KR102125590B1 - 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 의 별개 층들로 이루어진 PcBN 보디 - Google Patents

다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 의 별개 층들로 이루어진 PcBN 보디 Download PDF

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토르비오른 잉게마르 셀린데르
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Abstract

입방정 질화붕소 (PcBN) 분말의 층들을 오버레이 (overlay) 시키는 방법을 이용하여 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 가 제조되고, 상기 층들은 다양한 농도의 세라믹과 혼합된 cBN 을 갖는다. PcBN 제조 방법은, 내화성 캡슐 내에, 카바이드, 입방정 질화붕소 (cBN), 및 cBN 과 세라믹의 혼합물을 디포짓팅시키는 단계, 그리고 나서 상기 내화성 캡슐의 내용물에 고압 및 고온 (HPHT) 을 가하는 단계를 포함한다. 상기 방법의 디포짓팅시키는 단계 동안에, cBN 과 세라믹의 혼합물에서의 cBN 의 농도가 그 아래의 층에서의 cBN 의 농도보다 더 낮다. HPHT 를 가하는 때, 카바이드는 cBN 층을 가로질러 먼저 확산되고, 그리고 나서 cBN 과 세라믹의 혼합물을 갖는 층을 가로질러 확산된다. HPHT 가 끝나고 내화성 캡슐의 내용물이 냉각된 후, 상기 방법에 의하면, 세라믹 재료를 갖는 적어도 하나의 cBN 층, 및 cBN 의 다양한 농도를 갖는 층들을 구비하는 PcBN 이 얻어진다.

Description

다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 의 별개 층들로 이루어진 PcBN 보디{POLYCRYSTALLINE CUBIC BORON NITRIDE (PcBN) BODY MADE WITH DISTINCT LAYERS OF PcBN}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2012년 7월 12일에 출원된 가출원 제61/670,676호에 기초하여 우선권을 주장한다.
본 개시는 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 보디에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시는 프리-콤팩티드 (pre-compacted) 디스크들 또는 입방정 질화붕소 (PcBN) 분말의 층들을 오버레이 (overlay) 시키는 방법을 이용하여 제조되는 PcBN 보디에 관한 것이고, 상기 층들은 다양한 농도의 세라믹과 혼합된 cBN 을 갖는다.
이하의 논의에서, 특정 구조 및/또는 프로세스를 참조한다. 그러나, 이하의 참조는 이 구조 및/또는 프로세스가 종래 기술을 구성한다는 인정으로서 해석되어서는 안 된다. 출원인은 이러한 구조 및/또는 프로세스가 본 발명에 대한 종래 기술로서 자격을 갖지 않는다는 것을 입증할 수 있는 권리를 명시적으로 유보한다.
종래의 다결정 입방정 질화붕소의 제조 프로세스에서, 기재 (substrate) 는 그 전체가 단일 그레이드 (즉, cBN 이 층의 주 재료이다) 로부터 만들어진 PcBN 층에 인접한다. 그레이드의 바람직한 그리고 종종 상충되는 특성들 때문에, 예컨대 인성과 같은 하나의 특성의 최적화는 예컨대 납땜 (brazing) 안정성 또는 내마모성과 같은 다른 특성의 저하를 발생시킨다.
따라서, 바람직한 특성들 중 하나 이상을 다른 특성을 위해 저하시킴이 없이 바람직한 특성들을 갖는 PcBN 을 생산하는 개선된 PcBN 제조 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 개시는 개선된 PcBN 제조 방법, 및 그 개선된 방법을 이용하여 제조된 PcBN 보디를 기술한다.
일 실시형태에서, 하나의 방법은 내화성 캡슐 내에, 기재 (예컨대, 코발트 (Co) 를 갖는 기재), 입방정 질화붕소 (cBN), 및 cBN 과 세라믹의 혼합물을 디포짓팅 (depositing) 시키는 단계를 포함한다. 디포짓팅된 cBN 및 cBN 과 세라믹의 혼합물은 분말 또는 프리-콤팩티드 디스크일 수도 있다. 디포짓팅된 기재, cBN, 및 cBN 와 세라믹의 혼합물이 내화성 캡슐의 내용물이다. 디포짓팅 단계 동안에, cBN 과 세라믹의 혼합물을 갖는 층에서의 cBN 의 농도는 그 아래에 디포짓팅된 층에서의 cBN 의 농도보다 더 낮다. 상기 내용물을 디포짓팅시킨 후에, 내화성 캡슐의 내용물에 고압 및 고온 (HPHT) 이 가해진다. HPHT 를 가하는 때, 예컨대 기재의 Co 가 cBN 층을 가로질러 먼저 확산되고, 즉 cBN 층은 Co 에 의해 스윕 (sweep) 된다. 또한, 몇몇의 실시형태들에서, Co 는 cBN 과 세라믹의 혼합물을 갖는 층을 가로질러 스윕할 수도 있다.
몇몇의 실시형태들에서, 내용물은 cBN 과 세라믹의 혼합물로부터 시작하여 cBN, 및 기재 (예컨대, 코발트 (Co) 를 갖는 기재) 로 반대 순서로 디포짓팅된다. 디포짓팅 단계 동안에, cBN 과 세라믹의 혼합물을 갖는 층에서의 cBN 의 농도는 그 위에 디포짓팅된 층에서의 cBN 의 농도보다 더 낮다. 반대 순서로 내용물을 디포짓팅한 후에, 내화성 캡슐의 내용물에 HPHT 가 가해진다. HPHT 를 가하는 때, 예컨대 기재의 Co 가 cBN 층을 가로질러 스윕한다. 또한, 몇몇의 실시형태에서, Co 는 cBN 과 세라믹의 혼합물을 갖는 층을 가로질러 스윕할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 다음의 단계들을 포함하는 방법에 의해 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 보디가 제조된다. 내화성 캡슐 내에, 기재 (예컨대, 코발트 (Co) 를 갖는 기재), 입방정 질화붕소 (cBN), 및 cBN 과 세라믹의 혼합물을 디포짓팅시키는 단계. 디포짓팅된 cBN 및 cBN 과 세라믹의 혼합물은 분말 또는 프리-콤팩티드 디스크일 수도 있다. 내용물을 디포짓팅시킨 다음에, 내화성 캡슐의 내용물에 고압 및 고온 (HPHT) 을 가하는 단계. 디포짓팅 단계 동안에, cBN 분말과 세라믹 분말의 혼합물을 갖는 층에서의 cBN 의 농도는 그 아래에 디포짓팅된 층에서의 cBN 의 농도보다 더 낮다. HPHT 를 가하는 때에, 예컨대 기재의 Co 가 cBN 분말을 가로질러 확산한다. 또한, 몇몇의 실시형태에서, Co 는 cBN 과 세라믹의 혼합물을 갖는 층을 가로질러 스윕할 수도 있다.
몇몇의 실시형태에서, 내용물의 디포지션 (deposition) 은 cBN 과 세라믹의 혼합물로부터 시작하여 cBN, 및 기재 (예컨대, 코발트 (Co) 를 갖는 기재) 로 반대 순서로 가해진다.
소결 동안에, 예컨대, 제 1 상호확산 (inter-diffusion) 층 (즉, 기재와 제 1 PcBN 층 사이) 그리고 몇몇의 실시형태에서 제 2 상호확산 층 (즉, 제 1 PcBN 층과 그 위의 제 2 PcBN 층 사이) 을 가로지르는 적어도 Co 의 확산은, 기재에 인접한 PcBN 층 및 인접한 임의의 부가적인 PcBN 층들에 대한 기재의 융합 (fusion) 을 발생시킨다. HPHT 의 가함이 끝나고 내화성 캡슐의 내용물의 냉각된 후, 상기 방법에 의해, 다양한 농도의 cBN 및 세라믹 재료를 갖는 층들 (즉, 개별 PcBN 층들) 을 구비하는 PcBN 보디가 얻어진다. 얻어지는 PcBN 보디의 바람직한 특성들은 기재에 인접한 PcBN 층들 각각에서의 cBN 및 세라믹 재료의 농도를 조절함으로써 제어될 수도 있다.
유사한 요소에 유사한 도면부호가 사용된 첨부도면을 참조하여, 바람직한 실시형태들에 대한 이하의 상세한 설명을 읽을 수 있다.
도 1 은 60x 주사 전자 현미경 (SEM) 에 의한, 개시된 방법을 이용하여 제조된 연마되지 않은 PcBN 보디의 단면을 보여준다.
도 2a 는 60x SEM 에 의한, 개시된 방법을 이용하여 제조되어 연마된 PcBN 보디의 단면을 보여준다.
도 2b 내지 도 2e 는 1000x SEM 에 의한, 개시된 방법을 이용하여 제조되어 연마된 PcBN 보디의 다양한 층들 및 층간 인터페이스들의 여러 단면들을 보여준다.
도 2f 내지 도 2g 는 몇몇의 실시형태들에 따라 디포짓팅된 내용물을 유지하는데 사용될 수도 있는 내화성 캡슐들 (컵들) 을 보여준다.
도 3a 는 개시된 방법을 이용하여 제조된 PcBN 보디의 에너지 분산형 X선 (EDX) 분광학 라인-스캔을 이용하여 생성된 Ti K 형광 X선 강도의 그래프를 보여준다.
도 3b 는 개시된 방법을 이용하여 제조된 PcBN 보디의 에너지 분산형 X선 (EDX) 분광학 라인-스캔을 이용하여 생성된 Co K 형광 X선 강도의 그래프를 보여준다.
도 4 는 PcBN 보디의 개선된 제조 방법의 단계들의 흐름도를 보여준다.
도 5 는 PcBN 보디의 다른 개선된 제조 방법의 흐름도를 보여준다.
여기에서 설명하는 실시형태들의 목적은 PcBN 제조 방법, 및 그러한 방법에 의해 제조된 PcBN 보디를 보여주는 것으로서, 얻어지는 PcBN 보디는 바람직한 특성들 중 하나 이상을 다른 특성을 위해 저하시킴이 없이 획득되는 바람직한 특성들을 갖는다.
따라서, 실시형태들은, 스택 (stack) 의 상이한 층들에 걸친 다양한 농도의 cBN 분말 및 세라믹 분말을 이용하여 PcBN 보디의 납땜 특성을 개선함으로써 관련 기술의 제한 및 단점으로 인한 하나 이상의 문제를 실질적으로 배제하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 보디의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1 은 개선된 방법을 이용하여 제조된 연마되지 않은 PcBN 보디 (101) 의 EDM 컷 단면을 보여준다. 단면은 HPHT 소결 후에 얻어지는 재료를 보여준다. 초경합금 (WC/Co) 기재 (102) 옆에, cBN 층 (103) (고 cBN 재료) 및 cBN 과 세라믹의 인접 혼합물 층 (104) (저 cBN 재료) 이 존재한다. cBN 층 (103) 은 저 cBN 층 (104) 보다 더 낮은 세라믹 농도를 갖는다.
연마되지 않은 PcBN 보디 (101) 를 제조하는 방법은, 내화성 캡슐 내에, 기재 (102), 입방정 질화붕소 (고 cBN) 분말, cBN 과 세라믹 분말들의 혼합물 층 (저 cBN) 을 디포짓팅시키는 단계, 그리고 나서 내화성 캡슐의 내용물에 고온 및 고압 (HPHT) 을 가하는 단계를 포함한다. 기재 (102) 는 Me (C,N) 형태의 금속 카보나이트라이드를 포함한다. 기재 (102) 의 적절한 예에, 금속 코발트 (Co), 초경합금 (WC/Co), 서멧 ((W,Ti)(C,N)/(Co,Ni)), 규소 (Si), 또는 니켈 (Ni) 이 포함된다. 몇몇의 실시형태에서, 고 cBN 의 디포짓팅된 층 및 저 cBN 층들은 분말 또는 프리-콤팩티드 디스크일 수도 있다.
