JPS5879881A - ビツト用複合ダイヤモンド焼結体 - Google Patents

ビツト用複合ダイヤモンド焼結体

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JPS5879881A
JPS5879881A JP17839781A JP17839781A JPS5879881A JP S5879881 A JPS5879881 A JP S5879881A JP 17839781 A JP17839781 A JP 17839781A JP 17839781 A JP17839781 A JP 17839781A JP S5879881 A JPS5879881 A JP S5879881A
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JP
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sintered body
diamond sintered
diamond
composite
composite diamond
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鴻野 雄一郎
昭夫 原
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダイヤモンドを主体とする硬質焼結体と支持部
材とからなる複合硬質焼結体の改良に関し、特に石油、
地熱など地殻資源利用のだめの掘削作業に用いるビット
用複合ダイヤモンド焼結体の改良に関するものである。
石油、天然ガス、地熱などの地下資源利用のため石油井
、地熱井の掘削が行なわれている。
掘削にはドリルビットと称する掘削用具が用いられ、こ
の刃先材料として超硬合金が主に用いられてきた。しか
しながら、地層の中でも比較的軟質の堆積層では超硬合
金製ドリルビットで充分な掘削能率、ビット寿命が得ら
れるが、硬質の堆積層や火成岩ではビット寿命が非常に
短か<、殆んど、掘削できない場合もあるのか実情であ
った。
光材料としてダイヤモンド粒子と超高圧下で焼結した多
結晶焼結ダイヤモンドが開発され使用され始めている。
多結晶ダイヤモンドは最初、金属材料切削用工具として
開発され、第1図に示すような多結晶ダイヤモンド層1
が超硬合金2に接合された形のものが使用されており、
+4.:開用Oものも、第1図とほぼ同じ形のものか1
史用されている。
しかしながら掘削用途では1通常の金属切削と異なシ、
掘削時に非常に大きな衝撃が刃先に加わると共に、地層
が硬質である場合には刃先に対する摩耗作用も非常に厳
しい。この内、掘削時の衝撃が大きいのが特に問題で、
このため刃先の焼結ダイヤモンド層が大きく欠損してし
まい使用に耐えなくなってしまうのがこれまでの焼結ダ
イヤモンド刃先の最大の欠点であった。
本発明はこのような従来O複合ダイヤモンド焼結体の欠
点を改良し、大きな衝撃の加わる掘削用途でも大きく欠
損しないビット用複合ダイヤモンド焼結体を提供するも
のである。。
本発明はダイヤモンドを60容量チ以上含むダイヤモン
ド焼結体と該ダイヤモンド焼結体の表面に支持部材が結
合されている複合ダイヤモンド焼結体において、ダイヤ
モンド焼結体の上下両面全面に支持部材が直接にあるい
は中間液′、1ヶ介して結合されていることt特徴とす
るIノド用複合ダイヤモンド焼結体に関するものであり
、こO構造の一例を第2図(a)に示すが、ダイヤモン
ド焼結体1、下部支持部材2.上部支持部材3からなる
円柱状である。支持部材としては周期律表第4a、第5
a、第6a族元素の炭化物、itはこれらの相互固溶体
炭化物を鉄族金属で結合した超硬合金、わるいは周期律
表第4a、5a、6a族の金属%Mn、Fe。
C01N1、Cuまたはこれらの合金か用いられる。超
硬合金としては炭化タングステン!i−5〜15重量%
Oコバルトで結合したもの等が好適である。
ダイヤモンド焼結体の上下両面に設けられる支持部材の
一方を上記超硬合金、他方を上記金属、合金とすること
もできる。下部支持部材はダイヤモンド焼結体を支持補
強する作用とダイヤモンド焼結体をビット本体に埋め込
み固着する際のビット本体との結合部としての作用を果
すが、この内ダイヤモンド焼結体を支持補強する作用か
ら考えて、剛性強度の高い超硬合金が望ましい。一方、
上部支持部材は後述するようにビットとして使用時にダ
イヤモンド焼結体部の亀裂が進展するのを防止する作用
を果すことから2強度・剛性よシもダイヤモンド焼結体
との接着強度、および靭性が高いものが望ましい。
この点からすると上部支持部材は金属あるいは合金が−
ましい。
