JPH1179839A - Tungsten carbide-based cemented carbide material and its production - Google Patents

Tungsten carbide-based cemented carbide material and its production

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JPH1179839A
JPH1179839A JP9244228A JP24422897A JPH1179839A JP H1179839 A JPH1179839 A JP H1179839A JP 9244228 A JP9244228 A JP 9244228A JP 24422897 A JP24422897 A JP 24422897A JP H1179839 A JPH1179839 A JP H1179839A
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JP
Japan
Prior art keywords
tungsten carbide
hard material
producing
super
temperature
Prior art date
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Application number
JP9244228A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Suzuki
謙爾 鈴木
Toshio Hirai
敏雄 平井
Mamoru Omori
守 大森
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Tokyo Tungsten Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Tungsten Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1179839A publication Critical patent/JPH1179839A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a tungsten carbide-based cemented carbide material comprising a WC-, a W2 C- or a WC-W2 C-based sintered compact and to provide a method for producing the tungsten carbide sintered compact and the tungsten carbide-based cemented carbide material. SOLUTION: This tungsten carbide-based cemented carbide material has a composition substantially composed of 100-0 mol.% W2 C and 0-100 mol.% WC and further has >=14 GPa measured value of Vickers hardness under 10 N load and >=5 MPa.m<1/2> value of toughness. The tungsten carbide-based cemented carbide material is produced by mixing two kinds of W, C, WC and W2 C at a predetermined mixing ratio, holding the resultant mixture within a predetermined temperature range for a predetermined time in a vacuum or an inert gas using a discharge plasma system and carrying out the reaction and sintering. A hot isostatic pressing(HIP) treatment of the obtained sintered compact may be performed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は,タングステン
(W)−カーボン(C)系の化合物と,それを用いた超
硬質材料およびその製造方法に関し,無機金属材料の分
野,特には超硬質材料の分野において,新規な炭化タン
グステン系超硬質材料およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tungsten (W) -carbon (C) compound, an ultra-hard material using the same, and a method for producing the same. In the field, the present invention relates to a novel tungsten carbide super-hard material and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来,タングステン(W)−カーボン
(C)系の化合物である炭化タングステンとしては,一
炭化一タングステン(WC)と一炭化二タングステン
(W2 C)が知られている。このWCは,WとCとを,
1300〜2000℃の温度で,真空中あるいはH2
での炭化反応で作製されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, mono-tungsten monocarbide (WC) and di-tungsten monocarbide (W 2 C) have been known as tungsten (W) -carbon (C) compounds. This WC connects W and C,
It is produced by a carbonization reaction in a vacuum or H 2 at a temperature of 1300 to 2000 ° C.

【0003】しかし,微細なWC粉とする原料では,不
純物としてW2 Cが含まれる。
[0003] However, a raw material used as fine WC powder contains W 2 C as an impurity.

【0004】一方,W2 Cは,黒鉛ルツボに,2:1の
原子当量比で,WとCとを入れ,1600℃に加熱して
生成する。この生成したW2 Cには,WCが不純物とし
て含まれている。
On the other hand, W 2 C is produced by putting W and C in a graphite crucible at an atomic equivalent ratio of 2: 1 and heating to 1600 ° C. The generated W 2 C contains WC as an impurity.

【0005】前述した2つの炭化タングステン原料のう
ち超硬質材料の原料として使われているのはWCのみ
で,W2 Cは好ましくない材料と考えられていた。
[0005] Of the two tungsten carbide raw materials mentioned above, only WC is used as the raw material of the super-hard material, and W 2 C was considered to be an unfavorable material.

【0006】ところで,従来,WCから超硬質材料を合
成するには,Coを添加して行われている。すなわち微
粒のWC粉に2〜25%のCoを添加し,真空中あるい
は不純物ガス雰囲気中で1300〜1500℃に焼成
し,緻密なWC−Co系超硬質材料が製造されている。
さらに穴など欠陥を除くため熱間静水圧焼結(HIP)
にかけられている。
Conventionally, a super-hard material is synthesized from WC by adding Co. That is, 2 to 25% of Co is added to fine WC powder and fired at 1300 to 1500 ° C. in a vacuum or in an impurity gas atmosphere to produce a dense WC-Co-based ultra-hard material.
Hot isostatic sintering (HIP) to eliminate defects such as holes
It is being applied to

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来のWCならびにW
2 Cの製造方法によって合成されるWCには,W2 Cが
不純物として存在し,一方,W2 CにはWCが不純物と
して存在している。
SUMMARY OF THE INVENTION Conventional WC and W
The WC synthesized by the production method of 2 C, W 2 C is present as an impurity, while the W 2 C is present WC is as an impurity.

【0008】また,従来のWC焼結方法では,Coを添
加しないと緻密な焼結体とするのが困難であった。この
2つの理由により純粋なWCおよびW2 C焼結体の性質
を調べることが重要な課題となっていた。
In the conventional WC sintering method, it is difficult to obtain a dense sintered body unless Co is added. For these two reasons, it has been an important task to investigate the properties of pure WC and W 2 C sintered bodies.

【0009】また,前述したように,Coを添加して焼
結するとき,WC組成より炭素が少い,つまりW2 Cが
含まれているとCoと反応して脆いη相が生成し,それ
はWCの靱性を悪くしている。また,Coは,WCとβ
相を形成して粒界に存在し,WC−Co系の焼結を促進
し,靱性を大きくしているとされている。しかしこのβ
相は軟らかいため,WC−Co系の焼結体の硬度は,小
さくなる傾向にある。例えば,5%のCoを添加した焼
結体のビッカース硬度は,約15GPaとなり,アルミ
ナ,Si3 4 およびSiC焼結体より小さくなってい
る。これに対して,靱性値においては,12GPa・m
1/2 と他のものに比べかなり大きくなっている。
Further, as described above, when sintering by adding Co, if the carbon content is less than the WC composition, that is, if W 2 C is contained, it reacts with Co to form a brittle η phase, It makes WC tougher. Co is WC and β
It is said that it forms a phase and exists at the grain boundary, promotes sintering of the WC-Co system, and increases toughness. But this β
Since the phase is soft, the hardness of the WC-Co based sintered body tends to decrease. For example, the sintered body to which 5% Co is added has a Vickers hardness of about 15 GPa, which is smaller than that of the alumina, Si 3 N 4 and SiC sintered bodies. On the other hand, in the toughness value, 12 GPa · m
1/2 is much larger than others.

【0010】一般に,超硬質材料としては,硬度や靱性
は大きい方が好ましい。しかしWCは難焼結性であるた
めCoを除いたWCのみの焼結体を合成することは困難
でCo添加による硬度の低下はさけられなかった。
Generally, it is preferable that the hardness and toughness of the super-hard material are large. However, since WC is difficult to sinter, it was difficult to synthesize a sintered body of only WC excluding Co, and a decrease in hardness due to the addition of Co was not avoided.

【0011】また,WC−Co系超硬質材料では,WC
粒度が大きくなるほど硬さは低くなり,抗折力も小さく
なる。この反対に,WC粒を微細にすると,硬さが向上
し,抗折力も上昇する。しかし,微細なWCにW2 Cが
含まれるためWC−Co系超硬質材料中にη相が生成す
るのがさけられず,η相による靱性低下を防ぐことが課
題の1つとなっていた。
[0011] In the case of a WC-Co super-hard material, WC
The larger the particle size, the lower the hardness and the lower the bending strength. Conversely, when the WC grains are made finer, the hardness increases and the transverse rupture strength also increases. However, since the fine WC contains W 2 C, it is unavoidable that an η phase is generated in the WC-Co-based ultra-hard material, and one of the problems is to prevent a decrease in toughness due to the η phase.

【0012】そこで,本発明の一般的な技術的課題は,
高い硬度と靱性を備えた炭化タングステン系超硬質材料
と,その製造方法とを提供することにある。
Therefore, a general technical problem of the present invention is to
An object of the present invention is to provide a tungsten carbide super-hard material having high hardness and toughness, and a method for manufacturing the same.

【0013】また,本発明の特殊な技術的課題は,W
C,W2 C,又はWC−W2 C系焼結体からなる炭化タ
ングステン系超硬質材料とそれらの製造方法とを提供す
ることにある。
A special technical problem of the present invention is that W
An object of the present invention is to provide a tungsten carbide-based super-hard material made of a C, W 2 C, or WC-W 2 C-based sintered body, and a method for producing the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決すべ
く,本発明者らは,鋭意研究した結果,放電プラズマシ
ステム(住友石炭鉱業(株)とソディック(株)で製造
販売)を用いると,WとCとを原料にして純粋のWCと
2 Cの焼結体が合成できることを発見した。この放電
プラズマシステムは,直接通電のホットプレスの1種で
ある。また,このシステムにおいては,通電用の電源に
放電加工機と同じ直流のパルス通電方式を採用してい
る。具体的には,粉体を詰めた黒鉛型に直流をパルスで
流すと,粉体間に放電プラズマシステムを発生し,通常
の熱のみによる化学反応,焼結とは異る現象の起ること
が期待できる。したがって,WCとW2 Cとに関し,放
電プラズマシステムを用いると,純粋な化合物として得
られるのは,この放電プラズマの効果によるものであ
る。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research and have found that using a discharge plasma system (manufactured and sold by Sumitomo Coal Mining Co., Ltd. and Sodick Co., Ltd.). Discovered that pure WC and W 2 C sintered bodies could be synthesized using W and C as raw materials. This discharge plasma system is one type of hot press directly energized. Further, in this system, the same direct current pulse energization system as that of the electric discharge machine is adopted as a power supply for energization. Specifically, when a pulsed direct current is applied to a graphite mold filled with powder, a discharge plasma system is generated between the powders, and a phenomenon different from chemical reaction or sintering caused only by ordinary heat occurs. Can be expected. Therefore, with respect to WC and W 2 C, when a discharge plasma system is used, a pure compound is obtained due to the effect of the discharge plasma.

【0015】さらに,本発明者らは,放電プラズマシス
テムを用いると,Coを添加することなく,W粉とC粉
とから緻密なWC焼結体およびW2 C焼結体を合成でき
ることを見出だした。このCo無添加による緻密化の進
行も放電プラズマ効果によるものである。
Further, the present inventors have found that a dense WC sintered body and a W 2 C sintered body can be synthesized from W powder and C powder without using Co by using a discharge plasma system. I started. The progress of densification due to no Co addition is also due to the discharge plasma effect.

【0016】また,本発明者らは,WとCとの割合をW
CからW2 Cまで変化させ,放電プラズマシステムを用
いて反応および焼結するとWCからW2 Cまでの間の緻
密なWC−W2 C焼結体を合成できることも分かった。
Further, the present inventors set the ratio of W and C to W
Is changed from C to W 2 C, it was found that a dense WC-W 2 C sintered between when reacted and sintered using spark plasma system from WC to W 2 C can be synthesized.

【0017】市販のWC粉はW2 Cを0.01〜0.0
5モル%含有しているが,このまま放電プラズマシステ
ムを用いると,緻密な焼結体とできる。さらに,不純物
として含まれるW2 Cをなくすため,この市販のWC粉
にCを添加し,放電プラズマシステムで焼結すると,緻
密で純粋なWC焼結体を得ることができる。
[0017] Commercially available WC powder has a W 2 C content of 0.01 to 0.0.
Although the content is 5 mol%, a dense sintered body can be obtained by using a discharge plasma system as it is. Furthermore, if C is added to this commercially available WC powder and sintered by a discharge plasma system in order to eliminate W 2 C contained as an impurity, a dense and pure WC sintered body can be obtained.

【0018】即ち,本発明によれば,100〜0モル%
のW2 C及び0〜100モル%のWCから実質的になる
組成を備え,荷重10Nでのビッカース硬度測定値が1
4GPa以上であり,靱性値が5MPa・m1/2 以上で
あることを特徴とする炭化タングステン系超硬質材料が
得られる。
That is, according to the present invention, 100 to 0 mol%
With a composition consisting essentially of W 2 C and 0-100 mol% WC, and having a Vickers hardness measurement value of 1 at a load of 10 N.
A tungsten carbide super-hard material having a strength of 4 GPa or more and a toughness value of 5 MPa · m 1/2 or more is obtained.

【0019】また,本発明によれば,原子当量比2:
0.9でWとCとを混合し,放電プラズマシステムを用
いて,真空中あるいは不活性ガス中で1400〜200
0℃の温度範囲で反応してW2 Cの焼結体を得ることを
特徴とする炭化タングステン焼結体の製造方法が得られ
る。
Further, according to the present invention, an atomic equivalent ratio of 2:
W is mixed with C at 0.9, and 1400-200 in a vacuum or in an inert gas using a discharge plasma system.
A method for producing a tungsten carbide sintered body characterized by obtaining a W 2 C sintered body by reacting in a temperature range of 0 ° C.

【0020】また,本発明によれば,原子当量比1:1
でWとCとを混合し,放電プラズマシステムを用いて,
真空中あるいは不活性ガス中で1400〜2000℃の
温度範囲に1〜120分間保持し反応してWCの焼結体
を得ることを特徴とする炭化タングステン焼結体の製造
方法が得られる。
According to the present invention, the atomic equivalent ratio is 1: 1.
W and C are mixed by using a discharge plasma system.
A method for producing a tungsten carbide sintered body characterized in that it is maintained in a temperature range of 1400 to 2000 ° C. for 1 to 120 minutes in a vacuum or an inert gas and reacted to obtain a WC sintered body.

【0021】また,本発明によれば,前記いずれかの炭
化タングステン焼結体の製造方法に,更に,前記焼結体
を熱間静水圧焼結機(HIP)を用いて,圧力5MPa
〜200MPaの範囲で,温度1300〜2000℃の
範囲で10〜200分間処理する工程を有し,ポアをほ
とんどなくすることを特徴とする炭化タングステン系超
硬質材料の製造方法が得られる。
According to the present invention, in any of the above methods for producing a tungsten carbide sintered body, the sintered body is further subjected to a pressure of 5 MPa using a hot isostatic sintering machine (HIP).
There is provided a process for producing a tungsten carbide-based ultra-hard material characterized by having a step of treating at a temperature of 1300 to 2000 ° C. for 10 to 200 minutes at a temperature of 1 to 200 MPa and substantially eliminating pores.

