JPS6094204A - 複合ダイヤモンド焼結体及びその製造方法 - Google Patents
複合ダイヤモンド焼結体及びその製造方法Info
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- JPS6094204A JPS6094204A JP20197683A JP20197683A JPS6094204A JP S6094204 A JPS6094204 A JP S6094204A JP 20197683 A JP20197683 A JP 20197683A JP 20197683 A JP20197683 A JP 20197683A JP S6094204 A JPS6094204 A JP S6094204A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
- B23B27/18—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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】
本発明は、切削工具、耐摩耗工具等の工具部品に適する
複合ダイヤモンド焼結体に関する。
複合ダイヤモンド焼結体に関する。
一般にダイヤモンド焼結体は、硬さが高く、耐摩耗性に
富みかつ天然の単結晶ダイヤモンドよりも靭性が高く形
状の自由度も大きいことから各種の切削工具、線引ダイ
ス、ドリルビット、耐摩耗工具等に利用されている。こ
れらのダイヤモンド焼結体は、工具として使用するにあ
たってシャンクに接合し易いように予め超硬合金の基体
と一体化されている。このように基体と一体化したダイ
ヤモンド焼結体は、焼結ダイヤモンド層と基体とが直接
に結合しており、焼結ダイヤモンド層と基体の熱膨張率
の差が大きいこと及び焼結過程で焼結ダイヤモンド層と
基体との境界部に基体から浸透したＣｏの富化した層が
生じ、このＣｏの富化した近辺のダイヤモンド粒子が昇
温によって黒鉛化し易くなることから銅等のシャンクに
ローイ］中もしくは工具として使用中に焼結ダイヤモン
ド層と基体とが剥離し易いという問題がある。
富みかつ天然の単結晶ダイヤモンドよりも靭性が高く形
状の自由度も大きいことから各種の切削工具、線引ダイ
ス、ドリルビット、耐摩耗工具等に利用されている。こ
れらのダイヤモンド焼結体は、工具として使用するにあ
たってシャンクに接合し易いように予め超硬合金の基体
と一体化されている。このように基体と一体化したダイ
ヤモンド焼結体は、焼結ダイヤモンド層と基体とが直接
に結合しており、焼結ダイヤモンド層と基体の熱膨張率
の差が大きいこと及び焼結過程で焼結ダイヤモンド層と
基体との境界部に基体から浸透したＣｏの富化した層が
生じ、このＣｏの富化した近辺のダイヤモンド粒子が昇
温によって黒鉛化し易くなることから銅等のシャンクに
ローイ］中もしくは工具として使用中に焼結ダイヤモン
ド層と基体とが剥離し易いという問題がある。
本発明は、上記のような問題点を解決したものでダイヤ
モンド焼結体と超硬合金、サーメット等の硬質焼結合金
からなる基体とが中間層を介して固着結合させることに
よってダイヤモンド焼結体と基体との耐剥離性を向−ト
させた複合ダイヤモンド焼結体及びその製造方法を提供
することを目的とするものである。
モンド焼結体と超硬合金、サーメット等の硬質焼結合金
からなる基体とが中間層を介して固着結合させることに
よってダイヤモンド焼結体と基体との耐剥離性を向−ト
させた複合ダイヤモンド焼結体及びその製造方法を提供
することを目的とするものである。
本発明の複合ダイヤモンド焼結体は、ダイヤモンドを含
む焼結体が立方晶窒化硼素と炭化硅素又は立方晶窒化１
ｉ’ｊｌ素と炭化硅素とダイヤモンドからなる０、０１
〜１．０ｍｍの中間層を介して硬質焼結合金からなる基
体に固着結合した複合焼結体である。
む焼結体が立方晶窒化硼素と炭化硅素又は立方晶窒化１
