JPH02160429A - 超研削材切削要素及びその製造方法 - Google Patents
超研削材切削要素及びその製造方法Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
- B24D3/06—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
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-
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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-
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、工具類のための部器削材（ｓｕｐｅｒ−ａｂ
ｒａｓｉｖｅ）切削要素、もっと詳しく言うと金属被覆
ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素結晶の接合（ｃｅ＋
＋ｅｎ ｔｅｄ）及び接合／焼結切削要素並びに基材に
支持された圧粉体と、それらを製造するための方法とに
関する。
ｒａｓｉｖｅ）切削要素、もっと詳しく言うと金属被覆
ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素結晶の接合（ｃｅ＋
＋ｅｎ ｔｅｄ）及び接合／焼結切削要素並びに基材に
支持された圧粉体と、それらを製造するための方法とに
関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕ダイヤ
モンド又は立方晶窒化ホウ素結晶から構成される複合の
多結晶性研削材の集合体（ｍａｓｓ）又は圧粉体は、ド
リルビット、切削または目直し工具、機械加工用工具、
木工用工具及び線引きダイの切削要素として産業界にお
いて広く使用されている。そのような圧粉体は、単結晶
切削要素以上に有利であって、例えば耐摩耗性や耐衝撃
性がより良好であるといったことが証明されている。
モンド又は立方晶窒化ホウ素結晶から構成される複合の
多結晶性研削材の集合体（ｍａｓｓ）又は圧粉体は、ド
リルビット、切削または目直し工具、機械加工用工具、
木工用工具及び線引きダイの切削要素として産業界にお
いて広く使用されている。そのような圧粉体は、単結晶
切削要素以上に有利であって、例えば耐摩耗性や耐衝撃
性がより良好であるといったことが証明されている。
圧粉体は、ダイヤモンドとダイヤモンドとの結合を促進
する触媒／溶媒の存在下に典型的には４０ｋｂａｒを超
え且つ１２００〜２０００℃の間の「ダイヤモンド安定
領域」と称される高圧高温条件下において個々のダイヤ
モンド粒子を一緒に焼結して作られている。
する触媒／溶媒の存在下に典型的には４０ｋｂａｒを超
え且つ１２００〜２０００℃の間の「ダイヤモンド安定
領域」と称される高圧高温条件下において個々のダイヤ
モンド粒子を一緒に焼結して作られている。
商業的に入手可能な焼結ダイヤモンド圧粉体は種々のミ
クロ構造を有する。約７００〜７５０ ’Ｃまでの温度
安定性を有する不浸出多結晶性ダイヤモンド圧粉体は、
例えば、米国特許第３６０９８１８号明細書に従って作
ることができる。この米国特許明細書では、ダイヤモン
ド粉末を黒鉛粉末及び例えばコバルトのような金属触媒
／溶媒と混合し、そして高圧高温条件にさらして、焼結
されたダイヤモンド−ダイヤモンド結合を有する多結晶
性圧粉体が作られる。焼結ダイヤモンド圧粉体のための
触媒／溶媒には、コバルト、ニッケル、鉄、ソノホかの
■族金属、及びこれらの金属を含有している合金類が含
まれる。ダイヤモンド圧粉体のダイヤモンド含有量は通
常は７０体積％より多く、典型的には８０〜９５％であ
る。基材なしの圧粉体は工具本体へ機械的に結合させる
ことができる。
クロ構造を有する。約７００〜７５０ ’Ｃまでの温度
安定性を有する不浸出多結晶性ダイヤモンド圧粉体は、
例えば、米国特許第３６０９８１８号明細書に従って作
ることができる。この米国特許明細書では、ダイヤモン
ド粉末を黒鉛粉末及び例えばコバルトのような金属触媒
／溶媒と混合し、そして高圧高温条件にさらして、焼結
されたダイヤモンド−ダイヤモンド結合を有する多結晶
性圧粉体が作られる。焼結ダイヤモンド圧粉体のための
触媒／溶媒には、コバルト、ニッケル、鉄、ソノホかの
■族金属、及びこれらの金属を含有している合金類が含
まれる。ダイヤモンド圧粉体のダイヤモンド含有量は通
常は７０体積％より多く、典型的には８０〜９５％であ
る。基材なしの圧粉体は工具本体へ機械的に結合させる
ことができる。
多結晶性立方晶窒化ホウ素の焼結圧粉体は、例えば、米
国特許第３７６７３７１号、同第３７４２４８９号及び
同第４４０３０１５号明細書の教示に従って製作するこ
とができる。立方晶窒化ホウ素のための触媒／溶媒には
、アルミニウム又は、ニッケル、コバルト、鉄、マンガ
ンもしくはクロムを含有しているアルミニウム合金が含
まれる。
国特許第３７６７３７１号、同第３７４２４８９号及び
同第４４０３０１５号明細書の教示に従って製作するこ
とができる。立方晶窒化ホウ素のための触媒／溶媒には
、アルミニウム又は、ニッケル、コバルト、鉄、マンガ
ンもしくはクロムを含有しているアルミニウム合金が含
まれる。
圧粉体は、ダイヤモンド粉末の層並びに炭化タングステ
ン粉末及びコバルト粉末の混合物を高圧高温条件にさら
して焼結炭化タングステンのような基材に結合させるこ
とができる。コバルトは、処理を行う間にダイヤモンド
粉末中へ拡散し、従ってダイヤモンド粉末の焼結のた・
めの溶媒と触媒の両方として働いてダイヤモンドとダイ
ヤモンドとの結合を形成し、且つ炭化タングステンのた
めの結合剤の役目を果す。この方法によって、ダイヤモ
ンド層と接合された炭化タングステンとの間の界面に強
固な結合が形成される。例えば、米国特許第３７４５６
２３号及び同第４４０３０１５号明細書を参照されたい
。
ン粉末及びコバルト粉末の混合物を高圧高温条件にさら
して焼結炭化タングステンのような基材に結合させるこ
とができる。コバルトは、処理を行う間にダイヤモンド
粉末中へ拡散し、従ってダイヤモンド粉末の焼結のた・
めの溶媒と触媒の両方として働いてダイヤモンドとダイ
ヤモンドとの結合を形成し、且つ炭化タングステンのた
めの結合剤の役目を果す。この方法によって、ダイヤモ
ンド層と接合された炭化タングステンとの間の界面に強
固な結合が形成される。例えば、米国特許第３７４５６
２３号及び同第４４０３０１５号明細書を参照されたい
。
焼結圧粉体の強さ及び耐摩耗性は単結晶ダイヤモンドに
匹敵しあるいはそれより優れているが、それらは７５０
℃より高い温度では悪化し、またそれらの切削効率が有
意に低下する。これは、ダイヤモンドと触媒／溶媒相と
の間の熱膨張が一様でないことに起因する熱応力と高温
での触媒によるダイヤモンドの黒鉛化とのためであると
信じられる。圧粉体と基材との間の異なる膨張率はまた
、それらの界面に離層及び割れを生じさせかねない。
匹敵しあるいはそれより優れているが、それらは７５０
℃より高い温度では悪化し、またそれらの切削効率が有
意に低下する。これは、ダイヤモンドと触媒／溶媒相と
の間の熱膨張が一様でないことに起因する熱応力と高温
での触媒によるダイヤモンドの黒鉛化とのためであると
信じられる。圧粉体と基材との間の異なる膨張率はまた
、それらの界面に離層及び割れを生じさせかねない。
改良された熱安定性を有する圧粉体が米国特許第４２２
４３８０号明細書に記載されている。この米国特許明細
書は、圧粉体から触媒／溶媒の大部分を浸出して、主と
して金属分のない、基材なしの一体の（ｃｏｈｅｒｅｎ
ｔ）ダイヤモンド−ダイヤモンド結合研削材圧粉体を
得る方法を教示する。このダイヤモンド圧粉体は７０〜
９０体積％がダイヤモンド、０．０５〜３体積％が触媒
／結合剤、そして５〜３０％が細孔である。基材のない
又は固定されていない浸出圧粉体は、有意の構造的劣化
を示すことなく１２００″Ｃまで熱的に安定である。こ
の圧粉体は、「ジオセット（Ｇｅｏｓｅｅｔ） Ｊとい
う商品名で商業的に入手可能である。このような圧粉体
はやや脆い。
４３８０号明細書に記載されている。この米国特許明細
書は、圧粉体から触媒／溶媒の大部分を浸出して、主と
して金属分のない、基材なしの一体の（ｃｏｈｅｒｅｎ
ｔ）ダイヤモンド−ダイヤモンド結合研削材圧粉体を
得る方法を教示する。このダイヤモンド圧粉体は７０〜
９０体積％がダイヤモンド、０．０５〜３体積％が触媒
／結合剤、そして５〜３０％が細孔である。基材のない
又は固定されていない浸出圧粉体は、有意の構造的劣化
を示すことなく１２００″Ｃまで熱的に安定である。こ
の圧粉体は、「ジオセット（Ｇｅｏｓｅｅｔ） Ｊとい
う商品名で商業的に入手可能である。このような圧粉体
はやや脆い。
ジオセットの多孔性はまた、弱さの源になりかねず、該
圧粉体の強さ、耐摩耗性及び耐衝撃性を低下させかねな
い。米国特許第４６３６２５３号明細書では、圧粉体の
多孔性が周期表の■Ａ族、ＶＡ族又はＶＩＡ族及び鉄族
金属から選択された金属又は炭化物を高圧高温処理前の
ダイヤモンド粉末に加えて低下させられる。鉄族金属の
大部分はその後浸出除去される。この方法によって、圧
粉体の多孔度は７％以下に減少する。
圧粉体の強さ、耐摩耗性及び耐衝撃性を低下させかねな
い。米国特許第４６３６２５３号明細書では、圧粉体の
多孔性が周期表の■Ａ族、ＶＡ族又はＶＩＡ族及び鉄族
金属から選択された金属又は炭化物を高圧高温処理前の
ダイヤモンド粉末に加えて低下させられる。鉄族金属の
大部分はその後浸出除去される。この方法によって、圧
粉体の多孔度は７％以下に減少する。
改良された熱的に安定な焼結ダイヤモンド圧粉体の別の
例が、英国特許第２１５８０８６号明細書に開示されて
いる。この英国特許明細書では、圧粉体はその体積の約
８０〜９０％の多結晶性ダイヤモンドの集合体と約１０
〜２０％のケイ素及び／又は炭化ケイ素の別の相とを含
んでなる。このケイ素は高圧高温処理の間に圧粉体に浸
透する。この圧粉体は、真空、不活性又は還元雰囲気条
件下で１２００℃の温度に耐えることができると述べら
れているが、ケイ素又は炭化ケイ素は圧粉体の脆さを増
加させる。
例が、英国特許第２１５８０８６号明細書に開示されて
いる。この英国特許明細書では、圧粉体はその体積の約
８０〜９０％の多結晶性ダイヤモンドの集合体と約１０
〜２０％のケイ素及び／又は炭化ケイ素の別の相とを含
んでなる。このケイ素は高圧高温処理の間に圧粉体に浸
透する。この圧粉体は、真空、不活性又は還元雰囲気条
件下で１２００℃の温度に耐えることができると述べら
れているが、ケイ素又は炭化ケイ素は圧粉体の脆さを増
加させる。
焼結多結晶性圧粉体の性質に影響を及ぼすもう一つの特
性は、結晶の粒度である。粒度が細かくなればなるほど
、圧粉体の耐摩耗性は大きくなる。
性は、結晶の粒度である。粒度が細かくなればなるほど
、圧粉体の耐摩耗性は大きくなる。
これは、ある程度は、応力下においては小さな粒子だけ
がかけて落ちるからである。小さなつぶつぶのある圧粉
体は仕上げを精巧にし、機械加工の用途において好まれ
る。
がかけて落ちるからである。小さなつぶつぶのある圧粉
体は仕上げを精巧にし、機械加工の用途において好まれ
る。
しかしながら、細か過ぎる構造を有し且つ高度のダイヤ
モンド−ダイヤモンド結合を有する圧粉体は、より小さ
い結晶の結合体よりももっと大きな単結晶のように振舞
いかねない。緻密なダイヤモンド−ダイヤモンド結合に
伴って結果として得られる硬さ及び高い弾性率は、その
ような圧粉体を割れの伝播しやすいものにする。従って
、十分なだけの応力は破局的な破壊を生じさせて圧粉体
全体をこわしかねまい。
モンド−ダイヤモンド結合を有する圧粉体は、より小さ
い結晶の結合体よりももっと大きな単結晶のように振舞
いかねない。緻密なダイヤモンド−ダイヤモンド結合に
伴って結果として得られる硬さ及び高い弾性率は、その
ような圧粉体を割れの伝播しやすいものにする。従って
、十分なだけの応力は破局的な破壊を生じさせて圧粉体
全体をこわしかねまい。
細かなつぶつぶのある圧粉体を製造するのに必要とされ
る細かいダイヤモンド粉末の出発材料は、工程収率を低
下させ且つ製品品質を不揃いにする材料の取扱い及び処
理の問題をも引き起こす。緻密な粉体は触媒／溶媒の浸
透を妨げ、それゆえに細かい粒子の結晶を焼結するのは
困難である。細かい粒子の結晶の表面積は大きくなり、
このことは表面の不純物に対するそれらの感受性を増大
させる一方、小さな粒子の結晶を清浄にしそして詰め込
むこともまた困難になる。これらの問題は、より大きな
圧粉体が所望されている場合又は必要とされるダイヤモ
ンド原料の粒度が６−未満である場合に特に激しい。細
かいつぶつぶのあるダイヤモンド圧粉体はまた、上で検
討した圧粉体と同じ熱的制限を受ける。
る細かいダイヤモンド粉末の出発材料は、工程収率を低
下させ且つ製品品質を不揃いにする材料の取扱い及び処
理の問題をも引き起こす。緻密な粉体は触媒／溶媒の浸
透を妨げ、それゆえに細かい粒子の結晶を焼結するのは
困難である。細かい粒子の結晶の表面積は大きくなり、
このことは表面の不純物に対するそれらの感受性を増大
させる一方、小さな粒子の結晶を清浄にしそして詰め込
むこともまた困難になる。これらの問題は、より大きな
圧粉体が所望されている場合又は必要とされるダイヤモ
ンド原料の粒度が６−未満である場合に特に激しい。細
かいつぶつぶのあるダイヤモンド圧粉体はまた、上で検
討した圧粉体と同じ熱的制限を受ける。
超研削材粒子を圧粉体で使用することのほかに、それら
は例えば研削砥石やのこぎりの刃のような研削切削要素
を含浸させるの用いられている。例えば、米国特許第２
８１８８５０号明細書は炭化タングステン粉末、コバル
ト及びダイヤモンド粉末から作られた切削要素を開示す
る。米国特許第２７９６７０６号明細書も参照されたい
。そのような混合物中のダイヤモンドの濃度は典型的に
は４０％未満である。
は例えば研削砥石やのこぎりの刃のような研削切削要素
を含浸させるの用いられている。例えば、米国特許第２
８１８８５０号明細書は炭化タングステン粉末、コバル
ト及びダイヤモンド粉末から作られた切削要素を開示す
る。米国特許第２７９６７０６号明細書も参照されたい
。そのような混合物中のダイヤモンドの濃度は典型的に
は４０％未満である。
ダイヤモンドの存在することは炭化タングステンマトリ
ンクスの切削効率を向上させるが、ダイヤモンド濃度が
より高い超研削材圧粉体が優れている。更に、ダイヤモ
ンドは弱い機械的結合によって炭化タングステンマトリ
ックスに保持されるように見えるので、小さなダイヤモ
ンドの粒は支持用マトリックスが浸食されるにつれて節
単に失われる。
ンクスの切削効率を向上させるが、ダイヤモンド濃度が
より高い超研削材圧粉体が優れている。更に、ダイヤモ
ンドは弱い機械的結合によって炭化タングステンマトリ
ックスに保持されるように見えるので、小さなダイヤモ
ンドの粒は支持用マトリックスが浸食されるにつれて節
単に失われる。
ダイヤモンド粒子の炭化タングステンマトリックスへの
結合を改良するために、ダイヤモンド粒子はタングステ
ン、タンタル、クロム、ニオブ又はモリブデンのような
金属で被覆されている。米国特許第３８７１８４０号及
び同第３８４１８５２号明細書は、金属マトリックスに
分散される金属被覆ダイヤモンド粒子に化学気相成長（
ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉＬｉｏｎ
）法を応用する。これらの場合には、被覆されたダイヤ
モンドは研削材製品のおよそ２５％を構成する。しかし
ながら多結晶性ダイヤモンドの方が、硬さ、耐摩耗性及
び応用の範囲の点からなお優れている。
結合を改良するために、ダイヤモンド粒子はタングステ
ン、タンタル、クロム、ニオブ又はモリブデンのような
金属で被覆されている。米国特許第３８７１８４０号及
び同第３８４１８５２号明細書は、金属マトリックスに
分散される金属被覆ダイヤモンド粒子に化学気相成長（
ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉＬｉｏｎ
）法を応用する。これらの場合には、被覆されたダイヤ
モンドは研削材製品のおよそ２５％を構成する。しかし
ながら多結晶性ダイヤモンドの方が、硬さ、耐摩耗性及
び応用の範囲の点からなお優れている。
もっと最近では、米国特許第４３７８９７５号明細書が
