Composite cermet product and a method of manufacturing the same

【発明の詳細な説明】 背景 サーメットは、セラミック成分とバインダー成分から成るモノリシック材料を説明するために使われる用語である。 セラミック成分は、非金属化合物又はメタロイドを含有する。 セラミック成分は、二次元又は三次元相互結合してもよいし、しなくてもよい。 バインダー成分は金属又は合金を含有し、一般に三次元で結合している。
バインダー成分は、セラミック成分と接合してモノリシック材料を形成する。 各モノリシックサーメットの性質は、セラミック成分の特性とバインダー成分の特性との相互作用による。 例えば、セラミック成分又はバインダー成分が強磁性を呈する場合、モノリシックサーメットも同様に強磁性を呈し得る。

サーメット族は、特定のバインダー成分と結合した特定のセラミック成分から成るモノリシックサーメットとして定義付けられる。 コバルト合金と接合した炭化タングステンは、族（WC−Co族、焼結炭化物合金）の例である。 例えば、サーメット族の特性は、各成分の量、性質の特等、又は各成分の量及び性質の特徴を別個に、或いは一緒に調節することによって調整することができる。
しかし、一つの材料の特性を改良することによって、他の特性が劣化することは避けられない。 例えばWC−Co族において、耐磨耗性が改良されると、耐破損性は減少する。 このように、モノリシック焼結炭化物合金の設計において、他の材料特性を犠牲にして一つの材料特性の改良することを含む決して終わらないサイクルがある。

これにもかかわらず、モノリシック焼結炭化物合金は、強度の磨耗、衝撃、或いはこれら両方を受ける装置で使用される。 しかし、モノリシック焼結炭化物合金から装置全体を形成するのではなく、選択された装置部分のみがモノリシック焼結炭化物合金を含有する。 これらの部分が、強度の磨耗、衝撃、或いはこれら両方を受ける。 幾つかの装置では、焼結炭化物合金部は、装置の最大限の効率を保つために維持されなければならない特定の輪郭を有する。 特定の輪郭が変化すると、装置の効率は低下する。 工作物を切削するために装置を使用する場合、焼結炭化物合金の輪郭が特定の輪郭からそれると、
工作物の使用可能な除去部分は減少する。

例えば、連続採炭機に関連して使用する焼結炭化物合金切削チップの特定の輪郭が変化すると、尖鋭な焼結炭化物合金切削チップは、石炭の継ぎ目を砕く焼結炭化物合金の鈍いチップに変形し、望ましい粗い石炭ではなく、粉塵、微細な石炭及び騒音を生成する。 この変形の際、連続採鉱機を駆動させるモータによって供給される電力も増大しなければならない。 特定の輪郭のロスを解決する一つとして、装置の使用を中止して焼結炭化物合金を再輪郭形成することを含む。 しかし、再輪郭形成中、装置の生産的使用をロスするためにコストがかかる。 別の解決策は、使用している焼結炭化物合金部を解体して、新しい焼結炭化物合金を挿入することを含む。
しかし、これも、再フィット中の装置の生産的使用をロスするため、及び解体した焼結炭化物合金のためにコストがかかる。 これらの焼結炭化物合金が、例えば、自己研磨性によって、特定の輪郭を長時間維持するならば、
経済的且つ技術的利得を得ることができる。

他の特性を犠牲にしてモノリシックサーメットの一つの特性を調節するエンドレスサイクルへの解決策は、幾つかのモノリシックサーメットを結合して多領域サーメット製品を形成することである。 世界中の多くの個人及び会社の資産（即ち、時間とお金）が、多領域焼結炭化物合金の開発に向けられた。 開発労力に向けられた資産の量は、出版物、米国及び外国の特許及びこの主題に関する外国の公開特許公報の数によって示される。 多くの米国と外国の特許及び外国の公開特許公報として、次のものが挙げられる。 米国特許第2,888,247号；第3,909,8
95号;4,194,790号；第4,359,355号；第4,427,098号；第
4,722,405号；第4,743,515号；第4,820,482号；第4,85
4,405号；第5,074,623号；第5,333,520号；及び第5,33
5,738号；ならびに外国の公開特許公報DE−Ａ−3 519 1
01号;GB−A 806 406号;EPA−0 111 600号;DE−Ａ−3 00
5 684号;DE−Ａ−3 519 738号;FR−Ａ−2 343 885号;GB
−Ａ−1 115 908号;GB−Ａ−2 017 153号；及びEP−Ａ
−0 542 704号である。 投資した資産の量にもかかわらず、満足な多目的多領域焼結炭化物合金は市販されず、
現在存在しない。 更に、多領域焼結炭化物合金製品を製造する満足な方法がない。 更に、満足なモノリシック自己研磨性（self−sharpening）焼結炭化物合金製品のみの多領域焼結炭化物合金製品がない。 更に、自己研磨性を有する多領域焼結炭化物合金製品の満足な製造方法がない。

いくらかの資産が「思いつき実験」のために費やされてきた。 このような多領域焼結炭化物合金を製造する方法を教示することに失敗したという点で、単に願望を提示しただけであった。

他の資産は、複雑な方法を開発することに費やされた。 幾つかの方法は、出発成分、未処理体形状又はこれら両方の前処理（per−engineering）を含んだ。 例えば、多領域焼結炭化物合金を形成するために使用する出発成分は、未処理体として別個に形成される。 別個に形成した未処理体は、別個に焼結することもあり、例えば、研削、結合の後に、はんだ付け、ろう付け又は焼き嵌めによって多領域焼結炭化物合金を形成する。 別個に形成した未処理体を結合し、その後焼結することもある。 別個に形成した未処理体を含有する同じ成分の異なる組合せは、異なった焼結に対応する。 各々の成分の組合せは、均一に収縮する。 各々の成分の組合せは、焼結温度、時間、気圧又は先行するあらゆる組合せに均一に対応する。 成形ダイ及び未処理体の寸法の複雑な前処理によってのみ集成が可能となり、その後に焼結する。 前処理を可能にするために、異なる温度、時間、気圧又は前述のあらゆる組合せに対応する成分を含む大規模なデータベースが必要となる。 このようなデータベースの構築及び維持は、避けなければならないコストである。 このようなコストを避けるために、複雑な処理制御装置が使用され得る。 これも、コストがかかる。 更に、複雑な処理制御装置を使用する場合、有益な多領域焼結炭化物合金を得るというよりも、定められた処理パラメータから僅かにはずれることによって、スクラップを得ただけだった。

更に他の資産は、多領域焼結炭化物合金を形成するための労力を要する方法に消費された。 例えば、半化学量論量（substochiometric）モノシリック焼結炭化物合金を最初に焼結する。 組成物は炭素に関して不足しているため、焼結炭化物合金はイータ相を含む。 モノリシック焼結炭化物合金製品を、各製品の周囲からイータ相を除去するように反応する浸炭環境に置く。 成分の前処理に加えて、これらの方法は、中間処理工程及び浸炭装置を必要とする。 更に、一旦浸炭した周辺領域が磨耗すると、その有効性はなくなるため、得られる多領域焼結炭化物合金製品は、最小の利益した提供しない。

