耐磨工具制造技术

这种耐磨工具的芯材为复合多晶金刚石，所述复合多晶金刚石包含多晶金刚石和非金刚石碳，其中在所述多晶金刚石中，粒状金刚石直接接合。所述复合多晶金刚石中的所述多晶金刚石在复合多晶体中是三维连续的，并且平均一次粒径为10nm至500nm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐磨工具
本专利技术涉及一种耐磨工具。本申请要求于2015年10月30日提交的日本专利申请No.2015-214044的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
在以下文献中描述了常规的耐磨工具。引用列表专利文献专利文献1：日本专利待审公开No.2-232106专利文献2：日本专利待审公开No.2004-196595专利文献3：国际公开WO2008/088048
技术实现思路
根据本公开的一个实施方案的耐磨工具是包含复合多晶金刚石作为芯材的耐磨工具，所述复合多晶金刚石由多晶金刚石和非金刚石碳组成，其中在所述多晶金刚石中，粒状金刚石直接接合。附图说明图1是含有常规单晶金刚石的拉丝模具的截面示意图。图2A示出了包含常规单晶金刚石的拉丝模具磨损前的状态的照片。图2B示出了含有常规单晶金刚石的拉丝模具磨损后的状态的照片。图3示出了实施例中使用的本专利技术的拉丝模具和比较例中的拉丝模具的示意性形状的图。图4示出了将本专利技术的拉丝模具和比较例的拉丝模具用于拉丝加工时，经过拉丝的线材的直径相对于拉丝距离的变化情况的曲线图。图5示出了将本专利技术的拉丝模具和比较例的拉丝模具用于拉丝加工时，经过拉丝的线材的圆度相对于拉丝距离的变化情况的曲线图。图6示出了将本专利技术的拉丝模具和比较例的拉丝模具用于拉丝加工时，经过拉丝的线材的表面粗糙度相对于拉丝距离的变化情况的曲线图。图7A示出了当本公开中的拉丝模具用于拉丝距离为60km的拉丝时，线材表面的照片。图7B示出了当比较例1中的拉丝模具用于拉丝距离为60km的拉丝时，线材表面的照片。图7C示出了当比较例2中的拉丝模具用于拉丝距离为60km的拉丝时，线材表面的照片。图7D示出了当比较例3中的拉丝模具用于拉丝距离为60km的拉丝时，线材表面的照片。图7E示出了当比较例4中的拉丝模具用于拉丝距离为60km的拉丝时，线材表面的照片。具体实施方式作为拉丝模具，通常采用具有如图1所示的断面且由天然或合成单晶金刚石或多晶金刚石(如烧结金刚石或CVD金刚石)构成的拉丝模具，该拉丝模具代表用于对各种直径的线材进行拉丝的耐磨工具之一，例如，直径不大于50μm的极细线材或具有不小于1mm的大直径的线材。然而，单晶金刚石因受到长时间拉丝后的晶体取向的影响，会发生如图2B所示的不均匀磨损，这导致经过拉丝的线材的圆度和表面粗糙度不利地劣化。单晶金刚石根据取向不同而具有不同的晶格面间距，并且每个晶格面的面内原子密度不同。因此，耐磨性与方向极为相关，拉丝后会引起不均匀磨损，并且圆度或表面粗糙度降低。对于用于进行高硬度线材(例如不锈钢线材和钢丝绳)的拉丝的模具，由于在拉丝过程中会向模具施加过大的应力，因此其会发生劈裂。因而，目前，通常将多晶金刚石用于此类应用中。另一方面，多晶金刚石倾向于导致模具的内表面粗糙，并且导热性低，因此其润滑效果趋于降低。因此，线材易于断裂或线材表面易于具有缺陷。在目前市售的用于工具的多晶金刚石中，诸如Co、Ni或Fe之类的铁族金属或诸如SiC之类的陶瓷以烧结助剂或结合剂的形式包含于其中。这种多晶金刚石是通过在使金刚石热力学稳定的高压高温条件下(通常压力为5GPa至6GPa，温度为1300℃至1500℃)，将金刚石粉末与烧结助剂或结合剂一起烧结而获得的。由于多晶金刚石含有大约10体积％的烧结助剂或结合剂，所以不能获得具有高精度的形状或具有令人满意的表面粗糙度的孔，并且多晶金刚石不适用于对圆度和表面粗糙度具有要求的线材的拉丝。天然产生的多晶金刚石(黑金刚石或半刚石)也是已知的，并且一些多晶金刚石用于挖掘钻头。然而，这样的多晶金刚石具有粗大的颗粒并且还有许多缺陷，其质量差异也很大。因此，多晶金刚石不用于模具应用。日本专利公开No.2-232106(专利文献1)公开了用于其他工具的多晶金刚石，该多晶金刚石的厚度为50μm以上，平均结晶粒径不大于50μm，拉曼光谱分析中发现金刚石碳(X)和非金刚石碳(Y)之间的峰值比(Y/X)不高于0.2，比电阻不低于107Ω·cm。通过显著减少非金刚石碳以获得高纯度多晶金刚石，可防止由于微粒的微小破裂或脱落造成的磨损。日本专利公开No.2004-196595(专利文献2)公开了具有不低于85GPa的维氏硬度的耐热金刚石复合烧结材料，该耐热金刚石复合烧结材料由平均粒径不大于200nm的超细合成金刚石粉末的烧结材料构成，所述烧结材料是由金刚石晶体和生成的微量非金刚石碳组成的复合烧结材料，所述烧结材料是在未使用烧结助剂的条件下，通过静态压缩方法在超高压装置中烧结的。用上述起始材料和制造方法，金刚石颗粒容易发生塑性变形。通过利用小金刚石颗粒固有的高表面能作为驱动力，不使用任何烧结助剂就可以获得耐热金刚石复合烧结材料。由于耐热金刚石复合烧结材料含有微量的非金刚石碳，因此具有导电性，并且可以用于放电加工。国际公开WO2008/088048(专利文献3)公开了一种拉丝模具，其包含基本上由金刚石构成的多晶金刚石作为芯材，该多晶金刚石通过如下方式获得：采用非金刚石类碳材料作为起始材料，并且在未添加烧结助剂或催化剂的情况下，通过在超高压力和温度下烧结该碳材料以直接转化为金刚石。该多晶金刚石具有由微粒金刚石和板状或粒状的粗金刚石构成的混合结构，其中该微粒金刚石的最大粒径为100nm以下且平均粒径为50nm以下，该粗金刚石的最小粒径为50nm以上且最大粒径为10000nm以下。多晶金刚石具有孔，通过该孔对待拉丝的线材进行拉制。由这种多晶金刚石制成的拉丝模具可具有高耐磨性和较少的不均匀磨损或由于劈裂而引起的断裂，因此其耐久性为常规材料的至少三倍。然而，当将这种常规金刚石用于诸如模具或喷嘴或切削工具之类的耐磨工具时，出现如下问题。含有单晶金刚石的耐磨工具会发生不均匀的磨损。多晶金刚石的实例包括：含有4至6族过渡金属(如Co)作为结合剂的烧结金刚石；包含诸如SiC之类的陶瓷作为结合剂的烧结金刚石；或多晶CVD金刚石。含有这种金刚石的耐磨工具会导致由其加工的物体具有粗糙的表面粗糙度。耐磨工具的实例包括拉丝模具。为了抑制拉丝模具的磨损或改善经过加工的线材的表面粗糙度，可以减小压缩角度或者增加定径带长度。但是，这样做会使线材断裂。本专利技术也解决了断裂的问题，并且提供了一种高质量的耐磨工具，其通过减小压缩角度或使定径带变长来抑制工具的磨损，通过抑制孔径的变化或圆度的变化来实现工具的更长寿命，并且更不易于发生断裂。尽管专利文献3中的金刚石是多晶金刚石，但金刚石的粒度小。因此，尽管它可以解决表面粗糙的问题，但价格昂贵。这种多晶金刚石的热传导性低，因此其润滑性较差也是不利的。当金刚石用于其他耐磨工具时，也会出现类似的问题。本公开旨在解决上述传统技术的问题，并提供一种耐磨性高的耐磨工具。根据本公开的一个实施方案的耐磨工具包括作为芯材的复合多晶金刚石，所述复合多晶金刚石由多晶金刚石和非金刚石碳组成，其中在所述多晶金刚石中，粒状金刚石直接接合。该复合多晶金刚石是由金刚石和未经过转化或经过转化的非金刚石构成的复合烧结材料，其中该金刚石是通过以非金刚石类碳材料作为起始原料，不添加烧结助剂或催化剂，在超高温高压下通过烧结直接转化成金刚石而得到的。[本申请的专利技术的实施方案的描述]首先将列出和描述本申请的专利技术的实施方案。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨工具，其包含复合多晶金刚石作为芯材，所述复合多晶金刚石由多晶金刚石和非金刚石碳构成，其中在所述多晶金刚石中，粒状金刚石直接接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.30 JP 2015-2140441.一种耐磨工具，其包含复合多晶金刚石作为芯材，所述复合多晶金刚石由多晶金刚石和非金刚石碳构成，其中在所述多晶金刚石中，粒状金刚石直接接合。2.根据权利要求1所述的耐磨工具，其中，所述复合多晶金刚石中的所述多晶金刚石在复合多晶体中是三维连续的，并且一次粒子的平均粒径为10nm至500nm。3.根据权利要求1或2所述的耐磨工具，其中，所述复合多晶金刚石中的所述非金刚石碳的比例为0.05体积％以上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的耐磨工具，其中所述非金刚石碳是石墨类碳。5.根据权利要求1至4中任一项所述的耐磨工具，其中所述复合多晶金刚石中的所述非金刚石碳是压缩石墨。6.根据权利要求1至5中任一项所述的耐磨工具，其中，在包含所述复合多晶金刚石作为芯材的所述耐磨工具中，所述非金刚石碳分散在所述耐磨工具的起到加工作用的表面中，并且其比例(非金刚石碳的面积/起到加工作用的表...

【专利技术属性】
技术研发人员：角谷均，佐藤武，汤川实，末光文也，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，联合材料公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP