ベルト型高圧装置によるバインダーレスcBNの超高圧SPS焼結

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近年、各種金型やCFRPの接合部材(Ti-Al合金)等の構造材料、難削材の更なる高強度化に応じた加工工具として、超硬質材料である立方晶窒化ホウ素(cBN)びダイヤモンドの焼結体の高品位化が急務である。本研究ではパルス通電による電磁エネルギー、原料粒子間に生じる放電プラズマエネルギーを焼結の駆動力として活用するSPS焼結法をベルト型高圧発生 装置と組み合わせ、5～8万気圧力領域において展開する。2022年度は5-6万気圧領域において、各種粒径のcBN粒子のSPS直接焼結を行った。はじめに高圧下での放電プラズマ焼結においてもブローアウト等を伴わずに1800℃領域での安定な焼結条件を確立した。高圧SPS焼結により焼結助剤を一切含まずに自立したcBN焼結体が得られ、投入電力に応じた硬度（ビッカース硬度）の相関が得られている。最適と見込まれる条件で得たcBN焼結体の硬度は45GPa程度であり、8万気圧、2000℃で得られる高品位焼結体の硬度の2割程度低い値となった。原料cBN粒子は電気的に絶縁体であるため、粒子界面で所望のスパークプラズマが放電焼結時に生じていない可能性がある。Beドープによる導電性を付与したcBN粒子（p型半導体）を5万気圧領域で合成し、相当量の精製に着手した。ホウ素ドープダイヤモンド粒子も合わせて調整し、SPS焼結原料としての準備も進めた。