TW201936495A - 複合多晶鑽石及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之複合多晶鑽石包括：包含複數個鑽石粒子之主相及包含石墨之副相，且上述石墨之晶體結構之晶格常數C為6 Å以上且6.7 Å以下。
Description
本發明係關於一種複合多晶鑽石及其製造方法。本申請主張基於2018年1月24日提出申請之日本專利申請即日本專利特願2018-009423號之優先權。該日本專利申請中所記載之全部記載內容藉由參照援用於本說明書中。
於日本專利特開2003-292397號公報(專利文獻1)及國際公開第2009/099130號(專利文獻2)中，揭示有於不添加燒結助劑及觸媒等之狀況下藉由將石墨直接轉化為多晶鑽石而製造之多晶鑽石。
又，於日本專利特開平09-142933號公報(專利文獻3)及日本專利特開2005-239472號公報(專利文獻4)中，揭示有包含多晶鑽石及金屬碳化物、金屬氧化物等成分之多晶鑽石。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2003-292397號公報
[專利文獻2]國際公開第2009/099130號
[專利文獻3]日本專利特開平09-142933號公報
[專利文獻4]日本專利特開2005-239472號公報
[專利文獻2]國際公開第2009/099130號
[專利文獻3]日本專利特開平09-142933號公報
[專利文獻4]日本專利特開2005-239472號公報
本發明之一態樣之複合多晶鑽石包括：包含複數個鑽石粒子之主相及包含石墨之副相，且上述石墨之晶體結構之晶格常數C為6 Å以上且6.7 Å以下。
本發明之一態樣之複合多晶鑽石之製造方法包括如下步驟：
準備非鑽石碳之步驟；
於將壓力設為P[GPa]且將溫度設為T[℃]時，
於下述式(I)及(II)：
9≦P≦16.5(1800≦T≦2400) (I)
9≦P≦15(2400＜T≦2700) (II)
所表示之區域內，將上述非鑽石碳加壓至燒結壓力並且加熱至燒結溫度之步驟；
藉由將上述非鑽石碳以上述燒結壓力及上述燒結溫度保持，而使上述非鑽石碳之一部分轉化為多晶鑽石並且將上述非鑽石碳及上述多晶鑽石燒結從而製造複合多晶鑽石之步驟；及
將所製造之上述複合多晶鑽石以9～16.5 GPa之壓力及150～750℃/min之冷卻速度冷卻至30～200℃之溫度之步驟；且
上述非鑽石碳包含石墨，
上述燒結壓力為9 GPa以上且16.5 GPa以下，
上述燒結溫度為1800℃以上且2700℃以下。
準備非鑽石碳之步驟；
於將壓力設為P[GPa]且將溫度設為T[℃]時，
於下述式(I)及(II)：
9≦P≦16.5(1800≦T≦2400) (I)
9≦P≦15(2400＜T≦2700) (II)
所表示之區域內，將上述非鑽石碳加壓至燒結壓力並且加熱至燒結溫度之步驟；
藉由將上述非鑽石碳以上述燒結壓力及上述燒結溫度保持，而使上述非鑽石碳之一部分轉化為多晶鑽石並且將上述非鑽石碳及上述多晶鑽石燒結從而製造複合多晶鑽石之步驟；及
將所製造之上述複合多晶鑽石以9～16.5 GPa之壓力及150～750℃/min之冷卻速度冷卻至30～200℃之溫度之步驟；且
上述非鑽石碳包含石墨，
上述燒結壓力為9 GPa以上且16.5 GPa以下，
上述燒結溫度為1800℃以上且2700℃以下。
[發明所欲解決之問題]
先前開發有活用鑽石之硬度之切削工具、耐磨工具等。專利文獻1及2中所揭示之多晶鑽石不含燒結助劑(例如鈷)等，鑽石之純度較高。根據專利文獻1，認為該多晶鑽石顯示出與單晶鑽石相匹敵之硬度，進而與單晶鑽石相比，更難劈開。
先前開發有活用鑽石之硬度之切削工具、耐磨工具等。專利文獻1及2中所揭示之多晶鑽石不含燒結助劑(例如鈷)等，鑽石之純度較高。根據專利文獻1，認為該多晶鑽石顯示出與單晶鑽石相匹敵之硬度，進而與單晶鑽石相比，更難劈開。
另一方面，於專利文獻3及4中對燒結助劑進行研究。於該等文獻中，認為藉由使用特定之燒結助劑(金屬碳化物、金屬氧化物等)，使多晶鑽石之耐磨耗性等提昇。
然而，於例如挖掘用鑽頭等挖掘工具、刻劃輪等耐磨工具等在加工時對工具刀尖施加衝擊、振動之用途中，尤其期望耐缺損性之提昇。
因此，本發明之目的在於提供一種耐缺損性得到提昇之複合多晶鑽石。
[發明之效果]
根據上述內容，本發明提供一種耐缺損性得到提昇之複合多晶鑽石。
根據上述內容，本發明提供一種耐缺損性得到提昇之複合多晶鑽石。
[本發明之實施形態之說明]
首先列舉本發明之實施形態進行說明。
[1]本發明之一態樣之複合多晶鑽石包括：包含複數個鑽石粒子之主相及包含石墨之副相，且上述石墨之晶體結構之晶格常數C為6 Å以上且6.7 Å以下。
首先列舉本發明之實施形態進行說明。
[1]本發明之一態樣之複合多晶鑽石包括：包含複數個鑽石粒子之主相及包含石墨之副相，且上述石墨之晶體結構之晶格常數C為6 Å以上且6.7 Å以下。
上述複合多晶鑽石係包括主相及副相之複合多晶而非單一相之多晶。於具有該組織之複合多晶鑽石中，耐缺損性提昇。推測藉由微細地分散於組織中之副相包含特定晶格常數C之石墨，而使石墨之層間之共價鍵結性增加，且維持所需之韌性。然而，若上述石墨之晶格常數C未達6 Å，則成為sp3
混成鍵大量形成而韌性變差之結構，因此，耐缺損性反而下降。若上述石墨之晶格常數C超過6.7 Å，則成為主要利用凡得瓦力(van der Waals force)而非共價鍵來使層間結合之石墨，導致層間之結合變弱，因此，耐缺損性反而下降。
進而，上述複合多晶鑽石可為實質上不含源自燒結助劑、結合材之金屬成分之複合多晶鑽石。若多晶鑽石組織內存在源自燒結助劑等之金屬成分，則有可能因金屬成分之熱膨脹導致耐缺損性下降。上述複合多晶鑽石由於實質上不含金屬成分，因此可期待耐缺損性之提昇。
[2]上述石墨相對於上述複合多晶鑽石之含有比率為0.0001質量%以上且未達50質量%。藉由如此規定，使耐缺損性進一步提昇。
[3]上述石墨相對於上述複合多晶鑽石之含有比率為10質量%以上且40質量%以下。藉由如此規定，使耐缺損性進一步提昇。
[4]上述副相分散於上述主相中，上述副相之投影面積圓當量徑之平均值為10 μm以下。藉由如此規定，使耐缺損性進一步提昇。
[5]上述副相之投影面積圓當量徑之平均值為0.1 μm以上且5 μm以下。藉由如此規定，使耐缺損性進一步提昇。
[6]上述鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值為1000 nm以下。藉由如此規定，使耐缺損性進一步提昇。
[7]上述鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值為10 nm以上且500 nm以下。藉由如此規定，使耐缺損性進一步提昇。
[8]努氏硬度為50 GPa以上。藉由如此規定，可期待耐磨耗性之提昇。
[9]本發明之一態樣之複合多晶鑽石之製造方法包括如下步驟：
準備非鑽石碳之步驟；
於將壓力設為P[GPa]且將溫度設為T[℃]時，
於下述式(I)及(II)：
9≦P≦16.5(1800≦T≦2400) (I)
9≦P≦15(2400＜T≦2700) (II)
所表示之區域內，將上述非鑽石碳加壓至燒結壓力並且加熱至燒結溫度之步驟；
藉由將上述非鑽石碳以上述燒結壓力及上述燒結溫度保持，而使上述非鑽石碳之一部分轉化為多晶鑽石並且將上述非鑽石碳及上述多晶鑽石燒結，從而製造複合多晶鑽石之步驟；及
將所製造之上述複合多晶鑽石以9～16.5 GPa之壓力及150～750℃/min之冷卻速度冷卻至30～200℃之溫度之步驟；且
上述非鑽石碳包含石墨，
上述燒結壓力為9 GPa以上且16.5 GPa以下，
上述燒結溫度為1800℃以上且2700℃以下。根據該製造方法，能夠製造上述複合多晶鑽石。
準備非鑽石碳之步驟；
於將壓力設為P[GPa]且將溫度設為T[℃]時，
於下述式(I)及(II)：
9≦P≦16.5(1800≦T≦2400) (I)
9≦P≦15(2400＜T≦2700) (II)
所表示之區域內，將上述非鑽石碳加壓至燒結壓力並且加熱至燒結溫度之步驟；
藉由將上述非鑽石碳以上述燒結壓力及上述燒結溫度保持，而使上述非鑽石碳之一部分轉化為多晶鑽石並且將上述非鑽石碳及上述多晶鑽石燒結，從而製造複合多晶鑽石之步驟；及
將所製造之上述複合多晶鑽石以9～16.5 GPa之壓力及150～750℃/min之冷卻速度冷卻至30～200℃之溫度之步驟；且
上述非鑽石碳包含石墨，
上述燒結壓力為9 GPa以上且16.5 GPa以下，
上述燒結溫度為1800℃以上且2700℃以下。根據該製造方法，能夠製造上述複合多晶鑽石。
[本發明之實施形態之詳情]
以下，對本發明之一實施形態(以下亦記作「本實施形態」)進行詳細說明。但是，本發明之實施形態並不限定於以下之說明。此處，於本說明書中，「A～B」之形式之記法係指範圍之上限及下限(即A以上且B以下)，於A中無單位之記載而僅在B中記載有單位之情形時，A之單位與B之單位相同。
以下，對本發明之一實施形態(以下亦記作「本實施形態」)進行詳細說明。但是，本發明之實施形態並不限定於以下之說明。此處，於本說明書中，「A～B」之形式之記法係指範圍之上限及下限(即A以上且B以下)，於A中無單位之記載而僅在B中記載有單位之情形時，A之單位與B之單位相同。
＜複合多晶鑽石＞
圖1係表示本實施形態之複合多晶鑽石之組織之模式圖。如圖1之結晶組織能夠藉由利用掃描式電子顯微鏡(SEM，Scanning Electron Microscope)等觀察例如對複合多晶鑽石進行研磨而獲得之一表面來進行確認。作為掃描式電子顯微鏡，例如可列舉日本電子股份有限公司製造之JEOL JSM-7000F(商品名)等。
圖1係表示本實施形態之複合多晶鑽石之組織之模式圖。如圖1之結晶組織能夠藉由利用掃描式電子顯微鏡(SEM，Scanning Electron Microscope)等觀察例如對複合多晶鑽石進行研磨而獲得之一表面來進行確認。作為掃描式電子顯微鏡，例如可列舉日本電子股份有限公司製造之JEOL JSM-7000F(商品名)等。
如圖1所示，複合多晶鑽石10包括：包含複數個鑽石粒子之主相11及包含石墨之副相12。根據各相之晶體結構及導電性之差，於利用SEM進行之觀察中，觀測到主相11為亮視野，觀測到副相12為暗視野。於本實施形態之一方面，亦可掌握到多晶鑽石10係主相11與副相12複合而得。
本實施形態之複合多晶鑽石較佳為實質上包括主相及副相。由於不含燒結助劑、結合材等之金屬成分，而無金屬成分之熱膨脹，因此，耐缺損性提昇。但是，本實施形態之複合多晶鑽石有可能包含於製造時不可避免地混入之不可避免之雜質。作為這種不可避免之雜質，例如可設想吸附於原料(起始物質)之氮(N)等。不可避免之雜質之含量較佳為未達1000 ppma(parts per million atomic，以原子百萬分率計)。不可避免之雜質之含量例如能夠藉由二次離子質譜法(SIMS，Secondary Ion Mass Spectrometry)等進行測定。
《包含石墨之副相》
副相12於複合多晶鑽石10中包含複數個。副相12較佳為分散於主相11中。
副相12於複合多晶鑽石10中包含複數個。副相12較佳為分散於主相11中。
此處，「分散」係指於如圖1之截面圖像中，副相分別孤立地存在且各副相彼此不相連之狀態。於本實施形態中，於以下情形時，視作複合多晶鑽石中所包含之全部副相「分散」。
即，首先，藉由對複合多晶鑽石進行研磨，使潔淨之表面露出。自該表面中，隨機選定3處測定位置。於各測定位置，以10000倍之倍率分別觀察縱9 μm×橫12 μm之矩形範圍。於在3處矩形範圍之觀察中無法確認副相彼此相連之部分之情形時，視作該複合多晶鑽石中所包含之全部副相分散。
於本實施形態中，若副相分散，則使耐缺損性進一步提昇。相對於此，若組織內存在副相彼此相連之部分，則該部分會成為破壞之起點，因此會導致耐缺損性下降。
上述副相包含石墨。「石墨」係指由碳構成之六角板狀結晶且具有屬於六方晶系之層狀結構之結晶。上述石墨可為單晶，亦可為多晶。上述石墨較佳為多晶。上述石墨為單晶或多晶能夠利用藉由X射線繞射(XRD)測得之強度波峰之半值寬進行判斷。例如，於石墨中之上述強度波峰之半值寬大於0.1之情形時，可判斷石墨為多晶。上述石墨結晶於複合多晶鑽石中可定向，亦可不定向。「石墨之結晶定向」係指複合多晶鑽石中之石墨之結晶之朝向偏向特定方向。
上述副相亦可進而包含石墨以外之非鑽石碳。「非鑽石碳」係指鑽石以外之固體碳。石墨以外之非鑽石碳例如可列舉玻璃碳、非晶形碳、富勒烯、奈米碳管等。上述副相較佳為由石墨構成。上述副相可由單晶及多晶中之一形態構成，亦可由進而包含非晶(非晶質)之複數個形態構成。
副相可藉由併用SEM觀察及X射線繞射測定進行鑑定。即，於包含副相之複合多晶鑽石之X射線繞射中，觀測到例如源自鑽石之波峰及源自石墨之波峰。此處，作為源自鑽石之波峰，考慮源自(111)面、(220)面、(311)面等之波峰。又，作為源自石墨之波峰，考慮源自(002)面、(004)面等之波峰。
此外，亦可進而併用例如利用顯微拉曼分光裝置之拉曼散射光譜測定來進行副相之鑑定。
(石墨之晶體結構)
於本實施形態中，上述副相中所包含之上述石墨之晶體結構之晶格常數C為6 Å以上且6.7 Å以下。上述晶格常數C較佳為6 Å以上且6.4 Å以下，更佳為6 Å以上且6.3 Å以下。藉由將上述晶格常數C設為上述範圍，本實施形態之複合多晶鑽石成為具有與單一相之純粹多晶鑽石同等之硬度且具有優異之耐缺損性者。此處，「晶格常數C」係指結晶之單位晶格中之C軸之長度。石墨結晶中之「C軸」係指與石墨烯之層之積層方向平行之軸。晶格常數C可使用X射線繞射法並藉由通常之2θ-θ法進行測定。
於本實施形態中，上述副相中所包含之上述石墨之晶體結構之晶格常數C為6 Å以上且6.7 Å以下。上述晶格常數C較佳為6 Å以上且6.4 Å以下，更佳為6 Å以上且6.3 Å以下。藉由將上述晶格常數C設為上述範圍，本實施形態之複合多晶鑽石成為具有與單一相之純粹多晶鑽石同等之硬度且具有優異之耐缺損性者。此處，「晶格常數C」係指結晶之單位晶格中之C軸之長度。石墨結晶中之「C軸」係指與石墨烯之層之積層方向平行之軸。晶格常數C可使用X射線繞射法並藉由通常之2θ-θ法進行測定。
(石墨之含有比率)
上述石墨相對於複合多晶鑽石之含有比率較佳為0.0001質量%以上且未達50質量%，更佳為1質量%以上且40質量%以下，進而較佳為10質量%以上且40質量%以下。
上述石墨相對於複合多晶鑽石之含有比率較佳為0.0001質量%以上且未達50質量%，更佳為1質量%以上且40質量%以下，進而較佳為10質量%以上且40質量%以下。
上述含有比率可使用以下之方法求出。即，可藉由如下算出方法求出石墨之含有比率，該算出方法係包括未定向之主相及至少1個定向之副相(定向之石墨)之試驗體(複合多晶鑽石)中之受驗對象即上述定向之副相之含有比率之算出方法，且包括如下步驟：
對初始設定位置處之上述試驗體之表面，以取特定入射角θ之方式自射線源照射X射線，利用檢測器檢測因上述試驗體而以繞射角2θ繞射之X射線之強度，此時，一面以上述初始設定位置處之上述試驗體之表面a與包含所照射之上述X射線及經繞射之上述X射線之平面b的交線為軸且以使上述表面a與上述平面b所成之角度d變化之方式使上述射線源及上述檢測器、或上述試驗體旋轉，一面檢測以複數個上述角度d繞射之上述X射線之強度之步驟；
基於所檢測出之上述X射線之強度，於複數個上述角度d下求出上述主相及受驗對象即上述副相各者之2θ-θ光譜之積分強度參數之步驟；
基於在複數個上述角度d下求出之上述主相之上述積分強度參數及受驗對象即上述副相之上述積分強度參數，於複數個上述角度d下分別求出受驗對象即上述副相之含有比率之步驟；及
藉由對在複數個上述角度d下求出之受驗對象即上述副相之含有比率予以平均，算出上述試驗體中之受驗對象即上述定向之副相之含有比率之步驟。上述算出方法即便使用「包括未定向之主相及至少1個未定向之副相之試驗體」來代替「包括未定向之主相及至少1個定向之副相之試驗體」，亦能夠算出受驗對象即該副相之含有比率。以下，對各步驟進行說明。再者，於以下之說明中，「試驗體」係指上述複合多晶鑽石，「定向之副相」係指定向之上述石墨。
對初始設定位置處之上述試驗體之表面，以取特定入射角θ之方式自射線源照射X射線，利用檢測器檢測因上述試驗體而以繞射角2θ繞射之X射線之強度，此時，一面以上述初始設定位置處之上述試驗體之表面a與包含所照射之上述X射線及經繞射之上述X射線之平面b的交線為軸且以使上述表面a與上述平面b所成之角度d變化之方式使上述射線源及上述檢測器、或上述試驗體旋轉，一面檢測以複數個上述角度d繞射之上述X射線之強度之步驟；
基於所檢測出之上述X射線之強度，於複數個上述角度d下求出上述主相及受驗對象即上述副相各者之2θ-θ光譜之積分強度參數之步驟；
