(57)【要約】      （修正有）【課題】熱伝導度及び電気伝導度に優れ、熱による摩耗及び衝撃に強くて、ＥＤＭ作業時に刃先部の影響を最小化できる切削工具用複合焼結体及びこれを用いた切削工具の提供。【解決手段】粒子サイズが０．０１〜１．５μｍである立方晶窒化ホウ素と結合剤を含む複合焼結体からなり、立方晶窒化ホウ素の体積の割合は、６５〜８５ｖｏｌ％で、結合剤は、３族、４族、５族及びＡｌのうちで少なくとも２種以上を含んだ炭化、炭質化、ホウ化、或いは酸化物、又は固溶体で存在して、前記結合剤内のＷ及びＣｏの複合混合物は０．１〜８．０ｗｔ％含まれている複合焼結体。【効果】複合焼結体は立方晶窒化ホウ素粒子間の直接結合がなく、異種接合層がない単一複合体を製造することで熱による摩耗及び衝撃による破損を最小化できる優秀な熱的安定性を有する切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具を製造できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方晶窒化ホウ素と結合剤を含む複合焼結体において、
前記複合焼結体の面抵抗は、１×１０-５乃至８×１０-２Ω/ｃｍ２であって、
前記複合焼結体の熱伝導度は、２５℃で４０〜８０Ｗ/ｍＫ、７００℃で２０〜６０Ｗ/ｍＫである切削工具用複合焼結体。
【請求項２】
前記複合焼結体内の前記立方晶窒化ホウ素の体積の割合は、６５〜８５ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具用複合焼結体。
【請求項３】
前記複合焼結体の立方晶窒化ホウ素粒子サイズは０．０１〜１．５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の切削工具用複合焼結体。
【請求項４】
前記複合焼結体の立方晶窒化ホウ素粒子サイズは０．１〜１．０μｍであることを特徴とする請求項３に記載の切削工具用複合焼結体。
【請求項５】
前記結合剤は、３族、４族、５族及びＡｌのうちで少なくとも２種以上を含んだ炭化、炭質化、ホウ化、或いは酸化物、又は固溶体で存在して、前記結合剤内のＷ及びＣｏの複合混合物は０．１〜８．０ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項１に記載の切削工具用複合焼結体。
【請求項６】
前記立方晶窒化ホウ素焼結体は、ボールミル(Ball mill)、アトライターミル(Attritor mill)、プラネタリーミル(Planetary mill)法のうちでいずれか一つの方法で混合して製造される切削工具用複合焼結体。
【請求項７】
前記結合剤はチタンダイボライド(ＴｉＢ２)が含まれたことを特徴とする請求項１に記載の切削工具用複合焼結体。
【請求項８】
前記複合焼結体は立方晶窒化ホウ素間の直接結合がなくて、異種接合層がない単一複合体でなされて、前記結合剤は連続連結されていることを特徴とする請求項１に記載の切削工具用複合焼結体。
【請求項９】
加工のための刃先部が形成されて立方晶窒化ホウ素と結合剤を含む複合焼結体として形成される切削工具において
前記複合焼結体の面抵抗は１×１０-５乃至８×１０-２Ω/ｃｍ２であって、
前記複合焼結体の熱伝導度は２５℃で４０〜８０Ｗ/ｍＫ、７００℃で２０〜６０Ｗ/ｍＫである切削工具。
【請求項１０】
超硬基板と、をさらに含んで、
前記複合焼結体は前記超硬基板の一側に具備されることを特徴とする請求項９に記載の複合焼結体を利用した切削工具。
【請求項１１】
前記切削工具は全体が焼結体でなされたことを特徴とする請求項９に記載の複合焼結体を利用した切削工具。
【請求項１２】
前記結合剤は、３族、４族、５族及びＡｌのうちで少なくとも２種以上を含んだ炭化、炭質化、ホウ化、或いは酸化物、又は固溶体で存在して、前記結合剤内のＷ及びＣｏの複合混合物は０．１〜８．０ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項９に記載の複合焼結体を利用した切削工具。
【請求項１３】
