專利名稱：接合體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接合體，尤其涉及適用于切削工具的接合體。
背景技術(shù)：
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(非專利文獻(xiàn)I))?；蛘?，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2002-036008號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)和特許3549424號(hào)公報(bào)(特開平11-320218號(hào)公報(bào)(專利文獻(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，特開平11-294058號(hào)公報(bào)(專利文獻(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。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:特開2002-036008號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本專利N0.3549424 (特開平11-320218號(hào)公報(bào))專利文獻(xiàn)3:特開平11-294058號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(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

發(fā)明內(nèi)容
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，本發(fā)明人進(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。本發(fā)明立足于上述發(fā)現(xiàn)，并且本發(fā)明為這樣一種結(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。本發(fā)明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，本發(fā)明所設(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)偏離本發(fā)明主旨的范圍內(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)間為一分鐘以內(nèi)的電阻加熱，更優(yōu)選30秒以內(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)開裂，這導(dǎo)致難以獲得令人滿意的接合。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)差異較大，因而在它們接合后的冷卻期間，cBN燒結(jié)體會(huì)開裂。此外，這還可能是因?yàn)閏BN燒結(jié)體中的金屬結(jié)合劑在1000°C以上形成為液相，從而使cBN燒結(jié)體開裂。為了防止cBN燒結(jié)體的這種質(zhì)量劣化，優(yōu)選設(shè)計(jì)好cBN燒結(jié)體和接合材料的布置方式以及通電方法，使得在電阻加熱期間，硬質(zhì)合金燒結(jié)體比cBN燒結(jié)體更優(yōu)先發(fā)熱。具體而言，這包括(例如)對(duì)于接觸cBN燒結(jié)體的電極和接觸硬質(zhì)合金燒結(jié)體的電極使用不同的材料。由不同材料形成的`電極分別使不同量的電流通過(guò)所述燒結(jié)體，以控制各燒結(jié)體的發(fā)熱。另外，可對(duì)硬質(zhì)合金燒結(jié)體進(jìn)行比cBN燒結(jié)體更集中的電阻加熱來(lái)間接加熱cBN燒結(jié)體。通過(guò)如此設(shè)定通電路徑，硬質(zhì)合金燒結(jié)體可以比cBN燒結(jié)體更優(yōu)先被加熱，這是優(yōu)選的。雖然不再在超出需要的高溫下對(duì)cBN燒結(jié)體進(jìn)行加熱，但可以在高溫下對(duì)接合材料的附近進(jìn)行短時(shí)間加熱，由此形成牢固的接合，此外，可以充分利用cBN燒結(jié)體的高硬度等特性，而不會(huì)導(dǎo)致cBN燒結(jié)體的熱降解、分解和開裂等品質(zhì)劣化。