(57)【要約】  本発明は、靭性向上構造を有する炭化物を製造する方法であって、硬質材料を提供し、前記硬質材料の粉末の平均ＢＥＴ粒子サイズが１．０ｍｍ未満であり、前記硬質材料の粉末をバインダー粉末と混合し、硬質材料粉末とバインダー粉末からなる混合物を成形して成形体を形成し、前記成形体を焼結することを含む炭化物の製造方法に関する。本発明はまた、硬質材料粒子からなる相と、炭化物中に不均一に分布したバインダー金属からなる相を含み、バインダー金属からなる相はバインダーのアイランドの形態で存在し、前記焼結後に生成された靱性増加構造を有する炭化物は、１ｎｍおよび１０００ｎｍの範囲の平均粒径を有する硬質材料粒子からなる相、および平均粒径が０．１μｍ〜１０．０μｍであり、前記バインダーのアイランド間の距離が１．０μｍ〜７．０μｍのバインダーアイランドを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質材料の粒子の相と不均一に分布したバインダー金属の相とを含む焼結炭化物であって、前記硬質材料の粒子は１ｎｍから１０００ｎｍまで、好ましくは５０ｎｍから５００ｎｍまでの平均粒径を有し、前記不均一に分布したバインダー金属は、前記焼結炭化物中にバインダーのアイランドの形態で存在し、平均粒径が０．１μｍから１０．０μｍまで、好ましくは０．２μｍから５．０μｍまでであり、隣接するバインダーのアイランド間の平均距離が１．０μｍから７．０μｍまで、好ましくは２．０μｍから５．０μｍまで、より好ましくは１．０μｍから４．０μｍまでである、焼結炭化物。
【請求項２】
前記硬質材料の粒子の相の平均粒径が５０ｎｍから１５０ｎｍまでの範囲にあることを特徴とする、
請求項１に記載の焼結炭化物。
【請求項３】
前記硬質材料の相が炭化タングステンを含むことを特徴とする、
請求項１または２に記載の焼結炭化物。
【請求項４】
前記硬質材料の相中の前記硬質材料粒子が、その化学元素組成および／または粒度分布に関して単峰性の形態で存在することを特徴とする、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の焼結炭化物。
【請求項５】
前記バインダーのアイランドが、コバルト、鉄、ニッケル、およびそれらの組み合わせ、好ましくはコバルトからなる群から選択される金属を含有することを特徴とする、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の焼結炭化物。
【請求項６】
前記焼結炭化物の総重量に基づいて、前記バインダーの割合が、２質量％から３０質量％まで、好ましくは６質量％から１５質量％までである、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の焼結炭化物。
【請求項７】
前記硬質材料が、炭化チタン、炭化バナジウム、炭化クロム、炭化タンタル、炭化モリブデン、およびそれらの混合物から選択される少なくとも一つの粉末の粒子成長抑制剤をさらに含むことを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の焼結炭化物。
【請求項８】
前記粒子成長抑制剤は、前記粒子成長抑制剤の総重量に対して０．０１質量％から５．０質量％まで、好ましくは０．０１質量％から３．０質量％までの割合で存在することを特徴とする、
請求項７に記載の焼結炭化物。
【請求項９】
ＤＩＮ  ＩＳＯ  ３８７８によるビッカース硬度が少なくとも１５００  ＨＶ１０、好ましくは１７００  ＨＶ１０であり、破壊靭性がＳｈｅｔｔｙら、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｅｉ（１９８５）、２０，１８７３〜１８８２の方法により決定されるように、少なくとも６．０ＭＰａ・ｍ1/2、好ましくは少なくとも８．０ＭＰａ・ｍ1/2である、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の焼結炭化物。
【請求項１０】
前記バインダーのアイランドは、クラックの伝播に対抗するが、そのサイズのために破片誘発欠陥として作用しないほどに十分に小さいことを特徴とする、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の焼結炭化物。
【請求項１１】
靭性向上構造を有する焼結炭化物の製造方法であって、
硬質材料の粉末の平均ＢＥＴ粒度が１．０μｍ未満、好ましくは０．５μｍ未満である硬質材料の粉末を提供し、
前記硬質材料の粉末をバインダーの粉末と混合し、
前記硬質材料の粉末と前記バインダーの粉末との混合物を成形体に成形し、および
前記成形体を焼結することを含み、
前記成形体を前記焼結することは、固相焼結により、細孔のない細かい焼結炭化物に行われることを特徴とする、
焼結炭化物の製造方法。
【請求項１２】
前記硬質材料の粉末が炭化タングステンを含むことを特徴とする、
請求項１１に記載の焼結炭化物の製造方法。
【請求項１３】
前記硬質材料の粉末がその化学元素組成および／またはその粒度分布に関して単峰性の形態で存在することを特徴とする、
請求項１１または１２に記載の焼結炭化物の製造方法。
【請求項１４】
前記固相焼結することは、までの焼結方法：スパークプラズマ焼結、放電焼結、ホットプレス、および／またはガス圧焼結、好ましくはガス圧焼結炉での焼結、および／または焼結ＨＩＰ法による焼結のうち、少なくとも一つの方法によって行われることを特徴とする、
請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の焼結炭化物の製造方法。
【請求項１５】
前記焼結は、１０Ｋから５００Ｋまで、好ましくは５０Ｋから２５０Ｋまでのバインダーの共融点温度までで行われ、前記焼結の保持時間は５分から４８０分までであり、好ましくは２０分から３６０分までである、
請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の焼結炭化物の製造方法。
【請求項１６】
靱性増加構造を有する前記焼結炭化物は、前記硬質材料粒子の相と、焼結後に不均一に分布したバインダー金属の相とを含み、
前記不均一に分布したバインダー金属は前記焼結炭化物中にバインダーのアイランドの形態で存在し、
