JPS6121974A - 複合多結晶ダイヤモンド - Google Patents

複合多結晶ダイヤモンド

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JPS6121974A
JPS6121974A JP60078614A JP7861485A JPS6121974A JP S6121974 A JPS6121974 A JP S6121974A JP 60078614 A JP60078614 A JP 60078614A JP 7861485 A JP7861485 A JP 7861485A JP S6121974 A JPS6121974 A JP S6121974A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、超高圧力及び温度において形成される、多結
晶ダイヤモンド及び焼結金属炭化物から成る摩耗及び衝
撃耐性材料に関するものである。
本明細書において、「多結晶ダイヤモンド」とは、個々
のダイヤモンド結晶を結晶量結合が起るよう超高圧力及
び温度の下に置くことにより生成される材料型式を言及
せんとするものである。一般に、触媒／バインダ物質が
充分なる結晶量結合を保証するよう使用される。斯界で
は、この材料はまた「焼結ダイヤモンド」と呼ばれるこ
とが多い。また、本明細書において、［予備焼結（ｐｒ
ｅｃｅｍｅｎｔｅｄ　）炭化物」とは、ＩＶＢ、ＶＢ或
いはＶＩＢ族金属のいずれかの炭化物がプレスされそし
て加熱されて（Ｃｏ　、　Ｎｉ或いはＦｅ　及びその様
々の合金のようなバインダの存在下でのことが非常に多
い）、高い靭性°を有する稠密炭化物部片を生成するに
際して得られる材料型式を呼称するものである。予備焼
結炭化物のもつとも一般的なそして容易に入手しうる形
態はコバルトバインダを含有する炭化タングステンであ
る。
先行技術 幾つかの用途において、多結晶ダイヤモンドは単結晶ダ
イヤモンドを上回る特別の有益さを示した。特に、多結
晶ダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンドより耐衝撃性に
優れている。単結晶ダイヤモンドは、比較的低い応力で
結晶の破砕を惹起する恐れのあるその特定勇開面による
だけでなく、弾性モジュラスがきわめて高いので、比較
的低い衝撃耐性しか有しない。無秩序に配向された個々
の結晶を集合して成る多結晶ダイヤモンドは、単結晶形
態における璧開面により生じる問題を軽減する。しかし
ながら、多結晶ダイヤモンドもまだ尚、その高い弾性モ
ジュラスの故に衝撃耐性において比較的乏しい。この低
い衝撃耐性は、多くの用途において多結晶ダイヤモンド
が原子一原子剪断からでなくマクロ及びミクロスケール
双方で生じる破砕及び剥落ちから暦損するが故に問題で
ある。
多結晶ダイヤモンドが比較的脆いことは早くから認識さ
れており、従ってその結果として最初の市販多結晶ダイ
ヤモンド製品は米国特許第３．７４５，６２３号に示さ
れるようにダイヤモンド層′に直接結合された金属質裏
当て層即ち基板を含んでいた。この「複合突固め体」の
今日までのもつとも一般的形態は、プレスサイクル中炭
化タングステンの予備焼結盤上に直接多結晶ダイヤモン
ドの平面状盤を「成長」せしめたものである。しかし、
多結晶ダイヤモンド層を単一の予備焼結炭化物体或いは
類似の基板により支持するこの構成は多くの制限を有し
ている。
一つの問題は、ダイヤモンド層が炭化物基板により充分
に支持されうるような形態に対する多結晶ダイヤモンド
工具の設計上の制約であった。用途を拡大するべく研究
が為されたけれども（予備焼結炭化物の芯体の周囲に多
結晶ダイヤモンドの筒状体を成長せしめる米国特許第４
，２１５，９９９号を例えば参照されたい）、支持体用
の予備焼結炭化物の基板を提供することの必要性により
、複合突固め体を使用して創出困難な或いは不可能な多
結晶ダイヤモンド工具用途が認められた。例えば、小形
砥石車及びドリルのような、一つの直線に関して対称で
あることを必要としそして作動表面が接線方向の力を受
けるような回転工具は工業的に生みだしえなかった。
また別の問題は、炭化物基板が多結晶ダイヤモンドより
高い熱膨張係数を有するが故に生ずる。
ダイヤモンド層と予備焼結炭化物基板との間の結合は、
両材料がｔ３００〜λ０００℃の範囲の温度にある時に
形成されるから、複合突固め体が冷えそして炭化物基板
がダイヤモンド以上に収縮するに際して応力が発生する
。ダイヤモンド層は炭化物基板より弾性に乏しいから、
これら応力は、複合突固め体の冷却期間中或いは使用中
いずれかにおいてダイ・ヤモンド層の割れをもたらす゛
ことが多い。また、予備焼結炭化物基板は、プレス用セ
ル内で場所をとるので、多結晶ダイヤモンドの形成に使
用し５る空間が減少する。
更に、多結晶ダイヤモンドの耐衝撃性を増加するのに予
備焼結炭化物体に依存する場合、ダイヤモンド層はダイ
ヤモンドがその支持体からあまり隔たることのないよう
比較的薄いことが好ましい。
このダイヤモンド層の厚さの制約は当然に、使用下での
複合突固め体の寿命予測及び多結晶ダイヤモンド工具に
対する設計可能性両方を制約する。
複合突固玩体においてダイヤモンド層の厚さを制約した
また別の問題は、「ブリッジング」の問題により生ずる
。ブリッジングとは、微粉末が多数の方向から一４ブー
レスされる時に生じる現象を云う。
プレスされている粉末中の個々の粒子が集積しそしてア
ーチ或いは橋を形成する１１Ａ向があり、その為圧力の
全量がプレスされている粉末の中央部に達しないことが
多いことが観察された。本発明者は、１ミクロンのダイ
ヤモンド粉末が０．０６インチ厚を越える多結晶夕”イ
ヤモンド体を作製するのに使用される時、部片の中央部
の方の多結晶ダイヤモンドは、外周部程良好に形成され
ていないのが普通であることを知見した。この状態はダ
イヤモンド層の割れや欠けをもたらす恐れがある。
発明の目的 本発明の目的は、改善された衝撃耐性を有する多結晶ダ
イヤモンド体を提供することである。本発明のまた別の
目的は、改善された衝撃耐性を具備すると同時に、上述
した複合突固め体と関連する問題及び欠点を持たない多
結晶ダイヤモンド体を提供することである。
特定的に述べるなら、本発明の目的は、単一の基板から
の外部支持に依存しない多結晶ダイヤモンド体を提供す
ることにより多結晶ダイヤモンド工具に対する厚さ及び
寸法形態に関しての既存の設計制限を回避することであ
る。本発明のまた別の目的は、先行技術の複合突固め体
のダイヤモンド／焼結炭化物界面において存在した応力
により生じる問題を軽減すること、である。本発明のま
た別の目的は、プレス中ダイヤモンド粉末におけるブリ
ッジングにより生じる問題を軽減することである。
発明の概要 本発明は、複合体中に予備焼結炭化物体を分散せしめた
複合多結晶ダイヤモンド体を意図するものである。特に
、本発明の複合多結晶ダイヤモンド体は、高圧力及び温
度において予備焼結炭化物片の存在下で形成される多結
晶ダイヤモンドから成る。予備焼結炭化物片は好ましく
は、多結晶ダイヤモンドを形成するのに使用される個々
のダイヤモンド結晶の出発寸法より大きいものとされる
。
本発明において使用される予備焼結炭化物片は、次の金
属、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｃｒ。
ＭＯ或いはＷの一種以上の炭化物の粒から構成される。
また、本発明において使用される金属炭化物は、　Ｎｉ
　、　Ｃｏ、　Ｆｅ　　或いはその合金のようなバイン
ダを含有しうる。予備焼結金゛属炭化物をバインダの助
けなく加熱しそしてプレスすることも可能である。巾広
い入手可能性と優れた性質の故に、コバルト結合炭化タ
ングステンの使用が好ましい。
本発明の複合体を生成するのに使用される予備焼結炭化
物片の形状及び寸法は、特定の用途に合うよう変動され
うる。、また別の重要な因子は、多結晶ダイヤモンドの
重量％に対しての予備焼結炭化物の重量％である。０本
発明者は、予備焼結炭化物の重量にが０％を僅かに越え
る値から１００Ｘより僅かに少ない値までの範囲をとり
さることを見出した。この重量％の変更は、複合体の特
定性質が特定用途の必要性を満すよう調整されることを
可ならしめる。
多結晶ダイヤモンド内の予備焼結炭化物の特定の配列状
態もまた本発明に従って制御されうる。
即ち、部片内部の炭化物の位置は性能を最適化するよう
予備選択されうる。
具体例の説明 図面を参照すると、第１図は、多結晶ダイヤモンド層１
とそれを支持する焼結炭化物裏当て即ち基板２から構成
される先行技術の複合突固め体を例示する。ダイヤモン
ド層１は、個々のダイヤモンド結晶を結晶量結合をもた
らすに充分の熱及び圧力の下で処理してなる。結合炭化
物裏当て２は、ダイヤモンド層１に界面３において緊密
に結合される。プレスサイクル中２つの層１．２０間の
界面３において強固な化学的結合が形成されている。
焼結炭化物裏当て２がダイヤモンド層１より多く収縮す
る為に、ダイヤモンド層１内に早期割れをもたらす恐れ
のある残留応力が２つの層間に惹起される。
第２図は、本発明の複合多結晶ダイヤモンド体を製造す
るのに使用されうるプレス用ユニット６の断面を示す。
プレス用ユニット６は、筒状でありそして米国特許第＆
９１５，２８０号（キュービックプレスにおいて使用の
為）或いは米国特許第３、７４５．６２５号（ベルト型
プレスにおいて使用の為）に記載されるもののような超
高圧力及び温度の中央空洞内に嵌まるよう設計されてい
る。プレス用ユニット６はプレスされたＮａＣ１の中空
管８を含んでいる。プレスされたＮａＣ１のディスク４
．４′が管８の上下に置かれる。管８内には、やはり筒
状でありそして底端において閉成される保護金属包囲体
５が配置される。この包囲体５は好ましくは高い融点の
故にモリブデン製とされるが、ジルコニウム或いはチタ
ンのような他の金属もまた良好に使用しうる。通常包囲
体５と同じ金属から成るディスク７が包囲体５の上端に
蓋として置かれる。
ダイヤモンド結晶９の集合体がプレス用ユニット６′の
保護金属包囲体５内に置かれる。コバルト粉末のよさな
５触媒／バインダが多結晶体の形成を助成する為ダイヤ
モンド粉末中に混合されうる。
本発明に従えば、複数の予備焼結炭化物片１０がこのダ
イヤモンド結晶体９全体を通して分散される。
ダイヤモンド結晶９の寸法は特定の用途の要求に合せて
変化されうる。ダイヤモンド結晶寸法におけるこうした
変更は複合突固め体と関連して斯界で周知であるから、
ここでは詳述しない。多くの用途において、ダイヤモン
ド結晶９は好ましくは予備焼結炭化物片１００寸法の高
々１／３であることが好ましい。この寸法比は、隣りあ
うダイヤモンド結晶９間での結晶量成長への妨害を減す
るように思われる。換言すれば、もし予備焼結炭化物片
１０がダイヤモンド結晶９と同寸か或いはそれより小さ
いなら、炭化物片１０はダイヤモンド結晶９間尾見出さ
れることが非常に多く、従って結晶量成長に対する阻止
剤として作用する。対照的に、予備焼結炭化物片１０が
結晶９より大きい時には、結晶量成長への妨害が小さく
なるように思われる。
第２図における予（８焼結炭化物片１０は球形状である
。この形状は、球形状が予備焼結炭化物片１０に衝撃力
を吸収せしめるに最善であるから幾つかの具体例に対し
て好ましい。しかし、本発明は予備焼結炭化物の球状片
の使用に制限されるものでない。例えば、他の図面に示
されるもののような不規則な形状が別の具体例において
使用されうる。
炭化物片１０が予備焼結されている、即ち高圧セル内に
置かれる前に既にプレスされそして加熱済みであること
が本発明の要件である。炭化物片が既に焼結されている
から、それらは複合多結晶ダイヤモンド体に対す不プレ
スサイクル中はとんど収縮を受けない。先行技術におい
て、単一の予備焼結炭化物裏当てを使用する複合突固め
体の製造に際して、予備焼結炭化物裏当てに近接して形
成される多結晶ダイヤモンドは裏当てから隔って形成さ
れるものより優れている（即ち一層耐摩耗性である）の
が通常であることが観察された。本発明における予備焼
結炭化物片１０がプレスサイクル中著しくは圧縮しない
から、それらは反応室を通しての圧力の分布を改善し、
それにより本発Ｆ！ＡＩＣおける多結晶ダイヤモンドの
形成を改善するものと現在考えられている。特に、これ
ら予備焼結炭化物片は、ダイヤモンド結晶が圧接されう
る硬質表面を提供するが故に多結晶ダイヤモンドの形成
に有益であることが判明した。その結果、プレス機の外
側アンビルからダイヤモンドに圧力を適用せしめるだけ
でなく、多結晶ダイヤモンド体内部の予備焼結炭化物片
の介在はダイヤモンドが圧接される多数の「ミニアンビ
ル」を提供する。
追加的に、セル内でのこの改善された圧力分布はプレス
中のダイヤモンド粉末におけるブリッジングの問題を軽
減する。それにより、本発明は、一層大きな厚さの多結
晶ダイヤモンド体の製造を可能ならしめる。
第３図は本発明の複合体の第１具体例の斜視図である。
多結晶ダイヤモンドマトリックス１１は、第３図の多結
晶体の容積の大部分を占める。予備焼結炭化物片１２は
多結晶ダイヤモンドマトリックス１１全体を通して分散
されそしてそとに化学的に結合されている。これら炭化
物片１２は多結晶ダイヤモンドマトリックス１１内の衝
撃力を吸収する重要な作用を果している。これは、予備
焼結炭化物片１２の弾性モジュラスが多結晶ダイヤモン
ドマトリックス１１のそれよりも低いが故に達成される
。
本発明の別の利点は、複合多結晶ダイヤモンド体の増大
せる付着能である。ダイヤ汚ンドは比較的非濡れ性であ
るから、ダイヤモンドに直接材料を付着することは困難
である。その結果、先行技術の複合突固め体は通常その
焼結炭化物裏当てにろう接により付着される。しかし、
本発明において、複合多結晶ダイヤ・モンド体に直接ろ
う接することにより良好な付着性を実現することが可能
であることが見出された・。これは、ろうが予備焼結炭
化物の露出片に実際上付着しているから可能である。こ
の、複合多結晶体に直接ろう接しうることは、多結晶ダ
イヤモンド工具の設計において一層大きな自由度を与え
る（例えば、多結晶ダイヤモンド体の複数側面への付着
を必要とする工具）。
第３ａ図は第３図の複合多結晶ダイヤモンド体の断面図
であり、多結晶ダイヤモンドマトリックス１１を通して
の不規則な形状の予備焼結炭化物片１２の無秩序な分布
を示す。予備焼結炭化物片１２がこの例示においては比
較的太きいものとして描かれていることを銘記されたい
。これは、この図面及び他の図面を含めて便宜上明瞭化
のため為されたものである。しかし、後に実施例におい
て詳しく説明するように、予備焼結炭化物片１２はもつ
とはるかに小さいものでありうる。それセは実際上、拡
大なしには見ることができない程小さい。
第４図は、本発明の第２具体例の断面図である。
ここでは、球状の予備焼結炭化物片１３が多結晶ダイヤ
モンドマトリックス１１１全体を通して分布されている
。前述したように、この具体例は、衝撃力に対する球形
状の基本的靭性の故に特に有利である。この図面はまた
、第３ａ図より予備焼結炭化物片１３の一層高い重量％
を示す。予備焼結炭化物片の重量％はＯＸを僅かに越え
る値から１００！Ｘより僅かに小さい値まで任意に変化
されうろことが判明した。
第５図は、更に一層高い重量％の予備焼結炭化物片１４
．１５が多結晶ダイヤモンドマトリックス１１”中に分
散されている第３具体例の断面図である。これを実現す
る為に、大きい方の予備焼結炭化物片１４に小さい方の
予備焼結炭化物片１５が密填されている。多結晶ダイヤ
モンドマトリックス１１”は、これら予備焼結炭化物片
１４．１５間に形成される。高い重量％の予備焼結炭化
物片を有する具体例は、複合多結晶体に対する高い衝撃
耐性が必要とされる用途に対して特に好適であるように
思われる。例えば、岩盤形成の為のドリリングは多結晶
ダイヤモンドをきわめて大きな衝撃力の下に置く。第５
図の具体例は予備焼結炭化物片１４．１５の形状及び寸
法がそれら片間の多結晶ダイヤモンドマトリックス１１
’において鋭尖な縁辺を生成するので進攻的な切削作用
を与えることもまた銘記されたい。炭化物片１４．１５
の方がダイヤモンドマトリックス１１’より早く磨損す
るから、マトリックス１１１の鋭利な切削用輪郭は継続
的に露出される。予備炭化物片間に形成されル多結晶ダ
イヤモンドマトリックスの形状及び寸法についての追加
的制御を可能ならしめる様々の形状及び寸法の予備焼結
炭化物片を使用することもまた可能である。
第６図は、先きよりもつと小さな粒子の予備焼結炭化物
片をもつと多く高圧セル内に配納した第４具体例の断面
図である。この方法は、予備焼結炭化物片の融成マトリ
ックス１６の形成をもたらした。個々のダイヤモンド結
晶（これらは予備焼結炭化物の粒より更にもつと小さい
）は、互いに合着成長せしめられて、予備焼結炭化物マ
トリックス１６のギャップ内に分散される多数の多結晶
ダイヤモンド体１７をもたらした。ダイヤモンド粉末と
予備焼結炭化物片が充分に混合される場合でさえ、ダイ
ヤモンドは成る程度団塊化する傾向があり、それにより
融成炭化物マトリックス１６内に多結晶ダイヤモンド１
７のポケットを生成することが観察された。この具体例
は、更に一層高い重量％の予備焼結炭化物を含みそして
大半の衝撃を受けやすい用途に対して特に好適である。
驚くべきことに、このような低重量％の多結晶ダイヤモ
ンドしか存在しない場合でも、複合体の耐摩耗性は焼結
炭化物片よりはるかに高い。即ち、低重量％においてさ
え、多結晶ダイヤモンドは第１０図と関連して後に示す
ように複合体の耐摩耗性に実質上寄与する。この具体例
もまた進攻的な切削作用を提供する。
第６ａ図は、第６図の具体例の使用された後の部分断面
図を示す。矢印Ａは工具に対する力の主たる方向を示す
。図示の通り、焼結炭化物マトリックス１６は多結晶ダ
イヤモンド°体より速く磨損する。これは、多結晶ダイ
ヤモンド１７が好適に露出して鋭利性のある２切削作用
を与える結果をもたらす。即ち、複合体の作動表面積は
比較的小さく維持され、従って一層、高い力対表面比率
を可能ならしめる。また、多結晶ダイヤモンド１７は焼
結炭化物マトリックスに化学的に結合されているから、
多結晶ダイヤモンドは、先行核、術の金属マトリックス
使用例において単結晶ダイヤモンドが脱落した程容最に
は脱落しない。これは、ダイヤモンドが比較的濡れ性が
悪い為である。従って、例えば岩切削鋸用部片を作成す
る為金属マ）　リツクス中に固定される単結晶ダイヤモ
ンドは主に機械的力によつモ然るべく保持されており結
晶の半分以上が露出すると金属マトリックスから脱落す
ることが多い。多結晶ダイヤモンド１７は焼結炭化物マ
トリックス１６に化学的に結合されているから、多結晶
ダイヤモンド１７が脱落状態となる前にマトリックス１
６０大部分は摩耗除去され、それにより一層多くの露出
表面を与えそして一層鋭′ｆ！１」な切削作用を与える
。
上記具体例の説明から、本発明の複合多結晶体の性質が
広範囲の用途に合せて調整しうろことが明らかなはずで
ある。予備焼結炭化物の重量％は、耐衝撃性の増加が必
要とされるなら増加されうる。
また、多結晶ダイヤモンド体或いは予備焼結炭化物体い
ずれもの寸法が、耐摩耗性の増加、一層大きな鋭利切削
作用或いは仕上りの改善のような様々の性質を実現する
為変化されうる。
更に、本発明の複合多結晶ダイヤモンド体は、周知の技
術により、様々の形状及び寸法のものに成型できるし、
また特定の月光６に合った様々の形状のものを生成する
為周知の手段により切断されうる。第７〜９図は、上述
した性質のいずれかが調整された本発明の特定の用途例
を例示する。
第７図は、本発明に従って作製された多結晶小形砥石車
２２の斜視図である。この砥石車２２は、プレスサイク
ル中の成型操作によるか或いはプレス後の適当な切削及
び賦形手段により然るべく賦形された、第６図の複合多
結晶ダイヤモンド体を利用する。砥石車２２・の容積の
大部分は多結晶ダイヤモンドマトリックス１１から構成
され、その内部に予備焼結炭化物・片１２が分散されて
いる。
これら炭化物片１２は砥石車の衝撃強さを増加する。こ
れらはまた、比較的厚い多結晶ダイヤモンド体の製造を
可能ならしめる点で重要である。砥石車２２はまた、周
知の技術によりプレスサイクル中或いはその後いずれか
において多結晶体に付設されうる軸棒１９及び切削刃２
０を含んでいる。
多結晶ダイヤモンドマトリックスの重量％は比較的高い
から、砥石車２２は比較的高い耐摩耗性を有している。
仕上りの平滑性或いは切削作用の鋭利性は予備焼結炭化
物片１２０寸法を変えることにより制御されうる。
第８図は本発明に従って作製された小形ドリル２４（歯
科用ドリルのような）の斜視図である。
このドリル２４は、基底部分２１と上方部分２５とを含
んでいる。基底部分２１は、適当な金属から形成されそ
してプレスサイクル中或いはプレスサイクル後ろう接の
ような公知の手段により上方部分２５に付設される。上
方部分２５は、第６図に示されるような多結晶ダイヤモ
ンド１７のポケットを含む予備焼結炭化物融成マトリッ
クス１６から成る。この構造はきわめて衝撃耐性に富む
工具を提供し、多結晶ダイヤモンド１７の含大量が比較
的小さいので精密な仕上げを付与する。
第９図は、コンクリート等のような硬質材料を切削する
為の円形鋸刃２６を示す。この鋸刃２６は、複数の切削
部片２４を収容するよう寸法づけられたスロット２３を
定義する鋼ディスク２２を含んでいる。部片２４の各々
は、本発明に従って作製された複合多結晶ダイヤモンド
体である。これら部片２４は、鋸刃２６用の適正な寸法
及び形状に成型、切断或いはその他の方法で成形される
。
第７図の具体例は、その鋭利な切削作用の故にこの用途
において特に良好に作動するものと予想される。
例１ １２５〜１２０ミクロンの寸法範囲のダイヤモンド結晶
の粉末が予備焼結炭化タングステン粒子と混合された。
予備焼結炭化物粒子は約１６Ｘコバルトバインダを含有
しそしてダイナアロイ社から入手されモして０〜１２０
米国メツシュの寸法範囲の不規則な形状の炭化物片から
成った。この混合物は、９０重量％ダイヤモンド（１３
％コバルト触媒／バインダ即ち混合物全体の１１７Ｘを
含む）と１０Ｘ予備焼結炭化物から構成された。
この混合物は、第２図に示される型式のプレス用ユニッ
トにおいて焼結炭化タングステン製ディスクの上部に置
かれそして６０　Ｋｂａｒ　及び１４５０℃に１分間加
圧された。回収した複合多結晶ダイヤモンド体は、焼結
炭化タングステン片を全体に分散せしめた高密度多結晶
ダイヤモンド体であり、焼結炭化タングステンディスク
に直接的に結合されていた。生成部片は０．５０インチ
直径でありそして複合体層及びディスクは各々０．１２
５インチ厚であった。
例２ （１２５〜１２０ミク胃ン寸法範囲のダイヤモンド結晶
の粉末が０〜１２０米国メツシュ寸法範囲の予備焼結炭
化タングステン粒子と混合された。
予備焼結炭化物粒子は約１６Ｘのコバルトバインダを含
有しそして例１と同じ出所源から得られた。
混合物は５０重章％ダイヤモンド（１５！７Ｘコバルト
触媒／バインダを含有、混合物全体の６５％）及び５０
Ｘ予備焼結炭化物から構成された。この混合物は第２図
に示される型式のプ・レス用ユニット内に炭化タングス
テン製ディスク上に置かれそして６０　Ｋｂａｒ　及び
１４５０℃に１分間加圧された。回収された複合体多結
晶ダイヤモンド体は、炭化タングステンディスクに直接
結合された、多結晶ダイヤモンドと焼結炭化タングステ
ンの高密度体でありそして例１１Ｃおける製品と同じ寸
法を有した。
゛例３ 例１の段階が上述したようにして反覆されたが、但し混
合物は１５重−Ｉｔｈ％ダイヤモンド（１３Ｘコバルト
触媒／バインダ（混合物全体のｔ　９Ｘ）を含有）と８
５重量％予備焼結炭化物とから構成された。回収した複
合体は、多結晶ダイヤ蕪ンドポケットを含む焼結炭化・
タングステンの高密度体であった。
例４ 例１の段階が繰返されたが、但し混合物は５重量Ｘ′Ｆ
イヤモンド（１３Ｘコバルト触媒／バインダ（全体の０
．６５％）を含有）と９５重量％予備焼結炭化物から構
成された。回収した複合体は多結晶ダイヤモンドポケッ
トを含む高密度焼結炭化タングステン体であった。
例５ 例１の段階が上述したようにして繰返された。
但し、混合物は１重量％ダイヤモンド（１３％コバルト
触媒／バインダ（混合物全体の０．１３Ｎ）を含有）と
９９重量％予備焼結炭化物から構成された。回収した複
合体は、多結晶ダイヤモンドポケットを含む焼結炭化タ
ングステンの高密度体であった。
上述したように、例１〜５はすべて焼結炭化物基板に隣
り合わせてプレスされた。基板を組込んだことへ・の主
たる理由は、本発明のこれら具体例と市販入手しうる炭
化物裏当てつき多結晶ダイヤモンド突固め体との比較に
おける一致性を得るためであった。
同様の試験が、ａ　ｏ　／　２０及び４０／６０のダイ
ヤモンド／炭化物重量比を使用して行われ、それにより
ダイ斗モンド／炭化物重量比が所望の特性を得るべく所
望に応じて調整されうろことを確認した。これら試験の
すべてにおいて、生成複合体の冷却及び減圧中クラック
は全く発生しないことも観察された。これは、ダイヤモ
ンド層が１００％（触媒／バインダ含む）ダイヤモンド
から形成され従ってこうしたクラックがしばしば生じた
先行技術の複合突固め体と著しく対照的であった。
本発明によるクラック発生の解消は生産効率における顕
著な改善を表す。
また、予備焼結炭化物が炭化タングステン及び炭化タン
タルの混合物から成る複合多結晶ダイヤモンド体が本発
明に従って作製された。
摩耗試験結果 上記例１〜５において生成された材料が次の態様で摩耗
試験された。グレイバーレ花崗岩製の８インチ径丸材が
１６０　ｒｐｍで回転された。各側において生成された
複合、材料が、回転花崗岩丸材に対してα０１０インチ
の送り及び０．０１２５インチの横移動（回転当り）で
もって押しつけられた。
カッタは水冷された。加えて、市販多結晶ダイヤモンド
ブランク（即ち１００Ｘダイヤモンド（触媒／バインダ
含む））及び市販焼結炭化タングステンブランクが同様
に試験された。比較の為、摩耗比（＝除去された花崗岩
の容積／消耗した切削材料の容積）が各材料に対して記
録された。摩耗比を次表に示す。
遺↓ ９０　　　　　　　　　　　３．５００，０００５０１
．５００，０００ １５１５０．０００ ５　　　　　　　　　　　　５２．６００１　　　　　
　　　　　　　１２．１０００　（標準炭化　　　　　
　　　　　４，９００タングステン） これら結果を第１０図のグラフに示す。第１０図におい
て摩耗比がＹ軸にそして材料中のダイヤモンド重量％が
Ｘ軸に示しである。
１０％予備焼結炭化物片を使用して作成された複合体が
ＯＸ炭化物を使用したものより２．５Ｘ良好に機能した
ことは本発明者にとって驚くべきことであった。この結
果は部片の増大せる衝撃耐性により破砕量が低下したこ
と並びに多結晶ダイヤモンド材料の成形に際しての予備
焼結炭化物の有益なプレス効果に由るものと現在のとこ
ろ考えている。僅か１５重り％の多結晶ダイヤモンドを
有する焼結炭化物部片が多結晶ダイヤモンドを有さない
焼結炭化物部片より３０倍良好に機能したこともまた驚
くべきことであった。更に、僅か１Ｘ多結晶ダイヤモン
ドが標準焼結炭化物部片より２．５倍良好に機能したと
とも驚くべき知見であった。
以上の説明から、本発明の改善された複合材料が様々の
用途での使用・の為の優れた性質を提供することが明ら
かとなったはずである。本発明の精神内で多くの改変を
為しうろことを銘記されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は先行技術の複合突固め体の一例の斜視図、第２
図は本発明の複合多結晶ダイヤモンド体の好ましい具体
例を作製するのに使用されるサンプルセルの断面図、第
３図は不規則な形状の予備焼結炭化物片を含有する本発
明複合多結晶ダイヤモンド体の第１具体例の斜視図、第
３ａ図は第３図の３ａ−３ａ線に沿う断面図、第４図は
球状の予備焼結炭化物片を含む複合多結晶ダイヤモンド
体の第２具体例の断面図、第５図は予備焼結炭化物片が
比較的大きくそして複合体の容積の大部を占めるような
本発明複合多結晶ダイヤモンド体の第５具体例の断面図
、第６図は予備焼結炭化物片が互いに融成されそして多
結晶ダイヤモンドが炭化物間の間隙に形成された、高容
積％の予備焼結炭化物を使用する複合多結晶ダイヤモン
ドの第４具体例の断面図、第６ａ図はある程度使用され
た後の第６図の多結晶体を示す断面図、第７図は本複合
体を使用した小形砥石車の斜視図、第８図は本複合体を
使用した小形ドリルの斜視図、第９図は本複合体片を組
込んだコンクリート等切削用円形鋸刃の平面図、そして
第１０図は本発明及び先行技術の具体例について為され
た摩耗試験の結果を示すグラフである。 １：ダイヤモンド層 ２：裏当て（基板） ６：プレス用ユニット ９：ダイヤモンド結晶 １０〜１５：予備焼結炭化物片 １１．１１’、１１”：ダイヤモンドマトリックス１６
：予備焼結炭化物片融成マトリックス１７：多結晶ダイ
ヤモンド体 ＦＩＧ、　Ｉ　　　　　　　　ＦＩＧ、　２ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、　７　　　　　　　ＦＩＧ、　８ＦＩＧ、　１
０ 今一１・ｌ伊９”イヤモジ旨−４ 手続補正書（方式） ％式％ 事件の表示　昭和６０年特願第７８６１４　　号発明の
名称　複合多結晶ダイヤモンド 補正をする者

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）複合多結晶体を生成するべく充分の熱及び圧力の下
    で形成されたダイヤモンド結晶と予備焼結炭化物片の混
    合物から成り、隣りあうダイヤモンド結晶が互同志そし
    て予備焼結炭化物片に結合されそしてダイヤモンド結晶
    及び予備焼結炭化物片の一方が他方中に散在している複
    合材料。 ２）混合物中のダイヤモンド結晶の重量％が５０％以下
    である特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 ３）混合物中のダイヤモンド結晶の重量％が１５％以下
    である特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 ４）混合物中のダイヤモンド結晶の重量％が５％以下で
    ある特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 ５）混合物中のダイヤモンド結晶の重量％が約４０〜７
    ０％の範囲にある特許請求の範囲第１項記載の複合材料
    。 ６）混合物中のダイヤモンド結晶の重量％が７０％以上
    である特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 ７）ダイヤモンド結晶が予備焼結炭化物片より平均断面
    寸法において小さいことにより特性づけられる特許請求
    の範囲第１項記載の複合材料。 ８）予備焼結炭化物片が不規則な形状をしている特許請
    求の範囲第１項記載の複合材料。 ９）予備焼結炭化物片が規則性のある形状をしている特
    許請求の範囲第１項記載の複合材料。 １０）予備焼結炭化物片が実質上球状である特許請求の
    範囲第９項記載の複合材料。 １１）予備焼結炭化物片が炭化タングステンから成る特
    許請求の範囲第１項記載の複合材料。 １２）個々のダイヤモンド結晶から形成される多結晶ダ
    イヤモンドマトリックスであつて、個々のダイヤモンド
    結晶と相互混合されそして多結晶ダイヤモンドマトリッ
    クスの少くとも一部全体を通して分布される予備焼結炭
    化物片を有する多結晶ダイヤモンドマトリックスから成
    り、個々のダイヤモンド結晶が充分の熱及び圧力の下で
    互同志また予備焼結炭化物片に結合されて高密の耐摩耗
    性材料を形成する特許請求の範囲第１項記載の複合材料
    。 １３）材料中のダイヤモンドマトリックスの重量％が８
    ０％以上である特許請求の範囲第１２項記載の複合材料
    。 １４）材料中のダイヤモンドマトリックスの重量％が５
    ０％以下である特許請求の範囲第１２項記載の複合材料
    。 １５）材料中のダイヤモンドマトリックスの重量％が約
    ９０％である特許請求の範囲第１２項記載の複合材料。 １６）個々のダイヤモンド結晶が予備焼結炭化物片より
    小さな平均断面寸法により特性づけられる特許請求の範
    囲第１２項記載の複合材料。 １７）予備焼結炭化物片が不規則な形状を有する特許請
    求の範囲第１２項記載の複合材料。 １８）予備焼結炭化物片が規則性のある形状を有する特
    許請求の範囲第１２項記載の複合材料。 １９）予備焼結炭化物片が実質上球形である特許請求の
    範囲第１８項記載の複合材料。 ２０）予備焼結炭化物片が炭化タングステンから成る特
    許請求の範囲第１２項記載の複合材料。 ２１）個々の予備焼結炭化物片から形成される予備焼結
    炭化物マトリックスにして、予備焼結炭化物片と相互混
    合されそして予備焼結炭化物マトリックスの少くとも一
    部全体を通して分布される多結晶ダイヤモンド体を形成
    するよう個々のダイヤモンド結晶を互いに結合せしめた
    予備焼結炭化物マトリックスから成り、該予備焼結炭化
    物片及び個々のダイヤモンド結晶が高密の耐摩耗性材料
    を形成するに充分の熱及び圧力の下で互いに結合されて
    いる特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 ２２）材料中の予備焼結炭化物マトリックスの重量％が
    ７０％以上である特許請求の範囲第２１項記載の複合材
    料。 ２３）材料中の予備焼結炭化物マトリックスの重量％が
    ８５％以上である特許請求の範囲第２１項記載の複合材
    料。 ２４）材料中の予備焼結炭化物マトリックスの重量％が
    ９５％以上である特許請求の範囲第２１項記載の複合材
    料。 ２５）個々のダイヤモンド結晶が予備焼結炭化物片より
    小さな平均断面寸法を有することにより特性づけられる
    特許請求の範囲第２１項記載の複合材料。 ２６）予備焼結炭化物片が不規則な形状をしている特許
    請求の範囲第２１項記載の複合材料。 ２７）予備焼結炭化物片が規則性のある形状をしている
    特許請求の範囲第２１項記載の複合材料。 ２８）予備焼結炭化物片が実質上球状である特許請求の
    範囲第２７項記載の複合材料。 ２９）予備焼結炭化物片が炭化タングステンから成る特
    許請求の範囲第２１項記載の複合材料。
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