JPS62107068A - ダイヤモンド被覆切削工具 - Google Patents

ダイヤモンド被覆切削工具

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JPS62107068A
JPS62107068A JP24557485A JP24557485A JPS62107068A JP S62107068 A JPS62107068 A JP S62107068A JP 24557485 A JP24557485 A JP 24557485A JP 24557485 A JP24557485 A JP 24557485A JP S62107068 A JPS62107068 A JP S62107068A
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film
diamond
cutting tool
substrate
diamond film
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比呂史 会田
Koichi Yamaguchi
浩一 山口
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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】 (発明の分野) 本発明は表面にダイヤモンド膜を有する切削工具に関し
、より詳細には、ダイヤモンド膜の剥離のない切削性能
に優れた切削工具に関する。
(従来技術) 従来から、切削工具としては超硬合金、A1zO3等の
酸化物、SiC、Si3Ng等の炭化物、窒化物が、あ
るいは超硬合金に炭化物、窒化物を被覆したものが、強
度および耐摩耗性にすくれることから一最的に使用され
ている。
近年に至っては、さらに耐摩耗性を有する材料として、
ダイヤモンドが注目され、薄膜技術の発展に伴い所定の
基体表面にダイヤモンド膜を気相成長法等により設けて
成る耐摩耗性に優れた切削工具が提案されている。
ダイヤモンド膜は、配向性、表面形態において多様に変
化するが、現在、これらの特性と切削性能に関しては、
はとんど研究されていないのが現状である。
(発明の概要) 本発明者等は、ダイヤモンド膜の結晶粒径、配向性、表
面形態と切削性能について研究を行った結果、刃先部に
おけるダイヤモンド膜が平均結晶粒径が0.1μm以上
のファセット状であり、且つその50%以上が(100
)又は(110)の配向性を有したものが優れた切削性
能を有することが明らかとなった。
(発明の実施例) 以下、本発明の詳細な説明する。
ダイヤモンド膜は、その成膜条件によって、多様に変化
するが、特に表面形態においてコーン状とファセット状
に大別できる。コーン状は第1図の電子顕微鏡写真に示
すように、それ自体微結晶で結晶面を有さす、微粒子が
集まって球状の突起を形成している。一方、ファセット
状は第2図および第3図の電子顕微鏡写真に示すように
結晶面を有し、結晶の稜線がはっきりと見られる。
本発明者の研究によれば、コーン状を成す場合、結晶状
態が悪く極めてもろく、膜にクラックが発生し粒界で成
長し易く、ファセット状と比較して膜の剥離が生じ易い
ことがわかった。
また、ダイヤモンドには、結晶面として主に(100)
、(110) 、(111)(111)が存在するが後
述する例からも明らかなように第2図の(111)の場
合、耐摩耗性が悪く、第3図の(100)および(11
0)と比較して劣る。これは(100) 、(110)
に比較して(111)は襞間エネルギーが小さいために
襞間が生じ易く、チッピング摩耗によって摩耗が大きく
なる傾向にある。さらに(111) 、(100) 、
(110)のプラズマによるエツチング速度では(11
1)が一番高いことが知られている。ダイヤモンドの生
成においてはSP3結合以外の析出物をエツチングしな
がらダイヤモンドが形成することが報告されている。
(111)が生成することはエツチングの弱い条件で行
う結果となっているので、基体表面の吸着物、不純物が
十分除去されないで残っている可能性が高い。従って(
111)では母材との密着性が悪く剥離しやすい。よっ
て本発明によれば切削工具の刃先部の50%以上特に8
0%以上の面積が(100)又は(110)の結晶面で
あることが重要である。
平均結晶粒径は、基体表面に多結晶の膜が生成したとし
ても、0.1 μm以上、特に1μm以上でないと、コ
ーン状の場合と同様に剥離し易くなる。
なお、この粒径の上限は30μmである。よって本発明
によれば、少なくとも表面形態がファセット状であるこ
と、結晶配向性において少なくとも刃先部の面積の50
%以上が(100)もしくは(110)であることおよ
び平均結晶粒径0.1μm以上の多結晶質であることが
必須の要件である。
なお、膜厚は、用いる基体によって左右され、例えば基
体が5iJ4質焼結体である場合、膜自体の強度を高め
るために10μm以上、特に30μm以上が望ましい。
本発明によれば用いる基体としては前述した5i3Na
itの他、超硬、サーメット、ジルコニア質、炭化珪素
質等の焼結体等が挙げられる。なお、基体の材質の選定
にあたっては、ダイヤモンド膜との密着性の点から、室
温から800℃までの熱膨張係数が2.8乃至4.8X
10−h/”Ill:の範囲のものが望ましい。
本発明のダイヤモンド切削工具の製造にあたっては、所
望の材質の切削工具母材に対し、公知の薄膜形成方法に
よってダイヤモンド膜を設ける。
薄膜形成方法としては、熱CVD 、 rfプラズマC
VD 。
マイクロ波CVD 、 ECRプラズ?CVD等のCV
O法、イオンビーム等、スパッタ法等のPVD法が挙げ
られる。これらの中でも、生成されるダイヤモンド膜が
(100)又は(110)の結晶面を有する必要がある
点を考慮すればCVD法が好ましい。特に膜の配向性を
左右する要因としては基体温度が挙げられる。CVD法
によるダイヤモンド膜の生成は、通常CH4、CtHz
、Cz I(4、C3Hい等炭化水素ガスと水素ガスと
の混合ガスを反応槽に導入し、高周波、熱、マイクロ波
等によってガスを励起状態゛として、基体上にダイヤモ
ンドを析出させるが、ダイヤモンドの配向性を左右する
因子として基体の加熱温度が挙げられる。即ち、加熱温
度が低いと(111)の結晶面ができやすく、高い場合
は(100)、(110)が生成されやすい。よって本
発明においては加熱温度を850乃至1000℃に設定
されるのが好ましい。
なお、本発明の切削工具はダイヤモンド膜を生成した後
、更に研磨によって、表面粗さを1μm以下に制御する
ことによって更に切削性能を高めることができる。
本発明を次の例で説明する。
実施例1 切削工具母材としてSi3N4質焼結体を用いてマイク
ロ波プラズマCVD法によって、下記条件でダイヤモン
ド膜を生成した。
マイクロ波出力  400W 圧   力        40Torrcut/ H
z       0.005基体温度     870
℃ (切削テスト) 得られたダイヤモンド被覆切削工具に対して第1表に示
す切削テストを行った。なお、切削工具の形状はTPG
N322シャープエツジとした。
第  1  表 切削テストはそれぞれ15分間行い、剥離の有無、摩耗
量を測定した。結果は第2表に示す。
なお、結晶面の解析は、光学顕微鏡観察、走査型電子顕
微鏡、X線回折によって行った。
(以下余白) 実施例2 切削工具母材として5i3Na質焼結体(+15χTi
N添加)、超硬質合金、Si 3N4質焼結体(1) 
(60XSiJa+35χTtC+5!W ) 、St
J<質焼結体+2)(50χSiJ。
+45χTiC+5χ−)を用いてマイクロ波プラズマ
CvD法により実施例1の条件で、またECIIプラズ
マCvO法により下記条件でダイヤモンド膜を生成した
ECR出力   40〇− 圧   力        7X10−’Torrco
、、/ 112      0.05基体温度    
 960℃ (切削テスト) 得られた切削工具を用いて被削材として純銅を用い切削
速度500m/win 、切込み0.1mm 、送り0
゜1mm/revの条件で15分間テストを行い、剥離
の有無、摩耗量を測定した。結果は第3表に示す。
(以下余白) 第2表および第3表から明らかなように、結晶面(11
1)が占める面積が50%を超えるサンプル漱3.5は
いずれも結晶面(100) 、(110)のものと比較
して摩耗量が大きく、剥離も発生した。また、コーン状
であるサンプル隘6は粒径自体も小さくなり、剥離が生
じた。結晶面が(100)であっても結晶粒径が小さい
m? 、12はいずれも切削性能に劣り、膜の剥離、ク
ランクが発生した。その他の本発明のサンプルはいずれ
も摩耗量が小さく、優れた切削性能を示した。
(発明の効果) 以上述べた通り、本発明のダイヤモンド被覆切削工具は
、ダイヤモンド膜をファセット状の平均粒径0918m
以上の多結晶質とし、且つ少なくとも刃先部表面の50
%以上の面積が(100)又は(110)の結晶面とす
ることによって膜自体の強度を高めることができ、それ
によって耐摩耗性、耐剥離性を向上させ、切削工具とし
て優れた切削性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、コーン状のダイヤモンド膜、第2図および第
3図はファセット状のダイヤモンド膜の電子顕微鏡写真
である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 基体の少なくとも刃部を含む表面にダイヤモンド膜を形
    成させたダイヤモンド被覆切削工具において、少なくと
    も刃部がファセット状の平均粒径0.1μm以上の多結
    晶質で、且つその表面の50%以上の面積が(100)
    又は(110)の結晶面であることを特徴とするダイヤ
    モンド被覆切削工具。
JP60245574A 1985-10-31 1985-10-31 ダイヤモンド被覆切削工具 Expired - Lifetime JPH0713298B2 (ja)

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