CN107207358B

CN107207358B - 复合多晶体及其制造方法

Info

Publication number: CN107207358B
Application number: CN201680005134.XA
Authority: CN
Inventors: 石田雄; 佐藤武; 角谷均
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2036-10-04
Also published as: US20170349441A1; JP2017081802A; PL3369717T3; JP6112177B1; EP3369717B1; WO2017073257A1; EP3369717A4; EP3369717A1; ES2897993T3; CN107207358A; US10703636B2

Abstract

所述复合多晶体具有包含多个金刚石粒子的多晶金刚石相以及由非金刚石碳构成的非金刚石相。非金刚石相分布在多晶金刚石相中。非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值为1000nm以下。

Description

复合多晶体及其制造方法

技术领域

本公开涉及复合多晶体及其制造方法。

本申请要求于2015年10月30日提交的日本专利申请No.2015-214098的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

日本专利待审公开No.2003-292397(专利文献1)和国际公开No.2009/099130(专利文献2)公开了多晶金刚石，其是通过在不添加烧结助剂和催化剂等的情况下直接将石墨转化为多晶金刚石而制造的。

日本专利待审公开No.9-142933(专利文献3)和日本专利待审公开No.2005-239472(专利文献4)公开了多晶金刚石，其包括多晶金刚石和诸如金属碳化物或金属氧化物之类的成分。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利待审公开No.2003-292397

专利文献2：国际公开No.2009/099130

专利文献3：日本专利待审公开No.9-142933

专利文献4：日本专利待审公开No.2005-239472

发明内容

本公开的复合多晶体包括：包含多个金刚石粒子的多晶金刚石相；以及由非金刚石碳构成的非金刚石相。该非金刚石相分布在该多晶金刚石相中。该非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值为1000nm以下。

本发明的复合多晶体的制造方法包括：

准备非金刚石碳；

在满足以下所有方程式(I)至(IV)的条件下将该非金刚石碳加压至烧结压力并且将该非金刚石碳加热至烧结温度：

P≤0.0067T+1…(I)；

P≥0.0035T-0.3462…(II)；

0≤T≤2700…(III)；以及

0≤P≤13…(IV)

其中P[GPa]表示压力并且T[℃]表示温度，

该烧结压力为9GPa以上13GPa以下，并且该烧结温度为1800℃以上2700℃以下；以及

将该非金刚石碳保持在烧结压力和烧结温度下，以使该非金刚石碳的一部分转化为多晶金刚石并且烧结该非金刚石碳和该多晶金刚石，从而制造复合多晶体。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施方案的复合多晶体的结构的示意图。

图2示出了根据参考实施方案的复合多晶体的结构的示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施方案的复合多晶体的制造方法的概要流程图。

图4是用于说明加压加热步骤条件的曲线图。

具体实施方式

[本发明将要解决的问题]

一直以来，已经开发了利用金刚石的硬度的切削工具和耐磨工具等。专利文献1和专利文献2中公开的多晶金刚石不含烧结助剂(例如钴)，因此金刚石的纯度高。根据专利文献1，多晶金刚石所表现出的硬度相当于单晶金刚石的硬度，此外，与单晶金刚石相比，多晶金刚石更难以劈开(cleave)。

另一方面，在专利文献3和专利文献4中，对烧结助剂进行了研究。根据这些文献，特定烧结助剂(诸如金属碳化物或金属氧化物)的使用导致了多晶金刚石的耐磨性等的增加。

然而，在加工时会有冲击和振动施加到工具的切削刃的应用中，特别需要增加耐崩裂性，该工具的实例包括诸如挖掘钻头之类的挖掘工具以及诸如划线轮之类的耐磨工具。

因此，本发明的目的在于提供具有更高的耐崩裂性的复合多晶体。

[本发明实施方案的说明]

首先，将列出并说明本发明的实施方案。

[1]根据本发明的一个方面的复合多晶体包括：含有多个金刚石粒子的多晶金刚石相；以及由非金刚石碳构成的非金刚石相。该非金刚石相分布在该多晶金刚石相中。该非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值为1000nm以下。

