KR920010861B1 - 샌드위치형 구조의 고경도 소결체 복합재료 - Google Patents

샌드위치형 구조의 고경도 소결체 복합재료 Download PDF

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스미또모덴끼고오교 가부시끼가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

샌드위치형 구조의 고경도 소결체 복합재료
제1도는 본 발명에 따르는 샌드위치형 구조의 고경도 소결체 복합재료의 단면을 나타낸다.
제2도 및 제3도는 본 발명에 따르는 샌드위치형 구조의 고경도 소결체 복합재료를 제조하는 데에 필요한 캡슐안에 충진되는 재료의 구성을 나타낸다.
제4도는 본 발명에 따르는 고경도 소결체 복합재료를 트위스트 드릴에 사용한 예를 나타내며,
제4a도는 이의 측면도.
제4b도는 정면도이다.
제5a도는 제4도에 도시한 트위스트 드릴의 선단부분의 측면도이고,
제5b도는 드릴칼날의 끝에서 본 평면도이다.
제6도는 본 발명의 고경도 소결체를 복합재료를 사용한 유리절단공구를 나타내고,
제6a도는 이의 측면도.
제6b도는 정면도이다.
제7도는 본 발명의 고경도 소결체 복합재료를 사용한 선재압연로울러를 나타내고,
제7a도는 이의 측면도.
제7b도는 정면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : PCD 2,2′ : 지지체
3,3′ : 중간층 4 : Co판
5 : 고경도 소결체 복합재료 6 : 드릴
7 : 밀랍재
본 발명은 샌드위치형 구조의 고경도 소결체 복합재료에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 특히 드릴링공구로 적합한 소재인, 다이아몬드를 주성분으로 하는 고경도 소결체(이하, 고경도 소결체를 P.C.D라고 약함)의 양측에 초경합금(超硬合金) 또는 금속 또는 합금으로 이루어진 지지체를 배치하여 구성된 샌드위치형 구조의 고경도 소결체 복합재료에 관한 것이다.
PCD는 수명이 긴 공구로서 적절히 사용되며, 특히 가공하기가 어려운 재료를 가공하기 위한 공구의 필요불가결한 소재로서 최근 급속히 보급되고 있다. 그러나, 엄격한 제조조건 때문에 PCD의 형상은 매우 제한되어 보급이 신장하지 않는 분야가 있다.
특히, 드릴링 공구의 경우에는 샹크(Shank)에 PCD제의 칼날(刀先) 칩(Chip)을 삽입하고 밀랍으로 날을 부착시킨 드릴을 제조하지만, PCD는 밀랍부착이 곤란하여 PCD에 초경합금 등의 지지체를 접착시킨 다음, 이 지지체 표면에서 샹크에 밀랍부착하고 있다. 그러나, PCD 편(片)의 한쪽 표면에만 초경합금 등의 지지체를 접착시킨 한쪽면 밀랍부착에서는 밀랍부착 면적이 커서 빠지지 않는 것도 있고, 보유강도가 충분하지 않다. 그래서, PCD 편의 양측표면에 초경합금 등의 지지체를 접착시켜 양면 밀랍부착을 가능하게 하는 것이 요망된다.
또한, 날부착드릴에서는 한쪽면에만 지지체를 접착시킨 칩을 사용하면, 칼날이 공구의 회전중심에 대칭으로 되도록 위치를 정할 필요가 있다. 그러나, 양면에 동일한 두께의 지지체를 접착시킨 구조의 복합재료를 사용하면 이와 같은 복잡한 위치 결정을 할 필요가 없어진다.
그러나, 초경합금 등의 지지체가 양면에 있는 샌드위치형 구조의 소결체 복합재료를 제조하는 것은 하기 이유로 제조하기 곤란하며, 이 때문에 PCD를 사용한 드릴링 공구는 시장에 존재하지 않았다.
상기에서 설명한 바와 같이, PCD 공구의 보유 강도를 높이기 위해서는 PCD 편의 양측을 초경합금으로 샌드위치상으로 끼운 구조의 칩이 먼저 고려될 수 있다. 예를 들면, 일본국 공개특허공보 제(소) 57-66805호에는 다이아몬드 또는 고밀도 질화붕소를 2장의 판상 서어멧(cermet) 소격체층에 접착 협지시킨 3층의 적층 소결체가 기재되어 있다. 본 발명자들도 우선 이와 같은 샌드위치형 구조의 소결체 복합재료를 시험제작하였다.
그 결과로 얻은 결론은 균열이 많이 발생하여 공업적으로 이러한 샌드위치형 구조의 소결체 복합재료를 안정하게 생산하는 것은 아마도 불가능하다는 것이었다.
