JPS58130174A - Nitrogenated superhard composite body material - Google Patents
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Landscapes
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- Laminated Bodies (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
(A)発明の背景
硬くて耐熱性があり、かつ腐食に強い材料からつくられ
た物品は多くの重要な応用に供される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (A) Background of the Invention Articles made from hard, heat resistant, and corrosion resistant materials serve many important applications.
耐高温性を有する部品をつくるためのa−シリコンカー
バイドとβ−シリコンカーノ(イドの反応焼結は公知で
ある。たとえば、アーダーソンの米国特許第2.93a
807号にけβ−シリコンカー)(イドは優れた結合剤
であると記載しである。Reactive sintering of a-silicon carbide and β-silicon carbide to produce high temperature resistant components is known, e.g., U.S. Arderson, US Pat. No. 2.93a.
No. 807 describes β-silicon carbide as an excellent binder.
これらの材料のまた別な有用な成分は、ダイヤモンドお
よび立方晶形窒化硼素の如き超硬結晶である。それらの
優れ九特性、たとえば、硬度は、長い間評価されてきた
。たとえば、ダイヤモンドをそのような材料中に組込む
満足な手段は、極めて有益であり、本発明の方法と製品
の目的である。Other useful components of these materials are superhard crystals such as diamond and cubic boron nitride. Their superior properties, such as hardness, have long been appreciated. For example, a satisfactory means of incorporating diamond into such materials would be highly beneficial and is an object of the methods and products of the present invention.
ダイヤモンドの結晶を結合する領域においては、たとえ
ば、本出願人の米国特許第4.124401号、第41
47.599号および第4174414号に記載されて
いる如く、ホウドブレス技術と共に、一定の金属が使用
された。In the area of bonding diamond crystals, for example, the applicant's U.S. Pat.
Certain metals have been used in conjunction with the Houdres technique, as described in U.S. Pat.
若干の従来方法は、本明細書に参照として組込まれる発
明者John Michio 0hno による、公
開ヨーロ、バ特許出願第43541号によシ改善され九
。Certain conventional methods were improved by published European Patent Application No. 43,541 by inventor John Michio Ohno, which is incorporated herein by reference.
との冒−ロ、バ特許出願はβ−シリコンカーバイドの特
別な結合剤を有する二層ダイヤモンド複合体を開示して
いる。その結合剤は、ダイヤモンドの結晶を保持し、か
つ、複合体の層を結合するようKして、複合体全体にわ
たって母材を形成する。該複合体は次の段階からなる方
法によって形成される:
(a) パラフィン中にダイヤモンドの結晶とカーボ
ンブラ、りの第1の分散体を形成するとと;
(b) パラフィン中に炭素繊維、カーボンブラ、り
および充填材の第2の分散体を形成するとと:
(C)一体の二層複合体をつくるため、前記分散体を一
緒に圧縮成形するとと:
(d)ハラフィンを実質的にすべて蒸発させるのに充分
な温度において成る期間、前記複合体を真空中に置くと
と:
(e) シリコンを液化させて両層中に浸透させるこ
と;
(f) 前記複合体の層を液体シリコンで結合するこ
と;そして
(ロ)該複合体を結合するβ−シリコンカーバイド結合
剤をつくるのに光分な条件の下で、複合体と浸透された
シリコンとを幣結すること。The following patent application discloses a two-layer diamond composite with a special binder of β-silicon carbide. The binder holds the diamond crystals and binds the layers of the composite to form a matrix throughout the composite. The composite is formed by a method comprising the steps of: (a) forming a first dispersion of diamond crystals and carbon fibers in paraffin; (b) forming a first dispersion of diamond crystals and carbon fibers in paraffin; forming a second dispersion of fillers, fillers, and fillers; (C) compression molding said dispersions together to form an integral bilayer composite; and (d) substantially all of the halafins. (e) liquefying and penetrating the silicon into both layers; (f) soaking the layer of the composite with liquid silicon; and (b) bonding the composite and the infiltrated silicon under optical conditions to create a β-silicon carbide binder that binds the composite.
ダイヤモンドの結晶および窒化硼素の結晶の如き、超硬
結晶は、金属切削工具の切刃に使用されるカーバイドや
他の材料に比較して、高価な品物である。さらに、超硬
結晶を含む追加材料の使用は、母材中における結晶がか
なシム範囲の分布になってお夛、かくして、結晶の大部
分は、切削作用を行うことがない。上記の0hno
の方法は、プレスおよび処理技術として知られておル、
円板および三角形状の如き、隈定された区域に結晶を隔
離する方法を掃供し、かくして、超硬結晶の全体量は減
少される。Cemented carbide crystals, such as diamond crystals and boron nitride crystals, are expensive items compared to carbide and other materials used in the cutting edges of metal cutting tools. Furthermore, the use of additional materials containing cemented carbide crystals increases the distribution of the crystals in the matrix in a narrow shim range, thus the majority of the crystals do not perform any cutting action. 0hno above
The method is known as the pressing and processing technique,
A method of isolating the crystals into defined areas, such as discs and triangles, is provided, thus the overall amount of cemented carbide crystals is reduced.
03)発明の概要
さて、予め定められた、そして多分離隔関係の小さな塊
に超硬結晶を集中した圧縮成形体は、圧縮成形体を窒化
工程に付し、浸透段階によってもたらされ九シリコン元
素を、窒化シリコンに転換することによって、構造的に
改善されることが発見された。この改善され九方法は、
予め安め九位置における超硬結晶を一層とびとびに集中
させる、たとえば、インサートの縁部近くに三角形に集
中させた高強度の切削工具用インサートの製造を可能と
する。これらのインサートに使用される超硬結晶は比較
的少なく、したがって比較的経済的である。これらの独
得なインサートを適切なバイトホルダに取付けるための
手段が設けられている。03) Summary of the Invention Now, a compression molded body in which cemented carbide crystals are concentrated in small lumps in a predetermined and multi-spacing relationship is produced by subjecting the compression molded body to a nitriding process and an infiltration step to obtain nine silicon elements. It was discovered that the structure can be improved by converting it to silicon nitride. This improved nine methods include:
It is possible to produce high-strength cutting tool inserts in which the cemented carbide crystals in the predetermined positions are more discretely concentrated, for example in a triangular manner near the edge of the insert. These inserts use relatively little cemented carbide and are therefore relatively economical. Means are provided for attaching these unique inserts to a suitable tool holder.
(C)発明の説明
本発明は添付図面と以下の記載によりさらによく理解さ
れるであろう。(C) DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be better understood from the accompanying drawings and the following description.
本発明の複合体は次の各段階によ多つくられる。The conjugate of the present invention can be made by the following steps.
(a) ハラフィン中に超硬結晶およびカーボンブラ
、りの第1の分散体を形成すること:(b)ハラフィン
中に炭素繊維、カーボンブラ、りおよび充填材の第2の
分散体を形成するとと:
(c) 物理的に安定した中間圧縮成形体(ダイヤモ
ンド分散体の場合、切刃のような所定の形状)をつくる
ため、該分散体の1つをため、前記中間圧縮成形体を残
シの分散体と再圧縮成形するとと:
(e)実質的にパラフィンの全部を蒸発させるのに充分
な温度において、一定期間該二連の圧縮成形体を真空に
付するとと;
(f) 液体シリコンを皺二連の圧縮成形体に浸透さ
せる仁と;
(ロ))#複合体を結合するβ−シリコンカーI(イド
の結合剤をつくるために充分表条件の下で、浸透シリコ
ンを含有している二連の圧縮成形体を焼結すること;そ
して
伽)#二連の圧縮成形体を窒化処理に付して、シリコン
元素を窒化シリコンに転換させること。(a) forming a first dispersion of carbide crystals and carbon bras in the halafin; (b) forming a second dispersion of carbon fibers, carbon bras, and filler in the halafin; and: (c) in order to produce a physically stable intermediate compression molded body (in the case of a diamond dispersion, a predetermined shape such as a cutting edge), one of the dispersions is pooled and the intermediate compression molded body is (e) subjecting the two compacts to a vacuum for a period of time at a temperature sufficient to evaporate substantially all of the paraffin; (f) recompression molding the dispersion of the liquid; Infiltrate the silicone into the compression molded body of two wrinkles; sintering the two series of compression molded bodies; and #subjecting the two series of compression molded bodies to nitriding treatment to convert the silicon element into silicon nitride.
この方法の結果として、優れた耐摩耗性表面層を有する
複合体が結合してつくられる。ダイヤモンド結晶が使用
される時、強力なシリフンカーバイドの結合母材によっ
て緊密に保持されたダイヤモンド結晶含有表面は特に工
具あるいは切削切刃に適している。As a result of this method, a composite is created that has an excellent wear-resistant surface layer. When diamond crystals are used, the diamond crystal-containing surface held tightly by a strong silica carbide bonding matrix is particularly suitable for tools or cutting edges.
シリコンカーバイド複合体をつくるための本方法は、第
1図において代表的に図式化されている。該ダイヤグラ
ムに示されているように、最初の段階の1つに、パラフ
ィン中のダイヤモンド結晶とカーボンプラ、りの分散体
の形成がある。各種の理由から、この第1の分散体にお
いては、通常率さな結晶が使用される。好ましい実施例
においては、使用されるダイヤモンドは、400メツシ
諷より小さいサイズの結晶である。この好ましいサイズ
の結晶は、β−シリコンカーバイドで結合された際、割
れ(chipping) に対して優れた抵抗性を発
揮する。さらに、それらは切削インサートおよび他の耐
岸耗性部品に対して所望の逃げ角を有する銃い切刃を提
供する。The present method for making silicon carbide composites is representatively illustrated in FIG. As shown in the diagram, one of the first steps is the formation of a dispersion of diamond crystals and carbon plastic in paraffin. For various reasons, small crystals are usually used in this first dispersion. In a preferred embodiment, the diamonds used are crystals smaller than 400 Metzis in size. Crystals of this preferred size exhibit excellent resistance to chipping when bonded with β-silicon carbide. Additionally, they provide a gun cutting edge with a desired clearance angle for cutting inserts and other wear-resistant parts.
ダイヤモンド結晶に対して、カーボンブラ。Carbon bra against diamond crystal.
りが追加されなければならカい。このカーボンは、後の
反応により、本複合体の結合母材のためのβ−シリコン
カーバイドを生む。このカーボンプラ、りは好ましくは
高純度のもので、かくして、汚染物の存在を減少させる
。特に、その後の工程における副作用を防止する九め、
その硫黄含有量は低くあるべきである。ダイヤモンドの
重量の191から391まで各種の量のカーボンブラッ
クが許容されるが、約2−が最適であると判明した。Additional features must be added. This carbon, by subsequent reaction, yields β-silicon carbide for the bonding matrix of the composite. This carbon plastic is preferably of high purity, thus reducing the presence of contaminants. In particular, the ninth step is to prevent side effects in subsequent steps.
Its sulfur content should be low. Various amounts of carbon black from 191 to 391 by weight of diamond are acceptable, but about 2- by weight has been found to be optimal.
第1の(あるいは周辺の)分散体に利用されるパラフィ
ンはこの用語が示す炭化水素蝋のいずれであってもよい
。再びここでも、有害力残留物を防止するため、高純度
の炭化水素を使用すべきである。各混合物に対して、液
体パラフィンが使用される。しかし表から、これは周囲
条件の下では通常固体であるパラフィンを溶融するのに
充分高い温度で作業することKより達成される。使用さ
れるパラフィンの量は、後で除去される大め、重要な奄
のではない。一般にそれ祉第1の分散体の全重量の3−
から6噂である。The paraffin utilized in the first (or peripheral) dispersion may be any of the hydrocarbon waxes referred to by the term. Again, high purity hydrocarbons should be used to prevent harmful residues. For each mixture liquid paraffin is used. However, from the table it appears that this is achieved by operating at temperatures high enough to melt the paraffin, which is normally solid under ambient conditions. The amount of paraffin used is not significant, as it is later removed. In general it weighs 3- of the total weight of the first dispersion.
There are 6 rumors.
1配した成分は、第1の分散体を形成するために単に一
緒に混合される。しかしガから、極めて密な、そして均
質な分散が好ましい。したがって、第1図のフローチャ
ートに概略示す如き段階的技術が望ましい。The combined components are simply mixed together to form the first dispersion. However, from moths, a very dense and homogeneous dispersion is preferred. Therefore, a step-by-step technique as outlined in the flowchart of FIG. 1 is desirable.
該技術によれば、結晶表面に均等な被覆を設けるため、
ダイヤモンド結晶とカーボンプラ、り社配合される。こ
の段階の後はじめてパラフィンが配合中に混合される。According to this technique, in order to provide a uniform coating on the crystal surface,
Contains diamond crystals and carbon plastic. Only after this stage is paraffin mixed into the formulation.
その後、第1の分散体は好ましくは、粉砕機等によシ、
さらに微細化の段階に付される。しかしながら、炭素繊
維、カーボンブラックおよびパラフィンを含有する第2
の分散体の混合は、たとえば、約20メツシユのスクリ
ーンに通され、かくして混合を改善し、発生したかもし
れない凝結体を減少させる。Thereafter, the first dispersion is preferably crushed by a grinder or the like.
It is then subjected to a further refinement stage. However, a secondary product containing carbon fiber, carbon black and paraffin
The mixing of the dispersions is passed through a screen of, for example, about 20 meshes, thus improving mixing and reducing any aggregates that may have formed.
本方法の第2の分散体(あるいはコア)に使用されるパ
ラフィンおよびカーボンブラ、りは前記したもののいず
れかであってよい。便宜上、同様の4のが通常第1およ
び第2の分散体の両者を形成するために使用される。一
般に、第2の分散体はまた、重量で、3−から6チまで
のパラフィンと2−から4−までのカーボンブラ、りを
含有している。特に第1の分散体においては、カーボン
プラ、りの量、また、カーボンブラ、りの品質と種類が
重要である。たとえば、カーボンブラック中の硫黄汚染
物は避けなければならない。The paraffin and carbon brane used in the second dispersion (or core) of the method may be any of those described above. For convenience, a similar number of four is usually used to form both the first and second dispersions. Generally, the second dispersion also contains, by weight, from 3 to 6 inches of paraffin and from 2 to 4 inches of carbon dioxide. Particularly in the first dispersion, the amount of carbon plastic and the quality and type of carbon plastic are important. For example, sulfur contaminants in carbon black must be avoided.
使用される炭素繊維は、均質な混合、そして、特に、微
細化作業を容易にするため、好ましく社、極めて小さな
サイズである。繊維のサイズは好ましくは直径で6から
30ミクロンで長さは250から500ζクロンである
。The carbon fibers used are preferably of very small size in order to facilitate homogeneous mixing and, in particular, refining operations. The fiber size is preferably 6 to 30 microns in diameter and 250 to 500 ζ microns in length.
充填材は容積を増大し、また、繊維を含有する粉末混合
物の圧縮率を改善するために設けられる。多くの応用に
対して、それは極めて望ましい。Fillers are provided to increase the volume and also improve the compressibility of the fiber-containing powder mixture. For many applications it is highly desirable.
そのような充填材は、焼結および使用中、それが付され
る状態の下で安定している如何なる材料でありてもよい
が、微細なシリコンカーバイドが好ましい。通常・、第
2の分散体の全重量の40−から75−の充填材が使用
される。Such filler may be any material that is stable under the conditions to which it is subjected during sintering and use, but finely divided silicon carbide is preferred. Typically, 40 to 75 fillers based on the total weight of the second dispersion are used.
嬉1の分散体の手書の場合と同様、パラフィン、カーボ
ンブラ、り、炭素繊維および充填材は均一に混合されな
ければならない。それは、前記した如く微細化を保証す
るため、好ましくはスクリーンにかけられる。As with the original dispersion, the paraffin, carbon fiber, carbon fiber and filler must be uniformly mixed. It is preferably screened to ensure fineness as described above.
パラフィンの存在により各分散体は所望の形状に別々に
圧縮成形(あるいは造型)することができる。圧力の適
用は、その後の作業、あるいは取扱い中、与えられた形
状を保持するのに充分な、圧粉強度あるいけ物理的安定
性を有する圧縮成形分散体をもたらす。適用される圧力
は、広く変えられるけれども、少なくとも2300 K
g/cs”が好ましい。The presence of paraffin allows each dispersion to be separately compression molded (or shaped) into the desired shape. Application of pressure results in a compression molded dispersion having sufficient compaction strength or physical stability to retain its given shape during subsequent processing or handling. The applied pressure may vary widely, but should be at least 2300 K.
g/cs” is preferred.
本発明の方法において、2つの分散体のどちらか1方が
複合体の最終的部分に対応するように圧縮成形される。In the method of the invention, one of the two dispersions is compression molded to correspond to the final part of the composite.
したがって、この圧縮成形された分散体は、#終的複合
体の部分、たとえば、コア、切刃尋の形状および容積(
組織ではない)と同様の中間圧縮成形体を形成する。This compression-molded dispersion therefore contains parts of the final composite, such as the core, the shape and volume of the cutting edge (
Forms an intermediate compression molded body similar to the structure (not texture).
1つの分散体から中間圧縮成形体が形成された後、それ
は残りの分散体と共に再圧縮成形される。この段階のた
めに、所望する場合は、所望複合体の形状を有するモー
ルド内に中間圧縮成形体は位貧される。ついで残りの分
散体がモールドに追加されて充填を完了する。前記の各
段階で1つの分散体が圧縮成形されなければならないが
、その順序は重要ではない。前記のように圧力を加える
と、最終の結合複合体と同じ形状を有する物理的に安定
した二連の圧縮成形体をも九らす。After an intermediate compression molding is formed from one dispersion, it is recompression molded with the remaining dispersion. For this step, if desired, the intermediate compact is placed in a mold having the shape of the desired composite. The remaining dispersion is then added to the mold to complete the filling. One dispersion must be compression molded at each of the above steps, but the order is not critical. Applying pressure as described above also yields a physically stable duplex compression molded body having the same shape as the final bonded composite.
これらの作業における重要なことは、モールドの形状で
ある。本発明の重要な利点は、造型中、圧縮成形体に加
えられ丸形状は通常、その後寮費する必要がないという
ことである。かくして、他の耐熱性材料に共通な、所望
形状への研摩と仕上という時間のか\る困難な段階が本
方法によれば取り除かれる。モールドやプランジャーは
、該圧縮成形体あるいは複合体が対応する最終的本体部
分に必要な形状を有していなければならない。What is important in these operations is the shape of the mold. An important advantage of the present invention is that the round shapes added to the compression molded body during molding typically do not need to be subsequently removed. Thus, the time consuming and difficult steps of polishing and finishing to the desired shape, common with other refractory materials, are eliminated by the present method. The mold or plunger must have the shape required for the final body portion to which the compact or composite will correspond.
諮2〜6図に造型装置と工程順序が示されている。該装
置はベースBと、腔部Cを形成するモールド菖とプラン
ジャP1 よ)なっている。プランジャPK は、
インサートあるいは圧縮成形体の最終形状を精密に定め
るために、モールドvおよび腔部Cにはまる。第5図で
インサート材料(第1の分散体)1は腔部に導入され、
そして、腔部を閉じ、材料1を第4図に示す環状部2中
に圧縮成形するため、プロ、クズランジャP2が使用さ
れる。第5図において、プランジャP、 け平坦な面
を有し、壊状インサート2は残シ(第2)の分散体4で
充填される。第6図の圧縮成形工程の完了に際して、圧
縮成形体5け焼結のため取外される。一度所望形状にモ
ールドされると、二層圧縮成形体は(第1図に示す如く
)、全容積からパラフィンを蒸発させるのに充分な真空
および温度条件Kfjtかれる。勿論、適切な条件は、
そこに存在温度が使用される。代シとして、別な温度お
よび対応する異なった真空が使用される。Figures 2 to 6 show the molding equipment and process sequence. The device consists of a base B, a molded iris forming a cavity C, and a plunger P1). Plunger PK is
It fits into the mold v and the cavity C to precisely define the final shape of the insert or compression molded body. In FIG. 5, the insert material (first dispersion) 1 is introduced into the cavity,
A Kuzuranja P2 is then used to close the cavity and compression mold the material 1 into the annular part 2 shown in FIG. In FIG. 5, the plunger P has a flat surface and the fractured insert 2 is filled with the remaining (second) dispersion 4. In FIG. Upon completion of the compression molding process shown in FIG. 6, the five compression molded bodies are removed for sintering. Once molded to the desired shape, the two-layer compact (as shown in FIG. 1) is subjected to vacuum and temperature conditions sufficient to evaporate the paraffin from the entire volume. Of course, the appropriate conditions are
The temperature present there is used. As an alternative, different temperatures and correspondingly different vacuums are used.
パラフィンの蒸発は好ましくはゆっ〈プ行なわれる。こ
れは、たとえば、複合体内におけるはげしい沸騰が起き
たシ、ガス圧が高まるを防止する。したがって、少なく
と410分、そして好ましくけ、実質的にパラフィンを
完全に除去するため、10から15分を要する状態が好
ましい。Evaporation of the paraffin is preferably carried out under slow pressure. This prevents the gas pressure from building up, for example in the event of violent boiling within the complex. Accordingly, conditions requiring at least 410 minutes, and preferably 10 to 15 minutes to substantially completely remove paraffin, are preferred.
次に圧縮成形体は液体シリコンで浸透される。The compact is then infiltrated with liquid silicone.
ンブラ、りと炭素繊維へシリコンが浸透し、カーボンブ
ラックや炭素繊維とシリコンとの反応が生ずるのに充分
なシリコン元素が存在していなければならない。過剰な
シリコンが存在してもよい。Sufficient silicon element must be present for the silicon to penetrate into the carbon fibers and to cause a reaction between the carbon black and the carbon fibers and the silicon. Excess silicon may be present.
焼結後、九とえ、少量の自由シリコンが完成された複合
体中に残存していてもそれL有害で紘ない。Even if a small amount of free silicon remains in the finished composite after sintering, it is not harmful.
約14−まで、好ましく社slから12嗟までの過剰シ
リコンは、実質的に完全な反応を保証するため望ましい
亀のである。An excess of silicon of up to about 14 to 12 hours is desirable to ensure a substantially complete reaction.
複合体を形成するため、圧縮成形体を結合する作業は、
実際には一連の段階を含み、それらは実質的に同時に行
われる。これらの段階は、シリコンの溶融、圧縮成形体
中への溶融シリコンの浸透および、完成した複合体中に
β−シリコンカーバイドをつくる丸め、浸透シリコンの
カーボンブラ、りおよび炭素繊維との反応である。The process of joining compression molded bodies to form a composite is
It actually involves a series of steps, which are performed substantially simultaneously. These steps are melting of the silicone, infiltration of the molten silicone into the compact, and reaction of the rolled, infiltrated silicone with carbon bras, glue, and carbon fibers to create β-silicon carbide in the finished composite. .
シリコンと羨素関のこの最後の一連の反応を誘導するた
め、少なくと4約1450’Cの最低温度が必要である
。よ)高い温度を利用することができる。しかしながら
、ダイヤモンド結晶のグラファイト化を防止するため、
最高給1490℃が好ましい。通常、圧練成形体は14
90℃で少なくとも10分、そして好ましくは、145
0−1490℃において少なくとも50分維持されるべ
きである。これは存在するカーボンプラ、りおよび炭素
繊維とが、実質的に浸透シリコンと完全に反応するのを
保証する。したがりて、全作業は、所望に応じて、実質
的に一連の状態で同時に、あるいは、逐次的に段階的に
進行する。To induce this last series of reactions between silicon and silicon, a minimum temperature of at least 4°C is required. y) can take advantage of high temperatures. However, in order to prevent diamond crystals from becoming graphitized,
The maximum temperature is preferably 1490°C. Usually, the pressed compact is 14
at 90° C. for at least 10 minutes, and preferably at 145° C.
It should be maintained at 0-1490°C for at least 50 minutes. This ensures that the carbon plastic and carbon fibers present react substantially completely with the infiltrated silicon. Accordingly, the entire operation may proceed step by step, substantially simultaneously in a sequence, or sequentially, as desired.
本発明の方法は、シリコン浸透あるいは焼結中、圧力の
適用を必要としない。これは、勿論、本方法がこの段階
において、ホウドブレスモールドの必要がないことを意
味する。他の方法、たとえば、米国特許第4.124.
