JPH0333675B2

JPH0333675B2 -

Info

Publication number: JPH0333675B2
Application number: JP57142791A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Nakai; Shuji Yatsu
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1982-08-18
Filing date: 1982-08-18
Publication date: 1991-05-17
Also published as: JPS5935066A

Description

【発明の詳細な説明】

〔技術の背景〕現在、ダイヤモンドの含有量が70容量％以上で
ダイヤモンド粒子が互いに接合した焼結体が販売
され、非鉄金属、プラスチツク、セラミツクの切
削、ドレツサー、ドリルビツト、伸線ダイスとし
て使用されている。特に非鉄金属の切削や銅線な
どの比較的軟かい線材を伸線するダイスとしてこ
れらのダイヤモンド焼結体を使用した場合、その
性能は非常に優れている。通常これらのダイヤモ
ンド焼結体はダイヤモンド粒子をダイヤモンド合
成時の触媒であるCo等の鉄族金属を結合材とし
て用いるため、600℃以上の温度に加熱した場合、
ダイヤモンドがグラフアイト化して、劣化する欠
点を有している。ダイヤモンド焼結体の耐熱性を
向上させる方法としては、特開昭53−1145891号
に記載されている如く加熱時にダイヤモンドのグ
ラフアイト化を促進するCo等の鉄族金属を取り
除けば良い。しかしながらダイヤモンド焼結体か
らCo等の鉄族金属を溶出した場合、ダイヤモン
ド焼結体の強度は20〜30％低下する。特にダイヤ
モンド焼結体をビツト用途として使用した場合、
強度と耐摩耗性と耐熱性が要求され特開昭53−
114589号に記載されているようなダイヤモンド焼
結体を用いたドリルビツトではダイヤモンド焼結
体の強度不足のため、刃先が欠損し寿命が短い。
本発明者等は強度が高く、耐摩耗性が良好でさら
に耐熱性の優れたダイヤモンド焼結体を開発すべ
く鋭意研究を重ねた。〔発明の開示〕研究の結果、粒度3μｍ以上の粗粒ダイヤモン
ド粒子が容量で20〜85％を占め、残部が結合材10
〜79容量％と空孔１％以上５％未満より成り、結
合材の組成が粒度1μｍ以下の超微粒のダイヤモ
ンド粒子を容量で60〜90％と1μｍ以下の周期律
表第4a、5a、6a族の炭化物35〜５容量％及び10
容量％以下の鉄族金属から成るダイヤモンド焼結
体は靭性、耐摩耗性及び耐熱性を兼ねそなえたも
のであることが判明した。本発明の焼結体が靭
性、耐摩耗性及び耐熱性が良好であるのは次の如
く推測できる。ダイヤモンド焼結体の強度は第１図に示した如
く粒度の増大に伴ない低下する。微粒ダイヤモン
ド焼結体は抗折力が高く、靭性に優れているため
刃先は欠損しにくいものの、個々の粒子は小さな
ダイヤモンドスケルトンにより保持されているの
で、個々の粒子の結合力は弱い。したがつて切削
中に個々の粒子が脱落しやすいため、耐摩耗性が
劣るものと考えられる。一方、粗粒ダイヤモンド
焼結体は大きなスケルトンにより保持されてお
り、個々のダイヤモンド粒子の結合力は強いた
め、耐摩耗性は優れているものの、スケルトン部
が大きいので、一度、クラツクが発生すると伝播
しやすく、刃先が欠損しやすく靭性が劣る。本発明焼結体は微粒ダイヤモンドを含む結合材
を用いて粗粒ダイヤモンドを焼結しているため、
微粒ダイヤモンドの靭性の高さと粗粒ダイヤモン
ドの耐摩耗性の良さを兼ね備えているものと考え
られる。また本発明焼結体は結合材の一部として
周期律表第4a、5a、6a族の炭化物と鉄族金属を
用いているが、酸処理により、溶出されるのは主
として鉄族金属であり、この含有量が少ないため
生じる空孔も少なく、鉄族金属溶出後の強度低下
は少ない。耐熱性の向上した原因としては、第１
に鉄族金属の溶出によりダイヤモンドのグラフア
イト化が抑制されたことが挙げられる。また鉄族金属を含んだダイヤモンド焼結体はダ
イヤモンドと鉄族金属の熱膨張差により、加熱時
亀裂が発生するが鉄族金属の溶出により、この亀
裂の発生が抑制される。炭化物たとえばWCの熱
膨張係数は４〜５×10^-6と低いため熱応力による
亀裂は発生しにくい。本発明焼結体における粗粒のダイヤモンド粒度
は3μｍ以上が好ましい。粗粒ダイヤモンド粒度
が3μｍ未満であると耐摩耗性が低下する。特に
10μｍ〜100μｍのダイヤモンド粒子を用いた場合
が靭性、耐摩耗性共、最も優れている。粗粒ダイヤモンドの含有量は20〜85％が好まし
い。この含有量が20％未満であると耐摩耗性が低
下し、85％を越えると靭性が落ちる。空孔は、焼結体の容量％で１％以上５％未満が