【0022】また,本発明によれば,原子当量比1:
(0.45〜1)でCとWとを混合し,放電プラズマシ
ステムを用いて,真空中あるいは不活性ガス中で140
0〜2000℃の温度範囲に1〜120分間保持し反応
および焼結し,緻密なWC−W2 C系超硬質材料を得る
ことを特徴とする炭化タングステン系超硬質材料の製造
方法が得られる。
According to the present invention, the atomic equivalent ratio is 1:
(0.45-1), C and W are mixed, and the mixture is mixed in a vacuum or in an inert gas using a discharge plasma system.
A method for producing a tungsten carbide super hard material characterized by obtaining a dense WC-W 2 C super hard material by reacting and sintering at a temperature range of 0 to 2000 ° C. for 1 to 120 minutes to obtain a dense WC-W 2 C super hard material. .

【0023】また,本発明によれば,WCとW2 Cから
なる混合粉を放電プラズマシステムを用いて,真空中あ
るいは不活性ガス中で,1400〜2000℃の温度範
囲に1〜120分間保持し焼結し,緻密なWC−W2
系超硬質材料を得ることを特徴とする炭化タングステン
系超硬質材料の製造方法が得られる。
According to the present invention, the mixed powder composed of WC and W 2 C is maintained in a temperature range of 1400 to 2000 ° C. for 1 to 120 minutes in a vacuum or in an inert gas using a discharge plasma system. And sintered, dense WC-W 2 C
A method for producing a tungsten carbide-based super-hard material, characterized in that a super-hard material is obtained.

【0024】また,本発明によれば,WC粉に0.01
〜0.05モル%のCを添加し,放電プラズマシステム
を用いて,真空中あるいは不活性ガス中で,1400〜
2000℃の温度範囲に1〜120分間保持し焼結し,
緻密なWC系超硬質材料を得ることを特徴とする炭化タ
ングステン系超硬質材料の製造方法が得られる。
According to the present invention, the WC powder is added
~ 0.05 mol% of C is added, and using a discharge plasma system, in vacuum or in an inert gas,
Sintering at a temperature range of 2000 ° C for 1 to 120 minutes,
A method for producing a tungsten carbide-based super-hard material characterized by obtaining a dense WC-based super-hard material is obtained.

【0025】さらに,本発明によれば,前記いずれかの
炭化タングステン系超硬質材料の製造方法に,更に,前
記超硬質材料を熱間静水圧焼結機(HIP)を用いて,
圧力5MPa〜200MPaの範囲で,温度1300〜
2000℃の範囲で10〜200分間処理する工程を有
し,ポアをほとんどなくすることを特徴とする炭化タン
グステン系超硬質材料の製造方法が得られる。
Further, according to the present invention, in any one of the above-mentioned methods for producing a tungsten carbide-based super-hard material, the super-hard material is further subjected to hot isostatic pressing (HIP).
At a pressure of 5 MPa to 200 MPa, a temperature of 1300
A process for producing a tungsten carbide-based ultra-hard material, characterized by having a step of treating at 2,000 ° C. for 10 to 200 minutes and substantially eliminating pores.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下,本発明の実施の形態につい
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0027】まず,放電プラズマシステムを使いW粉と
C粉とを原料にして,W2 Cを合成した。W−C系の状
態図では,W2 Cの組成は,Wが2原子量とCが1原子
量ではなく,2Wに対し0.9Cの組成となっているの
で,2Wと0.9Cの割合で粉体を混合し,放電プラズ
マシステムを使い,純粋なW2 Cからなる緻密な焼結体
を合成した。
First, W 2 C was synthesized from a W powder and a C powder using a discharge plasma system. In the phase diagram of the WC system, the composition of W 2 C is not 2 atomic weights of W and 1 atomic weight of C, but has a composition of 0.9 C with respect to 2 W. The powder was mixed and a dense sintered body composed of pure W 2 C was synthesized using a discharge plasma system.

【0028】同様に1原子当量のW粉と,1原子当量の
C粉とを混合し,純粋のWCからなる緻密な焼結体を合
成した。
Similarly, 1 atomic equivalent of W powder and 1 atomic equivalent of C powder were mixed to synthesize a dense sintered body composed of pure WC.

【0029】上記2種の方法で得られた2つの焼結体の
靱性とビッカース硬度の測定結果を下記表1に示す。
Table 1 below shows the measurement results of the toughness and Vickers hardness of the two sintered bodies obtained by the above two methods.

【0030】下記表1に示すように,W2 C焼結体の硬
度は,WC−Co系超硬質材料のそれにほぼ等しく,W
2 C焼結体も超硬質材料として使えることが分かった。
As shown in Table 1 below, the hardness of the W 2 C sintered body is almost equal to that of the WC-Co super hard material.
2 C sintered body was also found that that can be used as a super-hard material.

【0031】また,WC焼結体の硬度は,WC−Co系
の1.5倍以上高く,靱性はWC−Co系より少し低い
程度で,他のセラミックスではジルコニア以外でこのよ
うに高い靱性値をもつものはなかった。
The hardness of the WC sintered body is at least 1.5 times higher than that of the WC-Co system, and the toughness is slightly lower than that of the WC-Co system. Other ceramics have such a high toughness other than zirconia. Nothing had.

