[发明专利]硅聚晶烧结物及其制造方法

说明书

本发明涉及一种制作硅聚晶烧结物的方法，其包括将单晶钻石、及含有硅粉及金刚石粉末的混合物的硅聚晶钻石复合材料微粉分别置于模具的相连的第一凹室及第二凹室中，在高温高压下将该单晶钻石及该硅聚晶钻石复合材料微粉烧结，以形成硅聚晶烧结物。

技术领域

本发明涉及一种可应用于作为修刀的修锐砂轮用的硅聚晶烧结物的制造方法。

背景技术

目前用于修整砂轮的钻石修整器等刀具的常见结构，主要是将钻石(金钢石)结合于于金属基材，钻石及金属基材间经由焊接，以金属黏着剂(焊剂)相互黏结。金属与钻石皆是耐热性佳的材质。刀具在操作过程中通常会产生高热。然而，由于金属黏着剂在高温时易融化，这种刀具在高温操作时容易在金属与钻石的接触面附近断裂。

使用焊接也有润湿性能及粘结性能的缺点。传统上都是使用钎焊。然而，钎焊时，钎料必须润湿被焊材料才能保证焊接部位无缺陷。由于钻石的表面能很高，润湿性差，因此找到对于钻石和金属基体表面均具有良好润湿性的钎料是钎焊成功的关键。

金刚石与金属的热膨胀系数相差近十倍，在焊接后的冷却过程中会形成很大的残余应力，从而影响焊接强度甚至损坏金刚石。

使用焊接另有金刚石的腐蚀的问题。金刚石在高温下会氧化或石墨化，某些金属对金刚石还具有侵蚀作用，因此必须选择合适的工作环境与钎料，将金刚石的腐蚀现象减小到最低程度。

因此，有必要提供一种刀具，不但可以提供较传统刀具更佳的耐热性，也能解决前述的润湿性能、粘结性能、残余应力及金刚石的腐蚀的问题。

发明内容

根据本发明，刀具是以单晶钻石作为切削端，而以硅聚晶钻石复合材料为基材。两者是经由烧结使硅聚晶钻石复合材料的硅原子包覆钻石分子而相互固定，并不需要黏着剂，所制成刀具可以可耐极高的温度。

聚晶钻石(Polycrystalline Diamond；PCD)是一种导热性佳、硬度高、耐磨性佳等优点的材料，可在切削中获得很高的加工精度和加工效率。硅聚晶钻石(SiliconPolycrystalline Diamond；SiPCD)复合材料的做法是将硅粉及金刚石微粉混合，置于模具中，以高温高压压制而成。

单晶钻石，例如含硼单晶钻石，不仅非常耐磨，更具有极佳的耐热性。另一方面，单晶钻石的热传导率倍优于聚晶钻石。

因此，本发明使用单晶钻石(例如含硼单晶钻石)作为切削端，结合于硅聚晶钻石复合材料。两者间利用烧结而产生化学键结，因而相互固定，即使在高温操作下，化学键结也不会破坏，并不需要传统刀具所使用的金属黏着剂，切削端与基材之间却有更高的结合力。另一方面，作为切削端的单晶钻石有高热传导性，能将切削加工时产生的热迅速传导至同样具有耐高温特性的硅聚晶钻石复合材料。

本发明的工艺，不需做钻石表面改性处理，且仅会产生较小的应力，更不用提金属对钻石结合时会造成的其他问题。最大的优点则是因为硅(Si)耐高温的特性，可以把工作时产生的热经由钻石的高热传导率传到硅上来保护钻石。本发明制成的硅聚晶烧结物，不但可以提供较传统刀具更佳的耐热性，也能解决前述的润湿性能、粘结性能、残余应力及金刚石的腐蚀的问题。

本发明的前述及其他优点，将可经由以下实施方式说明而进一步了解。

附图说明

图1A及1B是本发明的硅聚晶烧结物的示意图。

图2A至2C是本发明的硅聚晶钻石复合材料微粉中的硅粉与单晶钻石中的碳离子产生共价键结的示意图。

图3A及3B是本发明的用于制造本工艺的模具的外观的实施例。

图3C及3D是本发明的图3A及3B的模具内的结构的实施例。

具体实施方式