401号に記載されている如き方法においては、該方法
のこの部分に対して、2αOOOpsi以上の圧力に依
存する。The method of the present invention does not require the application of pressure during silicon infiltration or sintering. This, of course, means that there is no need for a hot breath mold at this stage of the method. Other methods, such as U.S. Pat. No. 4.124.
Methods such as those described in No. 401 rely on pressures of 2αOOOOpsi or more for this part of the method.
カーボンブラ、りおよび炭素繊維とシリコンとの反応が
実質的に終ったら、結合された製品複合体は冷却される
。複合体が所望の形状に形成されたならば、それは使用
に供せられる。したがって、通常は、それ社切削工具、
線引抜きダイスあるいは、その性状を%に必要とする他
の従来の物品の形状にされる。Once the reaction of the carbon bra, resin, and carbon fibers with the silicon is substantially complete, the bonded product composite is cooled. Once the composite is formed into the desired shape, it is ready for use. Therefore, it usually has cutting tools,
It is shaped into a wire drawing die or other conventional article as required for its properties.
これらの結合され丸首合体は、一般にそれらの生産工程
を示す層を有している。主として、層は、第2の分散体
(コア)の充填材と、その表面上のダイヤモンド結晶に
よって示される。これらの異なり九層を、β−クリコン
カーバイドの結合母材が結合している。かくして、たと
えば、望ましいことであるが、もし第2の分散体の充填
材がβ−シリコンカーバイドであるならば、その層は実
質的1ca−とβ−のシリコンカーバイドよシなる。ま
九一般に1重量で、約5−から14−のシリコンと、約
02−までの炭素が、反応しない成分として、残留して
存在することがある。シリコン残留物は、複合体全体に
わたって存在してよい。These bonded round-neck bodies generally have layers that indicate their production process. Primarily, the layer is represented by a filler of the second dispersion (core) and diamond crystals on its surface. These nine different layers are bonded together by a bonding matrix of β-cricon carbide. Thus, for example, if the filler of the second dispersion is β-silicon carbide, as is desirable, then the layer is substantially composed of 1ca- and β-silicon carbide. Generally, about 5 to 14 silicon and about 02 to 02 carbon may remain as unreacted components per weight. Silicone residue may be present throughout the composite.
しかしながら、第1の分散体から誘導された残音炭素は
重量でnose以下でなければならない。However, the residual carbon derived from the first dispersion must be less than or equal to nose by weight.
第1の分散体から誘導された第5図の周辺側部表面部分
2#i通常大部分のダイヤモンド結晶と少量のβ−シリ
コンカーバイドよりなる。この層の大きな特徴は、ダイ
ヤモンド結晶の存在であり、好ましくはそれは重量で約
75−から90−の範囲である。The peripheral side surface portion 2#i of FIG. 5 derived from the first dispersion usually consists of mostly diamond crystals and a small amount of β-silicon carbide. A major feature of this layer is the presence of diamond crystals, which preferably range from about 75 to 90 by weight.
本発明の複合体は窒化処理により改善される。The composite of the present invention is improved by nitriding.
この処理において、窒素挿入段階が示され、窒素は真空
炉中に流入し、残留するシリコン元素を窒化シリコンに
転換する。この段階の一例において、窒素が、一時間以
内で、約1fOO1:よシ高い温度で炉中に流入し、非
晶質のS i3 [4をつくって、表面窒化を行、なう
。この段階の前に1炉雰囲気を還元するため、水素、窒
素あるいはその両者で洗浄される。自動閉鎖プロセスが
、追加の窒素がインサートの深部へ貫通するのを防止し
、表面処理のみをもたらす。In this process, a nitrogen insertion step is shown in which nitrogen flows into the vacuum furnace to convert the remaining silicon elements to silicon nitride. In one example of this step, nitrogen is flowed into the furnace at a higher temperature of about 1 fOO1 for less than one hour to form amorphous Si3 [4 and perform surface nitridation. Prior to this step, the furnace atmosphere is flushed with hydrogen, nitrogen, or both to reduce the atmosphere. A self-closing process prevents additional nitrogen from penetrating deep into the insert, providing only a surface treatment.
本発明は単に’ll素ガスの炉内への導入を必要とする
だけで、したがって、簡単で、安価で、容易に自動化で
き、そして実質的に汚染されない。The present invention requires only the introduction of elementary gas into the furnace and is therefore simple, inexpensive, easily automated, and virtually non-contaminating.
さらに、従来の如く、高温および高圧技術全使用せず、
かくして、従来の81914よシも非晶質の81314
をつくる。非晶質の813[4の硬度は従来の81、
a4の硬度よ)も低いけれども、それは、ムt−Ei1
合金等の材料を切削する場合、インサート上へのムj−
81合金の堆積を防止する保護層を作シ、インサートの
表面の密度を増大し、結合相の硬化をもえらし、インサ
ートの曲げ強度を20から40−増大し、耐摩耗性を増
大する。Furthermore, without using high temperature and high pressure technology as in the past,
Thus, the conventional 81914 is also amorphous 81314.
Create. The hardness of amorphous 813 [4 is 81,
Although the hardness of A4 is also low, it is
When cutting materials such as alloys, there is no need to cut the material onto the insert.
81 alloy build-up, increases the density of the surface of the insert, enhances hardening of the binder phase, increases the bending strength of the insert by 20 to 40 degrees, and increases wear resistance.
本願によって形成される複合体は、知られている切削イ
ンサートの如何なる形状を有することもできる。一般に
、これらのインサートは割出し可能な特徴を有している
。すなわち、使用中、それら中心軸に対して回転され、
それらの周辺の切刃は中心軸に対して平行Kfkってい
るが、交叉する。本発明のある好ましい実施例は、これ
らの形状の苔干を含む。たとえば、第6図のインサート
5は、予め定めた距離だけ離なれ九2つの実質的に平行
な平面の表面を有している。これらの表面は、インサ一
トの前表面および後表面を示し、それらの分離距離、そ
の深さは通常α1からα2tymである。The composite formed according to the present application can have any shape of cutting inserts known in the art. Generally, these inserts have indexable features. That is, during use, they are rotated about their central axis;
The cutting edges around them are parallel to the central axis, but intersect with each other. Certain preferred embodiments of the present invention include moss dryers in these shapes. For example, the insert 5 of FIG. 6 has 92 substantially parallel planar surfaces spaced a predetermined distance apart. These surfaces represent the anterior and posterior surfaces of the insert, their separation distance, the depth of which is typically α1 to α2tym.
インサート50周辺は上部および下部表面を各側部は望
ましくは外見上実質的に矩形状をしている)。中立切削
インサートの側部は平面表面に対して垂直な軸線に対し
て平行である。しかしながら、複合体5で示す如く、正
の切削インサートの側部は逃げ角を有している。したが
って、各別々の側部は梯形をしている。The periphery of the insert 50 has upper and lower surfaces (each side of which is preferably substantially rectangular in appearance). The sides of the neutral cutting insert are parallel to an axis perpendicular to the planar surface. However, as shown in composite 5, the sides of the positive cutting insert have clearance angles. Each separate side is therefore trapezoidal.
第6図のインサート5け、リング状に集中しえ硬い結晶
(リム部分)2と硬す結晶が殆ど危い中央部分4を明ら
かに示している。リング構造2の断面は好ましくは三角
形状である。リング構造2はまた上方の硬い結晶の円板
表面を有しておシ、そしてそれは、第7図に示す表面(
超硬結晶の層)6と若干a供して、インサート5の全上
部表面を同じように広く覆っている。この上部表面6の
形成においては、第7図に示す多角形構造7のようK、
とびとびの三角形切刃構造(塊)8を形成して、これら
が中央部!よ)高くなるようにして、2段式効果を得る
ようにできる。この方法によ如、硬い結晶の大部分は、
切削切刃構造において、強度を増強するような配量に集
中している。切刃構造8はまた第7および第6図を示す
ように、インサートから横方向にそして前方に突出し、
第8図においては、たとえば、インサート10は、表面
12.15および14を有する硬い結晶の切刃構造11
を備え、図示のように1横方向、前方および上方へ突出
している。さらに、多角形インサートの切削切刃構造の
工作物に対する実際の関係は、対称的ではないため、す
なわち、切削切刃の1つの側が、他方の側よ)多く工作
物に当てられるため、切刃構造は相補的に形成すること
もできる。The insert 5 in FIG. 6 clearly shows the hard crystals concentrated in a ring shape (rim part) 2 and the central part 4 where most of the hardening crystals are dangerous. The cross section of the ring structure 2 is preferably triangular. The ring structure 2 also has an upper hard crystal disk surface, which has the surface shown in FIG.
A layer (6) of cemented carbide crystal covers the entire upper surface of the insert 5 with a slight spacing as well. In forming this upper surface 6, a polygonal structure 7 shown in FIG.
It forms irregular triangular cutting edge structures (clumps) 8, and these are the central parts! y) can be made higher to obtain a two-stage effect. By this method, most of the hard crystals are
In the cutting edge structure, we are concentrating on dosages that increase strength. The cutting structure 8 also projects laterally and forwardly from the insert, as shown in Figures 7 and 6;
In FIG. 8, for example, the insert 10 has a hard crystal cutting structure 11 having surfaces 12.15 and 14.
and projecting laterally, forwardly and upwardly as shown. Furthermore, the actual relationship of the cutting edge structure of the polygonal insert to the workpiece is not symmetrical, i.e., one side of the cutting edge hits the workpiece more than the other side, so the cutting edge Structures can also be formed complementary.
第9図の多角形インサート15は、工作物へ当てるよう
に一辺を長くし九一般に三角形状の非対称な、硬い結晶
の切削切刃構造16を示している。The polygonal insert 15 of FIG. 9 shows an asymmetric, generally triangular, hard crystal cutting edge structure 16 with long sides for application to a workpiece.
矩形構造も′を大同様にして使用することができる。Rectangular structures can also be used in much the same way.
これらの突出部によって、その後の研磨作業が最小です
む。へこみ24があらかじめ形成されている。These protrusions minimize subsequent polishing operations. A recess 24 is preformed.
前述のように、本発明の方法は、本発明の結晶構造を予
め定めた区域に制限し、分散させ、あるいは集中させる
ために1採用することができる。As mentioned above, the method of the present invention can be employed to confine, disperse, or concentrate the crystalline structure of the present invention to predetermined areas.
高度に濃縮された切刃結晶構造は、事実上、インナート
母材中のインサートとなる。切刃構造と母材間のよりよ
い結合をもたらし、硬い結晶の量を最小に保ち、インサ
ート全体の強靭性を増大するために、第10図のインサ
ート17の断面に示す如く支持結晶層を使用することが
できる。図示の如く、切削切刃構造18は、硬い結晶の
層下部層20によって母材19から離隔され、硬い結晶
の層20の濃度が切刃構造18における硬い結晶の濃度
よシ低い。この層20は、インサート中における応力の
勾配を作シ、図示のように層状とされるか、あるいは、
切刃構造18とは別に、あるいは一部分として連続的に
変化する濃度とすることができる。また、第10図に示
す如く、切刃構造18は、その後の研削作業を最小にす
るため、側部21において、すくい角を備えるように形
成す本発明の圧縮成形l1において、硬い結晶の切刃構
造18と母材部分19とを圧縮成形するのに、異なう九
力を必要とする。これらの圧力は、プレスアンビルを凸
断面にすることKよって等しくすることができる。かく
して、インサートは、結晶切刃構造が最大圧縮力を費け
る時に、インサートの中央部、および、より圧縮可能な
部分22が、さらkよ〕薄い断面に圧縮される。この薄
い断面は、バイトホルダ中にインサートを締めっけるの
を助けるリム状の下部表面23を提供する。The highly concentrated cutting edge crystal structure effectively becomes an insert in the inner matrix. A supporting crystal layer is used as shown in the cross-section of insert 17 in Figure 10 to provide a better bond between the cutting edge structure and the base material, to keep the amount of hard crystals to a minimum and to increase the overall toughness of the insert. can do. As shown, the cutting edge structure 18 is separated from the base material 19 by a lower layer of hard crystals 20, the hard crystal layer 20 having a lower concentration of hard crystals than the concentration of hard crystals in the cutting edge structure 18. This layer 20 creates a stress gradient in the insert and may be layered as shown or
Continuously varying concentrations can be provided separately from or as part of the cutting edge structure 18. In addition, as shown in FIG. 10, the cutting edge structure 18 is formed to have a rake angle on the side portion 21 in order to minimize the subsequent grinding work. Different forces are required to compression mold the blade structure 18 and the base material portion 19. These pressures can be equalized by making the press anvil convex in cross section. The insert is thus compressed to a thinner cross-section in the central and more compressible portion 22 of the insert when the crystal cutting edge structure exerts maximum compressive force. This thin cross-section provides a rim-like lower surface 23 that aids in tightening the insert into the bite holder.
