WO2004054943A1 - 耐熱性ダイヤモンド複合焼結体とその製造法 - Google Patents

耐熱性ダイヤモンド複合焼結体とその製造法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a heat-resistant diamond composite sintered body and a method for producing the same.
  • Non-Patent Document 1 a synthesis method for obtaining an excellent high hardness diamond sintered body is known (Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 due to the high viscosity of the molten carbonate, these sintered bodies are limited to a relatively large particle size of about 5 / zm, even if the particle size is small.
  • the present inventors have prepared a mixed powder in which oxalate dihydrate, which is a source of the C02-H20 fluid phase, was added to a carbonate, and placed a natural diamond having a particle size range of 0 to 1 ⁇ m on the mixed powder.
  • oxalate dihydrate which is a source of the C02-H20 fluid phase
  • a natural diamond having a particle size range of 0 to 1 ⁇ m on the mixed powder.
  • Patent Document 3 Non-Patent Documents 2, 3
  • the production requires a high temperature of 220 ° C or more.
  • Non-Patent Document 4 Japanese Patent Document 4
  • abnormal grain growth of diamond occurred, and it was not possible to produce a hardened diamond sintered body.
  • Non-Patent Document 5 A method for synthesizing a diamond sintered body at 0 to 2500 ° C. without a sintering aid has been disclosed, and it is reported that the diamond sintered body will be a translucent sintered body (Non-Patent Document 5).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 52-12126
  • Patent Document 2 Japanese Patent Publication No. 4-50270
  • Patent Document 3 JP 2002-187775 A
  • Non-Patent Document 1 Diamond and Related Mater., Vol. 5, pp. 34-37, Elsevier Scienc e S. A, 1996
  • Non Patent Literature 2 4th High Pressure Symposium Abstracts, 108 pages, Japan High Pressure Society, 2000
  • Non-Patent Document 3 Proceedings of the 8th NIRIM International Symposium on Advanced Materials, pp. 33-34, Institute for Inorganic Materials, 2001
  • Non Patent Literature 4 Proceedings of the 4th High Pressure Symposium, p. 89, The Japan High Pressure Society, 2001
  • Non-patent Reference 5 T. Irifune et al. "Characterization of polycrystallme diamonds synthesized by direct conversion of graphite using raulti anvil apparatus '', 6th High Pressure Mineral Physics Seminar, 28 August, 2002, Verbania, Italy
  • the metal and using a sintering aid regardless of the non-metallic, manufactured by high-pressure high-temperature sintering at ultra high pressure conditions of high hardness diamond sintered body force 5. 5 G P a ⁇ 7. 7 GPa .
  • the substance used as the sintering aid remains as a solid in the sintered body after high-pressure and high-temperature sintering, so that the bonding between the diamond particles is reduced. The percentage decreases.
  • the hardness of those sintering bodies becomes lower, and the sintering aid remaining in the sintering body chemically reacts with the diamond. For example, it may cause the characteristics of the sintered body to deteriorate.
  • synthesis of a sintered body that does not contain any sintering aid requires very high pressure and temperature.
  • the present inventors aimed at reducing the cost of synthesizing a high-hardness fine-grained diamond sintered body using carbonate as a sintering aid, and a hydrogen-terminated synthetic diamond powder having an average particle diameter of 10 Ontn.
  • a sintering aid consisting of a carbonate-C-0-H fluid phase, and treated under high-pressure and high-temperature conditions to synthesize a diamond sintered body.
  • the present inventors have found that a synthetic diamond powder having an average particle diameter of 20 O nm or less is used as a starting material, and a diamond sintered body is produced using a sintering aid such as a carbonate. Surprisingly, it was found that the above-mentioned problems did not occur when sintering under high pressure and high temperature under the manufacturing conditions, and succeeded in synthesizing a heat-resistant diamond sintered body consisting of fine particles containing no sintering aid at all. did.
  • the sintered body obtained by this manufacturing method contains a small amount of non-diamond carbon as a product, and becomes a composite sintered body of diamond crystals and non-diamond carbon, giving electrical conductivity to the sintered body.
  • This non-diamond carbon is presumed to have been produced by partially graphitizing the starting diamond powder. As a result, electrical conductivity is imparted, so that electric discharge machining becomes possible. In addition, it has brightness and luster that are not found in conventional diamond sintered bodies.