前述の理由のために、安価に製造することができる多領域サーメット製品及び焼結炭化物合金製品のニーズが存在する。 更に、優れた耐磨耗性を呈し、安価に製造することができる多領域サーメット製品及び焼結炭化物合金製品のニーズが存在する。 更に、自己研磨性があり、
安価に製造することができる多領域サーメット製品のニーズが存在する。

概要 本発明は、少なくとも一つの異なる性質を呈する少なくとも二つの領域を有するサーメット、好ましくは焼結炭化物合金を含有する製品に関する。 本発明は、更にこれらの特有且つ新規な製品の使用方法に関する。 また、
本発明は、これらの特有且つ新規な製品の製造方法に関する。 更に詳細には、本発明の方法は、少なくとも部分的に並置した少なくとも二つの粉末ブレンドの相互作用を制御して、その結果、高密度化の際に得られる領域を、各高密度化粉末がそれぞれ単体として呈する特性に関連する性質を呈するようにすることに関する。

本発明は、異なる少なくとも一つの性質を有する少なくとも二つの領域を有する製品を提供することによって、特に、工具として使用する場合に、製品に自己研磨性を与える均一又は制御した磨耗性を呈することによって、改良したサーメット材料系のサーメット技術に長年感じられてきたニーズを満足させる。 このような多領域製品は、耐磨耗性の応用に特に有用である。 ある例として、耐磨耗性を呈する少なくとも一つの先端エッジ即ち先端部及びやや低い耐磨耗性を呈する隣接領域を有するサーメット製品が挙げられる。 少なくとも二つの領域の結合によるさらなる利点として、このような製品の均一又は制御された磨耗性が挙げられ、例えば、製品が作動中に消費するような工具の切削要素として使用する場合、この固有の特徴により、製品の切削能力が向上するため、サーメットの有効寿命が長期化する。

本発明は、多領域製品を製造する場合に起こる問題の解決策を認識することによって、本発明の製品を製造する方法を提供する。 歴史的には、多領域製品を製造する試みは、製品の高密度化中に起こる欠陥（例えば、焼結中の未処理体のクラック）によって失敗した。 したがって、処理パラメータ（例えば、異なる炭化物粒度又は炭化物の異なる化学的性質又は異なるバインダー含有量又はバインダーの異なる化学的性質又は上述の任意の組み合わせ）の共働効果を利用する方法によって、本発明の製品を製造する。 これらの製品は、例えば、耐磨耗性のような応用において、従来技術の製品の有効寿命よりも長い有効寿命を有する。

本発明の特有且つ新規な製品は、少なくとも二つの領域を含み、多領域を含んでもよい。 第１領域は、比較的粗い粒度を有する第１のセラミック成分、好ましくは炭化物（単数又は複数）及び所定のバインダー含有量を含有する。 第１領域に並置するか又は第１領域に隣接する、製品の第２領域は、第１領域の粒度よりも小さな粒度を有する第２のセラミック成分、好ましくは炭化物（単数又は複数）又は第１領域のバインダー含有量よりも高い第２のバインダー含有量もしくはその双方を含有する。 本製品の第１領域は、第２領域よりも耐磨耗性を高くすることができる。

本発明の態様では、少なくとも二つの領域の各々の少なくとも一つの性質は、セラミック成分の粒度又はセラミック成分の化学的性質又はバインダー含有量又はバインダーの化学的性質又はこれらの任意の組合わせを変化させることによって調整する。 少なくとも一つの性質として、密度、色、外観、反応性、電気伝導率、強度、破壊靭性、弾性係数、剪断弾性率、硬度、熱伝導率、熱膨張係数、比熱、磁化率、摩擦係数、耐磨耗性、耐衝撃性、及び耐薬品性等のいずれか、又はこれらの任意の組合わせを挙げることができる。

本発明の態様として、少なくとも二つの領域の量を変化させることができる。 例えば、第２領域の厚さに対する第１領域の厚さは、第２領域上にコーティングを含む第１領域から第１領域上にコーティングを含む第２領域まで変化し得る。 通常は、第１領域及び第２領域は、ほぼ等しい割合で存在する。

本発明の態様として、第１領域と第２領域の並置化は、平坦な境界面、又は湾曲した境界面、又は複合境界面、又は前述の組合せとして存在することができる。 更に、第１領域は第２領域を包含するか又は第２領域によって包含されてもよい。

本発明の態様として、本発明の製品は、例えば、採鉱、建築、農業及び機械加工用途を含む材料の取扱い又は除去のために使用され得る。 農業の用途の幾つかの例として、シードブーツ（例えば、米国特許第5,325,799
号を参照のこと）、農業用工具のインサート（例えば、
米国特許第5,314,029号及び第5,310,009号を参照のこと）、円板ブレード（例えば米国特許第5,297,634号を参照のこと）、切株カッター又は研削盤（例えば、米国特許第5,005,622号；第4,998,574号；及び第4,214,617
号を参照のこと）、耕作工具（例えば、米国特許第4,36
0,068号及び第4,216,832号を参照のこと）及び土壌工事工具（例えば、米国特許第4,859,543号；第4,326,592
号；及び第3,934,654号を参照のこと）が挙げられる。
採鉱及び建築用途の幾つかの例として、切削又は掘削工具（例えば、米国特許第5,324,098号；第5,261,499号；
第5,219,209号；第5,141,289号；第5,131,481号；第5,1
12,411号；第5,067,262号；第4,981,328号及び第4,316,
636号を参照のこと）、アースオーガ（例えば米国特許第5,143,163号及び第4,917,196を参照のこと）、鉱物ドリル又は削岩機（例えば米国特許第5,184,689号；第5,1
72,775号；第4,716,976号；第4,603,751号；第4,550,79
1号；第4,549,615号；第4,324,368号；及び第3,763,941
号を参照のこと）、建設機器ブレード（例えば、米国特許第4,770,253号；第4,715,450号；及び第3,888,027号を参照のこと）、ローリングカッタ（例えば、米国特許第3,804,425号及び第3,734,213号を参照のこと）、土壌工事工具（例えば、米国特許第4,859,543号；第4,542,9
43号；及び第4,194,791号を参照のこと）、粉砕機械（例えば、米国特許第4,177,956号及び第3,995,782号を参照のこと）掘削工具（例えば、米国特許第4,346,934
号；第4,069,880号；及び第3,558,671号を参照のこと）、及び他の採鉱又は建設用工具（例えば、米国特許第5,226,489号；第5,184,925号；第5,131,724号；第4,8
21,819号；第4,817,743号；第4,674,802号；第4,371,21
0号；第4,361,197号；第4,335,794号；第4,083,605号；
第4,005,906号；及び第3,797,592号を参照のこと）が挙げられる。 機械加工の用途の幾つかの例として、切削インサートの材料（例えば、米国特許第4,946,319号；第
4,685,844号；第4,610,931号；第4,340,324号；第4,31
8,643号；第4,297,050号；第4,259,033号；及び第2,20
1,979（RE 30,908号）を参照のこと）、チップコントロールの特徴を含む切削インサートの材料（例えば、米国特許第5,141,367号；第5,122,017号；第5,166,167号；
第5,032,050号；第4,993,893号；第4,963,060号；第4,9
57,396号；第4,854,784号；及び第4,834,592号を参照のこと）、及び化学蒸着法（CVD）、物理的蒸着法（PV
D）、加工コーティング等のいずれかによって付着されるコーティングを含む切削インサートの材料（例えば、
米国特許第5,325,747号；第5,266,388号；第5,250,367
号；第5,232,318号；第5,188,489号；第5,075,181号；
第4,984,940号；及び第4,610,931号（RE 34,180号）参照のこと）が挙げられる。 用途に関連する上述の特許のすべての主題を、参考として本発明に含まれる。 特に、
製品は、例えば、前部を有する所定の形状の製品が材料（例えば、岩、木材、鉱石、石炭、土壌、路面、合成材料、金属、合金、複合材料（セラミックマトリックス複合材料（CMC）、金属マトリックス複合材料（MMC）及びポリマー又はプラスチックマトリックス複合材料（PM
C）、及びポリマー等）を取り扱うか又は除去する、耐磨耗性の応用に用いることができる。 更に詳細には、この製品は、製品の磨耗寿命中に所定の形状を維持することが望まれる応用に用いることができる。

本発明の態様は、本発明の新規且つ特有の製品を製造する新規な方法に関する。 即ち、少なくとも第１の粉末ブレンド及び第２の粉末ブレンドは、所定の方法で調製して、例えば、未処理体を形成することができる。 未処理体の形状が最終製品の形状に対応しない場合、例えば、未処理体を機械加工するか又は塑性変形するか又は彫刻するか他の手段によって、未処理体を所望形状に形成することができる。 次に、未処理体は、成形のいかんにかかわらず、高密度化して、サーメット、好ましくは焼結炭化物合金製品、更に好ましくは炭化タングステン−コバルト製品とすることができる。 高密度化製品が予め成形されていないか又は追加の成形が望まれる場合、
高密度化製品を、研削又は他の機械加工作用を施してもよい。

本発明の態様では、第１の粉末ブレンドと第２の粉末ブレンドとの構成を、結果として得られた製品が上述の特徴を呈するように選択し得る。 例えば、第１の粉末ブレンドのセラミック成分、好ましくは炭化物（単数又は複数）の平均粒度は、第２の粉末ブレンドのセラミック成分、好ましくは炭化物（単数又は複数）の平均粒度よりもやや大きい。 さらに、バインダーの化学的性質又はセラミック成分の化学的性質、好ましくは炭化物の化学的性質又はこれら両方は、ほぼ同じであるかもしれないし、異なるかもしれないし、少なくとも二つの粉末ブレンド間で連続的に変化させることができる。

図面の簡単な説明 図１は、第１領域102及び第２領域、即ち少なくとも一つの追加領域103を含む本発明の一般的な製品101の断面概略図である。

図2A、2B、2C、2D2E及び2Fは、本発明に含まれる製品又は製品の一部の幾何学的形状の概略断面図の例である。

図3Aは、実施例１の方法に対応する、装填構造体301
の概略断面図である。

図3Bは、実施例１の方法に対応する、加圧構造体301
の概略断面図である。

図3Cは、実施例１の方法によって成形した未処理体32
0のの概略断面図である。

図4Aは、実施例１の方法によって製造した焼結製品40
1の長手方向の断面の倍率約3.4倍で撮影した顕微鏡写真である。

図4B、4C及び4Dは、それぞれ、実施例１の方法によって製造した製品の第１領域414及び第２領域413間の境界面417、第１領域414並びに第２領域413の倍率約500倍で撮影した顕微鏡写真である。

図4E、4F及び4Gは、それぞれ、実施例１の方法によって製造した製品の第１領域414及び第２領域413間の境界面417、第１領域414並びに第２領域413の倍率約1500倍で撮影した顕微鏡写真である。

図5A及び5Bは、実施例１の方法によって製造した製品の二つの直径の距離の関数としての、EDS技術を使用したバインダー含有量決定の結果に対応する。

図６は、実施例１の方法によって製造した製品の長手方向の断面のさまざまな位置での硬度測定の結果（即ち、硬度分布プロファイル）に対応する。

図７は、実施例１の方法によって製造した製品を含む円錐形切削ビット701の概略断面図に対応する。

図8A、8B及び8Cは、本発明の実施例１の方法に従って製造した製品

図9A、9B及び9Cは、本発明の実施例１の方法に従って製造した製品

詳細な記述 本発明の製品を、図１に示す仮の製品101を参照して説明する。 例えば、図１の線Ａ−Ａは、製品の境界又は表面、鏡対称面、円筒形又は回転対称軸等を表す。 以下の説明で、線Ａ−Ａは、境界であると仮定する。 以下の説明を、複雑な形状を有する製品にも拡張できることは、当業者にとって明白である。 したがって、以下の説明は、制限として解釈すべきではなく、むしろ出発点として解釈すべきである。

図１を参照すると、製品101は、第１領域102を有し、
この第１領域は、第２領域、即ち少なくとも一つの追加領域103に隣接且つ一体化する。 多領域が本発明の製品に含まれ得ることは、当業者によって理解される。 境界面104は、隣接する少なくとも２つの領域の境界を定める。 好適な態様として、境界面104は自然発生的に形成される。 製品101は、さらに少なくとも第１領域102の材料の少なくとも一部によって画定した前面105及び第２
領域、即ち少なくとも一つの追加領域103の材料の少なくとも一部によって画定した凹面106を含む。

組成的には、少なくとも２つの領域を含む材料は、サーメットを含有する。 各サーメットは、セラミック成分及びバインダーを含有する。 このようなセラミック成分として、ホウ化物、炭化物、窒化物、酸化物、ケイ化物、これらの混合物、これらの固溶体又はこれらの任意の組合せが挙げられる。 少なくとも一つのホウ化物、炭化物、窒化物、酸化物、又はケイ化物の金属は、純正・
応用化学国際連合（IUPAC）の２族、３族、４族、５
族、６族、７族、８族、９族、10族、11族、12族、13
族、及び14族から一つ以上の金属を含有する。 セラミック成分は、炭化物、これの混合物、これらの固溶体又はこれらの組合せを含有するのが好ましい。 炭化物の金属は、IUPAC 3族（ランタニドとアクチニドを含む）、４
族、５族及び６族からの金属を一種以上含有し、Ti、Z
r、Hf、Ｖ、Nb、Ta、Cr、Mo及びＷのうち一種以上含有するのがより好ましく、タングステンを含有するのがさらに好ましい。 少なくとも二つの領域のバインダーは、
金属、ガラス又はセラミック（即ち、液相焼結中、液相を形成するか又は液相形成を補助する材料であって、強磁性の材料）を含有する。 バインダーは、IUPAC 8族、
９族及び10族からの金属を一種以上含有し；鉄、ニッケル、コバルト、これらの混合物、これらの合金及びこれらの任意の組合せのうち一つ以上含有するのが好ましく；コバルト又はコバルト−タングステン合金のようなコバルト合金を含有するのがより好ましい。 バインダーは、単一の金属、金属の混合物、金属の合金又はこれらの組合せを含有する。

少なくとも二つの領域のセラミック成分、好ましくは炭化物の粒度は、サブマイクロメートル〜約420マイクロメートルの範囲であるか又はそれより大きくてもよい。 サブマイクロメートルは、超微粉砕材料及びナノ構造の材料を含む。 ナノ構造材料は、約１ナノメートル〜
約300ナノメートル以上の範囲の構造的特徴を有する。
第１領域のセラミック成分、好ましくは炭化物の平均粒度は、第２領域のセラミック成分、好ましくは炭化物の平均粒度よりも大きいか又は小さいか又は等しくすることができる。

好適な態様として、セラミック成分、好ましくは炭化物、より好ましくは炭化タングステンの粒度は、約サブマイクロメートル〜約30マイクロメートルかそれ以上であり、粒度分散は、一般的には、約40マイクロメートル台である。 第１領域のセラミック成分の粒度は、約0.5
マイクロメートル〜約30マイクロメートルかそれ以上であり、粒度分散は、一般的に約40マイクロメートル台であり、平均粒度は、約0.5マイクロメートル〜約12マイクロメートルであり、約３マイクロメートル〜約10マイクロメートルが好ましく、約５マイクロメートル〜約８
マイクロメートルがより好ましい。 同様に、第２領域の粒度は、約サブマイクロメートル〜30マイクロメートルかそれ以上であって、粒度分散は、一般的に約40マイクロメートル台である。 第２領域のセラミック成分の粒度は、約0.5マイクロメートル〜約30マイクロメートルかそれ以上であって、粒度分散は、一般的に約40マイクロメートル台であることが好ましく、平均粒度は、約0.5
マイクロメートル〜約８マイクロメートルであり、約１
マイクロメートル〜約５マイクロメートルが好ましく、
約２マイクロメートル〜約５マイクロメートルがより好ましい。

一般的に、セラミック成分の粒度及びバインダー含有量は、ジョージ バンデル ボールト（George F.Vande
r Voort）による“Metallography,Principles and Prac
tice"（New York,NYのMcGraw Hill Book Companyが1984
年に出版）で説明されたような定量金属組成技術による、バインダーの平均自由行程に相関する。 セラミック成分の粒度を決定する他の方法として、Philadelphia,P
Aのthe American Society For Testing and Materials
によって1992年１月に承認された“Standard Practice
for Evaluating Apparent Grain Size and Distributio
n of Cemented Tungsten Carbide"というタイトルのAST
M designation:B 390−92で説明されるように、視覚的な比較及び分類技術を含む。 これらの方法の結果は、明確な粒度及び明確な粒度分布を提供する。

強磁性バインダーに関する好適な態様では、ポラット（R.Porat）及びマレク（J.Malek）による“Binder Mea
n−Free−Path Determination in Cemented Carbide by
Coercive Force and Material Composition"というタイトルの文献（published in the proceedings of the
ThirdInternational Conference of the Scienceof Har
d Materials,Nassau,the Bahamas,November 9−13,198
6,by Elesevier Applied Science and edited by VKS
arin）で説明されるように、セラミック成分、好ましくは炭化物、さらに好ましくは炭化タングステンの平均粒度を、焼結製品の均質領域のバインダー重量％（X _b ）、
理論的密度（ρth,g/cm ³ ）及び保磁力（Hc,キロアンペア−ターン／メートル（kA/m））に関連付けることができる。 コバルト結合炭化タングステン製品に対して、炭化タングステンの計算平均粒度、ｄマイクロメートルは式１で与えられる。

5〜12の範囲であり、約1.5〜約３が好ましい。

好適な態様では、第１領域のバインダー含有量は、約２重量％〜約25重量％以上であり、約５重量％〜約10重量％が好ましく、約5.5重量％〜約８重量％がより好ましい。 同様に、少なくとも一つの追加領域のバインダー含有量は、約２重量％〜約25重量％であり、約８重量％
〜約15重量％が好ましい。 第２領域のバインダー含有量は、第１領域のバインダー含有量よりも高い。

好適な態様では、炭化物粒度とバインダー含有量の組み合わせを、ベンダーボート（Vander Voort）によって一般的に述べられるように、特にポラット及びマレクによって強磁性材料について述べられたように、バインダー平均自由行程サイズλに関連付けることができる。 強磁性金属バインダーを有する製品のバインダー平均自由行程（λマイクロメートル）は、高密度化製品の均質領域のバインダー重量％（X _b ）、保磁力（Hc,キロアンペア／メートル（kA/m））及び理論的密度（ρth,g/cm ³ ）
に関連付けることができる。 コバルト結合炭化タングステン製品に対して、コバルトバイダーの平均自由行程λ
を、以下の式２で与える。

製品の固形幾何学形状は、単純であるか、複雑であるか、又はこれら双方の組み合わせであり得る。 固形の幾何学形状として、立方体、平行六面体、角錐形、切頭角錐、円筒形、中空円筒形、円錐形、切頭円錐形、球（球帯、球台、及び球扇形及び円筒形又は円錐状の穴を有する球を含む）、円環面、スライスされた円筒形、蹄状体、たる形、角錐台、だ円体及びこれらの組み合わせが挙げられる。 同様に、このような製品の断面は、単純であるか、複雑であるか、又はこれらの組合わせであるかもしれない。 このような形状として、多角形（例えば、
正方形、矩形、平行四辺形、台形、三角形、五角形、及び六角形等）、円、環形、だ円形及びこれらの組み合わせが挙げられる。 図2A、2B、2C、2D、2E及び2Fは、さまざまな固形幾何学形状を含む第１領域210、第２領域21
1、及び幾つかの場合は第２の領域212（図2D）の組み合わせを例示する。 これらの図は、製品又は製品の一部分の断面図であり（図2Aは円錐形キャップ又は円錐形ハイブリッド又は円錐形スカリファイヤであり、図2Bはコンパクトであり、図2Cはグレーダー又はスクレーパー又は鋤の刃であり；図2Dはルーフビットインサート（roof b
it insert）であり；図2Eは材料の機械加工を行うチップの切削インサートであり;2Fは円錐形プラグ又はインサートである）、さらに先端又は前面207及び外面208を示す。

再び図１を参照すると、第１領域102と第２領域103の間の境界を定める境界面104は、対称的又は非対称的に製品101を分割するか、又は部分的に製品101を分割する。 このように、第１領域102と少なくとも一つの追加領域103の体積比を変化させて、製品101に最適なバルク特性を設計することができる。 好適な態様として、第１
領域102の体積：第２領域103の体積の比は、約0.25〜約４の範囲であり、約0.33〜約2.0が好ましく、約0.4〜約２がより好ましい。

本発明の新規な製品を、第１の粉末ブレンド及び少なくとも一つの追加の粉末ブレンド即ち第２の粉末ブレンドを用いることによって形成する。 複数の粉末ブレンドが用いられ得ることは当業者には明らかである。 各粉末ブレンドは、少なくとも一つのセラミック成分、少なくとも一つのバインダー、好ましくは少なくとも一つの潤滑剤（少なくとも一つのセラミック成分及び少なくとも一つのバインダーの圧縮又は凝集を容易にする有機又は無機材料）を含有し、少なくとも一つの界面活性剤を任意で含んでもよい。 各粉末ブレンドの調製方法として、
例えば、ロッド又はサイクロイドで微粉砕し、混合し、
その後シグマブレード型乾燥機又は噴霧乾燥機で乾燥することが挙げられる。 いずれの場合も、各粉末ブレンドを、圧縮手段又は高密度化手段もしくは両方を用いる場合は両方と矛盾しない手段で調製する。

