KR920001585B1 - 복합 소결 재료 봉체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

복합 소결 재료 봉체 및 그 제조방법

제1도는 종래 기술의 복합 다이아몬드 소결체의 구조를 도시한 도면.

제2도는 종래 기술의 복합 소결체를 칼 끝에 굳게 붙인 드릴을 도시한 도면.

제3a도 내지 (d)는 각각 본 발명의 방법에 의해 제조되는 복합소결 재료 봉체의 예시도.

제4a도는 본 발명의 방법에 의해 얻은 복합 재료 원추체를 사용하여 드릴을 제작하는 방법을 도시한 도면이고, (b)는 그 드릴을 도시한 도면.

제5a도는 본 발명의 방법에 의해 얻는 복합 재료 각주체를 사용하여 펀치를 제작하는 방법을 도시한 도면이고, (b)는 그 펀치를 도시한 도면.

제6a도는 본 발명의 방법에 따라 얻은 복합 재료 블록의 일예를 도시한 도면이고, (b)는 중간 접합부를 갖는 복합 재료 블록의 예를 도시한 도면.

제7도는 본 발명에 따라 복합 재료 블록으로부터 봉체를 절단하는 위치를 도시한 도면.

제8도는 본 발명의 방법에 사용하는 파이프상 전극을 도시한 것으로서, (a)는 3개의 원주체를 동시에 구멍을 뚫기 위하여 사용하는 전극의 개략도이고, (b)는 그중 하나의 파이프상 전극의 개략도.

제9도는 다수의 파이프상 전극을 구비하는 전극 수단을 도시한 것으로서, (a)는 그 측면도이고, (b)는 복합 소결체 블록과 전극의 배치를 나타낸 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 소결 다이아몬드 층 12 : 지지부

13 : 복합 소결체 14 : 중간 접합층

15 : 손잡이 16 : 접합부

21 : 경질 소결부 22 : 지지부

23 : 복합 재료 봉체 24 : 중간 접합층

25 : 손잡이 26 : 구멍

27 : 지지부 31 : 복합 소결체 블록

34 : 중간 접합층 40 : 지지부

41 : 전극 42 : 가스배출구

본 발명은 경질의 머리부(頭部)를 갖는 복합 재료 봉체, 바람직하게는 작은 직경의 원주체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

상세하게는 본 발명은 다이아몬드 소결체(燒結體) 혹은 고압상(相) 질화붕소 소결체와 같은 경질의 머리부와, 상기 머리부와 일체로 되며, 예를들어 초경 합급으로 이루어지는 지지부를 구비하는 작은 단면의 복합 재료 봉체, 바람직하게는 작은 직경의 원주체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 복합 재료 봉체는 고성능의 작은 직경 드릴, 펀치의 소재 혹은 도트 인쇄장치의 헤드부로서 이용할 수 있다.

초경합금으로 이루어지는 드릴이 금속, 비금속 재료의 구멍을 뚫는 용도로 다양하게 이용되고 있다. 특히 근연에 급격히 수요가 신장하고 있는 인쇄기판의 구멍을 뚫는 일에는 직경 ㎛m 전후의 초경합금재 드릴이 사용되고 있다. 더욱이, 인쇄 기판의 집적도는 금후에도 상승하는 것으로 예상되고, 이에 따라 작은 직경을 갖춘 드릴의 이용률이 증가되리라 생각된다.

인쇄 기판에는 각종의 재료가 사용되지만, 주로 사용되고 있는 것을 유리섬유에 에폭시 수지를 합침시킨 강화수지로서, 일반적으로 유리 에폭시 기판으로 불러지고 있다.

이와 같은 인쇄기판의 구멍을 뚫는 것은 강성이 높은 드릴로 통상 회전수 5 내지 6만 rpm의 조건에서 행해지고 있지만, 기판에 함유되는 유리섬유는 초경 공구를 매우 빨리 소모시켜서 일반적으로 3000 내지 5000비트(비트라 함은 구멍을 뚫는 회전수임)로 초경 드릴은 수명을 다한다. 이러한 드릴판에는 자동 공구 교환 장치가 딸려 있고, 수명이 다된 드릴은 자동적으로 교환된다. 그러나, 상술한 바와 같이 인쇄기판의 집적도가 높아짐에 따라 생산 효율을 높히기 위하여는 상기 자동 공구 교환에 따른 시간도 문제이고, 드릴 수명을 연장시켜 공구 교환회수, 즉 교환 시간을 감소시킬 필요가 부각된다.

인쇄 기판의 특성으로 보면, 내열성 등을 향상시켜 고성능화를 가하고 싶은 요구도 크고, 이와 같은 기판 재료는 실제로 제조 가능하지만, 일반적으로 이와 같은 고성능 재료는 절삭이 힘들고, 종래의 초경 합금 드릴로는 수명이 대단히 짧아져 버린다고 하는 이러한 이유 때문에 기판 재료의 실용화가 불가능한 실정이다.

더우기 통상의 유리 에폭시 기판에 대해서도 더욱 고능률로 구멍을 뚫기 위하여 구멍을 뚫는 비트의 회전 수의 상승이 요망되지만, 이것도 종래의 초경 합금제 비트로는 절삭 속도의 상승과 더불어 급격히 수명이 낮아져 버리기 때문에 비트 회전수의 상승에 따른 고능률화를 달성할 수 없다.

한편, 최근 사용량이 급격히 증가하고 있는 소결 다이아몬드 공구는 초경 공구에 대해 비약적으로 경도가 높고, 내마모성이 우수하며, 상기 강화 수지등의 절삭에 있어서는 대단한 고성능을 발휘한다. 그런데, 제1도에 도시한 바와 같이 소결 다이아몬드 공구는 소결 다이아몬드 층(11)이 초경 합금의 지지부(12)에 점착된 복합 소결체(13)를 침으로 남긴다. 이러한 복합 소결체(13)를 사용하여 드릴을 제작하는 경우에는 제2도에 도시한 바와 같이 손잡이(15)의 선단부에 복합 소결체(13)를 임의의 방법으로 굳게 붙여 만들 수 밖에 없다. 그런데, 드릴 선단부의 직경은 일반적으로 1mm 정도보다 가늘고, 경우에 따라서는 0.5mm이하이며, 이와 같은 작은 직경의 것으로는 손잡이(15)와 상당히 강력한 접합 강도를 갖지 않으면 접합후 칼끝으로 연삭 가공하는 중접합부(16)에서 벗겨져 버리고, 양호한 드릴이 제작되지 않는다. 특히 소결 다이아몬드는 연삭이 힘들고, 연삭 저항이 크며, 통상의 은을 땜질한 정도의 강도로는 강도가 부족하다. 접합 강도가 높은 접합 방법으로서 예를들여, 전자빔 용접이 고려되지만, 전자빔용접을 실시하는 것으로 하면 드릴의 제조 공정이 복잡하고 원가가 높게되며, 또 고성능 드릴의 수요가 급증하는 최근의 추세에 대응하지 못한다.

손잡이(15)와의 접합을 견고하게 또 드릴 자체의 절삭성을 높히기 위해서는 드릴의 선단부 전체를 초경 합금으로 하고, 그 머리부에 다이아몬드와 같은 경질의 소결체를 일체로 하여 견고하게 접합시키는 것이 이상적이다.

