DE102015208491A1

DE102015208491A1 - Polykristalliner Diamantkörper, Schneidwerkzeug, verschleißfestes Werkzeug, Schleifwerkzeug und Verfahren zum Herstellen eines polykristallinen Diamantkörpers

Info

Publication number: DE102015208491A1
Application number: DE102015208491.4A
Authority: DE
Inventors: Yuh Ishida; Katsuko Yamamoto; Hitoshi Sumiya
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2035-05-08
Also published as: JP2015227278A; US9663371B2; US20150321317A1; DE202015009584U1; CN105088339B; CN110219042A; JP6387897B2; CN110219042B; DE102015208491B4; CN105088339A

Abstract

Ein polykristalliner Diamantkörper umfasst Diamantpartikel. Die Diamantpartikel weisen eine durchschnittliche Partikelgröße von 50 nm oder weniger auf. Als ein Resultat einer Messung einer Knoop-Härte unter einer Testlast von 4,9 N bei 23°C ± 5°C ergibt sich, dass der polykristalline Diamantkörper ein Verhältnis aus einer Länge B einer kurzen Diagonale zu einer Länge A einer längeren Diagonale von Diagonalen eines Knoop-Eindrucks, ausgedrückt als B/A-Verhältnis, von 0,080 oder weniger beträgt. Es wird dieser polykristalline Diamantkörper offenbart und er weist eine kleine Partikelgröße auf.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen polykristallinen Diamantkörper, ein Schneidwerkzeug, ein verschleißfestes Werkzeug, einen Schleifkörper und ein Verfahren zum Herstellen eines polykristallinen Diamantkörpers. Die Erfindung betrifft insbesondere einen polykristallinen Diamantkörper, der als Schneidwerkzeug, verschleißfestes Werkzeug und als Schleifwerkzeug eingesetzt werden kann, das Schneidwerkzeug, das verschleißfeste Werkzeug und das Schleifwerkzeug, sowie ein Verfahren zum Herstellen des polykristallinen Diamantkörpers.
Beschreibung des Stands der Technik
Für herkömmliche Diamantwerkzeuge wird ein gesinterter Diamantkörper unter Verwendung eines Metalls, wie z. B. Cobalt (Co) oder dergleichen, und einer Keramik, wie z. B. Siliziumcarbid (SiC) oder dergleichen, als Sinterhilfe und einem Binder erhalten. Die japanische Offenlegungsschrift JP 4-074766 und die japanische Offenlegungsschrift JP 4-114966 offenbaren z. B. weiterhin ein Verwenden von Carbonaten als Sinterhilfen. Gemäß dieser Dokumente wird ein gesinterter Diamantkörper durch ein Sintern eines Diamantpulvers zusammen mit einer Sinterhilfe und einem Binder unter stabilen Hochdruck- und Hochtemperaturbedingungen erhalten, in denen ein Diamant thermodynamisch stabil ist (im Allgemeinen bei Drücken von 5 bis 8 GPa, Temperaturen von 1300°C bis 2200°C). Es sind auf der anderen Seite auch natürlich auftretende polykristalline Diamantkörper (Carbonado und Ballas) bekannt und einige davon werden als Bohrspitze verwendet. Diese polykristallinen Diamantkörper werden jedoch nicht sehr oft für industrielle Zwecke eingesetzt, da sie in der Materialqualität bedeutend variieren und nur in begrenzter Menge gefunden werden können.
Ein unter Anwendung einer Sinterhilfe erhaltener polykristalliner Diamantkörper umfasst die eingesetzte Sinterhilfe, die als Katalysator agieren kann, der ein Graphitieren des Diamants begünstigt. Demzufolge verschlechtert sich die Hitzebeständigkeit des sich ergebenden polykristallinen Diamantkörpers. Wenn weiterhin Wärme auf den polykristallinen Diamantkörper angewendet wird, entwickeln sich feine Risse aufgrund eines Unterschieds in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Katalysator und dem Diamanten. Demzufolge verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften des polykristallinen Diamantkörpers.
Es sind auch polykristalline Diamantkörper bekannt, bei denen das Metall an der Korngrenze von Diamantpartikeln entfernt wurde, um die Hitzebeständigkeit zu verbessern. Obwohl dieses Verfahren die Hitzebeständigkeitstemperatur bis auf ca. 1200°C verbessert, wird der polykristalline Körper porös und seine Festigkeit nimmt demzufolge ab. Ein polykristalliner Diamantkörper, der unter Verwendung von SiC als Binder erhalten wird, weist eine hohe Hitzebeständigkeit auf, jedoch bei geringer Festigkeit, da die Diamantpartikel nicht miteinander verbunden sind.
Andererseits ist ein Verfahren bekannt, in dem ein nicht diamantförmiger Kohlenstoff, wie z. B. Graphit, amorpher Kohlenstoff oder dergleichen, bei sehr hohen Drücken und einem hohem Druck direkt in Diamant umgewandelt wird, ohne einen Katalysator und/oder ein Lösungsmittel zu verwenden, und simultan gesintert wird (Verfahren zur direkten Umwandlung und Sinterung). In J. Chem. Phys., 38 (1963) Seiten 631 bis 643, Japan. J. Appl. Phys., 11 (1972) Seiten 578 bis 590, und Nature 259 (1967), Seite 38, ist z. B. gezeigt, dass ein polykristalliner Diamantkörper unter Verwendung von Graphit als Startmaterial unter einem sehr hohen Druck von 14 bis 18 GPa und einer sehr hohen Temperatur von 3000 K und mehr erhalten wird.
In der Herstellung eines polykristallinen Diamantkörpers gemäß J. Chem. Phys., 38 (1963) Seiten 631 bis 643, Japan. J. Appl. Phys., 11 (1972) Seiten 578 bis 590, und Nature 259 (1967), Seite 38 wird jedoch ein Verfahren zum Heizen durch eine direkte Stromdurchführung verwendet, in der ein leitfähiger nichtdiamantartiger Kohlenstoff, wie z. B. Graphit oder dergleichen, durch einen durchfließenden Strom direkt erhitzt wird. Der entsprechend erhaltene polykristalline Diamantkörper weist einen Rest an nichtdiamantförmigen Kohlenstoff auf, wie z. B. Graphit oder dergleichen, und hat auch eine ungleichförmige Kristallkorngröße aus Diamant. Es ergibt sich, dass der polykristalline Diamantkörper eine geringe Festigkeit und Härte aufweist.
