JPS60121251A - 工具用ダイヤモンド焼結体及びその製造方法 - Google Patents

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】 本発明は、切削工具、切断工具及び耐摩耗工具に適する
工具用ダイヤモンド焼結体及びその製造方法に関する。

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、穿
孔工具、耐摩耗工具等に利用されている。このようなダ
イヤモンド焼結体の自焼結体の組織構造は大別して２つ
有り、その１つはダイヤモンド粒子が金属又は金属と高
融点化合物からなるサーメットもしくは高融点化合物か
らなるセラミックスを結合相としてなる焼結体であり、
他の１つは、ダイヤモンド粒子が隣接ダイヤモンド粒子
と直接に結合している焼結体である。

この内部音は、結合相の量が多くなる程焼結体の硬さぎ
低下して耐摩耗性が劣ると共に靭性も低下するという問
題がある。これに対して後者は、ダイヤモンド粒子の破
壊を最少にするために前者よりも高硬度で強度もすぐれ
ている。このためにダイヤモンド粒子とダイヤモンド粒
子が直接結合してダイヤモンド粒子以外の物質を最小又
はできれば完全に使用しないようなダイヤモンド焼結体
の開発が行われている。このようなダイヤモンド粒子が
直接結合した焼結体に関しては特公昭４７−４４３２２
及び特公昭５２−１２１２６で提案されている。８この
内特公昭４７−４４３２２によるダイヤモンド焼結体は
、圧力５５Ｋｂ〜８０Ｋｂ、温度１６００℃〜２０００
℃という高圧高温で焼結しなければ緻密な焼結体が得ら
れなく、たとえこのような高圧高温によってダイヤモン
ド焼結体を得たとしてもダイヤモンド粒子とダイヤモン
ド粒子の相互結合強度が弱いために焼結体の強度が劣る
という問題がある。一方特公昭５２−１２１２６による
ダイヤモンド焼結体は、７０容積％を越える好適には９
０〜９９容積％のダイヤモンドと溶媒−触媒作用となる
鉄族金属を４５Ｋｂを越える圧力、１４００℃〜１６０
０℃の温度で焼結してなる焼結体が開示されている。こ
の特公昭５２−１２１２６によるダイヤモンド焼結体は
、ダイヤモンド粒子の大きさについては特に検討してお
らず、１例として一３２５メツシュのダイヤモンド粉末
を使用した実施例が開示されている。このように−３２
５メツシユ（約４５μｍ）からなるダイヤモンド焼結体
は、ダイヤモンド粒子との粒界に所々鉄族金属がプール
として存在するために切削工具のように局部的に応力が
加わるような用途に使用すると破壊の起源となって欠損
し易くなる。

又、この特公昭５２−１２１２６によるダイヤモンド焼
結体は、粗大なダイヤモンド粒子が混在し【いるために
研削し難く、シャープなエツジに仕上げるのも困難でし
かも靭性が劣るために切削工具として使用するとチッピ
ングし易いという欠点がある。

本発明は、上記のような従来の問題点及び欠点を解決し
たダイヤモンド焼結体であって、焼結体のダイヤモンド
粒子の大きさ及び分布を厳密に調整ししかもダイヤモン
ドに対して溶媒−触媒作用をもつ鉄族金属又は合金を微
量含有させたもので特公昭５２−１２１２６に開示のダ
イヤモンド焼結体を改良した工具用ダイヤモンド焼結体
及びその製造方法の提供を目的とする。

本発明者達は、上記目的を達成すべく研究を重ねた結果
、厳密に調整された粒度分布をもつダイヤモンド粉末と
ダイヤモンドに対して溶媒−触媒作用をもつ鉄族金属又
は合金の薄板を超高圧高温下で焼結すると焼結が非常に
促進されて鉄族金属又は合金からなるプールのない緻密
な焼結体が得られると共にこのようにして得た焼結体が
金属介在相の殆んどないダイヤモンド粒子とダイヤモン
ド粒子の直接結合した高硬度及び高強度の焼結体になる
ことを実験的に確認することによって本発明を完成した
ものである。

本発明の工具用ダイヤモンド焼結体は、鉄、ニッケル、
コバルトの少なくとも１種を主成分として含む金属又は
合金０．１〜５容積％と残り粒子径が０１１μｍ以上〜
１μｍ未満のものが１０％と１μｍ以上〜２μｍ未満の
ものが２０〜３０％と２μｍ以上〜６μｍ未満のものが
２０〜６０％と６μｍ以上〜ｌＯμｍ以下のもの１０〜
４０％からなるダイヤモンドの焼結体である。このよう
な本発明の工具用ダイヤモンド焼結体は、厳密に調整し
たダイヤモンド粒子が相互に分散して各粒子間が緻密に
充填するために大部分のダイヤモンド粒子が相互に直接
結合した焼結体になる。大部分のダイヤモンド粒子が相
互に直接結合して金属又は合金が極めてわずかでしかも
均一に分布している焼結体であるために粒子間の結合強
度が高く焼結体の硬さ及び耐熱性を高めている。又０．
１μｍ〜１０μｍの微細なダイヤモンド粒子からなる焼
結体であるために靭性が高く被研削性にすぐれている。

本発明の工具用ダイヤモンド焼結体の製造方法は、粒子
径が０．１μｍ以上〜Ｉμｍ未満のもの１０％とＩｌｔ
ｍ以上〜２μｍ未満のもの２０〜３０％と２μｍ以上〜
６μｍ未満のもの２０〜６０％と６μｍ以上〜１０μｍ
以下のもの１０〜４０％とからなるダイヤモンド粉末と
鉄、ニッケル、コバルトの小なくとも１種を主成分とし
て含む金属又は合金からなる薄板とを互いに接してＺｒ
、Ｍｏ。

Ｔａ等の高融点金属製容器内に設置し、この容器を熱力
学的ダイヤモンド安定領域内又はダイヤモンド−黒鉛平
衡線付近の黒鉛安定領域内で容器内の薄板がダイヤモン
ドに対して溶媒−触媒作用する圧力及び温度に加圧加熱
する製造方法である。

ここで使用する鉄、ニッケル、コバルトの少なくとも１
種を主成分として含む金属又は合金からなる薄板は、焼
結過程でダイヤモンド粉末の粒界に沿って浸透してダイ
ヤモンド粒子を再配列させると共に溶解及び再析出機構
によりダイヤモンド粒子の相互結合を起こさせながら焼
結を促進し緻密な焼結体にする。このときダイヤモンド
粉末の粒度分布が厳密に調整されておりしかも微細な粒
子であることから粒子間が緻密に充填されて粒子間の隙
間がきわめて少なくなる。焼結後の焼結体内に残存する
金属又は合金の量は、主として厳密に調整した出発原料
であるダイヤモンドの粒度分布によってコントロールで
き、その他藩板として使用する金属又は合金の成分及び
結晶形態（非晶質又は結晶質の違い）並びに焼結どきの
圧力及び温度によっても微量のコントロールができる。

他の製造条件を一定にして出発原料であるダイヤモンド
の粒度分布を厳密に調整しておけば出発原料としての金
属又は合金からなる薄板の量が多い場合でも余分な金属
又は合金は、焼結過程でダイヤモンド粒界に浸透せずに
焼結体の表面に残り、焼結後焼結体の表面に残った金属
又は合金は研削等によって取り除くことにより目的の焼
結体を得ることができる。又、ダイヤモンド粉末と鉄、
ニッケル、コバ７レトの少なくとも１種を主成分として
含む薄板と超硬合金、サーメット等でなる基体を容器内
に設置して同様の高圧高温下で焼結することによつ【本
発明の工具用ダイヤモンド焼結体と基体とが一体化した
複合焼結体が得られる。このように複合焼結体にすると
きにはダイヤモンド焼結体と基体との間にＷ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、Ｎｂ　等の高融点金属からなる中間層を介在させる
とダイヤモンド焼結体と基体との接着結合強度を向上す
る効果がある。