【0032】また,本発明者は,WC焼結体とW2 C焼
結体の靱性の大きい理由を色々と研究した結果,WCと
2 Cとが室温近傍で塑性変形でき,応力が働いたと
き,金属のように転位が動き,スベリ変形が可能なため
であることを発見した。即ち,下記表1に示されるよう
に,WCにCoを添加しなくても,高い靱性のWC焼結
体の合成が可能である。
The inventor of the present invention has conducted various studies on the reason why the WC sintered body and the W 2 C sintered body have high toughness. As a result, WC and W 2 C can be plastically deformed at around room temperature, and stress is exerted. When they did, they discovered that the dislocations moved like metal, and that slip deformation was possible. That is, as shown in Table 1 below, a WC sintered body having high toughness can be synthesized without adding Co to WC.

【0033】また,W2 Cについては,硬度が30GP
aもあるとされてきたが,下記表1に示されるように,
その半分以下であり,靱性がWCより大きいことから,
WCよりさらに金属に近い,塑性変形が容易な化合物で
あることを明らかに示している。この結果,W粉とC粉
とを原料にその混合割合を2W+0.9CからW+Cと
変えることにより硬度が14〜24GPa,靱性値が1
0〜6GPam1/2 と変えた超硬質材料の合成を可能に
した。
The hardness of W 2 C is 30 GP.
a, but as shown in Table 1 below,
Because it is less than half and its toughness is larger than WC,
This clearly shows that the compound is closer to a metal than WC and easily plastically deformed. As a result, the hardness was 14 to 24 GPa and the toughness was 1 by changing the mixing ratio of W powder and C powder as raw materials from 2 W + 0.9 C to W + C.
The synthesis of an ultra-hard material with a change of 0 to 6 GPam 1/2 has been made possible.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】次に,本発明の実施の形態による炭化タン
グステン(WC−W2 C)系超硬質材料の製造方法につ
いて述べる。
Next, a method of manufacturing a tungsten carbide (WC-W 2 C) -based ultra-hard material according to an embodiment of the present invention will be described.

【0036】本発明の実施の形態によるWC−W2 C系
超硬質材料の製造は,次の1)〜5)の5つの原料を用
いて行われる。
The production of the WC-W 2 C-based ultra-hard material according to the embodiment of the present invention is performed using the following five raw materials 1) to 5).

【0037】1)Wの1原子当量とCの0.45原子当
量を混合した原料 2)Wの1原子当量に対し,Cを1原子当量を混合した
原料 3)Wの1原子当量に対し,Cを0.45〜1.0原子
当量混合した原料 4)市販のWC原料 5)市販のWCに0.01〜0.05モル%のCを添加
し混合した原料 上記原料を黒鉛型に詰め,放電プラズマシステムに設置
し,真空あるいは窒素,アルゴン等の不活性ガス雰囲気
としてから,通電し温度を上げる。
1) A raw material obtained by mixing 1 atomic equivalent of W and 0.45 atomic equivalent of C 2) A raw material obtained by mixing 1 atomic equivalent of C with respect to 1 atomic equivalent of W 3) A raw material obtained by mixing 1 atomic equivalent of W 4) A commercially available WC raw material 5) A raw material obtained by adding 0.01 to 0.05 mol% of C to a commercially available WC and mixing the above raw material into a graphite mold Packing and installation in a discharge plasma system, and after applying a vacuum or an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, energize and raise the temperature.

【0038】ここで,W2 CおよびWCを合成および焼
結するための温度は1400〜2000℃の範囲にする
と良い結果が得られる。というのは,1400℃以下で
は反応および焼結が部分的にしか起きない。また,20
00℃以上においては,反応および焼結はそれ以下の温
度で完了しているので,焼結体の粒成長が起り,強度を
低下させることになるので,それ以下の温度にするのが
よいからである。好ましくは1500〜1900℃にす
ることで良い結果が得られる。
Here, good results can be obtained if the temperature for synthesizing and sintering W 2 C and WC is in the range of 1400 to 2000 ° C. At temperatures below 1400 ° C., the reaction and sintering occur only partially. Also, 20
When the temperature is higher than 00 ° C., the reaction and sintering are completed at a temperature lower than the temperature. Therefore, the grain growth of the sintered body occurs and the strength is reduced. It is. Preferably, a temperature of 1500 to 1900 ° C. gives good results.