ｉ’ｊｌ素と炭化硅素とダイヤモンドからなる０、０１
〜１．０ｍｍの中間層を介して硬質焼結合金からなる基
体に固着結合した複合焼結体である。
このようにダイヤモンドを含む焼結体と硬質焼結合金か
らなる基体との境界面に立方晶窒化硼素と炭化硅素又は
立方晶窒化硼素と炭化硅素とダイヤモンドからなる中間
層を介在させるとこの中間層の熱膨張率がダイヤモンド
の熱膨張率と基体の熱膨張率の中間程度に相当すること
からダイヤモンドの熱膨張率と基体の熱膨張率との差か
ら生じると考えられる歪や反りが緩和され、しかも焼結
過程で硬質焼結合金からなる基体に含有している主とし
てＣｏ等の鉄族金属がダイヤモンドを含む焼結体側に拡
散移動するのを阻１１−するバリヤー的作用をするため
にダイヤモンドを含む焼結体と中間層との接触界面に鉄
族金属の富化層の形成が回避される。このために切削工
具のような切刃に高負荷の加わる用途でもダイヤモンド
を含んだ焼結体と基体との接触界面で塑性変形が生じ姪
くなり、耐剥離性の優れた複合ダイヤモンド焼結体にな
る。
らなる基体との境界面に立方晶窒化硼素と炭化硅素又は
立方晶窒化硼素と炭化硅素とダイヤモンドからなる中間
層を介在させるとこの中間層の熱膨張率がダイヤモンド
の熱膨張率と基体の熱膨張率の中間程度に相当すること
からダイヤモンドの熱膨張率と基体の熱膨張率との差か
ら生じると考えられる歪や反りが緩和され、しかも焼結
過程で硬質焼結合金からなる基体に含有している主とし
てＣｏ等の鉄族金属がダイヤモンドを含む焼結体側に拡
散移動するのを阻１１−するバリヤー的作用をするため
にダイヤモンドを含む焼結体と中間層との接触界面に鉄
族金属の富化層の形成が回避される。このために切削工
具のような切刃に高負荷の加わる用途でもダイヤモンド
を含んだ焼結体と基体との接触界面で塑性変形が生じ姪
くなり、耐剥離性の優れた複合ダイヤモンド焼結体にな
る。
この中間層は、立方晶窒化硼素と灰化硅素又は立方晶窒
化硼素と炭化硅素とダイヤモンドがらなっているため熱
伝導率が高く、このため切削工具等に使用しても刃先に
発生する熱を逃すのも好都合で熱応力による耐クラツク
性を高めており、しかも高硬度で高融点の物質のみから
なるために高温強度も高く、耐塑性変形性及び耐欠損性
が優れている。又この中間層中の炭化硅素の量は、２ｏ
容積夕に未満では中間層自体の焼結が不充分となり、６
０容債％を超えて多くなるとダイヤモンドを含む焼結体
と中間層の界面にクラックが生じ易くなるために２０〜
６０容積％が望ましい。更にこの中間層の厚さは、０．
０１間未満では基体に含有している鉄族金属がダイヤモ
ンドを含む焼結体側に拡散浸透してバリヤー的作用が弱
くなり、１．０ｍｍを超えて厚くなると中間層内の強度
が低下するので０、四〜１．０ ａｍと定めた。
化硼素と炭化硅素とダイヤモンドがらなっているため熱
伝導率が高く、このため切削工具等に使用しても刃先に
発生する熱を逃すのも好都合で熱応力による耐クラツク
性を高めており、しかも高硬度で高融点の物質のみから
なるために高温強度も高く、耐塑性変形性及び耐欠損性
が優れている。又この中間層中の炭化硅素の量は、２ｏ
容積夕に未満では中間層自体の焼結が不充分となり、６
０容債％を超えて多くなるとダイヤモンドを含む焼結体
と中間層の界面にクラックが生じ易くなるために２０〜
６０容積％が望ましい。更にこの中間層の厚さは、０．
０１間未満では基体に含有している鉄族金属がダイヤモ
ンドを含む焼結体側に拡散浸透してバリヤー的作用が弱
くなり、１．０ｍｍを超えて厚くなると中間層内の強度
が低下するので０、四〜１．０ ａｍと定めた。
本発明の複合ダイヤモンド焼結体は、Ｚｒ、Ｔｉ。
Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ 等の高融点金属製の容器内に超硬合金
又はサーメット等の硬質焼結合金からなる基体を設置し
、この基体の表面に窒化硼素と灰化硅素又は窒化硼素と
炭化硅素とダイヤモンドの混合粉末もしくは粉末圧粉体
