良好导电性金刚石烧结体及其制备方法技术

本发明专利技术提供具有良好导电性、同时硬度、导热性、耐热性、化学稳定性等也具备与天然金刚石匹敌的特性的金刚石烧结体及其制备方法。以９０～９９．９ｗｔ％硼的掺杂量为１～１０ｗｔ％的硼掺杂金刚石粉末、作为结合相成分的０．１～１０ｗｔ％含有Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等碳酸盐以及它们的２种或以上的复合碳酸盐中的１种或２种以上的碳酸盐粉末作为原料粉末，将该原料粉末在超高压高温下烧结，使结合相成分熔融，熔浸并填充到硼掺杂金刚石粉末颗粒间隙，由此获得具有良好导电性和耐热性的硼掺杂金刚石烧结体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过简易的步骤可以高效地制备具有良好导电性的金 刚石烧结体的制备方法，且涉及具有优异的耐热性的硼掺杂金刚石烧结 体及其制备方法。
技术介绍
以往，金刚石的硬度、导热性、耐热性高，化学稳定性优异等，因 此可应用于耐磨损材料、电子装置/传感材料、生物相关材料、光学相关材料等广泛领域中，作为金刚石的制备方法，大多采用CVD法的气相 合成法、使用超高压高温装置的合成法。通常已知金刚石本身为非导电性，近年来，在金刚石中掺杂硼的硼 掺杂金刚石由于其半导体的特性而受到关注，该制备方法例如已知在 合成金刚石时向反应气体中添加微量硼成分的气相合成法；将石墨粉末 与硼粉末作为原料粉末，将其在5 ~ 10 GPa且1300 ~ 2000°C的条件下合 成的超高压高温合成法。着眼于金刚石本身所具有的硬度、耐磨损性等特性，金刚石烧结体 可用作切削工具材料等，但通常金刚石烧结体是在超高压高温的条件下 烧结制备，例如有以下方法以金刚石粉末和Co粉末作为原料粉末， 在超高压高温装置内、在5.5GPa的压力下、在1500。C的条件下烧结， 获得金刚石-Co系烧结体的方法；将含有金刚石粉末和Ti、 Zr、 Cr等粉 末的原料粉末在超高压高温装置内加压至6.5 GPa或以上，在1700~ 1900。C的条件下烧结，然后再以2000。C或以上的温度加热，由此获得金 刚石-陶资系烧结体的方法；以金刚石粉末和碳酸盐粉末作为原料粉末， 在超高压高温装置内、在6~ 12GPa的压力下、在1700 2500。C的条件 下烧结，获得金刚石-碳酸盐系烧结体的方法等。专利文献1:日本特开2004-193522号公报专利文献2:日本特开平4-312982号公报专利文献3:日本特表2006-502955号公报专利文献4:日本特开平5-194031号公报专利文献5:日本特许第2795738号说明书
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题金刚石烧结体因其独特的性能而被应用在众多领域。例如在上述现 有技术得到的金刚石-Co系烧结体中，结合相由金属Co构成，因此具备 导电性，因此具有可通过放电加工等进行烧结体的加工的优点，但是， 正由于结合相为金属Co,因此有耐热性低的弱点。而上述现有技术所 得到的金刚石-碳酸盐系烧结体中，其耐热性非常优异，但是不具有导电 性，因此无法进行放电加工，只好采用激光加工，这是加工上的难点。如上所述，现有技术非常难以获得具备良好导电性、同时也具备可 与金刚石匹敌的其它特性(硬度、导热性、耐热性、化学稳定性等)的金 刚石烧结体，因此这成为妨碍金刚石烧结体在广范围领域内应用的一个 因素。因此，本专利技术的目的在于获得具有良好导电性、同时对于硬度、导 热性、耐热性、化学稳定性等也具备与天然金刚石匹敌的特性的金刚石 烧结体；以及通过简单的步骤、高效地制备该金刚石烧结体。解决技术问题的方法
本专利技术人为解决上述技术问题，对制备金刚石烧结体时的原料粉末 和烧结方法进行了深入的研究，获得了下述(a) ~ (d)的认识(a) 用于获得烧结体的粉末是使用在金刚石中掺杂微量硼的硼掺杂 金刚石粉末，形成烧结体的结合相的成分是使用Mg、 Ca、 Sr、 Ba的碳 酸盐以及它们的2种或以上的复合碳酸盐中的1种或2种或以上的碳酸 盐(以下将其总称为"碱土类碳酸盐")粉末作为原料粉末，在各粉末形成 层压的状态、或者在各粉末混合的状态下，将原料粉末在超高压高温条 件进行烧结，则碱土类碳酸盐粉末在约2300。C的温度下熔融，熔浸并填 充到硼掺杂金刚石粉末颗粒间隙，得到硼掺杂金刚石烧结体。