(57)【要約】  多結晶ダイヤモンド材料は、粒間結合を示すダイヤモンド粒子又は結晶粒の塊と、ダイヤモンド用非金属触媒材料を含む結合剤材料とを含み、ダイヤモンド用非金属触媒材料は金属オキソアニオンであり、オキソアニオンは、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、バナジン酸イオン、リン酸イオン及びその混合物を含む群から選択される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒間結合を示すダイヤモンド粒子又は結晶粒の塊と、ダイヤモンド用非金属触媒材料を含む結合剤材料とを含んでなる多結晶ダイヤモンド材料であって、前記ダイヤモンド用非金属触媒材料が金属オキソアニオンであり、前記オキソアニオンは、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、バナジン酸イオン、リン酸イオン及びその混合物を含む群から選択される、多結晶ダイヤモンド材料。
【請求項２】
前記金属オキソアニオンが、一般式A(MxOy)z又はAB(MxOy)z（式中、A及びBはアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、ランタニド、アクチニド、又は一価、二価若しくは三価金属であり、Mはタングステン、モリブデン、バナジウム又はリンであり、かつ0.67<x<4、3<y<12、及び1<z<3）の化合物群から選択される、請求項1に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
【請求項３】
前記金属オキソアニオンが、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸コバルト、タングステン酸ジルコニウム、バナジン酸カリウム、KBi(WO4)2、La4Cu3MoO12、ZrMo2O8、HfW2O8、La2Mo3O12、Eu2Mo3O12、Sc0.67WO4、Eu0.67MoO4、Zr2(WO4)(PO4)2及びLnAg(WO4)(MoO4)を含む群から選択される、請求項1又は2に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
【請求項４】
前記金属オキソアニオンがモリブデン酸ナトリウムである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
【請求項５】
前記ダイヤモンド粒子が約10nm〜約50μmの平均粒径を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
【請求項６】
前記多結晶ダイヤモンド材料のダイヤモンド含量が、前記多結晶ダイヤモンド材料の体積の少なくとも80%、最大で約98%である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
【請求項７】
前記多結晶ダイヤモンド材料が、最大で20体積%の前記ダイヤモンド用非金属触媒材料を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の多結晶ダイヤモンド材料。
【請求項８】
前記多結晶ダイヤモンド材料の製造方法であって、ダイヤモンド粒子又は結晶粒の塊を用意する工程、前記ダイヤモンド粒子又は結晶粒を、金属オキソアニオンであるダイヤモンド用非金属触媒材料（前記オキソアニオンは、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、バナジン酸イオン、リン酸イオン及びその混合物を含む群から選択される）を含む結合剤材料と接触させる工程、前記ダイヤモンド粒子又は結晶粒と前記結合剤材料を固めてグリーン体を形成する工程、及びダイヤモンドが熱力学的に安定な温度と圧力に前記グリーン体をさらし、焼結させ、多結晶ダイヤモンド材料を形成する工程を含む、方法。
【請求項９】
