JPH0713298B2 - ダイヤモンド被覆切削工具 - Google Patents
ダイヤモンド被覆切削工具Info
- Publication number
- JPH0713298B2 JPH0713298B2 JP60245574A JP24557485A JPH0713298B2 JP H0713298 B2 JPH0713298 B2 JP H0713298B2 JP 60245574 A JP60245574 A JP 60245574A JP 24557485 A JP24557485 A JP 24557485A JP H0713298 B2 JPH0713298 B2 JP H0713298B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- film
- cutting tool
- cutting
- coated cutting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は表面にダイヤモンド膜を有する切削工具に関
し、より詳細には、ダイヤモンド膜の剥離のない切削性
能に優れた切削工具に関する。
し、より詳細には、ダイヤモンド膜の剥離のない切削性
能に優れた切削工具に関する。
（従来技術） 従来から、切削工具としては超硬合金、Al2O3等の酸化
物、SiC、Si3N4等の炭化物、窒化物が、あるいは超硬合
金に炭化物、窒化物を被覆したものが、強度および耐摩
耗性にすぐれることから一般的に使用されている。
物、SiC、Si3N4等の炭化物、窒化物が、あるいは超硬合
金に炭化物、窒化物を被覆したものが、強度および耐摩
耗性にすぐれることから一般的に使用されている。
近年に至っては、さらに耐摩耗性を有する材料とし、ダ
イヤモンドが注目され、薄膜技術の発展に伴い所定の基
体表面にダイヤモンド膜を気相成長法等により設けて成
る耐摩耗性に優れた切削工具が提案されている。
イヤモンドが注目され、薄膜技術の発展に伴い所定の基
体表面にダイヤモンド膜を気相成長法等により設けて成
る耐摩耗性に優れた切削工具が提案されている。
ダイヤモンド膜は、配向性、表面形態において多様に変
化するが、現在、これらの特性と切削性能に関しては、
ほとんど研究されていないのが現状である。
化するが、現在、これらの特性と切削性能に関しては、
ほとんど研究されていないのが現状である。
（発明の概要） 本発明者等は、ダイヤモンド膜の結晶粒径、配向性、表
面形態と切削性能について研究を行った結果、刃先部に
おけるダイヤモンド膜が平均結晶粒径が0.1μｍ以上の
ファセット状であり、且つその50％以上が（100）又は
（110）の配向性を有したものが優れた切削性能を有す
ることが明らかとなった。
面形態と切削性能について研究を行った結果、刃先部に
おけるダイヤモンド膜が平均結晶粒径が0.1μｍ以上の
ファセット状であり、且つその50％以上が（100）又は
（110）の配向性を有したものが優れた切削性能を有す
ることが明らかとなった。
（発明の実施例） 以下、本発明を詳細に説明する。
ダイヤモンド膜は、その成膜条件によって、多様に変化
するが、特に表面形態においてコーン状とファセット状
に大別できる。コーン状は第１図の電子顕微鏡写真に示
すように、それ自体微結晶で結晶面を有さず、微粒子が
集まって球状の突起を形成している。一方、ファセット
状は第２図および第３図の電子顕微鏡写真に示すように
結晶面を有し、結晶の稜線がはっきりと見られる。
するが、特に表面形態においてコーン状とファセット状
に大別できる。コーン状は第１図の電子顕微鏡写真に示
すように、それ自体微結晶で結晶面を有さず、微粒子が
集まって球状の突起を形成している。一方、ファセット
状は第２図および第３図の電子顕微鏡写真に示すように
結晶面を有し、結晶の稜線がはっきりと見られる。
本発明者の研究によれば、コーン状を成す場合、結晶状
態が悪く極めてもろく、膜にクラックが発生し粒界で成
長し易く、ファセット状と比較して膜の剥離が生じ易い
ことがわかった。
態が悪く極めてもろく、膜にクラックが発生し粒界で成
長し易く、ファセット状と比較して膜の剥離が生じ易い
ことがわかった。
また、ダイヤモンドには、結晶面として主に（100）、
（110）、（111）が存在するが後述する例からも明らか
なように第２図の（111）の場合、耐摩耗性が悪く、第
３図の（100）および（110）と比較して劣る。これは
（100）、（110）に比較して（111）は劈開エネルギー
が小さいために劈開が生じ易く、チッピング摩耗によっ
て摩耗が大きくなる傾向にある。さらに（111）、（10
0）、（110）のプラズマによるエッチング速度では（11
1）が一番高いことが知られている。ダイヤモンドの生
成においてはSP3結合以外の析出物をエッチングしなが
