JPH034336B2

JPH034336B2 -

Info

Publication number: JPH034336B2
Application number: JP58056812A
Authority: JP
Inventors: Arufuretsudo Aamondo Eritsuku; Gotsuden Jii Maaku
Original assignee: DE BIAZU IND DAIAMONDO DEIBIJON Ltd
Current assignee: DE BIAZU IND DAIAMONDO DEIBIJON Ltd
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1991-01-22
Also published as: JPS58211861A; ZA831949B

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は研摩本体に関する。

現在市販されているドリルクラウン
（drilcrown）用の埋め金（insert）要素又は切削
要素の１種は、金属結合（焼結）炭化物
（cementedcarbide）支持体に接合したダイヤモ
ンド成形体（compact）より成り、ここに該支持
体は順次に、より大きな金属結合炭化物基板に、
ろうによつて接合されているものである。該ろう
は700℃以上の融点を有して、該ドリルクラウン
の使用中に一般的に存在する苛酷な条件下に該基
板と支持体との間の良好な接合を確実に達成し、
かつ維持する。埋め金の製造中においては、該支
持体を基板にろう付けする間にダイヤモンド成形
体層の粉化が生じないことを確保するように注意
しなければならない。これは該ろう付け中に、ダ
イヤモンド成形体を熱だめ（heat sink）と接触
させることによつて達成することができる。

発明の要約本発明により：ａ研摩材成形体；ｂ該研摩材成形体に接合する焼結炭化物（超硬
合金）支持体；及びｃニツケル、銅、コバルト、鉄、又はこれら金
属の１種もしくはそれ以上を含有する合金より
成る接合層を通して該支持体に接合する金属含
有基板、から成る研摩本体が提供される。

本発明のもう一つの観点からすれば、ニツケ
ル、銅、コバルト、鉄又はこれら金属の１種もし
くはそれ以上を含有する合金の層を、基板表面と
該成形体が接合している焼結炭化物支持体表面と
の間に挿入する工程、及び該支持体を該挿入層を
介して該基板に、該挿入層の融点以下の温度にお
いて拡散接合する工程を包含する上記研摩本体の
製造方法を提供する。

発明の詳細な記載研摩材成形体は当業界に周知であり、硬質集合
体状に結合された、超硬質研摩材粒子の多結晶集
塊より成る。このような成形体は一般的に、該成
形体の特に超硬質研摩材粒子に対する触媒又は溶
剤を常に含有する第二相又は接合相を有する。現
在公知であり、かつ成形体に使用されている超硬
質研摩材はダイヤモンド及び方立晶（cubic）窒
化ホウ素である。

該焼結炭化物支持体は焼結炭化チタン、焼結炭
化タンタル、焼結炭化タングステン又はそれらの
混合物のような、任意の当業界公知のものでよ
い。このような焼結炭化物に対する金属相は一般
的に、３重量％から35重量％までの量で存在する
ニツケワ、コバルト又は鉄である。

該研摩材成形体は該炭化物支持体に直接に接合
することができ、あるいは接合層を通して該炭化
物支持体に接合することができる。

焼結炭化物支持体に接合している研摩材成形体
は「複合研摩材成形体（composite abrasive
compact）」としても知られている。研摩材成形
体又は複合研摩材成形体の例を英国特許第
1489130号ならびに米国特許第3745623号及び同第
3743489号各明細書に見出すことができる。これ
らの開示は参考として本明細書に組み入れる。

該基板は一般的に質量及び容積において該研摩
材成形体及び該炭化物支持体の合計質量及び合計
容積よりも大きい。一般的に該基板は焼結炭化物
（超硬合金）であるが、硬化鋼のような鋼である
こともできる。

該支持体と基板との間の接合層は一般的に220
ミクロンまでの厚さを有する。該支持体と基板と
の間の接合のせん断強さは高く、すなわち
140N／mm²又はそれ以上であることができること
がわかつた。

本発明の研摩本体は研摩工具に対する構成要素
としての用途を有する。特に該研摩本体はドリル
のビツト又はクラウンに対する埋め金、すなわち
切削要素としての用途を有する。このような切削
要素の例を図面の第１図に示す。この図において
焼結炭化物支持体１２に接合した円板状研摩材成
形体１０より成る切削要素を示す。該炭化物支持
体１２は長く延びている基板１６におけるくぼみ
１４内に配置されている。該炭化物支持体１２の
基板１６への接合は上述した形式の結合層１８を
通して行われる。

本発明の研摩本体は、まず英国特許第1489130
号、米国特許第3745623号及び同第3743489号各明
細書に記載されているもののような当業界に公知
の方法によつて焼結炭化物支持体に接合された研
摩材成形体より成る複合研摩材成形体を製造する
ことにより、一般的に得られる。次いで該複合研
摩材成形体を、拡散接合技術を応用し、上記に定
義した接合層を通して基板に接合させる。拡散接
合は当業界に公知であり、金属対金属の接合に生
じさせる方法であるが、この場合、金属原子が接
合面を横切つて移動して連続結晶粒子を形成す
る。この方法は固相法であり、金属はその融点に
達していない。拡散接合は、研摩材成形体の研摩
材粒子に対する損傷が実質上回避されるような条
件下の場合に、該支持体と基板との間の優れた強
度を有する接合を生じさせることがわかつた。換
言すれば該成形体は、ダイヤモンド成形体の場合
には黒鉛を実質上含有せず、立方晶窒化ホウ素成
形体の場合には六方晶窒化ホウ素を実質上含有し
ないのである。

好ましくは本方法は下記工程、すなわち： (a) 焼結炭化物（超硬合金）支持体に接合した研
摩材成形体より成る複合研摩材成形体を提供す
る工程； (b) ニツケル、銅、コバルト、鉄又はこれらの金
属の１種もしくはそれ以上を含有する合金の層
を、金属含有基板表面に析出させ、該金属層に
横圧力を加え、該金属層の温度をその融点以下
の温度に上げ、該圧力及び温度を該金属層が該
基板に接合できるようにさせるのに十分な時間
にわたつて維持する工程； (c) 該金属層の露出表面を研摩する工程； (d) 該支持体及び基板を共に、該金属層が該支持
体表面に接触するような状態にさせる工程； (e) 該支持体及び基板に横圧力を加えることによ
り該支持体及び基板を共に圧迫する工程； (f) 該金属層の温度を、その融点以下の650゜〜
750℃の範囲の温度に上げる工程；及び (g) 該支持体と基板との間に拡散接合が生ずるの
に十分な時間にわたつて上記圧力及び温度を維
持しつつ、前記工程(f)及び(g)を不活性雰囲気下
に行う工程；を包含する。

該支持体を基板に拡散接合させる間に加えられ
る圧力は一般的に40〜300N／mm²であり、温度は
典型的には650〜750℃の程度である。拡散接合は
10^-4トールもしくは更に良好な真空下又は不活性
ガスのような他の不活性雰囲気下に行つて、該研
摩材成形体の研摩材粒子に対して生ずる損傷を最
小化する。該圧力及び温度を５〜300分、典型的
には５〜35分にわたつて維持して良好な接合を確
実に行うことができる。

本発明方法において該横圧力は、例えば油圧シ
リンダプレスを使用するような当業界に公知の方
法によつて加えることができる。

該支持体及び基板に対して所望の横圧力を加え
る一つの特別の方法においては、外部包囲物体と
内部膨張物体との間の熱膨張係数の差が利用され
る。該方法は、共に前記工程(c)の状態にされてか
らの該支持体及び基板を、内部に形成された空洞
を有する包囲物体と該空洞内に配置され、該包囲
物体よりも大きな熱膨張係数を有する膨張物体と
より成る組立部品の空洞内に入れ、次いで該組立
部品の温度を前記工程(e)の所望温度に上げ、それ
により該膨張物体を膨張させて前記工程(d)の所望
の横圧力を該支持体及び基板に加えることを包含
する。

典型的には該組立部品の温度は該組立部品を炉
中に入れることにより昇温させる。

該包囲物体は焼結炭化物製又は窒化ケイ素もし
くはジルコニアをベースとするセラミツク製であ
ることができる。

該膨張物体は典型的には高い熱膨張係数を有す
る金属製又は合金製である。好適な合金の例はニ
ツケルをベースとする合金のニモニツク
（Nimonic）である。

該膨張物体と接触している空洞面は傾斜させて
該膨張物体の傾斜面に整合させることができる。
またはその代りに、該膨張物体が二つの接触部分
を有し、該接触面が傾斜し、かつ整合していても
よい。

該膨張物体が適用温度条件下において、接合さ
れる要素と有害的に反応する場合には該膨張物体
と該接合される要素との間に適当な不活性充てん
物を供給することができる。

この加圧方法は複合研摩材成形体を工具柄部に
接合させること（すなわち、工具柄部が基板であ
る）に対して特に応用される。

図面の第２図及び第３図は本発明の、上記の観
点における実施態様を説明する。

これらの図面において、焼結炭化物製で、その
中に形成されたみぞ又は空洞２４を有する包囲物
体２２より成る組立部品２０が示される。包囲物
体２２は鋼製支持基板２８におけるくぼみ２６に
取りつけられている。

空洞２４には対立したくさび３０及び３２が配
置され、これらは直線３４に沿つた接触斜面を有
する。これらのくさびは合金ニモニツク製であ
る。

また該空洞内にはくさび３２の表面３８と接触
するパツキング要素３６も配置されている。パツ
キング要素３６と該包囲物体の表面４０との間に
工具柄部４２が配置されており、該工具柄部は焼
結炭化物支持体４８に接合する研摩材成形体４６
より成る複合研摩材成形体４４と接合関係にあ
る。工具柄部４２と支持体４８との間には、該工
具柄部と支持体との間に拡散接合を生じさせるの
に好適な薄い金属層５０が配置されている。

工具柄部と支持体との間における効果的な拡散
接合を達成させるために、該組立部品全体を適当
な温度における炉中に入れる。該温度は拡散接合
を生じさせるような温度でなければならない。

この温度においてニモニツク製くさび３０及び
３２は包囲物体２２よりも速い速度で膨張する。
これが工具柄部４２及び支持体４８上に接合圧力
を作用させる効果を有する。

金属層の露出表面を研摩することは該表面をで
きるだけ平坦にすることを確保するために重要で
かつ好ましいことである。研摩はダイヤモンド研
摩工具を使用することによつて行うことができ
る。基板が接合される支持体の表面もまた、でき
るだけ平坦にすべきである。

基板表面に接合する金属層は、特に研摩中にゆ
がみ、よじれる傾向を有する。この傾向を最小化
するためには、基板表面に金属層を析出させ、該
金属層に横圧力を加え、該金属層の温度を融点以
下の温度に上げ、次いで該圧力及び温度を、該金
属層が該基板に接合することができるのに十分な
時間にわたつて維持することが好ましいというこ
とがわかつた。典型的には、該金属層に加えられ
る圧力は１〜200N／mm²の範囲であり、該金属層
が上げられる温度は700℃〜1100℃である。これ
らの温度及び圧力の条件を５〜300分、典型的に
は５〜30分にわたつて維持することができる。該
金属は、電気めつき、無電解めつき、蒸着もしく
はスパツタリング又は金属箔を基板に接触させて
配置し、もしくは金属箔を基板の金属被覆した表
面に接触させて配置することのような当業界に公
知の方法によつて基板表面に析出させることがで
きる。該横圧力は当業界に公知の方法によつて金
属層に加えることができる。

該炭化物支持体と基板の金属被覆表面とを接触
させるに先立つて、接合すべき支持体表面に、該
基板表面をコーテイングするのに使用した金属と
同一又は類似の金属の薄い金属被覆を施こすこと
ができる。このような金属層は該支持体の表面上
に、電気めつき、無電解めつき、真空蒸着及びス
パツタリングのような当業界に公知の方法によつ
て析出させることができる。

下記の実施例により、本発明を更に説明する。

実施例１コバルト結合した炭化タングステン製スタブ
（stub）の表面上に焼鈍ニツケルの円板を析出さ
せた。このニツケル被覆表面に100N／mm²の圧力
を加え、温度を830℃に上げた。これらの条件を
20分間保つた。次いで該ニツケル層の露出表面を
ダイヤモンド研摩工具で研摩した。ニツケル被覆
の厚さは120ミクロンであつた。

コバルト結合した炭化タングステンの支持体に
接合したダイヤモンド成形体より成る円板形状の
複合研摩材成形体を、英国特許第1489130号明細
書に記載の方法により製造した。次いで、まず該
支持体の背面を該スタブ上のニツケル層に接触さ
せることにより、該複合研摩材成形体を該スタブ
に接合させた。横圧力290N／mm²を該複合研摩材
成形体及びスタブに加えて、この両者を共に圧迫
し、境界面、すなわちニツケル層の温度を725℃
に上げた。この処理は10^-4トールの真空において
行つた。これらの条件を30分間保つた。

この拡散接合技術により該炭化物支持体と炭化
物スタブとの間に優れた接合が達成された。該接
合のせん断強さを測定し、390N／mm²の程度であ
ることがわかつた。該支持体とスタブとの間の接
合層の厚さは120ミクロンの程度であつた。

実施例２ニツケル被覆したスタブを複合研摩材成形体に
接合するに当つて下記の条件：加えた圧力 270N／mm² 加熱温度 730℃ 維持条件 300分ニツケル被覆 200ミクロンを採用した点を除いて前記実施例１に記載の手順
にしたがつた。

炭化物支持体とスタブとの間の接合のせん断強
さは400N／mm²以上であることがわかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の研摩本体の実施態様の側面図
である。第２図は本発明方法に使用するための組
立部品の側面断面図である。第３図は前記第２図
の組立部品の部分断面透視図である。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) 焼結炭化物支持体に接合した研摩材成形
体より成る複合研摩材成形体を提供する工程； (b) ニツケル、銅、コバルト、鉄又はこれらの金
属の１種もしくはそれ以上を含有する合金の層
を、金属含有基板表面に析出させ、該金属層に
横圧力を加え、該金属層の温度をその融点以下
の温度に上げ、該圧力及び温度を該金属層が該
基板に接合できるようにさせるのに十分な時間
にわたつて維持する工程； (c) 該金属層の露出表面を研摩する工程； (d) 該支持体及び基板を共に、該金属層が該支持
体表面に接触するような状態にさせる工程； (e) 該支持体及び基板に横圧力を加えることによ
り該支持体及び基板を共に圧迫する工程； (f) 該金属層の温度を、その融点以下の650゜〜
750℃の範囲の温度に上げる工程；及び (g) 該支持体と基板との間に拡散接合が生ずるの
に十分な時間にわたつて上記圧力及び温度を維
持しつつ、前記工程(f)及び(g)を不活性雰囲気下
に行う工程；を含む、研摩材成形体と、該研摩材成形体に接合
する焼結炭化物支持体と、ニツケル、銅、コバル
ト、鉄またはこれらの金属の１種もしくはそれ以
上を含有する合金の層を通して該支持体に接合す
る金属含基板とより成る、研摩本体を製造する方
法。２支持体及び基板に加える横圧力が40〜
300N／mm²の範囲である特許請求の範囲第１項記
載の方法。３圧力及び温度を５〜300分間にわたつて維持
する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の方
法。４圧力及び温度を５〜35分間にわたつて維持す
る特許請求の範囲第３項記載の方法。５工程(d)の状態になつた後の基板及び支持体
を、内部に形成された空洞を有する包囲物体と、
該空洞内に置かれ該包囲物体の熱膨張係数よりも
大きな熱膨張係数を有する膨張物体とより成る組
立部品の空洞内に配置し、次いで該組立部品の温
度を工程(f)の所望温度に上げ、それにより該膨張
物体を膨張させて工程(e)の所望の横圧力を該支持
体及び基板に加える特許請求の範囲第１項〜第４
項のうち任意の１項に記載の方法。６組立部品の温度を該組立部品を炉中に入れる
ことにより上げる特許請求の範囲第５項記載の方
法。７包囲物体が焼結炭化物製又は窒化ケイ素もし
くはジルコニアをベースとするセラミツク製であ
る特許請求の範囲第５項又は第６項記載の方法。８膨張物体がニモニツク製である特許請求の範
囲第５項〜第７項のうち任意の１項に記載の方
法。９金属層に加える圧力が１〜200N／mm²の範囲
である特許請求の範囲第１項記載の方法。１０金属層の上げられる温度が700〜1100℃の
範囲である特許請求の範囲第１項又は第９項記載
の方法。１１金属層に加える圧力及び温度を５〜300分
間にわたつて維持する特許請求の範囲第１項、第
９項又は１０項に記載の方法。１２金属層に加える圧力及び温度を５〜30分間
にわたつて維持する特許請求の範囲第１項又は第
９項〜第１１項のうち任意の１項に記載の方法。