TW201836977A - 含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒、及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供熱穩定性優異之單晶態金剛石顆粒。單晶態金剛石顆粒含有立方晶氮化硼顆粒。較佳者為立方晶氮化硼顆粒存在於含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒的內部和/或表面，單晶態金剛石顆粒的平均粒徑為500μm以下，立方晶氮化硼顆粒的平均粒徑為0.05~100μm。

Description

含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒、及其製造方法

[0001] 本發明係關於熱穩定性優異的含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒、及其製造方法。

[0002] 金剛石具有物質上最高的硬度，被廣泛用於對超硬合金等各種材料進行研磨的研磨材料、積體電路的切斷中使用的磨削材料等。使用了金剛石的研磨材料、磨削材料要求每單位時間的切削材料去除量大、加工面的表面粗糙度小。通常，為了提高磨削精度，使用多晶態的金剛石磨粒。但是，對於多晶態的金剛石磨粒，由於通過使用大量的炸藥的動態加壓來製造、此外將金剛石顆粒作為起始原料進行燒結來製造，因此製造工序受到制約、也是昂貴的。 　　[0003] 因此，近年使用了單晶態金剛石的磨粒受到關注。單晶態金剛石有天然金剛石、合成金剛石。天然金剛石其基本為Ia型，且在晶格或晶格間位置具有氮。另外，天然金剛石的雜質的含量、晶體組織的偏差大、質量、性能不穩定。進而，由於天然金剛石會根據採掘量而在價格上發生變動，因此在穩定供給方面留有問題，也很昂貴。另一方面，合成金剛石能夠穩定供給比天然金剛石具有一定質量的物品。 　　[0004] 另外，已知通常金剛石無論是天然或者合成，在大氣中熱穩定性均差。具體而言，金剛石在大氣中在600~700℃開始氧化，在900℃左右被燒掉。因此，使用金剛石製造加工用工具或磨削研磨切斷磨石(以下，稱為“加工用工具”。)時，在大氣中高溫下的煆燒困難。為了製造具有耐久性的工具，要求高溫下的耐氧化性。 　　[0005] 因此，作為抑制在大氣中的高溫熱氧化的方法，例如專利文獻1中記載了通過在金剛石合成時摻雜硼來改善高溫下的耐氧化性的技術方案。專利文獻1中，作為硼源，可列舉出非晶態的硼粉末、碳化硼(B₄ C)、硼化鐵(FeB)合金、金屬硼。另外，該文獻中還記載了在850℃下的損耗率不足每秒0.25%、在700℃以上的溫度下開始損耗。 先前技術文獻 專利文獻 　　[0006] 　　專利文獻1：日本特開2006-502955號公報 　　專利文獻2：日本特開2001-170474號公報

發明所要解決的課題 　　[0007] 如專利文獻1中所記載的，摻雜硼的金剛石與未摻雜的金剛石相比，在高溫下的耐氧化性優異。 　　[0008] 但是，專利文獻1中記載的進行了硼摻雜的金剛石也有在合成時碳變化為金剛石的同時伴隨使碳化硼析出的反應的情況。伴隨這樣的反應的合成中，如專利文獻2中所記載的，有時在金剛石與碳化硼競爭並析出的過程中，金剛石顆粒的顆粒生長受到阻礙，不能得到期望的金剛石顆粒。另外，以往的含硼金剛石的晶格缺陷顯著、與未摻雜金剛石相比顆粒的強度差，因此雖然具有一定程度的自動磨銳(self sharpening)性，但難稱為具有充分的加工速度，尚需進一步改善。 　　[0009] 另外，在磨削研磨切斷加工中，通常會要求同時達成精度高的精加工面和大的加工速度的加工磨粒。在這樣的狀況下，最近伴隨加工材料的化合物化及複雜化，正在要求加工用工具的高硬度、韌性、耐磨耗、耐熱特性，需要將加工用工具製成時的煆燒溫度設定為更高的溫度、進一步進行硬度化，實現耐磨耗化。 　　[0010] 專利文獻1中記載的硼摻雜金剛石如前所述能夠抑制在850℃左右一定程度的氧化，但一般認為在大氣中超過1000℃的情況下難以抑制氧化。