前記複合焼結体は、立方晶窒化ホウ素間の直接結合がなくて、異種接合層がない単一複合体でなされて、前記結合剤は連続連結されていることを特徴とする請求項９に記載の複合焼結体を利用した切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具に関するものであり、より詳細には、熱伝導度及び電気伝導度が優秀で熱による摩耗及び衝撃に強くて、ＥＤＭ(Electrical Discharge Machine)作業時に刃先部の影響を最小化できる切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業発展によって経済的機械加工ができるようにする精密切削工具の需要が増大して、その工具加工技術も急速に発展している。精密切削工具中には最新の素材で寿命が一番長い人造ダイヤモンドとＣＢＮ(Cubic Boron Nitride、立方晶窒化ホウ素)焼結体があるが、これはExtreme hard materialで加工が一番大変であることが事実である。
【０００３】
アメリカのＧＥ社が開発した超研磨剤(Super abrasive)であるダイヤモンドとＣＢＮ(Cubic Boron Nitride、立方晶窒化ホウ素)の使用は、経済発展による機械加工の高精密化の成り行きと加工材料の多様性増大によって急速に普遍化している成り行きである。特に、研磨粒子の硬度が非常に高いために従来のＡｌ２Ｏ３及びＳｉＣ研削粒子による研削加工をはじめとして、その他の機械加工としては加工がほとんど不可能な硬化熱処理鋼、超軽合金及びセラミックスなど高硬度材料の精密加工においては独占的な位置を占めている。
【０００４】
超研磨剤のうちでダイヤモンドは、鉄系材料加工時に黒鉛化現象による粒子摩耗がひどいために鉄系材料の研削には使用が制限されているが、ＣＢＮ(Cubic Boron Nitride、立方晶窒化ホウ素)の場合にはダイヤモンドとは異なり鉄系金属との低い化学反応親和力を有しているので、鉄系材料研削時に化学的安定性が優秀で熱伝逹率が高くて研削熱によって容易に摩耗されないで、研削刃がよく維持されるので高硬度の熱処理鋼、工具鋼、鋳鉄などの鉄系金属の加工に広く使用されている。
【０００５】
立方晶窒化ホウ素(Cubic Boron Nitride、ＣＢＮ)は自然界には存在せず人工的な超高温高圧の合成法だけで生成可能な物質であり、ダイヤモンドに劣らない硬度を有して研削、研磨、切削材用の砥粒として使用される。立方晶窒化ホウ素(Cubic Boron Nitride、ＣＢＮ)の原料は、六方晶窒化ホウ素(ＨＢＮ:hexagonal boron nitride)であり、六方晶窒化ホウ素はダイヤモンドの原料である黒鉛と比べると電気伝導度を除いて類似な結晶構造を有しているが、合成条件と触媒の選択で差を見せる。
【０００６】
一方、多結晶立方晶窒化ホウ素(Polycrystalline Cubic Boron Nitride、ＰＣＢＮ)は、バインダーとして特別なセラミックス材料と共に立方晶窒化ホウ素を混合して焼結して製造されることができる。最近、多結晶立方晶窒化ホウ素工具は、高硬度熱処理鋼、超耐熱合金、焼結金属などの難削材加工製品にもまた幅広く適用されており、高硬度素材を高精密加工することができる多結晶立方晶窒化ホウ素工具は、一般的な研削加工工程の代案になることができる。
【０００７】
しかし、従来の多結晶立方晶窒化ホウ素(Polycrystalline Cubic Boron Nitride、ＰＣＢＮ)は、切削工程時に工具の摩耗または高温での耐熱性低下によって工具の破壊が起きるという問題が発生し、これによって工具の寿命が短縮される問題がある。
従って、多結晶立方晶窒化ホウ素を含む切削工具の長寿命化のために熱による摩耗及び衝撃による破損を最小化できるように優秀な熱的安定性及び電気伝導度を有する切削工具の開発が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、立方晶窒化ホウ素粒子間の直接結合がなくて、異種接合層がない単一複合体でなされていて、熱的安定性が優秀な切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具を提供するためのものである。
