專利名稱：包含氮化合物或鹵化物的聚晶金剛石材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及聚晶金剛石(P⑶)材料和制備該材料的方法。
背景技術(shù)：
用于機(jī)床和其它工具的切割插入物可以包含結(jié)合至燒結(jié)碳化物(cementedcarbide)基材的聚晶金剛石(P⑶)層。P⑶是超硬材料(又稱作超硬磨料)的一種實(shí)例，其具有顯著地大于燒結(jié)碳化鎢的硬度值。包含PCD的部件被用在眾多類型的用于切割、機(jī)加工、鉆孔或破碎硬質(zhì)或耐磨材料例如巖石、金屬、陶瓷、復(fù)合材料和含有木材的材料的工具中。P⑶包含形成骨架物質(zhì)的大量的基本上交互生長(zhǎng)(inter-grown)的金剛石晶粒,其在金剛石晶粒中限定了間隙。P⑶材料包含至少約80體積％的金剛石并且可以通過在燒結(jié)助劑(又稱作用于金剛石的催化劑物質(zhì))存在下將聚集的大量金剛石晶粒經(jīng)受大于約5GPa的超高壓和至少約1200°C的溫度而制造。用于金剛石的催化劑物質(zhì)被理解為是能夠促進(jìn)金剛石晶粒在金剛石比石墨更熱力學(xué)穩(wěn)定的壓力和溫度條件下直接交互生長(zhǎng)的材料。一些用于金剛石的催化劑物質(zhì)可能在環(huán)境壓力下、特別是在升高的溫度下促進(jìn)金剛石向石墨的轉(zhuǎn)化。用于金剛石的催化劑物質(zhì)的實(shí)例是鈷、鐵、鎳和包含這些中的任何的某些合金。可以在鈷燒結(jié)的碳化鎢基材上形成PCD，所述基材可以提供用于PCD的鈷催化劑物質(zhì)的來源。PCD材料內(nèi)的間隙可以至少部分地用所述催化劑物質(zhì)填充。然而，這種類型的PCD材料所遇到的一個(gè)公知的問題是所述用于金剛石的催化劑物質(zhì)、特別是用于金剛石的金屬催化劑物質(zhì)、例如Co、Ni或Fe在所述間隙中的殘留存在對(duì)PCD材料在高溫下的性能產(chǎn)生有害影響。在應(yīng)用期間，所述PCD材料變熱并且熱降解，這大部分歸因于催化金剛石石墨化和還導(dǎo)致PCD材料中的應(yīng)力的所述金屬催化劑材料的存在，該應(yīng)力是由于所述金屬催·化劑材料和所述金剛石顯微組織之間的熱膨脹的巨大差別所致。—種解決該問題的方法是典型地通過浸浙(leaching)從P⑶材料中除去催化劑物質(zhì)(本領(lǐng)域中又稱作催化劑/溶劑)。US3, 745，623和US4，636，253教導(dǎo)了在浸浙工藝中使用經(jīng)加熱的酸混合物，其中分別使用HF、HCl、和HNO3和HNO3和HF的混合物。US4, 288，248和US4，224，380描述了通過在包含HNO3-HF (硝酸和氫氟酸)的熱介質(zhì)中浸浙P⑶臺(tái)面而除去所述催化劑/溶劑，前述熱介質(zhì)單獨(dú)使用或與包含HCl-HNO3 (鹽酸和硝酸)的第二熱介質(zhì)組合使用。US2007/0169419描述了一種通過如下方式從P⑶臺(tái)面浸浙出一部分或全部催化劑/溶劑的方法:保護(hù)一部分PCD臺(tái)面不被浸浙并將被保護(hù)的PCD臺(tái)面浸入腐蝕性溶液中以將所述催化劑/溶劑溶解在水和王水中。所述浸浙工藝通過使用超聲能量而加速，該超聲能量攪動(dòng)在所述PCD臺(tái)面和所述腐蝕性溶液之間的界面以加速所述催化劑/溶劑的溶解速率。US4, 572，722公開了一種通過在浸浙工藝之前或期間借助激光切割或火花發(fā)射在P⑶臺(tái)面中形成孔而得到加速的浸浙工藝。然后，通過使用常規(guī)的酸浸浙技術(shù)、電解浸浙和液體鋅萃取來浸浙所述PCD臺(tái)面。
解決該問題的一個(gè)替換方法是使用用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)，其產(chǎn)生更加熱穩(wěn)定的PCD材料。
JP2795738(B2)描述了在6_12GPa的壓力和1700-2500°C的溫度下燒結(jié)金剛石粉末和金屬碳酸鹽的混合物而產(chǎn)生由位于燒結(jié)金剛石層內(nèi)的0.l-15vol%的非金屬性粘結(jié)劑組成的燒結(jié)聚晶材料。
JP4114966描述了使用作為燒結(jié)助劑添加至金剛石粉末和堿土金屬碳酸鹽的碳粉末，從而改善所述非金屬性體系的可燒結(jié)性。
JP2003226578也解決了差的可燒結(jié)性問題，其描述了在碳酸鹽基的非金屬性溶劑/催化劑體系中使用草酸二水合物作為燒結(jié)助劑。
JP2002187775描述了添加其它有機(jī)化合物以獲得燒結(jié)的碳酸鹽基非金屬性P⑶，并且類似地在JP6009271中描述了金屬碳化物的添加。
發(fā)明概述
一般地，本公開涉及包括具有用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)的聚晶金剛石材料。
從第一方面來看，提供了包含顯示出粒間結(jié)合作用的大量金剛石顆?；蚓Я：秃杏糜诮饎偸姆墙饘傩源呋瘎┪镔|(zhì)的粘結(jié)劑物質(zhì)的聚晶金剛石材料，用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)包含至少一種源自銨化合物的氮化合物和/或至少一種鹵化物。
所述銨化合物可以含有陰離子，該陰離子選自碳酸根、磷酸根、氫氧根、氧化物陰離子、硫酸根、硼酸根、鈦酸根、硅酸根、鹵離子和它們的組合。
所述鹵化物可以含有選自堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、銨和它們的組合的陽(yáng)離子。
在一些實(shí)施方案中，所述用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)可以包含以下的一種或多種:氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀、氯化銣、氯化銫、氯化鎂、氯化鈣、氯化鍶、氯化鋇、氯化釔、氯化鋯、氯化鋅、氯化鈮、它們的所有氧化態(tài)、和它們的混合物。
在一些實(shí)施方案中，所述金剛石顆?；蚓Я５钠骄w粒尺寸可以為約5納米至約50微米、或約20納米至約20微米、或約50納米至約10微米。
在一些實(shí)施方案中，所述聚晶金剛石材料的金剛石含量可以為所述聚晶金剛石材料的體積的至少約80%、至少約88%、至少約90%、至少約92%或甚至至少約96%。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述聚晶金剛石材料的金剛石含量可以為所述聚晶金剛石材料的體積的至多約98%。
用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)的含量可以例如為所述PCD材料的至多約20體積％、至多約10體積％、至多約8體積％、或甚至至多約4體積％。
從另一方面來看，提供了用于制備聚晶金剛石材料的方法，所述方法包括:提供大量金剛石顆?；蚓Я?，將所述金剛石晶?；蝾w粒與含有用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)的粘結(jié)劑物質(zhì)接觸，所述用于金剛石 的非金屬性催化劑物質(zhì)包含至少一種銨化合物和/或至少一種鹵化物，使得所述金剛石顆?；蚓Я：驼辰Y(jié)劑物質(zhì)結(jié)合在一起以形成生坯，和使所述生坯經(jīng)受在金剛石為熱力學(xué)穩(wěn)定的溫度和壓力，燒結(jié)和形成聚晶金剛石材料。
在一些實(shí)施方案中，所述鹽可以經(jīng)由滲濾、混合、研磨、化學(xué)氣相沉積、膠體(溶膠-凝膠)沉積、原子層沉積、物理氣相沉積等而與所述金剛石顆?；蚓Я：喜?。在一些實(shí)施方案中，可以以粉末形式采用合適的粘結(jié)助劑混合所述金剛石顆?；蚓Я：退稣辰Y(jié)劑物質(zhì)?？梢允沟盟鼋饎偸w粒或晶粒懸浮在液體介質(zhì)中，所述用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)原位沉淀到該液體介質(zhì)中的相應(yīng)金剛石顆?；蚓Я５谋砻嫔弦酝扛菜鼋饎偸w?；蚓Я?。在一些實(shí)施方案中，在與所述粘結(jié)劑物質(zhì)接觸之前所述金剛石顆?；蚓Я？梢跃哂屑s5納米至約50微米、或約20納米至約20微米、或約50納米至約10微米的平均顆粒或晶粒尺寸。在一些實(shí)施方案中，可以提供具有不同平均顆粒或晶粒尺寸的金剛石顆?；蚓Я５亩喾寤旌衔铩Ｋ鼍劬Ы饎偸牧峡梢允菬o支撐的(stand — alone)復(fù)合片或可以被附著至基材例如金屬碳化物基材。燒結(jié)可以在4GPa或更高、或7GPa或更高的壓力和1000°C或更高、或1700°C或更高的溫度下進(jìn)行，燒結(jié)時(shí)間為10分鐘或更長(zhǎng)，或燒結(jié)時(shí)間為30秒或更長(zhǎng)、或I分鐘或更長(zhǎng)。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)可以在7GPa或更低的壓力和1800°C或更低的溫度下進(jìn)行。

根據(jù)另一方面，提供了包含如上所述的聚晶金剛石材料的耐磨元件。所述聚晶金剛石材料相對(duì)于常規(guī)金屬催化的聚晶材料而言提高的熱穩(wěn)定性和比就其它用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)而言更低的燒結(jié)溫度和壓力可以通過一種或多種實(shí)施方案獲得。
具體實(shí)施例方式如本文使用的，“聚晶金剛石”(P⑶)材料包含大量金剛石晶粒，其中顯著比例的金剛石晶粒彼此直接地相互結(jié)合和其中金剛石的含量為所述材料的至少約80體積％。在PCD材料的一個(gè)實(shí)施方案中，所述金剛石晶粒之間的間隙可以至少部分地被含有用于金剛石的非金屬性催化劑的粘結(jié)劑物質(zhì)填充。如本文使用的，“用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)”是能夠催化聚晶金剛石顆?；蚓ЯＴ诮饎偸仁訜崃W(xué)穩(wěn)定的溫度和壓力條件下交互生長(zhǎng)的物質(zhì)。如本文使用的，“間隙”或“間隙區(qū)”是在所述P⑶材料的金剛石晶粒之間的區(qū)域。大量晶粒的多峰顆粒尺寸分布被理解為是指所述晶粒具有多于一個(gè)峰值的顆粒尺寸分布，每一峰值對(duì)應(yīng)于各自的“狀態(tài)”。多峰聚晶體典型地通過提供多于一種的多個(gè)晶粒的來源和將來自這些來源的晶粒或顆粒共混在一起而制得，每一所述來源包含具有顯著不同的平均尺寸的晶粒。所述共混晶粒的顆粒尺寸分布的測(cè)量典型地揭示了對(duì)應(yīng)于不同狀態(tài)的不同峰值。當(dāng)所述晶粒被燒結(jié)在一起以形成聚晶體時(shí)，它們的顆粒尺寸分布被進(jìn)一步改變，因?yàn)樗鼍Я１槐舜藟嚎s在一起并被破裂，導(dǎo)致所述晶粒的尺寸整體下降。不管如何，所述晶粒的多峰形性通常還從燒結(jié)的制品的圖像分析清楚地可見。如本文使用的，生坯是將要被燒結(jié)或已經(jīng)被部分燒結(jié)但是尚未被完全燒結(jié)而形成最終產(chǎn)品的制品。它一般可以是自支撐的并且可以具有所要完成的制品的大體形狀。