本発明の工具用ダイヤモンド焼結体の製造方法の内、焼
結方法は出発原料を設置した容器を通常のベルト型又は
ガードル型の高圧高温装置内にセットして４０〜６０Ｋ
ｂの圧力、１２００〜１６００℃の温度で焼結すること
ができる。密閉された高圧装置内で焼結する場合、焼結
過程で発生するガスが焼結を阻害する傾向になる。金属
又は合金からなる薄板を出発原料として使用する本発明
の製造方法は、酸化及び吸着水等のガス成分となる付着
物が少ないために焼結過程でのガスの発生を防ぐ効果が
ある。又、容器にＺｒ、Ｔａ等のガス吸収能力のある材
料を使用することは、焼結を促進させ緻密な焼結体にす
るために効果がある。更に、焼結過程でのガスの発生を
防ぐ方法としては出発原料を設置した容器全体を真空中
で焼結温度以下の例えば５００℃〜１０００℃程度に予
備加熱処理した後上記の条件で焼結すると効果がある。

次に実施例に従って本発明の工具用ダイヤモンド焼結体
及びその製造方法について具体的に説明する。

実施例１ 内径１１ψ間肉厚０．１５ｇのＺｒ製円筒容器の中に０
．１μｍ以上〜１μｍ未満が１０％、１μｍ以上〜２μ
ｍ未満が２５％、２μｍ以上〜４μｍ未満が１５％、４
μｍ以上〜６μｍ未満が１５％、６μｍ以上〜１０μｍ
以下が３５％の粒度分布からなるダイヤモンドの混合粉
末０．２５ｔを詰めて、次に直径ｌＯψ間厚さＯ，Ｏ−
５順のＣｏ円板をダイヤモンド粉末に接して置きｚｒｆ
Ｒ円板で蓋をしてなる容器２組を高圧装置内にセットし
て４５Ｋｂの圧力、１４００℃の温度で３０分保持した
後圧力は４５Ｋｂに保ったまま温度を１０００℃以下に
急冷し、しかる後圧力及び温度を常圧、常温まで下げて
焼結体を容器から取り出した。こうして得た焼結体は、
ダイヤモンド粒子が互いに結合してあり、Ｃｏ相は殆ん
どみられずＥＰＭＡ　による分析の結果Ｃｏ量は０．５
容積％であった。この焼結体の硬さは、ヌープ硬さで７
８００を示した。

実施例２ 実施例１と同様の容器の中に直径１１ψ間厚さ１．８關
の超硬合金（ＷＣ−１０％Ｃｏ）基体と直径１１ψ朋厚
さ０．１　ｍｍのＷ円板と粒度分布が０．１μｍ以上〜
１μｍ未満が１０％、１μｍ以上〜２μｍ未満が２０％
、２μｍ以上〜４μｍ未満が２０％、４μｍ以上〜６μ
ｍ未満が３０％、６μｍ以上〜８μｍ未満が１０％、８
μｍ以上〜１０μｍ以下が１０％のダイヤモンド混合粉
末と直径ＩＩψ朋厚さＯ，Ｉ　ｍｍのＣｏ円板をこの順
序に重ねて詰めてＺｒ製円板で蓋をした容器２組を高圧
装置内にセットし、５０Ｋｂの圧力、１５００℃の温度
で１０分保持した後圧力は５０Ｋｂに保ったまま１００
０℃以下に急冷し、しかる後圧力及び温度を常圧、常温
まで下げて焼結体を容器から取り出した。こうして得た
複合焼結体は、ダイヤモンド焼結体とＷ中間層と超硬合
金基体が強固に接着していた。

ダイヤモンド焼結体中のダイヤモンド粒子は互いに結合
しており、ＣＯ介介在線殆んどみられずＥＰＭＡによる
分析の結果Ｃｏ量は２容積％であった。ダイヤモンド焼
結体の硬さはヌープ硬さで７５００を示した。この複合
焼結体をレーザーカットにて切断して超硬合金からなる
ＣＩＳ基準のＤＳＯＸ１５０チップの刃先部にろう付し
て切削工具を作製し、市販のダイヤモンド焼結体を比較
１こ加えて下記の条件で切削試験を行った。

旋削による切削試験条件 被剛材　窒化硅素焼結体 切削速度　２０ｍ／ｍｉｎ 切込み　０．５　ｍ 送り速度　０．０２ｍ１／ｒｅｖ 切削時間　５ｍ１ｎ 切削方式　乾式 試験の結果、本発明の工具用ダイヤモンド焼結体の平均
逃げ面摩耗量は０．３５　ａｍに対して比較に加えた市
販のダイヤモンド焼結体の平均逃げ面摩耗量は０．６５
ｍｍで切刃に微少チッピングが生じていた。

実施例３ 実施例１と同様の容器の中に実施例１と同様の超硬合金
基体と直径１１ψｍｍ厚さ０．１　ｍｍのＭｏ円板と粒
得分布が０．１μｍ以上〜１μｍ未満が１０％、１μｍ
以上〜２μｍ未満が２５％、２μｍ以上〜４μｍ未満が
２５％、４μｍ以上〜６μｍ未満が３０％、６μｍ以上
〜８μｍ未満が５％、８μｍ以上〜ｌＯμｍ以下が５％
のダイヤモンド混合粉末と直径１１ψ酊厚さ０．０６　
ｍｍのＮｉ基非晶質合金（ＮｉｓＩ　ＣＯ２３Ｃｒｔｏ
　Ｍｏ７　Ｆｅｓ、５１３ａ、ｓ）円板をこの順序に重
ねて詰めてＺｒ製円板で蓋をして１０−４朋Ｈｆ真空中
７００　’Ｃで３０分保持により予備加熱処理した。こ
のＺｒ製容器を直ちに高圧装置内にセットして５０Ｋｂ
め圧力、１３２０℃の温度で１０分間保持した後５０Ｋ
ｂの圧力の状態で１０００℃以下に急冷し、しかる後圧
力、温度を常圧、常温まで下げて焼結体を容器から取り
出した。こうして得た複合焼結体は、ダイヤモンド焼結
体とＭｏ中間層と超硬合金基体が強固に接着していた。

ダイヤモンド焼結体中のダイヤモンド粒子は互いに結合
しており、ダイヤモンド焼結体の硬さはヌープ硬さで７
０００を示した以上の実施例のようを二本発明の工具用
ダイヤモンド焼結体は、高硬度、高靭性で切削工具とし
て使用した場合従来のダイヤモンド工具の約２倍の寿命
を有するものであり、その製造方法は工業生産が容易な
圧力、温度でしかも短時間で焼結できるものである。

特許出願人　東芝夕ンガロイ株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　鉄、ニッケル、コバルトの少なくとも１種を主
   成分として含む金属又は合金０．１〜５容積％と残りダ
   イヤモンドからなる焼結体にふいて、該ダイヤモンドの
   粒子が０．１μｍ以上〜１μｍ未満のもの１０％と１μ
   ｍ以上〜２μｍ未満のもの２０〜３０％と２μｍ以上〜
   ６μｍ未満のもの２０〜６０％と６μｍ以上〜１０μｍ
   以下のもの１０〜４０％とからなることを特徴とする工
   具用ダイヤモンド焼結体。
2. （２）　粒子径が０．１μｍ以上〜１μｍ未満のもの１
   ０％と１μｍ以上〜２μｍ未満のもの２０〜３０％と２
   μｍ以上〜６μｍ未満のもの２０〜６０％と６μｍ以上
   〜１０μｍ以下のもの１０〜４０％とからなるダイヤモ
   ンド粉末と鉄、ニッケル、コバルトの少なくとも１種を
   主成分として含む金属又は合金からなる薄板とを互いに
   接して容器内に設置し、該容器を熱力学的ダイヤモンド
   安定領域内又はダイヤモンド−黒鉛平衡線付近の黒鉛安
   定領域内でかつ前記薄板と前記ダイヤモンド粉末が反応
   する温度以上に加圧加熱することを特徴とする工具用ダ
   イヤモンド焼結体の製造方法。