CN102355969A - 接合体 - Google Patents

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深谷朋弘
平尾隆
中岛猛
西村满夫
藤村明生
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
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Abstract

本发明的接合体为这样的接合体，其包含作为第一被接合材料(1)的硬质合金烧结体和作为第二被接合材料(3)的cBN烧结体或金刚石烧结体。所述第一被接合材料(1)和第二被接合材料(3)由接合材料(2)接合，其中所述接合材料(2)在超过800℃且低于1000℃的温度下形成液相并且其设置在所述第一被接合材料(1)和所述第二被接合材料(3)之间。所述第一被接合材料(1)和所述第二被接合材料(3)通过电阻加热和以0.1至200MPa的压力压制而接合。

Description

接合体
技术领域
本发明涉及接合体，尤其涉及适用于切削工具的接合体。
背景技术
传统上已经制造出通过钎焊法将高硬度材料接合到其尖端上的切削工具(如由cBN(立方氮化硼)或金刚石切削工具所代表的)，并且已将其用于切削加工特殊钢和任何其他各种材料。
具体而言，例如，已经制造并出售了通过钎焊法接合cBN和硬质合金而形成的工具(例如，Sumitomo Electric Hardmetal公司发布的IGETALLOY切削工具(′07-′08总目录)，2006年10月，第L4页，Coated SUMIBORON系列(非专利文献1))。或者，已经提出了通过钎焊法接合PCD(烧结金刚石)或cBN和陶瓷或金属陶瓷而形成的接合体(例如，日本专利公开No.2002-36008(专利文献1)和日本专利公开No.11-320218(专利文献2))。此外，也已经提出了通过采用Cu钎料的钎焊法接合硬质合金或金属陶瓷和高速钢等而形成的切削工具(例如，日本专利公开No.11-294058(专利文献3))。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本专利公开No.2002-36008
PTL 2：日本专利公开No.11-320218
PTL 3：日本专利公开No.11-294058
非专利文献
NPL 1：Sumitomo Electric Hardmetal公司发布的IGETALLOY切削工具(′07-′08总目录)，2006年10月，第L4页，Coated SUMIBORON系列
发明内容
技术问题
然而，在多种钎料中，在大约700℃至800℃出现液相。因此，已经难以在可能超过前述温度的高速切削过程等中应用使用了由钎焊法接合的接合体的述切削工具。此外，钎焊期间形成的液相可能在一些情况下泄漏并且污染被接合的材料，这可能在作为后续步骤的加工过程中产生不利作用。
此外，由于钎料熔融，cBN烧结体或金刚石烧结体相对于硬质合金基材前后左右移动或相对于所述基材倾斜。因此，已经难以相对于硬质合金基材对cBN烧结体定位并且已经难以使切削刃位置相对于硬质合金基材保持稳定。由于这些原因，存在着接合后被接合材料(如cBN烧结体)的磨削量和磨削时间增加的问题。为了解决该问题，考虑到cBN烧结体或金刚石烧结体的位移量和磨削量，已经要求在接合时制备大的cBN烧结体或金刚石烧结体。
鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供适合作为切削工具的接合体，即使切削期间达到比钎料形成液相时的温度高的高温，所述的切削工具也不会发生接合层的接合强度降低，并且也不要求制备磨削允许量大的cBN烧结体或金刚石烧结体。
解决问题的方案
作为认真研究的结果，本发明人已经发现上述问题可以通过下文将予说明的本发明得到解决。
下文将对本发明进行说明。
根据本发明的接合体是这样的接合体，其包含作为第一被接合材料的硬质合金烧结体和作为第二被接合材料的cBN烧结体或金刚石烧结体，所述第一被接合材料和第二被接合材料由接合材料接合，其中所述接合材料在超过800℃且低于1000℃的温度下形成液相并且其设置在所述第一被接合材料和所述第二被接合材料之间，所述第一被接合材料和所述第二被接合材料通过电阻加热并且以0.1至200MPa的压力压制而接合。
在本发明中，由硬质合金烧结体形成的第一被接合材料和由cBN烧结体或金刚石烧结体形成的第二被接合材料由接合材料接合，其中所述接合材料在超过800℃且低于1000℃的温度下形成液相并且其设置在所述第一被接合材料和所述第二被接合材料之间。因此，与通过使用在800℃或更低温度下形成液相的钎料所接合的常规产品不同，可以抑制接合强度的降低并且可以提供适用于高速切削的切削工具等。
此外，可以通过电阻加热和压制将接合材料的厚度控制为30μm或更小，优选为10μm或更小，并且可以使cBN烧结体或金刚石烧结体与硬质合金基材接合的位置稳定。因此，与钎焊接合的情况相比，可以减少接合后磨削加工的量。此外，可以将cBN烧结体的位移量和磨削量设计为需要的最小尺寸，并且cBN烧结体等可以制作得更小。因而，可以抑制昂贵cBN烧结体等的使用量。
由于作为第二被接合材料的cBN烧结体或金刚石烧结体是易热损的并且在高温下易于分解，因此cBN烧结体或金刚石烧结体在短时间内易于热降解。因此，已经难以通过使用在超过800℃且低于1000℃的温度下形成液相的接合材料、借助于需要10分钟或以上的长时间以进行接合的钎焊接合法来获得第一被接合材料和第二被接合材料的接合体。
然而，在本发明中，由于通过在第一被接合材料和第二被接合材料之间施加0.1MPa至200MPa的压制力、同时进行电阻加热来进行接合，因此可以在几秒至几分钟的极短时间内获得牢固的接合。通电时间优选在1分钟内，并且尤其优选在30秒内。因此，作为高压稳定型材料的cBN烧结体或金刚石烧结体可以通过采用在超过800℃且低于1000℃的温度下形成液相的接合材料而与硬质合金接合，而cBN烧结体或金刚石烧结体的品质不会劣化。
过弱的压制力会引起如下问题：例如，在电极与作为被接合材料的cBN烧结体或金刚石烧结体和硬质合金烧结体之间的接触电阻增加，并且电流不流通或者发生放电。另一方面，过强的压制力会引起如下问题：例如，cBN烧结体和硬质合金烧结体变形。在本发明中，由于优选的压制力是0.1MPa至200MPa，因此这些问题不会发生，并且可以获得优选的接合体。1MPa至100MPa的压制力是更优选的，这是因为获得了适宜的接触电阻并且在接合面有效地产生热。10MPa至70MPa的压制力是进一步更优选的，这是因为获得了更适宜的接触电阻并且被接合体难以发生变形。
通过将包含金属粘结剂(如Co)的cBN烧结体或金刚石烧结体以及/或者具有超过70％的高cBN含量的烧结体作为被接合体接合到硬质合金而获得的工具已经具有下述的问题：当在1000℃或更高的温度下通过电阻加热进行接合时，会在cBN烧结体或金刚石烧结体中出现裂纹，这导致难以实现优异的接合。这可能是因为cBN或金刚石与金属粘结剂之间的热膨胀系数差非常大，因而随着加热至1000℃或更高，金属粘结剂的体积膨胀变大，从而在cBN烧结体中出现裂纹，或者在cBN烧结体具有超过70％的cBN含量的情况下，cBN与作为基材的硬质合金之间的热膨胀系数差大，因而在接合后的冷却过程期间在cBN烧结体中出现裂纹。此外，还可能是因为cBN烧结体或金刚石烧结体中的金属粘结剂在1000℃或更高的温度下形成液相，从而在cBN烧结体或金刚石烧结体中出现裂纹。
然而，在本发明中，使用了在低于1000℃的温度下形成液相的接合材料。因此，即使在硬质合金与包含金属粘结剂(如Co)的cBN烧结体或金刚石烧结体、以及/或者具有超过70％的高cBN含量的烧结体接合时，施加至该cBN烧结体或金刚石烧结体上的热负荷变得比在1000℃或更高温度下接合时的热负荷小，并且热膨胀的量变得比在1000℃或更高温度下接合时的热膨胀的量小。因此，因金属粘结剂或硬质合金与cBN或金刚石之间热膨胀系数差所产生的热应力变得更小，在cBN烧结体或金刚石烧结体中不容易产生裂纹，从而可以进行优异的接合。此外，由于cBN烧结体或金刚石烧结体中的金属粘结剂不形成液相，因此可以防止在cBN烧结体或金刚石烧结体中产生裂纹。
在上述的接合体中，接合材料可以是在大于或等于900℃且低于1000℃的温度下形成液相的接合材料。
以这种方式，使用了在大于或等于900℃且低于1000℃的温度下形成液相的接合材料，因而可以提供耐热性及接合力极高的工具。
在上述的接合体中，通过电阻加热，第一被接合材料可以比第二被接合材料更优先发热并且可以被接合。
以这种方式，作为第一被接合材料的硬质合金烧结体比作为第二被接合材料的cBN烧结体或金刚石烧结体更优先发热并且被接合。一般情况下，cBN烧结体或金刚石烧结体的电阻比硬质合金烧结体的电阻高。因此，在电阻加热期间，作为第二被接合材料的cBN烧结体或金刚石烧结体比作为第一被接合材料的硬质合金烧结体更优先发热，这可能导致cBN烧结体或金刚石烧结体的品质劣化(热降解、分解、产生裂纹等)。
为了防止第二被接合材料发生这种品质劣化，需要设计第二被接合材料和接合材料的布置方式以及通电方法，使得在电阻加热期间第一被接合材料比第二被接合材料更优先发热。具体而言，这包括(例如)将不同的材料用于与第二被接合材料接触的电极和与第一被接合材料接触的电极。通过针对各电极使用不同的材料，可以控制第一被接合材料和第二被接合材料中每一者的发热，这是因为流过第一被接合材料的电流量与流过第二被接合材料的电流量不同。此外，可以通过比第二被接合材料更集中地电阻加热第一被接合材料，从而间接地加热第二被接合材料。
以这种方式，通过设计通电路径，第一被接合材料可以比第二被接合材料更优先被加热。因此，该接合材料附近的一部分可以在短时间内(例如，更具体地在1分钟内，并且优选在30秒内)被加热至高温度，而不会将作为第二被接合材料的cBN烧结体或金刚石烧结体加热至比所要求的温度高的温度。因此，可以牢固接合，并且可以充分利用cBN烧结体或金刚石烧结体的特性(如高硬度)，而不会导致cBN烧结体或金刚石烧结体的品质劣化(热降解、分解、产生裂纹等)。
在上述的接合体中，通过电阻加热，接合材料的组分中的至少一种元素可以扩散至第一被接合材料和/或第二被接合材料中。
以这种方式，由于接合材料的组分中的至少一种元素扩散至第一被接合材料和/或第二被接合材料中，因此可以更高效地接合第一被接合材料和第二被接合材料，并且可以获得具有更高接合强度的接合体。
在上述的接合体中，通过电阻加热和压制而发生变形的接合材料可以用于接合。
以这种方式，由于使用了通过电阻加热和压制而变形的接合材料，因此伴随着接合材料变形的物质移动有效地作用于被接合材料与接合材料之间的界面结合，从而可以获得具有高接合强度的接合体。此外，由于通过电阻加热和压制，接合材料随着被接合材料的形状而变形，因此可以增大粘结面积并且可以获得接合强度得以提高的效果。
在上述的接合体中，接合材料可以由包含钛(Ti)、锆(Zr)、钴(Co)、镍(Ni)、银(Ag)和铜(Cu)中的至少一者的合金制成。
以这种方式，通常使用由至少包含Ti、Co和Ni(其用作作为第一被接合材料的硬质合金烧结体和作为第二被接合材料的cBN烧结体或金刚石烧结体的粘结相组分)、或者Ag、Cu和Zr(其相对于cBN烧结体或金刚石烧结体显示出优异的润湿特征)中的任意一者的合金所制成的接合材料。因此，可以获得具有更高接合强度的接合体。
这种接合材料可以包括(例如)Ag-Cu合金、Ag-Ti合金、Ag-Zr合金、Cu-Si合金、Cu-Ti合金、Cu-Zr合金、Ni-Ti合金、Ni-Zr合金、Cu-Mn合金、Ni-Zn合金、及它们的固溶体，以及例如Cu-Ti-Zr合金、Ag-Cu-Ti合金、它们的金属间化合物等。
金属间化合物可以最初包含于接合材料中。此外，构成金属间化合物的元素可以以不同的状态包含于接合材料中，并且金属间化合物可以在接合过程中反应形成。当反应形成金属间化合物时，反应热可以用于接合，因而，反应形成金属间化合物在接合方面更有效。
在上述的接合体中，接合材料可以包含钛(Ti)。
以这种方式，使用包含Ti的材料作为接合材料，其中所述的Ti用作作为第二被接合材料的cBN烧结体或金刚石烧结体的粘结相组分。因而，接合材料中的Ti容易地扩散至第一被接合材料和第二被接合材料中，并且可以获得牢固的接合。
在上述的接合体中，接合材料的至少一部分可以在电阻加热过程中形成液相。
以这种方式，接合材料的至少一部分在电阻加热过程中形成液相。因此，接合体的组分的元素容易扩散至第一被接合材料和第二被接合材料中，从而第一被接合材料和第二被接合材料可以牢固地接合。
在上述的接合体中，接合材料和/或第一被接合材料的粘结相中的镍(Ni)含量以体积百分比数计可以为30体积％或更小。
接合材料和/或第一被接合材料的粘结相中的镍(Ni)含量为30体积％或更小的原因如下，当镍含量超过30体积％时，很可能发生下列现象：当为了提高耐磨性而向接合体施加CVD涂层时，接合材料和第一被接合材料与用作CVD涂层材料的氯气反应，因而CVD膜的生长异常。
在上述的接合体中，可以通过镀敷法在第一被接合材料和/或第二被接合材料的表面上设置接合材料。
以这种方式，通过镀敷法在第一被接合材料和/或第二被接合材料的表面上设置接合材料。在镀敷法中，与接合材料以粉末或糊剂的形式进行涂敷的情况相比，可以容易地控制接合材料的厚度，并且可以容易地将该厚度控制为50μm或更小。因而，在电阻加热和压制时接合后的接合材料的厚度可以变成30μm或更小，优选为10μm或更小，并且可以使接合品质稳定。另外，当将这种构造应用于大规模生产接合体时，易于实现步骤自动化，因而就成本和品质稳定而言，该构造是优选的。
在上述的接合体中，可以通过物理气相沉积法在第一被接合材料和/或第二被接合材料的表面上设置接合材料。
以这种方式，通过物理气相沉积法在第一被接合材料和/或第二被接合材料的表面上设置接合材料。在物理气相沉积法中，与接合材料以粉末或糊剂的形式进行涂敷的情况相比，容易地控制接合材料的厚度，并且可以容易地将该厚度控制为50μm或更小。因而，在电阻加热和压制时接合后的接合材料的厚度可以变成30μm或更小，优选为10μm或更小，并且可以使接合品质稳定。另外，当将这种构造应用于大规模生产接合体时，容易实现机械化和自动化，因而就成本和品质稳定而言，该构造是优选的。尤其优选通过溅射法或电弧气相沉积法成膜。
在上述的接合体中，接合体可以是切削工具。
以这种方式，由于接合体包含作为第一被接合材料的硬质合金烧结体和作为第二被接合材料的cBN烧结体或金刚石烧结体作为被接合材料，因此通过用上述接合材料来接合第一被接合材料和第二被接合材料所获得的接合体可以适宜用作切削工具。具体而言，切削工具可以包括(例如)切削刀片和诸如钻头、立铣刀和铰刀等旋转工具。在本发明中，可以提供一种即使在钎料形成液相时的温度被超过的高速切削中，也不会引起接合材料的接合强度下降的切削工具。
如上所述，在本发明中，可以提供这样一种工具，其可以充分利用cBN烧结体或金刚石烧结体的特性(如高硬度)，而不会引起作为高压稳定型材料的cBN烧结体或金刚石烧结体的品质劣化(热降解、分解、产生裂纹等)。特别是，本发明的工具是优选的，这是因为该工具可以适宜地用作如耐磨工具、采矿及土木工程工具和切削工具等工具。
此外，在本发明中，第二被接合材料可以在不需要衬垫金属(back metal，在切削表面相对侧上设置的硬质合金薄层)的情况下与第一被接合材料接合。然而，第一被接合材料和具有衬垫金属的第二被接合材料形成的接合体也并不排除在本发明之外。
本发明的有益效果
根据本发明，可以提供一种接合体，即使在切削期间达到比钎料形成液相时的温度高的高温，该接合体也不会引起接合层的接合强度降低，并且不需要制备磨削允许量大的cBN烧结体或金刚石烧结体，此外，即使在接合期间容易出现裂纹的cBN烧结体或金刚石烧
结体被接合时，该接合体也适合作为切削工具。
附图简要说明
图1是示出通过电阻加热和压制而进行接合时的一种通电方式的示意图。
图2是示出通过电阻加热和压制而进行接合时的另一种通电方式的示意图。
图3是示出通过旋转工具的电阻加热和压制而进行接合时的一种方式的示意图。
图4是示出通过旋转工具的电阻加热和压制而进行接合时的另一种方式的示意图。
具体实施方式
基于下面将会描述的实施例，将在下文中描述用于实施本发明的方式。应当指出本发明不限于以下实施方案。可以在与本发明范围相同和等同的范围内对以下实施方案进行各种变更。
(关于通过电阻加热和压制而进行接合时的通电)
首先，将参考附图对通过电阻加热和压制而进行接合时的通电方式进行描述。
1.第一通电方式
图1是示出通过电阻加热和压制而进行接合时的一种通电方式的示意图。在图1中，被接合材料1和3分别是第一被接合材料(硬质合金烧结体)和第二被接合材料(cBN烧结体或金刚石烧结体)，并且被接合材料1和3借助于夹在两者之间的接合材料2而接合。
具体而言，被接合材料1和3以及接合材料2夹在电极(石墨)4之间。将压力施加至被接合材料1和3、接合材料2和电极4，并使电流流过电极4。由于电极4跨越被接合材料1和被接合材料3，故可以形成电路，借助于该电路，即使当被接合材料中的任一者具有高电阻时，足够用于接合的电流也会流过电阻较低的被接合材料。
将通过电阻加热在超过800℃且低于1000℃的温度下形成液相的材料用作接合材料2。这里，希望接合材料2是这样一种材料，其具有在上述的解决问题所用的手段中所描述的特性。
电流流过电极4引起被接合材料1和3以及接合材料2产生电阻热，因而，使被接合材料1和3接合。应当指出两个电极4当然由具有导电性的材料制成，并且期望的是由不与被接合材料1和3且也不与接合材料2反应的材料制成。即使当两个电极4由与被接合材料1和3及接合材料2反应的材料制成，可以通过在电极4和被接合材料1和3之间布置碳板材来抑制与电极的反应。
2.第二通电方式
图2是示出通过电阻加热和压制而进行接合时的另一种通电方式的示意图。在图2中，分割电极5与第二被接合材料3接触，电极4与第一被接合材料1接触。通过对电极4和分割电极5使用不同的材料，可以改变它们的电导率和热导率。此外，可以将不同的电流分别施加至第一被接合材料和第二被接合材料，并且可以大幅度改变它们的温度。因而，即使是易于热降解的被连接材料，也能够被接合而不会发生热降解。另外，通过分割电极并且独立地压制各个电极，可以高精度地控制施加至第一被接合材料和第二被接合材料上的压力，因而，可以提高接合强度。因此，电极的分割是优选的。
3.第三通电方式
图3是示出通过旋转工具的电阻加热和压制而进行接合时的一种方式的示意图。在图3中，布置被接合材料1和被接合材料3使得接合材料2夹在两者之间，并且电极4分别与各被接合材料接触。通过在电极之间施加电压，使电流流过被接合材料1和3以及接合材料2，这引起加热，从而将被接合材料1和被接合材料3接合。为了流过足够用于加热的电流，优选的是，电极4与被接合材料1和3尽可能近地接触。当被接合材料3具有高电阻时，预先向被接合材料3的一部分中添加电阻低的材料。因此，可以确保电流路径并且可以流过足够用于接合的电流。优选的是，电极4与被接合材料1和3紧密接触。
4.第四通电方式
图4是示出通过旋转工具的电阻加热和压制而进行接合时的另一种方式的示意图。在图4中，布置被接合材料1和被接合材料3使得接合材料2夹在两者之间，并且所述电极分别与各个被接合材料接触。不同于第三通电方式，所述电极被分成用于通电和压制的电极7和电极9、以及主要用于通电的电极6和电极8。因此，即使当被接合材料1和3具有高电阻时，电流可以优先地从电极6和电极8流经已经添加有低电阻材料的一部分被接合材料1和3，并且仅对需要压制和加热的部分进行压制和加热。应当指出电极7可以与电极6接触并且电极9可以与电极8接触。此外，电流可以不流过电极7和电极9。另外，优选的是，其中电极6和电极8的位置以及流过电极6和电极8的电流量可以彼此独立地被调节的构造，因为该构造可以应对形状和特性的变化。另外，电极6至9可以全部由相同材料制成，可以部分地由不同的材料制成，或者可以全部由不同的材料制成。或者，仅与被接合材料1和3接触的部分可以由不同的材料制成。
(关于通过利用电阻加热和压制来接合时的接合)
接下来，将描述利用上述图1至4中所示的通电方式来进行电阻加热和压制时的接合。
通电条件根据使用的被接合材料和使用的接合材料的材料等来适当地确定。优选通电时间在1分钟内，特别是在大约30秒内，从而在除了靠近接合材料部分以外的部分中不会引起被接合材料变形或熔融以及粒子粗大。
作为通过电阻加热和压制来接合的接合材料的方式，除了将粉末或糊剂形式的接合材料施加到第一被接合材料和/或第二被接合材料的表面上的方法之外，还可以采用通过镀敷法或物理气相沉积法来涂覆第一被接合材料和第二被接合材料的方法。对于接合强度的稳定化来说，通过镀敷法或物理气相沉积法来涂覆第一被接合材料和第二被接合材料的方法尤其是优选的，因为该方法在被接合材料被接合材料涂覆后有利于被接合材料的处理，在接合步骤的自动化方面有利，并且有利于控制涂覆膜的厚度。
通过电阻加热和压制，接合材料容易变形，接合材料与被接合材料之间的粘着性增强，并且元素扩散容易进行。因此，可以显著提高接合强度。特别是，当将本发明的接合体应用于切削工具(例如切削刀片)时，作为基材的第一被接合材料和第二被接合材料的接合面指向图1中的垂直方向和水平方向两个方向，并且有必要在这两个方向牢固地接合第一被接合材料和第二被接合材料。在这种情况下，优选从这两个方向进行压制。
压制力过弱是不适宜的，因为这种压制力引起电极与被接合材料之间的接触电阻增加并且电流不能流过或者发生放电。压制力过强也是不适宜的，因为这种压制力引起硬质合金烧结体的变形。在本发明中，0.1MPa至200MPa的压制力是适宜的。
关于接合过程中的气氛，因为被接合材料和接合材料均包含金属，因此期望的是在真空下或在惰性气体中或在还原性气氛中接合。虽然对真空度没有特别地限制，但是期望的是真空度高于13.3Pa(0.1Torr)。惰性气体可以包括氩气、氦气、氮气或它们的混合气体。还原性气氛可以包括其中将小比例的氢气与上述惰性气体混合的气体气氛、以及用于在被接合材料附近安置被加热的石墨的方法。
关于流过的电流的方式，如果电流能够使得被接合材料和接合材料加热至适宜的温度，则直流电和交流电均可以使用。特别是，由于可以改变电流峰值以及脉冲直流电的脉冲开启/关闭之间的比值，因此可以瞬间加热接合面并且可以使被接合体的总体温度控制范围变宽。因此，脉冲直流电在接合方面是有效的。
(实施例1至6和对比例1和2)
本发明的实施例和对比例涉及接合过程中的压制力、接合强度和被接合材料的变形之间的关系。
如图1中所示，将带有三角形衬垫金属的cBN刀片(第二被接合材料)安装在由硬质合金制成并且具有埋头孔的基材(第一被接合材料)上，其中所述的三角形衬垫金属的表面涂覆有10μm厚的Ni-7重量％P(熔点：约900℃)镀层，之后在真空中，在以垂直方向分别施加0.05MPa(对比例1)、0.1MPa(实施例1)、10MPa(实施例2)、30MPa(实施例3)、70MPa(实施例4)、100MPa(实施例5)、200MPa(实施例6)和250MPa(对比例2)压力的状态下，通过电阻加热和压制进行接合。结果，获得了实施例1至6和对比例1和2的接合体。应当指出使用石墨作为电极并且将石墨板插在该电极与被接合材料之间以防止与电极反应。在脉冲电流值为1900A、脉冲开启/关闭比为1∶1、脉冲宽度为10ms、通电时间为10秒、负荷为0.98kN和接合体的温度为大于或等于接合材料的熔点且低于1000℃的条件下，使脉冲直流电通过。应当指出使用两种类型的WC-5％Co(被接合材料A)和WC-10％Co(被接合材料B)(二者均以重量％表示(以质量计的百分数))作为由硬质合金制成的基材(第一被接合材料)。
测定所获得的各接合体的接合强度(剪切断裂强度)，另外，观察各被接合材料在接合层附近有无变形。结果在表1中示出。
[表1]
Figure BPA00001437618800131
如表1所示，当压制力是0.1MPa至100MPa(实施例1至5)时，获得了与常规钎焊产品的强度相等的强度，并且未观察到被接合材料的变形。此外，当压制力是100MPa至200MPa时，取决于被接合材料的组成，未观察到变形。然而，当压制力极低(对比例1)时，没有发生接合，并且当在超过200MPa的压制力下进行压制时(对比例2)，无论被接合材料的组成如何，接合层附近的被接合材料发生变形。因此，证实了本发明中优选的压制力是0.1MPa至200MPa。
(实施例7)
接下来，通过作为物理气相沉积法的溅射法而不是镀敷法在带有衬垫金属的cBN(第二被接合材料)处设置厚度为5μm的Ti-50重量％Cu层(熔点：约960℃)，并且使cBN与硬质合金基材(第一被接合材料)接合。此时，使用前述的被接合材料A和被接合材料B作为硬质合金基材(第一被接合材料)，并且接合条件与实施例3的接合条件相同。因此，证实了cBN和硬质合金在没有任何空隙的情况下接合，并且Ti-Cu层介于它们之间。据推测，这是因为在结合期间形成液相所致。应当指出被接合材料A的接合强度是250MPa并且被接合材料B的接合强度是270MPa。
接下来，对其中使用材料A和B作为第一被接合材料的实施例3的接合体和实施例7的接合体分别进行金刚石砂轮磨削加工，随后，通过使用已知的CVD法，在870℃的涂覆温度下涂覆厚度为5μm的TiCN，并且观察CVD膜的生长。因此，在接合材料是Ni-P的实施例3的接合体中，无论第一被接合材料是什么类型，总是观察到CVD薄膜的异常生长。另一方面，在接合材料不是Ni-P而是Ti-Cu的实施例7的接合体中，无论第一被接合材料是什么类型，总是见不到CVD薄膜的异常生长。
(实施例8)
接下来，将通过在溶剂中溶解50体积％Cu-25体积％Ti-25体积％Zr粉末(熔点：约850℃)所形成的材料(接合材料)涂敷至硬质合金基材(被接合材料A：第一被接合材料)，并且安装无衬垫金属的cBN刀片(第二被接合材料)，在与实施例3相同的通电条件下借助电阻加热和压制进行接合。证实了该接合体的接合强度是210MPa，与常规钎焊产物的接合强度相等。在该接合部分中观察到厚度为20μm的致密Cu-Ti-Zr层，并证实Cu-Ti-Zr粉末被熔融或烧结。
(实施例9)
接下来，基于上述实施例8，为了缩短通电时间，改变实施例8中所述条件中的通电时间以确定接合条件。因此，当通电时间从实施例8中的10秒改变成8秒时，在其脉冲电流值比实施例8中所述电流值(1900A)大200A的电流下，可以进行优异的接合。另外，当通电时间改变成6秒时，通过将脉冲电流进一步增加200A，可以进行优异的接合。
(实施例10)
接下来，为了在cBN(第二被接合材料)的背面也实现精确接合，从两个方向施加压力，同时进行接合。如上述实施例中那样，所述压力以垂直方向由上部电极和下部电极施加，并且从侧面独立地施加负荷以使得以水平方向压制cBN。应当指出使用被接合材料A作为第一被接合材料。使用与实施例3中所用的cBN相同的cBN(该cBN带有涂覆有Ni-P镀层的衬垫金属)，并且在脉冲电流为3000A、脉冲开启/关闭比为1∶4和通电时间为10秒的条件下进行接合。
因此，cBN的底面和背面均与硬质合金基材接合，同时Ni-P层介于它们之间。此时的接合强度是320MPa，获得了比压制期间仅以垂直方向进行压制时获得的接合强度更高的接合强度。
(实施例11)
接下来，将用于电阻加热和压制的电极中的上部电极分割开来，并且针对用于压制硬质合金基材(被接合材料A：第一被接合材料)的电极和用于压制无衬垫金属的cBN(第二被接合材料)的电极使用不同的材料。结果，不同的电流流经各电极，并且流过硬质合金基材的电流值也变得与流过cBN的电流值不同。因此，可以极大地改变硬质合金基材和cBN的温度，并且可以降低其中高温降解成为顾虑的cBN的温度。
石墨用作用于对硬质合金基材进行电阻加热和压制的电极，并且hBN用作用于对cBN进行电阻加热和压制的电极。hBN是电绝缘材料并且几乎没有电流流过hBN。通过溅射法cBN涂覆有10μm厚度的69体积％Ag-26体积％Cu-5体积％Ti(熔点：约820℃)。在下述条件下进行实验：脉冲电流为2500A、脉冲开启/关闭比为1∶2、脉冲宽度为10ms、通电时间为10秒并且负荷为0.98kN，结果，可以在cBN不会热降解的情况下进行接合。推测原因如下：几乎没有电流流过cBN，并且cBN本身不引起焦耳热生成，同时硬质合金基材优先被加热，因此可以在不提高cBN的温度的情况下进行接合。应当指出接合强度是200MPa，与常规钎焊产物的接合强度相等。
(实施例12)
按照与实施例11类似的方法获得接合体，不同之处在于使用未分割的电极作为上部电极。所得的接合体的接合强度是250MPa，其与常规钎焊产品的接合强度相等并且高于实施例11中的接合强度。然而，所得接合体的一部分cBN具有裂纹，并且观察到因热所致的品质劣化。
基于实施例11和12的结果，证实了通过控制对cBN(第二被接合体)的电力供应并且优先加热硬质合金(第一被接合体)，能够在cBN(第二被接合体)不发生热降解的情况下获得具有高接合强度的接合体。
(实施例13)
接下来，用于压制cBN(第二被接合材料)的电极由导电材料制成而不是由实施例11中所述的绝缘性hBN制成。这里，使用这样的材料，其电导率比用于压制硬质合金基材(第一被接合材料)的电极的电导率高。结果，不同的电流能够流过硬质合金基材和cBN，使得流过硬质合金基材的电流能够加热cBN附近的基材并且流过cBN的电流能够优先对接合材料进行加热。
具体而言，使约1900A电流流过硬质合金基材并且使约1000A电流流过cBN(电流值为估计值)，以通过电阻加热和压制进行接合。此时，硬质合金基材中埋头孔的深度与cBN的高度之间的差是0.1mm，通过使用分割电极，即使当间隙大时，也能够对硬质合金基材和cBN进行压制。作为通电的结果，可以在cBN未降解的情况下进行牢固接合。
参考符号列表
1第一被接合材料；2接合材料；3第二被接合材料；4、6、7、8、9电极；5分割电极。

Claims (12)

1.一种接合体，包含作为第一被接合材料(1)的硬质合金烧结体和作为第二被接合材料(3)的cBN烧结体或金刚石烧结体，所述第一被接合材料(1)和所述第二被接合材料(3)由接合材料(2)接合，其中所述接合材料(2)在超过800℃且低于1000℃的温度下形成液相并且其设置在所述第一被接合材料(1)和所述第二被接合材料(3)之间，所述第一被接合材料(1)和所述第二被接合材料(3)通过电阻加热并且以0.1至200MPa的压力进行压制而接合。
2.根据权利要求1所述的接合体，其中
所述接合材料(2)为在大于或等于900℃且低于1000℃的温度下形成液相的接合材料。
3.根据权利要求1所述的接合体，其中
通过电阻加热，所述第一被接合材料(1)比所述第二被接合材料(3)更优先发热并且被接合。
4.根据权利要求1所述的接合体，其中
通过电阻加热，所述接合材料(2)的组分中的至少一种元素扩散至所述第一被接合材料(1)和/或所述第二被接合材料(3)中。
5.根据权利要求1所述的接合体，其中
通过电阻加热和压制而变形的接合材料(2)用于接合。
6.根据权利要求1所述的接合体，其中
所述接合材料(2)由包含钛(Ti)、锆(Zr)、钴(Co)、镍(Ni)、银(Ag)和铜(Cu)中的至少一者的合金制成。
7.根据权利要求6所述的接合体，其中
所述接合材料(2)包含钛(Ti)。
8.根据权利要求1所述的接合体，其中
所述接合材料(2)的至少一部分在电阻加热过程中形成液相。
9.根据权利要求1所述的接合体，其中
所述接合材料(2)和/或所述第一被接合材料(1)的粘结相中的镍(Ni)含量以体积百分数计为30体积％或更小。
10.根据权利要求1所述的接合体，其中
通过镀敷法，在所述第一被接合材料(1)和/或所述第二被接合材料(3)的表面上设置所述接合材料(2)。
11.根据权利要求1所述的接合体，其中
通过物理气相沉积法，在所述第一被接合材料(1)和/或所述第二被接合材料(3)的表面上设置所述接合材料(2)。
12.根据权利要求1所述的接合体，其中
所述接合体是切削工具。
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