이러기 위해서는 경질인 머리부를 갖고, 초경 합금으로 이루어지는 가늘고 긴 복합재료 봉체가 필요하다.

그러나 종래 기술에서는 이와 같은 단면이 작고 또 길이가 긴 복합 소결체를 제조하지 못하였다. 즉, 단면적에 대해 축방향의 길이가 긴제품을 제조하는 경우, 분말 재료를 축방향으로 가압하여 열간 압연을 행하여도 분말 재료층에 의한 압력 손실이 크고, 축방향의 중앙 부분에 필요한 압력이 걸리지 않으며, 견고한 소결체가 얻어지지 않기 때문이다. 이것을 더욱 축방향으로 가압하여 고압력이 열간압연을 행하면, 열간압연의 용기내의 압력 분포가 극히 변칙적으로 되기 때문에 찌그러지거나 휘어지는 등의 변형이 발생하기 쉽고, 충분한 치수의 정밀도를 갖는 소결체를 얻을 수 없게 된다. 그래서 가늘고 긴 소결 재료의 열간압연에서는 소결재료의 축방향이 가압 방향과 직각으로 되도록 소결 재료를 깔고 배치했다. 이와 같은 방식에서 가늘고 긴 복합재료를 열간압연해도 다른 재료층 사이의 경계면에 수직인 방향에서의 압력은 작고, 재료층 사이의 충분한 강도를 갖는 접합을 얻을 수 없었다.

한편, 지지부에 관해 설명하면, 특히 작은 직경의 제품인 경우에는 지지부의 강도는 대단히 중요하다. 전술한 바와 같이 인쇄 기판의 집적도는 최근 상승되어 왔고, 장래에도 이러한 현상은 점차 가속되리라 생각된다. 즉, 관통 구멍이 도금되는 구멍의 직경은 점점 작은 직경으로 되어간다. 금후 인쇄 기판의 제조에 0.1mmø또는 0.3mmø인 작은 직경의 드릴의 사용량은 증대할 것이다. 이때, 특히 문제로 되는 것을 드릴의 훼손이고, 칼끝의 마모로 수명이 다하기 전에 뒤틀려서는 고가인 소결 다이아몬드 드릴을 사용하는 의미가 없어진다. 뒤틀림을 방지하기 위하여 연한 재료나 강성이 낮은 재료로 지지부를 제조하면 쉽게 휘어져서 똑바른 구멍이 뚫리지 않는다고 하는 문제가 있다. 또 칩에 의한 지지부의 마모의 문제도 발생한다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는데, 상세히 설명하면 경질인 소결체의 머리부를 갖고, 상기 머리부와 지지부가 소결 처리에 의해 일체로 접합되어 있는 작은 단면인 가늘고 긴 복합 재료 봉체, 바람직하게는 작은 직경의 원주체와 그 제조 방법을 제공하고, 이로부터 내마모성 및 강성이 우수한 드릴을 용이하고 또한 안정된 가격으로 제조 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 다른 목적은 유리 에폭시 기판과 같이 절삭성이 용이하지 못한 기판의 구멍을 용이하고 고성능으로 뚫고 수명이 긴 드릴을 저가로 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 펀치, 도트 인쇄 장치의 헤드와 같은 경질의 선단부를 필요로 하는 가늘고 긴 부재를 용이하게 제조할 수 있는 중간 제품으로서의 작은 단면인 복합 재료 봉체의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 단면적이 큰 복합 재료 블록의 열간압연을 행해서 복합 소결체 블록을 제조하고, 이것을 방전 절삭, 저자빔, 레이저빔, 이온빔 가공등의 방법으로 작은 단면의 봉체로 절단함으로써 가늘고 긴 그리고 경질인 머리부를 갖는 복합 소결재료 봉체를 얻는 것에 성공한 것이다.

먼저 본 발명의 방법으로 제조되는 복합 소결 재료 봉체, 특히 원주체의 치수 및 형상의 특징을 첨부로 도면을 참조해서 설명한다.

제3a도 내지 (d)는 본 발명의 복합 재료 봉체의 구체적인 예를 사시도로 도시한 것이다.

제3a도에 도시한 복합 소결재료 봉체는 전체로서 원주형을 형성하고, 경질 소결부(21)가 지지부(22)에 직접 접합되어 있다.

한편, 제3b도에 도시한 복합 소결 재료 봉체에서는 경질 소결부(21)와 지지부(22)가 중간 접합층(24)을 개입시켜 접합되어 있다.

제3c도에 도시한 복합 소결 재료 봉체는 전체로서 각 주형을 이루고, 경질 소결부(21)가 지지부(22)에 직접 접합되어 있으며, 제3d도에서의 복합 소결 재료 봉체는 중간 접합층(24)을 갖는 각주체이다.

그러나 본 발명의 제조 방법에 의해 얻는 복합 소결 재료 봉체는 원주형 및 각주형에 한정되지 않고 다른 형상으로 해도 좋음은 물론이다.

본 발명의 방법으로 얻는 복합 소결 재료 봉체는 3mm 이하의 상당 직경의 단면이다. 3mm를 초과하는 상당 직경의 단면의 복합 재료 봉체는 인쇄기판의 구멍을 뚫는 드릴용 소재로서는 부적격이고, 또 연삭으로 사용함에도 연삭 비용이 크게 되어 비경제적이다. 또 경질 소결부(21)의 축방향의 길이는 0.3 내지 2mm의 범위이다. 0.3mm 미만에서 드릴 선단부로서 사용한 경우에는 절삭성의 향상을 기대할 수 없고, 2mm를 초과하는 길이에서는 고가인 다이아몬드 분말 등을 다량으로 사용하게 되어 비경제적이다. 또 3mm를 초과 하는 직경의 봉체는 본 발명의 방법 이외의 종래 방법으로도 제조 가능하다.

더우기 지지부(22)의 길이는 경질 소결부(21)의 길이의 5배 이상인 것이 필요하다. 드릴을 제작하는 경우에 드릴의 절단된 날개 길이를 확보하고, 끝단을 손잡이에 파묻을 필요가 있으므로 상기와 같이 5배 이상의 길이인 지지부가 필요하다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 가늘고 긴 복합 소결 재료 봉체는 종래에는 존재하지 않았던 것이다. 그 이유는 본 발명의 복합 소결 재료 봉체와 같이 단면적에 대해 축방향 길이가 큰 재료에서는 축방향으로 가압하여 열간압연을 행해도 분말 재료층에 의한 압력 손실이 크고 축방향 중앙부분에 필요한 압력이 걸리지 않으며 견고하게 되지 않기 때문이다. 더우기 작은 단면적이고 또 축방향 길이가 큰 재료에서는 축방향으로 가압하여 한층 고압력의 열간압연을 행하여 다이아몬드 또는 고압상(相) 질화붕소의 안정한 온도 및 압력을 유지하고자 하면, 열간압연의 용기내의 압력 분포가 극히 변칙적으로 되므로 굴곡 등의 변형이 발생하기 쉽고 충분한 치수 정밀도를 갖는 소결체가 얻어지지 않기 때문이다.

이러한 이유로 가늘고 긴 소결 재료의 열간압연에서는 소결 재료의 축방향이 가압 방향과 직각으로 되도록 소결재료를 배치하고 있다. 이와 같은 열간압연에서는 본 발명과 같이 가늘고 긴 복합 재료를 소결하면 다른 재료층 사이의 경계면에 수직인 방향에서의 압력은 작고, 충분한 강도의 접합이 얻어지지 않았다.

이에 대해 본 발명자들은 후술하는 바와 같이 단면적이 큰 복합 재료 블록의 열간압연을 행해서 복합 소결체 블록을 제조하고, 이것을 방전절삭, 전자빔, 레이저빔, 이온빔 가공등의 방법으로 작은 단면의 봉체로 절단함으로써 작은 단면의 가늘고 긴 경질의 머리부를 갖는 복합 소결 재료 봉체, 바람직하게는 원주체를 얻는 데에 성공했다.

다음에, 본 발명의 복합 재료 봉체를 드릴에 적용한 예를 제4도 및 제5도를 참조하여 설명한다.

제4a도에 도시한 바와 같이, 드릴의 손잡이(25)의 선단에 복합 재료봉체와 거의 동일한 직경의 구멍(26)을 뚫는다. 이 구멍(26)에 복합 재료 봉체(23)의 지지부 측단부를 밀어 고정시킨다. 이때 구멍(26)은 안쪽에 땜재료를 적하시켜 놓고 땜질해도 좋다. 제4a도에 도시한 바와 같이 손잡이에 고정된 복합 재료 봉체(23)의 표면부분을 약0.1mm의 깊이로 연삭하고, 다음에 날홈을 내고 날을 세우는 가공을 행하여 제4b도에 도시한 바와 같은 드릴을 얻었다.

한편, 제5도는 본 발명의 각상의 복합 재료 봉체를 이용할때를 도시한 것이다. 제5a도에 도시한 바와 같이, 각봉체(23)의 경질 소결부(21)와 반대측의 지지부(27)의 단부를 일정한 길이로 연삭하여 원주체로 만든다. 제5b도에 도시한 바와 같이 완성한 각봉체(23)의 지지부(27)와 거의 동일한 직경의 구멍(26)을 갖는 손잡이 (25)에 받치고 땜질한다. 다음에 각주체의 외측표면을 소정의 치수로 연삭 완성하여 각상의 펀치를 얻는다.

본 발명의 복합 소결 재료 원주체를 이용해서 제조한 드릴은 복잡한 전자빔 용접에 의한 접합 부분을 갖지 않고, 더구나 전체로서 견고한 구조이다. 따라서 유리 에폭시 기판과 같은 고성능 인쇄기판에 대해서도 고능률로 구멍을 뚫을 수 있는 것이다.

본 발명의 복합 소결 재료 원주체는 단면이 원형으로 절삭되어 있으므로 제4a도에 도시한 바와 같이 드릴 손잡이의 선단에 발생한 구멍에 밀어넣는 경우에는 특별한 가공을 필요치 않고 취급할 수 있으며, 또한 칼끝 가공의 절삭비용도 소량이므로 경제적이다.

제3a도 내지 (d)에 도시한 바와 같은 복합 재료 봉체를 얻기 위하여, 본 발명에 따르면 다이아몬드 분말 또는 고압상 질화붕소 분말을 50%이상 함유하는 경질 소결체용의 제1재료층과, 상기 제1재료층의 소결과정에서 상기 제1재료의 경질 소결체와 접합하는 제2재료층을 가압 방향으로 중첩하여 동일의 열간 압연 용기속에 넣는다.

고온 고압하에서 열간압연하여 제1재료층을 소결함과 동시에, 얻은 경질 소결체를 제2재료 층측과 접합 시켜서 소정의 두께의 경질 소결체의 층을 갖는 복합 재료 블록을 형성하고, 복합 재료 블록을 방전 선절삭 방법에 의해 재료층의 두께 방향으로 절단하여 복합 재료 블록의 재료층의 두께 방향에 대해 1/6 이하로 또 3mm 이하의 상당 직경의 단면인 경질 소결체를 머리부에 갖춘 가늘고 긴 복합재료 봉체를 2개 이상 절취하는 것을 특징으로 하는 가늘고 긴 복합 재료 봉체의 제조 방법이 제공된다.

복합 재료를 열간압연해서 소결하는 경우에, 본 발명에 따르면 복합 재료 블록의 축방향 길이는 상당직경 DE의 3배, 바람직하게는 2배 이상이 필요하다. 3배를 초월하는 축방향 길이의 복합 재료 블록을 열간압연 하면 복합 재료 블록내의 압력 분포가 변칙적으로 되어 굴곡등이 발생한다. 본 명세서 중에서 상당직경이라 함은 단면적이 같은 원의 직경으로 환산한 값을 의미한다.

다이아몬드 분말 또는 고압상 질화붕소 분말의 평균입도는 바람직하게는 30㎛ 이하이고, 이 범위의 입도의 다이아몬드 또는 고압상 질화붕소 소결체로 내마모성 및 강성이 우수한 복합 소결 재료를 얻을 수 있다.

단, 평균입도가 10㎛를 초월하는 분말을 원료로 사용하면, 복합 소결 재료 원주체를 가공해서 얻은 절삭 공구, 드릴 및 펀치 등이 예리하게 성형되지 않고, 이 때문에 고성능으로 되지 않으므로, 경질 소결부는 10㎛ 이하의 다이아몬드 또는 고압상 질화붕소로 하는 것이 바람직하다.

제1재료층이 다이아몬드 분말은 주성분으로 하는 예로서 다이아몬드 분말을 단독 혹은 70% 이상 다이아몬드를 함유하고, 단부는 Fe, Co 또는 Ni을 주성분으로 하는 결합 재료 분말을 첨가한 혼합분말이 있다. 다이아몬드 분말의 제1재료층의 바람직한 예로서는 70% 이상의 다이아몬드 분말과 WC-Co 5 내지 15% 분말의 혼합 분말이다. 또, 제1재료층의 재료로서 다이아몬드 단독의 분말을 사용하는 경우는 제1재료층의 소결시에 제2재료층중의 결합재 성분이 제1재료층 분말중에 용침함으로써 제1재료층의 소결이 달성된다.

제1재료층이 고압상 질화붕소계인 경우는 고압상 질화붕소 분말 단독 혹은 50% 이상의 고압상 질화붕소에 4a,5a,6a족 원소의 탄화물, 질화물, 탄질화물 및 알루미늄 및/또는 실리콘을 결합재로서 첨가하여 소결한 것이다. 여기서 고압상 질화붕소라함은 입방정계형 질화붕소 및 6방정계형 질화붕소를 의미한다. 또 고입상 질화붕소 단독의 분말은 결합재를 반드시 필요로 하지 않고 그 자체로 경질의 소결체를 이룬다.

지지부를 형성하는 제2재료층은 이른바 초경합금 즉, 주기율표 제4a,5a,6a족 원소의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 붕화물, 규화물 또는 이들의 상호 고용탄화물을 Fe, Co 또는 Ni의 철족 금속으로 결합한 소결금속 또는 서먼트(cermet, 금속과 세라믹을 혼합 가공성형, 소결하여 형성된 복합 재료의 총칭, 이하 같다) 혹은 이들의 분말원료이다. 서먼트의 일예로는 (Mo,W) C의 탄화물을 Ni 또는 Co의 철족 금속으로 결합한 것이다. 또한, 별도의 제2재료층으로서는 W을 80 내지 98 중량%를 함유하고, 나머지는 Ni-Fe 또는 Ni-Fe-Cu로 이루어지는 소위 헤비메탈이라는 소결 합금 혹은 그 분말원료이다.

제2재료층은 이미 소결 완료의 고형인 초경합금이어도 좋고 혹은 초경 합금재료의 분말시에도 좋다. 그러나 열간압연의 경우 취금상의 편리와 고압력에 대한 적용의 용이성을 고려하면, 소결완료의 초경합금 블록을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, WC을 주성분으로 하는 조경합금은 높은 강성 QNs만 아니라 높은 내마모성을 갖고, 또 높은 내마모성을 나타내는데 비례하여 강도가 높은 우수한 공업 재료이므로, 지지부에는 WC을 주성분으로 하는 초경합금을 사용하는 것이 바람직하다.

강 절삭용의 초경 합금에 함유되어 있는 TiC이나 Tac은 본 발명의 지지부의 경우에 내마모성의 향상에 도움이 되지 않고 오히려 강도를 저하시키므로 유효하지 않다. 그러나 소결시에 WC의 입성장을 억제하는데 유효한 수 % 이항 정도의 소량의 TaC, Cr₃C₂이나 VC은 특히 미세한 WC을 주성분으로 하는 초경합금을 얻는데 유효하다. 또 결합금속으로서 Co가 최적이고, Ni이 그 다음으로 적합하다.

본 발명자 등은 굴절강도, 내마모성 등에 특히 더 우수한 지지부를 제공하기 위하여 실험, 검토를 반복했다. 즉, 상술한 바와 같이 본 발명의 복합 소결 재료에 있어서, 지지부의 축방향 길이는 경질소결부의 비틀림 또는 굴곡의 우려가 있고, 더우기 고속 회전에 의한 마모를 고려할 필요가 있다.

먼저, 상술한 바와 같이 본 발명의 복합 소결 재료의 하나의 특징은 경질소결부와 지지부와의 접합을 경질소결부의 소결과정에서 형성시키는데 있다. 이 때문에 지지부가 제조중에 다이아몬드 또는 고압상 질화붕소가 안정한 고온에서 더구나 초고압하에서 노출될 수 있다. WC-Co의 소결은 통상 진공하에서 1300내지 1500℃의 온도로 행하고, 한편 다이아몬드 또는 고압상형 질화붕소의 소결은 온도는 같은 정도이지만 4만 내지 5만 기압의 초고압하에서 행한다. 따라서 WC-Co는 미리 소결된 것을 이용하든, 경질부와 동시에 소결하든간에 초고압의 영향을 받는다.

본 발명의 복합 소결 재료를 제조하는 데에는 미리 소결시킨 지지부를 이용하는 편이 용이하다. 따라서 본 발명자는 여러 종류의 소결 완료의 WC-Co 합금을 상기 조건으로 노출시켜 본 결과, 이하의 현상을 발견했다.

일반적으로 WC-Co 합금의 기계적 특성은 Co%와 WC의 결정입도를 정한다. 그런데 WC의 입도가 3㎛ 이상의 경우에는, 상기 WC결정은 초고압의 가압에 의해 파괴되고, 그 기계적 특성은 대폭 변하여 일정의 기계적 특성을 갖는 지지부의 제조가 곤란해진다. 따라서 지지부의 초경합금의 WC 결정의 입도를 3㎛ 이하로 했다.

그러나, 다이아몬드 또는 고압상형 질화붕소의 소결조건에 있어서 WC 결정은 액상 코발트와의 혼합성이 극히 좋으므로, 파괴시킨 WC 결정중에 액상 코발트가 침입하여 파괴된 WC을 코발트가 결합된 형으로 구성되기 때문에 그 기계적 특성은 반드시 저하하는 것에 한정되지 않는다는 것을 본 발명자 등은 실험으로 확인했다.

예로서, 종래의 기술지식에 따르면, 평균입도 1㎛ 이하의 WC-Co 합금의 경우 소량의 큰 결정이 존재하면 상기 큰 WC 결정이 파괴의 기점으로 되어 강도가 저하하게 된다. 그러나 본 발명자 등의 실험에 의하면 반대로 초고압의 가압에 의해 처리후의 강도가 상승하는 경우가 있다. 이러한 강도 상승의 형상은 초경 합금중의 결합금속의 함유량에 의해 좌우된다. 본 발명자 등의 실험에 의하면, 이 강도 상승은 다이아몬드 또는 고압상형 질화붕소의 소결중의 초고압의 가압에 의해 큰 WC 결정이 파괴되고, 파괴된 WC 사이에 결합금속이 침입하여 이들을 결합하기 때문이라고 생각된다.

한편, 초고압의 가압이 완전히 정수압적으로 되면 문제없지만 실제에는 그 가공을 정수압에 근접하는 고안을 가미하고 있는 것이 공업생산에 있어서의 실상이다. 따라서 초고압 가압하의 초경합금에는 무리한 변형이 가해진다고 볼 수 있다. 예로서 WC-Co 합금을 보기로 생각하면, 함유된 코발트 양이 많으면 합금이 변형 가능하지만, 적게하면 가장 변형이 현저한 부분에서 미세균열 내지는 구멍등의 결함이 발생할 가능성이 있다.

초고압 고온 가열을 여러 가지의 코발트양을 합금에 가한후에 그 저항력을 측정하여 본 바, 코발트양이 중량으로 7% 이하인 경우에는 초고압 고온 처리전에 비하여 저항력 값은 저하하고, 12% 이상인 경우에는 오히려 향상하는 것을 발견했다.

7% 이하인 경우는 초고압에 의해 WC 결정이 파괴되고, 이것에 따라 Co에 결함이 발생된다고 생각된다. 12% 이상인 경우에 오히려 저항력이 향상된 이유는 다음과 같다고 생각된다.

Wc-Co 합금의 파괴의 기점은 전술한 바와 같이 조대(粗大)한 WC 결정, 공동, 서로다른 상이라고 할 수 있다. 이제 서로 다른 상은 존재하지 않는 것을 처리전후에 현미경으로 관찰하여 보았으므로 문제에서 제외한다. 조대한 WC 결정에 있어서는 전술한 바와 같이, 공동이라 함은 수 ㎛으로부터 수백 ㎛의 구멍을 말하지만, 이것이 외압에 의해 메워지거나 Co에 의해 충진되는 것이 HIP의 예에서 쉽게 추축할 수 있다. HIP의 경우와 본 발명의 복합소결 재료의 제조공정에서 처리 온도는 동일하고, 본 발명의 경우에, 압력이 1 자리 이상 높으므로, 이러한 경향에 의해 조장되는 것으로 생각된다.

Co%가 12%보다 더 높은, 예로서 20%의 Wc-Co 합금에서 그 저항력의 증가율이 30% 이상으로 크게 된다. 저항력의 증가율이 높은 원인을 검토한 결과 다음과 같음을 알았다.

즉, WC-Co의 Co상은 통상 구조를 이루고, 합금의 함유 탄소량이 낮은 경우에는 10% 근처의 W을 고용하고 있지만 일반적으로는 순 Co에 근접한 조성이다. 따라서 일반적으로 Co양이 높은 WC-Co 초경합금은 용이하게 변형되고, 이 때문에 더 찌그러지면 소성 변형되고, 이른바 왜곡-응력 곡선은 완만하게 수평으로 누운 형태로 된다. 이 곡선이 누운 형으로 되지 않고 직선적으로 상승하면, 강도는 높게 된다. 이러한 관점으로부터 고온, 초고압의 조건하에서 처리후의 Co상을 조절한 바, W가 15% 전후로 고용되어 있는 것이 판명되고, 이에 의해 Co상에 변형이 어렵게 되어 있는 것을 알았다. 그 이유는 다음과 같다.

즉, Co-W-C3원 공증으로부터 그 공정온도에서 석출하라는 Co상은 약 20%의 W을 함유한다. 통상의 소결후의 급냉에서는 W은 3원 공정으로부터 WC 상위에 석출한다. 그러나 본 발명의 복합 소결 재료의 제조공정에서는 경질부의 소결 종료후 곧 가열방전을 끄고 급냉한 후 여압을 가한다. 즉, W이 Co상으로부터 석출되도록 할 때에는 또 초고압하에 있고, 이와 같은 초고압하에서 고용체내의 확산 속도는 현저하게 낮아지며, WC상 위로의 석출이 저지된다. 이것은 본 발명의 복합 소결 재료의 지지부의 WC-Co 초경합금증의 Co상이 많은 W을 고용하고 있는 것 때문이라고도 납득할 수 있다. 따라서 본 발명에 있어서는 통상 그 변형에 의해 사용하지 않는 범위의 고함유량의 결합금속을 함유하는 WC 초경합금이 지지부로서 이용된다.

따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지지부를 구성하는 초경 합금중의 탄화물의 평균입도가 3㎛ 이하이고, 또 결합금속양이 7중량% 이상이다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지지부를 구성하는 초경 합금중의 탄화물의 입도가 2㎛ 이하이고, 결합금속량이 12중량% 이상이다.

본 발명의 복합 재료 봉체의 제조방법의 중요한 특징의 하나는 경질소결부와 지지부와의 접합을 경질소결 부의 소결과정에서 행하는 것이다. 따라서 제2재료층의 성분은 제1재료층의 소결 과정에서 제1재료층과 접합할 수 있는 재질일 것이 필요하다.

그러나 상술한 경질 소결부와 지지부와의 성분의 범위에서는 이와 같은 조합은 무한하고, 다이아몬드 또는 고압상 질화붕소의 고압력 및 고온하의 열간압연에 의한 소결 과정에서 상술한 바와 같이 지지부재중의 철계 금속의 결합재가 용침되어 경질 소결부와 지지부와의 접합은 용이하게 생긴다. 따라서 이와같은 경질 소결부와 지지부의 성분의 선택은 당업자가 상술한 범위내에서 필요에 따라 가능한 것은 말할 나위도 없다.

게다가 고압상 질화 붕소 분말은 상술한 바와 같이 단독으로도 소결이 가능하고, 지지부와의 접속은 그 소결 과정에서 달성된다.

또한 본 발명의 한가지 실시에에 따르면, 상기 제1재료층과 제2재료층 사이에 두께 0.5mm 이하의 중간 접합층을 재치하여 열간압연을 행한다.

중간 접합층으로서는 70% 미만의 그암상 질화붕소와 나머지가 주기율표 제4a족의 Ti, Zr, Hf의 탄화물, 질화물, 탄질화물 혹은 붕화물의 1종류 또는 이들의 혼합물 또는 상호 그용체 화합물을 주체로 한 것, 또 이것에 Aℓ 및/또는 Si을 0.1중량% 이상 함유한 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 제2재료층, 즉 지지부가 축방향으로 2 이상의 재료응으로 구성된다. 이와같은 일예로서, 제2재료층의 지지측의 층이 WC-Co이고, 경질머리부측의 층이(Mo,W) C의 탄화물을 Ni 또는 Co의 철족 금속으로 결합한 서먼트로 되는 것이 있다.

또한, 제1재료층을 제2재료층의 상하로 배치하고 열간압연을 행해서 얻어지는 복합 재료 블록을 동측 방향의 작은 단면인 봉체로 잘라서 상하의 양단에 경질머리부를 갖는 봉체를 제조하는 것도 가능하다.

이와같이 해서 얻은 복합재료 블록으로부터 제3도 및 제4도에 도시한 복합 재료 봉체를 절단하는 방법을 설명하면, 상술한 바와 같이 열간 압연해서 얻은 복합 소결체 블록(33)은 제6a도에 도시한 바와 같이 두께 ㎛m의 다이아몬드 소결체층(31)과, 이것에 접합한 초경 금속층(32)으로 이루어지고, 중간 접합층을 포함하는 경우에는 제6b도에 도시한 바와 같이 다이아몬드 소결체층(31)과 초경합금층(32)과 중간 접합층을 개입시켜 접합되어 있다. 도시한 예로서는 원주상의 복합 소결체 블록을 도시하고 있지만, 복합 소결체 블록은 원주체로도 각주체로도 좋은 것은 물론이다.

이러한 복합 소결체 블록을 제7도에 도시한 바와 같이 소결체 블록과 동축방향의 상당직경 3mm이하의 단면인 봉체에 방전 선절삭, 파이프상 전극을 이용한 방전가공 혹은 전자빔, 레이저빔, 이은빔 등의 높은 수렴성, 또는 고에너지의 빔 방법으로 절단하여 제3a도-d도에 도시한 바와 같은 결질의 머리부를 갖는 복합 재료 봉체로 절단한다.

방전 선절삭법에서는 선과 복합 소결체 블록 사이에 고전압을 가하고, 선을 긴장(tension) 상태에서 주행 시켜 블록을 절단하는 것인데, 이에 대한 상세한 설명은 미합중국 특허 제4,103,137호를 참조하면 된다.

파이프상 전극을 이용하는 방전 가공법에서는 전극과 복합 소결체 블록의 피가공위치 사이에 일정의 간격을 두면서 전극과 복합 소결체 블록 사이의 고전압을 인가하거나 혹은 파이프상 전극과 복합 소결체 블록을 절연액중에 대향 배치하고 전압을 인가하여 행한다.

제8도는 본 발명의 방법에서는 사용하는 파이프상 전극을 도시한 것이다. 제8a도에 도시한 전극은 3개의 원주체를 동시에 구멍을 뚫기 위하여 사용하는 것이고, 지지부(40)에 3개의 파이프상 전극(41a,41b,41c)이 수직으로 붙어있다. 파이프상 전극(41)은 제8b도에 도시한 바와같이 중공 원통체로 만들고, 그 상부에 가스 배출구(42)가 설치되어 방전에 의해 기화한 가스상 재료가 빠져나가도록 구성되어 있다.

제9도는 여러개의 파이프상 전극을 구비한 전극 수단을 도시한 것으로서, 제9a도는 측면도, (b)는 복합소결체 블록과 전극의 배치를 나타낸 평면도이다. 본 발명의 방법에서 사용하는 파이프상 전극에서 이들에 한정되지 않고 복합 소결체 블록으로부터 원동체를 구멍 뚫는 것이라면 임의의 구조인 것도 좋다. 예로서 산봉우리 모양의 전극을 이용해도 좋다.

그러나, 파이프상 전극을 이용하는 방전 가공법 자체는 본 발명의 직접적인 대상이 아니고 그 자체가 공지로서 더 이상의 설명은 하지 않는다.

한편, 전자빔, 레이저빔, 이온빔 등의 수렴성은 높고, 고에너지의 빔으로 가공할 때는 임의의 단면의 봉체를 복합소결체 블록으로부터 구멍을 뚫지만, 이러한 고에너지 빔 가공자체도 본 발명의 직접적인 대상이 아니고 그 자체가 공지이므로 더 이상의 설명은 하지 않는다.

이상, 본 발명의 복합소결 재료 원주체를 고 경질소결부의 열간압연전의 성분에 기초해서 설명했지만, 소결후의 경질소결부, 지지부 및 이들의 접합부분에 있어서는 특정되지 않는다. 그러나 소결후의 경질소결부, 지지부 및 이들의 접합부분의 성분은 그 조합자체 및 열간압연의 온도, 압력 지속시간에 의해 미세하고 변동하는 것으로서, 당업자가 본 발명을 실시할 때 열간 압연전의 성분에 기초한 편이 보다 쉽고 또 정확하게 발명의 내용을 이해할 수 있는 것이다. 따라서, 소결후의 경질소결부, 지지부 및 이들의 접합부분의 성분 자체에 있어서는 더 이상의 설명을 생략한다.

이하, 실시예에 의해 본 발명의 제조방법을 설명한다. 단, 이러한 실시예는 본 발명의 단순한 예로서 본 발명의 범위을 제한하는 것이 아니다.

또, 본 명세서 중에서 %의 표시는 특별히 지시하지 않은 한 용량%이다.

[실시예 1]

외경 18mm, 내경 14mm, 높이 15mm의 WC-12% Co초 경합금제 링, 외경 14mm, 높이 12mm의 WC-12% Co초 경합금제 원주블록, 외경 14mm, 두께 0.5mm의 WC-12% Co초 경합금제 원판과, 입력 0.5㎛의 다이아몬드 분말 85%와 나머지가 입경 0.5㎛ 이하의 WC-15% Co초경 합금분말로 구성되는 혼합분말을 준비했다.

초합금 링의 내경에 초합금 원주블록을 삽입하고, 초경합금 링 내면과 초경합금 원주블록의 상면에 형성되는 직경 14mm, 깊이 3mm의 凹부분에 상기 혼합 다이아몬드 분말을 충진한 후 가압하의 혼합분말의 높이를 1.5mm로 하고, 초경합금 원판에 덮개를 낸후 초고압 소결장치중에 배치하여 압력 55kb, 온도 1370℃의 조건에서 15분간 소결했다. 급냉후 감압하여 꺼내진 봉입용기의 상부초경합금 원판을 연삭으로 제거하면, 높이 12mm의 초경합금 지지부의 상면에 두께 1mm의 소결 다이아몬드층이 접합하여 형성되고 주위에 초경 합금제링이 결국 지지부 및 소결 다이아몬드층에 결합한 복합체 블록을 얻었다.

상기 복합체 블록을 제7도에 도시한 바와 같이 방전선절삭 가공기에 장착하고 방전 선절삭하여 복합체 즐록의 축방향으로부터 직경 1mm, 길이 13mm의 환형봉에 지지체부는 WC-12% Co 초경합금으로 되고, 그 일단에 길이 1mm의 소결다이아몬드층이 고착 형성된 원주체를 얻었다.

또한, 상기 복합체 블록을 제9a도 및 (b)에 도시한 바와같이 파이프상 전극을 구비하는 방전 가공기에 장착하고, 방전 가공하여 복합체 블록의 축방향으로부터 직경 1mm, 길이 13mm의 환형봉에 지지체부는 WC-12% Co 초경합금으로 되고, 그 일단에 길이 1mm의 소결 다이아몬드층이 고착 형성된 원주체에 구멍을 뚫는다.

이러한 복합재료 원주체체 제4a도에 도시한 바와같이 강제(鋼製) 손잡이(25)의 구멍에 압입하고 땜질한 다음, 외면을 깊이 0.1mm를 연삭제거하여 직경 0.8mm의 원주체로 한다. 그후에 날홈을 내고 날을 세우는 가공을 행하여 마이크로드릴을 만들었다.

상기 마이크로드릴을 이용하여 유리 에폭시 기판을 구멍을 뚫어본바, 200,000회 이상 가능했다.

[실시예 2]

각각 WC-12% Co 초경합금으로 이루어지는, ① 외경 18mm, 내경 14mm, 높이 20mm의 링, ② 외경 14mm, 높이 18mm의 원주블록, ③ 외경 14mm, 두께 0.5mm의 원판과, 입경 3㎛의 다이아몬드 분말 90%와 나머지가 Co 분말로 이루어지는 혼합분말, 입력 3㎛의 고압상 질화붕소(이하, 입방정형질화붕소를 CBN이라 기술한다) 분말 60%와 나머지부(TIN-10중량% Al)의 조성의 분말로 이루어지는 혼합분말을 준비한다.

초경 합금제 원주 블록의 상면에 상술한 CBN 혼합 분말을 용매로 용해한 것을 두께 50㎛로 도포한 후 용매를 가열하여 제거하고, 이 처리를 행한 초경 합금 원주블록을 초경링 내경에 삽입했다.

다음에, 초경합금 링 내면과 CBN 혼합분말을 도포한 초경합금 원주블록의 상면에서 형성되는 凹부분에 상술한 다이아몬드 분말을 충진한 후, 가압성형하여 두께 1.3mm의 다이아몬드 혼합분말층을 형성한 후 초경합금 원판에 덮개를 낸다.

다음에 이 용기를 초고압 소결 장치중에 배치하고 압력 55kb, 온도 1400℃에서 10분간 소결한 후 급냉, 감압하여 용기를 꺼낸다. 용기의 상부 초경합금 원판을 연삭 제거하면, 높이 18mm의 초경합금 지지체의 상면에 두께 1.2mm의 소결 다이아몬드층이 두께 25㎛의 CBN층을 통해 접합되고, 주위에 초경합금이 링이 지지체 및 소결 다이아몬드층에 결합한 복합체 블록을 얻는다.

상기 복합체 블록을 방전 선절삭 가공기에 장착하고, 방전 선절삭하여 복합체의 축방향에서 직경 2mm, 깊이 19.2mm의 환형봉에 지지체부는 WC-12% Co초경 합금으로 이루어지고, 그 일단에 길이 1.2mm의 소결 다이아몬든층이 두께 25㎛의 소결 CBN 계면층을 통해 접합 형성된 복합재료 원주체를 얻는다.

또한 상기 복합체 블록을 파이프상 전극을 구비하는 방전 가공기에 장착하고, 파이프상 전극에 의해 복합체의 축방향으로부터 직경 2mm, 길이 19.2mm의 환형봉에 지지체부는 WC-12% Co 초경합금으로 이루어지고, 그 일단에 길이 1.2mm의 소결 다이아몬드층이 두께 25㎛의 소결 CBN 계면층을 통해 접합 형성된 원주체에 구멍을 뚫는다.

이러한 복합재료 원주체를 강제 손잡이에 매입하고 땜질하여 원주체의 외주부분을 소정의 치수로 연삭하여 펀치를 한다. 이러한 펀치를 이용해서 인쇄 기판을 펀칭하여 구멍을 뚫어본다, 종래의 강제 펀치의 약 100배 이상의 사용수명을 나타냈다.

