JPH11277305A - 工具用ダイヤモンド焼結体およびその製造方法 - Google Patents

工具用ダイヤモンド焼結体およびその製造方法

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JPH11277305A
JPH11277305A JP10080711A JP8071198A JPH11277305A JP H11277305 A JPH11277305 A JP H11277305A JP 10080711 A JP10080711 A JP 10080711A JP 8071198 A JP8071198 A JP 8071198A JP H11277305 A JPH11277305 A JP H11277305A
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JP
Japan
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diamond
sintered body
ppm
tool
diamond sintered
Prior art date
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Application number
JP10080711A
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English (en)
Inventor
Katsuto Yoshida
克仁 吉田
Shuichi Sato
周一 佐藤
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具として耐摩耗性および耐衝撃性を備えた
ダイヤモンド焼結体を提供する。 【解決手段】 N2の最大含有量50ppm、Fe、N
i、Coの少なくとも一種の最大含有量600ppmで
ある最大粒径100μmのダイヤモンド粒子を焼結した
もので、そのダイヤモンド焼結体は、ダイヤモンドの体
積%が80〜95%、残部がFe、Ni、Coの少なく
とも一種の合金よりなる。そして、N2の最大含有量5
0ppm、Fe、Ni、Coの少なくとも一種の最大含
有量600ppm、最大粒径100μmのダイヤモンド
粒子を、Fe、Ni、Coの少なくとも一種を結合材と
して製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は切削工具、掘削工具
に適した、耐摩耗性と耐衝撃性に優れた工具用ダイヤモ
ンド焼結体およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、切削工具、あるいはダイス、ビッ
トといった掘削工具に、コバルト(Co)等の鉄族金属
を主たる成分とする結合材を用いたダイヤモンド焼結体
が販売されている。
【0003】上記のダイヤモンド焼結体を用いた切削工
具は、非鉄金属、プラスッチクスあるいはセラミックス
の切削には優れた切削性能を有している。しかしなが
ら、切削工具と比べて過酷な状況で使用されるドリルビ
ットのような掘削工具に使用する場合、耐衝撃性におい
て不十分である。
【0004】従来のダイヤモンド焼結体を硬質岩石掘削
用のドリルビットとして使用した場合に、実用に耐えう
る性能が発揮されない原因がダイヤモンド粒子の強度が
十分高くないことが考えられる。
【0005】即ち、従来のダイヤモンド粒子の強度で
は、硬質岩石掘削時に付加されるドリルビット刃先への
衝撃に対して耐えうるに十分な強度を持っているとは言
い難く、衝撃によりダイヤモンド粒子が容易に破壊す
る。
【0006】従来のダイヤモンド焼結体の耐衝撃性を向
上させる方法として、平均粒径の大きいダイヤモンド粒
子(粗いダイヤモンド粒子)と、平均粒径の小さいダイ
ヤモンド粒子(微細なダイヤモンド粒子)を組み合わせ
る方法が知られている。
【0007】しかしながら、一般に耐衝撃性と耐摩耗性
は相反関係にあり、平均粒径の大きいダイヤモンド粒子
と、平均粒径の小さいダイヤモンド粒子を組み合わせる
上記方法では、耐衝撃性に優れた粒度分布(すなわち、
平均粒径の小さいダイヤモンド粒子の分布。)では、耐
摩耗性が劣ることが知られている。従って、上記方法で
は、その用途に適合していると考えられる粒度分布をも
った材質が使用されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】硬質岩石掘削用のドリ
ルビットのような掘削工具や断続加工用の切削工具に
は、耐衝撃性と耐摩耗性の両方の特性が必要である。こ
れらの工具材質の特性を満足するダイヤモンド焼結体、
