多晶金刚石制成的压头及使用压头评价开裂引发载荷的方法和装置制造方法及图纸

压头由多晶金刚石制成并具有末端，末端具有半径为10μm到2000μm的球形表面。

Presses made of polycrystalline diamond and methods and devices for evaluating crack initiation loads using presses

The indenter is made of polycrystalline diamond and has an end which has a spherical surface with a radius of 10 to 2000 microns.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多晶金刚石制成的压头及使用压头评价开裂引发载荷的方法和装置
本专利技术涉及多晶金刚石制成的压头以及使用该压头评价开裂引发载荷的方法和装置。本申请要求基于2017年8月10日提交的日本专利申请No.2017-155352的优先权。该日本专利申请中描述的内容通过引用全部并入本文。此外，本专利技术应用于金刚石工具领域、光学领域、用于半导体的衬底领域等等。
技术介绍
随着对电子器件和光学部件的小型化、高精度和高效率的需求，对高硬度材料的高精度加工的需求日益增加，相应地对具有高强度和高硬度的工具材料的需求日益增加。引用列表专利文献[专利文献1]日本专利公开No.2008-180568
技术实现思路
本公开的一个方面提供一种压头，该压头由多晶金刚石制成并具有末端，所述末端具有半径为10μm到2000μm的球形表面。本公开的另一方面提供一种用于评价使试件开裂的载荷的方法，所述试件包含具有类金刚石晶体结构的硬质材料，所述方法包括以下步骤：将所述试件固定在预定位置，并将所述压头的末端与所述试件的表面接触；在与所述试件的所述表面垂直的方向上朝向所述试件的所述表面对所述压头施加随时间而增大的载荷；以及记录当所述试件的所述表面被所述压头压裂时所施加的载荷。本公开的又一方面提供一种用于评价使试件开裂的载荷的评价装置，所述试件包含具有类金刚石晶体结构的硬质材料，所述评价装置包括：上述压头；测试台，其允许包含具有类金刚石晶体结构的硬质材料的试件在预定位置固定于所述测试台；载荷施加单元，其构造为在与所述试件的表面垂直的方向上朝向所述试件的所述表面对所述压头施加随时间而增大的载荷；检测器，其构造为检测所述试件的振荡的频谱；以及记录仪，其构造为记录所述载荷和所述频谱。附图说明图1是根据实施例的用于评价使试件开裂的载荷的评价装置的示意图，试件包含具有类金刚石晶体结构的硬质材料。图2是表示对试件进行的AE信号的频率分析的实例的曲线图。图3是表示开裂引发载荷与切削性能之间的相关性的表格。图4是表示使得用作试件的各种类型单晶金刚石开裂的载荷的曲线图。具体实施方式[本公开要解决的问题]使世界上最坚硬的材料(如，金刚石(下文也称作“硬质材料”))开裂以评价硬质材料的硬度和抗破裂(如，开裂)的耐久性是非常困难的，因为这样做需要用比待评价的材料更坚硬的材料制成压头。此外，当使用的压头的硬度等级稍大于待评价的材料的硬度时，抗破裂的耐久性的值(例如，稍后描述的开裂引发载荷)不可靠，并且压头也具有低耐久性(即，它不能使用很多次)且需要频繁更换。例如，在评价诸如氧化物和氮化物等的陶瓷的硬度等时，使用了由金刚石单晶制成的压头。虽然金刚石单晶制成的压头的硬度比陶瓷的硬度高得多，但前者的硬度根据晶面取向而有差异，并且容易解理，因此耐久性有问题。在评价金刚石系材料(类金刚石碳(DLC)、立方氮化硼(cBN)、单晶金刚石等等)时，待评价的对象是非常坚硬的材料，并且测量本身是困难的。此外，压头有在测量期间被弄断等情况，并且无法进行可靠测量。已知抗破裂的耐久性通过测量维氏硬度(Vickershardness)和努氏硬度(Knoophardness)来测量。用于测量维氏硬度和努氏硬度的压头需要是尖金字塔形压头。然而，尖金字塔形压头不适于评价上面指出的金刚石系材料。鉴于上述情况而做出本专利技术，并且本专利技术的目的是提供允许可靠评价硬质材料的抗破裂的耐久性的压头以及使用该压头评价开裂引发载荷的方法和装置。[本公开的有益效果]根据本公开，能够提供允许可靠评价硬质材料的抗破裂的耐久性的压头以及使用该压头评价开裂引发载荷的方法和装置。[本专利技术的实施例的描述]本专利技术的专利技术人进行了一项勤奋的研究，结果发现由诸如不含粘结剂的纳米多晶金刚石等的多晶金刚石制成且末端被部分地加工成具有特定球形表面的压头适于评价硬质材料的抗破裂的耐久性。另外，本专利技术的专利技术人发现，经由压头对用作试件的硬质材料施加随时间而增大的载荷并确定当试件的表面被压裂时所施加的载荷允许可靠地评价抗破裂的耐久性。末端具有精确球形表面的压头允许均匀地施加力，并且还减小了压头上的负荷。这允许即使是与压头质量相同的试件，也能够可靠地评价抗破裂的耐久性。本专利技术的评价方法通过对被认为是世界上最坚硬的多晶金刚石(如，不含粘结剂的纳米多晶金刚石)进行加工来实现，从而将具有高精度的球形表面作为压头。[1]根据本公开的一个方面，压头由多晶金刚石制成并具有末端，末端具有半径为10μm到2000μm的球形表面。该压头使得能够可靠地评价硬质材料的抗破裂的耐久性。[2]末端的球形表面是圆度为0.001μm以上且0.05μm以下的部分。这进一步提高了测量的精度和再现性。[3]末端的球形表面是表面粗糙度Ra为0.0001μm以上且0.03μm以下的部分。这进一步提高了测量的精度和再现性。[4]多晶金刚石进一步包含硼。这允许高效且高度精确的加工。[5]硼的比率为100ppm以上且小于10000ppm。这允许高效且高度精确的加工。[6]根据本公开的另一方面，一种用于评价开裂引发载荷的方法是一种用于评价使试件开裂的载荷的方法，试件包含具有类金刚石晶体结构的硬质材料，方法包括以下步骤：将试件固定在预定位置，并将压头的末端与试件的表面接触；在与试件的表面垂直的方向上朝向试件的表面对压头施加随时间而增大的载荷；以及记录当试件的表面被压头压裂时所施加的载荷。本专利技术使得能够可靠地评价硬质材料的抗破裂的耐久性。[7]硬质材料包括金刚石或立方氮化硼。本专利技术适合应用于包括金刚石或立方氮化硼的硬质材料。[8]本公开的方法进一步包括在对压头施加载荷的步骤中检测试件的振荡的频谱，并且进一步包括在记录载荷的步骤中基于为了将由开裂产生的信号与由噪声分量产生的信号分离开而预设的阈值的频率，去除噪声分量的信号，以检测并记录由开裂产生的信号。这允许容易且精确地知道开裂引发载荷。[9]根据本公开的又一方面，一种评价装置包括：上述压头；测试台，其允许包含具有类金刚石晶体结构的硬质材料的试件在预定位置固定于测试台；载荷施加单元，其构造为在与试件的表面垂直的方向上朝向试件的表面对压头施加随时间而增大的载荷；检测器，其构造为检测试件的振荡的频谱；以及记录仪，其构造为记录载荷和频谱。本专利技术的评价装置使得能够可靠地评价硬质材料的抗破裂的耐久性。[本专利技术的实施例的细节]虽然在下文中将描述本专利技术的实施例，但本专利技术不限于此。在本说明书中，呈“A到B”形式的表述是指范围的上限和下限(即，A以上且B以下)，并且当A未伴随任何单位且B单独伴随有单位时，A具有与B相同的单位。(由多晶金刚石制成的压头)根据本实施例的压头是由多晶金刚石制成的压头，并且压头具有末端，末端具有半径为10到2000μm的球形表面。诸如无粘结剂纳米多晶金刚石等的多晶金刚石非常地坚硬且没有解理性质(propertyforcleavage)，因此它是最佳材料。因此，本专利技术的专利技术人首先检查了使用该材料作为压头(日本专利公开No.2008-180568(专利文献1))。然而，多晶金刚石非常地坚硬，因此难以由其生产压头。特别是，诸如维氏压头和努氏压头等的压头的末端需要进行削尖加工(sharplyprocessed)。然而，对于作为硬质材料的多晶金刚石而言，对这样的压头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压头，由多晶金刚石制成并具有末端，所述末端具有半径为10μm到2000μm的球形表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.08.10 JP 2017-1553521.一种压头，由多晶金刚石制成并具有末端，所述末端具有半径为10μm到2000μm的球形表面。2.根据权利要求1所述的压头，其中，所述末端的所述球形表面是圆度为0.001μm以上且0.05μm以下的部分。3.根据权利要求1或2所述的压头，其中，所述末端的所述球形表面是表面粗糙度Ra为0.0001μm以上且0.03μm以下的部分。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的压头，其中，所述多晶金刚石进一步包含硼。5.根据权利要求4所述的压头，其中，所述硼的比率为100ppm以上且小于10000ppm。6.一种用于评价使试件开裂的载荷的方法，所述试件包含具有类金刚石晶体结构的硬质材料，所述方法包括以下步骤：将所述试件固定在预定位置，并将根据权利要求1至5中的任一项所述的压头的末端与所述试件的表面接触；在与所述试件的所述表面垂直的方向上朝向所述试件的所述表...

【专利技术属性】
技术研发人员：滨木健成，山本佳津子，角谷均，石田雄，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP