專利名稱：接合體的制作方法
技術領域：
本發明涉及接合體，尤其涉及適用于切削工具的接合體。
背景技術：
傳統上，已經制造出尖端具有高硬度材料的切削工具，該高硬度材料經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，已經制造并出售了具有硬質合金和cBN的工具，其中該硬質合金和cBN經釬焊而接合在一起(例如，Sumitomo Electric Hardmetal株式會社發布的IGETALL0Y 切削工具(’ 07」08 總目錄)，2006 年 10 月，第 L4 頁，Coated SUMIB0R0N Series(非專利文獻I))。或者，已經提出了通過釬焊將TCD(燒結金剛石)或cBN與陶瓷、金屬陶瓷或硬質合金接合起來而形成的接合體(例如，特開2002-036008號公報(專利文獻I)和特許3549424號公報(特開平11-320218號公報(專利文獻2)))。此外，也已經提出了通過采用Cu釬料進行釬 焊以將硬質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號公報(專利文獻3))。尤其是近年來，將硬質合金與cBN接合在一起的切削工具特別引起關注。引用列表專利文獻專利文獻1:特開2002-036008號公報專利文獻2:日本專利N0.3549424 (特開平11-320218號公報)專利文獻3:特開平11-294058號公報非專利文獻非專利文獻1:Sumitomo Electric Hardmetal株式會社發布的IGETALL0Y切削工具(’ 07- 08 總目錄)，2006 年 10 月，第 L4 頁，Coated SUMIB0R0N Series
發明內容
技術問題然而，不能認為通過上述常規方法得到的接合體具有足夠大的接合強度，人們需要一種具有更大接合強度的接合體，特別是硬質合金與cBN牢固接合在一起的接合體。解決問題的方案為了解決上述問題，本發明人進行了各種實驗和深入的研究，結果發現，通常當接合材料中含有用于硬質合金燒結體和cBN燒結體的結合相組分的Ti時，則在接合時，Ti作為一種化學元素擴散到所述硬質合金燒結體和cBN燒結體中，并且所述燒結體牢固地接合在一起，即可以得到接合強度高的接合體。此外已經發現，在這種接合中，在接合材料與cBN燒結體之間的界面處生成了 Ti與cBN燒結體的氮組分的反應產物、或TiN化合物層，并且該TiN化合物層的厚度與接合強度有關。更具體而言，加熱時間更長和含有更大量的Ti會增加TiN化合物層的厚度，因此在TiN化合物層對于cBN燒結體的優異潤濕性的協同作用下，提供了更高的接合強度。然而，當TiN化合物層超過一定厚度時，TiN化合物層的脆性將對接合強度具有較大的影響，并且如果形成的TiN化合物層過厚，更具體而言，如果形成厚度超過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度。IOOnm以下是更加優選的，因為該厚度有助于提供大的接合強度。此外，所述TiN化合物可以是粒狀晶體、柱狀晶體、^巨晶態或任何結晶狀態。相反，已經發現，當進行加熱的時間短或Ti的引入量較小并因此使TiN化合物層厚度過小時，更具體而言，當形成的TiN化合物層小于IOnm時，Ti作為化學元素向待接合材料中的擴散并不充分，并且不能在整個接合面上形成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成cBN和硬質合金的化學元素以及構成接合材料的化學元素。本發明立足于上述發現，并且本發明為這樣一種結合體，其具有作為第一被接合材料的硬質合金燒結體和作為第二被接合材料的cBN燒結體，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。本發明可以提供如上所述在硬質合金燒結體與cBN燒結體之間具有高接合強度的接合體，因此可以提供具有高接合強度的切削工具等。如上所述，本發明所設置的氮化鈦(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以外的其他化學元素，這些其他化學元素的含量范圍落在不會偏離本發明主旨的范圍內。在通過加熱進行接合時，cBN燒結體不耐熱并可在高溫下分解，因此cBN燒結體會在短時間內熱分解。因此，優選的是進行短時間加熱。具體優選的加熱方式是通電時間為一分鐘以內的電阻加熱，更優選30秒以內，在這種情況下，第一被接合材料或硬質合金燒結體的溫度優選為大約1000°c -1300°c。優選熔點等于或低于1000°C的接合材料，這是因為這種接合材料可以防止cBN燒結體質量劣化，并且還便于將TiN化合物層的厚度控制在規定的范圍內。如果接合材料的熔點等于或高于1000°C，則獲得規定厚度的TiN化合物層需要更長的加熱時間或更高的加熱溫度。