JPS63306805A - 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Info
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- JPS63306805A JPS63306805A JP14367787A JP14367787A JPS63306805A JP S63306805 A JPS63306805 A JP S63306805A JP 14367787 A JP14367787 A JP 14367787A JP 14367787 A JP14367787 A JP 14367787A JP S63306805 A JPS63306805 A JP S63306805A
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Landscapes
- 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。
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被覆切削工具に関し、より詳細に
は、精密加工用、または仕上げ加工用として用いられる
切削工具に関する。
は、精密加工用、または仕上げ加工用として用いられる
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、Ａｈ（ｈ等のセ
ラミックスから成る切削工具の他、これらセラミックス
を母材としてこの表面に耐摩耗性に優れたＡ１あるいは
Ｔｉの炭化物、窒化物、酸化物等を気相成長法によって
被覆形成した切削工具が使用されている。
ラミックスから成る切削工具の他、これらセラミックス
を母材としてこの表面に耐摩耗性に優れたＡ１あるいは
Ｔｉの炭化物、窒化物、酸化物等を気相成長法によって
被覆形成した切削工具が使用されている。
最近に至っては、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、超高温高圧下にて製造される焼
結体ダイヤモンドを刃先に設けたものや、ＰＶＤやＣＶ
Ｄ法などの気圧成長法によって刃先にダイヤモンド膜を
被覆形成したもの等が検討されている。これらのうち、
焼結ダイヤモンドを用いる系では焼結ダイヤモンド自体
の製造に際し、大規模な装置を必要であるため高価であ
り、しかもバインダー（触媒）を添加する必要があるた
め、単結晶ダイヤモンドに比較して特性が低い等の欠点
を有する。これに対し、気相成長法によるダイヤモンド
膜の被覆技術では、単結晶ダイヤモンドに近い多結晶質
ダイヤモンドを大量且つ安価に合成することができる点
から、特に有望視されている。
イヤモンドが注目され、超高温高圧下にて製造される焼
結体ダイヤモンドを刃先に設けたものや、ＰＶＤやＣＶ
Ｄ法などの気圧成長法によって刃先にダイヤモンド膜を
被覆形成したもの等が検討されている。これらのうち、
焼結ダイヤモンドを用いる系では焼結ダイヤモンド自体
の製造に際し、大規模な装置を必要であるため高価であ
り、しかもバインダー（触媒）を添加する必要があるた
め、単結晶ダイヤモンドに比較して特性が低い等の欠点
を有する。これに対し、気相成長法によるダイヤモンド
膜の被覆技術では、単結晶ダイヤモンドに近い多結晶質
ダイヤモンドを大量且つ安価に合成することができる点
から、特に有望視されている。
しかし乍ら、上記のようなダイヤモンド被覆切削工具に
おける問題点として膜剥離が挙げられる。
おける問題点として膜剥離が挙げられる。
この膜剥離の原因としては工具母材と、ダイヤモンド膜
との熱膨張の違いによるものあるいはダイヤモンド膜が
化学的に安定であるため、工具母材との反応性が低いこ
とに起因する。
との熱膨張の違いによるものあるいはダイヤモンド膜が
化学的に安定であるため、工具母材との反応性が低いこ
とに起因する。
このような問題に対して従来から各種の検討が行われて
いる。１つには工具母材の熱膨張係数をダイヤモンド膜
のそれとほぼ同じになるように調整することが行われて
いる。しかしこれのみでは膜剥離を防止するには不十分
であるため、工具母材とダイヤモンド膜間に接着層を介
在させること御する必要性があるために、量産化が難し
く、剥離防止効果においても今だ不十分である。
いる。１つには工具母材の熱膨張係数をダイヤモンド膜
のそれとほぼ同じになるように調整することが行われて
いる。しかしこれのみでは膜剥離を防止するには不十分
であるため、工具母材とダイヤモンド膜間に接着層を介
在させること御する必要性があるために、量産化が難し
く、剥離防止効果においても今だ不十分である。
〔発明の目的〕
本発明は上記問題点を解決することを主たる目的とする
ものであり、具体的には、ダイヤモンド膜の剥離を防止
し、工具の長寿命化が図られるとともに量産性に優れた
安価なダイヤモンド被覆切削工具を提供するにある。さ
らに他の目的は超精密加工用、仕上げ加工に優れた切削
性能を有するダイヤモンド被覆切削工具を提供するにあ
る。
ものであり、具体的には、ダイヤモンド膜の剥離を防止
し、工具の長寿命化が図られるとともに量産性に優れた
安価なダイヤモンド被覆切削工具を提供するにある。さ
らに他の目的は超精密加工用、仕上げ加工に優れた切削
性能を有するダイヤモンド被覆切削工具を提供するにあ
る。
本発明者等は上記問題点に対し研究を重ねた結果、工具
母材として、特にセラミックスから成る工具母材中にＦ
ｅを金属換算で０．５乃至２０重量％の割合で含有させ
たものを用い、この母材表面にダイヤモンド膜を被覆す
ることによってダイヤモンド膜と母材との密着性を向上
させ膜剥離を防止し、切削工具の寿命を向上させ得るこ
とを知見した。
母材として、特にセラミックスから成る工具母材中にＦ
ｅを金属換算で０．５乃至２０重量％の割合で含有させ
たものを用い、この母材表面にダイヤモンド膜を被覆す
ることによってダイヤモンド膜と母材との密着性を向上
させ膜剥離を防止し、切削工具の寿命を向上させ得るこ
とを知見した。
本発明において用いられる工具母材としては超硬質合金
、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等を主成分とするセ
ラミック焼結体が用いられダイヤモンド膜生成時の熱膨
張差による膜のハクリを防止するため、用いる工具母材
の室温から８００℃にオケル熱膨張係数カ２．８ ｘｌ
Ｏ−’乃至６．ＯｘｌＯ−’／℃のものを使用すること
が好ましい。
、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等を主成分とするセ
ラミック焼結体が用いられダイヤモンド膜生成時の熱膨
張差による膜のハクリを防止するため、用いる工具母材
の室温から８００℃にオケル熱膨張係数カ２．８ ｘｌ
Ｏ−’乃至６．ＯｘｌＯ−’／℃のものを使用すること
が好ましい。
また、生成されたダイヤモンド膜と基体との熱膨張差が
２．Ｏ×１０−’／ ’Ｃ以下であることが望ましい。
２．Ｏ×１０−’／ ’Ｃ以下であることが望ましい。
このような点から考慮すれば工具母材としてはそれ自体
の熱膨張係数が上記の範囲に近い窒化珪素質焼結体を用
いることが最も好ましい。
の熱膨張係数が上記の範囲に近い窒化珪素質焼結体を用
いることが最も好ましい。
本発明における重要な特徴は、工具母材中にＦｅが金属
換算して０．５乃至２０重量％、特に２乃至１０重量％
の割合で配合されていることにある。工具母材中にＦｅ
を配合することによってダイヤモンド膜の工具母材との
密着性が顕著に向上するものである。この理由について
定かではないが、工具母材表面のＦｅに対してダイヤモ
ンドを構成する炭素が固溶し、工具母材とダイヤモンド
膜との界面にいわゆる固溶層が形成され、それが密着性
を向上させるためと考えられる。
換算して０．５乃至２０重量％、特に２乃至１０重量％
の割合で配合されていることにある。工具母材中にＦｅ
を配合することによってダイヤモンド膜の工具母材との
密着性が顕著に向上するものである。この理由について
定かではないが、工具母材表面のＦｅに対してダイヤモ
ンドを構成する炭素が固溶し、工具母材とダイヤモンド
膜との界面にいわゆる固溶層が形成され、それが密着性
を向上させるためと考えられる。
ナオ、ＦｅＯ量が０．５重量％を下回ると、Ｆｅの添加
効果がなく、２０重量％を越えると母材自体の焼成が困
難となり強度に優れた母材を製造することができない。
効果がなく、２０重量％を越えると母材自体の焼成が困
難となり強度に優れた母材を製造することができない。
工具母材の製造に際しては、窒化珪素質焼結体を例にと
れば、窒化珪素粉末に公知の焼結助剤と共にＦｅ成分と
して前述した範囲になるように、Ｆｅ金属粉末や、Ｆｅ
を含む化合物、例えばＰｅｚＯｓ＊ Ｆｅｗ （Ｃｏ）
ｉ−ＦｅＳＯ形で添加し、また、必要により熱膨張係数
