KR101487038B1 - 입방정계 질화붕소 콤팩트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 70체적% 이상의 양으로 존재하는 입방정계 질화붕소 입자의 다결정성 매스, 및 특성이 금속성인 결합제 상을 포함하는 입방정계 질화붕소 콤팩트에 관한 것이다. 본 발명은, 결합제 상이 바람직하게는 초합금 특성인 콤팩트까지 확장된다.

Description

입방정계 질화붕소 콤팩트{CUBIC BORON NITRIDE COMPACTS}
본 발명은 입방정계 질화붕소(CBN) 연마용 콤팩트에 관한 것이다.
질화붕소는 전형적으로 3가지의 결정 형태, 즉, 입방정계 질화붕소(cubic boron nitride, CBN), 육방정계 질화붕소(hexagonal boron nitride, hBN) 및 우르차이트계 질화붕소(wurtztic boron nitride, wBN)로 존재한다. 입방정계 질화붕소는 다이아몬드와 유사한 구조를 갖는 질화붕소의 단단한 아연 블렌드 형태이다. CBN 구조에서, 원자 사이에 형성된 결합은 강하며, 주로 정사면체 공유 결합이다.
CBN은 기계 가공 공구 등에서 광범위한 상업적 용도를 갖는다. 이는 연마 휠, 절삭 공구 등에서 연마 입자로서 사용되거나, 또는 종래의 전기도금 기법을 이용하여 공구 몸체에 결합되어 공구 삽입체를 형성한다.
CBN은 또한 CBN 콤팩트(이는 또한 PCBN(다결정성 CBN)으로도 알려져 있다)로서 결합된 형태로 사용될 수 있다. CBN 콤팩트는 CBN 입자의 소결된 매스를 포함한다. CBN 함량이 콤팩트의 70체적% 이상이면, 상당한 양의 CBN-대-CBN 접촉이 있다. CBN 함량이 이보다 낮으면, 예를 들면 콤팩트의 40 내지 60체적%이면, 직접적 인 CBN-대-CBN 접촉 정도가 제한된다.
CBN 콤팩트는 또한 일반적으로 본질적으로 그의 성질이 세라믹인 결합제를 함유할 것이다. 콤팩트의 CBN 함량이 70체적% 미만이면, 매트릭스 상, 즉 비-CBN 상은 전형적으로 또한 추가의 또는 제 2 경질 상(이 또한 일반적으로 그 성질이 세라믹이다)을 포함할 것이다. 적합한 세라믹 경질 상의 예는 (새로운 IUPAC 양식에 따른) 4족, 5족 또는 6족 전이 금속 알루미늄 산화물의 카바이드, 니트라이드, 보라이드 및 카보니트라이드, 및 이의 혼합물이다. 매트릭스 상은 CBN을 제외한 조성에서 모든 성분을 구성한다.
CBN 콤팩트는 우수한 연마 마모 내성을 갖는 경향이 있고, 열에 안정하고, 높은 열 전도성, 우수한 내충격성을 갖고, 작업편과의 슬라이드 접촉시 낮은 마찰 계수를 갖는다. 기판이 있거나 없는 CBN 콤팩트(기판은 소결 과정 동안 PCBN 층에 일체적으로 결합되어 왔다)는 종종 사용되기에 바람직한 크기 및/또는 형태의 특정한 절삭 또는 드릴 기구로 절삭된 후, 납땜 기법을 이용하여 기구 몸체에 탑재된다.
CBN 콤팩트는 공구 삽입체 또는 공구의 형성시 공구 몸체에 직접 기계적으로 고정될 수 있다. 그러나, 많은 용도에서, 콤팩트가 기판/지지체 물질에 결합되어 지지된 콤팩트 구조를 형성한 후, 지지된 콤팩트 구조가 공구 몸체에 기계적으로 고정되는 것이 바람직하다. 기판/지지체 물질은 전형적으로 코발트, 니켈, 철 또는 이의 혼합물 또는 합금과 같은 결합제와 함께 결합된 초경(cemented) 금속 카바이드이다. 금속 카바이드 입자는 텅스텐, 티탄 또는 탄탈 카바이드 입자 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다.
다결정성 CBN 콤팩트 및 지지된 콤팩트 구조를 제조하기 위한 공지된 방법은 소결되지 않은 CBN 입자의 매스를 분말 매트릭스 상과 함께 고온 및 고압(HpHT) 조건, 즉, CBN이 결정학적으로 또는 열역학적으로 안정한 조건에 적합한 기간동안 가하는 것을 포함한다.
사용되는 고온 및 고압의 전형적인 조건은 1100℃ 이상의 영역의 온도 및 2GPa 이상 정도의 압력이다. 이들 조건을 유지하는 기간은 전형적으로 약 3 내지 120분이다.
70체적% 이상의 CBN 함량을 갖는 CBN 콤팩트는 높은 CBN PCBN 물질로서 공지되어 있다. 이들은 회색 주철, 백색 주철, 분말 야금 강, 공구 강 및 고 망간 강의 기계 가공을 위한 절삭 공구의 제조에 널리 사용된다. 절삭 속도, 공급 및 절삭 깊이와 같은 사용 조건에 추가하여, PCBN 공구의 성능은 일반적으로 작업편의 형상에 의존하고, 특히 공구가 긴 기간동안 작업편에 항상 접촉되는지(당 분야에서는 "연속적인 절삭"으로 공지되어 있음), 또는 공구가 간헐적인 방식으로 작업편과 접촉되는지(당 분야에서는 "비연속적 절삭"으로 공지되어 있다)에 의존하는 것으로 알려져 있다.
전형적으로 고 CBN PCBN 물질이 회색 주철, 백색 주철, 고 망간 강 및 분말 야금 강의 초벌 및 마무리 조작에 이용된다.
이 분야에서의 광범위한 연구 후에, 이들 서로 다른 양식의 절삭, 기계 가공 공정 및 다른 유형의 작업편 물질이 공구의 절삭 가장자리를 구성하는 PCBN 물질에 대해 매우 다른 요구조건을 부여함을 발견하게 되었다. 전형적으로 이들 용도 영역에서의 고성능을 위해 PCBN 물질은 높은 연마 마모 내성, 높은 내충격성, 높은 열 전도성, 우수한 크레이터(crater) 마모 내성 및 높은 열 저항성(즉, 고온에서 이들 성질을 유지할 수 있어야 한다)을 가져야만 한다. 절단 공구 팁은 기계 가공동안 약 1100℃의 온도까지 이를 수 있다.
용도에서 상기 언급된 행동에 대해 제공되는 성질의 조합은 70체적% 보다 높은 높은 CBN 함량을 갖는 물질, 및 CBN과 높은 강도의 결합을 형성하고 높은 인성을 갖고 고온에서 이들 성질을 유지할 결합제 상에 의해서만 달성될 수 있다.
높은 CBN 함량 PCBN에 대한 종래의 PCBN 물질의 디자인 접근법은 CBN과 반응하여 결합제 상으로서 안정한 세라믹 화합물을 형성하는 금속계 출발 물질을 이용하는 것이었다. 고압 및 고온 소결된 PCBN 물질은 실제로 공극이 없고, 그 성질이 세라믹이다. 세라믹 물질은 높은 연마 마모 내성, 높은 열 전도성, 우수한 크레이터 마모 내성을 갖지만, 이들이 본질적으로 깨지기 쉽기 때문에 내충격성이 없는 것으로 알려져 있다.