本発明の方法は、2段式領域、リム構造および凹部を形
成するととKよシ、バイトホルダ中における蝕得な保持
構成を提供する。ろう付は工程に対しては、コバルトや
その化合物のような容易にろう付けできる材料が、イン
サートのためのベース層として用量され、インサートが
焼結される際、ろう付けの丸めの金属ベース層になる。The method of the present invention provides an advantageous retention arrangement in a tool holder by forming the two-stage region, rim structure, and recess. For brazing processes, an easily brazed material such as cobalt or its compounds is dosed as a base layer for the insert, and when the insert is sintered, the metal base layer of the brazing round become.
機械式口、り装置に対しては、第9図の凹部24は、イ
ンナート15に結合された銅の如き比較約款い材料のプ
レートすなわちワッシャ25を備えている。プレート2
5の上部表面は、硬い結晶の切刃構造16の上部表面よ
シ高くなシ、インナートへの締めつけ力を受ける働きを
する。インサートが第11図のインサート26の如く、
極めて薄い断面でつくられる場合は、直立する二、プル
28を備える環状プロ、り27を使用することにより、
インサートを保護して取付けられる。インサート26に
は開口2?が設けられ、ニップル28に精密に嵌合して
位置される。同時に硬い金属ワッシャ37がインサート
26および二、プル28の前方縁部上に置かれ、そして
、ねじの如きビン部材が、ワ、クヤを二、プルの前方縁
部へ、そして該プロ、りをバイトホルダへ締め付ける。For mechanical gating devices, the recess 24 of FIG. 9 includes a plate or washer 25 of a comparative material, such as copper, bonded to the inner 15. plate 2
The upper surface of 5 is higher than the upper surface of the hard crystal cutting edge structure 16 and serves to receive the tightening force against the inner. If the insert is like insert 26 in Fig. 11,
When made with a very thin cross-section, by using an annular protrusion 27 with upright two-pulls 28,
Can be installed with insert protected. Opening 2 in insert 26? is provided and positioned in a precise fit over the nipple 28. At the same time, a hard metal washer 37 is placed on the insert 26 and the front edge of the pull 28, and a pin member such as a screw is inserted into the front edge of the pull. Tighten it to the tool holder.
このようKして、過剰な応力は、インサートよりもむし
ろニップルおよびプロ、りにより負担される。In this way, excess stress is borne by the nipple and prosthesis rather than the insert.
応力が過剰な場合は、第12図の構造が使用される。第
12図において、インサート30は、たとえば第8およ
び第9図に示すものであって、硬い金属のショックアブ
ゾーバブロ、り51を備えている。このブロックはイン
サートよシも小さく、その周辺部はすべての切削切刃構
造上に置かれる。このプロ、り上べのクランプ力はすべ
てのインサートへ応力を分散する。If the stress is excessive, the structure of FIG. 12 is used. In FIG. 12, the insert 30 is, for example, as shown in FIGS. 8 and 9, and includes a hard metal shock absorber blower 51. This block is also smaller than the insert and its periphery rests on all cutting edge structures. The clamping force of this professional mounting plate distributes stress to all inserts.
本方法に基く層概念の丸め、各種の他の形状、たとえば
、切削切刃がいずれかの表面上に配量され丸環状インサ
ート、および内部切削切刃を有する引抜きダイスをつく
ることができる。Rounding of the layer concept based on this method, various other shapes can be made, for example, a cutting die is dispensed on either surface, a round annular insert, and a drawing die with an internal cutting edge.
インサートの締め付けおよび一般的寸法安定性に関して
、第13図に例示したインサートが使用される。第13
図において、インサート32は、構造的および寸法的安
定性をもたらすため、予め圧縮された中央母材33を備
えている。その後は、超硬結晶の層あるいは包囲体は、
結晶材料の圧縮成形だけである。複合体はついで通常の
方法で焼結される。金属層35はインサートをベースシ
中へ結合するのに役立つ。Regarding the tightening and general dimensional stability of the insert, the insert illustrated in FIG. 13 is used. 13th
In the figure, the insert 32 includes a pre-compressed central matrix 33 to provide structural and dimensional stability. Thereafter, the layer or enclosure of carbide crystals is
It is only compression molding of crystalline materials. The composite is then sintered in a conventional manner. Metal layer 35 serves to bond the insert into the base.
