急速加熱焼結法による高靭性立方晶-窒化ホウ素系複合セラミックスの緻密化機構

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本年度は、Al_2O_3やTiN、サイアロンなどの各種セラミックスをバインダーとして用い、急速加熱焼結装置による急速加熱を用いて、緻密質な立方晶窒化ホウ素(cBN)系複合セラミックスを作製し、得られた複合セラミックス焼結体の微細組織および機械的特性について調査し、本研究を総括した。いずれのバインダーにおいても、cBNとの複合化により、硬さと破壊靭性は向上した。複合セラミックスの高硬度化は、硬質なcBN粒子分散によるもの、およびcBN添加によるセラミックスマトリックスの硬さ向上によるものであることがわかった。高靭化は、亀裂の伸展がcBN粒子を避ける亀裂偏向によるものであることを確認した。cBNからhBNへの相変態が進行するとともに、複合セラミックスの硬さと靭性は顕著に減少した。焼結における保持時間を増加させ、また昇温速度を低下させると、硬さと靭性は減少した。よって、機械的特性の向上には、より短時間で緻密化を達成させて、cBNの相変態を抑制することが重要であることを明らかとした。さらに、cBNを添加させることにより、セラミックスマトリックス結晶粒を微細化できることが認められた。急速加熱により、この結晶粒の微細化を制御することが可能であった。このマトリックスの微細化も複合セラミックスの機械的特性の向上に起因したものと推察される。以上の知見から、急速加熱焼結装置による急速加熱は、cBN系切削工具の作製に有用であることがわかった。