前記金属オキソアニオンが、一般式A(MxOy)z又はAB(MxOy)z（式中、A及びBはアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、ランタニド、アクチニド、又は一価、二価若しくは三価金属であり、Mはタングステン、モリブデン、バナジウム又はリンであり、かつ0.67<x<4、3<y<12、及び1<z<3）の化合物群から選択される、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属オキソアニオンが、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸コバルト、タングステン酸ジルコニウム、バナジン酸カリウム、KBi(WO4)2、La4Cu3MoO12、ZrMo2O8、HfW2O8、La2Mo3O12、Eu2Mo3O12、Sc0.67WO4、Eu0.67MoO4、Zr2(WO4)(PO4)2及びLnAg(WO4)(MoO4)を含む群から選択される、請求項8又は9に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属オキソアニオンがモリブデン酸ナトリウムである、請求項8〜10のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１２】
前記グリーン体を、ダイヤモンドが熱力学的にグラファイトより安定な圧力及び温度に前記ダイヤモンド用非金属触媒材料の存在下でさらす工程を含む、請求項8〜11のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１３】
前記圧力が少なくとも約6.8GPaであり、かつ前記温度が少なくとも約1500℃である、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
形成された前記多結晶ダイヤモンド材料が付着面を画定する、請求項8〜13のいずれか1項に記載の方法であって、前記付着面に隣接するダイヤモンド用非金属触媒材料をその金属形に還元する工程及び基材又は他の支持材料を前記多結晶ダイヤモンド材料の前記付着面に付着させる工程を含む、方法。
【請求項１５】
請求項1〜7のいずれか1項に記載の多結晶ダイヤモンド材料を含む摩耗要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、多結晶ダイヤモンド(PCD)材料、及び該材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械その他の工具用のカッターインサートは、固結(cemented)炭化物基材に結合した多結晶ダイヤモンド(PCD)の層を含み得る。PCDは超硬材料の例であり、超砥粒材料とも呼ばれ、固結炭化タングステンの硬度値より実質的に大きい硬度値を有する。
PCDを含むコンポーネントは、岩、金属、セラミック、複合材料及び木含有材料等の硬質又は研削材料を切削、機械加工、穿孔又は分解するための種々多様な工具で使用されている。PCDは、骨格塊(skeletal mass)を形成する実質的に相互成長した(inter-grown)ダイヤモンド結晶粒の塊を含み、これがダイヤモンド結晶粒間の隙間を画定する。PCD材料は少なくとも約80体積%のダイヤモンドを含み、ダイヤモンド結晶粒の凝集塊を、ダイヤモンド用触媒材料とも呼ばれる焼結助剤の存在下で約5GPaより高い超高圧及び少なくとも約1,200℃の温度にさらすことによって製造され得る。ダイヤモンド用触媒材料は、ダイヤモンドがグラファイトより熱力学的に安定な圧力及び温度条件でダイヤモンド結晶粒の直接相互成長を促進できる材料であると解釈される。周囲圧力で、特に高温にてダイヤモンドのグラファイトへの変換を促進できるダイヤモンド用触媒材料もある。ダイヤモンド用触媒材料の例は、コバルト、鉄、ニッケル及びこれらのいずれかを含む特定合金である。PCDは、PCDにコバルト触媒材料源を与え得るコバルト固結炭化タングステン基材上で形成され得る。PCD材料内の隙間は少なくとも部分的に触媒材料で充填され得る。
【０００３】
しかしながら、このタイプのPCD材料によって経験される周知の課題は、ダイヤモンド用触媒材料、特にダイヤモンド用金属触媒材料、例えばCo、Ni又はFeの、隙間内における残留圧力が高温でPCD材料の性能に悪影響を与えることである。適用中、PCD材料は熱くなり、大体はダイヤモンドのグラファイト化を触媒する金属触媒材料の存在のため熱的に分解し、かつ金属触媒材料とダイヤモンドのミクロ構造との間の熱膨張の大きい差異のためPCD材料に応力をも生じさせる。
