JPS63202444A

JPS63202444A - 超硬物質の焼結複合体

Info

Publication number: JPS63202444A
Application number: JP3425187A
Authority: JP
Inventors: 角　以之
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1987-02-17
Filing date: 1987-02-17
Publication date: 1988-08-22
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPH0677976B2

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】「産業上の利用分野」本発明は、切削用工具の刃として好適な超硬物質の焼結
複合体に関する。

「従来の技術」ダイヤモンドまたは立方晶窒化ほう素（ＣＢＮ）を主体
とする焼結体（以下Ｄ／Ｃ焼結体という）の板の片面ま
たは両面に超硬合金板を接合した複合材を、超硬の母材
や鋼製シャンクにろう付けしたバイト等の工具は、従来
市販され、使用に供されている。

上記片面接合複合体においては、厚み０．５〜１．０＋
＋＋＋ｎのＤ／Ｃ焼結体の板に超硬合金が直接またはＴ
ａその他の材料を介して接合され、全厚み１．５ｍｎ＋
以上の複合体として使用されている。また、ＣＢＮ焼結
体の板の片面にＭｏ板を貼付けた複合体も市販されてい
る。

「発明が解決しようとする問題点」しかし、上記片面に超硬合金が接合された複合体は、こ
れを小径のエンドミルや、内径ボーリングバイトに使用
する場合に、全厚みをさらに薄くすることが望まれるが
、複合体の全厚みを薄くするために、焼結体層を薄くす
ると、切削性能が低下し、また、超硬合金を薄くすると
Ｄ／Ｃ焼結体層にクラックや剥離を発生し易くなり使用
個所が限定されるのが現状である。またＭｏ板を貼付し
たＣＢＮ焼結体は、ろう付けする母材が超呵合金に限定
されたり、ろう付けを注意して行なわないと、クラック
や剥離が生じ易い。

さらに、両面接合の複合体は主としてドリル用として用
いられるが、超硬合金では製造時や、ろう付は時にクラ
ックが生じる。これを改良するため、種々なサンドイッ
チ構造の複合体が研究されているが、未だ、実用に供さ
れるには至っていない。

上記クラックおよび剥離の発生は、Ｄ／Ｃ焼結体層とこ
れに接合する基板材との間に生ずる熱応力が両者の接合
強度、或いはＤ／Ｃ焼結体の抗張力より大きい場合に発
生するものと思料される。

したがって、上記問題を解決するため、基板材に要求さ
れる条件は、（１）過剰にＤ／Ｃ焼結体と反応して、焼結体の劣化や
脆弱層を形成することなく、かつ焼結体との接合強度が
大きいこと。

（２）Ｄ／Ｃ焼結体と基板材との間の熱膨張率の差が小
さく、両者間に発生する熱応力が小さく、また、ヤング
率の小さい（例えば金属等）物を基板材として用いるこ
と。

（３）また、工具の作成を容易とするため、ろう付けが
容易で、しかも大気中でのろう付けによって実用的な強
度を発現するものであること。

等である。

本発明者等は、上記の条件に適合した基板材を発見すべ
く鋭意研究を行なった。

先ず、Ｄ／Ｃ焼結体との熱応力を吸収するため、Ｎｉ、
Ｃｕ等の軟金属を用いて複合体を作製したが、熱膨張係
数か大きいため焼結体にクラックを生じ、゛特にダイヤ
モンド主体の焼結体においては極端に耐熱性に劣る複合
体となった。

また、従来、ホットプレスによる高温、高圧圧縮処理（
以下ＨＰＰ処理いう）によってＤ／Ｃ焼結体をつくる場
合、基板材とは別にシールド材としてＴｉ、Ｔａ、Ｍｏ
、Ｗなどが使用されている（例えば特開昭４６−５２０
４、同４８−１７５０３等）。しかし、これらの金属は
高融点であるために選定されたもので、熱応力を小さく
する観点から選択されたものでないが、これらを基板材
として採用して見た。その結果、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａはろ
う付は強度が低く使用出来ず、Ｍｏ、Ｗ　は、ろう付は
強度は、はぼ実用強度に達するものの、サンドイッチ構
造とした場合、焼結体との境界付近でクラックが発生し
易く、また、片面接合の複合体においても、ダイヤモン
ド主体の焼結体、或いは高温を必要とする結合材を用い
たＣＢＮ主体の焼結体では、性能劣化や剥離が認められ
た。

