JPS60167701A - 複合焼結体工具及びその製造方法 - Google Patents

複合焼結体工具及びその製造方法

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JPS60167701A
JPS60167701A JP1894184A JP1894184A JPS60167701A JP S60167701 A JPS60167701 A JP S60167701A JP 1894184 A JP1894184 A JP 1894184A JP 1894184 A JP1894184 A JP 1894184A JP S60167701 A JPS60167701 A JP S60167701A
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JP
Japan
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diamond
sintered
sintered body
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brazing material
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JP1894184A
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English (en)
Inventor
Tetsuo Nakai
哲男 中井
Shuji Yatsu
矢津 修示
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P5/00Setting gems or the like on metal parts, e.g. diamonds on tools

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

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】 (イ)背景技術 微細なダイヤモンド粒子を鉄族金属等の結合材を用いて
超高圧、品温下で焼結して得られるダイヤモンド焼結体
は切削工具や伸線ダイヤ又はドリルビットの刃先材とし
て従来の超硬合金に比較して格段に優れた耐摩耗性を有
することから新らしい工具材として注目されている。
このダイヤモンド焼結体は工具材として憂れた特徴をイ
■しているが、その製造には超高圧装置を必要とするた
め、焼結体の大きさ、形状においては超硬合金に比較す
ると制約される点が多い。
一般には第1図に示したような円板状の焼結体とし、図
の1がダイヤモンド焼結体部で、2はこれをサポートす
る超硬合金製の母材である。3は例えば特願昭54−1
29127号に記載されているような中間接合層である
。この複合焼結体を円板のまま又は適宜切断して例えば
切削工具の場合は鋼製のバイト・ンヤンクにロウ付けし
てバイトを製作する。このようなロウ付は加工時にダイ
ヤモンド焼結体部が約800℃以上に加熱されると特性
の劣化が生しることが判明している。このため通常低融
点の銀ロウ材を用いてロウ付けしている。一般の切削工
具等の用途に対してはこのような低融点のロウ材を用い
たロウ付けでも工具に加わる切削応力が比較的小さい使
用条件下では問題はない。ところで岩石を掘削するトリ
ルビ、トにこの焼結体を応用する場合はこの方法では不
充分であり、高強度の接合が必要である。
この高強度接合については米国特許第4,225,32
2号に開示されているが、この内容は第2図に示した如
く焼結ダイヤモンドの劣化温度よりも高い融点のロウ材
を用いて、焼結ダイヤモンドをヒートシンクにより冷却
しながら加熱して接合するものである。この方法による
と確かに焼結ダイヤモンドを劣化させず低温ロウ材によ
るロウ付けよりも高強度に接合することも可能であるが
、全面を均−一に接合しようとすると使用可能なロウ材
は+000°C以下の融点のもので、これ以上の融点の
ロウ材を使用すればtA 874ダイヤモンドが劣化す
る。
」二記高融点ロウ祠を用いて接合した複合焼結ダイヤモ
ンドを植付けたビットは、中硬質前を掘削する場合は余
り問題はないが、火成岩等の中・硬質岩をlLi1削す
ると高融点ロウ材を使用したロウ付けても刃先部に?+
体が脱落したり、又はロウ(=Iけ部が動くといった問
題が生じた。これはダイヤモンド焼1,11体の刃先に
摩耗を生しると岩石との摩擦熱により1す材部及びロウ
付け部が高11.^になるためロウ材のせん断強瓜の低
ドか生したからであろう。またドリルビットでは先ず刃
先に加わる1届削応力が大きく、岩石は均一・なものは
少ないため、その応力の変動が大きい。更に泥水等の掘
削液体を使用しても高深度の地層をl1ii!削する場
合は掘削時の刃先部のみならずビット自体の/l111
Jli:も高温になる。又」二のことから特にダイヤモ
ンド焼結体をドリルビットに応用する際には第1図の如
き焼結体の支持体へのさらに強固な固定方法が必要であ
る。
(0)発明の開示 −aに焼結ダイヤモンドのロウ付゛けを行う場合、高周
波加熱炉が使用されるが、この場合外周部より温度が上
昇し内部への熱が伝達していくため外周部と内部では温
度勾配が生じる。このためたとえば1100℃の融点の
ロウ材を用いた場合、全面を均一にロウ付けしようとす