  • the present invention provides: (1) a sintered body of ultrafine synthetic diamond powder having an average particle diameter of 200 nm or less, which is sintered without a sintering aid; A heat-resistant diamond composite sintered body characterized by a composite sintered body consisting of crystals and a small amount of non-diamond carbon formed, and having a Wiker's hardness of 85 GPa or more.
  • the present invention also provides (2) encapsulating a synthetic diamond powder having an average particle diameter of 20 O nm or less in a Ta or Mo capsule, and heating the capsule using an ultra-high pressure synthesizer.
  • the heat resistant diamond composite sintering of (1) is characterized in that the diamond powder is sintered by heating and pressing at a temperature of 210 ° C or more under mechanical stability conditions and a pressure of 7.7 GPa or more. The method of manufacturing the aggregate.
  • Synthetic diamond powder is a powder that is more easily plastically deformed than natural diamond powder when the particle diameters of the diamond powders are compared with substantially the same. It is considered that the powder with a small particle size distribution of the starting diamond powder has a smaller distribution of the size of the voids between the particles than the powder with a large distribution. Therefore, if synthetic diamond powder is used as the starting material, in which the diameter of the diamond powder is substantially constant and the average particle diameter is as small as possible, the diamond particles are easily plastically deformed, and the small diamond particles are inherently small. It is thought that a heat-resistant diamond composite sintered body can be synthesized by using large surface energy as a driving force and using no sintering aid at all.
  • the heat-resistant diamond composite sintered body synthesized by the production method of the present invention can be used not only for industrial applications such as high-performance tools in the field of cutting tools and oil bits requiring heat resistance, but also for diamonds having a high refraction inherent to diamond. Of diamond sintering without sintering aid, and it is easy to manufacture large sintering. New applications are expected Is done.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view conceptually showing an example of a state in which a sintered compact for sintering diamond powder is filled with diamond powder in the production method of the present invention.
  • FIG. 2 is an X-ray diffraction pattern ((a) before heat treatment, (b) after heat treatment) of the sintered body obtained in Example 1.
  • FIG. 3 is an electron microscopic micrograph of a fracture surface of the sintered body obtained in Example 1 instead of a drawing.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a state in which a diamond powder is filled in a sintered body synthesis force cell for sintering diamond powder in the production method of the present invention.
  • a graphite disk 4A for suppressing capsule deformation is placed on the bottom of a cylindrical Ta capsule 3 and diamond powder 2A is applied via Ta or Mo foil 1A.
  • Ta or Mo foil is used for separating diamond powder to synthesize a sintered body of desired thickness, separating graphite and diamond powder, preventing pressure medium from entering, sealing fluid phase, etc. ing.
  • the Ta or Mo foil 1B is placed on the diamond powder 2A.
  • three more layers of diamond powder 2 B After filling 2C and 2D with Ta or Mo foil 1C and 1D interposed, place Ta or Mo foil 1E, and place a graphite disc 4B on the top to suppress capsule deformation. Place.
  • the capsule is housed in a pressure medium and pressurized to 7.7 GPa or more at room temperature using an ultra-high pressure device such as a belt type ultra-high pressure synthesizer using a static compression method.
  • Sintering is performed by heating to a predetermined temperature of 00 ° C or more. If the pressure is less than 7.7 GPa, a desired heat-resistant sintered body cannot be obtained even at a temperature of 210 ° C. or more. If the sintering temperature is lower than 2100 ° C., a desired heat-resistant sintered body cannot be obtained even at a pressure of 7.7 GPa or more. Even if the temperature and pressure are set higher than necessary, the energy efficiency will only be degraded.
  • Synthetic diamond powder having an average particle diameter of 20 O nm or less is powder obtained by crushing a synthetic diamond powder having a large particle diameter and then classifying the powder. Value. Such a measuring method is known (see, for example, JP-A-2002-35636). Such synthetic diamond powder is available as a commercial product (for example, trade names MD200 (average particle diameter 200 nm), MD100 (average particle diameter 100 nm) manufactured by Tomei Diamond Co., Ltd.).
  • a commercially available synthetic diamond powder having an average particle diameter of 10 O nm was prepared as a starting material. Suppression of capsule deformation at the bottom of a cylindrical Ta capsule with a wall thickness of 0.8 mm and an outer diameter of 11.6 mm A working 2.6 mm thick graphite disk was placed, and 250 mg of diamond powder was filled in a layer at a pressure of 10 O MPa through a Ta foil. A Ta foil was placed on the diamond powder, and a 2.6-thick graphite disk was placed on the Ta foil to suppress deformation of the capsule. After pressing the capsule, excess graphite on the top was scraped off.
  • the T a C and the like formed on the surface of the sintered body were removed by treatment with a hydrofluoric acid-nitric acid solution, and the sintered body was ground with a diamond wheel to make the upper and lower surfaces flat. It was a sintered body with high grinding resistance, and the average value of Vickers hardness of the sintered body after grinding was 9 O GPa or more.
  • FIG. 2 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sintered body.
  • FIG. 2 (a) is before heat treatment
  • FIG. 2 (b) is after heat treatment in vacuum at 1200 ° C. for 30 minutes.
  • Example 2 Sintering was performed in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was set at 2000 ° C.
  • the obtained sintered body had a low grinding resistance, and the average Vickers hardness was 5 O GPa.
  • Example 2 Sintering was performed in the same manner as in Example 1 except that the temperature was changed to 00 ° C.
  • the obtained sintered body had extremely high grinding resistance, and the average Vickers hardness was very high, at 85 GPa or more.
  • Example 2 Sintering was performed in the same manner as in Example 2 except that synthetic diamond powder having an average particle diameter of 30 O nm was used as a starting material. Laminar cracks were observed in the obtained sintered body, and its abrasive resistance was significantly lower than that of the sintered body of Example 2. If the average particle diameter is increased, it is difficult to synthesize a high hardness diamond sintered body. Industrial applicability
