(57)【要約】  本開示は、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料及びロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料の作製方法に関する。コーティング済みダイヤモンド含有材料をロウ付けするための方法は、ロウ付け金属を耐熱性金属層及び基材と接触させること；少なくともロウ付け金属を、ロウ付け金属の溶融温度以上に加熱すること；並びに、ロウ付け金属を基材と接触させてロウ付け金属層を形成し、ダイヤモンド含有材料、ロウ付け金属層、及び基材を一緒に接合することを含み得る。この方法の利点としては、ロウ付け工程を、空気中、周囲圧力下にて、及び保護層を必要とせずに行うことができることが挙げられ得る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のダイヤモンド含有材料；
耐熱性金属又は耐熱性金属合金を含んでなる耐熱性金属層であって、ここで、前記耐熱性金属層は、前記第一のダイヤモンド含有材料と操作可能に接続される、耐熱性金属層；
ロウ付け金属を含んでなるロウ付け金属層であって、ここで、前記ロウ付け金属層は、前記耐熱性金属層の少なくとも一部分と直接接触している、ロウ付け金属層；並びに、
基材であって、ここで、前記基材の面の少なくとも一部分は、前記ロウ付け金属層と直接接触している、基材、
を含んでなるロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項２】
炭化物層をさらに含んでなり、ここで、前記炭化物層は、前記第一のダイヤモンド含有材料と前記耐熱性金属層との間に挟まれている、請求項１に記載のロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項３】
前記炭化物層が、耐熱性金属炭化物を含んでなる、請求項２に記載のロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項４】
前記基材が、第二のダイヤモンド含有材料、超硬質合金、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）超砥粒、セラミック、金属、金属合金、及び／又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでなる、請求項１に記載のロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項５】
前記第一のダイヤモンド含有材料が、単結晶ダイヤモンド、化学蒸着ダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、コバルト‐多結晶ダイヤモンドコンポジット、熱安定性ダイヤモンドコンポジット、及び／又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでなる、請求項１に記載のロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項６】
前記第二のダイヤモンド含有材料が、単結晶ダイヤモンド、化学蒸着ダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、コバルト‐多結晶ダイヤモンドコンポジット、熱安定性ダイヤモンドコンポジット、及び／又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでなる、請求項４に記載のロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項７】
前記耐熱性金属が、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、バナジウム、クロム、又はモリブデンを含んでなり；並びに、
前記耐熱性金属合金が、少なくとも１つの耐熱性金属を含んでなる、
請求項１に記載のロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項８】
前記耐熱性金属合金が、非耐熱性金属をさらに含んでなる、請求項１に記載のロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項９】
前記耐熱性金属層が、約０．１μｍから約１００μｍの厚さを有する、請求項３に記載のロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項１０】
前記耐熱性金属又は前記耐熱性金属合金が、コーティング法によって前記ダイヤモンド含有材料上に成膜されて、前記耐熱性金属層、及び所望に応じて存在してよい前記炭化物層を形成する、請求項３に記載のロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項１１】
前記コーティング法が、物理蒸着、化学蒸着、スパッタリング、蒸発（evaporation）、無電解メッキ、電気メッキ、熱拡散、又はこれらの組み合わせ若しくは連続を含んでなる、請求項１０に記載のロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項１２】
前記ロウ付け金属が、銀、銅、マンガン、ニッケル、亜鉛、パラジウム、クロム、ホウ素、チタン、スズ、ケイ素、カドミウム、金、アルミニウム、インジウム、又はこれらの合金若しくはコンポジットのうちの少なくとも１つを含んでなる、請求項１に記載のロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料。
【請求項１３】
第一のダイヤモンド含有材料に耐熱性金属層を適用すること；
熱源を適用して、ロウ付け金属、前記耐熱性金属層、及び基材を、前記ロウ付け金属を溶融させる所定の温度にて加熱すること；並びに、
前記溶融ロウ付け金属を、前記耐熱性金属層及び基材と接触させること、
を含んでなる方法。
【請求項１４】
前記基材と前記耐熱性金属層との間に、ロウ付け金属層を形成することをさらに含んでなる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ロウ付け金属が、銀、銅、マンガン、ニッケル、亜鉛、パラジウム、クロム、ホウ素、チタン、スズ、ケイ素、カドミウム、金、アルミニウム、インジウム、又はこれらの合金若しくはコンポジットのうちの少なくとも１つを含んでなる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱源が、トーチ、炉、マイクロ波装置、アーク溶接機、レーザー、又は誘導コイルのうちの少なくとも１つである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記熱源が、誘導コイルである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記所定の温度が、少なくとも約５秒間にわたって約７００℃から約１０００℃に維持される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
熱源を適用して、ロウ付け金属、耐熱性金属層、及び基材を、前記ロウ付け金属を溶融させる所定の温度にて加熱すること；並びに、
前記耐熱性金属層と前記基材との間にロウ付け金属層を形成すること、
を含んでなる、コーティング済みダイヤモンド含有材料を基材にロウ付けするロウ付け方法。
【請求項２０】
前記ダイヤモンド含有材料が：
第一のダイヤモンド含有材料；及び、
