JPH0656587A

JPH0656587A - ダイヤモンド被覆硬質材料

Info

Publication number: JPH0656587A
Application number: JP4209034A
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: 1992-08-05
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1994-03-01

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた密着強度、高い靱性、高い形状自由度
を備えたダイヤモンド被覆硬質材料およびその製造法を
提供する。【構成】硬質相成分と結合相成分からなる硬質材料基
材の表面にダイヤモンドを被覆してなり、硬質相成分と
して周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化
物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、ホウ炭化物、ホウ窒
化物、ホウ炭窒化物及びこれらの固溶体のうちの少なく
とも１種以上で構成される面心立方晶系の結晶構造を有
するＢ−１型固溶体を含有し、且つ基材表面の該Ｂ−１
型固溶体の格子定数が内部の格子定数と較べて小さい、
または表面の該Ｂ−１型固溶体中のＷ原子の割合が内部
より小さい、または該Ｂ−１型固溶体の格子定数が４．
３６４Å以下のいずれか１以上を満足するダイヤモンド
被覆硬質材料。硬質材料としてはＷＣ基超硬合金が特に
好ましいものとして挙げられる。

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あり、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７０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、下記
〜、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機械部品、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、などとして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
形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に加
工し、各種合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各号公報をはじめとして多くが存
在し、これらは任意の形状の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。この方法
によるダイヤモンド被覆硬質材料は、高い形状自由度を
有し、かつ安価に、大量に製造できるという大きな長所
を持ち、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。

【０００５】また、基材表面に気相よりダイヤモンド被
覆層を形成し、この基材をエッチング除去することによ
り、多結晶ダイヤモンド板を製造し、これを目的形状加
工し、各種台金にロウ付けすることにより、前記２種同
様の用途をはじめ、スピーカーなどの振動板、各種窓材
などの用途にて広く用いられている。

【０００６】現在、気相より基材表面に多結晶ダイヤモ
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、燃焼法など数多くの方法
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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記した従来
技術のうち、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、かつ生産性も低い。これと同様のことが、
多結晶ダイヤモンド板を台金にロウ付けした場合にも言
える。

【０００８】上記短所を克服するため、目的形状に加工
した基材表面にダイヤモンド被覆層を設けるダイヤモン
ド被覆硬質材料の開発が広く行われている。ダイヤモン
ド被覆硬質材料は、基材として各種物理特性に優れるＷ
Ｃ基超硬合金の使用がまず考えられ、これを基材とした
場合、高い形状自由度を持ち、かつダイヤモンド焼結体
および多結晶ダイヤモンド板をロウ付けしたものより高
い強度を有することができ、さらに安価にて大量に提供
できることが十分予想できる。このため、多くの研究者
によりその性能向上が図られているが、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が多く、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。（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、他物質との濡れ性が悪い。（３）基材としてＷＣ基超硬合金やサーメットのように
炭素の拡散が容易なＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属元素を含
む場合、これらの金属元素上にダイヤモンドの同位体で
あるグラファイトが優先的に生成しやすく、このためダ
イヤモンド被覆時の初期核発生密度が低下し、このため
ダイヤモンド被覆層と基材との密着強度が低下し、更に
被覆層自体の耐摩耗性も低下する。の（１）〜（３）が挙げられている。

【０００９】（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Ｓｉ
₃Ｎ₄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号明細書では窒化ケイ素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）を主成分とする基材の表面に窒化ケイ素
の柱状晶組織を晶出させ、表面に凹凸の存在する状態を
つくり出し、この表面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
を高める方法が提案されている。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、基材であるＳｉ₃Ｎ₄，ＳｉＣの
強度が不足しているため基材から破壊が生じ、その使用
に耐えない場合が増加する。

【００１０】（２）に対する解決策としては、特公昭６
２−７２６７号公報に記載されているように、基材表面
に中間層を被覆し、この表面にダイヤモンド被覆層を形
成する方法がある。この方法により、中間層に適切な材
質を選択すればダイヤモンド被覆層と中間層とは高い密
着力にて接合されるが、しかし、本発明者等が研究を行
い、過酷な条件にてその密着力を調査したところ、基材
−中間層界面と、中間層−ダイヤモンド被覆層界面の２
界面において、同時に十分使用に耐えうる密着力を得る
中間層材質を見いだすことが出来なかった。さらに、本
方法では、製造コストも高くなるという欠点がある。

