CN112292223B - 金刚石接合体和金刚石接合体的制造方法 - Google Patents

Abstract

该金刚石接合体是具有硬质基体和布置在该硬质基体上的多晶金刚石层的金刚石接合体，其中，在与硬质基体和多晶金刚石层之间的界面的法线方向平行的截面中，硬质基体中由界面和假想线x包围的区域中的碳颗粒的面积比小于0.03％，其中假想线x与硬质基体侧的界面平行，并且与该界面间的距离为500μm。

Description

金刚石接合体和金刚石接合体的制造方法

技术领域

本公开涉及金刚石接合体和金刚石接合体的制造方法。本申请要求于2018年6月19日提交的日本专利申请No.2018-116201的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

金刚石具有极高的硬度，并且由金刚石颗粒作为原料制造的多晶金刚石烧结体用于各种工具，例如切削工具、耐磨工具等。

当将多晶金刚石烧结体用于工具中时，通常将多晶金刚石烧结体与硬质基体接合而获得接合体(以下也称为“金刚石接合体”)，并将该接合体与作为工具的基体的基底金属接合从而使用多晶金刚石烧结体。

日本专利特开No.2010-208942(专利文献1)公开了制造金刚石接合体的方法，其中，将混合粉末置于硬质基体上，然后在高温和高压下进行烧结，其中该混合粉末为金刚石粉末和结合剂粉末的混合物。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开No.2010-208942

专利文献2：日本国家专利公开No.2016-513177

发明内容

[1]本公开的金刚石接合体为包括硬质基体和布置在硬质基体上的多晶金刚石层的金刚石接合体，其中

在平行于硬质基体和多晶金刚石层之间的界面的法线方向的截面中，硬质基体中的由该界面和假想线x包围的区域中的碳颗粒的面积比小于0.03％，其中假想线x平行于硬质基体侧的界面并且与界面间的距离为500μm。

[2]本公开的制造金刚石接合体的方法是制造上述[1]中所述的金刚石接合体的方法，该方法包括：

准备包含体积平均粒径为0.1μm以上3μm以下的碳化钨颗粒的硬质基体；

通过在硬质基体上布置多晶金刚石层原料粉末来制作成形体；以及

在金刚石稳定的压力和温度条件下烧结成形体，从而获得金刚石接合体。

附图说明

图1为本公开的金刚石接合体的示意性截面图。

图2为本公开的金刚石接合体的硬质基体和多晶金刚石层之间的界面附近的区域的示意性截面图。

图3为试样1(实施例)的金刚石接合体的测定视野的光学显微照片。

图4为图3所示的光学显微照片的二值化图像。

图5为试样2(比较例)的金刚石接合体的测定视野的光学显微照片。

图6为图5所示的光学显微照片的二值化图像。

图7为用于剪切试验的剪切试验机的示意性截面图。

图8为示出了剪切试验的结果的图。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

根据常规制造方法制作的金刚石接合体具有这种趋势，即：在烧结期间，碳从金刚石向硬质基体侧扩散并且析出于硬质基体中。由于包含析出的碳及其附近的区域具有低强度，因此该区域趋于成为裂纹的起点。因此，需要一种抑制金刚石接合体的硬质基体中的碳析出的技术。

日本国家专利公开No.2016-513177(专利文献2)公开了一种多晶超硬结构，其包括：包含含有WC(碳化钨)、Co(钴)和Re(铼)并且基本上不含游离碳的硬质合金材料的基体；以及与基体结合的多晶金刚石。虽然专利文献2限定了基体基本上不含游离碳，但Re非常昂贵，因此难以将该多晶超硬结构投入实际使用。

为了解决上述问题而做出本公开，并且本公开的目的在于提供抑制硬质基体中碳的析出的金刚石接合体，以及制造金刚石接合体的方法。

[本公开的有利效果]

在本公开的金刚石接合体中，抑制了硬质基体中碳的析出。因此，针对于在工具的使用期间源自硬质基体的破损，包括金刚石接合体的工具具有更高的耐缺损性，并且具有长的工具寿命。

根据本公开的金刚石接合体的制造方法，可以获得抑制碳向硬质基体侧析出的金刚石接合体。

[实施方案的描述]

首先，以下列举本公开的实施方案。

(1)本公开的金刚石接合体是包括硬质基体和配置在硬质基体上的多晶金刚石层的金刚石接合体，其中

在平行于硬质基体和多晶金刚石层之间的界面的法线方向的截面中，硬质基体中的由界面和假想线x包围的区域中的碳颗粒的面积比小于0.03％，其中假想线x平行于硬质基体侧的界面并且与界面间的距离为500μm。

在金刚石接合体中，抑制了硬质基体中碳的析出。因此，针对于在工具的使用期间源自硬质基体的破损，包括金刚石接合体的工具可以具有更高的耐缺损性，并且具有长工具寿命。

(2)优选地，硬质基体包含体积平均粒径为0.1μm以上3μm以下的碳化钨颗粒。因此，进一步抑制了硬质基体中碳的析出。

(3)优选地，硬质基体包含70质量％以上且小于100质量％的碳化钨颗粒。因此，进一步抑制了硬质基体中碳的析出。

(4)优选地，硬质基体包含总计为0.01质量％以上2.0质量％以下的选自由Ta、Cr和V组成的组中的至少一种元素。因此，可以抑制形成硬质基体的钨颗粒的颗粒生长。因此，原料钨颗粒的粒径易于维持为硬质基体中的钨颗粒的粒径。

(5)优选地，硬质基体包含11质量％以上15质量％以下的Co。因此，硬质基体的断裂韧性值提高，并且包括该硬质基体的工具不太可能产生裂纹，并且可以具有更长的工具寿命。

(6)本公开的制造金刚石接合体的方法是制造以上(1)至(5)中任一项所述的金刚石接合体的方法，该方法包括：

准备包含体积平均粒径为0.1μm以上3μm以下的碳化钨颗粒的硬质基体；

通过在硬质基体上布置多晶金刚石层原料粉末来制作成形体；以及

在金刚石稳定的压力和温度条件下烧结成形体，从而获得金刚石接合体。

根据该制造方法，可以获得抑制了硬质基体中碳的析出的金刚石接合体。

[实施方案的详述]

以下，将参考附图描述本公开的金刚石接合体和制造该金刚石烧结体的方法的具体实例。本公开不限于这些实例，并且由权利要求的权项进行限定，并且旨在包括在与权利要求的权项等同的含义和范围内的任何修改。

<第一实施方案：金刚石接合体>

将参考图1和图2描述本公开的金刚石接合体。图1为本公开的金刚石接合体的示意性截面图。图2为本公开的金刚石接合体的硬质基体和多晶金刚石层之间的界面附近的区域的示意性截面图。

如图1所示，金刚石接合体1包括硬质基体3和布置在硬质基体3上的多晶金刚石层2。

(硬质基体)

在平行于硬质基体3和多晶金刚石层2之间的界面P的法线方向的截面中，硬质基体3中的由界面P和假想线x包围的区域(以下，也称为“区域A”)中的碳颗粒的面积比小于0.03％，其中假想线x平行于硬质基体侧的界面P并且与界面P间的距离为500μm。包括金刚石接合体的工具可以具有更高的耐缺损性和长工具寿命。尽管其原因还不完全清楚，但本发明人进行了以下推断。

硬质基体中的碳颗粒是包含由(例如)无定形碳、石墨或金刚石构成的颗粒中的至少一者的析出的碳颗粒。当析出的碳颗粒存在于硬质基体中时，包含析出的碳颗粒及其附近的区域具有低强度，因此，该区域趋于成为裂纹的起点。对于使用存在析出的碳颗粒的金刚石接合体而制作的工具，其在针对于工具使用期间源自硬质基体的破损的耐缺损性方面劣化，因此，工具趋于具有短工具寿命。

在根据本实施方案的金刚石接合体1中，硬质基体的区域A中的析出的碳颗粒的面积比小于0.03％。也就是说，硬质基体中析出的碳颗粒的量足够小，因此抑制了裂纹的产生。

按照以下步骤(a)至(d)计算上述硬质基体中析出的碳颗粒的面积比。

(a)测定视野的确定

使用线放电加工机，沿着与金刚石接合体1的表面，即多晶金刚石层2的表面垂直的方向切割金刚石接合体1，从而获得露出的截面。使用平均粒径为3μm的金刚石浆料对露出的截面进行镜面研磨。在本实施方案中，以使硬质基体3的表面尽可能平滑的方式制作硬质基体3，并且多晶金刚石层2形成在硬质基体3上从而使多晶金刚石层2的厚度均匀。因此，即使当硬质基体3的表面(与多晶金刚石层2的界面)稍微不平坦时，多晶金刚石层2的表面也基本上平行于界面P，因此，对下述的碳颗粒的面积比的测定精度没有影响。

在金刚石接合体1的截面中，在由界面P和假想线x包围的区域A中，任意地选择宽度(与界面P平行的方向)为120μm×高度(与界面P垂直的方向)为100μm的呈矩形形状的五个测定视野，其中假想线x平行于硬质基体3侧的界面P，并且与上述界面P间的距离为500μm。

如申请人测定的，已经证实，对于同一试样中的测定，即使改变测定视野的选取位置并进行多次计算，所获得的下述碳颗粒的面积比的测定结果也不会有实质性变化。

如图2所示，将与基准面PS平行、并且通过实际界面P'的向硬质基体侧的最凹陷处的凹陷部分的尖端的平面定义为界面P，其中基准面PS为具有实际界面P'的平均高度的平面。在上述截面中，“从基准面PS向多晶金刚石层2侧突出的硬质基体3的面积”与“从基准面PS向硬质基体3侧突出的多晶金刚石层2的面积”相同。

在图1和2中，界面P平行于多晶金刚石层2的表面侧的主表面T和硬质基体3的表面侧的主表面Q。在这种情况下，界面P的法线与多晶金刚石层2的表面侧的主表面T的法线和硬质基体3的表面侧的主表面Q的法线相同。

(b)拍摄测定视野的图像

使用以下装置，在以下条件下拍摄各测定视野的图像。

光学显微镜：由Carl Zeiss AG制造的“AXIO Vert.A1”(产品名)

透镜：由Carl Zeiss AG制造的“EC Epiplan 100x/0.85HD M27”(产品名)

拍摄图像的条件：时间：700ms，强度：80％，γ：0.45

(c)拍摄图像的二值化处理

使用以下图像处理软件，根据以下步骤对在以上(b)中拍摄的图像进行二值化处理。

图像处理软件：Win Roof ver.7.4.5

处理步骤：

1.直方图平均亮度的校正(校正参考值：128)

2.背景减除(物体尺寸：30μm)

3.用单个阈值进行二值化(阈值：100)

4.亮度反转(仅提取碳颗粒区域)

(d)对二值化处理后的图像进行分析

从以上(c)中获得的图像计算来源于明亮视野的像素(来源于碳颗粒的像素)与测定视野(硬质基体)的面积比，即，测定视野中碳颗粒的面积比。

在本实施方案中，“在平行于硬质基体的主表面的法线方向的截面中，硬质基体中的由多晶金刚石层和硬质基体之间的界面和假想线x包围的区域中的碳颗粒的面积比小于0.03％，其中假想线x平行于界面并且与界面间的距离为500μm”是指五个测定视野中的碳颗粒的面积比均小于0.03％。

碳颗粒的面积比优选为0.02％以下，并且更优选为0.01％以下。碳颗粒的面积比越小则越为优选，因此，下限值为0％。因此，也可以将碳颗粒的面积比限定为0％以上且小于0.03％。

可将包含碳化钨(以下也称为“WC”)作为基材的所谓的WC基硬质合金用作硬质基体3。这种硬质基体3可以具有高硬度和高强度。在金刚石接合体1中，硬质基体3的厚度(图1中的垂直方向)没有特别的限制，并且可为(例如)1mm以上30mm以下。

硬质基体3优选包含体积平均粒径为0.1μm以上3μm以下的碳化钨颗粒(以下，也称为“WC颗粒”)。通常，随着形成WC基硬质合金的WC颗粒的粒径越小(例如，体积平均粒径为0.1μm以上3μm以下)，WC基硬质合金的断裂韧性趋于越低。当这种WC基硬质合金用作工具材料时，工具中易于产生裂纹。因此，通常不选择包含粒径为3μm以下的WC颗粒的WC基硬质合金作为硬质基体的材料。

相反，随着形成WC基硬质合金的WC颗粒的粒径变小，WC基硬质合金的横向断裂强度(TRS)变高。因此，如果没有产生裂纹的起点(断裂起点)，那么包含具有小粒径的WC颗粒的WC基硬质合金具有高横向断裂强度和难以破损的性质。

在本实施方案中使用的硬质基体中，可能成为裂纹的起点的碳颗粒的面积比小于0.03％并且碳颗粒的量足够小，因此产生裂纹的起点也充分减少。当硬质基体中的WC颗粒的体积平均粒径为0.1μm以上3μm以下时，硬质基体的横向断裂强度高，并且产生裂纹的起点也充分减少。因此，包含硬质基体的工具不太可能产生裂纹，并且具有更长的工具寿命。

