金刚石烧结块及其制造方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种用于金刚石烧结块工具的一种高强度材料，该材料可以用于切削工具。因此，本发明专利技术涉及一种包括一个具有轻微不平度的ＷＣ－Ｃｏ型硬质合金基底和一个通过在超高压和高温下烧结的步骤的烧结而粘结到硬质合金基底的一个表面上的金刚石烧结块层的金刚石烧结块。该金刚石烧结块的板厚为０．５～５ｍｍ，外径至少为２０ｍｍ，其中的金刚石烧结块层厚度区域的至少５０％在０．０５～０．４ｍｍ范围内，含有从硬质合金基底中扩散出来的钴。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【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用于金刚石烧结块工具(有时简称为“金刚石烧结块”)的材料以及一种制造这种材料的方法。这种材料强度高，可以用作切削工具的材料。当前，人们制造金刚石烧结块应用于工业上，例如象切削工具、模具、钻头等，用于切削非铁金属、塑料、陶瓷等以及作为修光器、钻头和拔丝模等。特别是一种使用含有铁族金属例如象钴等作为主要成分的粘结材料在超高压和高温下烧结成的金刚石烧结块广泛用于切削非铁金属、塑料、陶瓷等以及用于修光器、钻头和拔丝模上。在这些工具中，用于切削工具的金刚石烧结块通常由一种工具材料构成，这种材料包括一个大约0.5到1.5mm厚度的金刚石烧结块层和一个WC-Co型硬质合金基底，通过把金刚石颗粒互相烧结在一起、把工具材料切割成预定形状而形成切削工具的切削刃、再把该切削刃钎焊到一个硬质合金底座上的一个步骤把金刚石烧结块层与硬质合金基底粘结在一起。在根据现有技术制造金刚石烧结块的方法中，例如，所使用的方法包括使得一个铁族金属例如象钴的金属薄板与金刚石粉末接触，如图2所示，或者把一个铁族金属例如象钴的金属粉末与金刚石粉末混合在一起，然后使得铁族金属熔化，浸渍在金刚石粉末中，与此同时在超高压和高温下烧结金刚石粉末(参考专利JP-A-58-199777)。然而，通过该方法得到的金刚石烧结块的强度不能令人满意，因为由于金刚石烧结块层与硬质合金基底之间的受热膨胀的不同导致在金刚石烧结块中存在有热应力，烧结过程中所产生的这种残余应力降低了金刚石烧结块的强度。上述的金刚石烧结块作为用于非铁金属的切削工具时具有优良的性能，但是另一方面，所产生的问题是尽管它具有优良的耐磨性但是由于残余应力导致其强度降低。这就是说，在现有技术中的金刚石烧结块工具的材料中，金刚石烧结块层与硬质合金基底之间的受热膨胀的不同导致在金刚石烧结块中存在有热应力，这种残余应力对于金刚石烧结块的强度有不良影响，因此，很容易得出结论，为提高强度必须减小残余应力。由于热应力是由于烧结时金刚石烧结块层与硬质合金基底之间的受热膨胀的不同所产生的，因此完全去除热应力是很困难的，目前还没有有效的措施可以减小热应力。例如，一种控制金刚石颗粒的颗粒尺寸或者改变粘结剂的类型的方法已经作为一种手段用于提高金刚石烧结块的强度。但是该方法的效果是有限的。本专利技术的一个目的是提供一种用于高强度的金刚石烧结块工具的材料，从而解决上述现有技术中的问题。本专利技术的另外一个目的是提供一种高强度金刚石烧结块的制造方法，该方法把金刚石颗粒与粘结剂亦即从硬质合金基底中扩散出来的钴烧结在一起。这些目的可以通过一个金刚石烧结块来实现，该金刚石烧结块包括一个轻微不平度的WC-Co型硬质合金基底和一个通过在超高压和高温下烧结步骤的烧结从而粘结到硬质合金基底的一个表面上的金刚石烧结块层。该金刚石烧结块的板厚为0.5～5mm，外径至少为20mm，其中的金刚石烧结块层的厚度区域的至少50％在0.05～0.4mm范围内，含有从硬质合金基底中扩散出来的钴。这里所使用的WC-Co型硬质合金通常含有4～20％重量的钴。附图用于更详细地说明本专利技术的原理和优点。附图说明图1是根据本专利技术的方法制造的金刚石烧结块的样例结构的剖面图。图2是根据现有技术的方法制造的金刚石烧结块的样例结构的剖面图。图3是通过切削时间和Vb磨损宽度来表示根据本专利技术的方法制造的金刚石烧结块和另外根据现有技术的方法制造的金刚石烧结块的切削性能评价测试结果图。图4是表示本专利技术的金刚石烧结块的不平度高度的差h的示意图。为了实现上述的目的本专利技术努力获得一个高强度金刚石烧结块，因此实现了本专利技术。