[실시예 3]

WC-1% Cr₃C₂-20% Co의 원주블록을 이용해서 다이아몬드 혼합분말층의 가압성형후의 두께를 ㎛m로 한 것 이외에는 실시예 2와 동일한 조건에서 소결하고, 주위에 초경합금 링이 지지체 및 소결 다이아몬드층에 결합된 복합체 블록을 얻었다.

복합체 블록을 방전 선절삭 가공기에 장차가혹, 방전선절삭하여 복합체의 축방향으로부터 직경 0.3mm, 길이 18.5mm의 환형봉에 지지부는 평균입도 0.7㎛의 미세한 WC-1% Cr₃C₂-20% Co 초경합금으로 이루어지고, 그 일단에 길이 0.5mm의 소결 다이아몬드층이 두께 25㎛의 소결 CBN 계면층을 개입시켜 접합형성된 원주체를 얻었다.

[실시예 4]

(Mo₇, W₃)c-11% Co 초경합금으로 이루어지고 상면에 직경 20mm, 깊이 3mm의 원형 凹부분을 갖는 외경 24mm, 높이 25mm의 원주블록, 외경 20mm, 두께 0.5mm의 WC-12% Co 초경합금제 원판과, 입경 0.5㎛의 다이아몬드 분말 80%과 나머지가 입력 0.5㎛ 이하의 WC-15% Co 초경합금분말로 이루어지는 다이아몬든 혼합분말을 준비했다.

다이아몬드 혼합분말을 상술한 초경합 원주블록의 상면 凹부분에 충진한후 가압하여 높이 2.3mm의 다이아몬드 혼합분말층을 형성한다. 다음에 초경합금 원판에 덮개를 낸후 초고압 소결 장치내에 배치하고, 압력 55kb, 온도 1400℃에서 15분간 소결한다.

소결후 봉입 용기를 꺼내고 초경합금 덮개를 연삭제거하면, 상면에 원형 凹부분에 두께 1.5mm의 결합 다이아몬드층을 갖고, 이것이 주위의(Mo₇, W₃) C-11% Co 합금용기에 견고하게 접합된 복합체 블록을 얻는다.

상기 복합체 블록을 방전 선절삭 가공기에 장착하고 방전 선절삭하여 복합체 블록의 축방향으로부터 직경 2mm, 길이 23.5mm의 환형봉에 지지체부는(Mo₇, W₃) C-11% Co 초경합금으로 이루어지고, 그 일단에 길이 1.5mm의 소결 다이아몬드층이 고착 형성된 봉체를 얻는다.

또한 상기 복합체 블록을 전자빔 가공기에 장착하고, 전자빔에 의해 복합체 블록의 축방향으로부터 직경 2mm, 길이 23.5mm의 환형봉에 지지체부는 (Mo₇, W₃) C-11% Co 초경합금으로 이루어지고, 그 일단에 길이 1.5mm의 소결 다이아몬드층이 고착 형성된 봉체에 구멍을 뚫는다.

[실시예 5]

(Mo₇, W₃) C-11% Co 초경합금 대신에 WC-0.5% VC-13% Co 초경합금의 원주블록을 이용한 것외에는 실시예 4와 동일한 조건에서 복합체 블록의 소결 및 방전 선절삭에 의한 원주체의 절삭을 행하고, 직경 2mm, 길이 23.5mm의 환형봉에 지지부는 평균 입도 0.7㎛의 WC-0.5% VC-13% Co 초경합금으로 이루어지고, 그 일단에 길이 1.5mm의 소결 다이아몬드 층이 고착 형성된 원주체를 얻는다.

[실시예 6]

외경 18mm, 내경 14mm, 높이 15mm의 WC-12% Co 초경합금링, 외경 14mm, 높이 12mm의 96 중량% W-3 중량% Ni-1 중량% Cu 합금으로 이루어지는 원주블록, 외경 14mm, 두께 0.5mm의 WC-12% Co 초경합금 원판과 입력 3㎛의 CBN 85%와 나머지 TiN_0.82분말과 Al 분말을 중량비로 80 : 20으로 혼합한후 1000℃에서 30분간 진공로(爐)내에서 가열 처리한 후 0.3㎛로 분쇄한 분말로 이루어지는 혼합 분말을 준비한다.

초경합금링의 내경에 W합금 원주블록을 삽입해서 초경합금 링 내면과 W합금 원주블록 상면에서 형성되는 직경 14mm, 깊이 3mm의 凹부분에 상술한 CBN 혼합분말을 충진하고 가압하여 높이 1.7mm의 CBN 혼합분말층을 형성한다. 다음에, 초경 합금 원판을 덮어서 덮개를 만들고 초경 합금용기 전체를 초고압 소결 장치중에 배치하고, 그런 후 압력 50kb, 온도 1250℃에서 20분간 소결한다.

소결 후 초경합금용기를 꺼내고 상면의 WC-12% Co 초경합금 덮개를 연삭 제거하면, 높이 12mm의 W 합금 지지부의 상면에 두께 1mm의 소결 CBN층이 접합된 복합체 블록을 얻었다.

복합체 블록을 방전 선절삭가공기에 장착하고, 방전선절삭하여 복합체 블록의 축방향으로부터 직경 1mm, 길이 13mm의 환형봉에 지지부는 96중량% W-3 중량% Ni-1 중량% Cu 합금으로 이루어지고, 그 일단에 길이 1mm의 소결 CBN이 고착 형성된 봉체를 얻었다.

또한 상기 복합체 블록을 이온빔 가공기에 배치하고 이온빔에 의해 복합체 블록의 축방향으로부터 직경 1mm, 길이 13mm의 환형봉에 지지부는 96중량% W-3 중량% Ni-1 중량% Cu 합금으로 이루어지고, 그 일단에 길이 1mm의 소결 CBN이 고착 형성된 봉체에 구멍을 뚫는다.

[실시예 7]

W-3중량% Ni-1중량% Cu의 W 합금 대신에 WC-2% TaC-10% Co 합금의 원주 블록을 사용한 것 이외는 실시예 6과 동일한 조건에서 소결하고, 높이 12mm의 지지부의 상면에 두께 1 mm의 결합 CBN 층을 결합시켜 형성하며, 주위에 초경합금제 링이 지지체 및 결합 CBN층에 결합된 복합체 블록을 얻는다.

복합체 블록을 방전 선절삭 가공기에 장착하고 방전선절삭하여 복합체 블록의 축방향으로부터 한변이 1mm, 길이 13mm인 각봉에 지지부는 평균입도 1㎛의 WC-2% TaC-16% co 합금으로 되고, 그 일단에 길이 1mm의 결합 CBN 층이 고착 형성된 가늘고 긴 각(角) 봉을 얻는다.

상기 각봉을 제5a도에 도시한 바와같이 초경합금층의 단부를 일정 길이만 원주상으로 연삭한 후 제5b도에 도시한 바와같이 대응하는 구멍을 갖는 강제 손잡이에 매입하고 땜질하여 각봉의 외주측면을 소정의 치수로 연삭하여 각주상 펀치를 작성한다. 각주상 펀치에 의해 기판의 펀칭을 해본바, 종래의 강제 펀치에 비하여 상당히 사용수명이 긴 것을 확인했다.

[실시예 8]

외경 40mm, 내경 36mm, 높이 40mm의 WC-12% Co 초경합금 링, 외경 36mm, 높이 34mm의 WC-12% Co 초경합금 원주블록, 외경 36mm, 두께 0.5mm의 WC-12% Co 초경 합금원판과, 입력 3㎛의 CBN 분말 60 체적 %와 나머지부(TiN-10중량% Al)의 조성의 분말로 이루어지는 CBN 혼합분말을 준비한다. 먼저 CBN 혼합분말을 직경 36mm, 두께 2.5mm의 원판에 가압 성형하고 상기 초경 합금링의 내경에 하부로부터 초경 합금원판, CBN 성형체, 초경합금 원주블록, CBN 성형체, 초경 합금원판의 순서로 적층 배치하고 셋트한 용기 전체를 초고압 소결 장치중에 배치하여 압력 40kb, 온도 1200℃에서 20분간 소결했다.

소결후 꺼내고 상하의 초경합금 덮개를 연삭 제거하면, 높이 34mm의 초경합금 원주블록의 상하면에 직경 36mm, 두께 1.5mm의 소결 CBN층이 고착 형성되고, 다시 주위가 초경합금 링에 덮힌 복합체 블록을 얻는다.

다음에 복합체 블록을 방전 선절삭 가공기에 장착하고, 방전 선절삭하여 복합 블록 축방향으로부터 직경 2.5mm, 길이 37mm의 환형봉에 그 양단에 길이1.5mm의 소결 CBN층이 고착 형성된 것을 얻는다.

또한 상기 복합체 블록을 레이저 가공기에 장착하고 레이저 빔에 의해 복합체 블록의 축방향으로부터 직경 2.5mm, 길이 37mm의 환봉에 그 양단에 길이 1.5mm의 소결 CBN층이 고착 형성된 것에 구멍을 뚫는다.

이러한 환봉을 다시 길이방향의 중앙부에서 절단하여 2등분함으로써 직경 2.5mm, 길이 18mm의 환형봉에 지지부는 WC-12% Co 초경합금으로 이루어지고, 일단에 길이 1.5mm의 소결 CBN층이 고착 형성된 봉체를 얻었다.

Claims (20)

1. 다이아몬드 분말 또는 고압상 질화붕소 분말중 어느 하나 또는 모두를 50% 이상 함유하는 경질 소결부(21)와, 그중 1단부에서 경질 소결부와 접합되어 있는 지지부(22)를 구비하는 복합소결재료 봉체(23)에 있어서, 경질 소결부(21)와 지지부(22)의 접합은 경질 소결부(21)의 소결과정에서 형성되고, 복합 소결재료 봉체(23)의 직경 또는 상당직경은 3mm 이하이고, 경질 소결부(21)의 축방향 길이는 0.3 내지 2mm이고, 지지부(22)의 축방향 길이는 경질소결부(21)의 축방향 길이의 5배 이상인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체.

제1항에 있어서, 경질소결부(21)의 다이아몬드 분말 또는 고압상 질화붕소 분말은 평균입도가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 복합 소결 재료봉체.

제1항에 있어서, 지지부(22)는 주기율표 제4a, 5a, 6a 족 원소의 탄화물 또는 이들의 상호 고용체 탄화물을 철족금속에 결합시킨 초경합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체.

제3항에 있어서, 지지부는 WC을 주성분으로 한 탄화물을 철족금속에 결합시킨 초경합금으로 구성되고, 초경 합금내의 탄화물의 평균입도가 3㎛ 이하이고, 또 결합금속량이 7중량% 이상인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체.

제4항에 있어서, 초경합금중의 결합금속이 Co인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체.

제3항에 있어서, 초경합금내의 탄화물의 입도가 2㎛ 이하이고, 결합금속량이 12중량% 이상인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체.

제1항에 있어서, 지지부(22)는 W을 80 내지 98중량% 함유하고 나머지 부분은 Ni-Fe 또는 Ni-Fe-Cu로 구성되는 합금인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체.

제1항에 있어서, 경질 소결부(21)와, 지지부(22)의 접합은 두께가 0.5mm 이하의 중간 접합층(24)을 통해 구성되는 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체.

제1항에 있어서, 복합소결 재료봉체(23)는 원주체인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체.

다이아몬드 분말 또는 고압상 질화붕소분말을 50% 이상 함유하는 경질소결체용의 제1재료층와, 제1재료층의 소결과정에서 제1재료의 경질 소결체와 접합하는 제2재료층을 동일한 열간압연 용기내에 가압 방향으로 중첩하여 장입하고, 고온 고압하에서 열간 압연하여 제1재료층을 소결함과 동시에 얻은 경질 소결체를 제2재료층측과 접합시켜서 소정의 두께인 경질 소결체의 층을 갖는 복합재료 블록을 형성하고, 복합재료 블록을 방전절삭, 전자빔, 레이저빔, 이온빔가공중 어느 한 방법에 의해 재료층 두께 방향으로 절단하여 복합재료 블록의 재료층 두께 방향의 두께에 대하여 1/6 이하로 또는 3mm 이하의 상당직경의 단면을 갖는 경질 소결체(2)를 머리부에 구비한 가늘과 긴 복합재료 봉체를 2개 이상 절취하는 것을 특징으로 하는 경질의 머리부를 갖춘 복합소결 재료봉체의 제조방법.

제10항에 있어서, 경질 소결부(2)의 다이아몬드 분말 또는 고압상 질화붕소 분말은 평균입도가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체의 제조방법.

제10항에 있어서, 지지부(22)는 주기율표 제4a,5a,6a족의 탄화물 또는 이들의 상호 고용체 탄화물을 철족금속에 결합시킨 초경합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체의 제조방법.

제12항에 있어서, 지지부(22)는 WC을 주성분으로 한 탄화물을 철족금속에 결합시킨 초경합금으로 구성되고, 초경 합금 내의 탄화물의 평균입도가 3㎛ 이하이고, 결합금속량이 7중량% 이상인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체의 제조방법.

제13항에 있어서, 초경합금내의 결합금속이 Co인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체의 제조방법.

제13항에 있어서, 초경합금내의 탄화물의 입도는 2㎛ 이하이고, 결합금속량은 12중량% 이상인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체의 제조방법.

제10항에 있어서, 지지부는 W을 80 내지 98중량% 함유하고, 나머지 부분은 Ni-Fe 또는 Ni-Fe-Cu로 구성된 합금인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체의 제조방법.

제10항에 있어서, 제1재료층과 제2재료층 사이에 두게가 0.5mm 이하의 중간 접합층을 배치하여 열간 압연하는 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체의 제조방법.

제10항에 있어서, 복합재료 블록(33)을 방전 선절삭방법에 의해 재료층 두께 방향으로 절단하는 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체의 제조방법.

제10항에 있어서, 축방향의 중공 원통부분을 갖는 전극(41)을 이용한 방전 가공에 의해 복합재료 블록(33)으로부터 재료층 두께 방향으로 작은 직경의 원주체의 구멍을 뚫고, 머리부에 경질소결체를 구비하는 가늘고 긴 복합재료 원주체를 2개 이상 절취하는 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체의 제조방법.

제19항에 있어서, 축방향의 중공원통 부분을 갖는 전극(41)은 파이프상 전극인 것을 특징으로 하는 복합소결 재료봉체의 제조방법.

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