(b) 使用金刚石粉末、硼粉末、以及作为形成烧结体的结合相的成 分的Mg、 Ca、 Sr、 Ba的碳酸盐以及它们的2种或以上复合碳酸盐中的 1种或2种或以上的碳酸盐(以下将其总称为"碱土类碳酸盐，，)粉末作为 用于获得烧结体的原料粉末，将各粉末以规定量配合，将其混合，准备 为原料粉末，将原料粉末在超高压高温条件下进行烧结时，首先第l阶段是进行在规定压力规定温度下使混合粉末中的硼扩散到金刚石中的扩散处理，接着，第2阶段是在更高压高温条件下，使作为结合相成分的碱土类碳酸盐粉末熔融，将熔融的结合相成分熔浸并填充到扩散有硼 的金刚石粉末的颗粒间隙，这样可获得具备良好导电性的金刚石烧结体。(c) 天然金刚石本身的电导率为1(^S/cm或以下，非常低。而硼掺 杂金刚石粉末的电导率非常高，约为1.5S/cm。上述现有技术的金刚石-碳酸盐系烧结体的电导率为约l(T5 S/cm左右，为较小的值，而上述(a) 的硼掺杂金刚石烧结体和上述(b)的制备方法得到的金刚石烧结体中，具 有约l.Oxl(T2 S/cm的电导率，金刚石-Co系烧结体的电导率约为2xl(T2 S/cm,具备与其大致相等的良好导电性，因此具备在通过放电加工进行 加工时所必须的足够的良好导电性。(d) 如金刚石-Co系烧结体所示，相对于在烧结体中因含有金属成 分的结合相使其仅具备70(TC左右的耐热性，而上述(a)的硼掺杂金刚石 烧结体和由上述(b)的制备方法得到的金刚石烧结体中约为1200°C,与 以天然金刚石作为原料的碳酸盐系金刚石烧结体同样具有非常优异的 耐热性，并且硬度、导热性、化学稳定性也显示非常优异的特性值。本专利技术基于上述认识完成，具有以下特征(1) 硼掺杂金刚石烧结体，其特征在于将90~99.9 wt。/。硼掺杂量 为1 ~ 10 wtQ/o的硼掺杂金刚石粉末、和0.1 ~ 10 wt。/o作为结合相成分的 Mg、 Ca、 Sr、 Ba的碳酸盐以及包含它们的2种或以上的复合碳酸盐中 的l种或2种或以上的碳酸盐粉末在超高压高温下烧结，上述结合相成 分熔浸并填充到上述硼掺杂金刚石粉末颗粒间隙。(2) 硼掺杂金刚石烧结体的制备方法，其特征在于以90~99.9 wt% 硼掺杂量为1 ~ 10 wt。/。的硼掺杂金刚石粉末、和0.1 ~ 10 wt。/。作为结合 相成分的Mg、 Ca、 Sr、 Ba的碳酸盐以及包含它们的2种或以上的复合 碳酸盐中的l种或2种或以上的碳酸盐粉末作为原料粉末，将该原料粉 末装入到超高压高温发生装置中，在该超高压高温发生装置内、在6.0~ 9.0 GPa的加压条件下加热至1600 250(TC的温度，使上述结合相成分 熔融，熔浸并填充到上述硼掺杂金刚石粉末颗粒间隙。(3) 良好导电性金刚石烧结体的制备方法，其特征在于将80 ~ 99.4 wto/。金刚石粉末、0.5~ 15 wt。/。硼粉末、0.1 ~ 10 wt。/o作为结合相成分的Mg、 Ca、 Sr、 Ba的碳酸盐以及包含它们的2种或以上的复合碳酸盐中 的l种或2种或以上的碳酸盐粉末混合，将所得原料粉末装入到超高压 高温发生装置中，在该超高压高温发生装置内，第1阶段是在5.0~8.0 GPa的加压条件下加热至1300~ 1800。C的温度，向金刚石粉末中进行硼 的扩散，第2阶段是在6.0 ~ 9.0 GPa的加压条件下加热至1600 ~ 2500。C 的温度，使上述结合相成分熔融，使熔融的结合相成分熔浸并填充到扩 散有硼的金刚石粉末颗粒间隙。 以下更具体说明本专利技术。首先，对于第 一方案的硼掺杂金刚石粉末及其制备方法进行说明。(1) 硼掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
硼掺杂金刚石烧结体，其特征在于：将９０～９９．９ｗｔ％硼掺杂量为１～１０ｗｔ％的硼掺杂金刚石粉末、和０．１～１０ｗｔ％作为结合相成分的Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ的碳酸盐以及包含它们的２种或以上的复合碳酸盐中的１种或２种或以上的碳酸盐粉末在超高压高温下烧结，上述结合相成分熔浸并填充到上述硼掺杂金刚石粉末颗粒间隙。

【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：田岛逸郎，AE沃多约，福长脩，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]