為了抑制氧化，也考慮在非活性氣氛中進行各種煆燒，但若考慮煆燒裝置、製造成本，則在大氣中的煆燒不可或缺。 　　[0011] 這樣，由於以往的金剛石顆粒不能應對近年的煆燒溫度的高溫化，因此強烈希望得到能夠提高加工用工具製成時的煆燒溫度的金剛石顆粒。 　　[0012] 本發明的課題在於，提供熱穩定性優異的單晶態金剛石顆粒及其製造方法。 供解決課題的技術手段 　　[0013] 本案發明人等為了提高金剛石的耐氧化性，首先著眼於使與金剛石相比具有同等以上的熱穩定性的物質與金剛石共存這點而進行研究。立方晶氮化硼在1300℃左右是熱穩定的，具有次於金剛石的HV8600的HV5000這樣的高硬度，晶格常數為0.362nm，與金剛石的0.357非常接近。另外，已知立方晶氮化硼為金剛石結構、且能異質外延的物質。 　　[0014] 此處已知，若在以石墨和催化劑金屬為主成分的反應物質中添加作為金剛石晶體的生長核的金剛石顆粒，則核形成變得容易、促進向以石墨為起始原料的金剛石的生長、金剛石晶體的收穫量劃時代地提高。這樣使用晶種使生長顆粒的核形成容易的方法為在化學氣相法中頻繁使用的技術。 　　[0015] 因此，本發明人等對具有立方晶氮化硼和金剛石的物質也包括製造方法的觀點在內進行反復研究。作為金剛石的合成方法，首先可列舉出化學氣相法。化學氣相法中，將晶格常數與金剛石接近的立方晶氮化硼作為晶種，使金剛石異質外延生長，能夠得到金剛石。但是，化學氣相法為使金剛石層在立方晶氮化硼層上異質外延生長的方法。由於得到的層呈金剛石層與立方晶氮化硼層的層疊結構，因此不能發揮兩者的協同效果，不能使熱穩定性得到提高。另外，雖然也必需考慮將得到的層疊體粉碎而得到作為研磨材料的顆粒，但幾乎是得到的顆粒為多晶態金剛石的情況，作為研磨材料在工業用及產業用用途所需的大量生產是困難的。 　　[0016] 本發明人等以工業用或產業用用途為前提，對通過大量且廉價地獲得金剛石研磨材料顆粒的高溫高壓法合成金剛石的方法進行了研究。通常，在利用高溫高壓法合成金剛石顆粒研磨材料的情況下，催化劑或溶劑中使用的金屬化合物或碳化物混入金剛石晶體內，金剛石的強度降低會成為問題。通過調整合成溫度及合成壓力，能合成催化劑或溶劑中使用的金屬化合物或碳化物的混入減少了的高品質的金剛石研磨材料，但若要得到高品質的金剛石顆粒，則其收穫量變少。但是，如前所述，若預先在使用高溫高壓法的金剛石顆粒的合成時添加金剛石顆粒作為晶種，則核產生變得容易、金剛石顆粒的收穫量提高。但是，由於核產生容易，因此金剛石顆粒到處生長，產生雙晶、容易形成多晶態。由此，合成單晶態金剛石顆粒研磨材料的情況下，難以想到使用晶種。 　　[0017] 本發明人等硬是將通常不作為起始原料使用的立方晶氮化硼顆粒作為根據高溫高壓法之金剛石合成的晶種投入至起始原料中。其結果，意料外地得到如下見解：構成所添加的立方晶氮化硼顆粒的硼未作為硼摻雜物而置換金剛石單晶中的晶格位置或向晶格間位置擴散。另外，與此同時，還得到如下見解：金剛石顆粒為單晶態，且立方晶氮化硼顆粒以晶體狀態殘留於單晶態金剛石中。 　　[0018] 進而，還得到如下見解：即使將立方晶氮化硼顆粒作為晶種，收穫量也與將金剛石顆粒作為晶種的情況同樣地提高。 　　[0019] 基於該等見解，得到本發明如下。 　　(1)一種含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒，係含有立方晶氮化硼顆粒。 　　[0020] (2)根據上述(1)所述的含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒，其中，立方晶氮化硼顆粒存在於含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒的內部和/或表面。 　　[0021] (3)根據上述(1)或上述(2)所述的含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒，其中，單晶態金剛石顆粒的平均粒徑為500μm以下。 　　