JP2010527888A - コーティングされたｃｂｎ - Google Patents

Abstract

本発明は、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素の超硬質研磨材料の基材と、金属が、好ましくはＴｉであり、好ましくは実質的に、炭化物、窒化物又はホウ化物の形である、炭化物／窒化物／ホウ化物を形成する金属の第１の層と、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、及びそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層と、第２の層の金属が、オーバーコーティングの金属と異なり、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、並びに青銅（Ｃｕ／Ｓｎ）、銀／青銅、及び銀／錫等のその任意の組み合わせ及び合金のオーバーコーティングを含む、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料に関する。本発明は、さらに、このような材料の製造方法と、このような材料の工具における使用と、このような材料を含む工具とに関する。

Description

本発明は、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料、このような材料の製造方法、及び、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料を含有する工具に関する。特に、本発明は、コーティングされたｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素の超硬質研磨材料、並びに酸化性の環境中でのこのような材料の使用に関する。ｃＢＮ研磨材料には、化学量論的ｃＢＮグリットと、非化学量論的ｃＢＮグリットと、酸素リッチｃＢＮグリットと、多結晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）ブランクと、ｃＢＮ成形体と、ｃＢＮの凝集体とが挙げられる。

ダイヤモンド及びｃＢＮ等の超砥粒は、一般に、切削、磨砕、掘削、切断及び研磨の用途に用いられる。上記の用途用のｃＢＮを含有する工具を製造する方法の一つは、ロウ付けである。しかしながら、ロウ付けの工程において、ロウが溶融する際にロウ付け材料がｃＢＮの表面を湿潤するのを妨げる、ｃＢＮの表面の酸化ホウ素層の存在に起因して、ｃＢＮとロウ付け材料との間に十分な結合を達成するのが困難である。この湿潤の欠如は、一般に、ロウ付けにおけるｃＢＮの接着不良につながる。さらに、酸化ホウ素層は、ｃＢＮに弱く化学的に結合し、このことは、酸化ホウ素層とｃＢＮとの間の層間結合が弱いことを意味する。工具作製業においては、これらの両方の要因が、ｃＢＮの取入れを制限してきた。

超砥粒含浸金属マトリックス工具の性能を改良するために、超砥粒にコーティングが付着されてきた。国際公開第２００５０７８０４１号公報（Ｅｇａｎ他、Ｅ６、２００５）には、０．１μｍ〜１０ｍｍの大きさであるグリットにおけるｃＢＮ上に、ＴｉＮの第１の層とＷの第２の層とをもつコーティングが記載されている。コーティングのＴｉＮ及びＷの組み合わせは、焼結中においてマトリックス材料の成分がＴｉＮコーティングと反応すると、これを消耗してしまう場合に有用である。例えば、ＴｉＮ及びＷの組み合わせは、超砥粒成分を別の金属又はセラミックの材料に固定するために用いられる液相が、チタン系コーティングと反応してこのコーティングを消耗してしまう場合に有用である。

しかしながら、国際公開第２００５０７８０４１号（Ｅｇａｎ他、Ｅ６、２００５）、及びｃＢＮ上の他のコーティングに伴う問題は、コーティングへの損傷を防ぐために、非酸化環境中で工具を製造する必要があることである。酸化環境中でのコーティング表面の酸化は、マトリックス中でのコーティングの保持に影響を及ぼすことがある。さらに、コーティングにより提供される任意の保護が損なわれることがある。これらの両方の現象により、酸化環境中でのロウ付け時にコーティングにより提供される利益が制限される。

それゆえに、ロウ付けは、通常、不活性ガスと非常に特別なロウとを伴い、真空下で行われ、それらすべてにより、ロウ付け工程が比較的困難で高価なものとなる。それゆえに、比較的安価な標準的なロウを用い、空気（酸化環境）中でロウ付けできるｃＢＮ製品を有することにより、ロウ付け工程が単純化され、コストが低減される。

ＵＳ５６４７８７８（ｌａｃｏｖａｎｇｅｌｏ他、ＧＥ、１９９７）及びＵＳ５５００２４８（ｌａｃｏｖａｎｇｅｌｏ他、ＧＥ、１９９６）において、筆者らは、ＷＴｉ結合層と、銀等の保護的なロウ相溶性オーバーコーティングとからなる２層コーティングを付着させることにより、化学的気相堆積（ＣＶＤ）ダイヤモンドインサートについての上記の問題が克服されることを記載している。２層コーティングダイヤモンドインサートを、真空炉又は特別な雰囲気のない標準的なロウ付けを用いる製造環境中で、工具基材に大気ロウ付けできることが示されている。

上記‘８７８及び‘２４８の両方において、その発明は、ダイヤモンド工具インサートをねらいとしている。言及されている基材は、主に、ＣＶＤダイヤモンドに集中しており、すべての実施例にＣＶＤダイヤモンドを使用している。

ＥＰ０７１６１５９には、ＷＴｉの内層とＡｇの外層とのコーティング、又はＣｒの内層とＮｉＣｒの外層とのコーティングによりコーティングされたＣＢＮコンパクトが記載されている。これらの２層コーティングされたＣＢＮコンパクトを、ロウ付け可能性及び接着について評価した。

本発明に対する第１の態様によれば、
ｃＢＮ、亜酸化ホウ素（ｂｏｒｏｎ ｓｕｂｏｘｉｄｅ）及び／又は炭化ホウ素の超硬質研磨材料の基材と、
好ましくは金属が、実質的に、炭化物、窒化物又はホウ化物の形である、炭化物／窒化物／ホウ化物を形成する金属の第１の層と、
Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、及びそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層と、
Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、これらの組み合わせ、並びにそれらの、青銅（Ｃｕ／Ｓｎ）、銀／青銅、及び銀／錫等の合金のオーバーコーティングであって、第２の層の金属がオーバーコーティングとは異なるものと
を含む、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料が提供される。

「超硬質」の用語は、約２５ＧＰａを超える、好ましくは約３０ＧＰａを超えるビッカース硬度を有することを意味する。

Ｔｉコーティングは、炭化ホウ素のＣ、及び上記材料（ＴｉＢ２）全てのＢと結合を形成することが予期されるが、ｃＢＮは、最も好ましい材料である。

ダイヤモンドの硬度に近く、又はそれを上回りさえする硬度を有する人工超硬質材料の開発は、材料科学者にとって大いに興味深かった。７０から１００ＧＰａの間のビッカース硬度をもつダイヤモンドは、最も硬い既知の材料であり、立方晶窒化ホウ素（ＨＶ約６０ＧＰａ）、及び本明細書においてＢ６Ｏと呼ぶ亜酸化ホウ素（ＨＶ約３８ＧＰａ）が続く。Ｂ６Ｏ単結晶について、０．４９Ｎ及び０．９８Ｎの荷重で、それぞれ、立方晶窒化ホウ素の硬度に類似する５３ＧＰａ及び４５ＧＰａの硬度が測定された。

「亜酸化ホウ素」の用語には、以下に述べるような材料のすべての形が含まれる。Ｂ６Ｏは、非化学量論的、すなわちＢ６Ｏ１−ｘ（式中、ｘは０から０．３の範囲内である）として存在することもできることが知られている。このような非化学量論的な形が、Ｂ６Ｏの用語に含まれる。これらの材料の、強い共有結合と短い原子間結合長とは、高い硬度、低い質量密度、高い熱伝導性、高い化学的不活性、及び優れた耐磨耗性等の、優れた物理的特性及び化学的特性を導く［１、２］。Ｅｌｌｉｓｏｎ−Ｈａｙａｓｈｉ他への米国特許第５，３３０，９３７号において、名目上の組成、Ｂ３Ｏ、Ｂ４Ｏ、Ｂ６Ｏ、Ｂ７Ｏ、Ｂ８Ｏ、Ｂ１２Ｏ、Ｂ１５Ｏ及びＢ１８Ｏの亜酸化ホウ素粉末の形成が報告された。潜在的な工業的用途は、Ｋｕｒｉｓｕｃｈｉｙａｎ他（日本国特許第７，０３４，０６３号）、及びＥｌｌｉｓｏｎ−Ｈａｙａｓｈｉ他（米国特許第５，４５６，７３５号）により議論されており、磨砕砥石、研磨材及び切削工具における使用を含む。

炭化物／窒化物／ホウ化物を形成する金属は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏから選択され得る。この金属は、好ましくはＴｉである。

コーティングされた超硬質研磨材料は、（ｉ）０．０１μｍから２０ｍｍの範囲である大きさのコーティングされたｃＢＮグリット、（ｉｉ）コーティングされた多結晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）のブランク、（ｉｉｉ）ｃＢＮコンパクト、及び（ｉｖ）ｃＢＮの凝集体の形であることができ、酸化環境中でｃＢＮ工具をロウ付けする際にｃＢＮを用いることを可能にする。このコーティングされたｃＢＮ材料は、青銅等の液相の溶浸材を含有する焼結部の製造する際に、又はロウ付け等の方法によりｃＢＮ材料を別の金属若しくはサーメットの材料に固定する際に、真空炉を必要としない。

