KR20000053534A - 금속 코팅된 경질 물질의 제조 - Google Patents

금속 코팅된 경질 물질의 제조 Download PDF

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스타르크, 카르크
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Abstract

경질 물질의 존재하에 금속 카르보닐을 분해시켜 금속 코팅된 경질 물질을 제조한다.

Description

금속 코팅된 경질 물질의 제조 {Production of Metal-Coated Hard Substances}
본 발명은 금속 코팅된 경질 물질을 제조하는 방법에 관한 것이다.
경질 물질은 경도가 매우 높기 때문에 가치가 있으며, 재료의 경도가 결정적으로 중요한 용도에서 요구되고 있는 재료이다. 경질 물질은 예를 들어, 비교적 작고 경질인 개별 입자가 필요한 데에 사용되며, 다이아몬드는 전형적으로 전자기 기록 매체를 위한 다이아몬드 기록 철필로서 또는, 일반적으로 특정 용도에 따라, 실질적인 용구의 전체 부분 또는 최고의 응력을 받는 용구의 일부분만이 경질 물질 또는 대부분의 중합체 매트릭스에 매몰된 경질 물질 입자로부터 제조된 절단, 천공, 분쇄 및 연삭 용구와 같은 연마 또는 절단 용구에 일반적인 경질 물질로서 사용된다. 그의 모양과 매트릭스의 재료가 각각의 적용 분야에 맞게 경화된 경질 물질로 제조된 작업편은, 예를 들어, 경질 물질 분말을 소결가능한 금속 또는 세라믹 분말 및 필요하다면, 첨가제 및 보조 물질과 혼합하고 성형 및 소결하거나, 또는 경질 물질 입자를 플라스틱 중에 매립하고 성형을 수행함으로써 제조한다. 이러한 방법은 공지되어 있다.
이러한 재료의 효용성에 있어서 중요한 기준은 매트릭스 중의 경질 물질 입자의 접착력이다. 접착력을 향상시키기 위해 자주 사용하는 방법은 경질 물질 입자를 매트릭스에 혼입시키기 전에, 이 입자에 접착력 촉진 코팅을 제공하는 것이다. 사용되는 코팅 재료는 통상적으로 금속, 합금 또는 비금속이다. 코팅은 주로 열, 무전해 또는 전해질 코팅, 또는 기상 증착에 의해 수행한다.
EP-A-533 444에는 금속, 특히 코발트, 니켈, 철, 구리, 아연 및 몰리브데늄이 20 중량% 이상인 코팅을 갖는 다이아몬드 (US-A-4,770,907 및 US-A-5,143,523 참고) 또는 입방 질화 붕소의 연마 입자를 포함하는 연마 펠릿이 기재되어 있다. 이러한 연마 입자는 금속 분말 슬러리를 유동층 중의 유동화 경질 입자 상에 분무한 후, 소결시켜 제조한다. DE-A 26 32 865에는 고체 분말의 금속 화합물, 예를 들어 몰리브데늄의 황화물, 염화텅스텐 또는 염화티타늄 또는 염화크롬을 분쇄한 후, 열분해시켜 금속 코팅을 형성함으로써 코팅 다이아몬드 입자 또는 입방 질화 붕소 입자를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이러한 방법의 단점은 2개의 공정 단계와 고온이 필요하고 결과를 제어하기가 어렵다는 것이다.
WO-A 95/26245에는 경질 물질 입자, 특히 탄화텅스텐을 철 족의 금속으로 금속 염의 열 분해에 의해 코팅하는 방법이 교시되어 있으며, 이 방법에서 금속 염은 다른 탄소 공급원을 더 포함하는 유기 용매 중의 착화제와 코팅하려는 경질 물질 입자의 착물로서 용해되어 있고, 유기 용매를 제거한 후 중성 또는 환원성 분위기에서 가열하면 금속 코팅이 제조된다. 이 방법은 비교적 번거롭고, 적합하게 안정하고 가용성인 금속 염을 구할 수 있는 경우에만 사용할 수 있다.
BE-A 767 354의 방법에서는, 금속을 경질 물질 입자 상에 전리적으로 침착시켰으며, 이 방법은 전기 화학적 단계가 필요하다.
EP-A-622 425에는 금속성 기재의 존재하에 철, 코발트 또는 니켈 카르보닐을 분해시켜 금속성 기재 상에 상응하는 금속 코팅을 침착시키는 방법이 교시되어 있다. US 4,229,209에는 금 함유 암석의 존재하에 철 카르보닐을 분해하는 것이 교시되어 있으며, 이 방법에서는 철을 금속성 금 상에 우선적으로 침착시키며, 따라서 자석으로 편리하게 분리해 낼 수 있다. DE-A-44 03 678에는 산화물성 (산화 몰리브데늄, 산화 텅스텐 또는 산화 주석) 또는 금속성 표면을 갖는 기재 상에 금속층을 침착시키는 방법이 교시되어 있다.
US-A-3,663,191에는 진공 장치 내에서 금속으로 다이아몬드 입자를 플라즈마 코팅하는 방법이 교시되어 있다.
US-A-4,062,660 및 CA-A-10 35 962에는 통상적으로 무전해법 또는 전기 화학적 방법에 의해 다이아몬드 분말을 금속으로 코팅하거나, 고압하에 더 큰 다이아몬드 상에 금속을 압착시켜 코팅하고, 이어서 금속 코팅된 다이아몬드를 비산화 분위기 또는 감압하에서 가열하는, 다이아몬드 입자를 니켈, 코발트 또는 철로 코팅하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 경질 물질을 금속으로 코팅하는 공지된 방법이 항상 만족스러운 기술적 결과를 유도하거나 그러한 만족스러운 결과를 성취할 수 있는 것은 아니며, 값비싼 장비, 낮은 생산성 및 높은 제조 비용이 용납되는 경우에만 이것이 전적으로 가능하다.
본 발명의 목적은 단순하고 경제적이며 또한 기술적으로 만족스러운 결과를 유도하는 금속 코팅된 경질 물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 경질 물질의 존재하에 금속 카르보닐을 분해시켜 금속층을 제조하는 단계를 포함하는 (comprises) 금속 코팅된 경질 물질의 제조 방법에 의해 이러한 목적이 성취됨을 발견하였다. 본 발명의 방법에 의하면, 금속층의 접착력이 우수하고 경도 및 조성이 뛰어난 금속 코팅된 경질 물질을 높은 생산성으로 편리하게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명자들은 금속층이 금속의 탄소 및 (또는) 질소의 함량으로 인해 순수한 금속보다 더욱 경질이고 청구항 제1항에 정의된 방법으로 얻을 수 있는 금속 코팅된 경질 물질을 발견하였다. 특히, 본 발명자들은 강철층에 의해 싸여진 이러한 경질 물질을 발견하였다.
본 발명에서, 경질 물질은 원소 금속 또는 금속의 합금이 아닌 경질 재료이다. 경질 물질은 예를 들어, 원소 주기율표의 전이족인 IV, V 및 VI 족 원소의 탄화물, 질화물, 붕소화물 및 규화물, 즉 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬 및 몰리브데늄의 탄화물, 질화물, 붕소화물 및 규화물 (이들은 비금속 원소를 삽입함으로써 금속으로부터 공식적으로 유도되기 때문에 종종 실험실 전문어로서 ″금속성 경질 물질″로도 불림), 탄화 토륨 및 탄화 우라늄이고, 비금속 원소로만 이루어진 경질 물질, 예를 들어, 질화 붕소, 특히 입방 질화 붕소, 탄화 붕소, α-알루미나, 탄화 규소, 질화 규소 및 다이아몬드이다. 모오스 경도에 따르면, 경질 물질은 일반적으로 8 이상, 바람직하게는 9 이상의 경도를 갖는다. 본 발명의 목적에 바람직한 경질 물질은 원소 주기율표의 전이족인 IV, V 및 VI 족 원소의 탄화물, 질화물, 붕소화물 및 규화물, 즉 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬 및 몰리브데늄의 탄화물, 질화물, 붕소화물 및 규화물, 입방 질화 붕소, 탄화 붕소, 탄화 규소, 질화 규소 및 다이아몬드이다. 특히 바람직한 것은 탄화 티타늄, 질화 티타늄, 탄화 탄탈륨, 탄화 텅스텐, 입방 질화 붕소, 탄화 붕소, 탄화 규소, 질화 규소 및 다이아몬드이다.
경질 물질 상에 침착되는 금속층은 철 코발트 및(또는) 니켈 또는 이들 금속의 합금을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 실시태양에서, 금속층은 철로 이루어진다. 금속은 탄소, 질소 및 불가피한 불순물을 일부 포함할 수 있다.
금속 코팅을 제조하기 위한 출발 물질은 금속 코팅의 상응하는 금속성 성분의 카르보닐, 특히 철 펜타카르보닐, 이량체 코발트 테트라카르보닐 및 니켈 테트라카르보닐 및 이들의 혼합물이다. 금속 카르보닐은 공지된 바와 같이, 예를 들어, 미분된 금속과 일산화탄소의 반응으로 제조할 수 있고, 통상적으로 증류에 의해 높은 순도를 얻을 수 있으며, 이들 중 몇가지는 다양한 산업적 용도, 예를 들어 촉매로서 또는 순수한 금속을 제조하기 위해 사용되는 상품이다. 금속 카르보닐의 기술적 개요는 예를 들어, 문헌 [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 1998 Electronic Release (WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim)]에서 색인어 ″소결된 강철 및 철″아래, 특히 섹션 2.1.4.: ″카르보닐 철 분말″과 색인어 ″철 화합물″아래, 특히 섹션 3.2: ″생성물″ 및 3.5: ″용도″ 및 그에 기재된 참고 문헌에 제시되어 있다.
금속 카르보닐로부터 순수한 금속을 제조하기 위해, 금속 카르보닐을 광 에너지 또는, 기술적으로 보다 간단한 열 에너지를 공지된 간단한 방법으로 작용시켜 분해하며 금속은 미분 형태로 침착된다. 철 카르보닐 (보통 ″카르보닐 철″로 불림)을 가열하여 이러한 방식으로 제조한 철 분말은 예를 들면, 분말 금속학에서 광범위하게 사용된다. 경질 물질의 존재하에 금속 카르보닐을 열분해하면 경질 물질 상에 균일한 금속 코팅을 제조하는 것이 가능하며, 예를 들면, 코팅되지 않은 경질 물질을 갖는 금속 분말이 형성되지 않는다.
본 발명의 방법에 따르면 또한, 카르보닐의 분해에 의해 경질 물질의 금속 코팅을 제조하는 금속의 물성에 영향을 주는 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 따라서 이러한 금속 코팅의 물성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 금속 카르보닐의 혼합물을 분해하여 합금을 침착시킬 수 있고, 침착된 금속 코팅의 탄소 함량을 수소와 같은 환원성 기체를 첨가하여 변화시킬 수 있다. 특히, 철의 경우 이러한 탄소의 함량은 코팅의 경도에 큰 영향을 미친다. 역시 탄소 함량에 영향을 미치는 암모니아를 첨가하면, 금속성 코팅의 질소 함량을 또한 조절할 수 있고, 이로써 코팅의 경도를 포함한 물성에 또다른 영향을 미친다. 특히, 본 발명의 방법에 의하면 경질 물질을 경질 금속층, 특히 강철층 (강철은 공지된 바와 같이 탄소 함유 철을 의미함)으로 코팅할 수 있고, 강철층은, 사용되는 분해 조건의 함수로서 결정되는 철의 탄소 및 질소 함량에 따라, 공지된 방법으로 침착될 수 있는 순수한 철 보다 훨씬 더 경질이다.
일반적으로, 본 발명의 방법에서 침착된 금속 중의 탄소 함량은 0 내지 8 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%로 설정되며, 질소 함량은 일반적으로 0 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.02 내지 4 중량%, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%로 설정된다. 탄화물의 경우에는 탄화물이 본래 탄소를 함유하므로 경질 물질 상에 침착되는 금속층의 탄소 함량을 결정하기가 특히 어렵고, 순수한 탄소인 다이아몬드의 경우에는 측정을 혼돈시켜 더욱 어려우며, 그밖의 조건은 동일하고 경질 물질 (다이아몬드)이 존재하는 경우와 부재하는 경우에 카르보닐을 침착시키면, 양쪽의 경우 침착된 금속의 조성 및 물성은 동일하다.
침착된 금속층의 두께는 일반적으로 1 nm 이상, 바람직하게는 100 nm 이상, 특히 바람직하게는 500 nm 이상이다. 일반적으로 1 mm 이하, 바람직하게는 100 μm이하, 특히 바람직하게는 20 μm이하이다.
본 발명의 방법에서는, 1종 이상의 금속 카르보닐을 코팅하려는 경질 물질의 존재하에 분해시킨다. 이는 액상 중에서 또는 기상에서 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법을 액상 중에서 수행하기 위해서는, 동시에 금속 카르보닐 또는 금속 카르보닐들의 용매가 될 수 있는, 바람직하게는 용매인 현탁액 매질 중의 경질 물질의 현탁액을 반응 용기 내에서 제조한다. 원하는 금속 카르보닐의 양을 이 현탁액에 첨가하고 금속층이 경질 물질 상에 목적하는 두께로 침착될 때까지 혼합물을 가열한다. 금속 카르보닐은 반응 초기에 모두 첨가할 수 있고, 또는 한번에 소량씩, 또는 반응 중에 연속적으로 첨가할 수도 있다. 금속 카르보닐이 분해되었을 때 목적하는 두께의 금속층이 침착되기에 꼭 충분한 양의 금속 카르보닐을 사용하여 코팅 공정의 종결시 혼합물 중에 여분의 금속 카르보닐이 존재하지 않는 것이 바람직하다.
현탁액 매질 및(또는) 용매로서, 반응 조건하에 불활성인 액체 용매 또는 상응하는 불활성 용매의 혼합물을 사용한다. 적합한 용매로는 예를 들어, 지방족, 방향족 또는 아르지방족 탄화수소 및 에테르 (각각 치환될 수 있음)와 같은 유기 용매가 있다. 사용할 수 있는 용매의 예로는 후처리된 것일 수 있는 석유 증류물 (고비점 석유 분획물, ″리그로인 (ligroin)″, ″나프타 용매 (solvent naphtha)″, ″솔베쏘 (solvesso; 등록 상표, 엑손 케미칼사 제품)″), 데칼린 또는 테트랄린과 같은 부분적으로 또는 전체적으로 수소화된 폴리시클릭 방향족, 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 또는 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르가 있다.
금속 카르보닐의 침착은 끓을 때까지 가열하여 실행한다. 바람직한 것은, 끓어 넘친 금속 카르보닐을 응축기 내에서 응축시켜 사용되었던 임의의 저비점 용매와 함께 반응 용기로 회수한다. 반응을 진행시킨 후, 일산화탄소가 형성될 수 있다. 고비점 용매 (본원에서, ″고비점″은 금속 카르보닐보다 높은 비점을 가짐을 의미함)가 사용되고, 카르보닐이 연속적으로 첨가되지 않고 1회 이상으로 나누어 첨가되는 경우에는, 반응의 종결을 카르보닐이 더이상 끓어 넘치지 않는 것으로서 간단히 인지할 수 있다.
현탁액은 기계적으로, 예를 들어, 분해 도중 교반하여 혼합하는 것이 바람직하다. 필요하다면, 침착되는 금속의 물성에 목적하는 방향으로 영향을 주는 추가의 성분을 반응 혼합물에 첨가할 수 있다. 여기서, 금속 카르보닐로부터 순수한 금속을 제조하는 것으로 공지된 모든 기술을 사용할 수 있다. 수소와 같은 환원성 기체가 존재하면, 침착된 금속의 탄소 함량을 저하시키고, 이는 특히 철의 경우에 그의 경도 또한 감소시키는 것으로 공지되어 있다. 암모니아가 존재하면, 침착된 금속의 탄소 함량은 유사하게 감소되지만, 금속이 특정 수준까지 질화된다. 탄소 함유 화합물, 예를 들어 메탄, 일산화탄소 및(또는) 이산화탄소가 존재하면, 침착된 금속의 탄소 함량은 증가한다. 그러므로 반응 혼합물의 정확한 조성을 금속 코팅의 목적하는 물성의 함수로서 선택하며, 이는 수차례의 일상적인 실험으로 최적화할 수 있다. 이러한 추가의 성분은 반응 초기에 모두 한번에 첨가할수 있고, 또는 한번에 소량씩, 또는 반응 중에 연속적으로 첨가할 수도 있다. 예를 들어, 이러한 추가의 반응 성분을 포함하는 기체를 반응 혼합물에 통과시킬 수 있다.
이어서 금속 코팅한 경질 물질을 단순 여과시켜 단리할 수 있다. 필요하다면, 예를 들어 메탄올, 에탄올, n-프로판올 또는 이소-프로판올, n-부탄올, 이소-부탄올, sec-부탄올, tert-부탄올과 같은 알콜, 디에틸 에테르, 디-n-부틸-에테르, 메틸-tert-부틸 에테르, 에틸-tert-부틸 에테르, 메틸 tert-아밀 에테르, 에틸 tert-아밀 에테르와 같은 에테르, 물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 세척함으로써 접착된 용매를 제거할 수 있다.
기상으로 공정을 수행하기 위해, 가열한 용기 내에 경질 물질을 놓고 금속 카르보닐을 포함하는 기체 스트림을 그 위로 통과시켜 경질 물질 상에 금속 코팅을 형성시킨다. 사용되는 용기는 예를 들어, 튜브, 바람직하게는 회전 튜브이다.
금속 카르보닐을 포함하는 기체는 용기를 통해 경질 물질 위를 통과한다. 기체는 순수한 금속 카르보닐일 수도 있지만, 불활성 기체로 희석한 금속 카르보닐을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 목적으로, 금속 카르보닐과 배합된 불활성 기체 스트림을 예를 들면, 포화 증발기 또는 전체 증발기 내에서 공지된 방법으로 제조한다. 사용되는 불활성 기체는 반응 조건 하에서 불활성인 기체, 예를 들어, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 헬륨, 네온 또는 아르곤 또는 이러한 기체의 혼합물이다. 질소를 사용하는 것이 바람직하다. 경질 물질 위를 통과하는 기체 혼합물은 반응을 액상에서 수행할 때와 같이, 불활성 기체와 금속 카르보닐 이외의, 침착된 금속층의 물성에 목적하는 방향으로 영향을 주는 다른 성분을 포함할 수 있다. 여기서도 역시, 금속 카르보닐로부터 순수한 금속을 제조하는 것으로 공지된 모든 기술을 사용할 수 있다. 그러므로, 기체 혼합물의 정확한 조성을 금속 코팅의 목적하는 물성의 함수로서 선택하며, 이는 수차례의 일상적인 실험으로 최적화할 수 있다. 일반적으로, 기체 혼합물은 암모니아 0 내지 50 부피%, 바람직하게는 2 내지 30 부피%, 특히 바람직하게는 4 내지 20 부피%, 메탄 0 내지 50 부피%, 바람직하게는 2 내지 30 부피%, 특히 바람직하게는 4 내지 20 부피%를 포함할 수 있다 (기체 혼합물 중에 존재하는 모든 성분들은 100 부피%까지 첨가될 수 있음).
경질 물질이 그 위를 통과하는 기체 혼합물로 처리되는 시간은 기체 혼합물 중의 금속 카르보닐의 함량과 목적하는 침착 금속의 양에 의해 결정된다. 반응이 완료된 후, 금속 코팅된 경질 물질을 회전 튜브로부터 꺼낸다.
반응 용기 내의 온도는 액상에서 공정을 수행할 때와 기상에서 공정을 수행할 때 모두 일반적으로 400℃ 이하, 바람직하게는 350℃ 미만, 특히 바람직하게는 300℃ 미만으로 설정한다. 그러나, 설정된 온도는 적어도 금속 카르보닐을 분해하고 만족스러운 속도로 금속을 침착시키기에 충분해야 한다. 이 온도는 사용하는 금속 카르보닐에 의존하며 예비 실험에서 쉽게 결정할 수 있다. 일반적으로, 온도는 100℃를 초과한다. 금속의 침착은 보통 10 시간 내, 대부분은 5 시간 내에 완료된다.