如本文使用的，超硬耐磨元件是包含超硬材料的元件并且將被用于磨損應(yīng)用例如破碎、鉆孔、切割或機(jī)加工包含硬質(zhì)或耐磨材料的工件或物體中。
根據(jù)一些實(shí)施方案的聚晶金剛石材料包含相對(duì)于常規(guī)的溶劑/催化劑燒結(jié)的金剛石復(fù)合材料而言具有提高的熱穩(wěn)定性的金剛石。在一些實(shí)施方案中，所述聚晶金剛石材料包括含有用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)的粘結(jié)劑。用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)包含至少一種源自銨化合物的氮化合物和/或至少一種含鹵素化合物。
在一些實(shí)施方案中，用于制備聚晶金剛石材料的方法包括將大量金剛石顆?；蚓ЯＥc含有用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)的粘結(jié)劑物質(zhì)接觸。用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)為至少一種銨化合物和/或至少一種鹵化物。
所述鹽可以通過例如以下方式與金剛石合并:滲濾、混合、研磨、化學(xué)氣相沉積、膠體(溶膠-凝膠)沉積、原子層沉積、物理氣相沉積和本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到的其它類似工藝。
所述非金屬性粘結(jié)劑物質(zhì)可以與粉末形式的所述金剛石顆粒或晶粒合并?？梢詫⑵湓诔Ｒ?guī)混合工藝、例如行星式球磨工藝中典型地在研磨助劑例如甲醇存在下進(jìn)行混合。碾磨球例如Co-WC研磨球可以被用于將所述粘結(jié)劑和金剛石粉末一起碾磨。然后，可以典型地在50-100°C的溫度下干燥所述粘結(jié)劑和金剛石混合物以除去甲醇和其它揮發(fā)性殘留物，并且之后固結(jié)成準(zhǔn)備用于燒結(jié)的生坯。
在一個(gè)替換性實(shí)施方案中，可以將所述非金屬性粘結(jié)劑物質(zhì)與所述金剛石顆?；蚓ЯＴ谌苣z-凝膠工藝中合并。在劇烈攪拌下將金剛石粉末懸浮在液體中以形成金剛石懸浮體。所述液體典型地為水，不過本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到可以使用任何合適的液體介質(zhì)。可以選擇所需的銨陽(yáng)離子和/或鹵陰離子的第一鹽使得它可溶于溶劑中，但是與選擇的陰離子/陽(yáng)離子形成不可溶性鹽，視情況而定，在所述金剛石懸浮體中。可以選擇所需的陰離子/陽(yáng)離子的第二鹽以使得它可溶于溶劑中，但是所述陰離子/陽(yáng)離子分別與所述第一鹽的銨陽(yáng)離子和/或鹵陰離子形成不可溶性鹽。
將含有所述兩種鹽的溶液相伴地逐滴加入到所述金剛石懸浮體中使得由用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)組成的不可溶性沉淀物在各自金剛石顆?；蚓Я５谋砻嫔闲纬伞?