超研削材粒子が研削材製品の体積の４０％までを占める
研削材製品を開示した。粒子は好ましくは、クロム及び
耐摩耗性の外層、例えばニッケルと鉄とを主成分とする
合金のようなもの、により被覆される。粒子は、融点が
１１００’Ｃ未満であるニッケル／クロム合金マトリッ
クスで一緒に結合される。
超研削材粒子が研削材製品の体積の４０％までを占める
研削材製品を開示した。粒子は好ましくは、クロム及び
耐摩耗性の外層、例えばニッケルと鉄とを主成分とする
合金のようなもの、により被覆される。粒子は、融点が
１１００’Ｃ未満であるニッケル／クロム合金マトリッ
クスで一緒に結合される。
この研削材製品は、被覆された超研削材粒子を合金の粉
末と混合し、周囲温度で圧力をかけて生の状態の製品を
作り、そしてこの生の状態の製品をダイヤモンド安定領
域よりも十分に低いおよそ９５０℃〜１０００℃で焼結
して作られる。クロムコーティングは粒子の重量の１０
％までを構成することができる一方、耐摩耗性コーティ
ングを含めた被覆された粒子の直径は未被覆粒子の直径
の２〜３倍になりかねない。種々の構成成分の粉体と混
合して詰め込む問題は、そのようなマトリックス中のダ
イヤモンド粒子の均一な分布を妨げることがあり、これ
は結果として不均一な機械的及び熱的特性に至りかねな
い。
末と混合し、周囲温度で圧力をかけて生の状態の製品を
作り、そしてこの生の状態の製品をダイヤモンド安定領
域よりも十分に低いおよそ９５０℃〜１０００℃で焼結
して作られる。クロムコーティングは粒子の重量の１０
％までを構成することができる一方、耐摩耗性コーティ
ングを含めた被覆された粒子の直径は未被覆粒子の直径
の２〜３倍になりかねない。種々の構成成分の粉体と混
合して詰め込む問題は、そのようなマトリックス中のダ
イヤモンド粒子の均一な分布を妨げることがあり、これ
は結果として不均一な機械的及び熱的特性に至りかねな
い。
金属被覆は、ダイヤモンド濃度がもっと高い製品にも適
用されている。例えば、米国特許第３８７９９０１号明
細書は、ケイ素を含むことができる鉄合金のマトリック
ス中に保持された、チタン又はモリブデンで被覆された
ダイヤモンド粒子から作られた６５％ダイヤモンドの圧
粉体を記載する。マトリックスは１０％のコバルトと共
に焼結炭化タングステンを含むこともできる。ダイヤモ
ンド粒子はマトリックスの粉末を混合され、そして高圧
高温条件で処理されて圧粉体を生成する。この圧粉体は
基材なしである。マトリックスにコバルト、鉄又はニッ
ケルの存在することは熱的不整合及び逆転化（ｂａｃｋ
ｃｏｎｖｅｒｓｔｏｎ）のため熱的な不安定を生じさ
せかねないとは言え、この比較的低いダイヤモンド濃度
では恐らく問題にならないであろう。けれども、ダイヤ
モンドの濃度を増加させるべきであるならば、結果とし
て得られる製品の熱安定性は多分低くなるであろう。
用されている。例えば、米国特許第３８７９９０１号明
細書は、ケイ素を含むことができる鉄合金のマトリック
ス中に保持された、チタン又はモリブデンで被覆された
ダイヤモンド粒子から作られた６５％ダイヤモンドの圧
粉体を記載する。マトリックスは１０％のコバルトと共
に焼結炭化タングステンを含むこともできる。ダイヤモ
ンド粒子はマトリックスの粉末を混合され、そして高圧
高温条件で処理されて圧粉体を生成する。この圧粉体は
基材なしである。マトリックスにコバルト、鉄又はニッ
ケルの存在することは熱的不整合及び逆転化（ｂａｃｋ
ｃｏｎｖｅｒｓｔｏｎ）のため熱的な不安定を生じさ
せかねないとは言え、この比較的低いダイヤモンド濃度
では恐らく問題にならないであろう。けれども、ダイヤ
モンドの濃度を増加させるべきであるならば、結果とし
て得られる製品の熱安定性は多分低くなるであろう。
米国特許第３６５０７１４号明細書は、天然ダイヤモン
ド製品をチタン又はジルコニウムの薄い層テ被覆してそ
れらの金属、樹脂又はセラミックスマトリックスへの結
合を改善する方法を記載する。この金属被覆は、被覆さ
れたダイヤモンドの体積の５％までを構成することがで
きる。ニッケルもしくは銅の追加の層を追加して内側の
チタン又はジルコニウム層の酸化を防ぐことができ、あ
るいは、その後の処理を非酸化性雰囲気で実行すること
ができる。しかしながら、薄い層は後の処理において用
いられる液体結合剤により浸透されて金属被覆を劣化さ
せかねない、ということが分っている。
ド製品をチタン又はジルコニウムの薄い層テ被覆してそ
れらの金属、樹脂又はセラミックスマトリックスへの結
合を改善する方法を記載する。この金属被覆は、被覆さ
れたダイヤモンドの体積の５％までを構成することがで
きる。ニッケルもしくは銅の追加の層を追加して内側の
チタン又はジルコニウム層の酸化を防ぐことができ、あ
るいは、その後の処理を非酸化性雰囲気で実行すること
ができる。しかしながら、薄い層は後の処理において用
いられる液体結合剤により浸透されて金属被覆を劣化さ
せかねない、ということが分っている。
欧州特許第２１１６４２号明細書も、チタン又はクロム
の薄い層がある金属被覆多結晶性ダイヤモンド切削要素
が切削工具のビット本体の炭化タングステンマトリック
スへのそれらの付着性を改善する、と述べている。
の薄い層がある金属被覆多結晶性ダイヤモンド切削要素
が切削工具のビット本体の炭化タングステンマトリック
スへのそれらの付着性を改善する、と述べている。
〔課題を解決するための手段及び作用効果〕本発明によ
れば、熱的に安定な超研削材切削要素及びそれを製造す
るための方法が提供される。
れば、熱的に安定な超研削材切削要素及びそれを製造す
るための方法が提供される。
この切削要素は、個々に金属で被覆された複数の超研削
材粒子を含んでなり、そしてこの切削要素においては隣
接する粒子間の金属被覆が互いに結合されていて接合マ
トリックスを形成している。
材粒子を含んでなり、そしてこの切削要素においては隣
接する粒子間の金属被覆が互いに結合されていて接合マ
トリックスを形成している。
ダイヤモンド超研削材の場合には、金属被覆は炭化物を
生成するものであるべきであり、ＩＶＡ族、ＶＡ族、Ｖ
ＩＡ族の遷移金属又はそれらの合金から選ぶことができ
る。タングステン、タンタル及びモリブデンは被覆のた
めの好ましい金属であり、タングステンが最も好ましい
。
生成するものであるべきであり、ＩＶＡ族、ＶＡ族、Ｖ
ＩＡ族の遷移金属又はそれらの合金から選ぶことができ
る。タングステン、タンタル及びモリブデンは被覆のた
めの好ましい金属であり、タングステンが最も好ましい
。
好ましい態様においては、マトリックスは金属被覆間の
結合を向上させる結合助剤を更に含んでなることができ
る。熱膨張特性がダイヤモンドのそれに近い例えばケイ
素のような結合助剤が、圧粉体の熱安定性を維持する目
的で好まれる。これほど好ましくはなく、機械的及び熱
的性質は低下するけれども、コバルトのような触媒／溶
媒又は銅のような非触媒金属を使用することもできる。
結合を向上させる結合助剤を更に含んでなることができ
る。熱膨張特性がダイヤモンドのそれに近い例えばケイ
素のような結合助剤が、圧粉体の熱安定性を維持する目
的で好まれる。これほど好ましくはなく、機械的及び熱
的性質は低下するけれども、コバルトのような触媒／溶
媒又は銅のような非触媒金属を使用することもできる。
任意的には、被覆された超硬削材よりも大きさの小さい
未被覆の超研削材粒子を被覆された粒子間のすき間に分
散させてもよい。このような未被覆粒子は、結合助剤の
存在下で一緒に焼結して、接合／焼結切削要素を得るこ
とができる。
未被覆の超研削材粒子を被覆された粒子間のすき間に分
散させてもよい。このような未被覆粒子は、結合助剤の
存在下で一緒に焼結して、接合／焼結切削要素を得るこ
とができる。
本発明の別の重要な側面によれば、金属被覆部研削材粒
子は耐摩耗性を向上させるために熱的に安定な多結晶性
の細かいつぶつぶのある焼結結合体を含んでいてもよい
。
子は耐摩耗性を向上させるために熱的に安定な多結晶性
の細かいつぶつぶのある焼結結合体を含んでいてもよい
。
本発明による切削要素は基材に支持されていなくても又
は基材なしでもよい。基材に支持されていない超研削材
切削要素は、工具の支持用基材への結合を向上させるた
めにろう付け可能な層を片側に有することができる。こ
の発明に従って製作された切削要素には、それらの熱安
定性が比較的大きく且つそれらがろう付け可能であるた
めに、広範囲の用途がある。これらの切削要素は、ドリ
ルビット、目直し又は切削工具、機械加工や木工用工具
、そして線引きダイに用いることができる。
は基材なしでもよい。基材に支持されていない超研削材
切削要素は、工具の支持用基材への結合を向上させるた
めにろう付け可能な層を片側に有することができる。こ
の発明に従って製作された切削要素には、それらの熱安
定性が比較的大きく且つそれらがろう付け可能であるた
めに、広範囲の用途がある。これらの切削要素は、ドリ
ルビット、目直し又は切削工具、機械加工や木工用工具
、そして線引きダイに用いることができる。
本発明による切削要素の超研削材粒子濃度は、圧粉体の
少なくともおよそ７０体積％であり、好ましくは少なく
とも８０体積％である。
少なくともおよそ７０体積％であり、好ましくは少なく
とも８０体積％である。
本発明の方法によれば、複数の金属被覆超研削材粒子を
型に入れて高圧及び高温にさらして、隣接粒子の金属被
覆を一緒に結合する。好ましい態様では、高圧高温での
溶浸のための型の中で結合助剤の粉末を金属被覆超研削
材粒子と混ぜ合わせることにより又はその型の中に金属
被覆粒子と隣り合わせに結合助剤の層を入れることによ
って、高圧高温処理を行う間に金属被覆超研削材粒子を
結合材にさらすことができる。もう一つの態様では、高
圧高温処理の前に未被覆の超研削材粒子を被覆された粒
子と混ぜ合わせることができる。基材又はろう付け可能
な層の粉末又は円板は、同じように高圧高温処理よりも
前に型に挿入することができる。
型に入れて高圧及び高温にさらして、隣接粒子の金属被
覆を一緒に結合する。好ましい態様では、高圧高温での
溶浸のための型の中で結合助剤の粉末を金属被覆超研削
材粒子と混ぜ合わせることにより又はその型の中に金属
被覆粒子と隣り合わせに結合助剤の層を入れることによ
って、高圧高温処理を行う間に金属被覆超研削材粒子を
結合材にさらすことができる。もう一つの態様では、高
圧高温処理の前に未被覆の超研削材粒子を被覆された粒
子と混ぜ合わせることができる。基材又はろう付け可能
な層の粉末又は円板は、同じように高圧高温処理よりも
前に型に挿入することができる。
圧粉体を作製する前に超研削材を被覆することによって
、部器削材粒子間の自己結合の形成が本質的に避けられ
る。ダイヤモンド−ダイヤモンド結合は、従来技術の圧
粉体にとっての問題のうちの一部、例えば衝撃荷重の下
での大規模の破壊といったようなものの原因であると信
じられる。金属被覆はまた、マトリックス中に存在しか
ねない又は基材から拡散しかねない触媒金属にダイヤモ
ンドがさらされるのをかなりの程度防止する。これは、
後に高温へさらされる間の黒鉛化又はダイヤモンドの黒
鉛への逆転化、すなわち焼結多結晶性圧粉体の熱的不安
定さの一つの原因を最小限にする。金属被覆はまた、通
常の移動ワイヤー放電加工機で切断することができるよ
うに十分なだけの導電率を有する圧粉体を与える。
、部器削材粒子間の自己結合の形成が本質的に避けられ
る。ダイヤモンド−ダイヤモンド結合は、従来技術の圧
粉体にとっての問題のうちの一部、例えば衝撃荷重の下
での大規模の破壊といったようなものの原因であると信
じられる。金属被覆はまた、マトリックス中に存在しか
ねない又は基材から拡散しかねない触媒金属にダイヤモ
ンドがさらされるのをかなりの程度防止する。これは、
後に高温へさらされる間の黒鉛化又はダイヤモンドの黒
鉛への逆転化、すなわち焼結多結晶性圧粉体の熱的不安
定さの一つの原因を最小限にする。金属被覆はまた、通
常の移動ワイヤー放電加工機で切断することができるよ
うに十分なだけの導電率を有する圧粉体を与える。
本発明の方法では隣接する粒子の金属被覆間の結合が焼
結によって形成されるとは言え、結果として得られた構
造は、超研削材粒子に関してはそれらがマトリックス支
持構造に結合されているので「接合された」と呼ばれる
。ここで使用する「焼結」とは、高圧高温条件下でのダ
イヤモンドとダイヤモンドとの結合又は立方晶窒化ホウ
素と立方晶窒化ホウ素との結合の形成を指す。
結によって形成されるとは言え、結果として得られた構
造は、超研削材粒子に関してはそれらがマトリックス支
持構造に結合されているので「接合された」と呼ばれる
。ここで使用する「焼結」とは、高圧高温条件下でのダ
イヤモンドとダイヤモンドとの結合又は立方晶窒化ホウ
素と立方晶窒化ホウ素との結合の形成を指す。
次に、本発明を一層詳しく説明する。
本発明による超研削材切削要素は、ＩＶＡ 、 ＶＡも
しくはＶＩＡ族又はそれらの合金から選択された炭化物
生成材料で被覆された又はそれと結合した超研削材粒子
を含んでなる。隣接した粒子の被覆は、本発明の方法で
もってダイヤモンド生成領域の高圧及び高温で一緒に結
合され、被覆金属及び／又はその炭化物を含んでなる接
合されたマトリックスを形成する。本発明の方法は、下
記において一層十分に説明される。第１図の顕微鏡写真
は、本発明の切削要素の例を１６０倍に拡大して示す。
しくはＶＩＡ族又はそれらの合金から選択された炭化物
生成材料で被覆された又はそれと結合した超研削材粒子
を含んでなる。隣接した粒子の被覆は、本発明の方法で
もってダイヤモンド生成領域の高圧及び高温で一緒に結
合され、被覆金属及び／又はその炭化物を含んでなる接
合されたマトリックスを形成する。本発明の方法は、下
記において一層十分に説明される。第１図の顕微鏡写真
は、本発明の切削要素の例を１６０倍に拡大して示す。
タングステン、タンタル及びモリブデンは、ダイヤモン
ド粒子を被覆するのに使用するための好ましい金属であ
る。タングステンは、耐酸化性であり、その熱膨張特性
が炭化物を生成する遷移金属の中でダイヤモンドのそれ
に一番近く、そして融点が高いために、最も好ましい。
ド粒子を被覆するのに使用するための好ましい金属であ
る。タングステンは、耐酸化性であり、その熱膨張特性
が炭化物を生成する遷移金属の中でダイヤモンドのそれ
に一番近く、そして融点が高いために、最も好ましい。
タンタル及びモリブデンでは、これらの特性の程度がも
っと低い。タンタル又はチタンは、立方晶窒化ホウ素を
被覆するのに好ましい。これは、それらが良好なホウ化
物及び窒化物生成材料であり且つ立方晶窒化ホウ素と同
様の熱膨張特性を有するからである。
っと低い。タンタル又はチタンは、立方晶窒化ホウ素を
被覆するのに好ましい。これは、それらが良好なホウ化
物及び窒化物生成材料であり且つ立方晶窒化ホウ素と同
様の熱膨張特性を有するからである。
高圧高温条件にさらされる間又は熱処理前に、金属被覆
の内表面はダイヤモンドの炭素（立方晶窒化ホウ素のホ
ウ素又は窒素）との反応の結果として炭化物（ホウ化物
又は窒化物）の層を形成する。被覆の厚さ及び処理条件
に応じて、被覆の残りが反応して炭化物、ホウ化物又は
窒化物を生成するかもしれず、あるいは被覆が十分厚い
場合には、金属のままであるかもしれない。従って、ダ
イヤモンド超研削材粒子を一緒に保持している結合は、
ダイヤモンド−炭化物−金属一炭化物−ダイヤモンドの
結合に、又はダイヤモンド−炭化物−ダイヤモンドの結
合になるかもしれない。どちらの場合にも、強固な化学
結合が形成される。完全には分っていないながらも、ダ
イヤモンドと金属炭化物層との間の結合はダイヤモンド
及び炭化物の炭素間の原子一原子結合であると信じられ
る。
の内表面はダイヤモンドの炭素（立方晶窒化ホウ素のホ
ウ素又は窒素）との反応の結果として炭化物（ホウ化物
又は窒化物）の層を形成する。被覆の厚さ及び処理条件
に応じて、被覆の残りが反応して炭化物、ホウ化物又は
窒化物を生成するかもしれず、あるいは被覆が十分厚い
場合には、金属のままであるかもしれない。従って、ダ
イヤモンド超研削材粒子を一緒に保持している結合は、
ダイヤモンド−炭化物−金属一炭化物−ダイヤモンドの
結合に、又はダイヤモンド−炭化物−ダイヤモンドの結
合になるかもしれない。どちらの場合にも、強固な化学
結合が形成される。完全には分っていないながらも、ダ
イヤモンドと金属炭化物層との間の結合はダイヤモンド
及び炭化物の炭素間の原子一原子結合であると信じられ
る。
被覆の体積は、被覆されたダイヤモンドの体積の４〜３