本発明に対するこの態様の好ましい実施形態によれば、第１の炭化層すなわちコーティングを、ゾル−ゲル、ＣＶＤ又はＰＶＤ（物理的気相成長法）により付着させる。第２の層、例えばＷを、ＰＶＤ又は低温ＣＶＤ又は電気めっきにより付着させることができる。Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ又はＰｔのオーバーコーティングは、好ましくは、ＰＶＤ、ＣＶＤ、電解めっき又は無電解めっきにより付着される。

本発明のこの態様の別の実施形態によれば、低い熱安定性をもつｃＢＮを、ゾル−ゲル、ＰＶＤ又は低温ＣＶＤ等の低温コーティング工程によりコーティングすることができ、それにより、高温コーティング工程がｃＢＮ基材に引き起こし得る任意の強度低下が最小化される。高い熱安定性をもつｃＢＮの場合では、高温及び低温の工程の組み合わせを利用することができる。ｃＢＮとコーティングとの間に化学結合を作り出すことにより、金属の中又は上のｃＢＮの保持を改善するためには、高温工程が好ましい。

本発明に対する第２の態様によれば、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料の使用が、研磨材工具において、性能改善のために提供される。このような工具を製造するために用いられる方法は、加熱プレス、自由焼結、溶浸焼結、及び特にロウ付けが挙げられる。

本発明のこの態様の好ましい実施形態において、コーティングされたＰＣＢＮブランクを、研磨材工具中に、性能改善のために用いることができる。酸化環境中でブランクを工具にロウ付けすることによりＰＣＢＮブランクを工具に接合させることが、コーティングにより可能になる。

本発明に対する第３の態様によれば、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含むコーティングされた超硬質研磨材料の表面に、直接、非酸化の保護コーティングを塗布することにより製造される大気ロウ付け可能な物品が提供され、それにより、コーティング工程が単純化され、コーティングのコストが低減される。

本発明のこの態様によれば、Ｔｉ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ、ＴｉＢＮ又はＴｉＣＮの、ｃＢＮの第１の表面に、非酸化の保護コーティングを付着させることにより、大気ロウ付け可能な物体を製造することができ、それにより、ｃＢＮの表面に、直接、非酸化の保護コーティングを付着させるのに比べ、ｃＢＮ粒子への保護コーティングの接着が改善される。

本発明に対する第４の態様によれば、
ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素の基材を提供するステップと、
好ましくは実質的に、炭化物、窒化物又はホウ化物として、炭化物／窒化物／ホウ化物を形成する金属の第１の層で基材をコーティングするステップと、
Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、及びそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層により第１の層をコーティングするステップと、
第２の層の金属が、オーバーコーティングの金属と異なり、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、それらの組み合わせ／合金、又はその合金のオーバーコーティングにより第２の層をコーティングするステップと
を含む、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料の製造方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態においては、第１のコーティング（層）を、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかにより付着させ、第２の、例えばＷのコーティングを、ＰＶＤ又はＣＶＤにより付着させ、それにより、一旦コーティングすると熱処理を必要としない。オーバーコーティングは、ＰＶＤ、又は電解若しくは無電解の堆積法により付着され得る。

本発明に対する第５の態様によれば、本発明にしたがって、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材を含む研磨材含有工具が提供される。

本発明に対するこの態様の好ましい実施形態において、研磨材含有工具は、鋸刃、鋸刃自体、ドリル、ダイヤモンドワイヤ用ビーズ、帯鋸刃、弓鋸、穿孔機のビット、ワイヤビーズ、ツイストドリル、磨耗部品、磨砕砥石、磨砕端、ロータリードレッサー、単一及び複式のログドレッサー用のドレッサーログ、プロファイルドレッサー、ストレートルータ及びプロファイルドルータ、研磨カップ、単一刃工具、較正ローラ、伸線ダイ、単一刃旋削工具、ゲージ材料、肉盛、表面磨砕機の部分、又はコーティングされた超砥粒を含有する任意の焼結部分から選択される。

本発明の第６の態様によれば、酸化性のロウ付け工程中、真空下を含む非酸化環境中、及び／又は還元環境中において、本発明にしたがって、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料の使用が提供される。

この明細書において、層及びコーティングの用語は互換的に用いられる。

本発明によれば、好ましくは０．０１μｍから２０ｍｍの範囲である大きさの、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素（のグリット）から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料（出発と完成とのグリットの間に無視してよい違いがあることは、当業者により理解されるが、出発のグリット）が提供され、酸化環境中で工具を製造する際に、グリットを用いることが可能になる。コーティングされた材料は、好ましくは、ｃＢＮグリットの基材と、ＴｉＮの第１の層と、Ｗの第２の層と、Ａｇのオーバーコーティングとから成る。

国際公開第２００５０７８０４１号（Ｅｇａｎ他 Ｅ６、２００５）には、０．１μｍから１０ｍｍの大きさであるｃＢＮグリット上の、ＴｉＮの第１の層とＷの第２の層とをもつコーティングが記載されている。本発明の製品は、好ましくは、国際公開第２００５０７８０４１号（Ｅｇａｎ他 Ｅ６、２００５）に記載されている２層の製品上の、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はそれらの合金の、外部の耐酸化のオーバーコーティングを含む。保護的なオーバーコーティングは、Ｗの酸化を防止し、好ましくは銀である。保護的なオーバーコーティングを、ｃＢＮ表面に、又はＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＢ、ＴｉＢＮ若しくはＴｉＣＮの層に、直接、付着させることができるが、国際公開第２００５０７８０４１号（Ｅｇａｎ他 Ｅ６、２００５）に記載されているのと同じ利益を提供するために、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＢ、ＴｉＢＮ若しくはＴｉＣＮの第１の層と、Ｗの第２の層と有することが好ましい。具体的には、焼結中にマトリックス材料の成分がＴｉＮコーティングと反応するとこれを消耗してしまう場合に、ＴｉＮとＷとの組み合わせのコーティングが有用である。この例は、青銅等の液体溶浸材の使用である。さらに、超砥粒成分を別の金属又はセラミックの材料に固定するために用いられるロウ材が、チタン系コーティングと反応して、このコーティングを消耗してしまう場合に、ＴｉＮとＷとの組み合わせは有用である。

外層の目的としてではなく、主に、内層及び基材を保護するためのバリアとして必要であるタングステン層は、炭化物の内側部分を有さず、タングステンコーティングを比較的薄く保つことにより、十分な層間結合を達成することができる。タングステンコーティングは、約０．０１μｍから約５０μｍ、特に、約０．２μｍから約１μｍの厚さを有する。

多量の青銅又は銅が、ＴｉＮコーティングの有用性と、ロウ付けされたｃＢＮ層工具の作製と、金属マトリックス複合体を含有するｃＢＮの作製とを制限する場合におけるｃＢＮ含浸工具の作製時に、ＴｉＮとＷとの組み合わせは特に有用である。

ＴｉＮに加えてＷが２層コーティングされた製品上に、例えばＡｇの、さらなる耐酸化のオーバーコーティングをすることにより、上記の全長所が可能になるが、任意のこのような工具を空気中で製造できることにより、製造可能性を容易にし、コストを低減するというさらなる利益も得られる。

ｃＢＮグリット粒子は、金属の結合された工具の製造において、従来用いられるものである。それらは、通常、均一な大きさであり、一般的には０．０１μｍから２０ｍｍである。このようなｃＢＮグリット粒子の例には、０．０１から６０ミクロンのミクロングリットと、４０μｍ（マイクロメートル）から２００μｍのホイールグリットと、１８０μｍから２ｍｍのソーグリットと、長さ又は直径のいずれかが２０ｍｍ以下のより大きな結晶とが挙げられる。

Ｔｉ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ、ＴｉＢＮ又はＴｉＣＮの第１の層を、ＣＶＤ等の高温コーティング工程、又はＰＶＤ若しくは低温ＣＶＤ等の低温コーティング工程のいずれかの工程により付着させることができる。

高温コーティング工程においては、このような結合が起こる適切な高温条件下で、金属系コーティングをｃＢＮ基材に付着させる。一般に、高温工程の範囲は、６５０℃から１３００℃の間である。使用することができる一般的な高温コーティング技術には、金属ハロゲン化物ガス相からの堆積を含む工程、ＣＶＤ工程、又は熱拡散真空コーティングすなわち金属気相堆積工程が挙げられる。金属ハロゲン化物ガス相からの堆積、及びＣＶＤ工程が好ましい。

金属ハロゲン化物ガス相からの堆積を含む工程において、コーティングされる粒子は、適切なガス環境（例えば、以下の１種又は複数、すなわち、ヘリウム及びアルゴンから選択される不活性ガス、水素、炭化水素、分解アンモニウム、又は任意の組み合わせ、例えばアルゴン／水素の混合物を、陽圧、大気圧又は減圧、例えば１０^−１から１０^−７ｍＢａｒで含有する非酸化環境）中でコーティングされる金属（例えばＴｉ）を含有する金属ハロゲン化物、例えば、塩化チタン、ヨウ化チタン及びホウ化チタンに曝される。金属ハロゲン化物を、工程の一環として金属から生成してもよい。

混合物は、熱サイクル、例えば、６５０℃から１３００℃、５分間から１０時間、１から１０サイクルを受け、その間に、金属ハロゲン化物は、Ｔｉが放出され粒子に化学的に結合される粒子の表面にＴｉを輸送する。

第１の層を、低温ＣＶＤ工程又はＰＶＤ等の低温コーティング技術を用い堆積することもでき、後者が好ましい。不十分な熱が生成されて、ｃＢＮを伴う重要な窒化物形成を引き起こす点において、両者は低温工程なのである。外部コーティングを付着させるためのＰＶＤ工程の例は、スパッタコーティングである。Ｔｉコーティングの場合では、マグネトロン等の励起源により金属蒸気の流れが生成される。この流れ中に置かれたｃＢＮグリット又はＰＣＢＮブランク等の物体は、Ｔｉ金属によりコーティングされる。ＴｉＣ、ＴｉＮ又はＴｉＣＮの場合では、これらのコーティングを、反応性スパッタリングにより堆積することができる。反応性スパッタリングは、金属の流れと反応する、炭素又は窒素を含有するガスを導入することにより行われ、炭化物又は窒化物のいずれかを形成する。炭素を、メタン又はブタン等のガスから供給することができる一方で、窒素を、Ｎ_２から供給することができる。ＴｉＣＮは、両方のガスを同時に導入することにより製造できることも理解され得る。反応性スパッタリングは、ＰＶＤ反応室内中の反応性ガスの量を系統的に増加させることにより、コーティングを例えばＴｉからＴｉＮまで種類分けするために用いることもできる。

低温コーティング工程は、ｃＢＮ基材が低い熱安定性を有する場合に好ましいが、それに限定されるものではない。低温コーティング工程は、高温コーティング工程がｃＢＮ基材に引き起こすことがあるいかなる強度低下も最小化する。高い熱安定性をもつｃＢＮの場合では、高温工程と低温工程との組み合わせを利用することができる。高温工程は、基材との化学結合を作り出すために好ましく、それにより、マトリックス中のグリットの保持が改善され、性能の改善につながる。

タングステンの第２の層は、低温ＣＶＤ又はＰＶＤ等の、低温コーティング技術を用いて堆積されるが、後者が好ましい。第２のコーティングを付着させるためのＰＶＤ工程の例は、スパッタコーティングである。この方法において、タングステン金属蒸気の流れが、マグネトロン等の励起源により生成される。この流れ中に置かれた超砥粒グリット又は他の成分等の物体は、タングステン金属によりコーティングされる。タングステンの第２の層を、六フッ化タングステンガスの水素還元等の低温ＣＶＤ工程により付着させることもできる。一般に、この工程は、７００℃未満で行われるが、１３００℃以下の温度で行うこともできる。

耐酸化の保護コーティング、好ましくはＡｇの、オーバーコーティングを、ＰＶＤ等の低温の技術により、又は電解若しくは無電解のめっきにより付着させることができる。外部コーティングを付着させるＰＶＤ工程の例は、スパッタコーティングである。この方法において、銀金属蒸気の流れが、マグネトロン等の励起源により生成される。この流れ中に置かれた超砥粒グリット又は他の成分等の物体は、銀金属によりコーティングされる。

Ａｇのオーバーコーティングを、電解めっきにより付着させることもできる。この方法においては、ある量のグリットを、ＡｇＣＮ、ＫＣＮ、遊離ＫＣＮ、及び光沢剤、例えばＳｉｌｖｅｒｓｅｎｅ−Ｌ（ＲＴＭ）からなるめっきバレルの中に置く。ポリプロピレンの袋の中に収容された銀の長方形の片の形の銀電極も用いられる（銀の純度は９９．９％であった）。そのバレルを、１から３０ｒｐｍ、好ましくは３から１０ｒｐｍの間で循環させ、研磨物体の表面をＡｇでめっきするために、０．１から１０アンペア、好ましくは０．６から１．５アンペアの電流を印加する。工程の継続時間及び温度は、１℃から１００℃の間で、１分間から３週間であった。

Ａｇのオーバーコーティングを、無電解めっきにより付着させることもできる。無電解めっきの例は、ＺＡ８２０３０６７［ＧＥ、Ｒｕａｒｋ＆Ｗｅｂｓｔｅｒ、１９８３］及びＵＳ４４０３００１［ＧＥ、Ｇｒｅｎｉｅｒ、１９８３］に記載された無電解めっきの修正版に従った無電解めっきであり、その両者は本明細書に参照により組み込まれる。この工程を適用して、アンモニアの銀溶液中に、好ましくはその物理的攪拌により、ｃＢＮグリットを懸濁させ、次いで、攪拌と銀溶液中のｃＢＮの懸濁とを維持しつつ、溶液に還元溶液、例えば転化糖（砂糖及び硝酸の混合物）をゆっくりと加えることにより、ｃＢＮを銀でコーティングすることができる。還元溶液を添加する定量的速度を、銀がそれぞれのグリットをコーティングするまで継続し、所望のコーティングの重量（又は厚さ）が達成されるまで、このような工程を繰り返す。上記の工程はＰＣＢＮブランクをコーティングするために用いることもできる。

粒径が減少するにつれて、ＰＶＤによるめっきのコストは実質的に増大する。それゆえに、コストの観点から、粒径が減少している場合に好ましい方法は、無電解、電解の堆積、又は無電解／電解の堆積の組み合わせによる銀のコーティングの付着である。

したがって、第１の層の好ましい範囲の厚さが、０．０１μｍから５０μｍ、好ましくは０．３から１．２μｍである。

第２の層の好ましい範囲の厚さが、０．０１μｍから５０μｍ、好ましくは０．３から３μｍである。

オーバーコーティング（例えば、銀）の好ましい範囲の厚さが、０．０１μｍから５０μｍ、好ましくは０．３から３μｍである。

基材の好ましい範囲の大きさは、
・グリットについて：０．０１μｍから１０ｍｍ、
・ＰＣＢＮについて：直径０．５ｍｍから１０００ｍｍ、又は長さ０．５ｍｍから１０００ｍｍ
である。

好ましくは、第２の層は、第１の層に化学的に結合していないが、工具の製造中に、いくらかの結合が生じ得ることが理解されよう。

好ましくは、例えばＡｇの、オーバーコーティングは、第２の層に化学的に結合していないが、工具の製造時において、いくらかの結合が生じ得ることが理解されよう。

コーティングのそれぞれの場合において、好ましくは、基材全体が被覆されているが、コーティングの中に間隙があり得る可能性が常にある。

本発明に従って製造されるコーティングされたｃＢＮ研磨材料（グリット）は、主に、単層の工具のため、すなわちめっきの代替として意図される。

しかしながら、このコーティングの種々の可能性を際立たせるために、潜在的用途の非包括的なリストを以下に提供する。すなわち、鋸刃、帯鋸刃、弓鋸、穿孔機のビット、ワイヤビーズ、ツイストドリル、磨耗部品、磨砕砥石、磨砕端、ロータリードレッサー、単一及び複式のログドレッサー用のドレッサーログ、プロファイルドレッサー、ストレートルータ及びプロファイルドルータ、研磨カップ、単一刃工具、較正ローラ、伸線ダイ、単一刃旋削工具、ゲージ材料、肉盛、表面磨砕機、又はコーティングされた超砥粒を含有する任意の焼結／ロウ付けされた部分、コンクリート若しくは石の床の磨砕若しくは研磨である。

さらに、このコーティングを、化学量論的ｃＢＮグリット、非化学量論的ｃＢＮ、酸素リッチｃＢＮグリット、多結晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）ブランク、ｃＢＮコンパクト、及びｃＢＮの凝集体に付着させることもできる。このコーティングを、それらの用途領域において用いることもできる。

本発明にしたがったコーティングの長所の一つは、工具を大気ロウ付けにより製造し、特に、非不活性雰囲気中で超砥粒をロウ付けすることにより単層の工具を作製することを可能にすることである。これにより、新規な方法によりこのような工具が製造されるいくつかの機会が切り開かれる。コーティングされた超砥粒物体を工具の基材にロウ付けするのに使用することができる技術には、誘導加熱、標準的ロウ付け、ブロートーチング、及びアセチレントーチを用いる加熱が挙げられる。

本発明にしたがってコーティングされた研磨材料は、加熱プレス、自由焼結及び溶浸焼結等の他の工具作製技術においていくつかの利益を提供することもできる。例えば、このコーティングが、ＩＥＳ２００４／００２４に記載されている技術等の既存の技術に基づく場合、このコーティングは、液相が一般に存在する溶浸焼結により工具部分を製造するために用いたときに、湿潤を改善する、保持を増大させる、及び／又は保護を改善する等の長所を提供することができる。

工具製造技術の他の例には、放電焼結（ＥＤＳ）、電場支援焼結技術（ＦＡＳＴ）及びレーザ焼結が挙げられるが、それらに限定されるものではない。さらに、このコーティングは、様々な工具製造技術を、工具作製者に経済的利益を有し得る、既存及び新規の工具を製造するために現在用いられている技術に開放することができる。

本発明にしたがったコーティングは、ＰＣＤ、ＣＶＤダイヤモンド及びＰＣＢＮ等の、超砥粒のブランクを基材に接合する際に、潜在的に長所を提供し得る。

これから、以下の非限定的な例を参照して、本発明を説明する。

（例１）
エレメント６ＡＢＮ８００ ５０／６０ＵＳメッシュのグリット上にコーティングされた製品を３つ製造した。すなわち、（１）ＰＶＤにより付着された０．５μｍのＴｉコーティングと、（２）ＣＶＤにより付着された０．５μｍのＴｉＮコーティングと、（３）ＣＶＤによるＴｉＮの第１の層、及びＰＶＤによるＷの第２の層（厚さ０．４μｍ）からなるコーティングとである。

コーティングされたｃＢＮグリットを、ロウ付けペーストと混合し、炭化タングステン片の上に置いた。次いで、コーティングされたｃＢＮグリットとロウと片とを、ロウ付けペーストの溶融を確認し、ロウ付けペースト中のすべての有機物／溶媒を焼却するまで、誘導コイルにより加熱した。冷却したらすぐにロウ付けされた片を調査した。すべての例において、コーティングの表面が、ロウ付けペーストにより湿潤されていないことが確認された。それゆえに、コーティングの表面が酸化し、したがってロウ付け材料の湿潤が妨げられるので、（１）、（２）又は（３）を空気中ではロウ付けできない。上記により、ロウ付け中のｃＢＮグリットの保持が不良となることが予期される。

（例２）
例１からの試料（３）を用い、銀の層（厚さ０．５μｍ）をＰＶＤにより付着させて、試料番号（４）を製造した。例１に概説したように、ロウ付けを行った。（４）の場合において、コーティングされたｃＢＮは、ロウにより湿潤された。それゆえに、試料（４）は、ロウ付け中のｃＢＮの比較的良好な保持を有することが予期される。

（例３）
エレメント６ＡＢＮ８００ ５０／６０ＵＳメッシュのグリット上に、以下のコーティングを付着させた。すなわち、反応性スパッタリングにより堆積される、ＴｉＣに種類分けされるＴｉの第１の層（厚さ０．５μｍ）と、六フッ化タングステンの水素還元を用いる低温ＣＶＤにより堆積されるＷの第２の層と、シアン化銀を用いる電解めっきにより堆積されるＡｇの保護的なオーバーコーティングとである。このコーティングされた製品のロウ付けを、例１に概説するように行った。コーティングされたｃＢＮは、ロウ付けにより湿潤された。それゆえに、この試料は、ロウ付け中のｃＢＮの比較的良好な保持を有することが予期される。

（例４）
ＰＣＢＮブランク上に、以下のコーティングを付着させた。すなわち、低温ＣＶＤによるＴｉＮの第１の層（０．４μｍ）と、ＰＶＤによるＷの第２の層（０．４μｍ）と、ＰＶＤによるＡｇの保護的なオーバーコーティング（０．５μｍ）とである。

上記のコーティングされたＰＣＢＮブランク上と、コーティングされていないブランク上でも、湿潤性試験を行った。ロウ付けペーストを両方のブランク上に置き、次いで、ロウ付けペーストが溶融したことを確認し、すべての有機物／溶媒が焼却されるまで、両方のブランクを誘導コイルにより加熱した。冷却したらすぐにロウ付けされた片を調査した。コーティングされていないＰＣＢＮブランクの場合では、ロウ付け材料により、ブランクの表面が湿潤されていないことが確認された。しかし、コーティングされたブランクの場合には、コーティング上のロウの湿潤が観察された。

（例５）
例４のように、ＰＣＢＮブランクをコーティングした。炭化タングステンの基材の上にロウ付けペーストの層を付着させた。次いで、コーティングされたブランクを、炭化タングステンのブランク上にコーティング面を下にして置いた。次いで、ロウ付けペーストが溶融したことを確認し、すべての有機物／溶媒が焼却されるまで、この組み合わせを誘導コイルにより加熱した。冷却したらすぐに、ＰＣＢＮブランクが、炭化タングステンの基材に成功裡にロウ付けされたことが観察された。

Claims (18)

1. ｃＢＮ、亜酸化ホウ素又は炭化ホウ素の超硬質研磨材料の基材と、
   炭化物／窒化物／ホウ化物を形成する金属の第１の層と、
   Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、及びそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層と、
   Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、それらの組み合わせ及びそれらの合金であるオーバーコーティングであって、該オーバーコーティングの金属が第２の層の金属とは異なるオーバーコーティングと
   を含む、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料。
2. 超硬質材料が、約２５ＧＰａを超えるビッカース硬度を有する、請求項１に記載のコーティングされた材料。
3. 超硬質材料がｃＢＮである、請求項１又は２に記載のコーティングされた材料。
4. 炭化物／窒化物／ホウ化物を形成する金属が、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏから選択される、請求項１から３までのいずれか一項に記載のコーティングされた材料。
5. 金属がＴｉである、請求項４に記載のコーティングされた材料。
6. 第１の層の金属が、実質的に、炭化物、窒化物又はホウ化物の形である、請求項１から５までのいずれか一項に記載のコーティングされた材料。
7. 第２の層の金属がタングステンであり、オーバーコーティングが銀である、請求項１から６までのいずれか一項に記載のコーティングされた材料。
8. コーティングされた超硬質研磨材料が、
   ０．０１μｍから２０ｍｍの範囲である大きさのコーティングされたｃＢＮグリット、
   コーティングされた多結晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）ブランク、
   ｃＢＮコンパクト、及び／又は
   ｃＢＮの凝集体
   の形である、請求項１から７までのいずれか一項に記載のコーティングされた材料。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載の、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料の、研磨材工具中での性能向上のための使用。
10. コーティングされた研磨材料が、コーティングされたＰＣＢＮブランクである、請求項９に記載の使用。
11. ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料の表面に、直接、非酸化の保護コーティングを付着させることにより製造される大気のロウ付け物品。
12. ｃＢＮ、亜酸化ホウ素又は炭化ホウ素の基材を提供するステップと、
    炭化物／窒化物／ホウ化物を形成する金属の第１の層により基材をコーティングするステップと、
    Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、及びそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層により第１の層をコーティングするステップと、
    Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、それらの組み合わせ又はそれらの合金のオーバーコーティングであって、該オーバーコーティングの金属が第２の層の金属とは異なるオーバーコーティングにより第２の層をコーティングするステップと
    を含む、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料の製造方法。
13. 第１の層を、ＣＶＤ又はＰＶＤにより付着させ、第２のコーティングを、ＰＶＤ又はＣＶＤにより付着させる、請求項１２に記載の方法。
14. オーバーコーティングを、ＰＶＤ、又は電解若しくは無電解の堆積により付着させる、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 第１の層の金属が、実質的に、炭化物、窒化物又はホウ化物の形である、請求項１２から１４までのいずれか一項に記載の方法。
16. 請求項１から８までのいずれか一項に記載の、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料を含む研磨材含有工具。
17. 工具が、鋸刃、鋸刃自体、ドリル、ダイヤモンドワイヤ用ビーズ、帯鋸刃、弓鋸、穿孔機のビット、ワイヤビーズ、ツイストドリル、磨耗部品、磨砕砥石、磨砕端、ロータリードレッサー、単一及び複式のログドレッサー用のドレッサーログ、プロファイルドレッサー、ストレートルータ及びプロファイルドルータ、研磨カップ、単一刃工具、較正ローラ、伸線ダイ、単一刃旋削工具、ゲージ材料、肉盛、表面磨砕機の部分、及びコーティングされた超砥粒を含有する焼結部分から選択される、請求項１６に記載の研磨材含有工具。
18. 酸化性のロウ付け工程中、真空下を含む非酸化環境中、及び／又は還元環境中における、請求項１から８までのいずれか一項に記載の、ｃＢＮ、亜酸化ホウ素及び／又は炭化ホウ素から選択される、ホウ素又は窒素を含有するコーティングされた超硬質研磨材料の使用。