れば外周部は。1!00°C以上の温度となり、焼結ダ
イヤモンドを第2図の如くヒートシンクにより冷却して
も焼結ダイヤモンドは劣化する。ロウ付強度の高いロウ
材は通常融点が高く、さらに接合強度を向上させるには
米国特許第4.225.322号に開示されているもの
では不可能である。本発明者等は加熱時の外周部と内部
の温度差が生しることに着目し、この温度勾配に合わし
た融点のロウ材を用いて接合することについて検討した
結果接合強度は上昇するものの強本発明者等はさらに鋭
意研究を重ね′た結果第3図に示した如く複合焼結体工
具硬合金母材を凸状に加工し凹形状を有する支持体に外
周部は焼結ダイヤモンドが劣化する温度以上の融点を有
するロウ材で、かつ内部の凸凹部は焼結ダイヤモンドが
劣化する温度以下の融点のロウ材で焼結ダイヤモンドを
冷却して接合すれば焼結ダイヤモンドを劣化させずに常
温のみならず高温でのせん断強度も向上させることがで
きることがわかった。せん断強度の向上は外周部での高
強度ロウ材が使用可能になったこと、接合面積の増加及
び凹凸部のかみ合いにより得られたものであろう。
本発明の接合において凸部の面積は全体の面積の20〜
80%が好ましい。凸部の面積が20%未満であると凸
部が細くなりかみ合いによる補強が少なくなる。凸部の
面積80%を越えると凹部が肉薄となり必要とするせん
断強度を得ることができない。
外周部に用いるロウ材は焼結ダイヤモンドの劣化温度よ
り高い融点の高強度ロウ材を用いるが、このロウ材とし
ては融点が1000℃以上のNf基ロウ材やパラジウム
基ロウ材が好ましい。内部のロウ材としては焼結ダイヤ
モンドの劣化温度基」二の融点のロウ材を用いるき内部
が十分接合できなかったり焼結ダイヤモンドを冷却して
も焼結ダイヤモンドが劣化することがある。凸部と凹部
は十分接合しさえすれば良く、焼結ダイヤモンド劣化温
度より低い融点のロウ材を用いることにより目的は達成
される。本発明の接合は凸状に加工した複合焼結ダイヤ
モンドの超硬合金母材と凹状に加工した支持体を外周部
に高融点ロウ材を内部に低融点ロー2 +4を置いては
め合せ、支持体を大気中で高周波加熱炉により加熱し焼
結ダイヤモンドを冷却しながら接合することができる。
しかしこの場合、凹凸部のはめ合せ部にボイドが残在す
ることがある。本発明の接合を実施しえる最も好ましい
方法は真空中で電子ビームを用いて支持体を加熱し焼結
ダイヤモンドを冷却しながら接合することである。この
場合凹凸部のはめ合せ部にはボイドが生じずさらに温度
勾配がきつくなり外周部のロウ材としてさらに高融点の
ものが使用可能となる。
ダイヤモンド焼結体の母材(第1.2,3.4図の2)
はWC+ T ic+ TaC,(Mo+ W) C等
の周期律表の第4a。
5a、ea族の炭化物、炭窒化物、窒化物等を鉄族金属
で結合した硬質焼結合金が用いられる。好適な例はWC
又は(Mo、 W) CをCo又はNiで結合した焼結
合金である。本発明で使用する支持体(第2.3.4図
の5)は母材(第2,3図の2)と同様の硬質焼結合金
である。
焼結ダイヤモンドの母材又は支持体に用いる硬質焼結合
金は例えばビットの刃先材としてこれを用いる場合には
硬度と耐摩耗製、更には刃先となる焼結ダイヤモンド層
を補強する剛性が要求される。
従って合金中の結合金属量は適切な範囲内のものを選択
する必要があり、3〜20重量%重量%病量のものが適
している。
以下実施例により詳細に説明する。
実施例 1 超高圧、高温下で焼結して得られた第1図の如き焼結体
を準備した。直径は+31のダイヤモンド焼結体部1は
体積で約90%のダイヤモンド焼結体子かCoを結合材
として超高圧、高温下で焼結したもので厚みは0.’7
wumである、母材2は厚さ3+1lfflのWC−1
2%Coの超硬合金で、この母材とダイヤモンド焼結体
は厚さ30μmの中間接合層を介して焼結と同時に接合
されている。
中間接合層はCBNを体積で60%とTiN−10重量
%Agの焼結体で形成されている。この複合ダイヤモン
ド焼結体の超硬合金部を第3図の如く凸部の直径8關に
なるように加工し直径13 +11長さ10mIIでi
σ径8.1+uの凹部を有するWe−15%Co合金製
の支持体の外周部に融点が1120℃のJIStspd
n相当のパラジウムロウを内部に融点が690℃のJI
SIIAg、3相当の銀ロウを配置した後上記複合ダイ
ヤモンド焼結体をセットしI O−’ Torrの真空
中で支持体を回転させながら+20kVBmAの電子ビ
ームを照射して支持体を加熱してロウ材を溶融させ接合
した。
なおこのとき焼結ダイヤモンドは銅製のヒートシンクに
より冷却した。
本発明品の焼結ダイヤモンドの劣化は生じず接合面には
ボイド等の欠陥がなく均一に接合されていた。
比較のため融点l000℃のCu−Mn−Goロウ材を
用いて第2図に示したように直径1.3−糟の複合ダイ
ヤモンド焼結体と直径13 mm長さl05mの支持体
を高周波炉で接合した。
これらの接合品の常温及び350℃でのせん断強度を測
定したところ本発明品は常温で8.5.350°Cでは
6.3で破壊したのに対し比較量はそれぞれ4,5゜3
.5で接合部より剥離した。
実施例 2 実施例1では使用したものと同様の複合ダイヤモンド焼
結体の超硬合金を凸部の直径が9 ++mになるように
加工し第4図に示す形状の凹部ををする支持体の外周部
に融点1100℃のN1−Co−B組織ロウ材のを内部
にJ ISuAg−3相当の銀ロウを配置し実施例1と
