JP2003226578A

JP2003226578A - 高硬度微粒ダイヤモンド焼結体の製造法

Info

Publication number: JP2003226578A
Application number: JP2002030863A
Authority: JP
Inventors: Minoru Akaishi; 實赤石; Yasuyoshi Hosokawa; 安良細川; Keigo Kawamura; 啓吾川村; Nobuo Yamaoka; 信夫山岡; Hirohisa Yamada; 裕久山田
Original assignee: National Institute for Materials Science; Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute for Materials Science
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2003-08-12
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: JP4014415B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱性に優れた高硬度超微粒ダイヤモンド焼
結体を従来技術よりも遥かに低い焼結温度条件で製造す
る方法の開発。【構成】天然ダイヤモンド粉末を脱珪酸塩処理する最
終工程において該ダイヤモンド粉末を分散した処理溶液
を容器に入れ、該容器中において該ダイヤモンド粉末を
分散した処理溶液を凍結し、そのまま凍結乾燥して得ら
れる該ダイヤモンド粉末をシュウ酸二水和物を混合した
炭酸塩焼結助剤を用いて超高圧合成装置により１７００
℃以上の温度で焼結することを特徴とする高硬度微粒ダ
イヤモンド焼結体の製造法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、優れた耐摩耗性と
耐熱性を有し、例えば、高Si-Al合金等の難削材料の仕
上げ切削工具、金属・合金の超精密加工金型及び線引き
ダイス等に適用した場合、優れた切削性能や伸線性能等
を発揮するダイヤモンド焼結体の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Co等の金属を焼結助剤とするダイ
ヤモンド焼結体や微粒ダイヤモンド焼結体が通常の超高
圧合成装置で製造されることや微粒ダイヤモンド焼結体
が超高圧合成装置で製造されることは最近の研究から良
く知られている（第４１回高圧討論会講演要旨集108ペ
ージ、2000年及びProceedings of the 8th NIRIM Inter
national Synposiumon Advanced Materials,33-34ペー
ジ、2001年）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記金属系焼
結助剤を用いた微粒ダイヤモンド焼結体は、ダイヤモン
ドの異常粒成長を抑制して微細粒子からなる焼結体を製
造するためには、焼結温度を低く制限する必要があるた
め(J.Am.Ceram.Soc.,74巻、5-10ページ、1990年)、焼結
体の硬度がダイヤモンド本来の特性には程遠い。また、
金属を大量に含有するため、高温条件下では、金属とダ
イヤモンドの熱膨張率が異なることに起因する熱応力に
より焼結体が劣化するため、難削材料の切削工具への応
用に問題がある。

【０００４】金属焼結助剤を全く使用しないで、アルカ
リ土類金属の炭酸塩を焼結助剤に用いて、従来よりも高
い圧力、温度条件下で焼結することにより、耐熱性に優
れた高硬度ダイヤモンド焼結体を得る合成法が知られて
いる(Diamond and Related Mater.,5巻、34-37ページ、
1996年)。しかしながら、これらの焼結体は、その粒子
径が約５μｍと比較的大きな粒子径に限定されている。

【０００５】微粒ダイヤモンド焼結体を合成するために
は、溶融炭酸塩の粘性を低くし、溶融炭酸塩が容易にダ
イヤモンド層へ溶浸し、ダイヤモンド粒子間に溶浸した
溶融炭酸塩がダイヤモンドの焼結助剤として機能するよ
うにしなければならない。そのため、炭酸塩に水や炭酸
ガス等の揮発性成分（C-O-H流体相）を添加することに
より、容易に炭酸塩の融点を低くできることは良く知ら
れている。

【０００６】本発明者らは、これらの揮発性成分を高
圧、高温条件に密閉するためのカプセルを開発し、微粒
ダイヤモンド多結晶体の合成法を開発した。これは、CO
_２-H_２O流体相の源となるシュウ酸二水和物を炭酸塩に
添加した混合粉末を作製し、この混合粉末上に０〜１μ
ｍの天然ダイヤモンド粉末を積層し、微粒ダイヤモンド
焼結体を製造するのであるが、その製造条件が２２００
℃と高温の条件を必要とする（第４１回高圧討論会講演
要旨集108ページ、2000年）。

【０００７】同様な方法で、さらに微細なダイヤモンド
粉末、例えば、０〜０．１μｍのダイヤモンド粉末を焼
結した例を本発明者らは報告した（第４２回高圧討論会
講演要旨集89ページ、2001年）。その結果、ダイヤモン
ドの異常粒成長が起こり、高硬度ダイヤモンド焼結体を
製造することが出来なかった。７．７GPa、１８００
℃、３０分の条件で処理した焼結体のX線回折図形の測
定結果から、焼結体中に炭酸塩を確認することができ
た。このことから、C-O-H流体相を添加した炭酸塩は、
超微粒ダイヤモンド粉末中に容易に溶浸することは明ら
かである。しかし、炭酸塩が溶浸しているにも拘わら
ず、ダイヤモンド粒子同士の焼結反応が進行しない。

【０００８】そこで、本発明は、耐熱性に優れた高硬度
超微粒ダイヤモンド焼結体を従来技術よりも遥かに低い
焼結温度条件で製造する方法の開発を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ダイヤモン
ド粉末に形成される二次粒子の形成を抑制するダイヤモ
ンド粉末調製法を開発した。本発明の方法によれば、ポ
アサイズの均質なダイヤモンド粉末成形体が得られ、同
成形体へ焼結助剤の溶融炭酸塩が均質に溶浸し、焼結助
剤によるダイヤモンド粒子の焼結反応が一様に進行する
ため、従来困難とされた超微粒ダイヤモンド焼結体の合
成や高温条件でのみ可能であった微粒ダイヤモンド焼結
体を従来技術よりも遥かに低い焼結温度で焼結すること
が可能となる。

【００１０】すなわち、本発明は、天然ダイヤモンド粉
末を脱珪酸塩処理する最終工程において該ダイヤモンド
粉末を分散した処理溶液を容器に入れ、該容器中におい
て該ダイヤモンド粉末を分散した処理溶液を凍結し、そ
のまま凍結乾燥して得られる該ダイヤモンド粉末をシュ
ウ酸二水和物を混合した炭酸塩焼結助剤を用いて超高圧
合成装置により１７００℃以上の温度で焼結することを
特徴とする高硬度微粒ダイヤモンド焼結体の製造法であ
る。

【００１１】また、本発明は、天然ダイヤモンド粉末の
平均粒子径が０〜０．１μｍであることを特徴とする上
記の高硬度微粒ダイヤモンド焼結体の製造法である。ま
た、本発明は、天然ダイヤモンド粉末の平均粒子径が０
〜１μｍであることを特徴とする上記の高硬度微粒ダイ
ヤモンド焼結体の製造法である。

【００１２】また、本発明は、該ダイヤモンド粉末を分
散した処理溶液を容器中において振盪処理することを特
徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高硬度微
粒ダイヤモンド焼結体の製造法である。また、本発明
は、液体窒素を用いて凍結することを特徴とする上記の
高硬度微粒ダイヤモンド焼結体の製造法である。また、
本発明は、凍結乾燥して得られる該ダイヤモンド粉末を
炭酸マグネシウム１モルに対し０．３モル未満のシュウ
酸二水和物を混合した混合粉末からなる炭酸塩焼結助剤
上に積層して焼結することを特徴とする上記の高硬度微
粒ダイヤモンド焼結体の製造法である。

【００１３】従来の市販の天然ダイヤモンド粉末を用い
た代表的なダイヤモンド焼結体の製造方法は下記のよう
な工程を採用している。１．市販ダイヤモンド粉末の用意２．Ｚｒルツボを用いて溶融ＮａＯＨ処理３．Ｚｒルツボから塊状物を回収４．塊状物の固体ＮａＯＨを蒸留水に溶解し、ダイヤモ
ンド粉末分散アルカリ水溶液を形成５．アルカリ水溶液に塩酸添加し加熱処理６．上澄み液廃棄７．回収した水溶液に王水添加、沸騰加熱処理、冷却８．上澄み液廃棄９．回収した水溶液に蒸留水添加、加熱処理、冷却１０．上澄み液廃棄１１．９と１０の繰り返し１２．ダイヤモンド粉末分散弱酸性水溶液の回収１３．減圧濾過によりペースト状のダイヤモンド粉末を
回収１４．加熱して塊状の粉末を回収