耐熱性金属又は耐熱性金属合金を含んでなる耐熱性金属層であって、ここで、前記耐熱性金属層は、前記第一のダイヤモンド含有材料と操作可能に接続される、耐熱性金属層、
を含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ダイヤモンド含有材料が、炭化物層をさらに含んでなり、ここで、前記炭化物層は、前記第一のダイヤモンド含有材料と前記耐熱性金属層との間に挟まれている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記溶融ロウ付け金属を、前記耐熱性金属層及び前記基材に接触させることをさらに含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記ロウ付け金属層が、銀、銅、マンガン、ニッケル、亜鉛、パラジウム、クロム、ホウ素、チタン、スズ、ケイ素、カドミウム、金、アルミニウム、インジウム、又はこれらの合金若しくはコンポジットのうちの少なくとも１つを含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記基材が、第二のダイヤモンド含有材料、超硬質合金、多結晶立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）超砥粒、セラミック、金属、金属合金、及び／又はこれらの組み合わせを含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記第一のダイヤモンド含有材料が、単結晶ダイヤモンド、化学蒸着ダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、コバルト‐多結晶ダイヤモンドコンポジット、熱安定性ダイヤモンドコンポジット、及び／又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでなる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記第一のダイヤモンド含有材料が、単結晶ダイヤモンド、化学蒸着ダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、コバルト‐多結晶ダイヤモンドコンポジット、熱安定性ダイヤモンドコンポジット、及び／又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでなる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記耐熱性金属が、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、バナジウム、クロム、又はモリブデンを含んでなり；並びに、
前記耐熱性金属合金が、少なくとも１つの耐熱性金属、及び所望に応じて含んでよい少なくとも１つの非耐熱性金属を含んでなる、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記炭化物層が、前記耐熱性金属又は前記耐熱性金属合金の少なくとも１つの金属を含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記炭化物層が、約０．００５μｍから約５μｍの厚さを有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記所定の温度が、少なくとも約５秒間にわたる約７００℃から約１０００℃の範囲である、請求項６に記載の方法。
【請求項３１】
前記熱源が、トーチ、炉、マイクロ波装置、アーク溶接機、レーザー、又は誘導コイルのうちの少なくとも１つである、請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記熱源が、誘導コイルである、請求項１９に記載の方法。
【請求項３３】
前記ロウ付け方法が、雰囲気圧力下、空気中にて行われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項３４】
前記ロウ付け方法が、不活性ガス下にて行われる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、既に出願済みである米国特許仮出願第６１／５０９，７１１号、２０１１年７月２０出願、に基づくものであり、その優先権の利益を主張するものである。
【０００２】
本開示は、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料及びロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料の作製方法に関する。特に、コーティング済みダイヤモンド含有材料をロウ付けする方法は、空気中、周囲圧力下にて、並びに保護層及び／又は保護雰囲気を必要とせずに行うことができる。
【背景技術】
【０００３】
ダイヤモンド含有材料は、金属、金属合金、コンポジット、ガラス、プラスチック、木材、岩石、地質学的構成物、地下構成物、及びセラミックの機械加工、切削、研削、研磨、及び／又は穴あけに用いられ得る。ダイヤモンド含有材料は、ダイヤモンド含有材料を基材と結合させることによって工具の性能を改善させる目的で、基材と結合される場合がある。この方法により、ダイヤモンド含有材料は、硬質の研磨材面を提供することができ、一方、基材は、強度、靭性、及び工具を工具保持部に取り付ける手段を提供することができる。基材が、ダイヤモンド含有材料が一体化された工具の一部である場合、基材は、強度及び易操作性を提供することができる。
【０００４】
多くのダイヤモンド含有材料は、炭化タングステン基材と一体的に結合された多結晶層として形成される。これらの材料を工具に組み込むために、これらは所望されるサイズ及び形状に切削され、基材は、工具保持部にロウ付けされる。この種の工具製造方法は、当業者に公知である。
【０００５】
その他のダイヤモンド含有材料は、自立体又は自立層として形成される。このような種類のダイヤモンド含有材料を工具に用いることの問題点の１つは、工具が効果的に機能するためには、ダイヤモンド含有材料が基材と適切に結合している必要があることである。例えば、ダイヤモンド含有材料の基材との結合は、通常、ロウ付け金属又は合金を約７００から約１２００℃の温度で用いることによって行われる。しかし、多くのダイヤモンド含有材料は、約７００℃を超える温度にて熱酸化を起こす。ダイヤモンド含有材料の熱酸化された面は、ダイヤモンド含有材料と基材とのロウ付け能を妨げ、及び／又はダイヤモンド含有材料の完全性を劣化させる。
【０００６】
（欠番）
【０００７】
少なくともこの理由により、ダイヤモンド含有材料を基材にロウ付けするために用いられる方法は、ダイヤモンド含有材料の酸化を防止又は最小限に抑制するために、不活性雰囲気、減圧、又は保護層の使用を含み得る。これらの技術の使用は、満足のいく結合結果をもたらし得る一方で、このような方法は、工業スケールでは非実用的であり得る高コストのプロセス条件の使用を要するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、ロウ付けされたダイヤモンド含有材料を、空気中、周囲圧力下にて、及び／又は保護層の使用無しにて作製する方法が求められていること；また、ダイヤモンド含有材料と基材との間の強い結合を形成することができるロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料も求められていることが分かる。また、ダイヤモンド含有材料の酸化が保護層を必要とせずに最小限に抑制される方法で基材と結合させることができるロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料も求められている。さらに、不活性雰囲気、減圧雰囲気、又は保護層を必要とせずに、コーティング済みダイヤモンド含有材料をロウ付けすることもさらに求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下の実施形態は、広範囲にわたって概要を示すものではない。以下の記述は、様々な実施形態の不可欠な要素を識別することを意図するものではなく、また、それらの範囲を限定することを意図するものでもない。
【００１０】
実施形態では、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料は：第一のダイヤモンド含有材料；耐熱性金属炭化物を含んでなる所望に応じて存在してよい炭化物層であって、ここで、炭化物層は、ダイヤモンド含有材料と直接接触していてよく、及び炭化物層は、連続的であっても又は非連続的であってもよい、炭化物層；耐熱性金属又は耐熱性金属合金を含んでなる耐熱性金属層であって、ここで、耐熱性金属層は、炭化物層又は第一のダイヤモンド含有材料と直接接触していてよい、耐熱性金属層；ロウ付け金属を含んでなるロウ付け金属層であって、ここで、ロウ付け金属層は、耐熱性金属層の少なくとも一部分と直接接触していてよい、ロウ付け金属層：並びに、基材であって、ここで、基材の面の少なくとも一部分は、ロウ付け金属層と直接接触していてよく、及びここで、基材は、第二のダイヤモンド含有材料、超硬質合金、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）超砥粒、セラミック、金属、金属合金、及び／又はこれらの組み合わせを含んでなる、基材、を含んでなる。
【００１１】
実施形態では、第一及び第二のダイヤモンド含有材料は、各々独立して、単結晶ダイヤモンド、化学蒸着ダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、コバルト‐多結晶ダイヤモンドコンポジット、熱安定性ダイヤモンドコンポジット、及び／又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。実施形態では、耐熱性金属は、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、バナジウム、クロム、又はモリブデンを含んでいてよい。実施形態では、耐熱性金属合金は、少なくとも１つの耐熱性金属、及び所望に応じて含んでよい少なくとも１つの非耐熱性金属を含んでいてよい。実施形態では、耐熱性金属炭化物は、耐熱性金属又は耐熱性金属合金の少なくとも１つの金属を含んでいてよい。実施形態では、耐熱性金属層は、約０．１μｍから約１００μｍの厚さを有していてよい。実施形態では、耐熱性金属又は耐熱性金属合金は、コーティング法によってダイヤモンド含有材料上に直接成膜されて、耐熱性金属層及び所望に応じて存在してよい炭化物層を形成してよい。さらなる実施形態では、コーティング法は、物理蒸着、化学蒸着、スパッタリング、蒸発（evaporation）、無電解メッキ、電気メッキ、熱拡散、及び／又はこれらの組み合わせ若しくは連続を含んでいてよい。実施形態では、ロウ付け金属は、銀、銅、マンガン、ニッケル、亜鉛、パラジウム、クロム、ホウ素、チタン、スズ、ケイ素、カドミウム、金、アルミニウム、インジウム、又はこれらの合金若しくはコンポジットを含んでいてよい。
【００１２】
実施形態は、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料を作製するための方法を含み、その方法は：コーティング済みダイヤモンド含有材料を基材へロウ付けすることを含んでなり、ここで、コーティング済みダイヤモンド含有材料は：第一のダイヤモンド含有材料；耐熱性金属炭化物を含んでなる所望に応じて存在してよい炭化物層であって、ここで、炭化物層は、ダイヤモンド含有材料と直接接触していてよく、及び炭化物層は、連続的であっても又は非連続的であってもよい、炭化物層；耐熱性金属又は耐熱性金属合金を含んでなる耐熱性金属層であって、ここで、耐熱性金属層は、炭化物層又は第一のダイヤモンド含有材料と直接接触していてよい、耐熱性金属層、を含んでなり；ここで、ロウ付け工程は：ロウ付け金属、耐熱性金属層、及び基材のうちの少なくとも１つを、ロウ付け金属を溶融するのに充分である液相線温度よりも高い温度まで加熱すること；並びに溶融ロウ付け金属を耐熱性金属層及び基材層の両方と接触させて、銀、銅、マンガン、ニッケル、亜鉛、パラジウム、クロム、ホウ素、チタン、スズ、ケイ素、カドミウム、金、アルミニウム、インジウム、又はこれらの合金若しくはコンポジットを含んでなるロウ付け金属層を形成することを含んでなっていてよく、ここで、基材は、第二のダイヤモンド含有材料、超硬質合金、多結晶立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）超砥粒、セラミック、金属、金属合金、及び／又はこれらの組み合わせを含んでなる。方法の実施形態では、第一及び第二のダイヤモンド含有材料は、各々独立して、単結晶ダイヤモンド、化学蒸着ダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、コバルト‐多結晶ダイヤモンドコンポジット、熱安定性ダイヤモンドコンポジット、及び／又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。方法の実施形態では、耐熱性金属は、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、バナジウム、クロム、モリブデン、及び／又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。方法の実施形態では、耐熱性金属合金は、少なくとも１つの耐熱性金属、及び所望に応じて含んでよい少なくとも１つの非耐熱性金属を含んでいてよい。方法の実施形態では、耐熱性金属炭化物は、耐熱性金属又は耐熱性金属合金の少なくとも１つの金属を含んでいてよい。方法の実施形態では、耐熱性金属層は、約０．１μｍから約１００μｍの厚さを有していてよい。方法の実施形態では、ロウ付け工程は、少なくともロウ付け金属を約７００℃から約１０００℃の温度に加熱するための熱源を適用することを含んでいてよい。方法の実施形態では、熱源は、トーチ、炉、マイクロ波装置、アーク溶接機、レーザー、又は誘導コイルのうちの少なくとも１つであってよい。方法の実施形態では、熱源は、誘導コイルであってよく；及び、温度は、約７００℃から約１０００℃に、少なくとも約５秒間にわたって維持される。方法の実施形態では、ロウ付け工程は、周囲空気圧力下、空気中にて実施されてよい。
【００１３】
上記の全般的記述、及び以下の詳細な記述は、いずれも代表例であり、開示される物質、生成物、及び作製方法のさらなる説明を提供することを意図するものである。
【００１４】
本明細書に含まれる実施形態を例証する目的で、コーティング済みダイヤモンド含有材料及びロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料の特定の実施形態を図面にて示す。しかし、方法及び関連する生成物は、図面にて示される実施形態の配置（arraignments）及び手段（instrumentalities）のみに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、好ましい実施形態に従うコーティング済みダイヤモンド含有材料を概略的に示す図である。
【００１６】
【図２】図２は、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料を概略的に示す図であり、ここで、コーティング済みダイヤモンド含有材料が、好ましい実施形態に従って基材にロウ付けされている。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書で用いられる場合、以下の用語の各々は、特に断りのない限り、本セクションにてそれと関連付けられている意味を有する。
【００１８】
冠詞「１つの（a）」及び「１つの（an）」は、本明細書にて、１若しくは２つ以上のその冠詞の対象物を意味するために用いられる。例えば、「１つの要素（an element）」とは、１若しくは２つ以上の要素を意味する。
【００１９】
「約」の用語は、当業者であれば、それが用いられる文脈に応じて異なるものと理解される。本明細書で用いられる場合、「約」は、±１０％、±５％、±１％、及び±０．１％を含む±２０％からの変動を包含する。
【００２０】
本明細書で示されるいかなる範囲間のいずれの、又はすべての、又は一部の整数も含まれることは理解される。
【００２１】
「ロウ付けされた」の用語は、ロウ付けプロセスによって接合された物体を意味する。
【００２２】
「ロウ付け」の用語は、ロウ付け金属又は合金の液相線温度超にロウ付け金属又は合金を加熱することでロウ付け金属又は合金を溶融し、この溶融ロウ付け金属を少なくとも２つの物体と接触させ、それによって、温度がロウ付け金属又は合金の固相線温度よりも低くなった場合に、この２つの物体が少なくともロウ付け金属又は合金によって互いに接合（結合）される金属接合プロセスを意味する。例えば、ロウ付け金属又は合金が溶融されてよく、そしてこの液体ロウ付け金属又は合金が、コーティング済みダイヤモンド含有材料及び基材材料と接触されて、ダイヤモンド含有材料が基材に固定されてよい。
【００２３】
「耐熱性金属」の用語は、約１８５０℃若しくはそれよりも高い融点を有する元素を意味する。耐熱性金属の例としては、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、レニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、ルテニウム、オスミウム、及びイリジウムが挙げられる。
【００２４】
「耐熱性金属炭化物」の用語は、少なくとも１つの耐熱性金属から形成される炭化物を意味する。
【００２５】
「ロウ付け金属」又は「ロウ付け金属合金」の用語は、約５００℃から約１８４９℃の融点を有する金属又は金属合金を意味する。
【００２６】
「超硬質合金」の用語は、金属マトリックスによって一緒に結合された金属炭化物結晶から形成されるコンポジット材料を意味する。例えば、炭化タングステン結晶は、コバルト金属マトリックスによって一緒に結合され得る。
【００２７】
「炭化タングステン」の用語は、コバルト金属マトリックスによって一緒に結合された炭化タングステン結晶から形成される超硬質合金を意味する。
【００２８】
「多結晶ダイヤモンド」の用語は、一緒に焼結されて固体物品を形成するダイヤモンド結晶から形成される材料を意味する。例えば、１つの公知のプロセスは、コバルト金属を液相焼結剤として用いることを含み、得られたコンポジット材料は、間隙コバルト（interstitial cobalt）を有する焼結ダイヤモンド結晶の連続マトリックスを含有する。
【００２９】
「ＰＣＤ」の用語は、多結晶ダイヤモンドの略語である。
【００３０】
「熱安定性ダイヤモンドコンポジット」の用語は、例えば強酸中にてコバルトを溶解することによって、コバルトのほとんど又はすべてが除去されたＰＣＤ材料を意味する。
【００３１】
「連続的」の用語は、層の物質のすべてが相互接続されている層の形態を意味するが；しかし、連続層は、層の物質のすべてが単一の完全体を形成する限りにおいて、層中に孔又はギャップを含有していてもよい。
【００３２】
「非連続的」の用語は、層の物質の少なくとも一部分が相互接続されておらず、それによって、一部分が別の部分と直接接触していない層の形態を意味する。例えば、非連続層は、層の物質の複数の部分を含み、ここで、複数の部分は、面上にランダムに分布されている。
【００３３】
「合金」の用語は、２つ以上の金属の混合物を意味する。
【００３４】
「非耐熱性金属」の用語は、１８５０℃未満の融点を有する金属を意味する。
【００３５】
「液相線温度」の用語は、それより高い温度では金属又は金属合金が完全に液化する温度を意味する。
【００３６】
「固相線温度」の用語は、それより低い温度では金属又は金属合金が完全に固化する温度を意味する。
【００３７】
「周囲空気圧力」の用語は、ロウ付けされたダイヤモンドのコーティング済み材料がロウ付けされるプロセス環境に対する雰囲気圧力を意味し、７６０ミリバール±２０ミリバールが含まれる。
【００３８】
「空気中」の用語は、ロウ付けされたダイヤモンドのコーティング済み材料がロウ付けされるプロセス環境の雰囲気ガス混合物を意味し、２１％±５％の酸素を含む。
【００３９】
特に断りのない限り、測定値はすべてメートル単位である。
【００４０】
図１を参照すると、好ましい実施形態では、コーティング済みダイヤモンド含有材料１００は：ダイヤモンド含有材料１０２；最外コーティング層１０６であって、ここで、最外コーティング層は、耐熱性金属又は耐熱性金属合金を含んでいてよい、最外コーティング層１０６；並びに、耐熱性金属炭化物を含んでなる所望に応じて存在してよい中間コーティング層１０４であって、ここで、中間コーティング層は、ダイヤモンド含有材料及び最外コーティング層と直接接触していてよく、及びここで、この中間層は、連続的であっても又は非連続的であってもよい、中間コーティング層１０４、を含んでいてよい。
【００４１】
好ましい実施形態では、ダイヤモンド含有材料は、単結晶ダイヤモンド、化学蒸着（ＣＶＤ）ダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、コバルト‐多結晶ダイヤモンドコンポジット、熱安定性ダイヤモンドコンポジット、及び／又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。好ましい実施形態では、耐熱性金属は、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、バナジウム、クロム、又はモリブデンを含んでいてよい。別の好ましい実施形態では、耐熱性金属合金は、少なくとも１つの耐熱性金属、及び所望に応じて含んでよい少なくとも１つの非耐熱性金属を含んでいてよい。
【００４２】
好ましい実施形態では、耐熱性金属炭化物は、耐熱性金属又は耐熱性金属合金の少なくとも１つの金属を含んでいてよい。実施形態では、最外層は、約０．１μｍから約１００μｍの厚さを有していてよい。好ましい実施形態では、耐熱性金属又は耐熱性金属合金は、コーティング法によってダイヤモンド含有材料上に直接成膜されて、最外コーティング層及び所望に応じて存在してよい中間コーティング層を形成してよい。好ましい実施形態では、コーティング法は、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、蒸発、無電解メッキ、電気メッキ、熱拡散、又はこれらの組み合わせ若しくは連続を含んでいてよい。
【００４３】
コーティング済みダイヤモンド含有材料を作製するためのプロセスの好ましい実施形態では、このプロセスは：ダイヤモンド含有材料上に耐熱性金属又は耐熱性金属合金を直接成膜することを含んでなっていてよく、それによって、ダイヤモンド含有材料；最外コーティング層であって、ここで、最外コーティング層は、耐熱性金属又は耐熱性金属合金を含んでいてよい、最外コーティング層；並びに、耐熱性金属炭化物を含んでいてよい所望に応じて存在してよい中間コーティング層であって、ここで、中間コーティング層は、ダイヤモンド含有材料及び最外コーティング層と直接接触していてよく、及びここで、中間層は、連続的であっても又は非連続的であってもよい、中間コーティング層、を含んでなるコーティング済みダイヤモンド含有材料が作製される。
【００４４】
プロセスの好ましい実施形態では、ダイヤモンド含有材料は、単結晶ダイヤモンド、化学蒸着ダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、コバルト‐多結晶ダイヤモンドコンポジット、熱安定性ダイヤモンドコンポジット、及び／又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。プロセスの好ましい実施形態では、耐熱性金属は、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、バナジウム、クロム、又はモリブデンを含んでいてよい。プロセスの好ましい実施形態では、耐熱性金属合金は、少なくとも１つの耐熱性金属、及び所望に応じて含んでよい少なくとも１つの非耐熱性金属を含んでいてよい。
【００４５】
プロセスの好ましい実施形態では、耐熱性金属炭化物は、耐熱性金属又は耐熱性金属合金の少なくとも１つの金属を含んでいてよい。プロセスの実施形態では、最外コーティング層は、約０．１μｍから約１００μｍの厚さを有していてよい。プロセスの実施形態では、成膜工程は、物理蒸着、化学蒸着、スパッタリング、蒸発、無電解メッキ、電気メッキ、又はこれらの組み合わせ若しくは連続を含んでいてよい。プロセスの実施形態では、成膜工程は、約５５０℃から約９５０℃の温度での化学蒸着によって行われてよい。
【００４６】
図２を参照すると、好ましい実施形態では、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料２００は：第一のダイヤモンド含有材料１０２；耐熱性金属炭化物を含んでいてよい所望に応じて存在してよい炭化物層１０４であって、ここで、炭化物層は、ダイヤモンド含有材料と直接接触していてよく、及び炭化物層は、連続的であっても又は非連続的であってもよい、炭化物層１０４；耐熱性金属又は耐熱性金属合金を含んでいてよい耐熱性金属層１０６であって、ここで、耐熱性金属層は、炭化物層又は第一のダイヤモンド含有材料と直接接触していてよい、耐熱性金属層１０６；ロウ付け金属を含んでいてよいロウ付け金属層１０８であって、ここで、ロウ付け金属層は、耐熱性金属層の少なくとも一部分と直接接触していてよい、ロウ付け金属層１０８：並びに、基材２１０であって、ここで、基材の面の少なくとも一部分は、ロウ付け金属層と直接接触していてよく、及び基材は、第二のダイヤモンド含有材料、超硬質合金、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）超砥粒、セラミック、金属、金属合金、及び／又はこれらの組み合わせを含んでいてよい、基材２１０、を含んでいてよい。
【００４７】
好ましい実施形態では、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料は、第一のダイヤモンド含有材料を含んでいてよい。ダイヤモンド含有材料の選択は、ダイヤモンド含有材料を耐熱性金属層によってコーティングすることが可能である限りにおいて、特に制限されない。ダイヤモンド含有材料は、切削、旋削、木材加工、化粧仕上げ（dressing）、穴あけ、採掘などの物質除去用途のための超砥粒工具として機能することができる。ダイヤモンド含有材料は、耐摩耗性用途において、ノズル、摩耗パッド、摩耗面、耐摩耗性クラッディング又はライナーなどとして機能することができる。ダイヤモンドを接着させるこの方法は、その他の有用な用途を有する広範囲にわたる様々なダイヤモンド含有材料を作製するために有用であり得る。第一のダイヤモンド含有材料は、単結晶ダイヤモンド、化学蒸着（ＣＶＤ）ダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、コバルト‐多結晶ダイヤモンドコンポジット、熱安定性ダイヤモンドコンポジット、及び／又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。
【００４８】
各用途に求められる特性に応じて、異なる用途には異なる種類のダイヤモンドが適切であり得る。一般的には、ダイヤモンドは、その超硬質性、化学的安定性、及び高い熱伝導性のために用いられる。多結晶ダイヤモンド、又はＰＣＤは、切削、旋削、木材加工、穴あけなどの物質除去用途のための工具として広く用いられている。多くの用途において、ＰＣＤは、高圧、高温ＰＣＤ製造プロセスの過程にて炭化タングステン基材と一体的に結合される層として形成され得る。
【００４９】
ＰＣＤは、高い硬質性及び強度という望ましい特性を有する一方；それは、他のダイヤモンド含有材料と比較して、それほど望ましくない特性も有し得る。材料中にコバルトが存在することに起因して、ＰＣＤは、低い熱安定性という欠点を有し、約７００℃を超える温度に曝されると、激しくクラッキングを起こしてしまう。ＰＣＤはまた、いくつかの用途では、低い耐腐食性という欠点も有し、この場合、コバルトが化学的攻撃を受ける。ＣＶＤダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、及び熱安定性ダイヤモンドコンポジットを含むその他のダイヤモンド含有材料は、ＰＣＤよりも良好な熱安定性及び耐腐食性を有している。
【００５０】
ダイヤモンドが高温に曝されることになる用途では、ＣＶＤダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、及び熱安定性ダイヤモンドコンポジットがＰＣＤよりも好ましいものであり得る。さらに、ＣＶＤダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、及び熱安定性ダイヤモンドコンポジットは、通常、基材材料に接着されない。ＣＶＤダイヤモンド、炭化ケイ素結合ダイヤモンドコンポジット、及び熱安定性ダイヤモンドコンポジットを工具及びその他の物品に組み込むために、基材物質への接着の費用対効果の高い方法を有することが望まれる。
【００５１】
ダイヤモンド含有材料は、例えば厚さが、約０．５ｍｍから約２．０ｍｍを含む約０．１ｍｍから約３．０ｍｍである薄層として形成されてよい。そのサイズのために、このような層は、機械的に弱く、工具に用いるには、構造上の支持を必要とする。基材の主たる機能は、ダイヤモンドに構造上の支持を提供することであってよい。基材材料の選択は、各用途の要件に応じて異なる。基材材料として広く用いられている炭化タングステンは、その高い強度、靭性、硬さ、及びスチールの工具保持部へロウ付け可能であることによって、多くの場合選択され得る。
【００５２】
意図する用途の要件に応じて、その他の基材が選択されてよい。スチールは、炭化タングステンの高硬質性が不必要である用途の場合に選択されてよい。セラミック基材は、化学的不活性が必要とされる場合に選択されてよい。いずれかの単一層よりも厚いダイヤモンドコンポジットを形成する目的で、２つのダイヤモンドコンポジット材料を互いに接着させてよい。
【００５３】
