JPH08225376A

JPH08225376A - ろう付け可能なコバルト含有ｃｂｎ成形体

Info

Publication number: JPH08225376A
Application number: JP7262640A
Authority: JP
Inventors: David Bruce Cerutti; デイビッド・ブルース・セルッティ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1996-09-03
Also published as: ES2138152T3; KR960013524A; DE69512599D1; EP0706850A1; EP0706850B1; DE69512599T2

Abstract

(57)【要約】【課題】ろう付け可能なコバルト含有立方晶窒化ホウ
素（ＣＢＮ）成形体及びそれの製造方法が開示される。【解決手段】本発明の方法に従えば、コバルト含有Ｃ
ＢＮ成形体の一表面上に高融点金属の層を付着させるこ
とによって成形体の該表面が金属化される。次いで、金
属化された成形体を約７００℃より高い処理温度に加熱
して成形体の該表面に高融点金属を化学結合させること
により、該表面上に金属被覆層が形成される。その後、
ろう材を用いて成形体の金属被覆面を支持体の接合面に
ろう付けすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】本発明は、コバルトを含有するろう付け
可能な多結晶質立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）成形体の製
造方法、及びろう付け操作によってかかる成形体を支持
体に接合する方法に関するものである。一般的に述べれ
ば、研磨材又は超研磨材成形体はダイヤモンドやＣＢＮ
のごとき研磨材粒子の焼結された多結晶質塊状体から成
る一体結合構造物として特徴づけることができる。かか
る成形体は結合母材又は第２相を使用せずに自己結合さ
せることができるとは言え、米国特許第４０６３９０９
及び４６０１４２３号明細書中に記載されているごと
く、適当な結合母材を使用することが一般に好ましい。
かかる結合母材としては、コバルト、鉄、ニッケル、白
金、チタン、クロム、タンタル又はそれらの合金若しく
は混合物のごとき金属が通例使用される。約１０〜３０
容量％を占める結合母材はまた、ＣＢＮの再結合又は成
長のための触媒（たとえば、アルミニウム）を含有する
こともある。

【０００２】多くの用途にとっては、成形体を支持体材
料に接合することによって積層構造物又は支持成形体を
形成することが好ましい。かかる接合は、高温高圧加工
条件の下で成形体の製造と同時に実施されるか、あるい
ははんだ付け、ろう付け又は接着のごとき接合技術を用
いて成形体の製造後に実施される。通例、支持体材料と
しては焼結金属炭化物が使用されるが、かかる焼結金属
炭化物はたとえば炭化タングステン、炭化チタン又は炭
化タンタルの粒子あるいはそれらの混合物を約６〜約２
５重量％の結合剤（すなわち、コバルト、ニッケル、鉄
又はそれらの混合物若しくは合金）で互いに結合したも
のから成っている。たとえば、米国特許第３３８１４２
８、３８５２０７８及び３８７６７５１号明細書中に示
されている通り、成形体及び支持成形体は切削工具や目
直し工具用の部品又は素材、ドリルビット、あるいは摩
耗部品又は摩耗面として様々な用途のために使用されて
きた。

【０００３】本明細書中に記載されるような種類のコバ
ルト含有多結晶質ＣＢＮ成形体を製造するための基本的
な方法に従えば、米国特許第２９４７６１１、２９４１
２４１、２９４１２４８、３６０９８１８、３７６７３
７１、４２８９５０３、４６７３４１４及び４９５４１
３９号明細書中に記載されているような種類の高温高圧
装置の反応セル内に配置された保護遮蔽金属包囲体の内
部に結晶質ＣＢＮ粒子の未焼結層が配置される。かかる
包囲体の内部にはまた、ＣＢＮ粒子と共に、前述のごと
き結合母材又は第２相を成す金属結合剤が配置される。
次いで、反応セルの内容物がＣＢＮ粒子の隣接した結晶
粒間の結合をもたらすのに十分なものとして選定された
加工条件に暴露される。かかる加工条件は、一般に、少
なくとも１３００℃の温度及び少なくとも２０キロバー
ルの圧力を約３〜１２０分間にわたって加えることから
成っている。

【０００４】上記のごとき金属結合剤は、予め圧密した
状態でＣＢＮ結晶粒子に隣接して配置することができ
る。たとえば、金属を環状体として形成してその内部に
ＣＢＮ結晶粒子から成る円柱体を収容してもよいし、あ
るいは金属を円板として形成してその上方又は下方にＣ
ＢＮ結晶粒子の層を配置してもよい。更にまた、金属を
粉末状態で用意してＣＢＮ結晶粒子と混合してもよい
し、あるいは焼結金属炭化物粉末又は炭化物成形粉末を
所望の形状に常温圧縮成形して使用してもよい。後者の
場合、焼結助剤が触媒、溶媒又は結合剤として役立つこ
とになる。通例、かかる金属は前述のごとくコバルト、
鉄、ニッケル並びにそれらの合金及び混合物の中から選
ばれるが、その他の金属（たとえば、ルテニウム、ロジ
ウム、パラジウム、クロム、マンガン、タンタル並びに
それらの合金及び混合物）を使用することもできる。前
述のごとく、そして米国特許第３２３３９８８及び３９
１８２１９号明細書中に記載されているごとく、アルミ
ニウム又はそれの合金がＣＢＮ用の触媒又は溶媒として
使用されることがある。とは言え、米国特許第４１８１
１９４及び４２８９５０３号明細書中に記載されている
ごとく、触媒を使用しない直接転化法によってＣＢＮ成
形体を製造することもできる。