基於在複數個上述角度d下求出之上述主相之上述積分強度參數及受驗對象即上述副相之上述積分強度參數，於複數個上述角度d下分別求出受驗對象即上述副相之含有比率之步驟；及
藉由對在複數個上述角度d下求出之受驗對象即上述副相之含有比率予以平均，算出上述試驗體中之受驗對象即上述定向之副相之含有比率之步驟。上述算出方法即便使用「包括未定向之主相及至少1個未定向之副相之試驗體」來代替「包括未定向之主相及至少1個定向之副相之試驗體」，亦能夠算出受驗對象即該副相之含有比率。以下，對各步驟進行說明。再者，於以下之說明中，「試驗體」係指上述複合多晶鑽石，「定向之副相」係指定向之上述石墨。
檢測經繞射之X射線之強度之步驟
圖2A係本實施形態之使用X射線繞射法之定量分析之模式圖。圖2B係自方向40觀察圖2A時之模式圖。本步驟係對初始設定位置處之上述試驗體50之表面a，以取特定入射角θ之方式，自射線源(未圖示)照射X射線X1，利用檢測器(未圖示)檢測因上述試驗體50而以繞射角2θ繞射之X射線X2之強度，此時，一面以上述初始設定位置處之上述試驗體50之表面a與包含所照射之上述X射線X1及經繞射之上述X射線X2之平面b的交線30為軸且以使上述表面a與上述平面b所成之角度d變化之方式使上述射線源及上述檢測器、或上述試驗體50旋轉，一面於複數個上述角度d下檢測經繞射之上述X射線X2之強度。此處，「複數個角度d」係指上述角度d於下述特定範圍內取各種角度。
圖2A係本實施形態之使用X射線繞射法之定量分析之模式圖。圖2B係自方向40觀察圖2A時之模式圖。本步驟係對初始設定位置處之上述試驗體50之表面a，以取特定入射角θ之方式，自射線源(未圖示)照射X射線X1，利用檢測器(未圖示)檢測因上述試驗體50而以繞射角2θ繞射之X射線X2之強度，此時，一面以上述初始設定位置處之上述試驗體50之表面a與包含所照射之上述X射線X1及經繞射之上述X射線X2之平面b的交線30為軸且以使上述表面a與上述平面b所成之角度d變化之方式使上述射線源及上述檢測器、或上述試驗體50旋轉，一面於複數個上述角度d下檢測經繞射之上述X射線X2之強度。此處，「複數個角度d」係指上述角度d於下述特定範圍內取各種角度。
對試驗體50之表面a照射之X射線X1之射線源只要可發生藉由上述表面a而繞射之X射線，則並無特別限制，例如可列舉Cu-Kα射線(1.541862 Å)、Co-Kα射線(1.790296 Å)等。又，作為對因上述試驗體50而以繞射角2θ繞射之X射線X2之強度進行檢測之檢測器，並無特別限制，亦可使用與上述X射線X1之射線源一起組入之測定裝置。作為產生此種X射線並進行檢測之裝置，例如可列舉PANalytical(舊：Philips)公司製造之X'Pert Pro(裝置名)。
上述試驗體50之初始設定位置係指測定開始時之上述試驗體50之固定位置。
入射角θ係上述初始設定位置處之上述試驗體50之表面a與所照射之X射線X1所成之角度(圖2A)。繞射角2θ係上述X射線X1之延長線與因上述表面a而繞射之X射線X2所成之角度(圖2A)。於求出下述2θ-θ光譜之積分強度參數之步驟中，於藉由對上述2θ-θ光譜進行積分來求出上述積分強度參數之情形時，入射角θ較佳為於特定範圍變化。上述特定範圍係進行上述積分所需之範圍，且能夠根據待測定之主相及副相適當設定。又，於求出上述積分強度參數之步驟中，於將上述2θ-θ光譜之波峰強度與上述波峰強度之半值寬之乘積設為上述積分強度參數之情形時，繞射角2θ較佳為取2θm
及2θs
。此處，2θm
及2θs
分別為上述主相及受驗對象即上述副相之上述2θ-θ光譜之最大波峰強度下之繞射角2θ。例如，於試驗體為上述複合多晶鑽石(主相：鑽石粒子，副相：石墨)之情形時，2θm
及2θs
分別為約43.9°及約26.5°。
利用檢測器檢測上述經繞射之X射線X2之強度時，以上述表面a與上述平面b的交線30為軸且以使上述角度d變化之方式使上述射線源及上述檢測器、或上述試驗體50於ψ方向上旋轉(圖2A及圖2B)，但使其旋轉之方法並無特別限制。例如可列舉使用X'Pert Pro之多用途載台(裝置名)之方法。關於旋轉之對象，只要可使上述角度d變化，則並無特別限制，可為上述射線源及上述檢測器，亦可為上述試驗體50，亦可為該兩者。於使上述射線源及上述檢測器、以及上述試驗體50於同一方向上旋轉之情形時，上述射線源及上述檢測器之旋轉速度與上述試驗體50之旋轉速度亦可不同。就測定中之操作性之觀點而言，較佳為使上述試驗體50旋轉。
於本實施形態中，藉由如此般使上述試驗體50等旋轉，於初始設定位置處之上述試驗體50之表面，繞射面未朝向散射向量Sv之副相其繞射面逐漸朝向散射向量Sv，而能夠使所照射之X射線X1繞射。即，若一面使上述試驗體50等旋轉一面檢測於複數個角度d繞射之上述X射線X2之強度，則上述試驗體50中所包含之受驗對象即上述副相之大部分於上述複數個角度d之某一點使所照射之X射線X1繞射。
同樣地，若一面使上述試驗體50等旋轉一面檢測於複數個角度d繞射之上述X射線X2之強度，則上述試驗體50中所包含之上述主相中之鑽石粒子之大部分亦於上述複數個角度d之某一點使所照射之X射線X1繞射。
因此，藉由一面使上述試驗體50等旋轉一面檢測於複數個角度d下繞射之上述X射線X2之強度，能夠檢測與上述主相中之鑽石粒子及上述副相之大部分對應之經繞射之X射線X2之強度。
此處，關於角度d之範圍，只要能夠檢測與上述主相中之鑽石粒子及上述副相之大部分對應之經繞射之X射線X2強度，則並無特別限制，但於受驗對象即副相之結晶為n次對稱之情形時，較佳為360°/n之範圍。藉由如此設定，能夠縮短測定時間。例如，於受驗對象即副相之結晶為4次對稱之情形時，上述角度d之範圍亦可為90°之範圍。更具體而言，於初始設定位置處之角度d為90°且受驗對象即副相之結晶為4次對稱之情形時，角度d亦可於45°～135°之範圍內變化。上述範圍內之角度d之1次變化量較佳為0.1°～1°，更佳為0.2°～0.5°。上述變化量於測定中可固定，亦可不同。就操作性之觀點而言，上述變化量較佳為於測定中固定。
求出2θ-θ光譜之積分強度參數之步驟
於本步驟中，基於檢測出之上述X射線X2之強度，於複數個上述角度d下求出上述主相及受驗對象即上述副相各者之2θ-θ光譜之積分強度參數。此處，「2θ-θ光譜」係指以繞射角2θ為橫軸且以經繞射之X射線X2之強度為縱軸繪製而成之光譜圖。「積分強度參數」可為積分強度I本身，亦可為與積分強度I成比例之其他參數(例如，下述(波峰強度)×(該波峰強度之半值寬))。作為求出上述積分強度參數之方法，例如可列舉以下之方法(1)及方法(2)。
於本步驟中，基於檢測出之上述X射線X2之強度，於複數個上述角度d下求出上述主相及受驗對象即上述副相各者之2θ-θ光譜之積分強度參數。此處，「2θ-θ光譜」係指以繞射角2θ為橫軸且以經繞射之X射線X2之強度為縱軸繪製而成之光譜圖。「積分強度參數」可為積分強度I本身，亦可為與積分強度I成比例之其他參數(例如，下述(波峰強度)×(該波峰強度之半值寬))。作為求出上述積分強度參數之方法，例如可列舉以下之方法(1)及方法(2)。
方法(1)：檢測上述經繞射之X射線之強度之步驟包括以上述入射角θ於特定範圍內變化之方式照射X射線，上述積分強度參數藉由對上述2θ-θ光譜進行積分而求出。此時，上述積分強度參數係積分強度I。上述特定範圍係進行上述積分所需之範圍，且能夠根據待測定之主相及副相適當設定。又，求出上述2θ-θ光譜時之2θ之步進寬度較佳為成為積分對象之波峰之半值寬之百分之一以上且十分之一以下。
方法(2)：檢測上述經繞射之X射線之強度之步驟包括以上述繞射角2θ為2θm
及2θs
之角度檢測X射線之強度，上述繞射角2θm
及2θs
分別為上述主相及受驗對象即上述副相之上述2θ-θ光譜之最大波峰強度H之繞射角2θ，上述積分強度參數係作為2θ-θ光譜之上述波峰強度H與上述波峰強度H下之半值寬Wh之乘積而求出。
就使測定之準確度進一步提昇之觀點而言，較佳為藉由上述方法(1)求出上述積分強度參數。就縮短測定時間之觀點而言，較佳為藉由上述方法(2)求出上述積分強度參數。此處，亦可將於複數個角度d中之某一角度(例如，初始設定位置處之角度d)下求出之半值寬Wh用作其他角度d之半值寬Wh進行計算。於使用本實施形態之複合多晶鑽石作為試驗體之情形時，求出2θ-θ光譜之積分強度參數之步驟係藉由上述方法(2)進行。
於複數個角度d下分別求出受驗對象即副相之含有比率之步驟
於本步驟中，基於在複數個上述角度d下求出之上述主相之上述積分強度參數及受驗對象即上述副相之上述積分強度參數，於複數個上述角度d下分別求出受驗對象即上述副相之含有比率。
於本步驟中，基於在複數個上述角度d下求出之上述主相之上述積分強度參數及受驗對象即上述副相之上述積分強度參數，於複數個上述角度d下分別求出受驗對象即上述副相之含有比率。
具體而言，對在複數個上述角度d下求出之上述主相及受驗對象即上述副相各者之上述積分強度參數，藉由使用粉末X射線繞射資料庫中所登錄之與主相及副相分別對應之已知物質之固有係數(例如，RIR法中所使用之RIR值)進行特定運算，從而於複數個上述角度d下分別求出受驗對象即上述定向之副相之含有比率。作為粉末X射線繞射資料庫，例如可列舉國際繞射資料中心(ICDD)之粉末繞射檔案(Powder Diffraction File)等。例如，於使用上述複合多晶鑽石作為試驗體之情形時，上述主相(鑽石粒子)及上述副相(石墨)各者之係數(RIR值)為1.1及2.15。
例如，於直接求出積分強度I作為上述積分強度參數之情形時，若將主相之積分強度設為Im
並將RIR值設為Rm
，將副相之積分強度設為Is
並將RIR值設為Rs
，則副相之含有比率可利用下述式1求出。
(副相之含有比率(質量%))＝100×(Is /Rs )/(Is /Rs ＋Im /Rm ) (式1)
(副相之含有比率(質量%))＝100×(Is /Rs )/(Is /Rs ＋Im /Rm ) (式1)
例如，於求出波峰強度H與上述波峰強度H之半值寬Wh之乘積作為上述積分強度參數之情形時，若將主相之波峰強度設為Hm
並將半值寬設為Whm
並將RIR值設為Rm
，將副相之波峰強度設為Hs
、將半值寬設為Whs
並將RIR值設為Rs
，則副相之含有比率可利用下述式2求出。
(副相之含有比率(質量%))＝100×(Hs ×Whs /Rs )/(Hs ×Whs /Rs ＋Hm ×Whm /Rm ) (式2)
(副相之含有比率(質量%))＝100×(Hs ×Whs /Rs )/(Hs ×Whs /Rs ＋Hm ×Whm /Rm ) (式2)
算出試驗體中之定向之副相之含有比率之步驟
於本步驟中，藉由對在複數個上述角度d下求出之受驗對象即上述定向之副相之含有比率予以平均，算出上述試驗體中之受驗對象即上述定向之副相之含有比率。又，就精度良好地求出試驗體中之副相之含有比率之觀點而言，上述算出方法較佳為於儘可能減低背景後進行X射線繞射測定。作為X射線繞射測定中減低背景之方法，例如可列舉受光光學系統中使用分析物晶體之方法。
於本步驟中，藉由對在複數個上述角度d下求出之受驗對象即上述定向之副相之含有比率予以平均，算出上述試驗體中之受驗對象即上述定向之副相之含有比率。又，就精度良好地求出試驗體中之副相之含有比率之觀點而言，上述算出方法較佳為於儘可能減低背景後進行X射線繞射測定。作為X射線繞射測定中減低背景之方法，例如可列舉受光光學系統中使用分析物晶體之方法。
(副相之投影面積圓當量徑之平均值)
副相之投影面積圓當量徑之平均值較佳為10 μm以下，更佳為未達10 μm。本說明書之投影面積圓當量徑係表示具有與如圖1之截面圖像中之粒子狀物質之二維投影像相等面積之圓之直徑。當測定副相(及下述鑽石粒子)之投影面積圓當量徑時，SEM之觀察倍率係設為10000倍，視野範圍係設為縱9 μm×橫12 μm之矩形範圍。
副相之投影面積圓當量徑之平均值較佳為10 μm以下，更佳為未達10 μm。本說明書之投影面積圓當量徑係表示具有與如圖1之截面圖像中之粒子狀物質之二維投影像相等面積之圓之直徑。當測定副相(及下述鑽石粒子)之投影面積圓當量徑時，SEM之觀察倍率係設為10000倍，視野範圍係設為縱9 μm×橫12 μm之矩形範圍。
副相之投影面積圓當量徑之平均值能夠按照以下(a)～(f)之順序算出。再者，於本說明書中，平均值若無特別說明則表示算術平均值。
(a)首先，對視野內之副相之個數進行計數。
(b)對視野(SEM圖像)實施二值化處理，將視野分為源自亮視野之像素(源自主相之像素)與源自暗視野之像素(源自副相之像素)兩者。
(c)對源自暗視野之像素數進行計數。
(d)藉由使暗視野之合計像素數乘以每個像素之面積，算出暗視野之合計面積。
(e)藉由將暗視野之合計面積除以副相之個數，算出每個副相之平均面積。
(f)求出具有與該平均面積相等面積之圓之直徑。
(b)對視野(SEM圖像)實施二值化處理，將視野分為源自亮視野之像素(源自主相之像素)與源自暗視野之像素(源自副相之像素)兩者。
(c)對源自暗視野之像素數進行計數。
(d)藉由使暗視野之合計像素數乘以每個像素之面積，算出暗視野之合計面積。
(e)藉由將暗視野之合計面積除以副相之個數，算出每個副相之平均面積。
(f)求出具有與該平均面積相等面積之圓之直徑。
本實施形態之副相係投影面積圓當量徑之平均值為10 μm以下之微粒狀之相，因此，認為即便組織內存在複數個，對組織整體之強度造成之影響亦較小。進而，認為微細分散之副相作為緩和衝擊之緩衝物質發揮功能。再者，各副相較佳為投影面積圓當量徑分別為10 μm以下。
就使耐缺損性提昇之觀點而言，副相之投影面積圓當量徑之平均值越小越佳。副相之投影面積圓當量徑之平均值可為5 μm以下，亦可為3 μm以下。副相之投影面積圓當量徑之平均值之下限並無特別限制，例如可為0.1 μm以上，亦可為0.5 μm以上，亦可為1 μm以上。
(副相之面積比率)
於對複合多晶鑽石進行研磨而獲得之一表面中，副相之面積相對於該一表面之面積之比率(以下有時記作「面積比率」)較佳為0.0001%以上且未達50%，更佳為10%以上且40%以下，進而較佳為10%以上且20%以下。測定面積比率時之SEM之觀察條件(倍率、視野範圍)可使用投影面積圓當量徑之說明中所示之條件。
於對複合多晶鑽石進行研磨而獲得之一表面中，副相之面積相對於該一表面之面積之比率(以下有時記作「面積比率」)較佳為0.0001%以上且未達50%，更佳為10%以上且40%以下，進而較佳為10%以上且20%以下。測定面積比率時之SEM之觀察條件(倍率、視野範圍)可使用投影面積圓當量徑之說明中所示之條件。
副相之面積係以暗視野之合計面積之形式求出。可根據上述投影面積圓當量徑之測定順序(b)～(d)求出暗視野之合計面積。繼而，將暗視野之合計面積除以視野整體之面積，藉此能夠算出副相之面積比率。
藉由使副相之面積比率為0.0001%以上，可期待耐缺損性之提昇。面積比率更佳為0.5%以上。又，藉由使面積比率未達50%，可期待耐磨耗性之提昇。面積比率更佳為30%以下，進而較佳為25%以下，進而更佳為20%以下。
《包含複數個鑽石粒子之主相》
如圖1所示，主相11構成複合多晶鑽石10之主要之相。「主相」係指上述複合多晶鑽石中含有比率最高之相。於本實施形態之一形態中，上述複合多晶鑽石中之上述主相之含有比率可超過50質量%，亦可為60質量%以上，亦可為65質量%以上，亦可為70質量%以上。上述主相之含有比率之下限並無特別限制，例如亦可未達100質量%。如上所述，於本實施形態中，副相12分散並孤立。換言之，主相11連續。於圖1中，示出對複合多晶鑽石進行研磨而獲得之一表面。於本實施形態中，於在該一表面中主相連續之情形時，視作主相三維連續。藉由使主相三維連續，可期待耐磨耗性之提昇。
如圖1所示，主相11構成複合多晶鑽石10之主要之相。「主相」係指上述複合多晶鑽石中含有比率最高之相。於本實施形態之一形態中，上述複合多晶鑽石中之上述主相之含有比率可超過50質量%，亦可為60質量%以上，亦可為65質量%以上，亦可為70質量%以上。上述主相之含有比率之下限並無特別限制，例如亦可未達100質量%。如上所述，於本實施形態中，副相12分散並孤立。換言之，主相11連續。於圖1中，示出對複合多晶鑽石進行研磨而獲得之一表面。於本實施形態中，於在該一表面中主相連續之情形時，視作主相三維連續。藉由使主相三維連續，可期待耐磨耗性之提昇。
主相包含複數個鑽石粒子。主相較佳為包含複數個鑽石粒子。主相更佳為僅由複數個鑽石粒子構成。鑽石粒子係單一之單晶鑽石。單晶鑽石較佳為立方晶鑽石。單晶鑽石亦可為六方晶鑽石。構成主相之各鑽石粒子之存在能夠藉由於SEM像中調整對比度進行確認。
(鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值)
鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值較佳為1000 nm以下。鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值能夠按照以下(g)～(l)之順序進行測定。
鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值較佳為1000 nm以下。鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值能夠按照以下(g)～(l)之順序進行測定。
(g)藉由於SEM圖像中調整對比度，設為能夠識別出各個鑽石粒子彼此、即可區分晶界之狀態。
(h)對視野內之鑽石粒子之個數進行計數。
(i)如上所述，對圖像實施二值化處理，對源自亮視野之像素進行計數。
(j)藉由使亮視野之合計像素數乘以每個像素之面積，算出亮視野之合計面積。
(k)藉由將亮視野之合計面積除以鑽石粒子之個數，算出每個鑽石粒子之平均面積。
(l)求出具有與該平均面積相等之面積之圓之直徑。
(h)對視野內之鑽石粒子之個數進行計數。
(i)如上所述，對圖像實施二值化處理，對源自亮視野之像素進行計數。
(j)藉由使亮視野之合計像素數乘以每個像素之面積，算出亮視野之合計面積。
(k)藉由將亮視野之合計面積除以鑽石粒子之個數，算出每個鑽石粒子之平均面積。
(l)求出具有與該平均面積相等之面積之圓之直徑。
鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值越小，則越可期待耐缺損性之提昇。複數個鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值可為500 nm以下，亦可為300 nm以下，亦可為250 nm以下，亦可為150 nm以下，亦可為100 nm以下，亦可為85 nm以下，亦可為80 nm以下，亦可為60 nm以下。就耐磨耗性之觀點而言，鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值較佳為10 nm以上。鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值可為30 nm以上，亦可為40 nm以上，亦可為50 nm以上。
(努氏硬度)
本實施形態之複合多晶鑽石之努氏硬度較佳為50 GPa以上。有努氏硬度越高則複合多晶鑽石之耐磨耗性越提昇之傾向。努氏硬度更佳為60 GPa以上，進而較佳為70 GPa以上，進而更佳為80 GPa以上，尤佳為100 GPa以上。努氏硬度之上限並無特別限定。努氏硬度例如亦可為110 GPa以下。
本實施形態之複合多晶鑽石之努氏硬度較佳為50 GPa以上。有努氏硬度越高則複合多晶鑽石之耐磨耗性越提昇之傾向。努氏硬度更佳為60 GPa以上，進而較佳為70 GPa以上，進而更佳為80 GPa以上，尤佳為100 GPa以上。努氏硬度之上限並無特別限定。努氏硬度例如亦可為110 GPa以下。
努氏硬度係藉由依據「JIS Z 2251：2009，努氏硬度試驗-測定方法」之方法測定者。努氏硬度之測定可使用通常之微小硬度試驗機。測定環境可為室溫(例如23℃±5℃左右)。壓頭使用努氏壓頭(形狀為菱形四角錐之壓頭)。壓頭之材質較佳為單晶鑽石。試驗力(負載)係設為4.9 N(0.5 kgf)。試驗力之保持時間係設為10秒。壓頭之接近速度係設為60 μm/s。
《複合多晶鑽石之用途》
本實施形態之複合多晶鑽石顯示出優異之耐缺損性。因此，該複合多晶鑽石適於要求對衝擊、振動之耐性之用途，例如挖掘用鑽頭等挖掘工具、以及鑽孔器、立銑刀、車削加工用可轉位刀片及車刀等切削工具。亦可活用耐磨耗性，而用於模嘴、刻劃器、刻劃輪、修整器等耐磨工具。或者，亦可用於研削磨石等研削工具。即，本實施形態之另一形態可為具備上述複合多晶鑽石之挖掘工具、切削工具、耐磨工具或研削工具。尤其是於切削工具之情形時，上述複合多晶鑽石可構成上述切削工具之整體，亦可構成一部分。
本實施形態之複合多晶鑽石顯示出優異之耐缺損性。因此，該複合多晶鑽石適於要求對衝擊、振動之耐性之用途，例如挖掘用鑽頭等挖掘工具、以及鑽孔器、立銑刀、車削加工用可轉位刀片及車刀等切削工具。亦可活用耐磨耗性，而用於模嘴、刻劃器、刻劃輪、修整器等耐磨工具。或者，亦可用於研削磨石等研削工具。即，本實施形態之另一形態可為具備上述複合多晶鑽石之挖掘工具、切削工具、耐磨工具或研削工具。尤其是於切削工具之情形時，上述複合多晶鑽石可構成上述切削工具之整體，亦可構成一部分。
＜複合多晶鑽石之製造方法＞
本實施形態之複合多晶鑽石係藉由以下之製造方法而製造。藉由具備下述各步驟，上述製造方法能夠製造耐缺損性較高之複合多晶鑽石。
本實施形態之複合多晶鑽石係藉由以下之製造方法而製造。藉由具備下述各步驟，上述製造方法能夠製造耐缺損性較高之複合多晶鑽石。
圖3係表示本實施形態之複合多晶鑽石之製造方法之概略之流程圖。該製造方法包括準備步驟(S01)、加壓加熱步驟(S02)、轉化燒結步驟(S03)及冷卻步驟(S04)。依S01～S04之順序執行各步驟。以下，對各步驟進行說明。
《準備步驟(S01)》
於準備步驟中，準備非鑽石碳。上述非鑽石碳包含石墨。作為複合多晶鑽石之原料(起始物質)之非鑽石碳亦可進而包含例如玻璃碳、非晶形碳(例如碳黑等)、富勒烯(例如C60 等)、奈米碳管等。作為原料之非鑽石碳較佳為包含石墨。藉由使用石墨，可期待複合多晶鑽石之品質及純度之提昇。石墨之純度較佳為99質量%以上且100質量%以下，更佳為99.5質量%以上且100質量%以下。
於準備步驟中，準備非鑽石碳。上述非鑽石碳包含石墨。作為複合多晶鑽石之原料(起始物質)之非鑽石碳亦可進而包含例如玻璃碳、非晶形碳(例如碳黑等)、富勒烯(例如C60 等)、奈米碳管等。作為原料之非鑽石碳較佳為包含石墨。藉由使用石墨，可期待複合多晶鑽石之品質及純度之提昇。石墨之純度較佳為99質量%以上且100質量%以下，更佳為99.5質量%以上且100質量%以下。
作為原料之非鑽石碳可為粉末，亦可為成形體。作為原料之非鑽石碳較佳為包含石墨粒子之成形體(以下，亦記作「石墨成形體」)。藉由使用該石墨成形體，有容易生成緻密之複合多晶鑽石之傾向。石墨粒子之粒徑範圍較佳為1 nm～1 cm，更佳為10 nm～1 μm。
石墨成形體例如能夠藉由對石墨粒子之粉末進行壓紋成形而製造。成形體之形狀較佳為容易各向同性地施加壓力之形狀。成形體之形狀例如為圓柱狀、立方體狀、球狀等。石墨成形體之密度宜調整為1.5～2 g/cm3
左右。
《加壓加熱步驟(S02)》
以下之步驟使用能夠使1800℃以上之高溫狀態及9 GPa以上之高壓狀態產生之高溫高壓產生裝置。高溫高壓產生裝置有例如帶型、立方型、分割球型等類型。只要能夠產生上述高溫高壓狀態，則亦可使用任一類型之裝置。
以下之步驟使用能夠使1800℃以上之高溫狀態及9 GPa以上之高壓狀態產生之高溫高壓產生裝置。高溫高壓產生裝置有例如帶型、立方型、分割球型等類型。只要能夠產生上述高溫高壓狀態，則亦可使用任一類型之裝置。
於加壓加熱步驟中，於特定條件下，加壓至燒結壓力並且加熱至燒結溫度。
當進行加壓及加熱時，將非鑽石碳封入至由高熔點金屬構成之膠囊。高熔點金屬例如為鉭(Ta)、鉬(Mo)、鉑(Pt)、錸(Re)等。於高溫高壓裝置之試樣室配置該膠囊，並進行加壓及加熱。
於本實施形態中，於將壓力設為P[GPa]且將溫度設為T[℃]時，
於下述式(I)及(II)：
9≦P≦16.5(1800≦T≦2400) (I)
9≦P≦15(2400＜T≦2700) (II)
所表示之區域內，將上述非鑽石碳加壓至燒結壓力並且加熱至燒結溫度。此處，「燒結壓力」係指進行燒結處理時之上述高溫高壓裝置之試樣室內部之氣氛壓力。「燒結溫度」係指進行燒結處理時之上述高溫高壓裝置之試樣室內部之氣氛溫度。上述燒結壓力及上述燒結溫度之範圍將於下文進行敍述。
於下述式(I)及(II)：
9≦P≦16.5(1800≦T≦2400) (I)
9≦P≦15(2400＜T≦2700) (II)
所表示之區域內，將上述非鑽石碳加壓至燒結壓力並且加熱至燒結溫度。此處，「燒結壓力」係指進行燒結處理時之上述高溫高壓裝置之試樣室內部之氣氛壓力。「燒結溫度」係指進行燒結處理時之上述高溫高壓裝置之試樣室內部之氣氛溫度。上述燒結壓力及上述燒結溫度之範圍將於下文進行敍述。
圖4係對本實施形態之複合多晶鑽石之製造方法中之加壓加熱步驟之條件進行說明之圖。圖4之圖表中，縱軸表示壓力[GPa]，橫軸表示溫度[℃]。圖表中之區域R係上述式(I)及(II)所表示之區域。
於加壓及加熱中，若P超過上述式(I)及式(II)所表示之區域(即，若「P＞16.5(1800≦T≦2400)」或「P＞15(2400＜T≦2700)」)，則非鑽石碳幾乎會完全相轉移為鑽石，而生成不含副相之多晶鑽石。其結果，所生成之多晶鑽石之韌性變差而耐缺損性下降。
又，於加壓及加熱中，若P在上述式(I)及式(II)所表示之區域以下(即，若「P＜9(1800≦T≦2400)」或「P＜9(2400＜T≦2700)」)，則石墨之晶格常數C會超過上述範圍，因此，共價鍵結性消失。其結果，石墨之機械特性下降，因此，所生成之多晶鑽石之耐缺損性下降。
當進行加壓及加熱時，上述高溫高壓裝置之試樣室內部之壓力及溫度通常始於常溫(30℃)及常壓(一個大氣壓)，但在達到9 GPa且1800℃之前之上述壓力及上述溫度之路徑只要於中途無降溫及減壓，則亦可自任意路徑達到。
《轉化燒結步驟(S03)》
於轉化燒結步驟中，藉由以燒結壓力及燒結溫度保持，使非鑽石碳之一部分轉化為多晶鑽石，並且將該非鑽石碳及該多晶鑽石燒結，從而製造複合多晶鑽石。
於轉化燒結步驟中，藉由以燒結壓力及燒結溫度保持，使非鑽石碳之一部分轉化為多晶鑽石，並且將該非鑽石碳及該多晶鑽石燒結，從而製造複合多晶鑽石。
於本實施形態中，燒結壓力為9 GPa以上且16.5 GPa以下。於本實施形態中，燒結溫度為1800℃以上且2700℃以下。藉由以該條件進行轉化、燒結，能夠效率良好地生成主相。
就轉化效率之觀點而言，燒結壓力可為10 GPa以上，亦可為11 GPa以上，亦可為12 GPa以上，亦可為13 GPa以上。燒結壓力可為12 GPa以下，亦可為13 GPa以下。又，燒結溫度可為1900℃以上，亦可為2100℃以上，亦可為2200℃以上。燒結溫度可為2600℃以下，亦可為2500℃以下，亦可為2400℃以下。
燒結壓力及燒結溫度下之保持時間例如為5分鐘以上且2小時以下左右。上述保持時間較佳為10分鐘以上且1小時以下左右，更佳為10分鐘以上且30分鐘以下左右。
《冷卻步驟(S04)》
於冷卻步驟中，將所製造之上述複合多晶鑽石以9～16.5 GPa之壓力及150～750℃/min之冷卻速度冷卻至30～200℃。該條件係快於先前之方法之冷卻速度。藉由於上述條件下將上述複合多晶鑽石冷卻，容易形成副相中之石墨之晶體結構之晶格常數C為6 Å以上且6.7 Å以下者。換言之，若冷卻速度慢於上述範圍，則容易形成上述晶格常數大於6.7Å之結晶。上述冷卻速度更佳為250～650℃/min，進而較佳為350～550℃/min，進而更佳為400～500℃/min。
於冷卻步驟中，將所製造之上述複合多晶鑽石以9～16.5 GPa之壓力及150～750℃/min之冷卻速度冷卻至30～200℃。該條件係快於先前之方法之冷卻速度。藉由於上述條件下將上述複合多晶鑽石冷卻，容易形成副相中之石墨之晶體結構之晶格常數C為6 Å以上且6.7 Å以下者。換言之，若冷卻速度慢於上述範圍，則容易形成上述晶格常數大於6.7Å之結晶。上述冷卻速度更佳為250～650℃/min，進而較佳為350～550℃/min，進而更佳為400～500℃/min。
冷卻時之壓力為9～16.5 GPa，較佳為12～16.5 GPa。
於上述冷卻步驟中，將上述複合多晶鑽石冷卻至30～200℃之溫度。更佳為冷卻至30～100℃之溫度。
藉由實施以上之步驟，能夠製造本實施形態之複合多晶鑽石。
[實施例]
[實施例]
以下，使用實施例對本實施形態進行說明，但本實施形態並不限定於以下之例。
＜複合多晶鑽石之製造＞
以如下方式製造試樣No.1～16之複合多晶鑽石。此處，試樣No.1～6及10～16相當於實施例，試樣No.7～9相當於比較例。
以如下方式製造試樣No.1～16之複合多晶鑽石。此處，試樣No.1～6及10～16相當於實施例，試樣No.7～9相當於比較例。
《試樣No.1》
1.準備步驟(S01)
使用具有粒徑包含於1 nm～1 cm之範圍內之特定粒徑的石墨粒子之粉末，實施圓柱形狀之壓紋成形，藉此製造石墨成形體(密度：1.50～2.00 g/cm3 ，純度：99.5質量%)。以此方式準備作為起始物質之非鑽石碳。
1.準備步驟(S01)
使用具有粒徑包含於1 nm～1 cm之範圍內之特定粒徑的石墨粒子之粉末，實施圓柱形狀之壓紋成形，藉此製造石墨成形體(密度：1.50～2.00 g/cm3 ，純度：99.5質量%)。以此方式準備作為起始物質之非鑽石碳。
2.加壓加熱步驟(S02)
將上述石墨成形體放入至高熔點金屬製造之膠囊，將該膠囊配置於高溫高壓裝置之試樣室。於屬於圖3中之區域R之條件下，加壓至13 GPa，並加熱至2200℃。
將上述石墨成形體放入至高熔點金屬製造之膠囊，將該膠囊配置於高溫高壓裝置之試樣室。於屬於圖3中之區域R之條件下，加壓至13 GPa，並加熱至2200℃。
3.轉化燒結步驟(S03)
藉由以13 GPa(燒結壓力)及2200℃(燒結溫度)保持20分鐘，將非鑽石碳之一部分轉化為多晶鑽石，並且將非鑽石碳及多晶鑽石燒結，從而獲得燒結體即複合多晶鑽石。
藉由以13 GPa(燒結壓力)及2200℃(燒結溫度)保持20分鐘，將非鑽石碳之一部分轉化為多晶鑽石，並且將非鑽石碳及多晶鑽石燒結，從而獲得燒結體即複合多晶鑽石。
4.冷卻步驟(S04)
以13 GPa之壓力及400℃/min之冷卻速度將上述燒結體冷卻至100.0℃。藉此，製造試樣No.1之複合多晶鑽石。
以13 GPa之壓力及400℃/min之冷卻速度將上述燒結體冷卻至100.0℃。藉此，製造試樣No.1之複合多晶鑽石。
《試樣No.2～6及10～16》
於準備步驟中，藉由與試樣No.1相同之方法，準備作為起始物質之非鑽石碳。繼而，於加壓加熱步驟中，於圖4之區域R內之條件下，進行加壓及加熱直至達到表1或表2之轉化燒結步驟之欄所示之燒結壓力及燒結溫度。其後於轉化燒結步驟中保持該燒結壓力及燒結溫度。最後，以13 GPa之壓力、及表1或表2之冷卻步驟之欄所示之冷卻速度將燒結體冷卻至100.0℃，藉此製造試樣No.2～6及10～16之複合多晶鑽石。
於準備步驟中，藉由與試樣No.1相同之方法，準備作為起始物質之非鑽石碳。繼而，於加壓加熱步驟中，於圖4之區域R內之條件下，進行加壓及加熱直至達到表1或表2之轉化燒結步驟之欄所示之燒結壓力及燒結溫度。其後於轉化燒結步驟中保持該燒結壓力及燒結溫度。最後，以13 GPa之壓力、及表1或表2之冷卻步驟之欄所示之冷卻速度將燒結體冷卻至100.0℃，藉此製造試樣No.2～6及10～16之複合多晶鑽石。
[表1]
[表2]
《試樣No.7》
將冷卻步驟中之冷卻速度自400℃/min變更為100℃/min，除此以外，以與試樣No.1相同之方式製造試樣No.7之複合多晶鑽石。
將冷卻步驟中之冷卻速度自400℃/min變更為100℃/min，除此以外，以與試樣No.1相同之方式製造試樣No.7之複合多晶鑽石。
《試樣No.8》
於加壓加熱步驟中，加壓至16.5 GPa(燒結壓力)，並加熱至2500℃(燒結溫度)。於轉化燒結步驟中保持該燒結壓力及燒結溫度，藉此製造複合多晶鑽石，除此以外，以與試樣No.1相同之方式製造試樣No.8之複合多晶鑽石。
於加壓加熱步驟中，加壓至16.5 GPa(燒結壓力)，並加熱至2500℃(燒結溫度)。於轉化燒結步驟中保持該燒結壓力及燒結溫度，藉此製造複合多晶鑽石，除此以外，以與試樣No.1相同之方式製造試樣No.8之複合多晶鑽石。
試樣No.8相當於在偏離上述式(I)及(II)所表示之區域(區域R)之條件下執行加壓加熱步驟之例。圖3中，試樣No.8之條件屬於區域R之上側區域。
《試樣No.9》
於加壓加熱步驟中，加壓至8.5 GPa(燒結壓力)，並加熱至1900℃(燒結溫度)。於轉化燒結步驟中，保持該燒結壓力及燒結溫度，藉此製造複合多晶鑽石，除此以外，以與試樣No.1相同之方式製造試樣No.9之複合多晶鑽石。
於加壓加熱步驟中，加壓至8.5 GPa(燒結壓力)，並加熱至1900℃(燒結溫度)。於轉化燒結步驟中，保持該燒結壓力及燒結溫度，藉此製造複合多晶鑽石，除此以外，以與試樣No.1相同之方式製造試樣No.9之複合多晶鑽石。
試樣No.9相當於在偏離上述式(I)及(II)所表示之區域之條件下實施加壓加熱步驟之例。圖3中，試樣No.9之條件屬於區域R之下側區域。
＜評價＞
以如下方式對各試樣進行評價。
以如下方式對各試樣進行評價。
1.組織觀察
按照上述順序，藉由併用SEM觀察及X射線繞射測定，對各試樣觀察主相及副相之成分、以及主相中之副相之分散狀態。具體測定條件如下所述。
按照上述順序，藉由併用SEM觀察及X射線繞射測定，對各試樣觀察主相及副相之成分、以及主相中之副相之分散狀態。具體測定條件如下所述。
SEM觀察之條件
觀察倍率：10000倍
視野範圍：縱9 μm×橫12 μm之矩形範圍
觀察倍率：10000倍
視野範圍：縱9 μm×橫12 μm之矩形範圍
X射線繞射測定之條件
掃描軸 ：2θ-θ
X射線源 ：Cu-Kα射線(1.541862Å)
檢測器 ：零維檢測器(閃爍計數器)
管電壓 ：45 kV
管電流 ：40 mA
入射光學系統 ：鏡之利用
受光光學系統 ：分光晶體(PW3098/27)之利用
步進 ：0.03°
累計時間 ：1秒
掃描範圍(2θ) ：24～30°、42～46°
掃描軸 ：2θ-θ
X射線源 ：Cu-Kα射線(1.541862Å)
檢測器 ：零維檢測器(閃爍計數器)
管電壓 ：45 kV
管電流 ：40 mA
入射光學系統 ：鏡之利用
受光光學系統 ：分光晶體(PW3098/27)之利用
步進 ：0.03°
累計時間 ：1秒
掃描範圍(2θ) ：24～30°、42～46°
2.晶格常數C之算出
按照以下之順序，藉由X射線繞射測定，對各試樣算出石墨之晶格常數C。首先，對作為試驗體之各試樣中之包含石墨之副相進行2θ-θ掃描(Ψ＝0°)。對藉由2θ-θ掃描獲得之石墨(002)之繞射波峰利用偽voigt函數進行擬合，獲得上述石墨(002)之繞射波峰強度成為極大(最大)之2θ值。將由2θ之值導出之θ值及X射線之波長λ導入至布勒格方程式D002 ＝λ/2sinθ(D002 表示面指數(002)之面間隔，λ表示X射線之波長，θ表示入射角)，而算出面指數(002)之面間隔D002 。此處，X射線之波長λ為1.541862 Å。另一方面，於石墨等六方晶系中，於(002)面之面間隔D002 與晶格常數C之間，C＝2D002 之關係成立，因此，藉由將所算出之面間隔D002 設為2倍，而求出石墨之晶格常數C。將結果示於表1及表2。
按照以下之順序，藉由X射線繞射測定，對各試樣算出石墨之晶格常數C。首先，對作為試驗體之各試樣中之包含石墨之副相進行2θ-θ掃描(Ψ＝0°)。對藉由2θ-θ掃描獲得之石墨(002)之繞射波峰利用偽voigt函數進行擬合，獲得上述石墨(002)之繞射波峰強度成為極大(最大)之2θ值。將由2θ之值導出之θ值及X射線之波長λ導入至布勒格方程式D002 ＝λ/2sinθ(D002 表示面指數(002)之面間隔，λ表示X射線之波長，θ表示入射角)，而算出面指數(002)之面間隔D002 。此處，X射線之波長λ為1.541862 Å。另一方面，於石墨等六方晶系中，於(002)面之面間隔D002 與晶格常數C之間，C＝2D002 之關係成立，因此，藉由將所算出之面間隔D002 設為2倍，而求出石墨之晶格常數C。將結果示於表1及表2。
3.副相之面積比率
對各試樣進行研磨，使潔淨之表面露出。於該表面中，利用SEM對不同之3個部位進行觀察，確認主相(亮視野)及副相(暗視野)。按照上述順序，算出副相之面積比率。SEM之條件係以如下方式設定。
對各試樣進行研磨，使潔淨之表面露出。於該表面中，利用SEM對不同之3個部位進行觀察，確認主相(亮視野)及副相(暗視野)。按照上述順序，算出副相之面積比率。SEM之條件係以如下方式設定。
(SEM條件)
觀察倍率：10000倍
視野範圍：縱9 μm×橫12 μm之矩形範圍。
觀察倍率：10000倍
視野範圍：縱9 μm×橫12 μm之矩形範圍。
4.石墨之含有比率之算出
將作為試驗體之各試樣(以下，有時表達為「試驗體」)以成為水平狀態之方式固定於X射線繞射裝置(PANalytical(舊：Philips)公司製造，裝置名：X'Pert Pro)之載台。再者，各試驗體係以形狀成為長方體之方式進行加工。X射線繞射測定係按照以下之順序進行測定。
將作為試驗體之各試樣(以下，有時表達為「試驗體」)以成為水平狀態之方式固定於X射線繞射裝置(PANalytical(舊：Philips)公司製造，裝置名：X'Pert Pro)之載台。再者，各試驗體係以形狀成為長方體之方式進行加工。X射線繞射測定係按照以下之順序進行測定。
首先，對試驗體中之包含石墨之副相(以下，有時表達為「石墨」)進行2θ-θ掃描，求出最大波峰強度下之繞射角2θ之值及上述波峰之半值寬(2θ＝28.60°，半值寬＝0.50)。測定係於以下之條件下進行。又，將此時之上述試驗體之位置設為初始設定位置。上述初始設定位置處之上述試驗體之表面a與包含所照射之上述X射線及經繞射之上述X射線之平面b所成之角度d(以下，有時稱作「角度d」)為90°。
掃描軸 ：2θ-θ
X射線源 ：Cu-Kα射線(1.541862 Å)
檢測器 ：零維檢測器(閃爍計數器)
管電壓 ：45 kV
管電流 ：40 mA
入射光學系統 ：鏡之利用
受光光學系統 ：分光晶體(PW3098/27)之利用
步進 ：0.03°
累計時間 ：1秒
掃描範圍(2θ) ：24～30°
掃描軸 ：2θ-θ
X射線源 ：Cu-Kα射線(1.541862 Å)
檢測器 ：零維檢測器(閃爍計數器)
管電壓 ：45 kV
管電流 ：40 mA
入射光學系統 ：鏡之利用
受光光學系統 ：分光晶體(PW3098/27)之利用
步進 ：0.03°
累計時間 ：1秒
掃描範圍(2θ) ：24～30°
將X射線之繞射角2θ固定為上述波峰強度之繞射角之值，一面使試驗體於ψ方向上旋轉而使角度d變化，一面對試驗體照射X射線並檢測於複數個角度d下繞射之X射線之強度(檢測經繞射之X射線之強度之步驟)。測定係於以下之條件下進行。
掃描軸 ：Ψ
X射線源 ：Cu-Kα射線(1.541862 Å)
檢測器 ：零維檢測器(閃爍計數器)
管電壓 ：45 kV
管電流 ：40 mA
入射光學系統 ：鏡之利用
受光光學系統 ：分光晶體(PW3098/27)之利用
步進 ：0.5°
累計時間 ：1秒
掃描範圍(Ψ) ：-45°～45°(d＝45～135°)
掃描軸 ：Ψ
X射線源 ：Cu-Kα射線(1.541862 Å)
檢測器 ：零維檢測器(閃爍計數器)
管電壓 ：45 kV
管電流 ：40 mA
入射光學系統 ：鏡之利用
受光光學系統 ：分光晶體(PW3098/27)之利用
步進 ：0.5°
累計時間 ：1秒
掃描範圍(Ψ) ：-45°～45°(d＝45～135°)
藉由使於複數個角度d下檢測出之X射線之強度(波峰強度)乘以初始設定位置處之上述半值寬，求出石墨(副相)之複數個角度d下之2θ-θ光譜之積分強度參數(求出2θ-θ光譜之積分強度參數之步驟)。
繼而，對試驗體中之主相(鑽石粒子)進行2θ-θ掃描，求出最大波峰強度下之繞射角2θ之值及上述波峰之半值寬(2θ＝43.95°，半值寬＝0.40)。測定係於以下之條件下進行。又，將此時之上述試驗體之位置設為初始設定位置。上述初始設定位置處之角度d為90°。
掃描軸 ：2θ-θ
X射線源 ：Cu-Kα射線(1.541862 Å)
檢測器 ：零維檢測器(閃爍計數器)
管電壓 ：45 kV
管電流 ：40 mA
入射光學系統 ：鏡之利用
受光光學系統 ：分光晶體(PW3098/27)之利用
步進 ：0.03°
累計時間 ：1秒
掃描範圍(2θ) ：42～46°
掃描軸 ：2θ-θ
X射線源 ：Cu-Kα射線(1.541862 Å)
檢測器 ：零維檢測器(閃爍計數器)
管電壓 ：45 kV
管電流 ：40 mA
入射光學系統 ：鏡之利用
受光光學系統 ：分光晶體(PW3098/27)之利用
步進 ：0.03°
累計時間 ：1秒
掃描範圍(2θ) ：42～46°
將X射線之繞射角2θ固定為上述波峰強度之繞射角之值，一面使試驗體於ψ方向上旋轉而使角度d變化，一面對試驗體照射X射線並檢測於複數個角度d下繞射之X射線之強度(檢測經繞射之X射線之強度之步驟)。測定係於以下之條件下進行。
掃描軸 ：Ψ
X射線源 ：Cu-Kα射線(1.541862 Å)
檢測器 ：零維檢測器(閃爍計數器)
管電壓 ：45 kV
管電流 ：40 mA
入射光學系統 ：鏡之利用
受光光學系統 ：分光晶體(PW3098/27)之利用
步進 ：0.5°
累計時間 ：1秒
掃描範圍(Ψ) ：-45°～45°(d＝45～135°)
掃描軸 ：Ψ
X射線源 ：Cu-Kα射線(1.541862 Å)
檢測器 ：零維檢測器(閃爍計數器)
管電壓 ：45 kV
管電流 ：40 mA
入射光學系統 ：鏡之利用
受光光學系統 ：分光晶體(PW3098/27)之利用
步進 ：0.5°
累計時間 ：1秒
掃描範圍(Ψ) ：-45°～45°(d＝45～135°)
藉由使於複數個角度d下檢測出之X射線之強度(波峰強度)乘以初始設定位置處之上述半值寬，求出主相之複數個角度d下之2θ-θ光譜之積分強度參數(求出2θ-θ光譜之積分強度參數之步驟)。
進而，基於在複數個角度d下逐一求出之石墨及主相各者之積分強度參數及RIR值，於複數個上述角度d下逐一求出受驗對象即上述石墨(副相)之含有比率(於複數個角度d下分別求出受驗對象即副相之含有比率之步驟)。繼而，藉由對於複數個角度d下逐一求出之上述石墨之含有比率進行平均，算出上述試驗體中之石墨之含有比率(算出試驗體中之定向之副相之含有比率之步驟)。將所算出之石墨之含有比率示於表1及表2。
5.投影面積圓當量徑
按照上述順序，算出副相之投影面積圓當量徑之平均值及鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值。將結果示於表1及表2。表1及表2中，投影面積圓當量徑之平均值簡記為「圓當量徑(平均值)」。
按照上述順序，算出副相之投影面積圓當量徑之平均值及鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值。將結果示於表1及表2。表1及表2中，投影面積圓當量徑之平均值簡記為「圓當量徑(平均值)」。
6.努氏硬度
於以下之條件下，測定各試樣之努氏硬度。將結果示於表1及表2。努氏硬度越高，則認為耐磨耗性越良好。
於以下之條件下，測定各試樣之努氏硬度。將結果示於表1及表2。努氏硬度越高，則認為耐磨耗性越良好。
(努氏硬度測定條件)
壓頭：努氏壓頭(材質：IIa型鑽石，形狀：菱形四角錐)
試驗力：4.9 N
試驗力之保持時間：10秒
壓頭接近速度：60 μm/s。
壓頭：努氏壓頭(材質：IIa型鑽石，形狀：菱形四角錐)
試驗力：4.9 N
試驗力之保持時間：10秒
壓頭接近速度：60 μm/s。
7.切削試驗
將各試樣加工成切削加工用刀片(R車刀(R0.4)，前端角60°)。使用該切削加工用刀片，於以下之條件下進行切削試驗，對耐缺損性進行評價。具體而言，目視觀察切削長度成為10 km之時點之刀片之形狀，判斷無缺損之刀片之耐缺損性優異。該切削條件係設想對工具施加衝擊之切削加工者。將結果示於表1及表2。表1之「切削試驗」中之「無法試驗」係指於試驗中途發生缺損，因此，無法進行切削試驗。
將各試樣加工成切削加工用刀片(R車刀(R0.4)，前端角60°)。使用該切削加工用刀片，於以下之條件下進行切削試驗，對耐缺損性進行評價。具體而言，目視觀察切削長度成為10 km之時點之刀片之形狀，判斷無缺損之刀片之耐缺損性優異。該切削條件係設想對工具施加衝擊之切削加工者。將結果示於表1及表2。表1之「切削試驗」中之「無法試驗」係指於試驗中途發生缺損，因此，無法進行切削試驗。
(切削條件)
切削方式：濕式切削
被削材：鋁合金A390之圓桿(有4個V字型槽之圓桿)
切削速度：800m/min
切入量：0.2 mm
進給量：0.1 mm/rev
切削長度：10 km。
切削方式：濕式切削
被削材：鋁合金A390之圓桿(有4個V字型槽之圓桿)
切削速度：800m/min
切入量：0.2 mm
進給量：0.1 mm/rev
切削長度：10 km。
＜結果及考察＞
如表1所示，試樣No.7及9係副相即石墨之晶體結構中之晶格常數C超過6.7 Å。另一方面，試樣No.8係不含副相之多晶鑽石。
如表1所示，試樣No.7及9係副相即石墨之晶體結構中之晶格常數C超過6.7 Å。另一方面，試樣No.8係不含副相之多晶鑽石。
試驗No.7及9之複合多晶鑽石於試驗中途發現缺損，因此，無法進行切削試驗。試驗No.8之複合多晶鑽石於切削試驗中確認到缺損。
如表1及表2所示，試樣No.1～6及10～16係副相即石墨之晶體結構中之晶格常數C為6 Å以上且6.7 Å以下之複合多晶鑽石。於試樣No.1～6及10～16之組織觀察中，確認到副相分散於主相中。又，確認到上述副相包含石墨之結晶。確認到上述主相包含複數個鑽石粒子。於切削試驗中，試樣No.1～6及10～16能夠於不發生缺損之狀況下將被削材切削10 km。即，試樣No.1～6及10～16與試樣No.7～9相比，耐缺損性提昇。
試樣No.1～6及10～16之努氏硬度為50 GPa以上。因此，認為試樣No.1～6及10～16之耐磨耗性亦優異。
於試樣No.1～6及10～16中，確認到副相之面積比率越低，則努氏硬度越高之傾向。根據表1及表2可知，本實施形態之複合多晶鑽石之努氏硬度可成為60 GPa以上，可成為70 GPa以上，亦可成為80 GPa以上。
於試樣No.7及9中，努氏硬度分別為20 GPa、10 GPa，小於試樣No.1～6及10～16之努氏硬度。認為其原因在於：由於晶格常數C之值過大，導致石墨層間之共價鍵結性顯著下降，伴隨於此，物質之機械強度亦下降。
再者，試樣No.8係不含副相之多晶鑽石，努氏硬度為120 GPa。又，確認到晶格常數C未達6.0 Å之複合多晶鑽石因石墨層間之共價鍵結性變得過強故柔軟性受損，耐缺損性下降，但省略詳情。
以上，對本實施形態及實施例進行了說明，但亦自最初便預計將上述實施形態及實施例之構成適當組合或者進行各種變化之情況。
本次揭示之實施形態及實施例於所有方面均為例示，應理解其並非限制性者。本發明之範圍係由申請專利範圍而非上述實施形態及實施例表示，意欲包含與申請專利範圍均等之含義、及範圍內之全部變更。
10‧‧‧複合多晶鑽石
11‧‧‧主相
12‧‧‧副相
20‧‧‧複合多晶鑽石
21‧‧‧主相
22‧‧‧副相
23‧‧‧副相
30‧‧‧表面a與平面b的交線
40‧‧‧方向
50‧‧‧試驗體
a‧‧‧表面
b‧‧‧平面
d‧‧‧角度
Sv‧‧‧散射向量
X1‧‧‧照射之X射線
X2‧‧‧經繞射之X射線
R‧‧‧區域
θ‧‧‧入射角
2θ‧‧‧繞射角
圖1係表示本發明之一實施形態之複合多晶鑽石之組織之模式圖。
圖2A係使用X射線繞射法之定量分析之模式圖。
圖2B係自方向40觀察圖2A時之模式圖。
圖3係表示本發明之一實施形態之複合多晶鑽石之製造方法之概略之流程圖。
圖4係對本發明之一實施形態之複合多晶鑽石之製造方法中之加壓加熱步驟之條件進行說明之圖。
Claims (9)
- 一種複合多晶鑽石，其包括：包含複數個鑽石粒子之主相、及 包含石墨之副相，且 上述石墨之晶體結構之晶格常數C為6 Å以上且6.7 Å以下。
- 如請求項1之複合多晶鑽石，其中上述石墨相對於上述複合多晶鑽石之含有比率為0.0001質量%以上且未達50質量%。
- 如請求項1之複合多晶鑽石，其中上述石墨相對於上述複合多晶鑽石之含有比率為10質量%以上且40質量%以下。
- 如請求項1至3中任一項之複合多晶鑽石，其中上述副相分散於上述主相中，且上述副相之投影面積圓當量徑之平均值為10 μm以下。
- 如請求項1至3中任一項之複合多晶鑽石，其中上述副相之投影面積圓當量徑之平均值為0.1 μm以上且5 μm以下。
- 如請求項1至3中任一項之複合多晶鑽石，其中上述鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值為1000 nm以下。
- 如請求項1至3中任一項之複合多晶鑽石，其中上述鑽石粒子之投影面積圓當量徑之平均值為10 nm以上且500 nm以下。
- 如請求項1至3中任一項之複合多晶鑽石，其努氏硬度為50 GPa以上。
- 一種複合多晶鑽石之製造方法，其包括如下步驟： 準備非鑽石碳之步驟； 於將壓力設為P[GPa]且將溫度設為T[℃]時， 於下述式(I)及(II)： 9≦P≦16.5(1800≦T≦2400) (I) 9≦P≦15(2400＜T≦2700) (II) 所表示之區域內，將上述非鑽石碳加壓至燒結壓力並且加熱至燒結溫度之步驟； 藉由將上述非鑽石碳以上述燒結壓力及上述燒結溫度保持，而使上述非鑽石碳之一部分轉化為多晶鑽石並且將上述非鑽石碳及上述多晶鑽石燒結，從而製造複合多晶鑽石之步驟；及 將所製造之上述複合多晶鑽石以9～16.5 GPa之壓力及150～750℃/min之冷卻速度冷卻至30～200℃之溫度之步驟；且 上述非鑽石碳包含石墨， 上述燒結壓力為9 GPa以上且16.5 GPa以下， 上述燒結溫度為1800℃以上且2700℃以下。
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