上述复合多晶体不是单相多晶体，而是包含多晶金刚石相和非金刚石相的复合多晶体(复合多晶金刚石)。该非金刚石相由诸如(例如)石墨和无定形碳之类的非金刚石碳组成。该非金刚石是微粒子相，其中非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值为1000nm以下，并且该非金刚石相分布在该多晶金刚石相中。

具有这种结构的复合多晶体具有更高的耐崩裂性。目前，虽然该机理的细节尚不清楚，但据信，在该结构中微细分布的非金刚石相减轻了冲击和压力。然而，当该非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值超过1000nm时，该结构中强度相对较低的非金刚石相可能成为断裂的起点，因此耐崩裂性降低。

此外，上述复合多晶体可以是基本上不含来自于烧结助剂或粘合剂的金属成分的复合多晶金刚石。如果来自于烧结助剂等的金属成分存在于多晶金刚石结构中，则可能由于金属成分的热膨胀而使得耐崩裂性降低。上述复合多晶体基本上不含金属成分，因此可以预期耐崩裂性的增加。

[2]非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值可以为100nm以下。其结果是，可以预期耐崩裂性的增加。

[3]金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值可以为1000nm以下。其结果是，可以预期耐崩裂性的增加。

[4]复合多晶体的努氏硬度可以为50GPa以上。其结果是，可以预期耐磨性的增加。

[5]根据本发明的一个方面的复合多晶体包括：包含多个金刚石粒子的多晶金刚石相；以及由非金刚石碳构成的非金刚石相。该非金刚石相分布在该多晶金刚石相中。该非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值为100nm以下。该金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值为1000nm以下。该复合多晶体的努氏硬度为50GPa以上。在该复合多晶体中，预期耐崩裂性增加。

[6]根据本发明的一个方面的复合多晶体的制造方法包括：

准备非金刚石碳；

P≤0.0067T+1…(I)；

P≥0.0035T-0.3462…(II)；

0≤T≤2700…(III)；以及

0≤P≤13…(IV)

其中P[GPa]表示压力以及T[℃]表示温度，

将该非金刚石碳保持在烧结压力和烧结温度，以使该非金刚石碳的一部分转化为多晶金刚石并且烧结非金刚石碳和该多晶金刚石，从而制造复合多晶体。

根据这样的制造方法，可以制造上述[1]中的复合多晶体。

[本发明的效果]

根据上述内容，提供了耐崩裂性增加的复合多晶体。

[本发明实施方案的详细说明]

以下，将详细说明本发明的一个实施方案(以下也称为“本实施方案”)。然而，本发明的实施方案并不限于以下说明。

<复合多晶体>

图1示出了本实施方案的复合多晶体的结构的示意图。例如，可以通过使用扫描电子显微镜(SEM)等来观察通过抛光复合多晶体而获得的一个表面，从而确认图1所示的晶体结构。

如图1所示，复合多晶体10包括含有多个金刚石粒子的多晶金刚石相11以及由非金刚石碳构成的非金刚石相12。由于这些相之间的晶体结构和导电性的差异，因而在使用SEM的观察中，观察到的多晶金刚石相11为亮视野，并且观察到的非金刚石相12为暗视野。

期望的是本实施方案的复合多晶体应该基本上仅包括多晶金刚石相和非金刚石相。由于不包含诸如烧结助剂或粘合剂之类的金属成分，因此不会发生金属成分的热膨胀，因而会使耐崩裂性增加。然而，本实施方案的复合多晶体可以包含在制造时不可避免地混入到复合多晶体中的不可避免的杂质。作为这样的不可避免的杂质，假定有(例如)吸附在原料(起始材料)上的氮(N)等。所包含的不可避免的杂质的量优选少于1000ppma(按原子计的百万分之一)。所包含的不可避免的杂质的量可以通过(例如)二次离子质谱法(SIMS)等来进行测定。

<<非金刚石相>>

复合多晶体中包含多个非金刚石相12。非金刚石相12分布在多晶金刚石相11中。

本文中的“分布”指的是这样的状态，即在图1所示的横截面图像中，非金刚石相以孤立的方式存在并且单独的非金刚石相并不相互连接。在本实施方案中，在下述情况下，包含在复合多晶体中的所有非金刚石相都被认为是处于“分布”的状态。