及びその製造法を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、窒素(N2
の最大含有量50ppmで、最大粒径100μmのダイ
ヤモンド粒子を焼結した工具用ダイヤモンド焼結体であ
る。それは、ダイヤモンドの体積%が80〜95%、残
部がFe、Ni、Coの少なくとも一種の合金よりな
る。また、上記ダイヤモンド粒子が、鉄(Fe)、ニッ
ケル(Ni)、Coの少なくとも一種の最大含有量60
0ppmであるのも有用である。
【0010】そして、N2の最大含有量50ppm、F
e、Ni、Coの少なくとも一種の最大含有量600p
pm、最大粒径100μmのダイヤモンド粒子を、F
e、Ni、Coの少なくとも一種を結合材として焼結す
る。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明者らは、耐衝撃性及び耐摩
耗性の双方に優れたダイヤモンド焼結体を得るべく研究
・開発を行った。本発明によるダイヤモンド焼結体(以
下、ダイヤモンド焼結体1と称す。)は、工具としての
耐衝撃性、耐摩耗性の双方に優れた特性を有するもので
ある。
【0012】従来のダイヤモンド焼結体(以下ダイヤモ
ンド焼結体2と称す。)はN2を100ppm以上含有
するダイヤモンド粒子(以下ダイヤモンド粒子2と称
す。)を使用している。
【0013】また、ダイヤモンド粒子2を製造する際、
溶媒がFe、Ni、Coの少なくとも一種を含有してい
るので、N2を100ppm以上含有するダイヤモンド
粒子2は、Fe、Ni、Coの少なくとも一種を100
0ppm以上含有しているのが自然である。1000p
pm以上のFe、Ni、Coの少なくとも一種の含有し
ている理由は、その製造工程に原因があるものと考えら
れる。
【0014】N2やFe、Ni、Coを多量に含有して
いるダイヤモンド粒子2を使用することにより、ダイヤ
モンド焼結体の工具としての耐衝撃性、耐摩耗性の特性
が大幅に劣化する。
【0015】この劣化の原因は、ダイヤモンド粒子自体
の圧縮力に対する耐破壊強度に起因していると考えられ
る。その耐破壊強度を高めるために、ダイヤモンド粒子
が含有するN2およびFe、Ni、Coの含有量を低減
したものを作製した。
【0016】N2およびFe、Ni、Coの含有量を低
減したダイヤモンド粒子1は、本願の特許出願人が出願
した特開平06−165929号公報に開示している
「ダイヤモンド単結晶の合成方法」による単結晶を機械
的に破砕して作製した。
【0017】N2およびFe、Ni、Coの含有量を低
減させた上記ダイヤモンド粒子1の圧縮力に対する耐破
壊強度は、従来のダイヤモンド焼結体2に使用されるダ
イヤモンド粒子2の耐破壊強度の2倍以上であって、ダ
イヤモンド粒子1の耐破壊強度が大であるために、ダイ
ヤモンド粒子1を使用したダイヤモンド焼結体1の工具
として優れた耐摩耗性および耐衝撃性を得ることができ
る。
【0018】N2含有量が50ppm以下で、Fe、N
i、Coの少なくとも一種の含有量が1ppm以上60
0ppm以下で、粒度分布が20〜30μmで、特開平
06−165929号公報「ダイヤモンド単結晶の合成
方法」による単結晶を破砕したダイヤモンド粒子1を、
Co−10%Feを結合材として、モリブデン製の容器
の中で圧力5.5GPa、温度1400℃にて15分間
の焼結を行ない、ダイヤモンド焼結体1を得た。
【0019】このダイヤモンド焼結体1をダイヤモンド
のみを残して残部を酸で溶食除去して、残ったダイヤモ
ンドのダイヤモンド焼結体1に対する体積%は80〜9
5%であった。残ったダイヤモンドは、焼結前のダイヤ
モンド粒子1に分解してバラバラに分散することなく、
ダイヤモンド粒子1同士が強固に結合されていた。
【0020】次に、同じく容器から取り出したダイヤモ
ンド焼結体1を用いて、切削試験用工具を作製して切削
試験を行なった。被削材は、25重量%のSiを含有し
たアルミニウム溶製材で、切削条件は、切削速度300
m/分、送り0.2mm/回転、切り込み0.5mmの
15分間である。
【0021】切削試験後のダイヤモンド焼結体1を用い
た切削試験用工具の刃先の逃げ面摩耗幅(Vb)の値
は、次に述べるダイヤモンド焼結体2での値の半分以下
の小さいものであった。
【0022】N2窒素含有量が100ppm以上、Fe
を900ppm(0.09%)、Niを600ppm
(0.06%)含有し、粒度分布が20〜30μmであ
る通常のダイヤモンド粒子2をモリブデン製の容器に入
れ、前記ダイヤモンド焼結体1を得るのと同じ条件で焼
結を行い、ダイヤモンドのダイヤモンド焼結体2に対す
る体積%は80〜95%であるダイヤモンド焼結体2を
作製した。
【0023】そして、ダイヤモンド焼結体1に用いたの
と同様の条件の切削試験後、その切削試験用工具の刃先
逃げ面摩耗幅(Vb)の値は、ダイヤモンド焼結体1で
の値より大きいものとなった。
【0024】
【実施例】次に本発明のさらに具体的な実施例及び比較
例を示す。実施例(1)〜(4)として、低窒素・低金
属含有量である前記特開平06−165929号公報
「ダイヤモンド単結晶の合成方法」による単結晶を破砕
したダイヤモンド粒子1で、表1に示す粒度分布のもの
を表2に示す割合で混合した。このダイヤモンド粒子1
のN2含有量は40ppm、Coが500ppm(F
e、Niは検出せず。)であった。
【0025】表1に示すA〜Fの6種類のダイヤモンド
粒子試料は、Aの粒度分布は0.01〜1μm、Bは1
〜5μm、Cは5〜10μm,Dは20〜30μm,E
は30〜50μm,Fは90〜100μmである。
【0026】そして、ダイヤモンド粒子試料A及びCの
各体積%で50%としたものを実施例(1)、Bを30
%でDを70%としたものを実施例(2)、A及びEを
50%としたものを実施例(3)、Cを40%でFを6
0%としたものを実施例(4)とした。
【0027】各実施例のダイヤモンド粒子1をモリブデ
ン製の容器に入れ、この上にCo−10%Fe板を置
き、この容器を超高圧・高温発生装置(5.5GPa、
1400℃)で15分間焼結しダイヤモンド焼結体1を
作製した。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】各実施例のダイヤモンド焼結体1全体に対
するダイヤモンドの体積%は90%で、ダイヤモンド以
外の残りの部分には、Fe、Coを検出している。そし
て、このダイヤモンド焼結体1の耐衝撃性を評価するた
めに、落錘式衝撃試験により破壊衝撃エネルギーを求め
た。
【0031】この試験は、直径13mm厚さ3.5mm
のタングステン−カーバイド製超硬合金円板であって、
その片方の円板上面に1〜1.5μmの試験用ダイモン
ド焼結体を生成させたものの上角斜め方向に、同じく斜
め方向から重錘を落下させて、試験用ダイヤモンド焼結
体の破壊損傷を観察するものである。
【0032】その重錘の落下エネルギーから破壊衝撃エ
ネルギーを算出した。その結果は、表2に示すように、
実施例(1)〜(4)は25〜35ジュール(J)とい
う良好な特性を示している。
【0033】このダイヤモンド焼結体1を用いて、切削
試験用工具を作製して切削試験を行なった。被削材は、
花崗岩で、切削条件は、切削速度200m/分、送り
0.2mm/回転、切り込み0.5mmの3分間であ
る。
【0034】切削試験後の切削試験用工具の刃先逃げ面
摩耗幅(Vb)は0.21〜0.41mmという少ない
値であった。
【0035】また、比較例(1)〜(4)として、N2
窒素含有量が150ppm、Feを900ppm、Ni
を600ppm含有するダイヤモンド粒子2で、実施例
(1)〜(4)と各々同様の粒度分布を持つもの作製し
た。
【0036】そして、実施例(1)〜(4)と同様に、
ダイヤモンド焼結体全体に対するダイヤモンドの体積%
が90%であるダイヤモンド焼結体2を用いた切削試験
用工具により、破壊衝撃エネルギー及び切削試験を行な
った。その結果は、表2に示すように、実施例(1)〜
(4)と比較して、悪い値を示している。
【0037】
【発明の効果】切削試験後、低窒素・低金属含有量であ
るダイヤモンド粒子1のダイヤモンド焼結体1による切
削試験用工具の刃先逃げ面摩耗幅は、金属含有量の多い
ダイヤモンド粒子2によるものより小さく、又前者のダ
イヤモンド焼結体1の破壊衝撃エネルギーは後者より大
きく、耐衝撃性にも優れている。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼結体全体に対するダイヤモンドの体積
    %が80〜95%、残部が鉄、ニッケル、コバルトの少
    なくとも一種の合金よりなる工具用ダイヤモンド焼結体
    であって、前記ダイヤモンドは窒素を最大50ppm含
    有し、最大粒径が100μmのダイヤモンド粒子である
    ことを特徴とする工具用ダイヤモンド焼結体。
  2. 【請求項2】 前記ダイヤモンド粒子は鉄、ニッケル、
    コバルトの少なくとも一種を最大600ppm含有する
    ことを特徴とする請求項1記載の工具用ダイヤモンド焼
    結体。
  3. 【請求項3】 窒素の最大含有量50ppm、鉄、ニッ
    ケル、コバルトの少なくとも一種の最大含有量600p
    pm、最大粒径100μmのダイヤモンド粒子を、鉄、
    ニッケル、コバルトの少なくとも一種を結合材として焼
    結することを特徴とする工具用ダイヤモンド焼結体の製
    造方法。
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