[0022] (4)根據上述(1)~上述(3)中任一項所述的含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒，其中，立方晶氮化硼顆粒的平均粒徑為0.05~100μm。 　　[0023] (5)一種含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒的製造方法，其特徵在於，為使用了高溫高壓法的含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒的製造方法，其中，通過將石墨和/或非金剛石碳、催化劑金屬和/或溶劑金屬、以及立方晶氮化硼顆粒暴露於碳的相平衡圖中金剛石的熱力學穩定區域的壓力及溫度來合成。 　　[0024] (6)根據上述(5)所述的含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒的製造方法，其中，前述催化劑金屬和/或溶劑金屬為含有鐵、鎳、鈷、及錳中的至少1種的合金。 　　[0025] (7)根據上述(5)或上述(6)所述的含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒的製造方法，其中，熱力學穩定區域的壓力及溫度分別為5~10GPa、1300~2000℃。

[0027] 以下更詳細地對本發明進行說明。 1.含立方晶氮化硼顆粒之單晶態金剛石顆粒 　　本發明之單晶態金剛石顆粒含有立方晶氮化硼顆粒(以下，適宜稱為“cBN顆粒”。)。本發明的單晶態金剛石顆粒如後前述是通過高溫高壓法將cBN顆粒作為晶種並使單晶態金剛石生長而得到的。由此，cBN顆粒以原樣殘留在單晶態金剛石中。另外，由於本發明的金剛石顆粒為單晶態，因此不存在金剛石的晶界，也幾乎不存在雙晶。即使含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒以與cBN顆粒的接合面或cBN顆粒自身作為起點而破碎，具有高硬度的單晶態金剛石也成為刃、能夠維持每單位時間的加工量、自動磨銳(self sharpening)性也優異。這樣，本發明中，由於單晶態金剛石顆粒含有cBN顆粒，因此可發揮雜質少的高純度的單晶態金剛石所具有的高硬度與cBN顆粒所具有的熱穩定性的協同效果。 　　[0028] 本發明中，從充分發揮前述的協同效果的觀點出發，理想的是cBN顆粒存在於含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒的內部和/或表面，特別理想的是存在於內部及表面。若cBN顆粒存在於單晶態金剛石的內部及表面，則即使是金剛石顆粒因研磨、磨削而摩耗的情況下，cBN顆粒也從內部到表面依次露出，也能夠發揮cBN顆粒對在加工點產生的熱的熱穩定性。本發明中，“內部”表示cBN顆粒內含於單晶態金剛石內。“表面”表示cBN顆粒的一部分露出至單晶態金剛石的表面。 　　[0029] 對於本發明的含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒，從發揮上述協同效果的觀點出發，理想的是相對於含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒的質量含有1~10質量%的cBN顆粒。若為1質量%以上，則cBN的熱穩定性容易出現。另一方面，若為10質量%以下，則在金剛石合成時不易產生雙晶、變得容易得到單晶顆粒。 　　[0030] 進而，本發明中，從無論金剛石顆粒從哪一方向摩耗，均使cBN顆粒依次露出至表面的觀點出發，理想的是cBN顆粒均勻地分散於單晶態金剛石中。 　　[0031] 本發明的單晶態金剛石顆粒的平均粒徑理想的為500μm以下。為500μm以下時，由於顆粒不是過大，因此可用於廣泛的用途。對下限沒有特別限定，從確保一定以上的磨削量的觀點出發，理想的為0.25μm以上。 　　