JPH05295545A

JPH05295545A - ダイヤモンド被覆硬質材料およびその製造法

Info

Publication number: JPH05295545A
Application number: JP9779992A
Authority: JP
Inventors: Naoya Omori; 直也大森; Akinori Kobayashi; 晄徳小林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】ダイヤモンド被覆硬質材料及びその製法を提
供する。【構成】硬質材料を基材とし、その表面にダイヤモン
ド被覆層が設けられてなり、該ダイヤモンド被覆層が少
なくとも０．１体積％以上の金属元素を主成分とした結
合相を含み、且つ該ダイヤモンド被覆層と該硬質材料と
が他の相を挟まずに接合しているダイヤモンド被覆硬質
材料であり、極めて高い耐摩耗性と基材とダイヤ層の密
着力に優れる。ダイヤモンド可融金属を含有する硬質材
料表面に気相よりダイヤを析出させた後、超高圧下で焼
結して製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極めて高い耐磨耗性を
もつ硬質材料に関するもので、切削工具、耐摩工具、鉱
山工具、電子部品、機械部品、砥石などに利用されるダ
イヤモンド被覆硬質材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは極めて硬度が高く、化学
的に安定し、高い熱伝導率特性、音波伝搬速度をはじめ
とする数多くの優れた特性を持っている。現在、市場に
於いて、多結晶ダイヤモンドとして、・ダイヤモンドの含有量が５０体積％以上でダイヤモン
ド粒子が互いに結合した多結晶ダイヤモンド焼結体、・硬質材料の表面にダイヤモンド多結晶を被覆したダイ
ヤモンド被覆硬質材料、・ダイヤモンド多結晶をロウ付けした硬質材料が、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ合金などの軽合金や、プラスチッ
ク、ゴム、グラファイトなどを切削加工する際に用い
る、スローアウェイチップ、ドリル、マイクロドリル、
エンドミル、ルーターなどの切削工具、岩石採掘工具、ボンディングツールや、プリンタヘッド、ダイス、熱
間加工用ガイドローラーや製管用ロールなどの各種耐摩
工具、耐摩治具、耐環境治具、放熱板をはじめとする各種器械部品、スピーカーをはじめとする各種振動板、各種電子部品、電着砥石などの各種研磨加工用砥石やドレッサー、な
どに、広く実用に供されている。

【０００３】ダイヤモンド微粉末を超高圧下で焼結した
多結晶ダイヤモンド焼結体は、例えば特公昭５２−１２
１２６号公報に記載されている。この先行技術に記載さ
れた製造方法では、ダイヤモンドの粉末を超硬合金の成
型体若しくは焼結体に接するように配置し、超硬合金の
液相を生じる温度以上の温度でかつ超高圧下にて焼結を
行なう。焼結に際しては、超硬合金中のＣｏの一部がダ
イヤモンド粉末中に侵入し、結合金属として作用する。
このようにして得たダイヤモンド焼結体を目的形状加工
し、各種台金にロウ付けすることにより、例えば切削工
具、耐摩工具、掘削工具、ドレッサー、線引きダイスと
して広く用いられている。

