JPH0754075A - コバルト結合ダイヤモンド工具、その製造法及び使用法 - Google Patents

コバルト結合ダイヤモンド工具、その製造法及び使用法

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JPH0754075A
JPH0754075A JP3057742A JP5774291A JPH0754075A JP H0754075 A JPH0754075 A JP H0754075A JP 3057742 A JP3057742 A JP 3057742A JP 5774291 A JP5774291 A JP 5774291A JP H0754075 A JPH0754075 A JP H0754075A
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JP
Japan
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cobalt
powder
boron
matrix
diamond
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JP3057742A
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Bruno E Krismer
ブルーノ・イー・クリスマー
Georg Dr Nietfeld
ゲオルク・ニートフエルト
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HC Starck GmbH
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HC Starck GmbH
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D61/00—Tools for sawing machines or sawing devices; Clamping devices for these tools
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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Abstract

(57)【要約】 本発明によれば、１〜５重量％のホウ素を有し且つ均
質、安定で約２００〜６５０ＨＢ30の制御しうるマトリ
ックス硬度を有するコバルト−ホウ素合金の均一なマト
リックス中にダイヤモンド粒子を含んでなるコバルトで
結合したダイヤモンド具（例えば切削、穿孔、研磨用）
複合材料が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、道具として成形されるホウ素含
有のコバルトで結合したダイヤモンド材料、そのような
材料及び道具の製造法及び使用法に関する。
【０００２】コバルトで結合したダイヤモンド工具、例
えばフレーム（frame）及びケーブル鋸、又は岩用のド
リル・ビットは、ダイヤモンド粉末とコバルト金属マト
リックス粉末の混合物をプレスし且つ焼結することで製
造される。このコバルト金属は硬度及び展性がその特別
な使用に適当でなければならない。
【０００３】岩にダイヤモンド切削具で孔を開け又は切
断する場合、生ずる岩の粉塵が冷却液で洗い出され且つ
運びさられるようにダイヤモンド粒子の背後で侵食が形
成されねばならない。
【０００４】マトリックスの金属が柔かすぎると、岩の
粉塵の研磨作用のために侵食が深くなりすぎ、ダイヤモ
ンドは時期尚早に結合剤から落ちて最早や切断作業に使
えなくなる。結合剤金属が硬すぎると、侵食される領域
が小さすぎるか、又は侵食が起こらないであろう。高品
質の岩用の鋸及び／又はドリルに対して、ダイヤモンド
が埋め込まれるマトリックスの金属は、岩の硬さに正確
に適さなければならない。大きい大理石の石切り場にお
ける作業者は、特に材料に適応して正確に作られた鋸又
は鋸部品を提供する道具の製造業者を必要としている。
【０００５】技術的に純粋なコバルト金属粉末の焼結し
た部分におけるマトリックス金属は、９３０℃〜９８０
℃でのホット・プレス後に約２００ＨＢ30のブリネル硬
度を有する。この硬度は粉末の形態に及び不純物として
存在する元素の性質と量に依存する。コバルト金属粉末
の酸素含有量も硬度の確立に重要な役割りを演ずる。種