따라서, 본 발명의 목적은 공업적으로 안정하게 제조가능한, 양면이 지지체로 접착협지되어 있는 샌드위치형 구조의 PCD 소결체 복합재료를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 날이 부착된 드릴의 절단날칩으로서 적절히 사용되는 샌드위치형 구조의 PCD 소결체 복합재료를 제공하는 데에 있다.
전술한 바와 같이, PCD 편의 양측을 초경합금으로 샌드위치 모양으로 끼운 구조의 복합소결체는 소결과정에서 균열이 많이 발생하여 공업적으로 안정하게 제조할 수 없었다. 그 이유를 상세히 검토한 바, 다음 사실이 판명되었다.
3층 구조의 고경도 소결체 복합재료를 제조하려면, 초경합금 또는 금속의 지지체 사이에 다이아몬드 분말과 결합재의 혼합분말 또는 결합재 편을 함유하는 다이아몬드 분말을 배치하고, 초고압, 고온도하에서 소결시켜 PCD를 형성하는 동시에 PCD와 지지체를 접합시킨다. 그러나, 소결처리 종료후, 초고압을 해제하여 냉각시키는데, 이때 PCD와 지지체의 열팽창 계수가 상이하여 이들 사이에 열응력이 발생한다. 따라서, PCD와 지지체와의 열팽창 계수의 차이가 크면, 이들 사이에서 발생하는 열응력도 비례하여 커져서 결국 균열이 발생하게 된다.
한쪽에만 지지체를 하나로 접합시킨 2층 구조의 복합재료에서는 PCD와 지지체간의 열응력은 재료 전체의 변형에 흡수되어 PCD 자체의 치명적인 균열은 발생하지 않는다. 그러나, 양측에 지지체를 하나로 접합시킨 3층 구조의 복합재료의 경우에는 일반적으로 지지체의 열팽창 계수가 크기 때문에, PCD의 양측면에 인장방향의 열응력이 작용하여 PCD 자체에 균열이 생기지 않게 된다.
한편, 초경합금의 열팽창 계수는 함유되는 경질상과 결합상의 비율에 따라 대략 결정되는데, 결합상인 철족금속의 양의 비율이 적어질수록 초경합금의 열팽창 계수는 작아져서 PCD의 열팽창 계수에 가까워진다.
하기에 나타내는 표 1은 WC-Co 초경합금에서의 Co 함유량과 초경합금의 열팽창 계수와의 관계를 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure kpo00001
한편, PCD의 열팽창 계수도 철족금속의 함유량에 따라 결정되며, 표 3에 나타낸 바와 같이 Co 함유량이 증가함에 따라 증대한다.
[표 2]
Figure kpo00002
전술한 바와 같이, PCD 층에 작용하는 인장응력의 크기는 PCD와 지지체의 열팽창 차이에 따라 결정되며, 대개 그 차이는 0.6×10-6이하이면 PCD 층에의 균열발생도 적어지고, 샌드위치형 구조의 고경도 소결체를 고수율로 생산할 수 있는 것으로 실험적으로 확인되었다.
따라서, 지지체가 WC 초경합금인 경우에는 지지체의 결합재 함유량이 10중량% 이하인 것이 균열방지에 필요하다. 그러나, 드릴링공구로서의 용도를 고려하면, 절삭성능면에서 PCD 층의 Co 함유량은 15 내지 5체적%가 바람직하며, 이에 대한 지지체를 이루는 초경합금의 결합재 함유량은 5 내지 2체적%가 적당하다. 또한, PCD 층의 열팽창 계수를 저하시키기 위하여 PCD 층에 철족금속을 가하여 Mo 합금 및 W 합금 또한 Mo 탄화물, W 탄화물을 함유시켜도 된다.
한편, PCD를 제조하는 데에는 다이아몬드 입자만을 출발원료로서 소결시키는 것도 생각되지만, 공업적으로 우수한 수율로 제조하는 것은 현시점에서는 불가능하다. 통상 PCD를 제조하는 데에는 다이아몬드 분말과 인접하게 배치된 초경합금 층으로부터 초경합금에 함유된 철족금속을 고압고온 처리하는 도중에 다이아몬드 분말속에 함침시키거나, 미리 다이아몬드 분말에 철족금속을 함유시키거나, 또는 철족금속의 박판을 다이아몬드 분말과 인접하게 배치하고, 고압고온 처리도중에 철족금속을 용해시킴으로써 다이아몬드 분말에 함침시켜 다이아몬드 분말을 소결시킨다.
전술한 바와 같이, PCD를 초경합금으로 샌드위치 모양으로 끼운 구조에서는 초경합금의 열팽창 계수를 낮추기 위하여, 초경합금의 철족금속을 함유량을 낮출 필요가 있다. 그러나, 이러한 경우에는 초경합금의 함유량보다 많은 양의 철족금속을 다이아몬드 분말에 공급하는 것이 어렵다.
즉, PCD를 수율이 양호하게 제조하려면, 먼저 다이아몬드 분말에 충분한 양의 철족금속을 함유시킨 것을 출발원료로 해야 하지만, 단순히 철족금속을 다량 함유한 다이아몬드 분말과 초경합금을 직접 접합시킨 것에서는 초고압고온으로 소결처리하는 도중에 다이아몬드 분말에 함유시킨 철족금속이 초경합금쪽에 침투하여, 그 결과 PCD를 끼운 지지체를 구성하는 초경합금의 철족금속 함유량이 많아지며, 그 결과 초경합금의 열팽창 계수가 커져서 PCD 층 균열의 원인이 된다. 한편, 다이아몬드 분말중의 철족금속 양을 낮추고, 또한, 철족금속 함유량이 낮은 초경합금을 인접배치하여 소결시켜도 공업적으로 수율이 좋은 PCD를 수득할 수 없다.
본 발명에 따르면, 다이아몬드를 주성분으로 하는 고경도 소결체층; 이 고경도 소결체층의 양측 표면에 일체로 접합되어 열팽창 계수가 3.0 내지 6.0×10-6/℃이고, 두께가 10㎛ 이상 500㎛ 이하이며, 이 고경도 소결체를 소결하는 도중에 철족금속을 실질적으로 투과시키지 않는 중간층; 및 이 중간층의 외측 표면에 각각 일체로 접합되고, 열팽창 계수가 6.0×10-6/℃ 이하의 초경합금 또는 금속 또는 합금으로 이루어진 지지체로 이루어짐을 특징으로 하는 샌드위치형 구조의 고경도 소결체 복합재료가 제공된다.
즉, 본 발명의 고경도 소결체 복합재료는 첨부된 제1도에 도시한 바와 같이, PCD(1)의 양측에 중간층(3),(3′)을 거쳐서 지지체(2),(2′)를 하나로 접합시켜 구성한 것이다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 따르면, 지지체(2),(2′)는 열팽창 계수가 4.6×10-6/℃ 이하의 WC 및/또는 MoC를 주성분으로 하는 초경합금인 것을 특징으로 한다. 이러한 지지체로서는 WC 및/또는 MoC를 주성분으로 하고, 나머지 성분이 5 내지 2중량%의 Co 및/또는 Ni인 초경합금이 바람직하다.
본 발명의 1태양에 따르면, 지지체(2),(2′)는 W 및/또는 Mo를 주성분으로 하는 금속 또는 합금도 무방하다.
한편, 본 발명의 바람직한 태양에 따르면, 상기 중간층(3),(3′)은 3b, 4a, 4b, 5a, 6a족 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕소화물, 산화물 및 이들의 상호 고용체(固溶體)로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종 이상으로 이루어짐을 특징으로 한다. 이러한 중간층(3),(3′)으로서는, 예를 들면, AlN, ZrN, ZrB2, HfC, Si3N4, SiC, ZrO2, SiO2, TaN, VB2, V2O3, Cr3C가 있다.
또한, 본 발명의 다른 태양에 따르면, 이 중간층(3),(3′)은 80 내지 20체적%, 바람직하게는 80 내지 50체적%의 고압상 질화붕소를 함유하며, 나머지 성분은 4a, 5a, 6a족 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕소화물 및 이들이 상호 고용체로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진다.
또한, 본 발명의 바람직한 태양에 따르면, 중간층(3),(3′)은 80 내지 50체적%의 고압상 질화붕소를 함유하며, 나머지 성분이 TiN 및/또는 TiC 또는 이들의 고용체 및 Al, Si의 1종 이상을 함유하는 혼합물을 소결시킨 것으로 이루어진다.
여기에서, 고압상형 질화붕소란 입방정질화 붕소 또는 울츠광형 질화붕소중 어느 것이라도 무방하다.
이어서, 본 발명의 고경도 소결체 복합재료의 구성 및 각종 조건의 한정이유를 설명한다.
즉, 본 발명에서는 제1도에 도시한 바와 같이, PCD 층(1)과 PCD를 끼운 지지체(2),(2′) 사이에 PCD 층(1)중의 철족금속이 지지체(2),(2′)쪽으로 침투하는 것을 방지할 목적으로 중간층(3),(3′)을 배치하는 구조를 채택한다. 즉, PCD(1)의 열팽창 계수는 전술한 바와 같이 3.5 내지 4.0×10-6/℃이며, 한편 표 1에 나타낸 바와 같이 지지체(2),(2′)의 일예로서 많이 사용되는 Co 함유 WC-Co 초경합금의 열팽창 계수도 될 수 있는 한 이에 근사한 것이 필요하다. 중간층(3),(3′)도 이들의 PCD(1)와 지지체(2),(2′)의 양자의 열팽창 계수에 근사한 것이 바람직하다.
따라서, 중간층(3),(3′)에 적합한 특성으로서는 열팽창 계수가 3.0 내지 6.0×10-6/℃인 것이 필요하다. 이 범위에서 크게 벗어나면, PCD(1)와 중간층(3),(3′), 중간층(3),(3′)과 지지체(2),(2′) 사이의 잔류응력이 계면의 접합강도 또는 중간층(3),(3′)의 재료의 파괴강도보다 커져서 샌드위치형 구조가 파괴된다.
또한, 철족금속 또는 합금의 액체와 중간층(3),(3′)과의 접촉각이 0 또는 0에 가까우면, 소결 도중에 다이아몬드 분말중(1)에 함유된 철족금속이 중간층(3),(3′)과 반응하거나, 중간층(3),(3′)을 통과하여 지지체에 도달함으로써 지지체(2),(2′)중의 철족금속의 함유량을 증가시키고, 열팽창 계수를 크게 하며, 그 결과 PCD(1)와 지지체(2),(2′)간의 잔류응력이 커지며, 이것이 샌드위치형 구조의 파괴로 이어진다.
따라서, 소결하는 도중에 PCD를 구성하는 다이아몬드 분말(1)로부터 지지체의 재료(2),(2′)로의 철족금속의 이동을 효과적으로 방지하고, 소망하는 철족금속 함유량, 즉 상호 근사한 열팽창 계수를 갖는 PCD(1) 및 지지체(2),(2′)를 수득하려면 철족금속 또는 이들 합금의 용융체와의 접촉각이 20℃ 이상인 특성을 갖는 재료로 이루어진 중간층(3),(3′)을 사용하는 것이 필요하다.
이러한 중간층을 사용하면, 철족금속 또는 이들 합금의 용융체가 실질적으로 중간층을 통과하지 않는 효과를 갖는다.
중간층(3),(3′)의 두께를 10㎛ 이상 500㎛ 이하로 한 것은 10㎛ 이하에서는 PCD(1)로부터 지지체(2),(2′)로의 철족금속의 침투를 방지하기에 불충분하다.
본 발명에서 중간층(3),(3′)을 PCD(1)의 지지체(2),(2′)와의 사이에 개재시키는 목적은 지지체(2),(2′)의 열팽창 계수를 가능한한 PCD(1)에 가깝게 하기 위해 소결하는 도중에 철족금속이 PCD(1)로부터 지지체(2),(2′)로 이동하는 것을 지지하기 위해서이며, 이 때문에 두께가 500㎛ 이상일 필요는 없다. 또, 중간층(3),(3′)을 두껍게하면, PCD(1) 및 지지체(2),(2′) 사이의 열응력의 영향이 커져서 복합재료 전체의 변형 또는 균열의 원인으로 된다. 즉, 전술한 바와 같이 본 발명에 있어서는 PCD(1)의 지지체(2),(2′)는 가능한한 열팽창 계수가 근접한 재료로 하는 것이 바람직하지만, 중간층(3),(3′)의 두께가 커지면 중간층(3),(3′)자체의 열팽창 계수도 이들 PCD(1) 및 지지체(2),(2′)와 거의 동등한 열팽창 계수의 재료로 해야만 하므로, 재료선택의 폭이 좁아지게 된다.
또한, 중간층(3),(3′)의 두께가 500㎛ 이상인 경우는 샌드위치형 구조의 고경도 소결체 복합재료를 다른 기계가공부품에 납땜질하여 사용할 경우, 땜납재료와의 전착성이 나쁜 중간층(3),(3′)이 노출될 가능성이 있다.
이상, 지지체(2),(2′)로서 초경합금을 사용한 것에 대해서 본 발명을 기술하였지만, 금속 또는 합금으로서 열팽창 계수가 작은 W, 또는 Mo, 또는 W를 주성분으로 하는 중금속 등도 지지체(2),(2′)의 재료로서 적당하다.
하기 실시예로 본 발명의 효과를 설명한다.
[실시예 1]
적층구조가 제2도에 도시한 바와 같은 캡슐에 미리 철족금속을 함유하는 다이아몬드 분말(1)과 이의 양측에 중간층(3),(3′), 지지체(2),(2′)를 충진하고, 초고압고온장치를 이용하여 55,000기압, 1,400℃에서 소결시킨다.
수득한 초강도 소결체 복합재료의 조성과 관찰한 균열발생상황을 제3표에 나타낸다.
