JP5289829B2 - Polycrystalline diamond dresser - Google Patents
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Description
本発明は、研削砥石表面に出来た目詰まりや目こぼれを除去して、砥石の切れ味を回復さえるためのドレッサーに関する。 The present invention relates to a dresser for removing clogging or spillage formed on the surface of a grinding wheel, and even restoring the sharpness of the grinding wheel.
従来、ドレッサーの材質として単結晶ダイヤモンドが用いられている。例えば非特許文献1や特許文献1に示されているように、単結晶ダイヤモンドからなるドレッサーはその多面体の頂点を刃として、研削砥石表面に当て、表面にできた目詰まりや目こぼれを除去し、砥石の切れ味を回復させるために用いられる。この単結晶ダイヤモンドからなるドレッサーは、作用する端面に(100)面や(111)面を用いていたが、(100)面は耐摩耗性が悪く、また(111)面はへき開し易い性質を持っているため使用中に割れるといった問題点がある。 Conventionally, single-crystal diamond has been used as a dresser material. For example, as shown in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, a dresser made of single crystal diamond uses the apex of the polyhedron as a blade and applies it to the surface of a grinding wheel to remove clogging and spilling on the surface. Used to restore the sharpness of the grindstone. This dresser made of single crystal diamond used the (100) plane or (111) plane as the acting end face, but the (100) plane has poor wear resistance and the (111) plane has the property of being easily cleaved. There is a problem that it breaks during use because it has.
一方、上記のへき開割れ対策として、焼結ダイヤモンドを用いる場合がある。この焼結ダイヤモンドはダイヤモンド粒子をコバルト等の金属結合材を用いて焼結しており、ダイヤモンド粒子間にはその金属結合材が存在している。しかし、金属結合材部分はダイヤモンド粒子よりも軟らかいため短時間で摩耗すると考えられる。また、金属結合材を酸で溶かして除去することも考えられるが、ダイヤモンド粒子の保持力が低下するために摩耗量が増えると考えられる。 On the other hand, sintered diamond may be used as a measure against cleavage cracks. In this sintered diamond, diamond particles are sintered using a metal binder such as cobalt, and the metal binder exists between the diamond particles. However, since the metal binder part is softer than the diamond particles, it is considered that the metal binder part wears in a short time. It is also conceivable to remove the metal binder by dissolving it with an acid, but it is thought that the amount of wear increases because the retention of diamond particles decreases.
また、金属結合材を含まない多結晶ダイヤモンドとして、CVD法(化学気相蒸着法)によって得られた多結晶ダイヤモンドがある。しかしながら、この多結晶ダイヤモンドは粒子間結合力が小さいので摩耗量が多いといった問題点がある。 In addition, there is a polycrystalline diamond obtained by a CVD method (chemical vapor deposition method) as a polycrystalline diamond not including a metal binder. However, this polycrystalline diamond has a problem in that it has a large amount of wear due to its low interparticle bonding force.
本発明は、ドレッサーにおいて、従来の単結晶ダイヤモンドや金属結合材を含むダイヤモンド焼結体を用いたドレッサーよりも長期間安定した加工が得られるドレッサーを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a dresser that can be processed more stably for a longer period of time than a dresser that uses a single-crystal diamond or a diamond sintered body containing a metal binder.
本発明者らは、ドレッサー用の材料について鋭意研究を進めた結果、ドレッサー材料として、コバルト等の金属結合材を含まないダイヤモンド多結晶体であって、当該ダイヤモンド多結晶体を構成するダイヤモンド焼結粒子の平均粒径が50nmより大きく2500nm未満であり、純度が99%以上であり、かつ、該焼結粒子のD90粒径が(平均粒径+0.9×平均粒径)以下で構成されるダイヤモンド多結晶体を用いることにより、ドレッサーが長期間安定した加工を得られることを見出して本発明を完成した。 As a result of diligent research on a dresser material, the inventors of the present invention are a diamond polycrystalline body that does not contain a metal binder such as cobalt as a dresser material, and the diamond sintered body constituting the diamond polycrystalline body. The average particle size of the particles is greater than 50 nm and less than 2500 nm, the purity is 99% or more, and the sintered particles have a D90 particle size of (average particle size + 0.9 × average particle size) or less. The present invention was completed by finding that a dresser can obtain stable processing for a long period of time by using a polycrystalline diamond.
すなわち、本件発明は以下に記載するとおりのドレッサーである。(1)超高圧高温下でグラファイト型層状構造の炭素物質から焼結助剤や触媒の添加なしに変換焼結されて得られたダイヤモンド多結晶体であって、該ダイヤモンド多結晶体を構成するダイヤモンド焼結粒子の平均粒径が50nmより大きく2500nm未満であり、純度が99%以上であり、かつ、該ダイヤモンド焼結粒子のD90粒径が(平均粒径+平均粒径×0.9)以下であるダイヤモンド多結晶体からなることを特徴とするドレッサー。
(2)前記ダイヤモンドのD90粒径が(平均粒径+平均粒径×0.7)以下であることを特徴とする(1)に記載のドレッサー。
(3)前記ダイヤモンドのD90粒径が(平均粒径+平均粒径×0.5)以下であることを特徴とする(1)に記載のドレッサー。
(4)前記ダイヤモンド多結晶体の硬度が100GPa以上であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載のドレッサー。
That is, the present invention is a dresser as described below. (1) A diamond polycrystalline body obtained by converting and sintering a carbon material having a graphite-type layered structure under an ultrahigh pressure and high temperature without adding a sintering aid or a catalyst, and constituting the diamond polycrystalline body The average particle size of the diamond sintered particles is greater than 50 nm and less than 2500 nm, the purity is 99% or more, and the D90 particle size of the diamond sintered particles is (average particle size + average particle size × 0.9). A dresser comprising the following polycrystalline diamond.
(2) The dresser according to (1), wherein the diamond has a D90 particle size of (average particle size + average particle size × 0.7) or less.
(3) The dresser according to (1), wherein the diamond has a D90 particle size of (average particle size + average particle size × 0.5) or less.
(4) The dresser according to any one of (1) to (3), wherein the polycrystalline diamond has a hardness of 100 GPa or more.
本発明のドレッサーによれば、従来の単結晶ダイヤモンドや金属結合材を含むダイヤモンド焼結体を用いたドレッサーに比べて長期間安定した加工を得ることができる。 According to the dresser of the present invention, it is possible to obtain a stable process for a long period of time as compared with a dresser using a diamond sintered body containing a conventional single crystal diamond or metal binder.
まず、本発明に係るドレッサーを構成するダイヤモンド多結晶体について以下に詳述する。
本発明のドレッサーの材料である、コバルト等の金属結合材を含まない実質的にダイヤモンド単相(純度99%以上)のダイヤモンド多結晶体は、原料としてグラファイト型層状構造の炭素物質である黒鉛(グラファイト)を用い、これを超高圧高温下(温度1800〜2600℃、圧力12〜25GPa)で、触媒や溶媒なしに直接的にダイヤモンドに変換させ、同時に焼結させることによって得ることができる。この様にして得られた多結晶ダイヤモンドからなるドレッサーには単結晶を用いたドレッサーに見られる様な偏摩耗は起こらない。
First, the polycrystalline diamond constituting the dresser according to the present invention will be described in detail below.
The diamond polycrystal having a diamond single phase (purity 99% or more) substantially free of a metal binder such as cobalt, which is a material of the dresser of the present invention, is graphite (which is a carbon material having a graphite-type layered structure as a raw material). It can be obtained by using graphite and converting it directly to diamond without any catalyst or solvent under high pressure and high temperature (temperature: 1800 to 2600 ° C., pressure: 12 to 25 GPa) and simultaneously sintering. The dresser made of polycrystalline diamond thus obtained does not cause uneven wear as seen in a dresser using a single crystal.
ドレッサーを構成するダイヤモンド多結晶体の硬度は100GPa以上であることが好ましい。ダイヤモンド多結晶体の硬度が100GPa未満であるとダイスの寿命が短くなる。このため、本発明においては、ダイヤモンド多結晶体を構成するダイヤモンド焼結粒子の平均粒径を50nmより大きく2500nm未満とすることによりドレッサーとして必要な硬度を確保する。一方、平均粒径が50nm以下及び2500nm以上の場合、硬度が100GPa未満となり、短時間で摩耗が進行するため、長期間安定した加工を得ることができない。 The hardness of the polycrystalline diamond constituting the dresser is preferably 100 GPa or more. If the hardness of the polycrystalline diamond is less than 100 GPa, the life of the die is shortened. For this reason, in this invention, the hardness required as a dresser is ensured by making the average particle diameter of the diamond sintered particle which comprises a diamond polycrystal body more than 50 nm and less than 2500 nm. On the other hand, when the average particle size is 50 nm or less and 2500 nm or more, the hardness is less than 100 GPa, and wear progresses in a short time, so that stable processing for a long time cannot be obtained.
また、本発明においては、ダイヤモンド多結晶体を構成するダイヤモンド焼結粒子のD90粒径を(平均粒径+0.9×平均粒径)以下とする。これは異常摩耗を抑制するためである。
また、D90粒径が(平均粒径+0.7×平均粒径)以下であることがより好ましく、D90粒径が(平均粒径+0.5×平均粒径)以下であることが更に好ましい。 上記の構成に加えて本発明においてはダイヤモンド多結晶体におけるダイヤモンドの純度を99%以上とする。
In the present invention, the D90 particle size of the diamond sintered particles constituting the diamond polycrystal is set to (average particle size + 0.9 × average particle size) or less. This is to suppress abnormal wear.
The D90 particle size is more preferably (average particle size + 0.7 × average particle size) or less, and the D90 particle size is further preferably (average particle size + 0.5 × average particle size) or less. In addition to the above configuration, in the present invention, the purity of diamond in the polycrystalline diamond is 99% or more.
本発明における平均粒径はTEM(透過型電子顕微鏡)を用いた測定による数平均粒子径であり、その測定方法の詳細は後述する。 また、ダイヤモンド多結晶体の焼結粒子の平均粒径及びD90粒径は、出発原料の粒径や焼結条件を制御することにより制御することができる。 The average particle diameter in the present invention is a number average particle diameter measured by using a TEM (transmission electron microscope), and details of the measurement method will be described later. Moreover, the average particle diameter and D90 particle diameter of the sintered particles of the polycrystalline diamond can be controlled by controlling the particle diameter of the starting material and the sintering conditions.
ダイヤモンド多結晶体において、焼結粒子の平均粒径の数値とD90粒径の数値とが上記の関係を満たす場合を具体的な数値で示すと次の通りである。
例1:平均粒径60nmの場合、D90粒径は114nm以下
例2:平均粒径100nmの場合、D90粒径は190nm以下
例3:平均粒径500nmの場合、D90粒径は950nm以下
In the polycrystalline diamond, the case where the numerical value of the average particle diameter of the sintered particles and the numerical value of the D90 particle diameter satisfy the above relationship is shown as a specific numerical value as follows.
Example 1: When the average particle size is 60 nm, the D90 particle size is 114 nm or less. Example 2: When the average particle size is 100 nm, the D90 particle size is 190 nm or less. Example 3: When the average particle size is 500 nm, the D90 particle size is 950 nm or less.
ダイヤモンド粉末を原料としてダイヤモンド焼結体を製造する方法は例えば下記の特許文献2に開示されており、また、本発明におけると同様に、超高圧高温下で高純度グラファイトから焼結助剤や触媒の添加なしに変換焼結された緻密で高純度な多結晶ダイヤモンド体を得る方法は例えば下記の特許文献3、4及び非特許文献2に開示されている。
特許文献2:特開2004−168554号公報
特許文献3:特開2007−22888号公報
特許文献4:特開2003−292397号公報
非特許文献2:SEIテクニカルレビュー165(2004)68(角谷ら)
A method for producing a diamond sintered body using diamond powder as a raw material is disclosed in, for example, Patent Document 2 below, and, as in the present invention, a sintering aid or catalyst from high-purity graphite under ultrahigh pressure and high temperature. For example, Patent Documents 3 and 4 and Non-Patent Document 2 listed below disclose methods for obtaining a dense and high-purity polycrystalline diamond body that has been converted and sintered without the addition of.
Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 2004-168554 Patent Document 3: Japanese Patent Laid-Open No. 2007-22888 Patent Document 4: Japanese Patent Laid-Open No. 2003-292397 Non-Patent Document 2: SEI Technical Review 165 (2004) 68 (Kakutani et al.)
特許文献2には焼結助剤を用いることなくダイヤモンド多結晶体を製造する方法が開示されている。このダイヤモンド多結晶体は、微粒ダイヤモンド粉末を出発原料として焼結しており、その粒径も本発明で規定する数値範囲内の100nm以下である。ところで、本発明はグラファイト型層状構造の炭素物質を出発原料としているために、特許文献2記載のダイヤモンド多結晶体には存在しない、ラメラ構造という特徴的な組織を有している。上記非特許文献2はラメラ構造の部分で亀裂の進展が抑制されることを示しており、このことは、特許文献2に記載のものと比較して本発明のダイヤモンド多結晶体が壊れ難いことを示している。従って、本発明の焼結体は、特許文献2記載の焼結体とは組織が根本的に異なり、その結果機械的特性もはるかに優れている。 Patent Document 2 discloses a method for producing a polycrystalline diamond without using a sintering aid. This polycrystalline diamond is sintered using fine diamond powder as a starting material, and its particle size is also 100 nm or less within the numerical range defined in the present invention. By the way, since the present invention uses a carbon material having a graphite-type layered structure as a starting material, it has a characteristic structure called a lamellar structure that does not exist in the polycrystalline diamond described in Patent Document 2. The non-patent document 2 shows that the progress of cracks is suppressed at the portion of the lamellar structure, which means that the polycrystalline diamond according to the present invention is harder to break than that described in the patent document 2. Is shown. Therefore, the sintered body of the present invention is fundamentally different in structure from the sintered body described in Patent Document 2, and as a result, the mechanical properties are much superior.
また、特許文献3、4及び非特許文献2に記載の方法で得られるダイヤモンドを用いてドレッサーを製作しその加工性を調べると、
非特許文献2記載のものは平均粒径の約10倍程度の異常成長粒があるためか、また特許文献3に記載のものは添加した粗い原料から変換した粗粒ダイヤモンドを含むためか、先ずその大きな粒子部分で摩耗が極端に進行することがわかった。そこで、安定した目的の加工を得るためには、極端に摩耗する部分を無くすことが必要で、その為には、焼結体粒径の粒径分布を制御することが必要であることがわかった。そこで、粒径分布を制御したドレッサーを製作すると、極端に摩耗する粒子は無くなり、長期間安定した目的の加工を得ることができた。
また、特許文献4に記載のものも非特許文献2記載のものと同様の製造方法であるためか、異常粒成長があり、非特許文献2記載のものと同様の問題がある。
In addition, when a dresser is manufactured using diamond obtained by the methods described in Patent Documents 3 and 4 and Non-Patent Document 2, and its workability is examined,
Whether the non-patent document 2 has abnormally grown grains of about 10 times the average particle diameter, or the patent document 3 contains coarse diamonds converted from the added coarse raw materials, It was found that the wear proceeds extremely in the large particle portion. Therefore, in order to obtain a stable target processing, it is necessary to eliminate the extremely worn portion, and for that purpose, it is necessary to control the particle size distribution of the sintered body particle size. It was. Therefore, when a dresser with a controlled particle size distribution was produced, there were no particles that were extremely worn, and it was possible to obtain a stable target processing for a long period of time.
Moreover, because the manufacturing method described in Patent Document 4 is the same manufacturing method as that described in Non-Patent Document 2, there is abnormal grain growth and there is a problem similar to that described in Non-Patent Document 2.
上記の問題は、本発明のように、ドレッサーの材料として、平均粒径が50nmより大きく2500nm未満であり、純度が99%以上であり、かつ、焼結体粒径のD90粒径を(平均粒径+0.9×平均粒径)以下としたダイヤモンド多結晶体を用いることにより解決することができた。 The above problem is that, as in the present invention, as a dresser material, the average particle diameter is greater than 50 nm and less than 2500 nm, the purity is 99% or more, and the D90 particle diameter of the sintered body particle diameter is (average This can be solved by using a polycrystalline diamond having a particle size of not more than 0.9 × average particle size.
本発明に係るドレッサーの実施形態の一例を以下に示す。
まず、測定・評価方法について説明する。<平均粒径、D90粒径>
本発明における焼結体のD50粒径(平均粒径)及びD90粒径の数値は透過型電子顕微鏡により倍率10〜50万倍で写真撮影像を元にして画像解析を実施することによって得た。
以下にその詳細方法を示す。
まず、透過型電子顕微鏡で撮影した撮影像を元に焼結体を構成する結晶粒の粒径分布を測定する。具体的には、画像解析ソフト(例えば、Scion Corporation社製、ScionImage)を用いて、個々の粒子を抽出し、抽出した粒子を2値化処理して各粒子の面積(S)を算出する。そして、各粒子の粒径(D)を、同じ面積を有する円の直径(D=2√(S/π))として算出する。
次に、上記で得られた粒径分布をデータ解析ソフト(例えば、OriginLab社製Origin、Parametric Technology社製Mathchad等)によって処理し、D50(平均粒径)、D90粒径を算出する。
以下に記載する実施例、比較例では透過型電子顕微鏡として日立製作所製H−9000を用いた。
An example of an embodiment of the dresser according to the present invention is shown below.
First, the measurement / evaluation method will be described. <Average particle diameter, D90 particle diameter>
The numerical values of the D50 particle size (average particle size) and D90 particle size of the sintered body in the present invention were obtained by performing image analysis based on a photographed image at a magnification of 100 to 500,000 with a transmission electron microscope. .
The detailed method is shown below.
First, the particle size distribution of the crystal grains constituting the sintered body is measured based on a photographed image taken with a transmission electron microscope. Specifically, individual particles are extracted using image analysis software (for example, ScionImage, manufactured by Scion Corporation), and the extracted particles are binarized to calculate the area (S) of each particle. Then, the particle size (D) of each particle is calculated as the diameter of a circle having the same area (D = 2√ (S / π)).
Next, the particle size distribution obtained above is processed by data analysis software (for example, Origin manufactured by OriginLab, Mathchad manufactured by Parametric Technology, etc.), and D50 (average particle size) and D90 particle size are calculated.
In Examples and Comparative Examples described below, H-9000 manufactured by Hitachi, Ltd. was used as a transmission electron microscope.
<硬度>
実施例、比較例においては、硬度測定はヌープ圧子を用いて測定荷重を4.9Nとして実施した。
<ドレッサーの評価>
実施例及び比較例で得たダイヤモンド多結晶体を下記の形状とし、これを評価試験用ドレッサーとして用いた。
仕様:ポイント型の単石ドレッサー
ダイヤモンド部分の大きさ:断面が1mm×1mm
形状:先端部分を円錐形に加工した。
上記ドレッサーを用いて、相手材としてWA砥石を使用し、湿式にて砥石周速30m/sec、切り込み量0.05mmの条件で行い、ダイヤ端部の摩耗量の評価を行った。
表1では摩耗量を[実施例品又は比較例品の摩耗量/単結晶品の摩耗量]で表した。
単結晶品の摩耗量は0.04mm3であった。
<Hardness>
In the examples and comparative examples, the hardness was measured using a Knoop indenter with a measurement load of 4.9N.
<Evaluation of dresser>
The diamond polycrystals obtained in the examples and comparative examples were shaped as follows and used as dressers for evaluation tests.
Specifications: Point type single stone dresser Diamond part size: 1mm x 1mm in cross section
Shape: The tip was processed into a conical shape.
Using the above-mentioned dresser, a WA grindstone was used as the mating material, and the wet grinding was performed under the conditions of a grindstone peripheral speed of 30 m / sec and a cutting depth of 0.05 mm, and the wear amount of the diamond end was evaluated.
In Table 1, the amount of wear was expressed as [amount of wear of example product or comparative product / amount of wear of single crystal product].
The wear amount of the single crystal product was 0.04 mm 3 .
