具体实施方式

[本公开待解决的问题]

近年来，由于机械部件的功能的快速提高，因此作为机械部件的工件的切削变得更加困难。这导致切削工具的寿命短，由此不利的是，导致成本明显增加。因此，需要进一步改善高cBN烧结体。鉴于此，本公开的目的在于提供具有长寿命的立方氮化硼烧结体、包括该立方氮化硼烧结体的切削工具以及制造立方氮化硼烧结体的方法。

[本公开的有利效果]

根据如上所述获得的立方氮化硼烧结体，可以实现长寿命，其结果是包括该立方氮化硼烧结体的切削工具的寿命也可以延长。

[实施方案的描述]

为了实现立方氮化硼烧结体的更长的寿命，本发明人认为必须进一步抑制立方氮化硼颗粒在高cBN烧结体中的脱落。然而，为了达到这一点并实现突破，本发明人认为必须采取不同于常规技术的方法。

首先，本发明人已经检查了立方氮化硼原料粉末(用作立方氮化硼烧结体的原料的立方氮化硼粉末)的状态。具体而言，使用透射电子显微镜(TEM)观察立方氮化硼原料粉末。结果发现：氧(O)存在于立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面上；并且氧以B₂O₃的状态存在，或者氧以与硼(B)混合的无定形状态存在。此外发现，当使用这种立方氮化硼原料粉末来制造立方氮化硼烧结体时，大量的氧残留在立方氮化硼烧结体中。

立方氮化硼烧结体中的立方氮化硼颗粒据推测以如下方式结合在一起：B(硼)和/或N(氮)通过存在于立方氮化硼颗粒之间的结合剂(主要为Co)扩散并再析出，从而导致在立方氮化硼颗粒之间的颈部生长。本发明人已经论证了以下假设：在烧结过程中，立方氮化硼颗粒的表面上存在的氧阻碍了在立方氮化硼颗粒之间发生颈部生长，从而降低了立方氮化硼颗粒之间的结合强度，其结果是导致立方氮化硼颗粒的脱落。应当注意，在本说明书中，“阻碍颈部生长的发生”也称为“颈部生长抑制”。

鉴于此，本发明人综述了从立方氮化硼原料粉末中除去氧的方法。首先，进行一般热处理，具体而言为进行使用氢或氨的还原处理。然而，在这种热处理中，不能合适地除去氧。

接下来，本发明人注意到超临界水。由于超临界水具有非常高的溶解度，因此本发明人考虑到，通过将立方氮化硼原料粉末中所含的氧溶解在超临界水中，可以除去立方氮化硼原料粉末中的氧。然而，当重复进行实验以使立方氮化硼原料粉末暴露在超临界水中时，确认了立方氮化硼原料粉末上的氧的量增加。

本发明人从各种角度验证了获得的实验结果，并且基于验证结果对两种机制进行了推断。第一机制如下：在氧化环境下的超临界水中除去了立方氮化硼原料粉末中的氧，然而该立方氮化硼原料粉末经历了以超临界水作为氧的供给源的氧的吸附(再氧化)。第二机制如下：由于在除去氧化物之后对立方氮化硼原料粉末进行处理等，立方氮化硼原料粉末再氧化。鉴于上述情况，本发明人认为，通过对已经除去氧化物的立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面进行某种处理，可以防止由上述机制引起的再氧化。因此，本发明人进行了勤勉的研究。

作为勤勉研究的结果，发现通过除去立方氮化硼原料粉末中的氧并使有机物附着到已经除去氧化物的立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面上，可以实现氧的除去和再氧化的抑制。此外，上述假设得到如下支持：在使用获得的立方氮化硼原料粉末制造的立方氮化硼烧结体中，显著抑制了立方氮化硼颗粒的脱落。

基于上述知识完成本公开。以下，将列举并描述本公开的实施方案。

[1]根据本公开的一个实施方案的立方氮化硼烧结体包括：大于等于85体积％且小于100体积％的立方氮化硼颗粒；以及余量的结合剂，其中结合剂包含WC、Co和Al化合物，并且当使用TEM-EDX来分析包括立方氮化硼颗粒彼此相邻处的界面的界面区域时，在全部或部分界面上存在氧，并且存在氧的区域的宽度D为0.1nm以上10nm以下。

鉴于立方氮化硼颗粒的含量，可以理解，立方氮化硼烧结体是易于发生立方氮化硼颗粒的脱落的“高cBN烧结体”。然而，与常规高cBN烧结体不同，上述立方氮化硼烧结体是在立方氮化硼颗粒的脱落得到抑制情况下具有长寿命的立方氮化硼烧结体。推测这是由于以下原因。

当使用TEM-EDX来分析常规立方氮化硼烧结体中包括立方氮化硼颗粒彼此相邻处的界面的界面区域时，在界面上存在氧的区域的宽度D远超过10nm。另一方面，在上述立方氮化硼烧结体中，宽度D为0.1nm以上10nm以下。认为这种结构上的差异是由于根据本公开的一个实施方案的立方氮化硼烧结体中的氧的量小于常规立方氮化硼烧结体中的氧的量。根据上述立方氮化硼烧结体，与常规立方氮化硼烧结体相比，不易于发生由氧引起的颈部生长抑制，从而与常规立方氮化硼烧结体相比，提高了立方氮化硼颗粒之间的结合强度。结果，抑制了立方氮化硼颗粒的脱落。

[2]在立方氮化硼烧结体中，宽度D为0.1nm以上5nm以下。在这种情况下，立方氮化硼烧结体的寿命可以延长。

[3]在立方氮化硼烧结体中，在存在氧的区域中氧的含量的最大值M为5.0原子％以下。在这种情况下，立方氮化硼烧结体的寿命可以延长。

[4]根据本公开的一个实施方案的立方氮化硼烧结体是包含上述立方氮化硼烧结体的切削工具。根据该切削工具，可以实现长寿命。

[5]根据本公开的一个实施方案的制造立方氮化硼烧结体的方法是制造上述立方氮化硼烧结体的方法，并且该方法包括：通过除去立方氮化硼原料粉末中的氧并使有机物附着到立方氮化硼原料粉末上，从而形成有机立方氮化硼粉末(形成步骤)；通过混合有机立方氮化硼粉末和包含WC、Co和Al的结合剂原料粉末从而制备粉末混合物，该粉末混合物包含大于等于85体积％且小于100体积％的有机立方氮化硼粉末以及余量的结合剂原料粉末(制备步骤)；以及通过烧结粉末混合物获得立方氮化硼烧结体(烧结步骤)。

根据上述制造方法，在形成步骤中，除去了立方氮化硼原料粉末中的氧，并使有机物附着到已经除去氧的立方氮化硼原料粉末上。因此，实现了立方氮化硼原料粉末中的氧的除去和再氧化的抑制。即，根据上述制造方法，将氧含量少于常规立方氮化硼粉末的有机立方氮化硼粉末用作待用于烧结步骤的立方氮化硼原料粉末。此外，在烧结过程中，碳残留在有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上，由此可以进一步除去残留在有机立方氮化硼粉末中的氧。这是由于以下原因：碳和氧彼此相互反应从而形成一氧化碳和/或二氧化碳，然后一氧化碳和/或二氧化碳从有机立方氮化硼粉末中排出。因此，在烧结步骤中，降低了由氧引起的颈部生长抑制，从而获得立方氮化硼颗粒之间的结合强度优异的立方氮化硼烧结体。

由于上述原因，根据本公开的一个实施方案所述的制造立方氮化硼烧结体的方法，即使立方氮化硼烧结体是高cBN烧结体，也可以制造具有长寿命并且立方氮化硼颗粒的脱落得到抑制的立方氮化硼烧结体。

[6]在制造立方氮化硼烧结体的方法中，形成有机立方氮化硼粉末包括将立方氮化硼原料粉末和有机物引入超临界水中。立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面上的氧在超临界水中溶解，并从立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面排出。因此，使立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面得到清洁。有机物可以有效地附着在立方氮化硼原料粉末的颗粒的清洁表面上。这有利于制备有机立方氮化硼粉末，其中有机物均匀地附着在立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面(从该表面上除去了氧的清洁表面)上。

[7]在制造立方氮化硼烧结体的方法中，有机物为胺或碳原子数为5以上的烃化合物。因此，在制造的立方氮化硼烧结体中的立方氮化硼颗粒的脱落显著减少。

[8]在制造立方氮化硼烧结体的方法中，有机物为己胺、己腈、石蜡或己烷。因此，在制造的立方氮化硼烧结体中的立方氮化硼颗粒的脱落显著减少。

[9]在制造立方氮化硼烧结体的方法中，形成有机立方氮化硼粉末包括在通过等离子体处理蚀刻立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面之后，将有机物附着到立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面上。根据该步骤，通过蚀刻立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面，可以形成从该表面除去了氧的清洁表面，由此使有机物附着到清洁表面上。这有利于制备有机立方氮化硼粉末，其中有机物均匀地附着在立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面(从该表面上除去了氧的清洁表面)上。

[10]在制造立方氮化硼烧结体的方法中，有机物为胺或氟化碳。

[本公开的实施方案的细节]

以下描述了本公开的一个实施方案(下文中称作“本实施方案”)。本实施方案不限于此。应当注意，在本说明书中，表述“A至Z”表示下限至上限的范围(即，A以上Z以下)。当未指明A的单位而仅指明Z的单位时，A的单位与Z的单位相同。

<第一实施方案：立方氮化硼烧结体>

根据本实施方案的立方氮化硼烧结体包含大于等于85体积％且小于100体积％的立方氮化硼颗粒以及余量的结合剂。即，根据本实施方案的立方氮化硼烧结体是所谓的高cBN烧结体。应当注意，立方氮化硼烧结体中可能包含由本文使用的原料、制造条件等引起的不可避免的杂质。在这种情况下，可以理解的是，结合剂包含不可避免的杂质。

立方氮化硼烧结体中立方氮化硼颗粒的含量比(体积％)与下文描述的粉末混合物中使用的立方氮化硼原料粉末的含量比(体积％)基本相同。这是因为相对于立方氮化硼粉末本身的体积，由有机物等的附着引起的体积变化量非常小。因此，通过控制粉末混合物中使用的立方氮化硼原料粉末的含量比，可以将立方氮化硼烧结体中立方氮化硼颗粒的含量(含量比)调节至落入所需范围内。

还可以通过电感耦合高频等离子体光谱(ICP)进行定量分析，或者通过使用附带有扫描电子显微镜(SEM)的能量色散型X射线分析仪(EDX)或附带有透射电子显微镜(TEM)的EDX对立方氮化硼烧结体进行结构观察、元素分析等来确认立方氮化硼烧结体中立方氮化硼颗粒的含量比(体积％)。在本实施方案中，除非另有说明，否则通过使用SEM的下述方法求得立方氮化硼烧结体中立方氮化硼颗粒的含量比。

例如，当使用SEM时，可以如下所述确定立方氮化硼颗粒的含量比(体积％)。首先，在任意位置处切割立方氮化硼烧结体，以形成包括立方氮化硼烧结体的截面的样品。为了形成截面，可以使用聚焦离子束装置、截面抛光装置等。接下来，通过SEM以2000倍的放大倍率观察该截面，从而获得反射电子图像。在反射电子图像中，黑色区域表示存在立方氮化硼颗粒的区域，并且灰色或白色区域表示存在结合剂的区域。

接下来，使用图像分析软件(例如，由Mitani Corporation提供的“WinROOF”)对反射电子图像进行二值化处理，并且根据已经过二值化处理的图像计算各面积比。将计算出的面积比视为体积％，从而得到立方氮化硼颗粒的含量比(体积％)。应当注意在这种情况下，可以同时得到结合剂的体积％。