また、本発明は、立方晶窒化ホウ素粒子間の直接結合がなくて、異種接合層がない単一複合体でなされていて、ＥＤＭ(Electrical Discharge Machine)作業時に刃先部の影響を最小化できる切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施態様によれば立方晶窒化ホウ素と結合剤を含む複合焼結体において、前記複合焼結体の面抵抗は、１×１０-５乃至８×１０-２Ω/ｃｍ２であり、前記複合焼結体の熱伝導度は２５℃で４０〜８０Ｗ/ｍＫ、７００℃で２０〜６０Ｗ/ｍＫである切削工具用複合焼結体を提供する。
【００１０】
また、前記複合焼結体における立方晶窒化ホウ素の体積割合は６５〜８５ｖｏｌ％である。
また、前記複合焼結体の立方晶窒化ホウ素粒子サイズは０．０１〜１．５μｍである。
また、前記複合焼結体の立方晶窒化ホウ素粒子サイズは０．１〜１．０μｍである。
【００１１】
また、前記結合剤は、３族、４族、５族及びＡｌのうちで少なくとも２種以上を含んだ炭化、炭質化、ホウ化、或いは酸化物、又は固溶体で存在して、前記結合剤内のＷ及びＣｏの複合混合物は０．１〜８．０ｗｔ％含まれている。
また、前記立方晶窒化ホウ素焼結体は、ボールミル(Ball mill)、アトライターミル(Attritor mill)、プラネタリーミル(Planetary mill)法のうちでいずれか一つの方法で混合して製造される。
【００１２】
また、前記結合剤はチタンダイボライド(ＴｉＢ２)である。
また、前記複合焼結体は立方晶窒化ホウ素間の直接結合がなくて、異種接合層がない単一複合体でなされて、前記結合剤は連続連結されている。
また、本発明の他の実施態様によれば、加工のための刃先部が形成されて、立方晶窒化ホウ素と結合剤を含む複合焼結体として形成される切削工具において、前記複合焼結体の面抵抗は、１×１０-５乃至８×１０-２Ω/ｃｍ２であって、前記複合焼結体の熱伝導度は、２５℃で４０〜８０Ｗ/ｍＫ、７００℃で２０〜６０Ｗ/ｍＫである切削工具用複合焼結体を提供する。
【００１３】
また、超硬基板をさらに含んで、前記複合焼結体は前記超硬基板の一側に具備されることができる。
また、前記切削工具は全体が焼結体でなされることができる。
また、前記結合剤は、３族、４族、５族及びＡｌのうちで少なくとも２種以上を含んだ炭化、炭質化、ホウ化、或いは酸化物、又は固溶体で存在して、前記結合剤内のＷ及びＣｏの複合混合物は０．１〜８．０ｗｔ％含まれている。
また、前記複合焼結体は立方晶窒化ホウ素間の直接結合がなくて、異種接合層がない単一複合体でなされて前記結合剤は連続連結されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、立方晶窒化ホウ素粒子間の直接結合がなくて、異種接合層がない単一複合体を製造することで熱による摩耗及び衝撃による破損を最小化できる優秀な熱的安定性を有する切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具を製造することができる。
また、本発明によれば立方晶窒化ホウ素粒子間の直接結合がなくて、異種接合層がない単一複合体を製造することで、立方晶窒化ホウ素の直接結合及び塊現象を最小化してＥＤＭ(Electrical Discharge Machine)作業時に刃先部の影響を最小化することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
その他の実施態様群の具体的な事項は詳細な説明及び図面群に含まれている。
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述されている実施例群を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施例群に限定されるものではなくお互いに異なる多様な形態で具現されることができるし、以下の説明でどの部分が他の部分と連結されていると言う時、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の媒体を間に置いて連結されている場合も含む。また、図面で本発明と関係ない部分は、本発明の説明を明確にさせるために省略し、明細書全体を通じて類似な部分に対しては等しい図面符号を付けた。
以下添付された図面群を参考して本発明に対して説明するようにする。
【００１６】
次は、本発明の一実施例に関する切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具に対してより詳しく説明する。
１．切削工具用複合焼結体
