[發明專利]金剛石單晶、其制造方法以及單晶金剛石工具

有效

• 申請號: 201380034864.9
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN104395508A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 植田曉彥;西林良樹;角谷均
• 申請（專利權）人: 住友電氣工業株式會社
• 主分類號: C30B29/04
• 分類號: C30B29/04;C01B31/06;C23C16/27
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;穆德駿

技術領域

本發明涉及用于切削工具、耐磨工具、精密工具、散熱構件、半導體裝置用基板和光學部件的金剛石單晶，制造金剛石單晶的方法，以及用于汽車部件的旋削加工、光學部件的鏡面加工、球面加工和微細開槽加工的單晶金剛石工具特別是單晶金剛石切削工具。

背景技術

因為其優異的特性如高硬度、高熱導率、高透光率和寬帶隙，金剛石被廣泛用作各種工具、光學部件、半導體和電子部件的材料，并在未來會變得更加重要。

除了使用天然金剛石之外，還將具有穩定品質的合成金剛石主要用于工業應用中。目前，大部分合成金剛石單晶在金剛石以穩定狀態存在的條件下，即在約1100～2900℃范圍內的溫度和在至少幾萬大氣壓的壓力下工業合成。除了高溫高壓合成法之外，另一種確立的金剛石合成方法是氣相合成法。隨著近來使用氣相合成法制造的金剛石單晶，即化學氣相沉積(CVD)金剛石單晶的制造技術的發展，如非專利文獻1和專利文獻1中所述，用于工具和光學應用以及珠寶的金剛石已經被商業化生產。

例如，將單晶金剛石工具用于在汽車、光學裝置和電子設備中使用的非鐵金屬如鋁合金和銅合金以及塑料如丙烯酸類樹脂的鏡面加工和精密加工。由于單晶金剛石工具通常比在比較粗糙的加工中經常使用的燒結金剛石工具更貴，所以例如，在專利文獻2中提出了便宜且改進的單晶金剛石工具。

在金剛石單晶的工業應用中，主要將比較大的毫米或厘米尺寸的單晶用于切削工具如車刀、修整器和平銑刀。這些金剛石單晶用于工業基礎加工如磨石的修整、非鐵金屬的超精密加工和樹脂的鏡面加工。因此，持續且穩定地供給金剛石單晶是重要的。

如上所述，將單晶金剛石工具如切削工具(車刀)、修整器和平銑刀用于工業基礎加工中。因此穩定地供給用于這些單晶金剛石工具的金剛石單晶是重要的。

占據大部分工業金剛石的商業天然金剛石單晶的價格和量的波動是與穩定供給相反的因素。因為天然金剛石的儲量有限，隨著采礦的進行天然金剛石的儲量下降。天然金剛石的儲量下降會造成商業天然金剛石單晶的價格升高或者其量減少。因此，預期合成金剛石單晶的作用變得更重要。

此外，天然金剛石單晶會逐漸被CVD金剛石單晶代替。然而，在工業應用中，特別是在切削工具應用中，現有的CVD金剛石單晶不如高壓合成金剛石單晶普及。這是因為，CVD金剛石單晶的韌性低于天然金剛石單晶和高溫高壓合成Ib型金剛石單晶，并且存在如下技術問題：難以將CVD金剛石單晶加工成工具如車刀或平銑刀的形狀，或者在工件的加工期間傾向于形成碎屑或裂紋。這與如下情況類似：因為與高溫高壓合成Ib型金剛石單晶相比晶體中的氮雜質量少，因而比較脆的高溫高壓合成IIa型金剛石單晶很少用于切削工具應用，盡管其可能比較高硬度和長壽命。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：日本特許第4344244號公報

專利文獻2：日本特開2008-207334號公報

非專利文獻

非專利文獻1：Rizwan?U.A.Khan?et?al.，Color?alterations?in?CVD?synthetic?diamond?with?heat?and?UV?exposure：implications?for?color?grading?and?identification，Gem&Gemology，spring?2010pp.18-26

發明內容

技術問題

如上所述，已知的CVD金剛石單晶具有比天然金剛石或高溫高壓合成Ib型金剛石更低的韌性，難以加工和可能具有裂紋或碎屑，其應用范圍受到限制。與包含天然金剛石或高溫高壓合成Ib型金剛石的工具相比，包含已知的CVD金剛石單晶的單晶金剛石工具在切削期間更容易破裂或碎裂。這些問題是CVD金剛石單晶的應用受限的原因。

本發明的目的是解決相關領域的這種問題并提供具有高硬度和高韌性、在工具的制造中易于加工、具有與包含天然金剛石或高溫高壓合成Ib型金剛石的工具相等或更高的耐破裂或耐碎裂性、在切削時具有長壽命和高抗斷裂性的金剛石單晶，單晶金剛石工具和制造金剛石單晶的方法。

解決問題的手段

為了解決上述問題，本發明包括下列方面。

(1)根據本發明的金剛石單晶是利用化學氣相合成法合成的，且對波長為350nm的光具有25cm^-1以上且80cm^-1以下的吸收系數的金剛石單晶。