JPH06316470A - 多結晶ダイヤモンド成形体の製造方法 - Google Patents
多結晶ダイヤモンド成形体の製造方法Info
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- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
- B01J3/062—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies characterised by the composition of the materials to be processed
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 焼結金属炭化物の基材に結合した多結晶超硬
質粒子の材料を有する複合成形体の製造において、基材
の表面が凸状、凹状、半球のように平坦ではなくても超
硬質粒子が表面上に均質に分布する方法を提供する。 【構成】 超硬質粒子とバインダーを含む１枚以上の柔
軟なラミネートのテープを金属炭化物の基材の表面に一
時的に接着し、基材と基材に一時的に接着したラミネー
トを高温高圧のダイヤモンド合成装置で処理し、超硬質
粒子を互いに焼結させ、さらに焼結した超硬質粒子の材
料を焼結金属炭化物基材に接合させて、多結晶超硬質粒
子の材料が焼結金属炭化物に接合した複合成形体を形成
する。複数枚のラミネートを配置し、最も外側のラミネ
ートに含まれる粒子は実質的に全てが超硬質粒子であ
り、最も外側のラミネートと基材との間に含まれる粒子
は超硬質粒子と金属炭化物粒子の混合物として傾斜組成
にすることもできる。
質粒子の材料を有する複合成形体の製造において、基材
の表面が凸状、凹状、半球のように平坦ではなくても超
硬質粒子が表面上に均質に分布する方法を提供する。 【構成】 超硬質粒子とバインダーを含む１枚以上の柔
軟なラミネートのテープを金属炭化物の基材の表面に一
時的に接着し、基材と基材に一時的に接着したラミネー
トを高温高圧のダイヤモンド合成装置で処理し、超硬質
粒子を互いに焼結させ、さらに焼結した超硬質粒子の材
料を焼結金属炭化物基材に接合させて、多結晶超硬質粒
子の材料が焼結金属炭化物に接合した複合成形体を形成
する。複数枚のラミネートを配置し、最も外側のラミネ
ートに含まれる粒子は実質的に全てが超硬質粒子であ
り、最も外側のラミネートと基材との間に含まれる粒子
は超硬質粒子と金属炭化物粒子の混合物として傾斜組成
にすることもできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶ダイヤモンドの切
削用及び穿孔用複合材料成形体関係する。より詳しく
は、本発明は、従来技術で得られる成形体よりも均質で
耐衝撃性に優れる多結晶ダイヤモンド又は立方晶窒化ホ
ウ素（ＣＢＮ）の製造方法に関する。この方法は、テー
プキャスティング法と超高圧高温処理の両者を採用し、
これらの強い密着した複合成形体を形成する。
削用及び穿孔用複合材料成形体関係する。より詳しく
は、本発明は、従来技術で得られる成形体よりも均質で
耐衝撃性に優れる多結晶ダイヤモンド又は立方晶窒化ホ
ウ素（ＣＢＮ）の製造方法に関する。この方法は、テー
プキャスティング法と超高圧高温処理の両者を採用し、
これらの強い密着した複合成形体を形成する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】超硬粒
子（ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素）を焼結し、焼
結炭化タングステン基材に接合した多結晶ダイヤモンド
複合成形体（ＰＤＣ）は、切削工具、ドリルビットカッ
ター、ドレッシング工具、線引きダイス、その他の耐磨
耗部品として工業的に広く使用されている。米国特許第
3745623 号の発明にしたがって、多数のＰＤＣ又はＣＢ
Ｎの複合成形体が製造され、市販されており、この方法
は比較的小さな体積の超硬粒子を、予め焼結した炭化物
のかなり厚い平らな層の上に薄い層（約０．５〜２．５
ｍｍ）に焼結する。
子（ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素）を焼結し、焼
結炭化タングステン基材に接合した多結晶ダイヤモンド
複合成形体（ＰＤＣ）は、切削工具、ドリルビットカッ
ター、ドレッシング工具、線引きダイス、その他の耐磨
耗部品として工業的に広く使用されている。米国特許第
3745623 号の発明にしたがって、多数のＰＤＣ又はＣＢ
Ｎの複合成形体が製造され、市販されており、この方法
は比較的小さな体積の超硬粒子を、予め焼結した炭化物
のかなり厚い平らな層の上に薄い層（約０．５〜２．５
ｍｍ）に焼結する。
【０００３】この方法は多くの耐磨耗部品用途には満足
できることが証明されているが、均一な粒子径分布を保
つ難しさが研磨材層、研磨材層及び焼結炭化物材料の界
面に高い残留応力を生成する。これらの高い応力は過度
の製造不良品率、又は衝撃条件下で使用したときの工具
の高い損傷率につながる。米国特許第4604106 号、同第
4811801 号の開示事項は本明細書でも参考にして含ま
れ、予備焼結炭化物粒子と混合したダイヤモンド粒子の
遷移層の利用を教示している。これらの遷移層はダイヤ
モンド／炭化物粒子の傾斜を形成し、ダイヤモンド層と
炭化物の基材界面において熱膨張率の接近を提供する。
焼結炭化物粒子の濃度は工具の使用面での０体積％か
ら、炭化物基材界面での６０体積％まで変化する。
できることが証明されているが、均一な粒子径分布を保