具体而言，将复合多晶体抛光，从而露出干净的表面。从该表面随机选择三个测定位置。在每个测定位置处以10000的放大倍数来观察9μm长×12μm宽的矩形范围。当在对这三个位置处的矩形范围的观察中不能确认非金刚石相的连接部分时，则认为包含在复合多晶体中的所有非金刚石相都处于分布的状态。

在本实施方案中，非金刚石相处于分布的状态，这使得耐崩裂性增加。相反地，若结构中存在非金刚相的连接部分，则该部分会成为断裂的起点，因而耐崩裂性降低。

非金刚石相由非金刚石碳构成。“非金刚石碳”指的是除金刚石以外的固体碳。非金刚石碳可以是(例如)石墨、玻璃碳、无定形碳、富勒烯、碳纳米管等。形成非金刚石相的非金刚石碳优选为石墨和无定形碳中的至少一种。非金刚石相可以由单晶、多晶和无定形中的一种形式或多种形式构成。例如，非金刚石相可以是石墨的单晶和无定形碳聚集而成的复合形式等。

通过一起使用SEM观察和X射线衍射测定来识别非金刚石相。具体而言，在包含非金刚石相的复合多晶体的X射线衍射中，观察到来自于金刚石的峰以及来自于(例如)石墨的峰。来自于(111)面、(220)面、(331)面等的峰可以被认为是来自于金刚石的峰。来自于(002)面、(004)面等的峰可以被认为是来自于石墨的峰。

除了上述之外，还可以使用(例如)采用微拉曼光谱仪的拉曼散射光谱测定来进一步确认非金刚石相。

(非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值)

非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值为1000nm以下。本文中的投影面积等效圆直径指的是这样的圆的直径，所述圆的面积与图1所示的横截面图像中的颗粒物的二维投影图像的面积相等。在非金刚石相(以及下述的金刚石粒子)的投影面积等效圆直径的测定中，SEM的观察倍数为10000倍，并且视野范围为9μm长×12μm宽的矩形范围。

可以根据以下操作步骤(a)至(f)来计算非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值。除非另有说明，否则本文中的平均值指的是算术平均值。

(a)首先，计算视野中非金刚石相的数量。

(b)对视野(SEM图像)进行二值化处理，从而将视野划分为来自于亮视野的像素(来自于多晶金刚石相的像素)以及来自于暗视野的像素(来自于非金刚石相的像素)。

(c)计算来自于暗视野的像素的数量。

(d)将暗视野中的像素的总数乘以每个像素的面积，从而计算暗视野的总面积。

(e)将暗视野的总面积除以非金刚石相的数量，从而计算每个非金刚石相的平均面积。

(f)确定面积等于平均面积的圆的直径。

本实施方案中的非金刚石相是微颗粒相，其中，非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值为1000nm以下。因此，即使当在结构中存在多个非金刚石相时，也可以认为非金刚石对于整个结构的强度的影响较小。此外，微细分布的非金刚石相被认为起到了缓和冲击的缓冲物的作用。多个非金刚石相的各投影面积等效圆直径优选均为1000nm以下。

从增加耐崩裂性的观点出发，非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值越小，则越优选。非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值可以为300nm以下、100nm以下、80nm以下或60nm以下。从耐磨性的观点出发，非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值可以为10nm以上。

(面积比率)

在通过抛光复合多晶体而得的一个表面中，非金刚石相的面积与这个表面的面积的比率(以下可以表示为“面积比率”)优选为0.5％以上30％以下。可以使用在投影面积等效圆直径的描述中说明的条件作为测定面积比率时SEM的观察条件(放大倍数和视野范围)。

将非金刚石相的面积确定为暗视野的总面积。可以通过上述的用于测定投影面积等效圆直径的操作步骤(a)至(f)来确定暗视野的总面积。然后，将暗视野的总面积除以整个视野的面积，从而可以计算出非金刚石相的面积比率。

当非金刚石相的面积比率为0.5％以上时，可以预期耐崩裂性的增加。该面积比率更优选为1％以上。当该面积比率为30％以下时，可以预期耐磨性的增加。该面积比率更优选为26％以下，并且进一步优选为20％以下。

