JPH05201764A - 分散された黒鉛のその場での転化によるダイアモンド植え付けカ−バイドの製造方法 - Google Patents
分散された黒鉛のその場での転化によるダイアモンド植え付けカ−バイドの製造方法Info
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- JPH05201764A JPH05201764A JP3220431A JP22043191A JPH05201764A JP H05201764 A JPH05201764 A JP H05201764A JP 3220431 A JP3220431 A JP 3220431A JP 22043191 A JP22043191 A JP 22043191A JP H05201764 A JPH05201764 A JP H05201764A
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- 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
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ダイアモンド植え付けカ−バイドの製造方法
を提供することを目的とする。 【構成】 黒鉛粒子と未焼結カ−バイドマトリックスと
を配合して、粒子配合物を形成する工程と、ここで該未
焼結カ−バイドマトリックスはバインダ−で結合された
少なくとも一種の金属カ−バイド粉末からなり、該バイ
ンダ−はダイアモンド触媒として知られる少なくとも一
種の元素粉末を含む、該粒子配合物を所定形状の未処理
体に形成する工程と、該未処理体を焼結する工程と、該
焼結体を保護金属オ−バ−コ−トで鍍金する工程と、該
黒鉛粒子を含有する焼結体を、該黒鉛をその場でダイア
モンドに転化するのに十分な温度および圧力条件下に置
く工程を含むことを特徴とするダイアモンド植え付けカ
−バイドの製造方法。
を提供することを目的とする。 【構成】 黒鉛粒子と未焼結カ−バイドマトリックスと
を配合して、粒子配合物を形成する工程と、ここで該未
焼結カ−バイドマトリックスはバインダ−で結合された
少なくとも一種の金属カ−バイド粉末からなり、該バイ
ンダ−はダイアモンド触媒として知られる少なくとも一
種の元素粉末を含む、該粒子配合物を所定形状の未処理
体に形成する工程と、該未処理体を焼結する工程と、該
焼結体を保護金属オ−バ−コ−トで鍍金する工程と、該
黒鉛粒子を含有する焼結体を、該黒鉛をその場でダイア
モンドに転化するのに十分な温度および圧力条件下に置
く工程を含むことを特徴とするダイアモンド植え付けカ
−バイドの製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にはダイアモン
ド植え付けカ−バイド(diamond impregnatedcarbide)
の製造方法に係わり、更に詳しく言えば分散された黒鉛
粒子のその場での転化により形成される分散ダイアモン
ド結晶を含有する結合タングステンカ−バイド複合体の
製造方法に関するものである。
ド植え付けカ−バイド(diamond impregnatedcarbide)
の製造方法に係わり、更に詳しく言えば分散された黒鉛
粒子のその場での転化により形成される分散ダイアモン
ド結晶を含有する結合タングステンカ−バイド複合体の
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】耐磨耗性の切削要素として使用する目的
で、種々の複合多結晶ダイアモンド体が公知技術におい
て知られている。例えば、USP 第3,850,053 号は、黒鉛
円板を接合タングステンカ−バイド円筒と接触した状態
に置き、これら両者を同時にダイアモンド形成温度およ
び圧力下に暴露することによる切削具用ブランクの製造
技術を開示している。また、USP 第4,259,090 号は、タ
ングステンカ−バイドとダイアモンド触媒物質とから形
成されたカップ状容器に多量の黒鉛を挿入することによ
り、円筒状の多結晶性ダイアモンドの塊状物を形成する
技術を開示している。 USP 第4,525,178 号は、ばらば
らのダイアモンド結晶と、予備結合されたカ−バイド片
との混合物を含む複合材料を開示している。この混合物
は加熱かつ加圧されて、該ダイアモンド結晶間に結晶間
結合を、および該ダイアモンド結晶と該予備結合された
カ−バイド片との間に化学結合を形成する。
で、種々の複合多結晶ダイアモンド体が公知技術におい
て知られている。例えば、USP 第3,850,053 号は、黒鉛
円板を接合タングステンカ−バイド円筒と接触した状態
に置き、これら両者を同時にダイアモンド形成温度およ
び圧力下に暴露することによる切削具用ブランクの製造
技術を開示している。また、USP 第4,259,090 号は、タ
ングステンカ−バイドとダイアモンド触媒物質とから形
成されたカップ状容器に多量の黒鉛を挿入することによ
り、円筒状の多結晶性ダイアモンドの塊状物を形成する
技術を開示している。 USP 第4,525,178 号は、ばらば
らのダイアモンド結晶と、予備結合されたカ−バイド片
との混合物を含む複合材料を開示している。この混合物
は加熱かつ加圧されて、該ダイアモンド結晶間に結晶間
結合を、および該ダイアモンド結晶と該予備結合された
カ−バイド片との間に化学結合を形成する。
【０００３】この従来技術はダイアモンドを植え付けた
結合カ−バイドの製造法を開示し、そこではダイアモン
ド粒子がカ−バイド粉末と配合され、かつホットプレス
または高圧高温(HPHT)装置が最終的な焼結のために利用
されている。しかしながら、このような技術はいくつか
の欠点を有する。即ち、第一の欠点は最適とは言えない
ダイアモンドの保持率である。USP 第4,525,178 号は従
来技術の諸欠点の改良を意図している。即ち、ダイアモ
ンド結晶とタングステンカ−バイドマトリックス粉末と
を配合し、該配合物を粉末冶金技術により加工する代わ
りに、焼結タングステンカ−バイドのチャンクを粉砕
し、これをダイアモンド結晶と混合した。このダイアモ
ンド結晶と予備結合したカ−バイドチャンクとの混合物
をHPHT装置に入れ、該材料を焼結して、固体複合体を形
成した。この方法は、ダイアモンド結晶と予備結合カ−
バイド粒子との間の結晶間結合の形成に依存していた。
この方法は、また低密度未処理体が40キロバ−ルを越え
る圧力および1200°C を越える温度条件を達成し得るHP
HT装置に入れられることから、形成し得る形状には制限
がある。形成し得る形状はHPHTプレスにより形成し得る
形状に制限された。また、個々のカ−バイド粒子の大き
さ程度の寸法のダイアモンド粒子を含む複合体を形成す
ることができなかった。これは、従来の方法が出発物質
として予備結合したカ−バイドのチャンクを使用してい
たことに起因する。
結合カ−バイドの製造法を開示し、そこではダイアモン
ド粒子がカ−バイド粉末と配合され、かつホットプレス
または高圧高温(HPHT)装置が最終的な焼結のために利用
されている。しかしながら、このような技術はいくつか
の欠点を有する。即ち、第一の欠点は最適とは言えない
ダイアモンドの保持率である。USP 第4,525,178 号は従
来技術の諸欠点の改良を意図している。即ち、ダイアモ
ンド結晶とタングステンカ−バイドマトリックス粉末と
を配合し、該配合物を粉末冶金技術により加工する代わ
りに、焼結タングステンカ−バイドのチャンクを粉砕
し、これをダイアモンド結晶と混合した。このダイアモ
ンド結晶と予備結合したカ−バイドチャンクとの混合物
をHPHT装置に入れ、該材料を焼結して、固体複合体を形
成した。この方法は、ダイアモンド結晶と予備結合カ−
バイド粒子との間の結晶間結合の形成に依存していた。
この方法は、また低密度未処理体が40キロバ−ルを越え
る圧力および1200°C を越える温度条件を達成し得るHP
HT装置に入れられることから、形成し得る形状には制限
がある。形成し得る形状はHPHTプレスにより形成し得る
形状に制限された。また、個々のカ−バイド粒子の大き
さ程度の寸法のダイアモンド粒子を含む複合体を形成す
ることができなかった。これは、従来の方法が出発物質
として予備結合したカ−バイドのチャンクを使用してい
たことに起因する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】標準的な粉末冶金的出
発物質を使用した、ダイアモンド植え付けカ−バイドの
製造方法の改良に関する要求がある。また、出発物質と
してのダイアモンド結晶および予備結合したカ−バイド
粒子に依存しない、ダイアモンド植え付けカ−バイドの
製造方法の改良に関する要求もある。
発物質を使用した、ダイアモンド植え付けカ−バイドの
製造方法の改良に関する要求がある。また、出発物質と
してのダイアモンド結晶および予備結合したカ−バイド
粒子に依存しない、ダイアモンド植え付けカ−バイドの
製造方法の改良に関する要求もある。
【０００５】更に、標準的なタングステンカ−バイド粉
末技術により一般に可能な任意の形状でダイアモンドを
植え付けたカ−バイドを製造し得る、該カ−バイドの製
造方法の改良に関する要求もある。また、その場で生成
される骨格ダイアモンドが各カ−バイド粒子と相互成長
し、かつ絡み合う、ダイアモンド植え付けカ−バイドの
製造方法の改良に関する要求もある。
末技術により一般に可能な任意の形状でダイアモンドを
植え付けたカ−バイドを製造し得る、該カ−バイドの製
造方法の改良に関する要求もある。また、その場で生成
される骨格ダイアモンドが各カ−バイド粒子と相互成長
し、かつ絡み合う、ダイアモンド植え付けカ−バイドの
製造方法の改良に関する要求もある。
【０００６】また、改善された耐磨耗性およびダイアモ
ンド保持率を有する耐磨耗性パッドまたは切削構造体と
して使用するのに適した、ダイアモンド植え付けカ−バ
イドの製造方法の改良に関する要求もある。本発明の目
的は、これらの要求を満たすダイアモンド植え付けカ−
バイドの製造方法を提供することにある。
ンド保持率を有する耐磨耗性パッドまたは切削構造体と
して使用するのに適した、ダイアモンド植え付けカ−バ
イドの製造方法の改良に関する要求もある。本発明の目
的は、これらの要求を満たすダイアモンド植え付けカ−
バイドの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のダイアモンド植
え付けカ−バイドの製造方法においては、粒子配合物を
形成し、該配合物は未焼結カ−バイドマトリックスおよ
びこれに添加された過剰の遊離炭素を含み、該カ−バイ
ドマトリックスはダイアモンド触媒として知られている
少なくとも一種の元素または合金の粉末を含有するバイ
ンダ−と結合した少なくとも一種の金属カ−バイド粉末
を含む。好ましくは、該粒子配合物は、未処理のカ−バ
イドマトリックスの粒子と配合された黒鉛粒子を含み、
該未焼結カ−バイドマトリックスは、ダイアモンド触媒
として知られている少なくとも一種の元素または合金の
粉末を含有するバインダ−と結合した少なくとも一種の
金属カ−バイド粉末を含む。次いで、この粒子配合物
を、所定の形状をもつ未処理体に成形する。この未処理
体は直接HPHT装置に挿入することができるが、好ましく
はまず焼結して、黒鉛粒子を含む焼結体とする。この黒
鉛粒子を含む焼結体は、次に例えばHPHT装置内で、該黒
鉛をその場でダイアモンドに転化するのに十分な温度並
びに圧力下に置く。
え付けカ−バイドの製造方法においては、粒子配合物を
形成し、該配合物は未焼結カ−バイドマトリックスおよ
びこれに添加された過剰の遊離炭素を含み、該カ−バイ
ドマトリックスはダイアモンド触媒として知られている
少なくとも一種の元素または合金の粉末を含有するバイ
ンダ−と結合した少なくとも一種の金属カ−バイド粉末
を含む。好ましくは、該粒子配合物は、未処理のカ−バ
イドマトリックスの粒子と配合された黒鉛粒子を含み、
該未焼結カ−バイドマトリックスは、ダイアモンド触媒
として知られている少なくとも一種の元素または合金の
粉末を含有するバインダ−と結合した少なくとも一種の
金属カ−バイド粉末を含む。次いで、この粒子配合物
を、所定の形状をもつ未処理体に成形する。この未処理
体は直接HPHT装置に挿入することができるが、好ましく
はまず焼結して、黒鉛粒子を含む焼結体とする。この黒
鉛粒子を含む焼結体は、次に例えばHPHT装置内で、該黒
鉛をその場でダイアモンドに転化するのに十分な温度並
びに圧力下に置く。
【０００８】最も好ましくは、該黒鉛粒子は、ダイアモ
ンド触媒として知られている少なくとも一種の元素また
は合金の粉末を含有するバインダ−と結合したタングス
テンカ−バイド粉末からなる未焼結カ−バイドマトリッ
クスと配合され、該元素粉末はニッケル、コバルト、鉄
およびその合金からなる群から選択される。本発明の方
法は、改良された耐磨耗性およびダイアモンド保持特性
を有するダイアモンドを植え付けたカ−バイドの製造に
利用し得る。
ンド触媒として知られている少なくとも一種の元素また
は合金の粉末を含有するバインダ−と結合したタングス
テンカ−バイド粉末からなる未焼結カ−バイドマトリッ
クスと配合され、該元素粉末はニッケル、コバルト、鉄
およびその合金からなる群から選択される。本発明の方
法は、改良された耐磨耗性およびダイアモンド保持特性
を有するダイアモンドを植え付けたカ−バイドの製造に
利用し得る。
【０００９】本発明のその他の目的、特徴並びに利点は
以下の詳細な記述から明らかとなろう。本発明の第一の
工程において、図１の流れ図で参照番号11で示されてい
るように、粒子配合物が先ず生成され、該配合物は未焼
結のカ−バイドマトリックスとこれに添加された過剰の
遊離炭素を含んでいる。好ましくは、該カ−バイドマト
リックスは、ダイアモンド触媒として知られている少な
くとも一種の元素または合金の粉末を含有するバインダ
−と結合した少なくとも一種の金属カ−バイド粉末から
なっている。該金属カ−バイド粉末は有利にはTi Zr、
Hf、Ｖ、Nb、Ta、Cr、MoまたはＷからなる群から選ばれ
る元素のカ−バイドから選ばれる。最も好ましくは、該
カ−バイド粉末はタングステンカ−バイド、WCである。
以下の詳細な記述から明らかとなろう。本発明の第一の
工程において、図１の流れ図で参照番号11で示されてい
るように、粒子配合物が先ず生成され、該配合物は未焼
結のカ−バイドマトリックスとこれに添加された過剰の
遊離炭素を含んでいる。好ましくは、該カ−バイドマト
リックスは、ダイアモンド触媒として知られている少な
くとも一種の元素または合金の粉末を含有するバインダ
−と結合した少なくとも一種の金属カ−バイド粉末から
なっている。該金属カ−バイド粉末は有利にはTi Zr、
Hf、Ｖ、Nb、Ta、Cr、MoまたはＷからなる群から選ばれ
る元素のカ−バイドから選ばれる。最も好ましくは、該
カ−バイド粉末はタングステンカ−バイド、WCである。
【００１０】該金属カ−バイド粉末と組み合わされる該
バインダ−は、粉末冶金技術における当業者には馴染み
深いものであり、かつ例えばNi、Co、Feまたはその合金
あるいはダイアモンド触媒として公知の、周期率表の
３、４、５または６族の任意の他の元素などのバインダ
−であり得る。過剰の遊離炭素源は、有利には天然また
は合成の黒鉛粒子またはフレ−クであり得、該黒鉛は好
ましくは0.2 〜1000μ、好ましくは約２〜10μ、最も好
ましくは約２〜５μの粒径を有することが好ましく、こ
の粒径は、実際の配合物において使用すべく選択された
該金属カ−バイド粉末の粒径と略同一である。
バインダ−は、粉末冶金技術における当業者には馴染み
深いものであり、かつ例えばNi、Co、Feまたはその合金
あるいはダイアモンド触媒として公知の、周期率表の
３、４、５または６族の任意の他の元素などのバインダ
−であり得る。過剰の遊離炭素源は、有利には天然また
は合成の黒鉛粒子またはフレ−クであり得、該黒鉛は好
ましくは0.2 〜1000μ、好ましくは約２〜10μ、最も好
ましくは約２〜５μの粒径を有することが好ましく、こ
の粒径は、実際の配合物において使用すべく選択された
該金属カ−バイド粉末の粒径と略同一である。
【００１１】該粒子配合物の全遊離炭素含有率は該粒子
配合物の全体積基準で約0.5 〜90容量％、好ましくは約
0.5 〜50容量％の範囲内にある。高すぎる遊離炭素含有
率は緻密圧縮性を阻害するものと思われ、かつ炭素と該
物体の他の硬質金属成分との間の大きな密度差のため
に、多くの加工工程における炭素の凝離を生ずる可能性
がある。該バインダ−は、好ましくは該粒子配合物の全
体積基準で約５〜50容量％の範囲内で存在する。
配合物の全体積基準で約0.5 〜90容量％、好ましくは約
0.5 〜50容量％の範囲内にある。高すぎる遊離炭素含有
率は緻密圧縮性を阻害するものと思われ、かつ炭素と該
物体の他の硬質金属成分との間の大きな密度差のため
に、多くの加工工程における炭素の凝離を生ずる可能性
がある。該バインダ−は、好ましくは該粒子配合物の全
体積基準で約５〜50容量％の範囲内で存在する。
【００１２】該金属カ−バイド、黒鉛およびバインダ−
粉末を配合した後、該粉末混合物には、該粉末配合物を
団塊化するためにワックス、例えばパラフィンまたはカ
−ボワックス(Carbowax)が添加され、次いで該粉末は標
準的な粉末冶金技術を利用してペレットに成形される。
この工程は参照番号13で図１に示されている。本発明の
方法の次工程（図１の参照番号15）において、本発明の
該ダイアモンド植え付けカ−バイドを形成するのに利用
される該ペレット化した物体は、特定の用途に適したよ
うに変えることができる。該ペレットを形状15に加圧
し、かつ存在するワックスを燃焼し尽くす工程の後、所
定の形状を付与された該未処理体は工程19において、好
ましくは大気圧、真空またはHIP 焼結を利用して焼結さ
れる。最も好ましくは、該未処理体は公知の焼結／HIP
装置または真空焼結炉で約1400°C の温度および約400
psi の圧力の下でアルゴン雰囲気下で焼結される。
粉末を配合した後、該粉末混合物には、該粉末配合物を
団塊化するためにワックス、例えばパラフィンまたはカ
−ボワックス(Carbowax)が添加され、次いで該粉末は標
準的な粉末冶金技術を利用してペレットに成形される。
この工程は参照番号13で図１に示されている。本発明の
方法の次工程（図１の参照番号15）において、本発明の
該ダイアモンド植え付けカ−バイドを形成するのに利用
される該ペレット化した物体は、特定の用途に適したよ
うに変えることができる。該ペレットを形状15に加圧
し、かつ存在するワックスを燃焼し尽くす工程の後、所
定の形状を付与された該未処理体は工程19において、好
ましくは大気圧、真空またはHIP 焼結を利用して焼結さ
れる。最も好ましくは、該未処理体は公知の焼結／HIP
装置または真空焼結炉で約1400°C の温度および約400
psi の圧力の下でアルゴン雰囲気下で焼結される。
【００１３】次いで、黒鉛粒子を含有する該焼結体を、
工程21で必要とされる可能性のある任意の最終仕上げま
たは付形処理に付される。次に、この焼結体は金属容器
に入れられ、もしくは保護金属オ−バ−コ−トで鍍金さ
れ、更に工程23で塩ブロック間で圧縮される。該保護金
属オ−バ−コ−トは、該焼結体を鍍金し得る任意の純粋
な金属、例えばニッケルであり得る。好ましくは、該保
護金属オ−バ−コ−トを有する該焼結体は通常の塩内に
封じ込められる。該焼結体を包囲する該塩は、後の工程
において該焼結体に印加される力を平均化し、該焼結体
の望ましからぬ変形を防止するために使用される。
工程21で必要とされる可能性のある任意の最終仕上げま
たは付形処理に付される。次に、この焼結体は金属容器
に入れられ、もしくは保護金属オ−バ−コ−トで鍍金さ
れ、更に工程23で塩ブロック間で圧縮される。該保護金
属オ−バ−コ−トは、該焼結体を鍍金し得る任意の純粋
な金属、例えばニッケルであり得る。好ましくは、該保
護金属オ−バ−コ−トを有する該焼結体は通常の塩内に
封じ込められる。該焼結体を包囲する該塩は、後の工程
において該焼結体に印加される力を平均化し、該焼結体
の望ましからぬ変形を防止するために使用される。
【００１４】次いで、該焼結体を工程25におけるHPHT装
置に導入し、該黒鉛をダイアモンドに転化するのに十分
な条件に暴露する。超高圧かつ超高温セルが、例えばUS
P 第3,913,280 号および3,745,623 号に記載されてお
り、当業者には馴染み深いものであろう。これらの装置
は、40キロバ−ル以上の圧力および1200°C 以上の温度
条件を達成し得るものである。該HPHT装置は該密な焼結
体中の黒鉛をその場でダイアモンド骨格結晶に転化す
る。この際に該焼結体はこの転化工程による僅かな収縮
以外に、該焼結体の形状変化を殆ど伴わない。しかしな
がら、もとの黒鉛がHPHT暴露前の焼結工程中に密に相互
成長し、かつ絡み合うことから、該ダイアモンドは骨格
結晶を形成し、これは個々のカ−バイド粒子とも相互成
長し、かつ絡み合う。結果として、特有の微視的構造が
形成され、この構造は生成するマトリックス内における
該ダイアモンド塊の物理的結合／インタ−ロックという
付随的な利点を与える。こ物理的結合はダイアモンドの
保持率を高める。ここで、「その場で(in-situ) 」なる
用語は該ダイアモンドが、初めに上記のマトリックス粉
末配合物内に均一に分散された黒鉛粒子から、該焼結カ
−バイドマトリックス内のしかるべき場所で形成される
ことを意味する。ダイアモンドは、既存のダイアモンド
結晶として該粉末配合物に添加されているわけではな
い。
置に導入し、該黒鉛をダイアモンドに転化するのに十分
な条件に暴露する。超高圧かつ超高温セルが、例えばUS
P 第3,913,280 号および3,745,623 号に記載されてお
り、当業者には馴染み深いものであろう。これらの装置
は、40キロバ−ル以上の圧力および1200°C 以上の温度
条件を達成し得るものである。該HPHT装置は該密な焼結
体中の黒鉛をその場でダイアモンド骨格結晶に転化す
る。この際に該焼結体はこの転化工程による僅かな収縮
以外に、該焼結体の形状変化を殆ど伴わない。しかしな
がら、もとの黒鉛がHPHT暴露前の焼結工程中に密に相互
成長し、かつ絡み合うことから、該ダイアモンドは骨格
結晶を形成し、これは個々のカ−バイド粒子とも相互成
長し、かつ絡み合う。結果として、特有の微視的構造が
形成され、この構造は生成するマトリックス内における
該ダイアモンド塊の物理的結合／インタ−ロックという
付随的な利点を与える。こ物理的結合はダイアモンドの
保持率を高める。ここで、「その場で(in-situ) 」なる
用語は該ダイアモンドが、初めに上記のマトリックス粉
末配合物内に均一に分散された黒鉛粒子から、該焼結カ
−バイドマトリックス内のしかるべき場所で形成される
ことを意味する。ダイアモンドは、既存のダイアモンド
結晶として該粉末配合物に添加されているわけではな
い。
【００１５】図２は、本発明の方法により形成されたダ
イアモンド植え付けカ−バイドの倍率200Xでの顕微鏡写
真である。図３は、同様に黒鉛をダイアモンドに転化し
た後の倍率1500X における顕微鏡写真であり、著しいダ
イアモンド／カ−バイド相互混合状態を示している。こ
のようにして形成されたダイアモンド植え付け複合体
は、次いで工程27で該HPHT装置から取り出され、清浄化
されて、あらゆる塩の残留物が除去される。これは、更
に最終工程29で、研磨または鍍金等の最終的な仕上げ工
程に付される。
イアモンド植え付けカ−バイドの倍率200Xでの顕微鏡写
真である。図３は、同様に黒鉛をダイアモンドに転化し
た後の倍率1500X における顕微鏡写真であり、著しいダ
イアモンド／カ−バイド相互混合状態を示している。こ
のようにして形成されたダイアモンド植え付け複合体
は、次いで工程27で該HPHT装置から取り出され、清浄化
されて、あらゆる塩の残留物が除去される。これは、更
に最終工程29で、研磨または鍍金等の最終的な仕上げ工
程に付される。
【００１６】
【実施例】以下の実施例は本発明を例示する目的で与え
られるものである。 実施例１ wt.% 769 g: WC （シルカ−ブ(SYLCARB) SC-45/GTE シルバニア(SYLVANIA) 76.9 117 g: Fe (-325 メッシュ／ケベックメタルパウダ−ズ 11.7 (QUEBEC METAL POWDERS) 66 G: Ni （255 型、アルカン(ALCAN) 6.6 48 g: C （標準黒鉛フレ−ク） 4.8 20 g: パラフィン 15 g: カ−ボワックス 本例１は、本発明のダイアモンド植え付け複合体の製造
に使用される粉末配合物の典型的な処方を示す。
られるものである。 実施例１ wt.% 769 g: WC （シルカ−ブ(SYLCARB) SC-45/GTE シルバニア(SYLVANIA) 76.9 117 g: Fe (-325 メッシュ／ケベックメタルパウダ−ズ 11.7 (QUEBEC METAL POWDERS) 66 G: Ni （255 型、アルカン(ALCAN) 6.6 48 g: C （標準黒鉛フレ−ク） 4.8 20 g: パラフィン 15 g: カ−ボワックス 本例１は、本発明のダイアモンド植え付け複合体の製造
に使用される粉末配合物の典型的な処方を示す。
【００１７】タングステン、バインダ−および遊離炭素
の該粉末配合物を１ｌ容器内で80 rpmの下で24時間粉砕
した。ワックスをバインダ−として添加し、該粉末を加
圧して10ｇの圧粉体を形成した。次に、この圧粉体を既
に記載したように処理して、ダイアモンド植え付けカ−
バイドを形成した。実施例２は実施例１と類似するが、
ここではコバルトバインダ−を使用した。 実施例２ wt.% 698 g: WC 69.8 222 g: Co 22.2 80 g: C 8.0 20 g: パラフィン 20 g: カ−ボワックス 実施例３は実施例２と類似する、典型的な処方に係わる
が、鉄、ニッケル、コバルトバインダ−を使用した。
の該粉末配合物を１ｌ容器内で80 rpmの下で24時間粉砕
した。ワックスをバインダ−として添加し、該粉末を加
圧して10ｇの圧粉体を形成した。次に、この圧粉体を既
に記載したように処理して、ダイアモンド植え付けカ−
バイドを形成した。実施例２は実施例１と類似するが、
ここではコバルトバインダ−を使用した。 実施例２ wt.% 698 g: WC 69.8 222 g: Co 22.2 80 g: C 8.0 20 g: パラフィン 20 g: カ−ボワックス 実施例３は実施例２と類似する、典型的な処方に係わる
が、鉄、ニッケル、コバルトバインダ−を使用した。
【００１８】実施例３ 711 g: WC 132.5 g: Fe 41.4 g: Ni 33.1 g: Co 82.0 g: C 20 g: パラフィン 20 g: カ−ボワックス 実施例４では、ニッケル／コバルトバインダ−を使用し
た。 実施例４ 36.3 g: C （標準的に製造された黒鉛フレ−ク） 89.0 g: Ni （255 型、アルカン(ALCAN)) 89.0 g: Co （アフリメット(Afrimet) 、エキストラ−
ファイン） 785.7 g: WC : 4.Oum シルカ−ブ(SYLCARB) SC-45/GTE
シルバニア(SYLVANIA) 30.0 g: ワックス（標準的に製造されたパラフィン） 150 ml: ヘキサン 150 ml: アセトン 5.0 Kg WC アトリ−タボ−ル(Attritor Balls) 粉砕時間： 16時間 粉砕速度： 80 rpm これらの成分を、20 vol% C にて25 vol% 50Ni/50Co と
なるように、処方した。形成されたコンパクトを上記の
如く処理して、ダイアモンド植え付けカ−バイドを形成
した。
た。 実施例４ 36.3 g: C （標準的に製造された黒鉛フレ−ク） 89.0 g: Ni （255 型、アルカン(ALCAN)) 89.0 g: Co （アフリメット(Afrimet) 、エキストラ−
ファイン） 785.7 g: WC : 4.Oum シルカ−ブ(SYLCARB) SC-45/GTE
シルバニア(SYLVANIA) 30.0 g: ワックス（標準的に製造されたパラフィン） 150 ml: ヘキサン 150 ml: アセトン 5.0 Kg WC アトリ−タボ−ル(Attritor Balls) 粉砕時間： 16時間 粉砕速度： 80 rpm これらの成分を、20 vol% C にて25 vol% 50Ni/50Co と
なるように、処方した。形成されたコンパクトを上記の
如く処理して、ダイアモンド植え付けカ−バイドを形成
した。
【００１９】数種の利点を有する発明がここに提供され
た。この方法は、タングステン、または任意の他の金属
カ−バイド粉末、ニッケル、コバルトおよび鉄の元素粉
末、またはたの公知の黒鉛をダイアモンドに転化する触
媒、および黒鉛粉末を包含する、市場で入手し得る出発
物質を使用する。これらの材料の全ては容易に入手し得
る。緻密な焼結体をこれら粉末の配合物から形成し、標
準的なタングステンカ−バイド粉末加工技術を使用して
複雑な形状の物品を形成し得る。これらの緻密な焼結体
は、次にHPHT装置に挿入され、そこで該黒鉛はその場
で、転化工程による該部材の僅かな収縮以外のいかなる
形状変化も示すことなく、ダイアモンドに転化される。
該標準的なタングステンカ−バイド粉末加工技術が使用
されるので、このような標準的な技術により形成し得る
任意の形状が本発明の方法により作製できる。該形状
は、必ずしも該HPHTプレスにより達成し得る形状のみに
限定されない。元の黒鉛粒子が、HPHT暴露前に、該焼結
工程中に個々のタングステンカ−バイド粒子と相互成長
し、かつ絡み合うので、該ダイアモンドは骨格結晶を形
成し、該結晶は超高温かつ超高圧工程中に、該個々のカ
−バイド粒子と相互に成長し、かつ絡み合う。かくして
得られる微視的構造は本発明の方法に固有のものであ
り、該マトリックス中での該ダイアモンド塊の物理的結
合／インタ−ロックの改善をもたらし、これは改良され
たダイアモンドの保持性をもたらす。
た。この方法は、タングステン、または任意の他の金属
カ−バイド粉末、ニッケル、コバルトおよび鉄の元素粉
末、またはたの公知の黒鉛をダイアモンドに転化する触
媒、および黒鉛粉末を包含する、市場で入手し得る出発
物質を使用する。これらの材料の全ては容易に入手し得
る。緻密な焼結体をこれら粉末の配合物から形成し、標
準的なタングステンカ−バイド粉末加工技術を使用して
複雑な形状の物品を形成し得る。これらの緻密な焼結体
は、次にHPHT装置に挿入され、そこで該黒鉛はその場
で、転化工程による該部材の僅かな収縮以外のいかなる
形状変化も示すことなく、ダイアモンドに転化される。
該標準的なタングステンカ−バイド粉末加工技術が使用
されるので、このような標準的な技術により形成し得る
任意の形状が本発明の方法により作製できる。該形状
は、必ずしも該HPHTプレスにより達成し得る形状のみに
限定されない。元の黒鉛粒子が、HPHT暴露前に、該焼結
工程中に個々のタングステンカ−バイド粒子と相互成長
し、かつ絡み合うので、該ダイアモンドは骨格結晶を形
成し、該結晶は超高温かつ超高圧工程中に、該個々のカ
−バイド粒子と相互に成長し、かつ絡み合う。かくして
得られる微視的構造は本発明の方法に固有のものであ
り、該マトリックス中での該ダイアモンド塊の物理的結
合／インタ−ロックの改善をもたらし、これは改良され
たダイアモンドの保持性をもたらす。
【００２０】以上、本発明をその態様の一つのみについ
て記載してきたが、本発明はこれに制限されず、本発明
の精神から逸脱することなく、様々な変更並びに改良を
包含するものと理解すべきである。
て記載してきたが、本発明はこれに制限されず、本発明
の精神から逸脱することなく、様々な変更並びに改良を
包含するものと理解すべきである。
【図１】ダイアモンド植え付けカ−バイドの製造に利用
した本発明の方法の諸工程を示す流れ図である。
した本発明の方法の諸工程を示す流れ図である。
【図２】本発明の方法により形成され、ダイアモンドへ
の転化後に40容量％のダイアモンドを含有するダイアモ
ンド植え付けカ−バイドの、倍率200Xで撮影した顕微鏡
写真である。
の転化後に40容量％のダイアモンドを含有するダイアモ
ンド植え付けカ−バイドの、倍率200Xで撮影した顕微鏡
写真である。
【図３】図２に示したダイアモンド植え付けカ−バイド
の、倍率1500X で撮影した顕微鏡写真であり、形成され
たダンアモンド−カ−バイドの相互混合状態を示す図で
ある。
の、倍率1500X で撮影した顕微鏡写真であり、形成され
たダンアモンド−カ−バイドの相互混合状態を示す図で
ある。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１２月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイアモンド植え付けカーバイドの製造に利用
した本発明の方法の諸工程を示す流れ図である。
した本発明の方法の諸工程を示す流れ図である。
【図２】本発明の方法により形成され、ダイアモンドへ
の転化後に４０容量％のダイアモンドを含有するダイア
モンド植え付けカーバイドの粒子構造を示す倍率２００
Ｘで撮影した顕微鏡写真である。
の転化後に４０容量％のダイアモンドを含有するダイア
モンド植え付けカーバイドの粒子構造を示す倍率２００
Ｘで撮影した顕微鏡写真である。
【図３】図２に示したダイアモンド植え付けカーバイド
の粒子構造を示す倍率１５００Ｘで撮影した顕微鏡写真
であり、形成されたダイアモンド−カーバイドの相互混
合状態を示す図である。
の粒子構造を示す倍率１５００Ｘで撮影した顕微鏡写真
であり、形成されたダイアモンド−カーバイドの相互混
合状態を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 29/04 Ｗ 7821−4Ｇ
Claims (10)
- 【請求項１】 黒鉛粒子と未焼結カ−バイドマトリック
スとを配合して、粒子配合物を生成する工程、ここで該
黒鉛粒子は該粒子配合物全体に渡り無秩序に分散してい
る、 該粒子配合物を成形して、所定形状の未処理体とする工
程、および黒鉛粒子含有焼結体を、該黒鉛をその場でダ
イアモンドに転化するのに十分な温度および圧力条件下
に置く工程、 を含むことを特徴とするダイアモンド植え付けカ−バイ
ドの製造方法。 - 【請求項２】 黒鉛粒子と未焼結カ−バイドマトリック
スとを配合して、粒子配合物を生成する工程、ここで該
未焼結カ−バイドマトリックスはバインダ−で結合した
少なくとも一種の金属カ−バイド粉末を含み、該バイン
ダ−は少なくとも一種のダイアモンド触媒として知られ
る元素粉末を含む、 該粒子配合物を成形して、所定形状の未処理体とする工
程、 該未処理体を焼結する工程、 該焼結体を保護金属オ−バ−コ−トで鍍金する工程、お
よび該黒鉛粒子含有焼結体を、該黒鉛をその場でダイア
モンドに転化するのに十分な温度および圧力条件下に置
く工程、を含むことを特徴とするダイアモンド植え付け
カ−バイドの製造方法。 - 【請求項３】 該金属カ−バイド粉末がＷ、Ti、Zr、H
f、Ｖ、Nb、Ta、CrおよびMoからなる群から選ばれる請
求項２記載の方法。 - 【請求項４】 ダイアモンド触媒として知られる該元素
粉末がダイアモンド触媒として知られる元素からなる群
から選ばれる請求項２記載の方法。 - 【請求項５】 ダイアモンド触媒として知られる該元素
粉末がNi、Co、Fe、Al、Ｂおよびその合金からなる群か
ら選ばれる請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 該粒子配合物を形成するのに使用する該
黒鉛粒子が約0.2 〜1000μの範囲内の粒径を有する請求
項２記載の方法。 - 【請求項７】 添加された過剰の遊離炭素を含有する未
焼結カ−バイドマトリックスを含む粒子配合物を生成す
る工程、ここで該カ−バイドマトリックスはバインダ−
で結合した少なくとも一種の金属カ−バイド粉末を含
み、該バインダ−が少なくとも一種のダイアモンド触媒
として知られる元素粉末を含み、該粒子配合物の全遊離
炭素含有率は、該粒子配合物の全体積を基準として、約
0.5 〜50容量％の範囲内にある、 該粒子配合物を成形して、所定形状の未処理体とする工
程、 該未処理体を焼結する工程、および該過剰の遊離炭素含
有焼結体を、該遊離炭素をその場でダイアモンドに転化
するのに十分な温度および圧力条件下に置く工程、を含
むことを特徴とするダイアモンド植え付けカ−バイドの
製造方法。 - 【請求項８】 該バインダ−が、該粒子配合物の全体積
を基準として、約５〜50容量％の範囲内の量で存在する
請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 該未処理体が約1500°C 以下の温度およ
び約30,000 psi以下の圧力の下で焼結される請求項７記
載の方法。 - 【請求項10】 該焼結体が、HPHT装置内で、少なくとも
約1200°C の温度および少なくとも約40キロバ−ルの圧
力の下に置かれて、該遊離炭素がその場でダイアモンド
に転化される請求項７記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/575,134 US5128080A (en) | 1990-08-30 | 1990-08-30 | Method of forming diamond impregnated carbide via the in-situ conversion of dispersed graphite |
| US575134 | 1995-12-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05201764A true JPH05201764A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=24299088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3220431A Pending JPH05201764A (ja) | 1990-08-30 | 1991-08-30 | 分散された黒鉛のその場での転化によるダイアモンド植え付けカ−バイドの製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5128080A (ja) |
| JP (1) | JPH05201764A (ja) |
| KR (1) | KR920004308A (ja) |
| FR (1) | FR2666329A1 (ja) |
| IE (1) | IE69760B1 (ja) |
| SE (1) | SE511102C2 (ja) |
| ZA (1) | ZA916717B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US5756061A (en) * | 1990-11-13 | 1998-05-26 | White; John L. | Diamond synthesis from silicon carbide |
| US5294241A (en) * | 1993-02-19 | 1994-03-15 | Medtronic, Inc. | Method for making glass to metal seals |
| US6214079B1 (en) | 1998-03-25 | 2001-04-10 | Rutgers, The State University | Triphasic composite and method for making same |
| GB2383799A (en) * | 2002-01-08 | 2003-07-09 | Planet Diamond Tools Europ Ltd | Diamond containing cermet |
| US7841428B2 (en) | 2006-02-10 | 2010-11-30 | Us Synthetic Corporation | Polycrystalline diamond apparatuses and methods of manufacture |
| US7516804B2 (en) * | 2006-07-31 | 2009-04-14 | Us Synthetic Corporation | Polycrystalline diamond element comprising ultra-dispersed diamond grain structures and applications utilizing same |
| US8986408B1 (en) | 2008-04-29 | 2015-03-24 | Us Synthetic Corporation | Methods of fabricating polycrystalline diamond products using a selected amount of graphite particles |
| US7842111B1 (en) | 2008-04-29 | 2010-11-30 | Us Synthetic Corporation | Polycrystalline diamond compacts, methods of fabricating same, and applications using same |
| US20100104874A1 (en) * | 2008-10-29 | 2010-04-29 | Smith International, Inc. | High pressure sintering with carbon additives |
| JP5500508B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2014-05-21 | 三菱マテリアル株式会社 | 微粒多結晶ダイヤモンド焼結体の製造法 |
| US10287824B2 (en) | 2016-03-04 | 2019-05-14 | Baker Hughes Incorporated | Methods of forming polycrystalline diamond |
| US11292750B2 (en) | 2017-05-12 | 2022-04-05 | Baker Hughes Holdings Llc | Cutting elements and structures |
| US11396688B2 (en) | 2017-05-12 | 2022-07-26 | Baker Hughes Holdings Llc | Cutting elements, and related structures and earth-boring tools |
| US10605009B2 (en) * | 2017-11-16 | 2020-03-31 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Impregnated cutting structures, earth-boring tools including the impregnated cutting structures, and related methods |
| US11536091B2 (en) | 2018-05-30 | 2022-12-27 | Baker Hughes Holding LLC | Cutting elements, and related earth-boring tools and methods |
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|---|---|---|---|---|
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| US3536447A (en) * | 1966-12-01 | 1970-10-27 | Tokyo Shibaura Electric Co | Method of preparing synthetic diamond crystals |
| US4089933A (en) * | 1970-01-04 | 1978-05-16 | Institut Fiziki Vysokikh Daleny Akademi Nauk, Sssr | Method of producing polycrystalline diamond aggregates |
| US3850053A (en) * | 1972-11-16 | 1974-11-26 | Gen Electric | Cutting tool and method of making same |
| ZA737322B (en) * | 1973-09-14 | 1975-04-30 | De Beers Ind Diamond | Diamond synthesis |
| US4273561A (en) * | 1975-08-27 | 1981-06-16 | Fernandez Moran Villalobos Hum | Ultrasharp polycrystalline diamond edges, points, and improved diamond composites, and methods of making and irradiating same |
| US4333986A (en) * | 1979-06-11 | 1982-06-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Diamond sintered compact wherein crystal particles are uniformly orientated in a particular direction and a method for producing the same |
| US4260397A (en) * | 1979-08-23 | 1981-04-07 | General Electric Company | Method for preparing diamond compacts containing single crystal diamond |
| US4259090A (en) * | 1979-11-19 | 1981-03-31 | General Electric Company | Method of making diamond compacts for rock drilling |
| US4525178A (en) * | 1984-04-16 | 1985-06-25 | Megadiamond Industries, Inc. | Composite polycrystalline diamond |
| JPS6131354A (ja) * | 1984-07-21 | 1986-02-13 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンド焼結体の製造法 |
| JP2731904B2 (ja) * | 1987-05-18 | 1998-03-25 | 株式会社 石塚研究所 | 微細ダイヤモンド粒子分散体、及びその製造法 |
-
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- 1990-08-30 US US07/575,134 patent/US5128080A/en not_active Expired - Fee Related
-
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- 1991-08-23 ZA ZA916717A patent/ZA916717B/xx unknown
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- 1991-08-29 IE IE304591A patent/IE69760B1/en not_active IP Right Cessation
- 1991-08-29 FR FR9110727A patent/FR2666329A1/fr active Granted
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