JPH08169762A - ウィスカー又は繊維で強化された多結晶立方晶系窒化ホウ素及びダイヤモンド - Google Patents

ウィスカー又は繊維で強化された多結晶立方晶系窒化ホウ素及びダイヤモンド

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JPH08169762A
JPH08169762A JP7218878A JP21887895A JPH08169762A JP H08169762 A JPH08169762 A JP H08169762A JP 7218878 A JP7218878 A JP 7218878A JP 21887895 A JP21887895 A JP 21887895A JP H08169762 A JPH08169762 A JP H08169762A
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ミース デビッド
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コリアー マット
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レイ ガンシャム
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    • B01J2203/0685—Crystal sintering

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多結晶立方晶系窒化ホウ素又はダイヤモンド
焼結体の耐磨耗性、破壊靱性、及び耐チッピング（ｃｈ
ｉｐｐｉｎｇ）性を向上させる。 【解決手段】 多結晶立方晶系窒化ホウ素又はダイヤモ
ンド圧粉体にウィスカー及び／又は繊維を混在させる。
このウィスカー及び／又は繊維は、ホウ素、炭素、並び
に多結晶立方晶系窒化ホウ素及びダイヤモンドの焼結の
温度及び圧力で融解しない金属酸化物、金属ホウ化物、
金属窒化物、金属炭化物、及び金属炭窒化物等でできで
いる。多結晶立方晶系窒化ホウ素の焼結体は、７０ｗｔ
％の立方晶系窒化ホウ素粒子、１５ｗｔ％の窒化チタン
で被覆された炭化ケイ素ウィスカー及び／又は繊維、並
びに１５ｗｔ％の窒化チタン粒子を混合し、７．５ＭＰ
ａ、１４００℃で１５分焼結して作る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械加工具、研磨
材、ワイヤーダイス、磨耗部品等に用いる耐磨耗性、耐
衝撃性材料に関する。特に、本発明は、繊維又はウィス
カー材料のストランドを分散させた、焼結した多結晶立
方晶系の窒化ホウ素（以下、立方晶系の窒化ホウ素を
「ｃＢＮ」と記載することがある）及びダイヤモンドの
構造体に関する。ここで用いられている用語「繊維」及
び「ウィスカー」は、両方ともほぼ円柱形をし、それら
の直径よりも相当に長い長さを有するストランドのこと
をいう。しかしながら、用語「繊維」は接合された多結
晶構造体を表すのに対して、用語「ウィスカー」は、単
結晶のストランド定義するのに用いる。
【０００２】
【従来の技術】超硬、耐磨耗性材料をダイヤモンド又は
立方晶形窒化ホウ素結晶から作ることは公知である。ダ
イヤモンドはｃＢＮより硬いが、ｃＢＮは鉄系材料を切
断したり機械加工したりするのに有利である。それはダ
イヤモンド中の炭素が、ｃＢＮ結晶中のホウ素及び窒素
よりも遙に大きな程度に鉄系被加工品と反応するからで
ある。立方晶系窒化ホウ素は、熱安定性、高い熱伝導
性、良好な耐衝撃性、及び被加工品と接触したときの低
い摩擦係数のような他の望ましい性質を有する。これら
の理由から、ｃＢＮはダイヤモンドと同様に機械加工用
途に広く使用されている。
【０００３】ダイヤモンド又はｃＢＮの多結晶複合材料
は、ダイヤモンド又はｃＢＮの単結晶に対して多くの利
点を有するので、多数の小さな結晶を接合して「圧粉体
（ｃｏｍｐａｃｔ）」として一般に知られている有用な
大きさの複合材料にする方法が発達した。出発物質とし
て使用されるダイヤモンド及びｃＢＮは天然のもので
も、公知の高圧法を用いて製造されたものでもいずれで
もよい。ダイヤモンド及びｃＢＮの両方の多結晶圧粉体
を作る基本的な方法は類似している。
【０００４】多結晶ダイヤモンドは、多数の比較的小さ
なダイヤモンド結晶を相互に混合し、結晶間結合が起こ
るように高温高圧にそれらを曝すことによって作られ
る。一般に、結晶間の接合を補助するために触媒又は接
合材料が加えられる。このプロセスは「焼結」として知
られている。コバルト、鉄、ニッケル、マンガン等のよ
うな金属、及びこれら金属の合金が、触媒マトリックス
として用いられてきた。
【０００５】多結晶窒化ホウ素も、バインダー及び触媒
物質の存在下に焼結により作られてきた。多結晶ｃＢＮ
圧粉体は、触媒物質なしに形成されうるが、個々のｃＢ