この課題に取り組む1つのアプローチは、典型的には浸出によって、当該技術分野では触媒／溶剤とも呼ばれる触媒材料をPCD材料から除去することである。
US 3,745,623及びUS 4,636,253は、浸出プロセスで加熱酸混合物を使用することを教示しており、それぞれHFと、HClと、HNO3の混合物及びHNO3とHFの混合物を使用する。
US 4,288,248及びUS 4,224,380は、HNO3-HF(硝酸とフッ化水素酸)を含む熱溶媒単独又はHCl-HNO3(塩酸と硝酸)を含む第2の熱溶媒との組合せにおけるPCDテーブルの浸出による触媒／溶剤の除去について記載している。
US 2007/0169419は、PCDテーブルの浸出されない部分を遮蔽し、この遮蔽したPCDテーブルを腐食性溶液に浸漬して水と王酸に触媒／溶剤を溶かすことによって、触媒／溶剤の一部又は全てをPCDテーブルから浸出させる方法について記載している。この浸出プロセスは、PCDテーブルと腐食性溶液との間の界面を揺り動かして触媒／溶剤の溶解速度を加速させる音響エネルギーの使用によって加速される。
US 4,572,722は、浸出プロセス前又は浸出プロセス中にレーザー切断又はスパーク放出によりPCDテーブルに穴を形成することによって加速される浸出プロセスを開示している。次に通常の酸浸出技術、電解浸出及び液体亜鉛抽出を利用してPCDテーブルが浸出される。
【０００４】
この課題に取り組むための代替アプローチは、熱的により安定なPCD材料を生じさせるダイヤモンド用非金属触媒材料を使用することである。
JP2795738(B2)は、ダイヤモンド粉末と金属炭酸塩の混合物を6〜12GPaの圧力と1700〜2500℃の温度で焼結させて、焼結ダイヤモンド層中の0.1〜15vol%の非金属結合剤から成る焼結多結晶材料を与えることを述べている。
JP4114966は、ダイヤモンド粉末とアルカリ土類金属炭酸塩に焼結助剤として添加される炭素粉末を用いて、非金属系の易焼結性を高めることを記載している。
JP2003226578も不十分な易焼結性の課題に取り組んでおり、炭酸塩をベースにした非金属溶剤／触媒系の焼結助剤としてのシュウ酸二水和物の使用について記載している。
JP2002187775は、焼結炭酸塩をベースにした非金属PCDを得るための他の有機化合物の添加について記載しており、JP6009271には、同様に金属炭化物の添加について記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般論として、この開示は、ダイヤモンド用非金属触媒材料を有する多結晶ダイヤモンド材料に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第1態様から見れば、粒間結合を示すダイヤモンド粒子又は結晶粒の塊と、ダイヤモンド用非金属触媒材料を含む結合剤材料とを含んでなる多結晶ダイヤモンド材料であって、ダイヤモンド用非金属触媒材料は金属オキソアニオンであり、オキソアニオンは、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、バナジン酸イオン、リン酸イオン及びその混合物を含む群から選択される、多結晶ダイヤモンド材料を提供する。
金属オキソアニオンは、一般式A(MxOy)z又はAB(MxOy)z（式中、A及びBはアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、ランタニド、アクチニド、又は一価、二価若しくは三価金属であり、Mはタングステン、モリブデン、バナジウム又はリンであり、かつ0.67<x<4、3<y<12、及び1<z<3）の化合物群から選択され得る。
1つ以上の実施形態では、金属オキソアニオンは、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸コバルト、タングステン酸ジルコニウム、バナジン酸カリウム、KBi(WO4)2、La4Cu3MoO12、ZrMo2O8、HfW2O8、La2Mo3O12、Eu2Mo3O12、Sc0.67WO4、Eu0.67MoO4、Zr2(WO4)(PO4)2及びLnAg(WO4)(MoO4)から成る群より選択され得る。
一実施形態では、金属オキソアニオンはモリブデン酸ナトリウムである。
