專(zhuān)利名稱(chēng)：：金剛石燒結(jié)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種具有高的硬度、耐破裂性和耐磨性的金剛石燒結(jié)體，其適用于以旋削工具或端銑刀為代表的切肖lj工具的切肖'j刃。
背景技術(shù)：
：通過(guò)用粘結(jié)劑來(lái)燒結(jié)金剛石顆粒而制備的金剛石燒結(jié)體被廣泛用作切削工具等用的材料，其中所述金剛石燒結(jié)體具有高硬度，并且?guī)缀醪粫?huì)導(dǎo)致由于解理(其是單晶金剛石的缺陷)而引起的破裂。作為制備這類(lèi)金剛石燒結(jié)體的方法，例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1(日本專(zhuān)利公告No.39-20483)等公開(kāi)了這樣一種方法用由具有催化能力的溶媒金屬(solventmetal，以諸如鈷、鐵或鎳等鐵族元素為代表)制成的粘結(jié)劑來(lái)溶解金剛石粉末并使之再析出，并且在金剛石顆粒之間形成被稱(chēng)為頸部生長(zhǎng)(neckgrowth)的直接結(jié)合。然而，殘留在金剛石燒結(jié)體中的鐵族元素(例如鈷)具有較低的強(qiáng)度(例如硬度)，并且可能使切削刃的性能降低，這是因?yàn)槌颂貏e是由于使用時(shí)的高溫而使得該元素的強(qiáng)度降低之外，該元素還具有使金剛石石墨化的作用。因此，專(zhuān)利文獻(xiàn)2(日本專(zhuān)利公報(bào)No.58-32224)、專(zhuān)利文獻(xiàn)3(日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2003-95743)等公開(kāi)了一種通過(guò)以下方法制得的燒結(jié)體，所述方法為通過(guò)粘結(jié)劑使金剛石顆粒彼此結(jié)合，以獲得更高強(qiáng)度的燒結(jié)體，其屮所述粘結(jié)劑由屬于元素周期表中第4、5或6族元素的碳化物等制成。此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)4(日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2005-239472)公開(kāi)了一種通過(guò)以下方法制得的金剛石燒結(jié)體，所述方法為通過(guò)粘結(jié)劑使金剛石顆粒彼此結(jié)合，其中所述粘結(jié)劑由屬于元素周期表中第4、5或6族的元素等的碳化物和鈷制成；規(guī)定了金剛石顆粒的粒徑和和含量，并規(guī)定了鈷等在粘結(jié)劑中的含量、以及碳化物等的存在形式，以便通過(guò)抑制燒結(jié)步驟中的異常晶粒生長(zhǎng)、以及進(jìn)一歩增強(qiáng)金剛石顆粒之間的直接結(jié)合，來(lái)獲得耐磨性、耐破裂性和耐沖擊性均優(yōu)異的金剛石燒結(jié)體。專(zhuān)利文獻(xiàn)l:日本專(zhuān)利公報(bào)No.39-20483專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本專(zhuān)利公報(bào)No.58-32224專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2003-95743專(zhuān)利文獻(xiàn)4:日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2005-23947
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種與上述常規(guī)的金剛石燒結(jié)體相比，硬度更高并且強(qiáng)度(例如，耐破裂性和耐磨性)更優(yōu)異的金剛石燒結(jié)體。解決問(wèn)題的方法經(jīng)過(guò)深入的研究，結(jié)果本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粘結(jié)劑還包含固溶體時(shí)，能夠獲得硬度較高并且強(qiáng)度(例如，耐破裂性和耐磨性)更優(yōu)異的金剛石燒結(jié)體，從而完成本發(fā)明，其中所述固溶體含有鎢、碳以及屬于元素周期表中第4、5或6族的元素中的特定元素。本發(fā)明提供一種含有金剛石顆粒和粘結(jié)劑的金剛石燒結(jié)體，其特征在于所述粘結(jié)劑包含固溶體以及鐵族元素，其中所述固溶體含有選自由鈦、鋯、釩、鈮和鉻所組成的組中的至少一種元素、碳和鎢，并且相鄰的所述金剛石顆粒彼此結(jié)合。相對(duì)于金剛石顆粒和粘結(jié)劑的總重量，金剛石顆粒的含量?jī)?yōu)選為至少60重量％并且小于98重量％。粘結(jié)劑的硬度小于金剛石的硬度，因此將金剛石顆粒的含量設(shè)定為至少60重量％以防止硬度的降低，并使強(qiáng)度(例如，耐破裂性(橫向斷裂強(qiáng)度)和抗沖擊性)優(yōu)異。另一方面，如果將金剛石顆粒的含量設(shè)定為至少98重量％，則粘結(jié)劑不能充分實(shí)現(xiàn)催化能力，無(wú)法進(jìn)行頸部生長(zhǎng)，并且耐破裂性(橫向斷裂強(qiáng)度)傾向于降低。本發(fā)明的金剛石燒結(jié)體中含有的金剛石顆粒的特征在于，相鄰的金剛石顆粒彼此結(jié)合。相鄰的金剛石顆粒彼此結(jié)合，從而獲得優(yōu)異的耐破裂性(橫向斷裂強(qiáng)度)。這種結(jié)合是通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)的在通過(guò)使作為原料的金剛石粉末溶解、并使之再析出而形成金剛石晶體的步驟(形成燒結(jié)體的步驟)中，使用具有催化能力的粘結(jié)劑(如，鐵族元素)在金剛石顆粒之間形成被稱(chēng)為頸部生長(zhǎng)的直接結(jié)合o在本發(fā)明中，可以在將除了金剛石以外的組分除去后，通過(guò)橫向斷裂強(qiáng)度來(lái)確定金剛石燒結(jié)體中含有的相鄰的金剛石顆粒是否彼此結(jié)合。換言之，當(dāng)將加工成長(zhǎng)6mm、寬3mm并且厚0.4mm至0.45mm的矩形燒結(jié)體，在至少120。C并且低于15(TC的溫度下、在封閉容器中、用氟酸(其是這樣制備的將濃度為大于或等于60%且小于65%的硝酸稀釋2倍后得到的物質(zhì)40ml與濃度為大于或等于45%且小于50%的氫氟酸1Oml混合)處理48小時(shí)以除去除了金剛石之外的組分，并且在4mm的跨度下通過(guò)三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測(cè)量方法測(cè)量橫向斷裂強(qiáng)度時(shí)，如果該燒結(jié)體的橫向斷裂強(qiáng)度為至少1.3GPa，則推斷在本發(fā)明中相鄰的金剛石顆粒彼此結(jié)合。在本發(fā)明的金剛石燒結(jié)體中，這樣的金剛石燒結(jié)體是特別優(yōu)選的金剛石的平均粒徑不超過(guò)0.8)am，并且經(jīng)所述酸處理之后的橫向斷裂強(qiáng)度超過(guò)1.6GPa。構(gòu)成本發(fā)明的金剛石燒結(jié)體的粘結(jié)劑包含鐵族元素，以及選自由鈦、鋯、釩、鈮和鉻所組成的組中的至少一種元素(F文中稱(chēng)為元素Z)、碳和鎢的固溶體，其中所述鐵族元素具有使金剛石的晶體析出并且在金剛石顆粒之間形成頸部生長(zhǎng)的催化能力。與鐵族元素相比，所述固溶體具有更高的硬度，因而當(dāng)粘結(jié)劑含有所述固溶體時(shí)，粘結(jié)劑的硬度以及金剛石燒結(jié)體的硬度均得到提高。