良い。空孔の含有量が５％以上であるとダイヤモ
ンド焼結体の強度は著しく低下する。また１％未
満であると含有される鉄族金属の量が多く耐熱性
は向上しない。結合材として用いる超微粒のダイヤモンド粒子
は1μｍ以下、好ましくは0.5μｍ以下が良い。粒度
が1μｍを越えると焼結体の靭性が低下する。超
微粒のダイヤモンド粒子の含有量は結合材中の容
量で60〜90％が良い。含有量が60％未満であると
結合材の耐摩耗性が低下する。また90％を越える
と結合材の靭性が低下する。周期律表第4a、5a、6a族の炭化物の含有量は
結合材中の容量で５〜35％が好ましい。この含有
量が５％未満であると1μｍ以下のダイヤモンド
粒子が粒成長するとともに実質的に鉄族金属の含
有量が増加し、耐熱性の低下や、溶出後の空孔増
加による強度低下の要因となる。この含有量が35
％を越えると超微粒のダイヤモンド粒子の含有量
が減り結合材の耐摩耗性が低下する。鉄族金属の含有量は結合材中の容量で10％以下
が良い。鉄族金属の含有量が10％を越えると耐熱
性の向上は望めない。本発明の焼結体では特に炭化物がWCあるいは
これと同一結晶構造を有した（Mo、Ｗ）Ｃであ
る場合、靭性、耐摩耗性、耐熱性が優れている。また、本発明の焼結体に焼結体の重量で0.005
〜0.15％の硼素または硼化物を含有させた場合、
その性能は一段と向上する。通常ダイヤモンド粒
子は超高圧高温下で鉄族金属等の触媒によるダイ
ヤモンドの溶解、析出現象により焼結される。硼
素または硼素化合物を添加した場合、鉄族金属の
硼化物を生じ融点が低下するのと、溶解析出速度
が増すためダイヤモンド粒子同志の結合部（ダイ
ヤモンドスケルトン部）が成長し、ダイヤモンド
粒子の保持力が向上したものと推測できる。硼素
あるいは硼化物の含有量が0.005％未満であると
ダイヤモンドスケルトン部の形成が遅い。一方硼
素あるいは硼化物の含有量が0.15％を越すと、ダ
イヤモンドスケルトン部に多量の硼素が侵入し、
ダイヤモンドスケルトン部の強度が低下する。本発明の焼結体に使用するダイヤモンド原料粉
末は3μｍ以上のダイヤモンド粒子と1μｍ以下、
好ましくは0.5μｍ以下のミクロンパウダーであ
る。合成ダイヤモンド天然ダイヤモンドのいずれ
でも良い。このダイヤモンド粉末と周期律表4a、5a、6a
族の炭化物及びFe、Co、Niの鉄族金属粉末ある
いはこれに硼素または硼化物を加えた粉末をボー
ルミル等の手段を用いて均一に混合する。この鉄
族金属は予め混合せずに焼結時に溶浸せしめても
良い。また本発明者等の先願（特願昭52−51381
号）の如くボールミル時のポツトとボールを混入
する周期律表4a、5a、6a族の炭化物と鉄族金属
の焼結体で作成しておき、ダイヤモンド粉末をボ
ールミル粉砕すると同時にポツトとボールから周
期律表4a、5a、6a族の炭化物と鉄族金属の焼結
体の微細粉末を混入せしめる方法もある。混合した粉末を超高圧装置に入れ、ダイヤモン
ドが安定な条件下で焼結する。このとき使用した
鉄族金属と炭化物等の化合物間に生じる共晶液相
の出現温度以上で焼結する必要がある。焼結体中のダイヤモンドの結合材となる炭化物
等の化合物と鉄族金属の割合は一義的には定めら
れないが、少くとも焼結時に化合物が固体として
存在するだけの量は必要であり、例えばWCを化
合物として用いCoを結合金属とした場合はWCと
Coの量的割合は前者を重量で50％以上含む必要
がある。このようにして製造されたダイヤモンド焼結体
を、例えば王水の如く鉄族金属を腐食しうること
のできる酸中に入れ鉄族金属を溶出して空孔を作
る。本発明焼結体の用途としてはビツトの他に伸線
用ダイス、セラミツク、切削加工用バイトなどが
ある。以下実施例により具体的に説明する。実施例１粒度0.5μの合成ダイヤモンド粉末とWC及びCo
粉末を、WC−Co超硬合金製のポツトとボールを
用いて粉砕混合した。得られた混合粉末の組成
は、平均粒度0.3μｍの微粒ダイヤモンド80容量
％、WC12容量％、Co8容量％であつた。この混
合粉末と粒度20〜30μｍのダイヤモンド粉末を容
積で75：25に混合した。この完成粉末をMo製の
容器に詰め、超高圧装置を用いて先ず圧力を
55Kb加え、引続いて1450℃に加熱して30分間保
持した。この焼結体を容器より取り出し、加熱し
た王水中に150時間入れ、Coを溶出させた。Co溶
出後のダイヤモンド焼結体の組成を分析したとこ
ろCo、WCは結合材中にそれぞれ1.2容量％と、
11.8容量％含有されていた。また空孔は焼結体中
の容積で1.7％であつた。このダイヤモンド焼結
体を真空中で1000℃に30分加熱し、抗折力試験に
より強度を測定した。その結果を表１に示す。な
お比較のため表１に示すダイヤモンド焼結体の強
度も同時に測定した。

【表】

【表】実施例２表２に示す結合材粉末を作成した。微粒ダイヤ
モンドとしては0.3μｍのものを用いた。この結合
材と粗粒のダイヤモンド粒子を表３に示す割合で
混合して完成粉末を作成した。

【表】

【表】これらの完成粉末を実施例１と同様にして焼結
した後、ダイヤモンド焼結体を取り出して加熱し
た王水中で100時間処理した。鉄族金属溶出後の
焼結体の空孔の含有量も表３に示す。次にこれら
の焼結体を用いて切削加工用のバイトを作成し、
花崗岩を50ｍ／minの速度で乾式で30分間切削し
た。その結果も合わせて表３に記す。実施例３平均粒度0.5μｍのダイヤモンド粒子とWC、Co
及び硼素粉末をWC−Co超硬合金製のポツトとボ
ールを用いて粉砕混合した。得られた混合粉末の
組成は平均粒度0.3μの微粒ダイヤモンド81容量
％、WC10容量％、Co9容量％、硼素1.0容量％で
あつた。この混合粉末と粒度30〜40μｍのダイヤ
モンド粒子を容量で２：８に混合して完成粉末を
作成した。硼素の含有量を測定したところ重量で
0.128％であつた。次のこのダイヤモンド焼結体を直径1.5mm、長
さ３mmの円柱に加工した後、加熱した王水中で
150時間処理した。処理後の空孔は1.5％であつた。この焼結体を
鋼製のシヤンクにＷ、WC、Fe、Co、Ni、Cuの
混合粉末より成る高融点高硬度のマトリクスを
1000℃で焼結して固定し、サーフエスセツトのコ
アビツトを作成した。比較のため市販の40〜60μ
のダイヤモンド粒子より成る焼結体で結合材であ
るCoを溶出したもののコアビツトも同様にして
作成した。これらのビツトを用いて、一軸圧縮強
度1800Kg／mm²の安山岩を回転速度500回転で掘削
した。その結果、本発明焼結体を用いたビツトは
掘進速度10cm／分で50ｍ掘削してもまだ掘削可能
であつたのに対し、市販のダイヤモンド焼結体を
用いたビツトは掘進速度８cm／分で30ｍ掘削した
時点で寿命となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ダイヤモンド焼結体における強度
（抗折力）とダイヤモンド粒度の関係を表わした
ものである。

Claims

【特許請求の範囲】１粒度3μｍ以上の粗粒ダイヤモンド粒子が容
量で20〜85％を占め、残部が結合材10〜79容量％
と空孔１％以上５％未満より成り結合材の組成が
粒度1μｍ以下の超微粒のダイヤモンド粒子を容
量で60〜90％と、1μｍ以下の周期律表第4a、5a、
6a族の炭化物35〜５容量％及び鉄族金属10容量
％以下である工具用ダイヤモンド焼結体。２粗粒ダイヤモンド粒子の粒度が10μｍ以上
100μｍ以下である特許請求の範囲第１項記載の
工具用ダイヤモンド焼結体。３周期律表第4a、5a、6a族の炭化物がWCまた
はWCと同一結晶構造を有す（Mo、Ｗ）Ｃであ
る特許請求の範囲第１項記載の工具用ダイヤモン
ド焼結体。４粒度3μｍ以上の粗粒のダイヤモンド粒子が
容量で20〜85％を占め、残部が結合材10〜79容量
％と空孔１％以上５％未満より成り、該結合材が
粒度1μｍ以下の超微粒のダイヤモンド粒子を容
量で60〜90％と1μｍ以下の周期律表第4a、5a、
6a族の炭化物35〜５容量％、鉄族金属10容量％
以下及び硼素および／または硼化物より成り、硼
素および／または硼化物の含有量が焼結体の重量
で0.005〜0.15％である工具用ダイヤモンド焼結
体。５粗粒ダイヤモンド粒子の粒度が10μｍ以上
100μｍ以下である特許請求の範囲第４項記載の
工具用ダイヤモンド焼結体。６周期律表第4a、5a、6a族の炭化物がWCまた
はWCと同一結晶構造を有す（Mo、Ｗ）Ｃであ
る特許請求の範囲第４項記載の工具用ダイヤモン
ド焼結体。