JP2004353047A

JP2004353047A - 硬質複合焼結体および硬質構造体並びに製造方法

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Publication number: JP2004353047A
Application number: JP2003153330A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Shibata; 大輔柴田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: JP4351470B2

Abstract

【課題】耐摩耗性はもちろんのこと強度・靭性にも優れた硬質複合焼結体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】炭化タングステン、窒化チタンまたは炭窒化チタンのいずれかからなる第１硬質相２：５０〜９５体積％と、ダイヤモンド粒子３：５〜５０体積％と、第１硬質相２以外の周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の第２硬質相４：０〜１５体積％と、を鉄族金属からなる結合相５にて結合し、かつＩＳＯ４５０５の合金の多孔度にて規定される遊離炭素量がＣ０２以下である硬質焼結体６からなる長尺状の芯材７の外周面を、芯材７とは異なる組成からなる硬質焼結体からなる表皮材８によって被覆してなる硬質複合焼結体１を作製する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長尺状の芯材とその外周を被覆した表皮材で構成される硬質複合焼結体および複合構造体並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、繊維等長尺状の芯材の外周を他の部材にて被覆することにより、構造体の硬度や強度に加えて靭性を改善する技術が研究されており、例えば、特許文献１では、サーメット（例えばＷＣ−Ｃｏ）、ダイヤモンド焼結体、ｃＢＮ焼結体等の高硬度焼結体からなる芯材の外周に、芯材とは異なる組成の高靭性焼結体を被覆した硬質複合焼結体を具備する複合構造体を作製することによって、硬度を低下させることなく、構造体の破壊抵抗を増大して靭性を高められることが記載されている。
【０００３】
一方、特許文献２、３では、表面にＴｉＮ等のコーティングを施したダイヤモンド粒子を超硬合金原料中に添加することによって、焼成時に熱分解するダイヤモンド粒子の分解を抑制し、かつダイヤモンド粒子が脱落することなく均質に分散した焼結体が得られることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許６０６３５０２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平９−１９４９７８号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平１２−５４０５６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のような複合構造体では、芯材として硬度および靭性に優れたダイヤモンド粒子を分散した超硬合金を用いると、複合構造体を作製する際に多量の有機バインダを添加して共押出成形を行うために、ダイヤモンド粒子が焼成雰囲気によって分解してカーボンとして析出したり、大きなボイドが発生する可能性があり、硬質複合焼結体の組織内に構造欠陥となりうる不均質部分が生じて強度が低下してしまうという問題があり、また、焼成中に多量の有機バインダが分解揮散した部分が空隙となってしまい、焼成中にこの空隙を消失させて構造体を緻密化する際に大きな焼成収縮が生じる結果、焼成後の硬質複合焼結体においては芯材と表皮部材との間に大きな残留応力が発生したり、場合によっては両者間に剥離が生じやすくなり、硬質複合焼結体の強度が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２、３のように、ＴｉＮで被覆したダイヤモンド粒子を原料として添加して硬質複合焼結体を作製すると、上記複合構造部材の多量の有機バインダを分解・揮散させるカーボン多過雰囲気中では焼成時に生じるダイヤモンド粒子の分解を抑制することが困難であり、焼結体中にダイヤモンド粒子が分解したグラファイトとして多量に析出してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は上記課題に対してなされたもので、その目的は、多量の有機バインダを用いて作製する硬質複合焼結体において、硬質合金中にダイヤモンド粒子を分散した焼結体を芯材として用いる場合においても、ダイヤモンド粒子が焼成中に分解してグラファイト化してしまうことを抑制して、耐摩耗性はもちろんのこと強度・靭性にも優れた硬質複合焼結体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題に対して検討した結果、多量の有機バインダを用いて作製する硬質複合焼結体の芯材として硬質合金原料粉末中に、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の群より選ばれる少なくとも一種の金属を被覆したダイヤモンド粒子を添加、混合することにより、焼成中の多量の有機バインダ成分が揮散する高炭素雰囲気であってもダイヤモンド粒子が分解してグラファイト化することを抑制して、芯材をダイヤモンド粒子５〜５０体積％含有し、かつ遊離炭素をＣ０２以下とすることができ、優れた耐摩耗性を有し、かつ超硬合金と同等の強度・靭性を有する硬質複合焼結体が得られることを知見した。
【００１１】
すなわち、本発明の硬質焼結体は、炭化タングステン、窒化チタンまたは炭窒化チタンのいずれかからなる第１硬質相５０〜９５体積％と、ダイヤモンド粒子５〜５０体積％と、前記第１硬質相以外の周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の第２硬質相０〜１５体積％とを鉄族金属からなる結合相にて結合し、かつＩＳＯ４５０５の合金の多孔度にて規定される遊離炭素量がＣ０２以下である硬質焼結体からなる長尺状の芯材の外周面を、該芯材とは異なる組成の硬質焼結体からなる表皮材によって被覆してなることを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、前記ダイヤモンド粒子の６０％以上の外周表面が前記第２硬質相によって包含されていることによって、ダイヤモンド粒子と硬質焼結体マトリックスとの密着が強固になりダイヤモンド粒子の脱落を抑えるという効果がある。
【００１３】
また、前記ダイヤモンド粒子を包含する第２硬質相の濃度がダイヤモンド粒子の外周表面から前記結合相に向かって次第に減少していることにより、ダイヤモンド粒子の硬質焼結体への結合力はさらに高まり、ダイヤモンド粒子の脱落をさらに抑えることができる。
【００１４】
なお、上記硬質複合焼結体を具備する硬質複合構造体は、硬度、強度および靭性に優れており、例えば、掘削工具、切削工具、耐摩部材、摺動部材、耐熱部材等の構造部材として応用することが可能である。
【００１５】
さらに、本発明の複合硬質焼結体の製造方法は、（ａ）周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種の粉末と、鉄族金属粉末と、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の群より選ばれる少なくとも一種の金属を被覆したダイヤモンド粒子と、有機バインダとからなる混合物を長尺状に成形して芯材用成形体を作製する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程の成形体とは異なる組成からなる表皮材用成形体を成形して前記（ａ）工程の芯材用成形体の外周を被覆するように配した複合成形体を作製する工程と、（ｃ）前記複合成形体中を焼成する工程とを具備することを特徴とするものであり、上記工程において、ダイヤモンド粒子を被覆する金属を（ｃ）工程の焼成中に炭化することにより焼結体中にダイヤモンド粒子を強固に分散維持させることが可能となる。この際、ダイヤモンド原料粉末を被覆し、所望により第２硬質相を形成する４ａ、５ａ、６ａ金属は硬質複合焼結体中の結合金属がダイヤモンド粒子中に拡散してダイヤモンド粒子がグラファイトかするのを防ぐ効果があり、また、焼成中にダイヤモンド粒子がグラファイト化した炭素を上記金属が反応して消費し炭化物とすることによって分散したダイヤモンド粒子を健全な状態に保ち、焼結体中のダイヤモンド粒子の含有割合を高めることができるとともに、焼結体中に強度低下の要因となる残留炭素の析出を抑制することが可能である。
【００１６】
なお、上記複合焼結体中のダイヤモンド粒子をグラファイト化させることなく、かつ硬質焼結中から脱落させず強固に結合させるためには、原料中の前記ダイヤモンド粒子の外周表面を被覆した前記金属の被覆厚みが０．１〜３μｍであることが望ましい。
【００１７】
また、前記（ｃ）工程において、前記ダイヤモンド原料粉末を被覆する前記金属を焼成中に炭化させることが、焼成中に多量の有機バインダが分解揮散した空隙を金属の炭化による体積膨張によって消失させて焼結体を緻密化させ、焼結体の芯材と表皮部材との間の大きな残留応力の発生や剥離による強度低下を抑制する点で望ましい。
【００１８】
さらに、前記（ａ）工程における前記有機バインダを前記混合物全体に対して３０〜７０体積％の割合で添加することが、均質な構造の複合成形体および硬質複合焼結体を作製する点で望ましい。
【００１９】
また、前記（ａ）工程において、前記周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属粉末を１〜２０質量％の割合で別途さらに添加し、前記（ｃ）工程において、前記ダイヤモンド粉末が焼成時に分解して生じた分解成分と前記金属粉末が反応して炭化し体積膨張するように焼成することにより、硬質焼結体中には熱的に安定な圧縮残留応力が生じて硬質複合焼結体が強靭化するとともに、分散ダイヤモンド粒子が脱落しにくくなり、ロウづけや溶接施工が簡単となり、本材料の適用分野を広げることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の硬質複合焼結体について、その一実施例である図１の概略断面図およびその一部分の拡大図を基に説明する。
【００２１】
図１によれば、硬質複合焼結体１は、炭化タングステン、窒化チタンまたは炭窒化チタンのいずれかからなる第１硬質相２：５０〜９５体積％と、ダイヤモンド粒子３：５〜５０体積％と、第１硬質相２以外の周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の第２硬質相４：０〜１５体積％と、を鉄族金属からなる結合相５にて結合し、かつＩＳＯ４５０５の合金の多孔度にて規定される遊離炭素量がＣ０２以下である硬質焼結体からなる長尺状の芯材７の外周面を、芯材７とは異なる組成からなる硬質焼結体（表皮材８）によって被覆してなるものである。
【００２２】
これによって、芯材７の硬質焼結体中のダイヤモンド粒子３が脱落することなく分散し、硬質複合焼結体１の耐摩耗性を著しく向上させるという効果がある。
【００２３】
すなわち、ダイヤモンド粒子３の含有量を５〜５０体積％としたのは５体積％より少ないとダイヤモンド粒子３を含有させたことによる特性向上の効果が現れにくく硬度が低下し、ダイヤモンド粒子３の含有量が５０体積％より多いと芯材７の緻密化が困難となり強度低下が著しくなるためである。ダイヤモンド粒子３の含有量の特に好ましい範囲は１０〜４０体積％、特に１０〜３５体積％である。なお、本発明によれば、複合焼結体１の表皮材８中にも上述したダイヤモンド粒子３を分散させることができる。
【００２４】
また、本発明によれば、図１（ｂ）に示す図１（ａ）のＰ部についての拡大図に示すように、ダイヤモンド粒子３の６０％以上の外周表面が第２硬質相４によって包含されていることによって、ダイヤモンド粒子３が焼結体１との密着が強固になりダイヤモンド粒子３の脱落を抑えるという効果がある。なお、ダイヤモンド粒子３の外周表面はすべて第２硬質相４にて包含されることが望ましいが、本発明によれば、必ずしも外周表面すべてにわたって包含されなくても外周表面の６０％以上、特に８０％以上の部分が包含されているものであれば充分にダイヤモンド粒子３の結合力を高めることができる。
【００２５】
ここで、第２硬質相４のダイヤモンド粒子２への包含の有無は、複合焼結体の断面における走査型電子顕微鏡（ＥＰＭＡ）写真において反射電子像（ＢＥＩ）によるコントラスト、または電子プローブマイクロ分析法（ＥＰＭＡ）による組成マッピングにて定量化することができ、包含しているとはダイヤモンド粒子２の外周表面の８０％以上が周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の群から選ばれる少なくとも１種以上の金属元素の炭化物および炭窒化物と接した状態を指す。なお、本発明によれば、第２硬質相４は第１硬質相２以外の周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群より選ばれる少なくとも一種、いわゆるＢ１型固溶体からなる。
【００２６】
また、ダイヤモンド粒子３を包含する第２硬質相４の濃度がダイヤモンド粒子３の外周表面から結合相５に向かって次第に減少していることにより、ダイヤモンド粒子３の焼結体１への結合力はさらに高まり、ダイヤモンド粒子３の脱落をさらに抑えることができる。この濃度分布は走査型電子顕微鏡（ＥＰＭＡ）にて測定可能である。
【００２７】
ここで、本発明においては、硬度、強度、靭性のバランスの点で芯材の平均直径Ｄ_１と表皮材８の平均厚みＤ_２との比Ｄ_２／Ｄ_１が０．０５〜０．５であることが望ましい。なお、本発明において芯材７が円以外の形状からなる場合には、平均直径Ｄ１は各芯材７の面積から平均面積を算出し、芯材７を円とみなして見積もることができる。また、表皮材８の平均厚みＤ２は各芯材７間の最短距離を平均した値にて算出できる。
【００２８】
製造方法
次に、本発明の複合焼結体を製造する方法について図２の模式図をもとに説明する。
【００２９】
（ａ）工程
まず、芯材として平均粒径０．３〜３μｍの周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種の粉末を４０〜９０体積％と、平均粒径１０μｍ以下の鉄族金属粉末を５〜１５体積％と、平均粒径０．３〜３０μｍの被覆されたダイヤモンド粒子を５〜５０体積％とを混合し、これにパラフィンワックス、ポリスチレン、ポリエチレン、エチレン−エチルアクリレ−ト、エチレン−ビニルアセテート、ポリブチルメタクリレート、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート等の有機バインダを添加して混錬して、プレス成形、押出成形または鋳込成形等の成形方法により円柱状の芯材用成形体１２を作製する。
【００３０】
ここで、後述する共押出成形によって均質な複合成形体を得るためには、前記有機バインダの添加量を３０〜７０体積％、特に４０〜６０体積％とすることが望ましい。
【００３１】
（ｂ）工程
一方、前記芯材とは異なる組成の表皮材をなす原料粉末を混合し、前述したバインダとともに混錬してプレス成形、押出成形または鋳込み成形等の成形方法により半割円筒形状の２本の表皮部材用成形体１３を作製し、この表皮材用成形体１３を芯材用成形体１２の外周を覆うように配置した複合成形体１１を作製する（図２（Ａ）参照）。
【００３２】
そして、上記複合成形体１１を押出成形機１４を用いて芯材用成形体１２と表皮部材用成形体１３を共押出成形することにより芯材用成形体１２の周囲に表皮部材用成形体１３が被覆された、細い径に伸延された複合繊維成形体１５を作製する（図２（Ｂ）参照）。また、マルチフィラメント構造の集束複合繊維体１６を作製するには、上記共押出した長尺上の複合繊維成形体１５を複数本収束して再度共押出成形すれば良い（図２（Ｃ）参照）。
【００３３】
さらに上記伸延された長尺状の複合繊維成形体１５を所望により再度共押出成形して、断面が円形、三角形、四角形をなす長尺状に成形することもできる。また、図３に示すように、上記長尺状の複合繊維成形体１５を整列させてシート１７とし、このシート１７複数枚を長尺状の複合繊維成形体１５同士が並行、直行または４５°等の所定の角度をなすように積層された積層体１８ａ〜１８ｃとすることもでき、さらに、公知のラピッドプロトダイビング法等の成形方法によって任意の形状に積層体を成形することも可能である。さらには、上記整列したシートまたはこのシートを断面方向にスライスした硬質複合焼結体のシートを従来の超硬合金等の硬質合金（塊状体）の表面に貼り合わせ、または接合することも可能である。
【００３４】
（ｃ）工程
上記複合繊維成形体１５、集束繊維成形体１６、シート１７、積層体１８のいずれかを３００〜７００℃で１０〜２００時間昇温または保持する脱バインダ処理した後、真空中、または不活性雰囲気中、所定温度、時間で焼成することにより本発明の硬質複合焼結体１または硬質複合構造体を作製することができる。
【００３５】
また、本発明によれば、芯材７中に添加した第１硬質相２または第２硬質相４の金属成分と同じ金属粉末を添加させた場合、焼結時に前記有機バインダの残渣として残存する残留炭素とを反応して炭化物を生成させることにより、余分な残留炭素の残存を低減することができるとともに、芯材７の焼結に伴う収縮を抑制して芯材７と表皮材８との間に生じる残留応力を低減し、かつ剥離を防止することができる。
【００３６】
さらに、本発明によれば、硬質複合焼結体１中にダイヤモンド粒子３を安定して強固に結合させるためには、例えば通電加圧焼結であれば焼結温度は加圧焼結時の鉄族金属が芯材７と表皮材８のとの間でしみ出し、拡散して、芯材７と表皮材８の組成が制御できなくなることを防止する点で１３００〜１４５０℃、特に１３００〜１４００℃であることが望ましい。
【００３７】
また、焼結体１の緻密化およびダイヤモンド粒子３の分解制御の点で、前記焼結温度での保持時間は２０秒以上１０分以内、特に１〜５分であることが望ましい。さらに、焼結体１の緻密化の点で加圧力は１０〜１００ＭＰａであることが望ましく、加圧力が１００ＭＰａを超える圧力とするためには特殊な焼結装置が必要となり製造コストが増大する。
【００３８】
【実施例】
（実施例）
平均粒径１．５μｍのＷＣ粉末、平均粒径１μｍのＣｏ粉末、平均粒径２μｍのＴｉＣ粉末および平均粒径１μｍの金属Ｗ粉末とをそれぞれ表１に示す割合で秤量してアトライターを用いて粉砕混合し、マトリックスとなる硬質部材原料粉末を用意した。
【００３９】
一方、ダイヤモンド粒子に公知のイオンプレーティング法によって表１に示す膜厚、膜種の材種を被覆したダイヤモンド粒子を表１に示す割合で添加し混合した。それに有機バインダとしてセルロース、ポリエチレングリコールを、溶剤としてポリビニルアルコールを総量で原料粉体と同体積分加えて混錬して、円柱形状に押出成形して芯材用成形体を作製した。
【００４０】
一方、表１の試料Ｎｏ．１０の組成からなる混合粉末を用いて半割円筒形状の表皮部材用成形体２つを押出成形にて作製し、前記表１の各芯材用成形体の外周を覆うように配置して複合成形体を作製した。
【００４１】
そして、上記複合成形体を押出成形して芯材と表皮材が共に押出されて伸延された複合成形体を作製した後、この伸延された複合成形体１００本を収束して再度押出成形機内に挿入して再度共押出成形し、マルチフィラメントタイプの集束繊維成形体を作製した。
【００４２】
【表１】

【００４３】
次に、上記マルチフィラメントタイプの集束繊維成形体を５０ｍｍの長さにカットし、並列に整列させてシート状とし、このシート６枚を隣接するシート内の硬質複合繊維焼結体同士が４５°の角度となるように積層して直方体形状の積層成形体を作製した。
【００４４】
その後、前記積層体に対して３００〜７００℃まで１００時間で昇温することによって脱バインダ処理を行った後、黒鉛型に装填し、１．３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）以下の真空中で加圧力２０ＭＰａの加圧条件下で、直流電流を流して焼結した。昇温速度は１００℃／分で１３５０℃まで昇温し、その温度で３分間保持した後、５０℃／分の速度で冷却した。このようにして得られた焼結体は、割れもなく良好な外観を呈していた。これら焼結体の黒皮（表面変質部）を除去後、アルキメデス法で比重を測定したところ、試料Ｎｏ．１〜５のいずれの焼結体も緻密で９８％以上の理論密度を有していた。なお、試料Ｎｏ．６〜９の密度は９５％程度であった。
【００４５】
得られた硬質複合焼結体から３×４×１２ｍｍのサンプルを切り出し、軸中心に２０ｍ／ｍｉｎで回転している直径が２０ｍｍの円盤状状ＳｉＣ砥石に、硬質複合焼結体３×４ｍｍの面を２０Ｎの圧力で１０分間押しつけた時の摩耗量を測定する耐摩試験を行った。評価方法としては、標準試料としてＮｏ．１０のサンプルの摩耗量を１００とした時のＮｏ．１〜９の焼結体の摩耗量を比摩耗量として算出し、耐摩耗性として表記した。
【００４６】
次にこの研磨面を鏡面仕上げし、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して硬質複合焼結体中のダイヤモンド粒子の外周表面に包含層が存在するか、および包含層の包含率・平均厚みを画像解析法にて測定するとともに、ＩＳＯ４５０５に準じて遊離炭素の含有量を特定した。なお、本発明においては、焼結体断面についての１０００倍の走査型電子顕微鏡写真にて遊離炭素の析出が認められなかった試料については遊離炭素の評価をＣ００として判定した。また、包含相が存在する試料についてはその近傍について波長分散型Ｘ線マイクロアナリシスの線分析を行い、包含層領域付近の組成傾斜の有無を測定した。なお、各試料について芯材の平均直径Ｄ_１と表皮材の厚みＤ_２との比（Ｄ_２／Ｄ_１）は０．１であった。さらにＪＩＳＲ１６０７に準じたＩＦ法により破壊靭性値を測定した。
【００４７】
また、上記サンプルを３ｍｍ×４ｍｍ×スパン１０ｍｍの長さに加工してＪＩＳＲ１６０１に準じた三点曲げ抗折力試験を行った。これら結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】

【００４９】
表２の結果に示すように、本発明に従い、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属を外周表面に被覆したダイヤモンド粒子を原料とし、硬質焼結体内部にダイヤモンド粒子を含有するとともに、遊離炭素がＣ０２以下である試料Ｎｏ．１〜５については、耐摩耗性、破壊靭性および強度共に優れていることが確認できた。
【００５０】
本発明を用いた試料は分散ダイヤモンド粒子がＢ１型固溶体相で包含されている構造であり、その為、硬質焼結体マトリックスとの結合強度が高まり、破壊靭性および強度を維持したまま耐摩耗性を著しく向上することができた。特に、包含相が傾斜組成を取る試料Ｎｏ．１、２、４、５はさらに優れた結合力を得ることができ、耐摩耗性が向上している。
【００５１】
これに対して、何も被覆しないか、または周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属以外の化合物を外周表面に被覆したダイヤモンド粉末を原料として用いた試料Ｎｏ．６〜９については、硬質焼結体中に分散するダイヤモンド粒子の外周にグラファイト相が析出しており、破壊靭性および強度が低いものであった。さらに試料Ｎｏ．８および９については特にグラファイト相が多く摩耗試験の際、ダイヤモンド粒子が脱落し、標準試料である芯材中にダイヤモンド粒子を含有しない超硬合金の試料Ｎｏ．１０よりも劣る結果となった。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明の硬質複合焼結体によれば、多量の有機バインダを用いて作製する複合焼結体の芯材として硬質合金原料粉末中に、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の群より選ばれる少なくとも一種の金属を被覆したダイヤモンド粒子を添加、混合することにより、焼成中にダイヤモンド粒子が分解してグラファイト化することを抑制して、芯材をダイヤモンド粒子５〜５０体積％含有し、かつ遊離炭素がＣ０２以下である焼結体とすることができ、優れた耐摩耗性を有し、かつ超硬合金と同等の強度・靭性を有する硬質複合焼結体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の硬質複合焼結体の一例を示す、（ａ）概略断面図、（ｂ）（ａ）のＰ部拡大図である。
【図２】本発明の硬質複合焼結体の製造工程を示す概略図である。
【図３】本発明の硬質複合焼結体の配置例を示す概略図である。
【符号の説明】
１硬質複合焼結体
２第１硬質相
３ダイヤモンド粒子
４第２硬質相
５結合相
７芯材
８表皮材
１１成形体
１２芯材用成形体
１３表皮部材用成形体
１４押出成形機
１５複合成形体
１６マルチフィラメント構造の複合成形体
１７シート成形体
１８積層成形体

Claims

炭化タングステン、窒化チタンまたは炭窒化チタンのいずれかからなる第１硬質相５０〜９５体積％と、ダイヤモンド粒子５〜５０体積％と、前記第１硬質相以外の周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の第２硬質相０〜１５体積％とを鉄族金属からなる結合相にて結合し、かつＩＳＯ４５０５の合金の多孔度にて規定される遊離炭素量がＣ０２以下である硬質焼結体からなる長尺状の芯材の外周面を、該芯材とは異なる組成の硬質焼結体からなる表皮材によって被覆してなることを特徴とする硬質複合焼結体。
前記ダイヤモンド粒子の６０％以上の外周表面が前記第２硬質相によって包含されていることを特徴とする請求項１記載の硬質複合焼結体。
前記ダイヤモンド粒子を包含する第２硬質相の被覆厚みが０．１〜５μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の硬質複合焼結体。
前記ダイヤモンド粒子を包含する第２硬質相の濃度がダイヤモンド粒子の外周表面から前記結合相に向かって次第に減少していることを特徴とする請求項２または３記載の硬質複合焼結体。
請求項１乃至４のいずれか記載の複合焼結体を具備する複合構造体。
（ａ）周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種の粉末と、鉄族金属粉末と、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の群より選ばれる少なくとも一種の金属を被覆したダイヤモンド粒子と、有機バインダとからなる混合物を長尺状に成形して芯材用成形体を作製する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程の成形体とは異なる組成からなる表皮材用成形体を成形して前記（ａ）工程の芯材用成形体の外周を被覆するように配した複合成形体を作製する工程と、
（ｃ）前記複合成形体中を焼成する工程とを具備することを特徴とする複合焼結体の製造方法。
前記ダイヤモンド粒子の外周表面を被覆した周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属の群より選ばれる少なくとも一種の金属の被覆厚みが０．１〜３μｍであることを特徴とする請求項６記載の複合焼結体の製造方法。
前記（ｃ）工程において、前記ダイヤモンド粒子を被覆する前記金属を焼成中に炭化させることを特徴とする請求項６または７記載の硬質複合焼結体の製造方法。
前記（ａ）工程における前記有機バインダを前記混合物全体に対して３０〜７０体積％の割合で添加することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか記載の硬質複合焼結体の製造方法。
前記（ａ）工程において、前記周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属粉末を１〜２０質量％の割合でさらに添加し、前記（ｃ）工程において、前記ダイヤモンド粉末が焼成時に分解する分解成分と前記金属粉末が反応して炭化し体積膨張するように焼成することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか記載の硬質複合焼結体の製造方法。