多晶金刚石体、切削工具、耐磨工具、磨削工具以及用于制造多晶金刚石体的方法技术

本发明专利技术提供了一种包含金刚石颗粒的多晶金刚石体。所述金刚石颗粒的平均粒径为50nm或更小。在23℃±5℃、4.9N的测试负荷下的努氏硬度测定中，所述多晶金刚石体的努氏压痕的对角线中较短对角线的长度B与较长对角线的长度A的比值为0.080或更小，其中该比值表示为比值B/A。该多晶金刚石体具有韧性且具有小粒径。本发明专利技术还提供了一种切削工具、耐磨工具、磨削工具，以及用于制造多晶金刚石体的方法。

Polycrystalline diamonds, cutting tools, wear-resistant tools, grinding tools and methods for manufacturing polycrystalline diamonds

【技术实现步骤摘要】
多晶金刚石体、切削工具、耐磨工具、磨削工具以及用于制造多晶金刚石体的方法本申请是申请号为201510229309.2、申请日为2015年5月7日、专利技术名称为“多晶金刚石体、切削工具、耐磨工具、磨削工具以及用于制造多晶金刚石体的方法”的申请的分案申请。
本专利技术涉及多晶金刚石体、切削工具、耐磨工具、磨削工具，以及用于制造多晶金刚石体的方法。更具体地，本专利技术涉及用作切削工具、耐磨工具、和磨削工具的多晶金刚石体，并且涉及切削工具、耐磨工具、磨削工具，以及用于制造多晶金刚石体的方法。
技术介绍
通过使用钴(Co)等金属和碳化硅(SiC)等陶瓷作为烧结助剂和粘合剂来获得用于常规金刚石工具的烧结金刚石体。此外，日本专利公开No.4-074766和日本专利公开No.4-114966公开了(例如)使用碳酸盐作为烧结助剂。根据这些文献，通过在使金刚石热力学稳定的稳定高压高温条件下(通常，压力为5至8GPa、温度为1300℃至2200℃)将金刚石粉末与烧结助剂和粘合剂一起烧结从而得到烧结金刚石体。另一方面，天然存在的多晶金刚石体(黑金刚石和半钢石)也是已知的，其中的一些被用作钻头。然而，由于这些多晶金刚石体的材料质量变化明显并且数量有限，因此它们不常用于工业目的。使用烧结助剂所得到的多晶金刚石体中含有所用的烧结助剂，其可能起到促进金刚石的石墨化的催化剂的作用。由此，所得到的多晶金刚石体的耐热性变差。此外，当对所述多晶金刚石体进行加热时，由于催化剂和金刚石之间热膨胀的差异，因而容易出现微小的裂纹。结果，多晶金刚石体的机械性能变差。还已知这样的多晶金刚石体，该多晶金刚石体中存在于金刚石颗粒的晶界处的金属被除去，以提高其耐热性。尽管这种方法将耐热温度提高至约1200℃，但是所述多晶体变为多孔状，因此强度进一步降低。使用SiC作为粘合剂所获得的多晶金刚石体具有高耐热性，然而由于金刚石颗粒没有粘结在一起，因此其具有低强度。另一方面，已知这样一种方法，其中在超高压和高温下使非金刚石碳(例如石墨、无定形碳等)直接转化成金刚石而不使用催化剂和/或溶剂，并且同时烧结(直接转化和烧结法)。例如，J.Chem.Phys.,38(1963)631-643页、Japan.J.Appl.Phys.,11(1972)578-590页、和Nature259(1976)38页表明，在14GPa至18GPa的超高压力和3000K以上的高温下，通过使用石墨作为起始原料得到了多晶金刚石体。然而，在根据J.Chem.Phys.,38(1963)631-643页、Japan.J.Appl.Phys.,11(1972)578-590页、和Nature259(1976)38页的全部的多晶金刚石体的制造中，使用了通过直接通电进行加热的方法，其中直接使电流通过导电性非金刚石碳(例如石墨等)从而对其进行加热。这样得到的多晶金刚石体中含有残余的非金刚石碳(例如石墨等)，并且还含有晶粒尺寸不均匀的金刚石。结果，该多晶金刚石体的硬度和强度差。因此，为了提高硬度和强度，NewDiamondandFrontierCarbonTechnology(14(2004)313页)以及SEITechnicalReview(165(2004)68页)给出了通过直接转化和烧结法来获得致密且高纯度的多晶金刚石体的方法，其中在12GPa以上的超高压和2200℃以上的高温下间接加热作为原料的高纯度石墨。
技术实现思路
在根据NewDiamondandFrontierCarbonTechnology(14(2004)313页)以及SEITechnicalReview(165(2004)68页)的多晶金刚石体的制造中，降低了烧结温度，以获得用于(例如)超精密加工中的具有小粒径的多晶金刚石体。结果，多晶体不能充分烧结，并且其强度降低。此外，如果金刚石颗粒的粒径小，则其韧性降低，这使得所得工具容易碎裂。因此，本专利技术的目的是解决上述问题，并提供具有韧性且粒径小的多晶金刚石体，并且提供切削工具、耐磨工具、磨削工具，以及用于制造所述多晶金刚石体的方法。根据本专利技术一个方面的多晶金刚石体中含有金刚石颗粒。所述金刚石颗粒的平均粒径为50nm或更小。在23℃±5℃、4.9N的测试负荷下的努氏硬度测量中，所述多晶金刚石体的努氏压痕的对角线中较短对角线的长度B与较长对角线的长度A的比值为0.080或更小，其中该比值表示为比值B/A。根据本专利技术另一个方面的用于制造多晶金刚石体的方法包括以下步骤：准备粒径为0.5μm或更小的非金刚石碳粉作为起始原料；并且在满足以下条件的温度和压力下将所述非金刚石碳粉转化成金刚石颗粒并将所述金刚石颗粒烧结：当P表示压力(GPa)且T表示温度(℃)时，P≥0.0000168T2-0.0867T+124；T≤2300；并且P≤25。根据上述内容，提供了一种具有韧性且粒径小的多晶金刚石体，并提供了切削工具、耐磨工具、磨削工具，以及用于制造所述多晶金刚石体的方法。结合附图，通过以下对本专利技术的详细描述，本专利技术的上述及其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显。附图说明图1为用于说明努氏压痕的图。具体实施方式[本专利技术实施方案的描述]本专利技术人进行了广泛的研究以解决上述问题，并且发现，当使具有0.5μm或更小粒径的非金刚石碳粉(如石墨等)在高温高压下直接转化为金刚石颗粒时，能够获得具有韧性且具有精细结构的多晶金刚石体。[1]根据本专利技术一个方面的多晶金刚石体包含金刚石颗粒，所述金刚石颗粒的平均粒径为50nm或更小，并且在23℃±5℃、4.9N的测试负荷下的努氏硬度的测量中，所述多晶金刚石体的努氏压痕的对角线中较短对角线的长度B与较长对角线的长度A的比值为0.080或更小，其中该比值表示为比值B/A。这种多晶金刚石体具有韧性，并且具有形成该多晶金刚石体的金刚石颗粒的小粒径。[2]所述金刚石颗粒的平均粒径优选为30nm或更小。进一步降低平均粒径使得所述多晶金刚石体更适合用于需要小粒径的应用。[3]优选地，根据X射线衍射，所述金刚石颗粒的(220)面的X射线衍射强度I(220)与(111)面的X射线衍射强度I(111)的比值大于等于0.1小于等于0.3，其中该比值表示为比值I(220)/I(111)。这使得所述多晶体各向同性，这样当多晶体用作工具等时，可以减小局部磨损。[4]根据本专利技术另一方面的切削工具包含上述多晶金刚石体。因此，切削工具可用于切削各种材料。[5]根据本专利技术又一方面的耐磨工具包含上述多晶金刚石体。该耐磨工具可用于加工各种材料。[6]根据本专利技术又一方面的磨削工具包含上述多晶金刚石体。该磨削工具可用于磨削各种材料。[7]根据本专利技术又一方面的用于制造多晶金刚石体的方法包括这样的步骤：准备粒径为0.5μm或更小的非金刚石碳粉作为起始原料；以及在满足以下条件的温度和压力下将所述非金刚石碳粉转化成金刚石颗粒并将所述金刚石颗粒烧结，当P表示压力(GPa)且T表示温度(℃)时，P≥0.0000168T2-0.0867T+124；T≤2300且P≤25。按照该方法获得的多晶金刚石体具有韧性，并且具有形成该多晶金刚石体的金刚石颗粒的微细粒径。[本专利技术实施方案的详细说明]以下对本专利技术的实施方案(以下称为“该实施方案”)进行更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多晶金刚石体，包含：金刚石颗粒；所述金刚石颗粒的平均粒径为50nm或更小，并且在23℃±5℃、4.9N的测试负荷下的努氏硬度测量中，所述多晶金刚石体的努氏压痕的对角线中较短对角线的长度B与较长对角线的长度A的比值为0.080或更小，其中该比值表示为比值B/A。

【技术特征摘要】
2014.05.08 JP 2014-0967471.一种多晶金刚石体，包含：金刚石颗粒；所述金刚石颗粒的平均粒径为50nm或更小，并且在23℃±5℃、4.9N的测试负荷下的努氏硬度测量中，所述多晶金刚石体的努氏压痕的对角线中较短对角线的长度B与较长对角线的长度A的比值为0.080或更小，其中该比值表示为比值B/A。2.根据权利要求1所述的多晶金刚石体，其中所述金刚石颗粒的平均粒径为30nm或更小。3.根据权利要求1或2所述的多晶金刚石体，其中根据X射线衍射，所述金刚石颗粒的(220)面的X射线衍射强度I(220)与(111)面的X射线衍射...

【专利技术属性】
技术研发人员：石田雄，山本佳津子，角谷均，
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