KR20010023707A - Method of manufacturing a diamond-silicon carbide-silicon composite and a composite produced by this method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다이아몬드 입자로 부터 다이아몬드-실리콘 카바이드-실리콘 복합제를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 작업시편을 성형하는 단계, 작업시편을 가열하고 가열온도 및 가열시간을 조절함으로써 소정량의 흑연이 다이아몬드 입자의 흑연화에 의해 생성되고 그로인해 중간체 보디를 생성하는 단계 및 실리콘을 중간체 보디에 침윤하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 이러한 방법에 의해 제조된 다이아몬드-실리콘 카바이드-실리콘 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a diamond-silicon carbide-silicon composite from diamond particles, the method comprising the steps of forming a working specimen, heating the working specimen and adjusting the heating temperature and the heating time to produce a predetermined amount of graphite. And thereby producing an intermediate body by graphitization of diamond particles and infiltrating silicon into the intermediate body. The present invention also relates to diamond-silicon carbide-silicon composites prepared by this method.

Description

다이아몬드-실리콘 카바이드-실리콘 복합체의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 복합체{METHOD OF MANUFACTURING A DIAMOND-SILICON CARBIDE-SILICON COMPOSITE AND A COMPOSITE PRODUCED BY THIS METHOD}METHOD OF MANUFACTURING A DIAMOND-SILICON CARBIDE-SILICON COMPOSITE AND A COMPOSITE PRODUCED BY THIS METHOD}

많은 분야에 적용하기 위해 극히 경질(초경질, 〉40㎬)인 재료가 일반적으로 필요하다. 이러한 응용물은 절삭, 선회, 밀링, 드릴링, 제재 또는 연삭 작업등에 공구로서 사용될 수 있다. 상기 경질 재료는 또한 베어링, 실, 노즐 또는 유사한 경우에 사용될 때 내마모, 내마찰 및 내침식에 사용될 수 있다. 상기 재료는 주조 철, 강철, 비철금속, 목재, 종이, 중합체, 콘크리트, 돌, 대리석, 토양, 침탄 카바이드 및 산화 알루미늄, 실리콘 카바이드, 다이아몬드 또는 질화붕소 공구등의 연삭휠에 사용하거나 접촉되는 데 사용할 수 있다. 공지된 가장 경질 재료로서, 단결정 또는 다결정 다이아몬드는 상기 목적에 적합하다. 경도를 목적으로 사용된 다른 일반적인 재료는 예를 들어, 질화붕소 공구(CBN), 질화 붕소 및 다른 세라믹이고 침탄 카바이드이지만, 오직 다이아몬드 또는 CBN을 함유하는 재료만이 엔지니어링 재료의 초경질군에 도달할 수 있다.Extremely hard (ultra-hard,> 40 kPa) materials are generally needed for many applications. Such applications can be used as tools in cutting, turning, milling, drilling, sawing or grinding operations. The hard materials may also be used for wear, friction and erosion when used in bearings, seals, nozzles or similar cases. The material can be used for or in contact with grinding wheels such as cast iron, steel, nonferrous metals, wood, paper, polymers, concrete, stone, marble, soil, carburized carbide and aluminum oxide, silicon carbide, diamond or boron nitride tools. have. As the hardest material known, monocrystalline or polycrystalline diamond is suitable for this purpose. Other common materials used for hardness purposes are, for example, boron nitride tools (CBN), boron nitride and other ceramics and carburized carbides, but only materials containing diamond or CBN will reach the superhard group of engineering materials. Can be.

상기 재료의 존재하에 다이아몬드 입자를 소결함으로써, 금속 및 세라믹 상으로 이루어진 매트릭스에 다이아몬드 입자가 결합되는 다결정 보디는 공지이다. 다이아몬드 불안정성 및 흑연화 경향때문에, 30,000-60,000atm(HP/HT)의 압력을 가진 고압 챔버내에, 1300-1600℃ 에서 열처리 함으로써 다이아몬드 안정성의 조건이 이루어진다.By sintering diamond particles in the presence of the material, a polycrystalline body in which diamond particles are bonded to a matrix composed of metal and ceramic phases is known. Due to diamond instability and graphitization tendency, conditions of diamond stability are achieved by heat treatment at 1300-1600 ° C. in a high pressure chamber with a pressure of 30,000-60,000 atm (HP / HT).

상기 공정의 결함은 상대적으로 작은 크기의 보디가 제조되는 것이다. 게다가 제조 기술이 오히려 복잡하고 특별한 장치를 필요로 한다.A defect of this process is that a body of relatively small size is produced. In addition, manufacturing techniques are rather complex and require special equipment.

몇몇 특허는 고압/고온을 사용하지 않고 다이아몬드, 실리콘 카바이드 및 실리콘을 함유하는 재료를 제조하는 기술을 개시하고 있다. 주로 다른 탄소질 재료(이하 카본 블랙, 탄소 섬유, 코우크, 흑연, 열분해 탄소등과 같은 모든 종류의 비-다이아몬드 탄소 재료를 일컫는다)를 사용하는 것과 관련한 다수의 변형된 공정들이 있다. 중요하게는 하기의 단계가 이어진다.Some patents disclose techniques for producing materials containing diamond, silicon carbide and silicon without using high pressure / high temperature. There are a number of modified processes associated mainly with using other carbonaceous materials (hereinafter referred to as all kinds of non-diamond carbon materials such as carbon black, carbon fiber, coke, graphite, pyrolytic carbon, etc.). Importantly, the following steps are followed.

A. 탄소-코팅 다이아몬드 입자 또는 비코팅 다이아몬드 입자 및 탄소질 재료가 전구체 재료로서 사용된다.A. Carbon-coated diamond particles or uncoated diamond particles and carbonaceous materials are used as precursor materials.

통상적으로 탄소 코팅 다이아몬드가 사용된다. 미국 특허 제 4,220,455 호의 예에서는 열분해 반응에 의해 다이아몬드상에 탄소의 박층(500-1000 옹스트롬)을 첨가하는 것으로 시작한다. 열분해는 천연가스 또는 메탄을 1200℃ 에서 다이아몬드 입자와 함께 노(furnace)에 공급함으로써 수분간 진공에서 수행된다. 때때로 미국 특허 제 4,381,271 호, 유럽 특허 제 0 043 541 호, 유럽 특허 제 0 056 596 호 및 일본 특허 제 6-199571 A 호에서와 같이, 열분해 탄소층이 없는 다이아몬드를 사용한다. 탄소-코팅 및 비-코팅 다이아몬드 모두 미소성 보디가 형성되기 전에, 탄소의 주요원, 예를 들어, 카본 블랙, 단(short) 탄소 섬유 또는 직물 또는 결합제로서 탄소질 재료와 혼합된다.Typically carbon coated diamonds are used. The example of US Pat. No. 4,220,455 begins with the addition of a thin layer of carbon (500-1000 Angstroms) on diamond by pyrolysis reaction. Pyrolysis is carried out in vacuo for several minutes by feeding natural gas or methane to the furnace at 1200 ° C with diamond particles. Sometimes diamonds without a pyrolytic carbon layer are used, as in US Pat. No. 4,381,271, EP 0 043 541, EP 0 056 596, and Japanese Patent 6-199571 A. Both carbon-coated and non-coated diamond are mixed with the carbonaceous material as a major source of carbon, such as carbon black, short carbon fiber or fabric or binder, before the unbaked body is formed.

B. 몰드내에서, 때때로 적당한 압력을 사용하여 다이아몬드 입자/탄소 재료 혼합물의 미소성 보디를 형성한다. 형성된 미소성 보디는 부가적으로 유기 재료의 용매 및 일시적 또는 영구적 결합제를 함유하여 형성이 용이하게 되고 미소성 보디의 강도가 증가한다.B. In the mold, sometimes an appropriate pressure is used to form an unbaked body of diamond particle / carbon material mixture. The unbaked body formed additionally contains a solvent of an organic material and a temporary or permanent binder to facilitate formation and increase the strength of the unbaked body.

C. 미소성 보디를 가열처리함으로써 작업-시편을 제조한다. 몇몇 결합제를 어떤 잔류물 예를 들어 파라핀도 남기지 않고 증발시킨다. 몇몇 결합제는 작업-시편, 예를 들어 페놀-포름알데히드 및 에폭시 수지와 같은 다른 수지중 탄소질 잔류물이 잔류하여 경화된다.C. Work-pieces are prepared by heat treating the unbaked body. Some binders are evaporated without leaving any residue, for example paraffin. Some binders cure with residual carbonaceous residues in work-pieces, for example phenol-formaldehyde and other resins such as epoxy resins.

D. 용해된 실리콘으로써 다공성 작업-시편의 침윤을 수행하여 탄소와 실리콘사이에 반응시 실리콘 카바이드를 형성한다. 제조된 실리콘 카바이드는 특정량의 잔류 실리콘과 함께 공극을 채운다. 다이아몬드의 흑연화를 최소화하기 위해 상기 방법으로 가열 처리를 하며, 이는 해로운 것으로 간주된다. 미국 특허 제 4,220,455 호의 예는 실리콘과 탄소사이에 반응이 완결되는 시간동안, 15 분간 1400-1550℃ 사이의 온도에서 보디가 몰드내에 있을 때 진공중에 실리콘 침윤을 하는 것을 개시한다. 미국 특허 제 4,242,106 호는 실리콘 침윤동안에 0.01-2.0 토르의 진공을 사용한다. 보디의 크기에 크게 좌우되는 필요 시간은 실험적으로 결정되고 1400℃ 초과에서 약 15-20 분 정도이거나 또는 1500℃ 에서 10 분이 소요된다. 미국 특허 제 4,381,271 호는 모세관 작용에 의해 유동성 실리콘의 침윤을 촉진하는 탄소 섬유를 사용한다. 대부분의 특허에서 몰드내에 침윤을 수행한다. 몇몇 선행 특허들은, 유럽 특허 제 0 043 541 호에서와 같이, 침윤을 몰드 밖에서 수행한다.D. Infiltration of porous work-samples with dissolved silicon forms silicon carbide upon reaction between carbon and silicon. The silicon carbide produced fills the void with a certain amount of residual silicon. Heat treatment is done in this way to minimize the graphitization of the diamond, which is considered harmful. The example of US Pat. No. 4,220,455 discloses silicon infiltration in vacuum when the body is in the mold at a temperature between 1400-1550 ° C. for 15 minutes, during which time the reaction between silicon and carbon is complete. U.S. Patent No. 4,242,106 uses a vacuum of 0.01-2.0 Torr during silicon infiltration. The time required, which depends largely on the size of the body, is determined experimentally and takes about 15-20 minutes above 1400 ° C or 10 minutes at 1500 ° C. U.S. Patent No. 4,381,271 uses carbon fibers that promote infiltration of flowable silicon by capillary action. Most patents perform infiltration into a mold. Some prior patents carry out infiltration outside the mold, as in EP 0 043 541.

탄소-코팅 또는 비코팅 다이아몬드를 탄소질 재료와 혼합하는 방법이 있으며, 단점, 예를 들어 상기 재료의 균일한 혼합물의 제조시 어려움, 즉 매우 작은 공극 크기 및 균일한 혼합물을 제조하기 위한 특별한 장치의 필요성으로 인해 실리콘 침윤의 어려움이 있다.There is a method of mixing carbon-coated or uncoated diamond with a carbonaceous material, and there are disadvantages, for example, difficulty in preparing a uniform mixture of the materials, namely very small pore size and a special device for producing a uniform mixture. There is a difficulty of silicon infiltration due to the necessity.

러시아 특허 제 2064399 호에서 열분해에 의해 탄소를 첨가하는 것은 오직 작업-시편이 형성 및 제조된 후에 수행된다. 예를 들어 실리콘 및 티타늄 카바이드와 같은 충전제로서 다이아몬드 입자 및 카바이드 입도의 혼합물 또는 다이아몬드 입자의 예비형성된 작업-시편을 일시적 결합제로서 물 또는 에틸 알콜과 함께 제조한다. 결합제를 증발시키고 작업시편을 반응기내에 두어, 거기에서 열분해 탄소를 기상, 즉 10 시간 동안 950℃ 에서 메탄으로부터 열분해 반응에 의해 보디의 모든 입도상에 침적시킨다. 이후에 실리콘 침윤을 수행한다.The addition of carbon by pyrolysis in Russian Patent No. 2064399 is carried out only after work-pieces have been formed and manufactured. Mixtures of diamond particles and carbide particle sizes or preformed work-pieces of diamond particles, for example as fillers such as silicon and titanium carbide, are prepared with water or ethyl alcohol as temporary binders. The binder is evaporated and the working specimen is placed in the reactor where pyrolytic carbon is deposited on all particle sizes of the body by pyrolysis reaction from methane at gas phase, ie, 950 ° C. for 10 hours. Thereafter, silicon infiltration is performed.

상기 공정의 결점은 대량의 탄화수소 가스를 사용하는 것이고 진행 시간이 너무 길다는 것이다. 카바이드 입도를 충전제로서 사용한다면, 상기 언급된 것과 같은 균질화 문제가 나타난다.The drawback of the process is that it uses a large amount of hydrocarbon gas and the run time is too long. If carbide particle size is used as filler, homogenization problems such as those mentioned above appear.

공기중에 열처리될 때, 약 700℃의 온도에서 다이아몬드가 흑연화 및 산화되기 시작한다. 압력, 온도, 체류 시간, 다이아몬드 입자 타입, 크기 및 품질, 다이아몬드내 불순물 및 대기는 다이아몬드 공정의 속도를 떨어뜨리는 영향을 미친다. 상기 저하를 방지하기 위해, 진공 또는 불활성 가스에서 가열을 수행한다. 고 진공 및 수소 가스에서 고품질의 다이아몬드는 각각 약 1700℃ 및 2000℃ 에서 장시간동안 안정하다. 상기와 같이 흑연화를 의도적으로 사용한 방법은 기술되지 않았다. 대신에 흑연화는 해롭고 쓸모없는 것으로 간주된다.When heat treated in air, diamond begins to graphitize and oxidize at a temperature of about 700 ° C. Pressure, temperature, residence time, diamond particle type, size and quality, impurities in the diamond, and the atmosphere have an impact on slowing down the diamond process. In order to prevent the deterioration, heating is carried out in a vacuum or inert gas. High quality diamonds at high vacuum and hydrogen gas are stable for a long time at about 1700 ° C and 2000 ° C, respectively. The method of intentionally using graphitization as described above has not been described. Instead graphitization is considered harmful and useless.

러시아 특허 제 2036779 호에서는 물 또는 에틸 알콜과 함께 최종적으로 다이아몬드 분말의 예비성형을 수행한다. 상기 수행물을 노내에 두고 아르곤 또는 진공중에 1420-1700℃ 에서 액체 실리콘으로 침윤시킨다. 상기 공정에서 다이아몬드 입도의 표면은 최소로 흑연화되고, 따라서 다이아몬드의 더 큰 부분은 여전히 변하지 않는다. 상기 소량의 흑연은 실리콘 카바이드의 박표면 층을 생성하는 침윤된 실리콘과 접촉 반응하여 사용된 공정 동안 다이아몬드가 흑연으로 더 이상 생성되지 않게 한다. 상기 공정의 결점은 통제가 어려우므로 복합체내에 남겨진 일정량의 제조된 SiC, 잔류 실리콘 또는 공극을 통제할 방법이 없다.Russian Patent No. 2036779 finally performs the preforming of the diamond powder with water or ethyl alcohol. The work is placed in a furnace and infiltrated with liquid silicon at 1420-1700 ° C. in argon or vacuum. In this process the surface of the diamond grain size is graphitized to a minimum, so that a larger portion of the diamond still remains unchanged. The small amount of graphite is in contact with the impregnated silicon, which produces a thin surface layer of silicon carbide, so that diamond no longer forms graphite during the process used. The drawback of this process is that it is difficult to control and there is no way to control the amount of manufactured SiC, residual silicon or voids left in the composite.

따라서 이전의 특허에서는 전기공율 및 흑연을 포함하지 않고, 탄소질 재료를 첨가하는 잘 조절된 단계 및 바람직한 양의 다이아몬드, 실리콘 카바이드 및 실리콘을 가진 재료의 제조를 위한 의도적인 흑연화 단계에 대한 교시가 없다.The previous patent thus teaches a well-controlled step of adding carbonaceous materials and intentional graphitization steps for the production of materials with the desired amount of diamond, silicon carbide and silicon, which do not include electroporation and graphite. none.

상기 전술된 기술에 의해 제조된 다이아몬드 복합체 재료를 향상하기 위한 몇몇 방법이 있다. 그중 하나는 재료내에 다이아몬드 입자를 농도 및 크기의 등급이 매겨진 구조에 따라 배열하는 것이다. 일부 특성 및 또한 그로인한 복합체의 응용 분야는 상기 다이아몬드 배열에 의해 영향을 받는다.There are several ways to improve the diamond composite material produced by the techniques described above. One of them is to arrange the diamond particles in the material according to the graded structure of concentration and size. Some properties and also the field of application of the composite are thus influenced by the diamond arrangement.

- 다이아몬드 크기의 등급이 매겨진 재료를 제조하는 방법이 유럽 특허 제 0 196 777 호에 개시되어 있다. 상기 재료를 고압 및 고온에서 다이아몬드내 안정한 구역을 소결함으로써 제조한다. 입도 크기 및/또는 충전 밀도는 전면과 후면사이에 층간에서 변화하여 상기 부분에서 내마모성을 가지게 된다. 재료의 다른 부분의 경도 또는 내마모성은 다이아몬드의 입자 크기의 변동 또는 다이아몬드 입자에 다른 낮은 경질 재료의 첨가에 의한 변동에 의해 결정된다. 다이아몬드 크기는 전면에서 10㎛ 미만이고 후면에서 75-500㎛의 범위이다.A method for producing a diamond sized material is disclosed in EP 0 196 777. The material is prepared by sintering a stable zone in diamond at high and high temperatures. Particle size and / or packing density change between layers between the front and back surfaces to be wear resistant at this portion. The hardness or wear resistance of other parts of the material is determined by variations in the particle size of the diamond or by the addition of other low hard materials to the diamond particles. Diamond sizes range from less than 10 μm at the front and 75-500 μm at the back.

상기 방법의 결점은 고압-고온을 사용하기 때문에, 재료의 제품이 더 비싸고 특별한 장치를 필요로 하며 크기에 제한이 있다.The drawback of the method is that because of the use of high pressure-high temperatures, the product of the material is more expensive, requires special equipment and is limited in size.

- 또한 복합체 보디의 다른 부분에 다른양의 다이아몬드를 사용한 다수의 특허가 있다. 하기 특허, 미국 특허 제 4,242,106 호 ; 제 4,247,304 호 ; 제 4,453,951 호 ; 유럽 특허 제 0 043 541 호 ; 제 0 056 596 호 및 몇몇 다른 특허는 예를 들어 지지 실리콘 카바이드 또는 실리콘 카바이드-실리콘 기질과 접촉된 다이아몬드 복합체층을 가진 복합체의 제조를 개시하고 있다. 미국 특허 제 4,698,070 호는 한 부분을 함유하는 다이아몬드 및 실리콘 카바이드 및 실리콘의 매트릭스에 의해 결합된 중심부를 가진 복합체의 제조를 개시하고 있다. 첫번째 이외에 다른 농도를 가진 부가적인 입자 층을 또한 제공할 수 있다. 상기 층은 최상부상에 예를 들어 모서리, 중심부등에 다른 배열로 놓인다.There are also a number of patents using different amounts of diamond in different parts of the composite body. The following patents, US Pat. No. 4,242,106; No. 4,247,304; No. 4,453,951; European Patent No. 0 043 541; 0 056 596 and some other patents disclose the preparation of composites having a diamond composite layer in contact with, for example, a supported silicon carbide or silicon carbide-silicon substrate. U. S. Patent 4,698, 070 discloses the preparation of composites having a central portion bound by a matrix of diamond and silicon carbide and silicon containing one portion. Additional particle layers with other concentrations in addition to the first may also be provided. The layers are placed in different arrangements on the top, for example in corners, centers and the like.

일반적으로 다른 다이아몬드 크기 또는 농도를 가진 상기 층을 이룬 재료의 결점은 층을 함유하고 지지하는 다이아몬드내에 물리적/기계적 특성에서 차이가 있을 수 있다는 것이다. 예를 들어, 열 팽창 계수 및 E-율의 차이는 계면에서 원치않는 응력을 발생시키는 상황이 생겨서 그로인해 응력이 가해지면 복합체가 약화되게 된다. 다이아몬드는 상대적으로 저인장 강도 및 저인성을 가지며, 내부층에 의해 결합된 다른 부분에서 다이아몬드 함량의 뚜렷한 차이는 복합체의 파괴 저항성에 영향을 미친다. 어떤 선행 기술에서도 균일하게 변하는 특성을 가진, 재료 체적의 다른 크기 분포의 다이아몬드 입자를 가진 보디에 대해서는 기술된 방법이 없다.A drawback of such layered materials, which generally have different diamond sizes or concentrations, is that there may be differences in physical / mechanical properties within the diamond containing and supporting the layer. For example, differences in coefficients of thermal expansion and E-rate can cause undesired stresses at the interface, thereby weakening the composite when stress is applied. Diamonds have relatively low tensile strength and low toughness, and distinct differences in diamond content in other parts bound by the inner layer affect the fracture resistance of the composite. There is no method described for a body with diamond particles of different size distribution of material volume, which has uniformly varying properties in any prior art.

러시아 특허 제 2036779 호 및 러시아 제 2064399 호 둘다에서, 제조된 재료는 단일 크기의 다이아몬드 입자를 가지고, 이는 그의 마찰 특성을 현저히 감소시킨다.In both Russian Patent No. 2036779 and Russian Patent No. 2064399, the material produced has diamond particles of a single size, which significantly reduces their frictional properties.

미국 특허 제 4,220,455 호에 따라 제조된 복합체는 다른 크기의 다이아몬드 입자의 혼합물로 이루어진다. 상기 혼합물은 전체 복합체에 사용되며, 즉 복합체는 층을 이룬 구조를 갖지 않는다. 사용된 특정 크기 또는 크기들은 충전입자 및 목적 보디에 따라 선택된다. 대부분 마모 응용물에 대해 약 60㎛ 이하의 입자가 바람직하다. 바람직하게는 충전입자를 최소화하기 위해 크기의 범위 즉 작고, 중간이고 큰 입자의 범위를 포함하도록 크기를 등급화해야 한다. 바람직하게는 등급화된 입자는 약 1㎛ 내지 약 60㎛ 이다. 또한 다른 크기의 다이아몬드를 혼합하여 충전 밀도를 조절하는, 몇몇 특허 ; 미국 특허 제 4,231,195 호 ; 미국 특허 제 4,353,953 호가 있다.The composite prepared according to US Pat. No. 4,220,455 consists of a mixture of diamond particles of different sizes. The mixture is used for the whole complex, ie the complex does not have a layered structure. The specific size or sizes used are chosen depending on the filler and the desired body. Particles up to about 60 μm are preferred for most wear applications. Preferably, the size should be graded to cover a range of sizes, ie small, medium and large particles, to minimize filler particles. Preferably the graded particles are about 1 μm to about 60 μm. Some patents also control mixing density by mixing diamonds of different sizes; U.S. Patent 4,231,195; US Patent No. 4,353,953.

본 발명의 목적은 우수한 특성을 갖는 다이아몬드-실리콘 카바이드-실리콘 복합체의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 초경질 재료이다. 본 방법은 또한 쉽게 수행되고, 빠르고 적절한 비용이 들어야하며 몇몇 특성 및 최종 재료의 비용을 조절할 수 있는 가능성을 제시한다.An object of the present invention is a method of producing a diamond-silicon carbide-silicon composite having excellent properties and an ultrahard material produced thereby. The method also needs to be easy to carry out, fast and costly, and offers the possibility of adjusting some properties and the cost of the final material.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명의 목적은 작업 시편을 생성하는 단계, 작업 시편을 가열하는 단계 및 가열 온도 및 가열 시간을 조절함으로써 특정 목적량의 흑연이 다이아몬드 입자의 흑연화에 의해 생성되고 그로인해 중간체 보디를 생성하고, 실리콘을 중간체 보디에 침윤시키는 단계를 포함하는, 다이아몬드 입자로부터 다이아몬드-실리콘 카바이드-실리콘 복합체의 제조 방법에 의해 달성된다.It is an object of the present invention to produce a working specimen, to heat the working specimen and to control the heating temperature and the heating time so that a specific amount of graphite is produced by graphitization of the diamond particles, thereby producing an intermediate body, A method of making a diamond-silicon carbide-silicon composite from diamond particles, comprising the step of infiltrating silicon into an intermediate body.

바람직한 구현예에서, 흑연화에 의해 생성된 흑연 양은 1-50중량%, 바람직하게는 6-30중량%의 다이아몬드이고 흑연화동안 가열 온도는 1700℃ 미만이다. 흑연화에 필요한 가열 온도 및 가열 시간은 사용된 가열장치에 대해 실험적으로 결정된다. 작업 시편을 25-60부피%의 기공율로써 생성한다.In a preferred embodiment, the amount of graphite produced by graphitization is 1-50% by weight, preferably 6-30% by weight of diamond and the heating temperature during graphitization is less than 1700 ° C. The heating temperature and heating time required for graphitization are determined experimentally for the heater used. Working specimens are produced with porosities of 25-60% by volume.

변형예에서 특정량의 탄소를 탄화수소 또는 탄화수소들에 대해 분해 온도를 초과하는 온도에서 기상 탄화수소 또는 기상 탄화수소들에 노출시킴으로써 작업시편상에 침적시키고 작업 시편을 탄화수소 또는 탄화수소들에 대해 분해온도를 초과하는 온도에서 기상 탄화수소 또는 기상 탄화수소들에 노출하기전에 다이아몬드 결정의 적어도 일부 흑연화를 수행한다. 중간체 보디를 액체 실리콘의 침윤 단계전에 최종 보디의 목적 형상 및 크기로 가공한다.In a variant, a certain amount of carbon is deposited on the work piece by exposing it to gaseous hydrocarbons or gaseous hydrocarbons at a temperature above the decomposition temperature for the hydrocarbons or hydrocarbons, and the work piece is subjected to a decomposition temperature for the hydrocarbons or hydrocarbons. At least some graphitization of the diamond crystals is carried out before exposure to gaseous hydrocarbons or gaseous hydrocarbons at temperature. The intermediate body is processed to the desired shape and size of the final body before the infiltration step of the liquid silicone.

다른 변형예에서 중간체 보디를 증기상 실리콘의 존재하에 가열한 다음 액체 실리콘의 침윤 단계전에 최종 보디의 목적 형상 및 크기로 가공한다.In another variant, the intermediate body is heated in the presence of vapor phase silicone and then processed to the desired shape and size of the final body prior to the infiltration phase of the liquid silicone.

작업 시편을 다양한 크기 및 품질을 가진 다이아몬드 입자의 비균일 분포로써 생성한다. 작업 시편중 다이아몬드 입자를 작업 시편의 표면으로부터 그의 중앙까지 크기를 연속적으로 감소하도록 분포되게 할 수 있다. 작업 시편은 변형예에서 최종적으로 결합체를 첨가하여 다양한 크기의 다이아몬드 결정의 균일한 혼합물으로부터 형성될 수 있다.Working specimens are produced as non-uniform distributions of diamond particles of various sizes and qualities. The diamond particles in the working specimen can be distributed to continuously reduce in size from the surface of the working specimen to its center. Working specimens may be formed from a uniform mixture of diamond crystals of various sizes by finally adding the binder in a variant.

다른 변형예에서 두개 이상의 작업 시편을 분리하고 열처리 및 침윤단계전에 수득한다.In another variant, two or more working specimens are separated and obtained before the heat treatment and infiltration steps.

작업 시편의 생성은 몰드내에서 수행되고, 열처리 및 실리콘의 침윤은 작업 시편이 몰드 밖으로 나온 후 수행된다.The production of working specimens is carried out in a mold, and the heat treatment and infiltration of silicon are performed after the working specimens leave the mold.

본 발명은 또한 다이아몬드 입자가 실리콘 카바이드의 매트릭스에 결합된 보디에 관한 것이고, 상기 보디는 20부피% 이상의 다이아몬드 입자, 5부피% 이상의 실리콘 카바이드, 바람직하게는 15부피% 초과의 실리콘 카바이드, 및 실리콘을 포함하며, 영 율은 450㎬ 초과이다.The invention also relates to a body in which diamond particles are bonded to a matrix of silicon carbide, which body comprises at least 20% by volume diamond particles, at least 5% by volume silicon carbide, preferably more than 15% by volume silicon carbide, and silicon. Young's modulus is over 450㎬.

한 구현예에서, 상기 보디는 29부피% 이상의 다이아몬드 입자, 14부피% 이상의 실리콘 카바이드, 및 실리콘을 포함하며, 영 율은 540㎬ 초과이다.In one embodiment, the body comprises at least 29 volume percent diamond particles, at least 14 volume percent silicon carbide, and silicon, with a Young's modulus greater than 540 GPa.

바람직한 구현예에서, 상기 보디는 약 30㎛ 이하의 크기를 갖는 46부피% 이상의 다이아몬드 입자를 포함하며, 영 율은 560㎬ 초과이다.In a preferred embodiment, the body comprises at least 46% by volume diamond particles having a size of about 30 μm or less and a Young's modulus is greater than 560 GPa.

다른 바람직한 구현예에서, 상기 보디는 54부피% 이상의 다이아몬드 입자, 50㎛ 이상의 크기를 갖는 60부피% 이상의 다이아몬드 입자를 포함하며, 영 율은 650㎬ 초과이다.In another preferred embodiment, the body comprises at least 54 volume% diamond particles, at least 60 volume% diamond particles having a size of at least 50 μm, with a Young's modulus greater than 650 GPa.

모든 구현예에서, 보디는 그의 형상을 유지하고 그의 영 율은 적어도 1500℃ 까지이다.In all embodiments, the body maintains its shape and its Young's modulus is up to at least 1500 ° C.

변형예에서, 약 10㎛ 이하의 크기의 다이아몬드 입자가 매트릭스에 사용되고 포함되며, 다이아몬드 입자사이에 구역에서 측정된 매트릭스의 빅커(Vickers) 마이크로경도는 20 N의 하중에 대해 30㎬ 초과이고, 매트릭스의 누프(Knoop) 마이크로경도는 20 N의 하중에 대해 36㎬ 초과이다.In a variant, diamond particles having a size of about 10 μm or less are used and included in the matrix, the Vickers microhardness of the matrix measured in the region between the diamond particles being greater than 30 μs for a load of 20 N, Knoop microhardness is greater than 36 kPa for a load of 20 N.

다른 변형예에서, 다이아몬드 입자는 50㎛ 미만의 입자의 크기 분획 및 50㎛ 이하의 크기를 갖는 입자의 크기 분획을 가지고, 0.25 내지 2.5의 범위에서 속하는 질량비 및 평균 입자크기는 10㎛ 초과, 바람직하게는 20㎛ 초과이다.In another variant, the diamond particles have a size fraction of particles of less than 50 μm and a size fraction of particles having a size of 50 μm or less, with mass ratios and average particle sizes falling in the range of 0.25 to 2.5 being greater than 10 μm, preferably Is greater than 20 μm.

다른 변형예에서, 다이아몬드는 큰 다이아몬드 입자인 입자의 크기 분획 및 작은 다이아몬드 입자인 크기 분획을 가지고, 0.25 내지 2.5의 범위에서 속하는 질량비 및 평균 입자크기는 10㎛ 초과, 바람직하게는 20㎛ 초과이다.In another variant, the diamond has a size fraction of particles that are large diamond particles and a size fraction that is small diamond particles, the mass ratio and average particle size falling in the range of 0.25 to 2.5 is greater than 10 μm, preferably greater than 20 μm.

다른 구현예에서, 다이아몬드 입자는 큰 다이아몬드 입자인 입자의 크기 분획 및 작은 다이아몬드 입자인 크기 분획을 가지고, 마찰속도는 26㎛3/m, 바람직하게는 10㎛3/m 미만이다.In another embodiment, the diamond particles have a size fraction and a small diamond grain size fraction of large diamond particles are particles, the friction velocity is a 26㎛ 3 / m, preferably 10㎛ 3 / m or less.

다른 구현예에서, 다이아몬드 입자는 큰 다이아몬드 입자인 입자의 크기 분획 및 작은 다이아몬드 입자인 크기 분획을 가지고, 침식비는 0.34 mg/g, 바람직하게는 0.25 mg/g 미만이다.In another embodiment, the diamond particles have a size fraction of particles that are large diamond particles and a size fraction that is small diamond particles, with an erosion ratio of less than 0.34 mg / g, preferably 0.25 mg / g.

다른 구현예에서, 다이아몬드 입자는 20㎛ 미만의 크기를 가자고, 마찰속도는 26㎛3/m, 바람직하게는 10㎛3/m 미만이다.In another embodiment, the diamond particles have a size less than go 20㎛, friction speed was 26㎛ 3 / m, preferably 10㎛ 3 / m or less.

다른 구현예에서, 다이아몬드 입자는 20㎛ 미만의 크기를 가자고, 침식 속도는 0.34 mg/g, 바람직하게는 0.25 mg/g 미만이다.In another embodiment, the diamond particles have a size of less than 20 μm and the erosion rate is 0.34 mg / g, preferably less than 0.25 mg / g.

구현예의 변형예에서, 보디는 공동이다.In a variant of the embodiment, the body is a cavity.

다른 구현예에서, 보디의 표면은 다이아몬드 막으로 코팅된다.In another embodiment, the surface of the body is coated with a diamond film.

다른 구현예에서, 보디는 20㎛ 초과 크기의 큰 다이아몬드 입자, 20㎛ 미만 크기를 갖는 0-50부피%의 작은 다이아몬드 입자, 20-99부피%의 실리콘 카바이드 및 1-30부피%의 실리콘을 포함하는 매트릭스를 포함하며, 매트릭스 경도는 20-63㎬ 초과이다.In another embodiment, the body comprises large diamond particles larger than 20 μm, 0-50 volume% small diamond particles having a size less than 20 μm, 20-99 volume% silicon carbide and 1-30 volume% silicon. Matrices, wherein the matrix hardness is greater than 20-63 mm 3.

첫번째 변형예에서, 매트릭스 경도는 20-30㎬ 이다.In a first variant, the matrix hardness is 20-30 kPa.

두번째 변형예에서, 매트릭스 경도는 50-63㎬ 이다.In a second variant, the matrix hardness is 50-63 mm 3.

세번째 변형예에서, 매트릭스 경도는 30-50㎬ 이다.In a third variant, the matrix hardness is 30-50 kPa.

본 발명은 다이아몬드-실리콘 카바이드-실리콘 복합체 제조 방법 및 그로인해 제조된 다이아몬드-실리콘 카바이드-실리콘 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a diamond-silicon carbide-silicon composite and thereby to a diamond-silicon carbide-silicon composite produced.

본 발명은 첨부된 도면에 대해 기술할 것이다.The invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 흐름도에서 본 발명에 따른 방법의 바람직한 단계을 나타낸다.1 shows the preferred steps of the method according to the invention in a flow chart.

도 2는 특정온도에서 흑연화 시간 대 흑연화 정도를 나타낸다.2 shows graphitization time versus graphitization degree at a specific temperature.

도 3a는 최종 보디에서 Si≥0 조건을 충족하는 다른 초기 기공율 ε0에서 보디에 삽입된 탄소량(α및) 사이에 관계를 나타낸다.3a is in the final body The amount of carbon inserted into the body at different initial porosity ε 0 that satisfies Si0 (α and ) Represents a relationship between

도 3b.c는 초기 작업 시편 기공율이 각각 ε0=0.3 및 ε0=0.5인, 최종 보디 조성물 및 다이아몬드 흑연화 도사이에 관계를 나타낸다.3b.c shows the relationship between the final body composition and the diamond graphitization degree, where the initial working specimen porosity is ε 0 = 0.3 and ε 0 = 0.5, respectively.

도 4a-c는 작업 시편, 중간체 보디 및 최종 보디에서 각각의 X-레이 회절 분석 결과를 나타낸다.4A-C show the results of the respective X-ray diffraction analysis on the working specimen, intermediate body and final body.

도 5는 다른 초기 작업 시편 기공율에서 흑연화하는 동안 작업 시편 기공율의 변화를 나타낸다.5 shows the change in working specimen porosity during graphitization at different initial working specimen porosities.

도 6A1, 6A2는 두개의 다른 시료의 마모된 표면의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.6A1 and 6A2 show scanning electron micrographs of the worn surfaces of two different samples.

본 발명의 목적은 빠르고, 효율적 비용이 들고 조절가능한 방식의 복잡하지 않은 방법으로 우수한 특성을 가진 다이아몬드 - 실리콘 카바이드 시릴콘 - 복합체의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 몇몇 원리를 포함한다 :It is an object of the present invention to produce diamond-silicon carbide cyrylcone-composites with good properties in a fast, efficient, cost-effective and uncomplicated manner. The present invention includes several principles:

- 상기 공정은 다이아몬드 흑연화를 피하지 않고 의도적으로 사용한다.The process is intentionally used without avoiding diamond graphitization.

- 다른 종류의 구배 또는 매개변수를 사용하여 생성물의 최종 특성 및 제조 비용 모두를 조절한다.Different types of gradients or parameters are used to control both the final properties of the product and the manufacturing cost.

- 복잡한 최종 보디 형상이 가능하고 침윤된 보디의 비싸고 어려운 가공 작업을 피하는 중간체 보디를 강화하는 것과 더불어 거의 순수한 형상 기술을 수해하는 것.Implementing nearly pure shape technology with reinforcing intermediate bodies that allow complex final body shapes and avoid expensive and difficult machining of infiltrated bodies.

- 큰 보디 및 대량의 제품을 저자로 생산하는 것.-The production of large body and mass products as authors.

본 발명에 따른 공정에서, 어떤 크기의 다이아몬드도 사용할 수 있다. 서브마이크론 크기의 다이아몬드는 1㎛ 미만의 다이아몬드 입자이고, 작은 다이아몬드 입자는 20㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 10㎛ 미만이다. 〉20㎛인 큰 다이아몬드는 몇몇 응용물에 사용된다. 높은 기계적 강도를 위해, 특히 엔지니어링 성분에서, 사용된 다이아몬드 입자의 크기는 바람직하게는 20㎛ 미만이다. 60㎛ 초과의 매우 큰 다이아몬드는 종종 작은 다이아몬드와 함께 마찰에 사용된다.In the process according to the invention, diamonds of any size may be used. Submicron sized diamonds are diamond particles of less than 1 μm, and small diamond particles are less than 20 μm, more preferably less than 10 μm. Large diamonds> 20 μm are used in some applications. For high mechanical strength, especially in engineering components, the size of the diamond particles used is preferably less than 20 μm. Very large diamonds larger than 60 μm are often used for friction with small diamonds.

열분해 탄소의 사용과 함께 다이아몬드 흑연화에 사용가능한 용도, 방법Uses and methods available for diamond graphitization with the use of pyrolytic carbon

본 발명에 따른 재료는 다이아몬드 - 실리콘 카바이드 - 실리콘 복합체의 제조용으로, 가능하게는 탄소를 열분해 침적시켜 다이아몬드를 흑연화하는 데 사용하는 방법에 의해 달성된다. 이것은 본 발명이 계획적이고 조절된 방법으로 다이아몬드 흑연화, 즉 다이아몬드의 일부를 흑연으로 효율적으로 변형시켜 사용하기에 충분하다.The material according to the invention is achieved for the production of diamond-silicon carbide-silicon composites, possibly by means of pyrolytic deposition of carbon and for use in graphitizing diamonds. This is sufficient for the present invention to use diamond graphitization, ie, to efficiently transform a portion of the diamond into graphite in a planned and controlled manner.

도 1은 흐름도에서 바람직하게는 방법 단계를 기술한다. 본 발명에 따른 방법의 다른 단계는 하기에 기술한다.1 preferably describes the method steps in the flowchart. Other steps of the method according to the invention are described below.

미소성 보디의 생성은 소량의 일시적 또는 영구적 결합제(5중량% 이하) 또는 결합제를 사용하지 않고 다양한 크기의 다이아몬드 입자의 혼합물로부터 수행한다. 상기는 예를 들어 슬립 및 슬러리 주조를 이용하여, 프레싱에 의해 확립된 기술을 이용하여 수행한다. 몰드를 생성에 사용할 경우에, 미소성 보디를 몰드로부터 제거한다.The production of the unbaked body is carried out from a mixture of diamond particles of various sizes without the use of small amounts of temporary or permanent binders (up to 5% by weight) or binders. This is done using techniques established by pressing, for example using slip and slurry casting. When the mold is used for production, the unbaked body is removed from the mold.

작업 시편의 제조는 미소성 보디중 본 용액 제제 및/또는 결합제를 증발 또는 경화 및 분해시켜 수행한다. 미소성 보디를 결합제없이 제조하면, 작업시편으로 간주된다. 전체 작업 시편 부피 내내 균일하고 조절가능한 흑연화를 제공하기 위해서는, 거기에 존재하는 결합제로부터 불순물을 갖는 것은 바람직하지 않다. 상기는 흑연화 공정을 촉매 작용하거나 억제할 수 있다. 작업 시편중 95중량% 이상의 다이아몬드를 갖기 위한 이유는 존재할 수 있는 탄소량을 정확히 조절할 수 있고 보디내에 충전물 및 다른 첨가재료가 가능하기 때문인 것이 명백하다.Preparation of working specimens is carried out by evaporation or curing and decomposition of the present solution formulation and / or binder in an unbaked body. If the unbaked body is made without a binder, it is considered a working specimen. In order to provide uniform and controllable graphitization throughout the entire working specimen volume, it is not desirable to have impurities from the binder present therein. This can catalyze or inhibit the graphitization process. It is evident that the reason for having more than 95% by weight of diamond in the working specimen is that it is possible to precisely control the amount of carbon that may be present and that fillers and other additives in the body are possible.

중간체 보디를 수득하기위한 작업 시편의 가열 처리. 총 질량의 95 내지 100중량%의 다이아몬드를 갖는 작업 시편은 열처리되어 다이아몬드의 조절된 흑연화, 또는 다이아몬드의 조절된 흑연화 및 열분해 탄소의 침적의 배합을 사용하여 중간체 보디를 수득하고 이를 열분해탄소라 부른다. 배합될 때, 바람직하게는 열분해탄소 침적에 앞서 흑연화를 사용한다.Heat treatment of working specimens to obtain intermediate body. Working specimens having diamonds of 95-100% by weight of the total mass were heat treated to obtain an intermediate body using a controlled graphitization of diamonds, or a combination of controlled graphitization of diamonds and deposition of pyrolytic carbon, which is called pyrolysis carbon. Call. When formulated, graphitization is preferably used prior to pyrolytic carbon deposition.

중간체 보디를 수득하기위한 흑연화.Graphitization to obtain intermediate body.

흑연화동안 작업 시편(또는 침적된 열분해탄소를 가진 중간체 보디)를 1000-1900℃, 바람직하게는 1200-1700℃ 에서 진공 또는 조절된 대기, 바람직하게는 불활성 기체에서 열처리한다. 흑연화는 1000℃ 미만의 온도에서는 무시된다. 1900℃ 초과의 온도에서 흑연화 속도는 매우 높아서 저품질 다이아몬드를 이용하므로 정확히 조절하기가 어렵다. 진공 압력은 바람직하게는 1㎜Hg 미만이다. 불활성 기체로서 질소, 아르곤, 수소 또는 헬륨을 사용하고, 이는 계에 산소의 부재에 제공된다. 불활성 기체 압력은 중요하지 않고 공정에 적용할 수 있는 정도 예컨대 760㎜Hg로 선택된다.During graphitization the working specimen (or intermediate body with deposited pyrocarbon) is heat-treated in a vacuum or controlled atmosphere, preferably an inert gas, at 1000-1900 ° C., preferably 1200-1700 ° C. Graphitization is ignored at temperatures below 1000 ° C. At temperatures above 1900 ° C, the graphitization rate is very high, making it difficult to precisely control using low quality diamonds. The vacuum pressure is preferably less than 1 mm Hg. Nitrogen, argon, hydrogen or helium is used as the inert gas, which is provided in the absence of oxygen in the system. The inert gas pressure is not critical and is chosen to the extent applicable to the process such as 760 mm Hg.

탄소의 흑연화된 중간체 보디로의 열분해 침적Pyrolysis deposition of carbon into graphitized intermediate bodies

탄소의 흑연화된 중간체 보디(또는 작업 시편)로의 열분해 침적동안, 보디는 흐름 기체 또는 기체들, 예를 들어 T=750-950℃, 에서 천연 기체, 또는 T=510-1200℃ 에서 아세틸렌, 메탄, 에탄, 프로판, 펜탄, 헥산, 벤젠 및 그의 유도체를 함유하는 기체에 대해 분해 온도를 초과하는 온도에서 탄화수소 또는 탄화수소들의 기체에 노출된다.During pyrolysis deposition of carbon into the graphitized intermediate body (or working specimen), the body may be a flowing gas or gases, for example natural gas at T = 750-950 ° C., or acetylene, methane at T = 510-1200 ° C. For gases containing ethane, propane, pentane, hexane, benzene and derivatives thereof, they are exposed to a gas of hydrocarbons or hydrocarbons at temperatures above the decomposition temperature.

중간체 보디의 예비침윤은 열분해탄소 침적에 대안적으로 중간체 보디의 가공을 가능케하고 강도를 증가시키기 위해 수행한다. 부분적인 예비침윤은 메틸클로로실란계와 같은 유기 실란을 사용한 화학 침적법(CVD) 법 또는 증기상 실리콘의 존재하에 중간체 보디를 가열함으로써 달성된다. 상기 보디의 강도는 흑연과 반응한 실리콘 양에의해 조절될 수 있다.Pre-infiltration of the intermediate body is performed to enable processing of the intermediate body and to increase the strength alternatively to pyrocarbon deposition. Partial pre-infiltration is achieved by chemical deposition (CVD) using organic silanes such as methylchlorosilane systems or by heating the intermediate body in the presence of vapor phase silicon. The strength of the body can be controlled by the amount of silicon reacted with graphite.

실리콘의 중간체 또는 예비침윤된 보디로의 침윤은 공지된 방법으로 수행된다. 침윤은 바람직하게는 고체 실리콘을 용해시키거나 액체 실리콘을 중간체 또는 예비 침윤된 보디의 외부 표면상에 공급하고, 또는 시차 진공 침윤 기술을 사용하여 중간체 또는 예비침윤된 보디를 액체 실리콘에 침지하여 몰드의 외부에서 수행한다. 또한 예를 들어 졸-겔, 화학 침적등과 유사한 기술을 사용하여 화학적 방법에 의해 또는 다공성 실리콘의 침윤에 의해 부분적으로 또는 충분히 실리콘에 적용한 후 고온 반응을 수행 할 수 있다.Infiltration of the silicone into the intermediate or pre-infiltrated body is carried out by known methods. The infiltration preferably dissolves the solid silicone or supplies the liquid silicone onto the outer surface of the intermediate or pre-infiltrated body, or immerses the intermediate or pre-infiltrated body in the liquid silicone using differential vacuum infiltration techniques to Performed externally. It is also possible to carry out the high temperature reaction after application to the silicon, in part or fully, by chemical methods or by infiltration of porous silicon, for example using techniques similar to sol-gel, chemical deposition and the like.

탄소 생성에 대한 특성Properties for Carbon Production

보디내 비다이아몬드 탄소는 하기 다른 방식에 의해 달성된다 :Non-diamond carbon in the body is achieved in the following different ways:

1. 작업 시편내 다이아몬드 입자를 열처리에 의해 흑연화하여 다이아몬드의 표면층을 흑연으로 전환.1. Graphite diamond particles in working specimens by heat treatment to convert the surface layer of diamond to graphite.

2. 가공 목적용 강화 보디가 필요하다면, 열분해 탄소를 보디에 침적하는 것이 유용하다. 필요한 총 탄소의 열분해탄소 부분은 가공 작용에 필요한 강도에 의해 결정된다.2. If a reinforcing body for processing purposes is desired, it is useful to deposit pyrolytic carbon in the body. The pyrolytic carbon portion of the total carbon required is determined by the strength required for the processing action.

3. 실리콘 침윤을 위한 열처리 동안 추가의 흑연화가 수행된다.3. Further graphitization is performed during the heat treatment for silicon infiltration.

4. 결합제로부터 최종 잔류 열분해탄소.4. Final residual pyrocarbon from binder.

따라서, 비다이아몬드 탄소의 총량에 부가된 결정은 하기에 의해 수행된다.Therefore, the crystal added to the total amount of non-diamond carbon is performed by the following.

a) 열분해탄소에 대한 필요성 확립.a) Establish the need for pyrolysis carbon.

b) 실리콘 침윤에 대한 열처리 동안 흑연화도의 확립.b) establishment of degree of graphitization during heat treatment for silicon infiltration.

c) 결합제로부터 정량의 특정 잔류 열분해 탄소를 확립.c) establishing a quantity of specific residual pyrolysis carbon from the binder.

d) 초벌 흑연화는 필요한 추가 탄소량을 메꾼다.d) Initial graphitization pays for the additional carbon required.

열분해탄소가 필요하지 않을 때, 공정 단계 1 및 3을 합친다는 것에 주목해야한다.It should be noted that when pyrolysis carbon is not needed, process steps 1 and 3 are combined.

본 발명에 따른 하나의 특징은 시간-온도 곡선, 즉 온도, 체류 시간 및 가열속도의 타입, 크기, 타입 및 품질 및 다이아몬드 입자내 불순물, 및 대기 및 압력과 같은 공정 및 재료 매개변수를 동시에 조절함으로써 다이아몬드 흑연화도를 통제하고 변화시키는 능력이다. 조절 조건은 하기를 포함한다.One feature according to the invention is the simultaneous adjustment of the time-temperature curve, ie the type, size, type and quality of temperature, residence time and heating rate and impurities in the diamond particles, and process and material parameters such as atmosphere and pressure. It is the ability to control and change the degree of diamond graphitization. Conditioning conditions include the following.

1. 실리콘 또는 대안적으로 잔류 공극, 실리콘 카바이드 및 최종 보디내 다이아몬드의 상대 부피는 정확한 조절이 수행되어야 하는 흑연화도에 따라 다르다.1. The relative volume of silicon or, alternatively, residual voids, silicon carbide and diamond in the final body, depends on the degree of graphitization in which the precise control should be performed.

2. 서브마이크론 및 작은 다이아몬드 입자에 대해 흑연화는 입자가 사라질때까지는 진행되지 않는 것이 중요하다. 흑연화는 50중량% 미만 및 바람직하게는 6-30중량% 사이이다.2. For submicron and small diamond particles, it is important that the graphitization does not proceed until the particles disappear. Graphitization is less than 50% by weight and preferably between 6-30% by weight.

3. 작은 다이아몬드 입자와 큰 입자를 혼합할 때, 작의 입자의 크기는 매우 주의깊게 선택하여 원하지 않을 경우 작은 입자가 사라지지 않고, 큰 입자가 충분히 흑연화되도록 해야한다. 흑연화는 50중량% 및 6-30중량% 사이에 있어야 한다.3. When mixing small diamond particles with large particles, the size of the plot particles should be chosen very carefully so that the small particles do not disappear if they are not desired and the large particles are sufficiently graphitized. Graphitization should be between 50% and 6-30% by weight.

4. 흑연화도를 통제하는 주된 방법은 다이아몬드 입자 크기 및 품질의 함수로서, 진공, 또는 대기압 하 불활성 기체에서 약 1200 내지 약 1700℃ 에서 온도-시간 곡선의 바른 형상을 선택한다.4. The main method of controlling graphitization is to select the correct shape of the temperature-time curve at about 1200 to about 1700 ° C. in an inert gas under vacuum, or at atmospheric pressure, as a function of diamond particle size and quality.

5. 다른 기술적 응용물을 목적으로 하는 재료에 적합한 다른 바람직한 흑연화도에 대해, 상기 곡선에 대한 다른 형상을 선택해야 한다.5. For other preferred graphitization degrees suitable for materials intended for other technical applications, different shapes for the curve should be selected.

6. 올바른 열처리를 선택함으로써, 기공율이 매우 낮고, 흑연이 없고, 다이아몬드, 실리콘 카바이드 및 실리콘사이에 잘 균형잡힌 조성물을 가진 최종 보디를 수득할 수 있다. 만일 흑연화도가 낮으면 최종 복합체는 대량의 실리콘 또는 기공율을 함유할 것이다. 흑연화도가 높을 수록, 최종 보디내 실리콘 카바이드의 함량도 많아진다.6. By choosing the correct heat treatment, it is possible to obtain a final body with a very low porosity, no graphite and a well balanced composition between diamond, silicon carbide and silicon. If the graphitization degree is low, the final composite will contain large amounts of silicon or porosity. The higher the graphitization degree, the higher the content of silicon carbide in the final body.

온도 및 체류 시간이 증가하면 일반적으로 제조된 흑연의 양이 증가한다. 다이아몬드의 표면으로부터 다이아몬드 입자에 흑연화 전방 이동 속도는 결정 배향 및 재료의 불순물 양 및 결점에 의해 결정된다. 다른 모든 조건이 동일할 때, 흑연화 전방 이동 속도는 크고 작은 다이아몬드 입자에 대해 동일하다. 하지만, 입자 크기에서의 차이는 크고 작은 입자에 대해 다른 상대 흑연화도를 결정짓는다. 상기 흑연화도는 중요하게 작은 입자에 대해 높고 다이아몬드의 표면적에 대해 비례한다. 따라서 제안된 방법에 의해 재료의 생산을 조절하기위해 열처리의 최적 조건을 선택하는 것이 중요하고 이는 작은 다이아몬드 입자를 사용할 때 특히 중요하다.Increasing temperature and residence time generally increases the amount of graphite produced. The rate of graphitization forward movement from the surface of the diamond to the diamond particles is determined by the crystal orientation and the amount and impurity of impurities in the material. When all other conditions are the same, the graphitization forward travel speed is the same for large and small diamond particles. However, differences in particle size determine different relative graphitization degrees for large and small particles. The graphitization degree is significantly high for small particles and proportional to the surface area of the diamond. Therefore, it is important to select the optimum conditions of heat treatment to control the production of materials by the proposed method, which is especially important when using small diamond particles.

작은 입자에 대해 흑연화 속도는 온도에 매우 의존하기 때문에, 1200℃ 초과의 온도 면적에서 가열 속도를 가속화하는 것이 중요하다. 그로인해 흑연화가 감소(동일 온도에서 낮게 가열하는 것과 비교하여)하고 흑연화도는 목적 한도(≤50중량%)를 초과하지 않는다. 상기는 중간체 보디의 연속적인 액체 실리콘 침윤을 가능하게 한다. 보디내에서 실리콘 침윤은 보디내에 충분한 크기의 공극이 존재하지 않는한 발생하지 않는다. 흑연화 공정은 조절 및 실체화하기에 민감하다. 사용된 장치 및 재료를 조정해야 한다. 상기 매개변수중 일부는 사용된 장치 및 재료를 실험적으로 관련되게 조화시켜야 한다.Since the graphitization rate is very temperature dependent for small particles, it is important to accelerate the heating rate in a temperature area above 1200 ° C. Thereby the graphitization is reduced (compared to heating low at the same temperature) and the degree of graphitization does not exceed the desired limit (≦ 50% by weight). This allows for continuous liquid silicon infiltration of the intermediate body. Silicone infiltration does not occur in the body unless there is a sufficient size of voids in the body. The graphitization process is sensitive to control and substantiation. The equipment and materials used must be adjusted. Some of these parameters must be experimentally matched to the equipment and materials used.

도 2는 특정 온도에서 흑연화도, α 대 흑연화 시간 τ를 나타낸다. 나타난 바와 같이, 흑연화도는 더 큰 입자(28/20 및 63/50)과 비교하여 작은 다이아몬드 입자(5/3, 10/7 및 14/10㎛)에 대해 더욱 빨리 증가한다. 입자가 클수록, 상대 흑연화 속도 증가는 느리다.2 shows graphitization degree, α vs. graphitization time τ at a specific temperature. As shown, the graphitization degree increases faster for smaller diamond particles (5/3, 10/7 and 14/10 μm) compared to larger particles 28/20 and 63/50. The larger the particles, the slower the rate of relative graphitization increases.

본 흑연화 공정의 장점중 하나는 다이아몬드 표면의 향상이다. 일반적으로 다이아몬드 비용은 품질 및 크기와 관련이 있다. 대부분 다이아몬드 입자의 표면층은 다수의 결함이 있다는 것은 공지이다. 표면상에 결함 및 불순물은 기계적 및 화학적 안정성을 감소시킨다. 표면에 결함 및 불순물이 없고 또한 고가이지 않으면서 고품질의 다이아몬드인 것이 바람직하다. 상기는 다이아몬드의 표면층을 열처리에 의해 의도적으로 흑연으로 전환시킴으로써 달성된다. 흑연화는 표면상에서 출발하여 점진적으로 입자로 더 깊이 전파된다. 또한 다이아몬드 표면은 다이아몬드 흑연화에 의해서뿐 아니라 벌크 특성에 의해서도 향상한다. 확산 공정은 가열될 때 다이아몬드에서 시작한다. 상기 확산 공정에 의해 금속 및 다른 불순물이 다이아몬드의 표면으로 이동하여 실리콘 카바이드 또는 실리콘에 고착화된다. 흑연화가 다이아몬드 표면상에 결함층을 전환시킴에 따라 총 입자 특성이 향상되고 그 결과로서 전체 복합층 재료가 향상된다. 상기 향상을 달성하기위해 다이아몬드 입자로 둘러싸인 흑연층은 50 nm 이상, 바람직하게는 200 nm 초과여야 한다. 흑연화는 1중량% 이상 및 바람직하게는 6중량% 이상이어야 한다.One of the advantages of this graphitization process is the enhancement of the diamond surface. In general, diamond cost is related to quality and size. It is known that the surface layer of most diamond particles has a number of defects. Defects and impurities on the surface reduce mechanical and chemical stability. It is preferred that the diamond be of high quality without defects and impurities on the surface and without being expensive. This is accomplished by intentionally converting the surface layer of diamond into graphite by heat treatment. Graphitization starts on the surface and gradually propagates deeper into the particles. The diamond surface is also improved not only by diamond graphitization but also by bulk properties. The diffusion process starts with diamond when heated. The diffusion process causes metals and other impurities to migrate to the surface of the diamond and adhere to silicon carbide or silicon. As graphitization converts the defect layer on the diamond surface, the total particle properties are improved and as a result the overall composite layer material is improved. In order to achieve this improvement, the graphite layer surrounded by diamond particles should be at least 50 nm, preferably more than 200 nm. The graphitization should be at least 1% by weight and preferably at least 6% by weight.

다른 매우 중요한 다이아몬드 흑연화의 달성은 각각 개별적 다이아몬드 입자를 코팅한 생성된 SiC의 극히 강한 결합이다. 다이아몬드는 매트릭스에 결합되고 요구된 응용물에서도 빠지지 않을 것이다.Another very important achievement of diamond graphitization is the extremely strong bonding of the resulting SiC, each coated with individual diamond particles. Diamond is bonded to the matrix and will not fall out of the required application.

흑연이 없는 조밀하거나 거의 조밀한 보디가 되게 하는 총 제조 공정동안에, 특정한 규칙이 준수되어야 한다 :During the total manufacturing process leading to a dense or nearly dense body free of graphite, certain rules must be observed:

재료의 기공율은 다른 크기의 공극, 더큰 공극 및 작은 공극으로 구성된다. 예비성형된 작업 시편은 열처리 및 실리콘 침윤전에, 다이아몬드 입자 크기 및 크기 분포에 의해, 존재하거나 또는 첨가된 다른 재료에 의해 결정되고, 미소성 보디의 최종 압착에의해 특정 공극의 부피 퍼센트 및 특정 공극 크기를 가진다.The porosity of the material consists of pores of different sizes, larger pores and smaller pores. Preformed working specimens are determined by diamond particle size and size distribution, by other materials present or added, prior to heat treatment and silicon infiltration, and by volume compression and specific pore size of specific voids by final compaction of the unbaked body. Has

다이아몬드 함량은 다이아몬드의 흑연화 동안 생성된 흑연양에 해당하는 만큼 감소한다. 조밀하거나 거의 조밀한 보디를 생성하는 공극을 채우는 기초 실리콘에 대해,(비다이아몬드 탄소 및 실리콘사이에 반응에서 제조된) 최적량의 실리콘 카바이드를 가진 최종 보디를 달성하기위해, 첨가된 열분해탄소 또는 가능한 잔류 결합제를 포함한, 보디내에 비다이아몬드 탄소의 총량은 조절되어야 한다.The diamond content decreases by the amount corresponding to the amount of graphite produced during the graphitization of the diamond. For base silicon filling voids that produce a dense or nearly dense body, added pyrolysis carbon or possible to achieve a final body with an optimal amount of silicon carbide (made in the reaction between non-diamond carbon and silicon) The total amount of non-diamond carbon in the body, including the residual binder, must be controlled.

본 발명자에의해 최종 보디의 특성에 초기 기공율 및 흑연화도가 미치는 영향이 연구되었다. 60중량% 초과의 작업 시편 기공율에서, 작업 시편의 강도는 공정의 후속 단계를 실체화하기에 불충분하다. 작업 시편의 기공율이 25부피% 미만일 때, 실리콘을 중간체 보디에 침윤하기가 어렵고, 최종 보디는 중요한 잔류 기공율을 가진다. 흑연화도가 50중량% 초과이거나 또는 결합제로부터 침적된 열분해탄소 및 잔류 탄소의 양이 25중량% 초과이면,(탄소층이 너무 두꺼워서) 작은 공극은 충분히 크지 않도록 한정되기 때문에 동일한 문제가 나타난다. 상기 경우에 실리콘 침윤동안, 실리콘 카바이드의 조밀층이 중간체 보디의 표면 지역에 형성되어, 상기 중간체 보디의 내부로 액체 실리콘이 침투하는 것을 막는다.The effect of the initial porosity and the degree of graphitization on the properties of the final body was studied by the present inventors. At working specimen porosity greater than 60% by weight, the strength of the working specimen is insufficient to materialize subsequent steps of the process. When the porosity of the working specimen is less than 25% by volume, it is difficult to infiltrate the silicon into the intermediate body, and the final body has an important residual porosity. If the graphitization degree is greater than 50% by weight or the amount of pyrolytic carbon and residual carbon deposited from the binder is greater than 25% by weight (the carbon layer is too thick), the same problem arises because the small pores are limited so as not to be large enough. In this case, during silicon infiltration, a dense layer of silicon carbide is formed in the surface area of the intermediate body, preventing liquid silicon from penetrating into the intermediate body.

주어진 작업 시편의 초기 기공율 ε0에 대해, 흑연화에 의해 제조된 탄소, 열분해탄소의 침적 및 결합제로부터 어떤 가능한 잔류 열분해 탄소의 최대량은 도 3a 에 설명되고, 이후 진행 단계는 모든 탄소와 침윤된 실리콘사이에 반응이 일어나게 하여 실리콘 카바이드를 생성한다. 어떤 허용가능한 배합물에대해 흑연(α) 및 열분해탄소 더하기 결합체로부터 잔류 탄소()의 상대량은 상기 도로부터 명시되어 있다. 상기 공정은 기공율와 관련된 총 탄소량에 의해 제한된다. 특정 초기 기공율에서, 최종 복합체는 탄소량이 너무 작으면, 대량의 실리콘을 함유한다. 탄소량이 너무 크면, 특정량의 잔류 탄소는 최종 복합체에 남게되며, 이는 탄소가 재료내에서 결함과 같은 작용을 하므로 바람직하지 않다. 또한 두개의 그래프 도 3a 및 도 3b 에서 특정 초기 기공율에 대한 흑연화도와 최종 복합체의 조성물 사이에 관계를 나타낸다. 다이아몬드 성분의 변형물에서 볼 수 있는 것과 같이, 실리콘 카바이드 및 실리콘은 선형이다. 흑연화도가 증가함에 따라, 탄소 함량이 증가하는 반면, 다이아몬드 및 실리콘 함량은 감소한다.For the initial porosity ε 0 of a given working specimen, the maximum amount of carbon produced by graphitization, deposition of pyrolysis carbon and any possible residual pyrolysis carbon from the binder is illustrated in FIG. The reaction takes place in between to produce silicon carbide. For any acceptable combination, the residual carbon (from graphite (α) The relative amounts of) are indicated from the figure above. The process is limited by the total amount of carbon associated with the porosity. At certain initial porosities, the final composite contains large amounts of silicon if the amount of carbon is too small. If the amount of carbon is too large, a certain amount of residual carbon remains in the final composite, which is undesirable since the carbon acts like a defect in the material. Also shown in the two graphs FIGS. 3A and 3B is the relationship between graphitization and composition of the final composite for a specific initial porosity. As can be seen in the variant of the diamond component, silicon carbide and silicon are linear. As the graphitization degree increases, the carbon content increases, while the diamond and silicon content decreases.

상기 도는 총 보디 체적가 변하지 않고 제조된 보디내에 공극이 없는 조건하에서 하기 수학식을 사용하여 제조되었다 :The figure was made using the following equation under conditions where the total body volume did not change and there were no voids in the body produced:

최종 재료중 다이아몬드의 부피 함량은The volume content of diamond in the final material

(식중, α는 흑연화도, 즉 흑연의 양이고, ε0는 작업 시편의 초기 기공율이다) 이다.Where α is the graphitization degree, i.e. the amount of graphite, and ε 0 is the initial porosity of the working specimen.

최종 재료중 실리콘 카바이드의 부피 함량은 실리콘과 반응하는 탄소량에의해 결정된다 :The volume content of silicon carbide in the final material is determined by the amount of carbon that reacts with the silicon:

(식중, ρD및 ρSiC는 다이아몬드 및 실리콘 카바이드의 밀도이고, MSiC및 MC는 실리콘 카바이드 및 탄소의 분자량이다).Wherein ρ D and ρ SiC are the densities of diamond and silicon carbide, and M SiC and M C are the molecular weights of silicon carbide and carbon.

최종 보디내 실리콘의 부피 함량은The volume content of silicone in the final body

비다공성 재료를 제조하기위해, Si≥0의 조건을 충족시켜야 할 필요가 있다. 상기 조건은 도 3a 에서 나타난 영역에 해당하는 α및값에 의해 충족된다. 따라서 최종 재료중 Si≥0의 조건을 충족시키기위해 삽입될 수 있는 열분해탄소 및 결합제 잔류물의 양은 흑연화도에 따라 크게 좌우된다.To manufacture nonporous materials, It is necessary to satisfy the condition of Si ≧ 0. The condition is α and corresponding to the region shown in FIG. 3A. Satisfied by the value. So among the final ingredients The amount of pyrolytic carbon and binder residues that can be inserted to meet the conditions of Si ≧ 0 depends greatly on the degree of graphitization.

=0 에서 수학식 1, 2 및 3의 해법은 도 3b-c 에 따른 작업 시편의 다이아몬드 복합체 조성물과 초기 기공율사이의 상관관계를 제시한다. The solutions of equations 1, 2 and 3 at = 0 suggest a correlation between the diamond composite composition and the initial porosity of the working specimen according to FIGS. 3b-c.

도 4는 상기 공정에 따라 제조된 시료의 X-레이 회절 분석상의 결과를 나타낸다. 다이아몬드 분말의 형성된 초기 작업 시편이 다이아몬드 상(〈〈D〉〉로 표시)을 함유하는 것이 도 4a로부터 명백하다. 중간체 보디를 수득하기 위해 작업 시편을 이어서 열처리를 한 결과 도 4b 에 나타난 바와 같이 거기에 흑연상(〈〈G〉〉로 표시)이 생성된다. 이어서 중간체 보디를 실리콘 침윤하여, 실리콘이 흑연과 반응하고 실리콘 카바이드를 생성한다. 도 4c는 흑연이 최종 생성물에 없고 다이아몬드, 실리콘 카바이드(〈〈SiC〉〉로 표시) 및 실리콘(〈〈Si〉〉로 표시)가 존재한다는 것을 나타낸다.Figure 4 shows the results of the X-ray diffraction analysis of the sample prepared according to the above process. It is apparent from FIG. 4A that the initial working specimen formed of the diamond powder contains a diamond phase (denoted by <D>). The working specimen was subsequently subjected to heat treatment to obtain an intermediate body, whereby a graphite phase (indicated by &lt; G &gt;) was formed therein as shown in Fig. 4B. The intermediate body is then silicon infiltrated so that the silicon reacts with the graphite and produces silicon carbide. 4C shows that graphite is not in the final product and that diamond, silicon carbide (denoted by <SiC>) and silicon (denoted by <Si>) are present.

다른 종류의 매개변수 변동의 사용Use of different kinds of parameter variations

매개변수 변동을 생성물 및 제조 비용의 최종 특성을 조절하기 위해 다양한 공정 단계동안 재료에 적용할 수 있다. 변동은 매개변수의 연속 변화 즉, 구배일 수 있다. 구배 및/또는 매개변수 변동의 다른 배합은 보디 전체 또는 보디 일부분에 적용할 수 있다.Parameter variations can be applied to the material during various process steps to adjust the final properties of the product and manufacturing costs. The variation may be a continuous change, ie a gradient, of the parameter. Other combinations of gradients and / or parameter variations can be applied to the entire body or to a portion of the body.

적용된 매개변수는 :The parameters applied are:

·다이아몬드 입자 크기Diamond particle size

·다이아몬드 품질Diamond quality

·다이아몬드 결합Diamond bonding

·기공율 및 공극 크기Porosity and pore size

·실리콘 카바이드 및 실리콘의 양Amount of silicon carbide and silicon

상기 몇몇 매개변수는 서로 의존적이다. 구배 및 그의 배합의 용도에 의한 최종 특성을 조절하는 하기 예가 나타난다.Some of the above parameters are dependent on each other. The following example shows the adjustment of the final properties by the use of the gradient and its combination.

다이아몬드 입자 크기의 변동 :Variation in Diamond Particle Size:

다른 크기의 다이아몬드의 배합 :Combination of diamonds of different sizes:

본 발명에 따른 재료는 다이아몬드 입자 크기가 하나 뿐 아니라 여러개인 것을 포함할 수 있다. 재료중 여러 크기의 다이아몬드를 사용하여 특별한 특징을 부여한다. 큰 다이아몬드 입자는 양호한 마찰 특성(여기서는 마찰, 마모, 절삭 및 다른 기계적 재료 제거 특성을 말한다)을 갖는 재료를 공급한다. 하지만, SiC/Si 매트릭스의 내마모성이 상대적으로 낮을수록 결합력이 약해지고, 특히 염격한 작업 조건하에서 복합체 공구의 수명이 그로 인해 감속되어, 매트릭스로부터 큰 다이아몬드의 손실이 생기게된다. 균일한 혼합물내에 작은 다이아몬드 입자와 함께 큰 다이아몬드 입자를 배합함으로써, 형성된 새로운 매트릭스의 증가된 내마모성으로 인해 공구의 수명이 증가한다. 작은 다이아몬드 입자는 복합체를 강화시킨다. 전체 SiC-Si 매트릭스에 분포될 때, 작은 다이아몬드 입자는 영 율, 열전도성, 경도, 내마모성을 증가시킨다. 예를 들어, 약 10㎛의 크기를 가진 약 40부피%의 다이아몬드가 SiC-Si 매트릭스에 포함될 때, 다이아몬드가 없는 SiC-Si 매트릭스와 비교하여, 영 율은 400 내지 650㎬로 증가하고 열전도성은 80 내지 250 W/mK로 증가한다. 따라서, 큰 다이아몬드 입자와 함께 작은 다이아몬드를 사용함으로써 재료 특성을 향상시킬 뿐 아니라 오직 큰 입자만 사용하는 것보다 훨씬 더 경제적이다.The material according to the invention may comprise one as well as several diamond particle sizes. The use of diamonds of different sizes in the material gives special characteristics. Large diamond particles supply materials with good frictional properties (here referred to frictional, wear, cutting and other mechanical material removal properties). However, the relatively lower wear resistance of the SiC / Si matrix results in a weaker bonding force, thereby slowing the life of the composite tool under particularly severe operating conditions, resulting in a large diamond loss from the matrix. By incorporating large diamond particles together with small diamond particles in a uniform mixture, the life of the tool is increased due to the increased wear resistance of the new matrix formed. Small diamond particles strengthen the composite. When distributed over the entire SiC-Si matrix, small diamond particles increase the Young's modulus, thermal conductivity, hardness, and wear resistance. For example, when about 40% by volume of diamond with a size of about 10 μm is included in the SiC-Si matrix, the Young's modulus increases from 400 to 650 GPa and the thermal conductivity is 80 compared with the SiC-Si matrix without diamond. To 250 W / mK. Thus, the use of small diamonds with large diamond particles not only improves the material properties but is also much more economical than using only large particles.

다이아몬드 크기의 구배Diamond-sized gradient

일반적으로(실리콘 침윤전에 같이 압축된) 다른 부분중 다른 다이아몬드 크기 또는 농도를 가진 재료를 생산할 때의 결점은 층내에 물리적/기계적 특성이 다를 수 있다는 것이다. 상기 차이는 계면에서 원치않는 응력을 발생시킬 수 이쓰고 그로인해 복합체를 약화시킬 수 있다.In general, a drawback in producing materials with different diamond sizes or concentrations among other parts (compressed together prior to silicon infiltration) is that the physical and mechanical properties in the layers may be different. This difference can lead to unwanted stresses at the interface and thereby weaken the composite.

본 발명의 방법에 의해, 특성을 균일되게 변화시키는 보디 체적에서 크기를 연속적으로 변화시키는 다이아몬드 입자의 앞서 명시된 분포를 가지고, 상기 언급된 결점을 극복하거나 강력히 감소시키는 크기 구배 재료를 생산할 수 있다.By the method of the present invention, it is possible to produce a size gradient material having a previously specified distribution of diamond particles that continuously changes in size in a body volume that changes properties uniformly and overcomes or strongly reduces the above-mentioned drawbacks.

구배 배열을 가진 복합체를 제조하는 실제적인 방식은 예를 들어, 몰드내에 다른 세 부분을 가진 보디를 생성하는 것이다. 첫번째 부분에서 크기 A, B 및 C의 입자의 혼합물을 사용한다. 두번째 부분은 크기 A, C 및 D를 가진 입자로 구성된다. 세번째 부분은 입자 크기 순서대로 차례로 A, D 및 E로 구성된다. 크기 A의 다이아몬드 입자가 가장 작다. 보디 전체가 작은 다이아몬드(크기 A)로 되면 더 큰 다이아몬드 입자 사이에 재료가 있어, 매트릭스의 강도가 증가한다. 몰드내에 둔 후, 각각 개별적인 부분을 진동시키고, 다음에 최종적으로 같이 프레스한다. 다음에 상기 부분들을 실리콘 침윤하는 동안 흑연화, 열분해결합화에 의해 결합한다. 보디 체적를 통해 부분들 사이에 입자 크기에서 부드러운 전이가 일어나서 재료의 크기 구배를 일으키고 크기 A의 작은 다이아몬드가 매트릭스를 강화시킨다.The practical way of producing a composite with a gradient arrangement is to create a body with three different parts in the mold, for example. In the first part a mixture of particles of size A, B and C is used. The second part consists of particles of size A, C and D. The third part consists of A, D and E in order of particle size. Diamond particles of size A are the smallest. When the entire body becomes small diamond (size A), there is material between the larger diamond particles, which increases the strength of the matrix. After being placed in the mold, each individual part is vibrated and then finally pressed together. The parts are then joined by graphitization, pyrolytic bonding during silicon infiltration. Through the body volume, a smooth transition in the particle size occurs between the parts, causing a size gradient of the material and a small diamond of size A strengthens the matrix.

다이아몬드 품질의 변동Fluctuations in diamond quality

고품질의 다이아몬드는 일반적으로 저품질의 다이아몬드보다 훨씬 고가이다. 품질이라는 용어는 하기 매개변수, 기계적 및 광학적 특성을 가지고 변하는 어떤 것이라고 주지되며, 결정화가 잘되거나 되지 않건간에, 함유물과 같은 결점이 되고, 합성이거나 천연인 경우(대부분 표면에서) 형상이 파손된다.High quality diamonds are generally much more expensive than low quality diamonds. The term quality is noted as being something that changes with the following parameters, mechanical and optical properties, whether or not crystallization is good, such as inclusions, and breaks the shape if synthetic or natural (mostly on the surface) .

본 발명에 따른 재료를 복합체의 상기 부분들중 저품질의 저가의 다이아몬드를 사용하여 제조할 수 있으며, 적용시에 성능은 떨어진다. 양호한 품질의 다이아몬드를 사용하여 특성을 향상시키고 임계 영역에서 성능을 향상시킨다. 상기 방법에 의해 다이아몬드의 총 비용을 낮출 수 있다. 부가적으로 흑연화는 낮은 표면 품질의 다이아몬드 표면을 향상시킨다.The material according to the invention can be produced using low quality diamonds of low quality among the above parts of the composite, with poor performance in application. Good quality diamonds are used to improve properties and performance in critical areas. By this method, the total cost of diamond can be lowered. In addition, graphitization improves diamond surface of low surface quality.

큰 다이아몬드의 결합 변동Bonding Fluctuations in Large Diamonds

본 발명의 공정에 따른 재료를 복합체와 접촉하는 재료가 영향을 받지 않을 때, 분쇄, 선회, 밀링용 공구를 응용물에 적용하는 것과 같이 다양한 분야의 응용에 사용할 수 있다.When the material in contact with the composite according to the process of the present invention is not affected, it can be used for a variety of applications such as applying tools for grinding, turning and milling to the application.

본 방법은 가가 분야에 대해 복합체의 성능을 최적화함으로써 다른 응용 분야에 재료를 조정이 가능하게 한다. 그의 우수한 경도로 인해, 다이아몬드는 작업 효과의 주요 부분에 사용되며, 따라서 상기 조정은 다이아몬드 매개변수 ; 즉 타입, 입자 크기 및 농도를 수정함으로써 수행된다.The method allows for tailoring the material to other applications by optimizing the performance of the composite for the additive field. Due to its excellent hardness, diamond is used for the main part of the working effect, so the adjustment is made with diamond parameters; Ie by modifying the type, particle size and concentration.

각각 최상부에 다른 다이아몬드층으로 구성된 타입에 날카로운 절삭 모서리를 가진 잘 결정화된 뭉툭한 단일 결정 타입와 같은, 즉, 양파 타입이고 각층이 절삭모서리르 가진, 다이아몬드 입자의 몇몇 타입이 있다. 후자의 타입은 때로 무르다고 한다. 상기 두개의 타입은 매우 다른 특성을 가지고 이들간에는 다이아몬드 타입의 대부분이 전혀 다르다.There are several types of diamond particles, such as onion type and each layer with cutting edges, such as a well crystallized blunt single crystal type with sharp cutting edges in a type each composed of a different diamond layer on top. The latter type is sometimes soft. The two types have very different properties and most of the diamond types are completely different between them.

다른 재료에서, 예를 들어, 연마휠에 사용될 때, 선택된 다이아몬드 타입이 연마휠의 특성에 큰 영향을 미친다는 것이 공지이다. 적절한 방식으로 상기 특성을 조정하기위해 다이아몬드의 결합력을 사용된 다이아몬드 타입에 맞출필요가 있다.In other materials, it is known that the diamond type selected greatly affects the properties of the polishing wheel, for example when used in the polishing wheel. It is necessary to match the diamond's bonding force to the diamond type used in order to adjust the properties in an appropriate manner.

공지된 연마휠 재료에서, 최적의 성능에 필요한 결합을 미세하게 조정하기는 어렵다. 주요하게는 연마휠에 사용하기위해 세가지 타입의 결합 ; 즉 수지 결합, 금속 결합 및 유리질 결합이 사용된다.In known abrasive wheel materials, it is difficult to fine tune the bond required for optimal performance. Mainly three types of combinations for use in grinding wheels; That is, resin bonds, metal bonds and glassy bonds are used.

본 발명에 따른 방법에 의해 큰 다이아몬드(〉20㎛)의 결합 조정 및(여기서는 작은 다이아몬드, 실리콘 카바이드 및 실리콘으로 구성된) 결합 매트릭스 특성을 잘 조정할 수 있다. 매트릭스의 적합한 경도는 작은 크기의 다이아몬드 〈20㎛, 바람직하게는 10㎛(0-50부피%) ; 실리콘 카바이드(20-99부피%) 및 실리콘(1-30부피%)의 농도, 그로인한 매트릭스의 내마모성 및 더 큰 다이아몬드 입자의 수반되는 결합을 변화시킴으로써 선택할 수 있다.The method according to the invention makes it possible to tune the bonding of large diamonds (> 20 μm) and the bonding matrix properties (here consisting of small diamond, silicon carbide and silicon) well. Suitable hardness of the matrix is small diamond <20 μm, preferably 10 μm (0-50% by volume); It can be selected by varying the concentration of silicon carbide (20-99% by volume) and silicon (1-30% by volume), thereby the wear resistance of the matrix and the accompanying bonding of larger diamond particles.

매트릭스의 조성을 변화시킴으로써 약 20-63㎬의 범위내에 매트릭스 경도를 선택할 수 있으며, 다이아몬드 경도는 약 100㎬이고, 실리콘 카바이드는 약 25㎬ 이고 실리콘은 10㎬ 미만이다. 상기 조정에 의해 본 발명의 향상된 재료의 성능은 다양한 적용물에 대해 최적화한다.By varying the composition of the matrix, the matrix hardness can be selected within the range of about 20-63 mm 3, the diamond hardness is about 100 mm 3, the silicon carbide is about 25 mm 3 and the silicon is less than 10 mm 3. By such adjustment the performance of the improved materials of the present invention is optimized for various applications.

20-30㎬의 매트릭스 경도가 상대적으로 약한 결합이 요구되는 다이아몬드 형에 바람직하고 ; 강한 결합이 요구되는 50-63㎬의 다이아몬드 타입 ; 및 중간적인 결합 강도가 요구되는 다이아몬드 타입 또는 혼합물에 대한 30-50㎬의 경도가 바람직하다.Matrix hardness of 20-30 kPa is preferred for diamond types requiring relatively weak bonding; 50-63 mm diamond type, which requires strong bonding; And hardness of 30-50 GPa for diamond types or mixtures in which intermediate bond strength is desired.

작업 시편에서 기공율 및 공극 크기의 변동 : 기공율 및 공극 크기Variation of Porosity and Pore Size in Working Specimens: Porosity and Pore Size

본 발명의 방법에 의해, 보디에 다른량의 기공율 및 다양한 공극 크기를 가진 중간체 보디를 제조할 수 있다. 상기 방법에 의해 25 내지 60% 범위의 총 기공율 및 다이아몬드 입자의 크기를 갖는 공극 크기를 가진 작업 시편을 제조할 수 있다.By the method of the present invention, it is possible to produce intermediate bodies having different amounts of porosity and various pore sizes in the body. By this method working specimens having a pore size with a total porosity in the range of 25 to 60% and a size of diamond particles can be produced.

공극 구조는 실리콘을 침윤할 수 있는 정도를 결정하므로 중간체 보디내 모든 비다이아몬드 탄소가 실리콘과 반응하게 된다. 전체 보디에서 너무 작은 공극 크기 및 너무 작은 기공율, 부적합한 공극 채널 분포, 부적절한 침윤, 실리콘의 너무 높은 점도등이 침윤을 방해하게 되며, 이는 제조된 실리콘 카바이드가 용융 실리콘이 재료에 더 침투하는 것을 막기 때문이다. 특히 좁은 공극은 위험하며 이는 이들이 쉽게 울퉁불퉁하게 되어, 막히고 추가의 침윤을 방해한다.The pore structure determines the extent to which silicon can infiltrate, so that all non-diamond carbon in the intermediate body reacts with the silicon. Too small pore size and too small porosity, inadequate pore channel distribution, inadequate infiltration, or too high viscosity of the silicon throughout the body will interfere with the infiltration, since the silicon carbide produced will prevent molten silicon from further infiltrating the material. to be. Particularly narrow voids are dangerous and they easily become bumpy, clogging and preventing further infiltration.

이와 같이 침윤을 방해하는 것은 일찌기 엔지니어링 상세기술, 구조적 성분, 베어링등과 같은 하중 이동장치와 같은 목적에 유용한 두껍고 큰 침윤 보디의 제조를 제한하는 것들중의 하나였다.This impediment to infiltration was one of the limitations of the manufacture of thick and large infiltrating bodies useful for purposes such as load transfer devices such as engineering details, structural components, bearings, and the like.

미소성 보디의 표면에서 중심방향으로 크기가 연속적으로 감소되는 다이아몬드 입자 분포에 의해, 공극 크기 분포를 가진 보디가 제조된다. 보디의 중심에서 표면 방향으로 크기가 증가하는 공극은 표면 구역 근처에 침윤의 방해 위험을 최소화함으로써 보디의 내부로 실리콘의 침투가 용이하게된다. 이러한 기공율이 생성(build-up) 됨으로써 전보다 더큰 보디가 제조될 수 있다. 또한 본 방법에서 조절된 양의 탄소가 다이아몬드 입자에 조밀하게 놓여지고 다이아몬드사이에 있지 않게 되어, 적합한 공극 구조를 생성할때 유리하다.By diamond particle distribution whose size is continuously reduced from the surface of the unbaked body toward the center, a body having a pore size distribution is produced. The pores, which increase in size from the center of the body towards the surface, facilitate the penetration of silicon into the body by minimizing the risk of infiltration near the surface area. By building up these porosities, a larger body than before can be manufactured. It is also advantageous in this method that the controlled amount of carbon is densely placed on the diamond particles and not between the diamonds, creating a suitable pore structure.