を中間層形成成分として設け、この中間層形成成分の次
にダイヤモンドを含む焼結体形成成分を混合粉末又は粉
末圧粉体として設けて、この容器を遮蔽した後高温高圧
装置内にセットしてダイヤモンド及び立方晶窒化硼素の
安定域に含まれる温度及び圧力で焼結することもできる
。しかし密閉された容器内で試料を高温高圧にするには
焼結過程に発生するガスを出来るだけ抑制することが必
要であり、このために真空又は非酸化↑ニド雰囲気中で
焼結温度より低い温度によって予備処理して脱ガスする
こともできる。試料から発生するガスを抑制するには酸
素及び水分の付着し易い粉末を出発原料とするのではな
く例えば薄板状及びメッキ、蒸着等による被覆層状にし
たものを出発原料にするのが望ましい。又ダイヤモンド
と硅素が活発に反応してダイヤモンドがカーボンになり
、このカーボンと硅素が反応して炭化硅素になるという
研究結果から本発明の複合ダイヤモンド焼結体の製造方
法は、硬質焼結合金からなる基体の表面に薄板状又は蒸
着被覆層状の硅素を設け、この硅素の表面に窒化硼素又
は窒化硼素とダイヤモンドからなる中間層形成成分を設
け、この中間層形成成分の次にダイヤモンドを含む焼結
体形成成分を設けて１２００℃以上の温度、４０Ｋｂ以
上の圧力のもとで複合焼結体にすることが望ましい。こ
のような本発明の製造方法によると焼結過程で薄板状又
は蒸着被覆層状の硅素が窒化硼素又は窒化硼素とダイヤ
モンドからなる中間層形成成分中に浸透し、この硅素が
中間層形成成分中のダイヤモンド又はダイヤモンドを含
む焼結体形成成分中のダイヤモンドと反応して炭化硅素
を形成する。このために焼結後は、ダイヤモンドを含む
焼結体と中間層及び中間層と基体との固着結合強度を高
めている。ダイヤモンドと硅素の量は比較的厳密に管理
されねばならないが焼結後遊離硅素を必要としないとき
は中間層形成成分としてのダイヤモンドを多く添加する
ことにより遊離硅素の残留を回避できる。焼結後の中間
層の組織は、炭化硅素が結合相として連続した相をなし
立方晶窒化硼素又は立方晶窒化硼素とダイヤモンドと強
固に結合している。ここで使用する出発原料としての窒
化硼素は、六方晶窒化硼素、非晶質窒化硼素又は立方晶
窒化硼素もしくはこれらの混合物であってもよい。
又はサーメット等の硬質焼結合金からなる基体を設置し
、この基体の表面に窒化硼素と灰化硅素又は窒化硼素と
炭化硅素とダイヤモンドの混合粉末もしくは粉末圧粉体
を中間層形成成分として設け、この中間層形成成分の次
にダイヤモンドを含む焼結体形成成分を混合粉末又は粉
末圧粉体として設けて、この容器を遮蔽した後高温高圧
装置内にセットしてダイヤモンド及び立方晶窒化硼素の
安定域に含まれる温度及び圧力で焼結することもできる
。しかし密閉された容器内で試料を高温高圧にするには
焼結過程に発生するガスを出来るだけ抑制することが必
要であり、このために真空又は非酸化↑ニド雰囲気中で
焼結温度より低い温度によって予備処理して脱ガスする
こともできる。試料から発生するガスを抑制するには酸
素及び水分の付着し易い粉末を出発原料とするのではな
く例えば薄板状及びメッキ、蒸着等による被覆層状にし
たものを出発原料にするのが望ましい。又ダイヤモンド
と硅素が活発に反応してダイヤモンドがカーボンになり
、このカーボンと硅素が反応して炭化硅素になるという
研究結果から本発明の複合ダイヤモンド焼結体の製造方
法は、硬質焼結合金からなる基体の表面に薄板状又は蒸
着被覆層状の硅素を設け、この硅素の表面に窒化硼素又
は窒化硼素とダイヤモンドからなる中間層形成成分を設
け、この中間層形成成分の次にダイヤモンドを含む焼結
体形成成分を設けて１２００℃以上の温度、４０Ｋｂ以
上の圧力のもとで複合焼結体にすることが望ましい。こ
のような本発明の製造方法によると焼結過程で薄板状又
は蒸着被覆層状の硅素が窒化硼素又は窒化硼素とダイヤ
モンドからなる中間層形成成分中に浸透し、この硅素が
中間層形成成分中のダイヤモンド又はダイヤモンドを含