此外，在本發(fā)明中，接合材料優(yōu)選含有選自鋯(Zr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銀(Ag)和銅(Cu)中的一種或兩種以上。在本發(fā)明中，當(dāng)接合材料如上所述由含有Ti的合金形成時(shí)，可以得到接合強(qiáng)度更高的接合體，另外，通常用作硬質(zhì)合金燒結(jié)體和cBN燒結(jié)體的結(jié)合相組分的Co和Ni，或者Ag、Cu和Zr表現(xiàn)出對(duì)于cBN燒結(jié)體的優(yōu)異潤(rùn)濕性。這種接合材料可以包含(例如)Ag-Ti合金、Cu-Ti合金、N1-Ti合金、Co-Ti合金、及其固溶體，例如Cu-T1-Zr合金、Ag-Cu-Ti合金、Cu-N1-Ti合金和Cu-N1-Zr-Ti合金等,還有(例如)它們的金屬間化合物等。需要注意的是，還可包含少量在硬質(zhì)合金基材或cBN中所含有的其他組分，例如W、Cr、Ta或Nb等等。例如,可包含Cu-Cr-Al-Ti合金等。金屬間化合物可以在最初就包含在接合材料中。另外，構(gòu)成金屬間化合物的化學(xué)元素可以以不同的狀態(tài)包含在接合材料中，并且所述金屬間化合物可以在接合之后通過(guò)反應(yīng)而形成。當(dāng)通過(guò)反應(yīng)而形成金屬間化合物時(shí)，反應(yīng)熱可以被用于進(jìn)行接合，因此，通過(guò)反應(yīng)來(lái)形成金屬間化合物對(duì)于接合更加有效。此外，在本發(fā)明中優(yōu)選的是，當(dāng)接合材料由鈦(Ti)、鋯(Zr)、銅(Cu)和鎳(Ni)構(gòu)成，以X體積％表示T1、Zr和Cu的含有比率，并且以(100-X)體積％表示Ni的含有比率，接合材料含有(0.1-0.4)X體積％的T1、(0.1-0.4)X體積％的Zr以及(0.3-0.7)x體積％的Cu。如上所述，Ni被用作硬質(zhì)合金燒結(jié)體和cBN燒結(jié)體的結(jié)合相組分，Cu和Zr表現(xiàn)出對(duì)于cBN燒結(jié)體的優(yōu)異潤(rùn)濕性，使用含有這些材料的接合材料可以提供接合強(qiáng)度更高的接合體。本發(fā)明人進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)接合材料中T1、Zr和Cu的總含有比率表示為x體積％，并且Ni的含有比率表示為(100-x)體積％，并且接合材料含有如上所示比率的Cu、Zr和Ti時(shí)，有助于使該接合材料具有令人滿意的熔點(diǎn)和令人滿意的潤(rùn)濕性，并使得接合更強(qiáng)。需要注意的是，在以上描述中，例如，表達(dá)式“(0.1-0.4) X體積％”表示含有比率(體積％)在0.1x至0.4x的范圍內(nèi)。
此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選接合材料中鎳(Ni)的含有比率等于或小于70體積％。如上所述，含有Ni的接合材料使接合體具有更高的接合強(qiáng)度，其中Ni被用作硬質(zhì)合金燒結(jié)體和cBN燒結(jié)體的結(jié)合相組分。然而，當(dāng)接合材料中Ni的含有比率超過(guò)70體積％時(shí)，則接合材料中Ti的含量將相對(duì)減少，從而將難以獲得具有如上所述的適當(dāng)厚度的TiN化合物層，因而是不優(yōu)選的。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選在第二被接合材料的底面和第二被接合材料的背面處使第二被接合材料與第一被接合材料接合，并且背面處的接合層厚度大于底面處接合層的厚度。在切削、特別是間歇性切削中，當(dāng)切削工具接觸工件時(shí)，該工具的切削刃受到?jīng)_擊，作為相對(duì)較軟的層的接合材料有效地緩解了這種沖擊。然而，接合材料中靠近底面的一側(cè)容易在由切割產(chǎn)生的負(fù)荷和熱的作用下而導(dǎo)致塑性變形，從而使耐崩裂性降低且加工精度降低。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，沿縱向和橫向適當(dāng)進(jìn)行壓制可使底面處的接合層厚度小于背面處的接合層厚度，從而提供了在保持加工精度的同時(shí)還具有高耐崩裂性的接合體。通常，第一被接合材料或硬質(zhì)合金燒結(jié)體通過(guò)加壓成形而形成，因此，它在與第二被接合材料的背面相對(duì)的表面上具有傾斜的脫模角度。