JPH01308883A - ろう付けされた熱安定性多結晶質ダイヤモンド製品およびそれの製造方法 - Google Patents
ろう付けされた熱安定性多結晶質ダイヤモンド製品およびそれの製造方法Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は熱安定性の多結晶質ダイヤモンド成形体に関す
るものであって、更に詳しく言えば、かかる成形体を超
硬合金支持体またはそれ自体にろう付けする技術に関す
る。
るものであって、更に詳しく言えば、かかる成形体を超
硬合金支持体またはそれ自体にろう付けする技術に関す
る。
超硬研摩材業界においては、多結晶質ダイヤモンド成形
体および多結晶質立方晶系窒化ホウ素(CBN)成形体
によって代表される多結晶質研摩材粒子の成形体が公知
である。このような成形体の実例は、多結晶質ダイヤモ
ンド成形体に関しては米国特許節3745623および
3608818号明細書中に記載されており、また多結
晶質CBN成形体に関しては米国特許節3767371
および3743489号明細書中に記載されている。か
かる多結晶質成形体は多くの用途分野において当業界に
多大の寄与をもたらすものであったが、高温(たとえば
約700℃以上の温度〉下において熱劣化が生じ易いと
いう事実のため、特に金属母材への接合を伴う用途にお
いてはそれらの有用性が制限を受けてきた。かかる多結
晶質成形体の熱安定性は、約3%未満の非ダイヤモンド
相を含有する熱安定性の多孔質自己結合ダイヤモンドお
よびCBN成形体(以後は「多孔性成形体」と呼ぶ)の
出現によって改善された。この種の成形体は米国特許節
4224380および4288248号明細書中に記載
されている。
体および多結晶質立方晶系窒化ホウ素(CBN)成形体
によって代表される多結晶質研摩材粒子の成形体が公知
である。このような成形体の実例は、多結晶質ダイヤモ
ンド成形体に関しては米国特許節3745623および
3608818号明細書中に記載されており、また多結
晶質CBN成形体に関しては米国特許節3767371
および3743489号明細書中に記載されている。か
かる多結晶質成形体は多くの用途分野において当業界に
多大の寄与をもたらすものであったが、高温(たとえば
約700℃以上の温度〉下において熱劣化が生じ易いと
いう事実のため、特に金属母材への接合を伴う用途にお
いてはそれらの有用性が制限を受けてきた。かかる多結
晶質成形体の熱安定性は、約3%未満の非ダイヤモンド
相を含有する熱安定性の多孔質自己結合ダイヤモンドお
よびCBN成形体(以後は「多孔性成形体」と呼ぶ)の
出現によって改善された。この種の成形体は米国特許節
4224380および4288248号明細書中に記載
されている。
欧州特許第116403号明細書中には、80〜90(
容i)%を占めるダイヤモンド粒子の塊状体および10
〜20(容量)%を占める第2の相から成る熱安定性の
ダイヤモンド成形体が記載されている。この場合、ダイ
ヤモンド粒子の塊状体は実質的にダイヤモンド間結合に
よって一体(ヒされた骨格塊状体を形成している一方、
第2の相はニッケルおよびケイ素を含有していて、ニッ
ケルはニッケルおよび(または)ケイ化ニッケルとして
存在し、またケイ素はケイ素、炭化ケイ素および(また
は)ケイ化ニッケルとして存在している。
容i)%を占めるダイヤモンド粒子の塊状体および10
〜20(容量)%を占める第2の相から成る熱安定性の
ダイヤモンド成形体が記載されている。この場合、ダイ
ヤモンド粒子の塊状体は実質的にダイヤモンド間結合に
よって一体(ヒされた骨格塊状体を形成している一方、
第2の相はニッケルおよびケイ素を含有していて、ニッ
ケルはニッケルおよび(または)ケイ化ニッケルとして
存在し、またケイ素はケイ素、炭化ケイ素および(また
は)ケイ化ニッケルとして存在している。
英国特許出願第8508295号明細書中にはまた、8
0〜90(容量)%を占めるダイヤモンド粒子の塊状体
および10〜20(容量)%を占める第2の相から成る
熱安定性のダイヤモンド成形体が記載されている。この
場合、ダイヤモンド粒子の塊状体は実質的にダイヤモン
ド間結合によって一体化された骨格塊状体を形成してい
る一方、第2の相は主としてケイ素から成っていて、そ
のケイ素はグケイ素および(または)炭化ケイ素として
存在している。
0〜90(容量)%を占めるダイヤモンド粒子の塊状体
および10〜20(容量)%を占める第2の相から成る
熱安定性のダイヤモンド成形体が記載されている。この
場合、ダイヤモンド粒子の塊状体は実質的にダイヤモン
ド間結合によって一体化された骨格塊状体を形成してい
る一方、第2の相は主としてケイ素から成っていて、そ
のケイ素はグケイ素および(または)炭化ケイ素として
存在している。
ダイヤモンドは人造および天然のいずれのものも極めて
濡れ難く、そのためにダイヤモンドを各種の基体に取付
けることは困難である。多孔性成形体は本質的にダイヤ
モンドのみによって構成されているから、それらをたと
えば超硬合金支持体に接合することは難しい、多孔性成
形体を超硬合金支持体にうまく接合する際には、ダイヤ
モンド表面および支持体の両方を濡らしかつ(あるいは
)それらに密着し得る結合剤が必要となる。ダイヤモン
ドと超硬合金支持体との間の結合は、有用な工具を与え
るのに十分なだけの強さを有していなければならない、
かかる結合を生み出すために必要な温度条件は、ダイヤ
モンドの黒鉛化および(または)超硬合金支持体系の損
傷を引起こすほどに高くてはならない、結合剤はまた、
接合作業中および作業後において、多孔性ダイヤモンド
成形体および超硬合金支持体のいずれに対しても化学的
および物理的な適合性を有するものでなければならない
。
濡れ難く、そのためにダイヤモンドを各種の基体に取付
けることは困難である。多孔性成形体は本質的にダイヤ
モンドのみによって構成されているから、それらをたと
えば超硬合金支持体に接合することは難しい、多孔性成
形体を超硬合金支持体にうまく接合する際には、ダイヤ
モンド表面および支持体の両方を濡らしかつ(あるいは
)それらに密着し得る結合剤が必要となる。ダイヤモン
ドと超硬合金支持体との間の結合は、有用な工具を与え
