JPH03149107A - ダイヤモンド埋込み工具及びその製造方法 - 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】 １９　産業上の利用分野 本発明は、ダイヤモンド埋込み工具及びその製造方法に
関する。

５０　従来の技術 従来より、６ダイヤモンドの耐摩耗性を考慮して、ダイ
ヤモンドを埋込んだ各種の工具、例えばダイヤモンドバ
イト、ダイヤモンドドレッサ、ダイヤモンド伸線ダイス
、ダイヤモンドメス等の工具が存在する。

かかるダイヤモンド埋込み工具において該ダイヤモンド
は一般に、粉末冶金法、活性金属性等の手段により、例
えばステンレス等の金属製シャンクに接合されている。

０９　発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述した従来の接合技術を用いたダイヤ
モンド埋込み工具においては、８００℃以下の温度条件
で使用される場合には特に問題は生じないが、高温下、
例えば１　、３００〜１．４００℃の温度条件で使用さ
れる場合には、シャンク自体、及び該シャンクとダイヤ
モンドとの接合材の耐熱性不足のため、加工物における
加工精度が確保できなかったり、あるいは最初から使用
に耐えられないという課題があった。

また、シャンクを耐熱性を有する、例えばセラミックス
製とすることが考えられるが、該セラミックス製シャン
クとダイヤモンドとを接合する適切な技術が確立してお
らず、その接合手段に課題があった。

本発明は、上述した従来技術が有する課題を鑑みなされ
たものであって、その目的は、高温環境下における使用
にも、充分に耐え得るダイヤモンド埋込み工具及びその
製造方法を提供することにある。

ｄ、　　１１１題を解決するための手段本発明者らは、
上記課題を解決するため、非酸化物系で、高温強度が高
く、焼結温度が比較低温（１，５００℃前後）で、しか
も焼結工程て寸法収縮をほとんど起さず、かつダイヤモ
ンドと熱膨張係数°　　　が近似したセラミックスとし
て、反応焼結法による炭化珪素に着目し、本発明を完成
させた。

すなわち、本発明の要旨は、まず、少なくともダイヤモ
ンドと接触するシャンク部分を反応焼結した炭化珪素に
よって形成したダイヤモンド埋込み工具にあり、またそ
の製造方法は、第１に炭素源粉末層にダイヤモンドを埋
込み、該層の表面に金属珪素粉を配した後、真空中また
は非酸化性雰囲気中で加熱し、反応焼結した炭化珪素を
少なくともダイヤモンドと接触するシャンク部分に生成
させること、また第２に、炭素源粉末と金属珪素粉との
混合層にダイヤモンドを埋込み、その後真空中または非
酸化性雰囲気中で加熱し、反応焼結した炭化珪素を少な
くともダイヤモンドと接触するシャンク部分に生成させ
るダイヤモンド埋込み工具の製造方法にある。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

ここで、ダイヤモンドとは単結晶からなる単石ダイヤモ
ンドでもよいし、焼結ダイヤモンドでもよい、また、炭
素源粉末としては、カーボンブラック、黒鉛、加熱によ
り炭素粉となる、例えばフェノール樹脂等の炭化性有機
化合物が挙げられる。

この炭素源粉末には、必要に応じて炭化珪素粉粒体を混
合することができる。

炭素源粉末層または炭素源粉末と金属珪素粉末との混合
層は、それらを粉末のまま、あるいは予め成形して用い
る。

粉末のまま用いる場合には、表面の材質が窒化ホウ素ま
たは窒化アルミニウムのシャンク用の型枠に該粉末を充
填するか、あるいはシャンク用に予め成形された炭化珪
素柱に充填用の穴をあけ、該穴に粉末を充填することに
より行なう。

一方、成形体として用いる場合は、粉末のまま用いる場
合と同様に型枠に装填して用いても良く、また、成形体
をシャンク形状に加工し、特に型枠等に装填することな
く、そのまま用いても良い。

上記粉末層または混合層にダイヤモンドを埋込むには、
ダイヤモンドの一部または全部を粉末中に埋込んだまま
加圧するか、あるいは粉末を予め成形した場合には、そ
の成形体に穴をあけダイヤモンドをはめ込む。