[0032] 需要說明的是，合成後的金剛石顆粒大的情況下，為了得到期望的粒徑，也可以使用將本發明的金剛石顆粒粉碎、調整了粒徑的粉碎粉顆粒。本發明的含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒由於cBN顆粒以一定程度均勻地分散於單晶態金剛石中，因此即使是粉碎顆粒也能夠維持熱穩定性。 　　[0033] 本發明的單晶態金剛石顆粒含有cBN顆粒。cBN的晶格常數為0.362nm，與金剛石的0.357非常接近，cBN在基於高溫高壓法的金剛石合成中作為晶種而起作用。另外，cBN在1300℃左右是熱穩定的，即使提高製作磨石時的燒結溫度，也能夠抑制金剛石顆粒的氧化所導致的燒掉。進而，由於cBN表現出次於金剛石的HV8600的HV5000的硬度，因此在同一單晶顆粒內產生硬度差。該硬度差為單晶態金剛石與cBN顆粒的介面成為顆粒自身破碎的起點的主要因素。另外，硬度差不僅能夠防止加工時的磨粒的壓碎，而且也是加工時的自動磨銳(self sharpening)的起點、磨削研磨切斷時的切削刃的產生的主要因素。結果引起切削刃的增大即每單位時間的加工量的增大。 　　[0034] 本發明中，為了發揮含有cBN的效果，以雜質程度的量含有cBN的程度不能發揮、需要以顆粒形式存在的程度的量含有cBN。另一方面，為了維持作為金剛石顆粒的性質，需要使cBN顆粒的粒徑在適當的範圍而不過大。本發明中，cBN顆粒的平均粒徑理想的是0.05~100μm、更理想的是0.1~50μm。 　　[0035] 本發明中，平均粒徑如下。對於平均粒徑為0.25μm以上的顆粒，將鐳射衍射散射方式的細微性分佈測定機(例如，Malvern Instruments公司製、型號：Mastersizer2000、MicrotracBEL Corp.製、型號：MicrotracMT3000等)的體積平均徑D50值作為平均粒徑。另一方面，對於平均粒徑為0.25μm以下的顆粒，由於通過鐳射衍射散射方式的測定困難，因此將動態光散射方式或離心沉降式的細微性分佈測定機(例如，MicrotracBEL Corp.製、型號MicrotracUPA、NanotracUPA-EX等)的體積平均徑D50值作為平均粒徑。 　　[0036] 2.含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒的製造方法 　　對於本發明的含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒的製造方法，通過用高溫高壓法，將石墨和/或非金剛石碳、催化劑金屬和/或溶劑金屬、以及立方晶氮化硼顆粒暴露於碳的相平衡圖中金剛石的熱力學穩定的區域的壓力及溫度來合成。 　　[0037] 本發明的製造方法是通過硬是將在高溫高壓法中作為雜質處理且避免向金剛石混入的cBN以顆粒形式投入至金剛石合成的起始原料中來完成的，在單晶態金剛石的製造中是劃時代的方法。 　　[0038] 需要說明的是，作為現有技術，存在將金剛石顆粒和cBN燒結而成的燒結材料，但得到的為單晶態的金剛石與cBN的複合體，與本發明的金剛石顆粒相比，其組織不同。對於該複合體，結合中使用的金屬向晶界混入所導致的強度降低顯著。由此，即使發生加工時的自動磨銳，成為刃的複合體的強度也低、加工量也未增加。 　　[0039] 另外，由於在燒結時cBN顆粒未分散於金剛石晶體中，因此不能如本發明那樣發揮金剛石顆粒與cBN顆粒的協同效果。進而，化學氣相法如前前述，在單晶態金剛石顆粒中不能含有cBN顆粒。因此，為了製造含有cBN顆粒的單晶態金剛石顆粒，高溫高壓法是最佳的。 　　[0040] 本發明的製造方法為(1)將具有石墨、cBN顆粒、及催化劑金屬的起始原料混合的工序、(2)對混合原料進行壓製從而成形為規定形狀的工序、(3)將壓製後的成形體暴露於規定的壓力及溫度的條件下而進行合成的工序。以下對它們進行詳細敘述。 　　