金剛石多晶體及其制造方法和工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金剛石多晶體，其制造方法、以及工具。具體而言，本發(fā)明涉及用于利用潤滑劑進行塑性加工的耐磨部件的金剛石多晶體、其制造方法、以及由該金剛石多晶體制成的工具。
【背景技術(shù)】
[0002]一直以來，金剛石因其具有極高的硬度和優(yōu)異的耐磨性而被用于以拉模為代表的耐磨部件。
[0003]例如，日本專利公開N0.09-124394披露了一種耐磨部件，其中通過CVD法用金剛石膜包覆充當(dāng)基體的物質(zhì)。
[0004]此外，日本專利公開N0.2009-174039披露了一種滑動部件，其中通過等離子化學(xué)氣相沉積法用金剛石狀碳膜包覆基材的表面。
[0005]引用列表
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本專利公開N0.09-124394
[0008]專利文獻2:日本專利公開N0.2009-174039

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問題
[0010]然而，當(dāng)金剛石的摩擦面的溫度極高時會迅速磨損。例如，當(dāng)由金剛石制成的拉模的拉絲速度增加時，金剛石的磨損迅速進行。據(jù)認(rèn)為這是由于摩擦面的溫度高，金剛石會與氧或被加工部件發(fā)生反應(yīng)，從而發(fā)生所謂的反應(yīng)磨損。因此，當(dāng)將金剛石用于耐磨部件時，耐磨部件的壽命較短。
[0011]本發(fā)明旨在解決前述問題。本發(fā)明的主要目的是提供一種金剛石多晶體、其制造方法、以及工具，其中在發(fā)生摩擦?xí)r該金剛石多晶體的壽命長于常規(guī)金剛石多晶體。
[0012]解決問題的方案
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的金剛石多晶體中，添加有至少一種這樣的元素，該元素的硫化物或氯化物的熔點小于或等于1000°c，并且晶粒的平均粒徑小于或等于500nm。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的工具可使用根據(jù)本發(fā)明的金剛石多晶體。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的制造金剛石多晶體的方法包括以下步驟:通過將石墨原料與混合用原料混合從而制備混合物，其中該混合用原料含有這樣的元素，該元素的硫化物或氯化物的熔點小于或等于1000°c ;通過粉碎并混合所述混合物從而制備碳材料；以及將所述碳材料直接轉(zhuǎn)化為金剛石多晶體。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的制造金剛石多晶體的方法包括以下步驟:通過用覆層包覆石墨原料的粉末的表面從而制備具有覆層的碳材料，其中所述覆層含有這樣的元素，該元素的硫化物或氯化物的熔點小于或等于1000°c ;以及將所述具有覆層的碳材料直接轉(zhuǎn)化為金剛石多晶體。
[0017]本發(fā)明的有益效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明可以提供一種金剛石多晶體、其制造方法、以及工具，其中在發(fā)生摩擦?xí)r該金剛石多晶體具有更長的壽命。
[0019]附圖簡要說明
[0020]圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明的制造金剛石多晶體的方法的流程圖。
[0021]圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的制造金剛石多晶體的方法的變型的流程圖。
[0022]圖3為示出了本發(fā)明實施例1至3中的模具的圖。
【具體實施方式】
[0023][本申請的發(fā)明的實施方案的描述]
[0024]本發(fā)明的發(fā)明人為了解決上述問題進行了深入研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn):通過將這樣的金剛石多晶體用于利用潤滑劑進行塑性加工的耐磨部件，可使耐磨部件具有更長的壽命，其中在該金剛石多晶體中，添加有至少一種這樣的元素，該元素的硫化物或氯化物的熔點小于或等于1000°c，并且該金剛石多晶體中晶粒的平均粒徑小于或等于500nm。
[0025]在根據(jù)本發(fā)明的實施方案的金剛石多晶體中，添加有至少一種這樣的元素，該元素的硫化物或氯化物的熔點小于或等于1000°c，并且晶粒的平均粒徑小于或等于500nm。
[0026]由此，可以抑制該金剛石多晶體的磨損，并且當(dāng)該金剛石多晶體發(fā)生摩擦?xí)r其能夠具有更長的壽命。