前記焼結後に得られた靱性増加構造を有する前記焼結炭化物は、０．１μｍから１０．０μｍまで、好ましくは０．２μｍから５．０μｍまでの平均サイズを有するバインダーのアイランドを含み、隣接するバインダーのアイランド間の平均距離は１．０μｍから７．０μｍまで、好ましくは１．０μｍから４．０μｍまでである、
請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の焼結炭化物の製造方法。
【請求項１７】
前記バインダーの粉末が、コバルト、鉄、ニッケルおよびこれらの組み合わせからなる金属の群から選択され、好ましくはコバルトであることを特徴とする、
請求項１１乃至１６のいずれか一項に記載の焼結炭化物の製造方法。
【請求項１８】
前記成形体に成形される前の前記粉末の混合物の総重量に対する前記バインダー粉末の割合が、２．０質量％から３０．０質量％まで、好ましくは６．０質量％から１５．０質量％までであることを特徴とする、
請求項１１乃至１７のいずれか一項に記載の焼結炭化物の製造方法。
【請求項１９】
前記焼結が、１００ｍｂａｒ未満、好ましくは５０ｍｂａｒ未満の真空下で行われることを特徴とする、
請求項１１乃至１８のいずれか一項に記載の焼結炭化物の製造方法。
【請求項２０】
前記焼結炭化物の追加の後加圧が、焼結後に２０ｂａｒから２００ｂａｒ、好ましくは４０ｂａｒから１００ｂａｒの圧力で行われることを特徴とする、
請求項１１から１９のいずれか一項に記載の焼結炭化物の製造方法。
【請求項２１】
前記硬質材料の粉末は、炭化バナジウム、炭化クロム、炭化タンタル、炭化チタン、炭化モリブデン、及びこれらの混合物から選択される少なくとも一種の粉末状の粒子成長抑制剤をさらに含む、
請求項１１乃至２０のいずれか１項に記載の焼結炭化物の製造方法。
【請求項２２】
前記粉末状の粒子成長抑制剤が、前記成形前の前記成形体中に、前記粉末の混合物の全質量に対して０．０１質量％から５．０質量％までの割合で存在することを特徴とする、
請求項２１に記載の焼結炭化物の製造方法。
【請求項２３】
請求項１１乃至２２のいずれか一項に記載の焼結炭化物の製造方法によって得られ、
ＤＩＮ  ＩＳＯ  ３８７８によるビッカース硬度が少なくとも１５００  ＨＶ１０、好ましくは少なくとも１７００  ＨＶ１０、およびＳｈｅｔｔｙ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｅｉ（１９８５）、２０，１８７３−１８８２の方法によって決定される破壊靱性が少なくとも６．０ＭＰａ・ｍ1/2、好ましくは少なくとも８．０ＭＰａ・ｍ1/2である、
焼結炭化物。
【請求項２４】
硬質材料粒子の相と不均一に分布したバインダー金属の相とを含む焼結炭化物であって、
前記焼結炭化物は、１ｎｍから１０００ｎｍまで、好ましくは１００ｎｍから５００ｎｍまでの平均粒径を有する硬質材料粒子を含み、
前記不均一に分布したバインダー金属は、前記焼結炭化物中にバインダーのアイランドの形態で存在し、平均粒径が０．１μｍから１０．０μｍまで、好ましくは０．２μｍから５．０μｍまでであり、隣接するバインダーのアイランド間の平均距離が１．０μｍから７．０μｍまで、好ましくは２．０μｍから５．０μｍまで、より好ましくは１．０μｍから４．０μｍまでであり、請求項１１乃至２２のいずれか一項に記載の焼結炭化物の製造方法によって得られる、
焼結炭化物。
【請求項２５】
請求項１乃至１０および２３乃至２４のいずれか一項に記載の焼結炭化物をドリル、完全焼結炭化物フライス工具、割り出し可能なインサート、鋸歯、改質工具、ガスケット、押出パンチ、プレス金型、および摩耗部品として使用する、焼結炭化物の使用。
【請求項２６】
請求項１乃至１０および２３乃至２４のいずれか一項に記載の焼結炭化物をすべての種類の材料の機械加工のために、明確かつ不定の縁を有する工具を製造するために使用する、
焼結炭化物の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料科学の技術分野に関する。本発明は、高硬度と高破壊靱性を併せ持つ靱性を増大させる構造を有する焼結炭化物に関するものと、成形体の焼結を固相焼結により行う工程による焼結炭化物の製造方法と、このような焼結炭化物の利用に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結炭化物は、主として炭化タングステン（ＷＣ）などの硬質材料と、通常は鉄属（鉄、コバルト、ニッケル）由来のバインダーメタルからの粉末冶金によって製造された合金である。焼結炭化物は、例えば、炭化タングステンが７０質量％から９８質量％まで、コバルトが２質量％から３０質量％までである。炭化タングステン粒子は、通常は０．３μｍから１０μｍまでの粒度を有する。第２成分、主にコバルト（または鉄、ニッケル、または、コバルト、鉄、ニッケルの結合）が、セメント、バインダー、結合金属、セメントおよび靭性成分として添加され、炭化タングステン粒子の間の空間を充填する。
【０００３】
焼結炭化物は、材料が高い耐摩耗性および硬度、および高い強度を有さなければならない応用の幅広い技術分野で使用されている。
【０００４】
最も高い硬度値は、きわめて微粒子の硬質材料を用いて低バインダーの焼結炭化物および焼結炭化物で達成される。しかしながら、そのような合金は、通常、比較的低い破壊靭性を有する。低バインダーの焼結炭化物およびきわめて微粒子の硬質材料を用いた焼結炭化物の焼結炭化物の破壊靱性は、セラミック材料に匹敵する。したがって、材料のより高い硬度を得るために焼結炭化物の機械的特性を改善する試みは、従来技術において、これまでの破壊靱性の劣化をほぼ必然的に引き起こしていた。したがって、応用およびストレス暴露に依存して、非常に硬いだけの焼結炭化物の合金、または良好な靱性を有するが、同時に比較的低い硬度のいずれかの合金を先行技術で利用可能であった。
【０００５】
今日まで、特に硬度、破壊靭性および強度の観点から、焼結炭化物の機械的性質の特定の組合せを達成することは、主として、出発粉末の粒径、金属バインダーの含有量、および粒子成長抑制剤の濃度の選択を通してなされてきた。今日まで、焼結炭化物構造体の硬度および強度を増加させることができる従来技術において必須的に確立された方法がある。並行して、ナノスケールの焼結炭化物の製造は、また既知の方法で最適化された。しかしながら、従来公知の方法では、焼結炭化物の破壊靱性を基本的に向上させることはできなかった。
【０００６】
また、非常に細かい粒状の焼結炭化物は硬く脆く、バインダー含有量を増加させると硬度が低下するが、破砕靱性は穏やかに上昇するにすぎないことは当業者には知られている。以前は、自由転位運動はバインダー中の経路の非常に低い自由長ではもはや不可能であると仮定されていた。
【０００７】
Ｇｉｌｌｅの論文（１９７６年頃）において、彼は、その下の経路の平均自由長の最小値に言及し、それまでではコバルトがその延性を失い、脆い材料となるとしている。なぜなら、金属バインダーは特定の層厚未満の転位移動をほとんど許容せず、塑性特性を失うからである。この欠点は、材料関連の必須要件として広く受け入れられている。
【０００８】
この現象は、バインダープール中に導入されたバインダーの一部を濃縮することによって原理的に打ち消される可能性がある。しかしながら、バインダーがＷＣ粒子の形態における硬質材料の平均サイズよりも大きいコバルトプールを形成する「不均質なコバルト分布」と対応する構造は、これまで従来技術においては「不十分な焼結」とみなされてきた。この状況では、例えば、多孔質焼結炭化物の熱間静水圧後圧縮において形成され得るような非常に粗いバインダーの蓄積は、「バインダープール」と呼ばれる。
【０００９】
当業者は、このようなバインダープールの形成および存在が合金の強度を著しく低下させることを知っていた。したがって、それに関与する構造的現象は望ましくなく、技術的に不利であると考えられてきた。例えば、このような焼結炭化物は、１００％の密度であるにもかかわらず、高多孔性の材料に対応する強度しか有さないと考えられてきた。
【００１０】
したがって、硬度および／または耐摩耗性が維持されている間に、材料の靭性を改善するための従来技術は、わずかしか試みられていない。
【００１１】
特許文献１は、バインダー金属としてのコバルトを有する超微細かつナノスケールの焼結炭化物に関する。そこで、二峰性形態の多結晶硬質材料（多結晶質炭化タングステン粒子）が存在しなければならない。ナノスケールの多結晶硬質材料粒子の使用およびそれに伴うバインダー中の平均自由長さの増加は、硬度および破壊靭性の組み合わせの向上をもたらす。用途に応じて、硬質材料の凝集体は、数マイクロメートルから数百マイクロメートルまでの平均寸法を有することができる。コバルトバインダー成分中の経路の自由長は、通常、最大で数マイクロメートルの範囲内の硬質材料の凝集体の大きさまでであり、小粒、中粒または粗粒を有する従来の焼結炭化物における経路の平均自由長に匹敵する。バインダーのこの範囲の寸法において、明確な塑性変形は、破砕の際にバインダー中で依然として生じる。破壊靱性により、コバルトの蓄積が破壊を引き起こす欠陥にならない限り、破壊強度を増加させることもできる。これは後者がマクロポアの大きさに達するときにのみ起こる。特許文献１では、非常に良好な硬度および破壊靱性が、超微粒顆粒およびナノスケール炭化タングステン粉末からの焼結炭化物の製造において観察される。そのとき、硬質材料が２つの別個の延性マトリックス相中に存在し、二峰性の形態で使用されなければならなかった。しかしながら、この技術は、比較的複雑な製造工程を必要とする。そのとき、特定の多結晶硬質材料粒子の製造が第１の処理工程において行われ、それ以降は第２の処理工程で焼結炭化物に処理される。
【００１２】
硬度が一定に保たれている間に成分全体に広がる靱性の増加は、微細構造にさらなる自由度を導入することによって達成することができる。特許文献２は、粒度および靭性が異なり、成形前に混合されている２種類の（二峰性の）焼結炭化物粒子からなる石加工用複合体を提案している。より丈夫なタイプは、２．５μｍから１０μｍまでの粒度、より硬い合金の粒度は０．５μｍから２μｍまでの粒度を有するＷＣからなる。脆性粒子は、材料の２０質量％から６５質量％を構成する。焼結体は、異なるＷＣ粒度を有するゾーン（区域）の混合物からなる。ゾーンの大きさは、使用される粒子の大きさと、プレスおよび焼結中のそれらの変化に起因する。接触ゾーンにおいて、「分散ゾーン」はバインダーの移動によって形成される。微細粒状合金の含有量が５０質量％程度までは、比較的一定の硬度と靱性が有利であるとされている。硬度がＨＲＡ  ８９．５、Ｐａｌｍｑｖｉｓｔによる耐クラック性が約２７５ｋｇｆ／ｍｍである合金からはじめて、±０．５のＨＲＡ単位、かつ±１０単位の耐クラック性（ｋｇｆ／ｍｍ）の間隔内で、硬度ＨＲＡ  ９１．３、耐クラック性１３５ｋｇｆ／ｍｍを有する合金を混合することによって、物性が変化し、硬度の上昇は耐クラック性の減少と連動し、逆もまた同様である。特定の状況下では、これは、靭性に悪影響を及ぼすことなく、合金の改善された耐摩耗性をもたらすと考えられている。しかしながら、硬度と破壊靭性の組合せの一般的な改良は、このようには達成されない。形成する「分散ゾーン」の不確実な体積分率は、機械的特性のばらつきをもたらす。本発明者らは、その強度について言及してない。しかし、導入された脆弱領域のサイズのために、強度の著しい低下が予想される。
【００１３】
特許文献３によれば、高バインダー合金における靱性の顕著な改善は、コバルトまたは鋼の金属マトリックス中に、溶射に使用されるような既に高密度に焼結された焼結炭化物粒子を組み込むことによって達成される。これにより、延性マトリックス中の非常に大きくて硬い粒子の焼結炭化物の様な構造が形成される。しかしながら、硬質相は、サイズ及び内部構造の両方において硬質成分の焼結炭化物とは異なっている。従来の焼結炭化物の硬質相は、平均距離が０．２μｍから６μｍまでのＷＣの結晶からなるが、合金の硬質相は依然として５００μｍまでの寸法を有することがある。さらに、硬質相はそれ自体が焼結炭化物（すなわち、ＷＣとＣｏの混合物）であり、この合金が「二重焼結炭化物」（ＤＣ炭化物複合材）と呼ばれる理由である。１μｍから１５μｍまでの範囲の粒径については、遷移金属Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒの炭化物を含む。これらは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの群からの金属またはそのような金属の合金によって結合されている。「第１の延性相」と呼ばれる硬質粒子中のバインダーについては、３質量％から２５質量％までの質量割合が挙げられる。「第２延性相」と呼ばれる延性母体は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂの群の少なくとも１つの金属からなり、さらなる添加剤を含んでもよい。添加剤は、第２の延性相の融点を制御するか、またはその耐摩耗性を高める働きをする。合金において、第２の延性相の耐摩耗性を高めるために、非常に細かく分散した硬質材料の添加が提案されている。合金では、第２の延性相は、全体積の４０体積％までの体積からなる。２０体積％から４０体積％までの体積割合が特に有利であると考えられる。
【００１４】
第１の処理工程において、硬質相は、溶射用粉末の製造技術、または破砕されるべきペレットを用いて得ることができる。次いで硬質粒子を金属粉末と混合し、第２段階で緻密な成形部品を焼結させる。二重の焼結炭化物への圧縮は、いわゆる「急速全方向圧縮（ＲＯＣ）」、ホットプレス、固相または液相焼結、熱間静水圧プレスまたは鍛造によって行われる。別の方法として、第２の延性相による浸透が記載されている。
【００１５】
このようにして得られた部品は、耐摩耗性と靭性との良好な組合せを有し、特にローラーおよび衝撃ドリルのような岩石加工工具のインサートの製造に適している。４０ＭＰａ・ｍ1/2までの破壊靭性値が達成される。しかし、そのような高い値は、延性の第２相の体積が全体積の少なくとも３０体積％を占める特に高バインダー合金をもたらすに過ぎない。
【００１６】
非特許文献１に記載されているように、従来の焼結炭化物に比べて二重焼結炭化物の破壊靭性の利点は、約ＨＶ＝１３００未満の硬度値に対してのみ得られる。この解決策は、高い靱性要件を有する採掘工具を対象とし、より耐摩耗性の焼結炭化物で鋼を置き換える可能性を提供する。しかしながら、このアプローチは、例えば金属加工または木材加工のための合金において通常用いられるように、より低いバインダー含量を有するタイプに移行することはできない。別の重大な欠点は、粗い堆積物のために強度が約３０％低下するという事実である。
【００１７】
上記の欠点は、本発明によって克服されるべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０  ２００４  ０５１  ２８８  Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，５９３，４７４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８８０，３８２号明細書
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Ｄｅｎｇ．Ｘ．ｅｔ  ａｌ．，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｒｉｆｒ＆  Ｈａｒｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １９（２０１）５４７−５５２
【発明の概要】
【００２０】
本発明の目的は、特に硬度、強度及び上記すべての破壊靱性の観点で、機械的特性の優れた組合せを有する焼結炭化物を提供することであり、その製造は従来技術とは対照的に、あらかじめ合成された二峰性焼結炭化物多結晶なしでなされる。
【００２１】
さらに、本発明の特定の目的は、少なくとも１５００  ＨＶ１０のビッカース硬度を有する超微細またはナノスケールの焼結炭化物、およびバインダー中における経路の平均自由長が非常に短い（配向方法において排他的ではないが、＜１００ｎｍの範囲で）にもかかわらずクラックの伝播に作用する構造的特徴を有する構造を製造することである。
【００２２】
さらに、本出願の範囲内で、複雑な幾何学的形状及び幅広い多様性を有する形状を有する成分の製造を可能にする焼結炭化物、好ましくは超微細又はナノスケールの焼結炭化物を製造するための焼結方法が使用されるべきである。最後に、以前の複雑な製造および二峰性の焼結炭化物粉末の転化を必要としない焼結炭化物が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明は、例として以下の図によって説明される。
【図１】ＷＣ  １０Ｃｏ  ０．６ＶＣ  ０．３Ｃｒ3Ｃ2の組成を有する焼結炭化物の構造の電子顕微鏡写真であり、１３００℃で保持時間９０分の焼結が製造で行われたものである。
【図２】ＷＣ  １０Ｃｏ  ０．６ＶＣ  ０．３Ｃｒ3Ｃ2の組成を有する焼結炭化物の構造の電子顕微鏡写真であり、１２００℃で保持時間９０分の固相焼結が製造において行われたものである。
【図３】ＷＣ  １０Ｃｏ  ０．９ＶＣの組成を有する焼結炭化物の構造の電子顕微鏡写真であり、１３００℃で保持時間９０分の焼結が製造において行われたものである。
【図４】ＷＣ  １０Ｃｏ  ０．９ＶＣの組成を有する焼結炭化物の構造の電子顕微鏡写真を示し、１２００℃で保持時間９０分の固相焼結が製造において行われたものである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の範囲内では、超微細またはナノスケールの単峰性硬質材料粒子、特に炭化タングステン粉末をベースとするものであって、これはバインダー金属の不均質な分布によって先行技術において求められるように硬度および破壊靭性の改良された組み合わせを実際に示す、特定の焼結炭化物が開発された。
【００２５】
本発明の範囲内では、ナノスケールおよび／または超硬質硬質相に加えて、均一に分布した小さなバインダー累積物（いわゆるバインダーのアイランド）を加えることで、材料の硬度が同じでありながら靭性の増加が達成される。それらは、靱性向上構造においてクラック伝播に対する耐性を向上させることができ、本発明の靭性向上構造を製造している間に増加した破壊靭性を可能にする。
【００２６】
有利な特性を有する本発明の焼結炭化物は、以下に記載するような製造方法によって利用可能にすることができる。
【００２７】
第１の処理工程では、硬質材料粉末が提供される。本発明による硬質材料粉末は、好ましくは元素の周期律表の４Ｂ族、５Ｂ族および６Ｂ族の遷移金属の炭化物、窒化物および／または炭窒化物の微結晶から製造された単峰性硬質材料粒子を含む。好ましくは、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＷＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＶＣ、Ｃｒ3Ｃ2、ＺｒＣ、ＨｆＣ、Ｍｏ2Ｃまたはこれらの成分の混合物が挙げられる。
【００２８】
最も好ましい実施形態において、硬質材料粉末は、炭化タングステン粒子を含むか、または少なくとも部分的に、あるいは完全に、炭化タングステン粒子を含む。