[0041] (1)將具有石墨、cBN顆粒、及催化劑金屬的起始原料混合的工序 　　本發明的製造方法中使用的石墨理想的是雜質濃度不足30ppm、平均粒徑為100目(開口：127μm)以下，cBN顆粒也同樣。若比此大，則石墨的重結晶化及催化劑金屬的熔融花費時間，而且溫度曲線及壓力曲線變複雜。 　　[0042] 本發明的製造方法中使用的催化劑金屬理想的是含有鐵、鎳、鈷、及錳中的至少1種的混合物或合金。對於混合物或合金的組成，為了提高從石墨向金剛石的轉化效率，理想的是Ni：25~30重量%、Co：3~5重量%、Mn：3~5重量%、及餘量為Fe及不可避免的雜質。平均粒徑與石墨同等程度為宜。需要說明的是，“混合物”表示將各元素的金屬(粉末)混合而成者、或將2種以上元素的合金(粉末)混合而成者。 　　[0043] 對於石墨與催化劑金屬及cBN顆粒的混合比，從由石墨向金剛石的轉化時的體積收縮帶來的壓力衰減的觀點出發，理想的是(石墨粉末)：(催化劑金屬＋cBN顆粒)=11：8~11。從核產生密度的觀點出發，催化劑金屬與cBN顆粒的混合比理想的是(催化劑金屬)：(cBN顆粒)=99：1~90：10。 　　[0044] 將在上述範圍中稱量的起始原料混合。混合方法為通常的方法為宜。例如，理想的是將上述起始原料投入至粉體混合機中，在250~300MPa的減壓下混合30分鐘以上。由此，得到100目(開口：149μm)以下的混合粉末。 　　[0045] (2)對混合粉末進行壓製而成形為規定形狀的工序 　　用通常使用的壓製機將上述混合粉末在220~280MPa的加壓力下保持3~10秒鐘，得到期望的圓柱狀原料。 　　[0046] 將該圓柱狀原料塞進葉蠟石製的壓力介質容器，作為起始原料。 　　[0047] (3)將壓製後的成形體暴露於規定的壓力及溫度而進行合成的工序 　　將上述工序中得到的起始原料導入至超高壓裝置，按照規定的壓力曲線及溫度曲線進行金剛石的合成。對於壓力曲線及溫度曲線，設定為在圖1所示的碳的相平衡圖中，最終金剛石熱力學穩定的區域的壓力及溫度。另外，兩曲線沒有特別限定，但理想的是在考慮到起始原料的溫度及壓力的均勻化、石墨的重結晶化、催化劑金屬的熔融和石墨的潤濕、及核產生、顆粒生長後決定各種條件並以多階段進行操作。例如為圖2所示那樣的壓力及溫度操作。 　　[0048] 作為壓力曲線的一例，首先，將起始原料導入超高壓裝置後，在大氣壓下保持60~120秒鐘。接著，以20~30秒升壓至最終設定壓力的20~25%、進而以30~120秒升壓至最終設定壓力的60~70%、保持60~120秒鐘。接著，以30~60秒升壓至最終設定壓力的80~90%、保持60~180秒鐘。接著，用300~600秒鐘加壓直至作為最終設定壓力的5~10GPa、較佳為5.5~6.3GPa，並保持300~1200秒鐘。最後以120~600秒減壓至大氣壓。 　　[0049] 作為溫度曲線的一例，首先，將起始原料導入超高壓裝置後，在室溫~200℃下保持60~120秒鐘。接著，將升溫速度設定為25~60℃/秒，從室溫升溫至1300~2000℃、較佳為1350~1550℃的初始溫度區域，保持30~120秒鐘。接著，在10秒以內從初始溫度起降低至低4~7%的溫度，在該溫度區域中保持30~120秒鐘。然後，用700~1200秒進而降低至低2.5~3.5%的溫度，在該溫度區域保持240~1200秒鐘。最後，在300秒以內開始冷卻至室溫。 　　[0050] 另外，對於壓力與溫度的時機，從由升溫帶來的催化劑金屬的熔融及石墨的重結晶化的觀點出發，理想的是在升壓至最大加壓力的20~22%的同時升溫至最高溫度，升壓至最大加壓力後，在減壓開始的同時或減壓開始後且減壓完了前開始冷卻，理想的是升壓至最大加壓力，以300~1200秒石墨充分轉化為金剛石後，為了防止從金剛石向石墨的再轉化，也在減壓完了前或減壓開始的同時開始冷卻。 　　[0051] 通過在上述那樣的條件下將起始原料原暴露於高溫高壓，能夠製造含有cBN顆粒的單晶金剛石。 [實施例] 　　[0052] 1.發明例的金剛石顆粒的製作 　　首先，準備微細石墨粉末、及體積平均粒徑D50值為3.5μm的cBN粉末與Fe系合金催化劑金屬粉末(Ni：28重量%、Co：5重量%、Mn：3重量%、餘量為Fe及不可避免的雜質)的混合粉末(cBN顆粒：Fe系合金催化劑金屬粉末=97：3)且為400目以下的粉末。石墨粉末與混合粉末的混合比為(石墨粉末)：(cBN顆粒與Fe系合金催化劑粉末的混合粉末)=11：9。 　　[0053] 將其作為起始原料投入至粉體混合機，在280MPa的減壓下混合120分鐘，得到100目以下的微細的混合粉末。 　　[0054] 然後，將混合粉末投入至壓製模具內，在230MPa、25℃、5秒鐘的條件下進行加壓成形，製作φ55mm×43mm的圓柱狀原料。將得到的圓柱狀原料塞入至75mm³ 的葉蠟石製的壓力介質容器，作為起始原料。 　　[0055] 將壓力及溫度設定為6.2GPa、1350℃，將起始原料導入至中國製立方壓砧(cubic anvil)型超高壓裝置並暴露於金剛石穩定區域。 　　[0056] 壓力曲線如圖2所示。具體而言，將起始原料設置於超高壓裝置，在大氣壓下保持90秒鐘。接著，以30秒升壓至設定壓力的20%即1.24GPa、進而以60秒升壓至65%即4.0GPa並保持60秒鐘。接著，以30秒升壓至設定壓力的85%即5.3GPa並保持120秒鐘。進而以600秒升壓至設定壓力即6.2GPa並保持300秒鐘。最後以180秒減壓至大氣壓。 　　[0057] 另外，溫度曲線如圖2所示。具體而言，將起始原料設置於超高壓裝置，在150℃下保持90秒鐘。將初始溫度設定為高8%的1450℃，以52℃/秒的升溫速度從150℃以約25秒升溫至1450℃並保持90秒鐘。接著，在10秒以內將溫度降低至低4%的1390℃並保持60秒鐘。然後，以720秒進而將溫度降低至低3%的1350℃並保持300秒鐘後，開始冷卻。 　　[0058] 對於壓力與溫度的時機，在幾乎與升壓至1.24GPa同時升溫至1450℃，升壓至6.2GPa時的溫度為1350℃，在300秒後開始冷卻。 　　[0059] 2.作為比較例的含硼金剛石顆粒的製作 　　上述“1.”中，使用硼粉末代替cBN顆粒，除此以外，通過與上述“1.”同樣的方法進行製作。 　　[0060] 3.作為比較例的未摻雜金剛石顆粒的製作 　　上述“1.”中，不投入cBN顆粒，除此以外，通過與上述“1.”同樣的方法進行製作。 　　[0061] 4.評估 (1)衝擊强度 　　進行基於由球磨機衝擊破碎性試驗得到的破碎值(Toughness Index(Ti)值)的評估。在內徑12.5mm、深度25mm的圓筒狀的鋼膠囊中，封入預先分完尺寸的試樣2ct(400mg)和直徑8mm重量2g的鋼球1個。將封入後的鋼囊(steel capsule)用RETEK公司製Friability tester進行2分鐘2830次窯摇動，將試樣粉碎。對於搖動後的試樣，算出試樣整體的質量相對於經粉碎的試樣的質量的比率並以100分率表示。 　　[0062] 將結果示於表1。 (1)熱穩定性 　　使用熱重分析裝置(Rigaku公司製、型號：Thermo plus EVO2)，測定在大氣氣氛下、在10℃/分鐘的條件下從室溫升溫至1300℃時的樣品重量的減少率。 　　[0063] 將結果示於圖4。 (2)金剛石顆粒的平均粒徑 　　得到的金剛石顆粒通過基於JIS B 4130(1998)的篩分法來進行尺寸篩分。 　　[0064] (3)金剛石顆粒中的cBN顆粒的平均粒徑、個數 　　由於作為起始原料使用的cBN顆粒的平均粒徑為30μm以下，因此基於JIS B 4130(1998)篩分法的細微性測定是困難的。因此，使用粉體粒徑測定中通常使用的鐳射衍射式細微性分佈測定機(Malvern Instruments公司製、型號：Mastersizer2000)測定平均粒徑。對於摻入至金剛石晶體內的cBN顆粒，在光學顯微鏡下以微米級量取尺寸，確認了與使用的平均粒徑幾乎沒有差異。由於難以對摻入至晶體內的個數進行計數，因此目視確認均勻性。 　　[0065] [表1] [0066] 由表1可明確，發明例的金剛石顆粒得到了衝擊強度低於比較例的金剛石顆粒的結果。這是因為，在發明例的金剛石顆粒中，顆粒中的金剛石與cBN的晶界成為起點，破碎性比未摻雜金剛石、含硼金剛石提高了。換言之，可以說發明例由破碎帶來的自動磨銳性優異。 　　[0067] 圖3為發明例的金剛石顆粒的光學顯微鏡照片，圖3的(a)是倍率為1000倍的光學顯微鏡照片，圖3的(b)是倍率為100倍的光學顯微鏡照片。 　　由圖3明確可知，cBN顆粒大致均勻分散於單晶金剛石顆粒的內部。另外，對於cBN顆粒的平均粒徑，以微米級量取尺寸後為3.5μm左右，與預先測定的作為體積平均粒徑D50值的3.5μm相同。另外，根據圖3的彩色照片確認了，金剛石顆粒的顏色與在高溫高壓合成金剛石合成中常看見的未摻雜金剛石特有色的黃色相比帶有綠色，進而通過cBN顆粒的赭色的混和，為深綠色。由此明確了，本實施例的單晶金剛石顆粒不具有硼摻雜金剛石特有的藍色~藍黑色的晶體。 　　[0068] 圖4為示出未摻雜硼的比較例的金剛石顆粒、摻雜有硼的比較例的金剛石顆粒、及顆粒內含有cBN顆粒的發明例的金剛石顆粒的、熱重分析結果的圖。由圖4明確可知，未摻雜硼的比較例的未摻雜金剛石顆粒從700℃左右重量開始減少，在900℃左右全部燒掉。另外，摻雜硼的比較例的金剛石顆粒在800℃左右重量開始減少，在1000℃減少了20%左右。另一方面，含有cBN的發明例的金剛石顆粒在900℃左右重量開始減少，即使在1000℃重量減少也不足5%，顯示出了高的熱穩定性。

[0026] 　　圖1為碳之相平衡圖。 　　圖2為製造本發明之含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒時之壓力-時間曲線、及溫度-時間曲線之圖。 　　圖3為發明例之金剛石顆粒之光學顯微鏡照片，圖3(a)是倍率為1000倍的光學顯微鏡照片，圖3(b)是倍率為100倍的光學顯微鏡照片。 　　圖4為未摻雜硼的比較例之金剛石顆粒、摻雜有硼之比較例的金剛石顆粒、及顆粒內含有cBN的發明例之金剛石顆粒的熱重分析結果之圖。

Claims (7)

1. 一種含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒，其特徵為含有立方晶氮化硼顆粒。
2. 如申請專利範圍第1項之含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒，其中，前述立方晶氮化硼顆粒存在於前述含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒的內部和/或表面。
3. 如申請專利範圍第1或2項之含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒，其中，前述單晶態金剛石顆粒的平均粒徑為500μm以下。
4. 如申請專利範圍第1~3中任一項項之含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒，其中，前述立方晶氮化硼顆粒的平均粒徑為0.05~100μm。
5. 一種含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒之製造方法，係使用高溫高壓法之含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒之製造方法，其特徵為：藉由將石墨和/或非金剛石碳、催化劑金屬和/或溶劑金屬、以及立方晶氮化硼顆粒暴露於碳的相平衡圖中金剛石的熱力學穩定區域的壓力及溫度來合成。
6. 如申請專利範圍第5項之含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒之製造方法，其中，前述催化劑金屬和/或溶劑金屬為含有鐵、鎳、鈷、及錳中的至少1種的合金。
7. 如申請專利範圍第5或6項之含立方晶氮化硼顆粒的單晶態金剛石顆粒之製造方法，其中，前述熱力學穩定區域的壓力及溫度分別為5~10GPa、1300~2000℃。