  • the diamond sintered body of the present invention has excellent heat resistance and abrasion resistance, and has high hardness. For example, finish cutting of difficult-to-cut materials such as high Si—A1 alloys, When applied to precision machining, wire drawing dies, etc., it exhibits excellent cutting performance and wire drawing performance. Furthermore, it has sufficient heat resistance suitable for high-speed cutting of oil bits for oil drilling and special parts for automobiles.
  • the product made of non-diamond carbon is compounded to impart electrical conductivity to the sintered body, electric discharge machining can be applied to the cutting of the sintered body, thereby reducing the machining cost. It becomes possible.
  • laser machining, grinding and polishing can be used to form various shapes by firing. Since it is a compact, it is expected to be used as a jewelry black diamond with shine and luster not found in conventional diamond sintered bodies.

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Abstract

平均粒子径が２００nm以下である超微粒合成ダイヤモンド粉末の焼結体からなり、該焼結体は焼結助剤なしで焼結され、ダイヤモンド結晶と生成した微量の非ダイヤモンド炭素とからなる複合焼結体であり、ヴィカース硬さが８５GPa以上である耐熱性ダイヤモンド複合焼結体。平均粒子径が２００nm以下である合成ダイヤモンド粉末をＴａ又はＭｏ製カプセルに封入し、該カプセルを超高圧合成装置を用いてダイヤモンドの熱力学的安定条件の２１００℃以上の温度、７．７GPa以上の圧力下で加熱加圧することにより製造する。

Description

明 細 書 耐熱性ダイャモンド複合焼結体とその製造法 技術分野
本発明は、 耐熱性ダイヤモンド複合焼結体とその製造法に関する。 背景技術
従来、 C o等の金属を焼結助剤とするダイヤモンド焼結体や炭酸塩を焼結助剤 とするダイヤモンド焼結体が通常の超高圧合成装置で製造されることが知られて いる （特許文献 1、 2 ) 。 また、 金属焼結助剤を全く使用しないで、 アルカリ土 類金属の炭酸塩を焼結助剤に用いて、 従来よりも'高い圧力、 温度条件下で焼結す ることにより、 耐熱性に優れた高硬度ダイヤモンド焼結体を得る合成法が知られ ている （非特許文献 1 ) 。 し力、しながら、 これらの焼結体は、 溶融炭酸塩の粘性 が高いために、 その粒子径は小さくても約 5 /z mと比較的大きな粒子径に限定さ れている。
本発明者らは、 C02-H20流体相の源となるシュゥ酸ニ水和物を炭酸塩に添加し た混合粉末を作製し、 この混合粉末上に粒径幅 0〜 1 μ mの天然ダイヤモンド粉 末を積層し、 微粒ダイヤモンド焼結体を製造する方法を報告した （特許文献 3、 非特許文献 2、 3 ) ί その製造には 2 2 0 0 °C以上の高温を必要とする。
本発明者らは、 同様な方法で、 さらに微細なダイヤモンド粉末、 例えば、 粒径 幅 0〜0 . 1 / mのダイヤモンド粉末を焼結した例を報告した （非特許文献 4 ) 。 しかし、 ダイヤモンドの異常粒成長が起こり、 高硬度ダイヤモンド焼結体を製造 することが出来なかった。
最近、 黒鉛からダイヤモンドへの直接変換反応により 1 2〜2 5 GPa、 2 0 0
0〜2 5 0 0 °Cの条件で焼結助剤なしでダイヤモンド焼結体を合成する方法が発 表され、 透光性焼結体となると報告されている （非特許文献 5 ) 。
特許文献 1 特公昭 52-12126号公報
特許文献 2 特公平 4-50270号公報
特許文献 3 特開 2002- 187775号公報