Zur Verbesserung der Härte und Festigkeit wurde in New Diamond and Frontier Carbon Technology, 14 (2004) Seite 313, und SEI Technical Review 165 (2004), Seite 68, ein Verfahren zum Erhalten eines dichten und sehr reinen polykristallinen Diamantkörpers durch ein Verfahren der direkten Umwandlung und Sinterung erreicht, in der sehr reines Graphit als Rohmaterial bei einem sehr hohen Druck von 12 GPA oder mehr und einer hohen Temperatur von 2200°C oder mehr indirekt erhitzt wurde.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In der Herstellung eines polykristallinen Diamantkörpers gemäß New Diamond and Frontier Carbon Technology, 14 (2004) Seite 313, und SEI Technical Review 165 (2004), Seite 68, wird die Sintertemperatur verringert, um z. B. einen polykristallinen Diamantkörper mit kleiner Teilchengröße zur Verwendung in der Hochpräzisionsverarbeitung zu erhalten. Demzufolge kann der polykristalline Körper nicht ausreichend gesintert werden und weist eine abnehmende Festigkeit auf. Darüberhinaus kann das Werkzeug leicht abbrechen, wenn die Teilchengröße der Diamantpartikel gering ist, was die Festigkeit verringert.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung die oben genannten Probleme zu lösen und einen polykristallinen Diamantkörper, der robust ist und eine kleine Teilchengröße aufweist, ein Schneidwerkzeug, ein verschleißfestes Werkzeug, ein Schleifwerkzeug und ein Verfahren zum Herstellen des polykristallinen Diamantkörpers bereitzustellen.
Ein polykristalliner Diamantkörper gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst Diamantpartikel. Die Diamantpartikel weisen eine durchschnittliche Partikelgröße von 50 nm oder weniger auf. Als Ergebnis der Messung einer Knoop-Härte unter einer Testlast von 4,9 N bei 23°C ± 5°C weist der polykristalline Diamantkörper ein Verhältnis von einer Länge B einer kürzeren Diagonale bezüglich einer Länge A einer längeren Diagonale von Diagonalen eines Knoop-Eindrucks, ausgedrückt als Verhältnis B/A, von 0,080 oder weniger auf.
Ein Verfahren zum Herstellen eines polykristallinen Diamantkörpers gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Schritte eines Herstellens eines nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers mit einer Partikelgröße von 0,5 μm oder weniger als Ausgangsmaterial und ein Umwandeln des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers in Diamantpartikel und ein Sintern der Diamantpartikel bei einer Temperatur und einem Druck, die die folgenden Bedingungen erfüllen: wenn P den Druck bezeichnet (GPa) und T die Temperatur (°C) bezeichnet, gilt P ≥ 0,0000168T² – 0,0867T + 124; T ≤ 2300; und P ≤ 25.
Gemäß dem Vorangehenden wird ein polykristalliner Diamantkörper, der robust ist und eine kleine Partikelgröße aufweist, ein Schneidwerkzeug, ein verschleißfestes Werkzeug, ein Schleifwerkzeug und ein Verfahren zum Herstellen des polykristallinen Diamantkörpers bereitgestellt.
Das Vorangehende und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung zusammen mit den beiliegenden Figuren hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines Knoop-Eindrucks.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
[Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung]
Die Erfinder forschten intensiv an der Lösung der obigen Probleme und fanden, dass ein polykristalliner Diamantkörper, der robust ist und eine feine Struktur aufweist, erhalten werden kann, wenn ein nichtdiamantförmiges Kohlenstoffpulver, wie z. B. Graphit oder dergleichen, mit einer Partikelgröße von 0,5 μm oder weniger, bei einem hohen Druck und einer hohen Temperatur direkt in Diamantpartikel umgewandelt wird.

[1] Ein polykristalliner Diamantkörper gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst Diamantpartikel, wobei die Diamantpartikel eine durchschnittliche Partikelgröße von 50 nm oder weniger aufweisen. Als Ergebnis einer Messung weist der polykristalline Diamantkörper eine Knoop-Härte unter einer Testlast von 4,9 N bei 23°C ± 5°C ein Verhältnis aus einer Länge B einer kürzeren Diagonale bezüglich einer Länge A einer längeren Diagonale der Diagonalen eines Knoop-Eindrucks, welches als B/A-Verhältnis ausgedrückt wird, von 0,080 oder weniger auf. Dieser polykristalline Diamantkörper ist robust und weist eine feine Partikelgröße der Diamantpartikel auf, die den polykristallinen Diamantkörper bilden.
[2] Die Diamantpartikel weisen vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße von 30 nm oder weniger auf. Die weiter reduzierte durchschnittliche Partikelgröße macht den polykristallinen Diamantkörper zur Verwendung in Anwendungen geeigneter, die eine kleine Partikelgröße erfordern.
[3] Die Diamantpartikel weisen vorzugsweise ein Verhältnis aus einer Röntgenbeugungsintensität I₍₂₂₀₎ in einer (220)-Ebene bezüglich einer Röntgenbeugungsintensität I₍₁₁₁₎ in einer (111)-Ebene gemäß Röntgenbeugung auf, ausgedrückt durch ein Verhältnis I₍₂₂₀₎/I₍₁₁₁₎, von nicht weniger als 0,1 und nicht mehr als 0,3. Dies macht den polykristallinen Körper isotrop, so dass ein teilweiser Verschleiß verringert werden kann, wenn der polykristalline Körper als ein Werkzeug oder dergleichen verwendet wird.
[4] Ein Schneidwerkzeug gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst den oben beschriebenen polykristallinen Diamantkörper. Folglich kann das Schneidwerkzeug zum Schneiden verschiedener Materialien verwendet werden.
[5] Ein verschleißfestes Werkzeug gemäß wieder einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst den vorangehend beschriebenen polykristallinen Diamantkörper. Dieses verschleißfeste Werkzeug kann zur Verarbeitung verschiedener Materialien eingesetzt werden.
[6] Ein Schleifwerkzeug gemäß wieder einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst den oben beschriebenen polykristallinen Diamantkörper. Dieses Schleifwerkzeug kann zum Schleifen verschiedener Materialien eingesetzt werden.
[7] Ein Verfahren zum Herstellen eines polykristallinen Diamantkörpers gemäß wieder einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Schritte eines Vorbereitens eines nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers mit einer Partikelgröße von 0,5 μm oder weniger als Ausgangsmaterial, eines Umwandelns des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers in Diamantpartikel und eines Sinterns der Diamantpartikel bei einer Temperatur und einem Druck, die die folgenden Beziehungen erfüllen: wenn P den Druck (GPa) bezeichnet und T die Temperatur (°C) bezeichnet, gilt P ≥ 0,0000168T² – 0,0867T + 124; T ≤ 2300; und P ≤ 25. Der durch dieses Verfahren erhaltene polykristalline Diamantkörper ist robust und weist eine feine Partikelgröße der Diamantpartikel auf, die den polykristallinen Diamantkörper bilden.

[Details zur Ausführungsform der Erfindung]
Eine Ausführungsform der Erfindung (nachfolgend bezeichnet als „diese Ausführungsform”) wird unten in größerem Detail beschrieben.
Polykristalliner Diamantkörper
Ein polykristalliner Diamantkörper gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst Diamantpartikel. Die Diamantpartikel weisen eine durchschnittliche Partikelgröße von 50 nm oder weniger auf. Als Ergebnis einer Messung einer Knoop-Härte unter einer Testlast von 4,9 N bei 23°C ± 5°C weist der polykristalline Diamantkörper ein Verhältnis aus einer Länge B einer kürzeren Diagonale bezüglich einer Länge A einer längeren Diagonale von Diagonalen eines Knoop-Eindrucks, ausgedrückt als ein B/A-Verhältnis, von 0,080 oder weniger auf.
Wie vorangehend beschrieben umfasst der polykristalline Diamantkörper gemäß dieser Ausführungsform Diamantpartikel. Solange der polykristalline Diamantkörper Diamantpartikel aufweist, kann er auch unvermeidbare Verschmutzungen in einer Menge aufweisen, so dass der Effekt dieser Ausführungsform verschlechtert wird. Beispiele unvermeidbarer Verschmutzungen können Stickstoff (N), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O) und dergleichen umfassen. Der polykristalline Diamantkörper ist im Wesentlichen frei von einem Bindemittel, einem Sintermittel, einem Katalysator und dergleichen. Dies ist einer der Vorteile des polykristallinen Diamantkörpers gemäß dieser Ausführungsform, da dies die Nachteile ausräumt, die mit einem Bindemittel, einem Sintermittel und/oder einem Katalysator einhergehen, welche in herkömmlichen gesinterten Diamantkörpern auftreten.
Obwohl der polykristalline Diamantkörper ein gesinterter Körper ist, wird der Ausdruck „polykristalliner Körper” in dieser Ausführungsform verwendet, da der Ausdruck „gesinterter Körper” im Allgemeinen ein Bindemittel mit einschließt.
Diamantpartikel
Die in dem polykristallinen Diamantkörper gemäß dieser Ausführungsform vorhandenen Diamantpartikel weisen eine kleine Partikelgröße auf. Insbesondere weisen die Diamantpartikel eine durchschnittliche Partikelgröße von 50 nm oder weniger auf, vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße von 30 nm oder weniger. Da eine kleine durchschnittliche Partikelgröße bevorzugt ist, ist es nicht notwendig, dafür eine Untergrenze festzulegen. Von einem Herstellungsstandpunkt aus beträgt jedoch die Untergrenze der durchschnittlichen Partikelgröße 10 nm.
Die Partikelgröße der Diamantpartikel ist vorzugsweise gleichförmig, um eine Verspannungskonzentration zu vermeiden und eine hohe Festigkeit bereitzustellen. Die Verteilung der Partikelgröße entspricht vorzugsweise einer Normalverteilung. Die durchschnittliche Partikelgröße stellt vorzugsweise ein Mittel der Normalverteilung dar. Die „Partikelgröße der Diamantpartikel”, wie hierin bezeichnet, stellt die Partikelgröße von Kristallkörnern der Diamantpartikel dar, die den polykristallinen Diamantkörper bilden.
Die oben beschriebene durchschnittliche Partikelgröße kann durch ein Schnittverfahren unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops bestimmt werden. Insbesondere wurde der polykristalline Diamantkörper erst mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) bei 1000 bis 100000-facher Vergrößerung beobachtet, um ein REM-Bild zu erhalten.
Auf dem REM-Bild wird dann ein Kreis gezeichnet und es werden acht gerade Linien radial vom Zentrum des Kreises zum Umfang des Kreises gezeichnet (sodass der Schnittwinkel zwischen benachbarten geraden Linien im Wesentlichen gleich ist). In diesem Fall werden die Beobachtungsvergrößerung und der Durchmesser des oben beschriebenen Kreises vorzugsweise festgelegt, so dass die Anzahl von Diamantpartikel (Kristallkörner) pro gerader Linie ungefähr 10 bis 50 beträgt.
Als Nächstes wird für jede gerade Linie gezählt, wie oft die gerade Linie die Korngrenzen der Diamantpartikel schneidet, wobei eine durchschnittliche Schnittlänge durch Teilen der Länge der geraden Linie durch die Anzahl von Korngrenzschnitten bestimmt wird und die durchschnittliche Schnittlänge mit 1,128 multipliziert wird, um die durchschnittliche Partikelgröße zu ergeben. Vorzugsweise werden mehrere REM-Bilder verwendet, die durchschnittliche Partikelgröße für jedes Bild wird in der vorangehend beschriebenen Weise bestimmt und ein durchschnittlicher Wert dieser durchschnittlichen Partikelgrößen wird als durchschnittliche Partikelgröße gegeben, um die durchschnittliche Partikelgröße zu erhalten.
Da die vom polykristallinen Diamantkörper umfassten Diamantpartikel dieser Ausführungsform eine kleine Partikelgröße aufweisen, kann der polykristalline Diamantkörper in einem breiten Bereich von Anwendungen verwendet werden, wenn es als ein Werkzeug oder dergleichen eingesetzt wird, wie z. B. in Hochbelastungsanwendungen, Mikroverarbeitungsanwendungen und dergleichen.
Knoop-Härte
Als ein Ergebnis einer Messung einer Knoop-Härte unter einer Testlast von 4,9 N bei 23°C ± 5°C weist der polykristalline Diamantkörper gemäß dieser Ausführungsform ein Verhältnis aus der Länge B der kürzeren Diagonale bezüglich der Länge A der längeren Diagonale der Diagonalen eines Knoop-Eindrucks, ausgedrückt durch ein B/A-Verhältnis, von 0,080 oder weniger auf.
Die Messung einer Knoop-Härte ist als Bezeichnung der Härte eines industriellen Materials bekannt, wie z. B. in JIS 22251: 2009 definiert ist. Die Härte des zu messenden Materials wird durch Drücken eines Knoop-Eindringkörpers gegen das Material unter einer vorbestimmten Last (Testlast) bei einer vorbestimmten Temperatur bestimmt.
Der Knoop-Eindringkörper ist gemäß der Verwendung hierin ein Eindringkörper gefertigt aus einem Diamant, dessen Boden in Form eines rombusartigen quadratischen Prismas gebildet ist. Der Rhombus des Bodens ist definiert, so dass das Verhältnis aus der Länge B der kürzeren Diagonale mit der Länge A der längeren Diagonale der Diagonalen, ausgedrückt als das B/A-Verhältnis, 0,141 beträgt. Der Knoop-Eindruck bezeichnet einen Eindruck, der an einer Stelle verbleibt, von der der Knoop-Eindringkörper sofort gelöst wird, nachdem er gegen das zu messende Material (in dieser Ausführungsform der polykristallinen Diamantkörper) unter der Testlast bei der vorangehend beschriebenen Temperatur gedrückt wird.
Ein Merkmal des polykristallinen Diamantkörpers gemäß dieser Ausführungsform ist, dass das B/A-Verhältnis des oben beschriebenen Knoop-Eindringkörpers (0,080 oder weniger) geringer ist als das ursprüngliche B/A-Verhältnis des Knoop-Eindringkörpers (0,141). Dies liegt daran, dass sich das zu messende Material (insbesondere der polykristallinen Diamantkörper gemäß dieser Ausführungsform) elastisch benimmt und erholt, so dass der Eindringkörper versucht, in seinen Originalzustand elastisch zurückzukehren (elastische Rückfederung).
Dieses Phänomen wird nun speziell mit Bezug auf 1 beschrieben, in der der Knoop-Eindruck konzeptuell dargestellt ist. Wenn z. B. das zu messende Material keine elastische Rückfederung zeigt, sind der Querschnitt des Knoop-Eindringkörpers und des Knoop-Eindrucks von gleicher Gestalt (vgl. den Bereich, der als „ursprünglicher Knoop-Eindruck” in 1 bezeichnet ist). Da jedoch die elastische Rückfederung in der Richtung des in 1 dargestellten Pfeilkopfes auftritt, weist der Knoop-Eindruck gemäß dieser Ausführungsform den durch die durchgezogene Linie in 1 dargestellten Rhombus auf. Insbesondere, wenn die Rückfederung in der Richtung des Pfeils in 1 abnimmt, nimmt der Wert des B/A-Verhältnisses ab, und ein geringer Wert des B/A-Verhältnisses bezeichnet eine höhere elastische Rückfederung (elastische Eigenschaft).
Der polykristalline Diamantkörper gemäß dieser Ausführungsform weist eine hohe elastische Rückfederung auf, wie aus dem B/A-Verhältnis des voran beschriebenen Knoop-Eindrucks hervorgeht. Je höher die elastische Rückfederung, desto höher die Belastbarkeit, was bedeutet, dass der polykristalline Diamantkörper belastbar ist. Gemäß obiger Beschreibung stellt das B/A-Verhältnis des Knoop-Eindrucks in dieser Ausführungsform einen Index für den Grad an elastischer Rückfederung des polykristallinen Diamantkörpers dar.
Ein kleineres B/A-Verhältnis des Knoop-Eindrucks kann bevorzugt sein, da dies die elastische Rückfederung erhöht. Demzufolge ist es nicht unbedingt notwendig, die Untergrenze des B/A-Verhältnisses zu definieren. Falls jedoch die elastische Rückfederung übermäßig groß wird, steigt die elastische Eigenschaft. D. h., wenn der polykristalline Diamantkörper als Werkzeug verwendet wird, ist er einer großen elastischen Deformation ausgesetzt, was zu einer geringen Verarbeitbarkeit führt. Von diesem Standpunkt aus liegt die untere Grenze des B/A-Verhältnisses des Knoop-Eindrucks vorzugsweise bei 0,040. Weiter bevorzugt beträgt das B/A-Verhältnis des Knoop-Eindrucks 0,050 bis 0,080.
Röntgenbeugung
Die Diamantpartikel, die von dem polykristallinen Diamantkörper gemäß dieser Ausführungsform umfasst werden, weisen vorzugsweise ein Verhältnis aus einer Röntgenbeugungsintensität I₍₂₂₀₎ in einer (220)-Ebene zu einer Röntgenbeugungsintensität I₍₁₁₁₎ in einer (111)-Ebene gemäß der Röntgenbeugung auf, welches durch ein Verhältnis I₍₂₂₀₎/I₍₁₁₁₎ von nicht weniger als 0,1 und nicht mehr als 0,3 ausgedrückt wird. Dadurch wird der polykristalline Körper isotrop, so dass ein teilweiser Verschleiß verringert werden kann, wenn der polykristalline Körper als ein Werkzeug oder dergleichen eingesetzt wird.
Falls das Verhältnis I₍₂₂₀₎/I₍₁₁₁₎ außerhalb des oben definierten Bereichs liegt, ist der polykristalline Körper orientiert und anisotrop. In diesem Fall zeigt der polykristalline Körper eine Festigkeitsverteilung und weist Oberflächen auf, die in ihrer Festigkeit variieren. Dies macht den polykristallinen Körper für die Verwendung als Werkzeug ungeeignet. Falls der polykristalline Körper insbesondere als Drehwerkzeug verwendet wird, wie ein Fräswerkzeug oder dergleichen, weist er sowohl eine Oberfläche auf, die verschleißfest oder Bruchfest ist, und eine Oberfläche, die nicht verschleißfest oder Bruchfest ist, und damit einem teilweisen Verschleiß ausgesetzt ist. Um diesen Nachteil zu vermeiden ist der polykristalline Körper vorzugsweise isotrop.
Anwendungen
Der polykristalline Diamantkörper gemäß dieser Ausführungsform ist belastbar und weist eine feine Partikelgröße von Diamantpartikel (Kristallkörner) auf. Folglich ist er zur Verwendung als Schneidwerkzeug, verschleißfestes Werkzeug, Schleifwerkzeug und dergleichen geeignet. Insbesondere weisen das Schneidwerkzeug, das verschleißfeste Werkzeug und das Schleifwerkzeug gemäß dieser Ausführungsform den oben beschriebenen polykristallinen Diamantkörper auf.
Jedes dieser Werkzeuge kann vollständig aus dem polykristallinen Diamantkörper gebildet werden, oder kann lediglich teilweise (im Falle eines Schneidwerkzeugs z. B. der Schneidkantenbereich) aus dem polykristallinen Diamantkörper gebildet werden. Alternativ kann jedes Werkzeug einen Beschichtungsfilm aufweisen, der auf der Oberfläche gebildet ist.
Beispiele des Schneidwerkzeugs können einen Bohrer, ein Fräswerkzeug, einen Einsatz für einen Bohrer, einen Einsatz für eine Fräse, einen Einsatz für einen Hobel, einen Einsatz für einen Läpper, eine Metallsäge, ein Zahnradschneidewerkzeug, eine Reibahle, einen Gewindebohrer, eine Schneidplatte und dergleichen umfassen.