【００１４】市販の天然ダイヤモンド粉末はしばしば珪
酸塩を相当量含有しているため、珪酸塩を除去するため
に、Ｚｒルツボを用い、溶融ＮａＯＨ中で２時間程度処
理する。処理後の溶融ＮａＯＨ表面には、珪酸塩不純物
と考えられる白色から褐色の不純物が認めらる。Ｚｒル
ツボを冷却後、ルツボからダイヤモンド粉末と固体のＮ
ａＯＨからなる塊状物を取り出し、ＮａＯＨを蒸留水に
溶解することによって、ダイヤモンド粉末をアルカリ水
溶液中に回収する。

【００１５】塩酸を用いて水溶液を酸性にし加熱処理す
る。冷却後ダイヤモンド粉末の沈降を確認して上澄み液
を廃棄する。ビーカー中に回収した水溶液中のダイヤモ
ンド粉末に十分な王水を加え、沸騰加熱処理を行う。こ
の処理により、Ｚｒルツボから混入したＺｒを溶解除去
する。冷却後、上澄み液を廃棄し、回収した水溶液に十
分な蒸留水を加え加熱処理を行う。再び冷却後、上澄み
液を除去する。この操作を繰り返し行い、ｐＨ約３〜５
の弱酸性水溶液中にダイヤモンド粉末を分散した状態で
回収する。

【００１６】次いで、ダイヤモンド粉末を弱酸性水溶液
とともに、０．２２μｍのポアサイズのミクロポアフィ
ルターを用い、減圧ろ過する。水分を含むペースト状の
ダイヤモンド粉末をフィルター上に回収する。同ダイヤ
モンド粉末をアルミナルツボを用いて、５００℃で加熱
して水分を除去する。加熱処理後、部分的に割れの認め
られる塊状の粉末が回収される。同粉末を数ｍｍ以下に
アルミナルツボ中で砕き、出発物質にする。

【００１７】上記ダイヤモンド粉末の従来の処理法を検
討すると、減圧ろ過するまでの過程は、ダイヤモンド粉
末は常に溶液中に分散した状態で存在する。ろ過及び加
熱過程でダイヤモンド粉末の凝集が起こり、微粒ダイヤ
モンドの塊、即ち、二次粒子が形成される。この形成さ
れた二次粒子は、室温加圧過程によっては、所定の圧力
に到達後も完全に一次粒子とはならないと推定される。

【００１８】従来技術のろ過・加熱乾燥法で作製した微
粒ダイヤモンド粉末は、７．７GPaに加圧しても、形成
二次粒子を一次粒子に破砕することが出来ない。形成二
次粒子が大量に存在するため、ダイヤモンド粒子間に形
成されたポアサイズが均質でない。その結果、２０００
℃を越える焼結温度でも、焼結助剤の溶融C-O-H流体相
を添加した炭酸塩が、ダイヤモンド粒子間に均質に溶浸
しない。

【００１９】即ち、ダイヤモンド粒子間を埋める溶融炭
酸塩のサイズが一様でないため、ダイヤモンド粒子の焼
結反応が均質に進行せず、低温条件下でダイヤモンド焼
結体を合成することが出来なかった。とりわけ、０〜
０．１μｍと粒子が微細化すると二次粒子の形成が顕著
となるため、２０００℃を越える焼結温度でも全く高硬
度ダイヤモンド焼結体を合成することは出来なかった。

【００２０】一方、本発明の方法は、二次粒子形成過
程、即ち、ろ過及び加熱過程を全く新しいプロセスに転
換することにより、二次粒子の形成を抑制することが可
能となった。すなわち、容器中の水溶液に微細なダイヤ
モンド粉末を分散させたまま、ダイヤモンド粒子表面が
水溶液で覆われている状態で、凍結し、そのまま凍結乾
燥することにより、二次粒子の形成が抑制されたダイヤ
モンド粉末の調製が可能となった。

