JP2003291036A - 半導電性多結晶ダイヤモンド - Google Patents

半導電性多結晶ダイヤモンド

Info

Publication number
JP2003291036A
JP2003291036A JP2003049011A JP2003049011A JP2003291036A JP 2003291036 A JP2003291036 A JP 2003291036A JP 2003049011 A JP2003049011 A JP 2003049011A JP 2003049011 A JP2003049011 A JP 2003049011A JP 2003291036 A JP2003291036 A JP 2003291036A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diamond
layer
polycrystalline diamond
pcd
resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003049011A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2003291036A5 (ja
JP4624649B2 (ja
Inventor
Stewart Middlemiss
ミドルミス スチュワート
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Smith International Inc
Original Assignee
Smith International Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Smith International Inc filed Critical Smith International Inc
Publication of JP2003291036A publication Critical patent/JP2003291036A/ja
Publication of JP2003291036A5 publication Critical patent/JP2003291036A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4624649B2 publication Critical patent/JP4624649B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/402—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/404—Refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/405—Iron group metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/421—Boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/427—Diamond
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電機械加工（ＥＤＭ）及び放電研削（ＥＤ
Ｇ）における切削性を向上させる超硬質半導電性多結晶
ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料を提供すること。 【解決手段】 Ｌｉ、Ｂｅ及びＡｌをドープされた半導
電性ダイヤモンド粒子及び／又は半導電性表面を有する
絶縁性ダイヤモンド粒子で形成された超硬質で半導電性
のＰＣＤ材料が提供され、この材料を取り込れた工具、
及びこの材料の製作方法が提供される。この超硬質ＰＣ
Ｄ材料は、添加剤を含む絶縁性ダイヤモンド粒子原料の
層を使用し、複数のダイヤモンド結晶を半導電性表面を
含むように変換するよう焼結することにより製作するこ
とができる。あるいは、超硬質ＰＣＤ材料は、Ｌｉ、Ａ
ｌ又はＢｅをドープされたダイヤモンド結晶からなる半
導電性ダイヤモンド粒子原料を焼結して製作される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多結晶ダイヤモンド
に関し、より具体的には、向上した切削性、特に放電機
械加工(Electro-Discharge Machining)又は放電研削(El
ectro-DischargeGrinding)における向上した切削性を示
す半導電性多結晶ダイヤモンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】当該技術分野において知られている多結
晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料は、ダイヤモンドの粒子
又は結晶と延性金属触媒／バインダとから形成されるの
が典型的であり、高温／高圧（「ＨＴＨＰ」）処理によ
り合成される。このようなＰＣＤ材料は、耐摩耗性が高
いという機械的特性でよく知られた超硬質材料である。
このような機械的特性を有することによりＰＣＤ材料
は、機械加工、地下採掘及び地下穿孔のための切削工具
のような、耐摩耗性という機械的特性が強く望まれる工
業用途に使用するための材料選択に際して評判が高い。
このような用途において、例えば切削工具や穿孔工具と
共に使用されるインサート上に、表面コーティングの形
で通常のＰＣＤ材料を設け、これによりインサートの耐
摩耗性を向上させることができる。もともと、このよう
な用途で使用されるＰＣＤインサートは、好適な支持体
材料を覆ってＰＣＤを主体とする材料の１つ以上の層を
形成することにより製造される。切削エレメントとも呼
ばれるこのようなインサートは、基材と、ＰＣＤ表層
と、随意に、露出されたＰＣＤ表層とこの表層の下側に
位置する基材の支持層との間の結合を改善するための１
つ以上の移行層とを含む。このようなインサート用途に
使用される基材は一般に、コバルト（Ｃｏ）で固められ
た炭化タングステン（ＷＣ）のような炭化物材料から形
成され、一般には、超硬（又は焼結）炭化タングステン
合金、ＷＣ／Ｃｏ系、と呼ばれる。
【０００３】１つ又は複数のＰＣＤ層は従来、金属バイ
ンダを内部に含むことができる。金属バインダは、ダイ
ヤモンド粒子相互間の結晶間結合を容易にするのに使用
され、層をお互いどうし及び下側に位置する基材に結合
するように作用する。金属バインダ材料は一般には約１
０質量％の質量割合で含まれる。バインダとして従来使
用される金属は、コバルト、鉄、あるいはニッケル及び
／又はそれらの混合物もしくは合金を含む群からしばし
ば選択される。バインダ材料は、マンガン、タンタル、
クロムのような金属及び／又はそれらの混合物もしくは
合金を含むこともある。金属バインダは、ＰＣＤ材料を
形成するための成分として粉末形態で供給してもよく、