【００１１】（３）に対する解決策としては、特開平１
−２０１４７５号公報に記載の如く、超硬合金の基材表
面を酸溶液にてエッチングして結合相のＦｅやＣｏ等の
金属元素を除去する方法がある。しかし、エッチングを
行った場合、基材表面に腐食層が存在する場合が多く、
基材そのものの強度が低下し、また結合相の除去により
分散している硬質相が欠落し易くなるので、ダイヤモン
ド被覆層が硬質相ごと剥離し易くなる。また、特開昭６
１−１２４５７３号公報に記載のごとく、ダイヤモンド
砥粒または砥石により、基材表面に傷付け処理を行なう
ことにより、ダイヤモンド被覆層形成時の初期のダイヤ
モンドの核発生密度を向上させる方法も考案されてい
る。しかしながら、これらの技術でもＷＣ基超硬合金と
ダイヤモンド被覆層との十分な密着力は得られず、切削
工具や耐摩工具として十分な密着力を持つダイヤモンド
被覆硬質材料を得ることは困難であった。

【００１２】以上のように、現状では超硬合金基材と高
い密着力をもつダイヤモンド被覆層を安価に大量に製造
する技術はまだ未完であると言わざるを得ない。上述の
問題点に鑑み、本発明は優れた密着強度、高い靱性と、
高い形状自由度を備えたダイヤモンド被覆硬質材料の提
供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は硬質相成分と結合相成分とから
構成される硬質材料を基材とし該基材表面にダイヤモン
ドを被覆してなるダイヤモンド被覆硬質材料において、
該硬質相成分として周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属
の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、ホウ
炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物及びこれらの固溶体
のうちの少なくとも１種以上で構成される面心立方晶系
の結晶構造を有するＢ−１型固溶体を含有し、且つ該基
材表面の当該Ｂ−１型固溶体の格子定数が内部の格子定
数と比較して小さいものであることを特徴とするダイヤ
モンド被覆硬質材料を提供する。本発明はまた、硬質相
成分として上記の面心立方晶系の結晶構造を有するＢ−
１型固溶体を含有し、且つ該基材表面の当該Ｂ−１型固
溶体の格子定数がその内部とは関係なく４．３６４Å以
下であるものも、上記課題を解決できるダイヤモンド被
覆硬質材料として提供できる。さらに、本発明は硬質相
成分と結合相成分とから構成される硬質材料を基材とし
該基材表面にダイヤモンドを被覆してなるダイヤモンド
被覆硬質材料において、硬質相成分として周期律表の４
ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸
化物、ホウ化物、ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化
物及びこれらの固溶体のうちの少なくとも１種以上で構
成される面心立方晶系の結晶構造を有するＢ−１型固溶
体を含有し、且つ該基材表面に存在する当該Ｂ−１型固
溶体中に固溶しているＷ原子の割合が、該基材内部に存
在する当該Ｂ−１型固溶体中に固溶しているＷ原子の割
合と比較して小さいことを特徴とするダイヤモンド被覆
硬質材料を提供する。本発明の該硬質材料として特に好
ましいものとしては、ＷＣ基超硬合金が挙げられる。

【００１４】

【作用】一般的に、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属
の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、ホウ
炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物およびこれらの固溶
体のうちの少なくとも１種以上で構成される面心立方晶
系の結晶構造を有するＢ−１型固溶体（以下「β相」と
呼ぶ）は、各種金属元素の構成比および炭素、窒素、ホ
ウ素、酸素などの軽元素の構成比、β相中へのＷＣを始
めとする各種金属化合物の固溶度などにより、その格子
定数が変化することが知られている。本発明者は、この
格子定数にダイヤモンド被覆層との密着力を最も高める
最適な条件が存在するのではと考え、研究を重ねた結
果、〔１〕基材表面のβ相の格子定数が該基材内部のβ
相の格子定数に較べて低いこと、および／または〔２〕
基材表面に存在するＢ−１型固溶体中に固溶しているＷ
原子の割合が、該基材内部のＢ−１型固溶体中に固溶し
ているＷ原子量の割合と比較して小さいこと、および／
または〔３〕基材表面に存在するＢ−１型固溶体の格子
定数が４．３６４Å以下であるという〔１〕〜〔３〕の
いずれか１以上を満足する場合に、優れたダイヤモンド
被覆層とＷＣ基超硬合金との密着力を得ることを見出
し、本発明に至った。このように密着力が増大する理由
の詳細は未だ不明であるが、これらの条件を満たした場
合、ダイヤモンド結晶とβ相との界面エネルギーが低く
なるためと推測した。尚、β相の格子定数は、例えばＸ
線回折により測定することができ、ダイヤモンド被覆層
形成後の表面からでも測定は可能である。

【００１５】本発明において、使用される基材材質とし
ては、ＷＣ基超硬合金が挙げられるが、この他にＴｉ
Ｃ，ＴｉＣＮ基サーメット、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣセラミ
ック等も使用可能である。本発明において基材となる超
硬合金の組成の代表を下記に示した。 (1) 結合相成分としてＣｏ：０．５〜３０重量％を含有
し、硬質分散相形成成分としてＷＣ及び不可避的不純物
とからなる組成を有するＷＣ基超硬合金。 (2) 結合相成分としてＣｏ：０．５〜３０重量％を含有
し、硬質分散相形成成分として(a) ＷＣと、(b) 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、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、
ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物のうちの１種以
上との固溶体と、不可避的不純物からなる組成を有する
ＷＣ基超硬合金。 (3) 結合相成分としてＣｏ：０．５〜３０重量％を含有
し、硬質分散相形成成分として(a) ＷＣと、(b) 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、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、
ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物のうちの１種以
上との固溶体、及び(c) ＷＣ及び不可避的不純物からな
る組成を有するＷＣ基超硬合金。 (4) 結合相成分としてＣｏ：０．５〜３０重量％を含有
し、硬質分散相形成成分として(a) ＷＣと、(b) 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、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、
ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物のうちの１種以
上との固溶体及び(c) ＷＣ、及び／又は(d) ＷＣ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、炭窒化物、酸化物、ホウ化
物、ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物のうちの１
種以上の固溶体及び不可避的不純物からなる組成を有す
るＷＣ基超硬合金〔ただし(3) と重複するものは除
く〕。なお、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、硬質分散相と結合相とのバランスが、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。

【００１６】本発明における、任意の格子定数をもつβ
相の製造方法として、（ｉ）β相を含有するＷＣ基超硬合金を焼結する際、窒
素および／またはＣＯ雰囲気とする。または、加工後の
基材を窒素および／またはＣＯ中で焼鈍する。例えば９
００℃以上の１Ｔｏｒｒ以上のＮ₂雰囲気にて１０分間
以上焼鈍する。（ii）β相を含有するＷＣ基超硬合金に、イオン注入ま
たはレーザー照射を行う。例えばイオン注入において
は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｓｉ等を
５ｋｅＶ〜３ＭｅＶの加速電圧にて１０¹⁰イオン／ｃｍ
²以上注入する。（iii)ＷＣ基超硬合金に、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ
族金属（Ｗを除く）の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化
物、ホウ化物、ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物
の中の１種以上を被覆した後、焼鈍する。例えば、公知
の熱ＣＶＤ法にてＴａＣ，ＴｉＣを１μｍ以上被覆した
後、１２００℃以上にて１０分間以上焼鈍する。等の方法が挙げられる。β相の格子定数は、前述した通
り例えばＸ線回折法にて測定することができ、β相中の
固溶割合は、ＥＰＭＡ等の測定方法により測定可能であ
る。

【００１７】また、ダイヤモンド被覆層の層厚に関して
は、各々の用途に応じて必要な層厚とすれば良い。但
し、耐磨耗性が要求される使用用途においては層厚が
０．５μｍ未満では被覆層による耐摩耗性など諸性能の
向上が認められないため，切削工具、耐摩工具等の耐磨
耗性が要求される使用用途においては、０．５μｍ以上
の層厚が好ましい。また５００μｍを越える被覆層を形
成した場合でも、もはや大きな耐摩耗性の向上が認めら
れないため、前述の使用用途に供する場合、経済上の理
由より、０．５μｍ〜５００μｍが望ましい。

【００１８】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、これらの被覆層がホウ素、窒素を含んだ場合でも同
じである。また、ダイヤモンド被覆の方法は、従来の技
術にて説明した方法を始め、この種分野で公知のいずれ
の方法をも用いることができる。

【００１９】また、所定の面粗度および／または寸法制
度を得るために、ダイヤモンド被覆層表面を砥石や熱処
理等にて平滑化、鏡面化しても、本発明の優秀性は損な
われない。

【００２０】

【実施例】次に、本発明を実施例により、具体的に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。〔実施例１〕母材として、表１に示す原料粉末を振動ミ
ルを用いて粉砕し、バインダーを添加したものを、プレ
ス成形および成形加工し、３００℃にて脱バインダー
後、１４００℃にて１００ＴｏｒｒＮ₂雰囲気中にて１
時間焼結を行い、これにて得られた焼結体基材を作成し
た。同様に成形および脱バインダー、焼結して得られた
焼結体の表面を♯２８０のレジンボンドダイヤモンド砥
石にて１ｍｍ以上研削加工した研削基材も準備した。こ
れらの表面のβ相の格子定数を公知のＸ線回折法にて
（４，２，２）面にて測定した結果を併せて表１に示し
た。

【００２１】

【表１】

【００２２】これらの基材を、２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて、８８０℃に加熱し、
全圧を９０Ｔｏｒｒとした水素−メタン２．０％の混合
プラズマ中にて６時間保持し、層厚５μｍのダイヤモン
ド被覆層を形成した。これらのダイヤモンド被覆硬質材
料のダイヤモンド被覆層表面から、再びダイヤモンド被
覆層−基材界面でβ相の格子定数を測定したところ、ダ
イヤモンド被覆層の形成前と変化のないことも確認し
た。

【００２３】これらのダイヤモンド被覆硬質材料のダイ
ヤモンド被覆層と基材との密着力を比較するため、ロッ
クウェル圧子・Ａスケールを用いて６０ｋｇの荷重で２
０秒間圧子を押し込み、これによりダイヤモンド被覆層
の剥離が生じた面積を比較したところ、同一組成であり
ながら、焼結体基材は、研削基材と比較して剥離面積が
４０％以上減少した。また、焼結体基材については、ダ
イヤモンド被覆層形成前の基材表面のβ相に含有するＷ
原子の割合は、内部のそれより原子％で約１０％小さく
なっていることを、ＥＰＭＡ測定により確認した。

【００２４】〔実施例２〕母材として、表２に記載の原
料粉末を振動ミルを用いて粉砕し、バインダーを添加し
たものをプレス成形および成形加工し、３００℃にて脱
バインダー後、１４００℃の真空中にて１時間焼結を行
い、これにて得られた焼結体を♯２８０のレジンボンド
ダイヤモンド砥石にて研削加工することにより、形状
が、内接円：１２．７ｍｍ、厚み：３．１８ｍｍ、コー
ナーＲ：０．８ｍｍ、逃げ角：２０°のＪＩＳＢ４１
０３のＳＥＧＮ４２２形状のＷＣ基超硬合金製スローア
ウェイチップ母材を製造した。これらの母材チップにつ
いて、表３に示した表面処理を行った。これにより、い
ずれの母材チップについても表面にβ相が形成されたこ
とを確認した。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】この後、公知の熱フィラメントＣＶＤ法を
用いて、下記表４の条件にてダイヤモンド被覆層を形成
して、本発明ダイヤモンド被覆スローアウェイチップ N
o.１〜 No.７を製造した。各チップのダイヤモンド被覆
層形成前のβ層の格子定数の測定結果も併せて表６に示
す。各チップのダイヤモンド被覆層層厚も併せて表６に
示した。なお、本発明チップ No.７は、切れ刃近傍のす
くい面および逃げ面のダイヤモンド被覆層表面をダイヤ
モンドブラシにより０．５Ｓの面粗さにラッピング加工
した。

【００２８】

【表４】

【００２９】本実施例において、基材の表面に析出した
被覆層は、ラマン分光分析法によって、ダイヤモンドの
特徴である１３３３ｃｍ^-1にピークが存在することを確
認した。また、比較のため、表面処理を行わなかった母
材に対してダイヤモンド被覆層を形成した同形状の比較
チップＡ〜Ｂ、表面処理もダイヤモンド被覆層形成も行
わなかった比較チップＣ〜Ｄ、前述の熱フィラメントＣ
ＶＤ法と同じ条件にてＳｉ基材の表面に２００時間被覆
を行い、その後基材を酸にてエッチング除去し製造した
０．３ｍｍの事実上結合相を含まない多結晶ダイヤモン
ド板を、超硬台金（表１のｃ組成）にロウ付けし、研削
加工して製造した同形状のダイヤモンド焼結体チップ
（比較チップＥ）、市販の結合相を１０体積％含有した
ダイヤモンド焼結体を超硬台金（表１のａ組成）にロウ
付けし、研削加工して製造した同形状のダイヤモンド焼
結体チップ（比較例Ｆ）、および組成がＳｉ₃Ｎ₄−３
Ａｌ ₂Ｏ₃−５ＺｒＯ₂で同形状のチップを準備し、こ
れを１８００℃、５ａｔｍにて１時間保持し、表面に長
径８μｍ、短径１．５μｍの自由成長したＳｉ₃Ｎ₄柱
状晶を析出させた基材に対して、上記と同様の方法にて
ダイヤモンド被覆層を形成した窒化ケイ素セラミック基
材ダイヤモンド被覆切削チップ（比較チップＧ）を併せ
て準備した。

【００３０】これらの切削チップを用いて、下記表５に
示す二条件にて切削を行い、連続切削試験においては逃
げ面摩耗量、切り刃の摩耗状態を観察し、断続切削試験
においては１６コーナーを切削し、欠損した刃先数を計
上した。この結果を併せて表６に示した。

【００３１】

【表５】

【００３２】

【表６】

【００３３】この結果から、本発明チップの特に焼結肌
の面のダイヤモンド被覆層の密着強度が優れることが判
る。また、本発明チップにおいては基材に強靱な超硬合
金を使用しており、ダイヤモンド焼結体、多結晶ダイヤ
モンド板のロウ付け工具と比較して高い靱性を備えるこ
とが判る。また、ダイヤモンド被覆層形成後のダイヤモ
ンド被覆層表面から母材表面のβ相の格子定数を測定し
たところ、ダイヤモンド被覆層形成前と変化は認められ
なかった。またダイヤモンド被覆層を設けなかった超硬
チップ（比較チップＡ〜Ｄ）は、刃先に被削材が溶着し
て構成刃先を形成し、切削抵抗が向上して欠損しやすく
なっているのに対して、本発明によればその傾向も大き
く低減が可能となる。

【００３４】

【発明の効果】本発明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較べ
ると、良好なダイヤモンド膜の耐剥離性を持ち、かつ天
然ダイヤモンド、ダイヤモンド焼結体、あるいは多結晶
ダイヤモンドと同等の耐摩耗性を持ち、しかも高い強度
を持つことは明らかである。また、天然ダイヤモンド、
ダイヤモンド焼結体、あるいは多結晶ダイヤモンドを用
いた場合と較べて、高い形状自由度を持ち且つ安価に、
大量に製造できるという長所も有している。また、上記
した実施例では切削工具の場合を挙げたが、その他各種
切削工具、耐摩工具、各種機械部品、砥石、各種治具、
耐食材料などに応用した場合も、良好な結果が得られる
ことは、充分予想できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硬質相成分と結合相成分とから構成され
る硬質材料を基材とし該基材表面にダイヤモンドを被覆
してなるダイヤモンド被覆硬質材料において、該硬質相
成分として周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、ホウ炭化
物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物及びこれらの固溶体のう
ちの少なくとも１種以上で構成される面心立方晶系の結
晶構造を有するＢ−１型固溶体を含有し、且つ該基材表
面の当該Ｂ−１型固溶体の格子定数が該基材内部のＢ−
１型固溶体の格子定数と比較して小さいものであること
を特徴とするダイヤモンド被覆硬質材料。
【請求項２】硬質相成分と結合相成分とから構成され
る硬質材料を基材とし該基材表面にダイヤモンドを被覆
してなるダイヤモンド被覆硬質材料において、該硬質相
成分として周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、ホウ炭化
物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物及びこれらの固溶体のう
ちの少なくとも１種以上で構成される面心立方晶系の結
晶構造を有するＢ−１型固溶体を含有し、且つ該基材表
面に存在する当該Ｂ−１型固溶体中に固溶しているＷ原
子の割合が、該基材内部に存在する当該Ｂ−１型固溶体
中に固溶しているＷ原子の割合と比較して小さいもので
あることを特徴とするダイヤモンド被覆硬質材料。
【請求項３】硬質相成分と結合相成分とから構成され
る硬質材料を基材とし該基材表面にダイヤモンドを被覆
してなるダイヤモンド被覆硬質材料において、該硬質相
成分として周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物、酸化物、ホウ化物、ホウ炭化
物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物及びこれらの固溶体のう
ちの少なくとも１種以上で構成される面心立方晶系の結
晶構造を有するＢ−１型固溶体を含有し、該基材表面に
存在する当該Ｂ−１型固溶体の格子定数が４．３６４Å
以下であることを特徴とするダイヤモンド被覆硬質材
料。
【請求項４】上記硬質相成分と結合相成分とから構成
される硬質材料が、ＷＣ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３に記載のダイヤモンド被覆
硬質材料。