주된 문제점은 주로 결합제 상이 약하기 때문에 공구가 파열되거나 쪼개짐으로써 비극적으로 파괴되는 경향이 있다는 점이고, 이는 더 높은 생산성에 대한 시장에서의 요구가 증가하기 때문에 더욱 심해진다. 이는 전형적으로 공구의 수명을 감소시키고, 이로 인해 공구를 정기적으로 교체해야만 한다. 이는 또한, 생산 비용을 증가시키고, 이는 바람직하지 않다.
CBN은 고 CBN 함량 PCBN 물질의 가장 중요한 성분이다. 이는 경도, 강도, 인성, 높은 열 전도성, 높은 마모 내성 및 철을 갖는 물질과의 슬라이드 접촉시 낮은 마찰을 제공한다. 따라서, 결합제 상의 주된 기능은 구조에서 CBN 그레인에 높은 강도의 결합을 제공하고, 복합체에서 CBN 성질을 보완하고, 특히 CBN 상이 깨지기 쉬운 점을 보완하는 것이다.
보다 효율적으로 작용하는, 예를 들면 개선된 연마 마모 내성, 열 전도성, 내충격성 및 내열성을 나타내는, 개선된 CBN-계 물질을 개발하는 것이 바람직하다.
발명의 요약
본 발명에 따르면, 입방정계 질화붕소 콤팩트(PCBN)는 70체적% 이상의 양으로 존재하는 입방정계 질화붕소 입자의 다결정성 매스, 및 그 특성이 금속성인 결합제 상을 포함한다.
본 발명에 필수적인 점은 결합제 상이 그 성질이 금속성이라는 것이다. 달리 말하자면, 결합제 상은 그 성질이 주로 금속성이다. 따라서, PCBN이 제조되는 조성물에 존재하는 금속은 최종 소결된 PCBN 물질에서 본질적으로 금속 형태로 잔존한다.
전형적으로 결합제 상의 50체적% 이상, 보다 바람직하게는 60체적%가 금속이다.
결합제 상은 바람직하게는 콤팩트가 자기 거동(magnetic behaviour)을 나타내는 것이고, 이는 0.350 x 103 웨버(Weber) 이상의 비포화 자기성을 갖는다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 결합제 상은 그 성질이 초합금인 것이다. 특히 결합제 상은 바람직하게는 본질적으로 합금으로 구성되고, 하기를 함유한다:
- 40중량% 이상, 바람직하게는 50중량% 이상의 니켈, 철 및 코발트의 군에서 선택되는 하나 이상의 제 1 원소;
- 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 란탄, 세륨, 이트륨, 니오븀, 탄탈, 지르코늄, 바나듐, 하프늄, 알루미늄 및 티탄으로 구성된 제 1 군의 합금 원소에서 선택된 둘 이상의 제 2 원소. 이 군의 원소는 전형적으로 합금의 5 내지 60중량%를 구성할 것이다.
합금 결합제는 탄소, 망간, 황, 규소, 구리, 인, 붕소, 질소 및 주석으로 구성된 제 2 군의 합금 원소에서 선택된 하나 이상의 제 3 원소를 추가로 함유할 수 있다.
본원 및 특허청구범위에서 이용되는 용어 "~로 본질적으로 구성된"은 결합제가 합금을 함유하고, 임의의 다른 원소가 결합제의 필수적인 합금, 바람직하게는 초합금 특성에 영향을 미치지 않는 흔적량 또는 소량으로만 존재함을 의미한다.
상기 정의된 바람직한 초합금 특성을 함유하는 입방정계 질화붕소 콤팩트는 다음과 같은 특징적인 결합제 구조를 갖는다:
- X-선 회절 분석에 따르면, (CBN이 아닌) 가장 높은 강도의 회절 피크는 주 Co, Fe 또는 Ni 합금 성분에 상응하는 금속 피크이다. 이 피크는 순수한 Co, Ni 또는 Fe의 가장 높은 강도 회절 피크의 어느 한 편에서 1.5°2θ 이하로 옮겨진다.
- (X-선 형광 및 에너지 분산 분광계와 같은 특징화 방법을 이용한) 원소 분석에 따르면, 결합제 상은 상기 정의된 둘 이상의 제 2 원소를 검출가능한 수준으로 함유한다. 존재하는 경우, 하나 이상의 제 3 원소 또한 검출가능할 것이다.
결합제 상은 또한 바람직하게는 소량의 적합한 산화물을 함유한다. 존재하는 경우 산화물은 결합제 상 전체에 분산되어 있고, 결합제 상 성질, 특히 고온 성질이 개선되는 것을 보증하는 것을 돕는 것으로 생각된다. 적합한 산화물의 예는 희토류 산화물, 이트륨 산화물, 4족-, 5족-, 6족-산화물, 알루미늄 산화물, 규소 산화물 및 규소-알루미늄-질화물-산화물(SIALON으로 공지되어 있음)이다. 산화물 상은 바람직하게는 미분되어 있고, 전형적으로 마이크론 미만의 크기인 입자로서 존재한다.
산화물은 존재하는 경우, 바람직하게는 결합제 상과 산화물의 조합의 5질량% 미만의 양으로 존재한다. 결합제 상에 존재하는 소량의 산화물은 결합제 상의 금속 성질 또는 특징에 영향을 미치지 않는다. 임의의 다른 세라믹 상은 또다시 결합제 상의 본질적인 금속 성질 또는 특성에 영향을 미치지 않는 단지 흔적량으로 존재한다.
입방정계 질화붕소 콤팩트는 전형적으로 70 내지 95체적%의 CBN, 바람직하게는 70 내지 90, 가장 바람직하게는 75 내지 85체적%의 CBN을 포함한다. 전형적으로 CBN의 평균 그레인 크기는 마이크론 미만에서 약 10㎛의 범위이다. 선택적으로 다봉형(multimodal) 크기 분포를 갖는, 더 조악한 CBN 그레인 크기를 사용할 수 있다.
또다른 발명에 따르면, 입방정계 질화붕소 콤팩트(PCBN)을 제조하기에 적합한 조성물은 입방정계 질화붕소 입자의 미립자 매스, 미립자 금속성 결합제, 및 선 택적으로 마이크론 미만, 즉, 1㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 적합한 산화물을 포함하며, 산화물이 존재하는 경우, 이는 금속 결합제와 산화물의 조합의 5질량% 미만의 양으로 존재한다. 산화물은 바람직하게는 상기 개시된 산화물이다.
미립자 금속성 결합제는 바람직하게는 초합금 특성인 합금을 제조하는데 필요한 금속 성분을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 입방정계 질화붕소 콤팩트(PCBN)는 상기 개시된 바와 같은 조성물을 조성물로부터 콤팩트를 생성하기에 적합한 승온의 조건에 가함으로써 생성된다.
도 1 및 2는 각각 이런 합금 조성물로부터 생성된 합금 조성물 및 소결된 PCBN의 XRD 스캔이다.
도 3은 종래의 PCBN 물질의 소결된 조성물의 참고 XRD 스캔이다.
본 발명은 CBN 콤팩트, 보다 구체적으로 다결정성 CBN, 및 특성이 본질적으로 금속성이고, 바람직하게는 초합금 특성인 결합제 상, 및 선택적으로 소량의 적합한 산화물, 바람직하게는 이트륨 산화물을 포함하는 CBN 콤팩트에 관한 것이다.
