JPS59159902A - 複合焼結体の製造方法 - Google Patents

複合焼結体の製造方法

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JPS59159902A
JPS59159902A JP3489583A JP3489583A JPS59159902A JP S59159902 A JPS59159902 A JP S59159902A JP 3489583 A JP3489583 A JP 3489583A JP 3489583 A JP3489583 A JP 3489583A JP S59159902 A JPS59159902 A JP S59159902A
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JP
Japan
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diamond
sintered body
alloy
powder
composite sintered
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JP3489583A
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English (en)
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Kazuhito Uehara
上原 一仁
Ryo Yamaya
山家 菱
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Tungaloy Corp
Original Assignee
Toshiba Tungaloy Co 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、切削工具及び耐摩耗材料に適する複合焼結体
の製造方法に関する。
従来、ダイヤモンド複合焼結体の製造方法は、WC−C
o等の超硬合金粉末からなる支持体又はWC−Co等の
超硬合金粉末を焼結して得た支持体に接してダイヤモン
ド粉末圧粉体全設置し、これケ制温高圧下で処理して支
持体からCo−W−Cの融液全発生させるとともにこの
Co−W−C融液をダイヤモンド粉末圧粉体中に溶浸さ
せることによってダイヤモンドの溶解析出とダイヤモン
ド粒子の相互結合と?行わせると同時にダイヤモンド粉
末圧粉体と支持体と全強固に一体化する方法が行われて
いる。しかしこの製造方法ではダイヤモンド粉末圧粉体
と支持体とが容易に一体化せず剥離し易いという欠点が
ある。他のダイヤモンド複合焼結体の製造方法として、
支持体とダイヤモンド粉末圧粉体との間に鉄族金属又は
合金からなる円板を設置し、これ全高温高圧下で処理し
て鉄族金属又は合金からなる円板全溶融させるとともに
この溶融鉄族金属又は合金をダイヤモンド粉末圧粉体中
に溶浸させることによってダイヤモンドの溶解析出とダ
イヤモンド粒子の相互結合と金石わせると同時にダイヤ
モンド粉末圧粉体と支持体とを強固に一体化する方法が
行われている。しかしこの製造方法ではダイヤモンド粉
末圧粉体と支持体との境界に溶融鉄族金属又は合金が残
留するために複合焼結体として使用するときに境界部の
塑性変形及び強度低下の原因になったり、溶融鉄族金属
又は合金がダイヤモンド粉末圧粉体と支持体との境界以
外の表面部に流出するために焼結後の複合焼結体の表面
部を再研削する必要が生じるという欠点がある。
本発明の複合焼結体の製造方法は、上述のような従来の
欠点を解決し均質で高硬度のダイヤモンド焼結体と超硬
合金又はサーメットからなる支持体とが強固に固着した
複合焼結体の製造方法全提供することにある。
本発明の複合焼結体の製造方法は、ダイヤモンドを溶解
する金属又は合金からなる薄板と超硬合金又はサーメッ
トからなる支持体との間にダイヤモンド含有粉末圧粉体
を挾んで容器内に充填し、この容器を高圧装置内に設置
して熱力学的ダイヤモンド安定域内又はダイヤモンドと
黒鉛の平衡線付近の黒鉛安屋域内の圧力温度条件下でし
かもダイヤモンドを溶解する金属又は合金からなる薄板
がダイヤモンド含有粉末圧粉体に溶浸して反応する圧力
温度条件下に加圧加熱後急冷する製造方法である。この
ようにダイヤモンド焼結体と超硬合金又はサーメットか
らなる支持体とによる複合焼結体の製造方法において出
発原料がダイヤモンドに対して溶媒作用となる金属又は
合金全薄板状にすると粉末状の金属又は合金に比較して
酸素及び水分等の高温でガス成分となる物質の吸着が非
常に少なくなるか殆んどなくなるために脱酸素及び脱水
分等の脱ガス処理としての前処理も特に必要とせずにし
かも高温高圧下での焼結過程でダイヤモンドの黒鉛化を
防ぐのとガスによる焼結性の阻害も少なくなり、金属又
は合金からなる薄板が溶融してダイヤモンド含有粉末圧
粉体内に均質に溶浸して1斂密で高硬度なダイヤモンド
焼結体となる。
又、金属又は合金からなる薄板と超硬合金又はサーメッ
トからなる支持体との間にダイヤモンド含有粉末圧粉体
全挾んで複合焼結体にすると焼結過程で薄板が溶融して
ダイヤモンド含有粉末圧粉体内に均質に溶浸し、この溶
浸した金属又は合金がダイヤモンド粉末圧粉体と支持体
との境界部に残留しなく、薄板が鉄族金属又は鉄族金属
金倉む合金のときは特に超硬合金又はサーメットからな
る支持体に含有している鉄族金属又はその合金とによっ
て境界部で均一に混在するために境界部の結合強度が一
層同上する。こ\で使用するダイヤモンドを溶解する金
属又は合金からなる薄板は、融点及びダイヤモンドとの
嬬れ性からf”e、Ni。
Co、 Cr、  Pd、 S i、 Sm、 Mn、
 Be、 Au。
A g、、G e、 Cus P r、 B a、 N
 L Ce、 S r及びこれらの金属金倉む合金等が
考えられるがダイヤモンドの触媒及び溶媒作用並びにダ
イヤモンド焼結体と支持体との固着結合強度からFe、
Ni。
CO及びこれら鉄族金属を含有する合金が好適である。
Fe、Ni、Co及びこれらの金属を含む合金からなる
薄・板は、例えばFe基合金としてはステンレス、セン
ダスト等種々の合金鋼が有り、Ni基合金としてはイン
コネル、ハステロイ、パーマロイ、モネル等が有り、C
o基合金としてはステライト等が有り、その他に加工成
形性の容易なNi基ろう材、Co基ろう材等の種々のろ
う材が有るがこれらの薄板の材質はダイヤモンド層を含
む複合焼結体の用途例えば切削工具でも被剛材等を含め
た切削条件によって選定したり、・耐摩耗工具でもダイ
ス、裁断刃、切断刃及び摩擦摩耗的な用途等によって選
定するのが良い。
出発原料としてのダイヤモンド含有粉末圧粉体は、ダイ
ヤモンド粉末のみからなっていてもよいがダイヤモンド
が非常に高価であるためにダイヤモンド含有量をできる
だけ少なくした粉末圧粉体からなる焼結体がダイヤモン
ド粉末のみの粉末圧粉体からなる焼結体と同等の性質に
なるのが望ましく、この1つの方法としてダイヤモンド
含有粉末圧粉体のダイヤモンド含有量に対して30容積
−以下の黒鉛を含有させた粉末圧粉体は、高温高圧下の
焼結過程でダイヤモンド全溶解する金属又は合金特に鉄
族金属又は鉄族金属含有合金からなる薄板が溶融溶浸し
て粉末圧粉体中の黒鉛を全て均 ダイヤモンドに変換して高硬度で麺質なダイヤモンド焼
結体にする。ここでも鉄族金属又は鉄族金属含有合金か
らなる薄板が酸素又は水分等の高温でガス成分となる物
質を吸着していないために黒鉛を含有した粉末圧粉体に
容易に溶浸するとともに黒鉛たよって薄板の溶融温度が
低下するために焼結性が促進されしかも鉄族金属又は鉄
族金属含有合金からなる薄板の触媒作用によって黒鉛の
ダイヤモンド変換が容易になっている。ここで使用した
黒鉛量は、30容積%を越えると焼結体中に黒鉛の残留
が見られ、このために硬度低下及び脆性が増してくるの
でダイヤモンドに対して30答積チ以下とした。
他の方法としてダイヤモンド含有粉末圧粉体のダイヤモ
ンド含有量に対して70容積饅以下の周期律辰第4a、
5a、6a族金属の炭化物、屋化物、炭窒化物、硼化物
及びこれらの相互固溶体並びにCBN、WBNの中から
選ばれた1m以上の硬質物質全含有した粉末圧粉体は、
測温高圧下の焼結過程でダイヤモンドを溶解する金属又
は合金特に鉄族金属又は鉄族金属含有合金からなる薄板
が溶融溶浸して上記硬質物質と濡れ性が良好となり、焼
結性の促進及び均質な焼結体にする。このようにダイヤ
モンドと上記のような硬質物質との混在したダイヤモン
ド焼結体は、硬質物質の含有してないダイヤモンド焼結
体に比較して硬度及び耐摩耗性が低下するが研削性が向
上するために工具の製作コストが安くなったり、鋼と反
応し易いダイヤモンド全硬質物質がカバーすることから
用途によっては充分に期待できるものである。
超硬合金又はサーメットからなる支持体とダイヤモンド
含有粉末圧粉体とダイヤモンド全溶解する金属又は合金
からなる薄板とを挿入する容器は、周期律表の第4a、
5a、6a族の高融点金属が使用でき、特にガス吸収性
の良い第4a族のIII 11Zr、Hf  の容器全
使用して高温高圧装置で焼結するの、が好適である。
本発明の複合焼結体の製造方法における熱力学的ダイヤ
モンド安定域内又はダイヤモンドと黒鉛の平衡線付近の
黒鉛安定域は、圧力が40〜60Kb、温度が1200
〜1600℃の範囲内が良く、特に本発明の複合焼結体
の製造方法のようにダイヤモンドを溶解する金属又は合
金からなる薄板を使用することによって脱ガス等の前処
理が必要でなく、従来よりも低圧、低温側で緻密なダイ
ヤモンド焼結体層を有する複合焼結体でしかもダイヤモ
ンド焼結体層と支持体とは強固に固着した複合焼結体を
得ることができる。
次に実施例に従って具体的に説明する。
実施例1 内径11ψ肉厚0.15 mtttのZr製円筒容器に
11ψ×l−5m1nの超硬合金(WC−10%co組
成)円板の支持体と4〜8μmのダイヤモンド粉末0.
25gと11ψ×0.4朋の60円板をこの順序に挿入
して超高圧装置内にセットし、55Kbの圧力下、15
30℃の温度で15分保持した後圧カー155Kbに保
った状態で温度全1200℃以下に急冷して、複合焼結
体全敗シ出した。得られた複合焼結体のダイヤモンド層
に強固に焼結さ几ておシ、超硬合金支持体とも強固に固
Nされ、境界部にはC0層が残留していなかった。ダイ
ヤモンド層の硬さは、ヌープ硬さで6700 k示した
。ダイヤモンド層の組織は、ダイヤモンド粒子が相互に
結合しており、粒子と粒子の間には全体で約10容積係
のCO相が存在する均一な組織であった。
実施例2 実施例104〜8μmのダイヤモンド粉末に換えて1μ
m以下のダイヤモンドを5%と1〜2μmのダイヤモン
ドを10%と4〜8μmのダイヤモンドを20%と8〜
12μmのダイヤモンド全65チからなるダイヤモンド
粉末音用い、00円板に換えて11ψX O,2mmの
Ni円板を用いて実施例1と同じ条件で焼結した。得ら
れた焼結体は、ダイヤモンドが強固に焼結されており、
Mi硬合金支持体とも強固に固着していた。ダイヤモン
ド層の硬さはヌープ硬さで・7100 ’v示した。
実施例3 実施例104〜8μmのダイヤモンド粉末に撲えて4〜
8μm のダイヤモンド粉末7o谷積チと平均粒径5μ
mの黒鉛粉末30容積チからなる混合粉末音用いて実施
例1と同じ条件で焼結した。
得られた焼結体は、ダイヤモンド層がダイヤモンドCO
相からなり、X線回折、Mi織観祭の結果からも黒鉛が
残留しておらず、ダイヤモンド層の硬さもヌープ硬度で
6500でしかもダイヤモンド層は支持体と強固に固着
していた。
実施例4 実施例1の4〜8μm のダイヤモンド粉末に換えて4
〜8μmのダイヤモンド粉末70容積裂と4〜8μmの
ダイヤモンド粉末70答積チと4〜8μmのCBN粉末
30容積襲からなる混合粉末を用いて実施例1と同じ条
件で焼結し次。得られた焼結体はダイヤモンドとCBN
の混合粉末が強固に焼結されており、超硬合金支持体と
も強固に固着していた。ダイヤモンドとCBN焼結層の
硬さは、ヌープ硬さで5700を示した。
実施例5 実施例1の4〜8μmのダイヤモンド粉末に換えて4〜
8μmのダイヤモンド粉末50容積チと平均粒径5μm
の黒鉛粉末20容積−と平均粒径5μmの50%TiC
−50%WC固溶体粉末20容積チと平均粒径3μmの
50%TiC−50%TiN固溶体粉末10容積矛から
なる混合粉末を用いて実施例1と同じ条件で焼結した。
得られた焼結体はダイヤモンドと硬質物質の混合層は強
固に焼結されており、黒鉛の残留もない組織で硬さもヌ
ーシ硬さで5000を示した。又、ダイヤモンドと硬質
物質の混合層と支持体は、強固に固着し、ていた。
実施例6 実施例1のCo円板に換えて鉄族含有合金であるSUS
 304ステンレス鋼円板11ψX Q、 5 am及
び5xkL含有のセンダスト合金円板11ψX O,5
mmをそれぞれ用いて実施例1と同一条件にて焼結した
。得られたそれぞれの焼結体は、ダイヤモンドが強固に
焼結されてこのダイヤモンド層と支持体とも強固に固着
していた。
実施例7 実施例1の00円板に換えてNi含有合金であるインコ
ネルX−550相当の円板11ψX 0.5 mmハス
テロイB相当の円板11ψX0.5m及びS−モネル合
金相当の円板11ψXQ、51m1それぞれ用いて実施
例1と同一条件で焼結した。得られたそれぞれの焼結体
は、ダイヤモンドが強固に焼結されてこのダイヤモンド
層と支持体とも強固に固着していた。
実施例8 実施例1のCo円板に換えてCO含有合金である硬質ス
テライトの円板11ψX0.5+nmi用いて実施例1
と同一条件で焼結した。得られた焼結体は、ダイヤモン
ドが強固に焼結されてこのダイヤモンド層と支持体とも
強固に固着していた。
実施例9 実施例1のCo円板に換えてJISZ−3265のBN
i−2相当のNi基ろう材円板11ψX0.5m。
AWSのBCo−1相当のCo基ろう材円板11ψX0
.5mi、 Niが17.5〜18.5%含有している
JISZ−3266のBAu・−4相当の金ろl’円板
11ψX Q、 3’mm及びNiが47.5〜48.
5%含有しているJ l5Z−3267のBPd−tt
相当のパラジウムろう材円板11φX1xxkそれぞれ
用いて実施例1と同一条件にて焼結した。得られたそれ
ぞれの焼結体は、ダイヤモンドが強固に焼結されてこの
ダイヤモンド層と支持体とも強固に固着した。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  ダイヤモンドを溶解する金属又は合金からな
    る薄板と超硬合金又はサーメットからなる支持体との間
    にダイヤモンド含有粉末圧粉体金挾んで容器内に充填し
    、該容器を高圧装置内に設置して熱力学的ダイヤモンド
    安定域内又はダイヤモンドと黒鉛の平衡線付近の黒鉛安
    定域内の圧力温度条件下で且つ前記薄板が前記粉末圧粉
    体に溶浸して反応する圧力温度条件下に加圧加熱後急冷
    すること全特徴とする複合焼結体の製造方法。
  2. (2)上記薄板が鉄族金属又は鉄族金属を含む合金から
    なることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の複合
    焼結体の製造方法。
  3. (3)上記粉末圧粉体がダイヤモンドの含有量に対して
    30容積−以下の黒鉛を含んでいることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項及び第2項記載の複合焼結体の製造
    方法。
  4. (4)上記粉末圧粉体がダイヤモンドの含有量に対して
    周期律表第43y  5 a、 5 a族金属の炭化物
    、蟹化物、炭窒化物、硼化物、これらの相互固溶体、C
    BN及びWBNの中から選ばれた1種以上が70容積チ
    以下含有していることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項、第2項及び第3項記載の複合焼結体の製造方法。
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