コーティングされたダイヤモンド
本発明は、ダイヤモンド基材と、炭化物形成元素の第１の炭化層と、第１の層からの炭化物形成元素を実質的に含まないである、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はその任意の組合せ若しくは合金から選択される高融点金属の第２の層と、第２の層の金属が、オーバーコーティングの金属と異なる、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、その任意の組合せ又は合金のオーバーコーティングとを含むコーティングされたダイヤモンドに関する。本発明は、さらに、このようなコーティングされたダイヤモンド及びこのようなコーティングされたダイヤモンドを含む研磨材含有工具の製造方法に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーティングされたダイヤモンド粒子、このようなコーティングされたダイヤモンド粒子の製造方法、及び工具への使用に関する。特に本発明は、第１のコーティングと、第２のコーティングと、オーバーコーティングとによりコーティングされたダイヤモンド粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、コーティングされたダイヤモンド材料、このような材料の製造方法及びこのようなコーティングされたダイヤモンド材料を含む研磨材含有工具に関する。特に本発明は、コーティングされたダイヤモンドグリット及び空気中でのロウ付け時におけるこのようなグリットの使用に関する。
【０００３】
ダイヤモンド等の研磨材粒子は、一般に、切削、磨砕、掘削、切断及び研磨の用途に用いられる。上記の用途のための工具を製造する方法の１つは、ロウ付けである。しかし、ロウ付けの工程において、標準的なロウはダイヤモンド表面で湿潤性に乏しいので、ダイヤモンドとロウ付け材料との間に十分な結合を達成するのが困難である。対照的に、いわゆる活性ロウ付け材料は、ロウがダイヤモンド表面と結合することを可能にするＴｉ又はＣｒ等の炭化物形成元素を含有し、コーティングされていないダイヤモンドが真空炉中でロウ付けされることを可能にする。これについての仕組みは、ロウ合金を約７５０℃超に加熱し液体になる際の、炭化物形成元素とダイヤモンド表面の炭素との間の結合の形成である。この反応により、液体ロウ付け合金がダイヤモンドの表面を湿潤させることが可能になる。冷却され凝固すると、ダイヤモンドは、凝固したロウ付け合金により適切に結合される。真空（又は酸素含まないの雰囲気）の使用は、ロウ付け材料及びダイヤモンドの酸化を防止するために必要である。
【０００４】
酸化によるダイヤモンドの分解を防ぎ、標準的なロウによる湿潤を可能にするために、ダイヤモンド上にコーティングをする試みがなされてきた。しかしながら、たいていのコーティングには、工具の製造時に、コーティングに損傷を与えるのを防ぐために非酸化環境が必要であるという点で問題がある。通常、非酸化環境は、強力な真空の存在により、又は窒素及びアルゴン等の不活性ガスの使用、若しくは水素による還元により達成される。コーティングの酸化は、ロウ付け中のコーティングの保持のみならず、コーティングの湿潤性にも影響を及ぼすことがある。さらに、コーティングにより提供される保護が損なわれることがある。これらの両現象は、酸化環境中でのロウ付け時にコーティングにより提供される利益を制限する。
【０００５】
それ故に、ロウ付けは、通常、不活性ガスと非常に特別なロウとにより、真空下で行われ、それらのすべてが、ロウ付け工程を比較的困難で高価なものとされている。よって、比較的安価で標準的なロウ／融剤の系を用いて、空気中でロウ付けできるダイヤモンド製品を有することにより、ロウ付け工程が単純化され、コストが低減される。
【０００６】
ＵＳ５６４７８７８（ｌａｃｏｖａｎｇｅｌｏ他、ＧＥ、１９９７）及びＵＳ５５００２４８（ｌａｃｏｖａｎｇｅｌｏ他、ＧＥ、１９９６）において、その筆者らは、ＷＴｉ結合層と銀等の保護的なロウ相溶性オーバーコーティングとからなる２層コーティングを付着させることにより、化学的気相堆積法（ＣＶＤ）ダイヤモンドインサートについての上記問題が克服されることを記載している。２層コーティングされたダイヤモンドインサートは、真空炉又は特別な雰囲気のない標準的なロウ付けを用いる製造環境において、工具基材に大気ロウ付けされ得ることが示されている。
【０００７】
上記‘８７８（ＵＳ５６４７８７８）及び‘２４８（ＵＳ５５００２４８）の両方において、その発明は、ダイヤモンド工具インサートを目的としている。言及されている基材は、主に、ＣＶＤ（化学的気相堆積法）ダイヤモンド及びＰＣＤ（多結晶ダイヤモンド）であり、すべての実施例は、ＣＶＤダイヤモンドを使用している。その発明をどのようにしてダイヤモンド粒子（グリットとしてよりよく知られている）又は単結晶ダイヤモンドに具体的に適用できるかの言及はなされていない。より具体的には、０．０１μｍから２０ｍｍの範囲の粒径の、コーティングされたグリットの製品への言及もない。このようなコーティングされたグリット製品は、ＣＶＤダイヤモンド及びＰＣＤへの様々な用途を有するので、このことは重要である。
【０００８】
‘８７８及び‘２４８において、保護層とその下のタングステン−チタン層との間の最適な接着を達成するには、水素−アルゴン混合物中での窒素及び酸素のゲッターによる非常に特別な熱処理を要する。さらに、チタン−タングステン合金層の精密な組成制御を有して、熱処理中のＴｉのマイグレーションを防止しつつ、ＴｉＣの化学結合をダイヤモンドの表面に形成させることは重要である。理解され得るように、‘８７８及び‘２４８の両方に記載されている製品を製造するために必要な熱処理、及び特別な組成制御は、比較的高い製造コストを有することが議論され得る特別な加工経路を示す。
【０００９】
‘８７８及び‘２４８において、コーティング層は、ＣＶＤ（化学的気相堆積法）又はＰＶＤ（物理的気相堆積法）のいずれかにより主に付着させ得る。しかし、グリットをコーティングする際に、粒径が減少すると、ダイヤモンド粒子の表面積が増加するために、特にＰＶＤによりグリットをコーティングするのに必要な時間が実質的に増加する。その結果、コーティングされたグリットを製造するためのコストも増加する。それゆえに、より微細な大きさのグリットについては、ＰＶＤよりもコスト効率が高い方法が望ましい。
【００１０】
業界においては、大量の在庫品を抱えることと関係する高コストがあるので、供給者がその顧客のために抱える在庫品の量を最少化することに向けた動きがある。しかしながら、要求を満たすために利用できる十分な製造能力がなければ、在庫品の量を減少させることは、顧客リードタイムに対する否定的影響を有することがある。しかしながら、十分な製造能力を有することは、通常、高い資本コストと関連付けられる。高い在庫量を有することの上記の困難を克服することは、コーティングされたグリットの供給者に経済的な利益を有する。
【００１１】
Ｏ２の存在下で酸化に対する親和性を示す元素の炭化物形成元素、例えばＴｉを含まない、又は実質的に含まない製品を有することも望ましい。このような元素の炭化物形成元素は、層の中に拡散し酸化することがある。炭化物形成元素は、変色し、コーティングの構造的完全性を含んで成る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に対する第１の態様によれば、
・ダイヤモンド基材と、
・炭化物形成元素の第１の炭化層と、
・第１の層からの炭化物形成金属を実質的に含まない、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はそれらの組合せ若しくはそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層と、
・第２の層の金属が、オーバーコーティングの金属と異なる、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、それらの組合せ又はそれらの合金のオーバーコーティングであって、該オーバーコーティングの金属と第２の層の金属が異なるオーバーコーティングと
を含むコーティングされたダイヤモンドが提供される。
【００１３】
「実質的に含まない」の用語は、３重量％未満、好ましくは２．５重量％未満、より好ましくは２重量％未満、より好ましくは１．５重量％未満、より好ましくは１重量％未満、より好ましくは０．５重量％未満、より好ましくは０．２重量％未満、より好ましくは０．０１重量％未満を意味する。
【００１４】
炭化物形成元素は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏから選択され得る。
【００１５】
ダイヤモンド基材は、好ましくはダイヤモンドグリットであり、高圧高温合成技術から得られるダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、ホウ素をドーピングされたダイヤモンド、単結晶及び天然ダイヤモンドから選択され得る。
【００１６】
人工ダイヤモンドの研磨材（グリット）は、グラファイト原材料を溶媒金属触媒に溶解させる工程により、高圧及び高温（ＨＰＨＴ）を用い、商業ベースで製造される。
【００１７】
触媒は、一般に、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、又はそれらの組合せであるが、それらに限定されるものではない。グラファイト及び触媒は、ＨＰＨＴ合成プレス機内に配置される反応体積（カプセル）の中に収容され、カプセルは加熱されて溶解力のある触媒の溶融が生じ、次いで、グラファイト原料の溶解が行われ、炭素の過飽和溶液が作り出される。
【００１８】
カプセルは、圧力（ｐ）、温度（Ｔ）の空間の領域中への予め決められた軌跡をたどり、条件が、熱力学的且つ速度論的に有利であると、過飽和溶液から炭素の沈殿がダイヤモンドの形で生じる。この工程は、選択された触媒系の共融曲線と、軌跡がＢｅｒｍａｎ Ｓｉｍｏｎの平衡曲線により記述されるグラファイト−ダイヤモンドの相の境界とにより境界付けられるｐＴの空間の領域中で行われる。
【００１９】
好ましくは、ダイヤモンドグリットは、０．０１μｍから２０ｍｍの大きさの範囲にある。これにより、酸化環境中でダイヤモンド工具を製造する際に、本発明に係るコーティングされたダイヤモンドグリットを使用できるようになる。このコーティングされたダイヤモンドグリットは、青銅等の液相の溶浸材を含有する焼結部を製造する際に、又はロウ付け等の方法によりダイヤモンドグリットを別の金属若しくはサーメットの材料に固定する際に、真空炉を必要としない。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態において、第１の炭化層、好ましくはＴｉＣコーティングを、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかにより付着させ、第２の層、好ましくはタングステンを、ＰＶＤ又はＣＶＤにより付着させるので、コーティングをすると熱処理の必要がなくなる。オーバーコーティング、好ましくはＡｇを、ＰＶＤ、又は電解若しくは無電解の堆積により付着させることができる。
【００２１】