このような本発明複合ダイヤモンド焼結体を掘削ビット
刃先として用いる際は、上下両面の支持部材のいずれか
を底面としてビット本体に埋め込みまたは鑞付けなどに
よシ固漸する。この状態ではダイヤモンド焼結体刃先は
隠れており、支持部材が上面に出ている。この状態で掘
削を開始すると、支持部材が超硬合金である場合には最
初は支持部材で掘削を行い、硬質岩層になると表面の超
硬合金支持部材層は摩耗して、下層のダイヤモンド焼結
体層があられれて、これで掘削を行うようになる。支持
部材が4a。
5a、6a族そO他の金属層である場合は金属層の摩耗
が早期に生じ、すぐ下部のダイヤモンド焼結体層があら
れれる。この様子を模式的に示したのが第2図で、第2
図1)の複合ダイヤモンド焼結体における上部支持部材
3が摩耗して。
第2図か)に示す如く下部のダイヤモンド焼結体1があ
られれ、ダイヤモンド焼結体の切刃11が掘削作用を行
うようになる。
このように、ダイヤモンド焼結体層は掘削作用を行うに
必要なだけの切刃が露出し、他の部分は支持部材3に覆
われているととになる。支持部材3は硬質多結晶焼結体
1に比べて粘いので、刃先11に大きな衝撃力が加わっ
て欠けが発生しても亀裂は支持部材3で覆われている領
域には進展せず、大きな欠損によってこのダイヤモンド
焼結体層が使用不能になってしまうということがない。
上記の支持部材による大欠損防止効果は支持部材とダイ
ヤモンド焼結体とが強固に接合している和犬となるが、
この点で支持部材とダイヤモンド焼結体層が直接、接合
してい、る場合はやや問題がある。すなわちダイヤモン
ド焼結体と支持部材が直接接合した状態でこれを焼結し
ようとすると、焼結中にダイヤモンドを構成する炭素が
支持部材中に拡散し、このために界面近傍の支持部材中
に炭化物を形成するなどして界面近傍の支持部材が脆く
なシ、このためダイヤモンド焼結体と支持部材の結合強
度がやや低下する。
上記の問題は、界面反応を生じさせず、かつダイヤモン
ド焼結体、支持部材相互と強固に接合する中間接合層を
用いることにより解決される。中間接合層としては、立
方晶型窒化硼素(CBN)の含有率が70容量係以下で
残部が周期律表第4a族のTi、 zr、 Hfの炭化
物、窒化物、炭窒化物あるいは硼化物の一種もしくはこ
れらの混合物または相互固溶体化合物を主体としたもの
にムjおよび/またはSl  をα1重量−以上含有さ
せたものが、比較的低温で支持部材、ダイヤモンド焼結
体相方と強固な接合を形成し、かつ耐熱性にもすぐれて
いるので、適している。
支持部材の内、ビット本体に埋め込んだ際に切刃側とま
る上部支持部材はダイヤモンド焼結体の亀裂進展防止の
ためのものであるから、厚みはそれ程必要でなく下部の
ダイヤモンド焼結体層の厚み(通常rL5〜1、Owr
 )以下テ005−以上程度であればよい。上部支持部
材の厚みがダイヤモンド焼結体層の厚みを越えると、前
記の第2図Φ)のようにダイヤモンド焼結体層が一部露
出した状態になったとき、こO支持部材。
が掘削した岩石の小片の流出を、却って妨ける状態にな
るおそれがあるからである。したかつて支持部材O内少
なくとも掘削に関与する一方が、上記厚みを満たすこと
が必要である。下部支持部材厚については0.05 w
r以上であれはよいが2強固性のためにダイヤモンド焼
結体層J厚以上とするOが!い。
中間接合層はダイヤモンド焼結体層と支持部材を強固に
接合することが目的であるため、通常α5−以下で充分
であシ、これ以上の厚みは不経済でちり、必要ない。
例1 第3図は本発明複合焼結体の第1の実施例で、厚さ2−
のWe−10%CO超硬合金支持部材2上に厚さα5■
のダイヤモンド焼結体1、更にその上に厚さ035m1
!りWe −10チCO超硬合金支持部材3が結合した
複合ダイヤモンド°焼結体となっている。
これと比較のため、第4図に示す厚さ2mのWe−10
%Oo 超硬合金2上に厚さ05■のダイヤモンド焼結
体1が接合されたものを作成した。
これら二つの複合ダイヤモンド焼結体を比較するため直
径100■のフライスカッターにそれぞれ鑞付けし、圧
縮強度1500 Kg/cm”の花崗岩の正面7ライス
切削を切削速度5’Oyg/分切込み1簡、送10.2
mm/刃で行なったところ第3図O本発明焼結体は切削
長200mで刃先に小チッピングが発生したものの、ま
だ切削可能であったのに対し、比較用焼結体は切削長5
0■でダイヤモンド焼結体層が大欠けし、使用不能とな
った。
例2 第5図は本発明の複合焼結体の第2の実施例で、厚さ2
mのNo−15%oo超硬合会支持部材2上に厚さα5
111IOダイヤモンド焼結体層1、更にその上に厚さ
α2WのWO−15%o。
超硬合金支持部材3が、それぞれダイヤモンド焼結体層
との界面に厚さctos■で6o容蓋俤DOBNt”T
iM−20重量−Aj の結合剤で結合した中間接合層
4t−介して結合されているものである。この場合も比
較のため第6図に示す上部α2■のWe−15%CO超
硬合金支持部材のない比較焼結体を作成した。
上記2つの焼結体について1例1と全く同じ、  花崗
岩切削テストを行ったところ、比較焼結体、  はやは
シ切削長50簡で切削不能となったが。
本発明焼結体は切削長250冒でもなお継続切削可能で
あった。
例3 本例の複合焼結体は例2、第5図のものと全く同じ構成
で、上部0.2m0WC!−15%O。
超硬合金層が厚さ0.2 m CJ Mo 層になって
いる。
この本発明焼結体および上部Mo層のない例2゜第6図
のものと構成を同じくする比較焼結体により6枚刃のク
ラウンビットを作成し、圧縮強度1400 K17cm
”の安山岩のドリル試験を行った。回転数は140rp
m、  ドリル穿孔速度は10謂/分、水使用の条件下
である。
との結果、本発明焼結体を使用したビットは50分のド
リリング後も使用可でおったのに対し、比較焼結体を使
用したビットは2分のドリリングでダイヤモンド焼結体
部が大破し、使用不能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来O複合ダイヤモンド焼結体の構造を示す図
であシ、第2図は本発明O複合ダイヤモンド焼結体を掘
削ビット刃先として用いた場合の経時的変化を示す図で
あシ、第3図、第5図は本発明の複合ダイヤモンド焼結
体の構造を示す図であシ、第4図、第6図は第5図、第
5図のもの各々に対する比較複合ダイヤモンド焼結体O
構造を示す図である。 代理人  内 1)  明 代理人  萩 原 亮 − l補正の対象 (1)  願書の表題中「適用法規を表示す乙欄」(2
)願書の「特許請求の範囲に記載された発明の数」の欄 a補正の内容 (1)願書の表題中[適用法規を表示する欄(特許法第
38条ただし書の規定による特許出願〕」を削除する。 (2)願書の「2、特許請求の範囲に記載された発明の
数2」を削除する。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ダイヤモンドを60容量チ以上含むダイヤモンド
    焼結体と該ダイヤモンド焼結体の表面に支持部材が結合
    されている複合ダイヤモンド焼結体において、ダイヤモ
    ンド焼結体の上下両面全面に支持部材が直接にあるいは
    中間接合層を介して結合されていること9:特徴とする
    ビット用複合ダイヤモンド焼結体。
  2. (2)支持部材が周期律表4a、5a、6a族元素の炭
    化物、またはこれらの相互固溶体炭化物を鉄族金属で結
    合した超硬合金である特許請求の範囲1記載のビット用
    複合ダイヤモンド焼結体。
  3. (3)支持部材が周期律表4a、5a、6a族の金属、
     Mn、 Pe、 Co、 Ni、 Cuまたはこれら
    O合金よシなる特許請求の範囲1記載のビット用複合ダ
    イヤモンド焼結体。
  4. (4)  支持部材の内、一方が周期律表4a、5a。 6a族元素の炭化物あるいはこれらの相互固溶体炭化物
    を鉄族金属で結合した超硬合金よりなシ、他方が周期律
    表4a、5a、6a族の金属、Mn、 Fe、 Go、
    Ni、Ou  またはこれらの合金である、特許請求の
    範囲1記載のビット用複合ダイヤモンド焼結体。
  5. (5)上下両面の支持部材の内一方の厚みがダイヤモン
    ド焼結体層の厚みよりも小である特許請求の範囲1.2
    ,3または4記載のビット用複合ダイヤモンド焼結体゛
  6. (6)  ダイヤモンド焼結体と支持部材との界面に中
    間接合層を有し、かつ該中間接合層が70容量−未満の
    立方晶型窒化硼素と残部が周期律表第4a族のTi +
     Zr + Hfの炭化物、窒化物、炭窒化物あるいi
    t番化物の一種もしくはこれらの混合物または相互固溶
    体化合物を主体とし、AJおよび/またはSlを01重
    量%以上含有する特許請求の範囲1.2,3゜4または
    5記載のビット用複合ダイヤモンド焼結体。
  7. (7)  中間接合層の厚みが0.5 m以下である特
    許請求の範囲6記載のビット用複合ダイヤモンド焼結体
JP17839781A 1981-11-09 1981-11-09 ビツト用複合ダイヤモンド焼結体 Granted JPS5879881A (ja)

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