つ難しさが研磨材層、研磨材層及び焼結炭化物材料の界
面に高い残留応力を生成する。これらの高い応力は過度
の製造不良品率、又は衝撃条件下で使用したときの工具
の高い損傷率につながる。米国特許第4604106 号、同第
4811801 号の開示事項は本明細書でも参考にして含ま
れ、予備焼結炭化物粒子と混合したダイヤモンド粒子の
遷移層の利用を教示している。これらの遷移層はダイヤ
モンド／炭化物粒子の傾斜を形成し、ダイヤモンド層と
炭化物の基材界面において熱膨張率の接近を提供する。
焼結炭化物粒子の濃度は工具の使用面での０体積％か
ら、炭化物基材界面での６０体積％まで変化する。
【０００４】この遷移層を利用する方法は、殆どの用途
において仕上した成形体の優れた結合と耐衝撃性を提供
するが、製造におけるバラツキの問題がある。種々の濃
度のダイヤモンドと炭化物の粒子を炭化物基材の平らな
面に接合又は焼結させる場合においても、超微細なバラ
バラのダイヤモンドと炭化物の粒子を高温高圧の反応１
器成形キャビティに、粒子径や比重の差異による不都合
な粒子の分離や再分布なしに首尾一貫して注ぎ入れるこ
とは非常に難しい。このことは場合により高い応力集中
を発生させ、最終的に成形体の破損や不合格にむすびつ
く、予測の難しい物理的特性を生じさせる。
において仕上した成形体の優れた結合と耐衝撃性を提供
するが、製造におけるバラツキの問題がある。種々の濃
度のダイヤモンドと炭化物の粒子を炭化物基材の平らな
面に接合又は焼結させる場合においても、超微細なバラ
バラのダイヤモンドと炭化物の粒子を高温高圧の反応１
器成形キャビティに、粒子径や比重の差異による不都合
な粒子の分離や再分布なしに首尾一貫して注ぎ入れるこ
とは非常に難しい。このことは場合により高い応力集中
を発生させ、最終的に成形体の破損や不合格にむすびつ
く、予測の難しい物理的特性を生じさせる。
【０００５】場合により、半球状又は円錐台等のような
非平面状又は非対称的な面を有する予め焼結した炭化物
基材に焼結ダイヤモンド／炭化物の遷移層を焼結するこ
とが望まれる。このような形状の炭化物基材に、バラバ
ラなダイヤモンド／炭化物粉末を用いて、ダイヤモンド
／炭化物粒子の別々の遷移層を接合することは極めて難
しい。他の手段として、グリース、ワックス、その他の
粘稠で加熱により蒸発する物質が或る特定の用途に必要
な、ダイヤモンドと炭化物の種々のブレンドの一時バイ
ンダーとして使用される。一時バインダー物質、及びダ
イヤモンドと炭化物の粒子のブレンドを、次いで型キャ
ビティの雄型炭化物基材結合面又はかみ合い雌型面に所
望の厚さで適用する。基材結合面と、合わせ形状の補助
雌型キャビティの間に挟んだダイヤモンド／炭化物粒子
と一時バインダーと一緒に、炭化物基材を型キャビティ
の中に組み立てる。次いでアセンブリーを高温高圧サイ
クルで処理する。一時バインダーは蒸発し、ダイヤモン
ド／炭化物粒子のまとまりは焼結し、炭化物基材に接合
する。
非平面状又は非対称的な面を有する予め焼結した炭化物
基材に焼結ダイヤモンド／炭化物の遷移層を焼結するこ
とが望まれる。このような形状の炭化物基材に、バラバ
ラなダイヤモンド／炭化物粉末を用いて、ダイヤモンド
／炭化物粒子の別々の遷移層を接合することは極めて難
しい。他の手段として、グリース、ワックス、その他の
粘稠で加熱により蒸発する物質が或る特定の用途に必要
な、ダイヤモンドと炭化物の種々のブレンドの一時バイ
ンダーとして使用される。一時バインダー物質、及びダ
イヤモンドと炭化物の粒子のブレンドを、次いで型キャ
ビティの雄型炭化物基材結合面又はかみ合い雌型面に所
望の厚さで適用する。基材結合面と、合わせ形状の補助
雌型キャビティの間に挟んだダイヤモンド／炭化物粒子
と一時バインダーと一緒に、炭化物基材を型キャビティ
の中に組み立てる。次いでアセンブリーを高温高圧サイ
クルで処理する。一時バインダーは蒸発し、ダイヤモン
ド／炭化物粒子のまとまりは焼結し、炭化物基材に接合
する。
【０００６】この製造方法は従来技術の教示によって得
られる成形体よりも非常に優れた成形体を生成するが、
製造に問題点が存在する。長時間を要し、粘稠なバイン
ダー／ダイヤモンド／炭化物物質を手作業で正確な厚さ
に成形し、焼結前に適切に設置するために高度に熟練し
た労力を必要とする。このことは期待よりも大きい製品
の不合格と損傷率につながる。
られる成形体よりも非常に優れた成形体を生成するが、
製造に問題点が存在する。長時間を要し、粘稠なバイン
ダー／ダイヤモンド／炭化物物質を手作業で正確な厚さ
に成形し、焼結前に適切に設置するために高度に熟練し
た労力を必要とする。このことは期待よりも大きい製品
の不合格と損傷率につながる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、一般に「テー
プキャスティング」と称される技術と方法を用いる多結
晶ダイヤモンド複合成形体の製造方法に関係し、さらに
高圧／高温のダイヤモンド合成技術に関係する。テープ
キャスティングはセラミックのコーティング、基材、多
層構造体を製造するために電子工業で最も一般的に使用
されている。微細なセラミック粉末を一時バインダーと
混合する。バインダーはスターチ、デキストリン、アル
コール、セルロース、ガム、或る種のポリマーのような
天然又は合成の高分子であることができる。セラミック
粉末／バインダーの混合物を混合し、最も適切な粘度、
レオロジー、均一性が得られるまでミル処理をする。次
いでロール処理により所望の厚さのストリップ又はテー
プにする。
プキャスティング」と称される技術と方法を用いる多結
晶ダイヤモンド複合成形体の製造方法に関係し、さらに
高圧／高温のダイヤモンド合成技術に関係する。テープ