<<多晶金刚石相>>

如图1所示，多晶金刚石相11形成了复合多晶体10的主相。如上所述，在本实施方案中，非金刚石相12处于分布和孤立的状态。换句话说，作为主相的多晶金刚石相11是连续的。表1示出了通过抛光复合多晶体而得的一个表面。在本实施方案中，当多晶金刚石相在一个表面上是连续的时，则多晶金刚石相被认为是三维连续的。当多晶金刚石相是三维连续的时，可以预期耐磨性的增加。

多晶金刚石相包含多个金刚石粒子。金刚石粒子是单一的单晶金刚石。单晶金刚石优选为立方金刚石。单晶金刚石可以是六方金刚石。可以通过调整SEM图像的对比度来确认形成多晶金刚石相的各个金刚石粒子的存在。

(金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值)

金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值优选为1000nm以下。可以根据以下操作步骤(g)至(l)来测定金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值。

(g)调整SEM图像的对比度，从而得到能够将单个金刚石粒子彼此间识别出来的状态，即能够区分晶界。

(h)计算视野中金刚石粒子的数量。

(i)如上所述，对图像进行二值化处理，并且计算来自于亮视野的像素的数量。

(j)将亮视野中的像素的总数乘以每个像素的面积，从而计算亮视野的总面积。

(k)将亮视野的总面积除以金刚石粒子的数量，从而计算每个金刚石粒子的平均面积。

(l)确定面积等于平均面积的圆的直径。

随着金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值变小，可以预期耐崩裂性的进一步增加。多个金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值可以为500nm以下、300nm以下、150nm以下、80nm以下或60nm以下。从耐磨性的观点出发，金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值优选为10nm以上。金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值可以为30nm以上。

<<努氏硬度>>

本实施方案的复合多晶体的努氏硬度优选为50GPa以上。随着努氏硬度变高，复合多晶体的耐磨性倾向于增加。努氏硬度更优选为60GPa以上，进一步优选为70GPa以上，最优选为100GPa以上。对于努氏硬度的上限没有特别的限制。努氏硬度可以是(例如)110GPa以下。

使用符合“JIS Z 2251:2009努氏硬度试验-测定方法”的方法来测定努氏硬度。常用的显微硬度测试仪可用于测定努氏硬度。测定环境可以是室温(例如，约23℃±5℃)。使用努氏型压头(具有菱形四角锥的形状)作为压头。压头的材料优选为单晶金刚石。试验力(载荷)为4.9N(0.5kgf)。试验力的保持时间为10秒。压头的接近速度为60μm/s。

<<复合多晶体的应用>>

本实施方案的复合多晶体展示出优异的耐崩裂性。因此，该复合多晶体适用于需要耐冲击性和耐振动性的应用，(例如)诸如挖掘钻头之类的挖掘工具，以及诸如钻头、端铣刀、车削用多刃刀片和车削工具之类的切削工具。利用耐磨性，复合多晶体可以用于诸如模具、划线器、划线轮和修整器之类的耐磨工具。或者，复合多晶体也可用于诸如研磨砂轮之类的研磨工具。即，本实施方案的另一形式可以是包括上述复合多晶体的挖掘工具、切削工具或研磨工具。

<复合多晶体的制造方法>

通常使用以下的制造方法制造本实施方案的复合多晶体(复合多晶体金刚石)。

图3为示出了本实施方案的复合多晶体的制造方法的概要流程图。制造方法包括准备步骤(S01)、加压加热步骤(S02)以及转化烧结步骤(S03)。这些步骤按此顺序进行。以下，对这些步骤进行说明。

<<准备步骤(S01)>>

在准备步骤中，准备了非金刚石碳。用作复合多晶体的原料(起始材料)的非金刚石碳可以是(例如)石墨、玻璃碳、无定形碳(例如炭黑)、富勒烯(例如，C₆₀)、碳纳米管等。用作原料的非金刚石碳优选为石墨。当使用石墨时，可以预期复合多晶体的质量和纯度的提高。石墨的纯度优选为99质量％以上100质量％以下，更优选为99.5质量％以上100质量％以下。

用作原料的非金刚石碳可以是粉末或成型材料。用作原料的非金刚石碳优选为由石墨颗粒构成的成型材料(以下也称为“石墨成型材料”)。当使用这种石墨成型材料时，易于生成致密的复合多晶体。石墨颗粒的平均粒径优选为10nm以上5000nm以下，更优选为10nm以上且1000nm以下。本文中的“平均粒径”指的是在通过激光衍射和散射法测定的基于体积的粒度分布中，总累积量为50％处的粒径(也称为“d50”和“中值粒径”)。

石墨成型材料可以通过(例如)将石墨颗粒的粉末进行加压成型来进行制造。理想的成型材料的形状是易于向其各向同性地施加压力的形状。成型材料的形状为(例如)圆柱形、立方体形、球形等。石墨成型材料的密度可以调整为约1.80g/cm³至1.90g/cm³。

<<加压加热步骤(S02)>>

在以下步骤中，使用能够产生1800℃以上的高温状态和9GPa以上的高压状态的高温高压发生装置。高温高压发生装置的实例包括带式装置、立方体式装置、分体式装置等。可以使用任意类型的装置，只要其可以产生上述高温高压状态即可。

在加压加热步骤中，在特定条件下进行加压以达到烧结压力并进行加热以达到烧结温度。

在处理之前，将非金刚石碳包封在高熔点金属制微腔中。高熔点金属的实例包括钽(Ta)、钼(Mo)、铂(Pt)、铼(Re)等。将微腔放置在高温高压装置的样品室内，进行加压和加热。在本实施方案中，在满足以下所有方程式(I)至(IV)的条件下进行加压和加热以达到目标烧结压力和目标烧结温度：

P≤0.0067T+1…(I)；

P≥0.0035T-0.3462…(II)；

0≤T≤2700…(III)；以及

0≤P≤13…(IV)

其中P[GPa]表示压力，T[℃]表示温度。

图4是用于说明加压加热步骤条件的曲线图。在图4的曲线图中，纵轴表示压力[GPa]，横轴表示温度[℃]。曲线图中的区域A是满足所有上述方程式(I)至(IV)的区域。

当P和T在加压加热期间落入到不满足上述方程式(I)的区域(即，“P>0.0067T+1”)时，会进行从非金刚石碳到金刚石的相变，这种相变主要是没有原子扩散的马氏体相变。其结果是，在所生成的复合多晶体中，非金刚石相的形状不均匀，并且非金刚石相的分布状态也较差。

当P和T在加压加热期间落入到不满足上述方程式(II)的区域(即，“P<0.0035T-0.3462”)时，石墨相变得稳定，因此从非金刚石碳到金刚石的转化效率降低。其结果是，在所生成的复合多晶体中，形成了粗大的非金刚石相，并且非金刚石相的分布状态也较差。

图2示出了根据参考实施方案的复合多晶体的结构的示意图。在以下的条件下制造了如图2所示的复合多晶体20，即P和T在加压和加热期间位于如上所述的区域A之外。复合多晶体20包括粗大的非金刚石相22以及非金刚石相23，在非金刚石相23中多个非金刚石相聚集并彼此连接。此外，非金刚石相在多晶金刚石相21中的分布状态不均匀。在这种结构中，非金刚石相22和23可能成为破坏的起点，因此易于发生崩裂。

<<转化烧结步骤(S03)>>

在转化烧结步骤中，将非金刚石碳保持在烧结压力和烧结温度下，以使非金刚石碳的一部分转化为多晶金刚石，并且将非金刚石碳和多晶金刚石烧结，从而制造复合多晶体。

在本实施方案中，烧结压力为9GPa以上13GPa以下，烧结温度为1800℃以上且2700℃以下。在这些条件下的转化和烧结能够有效生成多晶金刚石相。

从转换效率的观点来看，烧结压力可以为10GPa以上，并且可以为12GPa以下。此外，烧结温度可以为1900℃以上，或者可以为2200℃以上。烧结温度可以为2600℃以下，或者可以为2400℃以下。

烧结压力和烧结温度的保持时间为(例如)大约5分钟以上2小时以下，优选为大约10分钟以上1小时以下，更优选为大约10分钟以上30分钟以下。

通过进行上述步骤，可以制造出本实施方案的复合多晶体。

实施例

虽然将参照实施例来说明本实施方案，但本实施方案并不限于以下实施例。

<复合多晶体的制造>

如下所述制造根据试样No.1至试样No.6的复合多晶体(复合多晶金刚石)。试样No.1至试样No.4对应于实施例，试样No.5和试样No.6对应于比较例。

<<试样No.1>>

1.准备步骤(S01)

将粒径范围为100nm至3000nm的石墨颗粒粉末压制成型，从而制造石墨成型材料(密度：1.85g/cm³，纯度：99.5质量％)。由此准备了作为起始材料的非金刚石碳。

2.加压加热步骤(S02)

将石墨成型材料放入高熔点金属制微腔中，并将微腔放置在高温高压装置的样品室中。在属于图4中的区域A的条件下，进行加压以达到9GPa，并且进行加热以达到2600℃。

3.转化烧结步骤(S03)

将非金刚石碳保持在9GPa(烧结压力)和2600℃(烧结温度)下20分钟，从而将非金刚石碳的一部分转化为多晶金刚石，并烧结非金刚石碳和多晶金刚石。由此制造了根据试样No.1的复合多晶体。

<<试样No.2至试样No.4>>

与试样No.1类似，制造了各试样No.2至试样No.4，不同之处在于：在加压加热步骤中，在属于图4中的区域A的条件下进行加压和加热，以达到表1中“转化烧结步骤”一栏所示出的烧结压力和烧结温度，并且在转化烧结步骤中保持这些烧结压力和烧结温度，从而制造复合多晶体。

<<试样No.5>>

与试样No.1类似，制造了试样No.5，不同之处在于：在加压加热步骤中，进行加压以达到10GPa(烧结压力)，并进行加热以达到1000℃(烧结温度)，并且在转化烧结步骤中保持该烧结压力和烧结温度，从而制造复合多晶体。

试样No.5对应于在不满足上述方程式(I)“P≤0.0067T+1”的条件下进行加压加热步骤的实施例。在图4中，试样No.5的条件属于位于区域A的上侧的区域。

<<试样No.6>>

与试样No.1类似，制造了试样No.6，不同之处在于：在加压加热步骤中，首先进行加压以达到6GPa并进行加热以达到2200℃(烧结温度)，然后进行加压以达到10GPa(烧结压力)，并且在转化烧结步骤中保持该烧结压力和烧结温度，从而制造复合多晶体。

对于试样No.6，尽管最终的烧结压力和烧结温度在区域A内，但是在加压加热过程中，压力和温度曾经暂时处于区域A以外。也就是说，当进行加压加热以达到6GPa和2200℃时，并不满足上述方程式(II)“P≥0.0035T-0.3462”。在图4中，P＝6GPa并且T＝2200℃的条件属于位于区域A的下侧的区域。

<评价>

如下所述对试样进行评价。

1.非金刚石相的面积比率

对各试样进行抛光以露出干净的表面。使用SEM在表面的三个不同位置处进行观察，从而识别多晶金刚石相(亮视野)和非金刚石相(暗视野)。根据上述步骤，计算非金刚石相的面积比率。结果示于表1中。如下所述设定SEM的条件。

(SEM条件)

观察倍数：10000x

视野范围：9μm长×12μm宽的矩形范围

2.投影面积等效圆直径

根据上述步骤，计算非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值和金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值。结果示于表1中。在表1中，将投影面积等效圆直径的平均值缩写为“等效圆直径(平均值)”。

3.努氏硬度

在以下条件下测定各试样的努氏硬度。该测定进行多次。结果示于表1中。表1中“努氏硬度”一栏所示出的“65-75”等的意思是：在多次测定中，最小值为65GPa，最大值为75GPa。可以想到，努氏硬度越高，耐磨性越好。

(努氏硬度的测定条件)

压头：努氏型压头(材料：IIa型金刚石，形状：菱形四角锥型)

试验力：4.9N

试验力保持时间：10秒

压头接近速度：60μm/s

4.切削试验

将各试样加工成切削加工用刀片。使用该切削加工用刀片，并在以下条件下进行切削试验，从而评价耐崩裂性。该切削条件基于这样的假定，即在切削加工期间将有冲击施加到工具上。结果示于表1中。

(切削条件)

切削方法：湿式切削

工件：铝合金A390圆棒(具有四个V型槽)

切削速度：800米/分钟

切削深度：0.2mm

进给：0.1mm/转

切削长度：10km

<结果与考察>

如表1所示，在试样No.5和试样No.6中，非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值超过1000nm。此外，非金刚石相的尺寸变化很大，并且投影面积等效圆直径约为100nm的微小非金刚石相以及投影面积等效圆直径约为4000nm至5000nm的粗大非金刚石相混合存在。即，试样No.5中投影面积等效圆直径的范围为100nm至4000nm，试样No.6中投影面积等效圆直径的范围为100nm至5000nm。此外，在粗大的非金刚石相中还发现多个非金刚石相的连接部分。

在切削试验中，在试样No.5中，当切削长度为3km时，工具的切削刃明显崩裂。同样在试样No.6中，当切削长度为2km时，工具的切削刃明显崩裂。

如表1所示，在试样No.1至试样No.4中，非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值为1000nm以下。通过试样No.1至试样No.4的结构观察结果，确认了非金刚石相分布在多晶金刚石相中。在切削试验中，试样No.1至试样No.4的切削距离可超过10km而不发生崩裂。也就是说，相比于试样No.5和试样No.6，试样No.1至试样No.4的耐崩裂性增加。

试样No.1至试样No.4中的各试样的努氏硬度均为50GPa以上。此外，在试样No.1至试样No.4中，努氏硬度的变化(最大值和最小值之差)较小，即约为10GPa。因此，可以想到的是，试样No.1至试样No.4也具有优异的耐磨性。

在试样No.1至试样No.4中，确认了随着非金刚石相的面积比率变低，努氏硬度变高。从表1可以看出，根据本实施方案的复合多晶体的努氏硬度可以为60GPa以上，或者可以为70GPa以上，或者可以为100GPa以上。

试样No.5和试样No.6的努氏硬度的变化大约为30GPa至35GPa，该变化大于试样No.1至试样No.4的努氏硬度的变化。这被认为是由于非金刚石相的分布性较低。

虽然上面已对本发明的实施方案和实施例进行了说明，但是本发明原本也旨在对上述实施方案和实施例的特征进行适当的组合或多方面的修改。

应当理解的是，本文所公开的实施方案和实施例在各方面都是说明性和非限制性的。本发明的范围是由权利要求书条款限定，而非上述的实施方案和实施例，并且本发明的范围旨在包括与权利要求书等同范围和意义内的任何修改。

附图标记列表

10、20复合多晶体；11、21多晶金刚石相；12、22、23非金刚石相；A区域。

Claims

1.一种复合多晶体，包含：

含有多个金刚石粒子的多晶金刚石相；以及

由非金刚石碳构成的非金刚石相，其中非金刚石碳是指除金刚石以外的固体碳，并且

所述非金刚石相分布在所述多晶金刚石相中，所述非金刚石相以孤立的方式存在并且单独的非金刚石相并不相互连接，

所述非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值为1000nm以下。

2.根据权利要求1所述的复合多晶体，其中

所述非金刚石相的所述投影面积等效圆直径的平均值为100nm以下。

3.根据权利要求1或2所述的复合多晶体，其中

所述金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值为1000nm以下。

4.根据权利要求1或2所述的复合多晶体，其中

所述复合多晶体的努氏硬度为50GPa以上。

5.一种复合多晶体，包含：

含有多个金刚石粒子的多晶金刚石相；以及

所述非金刚石相的投影面积等效圆直径的平均值为100nm以下，

所述金刚石粒子的投影面积等效圆直径的平均值为1000nm以下，

所述复合多晶体的努氏硬度为50GPa以上。

6.一种制造权利要求1或权利要求5所述的复合多晶体的方法，所述方法包括：

准备非金刚石碳；

在满足以下所有方程式(I)至(IV)的条件下将所述非金刚石碳加压至烧结压力并且将所述非金刚石碳加热至烧结温度：

P≤0.0067T+1...(I)；

P≥0.0035T-0.3462...(II)；

0≤T≤2700...(III)；以及

0≤P≤13...(IV)

其中P[GPa]表示压力并且T[℃]表示温度，

所述烧结压力为9GPa以上13GPa以下，并且所述烧结温度为1800℃以上2700℃以下；以及

将所述非金刚石碳保持在所述烧结压力和所述烧结温度下，以使所述非金刚石碳的一部分转化为多晶金刚石并且将所述非金刚石碳和所述多晶金刚石烧结，从而制造所述复合多晶体。