々のドーピング剤はコバルトをマトリックス金属として
含有する焼結体に対する硬化剤として公知である：周期
律表第４ｂ、５ｂ及び６ｂ族の金属、珪素化物及び炭化
物。特に有用な役割は種々の金属、特に鉄族の金属に対
する硬化剤としての作用が良く知られた元素状ホウ素に
よって演じられる。バイエル（Bayer）社の所謂「ニボ
デュア（Nibodur)TM」法は特に重要になつた。これはニ
ッケル又はコバルトを含む材料に用いられる。この方法
では、ホウ素含有金属特にニッケルの無電流（即ち電気
分解又は電気泳動でない）化学メッキが、材料の表面コ
ーティング及び硬化に対して使用される。独国公開特許
第１,２３４,４９３号を参照。
【０００６】特公昭５７−３８３７７号によれば、コバ
ルトで結合したダイヤモンド粉末の製造に対して、中で
も炭化物物質を耐機械性物質として更に含有するコバル
トでコーティングされたダイヤモンド粉末が使用されて
いる。
【０００７】ダイヤモンドのコバルト又はニッケルでの
コーティングは、ダイヤモンドをよりしっかりとマトリ
ックス金属中に結合せしめることが意図されている。マ
トリックス金属とダイヤモンドの表面間の結合が不十分
ならば、ダイヤモンドは切削工程で外にはじきだされ、
工程にとっての損失となる。ダイヤモンドの内包の結合
を改善するためにホット・プレス及び焼結温度を上昇さ
せるならば、表面が攻撃され、ダイヤモンドはマトリッ
クス金属と炭化物域を形成し、そして更なる温度の上昇
はダイヤモンドを破壊する。しかしながらダイヤモンド
のコーティングはマトリックス金属の硬度に影響しな
い。
【０００８】この方法によって製造されるダイヤモンド
具は、マトリックス金属の硬い相がダイヤモンド粒子の
表面上及び硬い物質の粒子の位置でだけ生ずるから、多
くの不均質な領域を有する。最終の道具における硬度の
計画的制御はこれらの手段によって達成することができ
ない。
【０００９】コバルト金属粉末の成分及び形態から偶然
に帰結する当然の硬度及び展性とは別に、使用者はしば
しば道具が必要とされる特別な目的に依存してダイヤモ
ンド具に関し特別な硬度条件を満すコバルト金属粉末を
必要としている。即ち予じめ決定されるブリネル（Brin
ell）硬度は製造上２００〜５００ＨＢ30の領域に調節
できねばならない。
【００１０】コバルトを、他の金属、炭化物、炭素、ホ
ウ化物又は珪素化物の添加によって硬める多くの試みが
なされてきた。これは容易に行なうことができるけれ
ど、これはマトリックス金属のトライボロジー的性質に
かなり依存する。
【００１１】例えば、ダイヤモンドの背後の侵食される
領域は不規則となり、添加する硬い物質の粒径に依存し
て表面的な粗さが形成される。更にマトリックス金属
の、硬い物質との混合物は、その混合物を特別な種類の
石又は岩に対して最適化するために実験的に決定しなけ
ればならない。この目的のために必要とされる実験は難
しく、費用がかかる。
【００１２】ホット・プレス前の炭素のコバルト金属粉
末への添加は、反応Ｃ＋Ｃ6Ｏ→Ｃｏ＋ＣＯが反応にも
関与する熱グラファイト・サスセプター（susceptor）
及びグラファイト・ラム（ram）によって影響されるか
ら不満足な結果を与える。そしてこれはマトリックス金
属として用いるコバルトの硬さの変化に通じる。
【００１３】それ故に、本発明の目的は上述した欠点を
もたないダイヤモンド具材料を提供することである。特
に本発明はダイヤモンド具の意図する用途に適当な与え
られた硬度範囲を提供することが意図される。
【００１４】この目的は、マトリックス金属がそこに本
質的に均一に分布したホウ素０.１〜５重量％を含むホ
ウ素含有コバルト金属マトリックスを、それに埋めこま
れたダイヤモンドと共に含んでなるコバルトで結合した
ダイヤモンド具によって満される。
【００１５】本発明によるダイヤモンド具はそのホウ素
含量に依存する且つその道具を使用しても一定のままで
ある特定の硬度を有する。本発明によるマトリックス金
属は好ましくは２００〜６５０ＨＢ30の範囲のブリネル
硬度を有する本発明の重要な特徴であるコバルト金属マ
トリックスの粉末の実質的に均一な硬化は、マトリック
ス金属が予じめホウ素と合金にしたコバルト金属粉末の
場合及びこのマトリックス金属を、ダイヤモンド具の粉
末冶金的製造のためにそのまま又はドープしてない（純
粋な）コバルト金属粉末と混合して使用する場合、マト
リックス金属の融点よりもかなり低い温度で達成するこ
とができる。
【００１６】斯くして本発明は本発明のダイヤモンド具
の製造法にも関する。