本発明は、切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具に関するものであり、切削工具として利用可能な立方晶窒化ホウ素焼結体を提供するものである。
本発明の複合焼結体は、立方晶窒化ホウ素間の直接結合がなくて、異種接合層がない単一複合体でなされて、前記結合剤は連続連結されている切削工具用複合焼結体であることを特徴とする。
【００１７】
従来の焼結体は、金属板であるＷＣ基板上にＰＣＢＮ層を挙げて共に焼結することが特徴であるが、従来の方法で製造された焼結体はＷＣ基板とＰＣＢＮ層との間に異種接合層が存在するために、切削工程時に異種接合層の分離による剥離現象が起きることがある。このような異種接合層の分離による剥離現象が起きれば、工具の破損性が高くなって、工具の寿命を短縮させる問題を起こすことがある。本発明による複合焼結体は、異種接合層がない単一複合体でなされていて熱的安定性が高くて、剥離現象による工具の破損性を最小化して、長寿命を示す複合焼結体及び切削工具を提供する。
【００１８】
前記結合剤はチタンダイボライド(ＴｉＢ２)を使って前記チタンダイボライド(ＴｉＢ２)はチタン化合物で反応して生成された２次結合相として立方晶窒化ホウ素と結合剤との間の反応で生成される。チタンダイボライド(ＴｉＢ２)は溶融点が３２００℃以上であり、硬度が２５〜３５ＧＰａで非常に高い結晶体であり、すぐれた物性を有している。
また、熱伝導度が６０〜１２０Ｗ/ｍＫであり、電気伝導度が１０Ｓ/ｃｍである工具用複合焼結体の素材として優秀な特性を有している物質である。本発明で使用される結合剤はチタンダイボライド(ＴｉＢ２)を使用することが望ましいが、結合剤の種類は必ずこれに限定されるものではなくて、通常的に当業界に公知化された方法なら選択的に利用することができる。本発明で結合剤はすべて連結されているし、ＣＢＮは基地上にＣＢＮ間の結合でなされた粒子成長はない。また、複合焼結体の原料で投入した立方晶窒化ホウ素は、混合(Mixing)時に破砕によってさらに小くなることができるが、粒子の大きさはさらに大きくならないし、投入時の大きさを維持して変動がないことがある。
【００１９】
本発明で、工具に使用可能な立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素の体積割合が焼結体内で６５〜８５ｖｏｌ％である。前記立方晶窒化ホウ素の体積が６５ｖｏｌ％未満である場合、複合焼結体の硬度が減少して工具寿命が短縮される問題点があり、前記立方晶窒化ホウ素の体積割合が８５ｖｏｌ％を超過する場合、立方晶窒化ホウ素粒子間の直接結合可能性が高くなって望ましくない。
【００２０】
また、この時立方晶窒化ホウ素の平均粒子サイズは、０．０１〜１．５μｍであることが望ましくて、より望ましくは、０．１〜１．０μｍであることがさらに望ましい。立方晶窒化ホウ素のサイズが０．０１μｍ未満の場合には焼結時に立方晶窒化ホウ素と結合剤との間の結合力が急激に低くなるようになる。結合力が低くなれば、焼結体の硬度が低下して、これは耐磨耗性減少につながって、結局、工具寿命が低下するようになって望ましくない。また、立方晶窒化ホウ素のサイズが１．５μｍを超過する場合には、立方晶窒化ホウ素の耐欠損発生率が増加して被削材の粗度をよく維持することができない問題が発生する。
【００２１】
立方晶窒化ホウ素粒子間の直接結合が上昇すれば硬度は高くなるが、工具に衝撃を加えた時破損頻度が高くなって、工具寿命が低下する問題が発生することがある。すなわち、立方晶窒化ホウ素粒子間の直接結合が上昇すれば、靭性を付与する金属結合剤の含量が減少して、立方晶窒化ホウ素の粒子間隔が狭くなって硬度が増加するものである。一般的にＣＢＮの含有量が高くなれば、ＣＢＮ粒子間の接触部分が多くなるが、相対的に耐衝撃性に脆弱で耐熱特性が優秀なセラミックスバインダー部分の厚さが薄くなりながら、焼結体全体的に硬度が高くなって靱性が向上するが、耐熱特性は低下する。
【００２２】
また、本発明による立方晶窒化ホウ素と結合剤を含む複合焼結体において、前記結合剤は３族、４族、５族及びＡｌのうちで少なくとも２種以上を含んだ炭化、炭質化、ホウ化、或いは酸化物、又は固溶体で存在して、前記結合剤内のＷ及びＣｏの複合混合物は０．１〜８．０ｗｔ％含まれていることを特徴とする。前記結合剤の成分が複合焼結体内で相互固溶体、又は炭化、炭質化、ホウ化、或いは酸化物、又は固溶体として存在して本発明の複合焼結体は適切な電気伝導性を有することができるようになる。適切な電気伝導性を有する複合焼結体はＥＤＭ放電加工性を良くして切削工程時切断を容易にする効果がある。
ＥＤＭによる切削は、道具加工費用を減少することができるし、微細な穴や溝加工が可能で切削時に正確な構造を形成することを可能にできて非常に多くの製品で有利な加工方法である。
【００２３】
また、本発明の複合焼結体の熱伝導度は、２５℃で４０〜８０Ｗ/ｍＫ、７００℃で２０〜６０Ｗ/ｍＫであることを特徴とする。
一般的に、切削工具用複合焼結体でＣＢＮ粒子含量が増加すれば、熱伝導度が上昇して、上昇した熱伝導度によって熱的摩耗が工具全体に発生するようになって、これは工具寿命を低下させるようになる。例えば、ＣＢＮ含量が８５ｖｏｌ％を超過する場合、熱伝導度が室温２５℃で８０〜１５０Ｗ/ｍＫであり、７００℃で７０〜１００Ｗ/ｍＫで熱伝導度が高く現れて、熱伝導度がこのように高い場合工具は、熱的磨耗に脆弱で、高速断続加工時に破損が発生する問題点を有している。
従って、本発明による複合焼結体の熱伝導度は、２５℃で４０〜８０Ｗ/ｍＫ、７００℃で２０〜６０Ｗ/ｍＫの範囲であることが望ましく、常温熱伝導度が４０Ｗ/ｍＫ未満の場合ＰＣＢＮ焼結体切削部の劣化による局所的なＣＢＮ脱落を惹起させて、断続加工時に破損が増加することがある。また、常温熱伝導度が８０Ｗ/ｍＫを超過する場合には工具の摩耗が速くなって、高速断続加工時に破損が発生することがあるという問題がある。
【００２４】
また、本発明による複合焼結体の面抵抗は、１×１０-５乃至８×１０-２Ω/ｃｍ２であることを特徴とする。
前記複合焼結体の面抵抗が１×１０Ω/ｃｍ未満の場合に複合焼結体は、窒化、炭化、ホウ化、或いは酸化物の割合が低く金属物質群をたくさん含み、金属化合物の増加によって工具の寿命が低下する問題がある。
また、前記複合焼結体の面抵抗が８×１０Ω/ｃｍを超過する場合に窒化、炭化、ホウ化、或いは酸化物が増加して、ＣＢＮと結合剤との間の結合力が増加して工具性能はよくなることがあるが、高い抵抗によって電気放電切断時に負荷が発生することがある。電気放電切断時の高い抵抗によって発生した負荷は、焼結体内で放電時に負荷を加重させるようになって、これは工具の欠陷を誘発する可能性が高くなって望ましくない。
【００２５】
本立方晶窒化ホウ素粒子と結合剤の混合は、ボールミル(Ball mill)、アトライターミル(Attritor mill)、プラネタリーミル(Planetary mill)法など一般的な粉末混合方法によって均一な粉末の混合物とされる。立方晶窒化ホウ素粒子と結合剤との混合は、前記方法のうちでいずれか一つの方法で混合して製造することが望ましいが、立方晶窒化ホウ素粒子と結合剤との混合方法は必ずこれに限定されないし、通常的に当業界に公知化された方法なら選択的に利用することができる。
【００２６】
２．複合焼結体を利用した切削工具
本発明の一実施態様に関する複合焼結体を利用した切削工具は、加工のための刃先部を形成する複合焼結体を少なくとも一部含んで、立方晶窒化ホウ素と結合剤を含む複合焼結体において、前記複合焼結体は立方晶窒化ホウ素間の直接結合がなくて、異種接合層がない単一複合体でなされて、前記結合剤は連続連結され、前記焼結体の熱伝導度は２５℃で４０〜８０Ｗ/ｍＫであり、７００℃で２０〜６０Ｗ/ｍＫの範囲であることが望ましい。熱伝導度が４０Ｗ/ｍＫ未満の場合、ＰＣＢＮ焼結体切削部の劣化による局所的なＣＢＮ脱落を惹起させて断続加工時に破損が増加することがある。また、熱伝導度が８０Ｗ/ｍＫを超過する場合には、工具の摩耗が速くなって高速断続加工時に破損が発生する問題があることがある。
【００２７】
本発明による複合焼結体で立方晶窒化ホウ素と立方晶窒化ホウ素との間に形成されている結合剤は、３族、４族、５族及びＡｌのうちで少なくとも２種以上を含んだ炭化、炭質化、ホウ化、或いは酸化物、または固溶体として存在することを特徴とする。このように立方晶窒化ホウ素と立方晶窒化ホウ素との間に形成されている結合剤成分が炭化、炭質化、ホウ化、或いは酸化物、又は固溶体で存在することで本発明による複合焼結体は電気伝導性を有するようになって、電気伝導性を有する複合焼結体はＥＤＭ(ワイヤの電気放電切断)作業時に放電加工性を良くして切断が容易である。
【００２８】
ＥＤＭによる切削は、高硬度複合焼結体の加工費用を減少することができるし、微細な穴や溝加工が可能で切削時正確な構造を形成することを可能にすることができて非常に多くの製品で使用される加工方法である。
また、本発明による複合焼結体の面抵抗は、１×１０-５乃至８×１０-２Ω/ｃｍ２であることが望ましい。前記複合焼結体の面抵抗が１×１０Ω/ｃｍ未満の場合複合焼結体は窒化、炭化、ホウ化、或いは酸化物の割合が低く金属物質群をたくさん含んでおり、金属化合物の増加によって工具の寿命が低下する問題がある。
また、前記複合焼結体の面抵抗が８×１０Ω/ｃｍを超過する場合、窒化、炭化、ホウ化、或いは酸化物が増加してＣＢＮと結合剤間の結合力が増加して工具性能はよくなることができるが、高い抵抗によって電気放電切断時に負荷が発生することがある。電気放電切断時に高い抵抗によって発生した負荷は焼結体内で放電時に負荷を加重させるようになって、これは工具の欠陷を誘発する可能性が高くなって望ましくない。また、本発明のまた他の実施態様によれば、複合焼結体を利用した切削工具は超硬基板及び超硬基板の一側に具備される複合焼結体を利用した切削工具であることができるし、あるいは、切削工具全体が焼結体でなされた複合焼結体を利用した切削工具であることもある。
【００２９】
以下、本発明に対して実施例を挙げてより詳しく説明する事にする。
(実施例１)  複合焼結体の面抵抗及び熱伝導度による工具寿命評価
本発明の実施例による切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具の熱伝導度及び工具寿命を測定するために下記のようにテストした。
平均大きさが０．７５μｍであって焼結体全体に対し体積割合が７５ｖｏｌ％である立方晶窒化ホウ素粒子と結合剤３０ｖｏｌ％を共に一般的なボールミル(Ball mill)工程を利用して混合した。結合剤の混合割合は結合剤内でＴｉ化合物８０ｗｔ％、Ａｌ化合物１８ｗｔ％、Ｎｉ２ｗｔ％を質量割合で混合してパラフィンワックスを１ｗｔ％内外で添加して成形が可能にさせて混合した。ボールミル(Ball mill)工程進行時にボール(Ball)はＷＣボール(WC ball)を利用して追加混入される割合が全体の４ｗｔ％を越えないように混合工程を実施した。
【００３０】
前記混合工程を経て混合が完了された粉末を成形した後、残留ワックス(wax)を除去するために５００℃以上の温度でワックス除去(De-waxing)作業を進行した。以後、熱処理が完了された成型体をＴａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒのような金属コップに密封してＨＰＨＴセルで組立した。焼結は１４００〜１６００℃、５．５〜６．０ＧＰａの超高温高圧下で焼結を進行した。
前記焼結が完了された複合焼結体の面抵抗及び熱伝導度を測定し、複合焼結体を工具に製作後に切削して工具寿命評価を進めた。切削試験評価のための被削材は、形態が円筒状に長さ１００ｍｍ、直径１６０ｍｍであり、断続刃部分が４個あり、それぞれ９０度間隔で断続部が存在する形態の被削材を使った。工具摩耗を工具寿命パス(pass)で限定して、工具寿命は工具刃先部の摩耗を０．４ｍｍ以上である場合中断してパス(pass)を限定した。パス(pass)は被削材全体を一度切削した後工具刃先の摩耗測定後に判断した。
また、熱伝導度測定は直径１２ｍｍに厚さ２ｍｍのサンプルを利用したし、測定方式はＫＳ Ｌ１６０４:２０１２の標準測定法を利用した。工具寿命評価のための切削試験条件は次のようである。
【００３１】
<切削試験条件>
被削材:ＳＣＭ４４０、工具形態:ＣＮＧＡ１２０４０８、
切削条件:切削速度２００m/min、移送速度Ｆ０．５ｍｍ/rev、
切削深さ０．０５ｍｍ
【００３２】
次に本発明の実施例及び比較例の実験条件を説明する。
実施例１は、複合焼結体の面抵抗が２．２×１０Ω/ｃｍ、常温熱伝導度が６０Ｗ/ｍＫである時の工具寿命を測定した実施例である。
実施例２は、複合焼結体の面抵抗が５．３×１０Ω/ｃｍ、常温熱伝導度が４５Ｗ/ｍＫである時の工具寿命を測定した実施例である。
比較例１は、複合焼結体の面抵抗が２．０×１０Ω/ｃｍ、常温熱伝導度が１３０Ｗ/ｍＫである時の工具寿命を測定した比較例である。
比較例２は、複合焼結体の面抵抗が５．０×１０Ω/ｃｍ、常温熱伝導度が１８．２Ｗ/ｍＫである時の工具寿命を測定した比較例である。
比較例３は、複合焼結体の面抵抗が９．０×１０Ω/ｃｍ、常温熱伝導度が５９Ｗ/ｍＫである時の工具寿命を測定した比較例である。
下記表１は、実施例１、実施例２、比較例１、乃至比較例３の面抵抗及び熱伝導度による工具寿命測定結果を現わしたテーブルである。
【００３３】
【表１】
2017165637.tif 000002
【００３４】
前記表１を参照すれば、面抵抗及び熱伝導度がそれぞれ２．２×１０Ω/ｃｍ、６０Ｗ/ｍＫである実施例１の場合、工具寿命が１０passで比較例１、２、３より優秀な工具寿命を示すことを分かる。
また、面抵抗及び熱伝導度がそれぞれ５．３×１０Ω/ｃｍ、４５Ｗ/ｍＫである実施例２の場合にも工具寿命が９passで測定されて比較例１、２、３より優秀な工具寿命を示すことが分かる。従って、前記実施例１、実施例２のように面抵抗及び熱伝導度値がそれぞれ本発明で開示している１×１０乃至８×１０Ω/ｃｍ、２５℃で４０〜８０Ｗ/ｍＫ、７００℃で２０〜６０Ｗ/ｍＫの範囲を同時に満足する時優秀な工具寿命を示すことが分かる。熱伝導度が高い場合熱的摩耗が工具全体に発生するようになって、これは工具の破損につながって結局は工具寿命を低下させるようになる。
【００３５】
表１を詳しく見れば、熱伝導度値が本発明の範囲を逸脱した１３０Ｗ/ｍＫである比較例１の場合工具寿命が３passで低く現われ、面抵抗と熱伝導度値すべてが本発明の範囲を逸脱した５．０×１０Ω/ｃｍ、１８Ｗ/ｍｋである比較例２の場合には工具寿命が２passで実施例１、２に比べて非常に低いことが分かった。
複合焼結体の熱伝導度が高い場合工具は熱的磨耗に脆弱で高速断続加工時に破損が発生する問題点を有している。よって熱伝導度が高い比較例１の場合工具が熱的磨耗に脆弱になって、これが工具の破損につながって工具寿命を短縮させる結果が現われたように見える。
また、熱伝導度が低い場合にはＰＣＢＮ焼結体切削部の劣化によってＣＢＮが局所的に脱落し得て、断続加工時に破損が増加する場合が多い。このような理由のために常温熱伝導度が低い比較例２の工具寿命が２passで低く測定されたように見える。
【００３６】
また、面抵抗値が９．０×１０Ω/ｃｍであり、常温熱伝導度値が５９Ｗ/ｍＫである比較例３の場合には工具寿命が比較例１、２よりは高い４passを現わしたが、実施例１、２と比べた時非常に低い工具寿命を見せた。前記比較例３のように複合焼結体の面抵抗値が８×１０Ω/ｃｍを超過する場合に窒化、炭化、ホウ化、或いは酸化物が増加して、ＣＢＮと結合剤との間の結合力が増加して工具性能はよくなることができるが、高い抵抗によって電気放電切断時に負荷が発生することがある。電気放電切断時に高い抵抗によって発生した負荷は焼結体内で放電時に負荷を加重させるようになって、これは工具の欠陷を誘発して比較例３の工具寿命が低下したものと判断される。
【００３７】
(実施例２)  複合焼結体の体積及び異種接合層存在有無による工具寿命評価
本発明の実施例による切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具の体積及び異種接合層の存在有無による工具寿命を評価するために下記のようにテストした。
本実施例の工具寿命テストでは、複合焼結体製造時に投入される焼結体の体積をそれぞれ異なるようにして複合焼結体を製作し、また比較例では異種接合層が存在するように複合焼結体にＷＣ層を付けて焼結して製造した複合焼結体を工具に製作後に切削して工具寿命の評価を進めた。切削試験評価のための被削材は、形態が円筒状で長さ１００ｍｍ、直径１６０ｍｍであり、断続刃部分が２個あって、それぞれ１８０度間隔で断続部が存在する形態の被削材を使った。工具寿命測定のための切削試験条件は次のようである。
【００３８】
<切削試験条件>
被削材:ＳＫＤ１１
工具形態:ＣＮＧＡ１２０４０８、
切削条件:切削速度２００m/min、移送速度Ｆ０．５ｍｍ/rev、
切削深さ０．０５ｍｍ
【００３９】
次に本発明の実施例及び比較例の実験条件を説明する。
実施例３は、複合焼結体のＣＢＮ平均粒子大きさが０．７５μｍ、体積が６５ｖｏｌ％、常温熱伝導度が５０Ｗ/ｍＫであり、異種接合層がない単一複合体でなされた場合の工具寿命を測定した実施例である。
実施例４は、複合焼結体のＣＢＮ平均粒子大きさが０．７５μｍ、体積が８０ｖｏｌ％、常温熱伝導度が６５Ｗ/ｍＫであり、異種接合層がない単一複合体でなされた場合の工具寿命を測定した実施例である。
【００４０】
比較例３は、複合焼結体のＣＢＮ平均粒子大きさが０．７５μｍ、体積が６５ｖｏｌ％、常温熱伝導度が５０Ｗ/ｍＫであり、異種接合層が存在する場合の工具寿命を測定した比較例である。
比較例４は、複合焼結体のＣＢＮ平均粒子大きさが０．７５μｍ、体積が９５ｖｏｌ％、常温熱伝導度が１３０Ｗ/ｍＫであり、異種接合層がない単一複合体でなされた場合の工具寿命を測定した比較例である。
比較例５は、複合焼結体のＣＢＮ平均粒子大きさが３．０μｍ、体積が７０ｖｏｌ％であり、異種接合層がない単一複合体でなされた場合の工具寿命を測定した比較例である。
下記の表２は、実施例３、実施例４、比較例３乃至比較例５の体積及び異種接合層の存在有無による工具寿命の測定結果を現わしたテーブルである。
【００４１】
【表２】
2017165637.tif 000003
【００４２】
前記表２を参照すれば、複合焼結体のＣＢＮ粒子大きさが０．７５μｍ、体積が６５ｖｏｌ％、常温熱伝導度が５０Ｗ/ｍＫであり、異種接合層がない単一複合体でなされた実施例３の場合工具寿命が１１passで優秀に現われ、複合焼結体のＣＢＮ粒子大きさが０．７５μｍ、体積が８０ｖｏｌ％、常温熱伝導度が６５Ｗ/ｍＫであり、異種接合層がない単一複合体でなされた実施例４の場合に工具寿命が１２passで優秀に現われた。
【００４３】
反面、複合焼結体のＣＢＮ粒子大きさが０．７５μｍ、体積が６５ｖｏｌ％、常温熱伝導度が５０Ｗ/ｍＫであり、異種接合層が存在する比較例３の場合には工具寿命が６passと低く現われた。一般的に、複合焼結体は金属板であるＷＣ基板上にＰＣＢＮ層を付けて共に焼結して製造することが特徴であるが、このような方法で製造された焼結体は、比較例３のようにＷＣ基板とＰＣＢＮ層との間に異種接合層が存在する。比較例３のように異種接合層が存在する複合焼結体は切削工程時に異種接合層の分離による剥離現象が起きることがあるし、異種接合層の分離による剥離現象が起きれば工具の破損性が高くなって工具の寿命が短縮する。従って、比較例３の工具寿命が低いことは、切削工程時に異種接合層の分離による剥離現象によって工具が破損されたことが原因である。
【００４４】
また、異種接合層がない単一複合体でなされたが、複合焼結体の体積が９５ｖｏｌ％である比較例４の場合にも工具寿命が４passで低く現われた。複合焼結体の体積が８５ｖｏｌ％を超過するようになれば、硬度が高くなって熱的安定性が低くなり、立方晶窒化ホウ素粒子間の直接結合可能性が高くなって工具寿命が低くなるので望ましくない。立方晶窒化ホウ素粒子間の直接結合が上昇すれば硬度は増加するが、脆性が高くなって工具寿命が低下する問題が発生することがあって、本発明では複合焼結体の体積を６５〜８５ｖｏｌ％の範囲に限定しているものである。比較例４には複合焼結体の体積が高くて脆性が増加して切削工程時に工具寿命が低く測定されたものである。
【００４５】
また、複合焼結体のＣＢＮ粒子大きさが３．０μｍ、体積が７０ｖｏｌ％であり、異種接合層が存在しない比較例５の工具寿命は７passで低く測定された。前記比較例５のようにＣＢＮ粒子大きさが３μｍのように大きいと、体積が増加したことと類似に脆性が高くなって、破損により工具寿命が低くなるようになる。したがって、焼結体のＣＢＮの粒子大きさは、０．０１〜１．５μｍが適切であり、さらに望ましくは、０．１〜１．０μｍが一番適切である。
【００４６】
本発明が属する技術分野の通常の知識を有した者は、本発明がその技術的思想や必須な特徴を変更しなくても他の具体的な形態で実施されることができることを理解することができるであろう。従って、上記の実施例はすべての面で例示的なものであって、限定的ではないものとして理解しなければならない。本発明の範囲は前記の詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲によって現わされて特許請求範囲の意味及び範囲、そして、その均等概念から導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものとして解釈されなければならない。