キャスティングはセラミックのコーティング、基材、多
層構造体を製造するために電子工業で最も一般的に使用
されている。微細なセラミック粉末を一時バインダーと
混合する。バインダーはスターチ、デキストリン、アル
コール、セルロース、ガム、或る種のポリマーのような
天然又は合成の高分子であることができる。セラミック
粉末／バインダーの混合物を混合し、最も適切な粘度、
レオロジー、均一性が得られるまでミル処理をする。次
いでロール処理により所望の厚さのストリップ又はテー
プにする。
【０００８】次いでテープを乾燥し、水又は他の揮発性
キャリヤーを除去する。乾燥したテープは、一時接着材
を用いて接合する基材の寸法に一致させるに必要な形状
に切断し、取り扱うに充分な柔軟性と強度を有する。次
いでテープ／基材のアセンブリーを適切な炉の中で加熱
し、最初は一時接着剤及び／又はバインダー物質を揮発
物として飛散させるに充分な温度までとする。次いでセ
ラミック粉末が融合して基材に融着し、基材に接合した
均一で連続的なセラミックコーティングが生成する温度
まで加熱する。
キャリヤーを除去する。乾燥したテープは、一時接着材
を用いて接合する基材の寸法に一致させるに必要な形状
に切断し、取り扱うに充分な柔軟性と強度を有する。次
いでテープ／基材のアセンブリーを適切な炉の中で加熱
し、最初は一時接着剤及び／又はバインダー物質を揮発
物として飛散させるに充分な温度までとする。次いでセ
ラミック粉末が融合して基材に融着し、基材に接合した
均一で連続的なセラミックコーティングが生成する温度
まで加熱する。
【０００９】米国特許第4329271 号と同第4353958 号は
セラミックキャストテープの製造例であり、米国特許第
3518756 号はミクロ電子構造体を作成するためのセラミ
ックキャストテープの使用例である。Rodrigo Marenoが
記載のテープキャスティング技術に関する技術論文(Ins
tituto de Ceramica y Vedrio, CSIC - Madrid, Spain
における２つの報告：71巻、No.10(1992年10月）と71
巻、No.11(1992年11月）、於：American Ceramic Socie
ty Bulletin)に、セラミックテープ制御プロセスの種々
の分枝を利用したセラミックテープの技術的管理手段に
関する分かりやすい議論がある。
セラミックキャストテープの製造例であり、米国特許第
3518756 号はミクロ電子構造体を作成するためのセラミ
ックキャストテープの使用例である。Rodrigo Marenoが
記載のテープキャスティング技術に関する技術論文(Ins
tituto de Ceramica y Vedrio, CSIC - Madrid, Spain
における２つの報告：71巻、No.10(1992年10月）と71
巻、No.11(1992年11月）、於：American Ceramic Socie
ty Bulletin)に、セラミックテープ制御プロセスの種々
の分枝を利用したセラミックテープの技術的管理手段に
関する分かりやすい議論がある。
【００１０】米国特許第3743556 号、同第3778586 号、
同第3876447 号、同第4194040 号、同第5164247 号はポ
リテトラフルオロエチレン(PTFE)のような一時ポリマー
バインダー、炭化タングステンのような結合用の硬質仕
上面粉末、比較的低融点のろう付け用合金粉末を使用し
てテープ状にするといった同様なテープキャスティング
技術を開示している。このテープは、ろう付け用合金の
液化温度まで加熱したときに金属基材にろう付けされた
耐磨耗・耐浸蝕炭化物層を形成するために使用される。
同第3876447 号、同第4194040 号、同第5164247 号はポ
リテトラフルオロエチレン(PTFE)のような一時ポリマー
バインダー、炭化タングステンのような結合用の硬質仕
上面粉末、比較的低融点のろう付け用合金粉末を使用し
てテープ状にするといった同様なテープキャスティング
技術を開示している。このテープは、ろう付け用合金の
液化温度まで加熱したときに金属基材にろう付けされた
耐磨耗・耐浸蝕炭化物層を形成するために使用される。
【００１１】本発明は、焼結金属炭化物の基材に結合し
た多結晶超硬質粒子の材料を有する複合成形体の焼結方
法及び製造方法を提供する。テープキャスティング用バ
インダーと超硬質粒子を含む１枚以上のラミネートを炭
化物基材の表面に一時的に接着する。一時的に接着した
ラミネートを有する基材を高温高圧のダイヤモンド合成
装置中で処理し、超硬質粒子を互いに焼結させ、同時に
多結晶超硬質粒子のまとまりを焼結金属炭化物基材に接
合させる。
た多結晶超硬質粒子の材料を有する複合成形体の焼結方
法及び製造方法を提供する。テープキャスティング用バ
インダーと超硬質粒子を含む１枚以上のラミネートを炭
化物基材の表面に一時的に接着する。一時的に接着した
ラミネートを有する基材を高温高圧のダイヤモンド合成
装置中で処理し、超硬質粒子を互いに焼結させ、同時に
多結晶超硬質粒子のまとまりを焼結金属炭化物基材に接
合させる。
【００１２】従来の多結晶ダイヤモンド複合成形体の製
造方法に対する本発明の優れた利点は、金属炭化物基材
の表面が平坦でなくても、その上にダイヤモンドが均等
に分布することである。例えば、この接合面は凸状、凹
状、半球、非対称、その他の非平面構造であることがで
きる。本発明のこれら及びこの他の特徴と長所は、次の
好ましい態様の例と添付の図面よりさらに理解されるで
あろう。
造方法に対する本発明の優れた利点は、金属炭化物基材
の表面が平坦でなくても、その上にダイヤモンドが均等
に分布することである。例えば、この接合面は凸状、凹
状、半球、非対称、その他の非平面構造であることがで
きる。本発明のこれら及びこの他の特徴と長所は、次の
好ましい態様の例と添付の図面よりさらに理解されるで
あろう。
【００１３】
【実施例及び作用効果】図１は、油井の掘削に使用する
通常のロックビット用インサートのような多結晶ダイヤ
モンド複合成形体10の作成のために使用する図２の高温
高圧ダイヤモンド合成反応容器30の組み立て前の構成部
品を示す。円筒状型キャビティ内腔12を、例えばモリブ
デンのような耐熱性材料11の中央に形成する。型の内腔
12にきちんと合う耐熱性材料のエンドプラグ16又はキャ
ップを、型アセンブリー30を軸に合わせるために使用す
る。図示した型キャビティの上面14は、例えば雌型の丸
い円錐の傾斜面であり、図２に示す成形体の焼結多結晶
ダイヤモンドの仕上がり雄型凸外面26を形成する。正確
な円筒、正確な円錐の形状、いろいろな非対称形状、半
球状、又はこの他の複雑形状の面も本発明の範囲と目的
から離れることなく作成可能である。
通常のロックビット用インサートのような多結晶ダイヤ
モンド複合成形体10の作成のために使用する図２の高温
高圧ダイヤモンド合成反応容器30の組み立て前の構成部
品を示す。円筒状型キャビティ内腔12を、例えばモリブ
デンのような耐熱性材料11の中央に形成する。型の内腔
12にきちんと合う耐熱性材料のエンドプラグ16又はキャ
ップを、型アセンブリー30を軸に合わせるために使用す
る。図示した型キャビティの上面14は、例えば雌型の丸
い円錐の傾斜面であり、図２に示す成形体の焼結多結晶
ダイヤモンドの仕上がり雄型凸外面26を形成する。正確
な円筒、正確な円錐の形状、いろいろな非対称形状、半
球状、又はこの他の複雑形状の面も本発明の範囲と目的
から離れることなく作成可能である。
【００１４】焼結炭化物基材20の成形体は、型の内腔12
に滑り嵌めする円筒状物体の表面21を有する。また、基
材は下部端面23と上部端面22を有する。上部端面22は、
得られる焼結複合ダイヤモンド層が所望の厚さに成形さ
れるようなこの表面と補完する型キャビティ上面14の間
のクリァランスが存在するように、三次元の寸法が全て
縮んだ雄型の丸い円錐の傾斜面である。
に滑り嵌めする円筒状物体の表面21を有する。また、基
材は下部端面23と上部端面22を有する。上部端面22は、
得られる焼結複合ダイヤモンド層が所望の厚さに成形さ
れるようなこの表面と補完する型キャビティ上面14の間
のクリァランスが存在するように、三次元の寸法が全て
縮んだ雄型の丸い円錐の傾斜面である。
【００１５】予備成形した柔軟なダイヤモンドテープ層
24ａ、24ｂ、24ｃを、各々の層が上部端面22の全体をな
めらかに覆う形状に切断する。例えば、ダイヤモンド層
24は、加熱蒸発性の接着剤を用いて基材の上部端面22に
仮にはり付け、次いでお互いを固定にする。ダイヤモン
ド含有テープは、例えば分子量の大きいセルロース誘導
体、スターチ、ガム、デキストリン、アルコールのよう
な水に適合するバインダー系、又は他の天然系又は合成
系を使用して処方することができる。種々の溶媒と分散
剤を用いたポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリ
ビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリプロピレン
も作成され、試験されている。
24ａ、24ｂ、24ｃを、各々の層が上部端面22の全体をな
めらかに覆う形状に切断する。例えば、ダイヤモンド層
24は、加熱蒸発性の接着剤を用いて基材の上部端面22に
仮にはり付け、次いでお互いを固定にする。ダイヤモン
ド含有テープは、例えば分子量の大きいセルロース誘導
体、スターチ、ガム、デキストリン、アルコールのよう
な水に適合するバインダー系、又は他の天然系又は合成
系を使用して処方することができる。種々の溶媒と分散
剤を用いたポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリ
ビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリプロピレン
も作成され、試験されている。
【００１６】このようなテープは、その中に分布してこ
のようなバインダーで一緒に固定されたダイヤモンド、
又はダイヤモンドと金属炭化物の粒子を含む。好ましく
は、バインダーの量は粒子を一緒に保持し、テープの取
扱い、切断、成形、基材への接着が可能であるに丁度足
りる量である。一般に、粒子間の全ての空隙はバインダ
ーで効率的に満たされる。
のようなバインダーで一緒に固定されたダイヤモンド、
又はダイヤモンドと金属炭化物の粒子を含む。好ましく
は、バインダーの量は粒子を一緒に保持し、テープの取
扱い、切断、成形、基材への接着が可能であるに丁度足
りる量である。一般に、粒子間の全ての空隙はバインダ
ーで効率的に満たされる。
【００１７】生のダイヤモンドテープを標準的な押し出
し、射出成形、加圧、テープキャスティング装置を用い
て加工する。このようにして行うダイヤモンドテープキ
ャスティングは均一な厚さ、柔軟性、良好な表面仕上、
予測可能でち密なダイヤモンド体積濃度を示す。均一な
ダイヤモンドの粒子径分布を有するダイヤモンドテープ
を、任意の所与の用途に必要な約０．１〜約２ｍｍの厚
さに連続的に作成する。
し、射出成形、加圧、テープキャスティング装置を用い
て加工する。このようにして行うダイヤモンドテープキ
ャスティングは均一な厚さ、柔軟性、良好な表面仕上、
予測可能でち密なダイヤモンド体積濃度を示す。均一な
ダイヤモンドの粒子径分布を有するダイヤモンドテープ
