DK160324B

DK160324B - Diamantkompaktmasser og fremgangsmaade til fremstilling af samme

Info

Publication number: DK160324B
Application number: DK190686A
Authority: DK
Inventors: Alfred Edward Ringwood
Original assignee: Univ Australian
Priority date: 1984-08-24
Filing date: 1986-04-24
Publication date: 1991-02-25
Also published as: US4874398A; IN165203B; DK190686D0; EP0191067B1; WO1986001433A1; DE3585226D1; EP0191067A1; EP0191067A4; AU583299B1; JP2607469B2; DK190686A; JPS62500012A; DK160324C; US4948388A

Description

i

DK 160324 B

Nærværende opfindelse angår en forbedret fremgangsmåde til fremstilling af en diamantkompaktmasse, der besidder en tilstrækkelig høj grad af slibeevne, hårdhed og mekanisk styrke til at tillade kompaktmassens nyttige anvendelse ved skæring, drejning og boring i 5 hårde materialer, såsom sten, keramik og carbider.

I litteraturen er der beskrevet mange forskellige slags diamant-kompaktmasser og diamantsammensætninger, og deres egenskaber varierer meget. Sagt i bred almindelighed forstås der ved en diamant-10 kompaktmasse et polykrystallinsk legeme, som besidder væsentlig slibeevne og hårdhed samt lav eller ubetydelig porøsitet, hvilken masse består af mere end 50 volumenprocent diamantkrystaller, for hvilke der forekommer en stor del diamant-til-diamantberøringer.

15 I én klasse af diamantkompaktmasser, som almindeligvis indeholder mere end 80 volumenprocent diamantkrystaller, er diamanterne forenet ved deres berøringer ved diamant-til-diamantbinding. Dette betyder, at den krystallinske diamantstruktur i det væsentlige er sammenhængende ved mod hinanden grænsende diamantkrystaller, og at bindings-20 styrkerne mellem mod hinanden grænsende krystaller er sammenlignelige med styrken af carbon til carbonbindingerne i de enkelte diamantkrystaller.

Der findes en anden klasse af diamantkompaktmasser, som er sammensat 25 af mere end 50 volumenprocent diamant og mindre end 50 volumenprocent ikke-diamantbindematerialer, hvori diamanterne i sig selv kun er svagt bundet ved deres indbyrdes berøringer, og kompaktmassens kohærens tilvejebringes hovedsageligt ved binding mellem diamanter og ikke-diamantbindematerialet. Forskellen mellem disse to klasser 30 afsløres let, når masserne udludes med et opløsningsmiddel, som selektivt opløser ikke-diamantbindinger. Hvi-s der foreligger ægte diamant-til-diamantbinding, vil diamantkrystallerne forblive stærkt bundet. Hvis den slags binding imidlertid ikke forekommer, kan de individuelle diamanter let separeres efter opløsning af kompaktmas-35 sen ved anvendelse af f.eks. en stål nål eller skalpel.

Det vil blive forstået af fagfolk inden for området, at de kvaliteter, som udvises af de diamantkompaktmasser, der er foreslået i litteraturen, varierer over et meget bredt område i afhængighed af

DK 160324 B

2 deres sammensætning, struktur, bindingsart og tryk, temperaturer og tid ved deres dannelse. Mange kompaktmasser, især de, som fremstilles ved tryk under 40 kilobar, kan udvise stor hårdhed og slibeevne men mangler sejhed og trykstyrke. Disse kan være anvendelige til 5 formaling og almindelige slibeformål, men de kan ikke benyttes i praksis ved anvendelser, hvor der kræves en kombination af stor hårdhed, sejhed og trykstyrke, f.eks. ved boring, drejning og bearbejdning af· hårde sten, hård keramik og carbider. Diamant-kompaktmasser af denne kategori bør udvise trykstyrker på mindst 10 10 kilobar og fortrinsvis mere end 20 kilobar.

De diamantkompaktmasser, som er egnede til brug som borekroner, skæreværktøjer, trådtrækningsmatricer, dyser og lignende anvendelser, kan fremstilles ved forskellige metoder. Ved en sådan frem-15 gangsmåde (US patenterne nr. 3.745.623 og 3.609.818) placeres en polykrystallinsk diamantmasse side om side med en passende metallisk katalysator eller et metallisk carbidsubstrat, og hele massen udsættes for høje tryk og temperaturer i diamants termodynamiske stabilitetsområde (f.eks. 60 kilobar, 1500°C). Ved en lignende frem-20 gangsmåde, som er beskrevet af H. Katzman og W. Libby (Science 172.

1132, 1971), blandes en mindre del af en passende metallisk katalysator med en større del diamantkrystaller, og hele blandingen udsættes for høje tryk og temperaturer i diamants termodynamiske stabilitetsområde ved temperaturer over smeltepunktet for den 25 respektive diamant katalysator-eutektiske temperatur. Disse fremgangsmåder er i stand til at frembringe mekanisk stærke og hårde kompaktmasser, som indeholder diamant-til-diamantbinding mellem mod hinanden grænsende krystaller i stor udstrækning. Fremgangsmåderne udviser imidlertid visse ulemper. De kræver højt specialiserede og 30 dyre apparater til frembringelse af de meget høje tryk og temperaturer. Endvidere er størrelsen og/eller tykkelserne af de bundne diamantkompaktmasser relativt små. Endelig indeholder kompaktmasserne betydelige mængder bindemetaller (f.eks. cobalt og nikkel) som inklusioner. Hvis kompaktmasserne udsættes for høje temperaturer 35 (f.eks. højere end 800°C), som kan frembringes under boring i hårde sten eller ved bearbejdning af hård keramik, kan de metalliske inklusioner katalysere den retrograde omdannelse af diamant til grafit, hvilket ledsages af fald i styrke og hårdhed.

DK 160324 B

3

Alternative fremgangsmåder til fremstilling af store kompaktmasser af polykrystallinsk diamant ved relativt lave tryk er beskrevet i beskrivelserne til US patenterne nr. 4.124.401, 4.167.399 og EP patentansøgning nr. 56.945, selvom disse kompaktmasser ikke er 5 egnede til boring, drejning og bearbejdning af hårde sten. Ved disse fremgangsmåder forpresses aggregater af passende konditionerede diamantkrystaller (typisk med en diameter på 5-500 mikrometer) i en matrice ved moderat tryk (f.eks. 7 kilobar) og ved omgivelsernes temperatur til dannelse af svage, porøse legemer med den ønskede 10 form. Disse legemer anbringes derpå i umiddelbar nærhed af en siliciummasse eller siliciumbaseret legering. Hele enheden opvarmes derefter til en temperatur, der er tilstrækkelig til at smelte siliciummet eller siliciumlegeringen (f.eks. 1450-1500°C) enten uden anvendelse af tryk eller ved anvendelse af et moderat tryk (mindre 15 end 7,5 kilobar). Siliciummet eller siliciumlegeringen smelter og trænger ind i det porøse diamantlegerne og reagerer med noget diamant eller indført carbon til dannelse af en binding, som hovedsageligt består af siliciumcarbid. Denne binding omgiver individuelle diamantkrystaller og sammenbinder dem til dannelse af en tæt, hård 20 kompaktmasse. Disse fremgangsmåder udføres i grafits termodynamiske stabilitetsområde; som følge heraf må temperatur-tidforholdene under reaktionen med smeltet silicium styres omhyggeligt for at minimere omdannelse af diamant til grafit. Eftersom de løst sammenpakkede diamanter er næsten fuldstændigt neddykket i og omgivet af et 25 relativ stort volumen af bindemateriale typisk en blanding af siliciumcarbid og silicium, som kræves til fyldning af mellemrummene, bestemmes de mekaniske egenskaber af kompaktmassen hovedsageligt af styrken af siliciumcarbidet og siliciumbindematerialet. Den binding, som dannes ved disse lave tryk, er meget svagere end de 30 diamant-til-diamantbindinger, som dannes ved den første gruppe af fremgangsmåder, der er beskrevet oven for, og følgelig er produkterne tilsvarende svagere end de kompaktmasser, som dannes i diamant-stabilitetsområdet.

35 Et kompromis mellem disse to grupper af fremgangsmåder til fremstilling af diamantkompaktmasser er beskrevet i beskrivelsen til GB patent nr. 1.382.080. Fremgangsmåden udføres i grafits termodynamiske stabilitetsområde ved tryk på mellem 10 og 50 kilobar. Ved denne fremgangsmåde kan der anvendes simplere apparatur med meget

DK 160324 B

4 større arbejdsvoluminer end det apparatur, der anvendes til at fremstille kompaktmasser i diamantstabilitetsområdet. Ifølge denne fremgangsmåde anbringes en diamantpul vermasse i umiddelbar nærhed af en masse af metallisk bindemiddel med relativ lav smeltetemperatur, 5 såsom nikkel, cobalt, jern og mangan samt legeringer af disse metaller og af chrom, zirconium og titan med kobber. Samlingen anbringes i et højtryks-højtemperaturapparat og udsættes for et tryk på 10 til 50 kilobar eller mere ved en temperatur, som er tilstrækkelig til at smelte bindemidlet. Det flydende metal indsprøjtes 10 hurtigt i mellemrummene mellem diamantkrystallerne og danner en metallisk binding. Da de anvendte metaller og metal!egeringer, når de er flydende, også katalyserer omdannelsen af diamant til grafit, skal reaktionstiderne være meget korte, typisk 30 sekunder til 1,5 minut ved temperaturer på 1150-1500°C, for at grafitdannelsen bliver 15 mindst mulig.