然而，更長時間的加熱容易引起cBN質量的劣化，并且在更高溫度下加熱可能會導致TiN化合物層的厚度過大以及硬質合金燒結體變形等等。優選在加熱的同時，沿縱向和橫向兩個方向進行壓制。通過沿縱向和橫向兩個方向進行壓制，cBN燒結體可以在相對于硬質合金基材的固定位置處接合，因此可以準確定位。與沿單方向進行壓制相比，這讓接合之后的磨削加工量減少，此外，將cBN燒結體的位移量和磨削量設計為最小需要量，這使得所使用的cBN燒結體的尺寸更小，并使昂貴的cBN燒結體的使用量減少。此外，優選在受控負荷下，沿縱向和橫向進行壓制，這是因為這樣有助于將底面和背面處的接合層厚度控制為規定的厚度比。此外，不僅僅取決于潤濕性，還可以增加待接合材料和接合材料間的接觸面積，因此，可以在短時間內增加它們彼此接觸的面積，這是優選的。未沿橫向進行壓制或壓制不當將主要在背面處不利地形成間隙，而寬度等于或大于
0.5mm的間隙尤其會造成接合強度降低。此外，即使沒有形成間隙，沒有進行壓制也會造成易于在接合層中留下氣泡，并且不能預期活性化學元素通過壓制而擴散。此外，如果加熱時間短，則潤濕性不足會阻止接合材料在待接合材料之間充分播散，結果這些材料的接合面積趨于降低，導致接合強度降低。此外，當在硬質合金基材上施加過小的壓制負荷并同時進行電阻加熱時，會導致硬質合金燒結體與電極之間的接觸電阻增加，并且可能會發生電流不通或者放電等類似問題。當進行電阻加熱時，優選施加0.lMPa-200MPa的壓力。對于通過將包含鈷(Co)等金屬結合劑的cBN燒結體和/或具有超過70%的高cBN含量的cBN的燒結體作為待接合材料接合到硬質合金上而得到的工具，其具有下述問題:當在1000°C以上經過長時間的加熱而進行接合時，cBN燒結體會開裂，這導致難以獲得令人滿意的接合。據認為，這可能是因為cBN與金屬結合劑之間的熱膨脹系數存在顯著差異，因而當它們被加熱至1000°c以上時，金屬結合劑的體積膨脹大，因而CBN燒結體開裂；或者若cBN燒結體具有超過70%的cBN含量，則其與作為基材的硬質合金之間的熱膨脹系數差異較大，因而在它們接合后的冷卻期間，cBN燒結體會開裂。此外，這還可能是因為cBN燒結體中的金屬結合劑在1000°C以上形成為液相，從而使cBN燒結體開裂。為了防止cBN燒結體的這種質量劣化，優選設計好cBN燒結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，硬質合金燒結體比cBN燒結體更優先發熱。具體而言，這包括(例如)對于接觸cBN燒結體的電極和接觸硬質合金燒結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所述燒結體，以控制各燒結體的發熱。另外，可對硬質合金燒結體進行比cBN燒結體更集中的電阻加熱來間接加熱cBN燒結體。通過如此設定通電路徑，硬質合金燒結體可以比cBN燒結體更優先被加熱，這是優選的。雖然不再在超出需要的高溫下對cBN燒結體進行加熱，但可以在高溫下對接合材料的附近進行短時間加熱，由此形成牢固的接合，此外，可以充分利用cBN燒結體的高硬度等特性，而不會導致cBN燒結體的熱降解、分解和開裂等品質劣化。此外，在本發明中，接合材料優選含有選自鋯(Zr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銀(Ag)和銅(Cu)中的一種或兩種以上。在本發明中，當接合材料如上所述由含有Ti的合金形成時，可以得到接合強度更高的接合體，另外，通常用作硬質合金燒結體和cBN燒結體的結合相組分的Co和Ni，或者Ag、Cu和Zr表現出對于cBN燒結體的優異潤濕性。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，構成金屬間化合物的化學元素可以以不同的狀態包含在接合材料中，并且所述金屬間化合物可以在接合之后通過反應而形成。當通過反應而形成金屬間化合物時，反應熱可以被用于進行接合，因此，通過反應來形成金屬間化合物對于接合更加有效。此外，在本發明中優選的是，當接合材料由鈦(Ti)、鋯(Zr)、銅(Cu)和鎳(Ni)構成，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被用作硬質合金燒結體和cBN燒結體的結合相組分，Cu和Zr表現出對于cBN燒結體的優異潤濕性，使用含有這些材料的接合材料可以提供接合強度更高的接合體。本發明人進行了各種實驗，發現當接合材料中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，有助于使該接合材料具有令人滿意的熔點和令人滿意的潤濕性，并使得接合更強。需要注意的是，在以上描述中，例如，表達式“(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。
