JPH0665745A

JPH0665745A - ダイヤモンド被覆硬質材料およびその製造法

Info

Publication number: JPH0665745A
Application number: JP4223733A
Authority: JP
Inventors: Naoya Omori; 直也大森; Akinori Kobayashi; 晄徳小林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1992-08-24
Publication date: 1994-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた密着強度、高い靱性、高い形状自由度
を備えたダイヤモンド被覆硬質材料およびその製造法を
提供する。【構成】硬質材料基材の表面にダイヤモンドを被覆し
てなり、該基材を研削加工したときの基材表面の圧縮応
力に較べて小さい圧縮応力がその表面に存在するもので
ある被覆硬質材料、もしくは基材表面に引張応力が存在
する被覆硬質材料。及びＷＣ基超硬合金基材表面のＷＣ
相の圧縮応力が、研削加工したもののそれに較べ小さ
い、あるいはＷＣ相の圧縮応力が0.5GPa以下であるダイ
ヤモンド被覆硬質材料。基材としてＷＣ基超硬合金が特
に好ましく、研削加工した該基材をブラスト処理、バレ
ル処理及び／又は焼き入れによる熱処理を行った後、少
なくとも当該処理面にダイヤモンドを被覆して製造でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極めて高い耐磨耗性を
もつ硬質材料に関するもので、切削工具、耐摩工具、鉱
山工具、電子部品、機械部品、砥石などに利用されるダ
イヤモンド被覆硬質材料およびその製造法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは極めて硬度が高く、化学
的に安定し、高い熱伝導率特性、音波伝搬速度をはじめ
とする数多くの優れた特性を持っている。現在、市場に
於いて、多結晶ダイヤモンドとして、・ダイヤモンドの含有量が７０体積％以上でダイヤモン
ド粒子が互いに結合した多結晶ダイヤモンド焼結体、・硬質材料の表面にダイヤモンド多結晶を被覆したダイ
ヤモンド被覆硬質材料、・ダイヤモンド多結晶をロウ付けした硬質材料が、下記
〜、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ合金などの軽合金や、プラスチッ
ク、ゴム、グラファイトなどを切削加工する際に用い
る、スローアウェイチップ、ドリル、マイクロドリル、
エンドミル、ルーターなどの切削工具、岩石採掘工具、ボンディングツールや、プリンタヘッド、ダイス、熱
間加工用ガイドローラーや製管用ロールなどの各種耐摩
工具、耐摩治具、耐環境治具、放熱板をはじめとする各種機械部品、スピーカーをはじめとする各種振動板、各種電子部品、電着砥石などの各種研磨加工用砥石やドレッサー、などとして広く実用に供されている。

【０００３】ダイヤモンド微粉末を超高圧下で焼結した
多結晶ダイヤモンド焼結体は、例えば特公昭５２−１２
１２６号公報に記載されている。この先行技術に記載さ
れた製造方法では、ダイヤモンドの粉末を超硬合金の成
型体若しくは焼結体に接するように配置し、超硬合金の
液相を生じる温度以上の温度でかつ超高圧下にて焼結を
行なう。焼結に際しては、超硬合金中のＣｏの一部がダ
イヤモンド粉末中に侵入し、結合金属として作用する。
このようにして得たダイヤモンド焼結体を目的形状加工
し、各種合金にロウ付けすることにより、例えば切削工
具、耐摩工具、掘削工具、ドレッサー、線引きダイスと
して広く用いられている。

【０００４】硬質材料の表面に多結晶ダイヤモンドを被
覆したダイヤモンド被覆硬質材料も前述のダイヤモンド
焼結体同様広く用いられている。先行技術としては、特
開昭６２−５７８０２、特開昭６２−５７８０４、特開
昭６２−１６６９０４、特開昭６３−１４８６９、特開
昭６３−１４００８４各号公報をはじめとして多くが存
在し、これらは任意の形状の硬質材料の表面に気相より
合成したダイヤモンド多結晶を被覆することにより、基
材の耐磨耗性を著しく向上させる効果がある。この方法
によるダイヤモンド被覆硬質材料は、高い形状自由度を
有し、かつ安価に、大量に製造できるという大きな長所
を持ち、例えば切削工具、耐摩工具、掘削工具、ドレッ
サー、線引きダイスとして広く用いられている。

【０００５】また、基材表面に気相よりダイヤモンド被
覆層を形成し、この基材をエッチング除去することによ
り、多結晶ダイヤモンド板を製造し、これを目的形状加
工し、各種台金にロウ付けすることにより、前記２種同
様の用途にて広く用いられている。

【０００６】現在、気相より基材表面に多結晶ダイヤモ
ンドを被覆する方法として、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＥＡ−ＣＶＤ法、誘磁場マ
イクロ波プラズマＣＶＤ法、ＲＦ熱プラズマＣＶＤ法、
ＤＣプラズマＣＶＤ法、ＤＣプラズマジェットＣＶＤ
法、フィラメント熱ＣＶＤ法、燃焼法など数多くの方法
が知られており、これらはダイヤモンド被覆硬質材料製
造の有力な方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記した従来
技術のうち、ダイヤモンド焼結体を台金にロウ付けして
作成できる各種工具等には形状に制約がある。具体的に
は、４枚刃エンドミルのような形状のすべての刃部に優
れた精度でダイヤモンド焼結体をロウ付けするのは、現
状の技術では困難である。このため、丸棒形状のダイヤ
モンド焼結体を作成し、これを放電加工して目的形状を
得なければならず、実際に耐摩耗性向上に要求される部
分以外もダイヤモンド焼結体にて構成されるため非常に
高価となり、かつ生産性も低い。これと同様のことが、
多結晶ダイヤモンド板を台金にロウ付けした場合にも言
える。

【０００８】上記短所を克服するため、目的形状に加工
した基材表面にダイヤモンド被覆層を設けるダイヤモン
ド被覆硬質材料の開発が広く行われている。ダイヤモン
ド被覆硬質材料は、基材として各種物理特性に優れるＷ
Ｃ基超硬合金の使用がまず考えられ、これを基材とした
場合、高い形状自由度を持ち、かつダイヤモンド焼結体
および多結晶ダイヤモンド板をロウ付けしたものより高
い強度を有することができ、さらに安価にて大量に提供
できることが十分予想できる。このため、多くの研究者
によりその性能向上が図られているが、現状ではダイヤ
モンド被覆層と基材との密着力が不足しており、使用に
於てダイヤモンド被覆層が剥離する場合が多く、ダイヤ
モンド焼結体と同等の寿命を得るに至っていない。この
主たる原因として、（１）基材とダイヤモンドの線膨張係数の違いより、熱
圧縮応力が発生し、ダイヤモンド被覆層が剥離しやすく
なる。（２）ダイヤモンドは、あらゆる物質と中間相を持たな
いため、他物質との濡れ性が悪い。（３）基材としてＷＣ基超硬合金やサーメットのように
炭素の拡散が容易なＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属元素を含
む場合、これらの金属元素上にダイヤモンドの同位体で
あるグラファイトが優先的に生成しやすく、このためダ
イヤモンド被覆時の初期核発生密度が低下し、このため
ダイヤモンド被覆層と基材との密着強度が低下する。の（１）〜（３）が挙げられている。

【０００９】（１）を改良するため，基材材質としてダ
イヤモンドと同じ熱膨張係数を持った材質、例えばＳｉ
₃Ｎ₄を主成分とする焼結体やＳｉＣを主成分とする焼
結体を選択する方法が、特公昭６０−５９０８６、特開
昭６１−２９１４９３各号公報にて提案されている。さ
らに特願平２−２６９２１４号明細書では窒化ケイ素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）を主成分とする基材の表面に窒化ケイ素
の柱状晶組織を晶出させ、表面に凹凸の存在する状態を
つくりだし、この表面に対してダイヤモンド被覆層を設
けることによりダイヤモンド被覆層と基材とを幾何学的
に絡ませることにより、ダイヤモンド被覆層の密着強度
を高める方法が提案されている。これらの改良により、
基材とダイヤモンド被覆層との密着力は格段に高くはな
った。しかし、例えば切削工具に適用した場合、過酷な
条件にて使用すれば、基材であるＳｉ₃Ｎ₄，ＳｉＣの
強度が不足しているため基材から破壊が生じ、その使用
に耐えない場合が増加する。

【００１０】（２）に対する解決策としては、特公昭６
２−７２６７号公報に記載されているように、基材表面
に中間層を被覆し、この表面にダイヤモンド被覆層を形
成する方法がある。この方法により、中間層に適切な材
質を選択すればダイヤモンド被覆層と中間層とは高い密
着力にて接合されるが、しかし、本発明者等が研究を行
い、過酷な条件にてその密着力を調査したところ、基材
−中間層界面と、中間層−ダイヤモンド被覆層界面の２
界面において、同時に十分使用に耐えうる密着力を得る
中間層材質を見いだすことが出来なかった。さらに、本
方法では、製造コストも高くなるという欠点がある。

【００１１】（３）に対する解決策としては、特開平１
−２０１４７５号公報に記載の如く、超硬合金の基材表
面を酸溶液にてエッチングして結合相のＦｅやＣｏ等の
金属元素を除去する方法がある。しかし、エッチングを
行なう基材そのものの強度が低下し、また結合相の除去
により分散している硬質相が欠落し易くなるので、ダイ
ヤモンド被覆層が硬質相ごと剥離し易くなる。また、特
開昭６１−１２４５７３号公報に記載のごとく、ダイヤ
モンド砥粒または砥石により、基材表面に傷付け処理を
行なうことにより、ダイヤモンド被覆層形成時の初期の
ダイヤモンドの核発生密度を向上させる方法も考案され
ている。しかしながら、これらの技術でもＷＣ基超硬合
金とダイヤモンド被覆層との十分な密着力は得られず、
切削工具や耐摩工具として十分な密着力を持つダイヤモ
ンド被覆硬質材料を得ることは困難であった。

【００１２】以上のように、現状では超硬合金基材と高
い密着力をもつダイヤモンド被覆層を安価に大量に製造
する技術はまだ未完であると言わざるを得ない。上述の
問題点に鑑み、本発明は優れた密着強度、高い靱性と、
高い形状自由度を備えたダイヤモンド被覆硬質材料およ
びその製造法の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は硬質材料を基材とし、該基材表
面にダイヤモンドが被覆されてなるダイヤモンド被覆硬
質材料において、該基材表面に存在する圧縮応力が、該
基材を研削加工した場合の表面の圧縮応力と比較して小
さい圧縮応力が存在するものであることを特徴とするダ
イヤモンド被覆硬質材料およびその製造方法を提供す
る。また本発明は、硬質材料を基材とし、該基材表面に
ダイヤモンド被覆層が設けられてなるダイヤモンド被覆
硬質材料において、該基材表面に引張応力が存在するも
のであることを特徴とするダイヤモンド被覆硬質材料を
提供する。なお、本発明に言う「圧縮応力」とは、「例
えば研削加工等による歪に起因して基材表面に残留して
いる圧縮応力」のことである。本発明において、基材材
質としてＷＣ基超硬合金を使用した場合、該基材表面の
ＷＣ相の圧縮応力が、研削加工した基材表面と比較して
小さいおよび／またはその圧縮応力が０．５ＰＧａ以下
であるものが特に好ましい。さらに、本発明は研削加工
したＷＣ基超硬合金を基材材質とし、該基材を鉄粉，Ａ
ｌ₂Ｏ₃粉および／またはセラミック粉を用いたブラス
ト処理、バレル処理、焼き入れによる熱処理、またはこ
れらの処理の組合せ処理を行った後、少なくともこの処
理面の一部にダイヤモンド被覆層を形成することを特徴
とするダイヤモンド被覆硬質材料の製造法を提供する。

【００１４】

【作用】超硬合金、サーメット、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉ₃Ｎ
₄やＳｉＣ等のセラミックスをはじめとする各種硬質材
料の加工には、大別して切削と研削加工が存在し、これ
らの加工を施した基材表面には、加工歪みに起因すると
思われる圧縮の圧縮応力が存在する。ＷＣ基超硬合金や
サーメットを目的の形状に加工するためには、1)放電ワ
イヤーカッターや、2)ダイヤモンドおよび／または窒化
ホウ素を砥粒としたレジンボンド砥石やメタルボンド砥
石、電着砥石や、3)焼結ダイヤモンド工具、の上記1)〜
3)等が用いられ、この中でも特に上記2)は広く用いられ
ている。ＷＣ基超硬合金を研削加工した場合、その表面
のＷＣ相には約０．７〜１．６ＧＰａの圧縮応力が発生
し、かつ超硬合金中のＣｏ量が少ないほど、圧縮応力が
高くなることが報告されている〔文献１：「粉体および
粉末冶金」第３９巻第８号，ｐ１６３、文献２：「日本
金属学会誌（１９７５年）」，第３９巻，ｐ７５４〕。
ダイヤモンド被覆層を形成するとき、前述の通りＣｏ等
の鉄系金属の上にはダイヤモンド核が発生し難いため、
一般に低Ｃｏの超硬合金が用いられているが、このため
に基材界面のＷＣ相の圧縮応力は、各種超硬合金の中で
比較しても大きくなっている。

【００１５】本発明者らは、ＷＣ基超硬合金やサーメッ
トの上に良好な密着強度を持つダイヤモンド被覆層を形
成できない理由が上記した基材界面の圧縮応力が大きく
なっている点にあるのではないかと考え、試験を繰り返
した結果、基材表面のＷＣ相の圧縮応力が研削加工後の
ものと比較して低いおよび／またはその圧縮応力が０．
５ＧＰａ以下であるＷＣ基超硬合金またはサーメットに
対してダイヤモンド被覆層を形成した場合、または引張
応力が存在する基材に対してダイヤモンド被覆層を形成
した場合、優れた密着強度を持ったダイヤモンド被覆層
を得ることができることを発見した。なお、基材表面の
ＷＣ相中の圧縮応力は、例えば公知のＸ線回折法の２θ
−ｓｉｎ²ψ法にて測定することができる。該圧縮応力
は、ダイヤモンド被覆層形成後の表面からでも測定可能
である。

【００１６】本発明において、使用される基材材質とし
ては、超硬合金特にはＷＣ基超硬合金が挙げられるが、
サーメット，Ａｌ₂Ｏ₃，Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ，ウィス
カー強化アルミナセラミックス，ＳｉＣ系セラミックス
等も使用可能である。本発明において基材となる超硬合
金の組成の代表を下記に示した。 (1) 結合相成分としてＣｏ：０．５〜３０重量％を含有
し、硬質分散相形成成分としてＷＣ及び不可避的不純物
とからなる組成を有するＷＣ基超硬合金。 (2) 結合相成分としてＣｏ：０．５〜３０重量％を含有
し、硬質分散相形成成分として(a) ＷＣと、(b) Ｗを除
く元素周期律表の４ａ、５ａおよび６ａ族金属またはこ
れらの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、
ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物のうちの１種以
上との固溶体と、不可避的不純物からなる組成を有する
ＷＣ基超硬合金。 (3) 結合相成分としてＣｏ：０．５〜３０重量％を含有
し、硬質分散相形成成分として(a) ＷＣと、(b) Ｗを除
く元素周期律表の４ａ、５ａおよび６ａ族金属またはこ
れらの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、
ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物のうちの１種以
上との固溶体、及び(c) ＷＣ及び不可避的不純物からな
る組成を有するＷＣ基超硬合金。 (4) 結合相成分としてＣｏ：０．５〜３０重量％を含有
し、硬質分散相形成成分として(a) ＷＣと、(b) Ｗを除
く元素周期律表の４ａ、５ａおよび６ａ族金属またはこ
れらの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、
ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物のうちの１種以
上との固溶体及び(c) ＷＣ、及び／又は(d) ＷＣとＷを
除く元素周期律表の４ａ、５ａおよび６ａ族金属または
これらの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化
物、ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物のうちの１
種以上の固溶体及び不可避的不純物からなる組成を有す
るＷＣ基超硬合金〔ただし(3) と重複するものは除
く〕。なお、上記の組成は一般的な範囲で示しており、特に限
定する意味は、硬質分散相と結合相とのバランスが、こ
れらの範囲では良好であり、基材の高い強度が保てるか
らである。

【００１７】硬質材料基材の表面に存在する圧縮応力を
低減する方法としては、例えば以下のような方法を挙げ
ることができる。すなわち、研削加工後の基材の圧縮応
力を低減する方法として、研削加工した後の基材に鉄
粉、アルミナ粉またはＧＣ砥粒（高純度で緑色を呈する
ＳｉＣ砥粒）等を噴射するブラスト処理や、前記砥粒等
と一緒に容器中で回転または振動を与えるバレル処理、
もしくは焼き入れ、例えば基材を室温から液体窒素温度
まで冷却することによる熱衝撃を与える処理、またはこ
れらの処理の組合せ処理を行なうことにより、表面に残
留する応力を最大７０％低減することが可能となった。

【００１８】また、研削加工後に基材を、非酸化性雰囲
気にて焼鈍する方法も、ＷＣ相圧縮応力の除去に関して
有力な方法である。この際の焼鈍温度とＷＣ相中の圧縮
応力との関係は、日本金属学会誌（１９８５）第４９巻
第２号ｐ１２０、に記載されている通り、温度が高い程
その効果は高く、超硬合金の焼結温度近傍にて焼鈍すれ
ば、その圧縮応力はほぼゼロになる。しかし、焼鈍条件
によっては、焼鈍により基材表面に結合相であるＣｏ等
の鉄系金属が富化しまたは浸み出すため、基材材質に硬
質相成分としてＷを除く元素周期律表の４Ａ、５Ａおよ
び６Ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホ
ウ化物、ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物ならび
にこれらのＷＣを含む２種以上の固溶体（以下β相と呼
ぶ）を含んだものを選定し、ＣＯガスおよび／またはＮ
₂ガス雰囲気にて焼結した場合、焼鈍中にβ相の界面へ
の質量移動が生じるため、焼鈍終了時に基材表面に結合
相が存在しない。従ってこの焼鈍基材にダイヤモンド被
覆層を形成する場合、ダイヤモンド被覆初期のダイヤモ
ンド核発生密度が高くなり、これがダイヤモンド被覆層
と基材との密着力向上に寄与することが予想できる。ま
た、上記方法にてβ相の界面への移動が過度となった場
合、基材表面に引張応力が発生する。

【００１９】以上のようにして表面の圧縮応力を低減し
た当該基材の表面にダイヤモンド層を形成するが、この
ときの手段は前記した公知のダイヤモンド被覆形成手段
のいずれをも採用できる。

【００２０】また、ダイヤモンド被覆層の層厚に関して
は、各々の用途に応じて必要な層厚とすれば良い。但
し、耐磨耗性が要求される使用用途においては層厚が
０．５μｍ未満では被覆層による耐摩耗性など諸性能の
向上が認められないため，切削工具、耐摩工具等の耐磨
耗性が要求される使用用途においては、０．５μｍ以上
の層厚が好ましい。また５００μｍを越える被覆層を形
成した場合でも、もはや大きな耐摩耗性の向上が認めら
れないため、前述の使用用途に供する場合、経済上の理
由より、０．５μｍ〜５００μｍが望ましい。

【００２１】ここまで、ダイヤモンド被覆層を中心に説
明したが、本発明はダイヤモンド状炭素およびこれらの
複層を被覆した場合にも全く同様の効果がある。さら
に、これらの被覆層がホウ素、窒素を含んだ場合でも同
じである。また、ダイヤモンド被覆の方法は、従来の技
術にて説明した方法を始め、この種分野で公知のいずれ
の方法をも用いることができる。

【００２２】また、所定の面粗度および／または寸法精
度を得るために、ダイヤモンド被覆層表面を砥石や熱処
理等にて平滑化、鏡面化しても、本発明の優秀性は損な
われない。

【００２３】

【実施例】次に、本発明を実施例により、具体的に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。〔実施例１〕母材として、表１に示す原料粉末を振動ミ
ルを用いて粉砕し、バインダーを添加したものを、プレ
ス成形および成形加工し、３００℃にて脱バインダー
後、１４００℃にて１００ＴｏｒｒＮ₂雰囲気中にて１
時間焼結を行い、焼結体基材を得た。また、得られた焼
結体基材の表面を♯２８０のレジンボンドダイヤモンド
砥石にて研削加工した研削基材も作成した。

【００２４】

【表１】

【００２５】これらの基材の表面のＷＣ相の圧縮応力を
公知のＸ線回折法（２θ−ｓｉｎ²ψ法）にてＣｒ−Ｋ
α線を用いて測定したところ、焼結体表面にはいずれも
０．２ＧＰａ以下の圧縮応力が残っていたに過ぎなかっ
たが、研削加工面にはいずれも１．０ＧＰａ以上の圧縮
応力が存在していた。これらの基材を、２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて、９００℃に
加熱し、全圧を８０Ｔｏｒｒとした水素−メタン２．５
％の混合プラズマ中にて８時間保持し、層厚１０μｍの
ダイヤモンド被覆層を形成した。これらのダイヤモンド
被覆硬質材料の圧縮応力を測定したところ、焼結体基材
表面にダイヤモンド被覆層を形成したものはいずれも
０．４ＧＰａ以下であったのに対して、研削基材表面に
はいずれも０．５ＧＰａを越える圧縮応力が残留してい
た。これらのダイヤモンド被覆硬質材料のダイヤモンド
被覆層と記載との密着力を比較するため、ロックウェル
圧子・Ａスケールを用いて６０ｋｇの荷重で３０秒間圧
子を押し込み、これによりダイヤモンド被覆層の剥離が
生じた面積を比較したところ、同一組成でありながら焼
結体基材は、研削基材と比較して剥離面積が２０〜８０
％と減少した。

【００２６】〔実施例２〕母材として、表２に記載の原
料粉末を振動ミルを用いて粉砕し、バインダーを添加し
たものをプレス成形加工し、３００℃にて脱バインダー
後、１４００℃の真空中にて一時間焼結を行い、これに
て得られた焼結体を♯２８０のレジンボンドダイヤモン
ド砥石にて研削加工することにより、形状が内接円：１
２．７ｍｍ、厚み：３．１８ｍｍ、コーナーＲ：０．８
ｍｍ、逃げ角：２０°のＪＩＳＢ４１０３のＳＥＧＮ
４２２形状のＷＣ基超硬合金製スローアウェイチップを
製造した。これらのチップの表面の圧縮応力は、表２に
示した通りである。これらの母材チップについて、表３
に示した表面処理を施すことにより、ＷＣ相の研削加工
による圧縮応力を低減した。これらの母材チップについ
て、公知の熱フィランメントＣＶＤ法を用いて、下記表
４の条件にてダイヤモンド被覆層を形成して、本発明の
ダイヤモンド被覆スローアウェイチップ No.１〜 No.13
を製造した。各チップのダイヤモンド被覆層厚も併せて
表３に示した。なお、本発明チップ No.１０は切れ刃近
傍をダイヤモンドブラシにて０．５Ｓまでダイヤモンド
被覆層表面を平滑化した。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】本実施例において、基材の表面に析出した
被覆層は、ラマン分光分析法によって、ダイヤモンドの
特徴である１３３３ｃｍ^-1にピークが存在することを確
認した。また、比較のため、表面処理を行わなかった母
材チップに対してダイヤモンド被覆層を形成した同形状
の比較チップＡ〜Ｃ、表面処理もダイヤモンド被覆層形
成も行わなかった比較チップＤ〜Ｅ、前述の熱フィラメ
ントＣＶＤ法と同じ条件にてＳｉ基材の表面に２００時
間ダイヤモンド被覆を行い、その後基材を酸にてエッチ
ング除去し製造した０．３ｍｍの事実上結合相を含まな
い多結晶ダイヤモンド板を、超硬台金（表２のｅ組成）
にロウ付けし、研削加工して製造した同形状のダイヤモ
ンド焼結体チップ（比較チップＦ）、市販の結合相を１
０体積％含有したダイヤモンド焼結体を超硬台金（表２
のｅ組成）にロウ付けし、研削加工して製造した同形状
のガラス焼結体チップ（比較チップＧ）、および組成が
Ｓｉ₃Ｎ₄−３Ａｌ₂Ｏ₃−５ＺｒＯ₂で同形状のチッ
プを準備し、これを１８００℃，５ａｔｍにて１時間保
持し、表面に長径８μｍ，短径１．５μｍの自由成長し
たＳｉ₃Ｎ₄柱状晶を析出させた基材に対して、上記と
同様の方法にてダイヤモンド被覆層を形成した窒化ケイ
素セラミック基材ダイヤモンド被覆切削チップ（比較チ
ップＨ）を併せて準備した。

【００３１】これらの切削チップを用いて、下記表５に
示す二条件にて切削を行い、連続切削試験においては逃
げ面摩耗量、切り刃の摩耗状態を観察し、断続切削試験
においては１６コーナーを切削し、欠損した刃先数を計
上した。この結果を併せて表６に示した。

【００３２】

【表５】

【００３３】

【表６】

【００３４】この結果から、本発明チップの特に焼結肌
の面のダイヤモンド被覆層の密着強度が優れることが判
る。また、本発明チップにおいては基材に強靱な超硬合
金を使用しており、ダイヤモンド焼結体、多結晶ダイヤ
モンド板のロウ付け工具と比較して高い靱性を備えるこ
とが判る。また、ダイヤモンド被覆層形成後のダイヤモ
ンド被覆層表面から母材表面のＷＣ相の圧縮応力を測定
したところ、例えば本発明チップ No.６については０．
３ＧＰａ、本発明チップ No.７については０．１ＧＰａ
以下の圧縮応力が存在することが確認できた。またダイ
ヤモンド層を設けなかった超硬チップ（比較チップＡ〜
Ｃ）は、刃先に被削材が溶着して構成刃先を形成し、切
削抵抗が向上して欠損しやすくなっているのに対して、
本発明によるものではそのような傾向も大きく低減可能
である。

【００３５】

【発明の効果】本発明ダイヤモンド被覆硬質材料におい
ては、いずれも従来のダイヤモンド被覆硬質材料と較べ
ると、良好なダイヤモンド膜の剥離性を持ち、かつ天然
ダイヤモンド，ダイヤモンド焼結体，多結晶ダイヤモン
ドと同等の耐摩耗性を持ち、しかも硬い強度を持つこと
は明らかである。また、本発明の製造法によれば天然ダ
イヤモンド、ダイヤモンド焼結体，多結晶ダイヤモンド
等を用いた場合と較べて、高い形状自由度を持ち且つ安
価に、大量に製造できるという長所も有している。ま
た、上記した実施例では切削工具の場合を挙げたが、こ
の他各種切削工具、耐摩工具、各種機械部品、砥石、各
種治具、耐食材料などに応用した場合も、良好な結果が
得られることは、充分予想できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硬質材料を基材とし、該基材表面にダイ
ヤモンドが被覆されてなるダイヤモンド被覆硬質材料に
おいて、該基材表面に存在する圧縮応力が、該基材を研
削加工した場合の表面の圧縮応力と比較して小さいもの
であることを特徴とするダイヤモンド被覆硬質材料。
【請求項２】ＷＣ基超硬合金を基材材質とし、少なく
とも該基材の一部表面にダイヤモンド被覆層が設けられ
てなるダイヤモンド被覆硬質材料において、該ダイヤモ
ンドを被覆する基材表面のＷＣ相の圧縮応力が、基材表
面を砥石にて研削加工した場合の表面のＷＣ相の圧縮応
力と比較して低いものであることを特徴とするダイヤモ
ンド被覆硬質材料。
【請求項３】ＷＣ基超硬合金を基材材質とし、少なく
とも該基材の一部表面にダイヤモンド被覆層が設けられ
てなるダイヤモンド被覆硬質材料において、該ダイヤモ
ンドを被覆する基材表面のＷＣ相の圧縮応力が、０．５
ＧＰａ以下であることをを特徴とするダイヤモンド被覆
硬質材料。
【請求項４】硬質材料を基材とし、該基材表面にダイ
ヤモンド被覆層が設けられてなるダイヤモンド被覆硬質
材料において、該基材表面に引張応力が存在するもので
あることを特徴とするダイヤモンド被覆硬質材料。
【請求項５】研削加工したＷＣ基超硬合金を基材材質
とし、該基材を鉄粉，Ａｌ₂Ｏ₃粉および／またはセラ
ミック粉を用いたブラスト処理、バレル処理、焼き入れ
による熱処理、またはこれらの処理の組合せ処理を行っ
た後、少なくともこの処理面の一部にダイヤモンド被覆
層を形成することを特徴とするダイヤモンド被覆硬質材
料の製造法。