JPH06263516A - 研磨用成形体 - Google Patents

研磨用成形体

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JPH06263516A
JPH06263516A JP5159384A JP15938493A JPH06263516A JP H06263516 A JPH06263516 A JP H06263516A JP 5159384 A JP5159384 A JP 5159384A JP 15938493 A JP15938493 A JP 15938493A JP H06263516 A JPH06263516 A JP H06263516A
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JP
Japan
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manufacturing
nitride
carbide
particles
coating
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JP5159384A
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English (en)
Inventor
Raymond Albert Chapman
アルバート チャップマン レイモンド
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De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Original Assignee
De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱安定性の研磨用成形体を製造する。 【構成】 酸化物、窒化物及び炭化物から選ばれる耐熱
性物質の被覆が各々超硬研磨粒子の表面に付着した、該
超硬研磨粒子の塊を供給する工程と、該研磨粒子が結晶
学的に安定な、温度及び圧力の条件下にその被覆した粒
子の塊を置き、該被覆をソリッド・シンターして該研磨
粒子に結合させる工程とを含む、研磨用成形体の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は研磨用成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】研磨用成形体は当業では周知であって、
硬質の集塊(conglomerate)に結合した成形体の体積の少
なくとも５０％、好ましくは８０〜９０％の量で存在す
る、研磨粒子の塊から本質的に成る。成形体は多結晶の
塊であって、適用する場合は大抵、大きな単結晶と置き
換えることができる。研磨粒子はダイヤモンド又は立方
晶系窒化ホウ素である。
【０００３】ダイヤモンド成形体には典型的には、その
ダイヤモンド塊に均一に分布している第２相が含まれ
る。第２相には大部分、コバルト、ニッケル又は鉄等、
ダイヤモンド合成用の触媒／溶媒が含まれる。この種の
第２相を有するダイヤモンド成形体には通常、７００℃
以上での熱安定性はない。
【０００４】研磨用ダイヤモンド成形体は、単独又は複
合成形体で使用される。その場合、その成形体は超硬合
金の基体で裏打ち(back)される。第２相にダイヤモンド
の触媒／溶媒を含有する研磨用ダイヤモンド複合成形体
は、工業で広く使用される。
【０００５】研磨用ダイヤモンド複合成形体の例は、米
国特許第３，７４５，６２３号明細書及び英国特許第
１，４８９，１３０号明細書に記載されている。
【０００６】上記の型の研磨用ダイヤモンド成形体は、
約７００℃を越える温度では熱的に敏感である。しか
し、文献中及び商業的に使用されている物では、７００
℃を越えて熱的に安定な、何種類かの研磨用ダイヤモン
ド成形体が説明されている。そのような成形体は、米国
特許第４，２４４，３８０号及び第４，５３４，７７３
号明細書並びに英国特許第２，１５８，０８６号明細書
に記載されている。
【０００７】米国特許第５，０１１，５１４号及び第
５，０３０，５９６号明細書には、ダイヤモンド粒子の
表面を耐熱性金属で被覆し、次いで、その被覆した粒子
を、研磨用成形体を製造するのに適した高温高圧条件下
に置くことによって得られる研磨用焼結成形体を記載す
る。このようにして製造される研磨用成形体には優れた
熱安定性があると言われている。
【０００８】米国特許第３，７４３，４８９号及び第
４，６６６，４６６号明細書には、立方晶系窒化ホウ素
の例が記載されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による、研磨用成
形体を製造する方法は、酸化物、窒化物及び炭化物から
選ばれる耐熱性物質が各々超硬研磨粒子の表面に付着し
た、その超硬研磨粒子の塊を供給する工程と、その研磨
粒子が結晶学的に安定な、温度及び圧力の条件下にその
被覆した粒子の塊を置き、その被覆をソリッド・シンタ
ー(solid sinter)して該研磨粒子に結合させる工程とを
含む。
【００１０】
【実施例】本発明の本質は、成形体を製造する前に、研
磨粒子の表面に耐熱性被覆を供給することにある。更
に、成形体を製造する条件は、研磨粒子が結晶学的に安
定であり、ソリッド・シンターが生じる、すなわち、耐
熱性被覆が焼結してその粒子と結合するようなものであ
る。各々粒子の周囲の被覆は、本質的には無傷のままで
ある。耐熱性被覆によって研磨粒子は化学攻撃(chemica
l attack) から保護され、耐熱性物質及び超硬研磨粒子
の特性によって、熱安定性の研磨用成形体が製造される
結果となる。例えば、窒化物又は炭化物を被覆したダイ
ヤモンド粒子は、真空中又は非酸化性雰囲気中、１２０
０℃程度の温度で熱的に安定な研磨用成形体を製造する
のに使用される。
【００１１】超硬研磨粒子、すなわち被覆されない状態
では、少なくとも立方晶系窒化ホウ素の粒子の硬度があ
る。好ましい超硬研磨粒子は、ダイヤモンド及び立方晶