在逐滴加入期間攪拌含有所述懸浮的金剛石顆?；蚓Я５囊后w。該攪拌可以通過加熱器-攪拌器和磁力攪拌器、或通過懸臂式攪拌器、或通過超聲波處理、或能夠有效地將所述金剛石顆粒分散在所述液體中的任何其它合適的方法來完成。
可以從懸浮體中除去金剛石粉末與沉淀的鹽并在適合除去可能存在的任何殘留懸浮介質(zhì)或溶劑的溫度下干燥。所述干燥溫度可以典型地為約50-100°C，或不會(huì)使得所述銨或鹵化物化合物揮發(fā)的溫度。作為替代，可以在真空中于中等溫度或室溫下干燥具有沉淀的鹽的金剛石。所述具有沉淀的鹽的金剛石可以在干燥期間為靜止的，或可以是以提高干燥效率或速率的方式被攪動(dòng)、擾動(dòng)或移動(dòng)的。將所述金剛石顆粒和粘結(jié)劑物質(zhì)固結(jié)以形成生坯。
在與所述粘結(jié)劑物質(zhì)接觸之前，所述金剛石顆?？梢跃哂屑s5納米至約50微米的平均顆粒尺寸。
一旦形成，將所述生坯放置于合適的容器中并引入高壓和高溫壓機(jī)中。施加壓力和熱以將所述金剛石顆粒燒結(jié)在一起，典型地在約4-7GPa或更高的壓力和約1000-1700°C或更高的溫度下。在一些實(shí)施方案中，所述金剛石顆粒或晶粒的晶界可以含有降低的水平的源自起始鹽的殘留物的污染物，因此使得更強(qiáng)的金剛石-金剛石結(jié)合和改善的材料性質(zhì)成為可能。在銨陽(yáng)離子的情況中，預(yù)期較低濃度的污染物，這是因?yàn)樗鲣@陽(yáng)離子將在燒結(jié)條件下離解而形成氫和氮，它們被作為氣體釋放。在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)的P⑶可以含有一定量的溶解的氮或氫氣體。HPHT期間釋放的氫氣預(yù)期具有這樣的有益效果:幫助將一氧化碳或二氧化碳中間體還原成金剛石由此使得使用較低壓力和溫度成為可能。在其它實(shí)施方案中，例如其中使用鹵化物的那些，也可以使用較低壓力和溫度來燒結(jié)PCD。例如，與用于更常規(guī)的非金屬性催化劑體系的更常規(guī)的8GPa或更高和2300°C或更高相反，可以使用7GPa或更低和1800°C或更低的壓力和溫度。盡管不希望受到理論約束，但據(jù)信通過氯離子破壞C-O鍵降低了碳酸鉀變得催化活性的溫度。在其中例如使用含有銨陽(yáng)離子的化合物的一些實(shí)施方案中，所述陰離子可以為以下中的一種或多種:碳酸根、磷酸根、氫氧根、氧化物陰離子、硫酸根、硼酸根、鈦酸根、硅酸根、齒尚子等。在其中例如使用含有鹵離子的化合物的一些實(shí)施方案中，所述陽(yáng)離子可以為以下中的一種或多種:堿金屬、堿土金屬、和過渡金屬。所述化合物的實(shí)例可以包括氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀、氯化銣、氯化銫、氯化鎂、氯化鈣、氯化鍶、氯化鋇、氯化釔、氯化鋯、氯化鋅、氯化鈮、它們的所有氧化態(tài)、和它們的混合物。在一些實(shí)施方案中，可以使用銨化合物和鹵化物化合物的混合物。在燒結(jié)的P⑶中的金剛石晶 粒尺寸可以為約5納米至約50微米、或約20納米至約20微米、或約50納米至約10微米。金剛石的尺寸分布可以為單峰或多峰的。所述非金屬性P⑶可以為整體式的，或可以被附著至合適的基材例如Co-WC基材。所述PCD和所述基材之間的界面可以是平坦的或非平坦的?？梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員理解的任何合適的浸浙工藝部分或全部浸浙所述非金屬性PCD。實(shí)施例參考下面實(shí)施例更詳細(xì)地描述一些實(shí)施方案，這些實(shí)施方案不意在起到限定作用。實(shí)施例1:將CaCO3和 Ca (OH) 2 的近似共晶混合物與 NH4Cl 以 0.4mol CaCO3 與 0.4mol Ca (OH) 2和0.2mol NH4Cl的比例混合。將該粘結(jié)劑混合物與金剛石以4.5g金剛石:0.5g粘結(jié)劑混合物的比例混合。將這種合并的混合物致密地壓緊到適于HPHT處理的氣密金屬容器中。然后將該容器經(jīng)受HPHT處理至高于1500°C的溫度和高于6.8GPa的壓力并保持10分鐘至60分鐘的時(shí)間。預(yù)期在HPHT處理之后將存在交互生長(zhǎng)的金剛石復(fù)合片。實(shí)施例2:將MgCO3和Mg(OH)2的等摩爾混合物(在不存在用于該體系的可獲得文獻(xiàn)中的相圖的情況下，假定等摩爾混合物將充分地接近共晶組合物)與NH4Cl以0.4mol MgCO3與0.4mol 1%(011)2和0.2mol NH4Cl的比例混合。將該粘結(jié)劑混合物與金剛石以4.5g金剛石:0.5g粘結(jié)劑混合物的比例混合。將這種合并的混合物致密地壓緊到適于HPHT處理的氣密金屬容器中。然后將該容器經(jīng)受HPHT處理至1500°C的溫度和高于6.SGPa的壓力并保持10分鐘至60分鐘的時(shí)間。預(yù)期在HPHT處理之后將存在交互生長(zhǎng)的金剛石復(fù)合片。