<<立方氮化硼颗粒>>

立方氮化硼颗粒具有高硬度、高强度和高韧性，并且作为立方氮化硼烧结体的骨架。对于立方氮化硼颗粒的D₅₀(平均粒径)没有特别的限制，并且可为(例如)0.1μm至10.0μm。通常，D₅₀越小，立方氮化硼烧结体的硬度倾向于越高。此外，粒径的变化越小，立方氮化硼烧结体的特性倾向于越均匀。立方氮化硼颗粒的D₅₀优选为(例如)0.5μm至4.0μm。

如下所述确定立方氮化硼颗粒的D₅₀。首先，以与上述求得立方氮化硼颗粒的含量的方法中相同的方式形成包括立方氮化硼烧结体的截面的样品，并获得反射电子图像。接下来，使用图像分析软件计算反射电子图像中每个黑色区域的等效圆直径。优选通过在五个以上视野中进行观察来计算100个以上立方氮化硼颗粒的等效圆直径。

接下来，将该等效圆直径从最小值至最大值以升序排列以得到累积分布。D₅₀表示在累积分布中对应于累积面积为50％的粒径。应当注意，等效圆直径是指具有与所测量的立方氮化硼颗粒的面积相同的面积的圆的直径。

<<结合剂>>

结合剂起到在工业水平的压力和温度下烧结立方氮化硼颗粒的作用。每个立方氮化硼颗粒都是难烧结的材料。此外，由于结合剂与铁的反应性低于立方氮化硼与铁的反应性，因此在切削高硬度硬化钢时，结合剂为立方氮化硼烧结体提供了抑制化学磨损和热磨损的功能。当立方氮化硼烧结体包含结合剂时，在高硬度硬化钢的高效加工中的耐磨性得到提高。

在本实施方案的立方氮化硼烧结体中，结合剂包含WC(碳化钨)、Co(钴)和Al化合物。在此，“Al化合物”是指包含Al(铝)作为构成元素的化合物。Al化合物的实例包括CoAl、Al₂O₃、AlN、AlB₂、它们的复合化合物等。由于以下原因，认为包含WC、Co和Al化合物的结合剂使根据本实施方案的立方氮化硼烧结体实现长寿命是特别有效的。

首先，由于Co和Al各自具有催化剂功能，因此在烧结步骤中可以促进立方氮化硼颗粒之间的颈部生长。其次，假设WC有效地为结合剂提供了热膨胀系数接近立方氮化硼晶粒的热膨胀系数。应当注意，催化剂功能是指立方氮化硼颗粒中的B(硼)和/或N(氮)通过Co或Al扩散或析出。

可以通过组合XRD(X射线衍射测定)和ICP来确定立方氮化硼烧结体中所含的结合剂的组成。具体而言，首先，从立方氮化硼烧结体上切出厚度为约0.45mm至0.50mm的试样，并且对该试样进行XRD分析，从而基于X射线衍射峰确定化合物、金属等。接下来，将该试样浸入在密封容器内的氢氟酸-硝酸(体积比为浓硝酸(60％):蒸馏水:浓氢氟酸(47％)＝2:2:1的混合酸)中，从而获得了其中溶解有结合剂的酸处理液。对该酸处理液进行ICP分析，以对各金属元素进行定量分析。通过分析XRD和ICP分析的结果来确定结合剂的组成。

本实施方案中的结合剂除了包含WC、Co和Al化合物之外，还可以包含其他结合剂。其他结合剂的元素的适当实例包括Ni、Fe、Cr、Mn、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Re等。

<<用TEM-EDX进行的分析>>

根据本实施方案的立方氮化硼烧结体的特征在于，当使用TEM-EDX来分析包括立方氮化硼颗粒彼此相邻处的界面的界面区域时，满足以下条件(1)和(2)：

(1)在界面上存在氧；和

(2)存在氧的区域的宽度D为0.1nm至10nm。

如下进行使用TEM-EDX的分析。首先，由立方氮化硼烧结体获得样品，并使用氩离子切片机对样品进行切片以形成厚度为30nm至100nm的切片。然后，使用TEM(透射电子显微镜)以50000倍的放大倍率观察切片，从而获得第一图像。在这种情况下使用的透射电子显微镜的实例包括由JEOL.提供的“JEM-2100F/Cs”(商品名)。在第一图像中，任意选择立方氮化硼颗粒彼此相邻处的一个界面。接下来，定位所选择的界面以穿过图像的中心附近，并且以改变为2000000倍的放大观察倍率进行观察，从而获得第二图像。在所获得的第二图像(100nm×100nm)中，存在这样的界面，该界面经由图像的中心附近从图像的一端延伸至与前述一端相反的图像的另一端。

接下来，使用EDX对第二图像执行元素映射分析，以分析第二图像中(即，包括界面的界面区域中)的氧的分布。在这种情况下使用的能量色散X射线分析仪的实例包括由AMETEK提供的“EDAX”(商品名)。当在界面上(与界面的形状一致)观察到具有高氧浓度的区域时，立方氮化硼烧结体满足上述条件(1)。

在满足条件(1)的立方氮化硼烧结体的第二图像中，确认界面延伸的延伸方向(具有高浓度氧的区域延伸的延伸方向)，然后在基本垂直于延伸方向的方向上进行元素线分析。在这种情况下，光束直径为0.3nm以下，并且扫描间隔为0.1nm至0.7nm。根据元素线分析的结果计算存在氧的区域的宽度D。当宽度D为0.1nm至10nm时，立方氮化硼烧结体满足上述条件(2)。

在对应于六个视野的第一图像中重复上述分析。当确认在一个以上视野中满足条件(1)和(2)时，可以将立方氮化硼烧结体视为根据本实施方案的立方氮化硼烧结体。在这种情况下，也可以将条件(1)视为“在全部或部分界面上存在氧”。

图1示出了第二图像的实例。参照图1，黑色区域对应于包含B和N作为主要构成元素的区域(BN区域)，并且白色区域或灰色区域对应于在第一图像中被视为界面的区域(SF区域)。如图1所示，第二图像中的SF区域对应于“立方氮化硼颗粒彼此相邻处的界面”，并且整个第二图像对应于“包括界面的界面区域”。

此处，当第二图像中的SF区域的宽度(在图1中大致上下方向上的宽度)大于10nm时，在第一图像中重新选择一个不同的界面。这是由于以下原因：当SF区域的宽度大于10nm时，很难说SF区域对应于“立方氮化硼颗粒彼此相邻处的界面”。

图2为基于线分析的结果的图的实例。图2以实线示出了结果，其中横轴表示进行线分析的距离(nm)，并且纵轴表示根据线分析的结果计算的点处的氧含量(原子％)的值。参照图2，观察到峰的部分是“存在氧的区域”，并且峰的宽度D是“存在氧的区域的宽度D”。

<<作用和效果>>

根据本实施方案的立方氮化硼烧结体，可以实现长寿命。这是由于以下原因：在常规立方氮化硼烧结体中，宽度D大于10nm，而在根据本实施方案的立方氮化硼烧结体中，宽度D为10nm以下。即，在根据本实施方案的立方氮化硼烧结体中，与常规立方氮化硼烧结体相比，存在氧的区域更窄，并且氧的量更少。

因此，根据本实施方案的立方氮化硼烧结体在其制造过程中不易于受到由氧引起的颈部生长抑制，因此具有比常规立方氮化硼烧结体更优异的颈部生长。因此，与常规立方氮化硼烧结体相比，根据本实施方案的立方氮化硼烧结体具有显著改善的立方氮化硼颗粒之间的结合强度，从而实现长寿命。根据各种研究已经确认，在上述方法中观察到的六个视野中的三个以上视野中，优选满足上述条件(1)和(2)。

应当注意，在理论上，当完全除去立方氮化硼烧结体中所含的立方氮化硼颗粒中的氧时，立方氮化硼烧结体中没有存在氧的区域。因此，宽度D为0nm。然而目前，难以完全除去立方氮化硼颗粒的表面的氧。因此，实际上，在根据本实施方案的立方氮化硼烧结体中，宽度D不落入小于0.1nm的范围内。

此外，根据本实施方案的立方氮化硼烧结体的宽度D优选为0.1nm至5nm。在这种情况下，立方氮化硼烧结体的寿命可以延长。

在根据本实施方案的立方氮化硼烧结体中，存在氧的区域中的氧的含量的最大值M优选为5.0原子％以下。在这种情况下，立方氮化硼烧结体的寿命可以延长。氧含量的最大值M是根据线分析的结果计算的各点处的氧的含量比(原子％)中的最大值。例如，在图2中，最大值M为约2.4原子％。

另一方面，当最大值M大于5.0原子％时，立方氮化硼颗粒中的氧的量可能不会充分减少。在这种情况下，立方氮化硼颗粒之间的结合强度不足够高，其结果是可能无法充分延长寿命。应当注意，当完全除去立方氮化硼颗粒中的氧时，最大值M为0原子％。然而，实际上，难以完全除去氧。

特别是当宽度D为0.1nm至5nm，并且最大值M为5.0原子％时，根据本实施方案的立方氮化硼烧结体具有特别显著的长寿命。

<第二实施方案：切削工具>

根据本实施方案的切削工具包括上述立方氮化硼烧结体。在本实施方案的一个方面中，切削工具包括立方氮化硼烧结体作为基材。根据本实施方案的切削工具可以在用作基材的立方氮化硼烧结体的表面的一部分或全部上具有覆膜。

根据本实施方案的切削工具的形状和用途没有特别的限制。根据本实施方案的切削工具的实例包括钻头、端铣刀、钻头用可替换切削刀片、端铣刀用可替换切削刀片、铣削用可替换切削刀片、车削用可替换切削刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥和曲轴铣销用刀片等。

此外，根据本实施方案的切削工具不限定于完全由立方氮化硼烧结体构成的切削工具，并且还包括其中仅一部分(特别是切削刃部分等)由立方氮化硼烧结体构成的切削工具。例如，根据本实施方案的切削工具还包括这样的切削工具，其中由硬质合金等构成的基体(支撑体)具有由立方氮化硼烧结体构成的切削刃部分。在这种情况下，在字面上将切削刃部分视为切削工具。换句话说，即使当立方氮化硼烧结体仅构成切削工具的一部分时，也将立方氮化硼烧结体称作切削工具。

根据本实施方案的切削工具，该切削工具包括上述立方氮化硼烧结体，因此具有长寿命。

<第三实施方案：立方氮化硼烧结体的制造方法>

下面将描述根据本实施方案的制造立方氮化硼烧结体的方法。根据本实施方案的制造立方氮化硼烧结体的方法是制造根据第一实施方案的立方氮化硼烧结体的方法。

具体而言，根据本实施方案的制造立方氮化硼烧结体的方法至少包括：通过除去立方氮化硼原料粉末中的氧并使有机物附着到立方氮化硼原料粉末上从而形成有机立方氮化硼粉末(形成步骤)；通过混合有机立方氮化硼粉末和包含WC、Co和Al的结合剂原料粉末来制备粉末混合物，该粉末混合物包含大于等于85体积％且小于100体积％的有机立方氮化硼粉末以及余量的结合剂原料粉末(制备步骤)；以及通过烧结粉末混合物获得立方氮化硼烧结体(烧结步骤)。以下，将详细描述各步骤。

<<形成步骤>>

该步骤是通过除去立方氮化硼原料粉末中的氧并使有机物附着到立方氮化硼原料粉末上来形成有机立方氮化硼粉末的步骤。

立方氮化硼原料粉末是用于立方氮化硼烧结体中所含的立方氮化硼颗粒的原料粉末。本发明人已经确认，氧化物存在于立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面上。推测这是因为通过超高压合成形成的立方氮化硼原料粉末经清洁处理并暴露于大气。因此，表述“除去立方氮化硼原料粉末中的氧”具有以下含义：除去立方氮化硼原料粉末中的氧化物；并且除去氧原子。

除去立方氮化硼原料粉末中的氧并使有机物附着到立方氮化硼原料粉末上的方法的实例包括：采用超临界水的方法；进行等离子体处理的方法；等。

(采用超临界水的方法)

将描述采用超临界水的方法。在该方法中执行将立方氮化硼原料粉末和有机物引入超临界水中的步骤。因此，可以形成有机立方氮化硼粉末。应当注意，在本说明书中，超临界水是指处于超临界状态或亚临界状态的水。

将立方氮化硼原料粉末和有机物引入超临界水中的方法的实例包括：将立方氮化硼原料粉末和有机物按此顺序引入超临界水中的方法；将有机物和立方氮化硼原料粉末按此顺序引入的方法；以及同时引入立方氮化硼原料粉末和有机物的方法。

根据上述方法，使立方氮化硼原料粉末与超临界水接触，从而使立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面上的氧在超临界水中溶解。因此，形成了除去了其上的氧的清洁表面。这是因为超临界水具有高溶解度。此外，在超临界水中引入的有机物有效地附着在有机立方氮化硼粉末的颗粒的清洁表面上。这是由于以下原因：在超临界水中，将清洁表面活化以改善与有机物的附着特性。

在上述方法中，优选采用将立方氮化硼原料粉末和有机物按此顺序引入超临界水中的方法。这是因为在除去氧之前，有机物不易于附着到立方氮化硼原料粉末上，并且有机物可以有效地附着到清洁表面上。

(进行等离子体处理的方法)

将描述进行等离子体处理的方法。在该方法中，在通过等离子体处理蚀刻立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面之后，进行使有机物附着到立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面上的步骤。具体而言，在等离子体产生装置中，将立方氮化硼原料粉末暴露于包含碳的第一气体的气氛中，然后暴露于包含氨的第二气体的气氛中。作为第一气体，可以使用CF₄、CH₄、C₂H₂等。作为第二气体，可以使用N₂和H₂的混合气体、NH₃等。

根据上述方法，通过将立方氮化硼原料粉末暴露于第一气体的气氛中，蚀刻立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面以除去其上的氧，其结果是形成清洁表面，并且碳(第一气体)附着到该清洁表面上。然后，将其上附着有碳的立方氮化硼原料粉末暴露于第二气体的气氛中，其结果是碳被氨封端。结果，包含碳和氮的有机物附着到清洁表面上。

如上所述，可以通过采用超临界水的方法和进行等离子体处理的方法中的一种方法有效地形成有机立方氮化硼粉末。在该步骤中，优选使用采用超临界水的方法。这是由于以下原因：可以容易地使附着到立方氮化硼原料粉末上的有机物变得均匀，因此也可以容易地使有机立方氮化硼粉末变得均匀。

在该步骤中，对立方氮化硼原料粉末的平均粒径没有特别的限制。为了形成具有高强度、高耐磨性和高耐缺损性的立方氮化硼烧结体，立方氮化硼原料粉末的平均粒径优选为0.1μm至10μm，并且更优选为0.5μm至5.0μm。

当使用超临界水进行该步骤时，待使用的有机物优选为胺或或碳原子数为5以上的烃化合物。其中，更优选为己胺、己腈、石蜡和己烷。进一步优选为己胺。本发明人已经确认，当使用这些有机物中的每一种时，显著降低了立方氮化硼烧结体中立方氮化硼颗粒的脱落。当使用等离子体处理进行该步骤时，待附着的有机物的实例包括胺、氟化碳等。

附着在立方氮化硼原料粉末上的有机物的优选量随着立方氮化硼原料粉末的粒径变化而变化。例如，当己胺用作有机物时，优选将50ppm至2000ppm的己胺附着到平均粒径为1μm至10μm的立方氮化硼原料粉末上，并且优选将100ppm至5000ppm的己胺附着到平均粒径为0.1μm至1μm的立方氮化硼原料粉末上。在这些情况中的每一种情况下，倾向于有效地制造所需的立方氮化硼烧结体。可以通过(例如)气相色谱质谱来测定附着到有机立方氮化硼粉末上的有机物的量。

在此，在本实施方案中，在待进行下述烧结步骤的第二步骤的有机立方氮化硼粉末中，碳优选以碳与剩余的氧反应的程度存在。此外，在后续步骤(例如，下述的纯化步骤、制备步骤等)中，附着到立方氮化硼原料粉末上的有机物的量倾向于减少。因此，即使当附着到立方氮化硼原料粉末上的有机物的量与上述量不同(例如过量)时，认为通过在后续步骤的各处理步骤中进行适当的调整，也可以在待进行第二步骤的有机立方氮化硼粉末上残留适量的碳。

<<纯化步骤>>

在下述制备步骤使用有机立方氮化硼粉末之前，优选从通过上述形成步骤获得的有机立方氮化硼粉末中除去杂质。杂质的实例包括未反应的有机物。通过除去未反应的有机物，可以抑制制备步骤和/或烧结步骤中的不期望的反应。

例如，当使用超临界水时，有机立方氮化硼粉末作为浆料获得。在这种情况下，通过对浆料进行离心分离，可以将有机立方氮化硼粉末和未反应的有机物彼此分离。

此外，可以对从超临界水中除去的有机立方氮化硼原料粉末或者在从超临界水中除去之后已经经过离心分离等的有机立方氮化硼原料粉末进行热处理(例如，在真空中，在250℃以上，优选400℃以上，或更优选850℃以上)。因此，可以除去有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上的诸如水分之类的杂质。

在此，本发明人最初预期，当对有机立方氮化硼粉末进行热处理时，附着到立方氮化硼原料粉末上的有机物完全挥发和/或不再存在。然而，出人意料的是，通过俄歇电子能谱观察有机立方氮化硼粉末的结果确认了，尽管有机物由于热处理而分解，但碳均匀地残留在有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上。据认为，该碳源自有机物。

即，确认了通过对有机立方氮化硼粉末进行热处理，不仅除去了有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上的杂质，而且获得了包括改性表面上均匀附着有碳的颗粒的有机立方氮化硼粉末。残留在有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上的碳可以在下述烧结步骤中使有机立方氮化硼粉末上的氧的进一步还原。

