JPH03122063A - 支持体つき熱安定性立方晶窒化ホウ素工具ブランクおよびその製造方法 - Google Patents

支持体つき熱安定性立方晶窒化ホウ素工具ブランクおよびその製造方法

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JPH03122063A
JPH03122063A JP2213803A JP21380390A JPH03122063A JP H03122063 A JPH03122063 A JP H03122063A JP 2213803 A JP2213803 A JP 2213803A JP 21380390 A JP21380390 A JP 21380390A JP H03122063 A JPH03122063 A JP H03122063A
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cubic boron
wurtzite
compression molded
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David B Cerutti
デビッド・ブルーク・セルッティ
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Original Assignee
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 ［発明の分野］ 本発明は、多結晶質立方晶窒化ホウ素またはウルツ鉱型
窒化ホウ素研摩材層または切削材層を超合金（焼結炭化
物合金）等の基体に結合してなる熱的に安定な研摩材圧
縮成形体または工具ブランクに関する。さらに詳しくは
、本発明は焼結可能であってしかも触媒を含有しない立
方晶窒化ホウ素またはウルツ鉱型窒化ホウ素粒子の層と
基体との間に金属障壁ディスクを配置する工程、および
かかる組合せ体を慢合圧縮成形体製造に有効な１ｍ度お
よび圧力条件に暴露する工程からなる熱的に安定な工具
ブランクの製造方法に関する。
［先行技術］ 多結晶質立方晶窒化ホウ素工具ブランクは切削技術、特
に鉄合金の切削技術において広く受入れられてきた。米
国特許第３，７４３，４８９号明細書は７０容積％を越
える立方晶窒化ホウ素結晶の一体塊をさらに大きい焼結
炭化物合金基体に結合してなるかかる工具ブランクを開
示している。
立方晶窒化ホウ素結晶の該環体はアルミニウム原子並び
にニッケル、コバルト、マンガン、鉄、バナジウムおよ
びクロムからなる群から選択した１種以上の合金元素の
原子を含有する金属相を含む。
この種の工具ブランクは立方晶窒化ホウ素層にアルミニ
ウム合金が存在する理由で熱的に安定であるとは考えら
れない。アルミニウム合金は切削またはフライス加工時
に発生することのあるような高温度で立方晶窒化ホウ素
とは大きく異なる熱膨張係数を保釘するので、アルミニ
ウム合金が膨張して立方晶窒化ホウ素層の割れまたは破
損を起こす。
米国特許第３，７６７．３７１号明細書は７０容積％を
越える立方晶窒化ホウ素結晶の一体塊を金属結合炭化物
基体塊に結合してなる多結晶質立方晶窒化ホウ素工具ブ
ランクを説明している。炭化物＋］料は主に炭化タング
ステン、炭化チタン、炭化タンタルまたはそれらの混合
物であり、金属結合材料はコバルト、ニッケル、鉄およ
びそれらの混合物からなる群から選択する。この種の工
具ブランクは金属結合材料が炭化物基体から立方晶窒化
ホウ素層に移行して結合材として機能するので熱的に安
定ではない。この例でも、熱的不安定性は金属結合材料
が立方晶窒化ホウ素とは大きく異なる熱膨張係数を保有
する事実に起因する。
米国特許第４，０６３．９’０９号明細書は立方晶窒化
ホウ素層と炭化物基体との間に厚さが０゜５市未満の高
温ろう金属の連続層を保有する超合金支持体につき立方
晶窒化ホウ素圧縮成形体に関する。そのような研摩Ｈ体
は、立方晶窒化ホウ素砥拉、ろう金属および超合金基体