所定のセラミック成分、好ましくは炭化物、粒度又は粒度分布を有する第１の粉末ブレンド及びより細かいセラミック成分、好ましくは炭化物（単数又は複数）、粒度又は粒度分布を有する少なくとも一つの追加の粉末ブレンドを用いる。 少なくとも２つの粉末ブレンドを、少なくとも部分的に並置する。 少なくとも部分的に並置することにより、例えば、焼結による圧縮及び高密度化後に、少なくとも一つの異なる性質を有する少なくとも二つの領域を有する新規な製品の形成を提供するか、又は容易にする。

第１の粉末ブレンドは、少なくとも一つの追加の粉末ブレンドにより相対的に微細な粒度を有するセラミック成分、好ましくは炭化物を含有する。 粒度は、約サブマイクロメートル〜約420マイクロメートル以上であり、
粒度は約サブマイクロメートル〜約30マイクロメートル以上であり、粒度分散は約40マイクロメートル台であることが好ましい。 サブマイクロメートルは、超微細構造及びナノ構造材料を含む。 ナノ構造材料は、約ナノメートル〜約100ナノメートル以上の範囲の構造的特徴を有する。 第１の粉末ブレンドのセラミック成分の粒度は、
約0.5マイクロメートル〜約30マイクロメートル以上の範囲であり、粒度分散は約40マイクロメートル台であり、平均粒度は、約0.5マイクロメートル〜約12マイクロメートルの範囲であり、約３マイクロメートル〜約10
マイクロメートルが好ましく、約５マイクロメートル〜
約８マイクロメートルがより好ましい。

第１の粉末ブレンドのセラミック成分は、ホウ化物（単数又は複数）、炭化物（単数又は複数）、窒化物（単数又は複数）、酸化物（単数又は複数）、ケイ化物（単数又は複数）、これらの混合物、これらの固溶体又は上述の任意の組み合わせを含有し得る。 ホウ化物、炭化物、窒化物、酸化物又はケイ化物の金属は、IUPACの２族、３族（ランタノイド及びアクチノイドを含む）、
４族、５族、６族、７族、８族、９族、10族、11族、12
族、13族及び14族からの一つ以上の金属を含有する。 セラミック成分は、炭化物、これらの混合物又はこれらの任意の組み合わせを含有するのが好ましい。 炭化物の金属は、IUPACの２族、３族（ランタノイド及びアクチノイドを含む）、４族、５族、６族を含有し;Ti,Zr,Hf,V,
Nb,Ta,Cr,Mo及びＷのうちの一つ以上を含有するのが好ましく；タングステンを含有するのがより好ましい。

第１の粉末ブレンドのバインダーは、成形行程と矛盾しない、意図した用途に対して製品の性能に悪影響を与えない任意の材料を含有することができる。 このような材料は、金属、セラミック、ガラス又は混合物、固溶体及び合金を含有するこれらの任意の組み合わせを含有する。 バインダーとしての使用に適した金属の例として、
IUPAC 8族、９族及び10族のうちの一つ以上の金属を含有し;Fe,Co.Niのうちの一つ以上、これらの混合物、これらの合金及びこれらの組み合わせを含有するのが好ましく；コバルトタングステン合金のようなコバルト又はコバルト合金を含有するのがより好ましい。 金属バインダーは、粉末金属混合物又は合金粉末又はこれら両方を含有することができる。

第１の粉末ブレンドのバインダー量を所定量とし、意図する使用について得られる製品の第１領域に十分な耐磨耗性がもたらされるように特性を調整する。 所定のバインダー含有量は、約２重量％〜約25重量％以上の範囲であり、約５重量％〜約15重量％が好ましく、約９重量％〜約10重量％がより好ましい。

第１の粉末ブレンドのバインダーは、本発明の製品の製造を容易にする任意の粒度とすることができる。 適切な粒度は、約５マイクロメートル未満の平均粒度を有し、約2.5マイクロメートル未満であるのが好ましく；
約1.8マイクロメートル未満であるのがより好ましい。

第２の粉末ブレンドについての一つの規制として、セラミック成分の平均粒度が第１の粉末ブレンドのセラミック成分の平均粒度よりも小さいことがある。 第１の粉末ブレンドと同様に、セラミック成分、好ましくは炭化物の粒度は約サブマイクロメートル〜約420マイクロメートル又はそれ以上である。 サブマイクロメートルは超微細構造及びナノ構造物質を含む。 ナノ構造物質は、約１ナノメートル〜約100ナノメートル又はそれ以上の構造特徴を有する。 好ましい粒度は、約サブマイクロメートル〜約30マイクロメートルであり、粒度の分布は、一般的には、約40マイクロメートル台と測定される。 第２
の粉末ブレンドのセラミック成分の粒度は、約１マイクロメートル〜約30マイクロメートル又はそれ以上であり、粒度の分布は約40マイクロメートル台と測定されるのが好ましい。 第１の粉末ブレンドと異なり、第２の粉末ブレンドのセラミック成分、好ましくは炭化物の平均粒度は、約0.5マイクロメートル〜約８マイクロメートルであり；約１マイクロメートル〜約５マイクロメートルが好ましく；約２マイクロメートル〜約５マイクロメートルがより好ましい。

第１の粉末ブレンドのセラミック成分の平均粒度と第２の粉末ブレンドのセラミック成分平均粒度との比を、
本発明の製品の製造が容易になり、かつ製品の性能を最適化するように選択する。 したがって、平均粗粒度：平均微粒度の比は、約1.5〜約12であり、好ましい比は約
1.5〜約３である。

第２の、即ち少なくとも一つの追加粉末ブレンドのセラミック成分の化学的性質は、第１の粉末ブレンドの化学的性質とほぼ同じであるか又はやや異なる。 したがって、化学的性質は、第１の粉末ブレンドの明確に述べた化学的性質全てを含む。

同様に、第２の粉末ブレンドのバインダーの化学的性質は第１の粉末ブレンドのバインダーの化学的性質とほぼ同じであるか又はやや異なる。 したがって、第１の粉末ブレンドの明確に述べた化学的性質すべてを含む。

各粉末ブレンドのバインダー含有量を、製品の製造を容易にし、特定の用途に対して製品に最適な性質を提供するように選択する。 したがって、第１の粉末ブレンドのバインダー含有量は、第２の粉末ブレンドのバインダー含有量よりも多いか又は少ないか又はほぼ同等であり得る。 第２の粉末ブレンドのバインダー含有量は、第１
の粉末ブレンドの所定のバインダー含有量の重量％と約０〜約２％異なるのが好ましく；第１の粉末ブレンドの所定のバインダー含有量と約0.5％異なるのがより好ましい。 より好適な態様では、第２の粉末ブレンドのバインダー含有量は、第１の粉末ブレンドのバインダー含有量よりも少ない。 例えば、第１の粉末ブレンドの所定のバインダー含有量が約9.5重量％である場合、第２の粉末ブレンドのバインダー含有量は約7.5重量％〜約11.5
重量％であり、約９重量％〜約10重量％が好ましく、約
7.5重量％〜約9.5重量％がより好ましく、約９重量％〜
約9.5重量％がさらにより好ましい。

少なくとも二つの粉末ブレンドは、各々の少なくとも一部を少なくとも部分的に並置する、あらゆる手段で提供される。 このような手段として、例えば、注入；射出成形；押出；同時或いは連続押出；テープキャスティング；スラリーキャスティング；スリップキャスティング；連続圧縮；同時圧縮；又は前述の任意の組み合わせが挙げられる。 これらの方法のいくつかは、米国特許第
4,491,559号；第4,249,955号：第3,888,662号；及び第
3,850,368号で説明され、これらの特許全体は参考として本発明に含まれる。

未処理体形成の際、少なくとも二つの粉末ブレンドを、提供手段又は隔離手段もしくはこれら両方の手段によって少なくとも部分的に隔離した状態で維持する。 提供手段は、例えば、上述の方法を含み、隔離手段として、物理的に除去可能な仕切り又は化学的に除去可能な仕切り又はその双方を挙げることができる。

物理的に除去可能な仕切りは、紙又は他の材料のように単純な薄い障壁とすることができ、この障壁は、少なくとも二つの粉末ブレンドを装填する際、ダイ又は型に配置し、粉末ブレンドの装填後であって粉末ブレンドの高密度化前に、ダイ又は型から除去する。 より精巧な物理的に除去可能な仕切りとして、同心又は偏心チューブ（例えば、金属材料、セラミック材料、高分子材料又は自然材料もしくは前述の任意の組み合わせの不透過又は透過シート、スクリーン又はメッシュ）を挙げることができる。 物理的に除去可能な仕切りの形状は、少なくとも二つの粉末ブレンドの隔離を容易にする任意の形状とすることができる。

化学的に除去可能な仕切りとして、化学的手段によって隔離した少なくとも二つの粉末ブレンドから除去するか又はこの粉末ブレンドで消費することができる、単純、又は複雑あるいはその両方の形態、若しくは透過又は不透過あるいはこれら両方の組み合わせの任意の仕切りが挙げられる。 このような手段として、浸漬熱分解又は不安定材料又は合金、もしくは、上述の任意の組み合わせを挙げることができる。 化学的に除去可能な仕切りは、本発明の製品の形成を容易にする。 ここで少なくとも二つの領域は、断面的にも固形の幾何学形状についても複雑な形状を含む。

本発明の態様として、隔離し且つ少なくとも部分的に並置した少なくとも二つの粉末ブレンドを、例えば、単軸成形、二軸成形、三軸成形、静水成形、ウェットバッグ（wet bag）成形を含む成形によって、室温又は高温で高密度化する。

いずれの場合も、圧縮されていてもいなくても、隔離しかつ少なくとも部分的に並置する少なくとも二つの粉末ブレンドの固体形状は、立方体、平行六面体、ピラミッド形、切頭角錐、円筒形、中空円筒形、円錐形、切頭円錐形、球、球帯、球台、球扇形、円筒形の穴を有する球、円錐形の穴を有する球、円環面、スライスした円筒形、蹄状体、たる形、角錐台、楕円体及びこれらの組み合わせを含み得る。 形状又は形状の組み合わせを直接達成するためには、隔離し且つ少なくとも部分的に並置した少なくとも二つの粉末ブレンドを、高密度化の前後あるいはその両方で成形することができる。 高密度化前成形技術として、上述の提供手段及び未処理体の機械加工又は未処理体の組成変形、もしくはこれらの組み合わせのいずれかを挙げることができる。 高密度化後の成形として、研削又は任意の機械加工作業を挙げることができる。

未処理体の断面図は、単純であるか又は複雑であるか又はこれら両方の組み合わせであり得る。 形状は、正方形、長方形、三角形、平行四辺形、台形、五角形、六角形等のような多角形；円；環形；楕円形；等を含む。

隔離し且つ少なくとも部分的に並置した少なくとも二つの粉末ブレンドを含有する未処理体を、液相焼結によって高密度化する。 高密度化として、本発明の製品を製造することに矛盾しないあらゆる手段を挙げることができる。 このような手段として、真空焼結、加圧焼結、及びホットアイソスタティック成形（HIP）、等が挙げられる。 これらの手段は、最小限の多孔性を有する実質的に理論上高密度な製品を製造するのに十分な温度及び／
又は圧力で行われる。 より詳細には、温度と時間は、磁気飽和率と一致するように定められ、炭化タングステン−コバルト系に関する好適な態様において、この温度及び時間は、各粉末ブレンドに対して最少化し、高密度化の際、バインダー移動を制御する。 即ち、各粉末ブレンドの磁気飽和率を調整した後、各粉末ブレンドの高密度化温度は一致し、高密度化時間もこれに伴って最少化される。 例えば、炭化タングステン−コバルト製品に対して、このような温度は、約1300℃（2372゜F）〜約1650
℃（3002゜F）の温度を含み；約1350℃（2462゜F）〜約
1537℃（2732゜F）が好ましく；約1500℃（2372゜F）〜
約1525℃（2777゜F）がより好ましい。 高密度化圧力は、約0kPa（0psi）〜約206,850kPa（30,000psi）であり得る。 炭化物製品に対して、加圧焼結を、約1370℃
（2498゜F）〜約1540℃（2804゜F）の温度で、約1,723k
Pa（250psi）〜約13,790kPa（2000psi）で実施することができる一方、HIPを、約1,310℃（2390゜F）〜約1430
℃（2606゜F）の温度で、約58,950kPa（10,000psi）〜
約206,850kPa（30,000psi）で実施することができる。

気圧の非存在下、即ち、真空；又は不活性雰囲気、例えば、IUPACの18族の一つ以上のガス；窒素雰囲気、例えば窒素、フォーミングガス（forming gas）（窒素96
％、水素４％）、及びアンモニア等；浸炭雰囲気；又は還元ガス混合物、例えば、H ₂ /H ₂ O、CO/CO ₂ 、及びCO/H ₂ /
CO ₂ /H ₂ O等；又は前述の任意の組み合わせで、高密度化を実施する。

本発明について特定の理論又は説明により結び付くものではないが、本発明の作用を説明しようとすると、未処理体を液相焼結する場合であっても、第１の粉末ブレンドからのバインダーは、毛管湿潤化によって第２の粉末ブレンドに移動するか又は第２の粉末ブレンドのセラミック成分は、溶解、拡散及び沈殿メカニズムによって第１の粉末ブレンドに移動するようである。

毛管移動メカニズムに関しては、金属バインダー、特に炭化物−コバルト系の金属バインダーは、セラミック成分粒子を容易に湿潤化することができる。 第１の粉末ブレンドと第２の粉末ブレンドとの粒度の差は、少なくとも二つの粉末ブレンドの有効毛管径の差に対応する。
第２の粉末ブレンド（例えば、微粒度の粉末ブレンド）
の有効毛管径が小さいため、溶融バインダーを第１の粉末ブレンドから第２の粉末ブレンドに移動させる駆動力を提供する。

溶解、拡散及び沈殿メカニズムに関しては、少なくとも二つの粉末ブレンドの粒度の差は、少なくとも二つの粉末ブレンドの有効粒子表面積の差に対応する。 第２の粉末ブレンド（即ち、微粒子粉末）の有効表面積は大きいため、高密度化の際にその面積を縮小させる駆動力がある。 結果的に、より微細な粒子が優先的に溶融バインダーに溶解し、第１の粉末ブレンドの領域に拡散し、第１の粉末ブレンドの粗粒子に沈殿する。

本発明を以下の実施例によって例示する。 これらの実施例を、本発明のさまざまな態様を示しかつ明瞭にするために提供する。 実施例は本発明の範囲を制限するものとして解釈すべきではない。

実施例１ 本実施例は、中でも、製品の製造方法、製品、及び本発明の製品の使用方法を示す。 特に、本実施例は、第１
領域が粗粒度の炭化物材料を含有し、第２領域が微粒度の炭化物材料を含有する第１領域及び第２領域を有する製品の製造を示す。 単一の製品において所定の外観又は表面輪郭を有する、第１領域及び第２領域の並置によって、材料の除去、特に採鉱作業において石炭を除去するための使用が容易になる。 本実施例は、製品の製造方法、製品の特徴及び製品の使用方法の説明を記述する。

製造方法 本実施例による製品を製造するために、第１の粉末ブレンドと第２の粒状粉末ブレンドを別々に調製した。 第１の粉末ブレンド（図3A、3B及び3Cでは314で示す）
は、マクロ結晶炭化タングステン（Kennametal Inc.Fal
lon,Nevada）約87.76重量％、市販の超微細コバルトバインダー約9.84重量％、パラフィンワックス潤滑剤約2.
15重量％及び界面活性剤約0.25重量％を含有した。

次に、第１の粉末ブレンドの一部を焼結し、約１マイクロメートル〜約25マイクロメートルの観測粒度を有し、分散粒度が一般的に約40マイクロメートル台の粒度を有し得る炭化タングステンの平均粒度を、焼結製品の保磁力（H _c ）及びバインダー含有量（X _co ）を測定した後に式（１）で約6.7マイクロメートルと計算した。

第２の粉末ブレンド（図3A、3B及び3Cでは313として示す）は、マクロ結晶化炭化タングステン（Kennametal
Inc.,Fallon,Nevada）約88.82重量％、市販のコバルトバインダー約8.78重量％、パラフィンワックス潤滑剤約
2.15重量％及び界面活性剤約0.25重量％を含有した。 焼結片の炭化タングステンの観測粒度は、約１〜約９マイクロメートルであり、分散が一般に約40マイクロメートル台のサイズを有し、式（１）によって平均粒度を約2.
8マイクロメートルと計算した。

第１の粉末ブレンド314及び第２の粉末ブレンド313
を、図3Aに概略的に示す装填構造体301を使用して、約1
9mm（0.75インチ）の直径を有するダイキャビティに装填した。 装填構造体301は、下部ラム303とダイ302の円筒形側壁部との係合、外側装填漏斗とダイキャビティとの間の接触点307を有する外側装填漏斗304の配置を含み、内側装填漏斗308は、下部ラム303の接触点311で、
約10mm（0.39インチ）と測定された直径を有する、物理的に除去可能な部分310を介して表面312を画定する前部に接触する。 第１の粉末ブレンド約8.4gを内部装填漏斗
308に注入した。 第２の粉末ブレンド約18.6gを外部装填漏斗304に装填した。 第１の粉末ブレンド314及び第２の粉末ブレンド313をダイキャビティ内に配置した後、内側及び外側装填漏斗を除去して第１の粉末ブレンド314
及び第２の粉末ブレンド313間に境界面317を形成した。
表面316を画定する後部を有する上部ラム315は、約室温で第１の粉末ブレンド314及び第２の粉末ブレンド313に約31,138ニュートン（Ｎ）（7,000ポンド（lbs.））の負荷で係合した。 負荷を除いた後、未処理体をダイキャビティから取り出し、該未処理体は下部ラム303によって画定された前部321及び上部ラム315によって画定された後部を有した。 さらに、未処理体320は圧縮された第１の粉末ブレンド314及び第２の粉末ブレンド313を含んだ。 第１の粉末ブレンド314及び第２の粉末ブレンド313
を含有する未処理体を十分な個数（約72）成形するまで、この動作を繰り返した。 第１の粉末ブレンド314のみから成る幾つかの未処理体及び第２の粉末ブレンド31
3のみから成る他の未処理体を成形した。 これらの未処理体を、未処理体320の焼結の際、第２の粉末ブレンドに接触する第１の粉末ブレンドの同時高密度化の結果として起こり得る変化のタイプを決定するために、コントロール試料として使用した。

十分な個数の未処理体320を成形した後、未処理体320
及びコントロール試料を超温加圧焼結炉（Ultra−temp
Corporation,Mt.Clement,Missouri）に配置した。 この炉及び内容物を約５トルまで排気し、真空下で約3.3℃
（６゜F）／分の速度で約室温〜約177℃（350゜F）に昇温し；約177℃（350゜F）で約15分間保持し；約3.3℃
（６゜F）／分で約177℃（350゜F）から約371℃（700゜
F）に加熱し；約371℃（700゜F）で約90分間保持し；約
1.7℃（３゜F）／分で約371℃（700゜F）から約427℃
（800゜F）に加熱し；約427℃（800゜F）で約45分間保持し；約1.4℃／分で約427℃（800゜F）から約538℃（1
000゜F）に加熱し；約538℃（1000゜F）で約12分間保持し；約1.4℃（2.5゜F）／分で約538℃（1000゜F）から約593℃（1000゜F）に加熱し、約4.4℃（８゜F）／分で約593℃（1000゜F）から約1,121℃（2050゜F）に加熱し；約13マイクロメートル〜約29マイクロメートルの真空下で、約1,121℃（2050゜F）で約30分間保持し；約4.
4℃（８゜F）／分で約1,121℃（2050゜F）から約1,288
℃（2350゜F）に加熱し；アルゴンを約15トルで導入しながら約1,288℃（2350゜F）で約30分間保持し；アルゴンを約5,516kPa（800psi）の圧力まで導入しながら約3.
3℃（６゜F）／分で約1,288℃（2350゜F）から約1,510
℃（2750゜F）に加熱し；約1,510℃（2750゜F）で約５
分間保持し；炉の電源をオフにし、炉及びその内容物を約5.6℃（10゜F）／分で約室温に冷却した。

焼結した第１の粉末ブレンドのみ及び焼結した第２の粉末ブレンドのみの焼結コントロール試料を含む焼結製品（直径約15.9mm（0.625インチ）で、先端角度φ約75
゜を有した）を、金属組織学、湿式化学分析、磁気性質同定化、硬度及びエネルギー分散ｘ軸分析（EDS）を使用して同定した。

表Ｉは、本実施例によって製造した製品の第１領域及び第２領域の特徴並びに第１の粉末ブレンドのみ及び第２の粉末ブレンドのみの焼結コントロールの特徴の結果を示す。 湿式化学分析の結果から、製品を製造するための未処理体の高密度化の際、コバルトバインダーが第１
の粉末ブレンドから第２の粉末ブレンドに移動したことがわかる。 コバルトバインダーのこの移動により、第１
の粉末ブレンドのみからなる焼結コントロール試料と比較する第１領域の硬度の効果及び焼結第２の粉末ブレンドのみからなる焼結コントロールと比較する第２の部分の硬度の効果を示した。

図4Aは、境界面417で第２の部分413に接触する第１の部分414を有する焼結製品401の長手方向の断面の倍率約
3.4倍の顕微鏡写真である。 前領域421は未処理体の前領域に対応し、後部422は未処理体の後部に対応する。 第１領域414及び少なくとも一つの追加領域413間の境界面
417の倍率約500倍の顕微鏡写真を図4Bに示し、倍率約15
00倍の顕微鏡写真を図4Eに示す。 図4C及び第4Dは、第１
領域414及び第２領域413それぞれの倍率約500倍の顕微鏡写真であり、図4F及び図4Gは、第１領域414及び第２
領域413それぞれの倍率約1500倍の顕微鏡写真である。
第１領域414及び第２領域413の成分は、図4E、4F及び4G
で同一であり、コバルト合金バインダー425、粗粒子炭化タングステン426及び微粒子炭化タングステン427を含有する。 自然発生的に形成された結合線417は、炭化タングステン粒度の突然の変化として、図4Eに明瞭に見られる。 クラック及び混在物のない、自然発生的に形成された冶金的に優れた結合が存在する。 これらの高密度化した焼結製品は、イータ相及びＣ多孔性もない。

₆カソード電子銃システム及びシリコン−リチウム検出器（Oxford Instr

uments Inc.,Analytical System Division,Microanalys

is Group,Bucks,England）を有するエネルギー分散ｘ線システムを備えたJSM−6400走査電子顕微鏡（Model No.

ISM64−3,JEOL LTD,Tokyo,Japan）を加速電位約20keVで使用した。 走査領域を約125マイクロメートル×約４マイクロメートルとして測定した。 各領域を同じ時間間隔（約50秒の時間）だけ走査した。 隣接領域間のステップサイズは約0.1mm（0.004インチ）であった。 図5A及び5B

は、このスタンダードレス分析及び領域にわたった平均の結果を示す。 図5Aは、直径約10.5mmで行ったスポットプローブ分析の結果に対応し、第１領域（平均約11.9重量％）から第２領域（平均約7.2重量％）へのコバルト含有量の段階毎の変化を示す。 同様に、図5Bは、直径約

15.5mm（0.610インチ）のスポットプローブ分析の結果を示し、製品の第１領域（平均約12.3重量％）から第２

領域（平均約7.6重量％）へのコバルト含有量のステップ毎の変化を示す。

図６は、製品の硬度プロファイルの結果を表し、ここでは、第１領域の硬度（この製品の内側又はコア部分で、ロックウェルＡ≒87.4〜87.8）が第２領域の硬度（本製品の外側又は外周部分では、ロックウェルＡ≒8
8.3〜88.7）よりも低いことを示す。

使用方法 本実施例によって製造した十分な個数の焼結製品を鋼体にろう付けして、“KENNAMETAL"（登録商標）KB175SL
SA切削システムに関連して使用され、図７に概略的に示す“KENNAMETAL"（登録商標）U765KSA円錐形工具を成形する。 製品のろう付けは、“Cutting Tool Having Tip
with Lobes"というタイトルの1994年６月28日にマッサら（Massa et al.）の名前で発行された、同一出願人が所有する米国特許第5,324,098号に開示される物質を使用して実施した。米国特許第5,324,098号の手段は参考として含まれる。円錐形工具701は、装着された硬質切削チップ702を有する細長いボディ705から成る。細長いボディ705は、軸方向前端部710及び軸方向後端部707を有する。端部710と707との間には、半径方向に突出するフランジ704、細長い直径部分711及び直径の小さな部分
706がある。 軸方向前端部710は、硬質切削チップ702を受けるソケット709を含む。 硬質切削チップ705は、第１
領域704及び第２領域715、少なくとも部分的かつ自然発生的かつ冶金的に結合した境界面717から成る。 硬質チップ702は、装着手段703によって細長いボディ705に接触する。 装着手段703は、ろう付け、焼ばめ、締まりばめ及びこれらの組み合わせを含む得る。 円錐形工具701
は、保持スリーブ又はクリップ708として図７に示す保持手段を含み得る。

切削システムをJoy 12HN9 Continuous Miner（Joy Ma
nufacturing Co.,Ltd.,Johannesburg,South Africa）と共に使用して石炭を採鉱した。 特に、圧縮強度又は硬度約12メガパスカル（MPa）（3.5キロポンド／平方インチ（ksi））の石炭を、粗粒子炭化タングステン−コバルト合金（表Ｖの試料10を参照のこと）から製造した従来技術の工具を使用して、所与の距離に対して約3m（9.8
フィート）採鉱し、工具は本実施例によって製造した製品を含んだ。 4m（13.1フィート）、8m（26.2フィート）
及び12m（39.4フィート）の採鉱後、従来技術を含む工具及び本実施例によって製造した製品を含む工具の長さの変化を決定した。 幾つかの工具の先端の夾角も測定した。 4m（13.1フィート）、8m（26.2フィート）及び12m
（39.4フィート）のさまざまな位置で決定した結果を、
表II、III及びIVにそれぞれまとめた。 とくに、表II、I
II及びIVは、工具の位置、従来技術を含む工具及び本実施例の製品を含む工具の長さの変化、長さの変化の割合、従来技術の工具のチップ夾角の大きさ、本発明の夾角の大きさ及び従来技術の工具のチップ夾角の変化：本発明のチップ夾角の変化を示す。 すべての工具のチップ夾角は約75゜から出発することに注目されたい。

本発明のさまざまな態様を図形的に示すために、図８
及び９は、4m（13.1フィート）の採鉱後の位置１、３及び５並びに8m（26.2フィート）の採鉱後の位置１、５及び６の切削システムの位置の関数として、本発明の先端

と測定され、未処理体の直径は約21mm（0.827インチ）

であった。 さらに、この実施例の未処理体を成形するために使用した圧縮負荷は、31,138N（7000lbs）ではなく、約37,365N（8400lbs）であった。

実施例１におけるように、第１の粉末ブレンドのみから成るか又は第２の粉末ブレンドのみから成るコントロール試料を比較のために形成した。 得られた本実施例の製品を、実施例１に類似した方法で同定した。 表Ｖは、
結合して未処理体を成形し、最終的には高密度化製品を形成する第１の粉末ブレンド及び第２の粉末ブレンドの重量％、第１の粉末ブレンドのゾーン寸法、湿式化学分析の結果、硬度測定の結果、磁気性質測定の結果をまとめる。 したがって、本実施例は、本発明の方法によって製造する製品の第１領域及び第２領域のバインダー含有量を適合させる方法を教示する。

フロントページの続き (51)Int.Cl. ⁷識別記号 ＦＩ Ｅ２１Ｂ 10/46 Ｅ２１Ｂ 10/46 (72)発明者 コンレイ、エドワード ブイ. アメリカ合衆国 15642 ペンシルバニ ア州 ノース ハミングドン ラボンネ ドライブ 10187 審査官 井上 猛 (56)参考文献 特開 昭63−38501（ＪＰ，Ａ) Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕ ｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔ ａｌｌｕｒｇｙ，米国，1987年，Ｖｏ ｌ． 23，Ｎｏ． ４，ｐ229−235 Ｒｉｃｈｔｅｒ Ｖ，ｆａｂｒｉｃａ ｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅ ｓ ｏｆ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｈａｒｄ ｍｅｔａｌｓ，３ｒｄ Ｉｎｔｅｒｎ ａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒａｄｉｅｎ ｔ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，スイス，Ｐｏ ｌｙｔｅｃｈ． Ｕｎｉｖ． Ｒｏｍａｎｄ ｅｓ，1994年10月10日，Ｐｒｏｃｅｅｄ ｉｎｇｓ，ｐ587−592 (58)調査した分野(Int.Cl. ⁷ ，ＤＢ名) B22F 3/10 B22F 7/00 - 7/08