多晶金刚石制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种能用于多种用途的多晶金刚石，以及包含该多晶金刚石的水射流喷嘴、凹版印刷用刻针工具、刻图仪工具、金刚石切削工具和划线轮。本发明专利技术的这一目的是通过这样一种多晶金刚石来实现的，该多晶金刚石是在不需要加入烧结助剂或催化剂的条件下、通过在超高压和高温下对非金刚石碳进行转化和烧结而获得的一种多晶金刚石。该多晶金刚石的特征在于构成所述多晶金刚石的金刚石烧结颗粒的平均粒径大于５０ｎｍ且小于２５００ｎｍ，并且金刚石的纯度大于或等于９９％，以及该金刚石的Ｄ９０粒径小于或等于［（平均粒径＋０．９×平均粒径）］。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在不加入烧结助剂或催化剂的条件下、通过对非金刚 石碳进行转化和烧结而获得的多晶金刚石。
技术介绍
由于天然单晶金刚石和人造单晶金刚石具有优异的性能，因此它 们已用于多种用途。包含单晶金刚石的工具为(例如)水射流喷嘴(专利文献1)、凹版印刷用刻针(专利文献2和3)、刻图仪(专 利文献4)、金刚石切削工具(专利文献5和6)、或者划线轮(专 利文献7)。然而，这种单晶金刚石还具有下列性能其磨耗(不匀磨损)会 随着金刚石的晶体取向的改变而发生变化。例如，(111)面和(100)面 之间的磨耗量差别极大。因此，当使用工具时，应用于上述这些工具 中的单晶金刚石在短时间内仅在特定平面方向上发生磨损，并且无法 提供预计效果，这会造成问题。单晶金刚石还具有沿(U1)面发生解理的性能。因此，当单晶金刚 石用于在使用时会受到应力作用的工具时，所述工具会发生断裂或破 裂，这同样会造成问题。为了解决单晶金刚石的不匀磨损性能和解理性能，可使用烧结金 刚石。这种烧结金刚石是通过将金刚石颗粒与诸如钴之类的金属粘结剂 在一起烧结而获得的，因此金属粘结剂便存在于金刚石颗粒之间。金属 粘结剂的区域软于金刚石颗粒，因此会在短时间内被磨损。随着粘结剂 含量的降低，金刚石颗粒会脱落，从而无法长时间稳定地提供所述效果。 另外还存在这样的问题在金属粘结剂的区域与被加工的金属材料之间 会发生粘着损耗，因此不能进行长时间的加工。为了解决由金属粘结剂引起的问题，可通过使用酸溶解金属粘结剂以除去金属粘结剂，从而制得不含粘结剂的烧结金刚石。然而，金 属粘结剂的除去会降低金刚石颗粒间的粘结力，从而极易增加磨耗对于不含金属粘结剂的多晶金刚石而言，存在一种通过化学气相 沉积(CVD)法而获得的多晶金刚石。然而，这种多晶金刚石在颗粒 间的粘结强度较小，因此具有磨耗量较大的问题。下面，将对上述工具进行详细描述。包含单晶金刚石的水射流喷嘴的问题在于在使用一段时间后， 不能继续达到目标切削宽度。这是由如下机理造成的。在这种由单晶金刚石构成的喷嘴中，喷 孔内表面中的金刚石晶体具有朝向周围方向的多种晶体取向。在使用 的最初阶段呈圆柱形的喷嘴在易于发生磨耗的平面方向上短时间内 发生磨耗。结果，喷嘴不再呈圆柱形，其内表面扩大为诸如六面体形 之类的多面体形。为了解决这种由不匀磨损导致的变形为多面体形的问题，可使用 烧结金刚石(专利文献8)。然而，如上所述随着粘结剂含量的降低， 会使金刚石颗粒脱落，从而使喷孔扩大。因此，存在无法长时间稳定 地提供切削宽度的问题。尤其是，旨在提供更高的切削效率的水射流 被设计为在高压下喷射出含有水和硬质颗粒(氧化铝等)的液体。因 此便存在如下问题软于金刚石颗粒的金属粘结剂的区域会在短时间 内发生磨损，并且无法长时间稳定地提供切削宽度。可使用下列方法将不含金属粘结剂的多晶金刚石覆盖于喷嘴的 内表面上通过上述CVD (化学气相沉积)法，在金属喷孔的内表 面上覆盖上不含金属粘结剂的金刚石薄膜(专利文献9)。然而，这 种金刚石薄膜的磨损寿命较短，并且颗粒间的粘结强度较低，因此具 有磨损寿命短的问题。另一实例为凹版印刷用刻针，其中天然单晶金刚石或人造单晶金刚石被用作刻针的材料(参见专利文献2和3)。然而，可能是由于这种金刚石具有解理的性能，因此存在这样的问题在使用过程中， 这种工具会在应力作用下发生断裂或破裂。由于其具有不匀磨损的性能，因此还存在如下问题随着工具的使用，这种金刚石在短时间内 仅在特定平面方向上发生磨损，因此造成不能进行长时间的加工的问 题。又一实例为包含单晶金刚石的刻图仪。例如，如专利文献4所示， 利用多面体形单晶金刚石的多面体顶点(该顶点起到刀刃的作用)来 对单晶基板、玻璃基板等进行划刻。通过下列方式制造这种由单晶金 刚石构成的刻图仪对单晶金刚石进行加工使得针对工件(其是待划 刻的并且由诸如蓝宝石之类的单晶材料构成)最耐磨耗的(lll)面特别 置于与待划刻的工件平行对齐的方向上。然而，如上所述，可能是由于单晶金刚石具有沿(lll)面发生解理 的性能，因此存在这样的问题在用于划刻的面稍偏离(lll)面时，由 单晶金刚石构成的刻图仪便会发生断裂或者不匀磨损。又一实例为金刚石切削工具，其中天然单晶金刚石或人造单晶金 刚石被用作该工具的材料(参见专利文献5和6)。然而，如上所述， 由于单晶金刚石具有解理性能和不匀磨损性能，因此这种由单晶金刚 石构成的工具存在如下问题在使用过程中，工具由于应力而发生断裂 或破裂，随着工具的使用，该工具在短时间内仅在特定平面方向上发 生磨损，并且不能进行长时间的加工。又一实例为划线轮，其中单晶金刚石被用作该划线轮的材料。例 如，如专利文献7所示，使用划线轮的V形刃(该刃起到切削刃的作 用)，在诸如液晶面板用玻璃之类的脆性材料中形成了刻划线。然而，与其他工具一样，由于单晶金刚石的解理性能的问题，因 此存在这样的问题在使用过程中，由于应力所述划线轮会发生断裂或 破裂。由于不匀磨损的性能，因此随着工具的使用，这种工具在短时间 内仅在特定平面方向上发生磨损，并且存在该工具不能长时间使用的 问题。由单晶金刚石构成的划线轮具有V形刃，其中晶体具有沿圆周 方向的多个晶体取向。因此，在使用初期呈正圆形的刃会在短时间内 在易于磨损的平面方向上发生磨损，并且正圆形变形为多边形。因此， 该划线轮便出现了不能继续滚动的问题。为了解决上述各种工具中存在的解理性能和不匀磨损性能的问题，可将烧结金刚石压实体用作这些工具的材料，其中该压实体含有用作粘结剂的金属(专利文献7和10)。然而，尽管使用了烧结金刚石，但是仍可能发生如下问题含有钴等的金属粘结剂的区域软于金刚石颗粒，因此会在短时间内发生磨损，并且在金属粘结剂的区域与被加工的金属材料(如铜)之间会发生粘着损耗，因此不能进行长时间的加工。可通过使用酸溶解金属粘结剂来除去烧结金刚石压实体中的这种金属粘结剂。然而这会降低金刚石颗粒的粘结力，从而极易增加磨耗量。通过CVD法制得且不含金属粘结剂的多晶金刚石在颗粒间具有较低的粘结强度，因而这种金刚石可能存在磨损寿命短的问题。日本未审査专利申请公开No. 2000-061897日本未审査专利申请公开No. 2006-123137日本未审査专利申请公开No. 2006-518699日本未审查专利申请公开No. 2005-289703日本未审査专利申请公开No. 2004-181591日本未审查专利申请公开No. 2003-025118日本未审查专利申请公开No. 2007-031200日本未审查专利申请公开No. 10-270407日本未审查专利申请公开No. 2006-159348国际公开No. 2003/05178
技术实现思路
本专利技术要解决的问题鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种适用于多种用途的多晶金刚石以及包含这种多晶金刚石的水射流喷嘴、凹版印刷用刻针、刻图仪、金刚石切削工具和划线轮。具体而言，与含有单晶金刚石以及烧结金刚石压实体(其含有金属粘结剂)的常规工具相比，本专利技术的目的是提供长时间稳定地提供切削宽度的水射流喷嘴、能够长时间稳定地加工的凹版印刷用刻针、刻图仪、金刚石切削工具和划线轮。解决问题的方法为了解决上述问题，本专利技术的专利技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶金刚石，其是在未加入烧结助剂或催化剂的条件下、通过在超高压和高温下对非金刚石碳进行转化和烧结而获得的，其中构成所述多晶金刚石的烧结金刚石颗粒的平均粒径大于５０ｎｍ且小于２５００ｎｍ，并且纯度大于或等于９９％，以及所述金刚石的Ｄ９０粒径小于或等于（平均粒径＋０．９×平均粒径）。

【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，户田直大，角谷均，小林丰，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，住友电工硬质合金株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]