非特許文献 1 Diamond and Related Mater.， 5卷， 34 - 37ページ， Elsevier Scienc e S. A, 1996年
非特許文献 2 第 4 1回高圧討論会講演要旨集， 108ページ，日本高圧力学会， 2000 年
非特許文献 3 Proceedings of the 8th NIRIM International Symposium on Ad vanced Materials, 33- 34ページ，無機材質研究所， 2001年
非特許文献 4 第 4 2回高圧討論会講演要旨集， 89ページ，日本高圧力学会， 2001年 非特 文献 5 T. Irifune et al. , 「Characterization of polycrystallme diamonds synthesized by direct conversion of graphite using raulti anvil apparatus」 , 6th High Pressure Mineral Physics Seminar, 28 August, 2002, Verbania, Italy
発明の開示
切削工具の分野での高性能工具としての使用は勿論、 耐熱性が高く、 従来は専 ら単結晶が用いられていた超精密加工工具、 さらには、 宝飾品としても価値の高 いダイヤモンド焼結体が求められている。 特に、 石油掘削用オイルビットや自動 車用特殊部品の切削の高速化にともないダイヤモンド焼結体工具の耐熱性が求め られている。
従来、 金属及び非金属を問わず焼結助剤を用いて、 高硬度ダイヤモンド焼結体 力 5 . 5 GPa〜7 . 7 GPaの超高圧条件下で高圧高温焼結により製造されている。 このような焼結助剤を用いるダイヤモンド焼結体の製造法では、 焼結助剤に用い た物質が高圧高温焼結後に焼結体中に固体として残留するため、 ダイヤモンド粒 子間の結合の割合が減少する。 焼結助剤を全く含有しない理想的なダイヤモンド 焼結体に比較して、 それらの焼結体の硬さは低くなつたり、 焼結体中に残存する 焼結助剤が、 ダイヤモンドと化学反応したりして、 焼結体の特性を低下させる原 因となる。 また、 焼結助剤を全く含有しない焼結体の合成は大変高い圧力と温度 が必要である。
炭酸塩- C-0-H流体相からなる焼結助剤を用いて、 粒径幅 0〜0 . Ι /z raの天然 ダイヤモンド粉末を焼結するとダイヤモンド粒子間に均質に炭酸塩が分布した高 硬度微粒ダイャモンド焼結体を 7 . 7 GPa、 1 7 0 0 °C以上の条件で容易に合成 することが可能である （特願 2002- 030863号 =特開 2003- 226578号公報） 。
そこで、 本発明者らは、 炭酸塩を焼結助剤とする高硬度微粒ダイヤモンド焼結 体の合成のコストの低減を目的に、 平均粒径 1 0 O ntnの水素終端処理した合成ダ ィャモンド粉末を炭酸塩- C-0-H流体相からなる焼結助剤上に積層し、 高圧高温条 件下で処理して、 ダイヤモンド焼結体の合成を試みた。 回収試料は層状に割れて、 途中まで炭酸塩は溶浸していたが、 ダイヤモンド粉末中への炭酸塩- C-0- H流体相 からなる焼結助剤の均質溶浸は実現できなかった。 この理由を検討してみた結果、 合成ダイヤモンド粉末が塑性変形し易いために、 ダイヤモンド粉末粒子間の空隙 がー部潰れてしまうため、 溶融焼結助剤が均質溶浸しないとの結論に到達した。 また、 本発明者らは、 焼結助剤を全く使用しない系において、 粒径幅 0〜0 . 1 μ mの天然ダイャモンド粉末を 7 . 7 Gpa、 2 3 0 0 °Cの条件で 1 5分間焼結処 理を行った。 その結果、 粒径幅 0〜0 . 1 / mの天然ダイヤモンド粉末からは高 硬度ダイャモンド焼結体を合成することは難しいことが明らかとなった。
本発明者らは、 平均粒子径 2 0 O nm以下の合成ダイヤモンド粉末を出発物質に 用い、 炭酸塩等の焼結助剤を用いてダイヤモンド焼結体を製造している高圧高温 条件と同等の製造条件で高圧高温焼結すると意外にも上記のような問題が発生し ないことを見出し、 焼結助剤を全く含有しない微細な粒子からなる耐熱性ダイヤ モンド焼結体を合成することに成功した。
しかも、 この製造法で得られた焼結体には微量の非ダイヤモンド炭素が生成物 として含有され、 ダイャモンド結晶と非ダイャモンド炭素との複合焼結体となり、 焼結体に電気伝導性が付与される。 この非ダイヤモンド炭素は、 出発物質のダイ ャモンド粉末が一部黒鉛化することにより生成したものと推定される。 その結果、 電気伝導性が付与されることにより、 放電加工が可能となる。 また、 従来のダイ ャモンド焼結体に全くない輝きと光沢を有する。
すなわち、 本発明は、 （ 1 ) 平均粒子径が 2 0 0 nm以下である超微粒合成ダイ ャモンド粉末の焼結体からなり、 該焼結体は焼結助剤なしで焼結され、 ダイヤモ ンド結晶と生成した微量の非ダイャモンド炭素とからなる複合焼結体であり、 ヴ ィカース硬さが 8 5 GPa以上であることを特徴とする耐熱性ダイャモンド複合焼 結体、 である。
