JP3255750B2 - ダイヤモンド質焼結体の製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド質焼結体の製造方法Info
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- JP3255750B2 JP3255750B2 JP07217593A JP7217593A JP3255750B2 JP 3255750 B2 JP3255750 B2 JP 3255750B2 JP 07217593 A JP07217593 A JP 07217593A JP 7217593 A JP7217593 A JP 7217593A JP 3255750 B2 JP3255750 B2 JP 3255750B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属，セラミックスな
どの結合材を含有するダイヤモンド焼結体の製造方法に
関し、より詳細には靱性に優れ、特に工具用または耐摩
耗用材料として適したダイヤモンド質焼結体の製造方法
に関するものである。
どの結合材を含有するダイヤモンド焼結体の製造方法に
関し、より詳細には靱性に優れ、特に工具用または耐摩
耗用材料として適したダイヤモンド質焼結体の製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年においては、ダイヤモンドは最も高い
硬度を有することから、研削加工や切削加工に広く用い
られるようになっている。このようなダイヤモンドを使
用した切削工具としては、ダイヤモンドをＣｏなどの金
属で結合したダイヤモンド質焼結体が用いられている
（特公昭４２−１２１２６号公報等参照）。
硬度を有することから、研削加工や切削加工に広く用い
られるようになっている。このようなダイヤモンドを使
用した切削工具としては、ダイヤモンドをＣｏなどの金
属で結合したダイヤモンド質焼結体が用いられている
（特公昭４２−１２１２６号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】しかし、上記のよう
な従来のダイヤモンド質焼結体は耐摩耗性に優れる反
面、靱性に劣り、例えば、切削工具として用いた場合に
刃先が欠けやすいという問題があった。
な従来のダイヤモンド質焼結体は耐摩耗性に優れる反
面、靱性に劣り、例えば、切削工具として用いた場合に
刃先が欠けやすいという問題があった。
【０００４】
【問題を解決するための手段】本発明者等は上記問題点
について検討を重ねた結果、ダイヤモンドを焼結する際
のダイヤモンド粉末として、例えは、気相合成されたダ
イヤモンド粉末であって比較的密度の低いものを使用す
ることにより、耐摩耗性に優れるとともに靱性に優れる
焼結体を得ることができることを見出した。
について検討を重ねた結果、ダイヤモンドを焼結する際
のダイヤモンド粉末として、例えは、気相合成されたダ
イヤモンド粉末であって比較的密度の低いものを使用す
ることにより、耐摩耗性に優れるとともに靱性に優れる
焼結体を得ることができることを見出した。
【０００５】即ち、本発明のダイヤモンド質焼結体の製
造方法は、ダイヤモンド粉末５０体積％以上と、結合相
としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちの少なくとも１種を５０
体積％以下用いて、焼成するダイヤモンド質焼結体の製
造方法において、前記ダイヤモンド粉末が、気相合成に
より製造され、欠陥及び／又は非ダイヤモンド成分を含
むダイヤモンド粒子からなり、且つ前記ダイヤモンド粉
末の密度がダイヤモンドの理論密度の３０〜９５％であ
ることを特徴とするものである。特に、前記ダイヤモン
ド粉末が、焼成過程において粉砕及び／又は塑性変形さ
れることが好ましい。結合相としてＴｉ、Ａｌ、Ｓｉ、
立方晶窒化硼素、ウルツ鉱型窒化硼素およびＴｉ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの炭化物，窒化物，炭
窒化物，硼化物並びにＡｌの酸化物，炭化物，窒化物，
硼化物のうちの少なくとも一種を含有することが望まし
い。
造方法は、ダイヤモンド粉末５０体積％以上と、結合相
としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちの少なくとも１種を５０
体積％以下用いて、焼成するダイヤモンド質焼結体の製
造方法において、前記ダイヤモンド粉末が、気相合成に
より製造され、欠陥及び／又は非ダイヤモンド成分を含
むダイヤモンド粒子からなり、且つ前記ダイヤモンド粉
末の密度がダイヤモンドの理論密度の３０〜９５％であ
ることを特徴とするものである。特に、前記ダイヤモン
ド粉末が、焼成過程において粉砕及び／又は塑性変形さ
れることが好ましい。結合相としてＴｉ、Ａｌ、Ｓｉ、
立方晶窒化硼素、ウルツ鉱型窒化硼素およびＴｉ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの炭化物，窒化物，炭
窒化物，硼化物並びにＡｌの酸化物，炭化物，窒化物，
硼化物のうちの少なくとも一種を含有することが望まし
い。
【０００６】本発明において用いられるダイヤモンド粉
末は、理論密度３０〜９５％であれば良く、このような
粉末は、気相合成により製造されるものであり、気相合
成法の合成条件を変えることにより、空孔，転位等の欠
陥やグラファイト，アモルファスカーボン等の非ダイヤ
モンド成分を広い範囲にわたって含有するダイヤモンド
粒子が得られるからである。これらの欠陥や非ダイヤモ
ンド成分を含むダイヤモンド粒子は、焼結過程で破砕や
塑性変形を引き起こし、その結果、焼結体組織の緻密
化，微細化が促進される。ただし、粉末の密度がダイヤ
モンドの理論密度の９５〜１００％ではその効果が特に
認められず、また３０％未満では空孔や非ダイヤモンド
成分が焼結体中に残り好ましくない。ダイヤモンド粉末
の密度は、理論密度の８０〜９０％が特に好ましい。ま
た、ダイヤモンド粉末の密度は、アルキメデス法、例え
ば、浮沈法により測定される。
末は、理論密度３０〜９５％であれば良く、このような
粉末は、気相合成により製造されるものであり、気相合
成法の合成条件を変えることにより、空孔，転位等の欠
陥やグラファイト，アモルファスカーボン等の非ダイヤ
モンド成分を広い範囲にわたって含有するダイヤモンド
粒子が得られるからである。これらの欠陥や非ダイヤモ
ンド成分を含むダイヤモンド粒子は、焼結過程で破砕や
塑性変形を引き起こし、その結果、焼結体組織の緻密
化，微細化が促進される。ただし、粉末の密度がダイヤ
モンドの理論密度の９５〜１００％ではその効果が特に
認められず、また３０％未満では空孔や非ダイヤモンド
成分が焼結体中に残り好ましくない。ダイヤモンド粉末
の密度は、理論密度の８０〜９０％が特に好ましい。ま
た、ダイヤモンド粉末の密度は、アルキメデス法、例え
ば、浮沈法により測定される。
【０００７】このようなダイヤモンド粉末は、例えば、
熱フィラメントＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ法，プラズマ
ジェット法，火炎法などよって製造されるが、密度が理
論密度の３０〜９５％になる方法であればどのような方
法であっても良い。
熱フィラメントＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ法，プラズマ
ジェット法，火炎法などよって製造されるが、密度が理
論密度の３０〜９５％になる方法であればどのような方
法であっても良い。
【０００８】本発明において用いられるダイヤモンド粉
末は、平均粒子径が２０μｍ以下、特に１〜４μｍのも
のが好ましい。平均粒子径が２０μｍを越えると抗折強
度が低下する傾向にあり、平均粒子径が１μｍ以下では
混合等が難しくなり生産性が低下するからである。
末は、平均粒子径が２０μｍ以下、特に１〜４μｍのも
のが好ましい。平均粒子径が２０μｍを越えると抗折強
度が低下する傾向にあり、平均粒子径が１μｍ以下では
混合等が難しくなり生産性が低下するからである。
【０００９】また、ダイヤモンドの結合相としてＦｅ、
Ｎｉ、Ｃｏのうちの少なくとも一種を５０体積％以下含
有し、或いは結合相としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちの少
なくとも一種以上と、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、立方晶窒化硼
素、ウルツ鉱型窒化硼素およびＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの炭化物，窒化物，炭窒化物，硼化
物並びにＡｌの酸化物，炭化物，窒化物，硼化物のうち
の少なくとも一種以上を５０体積％以下含有する。Ｆ
ｅ，Ｎｉ，Ｃｏは非ダイヤモンド成分のダイヤモンド転
換促進材としても効果的である。ここで、上記結合材量
を５０体積％以下に限定したのは、５０体積％を越える
と耐摩耗性が損なわれてくるからである。Ｆｅ，Ｎｉ，
Ｃｏは１０〜２０体積％、その他の結合相は１０〜４０
体積％含有することが望ましい。
Ｎｉ、Ｃｏのうちの少なくとも一種を５０体積％以下含
有し、或いは結合相としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちの少
なくとも一種以上と、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、立方晶窒化硼
素、ウルツ鉱型窒化硼素およびＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの炭化物，窒化物，炭窒化物，硼化
物並びにＡｌの酸化物，炭化物，窒化物，硼化物のうち
の少なくとも一種以上を５０体積％以下含有する。Ｆ
ｅ，Ｎｉ，Ｃｏは非ダイヤモンド成分のダイヤモンド転
換促進材としても効果的である。ここで、上記結合材量
を５０体積％以下に限定したのは、５０体積％を越える
と耐摩耗性が損なわれてくるからである。Ｆｅ，Ｎｉ，
Ｃｏは１０〜２０体積％、その他の結合相は１０〜４０
体積％含有することが望ましい。
【００１０】即ち、上記のような気相合成された相対密
度３０〜９５％のダイヤモンド粉末，その他の所望のＦ
ｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の各粉末を準備し、これらを前述した
特定の組成に秤量し、ボールミル等を用いて混合する。
そして得られた混合粉末を、必要に応じ所定の形状に成
形する。
度３０〜９５％のダイヤモンド粉末，その他の所望のＦ
ｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の各粉末を準備し、これらを前述した
特定の組成に秤量し、ボールミル等を用いて混合する。
そして得られた混合粉末を、必要に応じ所定の形状に成
形する。
【００１１】次に上記成形体を、例えば、特公昭３９−
８９４８号公報に開示されるように、高温高圧で焼結す
る。即ち、圧力３．０ＧＰａ以上、温度１２００℃以上
で１５〜１２０分間保持し、ダイヤモンド質焼結体を得
る。温度と圧力はダイヤモンドが分解せず、かつ緻密な
焼結体が得られる範囲で、できるだけ低い値を選ぶこと
が望ましい。また、結合相を形成する板材の上部に、ダ
イヤモンド粉末を乗せ、焼成する方法（溶浸法）により
ダイヤモンド焼結体を製造しても良い。
８９４８号公報に開示されるように、高温高圧で焼結す
る。即ち、圧力３．０ＧＰａ以上、温度１２００℃以上
で１５〜１２０分間保持し、ダイヤモンド質焼結体を得
る。温度と圧力はダイヤモンドが分解せず、かつ緻密な
焼結体が得られる範囲で、できるだけ低い値を選ぶこと
が望ましい。また、結合相を形成する板材の上部に、ダ
イヤモンド粉末を乗せ、焼成する方法（溶浸法）により
ダイヤモンド焼結体を製造しても良い。
【００１２】
【作用】本発明のダイヤモンド質焼結体の製造方法で
は、空孔，転位等の欠陥やグラファイト，アモルファス
カーボン等の非ダイヤモンド成分を含むダイヤモンド粉
末が、焼結過程において粉砕，塑性変形することによ
り、組織の緻密化，微細化が促進される。その結果、従
来と比較して靱性が著しく向上する。
は、空孔，転位等の欠陥やグラファイト，アモルファス
カーボン等の非ダイヤモンド成分を含むダイヤモンド粉
末が、焼結過程において粉砕，塑性変形することによ
り、組織の緻密化，微細化が促進される。その結果、従
来と比較して靱性が著しく向上する。
【００１３】
実施例１ 原料粉末として、密度および平均結晶粒径が表１のダイ
ヤモンド粉末と、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ粉末を、表１に示す
割合で調合し、この粉末を超硬合金製の遊星型ボールミ
ルで６時間混合した。この混合粉末を圧力１ｔｏｎ／ｃ
ｍ2 で加圧成形し、この成形体を高温高圧発生装置を用
いて、表１に示す圧力，温度で所定時間保持し、焼成す
ることによりダイヤモンド質焼結体を得た。また、比較
のため超高圧合成ダイヤモンド，天然ダイヤモンドを用
いて上記と同様に実験した。
ヤモンド粉末と、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ粉末を、表１に示す
割合で調合し、この粉末を超硬合金製の遊星型ボールミ
ルで６時間混合した。この混合粉末を圧力１ｔｏｎ／ｃ
ｍ2 で加圧成形し、この成形体を高温高圧発生装置を用
いて、表１に示す圧力，温度で所定時間保持し、焼成す
ることによりダイヤモンド質焼結体を得た。また、比較
のため超高圧合成ダイヤモンド，天然ダイヤモンドを用
いて上記と同様に実験した。
【００１４】
【表１】
【００１５】そして、ダイヤモンド質焼結体を取り出し
て鏡面加工し、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で組織観察
したところ、いずれもポアのない緻密，微細な組織を示
した。また、得られた焼結体に対して、ビッカース硬度
と破壊靱性を測定した。破壊靱性の測定は、ビッカース
硬度用ダイヤモンド圧子を用いた荷重２０ｋｇｆの圧痕
法により行った。
