(57)【要約】  ｃＢＮ焼結体と硬質合金が強固に接合した複合体を提供することを目的とする。  ｃＢＮ焼結体と、硬質合金と、ｃＢＮ焼結体と硬質合金との間にある接合層とからなり、接合層は厚さ０．１〜５μｍの金属であることを特徴とする複合体。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃＢＮ焼結体と、硬質合金と、ｃＢＮ焼結体と硬質合金との間にある接合層とからなり、接合層が、厚さ０．１〜５μｍの金属から成ることを特徴とする複合体。
【請求項２】
接合層は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択される少なくとも１種を３０〜１００質量％含有する金属である請求項１に記載の複合体。
【請求項３】
接合層は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して３０〜１００質量％含有し、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅ以外に残部としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃ、ＢおよびＮから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して０〜７０質量％含有する金属である請求項２に記載の複合体。
【請求項４】
接合層は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択される少なくとも１種を７０〜１００質量％含有する金属である請求項１に記載の複合体。
【請求項５】
接合層は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して７０〜１００質量％含有し、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ以外に残部としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃ、ＢおよびＮから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して０〜３０質量％含有する金属である請求項４に記載の複合体。
【請求項６】
ｃＢＮ焼結体はｃＢＮを２０〜１００質量％含むｃＢＮ焼結体である請求項１に記載の複合体。
【請求項７】
ｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮを２０〜１００質量％含み、ｃＢＮ以外の残部として、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、ＮｉおよびＡｌの金属、炭化物、窒化物、硼化物および酸化物ならびにこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種からなる結合相を０〜８０質量％の量で含むｃＢＮ焼結体である請求項６に記載の複合体。
【請求項８】
ｃＢＮ焼結体の結合相は、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＴｉＣ、ＴｉＢ2、ＴｉＢＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｔｉ2ＡｌＮ、ＡｌＮ、ＡｌＢ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ3Ｃ2、Ｍｏ2Ｃ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＷＣ、ＷＢ、Ｗ2Ｂ、ＣｏＷＢ、Ｗ2Ｃｏ21Ｂ6、Ｃｏ3Ｗ3Ｃ、Ｗ、ＣｏおよびＮｉから成る群より選択された少なくとも１種からなる結合相である請求項７に記載の複合体。
【請求項９】
硬質合金は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの炭化物および窒化物ならびにこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種からなる硬質相：５０〜９７質量％と、残部として、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を主成分とする金属相：３〜５０質量％とからなる硬質合金である請求項１に記載の複合体。
【請求項１０】
硬質合金の硬質相は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、ＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｚｒ（Ｃ，Ｎ）、ＮｂＣ、Ｍｏ2Ｃ、（Ｔａ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ）Ｃおよび（Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）から成る群より選択された少なくとも１種からなる硬質相である請求項９に記載の複合体。
【請求項１１】
硬質合金の金属相は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を金属相全体に対して７０〜１００質量％含み、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅ以外にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＣおよびＮから成る群より選択される少なくとも１種を金属相全体に対して０〜３０質量％の量で含む金属相である請求項９に記載の複合体。
【請求項１２】
硬質合金の硬質相は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、ＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｚｒ（Ｃ，Ｎ）、ＮｂＣ、Ｍｏ2Ｃ、（Ｔａ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ）Ｃおよび（Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）から成る群より選択された少なくとも１種からなる硬質相であり、硬質合金の金属相は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を金属相全体に対して７０〜１００質量％以上含み、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅ以外にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＣおよびＮから成る群より選択される少なくとも１種を金属相全体に対して０〜３０質量％の量で含む金属相である請求項９に記載の複合体。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の複合体の表面に被膜を被覆した被覆複合体。
【請求項１４】
被膜は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉの炭化物、窒化物、酸化物および硼化物ならびにこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種からなり、被膜全体の総膜厚は平均膜厚で０．３〜２５μｍである請求項１３に記載の被覆複合体。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の複合体を切削工具として用いる切削工具用複合体。
【請求項１６】
請求項１３または１４に記載の被覆複合体を切削工具として用いる切削工具用被覆複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はｃＢＮ焼結体（立方晶窒化硼素焼結体）と硬質合金が強固に接合してできた複合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ｃＢＮ焼結体は非常に硬く熱伝導率が高い材料であり、その特徴を生かして切削工具などに用いられている。ｃＢＮ焼結体を製造するためには大規模な超高圧高温発生装置を必要とするので、ｃＢＮ焼結体は非常に高価である。そのため超硬合金基材の切削に関与する部位のみにｃＢＮ焼結体をろう付けしたｃＢＮ工具が使用されてきた。しかしながら、ろう付けによる接合では接合強度に難点があり、特に高温での強度が要求されるような切削においては十分な強度が得られないという問題があった。【０００３】
ろう付けを行わずにｃＢＮ焼結体と基材を接合する方法としては、超硬合金又は工具鋼の母材と高硬度硬質合金の切刃部分の間にチタン箔を介在させた状態でプラズマ放電焼結法により一体焼結接合して形成させてあることを特徴とする切削工具がある（例えば、特許文献１参照。）。また、１対の立方晶窒化硼素焼結体の接合面に、０．０１〜１μｍのＴｉの膜を形成し、次に０．０１〜１μｍのＣｕ膜を形成した後、厚さ１０〜１０００μｍのＡｇ，ＣｕおよびＩｎからなる三元系合金箔を、前記立方晶窒化硼素焼結体の接合面で挟み、得られたものを、真空中もしくは不活性ガス雰囲気中において、Ａｇ，ＣｕおよびＩｎからなる三元系合金の融点以上７５０度以下の温度に加熱することを特徴とする立方晶窒化硼素焼結体の接合方法がある（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、これらの接合方法は、金属箔よりできた中間層が厚いため、ｃＢＮ焼結体と基材との接合強度が低いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１６８９０５号公報
【特許文献２】特許第２５５７４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、ｃＢＮ焼結体と硬質合金が強固に接合した複合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者がｃＢＮ焼結体と硬質合金の接合について研究を行ったところ、ｃＢＮ焼結体と硬質合金との間に、厚さ０．１〜５μｍの金属からなる接合層を形成すると、ｃＢＮ焼結体と硬質合金が強固に接合することを見出した。すなわち、本発明の複合体は、ｃＢＮ焼結体と硬質合金とそれらの間にある接合層とからなり、接合層は厚さ０．１〜５μｍの金属から成ることを特徴とする。【０００７】
本発明の硬質合金は、切削工具として使用される硬質合金であれば特に限定されないが、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの炭化物、窒化物ならびにこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種からなる硬質相：５０〜９７質量％と、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を主成分とする金属相：３〜５０質量％とからなる硬質合金が挙げられる。本発明の硬質合金の硬質相として具体的には、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、ＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｚｒ（Ｃ，Ｎ）、ＮｂＣ、Ｍｏ2Ｃ、（Ｔａ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ）Ｃおよび（Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）などを挙げることができるがこれらに限定されるものではない。また、本発明の硬質合金の金属相は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を主成分とする金属である。本発明の硬質合金の金属相は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を金属相全体に対して７０〜１００質量％含むが、主成分のＣｏ、ＮｉおよびＦｅ以外にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＣおよびＮから成る群より選択される少なくとも１種を金属相全体に対して０〜３０質量％の量で含んでもよい。【０００８】
本発明のｃＢＮ焼結体は、切削工具として使用されるｃＢＮ焼結体であれば特に限定されないが、例えば、ｃＢＮ（立方晶窒化珪素）を２０〜１００質量％含む焼結体が挙げられ、ｃＢＮ以外の残部として、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、ＮｉおよびＡｌの金属、炭化物、窒化物、硼化物および酸化物ならびにこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種からなる結合相を０〜８０質量％の量で含んでもよい。本発明のｃＢＮ焼結体の結合相として具体的には、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＴｉＣ、ＴｉＢ2、ＴｉＢＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｔｉ2ＡｌＮ、ＡｌＮ、ＡｌＢ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ3Ｃ2、Ｍｏ2Ｃ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＷＣ、ＷＢ、Ｗ2Ｂ、ＣｏＷＢ、Ｗ2Ｃｏ21Ｂ6、Ｃｏ3Ｗ3Ｃ、Ｗ、ＣｏおよびＮｉなどを挙げることができるがこれらに限定されるものではない。【０００９】
本発明の接合層は、厚さ０．１〜５μｍの金属からなる。接合層の厚さが０．１μｍ未満では安定した接合強度を得ることができず、接合層の厚さが５μｍを超えて厚くなると接合強度が低下することから、厚さ０．１〜５μｍの金属とした。その中でも厚さ１〜３μｍが好ましい。本発明の接合層は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して３０〜１００質量％含有し、残部としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃ、ＢおよびＮから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して０〜７０質量％含有する金属であると、接合層自体の強度が増し、接合強度が向上するため、さらに好ましい。その中でもＣｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して７０〜１００質量％含有し、残部としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃ、ＢおよびＮから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して０〜３０質量％含有する金属であると、さらに好ましい。本発明の接合層は接合界面に対してできるだけ厚さが均一に形成されることが好ましい。【００１０】
本発明の複合体の製造方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。まず、ｃＢＮ焼結体と硬質合金をそれぞれ鏡面研磨し、アセトンなどの有機溶剤で脱脂と洗浄を十分に行った後、ホットプレスなどの装置を用い、圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ2以上の荷重をかけて、真空中にて１１００℃〜１２５０℃で３０〜１５０分間保持した後、冷却する。これにより硬質合金中の金属相が硬質合金とｃＢＮ焼結体の接合界面に浸出して接合層を形成する。なお、圧力は、１０００ｋｇｆ／ｃｍ2を超えて高くなると、硬質合金が塑性変形し、形状変化が大きくなりすぎるため、実用的には、０．５〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ2が好ましく、その中でも０．５〜３００ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲がさらに好ましい。また、この接合層にはｃＢＮ焼結体の成分が固溶しても好ましい。この接合層を介して、硬質合金にｃＢＮ焼結体の成分が拡散し、ｃＢＮ焼結体に硬質合金の成分が拡散し、強固な接合が可能となる。【００１１】
接合時の温度は、１２５０℃を超えて高くなるとｃＢＮが脆弱なｈＢＮ（六方晶窒化硼素）に相変態するため接合強度が低下する。一方、接合時の温度が、１１００℃未満になると、接合層が形成されにくく、接合層が形成されるまで時間がかかるので経済的に不利となる。また、保持時間が３０分未満であると接合層が安定して形成されにくくなり、保持時間が１５０分を超えて長くなると接合層が５μｍを超えて厚くなる可能性が高くなる。そのため、接合時の接合温度は１１００℃〜１２５０℃、保持時間は３０〜１５０分間であると好ましく、更に好ましくは、接合温度が１１５０℃〜１２５０℃、保持時間は６０〜１２０分間である。【００１２】
接合するための装置としては前記ホットプレスに限らず、真空中もしくは不活性ガス中で昇温可能な装置であればいかなるものでもよい。硬質合金とｃＢＮ焼結体とを固定するために荷重をかけると好ましいが、昇温前に冶具などで硬質合金とｃＢＮ焼結体とを固定して昇温し、本発明の複合体を作製することも好ましい。また、ホットプレスなどで高い荷重をかけて昇温すると、硬質合金が極微小に塑性変形してｃＢＮ焼結体との密着度が増し、その結果、低温かつ短時間で接合することが可能となるので、より好ましい。【００１３】
本発明の複合体の表面にＣＶＤ法、ＰＶＤ法などにより被膜を被覆すると、耐摩耗性をさらに向上させることができる。本発明の複合体は、ろう付けされた従来のｃＢＮ工具よりも高温で被覆することが可能であり、そのため、本発明の被覆複合体は従来の被覆ｃＢＮ焼結体よりも被膜と複合体との密着性を高くすることができる。本発明における被膜は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉの炭化物、窒化物、酸化物および硼化物ならびにこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種からなる。本発明の被膜として具体的には、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、ＡｌＣｒＮおよびＡｌ2Ｏ3などを挙げることができる。被膜は単層または２層以上の積層のいずれで構成されても好ましく、組成が異なる層厚５〜２００ｎｍの薄い層を交互に積層した交互積層膜でも好ましい。被膜全体の総膜厚は平均膜厚で、０．３μｍ未満であると耐摩耗性向上させる効果が小さく、２５μｍを超えて厚くなると耐欠損性が低下する傾向がみられることから、被膜全体の総膜厚は平均膜厚で０．３〜２５μｍであると好ましい。なお、被膜は従来からあるＣＶＤ法、ＰＶＤ法によって被覆できる。【００１４】
本発明の複合体は、ｃＢＮ焼結体と硬質合金との接合強度が高いので、切削工具として用いると優れた切削性能を示す。切削工具として具体的には、旋削用工具、フライス用工具、ドリル、エンドミルなど挙げることができる。ろう付けの接合強度が問題となるような過酷な使用条件下においても、本発明の切削工具用複合体は使用可能であり、本発明の切削工具用複合体は優れた切削性能を示す。また、本発明の被覆複合体は、ｃＢＮ焼結体と硬質合金との接合強度が高く、被膜と複合体との密着性が高いので、切削工具用被覆複合体は優れた切削性能を示す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の複合体は、ｃＢＮ焼結体と硬質合金との接合強度が高いという効果を奏する。本発明の被覆複合体は、ｃＢＮ焼結体と硬質合金との接合強度が高く、被膜と複合体との密着性が高いという効果を奏する。
【実施例１】
【００１６】
表１に示す組成を持つ直径３０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円盤状のｃＢＮ焼結体と、表２に示す組成を持つ直径３０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍの円盤状の硬質合金を用意した。すべての試料について接合する面をダイヤモンド砥粒などを用いて鏡面研磨した後、アセトン中で１０分間超音波洗浄を行った。その後、ホットプレス装置を用いて、ｃＢＮ焼結体の接合する面と硬質合金の接合する面とを重ね合わせ、表３に示す荷重をかけながら、真空中にて室温から表３に示す接合温度まで昇温し、表３に示す接合圧力、接合温度および保持時間で保持した後、冷却した。冷却後に荷重を下げてｃＢＮ焼結体と硬質合金とを接合した複合体を得た。【００１７】
【表１】
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【００１８】
【表２】
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【００１９】
【表３】
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【００２０】
得られた複合体から１０×１０×４．５ｍｍの組成分析用試験片および１５×１５×４．５ｍｍのせん断試験片をワイヤカットにて切り出した。接合層の厚さはＳＥＭを用いて測定し、接合層の組成はＥＤＳにより分析した。せん断試験は万能試験機を用い、硬質合金側を固定し、ｃＢＮ焼結体側の界面近傍を上側から荷重をかけて、せん断強度を測定した。各試料の接合層の厚さと組成およびせん断強度は表４に示した。【００２１】
【表４】
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【００２２】
表４より発明品はせん断強度が高いことが分かる。比較品１は接合温度が低く、十分に接合層が形成されなかったため、ほとんど接合できていなかった。比較品２は保持時間が長く、接合層が厚くなり過ぎて、せん断強度が低下した。また、１３５０℃と高温での接合であるためにｃＢＮ焼結体中のｃＢＮがｈＢＮに相変態し、せん断強度が低下した。比較品３は接合層が非常に薄いので、接合層を組成分析することができなかった。比較品３は、比較品１と同様に接合温度が低く、十分に接合層が形成されなかったため、ほとんど接合できていなかった。比較品４は比較品２と同様に接合層が厚くなり過ぎて、せん断強度が低下した。また、比較品４は接合層中のＣｏ量が少なく、接合層自体の強度が低下し、せん断強度が低下した。比較品５および８は比較品２と同様に接合温度が高く、ｃＢＮがｈＢＮに相変態し、せん断強度が低下した。比較品６は接合時間が長く、接合層厚さが厚いため、せん断強度が低下した。比較品７は接合圧力が高く、接合中に硬質合金が塑性変形して接合することができなかった。
【実施例２】
【００２３】
組成が６０質量％ｃＢＮ−４０質量％結合相（結合相の組成：ＴｉＮ，Ａｌ2Ｏ3，ＡｌＮ）である直径３０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円盤状のｃＢＮ焼結体と、組成が８９質量％ＷＣ−１１質量％金属相（金属相の組成：９５質量％Ｃｏ−４質量％Ｗ−１質量％Ｃ）である直径３０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍの円盤状の硬質合金を用意した。ｃＢＮ焼結体と超硬合金について接合する面をダイヤモンド砥粒などを用いて鏡面研磨した後、アセトン中で１０分間超音波洗浄を行った。その後、ホットプレス装置を用いて、ｃＢＮ焼結体の接合する面と硬質合金の接合する面とを重ね合わせ、試料の位置がずれないように圧力１ｋｇｆ／ｃｍ2の荷重をかけながら、真空中にて室温から１２５０℃まで昇温し、１２５０℃の接合温度で６０分間保持した後、冷却した。冷却後に荷重を下げて、ｃＢＮ焼結体と硬質合金とを接合した複合体を得た。得られた複合体をワイヤカットにより切り出し、研削加工によりＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８形状切削インサートに加工した工具１を作製した（本発明品１相当品）。また、工具１の表面にＰＶＤ法により平均膜厚３μｍのＴｉ（Ｃ，Ｎ）膜を被覆した工具２を作製した。比較品として、組成が６０質量％ｃＢＮ−４０質量％結合相（結合相の組成：ＴｉＮ，Ａｌ2Ｏ3，ＡｌＮ）である直径３０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円盤状のｃＢＮ焼結体から、３×３×１．５ｍｍ形状に切り出し、従来のｃＢＮ工具と同様に超硬合金製基板にろう付けし、ＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８形状切削インサートに加工して工具３を得た。【００２４】
工具１、２および３を用いて焼入鋼断続加工を行った。加工条件は切削速度Ｖｃ＝１００ｍ／ｍｉｎ、切り込みａｐ＝０．５ｍｍ、送りｆ＝０．２５ｍｍ／ｒｅｖとし、２本のＵ型スロットが入った丸棒を外径旋削加工した。その結果、工具３は切削時間８分でろう付け部から大きく欠損した。一方、工具１は切削時間１５分までは加工可能であったが、切削時間１５分でｃＢＮ焼結体にフレーキングが発生した。しかしながら、工具１はｃＢＮ焼結体と硬質合金との接合面で剥がれることはなかった。工具２は切削時間２４分でｃＢＮ焼結体にフレーキングが発生したが、工具１と同様に接合面で剥がれることはなかった。以上のように、工具１は接合強度が高く切削工具として優れた性能を発揮し工具寿命を延長することができた。工具１の表面に被膜を被覆した工具２では、さらに工具寿命を延長することができた。一方、工具３は、切削初期にろう付け部から欠損した。
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月28日(2011.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃＢＮ焼結体と、硬質合金と、ｃＢＮ焼結体と硬質合金との間にある接合層とからなり、接合層が、厚さ０．１〜５μｍの金属から成ることを特徴とする複合体。
【請求項２】
接合層は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択される少なくとも１種を３０〜１００質量％含有する金属である請求項１に記載の複合体。
【請求項３】
接合層は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して３０〜１００質量％含有し、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅ以外に残部としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃ、ＢおよびＮから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して０〜７０質量％含有する金属である請求項２に記載の複合体。
【請求項４】
接合層は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択される少なくとも１種を７０〜１００質量％含有する金属である請求項１に記載の複合体。
【請求項５】
接合層は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して７０〜１００質量％含有し、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ以外に残部としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃ、ＢおよびＮから成る群より選択された少なくとも１種を接合層全体に対して０〜３０質量％含有する金属である請求項４に記載の複合体。
【請求項６】
ｃＢＮ焼結体はｃＢＮを２０〜１００質量％含むｃＢＮ焼結体である請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合体。
【請求項７】
ｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮを２０〜１００質量％含み、ｃＢＮ以外の残部として、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、ＮｉおよびＡｌの金属、炭化物、窒化物、硼化物および酸化物ならびにこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種からなる結合相を０〜８０質量％の量で含むｃＢＮ焼結体である請求項６に記載の複合体。
【請求項８】
ｃＢＮ焼結体の結合相は、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＴｉＣ、ＴｉＢ２、ＴｉＢＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｔｉ２ＡｌＮ、ＡｌＮ、ＡｌＢ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＷＣ、ＷＢ、Ｗ２Ｂ、ＣｏＷＢ、Ｗ２Ｃｏ２１Ｂ６、Ｃｏ３Ｗ３Ｃ、Ｗ、ＣｏおよびＮｉから成る群より選択された少なくとも１種からなる結合相である請求項７に記載の複合体。
【請求項９】
硬質合金は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの炭化物および窒化物ならびにこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種からなる硬質相：５０〜９７質量％と、残部として、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を主成分とする金属相：３〜５０質量％とからなる硬質合金である請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合体。
【請求項１０】
硬質合金の硬質相は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、ＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｚｒ（Ｃ，Ｎ）、ＮｂＣ、Ｍｏ２Ｃ、（Ｔａ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ）Ｃおよび（Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）から成る群より選択された少なくとも１種からなる硬質相である請求項９に記載の複合体。
【請求項１１】
硬質合金の金属相は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を金属相全体に対して７０〜１００質量％含み、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅ以外にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＣおよびＮから成る群より選択される少なくとも１種を金属相全体に対して０〜３０質量％の量で含む金属相である請求項９に記載の複合体。
【請求項１２】
硬質合金の硬質相は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、ＺｒＣ、ＺｒＮ、Ｚｒ（Ｃ，Ｎ）、ＮｂＣ、Ｍｏ２Ｃ、（Ｔａ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ）Ｃおよび（Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）から成る群より選択された少なくとも１種からなる硬質相であり、硬質合金の金属相は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を金属相全体に対して７０〜１００質量％以上含み、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅ以外にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＣおよびＮから成る群より選択される少なくとも１種を金属相全体に対して０〜３０質量％の量で含む金属相である請求項９に記載の複合体。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の複合体の表面に被膜を被覆した被覆複合体。
【請求項１４】
被膜は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉの炭化物、窒化物、酸化物および硼化物ならびにこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種からなり、被膜全体の総膜厚は平均膜厚で０．３〜２５μｍである請求項１３に記載の被覆複合体。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の複合体を切削工具として用いる切削工具用複合体。
【請求項１６】
請求項１３または１４に記載の被覆複合体を切削工具として用いる切削工具用被覆複合体。
【国際調査報告】
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