Beispiele des verschleißfesten Werkzeugs können eine Die, einen Reisszirkel, ein Reissrad, eine Schleifscheibe und dergleichen umfassen.
Beispiele des Schleifwerkzeugs können ein Schleifrad und dergleichen umfassen.
Herstellungsverfahren
Ein Verfahren zum Herstellen eines polykristallinen Diamantkörpers gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Schritte eines Vorbereiten eines nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers mit einer Partikelgröße von 0,5 μm oder weniger als Ausgangsmaterial (nachfolgend auch als der „Vorbereitungsschritt” bezeichnet), und ein Umwandeln des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers in Diamantpartikel und ein Sintern der Diamantpartikel bei einer Temperatur und einem Druck, die den folgenden Bedingungen genügen: wenn P den Druck (GPa) und T die Temperatur (°C) bezeichnet, gilt P ≥ 0,0000168T² – 0,0867T + 124; T ≤ 2300; und P ≤ 25 (nachfolgend auch als „Sinterschritt” bezeichnet).
Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht die Herstellung des oben beschriebenen polykristallinen Diamantkörpers. Vorzugsweise ist der durch dieses Verfahren erhaltene polykristalline Diamantkörper stabil und weist eine feine Partikelgröße (eine durchschnittliche Partikelgröße von 150 nm oder weniger) der Diamantpartikel auf, die den polykristallinen Diamantkörper bilden.
Im Vorbereitungsschritt ist das als Ausgangsmaterial verwendete nichtdiamantförmige Kohlenstoffpulver nicht speziell beschränkt, solange es anstelle von Diamant Kohlenstoff ist, und kann Graphit, amorpher Kohlenstoff oder dergleichen sein.
Die Partikelgröße des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers ist vorzugsweise etwas größer als die durchschnittliche Partikelgröße der Diamantpartikel des zu erhaltenden polykristallinen Diamantkörpers. Der Grund liegt darin, dass die Partikelgröße des Diamanten aufgrund einer Rekombination durch die Neuanordnung der Atome während der Umwandlung des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers in Diamant kleiner wird als die Partikelgröße des Rohmaterials. Falls die Partikelgröße des Rohmaterials klein ist, nimmt die Anzahl von Korngrenzen zu, an denen die ursprünglichen nichtdiamantförmigen Kohlenstoffteilchen nicht miteinander verbunden sind. Es ergibt sich, dass der Diamant nach der Umwandlung eine kleinere Partikelgröße aufweist. Wenn die Partikelgröße des Rohmaterials groß ist wird andererseits der Diamant eine größere Partikelgröße aufweisen und folglich wird der Wert des Verhältnisses B/A zunehmen. Die Partikelgröße des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers wird demnach zu 0,5 μm oder weniger festgelegt und der untere Grenzwert davon liegt aus Herstellungsgründen bei 0,05 μm. Weiter bevorzugt ist die Partikelgröße des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers nicht geringer als 0,1 μm und nicht mehr als 0,5 μm.
Gemäß der Verwendung hierin bezieht sich die Partikelgröße des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers auf eine durchschnittliche Partikelgröße, die durch Laser-Beugung-/-Streu-Verfahren unter Verwendung von Laserlicht gemessen werden.
Die Mittel für den Vorbereitungsschritt sind nicht begrenzt, solange das nichtdiamantförmige Kohlenstoffpulver vorbereitet wird. Beispiele der Mittel können eine Herstellung des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers unter Verwendung eines herkömmlich bekannten Syntheseverfahrens und ein Erhalten kommerziell verfügbarer nichtdiamantförmiger Kohlenstoffpulver umfassen.
Es ist weiterhin notwendig, dass der Druck P (GPa) und die Temperatur T (°C) beim Sinterschritt die folgenden Bedingungen erfüllt: P ≥ 0,0000168T² – 0,0867T + 124; T ≤ 2300; und P ≤ 25, da das Kornwachstum bei einer höheren Temperatur auftreten kann und nicht umgewandeltes Graphit bei einer niedrigen Temperatur verbleiben kann, was dazu führt, dass das B/A-Verhältnis 0,080 übersteigt.
Die Temperatur T (°C) ist nicht speziell begrenzt, solange sich der polykristalline Diamantkörper ergibt. Es ist nicht notwendig, dass die Untergrenze davon festgelegt wird. Die Temperatur T (°C) liegt vorzugsweise bei 1700 bis 2300°C.
In ähnlicher Weise ist der Druck P (GPa) nicht besonders begrenzt, solange sich der polykristalline Diamantkörper ergibt. Es ist nicht notwendig, dass die Untergrenze davon definiert wird. Der Druck P (GPa) liegt vorzugsweise bei 13,5 bis 25 GPa.
Wenn Temperatur und Druck innerhalb der oben definierten geeigneten Bereiche verwendet werden und der Sinterungsschritt, der die oben definierten Beziehungen erfüllt, durchgeführt wird, beträgt das Verhältnis B/A des Knoop-Eindrucks des sich ergebenden polykristallinen Diamantkörpers 0,080 oder weniger und vorzugsweise 0,051 bis 0,077.
Es wird angemerkt, dass die Zeit während des Anlegens der Temperatur und des Drucks im Sinterungsschritt vorzugsweise 5 bis 20 Minuten betragen kann. Falls die Zeit kürzer ist als 5 Minuten ist das Sintern nicht ausreichend und sogar falls die Zeit mehr als 20 Minuten beträgt, bleibt die Sinterungsbedingung gleich, was ökonomisch nachteilig ist. Die Anwendungszeit liegt weiter bevorzugt bei 10 bis 20 Minuten.
Dieser Sinterungsschritt umfasst einen Schritt des Umwandelns des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers in Diamantpartikel und des Sinterns der Diamantpartikel. Das nichtdiamantförmige Kohlenstollpulver alleine wird direkt in Diamantpartikel umgewandelt, ohne dass eine Sinterungshilfe oder ein Katalysator verwendet wird. Diese Umwandlung tritt im Allgemeinen beim Sintern simultan auf.
Der polykristalline Diamantkörper, der durch das oben beschriebene Verfahren erhalten wird, weist für die Diamantpartikel, die den polykristallinen Diamantkörper bilden, eine feine Partikelgröße auf, und weist ein elastisches Verhalten auf. Dies macht den polykristallinen Körper bei besserer Bruchwiderstandsfähigkeit stabil. Der polykristalline Diamantkörper kann folglich dazu geeignet sein, als ein Schneidwerkzeug, ein verschleißfestes Werkzeug, ein Schleifwerkzeug und dergleichen zum Einsatz in Anwendungen eingesetzt zu werden, wie z. B. in der Hochgeschwindigkeitsmikroverarbeitung bei hoher Last.
BEISPIELE
Beispiele 1 bis 6
Jeder der polykristallinen Diamantkörper gemäß den Beispielen 1 bis 6 wurde in der nachstehend beschriebenen Weise vorbereitet. Als erstes wurde (in einem ersten Vorbereitungsschritt) Graphitpulver mit einer Partikelgröße von 0,5 μm oder weniger (bezeichnet als das „feine Graphitpulver” in der Spalte Ausgangsmaterial bezeichnet ist, die in Tabelle 1 unten gezeigt ist) als nichtdiamantförmige Kohlenstoffteilchen zur Verwendung als Ausgangsmaterial vorbereitet.
Als Nächstes wurde das vorangehend vorbereitete Graphitpulver in einer Kapsel gebildet aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt von 2600°C oder mehr aufweist, platziert und für 20 Minuten bei dem Druck und der Temperatur gehalten, die in Tabelle 1 (die Spalte „Synthesebedingungen”) unter Verwendung einem einen sehr hohen Druck und eine hohe Temperatur erzeugenden Geräts gehalten. Das feine Graphitpulver wurde dadurch in Diamantpartikel umgewandelt und gesintert (Sinterungsschritt). Folglich ergab sich ein polykristalliner Diamantkörper.
Der Druck P (PGa) und die Temperatur T (°C) in jedem der Beispiele 1 bis 6, die in Tabelle 1 dargestellt sind, erfüllt die Bedingungen: P ≥ 0,0000168T² – 0,0867T + 124; T ≤ 2300; und P ≤ 25.
Vergleichsbeispiele 1 bis 3
Jeder der polykristallinen Diamantkörper gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurde in der nachstehenden Weise vorbereitet. Als erstes wurde (in einem ersten Vorbereitungsschritt) ein Graphitpulver mit einer Partikelgröße von 0,5 μm oder weniger (bezeichnet als das „feine Graphitpulver” in der Spalte Ausgangsmaterial, die in Tabelle 1 unten gezeigt ist) als nichtdiamantförmiges Kohlenstoffpulver zur Verwendung als Ausgangsmaterial vorbereitet.
Als Nächstes wurde das oben vorbereitete Graphitpulver in einer Kapsel gebildet aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt von 2600°C oder mehr aufweist, platziert und bei dem Druck und der Temperatur, die in Tabelle 1 gezeigt sind (die Spalte „Synthesebedingungen”), unter Verwendung eines Geräts, das einen sehr hohen Druck und eine hohe Temperatur erzeugt, gehalten. Das feine Graphitpulver wurde dadurch in Diamantpartikel umgewandelt und gesintert (Sinterungsschritt). Folglich ergab sich ein polykristalliner Diamantkörper.
Im Vergleichsbeispiel 1 erfüllen der Druck P (GPa) und die Temperatur T (°C) nicht die Bedingung T ≤ 2300. Darüberhinaus erfüllen der Druck P (GPa) und die Temperatur T (°C) in jedem der Vergleichsbeispiele 2 und 3 nicht die Bedingung: P ≥ 0,0000168T² – 0,0867T + 124.
Vergleichsbeispiel 4
Gemäß dem Vergleichsbeispiel 4 wurde ein polykristalliner Diamantkörper in der unten beschriebenen Weise vorbereitet. Als erstes wurde (in einem ersten Vorbereitungsschritt) ein Graphitpulver mit einer Partikelgröße von 5 μm oder weniger (in der Spalte Ausgangsmaterial als „grobes Graphitpulver” der Tabelle 1 unten bezeichnet) als ein nichtdiamantförmiges Kohlenstoffpulver zur Verwendung als Ausgangmaterial vorbereitet.
Als Nächstes wurde das oben vorbereitete Graphitpulver in einer Kapsel gebildet aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt von 2600°C oder mehr aufweist, platziert und für 20 Minuten bei der Temperatur und dem Druck, die in Tabelle 1 (die Spalte „Synthesebedingungen”) gezeigt sind, unter Verwendung eines Geräts, das einen sehr hohen Druck und eine hohe Temperatur erzeugt, gehalten. Das grobe Graphitpulver wurde dadurch in Diamant umgewandelt und gesintert (Sinterungsschritt). Folglich wurde ein polykristalliner Diamantkörper erhalten.
Da die Graphitpartikel mit einer Partikelgröße von 5 μm oder weniger als Ausgangsmaterial verwendet wurden, erfüllen die oben beschriebenen Bedingungen nicht die Bedingung des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers mit einer Partikelgröße von 0,5 μm oder weniger.
Vergleichsbeispiel 5
Gemäß Vergleichsbeispiel 5 wurde ein gesinterter Diamantkörper in der unten beschriebenen Weise gebildet. Als erstes (erster Schritt) wurde ein Pulver erhalten durch ein Mischen von Diamantpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,5 μm und einem auf Kobalt(CO)-Metall basierten Bindemittel in einem Volumenverhältnis von 85:15 (als „Diamantpulver/Metallbasiertes Bindemittelpulver” in der Spalte Ausgangsmaterial, die in Tabelle 1 unten gezeigt ist) als ein Ausgangsmaterial vorbereitet.
Als Nächstes wurde das oben vorbereitete gemischte Pulver in einer Kapsel gebildet aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt von 2600°C oder mehr aufweist, platziert und für 20 Minuten bei dem Druck und der Temperatur, die in Tabelle 1 (die Spalte „Synthesebedingungen”) gezeigt sind, unter Verwendung eines Geräts, das einen sehr hohen Druck und eine hohe Temperatur erzeugt, gehalten. Das gemischte Pulver wurde dadurch gesintert (Sinterungsschritt). Folglich wurde ein gesinterter Diamantkörper erhalten. Die oben beschriebenen Bedingungen unterscheiden sich hinsichtlich des Ausgangsmaterials von denen in den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4.
Auswertung
Für jeden der polykristallinen Diamantkörper gemäß der Beispiele 1 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und dem gesinterten Diamantkörper gemäß dem Vergleichsbeispiel 5, die wie oben beschrieben erhalten wurden, wurde die Zusammensetzung, die Röntgenbeugung, die Partikelgröße und das B/A-Verhältnis des Knoop-Eindrucks unter Verwendung der nachstehend beschriebenen Verfahren gemessen.