应当注意，关于为什么在热处理后碳均匀地残留在有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上的机制尚未明确。本发明人推测，由于通过用超临界水、等离子体等处理形成的清洁表面具有非常高的活性，因此清洁表面和有机物彼此非常牢固地结合，并且该牢固地结合与有机立方氮化硼粉末的表面改性相关。

<<制备步骤>>

该步骤是通过混合有机立方氮化硼粉末和包含WC、Co和Al的结合剂原料粉末来制备粉末混合物的步骤，该粉末混合物包含大于等于85体积％且小于100体积％的有机立方氮化硼粉末以及余量的结合剂原料粉末。有机立方氮化硼粉末是通过上述形成步骤获得的有机立方氮化硼粉末，并且结合剂原料粉末是立方氮化硼烧结体中所含的结合剂的原料。

可如下所述制备结合剂原料粉末。首先，准备WC粉末、Co粉末和Al粉末。接下来，将粉末以预定比率混合，并在真空中进行热处理(例如，1200℃)，从而形成金属间化合物。通过湿式球磨机、湿式珠磨机等将金属间化合物粉碎，从而制备包含WC、Co和Al的结合剂原料粉末。应当注意，对于混合粉末的方法没有特别的限制；然而，为了高效且均匀地混合粉末，优选球磨机混合、珠磨机混合、行星式磨机混合、喷射磨机混合等。可以以湿法或干法进行各混合方法。

优选通过采用乙醇、丙酮等作为溶剂的湿式球磨机混合来混合有机立方氮化硼粉末和准备的结合剂原料粉末。混合后，通过自然干燥除去溶剂。然后，优选通过热处理(例如，在真空中在850℃以上)除去其表面上的诸如水分之类的杂质。因此，如上所述，在有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上，有机物被分解，并且源自有机物的碳可以均匀地残留，从而获得包含具有改性表面的颗粒的有机立方氮化硼粉末。以这种方式，制备了粉末混合物。

结合剂原料粉末可以包含除了WC、Co和Al之外的其他元素。其他元素的适当实例包括Ni、Fe、Cr、Mn、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Re等。

<<烧结步骤>>

该步骤是通过烧结粉末混合物从而获得立方氮化硼烧结体的步骤。在该步骤中，在高温和高压条件下烧结粉末混合物，从而制造立方氮化硼烧结体。

具体而言，首先，作为第一步骤，将粉末混合物引入容器中并真空密封。真空密封温度优选为850℃以上。该温度是高于密封材料的熔点的温度，并且是足以使附着到有机立方氮化硼粉末上的有机物分解并且使源自有机物的碳均匀地残留在有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上的温度。

接下来，作为第二步骤，使用超高温超高压装置烧结真空密封的粉末混合物。对于烧结条件没有特别的限制，但优选为5.5GPa至8GPa、大于等于1500℃以上且小于2000℃。特别是从成本和烧结性能之间的平衡的观点出发，优选为6GPa至7Gpa、1600℃至1900℃。

在该步骤之前进行热处理(纯化步骤中的热处理和/或制备步骤中的热处理)的情况下，对包含具有其上均匀地残留有碳的改性表面的颗粒的有机立方氮化硼粉末进行第一步骤。在该步骤之前未进行热处理的情况下，通过第一步骤制备包含具有改性表面的颗粒的有机立方氮化硼粉末。因此，碳均匀地存在于待进行第二步骤的有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上。

在随后的第二步骤中，附着到有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上的碳与残留在有机立方氮化硼粉末上的氧反应，从而形成一氧化碳和/或二氧化碳，然后使一氧化碳和/或二氧化碳排出到有机立方氮化硼粉末的外部。因此，进一步除去有机立方氮化硼粉末上的氧，从而对包含氧的量充分减少的有机立方氮化硼粉末的粉末混合物进行烧结。以这种方式，制造立方氮化硼烧结体。

<<作用和效果>>

根据本实施方案的上述制造立方氮化硼烧结体的方法，可以制造具有长寿命的立方氮化硼烧结体。这是由于以下原因。

首先，在形成步骤中，除去立方氮化硼原料粉末上存在的氧，并抑制再氧化，从而形成与常规立方氮化硼原料粉末相比氧的量降低的有机立方氮化硼粉末。其次，在烧结步骤中，残留在有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上的氧与残留在有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上的碳反应从而形成反应物，然后使反应物排出到有机立方氮化硼粉末的外部。因此，进一步除去残留在立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面上的氧。此外，在制备步骤中，也推测出通过与烧结步骤的作用相同的作用除去氧。这是因为在制备步骤中，也将一定量的热量施加到粉末混合物中。

由于上述原因，与常规立方氮化硼颗粒相比，待进行烧结的有机立方氮化硼粉末上的氧的量显著减少。因此，立方氮化硼颗粒之间的颈部生长变得优异，从而在立方氮化硼颗粒之间提供了高结合强度，由此获得具有长寿命的立方氮化硼烧结体。

上述描述包括以下描述的特征。

(付记1)

一种立方氮化硼烧结体，包含：大于等于85体积％且小于100体积％的cBN颗粒；以及余量的结合剂，其中

结合剂包含WC、Co和Al化合物，并且

当使用TEM-EDX来分析包括cBN颗粒彼此相邻处的界面的界面区域时，

在界面上存在氧，并且

存在氧的区域的宽度D为0.1nm以上10nm以下。

(付记2)

根据付记1所述的立方氮化硼烧结体，其中宽度D为0.1nm以上5nm以下。

(付记3)

根据付记1或2所述的立方氮化硼烧结体，其中存在氧的区域中的氧的含量的最大值M为5.0原子％以下。

(付记4)

一种切削工具，其包括根据付记1至3中任一项所述的立方氮化硼烧结体。

(付记5)

一种制造立方氮化硼烧结体的方法，该方法包括：

通过除去cBN原料粉末中的氧并将有机物附着到cBN原料粉末上来形成有机立方氮化硼粉末；

通过混合有机cBN粉末和包含WC、Co和Al的结合剂原料粉末从而制备粉末混合物，该粉末混合物包含大于等于85体积％且小于100体积％的有机cBN粉末以及余量的结合剂原料粉末；以及

通过烧结粉末混合物获得cBN烧结体。

(付记6)

根据付记5所述的制造立方氮化硼烧结体的方法，其中形成有机cBN粉末包括将cBN原料粉末和有机物引入超临界水中。

(付记7)

根据付记5所述的制造立方氮化硼烧结体的方法，其中形成有机cBN粉末包括在通过等离子体处理蚀刻cBN原料粉末的颗粒的表面之后，使有机物附着到cBN原料粉末的颗粒的表面上。

实施例

以下，将参考实施例更详细地描述本发明，但本发明不限于这些实施例。

<实验例1>

首先，形成有机立方氮化硼粉末。具体而言，首先，在以下条件下使用超临界水合成装置(由ITEC提供的“Momicho mini”)形成超临界水。

压力：38MPa

温度：390℃

流速：2ml/分钟

接下来，将己胺原液连续引入到该装置中，从而使在超临界水中的己胺浓度达到10.0重量％。此外，将平均粒径为3μm的立方氮化硼原料粉末连续引入到该装置中，以使超临界水中的立方氮化硼原料粉末的量为10重量％。以这种方式，将立方氮化硼原料粉末和有机物引入超临界水中。在上述超临界水处理持续100分钟之后，使装置中的温度和压力恢复到常温常压从而结束超临界水处理，并收集所获得的全部浆料。将浆料离心(以9000rpm的转速离心8分钟)，从而分离出未附着到立方氮化硼原料粉末上的过量己胺。干燥分离后的浓缩浆料(在-90℃下10小时)，以收集约15g经过超临界水处理的粉末。

以这种方式，形成了有机立方氮化硼粉末。对形成的有机立方氮化硼粉末进行气相色谱质谱分析，从而确认，相对于立方氮化硼粉末存在(附着)782ppm的己胺。

接下来，准备用作结合剂的原料的结合剂原料粉末。具体而言，准备WC粉末、Co粉末和Al粉末，并且将它们以WC:Co:Al＝50:42:8的重量比共混。应当注意，各粉末的平均粒径为2μm。通过热处理(在真空中在1250℃下30分钟)使混合物均匀，然后通过超硬球磨机粉碎成微细颗粒。以这种方式，获得平均粒径为1μm的结合剂原料粉末。

将有机立方氮化硼粉末和获得的结合剂原料粉末以如下比率共混：有机立方氮化硼粉末:结合剂原料粉末以体积％计＝86:14。然后，通过使用乙醇的湿式球磨机方法将它们均匀混合。之后，将混合的粉末在真空中在900℃下进行热处理。通过俄歇电子能谱分析经过热处理的有机立方氮化硼粉末，从而确认了碳残留在有机立方氮化硼粉末的颗粒的表面上。以这种方式，形成粉末混合物。

然后，烧结获得的粉末混合物，以形成立方氮化硼烧结体。具体而言，将粉末混合物引入Ta制容器中，其中使粉末混合物与WC-6％Co硬质合金盘以及Co箔接触，并真空密封。使用带式超高压超高温发生装置，将该粉末混合物在6.5GPa和1650℃烧结15分钟。以这种方式，形成立方氮化硼烧结体。

<实验例2>

将待引入的己胺的浓度设置为7.5重量％，并且将有机立方氮化硼粉末和结合剂原料粉末以如下比率共混：有机立方氮化硼粉末:结合剂原料粉末以体积％计＝94:6。除上述内容之外，以与实验例1相同的方式形成立方氮化硼烧结体。对有机立方氮化硼粉末进行气相色谱质谱分析，从而确认相对于立方氮化硼存在607ppm的己胺。

<实验例3>

将待引入的己胺的浓度设置为5.0重量％。将有机立方氮化硼粉末和结合剂原料粉末以如下比率共混：有机立方氮化硼粉末:结合剂原料粉末以体积％计＝92:8。然后，通过使用乙醇的湿式球磨机法将它们均匀混合。然后，在真空中250℃下对混合粉末进行热处理。除上述内容之外，以与实验例1相同的方式形成立方氮化硼烧结体。对有机立方氮化硼粉末进行气相色谱质谱分析，从而确认相对于立方氮化硼存在350ppm的己胺。

<实验例4>

将待引入的己胺的浓度设置为3.5重量％。将有机立方氮化硼粉末和结合剂原料粉末以如下比率共混：有机立方氮化硼粉末:结合剂原料粉末以体积％计＝92:8。然后，通过使用乙醇的湿式球磨机法将它们均匀混合。然后，在真空中400℃下对混合粉末进行热处理。除上述内容之外，以与实验例1相同的方式形成立方氮化硼烧结体。对有机立方氮化硼粉末进行气相色谱质谱分析，从而确认相对于立方氮化硼存在212ppm的己胺。

<实验例5>

将待引入的己胺的浓度设置为12.5重量％，并且将有机立方氮化硼粉末和结合剂原料粉末以如下比率共混：有机立方氮化硼粉末:结合剂原料粉末以体积％计＝92:8。除上述内容之外，以与实验例1相同的方式形成立方氮化硼烧结体。对有机立方氮化硼粉末进行气相色谱质谱分析，从而确认相对于立方氮化硼存在1016ppm的己胺。

<实验例6>

通过等离子体处理代替采用超临界水的方法来形成有机立方氮化硼粉末。具体而言，在CF₄气氛中，使用等离子体改良装置(由Dienner提供的低压等离子体装置FEMTO)蚀刻立方氮化硼原料粉末的颗粒的表面，然后将装置中的气氛改变为NH₃气氛，目的是处理经蚀刻的立方氮化硼原料粉末。除上述内容以外，与实验例1相同的方式制造立方氮化硼烧结体。

<实验例7>

以与实验例2相同的方式制造立方氮化硼烧结体，不同之处在于，进行等离子体处理代替采用超临界水的方法。

<实验例8>

以与实验例3相同的方式制造立方氮化硼烧结体，不同之处在于，进行等离子体处理代替采用超临界水的方法。

<实验例9>

以与实验例4相同的方式制造立方氮化硼烧结体，不同之处在于，进行等离子体处理代替采用超临界水的方法。

<实验例10>

以与实验例5相同的方式制造立方氮化硼烧结体，不同之处在于，进行等离子体处理代替采用超临界水的方法。

<实验例21>

以与实验例3相同的方式制造立方氮化硼烧结体，不同之处在于，使用未经采用超临界水处理的立方氮化硼原料粉末来制备粉末混合物。

<实验例22>

以与实验例4相同的方式形成立方氮化硼烧结体，不同之处在于，有机立方氮化硼粉末和结合剂原料粉末以如下比率共混：有机立方氮化硼粉末:结合剂原料粉末以体积％计＝65:35。

<实验例23>

以与实验例1相同的方式形成立方氮化硼烧结体，不同之处在于，不进行采用超临界水的处理，并且仅使用立方氮化硼原料粉末而不共混结合剂原料粉末。

以上述方式，形成实验例1至10和实验例21至23的立方氮化硼烧结体。在此，实验例1至10对应于本公开的实施例。实验例21至23对应于比较例。

<特性评价>

<<宽度D和最大值M>>

在适当的位置切割形成的各立方氮化硼烧结体，然后研磨烧结体暴露的表面以形成平滑面。然后，使用氩离子切片机以将立方氮化硼烧结体切片，从而形成厚度为50nm的切片。接下来，根据上述方法，对第二图像(100nm×100nm)进行利用EDX的元素映射分析和元素线性分析。在这种情况下，将由JEOL提供的“JEM-2100F/Cs”(商品名)用作透射电子显微镜。作为能量色散型X射线分析仪，使用由AMETEK提供的EDAX(商品名)。EDX中的光束直径为0.2nm，并且扫描间隔为0.6nm。使用JEOL提供的Analysis Station作为利用EDX进行的元素映射分析和元素线分析的软件。其结果示于表1。为了进行参考，图2示出了实验例3中线分析的结果的图。

应当注意，当在六个视野中存在满足上述条件(1)和(2)的各视野时，表1所示的各值代表满足上述条件(1)和(2)的各视野中的平均值。在实验例1、2和5至10的各切片中，在全部六个任意提取的界面区域中都满足上述条件(1)和(2)。在实验例3中，在六个任意提取的界面区域的一个视野中满足上述条件(1)和(2)。在实验例4中，在六个任意提取的界面区域的三个视野中满足上述条件(1)和(2)。

<<结合剂的组成>>

从形成的各立方氮化硼烧结体上切下长度为6mm、宽度为3mm且厚度为0.45mm至0.50mm的试样，并且对该试样进行XRD分析。接下来，将各试样浸入在密封容器中的140℃的氢氟酸-硝酸(体积比为浓硝酸(60％):蒸馏水:浓氢氟酸(47％)＝2:2:1的混合酸)中48小时，从而获得了其中溶解有结合剂的酸处理液。对酸处理液进行ICP分析。根据XRD分析和ICP分析的结果确定结合剂的组成。

<<弯曲强度>>

使用三点弯曲测试仪，以0.5mm/min的加载速度和4mm的跨距测定经过酸处理的各试样的弯曲强度(GPa)。其结果示于表1。

<<切削试验>>

使用各形成的立方氮化硼烧结体来形成切削工具(基材形状：DNGA150408；切削刃处理：T01225)。使用该切削工具，在下述切削条件下进行切削试验。

切削速度：200m/min

进给速度：0.1mm/rev

切削深度：0.1mm

冷却剂：干式

切削方法：断续切削

车床：LB400(由OKUMA Corporation提供)

工件：烧结部件(由Sumitomo Electric Industries提供的硬化烧结合金D-40，硬化切削部分的硬度为40HRC)。

观察每0.5km的切削距离的切削刃，以测定从切削刃脱落的量。将从切削刃脱落的量定义为从切削前的切削刃的棱线位置起后退的宽度。后退的宽度是由于磨损造成的。在发生缺损的情况下，将缺损的尺寸定义为脱落的量。测定从切削刃脱落的量为0.1mm以上的时间点的切削距离。应当注意，将该切削距离定义为切削工具的寿命的指标。其结果示于表1。

[表1]

表1还示出了立方氮化硼烧结体中立方氮化硼颗粒的体积％。此外，关于结合剂的组成，确认了在实验例1至10和实验例21至22中各自至少存在WC、Co和Al化合物。因为在XRD中没有检测到关于Al化合物的明显峰，因此推测Al化合物是由多个Al化合物构成的复合化合物。

参见表1，在实验例1、2、5至10和22的每一个中，在六个任意提取的界面的全部六个视野中满足上述条件(1)和(2)。在实验例3中，在六个任意提取的界面区域的一个视野中满足上述条件(1)和(2)。在实验例4中，在六个任意提取的界面区域的三个视野中满足上述条件(1)和(2)。另一方面，在实验例21和实验例23中的每一个中，在六个任意提取的界面的全部六个视野中不满足上述条件(2)。在实验例1至10和22的各栏中，示出了满足上述条件(1)和(2)的各视野的平均值。为了进行参考，在实验例21和23的各栏中，示出了六个视野的平均值。

参见表1，确认了实验例1至10的立方氮化硼烧结体的弯曲强度高于实验例21至23的立方氮化硼烧结体的弯曲强度。应当注意，实验例22和23各自的“崩坏”是指通过酸处理的立方氮化硼烧结体自发地断裂。关于实验例1至10的各立方氮化硼烧结体，可以理解，立方氮化硼颗粒牢固地结合在一起，因为已经经过酸处理的试样的弯曲强度高。该结果还支持了大量氧的存在抑制了立方氮化硼颗粒之间的颈部生长的假设。

此外，在实验例1至10的每一个中，切削距离明显长于实验例21至23各自的切削距离。鉴于此，确认了根据实验例1至10的立方氮化硼烧结体的寿命显著更长。其中，在实验例2至4和7至9中，切削距离显著更长。因此，确认了当宽度D为0.1nm至5.0nm并且最大值M为5.0原子％以下时，寿命可以更显著更长。

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