JPH0211547B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はダイヤモンド焼結体の製造法に関し、
さらに詳しくはタングステンカーバイト等のバイ
トホルダーの先端にロウ付け等によつて取付け、
金属、セラミツク等の材料の切削、切断、研削等
に使用するダイヤモンド焼結体の製造法に関す
る。 ダイヤモンドを例えば切削バイト等に用いるに
は、ダイヤモンド微粒を焼結して成形体にする必
要がある。ダイヤモンドはそれ自体では焼結しに
くいため、これに少量の金属あるいはセラミツク
等を添加し焼結するのが普通である。この場合、
添加物が多いと焼結体の硬度が低くなるので添加
量には限度がある。 この焼結体を切削バイトとして用いるには、第
１図に示すようにタングステンカーバイト（以下
WCと記す）等の基体１の上面に焼結体２を固定
し、上記基体１の下面をWCを主成分とするバイ
トホルダ３の先端にロウ付け４等によつて取付け
ている。 従来、この種のバイトで問題になるのはダイヤ
モンド焼結体２と基体１との接合部５の強度であ
る。バイトは使用中、その研磨部分にかなりの力
がかかるので、接合部５が弱いと剥れ易い。特に
使用中は焼結体２および基体１は高温となるので
加熱と冷却が交互に繰返されることとなり、主と
して焼結体２と基体１との熱膨張率の差によつて
剥離現象が現われる。従来知られている接合法の
代表的なものは、ダイヤモンド焼結体２とWC基
体１とを直接圧接接合したもの、或いは、接合部
５にTi等の薄い金属層を介在させて圧着したも
のであるが、これ等は未だ接合強度が十分でな
い。 上記接合強度を高めるには、基体がWCの場
合、ダイヤモンド焼結体中のWC含有量を多くす
ればよいが、WCを多くするとダイヤモンド焼結
体の切削能が低下する。 切削能を保持して、ダイヤモンド焼結体と基体
との接合強度を高めるには、第２図に示すように
炭化物及び結合金属を含むダイヤモンド焼結体
を、バイトホルダ３とのロウ付部分（下面）４で
はWC等の炭化物の含有量を多くし、切削に最も
作用する表面部分６ではWC等の炭化物を少なく
してダイヤモンドを多くし、かつこの間に連続的
に濃度勾配を設ければ基体１とダイヤモンドが一
体の焼結体２となり、焼結体の切削能等の低下を
来たすことなく焼結体の強度を高めることが出来
る。 しかし、このようなダイヤモンド焼結体の簡単
な製造方法は知られていない。 本発明は上記の事情に鑑み、連続的に濃度勾配
を有するダイヤモンド焼結体が容易に得られる製
造法を提供するもので、その要旨は、切削、切
断、研削等に使用するダイヤモンド焼結体の製造
法において、炭化物粉末、結合金属粉末およびダ
イヤモンド粉末を液中に分散し、沈降させて、炭
化物が下方に多く、ダイヤモンドが上方に多く沈
積した層を形成し、これより液を除去した後、ダ
イヤモンド安定領域の高温、高圧下で処理するこ
とを特徴とするダイヤモンド焼結体の製造法にあ
る。 本発明に用いられるダイヤモンド粒子は、粒径
10μ以下がよく、特に3μ以下が好ましい。10μを
越えると、炭化物が少ない上方の部分での焼結強
度の維持が困難である。粒度の細い方については
特に制限はない。 炭化物としては十分な強度と剛性を有する焼結
超硬物質（合金）を形成し得るものであれば何で
もよいが、通常WC、TiC、TaCもしくはこれら
の組合せが使われる。最も好ましいものはWCで
ある。WCの粒度は、焼結体の中で適切な濃度勾
配を持つためにダイヤモンドの粒度との関連にお
いて決められるが、必要な強度を得るためには
10μ以下が好ましい。 また、結合金属はダイヤモンド及び炭化物の両
者の焼結助剤となるCo、Ni、Mo等が使用可能で
あるが、炭化物がWCである場合には特にCoが好
ましい。上記結合金属はダイヤモンド及び炭化物
の粒子間に存在し、これら粒子の結合作用をする
ものである。従つて、結合金属はダイヤモンド及
び炭化物の層中にほぼ一様に分散していることが
必要で、粒径は10μ以下のものが用いられ、その
量は、ダイヤモンド焼結体に対し容量で10〜50
％、特に10〜20％が好適である。 また、ダイヤモンドと炭化物との割合は、容量
でダイヤモンド100部に対し、炭化物は50〜200部
の範囲が適当である。 上記原料を用いて、ダイヤモンド焼結体を製造
するには、先ず、ダイヤモンド、炭化物および結
合金属の粉末を、分散媒に懸濁させ、各粒子が沈
降して濃度勾配が形成された所定時間後に吸引
過し、紙上に堆積させる。 上記操作において、ダイヤモンド及び炭化物は
その密度差を勘案して、所要の濃度勾配を形成す
るために適切な粒度分布を選択することが重要で
ある。結合金属もダイヤモンド及び炭化物と各々
所要の比率で結合せしめる必要上、ダイヤモンド
及び炭化物の密度、粒度との関連で粒度分布が決
定されるが、結合金属は後の高温焼結工程で溶融
して移動するので多少の偏在は差支えない。 上記分散媒としてはエタノール、アセトン、ベ
ンゾール等有機質のものが物質の洗浄効果もあ
り、分離もし易いので好ましく、その量は各粒子
が懸濁する量であればよいが、通常分散質に対し
容量で２〜20倍程度の量とするのがよい。 分散媒中の粒子は大きいのが先に沈降する。従
つて下部に比較的大きい粒子、上部に細かい粒子
が多くなるが、極端な開きがない限り焼結体にす
る場合に支障はない。焼結体はその表面が最も研
磨作用に預るので、この部分に微粉が多く集ま
り、緻密な焼結体が形成されることはむしろ好ま
しいことである。 堆積したフイルターケーキは必要に応じて乾燥
した後、緻密化させるために予備加圧する。次い
で、これを目的とする大きさに加工して通常の超
高圧装置に装填し、高温高圧下で焼結する。これ
等の条件は用いる結合金属、炭化物の種類によつ
て異なるが、一般的にはダイヤモンド相の安定範
囲の温度、圧力が用いられるが、好適には1400〜
1700℃、40〜70kbである。 本発明の製造法において最も好ましいのは、炭
化物としてWC、結合金属としてCoを用いる組合
わせである。 この場合、ダイヤモンドの粒径を3μ以下とす
ると、3μ下のダイヤモンド粒子の平均粒径は約
1μである。これに対するWCの粒径は2.0μ以下、
平均粒径0.8μが適当である。Coは本焼結体の全
域にほぼ一様に分布させる必要上他のものより広
い粒度分布が必要とされる。そのため例えば平均
径約0.6μの粒群と、1.2μのものを混合して用いる
ことが好ましい。 上記各粉末を分散した分散媒（例えばエタノー
ル）を所定時間静置して粒子を沈降させる。沈降
操作を紙上で行ない、所定時間後分散媒を流出
させるようにすれば、分散媒は過により容易に
除ける。この際アスピレータ等で強制吸引しても
よい。また吸引は沈降がある程度進んだ所で行な
うこともできる。 実施例 粒径3μ下で平均粒径1.0μのダイヤモンド：28.3
ｇ（8.09c.c.）と粒径2μ下で、平均粒径0.8μの
WC：104.4ｇ（6.74c.c.）及び粒径3.0μ下のCo：
23.6ｇ（2.65c.c.）を200c.c.のエタノール中で混合
撹拌する。 この撹拌した懸濁液を紙を敷いた直径100mm
の分液ロート上に移し、過を停止した状態で１
時間静置し、その後アスピレータで吸引し、液を
強制除去する。その結果厚さ約５mmのフイルター
ケーキが得られた。これより直径10mmの円板を切
出した。その重量は約1.5ｇであつた。 この円板を乾式で2ton／cm²で予備加圧し緻密な
成形体とした。 次いでこの円板をTa製カプセルに装填し、そ
れをNaClの媒体中にセツトし、超高圧装置に装
填して約1450℃、55kbで１時間処理した。降温
後除圧し、装填物を取出し、表面に付着したTa
を機械的に除去した。さらに表面をダイヤモンド
砥石を用いて平滑に研磨した。厚さは2.0mmであ
つた。 これを切断後研磨して断面を観察したところ、
第２図に示すように上方は微細なダイヤモンド
で、下方に行く程ダイヤモンドは粒径が大きく、
かつまばらに分布し、逆にWCの量が多くなる連
続的濃度分布が見られた。またCoはほぼ全体的
に存在しているが、ダイヤモンドリツチ側がやや
多かつた。この状態は、各粒子の粒度を同じとし
た場合同じで、極めて再現性のよいことが確認さ
れた。 次に上記焼結体を用いて切削バイトを製作し、
SNGN432のスローアウエイ工具として試験に供
した。 試験方法は、直径40mmの黒鉛棒及びアルミナ成
形体を乾式法で外旋切削試験を行なつた。バイト
は0゜、0.8Rの条件で使用し、その際の切削条件を
第１表に示す。

【表】 比較例 実施例と同じ粒度のダイヤモンドにCo：30重
量％添加して得た焼結体を、Co：10重量％を添
加したWC基体に直接高温高圧で圧着したものを
用いて、バイトを作製した以外は実施例と同じに
して、外旋切削試験を行なつた。 実施例および比較例の試験結果を一括して第２
表に示す。

【表】 ている。
第２表より明かなように、本発明の製造法によ
つてつくられた焼結体は、基体相当部分と研磨体
が一体の焼結体となつているので剥離することが
なく、摩耗による寿命も長いことがわかる。 以上述べたように、本発明に係るダイヤモンド
焼結体の製造法は、上面がダイヤモンド、下面が
炭化物となつている濃度勾配を有する一体化され
た焼結体が再現性よく、容易に得られるので、基
体と焼結体とを圧接する必要がなく、剥離現もな
い。したがつてこれをバイトホルダーの先端に直
接ロウ付け等によつて強固に取付けることにより
長寿命のバイトを容易に作製することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のダイヤモンド焼結体を用いたバ
イトの縦断面図、第２図は本発明の方法でつくら
れたダイヤモンド焼結体を用いたバイトの縦断面
図である。 １……基体、２……焼結体（ダイヤモンド焼結
体）、３……バイトホルダ、４……ロウ付け部分
（下面）、５……接合部、６……表面部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 切削、切断、研削等に使用するダイヤモンド
   焼結体の製造法において、炭化物粉末、結合金属
   粉末およびダイヤモンド粉末を液中に分散し、沈
   降させて、炭化物が下方に多く、ダイヤモンドが
   上方に多く沈積した層を形成し、これより液を除
   去した後、ダイヤモンド安定領域の高温、高圧下
   で処理することを特徴とするダイヤモンド焼結体
   の製造法。 ２ 炭化物がタングステンカーバイト、結合金属
   がコバルトである特許請求の範囲第１項記載のダ
   イヤモンド焼結体の製造法。