【０００４】硬質材料の表面に多結晶ダイヤモンドを被
覆したダイヤモンド被覆硬質材料も前述のダイヤモンド
焼結体同様広く用いられている。先行技術としては、特
開昭６２−５７８０２、特開昭６２−５７８０４、特開
昭６２−１６６９０４、特開昭６３−１４８６９、特開
昭６３−１４００８４各号公報を始めとして多くが存在
し、これらは硬質材料の表面に気相より合成したダイヤ
モンド多結晶を被覆することにより、基材の耐磨耗性を
著しく向上させる効果がある。また、現在気相より多結
晶ダイヤモンドを被覆する方法として、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法、ＲＦ−プラズマＣＶＤ法、ＥＡ−ＣＶＤ
法、誘磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法、、ＲＦ熱プラ
ズマＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣＶＤ法、ＤＣプラズマジ
ェットＣＶＤ法、フィラメント熱ＣＶＤ法、燃焼法等数
多くの方法が知られており、これらはダイヤモンド被覆
硬質材料製造の有力な方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ダイヤモン
ド焼結体を台金にロウ付けして作成できる各種工具等に
は形状に制約がある。具体的には、４枚刃エンドミルの
ような形状のすべての刃部に優れた精度でダイヤモンド
焼結体をロウ付けするのは、現状の技術では困難であ
る。このため、丸棒形状のダイヤモンド焼結体を作成
し、これを放電加工して目的形状を得なければならず、
実際に耐摩耗性向上に要求される部分以外もダイヤモン
ド焼結体にて構成されるため非常に高価となり、且つ生
産性も低い。また、ダイヤモンド被覆硬質材料は現状で
はダイヤモンド被覆層と基材との密着力が不足してお
り、使用に於てダイヤモンド被覆層が剥離する場合も多
く、ダイヤモンド焼結体と同等の寿命を得るに至ってい
ない。この原因として、（１）基材とダイヤモンドの熱
膨張係数の違いより、熱残留応力が発生し、ダイヤモン
ド被覆層が剥離しやすくなること、（２）ダイヤモンド
は、あらゆる物質と中間相を持たないため、多物質との
濡れ性が悪いこと、が挙げられている。（１）を改良す
るため，基材材質としてダイヤモンドと同じ熱膨張係数
を持った材質、例えばＳｉ₃Ｎ₄を主成分とする焼結体
やＳｉＣを主成分とする焼結体を選択する方法が、特公
昭６０−５９０８６、特開昭６１−２９１４９３各号公
報にて提案されている。さらに特願平２−２６９２１４
号明細書では窒化珪素を主成分とする基材の表面に窒化
珪素の柱状晶組織を晶出させ、表面に凹凸の存在する状
態をつくりだし、これに対してダイヤモンド被覆層を設
けることによりダイヤモンド被覆層と基材とを幾何学的
に絡ませることにより、ダイヤモンド被覆層の密着強度
を高める方法を提案している。これらの改良により、基
材とダイヤモンド被覆層との密着力は格段に高くはなっ
た。しかし、例えば切削工具に適用した場合、過酷な条
件にて使用すれば、ダイヤモンド被覆層の剥離が発生
し、ダイヤモンド焼結体を使用した場合と同様の寿命を
得ることができていない。

【０００６】ダイヤモンド被覆層と基材との密着力不足
を改良するべく考案された方法として、前述の気相より
合成した多結晶ダイヤモンド板を硬質材料にロウ付け等
により接合する方法が、特開昭６４−２１２７６７号公
報にて提案されている。本方法はダイヤモンド被覆硬質
材料のもつ基材との密着力不足という問題は解決した
が、この方法による多結晶ダイヤモンド板は、金属結合
相を含まないため、その耐磨耗性においてダイヤモンド
焼結体を凌ぐものの、靱性が低く、多結晶体切削工具に
適用した場合、過酷な条件にて使用すれば多結晶ダイヤ
モンド板が欠損する場合がある。また、その製造法は、
ダイヤモンド焼結体と同様、基材へのロウ付け等の接合
が必要となるため、ダイヤモンド焼結体と同様、形状自
由度が低い。つまり、高い耐摩耗性および基材との密着
力に優れ、かつ高い形状自由度を持ち、かつ安価なダイ
ヤモンド工具等が得られていないのが現状である。上述
の問題点に鑑み、本発明は優れた強度、優れたダイヤモ
ンド被覆層と基材との接合力、高い形状自由度を持ち、
かつ安価なダイヤモンド被覆硬質材料を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、硬質材料を基
材とし、その表面にダイヤモンド被覆層が設けられてな
るダイヤモンド被覆硬質材料において、該ダイヤモンド
被覆層が少なくとも０．１体積％以上の金属元素を主成
分とした結合相を含み、且つ該ダイヤモンド被覆層と該
硬質材料とが他の相を挟まずに接合しているものである
ダイヤモンド被覆硬質材料より、上記目的を達成でき
る。また、本発明は硬質材料を基材とし、その表面にダ
イヤモンド被覆層が設けられてなるダイヤモンド被覆硬
質材料において、ダイヤモンド被覆層と基材との少なく
とも界面において少なくとも０．１体積％以上の金属元
素を主成分とした結合相を含んだダイヤモンド被覆層が
存在し、且つダイヤモンド被覆層と該硬質材料とが他の
相を挟まずに接合しているものであってもよい。本発明
のダイヤモンド硬質被覆材料は、硬質材料の表面に、気
相より合成したダイヤモンド被覆層を設け、更にこれを
超高圧発生装置に配置し、２０〜１１０Ｋｂの静水圧下
にて焼結することを特徴とする方法により製造できる。
さらにまた、硬質材料の表面に、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ
の中の少なくとも１種以上から選ばれた金属および／ま
たはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂの中の少なくとも１種
以上から選ばれた金属とＣｕ、Ａｇ、Ａｕの中の少なく
とも１種以上から選ばれた金属との合金を主成分とする
少なくとも１種以上の被覆層を設け、この表面に気相よ
り合成した被覆層を設け、さらにこれを超高圧発生装置
に配置し、２０〜１１０Ｋｂの静水圧下にて焼結するこ
とにより製造することができる。