系窒化ホウ素である。
【００１２】比較的大きい研磨粒子が使用できるが、研
磨粒子の粒径は通常、１５０μｍを越えない。粒子の粒
径は好ましくは、１０〜６０μｍの範囲である。
【００１３】ダイヤモンドの場合、耐熱性物質は典型的
には炭化物又は窒化物である。適した炭化物の例は、ケ
イ素、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、バナジウ
ム、チタン、クロム、ニオブ及びタングステンの炭化物
である。適した窒化物の例は、アルミニウム、ケイ素、
ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、バナジウム、チ
タン及びニオブの窒化物である。
【００１４】立方晶系窒化ホウ素の場合、耐熱性物質は
典型的には窒化物である。適した窒化物の例は、アルミ
ニウム、ケイ素、ジルコニウム、ハフニウム、タンタ
ル、バナジウム、チタン及びニオブの窒化物である。
【００１５】研磨粒子の表面の耐熱性被覆は、アモルフ
ァス状態又は本質的にアモルファス状態であること、す
なわち非常に小さい結晶サイズを有することが好まし
い。そのような耐熱性被覆は、焼結するのが容易である
し、従って成形体の形成が容易である。
【００１６】研磨粒子のための被覆は単層又は複数層か
ら成ることができる。複数層が存在する場合、各々層は
上記で限定した種類の、異なる耐熱性物質で成ることが
できる。研磨粒子に隣接する内側層は、好ましくはその
研磨粒子の熱膨張率に非常に近い熱膨張率を有する。残
りの層（１つ又は複数）の熱膨張率は、その層が研磨粒
子からいっそう遠くなる程、研磨粒子の熱膨張率から漸
進的に遠くなる。例として、ダイヤモンドに対するその
ような被覆は、炭化物、例えばチタン炭化物の内側層
と、窒化物、例えばチタン窒化物の外側層とから成るこ
とができる。また、被覆には、炭窒化物(carbonitrid
e)、例えばチタンの炭窒化物の中間反応帯域が含まれて
も良い。
【００１７】耐熱性物質の被覆の厚さは典型的には１０
μｍ以下、好ましくは５〜１０μｍである。これらの被
覆は、化学蒸着、物理蒸着、スパッタ被覆及び反応性ス
パッタ被覆（例えば、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎｃ
ｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆＣｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｎ
ｏｌｏｇｙ， 第３版、第２０巻、第４３〜４８頁を参
照）等の周知技術を使用して研磨粒子に適用することが
できる。
【００１８】研磨用成形体を形成することになる研磨粒
子に対して効果的な結合を生じながら、耐熱性被覆はソ
リッド・シンターする。追加的な結合助剤又は物質を使
用する必要はないし、好ましくは使用しない。換言すれ
ば、唯一の結合媒体はソリッド・シンターした被覆であ
る。超硬合金基体等の基体に研磨用成形体を結合させる
のが望ましい場合は、追加的な結合物質はダイヤモンド
塊に浸透するであろう。例えば、研磨用成形体を超硬合
金基体に結合しなければならない場合は、成形体が形成
する間、その超硬合金からのコバルト、鉄又はニッケル
等のバインダー金属が、被覆研磨粒子の塊に浸透するで
あろう。そのように浸透する追加的な結合物質を、研磨
粒子上の耐熱性被覆と反応させないのが好ましい。
【００１９】使用する高温及び高圧の条件は、選定した
研磨粒子が結晶学的に安定であるようなものである。ダ
イヤモンド及び立方晶系窒化ホウ素等の超硬研磨粒子に
対する、そのような条件は周知である。典型的には、こ
れらの粒子に対するその温度は１３００〜１７００℃の
範囲、圧力は４０〜７０キロバールの範囲である。通
常、これらの高温及び高圧の条件を３０分以下、典型的
には５〜２０分間維持する。
【００２０】耐熱性の被覆研磨粒子は、耐熱性金属の内
側層を有することができる。そういう耐熱性金属は成形
体が形成する間、中間層又は移行層を形成しながら、研
磨粒子及び耐熱性被覆と反応することができる。
【００２１】実施例１ 粒径２０〜４０μｍのダイヤモンドの粉末を、１０００
℃まで上昇させた反応炉の中に置いた。低圧の水素流を
使用しながら、その粒子を流動化した。そのガス流の中
に、トリクロロシラン及びメタンの混合物を導入した。
４時間後、トリクロロシラン及びメタンの流れを停止
し、その炉を冷却した。可視検査により、ダイヤモンド
粉末の個々の粒子は黒っぽい緑(green-black) の被覆を
有することが観察された。その被覆はＸ線回折により炭
化ケイ素であることが確認された。伝統的な高温／高圧
装置の反応帯域に設置されたタンタル容器内に、被覆し
たダイヤモンド粉末を置いた。タンタル容器の内容物
を、１４００℃の温度、かつ５０キロバールの圧力にし
た。これらの条件を１０分間維持した。焼結炭化ケイ素
のマトリックス、すなわち第２層によって結合し、分離
したダイヤモンド粒子の塊から成る研磨用ダイヤモンド
成形体を、タンタル容器から取り出した。焼結炭化ケイ
素の第２層を調べると、ソリッド・シンターが生じてい
たことが分かった。
【００２２】実施例２ 粒径２０〜４０μｍの立方晶系窒化ホウ素の粉末を反応
炉の中に置き、温度を７５０℃まで上げた。低圧のアル
ゴン流を使用しながら、立方晶系窒化ホウ素の粉末を流
動化した。そのガス流の中に、アルミニウム塩化物の蒸
気及びアンモニアの混合物を導入した。４時間後、アル
ミニウム塩化物及びアンモニアの流れを停止し、その炉
を冷却した。可視検査により、立方晶系窒化ホウ素の粉
末の個々の粒子は黒っぽい灰色(grey-black)の被覆を有
することが観察された。その被覆はＸ線回折により窒化
アルミニウムであることが確認された。伝統的な高温／
高圧装置の反応帯域に設置されたタンタル容器内に、被
覆した立方晶系窒化ホウ素の粉末を置いた。タンタル容
器の内容物を、１４５０℃の温度、かつ５５キロバール
の圧力にし、これらの高設定条件を１０分間維持した。
窒化アルミニウムの第２層、すなわちマトリックスによ
って結合し、分離した立方晶系窒化ホウ素粒子の塊から
成る研磨用立方晶系窒化ホウ素成形体を、タンタル容器
から取り出した。試験によると、窒化アルミニウムの第
２層、すなわちマトリックスは、ソリッド・シンターに
よって生成していたことが分かった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/64 Ｚ Ｃ０９Ｋ 3/14

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸化物、窒化物及び炭化物から選ばれる
    耐熱性物質の被覆が各々超硬研磨粒子の表面に付着し
    た、該超硬研磨粒子の塊を供給する工程と、該研磨粒子
    が結晶学的に安定な、温度及び圧力の条件下にその被覆
    した粒子の塊を置き、該被覆をソリッド・シンターさせ
    て該研磨粒子に結合させる工程とを含む、研磨用成形体
    の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記粒子の表面に付着させる前記被覆に
    より、該粒子の全体を覆う、請求項１に記載の製造方
    法。
  3. 【請求項３】 前記超硬研磨粒子が、少なくとも立方晶
    系窒化ホウ素の粒子の硬度を有する、請求項１又は請求
    項２に記載の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記超硬研磨粒子がダイヤモンド及び立
    方晶系窒化ホウ素から選ばれる、請求項１〜３のいずれ
    か１項に記載の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記研磨粒子が１５０μｍを越えない粒
    径を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造
    方法。
  6. 【請求項６】 前記研磨粒子が１０〜６０μｍの範囲の
    粒径を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の製
    造方法。
  7. 【請求項７】 前記耐熱性物質が少なくとも１２００℃
    の融点を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の
    製造方法。
  8. 【請求項８】 前記耐熱性物質が少なくとも１５００℃
    の融点を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の
    製造方法。
  9. 【請求項９】 前記酸化物が、アルミニウム酸化物、ジ
    ルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化
    物、ニオブ酸化物及びチタン酸化物から選ばれる、請求
    項１〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記窒化物が、アルミニウム窒化物、
    窒化ケイ素、ジルコニウム窒化物、ハフニウム窒化物、
    タンタル窒化物、バナジウム窒化物、チタン窒化物及び
    ニオブ窒化物から選ばれる、請求項１〜８のいずれか１
    項に記載の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記炭化物が、ケイ化炭素、ジルコニ
    ウム炭化物、ハフニウム炭化物、タンタル炭化物、バナ
    ジウム炭化物、チタン炭化物、クロム炭化物、ニオブ炭
    化物及びタングステン炭化物から選ばれる、請求項１〜
    ８のいずれか１項に記載の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記超硬研磨粒子がダイヤモンドであ
    り、かつ前記被覆が窒化物又は炭化物である、請求項１
    〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記超硬研磨粒子が立方晶系窒化ホウ
    素であり、かつ前記被覆が窒化物である、請求項１〜１
    １のいずれか１項に記載の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記被覆が１０μｍよりも小さい厚さ
    である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の製造方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記被覆が５〜１０μｍの範囲の厚さ
    である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の製造方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記耐熱性物質が、アモルファス又は
    本質的にアモルファスである、請求項１〜１５のいずれ
    か１項に記載の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記被覆が複数層からなり、その各々
    が異なる耐熱性物質である、請求項１〜１６のいずれか
    １項に記載の製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記研磨粒子に隣接する前記層の熱膨
    張率が、該研磨粒子の熱膨張率に非常に近い、請求項１
    ７に記載の製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記被覆粒子に適用する、温度及び圧
    力の条件が、１３００〜１７００℃の範囲の温度で、４
    ０〜７０キロバールの圧力である、請求項１〜１８のい
    ずれか１項に記載の製造方法。
JP5159384A 1992-06-29 1993-06-29 研磨用成形体 Pending JPH06263516A (ja)

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