【００２９】
本発明によれば、適切な硬質材料粉末は、通常単峰性の形態である。本発明による硬質材料粉末において、二峰性硬質材料粉末は通常は使用されない。
【００３０】
これまで使用されてきた二峰性の硬質材料粉末は、その粒径分布及び／又はそれらのそれぞれの化学成分及び元素成分を考慮して二峰性の特性を有する。二峰性化学物質または元素組成に基づく二峰性硬質材料粉末は、異なる化学的または元素組成を有する２つの異なる粉末成分を有する。そして、組成が異なるため、例えば、二峰性硬質材料粉末中の各成分の異なる延性が生じることがある。
【００３１】
二峰性の粒度分布に基づく二峰性の硬質材料粉末は、対応する頻度分布に関して２つの別個の粒度ピークを有する。すなわち、より簡単に言えば、２つの異なる粒度を有する２つの硬質材料粉末の混合物からなる。任意に２つ以上の異なる粒度分布、すなわち２つ以上の異なる粒度を有する多峰性粒度分布についても、同様に適用される。
【００３２】
対照的に、本発明による単峰性硬質材料粉末は、唯一の粉末成分からなる。唯一の粉末成分は、その化学成分または元素成分およびその粒径分布に関して唯一である。言い換えれば、単峰硬質材料粉末の粒度分布は、粒度の頻度分布に対して明確なピークを１つしか有さない。すなわち、本発明による硬質材料粉末は本質的に１つの規定された粒度を有するので、異なる粒度を有するいくつかの粉末成分の混合物を含まない。
【００３３】
好ましくは、硬質材料粉末は＜１μｍの粒度を有する。このサイズ範囲は、対応する材料が固相焼結によって十分な密度で焼結され得るための第１の要件である。
【００３４】
硬質材料粉末は、１．０μｍ未満または０．８μｍ未満、好ましくは０．５μｍ未満、より好ましくは０．３μｍ未満、さらにより好ましくは０．２μｍ未満の平均ＢＥＴ粒度を有する。
【００３５】
特に、本発明の範囲内で使用される硬質材料粉末は、いわゆるナノスケールおよび／または超硬質材料粉末である。従って、ナノスケール硬質材料粉末、特に硬質材料としての炭化タングステンで作られたものは、０．２μｍ未満の平均ＢＥＴ粒度を有する。超硬硬質材料粉末、特に硬質材料として炭化タングステンから作られたものは、０．２μｍから０．４μｍまで、または最大０．５μｍの平均ＢＥＴ粒度を有する。
【００３６】
第２の処理工程では、硬質材料粉末をバインダー金属粉末と混合する。バインダー成分は、粉末状のバインダー金属であることが好ましい。バインダー金属は、好ましくは、コバルト、鉄、ニッケル、およびこれらの組み合わせからなる金属の群から選択される。バインダー金属としてコバルトが最も好ましい。
【００３７】
バインダー金属粉末は、５μｍ未満、好ましくは３μｍ未満、より好ましくは２μｍ未満、さらにより好ましくは１μｍ未満の平均ＦＳＳＳ（フィッシャーサブシーブサイザー）粒径を有する。バインダー金属粉末は、単峰性のバインダー成分を有するだけでなく、二峰性または多峰性のバインダー成分を有することもできる。
【００３８】
成形体にプレスする前に、硬質材料、バインダー金属及び他の全ての任意の添加剤を含有する（全）粉末混合物の総重量を基準にした混合されたバインダー粉末の割合は、２質量％から３０質量％まで、好ましくは５質量％から２０質量％まで、さらにより好ましくは６質量％から１５質量％までである。
【００３９】
本発明の別の好ましい実施形態では、粉体混合物の調製中に成形体の調製および／または成形体のその後の焼結のために、追加の加圧助剤または焼結助剤を添加することもできる。
【００４０】
硬質材料粉末とバインダー金属との混合は、任意の所望の方法で、通常の装置を用いて行うことができる。混合は、乾燥させるか、または水、アルコール、ヘキサン、イソプロパノール、アセトンまたは他の溶媒のような液体粉砕媒体を用いて行うことができる。
【００４１】
ミキサー、ミル、または類似の適切な装置、例えばボールミルまたはアトライターを混合のために使用することができる。混合は、すべての成分が均一に分布した混合物を得るのに適した方法および期間で行われる。
【００４２】
粉末状の硬質材料は、通常、バインダー成分および必要に応じて焼結炭化物を製造するためのさらなる成分と混合される。好ましくは、可塑剤、主としてパラフィンをアトライターまたはボールミル中に添加して、有機粉砕媒体または水中で混合を行う。十分な粉砕および混合の後、湿った塊を乾燥させ、粒状にする。乾燥は、例えば噴霧塔で行われる。
【００４３】
焼結炭化物は、温度が高く焼結時間が長くなると構造が粗く粗大化することがあり、また、硬質材料の粒子、好ましくは炭化タングステン粒子の粗大化は、通常は硬度の低下と同時に靭性の増加に関連しているため、粒子成長を低減するために硬質材料粒子、特に炭化タングステン粒子の成長を妨げるか、または少なくとも部分的に抑制する、粒子成長抑制剤を任意に追加して混合してもよい。
【００４４】
粒子成長抑制剤は、バインダーの添加前に既に硬質材料粉末に混合されていてもよく、合成中に硬質材料粉末に既に合金化されていてもよく、またはバインダー成分と共に硬質材料粉末と混合されてもよい。
【００４５】
バインダー成分を含有する焼結炭化物においては、例えば、硬質材料として炭化タングステンを、バインダーとしてコバルトをベースとする系では、粒子成長を抑制するこの効果は、炭化バナジウム（ＶＣ）または炭化クロム（Ｃｒ3Ｃ2）、炭化タンタル、炭化チタン、炭化モリブデン、またはそれらの混合物などの他の粒子成長抑制剤を混合することによってより優位に用いられる。
【００４６】
粒子成長抑制剤を使用すると、粒子成長が本質的に抑制され、その結果、特に微細なテクスチャが生成され得る。テクスチャにおける経路の平均自由長は、延性から脆性への移行のためのバインダフィルムの臨界寸法に満たない。このようにして、限定された量の粒子成長抑制剤の混合物による粒子成長の抑制は、本発明の技術的効果を達成するために重要な貢献をすることができる。
【００４７】
粉末状の粒子成長抑制剤の添加は、混合物の全重量に対して０．０１質量％から５．０質量％まで、好ましくは０．１質量％から１．０質量％までの割合で行われる。
【００４８】
硬質材料粉末、バインダー成分および必要に応じてさらに任意の添加物からなる粉末混合物の成形は、確立された方法、例えば冷間等方加圧又はテンプレート加圧、押出、射出成形および同等の既知の方法によって行うことができる。
【００４９】
この成形は成形体を生じ、成形体は少なくとも３５％、好ましくは４５％、より好ましくは＞５５％の理論密度に基づいて相対密度を達成する。
【００５０】
以前に使用されていた使用可能な焼結した金属の製造方法は、バインダー金属が硬質材料粒子間に均一に液相として分配できる程度に成形後に成形体を加熱または焼結するという事実に基づいている。
【００５１】
対照的に、成形体の焼結中の本発明による圧縮工程は、硬質材料領域の全ての細孔内にバインダー金属が入り込むが、炭化タングステン粒子上に均一に分散されずに、バインダーのアイランドは、焼結の間に構造中に維持されない方法で実行される。しかしながら、これは細孔のない構造をもたらすに違いない。したがって、固相焼結が好ましい焼結方法である。
【００５２】
焼結プロセス後に構造中に存在するバインダーのアイランドは、０．１μｍから１０．０μｍまで、好ましくは０．２μｍから５．０μｍまで、より好ましくは０．５μｍから１．５μｍまでの平均サイズを有する。バインダーのアイランドの平均サイズは、線形分析（線形切片法）を使用した電子顕微鏡を用いて平面部上で決定される。
【００５３】
また、本発明の靭性向上構造を有する焼結炭化物において、バインダーのアイランドは、隣接するバインダーのアイランドとの間の平均距離が１．０μｍから７．０μｍまで、好ましくは２．０μｍから５．０μｍまで、より好ましくは１．０μｍから４．０μｍからであり、隣接するバインダーのアイランド間の平均距離は、線形解析（線形切片法）を使用して、電子顕微鏡を用いて平面部上で決定される。
【００５４】
バインダーのアイランドの存在は、亀裂の伝播を妨げ、前例のない顕著な破壊靭性をもたらす領域を生成するため、焼結炭化物の靭性増大構造において重大な構造的特徴である。
【００５５】
本発明による焼結は、好ましくは、固相焼結、すなわち成形体中のバインダー成分の液化が焼結中に起こらない温度で行われ、従って、バインダー金属は、硬質材料粒子間で液相として分散しえない。
【００５６】
特に好ましい実施形態では、今述べたバインダーのアイランドを含む本発明による靭性増大構造は、合金化されたバインダーの共融点以下の固相焼結プロセスによって完全な圧縮を行うことによって得られる。
【００５７】
主に、本発明による固相焼結は、１０Ｋから５００Ｋまで、好ましくは５０Ｋから４５０Ｋまで、より好ましくは５０Ｋから３５０Ｋまで、さらに５０Ｋから２５０Ｋまでで行われる。この温度は、バインダー金属の共融解温度までの温度であり、共融解温度においてバインダーは任意に合金化される。焼結工程のための保持時間は５分から４８０分まで、好ましくは２０分から３６０分まで、より好ましくは３０分から１２０分までである。バインダー金属の共融解温度は、硬質材料、バインダー、および任意に粒子成長抑制剤を含む系全体の成分から得られる、日常的な基準でＤＳＣによって決定される。当業者はこの決定方法に精通している。
【００５８】
コバルトは、特に好ましいバインダー金属である。バインダーとしてのコバルトと硬質材料としての炭化タングステンを用いる場合、本発明の好ましい固相焼結温度は、１０００℃から１４８５℃までの範囲内、好ましくは１０５０℃から１２７５℃までの範囲内であるより好ましくは１１００℃から１２５０℃までの範囲内である。
【００５９】
したがって、完全に固体で気孔のない構造が達成されるが、より大きなバインダー領域（バインダーのアイランド）がまだ完全に溶解および分布していない温度での焼結プロセスが特に好ましい。
【００６０】
全ての一般的に使用される焼結法は、適切な固相焼結法として使用することができる。適切な固相焼結法には、特に、以下の技術；放電プラズマ焼結、電気放電焼結、ホットプレス、またはガス圧焼結（焼結ＨＩＰ）が含まれる。
【００６１】
さらに、バインダーのアイランド形成は、使用されるバインダー粉末（バインダーの一次粒子サイズ）の選択、および非常に細かいバインダー粉末と粗バインダー粉末の混合物によっても制御することができる。使用されたバインダーの粒度は、上記にある程度詳細に記載されている。
【００６２】
本発明による焼結は、必要に応じて、還元性雰囲気または不活性雰囲気下で行うことができる。好ましくは、焼結は、１００ｍｂａｒ未満の真空（残留ガス圧）の存在下で、またはより好ましくは５０ｍｂａｒ未満の真空下（アルゴン、窒素、水素など）で行われる。
【００６３】
焼結の後、すなわち、好ましくは固相焼結の後に、２０ｂａｒから２００ｂａｒ、好ましくは４０ｂａｒから１００ｂａｒの圧力で焼結炭化物の追加の後加圧を、焼結の後に任意に行ってもよい。
【００６４】
固相焼結の代わりに、または固相焼結に加えて液体焼結も可能であるが、本発明の範囲内の実施形態ではあまり好ましく、成形体の液体焼結が適時に終了する限りのみ、バインダーは、液体焼結中に構造中に均一に分布されない。
【００６５】
本発明の範囲内では、本発明による製造方法の範囲内で超微粒構造の焼結炭化物が得られる。この製造物は、好ましくは、粉末冶金の集合における機能グループ「焼結炭化物」の定義による超微細またはナノスケールの硬質材料相からなり、それは、金属バインダー相の少なくとも一部は合金の延性成分として存在するが、構造の高微細およびバインダーの経路の短い平均自由長が維持される方法において特定のプロセス制御によって修正される。
【００６６】
この延性バインダー相は、変形によって伝播する破断と接触する破断エネルギーを低下させ、したがって破壊のさらなる伝播に対して作用し、その結果、本発明による焼結炭化物の改善された破壊靭性が得られる。
【００６７】
従来の理解によれば、バインダーの不均一分布を有する焼結炭化物構造、すなわちバインダーが硬質材料粒子の間に均一に分布していないが、寸法が硬質材料相の平均粒径を明らかに超えるバインダー領域がある特異点で分布している焼結炭化物構造体は、「焼結が不十分」とみなされてきた。しかし、従来技術では、今日までの主な意見は、焼結していない硬質材料構造が不十分な機械的特性を有することであった。
【００６８】
対照的に、驚くべきことに、本発明の範囲内で、これまでに広範に理解されていることは、超微細焼結炭化物構造では正しくない。特に、ナノスケールかつ超微細焼結炭化物構造の硬質材料相の平均粒径は、１μｍ未満、特に０．５μｍ未満である。本発明によるコンセプトにより高い硬度と靭性を同時に達成するために、本発明者はむしろ均質に分布したより粗いバインダー領域を有する特に微細構造を提案する。しかしながら、バインダー領域は、焼結炭化物中に高度に不均質な性質が生じる可能性があるため、臨界寸法を超えてはならない。
