JPS61111965A - 工具用多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 - Google Patents
工具用多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法Info
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- JPS61111965A JPS61111965A JP59232151A JP23215184A JPS61111965A JP S61111965 A JPS61111965 A JP S61111965A JP 59232151 A JP59232151 A JP 59232151A JP 23215184 A JP23215184 A JP 23215184A JP S61111965 A JPS61111965 A JP S61111965A
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- sintered body
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、たとえば切削工具、掘削工具、線引ダイス
などの工具に使用される多結晶ダイヤモンドおよびその
製造方法に関する。
などの工具に使用される多結晶ダイヤモンドおよびその
製造方法に関する。
［従来の技術］
ダ・イヤモンド微粉末を超高圧下で焼結してなるダイヤ
モンド焼結体は、既に非鉄金属類の切削加工用工具、ド
リルピットあるいは線引ダイスなどに広（使用されてい
る。
モンド焼結体は、既に非鉄金属類の切削加工用工具、ド
リルピットあるいは線引ダイスなどに広（使用されてい
る。
たとえば特公昭５２−１２１２６号公報には、この種の
焼結体の製法が開示されており、そこではダイヤモンド
の粉末をｗｃ−ｃｏ超硬合金の成形体または焼結体に接
するように配置し、超硬合金の液相が生じる温度以上の
温度ならびに超高圧下で焼結が行なわれる。このとき、
超硬合金中のＧｏの一部は、ダイヤモンド粉末層中に侵
入し、結合今風として作用する。この先行技術に開示さ
れた方法で作られたダイヤモンド焼結体は、約１０〜１
５体積％のＣＯを含有する。
焼結体の製法が開示されており、そこではダイヤモンド
の粉末をｗｃ−ｃｏ超硬合金の成形体または焼結体に接
するように配置し、超硬合金の液相が生じる温度以上の
温度ならびに超高圧下で焼結が行なわれる。このとき、
超硬合金中のＧｏの一部は、ダイヤモンド粉末層中に侵
入し、結合今風として作用する。この先行技術に開示さ
れた方法で作られたダイヤモンド焼結体は、約１０〜１
５体積％のＣＯを含有する。
［発明が解決しようとする問題点］
上記した焼結体は、非鉄金属などの切削加工用工具とし
ては十分実用的な性能を有する。しかしながら、耐熱性
において劣るという欠点があった。
ては十分実用的な性能を有する。しかしながら、耐熱性
において劣るという欠点があった。
たとえば、この焼結体を７５０℃以上の温度に加熱する
と、耐摩耗性および強度の低下が見られ、さらに９００
℃以上の温度では焼結体が破壊することになる。これは
、ダイヤモンド粒子と結合材であるＣＯとの界面におい
てダイヤモンドの黒鉛化が生じること、ならびに両者の
加熱時における熱膨張率の差に基づく熱応力によるもの
と考えられている。
と、耐摩耗性および強度の低下が見られ、さらに９００
℃以上の温度では焼結体が破壊することになる。これは
、ダイヤモンド粒子と結合材であるＣＯとの界面におい
てダイヤモンドの黒鉛化が生じること、ならびに両者の
加熱時における熱膨張率の差に基づく熱応力によるもの
と考えられている。
また、ＣＯを結合材とした焼結体を酸処理して大部分の
結合金属相を除去したものでは、焼結体の耐熱性が向上