Ved fremgangsmåden ifølge GB patentskrift nr. 1.382.080 har anvendelsen af højt tryk to hovedfunktioner. For det første forøger det hastigheden for imprægnering af den porøse diamantmasse med smeltet 20 metal eller legering. Da kompaktproduktet fremstilles meget hurtigt minimeres grafitomdannelsen af diamanterne. For det andet prækompri-meres massen af diamantkrystaller, hvilket frembringer et stort antal diamant-til-diamantpunkt- og -kantberøringer. Dette forbedrer den resulterende kompaktmasses trykstyrke og stivhed. Det metalliske 25 bindemiddel udfylder mellemrummene, binder diamanterne og tilveje bringer derved kompaktmassens brudstyrke. Da de metalliske bindemidler, som anvendes ved ovennævnte fremgangsmåde, begynder at smelte ved temperaturer på 900-1320°C og bliver relativt bløde ved temperaturer noget under 900°C, kan de kompaktmasser, der fremstilles 30 ifølge denne fremgangsmåde, imidlertid, ikke med fordel anvendes i situationer, hvor de kan blive udsat for høje temperaturer, f.eks.

ved boring i hårde sten, og ved bearbejdning af hård keramik.

Endvidere er det på grund af den korte tid, som anvendes ved fremstillingen af kompaktmasserne ifølge denne fremgangsmåde, vanskeligt 35 at opnå kemisk ligevægt mellem bindemiddel og diamant. Følgelig kan stabiliteten og styrken af bindingen mellem diamanterne blive påvirket uheldigt, hvis kompaktmasserne anvendes i situationer, hvor de udsættes for høje temperaturer, som beskrevet ovenfor. Endelig tilvejebringer den katalytiske aktivitet af de foreslåede metalliske

DK 160324 B

5 bindemidler ved den retrograde omdannelse af diamant til grafit ved forhøjede temperaturer, hvilken endog kan optræde ved nogle af bindemidlerne i deres fastfasetiIstand, en yderligere begrænsning af anvendelsen af sådanne kompaktmasser ved forhøjede temperaturer.

5

En fremgangmsåde, som fjerner nogle af disse vanskeligheder, er omtalt i beskrivelsen til US patent nr. 3.913.280. I forbindelse med denne fremgangsmåde foreslås også anvendelse af tryk-temperaturfor-hold i grafitstabl itetsområde, og derved fremstilles en kompakt-10 masse, som er sammensat af en blanding af en større del diamantkrystaller og en mindre del materialer, der defineres som sintringshjælpemidler, som fremmmer diamant-til-diamantbindingen mellem diamantkrystallerne. De sintringshjælpemidler, som er foreslået til anvendelse ifølge beskrivelsen til US patent nr. 3.913.280, omfatter 15 en udvælgelse af meget ildfaste stoffer, såsom carbider, borider, nitrider, oxider og silicater, såvel som grundstoffer, der frembringer sådanne materialer, som udfylder de tomme områder mellem de bundne diamantpartikler. Disse sintringshjælpemidler tenderer mod at være fordelagtige med hensyn til termisk stabilitet i sammenligning 20 med de, der anvendes ifølge beskrivelsen til ovennævnte GB patent nr. 1.382.080. Til fremstilling af en praktisk anvendelig diamant-kompaktmasse, som besidder stor trykstyrke (f.eks. 10 kilobar), anvendes der i det beskrevne udførelsesksempel imidlertid høje tryk på mindst 55 kilobar og i alle, med undtagelse af et eksempel 65 25 kilobar kombineret med høje temperaturer i nærheden af 2000°C og tæt på diamantstabilitetsområdet. Disse forhold kræver anvendelse af specialiseret og dyrt højtryksudstyr svarende til det, som anvendes ved kommerciel syntese af diamanter. Endvidere er de reaktionstider, som anvendes til fremstilling af diamantkompaktmasserne, som det er 30 praktiseret ved den foreslåede fremgangsmåde, meget korte, typisk mindre end 1 minut. Ved disse korte reaktionstider kan der ikke opnås kemisk ligevægt mellem sintringshjælpemidler og diamant, hvilket resulterer i tab af mekanisk styrke ved høje temperaturer.

Korte reaktionstider er væsentlige under de forhold, som benyttes 35 ifølge beskrivelsen til US patent nr. 3.913.280, hvis der skal undgås en for stor dannelse af grafit ved tilbageomdannelse af diamant, ledsaget af degradering af kompaktmassens mekaniske egenskaber.

DK 160324 B

6

En tilsvarende fremgangsmåde er beskrevet i beskrivelserne til US patenterne 4.231.195 og 4.151.686. Ved denne fremgangsmåde fremstilles en diamantkompaktmasse, som i det væsentlige er bundet sammen af siliciumcarbid. Kompaktmassen dannes ved at anbringe en masse af 5 diamantkrystaller sammen med et bindemiddel, som udgøres af silicium eller en siliciumlegering, udsætte hele sammensætningen for højt tryk og derpå smelte bindemidlet, således at den flydende silicium eller siliciumlegering trænger ind i diamantmassen og derved binder diamanterne til dannelse af et mekanisk stærkt og hårdt legeme. De 10 tryk-temperaturforhold, som foretrækkes ved udøvelse af denne opfindelse, ligger tæt på diamant-grafitTigevægtslinjen og kan ligge enten i diamant- eller grafitstabilitetsområdet. Ved den praktiske demonstration af opfindelsen blev der anvendt tryk på 55 kilobar ved temperaturer på 1160-1475°C. Det foretrukne trykområde var 45-55 15 kilobar. For at opnå disse forhold er det nødvendigt at anvende specialiseret og dyrt apparatur svarende til det, som anvendes ved kommerciel syntese af diamanter.

Det er et formål med den foreliggende opfindelse at undgå ulemperne 20 ved alle de ovennævnte fremgangsmåder til fremstilling af diamant-kompaktmasser ved at arbejde i et trykområde, som tillader anvendelse af relativt simpelt apparatur og dog kan danne en termisk stabil diamantkompaktmasse, som besidder betragtelig hårdhed og slibeevne kombineret med en trykstyrke på mindst 10 kilobar.

25

De følgende karakteristika er relevante for opfindelsen:

En blanding af pul verformigt diamant og bindemiddel udsættes for en kombination af tryk, temperaturer og tid: 30 (1) ved tryk på over ca. 10 kilobar og op til ca. 40 kilobar og fortrinsvis mellem 15 og 30 kilobar og i temperaturområdet 1100-1600°C, hvorved det falder inden for grafitstabilitets-området, 35 (2) som tillader plastisk deformation i en væsentlig del, fortrinsvis størstedelen af diamantkrystallerne i det tidsinterval, i hvilket kompaktmassen udsættes for høje tryk og temperaturer. Den minimale tidsgrænse er ca. 3 min. og er fortrinsvis

DK 160324 B

7 5 min. eller mere, (3) som tillader en væsentlig eller fuldstændig grad af kemisk ligevægt mellem bindemiddel og diamant; 5 (4) som frembringer et termisk stabilt bindemateriale mellem diamantkrystaller, således at det minimale smeltepunkt for det endelige komposi tmateriale overstiger ca. 1600°C, 10 (5) som benytter et bindemiddel, der inhiberer tilbageomdannelsen af diamant til grafit. Med betegnelsen "inhiberer" tilbageomdannelsen af diamant til grafit menes, at grafitvolumenindhol-det i den endelige kompaktmasse, når den er dannet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, er mindre end ca. 2% og for-15 trinsvis mindre end 1%.

Ifølge den nærværende opfindelse tilvejebringes der en fremgangsmåde til fremstilling af en diamantkompaktmasse, som omfatter: 20 (i) at en blanding af en masse af parti kel formige diamantkrystaller blandes intimt med et bindemiddel i forholdene 60 til 95 volumenprocent diamant til 40 til 5 volumenprocent bindemiddel, hvorhos bindemidlet omfatter ét eller flere af de grundstoffer, der udvælges fra grupperne a) grundstoffer og metalliske 25 legeringer indeholdende grundsoffer, som reagerer med carbon til dannelse af stabile carbider med smeltepunkter, der overstiger ca. 1600°C, og derved inhiberer dannelsen af frit grafit ved tilbageomdannelse af diamant, og b) metaller og legeringer indeholdende metaller, som ikke danner stabile carbider, men 30 som frembringer en binding med diamant med en minimumsmelte- temperatur, som overstiger ca. 1600°C, når det opvarmes i kontakt med diamanter i fast tilstand, og som inhiberer tilbageomdannelsen af diamant til grafit; 35 ii) at blandingen udsættes for en temperatur i området fra 1100 til 1600°C ved et gennemsnitsindeslutningstryk på over 10 kilobar og op til 40 kilobar, hvilken kombination af gennemsnitsindeslutningstryk og temperatur ligger inden for grafitstabilitetsområdet; og

DK 160324 B

8 iii) at temperatur- og trykforhold i blandingen opretholdes i et tidsrum på mindst 3 minutter, som er tilstrækkelig til at forårsage plastisk deformation af diamantkrystallerne, hvorved der indtræder fladeberøringer mellem diamantkrystallerne, og 5 til i det mindste at forårsage en væsentlig kemisk ligevægt mellem bindemidlet og diamantkrystallerne, hvorved der fremstilles en termisk stabil diamantkompaktmasse med et minimumssmeltepunkt på ca. 1600°C og en minimumtryks tyrke på ca. 10 kilobar ved omgivelsernes temperatur.

10

Ifølge nærværende opfindelse tilvejebringes der endvidere en diamantkompaktmasse, som er dannet ved den fremgangsmåde, der er beskrevet i det umiddelbart forestående afsnit.

15 Ifølge nærværende opfindelse frembringes der yderligere en diamantkompaktmasse, som omfatter 60 til 95 volumenprocent diamantkrystaller, der er blevet deformeret plastisk, således at de danner en stiv gitterstruktur, i hvilken der forekommer fladeberøringer mellem diamantkrystallerne, hvilke flader hidrører fra plastisk deformation 20 af diamantkrystaller under dannelsen af kompaktmassen ved tryk- og temperaturforhold inden for grafitstabilitetsområdet, hvilken diamantgitterstruktur i det væsentlige bindes fuldstændigt af indskud af ildfaste carbidfaser eller metal faser, der udgøres af metaller, som ikke danner carbider i nærværelse af carbon, hvilke 25 faser har et smeltepunkt på mere end 1600°C, hvilken kompaktmasse indeholder mindre end ca. 2 volumenprocent grafit og besidder en trykstyrke, der er større end 10 kilobar.

En større fordel ved udøvelse af opfindelsen ved tryk på under 40 30 kilobar er den, at det tillader anvendelse af relativt simpelt apparatur, der har meget større arbejdsvoluminer end det apparatur, som anvendes til opnåelse af temperatur- og trykforhold i eller nær diamantstabilitetsområdet ved tryk, som overstiger 45 kilobar. I det sidste til fæde er det nødvendigt at anvende apparatur som det, der 35 er beskrevet i beskrivelsen til US patent nr. 2.941.248 (Hall), ifølge hvilken trykbeholder og stempler er fremstillet at wolfram-carbid og har en kompleks geometri, som stærkt begrænser størrelsen af arbejdsvolurnenet. Hvis det tryk, som er nødvendigt til at fremstille kompaktmasser af god kvalitet, på den anden side er mindre

DK 160324 B

9 end 40 kilobar, kan det anvendte apparat have en meget simpel geometri, såsom et lige stempel, der komprimerer trykmediet aksialt inden i en lige cylinder. Det apparat, som har denne simple stempel -cylindergeometri, er blevet beskrevet af Bridgman ("The Physics of 5 High Pressure", 1952, ed. G. Bell and Sons Ltd. London) og af Boyd and England (J. Geophys. Res., 65» 741, 1960). Den slags apparat kan let forstørres proportionalt til frembringelse af et stort arbejds-volumen. Yderligere kan trykbeholderen konstrueres udelukkende af stål, hvilket er meget billigere end wolframcarbid. På grund af 10 disse faktorer kan der fremstilles kompaktmasser med betydelig trykstyrke ved tryk på under 40 kilobar i et stempel-cylinderapparat ved omkostninger, som er så meget som 10 gange mindre (per kompaktmasse) end omkostningerne ved fremstilling af disse i et apparatur, som opererer ved over 45 kilobar, der traditionelt anvendes ved 15 syntese af diamanter. En væsentlig fordel ved nærværende opfindelse er dens evne til at fremstille mekanisk stærke og hårde kompaktmasser ved anvendelse af et højtryksstempel cylinderapparat.

En vigtig fordel ved dannelse af kompaktmasser under tryk-tem-20 peratur-tidforhold, hvor hovedparten af diamantkrystallerne undergår plastisk deformation, er den, at deformationen tillader diamant-til-diamantberøringer i to dimensioner, nemlig langs overflader i stedet for i punkter og langs kanter. I nogle tilfælde kan der dannes tynde film af bindemiddel mellem sådanne tæt mod hinanden 25 grænsende krystaller. Denne struktur tilvejebringer større trykstyrke og stivhed i de resulterende kompaktmasser. En yderligere fordel er den, at plastisk deformeret diamant er hårdere end udeformeret diamant.

30 Til fremstilling af en kompaktmasse, som udviser optimal styrke og hårdhed ved de temperaturer, som anvendes ved· nærværende opfindelse, er det ønskeligt at bindemidlet kan opnå væsentlig eller fuldstændig kemisk ligevægt med diamant. Ellers har den tendens til for tidlig svækkelse ved forhøjede temperaturer. Ligeledes bør minimumssmelte-35 punktet for det diamantbundne kompositmateriale være højere end ca.

1600°C for at forhindre for tidlig blødgøring af bindingen, når kompaktmaterialet anvendes til praktiske formål, såsom boring, der kan frembringe høje kontakttemperaturer.

DK 160324 B

10

Det må forstås, at de tryk, som er nævnt i den foreliggende beskrivelse, almindeligvis refererer til de gennemsnitlige indeslutningstryk, som udvikles i trykmediet inden for højtryksapparaturet, hvilket tryk igen påføres den ydre overflade af diamantkrystalmassen 5 samt mellemliggende bindemateriale. I virkeligheden kan de aktuelle tryk på individuelle diamantkrystaller i diamantmassen afvige betragteligt fra det genemsnitlige indeslutningstryk, som er defineret ovenfor. Hvor diamantkrystaller er i berøring i punkter og langs kanter, kan de lokale tryk i disse berøringer være meget 10 højere end det gennemsnitlige indeslutningstryk. Disse lokaliserede høje tryk spiller en vigtig rolle ved frembringelse af den plastiske deformation i diamanter inden for det gennemsnitlige indeslutningstryk. I andre lokaliserede områder, hvor diamantkrystaller ikke er i berøring med hinanden, kan det lokale tryk på disse steder være 15 lavere end det gennemsnitlige indeslutningstryk.

Ved fremgangsmåden ifølge nærværende opfindelse blandes bindemidlet intimt med diamantkrystalmassen forud for udsættelse for højt tryk og høje temperaturer. De relative forhold i volumenprocent for 20 bindemidlet (B) og diamantkrystall erne (D) varierer mellem sammensætninger Dggt^o til DggBjj, og fortrinsvis mellem sammensætninger D70B30 til DggBg· Mere fortrinsvis varierer andelene i volumenprocent mellem D8qB20 og D90B1Q.

25 Til fremstilling af kompaktmasser, som udviser de bedste egenskaber, er det ifølge opfindelsen fundet, at bindemidlet og diamantkrystallerne bør være ensartet dispergeret overalt i hinanden forud for behandlingen ved høje tryk og temperaturer. Blandingen kan udføres traditionelt i en kommercielt tilgængelig vibrator-kuglemølle, såsom 30 "Spex Mill", der fabrikeres af Spex Industries, Metuchen, New Jersey, USA. Til sikring af god blanding er partikelstørrelsen af bindemidlet fortrinsvis mindre end 50 mikrometer og mere fortrinsvis mindre end 10 mikrometer.

35 På den anden side bør partikelstørrelsen i bindemidlet fortrinsvis ikke være mindre end 0,1 mikrometer. Metalliske pulvere med meget fine partikelstørrelser har undertiden oxidfilm på deres overflader eller kommer ud for andre former for kontamination, som kan have skadelig virkning på kompaktmassens egenskaber. Der er således

DK 160324 B

11 blevet fremstillet fremragende kompaktmasser af rhenium og diamant ved anvendelse af rheniumpulver af størrelsesordenen 1-5 mikrometer, som beskrevet i det følgende. Når partikelstørrelsen blev reduceret til mindre end 0,1 mikrometer, og der ellers blev anvendt tilsva-5 rende betingelser, var den resulterende kompaktmasse imidlertid forholdsvis blød og svag.

En alternativ fremgangsmåde til opnåelse af en intim blanding af bindemiddel og diamantkrystaller er at påføre en i det væsentlige 10 ensartet belægning af bindemiddel på overfladerne af diamantkrystaller, f.eks. ved dampaflejring eller andre belægningsmetoder. Forholdet mellem voluminet af bindemiddelbelægningerne og voluminet af diamanterne forbliver inden for de grænser, der er specificeret ovenfor for pulverblandinger af diamant og bindemiddel.

15

Partikelstørrelsen for diamantpul veret ligger fortrinsvis i området 1-1000 mikrometer og mere fortrinsvis i området 5-200 mikrometer. Særligt foretrukket er diamanter af en størrelsesorden fra f.eks. 5 til 200 mikrometer med en således valgt størrelsesfordeling, at 20 pakningseffektiviteten optimeres, hvorved voluminet af bindemateriale minimeres. Diamanter, som er mindre end 1 mikrometer kan anvendes, men har vist sig at have større tendens at undergå grafitdannelse. Ved udøvelse af nærværende opfindelse er det fordelagtigt at sikre, at diamanternes overflader og bindematerialet er rene og i 25 det sidstnævnte tilfælde fri for oxiderede overfladefilm. Dette opnås let ved at opvarme diamanter og bindemateriale separat i en atmosfære af hydrogen ved temperaturer på 600-800°C forud for fremstillingen.

30 Der benyttes to hovedgrupper af bindemidler; (a) Grundstoffer eller metallegeri nger indeholdende grundstoffer, som reagerer med carbon til dannelse af stabile carbider, der udviser meget høje smeltepunkter på mere end ca. 1600°C og typisk på 35 mere end 2000°C, såsom silicium, titan, wolfram, molybden, niobium, tantal, zirconium, hafnium, chrom, vanadium, scandium og bor, inklusive legeringer af grundstofferne fra denne gruppe med undtagelse af silicium med andre ikke-carbiddannende grundstoffer, såsom wolfram og rhenium.

DK 160324 B

12 (b) Metaller eller legeringer, som ikke danner stabile carbider, men som bliver stærkt bundet til diamantoverfladerne, når de opvarmes sammen med diamanter i den faste tilstand under højt tryk, og som inhiberer tilbageomdannelse af diamant til grafit ved berørings-5 overfladerne, hvor bindingen har en smeltetemperatur på over ca.

1600°C (f.eks. rhenium, iridium, osmium, rhodium, ruthenium og platin samt endvidere metallegeringer af disse grundstoffer med hinanden og andre grundstoffer). Ifølge den foreliggende opfindelse er rhenium og dets legeringer blevet identificeret som tilvejebrin-10 gende et exceptionelt virkningsfuldt bindemiddel.

På grund af deres affinitet over for carbon reagerer grundstofferne fra gruppe a) i stort omfang eller fuldstændigt med diamanter til dannelse af indskudte carbidfaser ved grænsefladerne, hvilket 15 tilvejebringer en stærk binding mellem diamantkrystall erne. Endvidere omdannes al grafit, som dannes ved tilbageomdannelsen af diamant, for størstedelen eller fuldstændigt til stabile carbidfaser (f.eks.

SiC, TiC og WC) så hurtigt som det dannes. Herved minimeres mængden af frit grafit. Dette gør det muligt at udsætte kompaktmassen for 20 tilstrækkeligt høje tryk og temperaturer i en tilstrækkelig lang periode til at tillade en væsentlig grad af plastisk deformation af diamanterne og opnåelse af kemisk ligevægt mellem diamant og binding uden dannelse af for meget frit grafit, hvilket ville være skadelig for kompaktmassens styrke.

25

Blandt grundstofferne fra gruppe a) er der blevet fremstillet vellykkede kompaktmasser udvisende stor hårdhed og mekanisk styrke ved anvendelse af silicium-, wolfram-, titan-, molybden-, vanadium-og chrompulvere som bindemidler. Disse grundstoffer reagerer med 30 overskydende carbon (diamant) under de specificerede forhold til dannelse af carbiderne SiC, WC, TiC, MoC, VC og Cr^, hvilke binder diamanterne. Tantal, niobium, zirconium, hafnium, scandium og bor reagerer også villigt med carbon under de forhold, som er specificeret ifølge nærværende opfindelse, til dannelse af ildfaste carbider, 35 der udviser stor hårdhed og mekanisk styrke og anses for at frembringe vellykkede kompaktmasser i overensstemmelse med nærværende opfindelse under forudsætning af tilfredsstillende parti kel størrelsesområder.

DK 160324 B

13

Selv om metallerne fra gruppe b) ikke reagerer med diamant til dannelse af carbider, inhiberer de den hastighed, med hvilken diamant omdannes til grafit ved deres grænseflader med diamant, og tillader følgelig kompaktmasserne at blive udsat for tilstrækkeligt 5 høje tryk og temperaturer og i tilstrækkeligt lange tidsperioder til at tillade den ønskede grad af plastisk deformation af diamanterne og diamant-til-metalbinding uden dannelse af for store mængder grafit. I denne gruppe bør man lægge mærke til rhenium, idet det har vist sig at optage adskillige atomprocent carbon i fast opløsning i 10 sit krystalgitter under de foretrukne forhold, ifølge hvilke opfindelsen udøves. Dette ser ud til at øge styrken af bindingen mellem rhenium og diamant og også effektiviteten af rhenium som inhibitor mod grafitdannelse. Det har vist sig under udøvelse af nærværende opfindelse, at iridium, ruthenium, rhodium, platin og muligvis 15 osmium også optager væsentlige carbonmængder i fast opløsning (som det indiceres af forskydninger af deres røntgentilbagekastningsdiffraktionslinjer) og synes at opføre sig analogt med rhenium.

Når de grundstoffer, som er angivet i grupperne a) og b), har 20 reageret med diamant i overensstemmelse med nærværende opfindelse til dannelse af carbid- eller metalliske bindinger, er miniumsmelte-punkterne af de resulterende bindinger meget høje, overstigende ca.

1600°C og for det meste overstigende 2000°C. Diamantkompaktmasser, i hvilke disse bindematerialer anvendes, er meget mere bestandige over 25 for mekanisk blødgøring og retrograd grafitdannelse, når de udsættes for høje temperaturer, end de metal bundne kompaktmasser, som er beskrevet i GB patentskrift nr. 1.382.080.

Fremgangsmåden ifølge nærværende opfindelse vil nu blive beskrevet 30 eksempelvis ved henvisning til specifikke eksempler og til den tilhørende tegning, hvor:

Figur 1 er et temperatur (T) - tryk (P)-diagram, som viser grafitdi amantl i gevægtsgrænsen (ubrudt linje) og grænsen (brudt kurve) 35 mellem områder, i hvilke diamant er blevet observeret at deformere plastisk og have sprødt brud (R. De Vries: Mat. Res. Bull. 10,1193, 1975). Trykkene langs den brudte kurve angiver de gennemsnitlige indeslutningstryk i det trykoverførende medium i højtryksapparaturet, hvilke tryk er blevet påført overfladerne af en masse af

DK 160324 B

14 parti kelformige diamantkrystal!er. Det skraverede område viser området af Ρ,Τ-forhold, under hvilke fremgangsmåden ifølge nærværende opfindelse hensigtsmæssigt udføres.

5 Figur 2 viser et fotografi, der er frembragt ved optisk mikroskopi af et poleret snit i en kompaktmasse fremstillet i overensstemmelse med eksempel 1; De viste grå diamantkrystaller er bundet i mellemrum af siliciumkarbid, som er hvidt eller mamoreret. Fotografiet viser, at diamanterne har gennemgået en væsentlig plastisk deformation og 10 udviser talrige flade-ti 1-fladeberøringer.

Figur 3 viser et fotografi, som er frembragt ved optisk mikroskopi af et poleret snit i en kompaktmasse, der er fremstillet i overensstemmelse med eksempel 7. Diamantkrystallerne er vist som mellemgrå 15 og rhenium som lysegrå. De mørke områder repræsenterer overfladekontamination fra slibe- og poleringsmediet. Diamanterne udviser adskillige flade-ti 1-fladeberøringer forårsaget af plastisk deformation.

20 Ved udøvelse af nærværende opfindelse placeres en blanding af diamant- og bindemiddelpulver i en egnet beholder og udsættes for høje tryk og temperaturer i et apparatur, som er konstrueret til dette formål, f.eks. et højtryksstempel-cylinderapparat. De tryk-temperaturforhold, som anvendes ved nærværende opfindelse, er på 25 mere end 10 kilobar og fortrinsvis over 15 kilobar og over 1100°C til højre for den brudte linje, som afgrænser det gennemsnits-Ρ,Τ-område, hvor diamant deformeres plastisk, som vist i fig. 1. Temperaturen er under 1600°C og også under minimumssmeltetemperaturerne for bindingerne. Det maksimale tryk er 40 kilobar. Følgelig 30 ligger de foretrukne benyttede tryk-temperaturforhold inden for den skraverede region i fig. 1.

De reaktionstider, som anvendes ved udøvelse af nærværende opfindelse, bestemmes af de krav, som er nødvendige til opnåelse af den 35 ønskede grad af plastisk deformation af diamanterne med påfølgende flade-til-fladeberøringer, en væsentlig eller fuldstændig grad af kemisk ligevægt mellem diamanter og binding, og minimal dannelse af frit grafit. De varierer efter temperaturen og bindemidlets natur.

De ved nærværende opfindelse anvendte reaktionstider ligger

DK 160324 B

15 fortrinsvis i området fra 3 til 60 minutter med tider på 5 til 30 minutter som de mest almindeligt anvendte.

Under sammenpresningen forbliver bindemidlet enten fuldstændigt i 5 fast fase eller i det mindste delvis i fast fase. Når f.eks. rhenium anvendes som bindemiddel forbliver det krystallinsk overalt, men flyder plastisk (tilpassende sig sammenpresningen af diamant) og optager en væsentlig carbonmængde i fast opløsning, således at det endelige bindemiddel er en rhenium-carbonlegering. Når der anvendes 10 wolfram forløber reaktionen udelukkende i fast tilstand, idet wolfram reagerer med diamant til dannelse af wolfram-carbid som det endelige bindemiddel. På den anden side har det vist sig, at når der anvendes silicium, må temperaturen overskride siliciums smeltepunkt ved det anvendte tryk for at opnå de bedste egenskaber. Silicium 15 reagerer med diamant til dannelse af krystallinsk siliciumcarbid, hvilket tilvejebringer bindingen. Det kræves, at reaktionen forløber ind til alt eller næsten alt silicium har reageret med diamant til dannelse af siliciumcarbid, hvorved der tilvejebringes en termisk stabil binding, som ikke udviser smeltning ved temperaturer under 20 2000°C.

Efter at kompaktmassen har være underkastet de ønskede reaktionsforhold, sænkes tryk og temperatur, og kompaktmassen fjernes fra apparaturet. Når kompaktmasser blev dannet ifølge et hvilket som 25 helst af nedenstående eksempler 1 til 5 og 7 til 15, blev kompaktmassen fundet at være et i det væsentlige helt tæt, mekanisk stærk og ekstremt hårdt legeme med en trykstyrke i området mellem 10 og 60 kilobar. Undersøgelse ved optisk- og elektronmikroskopi viste, at kompaktmassen bestod af et stift netværk af tætpakkede diamanter, 30 som udviste omfattende plastisk deformation og talrige flade-til- fladeberøringer mellem diamanterne fremkommet ved plastisk deformation. Bevis på plastisk deformation afsløres ved et stort antal 111 slipplaner, som påvist ved interferensmikroskopi af de polerede overflader. Forekomsten af plastisk deformation påvises også ved 35 forøget optisk anisotropi af diamantkrystallerne i polariseret lys i sammenligning med diamantudgangsmaterialet og ved de strukturelle egenskaber, der ses på polerede snit, som vist i fig. 2 og 3. Den aktuelle grad af plastisk deformation af diamantkrystallerne er ikke let at bestemme. Alligevel anses plastisk deformation af en

DK 160324 B

16 væsentlig del af diamantkrystallerne og fortrinsvis mindst størsteparten af disse, som et væsentligt træk ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen til fremstilling af diamantkompaktmasser med en trykstyrke på mere end 10 kilobar.

5

Mellemrummene i diamantnetværket udfyldes af bindemediet, hvilket bibringer kompaktmassen meget af dens brudstyrke. I de tilfælde, hvor bindemidlet er et metallisk carbid, (herunder silicium- og borcarbider), tilvejebringes kompaktmassens styrke hovedsageligt ved 10 binding mellem carbidfase og diamant. Hvis dette udludes med egnede opløsningsmidler findes det tilbageblevne diamantnetværk at være meget svagt, og det kan let nedbrydes, hvilket indicerer en minimal grad af diamant-til-diamantbinding. Når der anvendes metaller fra gruppen b) ovenfor som bindemidler, forekommer der en væsentlig grad 15 af fast opløsning af carbon i metalbindingen, som det indiceres af forskydninger af røntgendiffraktionsrygreflektionslinjer. Det antages, at denne aktive vekselvirkning mellem carbon og metal bidrager til styrken af bindingen mellem metal og diamant, hvilken binding tilvejebringer hovedparten af brudstyrken for denne kom-20 paktmassegruppe.

Trykket er en vigtig variabel ved udøvelse af nærværende opfindelse uanset bindemidlets art. Forudsat at andre variable, såsom temperatur, tid og bindemiddel holdes konstante inden for de foretrukne 25 fastlagte betingelser, som er defineret ovenfor, øges den mekaniske styrke af kompaktmasserne væsentlig eftersom gennemsnitsindeslutningstrykket i apparaturet øges fra 5 til 10 kilobar. I det tilfælde, hvor silicium er bindemidlet, indtræder hovedstyrkeforbedringen med så meget som 5 gange, når trykket øges fra 10 til 15 kilobar, og 30 det er først efter, at driftstrykkene overstiger 10 kilobar, at der opnås en trykstyrke på mere end ca. 20 kilobar i kompaktmassen. Når indeslutningstrykket stiger fra 15 via 20 til 30 kilobar, indtræder der således undertiden en væsentlig forbedring af de mekaniske egenskaber, men der forekommer kun en lille forbedring af de meka-35 ni ske egenskaber, når trykket øges fra 30 til 40 kilobar. I betragtning af disse faktorer er det optimale tryk, som anvendes til at fremstille kompaktmasser, hvori der anvendes silicium som bindemiddel, mellem 15 og 30 kilobar. Når der anvendes andre bindemidler end silicium (f.eks. rhenium eller wolfram) forekommer den største del

DK 160324 B

17 af styrkeforbedringen ved højere tryk, undertiden mellem 15 og 20 kilobar og oftere mellem 20 og 30 kilobar. Det optimale tryk, som anvendes til at fremstille kompaktmasser, hvori der anvendes andre bindemidler end silicium, er på mellem 20 og 35 kilobar.

5

Undersøgelser ved optisk og elektronmikroskopi viser, at de hurtige styrkeforbedringer i de ovenfor nævnte trykintervaller hænger sammen med en større grad af plastisk deformation og flere flade-til-fladeberøringer for diamanterne, som især forekommer ved indeslutnings-10 tryk mellem 10 og 20 kilobar. Trykket findes også at formindske graden af grafitdannelse under kompressionen, forudsat at de andre variable forbliver konstante.

Ved et givent tryk, f.eks. 30 kilobar, varierer ved udøvelse af 15 nærværende opfindelse anvendte optimale temperaturer alt efter bindemidlet og det tidsrum, i hvilket kompaktmassen udsættes for højt tryk og temperatur. Når bindemidlet er et metal fra gruppe b), og reaktionstiden er 5-30 minutter, er de mekaniske egenskaber af kompaktmasser, som fremstilles ved 1000°C, almindeligvis dårlige. En 20 større forbedring forekommer ved ca. 1100°C og optimale egenskaber opnås almindeligvis mellem 1200 og 1400°C, selvom der også kan frembringes udmærkede mekaniske egenskaber mellem 1400 og 1600°C.

Når temperaturen øges til over 1400°C indtræder den plastiske deformation lettere, hvilket er fordelagtigt, men dette kan blive modvir-25 ket af dannelsen af en stigende mængde grafit, som er skadelig.

Når bindemidlet omfatter et grundstof fra gruppe a) ovenfor, og reaktionstiden er 5-30 min., bør reaktionstemperaturerne være høje nok til at tillade at alt eller i det væsentlige alt bindemiddel 30 reagerer med diamant til dannelse af carbidbindefase. Når der for eksempel er tale om silicium, er reaktionshastighederne ved tryk på mellem 15 kilobar og 30 kilobar relativt små ved 1200°C og derunder, og de kompositmaterialer, som dannes ved disse temperaturer, kan udvise ringe mekanisk styrke. Ved 1300°C dannes der lettere silici-35 umcarbid til tilvejebringelse af kompaktmasser, der besidder gode mekaniske egenskaber, men der forbliver almindeligvis noget ikke-omsat silicium tilbage. Mellem 1400 og 1500°C omsættes næsten alt silicium til dannelse af siliciumcarbid, og der dannes kun en lille mængde grafit (f.eks. mindre end 2%). Når temperaturen øges til over

DK 160324 B

18 1500°C, dannes der en større mængde grafit (afhængigt af tiden).

Ikke desto mindre kan der op til 1600°C fremstilles kompaktmasser, som besidder gode mekaniske egenskaber.Funktionen af andre carbiddannende bindingsgrundstoffer fra gruppe a) er analog med den 5 for silicium, med undtagelse af, at reaktionen udføres i den faste fase af bindemidlet. Selvom de temperaturer, som kræves til fremstilling af kompaktmasser med optimale mekaniske egenskaber, kan variere betydeligt alt efter bindemidlets art, og om det er fra gruppe a) eller b), ligger de foretrukne temperaturområder til 10 fremstilling af kompaktmasser, der besidder optimale mekaniske egenskaber, almindeligvis mellem 1200-1500°C.

De tidsrum, i hvilke kompaktmassen udsættes for det foretrukne tryk og de foretrukne temperaturer, vælges med henblik på frembringelse 15 af omfattende plastisk deformation af diamanterne med resulterende flade-til-fladeberøringer og minimal dannelse af grafit, såvel som fra fuldstændig til i det væsentlige fuldstændig kemisk omsætning af gruppe a) bindemidler til dannelse af carbidbindefaser. En procestid på mindre end 2 min. er utilstrækkelig, og der fremstilles næsten 20 altid prøver med dårlig kvalitet. Procestider på 2 min. frembringer lejlighedsvis gode emner, men i de fleste tilfælde er deres kvalitet dårlig, hvad enten bindemidlet udvælges fra gruppe a) eller gruppen b). Når procestiden forlænges til ca. 3 min., frembringes der en beskeden del mekanisk stærke kompaktmasser, og yderligere forbedring 25 opnås ved 5 min.'s drift. Dette tidsrum er imidlertid ikke altid tilstrækkelig til at tillade fuldstændig omsætning af bindemiddel fra ovennævnte gruppe a) grundstoffer til dannelse af bindecarbid-faser. Optimale procestider ved udøvelse af nærværende opfindelse varierer fra over 5 til 30 min. Der kan benyttes procestider på over 30 30 min., men i de fleste tilfælde er kvalitetsforbedringen af kompaktmassen relativt lille. Når procestiderne overstiger en time ved højere temperaturer, f.eks. 1450-1600°C, kan dannelsen af grafit accelerere. I afhængighed af kombinationen af andre procesvariable, især under 1500°C, kan der imidlertid undertiden benyttes procesti-35 der på mere end én time uden problemer.

De mekaniske egenskaber af kompaktmasserne kan i nogle tilfælde forbedres ved at variere den rækkefølge, i hvilken tryk og temperatur påføres apparaturet. Når der vælges optimale kombinationer af

DK 160324 B

19 tryk, temperatur og tid, som tidligere beskrevet, er den simpleste procedure først at øge trykket på diamant-bindemiddel-blandingen til den valgte værdi, 30 kilobar, derpå øge temperaturen til den ønskede værdi, f.eks. 1300°C og holde denne i den krævede tid, f.eks. 20 5 minutter, og dernæst at formindske temperaturen og derefter trykket langsomt til omgivelsernes forhold. Anvendt på andre variable frembringer denne arbejdsprocedure almindeligvis kompaktmasser med gode mekaniske egenskaber.

10 I visse tilfælde kan der imidlertid opnås kompaktmasser med forbedrede egenskaber ved først at øge temperaturen til et ønsket niveau på 1100°C eller mere og dernæst øge trykket til den ønskede værdi.

Dette forårsager en mindre grad af brud på diamantkrystallerne i sammenligning med fremgangsmåden med påføring af fuldt tryk fra 15 starten. Ved at påføre trykket, når diamanterne allerede er varme, kan graden af plastisk deformation maksimeres med fordelagtige resultater til følge. Endvidere har denne måde at påføre temperatur og derpå tryk på vist sig at formindske mængden af det grafit, der frembringes ved tilbageomdannelse af diamant. Ud fra nærværende 20 beskrivelse vil det for fagfolk inden for området fremgå, at der kan foretages talrige variationer i rækkefølgen af påførte tryk og temperaturer. Disse er undertiden påkrævet for at optimere højtryksapparaturet og dets trykmediums ydeevne og drift.

25 De diamantkompaktmasser, som fremstilles under de foretrukne betingelser, kan udvise adskillige ønskelige egenskaber. Deres hårdhed og slibeevne kan være højere end wolframcarbid, medens deres trykstyrker kan svare til eller overstige wolframcarbid. Der er blevet målt trykstyrker så høje som 60 kilobar. Masserne er i det væsentlige 30 i sotrope med hensyn til deres makroskopiske, fysiske egenskaber, hvilket er forskelligt fra naturlige diamanter, som er meget anisotrope. Ydermere kan de bibeholde deres styrke og hårdhed over højere temperaturer end tidligere foreslåede diamantkompaktmasser.

35 Når de monteres i et passende værktøj og anvendes i en boremaskine, kan de foretrukne kompaktmasser ifølge opfindelsen let trænge gennem prøver af fuldstændig tæt aluminiumoxid, wolframcarbid, borcarbid og hårde sten, såsom granit og kvarsit. Ligeledes kan de foretrukne kompaktmasser, når de anvendes på en drejebænk, let dreje prøver af

DK 160324 B

20 aluminiumoxid, wolframcarbid, borcarbid og hårde sten, såsom granit og kvartsit. De foretrukne kompaktmasser kan anvendes til en lang række formål, såsom borekroner, skæreværktøj, trådtrækningsmatricer og -dyser. Da de tryk, som kræves til fremstilling af de foretrukne 5 kompaktmasser, der besidder væsentlige trykstyrker, er meget lavere end de, der kræves til dannelse af tidligere foreslåede diamantkom-paktmasser, som besidder tilfredsstillende trykstyrker og er dannet i eller nær diamantstabilitetsområde, er det apparat, som kræves til fremstilling af dem simplere og kan opnå meget større arbejdsvolu-10 miner, end det er muligt for apparater, som arbejder i eller nær diamantstablitetsområdet. Ved anvendelse af den foreliggende opfindelse er det følgelig muligt at fremstille større og billigere diamantkompaktmasser end de, der kan fremstilles på apparatur, der arbejder i eller nær diamantstabilitetsområdet. Dette indebærer 15 mange fordele, som vil være indlysende for fagfolk inden for området. I det følgende, er der beskrevet eksempler på fremstilling af diamantkompaktmasser ifølge nærværende opfindelse.

Eksempel 1 20 90 Vægtprocent diamantkrystaller af størrelsesordenen 10-80 mikrometer blev blandet med 10 vægtprocent siliciumpulver på mindre end 10 mikrometer som bindemiddel. Diamanterne omfattede 80 vægtprocent af størrelsesordenen 40-80 mikrometer og 20 vægtprocent af størrel-25 sesordenen 10-20 mikrometer. Omhyggelig indbyrdes dispersion af diamanter og silicium blev udført ved kraftig omrøring af blandingen i en Spex Mill i 20 minutter. Blandingen blev derpå stampet i en bornitridkapsel med en indvendig diameter på 6,2 mm og en indvendig højde på 8 mm. Kapslen blev lukket med en bornitridskive. Kapslen 30 blev derpå placeret i et højttryks-højtemperatursstempelcylinderapparat af den type, som er beskrevet af F. Boyd og J. England (J. Geophys. Res. 65, 741, 1960). Den indvendige diameter af trykbeholderen var 1,27 cm. Varmelegemet bestod af et molybdenrør, og dette var indskudt i en borsil i catgl askappe, som selv var omgivet af et 35 talkumtrykmedium. Temperaturen blev målt ved hjælp af et Pt-Ptgg-RhjQ-termoelement, som var indsat i trykcellen i umiddelbar nærhed af prøven.

Der blev først påført et tryk på 2 kb til konsolidering af

DK 160324 B

21 trykcellens bestanddele. Temperaturen i diamant-siliciumblandingen blev derpå forøget til 1200°C i løbet af en tidsperiode på 5 min.

Denne temperatur var utilstrækkelig til at smelte siliciummet eller til at forårsage mærkbar grafitdannelse af diamanterne. Apparatets 5 tryk blev derpå forøget til 30 kb i løbet af en tidsperiode på 5 min. Temperaturen blev dernæst forøget til 1450°C i løbet af en tidsperiode på 1 min. og holdt konstant i 30 min. Dette fik siliciummet til at smelte og reagere med diamanterne til dannelse af en siliciumcarbidbinding ledsaget af plastisk deformation af 10 diamantkrystallerne.

Efter fuldendelse af gennemløbet blev temperaturen reduceret til 850°C i løbet af 2 min., medens der blev opretholdt fuldt tryk. Ved denne temperatur er glasforingen stadig blød og tilvejebringer et 15 næsten hydrostatisk trykmiljø rundt om varmelegemet og prøvekapslen.

Trykket blev dernæst reduceret til omgivelsernes forhold i løbet af 1 time efter hvilken, temperaturen blev reduceret til omgivelsesforhold i løbet af 2 min. Prøvekapslen blev dernæst fjernet fra apparatet.

20

Pulverblandingen blev fundet til at være blevet dannet til en diamantkompaktmasse, hvilken blev genfundet i form af en intakt, urevnet cylinder med en diameter på 4,7 mm og en højde på 5,8 mm.

3

Dens massefylde var 3,34 g/cm og dens vægt var 0,34 g. Kompakt-25 massen udviste god styrke og hårdhed. Når den blev brækket, blev brudene fundet til at forløbe gennem diamantkrystallerne, hvilket viser styrken af siliciumcarbidbindingen. Røntgendiffraktionsanalyse viste, at kompaktmasserne omfattede diamant og siliciumcarbid med mindre end 0,5% grafit. Reaktionen af diamant med silicium til 30 dannelse af siliciumcarbid var i det væsentlige fuldstændig, idet der ikke blev målt noget restsilicium ved røntgenanalyse. Undersø gelse ved elektronmikroskopi og optisk mikroskopi af brudstykkerne og de polerede overflader afslørede bevis på udbredt plastisk strømning af diamanter og omfattende flade-til-fladeberøringer (fig.

35 2). I små områder viste diamanterne sig også at være optisk aniso- trope i kontrast til det i sotrope diamantudgangsmateriale, hvorved der yderligere tilvejebringes bevis på omdannelse. Prøven omfattede ca. 86 volumenprocent diamant og ca. 40 volumenprocent siliciumcarbid.

DK 160324 B

22 Når prøver af kompaktmassen blev monteret i egnede værktøjer og opererede i en boremaskine, viste de sig let at kunne bore huller i prøver af wolframcarbid, borcarbid og hel tæt aluminiumoxid. Ligeledes drejede egnede monterede prøver, som opererede i en drejebænk, 5 let cylindere af wolframcarbid, aluminiumoxid og borcarbid.

Yderligere prøver blev udført på intakte diamantkompaktmasser, som var fremstillet ved fremgangsmåder identiske med de, som er beskrevet ovenfor. Trykstyrken af en typisk kompaktmasse viste sig at være 10 ca. 50 kilobar. Ydeevnerne af intakte kompaktmasser i drejecylindere af granit, kvartsit og tæt, sintret aluminiumoxid blev sammenlignet med ydeevnerne af slebne Kennametal kvalitet K68 wolframcarbidcylindere besiddende størrelser identiske med kompaktmassernes. De cirkulære topkanter af wolframcarbid- og uslebne diamantkompaktmas-15 secylindere blev anvendt som skæreværktøj, og ydeevnerne af diamant-kompaktmaserne viste sig at være meget bedre end de af wolframcarbidcyl indere. Granit- og kvartsit cylindere med en diameter på 32 mm blev roteret i en drejebænk ved 600 omdrejninger per minut, og værktøjet blev indstillet til at lave snit med en dybde på 0,1 mm.

20 Når der blev anvendt wolframcarbidværktøj til at dreje cylinderne, forøgedes slidhastigheden af værktøjet med antal skæringer, og efter et begrænset antal skæringer (30 for granitskæringer, 20 for kvartsit), blev værktøjet sløvt og ude af stand til at fjerne noget yderligere masse. I modsætning til dette faldt slidhastigheden af 25 diamantkompaktmasserne til at begynde med med antallet af skæringer, idet der blev blotlagt en slibesten af bedre kvalitet neden under den oprindelige overflade. Diamantkompaktværktøjet fortsatte derpå med at fjerne masse fra granit og kvartsit med en konstant hastighed på mellem 20 og 100 skæringer uden tegn på sløvhed. Efter 100 30 skæringer var slidhastigheden af værktøjet så lille som værende ubetydelig, og det var klart, at værktøjet fortsat kunne anvendes til et meget forøget antal skæringer. Wolframcarbidværktøjet var ude af stand til at fjerne masse fra aluminiumoxidcylindere, hvilke imidlertid let blev drejet af diamantkompaktmasser med en lignende 35 massefjernelseshastighed som den, der udvises ved kvartsit.

Eksempel 2

Den trykbeholder, som anvendes i dette eksempel, havde en diameter

DK 160324 B

23 på 1,59 cm, og talkumtrykmediet var erstattet af natriumchlorid. Den bornitridkapsel, som blev anvendt til at indeholde diamant-silicium-blandingen, havde en indvendig diameter på 8,5 mm og en indvendig dybde på 9 mm. I andre henseender var alle anvendte procedurer og 5 materialer de samme som i eksempel 1.

Diamantkompaktmassen blev genvundet som en intakt, ubrudt cylinder med en diameter på 7,8 mm og en højde på 7,0 mm. Dets massefylde var 3 3,29 g/cm og den vejede 1,10 g. Fasesammensætningen og egenskaberne 10 af denne kompaktmasse var i det væsentlige identiske med de ifølge eksempel 1.

Eksempel 3 15 Fremstillingsfremgangsmåden og andelene i blandingen af diamant og siliciumpulver samt trykbeholderen og trykcellen var identisk med de i eksempel 1. Trykket på prøven blev hævet til 3 kilobar og temperaturen blev forøget til 1200°C i løbet af 5 min. Trykket blev derpå forøget til 30 kb i løbet af 5 min. Temperaturen blev dernæst 20 forøget til 1400°C og holdt konstant i 5 min. Temperatur og tryk blev dernæst udløst som i eksempel 1.

Diamantkompaktmassen blev genvundet som en helt tæt, intakt cylinder, udvisende ubetydelig porøsitet og udvisende en massefylde på 3 25 3,82 g/cm . Undersøgelse ved røntgendiffraktion viste, at prøven besad 1 til 2% ureageret silicium og mindre end 1% grafit. Prøven udviste betragtelig mekanisk styrke og hårdhed, og når den blev monteret i passende værktøj, kunne den let bore og dreje prøver af wolframcarbid, helt tæt aluminiumoxid og borcarbid. Eksemplet viste 30 også, at en reaktionstid længere end 5 min. kan være ønskelig, hvis al silicium skal reagere til dannelse af siliciumcarbid.

Eksempel 4 35 Dette eksempel blev udført i overensstemmelse med de forhold og fremgangsmåder, som er beskrevet i eksempel 1, med undtagelse af, at der blev opretholdt et maksimalt tryk på 20 kb ved 1450°C i 30 min. Egenskaberne af den resulterende kompaktmasse var i det væsentlig identisk med de, af den, der fremstilles i eksempel 1. Dette

DK 160324 B

24 eksempel viser, at en kompaktmasse, som udviser høj trykstyrke og hårdhed, kan fremstilles ved 20 kilobar.

Eksempel 5 5

Dette eksempel blev udført ved anvendelse af forhold og fremgangsmåder ifølge eksempel 1 med undtagelse af, at der blev opretholdt et maksimalt tryk på 15 kb ved 1450°C i 30 min. Egenskaberne af den resulterende kompaktmasse svarede almindeligvis til de af den i 10 eksempel 1 fremstillede.

Eksempel 6

Dette eksempel blev udført ved anvendelse af forhold og fremgangs-15 måder ifølge eksempel 1 med undtagelse af, at der blev opretholdt et maksimalt tryk på 10 kb ved 1450°C i 30 minutter. Trykstyrken af den resulterende kompaktmasse var betragtelig mindre end den af kompaktmasserne ifølge eksempel 5.

20 Eksempel 7 40 Vægtprocent diamantkrystaller af størrelsesordenen 10-20 mikrometer blev blandet intimt med 60 vægtprocent rheniumpulver på mindre end 10 mikrometer ved anvendelse af de samme fremgangsmåder, som 25 beskrevet i eksempel 1. Overfladerne af rheniumpulveret var forudgående blevet renset ved udsættelse for en blanding af argon samt 4% hydrogen ved 700°C i én time. Blandingen af diamant- og rheniumpulver blev stampet i en bornitridkapsel med en indvendig diameter på 6 mm og en indvendig højde på 7 mm. Kapslen blev derpå placeret i et 30 højttryks-højtemperaturapparat, som det, der anvendes i eksempel 1.

Et tryk på 2,5 kb blev først kort påført, dernæst blev temperaturen på kapslen forøget til 850°C. Trykket blev derpå forøget til 30 kb i løbet af 5 min., hvorefter temperaturen blev forøget til 1200°C og 35 holdt i 4 min. Temperaturen blev dernæst forøget til 1300°C og holdt i 20 min. Efter fuldendelse af gennemløbet blev tryk og temperatur udløst, som beskrevet i eksempel 1.

Prøven blev genvundet som en intakt cylinder med en diameter på 5,2

DK 160324 B

25 mm og en længde på 4,7 mm. Røntgendiffraktionsanalyse viste, at kompaktmassen omfattede diamant og rhenium samt indeholdt mindre end 0,5% grafit. Røntgenstråleafstandene mellem planerne af rhenium var udvidet væsentligt i sammenligning med de af det rene metal, hvilket 5 tyder på tilstedeværelse af få atomprocent carbon i fast opløsning. Undersøgelse af brudstykker og polerede overflader ved elektronmikroskopi og optisk mikroskopi afslører bevis på udbredt plastisk strømning af diamanter og omfattende flade-til-fladeberøringer (fig.

3). Prøven indeholdt ca. 20 volumenprocent rhenium. Polerede udsnit 10 (fig. 3) viste, at fordelingen af rhenium i kompaktmassen var meget irregulær. Det er vanskeligt at opnå ensartet blanding af pulvere, der udviser så forskellige massefylder som rhenium og diamant, ved mekaniske metoder. Eksemplet viste, at hvis rhenium var blevet fordelt mere ensartet, ville det være muligt at anvende en mindre 15 rheniumandel og stadig opnå en mekanisk stærk og slibende kompakt masse.

Det rheniumbundne kompaktmateriale ifølge nærværende eksempel udviser sammenlignelig mekanisk styrke og slibeegenskaber med det 20 kompaktmateriale, som er beskrevet i eksempel 1. Ved montering i egnede værktøjer borer og drejer de kompaktmasser, som er frem stillet under de heri beskrevne forhold, let prøver af wolframcar-bid, aluminiumoxid, borcarbid, granit og kvartsit.

25 Eksempel 8

En blanding af diamantkrystaller omfattende 75 vægtprocent af størrelsesordenen 40-80 mi kron, 20 vægtprocent af størrelsesordenen 10-20 mi kron og 5 vægtprocent med en størrelse på ca. 5 mi kron blev 30 fremstillet. 40 vægtprocent af denne diamantblånding blev yderligere blandet med 60 vægtprocent rheniumpulver på mindre end 10 mikro meter. De resterende procedurer ifølge dette eksempel blev udført, som beskrevet i eksempel 7. Egenskaberne af den resulterende kompaktmasse i dette eksempel svarede mindst til de af den kompakt-35 masse, som fremstilles i eksempel 7.

Eksempel 9 35 Vægtprocent diamantkrystaller af størrelsesordenen 10-20

DK 160324 B

26 mikrometer blev blandet med 65 vægtprocent iridiumpulver på mindre end 10 mikrometer på samme måde, som beskrevet i eksempel 1. De eksperimentelle procedurer svarede til de, som blev anvendt i eksempel 1, med undtagelse af, at den maksimale gennemløbstemperatur 5 var 1300°C ved 30 kilobar, og at disse forhold blev opretholdt i 40 min.

Den resulterende diamant-iridiumkompaktmasse indeholdt mindre end 0,5% grafit. En mindre forskydning af iridiums gittermellemrum 10 indicerede tilstedeværelse af noget carbon i fast opløsning i iridium. Slebne områder afslørede, at der var foregået plastisk omdanel se af diamanter, og at der var udviklet omfattende fladeti 1-fladeberøring mellem krystallerne.

15 Styrken og slibeevnen af diamant-iridiumkompaktmassen svarede til de, som er beskrevet i de tidligere eksempler.

Eksempel 10 20 53 Vægtprocent diamantkrystaller af størrelsesordenen 10-20 mikro meter blev blandet med 47 vægtprocent rutheniumpulver på mindre end 10 mikrometer, hvilket var blevet præreduceret i argon-4% hydrogen ved 700°C. De efterfølgende eksperimentelle procedurer var identiske med de ifølge eksempel 9, med undtagelse af, at maksimumtrykket og 25 temperaturen kun blev opretholdt i 20 min.

Den resulterende diamant-rutheniumkompaktmasse indeholdt mindre end 0,3% grafit, og en lille mængde carbon var til stede i fast opløsning i ruthenium. Trykstyrken og slibeegenskaberne af kompaktmassen 30 var noget mindre end de af den kompaktmasse, som fremstilles ifølge eksempel 9. Ikke destomindre drejede kompaktmassen let prøver af wolframcarbid, aluminiumoxid og borcarbid.

Eksempel 11 35 44% Diamantkrystaller, som anvendt i eksempel 1, blev blandet med 56% wolframpulver på mindre end 10 mikromemter på samme måde, som beskrevet i eksempel 1. De eksperimentelle procedurer svarede til de, som blev anvendt i eksempel 1, med undtagelse af, at prøven blev

DK 160324 B

27 holdt ved en maksimumtemperatur på 1400°C i 20 min., og at begrænsningstrykket var 30 kilobar.

Den resulterende kompaktmasse indeholdt mindre end ½% grafit.

5 Hovedparten af wolfram havde reageret med diamant til dannelse af en wolfram-carbid-binding, imidlertid var der dog nogle få procent ureageret, metallisk wolfram til stede som inklusioner i wolframcar-bid. Diamantkrystallerne udviste omfattende plastisk deformation og flade-til-fladeberøringer.

10

Kompaktmassen udviste en trykstyrke og slibeevne sammenlignelig med den af de kompaktmasser, som er beskrevet i eksemplerne 1 til 5 og 7 til 9. Den udviste en lignende ydeevne ved drejning af prøver af wolframcarbid, borcarbid og aluminiumoxid som den, der blev udvist 15 af kompaktmasserne beskrevet i disse eksempler.

Slebne udsnit viste, at wolframcarbid ikke var ensartet fordelt gennem diamantmatricen. Det var klart, at hvis en mere homogen blanding af wolfram og diamant var blevet opnået forud for højtryks-20 behandlingen, ville det have været muligt at fremstille en kompaktmasse udvisende tilsvarende eller større mekanisk styrke og slibeevne end den, som blev opnået i dette eksempel, ved anvendelse af en mindre wolframandel.

25 Eksempel 12 64 Vægtprocent diamantkrystaller, som anvendt i eksempel 1, blev blandet med 36 vægtprocent molybdenpulver på mindre end 10 mikrometer. De anvendte eksperimentelle procedurer svarede til de ifølge 30 eksempel 11. Den resulterende kompaktmasse var sammensat af diamanter bundet til molybdencarbid. Der blev ikke bemærket resterende metallisk molybden. Kompaktmassen indeholdt mindre end 0,5% grafit. Hårdheden og slibeevnen af den resulterende kompaktmasse svarede næsten til de ifølge eksempel 11. Imidlertid var trykstyrken af 35 kompaktmassen noget mindre. Ikke desto mindre udviste kompaktmassen evnen til at dreje prøver af wolframcarbid, aluminiumoxid og borcarbid.

Eksempel 13

DK 160324 B

28 73 Vægtprocent diamanter af størrelsesordenen, som beskrevet i eksempel 1, blev blandet med 27 vægtprocent titanpulver på mindre 5 end 25 mikrometer. De eksperimentelle procedurer var identiske med de, som blev anvendt i eksempel 11.

Den resulterende kompaktmasse indeholdt mindre end 1% grafit. Alt titan havde reageret med diamant til dannelse af en binding af 10 titancarbid. Den resulterende kompaktmasse svarede i mange henseender til den ifølge eksempel 11. Den var meget hård og drejede og borede prøver af wolframcarbid, borcarbid og aluminiumoxid. Imidlertid var dets trykstyrke noget mindre end kompaktmasserne ifølge eksemplerne 11 og 12. Det menes, at dette skyldes tilstedeværelsen 15 af titanoxidurenheder, hvilket blev identificeret ved røntgendiffraktionsanalyse.

Eksempel 14 20 71% Procent diamanter af størrelsesordenen, som beskrevet i eksempel 1, blev blandet med 29 vægtprocent chrompulver på mindre end 5 mikrometer. De eksperimentelle procedurer svarende til de, som blev anvendt i eksempel 7.

25 Den resulterende kompaktmasse indeholdt mindre end 2% grafit. Alt chrom havde reageret til dannelse af binding af chromcarbid, Cr^Cg.

Den resulterende kompaktmasse svarede i sin hårdhed og styrke til den, som er beskrevet i eksempel 10.

30 Eksempel 15 70% Diamanter af størrelsesordenen, som beskrevet i eksempel 1, blev blandet med 30 vægtprocent vanadiumpulver på mindre end 10 mikrometer. De eksperimentelle procedurer svarede til de, som blev anvendt 35 i eksempel 7 med undtagelse af, at prøven blev holdt ved en maksimumtemperatur på 1400°C i 20 minutter ved et tryk på 30 kilobar.

Den resulterende kompaktmasse indeholdt ca. 1% grafit. Alt vanadium havde reageret til dannelse af en binding af vanadiumcarbid, VC. Den

DK 160324 B

29 resulterende kompaktmasse svarede i hårdhed og styrke til den, som er beskrevet i eksempel 10.

I de fleste eksempler blev diamantkrystallerne blandet intimt 5 mekanisk med bindemidlerne, og de resulterende kompaktmasser indeholdt ca. 80-85 volumenprocent diamant og 15-20 volumenprocent bindemidler. Mikroskopisk undersøgelse af slebne områder af de resulterende kompaktmasser viste, at fordelingen af bindemiddel i mange tilfælde var uensartet. Lokaliserede områder indeholdt så lidt 10 som 5 volumenprocent bindemiddel, selv om de ikke desto mindre udviste en stor mekanisk styrke, når der blev lavet hak i dem, og de var tydeligvis meget stærkt bundet. Disse observationer viser, at hvis der var blevet benyttet forbedrede fremgangsmåder til blanding, for på den måde at opnå en mere ensartet fordeling af bindemiddel, 15 ville det have være muligt at fremstille kompaktmasser udvisende gode mekaniske egenskaber og indeholdende så lidt som 5 volumenprocent bindemidler. De fremgangsmåder, som er velkendt inden for området, og som tillader at næsten ensartede belægninger af bindingsmidler påføres direkte på overfladen af de individuelle dia-20 mantpartikler forud for højtryk-temperaturbehandling, forventes på basis af ovennævnte observationer at frembringe kompaktmasser af god kvalitet indeholdende så lidt som 5 volumenprocent bindemidler.

Disse fremgangsmåder omfatter dampaflejring, elektroaflejring og kemisk reduktion.

25

Det er bemærkelsesværdigt, at de grafitmængder, som dannes i kompaktmasserne ifølge eksemplerne, hovedsageligt var mindre end 1% og ofte mindre end 0,5% ved visuel bestemmelse af røntgendiffraktionsfotografier. Når aggregater af de samme diamantkrystaller uden 30 noget iblandet bindemiddel blev udsat for de samme eksperimentelle forhold, blev der imidlertid fundet mere end 2% grafit i produktet, som var mekanisk svagt. Dette viser den i nhiberende virkning af bindemidler på grafitdannelse.

35

Claims

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en diamantkompaktmasse, kendetegnet ved, at den omfatter: 5 i) at en masse af parti kel formige diamantkrystaller blandes intimt med et bindemiddel i forholdet 60 til 95 volumenprocent diamant til 40 til 5 volumenprocent bindemiddel, hvorhos bindemidlet omfatter ét eller flere af de grundstoffer, som udvælges fra 10 grupperne a) grundstoffer og metalliske legeringer indeholdende grundstoffer, som reagerer med carbon til dannelse af stabile carbider med smeltepunkter, der overstiger ca. 1600°C, og derved inhiberer frembringelse af frit grafit ved tilbageomdannelse af diamant, og b) metaller og legeringer indeholdene 15 metaller, som ikke danner stabile carbider, men som frembringer en binding med diamant med en mi nimumssmeltetemperatur på mere end 1600°C, når det opvarmes i kontakt med diamanter i fast tilstand, og som inhiberer tilbageomdannelsen af diamant til grafit; 20 ii) at blandingen udsættes for en temperatur i området fra 1100 til 1600°C ved et gennemsnitsindeslutningstryk på over 10 kilobar og op til 40 kilobar, hvilken kombination af gennemsnitsindeslutningstryk og temperatur ligger inden for grafitstabil i- 25 tetsområdet, og iii) at temperatur- og trykforhold i blandingen opretholdes i en periode på mindst ca. 3 min. og tilstrækkeligt længe til at forårsage plastisk deformation af diamantkrystallerne, hvorved 30 der fremkommer fladeberøringer mellem diamantkrystallerne, og for i det mindste at forårsage væsentlig kemisk ligevægt mellem bindemiddel og diamantkrystaller, hvorved der fremstilles en termisk stabil diamantkompaktmasse med et minimumssmeltepunkt på ca. 1600°C og en minimumstrykstyrke på ca. 10 kilobar ved 35 omgivelsernes temperatur.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at trykket påføres den intime blanding i et stempel- og cylinderapparat med en indre cylindrisk form. DK 160324 B

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den intime blanding udføres ved at påføre diamantkrystallernes overflader bindemidlet i form af belægninger eller film.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kompaktmassen fremstilles udelukkende ved reaktioner i fast tilstand i fravær af en væskeformig fase under påføring af temperatur og tryk.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at gruppe a) bindemiddelgrundstofferne omfatter titan, wolfram, molyb-den, niobium, tantal, zirconium, hafnium, chrom, vanadium, scandium og bor.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at gruppe b) bindemiddelmetallerne omfatter rhenium, rhodium, ruthenium, iridium, osmium og platin.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 20 grundstoffet fra bindemiddelgruppen a) er silicium, og at temperatur- og trykforhold er således, at siliciummet smelter og reagerer med di amantkrystall erne til dannelse af en binding, der i det væsentlige udgøres af siliciumcarbid.

8. Fremgangmsåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en temperatur inden for området fra 1100°C til 1600°C påføres den intime blanding forud for påføring af det maksimale tryk.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 30 tryk- og temperaturforholdene opretholdes i et tidsrum på mindst 5 min.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at idet mindste en væsentlig del af diamantkrystallerne er af større!- 35 sesordenen fra 1 til 1000 mikrometer.

11. Fremgangsmåde ifølge krav 10, kendetegnet ved, at størrelserne af denne i det mindste væsentlige del af diamantkrystall er er fordelt inden for dette område. DK 160324 B

12. Fremgangsmåde ifølge krav 1, k e n d e t e g n e t ved, at det påførte tryk er af størrelsesordenen fra 15 til 30 kilobar.

13. Fremgangsmåde ifølge krav 1, k e n d e t e g n e t ved, at den 5 påførte temperatur er af størrelsesordenen fra 1200°C til 1500°C.

14. Diamant kompaktmasse, kendetegnet ved, at den omfatter 60 til 95 volumenprocent diamantkrystal!er, som er blevet plastisk omdannet, således at de danner en stiv netværksstruktur, i 10 hvilken der forekommer fladeberøringer mellem diamantkrystaller hvilke overflader hidrører fra plastisk deformation af diamantkrystallerne under dannelse af kompaktmassen ved tryk- og temperaturforhold, som ligger inden for grafitstabilitetsområdet, hvilken diamantnetværksstruktur i det væsentlige udelukkende er bundet af 15 indskudte, ildfaste carbidfaser eller metalfaser, der udgøres af metaller, som ikke danner carbider i nærvær af carbon, hvilke faser har et smeltepunkt, der er højere end 1600°C, og hvilken kompaktmasse omfatter mindre end ca. 2 volumenprocent grafit og har en trykstyrke på mere end 10 kilobar. 20 25 30 35