合成单晶金刚石、具备其的工具、及合成单晶金刚石的制造方法技术

一种包含氮的合成单晶金刚石，在X射线吸收精细结构光谱中，3/4值全宽为3eV以上的能量405

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】合成单晶金刚石、具备其的工具、及合成单晶金刚石的制造方法


[0001]本公开涉及一种合成单晶金刚石、具备其的工具、及合成单晶金刚石的制造方法。本申请主张基于2019年11月26日申请的日本专利申请日本特愿2019
‑
213282号的优先权。该日本专利申请中记载的全部记载内容通过参照引用于本说明书。

技术介绍

[0002]单晶金刚石因具有高硬度而被广泛用于切割工具、研磨工具、耐摩工具等工具。用于工具的单晶金刚石具有天然金刚石和合成金刚石。
[0003]天然金刚石多包含作为杂质的凝聚型氮原子(Ia型)。金刚石结晶中的凝聚型氮原子能够抑制将金刚石用于工具时所产生的塑性变形及裂纹扩大。因此，天然金刚石的机械强度高。但是，天然金刚石的品质差异大，供应量不稳定。由此，其在工业用途中的利用受限。
[0004]合成金刚石的品质固定，可以稳定供应，在工业领域得到广泛应用。
[0005]普通合成金刚石包含作为杂质的孤立取代型氮原子(Ib型)。已知金刚石结晶中的孤立取代型氮原子的浓度越高，金刚石的机械特性越差。因此，在将Ib型合成金刚石用于工具的情况下，往往容易产生刀尖的磨耗及缺损。
[0006]另外，有些合成金刚石几乎不包含氮杂质(IIa型)。IIa型合成金刚石由于不包含抑制裂纹扩大的杂质及结晶缺陷，因此，在用于工具的情况下，刀尖往往容易产生缺损。
[0007]因此，研究了在合成金刚石中提高耐磨耗性及耐缺损性的技术。
[0008]专利文献1(日本特开2015
‑<br/>134718号公报)中公开了以下技术，为了提高金刚石的韧性及耐磨耗性，对Ib型合成金刚石材料照射电子束或照射中子束，以向金刚石材料提供孤立空位点缺陷之后进行退火。
[0009]非专利文献1：(A T Collins)著，金刚石中空位增强氮的聚集(Vacancy enhanced aggregation of nitrogen in diamond)，物理学C杂志：固态物理学(Journal of Physics C:Solid State Physics)，英国，英国物理学会(The Institute of Physics)，1980年，第13号，p.2641
‑
50)中公开了对Ib型合成金刚石照射电子束之后进行热处理，从而使结晶中的孤立取代型氮原子向凝聚型氮原子转换的技术。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1：日本特开2015
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134718号公报
[0013]非专利文献
[0014]非专利文献1：A T Collins著，金刚石中空位增强氮的聚集(Vacancy enhanced aggregation of nitrogen in diamond)，物理学C杂志：固态物理学(Journal of Physics C:Solid State Physics)，英国，英国物理学会(The Institute of Physics)，1980年，第13号，p.2641
‑
50

技术实现思路

[0015]本公开的一种方案的合成单晶金刚石为包含氮的合成单晶金刚石，
[0016]在X射线吸收精细结构光谱中，3/4值全宽为3eV以上的能量405
±
1eV处的峰的强度I
405
与能量412
±
2eV处的峰的强度I
412
的比I
405
/I
412
低于1.5。
[0017]本公开的一种方案的工具为具备上述的合成单晶金刚石的工具。
[0018]本公开的一种方案的合成单晶金刚石的制造方法是如下的合成单晶金刚石的制造方法，具备：
[0019]第一工序，通过使用金属溶剂的温度差法来准备包含氮的金刚石单晶；
[0020]第二工序，向所述金刚石单晶照射提供100MGy以上且1000MGy以下的能量的电子束及粒子束中的一者或两者；及
[0021]第三工序，对由所述第二工序得到的金刚石单晶进行热处理，由此得到合成单晶金刚石，
[0022]所述第三工序具备：
[0023]第三a工序，将由所述第二工序得到的所述金刚石单晶配置在真空或非活性气体的气氛中，并在常压下将所述气氛的温度升高至第一温度即1750℃以上且2000℃以下；
[0024]第三b工序，将升温至所述第一温度的所述气氛在所述第一温度
±
10℃以内的第二温度下保持1分钟以上且30分钟以下的时长；及
[0025]第三c工序，将保持在所述第二温度下的所述气氛降温至1000℃以下，
[0026]在所述第三a工序中，用时1分钟以上且30分钟以下将所述气氛的温度从1000℃升温至所述第一温度，
[0027]在所述第三c工序中，用时1分钟以上且15分钟以下将所述气氛的温度从所述第二温度降温至1000℃。
附图说明
[0028]图1为示出实施方式1的合成单晶金刚石的XAFS光谱的一例的图。
[0029]图2为示出用于制造本公开的合成单晶金刚石的样品室的结构的一例的剖视示意图。
具体实施方式
[0030][本公开要解决的技术问题][0031]专利文献1及非专利文献1的合成金刚石的硬度不充分，且在通过使用该合成金刚石的工具进行了加工的情况下，往往容易产生缺损。
[0032]因而，本目的在于提供一种具有高硬度及优异的耐缺损性的合成单晶金刚石、具备其的工具、及合成单晶金刚石的制造方法。
[0033][本公开的效果][0034]根据本公开，可以提供一种具有高硬度及优异的耐缺损性的合成单晶金刚石、及具备其的工具。
[0035][本公开的实施方式的说明][0036]首先，列举说明本公开的实施方案。
[0037](1)本公开的一种方案的合成单晶金刚石为包含氮的合成单晶金刚石，
[0038]在X射线吸收精细结构光谱中，3/4值全宽为3eV以上的能量405
±
1eV处的峰的强度I
405
与能量412
±
2eV处的峰的强度I
412
的比I
405
/I
412
低于1.5。
[0039]本公开的合成单晶金刚石能够具有高硬度及优异的耐缺损性。
[0040](2)优选地，所述比I
405
/I
412
为1.33以下。
[0041]由此，合成单晶金刚石能够具有更高的硬度及更优异的耐缺损性。
[0042](3)优选地，在所述X射线吸收精细结构光谱中，3/4值全宽低于1.5eV的能量401
±
1eV处的峰的强度I
401
与所述强度I
405
的比I
401
/I<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种合成单晶金刚石，为包含氮的合成单晶金刚石，在X射线吸收精细结构光谱中，3/4值全宽为3eV以上的能量405
±
1eV处的峰的强度I
405
与能量412
±
2eV处的峰的强度I
412
的比I
405
/I
412
低于1.5。2.根据权利要求1所述的合成单晶金刚石，其中，所述比I
405
/I
412
为1.33以下。3.根据权利要求1或2所述的合成单晶金刚石，其中，在所述X射线吸收精细结构光谱中，3/4值全宽低于1.5eV的能量401
±
1eV处的峰的强度I
401
与所述强度I
405
的比I
401
/I
405
大于0.2。4.根据权利要求1～3中任一项所述的合成单晶金刚石，其中，所述合成单晶金刚石中的氮原子的浓度为1ppm以上且3000ppm以下。5.根据权利要求1～4中任一项所述的合成单晶金刚石，其中，所述合成单晶金刚石包含由非金刚石及空位中的一者或两者构成的一处以上的第一区域，所述第一区域的最大直径分别为0.1μm以上且40μm以下。6.根据权利要求1～5中任一项所述的合成单晶金刚石，其中，在按照100N/min的负荷速...

【专利技术属性】
技术研发人员：西林良树，寺本三记，小林豊，角谷均，佐藤一成，豊岛辽，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：