０％の間にすることができる。圧粉体のダイヤモンド濃
度は、切削要素の約７０体積％より大きく、８０％を超
える濃度が好ましい。好ましい被覆体積は被覆されたダ
イヤモンドの体積の約８〜１２％の間である。１０体積
％の被覆は、平均直径が１０（ｂｍであるダイヤモンド
上の１．５ ｔｍの被覆におおよそ相当する。より厚い
金属被覆は圧粉体におけるダイヤモンド濃度をより低く
する原因となり、それに応じて例えば強さや耐摩耗性の
ような所望の性質を低下させよう。これに反して被覆が
薄過ぎる場合には、恐らく本発明の方法において高圧高
温処理を行う間にダイヤモンド−ダイヤモンド結合が増
加して形成され、結果として脆さや逆転化のような潜在
的な不安定性に帰着するであろう。
０％の間にすることができる。圧粉体のダイヤモンド濃
度は、切削要素の約７０体積％より大きく、８０％を超
える濃度が好ましい。好ましい被覆体積は被覆されたダ
イヤモンドの体積の約８〜１２％の間である。１０体積
％の被覆は、平均直径が１０（ｂｍであるダイヤモンド
上の１．５ ｔｍの被覆におおよそ相当する。より厚い
金属被覆は圧粉体におけるダイヤモンド濃度をより低く
する原因となり、それに応じて例えば強さや耐摩耗性の
ような所望の性質を低下させよう。これに反して被覆が
薄過ぎる場合には、恐らく本発明の方法において高圧高
温処理を行う間にダイヤモンド−ダイヤモンド結合が増
加して形成され、結果として脆さや逆転化のような潜在
的な不安定性に帰着するであろう。
下記において検討する本発明の方法における被覆粒子の
圧縮及び取扱いは、金属被覆をいくらかかけさせるかも
しれず、そしてこれはダイヤモンドを隣接したダイヤモ
ンドへ焼結させることがあろう。しかしながら、圧粉体
の性質に有害な影響を及ぼすのに十分なだけのダイヤモ
ンド−ダイヤモンド結合はない。
圧縮及び取扱いは、金属被覆をいくらかかけさせるかも
しれず、そしてこれはダイヤモンドを隣接したダイヤモ
ンドへ焼結させることがあろう。しかしながら、圧粉体
の性質に有害な影響を及ぼすのに十分なだけのダイヤモ
ンド−ダイヤモンド結合はない。
好ましくは、切削要素のマトリックスは接合された構造
の強さを向上させ且つその多孔性を低下させる結合助剤
を更に含んでなる。結合助剤は金属被覆を濡らし、被覆
間の結合の形成を助ける。
の強さを向上させ且つその多孔性を低下させる結合助剤
を更に含んでなる。結合助剤は金属被覆を濡らし、被覆
間の結合の形成を助ける。
結合剤しだいで、なおその上金属被覆との化学的及び／
又は機械的結合が得られるかもしれない。
又は機械的結合が得られるかもしれない。
結合剤は、圧粉体の１８体積％までを構成することがで
きる。
きる。
好ましい結合助剤は、ケイ素又はケイ素もしくはホウ素
含有化合物、例えば窒化ケイ素（Ｓｉ：＋Ｎａ）、炭化
ケイ素（ＳｉＣ）及び炭化ホウ素（８４Ｃ）のようなも
のである。これらの好ましい結合助剤はダイヤモンドの
熱膨張特性に近い熱膨張特性を有し、可能性ある熱応力
を低下させる。その上、これらの結合助剤はダイヤモン
ドにほんのわずかの触媒効果のみを及ぼすだけであり、
いずれの露出されたダイヤモンドの逆転化も最小限度で
ある。
含有化合物、例えば窒化ケイ素（Ｓｉ：＋Ｎａ）、炭化
ケイ素（ＳｉＣ）及び炭化ホウ素（８４Ｃ）のようなも
のである。これらの好ましい結合助剤はダイヤモンドの
熱膨張特性に近い熱膨張特性を有し、可能性ある熱応力
を低下させる。その上、これらの結合助剤はダイヤモン
ドにほんのわずかの触媒効果のみを及ぼすだけであり、
いずれの露出されたダイヤモンドの逆転化も最小限度で
ある。
ケイ素は、熱膨張が一番よくダイヤモンドのそれに整合
するので最も好ましい結合助剤である。
するので最も好ましい結合助剤である。
実際に、下記の例で例示されるように、ケイ素の結合助
剤を取入れた圧粉体は従来の固定されていない浸出多結
晶性ダイヤモンドカッターと比較できる熱安定性を有す
る。ケイ素は、マトリックスのタングステン及び炭化タ
ングステンと反応して炭化ケイ素（ＳｉＣ）及びケイ化
タングステン（例えばｗｓｉｚ）を生成し、これらは圧
粉体の全体的な強さを増加させる。ケイ素はまた、金属
コーティングがかけて露出されたダイヤモンドと炭化物
を生成することもできる。ケイ素を含有している従来技
術の熱的に安定な圧粉体にあって経験された脆さの問題
は、マトリックスの金属／金属炭化物部分の存在によっ
て緩和され、そしてこのマトリックスには延性がある。
剤を取入れた圧粉体は従来の固定されていない浸出多結
晶性ダイヤモンドカッターと比較できる熱安定性を有す
る。ケイ素は、マトリックスのタングステン及び炭化タ
ングステンと反応して炭化ケイ素（ＳｉＣ）及びケイ化
タングステン（例えばｗｓｉｚ）を生成し、これらは圧
粉体の全体的な強さを増加させる。ケイ素はまた、金属
コーティングがかけて露出されたダイヤモンドと炭化物
を生成することもできる。ケイ素を含有している従来技
術の熱的に安定な圧粉体にあって経験された脆さの問題
は、マトリックスの金属／金属炭化物部分の存在によっ
て緩和され、そしてこのマトリックスには延性がある。
ダイヤモンドは被覆されそして最小限度のダイヤモンド
の露出があるだけであるから、コバルト、ニッケルもし
くは鉄又は他の■族金属のような触媒／溶媒結合助剤を
使用して、７５０℃を超える温度で使用する間の逆転化
に由来する温度不安定性の心配を低減することもできる
。コバルトを利用する切削要素は、約’７００ ”Ｃま
で、ケイ素を利用するものよりも強くすることができる
。もっと高い温度では、この要素は熱不安定性のために
弱くなる。結合助剤としてコバルトを利用する固定され
ていない切削要素は、８００℃未満の温度に関する用途
において従来の固定されていない多結晶性ダイヤモンド
の好適な代替品となろう。切削要素における４体積％未
溝の触媒／溶媒濃度は、被覆粒子間の強固な結合を達成
するのに十分であり、そしてこの低濃度は触媒結合剤に
よって引き起こされる熱不安定性を幾分か軽減する。結
合助剤としてコバルトを有する切削要素の断面分析では
、ダイヤモンドとコバルトとの間のいくらかの接触が、
かけた被覆に帰すべきダイヤモンドの露出により引き起
こされるそれのほかに示される。これは、一部のコバル
トは金属／金属炭化物被覆を通って拡散することを示唆
する。下記において検討される試験は、本発明に従って
コバルトを利用する基材に支持された切削要素は少なく
とも１０００℃までは熱的に安定であることを示す。こ
れは、従来技術の基材に支持された多結晶性ダイヤモン
ドの熱安定性より良好であり、本発明の基材に支持され
た切削要素は良好な代替品を提供する。結合助剤として
コバルトを利用する本発明のそのほかの態様は、１１０
０℃より高い温度で熱安定性を示す。これらは下記で検
討される。
の露出があるだけであるから、コバルト、ニッケルもし
くは鉄又は他の■族金属のような触媒／溶媒結合助剤を
使用して、７５０℃を超える温度で使用する間の逆転化
に由来する温度不安定性の心配を低減することもできる
。コバルトを利用する切削要素は、約’７００ ”Ｃま
で、ケイ素を利用するものよりも強くすることができる
。もっと高い温度では、この要素は熱不安定性のために
弱くなる。結合助剤としてコバルトを利用する固定され
ていない切削要素は、８００℃未満の温度に関する用途
において従来の固定されていない多結晶性ダイヤモンド
の好適な代替品となろう。切削要素における４体積％未
溝の触媒／溶媒濃度は、被覆粒子間の強固な結合を達成
するのに十分であり、そしてこの低濃度は触媒結合剤に
よって引き起こされる熱不安定性を幾分か軽減する。結
合助剤としてコバルトを有する切削要素の断面分析では
、ダイヤモンドとコバルトとの間のいくらかの接触が、
かけた被覆に帰すべきダイヤモンドの露出により引き起
こされるそれのほかに示される。これは、一部のコバル
トは金属／金属炭化物被覆を通って拡散することを示唆
する。下記において検討される試験は、本発明に従って
コバルトを利用する基材に支持された切削要素は少なく
とも１０００℃までは熱的に安定であることを示す。こ
れは、従来技術の基材に支持された多結晶性ダイヤモン
ドの熱安定性より良好であり、本発明の基材に支持され
た切削要素は良好な代替品を提供する。結合助剤として
コバルトを利用する本発明のそのほかの態様は、１１０
０℃より高い温度で熱安定性を示す。これらは下記で検
討される。
銅、スズ又は他のＩＢ族、ＩＩＢ族、ＩＩＩＢ族もしく
はＩＶＢ族の金属の如き金属類及びそれらの合金も、結
合助剤として用いることができる。これらの金属は、検
討された他の結合助剤よりも融点が低く、従って結果と
して得られる圧粉体の熱安定性は検討された他の態様よ
りも低い。更に、銅及び同族の金属並びに合金は粒子上
の被覆と化学的に反応せず、そのため金属被覆との機械
的結合を提供するに過ぎない。これは、いくらか小さい
耐摩耗性の原因となる。
はＩＶＢ族の金属の如き金属類及びそれらの合金も、結
合助剤として用いることができる。これらの金属は、検
討された他の結合助剤よりも融点が低く、従って結果と
して得られる圧粉体の熱安定性は検討された他の態様よ
りも低い。更に、銅及び同族の金属並びに合金は粒子上
の被覆と化学的に反応せず、そのため金属被覆との機械
的結合を提供するに過ぎない。これは、いくらか小さい
耐摩耗性の原因となる。
ケイ素とチタンとの組み合わせ、例えばケイ素／チタン
合金におけるケイ素とチタンとの組み合わせも、良好な
結果をもたらす結合助剤として使用することができる。
合金におけるケイ素とチタンとの組み合わせも、良好な
結果をもたらす結合助剤として使用することができる。
本発明の別の好ましい態様では、切削要素は更に、被覆
された粒子間のすき間にある未被覆のより小さい大きさ
の超研削材粒子の１又は２種以上の粉末を含む。これら
のより小さい粒子は、切削要素の２０体積％までを構成
することができ、その多孔性を低減させ且つそのダイヤ
モンド含有量を増加させる。未被覆の粒子は結合助剤の
存在下で互いに焼結し、そして第一及び第二の相のマト
リックスと結合する。大きさの異なる２種類の粒子を利
用する切削要素は、双峰（ｂｉｍｏｄａｌ）と呼ぶこと
ができる。更に別のもっと小さい超研削材粉末を追加す
る場合には、切削要素は三峰（ｔｒｉｍｏｄａｌ）と呼
ぶことができる。接合／焼結構造を有する三峰切削要素
の１６０倍に拡大した顕微鏡写真を第２図に示す。
された粒子間のすき間にある未被覆のより小さい大きさ
の超研削材粒子の１又は２種以上の粉末を含む。これら
のより小さい粒子は、切削要素の２０体積％までを構成
することができ、その多孔性を低減させ且つそのダイヤ
モンド含有量を増加させる。未被覆の粒子は結合助剤の
存在下で互いに焼結し、そして第一及び第二の相のマト
リックスと結合する。大きさの異なる２種類の粒子を利
用する切削要素は、双峰（ｂｉｍｏｄａｌ）と呼ぶこと
ができる。更に別のもっと小さい超研削材粉末を追加す
る場合には、切削要素は三峰（ｔｒｉｍｏｄａｌ）と呼
ぶことができる。接合／焼結構造を有する三峰切削要素
の１６０倍に拡大した顕微鏡写真を第２図に示す。
多峰（ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄａｌ）圧粉体における接合さ
れた金属／金属炭化物構造は、部器削材粒子上の金属被
覆から完全に形成することができ、それは未被覆粒子の
少量の炭素で炭化する。未被覆粒子との結合を向上させ
るためには、タングステンのような金属の細かい粉末を
高圧高温処理前の混合物に加えることもできる。十分分
散させるためには、加えられる金属粉末の呼称直径は分
散系についての最小の未被覆粒子の大きさ、よりも小さ
い任意の大きさにすべきである。
れた金属／金属炭化物構造は、部器削材粒子上の金属被
覆から完全に形成することができ、それは未被覆粒子の
少量の炭素で炭化する。未被覆粒子との結合を向上させ
るためには、タングステンのような金属の細かい粉末を
高圧高温処理前の混合物に加えることもできる。十分分
散させるためには、加えられる金属粉末の呼称直径は分
散系についての最小の未被覆粒子の大きさ、よりも小さ
い任意の大きさにすべきである。
被覆された超研削材粒子は１μ未満からおよそ１０００
一までのほぼ球の直径を有し、典型的な圧粉体は１０〜
２００趨の間の被覆粒子から構成される。
一までのほぼ球の直径を有し、典型的な圧粉体は１０〜
２００趨の間の被覆粒子から構成される。
より良好な詰め込みのためには大きさの均一な被覆粒子
を用いる方が好ましいが、これは必要とされるわけでは
ない。９０−の平均直径を有する被覆粒子の試料では、
例えば、粒子のうちのおよそ８０％は８５〜９５Ｉｔｍ
であり、残りの粒子はこの範囲の上下にある。
を用いる方が好ましいが、これは必要とされるわけでは
ない。９０−の平均直径を有する被覆粒子の試料では、
例えば、粒子のうちのおよそ８０％は８５〜９５Ｉｔｍ
であり、残りの粒子はこの範囲の上下にある。
より小さな未被覆のダイヤモンドは被覆された粒子より
小さい任意の大きさでよい。とは言うものの、振動式の
詰め込み方法を利用するなら、より小さな粒子が次のよ
り大きな粒子の大きさのおおよそ六分の一から見分の−
である場合により良好な混合及び詰め込みの結果が得ら
れる、ということが分っている。粒子の大きさの間のこ
のような関係は、より小さな粒子がより大きな粒子の間
のすき間にぴったりはまるので切削要素の詰め込み密度
を向上させ、それゆえに好ましい。第２図に示されるよ
うに、より小さな未被覆粒子の存在はより大きな被覆粒
子間の距離をいくらか増加させることができる。
小さい任意の大きさでよい。とは言うものの、振動式の
詰め込み方法を利用するなら、より小さな粒子が次のよ
り大きな粒子の大きさのおおよそ六分の一から見分の−
である場合により良好な混合及び詰め込みの結果が得ら
れる、ということが分っている。粒子の大きさの間のこ
のような関係は、より小さな粒子がより大きな粒子の間
のすき間にぴったりはまるので切削要素の詰め込み密度
を向上させ、それゆえに好ましい。第２図に示されるよ
うに、より小さな未被覆粒子の存在はより大きな被覆粒
子間の距離をいくらか増加させることができる。
本発明の別の側面によれば、金属被覆ダイヤモンド粒子
は、耐摩耗性を向上させるため焼結された微細なつぶつ
ぶのある多結晶性結合体からそれら自体が作られよう。
は、耐摩耗性を向上させるため焼結された微細なつぶつ
ぶのある多結晶性結合体からそれら自体が作られよう。
その他の点では、圧粉体は検討された他の態様と同一で
ある。上記の結合体はおおよそ均一な大きさであって、
公称直径はおよそ２０〜１０００ｍの間である。好まし
い範囲は約５゜〜２５０趨である。細かい粒子の結合体
を使用すると従来の圧粉体に比べて耐摩耗性が向上する
一方、接合されたマトリックスは細かいつぶつぶのある
焼結圧粉体に共通の割れが伝播する危険を低減させる。
ある。上記の結合体はおおよそ均一な大きさであって、
公称直径はおよそ２０〜１０００ｍの間である。好まし
い範囲は約５゜〜２５０趨である。細かい粒子の結合体
を使用すると従来の圧粉体に比べて耐摩耗性が向上する
一方、接合されたマトリックスは細かいつぶつぶのある
焼結圧粉体に共通の割れが伝播する危険を低減させる。
第３図は、被覆された細かな粒子の焼結ダイヤモンド結
合体から構成された本発明による圧粉体の８０倍に拡大
した顕微鏡写真である。
合体から構成された本発明による圧粉体の８０倍に拡大
した顕微鏡写真である。
固定されていない切削要素は、周囲条件において工具の
支持用炭化タングステン基材と結合するために一つ以上
の側に薄いろう付け可能な層を有することができる。こ
の層は、タングステン、チタンもしくはモリブデンのよ
うな耐酸化性炭化物生成材料又は例えば炭化タングステ
ンの如きそれらの炭化物の０．０２０インチ（０，５０
８ｍｍ）の層を含んでなることができる。炭化物生成材
料及びそれらの炭化物は、それらが耐浸食性であるため
採用される。それらはまた、切削要素及び基材と良好な
金属結合を形成する。ろう付け可能な層を用いることは
、非高圧高温条件での工具基材との結合を可能にする。
支持用炭化タングステン基材と結合するために一つ以上
の側に薄いろう付け可能な層を有することができる。こ
の層は、タングステン、チタンもしくはモリブデンのよ
うな耐酸化性炭化物生成材料又は例えば炭化タングステ
ンの如きそれらの炭化物の０．０２０インチ（０，５０
８ｍｍ）の層を含んでなることができる。炭化物生成材
料及びそれらの炭化物は、それらが耐浸食性であるため