[実施例1]
ダイヤモンドの原料として、その平均粒径が100nmでかつD90粒径が(平均粒径+0.9×平均粒径)以下の180nmである黒鉛(グラファイト)を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が200nmでかつD90粒径が370nmのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は110GPaと非常に高いものであった。得られた多結晶体でドレッサーを作製し評価した結果、その摩耗量は非常に少なく、単結晶ダイヤモンド製ドレッサーの1/50程度であった。
[Example 1]
As a diamond raw material, graphite (graphite) having an average particle size of 100 nm and a D90 particle size of 180 nm or less (average particle size + 0.9 × average particle size) was prepared. Using this as a raw material, it was directly converted and sintered into diamond under pressure conditions where diamond was thermodynamically stable. As a result, a polycrystalline diamond having an average particle size of 200 nm and a D90 particle size of 370 nm was obtained. The hardness of the polycrystalline diamond thus obtained was as extremely high as 110 GPa. As a result of producing and evaluating a dresser from the obtained polycrystal, the amount of wear was very small, about 1/50 of that of a single crystal diamond dresser.
[実施例2]
ダイヤモンドの原料として、その平均粒径が110nmでかつD90粒径が(平均粒径+0.7×平均粒径)以下の175nmである黒鉛(グラファイト)を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が230nmでかつD90粒径が380nmのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は115GPaと非常に高いものであった。得られた多結晶体でドレッサーを作製し評価した結果、その摩耗量は非常に少なく、単結晶ダイヤモンド製ドレッサーの1/60程度であった。
[Example 2]
As a diamond raw material, graphite (graphite) having an average particle diameter of 110 nm and a D90 particle diameter of 175 nm which is equal to or less than (average particle diameter + 0.7 × average particle diameter) was prepared. Using this as a raw material, it was directly converted and sintered into diamond under pressure conditions where diamond was thermodynamically stable. As a result, a polycrystalline diamond having an average particle size of 230 nm and a D90 particle size of 380 nm was obtained. The hardness of the polycrystalline diamond thus obtained was as extremely high as 115 GPa. As a result of producing and evaluating a dresser from the obtained polycrystal, the amount of wear was very small, about 1/60 of that of a single crystal diamond dresser.
[実施例3]
ダイヤモンドの原料として、その平均粒径が95nmでかつD90粒径が(平均粒径+0.5×平均粒径)以下の135nmである黒鉛(グラファイト)を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が180nmでかつD90粒径が260nmのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は125GPaと非常に高いものであった。得られた多結晶体でドレッサーを作製し評価した結果、その摩耗量は非常に少なく、単結晶ダイヤモンド製ドレッサーの1/70程度であった。
[Example 3]
As a diamond raw material, graphite (graphite) having an average particle size of 95 nm and a D90 particle size of 135 nm or less (average particle size + 0.5 × average particle size) was prepared. Using this as a raw material, it was directly converted and sintered into diamond under pressure conditions where diamond was thermodynamically stable. As a result, a polycrystalline diamond having an average particle size of 180 nm and a D90 particle size of 260 nm was obtained. The hardness of the polycrystalline diamond thus obtained was as extremely high as 125 GPa. As a result of producing and evaluating a dresser from the obtained polycrystal, the amount of wear was very small, about 1/70 of that of a single crystal diamond dresser.
[実施例4]
ダイヤモンドの原料として、その平均粒径が30nmでかつD90粒径が(平均粒径+0.5×平均粒径)以下の40nmである黒鉛(グラファイト)を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が55nmでかつD90粒径が80nmのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は105GPaと非常に高いものであった。得られた多結晶体でドレッサーを作製し評価した結果、その摩耗量は非常に少なく、単結晶ダイヤモンド製ドレッサーの1/40程度であった。
[Example 4]
As a diamond raw material, graphite (graphite) having an average particle diameter of 30 nm and a D90 particle diameter of 40 nm or less (average particle diameter + 0.5 × average particle diameter) was prepared. Using this as a raw material, it was directly converted and sintered into diamond under pressure conditions where diamond was thermodynamically stable. As a result, a polycrystalline diamond having an average particle size of 55 nm and a D90 particle size of 80 nm was obtained. The hardness of the polycrystalline diamond thus obtained was as extremely high as 105 GPa. As a result of producing and evaluating a dresser with the obtained polycrystal, the amount of wear was very small, which was about 1/40 of a single crystal diamond dresser.
[実施例5]
ダイヤモンドの原料として、その平均粒径が30nmでかつD90粒径が(平均粒径+0.5×平均粒径)以下の40nmである黒鉛(グラファイト)を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において、実施例4よりも長時間かけて直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が560nmでかつD90粒径が830nmのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は120GPaと非常に高いものであった。得られた多結晶体でドレッサーを作製し評価した結果、その摩耗量は非常に少なく、単結晶ダイヤモンド製ドレッサーの1/30程度であった。
[Example 5]
As a diamond raw material, graphite (graphite) having an average particle diameter of 30 nm and a D90 particle diameter of 40 nm or less (average particle diameter + 0.5 × average particle diameter) was prepared. Using this as a raw material, it was directly converted and sintered into diamond over a longer time than in Example 4 under pressure conditions where diamond was thermodynamically stable. As a result, a polycrystalline diamond having an average particle size of 560 nm and a D90 particle size of 830 nm was obtained. The hardness of the polycrystalline diamond thus obtained was as extremely high as 120 GPa. As a result of producing and evaluating a dresser from the obtained polycrystal, the amount of wear was very small, about 1/30 of that of a single crystal diamond dresser.
[実施例6]
ダイヤモンドの原料として、その平均粒径が30nmでかつD90粒径が(平均粒径+0.5×平均粒径)以下の40nmである黒鉛(グラファイト)を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において、実施例5よりもさらに長時間かけて直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が1100nmでかつD90粒径が1600nmのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は112GPaと非常に高いものであった。得られた多結晶体でドレッサーを作製し評価した結果、その摩耗量は非常に少なく、単結晶ダイヤモンド製ドレッサーの1/30程度であった。
[Example 6]
As a diamond raw material, graphite (graphite) having an average particle diameter of 30 nm and a D90 particle diameter of 40 nm or less (average particle diameter + 0.5 × average particle diameter) was prepared. Using this as a raw material, it was directly converted and sintered into diamond over a longer time than in Example 5 under pressure conditions where diamond was thermodynamically stable. As a result, a polycrystalline diamond having an average particle diameter of 1100 nm and a D90 particle diameter of 1600 nm was obtained. The hardness of the polycrystalline diamond thus obtained was as extremely high as 112 GPa. As a result of producing and evaluating a dresser from the obtained polycrystal, the amount of wear was very small, about 1/30 of that of a single crystal diamond dresser.
[実施例7]
ダイヤモンドの原料として、その平均粒径が30nmでかつD90粒径が(平均粒径+0.5×平均粒径)以下の40nmである黒鉛(グラファイト)を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において実施例6よりもさらに長時間かけて直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が2400nmでかつD90粒径が3500nmのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は102GPaと非常に高いものであった。得られた多結晶体でドレッサーを作製し評価した結果、その摩耗量は非常に少なく、単結晶ダイヤモンド製ドレッサーの1/20程度であった。
[Example 7]
As a diamond raw material, graphite (graphite) having an average particle diameter of 30 nm and a D90 particle diameter of 40 nm or less (average particle diameter + 0.5 × average particle diameter) was prepared. Using this as a raw material, it was directly converted and sintered into diamond over a longer time than Example 6 under pressure conditions where diamond was thermodynamically stable. As a result, a polycrystalline diamond having an average particle size of 2400 nm and a D90 particle size of 3500 nm was obtained. The hardness of the polycrystalline diamond thus obtained was as extremely high as 102 GPa. As a result of producing and evaluating a dresser from the obtained polycrystal, the amount of wear was very small, about 1/20 of that of a single crystal diamond dresser.
[比較例1]
ダイヤモンドの原料として、その平均粒径が100nmでかつD90粒径が(平均粒径+1.1×平均粒径)以下の210nmである黒鉛(グラファイト)を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が200nmでかつD90粒径が400nmのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は112GPaと非常に高いものであった。得られた多結晶体でドレッサーを作製し評価した結果、単結晶ダイヤモンド製ドレッサーの1/3程度であった。
[Comparative Example 1]
As a raw material of diamond, graphite (graphite) having an average particle diameter of 100 nm and a D90 particle diameter of 210 nm or less (average particle diameter + 1.1 × average particle diameter) was prepared. Using this as a raw material, it was directly converted and sintered into diamond under pressure conditions where diamond was thermodynamically stable. As a result, a polycrystalline diamond having an average particle size of 200 nm and a D90 particle size of 400 nm was obtained. The hardness of the polycrystalline diamond thus obtained was as extremely high as 112 GPa. As a result of producing and evaluating a dresser with the obtained polycrystal, it was about 1/3 of the dresser made of single crystal diamond.
[比較例2]
ダイヤモンドの原料として、その平均粒径が20nmでかつD90粒径が(平均粒径+0.9×平均粒径)以下の37nmである黒鉛(グラファイト)を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が45nmでかつD90粒径が80nmのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は95GPaと若干柔らかいものであった。得られた多結晶体でドレッサーを作製し評価した結果、単結晶ダイヤモンド製ドレッサーの1/2程度であった。
[Comparative Example 2]
As a diamond raw material, graphite (graphite) having an average particle diameter of 20 nm and a D90 particle diameter of 37 nm or less (average particle diameter + 0.9 × average particle diameter) was prepared. Using this as a raw material, it was directly converted and sintered into diamond under pressure conditions where diamond was thermodynamically stable. As a result, a polycrystalline diamond having an average particle size of 45 nm and a D90 particle size of 80 nm was obtained. The hardness of the polycrystalline diamond thus obtained was 95 GPa and was slightly soft. As a result of producing and evaluating a dresser with the obtained polycrystal, it was about ½ of the dresser made of single crystal diamond.
[比較例3]
ダイヤモンドの原料として、その平均粒径が100nmでかつD90粒径が(平均粒径+0.9×平均粒径)以下の180nmである黒鉛(グラファイト)を準備した。これを原料として、ダイヤモンドが熱力学的に安定である圧力条件下において直接的にダイヤモンドに変換焼結させた。これにより、平均粒径が2700nmでかつD90粒径が3900nmのダイヤモンド多結晶体を得た。この様にして得られたダイヤモンド多結晶体の硬度は91GPaと若干柔らかいものであった。得られた多結晶体でドレッサーを作製し評価した結果、単結晶ダイヤモンド製ドレッサーの1/1.5程度であった。
[Comparative Example 3]
As a diamond raw material, graphite (graphite) having an average particle size of 100 nm and a D90 particle size of 180 nm or less (average particle size + 0.9 × average particle size) was prepared. Using this as a raw material, it was directly converted and sintered into diamond under pressure conditions where diamond was thermodynamically stable. As a result, a polycrystalline diamond having an average particle diameter of 2700 nm and a D90 particle diameter of 3900 nm was obtained. The hardness of the polycrystalline diamond thus obtained was 91 GPa and was slightly soft. As a result of producing and evaluating a dresser from the obtained polycrystal, it was about 1 / 1.5 of the dresser made of single crystal diamond.
表1に上記実施例及び比較例におけるダイヤモンド多結晶体の焼結粒子の平均粒径、D90粒径、係数(K)、硬度及び摩耗寿命の各数値を示した。なお、係数(K)は次式(1)で定義されるものである。
D90粒径=平均粒径+平均粒径×K ・・・(1)
Table 1 shows the numerical values of the average particle diameter, the D90 particle diameter, the coefficient (K), the hardness, and the wear life of the sintered particles of the polycrystalline diamond in the above examples and comparative examples. The coefficient (K) is defined by the following equation (1).
D90 particle size = average particle size + average particle size × K (1)
本発明で用いる多結晶ダイヤモンドは、従来の単結晶ダイヤモンドや金属結合材を含むダイヤモンド焼結体に比べて偏摩耗することがなく長期間安定して加工することができるので、ドレッサーの用途に好適に使用することができる。 Polycrystalline diamond used in the present invention can be processed stably for a long period of time without causing uneven wear compared to conventional single crystal diamond or a diamond sintered body containing a metal binder, so it is suitable for dresser applications. Can be used for
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