JPH01274904A - ダイヤモンドおよび立方晶系窒化ホウ素研摩材成形体 - Google Patents

ダイヤモンドおよび立方晶系窒化ホウ素研摩材成形体

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JPH01274904A
JPH01274904A JP1027772A JP2777289A JPH01274904A JP H01274904 A JPH01274904 A JP H01274904A JP 1027772 A JP1027772 A JP 1027772A JP 2777289 A JP2777289 A JP 2777289A JP H01274904 A JPH01274904 A JP H01274904A
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abrasive
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boron nitride
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Ghanshyam Rai
ガンシャム・ライ
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General Electric Co
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は研摩材製品に関するものであって、更に詳しく
言えば、グイ・ヤモンドもしくは立方晶系窒化ホウ素か
ら成る研摩材成形体または工具植刃に関する。
研摩材成形体は当業界において公知であって、それらは
少なくとも７０（容量）％の量で存在する研摩材粒子の
塊状体を硬質基体に接合したものから主として成ってい
る。かかる成形体の研摩材粒子は常にダイヤモンドや立
方晶系窒化ホウ素のごとき超硬研摩材から成り、また硬
質基体は炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル
またはそれらの混合物のごとき炭化物から成るのが通例
である。かかる研摩材成形体（特にダイヤモンドおよび
立方晶系窒化ホウ素成形体）は自己結合によって製造さ
れている場合がある。この場合には、４１などの結合剤
の助けを借りることなしに個々の研摩材粒子同士が融合
して結合している。あるいはまた、適当な結合剤または
接着剤を用いて研摩材成形体が製造されている場合もあ
る。
ダイヤモンドおよび立方晶系窒化ホウ素成形体は金属の
機械加工のために使用することができる。
使用に際しては、かかる成形体をシャンクのごとき適当
な刃物支持体に固定することによって工具が形成される
。その場合には、成形体をたとえば超硬合金製の裏板に
固定し、次いでその裏板を支持体に固定することによっ
て工具を形成することができる。
本発明の場合と同じ譲受人に譲渡された再発行米国特許
第３２３８０号明細書中には、（ａ）ダイヤモンドの濃
度が７０（容量）％を越え、ダイヤモンド結晶がランダ
ムな状態で配置され、かつ実質的に全てのダイヤモンド
結晶が隣接するダイヤモンド結晶と直接に結合している
ような結晶質ダイヤモンド塊状体と、（ｂ）その結晶質
ダイヤモンド塊状体よりもかなり大きい体積を持った超
硬合金塊状体から成る支持体とから構成され、しかも結
晶質ダイヤモンド塊状体および超硬合金塊状体が超硬合
金またはそれの元素とダイヤモンド結晶とから成る境界
面において接合されているようなダイヤモンド成形体が
記載されている。
本発明の場合と同じ譲受人に譲渡された米国特許第３７
６７３７１号明細書中には、（ａ）７０　（容量）％以
上の立方晶系窒化ホウ素結晶の一体化された塊状体を（
ｂ）炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタルおよ
びそれらの混合物の中がら選ばれた炭化物とコバルト、
ニッケル、鉄およびそれらの混合物の中から選ばれた結
合剤とから成る金属結合炭化物の支持体に接合して成り
、しかも立方晶系窒化ホウ素結晶の塊状体と金属結合炭
化物の支持体との境界面には空所が存在しない同様な立
方晶系窒化ホウ素成形体が記載されている。やはり本発
明の場合と同じ譲受人に譲渡された米国特許第３７４３
４８９号明細書中には、上記のごとき結合剤と共にアル
ミニウムを使用すると、立方晶系窒化ホウ素結晶同士の
間および立方晶系窒化ホウ素塊状体と炭化物基体との間
により優れた結合力が得られることが記載されている。
本発明の場合と同じ譲受人に譲渡された米国特許第４２
２４３８０号明細書中には、熱的に安定なダイヤモンド
および立方晶系窒化ホウ素成形体が記載されている。こ
の場合には、コバルトやコバルト合金のごとき結合剤を
排除することにより、はぼ１００％の研摩材粒子から成
る結果として１２００〜１３００’Ｃの温度に暴露され
ても実質的な熱劣化を生じないような成形体が得られる
。がかる成形体は自己結合した研摩材粒子のみから成っ
ていてもよいし、あるいは超硬合金のごとき基体に接合
された自己結合研摩材粒子から成っていてもよい。
米国特許第４２２９１８６号明細書中には、複数のダイ
ヤモンドまたは立方晶系窒化ホウ素成形体同士を金属ま
たは合金ろう材により積層して成る結果、実際的に厚い
成形体として作用するような積層研摩材製品が開示され
ている。かがる積層研摩材製品は、メガバール程度の超
高圧を得るための装置において高圧ピストンとして使用
可能であると述べられている。
支持体の有無にかかわらず、超硬研摩材成形体は金属機
械加工分野において極めて有用であることが判明してい
る。しかしながら、ががる超硬研摩材成形体に摩耗また
は損傷が生じた場合には、その成形体を処分して代りに
新しい成形体を装着しなければならないという欠点があ
る。更にまた、支持体を伴わない超硬研摩材成形体は粘
り強さが小さく、そのために高速機械加工作業中に見ら
れる繰返し曲げ荷重条件下で亀裂を生じ易い、このよう
にして成形体中に生じた亀裂は成形体の粘り強さが小さ
いために容易に成長し、そして成形体を多数の断片に破
壊する。このたび、超硬研摩材塊状体を支持体の上面お
よび下面のそれぞれに接合して成る成形体を使用すれば
上記のごとき欠点を解消し得ることが見出された。その
結果、たとえば割れまたはチッピングによって一方の超
硬研摩材塊状体が損傷した場合でも、成形体を単にひつ
くり返して他方の超硬研摩材塊状体を使用することによ
って機械加工作業を継続し得るわけである。その上、超
硬研摩材塊状体の間に強靭な支持体が存在するため、上
記のごとき亀裂は成形体の反対側にまでは達し得ないの
である。
発明の要約 本発明の目的の１つは、たとえば超硬合金製の支持体の
上面および下面のそれぞれに研摩材塊状体を接合して成
る研摩材成形体、とりわけダイヤモンドおよび立方晶系
窒化ホウ素成形体を提供することにある。
また、支持体の上面および下面のそれぞれに研磨材成形
体を接合して成る研摩材成形体の製造方法を提供するこ
とも本発明の目的の１つであるや本発明の一側面に従え
ば、支持体の上面および下面のそれぞれに研摩材塊状体
を接合して成る成形体が提供される。この場合、研摩材
塊状体はダイヤモンドおよび立方晶系窒化ホウ素の中か
ら選状体は支持体に対し、て直接に接合されていること
が好ましいが、本発明の実施に際し、ではろう付けなど
による間接的な接合もまた使用し得ることを理解すべき
である。
本発明のもう１つの側面に従えば、本発明の成形体の製
造方法が提供される。　かかる方法は、（コ）一定量の
研摩材粒子および一定量の支持材を、研摩材粒子が支持
材の上面および下面に接合されるようにして密閉容器内
に配置し、（ｂ）一体構造物を形成するのに有効な程度
の加熱および加圧を密閉容器に対して同時に施し、（ｃ