または炭化物成型粉末を窒化ホウ素状態図における立方
晶窒化ホウ素安定域の温度および圧力に暴露してその場
で作成することができる。適切なろう金属にはチタン、
ニッケル、コバルト、鉄、クロム、マンガン、バナジウ
ム、モリブデン、タンタル、白金、およびこれらの金属
のうちの１種以上の金属を含宵する合金がある。
米国特許第４，２２４，３８０号明細書は、７０〜９０
容積％の自己結合立方晶窒化ホウ素粒子、全体にわたっ
て実質的に均一に溶浸しているとともに該立方晶窒化ホ
ウ素層の約０．０５〜３容積％を占めるコバルト、コバ
ルト合金並びにニッケル、マンガン、鉄、バナジウムお
よびクロムからなる群から選択した金属とアルミニウム
との合金から選択した金属相、および全体にわたって分
散し相互に連結している気孔の網目状組織からなる熱的
に安定な工具要素に関する。この種の立方晶窒化ホウ素
工具ブランクは熱的に安定ではあるが、相互に連結して
いる気孔の網目状組織のない熱的に安定な立方晶窒化ホ
ウ素工具ブランクを提供することが望まれている。
米国特許第４，６７３，４１４号明細書は高圧高温（Ｈ
Ｐ／ＨＴ）装置内に焼結したホウ水密多結晶質立方品窒
化ホウ素粒子を置く工程と該ホウ水密立方晶窒化ホウ素
粒子を十分な温度および圧力に暴露して該立方晶窒化ホ
ウ素粒子を再焼結する工程とからなる再焼結多結晶質立
方晶窒化ホウ素圧縮成形体の製造方法を説明している。
この挿合基体が採用されるとコバルト等の金属結合材料
が立方晶窒化ホウ素層内に溶浸し、その結果立方晶窒化
ホウ素層は熱的な安定性を失う。もちろん、超合金基体
が用いられていないならば工具ブランクは完全に立方晶
窒化ホウ素で構成され非常に高価となるであろう。さら
に、基体がない場合には該立方晶窒化ホウ素層は破損し
やすいであろう。
米国特許第４，７９７，３２６号明細書は焼結立方晶窒
化ホウ素圧縮成形体と塑性変形可能な基体とを別々に作
成する工程、該立方晶窒化ホウ素圧縮成形体と該基体と
を組合わせる工程、組合わせた該立方晶窒化ホウ素圧縮
成形体と該基体とを十分な高圧高温条件に暴露すること
により基体表面を塑性変形させて圧縮成形体表面に接合
させる工程、およびこうして得られる支持体つき圧縮成
形体を取り出す工程からなる支持体つき立方晶窒化ホウ
素圧縮成形体の製造方法を提供する。この方法によれば
熱的に安定な支持体つき立方晶窒化ホウ素工具ブランク
が提供されるが、立方晶窒化ホウ素圧縮成形体と基体塊
を別々に製作する必要のない方法でそのような工具ブラ
ンクを提供することが望まれる。
発明の要約 本発明の目的は立方晶窒化ホウ素層またはウルツ鉱型窒
化ホウ素層が実質的に立方晶窒化ホウ素またはウルツ鉱
型窒化ホウ素以外の物質を含まない支ｖｊｊ体つき熱安
定性立方晶窒化ホウ素工具ブランクまたはウルツ鉱型窒
化ホウ素工具ブランクを提供することである。
本発明のもう一つの目的は研摩材層と基体腕とを別々に
作成する必要のない支持体つき熱安定性立方晶窒化ホウ
素工具ブランクまたはウルツ鉱型フ 工具ブランクの製造方法を提供することである。
上記の目的にしたがえば、立方晶窒化ホウ素研摩材層ま
たはウルツ鉱型窒化ホウ素研摩材層、金属結合材料塊、
および該研摩材層と該基体腕との間に配置された障壁層
からなりしかも該研摩材層が実質的に触媒および金属結
合材料を含有しない支持体つき熱安定性多結晶質圧縮成
形体が提供される。
本発明の方法によれば、立方晶窒化ホウ素またはウルツ
鉱型窒化ホウ素以外はいかなる物質も実質的に含有しな
い粒子の塊とあらかじめ結合した（　ｐｒｅ−ｃｅｍｅ
ｎｔｅｄ）基体腕または該基体腕をその場で製造するに
適した成型粉末とを作成する工程、該立方晶窒化ホウ素
粒子またはウルツ鉱型窒化ホウ素粒子と該基体腕または
基体塊成型粉末との間に適切な障壁層を配置する工程、
および上記の組合せ体を十分な圧力と温度の条件下に暴
露して複合圧縮成型体を作成する工程により、支持体つ
き熱安定性圧縮成形体が製造される。
以下において［立方晶窒化ホウ素］なる用語はウルツ鉱
型窒化ホウ素および立方晶窒化ホウ素とウルツ鉱型窒化
ホウ素との混合物および立方晶窒化ホウ素を意味する。
発明の説明 本発明はその一つの側面において、実質的に立方晶窒化
ホウ素以外の物質を含まない非多孔質熱安定性立方晶窒
化ホウ素層、基体腕、および該基体腕と該立方晶窒化ホ
ウ素層との間に置かれ該基体腕から該立方晶窒化ホウ素
層へ金属結合材が移行するのを実質的に防止する効果の
ある障壁層からなる研摩材圧縮成形体を提供する。
本発明の支持体つき圧縮成形体の製造に用いる立方晶窒
化ホウ素粒子はいずれの適当な技法により作成してよい
。一つの技法としては英国特許節１．５１３，９９０号
明細書に説明されている、六方晶窒化ホウ素粉末と元素
状ホウ素または各種ボロン含有化合物（たとえばＡＪ　
Ｂ　＋２　）との混合物を処理してホウ水密多結晶質立
方品窒化ホウ素粒子を作成する方法がある。もう一つの
方法としては、酸化物を含有しない六方晶窒化ホウ素の
表面に過剰ホウ素を生成させてからそれを立方晶窒化ホ
ウ素に転化する方法がある。該過剰ホウ素は六方晶窒化
ホウ素分解域内の温度で真空焼成しかつ不活性ガス雰囲
気下において加熱を行う前処理により生成され、次に米
国特許節４，２８９，５０３号明細書に記載の高圧高温
処理により立方晶窒化ホウ素に転化される。本発明の実
施に用いる特に好ましい立方晶窒化ホウ素材料はＢＯＲ
ＡＺＯＮ　　ＣＢＮ　　５５０の商標でゼネラルエレク
トリック社（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏ
ｍｐａｎｙ）から市販されている。
採用する方法にかかわらずホウ水音多結晶質窒化ホウ素
は一般に大塊として作成されるので、個別の用途に適し
た粒子寸法に粉砕する。本発明の目的のためには粒子寸
法は重要ではなく、米国特許節３，７６７．３７１号明
細書に記載のごとき慣用の窒化ホウ素粒子を高圧高温条
件に暴露して在来の多結晶質窒化ホウ素圧縮成形体を作
成するときの窒化ホウ素粒子寸法と一般的に同じである
。
ホウ水密多結晶質立方品窒化ホウ素粒子はその作成工程
においてすでに焼結されているので、本発明の方法の工
程においては該立方晶窒化ホウ素粒子は再焼結されると
いうことを理解しておかねばならない。さらに、触媒ま
たは結合するためのその他の手段を用いて在来の立方晶
窒化ホウ素粒子から焼結成形体を作成するのとは異なり
、本発明の方法は触媒を用いる方法と同じ温度および圧
力条件で触媒の援助なしで再焼結することができる立方
晶窒化ホウ素粒子を用いる。
基体腕または基体腕をその場で作成するための成型粉末
は当業界で周知のいかなる材料であってもよい。好まし
くは、基体腕は金属結合炭化物であって、炭化物は炭化
タングステン、炭化チタン、炭化タンタルおよびこれら
の混合物からなる群から選択され、金属結合材料はコバ
ルト、ニノテル、鉄およびこれらの混合物からなる群か
ら選択される。基体腕としてコバルト結合炭化タングス
テンを用いるが特に好ましい。
コバルト等の金属結合材料は高圧高温処理工程において
超合金基体から立方晶窒化ホウ素層中へ速やかな移動す
るであろうことは当業界において周知である。本発明は
炭化物基体と周縁形状が実質的に同一である障壁層を存
在させることにより金属結合材料が立方晶窒化ホウ素層
に移行することを十分な時間遅らせて立方晶窒化ホウ素
粒子を再焼結させるとともに立方晶窒化ホウ素層と基体
塊の間を有効に結合させることができることを発見した
ことにある。その結果、立方晶窒化ホウ素以外の物質を
実質的に含有しない立方晶窒化ホウ素層からなる熱安定
性非多孔質窒化ホウ素圧縮成形体が提供される。
本発明の実施において採用する障壁層は高圧高温処理工
程における基体塊から立方晶窒化ホウ素層への金属結合
材料の移行を遅らせまたは抑止するために有効ないかな
る材料であってもよい。該障壁層として用いるにはタン
タル、タングステンおよびチタンが望ましいが、特にタ
ンタルが好ましい。
かかる障壁層の厚さは用いる材料によって異なるが、し
