JPH01126271A - 高硬度複合焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、切削用工具の刃先、ドレッサー。

ダイス等の耐摩耗性部品として有用な高硬度複合焼結体
及びその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ ダイヤモンド焼結体は高硬度で耐摩耗性に富んでおり、
従来から切削用工具の刃先や線引ダイス等の素材として
使用されてきたが、鉄族金属とは反応性が高いという欠
点を有していた。従ってダイヤモンド焼結体の使用範囲
は非鉄金属や非金属を対象とする場合に限定されている
のが実情である。

一方高圧相型窒化硼素焼結体も切削工具用刃先等の素材
として開発されており、この焼結体は鉄族金属との耐反
応性に優れているところから主に鉄系金属加工用として
使用されてきた。しかしながら高圧相型窒化硼素焼結体
の耐摩耗性は、ダイヤモンド焼結体の耐摩耗性を凌ぐま
でには至っていない。

この様なところから近年では、ダイヤモンドと高圧相型
窒化硼素の双方の長所を兼ね備え、鉄族金属及び非鉄金
属のいずれに対しても優れた性能を発揮する様なダイヤ
モンド・高圧相型窒化硼素複合焼結体の製造が試みられ
ている（例えば特公昭６２−１３４７号、同６１−３３
０７号）。しかしながらこれまでに試みられた技術は、
いずれも高圧相型窒化硼素粉末にダイヤモンド粉末又は
炭素粉末を加えた混合粉末を原料とし、この混合粉末を
高温・高圧下で焼結させるものである。ところがこの様
な従来技術であると、粉末状の原料を使用しているので
原料粉末の表面にガスが吸着され易く、従って焼結が阻
害されて未焼結部分が残ってしまうという問題があった
。そしてこの様な問題を回避するには、原料粉末を高温
で真空処理した後更に密封するという繁雑な工程が必要
となる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明はこうした技術背景のもとでなされたものであっ
て、その目的とするところは、鉄族金属及び非鉄金属の
いずれに対しても優れた耐摩耗性能を発揮する高硬度複
合焼結体、及びその様な焼結体を得る為の最適な方法を
提供する点にある。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る高硬度複合焼結体とは、高温・高圧法によ
って製造されるダイヤモンド・高圧相型窒化硼素複合焼
結体であって、高圧相型窒化硼素を３０〜９０重量％含
むと共に、ダイヤモンド粒子が結合相を形成している点
に要旨を有するものである。

又本発明に係る高硬度複合焼結体の製造方法とは、ダイ
ヤモンド・高圧相型窒化硼素複合焼結体を高温・高圧法
によって製造するに当たり、高圧相型窒化硼素粉末或は
高圧相型窒化硼素とダイヤモンドとの混合粉末を３０〜
９０重量％含有させた樹脂由来カーボンを、鉄族金属を
５重量％以上含む金属又は合金と接触させ、１３００℃
以上の温度で且つ熱力学的なダイヤモンド安定領域の圧
力で加圧焼結する点に要旨を有するものである。

［作用］ 本発明者らは上記目的を達成する為に鋭意研究した結果
、高圧相型窒化硼素粉末或は該高圧相型窒化硼素とダイ
ヤモンドとの混合粉末の所定量を含有させた樹脂由来カ
ーボンを原料とし、該原料を高温・高圧下で焼結させる
ことによって希望するダイヤモンド・高圧相型窒化硼素
複合焼結体が実現できることを見出し、本発明を完成し
たものである。

樹脂由来カーボンは後述の如く液体状七ツマ−から製造
できるので、高圧相型窒化硼素粉末（及びダイヤモンド
粉末）を適度に分散でき、従来技術で述べたガス吸着等
の不都合を発生することなく、ダイヤモンド・高圧相型
窒化硼素複合焼結体が実現できるのである。

樹脂由来カーボンはグラッシーカーボンと呼ばれている
ものと物質的に同じであり、この樹脂由来カーボンは高
温・高圧処理によってダイヤモンドに変換される。樹脂
由来カーボンの代表例としてはフラン樹脂由来カーボン
が挙げられ、これはフルフリルアルコールに酸触媒を添
加して脱水縮合し、得られるフラン樹脂を炭化処理した
ものである。従って本発明において樹脂由来カーボンと
してフラン樹脂由来カーボンを用いる場合には、フルフ
リルアルコール中に原料粉末を混合分散させてから上記
処理を行なうことによって、所定量の原料粉末を含有し
た固形のフラン樹脂由来カーボンが得られる。そして得
られた原料粉末含有樹脂由来カーボンを高温真空下で脱
ガス処理した後（従来技術ではこの後が問題となる）、
触媒金属と積層又は同心円状に配置して接触させ、高温
・高圧下で焼結させることによって、ダイヤモンドを結
合相とする高硬度のダイヤモンド・高圧相型窒化硼素複
合焼結体が得られる。原料粉末を分散含有した樹脂由来
カーボンは緻密な固形物であり、−変説ガス処理した後
はガス成分の吸着は少なく、しかも原料粉末をカーボン
で均一に被覆した成形体を形成する。

尚上述の説明では樹脂由来カーボンの代表例としてフラ
ン樹脂を炭化処理したフラン樹脂由来カーボンを示した
が、本発明で用いる樹脂由来カーボンはフラン樹脂由来
のものに限らず、その他フ芥ノールホルムアルデヒド樹
脂、アセトン・フルフラール樹脂、フルフリルアルコー
ル・フェノール共重合樹脂等の熱硬化性樹脂由来のもの
であっても同様に処理できる。

