JPS59161268A - 研摩材体及びその製法 - Google Patents

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】 本発明は研斯材製品に関する。

研摩材コンパクトは当業者に周知であり、かつ種々の作
業片の研厚のため工業で広く使用されている。これらは
硬質コングロメレートに結合したコンパクトの容量で、
少なくとも７０％、好ましくは８０から９０％の量で研
摩材粒子の集塊から本質的、になる。コンパクトは多結
晶集塊でありかつ単一大結晶と置換できる。コンパクト
の研摩材粒子はダイヤモンド及び立方窒化ホウ素のよう
な不変に超硬質の研摩材である。

研摩材コンパクトは一般に粒子を合成する際に有用であ
る触媒（また溶媒として知られる）を含有する第２相又
は結合基質を含む。立方窒化ホウ素の場合には、好４な
触媒の例はアルミニウム又はニッケル、コバルト、鉄マ
ンガン又はクロムとアルミニウムの合金である。ダイヤ
モンドの場合には、好適な触媒の例は周期律表第ｖＩＩ
Ｉ族の金属、例文ばコバルト、ニッケル又は鉄、又はこ
のような金属を含む合金である。

当業者に公知のように、ダイヤモンド及び立方窒化ホウ
累コンパクトは研厘材粒子が結晶学的に安定である温度
と圧力の条件下で製造される。

研摩材コンパクトは使用のため工具又は柄に直接に結合
できる。別法として、これらは工具又は柄に装着される
前にセメンテッドカーバイド裏材のような製材に結合で
きる。

米国特許第４，２２４，３８．０号明細書はダイヤモン
ドコンパクトからかなりの量の触媒を浸出させる方法を
記載する。このように作った製品は製品の約７０から９
５容量％を構成する自己結合ダイヤモンド粒子を含み、
金属相が製品を通して　質上均−に浸潤され、この相は
製品の約０６０５から３容量％を構成′シ、そして相互
連絡した空の孔の綱目が製品を通して分散されかつ粒子
と金属相により境界が定められ、この孔は製品の５から
ろＯ容量％を構成する。一定時間熱濃硝酸−フツ化水素
酸溶液にダイヤモンド溶液を入れることにより浸出を行
なうことかできる。熱酸でこの処理により触媒が浸出し
て骨格ダイヤモンド構造を後に屏れる。この投出製品は
非浸出製品より熱的に更に安定であると云われている。

米国特許第４，１２４，４０１号明細書は炭化ケイ素及
び炭化物及び／又はケイ化物を形成する金５イ６成分の
ケイ化物からなるケイ素含有結合媒体により共に密着し
て結合するダイヤモンド結晶の集塊からなり、このダイ
ヤモンド結晶が寸法で１から約１０００ミクロンの範囲
に及び、結晶の密度が後記のボデーの少なくとも約７０
から少なくとも約９０容量％の範囲に及び、前記のケイ
素含有結合媒体が後記のボデーの約６０容量％までの範
囲に及ぶ量で符在し、前記の結合媒体がボデーを通して
少なくとも実質上均一に分布され、ダイヤモンド結晶の
表面と接触する結合媒体の部分が少なくとも大部分炭化
ケイ素であり、そしてダイヤモンドボデーが少なくとも
実質上孔を含まない、多結晶ダイヤモンドボデーを記載
しかつ特許請求する。このダイヤモンドのための金属成
分はコバルト、クロム、鉄、ハフニウム、マンガン、モ
リブデン、ニオブ、ニッケル、パラジウム、白金、レニ
ウム、ロジウム、ルテニウム、タンタル、トリウム、チ
タン、ウラニウム、バナジウム、タングステン、イツト
リウム、ジルコニウム及びこれらの合金からなする金属
の広い群から選択される。この多結晶ダイヤモンドボデ
ーは比較的温和な熱間ブレス条件下で行なわれそしてダ
イヤモンド連晶のようなものは生じない。

米国特許第４，１５１．６８６号明細書は結合媒体が炭
化ケイ素及び元素状ケイ素からなることそしてボデー中
でダイヤモンド結晶の密度がボデーの８０から約９５容
量％の範囲に及ぶこと以外米国特許第４，１２４．４０
１号記載のものに類似した多結晶ダイヤモンドボデーを
記載する。

米国特許第３，２３４，３．２１号明細占はチタン、バ
ナジウム、ジルコニウム、クロム又はケイ素又はこれら
の合金又はニッケル、マンガン又は鉄とこれらの金属の
何れかの合金の第２相を有するダイヤモンドコンパクト
を記載する。

本発明による研摩材体は全体の容量で８０から９０％の
量で存在するダイヤモンド粒子の集塊及び全体の容量で
１０から２０％の量で存在する第２相を含み、ダイヤセ
ン１粒子の集塊はかなりのダイヤモンド対ダイヤモンド
結合を含み密着した骨格集塊を形成しそして＠２相はニ
ッケル及びケイ素を含有し、このニッケルはニッケル及
び／又ハケイ化ニッケルの形であり、そしてこのケイ素
ハケイ素、炭化ケイ素及び／又はケイ化ニッケルの形で
ある。

更に不発’ＪＪにより工具柄及びドレンサーエッジを供
するようにその一端で装着された前記に定義した研摩材
体を含むドレッサー工具が供される。

更に本発明により切削面のための切削エツジを供するよ
うに内＞ｇｌｔ、に装増された多数の研摩ボデーを有す
る切断面をその一端で供する回転可能ボデーを含むｌ（
面セントドリルビットが供すれる。

更に本究明により下記の工程金倉む前記に定義した研摩
ボデー全製危する方法が供される；（ａ）　　反応容器
の中にダイヤモンド粒子の集塊を配置すること； （ｂ）　　ダイヤモンド粒子の集塊の上にニッケルとケ
イ素の集塊を１！！ｌｌ：！置すること：（Ｃ）　　尚
温／高圧装置の反応帯の中に荷載した反応容器を配置す
ること； （ｄ）　　研摩ボデーを生ずるのに十分な時１ｔｊＪ炭
素状態図のダイヤモンド安定区域中の上昇温度及び圧力
の条件に反応容器の内容物をさらすこと；そして （、）　　反応帯から研摩ボデーを回収すること。

本発明の研摩製品は少なくとも一部には、密着した骨格
集塊を形成するかなりのダイヤモンド対ダイヤモンド結
合による十分な強度を有することが判明した。このダイ
ヤモンド対ダイヤモンド結合はダイヤモンド連晶とボデ
ーの製造中ダイヤモンド粒子の塑性変形により生ずる物
理的ダイヤモンド対ダイヤモンド連結及び結合の両方を
含む。

更にこの研摩ボデーは生ずるダイヤモンドの顕著な黒鉛
化なしに１０）ル又は良好な真空下１２００’Ｃの温度
に耐えることができることか判明した。この研摩ボデー
の強度及び高温に耐える性能はその使用中扁温が発生す
る場合、例えばドレッサー工具、又は工具の製造中高温
が必要な場合、例えば表面セットドリルビットで工具の
ための工具挿入物として理想的になる。

第２相は密着した骨格ダイヤモンド集塊を通して均一に
分布される。好適なダイヤモンド対ダイヤモンド結合を
得るために、全体の容量で１０から２０％の量で第２相
が存在することが必要であると判明した。より高い又は
より低いｋｔの第２相・を使用する時には、好適な強度
の研摩材体は製造されない。この第２相の好適な量は研
摩材体の１５から２０容量％である。

ケイ累対ニッケルの重量比は代表的には９０：１０から
５０：５０の範囲内にある。

本発明の研摩材体はこれらか使われる用途に応じて柾々
の形状をとることができる。好適な形状の例は円板、三
角形、立方形及び矩形である。

要素状態図のダイヤモンド安定区域中の温度と圧力を使
用して、前記の方法で、本発明の研摩ボデーをｍｌ造す
る。温度と圧力の好適条件は１４００から１６００℃の
範囲内の温良と５０から７０キロバールの範囲内の圧力
である。研摩ボデーを製造するのに十分な時間の量温度
と圧力のこれらの上昇条件を保持する。代表的には、温
度と圧力のこれらの上昇条件を５から２０分間保持する
。ニッケル＼とコバルトを＼混合物又は合金又は別々の
層の形で供することかできる。ニッケル層をダイヤモン
ド築島と接して配置しそしてケイ素の層をこのニッケル
層の上に配置することが好ましい。こ、　　のニッケル
とコバルトを粉末の形又はシート又はホイルの形で供す
ることができる。

本発明のωを厚材体の製造に使用したダイヤモンド粒子
は粗い粒子から微細な粒子まで変えることができる。一
般にこの粒子は寸法でｉｏｏミクロン以下であり、代表
的に６ｏがら７５ミクｐンの範囲内の寸法を有する。