るのに十分なだけの強さを有していなければならない、
かかる結合を生み出すために必要な温度条件は、ダイヤ
モンドの黒鉛化および(または)超硬合金支持体系の損
傷を引起こすほどに高くてはならない、結合剤はまた、
接合作業中および作業後において、多孔性ダイヤモンド
成形体および超硬合金支持体のいずれに対しても化学的
および物理的な適合性を有するものでなければならない
。
多孔性成形体と超硬合金支持体との間における結合の形
成は、気体、固体および(または)液体の薄層によって
妨害される。このような妨害層は、非炭素性の物質およ
び水蒸気や酸素のごとき吸着物質から成り得る。かかる
妨害層は、結合剤が成形体および(ま・たは)超硬合金
支持体を濡らすのを妨げることにより、結合強さを低下
させる。更にまた、多孔性成形体中の気孔が不純物によ
って閉塞された場合にも成形体中への結合剤の浸透が妨
害され、それによって極限結合強さが低下することにな
る。
成は、気体、固体および(または)液体の薄層によって
妨害される。このような妨害層は、非炭素性の物質およ
び水蒸気や酸素のごとき吸着物質から成り得る。かかる
妨害層は、結合剤が成形体および(ま・たは)超硬合金
支持体を濡らすのを妨げることにより、結合強さを低下
させる。更にまた、多孔性成形体中の気孔が不純物によ
って閉塞された場合にも成形体中への結合剤の浸透が妨
害され、それによって極限結合強さが低下することにな
る。
当業界においては、各種のろう合金が結合剤として提唱
されてきた。熱安定性のダイヤモンド成形体に関して述
べれ゛ば、かかる成形体のろう付けに困難が伴うことを
認めた英国特許第2163144号は、タングステン、
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオ
ブ、タンタル、クロムおよびモリブデンから成る群より
選ばれた活性金属を約1〜10(重量)%の割合で銀ま
たは余禄材中に含有させて成る合金を用いて各種の熱安
定性ダイヤモンド成形体を超硬合金支持体に接合するこ
とを提唱している。かかる合金は700℃を越える液相
線温度を有している。しかしながら、この英国特許の明
細書中にはケイ素、ニッケルまたはそれらの炭化物から
成る第2の相を含有するダイヤモンド成形体に関するデ
ータしか示されていない0本発明者等がこの英国特許に
よって提唱されたような炭化物生成活性金属を含有する
ろう合金を試験したところ、(上記に定義されたような
)多孔性成形体の接合は必ずしもうまく行がなかった。
されてきた。熱安定性のダイヤモンド成形体に関して述
べれ゛ば、かかる成形体のろう付けに困難が伴うことを
認めた英国特許第2163144号は、タングステン、
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオ
ブ、タンタル、クロムおよびモリブデンから成る群より
選ばれた活性金属を約1〜10(重量)%の割合で銀ま
たは余禄材中に含有させて成る合金を用いて各種の熱安
定性ダイヤモンド成形体を超硬合金支持体に接合するこ
とを提唱している。かかる合金は700℃を越える液相
線温度を有している。しかしながら、この英国特許の明
細書中にはケイ素、ニッケルまたはそれらの炭化物から
成る第2の相を含有するダイヤモンド成形体に関するデ
ータしか示されていない0本発明者等がこの英国特許に
よって提唱されたような炭化物生成活性金属を含有する
ろう合金を試験したところ、(上記に定義されたような
)多孔性成形体の接合は必ずしもうまく行がなかった。
その上、結合が達成された場合でも、結合強さは比較的
低いものであった。また、米国特許第3894673お
よび4018576号によれば、ニッケル/クロムまた
はコバルト/クロムろう合金を用いて単結晶ダイヤモン
ドを金属に接合する方法が提唱されている。
低いものであった。また、米国特許第3894673お
よび4018576号によれば、ニッケル/クロムまた
はコバルト/クロムろう合金を用いて単結晶ダイヤモン
ドを金属に接合する方法が提唱されている。
発明の概要
当業界においては、良好な結合強さを与える結合剤を用
いて熱安定性のダイヤモンド成形体をそれ自体または超
硬合金支持体に接合することが要望されている。その上
、かがる接合を高い信顆度で再現し得ることも当業界に
おいて要望されている0本発明は当業界におけるこのよ
うな要望に応えるものである。すなわち本発明によれば
、全域にわたって分散しかつ相互に連絡した空孔の網状
組織を有する自己結合ダイヤモンド粒子から成ることが
好ましい熱安定性の成形体を溶加材の使用により別の同
様な成形体または超硬合金支持体に接合してろう付け工
具を製造する際において、約700℃より高い液相線温
度を有しかつ有効量のクロムを含有するろう合金を用い
て上記の熱安定性成形体を別の熱安定性成形体または超
硬合金支持体にろう付けすることを特徴とする方法が提
供される。かかる目的のためには熱安定性の多結晶質ダ
イヤモンド成形体が使用されるが、ここで言うr熱安定
性」とは成形体の顕著な構造劣化を生じることなしに真
空中において1200℃の温度に耐え得ることを意味す
る。このような多結晶質ダイヤモンド成形体は、少なく
とも70(容量)%の量で存在するダイヤモンド粒子の
多結晶質塊状体から成るものである。
いて熱安定性のダイヤモンド成形体をそれ自体または超
硬合金支持体に接合することが要望されている。その上
、かがる接合を高い信顆度で再現し得ることも当業界に
おいて要望されている0本発明は当業界におけるこのよ
うな要望に応えるものである。すなわち本発明によれば
、全域にわたって分散しかつ相互に連絡した空孔の網状
組織を有する自己結合ダイヤモンド粒子から成ることが
好ましい熱安定性の成形体を溶加材の使用により別の同
様な成形体または超硬合金支持体に接合してろう付け工
具を製造する際において、約700℃より高い液相線温
度を有しかつ有効量のクロムを含有するろう合金を用い
て上記の熱安定性成形体を別の熱安定性成形体または超
硬合金支持体にろう付けすることを特徴とする方法が提
供される。かかる目的のためには熱安定性の多結晶質ダ
イヤモンド成形体が使用されるが、ここで言うr熱安定
性」とは成形体の顕著な構造劣化を生じることなしに真
空中において1200℃の温度に耐え得ることを意味す
る。このような多結晶質ダイヤモンド成形体は、少なく
とも70(容量)%の量で存在するダイヤモンド粒子の
多結晶質塊状体から成るものである。
本発明のもう1つの側面に従えば、全域にわたって分散
しかつ相互に連絡した空孔の網状組織を有する自己結合
ダイヤモンド粒子から成ることが好ましい熱安定性の成
形体を溶加材の介在により別の同様な成形体または超硬
合金支持体に接合して成るものにおいて、上記の溶加材
が約700℃より高い液相線温度を有しかつ有効量のク
ロムを含有するろう合金であることを特徴とするろう付
け工具が提供される。
しかつ相互に連絡した空孔の網状組織を有する自己結合
ダイヤモンド粒子から成ることが好ましい熱安定性の成
形体を溶加材の介在により別の同様な成形体または超硬
合金支持体に接合して成るものにおいて、上記の溶加材
が約700℃より高い液相線温度を有しかつ有効量のク
ロムを含有するろう合金であることを特徴とするろう付
け工具が提供される。
本発明の利点の1つは、熱安定性の多結晶質ダイヤモン
ド成形体をそれ自体および超硬合金支持体に対して有効
に接合し得ることである。もう1つの利点は、かかる接
合を高い信顆度で再現し得ることである。更にもう1つ
の利点は、再現性をもって50kpsiを越える並進剪
断強さを有する多孔性成形体と超硬合金支持体との複合
物を製造し得ることである。上記およびその他の利点は
、以下の詳細な説明を読むことによって当業者には自ら
明らかとなろう。
ド成形体をそれ自体および超硬合金支持体に対して有効
に接合し得ることである。もう1つの利点は、かかる接
合を高い信顆度で再現し得ることである。更にもう1つ
の利点は、再現性をもって50kpsiを越える並進剪
断強さを有する多孔性成形体と超硬合金支持体との複合
物を製造し得ることである。上記およびその他の利点は
、以下の詳細な説明を読むことによって当業者には自ら
明らかとなろう。
発明の詳細な説明
多孔性の多結晶質ダイヤモンド成形体を超硬合金支持体
にろう付けするため、炭化物生成元素である各種の金属
を含有するろう合金組成物が使用された。かかる炭化物
生成元素としては、たとえば、クロム、マンガン、チタ
ン、コバルトおよびタンタルが挙げられる。その結果、
後記の実施例において実証されるごとく、クロムのみが
再現可能な接合成績をもたらすことが判明した。その上
、−貫して50000psiを越えかつ好ましくは約9
0000 psiを越えるような並進剪断強さを与え得
るのはクロムを含有するろう合金組成物のみであること
も判明した。また、工具系のパラメータおよびろう合金
の組成を最適化すれば、なお−層高い結合強さを達成す
ることも可能であると信じられる。熱安定性のダイヤモ
ンド成形体を超硬合金支持体に接合する際に得られるこ
のように優れた成績は、上記に報告された単結晶ダイヤ
モンドと金属とのろう付け結果からは予測または予想し
得ないものである。
にろう付けするため、炭化物生成元素である各種の金属
を含有するろう合金組成物が使用された。かかる炭化物
生成元素としては、たとえば、クロム、マンガン、チタ
ン、コバルトおよびタンタルが挙げられる。その結果、
後記の実施例において実証されるごとく、クロムのみが
再現可能な接合成績をもたらすことが判明した。その上
、−貫して50000psiを越えかつ好ましくは約9
0000 psiを越えるような並進剪断強さを与え得
るのはクロムを含有するろう合金組成物のみであること
も判明した。また、工具系のパラメータおよびろう合金
の組成を最適化すれば、なお−層高い結合強さを達成す
ることも可能であると信じられる。熱安定性のダイヤモ
ンド成形体を超硬合金支持体に接合する際に得られるこ
のように優れた成績は、上記に報告された単結晶ダイヤ
モンドと金属とのろう付け結果からは予測または予想し
得ないものである。
クロムの比率は多孔性成形体の接合にとって有効なもの
でなければならないが、クロムの比率は−iにろう合金
組成物の重量を基準として約1〜20(重量)%の範囲
内にあり、また好ましくは約5〜20(重量)%の範囲
内にある。使用されるその他の合金成分は当業界におい
て公知の通りである。これらの追加金属はろう合金組成
物の液相線温度を調節するために役立つ、なお、かかる
液相線温度は700℃を越えることが必要であると共に
、熱安定性成形体の熱劣化が起こり始めることのある約
1200℃より低いことも必要である。
でなければならないが、クロムの比率は−iにろう合金
組成物の重量を基準として約1〜20(重量)%の範囲
内にあり、また好ましくは約5〜20(重量)%の範囲
内にある。使用されるその他の合金成分は当業界におい
て公知の通りである。これらの追加金属はろう合金組成
物の液相線温度を調節するために役立つ、なお、かかる
液相線温度は700℃を越えることが必要であると共に
、熱安定性成形体の熱劣化が起こり始めることのある約
1200℃より低いことも必要である。
かかるろう合金組成物中に含有される代表的な金属とし
ては、たとえば、ニッケル、金、ホウ素、パラジウム、
銀、銅などが挙げられる。かかるろう合金組成物中には
その他の炭化物生成元素を使用することも可能ではある
が、これまでに試験した他の炭化物生成元素はクロムを
基材とするろう合金組成物によって達成されたほどの接
合成績をもたらすことはない、金も銀も英国特許第21
63144号明細書中に記載されているような優れた接
合をもたらすことはないので、これらの金属を高い含量
(40%以上)で使用することは不必要である。なお、
これらの金属は40%より遥かに低い含量(0〜35%
)で存在することはあり得る。極めて有効であることが
判明したろう合金組成物は米国特許第4396577号
明m書中に開示されているものであって、かかるろう合
金組成物の実例は後記の実施例中に報告されている。
ては、たとえば、ニッケル、金、ホウ素、パラジウム、
銀、銅などが挙げられる。かかるろう合金組成物中には
その他の炭化物生成元素を使用することも可能ではある
が、これまでに試験した他の炭化物生成元素はクロムを
基材とするろう合金組成物によって達成されたほどの接