【００６９】
詳細には、本発明による焼結炭化物は以下の必須の特徴を有する。
【００７０】
本発明による硬質材料は、好ましくは、元素の周期律表の４Ｂ族、５Ｂ族および６Ｂ族の遷移金属の炭化物、窒化物および／または炭窒化物の微結晶からなる硬質材料粒子からなる。好ましくは、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＷＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＶＣ、Ｃｒ3Ｃ2、ＺｒＣ、ＨｆＣ、Ｍｏ2Ｃまたはこれらの成分の混合物が挙げられる。
【００７１】
本発明の範囲内で特に好ましい硬質材料は、純粋な炭化タングステンである。さらに好ましい実施形態では、硬質材料として、追加的な炭化物と関連した炭化タングステンが存在してもよい。特に、炭化チタン、炭化タンタル、炭化バナジウム、炭化モリブデン、および／または炭化クロムが、炭化タングステンと共に存在してもよい。
【００７２】
炭化タングステン以外の他の炭化物は、焼結後に得られる焼結炭化物の総重量に対して５．０質量％を超えない量、好ましくは３．０質量％を超えない量で存在することが好ましい。
【００７３】
特に、付加的な炭化物の割合が高いＷＣ系焼結炭化物、いわゆる「Ｐ−焼結炭化物」も本発明の範囲内である。
【００７４】
焼結後の焼結炭化物中の硬質材料粒子の平均粒径は、最大で１．０μｍ、好ましくは最大で０．８μｍ、より好ましくは最大で０．５μｍ、さらにより好ましくは最大で０．３μｍ、または最大でも０．１５μｍであり、他の側において１ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上である。平均粒径は、線状解析（線形切片法）を用いて、電子顕微鏡を用いて平面部で決定される。
【００７５】
本発明による焼結炭化物中の硬質材料または硬質材料相は、通常は単峰性の形態で存在する。二峰性硬質材料相は、通常、本発明による焼結炭化物中には存在しない。
【００７６】
二峰性の硬質材料相は、それらの粒度分布の観点および／またはそれらのそれぞれの元素成分を考慮して二峰性の特徴を有することができる。二峰性の化学的または元素組成に基づく二峰性硬質材料相は、焼結炭化物中に異なる化学的または元素組成を有する２つの異なる硬質材料成分を有する。
【００７７】
二峰性粒度分布に基づく二峰性硬質材料相は、対応する頻度分布に関して２つの別個の粒度ピークを有する。すなわち、より単純に言えば、２つの異なる粒度を有する２つの硬質相の混合物からなる。多峰性硬質材料相についても、同様のことが必要である。
【００７８】
対照的に、本発明による焼結炭化物は、単峰性硬質材料または単峰性硬質材料相からなる。したがって、硬質材料は、その化学的または元素的成分およびその粒径分布に関して単一である。これは、本発明による焼結炭化物と以前に記載されていた焼結炭化物構造体との間の中心的な違いであり、二峰性の硬質材料相によるため、硬度および破壊靱性のみに関して良好な特性を達成することができる。
【００７９】
さらに、本発明による焼結炭化物構造体では、硬質材料は、好ましくは、いわゆるナノスケールおよび／または超微細粒子サイズで存在する。
【００８０】
焼結炭化物構造中の硬質材料の粒度は、線形切片法によってＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ４４９９−２、２０１０に従って測定される。
【００８１】
ナノスケールの焼結炭化物構造、特に硬質材料として炭化タングステンからなるものは、０．２μｍより大きい粒度を有する。超微細焼結炭化物構造体、特に硬質材料として炭化タングステンからなる焼結炭化物構造体は、０．２μｍから０．４μｍまで、または最大０．５μｍの粒度を有する。
【００８２】
本発明による焼結炭化物は、バインダーまたはバインダー金属を含有する。好ましいバインダー金属には、鉄、コバルト、ニッケル、またはこれらの金属の混合物が含まれる。バインダー金属としては、コバルトが特に好ましい。
【００８３】
バインダーは、焼結炭化物中に限られた量だけ存在する。従って、焼結後に得られる焼結炭化物製品全体の総重量に対するバインダーの割合は、高くても３０質量％、好ましくは高くても２５質量％、より好ましくは高くても２０質量％、最も好ましくは高くても１５質量％である。一方、バインダーの理想的な割合は、焼結後に得られる焼結炭化物製品の総量に対して、高くても１２質量％である。
【００８４】
また、焼結後の焼結炭化物の総量に対するバインダーの割合は、少なくとも２．０質量％であることが好ましく、少なくとも６．０質量％であることがより好ましい。
【００８５】
場合により、焼結の間の粒子成長を減少させるために、粒子成長抑制剤が焼結炭化物中にさらに存在してもよい。したがって、バインダー成分を含む本発明による焼結炭化物、例えば硬質材料として炭化タングステン、バインダーとしてコバルトをベースとする焼結炭化物は、さらに炭化チタン、炭化バナジウム、炭化クロム（Ｃｒ3Ｃ2）、炭化タンタル、炭化モリブデン、およびそのような成分の混合物を含んでもよい。
【００８６】
本実施形態においては、粒子成長抑制剤が焼結後の焼結炭化物製品の全重量に対して０．０１から８．０質量％まで、好ましくは０．０１から３．０質量％までの割合で存在する。
【００８７】
焼結炭化物中の粒子成長抑制剤の任意の存在が有用であり得る。なぜなら、粒子成長をより良好に抑制することができるためである。それにより、特に超微細構造を製造することができ、経路の平均自由長は、延性−脆性遷移のためにコバルト皮膜の臨界的寸法を下回る。
【００８８】
本発明者の実験では、焼結後の焼結炭化物中の平均粒径が０．２μｍから２．０μｍまでのバインダーのアイランドの存在が技術的に特に重要であることが判明した。特に、上述のように、バインダーのアイランドは、焼結後の焼結炭化物中に０．１μｍから１０．０μｍまで、好ましくは０．２μｍから５．０μｍまで、より好ましくは０．５μｍから１．５μｍまでの平均サイズを有する。平面部の平均サイズは、線形解析（線形切片法）を用いて電子顕微鏡で測定される。
【００８９】
また、本発明の焼結炭化物構造体では、隣接するバインダーのアイランド間の平均距離が１．０μｍから７．０μｍまで、好ましくは２．０μｍから５．０μｍまで、より好ましくは１．０μｍから４．０μｍまでである。隣接するバインダーのアイランド間の平均距離は、線形解析（線形切片法）を使用して、電子顕微鏡により平面部上で決定される。