Zusammensetzung
Die Diamantpartikel, die von jedem der polykristallinen Diamantkörper umfasst werden, und der gesinterte Diamantkörper wurden unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers identifiziert. Die Röntgenquelle des Röntgendiffraktometers war Cu-Kα-Strahlung bei einer Wellenlänge von 1,54 Ångström.
Röntgenbeugung
Für die Diamantpartikel, die von jedem der der polykristallinen Diamantkörper und dem gesinterten Diamantkörper umfasst werden, wurde das Verhältnis aus der Röntgenbeugungsintensität I₍₂₂₀₎ in der (220)-Ebene bezüglich der Röntgenbeugungsintensität I₍₁₁₁₎ in der (111)-Ebene, ausgedrückt durch ein Verhältnis I₍₂₂₀₎/I₍₁₁₁₎, unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers bestimmt. Die Röntgenquelle des Röntgendiffraktometers umfasst Cu-Kα-Strahlung bei einer Wellenlänge von 1,54 Ångström. Die Ergebnisse sind in der Spalte „XRD I₍₂₂₀₎/I₍₁₁₁₎ in Tabelle 1 dargestellt.
Partikelgröße
Die durchschnittliche Partikelgröße der Diamantpartikel, die von jedem der polykristallinen Diamantkörper und dem gesinterten Diamantkörper umfasst werden, wurde durch ein Schnittverfahren unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops bestimmt.
Insbesondere wurden die polykristallinen Diamantkörper und der gesinterte Diamantkörper mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) untersucht, um REM-Bilder zu erhalten.
Auf jedes der REM-Bilder wurde dann ein Kreis gemalt und es wurden vom Zentrum des Kreises acht gerade Linien zum Umfang des Kreises gezogen (so dass die Schnittwinkel zwischen benachbarten geraden Linien im Wesentlichen gleich waren). In diesem Fall wurden die Beobachtungsvergrößerung und der Durchmesser des Kreises derart festgelegt, dass die Anzahl der Diamantpartikel pro gerader Linie ca. 10 bis 50 betrugen.
Als Nächstes wurde für jede gerade Linie gezählt, wie oft die gerade Linie Korngrenzen der Diamantpartikelschnitt schneidet, eine durchschnittliche Schnittlänge durch Teilen der Länge der geraden Linien durch die Anzahl der Schnitte bestimmt, und die durchschnittliche Schnittlänge mit 1,128 multipliziert, um die durchschnittliche Partikelgröße zu erhalten.
Die REM-Bilder waren 30.000-fach vergrößert. Bei einer Vergrößerung von weniger als einer 30.000-fachen Vergrößerung ist die Anzahl von Teilchen innerhalb des Kreises groß, was schwieriger macht, die Korngrenzen zu beobachten, und Zählfehler hervorruft. Darüberhinaus ist es wahrscheinlich, dass die plattenartige Struktur einbezogen wird, wenn die Linien gezeichnet werden. Auf der anderen Seite ist die Anzahl innerhalb des Kreises bei mehr als 30.000-facher Vergrößerung zu klein und es kann keine genaue durchschnittliche Partikelgröße berechnet werden. In jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 5 war die Vergrößerung als 3000-fache Vergrößerung festgelegt, da die Partikelgröße zu groß war.
Für jedes der Beispiele und der Vergleichsbeispiele wurden REM-Bilder für eine einzige Probe 3 an unterschiedlichen Stellen aufgenommen. Für jedes der REM-Bilder wurde eine durchschnittliche Partikelgröße durch das oben beschriebene Verfahren bestimmt und es wurde ein durchschnittlicher Wert der drei durchschnittlichen Partikelgrößen gebildet, die durch Bestimmen der durchschnittlichen Partikelgröße erhalten wurden. Die Ergebnisse sind in der Spalte „durchschnittliche Partikelgröße” in Tabelle 1 dargestellt.
Verhältnis B/A der Knoop-Vertiefung
Zur Messung des Verhältnisses B/A der Knoop-Vertiefung für jeden der polykristallinen Diamantkörper und des gesinterten Diamantkörpers wurde die Knoop-Härte unter den nachstehend beschriebenen Bedingungen gemessen.
Insbesondere wurde ein Knoop-Mikroeindringkörper als Knoop-Eindringkörper verwendet und es wurde eine Knoop-Härte fünfmal bei einer Testlast von 4,9 N bei 23°C ± 5°C gemessen. Das Verhältnis B/A der Länge B der kürzeren Diagonale zu der Länge A der längeren Diagonale der Diagonalen einer Knoop-Vertiefung wurde bei jeder Messung unter Verwendung eines Lasermikroskops gemessen und es wurde ein Durchschnittswert der gemessenen Werte als das Verhältnis B/A des Knoop-Eindrucks bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Spalte „Verhältnis B/A des Knoop-Eindrucks” in Tabelle 1 dargestellt.
Die durchschnittliche Partikelgröße der Diamantpartikel gemäß jedem der Beispiele 1 bis 6 betrug, laut der Darstellung in Tabelle 1, 18 bis 41 nm. In diesem Fall betrug in jedem der Beispiele 1 bis 6 das Verhältnis B/A des Knoop-Eindrucks 0,051 bis 0,077.
Auf der anderen Seite betrug die durchschnittliche Partikelgröße der Diamantpartikel gemäß Vergleichsbeispiel 1 230 nm, was größer ist als die durchschnittliche Partikelgröße in jedem der Beispiele 1 bis 6. Im Vergleichsbeispiel 1 betrug darüberhinaus das Verhältnis B/A des Knoop-Eindrucks 0,099, was zeigt, dass das Maß an elastischer Rückfederung geringer war und folglich die elastische Eigenschaft geringer ist, als in den Beispielen 1 bis 6.
In jedem der Vergleichsbeispiele 2 und 3, in denen eine der ordentlichen Synthesebedingungen P ≥ 0,0000168T² – 0,0867T + 124 nicht erfüllt wurde, umfasste der polykristalline Körper eine größere Menge an nicht umgewandeltem Graphit. Darüberhinaus betrug in jedem der Vergleichsbeispiele 2 und 3 das Verhältnis B/A des Knoop-Eindrucks 0,105 bzw. 0,095, was zeigt, dass das Maß an elastischer Rückfederung geringer war und folglich die elastischen Eigenschaften geringer waren als die in jedem der Beispiele 1 bis 6.
Im Vergleichsbeispiel 4 betrug die durchschnittliche Partikelgröße der Diamantpartikel 52 nm, was größer war als die durchschnittliche Partikelgröße in jedem der Beispiele 1 bis 6. Darüberhinaus betrug das Verhältnis B/A des Knoop-Eindrucks im Vergleichsbeispiel 4 0,085, was zeigt, dass das Maß an elastischer Rückfederung kleiner war und folglich die elastische Eigenschaft geringer war als die in den Vergleichsbeispielen 1 bis 6.