【０００５】規定の高温高圧条件下では、いかなる形態
で使用されるにせよ、金属結合剤は拡散又は毛管作用に
よってＣＢＮ層中に浸透し、そして間隙結合剤として働
くことになる。それと同時に、ＣＢＮが熱力学的に安定
な相であるような領域内に位置する高温高圧条件によ
り、互いに隣接した結晶粒間において各々の結晶格子の
一部が共有されるようなＣＢＮ結晶粒間結合によって特
徴づけられるＣＢＮ結晶粒子の成形体が得られるものと
推測される。かかる成形体中又は支持成形体の研磨材ケ
ーブル中におけるＣＢＮ濃度は、少なくとも約５０容量
％であることが好ましい。なお、ＣＢＮ成形体及び支持
成形体の製造方法は米国特許第２９４７６１７、３１３
６６１５、３２３３９８８、３７４３４８９、３７４５
６２３、３７６７３７１、３８３１４２８、３９１８２
１９、４１８８１９４、４２８９５０３、４３３４９２
８、４６７３４１４、４７９７３２６及び４９５４１３
９号明細書中に一層詳しく記載されている。

【０００６】本明細書中に記載された多結晶質成形体、
とりわけゼネラル・エレクトリック・カンパニイ(Gener
al Electric Company)からＢＺＮ（登録商標）６０００
の商品名で販売されているコバルト含有ＣＢＮ成形体
は、各種の用途において広く使用されている。しかしな
がら、たとえば米国特許第４３１９７０７、４５２７９
９８、４７７２２９４、４８５０５２３及び５０３２１
４７号明細書中に報告されている通り、約７００℃の高
温における熱劣化が金属含有ＣＢＮ及び多結晶質ダイヤ
モンド（ＰＣＤ）成形体の有用性を制限してきた。一般
に、金属含有ダイヤモンド成形体及び金属含有ＣＢＮ成
形体の使用温度は同一であると考えられてきた。その主
たる理由は、研磨材相と金属相との間における熱膨張率
の差が点応力を生じ、その結果として材料の割れを引起
こすことにある。かかる通則は広く認められてきたので
あって、たとえば、「ファイナー・ポインツ(Finer Poi
nts)」第５巻第３号（１９９３年）の１５〜１８頁に収
載されたサニ及びグラント(Sani & Grant)の論文「自立
したＰＣＢＮ及びＰＣＤ製品のろう付け」中において実
証されている。この論文中にはまた、ろう合金の融点
（８３０〜８６０℃）が成形体の推奨安全温度（７００
℃）より著しく高いにもかかわらず、熱サイクルをでき
るだけ短くすることによって自立したＰＣＢＮ製品及び
標準的な非支持コバルト含有ＰＣＤ製品のろう付けが可
能であることも報告されている。

【０００７】上記のごとき金属含有ＣＢＮ成形体の熱不
安定性に対処するため、米国特許第４８５０５２３、５
２７３５５７、４９３２１３６３及び４６７００２５号
明細書中に記載されているごとく、それらの代りに「熱
安定性」のＣＢＮ成形体を使用することが提唱された。
かかる成形体は約３％未満の非ＣＢＮ相を含有すること
を特徴とするものであって、結合剤又は連続母材相を成
形体から浸出することによって得られた多孔質又は骨格
状の形態を有している。また、別の種類の多結晶質成形
体として、セラミック材料から成る第２相を含有するダ
イヤモンド又はＣＢＮ粒子の多結晶質塊状体が米国特許
第４３３４９２８号明細書中に記載されている。これら
のいわゆる「併合」又は「複合」多結晶質研磨材成形体
の実例は、焼結炭化物又は窒化物材料から成る第２相を
含有する多結晶質ダイヤモンド成形体及び多結晶質ＣＢ
Ｎ成形体である。しかしながら、熱安定性の成形体は本
質的に研磨材粒子のみから成り、また複合成形体は本質
的に研磨材粒子及びセラミック材料のみから成るため、
これらの成形体を支持体（たとえば、焼結金属炭化物支
持体）に接合するのは困難であることが判明した。その
上、かかる成形体は多くの用途において所望される程度
の耐摩耗性を有していない。

【０００８】従って、多くの切削、穴あけ及び機械加工
用途にとって好適な成形体（すなわち、母材相としてコ
バルトなどを含有するろう付け可能な多結晶質ＣＢＮ成
形体）の製造方法に関する改良が達成されれば、それは
産業界において歓迎されるはずであることが認められよ
う。特に望ましいのは、高融点金属から成る強靱な自己
結合被膜をコバルト含有ＣＢＮ成形体上に付着させるこ
とにより、焼結金属炭化物支持体にろう付けすること
や、あるいは支持体の必要なしに工具ホルダーなどに直
接にろう付けすることの可能な被覆成形体を製造するこ
とである。

【０００９】

【発明の概要】本発明は、コバルトを含有するろう付け
可能な多結晶質立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）成形体の製
造方法、及びろう付け操作によってかかる成形体を支持
体に接合する方法に関する。コバルト含有ＣＢＮ成形体
をタングステンのごとき高融点金属の化学結合層で被覆
することにより、本発明は工具ホルダーなどに対する成
形体の直接ろう付けを可能にする。化学結合した被覆層
は、剥落することなしに激しい変形に耐えることが認め
られた。その上、本発明の金属被覆成形体を焼結金属炭
化物支持体などにろう付けすることにより、高温高圧技
術を用いて製造する場合よりも少ない費用及び改善され
た寸法公差をもって通常の支持成形体を製造することが
できる。その結果、通常の高温高圧プレスを用いてＣＢ
Ｎ成形体を製造する場合、プレス内に焼結金属炭化物支
持体層を配置する必要なしに複数の成形体層を製造する
ことができる。このようにすれば、プレス内のセル空間
を最大限に活用してＣＢＮ成形体層を製造することがで
きると共に、かかる成形体層を後から支持体層にろう付
けして支持成形体を得ることができる。この場合のろう
付けは従来使用されていた高温高圧接合技術よりも低い
温度下で実施し得るから、熱応力が最小限に抑えられる
と共に、炭化物層の厚さと成形体層の厚さとの比が従来
推奨されてきた範囲から外れたような複合成形体を製造
することもできる。本明細書中の開示内容に基づけば、
上記及びその他の利点は当業者にとって容易に理解され
よう。

【００１０】このように、本発明の特徴の１つは、改良
されたろう付け可能なコバルト含有立方晶窒化ホウ素
（ＣＢＮ）成形体及びそれの製造方法を提供することに
ある。かかる方法に従えば、コバルト含有ＣＢＮ成形体
の一表面上に高融点金属の層を付着させることによって
成形体の該表面が金属化される。次いで、金属化された
成形体を約７００℃より高い処理温度に加熱して成形体
の該表面に高融点金属を化学結合させることにより、該
表面上に金属被覆層が形成される。

【００１１】本発明のもう１つの特徴は、改良されたコ
バルト含有立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）成形体を支持体
にろう付けして成る支持成形体及びそれの製造方法を提
供することにある。かかる方法に従えば、コバルト含有
ＣＢＮ成形体の一表面上に高融点金属の層を付着させる
ことによって成形体の該表面が金属化される。次いで、
金属化された成形体を約７００℃より高い処理温度に加
熱して成形体の該表面に高融点金属を化学結合させるこ
とにより、該表面上に金属被覆層が形成される。その
後、約６００℃より高い液相線温度を有するろう材を用
いて成形体の金属被覆面が支持体の接合面にろう付けさ
れる。

【００１２】添付の図面を参照しながら以下の詳細な説
明を読むことにより、本発明の内容及び目的は一層明確
に理解されよう。

【００１３】

【好適な実施の態様の詳細な説明】前述のごとく、コバ
ルト含有ＣＢＮ成形体の温度限界はコバルト含有ＰＣＤ
成形体の温度限界（すなわち、約７００℃）と同様であ
ることが報告されている。ところで、ＰＣＤ成形体及び
ＣＢＮ成形体の使用温度が制限されることの主な原因
は、研磨材相と金属相との間における熱膨張率の差にあ
るものと考えられてきた。ＰＣＤ又はＣＢＮ粒子はそれ
らの粒子間に存在する残留金属介在物よりも相対的に小
さい熱膨張率（ＣＴＥ）を有するため、かかる熱膨張率
の差によって点応力が生み出されることがわかった。こ
のような点応力は材料の割れ及び弱体化をもたらし、従
って研磨材としての使用が不可能となる。それ故、高い
作業温度を必要とする工程（たとえば、タングステン被
覆や高温ろう付け）を含む製造方法においては、熱安定
性のＰＣＤ又はＣＢＮ成形体のみが使用されてきた。し
かし残念ながら、これらの熱安定性成形体が示す特定の
性能特性又は材料特性（たとえば、耐衝撃性及び接合
性）はコバルト含有成形体の場合よりも実質的に低いこ
とが多い。