これらの原因を追究した結果、Ｗの場合はＷ自体の脆弱
性が原因であり、Ｍｏの場合は焼結体との反応性が大き
過ぎるためであることがわかった。

これは、Ｘ線分析、或いはＥＳＣＡ（Ｘ線照射による光
電子分析）による解析で、境界付近に脆性化合物が形成
していることがわかり、また、ＥＰＭＡ（エレクトロン
プローブ微量分析）により、Ｍｏ元素がＤ／Ｃ焼結体全
域に拡散していることが確認されたことによる。

そのため、本発明者等は物質そのものが脆性でないＭｏ
を基板材とし、基板材とＤ／Ｃ焼結体との間に、双方に
強力に接合し、かつＭｏの拡散を防止する障壁を介在さ
せることにより、上記問題が解決可能であると思料し、
障壁となる物質の探索を行なった。

Ｄ／Ｃ焼結体とＭｏ板の間の障壁となる中間物としては
、酸化物、非酸化物を問わず、耐熱性で高硬度のものか
効果的であるため、ＡＱｔＯａ、ＴｉＣ等、広い範囲の
物質を薄板として、Ｄ／Ｃ焼結体板とＭｏ板との間に挾
み、焼結体の安定域である１４００°Ｃ，５０ｋｂの条
件でＩ−Ｉ　Ｐ処理した。その結果、殆どのものが悪影
響を示したが、Ｔａ、Ｎｂがほぼ満足な結果が得られる
ことを発見した。

本発明は上記の発見に基づいてなされたもので、小径の
エンドミル等に取付けることができる、全厚みの薄い複
合体にも対応可能で、ろう付は部や、焼結体にクラック
や剥離が発生せず、しかも超合金のみならず、鋼製シャ
ンクにもろう付は可能で、寿命の長い工具が得られる超
硬物質の焼結複合体を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明は上記の目的を達成すべくなされたもので、その
要旨は、ダイヤモンドまたは、ＣＢＮを主体とする焼結
体層の片面または両面に、ＴａまたはＮｂを主体とする
中間層が一体形成され、さらに中間層の外側面には、Ｍ
Ｏを主体とする基板材層が一体形成されてなる超硬物質
の焼結複合体にある。

本発明に係る焼結複合体をつくるには、サンドイッチタ
イプの複合体においては、例えば第１図に示すように、
Ｄ／Ｃ焼結体原料ｌの所定量をＴａまたはＮｂの薄板よ
りなる中間物２で挾持し、この中間物２の上下に、Ｍｏ
板よりなる基板材３を配しさらに、基板材３の上下に好
適には六方晶ＢＮ（ｈＢＮ）、或いはグラファイト板よ
りなる分離材４を配し、さらにその上下にセラミックや
サーメット等の曲強度剛性の高いブロック材５を配する
。

上記中間物２のＴａ、Ｎｂの厚さは２０μ〜０．２０ｍ
ｍがよい。厚さが２０μｍ未満ではＭｏの拡散防止効果
がなく、また、これにより厚くすることは、機能的には
制限ないが、０．２ｍｍを越えても無意味である。基板
材３であ−るＭｏ板の厚さは、製造の際の品質管理の面
から０　、１　ｍｍ以上が望ましいが、１ｍｍを越える
ことは意味がない。

また、ブロック材５は、平板状の焼結複合体を歩留りよ
く得るために配置されるが、Ｍｏ板の基板材３とが一体
化しないようにするために、分離材４を介在させる。こ
の分離材４は基板材３と接するため、材料の選択が重要
で、Ｍｏの性質を阻害しない物質でなければならない。

種々試行を重ねた結果、ｈＢＮおよびグラファイト（Ｇ
ｒ）が分離材としてよいことがわかった。その厚さは任
意であるが、０．１〜１．Ｏｍｍが好適である。

上記積層物６を、ＨＰ処理する。その条件は、Ｄ／Ｃ焼
結体の安定条件の１３００〜１６００”Ｃ，３０〜６０
ｋｂが用いられ、時間は１０〜６０分が適当である。

上記ＨＰ処理によって、分離材４がｈＢＮ　の場合は、
Ｍｏの一部はＭｏ−Ｂ−Ｎ系と考えられる同定不能の化
合物を生成するが問題はなかった。Ｇｒの場合は、ＭＯ
の一部または全部がＭ　ｏ　ｔ　ＣまたはＭｏＣに変化
するが、これは、ＨＰ処理を行なつた際、Ｍｏ焼結原料
やＴａ或いはＮｂと反応するより早く、炭化が進行する
ことにより、ＭＯが固定されるので、ＭＯがＴａ層を貫
通してＣ３Ｓ層やダイヤモンド層に侵入することが少な
い。したがって、焼結体の特性に悪影響を及ぼすことが
殆どない。さらに、熱膨張率もＭＯメタルより少なく、
ろう付は強度も大きく、基板材層としては好適である。

すなわち、ＨＰ処理によって、積層物６から第２図に示
すように、焼結体層１１を間にして中間物ＴａまたはＮ
ｂにｈＢＮを使えばＢ、Ｎ原子が、ＧｒではＣ原子が僅
か拡散した中間物層１２、およびＭＯにＣ、Ｂ　、Ｎが
一部拡散し基板材層ｉ３が一体に接合した焼結複合体１
４が形成される。

また、Ｄ／Ｃ焼結体層の片面に中間物層、基板材層を接
合するには、第３図に示すように、Ｄ／Ｃ焼結体の上面
にＴｉ、Ｚｒ等、通常のシールドメタル７を介してブロ
ック材５を配置した積層物６°を用いる。

なお、上記説明では、基板材として純ＭＯを用いたが、
機械的強度を高めるため、基板材の特性を損なわない範
囲で、■ａｓ■族またはＣｕ等を添加してもよい。さら
に熱膨張率を焼結体に、より近ずけるためＷ等を添加す
ることも出来る。

例えば、Ｍｏに０，５ｗｔ％Ｔｉ、０．０７ｗｔ％Ｚｒ
。

０．０５ｗｔ％Ｃを含む合金は熱膨張係数はほぼ変わら
ず、高温強度が大となる。Ｍｏに１０〜３０ｗｔ％のＷ
を添加した合金は、純ＭＯより熱膨張率が小さくなり、
Ｄ／Ｃ焼結体に近ずく。Ｍｏ−Ｎｉ。

Ｃｏは機械的強度、ろう付は性が改善され、Ｍｏ−Ｃｕ
もろう付は性は改善されるが、Ｍｏ−Ｎｉ、Ｃｏおよび
Ｍｏ−Ｃｕが熱膨張率が大きくなる方向のため、Ｎｉ、
ＣｏまたはＣｕの添加量は、制限される。

実施例！第１図に示すように、ＣＢＮ６０ｗｔ％、ＴｉＣ２０ｗ
ｔ％、ＴｉＮ１Ｏｖｔ％、Ａ１２１０ｗｔ％よりなる焼
結体原料ｌの２，５ｇを、径２６＋＋＋ｍ、厚み５０μ
ｍのＴａ板よりなる中間物２で挾持し、この上下面に径
２６ｍｍ、厚み０．３ｍのＭｏ板よりなる基板材３を配
し、さらに、この上下面に径２６ｍｍ、厚み１ｍｍのＧ
ｒ板よりなる分離材４およびブロック材５を配した。こ
れを、１３５０°Ｃ，４０ｋｂでＩ　ｈｒＨＰ処理して
複合体をつくった。この複合体の外周および上下面を研
削除去し、厚み１．４ｍ＋ｎのＣＢＮ焼結体の上下面に
、二相になったメタル状物質が接合した複合体が得られ
た。上記メタル状物質をＸ線、およびＸ線照射による光
電子分光（ＥＳＣＡ）によって分析したところ、ＣＢＮ
焼結体層１１に接する中間層１２はＴａＣおよびＴａ−
Ｂ−Ｎよりなる未知物質で、その外側の基板材層Ｉ３は
ＭｏＣであった。

この複合体から小片を切出し、ハイスドリルの先端に挾
むようにろう付けして、５ＫＤＩＩ（Ｉ（ＲＣ６０も焼
入れしたもの）の孔加工に使用したが、同等問題なく容
易に加工できた。

実施例２厚み０　、１　ｍｓ＋のＮｂ板を中間物２、厚み０．５
ｍｍのＭｏ板を基鈑材２、厚み０　、５　ａｍのｈＢＮ
板を分離材４とした他は、実施例１と同じにして複合体
をつくった。この複合体のＣＢＮ焼結体層に接する部分
はＮｂＣと未知物質が形成され、その外側はＭｏメタル
トとＭｏ−Ｂ−Ｎと推定された。

この複合体によって実施例１と同じようにしてドリルを
つくり、５ＫＤＩＩの孔加工を行なったところ、容易に
加工することが出来た。

実施例３実施例１と同じ配合の焼結体原料１．８ｇを、径２６ｍ
ｍ、厚み２０μｍのＴａ板よりなる中間物上に載置し、
この中間物の下方に順次、径２６ｍｍ、厚み０．２８Ｉ
ＩＩｌのＭｏ板よりなる基板材およびＧｒ板よりなる分
離板を配し、さらに、焼結体原料の上部に、Ｔｉよりな
るシールドメタルを配し、これらをブロック材で挟持し
た。これをＨＰ処理して一体化した後研削し、径２６ｍ
ｍ、ＣＢＮ焼結体層の厚みがｌ　、　Ｏｎ＋ｍ、、全厚
み１．２ｎｕｎの複合体を得た。

この複合体より２０Ｘ３ｍｍの長方形の小片を切り出し
、ハイス製シャンクにろう付けして２枚刃のエンドミル
をつくった。このエンドミルをＨＲＣ６２を焼入れした
５ＫＤＩＩの加工に用いたところ、クラックや剥離を生
ずることなく、幅６ｍｍの溝加工を容易に行なうことが
出来た。

実施例４複合体のＣＢＳ焼結体層をさらに研削して全厚みを０．
８ｆｆｉｍとした他は実施例３と同じにして複合体をつ
くり、この複合体より小片を切り出し超硬の母材のコー
ナにろう付けし、ＴＢＧＮ０６０１０４のインサートを
作製し、ホルダーに装着し、ＨＲＣ５Ｂを焼入れした５
Ｋ−３の円筒状部品の内径加工を行なったが、部品８０
０個を問題なく加工することができた。

実施例５粒径的５μｍのダイヤモンド粉末９０ｗｔ％、ｃ。

粉末１０ｗｔ％よりなる焼結体原料２．５ｇを、径２６
　ｍｍｓ厚み０　、１　ｍｍのＴａ板よりなる中間層で
挟持し、この上下面に径２６１１１１１％厚み０．２ｍ
ｍのＭ。

板よりなる基板材を配し、さらにその上下面にＧｒ板ま
たはｈＢＮ　板よりなる分離材を配し、これらをブロッ
ク材で挟持して、１５５０°Ｃ１５５ｋｂでｌｈｒ、Ｈ
Ｐ処理した。その結果、クラックの発生なく、サンドイ
ッチ構造の複合体が得られた。この複合体のダイヤモン
ド焼結体の厚みは１．５ｍｍであった。これを研削し全
厚み１．８ｍｍの複合体をつくった。これより小片を切
り出し、超硬シャンクにろう付けして、ドリルを作製し
、Ａｅ９０ｗｔ％　％５ｌｌＯ實ｔ％　よりなるシリン
ダーブロックの孔加工を行なったところ、通常の超硬ド
リルの約３０倍の寿命であった。

比較例１Ｔ　ａ板よりなる中間物を使用しなかった他は、実施例
５と同じにして複合体を作製したところ、Ｍｏ板近くの
ダイヤモンド焼結体層に水平クラックか５０％以上の確
率で発生し、また、これを用いて作製したドリルの性能
も、実施例５のドリルに比して半分以下の寿命であった
。

実施例６ＣＢＮ７０ｗｔ％、ＴｉＮ２０ｗｔ％、Ａ１２１０ｗｔ
％よりなる焼結体原料２．５ｇを径２６　ｍｍ、厚み０
　、１　ＩＩＩｍよりなる中間物上に載置し、この中間
物の下方に順次、径２６ｍｍ、厚み０．３ｍｍのＭｏ板
よりなる基板材、次いでＧｒ板またはｈＢＮ板よりなる
分離材を配し、さらに焼結体原料面にシールドメタルを
配し、これらをブロック材で挟持して、１４００°Ｃ，
４０ｋｂで１　ｈｒ、　Ｉ−Ｉ　Ｐ処理を行ない複合体
をつくった。この複合体を研削して、径２６ｍｍ５ＣＢ
Ｎ焼結体層の厚み１．５ｍｍ、全厚み１．７＋ｎ＋＋＋
の複合体を得た。これから、５＋＋＋ｍ角の小片を切り
出し、鋼のブロックに銀ろう付けし、圧縮せん断強度を
測定したところ、分離材としてＧｒ板を使用した場合は
１５　ｋｇ／ｍｍ’　、ｈＢ　Ｎ板を使用した場合はＩ
　Ｏｋｇ／　ｍｍ”で、Ｇｒ板を使用した方が圧縮せん
断強度が高かったが、いずれも実用上差支えない強度で
あった。

比較例２Ｔａ板を用いず、Ｍｏ板と焼結体とを直接接合した他は
、実施例６と同じにして圧縮、せん断強度を測定したと
ころ、ろう付は部分は問題なかったが分離材として、せ
ん断強度の高かったＧｒを用いた場合においても、焼結
体層と、Ｍｏ層との境界付近で、θ〜ｌ　Ｏｋｇ／　ｌ
１ｌｆｆ＋’の範囲のせん断力で剥離した。

「発明の効果」以上述べたように、本発明に係るＤ／Ｃ焼結複合体は、
焼結体内部にＭｏが拡散することなく、強固に接合され
ているので、焼結体が劣化せず、薄い複合体が得られる
。、またこの複合体は超硬合金或いは鋼製の各種シャン
クに容易かつ強固にろう付は可能で、切れ味のよい、寿
命の長い各種切削用工具を安価につくることができなど
多くの長所を有し、業界に寄与することが極めて大きい
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はサンドイッヂタイプの焼結複合体
の説明図で、第１図は焼結複合体をつくる積層物の側面
図、第２図は焼結複合体の側面図、第３図は片面タイプ
の焼結複合体をつくる積層物、　　の側面図である。」・・・・・・焼結体原料、２・・・・・・中間物、３
・・・・・・基板材、４・・・・・・分離材、５・・・
・・・ブロック材、６．６°・・・・・・積層物、７シ
ールドメタル、１１・・・・・・焼結体層、」２・・・
・・中間物層、１３・・・・・・基板材層、■４・・・
・・・焼結複合体。

Claims

【特許請求の範囲】

ダイヤモンドまたは立方晶窒化ほう素を主体とする焼結
体層の片面または両面に、ＴａまたはＮｂを主体とする
中間層が一体形成され、さらに中間層の外側面には、Ｍ
ｏを主体とする基板材層が一体形成されてなることを特
徴とする超硬物質の焼結複合体。