ＴｉＣコーティング、及び／又はＷコーティングを伴うＴｉＣコーティングは、標準的な製造品目であり得るため、その結果、大気ロウ付け可能な製品を製造するのに必要なＡｇ等のオーバーコーティングの添加だけで、これらの材料を標準的な品目として在庫で抱えることができるので、在庫品を抱えることに関係するコストが最少化される。
【００２２】
本発明によれば、ＴｉＣコーティングを作製するために大規模なＣＶＤを用いることによって、低温ＣＶＤによりＷを付着させ、無電解又は電解の堆積によりＡｇを付着させることにより、特により微細な大きさについて、コーティングされたダイヤモンドグリット材料を製造するコストは低減される。
【００２３】
本発明に対する第２の態様によれば、
・ダイヤモンド基材を提供するステップと、
・炭化物形成元素の第１の炭化層によりダイヤモンド基材をコーティングするステップと、
・Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はそれらの組合せ若しくはそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層により第１の層をコーティングするステップと、
・Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、それらの組合せ又はそれらの合金のオーバーコーティングにより第２の層をコーティングするステップと
を含み、第２の層の金属がオーバーコーティングの金属と異なる、コーティングされたダイヤモンド材料の製造方法が提供される。
【００２４】
炭化物形成元素は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏから選択され得る。
【００２５】
ダイヤモンド基材は、好ましくはダイヤモンドグリットであり、高圧高温合成技術から得られるダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、単結晶及び天然ダイヤモンドから選択され得る。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態において、第１の炭化層、好ましくはＴｉＣを、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかにより付着させ、第２の層、好ましくはＷコーティングを、ＰＶＤ又はＣＶＤにより付着させるので、一旦コーティングをすると熱処理の必要がなくなる。オーバーコーティング、好ましくはＡｇコーティングを、ＰＶＤ、又は電解若しくは無電解の堆積により付着させることができる。
【００２７】
本発明に対する第３の態様によれば、本発明による、コーティングされたダイヤモンドグリット、単結晶、ＣＶＤダイヤモンド、及び／又はＰＣＤを含む、研磨材含有工具が提供される。
【００２８】
本発明に対するこの態様の好ましい実施形態において、研磨材含有工具は、鋸刃、鋸刃自体、ドリル、ダイヤモンドワイヤ用ビーズ、帯鋸刃、弓鋸、穿孔機のビット、ワイヤビーズ、ツイストドリル、磨耗部品、磨砕砥石、磨砕端、ロータリードレッサー、単一及び複式のログドレッサー用のドレッサーログ、プロファイルドレッサー、ストレートルータ及びプロファイルドルータ、研磨カップ、単一刃工具、較正ローラ、伸線ダイ、単一刃旋削工具、ゲージ材料、肉盛の部分、又はコーティングされた超砥粒を含有する任意の焼結部分から選択される。
【００２９】
本発明の第４の態様によれば、酸化性のロウ付け工程において、本発明による、コーティングされたダイヤモンドグリット、ホウ素をドーピングされたダイヤモンド、単結晶、ＣＶＤダイヤモンド、及び／又はＰＣＤの使用が提供される。コーティングは、真空下等の非酸化環境中でも、還元環境中でも機能することもできる。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の一態様によれば、０．０１μｍから２０ｍｍの範囲の大きさのコーティングされたダイヤモンドグリット（出発と完成とのグリットの間に無視してよい違いがあることは、当業者により理解されるが、出発のグリット）が提供され、酸化環境中でダイヤモンド工具を製造する際に、ダイヤモンドグリットを用いることも可能になる。コーティングされたダイヤモンド物品は、好ましくは、ダイヤモンドグリット基材と、ＴｉＣの第１の炭化層と、Ｗ（又は別の高融点金属、例えばＣｒ若しくはＮｉ）の第２の層と、Ａｇのオーバーコーティングとからなる。
【００３１】
国際公開第２００５０７８０４１号（Ｅｇａｎ他 Ｅ６、２００５）には、０．１ｍｍから１０ｍｍの大きさであるダイヤモンドグリット上の、ＴｉＣの第１の層とＷの第２の層とをもつコーティングが記載されている。本発明の製品には、国際公開第２００５０７８０４１号（Ｅｇａｎ他 Ｅ６、２００５）に記載されている２層の製品上の銀のオーバーコーティングが含まれる。Ａｇのオーバーコーティングは、Ｗ層の酸化を防止する。しかしながら、ＴｉＣ及びＷの層は、国際公開第２００５０７８０４１号（Ｅｇａｎ他 Ｅ６、２００５）に記載されているのと同じ利益を提供するために必要とされる。具体的には、焼結中にマトリックス材料の成分が炭化チタンコーティングと反応するとこれを消耗してしまう場合に、ＴｉＣとＷとの組合せのコーティングが有用である。この例は、鉱山の探索ボーリングのためのドリルクラウンの製造時における、青銅等の液体溶浸材の使用である。さらに、超砥粒成分を別の金属又はセラミックの材料に固定するために用いられる青銅がチタン系コーティングと反応するとこのコーティングを消耗してしまう場合に、ＴｉＣとＷとの組合せは有用である。
【００３２】
外層の目的としてではなく、主に、内層及び基材を保護するためのバリアとして必要であるタングステン層は、第１の炭化層を有さず、タングステンコーティングを薄く保つことにより、十分な層間結合を達成することができる。タングステンコーティングは、約０．０１μｍから約５０μｍ、特に、約０．２μｍから約１μｍの厚さを有する。
【００３３】
ＴｉＣとＷとの組合せは、特に、多量の青銅又は銅により、炭化チタンコーティングの有用性と、ロウ付けされたダイヤモンドワイヤビーズ等のロウ付けされたダイヤモンド層工具の作製と、金属マトリックス複合体を含有するダイヤモンドの作製とを制限する場合における、鋸刃、ドリル、ダイヤモンドワイヤ用ビーズの部分等のダイヤモンド含浸工具の作製時に特に有用である。
【００３４】
ＴｉＣとＷの２層コーティングされた製品上にさらにＡｇをオーバーコーティングすることにより、上記の全長所が可能になるが、このような工具を空気中で製造できるので、そのことにより、製造可能性を容易にし、コストを低減するというさらなる利益が伴われる。
【００３５】
ダイヤモンドグリット粒子は、金属の結合された工具の製造において、従来用いられるものである。それらは、通常、均一な大きさであり、一般に０．０１μｍから２０ｍｍである。このようなダイヤモンドグリット粒子の例には、０．０１から６０ミクロンのミクロングリットと、４０ミクロンから２００ミクロンのホイールグリットと、１８０ミクロンから２ミリメートルのソーグリットと、０．５ミリメートルから２００ミリメートルの単結晶とが挙げられる。
【００３６】
ダイヤモンド粒子は、まず、高温コーティング工程においてコーティングされて、ＴｉＣの第１の炭化層を形成する。この高温コーティング工程においては、このような結合が起こる適切な高温条件下で、金属系コーティングをダイヤモンド基材に付着させる。一般に、高温工程の範囲は、６５０℃から１３００℃の間である。使用することができる一般的な高温コーティング技術には、例えば、金属ハロゲン化物ガス相からの堆積を含む工程、ＣＶＤ工程、又は熱拡散真空コーティング、又は金属気相蒸着工程が挙げられる。金属ハロゲン化物ガス相からの堆積、及びＣＶＤ工程が好ましい。ＰＶＤ法を好む先行技術よりも、このような高温コーティング工程は、特に微細グリット、すなわち、０．１から１００ミクロン大のグリット、好ましくは１０から５０ミクロン大のグリットについて、実質的により速くより経済的であることが見出されている。このような微細なグリットには、より繊細なコーティングが好ましいことがある。
【００３７】
金属ハロゲン化物ガス相からの堆積を含む工程において、コーティングされる粒子は、適切なガス環境（例えば、以下の１種又は複数、すなわち、ヘリウム及びアルゴンから選択される不活性ガス、水素、炭化水素、分解アンモニウム、又は任意の組合せ、例えばアルゴン／水素の混合物を、陽圧、大気圧又は減圧、例えば１０−１から１０−７ｍＢａｒで含有する非酸化環境）中でコーティングされる金属（例えばＴｉ）を含有する金属ハロゲン化物、例えば、塩化チタン、ヨウ化チタン及びホウ化チタンに曝される。金属ハロゲン化物を、工程の一環として金属から生成することができる。
【００３８】
混合物は、例えば、６５０℃から１３００℃、５分間から１０時間、１から１０サイクルの熱サイクルを受け、その間に、金属ハロゲン化物は、Ｔｉが放出され粒子に化学的に結合する粒子表面にＴｉを輸送する。
【００３９】
タングステンの第２の層を、低温ＣＶＤ工程又はＰＶＤ等の低温コーティング技術を用いて堆積することができ、このことは好ましい。重要な炭化物形成を引き起こすには不十分な熱が、例えば６５０℃で生じるという点で、それは低温工程である。それ故に、低温工程を単独で用いた場合、ダイヤモンド粒子への接着が比較的弱くなる。外部コーティングを付着させるＰＶＤ工程の例は、スパッタコーティングである。この方法において、タングステン金属蒸気の流れが、マグネトロン等の励起源により生成される。この流れ中に置かれた超砥粒（例えばダイヤモンド）グリット又は他の成分等の物体は、タングステン金属によりコーティングされる。
【００４０】
Ａｇのオーバーコーティングを、ＰＶＤ等の低温の技術により、又は電解／無電解のめっきにより付着させることができる。オーバーコーティングを付着させるＰＶＤ工程の例は、スパッタコーティングである。この方法において、銀金属蒸気の流れが、マグネトロン等の励起源により生成される。この流れ中に置かれた超砥粒（例えばダイヤモンド）グリット又は他の成分等の物品は、銀金属によりコーティングされる。
【００４１】
銀のオーバーコーティングを、電解めっきにより付着させることもできる。この方法においては、ある量、例えば７５０カラットの、ＴｉＣ及びＷがコーティングされたグリットを、ＡｇＣＮ、ＫＣＮ、遊離ＫＣＮ、及び光沢剤、例えばＳｉｌｖｅｒｓｅｎｅ−Ｌ（ＲＴＭ）からなる１．５リットルめっきバレルの中に置く。ポリプロピレンの袋の中に収容された銀の長方形の片の形の銀電極が用いられる（銀の純度は９９．９％であった）。バレルを、１から３０ｒｐｍ、好ましくは３から１０ｒｐｍの間で回転させ、ＴｉＣ及びＷでコーティングされた粒子の表面を銀でめっきするために、０．１から１０アンペア、好ましくは０．６から１．５アンペアの電流を印加する。工程の継続時間及び温度は、１℃から１００℃の間で、１分間から３週間であった。
【００４２】
銀のオーバーコーティングを、無電解めっきにより付着させることもできる。無電解めっきの例は、ＺＡ８２０３０６７［ＧＥ、Ｒｕａｒｋ＆Ｗｅｂｓｔｅｒ、１９８３］及びＵＳ４４０３００１［ＧＥ、Ｇｒｅｎｉｅｒ、１９８３］に記載された無電解めっきの修正版に従った無電解めっきであり、その両者は本明細書に参照により組み込まれる。ダイヤモンドグリットを銀でコーティングするこの方法は、アンモニアの銀溶液中に、好ましくはその物理的攪拌により、ダイヤモンドグリットを懸濁させることを含み、次いで、攪拌と銀溶液中のダイヤモンドの懸濁とを維持しつつ、そこに還元溶液、例えば転化糖（砂糖及び硝酸の混合物）をゆっくりと加える。還元溶液を添加する定量的速度を、銀がそれぞれのグリットをコーティングするまで継続し、所望のコーティングの重量（又は厚さ）が達成されるまで、このような工程を繰り返す。
【００４３】
粒径が減少するにつれて、ＰＶＤによるコーティングのコストは実質的に増大する。それゆえに、コストの観点から、粒径が減少している場合に好ましい方法は、無電解、電解の堆積、又は無電解／電解の堆積の組合せによる銀のオーバーコーティングの付着である。
【００４４】
このように、第１のコーティングの好ましい範囲の厚さは、０．０１μｍ（マイクロメートル）から５０μｍ、好ましくは０．３から１．２μｍである。
【００４５】
第２のコーティングの好ましい範囲の厚さの範囲は、０．０１μｍから５０μｍ、好ましくは０．３から３μｍである。
【００４６】
第３の（例えば、銀の）オーバーコーティングの好ましい範囲の厚さは、０．０１μｍから５０μｍ、好ましくは０．３から３μｍである。
【００４７】
ダイヤモンドの好ましい範囲の大きさは、
・グリットについて：０．０１μｍから２０ｍｍ、
・単結晶について：長さ０．５ｍｍから２００ｍｍ
・ＣＶＤについて：長さ０．５ｍｍから５００ｍｍ、又は直径０．１μｍから２００μｍ、
・ＰＣＤについて：直径０．５ｍｍから１０００ｍｍ
である。
【００４８】
好ましくは、第２の層は、第１の層に化学的に結合していないが、工具の製造中に、いくらかの結合が生じ得ることが理解されよう。
【００４９】
好ましくは、Ａｇのオーバーコーティングは、第２の層に化学的に結合していないが、工具の製造時において、いくらかの結合が生じ得ることが理解されよう。
【００５０】
コーティングのそれぞれの場合において、好ましくは、ダイヤモンド全体が被覆されているが、コーティングの中に間隙があり得る可能性が常にある。
【００５１】
当技術分野において教示される長所に優る本発明による製品の長所として、以下のことが挙げられる。
（１）発明の製品の中のタングステンがより厚いので、本発明は、高温のロウ付けでより良好に機能する。
（２）先行技術において、化学的に結合した初めの第１の層の面積は、本発明による製品の中のＴｉＣ層よりはるかに小さいので、ＴｉＣ層の接着はより良好である。
（３）先行技術により教示される製品において、Ｗ層中のＴｉは、酸素ゲッターとして作用しロウ付け可能性を損ねることがある。
（４）先行技術において教示されるようなコーティングは、グリット又は単結晶上で機能するように示されていなかった。
（５）Ｔｉ／Ｗ合金層中のＴｉのマイグレーションを防ぐために、先行技術の製品には精密な組成制御が必要とされる。本発明による製品には、このような問題が存在しない。
【００５２】
本発明に関係するさらなる長所には、以下のことが挙げられる。
（１）第１の炭化層は、コーティングを付着させた後に、非常に制御されコストがかかる熱処理を必要としない。
（２）本発明に係る方法は、既存製品のラインを利用するので、必要な在庫品を減少させる。
【００５３】
本発明に従って製造されるコーティングされたダイヤモンド研磨材料（グリット）は、主に、単層の工具のため、すなわちめっきの代替として意図される。
【００５４】
しかしながら、このコーティングの種々の可能性を際立たせるために、潜在的用途の非包括的なリストを以下に提供する。すなわち、鋸刃、帯鋸刃、弓鋸、穿孔機のビット、ワイヤビーズ、ツイストドリル、磨耗部品、磨砕砥石、磨砕端、ロータリードレッサー、単一及び複式のログドレッサー用のドレッサーログ、プロファイルドレッサー、ストレートルータ及びプロファイルドルータ、研磨カップ、単一刃工具、較正ローラ、伸線ダイ、単一刃旋削工具、ゲージ材料、肉盛、表面磨砕機、又はコーティングされた超砥粒を含有する任意の焼結／ロウ付けされた部分、コンクリート若しくは石の床の磨砕及び研磨である。
【００５５】
本発明によるコーティングの長所の１つは、工具を大気ロウ付けにより製造し、特に、非不活性雰囲気中で超砥粒をロウ付けすることにより単層の工具を作製することを可能にすることである。これにより、新規な方法によりこのような工具が製造されるいくつかの機会が切り開かれる。コーティングされた超砥粒物体を工具の基材にロウ付けするのに使用することができる技術には、誘導加熱、標準的ロウ付け、ブロートーチング、レーザ加熱、炉加熱、輻射加熱、及びアセチレントーチを用いる加熱が挙げられる。
【００５６】
本発明によるコーティングされた研磨材料は、加熱プレス、自由焼結及び溶浸焼結等の他の工具作製技術においていくつかの利益を提供することもできる。例えば、このコーティングが、ＩＥＳ２００４／００２４に記載されている技術等の既存の技術を利用しているように、このコーティングは、液相が一般に存在する溶浸焼結により工具部分を製造するために用いたときに、湿潤を改善する、保持を増大させる、及び／又は保護を改善する等の長所を提供することができる。
【００５７】
工具製造技術の他の例には、放電焼結（ＥＤＳ）、電場支援焼結技術（ＦＡＳＴ）及びレーザ焼結が挙げられるが、それらに限定されるものではない。さらに、このコーティングは、様々な工具製造技術を、工具作製者に経済的利益を有し得る、既存及び新規の工具を製造するために現在用いられている技術に開放することができる。
【００５８】
本発明に係るコーティングは、ＰＣＤ及びＣＶＤダイヤモンド等の、超砥粒のブランクを基材に接合する際に、潜在的に長所を提供し得る。
【００５９】
この明細書において、「層」及び「コーティング」の用語は互換的に用いられる。
【００６０】
これから、以下の非限定的な例、及び以下を示す図を参照して、本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７表面のＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）ＳＥＩ、（ｂ）ＢＥＩである。
【図２】図１に示される領域に相当する、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７の表面のＥＤＳスペクトルを概観する。
【図３】挿入画像により示されるように、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７の表面に見られる暗領域のＥＤＳスペクトルである。
【図４】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７のＴｉＣピークを示すＸ線回折図である。
【図５】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７の断面ＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）ＳＥＩ、（ｂ）ＢＥＩである。
【図６】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７のコーティングの厚さを示す、ＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図７】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２表面のＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）ＳＥＩ、（ｂ）ＢＥＩである。
【図８】図１に示される領域に相当する、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２の表面のＥＤＳスペクトルを概観する。
【図９】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２のＷピークを示すＸ線回折図である。
【図１０】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２の断面ＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）ＳＥＩ、（ｂ）ＢＥＩである。
【図１１】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２のコーティングの厚さを示す、ＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１２】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２のコーティングの組成を示す、ＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真のＸ線マップである。
【図１３】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８表面のＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）ＳＥＩ、（ｂ）ＢＥＩである。
【図１４】図１に示される領域に相当する、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の表面のＥＤＳスペクトルを概観する。
【図１５】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８のＸ線回折図である。
【図１６】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８のコーティングの断面を示す、ＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）概観、及び（ｂ）接近写真である。
【図１７】様々なコーティング層のＥＤＳスペクトルであり、（ａ）ＴＣ１８、（ｂ）ＴＣ１２及び（ｃ）ＴＣ７である。
【図１８】Ａｒｇｏｂｒａｚｅ４９Ｈロウ付けペーストを用い、炭化タングステン片に成功裡に大気ロウ付けされたＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８である。
【図１９】ロウ付け試験に用いられる炭化物円筒の側面図である。
【図２０】ダイヤモンドを保持するための薄いロウ付けペースト層上の、粗いコーティングされたダイヤモンドの上面図である。
【図２１】基材上の単層のダイヤモンドの上に置かれたロウ付けペーストの液滴である。
【図２２】ダイヤモンドを空気中で基材にロウ付けしている段階である。
【図２３】上述のように基材にロウ付けされた単層のダイヤモンドである。
【図２４】表面から離れた塊を形成するダイヤモンド粒子である。
【実施例】
【００６２】
（例１）
エレメント６ ４０／４５ＵＳメッシュのグリット上にコーティングされた製品を３つ製造した。３つのコーティングは、すなわち、（１）ＰＶＤにより付着させた０．５μｍのＴｉコーティング、（２）ＣＶＤにより付着させた０．５μｍのＴｉＣコーティング及び（３）ＣＶＤによるＴｉＣの第１の層及びＰＶＤによるＷの第２の層（厚さ０．４μｍ）からなるコーティングである。