상기와 같이 시험제작한 샌드위치형 초경도 복합재료에 있어서, 본 발명의 중간층을 배치한 복합재료에서는 PCD층과 지지체층과의 사이에 배치한 중간층의 코발트(Co) 분포상태를 X선 미량분석기(XMA)로 조사한 결과, 중간층의 코발트는 PCD층에 존재하는 코발트의 양보다 매우 적고, 코발트가 실제로 중간층을 통하여 PCD 층에서 지지체 층으로 이동하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
[제3표]
Figure kpo00003
[실시예 2]
제3도에 도시한 바와 같이, 아래로부터 차례로 60% CBN+TiN 분말[중간층(3′)을 구성한다]을 도포한, 직경이 30mm이고 두께가 3mm인 4% Co-WC 합금[지지체(2′)를 구성한다]; 입도(粒度)가 5 내지 10μ인 다이아몬드 분말 2g[PCD(1)을 구성한다); 직경이 30mm이고 두께가 200μ인 Co 판(4)[PCD(1)의 결합재가 된다]; 60% CBN+TiN 분말 도포면[중간층(3)을 구성한다]이 아랫면에 있고, Co 판(4)과 접하도록 배치한, 직경이 30mm이고 두께가 3mm인 4% Co-WC 합금[지지체(2)를 구성한다]을 적층한 다음, 이들 전체를 고융점 금속으로 할 수 있는 보호캡슐에 충진하고, 초고압고온장치 속에서 1,400℃, 55,000기압으로 15분 동안 유지한 후, 꺼낸다.
수득한 고경도 소결체 복합재료를 관찰한 결과, 어떠한 고경도 소결체 복합재료에서도 균열이 없었다. 또한, 이들 고경도 소결체 복합재료를 분단하고, 이의 단면을 광학현미경으로 관찰하였는데, 결합재 및 촉매의 목적으로 배치한, 두께가 200μ인 Co 판(4)은 용해되어 다이아몬드 입자 사이를 빈틈 없이 메우고 있으며, 중간층(3),(3′)으로서 도포한 60% CBN+TiN 층에는 Co가 거의 침투하지 않았음을 확인하였다.
[실시예 3]
PCD용 다이아몬드 분말, 지지체용 합금, 중간층 재료로서 이의 조성이 제4표에 나타낸 바와 같고 평균 입도가 약 4㎛인 CBN 분말을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 행한 결과, 제4표의 오른쪽에 기재한 바와 같은 균열발생상황이 관찰되었다.
[제4표]
Figure kpo00004
또한, A 내지 F에서 수득한 샌드위치형 소결체에서 제4도에 도시한 바와 같은 구멍직경 6mm의 트위스트드릴을 시험 제작하고, 이것을 드릴링가공기에 장착한 다음, 1,500rpm으로 20% Si-Al 합금의 드릴링 시험을 행하였다. 그 결과, A, B, D, F의 소결체에서 수득한 트위스트드릴은 50,000 내지 75,000히트에서 구멍의 지름이 커져서 드릴을 교환할 필요가 생긴 반면, D에서는 20,000히트, C에서는 5,000히트에서 드릴을 교환할 필요가 생겼다.
[실시예 4]
적층구조가 제1도에 도시한 바와 같은 캡슐에 미리 PCD층(1)으로서 5% Fe-45% Ni-50% Co의 합금 분말을 10중량% 혼합한, 입도가 1 내지 20μ인 다이아몬드 분말, 이의 양측에 중간층(3),(3′)으로서 고압상 질화붕소를 주성분으로 하고 나머지 성분은 제5표의 성분으로 이루어진 혼합분말 및 이의 양측에 지체재질(2),(2′)로서 5중량%의 Co를 함유하는 WC-Co 합금을 충진한 다음, 초고압 고온장치를 사용하여 55,000기압, 1,400℃에서 소결시킨다. 수득한 고경도 소결체 복합재료를 검사한 결과, 어떠한 종류 중간층에서도 PCD층에서의 균열은 발생치 않았다.
[제5표]
Figure kpo00005
[실시예 5]
적층구조가 제3도에 도시한 바와 같고, 내경이 30mm인 캡슐에 먼저 PCD층(1)으로서 10중량% Co-WC 초경합금이 미세분말(입자지름이 1 내지 2μ임)을 10중량% 함유하며 나머지 성분이 입도 1 내지 10의 다이아몬드인 혼합분말 2.0g, 이의 양측에 두께가 0.2mm인 Co판 및 중간층(3),(3′)으로서 60용량% CBN-40용량% TiN을 0.25g 배치하고, 이의 양측에 지지체(2),(2′)으로서 4중량%인 Co-WC 합금으로 이루어진, 직경이 30mm이고 두께가 3mm인 원판을 배치한 다음, 이들을 거들형 초고압 고온발생장치에 장입하고, 이어서 50kb, 1,500℃에서 15분 동안 유지한 다음, 이를 꺼낸 결과, 균열이 없는, 층 높이가 65mm이고 외경이 30mm인 샌드위치형 소결체 복합재료를 수득하였다.
[실시예 6]
적층구조가 제3도에 도시한 바와 같은 캡슐에서, 입도가 1 내지 20μ인 다이아몬드 분말 3g(1) 및 60용량% CBN과 나머지 성분이 TiN으로 이루어진 혼합분말(3),(3′)을 메틸 알코올에 혼합한 다음, 이것을 직경이 30mm이고 두께가 3mm인, (MoW)C를 주성분으로 하고 나머지 성분이 3중량% Co+2중량% Ni로 이루어진 합금 원판(2),(2′)위에 약 0.2g 도포하고, 제3도에 도시한 바와 같이 적층한다. 이것을 초고압고온장치에 장입하고, 약 55kb, 1,400℃에서 가압, 가열한 후, 꺼낸 결과, 균열이 없는 샌드위치형 구조의 고경도 복합소결체를 수득하였다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 공구지지체와의 접착면적이 크고 균열 등이 없는, 품질이 우수한 고경도 소결체 복합재료를 제공하는데에 성공하였으며, 가공하기가 어려운 재료를 가공하기 위한 공구, 특히 트위스트드릴 등의 드릴링 공구의 고경도 칼날재료로서 알맞게 사용된다.
제4도는 본 발명의 고경도 소결체 복합재료(5)를 장기의 말(駒) 모양으로 형성하고 이것을 트위스트드릴의 선단에 단 상태를 나타내고 있다. 제5a도 및 (b)를 참조하여 본 발명의 고경도 소결체 복합재료(5)를 트위스트드릴의 선단부에 달고, 날을 부착한 드릴에 가공하는 방법을 설명한다.
제5a도는 제4도에 도시한 트위스트드릴의 선단부분의 측면도이며, 제5b도는 드릴칼날의 끝에서 본 평면도이다.
드릴(6)의 선단부에 형성한 날의 홈에 밀랍체(7)를도포하고, 여기에 장기의 말 모양으로 절단한 본 발명의 고경도 소결체 복합재료(5)를 압입한다. 이어서, 제5b도에 도시한 바와 같이, 지지체의 중간층을 표면절삭하여 PCD(1)의 표면층을 노출시키고, 절삭면을 드릴회전중심에 대칭으로 형성한다.
제5a도 및 (b)에 도시한 본 발명의 샌드위치형 구조의 고경도 소결체 복합재료(5)를 사용하면, 절삭면(1)의 위치를 드릴의 회전중심에 대칭으로 결정하는 것이 용이하며, 절삭중의 고부하가 제5b도에 도시한 바와 같이 지지층(2),(2′) 및 중간층(3),(3′)을 거쳐서 대칭으로 드릴본체에서 작용하므로 종래의 회전드릴 보다 훨씬 고속으로 절삭할 수 있다. 또한 각각의 절삭면이 하나의 고경도 소결체 복합재료(5)로 구성되므로 절삭도중의 부하의 영향은 더욱 경감된다.
본 발명의 고경도 소결체 복합재료(5)는 트위스트드릴 뿐만 아니라 직선이 드릴(straight tooth drill)의 칼날에도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 고경도 소결체 복합재료는 드릴링 공구에 한정되지 않으며, 공구지지체와의 접합강도를 높게 하는 것이 바람직한 유리절단공구, 선재압연로울러 등의 소재로서도 알맞게 사용된다.
첨부한 제6도 및 제7도는 각각 본 발명의 고경도 소결체 복합재료를 유리절단공구와 선재압연로울러에 사용한 예를 도시하고 있다.
제6도는 유리절단 공구의 전체를 본 발명의 고경도 소결체 복합재료로 구성한 것을 나타내며, 제7도는 선재용의 공형(孔型) 로울러를 공형 부분이 PCD로 구성되도록 한 것이다.
이상과 같이 본 발명의 고경도 소결체 복합재료는 용도가 다양하고 이의 공업적인 가치는 크다.

Claims (12)

  1. 다이아몬드를 주성분으로 하는 고경도 소결체의 층; 당해 고경도 소결체층의 양측 표면에 하나로 접합되고, 열팽창 계수가 3.0 내지 6.0×10-6/℃이고, 두께가 10㎛ 이상 500㎛ 이하이며, 고경도 소결체를 소결하는 도중에 철족금속을 실질적으로 투과시키지 않는 중간층; 및 당해 중간층의 외측 표면에 각각 하나로 접합되고, 열팽창 계수가 6.0×10-6/℃ 이하인 초경합금 또는 금속 또는 합금으로 이루어진 지지체로 이루어짐을 특징으로 하는 샌드위치형 구조의 고경도 소결체 복합재료.
  2. 제1항에 있어서, 고경도 소결체는 5 내지 15체적%의 철족금속을 함유하고 이의 나머지 성분은 다이아몬드 입자이며, 지지체는 열팽창계수가 4.6×10-6/℃ 이하의 WC 및/또는 MoC를 주성분으로 하는 초경합금임을 특징으로 하는 고경도 소결체 복합재료
  3. 제2항에 있어서, 지지체는 5 내지 2중량%의 Co 및/또는 Ni을 함유하며, 이의 나머지 성분은 WC 및/또는 MoC의 초경합금임을 특징으로 하는 고경도 소결체 복합재료.
  4. 제1 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 중간층이 3b, 4a, 4b, 5a, 6a족 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕소화물, 산화물 및 이들의 상호 고용체로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종 이상으로 이루어짐을 특징으로 하는 고경도 소결체 복합재료.
  5. 제1 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 중간층이 80 내지 20체적%의 고압상 질화붕소를 주성분으로 하고, 이의 나머지 성분이 4a, 5a, 6a족 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕소화물 및 이들의 상호 고용체로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종 이상으로 이루어짐을 특징으로 하는 고경도 소결체 복합재료.
  6. 제5항에 있어서, 중간층이 80 내지 50체적%의 고압상 질화붕소를 함유함을 특징으로 하는 고경도 소결체 복합재료.
  7. 제6항에 있어서, 중간층이 80 내지 50체적%의 고압상 질화붕소를 주성분으로 하며, 이의 나머지 성분이 TiN 및/또는 TiC와 이들의 고용체 및 Al, Si의 1종 이상을 함유하는 혼합물을 소결시킨 것임을 특징으로 하는 고경도 소결체 복합재료.
  8. 제1항에 있어서, 지지체가 W 및/또는 Mo를 주성분으로 하는 금속 또는 합금임을 특징으로 하는 고경도 소결체 복합재료.
  9. 제8항에 있어서, 중간층이 3b, 4a, 4b, 5a, 5b족 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕소화물, 산화물 및 이들의 상호 고용체로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종 이상으로 이루어짐을 특징으로 하는 고경도 소결체 복합재료.
  10. 제8항에 있어서, 중간층이 80 내지 20체적%의 고압상 질화붕소를 주성분으로 하며, 이의 나머지 성분이 4a, 5a, 6a족 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕소화물 및 이들의 상호 고용체로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종 이상으로 이루어짐을 특징으로 하는 고경도 소결체 복합재료.
  11. 제10항에 있어서, 중간층이 80 내지 50체적%의 고압상 질화붕소를 함유함을 특징으로 하는 고경도 소결체 복합재료.
  12. 제11항에 있어서, 중간층이 80 내지 50체적%의 고압상 질화붕소를 주성분으로 하며, 이의 나머지 성분이 TiN 및/또는 TiC의 이들의 고용체 및 Al, Si의 1종 이상을 함유하는 혼합물을 소결시킨 것임을 특징으로 하는 고경도 소결체 복합재료.
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Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4802895A (en) * 1986-07-14 1989-02-07 Burnand Richard P Composite diamond abrasive compact
JP2505803B2 (ja) * 1987-04-15 1996-06-12 住友電気工業株式会社 エンドミル
US4764434A (en) * 1987-06-26 1988-08-16 Sandvik Aktiebolag Diamond tools for rock drilling and machining
FR2633854B1 (fr) * 1988-07-07 1991-10-31 Combustible Nucleaire Element de coupe composite contenant du nitrure de bore cubique et procede de fabrication d'un tel element
US5009673A (en) * 1988-11-30 1991-04-23 The General Electric Company Method for making polycrystalline sandwich compacts
AU624521B2 (en) * 1989-07-07 1992-06-11 De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited Manufacture of an abrasive body
US5273557A (en) * 1990-09-04 1993-12-28 General Electric Company Twist drills having thermally stable diamond or CBN compacts tips
JPH04143204A (ja) * 1990-10-03 1992-05-18 Mitsubishi Materials Corp 工具用高硬度複合焼結体
AU651210B2 (en) * 1991-06-04 1994-07-14 De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited Composite diamond abrasive compact
JP4045014B2 (ja) * 1998-04-28 2008-02-13 住友電工ハードメタル株式会社 多結晶ダイヤモンド工具
DE60115891T2 (de) * 2000-06-13 2006-06-14 Element Six Pty Ltd Verbunddiamantkörper
US20060046081A1 (en) * 2004-08-26 2006-03-02 Edward Williams Laminated wear-resistant assemblies
US7717654B2 (en) * 2006-05-26 2010-05-18 Cirino Thomas J Drill tip with serrated and dowel pinned shank interface
US20070274794A1 (en) * 2006-05-26 2007-11-29 Cirino Thomas J Oblique angle serration location and drive interface
US8002859B2 (en) 2007-02-06 2011-08-23 Smith International, Inc. Manufacture of thermally stable cutting elements
US7942219B2 (en) 2007-03-21 2011-05-17 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US9297211B2 (en) 2007-12-17 2016-03-29 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond construction with controlled gradient metal content
