JPS6374986A - ダイヤモンド粒子の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 援４発見 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
。

鴛】Ｕ【４ 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ドから成る層である。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１１５０℃の範囲で加工するとダイアモンド表面の腐
食（エツチング）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
の場合ダイアンド粒子はほぼ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、わずかにエツチングも生じ
る。

ダイアモンドの表面の同様のエツチングは、ダイアモン
ド粒子を硝酸カリウムＫＮＯ，から成る溶融液内で５０
０℃以上の温度で処理する場合に得られる。

上記のエツ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”Ｃ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、９０
０℃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。

他方上記のエツ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。なぜならこのエツ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。

ダイア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３
０％の重量減が生じる。

ｌ煎 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、表面が多数のエツチング溝及びエ
ツチングダクトを有し、これらのエツチング溝及びエツ
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
。

豊双天丈隻来 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ＣＨ，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
合成樹脂等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０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。

人道のダイアモンドは、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０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、はとんどが立方正八面体（Ｋｕｂｏ
ｏｋｔａｅｄｅｒｓ　）である、特に均質に成長した人
造ダイアモンドは純粋環も高く、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、結合剤のなかでの定着性が悪
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
純粋な水素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、コバルト、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。

失畠■ 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０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。その結果ダイア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. （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. （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. （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. （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. （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. （６）ダイモンド粒子（１）が、粒子幅２０μｍ乃至５
   ０００μｍ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。