【００１４】この度、文献中の記載にもかかわらず、コ
バルト含有ＣＢＮ成形体の熱安定性又は温度限界は本当
はコバルト含有ＰＣＤ成形体の場合と同じでないことが
判明した。実際、本発明の対象物であるコバルト含有Ｃ
ＢＮ成形体は８００℃を越えかつ最高約１０００℃にも
達する温度下において熱的に安定であることが実験によ
って見出された。後から気付いたことであるが、コバル
ト含有ＣＢＮ成形体の熱安定性がより高いことは、溶媒
又は触媒としてのコバルトの活性がダイヤモンドの場合
よりもＣＢＮの場合において低いという事実によって説
明し得るものと考えられる。すなわち、米国特許第４７
７２２９４及び５０３２１４７号明細書中に記載されて
いるごとく、黒鉛をダイヤモンドに転化させる高温高圧
製造法において溶媒又は触媒として使用されかつＰＣＤ
成形体中に結合母材として存在する金属コバルトは、大
気圧の下では約７００℃で活性化される。コバルトの活
性化はダイヤモンドから黒鉛への逆転化を促進し、それ
によって成形体の構造劣化及び研磨材テーブルとしての
性能の低下をもたらす。触媒としてのコバルトの活性は
ダイヤモンドの場合よりもＣＢＮの場合において遥かに
低いから、コバルト含有ダイヤモンド又はＣＢＮ成形体
の熱安定性に関する制限因子となるのは、ＣＢＮ又はダ
イヤモンド粒子とコバルトとの間における熱膨張率の差
ではなく、ダイヤモンドに対するコバルトの触媒作用で
あることは明らかである。

【００１５】コバルト含有ＣＢＮ成形体の熱安定性がよ
り高いという発見に基づけば、この従来知られていなか
った性質を利用した後成形法、製造法又は組立法を想定
することができよう。本発明においては、特に当業界に
おいて従来知られていた温度よりも高い温度下で被覆及
びろう付けを行うという点に関連して、コバルト含有Ｃ
ＢＮ成形体の使用範囲が拡大される。ここで言う「コバ
ルト含有ＣＢＮ成形体」とは、米国特許第３２３３９８
８、３７４３４８９、３７６７３７１及び３９１８２１
９号明細書中に記載されているような、約７０〜約９０
容量％のＣＢＮ粒子と約１０〜約３０容量％の第２相又
は結合母材（たとえば、金属コバルト又はそれの合金若
しくは混合物）とから成る材料を意味する。かかる成形
体は、ゼネラル・エレクトリック・カンパニイからＢＺ
Ｎ（登録商標）６０００の商品名で販売されている。

【００１６】本発明に従えば、改良されたろう付け可能
なコバルト含有立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）成形体の製
造方法が提供される。かかる方法は、一般的に述べれ
ば、(a) 少なくとも１つの表面を有するコバルト含有Ｃ
ＢＮ成形体を用意し、(b) 成形体の一表面上に高融点金
属の層を付着させることによって成形体の該表面を金属
化し、次いで(c) 金属化された成形体を約７００℃より
高い処理温度に（好ましくは、少なくとも約３０分間に
わたって約８００℃より高い処理温度に）加熱して成形
体の該表面に高融点金属を化学結合させることにより、
該表面上に金属被覆層を形成する諸工程を含んでいる。
重要な点は、高い融点金属が成形体のＣＢＮ粒子と化学
結合を生じ得るものでなければならないことである。こ
こで言う「化学結合」とは、高融点金属がＣＢＮ粒子と
反応してホウ化物又は窒化物を生成し得ることを意味す
る。かかる金属の代表例としてはチタン、マンガン、ク
ロム、バナジウム、タングステン、モリブデン及びニオ
ブが挙げられるが、性能の点から見てタングステン並び
にそれの合金及び混合物が好適である。このようにかか
る金属は成形体の劣化温度（本発明のコバルト含有ＣＢ
Ｎ成形体の場合には約１０００℃）より低い温度下でＣ
ＢＮ粒子と反応して安定な化学結合を生じるように選定
される。かかる熱処理を実施する温度が高過ぎると、熱
処理中にＣＢＮ粒子が劣化する危険性が増大する。劣化
の危険性を更に低減させるため、かかる熱処理は不活性
雰囲気、還元雰囲気又は非酸化雰囲気中において実施す
ることが好ましい。このような雰囲気の実例としては、
ネオン、アルゴン、水素及び窒素のごときガス、並びに
約１０^-4Torrの真空が挙げられる。

【００１７】一般に、成形体の金属化は熱処理工程より
も実質的に低い温度（好ましくは約３００〜６００℃の
範囲内の温度）で実施することができる。かかる金属化
に際しては、熱安定性の成形体を被覆する技術に関連し
て公知のごとく、また米国特許第４９３１３６３、４９
４３４８８、４０６３９０９、５０３７７０４及び５２
７３５５７号明細書中に詳しく記載されているごとく、
ニッケル、銅、チタン、タングスタン、ニオブ、ジルコ
ニウム、バナジウム、モリブデン、クロム、ハフニウム
又はそれらの合金若しくは混合物のごとき高融点金属が
成形体の一表面上に付着させられる。かかる金属層を付
着させるためには、電気めっき、蒸着、化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）、スパッタリング、プラズマ被覆、熔融塩浴被覆、
パック拡散及び真空蒸着をはじめとする各種の公知技術
のうちの任意のものを使用することができる。成形体中
における応力の発生を最少限に抑えるため、金属層は約
２ミクロン以下から約１５０ミクロンまでの厚さを有す
るように付着させることが好ましい。熱安定性のＰＣＤ
成形体に関連して米国特許第５２７３５５７号明細書中
に開示されているごとく、金属被覆層の設置はたとえば
ろう付け操作時における成形体の耐酸化性を向上させる
と共に、ろう材による成形体の濡れを改善して両者間の
付着力を増大させる。

【００１８】本明細書中に記載されたような金属被覆済
みのコバルト含有ＣＢＮ成形体は、シャンク又はその他
のホルダーのごとき支持体にろう付けして工具を形成す
ることもできるし、或いは焼結金属炭化物層にろう付け
して支持成形体又は複合成形体を形成することもでき
る。かかる焼結金属炭化物層の代表例としては、炭化タ
ングステン、炭化チタン、炭化タンタル又は炭化モリブ
デンの粒子或いはそれらの混合物と、コバルト、ニッケ
ル、鉄、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、ク
ロム、マンガン、タンタル、オスミウム、イリジウム又
はそれらの混合物若しくは合金のごとき金属結合剤とか
ら成るものが挙げられる。本発明に基づく金属被覆済み
のコバルト含有ＣＢＮ成形体は焼結金属炭化物支持体に
容易にろう付けし得ると共に、工具ホルダーなどに直接
にろう付けし得ることが判明したので、ＣＢＮ成形体の
製造に際して高温高圧プレスの反応セル内に炭化物支持
体層を配置することは不要である。従って、高温高圧プ
レスの反応セル内に支持体層を配置する必要なしに正確
な寸法公差をもって複数のＣＢＮ成形体層を製造するこ
とができるのである。焼結金属炭化物支持体層は製造費
のかなりの部分を占めると共に貴重なセル空間を占拠す
るから、それらが排除されることは生産性を向上させ、
それによってより経済的な製造プロセスを生み出す。更
にまた、非支持ＣＢＮ成形体の両面はテーパーなしの状
態で所望の厚さに精密研削することができるから、本発
明に従って２つの金属被覆面を有するＣＢＮ成形体を製
造し、そしてそれをろう付けなどによってツイストドリ
ルのごとき工具に接合することもできる。

【００１９】本発明によって提供される金属被覆済みの
コバルト含有ＣＢＮ成形体はまた、炭化物層の厚さと研
磨材テーブルの厚さとの推奨比から逸脱するような支持
成形体の製造をも容易にする。すなわち、製造されたま
まの典型的なＣＢＮ成形体においては、ＷＣとＣＢＮと
の比が約１より大きければ研磨材テーブルは圧縮状態に
置かれる。ところが、研削又はその他の技術によりＷＣ
層の一部を除去してＷＣ／ＣＢＮ比を約１より小さくし
た場合には、研磨材テーブルは引張状態になって割れる
ことがある。しかるに、本発明に基づく金属被覆済みの
ＣＢＮ成形体のろう付けは従来の高温高圧法によってＣ
ＢＮ支持成形体を製造するために必要な１３００℃より
も低い温度下で実施することができるから、成形体中の
応力は最小限に抑えられる。それ故、実質的に残留応力
を有しない本発明の成形体を使用すれば、応力割れの危
険性を増大させることなしにより薄い成形体を容易に製
造することができるのである。

【００２０】本発明に基づく金属被覆済みのコバルト含
有ＣＢＮ成形体を工具ホルダー又は金属炭化物支持体層
のごとき支持体にろう付けする操作について述べれば、
かかるろう付けは従来知られているものよりも高い温度
及び長い時間を用いて有利に実施することができる。実
際、米国特許第４３１９７０７及び４７７２２９４号明
細書中に記載されているごとく、熱安定性の成形体を使
用しない限りは７００℃未満の液層線温度を有するろう
合金が必要であると考えられた。しかし残念ながら、か
かる低温ろう合金の使用は市場において限られた用途し
か見出すことができなかった。なぜなら、それらが形成
する接着層は高温ろう合金の場合に比べて特に小さい強
度を有するからである。従って、少なくとも約６００℃
より高い液層線温度（好ましくは約７００℃又は８００
℃より高い液層線温度）を有するろう材を用いて本発明
に基づく金属被覆済みのコバルト含有ＣＢＮ成形体をろ
う付けし得ることが本発明の特徴の１つである。

【００２１】本発明の金属被覆成形体のろう付けは、熱
安定性の成形体に対する常用技術と考えられていた技術
を用いて実施することができる。かかる技術は米国特許
第４０６３９０９、４２２５３２２、４３１９７０７、
４５２７９９８、４６０１４２３、４６７００２５、４
７７２２９４、４８５０５２３、４９４１８９１、４９
６８３２６、４９３１３６３、５０３２１４７及び５２
７３５５７号明細書中、並びに「ファイナー・ポインツ
(Finer Points)」第５巻第３号（１９９３年）の１５〜
１８頁に収載されたサニ及びグラント(Sani & Grant)の
論文「自立したＰＣＢＮ及びＰＣＤ成形体のろう付け」
中に一層詳しく記載されている。一般的に述べれば、金
属被覆成形体を金属炭化物支持体層又は工具ホルダーの
ごとき支持体にろう付けするためには、成形体の金属被
覆面と支持体の接合面との間にろう材の層が配置され
る。成形体の金属被覆面を支持体の接合面に接触させた
後、ろう材をそれの液相線温度より高い温度に加熱し、
次いでろう材をそれの液相線温度より低い温度に冷却す
れば、成形体の金属被覆面が支持体の接合面に接合され
る。

【００２２】本発明の金属被覆成形体が高い熱安定性を
有することが発見された結果、成形体の構造保全性に悪
影響を及ぼすことなく少なくとも約２分から約２時間ま
での時間にわたってろう材をそれの液相線温度より高い
温度に加熱し得ることが判明した。そのためには、銀、
銅、チタン、パラジウム、白金、亜鉛、ニッケル、金及
びマンガンの合金並びにそれらの混合物のごとき各種の
ろう材のうちの任意のものを使用することができる。と
は言え、（４．５％のＴｉ、２６．７％のＣｕ及び残部
のＡｇから成る）ＴｉＣｕＡｇ合金が一般に好適である
と考えられる。材料の酸化又はその他の劣化を最少限に
抑えるため、熱安定性の材料に関連して当業界で通例実
施されているごとく、かかるろう付けを不活性雰囲気、
還元雰囲気又は非酸化雰囲気中において実施することが
できる。かかる雰囲気の実例としては、ネオン、アルゴ
ン、水素及び窒素のごときガス、並びに約１０^-4Torrの
真空が挙げられる。或いはまた、たとえば約６００℃の
液相線温度を有するろう材を使用しながら、攻撃性の少
ないより標準的な技術に従って本発明の金属被覆成形体
をろう付けすることもできる。

【００２３】以下に本発明の実施例を示すが、これらの
実施例は本発明を制限するものと解すべきでない。な
お、特に記載のない限り、全ての百分率及び割合は重量
を基準としたものである。

【００２４】

【実施例１】本発明の対象物であるコバルト含有ＣＢＮ
成形体に関して見出された熱安定温度限界を確認するた
め、熱膨張試験を行うことによってコバルト含有ＣＢＮ
成形体及びコバルト含有ＰＣＤ成形体に関する標準的な
線膨張曲線を作成した。更にまた、参考材料としてのＴ
ｉＮ含有ＣＢＮ成形体に関する標準的な線膨張曲線も作
成した。オルトン・ダイラトメーター(Orton Dilatomet
er) モデル１５０００を使用しながら、０〜１２００℃
の温度範囲にわたり３．００℃／分の昇温速度で測定を
行った。試料の長さは約２ｃｍ（０．７５インチ）であ
った。図１〜４のグラフには、長さの変化率（又は線膨
張率）を温度に対してプロットすることによって得られ
た曲線が示されている。かかる曲線の勾配が急激に変化
する箇所は、材料の熱膨張が急激に増加し、従って材料
が熱的に不安定になると考えられる温度を示している。

【００２５】先ず図１を見ると、本発明の対象物である
コバルト含有ＣＢＮ成形体の代表的試料〔ＢＺＮ（登録
商標）６０００、ゼネラル・エレエクトリック・カンパ
ニイ製〕に関する熱膨張曲線が示されている。この曲線
によれば、試料の熱膨張は約１０００℃に達するまでは
下方の熱安定範囲内に維持されることがわかる。なお、
この材料は図２に示された参考用のＴｉＮ含有ＣＢＮ成
形体〔ＢＺＮ（登録商標）８１００、ゼネラル・エレエ
クトリック・カンパニイ製〕の場合と同様な熱的応答を
示すものと考えられる。それに対し、図３のコバルト含
有ＰＣＤ成形体〔コンパックス(Compax)（登録商標）１
５００〕及び図４のコバルト含有ＰＣＤ成形体〔コンパ
ックス（登録商標）１６００〕は、かなり低い温度にお
いて熱安定範囲からの逸脱を示す。かかる挙動を解釈す
れば、実験的に観察された通り、本発明のコバルト含有
ＣＢＮ成形体はコバルト含有ＰＣＤ成形体よりも高い熱
安定温度限界を有することがわかる。

【００２６】

【実施例２】コバルト含有ＰＣＤ成形体が示す７００〜
７５０℃の範囲より高い温度限界を本発明のコバルト含
有ＣＢＮ成形体が越えることができるかどうかを確認す
るため、第２の熱安定性試験を行った。焼結炭化タング
ステン支持体上に支持されたコバルト含有ＣＢＮ成形体
〔ＢＺＮ（登録商標）６０００、ゼネラル・エレエクト
リック・カンパニイ製〕の試料に対し、１０００℃まで
の温度において最高２時間にわたる熱処理を施した。次
いで、熱処理済みの試料を工具ホルダーにろう付けする
ことによって標準的な工具を作製した。かかる工具を用
いて機械加工試験を行ったところ、熱処理を施さなかっ
た成形体を有する工具に比べて性能の低下は存在しない
ことがわかった。特に、目視検査によれば熱処理済みの
試料に割れは認められなかった。