合成績をもたらすことはない、金も銀も英国特許第21
63144号明細書中に記載されているような優れた接
合をもたらすことはないので、これらの金属を高い含量
(40%以上)で使用することは不必要である。なお、
これらの金属は40%より遥かに低い含量(0〜35%
)で存在することはあり得る。極めて有効であることが
判明したろう合金組成物は米国特許第4396577号
明m書中に開示されているものであって、かかるろう合
金組成物の実例は後記の実施例中に報告されている。
多孔性の多結晶質ダイヤモンド成形体に関しては、米国
特許第4224380および4288248号明細書中
に詳しい説明が見出される。かかる多孔性の多結晶質ダ
イヤモンド成形体は、それの全体積の約70〜95(容
量)%を占めるダイヤモンド粒子から成っている。かか
る成形体中にはまた、焼結助剤から成る金属相がそれの
全域にわたって実質的に一様に存在しているが、それの
量は成形体の全体積を基準として約0.05〜約3(容
量)%の範囲内にあるのが通例である。かかる成形体中
には、全域にわたって分散しかつ相互に連絡した空孔の
網状組織が存在しているが、それらの空孔はダイヤモン
ド粒子および金属相によって包囲されている。このよう
な空孔は一般に成形体の全体積を基準として約5〜30
(容量)%を占める。かかる多孔性成形体は、通例約1
〜1000ミクロンの粒度を有するダイヤモンド粒子が
自己結合したものから成っている。このような多孔性の
多結晶質ダイヤモンド成形体の空孔組織をケイ素または
ケイ素/ニッケルで置換して成る他の2種の熱安定性多
結晶質成形体は、前述のごとき特許明細書中に記載され
ている。
特許第4224380および4288248号明細書中
に詳しい説明が見出される。かかる多孔性の多結晶質ダ
イヤモンド成形体は、それの全体積の約70〜95(容
量)%を占めるダイヤモンド粒子から成っている。かか
る成形体中にはまた、焼結助剤から成る金属相がそれの
全域にわたって実質的に一様に存在しているが、それの
量は成形体の全体積を基準として約0.05〜約3(容
量)%の範囲内にあるのが通例である。かかる成形体中
には、全域にわたって分散しかつ相互に連絡した空孔の
網状組織が存在しているが、それらの空孔はダイヤモン
ド粒子および金属相によって包囲されている。このよう
な空孔は一般に成形体の全体積を基準として約5〜30
(容量)%を占める。かかる多孔性成形体は、通例約1
〜1000ミクロンの粒度を有するダイヤモンド粒子が
自己結合したものから成っている。このような多孔性の
多結晶質ダイヤモンド成形体の空孔組織をケイ素または
ケイ素/ニッケルで置換して成る他の2種の熱安定性多
結晶質成形体は、前述のごとき特許明細書中に記載され
ている。
超硬合金支持体は金属結合炭化物から成ることが好まし
い、その場合の炭化物は、炭化タングステン、炭化チタ
ン、炭化タングステンモリブデンおよび炭化タンタルか
ら成る群より選ばれる。かかる炭化物用の金属結合剤は
、コバルト、ニッケル、鉄およびそれらの混合物、安定
な窒化物またはホウ化物を生成する金属元素、並びに安
定な窒化物またはホウ化物を生成する合金から成る群よ
り選ばれる。最も好適な結合剤はコバルトであり、また
最も好適な支持体はコバルト結合炭化タングステンから
成るものである。
い、その場合の炭化物は、炭化タングステン、炭化チタ
ン、炭化タングステンモリブデンおよび炭化タンタルか
ら成る群より選ばれる。かかる炭化物用の金属結合剤は
、コバルト、ニッケル、鉄およびそれらの混合物、安定
な窒化物またはホウ化物を生成する金属元素、並びに安
定な窒化物またはホウ化物を生成する合金から成る群よ
り選ばれる。最も好適な結合剤はコバルトであり、また
最も好適な支持体はコバルト結合炭化タングステンから
成るものである。
本発明の実施に際しては、上記のごとき熱安定性成形体
と別の熱安定性成形体または超硬合金支持体との間にク
ロム含有ろう合金が配置され、次いでかかる集合体をた
とえば炉内に挿入して熱安定性成形体のろう付けが行わ
れる。あるいはまた、従来の多結晶質成形体を製造する
ために使用されるものと同様なプレス内に上記の諸要素
を配置し、そして接合を達成するために十分な温度にま
で加熱してもよい、とは言え、本願と同日に提出された
同時係属米国特許出願第工乙名乙ノ」そし二号明細書中
に記載のごとき方法に従って接合を行うことが好ましい
、かかる接合技術および装置は、ろう付け作業に際し、
超硬合金を放熱体に接触させながら熱安定性の多結晶質
ダイヤモンド成形体を通して加熱を行うというものであ
る。このようにすれば、炭化物と熱安定性成形体との間
における熱膨張率の不整合のために生じる残留応力を回
避することができる。この方法はまた、熱安定性の多結
晶質ダイヤモンド成形体が有する良好な伝熱特性を利用
するものでもある。
と別の熱安定性成形体または超硬合金支持体との間にク
ロム含有ろう合金が配置され、次いでかかる集合体をた
とえば炉内に挿入して熱安定性成形体のろう付けが行わ
れる。あるいはまた、従来の多結晶質成形体を製造する
ために使用されるものと同様なプレス内に上記の諸要素
を配置し、そして接合を達成するために十分な温度にま
で加熱してもよい、とは言え、本願と同日に提出された
同時係属米国特許出願第工乙名乙ノ」そし二号明細書中
に記載のごとき方法に従って接合を行うことが好ましい
、かかる接合技術および装置は、ろう付け作業に際し、
超硬合金を放熱体に接触させながら熱安定性の多結晶質
ダイヤモンド成形体を通して加熱を行うというものであ
る。このようにすれば、炭化物と熱安定性成形体との間
における熱膨張率の不整合のために生じる残留応力を回
避することができる。この方法はまた、熱安定性の多結
晶質ダイヤモンド成形体が有する良好な伝熱特性を利用
するものでもある。
クロム含有ろう合金組成物から成る円板または箔を使用
する代りに、熱安定性成形体をクロム含有材料で被覆す
ることもできる。この場合には、完全なろう合金組成物
を被覆材として使用してもよいし、あるいはろう合金組
成物の一部を被覆材として使用すると共に、追加の合金
成分から成る円板または箔を接合作業時に併用してもよ