本专利技术的特定的结构总结如下(1)一种金刚石烧结块，包括一个具有轻微不平度的WC-Co型硬质合金基底和一个通过在超高压和高温下烧结步骤的烧结从而粘结到硬质合金基底的一个表面上的金刚石烧结块层。该金刚石烧结块的板厚为0.5～5mm、最好为0.5～2mm，外径至少为20mm，其中的金刚石烧结块层厚度区域的至少50％、最好是50％-100％在0.05～0.4mm、最好为0.1～0.3mm范围内，并且该层含有从硬质合金基底中扩散出来的钴。(2)上述(1)中所述的金刚石烧结块，其中硬质合金基底与金刚石烧结块层之间的接触面的不平度的高度的差最多为0.2mm，最好为0.01～0.1mm。(3)上述(1)、(2)中所述的金刚石烧结块，其中形成所说的金刚石烧结块层的金刚石颗粒的颗粒尺寸为0.1μm～60μm、最好为0.1～10μm，该金刚石烧结块层中含有85％～999％体积百分比、最好85％～92％体积百分比的金刚石颗粒，并且这些金刚石颗粒互相粘结在一起。(4)上述(1)、(2)中所述的金刚石烧结块，其中所说的硬质合金基底与金刚石烧结块层之间接触面的剪切强度至少为40kg/mm2、最好为40kg/mm2～500kg/mm2。(5)一种制造金刚石烧结块的方法，包括在一种WC-Co型硬质合金基底上只是安置金刚石粉末，该金刚石粉末的颗粒尺寸为为0.1μm～60μm、最好为0.1～10μm，使用从硬质合金基底扩散出来的钴作为粘结剂，在保持金刚石稳定的超高压和高温烧结状态下在超高压产生装置中烧结金刚石颗粒。(6)上述(5)中所述的金刚石烧结块的制造方法，其中烧结状态的压力5.0GPa～6.5GPa，温度为1400℃～1600℃。根据不同的研究的结果本专利技术人已经发现，通过使用从硬质合金基底中扩散出来的钴作为粘结剂而不是象现有技术众多制造金刚石烧结块的方法中设置一个铁族金属例如钴来烧结金刚石颗粒，可以有效地降低金刚石烧结块中的残余应力。图1所示为本专利技术的一个最佳实施例，包括直接夹在两个硬质合金板之间的金刚石粉末在超高压下烧结。如上面的(5)、(6)中所述的制造方法，在WC-Co型硬质合金基底上只是安置颗粒尺寸为0.1μm～60μm、最好为0.1μm～10μm的金刚石粉末，在一个超高压制造设备上，通过把金刚石颗粒暴露在保持金刚石稳定的超高压和高温下进行烧结，例如，其压力可以为5.0GPa～6.5GPa，温度为1400℃～1600℃；使用从硬质合金基底扩散出来的钴作为粘结剂。在这种情况下，如果金刚石颗粒尺寸小于0.1μm，所产生的问题是金刚石颗粒将分散溶解在钴中而消失，但是如果金刚石颗粒的尺寸大于60μm，其强度将显著降低。按照这种方法得到的金刚石烧结块(1)包括一个有轻微不平度的WC-Co型硬质合金基底和通过在一个超高压和高温下烧结的一个步骤粘结到硬质合金基底的一个表面上的金刚石烧结块层，在该金刚石烧结块中，由于内部应力降低，硬质合金基底与金刚石烧结块层之间的接触面的不平度高度可以压缩为最大0.2mm。因此，即使金刚石烧结块层的厚度为0.05mm～0.4mm，金刚石烧结块表面的大部分都可以用作切削工具的切削刃。如果金刚石烧结块层的厚度小于0.05mm，这个厚度太薄以致不能保证工具具有足够的切削寿命，但是如果金刚石烧结块层的厚度大于0.4mm，就导致钴的含量缺乏以致金刚石的烧结不充分。由于本专利技术的实际的金刚石烧结块工具根据不同用途表现出很高的耐磨性，其侧面磨损高度通常最多为0.1mm，不必要要求金刚石烧结块层的厚度至少为0.5mm，所以金刚石烧结块层的厚度在0.05mm～0.4就足够了。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金刚石烧结块，包括一个具有轻微不平度的ＷＣ－Ｃｏ型硬质合金基底和一个通过在超高压和高温下烧结步骤的烧结从而粘结到硬质合金基底的一个表面上的金刚石烧结块层，该金刚石烧结块的板厚为０．５～５ｍｍ，外径至少为２０ｍｍ，其中的金刚石烧结块层厚度区域的至少５０％在０．０５ｍｍ～０．４ｍｍ范围内，含有从硬质合金基底中扩散出来的钴。

【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：吉田克仁，浅野道也，白石顺一，中井哲男，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]