【００１７】本発明の１つの具体例において、ダイヤモ
ンド具はダイヤモンド粉末とマトリックスの金属粉末の
混合物をプレスし且つ焼結する工程を含んでなる、但し
用いるマトリックスの金属粉末がホウ素と予じめ合金に
した且つホウ素含量が１〜５重量％のコバルト粉末であ
る、方法によって製造される。
【００１８】本発明によって好適であるダイヤモンド具
の他の製造法の具体例は、ダイヤモンド粉末及びマトリ
ックス金属粉末の混合物をプレスし且つ焼結することを
含んでなり、そしてマトリックス金属粉末を、予じめ合
金にしたコバルト−ホウ素粉末を純粋なコバルト金属粉
末と混合することにより１〜５重量％のホウ素含量で製
造することが特色である。
【００１９】適当な予じめ合金にしたコバルト−ホウ素
粉末は例えば金属熱力学的に製造したコバルト−ホウ素
合金を機械的に崩壊することによって得ることができ、
或いはそれは不活性な気体をホウ素含有コバルト溶融物
中に注入して粒径＜５００ミクロンの粉末を製造し、次
いでこれを更なる粒径の低下のために摩砕粉砕によって
微粉砕することにより有利に得ることもできる。
【００２０】本発明の目的は純粋なコバルト粉末の、純
粋な非晶性又は結晶性ホウ素との混合物で達成されはし
ない。
【００２１】本発明による方法の他の好適な具体例は、
予じめ合金にしたコバルト−ホウ素粉末のホウ素含有物
を、水素化ホウ素化合物好ましくはアルカリ金属ボラネ
ートによるコバルト塩溶液の化学的還元によってコバル
ト金属粉末中に導入するということにある。この具体例
によって得られるコバルト金属粉末は主に＜５μｍの平
均粒径を有する。
【００２２】化学的還元により及び／又は冶金学的方法
により、製造されるコバルト−ホウ素合金粉末を純粋な
コバルト金属粉末と混合してマトリックス金属を必要と
されるホウ素含量に調節する場合、驚くことに混合しな
いで用いて「その場」で合金にしたＣｏ−Ｂ粉末を用い
たものと同一の目的が達成されるということが発見され
た。混合物として使用される純粋なコバルト金属粉末は
微粉砕された酸化コバルトを水素で還元する普通の方法
で製造される。
【００２３】また本発明は本発明によるダイヤモンド具
の、石、金属、ガラス、コンクリート、セラミックス及
び他の鉱物材料の切削、穿孔、及び研磨に対する使用法
に関する。
【００２４】次の実施例は本発明を記述するが、純粋な
例示であってこれを限定するものと見なすべきでない。
硬度を決定するための試験試料は次のように製造した。
【００２５】
【実施例１】 コバルト塩の化学的還元 ＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ １４kg、酒石酸Ｋ−Ｎａ １７.５k
g及びＮａＯＨ ８kgを、撹拌容器中で撹拌しながら且つ
温度を４０℃に保ちつつＨ2Ｏ ７０lに溶解した。得ら
れた反応溶液に、反応容器内の温度を５０℃に一定に保
ちながらＫＢＨ4 ２.１kgの全量を還元のために一部ず
つゆっくりと添加した。次いで還元を完結するために、
５０％ヒドラジン水和物溶液Ｚｌを添加した。このよう
にして得たＣｏ−Ｂ粉末を濾別し、数回水洗し、次いで
減圧下に４０〜５０℃で乾燥した。ホウ素含量３.０％
のＣｏ−Ｂ粉末３.６kgを得た。ホット・プレスした試
料はＨＢ30４４０の平均ブリネル硬度を有することがわ
かった。
【００２６】
【実施例２】 コバルト塩の化学的還元 ＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ ３０kg、酒石酸Ｋ−Ｎａ ３７.５k
g及びＮａＯＨ １７.１kgを実施例１における如く４０
０lの撹拌容器中において水２５０lに溶解した。次いで
最初にＫＢＨ4 ４.５kg、続いてヒドラジン溶液４.５l
を少量ずつ添加することによって還元を行なった。還元
後、混合物を８０℃まで加熱し、濾過し、数回水洗し、
そして実施例１における如く乾燥した。
【００２７】ホウ素含量５.０％のＣｏ−Ｂ粉末７.６５
kgを得た。このホット・プレスした試料について平均Ｈ
Ｂ30６００のブリネル硬度を測定した。
【００２８】このコバルトホウ素粉末を純粋なコバルト
金属粉末と混合するために使用した。
【００２９】
【実施例３】 コバルトホウ素合金でのホウ素ドーピング ホウ素１５.５重量％を含むコバルトホウ素合金を、酸
化コバルト、酸化ホウ素及びアルミニウムグリットのア
ルミノサーマル（aluminothermal）還元によって製造
し、この生成物を＜３mmの粒径の粉末に粉砕した。続い
て不活性な液体（ヘキサン）を用いる摩砕機（attrito
r）中で寸法を更に減じて、＜１０μmの粒径と次の粒径
分布 ８０重量％＜５μm ９０重量％＜１０μm ５重量％＞１０μm〜＜２０μm の細かい合金粉末を得た。
【００３０】
【実施例４】実施例１〜３で製造したＣｏ−Ｂ合金粉末
と純粋なコバルト金属粉末との混合物を試験試料のため
の出発粉末として用いた。試料は、金属粉末を９６０℃
及び３０ＭＰａで５分間ホットプレスすることにより製
造した。次いで焼結した生成物についてブリネル硬度を
測定した。下表１は金属化学的に製造したホウ素ドープ
のコバルト金属粉末及び純粋なコバルト粉末の混合物か
ら得た焼結生成物について行なった硬度の測定結果を示
す。対照物質（メタロサーマル還元による混合されてな
いＣｏ−Ｂ合金）を用いて得られた結果は、本発明の範
囲外の比較的高いホウ素含量を用いた場合に効果が逆に
なることを示す。
【００３１】
【表１】表１ ホウ素含量 ブリネル硬度（ＨＢ30/1） １.０重量％ ２８０ ２.０重量％ ３００ ３.０重量％ ４２０ ４.０重量％ ５００ ５.０重量％ ６５０ １４.４重量％（対照例） ３９５ 表２は、ボラネートでの化学的還元（ＫＢＨ4還元）に
よって調製したホウ素ドープのコバルト金属粉末の焼結
した生成物について得た硬度測定値を示す。
【００３２】比較的低い初期硬度は化学的還元によって
得たホウ素ドープのコバルト金属の高度な純度による。
低初期硬度はコバルト含有物の高純度による［コバルト
・モノグラフ（Cobalt Monograph）、コバルト情報セン
ター（Centre d'Informationdue Cobalt，Brussels）、
１９６０年、９５頁］。従って本発明によるホウ素ドー
プの効果は非常に純粋なコバルトを用いても得られる。
【００３３】
【表２】表２ ホウ素含量 ブリネル硬度（ＨＢ30/1） １.０重量％ １９０ ２.０重量％ ２４０ ３.０重量％ ４４０ ４.０重量％ ５００ ５.０重量％ ５５０ 高揚された形で及び／又は高められた製造工程で作るこ
とのできるダイヤモンド具生成物は、切削、鋸、穿孔又
は研磨具として或いはそのような道具に対する尖端部、
端部、刃又は他の挿入物もしくは面として成形された上
述の材料を含んでなる。道具は石又は岩、ガラス、金
属、コンクリート、セラミックス及び他の鉱物物質に関
して用いるために良く知られた方法で、大型（例えば大
きい鉱山又はトンネル切削装置又は工業的グライダー）
或いは小型（例えば歯科具、半導体インゴット又はウエ
ハのスライス及びダイス・カッター又は他の形の精密機
械）及び中間（例えば大理石鋸、切断車、研磨ベルト、
ディスク及びパッド、研磨棒、油ドリル及びそのための
挿入物）の目的に合ったように作られる。
【００３４】上述したように、材料の硬度は均質、安定
で、所望の程度まで制御することができ、結果として特
定の範囲の侵食を制御し、またダイヤモンド粒子の表面
又はマトリックス内における逆相包含の使用を回避し又
は減ずることにより且つ粒子／マトリックスの結合を調
節するためにダイヤモンド粒子の形態への依存性を回避
し又は減ずることにより、そして道具の製造における悪
影響の圧力／温度工程を回避することにより上述の利点
を達成する。
【００３５】生成物及び工程の前述した改良は、好まし
い費用で及びダイヤモンド具の製造及び使用技術を簡単
化するという付加的な利点を有して達成される。
【００３６】今や同業者にとって、前述の開示の内容及
び精神と合致して及び本発明の範囲内において他の具体
例、改良、詳細及び使用法を示しうることは明白であ
る。本発明は同等の文書を含めて特許法により解釈され
る特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【００３７】本発明の特徴及び態様は以下の通りであ
る。
【００３８】１．マトリックス金属が本質的に均一に分
布したホウ素０.１〜５重量％を含むホウ素含有コバル
ト金属マトリックスを、それに埋めこまれたダイヤモン
ドと共に含んでなるコバルトで結合したダイヤモンド工
具。
【００３９】２．マトリックス金属が約２００〜６５０
ＨＢ30の範囲のブリネル硬度を有する上記１のコバルト
で結合したダイヤモンド工具。
【００４０】３．ダイヤモンド粉末とマトリックスの金
属粉末の混合物をプレスし且つ焼結する工程を含んでな
る、但し用いるマトリックスの金属粉末がホウ素と予じ
め合金にした且つホウ素含量が１〜５重量％のコバルト
粉末であるダイヤモンド工具の製造法。
【００４１】４．マトリックス金属粉末が、予じめ合金
にしたコバルト−ホウ素粉末をコバルト金属粉末と混合
することによって、ホウ素含量１〜５重量％で製造され
る上記３のダイヤモンド工具の製造法。
【００４２】５．予じめ合金にされるコバルト−ホウ素
粉末のホウ素含有量を、コバルト塩溶液の、水素化ホウ
素化合物による化学的還元によってコバルト金属粉末中
に導入する上記３又は４の方法。
【００４３】６．水素化ホウ素化合物が１種又はそれ以
上のアルカリ金属ボラネートを含んでなる上記５の方
法。
【００４４】７．予じめ合金にされるコバルト−ホウ素
粉末のホウ素含有量をメタロサーマル還元によって導入
する上記３又は４の方法。
【００４５】８．石又は岩、ガラス、金属、コンクリー
ト、セラミックス及び他の鉱物材料を切削し、鋸で引
き、穿孔し、そして研磨するという１つ又はそれ以上の
ために有用な構造に成形し、且つそのために使用するこ
とを含んでなる上記１又は２のコバルトで結合したダイ
ヤモンド工具の使用法。
【００４６】９．分布の均質性が本質的に合金になって
ないコバルト地によって取り囲まれたコバルト−ホウ素
合金域のマトリックス中における均一な分布を含んでな
り、但し該域の各がコバルト中における本質的に均一な
分布を示す、上記１又は２のコバルトで結合したダイヤ
モンド工具。
【００４７】１０．コバルト−ホウ素合金のマトリック
ス中における均一な分布がマトリックス全体にわたる上
記１又は２のコバルトで結合したダイヤモンド具。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｅ２１Ｂ 10/46 7505−2Ｄ (72)発明者 ブルーノ・イー・クリスマー ドイツ連邦共和国デー3380ゴスラル１・ツ エツペリンシユトラーセ２ (72)発明者 ゲオルク・ニートフエルト ドイツ連邦共和国デー3388バートハルツブ ルク１・マイゼンベーク15

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マトリックス金属が本質的に均一に分布
    したホウ素０.１〜５重量％を含むことを特徴とする、
    ホウ素含有コバルト金属マトリックスを、それに埋めこ
    まれたダイヤモンドと共に含んでなるコバルトで結合し
    たダイヤモンド工具。
  2. 【請求項２】 ダイヤモンド粉末とマトリックスの金属
    粉末の混合物をプレスし且つ焼結する工程を含んでな
    る、ダイヤモンド工具の製造法において、用いるマトリ
    ックスの金属粉末がホウ素と予じめ合金にした且つホウ
    素含量が１〜５重量％のコバルト粉末であることを特徴
    とする方法。
  3. 【請求項３】 石又は岩、ガラス、金属、コンクリー
    ト、セラミックス及び他の鉱物材料を切削し、鋸で引
    き、穿孔し、そして研磨するという１つ又はそれ以上の
    ために有用な構造に成形し、且つそのために使用するこ
    とを含んでなる請求項１のコバルトで結合したダイヤモ
    ンド工具の使用法。
  4. 【請求項４】 分布の均質性が本質的に合金になつてな
    いコバルト地によって取り囲まれたコバルト−ホウ素合
    金域のマトリックス中における均一な分布を含んでな
    り、但し該域の各がコバルト中における本質的に均一な
    分布を示す、請求項１のコバルトで結合したダイヤモン
    ド工具。
JP3057742A 1990-03-07 1991-03-01 コバルト結合ダイヤモンド工具、その製造法及び使用法 Pending JPH0754075A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4007057A DE4007057A1 (de) 1990-03-07 1990-03-07 Kobaltgebundene diamantwerkzeuge, verfahren zu ihrerherstellung sowie deren verwendung
DE4007057.3 1990-03-07

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JP (1) JPH0754075A (ja)
KR (1) KR0174545B1 (ja)
AT (1) ATE117735T1 (ja)
DE (2) DE4007057A1 (ja)
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