い、こうして形成された被膜は、別の熱安定性成形体の
表面または超硬合金支持体の表面と接触すべき熱安定性
成形体の表面上に存在しさえすればよい。
する代りに、熱安定性成形体をクロム含有材料で被覆す
ることもできる。この場合には、完全なろう合金組成物
を被覆材として使用してもよいし、あるいはろう合金組
成物の一部を被覆材として使用すると共に、追加の合金
成分から成る円板または箔を接合作業時に併用してもよ
い、こうして形成された被膜は、別の熱安定性成形体の
表面または超硬合金支持体の表面と接触すべき熱安定性
成形体の表面上に存在しさえすればよい。
あるいはまた、熱安定性成形体の全体をクロム含有材料
で被覆することもできる。かかる被膜は、多孔性成形体
の耐酸化性の向上に関する1986年10月16日付け
の同時係属米国特許出願第06/920041号明細書
中に記載のごとき厚い連続被膜である必要はないのであ
って、所望通りの接合を達成するために十分な量で存在
しさえすればよい、なお、それが必要、好適もしくは簡
便であるならば、複数の被膜層を使用し得ることら勿論
である。
で被覆することもできる。かかる被膜は、多孔性成形体
の耐酸化性の向上に関する1986年10月16日付け
の同時係属米国特許出願第06/920041号明細書
中に記載のごとき厚い連続被膜である必要はないのであ
って、所望通りの接合を達成するために十分な量で存在
しさえすればよい、なお、それが必要、好適もしくは簡
便であるならば、複数の被膜層を使用し得ることら勿論
である。
多孔性の多結晶質ダイヤモンド成形体上にクロム被膜を
設置するためには、電気めっき、金属蒸着、スパッタリ
ング(たとえば反応スパッタリング)、化学蒸着、バッ
ク拡散、プラズマ溶射などのごとき各種の技術を使用す
ることができる。各々の技術には、たとえば被膜の厚さ
、厚さの均一性、操作条件などの点に関してそれぞれ固
有の利点および制約がある。現時点において好適な方法
はクロム含有材料の化学蒸着(CVD)によるものであ
って、この方法は比較的均一な厚さおよび結合性を有す
る被膜を与えるように思われる。この場合には、上記の
ごとく、クロムで被覆された熱安定性成形体とそれを接
合すべき支持体または別の成形体との間に(クロムを含
有することも含有しないこともある)追加の合金成分を
配置すればよい、あるいはまた、上記の被膜が所望の接
合を達成するために必要とされる完全なろう合金組成物
から成っていてもよい。
設置するためには、電気めっき、金属蒸着、スパッタリ
ング(たとえば反応スパッタリング)、化学蒸着、バッ
ク拡散、プラズマ溶射などのごとき各種の技術を使用す
ることができる。各々の技術には、たとえば被膜の厚さ
、厚さの均一性、操作条件などの点に関してそれぞれ固
有の利点および制約がある。現時点において好適な方法
はクロム含有材料の化学蒸着(CVD)によるものであ
って、この方法は比較的均一な厚さおよび結合性を有す
る被膜を与えるように思われる。この場合には、上記の
ごとく、クロムで被覆された熱安定性成形体とそれを接
合すべき支持体または別の成形体との間に(クロムを含
有することも含有しないこともある)追加の合金成分を
配置すればよい、あるいはまた、上記の被膜が所望の接
合を達成するために必要とされる完全なろう合金組成物
から成っていてもよい。
以下の実施例によって本発明が一層詳しく説明されるが
、これらの実施例は本発明の範囲を制限するものと解す
べきでない。
、これらの実施例は本発明の範囲を制限するものと解す
べきでない。
実施例
実施例1
同時係属米国特許出願第工乙5L」建迷辷−号明細書中
に記載された接合装置および方法を使用しながら、(0
,060インチの厚さおよび0.060インチの直径を
持った)円柱状を成す多孔性の多結晶質ダイヤモンド成
形体を(0,0300インチの厚さおよび0.529イ
ンチの直径を持った)円柱状の超硬合金支持体に接合し
た。上記の支持体は、アメリカ合衆国ミシガン州デトロ
イト市所在のゼネラル・エレクトリック・カンパニー(
GeneralElectric Company)か
らカーボロイ(Carboloy) 55Bの商品名で
販売されている超硬合金(84%WC+16%C)から
成るものであった。かかる・接合に際しては、−下記の
ごとき組成を有するろう合金を使用した。
に記載された接合装置および方法を使用しながら、(0
,060インチの厚さおよび0.060インチの直径を
持った)円柱状を成す多孔性の多結晶質ダイヤモンド成
形体を(0,0300インチの厚さおよび0.529イ
ンチの直径を持った)円柱状の超硬合金支持体に接合し
た。上記の支持体は、アメリカ合衆国ミシガン州デトロ
イト市所在のゼネラル・エレクトリック・カンパニー(
GeneralElectric Company)か
らカーボロイ(Carboloy) 55Bの商品名で
販売されている超硬合金(84%WC+16%C)から
成るものであった。かかる・接合に際しては、−下記の
ごとき組成を有するろう合金を使用した。
Ni 58.64士0.7(重量)%Pd
30.04±0.1(重量)%Cr
& 26±0.75(重量)%B 残部 このろう合金は、米国特許第4414178号の範囲内
に含まれるものである。
30.04±0.1(重量)%Cr
& 26±0.75(重量)%B 残部 このろう合金は、米国特許第4414178号の範囲内
に含まれるものである。
こうして作製されたろう付け工具の並進剪断強さを測定
したところ、下記のごとき結果が得られた。
したところ、下記のごとき結果が得られた。
1 55.7
2 81.6
4 83.3
5 50.8
6 50.3
8 53.4
10 51.2
11 4a4
12 84.5
13 48.1
上記の結果は、約50000 psiを越える剪断強さ
が高い信頼度をもって達成され得ることを示している。
が高い信頼度をもって達成され得ることを示している。
次に、加熱および冷却条件を評価したところ、下記のご
とき結果が得られた。
とき結果が得られた。
185 低速 高速 66.4
186 低速 高速 56.8
187 低速 高速 50.0
188 低速 高速 52.1
189 中速 高速 75.8
190 中速 高速 62.5
191 中速 高速 83.8
192 中速 高速 54.3
193 中速 低速 83.3
194 中速 低速 63.4
195 中速 低速 53.4
196 中速 低速 >90.0
197 高速 高速 76.0
198 高速 高速 62.5
199 高速 高速 86.8
200 高速 高速 63.8
剪断強さの平均値は67.6kpsiであり、また標準
偏差は13.3kpsiであった。この場合にも、優れ
た剪断強さが得られたことは明らかである。
偏差は13.3kpsiであった。この場合にも、優れ
た剪断強さが得られたことは明らかである。
上記のデータに基づけば、中速で加熱し、そしてろう付
けの終点に達した後に高速で冷却するという作業条件を
使用すると良好な接合が達成されるように思われた。そ
れ故、以後の試料はこのような作業条件下で作製した。
けの終点に達した後に高速で冷却するという作業条件を
使用すると良好な接合が達成されるように思われた。そ
れ故、以後の試料はこのような作業条件下で作製した。
213 中速 高速 77.7
214 中速 高速 77.3
215 中速 高速 76.4
剪断強さの平均値は75.2kpsiであり、また標準
偏差は3.9kpsiであった。これら4個の試料につ
いては同じ剪断試験用の固定具を使用したため、次第に
それの摩耗が生じた点に留意されたい、摩耗した固定具
を用いると剪断強さの測定値は小さくなる。恐らくは、
そのために3.9kpSiという大きい標準偏差が生じ
たのである。なお、接合が完了した時点を知るためには
変位監視技術を使用した。
偏差は3.9kpsiであった。これら4個の試料につ
いては同じ剪断試験用の固定具を使用したため、次第に
それの摩耗が生じた点に留意されたい、摩耗した固定具
を用いると剪断強さの測定値は小さくなる。恐らくは、
そのために3.9kpSiという大きい標準偏差が生じ
たのである。なお、接合が完了した時点を知るためには
変位監視技術を使用した。
最後に、炉内ろう付けの温度条件がもたらす影響を調べ
るために炉内加熱を行った。すなわち、2個の試料を水
素中において700℃で1時間にわたり加熱し、この温
度を15分間保持し、次いで炉内冷却した。
るために炉内加熱を行った。すなわち、2個の試料を水
素中において700℃で1時間にわたり加熱し、この温
度を15分間保持し、次いで炉内冷却した。
217 あ リ
6033218 あ
リ 58.6219
な し 8
1.1炉内加熱を施さない試料に関する剪断強さの平均
値は83.6kpsiであったのに対し、炉内加熱を施
した試料に関する平均値は59.5kpsiであった。
6033218 あ
リ 58.6219
な し 8
1.1炉内加熱を施さない試料に関する剪断強さの平均
値は83.6kpsiであったのに対し、炉内加熱を施
した試料に関する平均値は59.5kpsiであった。
かかる熱処理を施した場合でも50 kpsiを越える
剪断強さが得られた。なお、ろう付け条件を最適化すれ
ば性能の向上が得られるはずである。
剪断強さが得られた。なお、ろう付け条件を最適化すれ
ば性能の向上が得られるはずである。
実施例2
多孔性のダイヤモンド成形体を超硬合金支持体にろう付
けする際におけるクロムの特異な有効性を確認するため
、各種の市販ろう合金組成物について評価を行った。
けする際におけるクロムの特異な有効性を確認するため
、各種の市販ろう合金組成物について評価を行った。
上記のデータは、マンガン、コバルト、チタンおよびタ
ンタルが存在しても多孔性成形体を超硬合金に接合する
ことは不可能であるか、あるいは可能であって一般にも
約35 kpsiを越えない剪断強さしか得られないこ
とを示している。しかるに、クロムを使用した場合には
多孔性成形体を超硬合金に対して有効に接合し得るばか
りでなく、初期の試験では50 kpsiを越えかつ後
期の試験では6Q kpsiを越える剪断強さが得られ
た。なお、剪断強さの測定は行わなかったが、A−85
合金は多孔性のダイヤモンド成形体同士を接合するため
にも有効であった点に留意されたい。
ンタルが存在しても多孔性成形体を超硬合金に接合する
ことは不可能であるか、あるいは可能であって一般にも
約35 kpsiを越えない剪断強さしか得られないこ
とを示している。しかるに、クロムを使用した場合には
多孔性成形体を超硬合金に対して有効に接合し得るばか
りでなく、初期の試験では50 kpsiを越えかつ後
期の試験では6Q kpsiを越える剪断強さが得られ
た。なお、剪断強さの測定は行わなかったが、A−85
合金は多孔性のダイヤモンド成形体同士を接合するため
にも有効であった点に留意されたい。
実施例3
同時係属米国特許出願第ユrg、336−号明細書中に
記載のごとく、最良の加熱時間は成形体/ろう合金/支
持体の集合体の縦方向変位またはストロークを監視する
ことによって決定される。本実施例においては、最大変
位を越えてからの距離および最小変位を越えてからの距
離を変化させ、そして得られたろう付け工具の剪断強さ
を測定した。
記載のごとく、最良の加熱時間は成形体/ろう合金/支
持体の集合体の縦方向変位またはストロークを監視する
ことによって決定される。本実施例においては、最大変
位を越えてからの距離および最小変位を越えてからの距
離を変化させ、そして得られたろう付け工具の剪断強さ
を測定した。
この場合には、実施例2のA−85合金を使用すること
により、(0,525インチの直径および0゜060イ
ンチの厚さを有する)多孔性の多結晶質ダイヤモンド成
形体を(0゜529インチの直径および0.300イン
チの厚さを有する)カーボロイ55B製の支持体にろう
付けした。
により、(0,525インチの直径および0゜060イ
ンチの厚さを有する)多孔性の多結晶質ダイヤモンド成
形体を(0゜529インチの直径および0.300イン
チの厚さを有する)カーボロイ55B製の支持体にろう
付けした。
第−昼一表
278 0 20.4
280 0 41.7
289 0.00005 13.9
276 0.0001 78.5
277 0.0001 66.8
279 0.0001 78.1
281 0.0002 73.8
283 0.0002 73.3
284 0.0003 >86.
8291 0.0003 83.
8285 0.00035 >86
.8282 0.0004 >8
6.8297 0.0004 8
6.4288 0.0005 >
86.8286 0゜00055 >8
6.8292 0.00065 >
86.8295 0.00065
>86.8290 0.00075
>86.8296 0.00080
>86.8293 0.00085
>86.8294 0.00095
>86.8*最大変位を越えてからの距離。
280 0 41.7
289 0.00005 13.9
276 0.0001 78.5
277 0.0001 66.8
279 0.0001 78.1
281 0.0002 73.8
283 0.0002 73.3
284 0.0003 >86.
8291 0.0003 83.
8285 0.00035 >86
.8282 0.0004 >8
6.8297 0.0004 8
6.4288 0.0005 >
86.8286 0゜00055 >8
6.8292 0.00065 >
86.8295 0.00065
>86.8290 0.00075
>86.8296 0.00080
>86.8293 0.00085
>86.8294 0.00095
>86.8*最大変位を越えてからの距離。
186.8は試験装置の限界値を表わす。
第−二−去
217 0.0001 60.
3218 0.0001 5&
6219 0.0001 81.
1220 0.0001 86.
8221 0.0002 71.
6222 0.0002 76
.422B 0.0002
76.8224 0.0002
74.2225 0.0003
77.3226 0.0003
84.6227 0.0003
56.8228 0.0003
77.7229 0.0004
73.8230 0.0004
13.0231 0.0004
7&5232 0.0004
69.4233 0.000
5 0234 0.0005
0235 0.0005
84.1236 0.0005
37.7237 0.000
6 0238 0.0006
0239 0.0006
43.8咀小変位を越えてからの距離。
3218 0.0001 5&
6219 0.0001 81.
1220 0.0001 86.
8221 0.0002 71.
6222 0.0002 76
.422B 0.0002
76.8224 0.0002
74.2225 0.0003
77.3226 0.0003
84.6227 0.0003
56.8228 0.0003
77.7229 0.0004
73.8230 0.0004
13.0231 0.0004
7&5232 0.0004
69.4233 0.000
5 0234 0.0005
0235 0.0005
84.1236 0.0005
37.7237 0.000
6 0238 0.0006
0239 0.0006
43.8咀小変位を越えてからの距離。
186.8は試験装置の限界値を表わす。
更にまた、試料217および218については炉内加熱
を行った。すなわち、これらの試料を700℃で1時間
にわたり加熱し、この温度を15分間保持し、次いで4
5分間にわたって室温まで冷却した。これらの試料につ
いては50 kpsiの剪断試験しか行わなかったが、
結合破壊の徴候は認められなかった。
を行った。すなわち、これらの試料を700℃で1時間
にわたり加熱し、この温度を15分間保持し、次いで4
5分間にわたって室温まで冷却した。これらの試料につ
いては50 kpsiの剪断試験しか行わなかったが、
結合破壊の徴候は認められなかった。
超硬合金の種類について検討するため、試料395.3
98および401においては、カーボロイ44A C9
4%WC+6%CO)から成る(0゜529インチの直
径および0.183インチの厚さを有する)超硬合金支
持体を使用した。それに対し、上記のごときA−85合
金を用いて(0,525インチの直径および0.060
インチの厚さを有する)多孔性の多結晶質ダイヤモンド
成形体を接合した。すべての試料について50 kps
iまでの耐力試験を行ったところ、結合破壊の徴候は認
められなかった。
98および401においては、カーボロイ44A C9
4%WC+6%CO)から成る(0゜529インチの直
径および0.183インチの厚さを有する)超硬合金支
持体を使用した。それに対し、上記のごときA−85合
金を用いて(0,525インチの直径および0.060
インチの厚さを有する)多孔性の多結晶質ダイヤモンド
成形体を接合した。すべての試料について50 kps
iまでの耐力試験を行ったところ、結合破壊の徴候は認
められなかった。
最後に、試料397.400.403および404にお
いて、実施例1のろう合金を用いて(0゜525インチ
の直径および0.060インチの厚さを有する)多孔性
の多結晶質ダイヤモンド成形体を(0,529インチの
直径および0.183インチの厚さを有する)303ス
テンレス鋼製の支持体に接合した。それらの試料におい
ては層剥離が見られたが、かなりの量のダイヤモンドが
ステンレス鋼支持体に結合した状態に保たれた。このよ
うな層剥離は、多孔性成形体とステンレス鋼支持体との
間における熱膨張率の不整合に原因する応力の問題とし
て説明することができる。米国特許出願第2ろらジ」ト
リL−号の装置における放熱体の熱流路を改善すれば、
かかる層剥離の問題は(解消できないにせよ)実質的に
抑制し得るものと信じられる。この場合にも、クロム含
有ろう合金は上記のごとき2種の材料を接合するために
有効であった。
いて、実施例1のろう合金を用いて(0゜525インチ
の直径および0.060インチの厚さを有する)多孔性
の多結晶質ダイヤモンド成形体を(0,529インチの
直径および0.183インチの厚さを有する)303ス
テンレス鋼製の支持体に接合した。それらの試料におい
ては層剥離が見られたが、かなりの量のダイヤモンドが
ステンレス鋼支持体に結合した状態に保たれた。このよ
うな層剥離は、多孔性成形体とステンレス鋼支持体との
間における熱膨張率の不整合に原因する応力の問題とし
て説明することができる。米国特許出願第2ろらジ」ト
リL−号の装置における放熱体の熱流路を改善すれば、
かかる層剥離の問題は(解消できないにせよ)実質的に
抑制し得るものと信じられる。この場合にも、クロム含
有ろう合金は上記のごとき2種の材料を接合するために
有効であった。
以上のデータにより、熱安定性成形体を超硬合金支持体
に接合するためにクロム含有ろう合金が有効であること
が確認された。また、米国特許出願筒 t!;、933
1号の装置および変位監視技術の有利性もまた実証され
た。
に接合するためにクロム含有ろう合金が有効であること
が確認された。また、米国特許出願筒 t!;、933
1号の装置および変位監視技術の有利性もまた実証され
た。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、全域にわたって分散しかつ相互に連絡した空孔の網
状組織を有する自己結合ダイヤモンド粒子の成形体を溶
加材の使用により別の同様な成形体または超硬合金支持
体に接合して成るろう付け工具の製造方法において、約
700℃より高い液相線温度を有しかつ有効量のクロム
を含有するろう合金を用いて前記成形体を別の同様な成
形体または超硬合金支持体にろう付けすることを特徴と
する方法。 2、前記ろう合金が約1〜20(重量)%のクロムを含
有する請求項1記載の方法。 3、前記ろう合金が20〜80(重量)%のパラジウム
、2〜13(重量)%のクロム、1〜4(重量)%のホ
ウ素および残部のニッケルから成る請求項2記載の方法
。 4、前記成形体が別の同様な成形体に接合される請求項
1記載の方法。 5、前記成形体が超硬合金支持体に接合される請求項1
記載の方法。 6、前記支持体が金属結合炭化物から成っていて、前記
炭化物が炭化タングステン、炭化チタン、炭化タングス
テンモリブデンおよび炭化タンタルから成る群より選ば
れる請求項3記載の方法。 7、前記炭化物用の金属結合剤がコバルト、ニッケル、
鉄およびそれらの混合物、安定な窒化物またはホウ化物
を生成する金属元素、並びに安定な窒化物またはホウ化
物を生成する合金から成る群より選ばれる請求項6記載
の方法。 8、前記支持体がコバルト結合炭化タングステンから成
る請求項7記載の方法。 9、前記成形体と別の成形体または超硬合金支持体との
間に前記ろう合金製の円板が配置され、次いで前記ろう
付けが行われる請求項1記載の方法。 10、前記成形体が前記ろう合金で少なくとも部分的に
被覆され、それによって前記成形体が別の成形体または
超硬合金支持体にろう付けされる請求項1記載の方法。 11、被覆された前記成形体と別の成形体または超硬合
金支持体との間に追加の合金円板を配置することによっ
て前記ろう付けが行われる請求項10記載の方法。 12、全域にわたつて分散しかつ相互に連絡した空孔の
網状組織を有する自己結合ダイヤモンド粒子の成形体を
溶加材の介在により別の同様な成形体または超硬合金支
持体に接合して成るろう付け工具において、前記溶加材
が約700℃より高い液相線温度を有しかつ有効量のク
ロムを含有するろう合金であることを特徴とするろう付
け工具。 13、前記ろう合金が約1〜20(重量)%のクロムを
含有する請求項12記載のろう付け工具。 14、前記ろう合金が20〜80(重量)%のパラジウ
ム、2〜13(重量)%のクロム、1〜4(重量)%の
ホウ素および残部のニッケルから成る請求項12記載の
ろう付け工具。 15、前記成形体を別の同様な成形体に接合して成る請
求項12記載のろう付け工具。 16、前記成形体を超硬合金支持体に接合して成る請求
項12記載のろう付け工具。 17、前記支持体が金属結合炭化物から成っていて、前
記炭化物が炭化タングステン、炭化チタン、炭化タング
ステンモリブデンおよび炭化タンタルから成る群より選
ばれる請求項12記載のろう付け工具。 18、前記炭化物用の金属結合剤がコバルト、ニッケル
、鉄およびそれらの混合物、安定な窒化物またはホウ化
物を生成する金属元素、並びに安定な窒化物またはホウ
化物を生成する合金から成る群より選ばれる請求項17
記載のろう付け工具。 19、前記支持体がコバルト結合炭化タングステンから
成る請求項18記載のろう付け工具。 20、熱安定性の多結晶質ダイヤモンド成形体を溶加材
の使用により別の同様な成形体または超硬合金支持体に
接合して成るろう付け工具の製造方法において、約70
0℃より高い液相線温度を有しかつ有効量のクロムを含
有するろう合金を用いて前記成形体を別の同様な成形体
または超硬合金支持体にろう付けすることを特徴とする
方法。 21、前記支持体が80〜90(容量)%の自己結合ダ
イヤモンド粒子および第2の層から成つていて、前記第
2の層がケイ素、炭化ケイ素またはそれら両者から成る
請求項20記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US158,575 | 1988-02-22 | ||
US07/158,575 US4899922A (en) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | Brazed thermally-stable polycrystalline diamond compact workpieces and their fabrication |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01308883A true JPH01308883A (ja) | 1989-12-13 |
JP2904799B2 JP2904799B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=22568768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1038502A Expired - Lifetime JP2904799B2 (ja) | 1988-02-22 | 1989-02-20 | ろう付けされた熱安定性多結晶質ダイヤモンド製品およびそれの製造方法 |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4899922A (ja) |
EP (1) | EP0329954B1 (ja) |
JP (1) | JP2904799B2 (ja) |
KR (1) | KR970010890B1 (ja) |
AR (1) | AR244586A1 (ja) |
AU (1) | AU611210B2 (ja) |
BR (1) | BR8900754A (ja) |
CA (1) | CA1322662C (ja) |
DE (1) | DE68908433T2 (ja) |
IE (1) | IE64728B1 (ja) |
MX (1) | MX166816B (ja) |
ZA (1) | ZA887445B (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6413589B1 (en) | 1988-11-29 | 2002-07-02 | Chou H. Li | Ceramic coating method |
US5392982A (en) * | 1988-11-29 | 1995-02-28 | Li; Chou H. | Ceramic bonding method |
US5092310A (en) * | 1989-05-23 | 1992-03-03 | General Electric Company | Mining pick |
EP0413543B1 (en) * | 1989-08-14 | 1993-10-13 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Abrasive body |
AU643280B2 (en) * | 1990-05-25 | 1993-11-11 | Diamond Innovations, Inc. | Abrasive compact of cubic boron nitride and method of making same |
US5273557A (en) * | 1990-09-04 | 1993-12-28 | General Electric Company | Twist drills having thermally stable diamond or CBN compacts tips |
US5405711A (en) * | 1993-09-20 | 1995-04-11 | Valenite Inc. | Indexable inserts with polycrystalline cutting edge |
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