(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド（１）と、
前記ダイヤモンドを被覆するＳｉＣを主成分とする膜（２）とを備え、
前記ＳｉＣは実質的にβ−ＳｉＣからなり、前記ＳｉＣを主成分とする膜において、ＳｉＣの面指数（２２０）のピーク強度Ｉ（２２０）と、面指数（１１１）のピーク強度Ｉ（１１１）との比であるＩ（２２０）／Ｉ（１１１）の値が０．３８以上０．５５以下であり、
前記ＳｉＣを主成分とする膜（２）が、０．１μｍ超え０．３μｍ以下の厚さを有し、実質的に等軸粒からなる、被覆ダイヤモンド。
【請求項２】
ダイヤモンド（１）と、
前記ダイヤモンドを被覆するＳｉＣを主成分とする膜（２）とを備え、
前記ＳｉＣは実質的にβ−ＳｉＣからなり、前記ＳｉＣを主成分とする膜において、ＳｉＣの面指数（２２０）のピーク強度Ｉ（２２０）と、面指数（１１１）のピーク強度Ｉ（１１１）との比であるＩ（２２０）／Ｉ（１１１）の値が０．３８以上０．５５以下であり、
前記ＳｉＣを主成分とする膜（２）が、０．００２μｍ以上０．１μｍ以下の厚さを有し、実質的に特定の結晶粒形状を有していない、被覆ダイヤモンド。
【請求項３】
前記ＳｉＣを主成分とする膜（２）は、隣接するダイヤモンド（１）に対し、結晶学的に一定の方位関係を少なくとも一部の領域で有する、請求項１または２に記載の被覆ダイヤモンド。
【請求項４】
前記ＳｉＣを主成分とする膜（２）と、ダイヤモンド（１）との間に、中間層が少なくとも一部の領域において挟まれている、請求項１または２に記載の被覆ダイヤモンド。
【請求項５】
前記ＳｉＣの平均粒径が５０ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の被覆ダイヤモンド。
【請求項６】
前記ＳｉＣの平均粒径が１５ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の被覆ダイヤモンド。
【請求項７】
前記ダイヤモンド（１）が粒子状であり、その平均粒径が、０．１〜１００μｍである、請求項１または２に記載の被覆ダイヤモンド。
【請求項８】
前記ダイヤモンド（１）が板状の単結晶である、請求項１または２に記載の被覆ダイヤモンド。
【請求項９】
前記ダイヤモンド（１）が板状の多結晶体である、請求項１または２に記載の被覆ダイヤモンド。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の被覆ダイヤモンドと、金属、セラミックスおよび樹脂のうちの１種以上と、を備えた複合材料であって、
前記金属、セラミックスおよび樹脂のうちの１種以上の材料と、前記被覆ダイヤモンドとが結合されている複合材料。
【請求項１１】
前記ＳｉＣを主成分とする膜（２）の厚さが、０．００５〜０．１μｍである、請求項１０に記載の複合材料。
【請求項１２】
粒子状の金属、粒子状のセラミックスおよび粒子状の樹脂のうちの１種以上と、前記膜によって被覆された粒子状のダイヤモンドとからなる、請求項１１に記載の複合材料。
【請求項１３】
固相の一酸化ケイ素（１２）と固相のダイヤモンド（１１）とを、互いに接触しない位置であって、気体の流通を許容する位置に配置し、前記固相の一酸化ケイ素と固相のダイヤモンドとを、１１５０〜１４５０℃の温度域において加熱処理し、
前記加熱処置は、前記一酸化ケイ素（１２）とダイヤモンド（１１）とは、蓋（１６）をした容器（１５）に装入され、当該容器が１０-2Ｔｏｒｒ以上の高真空中に入れられた後に行われる、被覆ダイヤモンドの製造方法。
【請求項１４】
前記固相の一酸化ケイ素（１２）を下側に、前記固相のダイヤモンド（１１）を上側に、前記一酸化ケイ素とダイヤモンドとの間に多孔質の離隔層（１７）を挟む配置とする、請求項１３に記載の被覆ダイヤモンドの製造方法。
【請求項１５】
前記多孔質の離隔層が、カーボン製フェルト（１７）である、請求項１４に記載の被覆ダイヤモンドの製造方法。
【請求項１６】
前記容器が内側をカーボンシート（１４）で覆ったアルミナ坩堝（１５）であり、前記アルミナ坩堝中の前記装入物と外気とを遮蔽するようにアルミナ製の蓋（１６）を前記アルミナ坩堝にし、前記装入物を含むアルミナ坩堝に対して、１０分間〜６時間、前記加熱処理をする、請求項１３に記載の被覆ダイヤモンドの製造方法。
【請求項１７】
前記アルミナ坩堝に装入するダイヤモンドと一酸化ケイ素とは、重量比で、（２：１）〜（２０：１）となるようにする、請求項１６に記載の被覆ダイヤモンドの製造方法。
【請求項１８】
前記ダイヤモンドが、平均粒径０．１〜３０００μｍの単結晶ダイヤモンドである、請求項１３に記載の被覆ダイヤモンドの製造方法。
【請求項１９】
前記ダイヤモンドが、単結晶体であり、板状の形状を有している、請求項１３に記載の被覆ダイヤモンドの製造方法。
【請求項２０】
前記ダイヤモンドが多結晶体であり、板状の形状を有している、請求項１３に記載の被覆ダイヤモンドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳｉＣを被覆した被覆ダイヤモンド、その製造方法およびその複合材料に関し、とくに従来よりも緻密で密着力に優れた被覆ダイヤモンド、その製造方法およびその複合材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンドはその硬度が自然界にある材料で最も高いため、工具材料として用いられてきた。また、熱伝導率もきわめて高いので、ヒートシンク材料としての利用も期待されている。工具材料およびヒートシンク材料として用いる場合、ダイヤモンドは金属、セラミックス、樹脂などと粉末冶金技術により一体成形され複合化される。一方、ダイヤモンドは空気中で昇温中に約６５０℃から酸化され始める。また、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の溶融金属に溶解して黒鉛に変態する弱点を有している。そこで、酸化防止、ダイヤモンドとこれら材料との化学反応の防止、ダイヤモンドと金属、セラミックスおよび樹脂との結合力の向上などのために、ダイヤモンドの表面に被覆層を形成する試みがなされてきた（特開平５−１０５５６０号公報、特開平６−２６３５１６号公報、特開平８−１１３７７４号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダイヤモンドの表面に被覆層を形成する従来の技術では、被覆層の膜質を左右する緻密度、厚さのばらつき、表面性状および被覆膜厚の最適化が不充分であった。また、被覆膜とダイヤモンドとの結合力も十分ではなかった。
【０００４】
本発明は、ダイヤモンドの優れた特性を引き出すことが可能な緻密で密着性の良好な被覆ダイヤモンド、その製造方法およびその複合材料を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一の被覆ダイヤモンドは、ダイヤモンドと、ダイヤモンドを被覆するＳｉＣを主成分とする膜（以後、ＳｉＣ膜と略記する）とを備え、上記のＳｉＣは実質的にβ−ＳｉＣからなり、ＳｉＣ膜において、ＳｉＣの面指数（２２０）のピーク強度Ｉ（２２０）と、面指数（１１１）のピーク強度Ｉ（１１１）との比であるＩ（２２０）／Ｉ（１１１）の値が、０．３８以上０．５５以下であり、ＳｉＣを主成分とする膜（２）が、０．１μｍ超え０．３μｍ以下の厚さを有し、実質的に等軸粒からなる。
【０００６】
本発明の他の被覆ダイヤモンドは、ダイヤモンドと、ダイヤモンドを被覆するＳｉＣを主成分とする膜（以後、ＳｉＣ膜と略記する）とを備え、上記のＳｉＣは実質的にβ−ＳｉＣからなり、ＳｉＣ膜において、ＳｉＣの面指数（２２０）のピーク強度Ｉ（２２０）と、面指数（１１１）のピーク強度Ｉ（１１１）との比であるＩ（２２０）／Ｉ（１１１）の値が、０．３８以上０．５５以下であり、ＳｉＣを主成分とする膜が、０．００２μｍ以上０．１μｍ以下の厚さを有し、実質的に特定の結晶粒形状を有していない。
【０００７】
上記のβ−ＳｉＣは、ＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards)カードのＮｏ.２９−１１２９、２９−１１２８、３９−１１９６のいずれかに属するＳｉＣである。また、上記のβ−ＳｉＣを主成分とする膜が隣接するダイヤモンドに対し、結晶学的に一定の方位関係を少なくとも一部の領域で有していると、被覆膜の剥離が発生しにくくなり好ましい。なお、この結晶学的な一定の方位関係（エピタキシャルな関係）は、両者が接する界面近傍にＸ線または電子線を照射して両者の回折パターンが生じているＸ線回折像または電子線回折像を求めることにより確定することができる。ダイヤモンドとＳｉＣ膜とが一定の方位関係を持つために、両者の中間に格子歪みを緩和する中間層が介在し、ダイヤモンドとＳｉＣ膜が直接に隣接していない構成も、本発明には含まれる。