ダイヤモンド粒子又は結晶粒の平均粒径は、約10nm〜約50μmであり得る。
1つ以上の実施形態では、多結晶ダイヤモンド材料は、結合剤材料の残基をその酸素含有化合物及び／又は窒素含有化合物の形で含む。
多結晶ダイヤモンド材料のダイヤモンド含量は、多結晶ダイヤモンド材料の体積の少なくとも約80%、少なくとも約88%、少なくとも約90%、少なくとも約92%又は少なくとも約96%でさえあり得る。いくつかの実施形態では、多結晶ダイヤモンド材料のダイヤモンド含量は、多結晶ダイヤモンド材料の体積の最大で約98%である。
いくつかの実施形態では、ダイヤモンド用非金属触媒材料の含量は、PCD材料の最大で約20体積%、最大で約10体積%、最大で約8体積%、又は最大で約4体積%でさえある。
【０００７】
さらなる態様は、多結晶ダイヤモンド材料の製造方法であって、ダイヤモンド粒子又は結晶粒の塊を用意する工程、ダイヤモンド粒子又は結晶粒を、金属オキソアニオンであるダイヤモンド用非金属触媒材料（オキソアニオンは、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、バナジン酸イオン、リン酸イオン及びその混合物を含む群から選択される）を含む結合剤材料と接触させる工程、ダイヤモンド粒子又は結晶粒と結合剤材料を固めてグリーン体(green body)を形成する工程、及びダイヤモンドが熱力学的に安定な温度と圧力にグリーン体をさらし、焼結させ、多結晶ダイヤモンド材料を形成する工程を含む方法を提供する。
ダイヤモンド粒子又は結晶粒と結合剤材料を適切な結合助剤を用いて粉末形態で混合することができる。
ダイヤモンド粒子又は結晶粒と結合剤材料をそれぞれの隣接層として与えてよく、非金属触媒材料は適切な圧力及び温度条件下で融解してダイヤモンド粒子又は結晶粒の層に浸透する。
ダイヤモンド粒子又は結晶粒を液状媒質に懸濁させることができ、ダイヤモンド用非金属触媒材料は液状媒質内のそれぞれのダイヤモンド粒子又は結晶粒の表面上にそのまま沈殿して、ダイヤモンド粒子又は結晶粒を被覆する。
結合剤材料との接触前には、ダイヤモンド粒子又は結晶粒は、約10nm〜約50μmの平均粒径を有し得る。
いくつかの実施形態では、平均粒径が異なるダイヤモンド粒子又は結晶粒の多様式混合物を用意する。
多結晶ダイヤモンド材料は独立型成形体であってよい。他の実施形態では、多結晶ダイヤモンド材料は例えば金属炭化物基材等の基材に付着していてもよい。
1つ以上の実施形態では、多結晶ダイヤモンド材料が付着面を画定し、製造方法は、付着面に隣接するダイヤモンド用非金属触媒材料をその金属形に還元する工程及び基材又は他の支持材料を多結晶ダイヤモンド材料の付着面に付着させる工程を包含し得る。
焼結は、6.8GPa以上、又は7.7GPa以上の圧力、及び1500℃以上、又は2250℃以上の温度で、3分以下、又は3分以上の焼結時間行なってよい。
有機化合物、例えば有機無水物複合体、及び／又は水を添加して焼結を助けることもできる。
多結晶ダイヤモンド材料の1以上の領域の隙間からダイヤモンド用非金属触媒材料を除去して、実質的にダイヤモンド用非金属触媒材料のない1以上の領域を有する多結晶ダイヤモンド材料を提供することができる。
実質的にダイヤモンド用非金属触媒材料のない1以上の領域に置換材料を導入することができる。
実質的にダイヤモンド用非金属触媒材料のない1以上の領域は、多結晶ダイヤモンド材料の1以上の作業面に隣接して位置し得る。
別の態様によれば、上記定義どおりの多結晶ダイヤモンド材料を含む摩耗要素を提供する。
いくつかの実施形態は、従来の金属触媒多結晶材料を超える多結晶材料の熱安定の増大、無触媒酸化物沈殿物を形成するための非金属触媒の部分分解によって起こる析出硬化に起因する多結晶ダイヤモンド材料の耐摩耗性の改善、及び付着面で金属塩を金属に還元することによる金属基材へのろう付けの改善の1以上の提供に役立ち得る。
以下、添付図面を参照して非限定実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】多結晶ダイヤモンド材料の実施形態のサンプルのXRD解析を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態の詳細な説明
