JPS6136172A - 導電性ダイヤモンド焼結体 - Google Patents

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】 （イ）技術分野 この発明は切削工具、掘削工具、線引きダイス等の工具
に使用されるダイヤモンド焼結１羊及びその製造法に関
するものである。

（ロ）従来技術とその問題点 ダイヤモンドの微粉末を超高圧下で焼結した焼結体は、
既に非鉄金属類の切削加工用工具、ドリルビット、線引
きダイスなどとして広く使用されている。

この焼結体は例えば特公昭５２−１２］２６号に記載さ
れている方法によれば、ダイヤモンドの粉末をＷＣ−Ｃ
ｏ超硬合金の成形体もしくは）Ｉｆ結体に接するように
配置し、超硬合金の液相が生じる温度以上で超高圧下で
焼結される。

このとき超硬合金中のＣｏの一部がダイヤモンド粉末層
中に侵入し、結合金属として作用する。

この方法で作られた焼結体は、約１０〜１５体積％のＣ
ｏを焼結体１弓て含有し、導電性を有するため、放電加
工機により比較的容易に加工が可能であり、非鉄金λａ
ｔ等の切削加工用工具としては十分実用的な性能を有し
ている。

しかしながら、その反面、この焼結体はＩＮ’を熱１生
が劣るという欠点がある。例えば、この焼結体を７５０
°Ｃ以上に加熱すると、耐摩耗性、強度の低下が見られ
、９００°Ｃ以上では焼結体が破壊してしまう。この理
由はダイヤモンド粒子と結合材Ｃｏの界面においてダイ
ヤモンドの黒鉛化が生じることおよび両者の加熱時にお
ける熱膨張率の差による熱応力が原因と考えられている
。

またこのＣｏを結合材とした焼結体を熱処理して大部分
の結合金属相を除外したものは、焼結体の耐熱性が向上
することが知られている。

例えば特開昭５８−１１４５８９号公報には、耐熱性の
改良されたダイヤモンド焼結体の製造法が開示されてい
る。ところが、この場合は除去された結合金属相の部分
は空孔となるため、どうしても強度が低下してしまう。

また、Ｃｏ結合材の除去に伴って導電性が低下するため
放電加工が不可能となる欠点もある。

２方ダイヤモンドの粉末のみを超高圧下で焼結する試み
も、これまでになされているが、ダイヤモンド粒子が変
形し難いために粒子の間隙には圧力が伝達されず、黒鉛
化が生じ、ダイヤ−黒鉛の複合体しか得られていない。

（ハ）発明の開示 この発明は、従来の焼結ダイヤモンドのもつ導電性を損
うことなくその欠点であった耐熱性を改良した高硬度の
焼結体とその製造方法に関するものである。

この発明では原料粉末として、Ｂふ・よび／またはＭ含
有のｌｌｂ型合成ダイヤモンド粉末で、合成時に触媒と
して使用された周期律表第８族金属、ＣｒｌＭｎ、Ｔａ
もしくはこれらを含む合金を不純物として結晶内に包含
するものを用いる。

一般に、合成ダイヤモンドは含有する不純物窒素の量に
よって１型と１１型に分類されている。このうち窒素含
有量が１　ｐｐｍ以下の■型については、Ｂふ・よび／
またばＡｇを固溶させて導電性を賦与−させることが可
能である。この種の合成ダイヤモンドはＨｂ型と呼ばれ
ｐ型半導体としての特性を有している。また、合成ダイ
ヤモンド粉末は、その成長条件によるが、結晶内部の特
定の而または方位に合成時に使用された触媒金属を取り
込んで成長する場合がある。

本発明者らは、このような介在物を特定量含有する合成
ダイヤモンド粉末を選択し、さらに焼結前にこれを加熱
してダイヤモンドの一部または全部を黒鉛化せしめた。

この黒鉛化処理を施こした粉末を上記金属もしくはそれ
らの合金の系外からの浸入を阻止した状態で、ダイヤモ
ンドが安定な超高圧、高温下において焼結した。

その結果、触媒金属不純物をＯ０旧〜ａ、Ｏ重量％含有
し、かつＢ、ｂよび／またはＭを０．０２〜０．５重量
％固溶している■ｂ型合成ダイヤモン１：粉末を出発原
料として用いた場合には、従来のＣｏを結合相としたダ
イヤモンド焼結体とほぼ同等の導電性を有し、極めて緻
密かつ強固で、従来の焼結ダイヤモンドに比べて耐熱性
が大幅に改良されたものが得られることがわかった。

比較のために０．０１〜８０重量％の触媒金属粉末及び
０．０２〜０．５重量％のＢおよび／またはＭ粉末を、
０．０１重敗％未満の上記不純物を含有するＩｂ型乃至
はＨａ型合成ダイヤモンド粉末を加熱してダイヤモンド
の一部または全部を黒鉛化せしめたものと混合して焼結
したが、この場合は充分緻密な焼結体が得られず、黒鉛
が残留していることがわかった。この混合法では原料に
天然ダイヤモンドを用いても同様の結果であった。その
原因としては微量触媒金属をダイヤモンド粉末と均一に
混合することが極めて難しく、触媒金属が偏在している
部分ではダイヤモンド粒子間の結合は強固であるが、そ
れらが存在していない部分では前述したように焼結時に
ダイヤモンド粒子の間隙に圧力が伝達されず、ダイヤモ
ンド−黒鉛の逆変換が生じたためと考えられる。

また、この混合法ではＢおよび／またはＭはダイヤモン
ド粒子の内部には分散されず、粒界に存在するため、１
００μｍ以上の粗大ダイヤモンド粒子からなる焼結体で
は実質的に放電加工が不可能であった。

この発明によるダイヤモンド焼結体は、従来の焼結ダイ
ヤモンドのもつ導電性を損うことなく、耐熱性を大幅に
向上させたものである。

耐熱性が著しく向上した理由としては、第１に従来のＣ
ｏを溶浸せしめる方法の焼結体よりも金属含有量が少な
いこと、第２にその金属の分布状態と性状が異なること
が考えられる。すなわち、ダイヤモンドの合成時に内部
に取り込まれた触媒金属と、後から混入した触媒金属と
は焼結時の作用が異なる。思われ、この発明の焼結体で
は、結晶粒が相互に極めて密接に接合し、大部分の触媒
金属は結晶粒界よりもむしろ結晶粒内に球状または板状
の析出物として存在している様子が観察された。

一方、従来の焼結体では触媒金属はダイヤモンド粒子相
互の界面に薄いフィルム状として存在する。これは焼結
時にダイヤモンド粉末の隙間に侵入してくるＣｏを結合
相としているためである。

この結果、この発明の焼結体では大部分の触媒金属はダ
イヤモンド粒子内に分散して存在するため、加熱による
黒鉛比が生じ髪所いと考えられる。

以上述べたことからこの発明により耐熱性が著しく改良
された焼結体を製造することが可能となった。

また、同時に原料ダイヤモンドにはＢおよび／またはＡ
ｅが固溶しているＩＩ＋）型合成ダイヤモンドを使用す
るため、金属含有量が」二連の如く微量であっても焼結
体の導電性は失われないため、放電加工が可能であると
いう利点がある。

この発明の実施に当って、出発原（：；Ｆである合成ダ
イヤモンドは００１〜３０重量％の触媒金属またはそれ
を含む合金を結晶内に含有し、かつ００２〜０５重量％
のＢおよび／またはＡｅを固溶するＩＩ）型合成ダイヤ
モンド粉末を使用する。

ここで合成ダイヤモンドに含自する触媒金属またはそれ
を含む合金を０．０１〜３０重量％の範囲とするのは０
０１重１１１％未渦では焼結が困難となり、また３０重
量％以」二では焼結体の１ｉｊＪ熱１１ニが低下して好
ましくないためである。

また、原料ダイヤモンドが含有するＢおよび／またはＭ
は０．０２重量％以下では焼結体の導電性が低く、放電
加工が難しくなり、０５重量％以上では耐摩耗性が低下
するため好しくない。

出発原料の黒鉛化は焼結性の改善のために必要であり、
約１４００℃以上でダイヤモンド粉末を真空または非酸
化性雰囲気中で加熱して行なう。

その一部もしくは全部を黒鉛化された原料は」−記不純
物金属を含有せずかつ原料−と化学反応を生じない反応
容器に充填し、ベルト型超高圧装置等の超高圧装置を用
い、少なくとも５０に＋）以」二、１４００℃以上のダ
イヤモンドが安定な条件下、好ましくは７０Ｋｂ、　１
６００℃以上の高圧・高温下で焼結を行う。焼結後回収
されたカプセルを酸で溶解することにより、黒色のダイ
ヤモンド環体を得ることができる。

これらの焼結体は１０−３〜０．５Ω礪の比抵抗を有し
、従来のＣｏを結合材とした焼結ダイヤモンドと同様に
放電加工が可能である。

以下実施例により詳細に説明する。

実施例１ 平均粒度３０μｍの下記第１表に示す金属不純物を含有
する各種ダイヤモンド粉末を原料として用いた。

第　　１　　表 （単位：重量％） 上記第１表中の数値は質量分析装置を用いて分析したダ
イヤモンド粉末の含有金属量である。

」二記の各々の粉末を真空炉中で１６００　℃に１時間
保持した。取出した粉末の黒鉛化の割合をＸ線回折によ
って調べたところ、Ａで約９０％、Ｂが５０％、Ｃが３
０％、Ｄが３５％、Ｅは２％であった。

これらの粉末を白金製の反応容器に充填し、−１〇− ５　Ｘ　１０　　ｔｏｎの高真空中で封入した。また比
較のため、第１表に記した金属を含有しない天然ダイヤ
モンドを黒鉛化せず同様に反応容器中に封入した。これ
らの試料は、ベルト型高圧装置により圧カフ０Ｋｇ、温
度１８００℃で１０分間保持し焼結した。

その結果、粉末Ｅ及び天然ダイヤモンドを原料としたも
のは焼結性が悪く、亀裂が入っていた。

得られた焼結体の夫々についてＸ線回折を行なったとこ
ろ粉末Ａ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄを原料としたものは黒鉛の残
留は認められなかったが、粉末Ｅ及び天然ダイヤモンド
を原料としたものは少量の黒鉛が検出された。

粉末Ａ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄ　　を原料とした焼結体は第２
表の如き比抵抗を有していたため、Ｄを除いて放電加工
は可能であった。

第　　２　　表 そこでＡ、　Ｂ、　Ｃを放電加工して切削チップを作製
し、ビッカース硬度２０００のア゛ルミナ焼結体を切削
して性能を評価した。

第３表は比較材として市販のＣｏを約１０％含有する焼
結体と共に行った切削試験の結果を工具逃げ面摩耗幅と
してまとめたものである。

第３表 焼結体Ａは触媒金属含有量が多いため耐熱性が劣ってお
り、また焼結体ＢはＭの含有量が多く耐摩耗性が低下し
ている。焼結体Ｃはこれらの原料不純物含有量が適正で
あるため導電性を損うことなく、耐熱性、耐摩耗性が大
きく改善されたものである。

実施例２ 第１表に示した粉末Ｃを白金製の反応容器に封入し、第
４表に記した条件に５分間保持し焼結体を行った。これ
らの焼結体の特性についてもあわせて示す。

第　　４　　表 上表の結果から、扁１で黒鉛が残留するのは圧力、温度
共に不足するためと考えられ、Ａ４において黒鉛が残留
するのは温度が高すぎてダイヤモンド安定領域から外れ
るためと考えられる。

次に黒鉛が残留せず焼結が良好であった２、３゜５．６
　　について加熱テストを行った。

何れも１０００℃で３０分間の加熱によっても外観、硬
度、比抵抗、比重の変化はみられなかった。

に）発明の効果 この発明の方法による焼結体は、切削工具、掘−１３〜 削工具、伸線ダイス、ドレッサー等の工具材料としてす
ぐれた１ｆｊＪ熱性、耐摩耗性を有しており、特に従来
のダイヤモンド焼結体の欠点であった耐熱性が強度を下
げることなく大幅に改善されており、かつ導電Ｖ１−は
従来のＣＯを結合材とした焼結体と同等であるため工具
材としての適用範囲、性能が飛躍的に向上したのである
。

−１４＝ 手続補正書 昭和５９年７月２タ日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイヤモンド合成時に使用された周期律表第８族
   の金属あるいはＣｒ、Ｍｎ、Ｔａもしくはこれらを含む
   合金からなるダイヤモンド合成触媒を０．０１〜３．０
   重量％、Ｂおよび／またはＡｌを０．０２〜０．５重量
   ％含有する。 IIｂ型合成ダイヤモンド粉末をダイヤモンドが不安定な
   条件下で高温にさらし、その一部もしくは全部を黒鉛化
   せしめて原料とし、上記金属もしくはそれらの合金の系
   外からの浸入を阻止した状態で、ダイヤモンドが安定な
   超高圧・高温下において焼結したダイヤモンド焼結体で
   あつて、その比抵抗が１０＾−＾３〜０．５Ω・ｃｍで
   あることを特徴とする導電性ダイヤモンド焼結体。