【００９０】
硬質相の平均粒径を超える不均一なコバルト分布（コバルトプールなど）を有する構造体は不十分な性質を有し、「不十分な焼結」と考えられる従来の理解とは対照的に、驚くべきことに、この記述は、非常に微細な構造（例えば、０．３μｍまでの平均粒径を有する）では正しくないことが分かった。
【００９１】
本発明の範囲内では、約１．０μｍから７．０μｍまでの典型的な寸法、すなわち、平均粒径を明らかに超えるオーダーの大きさであり、好ましくはバインダーの経路の平均自由長さを有するこれらのバインダーのアイランド、好ましくはコバルトのアイランドの存在は、薄いバインダー層よりもはるかに焼結炭化物中のクラックの進展を妨げることが実証され、それ故にここで驚くほどに実証されたように、焼結炭化物の破壊靭性が著しく増加する。
【００９２】
この重要な構造的特徴のさらなる説明のために、図１および２または３および４の試料の比較を参照する。全ての図において、ＷＣ  １０Ｃｏ  ０．９ＶＣの組成を有するナノスケールの焼結炭化物を分析した。図１および図３（１３００℃での焼結によって得られた試料）とは対照的に、図２および４（１２００℃での固相焼結によって得られた試料）は、本発明によるバインダーのアイランドの存在を示す。具体的な例では、これらはコバルトのアイランドである。対照的に、１３００℃の温度で焼結すると（図１および図３）、ＤＳＣ曲線は既にバインダー成分の部分液化を示しており、これはもはや固相焼結ではない。したがって、図１および３は、本発明によるコバルトのアイランドを有さない構造を示す。
【００９３】
図３および図４の焼結炭化物サンプルで（図３のサンプル：硬度ＨＶ１０＝１９４０；破壊靱性ＫIc＝７．９ＭＰａ・ｍ1/2；図４のサンプル：硬度ＨＶ＝２０８０；破壊靭性ＫIc＝８．３ＭＰａ・ｍ1/2）の硬度は、コバルトのアイランドで著しく高い硬度値を達成することができ、本発明による焼結炭化物では破壊靭性が同じまたはそれ以上であることを示している。
【００９４】
本発明による焼結炭化物は、ＤＩＮ  ＩＳＯ  ３８７８によれば少なくとも１５００  ＨＶ１０、好ましくは少なくとも１７００  ＨＶ１０、より好ましくは少なくとも１８５０  ＨＶ１０、さらには少なくとも２０００  ＨＶ１０のビッカース硬度を有するが、Ｓｈｅｔｔｙらによる焼結炭化物の靱性は、少なくとも６．０ＭＰａ・ｍ1/2、好ましくは少なくとも８．０ＭＰａ・ｍ1/2である。
【００９５】
焼結炭化物のビッカース硬度ＨＶ１０は、ＤＩＮ  ＩＳＯ  ３８７８に従って測定される。破壊靱性の計算は、Ｄ．Ｋ．  Ｓｈｅｔｔｙ、Ｉ．Ｇ．  Ｗｒｉｇｈｔ、Ｐ．Ｎ．  Ｍｉｎｃｅｒ、  Ａ．Ｈ．Ｃｌａｕｅｒ；  Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｅｉ．（１９８５），２０，１８７３−１８８２．によって実行される。
【００９６】
従って、ビッカース硬度と破壊靱性とを具体的に組み合わせた本発明の好ましい焼結炭化物Ａ〜Ｈはまでの通りである。
2019516860.tif 000002
【００９７】
本発明の製造方法によって得られる靱性増加構造を有する焼結炭化物は、構造的に、ナノスケールおよび／または超微細、好ましくは単峰性の焼結炭化物粒子およびその中に分散されたバインダーのアイランドの相を含み、靭性向上構造を有する（焼結後に得られる）焼結炭化物は、１ｎｍから１０００ｎｍまで、好ましくは１００ｎｍから５００ｎｍまでの範囲内の平均粒径を有する硬質材料粒子の相と、平均サイズが０．１μｍから１０．０μｍまで、好ましくは０．２μｍから５．０μｍまで、より好ましくは０．５μｍから３．０μｍまで、さらには１．０μｍから１．５μｍまでであり、隣接するバインダーのアイランド間の平均距離は１．０μｍから７．０μｍまでであり、好ましくは２．０μｍから５．０μｍまでであるバインダーのアイランドと、を含有する。
【００９８】
別の好ましい実施形態は、ＤＩＮ  ＩＳＯ  ３８７８によれば少なくとも１５００ＨＶ１０、好ましくは少なくとも１７００  ＨＶ１０、または少なくとも１８５０  ＨＶ１０、またはさらには少なくとも２０００  ＨＶ１０のビッカース硬度、およびＳｈｅｔｔｙらによる少なくとも６．０ＭＰａ・ｍ1/2好ましくは少なくとも８．０ＭＰａ・ｍ1/2の破壊靭性を有する、実施形態Ａ〜Ｈの上記の好ましい焼結炭化物に関連し、こうした焼結炭化物は本発明およびその好ましい実施形態による上術した製造方法により取得される。
【００９９】
別の好ましい実施形態は、硬質材料の粒子の相とその中に分散されたバインダーのアイランドを含む焼結炭化物に関し、焼結後に得られる焼結炭化物は、１ｎｍから１０００ｎｍまで、好ましくは１００ｎｍから５００ｎｍまでの範囲内の平均粒子サイズを有する硬質材料の相、および平均サイズが０．１μｍから１０．０μｍまで、好ましくは０．２μｍから５．０μｍまでであり、隣接するバインダーのアイランド間の平均距離が１．０μｍから７．０μｍまで、好ましくは２．０μｍから５．０μｍまでであるバインダーのアイランドを含有する。そのような焼結炭化物は、本発明による製造方法およびその好ましい実施形態によって得られる。
【０１００】
記載された技術的特徴および記載された製造プロセスは、特に、新規の原料または特定の焼結プラントを必要とすることなく、超微細および／またはナノスケールの焼結炭化物の硬度および破壊靭性を同時に増加させることを可能にする。
【０１０１】
本発明による焼結炭化物は、特に細粒の焼結炭化物が使用される場合、すなわち、特に回転工具のように、例えばドリル及び完全焼結炭化物のフライス工具のような機械加工が困難な材料又は硬化鋼の機械加工において高い技術的重要性に達する。例えば、金属、紙、ボール紙、プラスチックまたは磁気テープを切断および打ち抜きするための工具の製造、およびガスケット、押出パンチおよびプレス金型のような焼結炭化物製の摩耗部品および建設用部品の製造におけるスレッドカッターを製造するため、特に内部スレッドカッターを製造するための糸カッターを製造する場合である。また、割り出し可能なインサートが使用される全ての回転機械加工プロセスが挙げられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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