接合體制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的接合體具有作為第一被接合材料（1）的硬質(zhì)合金燒結(jié)體和作為第二被接合材料（2）的cBN燒結(jié)體。該結(jié)合體的特征在于：所述第一被接合材料（1）和所述第二被接合材料（2）由接合材料（3）接合在一起，其中該接合材料（3）設(shè)置在所述第一被接合材料（1）和所述第二被接合材料（2）之間并且含有鈦（Ti）；并且在所述第二被接合材料（2）和所述接合材料（3）之間的界面處形成厚度為10nm-300nm的氮化鈦（TiN）化合物層。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及接合體，尤其涉及適用于切削工具的接合體。
技術(shù)介紹
傳統(tǒng)上，已經(jīng)制造出尖端具有高硬度材料的切削工具，該高硬度材料經(jīng)釬焊接合到其尖端上，這種切削工具的代表為立方氮化硼(cBN)切削工具，已將這種切削工具用于切削特殊鋼和其他各種類(lèi)型的切削加工。具體而言，例如，已經(jīng)制造并出售了具有硬質(zhì)合金和cBN的工具，其中該硬質(zhì)合金和cBN經(jīng)釬焊而接合在一起(例如，Sumitomo Electric Hardmetal株式會(huì)社發(fā)布的IGETALL0Y 切削工具(’ 07」08 總目錄)，2006 年 10 月，第 L4 頁(yè)，Coated SUMIB0R0N Series(非專(zhuān)利文獻(xiàn)I))。或者，已經(jīng)提出了通過(guò)釬焊將TCD(燒結(jié)金剛石)或cBN與陶瓷、金屬陶瓷或硬質(zhì)合金接合起來(lái)而形成的接合體(例如，特開(kāi)2002-036008號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)I)和特許3549424號(hào)公報(bào)(特開(kāi)平11-320218號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)2)))。此外，也已經(jīng)提出了通過(guò)采用Cu釬料進(jìn)行釬 焊以將硬質(zhì)合金或金屬陶瓷與高速鋼等接合而形成的切削工具(例如，特開(kāi)平11-294058號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)3))。尤其是近年來(lái)，將硬質(zhì)合金與cBN接合在一起的切削工具特別引起關(guān)注。引用列表專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2002-036008號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本專(zhuān)利N0.3549424 (特開(kāi)平11-320218號(hào)公報(bào))專(zhuān)利文獻(xiàn)3:特開(kāi)平11-294058號(hào)公報(bào)非專(zhuān)利文獻(xiàn)非專(zhuān)利文獻(xiàn)1:Sumitomo Electric Hardmetal株式會(huì)社發(fā)布的IGETALL0Y切削工具(’ 07- 08 總目錄)，2006 年 10 月，第 L4 頁(yè)，Coated SUMIB0R0N Series
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
技術(shù)問(wèn)題然而，不能認(rèn)為通過(guò)上述常規(guī)方法得到的接合體具有足夠大的接合強(qiáng)度，人們需要一種具有更大接合強(qiáng)度的接合體，特別是硬質(zhì)合金與cBN牢固接合在一起的接合體。