実施形態において、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料は、耐熱性金属層を含んでいてよい。耐熱性金属層は、耐熱性金属又は耐熱性金属合金を含んでいてよい。耐熱性金属又は耐熱性金属合金の選択は、耐熱性金属層又は合金が、ダイヤモンド含有材料をコーティングすることができ、少なくとも約７００℃の温度に耐え、溶融ロウ付け金属によって湿潤又はコーティングすることができ、及びダイヤモンド含有材料と強い結合を形成することができる限りにおいて、特に制限されなくてよい。好ましい実施形態では、耐熱性金属又は金属合金は、タングステン、チタン、ニオブ、ジルコニウム、クロム、若しくはモリブデン、及び／又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。耐熱性金属は、ロウ付け金属及びダイヤモンド含有材料に結合させ、下地のダイヤモンド含有材料の酸化を防止するために用いられてよい。さらに、好ましい実施形態では、耐熱性金属層は、例えば、約０．１マイクロメートルから２５マイクロメートルを含む、約０．５マイクロメートルから２マイクロメートルを含む、約１マイクロメートルから２マイクロメートルを例えば含む、約０．１マイクロメートルから約１００マイクロメートルの厚さを有していてよい。
【００５４】
ダイヤモンド含有材料との強い結合を形成するために、耐熱性金属は、良好な炭化物形成体でもあってよい。耐熱性金属とダイヤモンドとの間の界面にて炭化物を形成することにより、これらの２つの材料間に強度の高い結合が得られる。例えば、タングステンは、高融点、炭化タングステン（ＷＣ）形成能、耐酸化性、及び一般的なロウ付け合金との適合性を含む望ましい特性の組み合わせを提供し得る。
【００５５】
耐熱性金属又は金属合金は、コーティング法によってダイヤモンド含有材料上に直接成膜されて、耐熱性金属層を形成してよい。耐熱性金属をダイヤモンド含有材料上へコーティングする方法は、耐熱性金属が、ダイヤモンド含有材料と強い結合を形成し、ダイヤモンド含有材料の少なくとも一部をコーティングする形でダイヤモンド含有材料上に主として連続的である耐熱性金属層を形成する限りにおいて、特に制限されない。耐熱性金属層を形成するためのコーティング法は、物理蒸着、化学蒸着、スパッタリング、蒸発、無電解メッキ、電気メッキ、熱拡散、又はこれらの組み合わせ若しくは連続を含んでいてよい。
【００５６】
化学蒸着は、特に適するコーティング法であり得る。ＣＶＤを用いることにより、高純度のコーティングが、非常に均一で良好に制御された厚さにて適用され得る。ＣＶＤコーティングは、コーティングとダイヤモンド含有材料との間に強い結合を伴って作製され得る。
【００５７】
好ましい実施形態では、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料は、所望に応じて存在してよい炭化物層を含んでいてよい。炭化物層は、耐熱性金属炭化物又は耐熱性金属合金炭化物を含んでいてよい。形成時、炭化物層は、耐熱性金属層とダイヤモンド含有材料とを結合させる材料の連続的又は非連続的層を形成してよい。金属炭化物又は金属合金炭化物は、耐熱性金属層とダイヤモンド含有材料との界面に形成されてよく；従って、耐熱性金属層は、少なくとも、耐熱性金属、耐熱性金属合金、及び／又はダイヤモンド含有材料の元素を含んでいてよい。
【００５８】
炭化物層は、いずれの工程の過程で形成されてもよい。形成される場合、炭化物層は、ダイヤモンド含有材料及び耐熱性金属層の互いの接着性を改善するように機能し得る。所望に応じて存在してよい炭化物層は、孔部を有する連続層、又は炭化物層の材料の間にギャップを有する非連続層を形成してよく、ここで、第一のダイヤモンド含有材料及び耐熱性金属層は、互いに直接接触するようになり得る。金属炭化物層は、ダイヤモンド含有材料及び耐熱性金属よりも脆弱であり得ることから、金属炭化物層の厚さは、最小限に抑えられるべきである。非常に薄い層の場合にのみ、ダイヤモンド含有材料と耐熱性金属層との接着性の改善に有利であり得る。ある実施形態では、炭化物層は、例えば約０．００５μｍから約５μｍの厚さを有していてよい。耐熱性金属炭化物は、成膜された耐熱性金属中に含有される金属原子とダイヤモンド含有材料中に含有される炭素原子との間の反応から形成され得る。従って、耐熱性金属炭化物の組成は、耐熱性金属層の元素組成に依存し得る。
【００５９】
炭化物層は、熱反応拡散などの初期工程の過程で形成されてよく、この場合、これに続く耐熱性金属層を伴うことなく、炭化物層のみが成膜される。耐熱性金属層は、物理蒸着、化学蒸着、スパッタリング、蒸発、無電解メッキ、電気メッキ、熱拡散、及び／又はこれらの組み合わせ若しくは連続などのプロセスを用いて、炭化物層の形成後に形成されてよい。
【００６０】
好ましい実施形態では、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料は、ロウ付け金属層を含んでいてよい。ロウ付け金属層は、ロウ付け金属又はロウ付け金属合金を含んでいてよい。ロウ付け金属又はロウ付け金属合金の選択は、ロウ付け金属又は合金が、耐熱性金属及び基材をロウ付けするのに適切である限りにおいて、特に制限されなくてよい。ロウ付け金属は、銀、銅、マンガン、ニッケル、亜鉛、白金、クロム、ホウ素、チタン、スズ、ケイ素、カドミウム、金、アルミニウム、インジウム、又はこれらの合金若しくはコンポジットを含んでいてよい。
【００６１】
例えば約４０％から約６０％のＡｇを含有するロウ付け合金は、そのような材料を鉄系金属へ接合するのに実用的な組成であり得る。鉄系金属をタングステンコーティング済みダイヤモンド含有材料へ接合するのに適するロウ付け金属の２つの例としては、５６％  Ａｇ、２２％  Ｃｕ、１７％  Ｚｎ、及び５％  Ｓｎの組成を有し、液相線温度が６５０℃であるLUCAS‐MILHAUPT（登録商標）  Braze  560（LUCAS‐MILHAUPT（登録商標）社，ウィスコンシン州，米国）並びに４５％  Ａｇ、２７％  Ｃｕ、２５％  Ｚｎ、及び３％  Ｓｎの組成を有し、液相線温度が６８０℃であるLUCAS‐MILHAUPT（登録商標）  Braze  452である。
【００６２】
タングステンコーティング済みダイヤモンド含有材料を炭化タングステンにロウ付けするのに適する１つのロウ付け金属は、LUCAS‐MILHAUPT（登録商標）  Braze  495であり、これは、４９％  Ａｇ、１６％  Ｃｕ、２３％  Ｚｎ、７．５％  Ｍｎ、及び４．５％  Ｎｉの組成を有する。類似の組成を有するその他の製造業者からのロウ付け金属も、適切であり得る。Braze  495は、液相線温度が７００℃である低温ロウ付け材として製剤される。
【００６３】
好ましい実施形態では、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料は、基材を含んでいてよい。基材層は、第二のダイヤモンド含有材料、超硬質合金、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）超砥粒、セラミック、金属、金属合金、及び／又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。
【００６４】
基材は、例えば２つの主たる機能を有し得る。第一に、基材は、ダイヤモンド層の構造上の支持を提供し得るものであり、それによって、比較的薄いダイヤモンド層を用いて、工具に耐摩耗性が提供され得る。支持基材を用いない場合、ダイヤモンド層は、工具を使用する過程で印加される応力に耐えるのに充分な強度を持たないであろう。第二に、基材は、ダイヤモンド層を工具保持部へ接着させる手段を提供し得る。比較的厚く、強い基材無しでは、ダイヤモンドの工具保持部への接着を行うことが非常により困難であり得る。
【００６５】
