JPH0446701A - Vapor phase synthetic diamond cutting tool - Google Patents

Vapor phase synthetic diamond cutting tool

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Publication number
JPH0446701A
JPH0446701A JP15035990A JP15035990A JPH0446701A JP H0446701 A JPH0446701 A JP H0446701A JP 15035990 A JP15035990 A JP 15035990A JP 15035990 A JP15035990 A JP 15035990A JP H0446701 A JPH0446701 A JP H0446701A
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JP
Japan
Prior art keywords
diamond
cutting tool
cutting
vapor
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP15035990A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiya Takahashi
利也 高橋
Keiichiro Tanabe
敬一朗 田辺
Akihiko Ikegaya
明彦 池ヶ谷
Naoharu Fujimori
直治 藤森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は気相合成法により成膜した多結晶ダイヤモン
ド膜を用いた切削工具に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a cutting tool using a polycrystalline diamond film formed by a vapor phase synthesis method.

〈従来の技術〉 ダイヤモンドは高い硬度、小さい摩擦係数、大きい熱伝
導率、優れた耐食性等の性質を有しており、これを用い
た切削工具は、高硬度、高耐摩耗性を有し、被削材との
耐溶着性に優れることがら難削材加工用として利用され
ている。
<Prior art> Diamond has properties such as high hardness, low coefficient of friction, high thermal conductivity, and excellent corrosion resistance.Cutting tools using diamond have high hardness, high wear resistance, It is used for machining difficult-to-cut materials because it has excellent adhesion resistance with work materials.

このようなダイヤモンド切削工具としては、単結晶ダイ
ヤモンドの切れ刃を母材に取付けた単結晶ダイヤモンド
工具、および微粒ダイヤモンドを高温高圧で焼結した焼
結体ダイヤモンドを用いた焼結体ダイヤモンド工具が従
来より実用に供されている。
Conventional diamond cutting tools of this type include single-crystal diamond tools in which a single-crystal diamond cutting edge is attached to a base material, and sintered diamond tools in which fine-grained diamond is sintered at high temperature and pressure. It has been put into more practical use.

しかしながら、これらのダイヤモンド切削工具は高価で
あるうえに、複雑な形状の切削工具には適用が困難であ
る等の欠点があった。
However, these diamond cutting tools have drawbacks such as being expensive and difficult to apply to cutting tools with complicated shapes.

最近では、気相合成法によってダイヤモンド薄膜を合成
することが可能になり、工具基体上に直接ダイヤモンド
膜を被覆するダイヤモンドコーティング工具の開発が行
なわれている。しかし、ダイヤモンドコーティング工具
の場合、工具基体とダイヤモンド薄膜の密着性が重要で
あり、例えば、超硬合金上にダイヤモンド薄膜を成膜し
た工具では、切削加工中にダイヤモンド薄膜が剥離して
しまうおそれがある。
Recently, it has become possible to synthesize a diamond thin film using a vapor phase synthesis method, and diamond-coated tools have been developed in which a diamond film is directly coated on a tool base. However, in the case of diamond-coated tools, the adhesion between the tool base and the diamond thin film is important. For example, in tools with a diamond thin film formed on a cemented carbide, there is a risk that the diamond thin film will peel off during cutting. be.

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明者らは、上記した従来の問題に鑑み、単結晶ダイ
ヤモンド工具や焼結体ダイヤモンド工具に比較して遜色
なく、しかも安価で工具寿命の長いダイヤモンド切削工
具を提供することを目的とする。
<Problems to be Solved by the Invention> In view of the above-mentioned conventional problems, the present inventors have developed a diamond cutting tool that is comparable to single-crystal diamond tools and sintered diamond tools, is inexpensive, and has a long tool life. The purpose is to provide