することが知られている。
結合金属相を除去したものでは、焼結体の耐熱性が向上
することが知られている。
たとえば特開昭５３−１１４５８９号公報には、耐熱性
の改善されたダイヤモンド焼結体の製造方法が開示され
ている。しかしながら、この先行技術では、除去された
結合金属相の部分は空孔となるため、耐熱性こそ向上す
るが、強度が低下するという問題があった。
の改善されたダイヤモンド焼結体の製造方法が開示され
ている。しかしながら、この先行技術では、除去された
結合金属相の部分は空孔となるため、耐熱性こそ向上す
るが、強度が低下するという問題があった。
他方、ダイヤモンドの粉末のみを超高圧下で焼結する試
みも行なわれているが、ダイヤモンド粒子自身が変形し
難いため、粒子の間隙には圧力が伝達されず、したがっ
て黒鉛化が生じ、ダイヤモンド−黒鉛の複合体しか得ら
れていない。
みも行なわれているが、ダイヤモンド粒子自身が変形し
難いため、粒子の間隙には圧力が伝達されず、したがっ
て黒鉛化が生じ、ダイヤモンド−黒鉛の複合体しか得ら
れていない。
それゆえに、この発明の目的は、耐熱性および強度の双
方に優れた工具用焼結ダイヤモンドおよびその製造方法
を提供することにある。
方に優れた工具用焼結ダイヤモンドおよびその製造方法
を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］
本願発明者達は、より一層耐熱性および強度に優れた工
具用ダイヤモンドを得るべ（、鋭意検討した結果、下記
の発明をなしたものである。
具用ダイヤモンドを得るべ（、鋭意検討した結果、下記
の発明をなしたものである。
すなわち、この発明の工具用多結晶ダイヤモンドは、ダ
イヤモンドが［１％で６０．０〜９９゜９％”を占め、
残部が式（Ｆｅχ、 Ｍ＋−よ）、Ｃ１で表わされる炭
化物（式中、ＭはＯｒ 、 Ｍｎ 、 ＭＯおよびＷか
らなる群から選択される１以上の元素、×は０．０５〜
０．９５の範囲の数）よりなるものであり、また上記組
成の工具用多結晶ダイヤモンドは、炭素含有物質を５９
．９〜９９．８重量％含有し、残部がＣｒ 、Ｍｎ 、
Ｍｏ、Ｗからなる群から選択される少なくとも１以上の
金属と、Ｆｅおよび／またはこれらの合金とからなる混
合物を原料として用い、熱力学的にダイヤモンドが安定
な超高圧・高温下にさらし、ダイヤモンドの生成・焼結
を促進させるとともに、該金属の炭化物を形成させるこ
とを特徴とする工具用多結晶ダイヤモンドの製造方法で
ある。
イヤモンドが［１％で６０．０〜９９゜９％”を占め、
残部が式（Ｆｅχ、 Ｍ＋−よ）、Ｃ１で表わされる炭
化物（式中、ＭはＯｒ 、 Ｍｎ 、 ＭＯおよびＷか
らなる群から選択される１以上の元素、×は０．０５〜
０．９５の範囲の数）よりなるものであり、また上記組
成の工具用多結晶ダイヤモンドは、炭素含有物質を５９
．９〜９９．８重量％含有し、残部がＣｒ 、Ｍｎ 、
Ｍｏ、Ｗからなる群から選択される少なくとも１以上の
金属と、Ｆｅおよび／またはこれらの合金とからなる混
合物を原料として用い、熱力学的にダイヤモンドが安定
な超高圧・高温下にさらし、ダイヤモンドの生成・焼結
を促進させるとともに、該金属の炭化物を形成させるこ
とを特徴とする工具用多結晶ダイヤモンドの製造方法で
ある。
［作用］
この発明による工具用多結晶ダイヤモンドは、従来の焼
結ダイヤモンドに比べて耐熱性が大幅に改善されており
、約１０００℃の温度への加熱にも耐え得ることがわか
った。耐熱性が著しく向上した理由は、第１に結合相が
、（Ｆｅ工、 Ｍｙ−ｘ＞７Ｃ３なる式で表わされ゛る
炭化物（式中、ＭはＯｒ 、 Ｍｎ 、 Ｍｏ 、 Ｗ
からなる群から選択される少なくとも１以上の金属元素
、ｘ ＝０．０５〜０゜９５）Ｗ構成されるため、従来
のＣｏを結合材とした焼結体が熱劣化する高温状態にお
いても、ダイヤモンド→黒鉛の逆変換が生じないためと
考えられる。
結ダイヤモンドに比べて耐熱性が大幅に改善されており
、約１０００℃の温度への加熱にも耐え得ることがわか
った。耐熱性が著しく向上した理由は、第１に結合相が
、（Ｆｅ工、 Ｍｙ−ｘ＞７Ｃ３なる式で表わされ゛る
炭化物（式中、ＭはＯｒ 、 Ｍｎ 、 Ｍｏ 、 Ｗ
からなる群から選択される少なくとも１以上の金属元素
、ｘ ＝０．０５〜０゜９５）Ｗ構成されるため、従来
のＣｏを結合材とした焼結体が熱劣化する高温状態にお
いても、ダイヤモンド→黒鉛の逆変換が生じないためと
考えられる。
また、第２の理由としては、これらの炭化物はＣＯなど
のダイヤモンド生成時の触媒として作用する金属あるい
は該金属の合金に比べて、ダイヤモンドとの熱膨張率差
が小さいため、加熱時に焼結体中に生じる熱応力が低減
されるものと推察される。
のダイヤモンド生成時の触媒として作用する金属あるい
は該金属の合金に比べて、ダイヤモンドとの熱膨張率差
が小さいため、加熱時に焼結体中に生じる熱応力が低減
されるものと推察される。
この発明の実施に際し、出発原料である炭素含有物質と
しては、ダイヤモンド、黒鉛、熱分解黒鉛、グラッシー
カーボン、ダイヤモンドを熱力学的に不安定な条件下で
高温に曝し、その一部もしくは全部を黒鉛に変換させた
もの、ならびにこれらの混合物を用いることができる。
しては、ダイヤモンド、黒鉛、熱分解黒鉛、グラッシー
カーボン、ダイヤモンドを熱力学的に不安定な条件下で
高温に曝し、その一部もしくは全部を黒鉛に変換させた
もの、ならびにこれらの混合物を用いることができる。
ダイヤモンドは、天然あるいは合成のいずれであっても
よい。
よい。
上記炭素含有物質のうち、ダイヤモンド粉末を真空中あ
るいは非酸化性雰囲気中で１４００℃以上の温度に加熱
し、その一部もしくは全部を黒鉛に変換したものが最も
好ましい。
るいは非酸化性雰囲気中で１４００℃以上の温度に加熱
し、その一部もしくは全部を黒鉛に変換したものが最も
好ましい。
上記炭素含有物質は、出発原料中の５９．９〜９９．８
重ｆｆｉ％を占めるように調整する。炭素含有物質の量
が５９．９重量％未満では焼結体の耐摩耗性が低下する
からであり、他方９９．８重量％を超えると、焼結が困
難となり、部分的に黒鉛が残留して強度の低い焼結体し
か得られないからである。
重ｆｆｉ％を占めるように調整する。炭素含有物質の量
が５９．９重量％未満では焼結体の耐摩耗性が低下する
からであり、他方９９．８重量％を超えると、焼結が困
難となり、部分的に黒鉛が残留して強度の低い焼結体し
か得られないからである。
上記炭素含有物質は、Ｃｒ 、Ｍｎ 、Ｍｏ 、Ｗの中
から選択した少な（とも１以上の金属とＦｅおよ”び／
またはこれらの合金とともに混合した後、ベルト型装置
などの超高圧発生装置の高圧室に配置し、ダイヤモンド
が安定１＞５０ｋｂ、１３００℃以上の超高圧・高温下
にさらして焼結される。この条件下にて、・原料の炭素
含有物質は、Ｃｒ 、 Ｍｎ 、 １ｖｌｏ 、 Ｗの
中から選択した少なくとも１以上の金属とＦｅおよび／
またはこれらの合金の作用により、ダイヤモンドの生成
・焼結が進行する。
から選択した少な（とも１以上の金属とＦｅおよ”び／
またはこれらの合金とともに混合した後、ベルト型装置
などの超高圧発生装置の高圧室に配置し、ダイヤモンド
が安定１＞５０ｋｂ、１３００℃以上の超高圧・高温下
にさらして焼結される。この条件下にて、・原料の炭素
含有物質は、Ｃｒ 、 Ｍｎ 、 １ｖｌｏ 、 Ｗの
中から選択した少なくとも１以上の金属とＦｅおよび／
またはこれらの合金の作用により、ダイヤモンドの生成
・焼結が進行する。
同時に、これらのダイヤモンド生成触媒金属は、原料中
の金属の配合比に従って、式（Ｆｅχ１ＭＬ−Ｘ”）
７ Ｃｓで表わされる炭化物（式中、ＭはＯｒ。
の金属の配合比に従って、式（Ｆｅχ１ＭＬ−Ｘ”）
７ Ｃｓで表わされる炭化物（式中、ＭはＯｒ。
Ｍｎ 、Ｍｏ 、Ｗからなる群から選択される１以上の
金属元素、Ｘ−０，０５〜０．９５＞を形成し、焼結侵
、最終的に回収される焼結体の結合相は、上記炭化物に
より構成されることになる。
金属元素、Ｘ−０，０５〜０．９５＞を形成し、焼結侵
、最終的に回収される焼結体の結合相は、上記炭化物に
より構成されることになる。
なお、Ｍを、Ｃｒ 、 Ｍｎ 、Ｍｏ 、Ｗから選択し
た少なくとも１以上の金属元素とした場合に、ＭとＦｅ
との配合比を、モル比でｌ”ｅが０．０５〜０．９５と
するのは、０．０５未満ではダイヤモンド粒子間結合の
割合が低下し強度の高い焼結体が得られないからであり
、他方０．９５を越えると生成炭化物が常圧および７０
０℃以上の温度で金属と黒鉛とに分解しヤす（なるから
である。
た少なくとも１以上の金属元素とした場合に、ＭとＦｅ
との配合比を、モル比でｌ”ｅが０．０５〜０．９５と
するのは、０．０５未満ではダイヤモンド粒子間結合の
割合が低下し強度の高い焼結体が得られないからであり
、他方０．９５を越えると生成炭化物が常圧および７０
０℃以上の温度で金属と黒鉛とに分解しヤす（なるから
である。
以上の方法に従って得られた焼結体はいずれも高硬度で
あり、かつ１０００℃の加熱にも耐えられるものである
。
あり、かつ１０００℃の加熱にも耐えられるものである
。
また、焼結体製造時に、炭素含有物質と上記金属の粉末
とを予め混合する代わりに、炭素含有物質と上記金属と
を積層し、超高圧下において焼結することも可能である
。この場合には、融解した上記金属元素からなる合金が
炭素含有物質の層中に侵入し結果として（Ｆｅχ１Ｍ、
−ｘ） 、Ｃ−の結合相が生成することになる。
とを予め混合する代わりに、炭素含有物質と上記金属と
を積層し、超高圧下において焼結することも可能である
。この場合には、融解した上記金属元素からなる合金が
炭素含有物質の層中に侵入し結果として（Ｆｅχ１Ｍ、
−ｘ） 、Ｃ−の結合相が生成することになる。
［実施例の説明］
以下、実施例に基づき、この発明の詳細な説明する。
実施例１
平均粒度１０μｍの合成ダイヤモンドを、第１表に示し
た比率で金属粉末と混合し、金Ｊｌ製の反応容器に充填
した。なお、第１表に示されているうち焼結体Ｅは、比
較のために市販の焼結体とＦｅのみを結合材としたもの
である。
た比率で金属粉末と混合し、金Ｊｌ製の反応容器に充填
した。なお、第１表に示されているうち焼結体Ｅは、比
較のために市販の焼結体とＦｅのみを結合材としたもの
である。
第１表
第１表に示した試料ＡないしＥをＴａ製の容器に充填し
、ベルト型超高圧発生装置において７０ｋｂ、１６００
℃の条件下で１０分間焼結を行なった。回収された焼結
体はいずれも強固であった。
、ベルト型超高圧発生装置において７０ｋｂ、１６００
℃の条件下で１０分間焼結を行なった。回収された焼結
体はいずれも強固であった。
他の比較例としてのＣＯを結合材とした市販の焼結ダイ
ヤモンドと、試料ＡないしＥの焼結体を真空中で１００
０℃の温度にて加熱テストを行なった。その結果、Ａな
いしＤの焼結体は、いずれも外観、比重に変化が見られ
なかった。これに対して、市販の焼結体と、Ｆｅのみを
結合材とした焼結体Ｅには亀裂が発生した。この加熱テ
スト後、亀裂の入った焼結体すなわち市販焼結体および
焼結体゛Ｅでは、Ｘ線解析により黒鉛が生成しているこ
とが認められた。
ヤモンドと、試料ＡないしＥの焼結体を真空中で１００
０℃の温度にて加熱テストを行なった。その結果、Ａな
いしＤの焼結体は、いずれも外観、比重に変化が見られ
なかった。これに対して、市販の焼結体と、Ｆｅのみを
結合材とした焼結体Ｅには亀裂が発生した。この加熱テ
スト後、亀裂の入った焼結体すなわち市販焼結体および
焼結体゛Ｅでは、Ｘ線解析により黒鉛が生成しているこ
とが認められた。
なお、焼結体Ｅは、加熱前の結合材がＦｅｔＣ５であっ
たが、加熱後にはｌ”ｅと黒鉛とに分解していることが
わかった。
たが、加熱後にはｌ”ｅと黒鉛とに分解していることが
わかった。
実施例２
第２表に示す焼結体ＡないしＤと、８０重量％のダイヤ
モンドをｗｃ−ｃｏで結合した市販焼結ダイヤモンドと
を加工し、切削チップを作成し、ビッカースコード２０
００のアルミナ焼結体を切削して、それぞれの性能を評
価した。
モンドをｗｃ−ｃｏで結合した市販焼結ダイヤモンドと
を加工し、切削チップを作成し、ビッカースコード２０
００のアルミナ焼結体を切削して、それぞれの性能を評
価した。
なお、上記切削試験は、切削速度：５０ｍ／分、切り込
み０．５１、送り： ０．０５１ｍ／ｒｐｍならびに切
削時間＝１５分乾式の条件で行なった。
み０．５１、送り： ０．０５１ｍ／ｒｐｍならびに切
削時間＝１５分乾式の条件で行なった。
切削試験の結果を第３表に示すが、焼結体りは結合相の
含有量が高く耐摩耗性において劣ったが、焼結体Ａない
しＣはいずれも高い耐摩耗性を示すことがわかった。
含有量が高く耐摩耗性において劣ったが、焼結体Ａない
しＣはいずれも高い耐摩耗性を示すことがわかった。
実施例３
実施例２で用いたのと同一の黒鉛化処理を行なったダイ
ヤモンド粉末の層に７５Ｆｅ −５Ｃｒ −２０Ｍｎの
合金からなる薄板を接触配置し、これをベル、ト型超高
圧発生装置にて６０ｋｂ、１６００℃の温度で１０分間
保持した。得られた焼結体は、（−＋＝ｅ 、Ｃｒ 、
Ｍｎ ）？ Ｃｓの結合相を有し、１０００℃の温度に
加熱しても亀裂は生じなかった。
ヤモンド粉末の層に７５Ｆｅ −５Ｃｒ −２０Ｍｎの
合金からなる薄板を接触配置し、これをベル、ト型超高
圧発生装置にて６０ｋｂ、１６００℃の温度で１０分間
保持した。得られた焼結体は、（−＋＝ｅ 、Ｃｒ 、
Ｍｎ ）？ Ｃｓの結合相を有し、１０００℃の温度に
加熱しても亀裂は生じなかった。
［発明の効果］
上述したように、この発明によれば、ダイヤモンドが重
量％で６０．０〜９９．９％を占め、残部が式（ＦｅＸ
、Ｍ、−よ）７０−で表わされる炭化物（式中、ＭはＯ
ｒ 、 Ｍｎ 、ＭＯおよびＷからなる群から選択され
た１以上の元素、×は０．０５〜０．９５の範囲の数）
よりなる工員用多結晶ダイヤモンドを得ることができる
ので、切削工具、掘削工具、伸線ダイス、ドレッサーな
どの各種工具材料として耐熱性および耐摩耗性に優れた
工具用多結晶ダイヤモンドを１りることができる。特に
、従来のダイヤモンド焼結体と異なり、強度を低下させ
ることなく耐熱性が大幅に改善されているため、工具材
としての適用範囲を飛躍的に拡大することが可能となる
。
量％で６０．０〜９９．９％を占め、残部が式（ＦｅＸ
、Ｍ、−よ）７０−で表わされる炭化物（式中、ＭはＯ
ｒ 、 Ｍｎ 、ＭＯおよびＷからなる群から選択され
た１以上の元素、×は０．０５〜０．９５の範囲の数）
よりなる工員用多結晶ダイヤモンドを得ることができる
ので、切削工具、掘削工具、伸線ダイス、ドレッサーな
どの各種工具材料として耐熱性および耐摩耗性に優れた
工具用多結晶ダイヤモンドを１りることができる。特に
、従来のダイヤモンド焼結体と異なり、強度を低下させ
ることなく耐熱性が大幅に改善されているため、工具材
としての適用範囲を飛躍的に拡大することが可能となる
。
Claims (3)
- （１）ダイヤモンドが重量％で６０．０〜９９．９％を
占め、残部が式（Ｆｅ＿ｘ、Ｍ＿１＿−＿ｘ）＿７Ｃ＿
３で表わされる炭化物（式中、ＭはＣｒ、Ｍｎ、Ｍｏお
よびＷからなる群から選択される１以上の元素、ｘは０
．０５〜０．９５の範囲の数）よりなることを特徴とす
る、工具用多結晶ダイヤモンド。 - （２）炭素含有物質を５９．９〜９９．８重量％含有し
、残部がＣｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選択され
る少なくとも１以上の金属と、Ｆｅおよび／またはこれ
らの合金とからなる混合物を、熱力学的にダイヤモンド
が安定な超高圧・高温下にさらし、ダイヤモンドの生成
・焼結を促進させるとともに、該金属を炭化させること
を特徴とする、ダイヤモンドが重量％で６０．０〜９９
．９％を占め、残部が式（Ｆｅ＿ｘ、Ｃｒ＿１＿−＿ｘ
）＿７Ｃ＿３で表わされる炭化物（式中、ＭはＣｒ、Ｍ
ｎ、ＭｏおよびＷからなる群から選択される１以上の元
素、ｘは０．０５〜０．９５の範囲の数）よりなる工具
用多結晶ダイヤモンドの製造方法。 - （３）炭素を含有物質としてダイヤモンドを熱力学的に
安定な条件下で高温にさらし、その一部もしくは全部を
黒鉛に変換せしめた原料を用いる、特許請求の範囲第２
項記載の工具用多結晶ダイヤモンドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59232151A JPS61111965A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 工具用多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59232151A JPS61111965A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 工具用多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61111965A true JPS61111965A (ja) | 1986-05-30 |
Family
ID=16934793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59232151A Pending JPS61111965A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 工具用多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61111965A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2397597A (en) * | 2003-01-21 | 2004-07-28 | Smith International | Cutter coating formed from polycrystalline diamond and chromium carbide |
-
1984
- 1984-11-01 JP JP59232151A patent/JPS61111965A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2397597A (en) * | 2003-01-21 | 2004-07-28 | Smith International | Cutter coating formed from polycrystalline diamond and chromium carbide |
| US6915866B2 (en) | 2003-01-21 | 2005-07-12 | Smith International, Inc. | Polycrystalline diamond with improved abrasion resistance |
| GB2397597B (en) * | 2003-01-21 | 2006-08-09 | Smith International | Cutting element |
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