콤팩트는 CBN 함량이 가장 중요한 요소인 고 CBN PCBN 물질이고, 경도, 강도, 인성, 높은 열 전도도, 높은 마모 내성 및 철 함유 물질과 접촉시 낮은 마찰 계수를 제공한다. 입방정계 질화붕소 콤팩트는 전형적으로 70 내지 95체적%의 CBN, 바람직하게는 70 내지 90, 가장 바람직하게는 75 내지 85체적%의 CBN을 포함한다. CBN 함량이 95체적%를 초과하면, 깨지기 쉬운 세라믹 반응 생성물이 높은 비율로 형성되기 때문에, 결합제 상은 CBN 입자와 높은 강도 결합을 효과적으로 형성할 수 없다. 반면, CBN 함량이 70체적% 미만이면, 주로 금속성 결합제 상이 철-계 작업편과 상호작용하여, 절삭 효율을 감소시키고, 연마, 접착 및 화학적 마모를 증가시킨다.
본 발명의 다른 본질적인 특징은 주로 그 성질이 금속성인 결합제 상이다. 바람직하게는, 결합제 상은 특성이 초합금인 야금성을 갖는다. 초합금은 높은 온도 및 부식 내성 용도를 위해 고안된 특정한 부류의 철, 니켈, 코발트 합금이다. 이들은 PCBN용 결합제 시스템으로 이용되는 것으로 이전에 공지되지 않았다. 이 결합제 상은 바람직하게는 금속 합금 또는 다결정성 CBN의 구조 이내에서 화학적으로 균일한 조성의 혼합물을 포함하여, 이에 의해 물질의 전반적인 성질을 개선시킨다.
CBN 콤팩트에 열 내성, 마모 내성 및 충격 내성이라는 탁월한 성질을 부여하는 것은 바로 이런 결합제 상의 존재이다.
결합제 상은 바람직하게는 하기를 함유하는 합금으로 본질적으로 구성된다:
- 40중량% 이상의, 니켈, 철 및 코발트의 군에서 선택되는 하나 이상의 제 1 원소;
- 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 란탄, 세륨, 이트륨, 니오븀, 탄탈, 지르코늄, 바나듐, 하프늄, 알루미늄 및 티탄의 합금 원소에서 선택된 둘 이상의 제 2 원소.
합금 결합제는 탄소, 망간, 황, 규소, 구리, 인, 붕소, 질소 및 주석으로 구성된 제 2 군의 합금 원소에서 선택된 하나 이상의 제 3 원소를 추가로 함유할 수 있다.
본 발명의 입방정계 질화붕소 콤팩트는 미립자 입방정계 질화붕소 입자, 미립자 형태의 선택된 금속성 결합제, 및 선택적으로 적합한 산화물을 포함하는 조성물을 콤팩트를 생산하기에 적합한 승온 및 압력 조건에 가함으로써 제조될 수 있다. 사용되는 고온 및 고압(HpPT)의 전형적인 조건은 1100℃ 이상의 영역의 온도 및 2GPa 이상, 보다 바람직하게는 4GPa 이상 정도의 압력이다. 이들 조건을 유지하는 기간은 전형적으로 약 3 내지 120분이다.
추가의 금속 또는 금속 합금이 콤팩트 제조동안 다른 공급원으로부터 결합되지 않은 조성물에 침윤될 수 있다. 금속 또는 금속 합금의 다른 공급원은, 고온 및 고압 조건이 적용되기 전에 조성물이 위치하고 있는 표면 상의 초경 카바이드 기재로부터 나온 금속, 예를 들면 철, 니켈 또는 코발트를 전형적으로 함유할 것이다.
본 발명의 CBN 콤팩트는 전형적으로 결합제 상의 하기 특징을 나타낼 것이다:
주로 금속성 특성
본 발명의 CBN 콤팩트는 주로 그 특성이 금속성인 결합제를 갖는다. 당 분야에 공지되어 있는 대부분의 높은 CBN 함량 PCBN 물질과는 달리, 본 발명의 출발 또는 비소결된 혼합물 중의 금속성 결합제 상 물질은 동일반응계에서 니트라이드 및 보라이드와 같은 주로 세라믹성 상을 생성하도록 HpHT 조건에서 CBN 입자와 현저하게 반응하지 않는다.
PCBN을 생성하기 위한 종래 기술의 반응 경로는 주로 그 성질이 세라믹인 결합제 상을 생성한다. 예를 들면 (미국 특허 제4,666,466호에 개시된 바와 같은) 알루미늄 금속계 결합제 시스템에서, 알루미늄 금속은 거의 전적으로 CBN과 반응하여 알루미늄 니트라이드 및 보라이드를 포함하는 결합제 시스템을 생성한다. 이 유형의 반응 공정 및 생성된 생성물은 잘 소결되거나 초경 PCBN 물질을 생성하는데 결정적인 것으로 보인다. 생성된 세라믹 상은 전형적으로 소결 전에 도입된 금속성 상에 비해 PCBN 복합 구조에 보다 더 바람직한 물리적 및 화학적 성질을 가질 것이다. 따라서, 소결된 PCBN에 잔존하는 출발 물질중에 존재하는 주로 금속성인 특성을 갖는 결합제 상은 일반적으로 다음과 같은 이유에 의해 바람직하지 않은 것으로 보인다:
- 이들 금속은 전형적으로 성능에 부정적인 영향을 미치지 않고 PCBN 물질의 주된 부분을 형성하기에 적절한 마모 내성을 갖지 않을 것이다.
- 금속의 지속성은 전형적으로 CBN 입자와의 불완전한 반응을 나타내고, 따라서, CBN과 결합제 상 사이의 불충분한 결합을 나타낸다.
이론으로 한정하고자 하는 것은 아니지만, CBN 입자와 충분히 반응하여 물질을 효과적으로 소결시키는 합금 원소의 혼입 때문에 본 발명에 존재하는 결합제 상, 특히 그의 바람직한 형태의 금속 특성이 수용될 수 있는 것으로 가정된다. 동시에, 이들 합금 원소 및 추가의 첨가제가 PCBN 그 자체의 물질 성질에 긍정적으로 기여할 수 있도록 결합제의 성질을 추가로 개선시킬 수 있는 것으로 발견되었다.
결합제 상의 금속성 성질은 X-선 회절 분석과 같은 구조 민감 기법을 이용하여 쉽게 확립될 수 있다. 금속의 단순한 원소의 존재가 이들의 종 분화(speciation)를 나타내지 않는 경우, X-선 회절은 Fe, Ni 및/또는 Co와 같은 결합제 상의 주요 원소의 구조적 특성, 즉, 금속 성질을 확인하는데 이용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 CBN 콤팩트 물질, 특히 이들의 바람직한 형태의 X-선 회절 분석은 Fe, Ni 또는 Co의 금속 상중 하나 이상에 상응하는 강한 결합제 피크를 나타낸다. 이는 합금에서 주 원소일 것이다. 따라서, 이 금속 성분에 대한 피크는 CBN 피크와는 별개로, 관찰된 가장 강한 피크일 것이다. 다른 원소와의 합금 및 결합제 시스템 내부에서 일어나는 CBN과의 반응과 연관된 구조적 쉬프트는 전형적으로 이 피크를 순수한 금속 기준에 대한 2θ 값 보다 적거나 큰 값으로 약간 이동시킬 것이다. 이러한 이동은 순수한 금속 피크로부터 어느 방향으로든 1.5°2θ 미만, 보다 바람직하게는 1.0°2θ 미만일 것이다.
추가의 합금 물질의 존재
결합제 상 야금에 대한 추가의 바람직한 요구조건은 이것이 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 란탄, 세륨, 이트륨, 니오븀, 탄탈, 지르코늄, 바나듐, 하프늄, 알루미늄 및 티탄의 군에서 선택된 2개 이상의 제 2 원소를 함유하는 것이다. 이들 첨가제의 누적 중량%는 전형적으로 결합제 합금의 5 내지 60중량%일 것이다.
이들 원소의 존재는 적합한 원소 분석 기법, 예를 들면 X-선 형광 또는 에너지 분산 분광학을 이용하여 쉽게 확인될 수 있다.
결합제 합금은 탄소, 망간, 황, 규소, 구리, 인, 붕소, 질소 및 주석으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 추가의 합금 원소를 추가로 함유할 수 있다.
자기 특성
철, 니켈, 코발트 및 일부 희토류(가돌리늄, 디스포로슘)가 강자성이라 불리는 독특한 자기 거동을 나타내는 것이 잘 공지되어 있다. 물질은 외부적으로 가해지는 자기장에 대한 반응에 따라 반자성, 상자성 또는 강자성으로 분류될 수 있다. 이들 자기 반응은 강도가 크게 다르다. 반자성은 모든 물질의 속성이고, 인가된 자기장에 대항하지만, 매우 약하다. 상자성은, 존재하는 경우, 반자성보다 더 강하고, 인가된 자기장의 방향에서 자성을 생성하고, 인가된 자기장에 비례한다. 강자성 효과는 매우 크고, 종종 인가된 자기장보다 몇 자리수 더 큰 규모의 자성을 생성하고, 따라서, 반자성 또는 상자성 효과에 비해 훨씬 더 크다.
본 발명의 PCBN은 특성이 금속성인 결합제 상을 함유한다(바람직하게는 상당한 양의 철, 니켈 및 코발트중 하나 이상을 함유한다). 따라서, PCBN은 0.350 x 103 웨버 이상의 비 포화 자성을 가질 정도의 자기 거동을 전형적으로 나타낸다.
비 포화 자성은 강자성 상을 특징으로 하고, 이는 원칙적으로 시료의 구조 및 형태와는 무관하다. 강자성 물질이 자기장에 있으면, 이는 자기를 띤다. 그의 자성의 값은 인가된 자기장에 따라 증가한 후, 최대값에 이른다. 비 포화 자기는 최대 자기 모멘트를 물질의 질량으로 나눈 비이다. 자기 모멘트의 특성은 시료를 자기장 밖으로 내몰고, 코일 중에서 인가된 e.m.f.(전동력)를 측정함으로써 달성된다. 시료가 자기장에서 포화되어 있는 한, 적분값은 시료의 비 포화 자기 값에 비례한다.
선택적인 미분된 산화물의 존재
본 발명의 PCBN 물질은 소량의 적합한 미분된 산화물을 첨가함으로써 추가로 개선될 수 있는 것으로 확인되었다. 존재하는 경우, 산화물은 일반적으로 결합제 상을 통해 고르게 분산되어 있고, 결합제 상 성질, 특히 고온 성질이 개선되는 것을 보증하는 것을 돕는 것으로 생각된다.
적합한 산화물의 예는 희토류 산화물, 이트륨 산화물, 4족-, 5족-, 6족-산화물, 알루미늄 산화물, 규소 산화물 및 규소-알루미늄-질화물 산화물(SIALON으로 공지되어 있다)에서 선택된다. 산화물 상은 전형적으로 크기가 마이크론 미만인 입자로서 존재한다. 산화물 첨가의 바람직한 수준은 (결합제의) 5중량% 미만, 보다 바람직하게는 (결합제의) 3중량% 미만이다.
본 발명의 입방정계 질화붕소 콤팩트는 전형적으로 회색 주철, 고 크롬 백색 주철, 고 망간 강 및 분말 야금 강과 같은 단단한 철 물질의 기계 가공에 이용된다.
이제 본 발명을 하기 비-한정적인 실시예를 참고하여 보다 상세하게 개시할 것이다.
실시예 1: 본 발명의 물질의 개선된 성능
물질 A
합금 분말을 약 1중량%의 마이크론 미만(즉, 75nm)의 Y2O3 분말과 함께 마멸 밀링하였다. 합금 분말의 조성은 다음과 같다:
원소 Ni Cr Al Mo Nb Ti
질량% 75 12 5.9 4.5 2 0.6
합금 분말은, 입자의 80체적%가 5㎛ 미만이 되는 출발 입자 크기 분포를 갖는다. 후속적으로, 분말 혼합물은 2㎛의 평균 입자 크기를 갖는 CBN 분말과 함께 에탄올중에서 고속 전단-혼합되어 슬러리를 생성한다. 혼합물 중의 전체 CBN 함량은 약 93체적%였다. CBN-함유 슬러리를 진공 하에서 건조시키고, 초경 카바이드 기판 상의 그린(green) 콤팩트로 형성하였다. 진공 열 처리 후, 그린 콤팩트를 약 5.5 Gpa 압력 및 약 1450℃에서 소결하여 초경 카바이드 기판에 결합된 다결정성 CBN 콤팩트를 생성하였다. 이 CBN 콤팩트를 이후로 물질 A로 칭한다.
물질 B: 비교예
각각 1㎛, 5㎛ 및 1㎛의 평균 입경을 갖는 코발트, 알루미늄, 텅스텐 분말을 CBN과 함께 볼 밀링하였다. 33중량%의 코발트, 11중량%의 알루미늄 및 56중량%의 텅스텐이 결합제 혼합물을 형성한다. 평균 입경이 약 1.2㎛인 입방정계 질화붕소(CBN) 분말을 92체적%의 CBN이 달성되는 비로 결합제 혼합물에 첨가하였다. 분말 혼합물을 초경 카바이드 밀링 매질을 이용하여 10시간동안 헥산과 함께 볼 밀링하였다. 마멸 밀링 후에, 슬러리를 진공에서 건조시키고, 초경 카바이드 기판 에 의해 지지되는 그린 콤팩트로 형성하였다. 물질을 약 5.5 Gpa 압력 및 약 1480℃에서 소결하여 다결정성 CBN 콤팩트를 생성하였다. 이 CBN 콤팩트를 이후로 물질 B로 칭한다.
와이어 EDM 또는 레이저를 이용하여 시료 조각을 각각의 물질 A 및 B로부터 절삭하고, 그라인딩하여 절삭 삽입체를 형성하였다. 절삭 삽입체를 K190(상표명) 소결된 PM 공구 강의 연속 마무리 선반 세공에서 시험하였다. 작업편 물질은 미세 Cr-카바이드를 함유하고, 이는 PCBN 절삭 공구 상에서 매우 마모성이다. 시험은 다음과 같은 절삭 변수를 갖는 무수 절삭 조건에서 수행되었다:
절삭 속도, vc(m/분) 150
절삭 깊이(mm) 0.2
공급, f(mm) 0.1
삽입체 형상 SNMN 090308 T0202
절삭 삽입체에 대해 과다한 측면 마모(Vb-max로 측정한다)로 인해 불합격되는지를 시험하였다. 이 시험은 최소한 3개의 서로 다른 절삭 거리에서 수행되었다. 일반적으로 측면 마모와 절삭 거리사이의 관계가 선형인 것으로 발견되었다. 0.3mm의 최대 측면 마모를 상기 시험에 대한 불합격 값으로 선택하였다. 그런 다음, 0.3mm에서의 정규화된 최대 측면 마모 결과로부터 전체 절삭 거리를 계산하였다.
연속적인 마무리 선반 가공 결과
시료 정규화된 절삭 거리[m]
물질 A 1040
물질 B(종래 기술) 940
표 1의 결과에 따르면, 초합금 특성인 조성물로부터 형성된 물질 A인 다결정성 CBN 콤팩트가, 종래 기술의 조성물로부터 생성된 물질 B인 다결정성 CBN 콤팩트에 비해 더 긴 공구 수명을 가졌다.
실시예 2: 다양한 합금 시스템의 적합성
시료 C
2개의 서로 다른 합금 분말(약 50/50 중량 비)을 약 1중량%의 마이크론 미만 Y2O3 분말과 함께 마멸-밀링하였다. 제 1 합금 분말의 조성은 물질 A에 이용된 합금 분말과 동일하였다. 제 2 합금 분말의 조성은 다음과 같다:
원소 Co W C
질량% 70 29 1
후속적으로, 분말 혼합물을 평균 입경이 약 1.2㎛인 CBN 분말과 함께 에탄올중에서 고속 전단 혼합하여 슬러리를 생성하였다. 혼합물중의 전체 CBN 함량은 약 82체적%였다. CBN 함유 슬러리를 진공 하에서 건조시키고, 그린 콤팩트로 성형하였다. 진공 열처리한 후, 그린 콤팩트를 약 5.5 Gpa 압력 및 약 1450℃에서 소결하여 다결정성 CBN 콤팩트를 생성하였다. 이 CBN 콤팩트를 이후로 물질 C로 칭한다. 와이어 EDM 또는 레이저를 이용하여 물질 C로부터 시료 조각을 절삭하고, 실시예 1에서 이용된 시험 방법에 따라 시험하였다. 표 2는 종래 기술의 물질인 물질 B와 비교한 이의 결과를 보여준다.
연속적인 마무리 선반 세공 결과
시료 정규화된 절삭 거리[m]
물질 B(종래 기술) 940
물질 C 998
표 2의 결과에 따르면, 초합금 특성인 조성물로부터 생성된 다결정성 물질 C는 종래 기술 조성물로부터 생성된 물질 B의 다결정성 CBN 콤팩트에 비해 더 긴 공구 수명을 가졌다.
시료 D
합금 분말을 헥산과 함께 약 4시간동안 마멸-밀링하고 건조시켰다. 후속적으로, 분말을 약 1.2㎛ 평균 입경을 갖는 CBN 분말과 함께 에탄올중에 고속 전단 혼합하여 슬러리를 생성하였다. 혼합물 중의 전체 CBN 함량은 93.3체적%였다. 합금 분말의 조성은 다음과 같다:
원소 Ni Cr Co Ti Al Fe Si Mn
질량% 60 18 15 2.0 1.5 1.5 1 1
CBN 함유 슬러리를 진공 하에서 건조시키고 초경 카바이드 기판 상에서 그린 콤팩트로 형성하였다. 진공 열 처리한 후, 그린 콤팩트를 약 5.5 GPa 압력 및 약 1450℃에서 소결하여 초경 카바이드 기판에 결합된 다결정성 CBN 콤팩트를 생성하였다. 이 CBN 콤팩트를 이후로 물질 D라 칭한다.
물질 E
물질 E를 물질 A와 동일한 방식으로 제조하였고, 단 미분된 산화물 입자를 첨가하지 않았다. 합금 조성은 다음과 같다:
원소 Ni Cr Co Ti Mo Ta Al W Zr C
질량% 54.4 16 14.8 5 3 3 2.5 1.25 0.03 0.02
와이어 EDM 또는 레이저를 이용하여 물질 B, D 및 E 각각으로부터 시료 조각을 절단하고 그라인딩하여 절삭 삽입체를 형성하였다. 제조된 절삭 삽입체를 바나디스 10(상표명) 소결 냉간 작업된 공구 강의 연속적인 마무리 선반 세공으로 처리하였다. 작업편 물질은 마모성 Cr, Mo 및 V-카바이드를 함유하고 PCBN 절삭 공구 상에서 매우 마모성인 것으로 간주되었다. 하기와 같은 절삭 변수를 이용하여 무수 절삭 조건하에서 시험을 수행하였다:
절삭 속도, vc(m/분) 140
절삭 깊이(mm) 0.2
공급, f(mm) 0.1
삽입체 형상 SNMN 090308 T0202
최대 측면 마모는 850m의 절삭 거리 후에 측정하였다.
바나디스 10(상표명)에 대한 연속 마무리 선반 가공 결과
시료 측면 마모[mm]
물질 B(종래 기술) 0.220
물질 D 0.210
물질 E 0.203
표 3의 결과에 따르면, 초합금 특성인 조성물로부터 생성된 2개의 다결정성 CBN 콤팩트인 물질 D 및 E는 종래 기술 조성물로부터 생성된 다결정성 CBN 콤팩트인 물질 B에 비해 더 낮은 마모 상처 크기를 갖고, 따라서, 더 우수한 성능을 갖는다.
실시예 3: 결합제의 전형적인 자기 특성의 입증
물질 F
물질 F를 실시예 2에서의 물질 C와 동일한 방식으로 제조하였고, 단 제 2 합금 분말이 1㎛의 평균 입자 크기를 갖는 코발트 분말로 대체되었다.
물질 G
물질 G를 실시예 1의 물질 A와 동일한 방식으로 제조하였고, 단 평균 CBN 입자 크기는 1.2㎛였다.
실시예 1 및 2로부터의 물질 B 및 C, 그리고 물질 F 및 G로부터 와이어 EDM 또는 레이저를 이용하여 시료 조각을 절삭하였다. 초경 카바이드 지지체 층을 함유하는 이들 시료 조작을, 와이어 EDM 기계 가공을 이용하여 초경 카바이드 층을 제거함으로써 추가 가공하고, 절삭 표면을 랩핑(lapping)해서 EDM 표면 손상을 제거하였다.
물질 B, C, F 및 G에 대한 비 포화 자기(os) 값을 측정 셋업 "시그마미터(Sigmameter) D6025 TR"을 이용하여 측정하였다. 여러번 측정하고, 수득된 측정치의 표준 편차를 표 4에 요약하였다.
비 포화 자기 측정 결과
시료
 Os(103 Wb)
평균 표준 편차
물질 C 0.661 0.0004
물질 F 1.011 0.0000
물질 G 0.380 0.0000
물질 B(종래 기술) 0.100 0.0000
실시예 물질 C, F, G는, 주로 세라믹 결합제 상을 갖는 종래 기술의 물질인 물질 B와 비교하였을 때 합금 형태인 상당한 양의 니켈 및 코발트를 함유하는 금속 특성을 가졌다. 표 2에 따르면, 물질 C, F 및 G는, 종래 기술의 물질인 물질 B와 비교하였을 때 그들의 결합제 상이 금속성 특성이기 때문에 훨씬 더 높은 비 포화 자성을 가졌다.
실시예 4: 결합제의 X-선 회절 특성
물질 H
헥산을 이용하여 합금 분말을 약 4시간동안 마멸 밀링하고, 건조시켰다. 후속적으로 분말을 약 1.3㎛의 평균 입자 크기를 갖는 CBN 분말과 고속 전단 혼합하여 슬러리를 생성하였다. 혼합물중의 전체 CBN 함량은 약 85체적%였다. 합금 분말의 조성은 다음과 같다:
원소 Ni Cr Co Ti Al Fe Si Mn
질량% 60 18 15 2.0 1.5 1.5 1 1
CBN 함유 슬러리를 진공 하에서 건조시키고, 그린 콤팩트로 형성하였다. 진공 열 처리 후에, 그린 콤팩트를 약 5.5GPa 압력 및 약 1400℃에서 하소하여 다결정성 CBN 콤팩트를 생성하였다. 이 CBN 콤팩트를 이후 물질 H로 칭하였다.
물질 I
물질 I를 물질 H와 동일한 방식으로 제조하였고, 단 합금 분말의 조성은 다음과 같다:
원소 Ni Cr Co Mo Ti Fe Al Mn Si Cu Zr C S
질량% 54.4 19 13.5 4.3 3 2 1.4 1 0.75 0.5 0.07 0.06 0.02
물질 J
물질 J를 물질 H와 동일한 방식으로 제조하였고, 단 합금 분말의 조성은 다음과 같다:
원소 Ni Cr Co Ti Mo Ta Al W Zr C
질량% 54.4 16 14.8 5 3 3 2.5 1.25 0.03 0.02
물질 K
물질 K를 물질 H와 동일한 방식으로 제조하였고, 단 합금 분말의 조성은 다음과 같다:
원소 Co Mo Cr Si Ni Fe C
질량% 48.1 28 18 2.8 1.52 1.5 0.08
그런 다음, 40kV 및 45mA의 발전기 세팅으로 Cu 조사로 부합된 수직 회절계를 이용하여 생성된 CBN 콤팩트 물질의 X-선 검사를 수행하였다.
전형적으로 0.02°2θ의 단계 크기 및 단계 분석 시간당 5초를 이용하여 XRD 스캔을 수행하였다. 소결 전과 후의 합금의 가장 높은 강도 피크의 강도 및 피크 위치를 Ni, Co 또는 Fe의 가장 높은 강도 피크 위치와 비교하였고, 피크 위치의 차이를 합금의 기본 금속, 즉 Ni 또는 Co의 가장 높은 피크 위치와 소결된 물질의 (CBN을 제외한) 가장 높은 피크 위치 사이의 °2θ로 계산한다.
이 분석 결과를 표 5에 요약한다. 합금의 가장 높은 강도 피크 위치는 소결후에 약간 이동한다. 이러한 이동은 합금과 CBN 입자 사이에 일부 반응이 일어남을 나타낸다. 피크 위치가 더 높은 2θ 값으로 이동하는 경우, 이는 CBN과 반응한 합금 원소중 일부 및/또는 일부 붕소 및 질소가 소결 후에 합금 상에 용해되어 있을 수 있음을 나타낼 수 있다. 그러나, X-선 회절 분석은 초기에 도입된 합금 상이 소결된 물질에서 여전히 잔존하고, (연속적인 높은 피크 강도에 의해 나타나는 바와 같이)여전히 결합제의 주된 부분을 형성함을 나타낸다.
또한 합금의 가장 높은 강도 XRD 피크의 2θ 위치는 순수 금속의 가장 높은 강도 피크와 유사하다. (이들 값은 표 5에 참고로 주어져 있다. 합금 상의 주 성분이 Ni이면, 순수한 Ni XRD 피크가 참고물질로 사용되어야만 한다).
소결 전과 후에 물질 H, I, J 및 K에서 이용되는 합금의 X-선 분석
시료 피크 위치(°2θ) 피크 강도(초 당 계수)
소결 전 소결 후 기준 2θ 차이 CBN 합금
물질 H 43.85 43.95 44.51, Ni -0.56 754 1091
물질 I 43.69 43.93 44.51, Ni -0.58 823 2164
물질 J 43.57 43.83 44.51, Ni -0.68 1014 2374
물질 K 43.45 43.61 44.22, Co -0.61 453 292
모든 피크 위치는 °2θ로 언급되고, 강도는 초당 계수이다.
도 1은 물질 J에서 사용되는 출발 합금 분말의 XRD 스캔을 보여준다. 이 분석에 따르면 합금은 순수한 니켈(이는 합금을 위한 매트릭스 상이다)로부터의 피크 이동으로 확인되고, 합금 원소는 표 5에 나타난 바와 같이 순수한 니켈 피크 위치로부터 약 0.68°2θ의 XRD 피크 이동을 야기한다.
도 2는 물질 J의 XRD 스캔을 나타낸다(즉, CBN과의 HpHT 하소 후). 초합금의 주된 XRD 피크는 순수한 Ni 피크로부터 약간 이동하였고, 소결된 CBN 복합 물질에서 여전히 CBN을 제외한 가장 높은 강도 피크를 구성하고 있다. 또한 도 2의 낮은 강도 피크는 주로 초합금의 CBN과의 상호작용 및 부수적인 불순물로 인한 결과로서 형성된 상으로 기술될 수 있다.
도 3은 참고물질로서 소결된 종래 기술 물질 B의 XRD 스캔을 보여준다. 금속 코발트, 텅스텐 및 알루미늄이 금속 형태로 출발 분말에 도입되지만, 최종 구조는 이들 금속 상이 상당히 감소하여 존재하고, WC, WBCo 등과 같은 세라믹 상이 상당히 형성되었음을 보여준다. 이들 비-금속 상이 결합제 조성의 주를 이룬다는 것은 XRD 스캔으로부터 명확하다.
실시예 5: 마이크론 미만 산화물 첨가 효과
물질 L
물질 L은 물질 A와 동일한 방식으로 제조되었지만, 미분된 산화물 입자를 첨가하지 않았다. 7중량%의 합금 분말 함량을 이용하였고, 실시예 1, 물질 A에 개시된 것과 동일한 조성을 갖는다. 물질 A, B(종래 기술), L 및 물질 O(실시예 6)을 실시예 1에 개시된 바와 동일한 기계 가공 시험에 가하였다. 물질 O를 물질 A 및 L과 동일한 방법으로 제조하였지만, 이는 ZrO2 첨가제를 함유한다.
표 6의 성능 자료는 산화물 첨가제를 갖지 않는 물질 L이 물질 A(Y2O3 함유)뿐 아니라 종래 기술의 물질 B에 비해 뛰어난 성질을 갖지만, (ZrO2를 함유하는) 등가의 시료 물질 O에 비해서는 뛰어나지 않음을 나타낸다. 이는 마모 내성에 미치는 미분된 산화물의 첨가 효과가 긍정적일 수 있지만, 일부 경우에는 부정적인 효과를 갖지 않거나 약간의 부정적인 효과를 가질 수 있음을 나타낸다. 모든 경우, 본 발명의 물질은 종래 기술 물질에 비해 뛰어난 성능을 갖는다.
연마성 작업편 K190(상표명)의 1000m 절삭 후의 마모 내성
시료 첨가제 측면 마모[mm]
물질 B 종래 기술 0.319
물질 A Y2O3 0.288
물질 L 첨가제 없음 0.234
물질 O ZrO2 0.229
실시예 6: 적합한 미분된 산화물의 첨가
물질 M 내지 S를 실시예 1의 물질 A와 동일한 방식으로 제조하였고, 단, 하기 규정된 유형과 양의 다른 미분된 산화물로 치환하였다. 각각의 경우, 산화물은 실시예 1의 경우와 같이 합금 분말과 함께 마멸 밀링되었다.
시료 M N O P Q R S
산화물 CeO2 Al2O3 ZrO2 SiAlON MgO CeO2 La2O3
크기(mm) 10 내지 20 60 40 75 100 10 내지 20 80
질량% 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 2.7 2.7
그런 다음, 물질 M 내지 S 및 종래 기술 물질인 물질 B를 실시예 1에 개시된 것과 동일한 기계 가공 시험 조건에 가하였다. 절삭 삽입체를 약 1000m의 절삭 거리에 대해 시험하였고, 최대 측면 마모(Vb-max)를 측정하였다. 기계 가공 시험은 물질의 절삭 공구 성능을 나타내고, 이들의 마모 내성 측면에서 물질의 순위를 매겼다.
표 7에서 명확한 바와 같이, 다양한 양과 유형의 산화물 상을 본 발명의 물질에 첨가하면 마모 성능이 상당히 개선된 것으로 나타나고, 이는 종래 기술의 물질인 물질 B와 비교하였을 때 물질 M 내지 S에서의 더 낮은 측면 마모 흔적 크기에 의해 나타낸다.
연마성 작업편 K190(상표명)의 1000m 절삭 후의 마모 내성
시료 첨가제 측면 마모[mm]
물질 B 종래 기술 0.319
물질 M CeO2 0.237
물질 N Al2O3 0.247
물질 O ZrO2 0.229
물질 P SiAlON 0.226
물질 Q MgO 0.242
물질 R CeO2 0.245
물질 S La2O3 0.259

Claims (18)

  1. (a) 70체적% 이상의 양으로 존재하는 입방정계 질화붕소(CBN) 입자의 다결정성 매스(mass);
    (b) 40중량% 이상의, 니켈, 철 및 코발트 중에서 선택되는 하나 이상의 제 1 원소를 함유하고 나머지가 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 란탄, 세륨, 이트륨, 니오븀, 탄탈, 지르코늄, 바나듐, 하프늄, 알루미늄 및 티탄 중에서 선택되는 둘 이상의 제 2 원소를 함유하는 합금으로 구성되고, 상기 둘 이상의 제 2 원소의 누적 중량%가 5 내지 60중량%인 결합제; 및
    (c) 결합제와 산화물의 조합의 5질량% 미만의 양으로 존재하고, 희토류 산화물, 이트륨 산화물, 4족, 5족, 6족 금속의 산화물, 규소 산화물 및 규소-알루미늄-질화물-산화물 중에서 선택되며, 결합제 전체에 분산되어 있는 산화물
    을 포함하는, 입방정계 질화붕소 콤팩트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    결합제 상의 50체적% 이상이 금속인, 입방정계 질화붕소 콤팩트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    결합제 상의 60체적% 이상이 금속인, 입방정계 질화붕소 콤팩트.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    합금이 탄소, 망간, 황, 규소, 구리, 인, 붕소, 질소 및 주석 중에서 선택되는 하나 이상의 제 3 원소를 함유하는, 입방정계 질화붕소 콤팩트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    합금이 50중량% 이상의 제 1 원소를 함유하고 제 2 원소의 누적 중량%가 5 내지 50중량%인, 입방정계 질화붕소 콤팩트.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서,
    70 내지 95체적%의 CBN을 포함하는, 입방정계 질화붕소 콤팩트.
  15. 제 1 항에 있어서,
    70 내지 90체적%의 CBN을 포함하는, 입방정계 질화붕소 콤팩트.
  16. 제 1 항에 있어서,
    75 내지 85체적%의 CBN을 포함하는, 입방정계 질화붕소 콤팩트.
  17. 제 1 항에 있어서,
    CBN 입자의 평균 그레인 크기가 10마이크론 이하의 범위인, 입방정계 질화붕소 콤팩트.
  18. 삭제
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KR1020147013685A KR101518190B1 (ko) 2006-12-11 2007-12-11 입방정계 질화붕소 콤팩트

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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8361178B2 (en) * 2008-04-21 2013-01-29 Smith International, Inc. Tungsten rhenium compounds and composites and methods for forming the same
GB0810542D0 (en) * 2008-06-09 2008-07-16 Element Six Production Pty Ltd Cubic boron nitride compact
GB201002372D0 (en) 2010-02-12 2010-03-31 Element Six Production Pty Ltd A superhard multiphase material and method of using same
GB201011574D0 (en) * 2010-07-09 2010-08-25 Element Six Ltd PCBN material
TWI544064B (zh) 2010-09-03 2016-08-01 聖高拜磨料有限公司 粘結的磨料物品及形成方法
KR101530455B1 (ko) 2010-09-08 2015-06-19 엘리먼트 씩스 리미티드 자가-소결된 다결정성 입방정 질화붕소(pcbn) 절삭 요소 및 상기 자가-소결된 pcbn 절삭 요소의 형성 방법
CA2785696C (en) * 2010-10-18 2014-08-12 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Cubic boron nitride sintered body and cubic boron nitride sintered body tool
CN101974718B (zh) * 2010-11-26 2011-12-28 吉林大学 一种表面具有多尺度耦合结构的复合材料及其制备方法
JP5614460B2 (ja) * 2011-02-04 2014-10-29 株式会社タンガロイ ｃＢＮ焼結体工具および被覆ｃＢＮ焼結体工具
JP5613970B2 (ja) * 2011-03-30 2014-10-29 三菱マテリアル株式会社 立方晶窒化ホウ素の合成方法および立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法
EP2778146B1 (en) * 2011-11-07 2018-05-09 Tungaloy Corporation Cubic boron nitride sintered body
CN103158287B (zh) * 2011-12-09 2015-06-10 郑州博特硬质材料有限公司 聚晶立方氮化硼复合片及其制备方法
KR20150017716A (ko) * 2012-05-31 2015-02-17 다이아몬드 이노베이션즈, 인크. 무응력 cbn 복합 재료로 제조된 절삭 공구 및 제조 방법
WO2014106159A1 (en) 2012-12-31 2014-07-03 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Bonded abrasive article and method of grinding
EP2938460B1 (en) 2012-12-31 2018-08-15 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Method of grinding
CN104994996B (zh) 2012-12-31 2017-12-05 圣戈班磨料磨具有限公司 粘结研磨制品和碾磨方法
DE112014001102T5 (de) 2013-03-31 2015-11-19 Saint-Gobain Abrasifs Gebundener Schleifartikel und Schleifverfahren
GB201305871D0 (en) * 2013-03-31 2013-05-15 Element Six Abrasives Sa Superhard constructions & methods of making same
CN103741002B (zh) * 2013-06-28 2016-07-06 长春阿尔玛斯科技有限公司 一种超硬复合材料的制备方法
CN103551576A (zh) * 2013-10-31 2014-02-05 吴海勇 一种立方氮化硼节块工具的制备方法
JP6637664B2 (ja) * 2014-03-28 2020-01-29 三菱マテリアル株式会社 立方晶窒化硼素焼結体切削工具
CN106414371B (zh) * 2014-06-27 2019-07-19 京瓷株式会社 立方晶氮化硼烧结体及切削工具
WO2016148223A1 (ja) * 2015-03-19 2016-09-22 三菱マテリアル株式会社 掘削チップおよび掘削ビット
JP6696242B2 (ja) * 2015-03-19 2020-05-20 三菱マテリアル株式会社 掘削チップおよび掘削ビット
US10780506B2 (en) * 2015-12-04 2020-09-22 Tungaloy Corporation Tool and coated tool
JP6304615B1 (ja) * 2016-05-16 2018-04-04 株式会社タンガロイ 工具
US20180029241A1 (en) * 2016-07-29 2018-02-01 Liquidmetal Coatings, Llc Method of forming cutting tools with amorphous alloys on an edge thereof
CN107434415B (zh) * 2017-06-12 2020-10-02 金华中烨超硬材料有限公司 一种高热稳定性和良好导热性的聚晶立方氮化硼复合片及其生产方法
US10406654B2 (en) * 2017-10-25 2019-09-10 Diamond Innovations, Inc. PcBN compact for machining of ferrous alloys
CN108214331B (zh) * 2018-01-08 2019-12-03 东北大学 一种cbn砂轮
US10777489B2 (en) * 2018-05-29 2020-09-15 Katoh Electric Co., Ltd. Semiconductor module
WO2020005247A1 (en) * 2018-06-28 2020-01-02 Diamond Innovations, Inc. Pcbn sintered compact
CN109650900A (zh) * 2018-12-19 2019-04-19 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种纯相多晶立方氮化硼柱体的合成方法
DE102019207350A1 (de) 2019-05-20 2020-11-26 Siemens Aktiengesellschaft Schweißverfahren mit ummantelten abrasiven Teilchen, ummanteltes abrasives Teilchen, Schichtsystem und Dichtungssystem
CN112301246A (zh) * 2019-07-30 2021-02-02 上海永言特种材料研究所 一种热膨胀系数小的耐磨金属陶瓷的制备方法
GB201917907D0 (en) * 2019-12-06 2020-01-22 Element Six Ltd Friction stir welding using a PCBN-based tool
GB201918892D0 (en) * 2019-12-19 2020-02-05 Element Six Uk Ltd Friction stir welding using a PCBN-based tool containing superalloys
GB202001369D0 (en) * 2020-01-31 2020-03-18 Element Six Ltd Polycrystalline cubic boron nitride material
CN111644627B (zh) * 2020-06-17 2023-06-27 郑州锐力超硬材料有限公司 一种淬火钢聚晶刀片合成工艺
CN112341993B (zh) * 2020-11-23 2021-10-29 新乡市炬能耐材有限公司 一种具有交叉晶体结构的复合非氧化物磨削材料生产工艺

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0734156A (ja) * 1993-07-15 1995-02-03 Agency Of Ind Science & Technol 高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体及びその製造法
JPH10510004A (ja) * 1994-11-18 1998-09-29 サンドビック アクティエボラーグ 木材工業用ＰＣＤまたはＰｃＢＮ工具

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1088984A (en) * 1963-06-05 1967-10-25 Ici Ltd Modifying treatment of shaped articles derived from polyesters
CA996760A (en) * 1971-07-01 1976-09-14 Ethel L. Fontanella Metal bonded cubic boron nitride crystal body
DE2248539A1 (de) * 1972-06-30 1973-04-26 Gen Electric Aus kubischem bornitrid und einem weiteren hartstoff zusammengesetzte koerper und verfahren zu deren herstellung
US3918931A (en) * 1973-12-17 1975-11-11 Gen Electric Solution-precipitation process for manufacturing cubic boron nitride abrasive tools
IL59519A (en) 1979-03-19 1982-01-31 De Beers Ind Diamond Abrasive compacts
JPS601390B2 (ja) 1981-06-29 1985-01-14 三菱マテリアル株式会社 切削工具用立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料
JPS5860679A (ja) * 1981-10-02 1983-04-11 三菱マテリアル株式会社 切削および耐摩耗工具用高靭性窒化硼素基超高圧焼結材料
GB8617255D0 (en) * 1986-07-15 1986-08-20 Procter & Gamble Ltd Laundry compositions
JPS6372843A (ja) 1987-08-28 1988-04-02 Nippon Oil & Fats Co Ltd 切削工具用高密度相窒化ホウ素含有焼結体の製造法
JPH02282445A (ja) 1989-04-25 1990-11-20 Tatsuro Kuratomi 低温焼結立方晶窒化硼素焼結体およびその製造法
US5096465A (en) * 1989-12-13 1992-03-17 Norton Company Diamond metal composite cutter and method for making same
JP2691049B2 (ja) * 1990-05-23 1997-12-17 三菱重工業株式会社 工具用焼結材料
US5271749A (en) * 1992-11-03 1993-12-21 Smith International, Inc. Synthesis of polycrystalline cubic boron nitride
JPH07316839A (ja) 1994-05-27 1995-12-05 Hitachi Tool Eng Ltd 樹脂付着を低減したｃｂｎ多結晶複合部材
JPH08126903A (ja) * 1994-10-31 1996-05-21 Mitsubishi Materials Corp 耐摩耗性のすぐれた立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料製切削工具
RU2062644C1 (ru) 1995-04-07 1996-06-27 Игорь Анатольевич Жирноклеев Способ получения сверхтвердого компактного материала
US5697994A (en) * 1995-05-15 1997-12-16 Smith International, Inc. PCD or PCBN cutting tools for woodworking applications
FR2745014B1 (fr) * 1996-02-20 1998-04-03 Rhone Poulenc Chimie Procede de traitement antisalissure des articles a base de coton tisse
US7124753B2 (en) * 1997-04-04 2006-10-24 Chien-Min Sung Brazed diamond tools and methods for making the same
US6679243B2 (en) * 1997-04-04 2004-01-20 Chien-Min Sung Brazed diamond tools and methods for making
JP4787387B2 (ja) * 1998-07-22 2011-10-05 住友電工ハードメタル株式会社 耐クレータ性および強度に優れた切削工具とその製造方法
DE19845151A1 (de) * 1998-10-01 2000-04-06 Martin Kraemer Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Verbundwerkstoffen
CA2327092C (en) * 1999-12-03 2004-04-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Coated pcbn cutting tools
JP2001246566A (ja) * 1999-12-28 2001-09-11 Fujimi Inc 研削用砥石およびその製造方法並びにそれを用いた研削方法
US6740286B2 (en) * 2000-12-04 2004-05-25 Advanced Ceramics Research, Inc. Consolidation and densification methods for fibrous monolith processing
WO2004094685A2 (en) * 2003-04-22 2004-11-04 Diamond Innovations, Inc. Method to provide wear-resistant coating and related coated articles
US7322776B2 (en) * 2003-05-14 2008-01-29 Diamond Innovations, Inc. Cutting tool inserts and methods to manufacture
CN1611461A (zh) * 2003-10-30 2005-05-04 许水红 立方氮化硼复合片
EP1689694A1 (en) * 2003-12-03 2006-08-16 Diamond Innovations, Inc. Cubic boron nitride sintered body and method for making the same
EP1716086B1 (en) * 2004-02-20 2008-04-30 Diamond Innovations, Inc. Sintered compact
US20050241239A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-03 Chien-Min Sung Abrasive composite tools having compositional gradients and associated methods
HU227682B1 (en) * 2004-06-08 2011-11-28 Istvan Dr Pinter Method for producing a wear resistant coating
US7384436B2 (en) * 2004-08-24 2008-06-10 Chien-Min Sung Polycrystalline grits and associated methods
US20080226897A1 (en) * 2005-04-26 2008-09-18 Nedret Can Cubic Boron Nitride Compacts
JP5226522B2 (ja) * 2005-10-28 2013-07-03 エレメント シックス （プロダクション）（プロプライエタリィ） リミテッド 立方晶系窒化ホウ素成形体

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0734156A (ja) * 1993-07-15 1995-02-03 Agency Of Ind Science & Technol 高強度高圧型窒化硼素・金属複合焼結体及びその製造法
JPH10510004A (ja) * 1994-11-18 1998-09-29 サンドビック アクティエボラーグ 木材工業用ＰＣＤまたはＰｃＢＮ工具

Also Published As

Publication number Publication date
US20130174494A1 (en) 2013-07-11
JP5462922B2 (ja) 2014-04-02
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JP5355415B2 (ja) 2013-11-27
CN103451460A (zh) 2013-12-18
WO2008072180A3 (en) 2008-08-14
EP2099945B1 (en) 2014-06-11
KR101518190B1 (ko) 2015-05-07
EP2426229B1 (en) 2016-11-16
JP2010512300A (ja) 2010-04-22
US20100132266A1 (en) 2010-06-03

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