Ｎ粒子の外側に形成されるホウ素と窒素の酸化物はそれ
を困難にしている。ｃＢＮ結晶間結合の形成を補助する
ために多数の異なった物質が触媒及びバインダーとして
用いられてきた。ダイヤモンドに関しては、金属及びそ
れらの合金を用いうる。コバルトは焼結した圧粉体を作
るのに用いられる一般的な金属である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】圧粉体が良好な耐磨耗
性及び破壊靱性を持つことが望ましい。耐チッピング
（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）性も望ましい。種々の圧粉体材
料、触媒等は、これらの重要なパラメーターに異なった
影響を与えるので、種々の用途に最良の可能な性能を与
える材料の組み合わせ及び構造を見いだすことが望まし
い。
【０００７】
【課題を解決するための手段】多結晶立方晶系窒化ホウ
素及び多結晶ダイヤモンドにウィスカー及び／又は繊維
を分散させる。このウィスカー及び／又は繊維の材料
は、好ましくはホウ素、炭素、炭化ケイ素、炭化チタ
ン、及び窒化チタン、並びに立方晶系窒化ホウ素又はダ
イヤモンドの焼結の温度及び圧力で融解しない金属酸化
物、金属ホウ化物、金属窒化物、金属炭化物、及び金属
炭窒化物からなる群から選ばれる。加えて、このウィス
カー又は繊維は１又はそれ以上の炭化チタン、窒化チタ
ン、タングステン、炭窒化チタン、又は酸化アルミニウ
ムで被覆されていてもよい。
【０００８】また、多結晶立方晶系窒化ホウ素及び多結
晶ダイヤモンド圧粉体を形成する方法は、窒化ホウ素又
はダイヤモンドの粒子をウィスカー及び／又は繊維並び
に触媒と混合し、この混合物を、立方晶系窒化ホウ素又
はダイヤモンドが熱力学的に安定で、ウィスカー及び／
又は繊維がはっきりと損なわれない高い温度及び圧力の
条件に曝すことを含む。この混合ステップ中のウィスカ
ー及び／又は繊維は、ホウ素、炭素、炭化ケイ素、炭化
チタン、窒化チタン、並びに立方晶系窒化ホウ素又はダ
イヤモンドの焼結の温度及び圧力で融解しない金属酸化
物、金属ホウ化物、金属窒化物、金属炭化物、及び金属
炭窒化物からなる群から選ばれる材料を含む。
【０００９】特に、多結晶立方晶系窒化ホウ素圧粉体を
形成する方法において、混合ステップは、立方晶系窒化
ホウ素粒子に５〜３０ｗｔ％の窒化チタンで被覆された
炭化ケイ素ウィスカー及び５〜１５ｗｔ％の窒化チタン
粒子を混合することを含む。この立方晶系窒化ホウ素粒
子は直径約２〜３μm であり、ウィスカーは直径が約
０．７〜１．２μm で長さが１０μm であり、そして窒
化チタン粒子は直径が約１．２μm であることである。
【００１０】本発明の好ましい態様において、直径約２
〜３μm のｃＢＮ結晶を非酸化性、好ましくは還元性雰
囲気中で、温度約９００〜９５０℃で、約１〜２時間の
期間熱処理する。この非酸化性雰囲気は１０-4〜１０-6
トルの真空度の水素又はアンモニアであり得る。当初の
加熱処理の目的は吸着された水蒸気、酸化物、及び焼結
過程でのｃＢＮ結晶間結合を妨げるおそれのある揮発性
不純物を除くことである。アンモニア中での熱処理が好
ましい。それは、窒素の損失を避け窒化ホウ素中での非
化学量論をもたらすからである。
【００１１】炭化ケイ素のウィスカーも調製される。こ
のウィスカーは、中心らせん転位（ｃｅｎｔｒａｌ ｓ
ｃｒｅｗ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）に沿って軸方向に
成長した円柱形の結晶である。適当なサイズは長さ約１
０μm 、直径約０．７〜１．２μm である。そのような
ウィスカーは商業的に入手可能であり、この場合、調製
されるほぼ全てのウィスカーは単結晶であり、アモルフ
ァス繊維でない。
【００１２】好ましくは、前記ウィスカーは触媒及び焼
結補助剤として作用する物質で被覆されている。窒化チ
タンは好ましい材料である。この皮膜は化学蒸着法によ
って作られるが、この方法は表面に物質のフィルムを蒸
着するための周知の方法である。塩化チタンの溶液から
化学的にウィスカーを被覆してもよい。蒸着した塩化チ
タンは加水分解され、ＴｉＯ2 となる。次いで、これは
窒化されて窒化チタン皮膜となる。ｃＢＮ圧粉体中に添
加するに適当なサイズの単結晶ウィスカー上に窒化チタ
ンの薄い層を蒸着することは商業的に行われている方法
である。適当な皮膜厚さは数十nmのオーダーである。被
覆された及び未被覆の繊維及びウィスカーはＡｄｖａｎ
ｃｅｄ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉ
ｅｓ Ｉｎｃ． ｉｎ Ｂｕｆｆａｌｏ， Ｎｅｗ Ｙ
ｏｒｋから入手できる。
【００１３】次いで、熱処理されたｃＢＮ結晶は被覆さ
れたウィスカーと合体させられる。触媒として、直径約
１〜１．２μm の窒化チタンの粒子も添加される。具体
例を挙げれば、被覆されたウィスカー及び窒化チタン粒
子はそれぞれ混合物の約１５ｗｔ％を占め、ｃＢＮ結晶
は残りの７０ｗｔ％を占める。次いでこの混合物は、窒
素の充填されたボールミル中で炭化タングステンボール
及びアルコールと共に充分に混合される。この混合物
は、ほぼ最終製品の形をした予備型中で圧縮され、非酸
化性雰囲気中で約６００〜９５０℃の温度で約４時間熱
処理される。ｃＢＮ粒子の熱予備処理に関しては、非酸
化雰囲気は１０-4〜１０-6トルの真空の水素又はアンモ
ニアでありうる。このステップは更に、ｃＢＮの結晶間
結合の形成を妨げうるｃＢＮ粒子表面上の酸化ホウ素の
還元を助ける。
【００１４】切断具として使用するためのｃＢＮ圧粉体
を作るときは、多結晶ｃＢＮの硬い層とそれと一体にな
った炭化タングステン基体とを含む複合圧粉体を形成す
るのが有利である。炭化タングステン基体は炭化タング
ステンをコバルトバインダーと共に焼結することによっ
て「接合される（ｃｅｍｅｎｔｅｄ）」。接合された炭
化タングステンの粒子の形成方法は周知である。この複
合圧粉体のｃＢＮ層の厚みは製作される切断具に従って
変化するが、一般に約０．５mmより大きい。炭化タング
ステン基体は、高い硬度、熱伝導性、及び靱性を持って
いるので、望ましい。接合された炭化タングステン基体
の厚みは一般に約２mmより大きい。典型的な具体例を挙
げると、厚さ２．４mm又は４mmの基体上に厚さ約０．８
mmのｃＢＮ層がある。複合圧粉体を作るために、接合さ
れた炭化タングステン基体上に予備成形物を乗せ、それ
らを閉じた容器中に装填する。容器材料の注意深い選択
は望ましくない材料の圧粉体中への浸入を最小にし、そ
れを酸化等から守る。モリブデン、ニオブ、チタン、タ
ングステン、及びジルコニウムが適当であることが見い
だされた。好ましい容器材料はニオブである。
【００１５】前記基体と焼結されるべき予備成形物を包
む閉じたニオブの容器は塩、タルク、等のような圧力伝
達媒体によって囲まれる。この容器及び圧力伝達媒体
は、葉ロウ石のような圧力を伝達し、ガスケットを形成
する物質によって囲まれたグラファイト又は金属のヒー
ター中に置かれ、適当な高圧、高温装置の室中に入れら
れる。そのような装置は当業者に周知である。
【００１６】約２０キロバール（２ＭＰａ）より大きい
圧力をかけて、この混合物をｃＢＮの熱力学的に安定な
領域に持って行った後、電気抵抗加熱をかけてこの圧粉
体を最大密度になるように焼結する。適当なサイクル
は、圧力７５キロバール（７．５ＭＰａ）、温度約１４
００℃で１５分を含む。焼結が完了したのち、熱電流を
下げ、サンプルを約２００℃より低く下げ、その後かけ
られた圧力を除き、容器を高圧プレスから取り去る。
【００１７】焼結過程において、以下の現象が起こって
いると考えられる。第１に、接合された炭化タングステ
ン基体中のコバルトバインダー相の融点に達したとき、
このコバルトは多結晶ｃＢＮ材料中に少し侵入し、これ
はｃＢＮ層を炭化タングステン基体に接合する。また、
高温高圧はｃＢＮ粒子が相互に結晶間結合を形成させる
ようにし、窒化チタン粒子が窒化チタンウィスカー皮膜
及びｃＢＮ粒子と拡散結合を形成するようにさせる。窒
化チタンの３０００℃の融点に到達しないが、窒化チタ
ンはｃＢＮ中へ及びウィスカー皮膜へ移行し、この混合
物を合着して固く結合した多結晶塊にする。
【００１８】本発明内で、広範な条件及び温度−圧力条
件サイクルを行い、望みの繊維含有微細構造体を作るこ
とができるであろう。ウィスカー対ｃＢＮ粒子対バイン
ダーの比は広い範囲で変わりうる。ウィスカーの最小含
量は定まらない。もっとも、ウィスカーが少ないほどウ
ィスカーが提供する望ましい品質の低下した圧粉体が生
じるであろうが。しかしながら、圧粉体のｃＢＮ含量は
少なくとも６０ｗｔ％であるべきである。比較的低いｃ
ＢＮ含量は硬さ及び他の圧粉体の重要な特性を欠いた圧
粉体を生じる。従って、いずれにせよウィスカー含量
は、ｃＢＮ圧粉体の全重量の約１％から約３０％であ
る。追加の触媒物質は一般に、全重量の５〜１５％であ
る。但し、ウィスカーと触媒の含量の合計は、圧粉体の
４０ｗｔ％を超えない。
【００１９】また、種々の組成のウィスカー及びバイン
ダーを用いうる。窒化チタンは、炭化物触媒物質に較べ
て比較的熱安定性があるので触媒としてもウィスカーと
してもよい性能を示すが、必ずしも窒化チタンを使用す
る必要はない。しかしながら、触媒に用いると同時にウ
ィスカーを被覆するのに用いるのは最も適当であるよう
である。これはｃＢＮ粒子、バインダー粒子、及びウィ
スカーの間の拡散結合の形成を助けるであろう。
【００２０】異なったウィスカー材料、ウィスカー皮
膜、及びバインダーは、種々の強度と化学反応特性を持
っているので、種々の硬度、耐クラック性等が、この圧
粉体の組成を変えることにより提供される。ウィスカー
は、例えば炭化チタン又は窒化チタン又は炭化ケイ素か
ら構成されうる。実際、多結晶立方晶系窒化ホウ素の焼
結温度及び圧力で融解しないどんな金属酸化物、金属ホ
ウ化物、金属窒化物、金属炭化物、及び金属炭窒化物も
適当である。窒化チタンに加えて、ウィスカー又は繊維
は炭化チタン、タングステン、炭窒化チタン、又は酸化
アルミニウムで被覆されていてもよく、全く被覆されて
いなくてもよい。
【００２１】触媒物質における変形も行いうる。窒化ア
ルミニウムを用いうるし、酸化アルミニウム粒子を加え
うる。実際、ウィスカーを被覆する代わりに、又はそれ
に加えて、種々の代替物質で触媒粒子を被覆するのが望
ましいであろう。コバルトアルミナイド（ｃｏｂａｌｔ
ａｌｕｍｉｎｉｄｅ）もｃＢＮバインダーとして使用
されてきたが、ここでも使用できよう。しかしながら、
過剰のコバルトは、ウィスカーと反応し、それらをマト
リックス中に融解流入させ、望みの微細構造を喪失させ
るので、幾分の困難が予測される。
【００２２】このコバルトの引き起こすウィスカーの融
解は、圧粉体を、接着された炭化タングステン基体で作
るときは、触媒物質の注意深い考察を強いる。これはコ
バルトが、基体中においてバインダー材料として一般に
使用されているからである。もし、触媒物質がチタン、
例えば窒化チタン又は炭化窒化チタンを含んでいるとき
は、この触媒はコバルトが多結晶ｃＢＮ中へ移行するの
を妨げるであろう。多結晶ｃＢＮマトリックスを基体へ
接着するために幾分かのコバルトの侵入が必要であるな
らば、チタンを有する触媒は、これを、多結晶ｃＢＮ及
び炭化タングステン基体の間の境界で厚さ約２μm の領
域に限るであろう。
【００２３】代替物質の考察を通じて、上に論じた化学
組成は焼結した圧粉体の技術分野において用いられてき
たが、多結晶ｃＢＮ又はダイヤモンド圧粉体中の繊維含
有微細構造体は、以前には達成されなかった。
【００２４】粒子及びウィスカーのサイズも変化でき
る。ｃＢＮの最大の結晶間結合及び多結晶構造体を通じ
てのウィスカーの適当な分散を助けるために、ウィスカ
ーの直径はｃＢＮ結晶粒子サイズよりも小さいのが好ま
しい。圧粉体の粒子が小さいほど、耐衝撃性が大きくな
り、激しい切断用途に適切な機能を発揮し、仕上げ用途
においてより平滑な表面を与えるので、小さなｃＢＮ粒
子、即ち、直径２〜３μm が好ましい。単結晶ウィスカ
ーの直径は一般に１μm よりもやや小さい。加えて、単
結晶ウィスカーは高強度及び破壊靱性を持ち、これによ
ってウィスカーが埋め込まれる圧粉体中の破壊靱性を高
める。それ故、単結晶ウィスカーは好ましい成分であ
る。しかしながら、炭素又はホウ素のような材料ででき
た非単結晶繊維も使用できる。熱分解された炭素繊維及
びホウ素繊維は商業的に入手可能である。これらの繊維
は単結晶ウィスカーよりも大きな直径を持っているの
で、最適な透過は比較的大きなｃＢＮ粒子を必要とし、
これは、得られる道具の研磨特性を低下させる。
【００２５】上に述べたプロセスは、焼結されたダイヤ
モンド圧粉体を作るのに適用でき、この場合、ダイヤモ
ンド結晶は窒化ケイ素粒子に置き換えられる。焼結され
たダイヤモンドに触媒物質としてコバルトが一般に用い
られるが、上述のようにコバルトはウィスカーの一体性
に悪影響を与えるので、ウィスカーを分散させた焼結さ
れたダイヤモンド圧粉体を作るのに他の物質を用いるの
が好ましい。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/80 35/84 Ｃ０４Ｂ 35/80 Ｆ Ｇ (72)発明者 マット コリアー アメリカ合衆国，ユタ 84604，プロボ, ナンバー 306，ノース 1720 ウエスト 722 (72)発明者 ガンシャム レイ アメリカ合衆国，ユタ 84052，サンディ ー，サウス ロックビュー サークル 10052

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ウィスカー及び／又は繊維を分散させた
    多結晶立方晶系窒化ホウ素。
  2. 【請求項２】 前記ウィスカー及び／又は繊維が炭化チ
    タン、窒化チタン、タングステン、炭窒化チタン、及び
    酸化アルミニウムからなる群から選ばれた材料で被覆さ
    れている請求項１の組成物。
  3. 【請求項３】 前記ウィスカー及び／又は繊維がホウ
    素、炭素、並びに多結晶立方晶系窒化ホウ素の焼結の温
    度及び圧力で融解しない金属酸化物、金属ホウ化物、金
    属窒化物、金属炭化物、及び金属炭窒化物からなる群か
    ら選ばれる材料を含む請求項１の組成物。
  4. 【請求項４】 前記ウィスカー及び／又は繊維が炭化チ
    タン、窒化チタン、タングステン、炭窒化チタン、及び
    酸化アルミニウムからなる群から選ばれた材料で被覆さ
    れている請求項３の組成物。
  5. 【請求項５】 前記ウィスカー及び／又は繊維の材料が
    炭化ケイ素、炭化チタン、窒化チタン、ホウ素、及び炭
    素からなる群から選ばれる請求項１の組成物。
  6. 【請求項６】 前記ウィスカー及び／又は繊維が炭化チ
    タン、窒化チタン、タングステン、炭窒化チタン、及び
    酸化アルミニウムからなる群から選ばれた材料で被覆さ
    れている請求項５の組成物。
  7. 【請求項７】 窒化チタンで被覆された炭化ケイ素ウィ
    スカーを分散させた多結晶立方晶系窒化ホウ素。
  8. 【請求項８】 ウィスカー及び／又は繊維を分散させた
    ダイヤモンド。
  9. 【請求項９】 前記ウィスカー及び／又は繊維が炭化チ
    タン、窒化チタン、タングステン、炭窒化チタン、及び
    酸化アルミニウムからなる群から選ばれた材料で被覆さ
    れている請求項８の組成物。
  10. 【請求項１０】 前記ウィスカー及び／又は繊維がホウ
    素、炭素、並びに多結晶ダイヤモンドの焼結の温度及び
    圧力で融解しない金属酸化物、金属ホウ化物、金属窒化
    物、金属炭化物、及び金属炭窒化物からなる群から選ば
    れる材料を含む請求項８の組成物。
  11. 【請求項１１】 前記ウィスカー及び／又は繊維が炭化
    チタン、窒化チタン、タングステン、炭窒化チタン、及
    び酸化アルミニウムからなる群から選ばれた材料で被覆
    されている請求項１０の組成物。
  12. 【請求項１２】 前記ウィスカー及び／又は繊維の材料
    が炭化ケイ素、炭化チタン、窒化チタン、ホウ素、及び
    炭素からなる群から選ばれる請求項８の組成物。
  13. 【請求項１３】 前記ウィスカー及び／又は繊維が炭化
    チタン、窒化チタン、タングステン、炭窒化チタン、及
    び酸化アルミニウムからなる群から選ばれた材料で被覆
    されている請求項１２の組成物。
  14. 【請求項１４】 次のことを含む多結晶立方晶系窒化ホ
    ウ素圧粉体（ｃｏｍｐａｃｔ）の形成方法：窒化ホウ素
    粒子をウィスカー及び／又は繊維並びに触媒と混合し；
    この混合物を、高圧窒化ホウ素が熱力学的に安定であ
    り、ウィスカー及び／又は繊維がはっきりと損なわれな
    い高い温度及び圧力条件に曝すこと。
  15. 【請求項１５】 前記ウィスカー及び／又は繊維を、混
    合に先立って、炭化チタン、窒化チタン、タングステ
    ン、炭窒化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群か
    ら選ばれた材料で被覆するステップを行う請求項１４の
    方法。
  16. 【請求項１６】 前記混合ステップが、ホウ素、炭素、
    並びに多結晶立方晶系窒化ホウ素の焼結の温度及び圧力
    で融解しない金属酸化物、金属ホウ化物、金属窒化物、
    金属炭化物、及び金属炭窒化物からなる群から選ばれる
    材料を含むウィスカー及び／又は繊維を混合することを
    含む請求項１４の方法。
  17. 【請求項１７】 前記ウィスカー及び／又は繊維を、混
    合に先立って、炭化チタン、窒化チタン、タングステ
    ン、炭窒化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群か
    ら選ばれた材料で被覆するステップを行う請求項１６の
    方法。
  18. 【請求項１８】 前記ウィスカー及び／又は繊維が炭化
    ケイ素、炭化チタン、窒化チタン、ホウ素及び炭素から
    なる群から選ばれる材料を含むウィスカー及び／又は繊
    維を混合することを含む請求項１４の方法。
  19. 【請求項１９】 前記ウィスカー及び／又は繊維を、混
    合に先立って、炭化チタン、窒化チタン、タングステ
    ン、炭窒化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群か
    ら選ばれた材料で被覆するステップを行う請求項１８の
    方法。
  20. 【請求項２０】 前記被覆ステップが炭化ケイ素ウィス
    カーを窒化チタンで被覆すること、及び前記混合ステッ
    プが立方晶系窒化ホウ素粒子を１〜３０ｗｔ％の窒化チ
    タン被覆炭化ケイ素ウィスカー及び５〜１５ｗｔ％の焼
    結助剤としての窒化チタン粒子を含み、ここにウィスカ
    ー及び焼結助剤の合計重量％が４０ｗｔ％を超えない、
    請求項１９の方法。
  21. 【請求項２１】 前記立方晶系窒化ホウ素粒子が直径２
    〜３μm であり、前記ウィスカーが直径０．７〜１．２
    μm で長さが１０μm であり、窒化チタン粒子が直径１
    〜１．２μm である請求項２０の方法。
  22. 【請求項２２】 前記混合ステップが立方晶系窒化ホウ
    素粒子をウィスカー及び／又は繊維並びに焼結助剤を混
    合することを含む混合ステップを含む請求項１４の方
    法。
  23. 【請求項２３】 次のことを含む多結晶ダイヤモンドの
    形成方法：ダイヤモンド結晶をウィスカー及び／又は繊
    維並びに触媒と混合し；この混合物を、ダイヤモンドが
    熱力学的に安定であり、ウィスカー及び／又は繊維がは
    っきりと損なわれない高い温度及び圧力条件下に曝すこ
    と。
  24. 【請求項２４】 前記ウィスカー及び／又は繊維を、混
    合に先立って、炭化チタン、窒化チタン、タングステ
    ン、炭窒化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群か
    ら選ばれた材料で被覆するステップを行う請求項２３の
    方法。
  25. 【請求項２５】 前記混合ステップが、ホウ素、炭素、
    並びに多結晶ダイヤモンドの焼結の温度及び圧力で融解
    しない金属酸化物、金属ホウ化物、金属窒化物、金属炭
    化物、及び金属炭窒化物からなる群から選ばれる材料を
    含むウィスカー及び／又は繊維を混合することを含む請
    求項２３の方法。
  26. 【請求項２６】 前記ウィスカー及び／又は繊維を、混
    合に先立って、炭化チタン、窒化チタン、タングステ
    ン、炭窒化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群か
    ら選ばれた材料で被覆するステップを行う請求項２５の
    方法。
  27. 【請求項２７】 前記ウィスカー及び／又は繊維が炭化
    ケイ素、炭化チタン、窒化チタン、ホウ素及び炭素から
    なる群から選ばれる材料を含むウィスカー及び／又は繊
    維を混合することを含む請求項２３の方法。
  28. 【請求項２８】 前記ウィスカー及び／又は繊維を、混
    合に先立って、炭化チタン、窒化チタン、タングステ
    ン、炭窒化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群か
    ら選ばれた材料で被覆するステップを行う請求項２７の
    方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130059721A1 (en) * 2010-02-12 2013-03-07 Stefan Magnus Olof Persson Superhard element, method of using same and method of making same
JP2015508383A (ja) * 2011-12-29 2015-03-19 スミス インターナショナル インコーポレイテッド 繊維状材料で強化された熱的に安定な多結晶超硬材料

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0975423B1 (en) * 1997-04-17 2002-09-18 De Beers Industrial Diamonds (Proprietary) Limited Sintering process for diamond and diamond growth
JP2001525244A (ja) * 1997-12-11 2001-12-11 デ ビアス インダストリアル ダイアモンド デイビジヨン （プロプライエタリイ） リミテツド 結晶含有材料
US8080071B1 (en) * 2008-03-03 2011-12-20 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact, methods of fabricating same, and applications therefor
US8236074B1 (en) 2006-10-10 2012-08-07 Us Synthetic Corporation Superabrasive elements, methods of manufacturing, and drill bits including same
US9017438B1 (en) 2006-10-10 2015-04-28 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact including a polycrystalline diamond table with a thermally-stable region having at least one low-carbon-solubility material and applications therefor
US8821604B2 (en) 2006-11-20 2014-09-02 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact and method of making same
US8034136B2 (en) 2006-11-20 2011-10-11 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating superabrasive articles
US8080074B2 (en) 2006-11-20 2011-12-20 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compacts, and related methods and applications
US8911521B1 (en) 2008-03-03 2014-12-16 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating a polycrystalline diamond body with a sintering aid/infiltrant at least saturated with non-diamond carbon and resultant products such as compacts
US8999025B1 (en) 2008-03-03 2015-04-07 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating a polycrystalline diamond body with a sintering aid/infiltrant at least saturated with non-diamond carbon and resultant products such as compacts
US8071173B1 (en) 2009-01-30 2011-12-06 Us Synthetic Corporation Methods of fabricating a polycrystalline diamond compact including a pre-sintered polycrystalline diamond table having a thermally-stable region
CN101591194B (zh) * 2009-05-13 2012-01-18 桂林矿产地质研究院 一种超硬刀具复合材料
CN101899713B (zh) * 2009-05-31 2014-09-24 北京清大微纳科技有限公司 一种梯度型纳米微结构多晶超硬材料及其合成方法
US8590643B2 (en) 2009-12-07 2013-11-26 Element Six Limited Polycrystalline diamond structure
US9028573B2 (en) 2010-09-08 2015-05-12 Element Six Limited EDM cuttable, high cBN content solid PCBN compact
US10309158B2 (en) 2010-12-07 2019-06-04 Us Synthetic Corporation Method of partially infiltrating an at least partially leached polycrystalline diamond table and resultant polycrystalline diamond compacts
CN103269816B (zh) 2010-12-21 2017-03-01 戴蒙得创新股份有限公司 一种多晶金刚石复合片 、切割件及制造切割件的方法
US9027675B1 (en) 2011-02-15 2015-05-12 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact including a polycrystalline diamond table containing aluminum carbide therein and applications therefor
GB2490793B (en) 2011-05-10 2015-11-04 Element Six Abrasives Sa Tip for degradation tool and tool comprising same
US10077608B2 (en) 2011-12-30 2018-09-18 Smith International, Inc. Thermally stable materials, cutter elements with such thermally stable materials, and methods of forming the same
US20140013913A1 (en) * 2012-07-11 2014-01-16 Smith International, Inc. Thermally stable pcd with pcbn transition layer
CN103042474B (zh) * 2012-12-07 2015-10-07 广东工业大学 一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂cbn砂轮及其制备方法
US9498867B2 (en) 2013-11-26 2016-11-22 Baker Hughes Incorporated Polycrystalline compacts, earth-boring tools including such compacts, and methods of fabricating polycrystalline compacts
CN103770022A (zh) * 2014-01-10 2014-05-07 当涂县南方红月磨具磨料有限公司 一种含火山岩的陶瓷白刚玉砂轮
CN106607584B (zh) * 2015-07-28 2019-07-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种立方氮化硼复合体及其制备方法
CN107750194A (zh) * 2015-09-08 2018-03-02 哈里伯顿能源服务公司 在hthp烧结过程中使用纤维及其随后与基底的附接
CN107759227B (zh) * 2017-10-09 2020-03-31 中原工学院 一种采用触媒法制备PcBN刀具材料的方法
WO2020066517A1 (ja) * 2018-09-27 2020-04-02 住友電工ハードメタル株式会社 立方晶窒化硼素多結晶体及びその製造方法
CN110885250A (zh) * 2019-11-20 2020-03-17 天津大学 一种低成本高性能聚晶立方氮化硼刀具材料
CN114804904B (zh) * 2022-05-09 2023-07-11 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 碳化硅晶须改性氮化硼复合材料及其制备方法和应用、氮化硼复合体及其制备方法
CN116657063B (zh) * 2023-07-31 2023-10-27 陕西太合智能钻探有限公司 一种高耐磨性聚晶金刚石复合片、其制备方法及应用

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1406921C (ru) * 1986-01-28 1994-05-30 Kapustin A I Шихта для изготовления сверхтвердого композиционного материала
US4863881A (en) * 1988-09-15 1989-09-05 California Institute Of Technology Shock consolidation of cubic boron nitride with whiskers of silicon compounds
JPH03122051A (ja) * 1989-10-05 1991-05-24 Tatsuro Kuratomi ウイスカ複合ダイヤモンド焼結体およびその製造法
JPH03164475A (ja) * 1989-11-21 1991-07-16 Tatsuro Kuratomi ウイスカ複合立方晶窒化硼素焼結体およびその製造法
JPH0674176B2 (ja) * 1990-10-02 1994-09-21 龍郎 倉富 ウイスカー複合立方晶窒化硼素焼結体およびその製造法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130059721A1 (en) * 2010-02-12 2013-03-07 Stefan Magnus Olof Persson Superhard element, method of using same and method of making same
JP2013519614A (ja) * 2010-02-12 2013-05-30 エレメント シックス アブレイシヴズ ソシエテ アノニム 超硬要素、その使用方法及びその製造方法
US8828899B2 (en) * 2010-02-12 2014-09-09 Element Six Limited Superhard element, method of using same and method of making same
JP2015508383A (ja) * 2011-12-29 2015-03-19 スミス インターナショナル インコーポレイテッド 繊維状材料で強化された熱的に安定な多結晶超硬材料

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EP0699642A3 (en) 1996-09-18

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