一方希望する複合焼結体を得る為の焼結温度は１３００
℃以上とする必要があり、１３００℃未満では焼結性が
劣る。又焼結の際の圧力としては当然のことながら、熱
力学的なダイヤモンド安定領域の圧力とする必要があり
、約４０Ｋｂ以上の圧力が必要である。更に焼結の際に
用いる触媒としては鉄、コバルト、ニッケル等の鉄族金
属であることが必要であり、鉄族金属のいずれかを５重
量％以上含有する合金であれば十分な触媒作用が発揮さ
れる。しかしながら鉄族金属が５重量％未満であると触
媒作用が発揮されず、焼結性が低下する。” 尚本発明における高圧相型窒化硼素とは、立方晶型窒化
硼素とウルツ鉱型窒化硼素の２種類を包含する意味であ
り（後述の実施例３参照）、従つて本発明においてはど
ちらか一方を単独で使用することもあり得るし、両方を
混合して使用することもあり得る。又本発明においては
、高圧相型窒化硼素の含有量は３０〜９０重量％とする
必要がある。これは高圧相型窒化硼素の含有量が３０重
量％より少ないと、生成ダイヤモンドが粗粒となり均質
な組織の焼結体が得られないからであり、又含有量が９
０重量％を超えると焼結の進行が阻害されるからである
。但し、上記範囲内において高圧相型窒化硼素の一部を
ダイヤモンド粉末に代えても希望する複合焼結体は得ら
れた。

この様にして得られる複合焼結体は、上述した様に高硬
度で耐摩耗性に優れたものであるが、その他触媒金属を
多少含有している為焼結体の放電加工は容易である。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例］ 実施例１ 粒径４〜８μｍの立方晶型窒化硼素粉末を各種割合でフ
ルフリルアルコールと混合し、微量の硝酸を添加後７０
℃に加熱し、脱水縮合によって樹脂化した。これらを８
５０℃で炭化処理し、緻密な固形の立方晶窒化硼素分散
フラン樹脂由来カーボンを得た。得られたフラン樹脂由
来カーボンを直径５ｉ＋ｍ、厚さ４ｍｍの円板状に加工
し、１×１０−’Ｔｏｒｒ、　　１４５０℃で脱ガスし
た。

同様に立方晶窒化硼素粉末とダイヤモンド粉末の混合粉
末を各種割合でフルフリルアルコールと混合したものを
用いて、上記の手順で樹脂由来カーボンを得た。

これらの原料粉末含有フラン樹脂由来カーボン１を第１
図（試料構成を示す概略説明図）に示す様に外径１０ｍ
ｍの触媒作用を有する超硬合金製基体２と同心円状に配
置し、場合によりその上に同じく触媒作用有する金属板
３を配置し、６０キロバール、１５００℃の条件で焼結
を行ない各種のとしてのＺｒであり、５は圧力媒体及び
絶縁物としてのＮａＣ１である。その結果は第１表に示
す通りである。

第１表の結果から明らかであるが、本発明で規定する要
件を満足する焼結体（Ｎｏ、１〜１０）は、いずれもダ
イヤモンド粒子が結合相をなす均質な組織であった。尚
フラン樹脂由来カーボンは、すべての実施例において完
全にダイヤモンドに変換していた。

実施例２ 実施例１で得られた焼結体Ｎｏ、１〜１０の夫々の中央
部にレーザ加工で孔をあけ、線径２．５０！１１１用の
線引ダイスを作製した。これらの線引ダイスを用いて、
乾式でステンレス鋼線を伸線したときに、再研摩までの
伸線量を調査した。その結果は下記第２表に示した。尚
第２表には比較例として、従来のダイヤモンド焼結体（
粒度４〜８μｍ）の線引ダイスを用いた場合の結果をも
併記した。

第２表の結果からも明らかであるが、本発明に係る複合
焼結体は従来のダイヤモンド焼結体よりも優れた性能を
発揮しているのがよく分かる。

第２表 実施例３ 粒径２〜４μｍの立方晶型窒化硼素粉末３０重量％及び
同粒径のウルツ鉱型窒化硼素粉末３０重量％を分散させ
たフラン樹脂由来カーボンを、実施例１のＮｏ、３と同
じ方法によって作製し、以下同様にして高圧焼結を行な
ったところ、ダイヤモンドが結合相をなす均質な組織の
焼結体が得られた。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、既述の構成を採用する
ことによって優れた性能を発揮する高硬度複合焼結体が
実現できた。又本発明に係る製造方法は、従来の製造方
法が有する欠点を悉く解消し得たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法を実施する為の試料構成を示
す概略説明図である。 １・・・原料粉末含有フラン樹脂由来カーボン２・・・
超硬合金製基体 ３・・・触媒金属板 ４・・・Ｚｒ（ジルコニウム） ５・・・ＮａＣ１（食塩）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温・高圧法によって製造されるダイヤモンド・
   高圧相型窒化硼素複合焼結体であって、高圧相型窒化硼
   素を３０〜９０重量％含むと共に、ダイヤモンド粒子が
   結合相を形成していることを特徴とする高硬度複合焼結
   体。
2. （２）ダイヤモンド・高圧相型窒化硼素複合焼結体を高
   温・高圧法によって製造するに当たり、高圧相型窒化硼
   素粉末或は高圧相型窒化硼素とダイヤモンドとの混合粉
   末を３０〜９０重量％含有させた樹脂由来カーボンを、
   鉄族金属を５重量％以上含む金属又は合金と接触させ、
   １３００℃以上の温度で且つ熱力学的なダイヤモンド安
   定領域の圧力で加圧焼結することを特徴とする高硬度複
   合焼結体の製造方法。