ある実施形態では、単一のダイヤモンド層からの製造が可能である寸法を超える寸法のダイヤモンド本体を作製することが望ましいものであり得る。このような場合、互いに結合した２つ以上のダイヤモンド層から成る本体を構築する手段を有することが所望される。複数の層が、単一の操作又は連続する操作によって一緒にロウ付けされて、所望される厚さのダイヤモンド本体が構築されてよい。
【００６６】
好ましい実施形態では、ロウ付けされたコーティング済みダイヤモンド含有材料を作製するための方法は：コーティング済みダイヤモンド含有材料を基材へロウ付けすることを含んでいてよい。プロセスの実施形態では、コーティング済みダイヤモンド含有材料は：第一のダイヤモンド含有材料；耐熱性金属炭化物を含んでいてよい所望に応じて存在してよい炭化物層であって、ここで、炭化物層は、ダイヤモンド含有材料と直接接触していてよく、及び炭化物層は、連続的であっても又は非連続的であってもよい、炭化物層；耐熱性金属又は耐熱性金属合金を含んでなる耐熱性金属層であって、ここで、耐熱性金属層は、炭化物層又は第一のダイヤモンド含有材料と直接接触している、耐熱性金属層、を含んでいてよい。
【００６７】
プロセスの好ましい実施形態では、ロウ付け工程は、以下のサブ工程：ロウ付け金属、耐熱性金属層、及び基材のうちの少なくとも１つを、ロウ付け金属を溶融するのに充分である液相線温度よりも高い温度まで加熱すること；並びにロウ付け金属を耐熱性金属層及び基材層の両方と接触させて、ロウ付け金属層を形成すること、をいずれかの順序で含んでいてよい。プロセスの好ましい実施形態では、ロウ付け金属は、例えば、銀、銅、マンガン、ニッケル、亜鉛、パラジウム、クロム、ホウ素、チタン、ケイ素、カドミウム、金、アルミニウム、インジウム、又はこれらの合金若しくはコンポジットを含んでいてよい。プロセスの好ましい実施形態では、基材は、例えば、第二のダイヤモンド含有材料、超硬質合金、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）超砥粒、セラミック、金属、金属合金、及び／又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。
【００６８】
好ましい実施形態では、接触させるサブ工程（bringing substep）は、ロウ付け金属を耐熱性金属層及び基材層と接触させることを含んでいてよい。接触させるサブ工程は、ロウ付け金属の接触が、耐熱性金属層及び基材の両方と物理的な接触を起こす限りにおいて、特に制限されなくてよい。例えば、接触させるサブ工程は、例えばホイルの形態のロウ付け金属を用いて、ロウ付け金属を耐熱性金属層と基材との間に物理的に配置させることを含んでよい。さらに、接触させるサブ工程はまた、物理蒸着、化学蒸着、スパッタリング、蒸発、無電解メッキ、電気メッキ、又はこれらの組み合わせ若しくは連続などのコーティング法を含む場合もあり得、この場合、ロウ付け金属は、加熱サブ工程の前に、耐熱性金属層及び基材のうちの少なくとも１つにコーティングされる。
【００６９】
好ましい実施形態では、加熱サブ工程は、ロウ付け金属、耐熱性金属層、及び基材のうちの少なくとも１つが、ロウ付け金属を溶融するのに充分である液相線温度又は融点よりも高い温度まで加熱される限りにおいて、特に制限されない。実施形態では、ロウ付け工程は、熱源を適用して、少なくともロウ付け金属を例えば約７００℃から約１０００℃の温度まで加熱することを含んでいてよい。さらに、熱源は、それが、少なくともロウ付け金属を例えば約７００℃から約８００℃の温度まで加熱することができる限りにおいて、特に制限されない。例えば、熱源は、トーチ、炉、マイクロ波装置、アーク溶接機、レーザー、又は誘導コイルのうちの少なくとも１つであってよい。
【００７０】
実施形態によると、誘導コイルを用いることに利点が存在する。誘導コイルは、比較的使用が容易であり、安価であり、一般的である。炭化タングステン切削工具のスチール工具本体へのロウ付けを例とする非ダイヤモンド材料のロウ付けには、誘導コイルが広く使用されている。誘導コイルを用いたロウ付けは、簡便で、速く、効果的であり、必要とする立ち上げ時の設備コストが非常に低い。最適な温度範囲は、選択されるロウ付け金属に応じて異なる。一般的には、最適温度は、ロウ付け金属の液相線温度の少し上である。ロウ付けプロセスの過程にて、ロウ付けオペレーターは、ロウ付けされる材料が溶融する徴候を観察してよい。ロウ付けオペレーターは、ロウ付け材の流動が開始した時点で、誘導コイルの電源を切ってよい。
【００７１】
好ましい実施形態では、ダイヤモンド含有材料をロウ付けする方法は、周囲雰囲気圧にて、及び／又は空気の存在下にて、ロウ付けを実施する能力を含んでよい。この能力により、誘導コイルなどの低コストにて広く入手可能であるロウ付け装置を用いてロウ付けを行うことが可能となる。さらに、空気中での誘導加熱ロウ付けに必要である技術、専門知識、及び知見は広く一般的である。これらの因子により、ロウ付け工具の生産に現在従事している業者が新たに大きな投資を必要とされることなく、工具及び用途へダイヤモンド材料を広く採り入れることが可能となるはずである。
【００７２】
未コーティングダイヤモンド含有材料は、周囲空気圧下及び空気中でのロウ付けが成功しない可能性がある。ダイヤモンドの空気中ロウ付けが成功しない理由を説明する１つの理論としては、空気中に存在する酸素が、ダイヤモンド及びロウ付け金属中に含有される活性金属元素と反応するというものである。酸素と活性金属元素は、反応して、ロウ付け金属とダイヤモンドとの間の結合を妨げる様々な酸化化合物を形成する。酸素を除去することによって、空気中ロウ付けが成功しないロウ付け材を用いてのダイヤモンドのロウ付けが成功する結果となることは知られている。酸素は、アルゴンなどの不活性カバーガスの使用、又は高真空チャンバーを用いてのすべてのガス元素の除去によって除去され得る。ダイヤモンド含有材料を、ダイヤモンドとの強い結合を形成する耐熱性金属でまずコーティングすることにより、ロウ付け材中に反応性金属元素を用いる必要がなくなる。そして、選択された耐熱性金属と基材との間に強い結合を形成することが公知であり、空気中ロウ付けとの適合性を有するロウ付け金属を用いることで、コーティング済みダイヤモンド含有材料と基材とを接合することができる。なおさらに、ロウ付けは、周囲空気圧下、空気を添加した状態で行うことができる。
【実施例】
【００７３】
実施例１
ダイヤモンド含有材料のサンプルを、以下の方法を用いて炭化タングステン基材にロウ付けした。ダイヤモンド含有材料は、VERSIMAX（登録商標）（DIAMOND  INNOVATIONS（登録商標），オハイオ州，米国）として知られる市販のダイヤモンドコンポジットとした。このダイヤモンドコンポジットは、およそ８０体積％のダイヤモンド及び２０体積％の炭化ケイ素を、少量のケイ素（＜２．０体積％）と共に含んでなる。VERSIMAX（登録商標）のサンプルは、ワイヤＥＤＭ（放電機械加工）によって、０．２６０インチ径及び０．１２５インチ厚さの円柱体に切り出すことで作製した。炭化タングステン（Ｃｏ含有量８％）のサンプルは、０．１２５インチの厚さに研削し、次に、ワイヤＥＤＭによって０．２６０インチ径に切り出した。VERSIMAX（登録商標）及び炭化タングステンのサンプルは、ガラスビーズを用いて円形平面をグリットブラストし、続いてこれらのパーツをアセトンでリンスすることで洗浄した。ＷのＣＶＤコーティングをVERSIMAX（登録商標）サンプルに適用した。ＣＶＤコーティングの厚さは８ミクロンであった。LUCAS‐MILHAUPT（登録商標）Braze  495ロウ付けホイルをSta‐Silv（登録商標）Black  Flux（Harris Products Group，オハイオ州，米国）と共に用いた空気中での誘導加熱ロウ付けにより、VERSIMAX（登録商標）サンプルを、炭化タングステン基材にロウ付けした。