また、 本発明は、 （2 ) 平均粒子径が 2 0 O nm以下である合成ダイヤモンド粉 末を T a又は M o製カプセルに封入し、 該カプセルを超高圧合成装置を用いてダ ィャモンドの熱力学的安定条件の 2 1 0 0 °C以上の温度、 7 . 7 GPa以上の圧力 下で加熱加圧することによりダイヤモンド粉末を焼結することを特徴とする上記 ( 1 ) の耐熱性ダイヤモンド複合焼結体の製造法、 である。
ダイヤモンド粉末の粒子径を略同じで比較した場合、 合成ダイヤモンド粉末は、 天然ダイヤモンド粉末に比較し、 塑性変形し易い粉末である。 出発ダイヤモンド 粉末の粒子径の分布が少ない粉末は、 分布の大きな粉末に比較し、 粒子間の空隙 の大きさの分布が少ないと考えられる。 そこで、 ダイヤモンド粉末の粒子径が略 一定で、 かつ平均粒子径が可能な限り小さい合成ダイヤモンド粉末を出発物質に 使用すれば、 ダイヤモンド粒子は容易に塑性変形し、 小さいダイヤモンド粒子が 固有に持っている大きな表面エネルギーを駆動力にして、 焼結助剤を全く使用し ないでも耐熱性ダイャモンド複合焼結体が合成されると考えられる。
平均粒子径が 2 0 O nmを超えて大きい合成ダイヤモンド粉末を用いるとダイヤ モンド粒子の粒径が大きくなるにつれて、 粒子の表面エネルギーが小さくなりダ ィャモンド焼結体の合成が困難となる。
本発明の製造法により合成される耐熱性ダイヤモンド複合焼結体は、 切削工具 の分野での高性能工具、 耐熱性の要求されるオイルビット等の工業用用途ばかり でなく、 ダイヤモンド固有の高い屈折率を持っていることはもちろんであるが、 焼結助剤なしのダイャモンド焼結体独特の輝きを持っていることや、 大型焼結体 を製造することが容易であること力 ら、 宝飾用の用途としての新たな用途が期待 される。
本発明の製造法は、 炭酸塩を焼結助剤とするダイャモンド焼結体と同等の圧力 ■温度条件での製造が可能であるため、 大型焼結体の製造が容易である。 図面の簡単な説明 '
第 1図は、 本発明の製造法において、 ダイヤモンド粉末を焼結するための焼結 体合成用カプセルにダイヤモンド粉末を充填した状態の一例を概念的に示す断面 図である。 第 2図は、 実施例 1で得られた焼結体の X線回折図形 （(a)は熱処理前、 (b)は熱処理後） である。 第 3図は、 実施例 1で得られた焼結体の破面の図面代用 電子顕微鏡組織写真である。 発明を実施するための最良の形態
本発明のダイヤモンド焼結体の製造法には、 合成超微粒ダイヤモンド粉末を出 発物質として用いる。 第 1図は、 本発明の製造法において、 ダイヤモンド粉末を 焼結するための焼結体合成用力プセルにダイャモンド粉末を充填した状態の一例 を示す断面図である。
第 1図に示すように、 円筒状の T a製カプセル 3の底にカプセルの変形抑制用 の黒鉛製円盤 4 Aを置き、 T a又は M o箔 1 Aを介してダイヤモンド粉末 2 Aを 加圧充填する。 T a又は M o箔は、 所望の厚さの焼結体を合成するためのダイヤ モンド粉末どうしの分離、 黒鉛とダイヤモンド粉末の分離、 圧力媒体の侵入防止、 流体相のシール等のために用いている。 このダイヤモンド粉末 2 A上に T a又は M o箔 1 Bを配置する。 同様な方法により、 さらに 3層のダイヤモンド粉末 2 B、 2 C、 2 Dを T a又は M o箔 1 C、 1 Dを介在させて充填した後に T a又は M o 箔 1 Eを配置し、 その上にカプセルの変形抑制用の黒鉛製円盤 4 Bを配置する。 このカプセルを圧力媒体中に収容し、 ベルト型超高圧合成装置などの静的圧縮 法による超高圧装置を用いて、 室温条件下で 7 . 7 GPa以上まで加圧し、 同圧力 条件下で 2 1 0 0 °C以上の所定の温度まで加熱して、 焼結を行う。 圧力が 7 . 7 GPa未満では、 2 1 0 0 °C以上の温度でも所望の耐熱性焼結体が得られない。 ま た、 焼結温度が 2 1 0 0 °C未満では、 7 . 7 GPa以上の圧力でも所望の耐熱性焼 結体が得られない。 温度、 圧力は必要以上に高くしてもエネルギー効率を悪くす るだけであるから、 装置の対応限度も考慮して必要最小限度とすることが望まし い。
平均粒子径が 2 0 O nm以下である合成ダイヤモンド粉末は、 粒子径の大きな合 成ダイヤモンド粉末を粉砕後分級によつて得られた粉末であり、 測定法はマイク 口トラック UPA粒度測定器による測定値である。 このような測定法は公知である (例えば、 特開 2002- 35636号公報参照） 。 このような合成ダイヤモンド粉末は、 市販品として入手できる （例えば、 東名ダイヤモンド社製商品名 MD200 (平均粒 子径 200nm) 、 MD100 (平均粒子径 lOOnm) ) 。
(実施例）
以下、 本発明のダイヤモンド焼結体の製造法を実施例に基づいて具体的に説明 する。
(実施例 1 )
市販の平均粒子径 1 0 O nmの合成ダイヤモンド粉末を出発物質として用意した。 肉厚 0 . 8 mm、 外径 1 1 . 6瞧の円筒状 T a製カプセルの底にカプセルの変形抑 制用の 2 . 6 mm厚の黒鉛製円盤を置き、 T a箔を介してダイヤモンド粉末 2 5 0 mgを層状に 1 0 O MPaの圧力で充填した。 このダイヤモンド粉末上に T a箔を置 き、 T a箔の上には、 カプセルの変形を抑制するために、 2 . 6 厚の黒鉛製円 盤を配置した。 カプセルを加圧成形後に上部の余分の黒鉛を削り落とした。
次に、 カプセルをを NaCl- 1 0 %Zr02の圧力媒体中に充填し、 ベルト型超高圧合 成装置を用いて、 7 . 7 GPa 2 2 0 0 °Cの条件で 3 0分間焼結した後、 合成装 置より力プセルを取り出した。
焼結体の表面に形成された T a C等をフッ化水素酸—硝酸溶液で処理して除去 し、 焼結体の上下面を平面にするため、 ダイヤモンドホイールで研削した。 研削 抵抗の高い焼結体であり、 研削後の焼結体のヴィカース硬さの平均値は 9 O GPa 以上であった。
この焼結体の耐熱性を評価するため、 真空中、 1 2 0 0 °Cで 3 0分間処理した。 処理後のヴィカース硬さは処理前と全く変わらなかった。 第 2図に、 得られた焼 結体の X線回折図形を示す。 第 2図（a)は、 熱処理前、 第 2図（b)は、 1 2 0 0 °C 3 0分間、 真空中熱処理後である。 第 2図（a)に示す結果から明らかなように、 非ダイャモンド炭素の回折線の位置は、 黒鉛の（002)の回折線より高角側の d = 3 . 2 6〜 3 . 1 9の位置に幅広い回折線として観測され、 ダイヤモンドと非常 に僅かな非ダイヤモンド炭素 （図中拿で示した） が確認されるが、 第 2図（b)の 結果から明らかなように、 この回折線の位置も強度も全く変化は認められず、 非 ダイヤモンド炭素の量は熱処理後も全く変化していない。 第 3図に示すように、 焼結体の破面の電子顕微鏡による組織観察の結果、 平均粒子径 8 0 nraと微細粒子 からなる焼結体であることが明らかとなった。 (比較例 1 )
焼結温度を 2 0 0 0 °Cとした他は、 実施例 1と同じ方法で焼結した。 得られた 焼結体は研削抵抗が低く、 ヴィカース硬さの平均は、 5 O GPaであった。
(実施例 2 )
平均粒子径 2 0 O nmの合成ダイヤモンド粉末を出発物質とし、 焼結温度を 2 3
0 0 °Cとした他は、 実施例 1と同じ方法で焼結した。 得られた焼結体は研削抵抗 が極めて高く、 ヴィカース硬さの平均は、 8 5 GPa以上と非常に高硬度であった。
(比較例 2 )
平均粒子径 3 0 O nmの合成ダイヤモンド粉末を出発物質とした他は、 実施例 2 と同じ方法で焼結した。 得られた焼結体は層状割れが認められ、 その研^抵抗は、 実施例 2の焼結体に比較し、 著しく低いものであった。 平均粒子径を大きくする と高硬度ダイャモンド焼結体を合成することは難しい。 産業上の利用可能性
本発明のダイヤモンド焼結体は、 優れた耐熱性と耐摩耗性を有し、 高硬度であ り、 例えば、 高 S i— A 1合金等の難削材料の仕上げ切削、 金属■合金の超精密 加工、 線引きダイス等に適用した場合、 優れた切削性能や線引き性能を発揮する。 さらには、 石油掘削用オイルビットゃ自動車用特殊部品の高速切削に適する十分 な耐熱性を有する。 また、 非ダイヤモンド炭素からなる生成物が複合されて焼結 体に電気伝導性が付与されているので、 焼結体の切断加工に放電加工が適用可能 になり、 加工コストの低減を図ることが可能となる。 さらに、 放電加工に加えて、 レーザー加工、 研削及び研磨加工によって様々な形状を付与することが可能な焼 結体であるので、 従来のダイヤモンド焼結体にない輝きと光沢有する宝飾用ブラ ックダイヤモンドとして利用が期待される。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 平均粒子径が 2 0 0 nm以下である超微粒合成ダイャモンド粉末の焼結体から なり、 該焼結体は焼結助剤なしで焼結され、 ダイヤモンド結晶と生成した微量の 非ダイヤモンド炭素とからなる複合焼結体であり、 ヴィカース硬さが 8 5 GPa以上 であることを特徴とする耐熱性ダイヤモンド複合焼結体。
2 . 平均粒子径が 2 0 0 nra以下である合成ダイャモンド粉末を T a又は M o製力 プセルに封入し、 該カプセルを超高圧合成装置を用いてダイヤモンドの熱力学的 安定条件の 2 1 0 0 °C以上の温度、 7 . 7 GPa以上の圧力下で加熱加圧することに よりダイヤモンド粉末を焼結することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の耐熱 性ダイャモンド複合焼結体の製造法。
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