の調整用としてＴｉＮ＋ ＴｉＣ＋ ＺｒＮ、 ＳｉＣ
＋ Ｚｒ０ｚ＋ Ａｌ ｚＯｓ等を添加し、混合、成形
を経て周知の焼成方法、例えば窒素雰囲気中で常圧雰囲
気中で常圧焼成、ホットプレス焼成、ガス圧力焼成、熱
間静水圧焼成等により焼成する。焼結体としては理論密
度９０％の高密度体であり、物性的には靭性（Ｋ ｒ
ｃ）が５以上のものが望ましい、なお、得られた焼結体
の被覆面は表面粗さくＲｍａｘ）が１μ請以下になるよ
うに研磨することが望ましい。
れば、窒化珪素粉末に公知の焼結助剤と共にＦｅ成分と
して前述した範囲になるように、Ｆｅ金属粉末や、Ｆｅ
を含む化合物、例えばＰｅｚＯｓ＊ Ｆｅｗ （Ｃｏ）
ｉ−ＦｅＳＯ形で添加し、また、必要により熱膨張係数
の調整用としてＴｉＮ＋ ＴｉＣ＋ ＺｒＮ、 ＳｉＣ
＋ Ｚｒ０ｚ＋ Ａｌ ｚＯｓ等を添加し、混合、成形
を経て周知の焼成方法、例えば窒素雰囲気中で常圧雰囲
気中で常圧焼成、ホットプレス焼成、ガス圧力焼成、熱
間静水圧焼成等により焼成する。焼結体としては理論密
度９０％の高密度体であり、物性的には靭性（Ｋ ｒ
ｃ）が５以上のものが望ましい、なお、得られた焼結体
の被覆面は表面粗さくＲｍａｘ）が１μ請以下になるよ
うに研磨することが望ましい。
ダイヤモンド膜の生成に当たっては公知の方法が採用で
きる。例えばイオンブレーティング等のＰＶＤ法の他、
マイクロプラズマＣＤＶ法、高周波加熱プラズマＣＶＤ
法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、電子衝Ｈｃｖｏ法等のＣ
ＶＯ法が適用される。具体的にマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法について詳述すると、前述した工具母材を反応槽内
に設置し、工具母材の温度を６００〜１２００℃に設定
しダイヤモンド生成用ガスを５〜１００Ｔｏｒｒのガス
圧で導入し、マイクロ波（２，４５ＧＨｚ）によりプラ
ズマを発生させ、ダイヤモンドを析出させる。ダイヤモ
ンド生成用ガスとしては水素とメタン、エタン、プロパ
ン等の炭化水素の組合わせの他、特願昭５９−２７８６
４５号に提案されているように酸素を単独あるいは化合
物の形で含有させることにより、膜生成速度を高（、純
度の良いダイヤモンド膜を生成することができる。
きる。例えばイオンブレーティング等のＰＶＤ法の他、
マイクロプラズマＣＤＶ法、高周波加熱プラズマＣＶＤ
法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、電子衝Ｈｃｖｏ法等のＣ
ＶＯ法が適用される。具体的にマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法について詳述すると、前述した工具母材を反応槽内
に設置し、工具母材の温度を６００〜１２００℃に設定
しダイヤモンド生成用ガスを５〜１００Ｔｏｒｒのガス
圧で導入し、マイクロ波（２，４５ＧＨｚ）によりプラ
ズマを発生させ、ダイヤモンドを析出させる。ダイヤモ
ンド生成用ガスとしては水素とメタン、エタン、プロパ
ン等の炭化水素の組合わせの他、特願昭５９−２７８６
４５号に提案されているように酸素を単独あるいは化合
物の形で含有させることにより、膜生成速度を高（、純
度の良いダイヤモンド膜を生成することができる。
工具母材上に生成されるダイヤモンド膜の膜厚は１〜２
００ μ−１特に１０乃至４０μ翔に設定することが望
ましい、さらにダイヤモンド膜表面は微小な凸凹が形成
されているため切削時の被覆材の溶着を防ぐとともに、
切削時の衝撃を緩和させるために、切削部の表面粗さを
（Ｒａ） ０．５ｓ以下に研磨するとともに精密加工、
仕上げ加工用として刃先を鋭利に加工研磨する必要があ
る。
００ μ−１特に１０乃至４０μ翔に設定することが望
ましい、さらにダイヤモンド膜表面は微小な凸凹が形成
されているため切削時の被覆材の溶着を防ぐとともに、
切削時の衝撃を緩和させるために、切削部の表面粗さを
（Ｒａ） ０．５ｓ以下に研磨するとともに精密加工、
仕上げ加工用として刃先を鋭利に加工研磨する必要があ
る。
以下、本発明を次の例で説明する。
工具母材として５ｉ３Ｎ４８８重景％、ｈｏｓ ４重量
％、Ａｈ０３６重量％、札２重量％の原料組成に対し、
Ｆｅ金属換算で０．２〜３０重量％となる量のＦｅ、０
３を添加し、ＴＰＧ３３２のチップ形状に成形後ガス圧
力焼成して密度９０％以上、靭性（Ｌｃ）５以上、熱膨
張係数が２．８ ×１０−＠乃至５．Ｏ×１０−＠／
℃の焼結体を得た。
％、Ａｈ０３６重量％、札２重量％の原料組成に対し、
Ｆｅ金属換算で０．２〜３０重量％となる量のＦｅ、０
３を添加し、ＴＰＧ３３２のチップ形状に成形後ガス圧
力焼成して密度９０％以上、靭性（Ｌｃ）５以上、熱膨
張係数が２．８ ×１０−＠乃至５．Ｏ×１０−＠／
℃の焼結体を得た。
得られた焼結体の被覆面を１μ種以下に研磨後、マイク
ロ波プラズマＣＶＤ法により下記コーティング条件でダ
イヤモンド膜を形成した。
ロ波プラズマＣＶＤ法により下記コーティング条件でダ
イヤモンド膜を形成した。
基板温度 ９００℃
ガス ＣＨａ：１．５ｃｃ／＋ｉｎ、 Ｈｚ
：１００ｃｃ／ｗｉｎマイクロ波出力 ２５０％Ｉ！ 所定の厚さにまでダイヤモンドを生成した後、ダイヤモ
ンド膜面を市販の研磨盤（１３０００ダイヤ砥石使用）
で所定の表面粗さに研磨した。また、刃先はシャープエ
ツジに加工した。
：１００ｃｃ／ｗｉｎマイクロ波出力 ２５０％Ｉ！ 所定の厚さにまでダイヤモンドを生成した後、ダイヤモ
ンド膜面を市販の研磨盤（１３０００ダイヤ砥石使用）
で所定の表面粗さに研磨した。また、刃先はシャープエ
ツジに加工した。
次に得られた各チップを用いて下記条件で切削試験を行
った。
った。
被削材 Ａｌ−８χＳｔ合金切削速度Ｖ
５００ｍ＋／ｗｉｎ切込み ０．２１
ｍ１１１ 送り ０．１ｍｍ／ｒｅｖ切削時間
３０分間 さらに切削試験後のチップの先端摩耗幅と被削材の表面
粗さを測定し、評価を行った。
５００ｍ＋／ｗｉｎ切込み ０．２１
ｍ１１１ 送り ０．１ｍｍ／ｒｅｖ切削時間
３０分間 さらに切削試験後のチップの先端摩耗幅と被削材の表面
粗さを測定し、評価を行った。
第１表から明らかなように、工具母材中のＦｅＯ量が０
．５重量％を下回る場合（ｍｌ）、母材とダイヤモンド
膜との密着性が弱く、膜研麿時の衝撃程度で剥離を生じ
た。またＦｅの量が２０！量％を上回る（隠９）と母材
の焼成が十分でな（、強度も弱いため研磨時に剥離を起
した。
．５重量％を下回る場合（ｍｌ）、母材とダイヤモンド
膜との密着性が弱く、膜研麿時の衝撃程度で剥離を生じ
た。またＦｅの量が２０！量％を上回る（隠９）と母材
の焼成が十分でな（、強度も弱いため研磨時に剥離を起
した。
本発明の試料はいずれも密着性に優れたものであったが
、ダイヤモンド膜厚が−３のように３μ閣程度では被膜
の緻密性が小さく、膜自体の表面粗さが粗いために摩耗
が大きくなる傾向にあり、また膜厚が３０μ醜を越えて
も摩耗は大きくなる傾向にある。
、ダイヤモンド膜厚が−３のように３μ閣程度では被膜
の緻密性が小さく、膜自体の表面粗さが粗いために摩耗
が大きくなる傾向にあり、また膜厚が３０μ醜を越えて
も摩耗は大きくなる傾向にある。
さらに膜の表面粗さくＲａ）が０．７３程に大きいと被
削材の溶着により摩耗量が太き（、被削面が荒れた状態
となる。よって望ましくは膜厚を３乃至３０μｍ、表面
粗さくＲａ）を０．５ｓ以下に設定することが望ましい
。
削材の溶着により摩耗量が太き（、被削面が荒れた状態
となる。よって望ましくは膜厚を３乃至３０μｍ、表面
粗さくＲａ）を０．５ｓ以下に設定することが望ましい
。
以上、詳述した通り、本発明のダイヤモンド被覆切削工
具は用いる工具母材中にＦｅ成分を所定の割合で含有さ
せることにより、ダイヤモンド膜と工具母材との密着性
を向上させることができる。
具は用いる工具母材中にＦｅ成分を所定の割合で含有さ
せることにより、ダイヤモンド膜と工具母材との密着性
を向上させることができる。
それにより膜研磨や切削時の膜の剥離を防止し、工具の
長寿命化を図ることができる。また、工具母材へのＦｅ
の添加のみで達成することができる点から、量産性が容
易であり、安価なダイヤモンド被覆切削工具を提供する
ことができる。
長寿命化を図ることができる。また、工具母材へのＦｅ
の添加のみで達成することができる点から、量産性が容
易であり、安価なダイヤモンド被覆切削工具を提供する
ことができる。
尚、本発明のダイヤモンド被覆切削工具は超精密加工用
、仕上げ加工用として特に有用である。
、仕上げ加工用として特に有用である。
Claims (3)
- （１）セラミックスから成る工具母材表面にダイヤモン
ド膜を被覆形成したダイヤモンド被覆切削工具において
、前記セラミックス中に金属換算で０．５乃至２０重量
％の割合でＦｅを含有したことを特徴とするダイヤモン
ド被覆切削工具。 - （２）前記セラミックスの熱膨張係数が２．８×１０＾
−＾６乃至６×１０＾−＾６／℃である特許請求の範囲
第１項記載のダイヤモンド被覆切削工具。 - （３）前記セラミックスが窒化珪素質焼結体である特許
請求の範囲第１項記載のダイヤモンド被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62143677A JP2794111B2 (ja) | 1987-06-09 | 1987-06-09 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62143677A JP2794111B2 (ja) | 1987-06-09 | 1987-06-09 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63306805A true JPS63306805A (ja) | 1988-12-14 |
| JP2794111B2 JP2794111B2 (ja) | 1998-09-03 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2794111B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5022801A (en) * | 1990-07-18 | 1991-06-11 | The General Electric Company | CVD diamond coated twist drills |
| US5137398A (en) * | 1990-04-27 | 1992-08-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Drill bit having a diamond-coated sintered body |
| FR2686599A1 (fr) * | 1992-01-28 | 1993-07-30 | Ngk Spark Plug Co | Procede de production d'un article a base de nitrure de silicium, revetu avec un film de diamant ou d'une matiere similaire. |
| US5334453A (en) * | 1989-12-28 | 1994-08-02 | Ngk Spark Plug Company Limited | Diamond-coated bodies and process for preparation thereof |
| WO2021237882A1 (zh) * | 2020-05-26 | 2021-12-02 | 中国科学院金属研究所 | 用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6059086A (ja) * | 1983-09-13 | 1985-04-05 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 電解方法 |
| JPS6090884A (ja) * | 1983-10-21 | 1985-05-22 | 三菱マテリアル株式会社 | 切削工具および耐摩耗工具用表面被覆ダイヤモンド基焼結材料 |
| JPS62107067A (ja) * | 1985-10-31 | 1987-05-18 | Kyocera Corp | ダイヤモンド被覆切削工具 |
-
1987
- 1987-06-09 JP JP62143677A patent/JP2794111B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
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| WO2021237882A1 (zh) * | 2020-05-26 | 2021-12-02 | 中国科学院金属研究所 | 用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2794111B2 (ja) | 1998-09-03 |
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