本明細書では、「多結晶ダイヤモンド」(PCD)材料は、ダイヤモンド結晶粒の塊を含み、ダイヤモンド結晶粒の実質的部分は互いに直接相互結合しており、ダイヤモンドの含量は該材料の少なくとも約80体積%である。PCD材料のいくつかの実施形態では、ダイヤモンド結晶粒間の隙間は少なくとも部分的に、ダイヤモンド用非金属触媒を含む結合剤材料で充填されていてよい。
本明細書では、「ダイヤモンド用非金属触媒材料」は、ダイヤモンドがグラファイトより熱力学的に安定な温度と圧力の条件下で多結晶ダイヤモンド粒子又は結晶粒の相互成長を触媒できる材料である。
本明細書では、「隙間」又は「格子間領域」は、PCD材料のダイヤモンド結晶粒間の領域である。
結晶粒の塊の多様式サイズ分布は、結晶粒が2以上のピーク（各ピークはそれぞれの「様式」に対応する）のあるサイズ分布を有することを意味するものと解釈される。多様式多結晶体は典型的に、複数の結晶粒の2以上のソース（各ソースは実質的に異なる平均サイズを有する結晶粒を含む）を用意し、これらのソース由来の結晶粒又は粒子を一緒にブレンドすることによって製造される。ブレンドされた結晶粒のサイズ分布の測定は典型的に、別個の様式に対応する別個のピークを明らかにする。結晶粒が一緒に焼結されて多結晶体を形成すると、それらのサイズ分布は、結晶粒が互いに圧縮され、破砕されるにつれてさらに変化し、結果として結晶粒のサイズは全体的に減少する。それにもかかわらず、結晶粒の多様式は通常それでも焼結品の画像解析から疑いもなく明白である。
【００１０】
本明細書では、グリーン体は、焼結される予定であるか又は部分的に焼結されたが、最終製品を形成するために完全にはまだ焼結されていない物品である。それは一般的に自立性であってよく、意図した完成品の一般的形態を有し得る。
本明細書では、超硬摩耗要素は、超硬材料を含む要素であり、硬質又は研削材を含むワークピース又は物体の分解、穿孔、切断又は機械加工等の摩耗用途で用いられる。
いくつかの実施形態の多結晶ダイヤモンド材料は、従来の溶剤／触媒焼結ダイヤモンド複合材料と比較して高い熱安定性を有するダイヤモンドを含む。いくつかの実施形態では、多結晶ダイヤモンド材料は、ダイヤモンド用非金属触媒材料を含む結合剤を包含する。ダイヤモンド用非金属触媒材料は、金属オキソアニオンであってよく、オキソアニオンは、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、バナジン酸イオン、リン酸イオン及びその混合物を含む群から選択される。
いくつかの実施形態では、金属オキソアニオンには、一般式A(MxOy)z又はAB(MxOy)z（式中、A及びBはアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、ランタニド、アクチニド、又は一価、二価若しくは三価金属であり、Mはタングステン、モリブデン、バナジウム又はリンであり、かつ0.67<x<4、3<y<12、及び1<z<3）の化合物が含まれる。
排他的リストではないが、典型的な金属オキソアニオンとして、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸コバルト、タングステン酸ジルコニウム、バナジン酸カリウム、KBi(WO4)2、La4Cu3MoO12、ZrMo2O8、HfW2O8、La2Mo3O12、Eu2Mo3O12、Sc0.67WO4、Eu0.67MoO4、Zr2(WO4)(PO4)2及びLnAg(WO4)(MoO4)が挙げられる。
多結晶ダイヤモンド材料の製造方法は、いくつかの実施形態では、ダイヤモンド粒子又は結晶粒の塊をダイヤモンド用非金属触媒材料を含む結合剤材料と接触させる工程を包含する。ダイヤモンド用非金属触媒材料は金属オキソアニオンであってよく、オキソアニオンは、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、バナジン酸イオン、リン酸イオン及びその混合物を含む群から選択される。ダイヤモンド粒子又は結晶粒と結合剤材料を固めてグリーン体としてよく、このグリーン体を次に焼結して多結晶ダイヤモンド材料を形成するため、ダイヤモンドがグラファイトより熱力学的に安定な温度と圧力にさらす。
【００１１】
いくつかの実施形態では、非金属結合剤材料をダイヤモンド粒子又は結晶粒と粉末形態で結合させ、例えば、典型的には例えばメタノール等の製粉助剤の存在下での遊星ボール製粉プロセスのような従来の混合プロセスで混合する。Co-WC製粉ボール等の製粉ボールを用いて結合剤とダイヤモンド粉末を一緒に製粉する。次に結合剤とダイヤモンドの混合物を典型的には50〜100℃の温度で乾燥させてメタノールその他の揮発性残留物を除去する。次にそれを固めて焼結可能なグリーン体にする。或いは、ダイヤモンド粉末と結合剤材料を層形態で与えてよく、当業者には分かるように、適切な温度及び圧力条件下でダイヤモンド用非金属触媒材料は融解してダイヤモンド粉末に浸透する。
【００１２】
代替実施形態では、非金属結合剤材料をゾルゲルプロセスでダイヤモンド粒子又は結晶粒と結合させる。激しく撹拌する液体にダイヤモンド粉末を懸濁させてダイヤモンド懸濁液を形成する。この液体は典型的には水であるが、当業者はいずれの適切な液体媒質をも使用できることが分かるであろう。所望オキソアニオンの第1塩は、それは溶剤に溶けるが、ダイヤモンド懸濁液に溶けない塩を選択カチオンと形成するように選択される。所望カチオンの第2塩は、それは溶剤に溶けるが、該カチオンが第1塩のオキソアニオンと不溶性塩を形成するように選択される。
モリブデン酸塩、タングステン酸塩、バナジン酸塩、リン酸塩、又はその混合物を含む不溶性沈殿物がそれぞれのダイヤモンド粒子又は結晶粒の表面に生じるように、2種の塩含有溶液を同時にダイヤモンド懸濁液に滴加する。
滴加中は懸濁ダイヤモンド粒子又は結晶粒を含有する液体を撹拌する。この撹拌はヒータースターラ及びマグネチックスターラによって、又はオーバーヘッドスターラによって、又は超音波処理によって、又はダイヤモンド粒子を効率的に該液体に分散させ得るいずれの他の適切な方法によっても達成可能である。
沈殿塩を伴うダイヤモンド粉末を懸濁液から取り出し、存在し得るいずれの残留懸濁液媒質又は溶剤をも除去するのに適した温度で乾燥させてよい。乾燥温度は典型的に約50〜100℃である。沈殿塩を伴うダイヤモンドは乾燥中固定していてよく、或いは乾燥の効率又は速度を高めるように撹拌し、軽く混ぜ、又は動かしてよい。ダイヤモンド粒子と結合剤材料を固めてグリーン体を形成する。
結合剤との接触前に、ダイヤモンド粒子は約50nm〜約50μmに及ぶ平均粒径を有してよい。
グリーン体は、一旦形成されると、適切な容器に入れて高圧高温プレス機に導入される。典型的には6.8〜7.7GPa以上の圧力及び約1500〜2200℃以上の温度でダイヤモンド粒子を一緒に焼結させるために圧力と熱を加える。
一実施形態では、多結晶ダイヤモンド材料の表面に隣接する金属塩を例えば高温で乾燥水素と反応させることによってその金属に還元する。このことは例えば金属炭化物基材上への多結晶ダイヤモンド材料のろう付けを容易にすると予想される。
【実施例】
【００１３】
下記実施例に関していくつかの実施形態をさらに詳述するが、これらの実施例に限定する意図ではない。
実施例1：遊星ボール製粉によって混合したモリブデン酸ナトリウムを伴う微細ダイヤモンド
近似平均粒径20μmのダイヤモンド粉末25gを近似容積600mlのポリプロピレン製粉ジャー内の125gのCo-WC製粉ボールに添加した。2.5gの無水モリブデン酸ナトリウム及び100mlのメタノールを加え、ジャーを密封して遊星ボールミルに入れて15分間90rpmで製粉した。製粉ジャーを開けてさらに25gのダイヤモンド粉末をさらなる125gの製粉ボール、さらなる2.5gのモリブデン酸ナトリウム及び100mlのメタノールと共に加えた。ジャーを密封し、さらに15分間90rpmで製粉した。製粉ジャーをミルから取り出し、開けて、オーブン内で50℃にて一晩放置してメタノールを蒸発させ、ダイヤモンド-塩粉末混合物を乾燥させた。
ふるい分けによってダイヤモンド-塩混合物を製粉ボールから分離してから混合物の2gを金属キャニスターに入れて7.7GPa及び2250℃で3分間焼結させた。焼結PCD材料のSEM解析は、ダイヤモンド結晶粒間の相互成長を示した。焼結PCD材料のXRD解析は、図1に描写されるように、MoO2及びNa0.9Mo2O4と、微量のNaWO3の存在を示した。このタングステンは、製粉工程中にCo-WC製粉ボールによる混入のために導入されたものである。摩耗試験は、Co-WC結合剤を含む同様の金属PCDと比較して約20%の改善を示した。熱重量分析は、標準的な金属PCDの750℃から非金属PCDの940℃への酸化温度の上昇を示した。これは後者の熱安定性の有意な改善を示唆している。
【００１４】
実施例2：コロイド沈着したモリブデン酸コバルトを伴う微細ダイヤモンド
平均粒径2μmのダイヤモンド粉末65gを2.5リットルの脱イオン水に懸濁させた。懸濁液を激しく撹拌しながら、硝酸コバルトCo(NO3)2の水溶液とモリブデン酸ナトリウムNaMoO4の水溶液を同時に懸濁液に滴加した。硝酸コバルト溶液は35gのCo(NO3)2.6H2Oを200mlの脱イオン水に溶かすことによって作製可能である。モリブデン酸ナトリウム溶液は30gのNaMoO4を200mlの脱イオン水に溶かすことによって作製可能である。硝酸コバルトとモリブデン酸ナトリウムを反応させて懸濁ダイヤモンド粒子の表面にモリブデン酸コバルトの沈殿物を形成することができる。モリブデン酸コバルトを伴うダイヤモンド粉末を典型的には脱イオン水で2回洗浄して、反応の可溶性硝酸ナトリウム副生物を除去することができる。
被覆ダイヤモンドをエタノール中で洗浄し、オーブン内で50℃にて一晩乾燥させてよい。乾燥被覆ダイヤモンドの2gサンプルを金属キャニスターに入れて7.7GPa及び2250℃で3分間焼結させてよい。焼結PCD材料のSEM解析は、製粉により実施例1で得られたより均一なミクロ構造を有するダイヤモンドの相互成長を示すと予想される。摩耗挙動及び熱安定性に関しては実施例1で得られたのと同様の利益が予想される。
【００１５】
実施例3：コロイド沈着したタングステン酸ジルコニウムを伴う微細ダイヤモンド
平均粒径2μmのダイヤモンド粉末65gを2.5リットルの脱イオン水に懸濁させた。懸濁液を激しく撹拌しながら硝酸ジルコニウムZr(NO3)4.5H2Oの水溶液とタングステン酸カリウムK2WO4の水溶液を同時に懸濁液に滴加した。硝酸ジルコニウム溶液は54gのZr(NO3)4.5H2Oを200mlの脱イオン水に溶かすことによって作製可能である。タングステン酸カリウム溶液は52gのK2WO4を200mlの脱イオン水に溶かすことによって作製可能である。硝酸ジルコニウムとタングステン酸カリウムを反応させて、懸濁ダイヤモンド粒子の表面にタングステン酸ジルコニウムの沈殿物を形成することができる。タングステン酸ジルコニウムの沈殿物を伴うダイヤモンド粉末を典型的には脱イオン水で2回洗浄して、反応の可溶性硝酸カリウム副生物を除去することができる。
被覆ダイヤモンドをエタノール中で洗浄し、オーブン内で50℃にて一晩乾燥させてよい。乾燥被覆ダイヤモンドの2gサンプルを金属キャニスターに入れて7.7GPa及び2250℃で3分間焼結させてよい。焼結PCD材料のSEM解析は、製粉により実施例1で得られたより均一なミクロ構造を有するダイヤモンドの相互成長を示すと予想される。摩耗挙動及び熱安定性に関しては実施例1で得られたのと同様の利益が予想される。
【００１６】
実施例4：遊星ボール製粉によって混合したバナジン酸カリウムを伴う微細ダイヤモンド
近似平均粒径20μmのダイヤモンド粉末25gを近似容積600mlのポリプロピレン製粉ジャー内の125gのCo-WC製粉ボールに添加し得る。3gのバナジン酸三カリウムK3VO4、及び100mlのメタノールを加え、ジャーを密封して遊星ボールミルに入れて15分間90rpmで製粉し得る。製粉ジャーを開けたらすぐに、さらに25gのダイヤモンド粉末をさらなる125gの製粉ボール、さらなる3gのバナジン酸三カリウム及び100mlのメタノールと共に添加した後、ジャーを密封し、さらに15分間90rpmで製粉し得る。製粉ジャーをミルから取り出し、開けて、オーブン内で50℃にて一晩放置することによって、メタノールを蒸発させ、ダイヤモンド-塩粉末混合物を乾燥させることができる。
ふるい分けによってダイヤモンド-塩混合物を製粉ボールから分離してから混合物の2gを金属キャニスターに入れて7.7GPa及び2250℃で3分間焼結させた。摩耗試験は、Co-WC結合剤を含む同様の金属PCDを超える改善を示すと予想される。
【図１】
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【国際調査報告】
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