解決問(wèn)題的方案為了解決上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)人進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)和深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通常當(dāng)接合材料中含有用于硬質(zhì)合金燒結(jié)體和cBN燒結(jié)體的結(jié)合相組分的Ti時(shí)，則在接合時(shí)，Ti作為一種化學(xué)元素?cái)U(kuò)散到所述硬質(zhì)合金燒結(jié)體和cBN燒結(jié)體中，并且所述燒結(jié)體牢固地接合在一起，即可以得到接合強(qiáng)度高的接合體。此外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在這種接合中，在接合材料與cBN燒結(jié)體之間的界面處生成了 Ti與cBN燒結(jié)體的氮組分的反應(yīng)產(chǎn)物、或TiN化合物層，并且該TiN化合物層的厚度與接合強(qiáng)度有關(guān)。更具體而言，加熱時(shí)間更長(zhǎng)和含有更大量的Ti會(huì)增加TiN化合物層的厚度，因此在TiN化合物層對(duì)于cBN燒結(jié)體的優(yōu)異潤(rùn)濕性的協(xié)同作用下，提供了更高的接合強(qiáng)度。然而，當(dāng)TiN化合物層超過(guò)一定厚度時(shí)，TiN化合物層的脆性將對(duì)接合強(qiáng)度具有較大的影響，并且如果形成的TiN化合物層過(guò)厚，更具體而言，如果形成厚度超過(guò)300納米(nm)的TiN化合物層，則TiN化合物層容易斷裂并且不能提供大的接合強(qiáng)度。IOOnm以下是更加優(yōu)選的，因?yàn)樵摵穸扔兄谔峁┐蟮慕雍蠌?qiáng)度。此外，所述TiN化合物可以是粒狀晶體、柱狀晶體、^巨晶態(tài)或任何結(jié)晶狀態(tài)。相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)行加熱的時(shí)間短或Ti的引入量較小并因此使TiN化合物層厚度過(guò)小時(shí)，更具體而言，當(dāng)形成的TiN化合物層小于IOnm時(shí)，Ti作為化學(xué)元素向待接合材料中的擴(kuò)散并不充分，并且不能在整個(gè)接合面上形成TiN化合物層，因而傾向于在較小的面積上形成TiN化合物層，因此不能提供大的接合強(qiáng)度。需要注意的是，TiN化合物層可含有少量除Ti和N以外的其他組分。這樣的組分可包括構(gòu)成cBN和硬質(zhì)合金的化學(xué)元素以及構(gòu)成接合材料的化學(xué)元素。本專(zhuān)利技術(shù)立足于上述發(fā)現(xiàn)，并且本專(zhuān)利技術(shù)為這樣一種結(jié)合體，其具有作為第一被接合材料的硬質(zhì)合金燒結(jié)體和作為第二被接合材料的cBN燒結(jié)體，其中:所述第一被接合材料和所述第二被接合材料由接合材料接合在一起，其中該接合材料設(shè)置在所述第一被接合材料和所述第二被接合材料之間 并且含有鈦(Ti);并且在所述第二被接合材料和所述接合材料之間的界面處形成厚度為10nm-300nm的氮化鈦(TiN)化合物層。本專(zhuān)利技術(shù)可以提供如上所述在硬質(zhì)合金燒結(jié)體與cBN燒結(jié)體之間具有高接合強(qiáng)度的接合體，因此可以提供具有高接合強(qiáng)度的切削工具等。如上所述，本專(zhuān)利技術(shù)所設(shè)置的氮化鈦(TiN)化合物層還含有這樣的化合物，該化合物含有少量的除Ti和N以外的其他化學(xué)元素，這些其他化學(xué)元素的含量范圍落在不會(huì)偏離本專(zhuān)利技術(shù)主旨的范圍內(nèi)。在通過(guò)加熱進(jìn)行接合時(shí)，cBN燒結(jié)體不耐熱并可在高溫下分解，因此cBN燒結(jié)體會(huì)在短時(shí)間內(nèi)熱分解。因此，優(yōu)選的是進(jìn)行短時(shí)間加熱。具體優(yōu)選的加熱方式是通電時(shí)間為一分鐘以?xún)?nèi)的電阻加熱，更優(yōu)選30秒以?xún)?nèi)，在這種情況下，第一被接合材料或硬質(zhì)合金燒結(jié)體的溫度優(yōu)選為大約1000°c -1300°c。優(yōu)選熔點(diǎn)等于或低于1000°C的接合材料，這是因?yàn)檫@種接合材料可以防止cBN燒結(jié)體質(zhì)量劣化，并且還便于將TiN化合物層的厚度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。如果接合材料的熔點(diǎn)等于或高于1000°C，則獲得規(guī)定厚度的TiN化合物層需要更長(zhǎng)的加熱時(shí)間或更高的加熱溫度。然而，更長(zhǎng)時(shí)間的加熱容易引起cBN質(zhì)量的劣化，并且在更高溫度下加熱可能會(huì)導(dǎo)致TiN化合物層的厚度過(guò)大以及硬質(zhì)合金燒結(jié)體變形等等。優(yōu)選在加熱的同時(shí)，沿縱向和橫向兩個(gè)方向進(jìn)行壓制。通過(guò)沿縱向和橫向兩個(gè)方向進(jìn)行壓制，cBN燒結(jié)體可以在相對(duì)于硬質(zhì)合金基材的固定位置處接合，因此可以準(zhǔn)確定位。與沿單方向進(jìn)行壓制相比，這讓接合之后的磨削加工量減少，此外，將cBN燒結(jié)體的位移量和磨削量設(shè)計(jì)為最小需要量，這使得所使用的cBN燒結(jié)體的尺寸更小，并使昂貴的cBN燒結(jié)體的使用量減少。此外，優(yōu)選在受控負(fù)荷下，沿縱向和橫向進(jìn)行壓制，這是因?yàn)檫@樣有助于將底面和背面處的接合層厚度控制為規(guī)定的厚度比。此外，不僅僅取決于潤(rùn)濕性，還可以增加待接合材料和接合材料間的接觸面積，因此，可以在短時(shí)間內(nèi)增加它們彼此接觸的面積，這是優(yōu)選的。未沿橫向進(jìn)行壓制或壓制不當(dāng)將主要在背面處不利地形成間隙，而寬度等于或大于0.5mm的間隙尤其會(huì)造成接合強(qiáng)度降低。此外，即使沒(méi)有形成間隙，沒(méi)有進(jìn)行壓制也會(huì)造成易于在接合層中留下氣泡，并且不能預(yù)期活性化學(xué)元素通過(guò)壓制而擴(kuò)散。此外，如果加熱時(shí)間短，則潤(rùn)濕性不足會(huì)阻止接合材料在待接合材料之間充分播散，結(jié)果這些材料的接合面積趨于降低，導(dǎo)致接合強(qiáng)度降低。此外，當(dāng)在硬質(zhì)合金基材上施加過(guò)小的壓制負(fù)荷并同時(shí)進(jìn)行電阻加熱時(shí)，會(huì)導(dǎo)致硬質(zhì)合金燒結(jié)體與電極之間的接觸電阻增加，并且可能會(huì)發(fā)生電流不通或者放電等類(lèi)似問(wèn)題。當(dāng)進(jìn)行電阻加熱時(shí)，優(yōu)選施加0.lMPa-200MPa的壓力。對(duì)于通過(guò)將包含鈷(Co)等金屬結(jié)合劑的cBN燒結(jié)體和/或具有超過(guò)70%的高cBN含量的cBN的燒結(jié)體作為待接合材料接合到硬質(zhì)合金上而得到的工具，其具有下述問(wèn)題:當(dāng)在1000°C以上經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的加熱而進(jìn)行接合時(shí)，cBN燒結(jié)體會(huì)開(kāi)裂，這導(dǎo)致難以獲得令人滿(mǎn)意的接合。據(jù)認(rèn)為，這可能是因?yàn)閏BN與金屬結(jié)合劑之間的熱膨脹系數(shù)存在顯著差異，因而當(dāng)它們被加熱至1000°c以上時(shí)，金屬結(jié)合劑的體積膨脹大，因而CBN燒結(jié)體開(kāi)裂；或者若cBN燒結(jié)體具有超過(guò)70%的cBN含量，則其與作為基材的硬質(zhì)合金之間的熱膨脹系數(shù)差本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：石田友幸，森口秀樹(shù)，中島猛，久木野曉，萬(wàn)木伸一郎，榎并晃宏，岡村克己，松田裕介，佐野浩司，小林慶三，尾崎公洋，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：住友電氣工業(yè)株式會(huì)社，住友電工硬質(zhì)合金株式會(huì)社，獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所，
類(lèi)型：
國(guó)別省市：