む焼結体形成成分中のダイヤモンドと反応して炭化硅素
を形成する。このために焼結後は、ダイヤモンドを含む
焼結体と中間層及び中間層と基体との固着結合強度を高
めている。ダイヤモンドと硅素の量は比較的厳密に管理
されねばならないが焼結後遊離硅素を必要としないとき
は中間層形成成分としてのダイヤモンドを多く添加する
ことにより遊離硅素の残留を回避できる。焼結後の中間
層の組織は、炭化硅素が結合相として連続した相をなし
立方晶窒化硼素又は立方晶窒化硼素とダイヤモンドと強
固に結合している。ここで使用する出発原料としての窒
化硼素は、六方晶窒化硼素、非晶質窒化硼素又は立方晶
窒化硼素もしくはこれらの混合物であってもよい。
次に本発明の複合ダイヤモンド焼結体及びその製造方法
について実施例に従って具体的に述べる。
について実施例に従って具体的に述べる。
実施例
内径１１ψ肉厚０．１５ＴｕＬのＺｒ製円筒容器の中に
１１ψの表面に１０μｍの厚さにＳｉをコーティングし
た直径１１ψ厚さ１．８ ａｍの超硬合金（ＷＣ−１０
％Ｃｏ）基体を置き、このＳｉの表面に６μＩｎのＣＢ
Ｎ粉末７０％と１〜２μｍのダイヤモンド粉末３０％か
らなる混合粉末０．０３５ ？を敷き、この次に１〜Ｉ
Ｏｚｚｍのダイヤモンド粉末０．２５ ？を詰め、更に
その」二に直径１１ψ厚さ０．２ ｍｍのＣｏ円板を重
ｊ２て詰めＺｒ円板で蓋をしてなるカプセル２個を高圧
容器にセットし、５５Ｋｂの圧力、１５００℃温度で１
０分間保持して焼結体を作成した。得られた複合ダイヤ
モンド焼結体は、ダイヤモンド含有焼結体、中間層、超
硬合金基体の３屑の複合焼結体になっており、互いに強
固に結合していた。ダイヤモンド含有焼結体は、ダイヤ
モンド粒子が互いに結合し、その粒界に約８容積％のＣ
ｏ相が介在していた。
１１ψの表面に１０μｍの厚さにＳｉをコーティングし
た直径１１ψ厚さ１．８ ａｍの超硬合金（ＷＣ−１０
％Ｃｏ）基体を置き、このＳｉの表面に６μＩｎのＣＢ
Ｎ粉末７０％と１〜２μｍのダイヤモンド粉末３０％か
らなる混合粉末０．０３５ ？を敷き、この次に１〜Ｉ
Ｏｚｚｍのダイヤモンド粉末０．２５ ？を詰め、更に
その」二に直径１１ψ厚さ０．２ ｍｍのＣｏ円板を重
ｊ２て詰めＺｒ円板で蓋をしてなるカプセル２個を高圧
容器にセットし、５５Ｋｂの圧力、１５００℃温度で１
０分間保持して焼結体を作成した。得られた複合ダイヤ
モンド焼結体は、ダイヤモンド含有焼結体、中間層、超
硬合金基体の３屑の複合焼結体になっており、互いに強
固に結合していた。ダイヤモンド含有焼結体は、ダイヤ
モンド粒子が互いに結合し、その粒界に約８容積％のＣ
ｏ相が介在していた。
中間層は、約０． ］ ｍｍ厚さでＣＢＮ粒子とそれを
とり囲むＳｉＣ和から成っていた。中間層中には微量の
遊離Ｓｉ川も認められたが中間層と超硬合金基体の境界
にはＳｉが残っていなかった。又中間層中には微量のＣ
ｏが認められたがダイヤモンド含有焼結体と中間層の境
界にはＣｏの富化された層はなかった。この本発明の複
合ダイヤモンド焼結体をワイヤカットにて切断し、その
−片を真空炉中でＩ ０００℃に加熱し３０分保持した
が焼結体と中間層及び中間層と基体との接合部で剥離す
ることはなかった。１これに対し同時にテストした市販
のダイヤモンド含有焼結体と超硬合金が直接結合してい
るダイヤモンド焼結体は、ダイヤモンド含有焼結体と超
硬合金の接合部が剥離していた。
とり囲むＳｉＣ和から成っていた。中間層中には微量の
遊離Ｓｉ川も認められたが中間層と超硬合金基体の境界
にはＳｉが残っていなかった。又中間層中には微量のＣ
ｏが認められたがダイヤモンド含有焼結体と中間層の境
界にはＣｏの富化された層はなかった。この本発明の複
合ダイヤモンド焼結体をワイヤカットにて切断し、その
−片を真空炉中でＩ ０００℃に加熱し３０分保持した
が焼結体と中間層及び中間層と基体との接合部で剥離す
ることはなかった。１これに対し同時にテストした市販
のダイヤモンド含有焼結体と超硬合金が直接結合してい