らダイヤモンドが形成することが報告されている。（11
1）が生成することはエッチングの弱い条件で行う結果
となっているので、基体表面の吸着物、不純物が十分除
去されないで残っている可能性が高い。従って（111）
では母材との密着性が悪く剥離しやすい。よて本発明に
よれば切削工具の刃先部の50％以上特に80％以上の面積
が（100）又は（110）の結晶面であることが重要であ
る。
（110）、（111）が存在するが後述する例からも明らか
なように第２図の（111）の場合、耐摩耗性が悪く、第
３図の（100）および（110）と比較して劣る。これは
（100）、（110）に比較して（111）は劈開エネルギー
が小さいために劈開が生じ易く、チッピング摩耗によっ
て摩耗が大きくなる傾向にある。さらに（111）、（10
0）、（110）のプラズマによるエッチング速度では（11
1）が一番高いことが知られている。ダイヤモンドの生
成においてはSP3結合以外の析出物をエッチングしなが
らダイヤモンドが形成することが報告されている。（11
1）が生成することはエッチングの弱い条件で行う結果
となっているので、基体表面の吸着物、不純物が十分除
去されないで残っている可能性が高い。従って（111）
では母材との密着性が悪く剥離しやすい。よて本発明に
よれば切削工具の刃先部の50％以上特に80％以上の面積
が（100）又は（110）の結晶面であることが重要であ
る。
平均結晶粒径は、基体表面に多結晶の膜が生成したとし
ても、0.1μｍ以上、特に１μｍ以上でないと、コーン
状の場合と同様に剥離し易くなる。なお、この粒径の上
限は30μｍである。よって本発明によれば、少なくとも
表面形態がファセット状であること、結晶配向性におい
て少なくとも刃先部の面積の50％以上上が（100）もし
くは（110）であることおよび平均結晶粒径0.1μｍ以上
の多結晶質であることが必須の要件である。
ても、0.1μｍ以上、特に１μｍ以上でないと、コーン
状の場合と同様に剥離し易くなる。なお、この粒径の上
限は30μｍである。よって本発明によれば、少なくとも
表面形態がファセット状であること、結晶配向性におい
て少なくとも刃先部の面積の50％以上上が（100）もし
くは（110）であることおよび平均結晶粒径0.1μｍ以上
の多結晶質であることが必須の要件である。
なお、膜厚は、用いる基体によって左右され、例えば基
体がSi3N4質焼結体である場合、膜自体の強度を高める
ために10μｍ以上、特に30μｍ以上が望ましい。
体がSi3N4質焼結体である場合、膜自体の強度を高める
ために10μｍ以上、特に30μｍ以上が望ましい。
本発明によれば用いる基体としては前述したSi3N4質の
他、超硬、サーメット、ジルコニア質、炭化珪素質等の
焼結体等が挙げられる。なお、基体の材質の選定にあた
っては、ダイヤモンド膜との密着性の点から、室温から
800℃までの熱膨張係数が2.8乃至4.8×10-6/℃の範囲の
ものが望ましい。
他、超硬、サーメット、ジルコニア質、炭化珪素質等の
焼結体等が挙げられる。なお、基体の材質の選定にあた
っては、ダイヤモンド膜との密着性の点から、室温から
800℃までの熱膨張係数が2.8乃至4.8×10-6/℃の範囲の
ものが望ましい。
本発明のダイヤモンド切削工具の製造にあたっては、所
望の材質の切削工具母材に対し、公知の薄膜形成方法に
よってダイヤモンド膜を設ける。薄膜形成方法として
は、熱CVD、rfプラズマCVD、マイクロ波CVD、ECRプラズ
マCVD等のCVD法、イオンビーム等、スパッタ法等のPVD
法が挙げられる。これらの中でも、生成されるダイヤモ
ンド膜が（100）又は（110）の結晶面を有する必要があ
る点を考慮すればCVD法が好ましい。特に膜の配向性を
左右する要因としては基体温度が挙げられる。CVDによ
るダイヤモンド膜の生成は、通常CH4、C2H2、C2H4、C3H
6、等炭化水素ガスと水素ガスとの混合ガスを反応槽に
導入し、高周波、熱、マイクロ波等によってガスを励起
状態として、基体上にダイヤモンドを析出させるが、ダ
イヤモンドの配向性を左右する因子として基体の加熱温
度が挙げられる。即ち、加熱温度が低いと（111）の結
晶面ができやすく、高い場合は（100）、（110）が生成
されやすい。よって本発明においては加熱温度を850乃
至1000℃に設定されるのが好ましい。
望の材質の切削工具母材に対し、公知の薄膜形成方法に
よってダイヤモンド膜を設ける。薄膜形成方法として
は、熱CVD、rfプラズマCVD、マイクロ波CVD、ECRプラズ
マCVD等のCVD法、イオンビーム等、スパッタ法等のPVD
法が挙げられる。これらの中でも、生成されるダイヤモ
ンド膜が（100）又は（110）の結晶面を有する必要があ
る点を考慮すればCVD法が好ましい。特に膜の配向性を
左右する要因としては基体温度が挙げられる。CVDによ
るダイヤモンド膜の生成は、通常CH4、C2H2、C2H4、C3H
6、等炭化水素ガスと水素ガスとの混合ガスを反応槽に
導入し、高周波、熱、マイクロ波等によってガスを励起
状態として、基体上にダイヤモンドを析出させるが、ダ
イヤモンドの配向性を左右する因子として基体の加熱温
度が挙げられる。即ち、加熱温度が低いと（111）の結
晶面ができやすく、高い場合は（100）、（110）が生成
されやすい。よって本発明においては加熱温度を850乃
至1000℃に設定されるのが好ましい。
なお、本発明の切削工具はダイヤモンド膜を生成した
後、更に研磨によって、表面粗さを１μｍ以下に制御す
ることによって更に切削性能を高めることができる。
後、更に研磨によって、表面粗さを１μｍ以下に制御す
ることによって更に切削性能を高めることができる。
本発明を次の例で説明する。
実施例１ 切削工具母材としてSi3N4質焼結体を用いてマイクロ波
プラズマCVD法によって、下記条件でダイヤモンド膜を
生成した。
プラズマCVD法によって、下記条件でダイヤモンド膜を
生成した。
マイクロ波出力 400W 圧 力 40Torr CH4/H2 0.005 基体温度 870℃ （切削テスト） 得られたダイヤモンド被覆切削工具に対して第１表に示
す切削テストを行った。なお、切削工具の形状はTPGN32
2シャープエッジとした。
す切削テストを行った。なお、切削工具の形状はTPGN32
2シャープエッジとした。
切削テストはそれぞれ15分間行い、剥離の有無、摩耗量
を測定した。結果は第２表に示す。
を測定した。結果は第２表に示す。
なお、結晶面の解析は、光学顕微鏡観察、走査型電子顕
微鏡、Ｘ線回析によって行った。
微鏡、Ｘ線回析によって行った。
実施例２ 切削工具母材としてSi3N4質焼結体（＋15％TiN添加）、
超硬質合金、Si3N4質焼結体（１）（60％Si3N4＋35％Ti
C＋５％Ｗ）、Si3N4質焼結体（２）（50％Si3N4＋45％T
iC＋５％Ｗ）を用いてマイクロ波プラズマCVD法により
実施例１の条件でで、またECRプラズマCVD法により下記
条件でダイヤモンド膜を生成した。
超硬質合金、Si3N4質焼結体（１）（60％Si3N4＋35％Ti
C＋５％Ｗ）、Si3N4質焼結体（２）（50％Si3N4＋45％T
iC＋５％Ｗ）を用いてマイクロ波プラズマCVD法により
実施例１の条件でで、またECRプラズマCVD法により下記
条件でダイヤモンド膜を生成した。
ECR出力 400W 圧 力 ７×10-4Torr CH4/H2 0.05 基体温度 960℃ （切削テスト） 得られた切削工具を用いて被削材として純銅を用い切削
速度500m/min、切込み0.1mm、送り0.1mm/revの条件で15
分間テストを行い、剥離の有無、摩耗量を測定した。結
果は第３表に示す。
速度500m/min、切込み0.1mm、送り0.1mm/revの条件で15
分間テストを行い、剥離の有無、摩耗量を測定した。結
果は第３表に示す。
第２表および第３表から明らかなように、結晶面（11
1）が占める面積が50％を超えるサンプルNo.3、５はい
ずれも結晶面（100）、（110）のものと比較して摩耗量
が大きく、剥離も発生した。また、コーン状であるサン
プルNo.6は粒径自体も小さくなり、剥離が生じた。結晶
面が（100）であっても結晶粒径が小さいNo.7、12はい
ずれも切削性能に劣り、膜の剥離、クラックが発生し
た。その他の本発明のサンプルはいずれも摩耗量が小さ
く、優れた切削性能を示した。
1）が占める面積が50％を超えるサンプルNo.3、５はい
ずれも結晶面（100）、（110）のものと比較して摩耗量
が大きく、剥離も発生した。また、コーン状であるサン
プルNo.6は粒径自体も小さくなり、剥離が生じた。結晶
面が（100）であっても結晶粒径が小さいNo.7、12はい
ずれも切削性能に劣り、膜の剥離、クラックが発生し
た。その他の本発明のサンプルはいずれも摩耗量が小さ
く、優れた切削性能を示した。
（発明の効果） 以上述べた通り、本発明のダイヤモンド被覆切削工具
は、ダイヤモンド膜をファセット状の平均粒径0.1μｍ
以上の多結晶質とし、且つ少なくとも刃先部表面の50％
以上の面積が（100）又は（110）の結晶面とすることに
よって膜自体の強度を高めることができ、それによって
耐摩耗性、耐剥離性を向上させ、切削工具として優れた
切削性能を得ることができる。
は、ダイヤモンド膜をファセット状の平均粒径0.1μｍ
以上の多結晶質とし、且つ少なくとも刃先部表面の50％
以上の面積が（100）又は（110）の結晶面とすることに
よって膜自体の強度を高めることができ、それによって
耐摩耗性、耐剥離性を向上させ、切削工具として優れた
切削性能を得ることができる。
第１図乃至第３図は、いずれもダイヤモンド結晶膜面を
示す電子顕微鏡写真であって、第１図がコーン状結晶、
第２図および第３図はファセット状結晶をそれぞれ示し
たものである。
示す電子顕微鏡写真であって、第１図がコーン状結晶、
第２図および第３図はファセット状結晶をそれぞれ示し
たものである。
Claims (1)
- 【請求項１】基体の少なくとも刃部を含む表面にダイヤ
モンド膜を形成させたダイヤモンド被覆切削工具におい
て、少なくとも刃部がファセット状の平均粒径0.1μｍ
以上の多結晶質で、且つその表面の50％以上の面積が
（100）又は（110）の結晶面であることを特徴とするダ
イヤモンド被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60245574A JPH0713298B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60245574A JPH0713298B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62107068A JPS62107068A (ja) | 1987-05-18 |
| JPH0713298B2 true JPH0713298B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=17135744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60245574A Expired - Lifetime JPH0713298B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0713298B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0766930B2 (ja) * | 1989-02-27 | 1995-07-19 | 住友電気工業株式会社 | ボンディングツール |
| JP2710287B2 (ja) * | 1989-03-03 | 1998-02-10 | 住友電気工業株式会社 | 工具用多結晶ダイヤモンド |
| JP2520971B2 (ja) * | 1990-05-18 | 1996-07-31 | 住友電気工業株式会社 | ボンディングツ―ル |
| JP5292900B2 (ja) * | 2008-04-03 | 2013-09-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐欠損性と耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド被覆工具 |
| JP5246597B2 (ja) * | 2009-03-10 | 2013-07-24 | 三菱マテリアル株式会社 | ダイヤモンド被覆工具 |
| GB201322837D0 (en) | 2013-12-23 | 2014-02-12 | Element Six Ltd | Polycrystalline chemical vapour deposited diamond tool parts and methods of fabricating mounting and using the same |
| US10373725B2 (en) * | 2014-11-06 | 2019-08-06 | Ii-Vi Incorporated | Highly twinned, oriented polycrystalline diamond film and method of manufacture thereof |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58126972A (ja) * | 1982-01-22 | 1983-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド被覆超硬合金工具 |
| JPS61124573A (ja) * | 1984-11-21 | 1986-06-12 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | ダイヤモンド被覆基材及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-10-31 JP JP60245574A patent/JPH0713298B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62107068A (ja) | 1987-05-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |