JPH0456790B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の分野 本発明は、超高圧力及び温度において形成され
る、多結晶ダイヤモンド及び焼結金属炭化物から
成る摩耗及び衝撃耐性材料に関するものである。 本明細書において、「多結晶ダイヤモンド」と
は、個々のダイヤモンド結晶を結晶間結合が起る
よう超高圧力及び温度の下に置くことにより生成
される材料型式を言及せんとするものである。一
般に、触媒／バインダ物質が充分なる結晶間結合
を保証するよう使用される。斯界では、この材料
はまた「焼結ダイヤモンド」と呼ばれることが多
い。また、本明細書において、「予備焼結
（precemnted）炭化物」とは、Ｂ，Ｂ或いは
Ｂ族金属のいずれかの炭化物がプレスされそし
て加熱されて（Co，Ni或いはFe及びその様々の
合金のようなバインダの存在下でのことが非常に
多い）、高い靭性を有する稠密炭化物部片を生成
するに際して得られる材料型式を呼称するもので
ある。予備焼結炭化物のもつとも一般的なそして
容易に入手しうる形態はコバルトバインダを含有
する炭化タングステンである。 先行技術 幾つかの用途において、多結晶ダイヤモンドは
単結晶ダイヤモンドを上回る特別の有益さを示し
た。特に、多結晶ダイヤモンドは、単結晶ダイヤ
モンドより耐衝撃性に優れている。単結晶ダイヤ
モンドは、比較的低い応力で結晶の破砕を惹起す
る恐れのあるその特定劈開面によるだけでなく、
弾性モジユラスがきわめて高いので、比較的低い
衝撃耐性しか有しない。無秩序に配向された個々
の結晶を集合して成る多結晶ダイヤモンドは、単
結晶形態における劈開面により生じる問題を軽減
される。しかしながら、単結晶ダイヤモンドもま
だ尚、その高い弾性モジユラスの故に衝撃耐性に
おいて比較的乏しい。この低い衝撃耐性は、多く
の用途において多結晶ダイヤモンドが原子−原子
劈断からでなくマクロ及びミクロスケール双方で
生じる破砕及び剥落ちから磨損するが故に問題で
ある。 多結晶ダイヤモンドが比較的脆いことは早くか
ら認識されており、従つてその結果として最初の
市販多結晶ダイヤモンド製品は米国特許第
3745623号に示されるようにダイヤモンド層に直
接結合された金属質裏当て層即ち基板を含んでい
た。この「複合突固め体」の今日までのもつとも
一般的形態は、プレスサイクル中炭化タングステ
ンの予備焼結盤上に直接多結晶ダイヤモンドの平
面状盤を「成長」せしめたものである。しかし、
多結晶ダイヤモンド層を単一の予備焼結炭化物体
或いは類似の基板により支持するこの構成は多く
の制限を有している。 一つの問題は、ダイヤモンド層が炭化物基板に
より充分に支持されうるような形態に対する多結
晶ダイヤモンド工具の設計上の制約であつた。用
途を拡大するべく研究が為されたけれども（予備
焼結炭化物の芯体の周囲に多結晶ダイヤモンドの
筒状体を成長せしめる米国特許第4215999号を例
えば参照されたい）、支持体用の予備焼結炭化物
の基板を提供することの必要性により、複合突固
め体を使用して創出困難な或いは不可能な多結晶
ダイヤモンド工具用途が認められた。例えば、小
形砥石車及びドリルのような、一つの直線に関し
て対称であることを必要としそして作動表面が接
線方向の力を受けるような回転工具は工業的に生
みだしえなかつた。 また別の問題は、炭化物基板が多結晶ダイヤモ
ンドより高い熱膨張係数を有するが故に生ずる。
ダイヤモンド層と予備焼結炭化物基板との間の結
合は、両材料が1300〜2000℃の範囲の温度にある
時に形成されるから、複合突固め体が冷えそして
炭化物基板がダイヤモンド以上に収縮するに際し
て応力が発生する。ダイヤモンド層は炭化物基板
より弾性に乏しいから、これら応力は、複合突固
め体の冷却期間中或いは使用中いずれかにおいて
ダイヤモンド層の割れをもたらすもことが多い。
また、予備焼結炭化物基板は、プレス用セル内で
場所をとるので、多結晶ダイヤモンドの形成に使
用しうる空間が減少する。 更に、多結晶ダイヤモンドの耐衝撃性を増加す
るのに予備焼結炭化物体に依存する場合、ダイヤ
モンド層はダイヤモンドがその支持体からあまり
隔たることのないよう比較的薄いことが好まし
い。このダイヤモンド層の厚さの制約は当然に、
使用下での複合突固め体の寿命予測及び多結晶ダ
イヤモンド工具に対する設計可能性両方を制約す
る。 複合突固め体においてダイヤモンド層の厚さを
制約したまた別の問題は、「ブリツジング」の問
題により生ずる。ブリツジングとは、微粉末が多
数の方向からプレスされる時に生じる現象を云
う。プレスされている粉末中の個々の粒子が集積
しそしてアーチ或いは橋を形成する傾向があり、
その為圧力の全量がプレスされている粉末の中央
部に達しないことが多いことが観察された。本発
明者は、１ミクロンのダイヤモンド粉末が0.06イ
ンチ厚を越える多結晶ダイヤモンド体を作製する
のに使用される時、部片の中央部の方の多結晶ダ
イヤモンドは、外周部程良好に形成されていない
のが普通であることを知見した。この状態はダイ
ヤモンド層の割れや欠けをもたらす恐れがある。 発明の目的 本発明の目的は、改善された衝撃耐性を有する
多結晶ダイヤモンド体を提供することである。本
発明のまた別の目的は、改善された衝撃耐性を具
備すると同時に、上述した複合突固め体と関連す
る問題及び欠点を持たない多結晶ダイヤモンド体
を提供することである。 特定的に述べるなら、本発明の目的は、単一の
基板からの外部支持に依存しない多結晶ダイヤモ
ンド体を提供することにより多結晶ダイヤモンド
工具に対する厚さ及び寸法形態に関しての既存の
設計制限を回避することである。本発明のまた別
の目的は、先行技術の複合突固め体のダイヤモン
ド／焼結炭化物界面において存在した応力により
生じる問題を軽減することである。本発明のまた
別の目的は、プレス中ダイヤモンド粉末における
ブリツジングにより生じる問題を軽減することで
ある。 発明の概要 本発明は、複合体中に予備焼結炭化物体を分散
せしめた複合体多結晶ダイヤモンド体を意図する
ものである。特に、本発明の複合多結晶ダイヤモ
ンド体は、高圧力及び温度において予備焼結炭化
物片の存在下で形成される多結晶ダイヤモンドか
ら成る。予備焼結炭化物片は好ましくは、多結晶
ダイヤモンドを形成するのに使用される個々のダ
イヤモンド結晶の出発寸法より大きいものとされ
る。 本発明において使用される予備焼結炭化物片
は、次の金属、Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，
Mo或いはＷの一種以上の炭化物の粒から構成さ
れる。また、本発明において使用される金属炭化
物は、Ni，Co，Fe或いはその合金のようなバイ
ンダを含有しうる。予備焼結金属炭化物をバイン
ダの助けなく加熱しそしてプレスすることも可能
である。巾広い入手可能性と優れた性質の故に、
コバルト結合炭化タングステンの使用が好まし
い。 本発明の複合体を生成するのに使用される予備
焼結炭化物片の形状及び寸法は、特定の用途に合
うよう変動されうる。また別の重要な因子は、多
結晶ダイヤモンドの重量％に対しての予備焼結炭
化物の重量％である。本発明者は、予備焼結炭化
物の重量％が０％を僅かに越える値から100％よ
り僅かに少ない値までの範囲をとりうることを見
出した。この重量％の変更は、複合体の特定性質
が特定用途の必要性を満すよう調整されることを
可ならしめる。 多結晶ダイヤモンド内の予備焼結炭化物の特定
の配列状態もまた本発明に従つて制御されうる。
即ち、部片内部の炭化物の位置は性能を最適化す
るよう予備選択されうる。 具体例の説明 図面を参照すると、第１図は、多結晶ダイヤモ
ンド層１とそれを支持する焼結炭化物裏当て即ち
基板２から構成される先行技術の複合突固め体を
例示する。ダイヤモンド層１は、個々のダイヤモ
ンド結晶を結晶間結合をもたらすに充分の熱及び
圧力の下で処理してなる。結合炭化物裏当て２
は、ダイヤモンド層１に界面３において緊密に結
合される。プレスサイクル中２つの層１，２の間
の界面３において強固な科学的結合が形成されて
いる。焼結炭化物裏当て２がダイヤモンド層１よ
り多く収縮する為に、ダイヤモンド層１内に早期
割れをもたらす恐れのある残留応力が２つの層間
に惹起される。 第２図は、本発明の複合多結晶ダイヤモンド体
を製造するのに使用されうるプレス用ユニツト６
の断面を示す。プレス用ユニツト６は、筒状であ
りそして米国特許第3913280号（キユービツクプ
レスにおいて使用の為）或いは米国特許第
3745623号（ベルト型プレスにおいて使用の為）
に記載されるもののような超高圧力及び温度の中
央空洞内に嵌まるよう設計されている。プレス用
ユニツト６はプレスされたNaClの中空管８を含
んでいる。プレスされたNaClのデイスク４，
４′が管８の上下に置かれる。管８内には、やは
り筒状でありそして底端において閉成される保護
金属包囲体５が配置される。この包囲体５は好ま
しくは高い融点の故にモリブデン製とされるが、
ジルコニウム或いはチタンのような他の金属もま
た良好に使用しうる。通常包囲体５と同じ金属か
ら成るデイスク７が包囲体５の上端に蓋として置
かれる。 ダイヤモンド結晶９の集合体がプレス用ユニツ
ト６の保護金属包囲体５内に置かれる。コバルト
粉末のような触媒／バインダが多結晶体の形成を
助成する為ダイヤモンド粉末中に混合されうる。
本発明に従えば、複数の予備焼結炭化物片１０が
このダイヤモンド結晶９全体を通して分散され
る。 ダイヤモンド結晶９の寸法は特定の用途の要求
に合せて変化されうる。ダイヤモンド結晶寸法に
おけるこうした変更は複合突固め体と関連して斯
界で周知であるから、ここでは詳述しない。多く
の用途において、ダイヤモンド結晶９は好ましく
は予備焼結炭化物片１０の寸法の高々1/3である
ことが好ましい。この寸法比は、隣りあうダイヤ
モンド結晶９間での結晶間成長への妨害を減ずる
ように思われる。換言すれば、もし予備焼結炭化
物片１０がダイヤモンド結晶９と同寸か或いはそ
れより小さいなら、炭化物片１０はダイヤモンド
結晶９間に見出されることが非常に多く、従つて
結晶間成長に対する阻止剤として作用する。対照
的に、予備焼結炭化物片１０が結晶９より大きい
時には、結晶間成長への妨害が小さくなるように
思われる。 第２図における予備焼結炭化物片１０は球形状
である。この球状は、球形状が予備焼結炭化物片
１０に衝撃力を吸収せしめるに最善であるから幾
つかの具体例に対して好ましい。しかし、本発明
は予備焼結炭化物の球状片の使用に制限されるも
のではない。例えば、他の図面に示されるものの
ような不規則な形状が別の具体例において使用さ
れうる。 炭化物片１０が予備焼結されている。即ち高圧
セル内に置かれる前に既にプレスされそして加熱
済みであることが本発明の要件である。炭化物片
が既に焼結されているから、それらは複合多結晶
ダイヤモンド体に対するプレスサイクル中ほとん
ど収縮を受けない。先行技術において、単一の予
備焼結炭化物裏当てを使用する複合突固め体の製
造に際して、予備焼結炭化物裏当てに近接して形
成される多結晶ダイヤモンドは裏当てから隔つて
形成されるものより優れている（即ち一層耐摩耗
性である）のが通常であることが観察された。本
発明における予備焼結炭化物片１０がプラスサイ
クル中著しくは圧縮しないから、それらは反応室
を通しての圧力の分布を改善し、それにより本発
明における多結晶ダイヤモンドの形成を改善する
ものと現在考えられている。特に、これら予備焼
結炭化物片は、ダイヤモンド結晶が圧接されうる
硬質表面を提供するが故に多結晶ダイヤモンドの
形成に有益であることが判明した。その結果、プ
レス機の外側アンビルからダイヤモンドに圧力を
適用せしめるだけでなく、多結晶ダイヤモンド体
内部の予備焼結炭化物片の介在はダイヤモンドが
圧接される多数の「ミニアンビル」を提供する。
追加的に、セル内でのこの改善された圧力分布は
プレス中のダイヤモンド粉末におけるブリツジン
グの問題を軽減する。それにより、本発明は、一
層大きな厚さの多結晶ダイヤモンド体の製造を可
能ならしめる。 第３図は本発明の複合体の第１具体例の斜視図
である。多結晶ダイヤモンドマトリツクス１１
は、第３図の多結晶体の容積の大部分を占める。
予備焼結炭化物片１２は多結晶ダイヤモンドマト
リツクス１１全体を通じて分散されそしてそこに
科学的に結合されている。これら炭化物片１２は
多結晶ダイヤモンドマトリツクス１１内の衝撃力
を吸収する重要な作用を果している。これは、予
備焼結炭化物片１２の弾性モジユラスが多結晶ダ
イヤモンドマトリツクス１１のそれよりも低いが
故に達成される。 本発明の別の利点は、複合多結晶ダイヤモンド
体の増大せる付着能である。ダイヤモンドは比較
的非濡れ性であるから、ダイヤモンドに直接材料
を付着することは困難である。その結果、先行技
術の複合突固め体は通常その焼結炭化物裏当てに
ろう接により付着される。しかし、本発明におい
て、複合多結晶ダイヤモンド体に直接ろう接する
ことにより良好な付着性を実現することが可能で
あることが見出された。これは、ろうが予備焼結
炭化物の露出片に実際上付着しているから可能で
ある。この、複合多結晶体に直接ろう接しうるこ
とは、多結晶ダイヤモンド工具の設計において一
層大きな自由度を与える（例えば、多結晶ダイヤ
モンド体に複数側面への付着を必要とする工具）。 第３ａ図は第３図の複合多結晶ダイヤモンド体
の断面図であり、多結晶ダイヤモンドマトリツク
ス１１を通しての不規則な形状の予備焼結炭化物
片１２の無秩序な分布を示す。予備焼結炭化物片
１２がこの例示においては比較的大きいものとし
て描かれていることを銘記されたい。これは、こ
の図面及び他の図面を含めて便宜上明瞭化のため
為されたものである。しかし、後に実施例におい
て詳しく説明するように、予備焼結炭化物片１２
はもつとはるかに小さいものでありうる。それら
は実際上、拡大なしには見ることができない程小
さい。 第４図は、本発明の第２具体例の断面図であ
る。ここでは、球状の予備焼結炭化物片１３が多
結晶ダイヤモンドマトリツクス１１′全体を通し
て分布されている。前述したように、この具体例
は、衝撃力に対する球形状の基本的靱性の故に特
に有利である。この図面はまた、第３ａ図より予
備焼結炭化物片１３の一層高い重量％を示す。予
備焼結炭化物片の重量％は０％を僅かに越える値
から100％より僅かに小さい値まで任意に変化さ
れうることが判明した。 第５図は、更に一層高い重量％の予備焼結炭化
物片１４，１５が多結晶ダイヤモンドマトリツク
ス１１″中に分散されている第３具体例の断面図
である。これを実現する為に、大きい方の予備焼
結炭化物片１４に小さい方の予備焼結炭化物片１
５が密填されている。多結晶ダイヤモンドマトリ
ツクス１１″は、これら予備焼結炭化物片１４，
１５間に形成される。高い重量％の予備焼結炭化
物片を有する具体例は、複合多結晶体に対する高
い衝撃耐性が必要とされる用途に対して特に好適
であるように思われる。例えば岩盤形成の為のド
リリングは多結晶ダイヤモンドをきわめて大きな
衝撃力の下に置く。第５図の具体例は予備焼結炭
化物片１４，１５の形状及び寸法がそれら片間の
多結晶ダイヤモンドマトリツクス１１′において
鋭尖な縁辺を生成するので進攻的な切削作用を与
えることもまた銘記されたい。炭化物片１４，１
５の方がダイヤモンドマトリツクス１１′より早
く磨損するから、マトリツクス１１′の鋭利な切
削用輪郭は継続的に露出される。予備炭化物片間
に形成される多結晶ダイヤモンドマトリツクスの
形状及び寸法についての追加的制御を可能ならし
める様々の形状及び寸法の予備焼結炭化物片を使
用することも可能である。 第６図は、先きよりもつと小さな粒子の予備焼
結炭化物片をもつと多く高圧セル内に配列した第
４具体例の断面図である。この方法は、予備焼結
炭化物片の融成マトリツクス１６の形成をもたら
した。個々のダイヤモンド結晶（これらは予備焼
結炭化物の粒より更にもつと小さい）は、互いに
合着成長せしめられて、予備焼結炭化物マトリツ
クス１６のギヤツプ内に分散される多数の多結晶
ダイヤモンド体１７をもたらした。ダイヤモンド
粉末と予備焼結炭化物粒が充分に混合される場合
でさえ、ダイヤモンドは或る程団塊化する傾向が
あり、それにより融成炭化物マトリツクス１６内
に多結晶ダイヤモンド１７のポケツトを生成する
ことが観察された。この具体例は、更に一層高い
重量％の予備焼結炭化物を含みそして大半の衝撃
を受けやすい用途に対して特に好適である。驚く
べきことに、このような低重量％の多結晶ダイヤ
モンドしか存在しない場合でも、複合体の耐摩耗
性は焼結炭化物片よりはるかに高い。即ち、低重
量％においてさえ、多結晶ダイヤモンドは第１０
図と関連して後に示すように複合体の耐摩耗性に
実質上寄与する。この具体例もまた進攻的な切削
作用を提供する。 第６ａ図は、第６図の具体例の使用された後の
部分断面図を示す。矢印Ａは工具に対する力の主
たる方向を示す。図示の通り、焼結炭化物マトリ
ツクス１６は多結晶ダイヤモンド体より早く磨損
する。これは、多結晶ダイヤモンド１７が好適に
露出して鋭利性のある切削作用を与える結果をも
たらす。即ち、複合体の作動表面積は比較的小さ
く維持され、従つて一層高い力対表面比率を可能
ならしめる。また、多結晶ダイヤモンド１７は焼
結炭化物マトリツクスに科学的に結合されている
から、多結晶ダイヤモンドは、先行技術の金属マ
トリツクス使用例において単結晶ダイヤモンドが
脱落した程容易には脱落しない。これは、ダイヤ
モンドが比較的濡れ性が悪い為である。従つて、
例えば岩切削鋸用部片を作成する為金属マトリツ
クス中に固定される単結晶ダイヤモンドは主に機
械的力によつて然るべく保持されており結晶の半
分以上が露出すると金属マトリツクスから脱落す
ることが多い。多結晶ダイヤモンド１７は焼結炭
化物マトリツクス１６に科学的に結合されている
から、多結晶ダイヤモンド１７が脱落状態となる
前にマトリツクス１６の大部分は摩耗除去され、
それにより一層多くの露出表面を与えそして一層
鋭利な切削作用を与える。 上記具体例の説明から、本発明の複合多結晶体
の性質が広範囲の用途に合わせて調整しうること
が明らかなはずである。予備焼結炭化物の重量％
は、耐衝撃性の増加が必要とされるなら増加され
うる。また、多結晶ダイヤモンド体或いは予備焼
結炭化物体いずれもの寸法が、耐摩耗性の増加、
一層大きな鋭利切削作用或いは仕上りの改善のよ
うな様々の性質を実現する為変化されうる。 更に、本発明の複合多結晶ダイヤモンド体は、
周知の技術により、様々の形状及び寸法のものに
成型できるし、また特定の用途に合つた様々の形
状のものを生成する為周知の手段により切断され
うる。第７〜第９図は、上述した性質のいずれか
が調整された本発明の特定の用途例を例示する。 第７図は、本発明に従つて作製された多結晶小
形砥石車２２の斜視図である。この砥石車２２
は、プレスサイクル中の成型操作によるか或いは
プレス後の適当な切削及び賦形手段により然るべ
く賦形された、第３図の複合多結晶ダイヤモンド
体を利用する。砥石車２２の容積の大部分は多結
晶ダイヤモンドマトリツクス１１から構成され、
その内部に予備焼結炭化物片１２が分散されてい
る。これら炭化物片１２は砥石車の衝撃強さを増
加する。これらはまた、比較的厚い多結晶ダイヤ
モンド体の製造を可能ならしめる点で重要であ
る。砥石車２２はまた、周知の技術によりプレス
サイクル中或いはその後いずれかにおいて多結晶
体に付設されうる軸棒１９及び切削刃２０を含ん
でいる。多結晶ダイヤモンドマトリツクスの重量
％は比較的高いから、砥石車２２は比較的高い耐
摩耗性を有している。仕上りの平滑性或いは切削
作用の鋭利性は予備焼結炭化物片１２の寸法を変
えることにより制御されうる。 第８図は本発明に従つて作製された小形ドリル
２４（歯科用ドリルのような）の斜視図である。
このドリル２４は、基底部分２１と上方部分２５
とを含んでいる。基底部分２１は、適当な金属か
ら形成されそしてプレスサイクル中或いはプレス
サイクル後ろう接のような公知の手段により上方
部分２５に付設される。上方部分２５は、第６図
に示されるような多結晶ダイヤモンド１７のポケ
ツトを含む予備焼結炭化物融成マトリツクス１６
から成る。この構造はきわめて衝撃耐性に富む工
具を提供し、多結晶ダイヤモンド１７の含入量が
比較的小さいので精密な仕上げを付与する。 第９図は、コンクリート等のような硬質材料を
切削する為の円形鋸刃２６を示す。この鋸刃２６
は、複数の切削部片２４を収容するよう寸法づけ
られたスロツト２３を定義する鋼デイスク２２を
含んでいる。部片２４の各々は、本発明に従つて
作製された複合多結晶ダイヤ体である。これら部