）密閉容器に対する加熱を停止し、（ｄ）密閉容器に対
する加圧を停止し、次いで（ｅ）得られた一体構造物を
回収する諸工程から成っている。
発明の詳細な説明 本発明の好適な研摩材成形体を製造するために使用し得
る装置の１種として、米国特許第２９４１２４８号明細
書中に記載されかつ第１図に示されたような高温高圧装
置がある。かがる装置１０は、焼結炭化タングステンか
ら成る１対のパンチ１１および１１°並びに同じ材料が
ち成る中間ベルトまたはダイ部材１２を含んでいる。ダ
イ部材１２は開口１３を有していて、その中には反応容
器Ｊ４が配置され゛（いる。パンチ１１とダイ部材１２
との間およびパンチ１１′とダイ部材］２との間にはガ
スケット／Ｕｒ熱材アセンブリ１５゛および１５がそれ
ぞれ配置されているが、それらの各々は１対の断熱性か
つ非導電性のパイロフィライト部材１６および１７と中
間の金属ガスケット１８とから成っている。
反応容器１４は、好適な実施の一態様に従えば、埋装の
中空円筒１つを含んでいる０円筒１９はまた、高温高圧
操作中により強くて剛い状態に変化せずかつ高温高圧の
下で起こる体積の不連続性を実質的に生じないようなそ
の他の材料（たとえばタルク）から成っていてもよい。
円筒１９を製造するためには、米国特許第３０３０６６
２号明細書中に記載のごとき基準を溝なす材料が有用で
ある。
円筒１９の内部に隣接して、黒鉛製の電気抵抗加熱管２
０が同心的に配置されている。黒鉛製加熱管２０の内部
にはまた、円筒形の埋装ライナ２１が同心的に配置され
ている。ライナ２１の上端および下端には塩製プラグ２
２および２２°がそれぞれ取付けられている。後記に記
載されるごとく、ライナ２１は複数のサブアセンブリを
含んだ１個の大きい装填アセンブリを収容するための円
柱状空間を有していてもよいし、あるいはう・ｆす２１
自体が複数の複合工具植刃または成形体を製造するため
堆積状態で配置された一連の成形アセンブリから成って
いてもよい。
円ｆ！？ｉ１９の両端には、黒鉛製加熱管２ｏへの電気
的接続を行うために導電性の金属端板２３および２３′
が使用されている。端板２３および２３゛に隣接して末
端キャップアセンブリ２４および２４′がそれぞれ配置
されているが、それらの各々はパイロフィライト製のプ
ラグまたは円板２５を導電リング２６で包囲したものか
ら成っている。
このような装置において高温および高圧を同時に加える
ための運転技術は当業者にとって公知である。以下の説
明は、本発明を実施するために使用し得るただ１種の高
温高圧装置に関するものに過ぎない、なお、所要の温度
および圧力を与え得るものであれば、その他各種の装置
を本発明の範囲内において使用することが可能である。
面および下面のそれぞれに研摩材（好ましくはダイヤモ
ンドまたは立方晶系窒化ホウ素）の塊状体を接合して成
る成形体］を製造するための装填アセンブリが示されて
いる。かかる装填アセンブリ３０は、等しい倍率で図示
されていないけれども、第１図の装置の空間３１の内部
に配置し得るものである。
装填アセンブリ３０は、好ましくはジルコニウム、チタ
ン、タンタル、タングステンおよびモリブデンから成る
群より選ばれた遮蔽金属製の円筒形スリーブ３２を含ん
でいる。遮蔽金属製の円筒形スリーブ３２の内部には複
数のサブアセンブリが配置されていて、それらの上面お
よび下面は好ましくはチタンまたはジルコニウム製の遮
蔽円板３３によって保護されている。また、円筒形スリ
ーブ３２の両端にはパイロフィライト製のプラグ３８お
よび３８゛が配置されている。このようにして全ての面
が保護されたサブアセンブリの各々は、支持材層３４お
よびそれの上下に配置された研摩材粒子層３６から成っ
ている。各々の支持材Ｎ３４は適当な支持材から成り得
るが、好ましくは成形用の炭化物粉末が使用される。か
かる支持材としては炭化タングステン、炭化チタン、炭
化タンタル、炭化モリブデンまたはそれらの混合物が最
も望ましいが、コバルト粉末を含有する炭化タングステ
ンが特に好適である。各々の研摩材粒子層３６は任意適
宜の研摩材から成り得るが、本発明の実施に際してはダ
イヤモーンドおよび立方晶系窒化ホウ素が特に好適であ
る。
炭化物粉末と研摩材粒子との間に明確な境界が存在する
ようにして支持材層３４および研摩材粒子層３６を配置
する代りに、移行層（図示せず）を設けることもできる
。かかる移行層は、再発行米国特許第３２３８０号明細
書中に記載のごとき応力集中を低減させるため、炭化物
粉末およびダイヤモンド粒子を両方を段階的な混合物と
して含有するものであればよい、あるいはまた、たとえ
ば米国特許第４４０３０１５および４４４０５７３号明
細書中に記載のごとくに中間層を配置してもよい、勿論
、その他の変形例も当業者にとって自明であろう。
本発明の実施に際してはまた、支持材層３４として予備
焼結された炭化物円板を使用して下記のごとき一体構造
物を製造することも可能である。
粉末または予備焼結円板のいずれから成るにせよ、支持
材層３４は約０．０６０〜約０．１２５インチの厚さを
有することが好ましい。
本発明の方法による工具植刃の製造に際しては、装填ア
センブリ３０が装置１０の空間３１内に配置され、それ
に圧力が加えられ、次いで系が加熱される。その際には
、約１２００〜約２０００”Ｃの範囲内の温度が約３分
を越える時間にわたって使用される。それと同時に、系
はたとえば４０キロバ一ル以上の極めて高い圧力に暴露
される。
高温高圧操作の完了後、先ず最初に温度が低下させられ
、次いで圧力が低下させられる。形成された工具植刃を
回収した直後、それらの外面には保護用の遮蔽金属が強
固に付着している。工具植刃の所望の表面を露出させる
ためには、研削によって遮蔽金属を除去しさえすればよ
い。
本発明の工具植刃の形状は円板状である必要はないので
あって、たとえばくさび状、立方体状などの形状を有し
ていてもよいことは言うまでもない、また、本発明は支
持体の上面および下面のみに研摩材塊状体を接合して成
る成形体だけに限定されるわけではない、すなわち本発
明は、たとえば、６つの表面の内の４つに研摩材塊状体
を接合して成る立方体状の成形体をも含んでいる。
当業者が本発明を一層良〈実施し得るようにするため、
以下に実施例を示す、この実施例は本発明の例示を目的
とするものであって、本発明の範囲を制限するものでは
ない。
実施例 アンモニア中において９５０℃で焼成されかつ２５ミク
ロンの平均粒度を有する微細な立方晶系窒化ホウ素粉末
を、２〜３ミクロンの平均粒度を有する４（重量）％の
アルミニウム化ニッケル（Ｎ　１３ＡＩ）粉末と混合し
た。それらの混合は、焼結炭化タングステンボールを含
む容量１ガロンの摩砕機内において乾燥条件下で行った
。こうして得られ量の焼結炭化タングステン粒子を含有
することが判明した。一定量の混合材料をジルコニウム
製のカップ内に配置して平らにならした。次いで、圧力
を加えることにより、カップ内には混合材料のに同量の
立方晶系窒化ホウ素粉末を配置した。再び圧力を加える
ことにより、立方晶系窒化ホウ素直径を持ったジルコニ
ウム円板を配置した。次いで、かかるカップを一様に押
し潰した。こうして得られた複数のカップを使用するこ
とにより、高温高圧操作用の装填アセンブリを作製した
。
第１図に示されたものと同様な装置内に上記の装填アセ
ンブリを配置し、そして約１４００℃の温度および約７
０キロバールの圧力を約１８分間にわたって加えた。そ
の後、温度を低下させ、そして温度が約６５０℃に達し
た時点で圧力の除去を開始した。その結果、優れた性質
を墳する工具植刃まなは成形体が得られた。
上記の手順に従って製造された工具植刃を三点曲げ試験
装置において試験することにより、それの破断強さを測
定した。比較のため、片面のみに研窄材層を有する立方
晶系窒化ホウ素成形体［ゼネラル・エレクトリック・カ
ンパニー　（Ｇｅｎｅｒａ！Ｅｌｓｃｔｒｉｅ　Ｃｏｍ
ｐａｎｙ）からＢＺＮの商品名で販売されている成形体
］についても試験を行った。ＢＺＮ成形体は２種の条件
下で試験しな。第１の試験は炭化物基体を下側にして接
触点から遠去けた状態で行い、また第２の試験は炭化物
基体を荷重ビンに接触さぜな状態、すなわち立方晶系窒
化ホウ素層を接触点から遠去けな状態で行った。こうし
て得られた結果を下記第１表中に示す。
第一１−表 ０、ＯＬ　　　　　　　　　４２　　　　　　　８．４
　　　　　　１０．６０．０２　　　　　　　　６．８
　　　　　　１０．１　　　　　　１７．７０．０３　
　　　　　　１３．５　　　　　　１３．５　　　　　
　２４．５０．０４　　　　　　　１４８　　　　　　
１６．９　　　　　　２９．６０．０５　　　　　　　
２、１　　　　　　２５．３　　　　　　４０．６０．
０６　　　　　　　２９．６　　　　　　３３．８　　
　　　　５、５０．０７　　　　　　　４２．２　　　
　　　４９．０　　　　　　６０．００．０７５　　　
　　　４６．５　　　　　　５、５　　　　　　６４．
９０．０８　　　　　　　５４．９　　　　　　５９．
１　　　　　　７５．２０．０９　　　　　　　６３．
４　　　　　　７６．０　　　　　　９０．８０．１０
　　　　　　　７６．０　　　　　　８＆７　　　　　
１０２．２０．１１　　　　　　　１７　　　　　１０
、４　　　　　１２０．８０．１２　　　　　　１０、
４　　　　　１１＆３　　　　　１６９．００．１３　
　１１４．０　　１３５．２　　　破断上記の結果は、
本発明の成形体が従来のごとき片面成形体よりも大きい
剛性を有する。ことを示している。
ている。
次に、４３４０焼入鋼に対するＲ械加工性能に関し、上
記の手順に従って製造された工具植刃をむくの立方晶系
窒化ホウ素成形体およびＢＺＮ成形体と比較しながら試
験した。１回目の試験においては０．０２インチの切込
み深さを使用し、また２回目の試験においては０．０５
インチの切込み深さを使用した。こうして得られた結果
を下記第２表中に示す。
ＢＺＮ成形体（試験１）　　　　　　　　　　、１む（
ｃＢＮ成形体（試験１）　　　　　　　　、２本発明成
形体く試験１）　　　　　　　　　　４．４ＢＺＮ成形
体（試験２）　　　　　　　　　　、６む＜ＣＢＮ成形
体く試験２）　　　　　　　　、７本発明成形体（試験
２）　　　　　　　　　　、９上記の結果は、４３４０
焼入鋼製の試験用工作物から金属を除去する点で、本発
明の成形体が従来の片面成形体または従来のむく成形体
よりも有効であることを示している。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の製品を製造するために有用な高温高圧
装置の一例を示す断面図、そして第２図は本発明の実施
に際して第１図の装置内に配置される装填アセンブリの
一例を示す断面図である。 図中、１０は高温高圧装置、３０は装填アセンブリ、３
２はスリーブ、３３は遮蔽円板、３４は支持材層、そし
て３６は研摩材粒子層を表わす。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、支持体の少なくとも上面および下面のそれぞれに研
    摩材塊状体を接合して成ることを特徴とする製品。 ２、前記研摩材塊状体がダイヤモンドおよび立方晶系窒
    化ホウ素から成る群より選ばれた材料から成る請求項１
    記載の製品。 ３、前記支持体が炭化物の塊状体から成る請求項１記載
    の製品。 ４、前記炭化物が炭化タングステン、炭化チタン、炭化
    タンタル、炭化モリブデンおよびそれらの混合物から成
    る群より選ばれる請求項３記載の製品。 ５、前記炭化物が少量のコバルトを含有する炭化タング
    ステンである請求項４記載の製品。 ６、前記支持体と前記研摩材塊状体の少なくとも一方と
    の間に移行層が存在する請求項２記載の製品。 ７、前記支持体と前記研摩材塊状体の少なくとも一方と
    の間に中間層を追加包含する請求項２記載の製品。 ８、前記支持体が炭化物の塊状体から成る請求項６また
    は７記載の製品。 ９、前記支持体が約０．０６０〜約０．１２５インチの
    厚さを有する請求項３記載の製品。 １０、炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル、
    炭化モリブデンおよびそれらの混合物から成る群より選
    ばれた材料製の支持体の少なくとも上面および下面のそ
    れぞれに、ダイヤモンドおよび立方晶系窒化ホウ素から
    成る群より選ばれた材料製の研摩材塊状体を接合して成
    ることを特徴とする製品。 １１、前記研摩材塊状体が前記支持体にろう付けされて
    いる請求項１０記載の製品。 １２、（ａ）一定量の研摩材粒子および一定量の支持材
    を、前記研摩材粒子が前記支持材の少なくとも上面およ
    び下面に接合されるようにして密閉容器内に配置し、（
    ｂ）一体構造物を形成するのに有効な程度の加熱および
    加圧を前記密閉容器に対して同時に施し、（ｃ）前記密
    閉容器に対する加熱を停止し、（ｄ）前記密閉容器に対
    する加圧を停止し、次いで（ｅ）得られた一体構造物を
    回収する諸工程から成ることを特徴とする研摩材製品の
    製造方法。 １３、前記工程（ａ）において前記密閉容器内に配置さ
    れる前記支持材が粉末状のものである請求項１２記載の
    方法。 １４、前記工程（ａ）において前記密閉容器内に配置さ
    れる前記支持材が予備焼結された炭化物である請求項１
    ２記載の方法。 １５、前記工程（ｂ）において使用される温度が約１２
    ００〜約２０００℃の範囲内にある請求項１２記載の方
    法。 １６、前記工程（ｂ）において使用される圧力が少なく
    とも約４０キロバールである請求項１２記載の方法。 １７、前記研摩材粒子がダイヤモンドおよび立方晶系窒
    化ホウ素から成る群より選ばれる請求項１２記載の方法
    。 １８、前記支持材が炭化タングステン、炭化チタン、炭
    化タンタル、炭化モリブデンおよびそれらの混合物から
    成る群より選ばれる請求項１７記載の方法。 １９、前記支持材と前記研摩材粒子の層の少なくとも一
    方との間に中間層が配置される請求項１２記載の方法。 ２０、ダイヤモンドおよび立方晶系窒化ホウ素から成る
    群より選ばれた一定量の研摩材粒子並びに一定量の支持
    材を、前記研摩材粒子が前記支持材の少なくとも上面お
    よび下面に接合されるようにして密閉容器内に配置し、
    （ｂ）約１２００〜約２０００℃の温度および少なくと
    も約４０キロバールの圧力を前記密閉容器に対して同時
    に加えることにより、前記支持材および前記研摩材粒子
    から成る一体構造物を形成し、（ｃ）前記密閉容器に対
    する加熱を停止し、（ｄ）温度が約７００℃以下に低下
    した時点で前記密閉容器に対する加圧を停止し、次いで
    （ｅ）得られた一体構造物を回収する諸工程から成るこ
    とを特徴とする研摩材製品の製造方法。 ２１、研摩材粒子の一体化された塊状体を支持材の少な
    くとも上面および下面にろう付けすることを特徴とする
    研摩材製品の製造方法。 ２２、前記研摩材粒子の一体化された塊状体がダイヤモ
    ンドおよび立方晶系窒化ホウ素から成る群より選ばれた
    材料から成り、かつ前記支持体が炭化物から成る請求項
    ２１記載の方法。 ２３、前記研摩材粒子の一体化された塊状体が、ダイヤ
    モンドおよび立方晶系窒化ホウ素から成る群より選ばれ
    た材料を炭化物の塊状体に接合したものから成る請求項
    ２１記載の方法。
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