多晶金剛石、其制造方法和工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多晶金剛石、其制造方法和工具，并且特別地涉及在（111)面具有取 向的多晶金剛石、其制造方法和工具。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，主要將金剛石單晶用于要求沿圓柱側(cè)面具有耐磨性的工具如拉絲模（wire drawing die)和噴嘴。然而，由于單晶金剛石根據(jù)其晶體取向而在磨損量方面發(fā)生變化 (不均勻磨損），所以與其初始形狀的偏差隨著使用時(shí)間的流逝而增大。例如，當(dāng)將單晶金 剛石用于工具如模具、噴嘴或孔口時(shí)，如果其孔初始具有圓形，則隨著使用時(shí)間的流逝，孔 形狀可能變?yōu)槎噙呅稳缌呅巍?br>[0003] 使用燒結(jié)助劑制造的多晶金剛石通過例如如下制造：在其中金剛石為熱力學(xué)穩(wěn)定 的高壓和高溫條件下（通常，在約大于或等于5GPa且小于或等于8GPa的壓力和約大于或 等于1300°C且小于或等于2200°C的溫度下），利用燒結(jié)助劑對(duì)作為原料的金剛石粉末進(jìn)行 燒結(jié)。在這種情況下，在所得的多晶金剛石中包含燒結(jié)助劑。這種燒結(jié)助劑在機(jī)械性能如 硬度和強(qiáng)度以及耐熱性方面大大影響多晶金剛石。
[0004] 另外，通過酸處理從其中除去了燒結(jié)助劑的多晶金剛石和其中將耐熱性碳化硅 (Sic)用作粘合劑的具有優(yōu)異耐熱性的燒結(jié)金剛石也是已知的，然而，作為工具用材料，它 們的硬度和強(qiáng)度低并且機(jī)械特性（硬度特性和耐磨性）不足。
[0005] 天然制造的多晶金剛石（黑金剛石、半剛石等）也是已知的。它們中的一些用于 鉆頭，但是幾乎不在工業(yè)上使用，因?yàn)樗鼈冊诓牧闲阅芊矫娴牟▌?dòng)大并且產(chǎn)量低。
[0006] 與此相對(duì)，T. Irifune 和 H. Sumiya，"Nature of Polycrystalline Diamond Synthesized by Direct Conversion of Graphite Using Kawai-Type Multianvil Apparatus (通過使用Kawai型多站裝置的石墨的直接轉(zhuǎn)化合成的多晶金剛石的性 質(zhì)）"，"New Diamond and Frontier Carbon Technology(新型金剛石和前沿碳技 術(shù)）"，14(2004)，第 313-327 頁（非專利文獻(xiàn) 1)與 Sumiya 和 Irifune，"Synthesis of High-Purity Nano-Polycrystal line Diamond and its Characterization (高純度納米多 晶金剛石的合成及其表征）"，SEI Technical Review (SEI技術(shù)綜述），165 (2004)，第68-74 頁（非專利文獻(xiàn)2)各自公開了一種獲得致密和高純度多晶金剛石的方法，所述方法利用高 純度尚結(jié)晶的石墨作為原料，通過在大于或等于12GPa的超尚壓和大于或等于2200°C的超 高溫下進(jìn)行間接加熱而直接轉(zhuǎn)化和燒結(jié)。通過上述非專利文獻(xiàn)1或2中所述的方法獲得的 多晶金剛石具有非常高的硬度和優(yōu)異的耐磨性。
[0007] 引用列表
[0008] 非專利文獻(xiàn)
[0009] 非專利文獻(xiàn)1 :T. Irifune和H. Sumiya，"通過使用kawai型多頂站裝置的石墨的 直接轉(zhuǎn)化合成的多晶金剛石的性質(zhì)"，"新型金剛石和前沿碳技術(shù)"，14(2004)，第313-327頁
[0010] 非專利文獻(xiàn)2 :Sumiya和Irifune，"高純度納米多晶金剛石的合成及其表征"，SEI 技術(shù)綜述，165 (2004)，第68-74頁
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 技術(shù)問題
[0012] 然而，通過上述方法合成的多晶金剛石的不利之處在于可能發(fā)生破裂或裂紋。
[0013] 完成了本發(fā)明以解決上述問題，并且本發(fā)明的主要目的是提供具有優(yōu)異的耐裂紋 傳播性的多晶金剛石。
[0014] 技術(shù)方案
[0015] 本發(fā)明的多晶金剛石是包含層狀金剛石和粒狀金剛石的多晶金剛石。所述層狀金 剛石通過層壓板狀金剛石層而形成。當(dāng)在任意橫截面中觀察所述多晶金剛石時(shí)，在所述橫 截面中的觀察視野中出現(xiàn)的層狀金剛石占據(jù)的面積大于或等于所述觀察視野中的多晶金 剛石的總面積的90%。
[0016] 有益效果
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，可以獲得具有優(yōu)異的耐裂紋傳播性的多晶金剛石。
【附圖說明】
[0018] 圖1是根據(jù)實(shí)施方式1的切削工具的示意圖。
[0019] 圖2是顯示根據(jù)實(shí)施方式1的多晶金剛石的制造方法的流程圖。
[0020] 圖3是根據(jù)實(shí)施方式1的拉絲模的示意圖。
[0021] 圖4是沿圖3中示出的拉絲模的通孔的中心軸所取的截面圖。
[0022] 圖5是實(shí)施例1-2的碳材料的X射線衍射圖。
[0023] 圖6是實(shí)施例1-2的多晶金剛石的X射線衍射圖。
[0024] 圖7是根據(jù)實(shí)施方式1和2的多晶金剛石的結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 在下文中，將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。要注意，在圖中，相同或相 應(yīng)的部分分配有相同的標(biāo)號(hào)，并且不再重復(fù)其說明。
[0026] [所要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式的說明]
[0027] 首先，將列出本發(fā)明實(shí)施方式的概要。
[0028] (1)根據(jù)本實(shí)施方式的多晶金剛石是包含層狀金剛石和粒狀金剛石的多晶金剛 石。所述層狀金剛石通過層壓板狀金剛石層而形成。當(dāng)在任意橫截面中觀察所述多晶金剛 石時(shí)，在所述橫截面中的觀察視野中出現(xiàn)的層狀金剛石占據(jù)的面積大于或等于所述觀察視 野中的多晶金剛石的總面積的90%。
[0029] 作為為了解決上述問題而進(jìn)行的重復(fù)的全心研宄的結(jié)果，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)， 如下多晶金剛石具有高耐裂紋傳播性：在所述多晶金剛石中，當(dāng)在任意橫截面中觀察多晶 金剛石時(shí)，層狀金剛石占據(jù)大于或等于觀察視野中的多晶金剛石的總面積（觀察視野中的 多晶金剛石的結(jié)構(gòu)所占據(jù)的、且包含層狀金剛石和粒狀金剛石的面積）的90%。認(rèn)為耐裂 紋傳播性增加的原因是因?yàn)?，即使?dāng)在受到外力時(shí)在多晶金剛石中產(chǎn)生微小裂紋時(shí)，具有 各種取向的層狀金剛石也避開并緩和板狀金剛石長軸方向上的裂紋（裂紋延伸的方向的 變化導(dǎo)致抑制了裂紋的生長）。
[0030] (2)根據(jù)本實(shí)施方式的多晶金剛石可以具有其中所述金剛石的（220)面的X射線 衍射強(qiáng)度1( 22(|)對(duì)所述金剛石的（111)面的X射線衍射強(qiáng)度I mi)的比I (220)/1 (111) 大于或等 于0. 35的表面。
[0031] 由于通過上述非專利文獻(xiàn)1或2中所述的方法獲得的多晶金剛石顯示各向同性， 所以難以將金剛石中特別顯示優(yōu)異的硬度特性和耐磨性的（111)面用于工具的磨損方向。 作為為了解決該問題的重復(fù)的全心研宄的結(jié)果，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在超高壓和超 高溫下直接轉(zhuǎn)化具有C軸取向和非常高結(jié)晶度的碳材料，獲得了具有其中金剛石的（111) 面的取向極低的表面的多晶金剛石。具體地，發(fā)現(xiàn)在上述多晶金剛石中，在與碳材料的 (002)面平行的表面中的金剛石的（111)面具有非常低的取向。
[0032] 根據(jù)本實(shí)施方式的多晶金剛石是由單相金剛石結(jié)構(gòu)構(gòu)成的多晶金剛石，并且具有 其中所述金剛石的（220)面的X射線衍射強(qiáng)度1( 22(|)對(duì)所述金剛石的（111)面的X射線衍 射強(qiáng)度1(111)的比I (_/1(111)大于或等于〇. 35的表面。此處，"單相金剛石"表示既不包含 燒結(jié)助劑也不包含粘合劑。
[0033] 即，與常規(guī)多晶金剛石相比，根據(jù)本實(shí)施方式的多晶金剛石具有其中單晶金剛石 的（111)面具有極低取向的露出表面。推測本發(fā)明的多晶金剛石因此包含大量在與所述露 出表面交叉（更優(yōu)選，垂直）的方向上延伸、并繞垂直于所述露出表面的軸隨機(jī)取向的金剛 石的（111)面。本申請的發(fā)明人實(shí)際確認(rèn)，上述多晶金剛石在垂直于所述露出表面的表面 內(nèi)顯示優(yōu)異的耐磨性。
[0034] (3)根據(jù)本實(shí)施方式的多晶金剛石還包含所述金剛石以外的多種雜質(zhì)，并且所述 多種雜質(zhì)各自可具有小于或等于〇. 01質(zhì)量％的濃度。由此，即使層狀金剛石的比率高而減 少粒界的接觸面積，也可以抑制雜質(zhì)滲出到粒界從而成為應(yīng)力集中的起點(diǎn)。結(jié)果，可以抑制 應(yīng)力集中到接觸界面上，這可以防止破裂、裂紋等的發(fā)生。
[0035] (4)根據(jù)本實(shí)施方式的工具包含上述⑴~（3)中任一項(xiàng)中的