(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド粉末と、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｆｅから選ばれる１種以上の金属を含む触媒金属粉末と、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒから選ばれる１種以上の金属を含む炭化物形成金属粉末と、を含むプリフォームを形成する第１工程と、
前記プリフォームを１０００℃以上１４００℃以下の第１の温度で５分以上保持して加圧焼結することで、前記触媒金属を触媒とする炭化物形成反応により、前記炭化物形成金属の炭化物を形成する第２工程と、
前記炭化物形成後の前記プリフォームを１４００℃を超えて１６００℃以下の第２の温度で加圧焼結することにより、前記ダイヤモンドを焼結する第３工程と、
を含むダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程において、前記炭化物形成金属の炭化物からなる金属炭化物粉末を含む前記プリフォームを形成する、請求項１に記載のダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程で形成する前記プリフォームにおける前記ダイヤモンド粉末の含有量は、ダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体におけるダイヤモンドの含有量が１０質量％以上、９０質量％以下となる量である、請求項１又は２に記載のダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
掘削ビットなどの破砕工具として、超硬合金等の基体の表面に、ダイヤモンド焼結体からなる硬質層を有する掘削チップを備えた破砕工具が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０４６８６３号
【特許文献２】国際公開第２０１１／１４１８９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２等に記載の従来の製造方法では、ダイヤモンド粒子と、ＷＣ等の金属炭化物粒子と、Ｃｏとの混合粉末をダイヤモンド安定条件（例えば５．５ＧＰａを超える圧力、１４００℃以上の温度）でダイヤモンド焼結体を合成していた。しかし、この製造方法では、ダイヤモンド粒子同士の結合は生じるものの、金属炭化物粒子は上記温度よりもはるかに高い融点を持つため粒子同士が結合しない。そのため、金属炭化物粒子はＣｏバインダーで固定されているだけの状態であり、ダイヤモンド焼結体の硬度に十分に寄与していなかった。
【０００５】
本発明は、高硬度のダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、ダイヤモンド粉末と、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｆｅから選ばれる１種以上の金属を含む触媒金属粉末と、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒから選ばれる１種以上の金属を含む炭化物形成金属粉末と、を含むプリフォームを形成する第１工程と、前記プリフォームを１０００℃以上１４００℃以下の第１の温度で５分以上保持して加圧焼結することで、前記触媒金属を触媒とする炭化物形成反応により、前記炭化物形成金属の炭化物を形成する第２工程と、前記炭化物形成後の前記プリフォームを１４００℃を超えて１６００℃以下の第２の温度で加圧焼結することにより、前記ダイヤモンドを焼結する第３工程と、を含むダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法が提供される。
【０００７】
上記ダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法では、触媒金属を触媒とするダイヤモンドと炭化物形成金属による炭化物形成反応によって炭化物形成金属の炭化物を合成する。この工程では触媒金属の作用により炭化物形成温度を低下させているため、ダイヤモンドの黒鉛化や焼結を進行させることなく、金属炭化物を優先的に形成することができる。これにより、ダイヤモンド粒子の周囲に、粒子が結合した金属炭化物の組織を形成することができる。したがって、バインダー金属中に金属炭化物粒子が保持されているだけの構造と比較して、強度に優れたダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体を製造することができる。
