KR101962047B1 - 입방형 붕소 니트라이드 복합 물질, 이의 사용 방법, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 공구 - Google Patents

입방형 붕소 니트라이드 복합 물질, 이의 사용 방법, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 공구 Download PDF

Info

Publication number
KR101962047B1
KR101962047B1 KR1020177000454A KR20177000454A KR101962047B1 KR 101962047 B1 KR101962047 B1 KR 101962047B1 KR 1020177000454 A KR1020177000454 A KR 1020177000454A KR 20177000454 A KR20177000454 A KR 20177000454A KR 101962047 B1 KR101962047 B1 KR 101962047B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cbn
composite material
delete delete
cbn particles
particles
Prior art date
Application number
KR1020177000454A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170015491A (ko
Inventor
안티오네트 캔
앤 미리암 메그네 모트켈라호
메흐멧 세르다르 오즈바이라크타르
Original Assignee
엘리먼트 씩스 (유케이) 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘리먼트 씩스 (유케이) 리미티드 filed Critical 엘리먼트 씩스 (유케이) 리미티드
Publication of KR20170015491A publication Critical patent/KR20170015491A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101962047B1 publication Critical patent/KR101962047B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
    • C04B35/5831—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride based on cubic boron nitrides or Wurtzitic boron nitrides, including crystal structure transformation of powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/16—Milling-cutters characterised by physical features other than shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C04B35/6262—Milling of calcined, sintered clinker or ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C04B35/62635—Mixing details
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62828—Non-oxide ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C04B35/6316—Binders based on silicon compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3804—Borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3804—Borides
    • C04B2235/3813—Refractory metal borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/386—Boron nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3873—Silicon nitrides, e.g. silicon carbonitride, silicon oxynitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3886—Refractory metal nitrides, e.g. vanadium nitride, tungsten nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3891—Silicides, e.g. molybdenum disilicide, iron silicide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/404—Refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/408—Noble metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/612—Machining
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/785—Submicron sized grains, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C04B2235/85—Intergranular or grain boundary phases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

복합 물질 및 상기 복합 물질의 사용 방법. 복합 물질은 결합제 매트릭스에 분산된 65 부피% 이상의 입방형 붕소 니트라이드(cBN) 입자(10)로 이루어지고, 상기 결합제 매트릭스는 상기 cBN 입자(10)에 결합된 복수개의 미세구조(12) 및 상기 cBN 입자(10) 사이의 복수개의 중간 영역(14)을 포함하고, 상기 미세구조(12)는 금속의 니트라이드 또는 붕소 화합물을 포함하고, 상기 중간 영역(14)은 규소와 화학적으로 결합된 금속을 함유하는 실리사이드 상을 포함하고, 상기 실리사이드 상의 함량은 복합 물질의 2 내지 6 중량%이고, 상기 cBN 입자(10)는 0.2 내지 20 ㎛의 평균 크기를 갖는다. 규소 니트라이드가 추가로 함유될 수 있다(16). 금속은 바람직하게는 Ti, Hf, Ta 또는 Zr일 수 있다.

Description

입방형 붕소 니트라이드 복합 물질, 이의 사용 방법, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 공구{CUBIC BORON NITRIDE COMPOSITE MATERIAL, METHOD OF USING IT, METHOD OF MAKING IT AND TOOL COMPRISING IT}
본원은 일반적으로 금속 실리사이드 물질을 포함하는 결합제 매트릭스에 분산된 입방형 붕소 니트라이드(cBN)를 포함하는 복합 물질; 상기 복합 물질을 포함하는 기계 공구; 철 함유 피가공재(work-piece) 몸체를 단속 방식으로 가공하기 위해 상기 물질을 포함하는 기계 공구의 사용 방법; 및 복합 물질 및 이를 포함하는 기계 공구의 제조 방법에 관한 것이다.
미국 특허 제 8,419,814 호는, cBN 입자를 처리하여 이의 친유리질(vitreophillic) 표면을 생성하고, 이를 에탄올에 현탁하고, Ta(OC2H5)5 및 Ti(OC3H7)4를 도입하고, 각각의 cBN 입자가 티타늄 및 탄탈룸 옥사이드 화합물의 친화적 혼합물로 코팅되도록 cBN 입자 및 현탁액을 추가 처리하는 단계를 수반하는 방법에 의해, cBN 입자의 표면 위에 나노 크기의 티타늄 니트라이드(TiN) 및 탄탈룸 니트라이드(TaN) 미세구조의 증착을 개시한다. 상기 코팅된 cBN 입자를 적합한 대기에서 열 처리하여 옥사이드를 나노 크기의 TiN 및 TaN로 전환한다. 이에 따라 코팅된 복수개의 cBN 입자를 포함하는 응집물이 형성되고 초고압 및 고온에서 압력을 가하여, 실질적으로 TiN 및 TaN의 혼합물로 이루어진 결합제 매트릭스 내에 약 84 부피%의 cBN를 포함하는 무균열(crack free) PCBN 물질이 생성된다. 가공 시험에서, PCBN 샘플은 뛰어난 성능을 나타내고, 이는 홀-페치(Hall-Petch) 나노 입자 크기에 근접하는 결합제 매트릭스의 입자 크기로 인할 수 있다.
미국 특허 제 5,288,297 호는, 규소 니트라이드 및 금속성 다이보라이드의 친화적 혼합물로 주로 이루어진 결합제 매트릭스의 60 내지 10 부피%에 의해 결합된 cBN 결정을 40 내지 90 부피% 포함하는 cBN 콤팩트(compact)를 개시하고, 여기서 금속은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf) 원자의 군으로부터 선택된다. 규소 니트라이드 및 금속성 다이보라이드는 각각 25 부피% 이상의 결합 매트릭스를 포함하고, 이는 cBN 결정에 강력하고 밀착하게 결합된다. 금속 실리사이드 화합물을 cBN 입자와 결합시키는 반응으로 cBN 콤팩트를 생성하는 방법이 개시된다.
철 함유 피가공재 몸체를 가공하는데 사용되지만, 특히 심한 단속 가공 방식에 국한되지 않는 경우, 비교적 긴 작업 수명을 갖는 비교적 강한 내마모성 cBN 복합 물질에 대한 요구가 있다.
제 1 양상의 측면에서 보면, 결합제 매트릭스에 분산된 65 부피% 이상의 입방형 붕소 니트라이드(cBN) 입자로 이루어진 복합 물질이 제공될 수 있고, 상기 결합제 매트릭스는 상기 cBN 입자에 결합된 복수개의 미세구조 및 상기 cBN 입자 사이의 복수개의 중간 영역을 포함하고, 상기 미세구조는 금속의 니트라이드 또는 붕소 화합물을 포함하고, 상기 중간 영역은 규소와 화학적으로 결합된 금속을 함유하는 실리사이드 상을 포함하고, 상기 실리사이드 상의 함량은 복합 물질의 2 내지 6 중량%이고, 상기 cBN 입자는 0.2 내지 20 ㎛의 평균 크기를 갖는다. 또한, cBN 복합 물질은 다결정질 입방형 붕소 니트라이드(PCBN) 물질로서 지칭될 수 있다.
다양한 복합 물질은 하기의 비제한적이고 비한정적인 예시로 본원에 의해 예상된다.
일부 예에서, 복합 물질 중의 실리사이드 상의 함량은 복합 물질의 약 5 중량% 이하일 수 있다.
일부 예에서, 실리사이드 상은 세라믹 또는 금속간 상일 수 있다.
일부 예에서, 금속은 티타늄(Ti)일 수 있다. 미세구조는 티타늄 니트라이드(TiN)를 포함할 수 있고/있거나 티타늄 다이보라이드(TiB2)를 포함한다. 일부 예에서, 실리사이드는 화학식 TixSiy(여기서, x는 0.9 내지 1.1이고, y는 0.9 내지 1.1임)의 티타늄 실리사이드 물질(실질적으로 TiSi)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 실리사이드는 화학식 TixSiz(여기서, x는 0.9 내지 1.1이고, z는 1.9 내지 2.1임)의 티타늄 실리사이드 물질(실질적으로 TiSi2, 티타늄 다이실리사이드)을 포함할 수 있다. 금속 보라이드 물질은 티타늄 다이보라이드(TiB2)를 포함할 수 있고, 복합 물질 중에 티타늄 다이실리사이드 및 티타늄 다이보라이드의 상대량은, 티타늄 다이보라이드의 (101) X선 회절(XRD) 피크에 대한 티타늄 실리사이드의 (311) XRD 피크의 비가 0.2 내지 1.1이 되도록 존재할 수 있다.
일부 예에서, 금속은 하프늄(Hf), 탄탈룸(Ta) 또는 지르코늄(Zr)일 수 있다.
일부 예에서, 실리사이드 상은 미세구조에 의해 cBN 입자로부터 이격될 수 있다.
일부 예에서, 미세구조는 cBN 입자의 표면적에 결합된 코팅 층의 형태일 수 있다.
일부 예에서, cBN 입자의 함량은 복합 물질의 약 80 부피% 이상 또는 약 90 부피% 이상일 수 있다.
일부 예에서, cBN 입자는 0.1 내지 10 ㎛의 평균 크기를 갖는다. 더욱 특정한 예에서, cBN 입자는 0.1 내지 5 ㎛의 평균 크기, 또는 5 ㎛ 초과 내지 20 ㎛의 평균 크기를 가질 수 있다. cBN 입자의 평균 크기 및 크기 분포의 선택, 예컨대 상기 선택이 하나 이상의 방식을 가질 수 있는지 여부는 복합 물질이 사용되도록 의도되는 적용 유형에 따를 수 있다.
일부 예에서, cBN 입자의 평균 크기 및/또는 크기 분포는, cBN 입자 사이의 결합제 매트릭스의 평균 부피가 너무 크거나 너무 작지 않도록 cBN 함량에 따라 선택될 수 있다. 일부 예에서, 비교적 많은 함량의 cBN 입자(약 80 또는 90 부피% 이상)를 갖는 복합 물질에 포함된 cBN 입자는, 비교적 적은 함량의 cBN 입자를 갖는 복합 물질보다 비교적 더 클 수 있다. 일부 예에서, cBN 입자를 80 부피% 이상 또는 90 부피% 이상 포함하는 복합 물질 중의 cBN 입자의 평균 크기는 5 ㎛ 초과 또는 약 10 ㎛ 초과일 수 있다. 다른 예에서, cBN 입자를 90 부피% 미만 또는 80 부피% 미만 포함하는 복합 물질 중의 cBN 입자의 평균 크기는 0.1 ㎛ 초과 또는 약 5 ㎛ 초과, 및 약 10 ㎛ 미만일 수 있다. 특정한 이론에 구애받지 않고, cBN 입자의 평균 크기 및/또는 크기 분포는 본원에 따라 잔여 실리사이드의 전체 양을 달성하기 위해 복합 물질 중의 cBN의 함량과 견주될 수 있다. 이는 복합 물질의 규소 함량을 제어하는 것을 도와, 너무 많지 않고(잠재적으로 cBN 입자 사이의 영역이 너무 큰 결과) 너무 적지 않은(잠재적으로 cBN 입자 사이의 영역이 너무 작은 결과) 실리사이드 함량을 달성할 수 있다.
일부 예에서, 복합 물질의 표면에서 관측시 cBN 입자의 면적 분포는 2가지 이상의 방식을 가질 수 있다.
일부 예에서, 결합제 매트릭스는 규소 니트라이드(Si3N4)를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 실리사이드 상의 함량은 결합제 매트릭스의 20 내지 60 중량%일 수 있다.
제 2 양상의 측면에서 보면, 개시된 복합 물질의 예시를 사용하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 복합 물질을 포함하는 절단 가장자리(cutting edge)를 포함하는 기계 공구를 제공하는 단계; 상기 기계 공구를 사용하여 철 함유 물질을 포함하는 피가공재를 단속 방식으로 가공하되, 상기 피가공재는 연속 교합 길이가 가공 작업 동안 피가공재의 표면과 절단 가장자리 사이를 가로지르는 거리의 30 내지 50%가 되도록 배열되는 단계를 포함한다.
일부 예에서, 피가공재는, 피가공재의 적어도 일부가 절단 공구에 30 내지 90°의 교합각으로 존재하도록 배열될 수 있다.
일부 예에서, 피가공재는 록웰 C 경도 스케일(Rockwell "C" hardness scale: HRC)에서 50 이상, 52 이상, 60 이상 또는 62 이상의 경도를 갖는 물질을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 피가공재는 강철, 주철 또는 초합금 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 피가공재는 강철 및/또는 회주철 물질을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 기계 공구는 지지체에 연결된 복합 물질을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 기계 공구는 색인용 삽입물을 포함한다. 예를 들면, 기계 공구는 선삭 또는 밀링 작업에 사용하기 위해 배열될 수 있고, 이때 방법은 선삭 또는 밀링 작업에서 기계 공구의 사용을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 피가공재는 제동 판의 제조에 적합할 수 있고, 이때 방법은 제동 판을 제조하기 위해 피가공재를 가공하는 방법을 포함할 수 있다.
제 3 양상의 측면에서 보면, 개시된 복합 물질의 예시를 포함하는 물품(article)을 제조하는 방법이 제공되고, 상기 방법은, 금속이 cBN 입자와 반응하여 니트라이드 또는 보라이드 반응 생성물을 형성할 수 있도록 선택된 실리사이드 상 전구체를 복수개의 cBN 입자와 합하여 원료 조합물을 제공하되, 상기 원료 조합물 중에 cBN 입자의 함량이, 복합 물질 중의 cBN 입자의 함량이 복합 물질의 65 부피% 이상이 되도록 존재하는, 단계; 및 실리사이드 상 전구체에 함유된 금속의 일부가 cBN 입자와 반응하여 cBN 입자에 결합된 복수개의 미세구조 반응물을 형성하고 잔여 금속 실리사이드 상이 복합 물질의 2 내지 6 중량% 또는 결합제 매트릭스의 20 내지 60%이고 나머지가 배합된 물질 중에 포함된 cBN 이외의 물질이 되기에 충분한 시간 동안 충분히 높은 온도에서 상기 cBN이 열역학적으로 안정한 상으로 존재하는 압력에 원료 조합물을 적용하는 단계를 포함한다.
일부 예에서, 잔여 금속 실리사이드 상은 복합 물질의 2 내지 5 중량% 또는 결합제 매트릭스의 20 내지 50%이고 나머지는 배합된 물질에 포함된 cBN 이외의 물질이다.
일부 예에서, 실리사이드 상 전구체는 분말 형태일 수 있고, 실리사이드 상 분말의 입자의 평균 입자 크기는 0.1 내지 5 ㎛일 수 있다.
일부 예에서, 실리사이드 상 전구체 중에 포함된 금속은 티타늄(Ti)일 수 있다. 일부 예에서, 실리사이드는 화학식 TixSiy(여기서, x는 0.9 내지 1.1이고, y는 0.9 내지 1.1임)의 티타늄 실리사이드 물질(실질적으로 TiSi)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 실리사이드는 화학식 TixSiz(여기서, x는 0.9 내지 1.1이고, z는 1.9 내지 2.1임)의 티타늄 실리사이드 물질(실질적으로 TiSi2, 티타늄 다이실리사이드)을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 실리사이드 상은 하프늄(Hf), 탄탈룸(Ta) 또는 지르코늄(Zr)을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 금속 및 Si가 서로 반응하여 예비-반응 조합물을 형성할 수 있도록 원소 형태의 금속 및 Si를 합하는 단계; 금속을 Si와 반응시켜 실리사이드 상을 포함하는 반응된 물질을 형성하도록 상기 예비-반응 조합물을 처리하는 단계; 및 상기 반응된 물질을 분쇄하여 복수개의 입자의 실리사이드 상을 수득하는 단계에 의해, 실리사이드 상 전구체를 제조하는 방법이 포함될 수 있다. 상기 방법은 반응된 물질을 마멸 밀링으로 분쇄함을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 복합 물질이 초고압에서 소결된 온도는 복합 물질 중에 잔여 실리사이드 상의 전체 함량에 영향을 끼칠 수 있다. 특히, 비교적 낮은 소결 온도(그 외 모든 것은 실질적으로 동일함)는 많은 함량의 잔여 실리사이드 상을 생성할 수 있다.
제 4 양상의 측면에서 보면, 절단 가장자리, 경사면 및 여유면이 개시된 예시 복합 물질을 포함하는, 철 함유 피가공재를 단속 방식으로 가공하기에 적합한 기계 공구가 제공될 수 있다. 기계 공구는 피가공재를 선삭하거나 밀링할 수 있다.
복합 물질 및 기계 공구의 비제한적인 예는 수반하는 도면을 참조하여 기재될 것이다.
도 1a 및 도 1b는, 1 ㎛를 나타내는 기준자로 나타낸 2개의 상이한 배율에서, 후술된 실시예 2에 따른 복합 물질의 주사 전자 현미경사진(SEM) 이미지를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는, 에너지 분산형 분광학(EDS) 스펙트럼이 수득된 지점에 상응하는 참조 번호를 비롯한, 예시 복합 물질의 2가지 SEM 이미지를 도시한다.
도 3은 주요 피크가 확인되어 있는 예시 복합 물질의 X선 회절 그래프를 도시한다.
도 4는 "H30 심한 단속 경화 부분 선삭"으로 지칭된 기계 시험에서 절단 요소의 작업 기한을 비교하는 막대 차트를 도시한다(6개의 절단 요소는 예시 복합 물질을 포함하고, 1개의 절단 요소는 기준 복합 물질을 포함한다).
도 5는 "K30 심한 단속 회주철 제동 판 선삭"으로 지칭된 기계 시험에서 절단 요소로 형성된 마모 흔적을 비교하는 막대 차트를 도시한다(6개의 절단 요소는 도 4에서와 같은 동일한 예시 복합 물질 및 기준 물질을 포함한다).
도 6은 예시 복합 물질 및 기준 복합 물질에 대한 H30 가공 시험을 수행하기 위해 사용된 시험 피가공재의 투시도 사진을 도시한다.
도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 예시 복합 물질은 결합제 매트릭스에 분산된 복합 물질의 약 90 부피%를 포함하는 복수개의 cBN 입자(10)를 포함할 수 있고, 상기 결합제 매트릭스는 상기 cBN 입자(10)에 결합된 복수개의 미세구조(12) 반응물 및 상기 cBN 입자(10) 사이의 복수개의 중간 영역(14)을 포함한다. 미세구조(12)는 티타늄 니트라이드(TiN) 및 티타늄 다이보라이드(TiB2)를 포함할 수 있고; 특히 미세구조(12)는 TiN보다 더 많은 TiB2 및 잠재적으로 소량의 Si3N4 입자를 함유할 수 있고, 이는 복합 물질의 약 1 내지 2 부피% 이하의 미량으로 결합제 매트릭스에 존재하는 것으로 보인다. 중간 영역(14)의 일부 부분은 티타늄 실리사이드 상, 특히 TiSi2 및 아마도 TiSi를 포함하는 것으로 보이고, 다른 부분은 TiB2를 포함하는 것으로 보인다. 다른 영역(16)은 규소 니트라이드(Si3N4)를 함유하는 것으로 보인다. 티타늄 실리사이드 상의 함량은 복합 물질의 2 내지 6 중량% 또는 2 내지 5 중량%일 것이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여, 에너지 분산형 분광학(EDS) 분석을 인 시츄(in situ) 수행하여 예시 복합 물질의 표면의 단면적의 다양한 지점에서 원소 요소의 표시를 나타내고 상기 결과를 하기 표 1에 요약하였다. 검출된 요소의 상대 몰량에 기초하여, 잠재적인 비제한적이고 비한정적인 화합물 또는 상이 일부 지점에서 언급되었다.
Figure 112017001835010-pct00001
예시 cBN 복합 물질을 제조하는 예시적인 방법이 기재된다.
규소(Si) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 혼합물 및 합금은, Ti 및 Si 분말을 적합한 비, 예컨대 2Ti + 3Si로 함께 배합하고, 배합된 분말을 예를 들면 고온에서 진공 하에 처리하여 제조될 수 있다. 반응 생성물은 하나 이상의 티타늄 실리사이드 합금 또는 화합물 TiSi, TiSi2 또는 Ti5Si3 중 하나 이상의 금속간 상을 포함할 수 있고, 이는 서로 조합하여 생성될 수 있다. Si 및 Ti 분말은 빈 실리카 관 또는 금속-매입형 진공로(예를 들면, 몰리브덴 합금 내벽 진공로)에서 1,000℃ 내지 약 1,200℃의 온도에서 열 처리를 위해 단단히 배합되고 밀봉될 수 있다. 예를 들면, 배합된 분말은 약 1,100℃의 온도에서 약 15 내지 30 분 동안 진공 하에 열 처리될 수 있다. 배합된 Ti 및 Si 분말을 함께 배합하고 1,000℃의 온도에서 2 시간 동안 진공 열 처리하는 실험에서, XRD 분석은, 일부 잔여 미반응 Si가 반응 생성 물질에서 분명하지만, 1,100℃에서 2 시간 동안 열 처리한 경우 미반응 Si의 증거가 분명하지 않음을 밝혔다.
반응 생성 물질의 벌크 조성물은 굵은 과립 형태의 Si3Ti2와 거의 동일할 수 있고, 예를 들면, 약 4 시간 이하 동안 마멸 밀링으로 분쇄되어 약 10 ㎛ 이하 또는 약 3 ㎛ 이하의 평균 크기를 갖는 입자인 미세 분산된 배합 분말을 제공할 수 있다. 마멸 밀링을 사용하여 티타늄 또는 다른 실리사이드 과립을 분쇄하는 것은 비교적 공격적인 고전력 방법이고 과립의 크기를 약 1.5 내지 2.5 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 매우 미세한 분말 크기로 줄일 수 있다. 금속간 TiSi2 및 다른 티타늄 실리사이드 상은 원소 형태의 전구체 Ti 및 Si보다 더욱 약하고, 전구체 요소의 다른 공급원일 수 있는 것보다 마멸 밀링으로 매우 미세하게 분열된 입자를 생성하기 위해 실리사이드 상의 분쇄를 조절하는 것을 더욱 용이하게 만들 수 있다. 또한, 실리사이드 상은 실질적으로 원소 Ti 및 Si보다 산화에 더욱 저항성인 경향이 있고; Ti 및/또는 Si의 산화는 cBN 복합 물질을 형성하기 위해 cBN으로 소결 또는 cBN과의 결합을 효과적으로 줄일 수 있다. Ti를 Si와 반응시키는 것은 존재할 수 있는 산소의 제거를 촉진하기 위해 진공에서 수행될 수 있다.
특정한 이론에 구애받지 않고, 약 1 내지 약 5 ㎛의 비교적 미세한 티타늄 또는 다른 실리사이드 분말은 입자의 더욱 균일한 배합 및 이에 따른 소결된 cBN 복합 물질의 더욱 균일한 미세구조 및/또는 뛰어난 특성을 야기할 수 있다. 특히, 매우 미세하게 분열된 실리사이드 상 입자는 cBN 입자와 반응하기 위해 비교적 큰 비표면적을 가질 수 있고, 잠재적으로 cBN 복합 물질의 더욱 효과적인 반응 소결을 야기한다. 약 0.1 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 티타늄 실리사이드 분말(또는 다른 종류의 실리사이드 분말, 예컨대 하프늄 실리사이드 또는 지르코늄 실리사이드 분말)은 원료 분말 배합물에 너무 많은 표면 산소를 도입하는 위험을 증가시킬 수 있고, 이로 인해 비표면적이 비교적 크고, 옥사이드 화합물 및 다른 불순물은 분말 표면에 부착될 수 있다. 원료 분말 중에 너무 많은 산소의 존재는 소결된 복합 물질의 사용에서 특정한 성질 및 거동에 해로울 수 있다.
이어서, 0.1 내지 약 5 ㎛의 평균 크기를 가질 수 있는 미세 티타늄 실리사이드 분말은 복수개의 cBN 입자와 배합될 수 있고, 이의 크기 분포는 1가지, 2가지 또는 그 이상의 방식(이는 또한 피크로서 지칭될 수 있음)으로 나타낼 수 있다. 예를 들면, 초음파처리 방식은 cBN 입자를 티타늄 실리사이드 분말과 배합하기 위해 사용될 수 있다. 일부 예시적인 방법에서, cBN 입자 및 실리사이드 분말은 전단 혼합으로 배합될 수 있고, 이때 분말은 헥산 또는 다른 적합한 유체 매질에서 혼합된 후 건조되고 체질되어 적합한 크기, 예컨대 약 220 ㎛의 입자로 선택될 수 있다. 일부 예시적인 방법에서, cBN 입자 및 실리사이드 분말은 강철 볼의 도움으로 진탕기 혼합기(예컨대, 투르불라(Turbula: 상표) 배합기)에서 혼합되고, 상기 볼이 제거된 후 배합된 분말을 수득할 수 있다. 초음파처리 혼합을 사용하는 것은 소결된 cBN 복합 물질의 미세구조에서 뛰어난 균일성을 야기할 수 있고, 이는 물질의 점점 작아진 응집을 함유하거나, 실질적으로 결합제 매트릭스 중에 분명한 물질 응집을 함유하지 않을 수 있다.
cBN 입자 및 티타늄 실리사이드 분말의 상대량은, cBN의 목적한 중량 또는 부피 함량이 소결된 cBN 복합 물질 중에 존재하도록 선택되고, 이는 복합 물질의 65 부피% 이상으로 존재하고, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상 또는 90 중량% 이상으로 존재할 수 있다. 소량의 cBN을 Ti 및/또는 Si와 반응시켜 TiN 및/또는 TiB2 및/또는 Si3N4를 형성함으로써 기인하는 소량의 cBN의 손실은, cBN 입자를 티타늄 실리사이드 분말과 배합할 때 고려될 수 있다. 이러한 방식으로 손실될 수 있는 cBN의 양은, cBN 입자의 비표면적(형태 및 크기 분포에 따를 가능성이 있음) 및 cBN 입자의 양(즉, 처음에 필요한 것보다 약간 더 많은 cBN이 첨가되어 이러한 잠재적인 효과를 보상할 수 있음)에 따를 것이다.
이어서, 혼합된 실리사이드 분말 및 cBN 입자를 포함하는 분말 또는 과립이 형성되고 이를 압축하여 디스크와 같은 예비-소결체를 수득할 수 있다. 예비-소결체는 초경합금 기판에 대하여 배치될 필요 없고 내화 금속 재킷(jacket) 내에 캡슐화되고 약 750℃에서 진공 하에 약 30 분 동안 가스 제거될 수 있다. 가스 제거 단계 후, 캡슐화된 디스크를 추가 내화 금속 재킷 내에서 밀봉하여 이중 재킷 예비-소결체를 수득할 수 있다. 캡슐화된 예비-소결체를, cBN이 열역학적으로 안정한 고압, 예컨대 약 3 기가파스칼(GPa) 이상, 약 5.5 GPa 이상 또는 약 6.5 GPa 이상, 및 금속 실리사이드 중에 티타늄 또는 다른 금속이 cBN과 반응하여 Si3N4, TiN 및/또는 TiB2를 형성할 수 있는 고온에서 이용한다. 일반적으로, 3 내지 8 GPa 범위 내의 높은 소결 압력은 고밀도 소결 복합체 콤팩트를 야기하고 사용시 특히 뛰어난 특성 및 거동을 나타낼 수 있다. 일부 예에서, 압력은 약 6.5 내지 약 7.0 GPa일 수 있고, 온도는 약 1,300℃ 이상 내지 약 1,450℃일 수 있고, 일반적으로, 높은 압력이 사용될 때 높은 온도가 사용될 수 있으므로, 약 1,450℃의 온도는 약 6.8 GPa의 압력에 사용될 수 있다.
원료 분말을 소결하기 위해 사용된 온도는 cBN과 반응되지 않은 잔여 실리사이드의 상대량에 효과를 가질 것이고, 일반적으로 및 그 외 모든 것이 같다면, 소결 온도가 낮을수록 소결된 복합 물질 중에 잔여 금속 실리사이드의 함량은 높을 수 있다.
상기된 예시 방법이 원칙적으로 티타늄 실리사이드를 언급할지라도, 하프늄 실리사이드 또는 지르코늄 실리사이드와 같은 다른 금속 실리사이드 상을 포함하는 원료를 제조하는 방법은 실질적으로 유사할 것이다.
특정한 예시 cBN 콤팩트는 50 이상 또는 52 이상의 HRC(록웰 C 규모 경도)의 경도를 갖는 경화 강철 및/또는 주철, 예컨대 회주철의 심한 단속 가공 작업, 예컨대 선삭 또는 밀링에 사용하기에 특히 효과적인 것으로 보인다.
특정한 이론에 구애받지 않고, cBN 입자와 실리사이드 상 분말로부터 원소의 화학 반응은, cBN 입자와 결합제 매트릭스 사이에 강한 결합을 야기할 수 있다. 예를 들면, 금속 보라이드 및/또는 금속 니트라이드 반응 생성물 미세구조는 cBN 표면에 강하게 결합될 수 있다. 상기 반응 결합이 발생하기 위해, cBN 복합 물질을 소결하기 위한 원료로서 사용된 실리사이드 상은 붕소의 공급원과 반응하여 금속 보라이드 화합물을 형성할 수 있고/있거나 질소의 공급원과 반응하여 금속 니트라이드 화합물을 형성할 수 있는 금속을 함유할 필요가 있을 수 있다. 잠재적으로, 상기 금속 및 cBN의 니트라이드 및/또는 보라이드 반응 생성물은 cBN 입자에 결합된 층-유사 또는 코팅-유사 미세구조 형태일 수 있다. cBN 입자와 반응될 수 없는 소량의 비교적 깨지기 쉬운 물질, 예컨대 잔여 실리사이드 상의 존재는, cBN 복합 물질의 내충격성 및 강도를 강화시킬 수 있다. 실리사이드 화합물, 예컨대 티타늄 실리사이드는 금속간 상으로서 존재할 수 있고, 이는 결합제 매트릭스 중에 존재하는 티타늄 니트라이드 및/또는 티타늄 보라이드 및/또는 다른 물질보다 비교적 취약하고 잠재적으로 더욱 취약할 수 있다(덜 강하거나 덜 질김). 잠재적으로, 소량의 비교적 깨지기 쉬운 물질의 존재는 cBN 복합 물질의 내충격성 및/또는 강도, 특히 충격 강도를 개선하는 효과를 가질 수 있다. 충격 강도는 피가공재의 단속 가공에 사용된 물질의 중요한 특성일 수 있다. 특정한 이론에 구애받지 않고, 이는 실리사이드 상 내의 균열 확산으로 인해 충격 에너지를 소모하는 실리사이드 상에 의해, 사실상 실리사이드 상을 "탈립화"(shattering)하여 발생할 수 있다. 예를 들면, cBN 복합 물질을 통한 균열 전파가 실리사이드 상의 영역 또는 입자에 도달할 때, 이의 에너지의 실질적인 양은 상기 "탈립화"로 소모될 수 있고, 따라서 이의 추가 전파를 약화시키거나 방지할 수 있다. 너무 많은 실리사이드 상이 존재하는 경우, 탈립화 효과로서 감소될 수 있는 복합 물질의 전체 내충격성은 더욱더 긴 범위를 갖고 너무 큰 부피의 복합 물질에서 발생할 수 있다. 게다가 또는 다르게는, 너무 많은 양의 실리사이드 상은 잠재적으로 복합 물질의 특정한 다른 특성, 예컨대 화학적 또는 다른 내마모성에 해로운 효과를 가질 수 있다. 너무 적은 상이 존재하는 경우, 잠재적인 균열 약화 또는 억제 효과는 훨씬 덜 중요하거나 무시하게 될 수 있다.
특정한 이론에 구애받지 않고, 개시된 예시 cBN 복합 물질은 cBN 입자와 결합제 매트릭스 사이에 결합하는 강한 반응의 양상을, 복합 물질의 특정한 기계적 특성, 예컨대 내충격성을 강화하는데 효과적일 수 있는 잔여량의 잔여 실리사이드 물질과 혼합함을 보이고, 이는 단속 가공에 특히 도움이 될 수 있다.
특정한 이론에 구애받지 않고, 복합 물질을 제조하기 위해 사용된 예시적인 방법은 금속 실리사이드 물질을 마멸 밀링한 후 이를 cBN 입자와 배합함으로써 미분된 금속 실리사이드 원료 분말을 제공함을 포함하고, 결합제 미세구조의 균일성을 강화하거나 일부 다른 방식으로 결합제 미세구조를 변경하는 양상을 가질 수 있다.
이후, 비제한적이고 비한정적인 실시예가 더욱 상세하게 기재될 것이다.
실시예 1 내지 6
후술된 2가지 종류의 단속 가공 시험을 수행하기 위해, 동일한 소결된 디스크로부터 절단된 예시 cBN 복합 물질을 포함하는, 6쌍의 시험 기계 공구를 제조하였다. 또한, 기준 cBN 복합 물질을 포함하는 1쌍의 기준 공구를 제조하고 시험하였다. 모든 예시 절단 공구는 동일한 배열을 갖고, 명목상 90 부피%의 cBN 입자, TiN, TiB2, Si3N4 및 티타늄 실리사이드 금속간 상 TiSi 및 TiSi2로 이루어진 동일한 cBN 복합 물질을 포함한다.
기준 물질은 심한 단속 경화 선삭에 사용되는 AMB90(상표) PCBN[엘리먼트 씩스 프로덕트(Element Six product)]이다. 기준 물질은, 약 6 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 알루미늄(Al) 분말과 배합된 cBN 입자를 소결하여 제조되고, 상기 cBN의 질량 함량은 배합된 분말의 약 90%이고, 나머지는 Al 분말로 이루어진다. cBN 입자는 3 내지 8 ㎛ 범위의 평균 크기를 갖는다. 배합된 분말을 압축하여 예비-소결 디스크를 형성하고, 약 5.5 GPa의 소결 압력 및 약 1,250℃의 소결 온도로 약 30 분 동안 적용하였다.
예시적인 cBN 복합 물질을 다음과 같이 제조하였다. Ti 및 Si 분말을 3Ti 및 2Si의 몰비로 함께 배합하고 10-3 내지 10-6 mbar로 진공처리된 진공로에서 약 1,100℃로 열 처리하였다. 반응 생성물은 비교적 큰 조각 형태의 적어도 TiSi 및 TiSi2를 포함하고, 이를 파쇄하고 약 212 ㎛로 체질한 후, 4 시간 동안 헥산 중에 마멸 밀링으로 분쇄하여 약 1.5 내지 2.5 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 잘 배합된 분말을 수득하였다. 상기 마멸 밀링된 분말을 회수하고, 회전 증발기에서 건조한 후 추가로 오븐에서 60℃로 밤새 건조하였다.
다양한 실시예에 대하여 표 4에 나타낸 바와 같이, 티타늄 실리사이드 미세 분말을 2 내지 20 ㎛의 평균 크기를 갖는 90 중량%의 cBN 입자와 배합하였다. 실시예 1 내지 6을 위해, 다양한 방법을 사용하여 분말을 배합하였다. cBN 및 Ti-Si 반응 생성물 분말은, 실시예 1, 2 및 6에서 헥산 중에서 초음파처리로 배합하고; 실시예 4에서 투르불라(상표) 진탕기 혼합기 및 강철 볼로 배합하고; 실시예 5에서 유성 볼 혼합기로 배합하였다.
실시예 1, 2 및 6에서 초음파처리 혼합은, 헥산을 Ti-Si 반응 생성물 분말에 첨가하는 단계, 초음파 프로브를 생성된 현탁액에 도입하는 단계, 및 25%의 초음파처리 진폭(2,000 bdc, 20 kHz의 최대 주파수, 2.2 kW의 최대 출력, 및 전파 50 mm 지름 티타늄 혼(horn)을 갖는 브란손(Branson: 상표) 장치를 사용함)을 5 분 동안 적용하는 단계를 수반하였다. 이어서, cBN 분말을, cBN 함량이 혼합된 Ti-Si 분말 및 cBN 혼합물의 90 중량%가 되도록 하는 양으로 현탁액 중에 도입하고, 혼합된 현탁액을 동일한 진폭에서 10 분 동안 초음파처리하였다. 현탁액을 회전 증발기에서 건조한 후 오븐에서 60℃로 5 시간 이상 동안 건조하였다. 혼합된 분말을 약 25℃로 질소 대기 하에 냉각하고 약 212 ㎛ 미만으로 체질하였다.
실시예 4의 진탕기-혼합은, 90 중량% cBN 분말을 10 중량% Ti-Si 반응 생성물 분말과 합하는 단계, 및 각각 8 mm 지름의 8개의 WC 볼을 도입하는 단계를 수반하였다. 분말을 1 시간 동안 진탕기 혼합한 후 WC 볼을 제거하였다.
실시예 5의 유성 볼 혼합은, 90 중량% cBN 입자를 10 중량% Ti-Si 반응 생성물 분말과 합하는 단계, 및 합한 분말:볼의 질량비가 1:2.5가 되도록 3 mm의 지름을 갖는 WC 볼을 도입하는 단계를 수반하였다. 헥산을, 분말의 부피:헥산의 부피가 약 2:1이 되도록 혼합된 분말에 첨가하였다. 현탁액을 30 분 동안 90 rpm으로 유성 볼 밀링하였다. 상기 볼을 제거하고, 슬러리 또는 현탁액을 회전 증발기로 건조한 후, 오븐에서 60℃로 5 시간 이상 동안 건조하였다. 혼합된 분말을 약 25℃로 질소 대기 하에 냉각하고 약 212 ㎛ 미만으로 체질하였다.
cBN 및 티타늄 실리사이드 입자를 포함하는 배합된 원료 분말을 압축하여 복수개의 디스크를 형성하였다. 압축된 디스크를 초고압로용(이는 초고압 프레스로도 지칭될 수 있음) 반응 캡슐 내에서 캡슐화하고, 약 6.8 GPa의 초고압 및 약 1,450℃의 온도를 약 10 분 동안 적용하여 cBN 복합 물질로 이루어진 소결된 디스크(실시예 3을 소결하기 위해 약간 낮은 온도가 사용됨)를 수득하였다. 상기 디스크를 절단하여 절단 요소 전구체를 형성한 후, 다이아몬드 연마로 추가 가공하여 6개의 예시 절단 공구를 위한 6개의 전단 요소를 수득하였다.
도 3을 참조하여, XRD 스펙트럼에서 52.1°의 티타늄 다이보라이드(TiB2)(101) 피크 2θ의 높이에 대한 45.77°의 티타늄 실리사이드(TiSi2)(311) XRD 피크의 거의 약 2θ 높이의 비를 실시예 2 및 6에 대하여 측정하였다. 이러한 비는 약 0.37로 측정되었고, 이는 복합 물질이 비교적 적은 함량의 TiSi2 및 아마도 다른 티타늄 실리사이드 물질을 가짐을 나타내는 것으로 보인다(후술된 다른 실시예 7 및 9에서, cBN 함량은 65 부피%이었고, 이러한 비는 약 1.0이었다). 이는 티타늄 실리사이드 물질의 함량이 cBN 복합 물질의 약 2 내지 3 중량%일 수 있음을 나타낼 수 있는 것으로 추정된다.
실시예 cBN 복합 물질을 포함하는 실시예 선삭 공구를 제조하였다. 소결된 cBN 복합체 디스크를, 10 x 10 mm 치수를 갖고, 각각의 두께가 3.2 mm인 조각으로 절단하였다. 공구 절단 가장자리를, 25° 면취각 및 20 ㎛ 가장자리 혼(edge hone), 및 -6° 경사각을 형성하여 제조하였다. 공구를 K30 회주철 주철 시험(제동 판 가공과 유사) 및 소위 H30 "O1 클락 시험(clock test)"으로 시험하였다.
실시예 공구 각각의 쌍 중 하나를 선삭 시험에서 시험하고, 이때 절단 삽입물을 사용하여 H25 또는 H30 경화 선삭과 유사성을 갖도록 선택된 조건 하에 경화된 강철로 이루어진 몸체를 가공하였다(선삭하였다). 예시 cBN 복합 물질로 정의된 절단기의 가장자리는, 파단 자국(절단 속도 벡터와 유사하게 측정됨)의 크기가 측면 마모 흔적의 평균 크기보다 크거나, 측면 마모 흔적의 길이가 0.3 mm 이상에 도달하는 정도로 파단되게 될 때 각각의 시험을 종결하였다. 이러한 사건 중 어느 하나의 발생은 종료 기준이고, 이는 측정된 절단력에서 비교적 갑작스러운 변화를 입증할 수 있다. 급격한 가장자리 파단은, 0.3 mm의 측면 마모부 치수가 형성되기 전에 발생할 수 있다. cBN 복합 물질의 성능은 달성되는 종료 기준에 필요한 통과 수에 관하여 보고될 수 있고; 삽입 수명이 클수록, 시험에서 cBN 복합 물질의 성능이 좋다. 이러한 결과는 강철 몸체의 단속 절단을 수반하는 특정한 산업용 가공 적용에서 cBN 복합 물질의 잠재적인 작업 수명의 표시를 제공하는 것으로 예상된다.
원형 판의 둘레로부터 축의 방향으로 돌출된 일련의 바(30)를 포함하는 시험 피가공재를 도 6에 나타내었다(따라서, 명칭 "클락 시험"). 각각의 막대는 공구에 대하여 90°의 교합각으로 나타내고, 실질적으로 이의 부피를 통틀어 동일한 경도를 갖고(이는 "투과 경화"로도 지칭될 수 있음), 록웰 C 경도는 약 60 내지 60 HRC의 범위 내이고, AISI 4340 설명서에 따라 경화된 강철 물질이다. 상기 시험은 실제로 많은 적용에서 가공 경화된 강철을 가공하는 경우에(특히 배타적이지 않음) PCBN 물질의 잠재적인 성능을 합리적인 우수한 표시로 제공하는 것으로 여겨진다. 시험 피가공재 및 절단 조건을 설정하여 공구를 연속적인 단속 절단 조건의 특정한 비로 이용하고, 이러한 비는 실질적으로 각각의 절단 사이클에 대해 일정하다(이는 "통과"로서 지칭될 수 있음). 특히, 이러한 비는 실질적으로 일정한 표면 속도를 조절하는 정면-선삭 접근법을 채택하여 시험을 통틀어 일정하게 유지되었다. 바(30) 사이의 일련의 아치형 공간은, 홀의 지름 및 피치 간격이 산업에서 특정한 통상의 경화 선삭 작동을 대표할 수 있는 선삭 조건을 제공하는 것으로 예상되도록 시험 피가공재 축의 세로 축 회전과 유사하게 제공된다.
실시예 공구 각각의 다른 쌍을 K30 단속 가공 시험에 사용하고, 이때 피가공재는 회주철로 이루어지고 응답 변수는 특정한 길이의 절단(피가공재으로부터 제거된 물질) 후 마모 흔적의 크기였다. H30 및 K30 시험의 추가 사항은 후술된다. O1 공구 강철을 사용하여 "제동 판" K30 및 H30 "클락 시험"에 사용된 시험 매개변수를 표 2에 제공하였다. K30 시험에 사용된 회주철 물질의 등급에 관한 정보는 표 3에 나타내었다. 사용된 등급은 다른 등급 GG20 및 GG25와 비교하여 비교적 우수한 내마모성, 강도 및 열 처리 응답을 제공하고, 합리적인 가공성 및 뛰어난 표면 마감을 갖는다. 사용된 회주철의 등급의 브리넬(Brinell) 경도는 190 내지 260이었다. 일반적으로, PCBN 공구는, 표 2에 나타낸 비교적 높은 절단 속도로 회주철을 가공하기 위해 사용된다.
K30 제동 판 시험 H30 클락 시험
절단 조건 절단 속도(m/분) 1,200 180
공급(mm/rev) 0.3 0.3
절단 깊이(mm) 0.4 0.2
피가공재 제동 판 300 mm O1 공구 강철(약 62 HRC)
삽입물 기하학 SNMN0904*08S02025
파단 6개 디스크 후 마모 급격한 파단
공구 홀더 75°접근, -6 레이크
DIN EN
등급 GG30 EN-GJL-300
미하나이트(Meehanite) GB300에 필적함
기준 DIN 1691 EN 1561
합금 번호 0.6030 EN-JL 1050
상당량의 티타늄 다이보라이드(TiB2) 및 규소 니트라이드(Si3N4) 상의 존재를 주사 전자 현미경(SEM) 및 XRD 분석으로 확인하였고, 이는 cBN 입자와 티타늄(Ti) 및 규소(Si)의 공급원 사이에 결합하는 반응으로 인해 발생할 것이다. 예시 공구는 H30 적용에서 공구 수명에 관하여 약 100% 이하의 개선을 나타내고 K30 적용에서 내마모성에 관하여 30% 개선을 나타내었다.
6쌍의 실시예 공구 각각에 대한 H30 및 K30 절단 시험의 결과를, 기준 물질을 사용하여 달성된 상응하는 결과와 함께 표 4에 요약하였다. 또한, 가공 시험 결과를 도 4 및 도 5에 도표로 나타내고, 실시예 cBN 복합 물질이 상기 두 시험에서 기준 샘플보다 실질적으로 우수하게 수행됨을 나타낸다. H30 시험에서, 실시예 절단기로 나타낸 평균 통과 수는 약 76, 표준 편차는 약 6인 반면, 기준 절단기에 대한 통과 수는 약 38이었다. K30 시험에서, 실시예 절단기에서 형성된 평균 마모 흔적 크기는 약 68 ㎛, 표준 편차는 약 4 ㎛인 반면, 기준 절단기에서 마모 흔적은 약 85 ㎛이었다.
용적 측정 D[4,3] 평균 cBN 입자 크기(㎛) 크기에서 cBN의 상대적인 중량% cBN 함량
(중량%)		 XRD 피크
TiSi2(311)/TiB2(101)		 H30 시험: 파단까지 통과 횟수 K30 시험: 마모 흔적 크기(㎛)
실시예 1 20
6 - 7		 75%
25%		 90 68 69
실시예 2 20
3		 90%
10%		 90 0.37 72 70
실시예 3 20
6 - 7		 75%
25%		 90 72 68
실시예 4 12 - 15
 100% 90 82 70
실시예 5 20
6 - 7		 75%
25%		 90 83 70
실시예 6 7.5 - 10.5
 100% 90 0.37 80 60
기준 90 38 85
이러한 결과는, 소량의 하나 이상의 티타늄 실리사이드 금속간 상을 포함하는 결합제 매트릭스에 결합된 90 부피%의 cBN 입자 반응물을 포함하는 cBN 복합 물질이, 비교적 높은 강도 및 인성을 가져 경화된 강철 및 회주철의 단속 가공을 수반하는 가공 작업에서 잘 수행될 것이라는 강력한 증거를 제공하는 것으로 보인다.
실시예 7 내지 10
약 30 내지 50 ㎛의 평균 입자 크기 및 각각 99.5% 및 99% 순도를 갖는 티타늄(Ti) 및 규소(Si) 분말을 2Ti + 3Si(53 중량%의 Ti 및 47 중량%의 Si)의 몰비로 강철 볼의 도움으로 진탕기 혼합기에서 1 시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 진공에서 1,100℃로 2 시간 동안 열 처리하고, Ti-Si 반응 생성 물질을 4 시간 동안 마멸 밀링하였다. Ti-Si 반응 생성 물질의 XRD 분석은, 산소의 평균 함량이 약 8 중량%(± 약 5 중량%)임을 나타낸다.
다양한 실시예에서, 마멸 밀링된 실리사이드 반응 생성 물질을 표 5에 나타낸 평균 크기를 갖는 cBN 입자와 진탕기 혼합기(투르불라(상표) 혼합기) 및 강철 볼로 약 1 시간 동안 배합하고, 배합된 분말을 50 g의 질량을 갖는 각각의 디스크로 압축하였다. 원료 중에 cBN 함량은 90 중량%이고, 나머지는 TiSi 반응 생성 물질이었다. 각각의 디스크를 내화 금속 재킷 내에 캡슐화하고, 진공에서 750℃로 30 분 동안 가스 제거하고, 추가 내화 금속 재킷 내에 밀봉하고, 약 5.5 GPa에서 약 1,250℃의 온도로 가압하여 실시예 7 내지 10을 수득하였다.
주사 전자 현미경(SEM) 분석은 임의의 이러한 실시예 복합 물질에서 실질적인 응집의 증거가 없음을 입증하였고, 미분된 Ti-Si 반응 생성 물질은 cBN 입자와 매우 효과적이고 균일하게 배합되었음을 시사하였다. cBN 입자와 결합제 매트릭스의 소결 반응에 대한 명확한 증거가 분명하였다.
용적 측정 D[4,3] 평균 cBN 입자 크기(㎛) 측면 마모, Vb(㎛)
실시예 7 12 - 15 67
실시예 8 7.5 - 10.5 70
실시예 9 12 - 15 71
실시예 10 7.5 - 10.5 73
각각의 실시예 cBN 복합 물질을 포함하는 실시예 기계 공구를 제조하고, 제동 판의 가공에서 복합 물질의 성능 표시를 제공할 수 있는 K30 유형 적용에서 시험하였다. 상기 시험의 응답 변수는 특정한 수의 절단 통과(소위 "Vb" 길이) 후 기계 공구의 절단 가장자리에서 형성된 마모 흔적의 크기이고, 이를 각각의 실시예 공구에 대하여 표 5에 나타내었다. 이러한 성능 측정 면에서, 실시예 7 내지 10은 모두 기준 AMB90(상표) PCBN 물질에 대하여 뛰어난 성능을 나타내었다.
실시예 11 내지 15
65, 80 및 90 부피%를 포함하는 실시예 cBN 복합 물질을, 실시예 15를 소결하는데 사용된 온도가 다른 실시예에 사용된 온도보다 약 100 내지 200℃ 더 낮게 계산되는 것을 제외하고, 실질적으로 실시예 1 내지 6과 관련하여 실험된 바와 같은 방법을 사용하여 제조하였다.
상기 물질을 XRD 분석하였다. XRD 스펙트럼에서 약 52.1°의 2θ에서 티타늄 다이보라이드(TiB2)(101)의 가장 강한 XRD 피크의 높이에 대한 약 45.77°의 약 2θ에서 티타늄 실리사이드(TiSi2)(311) XRD 피크(TiSi2에 대하여 가장 강한 피크)의 높이의 비를 측정하고, 상기 결과를 표 6에 나타내었다.
용적 측정 D[4,3] 평균 cBN 입자 크기(㎛) cBN 함량(부피%) XRD 피크
TiSi2(311)/TiB2(101)
실시예 11 5 65 1.00
실시예 12 5 80 0.43
실시예 13 5 65 1.06
실시예 14 5 80 0.44
실시예 15 10 90 0.93
복합 물질 중에 남아있는 잔여 실리사이드의 양은, 적어도 평균 크기 및 잠재적으로 cBN 입자의 크기 분포, 복합 물질 중의 cBN 입자의 함량 및 복합 물질이 소결된 온도에 의해 영향을 받는 것으로 보인다. 후자의 요점은 실시예 15에 대한TiSi2/TiB2 비가 다른 데이터의 조사로부터 예상될 수 있는 것보다 더 높고, 이로 인해 비교적 적은 cBN 함량에 대하여 비율이 더 높고 비교적 많은 cBN 함량에 대하여 비율이 낮은 경향이 있다는 사실에 의해 제시된다. 특정한 이론에 구애받지 않고, 실시예 15에 대한 소결 온도의 감소는 더 높은 비율(즉, 실리사이드 상의 비교적 높은 함량)을 야기하는 것으로 보인다.
본원에 사용된 특정 용어 및 개념은 하기에 간단히 설명된다.
본원에 사용된 "기계 공구"는 피가공재로부터 물질의 선택적인 제거(가공으로서 지칭될 수 있는 공정)에 의해 성분을 제조하는데 사용될 수 있는 전력 기계적 장치이다. 물품의 제조에서 가공되는 몸체는 피가공재 물질로서 지칭될 수 있고, 일반적으로 금속, 합금, 복합 물질, 목재, 탄소 섬유-강화 중합체를 비롯한 중합체를 포함할 수 있다. 절단 공구는 새롭게 형성된 칩의 흐름으로 향하는 경사면을 가질 수 있고, 이는 피가공재로부터 잘라진 표면이다. "칩"은 기계 공구를 사용하여 몸체의 작업 표면으로부터 제거된 몸체의 조각이다. 절단 삽입물의 측면은 절단 삽입물에 의해 몸체에서 생성된 가공된 표면을 가로지르는 표면이다. 상기 측면은 몸체로부터 간격을 제공할 수 있고, 1개 이상의 여유면을 포함할 수 있다. 절단 가장자리는 몸체의 절단을 수행하도록 의도된 경사면의 가장자리이다.
본원에 사용된 "러핑"(roughing)은 가공의 응집 형태를 지칭하고, 이때 피가공재 물질은 큰 절단 깊이 및 공급량을 사용하여 비교적 높은 속도로 제거된다. 이는 "피니싱"(finishing)과 구별되고, 높은 내구성 피니싱을 생성하는 것이 목적이므로 절단 깊이 및 공급량은 더욱 적다. 러핑 작업에서, 공구의 절단 가장자리에 대한 적재는 피니싱 작업에서의 적재보다 훨씬 더 많으므로, 특히 경사각이 양성일 때 절단 가장자리는 러핑 작업에서 훨씬 더 강해야 한다. 이는 경질이거나 초경질이지만, 비교적 깨지기 쉬운 물질이 일반적으로 가공하기 어려운 특정한 피가공재 물질, 예컨대 티타늄 합금을 러핑하는데 적합하지 않다. 예를 들면, PCD, PCBN 또는 고급 세라믹은 전형적으로 이러한 물질의 높은 내마모성에도 불구하고, 가공하기 어려운 물질의 러핑에 사용되지 않는다.
러핑 작업에서, 공급량 및 절단 깊이는 비교적 크고 공구의 절단 가장자리에 대한 적재는 종종 약 5 내지 10 kN(킬로뉴톤) 범위로 크다. 러핑은 의도적이거나 의도적이지 않을 수 있는 "단속" 양상을 포함하는 피가공재에서 빈번하게 수행된다. 예를 들면, 단속은 슬래그 또는 모래 입자를 주조하는 동안 발생하는 가스의 "V" 홈 또는 다공성의 형태일 수 있다. 러핑에서, 치수 공차는 피니싱 작업만큼 중요하지 않고 1 mm 이하 및 초과의 측면 마모 값이 허용될 수 있다. 결론적으로, 마모보다는 칩 저항이 러핑에서 지배적인 실패 방식일 수 있다.
PCBN 물질과 같은 cBN 복합 물질을 포함하는 절단 공구를 사용하여 3가지 광범위한 군의 철 함유 물질을 가공할 수 있다: 즉, 경화 강철("경화 선삭"), 비교적 부드러운 매트릭스 중에 경화 입자를 포함하는 소결된 분말 금속, 및 회주철 및 경화 주철. 경화된 강철의 예시적인 유형은 50 HRC 이상 또는 52 HRC 이상의 록웰 C 경도를 가질 수 있다.
가공 작업은 전체 작업을 통틀어 가공품을 교합하여 남아있는(즉, 몸체가 가공된) 절단 공구를 수반할 수 있거나, 작업 동안 피가공재를 반복적으로 교합하거나 비교합할 수 있다. 예를 들면, 피가공재는 잠재적으로 오목부(recess) 및 돌출부(protrusion)를 갖는 비교적 복잡한 형태를 가질 수 있고/있거나, 가공 작업은 밀링을 포함할 수 있고, 여기서 회전형 절단 공구는 회전 아크(arc)를 통해서만 피가공재에 반복적으로 교합될 것이다. 절단 공구가 피가공재를 교합하고 일부 작업을 통해 이로부터 물질을 제거하고 나머지 작업을 위해 이로부터 비교합되는 가공 방식은, "단속 가공" 또는 "단속 절단"으로서 지칭될 수 있다. 피가공재의 배열과 관련한 다양한 인자는 가공 공정 및 절단 가장자리에 적합한 절단 공구 및 물질의 선택에 영향을 끼칠 수 있다. 특히, 상기 인자는 "교합각", 단속 절단율(%) 및 "연속 교합 길이"를 포함할 수 있다. 가공 작업과 관련한 인자는, 몇 가지를 지명하기 위해, "공급량", "경사각", "절단 속도" 및 "절단 깊이"를 포함할 수 있다.
교합각 및 연속 교합 길이는 선삭에 이용되는 연신 피가공재를 통해 횡단면의 형태를 기술하는데 도움을 주는 파라미터이고, 이때 피가공재는 피가공재의 반대쪽 끝에 연결되는 중심 세로축에 대하여 신속하게 회전되고, 절단 공구는 피가공재 표면에 인접한 물질을 교합하고 절단하기 위해 위치된다. 또한, 절단 공구는, 피가공재의 외경 치수가 절단 작업의 결과로서 줄어들어 신속하게 내부로 움직일 수 있고, 후자의 세로 축에 정렬된 방향으로 피가공재의 측면을 따라 움직일 수 있다.
가공된 시험 피가공재 몸체는 외향 반경으로 돌출하는 복수개의 스포크 형성으로부터 중앙 원형 코어의 일반적인 형태를 가질 수 있다(나타내고 기술된 피가공재 배열은 단순성하게 사용되고 기술되는 개념은 일반적으로 불규칙하거나 비대칭적인 피가공재를 비롯한 피가공재 배열에 적용될 것이다). 교합각(Φ)은 절단 가장자리와 접근 스포크의 측면 사이에 절단 공구에 의해 거의 교합되고 절단되는 각이다. 예를 들면, 스포크 형성 면이 중앙 세로 축으로 모아지는 방사면에 놓이도록 피가공재가 배열되는 경우, 교합각은 90°이고; 스포크 형성면이 방사면으로 정렬되는 것보다 내부로 경사질 경우, 교합각은 90° 미만일 것이다. 90°의 교합각은 단속 절단 작업에서 특히 혹독한 영향을 갖는 절단 공구를 나타낼 것이다. 정반대의 경우, 0°의 교합각은 사실상 단속에 전혀 상응하지 않고, 공구는 사실상 적어도 피가공재의 회전 부분에 대해 연속 모드로 피가공재를 가공할 것이다. 완전 연속 가공에서, 절단 가장자리는 후자의 전체 회전을 통틀어 피가공재와 교합하도록 유지될 것이다(선삭은, 다른 종류의 가공 작업을 또한 적용할 수 있는 교합각의 개념을 설명하기 위한 예로서 사용된다).
교합각과 피가공재의 돌발성은 0에서 30까지 확장하는 규모로 특징규명될 수 있고, 여기서 30은 가장 가혹한 단속 조건을 나타낸다. 예를 들면, 경화된 강철의 단속 절단은 H5 내지 H30의 규모에서 진행될 수 있고, 자동차용 또는 다른 비히클용 제동 판에서 사용된 회주철 또는 구상 흑연 주철은 K05 내지 K30의 규모일 수 있다.
절단 공구의 움직임은 다양한 파라미터와 관련하여 특징규명될 수 있다. 예를 들면, 소위 "OD"(외경) 가공에서, 공구는 한쪽 끝에서 반대쪽 끝으로 멀어지는 방향으로 회전 피가공재의 측면을 따라 세로 방향으로 공급되고; "면 선삭"에서, 공구는 절단되는 피가공재의 직경을 줄임으로써 반경 방향 내측이 된다.
연속 교합 길이는 거리 단위의 스포크 형성 또는 피가공재의 반경 단면을 둘러싸는 원의 원주율로서 가장 바깥 면의 아크의 길이를 지칭한다. 또한, 절단 공구가 스포크 형성을 교합하는 시간으로 표현될 수 있다. 연속 교합 길이는 거리, 시간 단위 또는 전체 회전율로서 표시되는, 개별적인 스포크 형성에 대한 길이 또는 모든 스포크의 합한 길이를 지칭할 수 있다.
경화된 강철의 단속 가공(이는 "경화 선삭"으로도 지칭될 수 있음)에서 공구에 대한 가공 시험은, 광범위하게 H05 - H10(90 내지 100% 연속 절단 및 낮은 교합각), H15 - H20(공구는 직면 및 선삭 적용에서 단위 길이당 약 60 내지 80%의 시간 및 중간 교합각에 피가공재과 적게 접촉됨) 및 H25 - H30(연속 가공은 단위 길이당 약 30 내지 50%이고, 면 또는 외부면에 따라 다양하지만 대략적인 등거리 간격이 존재함)으로 나눠질 수 있다. 90°에 가까운 높은 교합각은 종종 피가공재의 배열에 따라 사용된다.
본원에 사용된 "초경화 금속"은 약 25 GPa 이상의 비커스 경도(Vickers hardness)를 갖는다. 다이아몬드 및 입방형 붕소 니트라이드(cBN) 물질은 초경화 금속의 예이다. 초경화 절단 부분은 초경화 금속을 포함하고, 이때 절단 가장자리는 초경화 물질에 의해 적어도 부분적으로 한정될 것이다. 다결정질 입방형 붕소 니트라이드(PCBN) 물질은 결합제 매트릭스 내에 분산되고 이에 결합된 입방형 붕소 니트라이드(cBN)의 입자를 포함하는 초경화 복합 물질의 다양한 등급(또는 유형)의 범위를 포함한다.
PCBN 물질의 일부 예에서, cBN 입자의 함량은 약 60 부피% 이상, 약 70 부피% 이상 또는 약 80 부피% 이상이다.
PCBN은 2개의 광범위한 군, 즉, "낮은 cBN" 및 "높은 cBN"으로 나눠질 수 있고, 이때 cBN 함량은 각각 약 30 내지 70 부피% 및 약 70 내지 95 부피%이다. 높은 cBN 물질은 더 높은 정도의 단속 절단을 포함하는 작업에 사용될 수 있고, 이는, 이에 포함된 피가공재 또는 물질의 형태 특징의 결과로서 발생할 수 있다. cBN 함량이 높을수록 더 강한 PCBN이 야기되는 경향이 있고, 이는 특히 단속 작업에 중요하다.
초경화 물질이 매우 경화되는 동안, 상기 물질은 일반적으로 초경합금 물질보다 덜 강하고 거칠고, 결과적으로 파단 및 치핑(chipping)이 발생하기 쉽다. 초경합금 절단 공구는, PCD 및 PCBN이 마모에 훨씬 더 저항성이라는 사실에도 불구하고, 이의 높은 인성 및 칩 저항으로 인해 PCD 및 PCBN 물질보다 더 나은 도구 수명을 수득할 수 있다. 예를 들면, 표준 교재는 가능한 경우 티타늄 합금의 러핑 또는 러핑을 위한 음의 경사각을 갖는 카바이드 공구가 사용되어야 함을 나타낸다. 초경합금 공구가 아닌 PCBN 공구를 사용하는 장점은, 고속 절단 작업에서 특히 유리할 수 있는, PCBN 물질의 초내화성 "고온 경도"로 발생하고, 이때 속도는 150 m/분 이상일 수 있고 절단 공구와 피가공재 사이의 계면에서 비교적 높은 온도가 발생한다.
cBN이 철 함유 금속과 비교적 비반응성일지라도, PCBN 물질에 포함된 cBN 입자의 화학적 마모는 연속 가공에서 도달된 높은 온도에서 분명해진다. 따라서, 비교적 높은 함량의 cBN 입자를 포함하는 높은 PCBN은 단속 가공과 같은 작업에서 사용될 수 있고, 이때 공구 삽입 물질은 비교적 높은 온도에서 이의 경화를 비교적 강하게 유지할 필요가 있다. 비교적 적은 함량의 cBN 입자를 포함하는 PCBN 물질은 연속 가공과 같은 작업에서 사용될 수 있고, 이때 공구 삽입 물질은 상대적으로 화학적 마모에 저항될 필요가 있다. 비교적 큰 cBN 입자를 포함하는 PCBN 물질의 강도는 일반적으로 그 외 모든 것이 같다면 비교적 작은(미세한) cBN 입자를 포함하는 PCBN 물질의 강도보다 적을 수 있다(이는 cBN 함량이 비교적 많은 경우 특히 분명할 수 있다). 따라서, 미세 입자의 PCBN은 더 강하게 되고 거친 입자의 PCBN 물질보다 더 나은 피가공재 표면 피니싱을 생성한다.
일반적으로, 비교적 거친 cBN 입자를 포함하는 PCBN 물질은 일부 적용에서 피가공재의 표면 피니싱을 너무 불량하게 야기할 수 있는 것으로 예상될 수 있다. 따라서, 가공 작업을 위한 PCBN 물질에 포함된 cBN은 실질적으로 약 4 ㎛를 초과하지 않고, 가장 상업적으로 사용된 PCBN 물질은 약 1 ㎛ 내지 약 2 ㎛ 범위의 cBN 입자를 포함한다. 개시된 예시 PCBN 물질(cBN 복합 물질로도 지칭됨)은 2 내지 20 ㎛의 평균 값(d50)을 갖는 더 넓은 범위의 입자 크기에 걸쳐 존재한다.
높은 가공 속도와 함께 단속 절단 정도를 포함하는 중간 가공 작업은 PCBN 물질를 설계하는데 어려움에 직면한다. 예를 들면, PCBN 물질이 중간 단속 방식(소위 "굴착 43/40"으로 특징규명됨)으로 경화 강철을 가공하는데 사용되는 특정 적용에서, PCBN에 포함된 cBN의 화학 및 연마 마모 정도가 되는 경향이 있다. 상기 적용에서 주된 실패 방식은, 화학(크레이터) 마모 및 피가공재의 단속 특성과 관련된 충격의 조합으로부터 발생하는 것으로 여겨지는 칩핑이다.
본원에 사용된 바와 같이, 특정한 구성물로 "실질적으로 이루어진" 물질은, 물질이 소량의 실제 불가피한 불순물을 제외한 구성물로 이루어짐을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 금속 실리사이드 또는 금속 보라이드와 같이 금속이 구체적으로 명명될 수 있는 어구는, 일반적으로 하나 이상의 금속 원자 및 하나 이상의 규소 또는 붕소 원자를 각각 함유하는 화합물을 지칭한다. 예를 들면, 달리 언급되지 않는 한, 금속 실리사이드 상은 상응하는 실리사이드 및/또는 다이실리사이드 화합물 및/또는 3개 이상의 규소 원자를 함유하는 화합물을 포함할 수 있다. 특히, 티타늄 실리사이드는 일반적으로 TiSi 및 TiSi2를 포함하고, 티타늄 보라이드는 TiB2를 포함한다. 그러나, 특정 화합물이 언급될 수 있고, 달리 언급되지 않는 한, 이들은 일반적으로 화합물의 화학량론, 하위화학량론 및 초화학량론 형태를 지칭한다.

Claims (37)

  1. 결합제 매트릭스에 분산된 65 부피% 이상의 입방형 붕소 니트라이드(cBN) 입자로 이루어진 복합 물질로서,
    상기 결합제 매트릭스가 상기 cBN 입자에 결합된 복수개의 미세구조 및 상기 cBN 입자 사이의 복수개의 중간 영역을 포함하고;
    상기 미세구조가 금속의 니트라이드 또는 붕소 화합물을 포함하고;
    상기 중간 영역이 규소와 화학적으로 결합된 금속을 함유하는 실리사이드 상을 포함하고;
    상기 실리사이드 상의 함량이 복합 물질의 2 내지 6 중량%이고;
    상기 cBN 입자가 0.2 내지 20 ㎛의 평균 크기를 갖는, 복합 물질.
  2. 제 1 항에 있어서,
    미세구조가 티타늄 니트라이드(TiN)를 포함하는 복합 물질.
  3. 제 1 항에 있어서,
    미세구조가 티타늄 다이보라이드(TiB2)를 포함하는 복합 물질.
  4. 제 1 항에 있어서,
    실리사이드가 화학식 TixSiy의 티타늄 실리사이드 물질을 포함하되, x가 0.9 내지 1.1이고, y가 0.9 내지 1.1인, 실질적으로 TiSi인, 복합 물질.
  5. 제 1 항에 있어서,
    실리사이드 상이 미세구조에 의해 cBN 입자로부터 이격되는 복합 물질.
  6. 제 1 항에 있어서,
    미세구조가 cBN 입자의 표면적에 결합된 코팅 층의 형태인 복합 물질.
  7. 제 1 항에 있어서,
    cBN 입자의 함량이 복합 물질의 80 부피% 이상인 복합 물질.
  8. 제 1 항에 있어서,
    cBN 입자가 0.1 내지 10 ㎛의 평균 크기를 갖는 복합 물질.
  9. 제 1 항에 있어서,
    복합 물질의 표면에서 관측시 cBN 입자의 면적 분포가 2가지 이상의 방식을 갖는 복합 물질.
  10. 복합 물질을 포함하는 절단 가장자리를 포함하는 기계 공구를 제공하는 단계;
    상기 기계 공구를 사용하여 철 함유 물질을 포함하는 피가공재를 단속 방식으로 가공하되, 상기 피가공재는 연속 교합 길이가 가공 작업 동안 피가공재의 표면과 절단 가장자리 사이를 가로지르는 거리의 30 내지 50%가 되도록 배열되는, 단계
    를 포함하는, 제 1 항에 따른 복합 물질의 사용 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    피가공재가, 피가공재의 적어도 일부가 절단 공구에 30 내지 90°의 교합각으로 존재하도록 배열되는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    피가공재가 강철, 주철 또는 초합금 물질을 포함하는 방법.
  13. 금속이 cBN 입자와 반응하여 니트라이드 또는 보라이드 반응 생성물을 형성할 수 있도록 선택된 실리사이드 상 전구체를 복수개의 cBN 입자와 합하여 원료 조합물을 제공하되, 상기 원료 조합물 중에 cBN 입자의 함량이, 복합 물질 중의 cBN 입자의 함량이 복합 물질의 65 부피% 이상이 되도록 존재하는, 단계;
    실리사이드 상 전구체에 함유된 금속의 일부가 cBN 입자와 반응하여 cBN 입자에 결합된 복수개의 미세구조 반응물을 형성하고 잔여 금속 실리사이드 상이 복합 물질의 2 내지 6 중량% 또는 결합제 매트릭스의 20 내지 60 중량%이고 나머지가 배합된 물질에 포함된 cBN 이외의 물질이 되도록 하는 시간 및 온도에서 cBN이 열역학적으로 안정한 상으로 존재하는 압력에 상기 원료 조합물을 적용하는 단계
    를 포함하는, 제 1 항에 따른 복합 물질을 포함하는 물품의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    실리사이드 상 전구체가 분말 형태이고, 실리사이드 상 분말의 입자의 평균 입자 크기가 0.1 내지 5 ㎛인 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    실리사이드 상 전구체에 포함된 금속이 티타늄(Ti)인 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    실리사이드 전구체가 화학식 TixSiy의 티타늄 실리사이드 물질을 포함하되, x가 0.9 내지 1.1이고, y가 0.9 내지 1.1인, 실질적으로 TiSi인 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    금속 및 Si가 서로 반응하여 예비-반응 조합물을 형성할 수 있도록 원소 형태의 Si 및 금속을 합하는 단계;
    금속을 Si와 반응시켜 실리사이드 상을 포함하는 반응된 물질을 형성하도록 상기 예비-반응 조합물을 처리하는 단계;
    상기 반응된 물질을 분쇄하여 복수개의 입자의 실리사이드 상을 수득하는 단계
    에 의해 실리사이드 상을 생성함을 포함하는, 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    반응된 물질을 마멸 밀링으로 분쇄함을 포함하는 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
KR1020177000454A 2014-07-08 2015-07-06 입방형 붕소 니트라이드 복합 물질, 이의 사용 방법, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 공구 KR101962047B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1412164.4 2014-07-08
GBGB1412164.4A GB201412164D0 (en) 2014-07-08 2014-07-08 Cubic boron nitride composite material, method of using it, method of making it and tool comprising it
PCT/EP2015/065397 WO2016005342A1 (en) 2014-07-08 2015-07-06 Cubic boron nitride composite material, method of using it, method of making it and tool comprising it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170015491A KR20170015491A (ko) 2017-02-08
KR101962047B1 true KR101962047B1 (ko) 2019-03-25

Family

ID=51410828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177000454A KR101962047B1 (ko) 2014-07-08 2015-07-06 입방형 붕소 니트라이드 복합 물질, 이의 사용 방법, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 공구

Country Status (8)

Country Link
US (2) US10472288B2 (ko)
EP (1) EP3166907B1 (ko)
JP (1) JP6419959B2 (ko)
KR (1) KR101962047B1 (ko)
CN (1) CN106660888B (ko)
GB (2) GB201412164D0 (ko)
PL (1) PL3166907T3 (ko)
WO (1) WO2016005342A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201609672D0 (en) 2016-06-02 2016-07-20 Element Six Uk Ltd Sintered polycrystalline cubic boron nitride material
EP3578534B8 (en) * 2017-10-30 2022-11-16 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Sintered material and cutting tool including the same
CN112142481B (zh) * 2019-06-27 2021-09-24 中南大学 一种聚晶立方氮化硼材料合成用粘结剂及其使用方法
GB201913252D0 (en) * 2019-09-13 2019-10-30 Element Six Uk Ltd Sintered polycrystalline cubic boron nitride material
GB201917907D0 (en) * 2019-12-06 2020-01-22 Element Six Ltd Friction stir welding using a PCBN-based tool
JP7336063B2 (ja) * 2021-08-24 2023-08-31 株式会社タンガロイ 立方晶窒化硼素焼結体及び被覆立方晶窒化硼素焼結体
CN114349517A (zh) * 2021-12-17 2022-04-15 燕山大学 cBN-B4C复合材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992017618A1 (en) 1991-03-26 1992-10-15 The Australian National University Abrasive compact composed mainly of cubic boron nitride and method of making same
JP3091221B2 (ja) * 1990-05-25 2000-09-25 ザ・オーストラリアン・ナショナル・ユニバーシティ 立方晶窒化ホウ素の研磨コンパクトおよびその製造方法
JP2009513471A (ja) * 2005-10-28 2009-04-02 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

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2854736A (en) 1955-01-20 1958-10-07 Carborundum Co Boron nitride-metal silicide bodies and the manufacture thereof
AU512633B2 (en) 1976-12-21 1980-10-23 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Sintered tool
JP2662578B2 (ja) 1991-05-18 1997-10-15 工業技術院長 高圧型窒化硼素焼結体及びその製造法
KR100263594B1 (ko) 1996-10-31 2000-08-01 오카야마 노리오 고경도 고인성 소결체
JP2002192407A (ja) * 2000-12-26 2002-07-10 Ngk Spark Plug Co Ltd 切削工具
JP2006297513A (ja) * 2005-04-18 2006-11-02 Fuji Photo Film Co Ltd 溝付き形成体の製造方法
EP2010686B1 (en) 2006-03-29 2017-06-28 Element Six Abrasives S.A. Polycrystalline abrasive compacts
PL227103B1 (pl) * 2012-12-24 2017-10-31 Inst Zaawansowanych Tech Wytwarzania Kompozyt zregularnym azotkiem boru isposób jego wytwarzania

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3091221B2 (ja) * 1990-05-25 2000-09-25 ザ・オーストラリアン・ナショナル・ユニバーシティ 立方晶窒化ホウ素の研磨コンパクトおよびその製造方法
WO1992017618A1 (en) 1991-03-26 1992-10-15 The Australian National University Abrasive compact composed mainly of cubic boron nitride and method of making same
JP2009513471A (ja) * 2005-10-28 2009-04-02 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

Also Published As

Publication number Publication date
US20200062656A1 (en) 2020-02-27
EP3166907A1 (en) 2017-05-17
CN106660888A (zh) 2017-05-10
US11220464B2 (en) 2022-01-11
US10472288B2 (en) 2019-11-12
GB2530610B (en) 2018-07-04
US20170158566A1 (en) 2017-06-08
JP6419959B2 (ja) 2018-11-07
KR20170015491A (ko) 2017-02-08
WO2016005342A1 (en) 2016-01-14
JP2017529309A (ja) 2017-10-05
CN106660888B (zh) 2020-02-18
GB201511808D0 (en) 2015-08-19
PL3166907T3 (pl) 2020-11-16
EP3166907B1 (en) 2020-05-13
GB201412164D0 (en) 2014-08-20
GB2530610A (en) 2016-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101962047B1 (ko) 입방형 붕소 니트라이드 복합 물질, 이의 사용 방법, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 공구
JP5680567B2 (ja) 焼結体
EP1948837B1 (en) Method of making a powdered composition for a cubic boron nitride compact
JP5574566B2 (ja) 立方晶系窒化硼素成形体
US5580666A (en) Cemented ceramic article made from ultrafine solid solution powders, method of making same, and the material thereof
EP2297371B1 (en) Cubic boron nitride compact
JP6330387B2 (ja) 焼結体およびその製造方法
JP2020515490A (ja) 焼結多結晶立方晶窒化ホウ素材料
JP2004160637A (ja) 化学反応性材料の機械加工に用いる焼結成形体
JPH10226575A (ja) 切削工具用高圧相窒化硼素焼結体
JPS627259B2 (ko)
JPH03107441A (ja) 高硬度工具用焼結体
JP4636574B2 (ja) 工具用セラミック基焼結材及びその製造方法
JPH0377151B2 (ko)
JPS63266030A (ja) 高硬度焼結体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant