[發明專利]金剛石多晶體、切削工具、耐磨工具、磨削工具以及金剛石多晶體的制造方法

有效

• 申請號: 201680014181.0
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN107406334B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 石田雄;有元桂子;山本佳津子;角谷均
• 申請（專利權）人: 住友電氣工業株式會社
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;B23B27/14;B23B27/20;B24D3/00;C01B32/26
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 王靜;高釗

金剛石多晶體(10)包含金剛石粒子，并且所述金剛石粒子的平均粒徑為50nm以下。通過斷裂強度試驗確定的裂紋載荷為10N以上，其中將頂端半徑Dr為50μm的金剛石壓頭D以100N/分鐘的載荷速度F壓向金剛石多晶體(10)的表面(10s)。由此，本發明提供了具有小粒徑且具有韌性的金剛石多晶體、切削工具、耐磨工具、磨削工具，以及用于制造金剛石多晶體的方法。

技術領域

本發明涉及金剛石多晶體、切削工具、耐磨工具、磨削工具，以及金剛石多晶體的制造方法。更具體地，本發明涉及用作切削工具、耐磨工具和磨削工具的金剛石多晶體，并且還涉及切削工具、耐磨工具、磨削工具，以及用于制造金剛石多晶體的方法。

背景技術

通過使用鈷(Co)等金屬和碳化硅(SiC)等陶瓷作為燒結助劑和結合劑來獲得用于常規金剛石工具的燒結金剛石材料。此外，日本專利待審公開No.4-074766(專利文獻1)和日本專利待審公開No.4-114966(專利文獻2)公開了(例如)一種使用碳酸鹽作為燒結助劑的方法。根據這些文獻，通過在使金剛石熱力學穩定的穩定高壓高溫條件下(通常，壓力為5GPa至8GPa、溫度為1300℃至2200℃)將金剛石粉末與燒結助劑和結合劑一起燒結從而得到燒結金剛石材料。天然存在的金剛石多晶體(黑金剛石和半鋼石)也是已知的，其中的一些被用于鉆頭。然而，由于這些金剛石多晶體的材料質量變化明顯并且數量有限，因此它們不常用于工業目的。

使用燒結助劑所得到的金剛石多晶體中含有燒結助劑，其可能起到促進金剛石的石墨化的催化劑作用。結果，所得到的金剛石多晶體的耐熱性變差。此外，當對所述金剛石多晶體施加熱時，由于催化劑和金剛石之間熱膨脹的差異，因而容易出現微細的裂紋。結果，金剛石多晶體的機械性能變差。

還已知這樣的金剛石多晶體，該金剛石多晶體中存在于金剛石粒子的晶界處的金屬被除去，以提高其耐熱性。盡管這種方法將耐熱溫度提高至約1200℃，但是所述多晶體變為多孔狀，因此多晶體的強度進一步降低。使用SiC作為結合劑所獲得的金剛石多晶體具有高耐熱性，然而由于金剛石粒子沒有結合在一起，因此金剛石多晶體具有低的強度。

還已知這樣一種方法，其中在超高壓和高壓下使非金剛石碳(例如石墨或無定形碳等)直接轉化成金剛石而不使用催化劑和/或溶劑，并且同時燒結(直接轉化和燒結法)。例如，J.Chem.Phys.,38(1963)631-643頁(非專利文獻1)、Japan.J.Appl.Phys.,11(1972)578-590頁(非專利文獻2)和Nature 259(1976)38頁(非專利文獻3)表明，在14GPa至18GPa的超高壓力和3000K以上的高溫下，通過使用石墨作為起始材料得到了金剛石多晶體。

然而，在根據非專利文獻1、2和3的金剛石多晶體的制造中，使用了通過直接通電進行加熱的方法，其中直接使電流通過導電性非金剛石碳(例如石墨等)從而對其進行加熱。這樣得到的金剛石多晶體含有殘余的非金剛石碳石墨，并且還含有晶粒尺寸不均勻的金剛石。結果，該金剛石多晶體的硬度和強度差。

為了提高硬度和強度，New Diamond and Frontier Carbon Technology(14(2004)313頁)(非專利文獻4)以及SEI Technical Review(165(2004)68頁)(非專利文獻5)給出了通過直接轉化和燒結法來獲得致密且高純度的金剛石多晶體的方法，其中在12GPa以上的超高壓和2200℃以上的高溫下對作為原料的高純度石墨進行間接加熱。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：日本專利待審公開No.4-074766

專利文獻2：日本專利待審公開No.4-114966

非專利文獻

非專利文獻1：J.Chem.Phys.,38(1963)631-643