【００７４】
ロウ付けサンプルを、次に、ＯＤ（外径）研削して、直径０．２５０インチとし、ロウ付け接合部のせん断強度を、INSTRON（登録商標）4206ユニバーサル試験機（INSTRON（登録商標）社，マサチューセッツ州，米国）を用いて測定した。サンプルを、ロウ付け接合部にせん断負荷を印加するせん断試験用固定具に保持した。サンプルに、破壊点まで負荷を掛け、最大せん断応力をせん断強度として報告した。合計で４つの（４）サンプルを試験し、せん断強度は、２１．４、３８．９、３６．９、及び４４．６ｋｓｉであった。サンプルを、１０×の倍率にて光学顕微鏡観察し、ロウ付け部の破壊モードを調べた。せん断強度が３５ｋｓｉ超である３つのサンプルでは、破壊は、主としてロウ付け層内に抑えられており、ダイヤモンド‐コーティング、コーティング‐ロウ付け材、及びロウ付け材‐ＷＣの界面のせん断強度が、ロウ付け層のせん断強度を超えていたことを示唆している。高強度ロウ付け接着では、このタイプの破壊が所望される。せん断強度が２１．４ｋｓｉであるサンプルでは、Ｗコーティングの領域が露出しており、このことは、破壊の一部がロウ付け材‐コーティングの界面で発生して、ロウ付け接合部の得られたせん断強度を低下させたことを示唆している。ロウ付け材によるＷコーティングの濡れ性が悪いことが、せん断応力低下の説明として可能性が高く、それは、コーティング済みダイヤモンド面又はロウ付けホイルの洗浄不足によって引き起こされた可能性が最も高い。
【００７５】
実施例２
ダイヤモンド含有材料のサンプルを、以下の方法を用いて炭化タングステン基材にロウ付けした。ダイヤモンド含有材料は、COMPAX（商標）（DIAMOND  INNOVATIONS（登録商標），オハイオ州，米国）として知られる市販の熱安定性ＰＣＤダイヤモンドコンポジットとし、これは、完全に浸出処理を行った実質的に触媒金属を含有しないダイヤモンドコンポジットであった。熱安定性COMPAX（商標）のサンプルのサンプルは、ワイヤＥＤＭ（放電機械加工）によって、０．２６０インチ径及び０．１２５インチ厚さの円柱体に切り出すことで作製し、次に、化学浸出プロセスによって金属バインダーを除去した。炭化タングステン（Ｃｏ含有量８％）のサンプルは、０．１２５インチの厚さに研削し、次に、ワイヤＥＤＭによって０．２６０インチ径に切り出した。COMPAX（商標）及び炭化タングステンのサンプルは、ガラスビーズを用いて円形平面をグリットブラストし、続いてこれらのパーツをアセトンでリンスすることで洗浄した。ＷのＣＶＤコーティングをCOMPAX（商標）サンプルに適用した。ＣＶＤコーティングの厚さは約５ミクロンであった。LUCAS‐MILHAUPT（登録商標）Braze  495ロウ付けホイルをSta‐Silv（登録商標）White Flux（Harris Products Group，オハイオ州，米国）と共に用いた空気中での誘導加熱ロウ付けにより、COMPAX（商標）サンプルを、炭化タングステン基材にロウ付けした。
【００７６】
ロウ付けサンプルを、次に、ＯＤ（外径）研削して直径０．２５０インチとし、ロウ付け接合部のせん断強度を、INSTRON（登録商標）4206ユニバーサル試験機（INSTRON（登録商標）社，マサチューセッツ州，米国）を用いて測定した。サンプルを、ロウ付け接合部にせん断負荷を印加するせん断試験用固定具に保持した。サンプルに、破壊点まで負荷を掛け、最大せん断応力をせん断強度として報告した。合計で４つの（５）サンプルを試験し、せん断強度は、５１．９、４８．５、４９．８、４９．９、及び４９．８ｋｓｉであった。サンプルを、１０×の倍率にて光学顕微鏡観察し、ロウ付け部の破壊モードを調べた。５つすべてのサンプルにおいて、破壊は、主としてロウ付け層内に抑えられており、ダイヤモンド‐コーティング、コーティング‐ロウ付け材、及びロウ付け材‐ＷＣの界面のせん断強度が、ロウ付け層のせん断強度を超えていたことを示唆している。高強度ロウ付け接着では、このタイプの破壊が所望される。３つのサンプルでは、COMPAX（商標）材料にクラック発生の証拠があり、このことは、ロウ付け材の強度、及びロウ付け材／COMPAX（商標）界面結合の強度が、COMPAX（商標）材料の破壊応力を超えていたことを示唆している。
【００７７】
実施例３
ダイヤモンド含有材料のサンプルを、以下の方法を用いて炭化タングステン基材にロウ付けした。VERSIMAX（登録商標）（DIAMOND  INNOVATIONS（登録商標），オハイオ州，米国）として知られるダイヤモンドコンポジットは、およそ８０体積％のダイヤモンド及び２０体積％の炭化ケイ素を、少量のケイ素（＜２．０体積％）と共に含んでなる。VERSIMAX（登録商標）のサンプルは、ワイヤ放電機械加工（ＥＤＭ）によって、０．２６０インチ径及び０．１２５インチ厚さの円柱体に切り出すことで作製した。炭化タングステン（Ｃｏ含有量８％）のサンプルは、０．１２５インチの厚さに研削し、次に、ワイヤＥＤＭによって０．２６０インチ径に切り出した。VERSIMAX（登録商標）サンプルは、ガラスビーズを用いて円形平面をグリットブラストし、続いてこれらのパーツをアセトンでリンスすることで洗浄した。炭化タングステンサンプルは、ガラスビーズを用いて円形平面をグリットブラストすることで洗浄した。
【００７８】
Ｃｒのコーティングを、熱拡散法を用いてVERSIMAX（登録商標）サンプルに適用した。ＳＥＭ／ＥＤＡＸを用いて測定したコーティングの厚さは約１ミクロンであった。コーティングされたVERSIMAX（登録商標）サンプルは、これらのパーツをイソプロピルアルコールでリンスすることでさらに洗浄した。LUCAS‐MILHAUPT（登録商標）Braze  495ロウ付けホイルをSta‐Silv（登録商標）Black  Flux（Harris Products Group，オハイオ州，米国）と共に用いた空気中での誘導加熱ロウ付けにより、VERSIMAX（登録商標）サンプルを、炭化タングステン基材にロウ付けした。
【００７９】
ロウ付けサンプルを、次に、ＯＤ（外径）研削して直径０．２５０インチとし、ロウ付け接合部のせん断強度を、INSTRON（登録商標）4206ユニバーサル試験機（INSTRON（登録商標）社，マサチューセッツ州，米国）を用いて測定した。サンプルを、ロウ付け接合部にせん断負荷を印加するせん断試験用固定具に保持した。サンプルに、破壊点まで負荷を掛け、最大せん断応力をせん断強度として報告した。合計で５つの（５）サンプルを試験し、せん断強度は、３４．３、４３．１、３８．６、４３．９、及び４２．３ｋｓｉであった。サンプルを、１０×の倍率にて光学顕微鏡観察し、ロウ付け部の破壊モードを調べた。５つすべてのサンプルにおいて、破壊は、主としてロウ付け層内に抑えられており、ダイヤモンド‐コーティング、コーティング‐ロウ付け材、及びロウ付け材‐ＷＣの界面のせん断強度が、ロウ付け層のせん断強度を超えていたことを示唆している。高強度ロウ付け接着では、このタイプの破壊が所望される。
【図１】
2014520757.tif 000002
【図２】
2014520757.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月24日(2014.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2014520757.tif 000004
2014520757.tif 000005
2014520757.tif 000006