JPS63203704A - ダイヤモンド超硬合金複合焼結体 - 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】 産業上の利用分野 本発明はダイヤモンド焼結層とタングステンカーバイド
（ＷＣ）を主体とする超硬合金層が接合したダイヤモン
ド超硬合金複合焼結体に関し、さらに詳しくはこの超硬
合金層のバインダー金属として特定の合金を用いたダイ
ヤモンド超硬合金複春ｍ詰体に間する。

従来の技術 各種材料の切削、穴明は工具等として超硬物質であるダ
イヤモンド焼結体が近年急速に需要が増加している。こ
の焼結体は多くは基板となるｗＣ−Ｃｏ系超硬合金に直
接接合され、その超硬合金が工具シャンクにろう付は等
により保持されて゛使用されている。

またダイヤモンド焼結体と超硬合金の間に〒ａ、Ｚｒ等
の金属層を介在させたものもある。

発明が解決しようとする問題点 ダイヤモンド焼結体の熱膨張係数α（室温〜９００℃、
以下同じ）は一般に（３〜５）Ｘ１０−８（１／’０）
である、一方、通常の超硬合金はｗＣ−Ｃｏ系でＧｏが
８〜１４重量％（以下断りない限り％は重量％を表わす
）であって、そのαは（８〜８）ＸＩＧ’　（１／”Ｃ
）である、　Ｃｏを少なくすればαは６Ｘ　１Ｏ−６（
１／”Ｏ）以下になり得るが、基板として必要な強度が
得られない。

ダイヤモンド焼結体と超硬合金基板の熱１ｆ１Ｍ係数の
上記の差は大きな問題である。ダイヤモンド焼結体の弾
性率が（８〜１０）　ＸＩＯ’　Ｋｇ／ｍｒｎ’、超硬
合金の軟化が事実上止まるのが１０００℃以下と考える
と、１０００℃以下において両者間に発生する応力は９
０〜２００　Ｋｇ／　ｍｒｎ’となり、焼結体の抗折強
度に匹敵する値である。

これらの残留応力が複合焼結体のダイヤモンド層に発生
するクラックや超硬合金を削って素材を薄くした時の反
りや剥離、更には工具シャンクにろう付けした時のろう
付は割れの原因となるものである。またダイヤモンドと
超硬合金間に金属を介在させたものも金属は非常に薄い
ので同様の現象が起る。

これらの問題を解決する為に超硬合金以外の基板をもつ
複合体も提案されている（特開昭６ｌ−２８５７４）　
。

しかし、ＷＣ系超硬合金は剛性、強度及び硬度が大で、
かつ銀ろう付けも可能という優れた特性をもっている。

本発明の目的は、ダイヤモンド焼結層と超硬合金層とを
接合した複合体において、超硬合金の前記特性を失なう
ことなく、その熱膨張係数を低くしてできるだけダイヤ
モンド焼結体の熱＊ｉ係数に合せ、これにより、複合体
の剥離、クラックの発生等を防止することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者はｌ１ｌＣを主体とする超硬合金のバインダー
メタルについて種々研究した結果、超硬合金のαを低く
し、かつ強度等が大きいメタルとしては特定組成のＦｓ
−Ｎｉ−Ｃｏ系合金であることを見出し、本発明に至っ
た。

即ち、本発明はＷＣを主体とする炭化物９０〜９８％と
Ｆｅ系合金２〜ｌＯ％からなり、該Ｆｅ系合金は旧２０
〜５０％、Ｇｏ　２〜２０％、残部Ｆｅである超硬合金
層とダイヤモンド焼結層とが接合したダイヤモンド超硬
合金複合焼結体である。

ＷＣを主体とする炭化物はｗｃ　１００％が望ましいが
、その５０％以内でこれを丁ａＣ，Ｔｉｅ等で置換した
ものも同様に使用することができる。

Ｆｅ−旧合金の場合、Ｎｉ３０〜４０％のとき、室温か
ら２００℃迄はこれを用いた超硬合金のαが小さいが、
高温でのαが通常のＷＣ−Ｃｏ系に近くなる。これにＣ
Ｏを添加すると高温領域までαを小さく保つことができ
る。この効果を出すにはＣｏは最低２％は必要であり、
またあまり多過ぎるとかえってαが大きくなるため上限
は２０％が適当である。ＣＯがこの範囲のときＮｉは３
０％前後の場合が超硬合金のαが最も小さいが、超硬物
質の焼結体の熱＊＊係数にも幅があり、これに合せて使
用されるので、Ｎｉが２０〜５０％の範囲の合金が適す
る。この範囲外だとαを小さくする効果に乏しく、逆に
耐食性や耐熱性の面で欠点が現れる。

ダイヤモンド焼結体は一般に焼結体中のダイヤモンド含
有率が９０％以上と高く、バインダーもＣｏやＮｉ等に
限定されるのでαは（＃〜５）ＸＩＯ−８（１／”０）
と小さい。

本発明において前記バインダーメタルを用いた〜 Ｍｉ硬合金ノａ　ハ（４，４ｓ５．２　）　Ｘ　１Ｏ−
６（１／　’０）であり、ダイヤモンドの焼結体のαに
応じて、ＷＣに対するＦｅ合金量とＦｅ合金中のＦｅ、
　Ｎｉ、　Ｇｏの組成が選ばれる０例えばαが４．４Ｘ
１０−’　（１／’０）になる組成の一例をあげればＷ
Ｃ−４％Ｆｅ合金の系では旧２８％、Ｃ０１７％、　Ｆ
ｅ残が適し、Ｎｉの量を本発明の範囲内でこれより増加
又は減少させることによりαを５Ｘ　１０＝まで変える
ことができる。また超硬合金中の金属の量を本発明の範
囲内で多くすれば、ａは大きくなる。

ｗＣを主体とする炭化物とＦｅ−Ｎ１−Ｃｏ系合金の割
合は、後者が２％未満では基板としての必要な強度が維
持できず、また１０％を越えるとαが大きくなるので該
炭化物９０〜９８％、該合金２〜１０％が適する。

本発明におけるダイヤモンド焼結層はダイヤモンド粉末
にＸｉ、　Ｇｏ、　ＡＩ、　Ｍｎ等を少量加えて焼結し
たものが代表的なものである。その焼結層の厚さは通常
の使用の場合には０．５〜１．５腫膳である。

本発明の複合体にはダイヤモンドの焼結層と超硬合金層
が接合したものの外、該焼結層の両側に超硬合金層を接
合したサンドイッチ構造のものなども含まれる。

これらのダイヤモンド焼結層に接合される超硬合金層の
厚さは０．１〜２．０譜層が適当である。ダイヤモンド
焼結層と超硬合金層は高温、超高圧下で圧着されるので
強固に接合している。

また本発明においては上記焼結層と超硬合金層との間に
公知の方法に従ってＭＯｌＷ、Ｔａ、　Ｗｂから選ばれ
た金属薄板を介在させることが必要である。この薄板は
焼結層がダイヤモンドの場合特に有効である。ダイヤモ
ンドと超硬合金とは両者を重ね合せて高温、高圧処理し
てこれらの焼結と同時に両者を接合することが多いが、
焼結温度が高いので、超硬合金層に含まれるバインダー
金属が溶融してダイヤモンド層内に入り、品質を損なう
、逆にダイヤモンド側からＣＯ等の触媒もしくはバイン
ダー金属が超硬合金側に移動すれば、超硬合金のαが大
となることがある。金属薄板はこのバインダー金属の移
動を阻止するものである。その他金属薄板はダイヤモン
ド焼結層と超硬合金層との接合強度を高める効果があり
、またこの両者の間に多少とも生ずる熱応力緩和等の効
果もある。金属薄板の厚さは５０〜２００　ｐ層が適当
である。

次に本発明の複合焼結体の一法について説明する。

超硬合金を形成するバインダーメタルはＦｅ、旧、Ｇｏ
の粉末を前記組成範囲に混合し、あるいは予じめ合金に
したものを粉砕し、ｗＣを主体とする炭化物粉末と混合
して複合焼結体の製造に用いられる。前者の場合は超硬
合金の焼結中に合金となる。

また超硬合金はｗＣと、上記金属混合粉末又は合金粉末
を混合し、予じめ板状に焼結させたものを本発明の複合
焼結体に用いることもできる。

ダイヤモンド焼結層の形成方法は公知の方法に従い、ダ
イヤモンド粉末にＣｏ等のバインダーを混合したものを
複合焼結体に用いてもよく、またダイヤモンド粉末又は
これに黒鉛粉末を混合した原料に高温、高圧下で外部よ
りＧｏ等の金属を含浸して焼結させてもよい。

複合焼結体の製造は上記超硬合金層とダイヤモンド層の
間にＮｏ、　Ｗ等の金属薄板を挟んで超高圧装置を用い
、好ましくは１４００〜１６００℃、４５〜８５Ｋｂの
範囲で行なわれる。ダイヤモンド層の両側に超硬合金を
接合する場合も同様である。

ＭＯｌＷ、　　Ｔａ、　Ｗｂノａは（４〜？　）　ＸＩ
Ｇ−８（１／℃）程度であり、焼結時ダイヤモンド及び
ＷＣとの作用で炭化物を生成するが、それらは金属より
ざらにαは小さくなるので熱応力による剥離等の問題は
生じない。

実施例、比較例 表１の配合で先ず超硬合金を作製した。　Ｆｅ、Ｎｉ、
　Ｇｏは平均粒度２ＪＬｍのものを使用した。各々の粉
末を表１に従って配合し、カンファーを使用して予備成
形したものを乾燥後！３５０℃で真空加熱して焼結した
。その特性を比較例と共に表１に示す（表１でＮ００１
〜４が実施例、Ｎ０９５〜６が比較例である）。

ダイヤモンド９０％とＧｏｌＯ％の混合粉２．５ｇの両
側を直径２８腸膳、厚さ５０ＪＬｇ＋のＷ板で挟み、更
にその外側を表１のＮｏ、　２の組成の超硬合金板を配
して超高圧装置を用い、　５０Ｋｂ、　１５００℃で１
時間処理した。

得られたサンドイッチ構造の複合体はクラックもなく、
ドリルの先端にろう付けしてアルミ合金エンジン部品の
孔明は加工に使用したが、１０００孔以上の孔明けが可
能であった。なお、この場合のダイヤモンド焼結層の室
温から９００℃間のα（×１Ｏ−８）は４．５　（１／
”ｃ）であった。

これに対し、同じ８％のＣｏ配合の留Ｃ超硬合金を用い
て上記と同様に複合体を作製し、使用したところダイヤ
モンド層の中央にクラックが発生し。

使用できなかった。

表　　　１ 発明の効果

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　タングステンカーバイドを主体とする炭化物９０〜９
   ８重量％と鉄系合金２〜１０重量％からなり、該鉄系合
   金はニッケル２０〜５０重量％、コバルト〜２０重量％
   、残部鉄である超硬合金層とダイヤモンド焼結層とをそ
   れらの間にモリブデン、タングステン、タンタル、ニオ
   ブから選ばれた薄板を介在させて接合してなるダイヤモ
   ンド超硬合金複合焼結体。