因此，將第一被接合材料與第二被接合材料匹配在一起時(shí)，傾向于在背面處產(chǎn)生間隙，并且如果接合材料(或嵌入材料)只是遍布于底面的話，則將產(chǎn)生空隙(或間隙)，并且可能得不到充分的接合。因此，優(yōu)選的是，所述接合材料也用于接合背面。本發(fā)明提供了背面處厚度大于底面處厚度的接合層。這有助于減少空隙(或間隙)，因此得到充分的接合強(qiáng)度。此外，在本發(fā)明中，當(dāng)背面處的接合層的厚度表示為a并且底面處的接合層的厚度表示為b時(shí)，b為I μ m-50 μ m且滿足l〈a/b〈20。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn),靠近底面的接合層厚度為I μ m-50 μ m、更優(yōu)選為I μ m_20 μ m
(此厚度小于一般的真空釬焊接合體的厚度)的上述接合體不易于發(fā)生塑性變形，并且易于保持高加工精度。此外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，將背面處的接合層的厚度a與底面處的接合層的厚度b的比值(即a/b)控制在規(guī)定范圍內(nèi)可使得所生成的接合體保持高加工精度并且還具有優(yōu)異的耐崩裂性。更具體而言，如果底面處的接合層的厚度過(guò)大，則它在切削測(cè)試期間易于發(fā)生塑性變形。此外，如果a/b過(guò)小，S卩如果背面處的接合層的厚度相比于底面處的接合層厚度過(guò)小，則接合層無(wú)法從內(nèi)部緩和沖擊，并且難以得到有效改善的耐崩裂性。相反，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果a/b過(guò)大，即如果背面處的接合層的厚度相比于底面處的接合層的厚度過(guò)大，那么即使外表上看來(lái)好像沒(méi)有間隙，但接合層內(nèi)部有間隙的可能性增加，從而導(dǎo)致接合強(qiáng)度降低。優(yōu)選l〈a/b〈20，更優(yōu)選2〈a/b〈15。此時(shí)，優(yōu)選背面處的接合層的厚度為5 μ m_200 μ m，更優(yōu)選為5 μ m-100 μ m,這是因?yàn)檫@使得接合層不易于具有內(nèi)部間隙。關(guān)于本發(fā)明所進(jìn)行的對(duì)于背面處和底面處的接合層厚度的控制，常規(guī)釬焊方法是難以做到的。如上所述，在本發(fā)明中，可以提供這樣一種工具，其能夠以高接合強(qiáng)度充分利用cBN燒結(jié)體的高硬度等性能，同時(shí)不會(huì)引起作為高壓穩(wěn)定型材料的cBN燒結(jié)體的品質(zhì)劣化(熱降解、分解、開裂等)。特別是，因?yàn)楸景l(fā)明的工具適宜用作耐磨工具、采礦及土木工程工具和切削工具等工具，因此本發(fā)明工具是優(yōu)選的。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明可以提供一種接合體，該接合體的接合強(qiáng)度高于常規(guī)方法得到的接合強(qiáng)度，并可提供高接合強(qiáng)度的切削工具等。


圖1 (a)和I (b)分別是本發(fā)明實(shí)施方式中接合體的示意性側(cè)視圖和平面圖。圖2是示出通過(guò)電阻加熱和壓制而進(jìn)行接合時(shí)的一種通電方式的概念圖。

圖3是示出溫度測(cè)量的側(cè)視圖。圖4是示出強(qiáng)度測(cè)量的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。1.接合體的構(gòu)成圖1 (a)和I (b)分別是本發(fā)明實(shí)施方式中接合體的示意性側(cè)視圖和平面圖。圖1中，接合體包括由硬質(zhì)合金燒結(jié)體形成的第一被接合材料1、由cBN燒結(jié)體形成的第二被接合材料2、以及設(shè)置在第一被接合材料I和第二被接合材料2之間并含有Ti的接合材料3，并且在第二被接合材料2和接合材料3之間的界面處形成有厚度為10nm-300nm的TiN化合物層(未不出)。通過(guò)電阻加熱和壓制進(jìn)行接合的方法首先，參考圖2對(duì)通過(guò)電阻加熱和壓制進(jìn)行接合的方法進(jìn)行說(shuō)明。圖2是示出通過(guò)電阻加熱和壓制進(jìn)行接合時(shí)的一種通電方式的概念圖。圖2包括電極34、分割電極35和由氧化鋁等形成的水平壓制材料36。在圖2中，分割電極35與第二被接合材料2接觸，電極34與第一被接合材料I接觸。通過(guò)對(duì)電極34和分割電極35使用不同的材料，可以改變它們的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。