[发明专利]多晶金刚石

说明书

技术领域

本发明涉及在不加入烧结助剂或催化剂的条件下、通过对非金刚石碳进行转化和烧结而获得的多晶金刚石。 

背景技术

由于天然单晶金刚石和人造单晶金刚石具有优异的性能，因此它们已用于多种用途。包含单晶金刚石的工具为(例如)：水射流喷嘴(专利文献1)、凹版印刷用刻针(专利文献2和3)、刻图仪(专利文献4)、金刚石切削工具(专利文献5和6)、或者划线轮(专利文献7)。 

然而，这种单晶金刚石还具有下列性能：其磨耗(不匀磨损)会随着金刚石的晶体取向的改变而发生变化。例如，(111)面和(100)面之间的磨耗量差别极大。因此，当使用工具时，应用于上述这些工具中的单晶金刚石在短时间内仅在特定平面方向上发生磨损，并且无法提供预计效果，这会造成问题。 

单晶金刚石还具有沿(111)面发生解理的性能。因此，当单晶金刚石用于在使用时会受到应力作用的工具时，所述工具会发生断裂或破裂，这同样会造成问题。 

为了解决单晶金刚石的不匀磨损性能和解理性能，可使用烧结金刚石。这种烧结金刚石是通过将金刚石颗粒与诸如钴之类的金属粘结剂在一起烧结而获得的，因此金属粘结剂便存在于金刚石颗粒之间。金属粘结剂的区域软于金刚石颗粒，因此会在短时间内被磨损。随着粘结剂含量的降低，金刚石颗粒会脱落，从而无法长时间稳定地提供所述效果。另外还存在这样的问题：在金属粘结剂的区域与被加工的金属材料之间会发生粘着损耗，因此不能进行长时间的加工。 

为了解决由金属粘结剂引起的问题，可通过使用酸溶解金属粘结 剂以除去金属粘结剂，从而制得不含粘结剂的烧结金刚石。然而，金属粘结剂的除去会降低金刚石颗粒间的粘结力，从而极易增加磨耗量。 

对于不含金属粘结剂的多晶金刚石而言，存在一种通过化学气相沉积(CVD)法而获得的多晶金刚石。然而，这种多晶金刚石在颗粒间的粘结强度较小，因此具有磨耗量较大的问题。 

下面，将对上述工具进行详细描述。 

包含单晶金刚石的水射流喷嘴的问题在于：在使用一段时间后，不能继续达到目标切削宽度。 

这是由如下机理造成的。在这种由单晶金刚石构成的喷嘴中，喷孔内表面中的金刚石晶体具有朝向周围方向的多种晶体取向。在使用的最初阶段呈圆柱形的喷嘴在易于发生磨耗的平面方向上短时间内发生磨耗。结果，喷嘴不再呈圆柱形，其内表面扩大为诸如六面体形之类的多面体形。 

为了解决这种由不匀磨损导致的变形为多面体形的问题，可使用烧结金刚石(专利文献8)。然而，如上所述随着粘结剂含量的降低，会使金刚石颗粒脱落，从而使喷孔扩大。因此，存在无法长时间稳定地提供切削宽度的问题。尤其是，旨在提供更高的切削效率的水射流被设计为在高压下喷射出含有水和硬质颗粒(氧化铝等)的液体。因此便存在如下问题：软于金刚石颗粒的金属粘结剂的区域会在短时间内发生磨损，并且无法长时间稳定地提供切削宽度。 

可使用下列方法将不含金属粘结剂的多晶金刚石覆盖于喷嘴的内表面上：通过上述CVD(化学气相沉积)法，在金属喷孔的内表面上覆盖上不含金属粘结剂的金刚石薄膜(专利文献9)。然而，这种金刚石薄膜的磨损寿命较短，并且颗粒间的粘结强度较低，因此具有磨损寿命短的问题。 

另一实例为凹版印刷用刻针，其中天然单晶金刚石或人造单晶金刚石被用作刻针的材料(参见专利文献2和3)。然而，可能是由于这种金刚石具有解理的性能，因此存在这样的问题：在使用过程中，这种工具会在应力作用下发生断裂或破裂。由于其具有不匀磨损的性 能，因此还存在如下问题：随着工具的使用，这种金刚石在短时间内仅在特定平面方向上发生磨损，因此造成不能进行长时间的加工的问题。 

又一实例为包含单晶金刚石的刻图仪。例如，如专利文献4所示，利用多面体形单晶金刚石的多面体顶点(该顶点起到刀刃的作用)来对单晶基板、玻璃基板等进行划刻。通过下列方式制造这种由单晶金刚石构成的刻图仪：对单晶金刚石进行加工使得针对工件(其是待划刻的并且由诸如蓝宝石之类的单晶材料构成)最耐磨耗的(111)面特别置于与待划刻的工件平行对齐的方向上。 

然而，如上所述，可能是由于单晶金刚石具有沿(111)面发生解理的性能，因此存在这样的问题：在用于划刻的面稍偏离(111)面时，由单晶金刚石构成的刻图仪便会发生断裂或者不匀磨损。