表面被覆氮化硼烧结体工具的制作方法_3

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的效果。当D层的厚度在I. 0ym以下时,能够避免由 于设置D层而导致的覆层的厚度过大。甚至更优选地,D层的厚度为0.Iym以上0. 5ym以 下。
[0066]〈表面被覆氮化硼烧结体工具的制造方法〉
[0067] 根据本发明的表面被覆氮化硼烧结体工具的制造方法(例如)包括如下步骤:制 备至少在切削刃部分含有cBN烧结体的基材;并且至少在cBN烧结体的表面上形成覆层。 基材的制备步骤优选包括形成cBN烧结体的步骤,并且形成cBN烧结体的步骤优选包括在 高温高压下烧结cBN颗粒和结合相的原料粉末的混合物的步骤。更优选地,基材的制备步 骤还包括将cBN烧结体与具有预定形状的基材本体接合的步骤。
[0068] 覆层的形成步骤优选包括利用电弧离子镀方法(一种利用真空电弧放电使固体 物料蒸发的离子镀覆法)形成覆层的步骤、或使用溅射法形成覆层的步骤。利用电弧离子 镀法时,可使用包含用于形成覆层的金属种类的金属蒸发源,以及诸如CH4、N2、02之类的反 应物气体来形成覆层。可以采用已知条件作为形成覆层的条件。利用溅射法时,可使用包 含用于形成覆层的金属种类的金属蒸发源,诸如CH4、N2、O2之类的反应物气体,和诸如Ar、 Kr、Xe之类的溅射气体来形成覆层。可以采用已知条件作为形成覆层的条件。
[0069] [例子]
[0070] 下面将参照实施例更详细地描述本发明。然而本发明不限于这些实施例。
[0071] 〈表面被覆氮化硼烧结体工具的制造〉
[0072] 图1是示出了根据本发明实施例的表面被覆氮化硼烧结体工具的一个示例性结 构的截面视图。图2是示出了根据本发明实施例的表面被覆氮化硼烧结体工具的主要部分 的一个示例性结构的截面视图。
[0073]〈样品1的制造〉
[0074] 〈cBN烧结体A的形成〉
[0075] 首选,将平均粒径为Iym的TiN粉末和平均粒径为3ym的Ti粉末混合,以得到 Ti:N= 1:0. 6的原子比。在1200°C下,在真空中对得到的混合物进行热处理30分钟。由 此获得了由TiNa6制成的金属间化合物粉末。
[0076] 接着,将TiNa6制成的金属间化合物粉末和平均粒径为4ym的Al粉末混合,以得 到TiNa6:Al= 90:10的质量比。在1000°C下,在真空中对得到的混合物进行热处理30分 钟。利用球磨机均匀磨碎通过热处理得到的化合物,所述球磨机使用由硬质合金制成且直 径为6mm的球介质。由此获得结合相的原料粉末。
[0077] 然后,将结合相的原料粉末和平均粒径为I. 5ym的cBN颗粒共混,使得在cBN烧 结体中cBN含量为30体积%,,并且利用球磨机进行均匀混合,该球磨机使用由氮化硼制成 且直径为3mm的球介质。将所得的混合粉末在由硬质合金制成的支承板上沉积,并装入Mo 胶囊内。然后,利用超高压装置在1300°C的温度和5. 5GPa的压力下,对该混合粉末进行烧 结30分钟。由此获得cBN烧结体A。
[0078]〈基材的形成〉
[0079] 准备由硬质合金材料(相当于K10)制成并具有ISODNGA150408的形状的基材本 体。将上述cBN烧结体A(形状:具有等腰三角形作为底面且厚度为2mm的三角柱体,其中 该等腰三角形底面的顶角55°,并且夹着该顶角的两条侧边均为2mm)接合至所准备的基 材本体的刀头(角部)。使用由Ti-Zr-Cu制成的钎焊材料以进行接合。对该接合体的外周 面、顶面和底面进行研磨以在刀头上形成负刃带(negativeland)(宽度为150ym且角度 为25° )。以这种方式,获得具有由cBN烧结体A制成的切削刃部分的基材3。
[0080] 将得到的基材3置于膜沉积装置内,并排空所述装置。此后将装置加热到500°C, 然后引用Ar气(压力:lPa),对基材3施加偏压(-500V)并利用Ar离子蚀刻基材3。然后 从膜沉积装置中排出Ar气体。
[0081]〈覆层的形成〉
[0082] 〈D层的形成〉
[0083] 在上述膜沉积装置内,在基材3上形成D层20。具体来说,通过在以下条件下利用 气相沉积形成厚度为0. 5ym的D层:
[0084] 靶:包含66原子%的Al和34原子%的Cr
[0085] 引入的气体:N2
[0086] 膜沉积压力:5Pa
[0087] 电弧放电电流:150A
[0088] 基板偏压:-35V
[0089] 旋转台转速:3rpm。
[0090] 〈B层的形成〉
[0091] 在上述膜沉积装置内,在D层20上形成B层30。具体来说,通过在以下条件下利 用气相沉积形成总厚度为35nm的Bl薄膜层31:
[0092] 靶Bl:包含90原子%的Ti和10原子%的Si
[0093] 引入的气体=N2
[0094] 膜沉积压力:3Pa
[0095] 电弧放电电流:150A
[0096] 基板偏压:-40V
[0097] 旋转台转速:4rpm。
[0098] 接着,在以下所示的条件下,利用气相沉积形成总厚度为165nm的B2薄膜层32。 此时,调整用于靶B2a和B2b的电弧电流和设置有基材的旋转台的转速,从而使B2a化合物 层32A的厚度为2. 5nm,B2b化合物层32B的厚度为3nm〇
[0099] 靶B2a:包含90原子%的Ti和10原子%的Si
[0100] 靶B2b:包含66原子%的Al和34原子%的Cr
[0101] 引入的气体=N2
[0102] 膜沉积压力:3Pa
[0103] 基板偏压:-50V〇
[0104] 然后,5个BI薄膜层31和5个B2薄膜层32彼此交替叠加。以这种方式,形成总 体厚度为Iym的B层30。
[0105] 〈A层的形成〉
[0106] 在上述膜沉积装置内,在C层40上形成A层50。具体来说,在以下条件下利用气 相沉积形成厚度为0.Iym的A层:
[0107] 靶:Ti
[0108] 引入的气体:队和CH4(调整流速从而使得到的薄膜具有C:N= 1:4的原子比)
[0109] 膜沉积压力:IPa
[0110] 电弧放电电流:160A
[0111] 基板偏压:_400V
[0112] 旋转台转速:3rpm。
[0113] 如上所述,所形成的覆层10依次包括位于基材3上的D层20、B层30和A层50, 由此制造了样品1。
[0114] 〈样品2至7的制造〉
[0115] 按照如上所述样品1的制造方法制造样品2至7,不同之处在于:根据表1所示的 值改变A层的厚度。
[0116] 〈样品8的制造〉
[0117] 按照上述cBN烧结体A的形成方法获得cBN烧结体D,不同之处在于:将cBN颗粒 和结合相的原料粉末共混以使得在cBN烧结体中的cBN含量变为如表3所示的数值。使用 获得的cBN烧结体D,按照上述样品1基材的制造方法形成样品8的基材。
[0118] 接着,在以下条件下利用气相沉积形成厚度为0. 02ixm的D层:
[0119] 靶:包含66原子%的Al和40原子%的Cr
[0120] 引入的气体=N2
[0121] 膜沉积压力:0? 7Pa
[0122] 电弧放电电流:130A
[0123] 基板偏压:-35V
[0124] 旋转台转速:3rpm。
[0125] 然后按照上述样品1的制造方法形成B层。此时,调整靶B2a和靶B2b的电弧电 流以及设置有基材的旋转台转速,从而使B2a化合物层31以及B2b化合物层各自的厚度为 I. 5nm。由此,利用气相沉积形成了整体厚度为12nm的B2薄膜层。