【００２１】本発明の方法において、市販ダイヤモンド
粉末の脱珪酸塩処理の最終工程で熱王水処理を行い、こ
の処理後、上澄み液を廃棄し、蒸留水で希釈する操作を
行うので、最終工程のダイヤモンド粉末を分散している
処理溶液はｐＨ約３〜５の弱酸性となっている。

【００２２】ダイヤモンドを分散した弱酸性水溶液をプ
ラスチック製容器中で好ましくは、約２０〜３０分間、
振盪器を用いて十分に振盪処理をし、次に液体窒素中で
該容器を撹拌しながら、短時間でダイヤモンド粉末を分
散した水溶液を凍結する。振盪器から移して液体窒素に
浸すまでの時間はできるだけ短く、好ましくは３０秒以
内とする。その結果、プラスチック製容器の底へのダイ
ヤモンド粉末の沈降は抑制され、二次粒子の形成も抑制
される。容器としてガラス容器を使用するとガラスが不
純物成分として混入する可能性があるが、プラスチック
容器を使用する場合は、容器の成分が微量混入しても、
その成分はＣ，Ｈ，Ｏからなり、Ｃ，Ｈ，Ｏからなるシ
ュウ酸二水和物の成分と同じであるから問題はない。ま
た、液体窒素は安価であること、及び溶液を容易に凍結
可能であるので冷凍処理に用いるのに適している。

【００２３】凍結乾燥は、凍結したダイヤモンド粉末の
入った容器の蓋を緩めて、真空中に配置し、凍結物を真
空状態にすると、凍結した弱酸性の氷が昇華する。昇華
熱により凍結物の入った容器は冷却され、凍結した状態
を保つことができる。気化した水分は、真空ポンプの排
気系の途中に−１００℃以下の冷凍器を配置して、トラ
ップする。この場合、１５ｇｒのダイヤモンド粉末／１
００ｍｌの溶液系では、凍結乾燥に約４日間を要する。
凍結・乾燥した状態でダイヤモンド粉末はバラバラの粉
末状となり、従来法のろ過・加熱乾燥法のそれらと全く
異なり、流動性に富んださらさらとした粉末が得られ
る。

【００２４】上記の方法で得られたダイヤモンド粉末を
出発物質として、図１に示すように、ＴａまたはＭｏ製
カプセル２に充填して高圧を加えて焼結する。ダイヤモ
ンド粉末３の層の間にシュウ酸二水和物添加炭酸マグネ
シウム４をはさみ、これを厚み２５μｍのＴａまたはＭ
ｏ箔５を２〜３枚介して数層重ね、上下に黒鉛製円盤１
を配置する。これを圧力媒体に充填し、ベルト型超高圧
合成装置を用いて、室温条件下で７．７ＧＰａまで加圧
し、同圧力条件下で所定の温度まで加熱して、高圧高温
条件下で焼結を行う。

【００２５】従来法では、ＴａまたはＭｏの蓋付カプセ
ルを用いたが、上下にＴａまたはＭｏ製の底や蓋を使用
しないと、ダイヤモンド粉末３の変形を抑制することが
可能になる。その結果、ダイヤモンド焼結体の歩留まり
が格段と向上する。上下面の黒鉛製円盤、ＴａまたはＭ
ｏ箔及び側面のＴａまたはＭｏはシュウ酸二水和物から
生成したＣＯ_２やＨ_２Ｏの流体相を密閉する。

【００２６】本発明による凍結・乾燥法でダイヤモンド
粉末を調製すると、従来技術では高硬度ダイヤモンド焼
結体の合成が困難であった０〜０．１μｍのダイヤモン
ド粉末でも容易に、例えばヴィッカース硬さ６０ＧＰａ
以上の高硬度ダイヤモンド焼結体が合成可能となる。さ
らには、従来技術で２１００℃以上の焼結温度を必要と
したサブミクロンのダイヤモンド焼結体も、その焼結温
度を１７００℃と圧倒的に低くすることが可能となる。