【０００８】
前記第１の温度は、工程の圧力条件において前記ダイヤモンドの焼結を生じない温度である製造方法としてもよい。
前記第１の温度は１４００℃以下である製造方法としてもよい。
前記炭化物形成金属の炭化物からなる金属炭化物粉末を含む前記プリフォームを形成する製造方法としてもよい。
前記プリフォームにおける前記ダイヤモンド粉末の含有量は、ダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体におけるダイヤモンドの含有量が１０質量％以上、９０質量％以下となる量である製造方法としてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様の製造方法によれば、焼結体中の金属炭化物同士が焼結された高硬度のダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の製造方法により得られるダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体が適用される掘削チップの断面図。
【図２】実施形態のダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法を示すフローチャート。
【図３】実施形態の製造方法における圧力及び温度の変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（掘削チップ）
図１は、本実施形態の製造方法により得られるダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体が適用される掘削チップの断面図である。
掘削チップ１は、図１に示すように、超硬合金等の硬質材料からなるチップ本体２と、このチップ本体２の先端部（図１において上側部分）に被覆された、チップ本体２よりも硬質のダイヤモンド焼結体からなる硬質層３とを備える。掘削チップ１は、掘削ビット（図示略）の先端端部に取り付けられて用いられる。
【００１３】
本実施形態の掘削チップ１はボタンチップである。チップ本体２の後端部（図１において下側部分）はチップ中心線Ｃを中心とした円柱状である。チップ本体２の先端部は、後端部の円柱の半径と等しい半径でチップ中心線Ｃ上に中心を有する半球状であり、先端側に向かうに従いチップ中心線Ｃからの外径が漸次小さくなる。
【００１４】
掘削チップ１の硬質層３は、掘削チップ１の表面側から順に、ダイヤモンド焼結体層（以下、ＰＣＤ層と称する。）４と、第１中間層５と、第２中間層６と、第３中間層７とが積層された構成を有する。
【００１５】
ＰＣＤ層４は、第１中間層５〜第３中間層７に対してダイヤモンド粒子の含有量が多い高硬質層である。ＰＣＤ層４としては、ダイヤモンド粒子とＣｏ、Ｎｉ、あるいはＦｅ−Ｎｉ合金等の金属バインダー（触媒金属）とを含むダイヤモンド焼結体や、ダイヤモンド粒子とＷＣ、ＴａＣ、ＴｉＣ等の金属炭化物粒子、ＴｉＮ、ｃＢＮ等の金属窒化物粒子、あるいはＴｉＣＮ等の金属炭窒化物粒子と、上記金属バインダーとを含む複合焼結体を用いることができる。
【００１６】
第１中間層５、第２中間層６、及び第３中間層７としては、ＰＣＤ層４よりもダイヤモンド粒子の含有量が少なく、ＷＣ、ＴａＣ、ＴｉＣ等の金属炭化物粒子、ＴｉＮ、ｃＢＮ等の金属窒化物粒子、あるいはＴｉＣＮ等の金属炭窒化物粒子と、上記金属バインダーとを含む複合焼結体を用いることができる。中間層は１層又は２層であってもよく、４層以上であってもよい。これらの中間層は、ダイヤモンド粒子と、金属炭化物等の粒子と、金属バインダーの組成比を層毎に変化させてもよい。
【００１７】
後述する本実施形態の製造方法により得られるダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体は、硬質層３を構成する各層に用いることができる。硬質層３を構成する全ての層をダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体で形成してもよく、一部の層のみをダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体で形成してもよい。
【００１８】
（ダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法）
図２は、本実施形態のダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法を示すフローチャートである。図３は、本実施形態の製造方法における圧力及び温度の変化を示すグラフである。
【００１９】
本実施形態のダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法は、図２に示すように、ダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体のプリフォームを形成する工程ＳＴ１と、プリフォームを焼結してダイヤモンドと金属炭化物の複合体であるダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体を形成する工程ＳＴ２とを含む。工程ＳＴ２は、プリフォーム中に金属炭化物を形成する工程ＳＴ２１と、焼結の温度条件を変更する工程ＳＴ２２と、ダイヤモンドを焼結する工程ＳＴ２３と、を含む。
【００２０】
プリフォームを形成する工程ＳＴ１では、ダイヤモンド粉末と、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｆｅから選ばれる１種以上の金属を含む触媒金属粉末（金属バインダー粉末）と、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒから選ばれる１種以上の金属を含む炭化物形成金属粉末と、を所定の組成比で混合し所定形状に成形することで、焼結体を得るためのプリフォームを形成する。このとき、パラフィン、樟脳等の成形後に加熱除去できる成形バインダーを添加してもよい。
【００２１】
プリフォームの成形は、所定形状の試料容器（例えば掘削チップの型）に混合粉末を充填する方法が採用できる。図１に示す掘削チップ１を製造する場合には、掘削チップ１形成用の型に、ＰＣＤ層４形成用のプリフォーム、第１中間層５形成用のプリフォーム、第２中間層６形成用のプリフォーム、第３中間層７形成用のプリフォームを順次積層し、最後に超硬合金のチップ本体２を充填する。
【００２２】
プリフォームにおけるダイヤモンド粉末の含有量は、焼結後のダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体におけるダイヤモンドの含有量が１０質量％以上、９０質量％以下となる含有量であることが好ましい。ダイヤモンドの含有量が９０質量％を超えると、触媒が少なすぎるためにダイヤモンド粒子の一部に未焼結の部分が発生し、焼結体の形成が難しくなる。ダイヤモンドの含有量が１０質量％未満では、形成される焼結体の性質が実質的に金属炭化物の焼結体と同等になり、目的の強度が得られない。
【００２３】
ダイヤモンド粉末及び炭化物形成金属粉末としては、平均粒子径が０．５μｍ〜２０μｍである粉末を好適に用いることができる。これらの粉末において、粗粒と細粒を混合してもよい。粗粒と細粒のサイズや比率を調整することで、成形時の充填密度を向上させたり、焼結体の粒度分布を調整することができる。
【００２４】
プリフォームには、炭化物形成金属の炭化物からなる金属炭化物粉末を添加してもよい。金属炭化物粉末を含むプリフォームとした場合、金属炭化物を形成する工程ＳＴ２２において形成される金属炭化物によって金属炭化物粒子同士が結合される。
【００２５】
金属バインダー粉末としては、例えば、５μｍ〜１０μｍ程度の粒子径の金属粉末を、振動ボールミルなどの混合機で十分混合粉砕し、最大粒子径が５μｍ以下の混合粉末としたものを用いることができる。
【００２６】
プリフォームを充填する試料容器としては、Ｚｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｍｏなどの金属箔を、例えば掘削チップ１に対応する形状に成形したものを用いることができる。掘削チップ１を製造する場合、硬質層３の各プリフォームとチップ本体２が充填された試料容器を密閉した後、超高圧焼結装置に装填する。超高圧焼結装置としては、ベルト型装置、キュービックアンビル装置などのダイヤモンド粉末合成装置を用いることができる。
【００２７】
次に、プリフォームを焼結する工程ＳＴ２について、図１及び図２を参照しながら説明する。
まず、金属炭化物を形成する工程ＳＴ２１では、図２に示すように、上記した超高圧焼結装置において、試料容器の加圧を開始する（時刻ｔ０）。圧力が焼結圧力Ｐ１に達した後は、焼結終了まで焼結圧力Ｐ１に保持する（時刻ｔ１〜ｔ６）。焼結圧力Ｐ１は、５．５ＧＰａ〜６．０ＧＰａの範囲である。
【００２８】
圧力が焼結圧力Ｐ１に達した後、試料容器の加熱を開始する（時刻ｔ１）。その後、炭化物形成温度Ｔ１に達した後、所定時間（時刻ｔ２〜ｔ３）、炭化物形成温度Ｔ１に保持し、プリフォーム中にＷＣ、ＴｉＣ等の金属炭化物を形成する。炭化物形成温度Ｔ１は、形成する金属炭化物と添加する触媒金属の組成、添加量に応じて異なるが、約１０００℃以上１４００℃以下の範囲である。また炭化物形成に要する時間（時刻ｔ２〜ｔ３）は、５分以上３０分以下の範囲である。
【００２９】
本実施形態において、炭化物形成温度Ｔ１は、プリフォーム中に金属炭化物を形成し、かつ、ダイヤモンド粒子の黒鉛化や焼結を生じない温度とされる。一般に、ＷＣやＴｉＣの焼結温度は１７００℃以上の高温であるが、本実施形態では、プリフォームに炭化物形成の触媒となる触媒金属（Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｆｅから選ばれる１種以上の金属）を添加することにより、金属炭化物の形成温度を１４００℃以下に低下させる。
【００３０】
例えば、金属炭化物としてＴｉＣを形成する場合、Ｔｉの融点は１６６８℃であるが、触媒金属としてＣｏを用いることで、Ｃｏ含有量２５．８質量％のときに、液相温度を１１３０℃にまで低下させることができる。また、金属炭化物としてＮｂＣを形成する場合、Ｎｂの融点は２４７０℃であるが、Ｃｏ含有量２８質量％のときに、液相温度を１３６４℃まで低下させることができる。
【００３１】
１４００℃以下の温度域では、ダイヤモンドの安定圧力範囲は５．５ＧＰａ未満である（下記式及び参考文献参照）。したがって、焼結圧力Ｐ１（５．５ＧＰａ〜６．０ＧＰａ）に保持することで、ダイヤモンド粒子の黒鉛化は生じない。一方、上記圧力範囲では、Ｃｏ等の触媒金属を含む炭素の液相温度は１４００℃を超えるため、炭化物形成金属が共存しなければダイヤモンド粒子間に液相が形成されず焼結も進行しない。
【００３２】
（ダイヤモンドの安定圧力・温度平衡線）
Ｐ（ＧＰａ）＝Ｔ（℃）／４００＋１．９４（ＧＰａ）
（参考文献）
C.S. Kennedy and G.C. Kennedy. "The equilibrium boundary between graphite and diamond." Journal of Geophysical Research 81.14 (1976) 2467-2470.
【００３３】
これにより、本実施形態の製造方法では、炭化物形成金属を含む液相がダイヤモンド粒子同士の隙間を埋めるように金属炭化物が形成される。また上記の金属炭化物は、液相となった炭化物形成金属から形成されるため、焼結後のダイヤモンドと金属炭化物粒子が互いに結合した状態となり、高い強度の焼結体を得ることができる。
【００３４】
なお、本実施形態において、炭化物形成金属と触媒金属との組成比は、液相温度が１４００℃を超えない範囲で適宜調整することができる。例えば、炭化物形成金属がＴｉ、触媒金属がＣｏである場合には、Ｃｏ含有量が１０原子％以上３７原子％以下の範囲において液相温度が１４００℃以下となるので、上記Ｃｏ含有量の範囲内で適宜調整することができる。
【００３５】
次に、工程ＳＴ２２では、金属炭化物を形成するための温度条件から、ダイヤモンドを焼結するための温度条件に変更する（時刻ｔ３）。具体的には、炭化物形成温度Ｔ１からダイヤモンド焼結温度Ｔ２へ昇温する（時刻ｔ３〜ｔ４）。ダイヤモンド焼結温度Ｔ２は、本実施形態の場合、１４００℃を超えて１６００℃以下の範囲である。
【００３６】
次に、工程ＳＴ２３では、所定時間（時刻ｔ４〜ｔ５）、ダイヤモンド焼結温度Ｔ２に保持する。これにより、プリフォーム中のダイヤモンド粒子を結合させ、多結晶ダイヤモンドを形成する。ダイヤモンド焼結に要する時間（時刻ｔ４〜ｔ５）は、５分以上６０分以下の範囲である。
【００３７】
工程ＳＴ２３では、工程ＳＴ２１で形成された金属炭化物は溶融しないが、液相の触媒金属にダイヤモンドから炭素が溶解し、その後ダイヤモンドとして再析出することでダイヤモンド粒子の直接結合の割合が増加する。その結果、金属炭化物のネットワークとダイヤモンドのネットワークが絡み合い、これらの隙間に触媒金属が金属バインダーとして充填されたダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体を得ることができる。
【００３８】
ダイヤモンドの焼結後、試料容器を冷却（時刻ｔ５〜ｔ６）し、その後に試料容器の加圧を解除する（時刻ｔ６〜ｔ７）。以上の工程により、ダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体を製造することができる。
【００３９】
以上、詳細に説明したように、本実施形態のダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法によれば、工程ＳＴ２１において、触媒金属を触媒とする炭化物形成反応によって炭化物形成金属の炭化物を形成する。この工程では、触媒金属の作用により炭化物形成温度を低下させているため、ダイヤモンドの黒鉛化や焼結を進行させることなく、金属炭化物を優先的に形成することができる。これにより、ダイヤモンド粒子の周囲に、連続した金属炭化物の組織を形成することができる。したがって、バインダー金属中に金属炭化物粒子が保持されているだけの構造と比較して、強度に優れたダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体を製造することができる。
【００４０】
また本実施形態では、金属炭化物の形成中にダイヤモンドの焼結が生じないため、金属炭化物の形成に必要な炭素が不足することが無い。これにより、焼結体中に炭化物形成金属が金属状態で残存してしまうことがなく、残存した炭化物形成金属に起因する硬度低下も生じない。
【００４１】
なお、１７００℃以上の高温、かつ７ＧＰａ以上の高圧条件で焼結を実行すれば、ダイヤモンド粉末と金属炭化物粉末の混合粉末を焼結することができる。しかし、このような高温高圧で製造を行えば、製造に用いる超高圧焼結装置の耐久性に問題を生じるおそれがある。
これに対して本実施形態の製造方法では、金属炭化物形成時の温度、圧力を著しく低下させることができるため、超高圧焼結装置の耐久性に問題を生じない条件で高強度のダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体を製造することができる。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
ダイヤモンド粉末を８０質量％、金属粉末と金属炭化物粉末を２０質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径２μｍ〜４μｍのダイヤモンド粒子：２０質量％、粒径２０μｍ〜４０μｍのダイヤモンド粒子：８０質量％とした。
金属粉末と金属炭化物粉末の組成はＴｉＣ粉末：５０質量％、Ｔｉ粉末（炭化物形成金属）：３７質量％、Ｃｏ粉末（触媒金属）：１３質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：５．６ＧＰａ、温度：１１３６℃、保持時間：１０分間の条件で加圧加熱し、プリフォーム中にＴｉＣを形成した。その後、圧力を保持したまま昇温し、温度：１４３２℃、焼結時間：１０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＴｉＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、黒鉛相は検出されず、ダイヤモンド相の周りを、連続するＴｉＣ相が取り囲み、少量のＣｏを含む均質な結晶組織であることが確認された。
【００４３】
（実施例２）
ダイヤモンド粉末を６０質量％、金属粉末と金属炭化物粉末を４０質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径２μｍ〜４μｍのダイヤモンド粒子：３５質量％、粒径２０μｍ〜４０μｍのダイヤモンド粒子：６５質量％とした。
金属粉末と金属炭化物粉末の組成はＴｉＣ粉末：２５質量％、Ｔｉ粉末（炭化物形成金属）：３３．８質量％、Ｃｒ粉末（炭化物形成金属）：３３．８質量％、Ｃｏ粉末（触媒金属）：７．５質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：５．６ＧＰａ、温度：１１８０℃、保持時間：１０分間の条件で加圧加熱し、プリフォーム中にＴｉＣ−Ｃｒ３Ｃ２複合炭化物を形成した。その後、圧力を保持したまま昇温し、温度：１４３５℃、焼結時間：１０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＴｉＣ−Ｃｒ３Ｃ２複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、黒鉛相は検出されず、ダイヤモンド相の周りを、連続するＴｉＣ相及びＣｒ３Ｃ２相が取り囲み、少量のＣｏを含む均質な結晶組織であることが確認された。
【００４４】
（実施例３）
ダイヤモンド粉末を７０質量％、金属粉末と金属炭化物粉末を３０質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径２μｍ〜４μｍのダイヤモンド粒子：３０質量％、粒径２０μｍ〜４０μｍのダイヤモンド粒子：７０質量％とした。