片２４は、鋸刃２６用の適正な寸法及び形状に成
型、切断或いはその他の方法で成型される。第７
図の具体例は、その鋭利な切削作用の故にこの用
途において特に良好に作動するものと予想され
る。 例 １ 0.25〜120ミクロンの寸法範囲のダイヤモンド
結晶の粉末が予備焼結炭化タングステン粒子と混
合された。予備焼結炭化物粒子は約16％コバルト
バインダを含有しそしてダイナアロイ社から入手
されそして０〜120米国メツシユの寸法範囲の不
規則な形状の炭化物片から成つた。この混合物
は、90重量％ダイヤモンド（13％コバルト触媒／
バインダ即ち混合物全体の11.7％を含む）と10％
予備焼結炭化物から構成された。この混合物は、
第２図に示される型式のプレス用ユニツトにおい
て焼結炭化タングステン製デイスクの上部に置か
れそして60Kbar及び1450℃に１分間加圧された。
回収した複合多結晶ダイヤモンド体は、焼結炭化
タングステン片を全体に分散せしめた高密度多結
晶ダイヤモンド体であり、焼結炭化タングステン
デイスクに直接的に結合されていた。生成部片は
0.50インチ直径でありそして複合体層及びデイス
クは各々0.125インチ厚であつた。 例 ２ 0.25〜120ミクロンの寸法範囲のダイヤモンド
結晶の粉末が０〜120米国メツシユの寸法範囲の
予備焼結炭化タングステン粒子と混合された。予
備焼結炭化物粒子は約16％のコバルトバインダを
含有しそして例１と同じ出所源から得られた。混
合物は50重量％ダイヤモンド（13％コバルト触
媒／バインダを含有、混合物全体の6.5％）及び
50％予備焼結炭化物から構成された。この混合物
は、第２図に示される型式のプレス用ユニツト内
に炭化タングステン製デイスク上に置かれそして
60Kbar及び1450℃に１分間加圧された。回収さ
れた複合体多結晶ダイヤモンド体は、炭化タング
ステンデイスクに直接的に結合された、多結晶ダ
イヤモンドと焼結炭化タングステンの高密度体で
ありそして例１における製品と同じ寸法を有し
た。 例 ３ 例１の段階が上述したようにして反覆された
が、但し混合物は15重量％ダイヤモンド（13％コ
バルト触媒／バインダ（混合物全体の1.9％）を
含有）と85重量％予備焼結炭化物とから構成され
た。回収した複合体は、多結晶ダイヤモンドポケ
ツトを含む焼結炭化タングステンの高密度体であ
つた。 例 ４ 例１の段階が繰り返されたが、但し混合物は５
重量％ダイヤモンド（13％コバルト触媒／バイン
ダ（全体の0.65％）を含有）と95重量％予備焼結
炭化物から構成された。回収した複合体は多結晶
ダイヤモンドポケツトを含む高密度焼結炭化タン
グステン体であつた。 例 ５ 例１の段階が上述したようにして繰り返され
た。但し、混合物は１重量％ダイヤモンド（13％
コバルト触媒／バインダ（混合物全体の0.13％）
を含有）と99重量％予備焼結炭化物から構成され
た。回収した複合体は、多結晶ダイヤモンドポケ
ツトを含む焼結炭化タングステンの高密度体であ
つた。 上述したように、例１〜５はすべて焼結炭化物
基板に隣り合わせてプレスされた。基板を組込ん
だことへの主たる理由は、本発明のこれら具体例
と市販入手しうる炭化物裏当てつき多結晶ダイヤ
モンド突固め体との比較における一致性を得るた
めであつた。 同様の試験が、80／20及び40／60のダイヤモン
ド／炭化物重量比を使用して行われ、それにより
ダイヤモンド／炭化物重量比が所望の特性を得る
べく所望に応じて調整されうることを確認した。
これら試験のすべてにおいて、生成複合体の冷却
及び減圧中クラツクは全く発生しないことも観察
された。これは、ダイヤモンド層が100％（触
媒／バインダを含む）ダイヤモンドから形成され
従つてこうしたクラツクがしばしば生じた先行技
術の複合突固め体と著しく対照的であつた。本発
明によるクラツク発生の解消は生産効率における
顕著な改善を表す。 また、予備焼結炭化物が炭化タングステン及び
炭化タンタルの混合物から成る複合多結晶ダイヤ
モンド体が本発明に従つて作製された。 摩耗試験結果 上記例１〜５において生成された材料が次の態
様で摩耗試験された。グレイバーレ花崗岩製の８
インチ径丸材が160rpmで回転された。各例にお
いて生成された複合材料が、回転花崗岩丸材に対
して0.010インチの送り及び0.0125インチの横移
動（回転当り）でもつて押しつけられた。カツタ
は水冷された。加えて、市販多結晶ダイヤモンド
ブランク（即ち100％ダイヤモンド（触媒／バイ
ンダ含む））及び市販焼結炭化タングステンブラ
ンクが同様に試験された。比較の為、摩耗比（＝
除去された花崗岩の容積／消耗した切削材料の容
積）が各材料に対して記録された。摩耗比を次表
に示す。

【表】

【表】 これら結果を第１０図のグラフに示す。第１０
図において摩耗比がＹ軸にそして材料中のダイヤ
モンド重量％がＸ軸に示してある。 10％予備焼結炭化物片を使用して作成された複
合体が０％炭化物を使用したものより25％良好に
機能したことは本発明者にとつて驚くべきことで
あつた。この結果は部片の増大せる衝撃耐性によ
り破砕量が低下したこと並びに多結晶ダイヤモン
ド材料の成形に際しての予備焼結炭化物の有益な
プレス効果に由るものと現在のところ考えてい
る。僅か15重量％の多結晶ダイヤモンドを有する
焼結炭化部片が多結晶ダイヤモンドを有さない焼
結炭化物部片より30倍良好に機能したこともまた
驚くべきことであつた。更に、僅か１％多結晶ダ
イヤモンドが標準焼結炭化物部片より2.5倍良好
に機能したことも驚くべき知見であつた。 以上の説明から、本発明の改善された複合材料
が様々の用途での使用の為の優れた性質を提供す
ることが明らかとなつたはずである。本発明の精
神内で多くの改変を為しうることを銘記された
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術の複合突固め体の一例の斜視
図、第２図は本発明の複合多結晶ダイヤモンド体
の好ましい具体例を作製するのに使用されるサン
プルセルの断面図、第３図は不規則な形状の予備
焼結炭化物片を含有する本発明複合多結晶ダイヤ
モンド体の第１具体例の斜視図、第３ａ図は第３
図の３ａ−３ａ線に沿う断面図、第４図は球状の
予備焼結炭化物片を含む複合多結晶ダイヤモンド
体の第２具体例の断面図、第５図は予備焼結炭化
物片が比較的大きくそして複合体の容積の大部を
占めるような本発明複合多結晶ダイヤモンド体の
第３具体例の断面図、第６図は予備焼結炭化物粒
が互いに融成されそして多結晶ダイヤモンドが炭
化物間の間隙に形成された、高容積％の予備焼結
炭化物を使用する複合多結晶ダイヤモンドの第４
具体例の断面図、第６ａ図はある程度使用された
後の第６図の多結晶体を示す断面図、第７図は本
複合体を使用した小形砥石車の斜視図、第８図は
本複合体を使用した小形ドリルの斜視図、第９図
は本複合体片を組込んだコンクリート等切削用円
形鋸刃の平面図、そして第１０図は本発明及び先
行技術の具体例について為された摩耗試験の結果
を示すグラフである。 １……ダイヤモンド層、２……裏当て（基板）、
６……プレス用ユニツト、９……ダイヤモンド結
晶、１０〜１５……予備焼結炭化物片、１１，１
１′，１１″……ダイヤモンドマトリツクス、１６
……予備焼結炭化物片融成マトリツクス、１７…
…多結晶ダイヤモンド体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複合多結晶体を生成するべく充分の熱及び圧
   力の下で形成されたダイヤモンド結晶と予備焼結
   炭化物片の混合物から成り、隣りあうダイヤモン
   ド結晶が互同志そして予備焼結炭化物片に結合さ
   れそしてダイヤモンド結晶及び予備焼結炭化物片
   の一方が他方中に散在している複合材料。 ２ 混合物中のダイヤモンド結晶の重量％が50％
   以下である特許請求の範囲第１項記載の複合材
   料。 ３ 混合物中のダイヤモンド結晶の重量％が15％
   以下である特許請求の範囲第１項記載の複合材
   料。 ４ 混合物中のダイヤモンド結晶の重量％が５％
   以下である特許請求の範囲第１項記載の複合材
   料。 ５ 混合物中のダイヤモンド結晶の重量％が約40
   〜70％の範囲にある特許請求の範囲第１項記載の
   複合材料。 ６ 混合物中のダイヤモンド結晶の重量％が70％
   以下である特許請求の範囲第１項記載の複合材
   料。 ７ ダイヤモンド結晶が予備焼結炭化物片より平
   均断面寸法において小さいことにより特性づけら
   れる特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 ８ 予備焼結炭化物片が不規則な形状をしている
   特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 ９ 予備焼結炭化物片が規則性のある形状をして
   いる特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 １０ 予備焼結炭化物片が実質上球状である特許
   請求の範囲第９項記載の複合材料。 １１ 予備焼結炭化物片が炭化タングステンから
   成る特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 １２ 個々のダイヤモンド結晶から形成される多
   結晶ダイヤモンドマトリツクスであつて、個々の
   ダイヤモンド結晶と相互混合されそして多結晶ダ
   イヤモンドマトリツクスの少くとも一部全体を通
   して分布される予備焼結炭化物片を有する多結晶
   ダイヤモンドマトリツクスから成り、個々のダイ
   ヤモンド結晶が充分の熱及び圧力の下で互同志ま
   た予備焼結炭化物片に結合されて高密の耐摩耗性
   材料を形成する特許請求の範囲第１項記載の複合
   材料。 １３ 材料中のダイヤモンドマトリツクスの重量
   ％が80％以上である特許請求の範囲第１２項記載
   の複合材料。 １４ 材料中のダイヤモンドマトリツクスの重量
   ％が50％以下である特許請求の範囲第１２項記載
   の複合材料。 １５ 材料中のダイヤモンドマトリツクスの重量
   ％が約90％である特許請求の範囲第１２項記載の
   複合材料。 １６ 個々のダイヤモンド結晶が予備焼結炭化物
   片より小さな平均断面寸法により特性づけられる
   特許請求の範囲第１２項記載の複合材料。 １７ 予備焼結炭化物片が不規則な形状を有する
   特許請求の範囲第１２項記載の複合材料。 １８ 予備焼結炭化物片が規則性のある形状を有
   する特許請求の範囲第１２項記載の複合材料。 １９ 予備焼結炭化物片が実質上球形である特許
   請求の範囲第１８項記載の複合材料。 ２０ 予備焼結炭化物片が炭化タングステンから
   成る特許請求の範囲第１２項記載の複合材料。 ２１ 個々の予備焼結炭化物片から形成される予
   備焼結炭化物マトリツクスにして、予備焼結炭化
   物片と相互混合されそして予備焼結炭化物マトリ
   ツクスの少くとも一部全体を通して分布される多
   結晶ダイヤモンド体を形成するよう個々のダイヤ
   モンド結晶を互いに結合せしめた予備焼結炭化物
   マトリツクスから成り、該予備焼結炭化物片及び
   個々のダイヤモンド結晶が高密の耐摩耗性材料を
   形成するに充分の熱及び圧力の下で互いに結合さ
   れている特許請求の範囲第１項記載の複合材料。 ２２ 材料中の予備焼結炭化物マトリツクスの重
   量％が70％以上である特許請求の範囲第２１項記
   載の複合材料。 ２３ 材料中の予備焼結炭化物マトリツクスの重
   量％が85％以上である特許請求の範囲第２１項記
   載の複合材料。 ２４ 材料中の予備焼結炭化物マトリツクスの重
   量％が95％以上である特許請求の範囲第２１項記
   載の複合材料。 ２５ 個々のダイヤモンド結晶が予備焼結炭化物
   片より小さな平均断面寸法を有することにより特
   性づけられる特許請求の範囲第２１項記載の複合
   材料。 ２６ 予備焼結炭化物片が不規則な形状をしてい
   る特許請求の範囲第２１項記載の複合材料。 ２７ 予備焼結炭化物片が規則性のある形状をし
   ている特許請求の範囲第２１項記載の複合材料。 ２８ 予備焼結炭化物片が実質上球状である特許
   請求の範囲第２７項記載の複合材料。 ２９ 予備焼結炭化物片が炭化タングステンから
   成る特許請求の範囲第２１項記載の複合材料。