【００２７】

【実施例】次に、この発明の高硬度微粒ダイヤモンド焼
結体の製造法を実施例により具体的に説明する。実施例１天然ダイヤモンド粉末をＺｒルツボを用いて溶融ＮａＯ
Ｈ中で処理し珪酸塩を除去した。この脱珪酸塩処理に際
し、０〜０．１μｍの市販の天然ダイヤモンド粉末１５
ｇｒに約６０ｇｒの顆粒状のＮａＯＨを加え、１００ｍ
lのＺｒルツボを用いた。溶融ＮａＯＨ中で２時間脱珪
酸塩処理を行い、冷却後ルツボから塊状物を取り出し、
塊状物中のＮａＯＨを蒸留水で溶解することにより、ダ
イヤモンド粉末が分散したアルカリ性水溶液を回収し
た。

【００２８】このアルカリ性水溶液の上澄み液を廃棄
後、塩酸を酸性になるまで加えて酸性溶液にし、ＮａＯ
Ｈを完全に除去するため、塩酸水溶液中に分散したダイ
ヤモンド粉末を加熱処理した。冷却後、上澄み液を廃棄
し、塩酸水溶液中に分散したダイヤモンド粉末に王水１
５０〜２００ｍｌを加え、沸騰王水中で加熱処理し、Ｚ
ｒルツボから混入すると考えられるＺｒを除去した。

【００２９】冷却後、上澄み液を除去し、王水中に分散
したダイヤモンド粉末に蒸留水を加え、放置後ダイヤモ
ンド粉末の沈降を確認し、上澄み液を捨てた。この蒸留
水を添加、上澄み液を廃棄するプロセスを４回以上繰り
返し、弱酸性水溶液に分散したダイヤモンド粉末を調製
した。以上の工程は従来の方法の工程と同じである。次
に、ダイヤモンド粉末を分散した弱酸性水溶液をプラス
チック製容器に注ぎ、上澄み液の一部を捨てた。これに
より、約１００ｍｌの蓋付プラスチック容器に１５ｇｒ
のダイヤモンド粉末が分散した１００ｍｌの弱酸性水溶
液を調製した。

【００３０】このプラスチック製容器に蓋をし、２０分
間、振盪器により振盪処理して、ダイヤモンド粒子の沈
降を抑制した。振盪後、即座に（約２０秒）液体窒素に
浸し、プラスチック製容器を液体窒素中で揺動しながら
５分間でダイヤモンド粉末が分散した弱酸性水溶液を凍
結した。凍結した状態で真空装置に移し、凍結乾燥を開
始してから、凍結した塊が存在するかどうか２４時間毎
に容器内部を調べた。その結果、７２時間経過後も小さ
な塊の存在が確認されたが、９６時間後には塊は完全に
消失し、さらさらとしたダイヤモンド粉末が得られた。

【００３１】１０ｍｍφの内径のＴａカプセルの底部に
配置した直径１０ｍｍφの黒鉛製円盤上に直径１０ｍｍ
φ厚さ２０〜２５μｍのＴａ箔を配置しその上に上記の
方法により得られた０〜０．１μｍ（走査型電子顕微鏡
観察から測定した平均粒子径は０．０８μｍ）のダイヤ
モンド粉末１８０ｍｇを２００MPaの圧力で充填し、ダ
イヤモンド粉末上部に炭酸マグネシウム約０．１ｍｏｌ
％をシュウ酸二水和物に混合した粉末８０ｍｇを焼結助
剤として同じ圧力で加圧充填した。

【００３２】焼結助剤の上にさらに１８０ｍｇのダイヤ
モンド粉末を同一圧力で充填した。このダイヤモンド粉
末層の上部に直径１０ｍｍφの厚さ２０〜２５μｍのＴ
ａ箔を配置し、その上に同様にダイヤモンド粉末、焼結
助剤、ダイヤモンド粉末、Ｔａ箔を積層配置し、最上部
に直径１０ｍｍφの黒鉛製円盤を配置した。カプセルを
圧力媒体に充填し、ベルト型超高圧合成装置を用いて、
７．７ GPa、１７００℃の条件で３０分間処理した。

【００３３】焼結体をカプセルから取り出し研削した試
料のＸ線回折の結果、明瞭にダイヤモンドと炭酸マグネ
シウムを確認することができた。光学顕微鏡及び走査型
電子顕微鏡観察の結果、巨視的にも微視的にも均質な焼
結体であることが明らかとなった。ダイヤモンドの平均
粒子径は０．１μｍ以下であった。この超微粒ダイヤモ
ンド焼結体のヴィカース硬度は６３GPaと高硬度であっ
た。

【００３４】実施例２０〜０．１μｍの天然ダイヤモンド粉末を実施例１と同
じく凍結・乾燥して得られた０〜０．１μｍ（走査型電
子顕微鏡観察から測定した平均粒子径は０．０８μｍ）
のダイヤモンド粉末及び焼結助剤をＴａカプセルに充填
し、７．７GPa、２１００℃の条件で３０分間焼結し
た。

【００３５】回収した焼結体の破面を観察した結果、焼
結助剤層に接したダイヤモンド焼結体の表面から１００
μｍ程度の部分に最大１００μｍの異常粒成長粒子が認
められた。それ以外の部分は異常粒成長の全く認められ
ない均質かつ平均粒径０．１μｍ以下の超微粒ダイヤモ
ンド焼結体であった。同焼結体のＴａカプセルに接した
部分を研削し、焼結体の硬さを測定したところ、ヴィカ
ース硬さ７０GPaであった。

【００３６】実施例３０〜０．２５μｍの天然ダイヤモンド粉末に変えた他は
実施例１と同じく凍結・乾燥して得られた０〜０．２５
μｍ（走査型電子顕微鏡観察から測定した平均粒子径は
０．１３μｍ）のダイヤモンド粉末及び焼結助剤をＴａ
カプセルに充填し、７．７GPa、１７００℃の条件で３
０分間処理した。回収した焼結体は巨視的にも微視的に
も均質な組織を持つ焼結体であった。該焼結体の硬度を
測定した結果、ヴィカース硬さ６３GPaと高硬度であっ
た。焼結体の平均粒子径は０．３μｍ以下であった。

【００３７】実施例４０〜１μｍの天然ダイヤモンド粉末に変えた他は実施例
１と同じく凍結・乾燥して得られた０〜１μｍの天然ダ
イヤモンド粉末（粒度分布測定装置で測定した平均粒径
は０．６μｍ）ダイヤモンド粉末及び焼結助剤をＴａカ
プセルに充填し、７．７GPa、１７００℃の条件で３０
分間処理した。回収した焼結体の硬さ及びX線回折図形
を調べた結果、ヴィカース硬さ６４GPaの高硬度焼結体
で、ダイヤモンドと炭酸マグネシウムからなることが明
らかとなった。

【００３８】比較例１０〜０．１μｍの天然ダイヤモンド粉末を凍結・乾燥法
で作製し、実施例１と同様な方法でＴａカプセルに充填
し、７．７GPa、１６００℃の条件で３０分間焼結し
た。焼結温度が低すぎたので、得られた焼結体は無数の
クラックが入っていた。破面を観察した結果、灰色を呈
していた。割れた焼結体の一部を研削した結果、研削抵
抗はほとんどなかった。

【００３９】比較例２０〜０．１μｍの天然ダイヤモンド粉末を実施例１に記
載の方法と同様な方法で弱酸性水溶液に分散したダイヤ
モンド粉末を調製した。溶液分散ダイヤモンド粉末を減
圧ろ過し、水分を含むペースト状ダイヤモンド粉末を作
製した。同粉末を５００℃の電気炉で１時間以上乾燥
し、水分を除去した。

【００４０】このような、ろ過・乾燥法により作製した
ダイヤモンド粉末を実施例１の方法と同様な方法でＴａ
カプセルに充填した。同カプセルを７．７GPa、２００
０℃の条件で６０分間処理した。ダイヤモンド層の一部
にクラックの認められる研削抵抗の小さい焼結体であっ
た。同焼結体の硬さを測定した所、ヴィカース硬さ５０
GPaと高硬度焼結体とは言い難い焼結体であった。

【００４１】比較例３比較例２と同様なろ過・乾燥法で調製した０〜０．２５
μｍの天然ダイヤモンド粉末をＴａカプセルに充填し、
７．７GPa,１７００℃の条件で３０分間処理した。処理
後の焼結体には層状割れやクラックが認められた研削抵
抗の低い焼結体であった。

【００４２】比較例４比較例２と同様なろ過・乾燥法で調製した０〜１μｍの
天然ダイヤモンド粉末をＴａカプセルに充填し、７．７
GPa、１７００℃の条件で３０分間処理した。処理後の
試料は全く未焼結で、クラックの多く認められる試料で
あった。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、凍結・乾燥法により作製した
０〜０．１μｍの天然ダイヤモンド粉末を使用すること
により、１７００℃と低温の条件でも高硬度超微粒ダイ
ヤモンド焼結体を合成可能となった。平均粒子径が０．
１μｍと非常に微細な粒子からなるナノダイヤモンド焼
結体であるため、鋭利な刃先形状に加工可能であること
や１００ｎｍ以下の粒子径からなることから表面粗さに
優れた線引きダイス等の用途が期待される。また、サブ
ミクロンの天然ダイヤモンド粉末を凍結・乾燥法により
調製した結果、同ダイヤモンド粉末を出発物質に使用す
ることにより、従来法に比較し、ダイヤモンドの焼結温
度を３００℃以上低減することに成功し、異常粒成長の
全く認められない微粒ダイヤモンド焼結体の合成法を確
立した。

【００４４】本発明の方法により合成される高硬度超微
粒ダイヤモンド焼結体及び微粒ダイヤモンド焼結体は、
従来技術に比較し遙かに低い焼結温度で実現したもので
ある。超高圧装置の寿命には、圧力及び温度条件の緩和
が極めて重要であることから、超微粒ダイヤモンド焼結
体や微粒ダイヤモンド焼結体の従来にない安価な製造法
を確立した。得られた焼結体がナノメーターからサブミ
クロンまで自在にダイヤモンド粒子径を制御可能とし
た。これらの粒子径の異なる焼結体は、従来の焼結体に
ない特性を持っているため、超精密加工用工具、難削材
料の加工工具や線引きダイス等の分野での用途が期待さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の方法において用いる流体相を
封止可能なダイヤモンド焼結体合成用カプセルの一例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１．黒鉛製円盤２．ＴａまたはＭｏ製カプセル３．ダイヤモンド粉末４．炭酸塩−シュウ酸二水和物混合粉末５．ＴａまたはＭｏ箔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細川安良茨城県つくば市梅園２丁目２−24グリーンパーク202号 (72)発明者川村啓吾茨城県つくば市天久保２丁目12−９ルーブルマンション201号 (72)発明者山岡信夫茨城県つくば市二の宮３丁目14−10 (72)発明者山田裕久茨城県つくば市竹園３−701−201 Ｆターム(参考） 3C046 FF35 HH04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天然ダイヤモンド粉末を脱珪酸塩処理す
る最終工程において該ダイヤモンド粉末を分散した処理
溶液を容器に入れ、該容器中において該ダイヤモンド粉
末を分散した処理溶液を凍結し、そのまま凍結乾燥して
得られる該ダイヤモンド粉末をシュウ酸二水和物を混合
した炭酸塩焼結助剤を用いて超高圧合成装置により１７
００℃以上の温度で焼結することを特徴とする高硬度微
粒ダイヤモンド焼結体の製造法。
【請求項２】天然ダイヤモンド粉末の粒子径が０〜
０．１μｍであることを特徴とする請求項１記載の高硬
度微粒ダイヤモンド焼結体の製造法。
【請求項３】天然ダイヤモンド粉末の粒子径が０〜１
μｍであることを特徴とする請求項１記載の高硬度微粒
ダイヤモンド焼結体の製造法。
【請求項４】該ダイヤモンド粉末を分散した処理溶液
を容器中において振盪処理することを特徴とする請求項
１ないし３のいずれかに記載の高硬度微粒ダイヤモンド
焼結体の製造法。
【請求項５】液体窒素を用いて凍結することを特徴と
する請求項１ないし４のいずれかに記載の高硬度微粒ダ
イヤモンド焼結体の製造法。
【請求項６】凍結乾燥して得られる該ダイヤモンド粉
末を炭酸マグネシウム１モルに対し０．３モル未満のシ
ュウ酸二水和物を混合した混合粉末からなる炭酸塩焼結
助剤上に積層して焼結することを特徴とする請求項１な
いし５のいずれかに記載の高硬度微粒ダイヤモンド焼結
体の製造法。