金属粉末と金属炭化物粉末の組成はＴｉＣ粉末：５０質量％、Ｎｂ粉末（炭化物形成金属）：３５質量％、Ｃｏ粉末（触媒金属）：１５質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：５．６ＧＰａ、温度：１１２５℃、保持時間：１０分間の条件で加圧加熱し、プリフォーム中にＴｉＣ−ＮｂＣ複合炭化物を形成した。その後、圧力を保持したまま昇温し、温度：１５００℃、焼結時間：１０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＴｉＣ−ＮｂＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、黒鉛相は検出されず、ダイヤモンド相の周りを、連続するＴｉＣ相及びＮｂＣ相が取り囲み、少量のＣｏを含む均質な結晶組織であることが確認された。
【００４５】
（実施例４）
ダイヤモンド粉末を７０質量％、金属粉末を３０質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径２μｍ〜４μｍのダイヤモンド粒子：１００質量％とした。
金属粉末の組成はＨｆ粉末（炭化物形成金属）：９１．７質量％、Ｃｏ粉末（触媒金属）：８．７質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：５．６ＧＰａ、温度：１３２７℃、保持時間：１０分間の条件で加圧加熱し、プリフォーム中にＨｆＣを形成した。その後圧力を保持したまま昇温し、温度：１４５２℃、焼結時間：１０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＨｆＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、黒鉛相は検出されず、ダイヤモンド相の周りを、連続するＨｆＣ相が取り囲み、少量のＣｏを含む均質な結晶組織であることが確認された。
【００４６】
（実施例５）
ダイヤモンド粉末を８０質量％、金属粉末を２０質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径０．７μｍ〜１．５μｍのダイヤモンド粒子：１００質量％とした。
金属粉末の組成はＴｉ粉末（炭化物形成金属）：７４．２質量％、Ｃｏ粉末（触媒金属）：２５．８質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：５．６ＧＰａ、温度：１２５１℃、保持時間：１０分間の条件で加圧加熱し、プリフォーム中にＴｉＣを形成した。その後、圧力を保持したまま昇温し、温度：１４７８℃、焼結時間：１０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＴｉＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、ダイヤモンド相の周りを、連続するＴｉＣ相が取り囲み、Ｃｏを含む均質な結晶組織であることが確認された。ただし、この試料ではＸＲＤ分析において少量の黒鉛が検出された。
【００４７】
（実施例６）
ダイヤモンド粉末を８８質量％、金属粉末と金属炭化物粉末を１２質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径２μｍ〜４μｍのダイヤモンド粒子：２０質量％、粒径２０μｍ〜４０μｍのダイヤモンド粒子：８０質量％とした。
金属粉末と金属炭化物粉末の組成はＶＣ粉末：５０質量％、Ｖ粉末（炭化物形成金属）：３２質量％、Ｃｏ粉末（触媒金属）：１８質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：６．０ＧＰａ、温度：１３５８℃、保持時間：１０分間の条件で加圧加熱し、プリフォーム中にＶＣを形成した。その後、圧力を保持したまま昇温し、温度：１５８８℃、焼結時間：３０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＶＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、黒鉛相は検出されず、ダイヤモンド相の周りを、連続するＶＣ相が取り囲み、少量のＣｏを含む均質な結晶組織であることが確認された。
【００４８】
（実施例７）
ダイヤモンド粉末を６０質量％、金属粉末と金属炭化物粉末を４０質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径６μｍ〜１２μｍのダイヤモンド粒子：１００質量％とした。
金属粉末と金属炭化物粉末の組成はＴｉＣ粉末：５０質量％、Ｔｉ粉末（炭化物形成金属）：３５質量％、Ｃｏ粉末（触媒金属）：１０質量％、Ｍｎ粉末（触媒金属）：５質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：５．８ＧＰａ、温度：１１５３℃、保持時間：１０分間の条件で加圧加熱し、プリフォーム中にＴｉＣを形成した。その後、圧力を保持したまま昇温し、温度：１５９０℃、焼結時間：６０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＴｉＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、黒鉛相は検出されず、ダイヤモンド相の周りを、連続するＴｉＣ相が取り囲み、少量のＣｏとＭｎを含む均質な結晶組織であることが確認された。
【００４９】
（実施例８）
ダイヤモンド粉末を７０質量％、金属粉末と金属炭化物粉末を３０質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径１０μｍ〜２０μｍのダイヤモンド粒子：１００質量％とした。
金属粉末と金属炭化物粉末の組成はＴｉＣ粉末：５０質量％、Ｚｒ粉末（炭化物形成金属）：３５質量％、Ｃｏ粉末（触媒金属）：１５質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：６．０ＧＰａ、温度：１３５８℃、保持時間：１０分間の条件で加圧加熱し、プリフォーム中にＺｒＣを形成した。その後、圧力を保持したまま昇温し、温度：１５５２℃、焼結時間：２０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＴｉＣ−ＺｒＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、黒鉛相は検出されず、ダイヤモンド相の周りを、連続するＴｉＣ相及びＺｒＣ相が取り囲み、少量のＣｏを含む均質な結晶組織であることが確認された。
【００５０】
（実施例９）
ダイヤモンド粉末を３５質量％、金属粉末を６５質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径２μｍ〜４μｍのダイヤモンド粒子：１００質量％とした。
金属粉末の組成はＨｆ粉末（炭化物形成金属）：９０質量％、Ｆｅ粉末（触媒金属）：５質量％、Ｎｉ粉末（触媒金属）：５質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：５．５ＧＰａ、温度：１１４６℃、保持時間：１０分間の条件で加圧加熱し、プリフォーム中にＨｆＣを形成した。その後、圧力を保持したまま昇温し、温度：１４３５℃、焼結時間：１０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＨｆＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、黒鉛相は検出されず、ダイヤモンド相の周りを、連続するＨｆＣ相が取り囲み、少量のＦｅ及びＮｉを含む均質な結晶組織であることが確認された。
【００５１】
（実施例１０）
ダイヤモンド粉末を１２質量％、金属粉末と金属炭化物粉末を８８質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径２μｍ〜４μｍのダイヤモンド粒子：１００質量％とした。
金属粉末と金属炭化物粉末の組成はＴｉＣ粉末：５０質量％、Ｔｉ粉末（炭化物形成金属）：３７質量％、Ｎｉ粉末（触媒金属）：１３質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：５．５ＧＰａ、温度：１０５７℃、保持時間：１０分間の条件で加圧加熱し、プリフォーム中にＴｉＣを形成した。その後、圧力を保持したまま昇温し、温度：１４６２℃、焼結時間：１０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＴｉＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、黒鉛相は検出されず、ダイヤモンド相の周りを、連続するＴｉＣ相が取り囲み、少量のＮｉを含む均質な結晶組織であることが確認された。
【００５２】
（比較例１）