て鏡面加工し、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で組織観察
したところ、いずれもポアのない緻密，微細な組織を示
した。また、得られた焼結体に対して、ビッカース硬度
と破壊靱性を測定した。破壊靱性の測定は、ビッカース
硬度用ダイヤモンド圧子を用いた荷重２０ｋｇｆの圧痕
法により行った。
【００１６】さらに、これらの焼結体を用いて工具を作
製し、下記の条件で乾式による断続切削試験を行った。
製し、下記の条件で乾式による断続切削試験を行った。
【００１７】（切削試験） 被削材 Ａｌ−２５％Ｓｉ（４本溝入り） 切削速度 ５００ｍ／ｍｉｎ 切り込み ０．２ｍｍ 送り ０．１ｍｍ／ｒｅｖ 性能の評価は、切削中における工具欠陥の有無と、１５
分間切削後の工具逃げ面摩耗幅の測定により行った。以
上の実験結果を表２に示す。
分間切削後の工具逃げ面摩耗幅の測定により行った。以
上の実験結果を表２に示す。
【００１８】
【表２】
【００１９】この表２より、本発明のダイヤモンド質焼
結体は、硬度Ｈｖが６５００以上で、破壊靱性Ｋ1 ｃが
９ＭＰａ・ｍ1/2 以上であった。また、欠損を一切生じ
ることなく切削ができ、１５分間切削後の工具逃げ面摩
耗幅は０．１５０ｍｍ以下という優れた特性を有してい
ることが確認された。
結体は、硬度Ｈｖが６５００以上で、破壊靱性Ｋ1 ｃが
９ＭＰａ・ｍ1/2 以上であった。また、欠損を一切生じ
ることなく切削ができ、１５分間切削後の工具逃げ面摩
耗幅は０．１５０ｍｍ以下という優れた特性を有してい
ることが確認された。
【００２０】実施例２ 原料粉末として、密度および平均結晶粒径が表３のダイ
ヤモンド粉末と、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ粉末と、Ｔｉ、Ａ
ｌ、Ｓｉ、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）、ウルツ鉱型窒化
硼素（ｗＢＮ）及びＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗの炭化物，窒化物，炭窒化物、硼化物並びにＡｌ
の酸化物，炭化物，窒化物，硼化物の粉末を表３に示す
割合で調合し、この粉末を実施例１と同様にして混合、
成形した。
ヤモンド粉末と、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ粉末と、Ｔｉ、Ａ
ｌ、Ｓｉ、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）、ウルツ鉱型窒化
硼素（ｗＢＮ）及びＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗの炭化物，窒化物，炭窒化物、硼化物並びにＡｌ
の酸化物，炭化物，窒化物，硼化物の粉末を表３に示す
割合で調合し、この粉末を実施例１と同様にして混合、
成形した。
【００２１】この成形体を高温高圧発生装置を用いて、
表３に示す圧力、温度で所定時間保持し、焼成すること
により、ダイヤモンド質焼結体を得た。また、比較のた
め超高圧合成ダイヤモンドを用いて上記と同様に実験し
た。
表３に示す圧力、温度で所定時間保持し、焼成すること
により、ダイヤモンド質焼結体を得た。また、比較のた
め超高圧合成ダイヤモンドを用いて上記と同様に実験し
た。
【００２２】
【表３】
【００２３】そして、これらのダイヤモンド質焼結体の
組織，硬度，破壊靱性を、実施例１と同様にして調べ、
また、さらにこれらの焼結体を用いて工具を作製し、実
施例１と同様の切削試験を行った。結果を表４に示す。
組織，硬度，破壊靱性を、実施例１と同様にして調べ、
また、さらにこれらの焼結体を用いて工具を作製し、実
施例１と同様の切削試験を行った。結果を表４に示す。
【００２４】
【表４】
【００２５】表４より、本発明の試料はいずれもポアの
ない緻密，微細な組織を示し、硬度Ｈｖが５５００以上
で、破壊靱性Ｋ1 ｃが９．５ＭＰａ・ｍ1/2 以上であっ
た。
ない緻密，微細な組織を示し、硬度Ｈｖが５５００以上
で、破壊靱性Ｋ1 ｃが９．５ＭＰａ・ｍ1/2 以上であっ
た。
【００２６】また、１５分間切削後の工具逃げ面摩耗幅
は０．１６５ｍｍ以下という優れた特性を有しているこ
とが確認された。
は０．１６５ｍｍ以下という優れた特性を有しているこ
とが確認された。
【００２７】
【発明の効果】以上の通り、本発明のダイヤモンド質焼
結体の製造方法は、空孔，転位等の欠陥やグラファイ
ト，アモルファスカーボン等の非ダイヤモンド成分を含
むダイヤモンド粉末が、焼結過程において粉砕，塑性変
形することにより、組織の緻密化，微細化が促進され、
その結果、耐摩耗性に優れるとともに、従来と比較して