同様にして接合した。焼結ダイヤモンドは劣化せず均一
に接合されていた。
比較のため、複合ダイヤモンド焼結体及び支持体に凹凸
部を持たない以外は上記と同じ形状のものを全面に融点
1100℃のN1−Co−B組織のロウ材を用いて接合
した結果、全面接合できたものは焼結ダイヤモンドが劣
化しており、焼結ダイヤモンドが劣化していないものは
、中央部が十分接合されていなかった。
本発明品及び比較量で焼結ダイヤモンドは劣化しfが十
分接合されたものについて常温でのせん断強度を測定し
た結果、本発明品は7.3であったのに対し、比較量は
5.1であった。
実施例 3 実施例1で使用したものと同様の複合ダイヤモンド焼結
体の超硬合金を凸部の直径が表1になるように加工した
凹部の直径が凸部の直径より0 、1 ++m大きく外
径+3龍長さ5龍の支持体も用意した。これらの複合ダ
イヤモンド焼結体と支持体を外周部に融点1010 ’
CのCu−Mn−Niロウ材を内部にJ I SI]A
glの銀ロウを用いて大気中で支持体を高周波加熱炉に
より加熱し焼結ダイヤモンドを冷却しながら接合した。
常温及び300℃でのせん断強度測定結果を表1に示す
表 1
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明で用いる複合ダイヤモンド焼結体の構造
を示す斜視図、第2図は通常のドリルビット刃先材料と
して使用される複合焼結体工具の製造方法を示したもの
であり第3図は本発明の複合焼結体工具の製造方法、第
4図は本発明の複合焼結体工具の縦断面図である。 ■、ダイヤモンド焼結体 2、硬質焼結合金11月 3、中間接合層 4、高融点ロウ材 5、硬質焼結合金支持体 6、高周波加熱コイル 8、高融点ロウ祠 9、低融点ロウ材 10、ヒートシンク 11、回転用治具 +2.電子ビーム 賃2図 W4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11ダイヤモンドを体積で50%以上含有するダイセ
    ンド焼結体部とこれに超高圧高温下で焼結時の直接また
    は厚さ0.5mm以下の中間接合層を介在して結合され
    た硬質焼結合金製の母材部から成る複合焼結体工具母材
    部より大きな体積を有する支持体に接合された複合焼結
    体工具において該支持体が硬質焼結合金であり、凸形状
    を有する。上記複合焼結体工具材端面と凹形吠を存する
    。該支持体端面を外周部が焼結ダイヤモンドが劣化する
    温度より高い融点を有するロウ材で、内部は焼結ダイヤ
    モンドが劣化する温度より低い融点のロウ材で接合され
    たことを特徴とする複合焼結体工具。 (2)凸部の断面積が全体の断面積の20〜80%であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(,11項記載の
    複合焼結体工具。 (3)外周部に使用するロウ材がNi基ロロウ、パラジ
    ウムロウ材であることを特徴とする特許“請求の範囲第
    (+)、(2)項記載の複合焼結体工具。 (4)ダイヤモンドを体積で50%以上含有するダイヤ
    モンド焼結体部とこれに超高圧高温下で焼結時に直接ま
    たは厚さ0.5+iII以下の中間接合層を介在して結
    合された硬質焼結合金製の母材を凸形状に加工し、凹形
    杖を有する硬質焼結合金製の支持体に、外周部に焼結ダ
    イヤモンドの劣化温度より融点の晶いロウ材を配置し、
    内部に焼結ダイヤモンドの劣化温度より低い融点のロウ
    材を置いて、該、複合焼結ダイヤモンドの母材をはめ込
    み焼結ダイヤモンド上面にヒート7ンクを置いて焼結ダ
    イヤモンドの温度上昇を抑制しながら支持体を加熱して
    ロウ付けすることを特徴とする、複合焼結体工具の製造
    方法。 (5)支持体の加熱を真空中で電子ビームを!!(1射
    することにより行うことを特徴とする特許請求の範囲第
    (4)項記載の複合焼結体工具の製造方法。 (8)凸部の断面積が全体の断面積の20〜80%に加
    工された複合焼結ダイヤモンドを用いることを特徴とす
    る特許請求の範囲第(4)、(5)項記載の複合焼結体
    工具の製造方法。 (7)外周部に使用するロウ材がNi基ロウ材、パラジ
    ウム基ロウ材であることを特徴とする特許請求の範囲第
    (4)、 (5)、 (+i 1項記載の複合焼結体工
    具の製造方法。
JP1894184A 1984-02-03 1984-02-03 複合焼結体工具及びその製造方法 Pending JPS60167701A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0319926A2 (en) * 1987-12-10 1989-06-14 Asahi Diamond Industrial Co. Ltd. A Method for the preparation of a diamond-clad machining tool
JP2016517838A (ja) * 2013-03-27 2016-06-20 ハーダイド ピーエルシー 保護接着剤被膜を有する超砥粒材料およびその被膜の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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