[0027]上述金剛石多晶體含有選自由所述元素的單質(zhì)、碳化物和氧化物構(gòu)成的組中的至少一者，并且所述選自由所述元素的單質(zhì)、碳化物和氧化物構(gòu)成的組中的至少一者可析出于作為第一相的所述晶粒的晶界處。此外，上述金剛石多晶體可以包含第二相，所述第二相含有所述元素的單質(zhì)、碳化物、或氧化物，并且該第二相設(shè)置于作為第一相的所述晶粒的晶界處。此外，在所述晶界附近可獲得大于或等于90GPa的努氏硬度。這里，表述“晶界附近”是指第一相中這樣的區(qū)域:當(dāng)在該區(qū)域中通過利用微型努氏壓頭在0.5N的測試負(fù)荷下進行努氏硬度測量時，努氏壓痕不會越過晶界并且不會抵達(dá)(例如)作為第二相的另一相鄰晶粒。需要注意的是，在該情況中，可在第一相的任何區(qū)域中獲得大于或等于90GPa的努氏硬度。作為上述元素，可以添加大于或等于0.5ppm且小于或等于70ppm的鐵。作為上述元素，可以添加大于或等于40ppm且小于或等于SOppm的鍶。作為上述元素，可添加總計大于或等于40.5ppm且小于或等于10ppm的鐵和鎖。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的實施方案的工具可以使用根據(jù)本發(fā)明的實施方案的金剛石多晶體。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實施方案的制造金剛石多晶體的方法包括以下步驟:通過將石墨原料與混合用原料混合從而制備混合物，其中該混合用原料含有這樣的元素，該元素的硫化物或氯化物的熔點小于或等于1000°c ;通過粉碎并混合所述混合物從而制備碳材料；以及將所述碳材料直接轉(zhuǎn)化為金剛石多晶體。
[0030]由此，可以制備如上所述的金剛石多晶體。
[0031]上述混合用原料可含有選自由所述元素的單質(zhì)、碳化物、以及氧化物構(gòu)成的組中的至少一者。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實施方案的制造金剛石多晶體的方法包含以下步驟:通過用覆層包覆石墨原料的粉末的表面從而制備具有覆層的碳材料，其中所述覆層含有這樣的元素，該元素的硫化物或氯化物的熔點小于或等于1000°c ;以及將所述具有覆層的碳材料直接轉(zhuǎn)化為金剛石多晶體。
[0033]由此，可以制備如上所述的金剛石多晶體。
[0034]在制造具有覆層的碳材料的上述步驟中，可以通過濺射法用所述元素包覆所述石墨原料的粉末的表面。在制造具有覆層的碳材料的上述步驟中，所述覆層可以含有選自由所述元素的單質(zhì)、碳化物、和氧化物構(gòu)成的組中的至少一種者。上述元素可以包括鐵和鍶中的至少一者。在上述直接轉(zhuǎn)化的步驟中，可以使用如下條件:大于或等于1GPa且小于或等于30GPa的壓力，以及大于或等于1500°C且小于或等于3000°C的加熱溫度。
[0035][本申請的發(fā)明的實施方案的詳述]
[0036]下面，將描述本發(fā)明的實施方案。在本發(fā)明實施方案的金剛石多晶體中，添加了鐵(Fe)作為所述元素，該元素的硫化物的熔點小于或等于1000°C的元素，并且作為第一相的晶粒的平均粒徑小于或等于500nm。Fe包含在第二相中，該第二相設(shè)置于作為第一相的晶粒的晶界處。此處，第一相由基本上不包含粘合劑、燒結(jié)助劑、催化劑等的金剛石單相制成。另一方面，第二相基本上不包含粘合劑、燒結(jié)助劑和催化劑等，并且由Fe的單質(zhì)、碳化物或氧化物制成。
[0037]即，本實施方案的金剛石多晶體具有空隙極少的緊密堆積的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其中，由金剛石單相制成、并且平均粒徑小于或等于500nm的晶粒彼此間牢固地直接結(jié)合在一起。在上述晶粒的晶界處形成了含有所述添加元素的第二相。因此，上述金剛石多晶體即使在高溫下仍具有優(yōu)異的硬度性能。
[0038]當(dāng)添加到上述金剛石多晶體中的Fe (包括其單質(zhì)、碳化物、和氧化物)暴露在該金剛石多晶體的表面并且因摩擦等受熱時，其與含氯潤滑劑中所含的氯(Cl)發(fā)生反應(yīng)并生成氯化鐵(FeCl3)。由于FeCl^熔點為302°C，因此當(dāng)金剛石多晶體被加熱到上述沸點以上時，氯化物熔化為液體。由此，當(dāng)將金剛石多晶體用作工具并與待加工部件間發(fā)生摩擦?xí)r，F(xiàn)eCl3由于摩擦熱而液化，因而金剛石多晶體與被加工部件在其之間的接觸面中的至少一部分處相互接觸，并且，具有低剪切應(yīng)力的液化的氯化鐵介于其間。由此，上述接觸面的摩擦系數(shù)降低，因而降低了將金剛石多晶體用于耐磨部件時該金剛石多晶體的磨損量。因此，所述金剛石多晶體和配備有所述金剛石多晶體的工具可以具有更長的壽命。