JPH0755873B2 - ダイヤモンド粒子の加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はダイモンド粒子の加工方法に関するものであ
る。

従来技術 例えば砥石車、砥石車用のドレッサー等のダイアモンド
工具とか、装飾品等のダイアモンドを含んでいる消費材
とか、ダイアモンドレコード針とかを製造するためダイ
モンド粒子を使用する場合、一般に結合剤によって結合
されたダイモンド粒子が十分な安定性をもっていること
が重要である。

ダイアモンド工具では結合剤として金属、合金、ガラ
ス、セラミック、合成樹脂等が使用される。この種の結
合剤の殆どはダイモンド粒子の表面と固着結合をせず、
固着力は比較的小さい。従ってダイモンド粒子が結合剤
によって蔽われるにすぎない。特に金属の結合剤の場合
がそうである。しかし、ダイアモンドの表面と化学的に
反応したり、ダイアモンドの表面に浸透する傾向にある
少なくとも１つの成分を含んでいるような合金は例外で
ある。この種の反応性の金属結合剤の場合ダイアモンド
の表面が多かれ少なかれ強く腐食し、ダイアモンド炭素
の一部が金属によって取り払われる。その結果ダイアモ
ンドの表面に生じた粗さは、結合剤のなかでのダイモン
ド粒子の定着性を改善させるものの、次のような不具合
がある。ダイモンド粒子を金属の結合剤のなかに結合さ
せる場合（これは一種の反応である）、900℃以上の高
温で行われるが、その後の冷却の際に、即ちダイアモン
ド結合が得られた後に、金属によって取り除かれた炭素
がダイアモンドと金属結合剤の境界面で再び析出する。
この析出した炭素には殆ど硬さがない。これはグラファ
イト層であり、或いは非結晶炭素またはもろいカーバイ
トから成る層である。このようにダイアモンドと結合剤
の境界面では固着結合を効果的に改善させることができ
ない。しかも析出した炭素は、金属結合剤とダイモンド
粒子との結合を弱めさせる。

ダイモンド粒子を焼結方法で金属粉基質で取り囲むと、
ダイモンド粒子が腐食し、粗削りになることは知られて
いる。この場合金属粉は鉄またはコバルト或いはこれら
の金属との合金から成っている。焼結合金を950℃乃至1
150℃の範囲で加工するとダイアモンド表面の腐食（エ
ッチング）が確認される。

他の方法としては、ダイモンド粒子を炉内で露出状態で
加熱させる方法が知られている。炉内のガスは酸素、ま
たは酸素を含んでいる空気等のガスから構成される。こ
の場合ダイモンド粒子はほぼ600℃からはやくも腐食す
る。従ってダイアモンド炭素はゆっくり燃焼して一酸化
炭素COになる。この場合ダイアモンドの表面からダイア
モンド材が取り除かれ、わずかにエッチングも生じる。

ダイアモンドの表面の同様のエッチングは、ダイアモン
ド粒子を硝酸カリウムKNO₃から成る溶融液内で500℃以
上の温度で処理する場合に得られる。

上記のエッチング或いは粗削り（Aufreihen）方法から
は十分に満足のいく結果は得られない。その理由は一つ
には、反応温度が900℃以上あることに起因している。
反応温度が900℃以上あると、ダイアモンドの表面が腐
食されるばかりでなく、結晶の内部強度も小さくなる。
このことは特に、通例製造用に使用される微量の触媒金
属を含んでいる人造のダイモンド粒子にいえることであ
る。このような触媒残基は、900℃以上でダイアモンド
を再黒鉛化させることがあり、或いはこの種の金属残基
はダイアモンドに比べて比較的大きな熱膨張をもってい
るので、この熱膨張によって結晶の一部破壊されること
もある。

他方上記のエッチング方法或いは粗削り方法の欠点とし
て、表面が満足な粗さを有するまでダイアモンド結晶か
ら比較的多量の材料を取り去らねばならないことが挙げ
られる。なぜならこのエッチング方法或いは粗削り方法
は、面に対して平行に行われないような面取り方法であ
るからである。ダイヤモンドの結晶から比較的多量の材
料を取り去ることが望ましくないことは、約500μｍの
粒子大きさのダイモンド粒子を粗削りするためには10％
の重量減を覚悟しなければならないことでも明瞭であ
る。これはかなりの損失である。なお他の公知の粗削り
方法では約30％の重量減が生じる。

目的 本発明の目的は、900℃以下の温度で粗削り方法を実施
することができ、ダイアモンドの重量損失を最大でも５
％以下に押さえ、大部分は深さが直径よりも大きいよう
な多数の非常に小さな孔が設けられているようにするこ
とである。さらに、表面が多数のエッチング溝及びエッ
チングダクトを有し、これらのエッチング溝及びエッチ
ングダクトが非常に不統一に形成され、且つ可能な限り
アンダーカットを有し、従って侵入した結合剤が理想的
に定着し、よって結合剤によるダイモンド粒子の保持が
改善されるようにすることをも目的とするものである。

構成及び効果 本発明は、上記目的を達成するため、孔を浮き彫りにさ
せることによってダイアモンドの表面を自然の表面積の
少なくとも２倍に拡大させるため、ダイアモンド粒子を
金属粉に埋設させ、700℃以上の温度で水素流または水
素を含んだガス流にさらすことを特徴とするものであ
る。

本発明による方法の運動学に対して最終的な明確な説明
はしない。しかし、ダイアモンド炭素がまずダイアモン
ドの表面に接続している金属粒子のなかに浸透すること
は明らかである。他方金属が水素を活性化させ、その結
果水素は金属のなかに溶解している炭素と結合してメタ
ンCH₄になり、水素はこのガスを洗い流す。従って、反
応に寄与した金属粒子は、接触位置にてダイアモンドか
ら金属のなかへ浸透する他の炭素に対して受容能力を維
持する。即ち金属粒子内での炭素飽和は生じない。従っ
て金属粒子がダイアモンドの表面を点状に腐食させ、有
利な“地形”が生じる。

本発明にしたがって処理されたダイモンド粒子は、電気
的に析出された金属によって特に有利に結合させること
ができる。この種の方法で製造されたダイアモンド工具
は、100％以上寿命を伸ばすことができる。

いわゆるコーティング方法によってダイアモンド粒子に
塗付された燐を含むニッケル、燐を含むコバルト、銅な
どの金属も本発明にしたがって処理されたダイアモンド
の表面に最適に定着することができ、その結果金属また
は合成樹脂の他の結合剤への結合も著しく改善される。

例えばチタンを添加物として有している銅・銀合金のよ
うな、湿気を与えることによって活性化するような添加
物を有している液状の金属も、本発明にしたがって処理
されたダイアモンドの表面の凹部に好都合に侵入するこ
とができ、優れた固着結合が得られる。

さらにガラスセラミックの結合剤も使用することができ
る。この種の結合剤は通常、処理の際に溶融する、表面
張力が小さなガラス成分を含んでいる。

本発明による腐食方法は自然ダイアモンドに適用するこ
とができるが、一方人造ダイアモンドの処理に特に適し
ている。

自然のダイモンド粒子は、大きなダイアモンドが砕かれ
てつくられた粒子であれば、不規則な表面をもっている
のが通常である。このようなダイモンド粒子の破砕面
は、それだけでも結合剤のなかでの定着を可能にする。
本発明にしたがって付加的に粗削りすることによって、
結合剤のなかでの定着と固着が著しく改善される。

人造のダイアモンドは、部分的に平行平面の結晶面を有
しているのが通常である。人造のダイアモンドが均質に
成長されていればいるほど、それだけその幾何学的な形
状は規則的であり、ほとんどが立方正八面体（Kubookta
eders）である。特に均質に成長した人造ダイアモンド
は純粋度も高く、強度も大きい。しかしこの利点は、結
晶が結合剤によってしっかりと且つ持続的に保持される
場合にだけ有効に利用される。一方成長特性が優れた平
らな面は、結合剤のなかでも定着性が悪い。従ってこの
種の人造的なダイアモンド結晶の利用価値は、本発明に
したがって粗削りの程度を高めることによって著しく大
きくなる。このことは、ダイアモンド結晶を電気的に析
出したニッケルから成る金属結合剤によって閉じ込めた
砥石車用のドレッサーにおいて確認された。同じこと
は、ダイアモンドに湿気を与える溶融した合金を浸透さ
せた金属粉基質に埋設されたダイアモンド結晶に対して
もいえることである。この種の合金は例えば銀及び銅か
ら成り、添加物としてチタンを含んでいる。

本発明による腐食方法の実施は、次のような構成用件に
よって特徴づけられる。ダイアモンド結晶は細かい金属
粉に埋設され、金属粉の大きさは20μｍ以下であり、有
利には５μｍ乃至0.5μｍである。容器としては、磁器
から成る小舟形の赤熱容器が用いられるが、容器をガス
によって洗浄することができるならば他の形状の容器も
適している。

容器は、ガスによって洗浄することができる炉、有利に
は管炉内に設置される。炉は水素または水素を含んだ混
合ガスによって洗浄される。純度が少なくとも99％の純
砕な水素H₂を使用するのが最適であることが判明してい
る。金属粉としては鉄、ニバルト、ニッケル、またはこ
れらの混合物或いはこれらの金属の合金が適している。
温度が少なくとも700℃以上であれば、上記の赤熱処理
がダイアモンド結晶を有利に粗削りさせる。温度がより
高ければ粗削りが強化される。しかし温度が900℃を越
えると、ダイアモンド結晶の強度が弱くなるので不都合
である。温度が700℃乃至900℃の範囲であれば少なくと
も30分処理すれば十分である。しかし反応時間をいろい
ろに変えることも可能である。

上記のような特殊な赤熱処理を施した後、金属粉を硝
酸、塩酸等の酸で溶解させる。このようにして粗削りさ
れ純化したダイアモンドが得られる。

実施例 次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。

図面に図示したダイモンド粒子１は、表面が規則正しく
配置された立方正八面体の人造ダイアモンドである。表
面は、850℃の炉内でダイモンド粒子を金属粉で処理す
ることによって、本来の自然の表面積の何倍にも人工的
に増大せしめられている。炉内でダイモンド粒子は、水
素流にさらされる。このような処理によってダイモンド
粒子１にはアンダーカットを有する孔２が散在してい
る。その結果ダイモンド粒子の結合剤は根のようにダイ
モンド粒子のなかへ侵入し、固着面が著しく増大する。

本発明によるダイアモンド粒子から成るダイアモンド工
具には次のような特徴がある。

（１）孔を浮き彫りにさせることによってダイアモンド
の表面を自然の表面積の少なくとも２倍に拡大させるた
め、ダイアモンド粒子を金属粉に埋設させ、700℃以上
の温度で水素流または水素を含んだガス流にさらす方法
に従って粗削りされたダイアモンド粒子を使用したこと
を特徴とするダイアモンド工具。

（２）孔を浮き彫りにさせることによってダイアモンド
の表面を自然の表面積の少なくとも２倍に拡大させるた
め、ダイアモンド粒子を金属粉に埋設させ、700℃以上
の温度で水素流または水素を含んだガス流にさらす方法
に従って粗削りされたダイアモンド粒子をガルバーニ結
合（galvanische Bindung）させて使用することを特徴
とするダイアモンド工具。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイモンド粒子の100倍の拡大図、第２図は粗
削りされたダイモンド粒子の表面を500倍に拡大した断
面図、第３図はダイモンド粒子の表面を5000倍に拡大し
た部分断面図、第４図はダイモンド粒子の部分横断面図
である。 １……ダイモンド粒子 ２……孔

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダイアモンド粒子の加工方法において、孔
   （２）を浮き彫りにさせることによってダイアモンドの
   表面を自然の表面積の少なくとも２倍に拡大させるた
   め、ダイアモンド粒子を金属粉に埋設させ、700℃以上
   の温度で水素流または水素を含んだガス流にさらすこと
   を特徴とする方法。
2. 【請求項２】ダイモンド粒子を粗削りした後酸で洗浄す
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。
3. 【請求項３】ダイモンド粒子を700乃至900℃の反応温度
   にさらすことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
   載の方法。
4. 【請求項４】ダイモンド粒子（１）を鉄、コバルト、ニ
   ッケルまたはこれらの混合物またはこれらの金属との合
   金から成る金属粉に埋設することを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。
5. 【請求項５】金属粉の粒子大きさが20μｍよりも小さ
   く、有利には0.5乃至５μｍであることを特徴とする、
   特許請求の範囲第４項に記載の方法。
6. 【請求項６】ダイモンド粒子（１）が、粒子幅20μｍ乃
   至5000μｍの人造ダイモンドであることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。