另夕卜，可以分別向第一被接合料材I和第二被接合材料2施加不同的電流，并且可以大幅改變所述材料的溫度。這使得第一被接合材料I比第二被接合材料2更優(yōu)先發(fā)熱，并且可以防止不耐熱且可在短時(shí)間內(nèi)熱降解的第二被接合材料2 (或cBN燒結(jié)體)發(fā)生熱降解。此外，通過(guò)獨(dú)立地對(duì)各個(gè)電極進(jìn)行壓制，可以高精度地控制施加于第一被接合材料I和施加于第二被接合材料2的壓力。因此，通過(guò)水平壓制材料36沿橫方在第二被接合材料2上施加壓制負(fù)荷，并在該壓制負(fù)荷下以最佳平衡的方式進(jìn)行壓制，從而使第一被接合材料I具有最佳接觸電阻，這使得接合材料3 (或接合層)具有最佳厚度。通電條件通電條件根據(jù)所使用的第一被接合材料1、第二被接合材料2和接合材料3的材料等來(lái)恰當(dāng)?shù)貨Q定。優(yōu)選的是，進(jìn)行通電的時(shí)間在一分鐘以內(nèi)，特別是在大約30秒以內(nèi)，以避免導(dǎo)致第一被接合材料I和第二被接合材料2的材料變形或熔融、以及接合材料3附近部分以外的其他部分中的顆粒粗大化。接合材料的形式/方式作為用于通過(guò)電阻加熱和壓制進(jìn)行接合的接合材料3的形式/方式，可以采用通過(guò)鍍覆法或物理氣相沉積法對(duì)第一被接合材料I和/或第二被接合材料2的表面進(jìn)行涂覆的方法，以及將粉末狀、箔狀或糊狀的接合材料涂布到第一被接合材料I和/或第二被接合材料2的表面上的方法。對(duì)于接合強(qiáng)度的穩(wěn)定而言，尤其優(yōu)選通過(guò)鍍覆法或物理氣相沉積法對(duì)第一被接合材料I和第二被接合材料2進(jìn)行涂覆的方法，這是因?yàn)樗龇椒ㄔ谟媒雍喜牧?涂覆被接合材料I和2之后便于被接合材料I和2的操作，因此在接合步驟的自動(dòng)化中是有利的，并且還便于控制涂覆膜的厚度。壓制 電阻加熱和壓制可使接合材料3發(fā)生變形，增強(qiáng)了接合材料3與待接合材料I和2之間的粘著性，并促進(jìn)了化學(xué)元素的擴(kuò)散。因此，可以顯著提高接合強(qiáng)度。特別是，當(dāng)將本發(fā)明的接合體應(yīng)用于切削工具(例如切削刀片)時(shí)，作為基材的第一被接合材料I和第二被接合材料2的接合面指向垂直方向和水平方向兩個(gè)方向，并且有必要在這兩個(gè)方向上牢固地接合第一被接合材料I和第二被接合材料2。在這種情況下，如上所述，優(yōu)選沿這兩個(gè)方向進(jìn)行壓制。壓制負(fù)荷過(guò)小是不適宜的，因?yàn)檫@種壓制負(fù)荷會(huì)造成電極與被第一、第二被接合材料I和2之間的接觸電阻增加，并且電流不能流過(guò)或者會(huì)發(fā)生放電。壓制負(fù)荷過(guò)大也是不適宜的，因?yàn)檫@種壓制負(fù)荷會(huì)引起硬質(zhì)合金燒結(jié)體的變形。在本發(fā)明的情況下，對(duì)于被接合材料I而言，0.1MPa至200MPa的壓制負(fù)荷是適宜的，然而，對(duì)于待接合材料2而言，0.01MPa-50MPa 是適宜的。氣氛第一被接合材料1、第二被接合材料2和接合材料3均包含金屬，因此優(yōu)選在真空、惰性氣體或還原性氣氛中將這些材料接合在一起。雖然對(duì)真空度沒(méi)有特別限制，但期望真空度高于13.3Pa (0.1托)。惰性氣體可以包括氬氣、氦氣、氮?dú)饣蜻@些氣體的混合物。還原性氣氛可以包括其中小比例氣態(tài)氫氣與上述惰性氣體混合的氣體氣氛，或可以通過(guò)將加熱的石墨置于接合材料3附近來(lái)提供還原性氣氛，等等。
通過(guò)電流的方式作為通過(guò)的電流的形態(tài)，如果電流能夠使得第一被接合材料1、第二被接合材料2和接合材料3加熱至適宜的溫度，則直流電和交流電均可以使用。特別是，由于脈沖直流電可以改變電流峰值以及的脈沖開啟/關(guān)閉之間的比值，因此可以瞬間加熱接合面并且可以使第一被接合材料I和第二被接合材料2的總體溫度控制范圍變寬。因此，脈沖直流電在接合方面是有效的。設(shè)定接合材料的厚度以下將參考圖1對(duì)接合材料3的厚度進(jìn)行描述?？梢赃@樣設(shè)定接合材料3的厚度，使靠近背面2b的厚度a大于靠近底面2a的厚度b，優(yōu)選l〈a/b〈20，以達(dá)到強(qiáng)的耐崩裂性并保持高加工精度，此外，減少背面(在背面處易于形成空隙)處的空隙，由此提供了恒定的高接合強(qiáng)度。實(shí)施例1.制作接合體

使用表I中顯示的各接合材料3，按照各接合條件制造實(shí)施例1-23和比較例1_7的接合體。(I)TiN化合物層的厚度參見表I (“化合物層厚度”列)。⑵第一被接合材料I (在實(shí)施例和比較例中均相同)材料:一部分具有埋頭孔的硬質(zhì)合金燒結(jié)體(基材金屬)形狀:頂角:90。，內(nèi)切圓:12.7mm，厚度:4.76mm，R:0.8mm (JIS:SNGN120408)(3)第二被接合材料2 (在實(shí)施例和比較例中均相同)材料:CBN (嵌入物)(cBN含量:90%)形狀:2mmX1mm,且厚度為 1.2mm(4)接合材料(組成和狀態(tài))、加熱方法和接合條件參見表I。在表I中，“接合材料的組成”列表示已經(jīng)接合的接合材料的組成，它為EPMA法研究的結(jié)果，并且該組成與作為起始材料的接合材料3的組成一致。設(shè)置第一被接合材料和第二被接合材料，使得第二被接合材料底面中ImmX 1_的區(qū)域以及背面均與第一被接合材料的埋頭孔接觸，在此條件下將所述材料接合在一起。在表I中，“接合材料的形式/方式”列表示接合材料的各種形式/方式。術(shù)語(yǔ)“粉末”表示接合材料呈粉末狀。術(shù)語(yǔ)“物理氣相沉積”表示通過(guò)將所述接合材料在被接合材料上進(jìn)行物理氣相沉積而加以使用。術(shù)語(yǔ)“物理氣相沉積+鍍覆”表示將接合材料在第一被接合材料和第二被接合材料中的一者上進(jìn)行物理氣相沉積、并且使用該接合材料鍍覆第一被接合材料和第二被接合材料中的另一者。術(shù)語(yǔ)“粉末+電鍍”表示使用該接合材料以鍍覆被接合材料，并且以粉末的形式使用。需要注意的是，在所述加熱方法中，“通電”是指通過(guò)電阻加熱和壓制進(jìn)行接合，并且在所述接合條件下，“加熱時(shí)間”表示“電流”列中所示出的脈沖直流電流的通電時(shí)長(zhǎng)?！坝操|(zhì)合金基材的壓制負(fù)荷”表不施加于第一被接合材料的壓力?！癱BN的壓制負(fù)荷”表不施加于第二被接合材料上的壓力?！皺M向壓制負(fù)荷”表示通過(guò)圖2所示的水平壓制材料施加的壓力。此外，在所述加熱方法中，“真空爐”表示使用真空爐的加熱方法，并且表示在表I所示的基材溫度下進(jìn)行加熱。此外，在所述加熱方法中，“高頻”表示使用高頻感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行加熱。2.測(cè)定方法(I)接合材料的厚度打磨之后，通過(guò)顯微鏡觀察，測(cè)量底面接合材料厚度(靠近第二被接合材料2的底面的接合材料3 (或接合層)的裸露面的平均厚度)和背面接合材料厚度(靠近第二被接合材料2的背面的接合材料3 (或接合層)的裸露面的平均厚度)。結(jié)果顯示在表I中。“背面/底面厚度比”表示背面接合材料厚度與底面接合材料厚度之比(背面接合材料厚度/底面接合材料厚度)。(2) TiN化合物層的厚度對(duì)接合界面進(jìn)行FIB加工之后，利用TEM進(jìn)行觀察并利用EDX和EELS進(jìn)行組分分析，以測(cè)量TiN化合物層的厚度。根據(jù)TiN化合物層的厚度適當(dāng)調(diào)節(jié)放大倍率從而進(jìn)行觀察，獲得一個(gè)視野內(nèi)的厚度平均值。結(jié)果示于表I中(參見“化合物層的厚度”列)。(3)測(cè)定基材溫度圖3是示出基材溫度測(cè)定方法的示意圖。在圖3中，接合體中的第一被接合材料I暴露于激光光斑44下。用輻射溫度計(jì)測(cè)量埋頭孔附近的第一被接合材料I (或硬質(zhì)合金燒結(jié)體)的溫度。具體而言，如圖3中所示，定位激光光斑44 (直徑為1_)，使得激光光斑的中心與第一被接合材料I (13mm2X5mm厚度)的上表面間的距離為1mm、并且還與埋頭孔的背面間的距離為1mm，用輻射溫度計(jì)測(cè)量溫度。測(cè)量結(jié)果顯示在表I中。(4)測(cè)量接合強(qiáng)度圖4示出了接合強(qiáng)度的測(cè)量方法。沿著來(lái)自附圖紙面的上側(cè)和下側(cè)的方向?qū)雍象w進(jìn)行壓制，同時(shí)向第二被接合材料2中從第一被接合材料I伸出的部分施加垂直于所述附圖紙面的力，以賦予接合材料3以剪切力，并測(cè)量接合材料3斷裂時(shí)的強(qiáng)度作為接合強(qiáng)度。測(cè)量結(jié)果顯示在表I中。需要注意的是，在表I中，未示出底面接合材料厚度或接合強(qiáng)度的實(shí)施例表示所述被接合材料沒(méi)有被接合材料接合。3.觀察在接合強(qiáng)度測(cè)量之后，用SEM-EDX觀察實(shí)施例和比較例的斷裂面。此外，還用TEM觀察其接合面。用SEM和EDX觀察實(shí)施例3的斷裂面并用TEM觀察其接合面，并且對(duì)其進(jìn)行EELS分析，從而揭示了內(nèi)在斷裂的并不是被認(rèn)為是脆性的B富含層、即TiN化合物層，而是cBN，并且獲得了高接合強(qiáng)度。相反，比較例7的TiN化合物層厚度過(guò)大并且斷裂，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其不能提供高接合強(qiáng)度。同樣 的觀察了其他實(shí)施例和其他比較例。4.評(píng)價(jià)從表I中發(fā)現(xiàn)，接合體的接合強(qiáng)度隨著TiN化合物層厚度的變化而改變，并且當(dāng)所述層的厚度在10-300nm的范圍內(nèi)時(shí)，可以具有高接合強(qiáng)度。需要注意的是，實(shí)施例6的a/b>20，因此在背面有空隙(或間隙)，由此降低了接合強(qiáng)度。此外，實(shí)施例18-21滿足這樣的條件，即當(dāng)接合材料由鈦(Ti)、錯(cuò)(Zr)、銅(Cu)和鎳(Ni)構(gòu)成，以x體積％表示T1、Zr和Cu的總含有比率，并且以(100-x)體積％表示Ni的含有比率，所述接合材料含有(0.1-0.4) X體積%的T1、(0.1-0.4)X體積%的Zr以及(0.3-0.7)x體積%的Cu。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，實(shí)施例2-4 (即加熱進(jìn)行了 10-60秒的實(shí)施例)提供了厚度適當(dāng)?shù)腡iN化合物層， 并且沒(méi)有觀察到cBN熱降解，而實(shí)施例3 (即加熱進(jìn)行了 20秒的實(shí)施例)
能夠提供特別高的接合強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種接合體，其具有作為第一被接合材料(I)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，其中:所述第一被接合材料(I)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(I)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合體,其中，所述接合材料(3)包含選自鋯(Zr)、鈷(Co)、鎮(zhèn)(Ni)、銀(Ag)和銅(Cu)中的一種或兩種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接合體，其中當(dāng)所述接合材料(3)由鈦(Ti)、鋯(Zr)、銅(Cu)和鎳(Ni)構(gòu)成，以X體積％表示T1、Zr和Cu的總含有比率，并且以(100-x)體積％表示Ni的含有比率，所述接合材料含有(0.1-0.4)X體積%的T1、(0.1-0.4)X體積%的Zr以及(0.3-0.7) X 體積 ％的 Cu。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接合體，其中，所述接合材料(3)中所含的鎳(Ni)的比率等于或小于70體積％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合體，其中，所述第二被接合材料(2)在所述第二被接合材料(2)的底面(2a)和所述第二被接合材料(2)的背面(2b)處與所述第一被接合材料(I)接合，并且所述背面(2b)處的接合層的厚度大于所述底面(2a)處的接合層的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接合體，其中，當(dāng)所述背面(2b)處的所述接合層的厚度表示為a并且所述底面(2a)處的 所述接合層的厚度表示為b時(shí),b為I μ m_50 μ m,并且滿足l〈a/b〈20。
全文摘要
本發(fā)明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。
文檔編號(hào)C22C14/00GK103228393SQ20118005676
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者石田友幸, 森口秀樹, 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)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