【０００８】

【作用】本発明者らは、ダイヤモンド被覆層と基材との
接合力を向上させるために、ダイヤモンド被覆層が結合
相として金属または合金を含有し、この結合相と基材と
が金属結合している状態を作ることを考えつき、鋭意研
究を重ねた。具体的に説明すると、ダイヤモンドは超高
圧下にてＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、
Ｐｄ、Ｔａ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ等の金属およびこれらを
主成分とする金属または合金と溶融することが広く知ら
れている。また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂの中の少
なくとも１種以上から選ばれた金属とＣｕ、Ａｇ、Ａｕ
の中の少なくとも１種以上から選ばれた金属との合金ま
たはこの合金を主成分とする合金に対しても溶融するこ
とが知られている（人造ダイヤモンド技術ハンドブッ
ク、瀬高信雄・難波義捷・若槻雅男、（株）サイエンス
フォーラム社発行、１９８９年、ｐ５０〜５４）。本発
明ら等はこの点に注目し、前述のダイヤモンド可融金属
または合金（以下単純にＭと呼ぶ）を含有した硬質材料
の表面に、気相より析出した多結晶ダイヤモンド被覆層
を設け、これを超高圧下にて焼結することにより、基材
との密着力に優れるダイヤモンド被覆層を持つダイヤモ
ンド被覆硬質材料を得るに至ったのである。

【０００９】本発明において基材とダイヤモンド被覆層
の密着力が優れる原因としては次のように考えられる。
すなわち、一般に硬質材料の表面に気相よりダイヤモン
ド被覆層を設けた場合、基材−ダイヤモンド被覆層界面
に微小ながら空間が存在し、この部分においては双方の
接触がおきていない、つまりダイヤモンド被覆層と基材
との密着力に寄与していない部分が存在しているが、こ
れを超高圧にて焼結することにより、基材中のＭを主成
分とする融液がダイヤモンド被覆層−基材の界面に存在
した空間に侵入し、部分的にダイヤモンドと溶融し、ダ
イヤモンドをダイヤモンド粒子表面に再析出するとい
う、ダイヤモンドとＭとの液相へのダイヤモンドの溶
解、ダイヤモンドの再析出を繰り返し、基材とダイヤモ
ンド被覆層がＭによる金属結合により一体化することに
よるためと考えられる。また、焼結条件を変化させるこ
とにより、上記の反応は基材−ダイヤモンド被覆層界面
のみに止まらず、ダイヤモンド被覆層全体にＭを主成分
とする融液が侵入し、ダイヤモンド焼結体が基材表面を
覆っているのと同じ状態を得ることも出来た。ここで、
ダイヤモンド焼結体がそうであるように、ダイヤモンド
被覆層中においてダイヤモンド粒同志が直接結合してい
る方がより強度の高いダイヤモンド被覆層が得られる。

【００１０】ここで、ダイヤモンド被覆層中へ侵入した
結合相（ＭまたはＭを主成分とする融液）の濃度および
分布状態はＥＰＭＡにて観察したところ、ダイヤモンド
被覆層中に存在する結合相の体積分率としては、少なく
とも０．１％以上、望ましくは１％であることが判明し
た。０．１体積％未満では、結合相を含むことにより効
果、すなわち1)ダイヤモンド被覆層の強度向上、2)ダイ
ヤモンド被覆層と基材との結合力向上、が認められな
い。また、結合相の体積分率が２０％を越えた場合、軟
らかい結合相のためにかえって当該ダイヤモンド被覆層
の強度が低下するため、２０体積％以下であることが望
ましい。また、前述の通り超高圧焼結により結合相がダ
イヤモンド被覆層中に侵入していくが、この侵入深さが
０．１μｍ未満の場合、ダイヤモンド被覆層と基材との
良好な密着性が得られないため、少なくとも０．１μｍ
以上結合相が侵入する条件にて超高圧焼結を行なうこと
が望ましい。

【００１１】さらに、基材にＭが存在しない場合でも、
基材表面にまずＭを被覆し、このあとダイヤモンド被覆
層を形成し超高圧焼結を行えば、Ｍがダイヤモンド被覆
相中および／または基中に侵入、消滅することにより、
基材とダイヤモンド被覆層が一体化したダイヤモンド被
覆硬質材料を得ることができた。

【００１２】これらの本発明技術により、（イ）従来で
は得ることの出来なかった高い密着力および／または
（ロ）従来の結合相を含まないダイヤモンド被覆層また
は多結晶ダイヤモンド板では得ることの出来なかった高
い強度、を持つダイヤモンド被覆層を有するダイヤモン
ド硬質材料を得るに至ったのである。

【００１３】前述した通り、本発明のダイヤモンド被覆
硬質材料は、基材中にＭが存在する場合でも、存在しな
い場合でも製造することが可能である。しかし、工業的
見地からは基材にＭが存在していた方が望ましい。Ｍが
存在する基材として挙げられるのが、各種鉄系合金鋼
（ステンレス、高速度鋼等）、各種耐熱合金（インコネ
ル等）、超硬合金、サーメットを始めとする各種硬質材
料である。この中でも、タングステン基超硬合金は結合
相としてコバルトまたはコバルトを主成分とする金属を
使用するのが一般的である。つまり、この超硬合金の表
面に気相よりダイヤモンド被覆層を形成し、これを超高
圧にて焼結することにより、超硬合金中のＣｏがダイヤ
モンド被覆層と基材との界面に存在する空間に侵み出
し、さらにダイヤモンドを溶融し、さらに条件によって
はＣｏが界面近傍のみならずダイヤモンド被覆層全体に
侵入し、ダイヤモンド被覆層の強度を飛躍的に高める。
また、サーメットは結合相としてＮｉ、Ｃｏを使用する
のが一般的であり、超硬合金同様これを基材としてダイ
ヤモンド被覆層を設けた場合、これら結合相の存在によ
り超高圧にて焼結した場合、良好な結果が得られる。

【００１４】また、上記した本発明の基材に対して気相
よりダイヤモンド被覆層を形成した場合、ダイヤモンド
被覆層は基材中のダイヤモンド粒と強固に結合するた
め、極めて高い密着強度をもつダイヤモンド被覆層を形
成することができる。これは、本発明ダイヤモンド被覆
硬質材料の使用用途によっては、最外表面に金属元素が
存在することが極めて不都合な場合もあるがこのような
場合や、さらに高い耐磨耗性、耐食性、耐熱性が必要な
場合に、この方法にて作成した本発明ダイヤモンド被覆
硬質材料は良好な性能を得ることができる。具体的な例
としては、ＴＡＢツール等に使用した場合、従来のダイ
ヤモンド焼結体や表面にダイヤモンド被覆層を持たない
本発明ダイヤモンド被覆硬質材料を使用した場合、結合
相成分またはＭ成分が摩耗することによってダイヤモン
ド結晶粒が脱落し、それにより作用面の面粗度が低下
し、長寿命に渡って使用することが出来ない。しかし、
最外表面にさらにダイヤモンド被覆層を設けたダイヤモ
ンド被覆硬質材料を用いた場合、摩耗の進行が遅いため
長期に渡って安定して使用することができる。

【００１５】なお、第一層目のダイヤモンド被覆層の層
厚に関しては、０．１μｍ以下では被覆層による耐磨耗
性など諸性能の向上が認められない。切削工具、耐摩工
具等の耐磨耗性を必要とする用途に用いるならば、これ
以上の層厚が望ましい。被覆層厚の上限は用途に応じて
種々の値を選択することができる。例えば、再研磨など
による繰り返し使用を前提とするならば、１００μｍ以
上の被覆層層厚を設けることが望ましい。また、この繰
り返し使用回数によっては、必要に応じて被覆層層厚を
５００μｍ以上とすることもできる。このダイヤモンド
被覆硬質材料の上にさらに設けられたダイヤモンド被覆
層（以降第二層目のダイヤモンド被覆層と呼ぶ）の層厚
に関しては、０．１μｍ以下では結合相の影響を完全に
遮断することができず、また３００μｍを越えてももは
やこれ以上の耐摩耗性の向上が認められないため、経済
的見地から０．１〜３００μｍが望ましい。

【００１６】本発明における代表的な基材として前述し
た超硬合金およびサーメットは、下記の組成のものが該
当する。１．結合相形成成分としてＣｏ：０．５〜３０を含有
し、硬質分散相形成成分として炭化タングステンと不可
避的不純物からなる組成（以上重量％）を有する炭化タ
ングステン基超硬合金、２．結合相形成成分としてＣｏ：０．５〜３０％を含有
し、残部が硬質分散相形成成分として、（１）炭化タン
グステンと、Ｗを除く元素周期律表の４ａ、５ａ、およ
び６ａ族金属またはこれらの炭化物、窒化物または炭窒
化物のうちの１種以上との固溶体、および（２）不可避
的不純物、からなる組成（以上重量％）を有する炭化タ
ングステン基超硬合金、３．結合相形成成分としてＣｏ：０．５〜３０％を含有
し、硬質分散相形成成分としてＷを除く元素周期律表の
４ａ、５ａ、および６ａ族金属またはこれらの炭化物、
窒化物または炭窒化物、ならびにこれらの炭化タングス
テンを含む２種以上の固溶体のうちの１種以上：０．２
〜４０％とを含有し、残りが硬質分散相形成成分として
炭化タングステンと不可避的不純物からなる組成（以上
重量％）を有する炭化タングステン基超硬合金、４．結合相形成成分としてＣｏ：０．５〜３０％を含有
し、硬質分散相形成成分としてＷを除く元素周期律表の
４ａ、５ａ、および６ａ族金属の炭化物、窒化物または
炭窒化物、ならびにこれらの炭化タングステンを含む２
種以上の固溶体のうちの１種以上：０．２〜４０％を含
有し、残りが硬質分散相形成成分として炭化タングステ
ンと、Ｗを除く元素周期律表の４ａ、５ａ、および６ａ
族金属またはこれらの炭化物、窒化物または炭窒化物の
うちの１種以上との固溶体と不可避的不純物からなる組
成（以上重量％）を有する炭化タングステン基超硬合
金、５．硬質分散相としてＴｉを炭化物、窒化物および炭窒
化物換算で５０〜８０重量％、Ｔｉを除く周期律表の第
４ａ族、５ａ族、６ａ族元素を炭化物換算で４０重量％
以下を含有し、結合相として鉄系金属を１〜４０重量％
含有するサーメット。上記の組成は一般的な範囲で示し
ており、特に限定する意味は、分散硬質相と結合相のバ
ランスがこれらの範囲では良好であり、基材の高い強度
が保てるからである。

【００１７】ここまで、ダイヤモンド被覆層を中心に説
明したが、本発明はダイヤモンド状炭素およびこれらの
複層を被覆した場合にも、全く同様の効果がある。さら
に、これらの被覆層がその構成元素として、ホウ素、窒
素、酸素等の軽元素を含んだ場合でも同じである。ま
た、本発明ダイヤモンド被覆硬質材料の使用用途によっ
ては、ダイヤモンド被覆層の表面を研磨加工等により表
面面粗度および／または寸法精度を高めて使用すること
もできる。この研磨を行っても、当然本発明の優秀性は
損なわれない。

【００１８】本発明の被覆硬質材料を製造する具体的な
方法は、まず前記したような組成の基材を粉末冶金法等
により製造する。基材そのものにＭを含んでいてもよい
し、基材の表面にＭを被覆したものでもよい。基材表面
に予めＭを設置する方法は、公知のスパッタリング法、
イオンプレーティング法など各種方法の使用が可能であ
り、そのいずれを用いてもよい。次に該硬質材料の表面
に気相から多結晶ダイヤモンドを析出させて被覆を形成
するが、この手段は従来技術の項で説明した各種方法の
いずれであってもよい。次に前述のように要すれば被覆
層表面処理を行った後、超高圧下で焼結するが、このと
きの条件は２０〜１１０ｋｂの静水圧下で１２００℃以
上の温度にて１分以上行なうことが望ましい。本発明に
おける超高圧焼結は、ベルト型超高圧発生装置をはじ
め、いかなる超高圧発生装置を用いても、その効果が認
められる。また、また、気相よりダイヤモンド被覆層を
形成する方法は、前述のいずれの方法を用いても良い。

【００１９】

【実施例】次に、本発明を実施例により、具体的に説明
する。実施例１基材として、表１に示す各材質の基板を準備し、これら
の基板の幾つかの表面に公知のスパッタリング法等によ
り各種薄膜を被覆した。このようにして準備した各種基
板の表面に、公知のマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用
い、約３μｍのダイヤモンド被覆層を設けた。これらの
ダイヤモンド被覆基板に対して、ベルト式超高圧発生装
置を用いて、表１に示した条件にて２分間焼結を行い本
発明品イ〜ヌを得た。

【００２０】ここで比較のため、表２に示すようにＷ基
板および各種セラミック基板に対して中間層を設けなか
った比較品ル〜カと、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、インコネル７１
８、ＳＵＳ３０４基板に対して中間層を設けず且つ超高
圧焼結を施さなかった比較品ヨ〜ツ、及びＷ、Ｍｏ基板
に中間層を設けたが超高圧焼結を施さなかった比較品
ネ，ナも準備した。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】これら各種基板に対して、ダイヤモンド圧
子による引っかき試験を行ったところ、比較品ル〜ナは
２．０ｋｇ荷重にてダイヤモンド被覆層がいずれも剥離
したのに対して、本発明品イ〜ヌは７ｋｇ荷重でもダイ
ヤモンド被覆層の剥離は認められなかった。試験後の基
板断面をＳＥＭ、ＥＰＭＡにて観察した結果、中間層は
いずれも基板またはダイヤモンド被覆層に溶融、侵入す
ることにより消滅していた。

【００２４】実施例２〔切削工具への適用〕母材として、表３の組成で、形状が、内接円：１２．７
ｍｍ、厚み：４．７６ｍｍ、コーナーＲ：０．８ｍｍ
のＪＩＳ・Ｂ４１０３ＳＮＧＮ４３２の超硬合金スロ
ーアウェイチップに加工した。このチップの表面に、公
知の熱フィラメントＣＶＤ法を用い、下記条件にて表３
に示す層厚のダイヤモンド被覆層を設けた。条件反応管：石英２００ｍｍフィラメント材質：タングステンフィラメント温度：２１００℃ チップ表面温度：８５０℃ 雰囲気ガス：水素−メタン２％８０Ｔｏｒ
ｒ被覆時間：４〜１６時間

【００２５】

【表３】

【００２６】これらのダイヤモンド被覆スローアウェイ
チップを、ベルト型超高圧発生装置に配して、表４に示
した条件にて超高圧焼結を行なうことにより、チップ
１）〜１５）を製造した。１）〜１４）は本発明品、１
５）はは本発明の範囲外の比較品である。本発明のチッ
プ１０）〜１４）には、前述の熱フィラメントＣＶＤ法
を用い、さらに最外表面にダイヤモンド被覆層を設け
た。なお、比較のため表５に示すように、ダイヤモンド
被覆層を設けたが超高圧焼結を施さなかった比較チップ
１６）〜１９）も準備した。さらに、市販のＣｏを１０
体積％含むダイヤモンド焼結体を超硬合金基材にロウ付
けした比較チップ２０）および本実施例と同方法により
Ｓｉ基材上に３００μｍの厚みのダイヤモンド被覆層を
設け、Ｓｉ基材をエッチングにより溶かした実質的にダ
イヤモンドのみからなる多結晶ダイヤモンド板を超硬合
金にロウ付けした比較チップ２１）も準備した。ダイヤ
モンド被覆層中の結合相の濃度、分布状態をＥＰＤＡに
て観察した結果も併せて表３、表４に示した。これらの
チップを用いて、下記条件にて切削試験を行い、５分後
および２０分後の刃先状態および逃げ面摩耗量を観察、
測定した結果も併せて表４、表５に示した。条件試験方法：連続切削試験被削材：Ａｌ−１８重量％Ｓｉ合金（丸棒）切削速度：８００ｍ／ｍｉｎ送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．切込み：２．０ｍｍ切削油：水溶性

【００２７】

【表４】

【００２８】

【表５】

【００２９】表４、表５に示す結果から、本発明チップ
１）〜１４）は比較チップ１６）〜１９）と比べ、従来
のダイヤモンド焼結体と同等以上の耐磨耗性を持ち、ま
た基材との高い密着力を持つことが判る。さらに、本発
明チップ１０）〜１４）については、特に優れた耐磨耗
性を持つことが判る。またチップ１５）の結果から本発
明の限定範囲が有効であることがわかる。

【００３０】実施例３〔耐摩工具への適用〕組成がＳｉＣ−１重量％Ａｌ₂Ｏ₃−０．５重量％Ｂ、
形状が一辺１２ｍｍ、厚さ２ｍｍの基材の上に、イオン
プレーティング法により２μｍのＣｏを被覆した。この
基材に実施例２と同様の方法にて、２００μｍのダイヤ
モンド被覆層を設けた基板Ａを準備した。さらに、組成
がＷＣ−９重量％Ｃｏで同形状の基材を準備し、実施例
２と同様の方法にて約１０μｍのダイヤモンド被覆層を
設けた基板Ｂを準備した。これらの基板を、５０ｋｂ、
１３２０℃にて２０分間超高圧焼結を行った。また、基
板Ａ、Ｂの表面に、さらに実施例２と同様の方法にて５
０μｍの層厚を持ったダイヤモンド被覆層を形成した基
板Ｃ、Ｄを準備した。比較のため、組成がＳｉＣ−１重
量％Ａｌ₂Ｏ₃−０．５重量％Ｂの上記基材と同形状の
基材の上に２００μｍのダイヤモンド被覆層を設けた基
板Ｅ、さらに組成がＷＣ−９重量％Ｃｏで同形状の基材
の上に１５μｍのダイヤモンド被覆層を設けた基板Ｆ、
市販のＣｏを１０体積％含むダイヤモンド焼結体を準備
し、同形状に加工し、比較基板Ｇとした。

【００３１】これらの各基板のダイヤモンドが設置され
た側の表面を、ダイヤモンド砥石によりＲmax にて０．
０３μｍとなるまで研磨し、ダイヤモンドを被覆した面
と反対側の面をロウ付け面としてステンレス製のボンデ
ィングツール工具母材にＡｕ−Ｔａ合金ロウ材により、
真空中１１００℃でロウ付け接合した。なお、ロウ付け
の前処理として、基板Ａ、Ｃ、Ｅのロウ面となるＳｉＣ
焼結体の表面にはＰＶＤ法にてＴｉおよびＮｉをそれぞ
れ２μｍずつ予め積層被覆した。このようにして作製し
た本発明ボンディングツールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと、比較ボ
ンディングツールＥ〜Ｇについて耐久試験を行った。使
用条件は、先端温度６００℃で圧着時間２秒とし、ピン
数１０００本のＩＣを繰り返しボンディングした。この
結果を表６に示した。

【００３２】

【表６】

【００３３】表６の結果から本発明ツールＡ〜Ｄは、い
ずれも従来品より優れ、特にＣ，Ｄが優れていることが
判る。

【００３４】

【発明の効果】本発明のダイヤモンド被覆硬質材料にお
いてはいずれも、従来のダイヤモンド被覆硬質材料と比
べると、良好な基材との密着強度を持ち、さらにダイヤ
モンド焼結体と同等以上の耐磨耗性を持ち、ダイヤモン
ドのみで構成される多結晶ダイヤモンドと比較して靱性
が高いことが判る。前記した本発明の実施例では、切削
工具の代表であるスローアウェイチップと、耐摩工具の
一例であるＩＣ実装工具であるボンディングツールの場
合を示した。実施例２から、この他、ドリル、マイクロ
ドリル、エンドミル、リーマー、ガンドリル、ルーター
への応用も可能であることが容易に推測できる。実施例
３からは、キャピラリーなどの各種耐摩工具、電子部品
実装工具をはじめ、耐摩用治具、プリンタヘッド等の各
種機械部品、および砥石などに応用した場合も、良好な
結果が得られることは、十分予想できる。また、従来ダ
イヤモンド焼結体では作成が困難且つ高価であった、微
小切削工具、耐摩工具、機械部品を容易に安価に提供可
能とするものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硬質材料を基材とし、その表面にダイヤ
モンド被覆層が設けられてなるダイヤモンド被覆硬質材
料において、該ダイヤモンド被覆層が少なくとも０．１
体積％以上の金属元素を主成分とした結合相を含み、且
つ該ダイヤモンド被覆層と該硬質材料とが他の相を挟ま
ずに接合しているものであるダイヤモンド被覆硬質材
料。
【請求項２】硬質材料を基材とし、その表面にダイヤ
モンド被覆層が設けられてなるダイヤモンド被覆硬質材
料において、ダイヤモンド被覆層と基材との少なくとも
界面において少なくとも０．１体積％以上の金属元素を
主成分とした結合相を含んだダイヤモンド被覆層が存在
し、且つダイヤモンド被覆層と該硬質材料とが他の相を
挟まずに接合しているものであるダイヤモンド被覆硬質
材料。
【請求項３】上記ダイヤモンド被覆層の層厚が０．１
μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２
記載のダイヤモンド被覆硬質材料。
【請求項４】上記ダイヤモンド被覆層と基材との少な
くとも界面において存在する少なくとも０．１体積％以
上の金属元素を主成分とした結合相を含んだダイヤモン
ド被覆層の層厚が０．１μｍ以上であることを特徴とす
る請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のダイヤモ
ンド被覆硬質材料。
【請求項５】上記ダイヤモンド被覆層中の結合相がＣ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｔ
ａ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの中の少なくとも１種以上から選
ばれた金属又は２種以上の金属による合金を含むことを
特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載さ
れるダイヤモンド被覆硬質材料。
【請求項６】上記ダイヤモンド被覆層中の結合相がＣ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｔ
ａ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの中の少なくとも１種以上から選
ばれた金属および／またはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ
の中の少なくとも１種以上から選ばれた金属とＣｕ、Ａ
ｇ、Ａｕの中の少なくとも１種以上から選ばれた金属と
の合金を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４
のいずれかに記載されるダイヤモンド被覆硬質材料。
【請求項７】上記硬質材料の結合相と、ダイヤモンド
被覆層の結合相が少なくとも１種以上の同一金属元素に
て構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項６
のいずれかに記載のダイヤモンド被覆硬質材料。
【請求項８】上記硬質材料がタングステン基超硬合金
であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいず
れかに記載のダイヤモンド被覆硬質材料。
【請求項９】上記硬質材料がサーメットであることを
特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の
ダイヤモンド被覆硬質材料。
【請求項１０】上記硬質材料の表面に、気相より合成
したダイヤモンド被覆層を設け、更にこれを超高圧発生
装置に配置し、２０〜１１０Ｋｂの静水圧下にて焼結す
ることを特徴とするダイヤモンド被覆硬質材料の製造方
法。
【請求項１１】上記硬質材料の表面に、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｏｓ、Ｉ
ｒ、Ｐｔの中の少なくとも１種以上から選ばれた金属お
よび／またはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂの中の少なく
とも１種以上から選ばれた金属とＣｕ、Ａｇ、Ａｕの中
の少なくとも１種以上から選ばれた金属との合金を主成
分とする少なくとも１種以上の被覆層を設け、この表面
に気相より合成した被覆層を設け、さらにこれを超高圧
発生装置に配置し、２０〜１１０Ｋｂの静水圧下にて焼
結することを特徴とするダイヤモンド被覆硬質材料の製
造方法。
【請求項１２】上記ダイヤモンド被覆硬質材料の表面
に、さらに気相よりダイヤモンド被覆層を設けることを
特徴とする請求項１０または請求項１２に記載されるダ
イヤモンド被覆硬質材料の製造方法。