몇몇의 실시형태에서, 예비소결체 (pre-sintered bodies) 로서도 알려져 있는 프리-콤팩티드 디스크는 미국특허 6,676,893 B2 (2004년 1월 13일에 발행된 "절삭 공구의 후속 제조에 적합한 다공성 입방정 질화붕소계 재료 및 그의 제조 방법"; 여기에서 참조로써 인용됨) 에 개시된 방법(들)을 이용하여 제조될 수도 있다.
몇몇의 실시형태에서, 내화성 캡슐은 탄탈 (Ta) 또는 몰리브덴 (Mo) 포일 시트/랩(wrap), 또는 임의의 다른 그레이드 IV-VI 전이금속으로부터 형성될 수도 있다. 탄탈 내화성 캡슐 (컵) 의 실시형태들이 도 2f 내지 도 2g 에 도시되어 있다. 도 2f 는 크림핑되지 않은 상부를 갖는 탄탈 금속 컨테이너 (컵) 를 보여준다. 도 2g 는 크림핑된 상부를 갖는 탄탈 내화성 캡슐 (컵) 을 보여준다.
몇몇의 실시형태에서, 저 cBN 분말에서의 cBN 의 농도는 고 cBN 분말에서의 농도보다 더 낮다.
세라믹 분말은 예컨대 질화티탄 (TiN) 또는 산화알루미늄 (Al2O3) 또는 Ti2AlN 을 포함할 수도 있다. 묘사된 실시형태들의 범위에서 벗어남이 없이 다른 세라믹이 또한 사용될 수도 있다. 예컨대, AlN, TiC, TiCN, ZrN, ZrO2, HfO2 와 같은 세라믹 또는 Me (C,N,O) 와 같은 임의의 다른 그레이드 IV-VI 전이금속이 사용될 수도 있다.
고 cBN 분말은 예컨대 약 90% 의 고 cBN 함량을 갖는다. 층 (103) 은 약 90% cBN 및 약 10% 의 일부 다른 재료(들)를 함유하고, 다른 재료(들)은 세라믹을 포함할 수도 있다. 몇몇의 실시형태에서, cBN 층 (103) 은 TiN 또는 Al2O3 와 같은 세라믹의 예컨대 약 10% 의 비교적 낮은 농도를 또한 포함할 수도 있다. 더욱이, 저 cBN 층 (104) 은 예컨대 약 50% 의 cBN 함량을 가질 수도 있다. 층 (104) 은 TiN 또는 Al2O3 와 같은 세라믹의 예컨대 약 50% 의 비교적 높은 농도를 또한 포함할 수도 있다.
내화성 캡슐의 내용물 (102-104) 에 HPHT 를 가하는 때에, 소결을 개시하기 위해, 기재 (102) 의 Co 는 cBN 분말 층 (103) 을 가로질러 먼저 확산되고, 그리고 나서 몇몇의 실시형태에서, cBN 분말과 세라믹 분말의 혼합물 층 (104) 을 가로질러 확산된다. 그 결과, 몇몇의 실시형태에서, 2 개의 상호확산 층들이 형성될 수도 있다. 기재 (102) 와 고 cBN 층 (103) 사이의 제 1 상호확산 층, 및 고 cBN 층 (103) 과 저 cBN 층 (104) 사이의 제 2 상호확산 층. 예컨대, 2 개의 상호확산 층들을 가로지르는 기재 재료 (예컨대, Co) 의 확산은 기재 층 옆의 고 cBN 층 및 예컨대 저 cBN 층 (104) 과 같은, cBN 층 (103) 에 인접한 임의의 부가적인 PcBN 층(들)에 대한 기재 층 (102) 의 융합을 발생시킨다.
HPHT 가 끝나고 내화성 캡슐의 내용물이 냉각된 후, 상기 방법에 의해, 다양한 농도의 cBN 과 세라믹 재료 (즉, 개별 PcBN 층들) 를 갖는 층들을 구비하는 PcBN 보디가 얻어진다. 얻어지는 PcBN 보디의 바람직한 특성들은, 기재 층 (102) 에 인접한 PcBN 층들 각각에서의 cBN 및 세라믹 재료의 농도를 조절함으로써 제어될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 고 cBN 층 (103) 은 약 86-99 부피% 의 cBN, 88-96 부피% 의 cBN, 및 약 2-8% 의 세라믹 함량을 갖는 금속성 바인더를 갖는다. 몇몇의 실시형태에서, 저 cBN 층 (104) 은 HPHT 후에 약 35-85 부피% 의 cBN, 및 세라믹 특성의 바인더를 갖는다.