を、任意の所与の用途に必要な約０．１〜約２ｍｍの厚
さに連続的に作成する。
【００１８】炭化物基材20、ダイヤモンドテープのオー
バーレイ24、及び型キャビティのエンドプラグ16のアセ
ンブリーを型の内腔12の中にしっかりと圧入し、型キャ
ビティ上面14の外形とダイヤモンド層の上面26の外形が
適合するように、半径方向の位置を整える。このことは
複合ダイヤモンド層24の適切な圧縮と分布を確実にす
る。
バーレイ24、及び型キャビティのエンドプラグ16のアセ
ンブリーを型の内腔12の中にしっかりと圧入し、型キャ
ビティ上面14の外形とダイヤモンド層の上面26の外形が
適合するように、半径方向の位置を整える。このことは
複合ダイヤモンド層24の適切な圧縮と分布を確実にす
る。
【００１９】ダイヤモンド層は異なる組成を有すること
ができる。例えば、最も外側の層24ａはテープ中にダイ
ヤモンド粒子のみを有することができる。ダイヤモンド
粒子は１ミクロン以下から数ミクロンまでの粒子径の任
意の広い範囲を有することができる。粒子径のブレンド
混合物がしばしば好ましい。次の層24ｂは、ダイヤモン
ドを炭化物よりも多く有するダイヤモンドと炭化タング
ステンの混合物を含む。また、炭化物基材に隣接した最
も内側の層はダイヤモンドと炭化タンドステンの粒子の
混合物であるが、炭化物基材の特性により近づけるため
に炭化物の割合がダイヤモンドより高い。内側層24ｂと
24ｃは、得られる成形体において、炭化物と最も外側の
ダイヤモンド層の間の中間状態の特性及び組成を提供す
る。
ができる。例えば、最も外側の層24ａはテープ中にダイ
ヤモンド粒子のみを有することができる。ダイヤモンド
粒子は１ミクロン以下から数ミクロンまでの粒子径の任
意の広い範囲を有することができる。粒子径のブレンド
混合物がしばしば好ましい。次の層24ｂは、ダイヤモン
ドを炭化物よりも多く有するダイヤモンドと炭化タング
ステンの混合物を含む。また、炭化物基材に隣接した最
も内側の層はダイヤモンドと炭化タンドステンの粒子の
混合物であるが、炭化物基材の特性により近づけるため
に炭化物の割合がダイヤモンドより高い。内側層24ｂと
24ｃは、得られる成形体において、炭化物と最も外側の
ダイヤモンド層の間の中間状態の特性及び組成を提供す
る。
【００２０】例示の態様において、インサートの上部端
面は凸であり、層を複雑にカーブした凸端部に適用す
る。所望により、同様な方法を平坦又は凹の面に適用す
るために用いる。次いで圧力セルアセンブリー30を減圧
下で加熱し、水分、接着剤、ダイヤモンドテープの一時
バインダーを追い出す。テープ中のダイヤモンドと炭化
物の粒子は上部端面に接する型キャビティの中にトラッ
プされるため適切に残存する。
面は凸であり、層を複雑にカーブした凸端部に適用す
る。所望により、同様な方法を平坦又は凹の面に適用す
るために用いる。次いで圧力セルアセンブリー30を減圧
下で加熱し、水分、接着剤、ダイヤモンドテープの一時
バインダーを追い出す。テープ中のダイヤモンドと炭化
物の粒子は上部端面に接する型キャビティの中にトラッ
プされるため適切に残存する。
【００２１】予備加熱の後、圧力セル30を通常の高温高
圧ダイヤモンド合成プレスに配置する。圧力と次いで温
度をダイヤモンドが熱力学的に安定な領域まで高める。
この条件の組み合わせの下でコバルトは焼結炭化タング
ステン基材20からダイヤモンド層24の中に移行し、ダイ
ヤモンドの炭素原子の溶媒／触媒として作用し、多結晶
ダイヤモンドのダイヤモンド結合を促進する。本発明の
範囲から離れずにコバルトをニッケル又は鉄に変えるこ
とができる。また、コバルト又は他の金属バインダー
は、炭化タングステン粒子とダイヤモンド層24中の周り
のダイヤモンド粒子との化学結合を提供する。また、コ
バルトは、複合ダイヤモンド層24と炭化タングステンの
上部端面22との強い化学結合を提供する。
圧ダイヤモンド合成プレスに配置する。圧力と次いで温
度をダイヤモンドが熱力学的に安定な領域まで高める。
この条件の組み合わせの下でコバルトは焼結炭化タング
ステン基材20からダイヤモンド層24の中に移行し、ダイ
ヤモンドの炭素原子の溶媒／触媒として作用し、多結晶
ダイヤモンドのダイヤモンド結合を促進する。本発明の
範囲から離れずにコバルトをニッケル又は鉄に変えるこ
とができる。また、コバルト又は他の金属バインダー
は、炭化タングステン粒子とダイヤモンド層24中の周り
のダイヤモンド粒子との化学結合を提供する。また、コ
バルトは、複合ダイヤモンド層24と炭化タングステンの
上部端面22との強い化学結合を提供する。
【００２２】所望により、好ましい金属の薄いシートを
ダイヤモンドテープキャスティング層24と基材表面に配
置することによって、複合ダイヤモンド層24に触媒／バ
インダー（コバルト、ニッケル、又は鉄）を供給するこ
とができる。また、触媒／バインダー金属は、分離した
粉末金属のテープキャスティング層として供給すること
ができ、又は粉末金属をテープキャスティング中のダイ
ヤモンド粒子と混合することもできる。ダイヤモンド層
／炭化物基材の系に触媒／バインダー金属を供給するた
めのもう１つの方法は、電気メッキ、化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）、物理蒸着（ＰＶＤ）等のいずれかにより、炭化タ
ングステン基材の上面22に好ましい金属をメッキするこ
とである。
ダイヤモンドテープキャスティング層24と基材表面に配
置することによって、複合ダイヤモンド層24に触媒／バ
インダー（コバルト、ニッケル、又は鉄）を供給するこ
とができる。また、触媒／バインダー金属は、分離した
粉末金属のテープキャスティング層として供給すること
ができ、又は粉末金属をテープキャスティング中のダイ
ヤモンド粒子と混合することもできる。ダイヤモンド層
／炭化物基材の系に触媒／バインダー金属を供給するた
めのもう１つの方法は、電気メッキ、化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）、物理蒸着（ＰＶＤ）等のいずれかにより、炭化タ
ングステン基材の上面22に好ましい金属をメッキするこ
とである。
【００２３】図３は、図２の断面3 の部分の拡大であ
り、密着した多結晶の材料に焼結し、炭化物基材の上部
端面22に化学的に接合した個々のダイヤモンドテープキ
ャスティング層24ａ、24ｂ、24ｃを示す。図１に示す不
連続なテープキャスティング層24ａ、24ｂ、24ｃは、高
温高圧プロセスにおけるダイヤモンド結晶の成長及び結
晶間の結合により、連続的な材料に変移する。また、層
の界面でダイヤモンド／炭化物粒子の混合が見られ、非
常に均一な遷移層が生成する。
り、密着した多結晶の材料に焼結し、炭化物基材の上部
端面22に化学的に接合した個々のダイヤモンドテープキ
ャスティング層24ａ、24ｂ、24ｃを示す。図１に示す不
連続なテープキャスティング層24ａ、24ｂ、24ｃは、高
温高圧プロセスにおけるダイヤモンド結晶の成長及び結
晶間の結合により、連続的な材料に変移する。また、層
の界面でダイヤモンド／炭化物粒子の混合が見られ、非
常に均一な遷移層が生成する。
【００２４】ダイヤモンド及び／又は金属炭化物粒子の
乱雑な混合によって生じる応力集中を低下させるために
粒子径及び／又は密度の傾斜が必要な場合、ダイヤモン
ドと金属炭化物の粒子径及び／又は密度が次第に増加又
は減少する不連続の薄いテープを積層し、焼結複合成形
体の耐磨耗層の中で所定の粒子分布を達成する。このよ
うに、異なる組成のダイヤモンドテープキャスティング
の積層を使用することにより、ダイヤモンド粒子の材料
又はダイヤモンドと金属炭化物の材料を平滑な又は非平
滑な焼結炭化物基材表面に焼結させたとき、ダイヤモン
ド−炭化物の分布の完全な制御が達成される。
乱雑な混合によって生じる応力集中を低下させるために
粒子径及び／又は密度の傾斜が必要な場合、ダイヤモン
ドと金属炭化物の粒子径及び／又は密度が次第に増加又
は減少する不連続の薄いテープを積層し、焼結複合成形
体の耐磨耗層の中で所定の粒子分布を達成する。このよ
うに、異なる組成のダイヤモンドテープキャスティング
の積層を使用することにより、ダイヤモンド粒子の材料
又はダイヤモンドと金属炭化物の材料を平滑な又は非平
滑な焼結炭化物基材表面に焼結させたとき、ダイヤモン
ド−炭化物の分布の完全な制御が達成される。
【００２５】本発明にしたがって、予め焼結した焼結炭
化タングステン基材表面に化学的結合し、焼結した多層
ダイヤモンド材料を有する多結晶ダイヤモンド複合成形
体を製造する方法を記載した。例示のダイヤモンド材料
の例は多層ダイヤモンドテープキャスティングにより作
成したが、いつくつかの用途においては単一層のテープ
キャスティングを、ダイヤモンド及び／又は炭化物粒子
の混合粒子径又は異なる密度を有する粒子の分離を最小
限にするために好適に使用することができる。
化タングステン基材表面に化学的結合し、焼結した多層
ダイヤモンド材料を有する多結晶ダイヤモンド複合成形
体を製造する方法を記載した。例示のダイヤモンド材料
の例は多層ダイヤモンドテープキャスティングにより作
成したが、いつくつかの用途においては単一層のテープ
キャスティングを、ダイヤモンド及び／又は炭化物粒子
の混合粒子径又は異なる密度を有する粒子の分離を最小
限にするために好適に使用することができる。
【００２６】基材材料としてコバルト結合炭化タングス
テンの使用を主に記載したが、他の焼結金属炭化物やこ
れらの他の材料も本発明の範囲内にある。例えば、場合
により或る目的に応じて異なる触媒／溶媒を使用し、上
記の基本原理を用いて立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）多結
晶複合成形体を製造することができる。超硬質立方晶は
ダイヤモンド又はＣＢＮである。
テンの使用を主に記載したが、他の焼結金属炭化物やこ
れらの他の材料も本発明の範囲内にある。例えば、場合
により或る目的に応じて異なる触媒／溶媒を使用し、上
記の基本原理を用いて立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）多結
晶複合成形体を製造することができる。超硬質立方晶は
ダイヤモンド又はＣＢＮである。
【００２７】基材の上にラミネート（１枚又は複数枚）
のテープを直接置く代わりに、最初に基材又は作成する
成形体の形状を補足する型の中に入れることができる。
次いでラミネートに基材を適切に加圧し、このアセンブ
リーを前記と同様な処理に供する。本発明は好ましい態
様の記載には当然ながら限定されない。当業者による通
常の変更は全て特許請求の範囲で限定される本発明の範
囲に含まれるであろう。
のテープを直接置く代わりに、最初に基材又は作成する
成形体の形状を補足する型の中に入れることができる。
次いでラミネートに基材を適切に加圧し、このアセンブ
リーを前記と同様な処理に供する。本発明は好ましい態
様の記載には当然ながら限定されない。当業者による通
常の変更は全て特許請求の範囲で限定される本発明の範
囲に含まれるであろう。
【図１】本発明の図２に示す態様の作成に使用した高温
高圧容器と部材の、部分的に分割した分解アイソメ図で
ある。
高圧容器と部材の、部分的に分割した分解アイソメ図で
ある。
【図２】本発明の１つの態様の部分横断面図、及びそれ
