의 면적 비율(S2)」의 난에 나타낸다.
(절삭 시험)
시료 1∼시료 11의 입방정 질화붕소 다결정체를, 레이저에 의해 절단하여 마무리 가공하여, 인서트 형식 번호 SNEW1203ADTR(스미토모덴코하드메탈(주) 제조)의 절삭 공구를 제작하였다. 얻어진 절삭 공구를 이용하여, 이하의 절삭 조건으로 회주철 FC300 블록재(80 ㎜×300 ㎜×150 ㎜)의 정면 프라이스 가공을 행하여, 공구 수명을 평가하였다.
(절삭 조건)
사용 컷터: FMU4100R[스미토모덴코하드메탈(주) 제조]
인서트 형식 번호: SNEW1203ADTR[스미토모덴코하드메탈(주) 제조]
절삭 속도: 2500 m/min
절입량: 0.3 ㎜
이송량: 0.2 ㎜/날
Dry 가공
상기 절삭 조건으로 절삭하여, 0.2 ㎜ 이상의 결손이 생기기까지의 가공 시간을 측정하였다. 가공 시간이 길수록, 내결손성이 우수하고, 공구 수명이 긴 것을 나타내고 있다. 또한, 종래의 입방정 질화붕소 소결체를 이용한 공구에서는, 절삭 속도는 1500 m/min이 표준, 2000 m/min을 넘으면 결손이 생기기 쉽다. 따라서, 절삭 속도 2500 m/min의 절삭 조건은, 고속 가공 조건이다.
Figure pct00002
<고찰>
시료 1∼시료 8의 제조 방법은, 육방정 질화붕소 분말을, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력을 통과하여, 1900℃ 이상 2400℃ 이하의 온도 및 8 ㎬ 이상의 압력까지 가열 가압하는 공정을 포함하고, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는 600℃ 이상이고, 실시예에 해당한다. 시료 1∼시료 8의 입방정 질화붕소 다결정체는, 입방정 질화붕소를 98.5 체적％ 이상 포함하고, 전위 밀도가 8×1015/㎡ 이하이고, 실시예에 해당한다. 시료 1∼시료 8의 입방정 질화붕소 다결정체는, 철계 재료의 고속 가공에 있어서도, 긴 공구 수명을 갖는 것이 확인되었다.
그 중에서도, 시료 1∼시료 6의 제조 방법에서는 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도가 600℃ 이상이고, 그 후, 가열 가압 공정에 있어서 압력을 10 ㎬ 이상까지 가압하였다. 시료 1∼시료 6의 입방정 질화붕소 다결정체는, 가열 가압 공정에 있어서 압력을 10 ㎬ 이상까지 가압하지 않고 얻어진 시료 7 및 시료 8의 입방정 질화붕소 다결정체에 비해서, 보다 긴 공구 수명을 가지고 있었다. 이 결과로부터, 본 개시의 일실시형태에 따른 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법에 있어서, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도가 600℃ 이상이고, 또한, 그 후 압력을 10 ㎬ 이상까지 가압하는 공정을 포함하는 것이 보다 바람직한 것이 확인되었다.
시료 9 및 시료 10의 제조 방법은, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도가 600℃ 미만이고, 비교예에 해당한다. 시료 9 및 시료 10의 입방정 질화붕소 다결정체는, 입방정 질화붕소를 98.5 체적％ 이상 포함하지만, 전위 밀도가 8×1015/㎡ 초과이고, 비교예에 해당한다. 시료 9 및 시료 10의 입방정 질화붕소 다결정체는, 철계 재료의 고속 가공에 있어서, 시료 1∼시료 8에 비해서, 공구 수명이 짧은 것이 확인되었다.
시료 11의 제조 방법은, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력을 통과하지 않고, 비교예에 해당한다. 시료 11의 입방정 질화붕소 다결정체는, 입방정 질화붕소의 함유율이 98.5 체적％ 미만이고, 전위 밀도가 8×1015/㎡ 초과이고, 비교예에 해당한다. 시료 11의 입방정 질화붕소 다결정체는, 철계 재료의 고속 가공에 있어서, 시료 1∼시료 8에 비해서, 공구 수명이 짧은 것이 확인되었다.
이상과 같이 본 개시의 실시형태 및 실시예에 대해서 설명을 행하였지만, 전술한 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하거나, 다양하게 변형하는 것도 당초부터 예정하고 있다.
이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 개시의 범위는 상기한 실시형태 및 실시예가 아니라 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (11)

  1. 입방정 질화붕소를 98.5 체적％ 이상 포함하는 입방정 질화붕소 다결정체로서,
    상기 입방정 질화붕소 다결정체의 전위 밀도는 8×1015/㎡ 이하인, 입방정 질화붕소 다결정체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전위 밀도는 7×1015/㎡ 이하인, 입방정 질화붕소 다결정체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 입방정 질화붕소 다결정체는 복수의 결정립을 포함하고,
    상기 입방정 질화붕소 다결정체에 있어서, 그 단면을 주사형 전자 현미경을 이용하여 10000배의 배율로 관찰한 경우, 원상당 직경이 1 ㎛ 이상인 결정립의 면적 비율(S1)은 20 면적％ 이하인, 질화붕소 다결정체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 면적 비율(S1)은 15 면적％ 이하인, 입방정 질화붕소 다결정체.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 복수의 결정립의 원상당 직경의 메디안 직경(d50)은 0.1 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하인, 입방정 질화붕소 다결정체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입방정 질화붕소 다결정체에 있어서, 그 단면을 주사형 전자 현미경을 이용하여 10000배의 배율로 관찰한 경우, 애스펙트비가 4 이상인 판형 입자의 면적 비율(S2)은 5 면적％ 이하인, 입방정 질화붕소 다결정체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법으로서,
    육방정 질화붕소 분말을 준비하는 공정과,
    상기 육방정 질화붕소 분말을, 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역 내의 온도 및 압력을 통과하여, 1900℃ 이상 2400℃ 이하의 온도 및 8 ㎬ 이상의 압력까지 가열 가압하는 공정
    을 포함하고,
    상기 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역은, 온도를 T ℃, 압력을 P ㎬로 하였을 때에, 하기 식 1 및 하기 식 2를 동시에 만족하는 영역이고,
    P≥-0.0037T+11.301 [식 1]
    P≤-0.085T+117 [식 2]
    상기 가열 가압하는 공정에 있어서, 상기 우르츠광형 질화붕소의 안정 영역에의 돌입 온도는 600℃ 이상인, 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 돌입 온도는 900℃ 이상인, 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 돌입 온도는 1200℃ 이상인, 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 가압하는 공정 전에, 상기 육방정 질화붕소 분말을, -50℃ 이상 100℃ 이하의 온도 범위를 유지하면서, 0.5 ㎬ 이상 6 ㎬ 이하의 압력까지 가압하는 공정을 포함하는, 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 가압하는 공정 후에, 상기 가열 가압하는 공정에 의해 얻어진 입방정 질화붕소 다결정체를, 1900℃ 이상 2400℃ 이하의 온도 및 8 ㎬ 이상의 압력 조건 하에서 10분 이상 유지하는 공정을 포함하는, 입방정 질화붕소 다결정체의 제조 방법.
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