あるいは、「焼結」処理とも呼ばれるＨＴＨＰ処理中に
基材材料からＰＣＤ材料中に引き込むこともできる。
【０００４】ＰＣＤ材料を作るのに使用されるバインダ
材料の量は、靭性及び硬度／耐摩耗性という所期の材料
特性相互間における妥協の結果として決まるものとな
る。金属バインダ含量が高くなると、結果として得られ
るＰＣＤ材料の靭性が一般に増大する一方、金属含量が
高くなるとＰＣＤ材料の硬度、耐摩耗性及び熱安定性は
低下する。こうして、互いに逆の影響を受けるこれらの
所期特性は、特定の用途のサービス需要に見合うように
所期の耐摩耗性レベル及び靭性レベルの双方を有するＰ
ＣＤコーティングを提供できるという融通性を究極的に
は制限してしまう。加えて、ＰＣＤ材料の耐摩耗性を増
大させるようにＰＣＤ組成物が選ばれると、一般には脆
性も増大し、これによりＰＣＤ材料の靭性が減少してし
まう。
【０００５】多くの事例において、ＰＣＤが形成された
後、それを切削して、切削工具において使用するための
所望の形状にしなければならない。切削は典型的には、
当該技術においてよく知られている放電機械加工(ＥＤ
Ｍ)作業又は放電研削（ＥＤＧ)作業を用いてなされる。
しかし、通常のＰＣＤにおけるダイヤモンド骨格の性質
が絶縁性であるため、切削部に金属マトリックス材料を
存在させ、これにより前述の切削作業にとって不可欠な
ある程度のＰＣＤの導電率を保証することが必要であ
る。ＰＣＤ中の金属バインダは金属マトリックスを形成
し、ＥＤＭ切削又はＥＤＧ切削を支援する導電率を提供
する。しかし、ＥＤＭ切削又はＥＤＧ切削中に冷却に用
いられる冷却用流体又は誘電性流体がＰＣＤから金属マ
トリックスを浸出させて、ＰＣＤ層の抵抗を著しく増大
させることがある。種々の冷却用／誘電性溶液、例えば
Ａｄｃｏｏｌ（商標）の如きものや、他の腐食抑制溶液
及び／又は脱イオン水が、ＥＤＭ処理又はＥＤＧ処理中
に用いられることがある。ＥＤＭ作業において切削面と
ワイヤとの間に生じるアーク、及びＥＤＧ作業における
研削砥石も、浸出を引き起こす。
【０００６】ＰＣＤ中の金属マトリックスが浸出するこ
とによりＰＣＤの抵抗が著しく増大する場合、又は比較
的僅かな金属マトリックスしかない領域に出くわす場合
には、切削速度は極めて遅くなるか、又はゼロになり、
ＥＤＭ処理に組み込まれた切削ワイヤが破断することが
ある。いくつかの事例において、この問題を克服するた
めに、ＰＣＤ材料中に余分の金属が提供される。付加的
な金属を添加すると、その結果としてＰＣＤの熱安定性
を低下させ、且つまた材料硬度を減少させ、これに相応
して耐摩耗性を減少させることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、材料の硬
度、耐摩耗性及び熱安定性を低下させることなしに、Ｅ
ＤＭ及びＥＤＧにおける切削性を向上させるＰＣＤ材料
が望まれている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、多結晶ダイヤ
モンド（ＰＣＤ）超硬質材料、及び該材料を製作する方
法に関する。１つの態様において、多結晶ダイヤモンド
超硬質材料は半導電性ダイヤモンド結晶を含んでいる。
この半導電性ダイヤモンド結晶は、リチウム、ベリリウ
ム又はアルミニウムをドープされたダイヤモンド結晶で
あることができる。別の代表的な態様では、多結晶ダイ
ヤモンド超硬質材料は通常のダイヤモンド結晶から形成
され、これらの結晶の少なくとも一部のものが半導電性
外表層を含んでいる。上記の代表的な態様のいずれによ
っても、多結晶ダイヤモンド超硬質材料は半導体材料と
なる。
【０００９】本発明の一つの代表的な方法によれば、基
材を提供し、この基材の上に多結晶ダイヤモンド層を形
成することによって、切削エレメントが製作される。非
導電性のダイヤモンド粒子原料と添加剤とを含むダイヤ
モンド粉末層を提供し、このダイヤモンド粉末層を、固
形半導体材料である多結晶ダイヤモンドに変換すること
により、多結晶ダイヤモンド層を基材の上に形成する。
添加剤は、リチウム、ベリリウム、ホウ素及びアルミニ
ウムからなる群から選択することができる。通常の絶縁
性ダイヤモンド結晶から構成されるダイヤモンド粒子原
料、例えばタイプＩのダイヤモンド結晶を使用すること
ができる。
【００１０】本発明の別の代表的方法によれば、ベリリ
ウム、リチウム及びアルミニウムのうちの少なくとも１
つをドープされたダイヤモンド結晶を含むダイヤモンド
粒子原料の層を提供し、次いで焼結して、ダイヤモンド
粒子原料の層を半導電性の固形多結晶ダイヤモンド層に
変換することにより、切削エレメントが形成される。
【００１１】上記の代表的製作方法のいずれによって
も、超硬質ＰＣＤ層は、通常の絶縁性ダイヤモンド結
晶、例えばタイプＩのダイヤモンド結晶などから形成さ
れたＰＣＤ層と比較して導電率が増大した半導体材料と
して形成される。ＰＣＤ層中に含まれることが可能な金
属バインダ材料の全てが浸出によって除去されても、本
発明の半導電性ＰＣＤ材料の切削性、特にＥＤＭ及びＥ
ＤＧにおける切削性は改善される。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、下記の詳細な説明を添
付の図面と関連させて読めば最もよく理解される。強調
したいのは、慣行に従って、図面の種々の構成要素は一
定の比率通りに拡大・縮小したものではない。逆に、種
々の構成要素の寸法は、分かりやすくするために、任意
に拡大又は縮小されることがある。同様の符号は、明細
書及び図面全体を通して同様の構成要素を示す。
【００１３】硬度、耐摩耗性又は熱安定性を含むことな
しに切削性、特にＥＤＭ及びＥＤＧにおける切削性が改
善されたＰＣＤ材料、そのような材料を取り入れた切削
工具及びその他の工具、そしてそのような材料及び工具
の製造方法が提供される。本発明の代表的態様のＰＣＤ
材料においては、その性質が半導電性であるダイヤモン
ド結晶又は半導電性の外表層を含むダイヤモンド結晶の
比率が相当に高い。このようなダイヤモンド結晶は、そ
れらを半導体にするのに充分な少量の格子間不純物、例
えばリチウム（Ｌｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ホウ素
（Ｂ）及びアルミニウム（Ａｌ）などを含有する。
【００１４】半導電性ダイヤモンドに関しては、Wentor
f, R.H. and Bovenkirk, H.P.著「半導電性ダイヤモン
ドの製造(Preparation of Semiconducting Diamonds)」
J.Chem. Phys. 36, 第1987頁 (1962)、Field, J.E.著
「ダイヤモンドの特性 (TheProperties of Diamond)」,
Academic Press, 1979、及び Wentorf, R.H.著「高圧
でのダイヤモンドの形成(The formation of Diamond at
High Pressure)」、Advances in High Pressure Resea
rch, Academic Press, 第249-281頁 (1974)に論じられ
ている。これらの文献のそれぞれの内容は参照により本
明細書中に取り入れられる。他面において、電気絶縁体
である通常のダイヤモンド結晶で形成されたＰＣＤは、
本発明のＰＣＤよりもはるかに高い抵抗を有する。この
ことは、金属バインダ材料が含まれているＰＣＤ材料、
及びこのような金属バインダ材料を含有していないＰＣ
Ｄ材料の双方に当てはまる。
【００１５】本発明の代表的態様のＰＣＤは、Ｌｉ、Ｂ
ｅもしくはＡｌ又はそれらの組み合わせをドープされた
半導電性ダイヤモンド結晶から形成された半導電性ダイ
ヤモンド粒子原料を使用して製作される。本発明の別の
代表的態様では、ＰＣＤは、半導電性のダイヤモンド粒
子原料と、通常の非導電性のダイヤモンド粒子原料、例
えばタイプＩのダイヤモンド粒子原料などとの組み合わ
せを用いることにより製作してもよい。本発明のさらに
別の代表的態様では、ＰＣＤは、適量の添加剤、例えば
Ｂ、Ｌｉ、Ｂｅ及びＡｌのようなものと一緒に、通常の
ドープされていないダイヤモンド粒子原料（例えばタイ
プＩのダイヤモンド粒子原料）を使用して製作される。
これらの添加剤は、ダイヤモンド結晶を半導電性表層を
含むダイヤモンド結晶に変えるように、ダイヤモンド格
子全体にわたって拡散する。この拡散現象は、ＰＣＤ材
料を固まらせるのに用いられるＨＴＨＰ焼結処理中に生
じる。上述の方法のそれぞれに従って製作されたＰＣＤ
材料はその性質が半導電性である。以下、半導電性のダ
イヤモンド粒子原料を使用して製作されたＰＣＤ材料
と、通常のダイヤモンド粒子原料及びダイヤモンド結晶
を半導電性表層を有するように変えるための添加剤とを
使用して製作されたＰＣＤ材料の両方を、まとめて半導
電性ＰＣＤと呼ぶことにする。
【００１６】本発明の半導電性ＰＣＤは一般に超硬質材
料又は超硬質層と呼ばれる固形構造体であり、切削工具
上及び切削エレメント上の切削層として、又は他の用途
のための耐摩耗層として使用することができる。便宜
上、切削エレメント及び切削工具を以後「切削エレメン
ト」と呼ぶ。半導電性ＰＣＤは、切削エレメントを製造
するために基材上に形成された層であってもよい。代表
的な態様では、切削エレメントは、ドリル用ビットに挿
入して地面の穿孔に用いることができる。本発明の半導
電性ＰＣＤは他の代表的態様において、種々の他の用途
及び産業に用いることができる。
【００１７】代表的な切削エレメントを図１に示す。図
１は、基材１２と、カッティングテーブルとも呼ばれそ
して上面１８を含む超硬質層１６とから形成された切削
エレメント１０を示している。超硬質層１６は、本発明
では半導電性ＰＣＤから形成されている。基材１２と超
硬質層１６との間には、界面１４が形成されている。別
の代表的態様によれば、超硬質層１６と基材１２との間
に、１つ又は複数の移行層（図示せず）が形成されても
よい。図１に示したほぼ円筒形の切削エレメントは、一
例にすぎず、種々の他の代表的態様に従って、切削エレ
メントと超硬質層とは種々の他の形状のいずれを採用し
てもよい。
【００１８】１つの代表的態様では、切削エレメントは
ビット、例えば図２に示すドラッグビットに取り付けら
れており、穿孔の際にはエッジ２８に沿って地層と接触
する。図２に示す代表的態様では、切削エレメント１０
は、ろう付け又は当該技術分野でよく知られている他の
手段により、ポケット又はドラッグビット本体２４内に
達する他の形状の受容部材に接合されている。図示の配
置構成は一例にすぎず、切削エレメント１０は、他の代
表的態様において種々の他の配置構成で使用することが
できる。
【００１９】半導電性ＰＣＤ材料を製作する方法は、基
材を提供し、そしてこの基材の上にダイヤモンド粉末層
を提供し、次いでＨＴＨＰ処理を使用して焼結して、そ
れによりダイヤモンド粉末層を固まらせてそれをＰＣＤ
の超硬質層に変換し、且つまたこのＰＣＤ層を基材に結
合させて切削エレメントを製作することを含む。基材は
予備成形された固体基材でもよく、あるいは、基材は粉
末形態で提供されて、焼結作業中に固められてもよい。
基材は種々のマトリックス材料から形成することができ
る。１つの代表的態様では、基材は超硬炭化タングステ
ン合金（焼結炭化タングステン合金）から形成すること
ができる。超硬炭化タングステン合金は一般に、基材バ
インダ金属マトリックス、例えば鉄、ニッケル又はコバ
ルト中に分配された炭化タングステン粒子を意味する。
他の基材材料を他の代表的態様において使用することが
できる。基材として使用するのに適した耐摩耗性材料
は、炭化物と、元素周期表のＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ
族及びＶＩＩＢ族から選択された金属との複合物から選
択することができる。他のこのような炭化物の例とし
て、炭化タンタル及び炭化チタンが挙げられる。本発明
の態様において使用するのに適した基材バインダマトリ
ックス材料には、元素周期表のＶＩ族、ＶＩＩ族及びＶ
ＩＩ族の遷移金属が含まれる。例えば、鉄及びニッケル
は良好な基材バインダマトリックス材料である。
【００２０】本発明の代表的態様において半導電性ＰＣ
Ｄ材料を製作するのに使用されるダイヤモンド粉末層
は、多数の微細ダイヤモンド結晶を含む。ダイヤモンド
粉末層は、基材上に直接設けてもよく、あるいは、ダイ
ヤモンド粉末層と基材との間に１つ又は複数の任意の移
行層を設けてもよい。
【００２１】１つの代表的態様によれば、ダイヤモンド
粉末層は、Ｌｉ、Ｂｅ又はＡｌをドープされたダイヤモ
ンド結晶からなる少なくともある特定の半導電性ダイヤ
モンド粒子原料を含む。半導電性ダイヤモンド原料を、
通常のドープされていないダイヤモンド原料と混合して
ダイヤモンド粉末層を形成してもよい。別の代表的態様
では、ダイヤモンド粉末層のダイヤモンド結晶は、実質
的に半導電性ダイヤモンド粒子原料のみからなるもので
もよい。
【００２２】別の代表的態様によれば、ダイヤモンド粉
末層は、絶縁体、例えばタイプＩのダイヤモンド結晶で
ある通常のダイヤモンド結晶からなるものでもよい。こ
の代表的態様によれば、添加剤、例えばＬｉ、Ｂｅ、Ｂ
又はＡｌがダイヤモンド粉末層に添加される。これらの
添加剤は粉末形態又は顆粒形態でよく、ダイヤモンド粉
末層全体にわたって混合される。１つの代表的態様で
は、これらの添加剤は、ダイヤモンド粉末層全体にわた
って均一に混合することができる。添加剤は、ダイヤモ
ンド粉末層が固まってＰＣＤ層を形成するのにつれて形
成されたダイヤモンド格子中に拡散するのに充分に小さ
いように選択される。ＰＣＤにおけるダイヤモンド格子
の大きさが小さいことにより、この格子は、通常の絶縁
性ダイヤモンド結晶を半導電性ダイヤモンド結晶に変え
るために限定された数の不純物種（すなわち添加剤）を
収容できるにすぎない。Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ及びＡｌは、ダ
イヤモンド格子中に拡散するのに充分に小さいことが知
られている元素である。このような元素は一例にすぎ
ず、他の不純物原子又は化合物を他の代表的態様で使用
してもよい。Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ及びＡｌは、ＰＣＤをＰ型
半導体にする。
【００２３】ダイヤモンド粉末層に含まれる添加剤の量
は、１つの代表的態様では０．１質量％〜１０．０質量
％の範囲にあるが、他の実施態様においては他の質量割
合を用いてもよい。添加剤の質量割合の上限は、それよ
り多くなると焼結処理に悪影響を及ぼす量によって決定
される。添加剤がダイヤモンド格子中に格子全体にわた
って拡散し、絶縁性ダイヤモンド結晶を半導電性ダイヤ
モンド結晶に変化させるように、適量の好適に小さな添
加剤元素又は添加剤化合物が選択される。極めて少量の
添加剤がダイヤモンド結晶を変化させ、導電性の増大と
いう改善を果すことができることが見いだされた。絶縁
性ダイヤモンド材料が半導電性材料に変化する際、添加
剤が拡散することにより、一部の又は全てのダイヤモン
ド結晶が半導電性表面を有するダイヤモンド結晶に変え
られる。このような拡散現象は、ＰＣＤを固まらせるの
に用いられるＨＴＨＰ焼結処理中に生じる。このＨＴＨ
Ｐ焼結処理中に、添加剤種はＰＣＤ全体にわたって自由
に拡散することができる。有意の導電性の改善を実現す
るためには、ダイヤモンド結晶全体を半導電性ダイヤモ
ンド結晶に完全に変換する必要はない。むしろ、ダイヤ
モンド結晶の表層を半導電性表層に変えることにより、
導電性が改善され、ひいては形成されたＰＣＤの切削性
が改善される。この態様によれば、ドープされていない
ダイヤモンド結晶、例えばタイプＩのダイヤモンド結晶
が、半導電性表層を含むダイヤモンド結晶に変換され
る。
【００２４】上述の代表的製作方法のいずれに従って
も、半導電性ＰＣＤの超硬質材料が製造される。上述の
代表的態様のいずれに従っても、ダイヤモンド粉末層中
に充分な金属バインダ材料を含ませることができ、最大
約３０％の容量パーセントでＰＣＤ材料中に金属バイン
ダ材料を作ることができるが、しかし、他の代表的態様
では他の容量パーセントのバインダ材料を使用してもよ
い。別の代表的態様によれば、金属バインダ材料は、Ｈ
ＴＨＰ焼結作業中に基材からＰＣＤ層中に拡散すること
ができる。１つの代表的態様では、金属バインダの質量
パーセントは、８〜１２質量％の範囲にあることがで
き、１５％以下の質量パーセントが使用されるのが一般
的である。例えばコバルト、鉄、ニッケル、マンガン、
タンタル、クロムなどの金属、及び／又はそれらの混合
物又は合金を、金属バインダ材料として使用することが
できる。金属バインダ材料は、ＰＣＤ層のダイヤモンド
粒子相互間の結晶間結合を容易にし、他の層又は基材に
ＰＣＤ層を結合するように作用し、また、ＰＣＤ層の導
電性を増大させる。しかし、本発明の１つの側面は、半
導電性ダイヤモンド結晶又は半導電性表層を有するダイ
ヤモンド結晶で製作された半導電性ＰＣＤ中ではダイヤ
モンド骨格が導電性の性質であるため、切削性を保証す
るために金属マトリックスを存在させることを必要とし
ない。
【００２５】本発明の種々の態様によれば、ＰＣＤ材料
が金属バインダなしで製作される場合にも、あるいは、
金属マトリックス材料が浸出により事実上完全に除去さ
れた後でも、ＰＣＤ材料はＥＤＭ及びＥＤＧを使用した
切削を可能にするのに充分に高い導電性を有している。
１つの代表的態様では、金属バインダを実質的に含有し
ない本発明のＰＣＤが、１０００オーム未満の抵抗を有
するように製作された。別の態様では、１０％以下の質
量パーセントの金属バインダを含有するように製作され
たＰＣＤ層の抵抗は、５０オーム未満であった。
【００２６】本明細書中に記載した抵抗値は、サンプル
表面から約１ｃｍ間隔を置いたプローブを使用して行わ
れた通常の抵抗測定の値である。
【００２７】固形半導電性ＰＣＤを製作後、このＰＣＤ
を切削して所望の形状にするために、放電機械加工によ
る又は放電研削による切削作業が必要となることがあ
る。ＰＣＤの性質が半導電性であるので、ＥＤＭ及びＥ
ＤＧを使用して、このような半導電性ＰＣＤ材料につい
て切削速度を上昇させることができる。このことは、Ｅ
ＤＭ処理及びＥＤＧ処理全体を通して使用される冷却用
及び誘電性の流体と、ＥＤＭ処理及びＥＤＧ処理それ自
体によって生じたアークとが、切削作業中に半導電性Ｐ
ＣＤから何らかの金属バインダ材料を浸出させるとして
も当てはまる。金属バインダが浸出により失われたとし
ても、あるいは、金属バインダ材料が全く含まれていな
いとしても、本発明のＰＣＤが放電機械加工による及び
放電研削による切削作業において切削性を保証するのに
充分に導電性であることを、発明者らは発見した。半導
電性ＰＣＤは更に、極めて高い耐摩耗性を有する一方、
その切削性を依然として保持する。金属バインダ材料の
添加量を低減するか又はなくすことさえもできるので、
形成されたＰＣＤ層の硬度、耐摩耗性及び熱安定性は犠
牲とならずに、向上させることができる。
【００２８】固形半導電性ＰＣＤを切削することにより
切削エレメントを形成した後、切削エレメントはろう付
け又は当該技術分野でよく知られている他の手段によ
り、ドリルビット本体に接合することができる。
【００２９】図３〜５は、本発明の態様に従って製作さ
れた代表的な半導電性ＰＣＤの利点を示すグラフであ
る。図３〜５は、本発明に従って製作された半導電性Ｐ
ＣＤが、標準のＰＣＤ材料と比較して著しく低い抵抗、
すなわち著しく高い導電性を有することを全体として示
している。これらの図はまた、切削処理中に金属マトリ
ックス材料が酸で浸出させられた後に、本発明の半導電
性ＰＣＤの抵抗が、通常の絶縁性ダイヤモンドから形成
された標準のＰＣＤと比較してやはり著しく低減されて
いる（すなわち導電率は上昇している）ことも示してい
る。図３〜５はまた、本発明により製作された半導電性
ＰＣＤにおける切削処理中の酸による浸出の影響が、標
準のＰＣＤと比較して抑制されていることも示してい
る。「標準のＰＣＤ」は、通常の絶縁性ダイヤモンド、
例えばタイプＩのダイヤモンドからなる。
【００３０】図３は、データサンプルの非正規分布を示
すのに一般に使用されるワイブル(Weibull)プロットで
あり、上述のように、半導電性ＰＣＤ層のＨＴＨＰ処理
後に測定された抵抗を標準のＰＣＤと比較して示してい
る。全ての事例において、サンプル表面から約１ｃｍ間
隔を置いたプローブを使用して、通常の抵抗測定を行っ
た。図３において、サンプル１は、通常のタイプＩの
（絶縁性）ダイヤモンド粒子原料を含むダイヤモンド粉
末層に、２．０質量％のホウ素を添加し、次いで焼結し
て、少なくとも一部の絶縁性ダイヤモンド結晶を半導電
性表層を含むように変化させることにより製作されたＰ
ＣＤである。やはり図３に示したサンプル２は、通常の
タイプＩのダイヤモンド粒子原料を含むダイヤモンド粉
末層に、０．５質量％のホウ素を添加し、次いで焼結し
て、少なくとも一部の絶縁性ダイヤモンド結晶を半導電
性表層を含むように変化させることにより製作されたＰ
ＣＤである。サンプル１及びサンプル２のそれぞれは、
約１０質量％のコバルトマトリックス材料を含むＰＣＤ
材料である。標準のＰＣＤサンプルは、通常の絶縁性ダ
イヤモンドだけで製作されている点を除いて、サンプル
１及びサンプル２と実質的に同様の通常のＰＣＤ材料で
ある。図３に示すように、本発明の２つのＰＣＤサンプ
ルが示す抵抗は低減されている。
【００３１】図４は、図１で使用したＰＣＤ材料サンプ
ルの実質的に全てのコバルトマトリックス相を酸浸出に
より除去した後で測定された、ＰＣＤ材料サンプルの電
気抵抗を示す別のワイブルプロットである。図４に示し
たデータを得るのに使用された例においては、フッ化水
素酸及び硝酸中で煮沸することにより、酸浸出がデータ
収集のために意図的に引き起こされた。しかし、これと
は別に他の典型的な手法を用いてもよい。ＰＣＤ材料中
に存在する何らかの金属バインダ材料を浸出させること
ができる冷却用及び誘電性流体を通常のＥＤＭ切削作業
及びＥＤＧ切削作業に用いた結果として、酸によりＰＣ
Ｄからコバルトマトリックス相がやはり同様に浸出され
る。このように、図４は、ＥＤＭ切削作業及びＥＤＧ切
削作業中のＰＣＤ材料を示すものである。図４は、本発
明のサンプル１及びサンプル２のそれぞれと標準のＰＣ
Ｄとで抵抗の値が何桁か違うことを示している。図４に
プロットされた測定が行われたときには、標準のＰＣＤ
及びサンプル１及び２のそれぞれは金属バインダ材料を
実質的に含有していなかった。
【００３２】図５は、図３及び図４に示す電気抵抗測定
値を要約して示す棒グラフである。図５に示すように、
焼結後かつ浸出前に、ＰＣＤサンプル１及び２のそれぞ
れは約１０オームの抵抗が測定され、これに対して標準
のＰＣＤサンプルは約４００〜５００オームの抵抗が測
定された。詳しく言えば、ＨＴＨＰ処理後、サンプル１
は約８オームの抵抗が測定され、サンプル２は約２０オ
ームの抵抗が測定された。すなわち両サンプルは５０オ
ーム未満の抵抗を有する。この場合、製作されたまま
で、半導電性ＰＣＤサンプルのそれぞれが、タイプＩの
又は他の通常の絶縁性ダイヤモンドだけから形成された
実質的に同様のＰＣＤ層の対応する抵抗の約１０％未
満、より具体的には約５％未満の抵抗を示すことが分か
る。本発明のサンプル１及び２から実質的に全ての金属
バインダ材料を浸出させた後、サンプル１及び２の双方
は約１０００オームの抵抗が測定され、これに対して標
準のＰＣＤは約２〜３×１０8オームの抵抗を有する。
酸浸出による抵抗の増加は、サンプル１及び２と比較し
て標準のＰＣＤにおいてはるかに大きい。
【００３３】通常のダイヤモンドだけからなるＰＣＤ材
料と比較した場合、Ｌｉ、Ｂｅ又はＡｌをドープされた
ダイヤモンド結晶からなるダイヤモンド粒子原料を使用
して、しかも金属バインダ材料を添加しないで製作され
た本発明の半導電性ＰＣＤ材料は、最初は金属バインダ
材料を含み、その後この金属バインダ材料を浸出により
除去するように形成されたＰＣＤ層よりも、抵抗／導電
性特性においてなお一層大きな改善を示す（図４及び５
参照）ものと考えられる。発明者らの考えによれば、通
常のＰＣＤを半導電性ＰＣＤに変えるのに用いられる付
加的な不純物種が存在しなければ、ダイヤモンド結晶間
結合はより優れたものとなる。
【００３４】図３〜５とサンプル１及び２は、本発明の
利点を示すのに提供するものである。サンプル１及び２
は一例にすぎず、本発明の半導電性ＰＣＤ材料が低減し
た抵抗を有するという利点は、異なる金属バインダ材料
を有するように形成されたサンプルの場合も、また異な
る比率でバインダ材料が存在するサンプルの場合にも、
同様に達成可能である。
【００３５】本発明の半導電性ＰＣＤ材料（すなわち、
Ａｌ、Ｂｅ又はＬｉをドープされた少なくともある特定
のダイヤモンド結晶、又は半導電性表面を有する少なく
ともある特定のダイヤモンド結晶）はまた、通常のＰＣ
Ｄよりもはるかに大きな熱伝導率を有する。発明者らの
考えによれば、本発明の半導電性ＰＣＤ材料の熱伝導率
は、８０°Ｋにおいて通常のＰＣＤ材料の伝導率よりも
１５倍大きく、室温においては通常のＰＣＤ材料の伝導
率よりも４〜５倍大きくなり得る。切削工具における切
削層として用いる場合、半導電性ＰＣＤ材料は、被切削
対象に対するＰＣＤ切削層の摩耗により発生する熱をよ
り良好に伝導することができ、ひいては切削層の温度を
より低く維持することができる。切削層及び工具の温度
上昇は、切削工具の寿命を短くすることが知られてい
る。従って、本発明の半導電性ＰＣＤを切削層として使
用することにより、切削エレメントの作業寿命は長くな
る。
【００３６】上述のものは本発明の原理を示すにすぎな
い。従って、本明細書中ではっきりと説明又は図示して
はいないが、本発明の原理を具体化するものであり本発
明の範囲及び精神に含まれる種々の構成を当業者が案出
できることは明らかである。更に、本明細書中に掲げた
全ての例及び条件付きの表現は、基本的には教示を目的
とし、本発明の原理及び発明者らにより技術促進に寄与
する概念を理解するのを補助するものにすぎず、具体的
に掲げたこのような例及び条件に本発明を限定するもの
でないものと解釈すべきである。更にまた、本発明の原
理、側面及び態様、並びに本発明の具体例に言及してい
る本明細書中の全ての記述内容は、それらと構造的及び
機能的に同等のものを包含するものとする。加えて、そ
のような同等のものは、現在知られている同等のもの、
及び将来において開発される同等のもの、すなわち構造
とは無関係に同一機能を発揮するように開発される任意
のエレメントの双方を含むものとする。従って本発明の
範囲は、本明細書中に示し、説明した代表的態様に限定
されるものではない。むしろ本発明の範囲及び精神は特
許請求の範囲によって具体化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的態様による切削エレメントの斜
視図である。
【図２】図１に示す本発明の代表的態様の切削エレメン
トを備えたビット本体の斜視図である。
【図３】本発明の代表的態様によるＰＣＤ材料内の、半
導電性表層を有するダイヤモンド結晶の効果を示すグラ
フである。
【図４】本発明の代表的態様によるＰＣＤ材料内の、半
導電性表層を有するダイヤモンド結晶の効果を示す別の
グラフである。
【図５】通常のＰＣＤ材料と本発明の代表的態様により
製作された代表的な半導電性ＰＣＤ材料との比較を示す
棒グラフである。
【符号の説明】
１０…切削エレメント １２…基材 １６…超硬質層 ２４…ドラッグビット本体 ２８…エッジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C037 FF06 3C046 FF35 HH04 HH06 4K018 AD17 DA11 KA15

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 切削エレメントを製作する方法であっ
    て、 非導電性ダイヤモンド結晶と添加剤とを含むダイヤモン
    ド粉末層を提供すること、 そして前記非導電性ダイヤモンド結晶と前記添加剤と
    を、固形半導体材料である多結晶ダイヤモンド層に変換
    すること、を含む、切削エレメント製作方法。
  2. 【請求項２】 前記変換が焼結することを含む、請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記焼結が、複数の前記非導電性ダイヤ
    モンド結晶上に半導電性表層を形成することを含む、請
    求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記焼結が、前記多結晶ダイヤモンド層
    全体にわたって前記添加剤を拡散させ、且つ前記多結晶
    ダイヤモンド層を５０オーム以下の抵抗を有するように
    形成させる、請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ダイヤモンド粉末層の提供が、該層
    内に適量の金属バインダ材料の粉末を提供することを含
    み、該粉末の量は、前記焼結により作られる前記多結晶
    ダイヤモンド層が１０％以下の質量パーセントの前記金
    属バインダ材料を含み、且つ５０オーム以下の抵抗を有
    するような量である、請求項２に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記添加剤がホウ素を含む、請求項１に
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記添加剤がＬｉ、Ｂｅ及びＡｌのうち
    の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記非導電性ダイヤモンド結晶が、タイ
    プＩのダイヤモンド粒子原料を実質的に含む、請求項１
    に記載の方法。
  9. 【請求項９】 放電機械加工及び放電研削のうちの一方
    を用いて前記多結晶ダイヤモンド層を切削することを更
    に含む、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記多結晶ダイヤモンド層に存在する
    金属材料を浸出させることを含み、浸出後、前記多結晶
    ダイヤモンド層が１０００オーム以下の抵抗を有する、
    請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記多結晶ダイヤモンド層が金属バイ
    ンダ材料を実質的に含有せず、１０００オーム以下の抵
    抗を有する、請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 切削エレメントを製作する方法であっ
    て、 Ｂｅ、Ｌｉ及びＡｌのうちの少なくとも１種をドープさ
    れたダイヤモンド結晶を含むダイヤモンド粒子原料の層
    を提供すること、及び焼結して前記ダイヤモンド粒子原
    料の層を固形半導体材料である多結晶ダイヤモンド層に
    変換すること、を含む、切削エレメント製作方法。
  13. 【請求項１３】 基材を提供することを更に含み、前記
    焼結が前記多結晶ダイヤモンド層を前記基材に結合する
    ことを更に含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記ダイヤモンド粒子原料の層の提供
    が、該層内に金属マトリックス材料の粉末を提供するこ
    とを含む、請求項１２に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記ダイヤモンド粒子原料の層の提供
    が、該層内に適量の金属バインダ材料の粉末を提供する
    ことを含み、該粉末の量は、前記焼結により作られる前
    記多結晶ダイヤモンド層が１０％以下の質量パーセント
    の前記金属バインダ材料を含み、且つ５０オーム以下の
    抵抗を有するような量である、請求項１２に記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記多結晶ダイヤモンド層に存在する
    金属材料を浸出させることを更に含み、該浸出させられ
    た多結晶ダイヤモンド層が１０００オーム以下の抵抗を
    有する、請求項１２に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 放電機械加工及び放電研削のうちの一
    方を用いて、前記多結晶ダイヤモンド層を切削すること
    を更に含む、請求項１２に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記提供が、Ｂｅ、Ｌｉ及びＡｌのう
    ちの少なくとも１種をドープされた前記ダイヤモンド結
    晶だけから実質的になるダイヤモンド粒子原料の層を提
    供することを含む、請求項１２に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 Ｂｅ、Ｌｉ及びＡｌからなる群から選
    択された材料をドープされたダイヤモンド結晶を含んで
    いる多結晶ダイヤモンド材料。
  20. 【請求項２０】 半導体材料であることを特徴とする、
    請求項１９に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
  21. 【請求項２１】 Ｐ型半導体材料であることを特徴とす
    る、請求項１９に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
  22. 【請求項２２】 １０オーム以下の抵抗を有している、
    請求項１９に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
  23. 【請求項２３】 実質的にタイプＩのダイヤモンドだけ
    から作られた実質的に同様の多結晶ダイヤモンド材料の
    対応する抵抗の１０％未満の抵抗を有する、請求項１９
    に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
  24. 【請求項２４】 ８０°Ｋにおいて、実質的にタイプＩ
    のダイヤモンドだけから形成された実質的に同様の多結
    晶ダイヤモンド材料の対応する熱伝導率よりも約１５倍
    大きい熱伝導率を有する、請求項１９に記載の多結晶ダ
    イヤモンド材料。
  25. 【請求項２５】 金属バインダ材料を実質的に含有して
    おらず、且つ１０００オーム以下の抵抗を有している、
    請求項１９に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
  26. 【請求項２６】 基材の上に形成された、請求項１９に
    記載の多結晶ダイヤモンド材料を含む切削エレメント。
  27. 【請求項２７】 タイプＩのダイヤモンド結晶を含み、
    複数の前記タイプＩのダイヤモンド結晶が半導電性表層
    を有している、多結晶ダイヤモンド材料。
  28. 【請求項２８】 不純物種を更に含んでおり、該不純物
    種がＬｉ、Ｂｅ、Ｂ及びＡｌからなる群から選択されて
    いる、請求項２７に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
  29. 【請求項２９】 前記半導電性表層が不純物種を含んで
    おり、該不純物種がＬｉ、Ｂｅ、Ｂ及びＡｌからなる群
    から選択されている、請求項２７に記載の多結晶ダイヤ
    モンド材料。
  30. 【請求項３０】 Ｐ型半導電性材料である、請求項２７
    に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
  31. 【請求項３１】 抵抗が５０オーム以下である、請求項
    ２７に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
  32. 【請求項３２】 １０％以下の質量パーセントの金属バ
    インダを更に含む、請求項３１に記載の多結晶ダイヤモ
    ンド材料。
  33. 【請求項３３】 金属バインダ材料を実質的に含有して
    おらず、且つ１０００オーム以下の抵抗を有している、
    請求項２７に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
  34. 【請求項３４】 基材の上に形成された、請求項２７に
    記載の多結晶ダイヤモンド材料を含む切削エレメント。
  35. 【請求項３５】 切削エレメントを含むドリルビットで
    あって、前記切削エレメントが、基材と、該基材の上の
    多結晶ダイヤモンド層とを含んでおり、該多結晶ダイヤ
    モンド層がタイプＩのダイヤモンド結晶を含んでおり、
    複数の該タイプＩのダイヤモンド結晶が半導電性表層を
    有している、切削エレメントを含むドリルビット。
  36. 【請求項３６】 切削エレメントを含むドリルビットで
    あって、前記切削エレメントが、基材と、該基材上の多
    結晶ダイヤモンド層とを含んでおり、該多結晶ダイヤモ
    ンド層が、リチウム、ベリリウム及びアルミニウムから
    なる群から選択された添加剤をドープされたダイヤモン
    ド結晶を含んでいる、切削エレメントを含むドリルビッ
    ト。
JP2003049011A 2002-02-26 2003-02-26 切削エレメント製作方法及びそれを含むドリルビット Expired - Fee Related JP4624649B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US35963002P 2002-02-26 2002-02-26
US60/359630 2002-02-26