を作成するために使用した高温高圧発生容器の部分横断
面図である。
を作成するために使用した高温高圧発生容器の部分横断
面図である。
【図３】図２の領域３の拡大横断面図である。
１２…型の内腔 ２０…焼結炭化物基材 ２２…基材の上部端面 ２４…ダイヤモンドテープ層 ３０…ダイヤモンド合成反応容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド ケー．アイレ アメリカ合衆国，ユタ 84057，オレム, ノース 1929 イースト 60 (72)発明者 グレン ディー．メサービー アメリカ合衆国，ユタ 84052，リンドン, ウエスト 154 サウス 40 (72)発明者 ロバート ビー．ルイズ アメリカ合衆国，ユタ 84604，プロボ, ウエスト 764 ノース 2150
Claims (8)
- 【請求項１】 多結晶超硬質粒子の材料が焼結金属炭化
物に接合した複合成形体の製造方法であって、超硬質粒
子とバインダーを含む１枚以上の柔軟なラミネートのテ
ープを基材の表面に一時的に接着し、基材と基材に一時
的に接着したラミネートを高温高圧のダイヤモンド合成
装置で処理し、超硬質粒子を互いに焼結させ、さらに焼
結した超硬質粒子の材料を焼結金属炭化物基材に接合さ
せ、複合成形体を形成する複合成形体の製造方法。 - 【請求項２】 基材の表面上に複数枚のラミネートを配
置する方法において、最も外側のラミネートに含まれる
粒子は実質的に全てが超硬質粒子であり、最も外側のラ
ミネートと基材との間に含まれる粒子は超硬質粒子と金
属炭化物粒子の混合物である請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 表面上に適切にラミネートを有する基材
を、基材の形状を補完する型の中に入れ、高温高圧ダイ
ヤモンド合成装置の中で処理する前に、ラミネートから
一時バインダーを充分に除去するために型と成形体を加
熱する工程をさらに含む請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】 接着工程が、基材の形状を補完する型の
中にラミネートを入れ、基材をラミネートに接触させて
配置することを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載
の方法。 - 【請求項５】 成形体が、ほぼ円筒状の物体及び凸状に
曲がった上部端部を有するロックビットインサートを含
み、ラミネートを適用する工程が上部端部の凸面にラミ
ネートを適用することを含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 テープのラミネート中にコバルトが含ま
れる請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項７】 超硬質粒子が、ダイヤモンドと立方晶窒
化ホウ素からなる群より選択された請求項１〜６のいず
れか１項に記載の方法。 - 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方
法によって得られた複合成形体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US2689093A | 1993-03-05 | 1993-03-05 | |
| US026890 | 1993-03-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06316470A true JPH06316470A (ja) | 1994-11-15 |
Family
ID=21834393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6033493A Pending JPH06316470A (ja) | 1993-03-05 | 1994-03-03 | 多結晶ダイヤモンド成形体の製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06316470A (ja) |
| FR (1) | FR2702474B1 (ja) |
| GB (1) | GB2275690B (ja) |
| IE (1) | IE74160B1 (ja) |
| ZA (1) | ZA941116B (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ZA9410384B (en) * | 1994-04-08 | 1996-02-01 | Ultimate Abrasive Syst Inc | Method for making powder preform and abrasive articles made therefrom |
| US5669944A (en) * | 1995-11-13 | 1997-09-23 | General Electric Company | Method for producing uniformly high quality abrasive compacts |
| GB9811213D0 (en) * | 1998-05-27 | 1998-07-22 | Camco Int Uk Ltd | Methods of treating preform elements |
| US6517902B2 (en) | 1998-05-27 | 2003-02-11 | Camco International (Uk) Limited | Methods of treating preform elements |