此外，耐化學(xué)反應(yīng)性(如耐熱性和抗氧化性)得到增強(qiáng)，從而提高了耐磨性。此外，與鋁合金材料(金剛石燒結(jié)體工具主要應(yīng)用于該鋁合金材料)的親和性降低，從而提高了耐磨性和耐熔焊性(weldingresistance)。此外，由于固溶強(qiáng)化作用而使強(qiáng)度提高，從而提高了耐破裂性(橫向斷裂強(qiáng)度)和耐沖擊性。含有元素Z、鎢和碳的所述固溶體優(yōu)選含有元素Z的碳化物。當(dāng)固溶體含有元素Z的碳化物時(shí)，耐破裂性和耐磨性等強(qiáng)度得到提高。當(dāng)固溶體含有不同于元素Z的元素(例如鉬)的碳化物時(shí)，不會(huì)獲得優(yōu)異的耐破裂性和耐磨性，即使該元素屬于元素周期表中第4、5或6族也是如此。優(yōu)選的是，所述固溶體含有鎢的碳化物，以及元素Z的碳化物。當(dāng)固溶體中既含有元素Z的碳化物又含有鎢的碳化物時(shí)，硬度、耐破裂性和耐磨性進(jìn)一步得到提高，并且獲得比現(xiàn)有技術(shù)的金剛石燒結(jié)體(其僅包含元素Z的碳化物和鎢的碳化物中的一種)的強(qiáng)度更為優(yōu)異的強(qiáng)度。所述粘結(jié)劑中包含的元素Z、鎢和碳的特征在于，它們形成為固溶體。由此形成的固溶體使得所獲得的耐破裂性和耐磨性?xún)?yōu)于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的金剛石燒結(jié)體的耐破裂性和耐磨性。如果元素Z的碳化物粉末和鎢的碳化物粉末僅僅是彼此混合而沒(méi)有形成固溶體，則不能獲得優(yōu)異的強(qiáng)度。粘結(jié)劑中所述固溶體的含量?jī)?yōu)選為至少0.5重量％并且不超過(guò)50重量％，更優(yōu)選為至少20重量％并且不超過(guò)50重量％。另一方面，粘結(jié)劑中鐵族元素的含量?jī)?yōu)選為至少50重量％并且不超過(guò)99.5重量%，更優(yōu)選為至少50重量％并且不超過(guò)80重量％。如果固溶體的含量小于上述范圍，則難以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的耐破裂性和耐磨性，同時(shí)難以充分地獲得促進(jìn)金剛石顆粒之間頸部生長(zhǎng)的催化能力，并且如果固溶體的含量大于上述范圍，則易于產(chǎn)生耐破裂性降低的問(wèn)題。所述固溶體還可含有氧、氮等。這些元素(特別是氮)通常在形成金剛石燒結(jié)體的步驟中被結(jié)合到粘結(jié)劑中。作為所述金剛石燒結(jié)體的優(yōu)選方式，本發(fā)明還提供如下的結(jié)構(gòu)所述的金剛石燒結(jié)體，其特征在于，在所述固溶體中，選自由鈦、鋯、釩、鈮和鉻所組成的組中的至少一種元素與鎢的組分比例以原子比計(jì)，在至少0.4并且不超過(guò)15.0的范圍內(nèi)。當(dāng)固溶體中元素Z與鎢的組分比例處于0.4《元素Z/鎢《15.0(以原子比計(jì))的范圍內(nèi)時(shí)，獲得較高的強(qiáng)度和優(yōu)異的耐磨性。在該范圍內(nèi)，特別優(yōu)選的是0.4《元素Z/鎢《3.0，可獲得更高的強(qiáng)度和更優(yōu)異的耐磨性。所述的金剛石燒結(jié)體，其特征在于，所述鐵族元素是鈷，并且其在粘結(jié)劑中的含量為至少50重量％并且不超過(guò)80重量％。盡管鐵、鎳、和鈷都被列為鐵族元素，但是特別優(yōu)選的是具有高的催化能力的鈷。當(dāng)粘結(jié)劑中的鈷的含量為至少50重量％時(shí)，促進(jìn)金剛石顆粒的頸部生長(zhǎng)的催化能力尤其顯著，因而能夠獲得優(yōu)異的耐破裂性等。當(dāng)該含量不超過(guò)80重量％時(shí)，粘結(jié)劑中的所述固溶體的含量增加，從而能夠獲得優(yōu)異的耐破裂性、耐磨性等。所述的金剛石燒結(jié)體，其特征在于，所述金剛石顆粒的平均粒徑不超過(guò)2pm。平均粒徑被減至不超過(guò)2pm，使得能夠抑制由金剛石顆粒的解理等所導(dǎo)致的金剛石燒結(jié)體的強(qiáng)度下降。通過(guò)使用所述的粘結(jié)劑、并且通過(guò)將粘結(jié)劑控制為不連續(xù)狀態(tài)而形成金剛石燒結(jié)體，能夠獲得平均粒徑在上述范圍內(nèi)的金剛石燒結(jié)體。將粘結(jié)劑控制為不連續(xù)狀態(tài)的方法和條件已在專(zhuān)利文獻(xiàn)4中公開(kāi)。所述的金剛石燒結(jié)體，其特征在于，元素Z(即，選自由鈦、鋯、釩、鈮和鉻所組成的組中的至少一種元素)是鈦。當(dāng)鈦被用作元素Z時(shí)，尤其提髙了燒結(jié)體的硬度，并獲得了特別優(yōu)異的耐破裂性和耐磨性。下面描述用于制備本發(fā)明的金剛石燒結(jié)體的方法。通過(guò)以下方法獲得所述的固溶體，所述方法為將元素Z的碳化物粉末和鎢的碳化物粉末與金剛石粉末分開(kāi)混合，然后將元素Z的碳化物粉末和鎢的碳化物粉末加熱加壓至130(TC和至少3GPa(在該條件下，其發(fā)生固溶)。用球磨機(jī)等將所獲得的固溶體粉碎。例如，可以通過(guò)以下方法獲得金剛石燒結(jié)體，所述方法為將以上述方式獲得的固溶體的粉末、鐵族元素粉末和金剛石粉末進(jìn)行干式混合，然后將其在超高壓發(fā)生器的模具內(nèi)加熱、加壓并燒結(jié)。優(yōu)選的是，固溶體粉末以平均粒徑不超過(guò)0.8pm的顆粒的形式被添加，以使其彼此之間不連續(xù)。當(dāng)將顆?？刂茷椴贿B續(xù)狀態(tài)時(shí)，金剛石顆粒容易進(jìn)行頸部生長(zhǎng)，形成堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，從而提高耐破裂性。所述鐵族元素的粉末可以是金屬粉末，或者可以使用由這些元素的碳化物制成的陶瓷粉末。但是，當(dāng)使用金屬粉末時(shí)，通常會(huì)獲得更強(qiáng)的金剛石結(jié)合作用?？梢允褂眠x自元素Z、元素Z的碳化物和元素Z的碳化物的固溶體中的至少一者以及鎢的碳化物，采用PVD方法(物理氣相沉積法)等不連續(xù)地涂敷金剛石粉末的表面至占金剛石粉末的表面積的20體積％-80體積％，以代替將固溶體粉末、鐵族元素粉末以及金剛石粉末彼此干式混合。在使用PVD方法僅施加元素Z或元素Z的碳化物，并且將其它組分以粉末狀態(tài)混合時(shí)，也會(huì)在燒結(jié)步驟中產(chǎn)生元素Z、鉤和碳的固溶體，從而獲得具有優(yōu)異的耐破裂性、耐磨性等的金剛石燒結(jié)體。但是，當(dāng)通過(guò)PVD方法施加鎢的碳化物并且將其余組分以粉末狀態(tài)混合時(shí)，在燒結(jié)步驟中并不形成元素Z、鎢和碳的固溶體?？梢?xún)?yōu)選在至少5.0GPa并且不高于8.0GPa的壓力以及至少150(TC并且不高于190(TC的溫度下，將所述混合物在超高壓產(chǎn)生器的模具中保持約10分鐘來(lái)進(jìn)行燒結(jié)?？紤]到模具的耐久性，高于8.0GPa的壓力并不實(shí)際。當(dāng)溫度高于190(TC時(shí)，這會(huì)超出金剛石-石墨的平衡線而進(jìn)入到石墨的穩(wěn)定范圍內(nèi)，因此金剛石容易發(fā)生石墨化。考慮到超高壓產(chǎn)生器的模具的耐久性以及金剛石燒結(jié)體的性能，更優(yōu)選將混合物在至少5.7GPa并且不髙于7.7GPa的壓力以及至少1500'C并且不高于190(TC的溫度下保持約IO分鐘。以上述方法獲得的金剛石燒結(jié)體在強(qiáng)度方面(例如耐磨性和耐破裂性)更優(yōu)于常規(guī)的金剛石燒結(jié)體，因而其適用于切削工具的切削刃等。發(fā)明效果本發(fā)明的金剛石燒結(jié)體是一種比常規(guī)的金剛石燒結(jié)體的硬度更高的燒結(jié)體，并且表現(xiàn)出較高的橫向斷裂強(qiáng)度和較小的側(cè)面磨耗寬度。較高的橫向斷裂強(qiáng)度意味著工具的耐破裂性較優(yōu)異，而較小的側(cè)面磨耗寬度則意味著耐磨性較優(yōu)異，因此本發(fā)明的金剛石燒結(jié)體是一種強(qiáng)度(例如，耐破裂性和耐磨性)更優(yōu)于常規(guī)的金剛石燒結(jié)體的強(qiáng)度的燒結(jié)體，并適用于切削工具的切削刃等。本發(fā)明的最佳實(shí)施方式現(xiàn)在參照例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。這些例子并不限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1制備具有如表l所示的粘結(jié)劑組分的金剛石燒結(jié)體A至L，并且測(cè)量金剛石燒結(jié)體的橫向斷裂強(qiáng)度值，以及在將所獲得的金剛石燒結(jié)體用作切削工具的切削刃的情況下，測(cè)量刀具的側(cè)面磨耗寬度。燒結(jié)體C至F和燒結(jié)體H至L是本發(fā)明的樣品，而燒結(jié)體A、B和G是比較樣品。(金剛石燒結(jié)體的制備)將85重量份的平均粒徑為1pm的金剛石粉末、10重量份的鈷粉末和5重量份的不同于鈷的粘結(jié)劑組分進(jìn)行干式混合。作為不同于鈷的粘結(jié)劑組分，使用碳化鎢粉末來(lái)制備燒結(jié)體A，而使用碳化鎢粉末和碳化鈦粉末的混合物來(lái)制備燒結(jié)體B。當(dāng)制備燒結(jié)體C至L時(shí)，采用通過(guò)粉碎由以下方法形成的固溶體而得到的組分作為不同于鈷的粘結(jié)劑組分，所述方法為按照表1中的"固溶體中的元素比"一欄所示的原子比、將表1中的"粘結(jié)劑組分"一欄所示的元素混合，并且將其在壓力為5.5GPa和溫度為140(TC的條件下保持5分鐘。將通過(guò)以上述方式將金剛石粉末和粘結(jié)劑彼此千式混合而制得的原料投入到由鉭制成的容器(其與由硬質(zhì)合金制成的基材(圓盤(pán))處于接觸狀態(tài))內(nèi)，并且使用帶式超高壓裝置，將其在壓力為5.8GPa、溫度為150(TC的條件下保持IO分鐘以進(jìn)行燒結(jié)，從而獲得金剛石燒結(jié)體。當(dāng)通過(guò)SEM(掃描電子顯微鏡)二次電子圖像來(lái)測(cè)定所獲得的金剛石燒結(jié)體的金剛石顆粒的粒徑時(shí)，在燒結(jié)體A中，金剛石顆粒的平均粒徑為5pm，并且在燒結(jié)體B中金剛石顆粒的平均粒徑為3^m，而燒結(jié)體C至L中的顆粒均過(guò)度生長(zhǎng)至平均粒徑為2pm。(鈷和碳化物固溶體的含量的測(cè)量)通過(guò)XRD(X射線衍射)、TEM(透射電子顯微鏡)和AKS(俄歇電子能譜儀)來(lái)測(cè)量上面獲得的各金剛石燒結(jié)體中含有的鈷和碳化物，固溶體以檢測(cè)鈷和碳化物*固溶體。使用高頻感應(yīng)耦合等離子體發(fā)射光譜分析法(ICP法)定量測(cè)量各元素以計(jì)算各元素的含量(相對(duì)于金剛石顆粒和粘結(jié)劑組分的總量的重量％)。表1示出這些計(jì)算的數(shù)值。(燒結(jié)體和粘結(jié)劑的硬度的測(cè)量)此外，關(guān)于各個(gè)燒結(jié)體，使用納米硬度計(jì)，在10gf的測(cè)試負(fù)荷下測(cè)量燒結(jié)體部分和粘結(jié)劑部分的馬氏硬度值(IS014577)10次。表1示出其平均值。(橫向斷裂強(qiáng)度和側(cè)面磨耗寬度的測(cè)量)將各個(gè)金剛石燒結(jié)體加工成長(zhǎng)度6mmX寬度3mmX厚度0.3mm的板狀測(cè)試片，并在跨度4mm的條件下通過(guò)三點(diǎn)彎曲測(cè)試法測(cè)量各個(gè)測(cè)試片的橫向斷裂強(qiáng)度值。此外，通過(guò)將各個(gè)金剛石燒結(jié)體安裝在具有正三角形主面的基體的角部上來(lái)制備用于切削的燒結(jié)體刀片(折疊式刀片，ISO標(biāo)準(zhǔn)TPGN160304)，并按照如下條件進(jìn)行切削測(cè)試，以測(cè)量金剛石燒結(jié)體的側(cè)面磨耗寬度。表1示出測(cè)定的結(jié)果。工件含有16重量％的Si的鋁合金圓棒切削條件外周旋削，切削速度800m/分鐘，切削深度0.5mm，進(jìn)給速率0.12mm/轉(zhuǎn)，濕式切削，切削時(shí)間5分鐘。當(dāng)在4mm的跨度下通過(guò)三點(diǎn)彎曲測(cè)量法測(cè)量通過(guò)以下方法制得的燒結(jié)體的橫向斷裂強(qiáng)度值時(shí)，燒結(jié)體A至L的橫向斷裂強(qiáng)度值為燒結(jié)體A:0.5GPa，燒結(jié)體B:0.6GPa，燒結(jié)體C:1.5GPa，燒結(jié)體D:1.4GPa，燒結(jié)體E:1.4GPa，燒結(jié)體F:1.3GPa，燒結(jié)體G:1.3GPa，燒結(jié)體H:1.5GPa，燒結(jié)體I:1.4GPa，燒結(jié)體J:1.3GPa，燒結(jié)體K:1.5GPa，以及燒結(jié)體L:1.3GPa，其中所述方法為將加工成長(zhǎng)6mm、寬3mm并且厚0.4mm至0.45mm的矩形燒結(jié)體，在封閉容器中用氟酸(其是這樣制備的將濃度為大于或等于60%且小于65%的硝酸稀釋2倍后得到的物質(zhì)40ml與濃度為大于或等于45%且小于50%的氫氟酸10ml混合)在至少12(TC并且低于150。C的溫度下處理48小時(shí)，以除去除了金剛石以外的組分。因此，可以說(shuō)，在燒結(jié)體C至L中相鄰的金剛石顆粒彼此結(jié)合。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表1的結(jié)果顯示，隨粘結(jié)劑組分的不同，金剛石燒結(jié)體的橫向斷裂強(qiáng)度值、以及將該燒結(jié)體用作切削工具的切削刃時(shí)的側(cè)面磨損厚度顯著不同。從表l的結(jié)果明顯可見(jiàn)，與燒結(jié)體A和B相比，通過(guò)使用元素Z、鎢和碳的固溶體作為粘結(jié)劑而制得的燒結(jié)體C至F以及H至L具有更大的硬度、更高的橫向斷裂強(qiáng)度以及更小的側(cè)面磨耗寬度?？梢韵氲?，在含有固溶體的粘結(jié)劑中，粘結(jié)劑組分的硬度值較高，并且使得整個(gè)燒結(jié)體的硬度值增加，從而提高了耐磨值。此外，可以想到，溶體還起到粘結(jié)劑的作用，因此，與含有不具有粘結(jié)劑功能的碳化鎢等的燒結(jié)體A和B相比，其橫向斷裂強(qiáng)度值得到提高。較高的橫向斷裂強(qiáng)度意味著工具的耐破裂性?xún)?yōu)異，而較小的側(cè)面磨耗寬度則意味著其耐磨性?xún)?yōu)異，從而說(shuō)明了作為本發(fā)明樣品的燒結(jié)體C至F和H至L適合用作切削工具用的材料。通過(guò)將固溶體用于粘結(jié)劑中而制備的燒結(jié)體G，盡管鎢發(fā)生了固溶，但是該燒結(jié)體在硬度、橫向斷裂強(qiáng)度和耐磨性方面均與燒結(jié)體B大致相當(dāng)。換言之，這表明，盡管鉬屬于元素周期表中第4、5或6族的元素，但是在使用鉬的情況下，并未實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)異效果?？梢韵氲剑@是因?yàn)楸M管鎢在碳化鉬中發(fā)生固溶，但是鉬和鎢的原子量彼此過(guò)于接近，而不能在硬度方面實(shí)現(xiàn)顯著的改善。在燒結(jié)體C至F中，固溶體中元素Z:鎢:碳的比值彼此相同，只是元素Z的類(lèi)型相互不同。如表1的結(jié)果所示，其中，使用鈦?zhàn)鳛樵豘的燒結(jié)體C具有特別大的硬度、特別高的橫向斷裂強(qiáng)度以及特別小的側(cè)面磨耗寬度，并且作為切削工具等用的材料尤其優(yōu)異?？梢韵氲?，這是因?yàn)榕c其它元素相比，鈦促進(jìn)金剛石顆粒之間的結(jié)合的作用較大，并且燒結(jié)體C具有特別優(yōu)異的橫向斷裂強(qiáng)度(其受金剛石顆粒之間的結(jié)合力的顯著影響)。在粘結(jié)劑中均含有鈦、鎢和碳的固溶體的燒結(jié)體C和H至L，鈦與鎢的元素比不相同。碳的全部元素?cái)?shù)等于鈦和鎢的元素總數(shù)。在燒結(jié)體C以及H至L中，其中鈦和鎢以1:1的比值進(jìn)行固溶的燒結(jié)體C表現(xiàn)出最優(yōu)異的性能，并且具有較大的硬度、較高的橫向斷裂強(qiáng)度以及較小的側(cè)面磨耗寬度。另一方面，在其中鈦/鎢小于0.4的燒結(jié)體L以及其中鈦/鎢超過(guò)15的燒結(jié)體J中，發(fā)現(xiàn)這樣的傾向硬度、耐破裂性和耐磨性降低。實(shí)施例2在改變各元素的添加方法的同時(shí)，制備具有如表2所示的粘結(jié)劑組分的金剛石燒結(jié)體M至R，并測(cè)量金剛石燒結(jié)體的橫向斷裂強(qiáng)度值、以及在使用所獲得的金剛石燒結(jié)體作為切削工具的切削刃時(shí)測(cè)量刀具的側(cè)面磨耗寬度。燒結(jié)體O、P、Q和R是本發(fā)明的樣品，而燒結(jié)體M和N是比較樣品。(金剛石燒結(jié)體的制備)更具體的說(shuō)，以如下方式制備金剛石燒結(jié)體將平均粒徑為1的金剛石粉末材料、以及鈷粉末材料和具有表2所示組成的化合物(它們作為粘結(jié)劑)以這樣的比例混合85重量％的金剛石粉末材料、10重量％的鈷粉末材料和5重量％的添加劑；并以表2所示的方法進(jìn)行添加。關(guān)于PVD涂敷方法，使用RF(radiofrequency,射頻)濺射PVD裝置，來(lái)控制并涂敷金剛石粉末原料的表面積的50%，以形成為不連續(xù)狀態(tài)。將以上述方式獲得的原料加入到由鉭制成的容器(其與由硬質(zhì)合金制成的基材(圓盤(pán))處于接觸狀態(tài))內(nèi)，并且使用帶式超高壓裝置將其在壓力為5.8GPa、溫度為15()(TC的條件下保持IO分鐘以進(jìn)行燒結(jié)，從而獲得金剛石燒結(jié)體。當(dāng)通過(guò)SEM二次電子圖像檢測(cè)所獲得的金剛石燒結(jié)體的金剛石顆粒的粒徑時(shí)，其平均粒徑為0.8|im。(鈷和碳化物固溶體含量的測(cè)量)按照與實(shí)施例1類(lèi)似的方法檢測(cè)各金剛石燒結(jié)體中的鈷和碳化物固溶體的含量，并且分別計(jì)算其重量％并示于表2中。(橫向斷裂強(qiáng)度和側(cè)面磨耗寬度的測(cè)量)此外，表2示出了釆用與實(shí)施例1類(lèi)似的方法測(cè)量金剛石燒結(jié)體的橫向斷裂強(qiáng)度值、以及在將所獲得的金B(yǎng)ij石燒結(jié)體用作切肖ij工具的切削刃的情況下刀具的側(cè)面磨耗寬度的結(jié)果。當(dāng)在4mm的跨度下通過(guò)三點(diǎn)彎曲測(cè)量方法測(cè)量通過(guò)以下方法制得的燒結(jié)體的橫向斷裂強(qiáng)度值時(shí)，燒結(jié)體M和N的橫向斷裂強(qiáng)度值分別為0.7GPa禾H0.9GPa，而燒結(jié)體O、P、Q和R的橫向斷裂強(qiáng)度值分別為1.7GPa、1.6GPa、1.7GPa和1.9GPa，其中所述方法為將加工成長(zhǎng)6mm、寬3mm并且厚0.4mm至0.45mm的矩形燒結(jié)體，在封閉容器中用氟酸(其是這樣制備的將濃度為大于或等于60%且小于65%的硝酸稀釋2倍后得到的物質(zhì)40ml與濃度為大于或等于45%且小于50%的氫氟酸10ml混合)在至少120。C并且低于15(TC的溫度下處理48小時(shí)，以除去除了金剛石以外的組分。因此，可以說(shuō)，在燒結(jié)體O至R中相鄰的金剛石顆粒彼此結(jié)合。建21<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>當(dāng)通過(guò)添加鈦和鎢來(lái)制備燒結(jié)體N、O、P和Q時(shí)，粘結(jié)劑和金剛石燒結(jié)體的橫向斷裂強(qiáng)度值和耐磨性值由于添加方法的不同而彼此不同。在將燒結(jié)體M與N進(jìn)行比較的情況下，當(dāng)采用PVD法用碳化鎢涂敷燒結(jié)體時(shí)，即使混合Ti粉末并燒結(jié)，也沒(méi)有形成(Ti,W)C的固溶體，鈦和鎢只是分別以碳化鈦和碳化鎢的形式存在，fel此幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它們?cè)谛阅苌嫌腥魏螀^(qū)別。然而，在采用PVD法涂敷有鈦、碳化鈦、以及(Ti,W)C的固溶體的燒結(jié)體O至Q中，(Ti,W)C的固溶體存在于金剛石燒結(jié)體中，并發(fā)現(xiàn)耐破裂性和耐磨性得到顯著提髙。當(dāng)采用PVD法用含有鈦的化合物涂敷燒結(jié)體時(shí)，形成了(Ti，W)C的固溶體，因此，從這些結(jié)果顯而易見(jiàn)的是，在涂敷之前，鈦可以為任何存在形式。此外，在以鋯替代燒結(jié)體O中的鈦而制備的燒結(jié)體R中，形成有(Zr,W)C的固溶體，并發(fā)現(xiàn)耐破裂性和耐磨性得到顯著提高。權(quán)利要求1.一種含有金剛石顆粒和粘結(jié)劑的金剛石燒結(jié)體，其中所述粘結(jié)劑包含固溶體以及鐵族元素，所述固溶體含有選自由鈦、鋯、釩、鈮和鉻所組成的組中的至少一種元素、碳和鎢，并且相鄰的所述金剛石顆粒彼此結(jié)合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石燒結(jié)體，其中在所述固溶體中，選自鈦、鋯、釩、鈮和鉻所組成的組中的至少一種元素與鎢的組分比例以原子比計(jì)，在至少0.4并且不超過(guò)15.0的范圍內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金剛石燒結(jié)體，其屮所述鐵族元素是鈷，并且其在粘結(jié)劑中的含量為至少5()重量％并且不超過(guò)80重量％。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的金剛石燒結(jié)體，其中所述金剛石顆粒的平均粒徑不超過(guò)2pm。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的金剛石燒結(jié)體，其屮所述的選自鈦、鋯、釩、鈮和鉻所組成的組中的至少一種元素是鈦。全文摘要本發(fā)明提供一種金剛石燒結(jié)體，與常規(guī)的金剛石燒結(jié)體相比，該金剛石燒結(jié)體具有更高的硬度，并且具有優(yōu)異的強(qiáng)度，包括耐破裂性和耐磨性。所述金剛石燒結(jié)體包含金剛石顆粒和粘結(jié)劑，并且其特征在于，所述粘結(jié)劑包含固溶體以及以鈷為代表的鐵族元素，所述固溶體含有碳、鎢和選自鈦、鋯、釩、鈮和鉻所組成的組中的至少一種元素。該金剛石燒結(jié)體的特征還在于，相鄰的金剛石顆粒彼此結(jié)合。文檔編號(hào)C04B35/52GK101600670SQ20078005084公開(kāi)日2009年12月9日申請(qǐng)日期2007年2月2日優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日發(fā)明者久木野曉,深谷朋弘,黑田善弘申請(qǐng)人:住友電工硬質(zhì)合金株式會(huì)社