JPH08216030A - 研磨体の製造方法 - Google Patents

研磨体の製造方法

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JPH08216030A
JPH08216030A JP7318294A JP31829495A JPH08216030A JP H08216030 A JPH08216030 A JP H08216030A JP 7318294 A JP7318294 A JP 7318294A JP 31829495 A JP31829495 A JP 31829495A JP H08216030 A JPH08216030 A JP H08216030A
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particles
ceramic particles
sintered
diamond
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Iakovos Sigalas
シガラス ラコボス
Martin Kramer
クラマー マーチン
Johan Myburgh
マイバーグ ヨハン
Serdar Ozbayraktar
オズベイラクター サーダー
Siu-Wah Wai
− ワ ワイ シウ
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De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
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    • Y10T407/27—Cutters, for shaping comprising tool of specific chemical composition

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ・パーツ、切削差し込み工具等に使
用する研磨体の製法を提供する。 【解決手段】 ナノサイズのセラミック粒子の塊と超硬
研磨粒子の塊とから成る混合物を与える工程と、前記混
合物を焼結してコヒーレント体にする工程とを含む、研
磨体の製法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野及び発明が解決しようとする課
題】本発明はウェーハ・パーツ、切削差し込み工具等に
使用する研磨体に関する。
【０００２】
【従来の技術】研磨成形体は、切削、フライス加工(mil
ling) 、グラインダバフ研磨、ドリル加工、及び他の研
削操作において広く使用される。研磨成形体は通常、第
２相マトリックス中に分散した超硬研磨粒子を含む。そ
のマトリックスは、金属でもセラミックでもよい。超硬
研磨粒子はダイヤモンドでも立方晶系窒化ホウ素でもよ
く、かつ、大きい量、例えば７０体積％以上存在する。
多結晶性塊を形成するための、高圧高温での成形体製造
工程の間、これらの粒子は互を結合させるものとして知
られている。このようにして製造した研磨成形体は、Ｐ
ＣＤ又はＰＣＢＮとしても知られている。
【０００３】ダイヤモンド及び立方晶系窒化ホウ素の研
磨成形体の例は、米国特許第３，７４５，６２３号、第
３，７６７，３７１号及び第３，７４３，４８９号の明
細書に記載されている。
【０００４】耐熱性セラミックは、ナノサイズの(nanos
ized) 粉末ベースの成形体を焼結することにより、比較
的低い温度の周囲圧力で合成されてきた。種々の形状の
焼結セラミック体は、この方法を利用することによって
製造し得る。下記論文は、かかる方法の諸工程を記載す
る。 １．ルディガー・ナッブ(Rudiger NaB),シニア・アルベ
イラック(Sener Albayrak), ヘルメット・シュミット(H
elmet Schmidt)：「ナノスケールＴｉＮのコロイド製造
と焼結(Colloidal processing and sintering of nanos
cale TiN),国際会議，セラミックの製造化学と技術(Cer
amic Processing Science and Technology) ，フリード
リッヒシェイフェン(Friedrichshaven),ドイツ(German
y) ，１９９４年９月」 ２．Ｔ．レイブ(T.Rabe), R.ヴェーシュ(R.Wasche)：
「高密度ナノ結晶性窒化チタンの発展，国際会議，セラ
ミックの製造化学と技術(Ceramic Processing Science
and Technology) ，フリードリッヒシェイフェン(Fried
richshaven),ドイツ(Germany) ，１９９４年９月」 ３．Ｃ．Ｄ．セイゲル−ランシン(C.D.Sagel-Ransijn),
Ａ．Ｊ．Ａ．ウィヌブスト(A.J.A. Winnubst),Ａ．Ｊ．
ブルグラーフ(A.J.Burgraaf), Ｈ．フェルベイジ(H.Ver
weij) ：「高密度ナノ結晶性窒化チタンの発展，ナノス
ケールＹ−ＴＺＰの合成と特性(Development of Dense
Nanocrystalline Titanium Nitride The Synthesis an
d Characterisation of Nanoscale Y-TZP)，フリードリ
ッヒシェイフェン(Friedrichshaven),ドイツ(Germany)
，１９９４年９月」 ４．Ｇ・スカンダン(G.Skandan),Ｈ・ハーン(H.Hahn),
マイク・ロディ(MikeRoddy), Ｒ．キャノン：「Ｊ．Ａ
ｍｅｒ． Ｃｅｒ．Ｓｏｃ．７７， １７０６（９
４）」
【０００５】セラミックマトリックス内に分散したダイ
ヤモンド粒子塊から成るダイヤモンド砥石車も、当業者
に知られている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によって研磨体を
製造する方法は、ナノサイズのセラミック粒子の塊と超
硬研磨粒子の塊とから成る混合物を与える工程と、前記
混合物を焼結してコヒーレント体にする工程とを含む。
【０００７】セラミック粒子と超硬研磨粒子との混合物
は、好ましくは均一混合物である。この混合物は、ナノ
サイズのセラミック粒子のスラリーを形成し、次いでそ
こへ超硬研磨粒子を添加することによって形成しても良
い。代替的には、ナノサイズのセラミック粒子及び超硬
研磨粒子双方のスラリーを作り、次いで、それらスラリ
ーを混合しても良い。どちらの場合でも、液体媒体は取
り除くか、又は移動してそれら粒子の混合物を置き去り
にする。
【０００８】ナノサイズのセラミック粒子は典型的に
は、使用する前にフライス加工、超音波撹拌等の手段に
よって粉砕する(be deagglomerated) 。
【０００９】超硬研磨粒子は好ましくは、ダイヤモンド
又は立方晶系窒化ホウ素（ＣＢＮ）である。これらの粒
子はナノサイズでも良いが、通常はミクロンサイズであ
る。これら粒子がナノサイズの場合、これらの粒子を使
用する前、通常、粉砕する。
【００１０】本明細書において、粒径とは平均粒径のこ
とをいう。
【００１１】セラミック粒子は通常、好ましくは、混合
物中において支配的である(dominate)。超硬研磨粒子は
典型的には、混合物の３５体積％を越えず、混合物の少
なくとも１０体積％の量で存在する。ダイヤモンドの場
合、その粒子は通常、混合物の２５体積％を越えない。
ＣＢＮの場合、その粒子は通常、混合物の３０体積％を
越えない。
【００１２】その混合物を焼結してコヒーレント体にす
る工程は典型的には、８００°Ｃ〜１５００°Ｃ、好ま
しくは９００°Ｃ〜１４００°Ｃの温度、３００ＭＰａ
以下の圧力で行う。条件は、このようにホットプレスの
類であって、研磨成形体（研磨成形体を製造する場合、
超硬研磨粒子が結晶学的に安定な条件が使用される。）
を製造するのに必要な条件ではない。隣接した超硬研磨
粒子は通常互いに結合せずに分離し、周囲の第２相材料
（第２相材料は連続相を形成する。）と強力に結合す
る。
【００１３】セラミック粒子は好ましくは、耐熱性セラ
ミック粒子である。適切なセラミックの例は、種々の金
属（特に、遷移金属、ケイ素又はアルミニウム）の炭化
物、窒化物、ホウ化物及び酸化物である。適切なセラミ
ック粒子の例は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化タング
ステン、炭化チタン、窒化チタン、炭化窒化チタン、酸
化アルミニウム等である。
【００１４】本発明方法に従って製造した焼結研磨体
は、セラミックであって焼結セラミック粒子により構成
される第２相材料中に分散する（通常、均一に分散す
る）超硬研磨粒子から成る。ナノサイズのセラミック粒
子は非常に活性であるため、焼結工程は、粗粒子を使用
するときに必要とされる温度よりも低い温度で達成され
る。更に、この焼結研磨体は、比較的高い含有量のダイ
ヤモンド及びＣＢＮに適応し、また、焼結体の靭性及び
強度を得るのに重要な低多孔性を達成することが分かっ
た。また、驚愕すべきことに、ナノサイズのセラミック
粒子は、超硬研磨粒子の性能低下(degradation) （例え
ば、ダイヤモンドの黒鉛化、及びＣＢＮのＨＢＮへの転
化）の程度を、一層大きいセラミック粒子で達成される
ものよりも確実に小さくすることが分かった。このこと
によって、本焼結体の強度及び耐磨耗性が改善されたと
いう重要な結果が導かれる。
【００１５】
【発明の効果】製造した焼結研磨体は、強靭で耐磨耗性
があり、かつ、例えば、ベアリングの表面、差し込み工
具(tool inserts)等の耐磨耗性表面として使用するのに
適している。超硬研磨粒子が立方晶系窒化ホウ素であれ
ば、焼結研磨体は、切削合金、機械加工合金、鉄含有ニ
ッケルベース合金、ニッケルベース超合金として使用で
きる。超硬研磨粒子がダイヤモンドであれば、焼結研磨
体は、鉱工業における種種の切削、機械加工及びドリル
加工の実用面に使用することができる。例えば、木工業
用途、アルミニウムケイ素合金を機械加工、又は繊維強
化ポリマー若しくは金属マトリックスの複合材料の機械
加工における、耐磨耗性の有効切削要素として使用でき
る。また、この研磨体は、コアリングビット(coring bi
ts) 又は油ドリリングビット(oil drilling bits) にお
ける、切削要素又はゲージ保持要素(gauge keeping ele
ment) として使用し得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】次の実施例によって、本発明を説
明する。
【００１７】
【実施例１】粒径１０〜２０ｎｍ（ナノメータ）のアル
ミナ粉末及び粒径２μｍ未満のダイヤモンドの双方をフ
ライス加工の手段によって粉砕した。粉砕済み粒子をそ
れぞれ水で混合し、２つのスラリーを作った。当業で既
知の焼結促進用ドープ剤を各各スラリー又はいずれかの
スラリーに添加しても良い。
【００１８】次いで、それらスラリーをボールミルの手
段によって混合した。混合済みスラリーを噴霧乾燥し、
均一な粉末混合物を作った。混合済み粉末の粒径は１０
０μｍ未満だった。これら粒子は、必要に応じ、一層小
さい粒径になるまで粉砕してもよい。
【００１９】この粉末混合物を、１ＧＰａの圧力で常温
圧縮成形を行った。次いで、常温圧縮成形済み混合物
を、０°Ｃから約１２００°Ｃまで上昇する温度の約２
０°Ｃ／分の速度で焼結し、これより一層高い温度、約
２００ＭＰａの圧力で約３０分間保持した。
【００２０】この焼結体は、ダイヤモンド２０体積％を
含有し、間隙率約３％を有することが分かった。製造物
にはクラックがなく、分離したダイヤモンド粒子はセラ
ミック材料全体に均一に分布していた。Ｘ線回折分析に
よると、ダイヤモンドの黒鉛化は全く検出されなかっ
た。
【００２１】
【実施例２】アルミナ焼結セラミックの第２相中のＣＢ
Ｎの焼結体を、実施例１の方法に準じて製造した。但
し、粉末化混合物は凍結乾燥して微粒にした。次いで、
実施例１に開示した方法と同じ方法でその微粒子を焼結
した。但し、焼結温度は１３８０°Ｃを使用した。この
焼結製造物は、ＣＢＮ３０体積％を含有し、間隙率約３
％未満を有することが分かった。製造物にはクラックが
なく、分離したＣＢＮ粒子はセラミックマトリックス全
体に均一に分布していた。
【００２２】
【実施例３】ナノサイズの粉砕済みアルミナ粉末（平均
粒径５０ｎｍ）を、メタノール中、ボールミリングによ
り、微細ダイヤモンド粉末（平均粒径１ｎｍ）と混合し
た。ミリング媒体はアルミナボールだった。得られた粉
末混合物はダイヤモンド粒子３０体積％を含有した。そ
の混合物は更に、オーブン中６０°Ｃで乾燥した。
【００２３】乾燥済み塊を粉砕して５０μｍ未満の微粒
子にし、次いで、黒鉛鋳型に充填して、直径１８ｍｍ、
厚さ５ｍｍの最終試料を製造した。不活性雰囲気、１１
５０°Ｃ、圧力３０ＭＰａで、微粒子のホットプレスを
行い、３０分間保持した。
【００２４】焼結製造物はにはクラックがなく、測定密
度は約１％の間隙率を有することが分かった。分離した
ダイヤモンド粒子はアルミナマトリックス中に均一に分
布していた。
【００２５】
【実施例４】ナノサイズのＴｉＮ（平均粒径４０ｎｍ）
を、分散剤としての、オレイン酸７重量％を含有する無
水トルエンの中で超音波により分散させた。ＣＢＮの微
粒子（平均粒径２μｍ）を添加し、ＴｉＮ：ＣＢＮの体
積比２：１を得た。更に、実施例３に記載の方法を使用
してサスペンション(suspension)をミリングした。但
し、溶媒としてトルエンを使用し、ミリング媒体として
ＴｉＮボールをした。蒸発器をして、その粉末混合物を
乾燥した。
【００２６】粉末処理操作は不活性雰囲気中で行った。
有機成分は、不活性雰囲気中、適切な熱処理によって除
去した。
【００２７】得られた塊を常温圧縮成形し、未焼結状コ
ヒーレント体を製造した。この未焼結状コヒーレント体
を、約１３８０°Ｃの温度、２００ＭＰａの圧力で焼結
した。これらの条件を３０分間保持した。間隙率３％未
満の高密度焼結製造物を得た。Ｘ線回折分析によると、
黒鉛化は全く検出されなかった。
【００２８】
【実施例５】実施例２に記載の方法を使用して、ナノサ
イズの粉砕済みＺｒＯ2 −３重量％Ｙ2 Ｏ3 （平均粒径
５０ｎｍ）を処理し、ダイヤモンド２５体積％（ダイヤ
モンドの平均粒径１μｍ）を含有する混合物にした。得
られた粉末混合物を、不活性雰囲気中、１２００°Ｃ、
２００ＭＰａでホットプレスし、３０分間保持した。間
隙率３％の高密度焼結製造物を得た。Ｘ線回折分析によ
ると、黒鉛化は全く検出されなかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーチン クラマー 南アフリカ国ヨハネスブルグ，フェアーラ ンド，デビッドソン ストリート 80 (72)発明者 ヨハン マイバーグ 南アフリカ国フロリダ，クルーフェンダル エクスト．３，シェリー ドライブ 13 (72)発明者 サーダー オズベイラクター 南アフリカ国ローデプールト，ラディオコ ップ エクスト．10，フリクエンシー タ ーン 12 (72)発明者 シウ − ワ ワイ 南アフリカ国アルバートン，アルバーツダ ル，バッファロウ ストリート 22

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 研磨体を製造する方法において、 ナノサイズのセラミック粒子の塊と超硬研磨粒子の塊と
    から成る混合物を与える工程と、 前記混合物を焼結してコヒーレント体にする工程とを含
    む、上記方法。
  2. 【請求項２】 超硬研磨粒子がダイヤモンド又は立方晶
    系窒化ホウ素の粒子である、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 超硬研磨粒子がミクロンサイズである、
    請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 セラミック粒子を、炭化物、窒化物、ホ
    ウ化物及び酸化物から選定する、請求項１〜３のいずれ
    か１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 炭化物、窒化物、ホウ化物及び酸化物
    が、遷移金属、ケイ素又はアルミニウムである、請求項
    ４に記載の方法
  6. 【請求項６】 セラミック粒子を、炭化ケイ素、窒化ケ
    イ素、炭化タングステン、炭化チタン、窒化チタン、炭
    化窒化チタン及び酸化アルミニウムから選定する、請求
    項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 混合物を、８００°Ｃ〜１５００°Ｃの
    温度、３００ＭＰａ以下の圧力で焼結する、請求項１〜
    ６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 セラミック粒子と超硬研磨粒子との混合
    物が均一混合物である、請求項１〜７のいずれか１項に
    記載の方法。
  9. 【請求項９】 混合物中の超硬研磨粒子が、前記混合物
    の３５体積％を越えない、請求項１〜８のいずれか１項
    に記載の方法。
JP7318294A 1994-12-06 1995-12-06 研磨体の製造方法 Pending JPH08216030A (ja)

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ZA94/9699 1994-12-06
ZA949699 1994-12-06

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EP (1) EP0715930B1 (ja)
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