JP2006255853A - Sintered tool - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sintered tool provided with high welding resistance, wear resistance, and flaking resistance by preventing the occurrence of flaking caused by wear and impact due to welding or diffusion of a workpiece. <P>SOLUTION: The sintered tool 11 is composed by using a composite structure 16 composed by coating the outer peripheral face of a long core material, which is composed of a diamond sintered body formed by joining between diamond particles with an iron group metal, with an outer skin material composed of a sintered alloy formed by joining one or more kinds of hard particles among the carbide, nitride, and carbonitride of at least one kind of metal element selected from the groups IVa, Va, and VIa metals in the periodic table with the iron group metal. The outer skin material contains 1-45 vol.% of a carbon nanotube 32 in which directions of fibers are oriented in one direction. At least an angle θ formed by the orientation direction of the carbon nanotube 32 and a rake face 15 is 45-90 degrees at the cutting edge part in the sintered tool. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、長尺状の芯材が表皮材で被覆された複合繊維体を用いた焼結工具に関する。   The present invention relates to a sintered tool using a composite fiber body in which a long core material is covered with a skin material.

従来から、材料の硬度および強度とともに靱性を改善するために、金属の酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物等の焼結体で形成される長尺状の芯材の外周面を他の焼結体で形成される表皮材で被覆した複合繊維体(繊維状の複合材料)が知られている。この複合繊維体としては、例えば特許文献1に記載されたものが挙げられる。   Conventionally, in order to improve the toughness as well as the hardness and strength of the material, the outer peripheral surface of the long core formed of a sintered body of metal oxide, carbide, nitride, carbonitride, etc. A composite fiber body (fibrous composite material) coated with a skin material formed of a sintered body is known. As this composite fiber body, what was described in patent document 1, for example is mentioned.

しかしながら、この文献に記載されているような従来の複合繊維体を用いた焼結工具では、必要とされる高い硬度および強度と優れた靱性とを兼ね備えたものを得ることは困難であり、その結果、切削や掘削における耐摩耗性が得られないという問題がある。特に、前記表皮材は、加工物が溶着しやすく、摩耗が大きい。   However, in the sintered tool using the conventional composite fiber body as described in this document, it is difficult to obtain what has the required high hardness and strength and excellent toughness. As a result, there is a problem that wear resistance in cutting and excavation cannot be obtained. In particular, the skin material is easily welded to the workpiece and has a large amount of wear.

ところで、ダイヤモンドは最も硬い物質であり、そのダイヤモンドを用いたダイヤモンド質焼結体は優れた耐摩耗性を有することが知られている。このため、ダイヤモンド質焼結体は、切削工具、掘削工具等の各種工具や、線引きダイスのような耐摩耗性が必要とされる分野で用いられている。   By the way, diamond is the hardest substance, and it is known that a diamond-like sintered body using the diamond has excellent wear resistance. For this reason, diamond-like sintered bodies are used in various tools such as cutting tools and excavating tools, and in fields where wear resistance such as a drawing die is required.

一般に、ダイヤモンド質焼結体は、Co等の鉄族金属を結合材としている。特許文献2には、機械加工用のダイヤモンドバイトにおいて、ダイヤモンド結晶が隣接するダイヤモンド結晶と直接結合しており、ダイヤモンド結晶材の塊が焼結炭化物支持材(結合材)の塊と直接結合している複合物(ダイヤモンド質焼結体)が記載されている。このダイヤモンド質焼結体は、ダイヤモンド粉末をWC−Co超硬合金母材上に配置し、ついで、高温高圧下で超硬合金母材からCoあるいはCo−W−C共晶液相をダイヤモンド粉末中に溶浸させ、焼結することによって得ている。   In general, a diamond sintered body uses an iron group metal such as Co as a binder. In Patent Document 2, in a diamond tool for machining, a diamond crystal is directly bonded to an adjacent diamond crystal, and a lump of diamond crystal material is directly bonded to a lump of a sintered carbide support material (binding material). The composite (diamond sintered body) is described. In this diamond sintered body, diamond powder is placed on a WC-Co cemented carbide base material, and then a Co or Co-WC eutectic liquid phase is converted from the cemented carbide base material to the diamond powder under high temperature and pressure. It is obtained by infiltrating inside and sintering.

しかしながら、上記ダイヤモンド質焼結体は、ダイヤモンド粒子の脱落を防止するために、鉄族金属などの結合材でダイヤモンド粒子を保持している。このため、Al−Si合金やTi合金等の切削加工中に工具の温度が上昇する。この温度上昇は、特に工具のすくい面において大きく、その結果、すくい面に加工物が溶着し、その溶着によってダイヤモンド粒子が剥離し、加工物成分の工具内部への拡散による摩耗(クレータ摩耗)が進行するという問題がある。また、ダイヤモンド質焼結体は、硬度が高く靭性が低いので、掘削加工のように鉱物粒子が激しく衝突する場合には、すくい面側が大きく剥離するフレーキングの問題があった。   However, the diamond sintered body holds the diamond particles with a binder such as an iron group metal in order to prevent the diamond particles from falling off. For this reason, the temperature of a tool rises during cutting of Al-Si alloy or Ti alloy. This temperature increase is particularly large on the rake face of the tool. As a result, the workpiece is welded to the rake face, and the diamond particles are peeled off by the welding, resulting in wear due to diffusion of the workpiece components into the tool (crater wear). There is a problem of progress. Further, since the diamond sintered body has high hardness and low toughness, there has been a problem of flaking in which the rake face side is largely peeled off when the mineral particles collide violently as in excavation.

米国特許6063502号明細書US Pat. No. 6,063,502 特公昭52−12126号公報Japanese Examined Patent Publication No. 52-12126

本発明の課題は、加工物の溶着や加工物成分の工具内部への拡散による摩耗を防止し、しかも衝撃によるフレーキングを防止して、耐溶着性、耐摩耗性および耐フレーキング性に優れた焼結工具を提供することである。   The object of the present invention is to prevent wear due to welding of workpieces and diffusion of workpiece components into the tool, and to prevent flaking due to impact, and is excellent in welding resistance, wear resistance and flaking resistance. Is to provide a sintered tool.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ダイヤモンド質焼結体からなる長尺状の芯材の外周面を、焼結合金からなる表皮材で被覆した複合繊維体を用いた焼結工具において、前記表皮材に所定量のカーボンナノチューブを特定方向に配向させた状態で含有させることで、カーボンナノチューブの特長である高い熱伝導性および靭性を生かし、焼結工具の切刃と加工物との接触面で発生する熱を効果的に工具全体に拡散させて逃がすことができるので、加工物の溶着および溶着した加工物の工具内部への拡散を防止でき、また、加工時の衝撃エネルギーを分散させることによってフレーキングを防止して耐溶着性、耐摩耗性およびフレーキング性に優れた焼結工具が得られることを見出した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has obtained a composite fiber body in which the outer peripheral surface of a long core made of a diamond-like sintered body is covered with a skin material made of a sintered alloy. In the sintered tool used, the skin material contains a predetermined amount of carbon nanotubes oriented in a specific direction, taking advantage of the high thermal conductivity and toughness that are the characteristics of carbon nanotubes. Since the heat generated at the contact surface between the blade and the workpiece can be effectively diffused and released throughout the tool, welding of the workpiece and diffusion of the welded workpiece into the tool can be prevented. It was found that by dispersing the impact energy at the time, flaking is prevented and a sintered tool having excellent welding resistance, wear resistance and flaking property can be obtained.

より詳細には、表皮材にカーボンナノチューブを所定量含有させ、そのカーボンナノチューブの配向方向をすくい面に対して45〜90°になるように配置することによって、加工中に最も温度が上昇するすくい面に発生した熱を効果的に逃がし、加工物の溶着および拡散による摩耗を抑制することができると共に、フレーキングが発生するような加工時の衝撃エネルギーをカーボンナノチューブが分散することにより吸収し、クラックの進行を抑制することができる。   More specifically, a rake whose temperature rises most during processing is obtained by containing a predetermined amount of carbon nanotubes in the skin material and arranging the orientation direction of the carbon nanotubes to be 45 to 90 ° with respect to the rake face. The heat generated on the surface is effectively released, wear due to welding and diffusion of the work piece can be suppressed, and impact energy during processing that causes flaking is absorbed by the carbon nanotubes being dispersed, The progress of cracks can be suppressed.

すなわち、上記課題を解決するための本発明の焼結工具は、以下の構成からなる。
(1)ダイヤモンド粒子間を鉄族金属で結合したダイヤモンド質焼結体からなる長尺状の芯材の外周面を、周期律表4a,5a,6a族金属から選ばれる少なくとも1種の金属元素の炭化物、窒化物および炭窒化物のうち1種以上の硬質粒子を鉄族金属で結合した焼結合金からなる表皮材で被覆してなる複合繊維体を用いた焼結工具であって、前記表皮材は繊維の向きが一方向に配向したカーボンナノチューブを1〜45体積%含有し、少なくとも切刃部における前記カーボンナノチューブの配向方向とすくい面とのなす角θが45〜90°であることを特徴とする焼結工具。
(2)前記芯材は、繊維の向きが一方向に配向したカーボンナノチューブを1〜45体積%含有する(1)に記載の焼結工具。
(3)前記複合繊維体の断面観察において、前記カーボンナノチューブの平均直径が1〜500nm、アスペクト比が2〜500である(1)または(2)に記載の焼結工具。
(4)前記カーボンナノチューブの表面の一部または全部が、周期律表4a,5a,6a族金属、AlおよびSiから選ばれる少なくとも1種の金属、または該金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の少なくとも1種で被覆されている(1)〜(3)のいずれかに記載の焼結工具。
(5)工具本体と、該工具本体の取付座にろう付けされた切刃チップとからなり、該切刃チップの少なくとも切刃部が前記複合繊維体からなる(1)〜(4)のいずれかに記載の焼結工具。
That is, the sintered tool of the present invention for solving the above problems has the following configuration.
(1) At least one metal element selected from the periodic table 4a, 5a, and 6a group metals on the outer peripheral surface of the long core material composed of the diamond sintered body in which the diamond particles are bonded with the iron group metal A sintered tool using a composite fiber body formed by coating a skin material composed of a sintered alloy in which one or more hard particles of carbides, nitrides, and carbonitrides are bonded with an iron group metal, The skin material contains 1 to 45% by volume of carbon nanotubes whose fibers are oriented in one direction, and at least the angle θ between the orientation direction of the carbon nanotubes at the cutting edge and the rake face is 45 to 90 °. A sintered tool characterized by
(2) The sintering tool according to (1), wherein the core material contains 1 to 45% by volume of carbon nanotubes whose fibers are oriented in one direction.
(3) The sintered tool according to (1) or (2), wherein an average diameter of the carbon nanotube is 1 to 500 nm and an aspect ratio is 2 to 500 in cross-sectional observation of the composite fiber body.
(4) A part or all of the surface of the carbon nanotube is at least one metal selected from Group 4a, 5a and 6a metals of the periodic table, Al and Si, or carbide, nitride and carbonitride of the metal The sintered tool according to any one of (1) to (3), which is coated with at least one of the above.
(5) The tool body and a cutting edge chip brazed to a mounting seat of the tool body, and at least the cutting edge portion of the cutting edge chip is formed of the composite fiber body. A sintered tool according to the above.

上記(1)に記載の発明によれば、高い耐溶着性、耐摩耗性および耐フレーキング性を備えた長寿命の焼結工具が得られるという効果がある。上記(2)に記載の発明によれば、芯材中にも所定の方向に配向したカーボンナノチューブを含有するので、焼結体の熱伝導性が高まり、切刃で発生する熱を焼結体全体により素早く逃がすことができる。これにより、特にドライ加工のように切刃が高温になりやすく、かつ加工物が溶着しやすい場合であっても、高い耐溶着性が得られる。上記(3)に記載の発明によれば、カーボンナノチューブの繊維強化作用を高め、優れた強度、靱性を発揮させることができる。上記(4)に記載の発明によれば、焼成時にカーボンナノチューブが酸化して分解したり、カーボンナノチューブが焼結時に結合相(表皮材における鉄族金属)中へ溶解してカーボンナノチューブが細くなってしまい本来の効果が発揮できなくなるのを抑制することができる。上記(5)に記載の発明によれば、切刃チップを工具本体の取付座にろう付けするタイプであるので、焼結体中のカーボンナノチューブの繊維方向を工具の切刃部の形状に応じて容易に制御することができると共に、複数のコーナーに切刃を設ける場合にも、焼結体中のカーボンナノチューブの配列を容易に調整することができる。   According to the invention described in (1) above, there is an effect that a long-life sintered tool having high welding resistance, wear resistance, and flaking resistance can be obtained. According to the invention described in (2) above, since the core material contains carbon nanotubes oriented in a predetermined direction, the thermal conductivity of the sintered body is increased, and the heat generated by the cutting blade is increased. The whole can be escaped quickly. As a result, high welding resistance can be obtained even when the cutting edge is likely to become high temperature and the workpiece is easily welded as in dry processing. According to the invention described in (3) above, it is possible to enhance the fiber reinforcing action of the carbon nanotubes and to exhibit excellent strength and toughness. According to the invention described in (4) above, the carbon nanotubes are oxidized and decomposed during firing, or the carbon nanotubes are dissolved in the binder phase (iron group metal in the skin material) during sintering, and the carbon nanotubes become thin. Therefore, it is possible to prevent the original effect from being exhibited. According to the invention described in (5) above, since the cutting edge tip is brazed to the mounting seat of the tool body, the fiber direction of the carbon nanotubes in the sintered body depends on the shape of the cutting edge portion of the tool. In addition, the arrangement of the carbon nanotubes in the sintered body can be easily adjusted even when cutting edges are provided at a plurality of corners.

以下、本発明の一実施形態にかかる焼結工具について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態の焼結工具を構成する複合繊維体を示す斜視図である。図2は、本実施形態にかかる焼結工具を示す斜視図である。図3は、本実施形態にかかる焼結工具の切刃チップ付近を示す概略断面図である。
(複合繊維体)
図1に示すように、複合繊維体1は長尺状の芯材2の外周面が表皮材3で被覆された構造を有している。
Hereinafter, a sintering tool according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a composite fiber body constituting the sintered tool of the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing the sintering tool according to the present embodiment. FIG. 3 is a schematic sectional view showing the vicinity of the cutting edge tip of the sintering tool according to the present embodiment.
(Composite fiber)
As shown in FIG. 1, the composite fiber body 1 has a structure in which an outer peripheral surface of a long core material 2 is covered with a skin material 3.

芯材2は、ダイヤモンド粒子間を鉄族金属で結合したダイヤモンド質焼結体からなる。ダイヤモンド粒子の平均粒径は、好ましくは50μm以下、より好ましくは0.1〜10μmであるのがよい。また、鉄族金属としては、Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)が挙げられる。このうち、Coを必須として含有するのが、ダイヤモンド粒子の脱粒を抑制できる点で望ましく、さらには鉄族金属としてCoのみからなることが、ダイヤモンド粒子の結合力を高めかつ切削工具として用いたときの耐溶着性の点で望ましい。また、その含有量は4〜10体積%であることが望ましい。   The core material 2 is composed of a diamond sintered body in which diamond particles are bonded with an iron group metal. The average particle diameter of the diamond particles is preferably 50 μm or less, more preferably 0.1 to 10 μm. Examples of the iron group metal include Fe (iron), Co (cobalt), and Ni (nickel). Among these, containing Co as an essential component is desirable in that it can suppress the degranulation of diamond particles, and further comprising only Co as an iron group metal when used as a cutting tool to increase the bonding force of diamond particles. It is desirable in terms of welding resistance. Further, the content is desirably 4 to 10% by volume.

上記ダイヤモンド質焼結体中のダイヤモンド粒子の含有量は好ましくは50〜98体積%、より好ましくは75〜92体積%であるのがよい。ダイヤモンド粒子の含有量がこの範囲内であることにより、焼結体としての硬度を維持して工具としての耐摩耗性を維持でき、かつダイヤモンド粒子を強固に保持してダイヤモンド粒子の脱粒を抑制し摩耗が進行するのを抑制できる。   The content of diamond particles in the diamond sintered body is preferably 50 to 98% by volume, more preferably 75 to 92% by volume. When the content of diamond particles is within this range, hardness as a sintered body can be maintained to maintain wear resistance as a tool, and diamond particles can be held firmly to prevent diamond particles from falling out. It is possible to suppress the progress of wear.

表皮材3は、周期律表4a,5a,6a族金属から選ばれる少なくとも1種の金属元素の炭化物、窒化物および炭窒化物のうち1種以上の硬質粒子を鉄族金属で結合した焼結合金からなる。硬質粒子としては、例えばWC、TiC、TiCN、TiN、TaC、NbC、ZrC、ZrN、VC、Cr2CおよびMo2Cからなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。また、鉄族金属としては、芯材2で例示したものと同様のものが挙げられる。なお、上記した硬質粒子は、前記芯材2をなすダイヤモンド質焼結体中に10体積%以下の割合で含有させてもよい。 The skin material 3 is a burn-in bond in which one or more hard particles of carbides, nitrides, and carbonitrides of at least one metal element selected from the group 4a, 5a, and 6a metals of the periodic table are bonded with an iron group metal. Made of gold. Examples of the hard particles include at least one selected from the group consisting of WC, TiC, TiCN, TiN, TaC, NbC, ZrC, ZrN, VC, Cr 2 C, and Mo 2 C. Moreover, as an iron group metal, the thing similar to what was illustrated with the core material 2 is mentioned. The hard particles described above may be contained in the diamond sintered body constituting the core material 2 in a proportion of 10% by volume or less.

表皮材3は、繊維の向きが一方向に配向したカーボンナノチューブを1〜45体積%含有する。カーボンナノチューブの含有量が1体積%より小さいと、カーボンナノチューブを含有する効果が発揮されず、45体積%より多いと、カーボンナノチューブの凝集物が生成し、その凝集物が破壊源となって欠損が発生するおそれがある。   The skin material 3 contains 1 to 45% by volume of carbon nanotubes in which the direction of the fibers is oriented in one direction. If the content of carbon nanotubes is less than 1% by volume, the effect of containing carbon nanotubes will not be exhibited. If the content is more than 45% by volume, aggregates of carbon nanotubes will be generated, and these aggregates will become fracture sources and become deficient. May occur.

カーボンナノチューブは、繊維の向きが一方向に配向している。そして、後述する焼結工具の少なくとも切刃部におけるカーボンナノチューブの配向方向とすくい面とのなす角θが45〜90°、好ましく80〜90°である。本発明における、カーボンナノチューブの配向方向および角θは、例えば後述する走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて測定することができる。   In the carbon nanotube, the direction of the fibers is aligned in one direction. And the angle (theta) which the orientation direction of a carbon nanotube and the rake face in at least the cutting edge part of the sintering tool mentioned later make is 45-90 degrees, Preferably it is 80-90 degrees. The orientation direction and angle θ of the carbon nanotube in the present invention can be measured using, for example, a scanning electron microscope (SEM) described later.

芯材2は、繊維の向きが一方向に配向したカーボンナノチューブを1〜45体積%含有するのが好ましい。これにより、複合繊維体1の熱伝導性が高まり、切刃部で発生する熱を焼結体全体により素早く逃がすことができる。また、カーボンナノチューブの含有量が上記範囲であれば、カーボンナノチューブが凝集して破壊源となることもない。なお、カーボンナノチューブは、表皮材3で例示したのと同様に、焼結工具の切刃部におけるカーボンナノチューブとすくい面とのなす角θが、45〜90°、好ましく80〜90°であるのがよい。   The core material 2 preferably contains 1 to 45% by volume of carbon nanotubes whose fibers are oriented in one direction. Thereby, the thermal conductivity of the composite fiber body 1 is increased, and the heat generated at the cutting edge can be quickly released from the entire sintered body. Further, when the content of the carbon nanotube is within the above range, the carbon nanotube does not aggregate and become a source of destruction. In the carbon nanotube, the angle θ between the carbon nanotube and the rake face in the cutting edge portion of the sintered tool is 45 to 90 °, preferably 80 to 90 °, as exemplified in the skin material 3. Is good.

本発明におけるカーボンナノチューブは、直径1μm以下の円筒繊維状をなす炭素管のことを意味する。本発明では、複合繊維体1の断面観察において、カーボンナノチューブの平均直径が1〜500nm、アスペクト比が2〜500であるのが好ましく、特に、平均直径が5〜200nm、アスペクト比が5〜200であるのがカーボンナノチューブの特長をより効果的に発揮させ、焼結体内へのナノチューブの分散性および配向性を高めると共に、焼結体の強度を高める上でより好ましい。なお、複合繊維体1の断面観察は、複合繊維体をカットし、その断面を走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて観察することにより行われる。   The carbon nanotube in the present invention means a carbon tube having a cylindrical fiber shape with a diameter of 1 μm or less. In the present invention, in the cross-sectional observation of the composite fiber body 1, it is preferable that the average diameter of the carbon nanotubes is 1 to 500 nm and the aspect ratio is 2 to 500, and in particular, the average diameter is 5 to 200 nm and the aspect ratio is 5 to 200. This is more preferable for making the characteristics of the carbon nanotubes more effective, increasing the dispersibility and orientation of the nanotubes in the sintered body, and increasing the strength of the sintered body. In addition, the cross-section observation of the composite fiber body 1 is performed by cutting the composite fiber body and observing the cross section using a scanning electron microscope (SEM) or the like.

上記カーボンナノチューブの平均直径が1nm〜500nmの範囲内であると、カーボンナノチューブを表皮材3および心材2に均一に混合分散させることができ、かつ破壊源となる可能性も低くなる。また、カーボンナノチューブのアスペクト比が2〜200の範囲内であると、カーボンナノチューブの繊維形状から得られる効果(繊維強化作用)を発揮し、かつ従来から公知の混合方法で均一分散させることも可能である。   When the average diameter of the carbon nanotubes is in the range of 1 nm to 500 nm, the carbon nanotubes can be uniformly mixed and dispersed in the skin material 3 and the core material 2, and the possibility of becoming a breakage source is reduced. In addition, when the aspect ratio of the carbon nanotube is within the range of 2 to 200, the effect (fiber reinforcing action) obtained from the fiber shape of the carbon nanotube is exhibited, and it is also possible to uniformly disperse by a conventionally known mixing method It is.

さらに、カーボンナノチューブは、その表面の一部または全部が、周期律表第4a、5a、6a族金属、Al(アルミニウム)およびSi(シリコン)から選ばれる少なくとも一種の金属、または該記金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の少なくとも1種で被覆されているのが好ましい。これにより、焼成中に酸化して分解したり、結合相として機能する鉄族金属へ溶解することによる繊維強化作用の低下を抑制できると共に、加工中の耐酸化性を高めることができる。特に、本発明では、上記カーボンナノチューブを被覆する物質としては、製法上簡便なTi(チタン)、Si(シリコン)が望ましく、また、より細いカーボンナノチューブに用いる場合に特に上記被覆が効果的である。   Further, the carbon nanotube has at least a part of the surface thereof at least one metal selected from Group 4a, 5a, 6a metal of the periodic table, Al (aluminum) and Si (silicon), or a carbide of the metal. It is preferable to coat with at least one of nitride and carbonitride. Thereby, it can suppress the fall of the fiber reinforcement effect | action by being oxidized and decomposed | disassembled during baking or melt | dissolving in the iron group metal which functions as a binder phase, and can improve the oxidation resistance during a process. In particular, in the present invention, Ti (titanium) and Si (silicon), which are simple in terms of manufacturing method, are desirable as the material for coating the carbon nanotubes, and the coating is particularly effective when used for thinner carbon nanotubes. .

前記周期律表第4a、5a、6a族金属、Al(アルミニウム)およびSi(シリコン)から選ばれる少なくとも一種の金属、または該記金属の炭化物、窒化物および炭窒化物としては、例えば金属Ti、金属Si、TiCおよびSiCの群から選ばれる1種または2種以上等が挙げられる。   Examples of the periodic table groups 4a, 5a, and 6a, at least one metal selected from Al (aluminum) and Si (silicon), and the carbide, nitride, and carbonitride of the metal include, for example, metal Ti, One type or two or more types selected from the group of metals Si, TiC and SiC can be used.

(焼結工具)
次に、複合繊維体1を材料の一部として用いた焼結工具の一実施形態について説明する。図2,図3に示すように、焼結工具11は平板状をなし、工具本体12の1つの角部に形成された取付座13には、裏板19と複合構造体16とが一体化された切刃チップ14がろう付けされている。複合構造体16は、芯材2を表皮材3で被覆した複合繊維体1が後述する製造方法により複数本集束された構造を有している。焼結工具11は、すくい面15と逃げ面20との交差稜線部に切刃17が構成されている。さらに、焼結工具11の中央部には、バイトなどの工具に取り付けるためのクランプねじ等を挿通される取付孔18が形成されている。
(Sintered tool)
Next, an embodiment of a sintered tool using the composite fiber body 1 as a part of the material will be described. As shown in FIGS. 2 and 3, the sintered tool 11 has a flat plate shape, and a back plate 19 and a composite structure 16 are integrated with a mounting seat 13 formed at one corner of the tool body 12. The cut edge tip 14 is brazed. The composite structure 16 has a structure in which a plurality of composite fiber bodies 1 in which the core material 2 is covered with the skin material 3 are converged by a manufacturing method described later. In the sintering tool 11, a cutting edge 17 is formed at the intersecting ridge line portion between the rake face 15 and the flank face 20. Furthermore, an attachment hole 18 through which a clamp screw or the like for attaching to a tool such as a cutting tool is inserted is formed at the center of the sintered tool 11.

図3に示すように、複合構造体16の芯材2および表皮材3は、カーボンナノチューブの繊維の向きが全体的に見て芯材2および表皮材3の繊維方向と一致するように一方向に配向したカーボンナノチューブ32を所定量含有し、かつ焼結工具11のすくい面15に対して複合繊維体1の芯材2および表皮材3の繊維方向が角度θ=45〜90°をなすようにして配向している。カーボンナノチューブ32の配向方向と、すくい面15とのなす角θは、好ましくは80〜90°である。これにより、加工中にすくい面15に発生した熱を効果的に逃がし、すくい面15の温度上昇を抑制し、加工物の溶着および拡散による摩耗を抑制することができる。   As shown in FIG. 3, the core material 2 and the skin material 3 of the composite structure 16 are unidirectional so that the orientation of the carbon nanotube fibers coincides with the fiber direction of the core material 2 and the skin material 3 as a whole. So that the fiber directions of the core material 2 and the skin material 3 of the composite fiber body 1 form an angle θ = 45 to 90 ° with respect to the rake face 15 of the sintered tool 11. Oriented. The angle θ formed by the orientation direction of the carbon nanotube 32 and the rake face 15 is preferably 80 to 90 °. Thereby, the heat which generate | occur | produced in the rake face 15 during a process can be escaped effectively, the temperature rise of the rake face 15 can be suppressed, and the abrasion by welding and spreading | diffusion of a workpiece can be suppressed.

カーボンナノチューブ32の配向方向および前記角θは、例えば図3に示すように、焼結工具11をすくい面15から垂直に切断し、その断面を走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて各ナノチューブ32の繊維方向および長さを特定し、一視野における各ナノチューブ32の方向ベクトルの総和からナノチューブ32全体の方向ベクトル、すなわちナノチューブ32の配向方向を算出して、カーボンナノチューブの配向方向とすくい面15とのなす角θを求めることができる。なお、焼結工具11のすくい面15にブレーカが形成されている場合には、角度θの算出に用いるすくい面は、焼結工具11のホルダと接する着座面21を代用して算出する。   For example, as shown in FIG. 3, the orientation direction of the carbon nanotube 32 and the angle θ are obtained by cutting the sintered tool 11 perpendicularly from the rake face 15, and using a scanning electron microscope (SEM) or the like for the cross section. The fiber direction and length of 32 are specified, the direction vector of the whole nanotube 32, that is, the orientation direction of the nanotube 32, is calculated from the sum of the direction vectors of each nanotube 32 in one visual field, and the orientation direction of the carbon nanotube and the rake face 15 are calculated. Can be obtained. In addition, when the breaker is formed in the rake face 15 of the sintering tool 11, the rake face used for calculation of the angle θ is calculated by using the seating surface 21 in contact with the holder of the sintering tool 11 instead.

本発明によれば、焼結工具としてはソリッドタイプの工具であっても良いが、低コストであり、簡単に製造できる上でスローアウェイ式工具、または刃先のみをロウ付けしたロウ付け工具であることが望ましい。さらに、図2,図3に示すように、工具本体12の切刃部分を切り欠いて、複合構造体16を有する切刃チップ14を取付座13にはめ込み、ろう付け等で固定することによって、工具の切刃形状に対するカーボンナノチューブ32の配向方向を容易に制御することができる。また、複数のコーナーに切刃を設ける際にも、カーボンナノチューブ32の配列が容易に行えるというメリットがある。
なお、本発明の焼結工具は、上述した切削用途以外にも掘削や耐摩用途として好適に使用可能である。
According to the present invention, the sintered tool may be a solid-type tool, but is a low-cost, easy-to-manufacture tool, or a throw-away tool or a brazing tool in which only the cutting edge is brazed. It is desirable. Further, as shown in FIGS. 2 and 3, by cutting out the cutting edge portion of the tool body 12 and fitting the cutting edge tip 14 having the composite structure 16 into the mounting seat 13 and fixing by brazing or the like, The orientation direction of the carbon nanotube 32 with respect to the cutting edge shape of the tool can be easily controlled. Further, when providing cutting edges at a plurality of corners, there is an advantage that the carbon nanotubes 32 can be easily arranged.
Note that the sintered tool of the present invention can be suitably used for excavation and wear resistance applications in addition to the cutting applications described above.

<製造方法>
以下、本発明における焼結工具の製造方法の一例について、図面を参照して詳細に説明する。図4,図5は、複合成形体を作製する製造方法を示す概略図であり、図6は、複合成形体を複合体ディスクに成形する方法を示す概略図である。
<Manufacturing method>
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the sintered tool in this invention is demonstrated in detail with reference to drawings. 4 and 5 are schematic views showing a manufacturing method for producing a composite molded body, and FIG. 6 is a schematic view showing a method for forming the composite molded body into a composite disk.

(芯材用成形体)
まず、前記したダイヤモンド粉末および鉄族金属を混合し、必要に応じて、この混合物にカーボンナノチューブ、焼結助剤成分粉末、有機バインダ、可塑剤、溶剤、分散剤、滑剤等を添加し混練する。ついで、図4(a)に示すように、得られた混合物をプレス成形または鋳込み成形等の成形法により円柱形状に成形して芯材用成形体50を作製する。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%とするのが望ましい。
(Molded core material)
First, the aforementioned diamond powder and iron group metal are mixed, and if necessary, carbon nanotubes, sintering aid component powder, organic binder, plasticizer, solvent, dispersant, lubricant, etc. are added to the mixture and kneaded. . Next, as shown in FIG. 4A, the obtained mixture is molded into a cylindrical shape by a molding method such as press molding or cast molding to produce a core compact 50. Here, in order to obtain a homogeneous composite molded body by coextrusion molding to be described later, the amount of the organic binder added is desirably 30 to 70% by volume, particularly 40 to 60% by volume.

有機バインダ、可塑剤としては、例えば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‐エチルアクリレート、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を使用することができる。溶剤、分散剤および滑剤としては、例えばポリエチレングリコール、ミネラルオイル、ブチルオリエート、ステアリン酸等を使用することができる。   As the organic binder and plasticizer, for example, paraffin wax, polystyrene, polyethylene, ethylene-ethyl acrylate, ethylene-vinyl acetate, polybutyl methacrylate, polyethylene glycol, dibutyl phthalate and the like can be used. As the solvent, dispersant and lubricant, for example, polyethylene glycol, mineral oil, butyl oleate, stearic acid and the like can be used.

(表皮材用成形体)
前記硬質粒子、鉄族金属およびカーボンナノチューブを混合して混合物を得た後、必要に応じて、この混合物に上記した焼結助剤成分粉末、有機バインダ、可塑剤、溶剤等を添加し、混合する。ついで、図4(b)に示すように、得られた混合物をプレス成形または鋳込み成形等の成形法により半割円筒形状に成形し、2つの表皮材用成形体51,51を作製する。そして、図4(c)に示すように、得られた表皮材用成形体51,51を上記で得られた芯材用成形体50の外周面を覆うように配置し、成形体52を作製する。
(Skin for skin material)
After mixing the hard particles, iron group metal and carbon nanotubes to obtain a mixture, if necessary, add the above-mentioned sintering aid component powder, organic binder, plasticizer, solvent, etc. to the mixture and mix To do. Next, as shown in FIG. 4B, the obtained mixture is molded into a half-cylindrical shape by a molding method such as press molding or cast molding to produce two skin material molded bodies 51 and 51. Then, as shown in FIG. 4C, the obtained skin material molded bodies 51, 51 are arranged so as to cover the outer peripheral surface of the core material molded body 50 obtained above, and a molded body 52 is produced. To do.

(押出成形)
ついで、図4(d)に示すように、押出機100を用いて、上記成形体52を押出成形(芯材用成形体50と表皮材用成形体51,51を共押出成形)することによって、芯材用成形体50の周囲に表皮材用成形体51が被覆され、細い径に伸延された複合成形体53を作製する。このとき、複合成形体53の繊維方向と配向したカーボンナノチューブの繊維方向(配向方向)は同じ方向に揃っている。押出し方向への配向は、押出成形時のせん断速度や吐出口の大きさ等で制御可能であるが、吐出部に電場をつくることによって、より効果的に配向させることもできる。
(Extrusion molding)
Next, as shown in FIG. 4 (d), by using the extruder 100, the molded body 52 is extrusion-molded (core material molded body 50 and skin material molded bodies 51, 51 are co-extruded). Then, the core material molded body 50 is covered with the skin material molded body 51 to produce a composite molded body 53 that is elongated to a small diameter. At this time, the fiber direction of the composite molded body 53 and the fiber direction (orientation direction) of the aligned carbon nanotubes are aligned in the same direction. Although the orientation in the extrusion direction can be controlled by the shear rate at the time of extrusion molding, the size of the discharge port, and the like, it can also be more effectively oriented by creating an electric field at the discharge portion.

また、図5に示すように、複合成形体53を複数本集束した集束体54を再度押出成形することによって、カーボンナノチューブがより配向した複合成形体55を作製してもよい。なお、複合成形体53,55の断面は、押出機100の出口形状を変えることによって円形の他、三角形、四角形、五角形、六角形、楕円形等の任意形状に成形することもできる。   In addition, as shown in FIG. 5, a composite molded body 55 in which carbon nanotubes are more oriented may be produced by extruding a converging body 54 in which a plurality of composite molded bodies 53 are converged. The cross sections of the composite molded bodies 53 and 55 can be formed into an arbitrary shape such as a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, and an ellipse in addition to a circle by changing the outlet shape of the extruder 100.

そして、図6(a)に示すように、長尺状の複合成形体55をさらに束ねて集束体56を形成し、集束体56を型101内で加熱加圧する。ついで、図6(b)に示すように、加熱加圧して得られた棒状成形体57を長尺方向に対して垂直な面で切断し、複合体ディスク58を得ることができる。なお、複合成形体55に代えて複合成形体53を用いてもよい。   Then, as shown in FIG. 6A, the long composite molded body 55 is further bundled to form the converging body 56, and the converging body 56 is heated and pressurized in the mold 101. Next, as shown in FIG. 6B, the rod-shaped molded body 57 obtained by heating and pressing can be cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction to obtain a composite disk 58. Note that a composite molded body 53 may be used instead of the composite molded body 55.

そして、複合体ディスク58を超硬合金製の図2に示した裏板19上に載置する。このとき、複合体ディスク58の具体的な載置方向としては、複合体ディスク58の平面を裏板19の平面に平行に配置することによって、複合体ディスク58の平面方向に垂直に整列した複数の複合成形体55の繊維方向、すなわち複合成形体55が含有するカーボンナノチューブ32の繊維方向が、裏板19と垂直になるように配置する。   Then, the composite disc 58 is placed on the back plate 19 shown in FIG. 2 made of cemented carbide. At this time, as a specific mounting direction of the composite disc 58, a plurality of the composite discs 58 arranged in a direction perpendicular to the plane direction of the composite disc 58 by arranging the plane of the composite disc 58 in parallel with the plane of the back plate 19. The fiber direction of the composite molded body 55, that is, the fiber direction of the carbon nanotube 32 contained in the composite molded body 55 is arranged to be perpendicular to the back plate 19.

(焼成)
ついで、複合体ディスク58を裏板19上に載置したものを、300〜700℃、10〜200時間で昇温または保持させて脱バインダ処理する。そして、超高圧装置内にセットし、加圧圧力4〜6GPa、1350〜1600℃、1〜60分で焼成して一体化することにより、裏板19と接合一体化された複合構造体16とからなる切刃チップ14を作製することができる。この複合構造体16は、図1に示すような複合繊維体1が複数本集束された構造を有している。
(Baking)
Subsequently, the composite disk 58 placed on the back plate 19 is subjected to binder removal treatment by heating or holding at 300 to 700 ° C. for 10 to 200 hours. And the composite structure 16 joined and integrated with the back plate 19 by being set in an ultra high pressure apparatus and integrated by firing at a pressurized pressure of 4 to 6 GPa, 1350 to 1600 ° C. for 1 to 60 minutes, A cutting blade tip 14 made of can be produced. The composite structure 16 has a structure in which a plurality of composite fiber bodies 1 are converged as shown in FIG.

上記で得られた切刃チップ14を所定の形状にワイヤー放電加工機で切断し、切削、研磨等で切刃形状に加工する。ついで、切刃チップ14を取付座13に銀ろうなどを用いてろう付けすることにより、図2に示す焼結工具11を得ることができる。   The cutting edge tip 14 obtained above is cut into a predetermined shape with a wire electric discharge machine and processed into a cutting edge shape by cutting, polishing, or the like. Next, the sintered tool 11 shown in FIG. 2 can be obtained by brazing the cutting edge tip 14 to the mounting seat 13 using a silver solder or the like.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明の焼結工具について、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the sintering tool of the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, the present invention is not limited to the following examples.

[実施例]
<焼結工具の作製>
表1に示す組み合わせで、平均粒径1.5μmのダイヤモンド粒子と、平均粒径1.0μmのCo粉末と、平均直径20nm、長さ1μm〜3μmのカーボンナノチューブまたは平均直径150nm、長さ4μm〜6μmのカーボンナノチューブとを表1に示す割合で混合し、こ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。有機バインダおよび溶剤の合計添加量は、ダイヤモンド粒子、Co粉末およびカーボンナノチューブの合計体積と同量(体積)とした。
[Example]
<Production of sintered tools>
In combinations shown in Table 1, diamond particles having an average particle diameter of 1.5 μm, Co powder having an average particle diameter of 1.0 μm, carbon nanotubes having an average diameter of 20 nm and a length of 1 μm to 3 μm, or an average diameter of 150 nm and a length of 4 μm to 6 μm carbon nanotubes are mixed in the ratio shown in Table 1, cellulose and polyethylene glycol are kneaded as organic binder, and polyvinyl alcohol is kneaded as a solvent, and extruded into a cylindrical shape to produce a core material. did. The total addition amount of the organic binder and the solvent was the same amount (volume) as the total volume of diamond particles, Co powder, and carbon nanotubes.

ついで、表1に示す組み合わせで、平均粒径2.0μmのWC粉末と、平均粒径1.0μmのCo粉末と、平均直径20nm、長さ1μm〜3μmのカーボンナノチューブまたは平均直径150nm、長さ4μm〜6μmのカーボンナノチューブとを混合し、これに、上記と同様の有機バインダ、溶剤を加えて混錬し、半割円筒形状の表皮材用成形体2つを押出成形にて作製した。ついで、これらの表皮材用成形体を芯材用成形体の外周を覆うように配置して成形体を作製した。ここで、平均直径20nmのカーボンナノチューブは、予めSi/SiO2混合粉末を配置したアルミナ坩堝に入れ、1300℃、真空中で被覆処理を行い、カーボンナノチューブの表面にSiCが被覆されたものを用いた。 Next, in the combinations shown in Table 1, a WC powder having an average particle size of 2.0 μm, a Co powder having an average particle size of 1.0 μm, a carbon nanotube having an average diameter of 20 nm and a length of 1 μm to 3 μm, or an average diameter of 150 nm, a length 4 μm to 6 μm of carbon nanotubes were mixed, and the same organic binder and solvent as above were added and kneaded to produce two half-cylindrical skin material molded bodies by extrusion molding. Subsequently, these molded bodies for skin materials were arranged so as to cover the outer periphery of the molded body for core materials, and molded bodies were produced. Here, carbon nanotubes having an average diameter of 20 nm are placed in an alumina crucible in which Si / SiO 2 mixed powder is placed in advance and subjected to coating treatment at 1300 ° C. in vacuum, and the surface of the carbon nanotubes is coated with SiC. It was.

そして、上記成形体を押出して直径が2mmの伸延された複合成形体を作製した。なお、伸延された複合成形体をミクロトームで薄片に切断し、走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いて観察したところ、添加したカーボンナノチューブは明らかに押出し方向(繊維長手方向)に配向していた。   Then, the molded body was extruded to produce a stretched composite molded body having a diameter of 2 mm. The stretched composite molded body was cut into thin pieces with a microtome and observed with a scanning transmission electron microscope (STEM). The added carbon nanotubes were clearly oriented in the extrusion direction (fiber longitudinal direction). .

上記で得られた複合成形体を、直径10mmの円柱形状にプレス成形して棒状成形体を作製し、この棒状成形体を長尺方向に対して垂直な面で切断して複合体ディスクを作製した。その後、この複合体ディスクの下面に厚さ5mmの超硬合金の焼結体からなる裏板を配し、これを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、超高圧装置に配置し、1450℃×10分の条件で焼成し、複合構造体と裏板が一体化された切刃チップを作製した。焼結後、切刃チップ中のカーボンナノチューブは一方向に配向していることが確認された。その後、この切刃チップをそれぞれ加工し、超硬合金からなる工具本体の取付座に、銀ろうを用いて700℃でろう付けし、焼結工具をそれぞれ作製した(表1の試料No.1〜7)。   The composite molded body obtained above is press-molded into a cylindrical shape with a diameter of 10 mm to produce a rod-shaped molded body, and this rod-shaped molded body is cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction to produce a composite disc. did. Thereafter, a back plate made of a cemented carbide of 5 mm thick is disposed on the lower surface of the composite disc, and after the binder removal treatment is performed by raising the temperature from 300 to 700 ° C. in 100 hours. Then, it was placed in an ultra-high pressure apparatus and fired at 1450 ° C. for 10 minutes to produce a cutting edge chip in which the composite structure and the back plate were integrated. After sintering, it was confirmed that the carbon nanotubes in the cutting edge tip were oriented in one direction. Thereafter, each of the cutting edge chips was processed and brazed at 700 ° C. using a silver brazing to a mounting base of a tool body made of a cemented carbide to prepare sintered tools (sample No. 1 in Table 1). ~ 7).

ここで、上記でえられた焼結工具について、複合焼結体中のカーボンナノチューブの繊維方向と、切刃チップのすくい面とのなす角θを測定し、その結果を表2に示した。なお、前記角θは、焼結工具をすくい面から垂直にカットし、その断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、各ナノチューブの繊維ベクトルの総和を算出して求めた。   Here, with respect to the sintered tool obtained above, the angle θ formed by the fiber direction of the carbon nanotubes in the composite sintered body and the rake face of the cutting edge tip was measured, and the results are shown in Table 2. The angle θ was obtained by cutting the sintered tool perpendicularly from the rake face, observing the cross section with a scanning electron microscope (SEM), and calculating the sum of the fiber vectors of each nanotube.

また、表1には、複合構造体中のカーボンナノチューブの直径およびアスペクト比を示す。これらの直径およびアスペクト比は、複合構造体をカットし、その断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。具体的には、複合構造体の断面の5カ所でSEM観察を行い、5μm×5μmの範囲に存在するカーボンナノチューブを全数測定し、その平均値を算出した。   Table 1 shows the diameter and aspect ratio of the carbon nanotubes in the composite structure. These diameters and aspect ratios were obtained by cutting the composite structure and observing its cross section using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, SEM observation was performed at five locations on the cross section of the composite structure, and the total number of carbon nanotubes present in a range of 5 μm × 5 μm was measured, and the average value was calculated.

Figure 2006255853
Figure 2006255853

[比較例1]
カーボンナノチューブを添加しない(試料No.10)、またはカーボンナノチューブの含有量が45体積%を越える割合で添加した(試料No.8)以外は、実施例と同様にして、複合体ディスクをそれぞれ作製した。ついで、得られた複合体ディスクを用いて、実施例と同様にして、焼結工具をそれぞれ作製した。
[Comparative Example 1]
A composite disk was prepared in the same manner as in the Examples except that carbon nanotubes were not added (Sample No. 10) or carbon nanotube content was added at a rate exceeding 45% by volume (Sample No. 8). did. Then, using the obtained composite disc, sintered tools were respectively produced in the same manner as in the examples.

[比較例2]
カーボンナノチューブの配向方向とすくい面とのなす角度θが45°より小さい角度となるように複合焼結体の向きを調整して裏板にロウ付けした(試料No.9)以外は、実施例と同様にして、複合体ディスクを作製した。ついで、得られた複合体ディスクを用いて、実施例と同様にして、焼結工具をそれぞれ作製した。
[Comparative Example 2]
Except for adjusting the direction of the composite sintered body so that the angle θ formed by the orientation direction of the carbon nanotube and the rake face is smaller than 45 ° and brazing the back plate (Sample No. 9) A composite disc was produced in the same manner as described above. Then, using the obtained composite disc, sintered tools were respectively produced in the same manner as in the examples.

<焼結工具の評価方法>
上記工程にて作製した各焼結工具について、複数の被削材(AC4B、4本溝入り)を切削し、溶着、摩耗およびフレーキングが発生するまでの被削材の加工数(最大3000個)を評価した。評価条件を以下に示すと共に、その評価結果を表2に併せて示す。
(被削材の加工数の評価条件)
切込み量d=1mm
切削速度V=1000m/分
送りf=0.1mm/rev
乾式切削
<Sintering tool evaluation method>
For each sintered tool produced in the above process, a plurality of workpieces (AC4B, with 4 grooves) are cut, and the number of workpieces processed until welding, wear and flaking occur (up to 3000 pieces) ) Was evaluated. The evaluation conditions are shown below, and the evaluation results are also shown in Table 2.
(Evaluation conditions for the number of workpieces processed)
Cutting depth d = 1mm
Cutting speed V = 1000 m / min feed f = 0.1 mm / rev
Dry cutting

Figure 2006255853
Figure 2006255853

表2から明らかなように、カーボンナノチューブの含有量が1体積%より少ない試料No.10では早期に溶着が発生した。また、カーボンナノチューブの含有量が45体積%より多い試料No.8では切刃部で複合焼結体が欠損した。さらに、カーボンナノチューブの配向方向と焼結工具のすくい面とのなす角度θが45°より小さい試料No.9でも比較的早期に溶着が発生してしまった。   As can be seen from Table 2, the sample No. 1 contained less than 1% by volume of carbon nanotubes. In No. 10, welding occurred early. In addition, Sample No. with a carbon nanotube content greater than 45% by volume. In No. 8, the composite sintered body was lost at the cutting edge. Further, the sample No. 5 in which the angle θ formed by the orientation direction of the carbon nanotube and the rake face of the sintered tool is smaller than 45 °. 9 also caused welding to occur relatively early.

これに対して、本発明に従い、カーボンナノチューブを1〜45体積%の割合で含有し、かつその配向方向とすくい面とのなす角度θが45°〜90°をなす試料No.1〜7では、いずれも優れた切削性能を示した。なお、芯材中にもカーボンナノチューブを含有させた試料No.5〜6では、さらに耐溶着性の高いものであった。   On the other hand, according to the present invention, sample No. 1 containing carbon nanotubes in a proportion of 1 to 45% by volume and having an angle θ between the orientation direction and the rake face of 45 ° to 90 °. In 1 to 7, all showed excellent cutting performance. In addition, Sample No. in which carbon nanotubes were also contained in the core material. In Nos. 5 to 6, the welding resistance was higher.

本実施形態の焼結工具を構成する複合繊維体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the composite fiber body which comprises the sintering tool of this embodiment. 本実施形態の焼結工具を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the sintering tool of this embodiment. 本実施形態にかかる焼結工具の切刃チップ付近を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the cutting-edge chip | tip vicinity of the sintering tool concerning this embodiment. (a)〜(d)は、複合成形体を作製する製造方法を示す概略図である。(A)-(d) is the schematic which shows the manufacturing method which produces a composite molded object. 他の複合成形体を作製する製造方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing method which produces another composite molded object. (a),(b)は、複合成形体を複合体ディスクに成形する方法を示す概略図である。(A), (b) is the schematic which shows the method of shape | molding a composite molded object to a composite disk.

符号の説明Explanation of symbols

1 複合繊維体
2 芯材
3 表皮材
11 焼結工具
12 工具本体
13 取付座
14 切刃チップ
15 すくい面
16 複合構造体
17 切刃部
18 取付孔
19 裏板
20 逃げ面
21 着座面
32 カーボンナノチューブ
50 芯材用成形体
51 表皮材用成形体
52 成形体
53,55 複合成形体
54,56 集束体
58 複合体ディスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite fiber body 2 Core material 3 Skin material 11 Sintering tool 12 Tool main body 13 Mounting seat 14 Cutting blade tip 15 Rake face 16 Composite structure 17 Cutting edge part 18 Mounting hole 19 Back plate 20 Flank 21 Seating surface 32 Carbon nanotube 50 Molded body for core material 51 Molded body for skin material 52 Molded body 53, 55 Composite molded body 54, 56 Converged body 58 Composite disk

Claims (5)

ダイヤモンド粒子間を鉄族金属で結合したダイヤモンド質焼結体からなる長尺状の芯材の外周面を、周期律表4a,5a,6a族金属から選ばれる少なくとも1種の金属元素の炭化物、窒化物および炭窒化物のうち1種以上の硬質粒子を鉄族金属で結合した焼結合金からなる表皮材で被覆してなる複合繊維体を用いた焼結工具であって、
前記表皮材は繊維の向きが一方向に配向したカーボンナノチューブを1〜45体積%含有し、少なくとも切刃部における前記カーボンナノチューブの配向方向とすくい面とのなす角θが45〜90°であることを特徴とする焼結工具。
A carbide of at least one metal element selected from Periodic Tables 4a, 5a, and 6a metals on the outer peripheral surface of a long core material made of a diamond sintered body in which diamond particles are bonded with an iron group metal; A sintered tool using a composite fiber body formed by coating a skin material made of a sintered alloy in which one or more hard particles of nitride and carbonitride are bonded with an iron group metal,
The skin material contains 1 to 45% by volume of carbon nanotubes whose fibers are oriented in one direction, and at least the angle θ between the orientation direction of the carbon nanotubes at the cutting edge and the rake face is 45 to 90 °. A sintered tool characterized by that.
前記芯材は、繊維の向きが一方向に配向したカーボンナノチューブを1〜45体積%含有する請求項1記載の焼結工具。   2. The sintered tool according to claim 1, wherein the core material contains 1 to 45% by volume of carbon nanotubes in which fibers are oriented in one direction. 前記複合繊維体の断面観察において、前記カーボンナノチューブの平均直径が1〜500nm、アスペクト比が2〜500である請求項1または2記載の焼結工具。   3. The sintered tool according to claim 1, wherein an average diameter of the carbon nanotubes is 1 to 500 nm and an aspect ratio is 2 to 500 in cross-sectional observation of the composite fiber body. 前記カーボンナノチューブの表面の一部または全部が、周期律表4a,5a,6a族金属、AlおよびSiから選ばれる少なくとも1種の金属、または該金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の少なくとも1種で被覆されている請求項1〜3のいずれかに記載の焼結工具。   A part or all of the surface of the carbon nanotube is at least one metal selected from Group 4a, 5a, 6a metal of the periodic table, Al and Si, or at least one of carbide, nitride and carbonitride of the metal. The sintered tool according to any one of claims 1 to 3, which is coated with seeds. 工具本体と、該工具本体の取付座にろう付けされた切刃チップとからなり、該切刃チップの少なくとも切刃部が前記複合繊維体からなる請求項1〜4のいずれかに記載の焼結工具。
The firing according to any one of claims 1 to 4, comprising a tool body and a cutting edge chip brazed to a mounting seat of the tool body, wherein at least the cutting edge portion of the cutting edge chip is composed of the composite fiber body. Tying tool.
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