JPS63190132A - 温度安定ダイアモンド成形体およびその製造方法 - Google Patents
温度安定ダイアモンド成形体およびその製造方法Info
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Landscapes
- Powder Metallurgy (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、改良された合成ダイアモンド成形体およびそ
の製造方法に関し、特に種々の寸法、形状、および厚を
とり得る改良された新規な温度安定ダイアモンド成形体
に関する。更に、本発明は、この合成ダイアモンド成形
体を形成する方法に関し、特に、通常合成ダイアモンド
成形体の合成に用いられる高温および高圧を必要とせず
に、ダイている比較的大きいダイアモンド成形体を製造
する改良された新規な結合方法に関する。
の製造方法に関し、特に種々の寸法、形状、および厚を
とり得る改良された新規な温度安定ダイアモンド成形体
に関する。更に、本発明は、この合成ダイアモンド成形
体を形成する方法に関し、特に、通常合成ダイアモンド
成形体の合成に用いられる高温および高圧を必要とせず
に、ダイている比較的大きいダイアモンド成形体を製造
する改良された新規な結合方法に関する。
種々のタイプの合成ダイアモンド成形体が公知であり、
商業的に利用されている。このような成形体の典型的な
工業上の用途は材料除去である。
商業的に利用されている。このような成形体の典型的な
工業上の用途は材料除去である。
これにはたとえば、コアビット、採鉱ビット、石油や天
燃ガスの掘削ビット、鋸製品、切削工具、砥石車（グラ
インダホイール）、等の削り用具、これらの合成ダイア
モンド成形体はそれぞれ性質上幾分異なっており、たと
えば−例としては約７００〜７５０℃までの温度安定性
を有する未浸出（ｕｎｌｅａｃｈｅｄ）多結晶成形体が
ある（参照文献：米国特許第３，７４５．６２３号およ
び第３，６０８．８１８号公報）。
燃ガスの掘削ビット、鋸製品、切削工具、砥石車（グラ
インダホイール）、等の削り用具、これらの合成ダイア
モンド成形体はそれぞれ性質上幾分異なっており、たと
えば−例としては約７００〜７５０℃までの温度安定性
を有する未浸出（ｕｎｌｅａｃｈｅｄ）多結晶成形体が
ある（参照文献：米国特許第３，７４５．６２３号およ
び第３，６０８．８１８号公報）。
この合成ダイアモンド成形体自体はダイアモンド同士の
結合によって形成され、その後たとえばタングステン超
硬合金の基材上に保持される。通常、基材は予め成形さ
れており且つコバールトを含有しており、ダイアモンド
成形体を形成した後この基材に非常に高い温度および圧
力（通常はダイアモンドの安定な温度・圧力領域）で固
定する。これは従来の特許その他の文献にある通りであ
り、典型的な例としては圧力５０にｂａｒ以上、温度約
１２００℃以上である。
結合によって形成され、その後たとえばタングステン超
硬合金の基材上に保持される。通常、基材は予め成形さ
れており且つコバールトを含有しており、ダイアモンド
成形体を形成した後この基材に非常に高い温度および圧
力（通常はダイアモンドの安定な温度・圧力領域）で固
定する。これは従来の特許その他の文献にある通りであ
り、典型的な例としては圧力５０にｂａｒ以上、温度約
１２００℃以上である。
この過程で、基材中のコバルトはタングステンカーバイ
ドの結合材として、またダイアモンド同士の結合を行な
うための溶媒および触媒として用いられる。コバルトの
存在がダイアモンドの温度安定性にある程度限界をもた
らす。このような成形体を単結晶ダイアモンドに対して
多結晶ダイアモンド成形体（ＰＣＤ）と呼ぶことは一般
的ではない。
ドの結合材として、またダイアモンド同士の結合を行な
うための溶媒および触媒として用いられる。コバルトの
存在がダイアモンドの温度安定性にある程度限界をもた
らす。このような成形体を単結晶ダイアモンドに対して
多結晶ダイアモンド成形体（ＰＣＤ）と呼ぶことは一般
的ではない。
ＰＣＤ部材の有利な点は、破壊に際して、単結晶ダイア
モンドが一つの面に沿って破壊して比較的大きいダイア
モンド片を損失するのに対して、ＰＣＤ部材は比較的小
さな部分が失われるに過ぎないことである。
モンドが一つの面に沿って破壊して比較的大きいダイア
モンド片を損失するのに対して、ＰＣＤ部材は比較的小
さな部分が失われるに過ぎないことである。
未浸出ＰＣＤ部材の形成は、たとえば米国特許第２．９
４１．２４８号に開示されたような高温・高圧装置で行
なわれる。ＰＣＤ成形体に関しては多くの公知文献があ
り、種々の寸法および形状、たとえば円形、半円形、四
分円形、正方形、長方形、断面の一部が点状の半円形な
どのものが市販されている。ＰＣＤ板あるいは円板をタ
ングステンカーバイド等の支持部材と結合したものを鋼
製工具部材やタングステンカーバイド植刃支持部材にろ
う付けする場合がある。ＰＣＤ成形体の寸法は小は数鶴
から大は５０ｆｉ位までのものがある（たとえば米国特
許出願第９０６．１６９号、出願１９８６年９月１１日
、同一譲受人（ＣＨＰ６１４９））。
４１．２４８号に開示されたような高温・高圧装置で行
なわれる。ＰＣＤ成形体に関しては多くの公知文献があ
り、種々の寸法および形状、たとえば円形、半円形、四
分円形、正方形、長方形、断面の一部が点状の半円形な
どのものが市販されている。ＰＣＤ板あるいは円板をタ
ングステンカーバイド等の支持部材と結合したものを鋼
製工具部材やタングステンカーバイド植刃支持部材にろ
う付けする場合がある。ＰＣＤ成形体の寸法は小は数鶴
から大は５０ｆｉ位までのものがある（たとえば米国特
許出願第９０６．１６９号、出願１９８６年９月１１日
、同一譲受人（ＣＨＰ６１４９））。
籾量にＰＣＤの合成に溶媒および触媒として用いたコバ
ルト、鉄、あるいはニッケルが介在物として未浸出ＰＣ
Ｄ部材中に残留すると、ＰＣＤの温度安定性が低下し易
＜ 、１２００℃よりもかなり低温、たとえば約７５０
℃程度にまで低下する・直径のより大きな物を作ろうと
すれば、高い圧力と温度を発生することができる大規模
で高価な処理設備が必要になる。温度および圧力は炭素
に関する状態図中のダイアモンド成形領域である（米国
特許第４．１０８，６１４号および第４，４１１．６７
２号公報）。基材あるいは支持部材の長さには限界があ
る。それは、プレス装置内で場所を占める長い対象物に
面したダイアモンドを成形できるような処理設備としな
ければならないからである。その結果、少なくとも１つ
の事例として、ＰＣＤ面の裏面に軸を向けた支持部材の
長さは短くしておき、成形後にもっと長いタングステン
カーバイド部材あるいはその他の材質の部材を成形され
た物に何らかの従来周知方法で取り付けることになる。
ルト、鉄、あるいはニッケルが介在物として未浸出ＰＣ
Ｄ部材中に残留すると、ＰＣＤの温度安定性が低下し易
＜ 、１２００℃よりもかなり低温、たとえば約７５０
℃程度にまで低下する・直径のより大きな物を作ろうと
すれば、高い圧力と温度を発生することができる大規模
で高価な処理設備が必要になる。温度および圧力は炭素
に関する状態図中のダイアモンド成形領域である（米国
特許第４．１０８，６１４号および第４，４１１．６７
２号公報）。基材あるいは支持部材の長さには限界があ
る。それは、プレス装置内で場所を占める長い対象物に
面したダイアモンドを成形できるような処理設備としな
ければならないからである。その結果、少なくとも１つ
の事例として、ＰＣＤ面の裏面に軸を向けた支持部材の
長さは短くしておき、成形後にもっと長いタングステン
カーバイド部材あるいはその他の材質の部材を成形され
た物に何らかの従来周知方法で取り付けることになる。
たとえばこの例としては米国特許第４．２００．１５９
号がある。
号がある。
このような成形体の典型的な用途、たとえば石油や天然
ガスの掘削ビットあるいはコアビットなどの場合、普通
はビット部材を形成した後、これにＰＣＤ切削部材を設
置する。この方法は周知である。鋼製部材を用いる場合
の問題点は、ビットを洗浄し冷却するのに用いる切削液
の研摩性の流れによってこの鋼製部材および／または力
・ツタ−アセンブリがエロージョンを受けることである
。
ガスの掘削ビットあるいはコアビットなどの場合、普通
はビット部材を形成した後、これにＰＣＤ切削部材を設
置する。この方法は周知である。鋼製部材を用いる場合
の問題点は、ビットを洗浄し冷却するのに用いる切削液
の研摩性の流れによってこの鋼製部材および／または力
・ツタ−アセンブリがエロージョンを受けることである
。
この対策として、鋼製部材の表面硬化やカーパイトスラ
ングが利用されてきた。耐エロージヨン性を有するマト
リックス茎体ビットの場合には、支持部材を付加し、ま
たは十分な長さに一体として成形したＰＣＤカッターを
ろう付けによってマトリックス部材に取り付けていた。
ングが利用されてきた。耐エロージヨン性を有するマト
リックス茎体ビットの場合には、支持部材を付加し、ま
たは十分な長さに一体として成形したＰＣＤカッターを
ろう付けによってマトリックス部材に取り付けていた。
この方法の問題点の１つは、高コストになる他に、高温
ろう材を使う必要があるのでろう付は中にカッター面が
熱影響（約７５０℃以上）を受けないようにＰＣＤ面を
冷却しておかなければならないことである。こうした条
件下で多くのビットメーカーが数多くのビットを生産し
てきたのが現実である。
ろう材を使う必要があるのでろう付は中にカッター面が
熱影響（約７５０℃以上）を受けないようにＰＣＤ面を
冷却しておかなければならないことである。こうした条
件下で多くのビットメーカーが数多くのビットを生産し
てきたのが現実である。
もう一つ市販されているＰＣＤの形としてはＧＥＯ５Ｅ
Ｔと表示の非支持型浸出（ｌｅａｃｈｅｄ）成形体があ
る（米国特許第４，２２４，３８０号および第４．２８
８，２４８号公報）。これは１２００℃までの温度安定
性があるが、約１５％に達するポロシティ−があるため
、用途によっては耐衝撃性に欠ける。このＰＣＤ成形体
の温度安定性による利点は、ビット部材を形成するのに
用いられるマトリックス材料の浸透処理（ｉｎｆｉｌｔ
ｒａｔｉｏｎ）中に処理でき且つ浸透処理中に高温にさ
らされてもＰＣＤが崩壊しないので、ろう付けの必要が
ないことである。一般的に温度安定性はＰＣＤを切削に
用いたときにも利点である。この発明が目的としている
のは、ＰＣＤ部材がタイプにかかわらず約１２００℃ま
で性質が事実上劣化せずに安定なことであり、以下ＴＳ
ＰＣＤと呼称する。典型的な温度安定浸出ＰＣＤはＧＥ
ＯＳＥＴの商標で市販されているものであり、ポロシテ
ィ−を含んでいる。
Ｔと表示の非支持型浸出（ｌｅａｃｈｅｄ）成形体があ
る（米国特許第４，２２４，３８０号および第４．２８
８，２４８号公報）。これは１２００℃までの温度安定
性があるが、約１５％に達するポロシティ−があるため
、用途によっては耐衝撃性に欠ける。このＰＣＤ成形体
の温度安定性による利点は、ビット部材を形成するのに
用いられるマトリックス材料の浸透処理（ｉｎｆｉｌｔ
ｒａｔｉｏｎ）中に処理でき且つ浸透処理中に高温にさ
らされてもＰＣＤが崩壊しないので、ろう付けの必要が
ないことである。一般的に温度安定性はＰＣＤを切削に
用いたときにも利点である。この発明が目的としている
のは、ＰＣＤ部材がタイプにかかわらず約１２００℃ま
で性質が事実上劣化せずに安定なことであり、以下ＴＳ
ＰＣＤと呼称する。典型的な温度安定浸出ＰＣＤはＧＥ
ＯＳＥＴの商標で市販されているものであり、ポロシテ
ィ−を含んでいる。
ポロシティ−がなく且つ浸出処理されていない温度安定
ＰＣＤ部材が公知である。このような材料の典型的な例
は５ＹＮＤＡＸ−３の商標で市販されているもので、Ｐ
ＣＤ中にシリコンがシリコンカーバイドとして含存され
ている。
ＰＣＤ部材が公知である。このような材料の典型的な例
は５ＹＮＤＡＸ−３の商標で市販されているもので、Ｐ
ＣＤ中にシリコンがシリコンカーバイドとして含存され
ている。
ここで問題は、前述の低温用成形体とは異なり、ＴＳＰ
ＣＤ材料が支持部材付成形体として市販されていないこ
とである。ＴＳＰＣＤ材料は支持部材のない材料として
市販されており、市販されている形状・寸法は非常に多
様で、たとえば三角形、正方形、両端平面または片端尖
り型の円筒形、円板、長方形、卵形、等がある。これら
成形体はレーザーなどを用いて切断して別の形にするこ
ともできる。
ＣＤ材料が支持部材付成形体として市販されていないこ
とである。ＴＳＰＣＤ材料は支持部材のない材料として
市販されており、市販されている形状・寸法は非常に多
様で、たとえば三角形、正方形、両端平面または片端尖
り型の円筒形、円板、長方形、卵形、等がある。これら
成形体はレーザーなどを用いて切断して別の形にするこ
ともできる。
高温安定性は全ての用途に必要なわけではないが、必要
な用途も多い。更にＰＣＤ部分が高温（７５０℃を超え
る）にさらされるろう付けのような処理工程がある。そ
の場合にはＰＣＤ部分を冷却するか、高温にさらされな
いようにする必要がある。その結果、そのような不安定
なＰＣＤ部材の処理には限界があるので用途にも限界が
ある。
な用途も多い。更にＰＣＤ部分が高温（７５０℃を超え
る）にさらされるろう付けのような処理工程がある。そ
の場合にはＰＣＤ部分を冷却するか、高温にさらされな
いようにする必要がある。その結果、そのような不安定
なＰＣＤ部材の処理には限界があるので用途にも限界が
ある。
ＴＳＰＣＤの市販寸法範囲内では多くの用途で小さ過ぎ
る。この問題を克服するために、個々のＴＳＰＣＤ部材
を支持部材（たとえばホットプレス成形体など）に配設
し機械的に固定したモザイク構造のＴＳＰＣＤ部材を成
形している（本出願と譲受人が同一である米国特許出願
第７９７．０５８号、第７９４，５６９号、および第７
９７ 、５６９号；それぞれ出願日１９Ｂ５゜１１．１
４．．１９８５．１１．４．、および１９８４．１１．
１３．）。
る。この問題を克服するために、個々のＴＳＰＣＤ部材
を支持部材（たとえばホットプレス成形体など）に配設
し機械的に固定したモザイク構造のＴＳＰＣＤ部材を成
形している（本出願と譲受人が同一である米国特許出願
第７９７．０５８号、第７９４，５６９号、および第７
９７ 、５６９号；それぞれ出願日１９Ｂ５゜１１．１
４．．１９８５．１１．４．、および１９８４．１１．
１３．）。
このようなモザイク構造は温度安定性のある大型ＰＣＤ
カッターを製造するには有効であるが、モザイクの各部
分は石油や天然ガスの掘削ビットおよびコアビットとし
て用いられている温度安定性のない大型単体ＰＣＤカッ
ター（直径５０ｍｍあるいはそれ以上の）のような利点
に欠ける。モザイクカッターを用いたビットは、ビット
のマトリックスへこのモザイクをろう付けする必要はな
いが、モザイクカッターは大型単体ＰＣＤとしては機能
しないので、個別に機械＃７１＆設された↑５ＰＣＤ部
材は支持体から脱落し得る。更に機械的な配設は組立体
として温度安定性はあるがカッターの形状・寸法・外形
の制限がある。
カッターを製造するには有効であるが、モザイクの各部
分は石油や天然ガスの掘削ビットおよびコアビットとし
て用いられている温度安定性のない大型単体ＰＣＤカッ
ター（直径５０ｍｍあるいはそれ以上の）のような利点
に欠ける。モザイクカッターを用いたビットは、ビット
のマトリックスへこのモザイクをろう付けする必要はな
いが、モザイクカッターは大型単体ＰＣＤとしては機能
しないので、個別に機械＃７１＆設された↑５ＰＣＤ部
材は支持体から脱落し得る。更に機械的な配設は組立体
として温度安定性はあるがカッターの形状・寸法・外形
の制限がある。
モザイクカッターのもう一つの問題点は、機械的に配設
された個々のＴＳＰＣＤ部材が曲げ応力によって分離し
易いことである。更に、一体としてろう付けした大型の
ＰＣＤカッターは同一の寸法でも使用中に破損するのは
ＰＣＤの掻く一部分に過ぎないのに対して、モザイクカ
ッターはＴＳＰＣＤの周囲の支持体部分が摩損してＴＳ
ＰＣＤを支持できなくなってＴＳＰＣＤ部材を放出して
しまう、すなわち、１個のＴＳＰＣＤの一部が欠けるの
ではなく個々のＴＳＰＣＤ自体が欠落する。
された個々のＴＳＰＣＤ部材が曲げ応力によって分離し
易いことである。更に、一体としてろう付けした大型の
ＰＣＤカッターは同一の寸法でも使用中に破損するのは
ＰＣＤの掻く一部分に過ぎないのに対して、モザイクカ
ッターはＴＳＰＣＤの周囲の支持体部分が摩損してＴＳ
ＰＣＤを支持できなくなってＴＳＰＣＤ部材を放出して
しまう、すなわち、１個のＴＳＰＣＤの一部が欠けるの
ではなく個々のＴＳＰＣＤ自体が欠落する。
一般的な要請としては、１つまたは複数のＴＳＰＣＤが
適当な支持体に強固に固定されているＰＣＤ含有成形体
あるいはこれが更に別の部材上に配設されているものが
求められている。配設の方法として望しいのは、個々の
ＴＳＰＣＤ部材が単に機械的な結合だけではなく、強固
な：代’Ｚ、結合で行なわれることである。
適当な支持体に強固に固定されているＰＣＤ含有成形体
あるいはこれが更に別の部材上に配設されているものが
求められている。配設の方法として望しいのは、個々の
ＴＳＰＣＤ部材が単に機械的な結合だけではなく、強固
な：代’Ｚ、結合で行なわれることである。
米国特許第３，６５０．７１４号公報（１９７２年３月
２１日、Ｆａｒｋａｓ）の方法では、２００〜２５０メ
ツシユの天然単結晶ダイアモンド粒子にチタンまたはジ
ルコニウムを被覆する。被覆の方法は、乾燥粉末を塗布
した材料をグラファイト容器中に入れて８５０〜９００
℃、真空中で１０−１５分間加熱する方法である。
２１日、Ｆａｒｋａｓ）の方法では、２００〜２５０メ
ツシユの天然単結晶ダイアモンド粒子にチタンまたはジ
ルコニウムを被覆する。被覆の方法は、乾燥粉末を塗布
した材料をグラファイト容器中に入れて８５０〜９００
℃、真空中で１０−１５分間加熱する方法である。
比較的低温で界面にカーバイドを形成するので、チタン
またはジルコニウムの皮膜も非常に薄い。
またはジルコニウムの皮膜も非常に薄い。
得られる被覆ダイアモンド粒子は皮膜が約５ｗｔ％であ
り、皮膜の外表面はカーバイド化していないと言われて
いる。皮膜厚さの計算値は２００メツシユの材料につい
ては約０．４４５Ｊ／ＩＩ、 ２５０メツシユの材料
については約０．３４４ｍである。後で酸化性雰囲気中
で処理して、他の材料によって容易に濡らされない酸化
物を形成するために、上記皮膜の上からニッケルまたは
銅で厚さ０．００２〜０．００５ｉｎ（５０，８〜１２
７ Ｊ＝ｌｌ＋ ）の外皮膜を被覆する。この外皮膜は
次に行なう酸化性条件下での処理中にチタンまたはジル
コニウム、またはこれらのカーバイドの酸化を防止する
保護皮膜として作用するといわれる。次に行なう処理と
して記載されているのは、ホットプレスまたはコールド
プレスとその後に行なうろう付は合金による焼結または
浸透処理である。
り、皮膜の外表面はカーバイド化していないと言われて
いる。皮膜厚さの計算値は２００メツシユの材料につい
ては約０．４４５Ｊ／ＩＩ、 ２５０メツシユの材料
については約０．３４４ｍである。後で酸化性雰囲気中
で処理して、他の材料によって容易に濡らされない酸化
物を形成するために、上記皮膜の上からニッケルまたは
銅で厚さ０．００２〜０．００５ｉｎ（５０，８〜１２
７ Ｊ＝ｌｌ＋ ）の外皮膜を被覆する。この外皮膜は
次に行なう酸化性条件下での処理中にチタンまたはジル
コニウム、またはこれらのカーバイドの酸化を防止する
保護皮膜として作用するといわれる。次に行なう処理と
して記載されているのは、ホットプレスまたはコールド
プレスとその後に行なうろう付は合金による焼結または
浸透処理である。
上記の方法および得られる成形体の重大な問題点は、カ
ーバイド含有皮膜が非常に薄く、実質的に１−未満であ
るため、浸透処理で液状結合剤を使用する、たとえば掘
削ビット用の浸透マトリックスの形成のような類の後続
処理を行なう場合、液状結合剤が保護皮膜と比較的薄い
カーバイド含有皮膜とを貫通することである。この問題
は、表面が「岩肌」のように不規則で必ず表面部にポロ
シティ−があるＰＣＤ部材の場合には特に顕著である。
ーバイド含有皮膜が非常に薄く、実質的に１−未満であ
るため、浸透処理で液状結合剤を使用する、たとえば掘
削ビット用の浸透マトリックスの形成のような類の後続
処理を行なう場合、液状結合剤が保護皮膜と比較的薄い
カーバイド含有皮膜とを貫通することである。この問題
は、表面が「岩肌」のように不規則で必ず表面部にポロ
シティ−があるＰＣＤ部材の場合には特に顕著である。
Ｐａｒｋａｓ特許のような薄い皮膜は本質的に欠陥やボ
イドを含んでいるため、浸透性のある液状結合剤がＰＣ
Ｄと皮膜との間に侵入してＰＣＤから皮膜を剥離させ得
る。ＰＣＤ部材が天然部材かによらず、このような被覆
をしたダイアモンドを酸化性雰囲気で処理することは、
ニッケルまたは銅の外皮膜に欠陥や欠損があると（たと
えば液状結合剤の作用で発生する）、内側にあるチタン
またはチタンカーバイドの皮膜が酸化したり破壊するの
で実際的ではない。
イドを含んでいるため、浸透性のある液状結合剤がＰＣ
Ｄと皮膜との間に侵入してＰＣＤから皮膜を剥離させ得
る。ＰＣＤ部材が天然部材かによらず、このような被覆
をしたダイアモンドを酸化性雰囲気で処理することは、
ニッケルまたは銅の外皮膜に欠陥や欠損があると（たと
えば液状結合剤の作用で発生する）、内側にあるチタン
またはチタンカーバイドの皮膜が酸化したり破壊するの
で実際的ではない。
更に、従来技術においては、いわゆるダイアモンド埋込
成形体が公知である。このような成形体の典型的なもの
は、種々のメソシュサイズの天然または合成ダイアモン
ド粒子で構成されている。
成形体が公知である。このような成形体の典型的なもの
は、種々のメソシュサイズの天然または合成ダイアモン
ド粒子で構成されている。
一体型の大型ＰＣＤ部材が処理や残留介在物またはポロ
シティ−に応じて７０〜９７ｖｏＡ％のダイアモンド体
積率を有するのに対して、埋込成形体のダイアモンド体
積率は非常に低く、典型的には４０％未満である。その
結果、埋込成形体は研摩材または切削部材としてダイ２
アモンドグリフト無しの同一材料よりも特性が優れてい
るが、ただし、小さいダイアモンド粒子が周囲の支持体
の摩損によって容易に欠落することが問題である。支持
体中でのダイアモンドグリッドの維持を向上するために
、グリッドの粒子に化学蒸着によってタングステン、タ
ンタル、ニオブ、モリブデン等の金属を被覆する方法が
ある（米国特許第３．８７１，８４０号および第３．８
４１．８５２号公報）。上記成形体は、粒子寸法４０〜
１００メツシユのダイアモンドグリッドを約２５ｗｔ％
含有し、改良された大型ダイアモンド成形体に対して、
改良された埋込成形体を代表する。被覆されたダイアモ
ンドグリッドはホントプレスまたは高温での浸透処理に
よって種々の形状に成形される。
シティ−に応じて７０〜９７ｖｏＡ％のダイアモンド体
積率を有するのに対して、埋込成形体のダイアモンド体
積率は非常に低く、典型的には４０％未満である。その
結果、埋込成形体は研摩材または切削部材としてダイ２
アモンドグリフト無しの同一材料よりも特性が優れてい
るが、ただし、小さいダイアモンド粒子が周囲の支持体
の摩損によって容易に欠落することが問題である。支持
体中でのダイアモンドグリッドの維持を向上するために
、グリッドの粒子に化学蒸着によってタングステン、タ
ンタル、ニオブ、モリブデン等の金属を被覆する方法が
ある（米国特許第３．８７１，８４０号および第３．８
４１．８５２号公報）。上記成形体は、粒子寸法４０〜
１００メツシユのダイアモンドグリッドを約２５ｗｔ％
含有し、改良された大型ダイアモンド成形体に対して、
改良された埋込成形体を代表する。被覆されたダイアモ
ンドグリッドはホントプレスまたは高温での浸透処理に
よって種々の形状に成形される。
埋込成形体に対して、被覆によってダイアモンド成形体
を形成する方法がある。たとえば米国特許第３．８７９
．９０１号の方法では、真空中蒸着によってダイアモン
ドにモリブデンまたはチタンを堆積させ、これを６０
ＫｂａｒＳ１２０ＯＮ１４００ｔ’ テ処理して、ダイ
アモンド埋込成形体とは対照的なダイアモンド成形体を
形成する。また、米国特許第４．３７８．９７５号の方
法では、生材をニッケル基合金と一緒にコールドプレス
してダイアモンド入り研摩体を形成する。得られた生材
をダイアモンド体積率１０〜４゜ＶＯＷ％で９５０℃で
焼結する。
を形成する方法がある。たとえば米国特許第３．８７９
．９０１号の方法では、真空中蒸着によってダイアモン
ドにモリブデンまたはチタンを堆積させ、これを６０
ＫｂａｒＳ１２０ＯＮ１４００ｔ’ テ処理して、ダイ
アモンド埋込成形体とは対照的なダイアモンド成形体を
形成する。また、米国特許第４．３７８．９７５号の方
法では、生材をニッケル基合金と一緒にコールドプレス
してダイアモンド入り研摩体を形成する。得られた生材
をダイアモンド体積率１０〜４゜ＶＯＷ％で９５０℃で
焼結する。
更に、合成ダイアモンドの焼結において強力なカーバイ
ドフォーマμｍの薄膜（厚さ３０００〜６０００オング
ストローム）の形成を用い、次に銅を被覆した後、５Ｋ
ｂａｒ、 ６００〜７００’Ｃの不活性雰囲気中で処
理する（米国特許第３，３５６．４７３号公報）。米国
特許第３，４６４．８９４号においては６２．０００気
圧の圧力で処理することによってチタンと炭素の結合を
行なって、化学的に結合したチタン皮膜を形成する。
ドフォーマμｍの薄膜（厚さ３０００〜６０００オング
ストローム）の形成を用い、次に銅を被覆した後、５Ｋ
ｂａｒ、 ６００〜７００’Ｃの不活性雰囲気中で処
理する（米国特許第３，３５６．４７３号公報）。米国
特許第３，４６４．８９４号においては６２．０００気
圧の圧力で処理することによってチタンと炭素の結合を
行なって、化学的に結合したチタン皮膜を形成する。
−ａ的に、従来技術の被覆方法は、ダイアモンドを形成
する材料を前処理した後、これを高温・高圧下で処理し
てダイアモンド部材を形成したり、あるいはダイアモン
ド体積率が約５０％よりかなり低い埋込成形体を形成す
るのに用いられるダイアモンドグリッドの上に皮膜を形
成したりする方法に関する。
する材料を前処理した後、これを高温・高圧下で処理し
てダイアモンド部材を形成したり、あるいはダイアモン
ド体積率が約５０％よりかなり低い埋込成形体を形成す
るのに用いられるダイアモンドグリッドの上に皮膜を形
成したりする方法に関する。
１２００℃程度まで温度安定性があり且つダイアモンド
の合成時よりも低い圧力と温度で形成できる大型ＴＳＰ
ＣＤ成形体の形成方法が出現すれば、極めて利点が大き
い。たとえば、形成設備のコストと成形体のコストが大
巾に低減される０種々の形状、寸法、厚さに形成できれ
ば、すなわち高温・高圧設備による形状・寸法制限がな
くなれば、処理および用途の観点からやはり利点である
。
の合成時よりも低い圧力と温度で形成できる大型ＴＳＰ
ＣＤ成形体の形成方法が出現すれば、極めて利点が大き
い。たとえば、形成設備のコストと成形体のコストが大
巾に低減される０種々の形状、寸法、厚さに形成できれ
ば、すなわち高温・高圧設備による形状・寸法制限がな
くなれば、処理および用途の観点からやはり利点である
。
本発明の重大な利点の１つは、特殊な形状で且つＴＳＰ
ＣＤ出発材料が所定位置に強固に固定されているＴＳＰ
ＣＤ成形体を形成できることである。たとえば、本発明
に従ったＴＳＰＣＤ構造体を種々のタイプの切削工具や
線端部結合工具に用いて、半導体チップ処理工程でチッ
プの各要素を、精密に制御・位置決めされた加熱ＴＳＰ
ＣＤ面を持つ線端部結合工具で電気的に接合したり、あ
るいはダイアモンドトレーシング工具等に使用すると従
来技術に比べて顕著な利点がある。
ＣＤ出発材料が所定位置に強固に固定されているＴＳＰ
ＣＤ成形体を形成できることである。たとえば、本発明
に従ったＴＳＰＣＤ構造体を種々のタイプの切削工具や
線端部結合工具に用いて、半導体チップ処理工程でチッ
プの各要素を、精密に制御・位置決めされた加熱ＴＳＰ
ＣＤ面を持つ線端部結合工具で電気的に接合したり、あ
るいはダイアモンドトレーシング工具等に使用すると従
来技術に比べて顕著な利点がある。
そこで、本発明の目的の１つは、種々の寸法および形状
を有し且つ種々の製品に用いることができ、しかも従来
市販品よりも実質的に安価であって且つ支持体に強固に
結合できる温度安定ダイアモンド成形体を提供すること
である。
を有し且つ種々の製品に用いることができ、しかも従来
市販品よりも実質的に安価であって且つ支持体に強固に
結合できる温度安定ダイアモンド成形体を提供すること
である。
本発明のもう１つの目的は、温度安定性の低いダイアモ
ンド部材から比較的低い温度および圧力で、温度安定ダ
イアモンド成形体を形成する改良された新規な方法を提
供することである。
ンド部材から比較的低い温度および圧力で、温度安定ダ
イアモンド成形体を形成する改良された新規な方法を提
供することである。
本発明のもう１つの目的は、温度安定ダイアモンド成形
体を比較的に低い温度および圧力で形成するための改良
された方法を提供することである。
体を比較的に低い温度および圧力で形成するための改良
された方法を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、同等の寸法の従来品に比べ
て安価であり且つ従来は経済的に実行不可能であった比
較的低い温度および圧力で種々の形状および寸法に形成
できる掘削ビットおよびコアピット用の改良された温度
安定ダイアモンド切削部材を提供することである。
て安価であり且つ従来は経済的に実行不可能であった比
較的低い温度および圧力で種々の形状および寸法に形成
できる掘削ビットおよびコアピット用の改良された温度
安定ダイアモンド切削部材を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、温度安定ＰＣＤを工具ある
いは支持体に取り付けるための、より有効な寸法および
手段を提供することである。
いは支持体に取り付けるための、より有効な寸法および
手段を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、ＴＳＰＣＤＳ付０化学結合
によって工具体に強固に取り付けることである。
によって工具体に強固に取り付けることである。
本発明のもう１つの目的は、カッターの摩耗に伴って鋭
い切削刃が再発生するような摩耗機構を制御できるよう
な特殊な形状の切削部材にＴＳＰＣＤＳ付０結合するこ
とである。
い切削刃が再発生するような摩耗機構を制御できるよう
な特殊な形状の切削部材にＴＳＰＣＤＳ付０結合するこ
とである。
本発明のもう１つの目的は、結合されたＰＣＤ部材が個
別部材の単なる集合ではなくて一体として形成するよう
に結合している改良されたダイアモンド成形体を形成す
ることである。
別部材の単なる集合ではなくて一体として形成するよう
に結合している改良されたダイアモンド成形体を形成す
ることである。
本発明のもう１つの目的は、特定の用途に合わせて性質
を調節し得る、ＴＳＰＣＤ用の強力な支持部材を提供す
ることである・ 以下、：、 白〔問題点を解
決するための手段〕 本発明に従えば、より小さいＴＳＰＣＤＳ付０比較的低
い圧力および温度で行なう改良された方法によって形成
される温度安定合成多結晶ダイアモンド（Ｐ ＣＤ）成
形体が提供される。
を調節し得る、ＴＳＰＣＤ用の強力な支持部材を提供す
ることである・ 以下、：、 白〔問題点を解
決するための手段〕 本発明に従えば、より小さいＴＳＰＣＤＳ付０比較的低
い圧力および温度で行なう改良された方法によって形成
される温度安定合成多結晶ダイアモンド（Ｐ ＣＤ）成
形体が提供される。
一般的に本発明の成形体は、液体状態での浸透処理（液
相浸透）または固体状態での焼結（固相焼結）によって
比較的薄いＰＣＤ部材を硬質セラミック基材に固定する
ことによって形成できる。
相浸透）または固体状態での焼結（固相焼結）によって
比較的薄いＰＣＤ部材を硬質セラミック基材に固定する
ことによって形成できる。
本発明の方法は、共通の工程として、温度安定多結晶ダ
イアモンド部材に選択されたカーバイド形成材、望まし
くは酸化に対して安定なカーバイド形成材を被覆する工
程、および被覆された該部材をモールド（型）内に所定
の相対位置関係で配置する工程を含む、その後、有機結
合剤を含有するタングステンカーバイド粉末のような硬
質セラミック粉末を、被覆され、配置されたＴＳＰＣＤ
Ｓ付０上および周囲に配置する。粉末は単一寸法である
ことが望ましいが、二種類の寸法および混合状態でも使
用できる。
イアモンド部材に選択されたカーバイド形成材、望まし
くは酸化に対して安定なカーバイド形成材を被覆する工
程、および被覆された該部材をモールド（型）内に所定
の相対位置関係で配置する工程を含む、その後、有機結
合剤を含有するタングステンカーバイド粉末のような硬
質セラミック粉末を、被覆され、配置されたＴＳＰＣＤ
Ｓ付０上および周囲に配置する。粉末は単一寸法である
ことが望ましいが、二種類の寸法および混合状態でも使
用できる。
得られた集合体をコールドプレスして約５０ｖｏｌ％に
圧縮する。すなわち体積の約５０％がポロシティ−で、
これは後で焼結または浸透によって充填される。圧縮さ
れた集合体を次に等圧コールドプレスして粉末の体積率
を約６０〜６５％に高めてもよい、コールド等圧プレス
された部材は必要に応じて行なう取扱いや機械加工を受
けるのに十分な結合度を有する。
圧縮する。すなわち体積の約５０％がポロシティ−で、
これは後で焼結または浸透によって充填される。圧縮さ
れた集合体を次に等圧コールドプレスして粉末の体積率
を約６０〜６５％に高めてもよい、コールド等圧プレス
された部材は必要に応じて行なう取扱いや機械加工を受
けるのに十分な結合度を有する。
その後、液相浸透を利用する場合には、上記で得られた
部材をまず加熱して有機結合剤を蒸発除去し、次に、望
ましくは真空中でまたは不活性もしくは還元性の雰囲気
中で、融解しそして硬質セラミック粉末中のボイドを充
填して相互に結合させる金属結合剤を浸透させる。浸透
によって、結合剤が皮膜（被覆された膜） ａ＞Ｉ外
側を濡らし、皮膜の一部がマトリックス材もしくはマト
リックス材含有粉末のための結合剤に溶は込みもしくは
結合剤と反応して結合剤と皮膜金属との界面にこれら両
者の固溶体を形成する。この処理段階においては結合剤
は流体状態もしくは流体に近い状態である。皮膜からの
結合はマトリックス材１粕！？中≠五のための結合剤を
通して行なわれると考えられる。
部材をまず加熱して有機結合剤を蒸発除去し、次に、望
ましくは真空中でまたは不活性もしくは還元性の雰囲気
中で、融解しそして硬質セラミック粉末中のボイドを充
填して相互に結合させる金属結合剤を浸透させる。浸透
によって、結合剤が皮膜（被覆された膜） ａ＞Ｉ外
側を濡らし、皮膜の一部がマトリックス材もしくはマト
リックス材含有粉末のための結合剤に溶は込みもしくは
結合剤と反応して結合剤と皮膜金属との界面にこれら両
者の固溶体を形成する。この処理段階においては結合剤
は流体状態もしくは流体に近い状態である。皮膜からの
結合はマトリックス材１粕！？中≠五のための結合剤を
通して行なわれると考えられる。
金属結合剤としては、ＴＳＰＣＤの温度安定範囲内の融
点を有し且つ強度および靭性を具備するものが望ましい
。この操作において、被覆されたＴＳＰＣＤＳ付Ｃ０互
に結合されて単一集合体ＴＳＰＣＤになる。
点を有し且つ強度および靭性を具備するものが望ましい
。この操作において、被覆されたＴＳＰＣＤＳ付Ｃ０互
に結合されて単一集合体ＴＳＰＣＤになる。
浸透を行なう温度は、ＴＳＰＣＤＳ付Ｃ０崩壊温度より
低く、結合剤の融点より高く、且つ皮膜の金属の融点よ
り低い。本発明に従えば、ＴＳＰＣＤとカーバイド形成
材皮膜との界面に薄いカーバイド層が形成される。この
カーバイド層の形成は、粉末を部材の周囲に配置する前
にカーバイド形成条件下で部材を加熱することによって
行なうか、あるいは浸透もしくは焼結と同時に行なう。
低く、結合剤の融点より高く、且つ皮膜の金属の融点よ
り低い。本発明に従えば、ＴＳＰＣＤとカーバイド形成
材皮膜との界面に薄いカーバイド層が形成される。この
カーバイド層の形成は、粉末を部材の周囲に配置する前
にカーバイド形成条件下で部材を加熱することによって
行なうか、あるいは浸透もしくは焼結と同時に行なう。
いずれの場合にも、加熱はカーバイド形成材によって被
覆されたＴＳＰＣＤの表面の前述の位置で比較的薄いカ
ーバイド層の形成を促進するように制御される。この制
御加熱中に、カーバイド形成条件下で、炭素がＰＣＤか
ら皮膜中に拡散してカーバイドを形成する。
覆されたＴＳＰＣＤの表面の前述の位置で比較的薄いカ
ーバイド層の形成を促進するように制御される。この制
御加熱中に、カーバイド形成条件下で、炭素がＰＣＤか
ら皮膜中に拡散してカーバイドを形成する。
加熱中において、加熱速度よりもカーバイドを形成する
のに用いた温度の方が重要であると考えられる。事実、
たとえばタングステン皮膜の場合、加熱をいくら速くし
ても、ダイアモンド上の皮膜は約９５０℃より高温望ま
しくは約１１００℃でカーバイドを形成する。したがっ
て、通常は１１００℃で約１５分間の加熱をすれば十分
である。 １１００℃でこれよりも長時間加熱するとカ
ーバイドの厚さは増加するが、一般的に高温での長時間
加熱はカーバイド形成量が過剰になり有効でない化学結
合が起こるのでダイアモンドに損傷を与える。加熱が過
剰になると、ＴＳＰＣＤから皮膜中へ拡散する炭素の量
が増加してＰＣＤに損傷を与え易い、したがって、カー
バイド形成金属の皮膜の厚さは広い範囲で変えてもよい
が、タングステンのような耐酸化性の単一の皮膜に対す
るカーバイド皮膜の寸法は、最小約１４から約１５〜３
０趨の範囲内にすべきである。その理由は次のとおりで
ある。
のに用いた温度の方が重要であると考えられる。事実、
たとえばタングステン皮膜の場合、加熱をいくら速くし
ても、ダイアモンド上の皮膜は約９５０℃より高温望ま
しくは約１１００℃でカーバイドを形成する。したがっ
て、通常は１１００℃で約１５分間の加熱をすれば十分
である。 １１００℃でこれよりも長時間加熱するとカ
ーバイドの厚さは増加するが、一般的に高温での長時間
加熱はカーバイド形成量が過剰になり有効でない化学結
合が起こるのでダイアモンドに損傷を与える。加熱が過
剰になると、ＴＳＰＣＤから皮膜中へ拡散する炭素の量
が増加してＰＣＤに損傷を与え易い、したがって、カー
バイド形成金属の皮膜の厚さは広い範囲で変えてもよい
が、タングステンのような耐酸化性の単一の皮膜に対す
るカーバイド皮膜の寸法は、最小約１４から約１５〜３
０趨の範囲内にすべきである。その理由は次のとおりで
ある。
カーバイド形成金属皮膜の厚さは、約３趨より大きいと
結合強度は強くなるが、１−まで薄くしてもよい、厚さ
が約３０趨より大きい皮膜を用いることもできるが、厚
さが約３０μより大きくても１０〜約３０趨の範囲で得
られるよりも強い結合力が得られるとは考えられない。
結合強度は強くなるが、１−まで薄くしてもよい、厚さ
が約３０趨より大きい皮膜を用いることもできるが、厚
さが約３０μより大きくても１０〜約３０趨の範囲で得
られるよりも強い結合力が得られるとは考えられない。
用途によっては１〜約３ｔｎａの厚さの皮膜を用いるこ
とができるが、実質的に増加した結合強さが得られるの
は、試験した結合剤については、約３−より大きい場合
に得られる。皮膜が約１μ未満であると、浸透処理中も
しくは焼結中にＴＳＰＣＤＳ付Ｃ０の許容できない皮膜
分離が起き易い。
とができるが、実質的に増加した結合強さが得られるの
は、試験した結合剤については、約３−より大きい場合
に得られる。皮膜が約１μ未満であると、浸透処理中も
しくは焼結中にＴＳＰＣＤＳ付Ｃ０の許容できない皮膜
分離が起き易い。
本発明によって得られる成形体は、ＴＳＰＣＤから皮膜
を経てマトリックス材（；、及ぶ化学結合を有する０本
明細書中で「マトリックス＃＃材」という用語は、ＴＳ
ＰＣＤＳ付Ｃ０囲にもしくはＴＳＰＣＤＳ付Ｃ０触して
配置され本発明に従って処理を受ける粉末および結合剤
を指す。マトリックスｔ＃材は、内部にマトリックス部
材が配置される支持体、たとえばドリルビット基体を一
般的に指すより一般的な用語「マトリックス」とは区別
される。
を経てマトリックス材（；、及ぶ化学結合を有する０本
明細書中で「マトリックス＃＃材」という用語は、ＴＳ
ＰＣＤＳ付Ｃ０囲にもしくはＴＳＰＣＤＳ付Ｃ０触して
配置され本発明に従って処理を受ける粉末および結合剤
を指す。マトリックスｔ＃材は、内部にマトリックス部
材が配置される支持体、たとえばドリルビット基体を一
般的に指すより一般的な用語「マトリックス」とは区別
される。
本明細書中で「化学（的）結合」という用語は、ダイア
モンドと金属皮膜との間にこれらの界面にあるカーバイ
ド層を通して形成される、あるいは金属皮膜の外側面と
マトリックス含有材との間に形成される強力な結合を指
す。完全に解明されてはいないが、前者の結合はダイア
モンドの炭素とカーバイド層との間の原子同士のレベル
の結合であると考えられる。後者の結合は、液相浸透処
理において用いられたまたは固相焼結をした場合のマト
リックス部材の焼結された材料と共に結合合金が用いら
れる金属学的結合であると考えられる。この点は従来技
術で行なわれた機械的結合と対照的である。
モンドと金属皮膜との間にこれらの界面にあるカーバイ
ド層を通して形成される、あるいは金属皮膜の外側面と
マトリックス含有材との間に形成される強力な結合を指
す。完全に解明されてはいないが、前者の結合はダイア
モンドの炭素とカーバイド層との間の原子同士のレベル
の結合であると考えられる。後者の結合は、液相浸透処
理において用いられたまたは固相焼結をした場合のマト
リックス部材の焼結された材料と共に結合合金が用いら
れる金属学的結合であると考えられる。この点は従来技
術で行なわれた機械的結合と対照的である。
本明細書中で「ダイアモンド成形体」という用語は立方
晶ボロンナイトライドを含む。
晶ボロンナイトライドを含む。
固相焼結処理（タングステン粉末活性化焼結とも呼ぶ）
を、ＴＳＰＣＤをマトリックス含有材に結合するために
も用いることができる。この操作は真空焼結もしくは制
御された雰囲気中での焼結またはコールドプレスされた
材料のホットプレス工程もしくは等圧ホットプレス工程
を含む。固相焼結によって処理した場合、被覆および支
持等のための材料は、異なるが関係のある処理を反映す
るように調整されなければならない。また、カーバイド
層の形成が焼結処理と同時に行なわれる場合、加熱およ
び加熱時間の制御は、比較的薄いカーバイド層が形成さ
れるようにしなければならない。
を、ＴＳＰＣＤをマトリックス含有材に結合するために
も用いることができる。この操作は真空焼結もしくは制
御された雰囲気中での焼結またはコールドプレスされた
材料のホットプレス工程もしくは等圧ホットプレス工程
を含む。固相焼結によって処理した場合、被覆および支
持等のための材料は、異なるが関係のある処理を反映す
るように調整されなければならない。また、カーバイド
層の形成が焼結処理と同時に行なわれる場合、加熱およ
び加熱時間の制御は、比較的薄いカーバイド層が形成さ
れるようにしなければならない。
この形の処理はマトリックス含有材を形成するための結
合剤は用いないので、皮膜の一部が粉末を濡らし、焼結
中に粉末と結合し、前記と同様に化学的結合が行なわれ
る。タングステンの固相焼結の場合、ニッケルやニッケ
ルー鉄のような焼結活性化剤を用いるのが望ましい。こ
の活性化剤はタングステン粒子の周囲に配置され、マト
リックス部材の焼結とＴＳＰＣＤの皮膜の結合とを促進
する。
合剤は用いないので、皮膜の一部が粉末を濡らし、焼結
中に粉末と結合し、前記と同様に化学的結合が行なわれ
る。タングステンの固相焼結の場合、ニッケルやニッケ
ルー鉄のような焼結活性化剤を用いるのが望ましい。こ
の活性化剤はタングステン粒子の周囲に配置され、マト
リックス部材の焼結とＴＳＰＣＤの皮膜の結合とを促進
する。
本発明に従えば種々の形状・寸法に成形することができ
、支持マトリックス含有材中で、隣接するＴＳＰＣＤ部
材間の結合はＴＳＰＣＤＳ付０単に機械的に固定した場
合よりも強いことが確められた。
、支持マトリックス含有材中で、隣接するＴＳＰＣＤ部
材間の結合はＴＳＰＣＤＳ付０単に機械的に固定した場
合よりも強いことが確められた。
以上説明した方法によって、種々の切削装置および研摩
装置用の非常に多種の成形された切削部材を形成するこ
とができる。大型の成形されたダイアモンド軸受を形成
することができる。より大型の成形された本発明のＴＳ
ＰＣＤ成形体は多様な形状・組合せの支持部材と一緒に
処理できる。比較的厚い成形されたＴＳＰＣＤ成形体を
比較的低い圧力および温度で形成することができる。し
かし、一般的には、本発明の基本的な利点は、１つまた
は複数のＴＳＰＣＤＳ付０単なる機械的固定よりも非常
に強く支持体に強固に固定されているＴＳＰＣＤ成形体
を提供できることである。ＴＳＰＣＤを所定パターンの
集合体としたことによって、複数のダイアモンドが単に
寄せ集まったのではなくて、単一の大きいダイアモンド
として作用する。
装置用の非常に多種の成形された切削部材を形成するこ
とができる。大型の成形されたダイアモンド軸受を形成
することができる。より大型の成形された本発明のＴＳ
ＰＣＤ成形体は多様な形状・組合せの支持部材と一緒に
処理できる。比較的厚い成形されたＴＳＰＣＤ成形体を
比較的低い圧力および温度で形成することができる。し
かし、一般的には、本発明の基本的な利点は、１つまた
は複数のＴＳＰＣＤＳ付０単なる機械的固定よりも非常
に強く支持体に強固に固定されているＴＳＰＣＤ成形体
を提供できることである。ＴＳＰＣＤを所定パターンの
集合体としたことによって、複数のダイアモンドが単に
寄せ集まったのではなくて、単一の大きいダイアモンド
として作用する。
本発明に従えば、出発ダイアモンド材料はたとえばサブ
ミクロン−１００μ以上の寸法の集合したダイアモンド
粒子から成る温度安定多結晶ダイアモンド材料であるこ
とが望ましい。粒子寸法は均一である必要はなく、従来
知られているような寸法の粒子の混合物でよい、 ＴＳ
ＰＣＤは、前述のように少な（とも６０ｖｏｊ！％のダ
イアモンド粒子集合体を含むべきであり、成形体は集合
体中でダイアモンド同士またはダイアモンドと金属とが
結合している、浸出または非浸出の成形体である。後で
行なう切削部もしくは研摩部の表面仕上が重要な場合、
切削もしくは研摩に用いる成形体については、小さい粒
子（たとえば約１５ｍ未満）を用いるのが望ましい。−
例としては、線引きダイスの場合、引抜材の表面仕上げ
を行なうので小さい粒子寸法にする必要がある。
ミクロン−１００μ以上の寸法の集合したダイアモンド
粒子から成る温度安定多結晶ダイアモンド材料であるこ
とが望ましい。粒子寸法は均一である必要はなく、従来
知られているような寸法の粒子の混合物でよい、 ＴＳ
ＰＣＤは、前述のように少な（とも６０ｖｏｊ！％のダ
イアモンド粒子集合体を含むべきであり、成形体は集合
体中でダイアモンド同士またはダイアモンドと金属とが
結合している、浸出または非浸出の成形体である。後で
行なう切削部もしくは研摩部の表面仕上が重要な場合、
切削もしくは研摩に用いる成形体については、小さい粒
子（たとえば約１５ｍ未満）を用いるのが望ましい。−
例としては、線引きダイスの場合、引抜材の表面仕上げ
を行なうので小さい粒子寸法にする必要がある。
ＴＳＰＣＤＳ付０、エツジが２５０ｎ （１０ｍｉｊ２
）の小ささで良く、また１カラツトの大きさで良い。
）の小ささで良く、また１カラツトの大きさで良い。
出発ＴＳＰＣＤのエツジ長さは取扱い上１０００７／Ｉ
１１ （１ｍ）より大きい方が望ましい。典型的には、
３個で１カラツトになる寸法（三角形の一辺が０．１６
５ｉｎ、）が取扱い易い。
１１ （１ｍ）より大きい方が望ましい。典型的には、
３個で１カラツトになる寸法（三角形の一辺が０．１６
５ｉｎ、）が取扱い易い。
場合によっては、２５０１未満の小さい粒子寸法のＴＳ
ＰＣＤを、上記の大きなＴＳＰＣＤＳ付０結合する材料
中のグリッド （ｇｒｉｔ）として用いて、埋込まれた
支持部材を提供しあるいは隣接する大きいＴＳＰＣＤ部
材間のダイアモンド量を増加することができる。
ＰＣＤを、上記の大きなＴＳＰＣＤＳ付０結合する材料
中のグリッド （ｇｒｉｔ）として用いて、埋込まれた
支持部材を提供しあるいは隣接する大きいＴＳＰＣＤ部
材間のダイアモンド量を増加することができる。
ＴＳＰＣＤ出発材料を既に説明したいずれかの均一な幾
何学的形状とすることが望ましい。一定の公知形状とす
る主な理由は、処理のために必要な関係でＴＳＰＣＤ部
材を配置することが大巾に簡単になるので最終的な配置
、間隔、全体的な形態、および部材の含有量を最大限に
制御できるからである。
何学的形状とすることが望ましい。一定の公知形状とす
る主な理由は、処理のために必要な関係でＴＳＰＣＤ部
材を配置することが大巾に簡単になるので最終的な配置
、間隔、全体的な形態、および部材の含有量を最大限に
制御できるからである。
本発明の利点の１つは大きいＴＳＰＣＤ成形体を形成で
きることなので、ＴＳＰＣＤ出発部材の幾何学的形状は
、隣接するＴＳＰＣＤ部材同士が接近し且つ制御された
間隔で配置され得るような側面（あるいは面）、を持つ
こと、たとえば三角形、正方形、長方形、等であること
が望ましいが、後に詳しく説明するようにＴＳＰＣＤ成
形体は幾何学的形状の異なるＴＳＰＣＤ部材を含むこと
もできる。
きることなので、ＴＳＰＣＤ出発部材の幾何学的形状は
、隣接するＴＳＰＣＤ部材同士が接近し且つ制御された
間隔で配置され得るような側面（あるいは面）、を持つ
こと、たとえば三角形、正方形、長方形、等であること
が望ましいが、後に詳しく説明するようにＴＳＰＣＤ成
形体は幾何学的形状の異なるＴＳＰＣＤ部材を含むこと
もできる。
本発明に従った処理において、第１図の流れ図に模式的
に示すように、出発ＴＳＰＣＤ材料ＩＤを水素中で約８
００〜１０００℃で約１０〜６０分間加熱することによ
って清浄化することが望ましい（図中１２で示す）。酸
化体およびその他の表面汚染物質を除去するのに有効な
方法であれば他の清浄化方法でもよい。清浄化されたＴ
ＳＰＣＤ材料の表面に、公知方法のいずれかで金属を被
覆して本質的に不連続部分のない本質的に連続した皮膜
を形成する。
に示すように、出発ＴＳＰＣＤ材料ＩＤを水素中で約８
００〜１０００℃で約１０〜６０分間加熱することによ
って清浄化することが望ましい（図中１２で示す）。酸
化体およびその他の表面汚染物質を除去するのに有効な
方法であれば他の清浄化方法でもよい。清浄化されたＴ
ＳＰＣＤ材料の表面に、公知方法のいずれかで金属を被
覆して本質的に不連続部分のない本質的に連続した皮膜
を形成する。
後に説明する理由によって、皮膜に不連続部分が存在す
ると、ＴＳＰＣＤ表面からのカーバイド含有皮膜の剥離
を助長したり、この欠陥部を他の材料が進入して下のＴ
ＳＰＣＤに悪影響を及ぼす。
ると、ＴＳＰＣＤ表面からのカーバイド含有皮膜の剥離
を助長したり、この欠陥部を他の材料が進入して下のＴ
ＳＰＣＤに悪影響を及ぼす。
被覆方法の１つとしては化学蒸着法があり、この方法は
塩化物もしくはフッ化物のような金属化合物を加熱して
分解し、それによって金属のミストが形成されてＴＳＰ
ＣＤの上に堆積する。もう１つの方法としては溶融塩浴
被覆法がある。
塩化物もしくはフッ化物のような金属化合物を加熱して
分解し、それによって金属のミストが形成されてＴＳＰ
ＣＤの上に堆積する。もう１つの方法としては溶融塩浴
被覆法がある。
タングステンは被覆金属として望ましい。その理由は、
強力なカーバイド形成元素であり、過剰な酸化損傷を受
けず、ＴＳＰＣＤ部材と類似した熱膨張特性があり、後
の処理中に液状結合剤によって容易に溶解されないから
である。用いることができる他の金属は第４Ａ族、５Ａ
族、６Ａ族、７Ａ族金属およびこれらの合金もしくは混
合物およびシリコンのいずれかであり、たとえばタンタ
ル、モリブデン、チタン、ニオブ、バナジウム、ジルコ
ニウム、マンガン、モリブデン／マンガン、タングステ
ン／マンガン等である。これらの材料は後に行なう処理
で用いられる温度よりも高い融点を持ち、強力なカーバ
イド形成元素であり、ダイアモンドと強い結合をする。
強力なカーバイド形成元素であり、過剰な酸化損傷を受
けず、ＴＳＰＣＤ部材と類似した熱膨張特性があり、後
の処理中に液状結合剤によって容易に溶解されないから
である。用いることができる他の金属は第４Ａ族、５Ａ
族、６Ａ族、７Ａ族金属およびこれらの合金もしくは混
合物およびシリコンのいずれかであり、たとえばタンタ
ル、モリブデン、チタン、ニオブ、バナジウム、ジルコ
ニウム、マンガン、モリブデン／マンガン、タングステ
ン／マンガン等である。これらの材料は後に行なう処理
で用いられる温度よりも高い融点を持ち、強力なカーバ
イド形成元素であり、ダイアモンドと強い結合をする。
第８Ａ族の金属たとえばコバルト、鉄、ニッケルはダイ
アモンドを逆変換する等によってＴＳＰＣＤを弱くし易
いので望ましくない。ジルコニウムおよびチタンは高温
でダイアモンドより大きいがコバルトおよび鉄よりは小
さい体積膨張をすることが観察されているが、後の処理
を通常の雰囲気で行なうとニッケルや銅等で更に上から
被覆（外装被覆）して保護しない限り酸化損傷を受ける
。更にその場合でも、周囲の金属が侵入して銅やニッケ
ル等がマトリックス＃材中に溶解しないようにカーバイ
ド含有皮膜を十分に厚くするよう確実な注意が必要であ
る。
アモンドを逆変換する等によってＴＳＰＣＤを弱くし易
いので望ましくない。ジルコニウムおよびチタンは高温
でダイアモンドより大きいがコバルトおよび鉄よりは小
さい体積膨張をすることが観察されているが、後の処理
を通常の雰囲気で行なうとニッケルや銅等で更に上から
被覆（外装被覆）して保護しない限り酸化損傷を受ける
。更にその場合でも、周囲の金属が侵入して銅やニッケ
ル等がマトリックス＃材中に溶解しないようにカーバイ
ド含有皮膜を十分に厚くするよう確実な注意が必要であ
る。
化学蒸着についてはヘキサハライド、テトラハライド、
ペンタハライド、たとえばヘキサ〜、テトラ〜、および
ペンタ〜の形の前記金属の臭化物、塩化物、フッ化物を
用いることができる。ＴＳＰＣＤ上の皮膜の厚さは約Ｉ
ＩＭより大きい限り変わってもよいが、約１−〜３０−
であることが望ましい。
ペンタハライド、たとえばヘキサ〜、テトラ〜、および
ペンタ〜の形の前記金属の臭化物、塩化物、フッ化物を
用いることができる。ＴＳＰＣＤ上の皮膜の厚さは約Ｉ
ＩＭより大きい限り変わってもよいが、約１−〜３０−
であることが望ましい。
更に厚い皮膜を用いることもできるが、結合は２０〜３
０μｍの範囲で得られるより強くはならない。
０μｍの範囲で得られるより強くはならない。
この処理段階では皮膜を被覆したからといって必ずしも
ＴＳＰＣＤとの間で化学的結合が行なわれるとは限らな
い。既に定めたのと同様に、化学渾着に用いる温度は十
分高くないため皮膜金属中への炭素の拡散もＴＳＰＣＤ
中への皮膜金属の拡散もないので化学的結合は行なわれ
ない。皮膜は寸法上均一であり且つＴＳＰＣＤの露出さ
れた表面を覆っていることは本質的であると考えられる
が、絶対的に連続した皮膜を形成することは本質的では
ない。
ＴＳＰＣＤとの間で化学的結合が行なわれるとは限らな
い。既に定めたのと同様に、化学渾着に用いる温度は十
分高くないため皮膜金属中への炭素の拡散もＴＳＰＣＤ
中への皮膜金属の拡散もないので化学的結合は行なわれ
ない。皮膜は寸法上均一であり且つＴＳＰＣＤの露出さ
れた表面を覆っていることは本質的であると考えられる
が、絶対的に連続した皮膜を形成することは本質的では
ない。
ポロシティ−を含んだ浸出ＴＳＰＣＤ部材の場合には、
皮膜を十分厚くして、ＴＳＰＣＤ表面のポロシティ−が
塞がれて金属で有効に被覆されるようにすべきである。
皮膜を十分厚くして、ＴＳＰＣＤ表面のポロシティ−が
塞がれて金属で有効に被覆されるようにすべきである。
前述のカーバイド形成材料のうちタングステンはいくつ
かの理由で最も望ましい。タングステン皮膜を、前述の
ようにＴＳＰＣＤとの界面をカーバイドに変換させた後
、グラファイトモールドもしくは酸化性雰囲気中で熱処
理すると、タングステンはたとえば外装被覆されていな
いチタンにくらべて耐酸化性が高い。もう１つの理由は
、タングステンやタングステンカーバイドは熱膨張がダ
イアモンドに近いことである。更に、タングステンは比
較的ゆっくりと結合剤中に溶解する。外装被覆するには
被覆工程をもう一回行なうことになりコストが上昇する
。その上、外装皮膜が連続的でないと、たとえば下にあ
る酸化敏感な皮膜の部分が露出する欠陥があると、次に
酸化性雰囲気中で処理を行なったときに金属とカーバイ
ド界面もしくは下にあるダイアモンドの一部またはこれ
ら両方とが破壊される。また、ある種のマトリックス材
料は酸化敏感なカーバイド形成元素の上に堆積した酸化
保護層を溶解するので、酸化保護材料が溶解するかある
いはマトリックス中に吸収されて、部分的に酸化された
皮膜と周囲の物質との間に間隙が形成され、その結果皮
膜と周囲の物質との間の結合強度が著しく低下する。理
想的には、皮膜の外表面とマトリックス含有材との間の
結合は、皮膜が不適合であるかもしくは酸化されている
場合には容易に形成されない金属学的結合であることで
ある。
かの理由で最も望ましい。タングステン皮膜を、前述の
ようにＴＳＰＣＤとの界面をカーバイドに変換させた後
、グラファイトモールドもしくは酸化性雰囲気中で熱処
理すると、タングステンはたとえば外装被覆されていな
いチタンにくらべて耐酸化性が高い。もう１つの理由は
、タングステンやタングステンカーバイドは熱膨張がダ
イアモンドに近いことである。更に、タングステンは比
較的ゆっくりと結合剤中に溶解する。外装被覆するには
被覆工程をもう一回行なうことになりコストが上昇する
。その上、外装皮膜が連続的でないと、たとえば下にあ
る酸化敏感な皮膜の部分が露出する欠陥があると、次に
酸化性雰囲気中で処理を行なったときに金属とカーバイ
ド界面もしくは下にあるダイアモンドの一部またはこれ
ら両方とが破壊される。また、ある種のマトリックス材
料は酸化敏感なカーバイド形成元素の上に堆積した酸化
保護層を溶解するので、酸化保護材料が溶解するかある
いはマトリックス中に吸収されて、部分的に酸化された
皮膜と周囲の物質との間に間隙が形成され、その結果皮
膜と周囲の物質との間の結合強度が著しく低下する。理
想的には、皮膜の外表面とマトリックス含有材との間の
結合は、皮膜が不適合であるかもしくは酸化されている
場合には容易に形成されない金属学的結合であることで
ある。
更に詳しくは、マトリックスまたは浸透材料が銅または