靱性を著しく向上することができる。
結体の製造方法は、空孔，転位等の欠陥やグラファイ
ト，アモルファスカーボン等の非ダイヤモンド成分を含
むダイヤモンド粉末が、焼結過程において粉砕，塑性変
形することにより、組織の緻密化，微細化が促進され、
その結果、耐摩耗性に優れるとともに、従来と比較して
靱性を著しく向上することができる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/52 C04B 35/52 301
Claims (3)
- 【請求項１】ダイヤモンド粉末５０体積％以上と、結合
相としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちの少なくとも１種を５
０体積％以下用いて、焼成するダイヤモンド質焼結体の
製造方法において、前記ダイヤモンド粉末が、気相合成
により製造され、欠陥及び／又は非ダイヤモンド成分を
含むダイヤモンド粒子からなり、且つ前記ダイヤモンド
粉末の密度がダイヤモンドの理論密度の３０〜９５％で
あることを特徴とするダイヤモンド質焼結体の製造方
法。 - 【請求項２】前記ダイヤモンド粉末が、焼成過程におい
て粉砕及び／又は塑性変形されることを特徴とする請求
項１記載のダイヤモンド質焼結体の製造方法。 - 【請求項３】結合相として、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、立方晶
窒化硼素、ウルツ鉱型窒化硼素およびＴｉ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの炭化物，窒化物，炭窒化
物，硼化物並びにＡｌの酸化物，炭化物，窒化物，硼化
物のうちの少なくとも一種を含有することを特徴とする
請求項１又は２記載のダイヤモンド質焼結体の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07217593A JP3255750B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | ダイヤモンド質焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07217593A JP3255750B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | ダイヤモンド質焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06279115A JPH06279115A (ja) | 1994-10-04 |
| JP3255750B2 true JP3255750B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=13481634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07217593A Expired - Fee Related JP3255750B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | ダイヤモンド質焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3255750B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003095743A (ja) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Ishizuka Kenkyusho:Kk | ダイヤモンド焼結体及びその製造法 |
| CN104289718B (zh) * | 2014-09-18 | 2017-10-24 | 泉州众志金刚石工具有限公司 | 大理石刀头的制备方法及所用到的胎体材料 |
| CN106180730B (zh) * | 2016-07-18 | 2018-06-29 | 泉州众志金刚石工具有限公司 | 一种新型高性价比花岗岩通用锯片的制备方法 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP07217593A patent/JP3255750B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06279115A (ja) | 1994-10-04 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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