【0039】また,反応および焼結するための温度に到
達する時間は,放電プラズマシステムの性能に関係して
おり,通常に3〜30分の範囲が性能と経済性から好ま
しい。反応および焼結するための温度での保持時間は,
1〜120分の範囲が良い。というのは,1分以下では
反応および焼結が部分的にしか起きない。また,120
分以上保持することは,120分以下の保持で反応およ
び焼結が完了しており,焼結体の粒成長を促進し,強度
低下を招くのみでよくないからである。好ましくは,3
〜60分の範囲で良い結果が得られる。
The time required to reach the temperature for the reaction and sintering is related to the performance of the discharge plasma system, and usually a range of 3 to 30 minutes is preferable from the viewpoint of performance and economy. The holding time at the temperature for reaction and sintering is
A range of 1 to 120 minutes is good. In less than one minute the reaction and sintering occur only partially. In addition, 120
Holding for more than one minute is because the reaction and sintering are completed after holding for 120 minutes or less, which only promotes the grain growth of the sintered body and lowers the strength, which is not good. Preferably, 3
Good results are obtained in the range of 6060 minutes.

【0040】また,反応および焼結は,加圧しながら行
われる。加圧力の範囲は5〜200MPaが適当であ
る。というのは,5MPa以下では,黒鉛型全体の密着
が悪くなり,電気抵抗が大きくなり通電できなくなる。
一方,200MPaの圧力に耐える黒鉛型がないため2
00MPa以上にすることはできないからである。
The reaction and sintering are performed while applying pressure. The range of the applied pressure is suitably from 5 to 200 MPa. If the pressure is 5 MPa or less, the adhesion of the entire graphite mold becomes poor, the electric resistance increases, and the current cannot be supplied.
On the other hand, since there is no graphite mold that can withstand the pressure of 200 MPa, 2
This is because the pressure cannot be increased to 00 MPa or more.

【0041】また,放電プラズマシステムにより合成さ
れた緻密な超硬質材料には,ポアはほとんど含まれない
が,さらに材料としての信頼性を上げるために,熱間静
水圧焼結機(HIP)を用いて前記材料を熱処理するこ
とは,ポアをいっそう少くする関点から工業的に重要な
ことである。このHIP処理の圧力は5〜200MPa
の範囲で良い結果が得られる。5MPa以下ではポアを
十分除くことができず,200MPa以上としてもポア
を除く効果には変わりなくなる。HIP処理する温度は
1300〜2000℃の範囲とするのが適当である。そ
の理由は,1300℃以下ではポアを除く効果がほとん
どなく,一方,2000℃以上にしても,それ以下の温
度での処理と,ポアを除く効果には変化がなくなるから
である。
The dense ultra-hard material synthesized by the discharge plasma system hardly contains pores. However, in order to further improve the reliability of the material, a hot isostatic press (HIP) is used. Heat treating the material using is of industrial importance in terms of further reducing pores. The pressure of this HIP processing is 5 to 200 MPa.
Good results can be obtained within the range. If the pressure is 5 MPa or less, the pores cannot be sufficiently removed, and even if the pressure is 200 MPa or more, the effect of removing the pores remains unchanged. It is appropriate that the temperature for the HIP treatment is in the range of 1300 to 2000 ° C. The reason for this is that there is almost no effect of removing pores at 1300 ° C. or less, while there is no change in the treatment at a temperature lower than 2000 ° C. and the effect of removing pores.

【0042】また,HIP処理する時間を10〜200
分間とするとよい結果が得られる。その理由は,10分
以下では短かすぎてポアを除く効果は少く,200分以
上処理を行ってもポアを除く効果は,200分での処理
と変るところがないからである。
The time for the HIP process is set to 10 to 200 hours.
Minutes give good results. The reason is that if the time is less than 10 minutes, the effect of removing pores is too short and the effect of removing pores is not different from the processing of 200 minutes even if the processing is performed for 200 minutes or more.

【0043】[0043]

【実施例】以下,本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0044】(実施例1)市販のWC粉(平均粒径,
0.56μm)を黒鉛型につめ,放電プラズマシステム
に設置し,真空にした。39.2MPaの圧力を加えな
がら通電し,1750℃まで20分で昇温し,1750
℃に4分間保持して緻密なWC−W2 C系超硬質材料を
合成した。その特性を下記表2に示した。
Example 1 Commercially available WC powder (average particle size,
0.56 μm) was packed in a graphite mold, placed in a discharge plasma system, and evacuated. Electricity was applied while applying a pressure of 39.2 MPa, and the temperature was raised to 1750 ° C. in 20 minutes.
C. for 4 minutes to synthesize a dense WC-W 2 C-based ultra-hard material. The characteristics are shown in Table 2 below.

【0045】[0045]

【表2】 [Table 2]

【0046】(実施例2)実施例1で使用した市販のW
C粉に0.02原子%のカーボンブラックを添加し,混
合してから黒鉛型に詰め放電プラズマシステムに設置し
た後,アルゴンガスで置換した。19.6MPaの圧力
をかけながら,1640℃まで15分で昇温し,この温
度に10分間保持し,WC超硬質材料を得た。このWC
超硬質材料の性質を下記表3に示した。
(Example 2) Commercially available W used in Example 1
C2 powder was added with 0.02 atomic% of carbon black, mixed, packed into a graphite mold, installed in a discharge plasma system, and replaced with argon gas. While applying a pressure of 19.6 MPa, the temperature was raised to 1640 ° C. in 15 minutes and kept at this temperature for 10 minutes to obtain a WC ultra-hard material. This WC
The properties of the super hard material are shown in Table 3 below.

【0047】[0047]

【表3】 [Table 3]

【0048】(実施例3)実施例2で合成したWC超硬
質材料を熱間静水圧焼結機(HIP)を使い,アルゴン
ガスを100MPa導入し,1900℃まで90分間で
昇温し,この温度に30分間保持してポアを除くための
熱処理を完了した。このWC超硬質材料の性質を下記表
4に示す。上記表3に示されるWC超硬質材料に比べ,
ヤング率の値が少し大きくなり,ポアが減少しているこ
とが分かる。
Example 3 The WC ultra-hard material synthesized in Example 2 was heated to 1900 ° C. in 90 minutes by introducing a hot gas of 100 MPa using a hot isostatic sintering machine (HIP). The temperature was maintained for 30 minutes to complete the heat treatment for removing pores. The properties of this WC superhard material are shown in Table 4 below. Compared to the WC super hard material shown in Table 3 above,
It can be seen that the value of the Young's modulus is slightly increased and the pore is reduced.

【0049】[0049]

【表4】 [Table 4]

【0050】(実施例4)下記表5に示す割合でW粉と
カーボンブラックとを混合した各混合粉体を黒鉛型に詰
め,放電プラズマシステムに設置した。このシステムを
真空にしてから,通電し約20分で1800℃に昇温
し,この温度に2分間保持してWC,W2 CおよびWC
−W2 C系超硬質材料を合成した。その性質を下記表5
に示した。
(Example 4) Each mixed powder obtained by mixing W powder and carbon black at the ratio shown in Table 5 below was packed in a graphite mold and installed in a discharge plasma system. The system was evacuated, energized and heated to 1800 ° C. in about 20 minutes, held at this temperature for 2 minutes and WC, W 2 C and WC
The -W 2 C-based superhard materials were synthesized. The properties are shown in Table 5 below.
It was shown to.

【0051】[0051]

【表5】 [Table 5]

【0052】以上説明したように,本発明の超硬質材料
は,切削工具としてバイト,ドリル,カッター,リーマ
ーおよびその他,せん断加工工具としてサイドトリーマ
ー,ギャングスリッター,リードワイヤーカッタ,ペー
パースリッター,ドラムシャー,長尺裁断刃,各種抜型
およびその他逆性加工工具として冷間鍛造型,熱間鍛造
型,絞り型,引抜ダイス,熱間線材圧延ロールおよびそ
の他,耐摩耐圧部品としてメカニカルシール,ドリルプ
ッシュ,ノズル,ワークレストブレード,ゲージプレー
ト,高圧型,合成用シリンダー,合成用プランジャー,
超高圧型およびその他,土木建設鉱山工具として打撃穿
孔工具,回転穿孔工具,機械掘削工具およびその他に使
われ,さらに粉末成形型,ボーリングバー,スパイク,
各種モールド,打刻印などにも適用され得る。
As described above, the super-hard material of the present invention can be used as a cutting tool such as a cutting tool, a drill, a cutter, a reamer and the like. Cold forging die, hot forging die, drawing die, drawing die, hot wire rolling roll, etc. as long cutting blades, various punching and other reversing tools, mechanical seal, drill push, nozzle, Workrest blade, gauge plate, high pressure type, cylinder for synthesis, plunger for synthesis,
Ultra-high pressure type and others, used for impact drilling tools, rotary drilling tools, mechanical drilling tools and others as civil engineering mining tools, and powder molding dies, boring bars, spikes,
It can also be applied to various molds, stamps, and the like.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように,本発明において
は,高い硬度と靱性を備えた炭化タングステン系超硬質
材料とその製造方法とを提供することができる。
As described above, the present invention can provide a tungsten carbide super-hard material having high hardness and toughness and a method for producing the same.

【0054】また,本発明においては,高い硬度と靱性
を備えたWC,W2 C,又はWC−W2 C系焼結体から
なる炭化タングステン系超硬質材料とそれらの製造方法
とを提供することができる。
The present invention also provides a tungsten carbide super-hard material made of a WC, W 2 C, or WC-W 2 C sintered body having high hardness and toughness, and a method for producing the same. be able to.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 100〜0モル%のW2 C及び0〜10
0モル%のWCから実質的になる組成を備え,荷重10
Nでのビッカース硬度測定値が14GPa以上であり,
靱性値が5MPa・m1/2 以上であることを特徴とする
炭化タングステン系超硬質材料。
1. The method according to claim 1, wherein the W 2 C is from 100 to 0 mol% and the amount is from 0 to 10.
It has a composition consisting essentially of 0 mol% WC and has a load of 10
Vickers hardness measurement value in N is 14 GPa or more,
A tungsten carbide super-hard material having a toughness value of 5 MPa · m 1/2 or more.
【請求項2】 原子当量比2:0.9でWとCとを混合
し,放電プラズマシステムを用いて,真空中あるいは不
活性ガス中で1400〜2000℃の温度範囲で反応し
てW2 Cの焼結体を得ることを特徴とする炭化タングス
テン焼結体の製造方法。
2. Mixing W and C at an atomic equivalence ratio of 2: 0.9, and reacting in a vacuum or an inert gas in a temperature range of 1400 to 2000 ° C. using a discharge plasma system to produce W 2. A method for producing a tungsten carbide sintered body, comprising obtaining a sintered body of C.
【請求項3】 原子当量比1:1でWとCとを混合し,
放電プラズマシステムを用いて,真空中あるいは不活性
ガス中で1400〜2000℃の温度範囲に1〜120
分間保持し反応してWCの焼結体を得ることを特徴とす
る炭化タングステン焼結体の製造方法。
3. Mixing W and C at an atomic equivalent ratio of 1: 1;
Using a discharge plasma system in a vacuum or in an inert gas at a temperature in the range of
A method for producing a tungsten carbide sintered body, characterized in that a sintered body of WC is obtained by holding and reacting for one minute.
【請求項4】 請求項2又は3記載の炭化タングステン
焼結体の製造方法に,更に,前記焼結体を熱間静水圧焼
結機(HIP)を用いて,圧力5MPa〜200MPa
の範囲で,温度1300〜2000℃の範囲で10〜2
00分間処理する工程を有し,ポアをほとんどなくする
ことを特徴とする炭化タングステン系超硬質材料の製造
方法。
4. The method for producing a tungsten carbide sintered body according to claim 2, further comprising the step of using a hot isostatic sintering machine (HIP) to apply a pressure of 5 MPa to 200 MPa.
At a temperature of 1300 to 2000 ° C. and 10 to 2
A method for producing a tungsten carbide-based ultra-hard material, comprising a step of treating for 00 minutes and substantially eliminating pores.
【請求項5】 原子当量比1:(0.45〜1)でCと
Wとを混合し,放電プラズマシステムを用いて,真空中
あるいは不活性ガス中で1400〜2000℃の温度範
囲に1〜120分間保持し反応および焼結し,緻密なW
C−W2 C系超硬質材料を得ることを特徴とする炭化タ
ングステン系超硬質材料の製造方法。
5. A mixture of C and W in an atomic equivalence ratio of 1: (0.45-1), and using a discharge plasma system in a vacuum or an inert gas at a temperature of 1400-2000 ° C. Hold for ~ 120 minutes to react and sinter to obtain dense W
A method for producing a tungsten carbide super hard material, characterized by obtaining a C-W 2 C super hard material.
【請求項6】 WCとW2 Cからなる混合粉を放電プラ
ズマシステムを用いて,真空中あるいは不活性ガス中
で,1400〜2000℃の温度範囲に1〜120分間
保持し焼結し,緻密なWC−W2 C系超硬質材料を得る
ことを特徴とする炭化タングステン系超硬質材料の製造
方法。
6. A mixed powder composed of WC and W 2 C is sintered in a vacuum or an inert gas at a temperature of 1400 to 2000 ° C. for 1 to 120 minutes by using a discharge plasma system, and sintered. A method for producing a tungsten carbide super hard material, characterized by obtaining an excellent WC-W 2 C super hard material.
【請求項7】 WC粉に0.01〜0.05モル%のC
を添加し,放電プラズマシステムを用いて,真空中ある
いは不活性ガス中で,1400〜2000℃の温度範囲
に1〜120分間保持し焼結し,緻密なWC系超硬質材
料を得ることを特徴とする炭化タングステン系超硬質材
料の製造方法。
7. The WC powder contains 0.01 to 0.05 mol% of C.
And sintering it in a vacuum or inert gas for 1 to 120 minutes in a vacuum or in an inert gas using a discharge plasma system to obtain a dense WC superhard material. Of producing a tungsten carbide super-hard material.
【請求項8】 請求項5乃至7の内のいずれかに記載の
炭化タングステン系超硬質材料の製造方法に,更に,前
記超硬質材料を熱間静水圧焼結機(HIP)を用いて,
圧力5MPa〜200MPaの範囲で,温度1300〜
2000℃の範囲で10〜200分間処理する工程を有
し,ポアをほとんどなくすることを特徴とする炭化タン
グステン系超硬質材料の製造方法。
8. The method for producing a tungsten carbide super-hard material according to any one of claims 5 to 7, further comprising: using a hot isostatic press (HIP) for the super-hard material.
At a pressure of 5 MPa to 200 MPa, a temperature of 1300
A method for producing a tungsten carbide-based ultra-hard material, comprising a step of treating at 2,000 ° C. for 10 to 200 minutes to substantially eliminate pores.
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