本發(fā)明涉及立方氮化硼多晶材料、切削工具、耐磨工具、研磨工具以及制造立方氮化硼多晶材料的方法。
背景技術(shù)：
：立方氮化硼具有僅次于金剛石的硬度，同時(shí)也具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。由于立方氮化硼對(duì)于鐵系材料比金剛石更穩(wěn)定，所以立方氮化硼燒結(jié)材料已被用于鐵系材料的加工用工具。然而，立方氮化硼燒結(jié)材料含有大約10體積％以上40體積％以下(10體積％至40體積％)的結(jié)合劑，并且該結(jié)合劑已經(jīng)成為降低燒結(jié)材料的強(qiáng)度、耐熱性和熱擴(kuò)散性的原因。因此，尤其是在高速切削鐵系材料時(shí)，熱負(fù)荷大，切削刃容易崩裂或產(chǎn)生裂紋，并且會(huì)縮短工具的壽命。解決上述問題的技術(shù)包括使用催化劑代替結(jié)合劑來制造立方氮化硼燒結(jié)材料的方法。在該方法中，采用六方氮化硼作為原料，并且通過采用氮硼化鎂(mg3bn3)等作為催化劑進(jìn)行反應(yīng)和燒結(jié)。由于采用該方法得到的立方氮化硼燒結(jié)材料不含結(jié)合劑，因此該立方氮化硼與立方氮化硼牢固結(jié)合，并且立方氮化硼燒結(jié)材料的導(dǎo)熱率高。因此，該立方氮化硼燒結(jié)材料用作散熱材料或卷帶自動(dòng)結(jié)合(tab)的結(jié)合工具。然而，少量的催化劑殘留在該燒結(jié)材料中。因此，當(dāng)施加熱時(shí)，由于催化劑和立方氮化硼之間的熱膨脹差異而容易產(chǎn)生小裂紋，因而該立方氮化硼燒結(jié)材料不適用于切削工具等。此外，該立方氮化硼燒結(jié)材料具有約10μm的大晶粒尺寸。因此，盡管該立方氮化硼燒結(jié)材料的導(dǎo)熱率高，但是其強(qiáng)度低，并且不能承受高負(fù)荷的切削應(yīng)用。立方氮化硼燒結(jié)材料也可以這樣得到：在不用催化劑的情況下，在超高壓力和高溫下直接將六方氮化硼等常壓型氮化硼轉(zhuǎn)化并同時(shí)燒結(jié)成立方氮化硼(直接轉(zhuǎn)化燒結(jié)法)。例如，日本專利公開no.47-034099(專利文獻(xiàn)1)和日本專利公開no.03-159964(專利文獻(xiàn)2)示出了通過在超高壓和高溫下將六方氮化硼轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，從而獲得立方氮化硼燒結(jié)材料的方法。通過采用熱解氮化硼作為原材料來獲得立方氮化硼燒結(jié)材料的方法也是可行的。此類方法在(例如)日本專利公開no.54-033510(專利文獻(xiàn)3)和日本專利公開no.08-047801(專利文獻(xiàn)4)中示出。在該方法中，需要不低于7gpa和2100℃的條件。日本專利公開no.49-027518(專利文獻(xiàn)5)和日本專利公開no.11-246271(專利文獻(xiàn)6)描述了在比上述條件更溫和的條件下獲得立方氮化硼燒結(jié)材料的方法。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1：日本專利公開no.47-034099專利文獻(xiàn)2：日本專利公開no.03-159964專利文獻(xiàn)3：日本專利公開no.54-033510專利文獻(xiàn)4：日本專利公開no.08-047801專利文獻(xiàn)5：日本專利公開no.49-027518專利文獻(xiàn)6：日本專利公開no.11-246271技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：技術(shù)問題專利文獻(xiàn)5公開了在壓力為6gpa和1100℃的條件下獲得立方氮化硼燒結(jié)材料的方法。使用這種方法，用作原材料的六方氮化硼的晶粒不大于3μm。因此，六方氮化硼含有大約若干質(zhì)量％的氧化硼雜質(zhì)或吸附氣體。因此，在這種雜質(zhì)或吸附氣體的影響下，燒結(jié)不能充分進(jìn)行。由于含有氧化物，所以降低了硬度、強(qiáng)度和耐熱性并且不能用作切削工具和耐磨工具。為了解決上述問題，專利文獻(xiàn)6公開了在6gpa至7gpa以及1550℃至2100℃的條件下，采用低結(jié)晶性六方氮化硼進(jìn)行合成的方法。根據(jù)該公開內(nèi)容，用該方法合成的立方氮化硼多晶材料的晶粒尺寸為約0.1μm至1μm。然而，在通過上述方法獲得的立方氮化硼多晶材料中，立方氮化硼晶體的晶粒尺寸由合成溫度決定，并且通常其具有均勻的結(jié)構(gòu)，其中立方氮化硼晶體的晶粒尺寸是均勻的，且在平均晶粒尺寸±0.2μm附近。因此，用上述方法獲得的立方氮化硼多晶材料具有均勻結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)產(chǎn)生小裂紋時(shí)，裂紋趨于發(fā)展，并且不利的是，立方氮化硼多晶材料是脆性的。鑒于上述問題，本公開的目的是提供一種韌性優(yōu)異的立方氮化硼多晶材料。問題的解決方案根據(jù)本發(fā)明的一種方式的立方氮化硼(cbn)多晶材料含有：粒狀的微細(xì)cbn，其最大晶粒尺寸不大于100nm，且平均晶粒尺寸不大于70nm；以及板狀cbn和粗cbn中的至少一者，其中該板狀cbn呈板狀形式且平均長(zhǎng)半徑為50nm以上10000nm以下，該粗cbn呈粒狀，其最小晶粒尺寸超過100nm且平均晶粒尺寸不大于1000nm。根據(jù)本發(fā)明的一種方式的制造cbn多晶材料的方法包括：準(zhǔn)備由粗六方氮化硼(hbn)粉末和非六方氮化硼(非hbn)粉末構(gòu)成的原材料組合物作為起始物質(zhì)；以及在滿足下述條件的溫度和壓力下將所述原材料組合物直接轉(zhuǎn)化并燒結(jié)為cbnp≥0.0000132t2-0.0583t+71.793，t≤2200，并且p≤25，其中t表示溫度(℃)且p表示壓力(gpa)，所述粗hbn粉末的平均晶粒尺寸不小于1μm，并且所述非hbn粉末為非結(jié)晶氮化硼粉末，或者為除了形狀至少為球狀、管狀、壁狀和角狀中的任意一種的六方氮化硼之外的結(jié)晶氮化硼粉末。根據(jù)本發(fā)明的一種方式的制造cbn多晶材料的方法包括：準(zhǔn)備由粗hbn粉末和微細(xì)hbn粉末構(gòu)成的原材料組合物作為起始物質(zhì)；以及在滿足下述條件的溫度和壓力下將所述原材料組合物直接轉(zhuǎn)化并燒結(jié)為cbnp≥0.0000132t2-0.0583t+71.793，t≤2200，并且p≤25，其中t表示溫度(℃)且p表示壓力(gpa)，所述粗六方氮化硼粉末的平均晶粒尺寸不小于1μm，并且所述微細(xì)六方氮化硼粉末的平均晶粒尺寸小于100nm。發(fā)明的有益效果根據(jù)上述，cbn多晶材料的韌性優(yōu)異。具體實(shí)施方式[本發(fā)明的實(shí)施方案的說明]首先將列出和描述本發(fā)明的實(shí)施方案。本發(fā)明人為了解決這些問題進(jìn)行了深入研究，并發(fā)現(xiàn)通過在高溫高壓下將包含不同特性的幾種類型的hbn粉末的原材料組合物直接轉(zhuǎn)化為cbn來獲得具有韌性的cbn多晶材料。[1]根據(jù)本發(fā)明一種形式的cbn多晶材料包含：粒狀的微細(xì)立方氮化硼，其最大晶粒尺寸不大于100nm，且平均晶粒尺寸不大于70nm；以及板狀立方氮化硼和粗立方氮化硼中的至少一者，其中該板狀立方氮化硼呈板狀形式且平均長(zhǎng)半徑為50nm以上10000nm以下，該粗立方氮化硼呈粒狀，其最小晶粒尺寸超過100nm且平均晶粒尺寸不大于1000nm。根據(jù)該cbn多晶材料，板狀cbn和/或粗cbn抑制裂紋的發(fā)展，從而獲得韌性的多晶材料。[2]優(yōu)選地，該cbn多晶材料還包含纖鋅礦型氮化硼(以下也稱為“wbn”)，并且wbn的含量為0.01體積％以上80體積％以下。由此，該多晶材料可具有更為致密的結(jié)構(gòu)。[3]優(yōu)選地，該cbn多晶材料還包含壓縮型六方氮化硼(以下也稱為“壓縮型hbn”)，并且壓縮型hbn的含量為0.01體積％以上0.5體積％以下。因此，能夠抑制裂紋的發(fā)展，且可以提高韌性?！皦嚎s型hbn”指的是這樣的hbn，該hbn的晶體結(jié)構(gòu)與正常hbn相似，并且在c軸方向上的平面之間的間隔小于正常hbn(0.333nm)。[4]根據(jù)本發(fā)明一種方式的切削工具包含[1]至[3]中任一項(xiàng)所述的cbn多晶材料?；谏鲜鯿bn多晶材料的性質(zhì)，該切削工具具有優(yōu)異的韌性。[5]根據(jù)本發(fā)明一種方式的耐磨工具包含[1]至[3]中任一項(xiàng)所述的cbn多晶材料。基于上述cbn多晶材料的性質(zhì)，該耐磨工具具有優(yōu)異的韌性。[6]根據(jù)本發(fā)明一種方式的研磨工具包含[1]至[3]中任一項(xiàng)所述的cbn多晶材料。基于上述cbn多晶材料的性質(zhì)，該研磨磨工具具有優(yōu)異的韌性。這些工具可以完全由cbn多晶材料構(gòu)成、或者僅部分由cbn多晶材料構(gòu)成(例如，切削工具的切削刃部)。[7]根據(jù)本發(fā)明的一種方式的制造cbn多晶材料的方法包括：準(zhǔn)備由粗hbn粉末和非hbn粉末構(gòu)成的原材料組合物作為起始物質(zhì)；以及在滿足下述條件的溫度和壓力下將所述原材料組合物直接轉(zhuǎn)化并燒結(jié)為cbnp≥0.0000132t2-0.0583t+71.793，t≤2200，并且p≤25，其中t表示溫度(℃)且p表示壓力(gpa)，所述粗hbn粉末的平均晶粒尺寸不小于1μm，并且所述非hbn粉末由非結(jié)晶氮化硼構(gòu)成，或者由除了形狀至少為球狀、管狀、壁狀和角狀中的任意一種的hbn之外的結(jié)晶氮化硼構(gòu)成。根據(jù)該制造方法，可容易地制造[1]至[3]中任一項(xiàng)所述的cbn多晶材料?！爸苯愚D(zhuǎn)化”是指在不加入燒結(jié)助劑和催化劑的無催化劑條件下將起始物質(zhì)直接轉(zhuǎn)化為cbn。在上述制造方法中，在將起始物質(zhì)燒結(jié)的同時(shí)直接轉(zhuǎn)化，并且可以將該制造方法稱為“直接轉(zhuǎn)化燒結(jié)”。直接轉(zhuǎn)化燒結(jié)實(shí)現(xiàn)了cbn多晶材料中晶粒之間的牢固結(jié)合。[8]在該制造方法中，原材料組合物中的非hbn粉末的含量?jī)?yōu)選為10體積％以上95體積％以下。因此，可以制造韌性更高的cbn多晶材料。[9]根據(jù)本發(fā)明的一種方式的制造cbn多晶材料的方法包括：準(zhǔn)備由粗hbn粉末和微細(xì)hbn粉末構(gòu)成的原材料組合物作為起始物質(zhì)；以及在滿足下述條件的溫度和壓力下將所述原材料組合物直接轉(zhuǎn)化并燒結(jié)為cbnp≥0.0000132t2-0.0583t+71.793，t≤2200，并且p≤25，其中t表示溫度(℃)且p表示壓力(gpa)，所述粗hbn粉末的平均晶粒尺寸不小于1μm，并且所述微細(xì)hbn粉末的平均晶粒尺寸小于100nm。根據(jù)該制造方法，可容易地制造[1]至[3]中任一項(xiàng)所述的cbn多晶材料。[10]在該制造方法中，優(yōu)選的是，所述原材料組合物中的所述微細(xì)hbn粉末的含量為10體積％以上95體積％以下。因此可以制造韌性更高的cbn多晶材料。[本發(fā)明的實(shí)施方案的細(xì)節(jié)]雖然以下將對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案(以下稱為“本實(shí)施方案”)進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)施方案不限于此。<立方氮化硼多晶材料(cbn多晶材料)>根據(jù)本實(shí)施方案的cbn多晶材料包含由板狀cbn和粗cbn中的至少一者以及微細(xì)cbn構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)。除了微細(xì)cbn之外，cbn多晶材料還包含板狀cbn和粗cbn中的一者，或者除了微細(xì)cbn之外，還包含板狀cbn以及粗cbn。本實(shí)施方案的cbn多晶材料可以含有不可避免的雜質(zhì)，只要其包括這種混合結(jié)構(gòu)且顯示出本實(shí)施方案的效果即可。不可避免的雜質(zhì)的實(shí)例包括氮?dú)?n2)、氫氣(h2)和氧氣(o2)。在根據(jù)本實(shí)施方案的cbn多晶材料中，常壓型氮化硼的含量?jī)?yōu)選為不高于0.1體積％。常壓型氮化硼的含量超過0.1體積％時(shí)可能導(dǎo)致強(qiáng)度顯著降低。本實(shí)施方案中的cbn多晶材料基本上不含結(jié)合劑、燒結(jié)助劑和催化劑，這是本實(shí)施方案中的cbn多晶材料的優(yōu)點(diǎn)之一，因?yàn)榭梢钥朔绯Ｒ?guī)cbn燒結(jié)體中所含的結(jié)合劑、燒結(jié)助劑或催化劑引起的缺點(diǎn)。盡管根據(jù)本實(shí)施方案的cbn多晶材料是燒結(jié)材料，但是燒結(jié)材料通常旨在包含結(jié)合劑，因此在本實(shí)施方案中使用術(shù)語(yǔ)“多晶材料”。(立方氮化硼(cbn))如上所述，本實(shí)施方案中的cbn多晶材料包含板狀cbn和粗cbn中的至少一者以及微細(xì)cbn。cbn與cbn牢固結(jié)合，并形成致密的混合結(jié)構(gòu)?！拔⒓?xì)cbn”指的是粒狀的cbn晶體，其晶粒尺寸(最大晶粒尺寸)不大于100nm，且平均晶粒尺寸不大于70nm?！傲睢敝傅氖峭昝赖那蛐巍⑶蛐位虿灰?guī)則形狀?！鞍鍫頲bn”指的是板狀的cbn晶體，其平均長(zhǎng)半徑為50nm以上10000nm以下?！鞍鍫睢敝傅氖遣煌凇傲睢钡男螤睿⑶沂侵割愃朴邝[片、薄片或平板的形狀。在本文中將長(zhǎng)徑比不小于3的形狀定義為“板形”，該長(zhǎng)徑比是通過將cbn的長(zhǎng)半徑除以cbn的小半徑而計(jì)算出的?！按謈bn”指的是粒狀cbn晶體，其晶粒尺寸(最小晶粒尺寸)超過100nm，且平均晶粒尺寸不大于1000nm?？梢酝ㄟ^掃描電子顯微鏡(sem)將cbn多晶材料中所含的cbn劃分為微細(xì)cbn、粗cbn和板狀cbn。具體而言，首先，對(duì)cbn多晶材料的表面進(jìn)行拋光，并以1000x至100000x的放大倍數(shù)使用sem觀察經(jīng)拋光的表面，從而得到sem圖像。然后，在sem圖像中cbn長(zhǎng)徑比不小于3的cbn被定義為板狀cbn。然后，在除了被定義為板狀cbn的cbn之外的cbn中(即，長(zhǎng)徑比小于3的cbn)，將晶粒尺寸不大于100nm的cbn定義為微細(xì)cbn，并將晶粒尺寸超過100nm的cbn定義為粗cbn?？梢允褂胹em并通過截距程序(interceptprocedure)來獲得微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸。具體來說，在sem圖像中畫圓，并且從圓心向圓的外周徑向繪制8條直線(使得直線之間的夾角基本相等)。在這種情況下，優(yōu)選這樣設(shè)定觀察時(shí)的放大倍數(shù)和圓的直徑，使得位于一條直線上的微細(xì)cbn晶粒(晶體晶粒)的數(shù)目為約10至50。接著，對(duì)每條直線與微細(xì)cbn晶粒的晶粒邊界的交點(diǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并通過將直線的長(zhǎng)度除以交點(diǎn)數(shù)目來計(jì)算平均線截距長(zhǎng)度。將平均線截距長(zhǎng)度乘以1.128所得數(shù)值定義為平均晶粒尺寸(該方法符合astm標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的公稱晶粒尺寸的計(jì)算方法)。適當(dāng)?shù)?，更?yōu)選使用若干sem圖像，通過上述程序得到各個(gè)圖像的平均晶粒尺寸，并且將平均晶粒尺寸的平均值定義為“微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸”。通過上述程序進(jìn)行測(cè)量，可能會(huì)包括cbn之外的其他微細(xì)晶粒的晶粒尺寸(例如，wbn的晶粒)。即使當(dāng)可能包括cbn之外的其他晶粒的晶粒尺寸時(shí)，仍將該晶粒尺寸視為微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸。與微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸類似的是，也可以通過使用sem的截距程序獲得粗cbn的平均晶粒尺寸。在這種情況下，優(yōu)選這樣設(shè)定觀察放大倍數(shù)和圓的直徑，使得位于一條直線上的粗cbn晶粒(晶體晶粒)的數(shù)目為約10至50。與微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸類似的是，也可以通過使用sem的截距程序獲得板狀cbn的平均長(zhǎng)半徑。在這種情況下，優(yōu)選這樣設(shè)定觀察放大倍數(shù)和圓的直徑，使得位于一條直線上的板狀cbn晶粒(晶體晶粒)的數(shù)目為約10至50。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在具有由兩種類型或三種類型的cbn構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)的cbn多晶材料中，該混合結(jié)構(gòu)可以具有高硬度，并且當(dāng)產(chǎn)生小裂紋時(shí)，板狀cbn和/或粗cbn有效地抑制這種裂紋的發(fā)展。因此，本實(shí)施方案中的cbn多晶材料是具有韌性的多晶材料，其具有優(yōu)異的耐裂紋擴(kuò)展性。本實(shí)施方案中的cbn多晶材料具有cbn的混合結(jié)構(gòu)，該混合結(jié)構(gòu)不僅含有微細(xì)cbn，還包含板狀cbn和粗cbn中的至少一者，因此當(dāng)將該cbn多晶材料用于工具等時(shí)，其可以應(yīng)用于高負(fù)荷的應(yīng)用。特別地，本實(shí)施方案中的cbn多晶材料優(yōu)選含有微細(xì)cbn、板狀cbn和粗cbn這三者，在這種情況下，cbn多晶材料的韌性特別優(yōu)異。在本實(shí)施方案中的cbn多晶材料中，微細(xì)cbn的晶粒尺寸(最大晶粒尺寸)優(yōu)選為30nm至95nm或更小，更優(yōu)選為35nm至95nm，進(jìn)一步優(yōu)選為70nm至95nm。微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸優(yōu)選為不大于70nm，更優(yōu)選為不大于54nm。從增強(qiáng)效果(即硬度)的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選的是具有較小平均晶粒尺寸的微細(xì)cbn，因此不必設(shè)定其下限。然而，從制造效率的觀點(diǎn)來看，將下限設(shè)定為10nm。在本實(shí)施方案中的cbn多晶材料中，板狀cbn的平均長(zhǎng)半徑優(yōu)選為300nm至2100nm，更優(yōu)選為300nm至1100nm，進(jìn)一步優(yōu)選為300nm至1000nm。在本實(shí)施方案中的cbn多晶材料中，粗cbn的平均晶粒尺寸優(yōu)選為150nm至320nm，更優(yōu)選為160nm至320nm。cbn多晶材料中的cbn含量(兩種類型或三種類型的cbn的總量)優(yōu)選不低于20體積％。也就是說，cbn多晶材料中的混合結(jié)構(gòu)的比例優(yōu)選為不低于20體積％。在這種情況下，cbn多晶材料的耐裂紋擴(kuò)展性可以特別優(yōu)異，從而抑制裂紋的發(fā)展。cbn多晶材料中的cbn的含量更優(yōu)選為不低于92體積％，進(jìn)一步優(yōu)選為不低于98體積％?？梢酝ㄟ^諸如x射線衍射法之類的常規(guī)已知方法來得到cbn多晶材料中的cbn、將在下文中進(jìn)行描述的wbn、以及壓縮型hbn各自的含量。(纖鋅礦型氮化硼(wbn))本實(shí)施方案中的cbn多晶材料可以含有wbn，并且優(yōu)選含有不低于0.01體積％的這種wbn，因此使得多晶材料的結(jié)構(gòu)更加致密。從wbn的特性的觀點(diǎn)出發(fā)，wbn含量的上限不高于80體積％。wbn的存在對(duì)于抑制裂紋的發(fā)展和提高韌性是有效的，然而，wbn是由hbn向cbn的轉(zhuǎn)變中的亞穩(wěn)相，因此wbn的特征在于比cbn更不穩(wěn)定且耐磨性更低。wbn的含量范圍更優(yōu)選為0.01體積％至20體積％，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01體積％至1體積％。當(dāng)cbn多晶材料含有wbn時(shí)，由多個(gè)cbn晶粒和多個(gè)wbn晶粒構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)形成彼此不同的區(qū)域。cbn與cbn牢固結(jié)合為混合結(jié)構(gòu)，wbn與wbn也牢固結(jié)合，并且cbn和wbn也彼此牢固結(jié)合。因此，結(jié)果獲得致密結(jié)構(gòu)。(壓縮型六方氮化硼(壓縮型hbn))本實(shí)施方案中的cbn多晶材料可以含有壓縮型hbn，并優(yōu)選含有0.01體積％至0.5體積％的這種壓縮型hbn。由此可以實(shí)現(xiàn)抑制裂紋的發(fā)展和提高韌性的功能。通過允許壓縮型hbn的存在，可以在寬溫度范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，并提高生產(chǎn)率。當(dāng)壓縮型hbn的含量超過0.5體積％時(shí)，壓縮型hbn中的應(yīng)力集中大，并且可能降低強(qiáng)度。因此，當(dāng)cbn多晶材料進(jìn)一步含有壓縮型hbn時(shí)，將其含量的上限設(shè)定為0.5體積％。壓縮型hbn的體積含量更優(yōu)選為0.01體積％至0.1體積％，特別優(yōu)選為0.05體積％至0.1體積％。雖然cbn多晶材料可以同時(shí)含有wbn和壓縮型hbn，但優(yōu)選含有wbn和壓縮型hbn中的任一者，在這種情況下，cbn多晶材料的韌性可以更高。<應(yīng)用>由于本實(shí)施方案中的cbn多晶材料具有韌性，因此其適合用于切削工具、耐磨工具、研磨工具等。本實(shí)施方案中的切削工具、耐磨工具和研磨工具包含上述cbn多晶材料。各工具可以完全由cbn多晶材料構(gòu)成、或者僅部分由cbn多晶材料構(gòu)成(例如，切削工具實(shí)例中的切削刃部)?？梢栽诟鞴ぞ叩谋砻嫔闲纬赏繉?。切削工具的實(shí)例可以包括鉆頭、端銑刀、鉆頭用替換型刀片、端銑刀用替換型刀片、銑削用替換型刀片、車削用替換型刀片、金工鋸、齒輪切削刀具、鉸刀、螺絲攻和切削工具。耐磨工具的實(shí)例可以包括模具、劃線器(scriber)、劃線輪和修整器(dresser)。研磨工具的實(shí)例可以包括砂輪。<制造方法>根據(jù)本實(shí)施方案的制造cbn多晶材料的方法包括：準(zhǔn)備由粗hbn粉末和微細(xì)hbn粉末構(gòu)成的原材料組合物作為起始物質(zhì)(以下稱為準(zhǔn)備步驟)；以及在滿足下述條件的溫度和壓力下(以下也稱為“合成條件a”)將所述原材料組合物直接轉(zhuǎn)化并燒結(jié)為cbnp≥0.0000132t2-0.0583t+71.793，t≤2200，并且p≤25，其中t表示溫度(℃)且p表示壓力(gpa)(以下也稱為“燒結(jié)步驟”)。以下將對(duì)各個(gè)步驟進(jìn)行描述。(準(zhǔn)備步驟)在準(zhǔn)備步驟中，可以通過任意方式準(zhǔn)備各粗hbn粉末和非hbn粉末。可以通過常規(guī)已知的合成方法或商購(gòu)來獲得各種粉末?？梢酝ㄟ^混合所得的(購(gòu)買的)粉末來準(zhǔn)備原材料組合物?！按謍bn粉末”指的是由具有六方晶體結(jié)構(gòu)且平均晶粒尺寸不小于1μm的氮化硼構(gòu)成的粉末。