JP2801326B2 - 低電気抵抗を有するダイアモンド成形体 - Google Patents
低電気抵抗を有するダイアモンド成形体Info
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、硬い材料の切断、旋削、穿孔、及び同様
の加工に使用するためのダイアモンド成形体（compac
t）に関する。
の加工に使用するためのダイアモンド成形体（compac
t）に関する。
多くの異なった種類のダイアモンド成形体とダイアモ
ンドコンポジットが、文献に記載されていて、その性質
は、広く変化している。一般的にいって、ダイアモンド
成形体とは、50体積パーセントより多くのダイアモンド
結晶からなる多結晶体であって、ダイアモンドとダイア
モンドの接触が大きな割合で起こっていて、著しい研磨
性と硬さ、並びに低いまたは無視できる多孔度を備えて
いる多結晶体を意味する。
ンドコンポジットが、文献に記載されていて、その性質
は、広く変化している。一般的にいって、ダイアモンド
成形体とは、50体積パーセントより多くのダイアモンド
結晶からなる多結晶体であって、ダイアモンドとダイア
モンドの接触が大きな割合で起こっていて、著しい研磨
性と硬さ、並びに低いまたは無視できる多孔度を備えて
いる多結晶体を意味する。
米国特許第4,151,686号（リー（Lee）など）は、炭化
シリコンで結合したダイアモンド成形体の製造法を開示
する。この方法によれば、大量の多結晶性ダイアモンド
粉末が多数のシリコンと並列に置かれる。このダイアモ
ンドとシリコンとの集合体は、高圧高温装置内に置か
れ、約55キロバールの圧力をうける。このダイアモンド
とシリコンの集合体は、次に、約1200〜1500℃に加熱さ
れる。これにより、シリコンは溶解して、大量のダイア
モンド粉末に浸透する。この温度と圧力は、充分な時間
維持されて、多くのシリコンがダイアモンドと反応し
て、ダイアモンド結晶の間に強い結合を形成する炭化シ
リコンを作らせる。これにより、典型的には80〜90体積
パーセントのダイアモンド粒子と20〜10体積パーセント
の炭化シリコンとからなる成形体をつくる。この生産品
は、高い強度と硬さを有する。市販品“SYNDAX−3"（ト
ムリンソン（Thomlinson）等著、Ind.Diamond Rev.45,
299−304,1985）は、この方法によって生産され、岩の
ドリルのための切断素子として売られている。
シリコンで結合したダイアモンド成形体の製造法を開示
する。この方法によれば、大量の多結晶性ダイアモンド
粉末が多数のシリコンと並列に置かれる。このダイアモ
ンドとシリコンとの集合体は、高圧高温装置内に置か
れ、約55キロバールの圧力をうける。このダイアモンド
とシリコンの集合体は、次に、約1200〜1500℃に加熱さ
れる。これにより、シリコンは溶解して、大量のダイア
モンド粉末に浸透する。この温度と圧力は、充分な時間
維持されて、多くのシリコンがダイアモンドと反応し
て、ダイアモンド結晶の間に強い結合を形成する炭化シ
リコンを作らせる。これにより、典型的には80〜90体積
パーセントのダイアモンド粒子と20〜10体積パーセント
の炭化シリコンとからなる成形体をつくる。この生産品
は、高い強度と硬さを有する。市販品“SYNDAX−3"（ト
ムリンソン（Thomlinson）等著、Ind.Diamond Rev.45,
299−304,1985）は、この方法によって生産され、岩の
ドリルのための切断素子として売られている。
この米国特許第4,151,686号の方法によって生産され
る成形体を実際に利用するために、この成形体を希望の
形状に形削る必要がある。これは、ダイアモンド成形体
の硬さのために困難である。現在、これらの種類の成形
体が工業で使用されるときに、成形体は、レーザ切断と
穴あけによって形削られる。これは、その操作のモード
においてむしろ柔軟性のない技法であり、ダイアモンド
成形体の中に約3mmより深く切断することは容易にはで
きない。これは、また、生産される形状の範囲において
も制限がある。さらに、レーザ切断は、成形体の表面を
損ない、比較的高価なダイアモンド−ラッピング法によ
ってダイアモンド層を除去する必要がある。
る成形体を実際に利用するために、この成形体を希望の
形状に形削る必要がある。これは、ダイアモンド成形体
の硬さのために困難である。現在、これらの種類の成形
体が工業で使用されるときに、成形体は、レーザ切断と
穴あけによって形削られる。これは、その操作のモード
においてむしろ柔軟性のない技法であり、ダイアモンド
成形体の中に約3mmより深く切断することは容易にはで
きない。これは、また、生産される形状の範囲において
も制限がある。さらに、レーザ切断は、成形体の表面を
損ない、比較的高価なダイアモンド−ラッピング法によ
ってダイアモンド層を除去する必要がある。
硬い材料の形削り、加工、機械加工において広く用い
られる技法は、放電加工（EDM）（「スパーク腐食」や
「ワイア切断」ともいう）である。この技法は、レーザ
切断によって加工できるよりもずっと大きな試料を切断
し、ドリル加工をし、形削ることができ、生産可能な形
状の範囲がはるかに幅広い。しかし、材料をうまく機械
加工するためには、材料は、低い電気抵抗を有さねばな
らない。EDM技法は、米国特許第4,151,686号によって生
産される種類のダイアモンド成形体を加工するために
は、これらの成形体の有する比較的高い電気抵抗（典型
的には0.3と5.0ohm・cmの間）のために、うまく適用す
ることができない。
られる技法は、放電加工（EDM）（「スパーク腐食」や
「ワイア切断」ともいう）である。この技法は、レーザ
切断によって加工できるよりもずっと大きな試料を切断
し、ドリル加工をし、形削ることができ、生産可能な形
状の範囲がはるかに幅広い。しかし、材料をうまく機械
加工するためには、材料は、低い電気抵抗を有さねばな
らない。EDM技法は、米国特許第4,151,686号によって生
産される種類のダイアモンド成形体を加工するために
は、これらの成形体の有する比較的高い電気抵抗（典型
的には0.3と5.0ohm・cmの間）のために、うまく適用す
ることができない。
米国特許第4,151,686号の成形体に比べて改善された
研磨性を有する炭化シリコンによって結合されたダイア
モンドからなる成形体を生産する方法は、我々の係属中
の国際特許出願第PCT/AU85/00201号に記載されている。
この改善は、ホットプレス加工の前にシリコンをダイア
モンドとあらかじめ混合することを含み、これは、ダイ
アモンド結晶の塑性変形の程度を大きくさせる圧力・温
度・時間サイクルを用いて、より低い圧力で実行され
る。より詳細には、開示された方法は、超硬セラミック
ス、炭化物、及び岩の切断、旋削、穿孔、その他の加工
を行うためのダイアモンド成形体の生産方法であって、
（ｉ）60〜95体積パーセントのダイアモンドに対し40〜
５体積パーセントの接着剤の割合で，ダイアモンド結晶
の大量の微粒子をシリコンを含む接着剤とよく混合する
こと、（ii）この混合物を、制限された空間内で、1000
〜1600℃の範囲内の温度で、10〜40キロバールの範囲内
の平均制限圧力の下に置くこと（この平均制限圧力と温
度の組み合わせはグラファイトの安定範囲内にある）、
及び、（iii）約３分より長い期間の間、この混合物の
温度と圧力の条件を維持して、接着剤のなかのシリコン
をダイアモンド結晶のなかの炭素と広く反応させて、炭
化シリコンの中間相を形成することからなる。この中間
相は、1600℃以上の融点を有しダイアモンド結晶間を強
く結合する一方、ダイアモンドからの逆行的変換である
遊離グラファイトの生成を妨げる。上記の期間は、ダイ
アモンド結晶の実質的な塑性変形を生じさせるのに十分
であって、これにより、ダイアモンド結晶の間に広い面
−面接触が起こり、また、接着剤とダイアモンド結晶の
間に実質的な化学平衡を生じさせるのに十分であって、
これにより、1600℃以上の最小の融点と常温での10キロ
バール以上の圧縮力とを有する熱的に安定なダイアモン
ド成形体が生産される。
研磨性を有する炭化シリコンによって結合されたダイア
モンドからなる成形体を生産する方法は、我々の係属中
の国際特許出願第PCT/AU85/00201号に記載されている。
この改善は、ホットプレス加工の前にシリコンをダイア
モンドとあらかじめ混合することを含み、これは、ダイ
アモンド結晶の塑性変形の程度を大きくさせる圧力・温
度・時間サイクルを用いて、より低い圧力で実行され
る。より詳細には、開示された方法は、超硬セラミック
ス、炭化物、及び岩の切断、旋削、穿孔、その他の加工
を行うためのダイアモンド成形体の生産方法であって、
（ｉ）60〜95体積パーセントのダイアモンドに対し40〜
５体積パーセントの接着剤の割合で，ダイアモンド結晶
の大量の微粒子をシリコンを含む接着剤とよく混合する
こと、（ii）この混合物を、制限された空間内で、1000
〜1600℃の範囲内の温度で、10〜40キロバールの範囲内
の平均制限圧力の下に置くこと（この平均制限圧力と温
度の組み合わせはグラファイトの安定範囲内にある）、
及び、（iii）約３分より長い期間の間、この混合物の
温度と圧力の条件を維持して、接着剤のなかのシリコン
をダイアモンド結晶のなかの炭素と広く反応させて、炭
化シリコンの中間相を形成することからなる。この中間
相は、1600℃以上の融点を有しダイアモンド結晶間を強
く結合する一方、ダイアモンドからの逆行的変換である
遊離グラファイトの生成を妨げる。上記の期間は、ダイ
アモンド結晶の実質的な塑性変形を生じさせるのに十分
であって、これにより、ダイアモンド結晶の間に広い面
−面接触が起こり、また、接着剤とダイアモンド結晶の
間に実質的な化学平衡を生じさせるのに十分であって、
これにより、1600℃以上の最小の融点と常温での10キロ
バール以上の圧縮力とを有する熱的に安定なダイアモン
ド成形体が生産される。
我々の国際特許出願第PCT/AU88/00058号に開示された
この方法の変形例において、混合されたダイアモンド結
晶と接着剤は、上記の温度と圧力の条件を適用したとき
にダイアモンド結晶の間の中間空間にシリコンを浸透さ
せるために、上記の温度条件を適用する前に制限された
空間内で１体以上のシリコンに直に隣接して置かれる。
この方法の変形例において、混合されたダイアモンド結
晶と接着剤は、上記の温度と圧力の条件を適用したとき
にダイアモンド結晶の間の中間空間にシリコンを浸透さ
せるために、上記の温度条件を適用する前に制限された
空間内で１体以上のシリコンに直に隣接して置かれる。
予期に反して、上記の国際特許出願の方法によって作
られた成形体の電気抵抗は、米国特許第4,151,686号に
よって生産された大部分の成形体に対してかなり小さい
ことが分かった。国際特許出願第PCT/AU85/00201号と第
PCT/AU88/00058号によって生産された成形体は、典型的
には0.15と0.5ohm・cmの間の電気抵抗を示す。0.15ohm
・cmの低い抵抗を有する成形体は、EDM法によって機械
加工できることが分かった。しかし、この方法は、比較
的遅かった。約0.5ohm・cmの抵抗を有する成形体は、ED
M法によっては実際的に有効な速度では機械加工できな
かった。上記のダイアモンド成形体がEDM法による加
工、形削り及び機械加工に直ちに用いられるようにダイ
アモンド成形体の抵抗をなおも減らすことは、有利であ
ろう。
られた成形体の電気抵抗は、米国特許第4,151,686号に
よって生産された大部分の成形体に対してかなり小さい
ことが分かった。国際特許出願第PCT/AU85/00201号と第
PCT/AU88/00058号によって生産された成形体は、典型的
には0.15と0.5ohm・cmの間の電気抵抗を示す。0.15ohm
・cmの低い抵抗を有する成形体は、EDM法によって機械
加工できることが分かった。しかし、この方法は、比較
的遅かった。約0.5ohm・cmの抵抗を有する成形体は、ED
M法によっては実際的に有効な速度では機械加工できな
かった。上記のダイアモンド成形体がEDM法による加
工、形削り及び機械加工に直ちに用いられるようにダイ
アモンド成形体の抵抗をなおも減らすことは、有利であ
ろう。
上記の諸方法によって生産された成形体の電気抵抗
は、３個の主な因子に複雑に依存している。
は、３個の主な因子に複雑に依存している。
（ｉ） 主であるダイアモンド成分の抵抗。
（ii） 従である炭化シリコンの抵抗。
（iii） この２成分の比率、それらの組織上の関係
（ダイアモンド−ダイアモンド接触の相対的面積とダイ
アモンド−炭化シリコン接触の相対的面積を含む）、及
び炭化シリコン結合の相互連結度（直に接触していて塑
性的に変形されたダイアモンド結晶の表面の間の炭化シ
リコン膜の存在または不存在を含む）。
（ダイアモンド−ダイアモンド接触の相対的面積とダイ
アモンド−炭化シリコン接触の相対的面積を含む）、及
び炭化シリコン結合の相互連結度（直に接触していて塑
性的に変形されたダイアモンド結晶の表面の間の炭化シ
リコン膜の存在または不存在を含む）。
米国特許第4,151,686号の方法によって生産された成
形体の抵抗に比べて国際特許出願第PCT/AU85/00201号の
方法によって生産された成形体のより低い抵抗の原因
は、後者の方法にて達成されたダイアモンド結晶内の比
較的高い程度の塑性変形から生じると信じられる。これ
は、炭化シリコン結合の値より小さい値へダイアモンド
の電気抵抗を減らす豊富な結晶欠陥の生成を伴う。
形体の抵抗に比べて国際特許出願第PCT/AU85/00201号の
方法によって生産された成形体のより低い抵抗の原因
は、後者の方法にて達成されたダイアモンド結晶内の比
較的高い程度の塑性変形から生じると信じられる。これ
は、炭化シリコン結合の値より小さい値へダイアモンド
の電気抵抗を減らす豊富な結晶欠陥の生成を伴う。
本発明は、さらに電気抵抗を小さくしたダイアモンド
成形体の生産を可能にし、これにより、EDM法によって
直ちに形削りでき、加工でき、ドリル加工できる成形体
の生産が可能になる。
成形体の生産を可能にし、これにより、EDM法によって
直ちに形削りでき、加工でき、ドリル加工できる成形体
の生産が可能になる。
（発明の開示） この発明によれば、炭化シリコン結合によって連結さ
れ60体積パーセントより多く90体積パーセントより少な
いダイアモンド結晶からなり、この結合が500ppmより多
い窒素および／またはリンを含み、上記の成形体が0.2o
hm・cmより小さい電気抵抗を有するダイアモンド成形体
が提供される。
れ60体積パーセントより多く90体積パーセントより少な
いダイアモンド結晶からなり、この結合が500ppmより多
い窒素および／またはリンを含み、上記の成形体が0.2o
hm・cmより小さい電気抵抗を有するダイアモンド成形体
が提供される。
好ましくは、上記の成形体の電気抵抗は、0.1ohm・cm
より小さく、さらに好ましくは、上記の成形体の電気抵
抗は、0.05ohm・cmより小さい。
より小さく、さらに好ましくは、上記の成形体の電気抵
抗は、0.05ohm・cmより小さい。
さらに、本発明が提供するダイアモンド成形体の生産
法は、超硬セラミックス、炭化物、及び岩を切断し、旋
削し、穿孔し、その他の加工を行うためのダイアモンド
成形体の生産方法であって、（ｉ）ダイアモンド結晶の
大量の微粒子をシリコンを含む接着剤と、60〜95体積パ
ーセントのダイアモンドに対し40〜５体積パーセントの
接着剤の割合でよく混合すること、（ii）この混合物
を、制限された空間内で、1000〜1600℃の範囲内の温度
で、10〜40キロバールの範囲内の平均制限圧力の下に置
くこと（この平均制限圧力と温度の組み合わせはグラフ
ァイトの安定範囲内にある）、及び、（iii）約３分よ
り長い期間の間に、この混合物の温度と圧力の条件を維
持して、接着剤のなかのシリコンをダイアモンド結晶の
中の炭素と広く反応させて、炭化シリコンの中間相を形
成することからなる。この中間相は、1600℃以上の融点
を有しダイアモンド結晶間を強く結合する一方、ダイア
モンドからの逆行的変換である遊離グラファイトの生成
を妨げる。上記の期間は、ダイアモンド結晶の実質的な
塑性変形を生じさせるのに十分であり、これにより、豊
富な結晶欠陥とダイアモンド結晶の間での広い面−面接
触とが起こり、また、接着剤とダイアモンド結晶の間に
実質的な化学平衡を生じさせるのに十分であって、これ
により、1600℃以上の最小の融点と常温での10キロバー
ル以上の圧縮力とを有する熱的に安定なダイアモンド成
形体が生産され、ここで、上記の温度と圧力の条件を適
用する前に窒素及び／又はリンを含む材料が上記の制限
された空間内に導入され、これにより、成形体の中の上
記の炭化シリコン結合に500ppm以上の窒素及び／又はリ
ンを含まさせ、成形体に0.2ohm・cmより小さい電気抵抗
を有させる。
法は、超硬セラミックス、炭化物、及び岩を切断し、旋
削し、穿孔し、その他の加工を行うためのダイアモンド
成形体の生産方法であって、（ｉ）ダイアモンド結晶の
大量の微粒子をシリコンを含む接着剤と、60〜95体積パ
ーセントのダイアモンドに対し40〜５体積パーセントの
接着剤の割合でよく混合すること、（ii）この混合物
を、制限された空間内で、1000〜1600℃の範囲内の温度
で、10〜40キロバールの範囲内の平均制限圧力の下に置
くこと（この平均制限圧力と温度の組み合わせはグラフ
ァイトの安定範囲内にある）、及び、（iii）約３分よ
り長い期間の間に、この混合物の温度と圧力の条件を維
持して、接着剤のなかのシリコンをダイアモンド結晶の
中の炭素と広く反応させて、炭化シリコンの中間相を形
成することからなる。この中間相は、1600℃以上の融点
を有しダイアモンド結晶間を強く結合する一方、ダイア
モンドからの逆行的変換である遊離グラファイトの生成
を妨げる。上記の期間は、ダイアモンド結晶の実質的な
塑性変形を生じさせるのに十分であり、これにより、豊
富な結晶欠陥とダイアモンド結晶の間での広い面−面接
触とが起こり、また、接着剤とダイアモンド結晶の間に
実質的な化学平衡を生じさせるのに十分であって、これ
により、1600℃以上の最小の融点と常温での10キロバー
ル以上の圧縮力とを有する熱的に安定なダイアモンド成
形体が生産され、ここで、上記の温度と圧力の条件を適
用する前に窒素及び／又はリンを含む材料が上記の制限
された空間内に導入され、これにより、成形体の中の上
記の炭化シリコン結合に500ppm以上の窒素及び／又はリ
ンを含まさせ、成形体に0.2ohm・cmより小さい電気抵抗
を有させる。
上記の窒素及び／又はリンを含む材料は、上記の温度
と圧力の条件を適用する前にダイアモンド結晶および接
着剤と混合してもよい。
と圧力の条件を適用する前にダイアモンド結晶および接
着剤と混合してもよい。
変形された方法では、混合されたダイアモンド結晶と
接着剤が、上記の温度条件の適用の前に、制限された空
間内で１体以上のシリコンに直に隣接して置かれ、上記
の温度と圧力の条件の適用のときにダイアモンド結晶の
間の中間空間内に上記の１体以上のシリコンからのシリ
コンの浸透を生じさせ、上記の窒素及び／又はリンを含
む材料は、上記の温度と圧力の適用の前に、ダイアモン
ド結晶及び接着剤、及び／又は、上記の１体以上のシリ
コンと混合される。
接着剤が、上記の温度条件の適用の前に、制限された空
間内で１体以上のシリコンに直に隣接して置かれ、上記
の温度と圧力の条件の適用のときにダイアモンド結晶の
間の中間空間内に上記の１体以上のシリコンからのシリ
コンの浸透を生じさせ、上記の窒素及び／又はリンを含
む材料は、上記の温度と圧力の適用の前に、ダイアモン
ド結晶及び接着剤、及び／又は、上記の１体以上のシリ
コンと混合される。
（図面の簡単な説明） 第１図として添付した図面は、種々のダイアモンド成
形体試料についての標準切断試験をするために必要な時
間が、試料中の炭化シリコン結合の窒素成分に対して図
示され、機械加工性がこの発明による窒素成分の増加に
より改善できる様子の度合を与える。
形体試料についての標準切断試験をするために必要な時
間が、試料中の炭化シリコン結合の窒素成分に対して図
示され、機械加工性がこの発明による窒素成分の増加に
より改善できる様子の度合を与える。
（本発明の最良実施例） 本発明の実行において、窒素及び／又はリンを含む１
個または複数個の化合物を、国際特許出願第PCT/AU88/0
0201号に記載されたように、ダイアモンド粉末とあらか
じめ混合されているシリコン粉末と混合してもよい。別
の方法として、または追加して、窒素及び／又はリンを
含む１個または複数個の化合物が、国際特許出願第PCT/
AU88/00085号に記載されたように、大量のダイアモンド
粉末とシリコン粉末の混合物に隣接して置かれた１層の
シリコンまたはシリコン粉末と混ぜられる。次に、本発
明は、国際特許出願第PCT/AU88/00058号に一般的に記載
されその出願の例１に特に記載されたように、行われ
る。このように行うとき、本発明によって生産されるダ
イアモンド成形体は、国際特許出願第PCT/AU88/00085号
によって生産されたダイアモンド成形体に比べて、少な
くとも同様な強度と研磨性を有することが分かったが、
しかしさらに、一般的に0.02から0.07ohm・cmの範囲内
の電気抵抗を示す。成形体の炭化シリコン結合は、少な
くとも500ppmの窒素及び／又は500ppmのリンを含む。こ
うして生産された成形体は、EDM法によって直ちに形削
りでき、加工でき、ドリル加工できる。本発明の若干の
実施例では、そのように生産された成形体の研磨性は、
窒化シリコンを含まない成形体の研磨性より優れてい
る。
個または複数個の化合物を、国際特許出願第PCT/AU88/0
0201号に記載されたように、ダイアモンド粉末とあらか
じめ混合されているシリコン粉末と混合してもよい。別
の方法として、または追加して、窒素及び／又はリンを
含む１個または複数個の化合物が、国際特許出願第PCT/
AU88/00085号に記載されたように、大量のダイアモンド
粉末とシリコン粉末の混合物に隣接して置かれた１層の
シリコンまたはシリコン粉末と混ぜられる。次に、本発
明は、国際特許出願第PCT/AU88/00058号に一般的に記載
されその出願の例１に特に記載されたように、行われ
る。このように行うとき、本発明によって生産されるダ
イアモンド成形体は、国際特許出願第PCT/AU88/00085号
によって生産されたダイアモンド成形体に比べて、少な
くとも同様な強度と研磨性を有することが分かったが、
しかしさらに、一般的に0.02から0.07ohm・cmの範囲内
の電気抵抗を示す。成形体の炭化シリコン結合は、少な
くとも500ppmの窒素及び／又は500ppmのリンを含む。こ
うして生産された成形体は、EDM法によって直ちに形削
りでき、加工でき、ドリル加工できる。本発明の若干の
実施例では、そのように生産された成形体の研磨性は、
窒化シリコンを含まない成形体の研磨性より優れてい
る。
窒素を含む炭化シリコン結合を生産する別の方法は、
結晶構造中に多くの窒素をそれ自身含んでいる種類のダ
イアモンドを用いることである。多くの天然のダイアモ
ンドは、2000ppmより少ない窒素を含んでいて、一般に
充分に伝導性の炭化シリコン結合を生産するのに充分な
窒素を供給できない。しかし、充分な窒素を含む合成ダ
イアモンドは特に準備できるので、合成ダイアモンドが
シリコンと反応して炭化シリコン結合を形成するとき、
この炭化シリコン結合は、500ppmより多い窒素を含む。
結晶構造中に多くの窒素をそれ自身含んでいる種類のダ
イアモンドを用いることである。多くの天然のダイアモ
ンドは、2000ppmより少ない窒素を含んでいて、一般に
充分に伝導性の炭化シリコン結合を生産するのに充分な
窒素を供給できない。しかし、充分な窒素を含む合成ダ
イアモンドは特に準備できるので、合成ダイアモンドが
シリコンと反応して炭化シリコン結合を形成するとき、
この炭化シリコン結合は、500ppmより多い窒素を含む。
シリコンと混合される窒素成分は、窒化物の形であっ
てもよい。窒化シリコン、窒化アルミニウム、および窒
化ボロンは、すべて、追加物としてうまく使用され、そ
れらの効果は、第１図に示される。好ましい追加物は、
窒化シリコン粉末SiNである。アルミニウムとボロン
は、また別々に追加物として試験されたが、成形体の抵
抗を十分減少しなかった。これは、導入された窒素が抵
抗の減少に主に寄与することを示す。
てもよい。窒化シリコン、窒化アルミニウム、および窒
化ボロンは、すべて、追加物としてうまく使用され、そ
れらの効果は、第１図に示される。好ましい追加物は、
窒化シリコン粉末SiNである。アルミニウムとボロン
は、また別々に追加物として試験されたが、成形体の抵
抗を十分減少しなかった。これは、導入された窒素が抵
抗の減少に主に寄与することを示す。
リンは、少量の赤リンをシリコンと混合することによ
って、成形体内に混ぜてもよい。別の方法では、リン
は、リン化シリコンやリン化アルミニウムのような他の
リン化合物の形で追加してもよい。例４に示されるよう
に、リンは、ダイアモンド成形体の抵抗を低下するのに
窒素とほとんど同様に有効である。これによって生産さ
れた成形体は、EDM法によって直ちに形削りできる。
って、成形体内に混ぜてもよい。別の方法では、リン
は、リン化シリコンやリン化アルミニウムのような他の
リン化合物の形で追加してもよい。例４に示されるよう
に、リンは、ダイアモンド成形体の抵抗を低下するのに
窒素とほとんど同様に有効である。これによって生産さ
れた成形体は、EDM法によって直ちに形削りできる。
成形体に加えられた窒素の量とEDM法による成形体の
機械加工の容易さとの関係は、第１図に示される。窒素
が上に説明したように加えられたとき、ダイアモンド間
の炭化シリコンの結合の中に混ぜられる。そこで、付加
された窒素の量は、炭化シリコン内の窒素濃度によって
表せる。窒素をドープしたダイアモンド成形体は、この
明細書で後で例１に説明されるように生産された。その
成形体は、11.5mmの直径の固体円筒からなる。ワイア・
カッティングモードで動作するAGIEスパーク腐食装置
（EMT10）は、円筒の軸に垂直に円筒面を横切って3mmの
深さまで切断を行うように使用された。EMT装置の動作
条件は、各試料に対して一定に保たれた。3mmの切断を
するのに必要な時間は、試料の「機械加工の容易さ」の
尺度を提供する。この切断時間は、第１図において炭化
シリコン結合の窒素成分（ppm単位）に対して図示され
る。
機械加工の容易さとの関係は、第１図に示される。窒素
が上に説明したように加えられたとき、ダイアモンド間
の炭化シリコンの結合の中に混ぜられる。そこで、付加
された窒素の量は、炭化シリコン内の窒素濃度によって
表せる。窒素をドープしたダイアモンド成形体は、この
明細書で後で例１に説明されるように生産された。その
成形体は、11.5mmの直径の固体円筒からなる。ワイア・
カッティングモードで動作するAGIEスパーク腐食装置
（EMT10）は、円筒の軸に垂直に円筒面を横切って3mmの
深さまで切断を行うように使用された。EMT装置の動作
条件は、各試料に対して一定に保たれた。3mmの切断を
するのに必要な時間は、試料の「機械加工の容易さ」の
尺度を提供する。この切断時間は、第１図において炭化
シリコン結合の窒素成分（ppm単位）に対して図示され
る。
追加された窒化シリコンを含まない試料のための切断
時間は、５時間であった。切断時間は、少量の窒化シリ
コンが追加されたとき急に低下し、窒化シリコン結合内
の800ppmの窒素を含む試料に対して1.65時間に低下し
た。切断時間は、さらに、結合中の1600ppmの窒素に対
して１時間に減少し、4800ppmの窒素に対して0.4時間に
減少し、9600ppmの窒素に対して0.3時間に減少する。結
合中の窒素の量が、200,000ppmまで増加したとき切断時
間の実質的な減少は無い。こうして、窒化シリコンとし
ての少量の窒素の追加は、EDM加工によるこれらの成形
体の標準切断時間を10の因子以上に減少する。そのよう
に作られた成形体は、炭化タングステンとほぼ同じ速さ
でEDMによって切断できる。
時間は、５時間であった。切断時間は、少量の窒化シリ
コンが追加されたとき急に低下し、窒化シリコン結合内
の800ppmの窒素を含む試料に対して1.65時間に低下し
た。切断時間は、さらに、結合中の1600ppmの窒素に対
して１時間に減少し、4800ppmの窒素に対して0.4時間に
減少し、9600ppmの窒素に対して0.3時間に減少する。結
合中の窒素の量が、200,000ppmまで増加したとき切断時
間の実質的な減少は無い。こうして、窒化シリコンとし
ての少量の窒素の追加は、EDM加工によるこれらの成形
体の標準切断時間を10の因子以上に減少する。そのよう
に作られた成形体は、炭化タングステンとほぼ同じ速さ
でEDMによって切断できる。
また第１図から分かるように、窒素が窒化アルミニウ
ムまたは窒化ボロン粉末の形で追加されるときに、加工
時間の６倍の減少が達成される。しかし、この改良は、
かなりの実用上の重要性には充分な大きさである。ま
た、リンの追加は、窒化ボロンや窒化アルミニウムの追
加と同様な効果を有することが決定された。これらの追
加物を用いて生産された成形体は、EDM法によって直ち
に形削りできる。
ムまたは窒化ボロン粉末の形で追加されるときに、加工
時間の６倍の減少が達成される。しかし、この改良は、
かなりの実用上の重要性には充分な大きさである。ま
た、リンの追加は、窒化ボロンや窒化アルミニウムの追
加と同様な効果を有することが決定された。これらの追
加物を用いて生産された成形体は、EDM法によって直ち
に形削りできる。
この発明の別の実施例においては、窒化シリコンがダ
イアモンド結晶の間の結合の主要な成分すなわち多い成
分として混ぜることができ、これにより、約0.05ohm・c
mの抵抗と著しい硬度、強度及び靭性と優れた研磨性を
有するダイアモンド成形体を生産する。この実施例にお
いては、ダイアモンドとあらかじめ混合される接着剤
は、それ自身、シリコン（95）窒化シリコン（５）から
シリコン（０）窒化シリコン（100）の組成でのシリコ
ン粉末と窒化シリコン粉末との混合物からなる（数値は
重量部を表す）。混合物におけるシリコンと窒化シリコ
ン（Si＋Si3N4）のダイアモンドに対する割合は、５〜3
0部（Si＋Si3N4）と95〜70部（ダイアモンド粒子）の間
の範囲であってもよい。接着剤の混合物は、大量のシリ
コンの隣におかれ、本発明は、次に、国際特許出願第PC
T/AU88/00058号の方法によって、その出願の第１図に示
され本発明の例１により詳細に説明されるような圧力カ
プセルを利用して実行される。本発明の実行の間に、外
部の隣の大量のシリコンからの追加のシリコンが、成形
体の中に浸透する。ほとんどすべての遊離シリコンがダ
イアモンドと反応して、本発明の実行の間に炭化シリコ
ンを形成する。こうして生産されたダイアモンド成形体
は、SiC（95）−Si3N4（５）からSiC（50）−Si3N4（5
0）の重量比の炭化シリコンと窒化シリコンの混合物か
らなる結合によって接合された、50重量パーセントより
多いダイアモンド粒子からなる。この成形体の電気抵抗
は、５〜30パーセントのSi3N4を含む結合を有する成形
体に対して約0.05ohm・cmである。この組成範囲を通し
て、成形体は、EDM法により直ちに形削りできる。
イアモンド結晶の間の結合の主要な成分すなわち多い成
分として混ぜることができ、これにより、約0.05ohm・c
mの抵抗と著しい硬度、強度及び靭性と優れた研磨性を
有するダイアモンド成形体を生産する。この実施例にお
いては、ダイアモンドとあらかじめ混合される接着剤
は、それ自身、シリコン（95）窒化シリコン（５）から
シリコン（０）窒化シリコン（100）の組成でのシリコ
ン粉末と窒化シリコン粉末との混合物からなる（数値は
重量部を表す）。混合物におけるシリコンと窒化シリコ
ン（Si＋Si3N4）のダイアモンドに対する割合は、５〜3
0部（Si＋Si3N4）と95〜70部（ダイアモンド粒子）の間
の範囲であってもよい。接着剤の混合物は、大量のシリ
コンの隣におかれ、本発明は、次に、国際特許出願第PC
T/AU88/00058号の方法によって、その出願の第１図に示