實(shí)施例3
將CaCO3 和 Ca (OH)2 的近似共晶混合物與 NH4Cl 以 0.4mol CaCOjP0.4mol Ca(OH)2與0.2mol NH4Cl的比例混合。將該粘結(jié)劑混合物與金剛石以9g金剛石:lg粘結(jié)劑混合物的比例混合。將這種合并的混合物致密地壓緊到適于HPHT處理的氣密金屬容器中。然后將該容器經(jīng)受HPHT處理至以下溫度:1600°C、180(TC、和2000°C以及8GPa的壓力并保持10分鐘的時(shí)間。預(yù)期在HPHT處理之后于所有這些條件下將存在交互生長(zhǎng)的金剛石復(fù)合片。
實(shí)施例4:
將MgCO3和草酸銨的等摩爾混合物作為粘結(jié)劑與金剛石以4.5g金剛石:0.5g粘結(jié)劑混合物的比例混合。將這種合并的混合物致密地壓緊到適于HPHT處理的氣密金屬容器中。然后將該容器經(jīng)受HPHT處理至高于1500°C的溫度和高于6.8GPa的壓力并保持10分鐘至60分鐘的時(shí)間。預(yù)期在HPHT處理之后將存在交互生長(zhǎng)的金剛石復(fù)合片。
實(shí)施例5:
將草酸銨作為粘結(jié)劑與金剛石以4.5g金剛石:0.5g粘結(jié)劑混合物的比例混合。將這種合并的混合物致密地壓緊到適于HPHT處理的密封金屬容器中。然后將該容器經(jīng)受HPHT處理至高于1500°C的溫度和高于6.8GPa的壓力并保持10分鐘至60分鐘的時(shí)間。預(yù)期在HPHT處理之后將存在交互生長(zhǎng)的金剛石復(fù)合片。
實(shí)施例6:
將1(20)3和KCl在50°C下干燥24小時(shí)，然后以90rpm分別進(jìn)行行星式球磨45分鐘，然后以70:30的摩爾比合并。將該混合物與平均顆粒尺寸為10微米的金剛石粉末以5vol%混合物:95vol%金剛石的量合并。由于是非常吸濕的，因此在步驟之間干燥所述鹽混合物以及當(dāng)必要時(shí)儲(chǔ)存在真空烘箱中。遇到了壓力產(chǎn)生的實(shí)際困難，因此在實(shí)驗(yàn)中沒有實(shí)現(xiàn)燒結(jié)。然而，預(yù)期在大于100 0°C和大于7GPa下燒結(jié)大于5分鐘將導(dǎo)致燒結(jié)，1260°C、7.7GPa和I小時(shí)預(yù)期產(chǎn)生具有非常好的熱穩(wěn)定性和耐磨性能的良好燒結(jié)的非金屬性PCD。這些溫度對(duì)于燒結(jié)PCD常常是低的，并且這一優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是由于氯離子的存在所致，所述氯離子可以使得碳酸根陰離子不穩(wěn)定和增大它們作為用于金剛石的催化劑物質(zhì)的反應(yīng)性。
權(quán)利要求
1.聚晶金剛石材料，其包含表現(xiàn)出粒間結(jié)合的大量金剛石顆?；蚓Я：秃杏糜诮饎偸姆墙饘傩源呋瘎┪镔|(zhì)的粘結(jié)劑物質(zhì)，所用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)包含至少一種源自銨化合物的氮化合物和/或至少一種鹵化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的聚晶金剛石材料，其中所述銨化合物包含選自碳酸根、磷酸根、氫氧根、氧化物陰離子、硫酸根、硼酸根、鈦酸根、硅酸根、鹵離子和它們的組合的陰離子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的聚晶金剛石材料，其中所述鹵化物包含選自堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、銨和它們的組合的陽(yáng)離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的聚晶金剛石材料，其中所述用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)包含以下的一種或多種:氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀、氯化銣、氯化銫、氯化鎂、氯化鈣、氯化鍶、氯化鋇、氯化釔、氯化鋯、氯化鋅、氯化鈮、它們的氧化態(tài)、和它們的混合物。