第1図は本発明の方法の70−チャートで:第2〜6図
は本発明の好ましい方法、および方法中で有益に使用さ
れる特定な装置の逐次的説明図で:
第7図は幾何学的に持ち上がった隅部を有する、超硬結
晶の配置を有する複合体インサートを示し:
第8図は超硬隅部が複合体から複数の方向に電在する複
合体インサートを示し:
第9図はクランプ板を保持するため、へこんだ上部表面
を有する複合体を示し:
第10図は勾配層を有する三角断面切刃を備える円形複
合体を示し;
第11図は複合体に対にするクランプワッシャを示し;
第12図は複合体のクランプ装置における応力分散装置
を示し;そして
第13図は超硬結晶の包囲構造を有する薄い複合体を示
す。
1・・・インサート材料、2・・・還状部、3・・・プ
ロ、クプランジャ、4・−・残シの圧縮成形体、5・・
・インサート、6・・・上部表面、7・・・多角形構造
、8・・・切刃構造、!・・・中央部、10・・・イン
サート、11・・・切刃構造、12. 15 e14・
・・表面、15・・・多角形インサート、14・・・硬
い結晶の切刃構造、17・・・インす一ト、18・・・
切刃構造、19・・・母材、20・・・硬い結晶の層、
21・・・側部、22・・・圧縮可能な部分、25・・
・プレート、27・・・還状ブロック、2B・φ・二、
フル、33・・・母材、B・・・ヘースC・・・腔部、
P・・・プランジャ、M・・パモールト0゜特許出願人
ゼネラル・エレクトリック・カンパ二イ代私 (763
0)生沼確二
第2図
第3図 第4図
第5図 第6図
第7図
第8図
第11図
第12図
9
第13図FIG. 1 is a 70-chart of the method of the invention; FIGS. 2-6 are sequential illustrations of the preferred method of the invention and specific equipment advantageously used in the method; FIG. 7 is a geometric Figure 8 shows a composite insert having a carbide crystal arrangement with mechanically raised corners; Figure 8 shows a composite insert with carbide corners galvanized in multiple directions from the composite; Figure 9 The figures show a composite with a recessed upper surface for holding the clamping plate: Figure 10 shows a circular composite with a triangular cross-section cutting edge with a gradient layer; Figure 11 shows a composite with a mating A clamp washer is shown; FIG. 12 shows a stress dispersion device in a composite clamping device; and FIG. 13 shows a thin composite with an enclosed structure of cemented carbide crystals. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Insert material, 2... Circular part, 3... Pro, Kuplunga, 4... Compression molded body of remainder, 5...
・Insert, 6... Upper surface, 7... Polygonal structure, 8... Cutting edge structure,! ... Central portion, 10... Insert, 11... Cutting blade structure, 12. 15 e14・
...Surface, 15...Polygonal insert, 14...Hard crystal cutting edge structure, 17...Insert, 18...
Cutting blade structure, 19... Base material, 20... Hard crystal layer,
21... Side part, 22... Compressible part, 25...
・Plate, 27... Circular block, 2B・φ・2,
Full, 33... Base material, B... Heath C... Cavity,
P...Plunger, M...Pamault 0゜Patent applicant General Electric Company representative me (763
0) Kakuji Ikunuma Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 11 Figure 12 Figure 9 Figure 13
Claims (9)
法において、次の各段階からなる方法。 (a)ハラフィン中に超硬結晶およびカーボンプラ、り
の第1の分散体を形成するとと:(b)ハラフィン中に
炭素繊維、カーボンプラ、りおよび充填材の第2の分散
体を形成するとと;(C) 物理的に安定した中間圧
縮成形体をつくるため、該分散体の1つを圧縮成形する
とと:((1) 二連の圧縮成形体をつくる丸め、該
中間圧縮成形体を残シの分散体と再圧縮成形すること;
(a) 実質的に骸パラフィンの全部を蒸発させるの
に充分な温度において、該二連の圧縮成形体を真空中に
一定期間曾くこと; (f) 液体シリコンを紋二連の圧縮成形体に浸透さ
せること: (g)蚊複合体を結合するβ−シリコンカーバイドの結
合剤をつくる丸めに充分表条件の下で、浸透シリコンを
含有している二連の圧縮成形体を焼結すること;そして Ch) 該二連の圧縮成形体を窒化処理にかけて、シ
リコン元素を窒化シリコンに転換させること。(1) A method for making a combined nine-composite cutting element, comprising the following steps: (a) Forming a first dispersion of carbide crystals and carbon plastic in the halafin; (b) Forming a second dispersion of carbon fibers, carbon plastic, glue and filler in the halafin. (C) One of the dispersions is compression-molded to produce a physically stable intermediate compression-molded body; ((1) Rolling to create two series of compression-molded bodies; recompression molding with a dispersion of residue;
(a) placing the double compression molded bodies in a vacuum for a period of time at a temperature sufficient to evaporate substantially all of the carcass paraffin; (f) placing the liquid silicone in the double compression molded bodies; (g) Sintering the two compression compacts containing the infiltrated silicon under conditions sufficient to create a β-silicon carbide binder that binds the mosquito complex. ; and Ch) subjecting the two compression molded bodies to a nitriding treatment to convert the silicon element into silicon nitride.
許請求の範囲第1項に記載の方法。(2) The method according to claim 1, wherein nitrogen is introduced in the form of gas during sintering.
集中し九多数O塊が該層から突出しているインサート。(3) An insert comprising a layer of K carbide crystals on both upper surfaces, in which the carbide crystals are concentrated and a 9-majority O lump protrudes from the layer.
)、該リム部の厚さがインサートの厚さよ〉薄くなって
いる特許請求の範囲第3項に記載のインサート。(4) The insert according to claim 3, wherein the cemented carbide crystals are concentrated in a circumferential rim portion in the central portion, and the thickness of the rim portion is thinner than the thickness of the insert.
いる特許請求の範囲第3項に記載のインサート。(5) The insert according to claim 3, wherein the carbide crystals are concentrated in several cutting edge structures.
下部層を備えている特許請求の範囲第3項に記載0イン
サート。6. The insert of claim 3, wherein the cutting edge structure comprises a lower layer in which the crystals are relatively dispersed.
求の範囲第5項に記載のインサート。(7) The insert according to claim 5, wherein the cutting edge structure protrudes from the insert.
よび上方向である特許請求の範囲第5項に記載のインサ
ート。(8) The insert according to claim 5, wherein the cutting edge structure protrudes laterally, forwardly and upwardly from the base material.
たはその両者に予め形成される凹部を備えている特許請
求の範囲第5項に記載のインサート。(9) The insert according to claim 5, wherein the shell insert has a recess formed in advance on the top surface or the bottom surface or both.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US331374 | 1981-12-16 | ||
US331381 | 1981-12-16 | ||
US34334482A | 1982-01-27 | 1982-01-27 | |
US343344 | 1982-01-27 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58130174A true JPS58130174A (en) | 1983-08-03 |
Family
ID=23345738
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57219387A Pending JPS58130174A (en) | 1981-12-16 | 1982-12-16 | Nitrogenated superhard composite body material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58130174A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08309612A (en) * | 1995-05-12 | 1996-11-26 | Kennametal Inc | Milling cutter and measure of milling |
-
1982
- 1982-12-16 JP JP57219387A patent/JPS58130174A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08309612A (en) * | 1995-05-12 | 1996-11-26 | Kennametal Inc | Milling cutter and measure of milling |
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