실제로 공극 크기 구배는 다이아몬드 크기 구배 및 미소성 보디에서 다이아몬드의 충전밀도, 다이아몬드 하중의 변동에 의해 용이하게 달성된다.In practice, the pore size gradient is easily achieved by the diamond size gradient and the variation in diamond loading and diamond loading in the unbaked body.

실리콘 카바이드 및/또는 실리콘의 양 및 구배 구조의 변동Variation in Silicon Carbide and / or Silicon Amount and Gradient Structure

실리콘 카바이드 및 실리콘 매트릭스가 본 발명에 따른 재료의 우수한 특성을 제공하는 다이아몬드 입자에 조밀하게 결합된다. 또한 실리콘 카바이드 함량은 다이아몬드의 경도 및 결합에 영향을 미치는 재료의 특성에 중요하다. 실리콘의 양은 또한 상기 특성에 영향을 미치는 데, 증가된 실리콘 함량은 경도 및 내마모성을 낮춘다. 조성물에 의해 영향을 받는 다른 특성은 예를 들어 다이아몬드 함량에 따라 증가하는 열전도성, 실리콘 함량등에 따라 증가하는 전기 전도성이다.Silicon carbide and silicon matrix are tightly bonded to the diamond particles, which provide the excellent properties of the material according to the invention. Silicon carbide content is also important for the properties of materials that affect the hardness and bonding of diamonds. The amount of silicone also affects this property, with the increased silicone content lowering the hardness and wear resistance. Other properties affected by the composition are, for example, thermal conductivity which increases with diamond content, electrical conductivity which increases with silicon content and the like.

따라서, 다이아몬드, 실리콘 카바이드 및 실리콘사이에 잘 균형된 조성물이 바람직하다. 조성물중 이러한 균형은 복합체에 대해 목적하는 특정한 적용에 따라 다르다. 조성물이 달라짐에 따라 특성을 조절할 수 있고 그로인해 특정한 적용에 대해 조성물을 조정할 수 있다. 최종 보디내에서 실리콘 및 실리콘 카바이드의 함량을 변화시키는 방법은 유효한 기공율와 관련하여 비다이아몬드 탄소의 양을 바꾸는 것이다. 이는 형성된 흑연 및 첨가된 열분해탄소가 다른 양으로 제공되는 열처리의 조건, 결합제 잔류물로부터 남겨진 다른양의 비다이아몬드 탄소, 다이아몬드 크기/공극 크기변동등을 수정함으로써 달성된다.Therefore, a composition well balanced between diamond, silicon carbide and silicon is desirable. This balance in the composition depends on the particular application desired for the composite. As the composition varies, the properties can be adjusted and thereby the composition can be adjusted for a particular application. A way to change the content of silicon and silicon carbide in the final body is to change the amount of non-diamond carbon in relation to the effective porosity. This is accomplished by modifying the conditions of heat treatment in which the formed graphite and added pyrocarbons are provided in different amounts, other amounts of non-diamond carbon left from binder residues, diamond size / pore size variations, and the like.

엔지니어링 재료로서 사용할 때 충분한 충전 보디가 바람직하다. 하지만, 연마휠과 같은 특정 응용물에서 다공성 최종 보디가 바람직하다. 가능하다면, 잔류 기공율은 반드시 조절되어야 하고, 이는 액체 실리콘에 의해 중간체 보디를 침유하므로 매우 어렵다. 한 이유는 모든 공정에 필요한 실리콘의 양을 특히 작은 대상물에 정확히 첨가하기란 어렵다. 이는 침윤된 보디의 균일성을 조절하기에 부족하게 된다. 너무 소량의 실리콘은 결과적으로 재료에 과잉의 탄소가 포함되게 된다. 다른 이유는 가능한 과잉 실리콘이 침적될 때 조절이 안되는 것이다.Sufficient filling bodies are preferred when used as engineering materials. However, porous end bodies are preferred in certain applications, such as abrasive wheels. If possible, the residual porosity must be controlled, which is very difficult as it impregnates the intermediate body with liquid silicone. One reason is that it is difficult to accurately add the amount of silicon needed for all processes, especially to small objects. This is insufficient to control the uniformity of the infiltrated body. Too little silicon results in excess carbon in the material. Another reason is that it is out of control when possible excess silicon is deposited.

최종 보디내에 잔류물은 실리콘을 예비 침윤하는 기술, 즉 실리콘 증기에 중간체 보디를 노출시키거나 또는 CVD 기술에 의한 Si-침적에 의해 본 방법에 의해 용이하게 조절된다. 상기 공정에서 중간체 보디에 첨가된 실리콘 양은 공정 시간, 압력 및 온도, 증기화된 실리콘의 양의 배합에 의해 조절될 수 있다.Residues in the final body are easily controlled by the method by pre-wetting silicon, ie exposing the intermediate body to silicon vapor or Si-deposition by CVD techniques. The amount of silicone added to the intermediate body in the process can be controlled by the combination of process time, pressure and temperature, and amount of vaporized silicone.

따라서 증기상 실리콘을 첨가하는 것은 다른 매개변수 변동과는 독립적으로 최종 재료내에 실리콘 카바이드 및 실리콘 함량에 영향을 미치는 다른 방법이다.The addition of vapor phase silicon is therefore another way of influencing silicon carbide and silicon content in the final material, independent of other parameter variations.

중간체 보디를 강화하는 것이 겸비된 예비성형 및 거의 순수 형상 기술Preform and nearly pure shape technology combined with strengthening intermediate body

상기 방법에 의해 여러가지 예비결정된 크기 및 형상의 보디를 제조하는 것이 가능하다. 제조된 보디는 크고 복잡한 형상을 가졌으며, 상기 섹션에서 설명된다.By this method it is possible to produce bodies of various predetermined sizes and shapes. The body produced has a large and complex shape and is described in the section above.

선행 공지 방법을 사용하여, 탄소질 재료와 혼합된 탄소-코팅 또는 비-코팅 다이아몬드의 미소성 보디를 생성하는 것을 임시 몰드 또는 결합체의 증발/분해 및 실리콘 침윤으로서의 몰드에서 수행한다. 상대적으로 대량의 결합제가 상기 생성, 특히 큰 다이아몬드 이자를 사용할 때 필요하다. 생산 효율은 노내에 둘 때 각 미소성 보디용 몰드가 필요하게 되어 감소된다. 몰드의 소비가 높아서, 열처리 공정시 높은 마모로 인해 몰드의 수명이 감소된다. 또한 몰드로부터 복합체의 이탈의 문제가 있다. 흑연 몰드가 통상적으로 사용되고 액체 실리콘 침윤 단계동안 일부 실리콘이 흑연과 반응하여 그로인해 몰드로부터 이탈하는 문제가 야기된다.Using prior known methods, the creation of an unbaked body of carbon-coated or non-coated diamond mixed with a carbonaceous material is carried out in the mold as evaporation / decomposition and temporary silicon infiltration of the temporary mold or binder. Relatively large amounts of binder are needed when using this product, especially large diamond interest. The production efficiency is reduced when each unbaked body mold is required when placed in the furnace. The consumption of the mold is high, which reduces the life of the mold due to high wear in the heat treatment process. There is also a problem of detachment of the composite from the mold. Graphite molds are commonly used and cause problems that some silicon reacts with and thereby leaves the mold during the liquid silicon infiltration step.

일부 공지된 방법으로서 본 방법의 기술을 수행하는 것은 복잡한 형상의 몰드의 능력 또는 몰드로부터 침윤된 보디가 이탈하거나 떨어져 나가는 능력을 가진 몰드를 제한하지 않는다. 본 발명의 따른 미소성 보디를 생성하는 것은 몰드에서 프레싱, 테이프 및 슬립 주조, 주입 몰딩과 같은 공지된 방법에 의해 제조된다. 하지만 생성 단계, 열처리 단계 또는 침윤 단계 동안 몰드를 사용하는 것이 필수적이지는 않다. 바람직하게는 열처리 및 침윤 단계는 몰드없이 수행한다.Performing the techniques of the method as some known method does not limit the mold having the ability of a mold of complex shape or the ability of the body to infiltrate from or leave the mold. The production of the unbaked body according to the invention is made by known methods such as pressing, tape and slip casting, injection molding in a mold. However, it is not necessary to use the mold during the production step, heat treatment step or infiltration step. Preferably the heat treatment and infiltration steps are performed without a mold.

흑연화 동안 다이아몬드는 저밀도의 흑연으로 전환하므로 더큰 부피가 요구된다. 하지만, 본 발명에 따른 공정은 후속 단계를 통해 미소성 보디/작업 시편을 생성하는 것에서부터 최종 보디(중간체 보디의 내부적 가공은 제외) 까지의 모든 공정 단계내내 일정한 형상 및 크기를 유지하는 것이 특징이다. 결론은 다이아몬드 입자의 흑연화는 공극에 영향을 미친다는 것, 즉 기공율이 중간체 보디를 변화시킨다는 것이다. 따라서 상기 방법은 크기 및 형상이 공정내내 일정하게 해준다. 상기 거의 순수한 형상 기술은 폐기물이 없는 생성을 제공하고 예비 결정된 크기 및 형상의 최종 보디를 제조할 수 있게 하고, 따라서 최종 보디는 최종 마감 작업을 제외한 가공이 필요없다.During graphitization diamond converts to low density graphite and therefore requires greater volume. However, the process according to the invention is characterized by maintaining a constant shape and size throughout all process steps, from creating unbaked body / working specimens through subsequent steps to the final body (excluding internal processing of the intermediate body). . The conclusion is that graphitization of diamond particles affects the voids, ie the porosity changes the intermediate body. The method thus makes the size and shape constant throughout the process. The near pure shape technology provides waste-free production and enables the production of final bodies of pre-determined size and shape, so that the final body does not require processing except for the final finishing operation.

도 5는 다른 초기 작업 시편 기공율에서 흑연화 대 흑연화도동안 중간체 보디 기공율의 선형 변화를 설명한다.5 illustrates a linear change in intermediate body porosity during graphitization versus graphitization at different initial working specimen porosities.

중간체 보디의 형상을 추가로 가공하거나 수행하는 것이 바람직하지 않다면, 즉, 특별히 요구되는 형상이 필요없다면, 흑연화 공정으로부터 유도된 탄소를 사용하는 것이 바람직하다.If it is not desirable to further process or carry out the shape of the intermediate body, i.e., unless a particularly required shape is required, it is preferred to use carbon derived from the graphitization process.

본 방법의 거의 순수한 형상 기술은 대부분 적용가능하다. 하지만, 거의 순수한 형상 기술에 더하여 바람직한 중간체 보디를 가공하는 것, 예를 들어, 최종 보디가 매우 복잡한 생성이 필요하다면, 열분해탄소 침적 또는 실리콘의 보디상에 예비침윤하는 것이 유리하다. 이러한 침적은 보디에 막이 남고, 어떤 결합제도 사용하지 않고 우수한 강도를 갖는 중간체 보디를 제공하여, 단지 흑연화된 표면을 가진 다이아몬드 입자를 포함하는 중간체 보디인 경우는 아니다.The nearly pure shape technology of the method is most applicable. However, it is advantageous to process preferred intermediate bodies in addition to near pure shape techniques, for example, if the final body requires very complex production, pre-wetting onto the body of pyrolytic carbon deposition or silicone. This deposition provides an intermediate body that has a film left in the body and has good strength without using any binder, which is not the case when it is an intermediate body that only contains diamond particles with graphitized surfaces.

상기는 중간체 보디를 파손하지 않고 상대적으로 진보된 방법, 예컨대, 밀링, 선회 및 드릴링으로 중간체 보디를 가공할 수 있게 해준다. 이는 미소성 보디/작업 시편을 생성함으로써 수득되는 것과 비교하여 훨씬 복잡한 형상이 되게 한다. 게다가, 상기는 최종 생성물을 가공하는 것은 높은 경도로 인해 훨씬 어려우므로 상당한 비용 절감이 있다.This allows the intermediate body to be processed in a relatively advanced method, such as milling, turning and drilling, without breaking the intermediate body. This results in a much more complicated shape compared to what is obtained by producing an unbaked body / work specimen. In addition, there is a significant cost savings since it is much more difficult to process the final product due to its high hardness.

흑연화 및 열분해탄소로부터 유도된 탄소량사이에 가장 최적의 관계를 선택하기 위해 필요한 추가 가공 및 바람직한 특성의 분석 공정이 행해져야한다. 약 1550℃에서 열분해탄소를 미소성 보디상에 첨적시켜 약 15중량%의 다이아몬드를 흑연으로 전환하는 데 단지 3분만이 필요한 반면, 열분해탄소를 총 질량의 5중량%의 양으로 20/28의 다이아몬드를 갖는 미모성 보디에 침적시키기 위해 약 850℃에서 약 5-6시간동안 열처리를 해야한다. 여전히 열분해탄소를 사용하는 것이 최종 제조된 보디를 가공하는 것보다 훨씬 경제적이며 이것은 상기 가공에 시간이 소요되고 제조된 재료가 매우 높은 경도 및 극도의 내마모성을 가지게 하는 것이 어렵기 때문이다.Further processing and analysis of the desired properties must be done to select the most optimal relationship between the amount of carbon derived from graphitization and pyrolysis carbon. It takes only 3 minutes to convert pyrolytic carbon onto the unbaked body at about 1550 ° C. to convert about 15% by weight of diamond to graphite, while only 20/28 diamond in pyrocarbon is contained in an amount of 5% by weight of the total mass. The heat treatment should be performed at about 850 ° C. for about 5-6 hours to deposit on a hairy body having Still, using pyrolytic carbon is much more economical than processing the final manufactured body because it is time consuming to process and it is difficult to make the material produced have very high hardness and extreme wear resistance.

다이아몬드 흑연화를 이용하거나 또는 열분해탄소 침적 또는 실리콘의 예비침윤과 함께 다이아몬드 흑연화를 하는 방법에 의해, 큰 크기 및 매우 복잡한 생성의 보디를 제조할 수 있다. 중공 보디 및 홀 및 공동을 가진 보디를 열처리 및 실리콘 침윤전에 작업 시편 성분을 조합함으로써 제조할 수 있다. 예를 들어, 중공 구는 두개의 중공 반구를 조합하고, 중공 육면체는 여섯개의 면을 조합하여 제조할 수 있다. 상기 기술은 최종 보디에서 고비용의 다이아몬드 재료 및 중량을 절감할 수 있고, 다른 엔지니어링 목적에 적합한 중공 성분을 제조할 수 있고 동시에 최종 재료를 지루하게 가공하고 추가의 비용을 줄일 수 있는 가능성을 부여한다. 또한 비환 단면적의 축의 형상 및 크기를 맞추는 공동을 가진 보디를 제조할 수 있다. 최종적으로 축을 복합체에 접착시키는 것으로써, 상기 축을 최종 복합체 보디에 맞춘다. 두껍고 큰 보디는 또한 상기 기재된 바와 같이, 실리콘의 침윤을 용이하게 하는 공극 크기 구배를 이용하여 제조할 수 있다.By using diamond graphitization or by diamond graphitization with pyrolytic carbon deposition or prewetting of silicon, a body of large size and very complex production can be produced. Hollow bodies and bodies with holes and cavities can be prepared by combining working specimen components prior to heat treatment and silicon infiltration. For example, hollow spheres can be made by combining two hollow hemispheres, and hollow cubes can be made by combining six faces. The technique offers the possibility of saving expensive diamond materials and weight in the final body, producing hollow components suitable for other engineering purposes, while at the same time boring the final material and reducing further costs. It is also possible to produce a body having a cavity that matches the shape and size of the axis of the acyclic cross-sectional area. By finally bonding the shaft to the composite, the shaft is fitted to the final composite body. Thick and large bodies can also be made using a pore size gradient that facilitates infiltration of silicon, as described above.

또한 복합체 보디를 제조할 때, 이전에는 허용되거나 할 수 없었던 상기 형상 가공 제조시에 사용하여 몰드를 파손하지 않고 프레싱하는 몰드, 예컨대 분리가능한 몰드를 사용하여 열분해탄소 침적을 사용할 수 있다.In the production of composite bodies, it is also possible to use pyrolytic carbon deposition using molds, such as separable molds, which are pressed in the shape processing manufacture which was previously not allowed or could not be used without breaking the mold.

명백하게는 실리콘 층이 끼여있는 중간체 층을 쌓아서 큰 보디를 제조할 수 있다. 상기는 불균일 혼합물, 불균일 침윤, 보디의 수축 및 형상 안정성 문제를 일으킬 수있다. 따라서 본 방법이 바람직하다.Obviously, a large body can be made by stacking intermediate layers sandwiched with a silicone layer. This can lead to heterogeneous mixtures, heterogeneous infiltration, shrinkage and shape stability problems of the body. Therefore, this method is preferable.

또한 예를 들어, 시작시에 대량의 결합제를 첨가함으로써 시작시 탄소질 재료를 첨가하고 내부 흑연화를 병행할 수 있지만, 본 발명에 따른 방법이 더 바람직하다. 다이아몬드와 함께 카본 블랙 및 탄소섬유와 같은 탄소질 재료 및 파라핀 및 에폭시 수지와 같은 결합제를 혼합하는 시험을 수행하였다. 상기 시험 결과는 작업 시편 및 시료가 침윤후에 균열 및 틈이 생기고 또한 형상의 변화가 나타났다.It is also possible, for example, by adding a large amount of binder at the start to add a carbonaceous material at the start and co-internal graphitization, but the method according to the invention is more preferred. A test was conducted to mix a carbonaceous material such as carbon black and carbon fiber and a binder such as paraffin and epoxy resin together with diamond. The test results showed cracks and gaps after the infiltration of working specimens and samples, and also showed a change in shape.

본 발명에 따른 재료 및 공정의 장점Advantages of Materials and Processes According to the Invention

본 발명의 큰 장점중 하나는 원하는 강도, 물리적 및 기계적 특성을 가지고 미리결정된 원하는 형상 및 크기의 다결정 보디를 제조하기위한 최적 조건을 제공하기 위해, 공정 변수를 작업 시편에서 원하는 다이아몬드 흑연화를 달성하기위해 변화시킬 수 있다는 것이다. 다이아몬드-실리콘 카바이드-실리콘 복합체의 제조를 위해 탄소-코팅된 또는 비코팅된 다이아몬드를 탄소질 재료와 혼합하는 방법과 비교할 때, 흑연화를 이용한 제안된 방법, 및 필요하다면, 열분해탄소 침적 또는 실리콘의 예비침윤을 이용하는 것이 여러 장점이다.One of the great advantages of the present invention is to achieve the desired diamond graphitization in the working specimen in order to provide the optimum conditions for producing a polycrystalline body of predetermined desired shape and size with the desired strength, physical and mechanical properties. To change. Suggested methods using graphitization, and, if necessary, pyrolytic carbon deposition or silicon, as compared to mixing carbon-coated or uncoated diamond with carbonaceous materials for the production of diamond-silicon carbide-silicon composites The use of pre-infiltration is several advantages.

1) 다이아몬드를 흑연화하는 동안 흑연이 모든 다이아몬드 입자의 표면상에 직접적으로 생성되고 가능한한 흑연화된 다이아몬드상에 열분해탄소가 직접적으로 침적된다. 따라서, 뒤이어 수반되는 최종 보디의 실리콘 침윤시에 입자사이에 매우 작은 공극이 잔류하지 않는다. 탄소질 재료를 다이아몬드 입자와 혼합하는 공지된 기술을 사용할 때, 더 작은 입자의 카본 블랙 또는 탄소 섬유가 다이아몬드사이에 놓여진다. 상기 더 작은 입자는 협소해진 공극에 응집됨으로써, 공극 크기가 심지어 더 작아지고, 이는 실리콘-침윤에 부정적인 영향을 미친다.1) During graphitization of diamond, graphite is produced directly on the surface of all diamond particles, and pyrolysis carbon is deposited directly on the graphitized diamond as much as possible. Thus, during subsequent silicone infiltration of the final body, very little voids remain between the particles. When using a known technique of mixing a carbonaceous material with diamond particles, smaller particles of carbon black or carbon fiber are placed between the diamonds. The smaller particles agglomerate in the narrowed pores, thereby making the pore size even smaller, which negatively affects silicon-infiltration.

2) 최종 재료의 특성으로 탄소의 분포가 중요하다. 탄소층이 다이아몬드가 흑연으로 전환되고 열분해탄소가 보디상에 침적되어 다이아몬드 표면에 조밀하게 접촉한다. 이렇게 조밀하게 접촉함으로써 다이아몬드 입자의 표면상에 직접적으로 실리콘 카바이드가 생성되고 따라서 고 점착의 다이아몬드-매트릭스 계면을 생성하는 것이 보장된다, 즉, 다이아몬드가 실리콘 카바이드-실리콘 매트릭스에 조밀하게 결합한다. 상기 특성은 작고 큰 다이아몬드의 높은 점착성으로 인해 향상된다. 다이아몬드는 다른 응용물에 사용될 때, 매트릭스로부터 쉽게 쪼개지지 않는다. 상기 재료는 내마모성이 극히 뛰어나다. 매우 강한 결합이 요구되는 작업에 사용될 때, 큰 다이아몬드 입자를 공정에 전체적으로 사용하고, 통상의(금속 또는유기 결합을 가진) 마찰 재료에서 다이아몬드는 단지 매트릭스로부터 이탈하기전에 약 50부피% 만 사용된다.2) The distribution of carbon is important as a characteristic of the final material. The carbon layer converts the diamond into graphite and the pyrolytic carbon is deposited on the body to make a dense contact with the diamond surface. This close contact ensures that silicon carbide is produced directly on the surface of the diamond particles and thus creates a high adhesion diamond-matrix interface, ie, the diamond binds tightly to the silicon carbide-silicon matrix. This property is improved due to the high tack of small and large diamonds. Diamonds do not break easily from the matrix when used in other applications. The material is extremely wear resistant. When used in operations requiring very strong bonding, large diamond particles are used throughout the process, and in conventional (metal or organic bonding) friction materials, only about 50% by volume of diamond is used before leaving the matrix.

3) 최종 결합제 및 흑연화의 열처리를 실리콘 침윤에 관한한 동일한 장치를 이용하여 달성할 수 있다(열분해탄소 침적을 사용하지 않을 때). 따라서 상기 공정 단계는 동일한 노내에서 한단계씩 구체화하여 그 결과 최종 재료를 제조하기 위한 총괄 시간이 감소된다.3) Heat treatment of the final binder and graphitization can be accomplished using the same apparatus as far as silicon infiltration is concerned (when no pyrolytic carbon deposition is used). The process steps are thus embodied step by step in the same furnace, resulting in reduced overall time for producing the final material.

4) 다이아몬드의 흑연화는 다이아몬드 입자의 표면상에, 점진적으로 입자쪽으로 더깊이 전파되면서 시작된다. 흑연화는 다이아몬드 표면상에 결함을 가진 층을 전환시켜, 입자 특성을 향상시키게 되고, 그 결과로서 예를 들어 열 안정성과 관련된 모든 복합체 재료를 향상시킨다. 상기는 상대적으로 저비용의 다이아몬드를 사용하게된다.4) Graphitization of diamond begins by gradually propagating deeper onto the surface of the diamond particles. Graphitization converts the defective layer on the diamond surface, thereby improving particle properties, as a result of improving all composite materials, for example related to thermal stability. This leads to the use of relatively low cost diamonds.

5) 본 발명에서, 침적된 열분해탄소와 함께 또는 침적된 열분해탄소없이 다이아몬드의 흑연화는 탄소원으로서 탄소질 재료에 물리적으로 혼합되는 다양한 문제들을 피할 수 있다. 이러한 문제들은 다른 크기, 형상 및 혼합된 재료의 밀도의 차이로 인한 불균일성, 탄소의 불균일 분포, 실리콘과의 불완전한 반응 및 공극의 차단을 포함한다.5) In the present invention, graphitization of diamond with or without deposited pyrocarbon can avoid various problems of physically mixing the carbonaceous material as a carbon source. These problems include inhomogeneities due to differences in different sizes, shapes and densities of mixed materials, uneven distribution of carbon, incomplete reaction with silicon and blocking of voids.

6) 상기 흑연화는 다이아몬드의 표면으로부터 시작하고, 선형적으로 연장되는 전체 보디 체적에서 빠르고 적절한 탄소 생성을 제공한다. 단지 상대적으로 소량의 다이아몬드가 전환된다. 따라서, 매우 두껍고 큰 보디를 제조할 때, 이어지는 침윤에 대한 공극이 차단되는 위험없이 보디의 더 깊은 부분으로 탄소가 생성되는 능력때문에 흑연화가 유리하다.6) The graphitization starts from the surface of the diamond and provides fast and adequate carbon production over the entire body volume extending linearly. Only relatively small amounts of diamond are converted. Thus, when producing very thick and large bodies, graphitization is advantageous because of the ability to produce carbon into the deeper parts of the body without the risk of blocking the voids for subsequent infiltration.

7) 본 방법에서 초기 미소성 보디는 단지 고체 재료, 다이아몬드만을 함유한다. 이것은 슬립 주조 또는 슬러리 주조와 같은 최신 생성 방법을 사용할 때 유리하다. 상기 생성 방법은 복잡한 형상을 가진 성형품의 제조를 제공한다. 입자가 밀도 및 크기에서 커다란 차이가 있는 혼합물을 사용할 때, 섬유를 사용할 때, 이러한 생성 방법은 더욱 복잡해질 수 있다.7) The initial unbaked body in this method contains only a solid material, diamond. This is advantageous when using modern production methods such as slip casting or slurry casting. The production method provides for the production of molded articles with complex shapes. When using a mixture in which the particles have large differences in density and size, and when using fibers, this production method can be further complicated.

8) 상기 공정은 거의 순수한 형상 기술 및 진보된 방법으로 중간체 보디를 가공하는 능력으로 인해 다양하고 다른 복잡한 형상을 제공할 수 있다. 열분해탄소 침적 또는 실리콘의 예비 침윤은 복잡한 형상을 가공하는 데 충분한 습태강도를 제공한다. 최종 보디의 형상 및 크기는 몰딩 기술에 제한되지 않는다. 이는 몰드 사용에 의한 생성 기술에 제한되지 않고 열처리 및 실리콘 침윤 단계동안 고비용의 몰드를 사용하는 것을 피할 수 있으므로 비용이 절감된다. 게다가, 몰드로부터 보디를 이탈하는 문제가 없다.8) The process can provide a variety of different complex shapes due to the almost pure shape technology and the ability to process the intermediate body in an advanced manner. Pyrolytic carbon deposition or preliminary infiltration of silicon provides sufficient wet strength to process complex shapes. The shape and size of the final body is not limited to the molding technique. This is not limited to the production technology by the use of molds and the cost is saved since it is possible to avoid using expensive molds during the heat treatment and silicon infiltration steps. In addition, there is no problem of leaving the body from the mold.

9) 본 발명에 따른 공정은 대다수의 보디가 회분식에서 제조되고 탄소 제조 및 다이아몬드의 흑연화의 주요 방법이 열분해탄소보다 더 빠른 방법이고 기체를 사용하지 않는다. 강력한 중간체 보디의 가공성으로인해, 최종 보디의 지루하고 비싼 가공을 피할 수 있다. 추가의 가공이 필요없다면, 상기 공정은 매우 간단한 "일단계 공정"으로서, 즉 다이아몬드의 흑연화를 실리콘 침윤전에 온도가 상승하는 동안 수행한다. 이는 일부 경우에서 생성을 위한 몰드를 사용할 필요가 없다. 순수한 형상으로 인해, 최종 보디의 드레싱 및 가공이 필요 없거나 거의 필요없으며, 비용도 더 감소된다. 상대적으로 낮은 가격의 다이아몬드를 사용할 수있다.9) The process according to the invention is that the majority of bodies are produced in batch and the main method of carbon production and graphitization of diamond is faster than pyrolytic carbon and does not use gas. Due to the processability of the strong intermediate body, tedious and expensive processing of the final body can be avoided. If no further processing is required, the process is a very simple "one step process", ie the graphitization of diamond is carried out while the temperature is rising before silicon infiltration. In some cases it is not necessary to use a mold for production. Due to the pure shape, dressing and processing of the final body is unnecessary or almost unnecessary and the cost is further reduced. Diamonds of relatively low prices are available.

본 발명에 따른 재료는 몇몇 장점을 보유하고 있다 :The material according to the invention has several advantages:

공정의 활용성은 독특하다. 공정 매개변수를 변화시켜 원하는 특성을 가지도록 제조된 재료를 제공할 수 있다. 상기 방법으로서 양호한 내마모성 및 마찰, 연마 및 다른 기계적 제거 작업의 향상된 성능을 가진 재료 뿐 아니라 구조적 및 엔지니어링 목적, 하중 베어링 재료로 제조할 수 있다.The utility of the process is unique. The process parameters can be varied to provide a material made to have the desired properties. The method can be made from structural and engineering purposes, load bearing materials as well as materials with good wear resistance and improved performance of friction, polishing and other mechanical removal operations.

본 발명의 한 특질은 제안된 재료가 다른 우수한 특성을 동시에 배합하는 능력 및 다양한 목적 응용물에 최상에 해당하는 특성을 조화시키는 능력으로 특징지워진다.One feature of the present invention is characterized by the ability of the proposed material to combine other superior properties simultaneously and the ability to match the properties that are best for various desired applications.

1. 저점도를 가진 배합물에서 높은 영 율 및 충분한 강도1. High Young's modulus and sufficient strength in formulations with low viscosity

2. 다이아몬드의 높은 경도 및 높은 결합 강도가 결과적으로 우수한 내마찰 및 내침식 내마모성을 갖게 된다.2. The high hardness and high bond strength of diamond result in excellent friction and erosion resistance.

3. 다이아몬드 함량에 따라 다른 높은 열전도성, 낮은 열팽창 계수.3. High thermal conductivity, low thermal expansion coefficient, depending on diamond content.

4.1500-1600℃의 온도에 노출후 기계적 특성의 유지.Maintain mechanical properties after exposure to temperatures of 4.1500-1600 ° C.

5. 높은 내열충격을 가진 세라믹 복합체.5. Ceramic composite with high thermal shock resistance.

6. 전기 전도성.6. Electrical conductivity.

작은 다이아몬드 입자와 큰 다이아몬드 입자를 함께 혼합할 때, 두가지 요인 ; 즉 다이아몬드 입자 및 매트릭스사이에 높은 접착력 및 거기에 분포된 작은 다이아몬드로 인해 매트릭스의 높은 내마모성이 재료 특성에 영향을 미친다. 매트릭스에서 결합이 불충분하거나 매트릭스가 낮은 내마모성이 낮으면 큰 다이아몬드는 재료로부터 이탈한다. 작은 다이아몬드 입자는 높은 내마모성 및 증가된 강성, 강도 및 열전도성을 부여하는 매트릭스를 강화시킨다. 상기 모든 것이 재료의 마찰 특성(마모, 절삭 및 다른 기계적 재료 제거 특성) : 즉 증가된 열전도성은 다이아몬드 입자의 작업구역내에 온도를 감소시킨다. 최종 보디의 증가된 강성은 매우 정확한 가공에 사용할 때, 공구의 수명을 연장시킨다.When mixing small diamond particles and large diamond particles together, there are two factors; The high abrasion resistance between the diamond particles and the matrix and the small diamond distributed therein affect the material properties. Insufficient bonds in the matrix or low low abrasion resistance of the matrix causes large diamonds to escape from the material. Small diamond particles reinforce the matrix giving high wear resistance and increased stiffness, strength and thermal conductivity. All of the above are the frictional properties of the material (wear, cutting and other mechanical material removal properties): the increased thermal conductivity reduces the temperature in the working zone of the diamond particles. The increased rigidity of the final body extends the life of the tool when used for very accurate machining.

방법 구체화 및 재료 특성의 실시예Examples of Method Specificity and Material Properties

하기 다른 다이아몬드 타입을 시료 제조용으로 사용하여 시험하였다 :The following other diamond types were tested for sample preparation:

ACM 5/3 합성 다이아몬드 입자(크기 3-5㎛), ACM 10/7 합성 다이아몬드 입자(크기 7-10㎛), ACM 14/10 합성 다이아몬드 입자(크기 10-14㎛), ACM 28/20 합성 다이아몬드 입자(크기 20-28㎛), ACM 63/50 합성 다이아몬드 입자(크기 50-63㎛), 및 A-800/630 천연 다이아몬드 입자(크기 630-800㎛), 모두 우크라이나, 키에프, 초경질 재료사에서 시판됨.ACM 5/3 synthetic diamond particles (size 3-5 μm), ACM 10/7 synthetic diamond particles (size 7-10 μm), ACM 14/10 synthetic diamond particles (size 10-14 μm), ACM 28/20 synthesis Diamond particles (size 20-28 μm), ACM 63/50 synthetic diamond particles (size 50-63 μm), and A-800 / 630 natural diamond particles (size 630-800 μm), all of Ukraine, Kiev, ultrahard materials Commercially available.

실시예 1 : 특성 조절Example 1 Properties Adjustment

중요한 다른 특성을 가진 재료를 제조하는 본 발명의 능력을 설명하기위해, 본 발명자는 a) E-율 및 b) 전기 저항성 변동으로부터 선택된다. 본 발명의 방법은 하기 공정 단계를 조절가능하게 선택함으로써 상기 결과를 수득한다 :To illustrate the ability of the present invention to produce materials with other important properties, the inventors are selected from a) E-rate and b) electrical resistivity variations. The process of the present invention obtains these results by controllably selecting the following process steps:

1. 다이아몬드 분말 덩어리의 2중량% 건조 수지의 양중, - 페놀 포름알데히드 수지의 25% 알콜 용액 - 결합제 및 ACM 28/20의 다이아몬드 마이크로-분말의 혼합물을 생성한다. 상기 혼합물을 격렬하게 교반하고 200㎛ 크기의 메쉬로서 체를 통해 걸렀다.1. In an amount of 2% by weight dry resin of the diamond powder mass,-25% alcohol solution of phenol formaldehyde resin-creates a mixture of binder and diamond micro-powder of ACM 28/20. The mixture was stirred vigorously and filtered through a sieve as a 200 μm mesh.

2. 직사각형의 단면적이 6×5㎜이고, 길이 50㎜인 바를 실온에서 45 kN의 힘을 가진 금속 몰드를 이용하여 프레스 함으로써 생성한다.2. A rectangular cross section having a size of 6 x 5 mm and a length of 50 mm is produced by pressing at room temperature using a metal mold having a force of 45 kN.

3. 10 시간 동안 공기중에 실온에서 유지하면서, 몰드로부터 미소성 보디를 제거하고, 이어서 1 시간 동안 70℃에서 건조시키고 1 시간 동안 150℃ 에서 경화시킨다. 제조된 작업 시편은 98중량%의 다이아몬드(56부피%)를 함유하고 41부피%의 기공율을 가진다.3. While maintaining at room temperature in air for 10 hours, remove the unbaked body from the mold, then dry at 70 ° C. for 1 hour and cure at 150 ° C. for 1 hour. The prepared working specimen contained 98% by weight diamond (56% by volume) and had a porosity of 41% by volume.

4. 상기 시료의 열처리를 1550℃에서 진공(압력 0.1㎜Hg)에서 수행한다. 시료 번호 1을 3분간 가열하고, 시료 번호 2를 10분간 가열하고, 시료 번호 3을 20 분간 가열하고 시료 번호 4를 30분간 가열한다.4. The heat treatment of the sample is carried out at 1550 ° C. under vacuum (pressure 0.1 mm Hg). Sample No. 1 is heated for 3 minutes, Sample No. 2 is heated for 10 minutes, Sample No. 3 is heated for 20 minutes, and Sample No. 4 is heated for 30 minutes.

5. 1550℃ 에서 중간체 보디의 표면상에 용융된 실리콘을 침윤시킨다.5. Infiltrate the molten silicon on the surface of the intermediate body at 1550 ° C.

그 결과 직사각형의 단면적이 6 ×5㎜이고, 길이 50㎜인, 즉 크기 및 외관이 측정 정확도내(±0.001㎜)에서 변하지 않은 다결정 바를 제조한다. 상기 보디는 실리콘 카바이드 및 실리콘의 매트릭스에 의해 결합된 다이아몬드 입자를 함유한다.The result is a polycrystalline bar having a rectangular cross-sectional area of 6 x 5 mm and a length of 50 mm, i.e. the size and appearance do not change within the measurement accuracy (± 0.001 mm). The body contains diamond particles bound by silicon carbide and a matrix of silicon.

부가적으로 시료 5-7을 일시적 결합제를 이용하여 다이아몬드 분말 (5×6×50)㎜로서 생성한다. 시료 5를 다이아몬드 분말 ACM 10/7로부터 제조하고, 시료 6을 다이아몬드 분말 ACM 63/50 및 ACM 14/10의 혼합물로부터 제조하고 시료 7을 ACM 63/50 및 ACM 10/7의 혼합물로부터 제조한다.In addition, Samples 5-7 are produced as diamond powder (5 × 6 × 50) mm using a temporary binder. Sample 5 is prepared from diamond powder ACM 10/7, sample 6 is prepared from a mixture of diamond powder ACM 63/50 and ACM 14/10 and sample 7 is prepared from a mixture of ACM 63/50 and ACM 10/7.

작업 시편을 진공내 1550℃에서 열처리하고 다음에 액체 실리콘으로 침윤한다.The working specimens are heat treated at 1550 ° C. in vacuo and then infiltrated with liquid silicon.

제조된 시료으로서의 특성 표 :Table of properties as a prepared sample:

상기 실험은 공정 매개변수 및 재료 조성물을 조절함으로써 목적 특성을 가진 재료를 수득할 수 있다는 것을 설명한다.The experiment demonstrates that a material having the desired properties can be obtained by adjusting the process parameters and the material composition.

특히 재료내 실리콘 함량의 감소는 전기 저항성의 증가로 나타난다. 상기 재료의 전기 저항성은 해당 반도체 재료와 동등하다. 상기 재료는 충분한 전기 전도성를 가지며 예를 들어, 재료를 추가적으로 가공하는데 전자-침식 가공을 사용할 수 있다. 전기 저항성은 4개의 탐침(Four-Probe)법에 의해 측정되었다.In particular, the reduction of the silicon content in the material results in an increase in electrical resistance. The electrical resistivity of the material is equivalent to that of the semiconductor material. The material has sufficient electrical conductivity and, for example, electro-erosion processing can be used to further process the material. Electrical resistance was measured by four probe methods.

나타난 바와 같이 E-율은 광범위하게 변할 수 있다. 시료 6 중 작은 다이아몬드 ACM 10/7 내지 심지어 시료 7 중 더작은 다이아몬드 ACM 10/7를 변화시킴으로써 E-율을 증가시킬 수 있다.As shown, the E-rate can vary widely. E-rates can be increased by varying the small diamond ACM 10/7 in sample 6 and even the smaller diamond ACM 10/7 in sample 7.

실시예 2 : 용해 실리콘내 침지에 의한 침윤Example 2 Infiltration by Soaking in Dissolved Silicone

다이아몬드 분말 ACM 14/10 및 10중량%의 양이 첨가된 에틸 알콜의 혼합물을 생성한다. 상기 혼합물을 격렬하게 교반하고 200㎛ 메쉬 크기의 체를 통과시킨다.Diamond powder ACM 14/10 and an amount of 10% by weight resulted in a mixture of ethyl alcohol added. The mixture is stirred vigorously and passed through a 200 μm mesh size sieve.

직사각형의 단면적이 6×5㎜이고, 길이 50㎜인 시료를 실온에서 45kN의 힘을 가진 금속 몰드를 이용하여 프레스함으로써 생성한다.A rectangular cross-sectional area of 6 x 5 mm and a length of 50 mm is produced by pressing at room temperature using a metal mold having a force of 45 kN.

미소성 보디를 몰드에서 제거하고 3시간 동안 실온에서 유지한다. 작업 시편은 100중량%의 다이아몬드를 함유하고 42부피%의 기공율을 가진다.The unbaked body is removed from the mold and kept at room temperature for 3 hours. The working specimen contains 100% by weight diamond and has a porosity of 42% by volume.

작업 시편의 열처리를 800㎜Hg의 압력하, 1550℃에서 4분간 아르곤 매질내에서 수행한다. 열처리는 중간체 보디중 다이아몬드 농도를 22중량%까지 감소시킨다. 열처리의 온도 및 시간은 작업 시편의 열처리가 완전히 끝난 후 처음을 제외하고는 실리콘이 완전히 용융되도록 선택된다는 것을 주목해야한다. 중간체 보디의 침윤은 1550℃에서 중간체 보디를 용해 실리콘까지 침지하여 수행한다.The heat treatment of the working specimens is carried out in an argon medium for 4 minutes at 1550 ° C. under a pressure of 800 mm Hg. The heat treatment reduces the diamond concentration in the intermediate body by 22% by weight. It should be noted that the temperature and time of the heat treatment are chosen so that the silicon melts completely except for the first time after the heat treatment of the working specimen is completely finished. Infiltration of the intermediate body is carried out by dipping the intermediate body up to the dissolving silicone at 1550 ° C.

결과 다결정 보디는 직사각형의 단면적이 6×5㎜이고, 길이 50㎜인, 즉 크기 및 외관이 측정 정확도내(±0.001㎜)에서 변하지 않은 실제적으로 비다공성(〈 1부피%)인 다결정 바를 제조한다.The resulting polycrystalline body produces a polycrystalline bar that is substantially nonporous (<1% by volume) with a rectangular cross section of 6x5 mm and a length of 50 mm, i.e. size and appearance do not change within the measurement accuracy (± 0.001 mm). .

최종 보디는 3.28g/cm3의 밀도를 가진 실리콘 카바이드 및 실리콘(45부피% 다이아몬드, 48부피% SiC, 7부피% Si)의 매트릭스에 의해 결합된 다이아몬드 입자를 함유한다. 3-지점 휨 강도는 400㎫이고 어떤 가공 또는 광택작업 없이 제조된 시료상에 측정하였다.The final body contains diamond carbide bound by a matrix of silicon carbide and silicon (45 vol% diamond, 48 vol% SiC, 7 vol% Si) with a density of 3.28 g / cm 3 . The three-point flexural strength was 400 MPa and measured on samples prepared without any processing or polishing.

실시예 3 : 열 안정성, E-율 및 특정 강성의 측정Example 3 Measurement of Thermal Stability, E-Rate and Specific Stiffness

시료 1은 다이아몬드 분말 ACM 10/7로부터 제조하고, 시료 2는 다이아몬드 분말 ACM 14/10으로부터 제조하고, 시료 3은 다이아몬드 분말 ACM 28/20으로부터 제조하고 시료 4는 ACM 63/50 및 ACM 10/7의 혼합물로부터 제조한다. 일시적 결합제를 이용하여 다이아몬드 분말로부터 5×6×50㎜ 크기의 바를 생성한다. 작업 시편을 진공내 1550℃에서 열처리하고 다음에 액체 실리콘으로 침윤한다.Sample 1 is made from diamond powder ACM 10/7, Sample 2 is made from diamond powder ACM 14/10, Sample 3 is made from diamond powder ACM 28/20 and Sample 4 is made from ACM 63/50 and ACM 10/7 Prepared from a mixture of The temporary binder is used to produce bars 5 × 6 × 50 mm in size from the diamond powder. The working specimens are heat treated at 1550 ° C. in vacuo and then infiltrated with liquid silicon.

밀도, 영 율 및 열 안정성을 측정하고 비 : H=E/(ρ*g)(E=영 율, ρ=밀도 및 g=9.8 m/sec2, 중력인자(표 참조))를 이용하여 H, 특정 강성을 계산하였다.Measure the density, Young's modulus and thermal stability and use H = E / (ρ * g) (E = Young's modulus, ρ = density and g = 9.8 m / sec 2 , gravitational factor (see table)) , The specific stiffness was calculated.

열 안정성을 45 분간 1200℃, 1300℃, 1400℃, 1500℃, 1600℃의 온도에서 진공하에 시료를 순차적으로 가열하여 조사하였다. 영 율 및 시료를 형상을 각 열처리한 후 실온에서 시험하였다. 영 율을 유지하기 위한 안정화 온도는 본원에서는 영 율이 열처리후 초기 값으로부터 4 %를 초과하여 변하지 않을 때의 최대 온도로서 정의한다.The thermal stability was investigated by sequentially heating the samples under vacuum at a temperature of 1200 ° C., 1300 ° C., 1400 ° C., 1500 ° C., 1600 ° C. for 45 minutes. Young's modulus and samples were tested at room temperature after each heat treatment of the shape. The stabilization temperature for maintaining the Young's modulus is defined herein as the maximum temperature when the Young's modulus does not change by more than 4% from the initial value after heat treatment.

제조된 시료의 특성 표Characteristic table of the prepared sample 시료sample 최종함량Final content 특성characteristic 번호number 초기다이아몬드분말Initial Diamond Powder 재료조성[vol-%]Material composition [vol-%] 밀도[kg/m3]Density [kg / m 3 ] 영 율[㎬]Young's Rule 특성강성 H(106m)Stiffness H (10 6 m) 열안정성[℃]Thermal Stability [℃] 영 율 유지Young's modulus 형상 유지Keep shape 1One 10/710/7 다이아몬드 46SiC 47Si 7Diamond 46SiC 47Si 7 32903290 630630 19.119.1 1500℃1500 ℃ 1500℃1500 ℃ 22 14/1014/10 다이아몬드 46SiC 42Si 12Diamond 46SiC 42Si 12 32503250 580580 17.817.8 1500℃1500 ℃ 1500℃1500 ℃ 33 28/2028/20 다이아몬드 49SiC 31Si 20Diamond 49 SiC 31 Si 20 31803180 560560 17.617.6 1500℃1500 ℃ 1700℃1700 ℃ 44 60 wt%63/5040 wt%10/760 wt% 63/5040 wt% 10/7 다이아몬드 62SiC 31Si 7Diamond 62SiC 31Si 7 33403340 718718 21.521.5 1600℃1600 ℃ 1600℃1600 ℃ SiC 세라믹에 대한 데이터, 원 1)Data for SiC Ceramics, Circle 1) 3100-32003100-3200 400-420400-420 1313 -- --

상기 결과는 제조된 재료가 특이한 열적 안정도를 가진다는 것을 보여준다(1500℃까지 그의 특성을 유지하고 있음), 즉 다른 다이아몬드 다결정 재료보다 300-400℃ 높다, 2) 참조. 따라서 제조된 재료를 고온 조건에서 사용할 수 있다. 상기 표는 또한 재료가 공지된 재료의 특성보다 훨씬 더 높은 우수한 강성을 가지고 있다는 것을 보여준다.The results show that the material produced has an unusual thermal stability (keeping its properties up to 1500 ° C.), ie 300-400 ° C. higher than other diamond polycrystalline materials, see 2). The material thus produced can be used at high temperature conditions. The table also shows that the material has a much higher stiffness than the properties of known materials.

1) G.G. Gnesin. "무산소 세라믹 재료", 키에프, 테크놀로지, 1987, p139-142.1) G.G. Gnesin. "Anoxic Ceramic Materials", Kiev, Technology, 1987, p139-142.

2) A.A. Shulzhemko, "다이아몬드 기재 다결정 재료 ", 키에프, 1989.2) A.A. Shulzhemko, "Diamond-Based Polycrystalline Materials", Kiev, 1989.

실시예 4 : 휨 강도의 측정Example 4 Measurement of Bending Strength

시료 1은 다이아몬드 분말 ACM 14/10으로부터 제조하고, 시료 2는 ACM 28/20으로부터 제조한다. 시료 3은 다이아몬드 분말 ACM 63/50 및 ACM 10/7의 혼합물로부터 제조한다. 시료 4는 다이아몬드 분말 ACM 63/50 및 ACM 28/20의 혼합물로부터 제조한다. 시료 5는 ACM 28/20으로부터 제조한다. 시료 1-5는 실시예 3 에 따라 제조하지만, 환 플레이트 : (Ø=20㎜, h=2㎜)로서 시료 1-4 및 시료 5는 3 지점 휨 강도 측정용 바로서 제조되었다.Sample 1 is made from diamond powder ACM 14/10 and sample 2 is made from ACM 28/20. Sample 3 is prepared from a mixture of diamond powders ACM 63/50 and ACM 10/7. Sample 4 is prepared from a mixture of diamond powders ACM 63/50 and ACM 28/20. Sample 5 is prepared from ACM 28/20. Samples 1-5 were prepared according to Example 3, but Sample 1-4 and Sample 5 were prepared as ring plates: (Ø = 20 mm, h = 2 mm) as three-point flexural strength measurement bars.

제조된 시료으로서의 특성 표Properties Table as Prepared Sample 시료sample 초기 다이아몬드 분말Initial diamond powder 재료 조성[vol %]Material composition [vol%] 밀도[kg/m3]Density [kg / m 3 ] σ이축만곡[MPa]σ biaxial curvature [MPa] 1One 14/1014/10 다이아몬드 46SiC 42Si 12Diamond 46SiC 42Si 12 32503250 260260 22 28/2028/20 다이아몬드 49SiC 32Si 19Diamond 49 SiC 32 Si 19 31903190 115115 33 90 wt% 63/5010 wt% 10/790 wt% 63/5010 wt% 10/7 다이아몬드 58SiC 14Si 28Diamond 58SiC 14Si 28 31403140 125125 44 80 wt% 63/5020 wt% 28/2080 wt% 63/5020 wt% 28/20 다이아몬드 57SiC 14Si 29Diamond 57 SiC 14 Si 29 31203120 136136 -- -- -- -- σ3-p[MPa]σ 3-p [MPa] 55 28/2028/20 다이아몬드 44SiC 48Si 8Diamond 44SiC 48Si 8 32703270 310310

상기 재료의 제조된 플레이트는 예를 들어 시공 재료로서 응용물에 대해 충분한 휨 강도를 가진다. 휨 강도는 어떤 가공이나 광택없이 제조된 시료상에 측정된다.The manufactured plate of the material has sufficient flexural strength for the application, for example as a construction material. Flexural strength is measured on samples made without any processing or gloss.

실시예 5 : 열전도성의 측정Example 5 Measurement of Thermal Conductivity

모든 시료를 실시예 3 에 따라 제조하였다. 시료 1-3은 원통형으로 제조된다(=15㎜, h=10㎜). 시료 4-8은 원통형으로 제조된다(=20㎜, h=2㎜). 사용된 다이아몬드에 대해서는 표를 참조한다. 시료의 열전도성을 정체된 열 흐름이 이동되는 동안 시료상에 온도차를 측정함으로써 결정하였다. 원통 바닥과 평행인, 지름 1㎜ 이고 폭 8㎜인 두개의 방사상 개구를 전자-침식을 이용하여 시료 1-3 에서 제조하였다. 개구사이의 길이는 6㎜ 이다.All samples were prepared according to Example 3. Samples 1-3 are made cylindrical ( = 15 mm, h = 10 mm). Samples 4-8 are made cylindrical. = 20 mm, h = 2 mm). See the table for the diamonds used. The thermal conductivity of the sample was determined by measuring the temperature difference on the sample while the stagnant heat flow was traveling. Two radial openings 1 mm in diameter and 8 mm in width, parallel to the bottom of the cylinder, were prepared in Samples 1-3 using electron-erosion. The length between the openings is 6 mm.

시료 9는 다이아몬드 분말 ACM 63/50 및 ACM 14/10의 혼합물로부터 제조한다. 열팽창 계수는 20-100℃의 온도 범위에서 석영 팽창계를 이용하여 측정하였다. 상기 시료의 선형 치수 변화 대 온도의 증가를 측정하였다. 이와 같이 시료 길이에 따라 열팽창 계수를 측정하였다.Sample 9 was prepared from a mixture of diamond powders ACM 63/50 and ACM 14/10. The coefficient of thermal expansion was measured using a quartz dilatometer in the temperature range of 20-100 ° C. The linear dimensional change of the sample versus the increase in temperature was measured. Thus, the thermal expansion coefficient was measured according to the sample length.

특성 표Property table

시료sample 초기 다이아몬드 분말Initial diamond powder 조성 [vol %]Composition [vol%] 열전도성[W/mK]Thermal Conductivity [W / mK] DD SiCSiC SiSi 1One 5/35/3 2929 7070 1One 180180 22 28/2028/20 4949 2020 3131 200200 33 14/1014/10 4646 4242 1212 260260 44 60 wt% 63/5040 wt% 5/360 wt% 63/5 040 wt% 5/3 5454 4040 66 370370 55 10/710/7 4545 4848 77 267267 66 28/2028/20 4747 3232 2121 259259 77 AlAl -- -- -- 225225 88 CuCu -- -- -- 400400 실리콘 카바이드 세라믹에 대한 데이터, 원 1)Data on Silicon Carbide Ceramics, Circle 1) -- -- -- 80-8580-85 -- -- -- -- -- 열팽창계수[×106/K]Thermal expansion coefficient [× 10 6 / K] 99 60 wt% 63/5040 wt% 14/1060 wt% 63/5 040 wt% 14/10 6565 2121 1414 2.22.2

상기 표는 본 발명에 따라 제조된 시료는 실리콘 카바이드 세라믹, 및 알루미늄보다 훨씬 더 우수한 열전도성을 가지고 있다는 것을 보여준다. 다이아몬드보다 더 높은 농도를 갖는 시료 4는 구리보다 열전도성이 더 높다.The table shows that samples made according to the invention have much better thermal conductivity than silicon carbide ceramics and aluminum. Sample 4, which has a higher concentration than diamond, has higher thermal conductivity than copper.

다이아몬드 복합체의 열팽창 계수는 매우 낮다.The coefficient of thermal expansion of diamond composites is very low.

1) G.G. Gnesin. "무산소 세라믹 재료", 키에프, 테크놀로지, 1987, p139-142.1) G.G. Gnesin. "Anoxic Ceramic Materials", Kiev, Technology, 1987, p139-142.

실시예 6 : 미소성 보디, 작업 시편 및 중간체 보디의 이축 강도의 측정Example 6 Measurement of Biaxial Strength of Unbaked Body, Work Specimen and Intermediate Body

흑연화 및 열분해탄소 후, 중간체 보디의 강도는 증가하고, Si-침윤전에 중간체 보디를 가공하게 한다. 상기 시험에서 미소성 보디, 작업 시편 및 중간체 보디의 이축 강도를 측정하였다. 중간체 보디는 침적된 열분해탄소 및 흑연화된 보디로 구성되었다.After graphitization and pyrolysis carbon, the strength of the intermediate body is increased, allowing the intermediate body to be processed before Si-infiltration. In this test the biaxial strength of the unbaked body, working specimen and intermediate body was measured. The intermediate body consisted of deposited pyrocarbon and graphitized body.

미소성 보디를 다이아몬드 분말을 프레스하여 제조하였다. 작업 시편을 20 분간 1000℃ 에서 진공하에 미소성 보디를 가열함으로써 제조하였다. 중간체 보디를 3-30 분간 1550℃ 에서 흑연화하고 850℃ 에서 5중량% 이하로 열분해탄소를 침적하거나 또는 다른 순서로 제조하였다.An unbaked body was prepared by pressing diamond powder. Working specimens were prepared by heating the unbaked body under vacuum at 1000 ° C. for 20 minutes. The intermediate body was graphitized at 1550 ° C. for 3-30 minutes and the pyrolytic carbon was deposited at 850 ° C. up to 5% by weight or prepared in another order.

시료를 처리에 따라 9 개 군으로 나눌 수 있다. 두개 타입의 시료(다른 다이아몬드 입자 크기)을 각 군에 대해 제조하였다. 각각의 처리 및 입자가조합된 5 개의 시료를 시험하고 그 결과를 평균치로서 나타낸다.Samples can be divided into nine groups according to treatment. Two types of samples (different diamond particle size) were prepared for each group. Five samples of each treatment and particle combination were tested and the results are presented as averages.

표에서 나타난 바와 같이, 작업 시편의 강도는 초기 미소성 보디보다 훨씬 더 높았다(약 2 배). 열분해탄소의 침적은 시료 강도를 증가하기에 효과적인 방법이며, 흑연화 전후에 사용할 수 있다.As shown in the table, the strength of the working specimen was much higher than the initial unbaked body (about 2 times). Deposition of pyrolytic carbon is an effective way to increase sample strength and can be used before and after graphitization.

종합적으로, 상기 결과는 Si-침윤전에 가공함으로써, 양호한 기계적 강도의 중간체 보디를 수득한다는 것을 보여준다.Overall, the results show that by processing before Si-infiltration, an intermediate body of good mechanical strength is obtained.