개선된 방법을 이용하여 제조된 연마되지 않은 PcBN 보디 (101) 의 단면에서, 기재 층 (102) 의 두께에 해당하는 제 1 양 (amount) 이 예컨대 대략 0.0 내지 8 ㎜ 일 수도 있다. 고 cBN 층 (103) 의 두께에 해당하는 제 2 양이 예컨대 대략 0.3 내지 3.2 ㎜ 일 수도 있고, 대략 0.5 내지 1.0 ㎜ 일 수도 있다. 저 cBN 층 (104) 의 두께에 해당하는 제 3 양이 예컨대 대략 0.2 내지 3.2 ㎜ 일 수도 있고, 대략 0.3 내지 1.0 ㎜ 일 수도 있다.
도 2a 는, 개선된 방법을 이용하여 제조된 연마된 PcBN 보디 (201) 의 단면을 주사 전자 현미경 (SEM) 으로 60배 확대하여 보여준다. 연마된 PcBN 보디 (201) 는, 도시된 것처럼, 제 1 의 WC/Co 초경합금 기재 층 (202), 제 2 의 고 cBN 층 (203), 및 제 3 의 저 cBN 층 (204) 을 갖는다. 이 예에서, 초경합금 기재 층 (202) (그 전부가 도시되지는 않음) 은 약 4 ㎜ 의 두께를 갖는다. 제 2 의 cBN 분말 층 (203) 은 약 0.6 ㎜ 의 두께를 갖는다. 제 3 의 저 cBN 층 (204) 은 약 0.4 ㎜ 의 두께를 갖는다. 연마된 PcBN 보디 (201) 는 앞에서 설명된 방법을 이용하여 제조되었다. HPHT 후, 보디 (201) 를 EDM 커팅하였고, 현미경 관찰을 향상시키기 위해 단면을 연마하였다. 연마는 표준 금속조직학적 방법을 이용하여 행해졌다.
도 2b 내지 도 2e 는 향상된 방법을 이용하여 제조된 PcBN 보디 (201) 의 다양한 층들 및 층간 인터페이스들의 여러 단면들을 SEM 으로 1000배의 더 높은 배율로 보여준다. 특히, 도 2b 는 기재 (202) - 고 cBN 층 (203) 인터페이스 (205) 를 보여주고; 도 2c 는 제 2 층 (203) 을 더 높은 배율 (206) 로 보여주고; 도 2d 는 고 cBN 층 (203) - 저 cBN 층 (204) 인터페이스 (207) 를 보여주고; 도 2e 는 저 cBN 층 (204) 을 더 높은 배율 (208) 로 보여준다.
1000배 배율에서, 카바이드, Co (금속성 바인더), 및 회백색 세라믹 바인더 (cBN 입자들은 어둡게 보인다) 의 입자 구조 (grain structure) 를 보는 것이 용이하다. 기재 (202) 는 그의 WC 및 Co 함량으로 인해 가시 광 콘트라스트 (visible light contrast; 도 2b 참조) 를 갖는다. 제 2 층 (203) 은 도 2e 에서 더 높은 배율 (206) 로 도시되어 있다. 어두은 입자들은 cBN 이고, 바인더 상에서의 밝은 콘트라스트는 스윕으로도 또한 알려져 있는, 기재로부터 상호확산된 Co 때문이다. 제 3 층 (204) 은 더 높은 배율 (208) 로 도시되어 있다. 어두운 입자는 cBN 이고, 회색 상은 Co 상호확산이 없는 세라믹 바인더이다. 기재 층 (202) 대 제 2 층 (203) 의 인터페이스 (205) 및 제 2 층 (203) 대 제 3 층 (204) 의 인터페이스 (207) 쌍방은 다소 단속적 (abrupt) 이다 (도 2b 및 도 2d 참조). PcBN 보디에는 크랙 또는 기공이 나타나지 않고 (도 2b 내지 도 2e 참조), 이는 양호한 결합 특성을 의미한다.
도 2f 내지 도 2g 는 몇몇의 실시형태에 따라 디포짓팅된 내용물을 유지하는데 사용될 수도 있는 내화성 캡슐들 (컵들) (210) 을 보여준다. 도 2f 는, 탄탈로 이루어지고 또한 크림핑되지 않은 상부를 갖는 내화성 캡슐 (210) 을 보여준다. 도 2g 는, 탄탈로 이루어지고 또한 크림핑된 상부를 갖는 내화성 캡슐을 보여준다. 실시형태들의 범위에서 벗어남이 없이 도 2f 또는 도 2g 이외의 다른 내화성 캡슐 타입이 사용될 수도 있다.
도 3a 는 개시된 방법을 이용하여 제조된 PcBN 보디의 에너지 분산형 X선 (EDX) 분광학을 이용하여 생성된 Ti K 형광 X선 강도의 그래프를 보여준다. 그래프 (301) 는 PcBN 보디의 깊이에 걸친 Ti 의 농도를 정량적으로 보여주는, PcBN 보디의 (백색 선 (302) 을 따른) 라인-스캔이다. 라인-스캔 (301) 은 백색 선 (302) 을 따라 상부로부터 저부까지 취해진다. 제 2 - 제 3 층 인터페이스 (303) 가 그래프 (301) 에서 속이 빈 화살표에 해당하므로, 세라믹 TiN 으로서 경계지워질 수도 있는 Ti 는 확산의 어떠한 증거도 나타내지 않는다. PcBN 보디의 상부/의도된 작업면을 향하는 제 3 층 (204) 에서의 TiN 의 존재는, PcBN 층의 화학적 안정성을 증가시키고 또한 그의 사용, 예컨대 경질부 선삭 적용에서의 절삭 공구로서의 사용을 위해 PcBN 보디를 강화하기 위한 것이다. 제 2 층 (203) 에서의 cBN 함량이 높을수록, 재료의 인성 및 경도가 높아진다.
도 3b 는 개시된 방법을 이용하여 제조된 PcBN 보디의 에너지 분산형 X선 (EDX) 분광학을 이용하여 생성된 Co K 형광 X선 강도의 그래프 (305) 를 보여준다. 그래프 (305) 는 PcBN 보디의 깊이에 걸친 코발트 (Co) 의 농도를 정량적으로 보여주는 PcBN 의 라인-스캔이다. 라인-스캔 (306) 은 백색 선 (305) 을 따라 상부로부터 저부까지 취해진다.
PcBN 보디의 라인-스캔들은, 전자 프로브가 PcBN 보디에서의 Co 의 농도에 비례하는 특성 X선 형광을 발생시키는 주사 전자 현미경에서 획득되었다. 이 예에서, 기재 (202) 로부터의 Co 금속은 기재 층과 제 2 층 사이의 제 1 인터페이스 (308) 에서 풍부해지고, 인터페이스 (308) 를 가로질러 제 2 층 (203) 을 통해 확산되지만, 제 2 인터페이스 (307) 를 지나 제 3 층 (204) 내로 확산되지 않는다.
도 4 는 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN 보디) 의 개선된 제조 방법의 단계들 (401-404) 의 흐름도 (400) 를 보여준다. 본 방법은, 내화성 캡슐 내에, 제 1 양의 기재를 디포짓팅시키는 단계 (401); 상기 내화성 캡슐 내에, 제 2 양의 적어도 입방정 질화붕소 (cBN) 를 디포짓팅시키는 단계 (402); 상기 내화성 캡슐 내에, 제 3 양의 cBN 과 세라믹의 혼합물을 디포짓팅시키는 단계 (403); 및 상기 내화성 캡슐의 내용물에 고압 및 고온 (HPHT) 을 가하는 단계 (404) 로서, 상기 제 3 양에서의 cBN 의 제 1 농도가 상기 제 2 양에서의 cBN 의 제 2 농도보다 더 낮고, HPHT 를 가하는 때에, 상기 기재의 Co 가 상기 제 2 양의 적어도 cBN 을 가로질러 먼저 확산되고, 그리고 나서 상기 제 3 양의 cBN 과 세라믹의 혼합물을 가로질러 확산되는, 상기 고압 및 고온을 가하는 단계 (404) 를 포함한다.
본 개시의 범위에서 벗어남이 없이, 하나 이상의 단계들이 상기한 단계들 (401-404) 각각 사이에 삽입되거나 또는 각각을 대신할 수도 있다.
도 5 는 PcBN 보디의 다른 개선된 제조 방법의 단계들 (501-504) 의 흐름도 (500) 를 보여준다. 본 방법은, 내화성 캡슐 내에, 제 1 양의 입방정 질화붕소 (cBN) 와 세라믹의 혼합물을 디포짓팅시키는 단계 (501); 상기 내화성 캡슐 내에, 제 2 양의 적어도 cBN 을 디포짓팅시키는 단계 (502); 상기 내화성 캡슐 내에, 제 3 양의 기재를 디포짓팅시키는 단계 (503); 상기 내화성 캡슐의 내용물에 고압 및 고온 (HPHT) 을 가하는 단계로서, 상기 제 1 양에서의 cBN 의 제 1 농도가 상기 제 2 양에서의 cBN 의 제 2 농도보다 더 낮고, HPHT 를 가하는 때에, 상기 기재의 Co 가 상기 제 2 양의 적어도 cBN 을 가로질러 먼저 확산되고, 그리고 나서 상기 제 1 양의 cBN 과 세라믹의 혼합물을 가로질러 확산되는, 상기 고압 및 고온을 가하는 단계 (504) 를 포함한다. 여기서 이점은 내화성 캡슐이 리드 (lid) 로서 추가의 탄탈 (Ta) 층을 요구하지 않는다는 것이다.
본 개시의 범위에서 벗어남이 없이, 하나 이상의 단계들이 상기한 단계들 (501-504) 각각 사이에 삽입되거나 또는 각각을 대신할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태들과 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는, 특별히 설명되지 않은 추가, 삭제, 수정 및 치환이 첨부된 청구항에서 규정되는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 행해질 수 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims (38)

  1. 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법으로서,
    (1) 기재 (substrate);
    (2) 적어도 입방정 질화붕소 (cBN); 및
    (3) cBN 과 세라믹의 혼합물
    을 디포짓팅 (depositing) 시키는 단계, 및
    고압 및 고온 (HPHT) 을 가하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기재는 카바이드 및 Co 를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 금속과 규소 중 적어도 하나를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 디포짓팅은 탄탈 (Ta), 몰리브덴 (Mo), 또는 그레이드 IV-VI 전이금속의 포일 시트 또는 랩 (wrap) 으로부터 형성된 내화성 캡슐 내로 행해지는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹은 TiN, Al2O3, AlN, TiC, TiCN, ZrN, ZrO2 및 HfO2 로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 내화성 캡슐은, (1) 상기 기재, (2) 상기 cBN, 및 (3) cBN 분말과 세라믹의 혼합물을 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 세라믹은 TiN, Al2O3, AlN, Ti2AlN, TiC, TiCN, ZrN, ZrO2 및 HfO2 로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    HPHT 의 가함을 종료하는 단계를 더 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (3) 에서의 cBN 의 제 1 농도가 상기 (2) 에서의 cBN 의 제 2 농도보다 더 낮은, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 HPHT 를 가할 때, 상기 기재의 카바이드가 상기 (2) 를 가로질러 먼저 확산되고, 그리고 나서 상기 (3) 을 가로질러 확산되는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 (1) 은 0.0 내지 8 ㎜ 의 두께인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 (2) 또는 (3) 은 0.3 내지 3.2 ㎜ 의 두께인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 (2) 는 0.5 내지 1.0 ㎜ 의 두께인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 (3) 은 0.3 내지 1.0 ㎜ 의 두께인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 (2) 는 TiN, Al2O3, AlN, TiC, Ti2AlN, TiCN, ZrN, ZrO2 및 HfO2 로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 (2) 에서, cBN 의 제 2 농도가 TiN, Al2O3, AlN, Ti2AlN, TiC, TiCN, ZrN, ZrO2 및 HfO2 로 이루어진 그룹으로부터의 적어도 하나의 농도보다 더 큰, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 (2) 에서의 TiN 또는 Al2O3 의 제 1 농도가 상기 (3) 에서의 TiN 또는 Al2O3 의 제 2 농도보다 더 작은, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    디포짓팅된 상기 (2) 또는 (3) 이 프리-콤팩티드 (pre-compacted) 디스크의 형태인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    디포짓팅된 상기 (2) 또는 (3) 이 분말의 형태인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 Me (C,N) 형태의 금속 카보나이트라이드를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  20. 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구로서,
    고압 및 고온 (HPHT) 이 가해지는 내용물에,
    (1) 기재;
    (2) 적어도 입방정 질화붕소 (cBN);
    (3) cBN 과 세라믹의 혼합물
    을 포함하고,
    상기 기재는 카바이드 및 Co 를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 기재는 금속과 규소 중 적어도 하나를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 내용물은 탄탈 (Ta), 몰리브덴 (Mo), 또는 그레이드 IV-VI 전이금속의 포일 시트 또는 랩으로부터 형성된 내화성 캡슐에 함유되는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 세라믹은 TiN, Al2O3, AlN, TiC, TiCN, ZrN, ZrO2 및 HfO2 로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 (3) 에서의 cBN 의 제 1 농도가 상기 (2) 에서의 cBN 의 제 2 농도보다 더 낮은, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 HPHT 를 가할 때, 상기 기재의 카바이드가 상기 (2) 를 가로질러 먼저 확산되고, 그리고 나서 상기 (3) 을 가로질러 확산되는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 (1) 은 0.0 내지 8 ㎜ 의 두께인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 (2) 또는 (3) 은 0.3 내지 3.2 ㎜ 의 두께인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  28. 제 20 항에 있어서,
    상기 (2) 는 0.5 내지 1.0 ㎜ 의 두께인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  29. 제 20 항에 있어서,
    상기 (3) 은 0.3 내지 1.0 ㎜ 의 두께인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  30. 제 20 항에 있어서,
    상기 (2) 는 TiN, Al2O3, AlN, TiC, Ti2AlN, TiCN, ZrN, ZrO2 및 HfO2 로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  31. 제 23 항에 있어서,
    상기 (2) 에서, cBN 의 제 2 농도가 TiN, Al2O3, AlN, Ti2AlN, TiC, TiCN, ZrN, ZrO2 및 HfO2 로 이루어진 그룹으로부터의 적어도 하나의 농도보다 더 큰, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  32. 제 23 항에 있어서,
    상기 (2) 에서의 TiN 또는 Al2O3 의 제 1 농도가 상기 (3) 에서의 TiN 또는 Al2O3 의 제 2 농도보다 더 작은, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  33. 제 20 항에 있어서,
    상기 내용물의 상기 (2) 또는 (3) 이 프리-콤팩티드 디스크의 형태인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  34. 제 20 항에 있어서,
    상기 내용물의 상기 (2) 또는 (3) 이 분말의 형태인, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  35. 제 20 항에 있어서,
    상기 기재는 Me (C,N) 형태의 금속 카보나이트라이드를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구.
  36. 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법으로서,
    (ⅰ) 입방정 질화붕소 (cBN) 와 세라믹의 혼합물;
    (ⅱ) 적어도 cBN; 및
    (ⅲ) 기재
    를 디포짓팅시키는 단계, 및
    고압 및 고온 (HPHT) 을 가하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기재는 카바이드 및 Co 를 포함하는, 다결정 입방정 질화붕소 (PcBN) 절삭 공구의 제조 방법.
  37. 삭제
  38. 삭제
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