ニッケルまたはこれらの合金を含有する場合は（耐摩耗
性マトリックス部材は通常この場合にあたる）、マトリ
ックスまたは浸透材料が酸化保護層を急速に溶解するの
で薄いカーバイド形成層が存在すると（耐酸化性材料で
外装被覆されていても）、タングステンの場合のような
強い金属学的結合は起き難い。
ニッケルまたはこれらの合金を含有する場合は（耐摩耗
性マトリックス部材は通常この場合にあたる）、マトリ
ックスまたは浸透材料が酸化保護層を急速に溶解するの
で薄いカーバイド形成層が存在すると（耐酸化性材料で
外装被覆されていても）、タングステンの場合のような
強い金属学的結合は起き難い。
ジルコニウムまたはチタンまたはクロムのような材料の
皮膜は、この皮膜と接触している銅およびニッケルがこ
の皮膜を浸透処理中の酸化から保護するので、カーバイ
ド層あるいは下にあるダイアモンドに損傷を与える有害
な反応を防止するのに十分な厚さの皮膜であれば使用で
きる。これはマトリックス組成または浸透材料が上記の
ようなあるいは後に述べるような材料である場合に特に
当てはまる。すなわち、浸透材料やマトリックス成分が
酸化保護層の中にまたはこの層を貫通して侵入する場合
でも、十分な厚さの層にすれば酸化敏感材料を使うこと
もできる。厚さがＩＩＩＦ＠未満の場合、酸化保護膜で
被覆されていても後の処理で問題が生ずる。厚い層は、
特に３Ｉ！ｍより厚ければ、結合を改良することはでき
るが、タングステンによる程は改良されない。
皮膜は、この皮膜と接触している銅およびニッケルがこ
の皮膜を浸透処理中の酸化から保護するので、カーバイ
ド層あるいは下にあるダイアモンドに損傷を与える有害
な反応を防止するのに十分な厚さの皮膜であれば使用で
きる。これはマトリックス組成または浸透材料が上記の
ようなあるいは後に述べるような材料である場合に特に
当てはまる。すなわち、浸透材料やマトリックス成分が
酸化保護層の中にまたはこの層を貫通して侵入する場合
でも、十分な厚さの層にすれば酸化敏感材料を使うこと
もできる。厚さがＩＩＩＦ＠未満の場合、酸化保護膜で
被覆されていても後の処理で問題が生ずる。厚い層は、
特に３Ｉ！ｍより厚ければ、結合を改良することはでき
るが、タングステンによる程は改良されない。
本発明の重要な利点は、形状および組成が多様なＴＳＰ
Ｃ［）部材のための支持部材を形成できることである。
Ｃ［）部材のための支持部材を形成できることである。
この支持はＴＳＰＣＯ部材が支持部材と一緒に且つ支持
部材に化学的に結合されるときに［その場でＪ （ｉｎ
５ｉｔｕ）形成される。
部材に化学的に結合されるときに［その場でＪ （ｉｎ
５ｉｔｕ）形成される。
取り扱いを容易にするために、粉末およびＴＳＰＣＤ部
材を一軸圧縮でプレスすることが望ましい。最終的に支
持部材は４０〜８０％の範囲の金属および／または金属
カーバイドおよび／または研摩性粒子（たとえばβ化物
や非金属のカーバイド）の体積率に到達する。上記プレ
スの後で更に等圧プレスして体積率を６０〜９０％に増
加させることが望ましい。
材を一軸圧縮でプレスすることが望ましい。最終的に支
持部材は４０〜８０％の範囲の金属および／または金属
カーバイドおよび／または研摩性粒子（たとえばβ化物
や非金属のカーバイド）の体積率に到達する。上記プレ
スの後で更に等圧プレスして体積率を６０〜９０％に増
加させることが望ましい。
マトリックス転相を形成するために用いる硬質セラミッ
ク粉末としては、タングステンカーバイド、チタンカー
バイド、タンタルカーバイド、モリブデンカーバイド、
タングステンカーバイド超硬合金（超硬の結合剤として
コバルトを用いたもの）などのような金属カーバイドを
用いることができる。これらの代りに、アルミナ、チタ
ンナイトライド、シリコンナイトライドのような硬質セ
ラミック粉末でもよい。研摩性粒子はアルミナ、シリコ
ンカーバイド、またはシリコンナイトライドでよい、掘
削ビットのように強度および靭性が必要な用途には、硬
質セラミック粉末としてタングステンカーバイドが望ま
しい。
ク粉末としては、タングステンカーバイド、チタンカー
バイド、タンタルカーバイド、モリブデンカーバイド、
タングステンカーバイド超硬合金（超硬の結合剤として
コバルトを用いたもの）などのような金属カーバイドを
用いることができる。これらの代りに、アルミナ、チタ
ンナイトライド、シリコンナイトライドのような硬質セ
ラミック粉末でもよい。研摩性粒子はアルミナ、シリコ
ンカーバイド、またはシリコンナイトライドでよい、掘
削ビットのように強度および靭性が必要な用途には、硬
質セラミック粉末としてタングステンカーバイドが望ま
しい。
用いる粉末および粒子寸法は必要とするマトリックス粉
末、最終成形体の体積率と関係し、結局、支持部材の硬
さく剛性）および耐衝撃性（靭性）と関係する。更に処
理方法のタイプ、たとえば液体浸透処理と固体焼結のい
ずれにするかも考慮の対象である。
末、最終成形体の体積率と関係し、結局、支持部材の硬
さく剛性）および耐衝撃性（靭性）と関係する。更に処
理方法のタイプ、たとえば液体浸透処理と固体焼結のい
ずれにするかも考慮の対象である。
液相浸透の場合、硬質セラミック粉末たとえばタングス
テンカーバイドの粒子の寸法は、典型的には３２５メツ
シユ未満（Ｔｙｌｅｒ）、すなわち４４μ未満（標準）
、たとえば３０−である。寸法分布および分量比率は製
造者によって異なる。しかし、寸法を変えることもでき
る。たとえば同一の充填効率は適当に粒子寸法を選択す
るによって得られる（たとえば３０−と６−との比率を
７０％と３０％とする等）。
テンカーバイドの粒子の寸法は、典型的には３２５メツ
シユ未満（Ｔｙｌｅｒ）、すなわち４４μ未満（標準）
、たとえば３０−である。寸法分布および分量比率は製
造者によって異なる。しかし、寸法を変えることもでき
る。たとえば同一の充填効率は適当に粒子寸法を選択す
るによって得られる（たとえば３０−と６−との比率を
７０％と３０％とする等）。
望ましい浸透材料は銅−錫−チタン−マンガン合金であ
る。合金がマンガンまたはニッケルを含有しない場合に
は後で説明するように約１４未満の薄い皮膜を用いるこ
とができる。
る。合金がマンガンまたはニッケルを含有しない場合に
は後で説明するように約１４未満の薄い皮膜を用いるこ
とができる。
固相焼結の場合、たとえばタングステン粉末をも用いる
ときには、粉末粒子をニッケルのような金属で（たとえ
ば０．３５ｗｔ％の量で）被覆することが望ましい。こ
の被覆を行なうには、粒子寸法０．５μｍのタングステ
ン粉末を硝酸ニッケル・アルコール溶液中と混合した後
置９０℃に加熱してアルコールを蒸発させるとタングス
テン粉末の上に硝酸ニッケルが堆積する。次に、硝酸ニ
ッケルで被覆されたタングステン粉末を還元性雰囲気（
水素）中で８００℃で３時間加熱して硝酸分を除去する
。このように処理したタングステンをボールミル中で２
４時間粉砕しく粉砕媒体としてタングステンロンド使用
）、これをふるい分けして２００メツシユ（７４Ｍ）に
する、ニッケルの役割は、後に説明するように、タング
ステンのための拡散活性剤として作用することである。
ときには、粉末粒子をニッケルのような金属で（たとえ
ば０．３５ｗｔ％の量で）被覆することが望ましい。こ
の被覆を行なうには、粒子寸法０．５μｍのタングステ
ン粉末を硝酸ニッケル・アルコール溶液中と混合した後
置９０℃に加熱してアルコールを蒸発させるとタングス
テン粉末の上に硝酸ニッケルが堆積する。次に、硝酸ニ
ッケルで被覆されたタングステン粉末を還元性雰囲気（
水素）中で８００℃で３時間加熱して硝酸分を除去する
。このように処理したタングステンをボールミル中で２
４時間粉砕しく粉砕媒体としてタングステンロンド使用
）、これをふるい分けして２００メツシユ（７４Ｍ）に
する、ニッケルの役割は、後に説明するように、タング
ステンのための拡散活性剤として作用することである。
その仮結合剤として用いることができるものは、タンタ
ル基、モリブデン基、およびニッケル基の合金、銅・ニ
ッケル合金、およびコバルト基合金である。
ル基、モリブデン基、およびニッケル基の合金、銅・ニ
ッケル合金、およびコバルト基合金である。
液相浸透および固相焼結のいずれにおいても、適当な粒
子寸法の適当な粉末を仮結合剤（望ましくは有機結合剤
）と混合する（第１図の１５）。
子寸法の適当な粉末を仮結合剤（望ましくは有機結合剤
）と混合する（第１図の１５）。
仮結合剤を用いるのは、最初の圧縮工程中に粉末粒子間
に仮結合を確保するように粉末を被覆するためである。
に仮結合を確保するように粉末を被覆するためである。
この仮結合剤は等圧コールドプレスした後の成形物中に
残留するので、比較的低い体積率で存在する材料とすべ
きである。もしも仮結合を行なうために必要な仮結合剤
の体積率が高過ぎると、最終的な成形体中の粉末の体積
率に悪影響を及ぼす。すなわち、仮結合剤の量が多過ぎ
ると粉末の体積率が高くならない。高温で容易に揮発す
る種々の有機ポリマー系あるいは樹脂系の結合剤を用い
ることができる。有機溶剤に容易に溶解するパラフィン
は適当な材料である。タングステンカーバイドに対する
パラフィンの量は約２ｗｔ％である。パラフィンは処理
工程中に容易且つ完全に除去される。種々のプレス工程
、特に等圧コールドプレス工程中の粉末の動きを促進す
るために、高温で完全に揮発する潤滑剤を用いることが
望ましい。そのような材料として、仮結合剤と一緒に溶
解して粉末を被覆する鉱油がある。典型的な使用量とし
ては、たとえばカーバイド１０００ ｇ当Ｊ：１２０ｇ
のパラフィンをカーバイド１０００ ｇ当１０．２ｇの
グリセリン中に入れる。
残留するので、比較的低い体積率で存在する材料とすべ
きである。もしも仮結合を行なうために必要な仮結合剤
の体積率が高過ぎると、最終的な成形体中の粉末の体積
率に悪影響を及ぼす。すなわち、仮結合剤の量が多過ぎ
ると粉末の体積率が高くならない。高温で容易に揮発す
る種々の有機ポリマー系あるいは樹脂系の結合剤を用い
ることができる。有機溶剤に容易に溶解するパラフィン
は適当な材料である。タングステンカーバイドに対する
パラフィンの量は約２ｗｔ％である。パラフィンは処理
工程中に容易且つ完全に除去される。種々のプレス工程
、特に等圧コールドプレス工程中の粉末の動きを促進す
るために、高温で完全に揮発する潤滑剤を用いることが
望ましい。そのような材料として、仮結合剤と一緒に溶
解して粉末を被覆する鉱油がある。典型的な使用量とし
ては、たとえばカーバイド１０００ ｇ当Ｊ：１２０ｇ
のパラフィンをカーバイド１０００ ｇ当１０．２ｇの
グリセリン中に入れる。
粉末の仮結合剤およびヘキサン状の潤滑剤（パラフィン
の場合）の溶液中に分散し、仮結合剤および潤滑剤は粉
末を被覆し、粉末は乾燥され、再粉砕されてまた粉末状
になる。他の公知の被覆方法を行なってもよい。
の場合）の溶液中に分散し、仮結合剤および潤滑剤は粉
末を被覆し、粉末は乾燥され、再粉砕されてまた粉末状
になる。他の公知の被覆方法を行なってもよい。
次の工程は、第１図に２０で示すように、被覆されたＴ
ＳＰＣＤＳ付０成形体を形成するのに必要な関係に配置
することである。成形体が多数のＴＳＰＣＤＳ付０含む
場合には、ＴＳＰＣＤＳ付０相対的に位置決めするため
の形状にしたテンプレートまたは型材を用いることが望
ましい。隣接するＴＳＰＣＤ部材間の間隔は、最終的な
成形体の形状および性質に応じて広い範囲で変えること
ができる。成形体が多数のＴＳＰＣＤを含む場合、ＴＳ
ＰＣＤＳ付０側面間の間隔は、たとえば約１ ａ＋ｉｎ
未満〜５００ｍｉｌ、望ましくは６〜約３０ｍ１ｊ！
（１５０〜７５０趨）になるように配置する。その後、
被覆処理された粉末を隣接するＴＳＰＣＤ部材間の間隙
に配置しＴＳＰＣＤＳ付０表面に接触させて充填し、Ｔ
ＳＰＣＤＳ付０マトリックス＝寞材とが結合し得るよう
にする。
ＳＰＣＤＳ付０成形体を形成するのに必要な関係に配置
することである。成形体が多数のＴＳＰＣＤＳ付０含む
場合には、ＴＳＰＣＤＳ付０相対的に位置決めするため
の形状にしたテンプレートまたは型材を用いることが望
ましい。隣接するＴＳＰＣＤ部材間の間隔は、最終的な
成形体の形状および性質に応じて広い範囲で変えること
ができる。成形体が多数のＴＳＰＣＤを含む場合、ＴＳ
ＰＣＤＳ付０側面間の間隔は、たとえば約１ ａ＋ｉｎ
未満〜５００ｍｉｌ、望ましくは６〜約３０ｍ１ｊ！
（１５０〜７５０趨）になるように配置する。その後、
被覆処理された粉末を隣接するＴＳＰＣＤ部材間の間隙
に配置しＴＳＰＣＤＳ付０表面に接触させて充填し、Ｔ
ＳＰＣＤＳ付０マトリックス＝寞材とが結合し得るよう
にする。
場合によっては、ＴＳＰＣＤを隣接する表面同士を接触
させて配置してよいので上記の間隙を形成する必要のな
いこともある。この場合、液相浸透を行なうときには、
結合剤がＴＳＰＣＤ部材間に侵入して、隣接する被覆さ
れたＴＳＰＣＤ部材を結合する。
させて配置してよいので上記の間隙を形成する必要のな
いこともある。この場合、液相浸透を行なうときには、
結合剤がＴＳＰＣＤ部材間に侵入して、隣接する被覆さ
れたＴＳＰＣＤ部材を結合する。
このようにＴＳＰＣＤ同士を突き合わせて配置する方法
は、エロージョンが問題とならない、たとえば軸受、ソ
ーブレード、線引ダイス等に用いることができる。エロ
ージョンが問題となりそうな場合たとえば比較的高速の
流体にさらされたり研摩性材料が用いられる場合には、
粉末が存在する間隙は耐エロージヨン性にとって望まし
い。
は、エロージョンが問題とならない、たとえば軸受、ソ
ーブレード、線引ダイス等に用いることができる。エロ
ージョンが問題となりそうな場合たとえば比較的高速の
流体にさらされたり研摩性材料が用いられる場合には、
粉末が存在する間隙は耐エロージヨン性にとって望まし
い。
上記のように配置されたＴＳＰＣＤと粉末の仮集合体を
適当な形状（望ましくは最終的な成形体の外形を有する
）のプレスダイ内に配置する。これを行なう１つの方法
は、開口型ダイを用い、ダイを倒立させ、ＴＳＰＣＤ仮
集合体をダイの下からダイの中に挿入し、この仮集合体
がダイの底に配置されるようにダイを正立させた後、前
述の被覆を施した粉末を必要量添加する。添加する粉末
の量は最終的な成形体の支持部材の厚さおよび金属の体
積率に関係する。
適当な形状（望ましくは最終的な成形体の外形を有する
）のプレスダイ内に配置する。これを行なう１つの方法
は、開口型ダイを用い、ダイを倒立させ、ＴＳＰＣＤ仮
集合体をダイの下からダイの中に挿入し、この仮集合体
がダイの底に配置されるようにダイを正立させた後、前
述の被覆を施した粉末を必要量添加する。添加する粉末
の量は最終的な成形体の支持部材の厚さおよび金属の体
積率に関係する。
次に、第１図に２２で示すように、このダイで圧力１０
．０００〜３０．０ＯＯｐｓｉで一軸コールドプレスを
行なってタングステンカーバイドの充填密度を約５０〜
６０ｖｏｉ！％に高める。この処理によって、脆いが注
意深く取扱える圧縮中間体が形成される。もう１つの例
としては、次の処理が固相焼結である場合、圧力を１０
，０ＯＯｐｓｉにして、得られる充填密度を約５０νｏ
１％とする。
．０００〜３０．０ＯＯｐｓｉで一軸コールドプレスを
行なってタングステンカーバイドの充填密度を約５０〜
６０ｖｏｉ！％に高める。この処理によって、脆いが注
意深く取扱える圧縮中間体が形成される。もう１つの例
としては、次の処理が固相焼結である場合、圧力を１０
，０ＯＯｐｓｉにして、得られる充填密度を約５０νｏ
１％とする。
次に行なう等圧コールドプレス（第１図に２４で示す）
においては、上記の圧縮中間体を約３０、０００ｐｓ
ｉまでの圧力で、たとえば５分取上等圧コールドプレス
する。典型的な場合、等圧コールドプレスによってタン
グステンカーバイドの充填密度は約６２ｖｏｌ％にまで
達する。固相焼結におけるタングステン粉末の場合、こ
の充填密度は約６５ｖｏｊ！％である。この処理中に、
タングステンもしくはカーバイド粉末の移動が起こり、
均一に圧縮されてより高密度の圧縮体になる。等圧コー
ルドプレス工程は、多くの場合に、特に焼結成形体の場
合に望ましいが、任意工程である。
においては、上記の圧縮中間体を約３０、０００ｐｓ
ｉまでの圧力で、たとえば５分取上等圧コールドプレス
する。典型的な場合、等圧コールドプレスによってタン
グステンカーバイドの充填密度は約６２ｖｏｌ％にまで
達する。固相焼結におけるタングステン粉末の場合、こ
の充填密度は約６５ｖｏｊ！％である。この処理中に、
タングステンもしくはカーバイド粉末の移動が起こり、
均一に圧縮されてより高密度の圧縮体になる。等圧コー
ルドプレス工程は、多くの場合に、特に焼結成形体の場
合に望ましいが、任意工程である。
この後の処理段階では、２種類の処理工程を取り得る。
すなわち、第１図に２６で示す液相浸透と２７で示す固
相焼結である。
相焼結である。
固相焼結の場合、等圧コールドプレスした圧縮体を１０
−’ｔｏｒｒの真空中で、１２００℃で約１時間焼結す
る。得られる焼結体は密度が約９０ｖｏｆ％である。仕
上がったこの成形体はタングステン材料とＴＳＰＣＤ上
のタングステン皮膜とが結合、すなわちタングステン同
士の金属結合している。ニッケルその他の活性化剤は拡
散と金属結合とを促進するために用いられる。
−’ｔｏｒｒの真空中で、１２００℃で約１時間焼結す
る。得られる焼結体は密度が約９０ｖｏｆ％である。仕
上がったこの成形体はタングステン材料とＴＳＰＣＤ上
のタングステン皮膜とが結合、すなわちタングステン同
士の金属結合している。ニッケルその他の活性化剤は拡
散と金属結合とを促進するために用いられる。
この結合は機械的性質が非常に強く、最終的な成形体は
幾分脆いが使用できる。
幾分脆いが使用できる。
しかし、固相焼結には限界がある。たとえば、１２００
℃より低温での焼結では高強度・高剛性の材料とするこ
とは困難である。たとえ約１２００℃より低温（活性化
焼結のように）で高剛性の材料が焼結できたとしても、
焼結体は５％以上のポロシティ−を含んでおり、これが
先夜亀裂として作用する。このことは場合によっては問
題とならないが、最終的な成形体がたとえばドリルビッ
トのように比較的大きな衝撃荷重を受ける場所に使用さ
れるか否かを考慮する必要がある。
℃より低温での焼結では高強度・高剛性の材料とするこ
とは困難である。たとえ約１２００℃より低温（活性化
焼結のように）で高剛性の材料が焼結できたとしても、
焼結体は５％以上のポロシティ−を含んでおり、これが
先夜亀裂として作用する。このことは場合によっては問
題とならないが、最終的な成形体がたとえばドリルビッ
トのように比較的大きな衝撃荷重を受ける場所に使用さ
れるか否かを考慮する必要がある。
結合されたＴＳＰＣＤ成形体が高剛性の支持部材に取り
付けられることになる場合、処理工程で２回熱処理を行
なってＴＳＰＣＤをタングステンカーバイド支持部材に
結合することができる。これは有効であるが処理コスト
を高める。
付けられることになる場合、処理工程で２回熱処理を行
なってＴＳＰＣＤをタングステンカーバイド支持部材に
結合することができる。これは有効であるが処理コスト
を高める。
このような諸問題があるとはいっても、この形の処理の
利点はＴＳＰＣＤを相互に結合する高強度・低熱膨張材
料を提供できることである。本発明に従った粉末もしく
は結合剤に添加して、焼結されたマトリックス＃部材の
脆性を緩和できる公知の延性材料がある。
利点はＴＳＰＣＤを相互に結合する高強度・低熱膨張材
料を提供できることである。本発明に従った粉末もしく
は結合剤に添加して、焼結されたマトリックス＃部材の
脆性を緩和できる公知の延性材料がある。
最終処理工程として液相浸透処理を行なうことが望まし
い。この処理においては、等圧コールドプレスした圧縮
体を加熱して金属結合剤を粉末の間を流動させて、粉末
同士および粉末とＴＳＰＣＤ部材とを結合させる。
い。この処理においては、等圧コールドプレスした圧縮
体を加熱して金属結合剤を粉末の間を流動させて、粉末
同士および粉末とＴＳＰＣＤ部材とを結合させる。
既述の処理のタイプにかかわらず、マトリックス＃材中
の硬質セラミック粉末の体積率は比較的高く、たとえば
５０ｖｏｌ％を超え９０ｖｏｌ％に達するほど高くする
ことができる。比較的高い密度の最終的な成形体を比較
的低い圧力と温度で［その場でＪ （ｉｎ ５ｉｔｕ）
形成することができ且つこの成形体は約１２００℃まで
の温度安定性を有するので、従来は得られなかった利点
がある。
の硬質セラミック粉末の体積率は比較的高く、たとえば
５０ｖｏｌ％を超え９０ｖｏｌ％に達するほど高くする
ことができる。比較的高い密度の最終的な成形体を比較
的低い圧力と温度で［その場でＪ （ｉｎ ５ｉｔｕ）
形成することができ且つこの成形体は約１２００℃まで
の温度安定性を有するので、従来は得られなかった利点
がある。
金属結合剤は、液体状態にあるときにＴＳＰＣＤ上の皮
膜と硬質セラミック粒子とを濡らすことができる材料で
なければならない。更に、金属結合剤の材質は延性およ
び強度のような機械的性質が良いことが望ましい。この
ような結合剤として典型的なものは、銅基もしくはニッ
ケル基ろう付合金、銅・錫・マンガン・ニッケル合金で
あり、後者の方がより望ましい。
膜と硬質セラミック粒子とを濡らすことができる材料で
なければならない。更に、金属結合剤の材質は延性およ
び強度のような機械的性質が良いことが望ましい。この
ような結合剤として典型的なものは、銅基もしくはニッ
ケル基ろう付合金、銅・錫・マンガン・ニッケル合金で
あり、後者の方がより望ましい。
以上に説明した方法は、既に述べたように、皮膜とＴＳ
ＰＣＤ 、および皮膜と支持部材が強力に化学的結合を
している多様な成形体を形成するのに用いることができ
る。ＴＳＰＣＤを単に機械的に固定したよりも著しく高
い強度は、この化学的結合によって得られる。本発明の
利点は、従来市販されていた温度に敏感な支持を行なわ
れたＴＳＰＣＤＳ付０対して、ＴＳＰＣＤＳ付０支持部
材の上もしくは中に効果的に固定されたＴＳＰＣＤ切削
工具を提供することである。
ＰＣＤ 、および皮膜と支持部材が強力に化学的結合を
している多様な成形体を形成するのに用いることができ
る。ＴＳＰＣＤを単に機械的に固定したよりも著しく高
い強度は、この化学的結合によって得られる。本発明の
利点は、従来市販されていた温度に敏感な支持を行なわ
れたＴＳＰＣＤＳ付０対して、ＴＳＰＣＤＳ付０支持部
材の上もしくは中に効果的に固定されたＴＳＰＣＤ切削
工具を提供することである。
本発明の望ましい実施例を示した添付図面において、第
２図のＴＳＰＣＤ成形体は元々は別個の、はぼ三角形の
６個のＴＳＰＣＤ部材３１ａ〜３１ｆを含む。
２図のＴＳＰＣＤ成形体は元々は別個の、はぼ三角形の
６個のＴＳＰＣＤ部材３１ａ〜３１ｆを含む。
ＴＳＰＣＤＳ付０支持部材４２の上もしくは中に一緒に
結合されており（第３図も参照）。支持部材４２は粉末
を浸透処理または焼結した材料でよい。
結合されており（第３図も参照）。支持部材４２は粉末
を浸透処理または焼結した材料でよい。
支持部材は種々の大きさ、種々の軸長でよい（破断線３
３で示す）。
３で示す）。
第２図および第３図に示すように、ＴＳＰＣＤＳ付０、
隣接するＴＳＰＣＤＳ付０側面３４ｂと少し間隔をおい
て隣接する側面３４ａを含む。隣接し合うＴＳＰＣＤ部
材間の間隔は既に説明した間隙であり（第３図に３５で
示す）、既に説明した寸法でよい・第４図において、等
圧コールドプレスした状態の間隙３５を示す。ＴＳＰＣ
Ｄ部材３７および３８は、各々皮膜３７ａおよび３８ａ
を含み、相互に間隙の幅だけ離れている。被覆された表
面間には粉末材料４０があって、間隙はＴＳＰＣＤ面〜
皮膜〜粉末〜皮膜〜ＴＳＰＣＤ面というようになってい
る。次工程において強力な化学的結合はＴＳＰＣＤ面か
ら皮膜、粉末、隣接ＴＳＰＣＤの皮膜そして隣接ＴＳＰ
ＣＤへと行なわれる。
隣接するＴＳＰＣＤＳ付０側面３４ｂと少し間隔をおい
て隣接する側面３４ａを含む。隣接し合うＴＳＰＣＤ部
材間の間隔は既に説明した間隙であり（第３図に３５で
示す）、既に説明した寸法でよい・第４図において、等
圧コールドプレスした状態の間隙３５を示す。ＴＳＰＣ
Ｄ部材３７および３８は、各々皮膜３７ａおよび３８ａ
を含み、相互に間隙の幅だけ離れている。被覆された表
面間には粉末材料４０があって、間隙はＴＳＰＣＤ面〜
皮膜〜粉末〜皮膜〜ＴＳＰＣＤ面というようになってい
る。次工程において強力な化学的結合はＴＳＰＣＤ面か
ら皮膜、粉末、隣接ＴＳＰＣＤの皮膜そして隣接ＴＳＰ
ＣＤへと行なわれる。
再び第２図および第３図において、得られたＴＳＰＣＤ
成形体３０において、ＴＳＰＣＤＳ付０各々１つの面取
外の全の面が結合された支持部材に接触している。すな
わち、底面４１の上および４２で示した外周面の周囲に
は材料が存在し、面４４だけは露出している。この形は
ＴＳＰＣＤＳ付０最適な結合状態である。ビットの浸透
処理中にこの成形体を組み立ててビットボディーとし、
マトリックスピットボディーを形成することができる。
成形体３０において、ＴＳＰＣＤＳ付０各々１つの面取
外の全の面が結合された支持部材に接触している。すな
わち、底面４１の上および４２で示した外周面の周囲に
は材料が存在し、面４４だけは露出している。この形は
ＴＳＰＣＤＳ付０最適な結合状態である。ビットの浸透
処理中にこの成形体を組み立ててビットボディーとし、
マトリックスピットボディーを形成することができる。
この形体をろう付けしてビットボディーにすることもで
きる。
きる。
この場合、従来用いられていたよりも高温のろう付は合
金を用いることができる。
金を用いることができる。
第５図に示す本発明に従ったＴＳＰＣＤ成形体の形は全
面が支持部材に全体として接触している必要のない場合
である。三角形のＴＳＰＣＤ部材５０において側面５Ｑ
ａ、５０ｂ、および５０ｃは三角形として図示した支持
部材５３の上面５２の下に一部のみがある。ＴＳＰＣＤ
と支持部材とが強く化学的結合しているので、ＴＳＰＣ
Ｄの大きい平坦面５０ｄの実質的な部分を露出させてＴ
ＳＰＣＤの本体が実質的に支持部材より上にあるように
することができる。このように、本発明によれば小さい
ＴＳＰＣＤＳ付０ら大きい軸受（ベアリング）を形成す
ることができる。
面が支持部材に全体として接触している必要のない場合
である。三角形のＴＳＰＣＤ部材５０において側面５Ｑ
ａ、５０ｂ、および５０ｃは三角形として図示した支持
部材５３の上面５２の下に一部のみがある。ＴＳＰＣＤ
と支持部材とが強く化学的結合しているので、ＴＳＰＣ
Ｄの大きい平坦面５０ｄの実質的な部分を露出させてＴ
ＳＰＣＤの本体が実質的に支持部材より上にあるように
することができる。このように、本発明によれば小さい
ＴＳＰＣＤＳ付０ら大きい軸受（ベアリング）を形成す
ることができる。
たとえば第６図および第６ａ図において、軸受等として
使用できるＴＳＰＣＤ成形体を示す。更にこの形成形体
は異なった幾何学的形状のＴＳＰＣＤＳ付０用いて有用
なＴＳＰＣＤ成形体を形成できることも示している。こ
の形において、ＴＳＰＣＤ部材６１および６３は半円板
であり、ＴＳＰＣＤ部材６４は正方形あるいは長方形で
ある。ＴＳＰＣＤ部材は、既に説明した処理を施された
隣接ＴＳＰＣＤ部材間に間隙６６ａおよび６６ｂを有す
る金属粉末の支持部材６５に結合している。しかし、図
示したように、間隙はマトリックス材で充填されずに、
間隔をあけて向き合う露出面６１ｆと６４ｆ、および６
４ｇと６３ｆの間に有効に溝を形成しており、部材６１
、６３、および６４は実質的部分が第５図と同様に露
出するように配置されている。ベアリングとして用いた
ときに、この溝は必要ならば冷却用および潤滑用の流体
を流す通路となり得る。もしも溝が必要でなければ、第
３図のように間隙を充填こと、すなわち支持部材の表面
とＴＳＰＣＤ部材の表面とが同一面上になるようにする
こともできる。
使用できるＴＳＰＣＤ成形体を示す。更にこの形成形体
は異なった幾何学的形状のＴＳＰＣＤＳ付０用いて有用
なＴＳＰＣＤ成形体を形成できることも示している。こ
の形において、ＴＳＰＣＤ部材６１および６３は半円板
であり、ＴＳＰＣＤ部材６４は正方形あるいは長方形で
ある。ＴＳＰＣＤ部材は、既に説明した処理を施された
隣接ＴＳＰＣＤ部材間に間隙６６ａおよび６６ｂを有す
る金属粉末の支持部材６５に結合している。しかし、図
示したように、間隙はマトリックス材で充填されずに、
間隔をあけて向き合う露出面６１ｆと６４ｆ、および６
４ｇと６３ｆの間に有効に溝を形成しており、部材６１
、６３、および６４は実質的部分が第５図と同様に露
出するように配置されている。ベアリングとして用いた
ときに、この溝は必要ならば冷却用および潤滑用の流体
を流す通路となり得る。もしも溝が必要でなければ、第
３図のように間隙を充填こと、すなわち支持部材の表面
とＴＳＰＣＤ部材の表面とが同一面上になるようにする
こともできる。
全ての側面が支持部材と接触して結合している必要はな
い。この例として第７図に示すシングルポイントドレッ
シング工具７０では、ＴＳＰＣＤ部材７２は、ＴＳＰＣ
Ｄ部材７２の後部に肩部７６を有効に形成している支持
部材７４に１つの面？２ａが全体として接触するように
、支持部材７４に取り付けられている。このように底面
が支持部材に結合しているが、面７２ｂおよび？２ｃは
全体が露出している。ＴＳＰＣＤ部材７２は三角形とし
て図示しであるが、たとえば正方形、長方形、半円形、
円形のような他の形状でもよい。
い。この例として第７図に示すシングルポイントドレッ
シング工具７０では、ＴＳＰＣＤ部材７２は、ＴＳＰＣ
Ｄ部材７２の後部に肩部７６を有効に形成している支持
部材７４に１つの面？２ａが全体として接触するように
、支持部材７４に取り付けられている。このように底面
が支持部材に結合しているが、面７２ｂおよび？２ｃは
全体が露出している。ＴＳＰＣＤ部材７２は三角形とし
て図示しであるが、たとえば正方形、長方形、半円形、
円形のような他の形状でもよい。
ＴＳＰＣＤ部材を支持部材に強固に結合できるので、特
別な切削あるいは研摩用の成形体を作ることができる。
別な切削あるいは研摩用の成形体を作ることができる。
たとえば、第８図および第８ａ図には、複数のＴＳＰＣ
Ｄ部材８１ａ〜８１ｋが支持部材８３に結合されて成る
改良されたソーブレートセグメント８０を示す。この形
の場合、ＴＳＰＣＤ部材は円形として図示したが、他の
幾何学的形状であってもよい。しかし、円形にすると比
較的大きい面積でＴＳＰＣＤ部材を支持部材に強固に結
合できるという利点がある。ＴＳＰＣＤ部材の直径はソ
ーブレートセグメントの用途に応じてｌ ｍｍもしくは
それ以上とすることができる。従来のセグメントには、
ダイアモンドダストまたは使用済球状天然ダイアモンド
が埋め込まれていた。このいずれの場合にも、使用によ
ってマトリックス材（支持部材）が損耗すると、支持を
失ったダイアモンドは脱落する。
Ｄ部材８１ａ〜８１ｋが支持部材８３に結合されて成る
改良されたソーブレートセグメント８０を示す。この形
の場合、ＴＳＰＣＤ部材は円形として図示したが、他の
幾何学的形状であってもよい。しかし、円形にすると比
較的大きい面積でＴＳＰＣＤ部材を支持部材に強固に結
合できるという利点がある。ＴＳＰＣＤ部材の直径はソ
ーブレートセグメントの用途に応じてｌ ｍｍもしくは
それ以上とすることができる。従来のセグメントには、
ダイアモンドダストまたは使用済球状天然ダイアモンド
が埋め込まれていた。このいずれの場合にも、使用によ
ってマトリックス材（支持部材）が損耗すると、支持を
失ったダイアモンドは脱落する。
本発明によれば、ＴＳＰＣＤ部材が比較的大きな表面積
で強固に化学結合されているので、この問題は大巾に克
服される。
で強固に化学結合されているので、この問題は大巾に克
服される。
ＴＳＰＣＤ部材の配置は重複形式にすることが望ましい
。すなわち、ＴＳＰＣＤ部材ａｔｅ〜８１ｇを前方の隣
接するＴＳＰＣＤ部材８１ａ〜８１ｄの後方に且つこれ
らの中間に配置し、ＴＳＰＣＤ部材８１ｈ〜８１ｋを８
１ｅ〜８１ｇの間に向けて配置する。このようにすると
、各ＴＳＰＣＤ部材の厚さをＴＳＰＣＤ部材８１ ａ
〜８１ ｄの隣接間隔の寸法より大きくすれば、被加工
物の切削対象面全体を最少比１つのカッターで横断する
ことになる。重複回数は２回以上である。すなわち、必
要な重複回数の増加に応じて追加のＴＳＰＣＤ部材を配
置すればよい。
。すなわち、ＴＳＰＣＤ部材ａｔｅ〜８１ｇを前方の隣
接するＴＳＰＣＤ部材８１ａ〜８１ｄの後方に且つこれ
らの中間に配置し、ＴＳＰＣＤ部材８１ｈ〜８１ｋを８
１ｅ〜８１ｇの間に向けて配置する。このようにすると
、各ＴＳＰＣＤ部材の厚さをＴＳＰＣＤ部材８１ ａ
〜８１ ｄの隣接間隔の寸法より大きくすれば、被加工
物の切削対象面全体を最少比１つのカッターで横断する
ことになる。重複回数は２回以上である。すなわち、必
要な重複回数の増加に応じて追加のＴＳＰＣＤ部材を配
置すればよい。
第８ａ図において、各ＴＳＰＣＤ部材８１ ａ 〜８１
ｋは露出した弓形の切削面、たとえば支持部材８３の
表面８４の上に突き出た８１ａａ 、 ８１ｅｅ 、
８１ｂｈ等を有し、ＴＳＰＣＤ部材の実質的部分は支持
部材に強固に化学結合している。使用中にこのセグメン
トが摩耗したときに、ＴＳＰＣＩ）部材は従来のダイア
モンド切削セグメントよりはるかに大きい度合で保持さ
れている。円形のＴＳＰＣＤ部材について説明したが、
半円形や四分円形のＴＳＰＣＤ部材を用いてもよく、円
形外周面を露出させて刃先を形成するように固定するこ
とが望ましい。このような材料は市販されているし、円
筒形ＴＳＰＣＤ部材を必要な厚さで切断してもよい。
ｋは露出した弓形の切削面、たとえば支持部材８３の
表面８４の上に突き出た８１ａａ 、 ８１ｅｅ 、
８１ｂｈ等を有し、ＴＳＰＣＤ部材の実質的部分は支持
部材に強固に化学結合している。使用中にこのセグメン
トが摩耗したときに、ＴＳＰＣＩ）部材は従来のダイア
モンド切削セグメントよりはるかに大きい度合で保持さ
れている。円形のＴＳＰＣＤ部材について説明したが、
半円形や四分円形のＴＳＰＣＤ部材を用いてもよく、円
形外周面を露出させて刃先を形成するように固定するこ
とが望ましい。このような材料は市販されているし、円
筒形ＴＳＰＣＤ部材を必要な厚さで切断してもよい。
ＴＳＰＣＤ部材を支持部材に固定し且つ強固に結合する
ことができるので、多様な切削工具および研摩工具を作
ることができる。更に、研摩工具、切削工具の他に、前
述のような軸受や、たとえば線端部結合工具等も製造で
きる。従来、線端部結合工具は単結晶ダイアモンドを精
密な形状と寸法に切断し、平坦な使用面を形成して作っ
ていた。この工具の典型的な使用Ｂ様は、ソリッドステ
ートチップ等へのリード線の結合であり、その際この工
具をチップに接触させて熱と圧力によってリード線をチ
ップに対して精密且つ正確な位置に結合する。通常この
ときの温度は約５００℃であり、天然ダイアモンドはこ
の温度に耐えられる。しかし、天然ダイアモンドを支持
部材に保持することは困難であり、且つ天然ダイアモン
ドの位置がたとえわずかでも動くと精密操作である結合
操作に問題が生じる。本発明によれば、支持部材に強固
に固定され且つ温度安定な改良された線端部結合工具が
提供される。
ことができるので、多様な切削工具および研摩工具を作
ることができる。更に、研摩工具、切削工具の他に、前
述のような軸受や、たとえば線端部結合工具等も製造で
きる。従来、線端部結合工具は単結晶ダイアモンドを精
密な形状と寸法に切断し、平坦な使用面を形成して作っ
ていた。この工具の典型的な使用Ｂ様は、ソリッドステ
ートチップ等へのリード線の結合であり、その際この工
具をチップに接触させて熱と圧力によってリード線をチ
ップに対して精密且つ正確な位置に結合する。通常この
ときの温度は約５００℃であり、天然ダイアモンドはこ
の温度に耐えられる。しかし、天然ダイアモンドを支持
部材に保持することは困難であり、且つ天然ダイアモン
ドの位置がたとえわずかでも動くと精密操作である結合
操作に問題が生じる。本発明によれば、支持部材に強固
に固定され且つ温度安定な改良された線端部結合工具が
提供される。
第９図に示す線端部結合工具９０では、ＴＳＰＣＤ部材
９２が支持部材９４に結合しており、後者は金属質であ
り且つヒーター用の開口部９５を具備し且つ線端部結合
装置に装着するためのシャンク９６を具備する。通常、
支持部材は、円錐形の端部９８を有する円筒形部分９７
と端部９８の先端に取り付けられたＴＳＰＣＤ部材９２
を含む。ＴＳＰＣＤ部材９２は、端部９８から突き出た
使用面９９を有し、且つ精密な平坦性および面寸法すな
わち長さおよび幅を有する。使用面９９の輪郭は必要に
応じて正方形、長方形、その他の形状であってよい。線
端部結合工具を加熱するために行なわれている従来の通
常の方法で熱を付与してＴＳＰＣＤＳ付０加熱すればよ
い。使用の際にこの工具は振動と熱を負荷されるので、
ＴＳＰＣＤＳ付０使用中に正確な位置に強固に正確に固
定され維持されていなければならない。本発明によれば
、ＴＳＰＣＤ部材９２は支持部材に化学結合しており、
この支持部材は支持部材９４でもよく、または支持部材
９４に受は入れられた別個のインサート体でもよい。本
発明の利点は、支持部材に比較的容易に固定できるＴＳ
ＰＣＤＳ付０使用できることである。
９２が支持部材９４に結合しており、後者は金属質であ
り且つヒーター用の開口部９５を具備し且つ線端部結合
装置に装着するためのシャンク９６を具備する。通常、
支持部材は、円錐形の端部９８を有する円筒形部分９７
と端部９８の先端に取り付けられたＴＳＰＣＤ部材９２
を含む。ＴＳＰＣＤ部材９２は、端部９８から突き出た
使用面９９を有し、且つ精密な平坦性および面寸法すな
わち長さおよび幅を有する。使用面９９の輪郭は必要に
応じて正方形、長方形、その他の形状であってよい。線
端部結合工具を加熱するために行なわれている従来の通
常の方法で熱を付与してＴＳＰＣＤＳ付０加熱すればよ
い。使用の際にこの工具は振動と熱を負荷されるので、
ＴＳＰＣＤＳ付０使用中に正確な位置に強固に正確に固
定され維持されていなければならない。本発明によれば
、ＴＳＰＣＤ部材９２は支持部材に化学結合しており、
この支持部材は支持部材９４でもよく、または支持部材
９４に受は入れられた別個のインサート体でもよい。本
発明の利点は、支持部材に比較的容易に固定できるＴＳ
ＰＣＤＳ付０使用できることである。
このように、たとえば、ＴＳＰＣＤ部材９２は精密な必
要長さおよび幅に成形して支持部材に「その場」結合さ
れることができる。
要長さおよび幅に成形して支持部材に「その場」結合さ
れることができる。
支持部材９４によって支持を行なっている場合、ＴＳＰ
ＣＤの面を精密に研摩して面９９が支持部材と関係する
ように必要な平坦性を出し、単結晶ダイアモンドでは達
成し難い作用をさせる。既に説明したように集合体全体
を形成せずに、ＴＳＰＣＤの支持体を形成してから、次
にこれを支持部材９４に組み上げてもよい。
ＣＤの面を精密に研摩して面９９が支持部材と関係する
ように必要な平坦性を出し、単結晶ダイアモンドでは達
成し難い作用をさせる。既に説明したように集合体全体
を形成せずに、ＴＳＰＣＤの支持体を形成してから、次
にこれを支持部材９４に組み上げてもよい。
本発明の特徴の１つは、小さいＴＳＰＣＤから事実上ど
のような形状および寸法のＴＳＰＣＤ成形体を形成でき
ることである。この１例を第１０図に示す。
のような形状および寸法のＴＳＰＣＤ成形体を形成でき
ることである。この１例を第１０図に示す。
大きいＴＳＰＣＤ成形体１００は、全体としてほぼ円形
状の（他の形状でもよい）所定位置に多数配置された三
角形のＴＳＰＣＤ部材１０１から成る。図示した形にお
いて、たとえばタングステンカーバイドの周辺部分１０
５が存在する。このタングステンカーバイドは７０ｖｏ
Ｊ％のタングステンカーバイドでよい。たとえば、この
ＴＳＰＣＤ成形体を直径５０ｍとし、石油や天然ガスの
ドリル用カッターおよびコアピットとして用いることが
できる。
状の（他の形状でもよい）所定位置に多数配置された三
角形のＴＳＰＣＤ部材１０１から成る。図示した形にお
いて、たとえばタングステンカーバイドの周辺部分１０
５が存在する。このタングステンカーバイドは７０ｖｏ
Ｊ％のタングステンカーバイドでよい。たとえば、この
ＴＳＰＣＤ成形体を直径５０ｍとし、石油や天然ガスの
ドリル用カッターおよびコアピットとして用いることが
できる。
第１１図に示した、本発明に従ったもう１つのＴＳＰＣ
Ｄ成形体１１０は、たとえば１カラット当り３個または
１個の三角片として図示した複数のＴＳＰＣＤ成形体１
１２から成る。ＴＳＰＣＤ部材１１２は既に述べた方法
のいすかによって互に且つタングステンカーバイドのよ
うな支持部材１１５に結合されて、元々は別個であった
ＴＳＰＣＤＳ付０互に且つタングステンカーバイドに且
つタングステンカーバイド支持部材１１５に化学結合し
て一体構造を形成している。支持部材は既に述べたカー
バイド材料のいずれでもよい。
Ｄ成形体１１０は、たとえば１カラット当り３個または
１個の三角片として図示した複数のＴＳＰＣＤ成形体１
１２から成る。ＴＳＰＣＤ部材１１２は既に述べた方法
のいすかによって互に且つタングステンカーバイドのよ
うな支持部材１１５に結合されて、元々は別個であった
ＴＳＰＣＤＳ付０互に且つタングステンカーバイドに且
つタングステンカーバイド支持部材１１５に化学結合し
て一体構造を形成している。支持部材は既に述べたカー
バイド材料のいずれでもよい。
第１１図に示した本発明の実施態様は、本発明に従って
多様なＴＳＰＣＤ成形体が作れることを示している。こ
の図の構造体では、複数の切削部材１１２ａと１１２ｂ
、 １１２ｃと１１２ｄ、および１１２ｅと１１２ｆ
が、一連の刃先１１６ 、１１７ 、および１１Ｂを提
供する対を形成している。ビットとして使用する場合、
第１１ａ図に示すように、切削用成形体１１０をボディ
ーマトリックスの浸透処理または形成中に直接ボディー
に取り付けることができる。この実施態様においては、
支持部材１１２が支持部材１１５と接触しており、切削
方向は矢印１２３で示した向きである。タングステンカ
ーバイド支持部材１１５によって衝撃強さが増加する。
多様なＴＳＰＣＤ成形体が作れることを示している。こ
の図の構造体では、複数の切削部材１１２ａと１１２ｂ
、 １１２ｃと１１２ｄ、および１１２ｅと１１２ｆ
が、一連の刃先１１６ 、１１７ 、および１１Ｂを提
供する対を形成している。ビットとして使用する場合、
第１１ａ図に示すように、切削用成形体１１０をボディ
ーマトリックスの浸透処理または形成中に直接ボディー
に取り付けることができる。この実施態様においては、
支持部材１１２が支持部材１１５と接触しており、切削
方向は矢印１２３で示した向きである。タングステンカ
ーバイド支持部材１１５によって衝撃強さが増加する。
この切削用成形体１１０は上部のＴＳＰＣＤＳ付０列１
１２ａ〜１１２ｆの少なくとも１つがほぼ全体的に露出
している。使用によって上部の列が摩耗したら、その下
の列を新らたな切削刃として用いる。この成形体では、
各ＴＳＰＣＤ部材の少なくとも１つの側面が、隣接する
ＴＳＰＣＤ部材に隣接して位置しており、間隔は既述の
とおりである。
１２ａ〜１１２ｆの少なくとも１つがほぼ全体的に露出
している。使用によって上部の列が摩耗したら、その下
の列を新らたな切削刃として用いる。この成形体では、
各ＴＳＰＣＤ部材の少なくとも１つの側面が、隣接する
ＴＳＰＣＤ部材に隣接して位置しており、間隔は既述の
とおりである。
刃先の再生成という意味での切削性能を向上させるため
に、隣接するＴＳＰＣＤ部材間のマトリック材の量を少
なくして、カッター構造体中に弱い面を制御して作り、
カッターの破壊が所定の破壊面で起こるようにすること
ができる。このようにすると、カッター領域で負荷の増
大があると、カッターは支持部材から脱落破壊して新し
いカッタ一部を生成する。掘削（ｅａｒｔｈ ｂｏｒｉ
ｎｇ）はある程度切り込み型の切削に依存しているので
、全体として凹凸のある切削面が生成すると、その生成
の仕方によっては切削作用が向上する。
に、隣接するＴＳＰＣＤ部材間のマトリック材の量を少
なくして、カッター構造体中に弱い面を制御して作り、
カッターの破壊が所定の破壊面で起こるようにすること
ができる。このようにすると、カッター領域で負荷の増
大があると、カッターは支持部材から脱落破壊して新し
いカッタ一部を生成する。掘削（ｅａｒｔｈ ｂｏｒｉ
ｎｇ）はある程度切り込み型の切削に依存しているので
、全体として凹凸のある切削面が生成すると、その生成
の仕方によっては切削作用が向上する。
既述のように、本発明の成形体は従来の機械的なモザイ
ク構造体よりも著しく強い。第１２図（ａ）〜（ｄ）に
おいて、第１２図（ａ）は構、遺体（成形体）１３０の
矢印１３３と矢印１３１および１３２とにそれぞれ逆方
向の負荷を与えた三点曲げ試験を示す。部材１３５また
は部材１３６で破壊させるのに必要な力を測定しｐ ｓ
ｉ （ｐｏｕｎｄｓ ｐｅｒ ５ｑｕａｒｅｉｎｃｈ
）で表示する。
ク構造体よりも著しく強い。第１２図（ａ）〜（ｄ）に
おいて、第１２図（ａ）は構、遺体（成形体）１３０の
矢印１３３と矢印１３１および１３２とにそれぞれ逆方
向の負荷を与えた三点曲げ試験を示す。部材１３５また
は部材１３６で破壊させるのに必要な力を測定しｐ ｓ
ｉ （ｐｏｕｎｄｓ ｐｅｒ ５ｑｕａｒｅｉｎｃｈ
）で表示する。
第１２図（ｂ）は本発明に従ったＴＳＰＣＤ成形体１４
０であり、既述の方法で接合部１４２で接合された三角
形のＴＳＰＣＤ部材１４１で構成される。ＴＳＩ’Ｃ［
ｌ成形体１４０は１カラット当り３片のＴＳＰＣＤ部材
をタングステンで被覆したものとタングステン粉末とを
９０ｖｏｉ！％まで圧縮した後焼結して作ったものであ
る。三点曲げ試験を行なった結果、破断（１４５）は接
合部で起こり、破断荷重は２Ｌ ０ＯＯｐｓ ｉであっ
た。
０であり、既述の方法で接合部１４２で接合された三角
形のＴＳＰＣＤ部材１４１で構成される。ＴＳＩ’Ｃ［
ｌ成形体１４０は１カラット当り３片のＴＳＰＣＤ部材
をタングステンで被覆したものとタングステン粉末とを
９０ｖｏｉ！％まで圧縮した後焼結して作ったものであ
る。三点曲げ試験を行なった結果、破断（１４５）は接
合部で起こり、破断荷重は２Ｌ ０ＯＯｐｓ ｉであっ
た。
第１２図（Ｃ）は第１２図（ｂ）と同様な構造であるが
、部材１５０は、１カラット当り３片のＴＳＰＣＤ部材
をタングステンで被覆し、既述のように銅結合剤を用い
たタングステンカーバイドで液相浸透処理し、そして既
述のように処理したものである。三点曲げ試験の結果、
ＴＳＰＣＤの部分（１５５）で破断し、破断荷重は２６
，０ＯＯｐｓｉであった。
、部材１５０は、１カラット当り３片のＴＳＰＣＤ部材
をタングステンで被覆し、既述のように銅結合剤を用い
たタングステンカーバイドで液相浸透処理し、そして既
述のように処理したものである。三点曲げ試験の結果、
ＴＳＰＣＤの部分（１５５）で破断し、破断荷重は２６
，０ＯＯｐｓｉであった。
第１２図（ｄ）の機械的モザイク構造体１６０は上記の
１５０と本質的に同一であるが、ＴＳＰＣＤ部材は被覆
されておらず、成形体の処理は成形体１５０の形成に用
いたものと同一のタングステンカーバイドおよび結合剤
を使って従来の浸透技術で行なった。三点曲げ試験の結
果、接合部で破断しく１６５）、破断荷重はほとんど０
ｐｓｉであった。
１５０と本質的に同一であるが、ＴＳＰＣＤ部材は被覆
されておらず、成形体の処理は成形体１５０の形成に用
いたものと同一のタングステンカーバイドおよび結合剤
を使って従来の浸透技術で行なった。三点曲げ試験の結
果、接合部で破断しく１６５）、破断荷重はほとんど０
ｐｓｉであった。
他の試験データから、カーバイド形成被覆の厚さが重要
であることが分かった。このデータは結合剤がニッケル
とマンガンを含有するマトリックス材を使って得たもの
である。タングステン被覆を行なった材料の場合、この
皮膜の厚さが薄過ぎて、たとえば約３−未満であると、
ニッケルおよび／またはマンガンが皮膜に悪影響を及ぼ
す傾向がある。しかし、マトリックス用の結合剤が銅も
しくは錫もしくはこれらの組合せであれば、１７ｍの薄
い皮膜を使うことができる。このように、マトリックス
用の結合剤が皮膜と適合すれば１μｍの薄い皮膜を使う
ことができる。もしマトリックス用の結合剤が鉄族（た
とえばニッケルまたはマンガン）であれば、ダイアモン
ド上の皮膜に結合剤を貫通させないためには幾分厚い皮
膜（たとえばタングステン皮膜）が望ましい。したがっ
て、本発明の望ましい実施態様においては、タングステ
ンに適合する結合剤を使用することが望ましく、その場
合には皮膜厚さは１−でよい。
であることが分かった。このデータは結合剤がニッケル
とマンガンを含有するマトリックス材を使って得たもの
である。タングステン被覆を行なった材料の場合、この
皮膜の厚さが薄過ぎて、たとえば約３−未満であると、
ニッケルおよび／またはマンガンが皮膜に悪影響を及ぼ
す傾向がある。しかし、マトリックス用の結合剤が銅も
しくは錫もしくはこれらの組合せであれば、１７ｍの薄
い皮膜を使うことができる。このように、マトリックス
用の結合剤が皮膜と適合すれば１μｍの薄い皮膜を使う
ことができる。もしマトリックス用の結合剤が鉄族（た
とえばニッケルまたはマンガン）であれば、ダイアモン
ド上の皮膜に結合剤を貫通させないためには幾分厚い皮
膜（たとえばタングステン皮膜）が望ましい。したがっ
て、本発明の望ましい実施態様においては、タングステ
ンに適合する結合剤を使用することが望ましく、その場
合には皮膜厚さは１−でよい。
たとえば、被覆されたＴＳＰＣＤを既述のようにマトリ
ックス材に結合させた場合、これに横方向からの荷重に
よる剪断試験を行なった結果、皮膜厚さ１〜５μｍの範
囲で結合強度は約５．０００ｐｓｉで被覆しない成形体
よりも高い。この皮膜厚さ範囲では、皮膜とマトリック
ス材との界面で破断する。約７〜１０Ｊ！ｍの皮膜厚さ
範囲では、破壊は上記界面で起きたりＴＳＰＣＤで起き
たりする混合型である。この破壊は約５．０００ｐｓｉ
〜約２２，０ＯＯｐｓｉの範囲の結合強度で起こる。こ
の範囲の結合強度で、本発明に従ったＴＳＰＣＤ成形体
には広範な用途がある。皮膜厚さが１０１！Ｉａより大
きいときには破壊はＴＳＰＣＤで起き結合部では起きな
い。すなわち、ＴＳＰＣＤと皮膜の間の界面、皮膜と結
合部の間の界面、皮膜自体、および結合部自体のすべて
がＴＳＰＣＤより強い。
ックス材に結合させた場合、これに横方向からの荷重に
よる剪断試験を行なった結果、皮膜厚さ１〜５μｍの範
囲で結合強度は約５．０００ｐｓｉで被覆しない成形体
よりも高い。この皮膜厚さ範囲では、皮膜とマトリック
ス材との界面で破断する。約７〜１０Ｊ！ｍの皮膜厚さ
範囲では、破壊は上記界面で起きたりＴＳＰＣＤで起き
たりする混合型である。この破壊は約５．０００ｐｓｉ
〜約２２，０ＯＯｐｓｉの範囲の結合強度で起こる。こ
の範囲の結合強度で、本発明に従ったＴＳＰＣＤ成形体
には広範な用途がある。皮膜厚さが１０１！Ｉａより大
きいときには破壊はＴＳＰＣＤで起き結合部では起きな
い。すなわち、ＴＳＰＣＤと皮膜の間の界面、皮膜と結
合部の間の界面、皮膜自体、および結合部自体のすべて
がＴＳＰＣＤより強い。
支持部材とＴＳＰＣＤとの界面以外で起こるこの破壊は
典型的には２２，０００ｐｓｉより大きい強度で起こる
。
典型的には２２，０００ｐｓｉより大きい強度で起こる
。
皮膜厚さが約１５庫より大きいと、たとえ２０−以上に
なっても結合強度は約２７，０００ｐｓｉで安定し、結
合界面ではなくてＴＳＰＣＤで破壊する。皮膜厚さが約
３０１！ｍより大きくなると、結合強度は１０〜３０μ
で得られた以上には増加しなくなる。
なっても結合強度は約２７，０００ｐｓｉで安定し、結
合界面ではなくてＴＳＰＣＤで破壊する。皮膜厚さが約
３０１！ｍより大きくなると、結合強度は１０〜３０μ
で得られた以上には増加しなくなる。
更に比較すると、約５〜１０Ｊ／１１１％典型的には７
廂の厚さでチタンカーバイドを被覆され酸化保護ニッケ
ル皮膜を含む皮膜総厚さが約３０〜５０廊のＴＳＰＣＤ
成形体の破壊は結合部とＴＳＰＣＤとで起こる混合型で
あり、破断強度は約１５，０００ｐｓｉである。これら
のデータから次のことが分かる。酸化保護皮膜がなく、
上記寸法のタングステン皮膜は、チタンカーバイド皮膜
（約７μ）とニッケル保護皮膜（約４０ｐｍ）のある成
形体にくらべて、後者の場合にはＴＳＰＣＤだけでなく
混合型の破壊をするから、はるかに優れている。結合部
の強度が十分な高さに達して破壊がＴＳＰＣＤと支持部
材との結合部ではなくてＴＳＰＣＤで起こると、何らか
の形の支持部材中にカッタータイプの成形体を強く結合
する必要のある場合には特に大きな利点となる。
廂の厚さでチタンカーバイドを被覆され酸化保護ニッケ
ル皮膜を含む皮膜総厚さが約３０〜５０廊のＴＳＰＣＤ
成形体の破壊は結合部とＴＳＰＣＤとで起こる混合型で
あり、破断強度は約１５，０００ｐｓｉである。これら
のデータから次のことが分かる。酸化保護皮膜がなく、
上記寸法のタングステン皮膜は、チタンカーバイド皮膜
（約７μ）とニッケル保護皮膜（約４０ｐｍ）のある成
形体にくらべて、後者の場合にはＴＳＰＣＤだけでなく
混合型の破壊をするから、はるかに優れている。結合部
の強度が十分な高さに達して破壊がＴＳＰＣＤと支持部
材との結合部ではなくてＴＳＰＣＤで起こると、何らか
の形の支持部材中にカッタータイプの成形体を強く結合
する必要のある場合には特に大きな利点となる。
ＴＳＰＣＤと支持部材とを結合する接合部の強度が相対
的に高いタイプの本発明の成形体には広範な用途がある
。利点の１つは、支持部材に確実に結合されたＴＳＰＣ
Ｄを提供できることである。
的に高いタイプの本発明の成形体には広範な用途がある
。利点の１つは、支持部材に確実に結合されたＴＳＰＣ
Ｄを提供できることである。
第１３図に示す成形体１７０では、ＴＳＰＣＤ部材１７
２がタングステンカーバイド支持部材１７４に強固に固
定されている。成形体１７０は見掛上は商品名５ＴＲＡ
ＴＡＦＡＸのカッターと似ているが、実際には全く異な
る。
２がタングステンカーバイド支持部材１７４に強固に固
定されている。成形体１７０は見掛上は商品名５ＴＲＡ
ＴＡＦＡＸのカッターと似ているが、実際には全く異な
る。
更に詳しくは、ＴＳＰＣＤ部材は薄い単体円板の形のＴ
ＳＰＣＤ材料である５ＹＮＡＡＸとして市販されている
製品でよい。この円板１７２の大きさは直径２〜３鶴か
ら５０ｍ■以上まで種々ある。円板１７２は、円板１７
２を被覆する皮膜を介し更に浸透部または焼結部１７５
を介して行なわれる化学結合によって、支持部材１７４
と強固に化学結合している。
ＳＰＣＤ材料である５ＹＮＡＡＸとして市販されている
製品でよい。この円板１７２の大きさは直径２〜３鶴か
ら５０ｍ■以上まで種々ある。円板１７２は、円板１７
２を被覆する皮膜を介し更に浸透部または焼結部１７５
を介して行なわれる化学結合によって、支持部材１７４
と強固に化学結合している。
支持部材１７４を別個に形成し、これと円板１７２およ
び浸透（または焼結）部１７５とを既述のよう組み立て
ることができる。その結果、ＴＳＰＣＤが支持部材に化
学結合される。この利点は、支持部材の長さ、直径、お
よび形状が、５ＴＲＡＴＡＰＡＸ型の成形体を形成する
のに通常用いられる高圧高温プレスの寸法によって制限
を受けないことである。第１３図で説明した成形体を作
るコストは温度敏感な成形体の場合よりも少ないが、更
に重要な利点は、破断線１７６で示したようにほぼどの
ような長さの支持部材をも大型のプレスを用いないで形
成できることである。この態様の成形体の利点は、約１
２００℃まで温度安定性であることと、それによって、
たとえばドリルビット用のマトリックスボディー等のよ
うな支持部材の形成と同時に浸透処理もできることであ
る。あるいは、従来用いられていたよりも高温のろう付
は材を用いて、成形体をビットボディー内にろう付けす
ることができる。
び浸透（または焼結）部１７５とを既述のよう組み立て
ることができる。その結果、ＴＳＰＣＤが支持部材に化
学結合される。この利点は、支持部材の長さ、直径、お
よび形状が、５ＴＲＡＴＡＰＡＸ型の成形体を形成する
のに通常用いられる高圧高温プレスの寸法によって制限
を受けないことである。第１３図で説明した成形体を作
るコストは温度敏感な成形体の場合よりも少ないが、更
に重要な利点は、破断線１７６で示したようにほぼどの
ような長さの支持部材をも大型のプレスを用いないで形
成できることである。この態様の成形体の利点は、約１
２００℃まで温度安定性であることと、それによって、
たとえばドリルビット用のマトリックスボディー等のよ
うな支持部材の形成と同時に浸透処理もできることであ
る。あるいは、従来用いられていたよりも高温のろう付
は材を用いて、成形体をビットボディー内にろう付けす
ることができる。
更に、ダイアモンド上の皮膜と支持部材との間でろう付
は接合がなされるので、被覆されたダイアモンドをたと
えばタングステンカーバイド超硬合金のような適当な支
持部材にろう付けすることができる。ダイアモンドは温
度安定性があるので、既述のような温度安定性のないダ
イアモンド成形体と一緒に用いられる合金と比較して、
高融点のろう付は合金を用いることができる。
は接合がなされるので、被覆されたダイアモンドをたと
えばタングステンカーバイド超硬合金のような適当な支
持部材にろう付けすることができる。ダイアモンドは温
度安定性があるので、既述のような温度安定性のないダ
イアモンド成形体と一緒に用いられる合金と比較して、
高融点のろう付は合金を用いることができる。
第１３図に示すように、円板の側面１７８は浸透部また
焼結部とは接触していない。第１３ａ図の態様において
は、１７９として示すように、浸透部または焼結部が円
板１７２ａの側面を覆って強度を付加している。
焼結部とは接触していない。第１３ａ図の態様において
は、１７９として示すように、浸透部または焼結部が円
板１７２ａの側面を覆って強度を付加している。
第１４図に示す成形体では、ＴＳＰＣＤ部材１８０が支
持部材に固定されており、ＴＳＰＣＤ部材１８ｏの背面
１８３は支持部材に接触し、両側面は互に隣接するかま
たは全体として露出した側面を含む（１８７で示す）。
持部材に固定されており、ＴＳＰＣＤ部材１８ｏの背面
１８３は支持部材に接触し、両側面は互に隣接するかま
たは全体として露出した側面を含む（１８７で示す）。
この態様においては、支持部材をソーブレートセグメン
トまたは掘削ビット用のブリフォτム・ブリシェイプ・
カッターとすることができる。この図の成形体の形はＨ
ｏｒｎの米国特許第３．９３８．５９９号の図面のいく
つがと似ているように見えるが、重要な相異がある。Ｈ
ｏｒｎの構造体との相異は、本発明の成形体は支持マト
リックス材に化学結合しており、前出のデータのとおり
、Ｉｔ ｏ ｒ ｎ特許の単なる機械結合よりも強度が
はるかに高いことである。この強い結合が行なわれてい
ることによって多様な成形体を提供できる。
トまたは掘削ビット用のブリフォτム・ブリシェイプ・
カッターとすることができる。この図の成形体の形はＨ
ｏｒｎの米国特許第３．９３８．５９９号の図面のいく
つがと似ているように見えるが、重要な相異がある。Ｈ
ｏｒｎの構造体との相異は、本発明の成形体は支持マト
リックス材に化学結合しており、前出のデータのとおり
、Ｉｔ ｏ ｒ ｎ特許の単なる機械結合よりも強度が
はるかに高いことである。この強い結合が行なわれてい
ることによって多様な成形体を提供できる。
その１例として第１５図に示したのは、セグメント１９
２および１９４を具備したツイストドリル１９０である
。セグメント１９２および１９４は支持部材中に１また
は２以上のＴＳＰＣＤＳ付０含んだ本発明によるＴＳＰ
ＣＤ成形体である。このドリルビットは寸法が１／４ｉ
ｎ、またはそれ以上である。
２および１９４を具備したツイストドリル１９０である
。セグメント１９２および１９４は支持部材中に１また
は２以上のＴＳＰＣＤＳ付０含んだ本発明によるＴＳＰ
ＣＤ成形体である。このドリルビットは寸法が１／４ｉ
ｎ、またはそれ以上である。
第１６図に示す、第１３図と類似した本発明の実施態様
においては、ＴＳＰＣＤ部材２００は正方形であるが、
長方形や種々の混合形状でもよい°。ＴＳＰＣＤＳ付０
材料２０１を介して相互に且つ基体２０２に既述のよう
にして結合させられている。基体は、正方形以外の形状
でもよく、任意の長さでよい（破断線２０５で示す）。
においては、ＴＳＰＣＤ部材２００は正方形であるが、
長方形や種々の混合形状でもよい°。ＴＳＰＣＤＳ付０
材料２０１を介して相互に且つ基体２０２に既述のよう
にして結合させられている。基体は、正方形以外の形状
でもよく、任意の長さでよい（破断線２０５で示す）。
第１７図および第１８図は、本発明に従ったドリルビッ
ト２２０を示す。このドリルビットでは、基体２２２（
望ましくはカーバイドのようなマトリックス材でできて
いる）は複数の水路部２２５と複数のブレード２３０を
具備する。ビット基体をマトリックス型基体とすれば、
ビット基体のマトリックス材料は適当な支持部材上に被
覆した比較的薄い皮膜であってよい。ビットはノズル２
３５をも具備し、基体内部、からの流体がノズル２３５
から流出してビットを冷却および洗浄する。
ト２２０を示す。このドリルビットでは、基体２２２（
望ましくはカーバイドのようなマトリックス材でできて
いる）は複数の水路部２２５と複数のブレード２３０を
具備する。ビット基体をマトリックス型基体とすれば、
ビット基体のマトリックス材料は適当な支持部材上に被
覆した比較的薄い皮膜であってよい。ビットはノズル２
３５をも具備し、基体内部、からの流体がノズル２３５
から流出してビットを冷却および洗浄する。
各ブレードは、たとえば第２図に示したような形の複数
のカッター２４０を具備する。各カッターは基体の浸透
処理中にマトリックス中に固定されており、各カッター
をビット基体中に固定するためにろう付けする必要はな
い。既述のように各カッターはそれ自体の製造によって
１２００℃までめ温度安定性を有する。もちろん、カッ
ターの形は本発明に従って、たとえば第１０図または第
１３図のような他の形にしてもよい。あるいは、カッタ
ーの形を四分円や半円等の形にしてもよい。
のカッター２４０を具備する。各カッターは基体の浸透
処理中にマトリックス中に固定されており、各カッター
をビット基体中に固定するためにろう付けする必要はな
い。既述のように各カッターはそれ自体の製造によって
１２００℃までめ温度安定性を有する。もちろん、カッ
ターの形は本発明に従って、たとえば第１０図または第
１３図のような他の形にしてもよい。あるいは、カッタ
ーの形を四分円や半円等の形にしてもよい。
あるいは、温度安定なカッターの寸法を、通常５ＴＲＡ
ＴＡＰＡＸ製品の最大寸法である約１４鰭より大きな直
径とすることもできる。
ＴＡＰＡＸ製品の最大寸法である約１４鰭より大きな直
径とすることもできる。
ドリルビットやコアビットの基体のタイプは多数の公知
タイプのいずれにもできる。１例として、段付ビット（
ｓｔｅｐｐｅｄ ｂｉｔ）はカッターの露出部を大きく
すればできる。種々の使用状況に応じて有効な切削作用
を発揮するのに必要な種々の異なる形態にカッターを組
み上げることは、本発明によって可能となる。
タイプのいずれにもできる。１例として、段付ビット（
ｓｔｅｐｐｅｄ ｂｉｔ）はカッターの露出部を大きく
すればできる。種々の使用状況に応じて有効な切削作用
を発揮するのに必要な種々の異なる形態にカッターを組
み上げることは、本発明によって可能となる。
本発明の特徴の１つは、ＰＣＤ材料の合成に用いられる
高温・高圧処理を行なわない処理工程によって、非常に
多種の形状および寸法の温度安定なＰＣＤ集合体を提供
できることである。
高温・高圧処理を行なわない処理工程によって、非常に
多種の形状および寸法の温度安定なＰＣＤ集合体を提供
できることである。
以下に図面を参照して本発明に従ったＴＳＰＣＤＳ付０
製造方法の例を説明する。
製造方法の例を説明する。
寸法が１カラット当り３片である三角形の温度安定ＰＣ
Ｄ （ＴＳＰＣＤ）部材を金属タングステンで厚さ約６
ｎに被覆した。マトリックス材を形成する粉末として粒
子寸法３〜５４のタングステンカーバイド粉を用いた。
Ｄ （ＴＳＰＣＤ）部材を金属タングステンで厚さ約６
ｎに被覆した。マトリックス材を形成する粉末として粒
子寸法３〜５４のタングステンカーバイド粉を用いた。
この粉末約１０００ ｇを、パラフィンおよび鉱油を２
０ｇ溶解させたヘキサン溶液２０〇−中に全量を完全に
混合した。得られた混合物を８０〜１００℃の間で４０
分間加熱してヘキサンを完全に蒸発させた。この処理後
の粉末を既述のようにボールミルに３０分間かけて塊状
化した粉末を粉砕した後、２００メツシユのふるいにか
けた。
０ｇ溶解させたヘキサン溶液２０〇−中に全量を完全に
混合した。得られた混合物を８０〜１００℃の間で４０
分間加熱してヘキサンを完全に蒸発させた。この処理後
の粉末を既述のようにボールミルに３０分間かけて塊状
化した粉末を粉砕した後、２００メツシユのふるいにか
けた。
適当な六角形のダイの中にタングステン被覆したＴＳＰ
ＣＤＳ付０配置してから、このダイの中に上記処理後の
タングステンカーバイド粉末を入れてＴＳＰＣＤ間のす
き間を充填するとともにＴＳＰＣＤの上を覆った。これ
を２０，０００ｐｓｉでコールドプレスして六角形の初
期成形体とした。
ＣＤＳ付０配置してから、このダイの中に上記処理後の
タングステンカーバイド粉末を入れてＴＳＰＣＤ間のす
き間を充填するとともにＴＳＰＣＤの上を覆った。これ
を２０，０００ｐｓｉでコールドプレスして六角形の初
期成形体とした。
次に、この六角形の初期成形体をゴム型中に挿入してか
ら排気した密閉した後、２９．０００ρｓｉで等圧コー
ルドプレスした仮成形体とした。得られた物を研摩して
所定寸法にした。
ら排気した密閉した後、２９．０００ρｓｉで等圧コー
ルドプレスした仮成形体とした。得られた物を研摩して
所定寸法にした。
等圧コールドプレスしたこの六角形の仮成形体を粉末状
の銅基合金（Ｃｕ −Ｓｎ −Ｍｎ −Ｎｉ）と−緒に
るつぼ上に置いた。これを真空炉中（１０−５ｔｏｒｒ
）で５℃／分の速度で４００℃まで加熱して１時間保持
し、次に１０℃／分の速度で１１６０℃まで昇温しで１
時間保持して浸透処理を行なった後冷却した。
の銅基合金（Ｃｕ −Ｓｎ −Ｍｎ −Ｎｉ）と−緒に
るつぼ上に置いた。これを真空炉中（１０−５ｔｏｒｒ
）で５℃／分の速度で４００℃まで加熱して１時間保持
し、次に１０℃／分の速度で１１６０℃まで昇温しで１
時間保持して浸透処理を行なった後冷却した。
１１００℃より高温で１時間加熱することは、それによ
ってタングステンカーバイドの形成が起こるため重要で
ある。このようにして形成されるタングステンカーバイ
ド層の典型的な厚さは約３−で。
ってタングステンカーバイドの形成が起こるため重要で
ある。このようにして形成されるタングステンカーバイ
ド層の典型的な厚さは約３−で。
ある。
もしも１０００℃まで急加熱して１．５時間保持すると
、形成されるタングステンカーバイド層の厚さは約０．
３−である。カーバイド形成温度までの加熱は１０℃／
分の速度で行なってもよい。
、形成されるタングステンカーバイド層の厚さは約０．
３−である。カーバイド形成温度までの加熱は１０℃／
分の速度で行なってもよい。
この熱処理をした物を表面研摩して約０．３１５ｉｎ。
の厚さにすれば使用できる。
別の態様として、４００メソシユのタングステンカーバ
イド超硬グリッド（９４ｗｔ％のタングステンカーバイ
ドを６ｉｎｔ％のコバルトで結合した市販材）を、２ｗ
ｔ％パラフィン・ヘキサン溶液と混合した。
イド超硬グリッド（９４ｗｔ％のタングステンカーバイ
ドを６ｉｎｔ％のコバルトで結合した市販材）を、２ｗ
ｔ％パラフィン・ヘキサン溶液と混合した。
本発明の範囲内において、等圧コールドプレスした仮成
形体をマトリックスビットボディー等の支持部材に結合
させながら上記カーバイド層を同時に形成するように処
理することもできる。たとえば、公称寸法３〜５μの範
囲の加炭したタングステン粉末を１ｗｔ％のニッケル粉
末（−３２５メソシユ）とボールミル中で１時間混合し
た。この混合粉末を２ｗｔ％パラフィン・ヘキサン溶液
と混合した。
形体をマトリックスビットボディー等の支持部材に結合
させながら上記カーバイド層を同時に形成するように処
理することもできる。たとえば、公称寸法３〜５μの範
囲の加炭したタングステン粉末を１ｗｔ％のニッケル粉
末（−３２５メソシユ）とボールミル中で１時間混合し
た。この混合粉末を２ｗｔ％パラフィン・ヘキサン溶液
と混合した。
この混合物を加熱して乾燥し、得られた粉末を、既述の
ように被覆した三角形のＴＳＰＣＤ部材と一緒に用いて
、既述のようにして大型の集合体とした。
ように被覆した三角形のＴＳＰＣＤ部材と一緒に用いて
、既述のようにして大型の集合体とした。
この大型集合体を既述のように一軸コールドプレスし等
圧コールドプレスした。得られた物は第２図のような「
生（グリーン）」の六角形カッターであった。これを加
熱して有機材料を燃焼させてから１ｏｏｏ℃で１時間保
持した。
圧コールドプレスした。得られた物は第２図のような「
生（グリーン）」の六角形カッターであった。これを加
熱して有機材料を燃焼させてから１ｏｏｏ℃で１時間保
持した。
これによって取扱うのに十分な強度となった生年合体を
ダイに入れてマトリックス粉末材に配列しくたとえばマ
トリックスビット形成）、このマトリックスを１２００
℃で浸透処理した。浸透処理中に生年合体はマトリック
スに結合し、皮膜はカーバイド層になった。この処理に
よって、マトリックスの金属結合剤と生集合体中の金属
結合剤との間で、および皮膜と粉末とマトリックス支持
部材との間で強力な結合がなされた。これと本質的に同
一の処理を用いて既述の他の成形体をマトリックス材支
持部材の中または上に形成することができる。
ダイに入れてマトリックス粉末材に配列しくたとえばマ
トリックスビット形成）、このマトリックスを１２００
℃で浸透処理した。浸透処理中に生年合体はマトリック
スに結合し、皮膜はカーバイド層になった。この処理に
よって、マトリックスの金属結合剤と生集合体中の金属
結合剤との間で、および皮膜と粉末とマトリックス支持
部材との間で強力な結合がなされた。これと本質的に同
一の処理を用いて既述の他の成形体をマトリックス材支
持部材の中または上に形成することができる。
もう１つの１工程浸透処理は処理済粉末を使って次のよ
うに行なう。第１の粉末として、入手した粒子寸法３〜
５４の加炭タングステン粉末を２００メソシユのふるい
にかけて塊状物を破砕して微粉末とした。これを粒子寸
法３〜７μｍのニッケル粉末７ｗｔ％と一緒にして適当
な混合装置で１時間混合した。これとは別に粒子寸法３
〜５μｍの第２のタングステンカーバイド粉末を２００
メツシユのふるいにかけて塊状物を破砕した。これを、
粒子寸法３〜７Ｊ１ｍのニッケル粉末３ｗｔ％、および
２ｗｔ％パラフィン・ヘキサン溶液と一緒にして約８時
間ボールミルをかけた。次にこれを乾燥して、得られた
粉末はパラフィンで被覆されていた。
うに行なう。第１の粉末として、入手した粒子寸法３〜
５４の加炭タングステン粉末を２００メソシユのふるい
にかけて塊状物を破砕して微粉末とした。これを粒子寸
法３〜７μｍのニッケル粉末７ｗｔ％と一緒にして適当
な混合装置で１時間混合した。これとは別に粒子寸法３
〜５μｍの第２のタングステンカーバイド粉末を２００
メツシユのふるいにかけて塊状物を破砕した。これを、
粒子寸法３〜７Ｊ１ｍのニッケル粉末３ｗｔ％、および
２ｗｔ％パラフィン・ヘキサン溶液と一緒にして約８時
間ボールミルをかけた。次にこれを乾燥して、得られた
粉末はパラフィンで被覆されていた。
既述のようにしてタングステンを被覆した１カラット当
り３片の寸法の三角形のＴＳＰＣＤ部材６個を六角形の
ダイ中に既述のように間隔をとって配置し、そしてこの
ＴＳＰＣＤ部材間に上記第２のタングステンカーバイド
粉末挿入した。最初に処理した第１の粉末約４ｇをこの
ダイの中に入れ、１５．０００ｐｓｉｇの圧力で六角形
に成形した。次にこれを２９，０００ｐｓｉｇで等方コ
ールドプレスした０次に直接これを銅・マンガン・錫・
ニッケル合金を用いて浸透処理して、ドリルビットマト
リックスのようなマトリックスにした。
り３片の寸法の三角形のＴＳＰＣＤ部材６個を六角形の
ダイ中に既述のように間隔をとって配置し、そしてこの
ＴＳＰＣＤ部材間に上記第２のタングステンカーバイド
粉末挿入した。最初に処理した第１の粉末約４ｇをこの
ダイの中に入れ、１５．０００ｐｓｉｇの圧力で六角形
に成形した。次にこれを２９，０００ｐｓｉｇで等方コ
ールドプレスした０次に直接これを銅・マンガン・錫・
ニッケル合金を用いて浸透処理して、ドリルビットマト
リックスのようなマトリックスにした。
もう１つの例においては、粒子寸法２０〜３０−と６０
〜Ｔｏｎのタングステンカーバイド粉末、既述のタイプ
および寸法のニッケル粉末３ｗｔ％、および２ｗｔ％の
パラフィン・ヘキサン溶液を一緒にしてボールミルをか
けた。得られた粉末を乾燥し、２００メツシエのふるい
を通し、既述のように配置し集合体にしてからコールド
プレスした。
〜Ｔｏｎのタングステンカーバイド粉末、既述のタイプ
および寸法のニッケル粉末３ｗｔ％、および２ｗｔ％の
パラフィン・ヘキサン溶液を一緒にしてボールミルをか
けた。得られた粉末を乾燥し、２００メツシエのふるい
を通し、既述のように配置し集合体にしてからコールド
プレスした。
これをＴＳＰＣＤ部材と一緒に高真空炉（水素雰囲気炉
でもよい）に移し、比較的ゆっくり加熱して有機成分を
燃焼させた。この加熱条件は、加熱温度８００℃、加熱
速度約り℃／分であ、った０次にこれをダイの中に移し
、浸透処理して最終的な成形体（この場合はドリルビッ
ト）を形成するマトリックスにした。
でもよい）に移し、比較的ゆっくり加熱して有機成分を
燃焼させた。この加熱条件は、加熱温度８００℃、加熱
速度約り℃／分であ、った０次にこれをダイの中に移し
、浸透処理して最終的な成形体（この場合はドリルビッ
ト）を形成するマトリックスにした。
もちろん、上記のような１工程浸透処理は、本発明に従
った種々の成形体のいずれかを形成するのにも使える。
った種々の成形体のいずれかを形成するのにも使える。
本発明の成形体をマトリックスドリルビットやコアビッ
トのようなマトリックス材料支持部材にする場合には、
本発明の成形体を既述のようにカーバイド形成材料で被
覆することが望ましい。既述の厚さで被覆する利点は、
成形体を入れたマトリックス材に有効に結合させるため
のカーバイド層を形成できることである。カーバイド層
の形成は、別個に行なう前加熱処理によって、またはマ
トリックスボディーの形成中に行なう制御加熱によって
行なうことができる。
トのようなマトリックス材料支持部材にする場合には、
本発明の成形体を既述のようにカーバイド形成材料で被
覆することが望ましい。既述の厚さで被覆する利点は、
成形体を入れたマトリックス材に有効に結合させるため
のカーバイド層を形成できることである。カーバイド層
の形成は、別個に行なう前加熱処理によって、またはマ
トリックスボディーの形成中に行なう制御加熱によって
行なうことができる。
本発明に従った形成体の研摩特性は、粉末材料と同等の
寸法の比較的小さい粒子状のダイアモンドすなわちＴＳ
ＰＣＤ材料を粉末材料に添加することによって幾分高め
ることができる。このようなダイアモンド粉末の体積率
は４０％程度とし、既述の処理を行ってから既述のよう
に結合を行なう。
寸法の比較的小さい粒子状のダイアモンドすなわちＴＳ
ＰＣＤ材料を粉末材料に添加することによって幾分高め
ることができる。このようなダイアモンド粉末の体積率
は４０％程度とし、既述の処理を行ってから既述のよう
に結合を行なう。
出発ダイアモンド材料としては、温度安定性のある合成
多結晶ダイアモンドが望ましいが、場合によっては天然
ダイアモンド材料を用いることもできる。
多結晶ダイアモンドが望ましいが、場合によっては天然
ダイアモンド材料を用いることもできる。
第１図は、本発明に従ったＴＳＰＣＤ成形体の形成にお
ける工程を示す流れ図、 第２図は、本発明に従ったＴＳＰＣＤの１つの形を示す
平面図、 第３図は、第２図の線３−３に沿った断面図、第４図は
、本発明に従った隣接するＴＳＰＣＤ部材間の結合部を
示す拡大断面図、 第５図は、本発明に従った、単一のＴＳＰＣＤ部材を有
するＴＳＰＣＤ成形体の斜視図、 第６図は、本発明に従った軸受の１つの形を示す平面図
、 第６ａ図は、第６図の線６ａ−６ａに沿った断面図、 第７図は、本発明に従ったドレッシング工具の斜視図、 第８図は、本発明に従ったソーブレートセグメントの平
面図、 第８ａ図は、第８図の線８ａ−８ａに沿った断面図、 第９図は、本発明に従った線端部結合工具の断面図、 第１０図は、多数の個別部材を一緒に結合して大きなＴ
ＳＰＣＤ成形体とした、本発明に従ったＴＳＰＣＤの平
面図、 第１１図は、本発明に従ったＴＳＰＣＤのもう１つの形
を示す斜示図、 第１１ａ図は、第１１図の成形体の配置および使用を示
す部分断面・部分立面図、 第１２ａ−１２ａ図は、種々の成形体と三点曲げ試験の
状況とを示す模式図、 第１３図は、本発明に従ったＴＳＰＣＤのもう１つの形
を示す斜示図、 第１３ａ図は、第１３図の成形体に変更を加えたもう１
つの成形体を示す斜視図、 第１４図は、本発明に従った成形体のもう１つの形を示
す断面図、 第１５図は、本発明に従ったツイストドリルを示す斜視
図、 第１６図は、本発明に従ったもう１つの成形体を示す斜
視図、 第１７図は、本発明に従った掘削ビットを示す斜視図、 第１８図は、第１７図のカッターの部分を拡大して示す
斜視図である。 ３０ 、６０ 、１００ 、１１０ 、１３０・・・Ｔ
ＳＰＣＤ成形体、３１ａ 〜３１ｆ 、５０．６１〜６
４，７２．８１ａ 〜８１ｋ 、９２゜１０１ 、１１
２・・・ＴＳＰＣＤ部材、３４ａ 、３４ｂ 、５０ａ
〜５０ｃ 、６１ｆ 、６３ｆ 、６４ｆ 。 ６４ｇ・・・側面、 ３５．６６ａ 、６６ｂ・・・間隙、 ３７ａ 、
３８ａ −皮膜、５３ 、６５ 、７４ 、８３ 、９
４ 、１０５・・・支持部材。 以下余白 図面の１７：で内官に変更なし） ｈす、／ 手続補正書（方式） 昭和６３年２月８ 日 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿 １、事件の表示 昭和６２年特許願第２６２９２５号 ２、発明の名称 温度安定ダイアモンド成形体およびその製造方法３、補
正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 ツートン クリステンセン。 インコーホレイティド ４、代理人 住所 〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号゛静
光虎ノ門ビル 電話５０４−０７２１５、補正命令の日
付 昭和６３年１月２６日（発送日） ６、補正の対象 （１） １ｉ書の「出願人の代表者」の欄（２）委任
状 （３）図 面 ７゜補正の内容 ＋１１ ＋２１ 別紙の通り （３） 図面の浄書（内容に変更なし）８、添附書類
の目録
ける工程を示す流れ図、 第２図は、本発明に従ったＴＳＰＣＤの１つの形を示す
平面図、 第３図は、第２図の線３−３に沿った断面図、第４図は
、本発明に従った隣接するＴＳＰＣＤ部材間の結合部を
示す拡大断面図、 第５図は、本発明に従った、単一のＴＳＰＣＤ部材を有
するＴＳＰＣＤ成形体の斜視図、 第６図は、本発明に従った軸受の１つの形を示す平面図
、 第６ａ図は、第６図の線６ａ−６ａに沿った断面図、 第７図は、本発明に従ったドレッシング工具の斜視図、 第８図は、本発明に従ったソーブレートセグメントの平
面図、 第８ａ図は、第８図の線８ａ−８ａに沿った断面図、 第９図は、本発明に従った線端部結合工具の断面図、 第１０図は、多数の個別部材を一緒に結合して大きなＴ
ＳＰＣＤ成形体とした、本発明に従ったＴＳＰＣＤの平
面図、 第１１図は、本発明に従ったＴＳＰＣＤのもう１つの形
を示す斜示図、 第１１ａ図は、第１１図の成形体の配置および使用を示
す部分断面・部分立面図、 第１２ａ−１２ａ図は、種々の成形体と三点曲げ試験の
状況とを示す模式図、 第１３図は、本発明に従ったＴＳＰＣＤのもう１つの形
を示す斜示図、 第１３ａ図は、第１３図の成形体に変更を加えたもう１
つの成形体を示す斜視図、 第１４図は、本発明に従った成形体のもう１つの形を示
す断面図、 第１５図は、本発明に従ったツイストドリルを示す斜視
図、 第１６図は、本発明に従ったもう１つの成形体を示す斜
視図、 第１７図は、本発明に従った掘削ビットを示す斜視図、 第１８図は、第１７図のカッターの部分を拡大して示す
斜視図である。 ３０ 、６０ 、１００ 、１１０ 、１３０・・・Ｔ
ＳＰＣＤ成形体、３１ａ 〜３１ｆ 、５０．６１〜６
４，７２．８１ａ 〜８１ｋ 、９２゜１０１ 、１１
２・・・ＴＳＰＣＤ部材、３４ａ 、３４ｂ 、５０ａ
〜５０ｃ 、６１ｆ 、６３ｆ 、６４ｆ 。 ６４ｇ・・・側面、 ３５．６６ａ 、６６ｂ・・・間隙、 ３７ａ 、
３８ａ −皮膜、５３ 、６５ 、７４ 、８３ 、９
４ 、１０５・・・支持部材。 以下余白 図面の１７：で内官に変更なし） ｈす、／ 手続補正書（方式） 昭和６３年２月８ 日 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿 １、事件の表示 昭和６２年特許願第２６２９２５号 ２、発明の名称 温度安定ダイアモンド成形体およびその製造方法３、補
正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 ツートン クリステンセン。 インコーホレイティド ４、代理人 住所 〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号゛静
光虎ノ門ビル 電話５０４−０７２１５、補正命令の日
付 昭和６３年１月２６日（発送日） ６、補正の対象 （１） １ｉ書の「出願人の代表者」の欄（２）委任
状 （３）図 面 ７゜補正の内容 ＋１１ ＋２１ 別紙の通り （３） 図面の浄書（内容に変更なし）８、添附書類
の目録
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、マトリックス材、 所定形状を有し、約１２００℃までの温度安定性を有す
る少なくとも１つのダイアモンド部材、該ダイアモンド
部材の各々の少なくとも一部分を被覆し、該ダイアモン
ド部材とは反対側の面に相対的に薄いカーバイド層を有
し、厚さが少なくとも１μｍの、カーバイド形成元素か
ら成る金属皮膜、 を含んで成り、 該ダイアモンド部材が該金属皮膜および該カーバイド層
を介して該マトリックス材と間接的に接しており、且つ
該ダイアモンド部材、該金属皮膜、該カーバイド層、お
よび該マトリックス材がこの順序で相互に化学結合して
いることを特徴とする、約１２００℃までの温度安定性
を有する温度安定ダイアモンド成形体。 ２、前記ダイアモンド部材が合成ダイアモンド部材であ
り且つ少なくとも一部分が前記マトリックス材と前記間
接的に接する面を有し、 前記マトリックス材がタングステンカーバイドであり且
つ前記ダイアモンド部材とは反対の側に所定長さだけ延
びて該ダイアモンド部材のための支持部材を形成するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の温度安定ダ
イアモンド成形体。 ３、前記ダイアモンド部材が少なくとも１つの側面を有
し、該側面は前記金属皮膜で被覆され且つ一部分が前記
マトリックス材と接触していることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の温度安定ダイアモンド成形体。 ４、複数の前記ダイアモンド部材が所定パタンに配置さ
れ且つ該ダイアモンド部材の相互に向き合う面の間に小
さい間隙を形成しており、前記マトリックス材が該間隙
に位置し且つ該ダイアモンド部材の少なくとも一部分と
前記間接的に接していることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の温度安定ダイアモンド成形体。 ５、前記ダイアモンド部材の少なくとも幾つかがほぼ三
角形であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
の温度安定ダイアモンド成形体。 ６、前記ダイアモンド部材がほぼ円形であり、且つほぼ
円形であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の温度安定ダイアモンド成形体。 ７、用途が掘削ビット用であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の温度安定ダイアモンド成形体。 ８、複数の前記ダイアモンド部材を含んで成ることを特
徴とする特許請求の範囲第７項記載の温度安定ダイアモ
ンド成形体。 ９、前記間隙が６〜３０ｍｉｌであることを特徴とする
特許請求の範囲第４項記載の温度安定ダイアモンド成形
体。 １０、前記金属皮膜の厚さが約３０μｍ以下であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の温度安定ダイ
アモンド成形体。 １１、前記マトリックス材がカーバイドおよび結合剤を
含有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
温度安定ダイアモンド成形体。 １２、前記マトリックス材が焼結金属であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の温度安定ダイアモン
ド成形体。 １３、前記金属皮膜が周期律表第４Ａ族、第５Ａ族、第
６Ａ族、および第７Ａ族から選択された少なくとも１種
の金属またはその合金またはその混合物であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の温度安定ダイアモ
ンド成形体。 １４、前記カーバイド層がタングステン、クロム、ニオ
ブ、チタン、タンタル、ジルコニウム、およびモリブデ
ンの各カーバイドから成る群から選択されたカーバイド
から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載
の温度安定ダイアモンド成形体。 １５、前記焼結金属がタングステン、ニッケル、タンタ
ル、モリブデン、およびコバルトから成る群から選択さ
れた金属であり、タングステンの焼結金属は銅合金で浸
透処理されることを特徴とする特許請求の範囲第１２項
記載の温度安定ダイアモンド成形体。 １６、前記ダイアモンド部材が少なくとも６０ｖｏｌ％
のダイアモンド粒から成ることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の温度安定ダイアモンド成形体。 １７、金属タングステン粉末、タングステンカーバイド
、チタン、タンタル、およびモリブデンから成る群から
選択されたマトリックス材、 所定形状を有し、約１２００℃までの温度安定性を有す
る少なくとも６０ｖｏｌ％のダイアモンド粒から成る少
なくとも１つのダイアモンド部材、該ダイアモンド部材
の各々の少なくとも一部分を被覆し、該ダイアモンド部
材とは反対側の面に厚さが約２０μｍ未満のカーバイド
層を有し、厚さが少なくとも１μｍの、カーバイド形成
元素から成る金属皮膜、 を含んで成り、 該カーバイド形成元素は周期律表第４Ａ族、第５Ａ族、
第６Ａ族、および第７Ａ族から選択された少なくとも１
種の金属またはその合金またはその混合物であり、 該ダイアモンド部材が該金属皮膜および該カーバイド層
を介して該マトリックス材と間接的に接しており、且つ
該ダイアモンド部材、該金属皮膜、該カーバイド層、お
よび該マトリックス材がこの順序で相互に化学結合して
いることを特徴とする、約１２００℃までの温度安定性
を有する温度安定ダイアモンド成形体。 １８、複数の前記ダイアモンド部材が所定パタンに配置
され且つ該ダイアモンド部材の相互に向き合う面の間に
１ｍｉｌ未満から５００ｍｉｌまでの間隙を形成してお
り、前記マトリックス材が該間隙に位置し且つ該ダイア
モンド部材の少なくとも一部分と前記間接的に接してい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載の温度
安定ダイアモンド成形体。 １９、ソーブレートセグメントであることを特徴とする
特許請求の範囲第１７項記載の温度安定ダイアモンド成
形体。 ２０、軸受部材であることを特徴とする特許請求の範囲
第１７項記載の温度安定ダイアモンド成形体。 ２１、ドレッシング工具であることを特徴とする特許請
求の範囲第１７項記載の温度安定ダイアモンド成形体。 ２２、掘削ビットに配置できるカッターであることを特
徴とする特許請求の範囲第１７項記載の温度安定ダイア
モンド成形体。 ２３、ツイストドリルの部材であることを特徴とする特
許請求の範囲第１７項記載の温度安定ダイアモンド成形
体。 ２４、線端部結合工具であることを特徴とする特許請求
の範囲第１７項記載の温度安定ダイアモンド成形体。 ２５、シングルポイントドレッシング工具であることを
特徴とする特許請求の範囲第１７項記載の温度安定ダイ
アモンド成形体。 ２６、少なくとも１つのカッター要素が基体によって支
持され、 該カッター要素は、マトリックス材によって支持された
少なくとも約１２００℃までの温度安定性を有する少な
くとも１つの多結晶のダイアモンド部材を含み、 該ダイアモンド部材は少なくとも１つの面に皮膜を有し
、 該皮膜は、厚さが少なくとも約１μｍであり且つ該ダイ
アモンド部材とは反対の面に比較的薄いカーバイド層を
有し、および 該ダイアモンド部材が該皮膜および該カーバイド層を介
して該マトリックス材と間接的に接しており、且つ該ダ
イアモンド部材、該皮膜、該カーバイド層、および該マ
トリックス材がこの順序で相互に化学結合していること によって成ることを特徴とする掘削ビット。 ２７、前記カッター要素が複数の前記ダイアモンド部材
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第２６項記載の
掘削ビット。 ２８、前記基体がマトリックス材の表面を含むことを特
徴とする特許請求の範囲第２６項記載の掘削ビット。 ２９、前記ダイアモンド部材の少なくとも幾つかは三角
形であることを特徴とする特許請求の範囲第２７項記載
の掘削ビット。 ３０、前記ダイアモンド部材がフェーシング型の形であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第２６項記載の掘削
ビット。 ３１、前記カッター要素が１４ｍｍより大きい直径を有
することを特徴とする特許請求の範囲第２６項記載の掘
削ビット。 ３２、複数の前記カッター要素を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第２６項記載の掘削ビット。 ３３、マトリックス材が粉末材料およびそのための結合
剤を含み、 複数のダイアモンド部材が、所定形状を有し、約１２０
０℃までの温度安定性を有し、少なくとも幾つかが該マ
トリックス材と少なくとも一部分で間接的に接触する少
なくとも１つの表面を有し、少なくとも幾つかの該ダイ
アモンド部材が、隣接する該ダイアモンド部材と突き合
わせ状態にあり、 該ダイアモンド部材の各々が、少なくとも該マトリック
ス材と間接的に接触する表面と、隣接する別の該ダイア
モンド部材と突き合わせられている表面部分とを、カー
バイド形成元素から成る金属皮膜で被覆されており、 該皮膜は厚さが少なくとも約３μｍであり、該ダイアモ
ンド部材が該金属皮膜を介して該マトリックス材と間接
的に接しており、且つ該ダイアモンド部材、該金属皮膜
、および該マトリックス材がこの順序で相互に化学結合
していることを特徴とする、約１２００℃までの温度安
定性を有する温度安定ダイアモンド成形体。 ３４、所定形状を有する少なくとも１つの温度安定なダ
イアモンド部材から、約１２００℃までの温度安定性を
有する温度安定ダイアモンド成形体を製造する方法であ
って、 該ダイアモンド部材の表面の少なくとも一部分をカーバ
イド形成元素から成る少なくとも厚さ約３μｍの金属皮
膜で被覆する工程、 該ダイアモンド部材の少なくとも被覆された表面をマト
リックス材粉末と接触させるように、該ダイアモンド部
材を該マトリックス材粉末と一緒に配置して集合体とす
る工程、 該集合体をコールドプレスして該マトリックス材粉末の
体積密度が４０％より大きい一次中間体とする工程、 該一次中間体を等圧コールドプレスして該マトリックス
材粉末の体積密度が５０％より大きい二次中間体とする
工程、および 該二次中間体を制御雰囲気中で高温に加熱して、該ダイ
アモンド部材の表面の該金属皮膜と該ダイアモンドとの
間でおよび該皮膜と該皮膜に接触している該マトリック
ス材との間で化学結合が達成されるのに十分な時間保持
する工程 を含んで成る温度安定ダイアモンド成形体の製造方法。 ３５、前記加熱が、約９００℃〜１１００℃の温度範囲
で約１０℃／分より大きい速度で加熱して前記金属皮膜
の金属をカーバイドにする工程を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第３４項記載の温度安定ダイアモンド成
形体の製造方法。 ３６、前記マトリックス材がカーバイドとそのための結
合剤であることを特徴とする特許請求の範囲第３４項記
載の温度安定ダイアモンド成形体の製造方法。 ３７、前記集合体とする工程が複数の前記ダイアモンド
部材を所定パタンに配置する工程を含むことを特徴とす
る特許請求の範囲第３４項記載の温度安定ダイアモンド
成形体の製造方法。 ３８、前記ダイアモンド部材を隣接する該ダイアモンド
部材間に間隙を形成するように配置することを特徴とす
る特許請求の範囲第３７項記載の温度安定ダイアモンド
成形体の製造方法。 ３９、前記ダイアモンド部材の少なくとも幾つかが突き
合わせ状態になるように該ダイアモンド部材を配置する
ことを特徴とする特許請求の範囲第３７項記載の温度安
定ダイアモンド成形体の製造方法。 ４０、前記カーバイド形成元素が第４Ａ族、第５Ａ族、
第６Ａ族、第７Ａ族の金属およびこれらの合金およびこ
れらの混合物から選択されることを特徴とする特許請求
の範囲第３４項記載の温度安定ダイアモンド成形体の製
造方法。 ４１、前記二次中間体を支持部材粉末に配置する工程、
および 前記加熱して保持する工程において、該二次中間体およ
び該支持部材粉末を加熱して化学結合を起こさせ、該支
持部材粉末を支持部材とする工程を更に含むことを特徴
とする特許請求の範囲第３４項記載の温度安定ダイアモ
ンド成形体の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US92136486A | 1986-10-20 | 1986-10-20 | |
| US921364 | 1986-10-20 | ||
| US095054 | 1987-09-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63190132A true JPS63190132A (ja) | 1988-08-05 |
Family
ID=25445325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26292587A Pending JPS63190132A (ja) | 1986-10-20 | 1987-10-20 | 温度安定ダイアモンド成形体およびその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63190132A (ja) |
| IE (1) | IE872798L (ja) |
| ZA (1) | ZA877288B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000297370A (ja) * | 1998-11-30 | 2000-10-24 | General Electric Co <Ge> | 表面が官能化されたダイヤモンド結晶およびその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55112772A (en) * | 1978-12-18 | 1980-08-30 | De Beers Ind Diamond | Pellet of abrasive |
-
1987
- 1987-09-28 ZA ZA877288A patent/ZA877288B/xx unknown
- 1987-10-19 IE IE279887A patent/IE872798L/xx unknown
- 1987-10-20 JP JP26292587A patent/JPS63190132A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55112772A (en) * | 1978-12-18 | 1980-08-30 | De Beers Ind Diamond | Pellet of abrasive |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000297370A (ja) * | 1998-11-30 | 2000-10-24 | General Electric Co <Ge> | 表面が官能化されたダイヤモンド結晶およびその製造方法 |
| JP4673939B2 (ja) * | 1998-11-30 | 2011-04-20 | ダイヤモンド イノベーションズ、インク． | 表面が官能化されたダイヤモンド結晶およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ZA877288B (en) | 1988-04-07 |
| IE872798L (en) | 1988-04-20 |
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