【０００８】
β−ＳｉＣであることは、例えば、Ｘ線回折法によりＳｉＣの格子定数を測定することにより、同定することができる。その格子定数は、約４．３６オングストロームである。上記の比Ｉ（２２０）／Ｉ（１１１）の値は、面指数（２２０）と（１１１）のＸ線回折におけるピーク強度を求めることにより得られる。Ｉ（２２０）／Ｉ（１１１）の値は、通常は、ＪＣＰＤＳカードに示されるように、０．３５である。しかし、この比の値を０．３８以上とすることにより、β−ＳｉＣ膜のダイヤモンドに対する密着力は大幅に向上する。より望ましい範囲は０．４以上である。しかし、０．５５を超えると、密着力はかえって低下するので、０．５５以下とする。より望ましい範囲は０．５以下である。
【０００９】
また、β−ＳｉＣが等軸粒であると、被覆膜の強度が向上し、被覆膜の剥離が発生しにくくなる。また、β−ＳｉＣは強靭であり、等軸粒であることと相まって、いっそう剥離しにくくなる。「等軸粒」とは、方向性をもたない多結晶体の結晶粒の形状をいい、方向性を有する柱状粒や延伸粒に対比されるものである。本発明の被覆ダイヤモンドにおいては、ＳｉＣ膜中の炭素原子は、実質的にダイヤモンドから供給される。Ｃの供給源をダイヤモンドとすることにより、ダイヤモンドの表面は完全にβ−ＳｉＣ膜によって被覆されやすく、かつ緻密な膜を得やすくなる。
【００１０】
等軸粒のβ−ＳｉＣ膜はポーラスでなく、ダイヤモンドの表面を緻密に完全に被覆している。この結果、被覆膜とダイヤモンドとの結合力を高くすることができる。ここで、膜が緻密に被覆するとは、未被覆部がないように均一な被覆膜でダイヤモンドを覆うことをいう。
【００１１】
なお、上記の被覆ダイヤモンドにおいて、ＳｉＣ膜中のＳｉ濃度はダイヤモンド側で低く、ＳｉＣ膜の表面側で高くなっていることが考えられる。炭素原子については、Ｓｉとは逆に、ダイヤモンド側で高く、ＳｉＣ膜の表面側で低いことが考えられる。ＳｉＣ膜中のＳｉ濃度および炭素濃度は、分光分析やＥＰＭＡ（Electron Probe X-ray Microanalyser)で波長分散型のＸ線分光器を用いることにより可能である。炭素のような原子番号１０以下の軽元素の定量分析には、波長分散型の分光器に多重膜結晶を用い、かつ分光計を真空中に入れ、検出器には比例係数管を用いる。また、２次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)を用いることもできる。
【００１２】
上記本発明の一の被覆ダイヤモンドでは、ＳｉＣを主成分とする膜の厚さが、０．１μｍ超え０．３μｍ以下であり、上記本発明の他の被覆ダイヤモンドでは、ＳｉＣを主成分とする膜の厚さが、０．００２μｍ以上０．１μｍ以下である。
【００１３】
上記の被覆層の膜厚を用いることにより、ダイヤモンドが有する優れた特性は劣化しない。すなわち、耐酸化性の向上が得られ、ダイヤモンドとＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の溶融金属との反応を防止することができる。被覆膜は、ＳｉＣの炭素はダイヤモンドから供給されるため、０．３μｍを超える膜厚は作製しにくい。一方、０．００１μｍ未満の薄い膜厚では被覆した効果が小さくなる。このため、被覆膜の厚さは０．００１〜０．３μｍであることが好ましい。
【００１４】
上記本発明の被覆ダイヤモンドでは、ＳｉＣを主成分とする膜の、さらに望ましい膜厚範囲は、０．００５〜０．１μｍである。
【００１５】
膜厚を０．００５μｍ以上とすることにより、十分な耐酸化性を有し、ダイヤモンドが有する優れた特性を保持することができる。一方、０．１μｍ以下に限定することにより、ダイヤモンドとＳｉＣとの熱膨張係数差に起因する被覆層のき裂の発生を防止することができるうえ、β−ＳｉＣは隣接するダイヤモンドとエピタキシャルな関係を維持しやすくなり、耐剥離性が著しく向上する。
【００１６】
上記本発明の被覆ダイヤモンドでは、たとえば、ＳｉＣの平均粒径を５０ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００１７】
ＳｉＣの平均粒径が５０ｎｍ以下となると、ＳｉＣの強度が向上する。さらに、望ましい範囲は、ＳｉＣの平均粒径は１５ｎｍ以下であり、この範囲の平均粒径とすることにより、いっそうＳｉＣ膜の強度を向上させることができる。
【００１８】
上記本発明の被覆ダイヤモンドでは、たとえば、ダイヤモンドは粒子状であり、その平均粒径が、０．１〜１００μｍとなっている。
【００１９】
ダイヤモンドの平均粒径が０．１〜１００μｍと微粒のとき、従来の手段では緻密で均一なＳｉＣ膜を得ることが難しかった。しかし、本発明の構成においては、微粒のダイヤモンドの表面にも比較的簡便に緻密で均一なβ−ＳｉＣ膜を形成することが可能となる。このため、ダイヤモンドの諸特性をさらに向上させた上でＳｉＣ被覆ダイヤモンドを作製することができる。なお、粉末冶金等の粉末原料に被覆処理を施して作製されるものは、上記の被覆ダイヤモンドは、上記の粒子状のダイヤモンドである。
【００２０】
板等の一定の形状を有するダイヤモンドに被覆処理を施して作製されるものは、ダイヤモンドが単結晶であると、優れた熱伝導率が期待できる。また、ダイヤモンドが多結晶体であると、気相合成のようなダイヤモンドの製造方法を採用できるため、大面積の板状素材を安価に準備することができる。
【００２１】
上記の構成において、板等の一定形状のダイヤモンドに被覆が形成されるので、ヒートシンク材等のエレクトロニクス材料に用いてダイヤモンドの優れた特性を引き出すことができる。
【００２２】
上記のβ−ＳｉＣ膜を被覆した粒子状のダイヤモンドは、粉末冶金の原料に用いることができる。この被覆ダイヤモンド粒子を用いて、ダイヤモンドの優れた特性を有する、任意の形状の強固な工具材料やエレクトロニクス部材等を作製することが可能となる。ここで、「粒子状のダイヤモンド」とは、ダイヤモンド粒子のことをさし、またダイヤモンド粉末と言いかえることもできる。他の材料についても同様のことが言える。この粒子状のダイヤモンドは、単結晶からなる粒子でもよいし、多結晶からなる粒子であってもよい。すなわち、ダイヤモンドが粉末の形態をとり、粉末冶金等に用いることができれば、各粒子が単結晶か多結晶かを問わない。
【００２３】
本発明の複合材料は、上記のいずれかに記載の被覆ダイヤモンドと、金属、セラミックスおよび樹脂のうちの１種以上と、を備えた複合材料であって、金属、セラミックスおよび樹脂のうちの１種以上の材料と、上記被覆ダイヤモンドとが結合されている。また、ダイヤモンドの優れた特性を十分引き出すためには、ＳｉＣ膜の厚さが、たとえば、０．００５〜０．１μｍであることが望ましい。
【００２４】
複合材料の一成分として、上記の被覆層厚さの被覆ダイヤモンドを用いることにより、複合材料の中に強固に組み込まれたダイヤモンドの優れた特性を利用することができる。このため、ダイヤモンドの特性の劣化が少なくなる。さらに、ＳｉＣ膜が緻密で強度に優れ、ダイヤモンドに対する密着力に優れたものとなる。また、ＳｉＣ膜自身が熱伝導性に優れるので、ダイヤモンドを応用した複合材料として、ダイヤモンドの優れた特性を十分引き出すことが可能となる。粉末冶金により一体成形される場合には、上記の複合材料は、たとえば、粒子状の金属、粒子状のセラミックスおよび粒子状の樹脂のうちの１種以上と、上記の被覆膜によって被覆された粒子状のダイヤモンドとからなっていることが望ましい。
【００２５】
上記の粒子状の材料、すなわち粉末材料を用いて粉末冶金技術により、工具材やエレクトロニクス用材料を一体成形して複合化することができる。さらに、２種以上の金属、２種以上のセラミックスおよび２種以上の樹脂のうちの粒子状の１種以上を含むことにより、用途に応じて最適な化学成分系で最適な組成を用いた複合材料とすることができる。
【００２６】
なお、本発明のＳｉＣを被覆したダイヤモンドを用いて、複合材料を作製した場合に、複合材料に対してそのままＸ線回折を行っても、ＳｉＣのピーク強度が弱く、ＳｉＣ被膜のＩ（２２０）／Ｉ（１１１）の値が算出できないことがある。その場合には、酸やアルカリ溶液を用いた化学的手法や熱的・機械的手法により、ＳｉＣのみまたはＳｉＣを被覆したダイヤモンドを複合材料から取り出し、この取り出したものに対してＸ線回折を行うことができる。
【００２７】
本発明の被覆ダイヤモンドの製造方法は、固相の一酸化ケイ素と固相のダイヤモンドとを、互いに接触しない位置であって、気体の流通を許容する位置に配置し、固相の一酸化ケイ素と固相のダイヤモンドとを、１１５０〜１４５０℃の温度域において加熱処理し、その加熱処置は、一酸化ケイ素とダイヤモンドとは、蓋をした容器に装入され、当該容器が１０-2Ｔｏｒｒ以上の高真空中に入れられた後に行われる。
【００２８】
上記の製造方法では、ＳｉＯ（気相）＋２Ｃ（ダイヤモンド）→ＳｉＣ（固相）＋ＣＯ（気相）の化学反応が生じ、ダイヤモンドを供給源とする炭素が反応する。このように、被覆されるダイヤモンドをＳｉＣの炭素源とすることにより、ダイヤモンド表面全体が緻密で強固なβ−ＳｉＣ膜により被覆される。なお、従来技術として、珪素粉末とダイヤモンドとを直接反応させて、ＳｉＣを形成する技術（特開平８−１１３７７４号公報）が提案されているが、この提案された技術では、ＳｉＣ膜の形成が固相反応によって生じる。このため、ＳｉＣが局部的に形成され、ダイヤモンド表面が非常に荒れやすい問題があった。これに対して、本発明では、ＳｉＣ膜の形成反応は、気相を介して行われるため、ダイヤモンド表面へのＳｉＣ被覆が均一かつ緻密に行うことができる。
【００２９】
上記において、固相の一酸化ケイ素は、気相ＳｉＯの密度を高めるために、平均粒径０．１〜１０００μｍの粒子であることが望ましい。粒子状のＳｉＯの平均粒径が１０００μｍを超えると、ＳｉＯの気化が速やかに進行しないので、ダイヤモンドの被覆が行われない部分を生じやすい。一方、ＳｉＯ粉末の平均粒径が０．１μｍ未満では高価格となり、また取り扱いが面倒となる。ＳｉＯ粉末の平均粒径のより望ましい範囲は、０．５〜５００μｍである。
【００３０】
上記本発明の被覆ダイヤモンドの製造方法では、固相の一酸化ケイ素を下側に、固相のダイヤモンドを上側に、一酸化ケイ素とダイヤモンドとの間に多孔質の離隔層を挟む配置とする。
【００３１】
上記構成により、気相の流通を許容し、互いの接触を防止した一酸化ケイ素とダイヤモンドの配置を簡便に得ることができる。固相の一酸化ケイ素から生じる気体ＳｉＯは、発生後、上方に移動する際、すぐ近くにダイヤモンドが配置されているので、無駄なくダイヤモンド表面での被覆層形成反応にあずかることができる。
【００３２】
上記本発明の被覆ダイヤモンドの製造方法では、多孔質の離隔層が、カーボン製フェルトである。
【００３３】
カーボン製フェルトは、ダイヤモンドと同じ炭素によって形成され、安定に多孔質を維持するので、一酸化ケイ素とダイヤモンドとを接触させず、気相ＳｉＯの流通を許容する。このため、カーボン製フェルトという安価な材料を用いて、発生した気相ＳｉＯを無駄なくダイヤモンド表面の被覆層形成反応にあずからせることができる。なお、本発明の方法によりダイヤモンド表面にＳｉＣを被覆する際に一度使用し、表面にＳｉＣが付着したカーボン製フェルトを、その後も継続して使用してもよいことは言うまでもない。このようなカーボン製フェルトの継続使用により、気相ＳｉＯをさらに無駄なくダイヤモンド上へのＳｉＣ膜の形成にあずからせることができる。
【００３４】
上記本発明の被覆ダイヤモンドの製造方法では、一酸化ケイ素とダイヤモンドとは、蓋をした容器に装入され、当該容器が１０-2Ｔｏｒｒ以上の高真空中に入れられた後、加熱処理が行われる。
【００３５】
上記構成により、酸化ロス等を少なくし、気相ＳｉＯの分圧を高くして、ダイヤモンド表面における被覆層形成反応を進行させることができる。
【００３６】
上記本発明の被覆ダイヤモンドの製造方法では、容器が内側をカーボンシートで覆ったアルミナ坩堝であり、アルミナ坩堝中の装入物と外気とを遮蔽するようにアルミナ製の蓋をアルミナ坩堝にし、装入物を含むアルミナ坩堝に対して、１０分間〜６時間、加熱処理をする。
【００３７】
上記の製造方法により、特別な坩堝等を用意しなくても、手近にある装置を用いて、緻密なβ−ＳｉＣ膜を効率よく形成することが可能となる。
【００３８】
上記の被覆ダイヤモンドの製造方法では、アルミナ坩堝に装入するダイヤモンドと一酸化ケイ素とは、重量比で、（２：１）〜（２０：１）となるようにする。
【００３９】
上記本発明の被覆ダイヤモンドの製造方法では、この重量比の範囲とすることにより、均一な膜厚のＳｉＣ膜をダイヤモンドの表面に形成することができる。（２：１）よりもダイヤモンド重量が減少すると局所的に膜厚の厚い部分を生じる。一方、（２０：１）を超えると、ＳｉＣ膜で覆われないダイヤモンドの部分が生じる。
【００４０】
このダイヤモンドは、平均粒径０．１〜３０００μｍの単結晶のダイヤモンドであってもよいし、単結晶であり、板状の形状を有するダイヤモンドであってもよい。粒子状ダイヤモンドの平均粒径が３０００μｍを超えると、粉末冶金用の原料として大きくなりすぎ、高い強度を有する一体成形物にならない。一方、ダイヤモンド粒子の平均粒径が０．１μｍ未満では、被覆膜のＳｉＣの割合がダイヤモンドに比して大きくなり、一体成形された状態でダイヤモンドの優れた特性を得ることができない。ダイヤモンド粒子の平均粒径のいっそう望ましい範囲は、０．５〜１５００μｍである。
【００４１】
本発明の被覆ダイヤモンドの製造方法の発明では、たとえば、ダイヤモンドは多結晶体であり、板状の形状を有していてもよい。
【００４２】
板状ダイヤモンドに上記の熱伝導率の高いＳｉＣを主成分とする被覆膜を形成することにより、ヒートシンク材等の各種のエレクトロニクス材料に利用することが可能となる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
つぎに図面により本発明の実施例について説明する。
【００４４】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の被覆ダイヤモンドの表面部の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真の模式図である。まず、この被覆ダイヤモンドの製造方法について説明する。平均粒径４０〜６０μｍのダイヤモンド粒子に対して、平均粒径２００μｍ以下程度のＳｉＯ粉末を準備して、図２に示すように配置した。図２において、アルミナ坩堝１５内の底部にＳｉＯ粉末１２を配置し、その上に多孔質の離隔層であるカーボン製フェルト１７を配置し、さらにその上にダイヤモンド粒子１１を堆積した。カーボン製フェルトは、気相ＳｉＯの流通を許容しながら、ダイヤモンド粒子とＳｉＯ粉末との接触を防止する。
【００４５】
これらダイヤモンド粒子１１およびＳｉＯ粉末１２がアルミナ坩堝１５に接触しないように、アルミナ坩堝の内壁および底部をカーボンシート１４で覆い、さらにカーボンシート１４およびアルミナ蓋１６で蓋をした。カーボンシート１４およびアルミナ蓋１６は、ＳｉＯ粉末１２が気化した際に高いＳｉＯ分圧に保つ役割とダイヤモンド粒子１１の飛散を防止する役割を果たす。このように配置した粉末を表１に示す温度、時間だけ１０-2Ｔｏｒｒ以上の高真空中で熱処理することにより、ＳｉＣ被覆されたダイヤモンドの粉末を作製した。得られた粉末を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察およびＴＥＭ観察して、結晶粒の形状、緻密度、被覆している膜厚、結晶粒サイズ、さらにＸ線回折によりＳｉＣの面指数（２２０）のピーク強度Ｉ（２２０）およびＳｉＣの面指数(１１１）のピーク強度Ｉ（１１１）の比Ｉ（２２０）／Ｉ（１１１）の値を求めた。図３に、Ｘ線回折のチャートを示す。横軸の角度ｄｅｇはスキャン角度を表わし、縦軸のｃｐｓはＸ線回折強度の指標(Count per Second)を表わす。また、ＴＥＭ写真を用いてＳｉＣ膜の膜厚を測定した。これらの測定結果を表１に示す。なお、上記図３は、表１における本発明例３のＸ線回折チャートである。
【００４６】
【表１】
0004663191.tif 000002
【００４７】
つぎにこれらのダイヤモンド粉末を用いて、５０ｍｌ／ｍｉｎの空気の気流中で８００℃まで昇温し２時間保持することにより、耐酸化試験を行った。各粉末の２時間経過後の重量を表２に示す。表２に示す２時間経過後の重量は、初期重量を１に規格化したときの表示である。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
表２より、本発明例１〜３の粉末は、等軸粒のβ−ＳｉＣの緻密な膜が均一に形成されているので、ダイヤモンドが８００℃という高温で空気と反応して気化することが防止された。この結果、重量減は非常に小さい値となった。これに対して、比較例２を除く比較例１、３〜５では、酸化による重量減は非常に大きく、比較例１では初期重量のわずか５％程度にまで減少した。比較例２はＳｉＣ被膜の厚さが０．５μｍと、やや厚くなっている。このため、その他の要件は備えているにもかかわらず、重量が初期重量の３０％程度に減少した。しかしながら、重量減の程度は他の比較例に比べて緩やかに止まった。この結果より、本発明例は比較例に比べて、はるかに高い耐酸化性を示すことが確認できた。とくに、本発明例２の被覆ダイヤモンドの粉末は重量減がまったくなく、きわめて優れた耐酸化性を有していることが分かった。
【００５０】
（実施例２）
実施例１における本発明例２および比較例５の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材の性能比較を行った。これらの被覆ダイヤモンドの粉末と、平均粒径５μｍのＷＣ粉末および平均粒径１μｍのＣｏ粉末とを用いてＳｉＣ被覆ダイヤモンド粒子の含有率が２０体積％で、残部がＷＣ−１０重量％Ｃｏの超硬合金系の混合粉を得た。つぎにこの混合粉を約１３００℃で１分間加熱成形して、超硬合金中にＳｉＣ被覆ダイヤモンド粒子が分散したφ３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状の複合材料を作製した。このようにして作製した複合材料の片面を２００番のダイヤモンド砥石で平研後、その表面に垂直方向から３ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で平均粒径１００μｍのＳｉＣ粉末を１０分間吹き付けて、重量減少量を比較した。その結果、実施例１における本発明例２の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材料の摩耗量は、実施例１における比較例５の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材料の摩耗量の１／２にまで減少した。すなわち、実施例１における本発明例２の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材料は非常に優れた摩耗特性を示した。このことより、本発明の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材料は、摩耗特性が重要視される工具用材料に用いられて大きな効果を発揮することが期待される。
【００５１】
（実施例３）
実施例１における本発明例２および比較例５のＳｉＣ被覆ダイヤモンド粉末と、１００μｍのＡｌ粉末とを用いて、ＳｉＣ被覆ダイヤモンド粒子の含有率が４０体積％となるように混合粉を作製した。この混合粉を約７００℃で５分間加熱成形してＡｌ中にＳｉＣ被覆ダイヤモンド粒子が分散したφ３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状の複合材料を作製した。このようにして作製した複合材料の熱伝導率を比較したところ、実施例１における本発明例２の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材料の熱伝導率は、比較例５の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材料の熱伝導率の約３倍という優れた熱伝導率を示した。このことより、本発明の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材料は、ヒートシンク用材料として大きな効果を発揮することが期待される。
【００５２】
（実施例４）
実施例１における本発明例２および比較例５のＳｉＣ被覆ダイヤモンド粉末と、ＳｉＣ粉末およびＡｌ2Ｏ3粉末と、フェノール樹脂とを用いて、ＳｉＣ被覆ダイヤモンド粒子の含有率が５０体積％であり、ＳｉＣ粉末およびＡｌ2Ｏ3粉末が１０体積％であり、残部がフェノール樹脂のレジンボンド系の混合粉を得た。つぎにこの混合粉を約２００℃で３０分間加熱成形して樹脂中にＳｉＣ被覆ダイヤモンド粒子が分散したφ３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状の複合材料を作製した。このようにして作製した複合材料の片面を２００番のダイヤモンド砥石で平研後、その表面に回転している超硬合金の円板の外周を５ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で押し付け、その超硬合金製の円板の径が１ｍｍ減少するのに要した時間を測定した。実施例１の本発明例２の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材料について要した時間は、実施例１の比較例５の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材料に要した時間の約１／２であった。すなわち、実施例１の本発明例２の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材料は非常に優れた研削性を有していることが分かった。上記の結果、本発明の被覆ダイヤモンド粉末を用いた複合材料は、研削性が最重視される砥石用材料として大きな効果を発揮することが期待される。
【００５３】
（実施例５）
平均粒径６μｍのダイヤモンド粉末に、実施例１に記載した方法を用いて、被覆温度１３００℃でＳｉＣ膜被覆を形成した。ただし、処理時間を調整して、表３に示すように、ＳｉＣの被覆膜厚の異なるＳｉＣ被覆ダイヤモンド粉末を製造した。
【００５４】
【表３】
0004663191.tif 000004
【００５５】
次に、これらのＳｉＣ被覆ダイヤモンド粉末と、ＷＣ−５重量％Ｃｏ−０．５重量％Ｎｉ−０．３重量％Ｃｒの組成からなる超硬粉末（ＷＣ原料粉末の平均粒径は、約１μｍ）とを乾式で混合した。この後、これらの粉末を通電加圧燒結装置を用いて、０．０１Ｔｏｒｒ以上の高真空中で約１３００℃、２分間の条件で燒結を行った。この燒結により、超硬合金中にダイヤモンド粒子が分散した直径３０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状の複合材料を作製することができた。このようにして作製した複合材料の両面を２００番のダイヤモンド砥石で平研後、片面を３０００番のダイヤモンドペーストを用いて鏡面研磨した。この鏡面研磨した面をピンオンディスク装置を用いて、超硬ボールを相手材として、摺動速度３ｍ／ｍｉｎ、荷重２０Ｎの条件にて３時間、乾式で耐摩耗試験を実施した。
【００５６】
耐摩耗試験の結果は、ＳｉＣを被覆していない比較例６の試料の摩耗量を１００としたときの値で表わし、表３中に記載した。表３から分るように、本発明品４〜本発明品１０は、比較例６および比較例７の試料に比べて優れた耐摩耗性を有している。なかでも、ＳｉＣ膜厚が５〜１００ｎｍの範囲にある本発明品５〜本発明品７の複合材料は、非常に優れた耐摩耗性を示した。また、ＳｉＣ膜厚が１００ｎｍよりも薄いときには、（ａ）ＳｉＣ膜とダイヤモンドとは結晶学的に一定の方位関係（エピタキシャル関係）にあり、また、（ｂ）特定の結晶粒形状を有していないことが分る。これら（ａ）および（ｂ）が成立する理由は、ＳｉＣが単結晶であるためと考えられる。
【００５７】
上記の実施例５の結果より、最適なＳｉＣ膜厚は、複合材料の耐摩耗性を大きく向上させ、したがって耐摩耗用工具材料に対して非常に大きな優位性を付与することになる。
【００５８】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内のすべての変更を含む。
【００５９】
【発明の効果】
本発明により、ＳｉＣ膜の膜質をβ−ＳｉＣとすることにより、優れたダイヤモンドの特性を引き出すことが可能な、緻密で密着性の良好な被覆ダイヤモンド、その製造方法およびその複合材料が得られる。これらの本発明の材料を用いることにより、高度の耐摩耗性を備える工具材料や、高い熱伝導性を有するヒートシンク材等を容易に作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  被覆ダイヤモンドの表面部の透過電子顕微鏡像を示す図である。
【図２】  本発明の実施例１における本発明の被覆ダイヤモンドを製造するときのアルミナ坩堝内の材料の配置を示す図である。
【図３】  本発明の実施例１における本発明例３に対するＸ線回折チャートを示す図である。
【符号の説明】
１１  ダイヤモンド粒子、１２  ＳｉＯ粉末、１４  カーボンシート、１５  アルミナ坩堝、１６  アルミナ蓋、１７  カーボン製フェルト。
【図１】
0004663191.tif 000005
【図２】
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【図３】
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