るダイヤモンド焼結体は、ダイヤモンド含有焼結体と超
硬合金の接合部が剥離していた。
切断後残った試片を超硬合金にロー伺し、外周長手方向
に１２０°間隔に溝のあるＡｔ−２０％Ｓｉ 合金を切
削速度４００ ｒｎＡｎ ｉ ｎ、送り０．２ ｍｍ／
ｒｅｖ、切込み１＋ｙｍで切削した。６０分切削後の本
発明の複合ダイヤモンド焼結体の摩耗量は４個の平均が
０．０６ｍｍで結合面からの剥離、クラック等がなかっ
たのに対して市販のダイヤモンド焼結体の摩耗量は４個
のうち１個は２８分でダイヤモンド含有焼結体層が剥離
して存命となり、残り３飼は６０分り削できたがその内
２個は接合部にクラックが生じていた。
に１２０°間隔に溝のあるＡｔ−２０％Ｓｉ 合金を切
削速度４００ ｒｎＡｎ ｉ ｎ、送り０．２ ｍｍ／
ｒｅｖ、切込み１＋ｙｍで切削した。６０分切削後の本
発明の複合ダイヤモンド焼結体の摩耗量は４個の平均が
０．０６ｍｍで結合面からの剥離、クラック等がなかっ
たのに対して市販のダイヤモンド焼結体の摩耗量は４個
のうち１個は２８分でダイヤモンド含有焼結体層が剥離
して存命となり、残り３飼は６０分り削できたがその内
２個は接合部にクラックが生じていた。
特許出願人 東芝タンガロイ株式会社
Claims (2)
- （１）ダイヤモンドを含む焼結体が立方晶窒化硼素と炭
化硅素又は立方晶窒化硼素と炭化硅素とダイヤモンドか
らなる０、Ｏ１〜１．０順の中間層を介して硬質焼結合
金からなる基体に固着結合していることを特徴とする複
合ダイヤモンド焼結体。 - （２） 硬質焼結合金からなる基体の表面に薄板状又は
蒸着被覆層状の硅素を設け、該硅素の表面に窒化硼素又
は窒化硼素とダイヤモンドからなる中間層形成成分を設
け、該中間層形成成分の次にダイヤモンドを含む焼結体
形成成分を設けて１２００℃以上の温度、４０ Ｋ ＋
３以上の圧力のもとで複合焼結体にすることを特徴どす
る複合ダイヤモンド焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20197683A JPS6094204A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | 複合ダイヤモンド焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20197683A JPS6094204A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | 複合ダイヤモンド焼結体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6094204A true JPS6094204A (ja) | 1985-05-27 |
Family
ID=16449877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20197683A Pending JPS6094204A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | 複合ダイヤモンド焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6094204A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01274904A (ja) * | 1988-02-12 | 1989-11-02 | General Electric Co <Ge> | ダイヤモンドおよび立方晶系窒化ホウ素研摩材成形体 |
| WO2017086485A1 (ja) * | 2015-11-19 | 2017-05-26 | 三菱マテリアル株式会社 | 界面接合強度に優れた多結晶ダイヤモンド焼結体工具及びその製造方法 |
Citations (3)
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