〈課題を解決するための手段〉 本発明者らは、気相合成ダイヤモンドとの密着性が良好
で、しかもダイヤモンドの熱膨張係数に近い熱膨張係数
を有する基板を選定し、その基板上に気相合成法により
多結晶ダイヤモンド膜を成膜し、この基板を工具基体の
刃先を構成する部分にダイヤモンド成膜面をすくい面と
して直接接着することで、優れたダイヤモンド切削工具
が得られることを見出したものである。
<Means for Solving the Problems> The present inventors selected a substrate that has good adhesion to vapor phase synthesized diamond and has a thermal expansion coefficient close to that of diamond, and deposited air on the substrate. We have discovered that an excellent diamond cutting tool can be obtained by depositing a polycrystalline diamond film using a phase synthesis method and directly adhering this substrate to the part of the tool base that forms the cutting edge, with the diamond film-formed surface serving as the rake surface. It is something that

〈作用〉 即ち、SiCあるいは5isN4を基板とし、その上に
気相合成法により多結晶ダイヤモンドを成膜し、焼入鋼
や超硬合金からなる工具基体の切れ刃部に接着し、更に
刃付けを行なうことで単結晶ダイヤモンド切削工具や焼
結体ダイヤモンド切削工具と比較して遜色のない性能を
有するダイヤモンド切削工具が得られるのである。第1
図はこの発明で得られた気相合成ダイヤモンド切削工具
の斜視図、第2図は第1図の部分拡大図であり、1は基
板2上に成膜した気相合成ダイヤモンド膜、3は工具基
体、4は接着層である。
<Operation> That is, SiC or 5isN4 is used as a substrate, polycrystalline diamond is deposited on it by vapor phase synthesis, and it is bonded to the cutting edge of a tool base made of hardened steel or cemented carbide, and then the blade is attached. By doing this, it is possible to obtain a diamond cutting tool that has performance comparable to that of single-crystal diamond cutting tools and sintered diamond cutting tools. 1st
The figure is a perspective view of a vapor-phase synthetic diamond cutting tool obtained by this invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 1, where 1 is a vapor-phase synthetic diamond film formed on a substrate 2, and 3 is a tool. The base body 4 is an adhesive layer.

ここで、基板2としては、SiCまたは5isN4は、
それらを主成分とする焼結体を用いるが、他の方法で作
製したSiCまたは5iJ4でも使用可能である。多結
晶ダイヤモンドを成膜lしたこれら基板2の工具基体3
への接着方法としては、切削加工中の温度に耐えつる方
法であれば如何なる方法でもよ(、ろう付けを行なうこ
とが好ましいが、接着剤を用いることもできる。
Here, as the substrate 2, SiC or 5isN4 is
A sintered body containing these as main components is used, but SiC or 5iJ4 produced by other methods can also be used. Tool base 3 of these substrates 2 on which polycrystalline diamond is deposited
Any method that can withstand the temperature during cutting may be used for adhesion (brazing is preferred, but an adhesive may also be used.

また、気相合成ダイヤモンドの基板としてよ(用いられ
るW、 Mo、 Si等をこの発明に応用した場合には
、W、Moでは密着性が低く工具として使用できない。
In addition, when W, Mo, Si, etc., which are used as a substrate for vapor phase synthesized diamond, are applied to this invention, W and Mo have poor adhesion and cannot be used as tools.

またSiの場合は欠は易いために使用不可能である。Further, in the case of Si, it cannot be used because it is easily damaged.

以上述べたように、SiCまたは5isN4を基板とし
てその基板上に気相合成法により多結晶ダイヤモンドを
成膜し、これを基板ごと切削工具基体上に接着すること
で気相合成ダイヤモンド切削工具を作製することができ
る。
As mentioned above, a vapor phase synthesized diamond cutting tool is fabricated by using SiC or 5isN4 as a substrate, forming a polycrystalline diamond film on the substrate by vapor phase synthesis, and bonding this together with the substrate onto the cutting tool base. can do.

超硬合金上へ直接ダイヤモンドを成膜するコーティング
工具の場合、ダイヤモンドを厚く成膜することはできず
、一般には数μmコーティングしているのが現状である
。これでは、高Si含有のM合金のような被削材に対し
ては摩耗進行が早く、超硬合金の下地が露出する結果と
なり、長い工具寿命は期待できないという問題がある。
In the case of a coating tool that directly forms a diamond film on a cemented carbide, it is not possible to form a thick diamond film, and the current state is that the diamond film is generally coated with a thickness of several μm. This poses a problem in that for work materials such as high Si-containing M alloy, wear progresses quickly and the cemented carbide base is exposed, making it impossible to expect a long tool life.

SiCや5isNaは熱膨張係数がダイヤモンドのそれ
と比較的近い数値なので、ダイヤモンド膜を厚(するこ
とが可能である。また、厚く成膜することで、コーティ
ング工具では困難であったシャープエツジを含めた刃先
の処理が可能となった。
Since the coefficient of thermal expansion of SiC and 5isNa is relatively close to that of diamond, it is possible to form a thick diamond film.In addition, by forming a thick film, it is possible to eliminate sharp edges, which are difficult with coated tools. It is now possible to process the cutting edge.

また、超硬合金はSiCや5isN4に比較して安価で
あり、この発明によるとSiCや5isN4の工具基体
に直接コーティングしてなるコーティング工具よりも工
具作製のコストを低減できる。加えて、1回の成膜で得
られた基板を切断し、数多くの工具基体の刃先に接着す
ることが可能である。このことから、この発明は刃先が
長く寸法の大きい工具に対してより有効である。工具基
体に関しては、切削条件によっては超硬合金以外に高速
度鋼等も使用でき、この場合は工具作製のコストな更に
低減することができる。
Further, cemented carbide is cheaper than SiC or 5isN4, and according to the present invention, the tool manufacturing cost can be lower than a coated tool formed by directly coating a tool base of SiC or 5isN4. In addition, it is possible to cut the substrate obtained by one film deposition and adhere it to the cutting edge of many tool bases. For this reason, the present invention is more effective for tools with long cutting edges and large dimensions. Regarding the tool base, depending on the cutting conditions, high-speed steel or the like can be used in addition to cemented carbide, and in this case, the tool manufacturing cost can be further reduced.

成膜する多結晶ダイヤモンドの膜厚は20 uyrr以
上、100μ■以下が好ましい。これは切削加工による
逃げ面摩耗量がダイヤモンドの厚みを超えると、基板に
到達してしまい急激に摩耗が進行することになるため、
ダイヤモンドの厚みの下限は20μmとなる。また10
0μmを超えると基板とダイヤモンド膜の密着性が低下
し、剥離することがあるため性能を維持できないためで
ある。
The thickness of the polycrystalline diamond film to be formed is preferably 20 uyrr or more and 100 μm or less. This is because if the amount of flank wear due to cutting exceeds the thickness of the diamond, it will reach the substrate and the wear will progress rapidly.
The lower limit of the thickness of diamond is 20 μm. 10 more
This is because if the thickness exceeds 0 μm, the adhesion between the substrate and the diamond film decreases and peeling may occur, making it impossible to maintain performance.

SiCまたは5iJ4基板の厚みは、基本的には気相合
成法によりダイヤモンドを成膜できる厚みであればよい
。薄すぎると成膜中に基板の反りという現象が現れるた
めに、均一にダイヤモンドな成膜できなくなる。逆に厚
すぎると工具作製上問題となる。このようなことから、
基板の厚みとしては、0.5 mm以上、2 mm以下
が好ましい。より好ましくは0.5mm以上、1mm以
下である。
Basically, the thickness of the SiC or 5iJ4 substrate may be such that a diamond film can be formed by vapor phase synthesis. If it is too thin, a phenomenon of warping of the substrate will occur during film formation, making it impossible to form a uniform diamond film. On the other hand, if it is too thick, it will cause problems in tool manufacturing. From such a thing,
The thickness of the substrate is preferably 0.5 mm or more and 2 mm or less. More preferably, it is 0.5 mm or more and 1 mm or less.

また、成膜した多結晶ダイヤモンドの膜質としては、ラ
マン分光法により測定した結晶ダイヤモンドの強度に対
する無定形炭素の強度比が0.25以下が好ましい。0
.25を超えると無定形炭素成分の占める割合が多(な
って耐摩耗性が著しく低下し、切削時の摩耗量が太き(
ダイヤモンド切削工具としての性能が認められなくなる
ためである。
Furthermore, as for the film quality of the formed polycrystalline diamond, it is preferable that the intensity ratio of the amorphous carbon to the intensity of the crystalline diamond measured by Raman spectroscopy is 0.25 or less. 0
.. When it exceeds 25, the proportion of amorphous carbon components is high (this results in a marked decrease in wear resistance and a large amount of wear during cutting).
This is because the performance as a diamond cutting tool will no longer be recognized.

〈実施例) 実施例1 次に、この発明を実施例により詳細に説明する。<Example) Example 1 Next, the present invention will be explained in detail using examples.

マイクロ波プラズマCVD法で、SiC上にメタン/水
素を体積比率で2/100とし、圧力100Torr 
、基板温度850℃の条件下で3011mの多結晶ダイ
ヤモンドを成膜した。これを超硬合金の工具基体(SP
G422)上に真空ろう付けしたのち刃付は処理を施し
て気相合成ダイヤモンド切削工具(サンプルA)を作製
した。
Using the microwave plasma CVD method, methane/hydrogen was placed on SiC at a volume ratio of 2/100, and the pressure was 100 Torr.
, 3011 m of polycrystalline diamond was deposited under conditions of a substrate temperature of 850°C. This is a cemented carbide tool base (SP
G422) was vacuum-brazed and the blade was treated to produce a vapor-phase synthetic diamond cutting tool (sample A).

この切削工具の性能を評価するために、外周面に軸方向
に延びる4本の溝が形成されたAf −17%Si合金
の丸棒を被削材に使用して以下の条件で切削試験を実施
した。
In order to evaluate the performance of this cutting tool, cutting tests were conducted under the following conditions using an Af-17%Si alloy round bar with four axially extending grooves formed on its outer circumferential surface as the workpiece. carried out.

切削速度 :  400m/min 送      リ    :     0.2mm/r
ev。
Cutting speed: 400m/min Feed rate: 0.2mm/r
ev.

切込み :  0.1mm また、比較のためにSiおよびMoを基板として同じ方
法で作製した切削工具(サンプルB、C)、ならびに超
硬合金切削工具(サンプルD)、ダイヤモンド焼結体切
削工具(サンプルE)を用意し、同一の切削試験を実施
した。その結果を第1評にまとめ・て示した。
Depth of cut: 0.1 mm In addition, for comparison, cutting tools made using Si and Mo as substrates in the same manner (Samples B and C), a cemented carbide cutting tool (Sample D), and a diamond sintered cutting tool (Sample E) was prepared and the same cutting test was conducted. The results are summarized and presented in the first review.

第   1   表 上表のように、この発明による気相合成ダイヤモンド切
削チップ(サンプルA)は、ダイヤモンド焼結体切削工
具(サンプルE)と同等の性能を示した。
As shown in Table 1, the vapor-phase synthetic diamond cutting tip (sample A) according to the present invention exhibited performance equivalent to that of the diamond sintered cutting tool (sample E).

実施例2 フィラメントCVD法で、5isN4基板上に第2表に
示す2つの条件で多結晶ダイヤモンドをそれぞれ501
Im成膜した。
Example 2 Polycrystalline diamond was deposited on a 5isN4 substrate under the two conditions shown in Table 2 using the filament CVD method.
Im film was formed.

ラマン分光法により測定すると、ダイヤモンドの強度に
対する無定形炭素の強度比はサンプルXで0.08であ
り、サンプルYで0.31であった。
As measured by Raman spectroscopy, the ratio of the intensity of amorphous carbon to the intensity of diamond was 0.08 for sample X and 0.31 for sample Y.

これらを超硬合金上にろう付けし刃付けを行なうことで
、気相合成ダイヤモンド切削工具を作製した。これらの
切削性能を評価するために第3表に示す切削条件で切削
試験を実施したところ、サンプルXは60分切削で逃げ
面摩耗量20umであったが、サンプルYは同じ60分
切削で逃げ面摩耗量は45umであった。
A vapor-phase synthetic diamond cutting tool was fabricated by brazing these onto a cemented carbide and attaching a blade. In order to evaluate these cutting performances, a cutting test was conducted under the cutting conditions shown in Table 3. Sample The amount of surface wear was 45 um.

サンプルXで切削した被削材の面粗度を測定したところ
、Rmax =5.5 lImであり、見た目にも荒れ
ていた。そこでサンプルXのダイヤモンド膜を研磨した
後工具を作製し、切削試験を行なったところ被削材の面
粗度はRmax=2.3μmに向上した。
When the surface roughness of the workpiece cut with sample X was measured, it was found that Rmax = 5.5 lIm, and it was visually rough. Therefore, after polishing the diamond film of sample X, a tool was prepared and a cutting test was conducted, and the surface roughness of the workpiece was improved to Rmax=2.3 μm.

第 表 第 表 〈発明の効果〉 以上説明したように、この発明によれば、ダイヤモンド
コーティング工具の密着性や寿命といった従来の問題点
を解決し、安価で長寿命、かつ刃先処理が可能な気相合
成ダイヤモンド切削工具を作製することができ、AN−
Si合金等の軽合金の切削に対して特に有効であること
が認められた。
Table 1 <Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, the conventional problems such as the adhesion and life of diamond-coated tools can be solved, and the tool can be inexpensive, have a long life, and can be treated with cutting edges. A phase-synthetic diamond cutting tool can be produced, and AN-
It has been found to be particularly effective for cutting light alloys such as Si alloys.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明により得られた切削工具の斜視図、第
2図は第1図の部分拡大図である。 l・・・気相合成ダイヤモンド膜 2・・・基板    3・・・工具基体   4・・・
接着層出願人代理人  弁理士  和 1) 昭第 図 第2図
FIG. 1 is a perspective view of a cutting tool obtained by the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 1. l... Vapor phase synthesis diamond film 2... Substrate 3... Tool base 4...
Adhesive layer applicant's representative Patent attorney Kazu 1) Showa Figure 2

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)SiCまたはSi_3N_4を基板として、その
上に気相合成法によって多結晶ダイヤモンド膜を成膜し
、該ダイヤモンド成膜面をすくい面として、基板ごと切
削工具基体の刃先上に接着したことを特徴とする気相合
成ダイヤモンド切削工具。
(1) Using SiC or Si_3N_4 as a substrate, a polycrystalline diamond film was formed on it by vapor phase synthesis, and the substrate was bonded to the cutting edge of the cutting tool base with the diamond film forming surface serving as the rake surface. A characteristic vapor-phase synthetic diamond cutting tool.
(2)多結晶ダイヤモンド膜の膜厚が20μm以上10
0μm以下であることを特徴とする請求項(1)記載の
気相合成ダイヤモンド切削工具。
(2) The thickness of the polycrystalline diamond film is 20 μm or more10
The vapor phase synthesized diamond cutting tool according to claim 1, characterized in that the diameter is 0 μm or less.
(3)多結晶ダイヤモンド膜のラマン分光法による測定
において、ダイヤモンドの強度に対する無定形炭素の強
度比が0.25以下であることを特徴とする請求項(1
)記載の気相合成ダイヤモンド切削工具。
(3) Claim (1) characterized in that the intensity ratio of the amorphous carbon to the intensity of the diamond is 0.25 or less in the measurement of the polycrystalline diamond film by Raman spectroscopy.
) Vapor-phase synthesized diamond cutting tool described.
(4)SiCまたはSi_3N_4基板の厚さが0.5
mm以上2mm以下とすることを特徴とする請求項(1
)記載の気相合成ダイヤモンド切削工具。
(4) Thickness of SiC or Si_3N_4 substrate is 0.5
Claim (1) characterized in that the length is not less than mm and not more than 2 mm.
) Vapor-phase synthesized diamond cutting tool described.
(5)ダイヤモンドの刃先加工が可能であることを特徴
とする請求項(1)記載の気相合成ダイヤモンド切削工
具。
(5) The vapor-phase synthetic diamond cutting tool according to claim (1), which is capable of processing diamond cutting edges.
JP15035990A 1990-06-08 1990-06-08 Vapor phase synthetic diamond cutting tool Pending JPH0446701A (en)

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