通過使用激光束進(jìn)行激光衍射和散射來測(cè)量作為原材料(起始物質(zhì))的hbn粉末的平均晶粒尺寸?？梢圆捎眠@樣的hbn粉末作為粗hbn粉末，該hbn粉末的平均晶粒尺寸大于所獲得的cbn多晶材料中所包含的各種類型的cbn的平均晶粒尺寸(或者平均長(zhǎng)半徑)。這是因?yàn)樵趶膆bn轉(zhuǎn)化為cbn的過程中，hbn和hbn之間的鍵被切斷，并且在原子重新結(jié)合之后，hbn重新結(jié)合，由此燒結(jié)的cbn的晶粒尺寸小于原材料(起始物質(zhì))的晶粒尺寸。然而，當(dāng)原材料具有小晶粒尺寸時(shí)，在hbn和hbn之間不存在固有鍵的情況下將存在更多的晶粒邊界。因此，轉(zhuǎn)化后的cbn具有較小的晶粒尺寸。相反，當(dāng)原材料具有大的晶粒尺寸時(shí)，cbn晶粒尺寸增大。因此，從所需cbn多晶材料中的cbn的平均晶粒尺寸(或平均長(zhǎng)半徑)的角度出發(fā)，優(yōu)選將粗hbn粉末的平均晶粒尺寸的上限值設(shè)定為10μm，更優(yōu)選設(shè)定為8μm?！胺莌bn粉末”指的是由不具有六方晶體結(jié)構(gòu)的氮化硼構(gòu)成的粉末、以及由非結(jié)晶氮化硼構(gòu)成的粉末、或者是由形狀為球狀、管狀、壁狀以及角狀中至少任一種的結(jié)晶氮化硼構(gòu)成的粉末。非結(jié)晶氮化硼的實(shí)例可以包括無定形氮化硼。結(jié)晶氮化硼的實(shí)例可以包括納米晶氮化硼。納米晶氮化硼的實(shí)例包括洋蔥狀(球狀)的氮化硼納米洋蔥、管狀的氮化硼納米管、壁狀的氮化硼納米壁和角狀的氮化硼納米角。雖然對(duì)非hbn粉末的尺寸(面積)沒有特別限制，但其優(yōu)選傾向于小于粗hbn粉末的平均晶粒尺寸。例如，管狀氮化硼納米管的直徑優(yōu)選為1nm至100nm，并且球狀氮化硼納米洋蔥的晶粒尺寸優(yōu)選為5nm在50nm。在準(zhǔn)備步驟中所準(zhǔn)備的原材料組合物中的非hbn粉末的含量?jī)?yōu)選為10體積％至95體積％，更優(yōu)選為20體積％至50體積％，進(jìn)一步優(yōu)選為10體積％至50體積％。由此粗hbn粉末和非hbn粉末這兩者可以以平衡的方式存在于原材料組合物中，因此可以容易地獲得具有由上述兩種類型或三種類型的cbn構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)的cbn多晶材料。在準(zhǔn)備步驟中，可以采用微細(xì)hbn粉末代替非hbn粉末。微細(xì)hbn粉末與平均粒度小于100nm的粗hbn粉末不同。盡管粗hbn粉末和微細(xì)hbn粉末均為具有晶粒尺寸分布的晶粒的聚集體，但是因?yàn)樗鼈兊钠骄Я３叽绫舜讼嗖詈苓h(yuǎn)，所以不存在晶粒尺寸分布彼此重疊的區(qū)域?？梢圆捎眠@樣的微細(xì)hbn粉末作為所述微細(xì)hbn粉末，該微細(xì)hbn粉末的晶粒尺寸大于所得cbn多晶材料中的微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸。如上所述，燒結(jié)的cbn的晶粒尺寸小于原材料(起始物質(zhì))的晶粒尺寸，這是因?yàn)樵趶膆bn到cbn的轉(zhuǎn)變中hbn和hbn之間的鍵被切斷，并且在原子重新組合后，hbn重新組合。因此，從制造方面考慮，將微細(xì)hbn粉末的晶粒尺寸設(shè)定為小于100nm，并且將其下限值設(shè)定為5nm。在制備步驟中制備的原材料組合物中的微細(xì)hbn粉末的含量?jī)?yōu)選為10體積％至95體積％，更優(yōu)選為50體積％至95體積％。由此粗hbn粉末和微細(xì)hbn粉末這兩者可以以平衡的方式存在于原材料組合物中，因此可以容易地獲得具有由上述兩種類型或三種類型的cbn構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)的cbn多晶材料。(燒結(jié)步驟)在燒結(jié)步驟中，壓力p(gpa)和溫度t(℃)應(yīng)滿足上述合成條件a，這是因?yàn)闀?huì)引起(例如)高溫側(cè)的晶粒生長(zhǎng)和低溫側(cè)的未轉(zhuǎn)化hbn的殘留物的問題。對(duì)合成條件a中的溫度t(℃)沒有特別限制，只要能獲得cbn多晶材料即可，并且不需要限定其下限值。更優(yōu)選將溫度t(℃)設(shè)定為1300℃至2200℃。對(duì)合成條件a中的壓力p(gpa)也沒有特別限制，只要能獲得cbn多晶材料即可，并且不需要限定其下限值。更優(yōu)選將壓力p(gpa)設(shè)定為8gpa至20gpa。將燒結(jié)步驟中的溫度和壓力施加時(shí)間設(shè)定為5分鐘至20分鐘。時(shí)間短于5分鐘將導(dǎo)致燒結(jié)不足，而時(shí)間長(zhǎng)于20分鐘對(duì)燒結(jié)狀態(tài)沒有影響，并且就成本而言是不利的。更優(yōu)選的施加時(shí)間為10分鐘至20分鐘。燒結(jié)步驟是將原材料組合物轉(zhuǎn)化并燒結(jié)成cbn的步驟。將原材料組合物轉(zhuǎn)化為cbn是直接將原料組合物(即，氮化硼)單獨(dú)轉(zhuǎn)化為cbn而不使用燒結(jié)助劑或催化劑，并且轉(zhuǎn)化通常與燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行。利用上述制造方法，可以制造根據(jù)本實(shí)施方案的cbn多晶材料，即含有微細(xì)cbn和板狀cbn和/或粗cbn的韌性cbn多晶材料。實(shí)施例盡管下面將參考實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，但是本發(fā)明不限于此。<實(shí)施例1至10以及比較例1至4>使用以下方法制造根據(jù)實(shí)施例1至10的cbn多晶材料。首先，在各實(shí)施例中，準(zhǔn)備起始物質(zhì)(準(zhǔn)備步驟)。準(zhǔn)備粗hbn粉末、微細(xì)hbn粉末以及非hbn粉末作為起始物質(zhì)，并且各實(shí)施例所用的原材料組合物是不同的。然后，將所準(zhǔn)備的原材料組合物置于由高熔點(diǎn)金屬構(gòu)成的密封艙中，并使用超高壓高溫發(fā)生器在表1所示的溫度和壓力下(“合成條件”欄)保持20分鐘。由此將原材料組合物轉(zhuǎn)化為cbn并燒結(jié)(燒結(jié)步驟)。從而得到cbn多晶材料。表1在表1中的原材料組合物欄中，“粗hbn粉末”指的是平均晶粒尺寸為1μm的hbn粉末，“微細(xì)hbn粉末”指的是平均晶粒尺寸小于100nm的hbn粉末，并且“非hbn粉末”指的是除了hbn以外的氮化硼粉末(具體而言，納米晶氮化硼粉末)。在“粗hbn”和“微細(xì)hbn”欄中，示出了在各實(shí)施例和各比較例中使用的粗hbn和/或微細(xì)hbn的平均晶粒尺寸。在“非hbn”欄中，示出了在各實(shí)施例和各比較例中使用的非hbn納米晶體的類型。在“含量(體積％)”欄中，示出了原材料組合物中除了粗hbn粉末以外的粉末的含量(即，微細(xì)hbn粉末或非hbn粉末的含量)。在制造實(shí)施例1至10的方法中，燒結(jié)步驟中的合成條件(溫度和壓力)滿足合成條件a。比較例1的制造方法與實(shí)施例的制造方法的不同之處在于：其滿足合成條件a，但是原材料組合物不含有微細(xì)hbn和非hbn。比較例2至4的制造方法與實(shí)施例的制造方法的不同之處在于：其滿足合成條件a，但是原材料組合物不含粗hbn。<評(píng)價(jià)>使用下述技術(shù)來確定上述得到的實(shí)施例1至10和比較例1至4中的cbn多晶材料的組成和晶粒尺寸，并且使用各cbn多晶材料來進(jìn)一步進(jìn)行切削試驗(yàn)以評(píng)價(jià)各cbn多晶材料的耐磨性和耐崩裂性。(組成)通過使用x射線衍射裝置來識(shí)別各cbn多晶材料中所含的立方氮化硼(cbn)、壓縮型六方氮化硼(壓縮型hbn)和纖鋅礦型氮化硼(wbn)，并計(jì)算其含量。該裝置的x射線源是波長(zhǎng)為的cu-kα射線。結(jié)果如表2所示。(微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸和最大晶粒尺寸)使用sem并通過截距法來獲得各cbn多晶材料中所含的微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸。首先，對(duì)cbn多晶材料的表面進(jìn)行拋光，并使用sem觀察經(jīng)拋光的表面，以得到sem圖像。然后，將sem圖像中cbn的長(zhǎng)徑比不小于3的cbn定義為板狀cbn。然后，對(duì)于剩余的cbn，將晶粒尺寸不大于100nm的cbn確定為微細(xì)cbn，并且將晶粒尺寸超過100nm的cbn定為粗cbn。然后，在sem圖像中繪制圓，并從圓心向圓周方向徑向地繪制8條直線(使得直線之間的夾角基本相等)。在這種情況下，設(shè)定觀察放大倍數(shù)和圓的直徑，使得位于一條直線上的微細(xì)cbn晶粒(晶體晶粒)的數(shù)目為約10至50。接著，對(duì)每條直線與微細(xì)cbn晶粒的晶粒邊界的交點(diǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并通過將直線的長(zhǎng)度除以交點(diǎn)數(shù)目來計(jì)算平均線截距長(zhǎng)度。將平均線截距長(zhǎng)度乘以1.128所得數(shù)值定義為微細(xì)cbn晶粒的平均晶粒尺寸。將所觀察到的微細(xì)cbn晶粒的最大晶粒尺寸定義為微細(xì)cbn的最大晶粒尺寸。在計(jì)算微細(xì)cbn晶粒的平均晶粒尺寸時(shí)，將sem圖像的放大倍數(shù)設(shè)定為30000x。這是因?yàn)樵诘陀?0000x的放大倍數(shù)下，圓中的晶粒的數(shù)目多，難以觀察晶粒邊界，容易發(fā)生錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，并且板狀結(jié)構(gòu)更可能包括在繪制線中。在等于或高于30000x的放大倍數(shù)下，圓中的晶粒數(shù)目太少，并且不能計(jì)算出精確的平均晶粒尺寸。對(duì)于各實(shí)施例和各比較例，使用由一個(gè)樣品的不同部分的顯微照相得到的3個(gè)sem圖像，通過上述程序得到各sem圖像的平均晶粒尺寸，將這3個(gè)所得到的平均晶粒尺寸的平均值定義為“微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸”。結(jié)果在表2的“產(chǎn)品”欄中示出。(粗cbn的平均晶粒尺寸)與微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸類似，使用sem并通過截距程序得到各cbn多晶材料中所含的粗cbn的平均晶粒尺寸。結(jié)果如表2所示。在計(jì)算粗cbn晶粒的平均晶粒尺寸時(shí)，將sem圖像的放大倍數(shù)設(shè)定為10000x。其原因與微細(xì)cbn顆粒的計(jì)算的原因相同。(板狀cbn的平均長(zhǎng)半徑)與微細(xì)cbn的平均晶粒尺寸類似，使用sem并通過截距程序得到各cbn多晶材料中所含的板狀cbn的平均長(zhǎng)半徑。結(jié)果如表2所示。在計(jì)算板狀cbn晶粒的平均長(zhǎng)半徑時(shí)，將sem圖像的放大倍數(shù)設(shè)定為10000x。其原因與微細(xì)cbn顆粒的計(jì)算的原因相同。如表2所示，可以確認(rèn)實(shí)施例1至4和6至10含有1體積％至80體積％的wbn。實(shí)施例1、3、4、7、8和10中的cbn多晶材料具有由微細(xì)cbn、粗cbn和板狀cbn的晶體構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2、6和9中的cbn多晶材料具有由微細(xì)cbn和板狀cbn的晶體構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)。實(shí)施例5中的cbn多晶體具有由微細(xì)cbn和粗cbn的晶體構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)。相比之下，比較例1至4不具有混合結(jié)構(gòu)。(切削試驗(yàn))將實(shí)施例和比較例中的cbn多晶材料加工成切削刀片。通過使用這些切削刀片并在下述切削條件下進(jìn)行切削試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)耐磨性和耐崩裂性。結(jié)果如表3所示。切削類型：濕式切削加工材料：燒結(jié)合金smf4040的圓棒(在外周面以等間隔形成有沿軸向方向延伸的六個(gè)垂直槽)切削速度：100mm/分鐘。切削深度：0.2mm進(jìn)給：0.1mm/轉(zhuǎn)。評(píng)價(jià)方法：切削2km后，后刀面上的磨損量以及有無崩裂表3有無崩裂工具的相對(duì)磨損率實(shí)施例1無1實(shí)施例2無1.1實(shí)施例3無0.9實(shí)施例4無0.9實(shí)施例5無1實(shí)施例6無1.2實(shí)施例7無1實(shí)施例8無0.9實(shí)施例9無1.2實(shí)施例10無0.9比較例1有2比較例2有1.6比較例3有1.4比較例4有1.5如表3所示，在將實(shí)施例1定義為基準(zhǔn)的情況下，實(shí)施例2至10中的磨損量為0.9至1.2并且沒有觀察到崩裂。相比之下，在比較例1至4中觀察到崩裂。因此，可以證實(shí)：與比較例中的cbn多晶材料相比，實(shí)施例中的cbn多晶材料的韌性更高。盡管如上所述對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案和實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明原本也旨在對(duì)如上所述的各實(shí)施方案和實(shí)施例中的特征進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合及各種修改。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所公開的實(shí)施方案和實(shí)施例在各方面都是說明性和非限制性的。本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求的條款限定，而非上述的實(shí)施方案，并且本發(fā)明的范圍旨在包括與權(quán)利要求的條款等同的范圍和意義內(nèi)的任何修改。當(dāng)前第1頁(yè)12