此外，在本發明中，優選接合材料中鎳(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度，其中Ni被用作硬質合金燒結體和cBN燒結體的結合相組分。然而，當接合材料中Ni的含有比率超過70體積％時，則接合材料中Ti的含量將相對減少，從而將難以獲得具有如上所述的適當厚度的TiN化合物層，因而是不優選的。此外，在本發明中，優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，當切削工具接觸工件時，該工具的切削刃受到沖擊，作為相對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容易在由切割產生的負荷和熱的作用下而導致塑性變形，從而使耐崩裂性降低且加工精度降低。本發明人發現，沿縱向和橫向適當進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還具有高耐崩裂性的接合體。通常，第一被接合材料或硬質合金燒結體通過加壓成形而形成，因此，它在與第二被接合材料的背面相對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，傾向于在背面處產生間隙，并且如果接合材料(或嵌入材料)只是遍布于底面的話，則將產生空隙(或間隙)，并且可能得不到充分的接合。因此，優選的是，所述接合材料也用于接合背面。本發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度。此外，在本發明中，當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，b為I μ m-50 μ m且滿足l〈a/b〈20。本發明人已經發現,靠近底面的接合層厚度為I μ m-50 μ m、更優選為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生塑性變形，并且易于保持高加工精度。此外，本發明人還發現，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)控制在規定范圍內可使得所生成的接合體保持高加工精度并且還具有優異的耐崩裂性。更具體而言，如果底面處的接合層的厚度過大，則它在切削測試期間易于發生塑性變形。此外，如果a/b過小，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小，則接合層無法從內部緩和沖擊，并且難以得到有效改善的耐崩裂性。相反，本發明人發現，如果a/b過大，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大，那么即使外表上看來好像沒有間隙，但接合層內部有間隙的可能性增加，從而導致接合強度降低。優選l〈a/b〈20，更優選2〈a/b〈15。此時，優選背面處的接合層的厚度為5 μ m_200 μ m，更優選為5 μ m-100 μ m,這是因為這使得接合層不易于具有內部間隙。關于本發明所進行的對于背面處和底面處的接合層厚度的控制，常規釬焊方法是難以做到的。如上所述，在本發明中，可以提供這樣一種工具，其能夠以高接合強度充分利用cBN燒結體的高硬度等性能，同時不會引起作為高壓穩定型材料的cBN燒結體的品質劣化(熱降解、分解、開裂等)。特別是，因為本發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，因此本發明工具是優選的。本發明的有益效果本發明可以提供一種接合體，該接合體的接合強度高于常規方法得到的接合強度，并可提供高接合強度的切削工具等。
圖1 (a)和I (b)分別是本發明實施方式中接合體的示意性側視圖和平面圖。圖2是示出通過電阻加熱和壓制而進行接合時的一種通電方式的概念圖。
圖3是示出溫度測量的側視圖。圖4是示出強度測量的側視圖。
具體實施例方式下面將參考附圖對本發明的實施方式進行說明。1.接合體的構成圖1 (a)和I (b)分別是本發明實施方式中接合體的示意性側視圖和平面圖。圖1中，接合體包括由硬質合金燒結體形成的第一被接合材料1、由cBN燒結體形成的第二被接合材料2、以及設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)。通過電阻加熱和壓制進行接合的方法首先，參考圖2對通過電阻加熱和壓制進行接合的方法進行說明。圖2是示出通過電阻加熱和壓制進行接合時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。通過對電極34和分割電極35使用不同的材料，可以改變它們的導電性和導熱性。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更優先發熱，并且可以防止不耐熱且可在短時間內熱降解的第二被接合材料2 (或cBN燒結體)發生熱降解。此外，通過獨立地對各個電極進行壓制，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上施加壓制負荷，并在該壓制負荷下以最佳平衡的方式進行壓制，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的材料等來恰當地決定。優選的是，進行通電的時間在一分鐘以內，特別是在大約30秒以內，以避免導致第一被接合材料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/方式作為用于通過電阻加熱和壓制進行接合的接合材料3的形式/方式，可以采用通過鍍覆法或物理氣相沉積法對第一被接合材料I和/或第二被接合材料2的表面進行涂覆的方法，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。對于接合強度的穩定而言，尤其優選通過鍍覆法或物理氣相沉積法對第一被接合材料I和第二被接合材料2進行涂覆的方法，這是因為所述方法在用接合材料3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發生變形，增強了接合材料3與待接合材料I和2之間的粘著性，并促進了化學元素的擴散。因此，可以顯著提高接合強度。特別是，當將本發明的接合體應用于切削工具(例如切削刀片)時，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方向，并且有必要在這兩個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，優選沿這兩個方向進行壓制。壓制負荷過小是不適宜的，因為這種壓制負荷會造成電極與被第一、第二被接合材料I和2之間的接觸電阻增加，并且電流不能流過或者會發生放電。壓制負荷過大也是不適宜的，因為這種壓制負荷會引起硬質合金燒結體的變形。在本發明的情況下，對于被接合材料I而言，0.1MPa至200MPa的壓制負荷是適宜的，然而，對于待接合材料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。雖然對真空度沒有特別限制，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、氮氣或這些氣體的混合物。還原性氣氛可以包括其中小比例氣態氫氣與上述惰性氣體混合的氣體氣氛，或可以通過將加熱的石墨置于接合材料3附近來提供還原性氣氛，等等。
通過電流的方式作為通過的電流的形態，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。設定接合材料的厚度以下將參考圖1對接合材料3的厚度進行描述。可以這樣設定接合材料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，優選l〈a/b〈20，以達到強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度。實施例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 (在實施例和比較例中均相同)材料:一部分具有埋頭孔的硬質合金燒結體(基材金屬)形狀:頂角:90。，內切圓:12.7mm，厚度:4.76mm，R:0.8mm (JIS:SNGN120408)(3)第二被接合材料2 (在實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)、加熱方法和接合條件參見表I。在表I中，“接合材料的組成”列表示已經接合的接合材料的組成，它為EPMA法研究的結果，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。術語“粉末”表示接合材料呈粉末狀。術語“物理氣相沉積”表示通過將所述接合材料在被接合材料上進行物理氣相沉積而加以使用。術語“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。術語“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”是指通過電阻加熱和壓制進行接合，并且在所述接合條件下，“加熱時間”表示“電流”列中所示出的脈沖直流電流的通電時長。“硬質合金基材的壓制負荷”表不施加于第一被接合材料的壓力。“cBN的壓制負荷”表不施加于第二被接合材料上的壓力。“橫向壓制負荷”表示通過圖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行加熱。此外，在所述加熱方法中，“高頻”表示使用高頻感應加熱裝置進行加熱。2.測定方法(I)接合材料的厚度打磨之后，通過顯微鏡觀察，測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化合物層的厚度對接合界面進行FIB加工之后，利用TEM進行觀察并利用EDX和EELS進行組分分析，以測量TiN化合物層的厚度。根據TiN化合物層的厚度適當調節放大倍率從而進行觀察，獲得一個視野內的厚度平均值。結果示于表I中(參見“化合物層的厚度”列)。(3)測定基材溫度圖3是示出基材溫度測定方法的示意圖。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。用輻射溫度計測量埋頭孔附近的第一被接合材料I (或硬質合金燒結體)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，用輻射溫度計測量溫度。測量結果顯示在表I中。(4)測量接合強度圖4示出了接合強度的測量方法。沿著來自附圖紙面的上側和下側的方向對接合體進行壓制，同時向第二被接合材料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，并測量接合材料3斷裂時的強度作為接合強度。測量結果顯示在表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度的實施例表示所述被接合材料沒有被接合材料接合。3.觀察在接合強度測量之后，用SEM-EDX觀察實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觀察實施例3的斷裂面并用TEM觀察其接合面，并且對其進行EELS分析，從而揭示了內在斷裂的并不是被認為是脆性的B富含層、即TiN化合物層，而是cBN，并且獲得了高接合強度。相反，比較例7的TiN化合物層厚度過大并且斷裂，已經發現其不能提供高接合強度。同樣 的觀察了其他實施例和其他比較例。4.評價從表I中發現，接合體的接合強度隨著TiN化合物層厚度的變化而改變，并且當所述層的厚度在10-300nm的范圍內時，可以具有高接合強度。需要注意的是，實施例6的a/b>20，因此在背面有空隙(或間隙)，由此降低了接合強度。此外，實施例18-21滿足這樣的條件，即當接合材料由鈦(Ti)、錯(Zr)、銅(Cu)和鎳(Ni)構成，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，已經發現，實施例2-4 (即加熱進行了 10-60秒的實施例)提供了厚度適當的TiN化合物層， 并且沒有觀察到cBN熱降解，而實施例3 (即加熱進行了 20秒的實施例)
能夠提供特別高的接合強度。
權利要求
1.一種接合體，其具有作為第一被接合材料(I)的硬質合金燒結體和作為第二被接合材料(2)的CBN燒結體，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.根據權利要求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(Ni)、銀(Ag)和銅(Cu)中的一種或兩種以上。
3.根據權利要求2所述的接合體，其中當所述接合材料(3)由鈦(Ti)、鋯(Zr)、銅(Cu)和鎳(Ni)構成，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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求5所述的接合體，其中，當所述背面(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,b為I μ m_50 μ m,并且滿足l〈a/b〈20。
全文摘要
本發明的接合體具有作為第一被接合材料(1)的硬質合金燒結體和作為第二被接合材料(2)的cBN燒結體。該結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C22C14/00GK103228393SQ20118005676
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月22日 優先權日2010年11月26日
發明者石田友幸, 森口秀樹, 中島猛, 久木野曉, 萬木伸一郎, 榎并晃宏, 岡村克己, 松田裕介, 佐野浩司, 小林慶三, 尾崎公洋 申請人:住友電氣工業株式會社, 住友電工硬質合金株式會社, 獨立行政法人產業技術綜合研究所