接合体制造技术

本发明专利技术的接合体具有作为第一被接合材料（1）的硬质合金烧结体和作为第二被接合材料（2）的cBN烧结体。该结合体的特征在于：所述第一被接合材料（1）和所述第二被接合材料（2）由接合材料（3）接合在一起，其中该接合材料（3）设置在所述第一被接合材料（1）和所述第二被接合材料（2）之间并且含有钛（Ti）；并且在所述第二被接合材料（2）和所述接合材料（3）之间的界面处形成厚度为10nm-300nm的氮化钛（TiN）化合物层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及接合体，尤其涉及适用于切削工具的接合体。
技术介绍
传统上，已经制造出尖端具有高硬度材料的切削工具，该高硬度材料经钎焊接合到其尖端上，这种切削工具的代表为立方氮化硼(cBN)切削工具，已将这种切削工具用于切削特殊钢和其他各种类型的切削加工。具体而言，例如，已经制造并出售了具有硬质合金和cBN的工具，其中该硬质合金和cBN经钎焊而接合在一起(例如，Sumitomo Electric Hardmetal株式会社发布的IGETALL0Y 切削工具(’ 07」08 总目录)，2006 年 10 月，第 L4 页，Coated SUMIB0R0N Series(非专利文献I))。或者，已经提出了通过钎焊将TCD(烧结金刚石)或cBN与陶瓷、金属陶瓷或硬质合金接合起来而形成的接合体(例如，特开2002-036008号公报(专利文献I)和特许3549424号公报(特开平11-320218号公报(专利文献2)))。此外，也已经提出了通过采用Cu钎料进行钎 焊以将硬质合金或金属陶瓷与高速钢等接合而形成的切削工具(例如，特开平11-294058号公报(专利文献3))。尤其是近年来，将硬质合金与cBN接合在一起的切削工具特别引起关注。引用列表专利文献专利文献1:特开2002-036008号公报专利文献2:日本专利N0.3549424 (特开平11-320218号公报)专利文献3:特开平11-294058号公报非专利文献非专利文献1:Sumitomo Electric Hardmetal株式会社发布的IGETALL0Y切削工具(’ 07- 08 总目录)，2006 年 10 月，第 L4 页，Coated SUMIB0R0N Series
技术实现思路
技术问题然而，不能认为通过上述常规方法得到的接合体具有足够大的接合强度，人们需要一种具有更大接合强度的接合体，特别是硬质合金与cBN牢固接合在一起的接合体。解决问题的方案为了解决上述问题，本专利技术人进行了各种实验和深入的研究，结果发现，通常当接合材料中含有用于硬质合金烧结体和cBN烧结体的结合相组分的Ti时，则在接合时，Ti作为一种化学元素扩散到所述硬质合金烧结体和cBN烧结体中，并且所述烧结体牢固地接合在一起，即可以得到接合强度高的接合体。此外已经发现，在这种接合中，在接合材料与cBN烧结体之间的界面处生成了 Ti与cBN烧结体的氮组分的反应产物、或TiN化合物层，并且该TiN化合物层的厚度与接合强度有关。更具体而言，加热时间更长和含有更大量的Ti会增加TiN化合物层的厚度，因此在TiN化合物层对于cBN烧结体的优异润湿性的协同作用下，提供了更高的接合强度。然而，当TiN化合物层超过一定厚度时，TiN化合物层的脆性将对接合强度具有较大的影响，并且如果形成的TiN化合物层过厚，更具体而言，如果形成厚度超过300纳米(nm)的TiN化合物层，则TiN化合物层容易断裂并且不能提供大的接合强度。IOOnm以下是更加优选的，因为该厚度有助于提供大的接合强度。此外，所述TiN化合物可以是粒状晶体、柱状晶体、^巨晶态或任何结晶状态。相反，已经发现，当进行加热的时间短或Ti的引入量较小并因此使TiN化合物层厚度过小时，更具体而言，当形成的TiN化合物层小于IOnm时，Ti作为化学元素向待接合材料中的扩散并不充分，并且不能在整个接合面上形成TiN化合物层，因而倾向于在较小的面积上形成TiN化合物层，因此不能提供大的接合强度。需要注意的是，TiN化合物层可含有少量除Ti和N以外的其他组分。这样的组分可包括构成cBN和硬质合金的化学元素以及构成接合材料的化学元素。本专利技术立足于上述发现，并且本专利技术为这样一种结合体，其具有作为第一被接合材料的硬质合金烧结体和作为第二被接合材料的cBN烧结体，其中:所述第一被接合材料和所述第二被接合材料由接合材料接合在一起，其中该接合材料设置在所述第一被接合材料和所述第二被接合材料之间 并且含有钛(Ti);并且在所述第二被接合材料和所述接合材料之间的界面处形成厚度为10nm-300nm的氮化钛(TiN)化合物层。本专利技术可以提供如上所述在硬质合金烧结体与cBN烧结体之间具有高接合强度的接合体，因此可以提供具有高接合强度的切削工具等。如上所述，本专利技术所设置的氮化钛(TiN)化合物层还含有这样的化合物，该化合物含有少量的除Ti和N以外的其他化学元素，这些其他化学元素的含量范围落在不会偏离本专利技术主旨的范围内。在通过加热进行接合时，cBN烧结体不耐热并可在高温下分解，因此cBN烧结体会在短时间内热分解。因此，优选的是进行短时间加热。具体优选的加热方式是通电时间为一分钟以内的电阻加热，更优选30秒以内，在这种情况下，第一被接合材料或硬质合金烧结体的温度优选为大约1000°c -1300°c。优选熔点等于或低于1000°C的接合材料，这是因为这种接合材料可以防止cBN烧结体质量劣化，并且还便于将TiN化合物层的厚度控制在规定的范围内。如果接合材料的熔点等于或高于1000°C，则获得规定厚度的TiN化合物层需要更长的加热时间或更高的加热温度。然而，更长时间的加热容易引起cBN质量的劣化，并且在更高温度下加热可能会导致TiN化合物层的厚度过大以及硬质合金烧结体变形等等。优选在加热的同时，沿纵向和横向两个方向进行压制。通过沿纵向和横向两个方向进行压制，cBN烧结体可以在相对于硬质合金基材的固定位置处接合，因此可以准确定位。与沿单方向进行压制相比，这让接合之后的磨削加工量减少，此外，将cBN烧结体的位移量和磨削量设计为最小需要量，这使得所使用的cBN烧结体的尺寸更小，并使昂贵的cBN烧结体的使用量减少。此外，优选在受控负荷下，沿纵向和横向进行压制，这是因为这样有助于将底面和背面处的接合层厚度控制为规定的厚度比。此外，不仅仅取决于润湿性，还可以增加待接合材料和接合材料间的接触面积，因此，可以在短时间内增加它们彼此接触的面积，这是优选的。未沿横向进行压制或压制不当将主要在背面处不利地形成间隙，而宽度等于或大于0.5mm的间隙尤其会造成接合强度降低。此外，即使没有形成间隙，没有进行压制也会造成易于在接合层中留下气泡，并且不能预期活性化学元素通过压制而扩散。此外，如果加热时间短，则润湿性不足会阻止接合材料在待接合材料之间充分播散，结果这些材料的接合面积趋于降低，导致接合强度降低。此外，当在硬质合金基材上施加过小的压制负荷并同时进行电阻加热时，会导致硬质合金烧结体与电极之间的接触电阻增加，并且可能会发生电流不通或者放电等类似问题。当进行电阻加热时，优选施加0.lMPa-200MPa的压力。对于通过将包含钴(Co)等金属结合剂的cBN烧结体和/或具有超过70%的高cBN含量的cBN的烧结体作为待接合材料接合到硬质合金上而得到的工具，其具有下述问题:当在1000°C以上经过长时间的加热而进行接合时，cBN烧结体会开裂，这导致难以获得令人满意的接合。据认为，这可能是因为cBN与金属结合剂之间的热膨胀系数存在显著差异，因而当它们被加热至1000°c以上时，金属结合剂的体积膨胀大，因而CBN烧结体开裂；或者若cBN烧结体具有超过70%的cBN含量，则其与作为基材的硬质合金之间的热膨胀系数差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：石田友幸，森口秀树，中岛猛，久木野晓，万木伸一郎，榎并晃宏，冈村克己，松田裕介，佐野浩司，小林庆三，尾崎公洋，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，住友电工硬质合金株式会社，独立行政法人产业技术综合研究所，
类型：
国别省市：