| US6416560B1 (en) * | 1999-09-24 | 2002-07-09 | 3M Innovative Properties Company | Fused abrasive bodies comprising an oxygen scavenger metal |
| GB2365025B (en) * | 2000-05-01 | 2004-09-15 | Smith International | Rotary cone bit with functionally-engineered composite inserts |
| CA2408970C (en) * | 2000-05-18 | 2009-05-12 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Cutting tool and method of using same |
| US6575353B2 (en) | 2001-02-20 | 2003-06-10 | 3M Innovative Properties Company | Reducing metals as a brazing flux |
| US7217180B2 (en) * | 2003-02-19 | 2007-05-15 | Baker Hughes Incorporated | Diamond tape coating and methods of making and using same |
| ZA200504494B (en) | 2004-06-01 | 2006-04-26 | Smith International | Methods for manufacturing ultrahard cutting elements |
| MX336818B (es) | 2011-04-26 | 2016-02-02 | Smith International | Métodos de cortadores de rodillos de unión en brocas de cortadores fijos que usan manguitos, muelles de compresión, y/o pasador(es)/bola(s). |
| CN103492661A (zh) | 2011-04-26 | 2014-01-01 | 史密斯国际有限公司 | 具有圆锥形端部的多晶金刚石压实体切割器 |
| GB201210876D0 (en) * | 2012-06-20 | 2012-08-01 | Element Six Abrasives Sa | Inserts and method for making same |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3745623A (en) * | 1971-12-27 | 1973-07-17 | Gen Electric | Diamond tools for machining |
| GB2091763B (en) * | 1981-01-23 | 1985-07-10 | Sumitomo Electric Industries | Laminated sintered compositions including boron nitride |
| US4525178A (en) * | 1984-04-16 | 1985-06-25 | Megadiamond Industries, Inc. | Composite polycrystalline diamond |
| US4954139A (en) * | 1989-03-31 | 1990-09-04 | The General Electric Company | Method for producing polycrystalline compact tool blanks with flat carbide support/diamond or CBN interfaces |
-
1994
- 1994-02-18 ZA ZA941116A patent/ZA941116B/xx unknown
- 1994-02-21 IE IE940157A patent/IE74160B1/en not_active IP Right Cessation
- 1994-03-03 FR FR9402470A patent/FR2702474B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1994-03-03 JP JP6033493A patent/JPH06316470A/ja active Pending
- 1994-03-03 GB GB9404122A patent/GB2275690B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2275690B (en) | 1996-05-22 |
| IE940157A1 (en) | 1994-09-07 |
| FR2702474B1 (fr) | 1998-07-10 |
| ZA941116B (en) | 1994-08-30 |
| FR2702474A1 (fr) | 1994-09-16 |
| GB2275690A (en) | 1994-09-07 |
| GB9404122D0 (en) | 1994-04-20 |
| IE74160B1 (en) | 1997-07-02 |
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