金刚石多晶体及其制造方法、以及工具技术

本发明专利技术提供了一种金刚石多晶体，在涉及滑动的应用中，与常规金刚石多晶体相比其寿命更长。本发明专利技术还提供制造所述金刚石多晶体的方法和工具。在该金刚石多晶体(2)中，添加有至少一种这样的元素，该元素的氧化物的熔点小于或等于1000℃，并且平均晶粒直径小于或等于500nm。由此减少了金刚石的磨损，结果在涉及滑动的应用中具有更长的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金刚石多晶体、其制造方法、以及工具。具体而言，本专利技术涉及用于滑动部件的金刚石多晶体、其制造方法、以及由该金刚石多晶体制成的工具。
技术介绍
一直以来，由于金刚石具有极高的硬度和优异的耐磨性，因此其已被用于以拉模为代表的滑动部件。例如，日本专利公开N0.09-124394披露了一种耐磨部件，其中通过CVD法用金刚石膜包覆充当基体的物质。此外，日本专利公开N0.2009-174039披露了一种滑动部件，其中通过等离子化学气相沉积法用金刚石状碳膜包覆基材的表面。引用列表专利文献专利文献1:日本专利公开N0.09-124394专利文献2:日本专利公开N0.2009-174039
技术实现思路
技术问题然而，当金刚石的滑动面的温度极高时会迅速磨损。例如，当由金刚石制成的拉模的拉丝速度增加时，金刚石的磨损迅速进行。据认为这是由于滑动面的温度高，金刚石会与氧或被加工部件发生反应，从而发生所谓的反应磨损。因此，当将金刚石用于滑动部件时，滑动部件的寿命较短。本专利技术旨在解决前述问题。本专利技术的主要目的是提供一种金刚石多晶体、其制造方法、以及工具，其中在滑动时该金刚石多晶体的寿命长于常规金刚石多晶体。解决问题的手段在根据本专利技术的金刚石多晶体中，添加有至少一种这样的元素，该元素的氧化物的熔点小于或等于1000°c，并且晶粒的平均粒径小于或等于500nm。根据本专利技术的工具可以使用根据本专利技术的金刚石多晶体。在本专利技术的一个方面中，制造金刚石多晶体的方法包括如下步骤:通过将石墨原料与混合用原料混合以制备混合物，其中该混合用原料含有这样的元素，该元素的氧化物的熔点小于或等于1000°c ;通过粉碎并混合所述混合物以制备碳材料；以及将所述碳材料直接转化为金刚石多晶体。在本专利技术的另一方面中，制造金刚石多晶体的方法包括如下步骤:通过用这样的覆层包覆石墨原料的粉末表面，以制备具有覆层的碳材料，其中该覆层含有这样的元素，该元素的氧化物的熔点小于或等于1000°c ;以及将所述具有覆层的碳材料直接转化为金刚石多晶体。专利技术的有益效果根据本专利技术，可提供金刚石多晶体、其制造方法、以及使用该金刚石多晶体的工具，其中该金刚石多晶体在滑动时具有更长的寿命。附图简要说明图1为示出了根据本专利技术实施方案的制造金刚石多晶体的方法的流程图。图2为示出了根据本专利技术实施方案的制造金刚石多晶体的方法的变型的流程图。图3为示出了本专利技术实施例1至3中的模具的图。【具体实施方式】本专利技术的专利技术人为了解决上述问题进行了深入研宄，结果发现通过将这样的金刚石多晶体用于滑动部件，可使滑动部件具有更长的寿命，其中在该金刚石多晶体中，添加有至少一种这样的元素，该元素的氧化物的熔点小于或等于1000°c，并且该金刚石多晶体中晶粒的平均粒径小于或等于500nm。(I)在根据本专利技术实施方案的金刚石多晶体中，添加有至少一种这样的元素，该元素的氧化物的熔点小于或等于1000°c，并且晶粒的平均粒径小于或等于500nm。由此，可抑制金刚石的磨损，并且金刚石多晶体在滑动时可具有更长的寿命。(2)上述金刚石多晶体可包括第二相，该第二相包含选自由所述元素的单质、碳化物和氧化物所构成的组中的至少一者，并且该第二相排布于作为第一相的所述晶粒的晶界处。在晶界附近可获得大于或等于90GPa的努氏硬度。此处，表述“晶界附近”是指第一相中这样的区域:当在该区域中通过利用微型努氏压头在0.5N的测试负荷下进行努氏硬度测量时，努氏压痕不会越过晶界并且不会抵达(例如)作为第二相的另一相邻晶粒。需要注意的是，在该情况中，可在第一相的任何区域中获得大于或等于90GPa的努氏硬度。作为上述元素，可添加大于或等于0.05ppm且小于或等于50ppm的铬。作为上述元素，可添加大于或等于20ppm且小于或等于60ppm的钼。作为上述元素，可添加大于或等于0.05ppm且小于或等于80ppm的猛。作为上述元素，可添加总计大于或等于0.1ppm且小于或等于10ppm的铬和锰。作为上述元素，可添加总计大于或等于0.05ppm且小于或等于200ppm的硼。根据本专利技术实施方案的工具可使用根据本专利技术实施方案的金刚石多晶体。在本专利技术实施方案的一个方面中，制造金刚石多晶体的方法包括如下步骤:通过将石墨原料与混合用原料混合以制备混合物，其中该混合用原料含有这样的元素，该元素的氧化物的熔点小于或等于1000°c ;通过粉碎并混合所述混合物以制备碳材料；以及将所述碳材料直接转化为金刚石多晶体。由此，可制备上述金刚石多晶体。在制备混合物的上述步骤中，可使作为上述混合用原料的、选自由所述元素的单质、碳化物和氧化物构成的组中的至少一者与石墨原料混合。在本专利技术实施方案的另一方面中，制造金刚石多晶体的方法包括如下步骤:通过用这样的覆层包覆石墨原料的粉末表面以制备具有覆层的碳材料，其中该覆层含有这样的元素，该元素的氧化物的熔点小于或等于1000°c ;以及将所述具有覆层的碳材料直接转化为金刚石多晶体。由此，可制造上述金刚石多晶体。在制备具有覆层的碳材料的上述步骤中，可通过溅射法用所述元素包覆所述石墨原料的粉末的表面。在制备具有覆层的碳材料的上述步骤中，覆层可包含选自由所述元素的单质、碳化物和氧化物构成的组中的至少一者。作为上述元素，可选自由硼、砷、铬、钼和锰所构成的组中的至少一者。在直接转化的上述步骤中，通过在这样的条件下烧结所述碳材料从而将所述碳材料直接转化为金刚石，该条件为压力大于或等于1GPa且小于或等于30GPa、并且温度大于或等于1500°C且小于或等于3000°C。下面，将对本专利技术的实施方案进行说明。在本实施方案的金刚石多晶体中，添加了铬(Cr)作为元素，该元素的氧化物的熔点小于或等于1000°C，并且作为第一相的晶粒的平均粒径小于或等于500nm。Cr包含在第二相中，该第二相排布于作为第一相的晶粒的晶界处。此处，第一相由基本上不包含粘合剂、烧结助剂、催化剂等的金刚石单相制成。另一方面，第二相基本上不包含粘合剂、烧结助剂和催化剂等，并且由Cr的单质、碳化物或氧化物制成。即，本实施方案的金刚石多晶体具有空隙极少的紧密堆积的结晶结构，其中，由金刚石单相制成、并且平均粒径小于或等于500nm的晶粒彼此间牢固地直接结合在一起。在上述晶粒的晶界处形成了含有所述添加元素的第二相。因此，上述金刚石多晶体即使在高温下仍具有优异的硬度性能。当上述金刚石多晶体中的形成第二相的Cr因滑动等而暴露于金刚石多晶体的表面并被加热时，Cr会与周围的氧发生反应并生成氧化铬(CrO3)。由于003的熔点为197°C，因此当金刚石多晶体被加热至该熔点以上时，该氧化物会熔融为液体。因此，当将该金刚石多晶体用作工具并在被加工部件上滑动时，因滑动而产生的摩擦热会使氧化铬液化，因而金刚石多晶体与被加工部件在它们之间的接触面的至少一部分处相互接触，并且，液化的氧化铬介于其间。由此，上述接触面的摩擦系数下降，从而减少了金刚石多晶体的磨损量。因而可实现更长的滑动寿命。上述金刚石多晶体中的Cr浓度为大于或等于0.05ppm且小于或等于50ppm。由此，即使在晶界附近，金刚石多晶体仍能具有高硬度(努氏硬度大于或等于90GPa)，并且还可实现由Cr带来的上述效果。需要注意的是，在Cr浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金刚石多晶体，其中添加有至少一种这样的元素，该元素的氧化物的熔点小于或等于1000℃，并且其中晶粒的平均粒径小于或等于500nm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤武，山本佳津子，池田和宽，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