高温／高圧装置は例えば米国特許第２，９４１，２４８
号明細書記載のように当業者に周知である。

第１図はドレッサー工具に本発明の研摩ボデーの使用を
例示する。この図に言及すると、その一端に研摩側体１
２を装着させた柄１ｏを含むドレッサー工具を示す。こ
の研摩ボデーはドレッサーエツジ１４を供する。この工
具の使用中高温がドレッサーエツジ１４に生ずる。しが
しながら、研摩材体１２の優れた熱安定性はこの研摩材
体がこれらの高温に耐えることを可能にする。

第２図及び′第６図は本発明の研摩ボデーを使用する表
面セットドリルビット（またコアリンクヒツトとも称さ
れる）を例示する。これらの図面に言及すると、コアリ
ングドリルのねじ込みのためねじ切りした一端１８を有
する回転ｉＪ能なコア１６とその他端に切削面２ｏを含
む表面セットドリルビットを示す。切削面２ｏは好適な
金属基質に堅く保持された多数の切削要素２２を含む。

この切削要素２２は各々第６図に詳細に示すように、本
発明の三角形研摩ボデーを含む。三角形の下部か凹ｇＡ
２４内に配置されそして頂部先端エツジ２６が切削面の
全体平面より高く直立して切削エツジを供するようにこ
の三角研摩材体２２を切削面２０に装着する。切削面と
同一の金属で作った支持体３０を三角研摩材体２２の後
に直接配置する。このビットの回転の方向を矢印で示す
。

表面セントドリルビットでは標準高温浸潤技術を使用し
て切削面にこの切削要素をセットする。

本発明の研城材体の優れた熱安定性は顕著な劣化なしに
この温度に耐えることを可能にする。

本発明を下記の例により更に例示する。

例１ ダイヤモンド粒子の集塊（１２，５ｇ）をジルコニウム
カップの中に配置した。ニッケル（０，、ｌＳ　５ｇ）
のシートをダイヤモンドの集塊の上部に配置しそしてこ
のニッケルシートの上にケイ素粉末（１，５５Ｆ　）の
層を配置した。かくして、ケイ素／ニッケルの重量比は
８２：１８であった。このケイ素／ニッケルは荷載した
ジルコニウムカップの内容物の１６重量％を構成した。

この荷載したカップを従来の高温／高圧装置の反応帯に
配置しそして１５００　’Ｃの温度と５５キロバールの
圧力にさらし、そしてこれらの条件を１０分間保った。

ダイヤモンド粒子の集塊を含む円板形研摩材体を回収し
、そこでは密着した骨格ダイヤモンド集塊を形成するが
なりの量のダイヤモンド対ダイヤモンド結合とこのダイ
ヤモンド集塊を通して均一に分布される、炭化ケイ素、
ニッケル、及び少量のケイ化ニッケルを含有する第２相
が存在した。

例２ 例１に記載した方法を繰返したが、ただし荷載したカン
フ０中のケイ素／ニッケルの量はその内容物の１２３ｉ
ｆ１％を構成した。例１のものと類似した研摩刺体を製
造した。

前記の二つの例で製造した研摩材体を、従来のレーず一
切削技術を使用して三角形フラグメントに切断した。こ
のように製造したフラグメントを従来の表面セットドリ
ル（コアリング）ビットの切削面に釉口した。谷ビット
は切削面に６０の放射状に配置された三角セット及びビ
ットの内部及び外部ゲージ上の別に１２の三角体を含ん
だ。この５０の放射状に配置される三角体を第６図に示
す方式で切削面に位置決めした。二つのこのビットを製
造した。三角体を含む第一のものを例１の研摩材体から
製造しそして三角体を含む第二のものを例２の研摩材体
から製造した。

このビットにドリル試験を行なった。この試験はビット
に一定荷麓を加えることそして穴あけした深さの関数と
して貫入速度を測定することを含む。付加した荷重は１
００に！７であった。作業片はノーライトグラナイト（
Ｎｏｒｉ’ｔｅ　Ｇｒａｎｉｔｅ　’）　　であり、こ
れは約２５５　ＭＰａの非限定田縮強さを有する硬質岩
石に対して媒体として認められる。各々約４５０　ｙｎ
ｍの孔を試験ブロックに穴あけした。試験を通してドリ
ル速度を８０　Ｏｒｐｍに一定に保った。洗浄媒体と冷
却剤は切削面を横切って分当り５０Ａ’の流速の水であ
った。

試験の結果を第４図と第５図に図示する。第４図に示す
結果は例１の研摩材体から製造された三角体を有するド
リルビットから得られ、一方；２５図に示す結果は例２
のボデーから製造した三角体を有するドリルビットを使
用して得られる。これらの結果から例１の三角体を使用
するドリルビットの場合にＧは、貫入速度は２８ｙｎ穴
あけされた後にのみ認められないレベルに低下した。こ
れは極めて良好である。例２の三角体を使用するドリル
ビットの場合には、１６ｒＩＬ穴あけされた後貫入速度
は認められないレベルに低下した。これは例１の三角体
を使用して得られるものより劣るが、それにもかかわら
ず極めて滴定−すべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のドレッサー工具の一部断面図であり、
第２図は本発明の表面セットドリルビットの透視図であ
り、第６図は第２図のビットの切削面の部分の透視図で
あり、第４図及び第５図は本発明の研ｈ（材体を使用し
て行なった一定の穴あけ試験の結果を図示する。 代理人　浅　村　　　　皓 口１面のｉ゛）、書（内容に変でなし）第１図 ／ 穴あけされに距離（／７Ｆ） 穴あけざ丸し；距離（／７７） 第１頁の続き 優先権主張　＠１９８３年２月４日■南アフリカ（ＺＡ
）■８３１０７５４ ０発　明　者　リチャード・パトリック・パーナンド 南アフリカ国トランスバール・ ヨハネスブルグ・アラン・マノ −・コンスタンティア・アベニ ュー３９ 手続補正書（自発） 昭和５９年２　月２３日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願第　１４３７　　号 ２、発明の名称 研摩材体及びその製法 ３、補正をする者 ・１′−件との関係　持Ｔ＋出願人 ４、代理人 昭和　　年　　月　　日 明細書　　〇５９２・）、ノ１ 明細書の浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５９　　作詩ｒ「願第　１４３７　　　　号２、発
明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 、゛−二＝−」・ノ ５、補正命令の日付 昭和５９年　３月２７日 ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　研騒剤体の容量で８０から９０％の量で存在
   するダイヤモンド粒子の集塊及び集合体の容量で１０か
   ら２０％の量で存在する第２相を含み、ダイヤモンド粒
   子の集塊が密着した骨格集塊を形成するようにかなりの
   ダイヤモンド対ダイヤモンド結合を含み、かつ第２相が
   ニッケルとケイ素を含み、このニッケルがニッケル及び
   ／又はケイ化ニッケルの形でありそしてこのケイ素がケ
   イ素、炭化ケイ素及び／又はケイ化ニッケルの形である
   研摩材体。 （２）　　第２相が研摩剛体の容量で１５から２０％を
   構成する特許請求の範囲第１項に定義した研摩材体。 （３）　　第２相中でケイ素対ニッケルの比が電磁に基
   づいて９０：１０から５０　：　５０の範囲内である特
   許請求の範囲第１項又は第２項に定義した研触〆体０ （４）　　円板形、三角形、立方形又は矩形を有する前
   記の特許請求の範囲の何れかに定義した研摩材体。 （５）　　工具柄及びドレッサーエツジを供するように
   その一端に装着された特許請求の範囲第１項〜第４項に
   走転された研摩材体を含むドレッサー工具。 （６）　　切削面のための切削エツジを供するツうに特
   許請求の範囲第１項〜第５項に定義した研摩材体の多数
   を内部に装着させた切削面をその一端で供する回転可能
   な研摩材体を含む表面セットドリルビット。 （力　下記の工程を含む特許請求の範囲第１項〜第４項
   の何れかに定義した研摩材体を製造する方法＝（ａ）　
   　反応容器中にダイヤモンド粒子の集塊を配置すること
   ： （ｂ）　　ダイヤモンド粒子の集塊の上にニッケルとケ
   イ素の集塊を配置すること； （ｃ）　　高温／高圧装置の反応帯に荷載した反応容器
   を配置すること： （ｄ）研摩材体を製造するのに十分な時間の間炭素状部
   間のダイヤモンド安定区域内の上昇温度及び圧力の条件
   に反応容器の内容物をさらすこと；（θ）　反応帯から
   研摩材体を回収すること。 （８）　　ニッケル及びケイ素の別々の層をダイヤモン
   ド粒子の集塊の上に配置する特許請求の範囲第７項に定
   義した方法。 （９）　　ニッケルの層をダイヤモンド粒子と接して配
   置しそしてケイ素の層をニッケル層の上に配置する特許
   請求の範囲第８項に定義した方法。 ００）　　ダイヤモンド粒子が寸法で１００ミクロン以
   下である特許請求の範囲第７項から第９項の何れかに定
   義した方法。 αυ　ダイヤモンド粒子が６０から７５ミクロンの範囲
   内の寸法を有する特許請求の範囲第７項から第９項の何
   れかに定義した方法。