その後、ダイヤモンドを埋込んだ炭素源粉末層、または
ダイヤモンドをはめ込んだ炭素源成形体に接して、通常
はその上部に金属珪素粉を配する。

この金属珪素粉は、次工程の加熱によって溶融した際外
部に流れ出さないよう、表面の材質が窒化ホウ素または
窒化アルミニウムの型枠で囲うことが望ましい。

なお、炭素源粉末と金属珪素粉末との混合層、あるいは
その成形体を用いる場合には、特に金属珪素粉を配する
必要はない。

但し、生成する反応焼結炭化珪素材質を緻密化させる必
要のある場合は、混合層あるいは成形体に接するように
、通常その上部に金属珪素粉を配する。

金属珪素粉を配した場合は、上記と同様、溶融した金属
珪素が外部に流れ出さないよう、表面の材質が窒化ホウ
素または窒化アルミニウムの型枠で囲うことが望ましい
。

つぎに、上記粉末層あるいは成形体を、そのまま真空中
、または非酸化性雰囲気中で加熱し、金属珪素粉を溶融
させ、粉末層あるいは成形体に浸透させ、炭素との直接
反応、すなわちＣ十Ｓｉ　−＋ＳｉＣの反応により、反
応焼結炭化珪素を生成させる。

この際、埋込まれたダイヤモンド表面が炭化珪素化し、
生成した反応焼結炭化珪素材質と一体化する−ことによ
り強固な接合界面が形成され、ダイヤモンドと反応焼結
炭化珪素材質との接合体が得られる。

この接合体は、その表面に残存した金属珪素を削除する
とともに、必要に応じ表面を削って、ダイヤモンドの露
出の程度を調整し、所定の寸法に整えることによりダイ
ヤモンド埋込み工具とする。

なお、型枠として、表面の材質が窒化ホウ素または窒化
アルミニウムのシャンク形状の型枠を用いた場合には、
新たに生成した反応焼結炭化珪素材質は、ダイヤモンド
との接合層兼シャンクの構造材となる。

またシャンク用に予め成形した炭化珪素柱に充填用の穴
を設けたものを用いた場合には、新たに生成した反応焼
結炭化珪素材質は、ダイヤモンドと炭化珪素柱との接合
層としての役割を果す。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明は、下記の実施
例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基
づいて、各種の変形及び変更が可能であることは当然で
ある。

８、実施例 【実施例１〕 第１図に示すように、直径２２■、高さ２５■のシリン
ダ状のシャンクとして、予め成形焼結した炭化珪素柱３
の端面に、直径４ＩＩｌｌ、深さ３■（スミ部９２ｍ）
の穴をあけた。

この穴にカーボンブラック１３重量部と炭化珪素粉（＃
１２０Ｇ　：　７５重量％、＃２５００　：　２５重量
％）８７重量部との混合物０．ｌ１ｇを２０ｋｇ／ａ１
の圧力で充填し、炭素源粉末層２とした。

この炭素源粉末層２の上面に、重石ダイヤモンドｌを押
込み、その周囲に内径９■、高さＩＯ閣の窒化ホウ実装
の型枠５をはめ込み、その中に金属珪素粉４を０．３８
ｇ充填した。

その後、真空中で１　、５００℃、１５分間加熱し、金
属珪素粉４を溶融させ、反応焼結炭化珪素材質を生成さ
せた。

冷却した後、型枠５を外し、未反応のまま残存付着して
いる過剰の金属珪素を削除し、ダイヤモンドが埋込まれ
ている面を平らにし、新たに生成した反応焼結炭化珪素
材質を接合層としたダイヤモンドと炭化珪素柱との接合
体を得た。

この接合体を製品寸法に切出し、ダイヤモンド埋込み工
具を製造した。

得られたダイヤモンド埋込み工具の接合部断面をボリッ
シングして、光学顕微鏡で観察したところ、ダイヤモン
ドの表面に数ミー〜十数ミーの厚さで炭化珪素の膜が生
成し、この膜と新たに生成した反応焼結炭化珪素材質と
が明確な境界なく整合性をもって連続的に一体化してお
り、良好な接合面であることが認められた。

また、新たに生成した反応焼結炭化珪素材質と予め成形
焼結した炭化珪素柱との接合も強固に一体化していた。

〔実施例２〕 第１図に示すように、−直径２２ｍ、高さ２５■のシリ
ング状のシャンクとして、予め成形焼結した炭化珪素柱
３の端面に、直径４閤、深さｌ■（スミ部Ｒ１■）の穴
をあけた。

一方、カーボンブラック１３重量部と炭化珪素粉（＃　
１０００　：　７５重量％、＃２５００　：　２５重量
％）８７重量部との混合物に、バインダーとしてフェノ
ール樹脂１０重量部を加えてアセトンを媒液として湿式
混合し、乾燥後、３００ｋｇ／ｃ１の圧力をかけて金型
成形し、直径３．８閣、厚さ約１閣のペレットを作り、
このペレットの中央部にドリルで軽く凹部を設けた。

このペレット（重ｉｉＯ，０３ｇ）を炭化珪素柱３の穴
に入れ、さらにこのペレットの四部に重石ダイヤモンド
１を置いて、その周囲に内径９■、高さ１０■の表面に
窒化アルミニウム粉末を塗布したカーボン型枠（熱膨張
係数２．ＯＸＩＯ−℃）５をはめ込み、その中に過剰の
金属珪素粉４を０．３６ｇ充填した。

その後、真空中で１　、５００℃、１５分間加熱し、金
属珪素粉４を溶融させ、ペレット中に浸透させることに
より反応焼結炭化珪素材質を生成させた。

冷却した後、型枠５を外し、未反応のまま残存付着して
いる過剰の金属珪素を削除し、ダイヤモンドが埋込まれ
ている面を平らにし、新たに生成した反応焼結炭化珪素
材質を接合層としたダイヤモンドと炭化珪素柱との接合
体を得た。

この接合体を製品寸法に切出し、ダイヤモンド埋込み工
具を製造した。

得られたダイヤモンド埋込み工具の結合部断面をポリッ
シングして、光学顕微鏡で観察したところ、実施例１と
同様に、ダイヤモンドと新たに生成した反応焼結炭化珪
素材質および予め成形焼結した炭化珪素柱とが強固に一
体化していることが認められた。

〔実施例３〕 第２図に示すように、直径９■、高さ５０■の内寸法を
有する窒化ホウ素製のシャンク用型枠５の、内側底面側
に設けた直径３，６鵬の半球状の穴に、重石ダイヤモン
ドｌを置き、その上方に黒鉛粉末０．４８ｇを１０ｋｇ
／ｄの圧力で高さｌＯ■に充填し、炭素源粉末Ｎ２とし
た。

この炭素源粉末層２の上方に金属珪素粉４を３．５６ｇ
充填した。

その後真空中で１，５００℃、■５分間加熱し、金属珪
素粉４を溶融させ、反応焼結炭化珪素材質を生成させた
。

冷却した後、脱型し、未反応のまま残存付着している過
剰の金属珪素を削除し、新たに生成した反応焼結炭化珪
素材質を接合層兼シャンクの構造材とした、ダイヤモン
ドの接合体を得た。

この接合体を製品形状に切出し、ダイヤモンド埋込み工
具を製造した。

得られたダイヤモンド埋込み工具の接合部断面！、ｆリ
ンシングして、光学顕微鏡で観察したところ、実施例１
と同様に、ダイヤモンドと新たに生成した反応焼結炭化
珪素材質とが強固に一体化していることが認められた。

〔実施例４〕 第３図に示すように、直径２２膳、高さ２５−のシリン
ダ状のシャンクとして、予め成形焼結した炭化珪素柱３
の端面に、直径４■、深さ２ｍ（スミ部Ｒ２■）の穴を
あけた。

この穴に黒鉛粉末１８重量部、金属珪素粉８２重量部の
混合物０．０７ｇを２０ｋｇ／ａＪの圧力で充填し、混
合層６とした。

この混合層６の上面に重石ダイヤモンドｌを埋込み、そ
の後、真空中で１ｊ５００℃、１５分間加熱し、金属珪
素粉を溶融させ、反応焼結炭化珪素材質を生成させた。

本実施例では、混合層に接して外部から溶融珪素を浸透
させていないため、生成した反応焼結炭化珪素材質は緻
密質とはならなかったが、得られた接合体は、ダイヤモ
ンドと新たに生成した反応焼結炭化珪素材質およびシャ
ンクとして予め成形した炭化珪素柱とが強固に接合し、
一体化していることが認められた。

〔実施例５〕 第４図に示すように１ｆ８■、横２６ｍの内寸法を有す
る窒化ホウ素製のシャンク用型枠５に、黒鉛粉５０重量
部と炭化珪素粉（＃　１５００　：　６０重量％、＃３
０００　：　４０重量％）５０重量部との混合物を１閣
の高さまで充填し、長手方向端部にあらかじめ結晶方位
を考慮して研削加工した厚さｌｉｍの重石ダイヤモンド
Ｉを置き、さらにこのダイヤモンドの側方および上方に
前記黒鉛粉５０重量部と炭化珪素粉５０重量部の混合物
を充填し、合計３−の高さの炭素源粉末層２　（０，９
４ｇ）を得た。

この炭素源粉末層２の上方に金属珪素粉４を３−０５ｇ
充填した。その後、真空中テ１５００”Ｃ，１５分間加
熱し金属珪素粉４を溶融させ、反応焼結炭化珪素材質を
生成させた。

冷却した後、脱型し、未反応のまま残存付着している過
剰の金属珪素を削除し、新たに生成した反応焼結炭化珪
素材質を接合層兼シャンクの構造材とした、ダイヤモン
ドの接合体（８ｍＸ２６■×３論）を得た。

この接合体を製品寸法に研摩し、第６図に示すようなダ
イヤモンド埋込工具を製造した。

得られたダイヤモンド埋込み工具の接合部断面をポリッ
シングして、光学顕微鏡で観察したところ、実施例１と
同様に、ダイヤモンドと新たに生成した反応焼結炭化珪
素材質とが強固に一体化していることが認められた。

ｆｌ　発明の効果 本発明にかかるダイヤモンド埋込み工具及びその製造方
法によれば、高温環境下（例えば１，３００〜１　、４
００℃）における使用にも、充分に耐え得る工具を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示したものであって、第１図〜
第４図は、本発明にかかるダイヤモンド埋込み工具の製
造方法を例示した縦断面図及び斜視図である。第５図及
び第６図は本発明にかかるダイヤモンド埋込み工具を例
示した斜視図である。 １−・・重石ダイヤモンド、　２・・・炭素源粉末層、
３・・−子め成形焼結した炭化珪素柱、４・−・金属珪
素粉、　　　　５・・・型枠、６・−炭素源粉末と金属
珪素粉の混合層、７・・・反応焼結した炭化珪素材質。 第１図 只 Ｖ／／〃 第５図 乙Ｖさづうい

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　少なくともダイヤモンドと接触するシャンク部
   分を反応焼結した炭化珪素材質によって形成したことを
   特徴とするダイヤモンド埋込み工具。
2. （２）　炭素源粉末層にダイヤモンドを埋込み、該層の
   表面に金属珪素粉を配した後、真空中または非酸化性雰
   囲気中で加熱し、反応焼結した炭化珪素材質を少なくと
   もダイヤモンドと接触するシャンク部分に生成させたこ
   とを特徴とするダイヤモンド埋込み工具の製造方法。
3. （３）　炭素源粉末と金属珪素粉との混合層にダイヤモ
   ンドを埋込み、その後真空中または非酸化性雰囲気中で
   加熱し、反応焼結した炭化珪素材質を少なくともダイヤ
   モンドと接触するシャンク部分に生成させたことを特徴
   とするダイヤモンド埋込み工具の製造方法。