【００２７】

【実施例３】本発明の有効性を確認するため、コバルト
含有ＣＢＮ成形体〔ＢＺＮ（登録商標）６０００、ゼネ
ラル・エレエクトリック・カンパニイ製〕から１ｃｍ
（０．３９０インチ）平方かつ厚さ１ｍｍの試料を切出
し、そして約５００〜６００℃の温度における六フッ化
タングステンの熱分解（ＣＶＤ）によりタングステンで
被覆した。次いで、被覆済みの試料に約８５０〜９２５
℃の温度で最高２時間にわたる熱処理を施した。熱処理
の後、イージーフロー(EASY-FLO)４５（商品名）ろう材
〔ハンディー・アンド・ハーマン(Handy & Harman)社
製〕を用いて試料を炭化タングステン支持体にろう付け
することにより、後続の性能試験用のサブアセンブリを
作製した。タングステン被膜及びＣＢＮ成形体のいずれ
にも、剥落や割れは認められなかった。コバルト含有Ｐ
ＣＤ成形体を同様に処理したところ、成形体のゆがみ及
び被膜の剥落が認められたが、これは成形体の熱安定温
度限界を越えたことを示している。

【００２８】

【実施例４】実施例３において得られたＣＢＮ−炭化タ
ングステンサブアセンブリに関し、末端フライス削りに
よる評価を行った。詳しく述べれば、低温ろう合金を用
いて上記のサブアセンブリを通常のインガーソル(Inger
soll) ＬＮＥ４４３−０１炭化物インサートに取付け
た。比較のため、コバルト含有ＣＢＮ支持成形体〔ＢＺ
Ｎ（登録商標）６０００〕の標準品（すなわち、高温高
圧法によって接合したもの）並びに窒化チタン含有ＣＢ
Ｎ支持成形体〔ＢＺＮ（登録商標）８１００〕の標準品
及びろう付け品についても評価を行った。次に、３ｃｍ
（１．２３インチ）の公称外径を有する陰型のインガー
ソル(Ingersoll) ６００Ｄ１２Ｒ０２エンドミルにイン
サートを保持した。加工物材料としては、２００のブリ
ネル硬さを有するクラス３０ネズミ鋳鉄〔ニーナー・フ
ァウンドリー(Neenah Foundry)社製〕を選択した。この
材料はＡ型の黒鉛フレーク分布を示すパーライト／黒鉛
組織を有するものであって、試験に先立ち機械加工を施
すことによって全ての表面スケール及び酸化物を除去し
た。

【００２９】食付き部やホーンを具備しないインサート
について、フライカットモードで性能試験を行った。半
径方向がチッピングによって薄くなる効果を最少限に抑
えるため、半径方向の切込み（又は切断幅）は１．２７
ｃｍ（０．５００インチ）に設定した。また、軸方向の
切込み（ＤＯＣ）は２．３７５ｃｍ（０．９３５イン
チ）の加工物厚さの全体とかみ合うように設定した。フ
ライス速度は、０．０００７インチ／歯（ｉｐｔ）及び
０．００１ｉｐｔの送り速度並びに９．４２ｃｍ（３．
７１０インチ）の切断長さ（ＬＯＣ）に対して４５７．
２表面メートル／分〔１５００表面フィート／分（ｓｆ
ｍ）〕に維持した。より遅い０．０００７ｉｐｔの送り
速度は、インサートのチッピングを最少限に抑えるよう
に選定された。上記のごとき送り速度及び条件の下で
は、熱の発生によって加工物が加熱されると共に、生じ
た鉄の切り屑は各回のパスから数分間にわたって赤く光
り輝くのが認められた。試験条件を下記表１中に要約し
て示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】各回のパス後にチップの寸法、表面の仕上
状態、及び電力の読みを求めた。各々の試験運転の終了
後に写真を撮影した。加工物の材料に関する制約のた
め、ＢＺＮ（登録商標）６０００の標準品を用いたイン
サート並びにＢＺＮ（登録商標）８１００の標準品及び
ろう付け品を用いたインサートに関しては０．０００７
ｉｐｔの送り速度による評価を６．９４立方インチの加
工体積において停止した。加工物材料の残部を機械加工
するためには、本発明に基づくＢＺＮ（登録商標）６０
００のろう付け品を用いたインサートが選択された。

【００３２】下記表２中に要約して示された結果からわ
かる通り、本発明に従って被覆されかつろう付けされた
ＣＢＮ成形体を用いたインサートは０．０４８ｍｍ
（０．００１９インチ）の小さなチップを生じたとは言
え、顕著な逃げ面摩耗及びろう付け面の分離を示さなか
った。このような点で、それの性能はＢＺＮ（登録商
標）６０００の標準品を用いたインサート及び熱安定性
のＢＺＮ（登録商標）８１００を用いたインサートの性
能に匹敵していた。従って、かかる結果に基づけば、本
発明の対象物である金属被覆済みのコバルト含有ＣＢＮ
成形体は焼結炭化タングステン支持体のごとき支持体に
ろう付け可能であると共に、工業的用途のために適する
ことが確認されるのである。

【００３３】

【表２】

【００３４】本発明の範囲から逸脱することなしに様々
な変更態様が可能であることは当然予想されるから、上
記の説明中に含まれる全ての事項は例示的なものと解す
べきであって、制限的なものと解すべきではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】０〜１２００℃の温度範囲内における代表的な
コバルト含有ＣＢＮ成形体の線膨張挙動を示すグラフで
ある。

【図２】０〜１２００℃の温度範囲内における代表的な
複合成形体〔ＢＺＮ（登録商標）８１００、ゼネラル・
エレクトリック・カンパニイ製〕の線膨張挙動を示すグ
ラフである。

【図３】０〜１２００℃の温度範囲内における第１の代
表的なコバルト含有ＰＣＤ成形体〔コンパックス（登録
商標）１５００、ゼネラル・エレクトリック・カンパニ
イ製〕の線膨張挙動を示すグラフである。

【図４】０〜１２００℃の温度範囲内における第２の代
表的なコバルト含有ＰＣＤ成形体〔コンパックス（登録
商標）１６００、ゼネラル・エレクトリック・カンパニ
イ製〕の線膨張挙動を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 (a) 少なくとも１つの表面を有するコバ
ルト含有立方晶窒化ホウ素成形体を用意し、(b) 前記成
形体の一表面上に高融点金属の層を付着させることによ
って前記成形体の前記表面を金属化し、次いで(c) 金属
化された前記成形体を約７００℃より高い処理温度に加
熱して前記成形体の前記表面に前記高融点金属を化学結
合させることにより、前記表面上に金属被覆層を形成す
る諸工程を含むことを特徴とする、ろう付け可能なコバ
ルト含有立方晶窒化ホウ素成形体の製造方法。
【請求項２】前記成形体が約１０〜３０容量％のコバ
ルト又はそれの合金若しくは混合物を含有する請求項１
記載の方法。
【請求項３】前記工程(c) において、金属化された前
記成形体が約８００℃より高い処理温度に加熱される請
求項１記載の方法。
【請求項４】前記工程(c) において、金属化された前
記成形体が約８００〜１０００℃の範囲内の処理温度に
加熱される請求項１記載の方法。
【請求項５】前記工程(b) において、前記成形体の前
記表面が約３００〜６００℃の範囲内の温度下で金属化
される請求項４記載の方法。
【請求項６】前記工程(c) において、金属化された前
記成形体が少なくとも約３０分間にわたって前記処理温
度に加熱される請求項１記載の方法。
【請求項７】前記工程(c) において、金属化された前
記成形体が不活性雰囲気、還元雰囲気又は非酸化雰囲気
中において加熱される請求項１記載の方法。
【請求項８】前記工程(b) において、前記高融点金属
が約２ミクロン未満から約１５０ミクロンまでの厚さを
有する層を成すように付着させられる請求項１記載の方
法。
【請求項９】 (a) 少なくとも１つの表面を有するコバ
ルト含有立方晶窒化ホウ素成形体を用意し、(b) 前記成
形体の一表面に対する接合面を有する支持体を用意し、
(c) 前記成形体の前記表面上に高融点金属の層を付着さ
せることによって前記成形体の前記表面を金属化し、
(d) 金属化された前記成形体を約７００℃より高い処理
温度に加熱して前記成形体の前記表面に前記高融点金属
を化学結合させることにより、前記表面上に金属被覆層
を形成し、次いで(e) 約６００℃より高い液相線温度を
有するろう材を用いて前記成形体の金属被覆面を前記支
持体の前記接合面にろう付けする諸工程を含むことを特
徴とする、コバルト含有立方晶窒化ホウ素成形体を支持
体にろう付けする方法。
【請求項１０】前記ろう材が約８００℃より高い液相
線温度を有する請求項９記載の方法。
【請求項１１】約６００℃より高い液相線温度を有す
るろう材を用いて前記成形体の金属被覆面を前記支持体
の前記接合面にろう付けする前記工程(e) が、(1) 前記
成形体の前記金属被覆面と前記支持体の前記接合面との
間に前記ろう材の層を配置し、(2) 前記成形体の前記金
属被覆面を前記支持体の前記接合面に接触させ、(3) 前
記ろう材をそれの液相線温度より高い温度に加熱し、次
いで(4) 前記ろう材をそれの液相線温度より低い温度に
冷却することによって前記成形体の前記金属被覆面を前
記支持体の前記接合面に接合する諸工程から成る請求項
９記載の方法。
【請求項１２】前記工程(3) において、前記ろう材が
約２分から約２時間までの時間にわたってそれの液相線
温度より高い温度に加熱される請求項１１記載の方法。