かし−船釣には約０．　０２ｍｍ　〜１．　０ｍｍであ
る。タンタルを障壁層として用いる場合、その厚さは約
０．０５ｍｍ〜約０．４ｍｍであることが特に効果的で
あることを発見した。
本発明のもう一つの側面によれば、実質的に触媒物質を
含有しない焼結可能立方晶窒化ホウ素塊と金属結合基体
塊または金属結合基体塊をその場で作成するための成型
粉末とを作成する工程、該立方晶窒化ホウ素塊と基体塊
または成型粉末との間に障壁層を置く工程、およびこう
して得られる組合せ体を十分な圧力および温度条件に十
分な時間暴露して該立方晶窒化ホウ素粒子を再焼結する
と同時に該基体塊または成型粉末から該立方晶窒化ホウ
素層への金属結合材料の移行を遅らせまたは実質的に抑
止する工程からなる支持体つき熱安定性圧縮成形体の製
造方法を提供する。もちろん、上記の条件は該障壁が溶
融して無制限に金属結合材料が該立方晶窒化ホウ素層中
に溶浸する結果とならないような条件でなければならな
い。
本発明が立方晶窒化ホウ素芯体と金属結合環体との間に
障壁層を置いて線材用ダイスの製造に容易に利用できる
ことは当業者には明白であろう。
当業者が本発明を容易に実施できるように、以下に説明
のための実施例を提供する。この実施例は限定を意図す
るものではない。特にことわらないかぎりすべての割合
表示は重量割合である。
実施例１ 米国特許第４，６７３，４１４号明細書に開示の方法に
より自己焼結可能なホウ水密多結晶質立方晶窒化ホウ素
を作成した。この材料を粉砕して微細粉末としてコバル
ト結合炭化タングステン基体に隣接させて在来の高圧高
温反応容器内に置いた。反応に続いて、生成した炭化タ
ングステン基体支持立方晶窒化ホウ素圧縮成形体は十分
に焼結されていることはわかったが、しかし該立方晶窒
化ホウ素層と該炭化タングステン基体の間の十分な結合
を示さなかった。該圧縮成形体を分析した結果はコバル
トが該炭化タングステン基体から該立方晶窒化ホウ素層
中へ移行して該立方晶窒化ホウ素層の熱安定性および該
立方晶窒化ホウ素層と該炭化タングステン基体との間の
結合を劣化していることがわかった。
実施例２ コバルト結合炭化タングステン基体をタンタル箔に包ん
だ以外は実施例１と同じ手順を繰返した。
高圧高温条件に暴露して得られた圧縮成形体は十分に焼
結していたのみならず該立方晶窒化ホウ素層と該超合金
基体との間に優れた接着をも示した。
該圧縮成形体の断面を分析して該超合金基体からコバル
トが該立方晶窒化ホウ素層へ移行したかどうか測定した
。分析の結果はコバルトが該タンタル障壁と該炭化タン
グステン基体との間の境界にやや濃縮してはいるが該焼
結炭化タングステン合金内に封じ込められていたことが
わかった。かくして、立方晶窒化ホウ素層の熱安定性が
保護されている圧縮成形体が得られるとともに、立方晶
窒化ホウ素層と炭化タングステン基体とに対してタンタ
ルが優れた接骨性を示すことが判明した。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）支持体つき熱安定性立方晶窒化ホウ素もしくはウ
    ルツ鉱型窒化ホウ素圧縮成形体または線材用ダイスの製
    造方法において、実質的に触媒物質を含有しない焼結可
    能な立方晶窒化ホウ素もしくはウルツ鉱型窒化ホウ素粒
    子塊と金属結合基体塊もしくは環体又は金属結合基体塊
    もしくは環体をその場で作成する成型粉末とを作成する
    工程、前記焼結可能立方晶窒化ホウ素もしくはウルツ鉱
    型窒化ホウ素粒子塊と前記金属結合塊もしくは環体又は
    前記成型粉末との間に障壁層を置く工程、およびこうし
    て得られる組合せ体を圧力および温度条件に十分な時間
    暴露して立方晶窒化ホウ素粒子もしくはウルツ鉱型窒化
    ホウ素粒子を焼結させるとともに該基体塊または該成型
    粉末から立方晶窒化ホウ素もしくはウルツ鉱型窒化ホウ
    素塊へ金属結合物質の移行を起こさせない工程からなる
    ことを特徴とする製造方法。
  2. （２）該圧力温度条件は該障壁層の溶融を起こすには至
    らないことを特徴とする請求項（１）に１記載の方法。
  3. （３）該障壁層がタンタル、タングステンおよびチタン
    からなる群から選択されていることを特徴とする請求項
    （１）に記載の方法。
  4. （４）該障壁層がタンタルであることを特徴とする請求
    項（１）に記載の方法。
  5. （５）実質的に触媒物質を含有しない焼結可能な立方晶
    窒化ホウ素粉末塊と金属結合基体塊または金属結合基体
    塊をその場で作る成型粉末とを作成する工程に加えて、
    前記の焼結可能な立方晶窒化ホウ素粒子塊と該金属結合
    塊または成型粉末との間に障壁層を置く工程、およびこ
    うして得られる組合せ体を圧力温度条件に十分な時間暴
    露して該立方晶窒化ホウ素もしくはウルツ鉱型窒化ホウ
    素粒子を焼結させるとともに該基体塊または該成型粉末
    から該立方晶窒化ホウ素塊へ金属結合物質の移行を実質
    的に起こさせない工程を特徴とする支持体つき熱安定性
    立方晶窒化ホウ素圧縮成形体の製造方法。
  6. （６）実質的に触媒物質を含有しない焼結可能な立方晶
    窒化ホウ素もしくはウルツ鉱型窒化ホウ素粒子塊と金属
    結合基体塊もしくは環体又は金属結合基体塊もしくは環
    体をその場で作成する成型粉末とを作成する工程、前記
    の焼結可能立方晶窒化ホウ素もしくはウルツ鉱型窒化ホ
    ウ素粒子塊と前記の金属結合塊もしくは環体又は該成型
    粉末との間に障壁層を置く工程、およびこうして得られ
    る組合せ体を圧力温度条件に十分な時間暴露して、前記
    の立方晶窒化ホウ素もしくはウルツ鉱型窒化ホウ素粒子
    を焼結するとともに該基体塊または該成型粉末から前記
    の立方晶窒化ホウ素もしくはウルツ鉱型窒化ホウ素塊へ
    の金属結合材料の移行を実質的に起こさない工程からな
    る方法によって製造されたことを特徴とする立方晶窒化
    ホウ素もしくはウルツ鉱型窒化ホウ素圧縮成形体または
    線材用ダイス。
  7. （７）該基体が焼結炭化物合金であることを特徴とする
    請求項（６）に記載の圧縮成形体。
  8. （８）炭化物が炭化タングステン、炭化チタン、炭化タ
    ンタルおよびそれらの混合物からなる群から選択されて
    いることを特徴とする請求項（７）に記載の圧縮成形体
    。
  9. （９）該結合材料がコバルト、ニッケル、鉄およびその
    混合物からなる群から選択されていることを特徴とする
    請求項（８）に記載の圧縮成形体。
  10. （１０）該基体がコバルト結合炭化タングステンである
    ことを特徴とする請求項（９）に記載の圧縮成形体。
  11. （１１）（ａ）立方晶窒化ホウ素以外の物質を実質的に
    含有しない立方晶窒化ホウ素の焼結塊体、（ｂ）基体塊
    、および （ｃ）該立方晶窒化ホウ素焼結塊と該 基体塊との間に置かれた障壁層 から本質的になることを特徴とする支持体つき熱安定性
    多結晶質立方晶窒化ホウ素圧縮成形体。
  12. （１２）該立方晶窒化ホウ素粒子がホウ素に富むことを
    特徴とする請求項（１１）に記載の圧縮成形体。
  13. （１３）該障壁層がタンタル、タングステンおよびチタ
    ンからなる群から選択されていることを特徴とする請求
    項（１２）に記載の圧縮成形体。
  14. （１４）該障壁層がタンタルであることを特徴とする請
    求項（１２）に記載の圧縮成形体。
  15. （１５）該基体が焼結炭化物合金であることを特徴とす
    る請求項（１３）に記載の圧縮成形体。
JP2213803A 1989-08-15 1990-08-14 支持体つき熱安定性立方晶窒化ホウ素工具ブランクおよびその製造方法 Pending JPH03122063A (ja)

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