金刚石多晶体及其制造方法和工具技术

本发明专利技术提供一种多晶金刚石体，在涉及滑动的应用中，其比常规的多晶金刚石体寿命更长。本发明专利技术还提供制备所述多晶金刚石体的方法和工具。在该多晶金刚石体(2)中，添加有至少一种这样的元素，该元素的硫化物或氯化物的熔点小于或等于1000℃，该多晶金刚石体的平均晶体粒径小于或等于500nm。由此减小了该金刚石的磨损，从而使得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】金刚石多晶体及其制造方法和工具
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利用润滑剂进行塑性加工的耐磨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，金刚石因其具有极高的硬度和优异的耐磨性而被用于以拉模为代表的耐磨部件。例如，日本专利公开No.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No.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No.09-124394专利文献2：日本专利公开No.2009-174039
技术实现思路
技术问题然而，当金刚石的摩擦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。据认为这是由于摩擦面的温度高，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，当将金刚石用于耐磨部件时，耐磨部件的寿命较短。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，其中在发生摩擦时该金刚石多晶体的寿命长于常规金刚石多晶体。解决问题的方案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，该元素的硫化物或氯化物的熔点小于或等于1000℃，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使用根据本专利技术的金刚石多晶体。根据本专利技术的制造金刚石多晶体的方法包括以下步骤：通过将石墨原料与混合用原料混合从而制备混合物，其中该混合用原料含有这样的元素，该元素的硫化物或氯化物的熔点小于或等于1000℃；通过粉碎并混合所述混合物从而制备碳材料；以及将所述碳材料直接转化为金刚石多晶体。根据本专利技术的制造金刚石多晶体的方法包括以下步骤：通过用覆层包覆石墨原料的粉末的表面从而制备具有覆层的碳材料，其中所述覆层含有这样的元素，该元素的硫化物或氯化物的熔点小于或等于1000℃；以及将所述具有覆层的碳材料直接转化为金刚石多晶体。本专利技术的有益效果根据本专利技术可以提供一种金刚石多晶体、其制造方法、以及工具，其中在发生摩擦时该金刚石多晶体具有更长的寿命。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2中的模具的图。具体实施方式[本申请的专利技术的实施方案的描述]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究，结果发现：通过将这样的金刚石多晶体用于利用润滑剂进行塑性加工的耐磨部件，可使耐磨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，该元素的硫化物或氯化物的熔点小于或等于1000℃，并且该金刚石多晶体中晶粒的平均粒径小于或等于500nm。在根据本专利技术的实施方案的金刚石多晶体中，添加有至少一种这样的元素，该元素的硫化物或氯化物的熔点小于或等于1000℃，并且晶粒的平均粒径小于或等于500nm。由此，可以抑制该金刚石多晶体的磨损，并且当该金刚石多晶体发生摩擦时其能够具有更长的寿命。上述金刚石多晶体含有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，并且所述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可析出于作为第一相的所述晶粒的晶界处。此外，上述金刚石多晶体可以包含第二相，所述第二相含有所述元素的单质、碳化物、或氧化物，并且该第二相设置于作为第一相的所述晶粒的晶界处。此外，在所述晶界附近可获得大于或等于90GPa的努氏硬度。这里，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)作为第一相的另一相邻晶粒。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，可以添加大于或等于0.5ppm且小于或等于70ppm的铁。作为上述元素，可以添加大于或等于40ppm且小于或等于80ppm的锶。作为上述元素，可添加总计大于或等于40.5ppm且小于或等于100ppm的铁和锶。根据本专利技术的实施方案的工具可以使用根据本专利技术的实施方案的金刚石多晶体。根据本专利技术的实施方案的制造金刚石多晶体的方法包括以下步骤：通过将石墨原料与混合用原料混合从而制备混合物，其中该混合用原料含有这样的元素，该元素的硫化物或氯化物的熔点小于或等于1000℃；通过粉碎并混合所述混合物从而制备碳材料；以及将所述碳材料直接转化为金刚石多晶体。由此，可以制备如上所述的金刚石多晶体。上述混合用原料可含有选自由所述元素的单质、碳化物、以及氧化物构成的组中的至少一者。根据本专利技术的实施方案的制造金刚石多晶体的方法包含以下步骤：通过用覆层包覆石墨原料的粉末的表面从而制备具有覆层的碳材料，其中所述覆层含有这样的元素，该元素的硫化物或氯化物的熔点小于或等于1000℃；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，可以制备如上所述的金刚石多晶体。在制造具有覆层的碳材料的上述步骤中，可以通过溅射法用所述元素包覆所述石墨原料的粉末的表面。在制造具有覆层的碳材料的上述步骤中，所述覆层可以含有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种者。上述元素可以包括铁和锶中的至少一者。在上述直接转化的步骤中，可以使用如下条件：大于或等于10GPa且小于或等于30GPa的压力，以及大于或等于1500℃且小于或等于3000℃的加热温度。[本申请的专利技术的实施方案的详述]下面，将描述本专利技术的实施方案。在本专利技术实施方案的金刚石多晶体中，添加了铁(Fe)作为所述元素，该元素的硫化物的熔点小于或等于1000℃，并且作为第一相的晶粒的平均粒径小于或等于500nm。Fe包含在第二相中，该第二相设置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Fe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。当添加到上述金刚石多晶体中的Fe(包括其单质、碳化物、和氧化物)暴露在该金刚石多晶体的表面并且因摩擦等受热时，其与含氯润滑剂中所含的氯(Cl)发生反应并生成氯化铁(FeCl3)。由于FeCl3的熔点为302℃，因此当金刚石多晶体被加热到上述熔点以上时，氯化物熔化为液体。由此，当将金刚石多晶体用作工具并与待加工部件间发生摩擦时，FeCl3由于摩擦热而液化，因而金刚石多晶体与被加工部件在其之间的接触面中的至少一部分处相互接触，并且，具有低剪切应力的液化的氯化铁介于其间。由此，上述接触面的摩擦系数降低，因而降低了将金刚石多晶体用于耐磨部件时该金刚石多晶体的磨损量。因此，所述金刚石多晶体和配备有所述金刚石多晶体的工具可以具有更长的寿命。上述金刚石多晶体中的Fe浓度大于本文档来自技高网...

【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，该元素的硫化物或氯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】2012.12.06 JP 2012-2672021.一种金刚石多晶体，其中添加有至少一种这样的元素，该元素的硫化物或氯化物的熔点为100℃至1000℃，其中，作为所述元素，添加有大于或等于0.5ppm小于或等于70ppm的铁，其中晶粒的平均粒径小于或等于500nm。2.一种金刚石多晶体，其中添加有至少一种这样的元素，该元素的硫化物或氯化物的熔点为100℃至1000℃，其中，作为所述元素，添加有大于或等于40ppm小于或等于80ppm的锶，其中晶粒的平均粒径小于或等于500nm。3.一种金刚石多晶体，其中添加有至少一种这样的元素，该元素的硫化物或氯化物的熔点为100℃至1000℃，其中，作为所述元素，添加有总计大于或等于40.5ppm小于或等于100ppm的铁和锶，其中晶粒的平均粒径小于或等于500nm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的金刚石多晶体，含有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，并且包含第二相，该第二相设置于作为第一相的所述晶粒的晶界处。5.根据权利要求1至3中任一项所述的金刚石多晶体，所述晶界附近的努氏硬度大于或等于90GPa。6.一种工具，其使用了根据权利要求1至3中任意一项所述的金刚石多晶体。7.一种制造金刚石多晶体的方法，包括以下步骤：通过将石墨原料与混合用原料混合从而制备混合物，其中该混合用原料含有这样的元素，该元素的硫化物或氯化物的熔点为100℃至1000℃，其中，作为所述元素，添加有大于或等于0.5ppm小于或等于70ppm的铁；通过粉碎并混合所述混合物从而制备碳材料；以及将所述碳材料直接转化为金刚石多晶体。8.一种制造金刚石多晶体的方法，包括以下步骤：通过将石墨原料与混合用原料混合从而制备混合物，其中该混合用原料含有这样的元素，该元素的硫化物或氯化物的熔点为100℃至1000℃，其中，作为所述元素，添加有大于或等于40ppm小于或等于80ppm的锶；通过粉...

【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