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的聚晶金剛石材料，其中所述金剛石顆粒或晶粒具有約5納米至約50微米的平均顆粒或晶粒尺寸。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的聚晶金剛石材料，其中所述聚晶金剛石材料的金剛石含量為所述聚晶金剛石材料的體積的至少80%和至多98%。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的聚晶金剛石材料，其中所述聚晶金剛石材料包含至多20體積％的用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)。
8.一種制備聚晶金剛石材料的方法，該方法包括:提供大量金剛石顆?；蚓Я?，將所述金剛石晶?；蝾w粒與含有用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)的粘結(jié)劑物質(zhì)接觸，用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)包含至少一種銨化合物和/或至少一種鹵化物，使所述金剛石顆?；蚓Я：驼辰Y(jié)劑物質(zhì)固結(jié)以形成生坯，和使得所述生坯經(jīng)受在金剛石為熱力學(xué)穩(wěn)定的溫度和壓力，燒結(jié)和形成聚晶金剛石材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述銨化合物包含選自碳酸根、磷酸根、氫氧根、氧化物陰離子、硫酸根、硼酸根、鈦酸根、硅酸根、鹵離子和它們的組合的陰離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述鹵化物包含選自堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、銨和它們的組合的陽(yáng)離子。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法， 其中用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)包含以下的一種或多種:氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀、氯化銣、氯化銫、氯化鎂、氯化鈣、氯化鍶、氯化鋇、氯化釔、氯化鋯、氯化鋅、氯化鈮、它們的所有氧化態(tài)、和/或它們的混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)的方法，其中所述方法包括在所述非金屬性催化劑物質(zhì)的存在下將所述生坯經(jīng)受在金剛石比石墨更加熱力學(xué)穩(wěn)定的壓力和溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述壓力為至少約4GPa和所述溫度為至少約1000。。。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述壓力為至多約SGPa和所述溫度為至多約2300。。。
15.包含權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的聚晶金剛石材料的耐磨元件。
全文摘要
聚晶金剛石材料，其包含表現(xiàn)出粒間結(jié)合的大量金剛石顆?；蚓Я：秃杏糜诮饎偸姆墙饘傩源呋瘎┪镔|(zhì)的粘結(jié)劑物質(zhì)，所述用于金剛石的非金屬性催化劑物質(zhì)包含至少一種源自銨化合物的氮化合物和/或至少一種鹵化物。
文檔編號(hào)C04B35/645GK103237776SQ201180058502
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者C·S·蒙特羅斯, K·奈多 申請(qǐng)人:六號(hào)元素磨料股份有限公司