JPH06102575B2 - 高硬度複合焼結体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、切削用工具の刃先，ドレッサー，ダイス等の
耐摩耗性部品として有用な高硬度複合焼結体に関するも
のである。

［従来の技術］ ダイヤモンド焼結体は高硬度で耐摩耗性に富んでおり、
従来から切削用工具の刃先や線引ダイス等の素材として
使用されてきたが、鉄族金属とは反応性が高いという欠
点を有していた。従ってダイヤモンド焼結体の使用範囲
は非鉄金属や非金属を対象とする場合に限定されている
のが実情である。

一方高圧相型窒化硼素焼結体も切削工具用刃先等の素材
として開発されており、この焼結体は鉄族金属との耐反
応性に優れているところから主に鉄系金属加工用として
使用されてきた。しかしながら高圧相型窒化硼素焼結体
の耐摩耗性は、ダイヤモンド焼結体の耐摩耗性を凌ぐま
でには至っていない。

この様なところから近年では、ダイヤモンドと高圧相型
窒化硼素の双方の長所を兼ね備え、鉄族金属及び非鉄金
属のいずれに対しても優れた性能を発揮する様なダイヤ
モンド・高圧相型窒化硼素複合焼結体の製造が試みられ
ている（例えば特公昭62−1347号，同61−3307号）。し
かしながらこれまでに試みられた技術は、いずれも高圧
相型窒化硼素粉末にダイヤモンド粉末又は炭素粉末を加
えた混合粉末を原料とし、この混合粉末を高温・高圧下
で焼結させるものである。ところがこの様な従来技術で
あると、粉末状の原料を使用しているので原料粉末の表
面にガスが吸着され易く、従って焼結が阻害されて未焼
結部分が残ってしまうという問題があった。そしてこの
様な問題を回避するには、原料粉末を高温で真空処理し
た後更に密封するという繁雑な工程が必要となる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明はこうした技術背景のもとでなされたものであっ
て、その目的とするところは、鉄族金属及び非鉄金属の
いずれに対しても優れた耐摩耗性能を発揮する高硬度複
合焼結体を提供する点にある。

［課題を解決する為の手段］ 本発明に係る高硬度複合焼結体とは、高温・高圧法によ
って製造されるダイヤモンド・高圧相型窒化硼素複合焼
結体であって、高圧相型窒化硼素粉末、或は高圧相型窒
化硼素とダイヤモンドとの混合粉末を30〜90重量％含有
させた樹脂由来カーボン体を、鉄族金属を５重量％以上
含む金属又は合金と接触させ、1300℃以上の温度で且つ
熱力学的なダイヤモンド安定領域の圧力で加圧焼結した
ものであり、ダイヤモンド粒子が結合相を形成している
ものである点に要旨を有するものである。

［作用］ 本発明者らは上記目的を達成する為に鋭意研究した結
果、高圧相型窒化硼素粉末或は該高圧相型窒化硼素とダ
イヤモンドとの混合粉末の所定量を含有させた樹脂由来
カーボン体を原料とし、該原料を高温・高圧下で焼結さ
せることによって希望するダイヤモンド・高圧相型窒化
硼素複合焼結体が実現できることを見出し、本発明を完
成したものである。

樹脂由来カーボン体は後述の如く液体状モノマーから製
造できるので、高圧相型窒化硼素粉末（及びダイヤモン
ド粉末）を適度に分散でき、従来技術で述べたガス吸着
等の不都合を発生することなく、ダイヤモンド・高圧相
型窒化硼素複合焼結体が実現できるのである。

樹脂由来カーボン体はグラッシーカーボンと呼ばれてい
るものと物質的に同じであり、この樹脂由来カーボン体
は高温・高圧処理によってダイヤモンドに変換される。
樹脂由来カーボン体の代表例としてはフラン樹脂由来カ
ーボン体が挙げられ、これはフルフリルアルコールに酸
触媒を添加して脱水縮合し、得られるフラン樹脂を炭化
処理したものである。従って本発明において樹脂由来カ
ーボン体としてフラン樹脂由来カーボン体を用いる場合
には、フルフリルアルコール中に原料粉末を混合分散さ
せてから上記処理を行なうことによって、所定量の原料
粉末を含有した固形のフラン樹脂由来カーボン体が得ら
れる。そして得られた原料粉末含有樹脂由来カーボン体
を高温真空下で脱ガス処理した後（従来技術ではこの後
が問題となる）、触媒金属と積層又は同心円状に配置し
て接触させ、高温・高圧下で焼結させることによって、
ダイヤモンドを結合相とする高硬度のダイヤモンド・高
圧相型窒化硼素複合焼結体が得られる。原料粉末を分散
含有した樹脂由来カーボン体は厳密な固形物であり、一
度脱ガス処理した後はガス成分の吸着は少なく、しかも
原料粉末をカーボンで均一に被覆した成形体を形成す
る。

尚上述の説明では樹脂由来カーボン体の代表例としてフ
ラン樹脂を炭化処理したフラン樹脂由来カーボン体を示
したが、本発明で用いる樹脂由来カーボン体はフラン樹
脂由来のものに限らず、その他フェノールホルムアルデ
ヒド樹脂，アセトン・フルフラール樹脂，フルフリルア
ルコール・フェノール共重合樹脂等の熱硬化性樹脂由来
のものであっても同様に処理できる。

一方希望する複合焼結体を得る為の焼結温度は1300℃以
上とする必要があり、1300℃未満では焼結性が劣る。又
焼結の際の圧力としては当然のことながら、熱力学的な
ダイヤモンド安定領域の圧力とする必要があり、約40Kb
以上の圧力が必要である。更に焼結の際に用いる触媒と
しては鉄，コバルト，ニッケル等の鉄族金属であること
が必要であり、鉄族金属のいずれかを５重量％以上含有
する合金であれば十分な触媒作用が発揮される。しかし
ながら鉄族金属が５重量％未満であると触媒作用が発揮
されず、焼結性が低下する。

尚本発明における高圧相型窒化硼素とは、立方晶型窒化
硼素とウルツ鉱型窒化硼素の２種類を包含する意味であ
り（後述の実施例３参照）、従って本発明においてはど
ちらか一方を単独で使用することもあり得るし、両方を
混合して使用することもあり得る。又本発明において
は、高圧相型窒化硼素の含有量は30〜90重量％とする必
要がある。これは高圧相型窒化硼素の含有量が30重量％
より少ないと、生成ダイヤモンドが粗粒となり均質な組
織の焼結体が得られないからであり、又含有量が90重量
％を超えると焼結の進行が阻害されるからである。但
し、上記範囲内において高圧相型窒化硼素の一部をダイ
ヤモンド粉末に代えても希望する複合焼結体は得られ
た。

この様にして得られる複合焼結体は、上述した様に高硬
度で耐摩耗性に優れたものであるが、その他触媒金属を
多少含有している為焼結体の放電加工は容易である。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例］ 実施例１ 粒径４〜８μｍの立方晶型窒化硼素粉末を各種割合でフ
リフルアルコールと混合し、微量の硝酸を添加後70℃に
加熱し、脱水縮合によって樹脂化した。これらを850℃
で炭化処理し、厳密な固形の立方晶窒化硼素分散フラン
樹脂由来カーボン体を得た。得られたフラン樹脂由来カ
ーボン体を直径5mm,厚さ4mmの円板状に加工し、１×10
^-5Torr,1450℃で脱ガスした。

同様に立方晶窒化硼素粉末とダイヤモンド粉末の混合粉
末を各種割合でフルフリルアルコールと混合したものを
用いて、上記の手順で樹脂由来カーボン体を得た。

これらの原料粉末含有フラン樹脂由来カーボン体１を第
１図（試料構成を示す概略説明図）に示す様に外径10mm
の触媒作用を有する超硬合金製基体２と同心円状に配置
し、場合によりその上に同じく触媒作用有する金属板３
を配置し、60キロバール,1500℃の条件で焼結を行ない
各種の焼結体No.1〜13を得た。尚同図中４はシール材と
してのZrであり、５は圧力媒体及び絶縁物としてのNaCl
である。その結果は第１表に示す通りである。

第１表の結果から明らかであるが、本発明で規定する要
件を満足する焼結体（No.1〜10）は、いずれもダイヤモ
ンド粒子が結合相をなす均質な組織であった。尚フラン
樹脂由来カーボン体は、すべての実施例において完全に
ダイヤモンドに変換していた。

実施例２ 実施例１で得られた焼結体No.1〜10の夫々の中央部にレ
ーザ加工で孔をあけ、線径2.5mm用の線引ダイスを作製
した。これらの線引ダイスを用いて、乾式でステンレス
鋼線を伸線したときに、再研摩までの伸線量を調査し
た。その結果は下記第２表に示した。尚第２表には比較
例として、従来のダイヤモンド焼結体（粒度４〜８μ
ｍ）の線引ダイスを用いた場合の結果をも併記した。

第２表の結果からも明らかであるが、本発明に係る複合
焼結体は従来のダイヤモンド焼結体よりも優れた性能を
発揮しているのがよく分かる。

実施例３ 粒径２〜４μｍの立方晶型窒化硼素粉末30重量％及び同
粒径のウルツ鉱型窒化硼素粉末30重量％を分散させたフ
ラン樹脂由来カーボン体を、実施例１のNo.3と同じ方法
によって作製し、以下同様にして高圧焼結を行なったと
ころ、ダイヤモンドが結合相をなす均質な組織の焼結体
が得られた。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、既述の構成を採用する
ことによって優れた性能を発揮する高硬度複合焼結体が
実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法を実施する為の試料構成を示
す概略説明図である。 １…原料粉末含有フラン樹脂由来カーボン体 ２…超硬合金製基体 ３…触媒金属板 ４…Zr（ジルコニウム） ５…NaCl（食塩）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高温・高圧法によって製造されるダイヤモ
   ンド・高圧相型窒化硼素複合焼結体であって、高圧相型
   窒化硼素粉末、或は高圧相型窒化硼素とダイヤモンドと
   の混合粉末を30〜90重量％含有させた樹脂由来カーボン
   体を、鉄族金属を５重量％以上含む金属又は合金と接触
   させ、1300℃以上の温度で且つ熱力学的なダイヤモンド
   安定領域の圧力で加圧焼結したものであり、ダイヤモン
   ド粒子が結合相を形成しているものであることを特徴と
   する高硬度複合焼結体。