此外，随着WC颗粒的粒径变小，WC颗粒可捕获的在烧结期间由多晶金刚石层向硬质基体侧析出的碳的量越大。捕获至WC颗粒中的析出的碳以碳化钨或硬质基体中包含的其他元素(例如，V或Co)的碳化物的形式存在于WC颗粒之间或存在于结合相中，而不以碳颗粒的形式存在。

在本说明书中，“WC颗粒的体积平均粒径”是指以体积为基准的粒径分布(体积分布)中的中值粒径(d50)，并且是指以硬质基体中包含的全部WC颗粒为对象的平均粒径。在本说明书中，“体积平均粒径”也可以简单地表示为“粒径”。

可以按照以下的方法测定用于计算WC颗粒的粒径(体积平均粒径)的各颗粒的粒径。首先，使用线放电加工机对硬质基体进行切割，从而获得切面。将该切面镜面研磨，从而获得研磨面。在研磨面上，任意设定100μm×100μm的测定视野，以包括自硬质基体和多晶金刚石层之间的界面P起向硬质基体侧延伸至与界面P间的距离为600μm的区域。使用电子显微镜(由HITACHI制造的“SU6600”)，以5000倍的放大倍率观察该测定视野的反射电子图像。接下来，在反射电子图像中，测定WC颗粒的外接圆的直径(即，外接圆当量直径)，并且将该直径定义为WC颗粒的粒径。

如本申请人测定的，经证实，对于同一试样中的测定，即使改变测定视野的选取位置并进行多次计算，所获得的WC颗粒的粒径的测定结果也不会有实质性变化，因此即使当根据需要设定测定视野时，也不存在任意性。

硬质基体中的WC颗粒的含量优选为70质量％以上且小于100质量％，更优选为70质量％以上90质量％以下，并且进一步优选为81质量％以上88质量％以下。

根据以下方法计算硬质基体中的WC颗粒的含量(质量％)。使用线放电加工机切割硬质基体，从而获得切面。使用平均粒径为3μm的金刚石浆料对切面进行镜面研磨，从而制作观察用试样。在观察用试样的研磨面上任意设定100μm×100μm的测定视野，并且对测定视野进行能量色散X射线光谱法(由Oxford Instruments制造的“X-Max”)，从而测定WC颗粒的含量(质量％)。

如本申请人所测定的，可以证实，对于同一试样中的测定，即使改变测定视野的选取位置并进行多次计算，所获得的硬质基体中的WC颗粒的含量的测定结果也不会有实质性的变化，因此即使当根据需要设定测定视野时，也不存在任意性。

除了WC颗粒以外，硬质基体3优选包含总计为0.01质量％以上2.0质量％以下、更优选为0.05质量％以上1质量％以下、并且进一步优选为0.1质量％以上0.5质量％以下的选自由Ta(钽)、Cr(铬)、V(钒)组成的组中的至少一种元素。

通过将作为原料的WC颗粒(以下也表示为“原料WC颗粒”)与铁系金属一起烧结来制作硬质基体3。当在烧结原料WC颗粒时存在Ta、Cr和V中的至少一者时，抑制了原料WC颗粒的颗粒生长。因此，在所得的硬质基体中，WC颗粒的粗大化受到抑制，并且原料WC颗粒的粒径易于保持。

此外，硬质基体中的Ta、Cr和V与从多晶金刚石层中移出的碳结合，从而产生碳化物，例如TaC(碳化钽)、Cr₃C₂(碳化铬)或CV(碳化钒)。因此，当Ta、Cr和V中的至少一者存在于硬质基体中时，抑制了碳的析出。

除了WC以外，硬质基体3优选包含11质量％以上20质量％以下、更优选为11质量％以上17质量％以下、并且进一步优选为11质量％以上15质量％以下的Co(钴)。

通常，当硬质基体中Co的含量为11质量％以上时，形成硬质基体的硬质合金的热膨胀系数趋于增加，因此，硬质基体和多晶金刚石层之间的热膨胀系数的差异趋于增加。在多晶金刚石层的原料粉末布置于硬质基体上的状态下，将硬质基体和多晶金刚石层烧结并接合。因此，当硬质基体和多晶金刚石层之间的热膨胀系数的差异大时，在进行烧结的硬质基体和多晶金刚石层中出现大的残余应力。

具体而言，在硬质基体和多晶金刚石层之间的界面的硬质基体侧，在平行于界面的方向上出现拉伸应力，并且在界面的多晶金刚石层侧，在平行于界面的方向上出现压缩应力。因此，易于产生源自界面的硬质基体侧的裂纹，并且可能在超高压烧结后产生裂纹并且/或者在用作工具期间产生源自界面的硬质基体侧的破损。因此，硬质基体中的Co含量通常不选择为11质量％以上。

本发明人最新发现，当硬质基体中硬质基体和多晶金刚石层之间的界面附近的碳颗粒的量充分降低时，即使硬质基体中的Co含量为11质量％以上，硬质基体也具有优异的断裂韧性值。虽然其理由尚不明确，但推测界面附近成为裂纹的起点的碳颗粒的量充分减少，因此，用于本实施方案中的硬质基体具有高的耐裂纹性，并且可以抑制因Co的增加而导致的残余应力的增加所引起的裂纹的产生。包括该硬质基体的工具不易于产生裂纹，并且可以具有更长的工具寿命。

除了Co以外，硬质基体3可以包含Fe(铁)和Ni(镍)。优选的是，硬质基体3不包含Re。由于Re昂贵，因此不包含Re的硬质基体3具有成本优势。

根据以下方法计算硬质基体中Ta、Cr、V和Co各自的含量(质量％)。使用线放电加工机对硬质基体进行切割，从而获得切面。使用平均粒径为3μm的金刚石浆料对该切面进行镜面研磨，从而制作观察用试样。在观察用试样的研磨面上，任意设定100μm×100μm的测定视野，并且对测定视野进行能量色散X射线分光法(由Oxford Instruments制造的“X-Max”)，以测定各元素的质量比。

如本申请人测定的，已经证实，对于同一试样中的测定，即使改变测定视野的选取位置并进行多次计算，所获得的硬质基体中Ta、Cr、V和Co各自的含量的测定结果也不会有实质性变化，因此即使当根据需要设定测定视野时，也不存在任意性。

<多晶金刚石层>

通过使用烧结助剂烧结金刚石颗粒而获得的所谓的多晶金刚石烧结体可以用作多晶金刚石层2。除了金刚石颗粒和烧结助剂以外，多晶金刚石层2还可以包含不可避免的杂质。

多晶金刚石层2中金刚石颗粒的含量优选为70体积％以上98体积％以下，并且更优选为80体积％以上98体积％以下。当金刚石颗粒的含量小于70体积％时，多晶金刚石层2的硬度可能不足。当金刚石颗粒的含量大于98体积％时，烧结助剂的含量相对降低，这使得金刚石颗粒之间的结合较弱或者使得结合的程度不均匀。

多晶金刚石层2中烧结助剂的含量优选大于2体积％且小于30体积％。当烧结助剂的含量为2体积％以下时，烧结助剂的含量低，这使得金刚石颗粒之间的结合较弱或者使得结合的程度不均匀。相反，当烧结助剂的含量为30体积％以上时，多晶金刚石层2的硬度可能不足。

在本说明书中，根据以下方法计算多晶金刚石层2中金刚石颗粒的含量。使用线放电加工机切割多晶金刚石层，从而获得切面。将该切面进行镜面研磨，从而获得研磨面。在研磨面上，任意设定100μm×100μm的测定视野，以包括自硬质基体和多晶金刚石层之间的界面P起向多晶金刚石层侧延伸至与界面P间的距离为200μm的区域。使用电子显微镜，以5000倍的放大倍率观察该测定视野的反射电子图像。此时，观察到由金刚石颗粒构成的金刚石相为黑色区域，并且观察到由烧结助剂构成的结合相为灰色区域或白色区域。接下来，在观察的视野图像中，通过图像处理将金刚石相区域和结合相区域进行二值化，从而测定金刚石相区域的占有面积。然后，将占有面积代入下式(1)，从而计算金刚石颗粒的体积含量。

(金刚石相的体积含量)＝(金刚石相区域的占有面积)÷(视野图像中多晶金刚石层2的面积)×100…(1)

如本申请人测定的，已经证实，对于同一试样中的测定，即使改变测定视野的选取位置并进行多次计算，所获得的多晶金刚石层中金刚石颗粒的含量的测定结果也不会有实质性变化，因此即使当根据需要设定测定视野时，也不存在任意性。

多晶金刚石层2的厚度(图1中的垂直方向)没有特别的限制，并且可为(例如)0.1mm以上5mm以下。

(金刚石颗粒)

金刚石颗粒的体积平均粒径优选为0.1μm以上50μm以下。当金刚石颗粒的体积平均粒径大于50μm时，易于发生由金刚石颗粒自身的解理引起的缺陷。当金刚石相中发生由解理引起的缺陷时，在多晶金刚石层2中易于发生缺损。此外，难以制造体积平均粒径小于0.1μm的颗粒，并且其处理也是复杂的。金刚石颗粒的体积平均粒径更优选为0.1μm以上30μm以下，并且进一步优选为0.1μm以上5μm以下。

在本说明书中，“金刚石颗粒的体积平均粒径”是指在以体积为基准的粒径分布(体积分布)中的中值粒径(d50)，并且是指以多晶金刚石层中包含的所有金刚石颗粒为对象的平均粒径。

可以根据以下方法测量用于计算金刚石颗粒的粒径(体积平均粒径)的各颗粒的粒径。首先，对多晶金刚石层2的截面进行镜面研磨，从而获得研磨面。在研磨面上，任意设定100μm×100μm的测定视野，以包括自硬质基体和多晶金刚石层之间的界面P起向多晶金刚石层侧延伸至与界面P间的距离为200μm的区域。使用电子显微镜，以5000倍的放大倍率观察该测定视野的反射电子图像。接下来，在反射电子图像中，测量形成金刚石相的颗粒的外接圆的直径(即外接圆当量直径)，并且将该直径定义为金刚石颗粒的粒径。

如本申请人测定的，已经证实，对于同一试样中的测定，即使改变测定视野的选取位置并进行多次计算，所获得的金刚石颗粒的粒径的测定结果也不会有实质性变化，因此即使当根据需要设定测定视野时，也不存在任意性。

在多晶金刚石层2中，金刚石颗粒可以单独存在，或者可以以相邻颗粒结合的状态存在，即，以形成缩颈生长的状态存在。然而，为了获得具有更高强度的多晶金刚石层2，优选的是形成金刚石相的90体积％以上的金刚石颗粒以形成缩颈生长的状态存在。无论金刚石颗粒单独存在或以形成缩颈生长的状态存在，可以根据下述的烧结助剂的类型和添加量控制其体积％。

(烧结助剂)

烧结助剂的实例可以包括用作金刚石颗粒的烧结助剂的已知烧结助剂。实例可以包括诸如钴(Co)、铁(Fe)和镍(Ni)之类的铁族金属、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钼(mo)、钨(W)和锰(mn)。其中，Co适合用作金刚石颗粒的烧结助剂，这是因为Co的金刚石颗粒的溶解析出反应的速度高，该反应会驱动金刚石颗粒的颈部生长形成。

多晶金刚石层2中Co的含量优选为2体积％以上30体积％以下。当多晶金刚石层2中Co的含量小于2体积％时，金刚石颗粒之间的结合趋于较弱或结合的程度趋于不均匀。相反，当多晶金刚石层2中Co的含量大于30体积％时，多晶金刚石层2的诸如耐缺损性和抗冲击性之类的耐磨性和强度降低。当烧结助剂还包含Co以外的上述元素中的一种以上的元素时，多晶金刚石层2的结合剂中的Co以外的元素的含量优选为0.1体积％以上80体积％以下。

当烧结助剂仅由Co构成时，可以根据以下方法计算多晶金刚石层2中Co的含量。使用线放电加工机切割多晶金刚石层，从而获得切面。对切面进行镜面研磨，从而获得研磨面。在研磨面上，任意设定100μm×100μm的测定视野，以包括自硬质基体和多晶金刚石层之间的界面P起向多晶金刚石层侧延伸至与界面P间的距离为200μm的区域。使用电子显微镜，以5000倍的放大倍率观察该测定视野的反射电子图像。此时，观察到由金刚石颗粒构成的金刚石相为黑色区域，并且观察到由烧结助剂构成的结合相为灰色区域或白色区域。接下来，在观察的视野图像中，通过图像处理将金刚石相区域和结合相区域进行二值化，从而测定结合相区域的占有面积。然后，将占有面积代入下式(2)，从而计算Co的体积含量。

(Co的体积含量)＝(结合剂相区域的占有面积)÷(视野图像中多晶金刚石相的面积)×100…(2)

如本申请人测定的，已经证实，对于同一试样中的测定，即使改变测定视野的选取位置并进行多次计算，所获得的多晶金刚石层中的Co含量的测定结果也不会有实质性变化，因此即使当根据需要设定测定视野时，也不存在任意性。

当除了Co以外烧结助剂还包含其他元素时，可以通过ICP分析计算Co和其他元素各自的含量(质量％)。

多晶金刚石层2可以包括富钴层，该富钴层自与硬质基体3的界面侧起具有指定厚度并且表现出高的钴含量(体积％)。当多晶金刚石层2包括富钴层时，可以减小由多晶金刚石层2和硬质基体3之间的热膨胀系数的差异引起的残余应力。

(金刚石接合体的应用)

根据本实施方案的金刚石接合体可以用于(例如)诸如钻头、端铣刀、铣削用可替换切削刀片、车削用可替换切削刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀或丝锥之类的切削工具，诸如修整器、触针、喷嘴或模具之类的耐磨工具，诸如磨石、线锯、锯片或刀头之类的磨削工具，以及诸如摩擦搅拌焊接用工具之类的工具。使用该金刚石接合体制作的工具可以具有更高的耐缺损性和长工具寿命。

<第二实施方案：金刚石接合体的制造方法>

将描述本公开的金刚石接合体的制造方法。根据本实施方案的金刚石接合体的制造方法是制造根据第一实施方案的金刚石接合体的方法，该方法包括：准备包含体积平均粒径为0.1μm以上3μm以下的碳化钨颗粒的硬质基体(以下，也称为“硬质基体准备步骤”)；通过在硬质基体上布置多晶金刚石层原料粉末来制作成形体(以下，也称为“成形体制作步骤”)；以及在金刚石稳定的压力和温度条件下烧结成形体，从而获得金刚石接合体(以下，也称为“烧结步骤”)。

(硬质基体准备步骤)

准备包含体积平均粒径为0.1μm以上3μm以下的碳化钨颗粒的硬质基体。

(成形体制作步骤)

通过在硬质基体上布置多晶金刚石层原料粉末制作成形体。

可以通过使用球磨机等将金刚石颗粒和烧结助剂混合而获得多晶金刚石层原料粉末。

用于该步骤的金刚石颗粒的细节与在第一实施方案中详细描述的金刚石颗粒相同，因此，将不重复其描述。在本实施方案中，认为在烧结步骤之前和之后，金刚石颗粒的形状、特性、性质和性能不发生变化。可以基于根据激光衍射法测定的粒径分布来计算多晶金刚石层原料粉末中的金刚石颗粒的粒径。

用于该步骤的烧结助剂的细节与在第一实施方案中详细描述的烧结助剂相同，因此，将不重复其描述。

在硬质基体上布置多晶金刚石层原料粉末的方法的实例包括在由诸如钽之类的高耐热性材料制成的模具内布置预烧结的硬质基体，并且将多晶金刚石层原料粉末以预定厚度的层状形式布置在硬质基体上的方法。由此可以获得成形体。

如上所述，在已详细描述的成形体制作步骤中，使用通过利用球磨机等混合金刚石颗粒和烧结助剂而获得的混合粉末从而成形为一个层。然而，可以将金刚石颗粒和烧结助剂成形为不同的层。当使用混合粉末成形为一个层时，获得了在整体烧结体上具有均匀的缩颈生长程度的烧结体。相反，当将烧结助剂和金刚石颗粒成形为两个不同的层时，获得了具有包含高密度的金刚石颗粒的层的烧结体。这种烧结体具有优异的强度和耐磨性。

(烧结步骤)

接下来，在金刚石稳定的压力和温度条件下烧结获得的成形体。金刚石稳定的压力和温度条件是指压力为5.0GPa以上8.0GPa以下并且温度为1300℃以上1900℃以下的条件。烧结时间没有特别的限制，并且根据成形体的尺寸、厚度等适当改变。然而，通过对成形体进行至少5分钟以上的烧结，可以获得充分烧结的金刚石接合体。

实施例

将参考实施例更具体地描述本实施方案。然而，本实施方案不限于这些实施例。

[试样1和试样2]

<金刚石接合体的制作>

(硬质基体准备步骤)

对于试样1，准备了包含88质量％的体积平均粒径为0.3μm的WC颗粒的硬质基体。硬质基体包含总计为0.4质量％的Ta、Cr和V。

对于试样2，准备了包含92.2质量％的体积平均粒径为5μm的WC颗粒的硬质基体。硬质基体不包含Ta、Cr和V。

(成形体制作步骤)

将Co颗粒和体积平均粒径为5μm的金刚石颗粒混合，从而制备多晶金刚石层原料粉末。多晶金刚石层原料粉末中的金刚石颗粒的含量为96质量％，并且Co颗粒的含量为4质量％。

将各试样的硬质基体和多晶金刚石层原料粉末依次布置在由钽制成的模具中，从而获得成形体。

(烧结步骤)

接下来，使容纳有成形体的模具在烧结炉内静置，并且使炉内压力升至5GPa，并使炉内温度升至1500℃。然后，保持该状态10分钟以上从而烧结成形体。由此制造金刚石接合体。

<评价>

(析出的碳的面积比的测定)

对于获得的金刚石接合体，计算硬质基体中距离多晶金刚石层和硬质基体之间的界面500μm以内的区域中析出的碳颗粒的面积比。在第一实施方案中描述了具体的计算方法，因此省略其描述。其结果示于表1的“析出的碳的面积比”一栏中。

(硬质基体中WC颗粒的体积平均粒径的计算)

对于各试样，计算硬质基体中WC颗粒的体积平均粒径。在第一实施方案中描述了具体的计算方法，因此，将不重复其描述。其结果示于表1的“WC颗粒的体积平均粒径”一栏中。

(硬质基体中Co含量的测定)

通过使用能量色散X射线光谱法进行分析，从而测定硬质基体中的Co含量(质量％)。在第一实施方案中描述了具体的测定方法，因此将不重复其描述。其结果示于表1的“Co含量(质量％)”一栏中。

[表1]

表1

(剪切试验)

从各试样的金刚石接合体上切下具有预定尺寸的金刚石接合体试验片。然后，使用图7所示的剪切试验机20，从而测定金刚石接合体试验片的剪切强度。具体而言，对于各金刚石接合体试验片，固定剪切试验机20，使得硬质基体3位于保持部分22a中，并且多晶金刚石层2可靠地从保持部分22a中露出。对于各试验片，注意确保使同等的区域位于保持部分22a中。然后，将压头23压在各试验片上以施加负荷，并且将各试验片断裂时的负荷定义为各金刚石接合体的剪切强度。对各试样进行四次剪切试验。剪切强度越高，表示越不易于产生裂纹，并且耐缺损性越优异。结果示于图8中。

(评价结果)

在试样1中，析出的碳的面积比为0％，并且试样1对应于实施例。在试样2中，析出的碳的面积比为0.49％，试样2对应于比较例。可以证实，与试样2相比，试样1的剪切强度更高，并且耐缺损性更优异。

图3示出了试样1(实施例)的金刚石接合体的截面的测定视野的光学显微镜照片。如图3所示，在试样1的硬质基体的区域中看不到析出的碳。图4为图3所示的光学显微镜照片的二值化图像。在图4中也看不到析出的碳。

观察经过了剪切试验的试样1的金刚石接合体试验片。只有硬质基体有裂纹，并且多晶金刚石层没有裂纹。因此可以证实，针对在工具的使用期间源自硬质基体的破损，试样1的金刚石接合体具有更高的耐缺损性。

图5示出了试样2(比较例)的金刚石接合体的截面的测定视野的光学显微镜照片。如图5所示，在试样2的硬质基体的区域中可以看到析出的碳。图6为图5所示的光学显微镜照片的二值化图像。在图6中也可以看到析出的碳。

虽然已经对本发明的实施方案和实施例进行了以上描述，但是其最初旨在对上述各实施方案和实施例的特征进行适当组合和各种变形。

应当理解，本文公开的实施方案和实施例在每个方面都是说明性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的权项限定，而不是由上述实施方案和实施例限定，并且旨在包括在与权利要求的权项等同的含义和范围内的任何修改。

附图标记列表

1金刚石接合体；2多晶金刚石层；3硬质基体；20剪切试验机；21底座；22a保持部分；23压头；x假想线；P截面；PS基准面。

Claims (4)

1.一种金刚石接合体，包括硬质基体和布置在所述硬质基体上的多晶金刚石层，其中

在平行于所述硬质基体和所述多晶金刚石层之间的界面的法线方向的截面中，所述硬质基体中的由所述界面和假想线x包围的区域中的碳颗粒的面积比小于0.03％，其中所述假想线x平行于所述硬质基体侧的所述界面并且与所述界面间的距离为500μm，

所述硬质基体包含体积平均粒径为0.1μm以上0.3μm以下的碳化钨颗粒，

所述硬质基体包含11质量％以上20质量％以下的Co。

2.根据权利要求1所述的金刚石接合体，其中

所述硬质基体包含70质量％以上且小于100质量％的所述碳化钨颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的金刚石接合体，其中

所述硬质基体包含总计为0.01质量％以上2.0质量％以下的选自由Ta、Cr和V组成的组中的至少一种元素。

4.一种制造根据权利要求1至3中任一项所述的金刚石接合体的方法，该方法包括：

准备包含体积平均粒径为0.1μm以上0.3μm以下的碳化钨颗粒的硬质基体；

通过在所述硬质基体上布置多晶金刚石层原料粉末来制作成形体；以及

在金刚石稳定的压力和温度条件下烧结所述成形体，从而获得金刚石接合体。