Im Vergleichsbeispiel 5, in dem das Diamantpulver und das Bindemittelpulver als Ausgangsmaterialien verwendet wurden, betrug die durchschnittliche Partikelgröße 500 nm, was größer war als die in den Beispielen 1 bis 6. In diesem Fall betrug das Verhältnis B/A des Knoop-Eindrucks 0,121, was zeigt, dass das Maß an elastischer Rückfederung geringer war und folglich die elastische Eigenschaft geringer war als die in den Beispielen 1 bis 6.

Weiterhin wurde jeder der polykristallinen Diamantkörper und der gesinterte Diamantkörper gemäß den Beispielen und den Vergleichsbeispielen an der Spitze einer Fräse mit Ballende, die einen spitzen Durchmesser von 0,5 mm aufweist, angebracht und es wurde das Schneidvermögen wurde ausgewertet. Als Arbeitsstück wurde zementierter Kohlenstoff mit einem 12%-tigen Massenanteil an Kobalt (Co) vorbereitet und es wurde ein Schneiden von 24 m unter den Bedingungen einer Drehgeschwindigkeit von 40.000 Umdrehungen pro Minute, einer Schneidgeschwindigkeit von 120 mm/min, einer Schneidetiefe von 5 μm und einer Fütterungsrate von 5 μm durchgeführt. Tabelle 2 zeigt das Maß an Verschleiß der Werkzeuge, nachdem das Schleifen abgeschlossen wurde, bezüglich des relativen Verhältnisses des Maßes an Verschleiß in jedem der Beispiele und der Vergleichsbeispiele relativ zum Maß an Verschleiß in Beispiel 1 (nachfolgend das relative Verhältnis von Werkzeugverschleiß). Tabelle 2

	Relatives Verhältnis von Werkzeugverschleiß
Beispiel 1	1
Beispiel 2	1.1
Beispiel 3	1.3
Beispiel 4	1.2
Beispiel 5	1.1
Beispiel 6	1
Vergleichsbeispiel 1	An der Schneidkante trat bedeutender Abbruch auf und die Maschine wurde angehalten
Vergleichsbeispiel 2	An der Schneidkante trat bedeutender Abbruch auf und die Maschine wurde angehalten
Vergleichsbeispiel 3	An der Schneidkante trat bedeutender Abbruch auf und die Maschine wurde angehalten
Vergleichsbeispiel 4	2.2
Vergleichsbeispiel 5	4.2

Das relative Verhältnis an Werkzeugverschleiß in jedem der Beispiele 1 bis 3 betrug 1 bis 1,3. Auf der anderen Seite trat in jedem der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 ein bedeutender Abbruch bei der Schneidlänge von 15 m, 5 m bzw. 6 m auf, an denen die Bearbeitung gestoppt wurde. Das relative Verhältnis an Werkzeugverschleiß in jedem der Vergleichsbeispiele 4 und 5 betrug 2,2 oder 4,2, was bedeutend höher ist als das in den Beispielen 1 bis 6. Das Obige bestätigt, dass die polykristallinen Diamantkörper gemäß den Beispielen stabiler sind als die polykristallinen Diamantkörper und der gesinterte Diamantkörper gemäß den Vergleichsbeispielen.
Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden sollen die hierin offenbarten Ausführungsformen als anschaulich und nicht beschränkend ausgelegt werden. Der Rahmen der Erfindung soll durch die Ansprüche definiert werden und nicht durch die vorangehende Beschreibung und es sollen alle Modifizierungen innerhalb des Rahmens und der Bedeutung äquivalent zu den Ansprüchen eingeschlossen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4-074766 [0002]
JP 4-114966 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

J. Chem. Phys., 38 (1963) Seiten 631 bis 643, Japan [0005]
J. Appl. Phys., 11 (1972) Seiten 578 bis 590 [0005]
Nature 259 (1967), Seite 38 [0005]
J. Chem. Phys., 38 (1963) Seiten 631 bis 643, Japan [0006]
J. Appl. Phys., 11 (1972) Seiten 578 bis 590 [0006]
Nature 259 (1967), Seite 38 [0006]
New Diamond and Frontier Carbon Technology, 14 (2004) Seite 313 [0007]
SEI Technical Review 165 (2004), Seite 68 [0007]
New Diamond and Frontier Carbon Technology, 14 (2004) Seite 313 [0008]
SEI Technical Review 165 (2004), Seite 68 [0008]
JIS 22251: 2009 [0027]

Claims

Polykristalliner Diamantkörper, umfassend: Diamantpartikel; wobei die Diamantpartikel eine durchschnittliche Partikelgröße von 50 nm oder weniger aufweisen und sich als ein Ergebnis einer Messung einer Knoop-Härte unter einer Testlast von 4,9 N bei 23°C ± 5°C ergibt, dass der polykristalline Diamantkörper ein Verhältnis aus einer Länge B einer kürzeren Diagonale zu einer Länge A einer längeren Diagonale von Diagonalen einer Knoop-Vertiefung, ausgedrückt als ein B/A-Verhältnis, 0,080 oder weniger aufweist.
Polykristalliner Diamantkörper nach Anspruch 1, wobei die Diamantpartikel eine durchschnittliche Partikelgröße von 30 nm oder weniger aufweisen.
Polykristalliner Diamantkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Diamantpartikel ein Verhältnis aus einer Röntgenbeugungsintensität I₍₂₂₀₎ in einer (220)-Ebene zu einer Röntgenbeugungsintensität I₍₁₁₁₎ in einer (111)-Ebene gemäß der Röntgenbeugung, ausgedrückt als ein Verhältnis I₍₂₂₀₎/I₍₁₁₁₎, von nichtweniger als 0,1 und nicht mehr als 0,3 beträgt.
Schneidwerkzeug mit dem polykristallinen Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Verschleißfestes Werkzeug mit dem polykristallinen Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Schleifwerkzeug mit dem polykristallinen Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Verfahren zum Herstellen eines polykristallinen Diamantkörpers mit den Schritten: ein Vorbereiten eines nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers mit einer Partikelgröße von 0,5 μm oder weniger als Ausgangsmaterial; und ein Umwandeln des nichtdiamantförmigen Kohlenstoffpulvers in Diamantpartikel und ein Sintern der Diamantpartikel bei einer Temperatur und einem Druck, die die folgenden Bedingungen erfüllen: wenn P den Druck (GPa) und T die Temperatur (°C) bezeichnet, P ≥ 0,0000168 T² – 0,0867 T + 124; T ≤ 2300; und P ≤ 25.