[0126] 然后,在以下所示的条件下,调整队的流速和CH4的流速以使得到的膜的组成变为 TiCa4Na6,由此通过利用气相沉积形成厚度为0.Iym的A层。
[0127] 靶:Ti
[0128] 引入的气体:NjPCH4
[0129] 膜沉积压力:2Pa
[0130] 电弧放电电流:140A
[0131] 基板偏压:-600V
[0132] 旋转台转速:4rpm。
[0133] 〈样品9至10的制造〉
[0134] 按照如上所述样品8的制造方法制造样品9和10,不同之处在于:通过改变B2a化 合物层的数目和B2b化合物层的数目、并通过改变Bl薄膜层和B2薄膜层的数目,从而改变 B层的整体厚度,并且将A层的厚度改变为表1所示的厚度。
[0135] 〈样品11至14的制造〉
[0136] 按照如上所述样品8的制造方法制造样品11,不同之处在于:通过改变B2a化合 物层的数目和B2b化合物层的数目、并通过改变Bl薄膜层和B2薄膜层的数目,从而改变B 层的整体厚度,并在以下所示的条件下形成A层。具体来说,仅在A层形成开始直到A层的 厚度达到Iym的时间段内,通过引入N2将膜沉积压力设定为2Pa。然后,逐渐减少N2同时 逐渐增加CH4,从而进一步形成A层的额外0. 6ym厚度。此时,逐渐减少N2同时逐渐增加 CH4,直到组成变为TiCa4Na6。由此制造样品11。类似地,制造样品12至14。
[0137] 靶:Ti
[0138] 引入的气体:NjPCH4
[0139] 电弧放电电流:140A
[0140] 基板偏压:-600V
[0141] 旋转台转速:4rpm。
[0142] 值得注意的是,在样品的制造期间,准备靶,并调整引入气体的类型及其供应量, 从而获得具有如表1和2所示组成的层。作为引入的气体,适合使用的是Ar、队和CH4等。 根据需要将膜沉积压力在〇.IPa至7Pa的范围内调节,根据需要将电弧放电电流在60A至 200A的范围内调节,根据需要将基板偏压在-25V至-700V的范围内调节,并且根据需要将 旋转台的转速调剂为在〇. 5rpm至IOrpm的范围内。相同的方法也适用于以下所述的样品 15 至 56。
[0143] 〈样品15的制造〉
[0144] 按照上述cBN烧结体A的形成方法获得cBN烧结体B,不同之处在于:将cBN颗粒 和结合相的原料粉末共混,以使得在cBN烧结体中的cBN含量变为如表3所示的数值。使 用获得的cBN烧结体B,按照上述样品1的基材的制造方法来形成各样品15至20的基材。
[0145] 接着,按照上述样品1和11的制造方法,依次形成D层、B层和A层。由此制造样 品15。
[0146] 〈样品16至20的制造〉
[0147] 按照上述样品15的制造方法,制造样品16至20,不同之处在于:按照以下方法形 成C层。
[0148] 靶:Ti
[0149] 引入的气体:Ar
[0150] 膜沉积压力:2Pa
[0151] 电弧放电电流:150A
[0152] 基板偏压:-70V
[0153] 旋转台转速:3rpm。
[0154] 〈样品21至26的制造〉
[0155] 按照上述cBN烧结体A的形成方法获得cBN烧结体C,不同之处在于:将cBN颗粒 和结合相的原料粉末共混,以使得在cBN烧结体中的cBN含量变为如表3所示的数值。使 用获得的cBN烧结体C,按照上述样品1中基材的制造方法形成各样品21至26的基材。
[0156] 接着,按照上述样品1和11的制造方法依次形成D层、B层和A层。由此制造样 品21至26。
[0157] 〈样品27至31的制造〉
[0158] 按照上述cBN烧结体A的形成方法获得cBN烧结体E,不同之处在于:将cBN颗粒 和结合相的原料粉末共混,
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