採用される。それらはまた、切削要素及び基材と良好な
金属結合を形成する。ろう付け可能な層を用いることは
、非高圧高温条件での工具基材との結合を可能にする。
第４図ａは、ろう付け可能な層がある及びそれがない本
発明による固定されていない切削要素を示す。多結晶性
ダイヤモンド圧粉体の相対する側にろう付け可能な層を
有するサンドインチ構造も、第４図ａに示されるように
形成することができる。サンドインチ構造は、木工産業
において特に有用である。
発明による固定されていない切削要素を示す。多結晶性
ダイヤモンド圧粉体の相対する側にろう付け可能な層を
有するサンドインチ構造も、第４図ａに示されるように
形成することができる。サンドインチ構造は、木工産業
において特に有用である。
本発明による切削要素はまた、基材と結合させて基材に
支持された圧粉体を作ることもできる。
支持された圧粉体を作ることもできる。
接合された炭化タングステンは一つの好ましい基材であ
る。Ｓｉ３Ｎ４ もしくは炭化ケイ素のようなケイ素化
合物又は他のケイ素もしくはホウ素含有化合物を含んで
なるセラミックス基材を使用することもできる。第４図
すは、基材に支持された本発明による圧粉体を示す。第
４図ａ及び第４図すに示されている切削要素は、ドリル
ビット、目直し又は切削工具、機械化工及び木工用工具
、そして線引きグイで使用することができる。第４図ａ
及び第４図すに示されているダイヤモンド製品と同様の
製品は、軸受は要素、例えば油／ガス傾斜掘りで使用す
るダウンホール掘削における軸受は要素として用いるこ
ともできる。
る。Ｓｉ３Ｎ４ もしくは炭化ケイ素のようなケイ素化
合物又は他のケイ素もしくはホウ素含有化合物を含んで
なるセラミックス基材を使用することもできる。第４図
すは、基材に支持された本発明による圧粉体を示す。第
４図ａ及び第４図すに示されている切削要素は、ドリル
ビット、目直し又は切削工具、機械化工及び木工用工具
、そして線引きグイで使用することができる。第４図ａ
及び第４図すに示されているダイヤモンド製品と同様の
製品は、軸受は要素、例えば油／ガス傾斜掘りで使用す
るダウンホール掘削における軸受は要素として用いるこ
ともできる。
第４図ａ及び第４図すに示した切削要素は、移動ワイヤ
ー放電加工機を使って任意の所望の形状又は外形に作る
ことができる。一般には、そのような装置は電気火花浸
食により導電性の材料を切断するために垂直の移動ワイ
ヤーを使用する。切断ワイヤーが加工物に近づくにつれ
て切断ワイヤから火花が放電され、そして加工物表面か
ら材料の小部分を浸食する。浸食された材料は脱イオン
水を用いて加工物から洗い流される。
ー放電加工機を使って任意の所望の形状又は外形に作る
ことができる。一般には、そのような装置は電気火花浸
食により導電性の材料を切断するために垂直の移動ワイ
ヤーを使用する。切断ワイヤーが加工物に近づくにつれ
て切断ワイヤから火花が放電され、そして加工物表面か
ら材料の小部分を浸食する。浸食された材料は脱イオン
水を用いて加工物から洗い流される。
多結晶性ダイヤモンド圧粉体から作られた従来の熱安定
性切削要素は、十分なだけ導電性ではないため放電加工
機で切断することができない。ジオセット圧粉体は導電
性になるべきすき間の金属成分を何も含有しておらず、
その一方、デ・ビアズ社（Ｄｅ Ｂｅｅｒｓ）より入手
可能なシンダックス（Ｓｙｎｄａｘ） −３多結晶性ダ
イヤモンド圧粉体に存在しているＳｉ／ＳｉＣは、それ
らを放電化工装置によって切断するのに適さないものに
する。これらの圧粉体のダイヤモンド対ダイヤモンドの
自己結合特性も、放電加工切断装置に対するそれらの適
合性を減少させる。それらは、通常は現場において特定
の形状に成形され、あるいはレーザーを用いて切断して
成形される。しかしながら、本発明の切削要素の金属性
マトリックスは、通常の移動ワイヤー放電加工機により
切断して任意の望みの形状又は外形にすることができる
ように、十分なだけの導電率を提供する。
性切削要素は、十分なだけ導電性ではないため放電加工
機で切断することができない。ジオセット圧粉体は導電
性になるべきすき間の金属成分を何も含有しておらず、
その一方、デ・ビアズ社（Ｄｅ Ｂｅｅｒｓ）より入手
可能なシンダックス（Ｓｙｎｄａｘ） −３多結晶性ダ
イヤモンド圧粉体に存在しているＳｉ／ＳｉＣは、それ
らを放電化工装置によって切断するのに適さないものに
する。これらの圧粉体のダイヤモンド対ダイヤモンドの
自己結合特性も、放電加工切断装置に対するそれらの適
合性を減少させる。それらは、通常は現場において特定
の形状に成形され、あるいはレーザーを用いて切断して
成形される。しかしながら、本発明の切削要素の金属性
マトリックスは、通常の移動ワイヤー放電加工機により
切断して任意の望みの形状又は外形にすることができる
ように、十分なだけの導電率を提供する。
本発明の更に別の側面では、熱的に安定な接合された多
結晶性ダイヤモンド製品は、例えばここに教示されたよ
うに結合剤を使用することを含めて、ここに教示された
高圧高温技術に従って作製され、そしてその後機械的手
段により破砕されて、破砕された結合体から作られた粗
粒を製造することができる。この破砕された結合体は、
もっと−層小さい粒子に粉砕するため更にボールミルに
かけてもよい。そのよう破砕さた結合体から作られた粗
粒は、その後、種々のメツシュ寸法（１０／２０ 。
結晶性ダイヤモンド製品は、例えばここに教示されたよ
うに結合剤を使用することを含めて、ここに教示された
高圧高温技術に従って作製され、そしてその後機械的手
段により破砕されて、破砕された結合体から作られた粗
粒を製造することができる。この破砕された結合体は、
もっと−層小さい粒子に粉砕するため更にボールミルに
かけてもよい。そのよう破砕さた結合体から作られた粗
粒は、その後、種々のメツシュ寸法（１０／２０ 。
２０／３５ 、３５１５０ 、５０／６０ 、６０／８
０等）の篩を使って大きさに従って分けることができる
。大きさに従って分けられた材料は、次いで適当な溶剤
で清浄にし、そして標準的な被覆技術を利用して炭化物
生成金属、例えばタングステン、モリブデン、クロム、
チタン、ニオブ又はジルコニウムの、１〜１００ ｔｎ
ａの厚さの範囲、好ましくは約１０〜２０μの厚さの範
囲でよい。そのような破砕された結合体は恐らく、マト
リックス工具本体に化学的に取入れられよう。例えば、
６０／８０メツシュの大きさの破砕結合体は研削砥石に
有効であろうし、その−方１０／２０メツシュの大きさ
の破砕結合体はのこぎりの刃やドリルビットのために有
用である。
０等）の篩を使って大きさに従って分けることができる
。大きさに従って分けられた材料は、次いで適当な溶剤
で清浄にし、そして標準的な被覆技術を利用して炭化物
生成金属、例えばタングステン、モリブデン、クロム、
チタン、ニオブ又はジルコニウムの、１〜１００ ｔｎ
ａの厚さの範囲、好ましくは約１０〜２０μの厚さの範
囲でよい。そのような破砕された結合体は恐らく、マト
リックス工具本体に化学的に取入れられよう。例えば、
６０／８０メツシュの大きさの破砕結合体は研削砥石に
有効であろうし、その−方１０／２０メツシュの大きさ
の破砕結合体はのこぎりの刃やドリルビットのために有
用である。
基材に支持された本発明による圧粉体は、少なくとも１
０００℃までは熱安定性を示し、これは８００℃まで熱
的に安定である従来の基材に支持された圧粉体より優れ
ている。下記の例１〜７及び第１表を参照されたい。開
示された種々の態様は種々のやり方で熱安定性を向上さ
せる。例えば、例１でもって示されるように、基材に支
持された三峰圧粉体は１１００”Ｃまで熱的に安定であ
ることができる。
０００℃までは熱安定性を示し、これは８００℃まで熱
的に安定である従来の基材に支持された圧粉体より優れ
ている。下記の例１〜７及び第１表を参照されたい。開
示された種々の態様は種々のやり方で熱安定性を向上さ
せる。例えば、例１でもって示されるように、基材に支
持された三峰圧粉体は１１００”Ｃまで熱的に安定であ
ることができる。
これの理由は十分には分っていないとは言え、未被覆の
超研削材粒子とマトリックスのタングステン又は炭化タ
ングステンとの細かい粒の混合物は、基材から圧粉体へ
拡散するコバルトのマトリックスとダイヤモンドとの間
に多分中間的な熱的特性の遷移層を形成して、一部の熱
応力を除去するのかもしれない。熱安定性におけるこの
改良は、およそ４ｐ未満の最大直径を有する細かな未被
覆の超研削材粉末を含んでなる多峰圧粉体で示される。
超研削材粒子とマトリックスのタングステン又は炭化タ
ングステンとの細かい粒の混合物は、基材から圧粉体へ
拡散するコバルトのマトリックスとダイヤモンドとの間
に多分中間的な熱的特性の遷移層を形成して、一部の熱
応力を除去するのかもしれない。熱安定性におけるこの
改良は、およそ４ｐ未満の最大直径を有する細かな未被
覆の超研削材粉末を含んでなる多峰圧粉体で示される。
基材に支持された圧粉体の熱安定性はまた、切削要素と
基材との間の、これら二つの部分間の熱遷移層として働
＜、５００１！Ｉｎまでの厚さ、好ましくは４０〜１０
０−の厚さの薄い追従性の層（ｃｏｍｐｌｉａｎｔｌａ
ｙｅｒ）を使用して、本発明に従って改良することもで
きる。この層は、ＩＶＡ族、ＶＡ族又はＶＩＡ族金属、
例えばタンタルのような金属と混ぜ合わされた０、 ５
〜１０−の細かい超研削材粉末を含んでなる。あるいは
また、上記の追従性の層は、ＩＶＡ族、ＶＡ族又はＶＩ
Ａ族の金属、例えばタンタルのような金属の薄い層で被
覆されている直径が平均して０．５〜１０趨の間の粒子
の細かい超研削材粉末を含んでなる。追従性の層は、切
削要素と基材との間の離層（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ
）を避けるのを助け、そしてまた高圧高温処理の間にコ
バルトが拡散するのを阻止する。下記の例３の試験で、
この種類の圧粉体が１０００℃まで熱的に安定であるこ
とが示された。
基材との間の、これら二つの部分間の熱遷移層として働
＜、５００１！Ｉｎまでの厚さ、好ましくは４０〜１０
０−の厚さの薄い追従性の層（ｃｏｍｐｌｉａｎｔｌａ
ｙｅｒ）を使用して、本発明に従って改良することもで
きる。この層は、ＩＶＡ族、ＶＡ族又はＶＩＡ族金属、
例えばタンタルのような金属と混ぜ合わされた０、 ５
〜１０−の細かい超研削材粉末を含んでなる。あるいは
また、上記の追従性の層は、ＩＶＡ族、ＶＡ族又はＶＩ
Ａ族の金属、例えばタンタルのような金属の薄い層で被
覆されている直径が平均して０．５〜１０趨の間の粒子
の細かい超研削材粉末を含んでなる。追従性の層は、切
削要素と基材との間の離層（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ
）を避けるのを助け、そしてまた高圧高温処理の間にコ
バルトが拡散するのを阻止する。下記の例３の試験で、
この種類の圧粉体が１０００℃まで熱的に安定であるこ
とが示された。
下記において検討されるように、接合された炭化タング
ステン基材と圧粉体との間にケイ素の円板又は粉末層を
配置して作られた、ケイ素を結合助剤として利用する圧
粉体は、例５において１１００℃を超える温度で熱安定
性を示した。このケイ素の層は高圧高温処理中にコバル
トが圧粉体へ拡散するのを妨げると信じられる。
ステン基材と圧粉体との間にケイ素の円板又は粉末層を
配置して作られた、ケイ素を結合助剤として利用する圧
粉体は、例５において１１００℃を超える温度で熱安定
性を示した。このケイ素の層は高圧高温処理中にコバル
トが圧粉体へ拡散するのを妨げると信じられる。
ホウ素をドープされたダイヤモンドも超研削材粒子とし
て用いることができ、熱安定性の点からホウ素がドープ
されていないダイヤモンドよりも潜在的に優れている。
て用いることができ、熱安定性の点からホウ素がドープ
されていないダイヤモンドよりも潜在的に優れている。
けれども、性質の一致しないことがこの時点ではそれら
の用途を不確定にする。
の用途を不確定にする。
超研削材粒子は、本発明の方法で使用するための、例え
ば化学気相成長やスパッタリングのような当該技術分野
において公知の通常の技術により金属で被覆することが
できる。例えば、六フッ化タングステンからのタングス
テンの化学気相成長は７００℃で３時間行うことができ
る。
ば化学気相成長やスパッタリングのような当該技術分野
において公知の通常の技術により金属で被覆することが
できる。例えば、六フッ化タングステンからのタングス
テンの化学気相成長は７００℃で３時間行うことができ
る。
被覆後、粒子は真空中又は水素のような還元ガス雰囲気
中で９５０〜１１５０℃で２時間高温焼成してきれいに
される。この高温処理はまた、超研削材粒子と金属被覆
との間に化学結合を起こさせ、炭化物、ホウ化物又は窒
化物層を生成する。
中で９５０〜１１５０℃で２時間高温焼成してきれいに
される。この高温処理はまた、超研削材粒子と金属被覆
との間に化学結合を起こさせ、炭化物、ホウ化物又は窒
化物層を生成する。
切削要素は、被覆された超研削材粒子を型に詰め込み、
そしてこの型をダイヤモンド生成領域の高圧高温条件に
さらすことにより、本発明に従って作られる。適当な型
は、軽くたたくかあるいは揺すって粒子を落ち着かせる
ことのできるタンタルのカップである。圧力及び温度は
、５〜６０分間について、典型的にはそれぞれ４０〜８
０ｋｂａｒの間及び１２００〜２０００”Ｃの間である
。１５分が一般的に好ましい。高い圧力は粒子を圧縮及
び一種化させて、圧粉体における多孔性の原因となる空
隙を減少させる。高圧高温条件下では、金属被覆はお互
いに且つダイヤモンドと結合して接合されたマトリック
スを形成する。
そしてこの型をダイヤモンド生成領域の高圧高温条件に
さらすことにより、本発明に従って作られる。適当な型
は、軽くたたくかあるいは揺すって粒子を落ち着かせる
ことのできるタンタルのカップである。圧力及び温度は
、５〜６０分間について、典型的にはそれぞれ４０〜８
０ｋｂａｒの間及び１２００〜２０００”Ｃの間である
。１５分が一般的に好ましい。高い圧力は粒子を圧縮及
び一種化させて、圧粉体における多孔性の原因となる空
隙を減少させる。高圧高温条件下では、金属被覆はお互
いに且つダイヤモンドと結合して接合されたマトリック
スを形成する。
好ましい方法においては、高圧高温処理よりも前に結合
助剤を型の中へ挿入する。結合助剤は好ましくは、高圧
高温処理中に浸透させるため型の中の超研削材粒子に隣
接して配置される円板の形で加えられる。結合助剤の円
板は超研削材粒子の片側に配置するのが好ましい。これ
は、結合材が浸透するにつれてそれが、圧粉体の端部に
付着しており且つこすり取ることのできる不純物を拾い
上げ且つそれを運びかねないからである。両端から浸透
させるならば、これらの不純物は圧粉体の中央部に集中
して、不安定性の潜在的原因となりがちである。あるい
はまた、結合助剤は、金属被覆した部器削材の上を被覆
することができ、又は、例えば当該技術分野において公
知であり且つ下記においてもっと詳しく検討される振動
式の詰め込み技術によって、粉末化された形の超研削材
粒子と混ぜ合わせることができる。被覆された粒子の間
に粉体を均一に分布させることは難しいけれども、これ
はプロセスの高圧及び高温によっていくらか緩和される
。結合助剤により濡れること及び高圧高温処理の高い圧
力によって、粒子のわずかな再配列が起こり、より一層
落ち着かせ且つ詰め込むのが可能になる。
助剤を型の中へ挿入する。結合助剤は好ましくは、高圧
高温処理中に浸透させるため型の中の超研削材粒子に隣
接して配置される円板の形で加えられる。結合助剤の円
板は超研削材粒子の片側に配置するのが好ましい。これ
は、結合材が浸透するにつれてそれが、圧粉体の端部に
付着しており且つこすり取ることのできる不純物を拾い
上げ且つそれを運びかねないからである。両端から浸透
させるならば、これらの不純物は圧粉体の中央部に集中
して、不安定性の潜在的原因となりがちである。あるい
はまた、結合助剤は、金属被覆した部器削材の上を被覆
することができ、又は、例えば当該技術分野において公
知であり且つ下記においてもっと詳しく検討される振動
式の詰め込み技術によって、粉末化された形の超研削材
粒子と混ぜ合わせることができる。被覆された粒子の間
に粉体を均一に分布させることは難しいけれども、これ
はプロセスの高圧及び高温によっていくらか緩和される
。結合助剤により濡れること及び高圧高温処理の高い圧
力によって、粒子のわずかな再配列が起こり、より一層
落ち着かせ且つ詰め込むのが可能になる。
固定されていない切削要素において結合剤としてケイ素
を使用する場合には、金属被覆間に有意の結合が生じる
よりも前に浸透が起こるはずである。これは、高圧高温
処理を５５ｋｂａｒにおいて少なくとも１３００’Ｃで
１５分間行うことによって果すことができる。ケイ素の
融点はこの圧力では１２００〜１３００℃の間であり、
ケイ素は金属被覆間にたくさんの結合が起こる前に溶融
且つ浸透する。ケイ素は、最初に金属被覆を濡らすこと
によりそれらの結合を改善する。
を使用する場合には、金属被覆間に有意の結合が生じる
よりも前に浸透が起こるはずである。これは、高圧高温
処理を５５ｋｂａｒにおいて少なくとも１３００’Ｃで
１５分間行うことによって果すことができる。ケイ素の
融点はこの圧力では１２００〜１３００℃の間であり、
ケイ素は金属被覆間にたくさんの結合が起こる前に溶融
且つ浸透する。ケイ素は、最初に金属被覆を濡らすこと
によりそれらの結合を改善する。
結合助剤としてコバルトのような触媒／溶媒を用いる場
合には、本発明の方法では高圧高温処理の前に結合助剤
の粉末を被覆粒子と混合することが好ましい。圧粉体へ
浸透するコバルトの量を管理するのは困難であるから、
溶浸は推奨されない。
合には、本発明の方法では高圧高温処理の前に結合助剤
の粉末を被覆粒子と混合することが好ましい。圧粉体へ
浸透するコバルトの量を管理するのは困難であるから、
溶浸は推奨されない。
本発明の方法の別の態様では、被覆された粒子よりも小
さい未被覆の超研削材粒子を高圧高温処理前に型に入れ
る。上で述べたように、一定の大きさの未被覆粒子を使
用する場合には、小さい方の粒子は大きい方の被覆粒子
の大きさの１７６〜１／９であるのが好ましい。三峰の
切削要素を作製する場合には、一番小さい未被覆粒子は
中間の大きさの粒子の大きさの１７６〜１／９であるの
が好ましい。
さい未被覆の超研削材粒子を高圧高温処理前に型に入れ
る。上で述べたように、一定の大きさの未被覆粒子を使
用する場合には、小さい方の粒子は大きい方の被覆粒子
の大きさの１７６〜１／９であるのが好ましい。三峰の
切削要素を作製する場合には、一番小さい未被覆粒子は
中間の大きさの粒子の大きさの１７６〜１／９であるの
が好ましい。
粒子の組み合わせは、例えば、当該技術分野において公
知である「真振動充填技術（Ｔｒｕｅ−Ｖｉｂｒａｔｉ
ｏｎａｌ Ｐａｃｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ） Ｊ
によって、均一に混合し且つ緻密に詰め込むことができ
る。混合及び詰め込みのために十分な振動を提供するた
めには、アコースティック・パワー・システムズ社（Ａ
ｃｏｕｓｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒ
ｐｏｒａｔｉｏｎ）により製造される、２ ＭＨｚファ
ンクション・ウェイブチツク発生器（Ｆｕｎｃｔｔｏｎ
Ｗａｖｅｔｅｋ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）モデル２０に
より制御される、Ｄｕａｌ Ｍｏｄｅ （商標）パワ
ー・アンブリファイア−の型番ＡＰＳ １１４ 、ペル
マーダイン振動機（Ｐｅｒｍａ−Ｄｙｎｅ ５ｈａｋｅ
ｒ）の型番ＡＰＳ１２０Ｓを使用することができる。こ
の機械についての運転パラメーターは下記の例において
示される。
知である「真振動充填技術（Ｔｒｕｅ−Ｖｉｂｒａｔｉ
ｏｎａｌ Ｐａｃｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ） Ｊ
によって、均一に混合し且つ緻密に詰め込むことができ
る。混合及び詰め込みのために十分な振動を提供するた
めには、アコースティック・パワー・システムズ社（Ａ
ｃｏｕｓｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒ
ｐｏｒａｔｉｏｎ）により製造される、２ ＭＨｚファ
ンクション・ウェイブチツク発生器（Ｆｕｎｃｔｔｏｎ
Ｗａｖｅｔｅｋ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）モデル２０に
より制御される、Ｄｕａｌ Ｍｏｄｅ （商標）パワ
ー・アンブリファイア−の型番ＡＰＳ １１４ 、ペル
マーダイン振動機（Ｐｅｒｍａ−Ｄｙｎｅ ５ｈａｋｅ
ｒ）の型番ＡＰＳ１２０Ｓを使用することができる。こ
の機械についての運転パラメーターは下記の例において
示される。
一番小さい粒子は非常に細かいので、それらは振動中に
浮上して他の粒子間へのそれらの分散が妨げられること
がある。これらの細かい粒子はメタノールに懸濁させ、
そしてより大きい粒子の混合物に注入することができる
。次いで混合物全体を振動させる。メルノールは、細か
い粒子がより大きな粒子の間のすき間に分散するのを助
ける。それは後に蒸発する。
浮上して他の粒子間へのそれらの分散が妨げられること
がある。これらの細かい粒子はメタノールに懸濁させ、
そしてより大きい粒子の混合物に注入することができる
。次いで混合物全体を振動させる。メルノールは、細か
い粒子がより大きな粒子の間のすき間に分散するのを助
ける。それは後に蒸発する。
本発明の方法の更に別の態様では、被覆された超研削材
粒子は細かいつぶっぷのある焼結結合体でよい。焼結さ
れた研削材結合体は、例えば、商業的に入手可能な、ジ
オセットもしくはシンダッ焼結多結晶性立方晶窒化ホウ
素を破砕及び篩分けして、作ることができる。他の用途
に用いられた使用済みの又は割れた多結晶性ダイヤモン
ドも、同様に出発材料として利用することができる。商
業的な多結晶性ダイヤモンド又はその破片を利用するこ
とによって、細かな粒子粉末を使用するのにつきものの
製造の問題を回避することができる。
粒子は細かいつぶっぷのある焼結結合体でよい。焼結さ
れた研削材結合体は、例えば、商業的に入手可能な、ジ
オセットもしくはシンダッ焼結多結晶性立方晶窒化ホウ
素を破砕及び篩分けして、作ることができる。他の用途
に用いられた使用済みの又は割れた多結晶性ダイヤモン
ドも、同様に出発材料として利用することができる。商
業的な多結晶性ダイヤモンド又はその破片を利用するこ
とによって、細かな粒子粉末を使用するのにつきものの
製造の問題を回避することができる。
本発明による圧粉体で使うための多結晶性結合体粒子を
調製するためには、焼結した多結晶性ダイヤモンド圧粉
体を破砕して所望の大きさにし、次いで酸中で、例えば
王水すなわち３部の硝酸と１部の塩酸との濃厚溶液中で
煮沸して完全に清浄にする。これらの粒子は、次いで脱
イオン水ですすぎ洗いし、そして高温で乾燥される。約
１２００℃及び１０−’ｔｏｒｒで１時間高真空焼成を
行って、酸素、水及び不純物を除去する。次に、これら
の多結晶性ダイヤモンド粒子は任意に、化学添加剤、セ
ラミックス添加剤又は金属性添加剤で処理して、それら
の多孔性を低下させることができる。通常の被覆技術で
の金属被覆後に、被覆された粒子を多結晶性の被覆粒子
に関してここで説明したのと同じやり方で処理する。
調製するためには、焼結した多結晶性ダイヤモンド圧粉
体を破砕して所望の大きさにし、次いで酸中で、例えば
王水すなわち３部の硝酸と１部の塩酸との濃厚溶液中で
煮沸して完全に清浄にする。これらの粒子は、次いで脱
イオン水ですすぎ洗いし、そして高温で乾燥される。約
１２００℃及び１０−’ｔｏｒｒで１時間高真空焼成を
行って、酸素、水及び不純物を除去する。次に、これら
の多結晶性ダイヤモンド粒子は任意に、化学添加剤、セ
ラミックス添加剤又は金属性添加剤で処理して、それら
の多孔性を低下させることができる。通常の被覆技術で
の金属被覆後に、被覆された粒子を多結晶性の被覆粒子
に関してここで説明したのと同じやり方で処理する。
耐酸化性炭化物生成材料又はその炭化物を含んでなる粉
末又は円板を高圧高温処理の前に型に入れてダイヤモン
ド粒子層の片側へ追加して、固定されていない圧粉体に
ろう付け可能な層を形成することができる。
末又は円板を高圧高温処理の前に型に入れてダイヤモン
ド粒子層の片側へ追加して、固定されていない圧粉体に
ろう付け可能な層を形成することができる。
基材層の材料を高圧高温処理前に切削要素と隣合わせて
配置して、基材に支持された圧粉体を作ってもよい。こ
の基材は、予備成形した接合炭化タングステンの円板、
又はコバルトと混ぜ合わせた炭化タングステンの粉末、
あるいは別のセラミックス基材の円板もしくは粉末を含
んでなることができる。接合された炭化タングステンで
支持される圧粉体を製造する場合には、高圧高温処理中
に圧粉体へ浸透するコバルトの量を管理するのが難しく
、それゆえに約２体積％より多くを許容しなければなら
ない。
配置して、基材に支持された圧粉体を作ってもよい。こ
の基材は、予備成形した接合炭化タングステンの円板、
又はコバルトと混ぜ合わせた炭化タングステンの粉末、
あるいは別のセラミックス基材の円板もしくは粉末を含
んでなることができる。接合された炭化タングステンで
支持される圧粉体を製造する場合には、高圧高温処理中
に圧粉体へ浸透するコバルトの量を管理するのが難しく
、それゆえに約２体積％より多くを許容しなければなら
ない。
基材からのコバルトの溶浸は、高圧高温処理に先立ち基
材と圧粉体粒子との間にケイ素の円板を配置することに
よりある程度防ぐことができる。
材と圧粉体粒子との間にケイ素の円板を配置することに
よりある程度防ぐことができる。
このケイ素は、５５ｋｂａｒでの融点が１４００℃であ
るコバルトが拡散する前に溶浸するはずである。一つの
方法では、高圧高温セルを１０分間１３００”Ｃに加熱
して、ケイ素を溶融させ且つ実質的に浸透させる。
るコバルトが拡散する前に溶浸するはずである。一つの
方法では、高圧高温セルを１０分間１３００”Ｃに加熱
して、ケイ素を溶融させ且つ実質的に浸透させる。
次いで温度を１４５０℃に５分間上昇させて、炭化タン
グステン基材を十分に結合させ且つこの基材を粒子と結
合させる。あるいはまた、高圧高温処理を１４５０℃で
１５分間行うことができる。
グステン基材を十分に結合させ且つこの基材を粒子と結
合させる。あるいはまた、高圧高温処理を１４５０℃で
１５分間行うことができる。
細かい超研削材粉末と金属の粉末との混合物又は金属で
被覆された細かい超研削材粉末を含んでなる追従性の層
も、熱安定性を向上させるため高圧高温処理前に基材と
粒子混合物との間に配置することができる。ケイ素又は
ホウ素含有化合物の層も使用することができる。
被覆された細かい超研削材粉末を含んでなる追従性の層
も、熱安定性を向上させるため高圧高温処理前に基材と
粒子混合物との間に配置することができる。ケイ素又は
ホウ素含有化合物の層も使用することができる。
以下に掲げる例は、本発明の方法及びその結果として得
られる製品を例示する。これらの例のおのおのにおいて
作られる切削要素及び圧粉体は、およそ８２体積％のダ
イヤモンド、５体積％の金属被覆及び１２体積％の結合
材から構成される。例１〜７は基材に支持された圧粉体
に関する。耐摩耗性試験の結果は第１表に掲載される。
られる製品を例示する。これらの例のおのおのにおいて
作られる切削要素及び圧粉体は、およそ８２体積％のダ
イヤモンド、５体積％の金属被覆及び１２体積％の結合
材から構成される。例１〜７は基材に支持された圧粉体
に関する。耐摩耗性試験の結果は第１表に掲載される。
組上
公称の直径が１５０μであり且つ３廂のタングステン被
覆を有するダイヤモンド粒子０．６ｇを、リンドバーグ
ボックス炉でもって真空又は還元ガス雰囲気において９
５０〜１１５０℃の間で２時間高温焼成して清浄にした
。次にそれらを保護タンタルカップに詰めた。このカッ
プを、ウェイブチツク２Ｍ１２フアンクシヨン発生器モ
デル２０により制御される八ＰＳ １２ＯＳ永久磁石及
び電気力振動充填テーブルの保持具へ配置した。公称直
径２２庫の未被覆ダイヤモンド０．１６ｇを王水中で煮
沸し、次いで脱イオン水ですすぎ洗いして清浄にした。
覆を有するダイヤモンド粒子０．６ｇを、リンドバーグ
ボックス炉でもって真空又は還元ガス雰囲気において９
５０〜１１５０℃の間で２時間高温焼成して清浄にした
。次にそれらを保護タンタルカップに詰めた。このカッ
プを、ウェイブチツク２Ｍ１２フアンクシヨン発生器モ
デル２０により制御される八ＰＳ １２ＯＳ永久磁石及
び電気力振動充填テーブルの保持具へ配置した。公称直
径２２庫の未被覆ダイヤモンド０．１６ｇを王水中で煮
沸し、次いで脱イオン水ですすぎ洗いして清浄にした。
次に、これらの未被覆のダイヤモンド粒子を乾燥させ、
そして水素ガス雰囲気において１０５０℃で２時間焼成
した。それらをカップに入れ、そして振動によりもっと
大きな被覆ダイヤモンドのすき間に分散させだ。粉末の
詰め込みは、３００〜５００ Ｈｚ、 １〜２ｇの加速
度、１〜５卿の振幅の振動により１２〜２４ｐｓｉ
（０，８４〜１．６９ｋｇ／ｃ＋ａ）の圧縮圧力で３〜
５分間行った。三番目の、０．５〜１趨の間のサブミク
ロン未被覆ダイヤモンド粉末０．１ ｇを同様に清浄に
し、メタノールに懸濁させた。この懸濁液をカップに入
れ、そして振動により残っているすき間の空隙に分散さ
せた。メタノールは小さな粒子を混合物中へ拡散させる
のに役立つ。結果として得られた混合物は８０体積％が
ダイヤモンドであった。
そして水素ガス雰囲気において１０５０℃で２時間焼成
した。それらをカップに入れ、そして振動によりもっと
大きな被覆ダイヤモンドのすき間に分散させだ。粉末の
詰め込みは、３００〜５００ Ｈｚ、 １〜２ｇの加速
度、１〜５卿の振幅の振動により１２〜２４ｐｓｉ
（０，８４〜１．６９ｋｇ／ｃ＋ａ）の圧縮圧力で３〜
５分間行った。三番目の、０．５〜１趨の間のサブミク
ロン未被覆ダイヤモンド粉末０．１ ｇを同様に清浄に
し、メタノールに懸濁させた。この懸濁液をカップに入
れ、そして振動により残っているすき間の空隙に分散さ
せた。メタノールは小さな粒子を混合物中へ拡散させる
のに役立つ。結果として得られた混合物は８０体積％が
ダイヤモンドであった。
コバルトで焼結された、およそ１３〜１６重量％がコバ
ルトである炭化タングステン基材の円板を、カップ内の
ダイヤモンド層の上部へきちんとはめ込んだ。この反応
カップを高圧高温セル集成装置に入れ、そして１５分間
５５ｋｂａｒで１４５０℃にさらした。
ルトである炭化タングステン基材の円板を、カップ内の
ダイヤモンド層の上部へきちんとはめ込んだ。この反応
カップを高圧高温セル集成装置に入れ、そして１５分間
５５ｋｂａｒで１４５０℃にさらした。
その結果得られた炭化タングステンに支持された三峰の
接合／焼結体を集成装置から取出し、そして、表面研削
、ラッピング及び外径研削のような通常の技術により所
望の形状の製品に仕上げた。
接合／焼結体を集成装置から取出し、そして、表面研削
、ラッピング及び外径研削のような通常の技術により所
望の形状の製品に仕上げた。
圧粉体の耐摩耗性及び熱安定性を、種々の温度で圧粉体
の摩耗比（切削中に取除かれた岩石の体積のなくなった
圧粉体の体積に対する比）を試験して測定した。すなわ
ち、仕上げした圧粉体をクランプでツールホルダに取付
けた。３００ｓｆｍ （１分当りの表面送り量）の切削
速度、１回転当りｏ、ｏｏｓインチ（０，１２７ｍｍ）
切込み、及び０．０１２インチ（０，３０４８ｍｍ）の
送り量で旅館を用いてバレ（Ｂａｒｒｅ）花コウ岩を湿
式研削し、室温での摩耗比を測定した。次いで圧粉体を
取はずし、そして密閉した黒鉛容器中で８００″Ｃで２
０分間熱処理した。次にそれを、更に耐摩耗性試験を行
うため再びツールホルダに取付けた。このプロセスを、
８５０から１０００℃熱処理後に割れ又は切削要素と基
材との間の離層のような構造上の劣化について試験して
決定した。
の摩耗比（切削中に取除かれた岩石の体積のなくなった
圧粉体の体積に対する比）を試験して測定した。すなわ
ち、仕上げした圧粉体をクランプでツールホルダに取付
けた。３００ｓｆｍ （１分当りの表面送り量）の切削
速度、１回転当りｏ、ｏｏｓインチ（０，１２７ｍｍ）
切込み、及び０．０１２インチ（０，３０４８ｍｍ）の
送り量で旅館を用いてバレ（Ｂａｒｒｅ）花コウ岩を湿
式研削し、室温での摩耗比を測定した。次いで圧粉体を
取はずし、そして密閉した黒鉛容器中で８００″Ｃで２
０分間熱処理した。次にそれを、更に耐摩耗性試験を行
うため再びツールホルダに取付けた。このプロセスを、
８５０から１０００℃熱処理後に割れ又は切削要素と基
材との間の離層のような構造上の劣化について試験して
決定した。
熱による劣化は、熱的限界温度に近い場合には特に、必
ずしも目で測定できるとは限らない。そのような場合に
は、熱不安定性は耐摩耗性の低下により指示される。Ｇ
Ｅ２５４１及びデ・ビアーズ社の改良シンドリルのよう
な従来の多結晶性ダイヤモンドカッターを比較のため同
じように試験した。上で検討したように、この圧粉体に
より示された優れた熱安定性は恐らく、細かな部器削材
の結晶が熱膨張の緩衝物質として作用するためであった
。
ずしも目で測定できるとは限らない。そのような場合に
は、熱不安定性は耐摩耗性の低下により指示される。Ｇ
Ｅ２５４１及びデ・ビアーズ社の改良シンドリルのよう
な従来の多結晶性ダイヤモンドカッターを比較のため同
じように試験した。上で検討したように、この圧粉体に
より示された優れた熱安定性は恐らく、細かな部器削材
の結晶が熱膨張の緩衝物質として作用するためであった
。
■又
３μｍのタングステン層で被覆された１５０ ｔｍのダ
イヤモンド粒子０．９ｇを上記の通りに清浄にし、そし
てコバルトで焼結した炭化タングステンの円板と共にタ
ンタルのカップに入れた。ダイヤモンドの振動充填は行
わなかった。中味の入ったタンタルカップを例１のよう
に高圧高温処理にかけた。
イヤモンド粒子０．９ｇを上記の通りに清浄にし、そし
てコバルトで焼結した炭化タングステンの円板と共にタ
ンタルのカップに入れた。ダイヤモンドの振動充填は行
わなかった。中味の入ったタンタルカップを例１のよう
に高圧高温処理にかけた。
その結果得られた接合ダイヤモンド構造は、タングステ
ン及び炭化タングステンの接合金属／金属炭化物支持体
構造を少量のコバルトと共に含んでいた。
ン及び炭化タングステンの接合金属／金属炭化物支持体
構造を少量のコバルトと共に含んでいた。
例１のように試験を行い、９００″Ｃまでの熱安定性が
示されたが、これは従来の焼結炭化タングステンに支持
された多結晶性ダイヤモンドより良好であるけれども例
１の圧粉体はど良好ではない。
示されたが、これは従来の焼結炭化タングステンに支持
された多結晶性ダイヤモンドより良好であるけれども例
１の圧粉体はど良好ではない。
倒１
２μｍのタングステン被覆を有するホウ素をドープした
１５０趨のダイヤモンド０．４ｇを上記の通りに清浄に
し、そして、上に配置される４踊の細かいダイヤモンド
粉末５０体積％と１−の細かいタンタル粉末５０体積％
の混合物０．６５ｇと共にタンタルのカップに入れた。
１５０趨のダイヤモンド０．４ｇを上記の通りに清浄に
し、そして、上に配置される４踊の細かいダイヤモンド
粉末５０体積％と１−の細かいタンタル粉末５０体積％
の混合物０．６５ｇと共にタンタルのカップに入れた。
コバルトで焼結された炭化タングステンの円板をカップ
内の粉末層の上へきちんとはめ込み、高圧高温処理にか
けた。
内の粉末層の上へきちんとはめ込み、高圧高温処理にか
けた。
その結果得られた圧粉体は、炭化タングステンの基材と
の界面に細かい粒子の焼結多結晶性ダイヤモンドの追従
層を有する接合された多結晶性ダイヤモンド層を含有し
ていた。例】において説明した方法に従って試験を行い
、この試料は１０５０℃まで温度安定性であることが示
された。
の界面に細かい粒子の焼結多結晶性ダイヤモンドの追従
層を有する接合された多結晶性ダイヤモンド層を含有し
ていた。例】において説明した方法に従って試験を行い
、この試料は１０５０℃まで温度安定性であることが示
された。
■エニ１
下記に掲げる寸法のタングステン被覆ダイヤモンド原料
を、下記に指示された各側について清浄にしそしてタン
タルのカップに詰めた。ダイヤモンド層の上へ０．０１
０インチ（０，２５４ｍｍ）の厚さの純料ケイ素の層を
配置し、続いてコバルトで焼結された炭化タングステン
の円板を配置した。高圧高温処理は１３００℃で１０分
間、そして１４５０″Ｃで５分間行った。
を、下記に指示された各側について清浄にしそしてタン
タルのカップに詰めた。ダイヤモンド層の上へ０．０１
０インチ（０，２５４ｍｍ）の厚さの純料ケイ素の層を
配置し、続いてコバルトで焼結された炭化タングステン
の円板を配置した。高圧高温処理は１３００℃で１０分
間、そして１４５０″Ｃで５分間行った。
・例４０．１−のタングステン被覆を有する４０趨のダ
イヤモンド０．９ｇ ・例５０．７−のタングステン被覆を有する４０趨のダ
イヤモンド０．９ｇ ・例６３−の厚さのタングステン被覆を有する１５０μ
の天然ダイヤモンド０．９ｇ・例７２．５−のタングス
テン被覆を有する３００趨のダイヤモンド１．０ｇ 例１で説明した試験を行ない、通常の多結晶性ダイヤモ
ンド圧粉体と比べて改良された熱安定性及び耐摩耗性が
示された。より一層の改良は例５〜７において示された
が、これらタングステン被覆は例４のそれよりも厚かっ
た。圧粉体の熱安定性はケイ素の溶浸によって保たれ、
そしてそれはコバルトの拡散を阻止した。基材と圧粉体
との間の離層は、従来の圧粉体についての８５０″Ｃと
比較して約１０５０℃で起こった。ケイ素結合剤の追加
は、圧粉体の多孔性を低下させ且つその全体的な強さを
向上させた。これらの結果は下記の第１表に掲げられて
いる。続いて、例４〜７の切削要素と同、様であるけれ
どもダイヤモンド原料及び制御された高圧高温処理の温
度が異なる炭化タングステン基材に支持された切削要素
の試験を行い、１１５０℃はどの高温でも熱安定性及び
より大きな摩耗比が示された。−例を挙げれば、厚さ０
．７−のタングステン被覆を有する平均して４０ｔｔｍ
のダイヤモンドから製作された炭化タングステン基材に
支持された圧粉体は、１２００℃で破壊する前に様々な
温度において次に掲げる摩耗比を示した。その摩耗片と
は、すなわち、２．０Ｘ１０’（室温） 、１．６ Ｘ
ＩＯ’（８００’Ｃ’） 、１．５ Ｘｌ０Ｓ（１００
０℃） 、１．３ Ｘｌ０Ｓ（１０５０”Ｃ） 、２．
ＯＸＩＯ’（１１００℃） 、１． Ｉ ＸＩＯ’（
１１５０℃）であった。
イヤモンド０．９ｇ ・例５０．７−のタングステン被覆を有する４０趨のダ
イヤモンド０．９ｇ ・例６３−の厚さのタングステン被覆を有する１５０μ
の天然ダイヤモンド０．９ｇ・例７２．５−のタングス
テン被覆を有する３００趨のダイヤモンド１．０ｇ 例１で説明した試験を行ない、通常の多結晶性ダイヤモ
ンド圧粉体と比べて改良された熱安定性及び耐摩耗性が
示された。より一層の改良は例５〜７において示された
が、これらタングステン被覆は例４のそれよりも厚かっ
た。圧粉体の熱安定性はケイ素の溶浸によって保たれ、
そしてそれはコバルトの拡散を阻止した。基材と圧粉体
との間の離層は、従来の圧粉体についての８５０″Ｃと
比較して約１０５０℃で起こった。ケイ素結合剤の追加
は、圧粉体の多孔性を低下させ且つその全体的な強さを
向上させた。これらの結果は下記の第１表に掲げられて
いる。続いて、例４〜７の切削要素と同、様であるけれ
どもダイヤモンド原料及び制御された高圧高温処理の温
度が異なる炭化タングステン基材に支持された切削要素
の試験を行い、１１５０℃はどの高温でも熱安定性及び
より大きな摩耗比が示された。−例を挙げれば、厚さ０
．７−のタングステン被覆を有する平均して４０ｔｔｍ
のダイヤモンドから製作された炭化タングステン基材に
支持された圧粉体は、１２００℃で破壊する前に様々な
温度において次に掲げる摩耗比を示した。その摩耗片と
は、すなわち、２．０Ｘ１０’（室温） 、１．６ Ｘ
ＩＯ’（８００’Ｃ’） 、１．５ Ｘｌ０Ｓ（１００
０℃） 、１．３ Ｘｌ０Ｓ（１０５０”Ｃ） 、２．
ＯＸＩＯ’（１１００℃） 、１． Ｉ ＸＩＯ’（
１１５０℃）であった。
次に掲げる基材に支持されていない圧粉体の例は、下記
で検討するように調製及び試験を行った。
で検討するように調製及び試験を行った。
例１において説明した方法により９００〜１２００℃の
間で１００℃の間隔で行ったこれらの試料の試験結果は
、第２表に掲載される。
間で１００℃の間隔で行ったこれらの試料の試験結果は
、第２表に掲載される。
開工
２Ｉ！ｍのタングステン被覆を有するホウ素をドープし
た１７５−のダイヤモンド粒子０．６ｇ及び２２−の未
被覆ダイヤモンド０．２５ｇを上記のように清浄し、公
称直径が０．１〜０．９−の間の、結合助剤としてのＳ
ｉ３Ｎ、粉末０．１５ｇと混ぜ合わせた。この混合物を
、例１におけるようにタンタルカップ中で振動しそして
高圧高温処理にかけた。
た１７５−のダイヤモンド粒子０．６ｇ及び２２−の未
被覆ダイヤモンド０．２５ｇを上記のように清浄し、公
称直径が０．１〜０．９−の間の、結合助剤としてのＳ
ｉ３Ｎ、粉末０．１５ｇと混ぜ合わせた。この混合物を
、例１におけるようにタンタルカップ中で振動しそして
高圧高温処理にかけた。
結果として得られた基材に支持されていない結合され接
合された圧粉体を商業的に入手可能な、ＧＥ ２１０２
やＧＥ ２１６４のような基材に支持されていないダイ
ヤモンド焼結圧粉体と比較したところ、１２００’Ｃま
で同等の熱安定性を示したけれども、本発明の圧粉体は
より小さな摩耗比を示した。シンダックスー３圧粉体は
、その脆性が大きいため試験中に割れた。
合された圧粉体を商業的に入手可能な、ＧＥ ２１０２
やＧＥ ２１６４のような基材に支持されていないダイ
ヤモンド焼結圧粉体と比較したところ、１２００’Ｃま
で同等の熱安定性を示したけれども、本発明の圧粉体は
より小さな摩耗比を示した。シンダックスー３圧粉体は
、その脆性が大きいため試験中に割れた。
■エエ利
０．２５ｍのタングステン被覆を有するホウ素をドープ
した７０卿粒度の合成ダイヤモンド粒子１．７ｇを清浄
にし、タンクルのカップに詰めた。ダイヤモンド層の上
へコバルトの円板（鉄分５．７重量％）を配置した。混
成の接合及び焼結された構造を有する支持されていない
切削要素を作った。薄い金属被覆及びコバルトはいくら
かのダイヤモンド−ダイヤモンド結合を生じさせた。
した７０卿粒度の合成ダイヤモンド粒子１．７ｇを清浄
にし、タンクルのカップに詰めた。ダイヤモンド層の上
へコバルトの円板（鉄分５．７重量％）を配置した。混
成の接合及び焼結された構造を有する支持されていない
切削要素を作った。薄い金属被覆及びコバルトはいくら
かのダイヤモンド−ダイヤモンド結合を生じさせた。
例１０では、５μｍのタングステン被覆を有するホウ素
をドープした直径１７５μｍの合成ダイヤモンド粒子３
．０ｇを同じようにして調製し、タングステン／炭化タ
ングステンマトリックスにコバルトが均一に分散した接
合体を得た。このより厚いタングステン被覆は、ダイヤ
モンド−ダイヤモンド結合の形成を防止した。
をドープした直径１７５μｍの合成ダイヤモンド粒子３
．０ｇを同じようにして調製し、タングステン／炭化タ
ングステンマトリックスにコバルトが均一に分散した接
合体を得た。このより厚いタングステン被覆は、ダイヤ
モンド−ダイヤモンド結合の形成を防止した。
試験の結果から、摩耗比が室温で通常の圧粉体と同等で
あるが劣化がおよそ８００℃で始まることが示された。
あるが劣化がおよそ８００℃で始まることが示された。
大規模の構造的な劣化がほぼ１０００℃で起こったが、
これは恐らく、コバルトとダイヤモンドとの熱膨張の不
整合及び逆転化のためであった。試料の断面の分析から
は、コバルトがダイヤモンド表面と接触していることが
示されたが、このことは処理中の圧縮により被覆がかけ
ることはもちろん、コバルトが金属被覆層を通って拡散
することも示唆している。本発明によるコバルトを利用
する支持されていない切削要素は、低温用途において従
来の多結晶性ダイヤモンドの好適な代替品である。
これは恐らく、コバルトとダイヤモンドとの熱膨張の不
整合及び逆転化のためであった。試料の断面の分析から
は、コバルトがダイヤモンド表面と接触していることが
示されたが、このことは処理中の圧縮により被覆がかけ
ることはもちろん、コバルトが金属被覆層を通って拡散
することも示唆している。本発明によるコバルトを利用
する支持されていない切削要素は、低温用途において従
来の多結晶性ダイヤモンドの好適な代替品である。
班旦二Ｈ
次に掲げる寸法のタングステン被覆ダイヤモンド粒子を
タンタルのカップに詰め、そしてケ４イ素の粉末又は円
板を、下記に指示されているようにダイヤモンドの上か
あるいはその上及び下に配置した。例１２〜工４には、
下記に指示されている材料のろう付け可能な層も更に含
まれていた。
タンタルのカップに詰め、そしてケ４イ素の粉末又は円
板を、下記に指示されているようにダイヤモンドの上か
あるいはその上及び下に配置した。例１２〜工４には、
下記に指示されている材料のろう付け可能な層も更に含
まれていた。
・例１１ ７．Ｏμｍのタングステン被覆を有するホウ
素をドープした７０−のダイヤモンド２．７ｇ、この上
に配置されるレニウム（１０重量％）を含むケイ素粉末
の混合物０．２３ｇ ・例１２１．０−のタングステン被覆を有する９０犀の
ダイヤモンド２．１ｇ、この上に配置される５００μｍ
の厚さのケイ素の円板、公称直径１２−のタングステン
粉末１．５・例１３１μｍのタングステン被覆された９
０卿のダイヤモンド２ｇ、その上部及び下部に配置され
る２５０趨のケイ素円板、ケイ素の層の一つに隣合わせ
て配置され る厚さ５００−のモリブデン円板 ・例１４ １．５ｍ＋のタングステン被覆された９０趨
のダイヤモンド１．９ｇ、その上に配置される５００４
のケイ素円板、このケイ素層の上に配置される公称直径
１２卿のタングステン粉末１．５ｇ ・例１５０．５−のタングステン被覆を有する９０塵の
ダイヤモンド１．８ｇ、その上に配置される５００廂の
ケイ素円板 ・例１６ ２Ｍのタングステン被覆を有する１７５−の
ダイヤモンド２．３ｇ、その上に配置される５００μの
ケイ素円板 ・例１７ ＥＩＭのタングステン被覆を有する３００趨
のダイヤモンド１．９ｇ、その上に配置される２５０−
のケイ素円板 摩耗比のデータを、商業的に入手可能な圧粉体のそれと
比較できるように第２表に示す。例１４の試料は、標準
的な銀ろう付け合金、例えばハンディ・アンド−パーマ
ン社（Ｈａｎｄｙ ａｎｄ Ｈａｒｍａｎ Ｃｏ、）よ
り供給されるＥａｓｙ−Ｆｌｏ ４５のようなものを使
って炭化タングステンの円板にうまくろう付けされた。
素をドープした７０−のダイヤモンド２．７ｇ、この上
に配置されるレニウム（１０重量％）を含むケイ素粉末
の混合物０．２３ｇ ・例１２１．０−のタングステン被覆を有する９０犀の
ダイヤモンド２．１ｇ、この上に配置される５００μｍ
の厚さのケイ素の円板、公称直径１２−のタングステン
粉末１．５・例１３１μｍのタングステン被覆された９
０卿のダイヤモンド２ｇ、その上部及び下部に配置され
る２５０趨のケイ素円板、ケイ素の層の一つに隣合わせ
て配置され る厚さ５００−のモリブデン円板 ・例１４ １．５ｍ＋のタングステン被覆された９０趨
のダイヤモンド１．９ｇ、その上に配置される５００４
のケイ素円板、このケイ素層の上に配置される公称直径
１２卿のタングステン粉末１．５ｇ ・例１５０．５−のタングステン被覆を有する９０塵の
ダイヤモンド１．８ｇ、その上に配置される５００廂の
ケイ素円板 ・例１６ ２Ｍのタングステン被覆を有する１７５−の
ダイヤモンド２．３ｇ、その上に配置される５００μの
ケイ素円板 ・例１７ ＥＩＭのタングステン被覆を有する３００趨
のダイヤモンド１．９ｇ、その上に配置される２５０−
のケイ素円板 摩耗比のデータを、商業的に入手可能な圧粉体のそれと
比較できるように第２表に示す。例１４の試料は、標準
的な銀ろう付け合金、例えばハンディ・アンド−パーマ
ン社（Ｈａｎｄｙ ａｎｄ Ｈａｒｍａｎ Ｃｏ、）よ
り供給されるＥａｓｙ−Ｆｌｏ ４５のようなものを使
って炭化タングステンの円板にうまくろう付けされた。
この試料を、インストロン試験機の掴み具の所定位置に
基材を配置して剪断試験にかけた。切削要素の側へそれ
が基材から分離されるまで徐々に増加する力をかけた。
基材を配置して剪断試験にかけた。切削要素の側へそれ
が基材から分離されるまで徐々に増加する力をかけた。
剪断強さ、あるいは分離を引き起こす力は、１８．０Ｏ
Ｏｐｓ ｉ （１２７０ｋｇ／ Ｃｌ１１ ）であった
。
Ｏｐｓ ｉ （１２７０ｋｇ／ Ｃｌ１１ ）であった
。
第
表
支持されていない切削要素の摩耗比と温度との関係！
−」ＥＩ− ２，９Ｘ１０’ ３、ｌＸ１０’ １．８Ｘ１０’ ２．０ＸＩＯ’ ２．５Ｘ１０５ ２．２Ｘ１０５ ３．０Ｘ１０’ ２．５Ｘ１０’ １．６ ＸＩＯ’ ２．３Ｘ１０’ １、ＯＸＩＯ’ ６．０Ｘ１０’ ９００ ℃ １，６Ｘ１０’ ２．６Ｘ１０’ １０００ ℃ ４，４ＸＩＯ３ ５，３Ｘ１０’ １１００ “Ｃ １，０Ｘ１０” 割れ 割れ １２００ ℃ ７、Ｉ ＸＩＯ３ １，３Ｘ１０’ ２．０Ｘ１０’ １、８ ＸＩＯ’ ４．２Ｘ１０５ ２、ｌＸ１０’ １．５ ＸＩＯ’ ２．２Ｘ１０’ １．２ ＸＩＯ’ ２．２Ｘ１０’ 、０Ｘ１０’ ６Ｘ１０’ ２．５ＸＩＯ’ ５．０Ｘ１０’ １．５Ｘ１０’ １．０Ｘ１０’ 次に掲げる例は、圧粉体のための出発原料として細かい
つぶつぶのある焼結多結晶性ダイヤモンド結合体を使用
するのを例示する。これらの結合体を王水中で煮沸して
清浄にし、脱イオン水ですすぎ洗いした。それらを乾燥
させ、約１３００℃及び１Ｏ−Ｓｔｏｒｒで１時間高真
空焼成し、次いでタングステンで下記に示されている厚
さに被覆した。被覆した粒子は上記と同じように清浄に
した。例１の方法によりこれらの試料を試験した結果を
第３表に掲載する。
−」ＥＩ− ２，９Ｘ１０’ ３、ｌＸ１０’ １．８Ｘ１０’ ２．０ＸＩＯ’ ２．５Ｘ１０５ ２．２Ｘ１０５ ３．０Ｘ１０’ ２．５Ｘ１０’ １．６ ＸＩＯ’ ２．３Ｘ１０’ １、ＯＸＩＯ’ ６．０Ｘ１０’ ９００ ℃ １，６Ｘ１０’ ２．６Ｘ１０’ １０００ ℃ ４，４ＸＩＯ３ ５，３Ｘ１０’ １１００ “Ｃ １，０Ｘ１０” 割れ 割れ １２００ ℃ ７、Ｉ ＸＩＯ３ １，３Ｘ１０’ ２．０Ｘ１０’ １、８ ＸＩＯ’ ４．２Ｘ１０５ ２、ｌＸ１０’ １．５ ＸＩＯ’ ２．２Ｘ１０’ １．２ ＸＩＯ’ ２．２Ｘ１０’ 、０Ｘ１０’ ６Ｘ１０’ ２．５ＸＩＯ’ ５．０Ｘ１０’ １．５Ｘ１０’ １．０Ｘ１０’ 次に掲げる例は、圧粉体のための出発原料として細かい
つぶつぶのある焼結多結晶性ダイヤモンド結合体を使用
するのを例示する。これらの結合体を王水中で煮沸して
清浄にし、脱イオン水ですすぎ洗いした。それらを乾燥
させ、約１３００℃及び１Ｏ−Ｓｔｏｒｒで１時間高真
空焼成し、次いでタングステンで下記に示されている厚
さに被覆した。被覆した粒子は上記と同じように清浄に
した。例１の方法によりこれらの試料を試験した結果を
第３表に掲載する。
班■
多結晶性ダイヤモンドを破砕した４−の厚さのタングス
テン被覆を有する２００ ｔｎａの結合体原料０．８ｇ
をタンタルのカップに詰めた。コバルトで焼結された炭
化タングステン（コバルト分６重量％）の基材用の円板
をダイヤモンド層の上へきちんとはめ込んだ。
テン被覆を有する２００ ｔｎａの結合体原料０．８ｇ
をタンタルのカップに詰めた。コバルトで焼結された炭
化タングステン（コバルト分６重量％）の基材用の円板
をダイヤモンド層の上へきちんとはめ込んだ。
高圧高温処理を１４５０’Ｃ及び５５ｋｂａｒで１０分
間行い、炭化タングステンに支持された接合／焼結圧粉
体を作り、そしてそれを例１で説明したように仕上げし
た。
間行い、炭化タングステンに支持された接合／焼結圧粉
体を作り、そしてそれを例１で説明したように仕上げし
た。
第１表に掲げられている従来の基材に支持されたカッタ
ーの試験との比較では、いくらか大きな熱安定性と同等
の耐摩耗性とが示された。それぞれの場合において構造
的な劣化は約８００℃で始まった。炭化タングステン／
ダイヤモンド界面での圧粉体の界面層の割れ（離層）は
約８２５℃で起こった。
ーの試験との比較では、いくらか大きな熱安定性と同等
の耐摩耗性とが示された。それぞれの場合において構造
的な劣化は約８００℃で始まった。炭化タングステン／
ダイヤモンド界面での圧粉体の界面層の割れ（離層）は
約８２５℃で起こった。
阻
２５０４の破砕した多結晶性ダイヤモンド結合体原料０
．８ｇを５趨のタングステンで被覆し、タンクルのカッ
プに詰めた。このダイヤモンド層の上へ厚さ０．０１０
インチ（０，２５４ｍｍ）の純粋ケイ素の円板を配置し
、続いてコバルトで焼結された炭化タングステンの円板
を配置した。例１８と同じように高圧高温処理を行った
。
．８ｇを５趨のタングステンで被覆し、タンクルのカッ
プに詰めた。このダイヤモンド層の上へ厚さ０．０１０
インチ（０，２５４ｍｍ）の純粋ケイ素の円板を配置し
、続いてコバルトで焼結された炭化タングステンの円板
を配置した。例１８と同じように高圧高温処理を行った
。
試験結果から、この接合／焼結圧粉体はおよそ１１００
℃まで熱的に安定であることが示され、そしてその温度
でダイヤモンド層は割れを示し始めたけれども、直ぐに
分る界面層の離層はなかった。
℃まで熱的に安定であることが示され、そしてその温度
でダイヤモンド層は割れを示し始めたけれども、直ぐに
分る界面層の離層はなかった。
ＭＬ没
４趨のタングステンで被覆された２００ ＪＭの多結晶
性ダイヤモンド結合体出発原料２．４ｇをタンタルのカ
ップに詰めた。このダイヤモンド層の上へ厚さ０．０２
０インチ（０，５０８ｍｍ’）のケイ素の円板を配置し
、そして上記の如く処理した。支持されていない接合圧
粉体が得られた。第２表との比較から、この切削要素は
ＧＥ社のジオセット又はデビアーズ社のシンダックスー
３のような既存の商業的製品よりも大きな耐摩耗性及び
熱安定性を有するということが示される。
性ダイヤモンド結合体出発原料２．４ｇをタンタルのカ
ップに詰めた。このダイヤモンド層の上へ厚さ０．０２
０インチ（０，５０８ｍｍ’）のケイ素の円板を配置し
、そして上記の如く処理した。支持されていない接合圧
粉体が得られた。第２表との比較から、この切削要素は
ＧＥ社のジオセット又はデビアーズ社のシンダックスー
３のような既存の商業的製品よりも大きな耐摩耗性及び
熱安定性を有するということが示される。
第
表
焼結された多結晶性ダイヤモンド結合体原料の摩耗比と
温度との関係−側御 −ｊＬ−」ｉ− １，６Ｘ１０’ ５．７Ｘ１０’ ４．２Ｘ１０’ ８００ ℃ １，３ＸＩＯ’ ８５０ Ｃ 離層 １０００ ℃１１０００℃ １，０Ｘ１０’ １２００ ℃ １、２Ｘｌ０Ｓ ６．６Ｘ１０’ 監 この例では、ケイ素チタン合金を結合助剤として使用し
た。ケイ素を９０重量％そしてチタンを１０重量％含有
してなるケイ素チタン合金を調製した。
温度との関係−側御 −ｊＬ−」ｉ− １，６Ｘ１０’ ５．７Ｘ１０’ ４．２Ｘ１０’ ８００ ℃ １，３ＸＩＯ’ ８５０ Ｃ 離層 １０００ ℃１１０００℃ １，０Ｘ１０’ １２００ ℃ １、２Ｘｌ０Ｓ ６．６Ｘ１０’ 監 この例では、ケイ素チタン合金を結合助剤として使用し
た。ケイ素を９０重量％そしてチタンを１０重量％含有
してなるケイ素チタン合金を調製した。
厚さ０．０２０インチ（０，５０８ｍｍ）のケイ素チタ
ン合金の円板を、タングステンの厚さ１−の層で被覆さ
れた９０崗（平均）のダイヤモンド出発原料の上に配置
した。この反応カップを上記と同じように高圧高温処理
して、支持されていない多結晶性ダイヤモンド圧粉体を
作り、そしてそれを耐摩耗性について試験した。、摩耗
比は、室温で３．ｌＸ１０’、１０００℃で３．４ Ｘ
ＩＯ’ 、そして１２００℃で１．８Ｘ１０’であるこ
とが分った。
ン合金の円板を、タングステンの厚さ１−の層で被覆さ
れた９０崗（平均）のダイヤモンド出発原料の上に配置
した。この反応カップを上記と同じように高圧高温処理
して、支持されていない多結晶性ダイヤモンド圧粉体を
作り、そしてそれを耐摩耗性について試験した。、摩耗
比は、室温で３．ｌＸ１０’、１０００℃で３．４ Ｘ
ＩＯ’ 、そして１２００℃で１．８Ｘ１０’であるこ
とが分った。
五録
９０−（平均）のダイヤモンド出発原料１７ｇを０、５
ｔｎａのモリブデンで被覆し、水素雰囲気で清浄にし
、そしてタンタルのカップへ詰めた。このダイヤモンド
層の上へ厚さ０．０２０インチ（０，５０８＋＋１［＋
＋）のケイ素円板を配置し、且つこのケイ素円板の上へ
厚さ０．００４インチ（０，１０２ａｎ）のタンタルの
円板を配置した。次に、このタンタル円板の上へカップ
の縁を曲げて中味を取囲んだ。次いで、中味の詰ったこ
の集成体を、約１４５０℃の温度でおよそ１５分間約５
５ｋｂａｒの圧力にさらした。支持されていない接合さ
れた圧粉体が得られ、そしてこれを岩石旋盤での花コウ
岩の旋削試験により耐摩耗性について試験した。その結
果を次の第４表に要約して示す。
ｔｎａのモリブデンで被覆し、水素雰囲気で清浄にし
、そしてタンタルのカップへ詰めた。このダイヤモンド
層の上へ厚さ０．０２０インチ（０，５０８＋＋１［＋
＋）のケイ素円板を配置し、且つこのケイ素円板の上へ
厚さ０．００４インチ（０，１０２ａｎ）のタンタルの
円板を配置した。次に、このタンタル円板の上へカップ
の縁を曲げて中味を取囲んだ。次いで、中味の詰ったこ
の集成体を、約１４５０℃の温度でおよそ１５分間約５
５ｋｂａｒの圧力にさらした。支持されていない接合さ
れた圧粉体が得られ、そしてこれを岩石旋盤での花コウ
岩の旋削試験により耐摩耗性について試験した。その結
果を次の第４表に要約して示す。
第４表
モリブデン被覆ダイヤモンド原料
での摩耗比と温度との関係
一側御
平均
＝！−！
１．８Ｘ１０’
２．９Ｘ１０’
２．２Ｘ１０’
２．４Ｘ１０’
２．３３Ｘ１０’
１０００ ’Ｃ
１，５Ｘ１０’
１．４Ｘ１０’
１．８Ｘ１０’
１．６Ｘ１０’
１．５８Ｘ１０’
１２００ ℃
１、Ｉ ＸＩＯ’
１．７ ＸＩＯ’
１．２Ｘ１０’
１．６Ｘ１０’
１．４Ｘ１０’
罰
直径０．５３０インチ（１３，５ｍｍ）及び厚さ０．１
００インチ（２，５４ｍｍ）の支持されていない切削要
素を、上で説明したように型でもって調製した。その後
、この切削要素を、チャーミルズ／アンドルーズ（Ｃｈ
ａｒｍｉｌｌｅｓ／ Ａｎｄｒｅｈｓ）モデルＥＦ−３
２０移動ワイヤー放電加工機により２．８インチ／ ｈ
（７１，１２ｍｍ／ｈ）の切断速度で第４図ａに示し
た形状に切断した。直径が両方ともｏ、ｏｉインチ＜０
．２５４ａｍ）である２種類、すなわち銅及び黄銅のワ
イヤーを首尾よく使用した。これらの切削要素は、熱安
定性が高く、導電率が均一であり、そしてろう付けが可
能であるため、ろうイスけあるいはマトリックス金属／
結合剤の溶浸といったような公知の通常の工具組み立て
技術により様々な異なる種類の工具に組み込むことがで
きる。結合可能な層のない支持されていない多結晶性ダ
イヤモンド製品についてさえも、商業的に入手可能なろ
う付け合金（例えば、ウェストゴー社Ｏｊｅｓｔｇｏ
Ｃｏ、）より入手できる二つのろう付け合金１ｎｃｕｓ
ｉｌ及びＴｉｃｕｓｉｌ）を使って、それが通常のコバ
ルト／炭化タングステン基材へろう付け可能であること
が証明された。
００インチ（２，５４ｍｍ）の支持されていない切削要
素を、上で説明したように型でもって調製した。その後
、この切削要素を、チャーミルズ／アンドルーズ（Ｃｈ
ａｒｍｉｌｌｅｓ／ Ａｎｄｒｅｈｓ）モデルＥＦ−３
２０移動ワイヤー放電加工機により２．８インチ／ ｈ
（７１，１２ｍｍ／ｈ）の切断速度で第４図ａに示し
た形状に切断した。直径が両方ともｏ、ｏｉインチ＜０
．２５４ａｍ）である２種類、すなわち銅及び黄銅のワ
イヤーを首尾よく使用した。これらの切削要素は、熱安
定性が高く、導電率が均一であり、そしてろう付けが可
能であるため、ろうイスけあるいはマトリックス金属／
結合剤の溶浸といったような公知の通常の工具組み立て
技術により様々な異なる種類の工具に組み込むことがで
きる。結合可能な層のない支持されていない多結晶性ダ
イヤモンド製品についてさえも、商業的に入手可能なろ
う付け合金（例えば、ウェストゴー社Ｏｊｅｓｔｇｏ
Ｃｏ、）より入手できる二つのろう付け合金１ｎｃｕｓ
ｉｌ及びＴｉｃｕｓｉｌ）を使って、それが通常のコバ
ルト／炭化タングステン基材へろう付け可能であること
が証明された。
本発明による切削要素及び基材に支持さた圧粉体は、従
来技術のそれらの対照品よりも優れているかあるいは同
等であるかのいずれかである。結合助剤としてケイ素を
利用する本発明の支持されていない切削要素は、目立っ
た構造的劣化あるいは顕著な黒鉛化の徴候なしに１２０
０″Ｃまで熱的に安定である。例？及び例１１〜１７を
参照されたい。これは、ジオセットやシンダックスー３
のような従来の多結晶性ダイヤモンドの熱安定性と同等
である。接合された炭化タングステン基材とケイ素溶浸
剤とを有する本発明に従う基材に支持された圧粉体は、
１０００℃まで熱的に安定である。基材に支持された、
細かいダイヤモンド粉末を１１用する三峰の細かいつぶ
つぶのある圧粉体も単一の大きさの細かいつぶつぶのあ
る圧粉体も、１１５０℃まで熱安定性を示した。ケイ素
溶浸剤のない追従性の層の利用は、１０００℃までの熱
安定性を証明した。例１〜７を参照されたい。これらの
圧粉体は、第１表に示されているように７５０〜８５０
’Ｃの間で熱的に劣化してくるＧＥ ２５４１やシン
ドリルのような従来技術の基材に支持された多結晶性ダ
イヤモンドと比べて優れた熱安定性を示す。被覆された
細がいつぶつぶのある焼結結合体を含んでなる切削要素
及び基材に支持された圧粉体は、従来の多結晶性ダイヤ
モンドと比較してもっと大きな耐摩耗性と同等又はより
優れた熱安定性とを示す。第３表を参照されたい。更に
、マトリックスが存在するため、本発明の製品は従来の
多結晶性ダイヤモンドよりも割れの伝播に対する耐性が
ある。接合金属／金属炭化物の支持体構造はまた、従来
の多結晶性ダイヤモンドと比べて、圧粉体の硬さ及び弾
性率を低下させてその耐衝撃性を改良した。ケイ素を利
用する従来技術の圧粉体の脆性も、金属マトリックスに
よって低下した。
来技術のそれらの対照品よりも優れているかあるいは同
等であるかのいずれかである。結合助剤としてケイ素を
利用する本発明の支持されていない切削要素は、目立っ
た構造的劣化あるいは顕著な黒鉛化の徴候なしに１２０
０″Ｃまで熱的に安定である。例？及び例１１〜１７を
参照されたい。これは、ジオセットやシンダックスー３
のような従来の多結晶性ダイヤモンドの熱安定性と同等
である。接合された炭化タングステン基材とケイ素溶浸
剤とを有する本発明に従う基材に支持された圧粉体は、
１０００℃まで熱的に安定である。基材に支持された、
細かいダイヤモンド粉末を１１用する三峰の細かいつぶ
つぶのある圧粉体も単一の大きさの細かいつぶつぶのあ
る圧粉体も、１１５０℃まで熱安定性を示した。ケイ素
溶浸剤のない追従性の層の利用は、１０００℃までの熱
安定性を証明した。例１〜７を参照されたい。これらの
圧粉体は、第１表に示されているように７５０〜８５０
’Ｃの間で熱的に劣化してくるＧＥ ２５４１やシン
ドリルのような従来技術の基材に支持された多結晶性ダ
イヤモンドと比べて優れた熱安定性を示す。被覆された
細がいつぶつぶのある焼結結合体を含んでなる切削要素
及び基材に支持された圧粉体は、従来の多結晶性ダイヤ
モンドと比較してもっと大きな耐摩耗性と同等又はより
優れた熱安定性とを示す。第３表を参照されたい。更に
、マトリックスが存在するため、本発明の製品は従来の
多結晶性ダイヤモンドよりも割れの伝播に対する耐性が
ある。接合金属／金属炭化物の支持体構造はまた、従来
の多結晶性ダイヤモンドと比べて、圧粉体の硬さ及び弾
性率を低下させてその耐衝撃性を改良した。ケイ素を利
用する従来技術の圧粉体の脆性も、金属マトリックスに
よって低下した。
第１図は、本発明による接合ダイヤモンド切削要素の研
磨表面の粒子構造の走査電子顕微鏡写真である。 第２図は、本発明による接合／焼結ダイヤモンド切削要
素の研磨表面の粒子構造の顕微鏡写真である。 第３図は、被覆された細かい粒子で焼結されたダイヤモ
ンドを利用する、本発明による接合／焼結ダイヤモンド
切削要素の粒子構造の顕微鏡写真である。 第４図ａは、ろう付け可能な層があり、またその層がな
い、本発明の支持されていない切削要素の種々の形状を
例示する図である。 第４図すは、本発明による基材に支持されていない圧粉
体を例示する図である。
磨表面の粒子構造の走査電子顕微鏡写真である。 第２図は、本発明による接合／焼結ダイヤモンド切削要
素の研磨表面の粒子構造の顕微鏡写真である。 第３図は、被覆された細かい粒子で焼結されたダイヤモ
ンドを利用する、本発明による接合／焼結ダイヤモンド
切削要素の粒子構造の顕微鏡写真である。 第４図ａは、ろう付け可能な層があり、またその層がな
い、本発明の支持されていない切削要素の種々の形状を
例示する図である。 第４図すは、本発明による基材に支持されていない圧粉
体を例示する図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、複数の個々に金属被覆された超研削材粒子を含んで
なる超研削材切削要素であって、該金属がIVＡ，ＶＡも
しくはVIＡ族の遷移金属又はそれらの合金より選択され
ており、該被覆が該超研削材粒子と、隣接する超研削材
粒子の被覆とに化学的に結合されていて、該超研削材粒
子を一緒に接合して予め定められた形状を有する一体の
集合体（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｍａｓｓ）にするマトリッ
クスを形成しており、該超研削材粒子が当該切削要素の
少なくとも７０体積％を構成している、上記の超研削材
切削要素。 ２、前記マトリックスが前記金属被覆された粒子間のす
き間に位置する結合助剤を更に含んでなる、請求項１記
載の切削要素。 ３、前記金属被覆が当該切削要素の１２体積％までを構
成し、且つ前記結合助剤が当該切削要素の１８体積％ま
でを構成している、請求項２記載の切削要素。 ４、前記結合助剤がケイ素である、請求項２記載の切削
要素。 ５、前記結合助剤がケイ素含有又はホウ素含有化合物か
ら選ばれている、請求項２記載の切削要素。 ６、１２００℃までの熱安定性を有する、請求項４又は
５記載の切削要素。 ７、前記結合助剤がVIII族金属からなる群より選ばれて
おり、該金属が前記圧粉体のおおよそ４体積％を構成し
ている、請求項２記載の切削要素。 ８、前記結合助剤が I Ｂ，IIＢ，IIIＢ及びIVＢ族の金
属並びにそれらの合金からなる群より選ばれた金属であ
る、請求項２記載の切削要素。 ９、前記超研削材粒子がダイヤモンドであり、前記金属
被覆がタングステン、タンタル及びモリブデンからなる
群より選ばれた金属、又はその炭化物を含んでなる、請
求項２記載の切削要素。 １０、前記超研削材粒子が立方晶窒化ホウ素であり、前
記金属被覆がタルタルまたはチタンである、請求項２記
載の切削要素。 １１、前記金属被覆が前記超研削材粒子のおおよそ８〜
１０体積％である、請求項９記載の切削要素。 １２、前記被覆された超研削材粒子間のすき間に分散さ
れた、該被覆された超研削材粒子よりも小さい未被覆の
超研削材粒子を更に含んでなり、この未被覆の粒子が互
いに焼結されている、請求項５記載の切削要素。 １３、前記焼結された超研削材粒子が前記圧粉体の２０
体積％までを構成している、請求項１２記載の切削要素
。 １４、前記未被覆の超研削材粒子が前記被覆された粒子
よりも小さい複数の第一の均一な大きさの粒子と、この
第一の粒子よりも小さい複数の第二の均一な大きさの未
被覆粒子とを含んでなり、上記第一の粒子が前記被覆さ
れた粒子の大きさの六分の一から九分の一までであり、
そして上記第二の粒子が上記第一の粒子の大きさの六分
の一から九分の一までである、請求項１２記載の切削要
素。 １５、前記金属被覆された超研削材粒子が熱的に安定な
多結晶性の細かいつぶつぶのある焼結結合体を構成して
いる、請求項２、９又は１２記載の切削要素。 １６、当該切削要素の少なくとも片側のろう付け可能な
層を更に含んでなり、このろう付け可能な層が耐酸化性
の炭化物を生成する物質又はその炭化物からなる、請求
項２、９又は１２記載の切削要素。 １７、前記ろう付け可能な層がタンダステン、モリブデ
ン、チタン及び炭化タングステンからなる群より選ばれ
ている、請求項１６記載の切削要素。 １８、前記圧粉体に結合した基材を更に含んでなる、請
求項２、９又は１２記載の切削要素。 １９、ケイ素含有化合物のセラミックス支持材を含む基
材を更に含んでなる、請求項１８記載の切削要素。 ２０、前記基材が焼結炭化タングステン（ｃｅｍｅｎｔ
ｅｄ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｃａｒｂｉｄｅ）を含んでな
る、請求項１８記載の切削要素。 ２１、前記圧粉体と前記基材との間に追従性の層（ｃｏ
ｍｐｌｉａｎｔ ｌａｙｅｒ）を更に含んでなる、請求
項１８記載の切削要素。 ２２、複数の個々に金属被覆された超研削材粒子を含ん
でなる、基材に支持された超研削材圧粉体であって、該
金属がIVＡ、ＶＡもしくはVIＡ族の遷移金属又はそれら
の合金より選択されており、該被覆が該超研削材粒子と
、隣接する超研削材粒子の被覆とに結合されていて、該
超研削材粒子を一緒に接合して予め定められた形状を有
する一体集合体にするマトリックスを形成しており、こ
のマトリックスが更に、該金属被覆された粒子間のすき
間に本質的に位置する結合助剤を含んでなり、そして基
材が該マトリックスと該超研削材粒子とに結合している
、上記の超研削材圧粉体。 ２３、IVＡ、ＶＡもしくはVIＡ族の遷移金属又はそれら
の合金より選択された金属で個々に被覆された複数の超
研削材粒子を型に入れる工程、そしてこの型の内容物を
上記被覆された粒子の金属被覆を隣接する被覆された粒
子の金属被覆と結合させるため高圧及び高温にさらして
、予め定められた形状を有する超研削材粒子の一体集合
体を形成する工程を包含している、接合された超研削材
切削要素を製造する方法。 ２４、前記型を前記高圧及び高温にさらす前に結合助剤
を前記型に挿入する工程を更に包含している、請求項２
３記載の方法。 ２５、前記挿入工程が更に、前記粒子が高圧及び高温に
さらされる間に前記結合助剤をこれらの粒子へ溶浸させ
るためにこれらの粒子の片側に該結合助剤の層を配置す
ることを包含している、請求項２４記載の方法。 ２６、前記挿入工程が更に、前記結合助剤の粉末を前記
粒子と混合することを包含している、請求項２５記載の
方法。 ２７、前記高圧及び高温にさらす工程より前に、前記被
覆された超研削材粒子よりも小さい未被覆の粒子を前記
被覆された超研削材粒子へ分散させる工程が更に含まれ
ている、請求項２４記載の方法。 ２８、前記分散工程が振動により前記粒子を詰め込むこ
とを更に包含している、請求項２７記載の方法。 ２９、前記分散工程が更に、前記被覆された粒子の大き
さの六分の一から九分の一までの均一な大きさの未被覆
の超研削材粒子を加えることと、この第一の粒子の大き
さの六分の一から九分の一までの均一な大きさの複数の
第二の未被覆の超研削材粒子を加えることとを包含して
いる、請求項２８記載の方法。 ３０、前記高圧及び高温にさらす工程より前に、ろう付
け可能な材料の層を前記結合助剤又は前記粒子のどちら
かと接触させるが両方とは接触させずに前記型に入れる
ことが更に含まれている、請求項２５記載の方法。 ３１、前記高圧及び高温にさらす工程より前に、基材材
料の層を前記結合助剤又は前記粒子のどちらかと接触さ
せるが両方とは接触させずに前記型に入れることが更に
含まれている、請求項２５記載の方法。 ３２、前記型に入れる工程が更に、前記粉末及び粒子の
混合物に隣接して基材材料を配置することを包含してい
る、請求項２６記載の方法。 ３３、前記結合助剤層に隣接する、IVＡ，ＶＡ及びVIＡ
族の遷移金属並びにそれらの合金からなる群より選ばれ
た金属である細かい金属粉末を細かい超研削材粉末と混
合した、前記結合材層に隣接する追従性の層（Ｃｏｍｐ
ｌｉａｎｔ ｌａｙｅｒ）を前記型に入れ、次いでこの
追従性の層に隣接する前記基材層を型に入れることが更
に含まれている、請求項３１記載の方法。 ３４、前記被覆された超研削材粒子が焼結された多結晶
性結合体である、請求項２４記載の方法。 ３５、次の諸工程、すなわち、 タングステンで被覆されたダイヤモンド粒子を型に入れ
る工程、 上記の被覆された粒子と接触するケイ素の円板を上記の
型に入れる工程、 上記の被覆された粒子かあるいは上記の結合助剤のどち
らかと接触させるが両方とは接触させずに焼結炭化物の
基材を入れる工程、そして、 この容器を接合された構造体を形成するのに十分なだけ
の時間高圧及び高温にさらす工程、 を包含している、基材に支持された温度安定性圧粉体を
製造する方法。 ３６、前記基材が結合助剤を含んでおり、そして前記高
圧及び高温工程の温度が上記結合助剤が該基材から前記
粒子中へ拡散する前に前記ケイ素が溶浸するように調整
される、請求項３５記載の方法。 ３７、前記高圧高温工程の前記温度が１０分間１３００
℃に調整され、次いで５分間１４５０℃に調整される、
請求項３６記載の方法。 ３８、前記高圧高温工程よりも前に、前記被覆されたダ
イヤモンド粒子をこの被覆されたダイヤモンド粒子より
も小さい未被覆のダイヤモンド粒子と前記型の中で混合
することが更に含まれている、請求項３５記載の方法。 ３９、前記超研削材粒子が焼結された多結晶性結合体で
ある、請求項３５又は３８記載の方法。 ４０、タングステンで被覆されたダイヤモンド粒子を型
に入れる工程、この被覆された粒子と接触するケイ素の
円板を上記の型に入れる工程、そしてこの容器を接合さ
れた構造を形成するのに十分なだけの時間高圧及び高温
にさらす工程を包含している、基材に支持されていない
切削要素を製造する方法。 ４１、前記高圧高温工程よりも前に、前記ケイ素と接触
するが前記粒子とは接触しないタングステン粉末の層を
入れてろう付け可能な層を形成することが更に含まれて
いる、請求項４０記載の方法。 ４２、前記高圧高温工程が前記ケイ素が前記接合された
構造の実質的な形成よりも前に前記被覆された粒子に溶
浸するように行われる、請求項４０又は４１記載の方法
。 ４３、前記高圧高温工程に少なくとも１５分間１２００
〜１３００℃の間に加熱することが含まれている、請求
項４２記載の方法。 ４４、タングステンで被覆された複数のダイヤモンド粒
子を含んでなり、このダイヤモンド粒子の該金属被覆が
該ダイヤモンドと隣接する被覆された粒子の金属被覆に
結合されてこれらの粒子を一緒に接合するマトリックス
を形成しており、このマトリックスが更にケイ素を含ん
でいる、熱安定性の切削要素。 ４５、前記被覆されたダイヤモンド粒子の間のすき間に
分散された複数の均一な大きさの未被覆のダイヤモンド
粒子を含んでなり、この第一の大きさの粒子が前記被覆
された粒子よりも小さく、該未被覆のダイヤモンドがお
互いに且つ前記金属コーティングと結合して、接合され
焼結された構造を形成している、請求項４４記載の熱安
定性圧分体。 ４６、前記未被覆の粒子が複数の第一及び第二の均一な
大きさの未被覆ダイヤモンドを含んでなり、この第一の
大きさの未被覆粒子が前記被覆された粒子の大きさの六
分の一から九分の一までであり、また第二の粒子が４μ
ｍよりも小さく、該第二の大きさのダイヤモンドが前記
被覆された粒子及び第一の未被覆粒子の間のすき間に分
散しており、そして上記の第一及び第二の未被覆粒子が
お互いに結合し且つ前記マトリックスと結合している、
請求項４５記載の熱安定性圧粉体。 ４７、当該圧粉体と結合した焼結炭化タングステンの基
材を更に含んでなり、少なくとも９５０℃まで熱的に安
定である、請求項４５記載の熱安定性圧粉体。 ４８、複数の個々に金属被覆された超研削材粒子を含ん
でなる超研削材製品であって、該金属がIVＡ、ＶＡもし
くはVIＡ族の遷移金属又はそれらの合金より選択されて
おり、該被覆が該超研削材粒子を一緒に接合して予め定
められた形状の一体の集合体にするマトリックスを形成
しており、該超研削材粒子が該一体の集合体の少なくと
も７０体積％を構成し、該金属被覆が該一体集合体の約
４〜３０体積％を構成している、熱的に安定な超研削材
製品。 ４９、ドリルビットのための切削要素である、請求項４
８記載の超研削材製品。 ５０、目直し工具のための切削要素である、請求項４８
記載の超研削材製品。 ５１、機械加工用工具のための切削要素である、請求項
４８記載の超研削材製品。 ５２、木工用工具のための切削要素である、請求項４８
記載の超研削材製品、 ５３、線引きダイのための切削要素である、請求項４８
記載の超研削材製品。 ５４、切削工具のための切削要素である、請求項４８記
載の超研削材製品。 ５５、軸受け要素である、請求項４８記載の超研削材製
品。 ５６、複数の個々に金属被覆された超研削材粒子を含ん
でなる超研削材製品であって、該金属がIVＡ、ＶＡもし
くはVIＡ族の遷移金属又はそれらの合金より選択されて
おり、該被覆が該超研削材粒子を一緒に接合して一体の
集合体にする導電性のマトリックスを形成していて、そ
のため該集合体をワイヤー放電加工機で切断することが
でき、該超研削材粒子が当該製品の少なくとも７０体積
％を構成している、熱的に安定な超研削材製品。 ５７、前記マトリックスが前記金属被覆された粒子間の
すき間に位置する結合助剤を更に含んでなる、請求項５
６記載の製品。 ５８、前記結合助剤がケイ素である、請求項５７記載の
製品。 ５９、前記結合助剤がケイ素とチタンとの混合物である
、請求項５７記載の製品。 ６０、前記結合助剤がケイ素又はホウ素を含有してなる
化合物である、請求項５７記載の製品。 ６１、前記金属がタングステン、タンタル及びモリブデ
ンからなる群より選択されている、請求項５６記載の製
品。 ６２、前記金属がタングステンである、請求項５６記載
の製品。 ６３、前記金属被覆が当該製品の約４〜３０体積％を構
成している、請求項５６記載の製品。 ６４、前記金属被覆が当該製品の約８〜１０体積％を構
成している、請求項５６記載の製品。 ６５、前記被覆された超研削材粒子よりも小さい未被覆
の超研削材粒子を更に含んでなり、この未被覆の超研削
材粒子が前記被覆された粒子の間に分散されている、請
求項５６記載の製品。 ６６、ろう付けの可能な層を当該製品の少なくとも片側
に更に含んでなり、このろう付け可能な層が耐酸化性炭
化物を生成する物質又はその炭化物を含んでいる、請求
項５６記載の製品。 ６７、前記ろう付け可能な層がタングステン、モリブデ
ン、チタン及び炭化タングステンからなる群より選ばれ
ている、請求項６６記載の製品。 ６８、ろう付けの可能な層を当該製品のそれぞれ反対の
側に更に含んでなり、これらのろう付け可能な層が耐酸
化性炭化物を生成する物質又はその炭化物を含んでいる
、請求項５６記載の製品。 ６９、前記集合体に結合した基材部材を更に含んでなる
、請求項５６記載の製品。 ７０、前記基材部材がケイ素含有化合物のセラミックス
基材を含んでなる、請求項６９記載の製品。 ７１、前記基材部材が焼結炭化タングステンを含んでな
る、請求項６９記載の製品。 ７２、複数の均一な大きさの粗粒を含んでなり、これら
の粗粒のおのおのが複数の個々に金属被覆された超研削
材粒子を含んでなり、該金属IVＡ，ＶＡもしくはVIＡ族
の遷移金属又はそれらの合金より選択されており、該コ
ーティングが隣接する超研削材粒子を一緒に接合するマ
トリックスを形成しており、該超研削材粒子が上記粗粒
の少なくとも７０体積％を構成しており、上記金属被覆
が上記粗粒の約４〜３０体積％を構成している、熱的に
安定な超研削材製品。 ７３、前記粗粒が１０／２０メッシュの大きさである、
請求項７２記載の製品。 ７４、前記粗粒が２０／３５メッシュの大きさである、
請求項７２記載の製品。 ７５、前記粗粒が３５／５０メッシュの大きさである、
請求項７２記載の製品。 ７６、前記粗粒が５０／６０メッシュの大きさである、
請求項７２記載の製品。 ７７、前記粗粒が６０／８０メッシュの大きさである、
請求項７２記載の製品。 ７８、前記粗粒の上に第二の金属被覆が更に含まれてお
り、この第二の金属がIVＡ，ＶＡ及びVIＡ族の遷移金属
より選択されていて、上記第二の金属被覆が５〜１００
μｍの厚さの範囲である、請求項７２記載の製品。 ７９、前記第二の金属被覆が１０〜２０μｍの厚さであ
る、請求項７８記載の製品。 ８０、IVＡ，ＶＡ及びVIＡ族の遷移金属又はそれらの合
金より選ばれた金属で個々に被覆された複数の超研削材
粒子を型に入れる工程、上記の被覆された粒子の金属被
覆を隣接する被覆された粒子の金属被覆と結合させて一
体の集合体を形成するために上記の型の内容物を高圧及
び高温にさらす工程、そして上記の一体の集合体を破砕
して個々の粗粒にする工程を包含している、超研削材粗
粒を製造する方法。 ８１、前記型を前記高圧及び高温にさらすより前に前記
型へ結合助剤を挿入する工程が更に含まれている、請求
項８０記載の方法。 ８２、前記個々の粗粒を大きさによって選別して均一な
大きさの粗粒を生産する、請求項８０記載の方法。 ８３、前記個々の粗粒に網目を通り抜けさせてそれらを
大きさにより選別する、請求項８２記載の方法。 ８４、前記高圧及び高温にさらす工程より前に未被覆の
超研削材粒子を前記被覆された超研削材粒子に対して分
散させる工程が更に含まれており、上記の未被覆の粒子
が前記被覆された超研削材粒子よりも小さい、請求項８
０記載の方法。 ８５、前記粗粒をIVＡ，ＶＡ及びVIＡ族の遷移金属又は
それらの合金より選択された金属で被覆する工程が更に
含まれている、請求項８０記載の方法。 ８６、前記被覆された超研削材粒子が焼結された多結晶
性の集合体である、請求項８０記載の方法。
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