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010183926A Division JP5432084B2 (ja) 2002-02-26 2010-08-19 半導電性多結晶ダイヤモンド

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2003291036A true JP2003291036A (ja) 2003-10-14
JP2003291036A5 JP2003291036A5 (ja) 2006-04-13
JP4624649B2 JP4624649B2 (ja) 2011-02-02

Family

ID=27734770

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003049011A Expired - Fee Related JP4624649B2 (ja) 2002-02-26 2003-02-26 切削エレメント製作方法及びそれを含むドリルビット
JP2010183926A Expired - Fee Related JP5432084B2 (ja) 2002-02-26 2010-08-19 半導電性多結晶ダイヤモンド

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010183926A Expired - Fee Related JP5432084B2 (ja) 2002-02-26 2010-08-19 半導電性多結晶ダイヤモンド

Country Status (6)

Country Link
US (2) US6846341B2 (ja)
EP (1) EP1340737B1 (ja)
JP (2) JP4624649B2 (ja)
CA (1) CA2419709C (ja)
DE (2) DE60329718D1 (ja)
ZA (1) ZA200301565B (ja)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008087088A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Denso Corp 刃具及び刃具の製造方法
WO2010129813A2 (en) * 2009-05-06 2010-11-11 Smith International, Inc. Methods of making and attaching tsp material for forming cutting elements, cutting elements having such tsp material and bits incorporating such cutting elements
KR101091887B1 (ko) * 2004-09-13 2011-12-12 신승도 고전도성 및 투광성을 갖는 다이아몬드성 카본 코팅 및그의 제조 방법
WO2012141171A1 (ja) * 2011-04-11 2012-10-18 住友電気工業株式会社 切削工具およびその製造方法
US8783389B2 (en) 2009-06-18 2014-07-22 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond cutting elements with engineered porosity and method for manufacturing such cutting elements
US9297211B2 (en) 2007-12-17 2016-03-29 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond construction with controlled gradient metal content
US10124468B2 (en) 2007-02-06 2018-11-13 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US10132121B2 (en) 2007-03-21 2018-11-20 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
JPWO2022114192A1 (ja) * 2020-11-30 2022-06-02
JP7318172B1 (ja) 2022-05-25 2023-08-01 住友電工ハードメタル株式会社 焼結体及び切削工具

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7595110B2 (en) * 2003-10-08 2009-09-29 Frushour Robert H Polycrystalline diamond composite
US7517588B2 (en) * 2003-10-08 2009-04-14 Frushour Robert H High abrasion resistant polycrystalline diamond composite
US7772517B2 (en) * 2004-01-06 2010-08-10 John David Glynn Method of making a plurality of tool inserts
JP2006152424A (ja) * 2004-12-01 2006-06-15 Osg Corp 硬質被膜および硬質被膜被覆加工工具
US7350601B2 (en) 2005-01-25 2008-04-01 Smith International, Inc. Cutting elements formed from ultra hard materials having an enhanced construction
EP1895579B1 (en) * 2005-06-20 2016-06-15 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Diamond semiconductor element and process for producing the same
US8142261B1 (en) 2006-11-27 2012-03-27 Chien-Min Sung Methods for enhancing chemical mechanical polishing pad processes
US7749050B2 (en) * 2006-02-06 2010-07-06 Chien-Min Sung Pad conditioner dresser
US20100173567A1 (en) * 2006-02-06 2010-07-08 Chien-Min Sung Methods and Devices for Enhancing Chemical Mechanical Polishing Processes
US7628234B2 (en) * 2006-02-09 2009-12-08 Smith International, Inc. Thermally stable ultra-hard polycrystalline materials and compacts
US20090127231A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-21 Chien-Min Sung Methods of Forming Superhard Cutters and Superhard Cutters Formed Thereby
US8663349B2 (en) 2008-10-30 2014-03-04 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compacts, and related methods and applications
CA2688960A1 (en) * 2008-12-17 2010-06-17 David Ballantyne Multi-element diamond reference standard
US8210287B1 (en) 2009-01-05 2012-07-03 Diamond Products, Limited Mining core drill bit and method of making thereof
US20100192474A1 (en) 2009-01-30 2010-08-05 Lehigh University Ultrahard stishovite nanoparticles and methods of manufacture
SA110310235B1 (ar) * 2009-03-31 2014-03-03 بيكر هوغيس انكوربوريتد طرق لترابط مناضد التقطيع مسبقة التشكيل بركائز عامل القطع وعامل القطع المكونة بهذه العمليات
US8079786B2 (en) * 2009-04-22 2011-12-20 Corbin Manufacturing, Inc. Tool insert blanks and method of manufacture
US8771391B2 (en) * 2011-02-22 2014-07-08 Baker Hughes Incorporated Methods of forming polycrystalline compacts
US8858665B2 (en) 2011-04-28 2014-10-14 Robert Frushour Method for making fine diamond PDC
US8741010B2 (en) 2011-04-28 2014-06-03 Robert Frushour Method for making low stress PDC
US8974559B2 (en) 2011-05-12 2015-03-10 Robert Frushour PDC made with low melting point catalyst
US9061264B2 (en) 2011-05-19 2015-06-23 Robert H. Frushour High abrasion low stress PDC
US8828110B2 (en) 2011-05-20 2014-09-09 Robert Frushour ADNR composite
US8833635B1 (en) * 2011-07-28 2014-09-16 Us Synthetic Corporation Method for identifying PCD elements for EDM processing
US9482056B2 (en) 2011-12-30 2016-11-01 Smith International, Inc. Solid PCD cutter
CA2825729C (en) 2012-11-21 2018-05-22 Diamond Products, Limited Diamond mining core drill bit and methods of making thereof
CA2854691C (en) 2013-07-03 2017-10-31 Karl H. Moller Method of making diamond mining core drill bit and reamer
US10406501B2 (en) 2015-06-03 2019-09-10 Halliburton Energy Services, Inc. Electrochemical removal of metal or other material from polycrystalline diamond
US10287824B2 (en) 2016-03-04 2019-05-14 Baker Hughes Incorporated Methods of forming polycrystalline diamond
US11396688B2 (en) 2017-05-12 2022-07-26 Baker Hughes Holdings Llc Cutting elements, and related structures and earth-boring tools
US11292750B2 (en) 2017-05-12 2022-04-05 Baker Hughes Holdings Llc Cutting elements and structures
US11536091B2 (en) 2018-05-30 2022-12-27 Baker Hughes Holding LLC Cutting elements, and related earth-boring tools and methods
WO2021106075A1 (ja) * 2019-11-26 2021-06-03 住友電気工業株式会社 多結晶ダイヤモンドからなる先端部を有する測定用工具
TWI735227B (zh) * 2020-05-11 2021-08-01 國立臺北科技大學 複合聚晶鑽石片及其組成與製作方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58199776A (ja) * 1982-05-12 1983-11-21 住友電気工業株式会社 工具用ダイヤモンド焼結体及びその製造方法
JPH03500765A (ja) * 1988-08-17 1991-02-21 ザ・オーストラリアン・ナショナル・ユニバーシティ 低電気抵抗を有するダイアモンド成形体
JPH05213700A (ja) * 1991-10-09 1993-08-24 General Electric Co <Ge> 熱的に安定で稠密な導電性ダイヤモンド成形体
JPH05347333A (ja) * 1992-01-10 1993-12-27 Norton Co ボンディング工具とその製作法
JP2719163B2 (ja) * 1989-01-26 1998-02-25 昭和電工株式会社 単結晶ダイヤモンドの製造法
JPH11292630A (ja) * 1998-04-08 1999-10-26 Ishizuka Kenkyusho:Kk ダイヤモンド−炭化ケイ素複合焼結体及びその製造方法
JP2000509098A (ja) * 1994-08-01 2000-07-18 アモルファス・アロイズ・コーポレイション アモルファス金属／補強材複合材料

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3141855A (en) * 1961-08-31 1964-07-21 Gen Electric Method for and product produced by the introduction of boron atoms into the surface of diamond crystals
US3268457A (en) * 1962-04-05 1966-08-23 Armando A Giardini Method of creating electrically semiconducting diamond
US3735321A (en) * 1971-06-18 1973-05-22 Gen Electric Thermistor
US4268276A (en) * 1978-04-24 1981-05-19 General Electric Company Compact of boron-doped diamond and method for making same
US4907377A (en) * 1988-06-16 1990-03-13 General Electric Company Directional catalyst alloy sweep through process for preparing diamond compacts
JP2695000B2 (ja) * 1989-04-11 1997-12-24 住友電気工業株式会社 サーミスタ及びその製造方法
US5099296A (en) * 1990-04-06 1992-03-24 Xerox Corporation Thin film transistor
JPH06263595A (ja) * 1993-03-10 1994-09-20 Canon Inc ダイヤモンド被覆部材及びその製造方法
US5698328A (en) * 1994-04-06 1997-12-16 The Regents Of The University Of California Diamond thin film electron emitter
GB9616043D0 (en) * 1996-07-31 1996-09-11 De Beers Ind Diamond Diamond
US6045440A (en) * 1997-11-20 2000-04-04 General Electric Company Polycrystalline diamond compact PDC cutter with improved cutting capability

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58199776A (ja) * 1982-05-12 1983-11-21 住友電気工業株式会社 工具用ダイヤモンド焼結体及びその製造方法
JPH03500765A (ja) * 1988-08-17 1991-02-21 ザ・オーストラリアン・ナショナル・ユニバーシティ 低電気抵抗を有するダイアモンド成形体
JP2719163B2 (ja) * 1989-01-26 1998-02-25 昭和電工株式会社 単結晶ダイヤモンドの製造法
JPH05213700A (ja) * 1991-10-09 1993-08-24 General Electric Co <Ge> 熱的に安定で稠密な導電性ダイヤモンド成形体
JPH05347333A (ja) * 1992-01-10 1993-12-27 Norton Co ボンディング工具とその製作法
JP2000509098A (ja) * 1994-08-01 2000-07-18 アモルファス・アロイズ・コーポレイション アモルファス金属／補強材複合材料
JPH11292630A (ja) * 1998-04-08 1999-10-26 Ishizuka Kenkyusho:Kk ダイヤモンド−炭化ケイ素複合焼結体及びその製造方法

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101091887B1 (ko) * 2004-09-13 2011-12-12 신승도 고전도성 및 투광성을 갖는 다이아몬드성 카본 코팅 및그의 제조 방법
JP2008087088A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Denso Corp 刃具及び刃具の製造方法
US10124468B2 (en) 2007-02-06 2018-11-13 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US10132121B2 (en) 2007-03-21 2018-11-20 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US9297211B2 (en) 2007-12-17 2016-03-29 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond construction with controlled gradient metal content
GB2481957A (en) * 2009-05-06 2012-01-11 Smith International Methods of making and attaching TSP material for forming cutting elements, cutting elements having such TSP material and bits incorporating such elements
US8771389B2 (en) 2009-05-06 2014-07-08 Smith International, Inc. Methods of making and attaching TSP material for forming cutting elements, cutting elements having such TSP material and bits incorporating such cutting elements
GB2481957B (en) * 2009-05-06 2014-10-15 Smith International Methods of making and attaching tsp material for forming cutting elements, cutting elements having such tsp material and bits incorporating such cutting
WO2010129813A3 (en) * 2009-05-06 2011-03-03 Smith International, Inc. Methods of making and attaching tsp material for forming cutting elements, cutting elements having such tsp material and bits incorporating such cutting elements
WO2010129813A2 (en) * 2009-05-06 2010-11-11 Smith International, Inc. Methods of making and attaching tsp material for forming cutting elements, cutting elements having such tsp material and bits incorporating such cutting elements
US8783389B2 (en) 2009-06-18 2014-07-22 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond cutting elements with engineered porosity and method for manufacturing such cutting elements
WO2012141171A1 (ja) * 2011-04-11 2012-10-18 住友電気工業株式会社 切削工具およびその製造方法
JP5958835B2 (ja) * 2011-04-11 2016-08-02 住友電気工業株式会社 切削工具およびその製造方法
US9403215B2 (en) 2011-04-11 2016-08-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Cutting tool and method for producing same
JPWO2022114192A1 (ja) * 2020-11-30 2022-06-02
WO2022114192A1 (ja) * 2020-11-30 2022-06-02 住友電工ハードメタル株式会社 焼結体及び切削工具
JP7359522B2 (ja) 2020-11-30 2023-10-11 住友電工ハードメタル株式会社 焼結体及び切削工具
JP7318172B1 (ja) 2022-05-25 2023-08-01 住友電工ハードメタル株式会社 焼結体及び切削工具

Also Published As

Publication number Publication date
JP5432084B2 (ja) 2014-03-05
JP2011025404A (ja) 2011-02-10
DE60329718D1 (de) 2009-11-26
EP1340737A2 (en) 2003-09-03
US20040172885A1 (en) 2004-09-09
DE60301807D1 (de) 2006-02-23
US20030196385A1 (en) 2003-10-23
EP1340737B1 (en) 2005-10-12
DE60301807T2 (de) 2006-06-29
JP4624649B2 (ja) 2011-02-02
US6846341B2 (en) 2005-01-25
CA2419709C (en) 2008-09-23
ZA200301565B (en) 2003-09-16
EP1340737A3 (en) 2004-04-07
CA2419709A1 (en) 2003-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4624649B2 (ja) 切削エレメント製作方法及びそれを含むドリルビット
US10179390B2 (en) Methods of fabricating a polycrystalline diamond compact
US9623542B1 (en) Methods of making a polycrystalline diamond compact including a polycrystalline diamond table with a thermally-stable region having at least one low-carbon-solubility material
EP0155066B1 (en) Hard diamond sintered body
JP5298372B2 (ja) 複合焼結体
US6562462B2 (en) High volume density polycrystalline diamond with working surfaces depleted of catalyzing material
KR900002701B1 (ko) 공구용 다이어몬드 소결체 및 그 제조 방법
JP5032318B2 (ja) 複合焼結体
US20130092452A1 (en) Polycrystalline diamond compacts, related products, and methods of manufacture
EP1924405B1 (en) Polycrystalline diamond abrasive element and method of its production
CN103451460A (zh) 立方氮化硼压块
GB2464640A (en) A cutting element having layers including diamond of different grain sizes.
US20130298475A1 (en) Edm cuttable, high cbn content solid pcbn compact
US11746601B1 (en) Polycrystalline diamond compacts including a cemented carbide substrate and applications therefor
US20150314421A1 (en) Polycrystalline diamond construction and method of making
EP0816304B1 (en) Ceramic bonded cubic boron nitride compact
EP1602478A2 (en) Semiconductive polycrystalline diamond
US10227827B2 (en) Methods of forming polycrystalline diamond compacts and earth-boring tools
WO2019046590A1 (en) CUTTING ELEMENTS AND METHODS OF MANUFACTURING DIAMOND TABLETS AND CUTTING ELEMENTS COMPRISING FUNCTIONALIZED NANOPARTICLES
JPS58199777A (ja) 工具用ダイヤモンド焼結体及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060224

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081118

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20090217

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20090220

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090515

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090929

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100713

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100819

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100909

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101005

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20101104

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131112

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees