切削工具制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种强度或耐磨损性优异的切削工具。切削工具的切削刃部分使用将含有非金刚石型碳物质的原料组成物，在超高压高温下不添加烧结助剂或催化剂而直接变换烧结为金刚石的、实质上仅由金刚石形成的多晶体，使用高硬度金刚石多晶体，其具有多晶体最大粒径为１００ｎｍ以下，并且平均粒径为５０ｎｍ以下的微粒金刚石结晶以及最小粒径为５０ｎｍ以上，并且最大粒径为１００００ｎｍ以下的板状或者粒状的粗粒金刚石结晶的混合组织。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种精密加工用切削工具，尤其涉及一种用于对铝合金、铜合金、无电解镀镍、树脂或玻璃、碳、MMC等硬脆材料或难切削材料 等进行精密加工的精密加工用切削工具。
技术介绍
目前在各种材料的精密加工用切削工具中，使用天然单晶金刚石 (diamond)、或者合成单晶金刚石。但是，在将单晶金刚石用作切削工 具的情况下，存在着在刀尖上产生碎屑(chipping)，或使用中在刀尖部 产生偏磨损，从而不能进行精密加工的问题。金刚石单晶的结晶格子面的 间隔因方位而不同，此外，因各格子面的不同而面内的原子密度不同。因 此，具有裂开性，对硬度、耐磨损性具有显著的方向依存性，产生如上述 那样的缺陷。现在，工具用出售的多晶金刚石，作为烧结助剂或者粘结剂全都使用 Co、 Ni、 Fe等铁族金属或SiC等陶瓷。通过将金刚石粉末与烧结助剂、 粘结剂一起在热力学稳定的高压高温条件下(通常，压力5 6GPa，温度 1300 1500°C)烧结从而得到金刚石。但是，由于含有10体积％前后的烧 结助剂或者粘结剂，所以不能得到高精度的刀尖、作用面，从而无法适用 于精密加工工具。还公知有天然产生的多晶金刚石(黑金刚石(carbonado)、 半刚石(ballas))，虽然一部分可作为钻头使用，但由于缺陷多，并且材 质的差异也大，所以不用于这些用途。另一方面，使石墨(Graphite)或玻璃碳(glassy carbon)、无定形碳 (amorphous carbon)等非金刚石碳在超高压高温下，在没有催化剂或溶 剂的情况下直接变换为金刚石，同时烧结而可以得到无结合材料的金刚石 单相的多晶体。作为这样的多晶体，例如，在J.Chem.Phys.,38 ( 1963 ) 631-643(非专利文献1)或Japan丄Appl.Phys.,U (1972) 578-590 (非专利文献2) 、 Nature 259 (1976) 38 (非专利文献3)中，公开了将 石墨作为起始物料(starting material)并通过14一18GPa、 3000K以上的 超高压高温下的直接变换而可以得到多晶金刚石。此外，在日本特开2002 — 66302号公报(专利文献l)中，记载着将 碳纳米管(carbonnano-tube)加热到10GPa以上、1600。C以上，从而合成 微细的金刚石的方法。进而，在New Diamond and Frontier Carbon Technology, 14 (2004 ) 313 (非专利文献4) 、 SEI技术杂志165 (2004) 68 (非专利文献5)中，公开了将高纯度石墨作为起始物料， 在12GPa以上、220(TC以上的超高压高温下，通过基于间接加热的直接变 换烧结从而得到细致且高纯度的多晶金刚石的方法。 专利文献l:日本特开2002—66302号公报 非专利文献h J.Chem.Phys.,38 (1963) 631-643 非专利文献 2 :Japan.J.Appl.Phys.，ll( 1972 ) 578-590 非专禾!J 文献 3 : Nature259 (1976 ) 38 非专利文献4: New Diamond and Frontier Carbon Technology, 14(2004) 313 非专利文献5: SEI技术杂志165 (2004) 68 但是，由于非专利文献1或非专利文献2、非专利文献3中所述的多 晶金刚石，都利用通过对石墨等具有导电性的非金刚石碳直接流通电流来 加热的直接通电加热法，所以无法避免未变换石墨残留。此外，金刚石粒 子径不均匀，并且部分烧结容易变得不充分。因此，由于硬度、强度等机 械特性不够，并且只得到碎片状的多晶体，所以无法得到可作为切削工具 而使用的物质。此外，专利文献l公开的方法，由于通过金刚石砧(diamond anvil) 对碳纳米管加压，并且用二氧化碳激光器聚光加热，所以无法制造能适用4于切削工具的尺寸的均质的多晶金刚石。进而，由非专利文献4或非专利文献5公开的方法得到的金刚石虽然 有时具有非常高的硬度，但其再现性不够，并且机械特性不稳定，因此， 当作为切削工具使用时，因试料的原因存在性能有差异的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决以上现有技术的问题点而提出，其目的在于提供一种 切削工具，使通过直接变换烧结得到的多晶金刚石的特性最适合用于切削 工具中，不存在现有的单晶金刚石的偏磨损或分裂碎片的问题，并且具有 与现有出售的含有粘结材的多晶金刚石相比更高的强度、耐热性更优良的 性能。本专利技术人调査了上述问题点的原因，详细调查了通过直接变换得到的 多晶金刚石的微细构造与机械特性、耐磨损特性之间的关系，达县存在具 有层状构造和微细的均质构造混合的复合组织的情况，知道了它们以适当 的比例分布的结构具有高硬度且耐磨损性优良。此外，在现有的方法中， 层状构造和微细的均质构造的比率，因起始物料的石墨的状态或升温时 间、压力条件的微妙差别而有差异，知道了这是机械特性、耐磨特性的不 稳定的原因。因此，本专利技术人为了解决上述那样的问题，在超高压高温下使非金刚 石碳直接变换为金刚石的方法中，在比较粗的板状石墨或者比较粗的金刚 石中添加非石墨型碳物质或者低结晶性或者微粒的石墨，将添加后的物质作为起始物料，从而可以得到在微粒的金刚石的基体(matrix)中分散有 层状的或者比较粗的金刚石结晶的组织的多晶金刚石，通过基于该层状或 者粗粒金刚石的对塑性变形、微细裂缝(cmck)的进展阻止效果，发现可 以极其稳定地得到非常硬且强韧的多晶金刚石。此外，即使用石墨也可以 通过升温时间、压力条件进行微细构造的控制，从而也发现了如上述那样 的适当的组织。并且，由于使用该素材在工具或部件上形成适当的形状，所以判明根 据起始物料或合成条件可以得到耐磨损性高、偏磨损或分裂碎片也少的切 削工具，通过起始物料的最适化将多晶金刚石的微细构造最适化，从而发现可以得到具有现有材质的2倍以上的耐久性的非常优异的切削工具，从 而实现本专利技术。艮口，本专利技术的特征在于，使用一种多晶金刚石，将非金刚石型碳物质 作为起始物料，并以在超高压高温下不添加烧结助剂或催化剂而直接变换 烧结为金刚石的、实质上仅由金刚石形成，并且多晶金刚石具有金刚石最大粒径为100nm以下且平均粒径为50nm以下的微粒的金刚石和最小粒径 为50nm以上且最大粒径10000nm以下的板状或者粒状的粗粒金刚石的混 合组织，制成将所述多晶金刚石作为切削刃的切削工具。并且，其特征在 于在这些工具上形成适当的形状。并且，以微粒的金刚石的最大粒径为50nm以下，平均粒径为30nm 以下为优选，以粗粒的金刚石的最小粒径为50nm以上，最大粒径为 1000nm以下为优选。在将该多晶金刚石作为切削工具使用的情况下，以在形成切削工具的 切削刃的前倾面和后隙面的边界部上形成有圆角为优选，该圆角的大小以 R100 2000nm为优选。此外，切削刃当形成为成形(forming)形状的切削刃时有效。例如， 在具有圆弧、椭圆、抛物线等任意形状的成形形状的切削刃的情况下，由 于与加工材料在各个方向上产生摩擦，所以在单晶金刚石的情况下，由于 因该方向磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切削工具，其将多晶金刚石作为切削刃，所述多晶金刚石是以非金刚石型碳物质作为起始物料，并是在超高压高温下不添加烧结助剂或催化剂而直接变换烧结为金刚石的、实质上仅由金刚石形成的多晶金刚石，　所述多晶金刚石具有最大粒径为１００ｎｍ以下且 平均粒径为５０ｎｍ以下的微粒的金刚石和最小粒径为５０ｎｍ以上且最大粒径为１００００ｎｍ以下的板状或者粒状的粗粒金刚石的混合组织。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：角谷均，小畠一志，吉永实树，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，联合材料公司，住友电工硬质合金株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]