실시예 7 : 열충격 저항성Example 7 Thermal Shock Resistance

일차 시험을 열충격 저항성으로 하였다. 시료를 공기중에 1000℃ 까지 가열하고 실온에서(급냉된) 물에 직접 두었다. 시료 형상은 동일하게 남았고 파편은 관찰되지 않았다.The primary test was thermal shock resistance. The sample was heated to 1000 ° C. in air and placed directly in water (quenched) at room temperature. The sample shape remained the same and no debris was observed.

이차의 유사 시험에서 열충격이후의 강도를 측정하였다. 5×6×50㎜인 크기의 시료를 ACM 14/10 다이아몬드 입자로부터 제조하였다. 시료를 500℃ 까지 가열하고 실온에서 물에 두었다. 이어서 광학현미경으로 조사하였지만 표면상에 어떤 균일 또는 결함도 나타나지 않았다. 동일한 절차를 수행하여 800℃ 까지 가열한 후 유사한 결과를 수득하였다. 상기 이후에, 시료를 1100℃ 까지 가열하고 급냉하였다. 이때 광학 현미경에는 시료 표면상에 작은 미세한 균열이 나타났다. 3-지점 굴곡 강도는 약 38 MPa로 측정되었으며, 이는 원래 강도보다 훨씬 낮다.In the second, similar test, the strength after thermal shock was measured. Samples of size 5 × 6 × 50 mm were prepared from ACM 14/10 diamond particles. The sample was heated to 500 ° C. and placed in water at room temperature. Irradiation with an optical microscope was then performed but no uniformity or defects appeared on the surface. Similar results were obtained after heating to 800 ° C. following the same procedure. After this, the sample was heated to 1100 ° C. and quenched. At this time, small micro cracks appeared on the surface of the sample under the optical microscope. The three-point flexural strength was measured at about 38 MPa, which is much lower than the original strength.

과학기술적 시험의 실시예Examples of technological tests

하기 다른 다이아몬드 타입을 시료 제조에 사용하여, 시험하였다 :The following different diamond types were used for sample preparation and tested:

EMBS 30/40 메쉬 천연 다이아몬드 입자, SDB 1025 30/40 메쉬, 합성 다이아몬드 결정, SDB 1125 30/40 메쉬 합성 다이아몬드 결정 및 DEBDUST 30/40 메쉬 천연 다이아몬드(30/40 메쉬 모두 De Beers 사 시판)는 420-600㎛의 크기 범위에서 다이아몬드 입자와 동일하다.EMBS 30/40 mesh natural diamond grain, SDB 1025 30/40 mesh, synthetic diamond crystal, SDB 1125 30/40 mesh synthetic diamond crystal and DEBDUST 30/40 mesh natural diamond (all 30/40 mesh available from De Beers) are 420 Same as diamond particles in the size range of -600 mu m.

모두 Superhard Materials Institute, Kiev, Ukraine 에서 시판된, 다이아몬드 미소분말 ACM 10/7(크기 범위 7-10㎛), ACM 14/10(크기 범위 10-14㎛), ACM 28/20(크기 범위 20-28㎛), ACM 40(40㎛ 미만의 입자 크기), ACM 63/50(크기 범위 50-63㎛) 및 A-800/630 천연 다이아몬드 입자(크기 범위 630-800㎛).Diamond micropowders ACM 10/7 (size range 7-10 μm), ACM 14/10 (size range 10-14 μm), ACM 28/20 (size range 20-), all available from Superhard Materials Institute, Kiev, Ukraine 28 μm), ACM 40 (particle size less than 40 μm), ACM 63/50 (size range 50-63 μm) and A-800 / 630 natural diamond particles (size range 630-800 μm).

실시예 8 : 드레싱 공구 시험 ; 내마모성의 비교Example 8 Dressing Tool Test; Comparison of wear resistance

상기 실시예와 함께 본 발명자는 다이아몬드 타입, 다이아몬드 품질, 입자 크기 및 입자 크기 분포를 선택함으로써 특성을 조절할 수 있다는 것을 나타낼 것이다.In conjunction with the above examples, we will show that the properties can be adjusted by selecting diamond type, diamond quality, particle size and particle size distribution.

상기 실시에에서 드레싱 조건은 하기이다 :In the above embodiment the dressing conditions are:

V=35 m/초, S길이방향=0.8 m/분, S횡방향=0.02㎜/1회전.V wheel = 35 m / s, S longitudinal = 0.8 m / min, S transverse = 0.02 mm / 1 revolution.

시료를 하기 타입의 다른 러시아 마찰휠(직경 600㎜ 이고 폭 63㎜)의 드레싱을 시험하였다 : 600×63×305 14A40II CM1 6K7II(전기코런덤휠, 연함 내지 중간) ; 600×63X305 14A40II CT3 7K5(전기코런덤휠, 중간 내지 단단함) ; 600×63X305 14A25II CM2 6K5(전기코런덤휠, 연함 내지 중간) ; 600×63X305 14A40II CT3 37K5(전기코런덤휠, 중간 내지 단단함) 및 600×63X305 63C40II CM1 6K7(미소성 실리콘 카바이드휠, 연함 내지 중간).The samples were tested for dressings of other Russian friction wheels (600 mm in diameter and 63 mm in width) of the following type: 600 × 63 × 305 14A40II CM1 6K7II (electric corundum wheel, soft to medium); 600 × 63 × 305 14A40II CT3 7K5 (electric corundum wheel, medium to hard); 600 × 63 × 305 14A25II CM2 6K5 (electric corundum wheel, soft to medium); 600 × 63 × 305 14A40II CT3 37K5 (electric corundum wheel, medium to hard) and 600 × 63 × 305 63C40II CM1 6K7 (microplastic silicon carbide wheel, soft to medium).

드레싱 공구 시험 1.Dressing Tool Test 1.

시료 1-11을 Superhard Materials Institute, Kiev, Ukraine 에서 시판된,(침탄 카바이드의 매트릭스중 A-800/630 타입의 다이아몬드를 가진) 복합체 재료 〈〈Slavutich〉〉인 참고 재료에 대해 시험하였다.Samples 1-11 were tested for a reference material, which is a composite material << Slavutich>, available from Superhard Materials Institute, Kiev, Ukraine (with diamonds of type A-800 / 630 in the matrix of carburized carbides).

시료 제조Sample manufacturing

시료의 제조 및 다른 크기사이에 관계에 사용된 다이아몬드 타입을 위해 하기표를 참고한다. 모든 시료를 매우 크고(〉 420㎛) 미세한 다이아몬드의 혼합물로부터 제조한다.See the table below for the diamond type used in the relationship between sample preparation and different sizes. All samples are prepared from a mixture of very large (> 420 μm) fine diamonds.

결합제((폴리비닐아세테이트) PVAC20 % 물 유화액)을 시료 1-2 에 대한 다이아몬드 혼합물에 첨가한다(건조 PVAC의 질량의 양이 1중량%의 다이아몬드 질량이다). 결합제(페놀 포름알데히드 수지의 25 % 알콜 용액)를 8%의 다이아몬드 질량의 양(즉 건조 수지의 2중량%)으로 시료 3-7, 10 및 11 에 대한 다이아몬드 혼합물에 첨가한다. 에틸 알콜을 10중량%의 양으로 시료 8 및 9 에 대한 다이아몬드 혼합물에 첨가한다.A binder ((polyvinylacetate) PVAC20% water emulsion) is added to the diamond mixture for samples 1-2 (the amount of dry PVAC is 1% by weight diamond mass). A binder (25% alcohol solution of phenol formaldehyde resin) is added to the diamond mixture for samples 3-7, 10 and 11 in an amount of 8% diamond mass (ie 2% by weight of dry resin). Ethyl alcohol is added to the diamond mixture for Samples 8 and 9 in an amount of 10% by weight.

모든 혼합물을 완전히 교반하고, 시료 1-2의 혼합물을 메쉬 크기 1.5㎜의 체로 거르고, 시료 3-11의 호합물을 메쉬 크기 1㎜의 체로 거른다. 모든 시료의 생성은 실온에서 15 kN의 힘으로 금속 몰드를 이용하여 프레싱에 의해 수행된다. 프레싱된 보디를 몰드로부터 제거한다. 시료는 직경 10㎜ 이고 높이 10㎜ 인 원통형이다. 시료 1-2를 1시간 동안 70℃ 에서 건조시킨다. 표본 3-7, 10 및 11을 10 시간 동안 실온에서 공기중에 방치한 후 1 시간 동안 70℃ 에서 건조시키고 1 시간 동안 150℃ 에서 경화시킨다. 시료 8 및 9는 3 시간 동안 실온에서 공기중에 유지시켜 일시적 결합제, 에틸 알콜을 증발시킨다. 시료 1-2를 진공(0.1㎜ Hg의 압력)하에 1550℃ 에서 4 분간 가열하였다. 열분해탄소를 시료 3-4 에 870℃ 에서 5중량% 까지 첨가하였다. 시료 3-11의 흑연화를 3 분간 1550℃ 에서 진공(0.1㎜Hg의 압력)에서 수행한다. 제조된 중간체 보디중 다이아몬드의 감소는 8-14중량% 이다.All mixtures are thoroughly stirred, the mixture of Samples 1-2 is sieved through a 1.5 mm mesh sieve, and the compound of Samples 3-11 is sieved through a 1 mm mesh sieve. The production of all samples is carried out by pressing using a metal mold with a force of 15 kN at room temperature. The pressed body is removed from the mold. The sample is cylindrical with a diameter of 10 mm and a height of 10 mm. Sample 1-2 is dried at 70 ° C. for 1 hour. Samples 3-7, 10 and 11 are left in air at room temperature for 10 hours and then dried at 70 ° C. for 1 hour and cured at 150 ° C. for 1 hour. Samples 8 and 9 are kept in air at room temperature for 3 hours to evaporate the temporary binder, ethyl alcohol. Sample 1-2 was heated at 1550 ° C. for 4 minutes under vacuum (pressure of 0.1 mm Hg). Pyrolytic carbon was added to Sample 3-4 at 870 ° C. up to 5% by weight. Graphitization of Samples 3-11 is carried out under vacuum (pressure of 0.1 mmHg) at 1550 ° C. for 3 minutes. The reduction of diamond in the prepared intermediate body is 8-14% by weight.

모든 시료를 중간체 보디 표면상에 놓여진 실리콘이 용융하기 시작할 때 액체 실리콘에 의해 1550℃ 에서 침윤되었다.All samples were infiltrated with liquid silicon at 1550 ° C. when the silicon placed on the intermediate body surface began to melt.

최종 보디 1-2, 3-7 및 11은 더미세한 다이아몬드 입자, 실리콘 카바이드 및 실리콘에 의해 생성된 매트릭스에 의해 결합된 매우 큰 입자의 천연 다이아몬드를 포함한다. 최종 보디 8-10은 큰 다이아몬드 입자가 합성인 것을 제외하고는 동일하다.The final bodies 1-2, 3-7 and 11 comprise very large particles of natural diamond bonded by dummy diamond particles, silicon carbide and a matrix produced by silicon. The final body 8-10 is identical except that large diamond particles are synthetic.

최종 보디 조성물Final body composition 시료sample 더큰 다이아몬드[vol %]Bigger Diamond [vol%] 미소 다이아몬드[vol %]Micro Diamond [vol%] SiC[vol %]SiC [vol%] Si[vol %]Si [vol%] 매트릭스의 산출된 경도Calculated hardness of the matrix 번호1Number 1 2525 3434 3535 66 5757 번호2Number 2 2525 36.636.6 30.630.6 7.87.8 6060 번호3Number 3 37.537.5 30.130.1 14.114.1 18.318.3 5757 번호4Number 4 37.537.5 27.827.8 26.626.6 8.18.1 5757 번호5Number 5 2525 33.533.5 34.734.7 6.86.8 5757 번호6Number 6 37.537.5 23.923.9 27.727.7 10.910.9 5151 번호7Number 7 5050 16.216.2 21.021.0 12.812.8 4545 번호8Number 8 37.537.5 23.923.9 27.727.7 10.910.9 5151 번호9Number 9 37.537.5 23.923.9 27.727.7 10.910.9 5151 번호10Number 10 2525 33.533.5 34.734.7 6.86.8 5757 번호11No11 2525 32.632.6 34.234.2 8.28.2 5757

매트릭스의 이론 경도는 다이아몬드 경도를 100㎬, 실리콘 카바이드 경도를 25㎬ 및 실리콘 경도를 10㎬로 추정하여 수득하였다.The theoretical hardness of the matrix was obtained by assuming that the diamond hardness was 100 GPa, the silicon carbide hardness was 25 GPa, and the silicon hardness was 10 GPa.

시료 1-4를 600×63×305 14A40II CM1 6K7II 타입의 마찰휠의 드레싱에 대해 시험하였다 :Samples 1-4 were tested for dressings of 600 × 63 × 305 14A40II CM1 6K7II friction wheels:

·큰 다이아몬드 입자의 상대적 소비[mg 큰 입자/kg 마찰휠]Relative consumption of large diamond particles [mg large particles / kg friction wheel]

시료sample 초기 다이아몬드(+ 열분해탄소 함량)Initial diamond (+ pyrocarbon content) 시험시료의 상대적 매질 소모[mg/kg]Relative medium consumption of test sample [mg / kg] 더큰 다이아몬드의 상대적 매질 소모[mg/kg]Relative medium consumption of larger diamonds [mg / kg] 시료 1Sample 1 A-800/630 + ACM 10/7A-800 / 630 + ACM 10/7 -- 0.660.66 시료 2Sample 2 A-800/630 + ACM 14/10A-800 / 630 + ACM 14/10 -- 0.630.63 시료 3Sample 3 EMBS 30/40 메쉬 + ACM 14/10(+ 5 % pyC)EMBS 30/40 Mesh + ACM 14/10 (+ 5% pyC) 1.911.91 0.780.78 시료 4Sample 4 EMBS 30/40 메쉬 + ACM 28/20(+ 5 % pyC)EMBS 30/40 Mesh + ACM 28/20 (+ 5% pyC) 1.591.59 0.590.59 슬라부티치Slavutic A-800/630A-800 / 630 -- 2.162.16

이에 따라, 주어진 실시예에 의해 제조된 보디의 내마모성은 〈〈Slavutich〉〉 재료의 내마모성보다 약 3 배 더 크다.Accordingly, the wear resistance of the body produced by the given embodiment is about three times greater than the wear resistance of the &lt; Slavutich &gt; material.

·시료 5-9를 600×63×305 14A25II CM2 6K5 타입의 마찰휠의 드레싱에 대해 시험하였다 :Sample 5-9 was tested for dressing of a friction wheel of type 600 × 63 × 305 14A25II CM2 6K5:

·큰 다이아몬드 입자의 상대적 소비[mg 큰 입자/kg 마찰휠]Relative consumption of large diamond particles [mg large particles / kg friction wheel]

시료sample [mg/ 마찰 kg][mg / kg of friction] 시료 5Sample 5 0.520.52 시료 6Sample 6 0.540.54 시료 7Sample 7 0.720.72 시료 8Sample 8 0.600.60 시료 9Sample 9 0.450.45 슬라부티치Slavutic 1.51.5

시료의 내마모성은 Slavutich 재료의 내마모성보다 약 2-3 배 더 크다.The wear resistance of the sample is about 2-3 times greater than the wear resistance of the Slavutich material.

상기 표로부터 동일한 크기 및 타입의 작은 다이아몬드 및 동일한 크기 및 타입의 작은 다이아몬드를 가진 시료, 즉 동일한 조건을 선택함으로써, 실리콘 함량이 보디의 내마모성에 어떻게 영향을 미치는 가를 알 수 있다.From the table, it can be seen how the silicon content affects the wear resistance of the body by selecting samples having small diamonds of the same size and type and small diamonds of the same size and type, ie the same conditions.

시료 5, 6 및 7을 비교함으로써, 실리콘 함량 및 이론 경도 사이의 경향을 알 수 있고 매트릭스의 내마모성을 알 수 있다(작은 다이아몬드, 실리콘 카바이드 및 실리콘). 표 참조. 이론 경도값은 측정된 총괄 경도 57-61㎬ 에 해당한다(실시예 12 참조).By comparing Samples 5, 6 and 7, the trend between silicon content and theoretical hardness can be seen and the abrasion resistance of the matrix (small diamond, silicon carbide and silicon). See table. The theoretical hardness value corresponds to the measured total hardness 57-61 mm 3 (see Example 12).

시료sample 더큰 다이아몬드Bigger diamond 미소 다이아몬드Smile diamond 매트릭스의 Si 함량[vol %]Si content of the matrix [vol%] 조성물의 Si 함량[vol %]Si content of the composition [vol%] 매트릭스의 산출된 경도Calculated hardness of the matrix 내마모성Wear resistance 번호5Number 5 EMBS 30/40 메쉬EMBS 30/40 Mesh ACM 10/7ACM 10/7 99 6.86.8 5757 0.520.52 번호6Number 6 EMBS 30/40 메쉬EMBS 30/40 Mesh ACM 10/7ACM 10/7 1717 10.910.9 5151 0.540.54 번호7Number 7 EMBS 30/40 메쉬EMBS 30/40 Mesh ACM 10/7ACM 10/7 2626 12.812.8 4545 0.720.72

최상의 내마모성을 가진 시료 5는 또한 가장 높은 이론 매트릭스 경도 및 가장 낮은 실리콘 함량을 가진다. 동일한 작은 다이아몬드 타입(ACM 10/7), 동일한 이론 매트릭스 경도(57㎬)를 갖지만, 다른 큰 다이아몬드, SDB 1025 및 SDB 1125를 각각 갖는 시료 8 및 9를 비교함으로써, 시료 9 다이아몬드의 품질이 나을수록 내마모성이 좋아진다는 것을 알 수 있다.Sample 5 with the best wear resistance also has the highest theoretical matrix hardness and the lowest silicon content. By comparing samples 8 and 9 with the same small diamond type (ACM 10/7) and the same theoretical matrix hardness (57㎬) but with different larger diamonds, SDB 1025 and SDB 1125, respectively, the better the quality of the sample 9 diamond It can be seen that the wear resistance is improved.

·시료 10-11을 i) 600×63×305 14A40II CT3 37K5 타입 및 ii) 600×63×305 63C40II CM1 6K7 타입의 마찰휠의 드레싱에 대해 시험하였다 :Samples 10-11 were tested for dressing of friction wheels of i) 600 × 63 × 305 14A40II CT3 37K5 type and ii) 600 × 63 × 305 63C40II CM1 6K7 type:

더 큰 다이아몬드 입자의 상대적 소비 [mg 더 큰 입자/kg 마찰 휠]Relative Consumption of Larger Diamond Particles [mg Larger Particles / kg Friction Wheel]

휠 형태 i[mg/마찰 kg]Wheel mode i [mg / kg of friction] 휠 형태 ii[mg/마찰 kg]Wheel mode ii [mg / kg kg] 시료 번호 10:Sample number 10: 1.571.57 2.312.31 시료 번호 11:Sample number 11: 1.071.07 2.162.16 슬라부티치:Slavutić: 4.134.13 13.213.2

보디 10-11의 내마모성은 매질 경도의 휠의 드레싱에서 Slavutich 재료보다 약 2.5-3.5 배 더 크다. 미소성 실리콘 카바이드 휠의 드레싱은 6 배 초과이다.The wear resistance of the body 10-11 is about 2.5-3.5 times greater than the Slavutich material in the dressing of wheels of medium hardness. Dressing of unbaked silicon carbide wheel is more than 6 times.

드레싱 공구 시험 2Dressing tool test 2

시료 1을 EMBS 30/40 메쉬 및 ACM 14/10 타입의 다이아몬드를 이용하여 드레싱 공구 시험 1 에 따라 제조하였다. 참고로서 WINTER 사(Ernst Winter & Sohn Diamantwerkzeuge GmbH & Co., Norderstedt, Germany) 재료 드레싱 공구, 시료 2-3를 시험하였다.Sample 1 was prepared according to dressing tool test 1 using EMBS 30/40 mesh and ACM 14/10 type diamond. As a reference, a material dressing tool, sample 2-3, of WINTER (Ernst Winter & Sohn Diamantwerkzeuge GmbH & Co., Norderstedt, Germany) was tested.

시료 2 - WINTER PRO 88 D601 H770(침탄된 카바이드 매트릭스중 다이아몬드)Sample 2-WINTER PRO 88 D601 H770 (Diamond in Carburized Carbide Matrix)

시료 3 - WINTER PRO 88 D711 H770(침탄된 카바이드 매트릭스중 다이아몬드)Sample 3-WINTER PRO 88 D711 H770 (Diamond in Carburized Carbide Matrix)

·시료 1-3을 600×63X305 14A40II CT3 7K5 타입의 마찰휠의 드레싱에 대해 시험하였다. 시험의 기간은 20 분이었다. 3 % Na2CO3유화액을 냉각액으로 사용하였다.Samples 1-3 were tested for dressings of friction wheels of type 600 × 63 × 305 14A40II CT3 7K5. The duration of the test was 20 minutes. 3% Na 2 CO 3 emulsion was used as coolant.

시료sample 큰 다이아몬드의 상대적 소모[mg 큰 입자/kg 마찰 휠]:Relative consumption of large diamonds [mg large particles / kg friction wheel]: 시료 1Sample 1 0.90.9 참조 시료 2Reference Sample 2 6.4 - 6.66.4-6.6 참조 시료 3Reference Sample 3 4.0 - 12.04.0-12.0

본 발명에 따라 제조된 시료의 내마모성이 참고 재료의 내마모성보다 4-10 배 더 크다.The wear resistance of the samples prepared according to the invention is 4-10 times greater than the wear resistance of the reference material.

실시예 9 : 미소구조 분석 :Example 9 Microstructure Analysis:

미소구조 분석에 사용된 드레싱 공구의 명세서 :Specifications of dressing tools used for microstructure analysis:

시료sample 함량/명칭Content / Name 치수(㎜)Dimensions (mm) 매트릭스matrix 1One A-800/630 25 vol%ACM 14/10 75 vol%A-800 / 630 25 vol% ACM 14/10 75 vol% φ= 8h = 7.5φ = 8h = 7.5 SiC + SiSiC + Si 22 PRO88 D601 H770PRO88 D601 H770 φ= 8h = 7.9φ = 8h = 7.9 시멘트 WCCement WC

두개의 시료의 연마 표면을 JSM-840인 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰하였다. 두 시료 모두 조밀하였고, 400-800㎛ 입자 크기의 큰 다이아몬드를 함유하였다. 시료 2의 표면은 매우 거칠고 몇몇 다이아몬드 입자는 매트릭스로부터 밀려났다. 표면에 일부 긁힘이 있고, 이는 밀려난 다이아몬드로부터 생겨난 것일 수 있다. 시료 1의 표면은 시료 2의 표면보다 더 평평하다. 다이아몬드 입자가 매트릭스로부터 밀려난 것은 없으며, 이는 다이아몬드가 매트릭스에 강력히 결합된 것을 나타낸다.The abrasive surfaces of the two samples were observed with a scanning electron microscope (SEM), JSM-840. Both samples were dense and contained large diamonds of 400-800 μm particle size. The surface of Sample 2 was very rough and some diamond particles were pushed out of the matrix. There is some scratches on the surface, which may be from the extruded diamonds. The surface of Sample 1 is flatter than the surface of Sample 2. No diamond particles were pushed out of the matrix, indicating that the diamond was strongly bound to the matrix.

실시예 10 : 마찰 시험, 침식 시험 및 열강철 미끄럼 시험Example 10 Friction Test, Erosion Test and Hot Steel Slip Test

하기 시험은 다이아몬드 입자와 매트릭스사이에 강력한 결합을 나타낸다.The following test shows a strong bond between the diamond particles and the matrix.

두개의 다이아몬드 복합체를 마찰 시험, 침식 시험 및 열강철에 대한 미끄럼 시험에서 평가하였다. 시료 1은 60 %의 다이아몬드 분말 ACM 63/50 및 40 % ACM 10/7로 만들어졌다. 시료 2는 다이아몬드 입자 ACM 14/10으로 만들어졌다.Two diamond composites were evaluated in a friction test, erosion test and slip test on hot steel. Sample 1 was made of 60% diamond powder ACM 63/50 and 40% ACM 10/7. Sample 2 was made of diamond particles ACM 14/10.

하기 참고 재료를 사용하였다. 모든 표준 다이아몬드는 시판용이고 상기에 주어진 자료는 Data Sheet information 이다.The following reference material was used. All standard diamonds are commercially available and the data given above is Data Sheet information.

참고예 1 : Sandvik Coromant AB 사 시판 알루미나, 등급 AZ96, 2.8중량% 지르콘 함유. 경도 1820 HV 및 파편 거칠기 5.4 MN/m3/2.Reference Example 1: Commercially available alumina, grade AZ96, 2.8% by weight zircon from Sandvik Coromant AB. Hardness 1820 HV and fragment roughness 5.4 MN / m 3/2 .

참고예 2 : Goodfellow 사 시판 반응 결합된(Si 침윤된) 실리콘 카바이드, 명칭 SiSiC, 약 10 % 유리 실리콘 함유. 경도 2500-3000 kgf/㎜2. 파편 거칠기 없음.Reference Example 2: Goodfellow commercially available reaction bonded (Si impregnated) silicon carbide, designation SiSiC, containing about 10% free silicon. Hardness 2500-3000 kgf / mm 2 . No fragment roughness.

참고예 3 : Matenco AB 사 시판 순수 실리콘 카바이드, 명칭 SiC. 경도 2000 HV 및 파편 거칠기 3.8 MN/m3/2.Reference Example 3: Commercially available pure silicon carbide from Matenco AB, name SiC. Hardness 2000 HV and fragment roughness 3.8 MN / m 3/2 .

참고예 4 : Sandvik AB으로부터 침탄된 카바이드, 등급 H6M, 6중량%의 코발트중 WC의 1.3㎛ 입자를 가짐. 경도 1720 HV 이고 파편 거칠기 10.1 MN/m3/2.Reference Example 4: Carbide carburized from Sandvik AB, grade H6M, with 1.3 μm particles of WC in 6 wt% cobalt. Hardness 1720 HV and fragment roughness 10.1 MN / m 3/2 .

참고예 5 : Sandvik Coromant AB 사로부터 T-MAX U의 절삭 편상에 다결정 다이아몬드(PDC).Reference example 5: Polycrystalline diamond (PDC) on the cutting piece of T-MAX U from Sandvik Coromant AB.

다이아몬드 슬러리가 있는 마찰Friction with diamond slurry

크레이터 연마 기술을 사용하였다. 구형 크레이터는 시료를 회전시키지 않고 둥근 림을 가진 스테인레스 강철휠을 회전시킴으로써 시료 표면상에 제조한다. 휠 및 시료의 결합 운동은 연마된 구형 크레이터를 시료 표면상으로 이동시킨다.Crater polishing techniques were used. Spherical craters are made on a sample surface by rotating a stainless steel wheel with a rounded rim without rotating the sample. The combined motion of the wheel and the sample moves the polished spherical craters onto the sample surface.

직경 20㎜이고 하중 20g인 강철휠을 사용하였다. 시판용 표준 액(Kemet 타입 0)과 혼합된 4㎛ 단결정 다이아몬드를 농도 25 g/l으로 마찰시켰다.A steel wheel with a diameter of 20 mm and a load of 20 g was used. 4 μm single crystal diamond mixed with a commercial standard solution (Kemet type 0) was rubbed to a concentration of 25 g / l.

크레이터의 부피를 광학 profilometer(윤곽 측정기)로써 측정하고 미끄럼 거리당 제거된 부피를 계산하였다.The volume of the crater was measured with an optical profilometer and the volume removed per sliding distance was calculated.

재료의 내 마모성에서 큰 차이로 인해, 다른 총 미끄럼 거리를 재료로부터 선택하였다. 다이아몬드 복합체, 시료 1-2를 30,000 회전수(미끄럼의 1861 m 에 해당)에 대해 시험하고 ; 다결정 다이아몬드(PDC)를 8,000 회전수(500㎜)에 대해 시험하고 ; 세라믹을 800 회전수(50 m)에 대해 시험하고 침탄된 카바이드를 600 회전수(38 m)에 대해 시험하였다. 총 회전수를 변화시킴으로써, 최종 마모 흔적 직경은 1-2㎜로 유지되었다. 5 개 이상의 크레이터를 각 시료상에 제조하였다.Due to the large difference in the wear resistance of the material, different total slip distances were chosen from the material. Diamond composite, samples 1-2 were tested for 30,000 revolutions (corresponding to 1861 m of sliding); Polycrystalline diamond (PDC) was tested at 8,000 revolutions (500 mm); Ceramics were tested at 800 revolutions (50 m) and carburized carbides were tested at 600 revolutions (38 m). By varying the total number of revolutions, the final wear trace diameter was maintained at 1-2 mm. Five or more craters were prepared on each sample.

측정 결과 표Measurement result table 재료material 평균 크레이터 직경㎛Average crater diameter μm 회전수Revolutions 마찰 속도㎛3/mFriction Speed μm 3 / m 시료 1: ACM 63/50 + ACM 10/7Sample 1: ACM 63/50 + ACM 10/7 1.04 ±0.101.04 ± 0.10 30,00030,000 0.85 ±0.140.85 ± 0.14 시료 2: ACM 14/10Sample 2: ACM 14/10 1.11 ±0.141.11 ± 0.14 30,00030,000 2.49 ±0.202.49 ± 0.20 PCDPCD 0.48 ±0.020.48 ± 0.02 80008000 26.9 ±0.1526.9 ± 0.15 SiSiCSiSiC 1.64 ±0.031.64 ± 0.03 800800 274.2 ±12.7274.2 ± 12.7 SiCSiC 1.38 ±0.031.38 ± 0.03 800800 279.8 ±5.6279.8 ± 5.6 AZ96AZ96 1.82 ±0.041.82 ± 0.04 800800 530.8 ±10.4530.8 ± 10.4 H6MH6M 1.80 ±0.021.80 ± 0.02 600600 693.9 ±18.7693.9 ± 18.7

다이아몬드 복합체 둘 모두 두자리수 이상(약 100 배 이상) 및 심지어 PCD의 10 배의 내마모성을 가지고 대부분의 참고 재료를 초과했다. 다이아몬드 복합체와 비교하여, 단지 하나의 입자 크기 10/14 만을 함유하는 시료는 두개의 입자 크기 50/63-7/10의 시료보다 약 3 배가 더 마모되었다.Both diamond composites exceeded most reference materials with at least two orders of magnitude (about 100 times greater) and even ten times wear resistance of PCD. Compared with diamond composites, samples containing only one particle size 10/14 wear about three times more than samples with two particle sizes 50 / 63-7 / 10.

시료 1 및 2의 마찰 표면이 나타난 주사 전자 현미경은 대부분의 다이아몬드는 여전히 매트릭스에 유지된다는 것을 나타냈다. 마찰에 의한 흔적은 상기 표면상에 공통적인 특질은 없었다. 매트릭스는 표면으로부터 삐져나오는 다이아몬드를 이탈하는 큰 다이아몬드 주위가 제거되는 것처럼 보였다. 특히 50/63-7/10 재료중 큰 다이아몬드는 평평하고, 광택나는 표면을 나타냈다. 분획이 되거나 밀려나거나 또는 부스러지는 징조없이 다이아몬드 상을 볼 수 있다. 첨부서 참조, 시료 1 에 대한 A) 및 시료 2 에 대한 A2) 용 주사 전자 현미경.Scanning electron microscopy showing the friction surfaces of Samples 1 and 2 showed that most of the diamond was still retained in the matrix. Traces due to friction did not have common characteristics on the surface. The matrix appeared to be removed around the large diamond leaving the diamond protruding from the surface. In particular, the larger diamonds in the 50 / 63-7 / 10 materials exhibited flat, polished surfaces. The diamond phase can be seen without signs of fractionation, pruning or crushing. See Appendix, Scanning electron microscope for A) for sample 1 and A2) for sample 2.

PCD 재료의 마찰된 표면은 예컨대 금속 결합제인 내부과립상이 더 잘 제거되어 다이아몬드 입자가 밀려난 것이 나타나 있다. 다른 모든 참고 재료의 마모 흔적은 다른 타입의 손상과 함께 마찰 홈도 있다. 또한 국소적인 규모의 분획, 예컨대 입도 경계부를 나타냈다.The rubbed surface of the PCD material shows better removal of the intergranular phase, for example a metal binder, causing the diamond particles to be pushed out. All other reference material wear marks also have friction grooves with other types of damage. Also shown are local scale fractions, such as particle size boundaries.

다이아몬드 복합체의 주요한 마모 기작은 매트릭스로부터 지지체가 사라짐에 따라, 전체 다이아몬드에 의해 매트릭스가 제거된다고 생각되며 ; 큰 다이아몬드상은 작은 다이아몬드상보다 표면으로부터 제거하기가 더욱 어렵다. 이것은 시료 2 에 해당하는 시료 1 이 더 우수한 성능이 있음을 설명하는 것이다.The main wear mechanism of diamond composites is believed to be that the matrix is removed by the entire diamond as the support disappears from the matrix; Large diamond phases are more difficult to remove from the surface than small diamond phases. This illustrates that Sample 1 corresponding to Sample 2 has better performance.

건조 입자 내침식성Dry particle erosion resistance

원심분리 장치에서 시험을 수행하였다. 특정량의 침식성의 회분식을 용기에 첨가하고 회전 디스크의 중심으로 연속적인 속도로 공급된다. 침식물은 원심력에 의해 디스크에 채널을 통해 급속히 걸러져서 침식물의 흐름과 관련된 고정된 가도로 가장 자리에 돌출된 시료를 타격한다.The test was carried out in a centrifuge device. A certain amount of erosive batch is added to the vessel and fed at a continuous rate to the center of the rotating disk. The erosion is rapidly filtered through the channel into the disc by centrifugal force, striking the protruding edge of the sample with a fixed force associated with the flow of the erosion.

상기 시험은 경도가 약 2500 HV인 80 메쉬(200㎛)의 실리콘 카바이드 에로던트(erodent)로써 수행하였다. 충격각은 45˚및 90˚이고 침식 입자의 충격 속도는 93 m/s 였다. 시료는 미보호된 8.5 ×8.5㎜의 면적을 이탈한 것으로 마스크되었다.The test was carried out with a silicon carbide erodent of 80 mesh (200 μm) with a hardness of about 2500 HV. The impact angles were 45 ° and 90 ° and the impact velocity of the eroded particles was 93 m / s. Samples were masked out of an unprotected 8.5 × 8.5 mm area.

충격 에로던트의 질량당 각각 시료의 중량 손실을 시험전 및 4 새의 특정 간격으로 노출시켜 침식시킨 후 시료를 중량하여 측정하였다. 1000 g 에 대해 각각 침식 시료의 충전물은 각각 90˚및 45˚의 충격각에 대해 10.8970g 및 7.1265g 으로 타격하였다. 침식 속도를 에로던트의 충격 질량당 시료의 질량 손실을 기술하는 곡선의 기울기로부터 계산하였다.The weight loss of each sample per mass of impact pendant was eroded prior to testing and at four specific intervals before erosion and the samples were weighed and measured. Fillings of eroded samples, respectively, for 1000 g were hit at 10.8970 g and 7.1265 g for impact angles of 90 ° and 45 °, respectively. Erosion rate was calculated from the slope of the curve describing the mass loss of the sample per impact mass of the etchant.

결과 표Result table 재료material 충격 각도Impact angle 평균 재료 손실mgAverage material loss mg 부식 속도mg/gCorrosion rate mg / g 시료 1:ACM 50/63 + ACM 10/7Sample 1: ACM 50/63 + ACM 10/7 90°45°90 ° 45 ° 0.90.50.90.5 0.080.070.080.07 시료 2:ACM 10/14Sample 2: ACM 10/14 90°45°90 ° 45 ° 2.21.22.21.2 0.210.170.210.17 SiSiCSiSiC 90°45°90 ° 45 ° 16.37.816.37.8 1.501.101.501.10 SiCSiC 90°45°90 ° 45 ° 6.52.26.52.2 0.630.340.630.34 AZ96AZ96 90°45°90 ° 45 ° 14.76.314.76.3 1.350.881.350.88 H6MH6M 90°45°90 ° 45 ° 13.56.313.56.3 1.240.881.240.88

다이아몬드 복합체, 시료 1 및 시료 2는 참고 재료보다 더 성능이 좋았다. 대부분 참고 재료에 대해 다이아몬드 복합체는 약 한자리수만큼 크기가 좋았다(약 10 배). 하지만, 시료 2(ACM 14/10)는 최고의 재료(SiC 및 H6M) 보다 단지 몇배(특히 45°침식에서)가 좋았다.Diamond composite, Sample 1 and Sample 2 performed better than the reference material. For most reference materials, the diamond composite was about 1 order of magnitude (about 10 times). However, Sample 2 (ACM 14/10) was only several times better (especially at 45 ° erosion) than the best materials (SiC and H6M).

보통의 충격 침식은 일관되게 45°침식에서보다 마모 속도가 더 빠르고, 이는 무른 재료로부터의 경험과 일치한다, 원 3) 참조. 하지만 두개의 충격 각 사이의 침식 속도의 차이는 상대적으로 다이아몬드 복합체, 특히 시료 1 에 대해 낮다.Moderate impact erosion is consistently faster than wear at 45 ° erosion, consistent with the experience from soft materials, see circle 3). However, the difference in erosion rate between the two impact angles is relatively low for diamond composites, especially for sample 1.

3). Jacobson and S. Hogmark, "Tribologi", Karlebo forlag, 1996.3). Jacobson and S. Hogmark, "Tribologi", Karlebo forlag, 1996.

다이아몬드 복합체의 침식된 표면의 주사 전자 현미경은 다이아몬드 및 매트릭스 모두 깨끗하게 보임을 보여준다. 마찰된 면에 비해, 부스러지거나 또는 파편의 표시가 특히 큰 다이아몬드 입자에서 볼 수 있다. 상기 다이아몬드는 매트릭스에 잘 부착되는 것처럼 보인다. 복합체중 전체 다이아몬드가 제거되거나 또는 다이아몬드상이 모두 분쇄된 흔적이 없다. 대신에 입자 및 매트릭스가 같이 연속적으로 마모되는 것이 주요한 마모 메카니즘인 것처럼 보인다.Scanning electron microscopy of the eroded surface of the diamond composite shows that both the diamond and the matrix are clear. Compared to the rubbed surface, signs of chipping or debris can be seen in particularly large diamond particles. The diamond appears to adhere well to the matrix. There is no evidence that all diamonds in the composite are removed or all diamond phases are ground. Instead, continuous wear of the particles and the matrix together seems to be the main wear mechanism.

실리콘 카바이드의 침식된 표면에는 전체 침식된 표면에 걸쳐 다량의 파편이 나타났다. 작은 규모의 파편이 주요한 마모 메카니즘인 것처럼 보인다. 침탄된 카바이드가 표면상에 많은 파편 흔적이 없이 더욱 연성의 메카니즘에 의해 마모된 것 처럼 보이는 반면, 알루미나 AZ96은 파편 및 연성 만입 모두의 흔적을 나타냈다.The eroded surface of silicon carbide exhibited a large amount of debris over the entire eroded surface. Small scale debris appears to be the main wear mechanism. While carburized carbide appeared to be worn out by a softer mechanism without many debris traces on the surface, alumina AZ96 showed traces of both debris and ductile indentations.

열강철에 대해 건조 미끄럼에서 관련 특성 시험Related properties test on dry slip for hot steel

상기 시험에서 단지 다이아몬드 복합체만을 평가하였다. 5㎜ 폭의 복합체 로드를 아세틸렌-산소 화염으로써 600℃ 내지 950℃ 사이에 온도로 가열된 스테인레스 강철을 회전시킨 림(AISI 316)에 대해, 약 50-100 N의 하중으로 손으로 가압하였다. 강은 직경이 600㎜ 이고 폭이 약 40㎜ 이고 약 10 rpm 에서 회전하였다.Only diamond composites were evaluated in this test. A 5 mm wide composite rod was pressed by hand with a load of about 50-100 N against a rim (AISI 316) in which a stainless steel heated to a temperature between 600 ° C. and 950 ° C. with an acetylene-oxygen flame. The steel was 600 mm in diameter, about 40 mm in width, and rotated at about 10 rpm.

시험전에 휠 림을 스케일링하여 깨끗이 연마하였다. 복합체 로드를 1 분 이하동안 강철 휠을 글로우(glow)한 데 대해 가압가였다. 흠이 보일 정도로 제조하기 위해 수회 반복하였다.The wheel rim was scaled and polished before testing. The composite rod was pressurized for glowing the steel wheel for 1 minute or less. The process was repeated several times to produce a scratch.

상기 시험은 복합체로부터 재료가 뚜렷하게 제거되었다는 어떤 결과도 없었다. 약 900℃ 근처이상의 온도에서, 강철은 때로 복합체상에 얼룩이 지는 경향이 있다. 상기 온도에서 강철은 또한 절삭 모서리로서 복합체 시편을 이용하여 쉽게 휠로부터 절삭된다. 열 강철 미끄럼 후에 주사 전자 현미경으로는 표면에 어떤 변화도 보이지 않았다.The test did not result in any significant removal of material from the composite. At temperatures above about 900 ° C., steel often tends to stain on the composite. At this temperature the steel is also easily cut from the wheel using the composite specimen as the cutting edge. After the thermal steel slide, the scanning electron microscope showed no change on the surface.

약 900℃ 까지 가열된 회전 강철 휠에대한 상기 시험에 더하여, 복합체를 대안적으로 약 2-3 분간 프레스한다음 220 메쉬 SiC 마찰지에 대해 연마하였다. 상기 절차를 로드의 다른 위치에서 10 분간 반복하였다. 상기 추가의 시험에 의해 재료가 뚜렷하게 제거될 수 없었다.In addition to the above test for a rotating steel wheel heated to about 900 ° C., the composite was alternatively pressed for about 2-3 minutes and then polished against 220 mesh SiC friction paper. The procedure was repeated for 10 minutes at different locations on the rod. The further test prevented the material from being removed distinctly.

실시예 11 : 선회 시험 ; Al-Si 390의 선회Example 11: Swirl test; Turning of Al-Si 390

4 개의 다이아몬드-SiC-Si 복합체, 시료 1-4는 작업 재료로서 알루미늄-실리콘 합금으로써 선회 시험을 수행하여, 미윤활 연속 절삭으로 평가하였다. 상기 재료는 특정 선회 시퀀스후 편의 마모 및 주사 전자 현미경 사진으로 특징짓는다.Four diamond-SiC-Si composites, Samples 1-4, were subjected to a swivel test with an aluminum-silicon alloy as the working material and evaluated by unlubricated continuous cutting. The material is characterized by wear and scanning electron micrographs of the piece after a particular turn sequence.

시료 1은 다이아몬드 입자 ACM 5/3로부터 제조하고, 시료 2는 ACM 10/7, 시료 3은 ACM 40으로부터 제조하고 시료 4는 ACM 63/50으로부터 제조한다. 시험된 시료는 모든 모서리가 직각인 3×12×4㎜ 보디였다. 복합체는 상대적으로 모서리가 예리하고, 약 0.01 내지 0.1㎜ 사이에서 반경이 변한다.Sample 1 is made from diamond particles ACM 5/3, sample 2 is made from ACM 10/7, sample 3 is made from ACM 40 and sample 4 is made from ACM 63/50. The sample tested was a 3 × 12 × 4 mm body with all corners at right angles. The composite has a relatively sharp edge and varies in radius between about 0.01 and 0.1 mm.

참고 재료로서 Sandvik Coromant AB 사 시판용인 두개의 시판용 절삭 공구 삽입기를 사용하였다 : 상표명 CCMW 09 T3 04F, CD10 및 T-MAX U 시리즈사 시판 사다결정 다이아몬드(PCD), 및 상표명 CCMW 09 T3 04 침탄 카바이드(CC) 절삭 삽입기. 상기 삽입기는 편각 80°, 클리어런스 각 5 °및 편 반경 0.4 이다.Two commercially available cutting tool inserts, commercially available from Sandvik Coromant AB, were used as reference materials: commercially available polycrystalline diamond (PCD) under the trade names CCMW 09 T3 04F, CD10 and T-MAX U series, and CCMW 09 T3 04 carburized carbide ( CC) cutting inserter. The inserter has a declination angle of 80 °, a clearance angle of 5 ° and a piece radius of 0.4.

절삭 시험을 선반에서 수행하였다. 작업 재료로서, 상표명 Al-Si 390의 알루미늄 실리콘 합금의 반경 200㎜을 가진 길이 270㎜ 원통형을 사용하였다. Al-Si 390 작업 시편을 한쪽 끝을 자유롭게 방치한 채로 척(chuck)에 돌출시켰다. 원통형 표면을 그의 직경으로부터㎜의 우력을 제거함으로써 스케일로부터 초기에 깨끗이 하였다. 가공을 회전축 방향으로 삽입기를 공급하여 원통형 끝에서 수행하였다. 약 10 m/s의 최대 미끄럼 속도가 주어질 때, 절삭 깊이는 0.25㎜ 이고, 공급 속도는 회전수당 0.5㎜ 였고 회전 속도는 1000 rpm 이었다. 복합체 보디를 4°의 각으로 기울여 시판용 삽입기의 클리어런스 각을 모사하였다.Cutting tests were performed on the lathe. As the working material, a length 270 mm cylinder having a radius of 200 mm of an aluminum silicon alloy under the trade name Al-Si 390 was used. The Al-Si 390 working specimen was projected onto the chuck with one end free left. The cylindrical surface was initially cleared from the scale by removing a millimeter of force from its diameter. Machining was performed at the cylindrical end by feeding the inserter in the direction of the axis of rotation. Given a maximum sliding speed of about 10 m / s, the cutting depth was 0.25 mm, the feed speed was 0.5 mm per revolution and the rotation speed was 1000 rpm. The composite body was tilted at an angle of 4 ° to simulate the clearance angle of a commercial inserter.

10 개를 절삭한 후 편의 제거된 돌출 면적을 편 마모의 값으로서 사용하였다. 편을 주사 전자 현미경(SEM)으로 평가하였다. 각 재료에 대해 하나 또는 두번의 10 개 절삭 시퀀스를 수행하였다. 마모를 면적 측정용 상 분석을 이용한 SEM 현미경으로 측정하였다.After cutting 10 pieces, the projected area of the piece removed was used as the value of piece wear. Pieces were evaluated by scanning electron microscopy (SEM). One or two ten cutting sequences were performed for each material. Abrasion was measured by SEM microscopy using phase analysis for area measurement.

복합체는 PDC 및 CC의 시판용 삽입기보다 훨씬 더 예리한 노우즈(더작은 노우즈 반경)를 가졌기 때문에, 첫번째 10 작업 시퀀스로부터 무딘 노우즈상에 5/3 및 40으로써 추가 시험을 하여 약 0.2㎜의 노우즈 반경을 수득하였다.Since the composite had a much sharper nose (smaller nose radius) than commercially available inserters of PDC and CC, it was further tested with 5/3 and 40 on a blunted nose from the first 10 working sequences to produce a nose radius of about 0.2 mm. Obtained.

결과 :result :

모든 복합체, 시료 1-4를 Al-Si 390 합금의 선회에 사용할 수 있다. 절삭 편의 파편은 10/7 복합체에 대해 한번 발생하였지만, 전체 시험은 파편없이 상기 보디의 다른 예리한 모서리상에서 수행하였다.All composites, Samples 1-4, can be used for turning Al-Si 390 alloy. Cutting piece debris occurred once for 10/7 composites, but the entire test was performed on the other sharp edge of the body without debris.

모든 복합체는 통상의 침탄된 카바이드보다 훨씬 성능이 우수했으나(측정된 제거 면적중 약 4 개의 인자), PCD 다이아몬드는 하기표에 나타난 바와 같이, 어떤 복합체보다도 나았다.All composites performed much better than conventional carburized carbides (about 4 factors of the measured removal area), but PCD diamonds were better than any composites, as shown in the table below.

선회 시험의 결과Result of turning examination 재료material 제거 면적제 1 작업 [㎜2]1 area of removal area [mm 2 ] 제거 면적제 2 작업 [㎜2]Removal area second operation [mm 2 ] 시료 1 - 5/3Sample 1-5/3 0.050.05 0.040.04 시료 2 - 10/7Sample 2-10/7 0.060.06 -- 시료 3 - 40Sample 3-40 0.040.04 0.040.04 시료 4 - 63/50Sample 4-63/50 0.050.05 -- CCCC 0.140.14 0.170.17 PCDPCD 0.010.01 0.0080.008

절삭 후 절삭 편의 주사 전자 현미경은 편의 마모가 연속적인 마모 및 절삭 편의 선회의 결과라는 것을 보여주었다.Scanning electron microscopy of the cutting piece after cutting showed that the wear of the piece was the result of continuous wear and turning of the cutting piece.

건조하고, 선회에 의한 연속적인 절삭은 Al-Si 390 상에 평가된 복합체로서 수행될 수 있다는 것으로 결론지을 수 있다. 복합체는 상기 종류의 응력에 충분히 저항할 수 있을 정도로 거칠고, 복합체의 기하가 작업동안 최적화되지 않았지만, PCD 다이아몬드 절삭 삽입체에 위배되지 않고, 통상의 침탄 카바이드보다 훨씬 더 낫다.It can be concluded that dry, continuous cutting by turning can be performed as the composite evaluated on Al-Si 390. The composite is rough enough to withstand this kind of stress, and while the geometry of the composite is not optimized during operation, it does not violate the PCD diamond cutting insert and is much better than conventional carburized carbides.

시료 1-4와 재료 삽입체간에 절삭 편의 예리함의 차이가 부적절한 것은 두개의 부당한 것을 비교하게 하기 때문이다. 예측하건대, 최적의 기하(PCD 삽입체에 대해)를 가진 복합체는 훨씬 더 잘 수행한다.The difference in sharpness of the cutting edge between Samples 1-4 and the material insert is inadequate because it makes the two unjust ones to be compared. As expected, complexes with optimal geometries (for PCD inserts) perform much better.

실시예 12 : 경도 측정Example 12 Hardness Measurement

빅커 경도 및 누프 경도의 복합체를 측정하였다.The composite of Vicker hardness and Knoop hardness was measured.

시료를 실시예 3 에 따라 제조하였다. 시료 1은 ACM 5/3 다이아몬드 분말로부터 제조하고 시료 2는 ACM 10/7로부터 제조하였다.Samples were prepared according to Example 3. Sample 1 was prepared from ACM 5/3 diamond powder and Sample 2 was prepared from ACM 10/7.

시험전에 12 ×12 ×5㎜의 시료를 경도 측정을 위해 표준 방법에 의해 연마 및 광택 작업을 하였다. 평평한 시료를 수득하였지만 재료가 극히 단단하기 때문에 충분히 광택이 나지 않았다.Before the test, a 12 x 12 x 5 mm sample was polished and polished by a standard method for hardness measurement. A flat sample was obtained but not sufficiently gloss because the material was extremely hard.

선택 구역의 빅커 경도를 마이크로경도 시험기 MXT-α1를 사용하여 측정하였다. 빅커 경도 계산용 표준식 : Hv=0.47P/α2(식 1)(식중, P는 하중이고, α는 비스듬한 만입의 절반의 길이이다.Vicker hardness of the selected zone was measured using a microhardness tester MXT-α1. Standard for calculating Vicker hardness: Hv = 0.47P / α 2 (Equation 1) (wherein P is a load and α is half the length of the oblique indentation).

램덤 구역의 누프 경도를 INSTRON 8561을 사용하여 측정하고 Hk=P/S(식 2)(식중, P는 하중이고 S는 돌출 면적이다)에 의해 직접 측정하였다.Knoop hardness of the random zone was measured using INSTRON 8561 and directly by H k = P / S (Equation 2), where P is the load and S is the projected area.

다이아몬드/SiC/Si 절삭공구의 빅커 경도의 표Table of Vicker Hardness of Diamond / SiC / Si Cutting Tools 재료material 하중(N)Load (N) 2a(㎛)2a (μm) Hv(㎬)Hv (㎬) 인덴트플레이스Indent Place 시료 15/3㎛Sample 15 / 3㎛ 55 1717 32.532.5 다이아몬드 입자 사이Between diamond particles 2020 30.830.8 39.639.6 다이아몬드 입자 사이Between diamond particles 2020 32.332.3 36.036.0 다이아몬드 입자 사이Between diamond particles 2020 2929 44.744.7 다이아몬드 입자 사이Between diamond particles 2020 23.923.9 65.865.8 다이아몬드 입자Diamond particles 2020 28.328.3 47.047.0 다이아몬드 입자Diamond particles 2020 2626 55.655.6 다이아몬드 입자Diamond particles 시료 210/7㎛Sample 210/7 μm 2020 34.534.5 31.631.6 다이아몬드 입자 사이Between diamond particles 2020 3333 34.534.5 다이아몬드 입자 사이Between diamond particles 2020 33.533.5 33.533.5 다이아몬드 입자 사이Between diamond particles 2020 28.528.5 46.346.3 다이아몬드 입자 사이Between diamond particles 2020 25.525.5 57.857.8 다이아몬드 입자Diamond particles 2020 2727 51.651.6 다이아몬드 입자Diamond particles 2020 25.825.8 56.556.5 다이아몬드 입자Diamond particles 2020 2727 51.651.6 다이아몬드 입자Diamond particles

다이아몬드/SiC/Si 절삭공구의 누프 경도의 표Table of Knob Hardness of Diamond / SiC / Si Cutting Tools 시료sample 하중(N)Load (N) 긴 사선(㎛)Long diagonal (μm) 짧은 사선(㎛)Short diagonal (μm) Hk(㎬)H k (㎬) 시료 15/3㎛Sample 15 / 3㎛ 2020 82.982.9 8.58.5 56.856.8 2020 84.184.1 8.58.5 56.056.0 3030 125125 1313 36.936.9 3030 114.9114.9 12.112.1 43.243.2 시료 210/7㎛Sample 210/7 μm 2020 84.284.2 7.97.9 60.160.1 2020 86.486.4 8.18.1 57.257.2

누프 만입의 설계에 따라, 긴 사선 대 짧은 사선의 비는 7 : 1 이다. 만입에서 긴 사선 대 짧은 사선의 비는 거의 10 : 1 이고, 이것은 절삭 공구가 높은 탄성율을 가진다는 것을 나타낸다.According to the design of Knoop indentation, the ratio of long diagonal to short diagonal is 7: 1. The ratio of long diagonal to short diagonal is almost 10: 1 at indentation, indicating that the cutting tool has a high modulus of elasticity.

상기 표로부터 미소구조의 빅커 경도는 측정 구역에 의존한다는 결론을 지을 수 있다. 다이아몬드사이의 구역에서 빅커 경도는 30-40㎬ 이고 다이아몬드 입자 구역에서 50-60㎬ 즉, 미소-구역은 매우 단단하다.From the table it can be concluded that the Vicker hardness of the microstructure depends on the measurement zone. The Vicker hardness in the zone between the diamonds is 30-40㎬ and 50–60㎬ in the diamond particle zone, ie the micro-zone is very hard.

표에 나타난 바와 같이, 각각 시료 1 및 시료 2, 37-57 및 57-60㎬의 누프 경도 사이에 약간의 차이가 있다. 시료 1 에서 시료 2 보다 훨씬 더 많이 상대적인 다이아몬드 함량이 감소되므로 작은 다이아몬드가 더 빨리 흑연화한다 이것은 다이아몬드의 바른 크기를 선택하는 데 중요하다.As shown in the table, there is a slight difference between the Knoop hardness of Sample 1 and Sample 2, 37-57 and 57-60 kPa, respectively. Smaller diamonds graphate faster because the relative diamond content decreases much more in Sample 1 than in Sample 2. This is important for choosing the correct size of diamond.

누프 경도 측정이 반영된 총괄 재료 경도는 복합체가 초경질 재료(〉 40㎬)의 군에 속한다는 것을 보여준다. 모든 측정은 양호하게 반복되었다.Overall material hardness, reflecting Knoop hardness measurements, shows that the composites belong to the group of ultrahard materials (> 40 kPa). All measurements were well repeated.

일부 재료에 대한 누프 경도의 통상적으로 보고된 범위의 표Table of commonly reported ranges of Knoop hardness for some materials 재료material 누프 경도 [㎬]Knoop hardness [㎬] 다이아몬드 입자Diamond particles 80-12080-120 다경질 다이아몬드, PCDMulti Hard Diamond, PCD 65-8065-80 육방 질화 붕소, CBNHexagonal Boron Nitride, CBN 35-4535-45 붕소 카바이드Boron carbide 25-3525-35 알루미늄 옥시드Aluminum oxide 15-2215-22 실리콘 카바이드Silicon carbide 21-3021-30 텅스텐 카바이드Tungsten carbide 17-2217-22 *) 결정도식 방향에 따라 다르다.*) It depends on the crystallographic direction.

실시예 13 : D-SiC-Si 복합체의 조사 및 금속 납땜 방법Example 13: Irradiation of D-SiC-Si Composite and Metal Soldering Method

강철 및 침탄된 카바이드의 표면 다이아몬드 복합체를 납땜하는 실험은 납땜으로 금속에 복합체를 연결시킬 가능성을 평가하기 위해 주요 목표로 수행하여 왔다. 납땜은 Cu-Ti 기재 합금을 이용하여 수행한다.Experiments of soldering surface diamond composites of steel and carburized carbides have been performed with the main goal to assess the possibility of connecting the composites to metals by soldering. Soldering is performed using a Cu-Ti base alloy.

다이아몬드 복합체는 선택된 금속의 합금으로 습윤된다는 것과, 이것이 강철 및 침탄된 카바이드에 납땜된다는 것이 실험을 통해 나타낸다. 다이아몬드 복합체를 강철에 납땜하는 경우 일부 어려움들이 발견된다. 금속에 시료의 접착력은 매우 높고 발견된 균열은 열팽창 계수에 있어서의 큰 차이로 인해 발생되는 열응력과 관련될 것 같다.Experiments show that diamond composites are wetted with alloys of selected metals and that they are soldered to steel and carburized carbide. Some difficulties are found when soldering a diamond composite to steel. The adhesion of the sample to the metal is very high and the cracks found are likely to be related to the thermal stress generated due to the large difference in the coefficient of thermal expansion.

시료sample D-SiCD-SiC 경화 카바이드Hardened carbide 강철steel 열팽창 계수Thermal expansion coefficient 22 4 - 64-6 1717

실시예 14: 다이아몬드 필름으로 D-SiC-Si 복합체의 코팅Example 14 Coating of D-SiC-Si Composite with Diamond Film

본 발명에 따라 제조된 D/SiC/Si 시료를 성공적으로 다이아몬드 코팅물이 된다.D / SiC / Si samples prepared according to the present invention are successfully diamond coatings.

침적 조건:Deposition Conditions:

표준 고온 필라멘트 CVD 반응기, 탄탈룸 필라멘트, 2300℃, ∼900℃로 유지되는 기판, H2/CH4 비율 1 %, 총 기체 유량 200 sccm, 압력 20 토르(Torr), 전형적으로 결정 크기 1∼2㎛의 다이아몬드 침적 속도 ∼0.5㎛/h 제공.Standard high temperature filament CVD reactor, tantalum filament, substrate maintained at 2300 ° C, -900 ° C, 1% H2 / CH4 ratio, total gas flow rate 200 sccm, pressure 20 Torr, typically crystal size 1-2 micrometers Provided deposition rate ˜0.5 μm / h.

표면 예비처리: 수동 마찰 1∼3㎛(이것이 상기 대부분의 기판에 대해 불필요하다는 것은 이의 표면이 이미 충분히 거칠기 때문이다).Surface pretreatment: Manual friction 1 to 3 [mu] m (this is unnecessary for most of the above substrates because its surface is already rough enough).

결과:result:

현미경 기술로 횡단면에 관한 연구는 탈착 또는 균열을 나타내지 않고 기계적 스크래치(scratch) 시험은 코팅물이 매우 양호하게 접착되었음을 나타낸다.The study of the cross section by microscopic technique shows no detachment or cracking and the mechanical scratch test shows that the coating adhered very well.

복합체의 본래 표면은 SiC/Si 매트릭스(기계적 예비처리 때문에 면적이 클수록 매트릭스 약간 위에 있다)에서 큰 다이아몬드 및 작은 다이아몬드의 쌍봉 낟알 크기 분포를 갖는다. 미세 연삭된 다이아몬드 코팅물이 응집되고 정밀한 연속 필름을 형성하는 큰 다이아몬드 사이에서 성장된다는 것을 발견하였다. 그래서, 다이아몬드 코팅물은 부분적으로 표면을 평탄화시키고, 매트릭스는 완전히 코팅되지만, 상기 큰 입자는 여전히 현재 다이아몬드 코팅된 표면 밖으로 약 5㎛ 높이까지 돌출한다.The original surface of the composite has a bimodal grain size distribution of large and small diamonds in the SiC / Si matrix (large area slightly above the matrix due to mechanical pretreatment). It has been found that the finely ground diamond coating grows between large diamonds that aggregate and form a precise continuous film. Thus, the diamond coating partially flattens the surface and the matrix is completely coated, but the large particles still protrude up to about 5 μm out of the current diamond coated surface.

본 발명에 따라 제조된 복합체 물질은 상이한 우수 성질의 조합이 필요한 경우에 유리하다.Composite materials prepared according to the invention are advantageous when a combination of different storm properties is required.

언급된 특성은, 신속한 열주기, 장비등(분사기, 진흙 펌프용 제품)에 대한 기계적 엔지니어링 크기적합성 지지체용 내마모성 제품을 작동하는 장비를 포함하는, 미세 공구 제조용으로서 상기 응용품에 귀중한 제안 물질을 만들어낸다.The properties mentioned make the valuable material valuable for such applications as for the manufacture of fine tools, including equipment for operating mechanical engineering size compatible supports for rapid heat cycles, equipment, etc. (products for sprayers, mud pumps). Serve

충격을 가하는 작업, 예를 들어 비대칭 사물의 밀링 및 선회, 및 복합체 공구가 진동에 노출되는 작업시 인성에 관한 물질을 배치하는 것이 매우 필요하다. 천공 작업시 물질의 경도 및 내마모성은 중요하다. 고 E 모듈은 크기 정확성이 필요한 응용품에 기계적 안정성을 제공한다.It is very necessary to dispose materials relating to toughness in impacting operations, for example milling and turning of asymmetric objects, and operations in which the composite tool is exposed to vibration. The hardness and wear resistance of the material in the drilling operation is important. The high E module provides mechanical stability for applications requiring size accuracy.

복합체 공구의 높은 열 전도성은 다수 마찰열을 접촉면에서 발생하는 작업에서 중요하다.The high thermal conductivity of the composite tool is important in applications where a large amount of frictional heat is generated at the contact surface.

복합체과 접촉되는물질이 변화되지 않는 것을 목표로 하는 작업시, 즉 베어링 또는 유사품으로서 사용되는 경우, 크기 변화 물질이 유용하다. 접촉 구역 근처의 면적은 가능한 최고의 내마모성을 제공하는 다이아몬드 크기를 가져야 하고 복합체의 나머지는 최적의 기계적 성질, 강도 및 인성을 제공해야 한다.Size change materials are useful in applications where the material in contact with the composite is intended to be unchanged, ie when used as bearings or similar products. The area near the contact area should have a diamond size that provides the best wear resistance possible and the rest of the composite should provide optimum mechanical properties, strength and toughness.

또다른 관심 응용 분야는 고 마찰 성능이 충분한 인성과 조합되는 목재 및 석재 등의 톱질 및 선회이다.Another application of interest is sawing and turning of wood and stone, etc., which combines high toughness with sufficient toughness.

그러나 또다른 응용은 단일 결정 다이아몬드 드레싱 공구, 다이아몬드 침, 및 복합 프로파일(profile)의 연삭 디스크의 모형 드레싱용을 목적으로 하는 공구를 대체하는 드레싱 펜슬(pencil) 및 바이다.Yet another application is dressing pencils and bars replacing single crystal diamond dressing tools, diamond needles, and tools intended for mock dressing of grinding discs of complex profiles.

또한 드릴; 콘크리트, 화강암, 대리석의 기계가공용 톱 구성요소; 기타 건축 자재 및 기계가공 공구를 제조하는 것이 가능하다.Also drill; Saw components for machining concrete, granite and marble; It is possible to manufacture other building materials and machining tools.

본 발명에 따라 제조된 복합체 물질은 또한 다이아몬드 필름 성장용 기판으로서 사용하는데 적합하다(참조 실시예 17). 활성 저압 기체를 이용한 결정성 다이아몬드 코팅물에 대한 기술이 공지되어 있다. 이것은 응용 범위에서 다이아몬드 코팅물을 갖는 성분 표면의 이용에 대한 잠재력을 제공한다. 그러나, 상기 코팅물의 이점을 충분히 이용하기 위해, 균열 또는 흠이 없이, 기판 물질에 양호하게 결합시키고, 바람직하게는 매우 미세 연삭해야 한다. 기판으로서 적합한 대부분의 엔지니어링 물질은 과밀 미세 그레인된 필름에 대한 핵제로서 작용하는 필요 조건을 이행하지 않을 것이고, "열팽창 계수 불일치"는 경계면 또는 다이아몬도 코팅물에서 응력 및 균열을 피할만큼 낮지 않다. 다이아몬드-실리콘 카바이드-실리콘 복합체는 "저 열팽창 계수 불일치"를 갖고 복합체과 다이아몬드 필름간에 극히 양호하게 결합된 다이아몬드 필름 성장에 대한 양호한 핵제로서 작용하는 필요조건을 이행한다. 다수의 마모성 응용 부품에 대한 복합체 물질상에 다이아몬드 필름을 성장시키는 것이 가능하다. 필름 두께는 대부분의 마모성 응용품에서 3㎛ 초과, 바람직하게는 10㎛ 초과이어야 한다. 상기 코팅된 복합체는 연마된 표면을 표준 기술 예컨대 회전 고온 철- 또는 강철휠로 수득될 수 있는 절삭 공구 및 베어링에서 특히 유용할 것이다. 비상하게 양호한 성능은 다이아몬드 코팅물과 강력한 내마모성 복합체의 조합이다. 다이아몬드 코팅물을 통한 부분적 마모 손상은 성분의 양호한 성질의 어떠한 엄청난 변화를 발생하지 않을 것이다.The composite material prepared according to the invention is also suitable for use as a substrate for diamond film growth (see Example 17). Techniques for crystalline diamond coatings using active low pressure gases are known. This offers the potential for the use of component surfaces with diamond coatings in a range of applications. However, in order to take full advantage of this coating, it must be well bonded to the substrate material and preferably very finely ground without cracks or flaws. Most engineering materials suitable as substrates will not fulfill the requirement to act as nucleating agents for dense fine grained films, and the "coefficient of thermal expansion mismatch" is not low enough to avoid stress and cracking at the interface or diamond coating. Diamond-silicon carbide-silicon composites have a "low coefficient of thermal expansion mismatch" and fulfill the requirement to act as a good nucleating agent for diamond film growth that bonds extremely well between the composite and the diamond film. It is possible to grow diamond films on composite materials for many abrasive application parts. The film thickness should be greater than 3 μm, preferably greater than 10 μm for most wear applications. The coated composite will be particularly useful in cutting tools and bearings in which the polished surface can be obtained with standard techniques such as rotating hot iron or steel wheels. Exceptionally good performance is a combination of a diamond coating and a strong wear resistant composite. Partial wear damage through the diamond coating will not result in any significant change in the good properties of the component.

방법 명세서Method specification

청구된 물질의 성질은 하기 방법으로 측정된다.The properties of the claimed material are measured by the following method.

밀도는 수압 칭량법으로 측정된다. 상기 방법은 대기중 및 수중에서 이의 질량의 측정에 기재한다. 겉보기 밀도(다공성 보디 질량(m1) 대 이것이 차지하고 있는 공간의 부피(물질내 모든 공극의 부피 포함)의 비율)는 하기 화학식으로 측정된다:Density is measured by hydraulic weighing method. The method is described in the measurement of its mass in air and in water. The apparent density (ratio of porous body mass (m 1 ) to the volume of space it occupies, including the volume of all voids in the material) is determined by the formula:

ρ= m1×ρH20/(m2- m3)ρ = m 1 × ρ H20 / (m 2 -m 3 )

[상기 식에서,[Wherein,

m2: 물로 채운 시료의 질량,m 2 : mass of the sample filled with water,

m3: 수중에서 칭량하는 경우 물로 채운 시료를 균형시키는 중량의 질량, g ρH20- 물의 밀도, kg/m3].m 3 : mass when weighing in water to balance the sample filled with water, g ρ H 20 -density of water, kg / m 3 ].

열전도성은 열전쌍을 배치하는 상이한 높이에서 방사선 개구를 갖는= 15㎜ 및 높이 = 10㎜의 시료를 이용하여 열량계로 측정한다. 열전도성은 열전쌍에 대한 열저항의 비율로서 산출한다. 시료 열저항은 시료를 통한 정상 상태의 열흐름에서 시료의 온도 저하를 측정한다. 장비의 대응 상수를 고려하여 산출한다. 공인 측정 오차는 ±10 % 이다.Thermal conductivity has radiation apertures at different heights for placing thermocouples Measure with a calorimeter using a sample of = 15 mm and height = 10 mm. Thermal conductivity is calculated as the ratio of the thermal resistance to the thermocouple. Sample thermal resistance measures the temperature drop of a sample in steady state heat flow through the sample. It is calculated by considering the corresponding constant of the equipment. The official measurement error is ± 10%.

실온에서 수용 형태(연마없이)로서의 3 점 굴곡.3-point bend as a receptive form (without polishing) at room temperature.

하중 비율 - 300 N/초.Load ratio-300 N / sec.

강도(σ3p)는 하기 화학식으로 산출한다:The intensity (σ 3p ) is calculated by the formula:

σ= 3Pl/2bh2 σ = 3Pl / 2bh 2

[식중,[Meal,

P - 파괴 하중(N),P-breaking load (N),

l - 지지체간의 길이(40㎜),l-length between supports (40 mm),

b - 시료의 폭(6㎜),b-the width of the sample (6 mm),

h - 시료의 두께(5㎜)].h-thickness of the sample (5 mm)].

쌍충 굴곡 시험은 하중 고정물이 주로 2 개의 동심성 고리로 이루어진 고리 대 고리(ring-on-ring) 시험이다. 상기 시험에서 응력 분야는 방사선에서 중심선 방향 및 접선 방향의 쌍축이다. 4 개의 시료의 쌍축 강도(σ쌍축)를 하기로 산출한다:The bicyclic flexure test is a ring-on-ring test in which the load fixture consists mainly of two concentric rings. The stress field in this test is the biaxial axis of the centerline and tangential directions in radiation. The biaxial strength (σ biaxial) of four samples is calculated as follows:

σ쌍축 = 3P/4πt2[2(1+υ)ln(rs/rl)+(1-υ)(rs 2-rl 2)/R2]σ-biaxial = 3P / 4πt 2 [2 (1 + υ) ln (r s / r l ) + (1-υ) (r s 2 -r l 2 ) / R 2 ]

[식중,[Meal,

P = 파괴 하중(N), t = 시료 두께(㎜)P = breaking load (N), t = sample thickness (mm)

υ= 포이슨비(Poisson's ratio), rs= 지지체 고리의 반경(7㎜)υ = Poisson's ratio, r s = radius of the support ring (7 mm)

R = 시료의 반경, rl= 하중 고리의 반경(3.13㎜)].R = radius of the sample, r l = radius of the load ring (3.13 mm)].

신장 탄성율(Young's modulus)는 실온에서 시료의 세로 진동의 공명 진동수의 여기 및 기록하여 길이 50㎜ 및 횡단면적 5 ×6㎜의 시료의 축방향으로 평가한다. 신장 탄성율은 하기 화학식으로 산출한다:The Young's modulus is evaluated in the axial direction of the sample having a length of 50 mm and a cross section of 5 x 6 mm by excitation and recording of the resonance frequency of the longitudinal vibration of the sample at room temperature. Elongation modulus is calculated by the formula:

E =(ρ/k4) ×(2l ×f4/4)2 E = (ρ / k 4) × (2l × f 4/4) 2

[식중,[Meal,

E - 동적 신장 탄성율, Pa, l - 시료의 길이(0.05 m)E-dynamic elongation, Pa, l-sample length (0.05 m)

k4- 보정 인자, 0.98 ρ- 물질의 밀도, kg/m3 k 4 -correction factor, 0.98 ρ- density of material, kg / m 3

f4- 공명 진동수, Hz(제 3 차 ober-tone(통상 500 - 600 kHz)에 해당)].f 4 -resonant frequency, Hz (corresponds to a third order ober-tone (typically 500-600 kHz)).

시료의 전기 전도성은 4-탐침 방법에 의해 시료 길이에 따라 크기 5 ×6 ×50㎜의 시료를 이용하여 평가한다. 상기 경우 2 개의 내부 탐침간의 전압 저하는 외부 탐침이 시료를 통해 전류를 전도하는 동안 평가한다.The electrical conductivity of the sample is evaluated by using a sample of size 5 × 6 × 50 mm depending on the sample length by the 4-probe method. In this case the voltage drop between the two inner probes is evaluated while the outer probe conducts current through the sample.

Claims (33)

다이아몬드 입자로부터 다이아몬드-실리콘 카바이드-실리콘 복합체를 제조하는 방법으로서,A method of making a diamond-silicon carbide-silicon composite from diamond particles, 작업 시편을 성형하는 단계,Shaping the working specimen, 다이아몬드 입자의 흑연화에 의해서 소정량의 흑연을 형성시키도록 상기 작업 시편을 열처리하고 열처리 온도 및 시간을 제어하여, 중간 보디를 형성하는 단계, 및Heat treating the working specimen to control the heat treatment temperature and time to form a predetermined amount of graphite by graphitization of diamond particles, thereby forming an intermediate body, and 상기 중간 보디에 실리콘을 침윤하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Infiltrating silicone into the intermediate body. 제 1 항에 있어서, 상기 흑연화에 의해서 생성된 흑연의 양은 상기 다이아몬드의 1∼50중량%, 바람직하게는 6∼30중량%인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1, wherein the amount of graphite produced by the graphitization is 1 to 50% by weight, preferably 6 to 30% by weight of the diamond. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 흑연화 동안의 상기 열처리 온도는 1700℃ 이하인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the heat treatment temperature during the graphitization is 1700 ° C or less. 제 3 항에 있어서, 상기 흑연화에 필요한 열처리 온도 및 열처리 시간은 사용된 열처리 장비에 따라 실험적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.4. The method of claim 3, wherein the heat treatment temperature and heat treatment time required for the graphitization are determined experimentally depending on the heat treatment equipment used. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 시편은 25∼60부피%의 기공율로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the working specimen is formed at a porosity of 25 to 60% by volume. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 작업 시편을 탄화수소의 분해온도 이상의 온도에서 기상 탄화수소에 노출시킴으로써 소정량의 탄소를 상기 작업시편에 침적하는 것을 특징으로 하는 방법.6. The method of any one of claims 1 to 5, wherein a predetermined amount of carbon is deposited on the work specimen by exposing the work specimen to gaseous hydrocarbons at a temperature above the decomposition temperature of the hydrocarbon. 제 6 항에 있어서, 상기 다이아몬드 결정의 적어도 일부의 흑연화는 상기 작업 시편을 탄화수소의 분해온도 이상의 온도에서 기상 탄화수소에 노출시키기 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein graphitization of at least a portion of the diamond crystals is performed prior to exposing the working specimen to gaseous hydrocarbons at a temperature above the decomposition temperature of the hydrocarbons. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 액상 실리콘의 침윤 단계 이전에 상기 중간 보디를 최종 보디의 원하는 형성 및 크기로 기계가공하는 것을 특징으로 하는 방법.8. Method according to claim 6 or 7, characterized in that the intermediate body is machined to the desired formation and size of the final body prior to the infiltration of liquid silicone. 제 1 항에 있어서, 상기 액상 실리콘의 침윤 단계 이전에 기상 실리콘의 존재하에서 상기 중간 보디를 열처리한 후 바라는 형상 및 크기로 기계가공하는 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the intermediate body is heat treated in the presence of vapor phase silicon prior to the infiltration of the liquid silicon and then machined to the desired shape and size. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 시편은 다양한 크기 및 품질의 다이아몬드 입자가 불균일하게 분포되게 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.10. The method of any one of claims 1 to 9, wherein the working specimen is formed such that diamond particles of various sizes and qualities are unevenly distributed. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 시편은 결합제를 첨가한 다양한 크기의 다이아몬드 입자의 균일한 혼합물로 성형하는 것을 특징으로 방법.10. The method of any one of claims 1 to 9, wherein the working specimen is molded into a homogeneous mixture of diamond particles of various sizes to which a binder is added. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업시편중의 다이아몬드 입자는 상기 작업시편의 표면으로부터 그것의 중심을 향하여 연속적으로 감소되게 분포되는 것을 특징으로 하는 방법.10. The method of any one of the preceding claims, wherein the diamond particles in the workpiece specimen are distributed in a continuous decrease towards the center thereof from the surface of the workpiece specimen. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 2 이상의 작업시편을 각각 제조한 후 상기 열처리 및 침윤 단계 이전에 집결시키는 것을 특징으로 하는 방법.13. A method according to any one of claims 1 to 12, wherein at least two working specimens are each prepared and then collected prior to said heat treatment and infiltration steps. 제 1 항 내지 제 7 항, 제 10 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 시편의 성형은 몰드 내에서 행해지며, 열처리와 실리콘 침윤은 상기 몰드로부터 작업시편을 추출한 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the forming of the working specimen is carried out in a mold, heat treatment and silicon infiltration is carried out after extracting the working specimen from the mold. How to. 다이아몬드 입자가 실리콘 카바이드의 매트릭스에 결합되는 보디로서, 상기 보디는 20부피% 이상의 다이아몬드 입자, 5부피% 이상의 실리콘 카바이드, 바람직하게는 15부피% 이상의 실리콘 카바이드, 및 실리콘을 함유하며, 영 율이 450㎬를 초과하는 것을 특징으로 하는 보디.A body wherein diamond particles are bonded to a matrix of silicon carbide, the body containing at least 20% by volume diamond particles, at least 5% by volume silicon carbide, preferably at least 15% by volume silicon carbide, and silicon with a Young's modulus of 450 Body characterized by exceeding. 제 15 항에 있어서, 상기 보디는 29부피% 이상의 다이아몬드 입자, 14부피% 이상의 실리콘 카바이드, 및 실리콘을 함유하며, 상기 영 율이 540㎬를 초과하는 것을 특징으로 하는 보디.16. The body of claim 15, wherein the body contains at least 29% by volume of diamond particles, at least 14% by volume of silicon carbide, and silicon, and the Young's modulus is greater than 540 GPa. 제 15 항에 있어서, 상기 보디는 약 30㎛ 이하의 크기를 갖는 46부피% 이상의 다이아몬드 입자를 함유하며, 영 율이 560㎬을 초과하는 것을 특징으로 하는 보디.16. The body of claim 15, wherein the body contains at least 46% by volume of diamond particles having a size of about 30 μm or less and a Young's modulus of greater than 560 GPa. 제 15 항에 있어서, 상기 보디는 54부피% 이상의 다이아몬드 입자, 50㎛ 이상의 크기를 갖는 60% 이상의 다이아몬드 입자를 함유하며, 영 율이 650㎬를 초과하는 것을 특징으로 하는 보디.16. The body according to claim 15, wherein the body contains at least 54% by volume of diamond particles, at least 60% of diamond particles having a size of 50 µm or more, and a Young's modulus of more than 650 GPa. 제 15 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 보디는 1500℃ 이상의 온도에의 노출후 그것의 형상 및 영 율을 유지하는 것을 특징으로 하는 보디.19. The body according to any one of claims 15 to 18, wherein the body maintains its shape and Young's modulus after exposure to a temperature of at least 1500 ° C. 제 15 항에 있어서, 약 10㎛ 이하 크기의 다이아몬드가 매트릭스에 혼입되어 포함되며, 매트릭스의 비커 마이크로경도가 다이아몬드 입자 사이의 영역에서 측정될 때 20 N의 로드에서 30㎬ 이상인 것을 특징으로 하는 보디.16. The body of claim 15, wherein diamonds having a size of about 10 micrometers or less are incorporated into the matrix and wherein the beaker microhardness of the matrix is greater than or equal to 30 kPa at 20 N load as measured in the region between the diamond particles. 제 20 항에 있어서, 약 10㎛ 이하 크기의 다이아몬드 입자가 상기 매트릭스에 혼입되어 포함되며, 상기 매트릭스의 누프 매크로경도는 20 N의 로드에서 36㎬ 이상인 것을 특징으로 하는 보디.21. The body of claim 20, wherein diamond particles having a size of about 10 micrometers or less are incorporated into the matrix and the Knoop macrohardness of the matrix is 36 kPa or more at a 20 N load. 제 15 항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 입자 크기가 50㎛ 이상인 크기 분획과, 입자 크기가 50㎛ 이하인 크기 분획을 갖고, 그것의 중량비는 0.25 : 2.5 이며, 평균입경은 10㎛ 이상, 바람직하게는 20㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 보디.The method of claim 15, wherein the diamond particles have a size fraction having a particle size of 50㎛ or more, and a size fraction having a particle size of 50㎛ or less, the weight ratio thereof is 0.25: 2.5, the average particle diameter is 10㎛ or more, preferably Body which is 20 micrometers or more. 제 15 항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 입자 크기가 50㎛ 이상인 큰 다이아몬드 입자의 크기 분획과, 입자 크기가 50㎛ 이하인 작은 다이아몬드 입자의 크기 분획을 갖고, 그것의 중량비는 0.25 : 2.5 이며, 평균입경은 10㎛ 이상, 바람직하게는 20㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 보디.16. The method according to claim 15, wherein the diamond particles have a size fraction of large diamond particles having a particle size of 50 µm or more and a size fraction of small diamond particles having a particle size of 50 µm or less, and have a weight ratio of 0.25: 2.5, and an average particle diameter. Silver is 10 micrometers or more, Preferably it is 20 micrometers or more. 제 23 항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 큰 다이아몬드 입자의 크기 분획과 작은 다이아몬드 입자의 크기 분획을 갖고, 마모율은 26㎛3/m 이하, 바람직하게는 10㎛3/m 이하(실시예 10)인 것을 특징으로 하는 보디.The method of claim 23, wherein the diamond particles have a size fraction and a size fraction of small diamond particles of large diamond particles, the wear rate is 26㎛ 3 / m, preferably up to 10㎛ 3 / m (Example 10) of Body characterized in that. 제 23 항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 큰 다이아몬드 입자의 크기 분획과 작은 다이아몬드 입자의 크기 분획을 갖고, 침식율은 0.34 mg/g 이하, 바람직하게는 0.25 mg/g 이하(실시예 10)인 것을 특징으로 하는 보디.24. The method according to claim 23, wherein the diamond particles have a size fraction of large diamond particles and a size fraction of small diamond particles, and the erosion rate is 0.34 mg / g or less, preferably 0.25 mg / g or less (Example 10). Body made with. 제 15 항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 20㎛ 이하의 크기를 갖고, 마모율은 26㎛3/m 이하, 바람직하게는 10㎛3/m 이하(실시예 10)인 것을 특징으로 하는 보디.The method of claim 15, wherein the diamond particles have a size less than 20㎛, wear rate 26㎛ 3 / m or less, preferably 10㎛ 3 / m or less (Example 10), characterized in that body. 제 15 항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 20㎛ 이하의 크기를 갖고, 마모율은 0.34 mg/g 이하, 바람직하게는 0.25 mg/g 이하(실시예 10)인 것을 특징으로 하는 보디.16. The body according to claim 15, wherein the diamond particles have a size of 20 µm or less, and a wear rate is 0.34 mg / g or less, preferably 0.25 mg / g or less (Example 10). 제 15 항에 있어서, 상기 보디는 중공상인 것을 특징으로 하는 보디.16. The body of claim 15, wherein the body is hollow. 제 15 항에 있어서, 상기 보디의 표면은 다이아몬드 막으로 피복되는 것을 특징으로 하는 보디.The body of claim 15, wherein the surface of the body is covered with a diamond film. 제 15 항에 있어서, 상기 보디는 20㎛ 이상 크기의 큰 다이아몬드 입자로 이루어지고, 상기 매트릭스는 20㎛ 이하 크기의 작은 다이아몬드 입자 0∼50부피%, 실리콘 카바이드 20∼99부피%, 및 실리콘 1∼30부피%로 이루어지고, 상기 매트릭스의 경도는 20∼63㎬인 것을 특징으로 하는 보디.The body of claim 15, wherein the body is made of large diamond particles having a size of 20 μm or more, and the matrix comprises 0-50% by volume of small diamond particles having a size of 20 μm or less, 20-99 volume% of silicon carbide, and 1-1 silicon. 30 vol% and the hardness of the matrix is 20 to 63 kPa. 제 30 항에 있어서, 상기 매트릭스 경도는 20∼30㎬인 것을 특징으로 하는 보디.The body according to claim 30, wherein the matrix hardness is 20 to 30 kPa. 제 30 항에 있어서, 상기 매트릭스 경도는 50∼63㎬인 것을 특징으로 하는 보디.The body according to claim 30, wherein the matrix hardness is 50 to 63 kPa. 제 30 항에 있어서, 상기 매트릭스 경도는 30∼50㎬인 것을 특징으로 하는 보디.The body according to claim 30, wherein the matrix hardness is 30 to 50 kPa.
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