ダイヤモンド粉末を８０質量％、金属粉末を２０質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径２０μｍ〜４０μｍのダイヤモンド粒子：１００質量％とした。
金属粉末の組成はＮｂ粉末（炭化物形成金属）：５０質量％、Ｈｆ粉末（炭化物形成金属）：３７質量％、Ｃｏ粉末（触媒金属）：１３質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：５．６ＧＰａ、温度：１４３２℃、焼結時間：１０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＮｂＣ−ＨｆＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、ダイヤモンド相、ＮｂＣ相、ＨｆＣ相が形成されていたが、金属Ｈｆが残留していた。これは、Ｎｂ、Ｈｆの炭化物形成をダイヤモンドの焼結と同時に行ったために、ダイヤモンド粒子（炭素）粒子間の直接結合反応が進行し、十分な炭化物形成反応時間が得られず、未反応の金属炭化物を形成する金属原料（Ｎｂ、Ｈｆ）が、溶解した触媒金属（Ｃｏ）の中にトラップされ、結果として最後（焼結プロセスが完了する）まで炭素源であるダイヤモンド粒子と反応せず、残留したものと考えられる。
【００５３】
（比較例２）
ダイヤモンド粉末を６０質量％、金属粉末を４０質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径８μｍ〜１６μｍのダイヤモンド粒子：１００質量％とした。
金属粉末の組成はＮｂ粉末（炭化物形成金属）：８５質量％、Ｃｏ粉末（触媒金属）：１５質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：５．６ＧＰａ、温度：１４３２℃、焼結時間：５分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＮｂＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、ダイヤモンド相、ＮｂＣ相が形成されていたが、金属Ｎｂが残留していた。これは、Ｎｂの炭化物形成をダイヤモンドの焼結と同時に行ったために、ダイヤモンド粒子（炭素）粒子間の直接結合反応が進行し、十分な炭化物形成反応時間が得られず、未反応の金属炭化物を形成する金属原料（Ｎｂ）が、溶解した触媒金属（Ｃｏ）の中にトラップされ、結果として最後（焼結プロセスが完了する）まで炭素源であるダイヤモンド粒子と反応せず、残留したものと考えられる。
【００５４】
（比較例３）
ダイヤモンド粉末を３０質量％、金属粉末と金属炭化物粉末を７０質量％含む混合物を、Ｚｒの試料容器に充填し、プリフォームを作製した。
ダイヤモンド粉末の粒度配合は粒径２０μｍ〜４０μｍのダイヤモンド粒子：１００質量％とした。
金属粉末と金属炭化物粉末の組成はＴｉＣ粉末：５０質量％、Ｎｂ粉末（炭化物形成金属）：３０質量％、Ｆｅ粉末（触媒金属）：１０質量％、Ｎｉ粉末（触媒金属）：１０質量％とした。
試料容器を超高圧焼結装置に装填し、圧力：５．６ＧＰａ、温度：１４５０℃、保持時間：１０分間の条件で加圧加熱し、プリフォーム中にＮｂＣを形成した。その後、圧力を保持したまま昇温し、温度：１６００℃、焼結時間：１０分間の条件で焼結した。以上により、ダイヤモンド−ＴｉＣ−ＮｂＣ複合焼結体を作製した。
作製した試料をＸＲＤ分析、ＥＤＳ分析したところ、ダイヤモンド相、ＴｉＣ相、ＮｂＣ相が形成されていたが、金属Ｎｂが残留していた。これは、Ｎｂ炭化物を形成する工程で温度が高すぎたためにダイヤモンド粒子（炭素）粒子間の直接結合反応が進行し、十分な炭化物形成反応時間が得られず、未反応の金属炭化物を形成する金属原料（Ｎｂ）が、溶解した金属触媒（Ｆｅ、Ｎｉ）の中にトラップされ、結果として最後（焼結プロセスが完了する）まで炭素源であるダイヤモンド粒子と反応せず、残留したものと考えられる。
【００５５】
【表１】
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【符号の説明】
【００５６】
ＳＴ１…プリフォームを形成する工程，ＳＴ２…プリフォームを焼結する工程，ＳＴ２１…炭化物形成金属の炭化物を形成する工程，ＳＴ２２…温度条件を変更する工程，ＳＴ２３…ダイヤモンドを焼結する工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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