〈실시예〉
실시예 1 내지 4
오일 조 (oil bath)로 가열하고, 교반기, 환류 응축기, 온도 센서, 기체 주입구 및 기체 배출구가 구비된 둥근 바닥 유리 플라스크 내에서, 질소 대기하에 다이아몬드 입자를 테트라히드로나프탈렌 (″테트랄린 (tetralin)″) 중에 현탁시켰다. 철 펜타카르보닐 (Fe(CO)5)를 이 다이아몬드 입자의 현탁액에 첨가하고, 혼합물을 150 내지 170℃까지 가열하였다. 이 온도에서, 환류된 Fe(CO)5와 기체 일산화탄소를 제거하였다. 반응 동안 제거한 기체의 양을 기체 계량기로 측정하였으며, 이 양은 반응 진행의 척도이다.
철 펜타카르보닐 응축물이 환류 응축기로부터 되돌아 나오는 것이 더이상 발견되지 않고, 사용된 철 펜타카르보닐로부터 예상되는 일산화탄소의 양이 방출된 다음, 플라스크의 가열을 중단하였다. 냉각시킨 후, 플라스크의 내용물을 여과시키고 고체 잔류물을 에탄올로 세척한 후 시험하였다. 그 밖의 실험 매개 변수를 표 1에 나타내었다.
고체 잔류물은 철 코팅된 다이아몬드로 구성되었다. 비교 실험에서는, 상당히 많은 양의 철 카르보닐을 사용하였을 때, 고체 잔류물 중에 철 코팅된 다이아몬드 이외에도 카르보닐 철이 없는 다이아몬드 입자가 발견되었다.
철 코팅된 다이아몬드를 현미경 사진으로 평가하고 코팅의 균일도 및 그의 접착력을 평가하였다. 균일도는 불연속적 철층이 다이아몬드의 표면을 덮었는지의 여부로 평가하며, 접착력은 이 철층이 다이아몬드 표면과 완전히 접촉하고 있는지 또는 이 중 일부 또는 전체가 다이아몬드 표면과 접촉하고 있지 않은지로 평가하였다. 이어서, 기계적 변형에 대한 저항성을 평가하기 위하여, 코팅된 다이아몬드 입자를 에탄올 중에 분산시키고, 통상적인 실험실 용 초음파 조 내에서 15 분 동안 초음파로 처리하고, 여과 분리하고 건조시킨 후, 현미경 실험으로 접착력을 다시 평가하였다. 결과를 표 2에 요약하였다.
실시예 5 내지 8
열풍 송풍으로 가열하고, 온도 센서, 기체 주입구 및 기체 배출구가 구비된 회전 유리 튜브 내에 질소 대기하에 다이아몬드 입자를 놓았다.
철 펜타카르보닐을 측량하여 저장기 (이목 갈색 유리 플라스크)내에 넣었다.
질소 스트림을 이 용기로 통과시켜 철 펜타카르보닐의 증기압에 따른 철 펜타카르보닐로 포화된 질소 스트림을 제조하였다. 이 질소 스트림을 다이아몬드가 담긴 예열한 회전 튜브 내로 통과시켜, 회전 튜브 내에서 철 펜타카르보닐을 분해시켰다. 실시예 8에서, 저장기 내로 통과하는 질소 스트림은 암모니아를 추가로 포함하였다.
철 펜타카르보닐의 목적하는 양이 도입된 후, 철 펜타카르보닐 공급과 가열을 중단하고 회전 튜브 내의 내용물을 질소 대기하에서 냉각시켰다. 이후, 철 코팅된 다이아몬드로 이루어진 고체 잔류물을 시험하였다. 그밖의 실험 매개 변수를 표 3에 나타내었다.
철 코팅된 다이아몬드를 현미경 사진으로 평가하고 코팅의 균일도 및 그의 접착력을 평가하였다. 균일도는 연속적인 철층이 다이아몬드의 표면을 덮었는지의 여부로 평가하며, 접착력은 이 철층이 다이아몬드 표면과 완전히 접촉하고 있는지 또는 이 중 일부 또는 전체가 다이아몬드 표면과 접촉하고 있지 않은지로 평가하였다. 이어서 기계적 변형에 대한 저항성을 평가하기 위하여, 코팅된 다이아몬드 입자를 에탄올 중에 분산시키고, 통상적인 실험실 용 초음파 조 내에서 15 분 동안 초음파로 처리하고, 여과 분리하고 건조시킨 후, 현미경 실험으로 접착력을 다시 평가하였다. 결과를 표 4에 요약하였다.
초음파 처리는 코팅에 대한 매우 강한 기계적 변형을 가한다. 코팅이 몇몇 또는 대부분의 경우 분리된 사실이 코팅이 그다지 내구성이지 않음을 의미하는 것은 아니고, 코팅이 모든 경우에 분리되지 않는다는 사실이 코팅이 매우 강력히 접착되었음을 의미한다. 무엇보다도, 실시예들은 본 발명의 방법을 사용하여 금속 코팅된 다이아몬드를 매우 간단하게 제조할 수 있음을 보여준다.
실험 조건
실시예 번호 다이아몬드 Fe(CO)5 테트랄린 최고 온도 교반기 속도 Fe/다이아몬드 비율
[g] [g] [ml] [℃] [rpm] [g/g]
1 3.50 29.16 100 170 400 1.18
2 2.88 7.29 100 170 400 0.17
3 2.65 7.29 50 200 250 0.08
4 1.74 7.29 50 180 250 0.61
코팅의 물성
실시예 번호 균일도 접착력 초음파 처리 후의 접착력
1 양호, 모서리 포함 양호 양호, 단지 간헐적인 균열
2 양호, 모서리 포함되지 않음 양호 대부분의 코팅 조각이 분리됨
3 불균일 (둥근 얼룩) 모서리 포함되지 않음 측정하지 않음
4 측정하지 않음 측정하지 않음 코팅 조각의 일부가 분리됨
실험 조건
실시예 번호 다이아몬드 Fe(CO)5 테트랄린 최고 온도 교반기 속도 Fe/다이아몬드
비율
[g] [g] [ml] [℃] [rpm] [g/g]
5 2.47 10.76 20 290 60 0.81
6 2.57 4.06 20 300 60 0.32
7 2.48 1.23 20 300 60 0.08
8 2.21 6.14 20 + 5 NH3 300 60 0.25
코팅된 다이아몬드의 물성
실시예 번호 균일도 접착력 초음파 처리 후의 접착력
5 양호, 모서리 포함 코팅 조각의 일부가 분리됨 코팅 조각의 대부분이 분리됨
6 양호, 코팅 조각의 일부가 분리됨 측정하지 않음
7 양호, 모서리 포함 양호 다수의 코팅 조각이 분리됨
8 양호, 모서리 포함 코팅 조각의 일부가 분리됨 측정하지 않음
본 발명 방법을 사용하여 기술적으로 안전한 결과를 유도하는 금속 코팅된 경질 물질을 단순하고 경제적으로 제조할 수 있다.

Claims (8)

  1. 경질 물질의 존재하에 금속 카르보닐을 분해시켜 금속층을 제조하는 단계를 포함하는 (comprise), 금속 코팅된 경질 물질의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 금속 카르보닐이 열분해되는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 금속을 경질 물질의 현탁액 중에서 금속 카르보닐의 분해에 의해 다이아몬드 상에 침착시키는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 금속을 경질 물질 위의 기상에 존재하는 금속 카르보닐로부터 경질 물질 상에 침착시키는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 금속 카르보닐이 수소, 메탄 및(또는) 암모니아의 존재하에 분해되는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 사용되는 금속 카르보닐이 철 펜타카르보닐이고 철 코팅된 경질 물질이 제조되는 방법.
  7. 금속층이 금속의 탄소 및(또는) 질소의 함량으로 인해 순수한 금속보다 더욱 경질인, 제1항에서 정의된 방법으로 얻어지는 금속 코팅된 경질 물질.
  8. 강철 코팅된 경질 물질.
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