され本発明の例１により詳細に説明されるような圧力カ
プセルを利用して実行される。本発明の実行の間に、外
部の隣の大量のシリコンからの追加のシリコンが、成形
体の中に浸透する。ほとんどすべての遊離シリコンがダ
イアモンドと反応して、本発明の実行の間に炭化シリコ
ンを形成する。こうして生産されたダイアモンド成形体
は、SiC（95）−Si3N4（５）からSiC（50）−Si3N4（5
0）の重量比の炭化シリコンと窒化シリコンの混合物か
らなる結合によって接合された、50重量パーセントより
多いダイアモンド粒子からなる。この成形体の電気抵抗
は、５〜30パーセントのSi3N4を含む結合を有する成形
体に対して約0.05ohm・cmである。この組成範囲を通し
て、成形体は、EDM法により直ちに形削りできる。
本発明のこの実施例の変形例において、シリコンの外
側の物体は、上に記した組成のシリコンと窒化シリコン
との混合物で代えてもよい。本発明は、上に説明した様
に実行され、生じた成形体の組成と性質は、上に説明し
た生産物と同様である。
側の物体は、上に記した組成のシリコンと窒化シリコン
との混合物で代えてもよい。本発明は、上に説明した様
に実行され、生じた成形体の組成と性質は、上に説明し
た生産物と同様である。
本発明の実際は、添付した図面を参照して以下で説明
される。
される。
例１ 80パーセントの40〜60ミクロンのダイアモンド粒子と
20パーセントの４〜８ミクロンのダイアモンド粒子から
なる混合物が準備された。この混合物は、さらに、90重
量パーセントのダイアモンド、9.5パーセントのシリコ
ン及び0.5重量パーセントの窒化シリコンの組成の１〜
５ミクロンのシリコン粉末と１ミクロン以下の窒化シリ
コン粉末とよく混合された。内径12mmで高さ15.5mmの窒
化ボロンの円筒容器が準備された。0.5mm厚さで12mmの
内径のシリコンの固い円板が、容器の底に置かれた。こ
のダイアモンド−シリコン−窒化シリコン混合物は、次
に、ボイド（F.Boyd）とイングランド（J.England）
（J.Geophys.Res.65、741、1960）によって説明された
種類のピストン円筒高温・高圧装置内に置かれた。圧力
容器の内径は、2.54cmであり、使用した圧力媒体は、滑
石であった。このカプセルは、縦に配置したグラファイ
ト管とともに置かれ、グラファイト管は、大電流で希望
の温度まで加熱された。
20パーセントの４〜８ミクロンのダイアモンド粒子から
なる混合物が準備された。この混合物は、さらに、90重
量パーセントのダイアモンド、9.5パーセントのシリコ
ン及び0.5重量パーセントの窒化シリコンの組成の１〜
５ミクロンのシリコン粉末と１ミクロン以下の窒化シリ
コン粉末とよく混合された。内径12mmで高さ15.5mmの窒
化ボロンの円筒容器が準備された。0.5mm厚さで12mmの
内径のシリコンの固い円板が、容器の底に置かれた。こ
のダイアモンド−シリコン−窒化シリコン混合物は、次
に、ボイド（F.Boyd）とイングランド（J.England）
（J.Geophys.Res.65、741、1960）によって説明された
種類のピストン円筒高温・高圧装置内に置かれた。圧力
容器の内径は、2.54cmであり、使用した圧力媒体は、滑
石であった。このカプセルは、縦に配置したグラファイ
ト管とともに置かれ、グラファイト管は、大電流で希望
の温度まで加熱された。
まず２キロバールの圧力が加えられて、圧力セルの成
分を統合する。次に、ダイアモンド−シリコン−窒化シ
リコン混合物の温度が1100℃へ５分以上の期間で上昇さ
れた。この温度は、シリコンの融解や、ダイアモンドの
かなりのグラファイト化には不十分であった。次に、装
置内の圧力は、25キロバールまで５分以上の期間で増加
された。1100℃の温度にさらに５分間保った後、温度
は、1550℃に２分以上の期間で上昇され、25分間一定に
保たれた。
分を統合する。次に、ダイアモンド−シリコン−窒化シ
リコン混合物の温度が1100℃へ５分以上の期間で上昇さ
れた。この温度は、シリコンの融解や、ダイアモンドの
かなりのグラファイト化には不十分であった。次に、装
置内の圧力は、25キロバールまで５分以上の期間で増加
された。1100℃の温度にさらに５分間保った後、温度
は、1550℃に２分以上の期間で上昇され、25分間一定に
保たれた。
以上の過程の完了の後に、温度と圧力が、30分以上の
期間で大気条件までゆっくり下げられた。次に、試料カ
プセルは、装置から出された。
期間で大気条件までゆっくり下げられた。次に、試料カ
プセルは、装置から出された。
粉末混合物は、そのままの円筒の形に戻ったダイアモ
ンド成形体に形成されていたことが分かった。成形体に
付着した過剰のシリコンを濃硝酸と濃フッ化水素酸との
混合物に溶かすことにより除去した後で、円筒成形体
は、11.5mmの直径、10.5mmの高さ及び3.41g/cm3の密度
を有することが分かった。この成形体は、優れた強度と
硬度を有していた。破壊されたとき、割れ目は、ダイア
モンド結晶中に拡がっていることが分かり、ダイアモン
ドと炭化シリコンとの結合の強度を示した。Ｘ線回折解
析と研磨面の測定は、成形体がダイアモンドと炭化シリ
コンとからなり、少量のシリコンとグラファイトを含む
ことを示した。グラファイト成分は１重量パーセントよ
り少なく、シリコン成分は約２重量パーセントであっ
た。成形体内に侵入した過剰のシリコンの量は、重量測
定で約８重量パーセントと決定された。こうして、成形
体は、全部で18％のシリコンを含んでいたが、その大部
分は、23重量パーセントに達する炭化シリコン内に含ま
れていた。これらの数値は、成形体が約73体積パーセン
トのダイアモンドを含んでいたことを意味し、この数値
は、研磨表面の写真中のダイアモンドの表面積の測定に
よって確認された。
ンド成形体に形成されていたことが分かった。成形体に
付着した過剰のシリコンを濃硝酸と濃フッ化水素酸との
混合物に溶かすことにより除去した後で、円筒成形体
は、11.5mmの直径、10.5mmの高さ及び3.41g/cm3の密度
を有することが分かった。この成形体は、優れた強度と
硬度を有していた。破壊されたとき、割れ目は、ダイア
モンド結晶中に拡がっていることが分かり、ダイアモン
ドと炭化シリコンとの結合の強度を示した。Ｘ線回折解
析と研磨面の測定は、成形体がダイアモンドと炭化シリ
コンとからなり、少量のシリコンとグラファイトを含む
ことを示した。グラファイト成分は１重量パーセントよ
り少なく、シリコン成分は約２重量パーセントであっ
た。成形体内に侵入した過剰のシリコンの量は、重量測
定で約８重量パーセントと決定された。こうして、成形
体は、全部で18％のシリコンを含んでいたが、その大部
分は、23重量パーセントに達する炭化シリコン内に含ま
れていた。これらの数値は、成形体が約73体積パーセン
トのダイアモンドを含んでいたことを意味し、この数値
は、研磨表面の写真中のダイアモンドの表面積の測定に
よって確認された。
成形体は、0.048ohm・cmの抵抗を有していて、EDMに
よってただちに形削りできた。この円筒から切断された
工具は、著しい研磨性、硬度及び圧縮強度を有すること
が分かり、国際特許出願第PCT/AU88/00058号の例１のダ
イアモンド成形体と同様の性質を示した。
よってただちに形削りできた。この円筒から切断された
工具は、著しい研磨性、硬度及び圧縮強度を有すること
が分かり、国際特許出願第PCT/AU88/00058号の例１のダ
イアモンド成形体と同様の性質を示した。
例２ 窒化シリコン粉末が0.3％の窒化アルミニウム粉末に
代えられたことを除いて、例１と同じである。得られた
成形体の電気抵抗は、0.09ohm・cmであり、成形体は、
直ちにEDM法によって機械加工できた。成形体は、例１
の成形体と同様の機械的性質を有していた。
代えられたことを除いて、例１と同じである。得られた
成形体の電気抵抗は、0.09ohm・cmであり、成形体は、
直ちにEDM法によって機械加工できた。成形体は、例１
の成形体と同様の機械的性質を有していた。
例３ 窒化シリコン粉末が0.5％の窒化ボロン粉末によって
代えられたことを除いて、例１と同じである。得られた
成形体の電気抵抗は、0.07ohm・cmであり、成形体は、
直ちにEDM法によって機械加工できた。成形体は、例１
の成形体と同様の機械的性質を有していた。
代えられたことを除いて、例１と同じである。得られた
成形体の電気抵抗は、0.07ohm・cmであり、成形体は、
直ちにEDM法によって機械加工できた。成形体は、例１
の成形体と同様の機械的性質を有していた。
例４ 窒化シリコン粉末が0.5％の赤リン粉末によって代え
られたことを除いて、例１と同じである。得られた成形
体の電気抵抗は、0.07ohm・cmであり、成形体は、直ち
にEDM法によって機械加工できた。成形体は、例１の成
形体と同様の機械的性質を有していた。
られたことを除いて、例１と同じである。得られた成形
体の電気抵抗は、0.07ohm・cmであり、成形体は、直ち
にEDM法によって機械加工できた。成形体は、例１の成
形体と同様の機械的性質を有していた。
例５ ダイアモンドが90パーセントのダイアモンド、５パー
セントのシリコン及び５パーセントの窒化シリコンの重
量比の接着剤と混合されたことを除いて、例１と同じで
ある得られた成形体は、SiC（80）−Si3N4（20）の近似
的な割合の窒化シリコンと炭化シリコンの微細な相互成
長（intergrowth）によって結合された約70％のダイア
モンドからなっていた。成形体の電気抵抗は、0.052ohm
・cmであり、成形体は、直ちにEDM法によって加工でき
た。成形体は、例１の成形体と少なくとも同様の研磨
性、硬度及び圧縮強度を有していた。しかし、工具は、
例１の成形体より著しく大きな靭性を示すようにみえ
た。
セントのシリコン及び５パーセントの窒化シリコンの重
量比の接着剤と混合されたことを除いて、例１と同じで
ある得られた成形体は、SiC（80）−Si3N4（20）の近似
的な割合の窒化シリコンと炭化シリコンの微細な相互成
長（intergrowth）によって結合された約70％のダイア
モンドからなっていた。成形体の電気抵抗は、0.052ohm
・cmであり、成形体は、直ちにEDM法によって加工でき
た。成形体は、例１の成形体と少なくとも同様の研磨
性、硬度及び圧縮強度を有していた。しかし、工具は、
例１の成形体より著しく大きな靭性を示すようにみえ
た。
この例の実行によって形成された円板は、等方的にホ
ットプレスをされたESK窒化シリコン円筒を旋削するた
めに使用された。この試料は、摩耗係数600を示し、こ
の値は、窒化シリコンを含まないが他の点では同様に作
られたダイアモンド成形体の値より約２倍大きかった。
この試料の実行によって作られた第２の円板は、ケナメ
タル（Kennametal）K68炭化タングステン（６パーセン
トコバルト）の円筒を旋削するために使用された。この
試料は、窒化シリコンを含まないが他の点では同様に作
られたダイアモンド成形体に対する摩耗係数30,000に比
べて、摩耗係数60,000を示した。（摩耗係数は、摩耗に
より工具から失われた体積に対して、旋削されている試
料から除去されたストックの体積の比として定義され
る。）これらの試料中の少量の窒素のみが、固溶体中に
炭化シリコン結合の結晶格子内に存在し得る。大部分の
窒化シリコンは、炭化シリコン結合中に分散された小粒
子として存在すると信じられる。これらの例が示すよう
に、炭化シリコン結合内にこのように混ぜられたかなり
の量の窒化シリコンの存在が、若干の超硬材料を旋削す
るための成形体の能力を著しく改善させた。分散された
窒化シリコン粒子が、それと混ぜられている炭化シリコ
ン母体を強靭にする効果を有する可能性があると信じら
れる。
ットプレスをされたESK窒化シリコン円筒を旋削するた
めに使用された。この試料は、摩耗係数600を示し、こ
の値は、窒化シリコンを含まないが他の点では同様に作
られたダイアモンド成形体の値より約２倍大きかった。
この試料の実行によって作られた第２の円板は、ケナメ
タル（Kennametal）K68炭化タングステン（６パーセン
トコバルト）の円筒を旋削するために使用された。この
試料は、窒化シリコンを含まないが他の点では同様に作
られたダイアモンド成形体に対する摩耗係数30,000に比
べて、摩耗係数60,000を示した。（摩耗係数は、摩耗に
より工具から失われた体積に対して、旋削されている試
料から除去されたストックの体積の比として定義され
る。）これらの試料中の少量の窒素のみが、固溶体中に
炭化シリコン結合の結晶格子内に存在し得る。大部分の
窒化シリコンは、炭化シリコン結合中に分散された小粒
子として存在すると信じられる。これらの例が示すよう
に、炭化シリコン結合内にこのように混ぜられたかなり
の量の窒化シリコンの存在が、若干の超硬材料を旋削す
るための成形体の能力を著しく改善させた。分散された
窒化シリコン粒子が、それと混ぜられている炭化シリコ
ン母体を強靭にする効果を有する可能性があると信じら
れる。
例６ 90部のダイアモンド粒子が10部の窒化シリコン粒子を
混合されたこと以外は、例１と同じである。導入される
すべてのシリコンは、隣接する外部のシリコン円板から
得られた。生じた成形体は、ほぼ同様な割合の窒化シリ
コンと炭化シリコンからなる微細な相互成長によって結
合された約75パーセントのダイアモンドからなってい
た。成形体は、0.14ohm・cmの抵抗を有していて、他の
例における成形体のように直ちにではないが、EDM法に
よって形削りできた。この成形体は、著しい靭性を示し
たが、例１から例５までに説明された成形体ほど固くな
く研磨性でない。
混合されたこと以外は、例１と同じである。導入される
すべてのシリコンは、隣接する外部のシリコン円板から
得られた。生じた成形体は、ほぼ同様な割合の窒化シリ
コンと炭化シリコンからなる微細な相互成長によって結
合された約75パーセントのダイアモンドからなってい
た。成形体は、0.14ohm・cmの抵抗を有していて、他の
例における成形体のように直ちにではないが、EDM法に
よって形削りできた。この成形体は、著しい靭性を示し
たが、例１から例５までに説明された成形体ほど固くな
く研磨性でない。
例７ ダイアモンド粒子が、90パーセントのダイアモンド、
５パーセントのシリコン及び５パーセントの窒化シリコ
ンの割合の接着剤と混合されたことと、さらに、外部の
シリコンパッドが、同じ割合の窒化シリコンとシリコン
とからなる混合した大量の粉末と代えられたことを除い
て、例１と同じである。得られた成形体は、SiC（65）
−Si3N4（35）の近似的割合の窒化シリコンと炭化シリ
コンの相互成長によって結合された約70パーセントのダ
イアモンドからなっていた。
５パーセントのシリコン及び５パーセントの窒化シリコ
ンの割合の接着剤と混合されたことと、さらに、外部の
シリコンパッドが、同じ割合の窒化シリコンとシリコン
とからなる混合した大量の粉末と代えられたことを除い
て、例１と同じである。得られた成形体は、SiC（65）
−Si3N4（35）の近似的割合の窒化シリコンと炭化シリ
コンの相互成長によって結合された約70パーセントのダ
イアモンドからなっていた。
成形体は、0.2ohm・cmの電気抵抗を有していて、他の
例における成形体のように直ちにではないが、EDM法に
よって形削りできた。この成形体は、著しい靭性を示し
たが、例１から例５までに説明された成形体ほぼ固くな
く研磨性でない。
例における成形体のように直ちにではないが、EDM法に
よって形削りできた。この成形体は、著しい靭性を示し
たが、例１から例５までに説明された成形体ほぼ固くな
く研磨性でない。
例８ 成形体は、米国特許第4,151,686号にリーらによって
説明された含浸法を用いて作られた。米国特許第4,151,
686号において用いられた65部の50ミクロン（平均粒子
径）のグリット、各５部の25ミクロンのグリットと15ミ
クロンのグリット、15部の６ミクロンのグリット、およ
び10部の2.5ミクロンのグリットからなる2.33グラムの
ダイアモンドグリットの混合物が、作られた。この混合
物は、直径12.5mm、内部高さ12mmの円筒窒化ボロン試料
容器の中にしっかり詰められた。0.44グラムに達し、95
パーセントの１〜５ミクロンのシリコン粉末と５パーセ
ントの１ミクロン以下の窒化シリコン粉末とからなる混
合物が、試料容器の中に置かれて１層を形成し、すぐ下
にある混合ダイアモンドグリットの層と直に接触した。
説明された含浸法を用いて作られた。米国特許第4,151,
686号において用いられた65部の50ミクロン（平均粒子
径）のグリット、各５部の25ミクロンのグリットと15ミ
クロンのグリット、15部の６ミクロンのグリット、およ
び10部の2.5ミクロンのグリットからなる2.33グラムの
ダイアモンドグリットの混合物が、作られた。この混合
物は、直径12.5mm、内部高さ12mmの円筒窒化ボロン試料
容器の中にしっかり詰められた。0.44グラムに達し、95
パーセントの１〜５ミクロンのシリコン粉末と５パーセ
ントの１ミクロン以下の窒化シリコン粉末とからなる混
合物が、試料容器の中に置かれて１層を形成し、すぐ下
にある混合ダイアモンドグリットの層と直に接触した。
次に、試料容器とその内容物は、圧力セル部品によっ
て被覆されて、高圧・高温装置の中に置かれた。米国特
許第4,151,686号の教えによって、まず、全負荷圧力が
試料に加えられ、次に、その温度が、1500℃に600℃／
分の速度で上昇され、1500℃に10分保たれた。この例に
おいては、25キロバールの全負荷圧力が用いられた。次
に、加熱が、止められ、圧力は、ゆっくりと大気圧に下
げられた。
て被覆されて、高圧・高温装置の中に置かれた。米国特
許第4,151,686号の教えによって、まず、全負荷圧力が
試料に加えられ、次に、その温度が、1500℃に600℃／
分の速度で上昇され、1500℃に10分保たれた。この例に
おいては、25キロバールの全負荷圧力が用いられた。次
に、加熱が、止められ、圧力は、ゆっくりと大気圧に下
げられた。
得られた試料は、主に炭化シリコンで結合されたダイ
アモンド成形体であり、7.0mmの厚さ、11.5mmの直径、
および密度3.40g/cm3を有する。試料の電気抵抗は、5.2
ohm・cmであった。この試料は、この高い抵抗のため
に、EDM法によって切断できなかった。
アモンド成形体であり、7.0mmの厚さ、11.5mmの直径、
および密度3.40g/cm3を有する。試料の電気抵抗は、5.2
ohm・cmであった。この試料は、この高い抵抗のため
に、EDM法によって切断できなかった。
この例は、この一般的な種類の成形体の電気抵抗が、
炭化シリコンの窒素成分によってだけでは決定されず、
他の因子（シリコンが大量のダイアモンドグリットの中
に導入される方法や、用いられる圧力・温度・時間の経
路を含む）にも依存することを示す。これらの因子の役
割は、我々の係属中の国際特許出願第PCT/AU85/00201号
と第PCT/AU88/00058号に説明されている。この例では、
シリコン含浸の方法と圧力・温度・時間の経路は、ダイ
アモンドグリットに、ダイアモンド粒子の抵抗を減少す
るために必須である著しい程度の塑性変形を起こさせな
いと信じられる。この例は、シリコンを窒素でドープす
ることによって0.2ohm・cm以下の抵抗を有する成形体を
生産することにおいて、自明さを欠くことを示す。
炭化シリコンの窒素成分によってだけでは決定されず、
他の因子（シリコンが大量のダイアモンドグリットの中
に導入される方法や、用いられる圧力・温度・時間の経
路を含む）にも依存することを示す。これらの因子の役
割は、我々の係属中の国際特許出願第PCT/AU85/00201号
と第PCT/AU88/00058号に説明されている。この例では、
シリコン含浸の方法と圧力・温度・時間の経路は、ダイ
アモンドグリットに、ダイアモンド粒子の抵抗を減少す
るために必須である著しい程度の塑性変形を起こさせな
いと信じられる。この例は、シリコンを窒素でドープす
ることによって0.2ohm・cm以下の抵抗を有する成形体を
生産することにおいて、自明さを欠くことを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/52 301
Claims (13)
- 【請求項１】炭化シリコン結合によって連結され60体積
パーセントより多く90体積パーセントより少ないダイア
モンド結晶からなり、この炭化シリコン結合は、500ppm
より多い窒素および／またはリンを含み、上記の成形体
は、0.2ohm・cmより小さい電気抵抗を有するダイアモン
ド成形体。 - 【請求項２】上記の成形体の電気抵抗が0.1ohm・cmより
小さい請求項１に記載されたダイアモンド成形体。 - 【請求項３】上記の成形体の電気抵抗が0.05ohm・cmよ
り小さい請求項１に記載されたダイアモンド成形体。 - 【請求項４】請求項１から請求項３までのいずれかの項
に記載されたダイアモンド成形体であって、豊富な結晶
欠陥を有しかつ密接に詰め込んだ堅い構造を有するよう
にダイアモンド結晶が塑性変形されていて、この構造に
おいてグラファイト安定範囲内の圧力と温度の下での成
形体の生成の間に、ダイアモンド結晶の塑性変形から生
じた広げられた対になる面にわたってダイアモンド結晶
間の接触が生じ、上記の圧力と温度の条件での成形体の
生成の間にシリコンからなる接着剤とダイアモンド結晶
内の炭素との反応によって生成する上記の炭化シリコン
結合によってダイアモンド結晶が共に結合され、この炭
化シリコン結合が炭素の存在のもとで1600℃より高い最
小融点を有し、上記の成形体が10キロバールより大きい
圧縮力を有するダイアモンド成形体。 - 【請求項５】上記の結合の炭化シリコンが窒化シリコン
と混合される請求項１から請求項４までのいずれかに記
載されたダイアモンド成形体。 - 【請求項６】上記の結合の炭化シリコンが窒化ボロン及
び／又は窒化アルミニウムと混合される請求項１から請
求項４までのいずれかに記載されたダイアモンド成形
体。 - 【請求項７】超硬セラミックス、炭化物、及び岩の切
断、旋削、穿孔、その他の加工を行うためのダイアモン
ド成形体の生産方法であって、 （ｉ）60〜95体積パーセントのダイアモンドに対し40〜
５体積パーセントの接着剤の割合で、ダイアモンド結晶
の大量の微粒子をシリコンを含む接着剤とよく混合する
こと、（ii）この混合物を、制限された空間内で、1000
〜1600℃の範囲内の温度で、10〜40キロバールの範囲内
の平均制限圧力の下に置くこと（この平均制限圧力と温
度の組み合わせはグラファイトの安定範囲の中にあ
る）、（iii）約３分より長い期間の間に、この混合物
の温度と圧力の条件を維持して、接着剤のなかのシリコ
ンをダイアモンド結晶の中の炭素と広く反応させて、炭
化シリコンの中間相を形成することからなり、この中間
相は、1600℃以上の融点を有しダイアモンド結晶間を強
く結合する一方、ダイアモンドからの逆行的変換である
遊離グラファイトの生成を妨げ、上記の期間は、ダイア
モンド結晶の実質的な塑性変形を生じさせるのに十分で
あって、これにより、豊富な結晶欠陥とダイアモンド結
晶の間に広い面−面接触とが生じ、また、接着剤とダイ
アモンド結晶の間に実質的な化学平衡を生じさせるのに
十分であって、これにより、1600℃以上の最小の融点と
常温での10キロバール以上の圧縮力とを有する熱的に安
定なダイアモンド成形体が生産され、ここで、窒素及び
／又はリンを含む材料が、上記の温度と圧力の条件を適
用する前に上記の制限された空間内に導入され、これに
より、成形体の中の上記の炭化シリコン結合に500ppm以
上の窒素及び／又はリンを含有させ，成形体に0.2ohm・
cmより小さい電気抵抗を有させるダイアモンド成形体の
生産法。 - 【請求項８】10キロバールより大きく40キロバールより
小さい範囲内の圧力を加える前に、昇温された1600℃ま
での温度が上記の混合物に加えられて、上記のダイアモ
ンド結晶の塑性変形の程度を最大にし、ダイアモンドの
逆行変化によるグラファイトの生産を最小にする請求項
７に記載された方法。 - 【請求項９】加えられる圧力が15キロバールから30キロ
バールの範囲内にあり、加えられる温度が1200℃から16
00℃間での範囲内にある請求項７または請求項８に記載
された方法。 - 【請求項１０】上記の窒素及び／又はリンを含む材料が
窒化シリコン、窒化ボロン、または窒化アルミニウムで
ある請求項７から請求項９までのいずれかに記載された
方法。 - 【請求項１１】上記の窒素及び／又はリンを含む材料が
赤リン粉末である請求項７から請求項９までのいずれか
に記載された方法。 - 【請求項１２】上記の窒素及び／又はリンを含む材料
が、上記の温度と圧力の条件を適用する前にダイアモン
ド結晶および接着剤と混合される請求項７から請求項11
までのいずれかに記載された方法。 - 【請求項１３】混合されたダイアモンド結晶と接着剤
が、上記の温度条件の適用の前に制限された空間内で１
体以上のシリコンに直に隣接して置かれて、上記の温度
と圧力の条件の適用のときにダイアモンド結晶の間の中
間空間内に上記の１体以上のシリコンからのシリコンの
浸透を生じさせ、上記の窒素及び／又はリンを含む材料
は、上記の温度と圧力の適用の前に、ダイアモンド結晶
及び接着剤、及び／又は、上記の１体以上のシリコンと
混合される請求項７から請求項11までのいずれかに記載
された方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU9885 | 1988-08-17 | ||
| AUPI988588 | 1988-08-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03500765A JPH03500765A (ja) | 1991-02-21 |
| JP2801326B2 true JP2801326B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=3773290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1507175A Expired - Lifetime JP2801326B2 (ja) | 1988-08-17 | 1989-06-27 | 低電気抵抗を有するダイアモンド成形体 |
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| EP (1) | EP0383861B1 (ja) |
| JP (1) | JP2801326B2 (ja) |
| CA (1) | CA1324889C (ja) |
| DE (1) | DE68908549T2 (ja) |
| DK (1) | DK94290A (ja) |
| IE (1) | IE62448B1 (ja) |
| IN (1) | IN172791B (ja) |
| WO (1) | WO1990001986A1 (ja) |
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| WO1993023204A1 (en) * | 1992-05-15 | 1993-11-25 | Tempo Technology Corporation | Diamond compact |
| ZA934588B (en) * | 1992-06-29 | 1994-02-01 | De Beers Ind Diamond | Abrasive compact |
| US6170583B1 (en) | 1998-01-16 | 2001-01-09 | Dresser Industries, Inc. | Inserts and compacts having coated or encrusted cubic boron nitride particles |
| US6102140A (en) * | 1998-01-16 | 2000-08-15 | Dresser Industries, Inc. | Inserts and compacts having coated or encrusted diamond particles |
| US6138779A (en) * | 1998-01-16 | 2000-10-31 | Dresser Industries, Inc. | Hardfacing having coated ceramic particles or coated particles of other hard materials placed on a rotary cone cutter |
| JP4275862B2 (ja) * | 1998-09-28 | 2009-06-10 | エレメント シックス リミテッド | ダイヤモンド複合体の製法 |
| ATE315714T1 (de) * | 2000-05-18 | 2006-02-15 | Commw Scient Ind Res Org | Schneidwerkzeug und verfahren zu dessen benutzung |
| RU2206502C2 (ru) * | 2000-11-21 | 2003-06-20 | Акционерное общество закрытого типа "Карбид" | Композиционный материал |
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| US6939506B2 (en) * | 2003-05-30 | 2005-09-06 | The Regents Of The University Of California | Diamond-silicon carbide composite and method for preparation thereof |
| DE102006007869A1 (de) | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Jowat Ag | Verfahren zur Kaschierung von Kunststoffolien auf Holzwerkstoffsubstraten, insbesondere zur Erzeugung von Hochglanzoberflächen |
| US7998573B2 (en) * | 2006-12-21 | 2011-08-16 | Us Synthetic Corporation | Superabrasive compact including diamond-silicon carbide composite, methods of fabrication thereof, and applications therefor |
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| AT508231B1 (de) | 2009-05-14 | 2011-05-15 | Sandvik Mining & Constr Oy | Schneidvorrichtung für eine bergbaumaschine |
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| DE102015206241B4 (de) * | 2015-04-08 | 2018-10-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | SiC-Diamant-Kompositwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung |
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| EP0308440B1 (en) * | 1987-03-23 | 1991-06-05 | The Australian National University | Diamond compacts |
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