US8783389B2 (en) * 2009-06-18 2014-07-22 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond cutting elements with engineered porosity and method for manufacturing such cutting elements
US20110171414A1 (en) * 2010-01-14 2011-07-14 National Oilwell DHT, L.P. Sacrificial Catalyst Polycrystalline Diamond Element
US20110176879A1 (en) * 2010-01-20 2011-07-21 Cornelis Roelof Jonker Superhard body, tool and method for making same
GB201002375D0 (en) 2010-02-12 2010-03-31 Element Six Production Pty Ltd A superhard tip, method for making same and tool comprising same
US8522900B2 (en) * 2010-09-17 2013-09-03 Varel Europe S.A.S. High toughness thermally stable polycrystalline diamond
GB201015541D0 (en) 2010-09-17 2010-10-27 Element Six Ltd Twist drill assembly
US8997900B2 (en) 2010-12-15 2015-04-07 National Oilwell DHT, L.P. In-situ boron doped PDC element
KR101457850B1 (ko) * 2011-08-23 2014-11-04 엘리먼트 씩스 리미티드 다이아몬드와 기재 사이에 그레인 성장 억제제 층을 가진 미세 다결정성 다이아몬드 컴팩트
JP6029004B2 (ja) * 2011-11-28 2016-11-24 三菱マテリアル株式会社 Pcdドリル
CN103128345B (zh) * 2011-11-28 2017-03-01 三菱综合材料株式会社 Pcd钻头
CN102889057A (zh) * 2012-10-09 2013-01-23 吉林大学 一种高效耐磨切削工具
EP3029113B1 (en) * 2014-12-05 2018-03-07 Ansaldo Energia Switzerland AG Abrasive coated substrate and method for manufacturing thereof
US10273758B2 (en) * 2016-07-07 2019-04-30 Baker Hughes Incorporated Cutting elements comprising a low-carbon steel material, related earth-boring tools, and related methods
CN107414085B (zh) * 2017-07-07 2019-07-16 泉州众志金刚石工具有限公司 一种金刚石刀头胎体材料和细粒度金刚石锯片
JP7021493B2 (ja) * 2017-09-29 2022-02-17 三菱マテリアル株式会社 複合焼結体

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL129734C (ko) * 1960-07-22
US3816085A (en) * 1971-01-29 1974-06-11 Megadiamond Corp Diamond-nondiamond carbon polycrystalline composites
US3744982A (en) * 1971-05-20 1973-07-10 Gen Electric Method of making boron-alloyed diamond compacts and beryllium-alloyed cubic boron nitride compacts
US3745623A (en) * 1971-12-27 1973-07-17 Gen Electric Diamond tools for machining
US4144739A (en) * 1977-10-13 1979-03-20 Fort Wayne Wire Die, Inc. Wire drawing die and method of making the same
US4129052A (en) * 1977-10-13 1978-12-12 Fort Wayne Wire Die, Inc. Wire drawing die and method of making the same
AU529416B2 (en) * 1978-07-04 1983-06-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Diamond compact for a wire drawing die
US4536442A (en) * 1979-08-23 1985-08-20 General Electric Company Process for making diamond and cubic boron nitride compacts
US4403015A (en) * 1979-10-06 1983-09-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Compound sintered compact for use in a tool and the method for producing the same
JPS5766805A (en) * 1980-10-06 1982-04-23 Nippon Oil & Fats Co Ltd Cutting tool of high hardness
US4353963A (en) * 1980-12-17 1982-10-12 General Electric Company Process for cementing diamond to silicon-silicon carbide composite and article produced thereby
JPS5879881A (ja) * 1981-11-09 1983-05-13 住友電気工業株式会社 ビツト用複合ダイヤモンド焼結体
CA1216158A (en) * 1981-11-09 1987-01-06 Akio Hara Composite compact component and a process for the production of the same
JPS5884188A (ja) * 1981-11-09 1983-05-20 住友電気工業株式会社 複合焼結体工具およびその製造方法
EP0089818A3 (en) * 1982-03-23 1985-04-03 United Kingdom Atomic Energy Authority Coatings for cutting blades

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61270271A (ja) 1986-11-29
DE3583724D1 (de) 1991-09-12
EP0180243B1 (en) 1991-08-07
EP0180243A3 (en) 1987-10-14
JPH06669B2 (ja) 1994-01-05
KR860003871A (ko) 1986-06-13
US4861673A (en) 1989-08-29
EP0180243A2 (en) 1986-05-07

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