【００６３】
コーティングされたダイヤモンドグリットを、ロウ付けペーストと混合し、炭化タングステン片の上に置いた。次いで、コーティングされたダイヤモンドとロウと片とを、ロウ付けペーストが溶融したことを確認し、すべての融剤を焼却されるまで、誘導コイルにより加熱した。冷却したらすぐにロウ付けされた片を調査した。すべての例において、コーティングの表面が、ロウ付けペーストにより湿潤されていないことが確認された。それ故に、コーティングの表面が、酸化し、したがってロウ付け材料の湿潤を妨げるので、（１）、（２）又は（３）のコーティングを空気中ではロウ付けできない。上記により、ロウ付け中のダイヤモンドの保持が不良となることが予期される。
【００６４】
（例２）
例１から（１）、（２）及び（３）のコーティングを用いて、銀のオーバーコーティング（厚さ０．１μｍ）を、各コーティングを施した製品にＰＶＤで付着させて、それぞれ、試料（４）、（５）及び（６）とするものを製造した。例１に概説したように、ロウ付けを行った。試料（４）及び（５）の場合において、ダイヤモンドの表面は、ロウ付けペーストにより湿潤されなかった。しかし、（３）の場合においては、コーティングされたダイヤモンドは、ロウにより湿潤された。それゆえに、試料（４）及び（５）は、ロウ付け中のダイヤモンドの保持が不良となることが予期される一方で、試料（６）は、ロウ付け中のダイヤモンドの比較的良好な保持を有することが予期される。
【００６５】
（例３）
エレメント６ ３２５／４００ＵＳメッシュのグリット上にコーティングされた製品を２つ製造した。すなわち、（７）ＣＶＤによるＴｉＣの第１の層、及びＰＶＤによるＷの第２の層（厚さ０．４μｍ）からなるコーティングと、（８）ＣＶＤによるＴｉＣの第１の層、ＰＶＤによるＷの第２の層（厚さ０．４μｍ）、及びＰＶＤによる銀のオーバーコーティング（厚さ０．１μｍ）からなるコーティングとである。例１に概説したように、ロウ付けを行った。（７）の場合において、ダイヤモンドの表面は、ロウ付けペーストにより湿潤されなかった。しかし、（８）の場合においては、コーティングされたダイヤモンドは、ロウにより湿潤された。それゆえに、試料（８）は、ロウ付け中のダイヤモンドの比較的良好な保持を有することが予期される。
【００６６】
（例４）
ダイヤモンドの従来のロウ付けには、活性なロウ材料、及び酸素含まないの環境が必要である。活性なロウは、ダイヤモンド表面と反応して湿潤を促進する炭化物形成体、一般にＴｉ、Ｃｒ又はＭｏを含有する。酸素含まないの環境は、活性ロウ付け材料の酸化が湿潤を妨げるときに、これが酸化するのを防ぐために必要である。ＴＺコーティングが開発されて、酸素存在下でのダイヤモンドのロウ付けが可能になった。
【００６７】
ＴＺの大気ロウ付け可能なコーティングは、一般に、３つのコーティング層からなり、ＴｉＣ（第１）、Ｗ（第２）、Ａｇ（上塗り）である。ＴｉＣ層は、高温の充填層拡散工程によりダイヤモンドに化学的に結合される。Ｗ及びＡｇの層は、２つの別々の物理的気相堆積（ＰＶＤ）サイクルにより、ダイヤモンドに付着させる。
【００６８】
ＴｉＣ層の付着及び分析
ＴｉＣ層の付着手順
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰのダイヤモンド粒子のＴｉＣによるコーティングに用いられる工程パラメータを表１（以下）に概説する。
【表１】
表１：工程パラメータの詳細
【００６９】
充填、及び炉の運転
１．Ｔｉ顆粒２００ｇを収容したＴｉのるつぼに、ＮＨ４Ｉ活性化剤０．２ｇを加えた。
２．生成した複合体を、Ｔｉ棒を用いよく混合して攪拌した。
３．ＣＶＤダイヤモンド（２０個のダイヤモンド）０．２２ｇを、この混合物に加えた。
４．生成した混合物を、Ｔｉ棒を用いよく混合して攪拌した。
５．Ｔｉ顆粒のきめ細やかな層が、混合物の上に堆積した。
６．このるつぼを、この工程のために調製した、ダイヤモンドグリットの７個のるつぼを収容する箱に加え、ＣＶＤダイヤモンドのるつぼを、箱の上部に置いた。
７．箱をレトルト設備の上部棚の上に置いた。
８．低温運転を行った。
【００７０】
分離及び洗浄
９．炉の運転の後に、ＣＶＤダイヤモンドを収容する箱をレトルトから取り出す。
１０．ダイヤモンドを収容したるつぼを箱から取り出し、混合物とるつぼの側面との間にのみを割り込ませることにより、るつぼから混合物を離した。
１１．さらに混合物を、手で破砕した（無菌の手袋を着用した）。
１２．ＣＶＤダイヤモンドを、手で混合物から分離した。
１３．２個の５０ｍｌビーカーをイソプロパノールで洗浄した。
１４．一方のビーカーに脱イオン水２０ｍｌを注ぎ、他方にイソプロパノール２０ｍｌを注いだ。
１５．ＣＶＤダイヤモンドを脱イオン水中で（ビーカーを回旋させることにより）すすぎ、次いで水を排出した。
１６．次いでイソプロパノールをＣＶＤダイヤモンド上に注いだ。
１７．イソプロパノールを排出させ、ＣＶＤダイヤモンドを乾燥させた。
１８．乾燥してから、ＣＶＤダイヤモンドを包装した。
【００７１】
ＴｉＣ工程によりコーティングされたダイヤモンド粒子の分析
実験のこの段階においては、ＣＶＤダイヤモンドを、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７と呼ぶ。ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７の試料は、裸眼を用い視覚的に検査し、２度の観察を行った。第一に、コーティングは「まだら」であるように見えた。第二に、ダイヤモンドは、粗い面と研磨面とを有していた。ダイヤモンドの研磨面のコーティングは、その表面の残りの部分より乏しい均一性を有しているように見えた。
【００７２】
ダイヤモンドの湿潤性は、表面粗さの作用であり、コーティング前のダイヤモンドの表面を処理することにより、より均一な被覆が促進されると思われる。粗い面形状をもつ面が最も見込みのある結果を示したので、その面に対して表面分析を行った。同様なものと同様なものとの比較が容易に達成されることが確実であり、ダイヤモンドの粗い面は、最も容易に識別できるものでもあった。
【００７３】
２つの試験片（１つは砕いたもの）を、ＳＥＭ、ＥＤＳ及びＸＲＤの分析に送った（ＡＲ０７ＩＥ８９２）。図１における、コーティングの表面のＳＥＭ顕微鏡写真により、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰの高い結晶性が示され、特定の結晶ファセット上に優先的なＴｉＣ形成が生じるものと思われる。このような挙動は、前に、ソーグリット製品のコーティングにおいて観察されており、異なる表面構造を作り上げる原子の間における、炭素の結合エネルギーの違いの結果であるかもしれない（Ｆｒｉｅｓ ２００１、ＷＰ／９７／３８）。
【００７４】
図２は、ＴＣ７のコーティングされたダイヤモンドの表面のＥＤＳスペクトルの概観を示す。Ｔｉのカウントが著しく高く、表面に強固なＴｉが存在することを示唆している。ＢＥＩのＳＥＭ画像、図１（ｂ）のより暗い領域は、より低密度で、したがって被覆がより少ないか被覆されていない領域を示している。これらのより暗い領域が、コーティングに対して受容性があることを検査するために、このような領域のＥＤＳを行った。得られたスペクトルは、図３に示され、表面の概観（図２）について見られたＴｉカウントと同等のカウントを詳しく示している。ＢＥＩ画像により、大きなスケールのコーティングの厚さの変動が明らかにされたが、この結果は、総体的な被覆が良好であることを示唆している。
【００７５】
ＸＲＤの調査により、ＴＣ７の工程により付着させたコーティングはＴｉＣからなることが確認された。ＴｉＣのピーク強度は、ダイヤモンドのピークと比べて、適度な「厚さ」のコーティングが付着させたことが示唆される。回折図により、２シータ７９に未確認のピークが示されており、図４を参照されたい。このピークの出所は確かではないが、ＥＤＳ、図２及び３により不純物は検出されなかったことに注意すべきである。
【００７６】
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７の断面分析
試験片の１つのそれぞれの端を、２つの万力グリップの間に保持し、破壊が生じるまで力を加え曲げた。破壊された表面を分析して、コーティングの厚さと均一性を測定した。図５は、破壊された表面のＳＥＩ及びＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真を示し、予期されたように、脆い種類の破壊形態が観察された。ＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真は、明瞭にコーティングを示し、試験片の片面に均一なコーティングが観察されたが、試験片の反対側（図５（ｂ）で丸で囲まれている）に大きな窓が観察された。このような窓が、コーティング工程の人為的なものであるか、破壊中におけるコーティングの剥離の結果であるかは明らかでない。ダイヤモンド／コーティングの界面の接近したＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真、図６において、コーティングの破片が観察され、破壊時に、ある水準の剥離が生じていることが確認される。
【００７７】
コーティングの厚さを測定し、その結果を図６に表す。同じ工程により形成された、ソーグリット上のコーティングの厚さは、約０．５μｍであるので、２．４３μｍ以下の測定結果は驚くほど厚い。その結果は、ダイヤモンド表面から、形成されたＴｉＣコーティング中への、炭素の原子の輸送が多量であることを暗示している。別の可能性は、外表面での純粋なＴｉの形成であり、これは、図４における未確認のＸＲＤピークを説明することができる。
【００７８】
Ｗ層の付着及び分析
Ｗ層の付着手順
０．１１ｇのＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７を、Ｗでコーティングした。１３０００カラットのＳＤＢ１１２５ＴＣ１２ ２０／３５の製造運転をし、試料を、ＰＶＤユニット中に装着した。３６０分間の標準的なサイクル時間を行い、完了したらＣＶＤダイヤモンドを手で装着物の残りから取り外した。実験のこの段階での生成物を、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２と呼ぶ。
【００７９】
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２（ＡＲ０７ＩＥ９５６）の分析
概して、図７におけるＳＥＭ顕微鏡写真は、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２は、非常に良好にＷでコーティングされていることを示している。ＳＥＩ画像には、いくつかのピット様の構造が見られ、ＢＥＩ画像により、これらが窓であることが確認された。これらの窓は、比較的小さく、最終製品の湿潤性に影響を及ぼさないはずである。
【００８０】
図８に表される、図７に示す領域のＥＤＳスペクトルは、Ｗについて高いカウントを示し、多くのＷが存在することが示された。微量のＣａ及びＣｌが、ＥＤＳにより検出されたが、これは、表面Ｘ線回折図、図９が、これらの元素を含有する相を拾い上げていなかったので、二次汚染であると思われる。強い強度のＷピークと、このＸ線回折図にＴｉＣが見られないこととから、Ｗの良好な被覆が達成されたことは明らかである。
【００８１】
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２の断面分析
試験片の１つを、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７に関する類似の方法で破壊した。破壊された表面を分析して、コーティングの厚さ及び均一性を測定した。図１０に、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２の破壊された表面のＳＥＩ及びＢＥＩのＳＥＭを示す。このコーティングは、均一であると思われ、被覆は良好であり、窓も見られなかった。
【００８２】
ＴｉＣとＷとを合わせたコーティングの厚さを測定したところ１６μｍ以下であり、厚いコーティングであることを表しており、図１１を参照されたい。このコーティングは、ＣＶＤダイヤモンドに良好に接着していると思われ、破壊に誘発された剥離は観察されなかった。ＴｉＣ／Ｗの剥離は、ＢＥＩ分析を用いたところ、決定的ではなかった。それゆえに、ＴｉＣ／Ｗの２層の存在を確認するために、ＥＤＳのＸ線マッピング機能を使用した。Ｘ線マップを図１２に示し、それによりＴｉＣ層の存在が確認され、また、Ｗ層中に検出されたＣが微量であることは特筆すべきである。
【００８３】
銀のオーバーコーティングの付着及び分析
銀のオーバーコーティングの付着手順
０．０５ｇのＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２を、ＴＣ１８の工程を用い、銀でコーティングした。ソーグリットの製造運転をし、試料を、ＰＶＤユニット中に装着した。２５３分間のサイクル時間を行い、完了したらＣＶＤダイヤモンドを手で装着物の残りから取り外した。実験のこの段階での生成物を、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８と呼ぶ。
【００８４】
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の分析（ＡＲ０７ＩＥ１１６５）
ＳＥＭを用いた表面分析により、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８は、非常に良好にコーティングされていることが示されており、図１３を参照されたく、図１４に示されるように、ＥＤＳにより、コーティングが銀であることが確認された。ＳＥＩ画像には、いくつかのピット様の構造が見られ、ＢＥＩ画像により、これらが窓であることが確認された。いくつかのピットが、暗領域として示されたことは興味深く特記する。Ａｇより稠密である下層のコーティングはＷであるので、ＢＥＩ顕微鏡写真において明領域として現れる。これにより、暗領域はＴｉＣ又はダイヤモンドであることが示唆され、ピットのＥＤＳによりこの領域が識別されるはずである。
【００８５】
図１３に示される領域のＥＤＳスペクトル、図１４は、Ａｇについて高いカウントを示し、多くのＡｇが存在することが示された。微量のＷ及びＣが、ＥＤＳにより検出され、表面のピットが、Ｗ及びダイヤモンドにかなり曝されていることを示している。図１５に示されるＸ線回折図は、ＥＤＳにより提供された証拠を支持している。強い強度のＡｇピークから、良好な被覆が達成されたことは明らかである。
【００８６】
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の断面分析
試験片の１つを、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７に関する類似の方法で破壊した。破壊された表面を分析して、コーティングの厚さ及び均一性を測定した。図１６に、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の破壊された表面のＳＥＩ及びＢＥＩのＳＥＭ画像を示す。このコーティングは、均一であると思われ、被覆も良好であり、窓も見られなかった。Ａｇのオーバーコーティングの厚さは約１μｍであると測定され、「厚いコーティング」を表している。この場合では、コーティング層の境界を定めるのは難しくなく、それぞれの層に対してＥＤＳを行った。これらの結果を図１７に示す。予期されるように、外層、中間層及び内層は、それぞれ、Ａｇ、Ｗ、ＴｉＣであった。Ｗの第２の層の厚さは、約４μｍであると測定され、これは、前の試験片（１６μｍ以下であると測定されたＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２）について測定された厚さよりはるかに小さく、ダイヤモンド間のコーティング厚さの均一性に疑問を投げかけている。
【００８７】
ロウ付け試験
空気中でのロウ付け試験を行った。任意の表面汚染を除去するために、炭化タングステン片をイソプロパノール中にて超音波で洗浄した。薄い層のＡｒｇｏｂｒａｚｅ４９Ｈ（Ｊｏｈｎｓｏｎ ａｎｄ Ｍａｔｔｈｅｙ）のロウ付けペーストを、炭化タングステン片の表面に置いた。次いで、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の片をロウ付けペーストの層の上に置いた。高周波誘導コイルヒータを用い、約２〜５秒間、ロウが溶融したことが確認されるまで、炭化タングステン片、ロウ付けペースト、及びＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の組合せをゆっくりと加熱した。次いで、その組合せを空冷させた。生成したロウ付け部分を図１８に示す。ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８は、良好な湿潤性を示し、炭化タングステンに成功裡に接合すると思われ得る。
【００８８】
（例５）
この例では、表面に大気ロウ付けされる、ダイヤモンドの単層を如何に達成するかを説明する。図１９に示されるように、使用される基材は、炭化タングステンの円筒である。ロウ付け不可の塗料の環を用いて、液体のロウが、円筒一面に流れることを防止する。まず、ロウ付けペーストの薄い層を、ダイヤモンドが必要なところはどこでも付着させる。この層は、ダイヤモンドを保持する粘着層の形として作用する。ダイヤモンドを上に散布すること、又はダイヤモンドの容器に基材を浸すことのいずれかにより、ダイヤモンドを付着させることができる。このように、これにより、ダイヤモンドの単層が得られるはずである。
【００８９】
単層のロウ付けを続けるために、ロウ付け材料の液滴を基材上のダイヤモンドの層の上に置く。これは示されている。ロウ付けペーストにホワイトスピリットを数滴加えて、単層中の任意のダイヤモンド粒子に影響を及ぼすことなく、基材上に液滴を流し、本質的に注ぐのが最も容易である。
【００９０】
この例においては、高周波誘導加熱ユニットを使用する。任意の他の形の加熱、例えば酸素−アセチレントーチを使用することができる。基材を加熱して、基材をロウの中に移行させるのが好ましい。ロウを直接加熱することは推奨されない。このように、以下は、ロウ付けにおける段階である。
【００９１】
ステップ１．有機物が焼却され始めるまで、基材をゆっくりと加熱する。
【００９２】
ステップ２．残余の有機物を焼却する間、基材の温度を保つ。この段階においては、多くの煙が生成され、排気が必要である。また、ロウの液滴の膨潤が見られる。
【００９３】
ステップ３．基材中の温度を上昇させて、融剤を溶融させロウを加熱する。
【００９４】
ステップ４．加熱を増大させて、ロウを完全に溶融させる。加熱が、結合及び機械的特性に影響を及ぼすので、ロウ付け材料を過熱しないように注意されたい。
【００９５】
この方法を用いることにより、基材に良好に結合したダイヤモンドの単層を達成することが可能である。初めは、ロウ付けペーストとダイヤモンドを一緒に混合し、次いで基材表面に付着させることにより試験を行った。ロウの溶融は、通常とおりに行われる。この方法により、ダイヤモンド粒子は、研磨材用途において容易に取り外すことができる、表面から離れた塊を形成する。この例をここに示す。
【００９６】
上記の例において、コーティングされたグリットは、青銅の色を有し、炭化チタン層中に存在するいくらかの酸素があり得ることが見出された。このような酸素は、酸化炭化物として存在することがあり、コーティングの中のチタンを「アンカー」しチタンがオーバーコーティング層中に拡散することを防ぐ傾向がある。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーティングされたダイヤモンド粒子、このようなコーティングされたダイヤモンド粒子の製造方法、及び工具への使用に関する。特に本発明は、第１のコーティングと、第２のコーティングと、オーバーコーティングとによりコーティングされたダイヤモンド粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、コーティングされたダイヤモンド材料、このような材料の製造方法及びこのようなコーティングされたダイヤモンド材料を含む研磨材含有工具に関する。特に本発明は、コーティングされたダイヤモンドグリット及び空気中でのロウ付け時におけるこのようなグリットの使用に関する。
【０００３】
ダイヤモンド等の研磨材粒子は、一般に、切削、磨砕、掘削、切断及び研磨の用途に用いられる。上記の用途のための工具を製造する方法の１つは、ロウ付けである。しかし、ロウ付けの工程において、標準的なロウはダイヤモンド表面で湿潤性に乏しいので、ダイヤモンドとロウ付け材料との間に十分な結合を達成するのが困難である。対照的に、いわゆる活性ロウ付け材料は、ロウがダイヤモンド表面と結合することを可能にするＴｉ又はＣｒ等の炭化物形成元素を含有し、コーティングされていないダイヤモンドが真空炉中でロウ付けされることを可能にする。これについての仕組みは、ロウ合金を約７５０℃超に加熱し液体になる際の、炭化物形成元素とダイヤモンド表面の炭素との間の結合の形成である。この反応により、液体ロウ付け合金がダイヤモンドの表面を湿潤させることが可能になる。冷却され凝固すると、ダイヤモンドは、凝固したロウ付け合金により適切に結合される。真空（又は酸素含まないの雰囲気）の使用は、ロウ付け材料及びダイヤモンドの酸化を防止するために必要である。
【０００４】
酸化によるダイヤモンドの分解を防ぎ、標準的なロウによる湿潤を可能にするために、ダイヤモンド上にコーティングをする試みがなされてきた。しかしながら、たいていのコーティングには、工具の製造時に、コーティングに損傷を与えるのを防ぐために非酸化環境が必要であるという点で問題がある。通常、非酸化環境は、強力な真空の存在により、又は窒素及びアルゴン等の不活性ガスの使用、若しくは水素による還元により達成される。コーティングの酸化は、ロウ付け中のコーティングの保持のみならず、コーティングの湿潤性にも影響を及ぼすことがある。さらに、コーティングにより提供される保護が損なわれることがある。これらの両現象は、酸化環境中でのロウ付け時にコーティングにより提供される利益を制限する。
【０００５】
それ故に、ロウ付けは、通常、不活性ガスと非常に特別なロウとにより、真空下で行われ、それらのすべてが、ロウ付け工程を比較的困難で高価なものとされている。よって、比較的安価で標準的なロウ／融剤の系を用いて、空気中でロウ付けできるダイヤモンド製品を有することにより、ロウ付け工程が単純化され、コストが低減される。
【０００６】
ＵＳ５６４７８７８（ｌａｃｏｖａｎｇｅｌｏ他、ＧＥ、１９９７）及びＵＳ５５００２４８（ｌａｃｏｖａｎｇｅｌｏ他、ＧＥ、１９９６）において、その筆者らは、ＷＴｉ結合層と銀等の保護的なロウ相溶性オーバーコーティングとからなる２層コーティングを付着させることにより、化学的気相堆積法（ＣＶＤ）ダイヤモンドインサートについての上記問題が克服されることを記載している。２層コーティングされたダイヤモンドインサートは、真空炉又は特別な雰囲気のない標準的なロウ付けを用いる製造環境において、工具基材に大気ロウ付けされ得ることが示されている。
【０００７】
上記‘８７８（ＵＳ５６４７８７８）及び‘２４８（ＵＳ５５００２４８）の両方において、その発明は、ダイヤモンド工具インサートを目的としている。言及されている基材は、主に、ＣＶＤ（化学的気相堆積法）ダイヤモンド及びＰＣＤ（多結晶ダイヤモンド）であり、すべての実施例は、ＣＶＤダイヤモンドを使用している。その発明をどのようにしてダイヤモンド粒子（グリットとしてよりよく知られている）又は単結晶ダイヤモンドに具体的に適用できるかの言及はなされていない。より具体的には、０．０１μｍから２０ｍｍの範囲の粒径の、コーティングされたグリットの製品への言及もない。このようなコーティングされたグリット製品は、ＣＶＤダイヤモンド及びＰＣＤへの様々な用途を有するので、このことは重要である。
【０００８】
‘８７８及び‘２４８において、保護層とその下のタングステン−チタン層との間の最適な接着を達成するには、水素−アルゴン混合物中での窒素及び酸素のゲッターによる非常に特別な熱処理を要する。さらに、チタン−タングステン合金層の精密な組成制御を有して、熱処理中のＴｉのマイグレーションを防止しつつ、ＴｉＣの化学結合をダイヤモンドの表面に形成させることは重要である。理解され得るように、‘８７８及び‘２４８の両方に記載されている製品を製造するために必要な熱処理、及び特別な組成制御は、比較的高い製造コストを有することが議論され得る特別な加工経路を示す。
【０００９】
‘８７８及び‘２４８において、コーティング層は、ＣＶＤ（化学的気相堆積法）又はＰＶＤ（物理的気相堆積法）のいずれかにより主に付着させ得る。しかし、グリットをコーティングする際に、粒径が減少すると、ダイヤモンド粒子の表面積が増加するために、特にＰＶＤによりグリットをコーティングするのに必要な時間が実質的に増加する。その結果、コーティングされたグリットを製造するためのコストも増加する。それゆえに、より微細な大きさのグリットについては、ＰＶＤよりもコスト効率が高い方法が望ましい。
【００１０】
業界においては、大量の在庫品を抱えることと関係する高コストがあるので、供給者がその顧客のために抱える在庫品の量を最少化することに向けた動きがある。しかしながら、要求を満たすために利用できる十分な製造能力がなければ、在庫品の量を減少させることは、顧客リードタイムに対する否定的影響を有することがある。しかしながら、十分な製造能力を有することは、通常、高い資本コストと関連付けられる。高い在庫量を有することの上記の困難を克服することは、コーティングされたグリットの供給者に経済的な利益を有する。
【００１１】
Ｏ２の存在下で酸化に対する親和性を示す元素の炭化物形成元素、例えばＴｉを含まない、又は実質的に含まない製品を有することも望ましい。このような元素の炭化物形成元素は、層の中に拡散し酸化することがある。炭化物形成元素は、変色し、コーティングの構造的完全性を含んで成る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に対する第１の態様によれば、
・ダイヤモンド基材と、
・炭化物形成元素の第１の炭化層と、
・第１の層からの炭化物形成金属を実質的に含まない、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はそれらの組合せ若しくはそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層と、
・第２の層の金属が、オーバーコーティングの金属と異なる、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、それらの組合せ又はそれらの合金のオーバーコーティングであって、該オーバーコーティングの金属と第２の層の金属が異なるオーバーコーティングと
を含むコーティングされたダイヤモンドが提供される。
【００１３】
「実質的に含まない」の用語は、３重量％未満、好ましくは２．５重量％未満、より好ましくは２重量％未満、より好ましくは１．５重量％未満、より好ましくは１重量％未満、より好ましくは０．５重量％未満、より好ましくは０．２重量％未満、より好ましくは０．０１重量％未満を意味する。
【００１４】
炭化物形成元素は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏから選択され得る。
【００１５】
ダイヤモンド基材は、好ましくはダイヤモンドグリットであり、高圧高温合成技術から得られるダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、ホウ素をドーピングされたダイヤモンド、単結晶及び天然ダイヤモンドから選択され得る。
【００１６】
人工ダイヤモンドの研磨材（グリット）は、グラファイト原材料を溶媒金属触媒に溶解させる工程により、高圧及び高温（ＨＰＨＴ）を用い、商業ベースで製造される。
【００１７】
触媒は、一般に、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、又はそれらの組合せであるが、それらに限定されるものではない。グラファイト及び触媒は、ＨＰＨＴ合成プレス機内に配置される反応体積（カプセル）の中に収容され、カプセルは加熱されて溶解力のある触媒の溶融が生じ、次いで、グラファイト原料の溶解が行われ、炭素の過飽和溶液が作り出される。
【００１８】
カプセルは、圧力（ｐ）、温度（Ｔ）の空間の領域中への予め決められた軌跡をたどり、条件が、熱力学的且つ速度論的に有利であると、過飽和溶液から炭素の沈殿がダイヤモンドの形で生じる。この工程は、選択された触媒系の共融曲線と、軌跡がＢｅｒｍａｎ Ｓｉｍｏｎの平衡曲線により記述されるグラファイト−ダイヤモンドの相の境界とにより境界付けられるｐＴの空間の領域中で行われる。
【００１９】
好ましくは、ダイヤモンドグリットは、０．０１μｍから２０ｍｍの大きさの範囲にある。これにより、酸化環境中でダイヤモンド工具を製造する際に、本発明に係るコーティングされたダイヤモンドグリットを使用できるようになる。このコーティングされたダイヤモンドグリットは、青銅等の液相の溶浸材を含有する焼結部を製造する際に、又はロウ付け等の方法によりダイヤモンドグリットを別の金属若しくはサーメットの材料に固定する際に、真空炉を必要としない。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態において、第１の炭化層、好ましくはＴｉＣコーティングを、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかにより付着させ、第２の層、好ましくはタングステンを、ＰＶＤ又はＣＶＤにより付着させるので、コーティングをすると熱処理の必要がなくなる。オーバーコーティング、好ましくはＡｇを、ＰＶＤ、又は電解若しくは無電解の堆積により付着させることができる。
【００２１】
ＴｉＣコーティング、及び／又はＷコーティングを伴うＴｉＣコーティングは、標準的な製造品目であり得るため、その結果、大気ロウ付け可能な製品を製造するのに必要なＡｇ等のオーバーコーティングの添加だけで、これらの材料を標準的な品目として在庫で抱えることができるので、在庫品を抱えることに関係するコストが最少化される。
【００２２】
本発明によれば、ＴｉＣコーティングを作製するために大規模なＣＶＤを用いることによって、低温ＣＶＤによりＷを付着させ、無電解又は電解の堆積によりＡｇを付着させることにより、特により微細な大きさについて、コーティングされたダイヤモンドグリット材料を製造するコストは低減される。
【００２３】
本発明に対する第２の態様によれば、
・ダイヤモンド基材を提供するステップと、
・炭化物形成元素の第１の炭化層によりダイヤモンド基材をコーティングするステップと、
・Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はそれらの組合せ若しくはそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層により第１の層をコーティングするステップと、
・Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、それらの組合せ又はそれらの合金のオーバーコーティングにより第２の層をコーティングするステップと
を含み、第２の層の金属がオーバーコーティングの金属と異なる、コーティングされたダイヤモンド材料の製造方法が提供される。
【００２４】
炭化物形成元素は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏから選択され得る。
【００２５】
ダイヤモンド基材は、好ましくはダイヤモンドグリットであり、高圧高温合成技術から得られるダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、単結晶及び天然ダイヤモンドから選択され得る。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態において、第１の炭化層、好ましくはＴｉＣを、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかにより付着させ、第２の層、好ましくはＷコーティングを、ＰＶＤ又はＣＶＤにより付着させるので、一旦コーティングをすると熱処理の必要がなくなる。オーバーコーティング、好ましくはＡｇコーティングを、ＰＶＤ、又は電解若しくは無電解の堆積により付着させることができる。
【００２７】
本発明に対する第３の態様によれば、本発明による、コーティングされたダイヤモンドグリット、単結晶、ＣＶＤダイヤモンド、及び／又はＰＣＤを含む、研磨材含有工具が提供される。
【００２８】
本発明に対するこの態様の好ましい実施形態において、研磨材含有工具は、鋸刃、鋸刃自体、ドリル、ダイヤモンドワイヤ用ビーズ、帯鋸刃、弓鋸、穿孔機のビット、ワイヤビーズ、ツイストドリル、磨耗部品、磨砕砥石、磨砕端、ロータリードレッサー、単一及び複式のログドレッサー用のドレッサーログ、プロファイルドレッサー、ストレートルータ及びプロファイルドルータ、研磨カップ、単一刃工具、較正ローラ、伸線ダイ、単一刃旋削工具、ゲージ材料、肉盛の部分、又はコーティングされた超砥粒を含有する任意の焼結部分から選択される。
【００２９】
本発明の第４の態様によれば、酸化性のロウ付け工程において、本発明による、コーティングされたダイヤモンドグリット、ホウ素をドーピングされたダイヤモンド、単結晶、ＣＶＤダイヤモンド、及び／又はＰＣＤの使用が提供される。コーティングは、真空下等の非酸化環境中でも、還元環境中でも機能することもできる。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の一態様によれば、０．０１μｍから２０ｍｍの範囲の大きさのコーティングされたダイヤモンドグリット（出発と完成とのグリットの間に無視してよい違いがあることは、当業者により理解されるが、出発のグリット）が提供され、酸化環境中でダイヤモンド工具を製造する際に、ダイヤモンドグリットを用いることも可能になる。コーティングされたダイヤモンド物品は、好ましくは、ダイヤモンドグリット基材と、ＴｉＣの第１の炭化層と、Ｗ（又は別の高融点金属、例えばＣｒ若しくはＮｉ）の第２の層と、Ａｇのオーバーコーティングとからなる。
【００３１】
国際公開第２００５０７８０４１号（Ｅｇａｎ他 Ｅ６、２００５）には、０．１ｍｍから１０ｍｍの大きさであるダイヤモンドグリット上の、ＴｉＣの第１の層とＷの第２の層とをもつコーティングが記載されている。本発明の製品には、国際公開第２００５０７８０４１号（Ｅｇａｎ他 Ｅ６、２００５）に記載されている２層の製品上の銀のオーバーコーティングが含まれる。Ａｇのオーバーコーティングは、Ｗ層の酸化を防止する。しかしながら、ＴｉＣ及びＷの層は、国際公開第２００５０７８０４１号（Ｅｇａｎ他 Ｅ６、２００５）に記載されているのと同じ利益を提供するために必要とされる。具体的には、焼結中にマトリックス材料の成分が炭化チタンコーティングと反応するとこれを消耗してしまう場合に、ＴｉＣとＷとの組合せのコーティングが有用である。この例は、鉱山の探索ボーリングのためのドリルクラウンの製造時における、青銅等の液体溶浸材の使用である。さらに、超砥粒成分を別の金属又はセラミックの材料に固定するために用いられる青銅がチタン系コーティングと反応するとこのコーティングを消耗してしまう場合に、ＴｉＣとＷとの組合せは有用である。
【００３２】
外層の目的としてではなく、主に、内層及び基材を保護するためのバリアとして必要であるタングステン層は、第１の炭化層を有さず、タングステンコーティングを薄く保つことにより、十分な層間結合を達成することができる。タングステンコーティングは、約０．０１μｍから約５０μｍ、特に、約０．２μｍから約１μｍの厚さを有する。
【００３３】
ＴｉＣとＷとの組合せは、特に、多量の青銅又は銅により、炭化チタンコーティングの有用性と、ロウ付けされたダイヤモンドワイヤビーズ等のロウ付けされたダイヤモンド層工具の作製と、金属マトリックス複合体を含有するダイヤモンドの作製とを制限する場合における、鋸刃、ドリル、ダイヤモンドワイヤ用ビーズの部分等のダイヤモンド含浸工具の作製時に特に有用である。
【００３４】
ＴｉＣとＷの２層コーティングされた製品上にさらにＡｇをオーバーコーティングすることにより、上記の全長所が可能になるが、このような工具を空気中で製造できるので、そのことにより、製造可能性を容易にし、コストを低減するというさらなる利益が伴われる。
【００３５】
ダイヤモンドグリット粒子は、金属の結合された工具の製造において、従来用いられるものである。それらは、通常、均一な大きさであり、一般に０．０１μｍから２０ｍｍである。このようなダイヤモンドグリット粒子の例には、０．０１から６０ミクロンのミクロングリットと、４０ミクロンから２００ミクロンのホイールグリットと、１８０ミクロンから２ミリメートルのソーグリットと、０．５ミリメートルから２００ミリメートルの単結晶とが挙げられる。
【００３６】
ダイヤモンド粒子は、まず、高温コーティング工程においてコーティングされて、ＴｉＣの第１の炭化層を形成する。この高温コーティング工程においては、このような結合が起こる適切な高温条件下で、金属系コーティングをダイヤモンド基材に付着させる。一般に、高温工程の範囲は、６５０℃から１３００℃の間である。使用することができる一般的な高温コーティング技術には、例えば、金属ハロゲン化物ガス相からの堆積を含む工程、ＣＶＤ工程、又は熱拡散真空コーティング、又は金属気相蒸着工程が挙げられる。金属ハロゲン化物ガス相からの堆積、及びＣＶＤ工程が好ましい。ＰＶＤ法を好む先行技術よりも、このような高温コーティング工程は、特に微細グリット、すなわち、０．１から１００ミクロン大のグリット、好ましくは１０から５０ミクロン大のグリットについて、実質的により速くより経済的であることが見出されている。このような微細なグリットには、より繊細なコーティングが好ましいことがある。
【００３７】
金属ハロゲン化物ガス相からの堆積を含む工程において、コーティングされる粒子は、適切なガス環境（例えば、以下の１種又は複数、すなわち、ヘリウム及びアルゴンから選択される不活性ガス、水素、炭化水素、分解アンモニウム、又は任意の組合せ、例えばアルゴン／水素の混合物を、陽圧、大気圧又は減圧、例えば１０−１から１０−７ｍＢａｒで含有する非酸化環境）中でコーティングされる金属（例えばＴｉ）を含有する金属ハロゲン化物、例えば、塩化チタン、ヨウ化チタン及びホウ化チタンに曝される。金属ハロゲン化物を、工程の一環として金属から生成することができる。
【００３８】
混合物は、例えば、６５０℃から１３００℃、５分間から１０時間、１から１０サイクルの熱サイクルを受け、その間に、金属ハロゲン化物は、Ｔｉが放出され粒子に化学的に結合する粒子表面にＴｉを輸送する。
【００３９】
タングステンの第２の層を、低温ＣＶＤ工程又はＰＶＤ等の低温コーティング技術を用いて堆積することができ、このことは好ましい。重要な炭化物形成を引き起こすには不十分な熱が、例えば６５０℃で生じるという点で、それは低温工程である。それ故に、低温工程を単独で用いた場合、ダイヤモンド粒子への接着が比較的弱くなる。外部コーティングを付着させるＰＶＤ工程の例は、スパッタコーティングである。この方法において、タングステン金属蒸気の流れが、マグネトロン等の励起源により生成される。この流れ中に置かれた超砥粒（例えばダイヤモンド）グリット又は他の成分等の物体は、タングステン金属によりコーティングされる。
【００４０】
Ａｇのオーバーコーティングを、ＰＶＤ等の低温の技術により、又は電解／無電解のめっきにより付着させることができる。オーバーコーティングを付着させるＰＶＤ工程の例は、スパッタコーティングである。この方法において、銀金属蒸気の流れが、マグネトロン等の励起源により生成される。この流れ中に置かれた超砥粒（例えばダイヤモンド）グリット又は他の成分等の物品は、銀金属によりコーティングされる。
【００４１】
銀のオーバーコーティングを、電解めっきにより付着させることもできる。この方法においては、ある量、例えば７５０カラットの、ＴｉＣ及びＷがコーティングされたグリットを、ＡｇＣＮ、ＫＣＮ、遊離ＫＣＮ、及び光沢剤、例えばＳｉｌｖｅｒｓｅｎｅ−Ｌ（ＲＴＭ）からなる１．５リットルめっきバレルの中に置く。ポリプロピレンの袋の中に収容された銀の長方形の片の形の銀電極が用いられる（銀の純度は９９．９％であった）。バレルを、１から３０ｒｐｍ、好ましくは３から１０ｒｐｍの間で回転させ、ＴｉＣ及びＷでコーティングされた粒子の表面を銀でめっきするために、０．１から１０アンペア、好ましくは０．６から１．５アンペアの電流を印加する。工程の継続時間及び温度は、１℃から１００℃の間で、１分間から３週間であった。
【００４２】
銀のオーバーコーティングを、無電解めっきにより付着させることもできる。無電解めっきの例は、ＺＡ８２０３０６７［ＧＥ、Ｒｕａｒｋ＆Ｗｅｂｓｔｅｒ、１９８３］及びＵＳ４４０３００１［ＧＥ、Ｇｒｅｎｉｅｒ、１９８３］に記載された無電解めっきの修正版に従った無電解めっきであり、その両者は本明細書に参照により組み込まれる。ダイヤモンドグリットを銀でコーティングするこの方法は、アンモニアの銀溶液中に、好ましくはその物理的攪拌により、ダイヤモンドグリットを懸濁させることを含み、次いで、攪拌と銀溶液中のダイヤモンドの懸濁とを維持しつつ、そこに還元溶液、例えば転化糖（砂糖及び硝酸の混合物）をゆっくりと加える。還元溶液を添加する定量的速度を、銀がそれぞれのグリットをコーティングするまで継続し、所望のコーティングの重量（又は厚さ）が達成されるまで、このような工程を繰り返す。
【００４３】
粒径が減少するにつれて、ＰＶＤによるコーティングのコストは実質的に増大する。それゆえに、コストの観点から、粒径が減少している場合に好ましい方法は、無電解、電解の堆積、又は無電解／電解の堆積の組合せによる銀のオーバーコーティングの付着である。
【００４４】
このように、第１のコーティングの好ましい範囲の厚さは、０．０１μｍ（マイクロメートル）から５０μｍ、好ましくは０．３から１．２μｍである。
【００４５】
第２のコーティングの好ましい範囲の厚さの範囲は、０．０１μｍから５０μｍ、好ましくは０．３から３μｍである。
【００４６】
第３の（例えば、銀の）オーバーコーティングの好ましい範囲の厚さは、０．０１μｍから５０μｍ、好ましくは０．３から３μｍである。
【００４７】
ダイヤモンドの好ましい範囲の大きさは、
・グリットについて：０．０１μｍから２０ｍｍ、
・単結晶について：長さ０．５ｍｍから２００ｍｍ
・ＣＶＤについて：長さ０．５ｍｍから５００ｍｍ、又は直径０．１μｍから２００μｍ、
・ＰＣＤについて：直径０．５ｍｍから１０００ｍｍ
である。
【００４８】
好ましくは、第２の層は、第１の層に化学的に結合していないが、工具の製造中に、いくらかの結合が生じ得ることが理解されよう。
【００４９】
好ましくは、Ａｇのオーバーコーティングは、第２の層に化学的に結合していないが、工具の製造時において、いくらかの結合が生じ得ることが理解されよう。
【００５０】
コーティングのそれぞれの場合において、好ましくは、ダイヤモンド全体が被覆されているが、コーティングの中に間隙があり得る可能性が常にある。
【００５１】
当技術分野において教示される長所に優る本発明による製品の長所として、以下のことが挙げられる。
（１）発明の製品の中のタングステンがより厚いので、本発明は、高温のロウ付けでより良好に機能する。
（２）先行技術において、化学的に結合した初めの第１の層の面積は、本発明による製品の中のＴｉＣ層よりはるかに小さいので、ＴｉＣ層の接着はより良好である。
（３）先行技術により教示される製品において、Ｗ層中のＴｉは、酸素ゲッターとして作用しロウ付け可能性を損ねることがある。
（４）先行技術において教示されるようなコーティングは、グリット又は単結晶上で機能するように示されていなかった。
（５）Ｔｉ／Ｗ合金層中のＴｉのマイグレーションを防ぐために、先行技術の製品には精密な組成制御が必要とされる。本発明による製品には、このような問題が存在しない。
【００５２】
本発明に関係するさらなる長所には、以下のことが挙げられる。
（１）第１の炭化層は、コーティングを付着させた後に、非常に制御されコストがかかる熱処理を必要としない。
（２）本発明に係る方法は、既存製品のラインを利用するので、必要な在庫品を減少させる。
【００５３】
本発明に従って製造されるコーティングされたダイヤモンド研磨材料（グリット）は、主に、単層の工具のため、すなわちめっきの代替として意図される。
【００５４】
しかしながら、このコーティングの種々の可能性を際立たせるために、潜在的用途の非包括的なリストを以下に提供する。すなわち、鋸刃、帯鋸刃、弓鋸、穿孔機のビット、ワイヤビーズ、ツイストドリル、磨耗部品、磨砕砥石、磨砕端、ロータリードレッサー、単一及び複式のログドレッサー用のドレッサーログ、プロファイルドレッサー、ストレートルータ及びプロファイルドルータ、研磨カップ、単一刃工具、較正ローラ、伸線ダイ、単一刃旋削工具、ゲージ材料、肉盛、表面磨砕機、又はコーティングされた超砥粒を含有する任意の焼結／ロウ付けされた部分、コンクリート若しくは石の床の磨砕及び研磨である。
【００５５】
本発明によるコーティングの長所の１つは、工具を大気ロウ付けにより製造し、特に、非不活性雰囲気中で超砥粒をロウ付けすることにより単層の工具を作製することを可能にすることである。これにより、新規な方法によりこのような工具が製造されるいくつかの機会が切り開かれる。コーティングされた超砥粒物体を工具の基材にロウ付けするのに使用することができる技術には、誘導加熱、標準的ロウ付け、ブロートーチング、レーザ加熱、炉加熱、輻射加熱、及びアセチレントーチを用いる加熱が挙げられる。
【００５６】
本発明によるコーティングされた研磨材料は、加熱プレス、自由焼結及び溶浸焼結等の他の工具作製技術においていくつかの利益を提供することもできる。例えば、このコーティングが、ＩＥＳ２００４／００２４に記載されている技術等の既存の技術を利用しているように、このコーティングは、液相が一般に存在する溶浸焼結により工具部分を製造するために用いたときに、湿潤を改善する、保持を増大させる、及び／又は保護を改善する等の長所を提供することができる。
【００５７】
工具製造技術の他の例には、放電焼結（ＥＤＳ）、電場支援焼結技術（ＦＡＳＴ）及びレーザ焼結が挙げられるが、それらに限定されるものではない。さらに、このコーティングは、様々な工具製造技術を、工具作製者に経済的利益を有し得る、既存及び新規の工具を製造するために現在用いられている技術に開放することができる。
【００５８】
本発明に係るコーティングは、ＰＣＤ及びＣＶＤダイヤモンド等の、超砥粒のブランクを基材に接合する際に、潜在的に長所を提供し得る。
【００５９】
この明細書において、「層」及び「コーティング」の用語は互換的に用いられる。
【００６０】
これから、以下の非限定的な例、及び以下を示す図を参照して、本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７表面のＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）ＳＥＩ、（ｂ）ＢＥＩである。
【図２】図１に示される領域に相当する、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７の表面のＥＤＳスペクトルを概観する。
【図３】挿入画像により示されるように、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７の表面に見られる暗領域のＥＤＳスペクトルである。
【図４】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７のＴｉＣピークを示すＸ線回折図である。
【図５】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７の断面ＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）ＳＥＩ、（ｂ）ＢＥＩである。
【図６】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７のコーティングの厚さを示す、ＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図７】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２表面のＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）ＳＥＩ、（ｂ）ＢＥＩである。
【図８】図１に示される領域に相当する、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２の表面のＥＤＳスペクトルを概観する。
【図９】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２のＷピークを示すＸ線回折図である。
【図１０】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２の断面ＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）ＳＥＩ、（ｂ）ＢＥＩである。
【図１１】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２のコーティングの厚さを示す、ＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１２】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２のコーティングの組成を示す、ＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真のＸ線マップである。
【図１３】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８表面のＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）ＳＥＩ、（ｂ）ＢＥＩである。
【図１４】図１に示される領域に相当する、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の表面のＥＤＳスペクトルを概観する。
【図１５】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８のＸ線回折図である。
【図１６】ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８のコーティングの断面を示す、ＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真であり、（ａ）概観、及び（ｂ）接近写真である。
【図１７】様々なコーティング層のＥＤＳスペクトルであり、（ａ）ＴＣ１８、（ｂ）ＴＣ１２及び（ｃ）ＴＣ７である。
【図１８】Ａｒｇｏｂｒａｚｅ４９Ｈロウ付けペーストを用い、炭化タングステン片に成功裡に大気ロウ付けされたＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８である。
【図１９】ロウ付け試験に用いられる炭化物円筒の側面図である。
【図２０】ダイヤモンドを保持するための薄いロウ付けペースト層上の、粗いコーティングされたダイヤモンドの上面図である。
【図２１】基材上の単層のダイヤモンドの上に置かれたロウ付けペーストの液滴である。
【図２２】ダイヤモンドを空気中で基材にロウ付けしている段階である。
【図２３】上述のように基材にロウ付けされた単層のダイヤモンドである。
【図２４】表面から離れた塊を形成するダイヤモンド粒子である。
【実施例】
【００６２】
（例１）
エレメント６ ４０／４５ＵＳメッシュのグリット上にコーティングされた製品を３つ製造した。３つのコーティングは、すなわち、（１）ＰＶＤにより付着させた０．５μｍのＴｉコーティング、（２）ＣＶＤにより付着させた０．５μｍのＴｉＣコーティング及び（３）ＣＶＤによるＴｉＣの第１の層及びＰＶＤによるＷの第２の層（厚さ０．４μｍ）からなるコーティングである。
【００６３】
コーティングされたダイヤモンドグリットを、ロウ付けペーストと混合し、炭化タングステン片の上に置いた。次いで、コーティングされたダイヤモンドとロウと片とを、ロウ付けペーストが溶融したことを確認し、すべての融剤を焼却されるまで、誘導コイルにより加熱した。冷却したらすぐにロウ付けされた片を調査した。すべての例において、コーティングの表面が、ロウ付けペーストにより湿潤されていないことが確認された。それ故に、コーティングの表面が、酸化し、したがってロウ付け材料の湿潤を妨げるので、（１）、（２）又は（３）のコーティングを空気中ではロウ付けできない。上記により、ロウ付け中のダイヤモンドの保持が不良となることが予期される。
【００６４】
（例２）
例１から（１）、（２）及び（３）のコーティングを用いて、銀のオーバーコーティング（厚さ０．１μｍ）を、各コーティングを施した製品にＰＶＤで付着させて、それぞれ、試料（４）、（５）及び（６）とするものを製造した。例１に概説したように、ロウ付けを行った。試料（４）及び（５）の場合において、ダイヤモンドの表面は、ロウ付けペーストにより湿潤されなかった。しかし、（３）の場合においては、コーティングされたダイヤモンドは、ロウにより湿潤された。それゆえに、試料（４）及び（５）は、ロウ付け中のダイヤモンドの保持が不良となることが予期される一方で、試料（６）は、ロウ付け中のダイヤモンドの比較的良好な保持を有することが予期される。
【００６５】
（例３）
エレメント６ ３２５／４００ＵＳメッシュのグリット上にコーティングされた製品を２つ製造した。すなわち、（７）ＣＶＤによるＴｉＣの第１の層、及びＰＶＤによるＷの第２の層（厚さ０．４μｍ）からなるコーティングと、（８）ＣＶＤによるＴｉＣの第１の層、ＰＶＤによるＷの第２の層（厚さ０．４μｍ）、及びＰＶＤによる銀のオーバーコーティング（厚さ０．１μｍ）からなるコーティングとである。例１に概説したように、ロウ付けを行った。（７）の場合において、ダイヤモンドの表面は、ロウ付けペーストにより湿潤されなかった。しかし、（８）の場合においては、コーティングされたダイヤモンドは、ロウにより湿潤された。それゆえに、試料（８）は、ロウ付け中のダイヤモンドの比較的良好な保持を有することが予期される。
【００６６】
（例４）
ダイヤモンドの従来のロウ付けには、活性なロウ材料、及び酸素含まないの環境が必要である。活性なロウは、ダイヤモンド表面と反応して湿潤を促進する炭化物形成体、一般にＴｉ、Ｃｒ又はＭｏを含有する。酸素含まないの環境は、活性ロウ付け材料の酸化が湿潤を妨げるときに、これが酸化するのを防ぐために必要である。ＴＺコーティングが開発されて、酸素存在下でのダイヤモンドのロウ付けが可能になった。
【００６７】
ＴＺの大気ロウ付け可能なコーティングは、一般に、３つのコーティング層からなり、ＴｉＣ（第１）、Ｗ（第２）、Ａｇ（上塗り）である。ＴｉＣ層は、高温の充填層拡散工程によりダイヤモンドに化学的に結合される。Ｗ及びＡｇの層は、２つの別々の物理的気相堆積（ＰＶＤ）サイクルにより、ダイヤモンドに付着させる。
【００６８】
ＴｉＣ層の付着及び分析
ＴｉＣ層の付着手順
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰのダイヤモンド粒子のＴｉＣによるコーティングに用いられる工程パラメータを表１（以下）に概説する。
【表１】
表１：工程パラメータの詳細
【００６９】
充填、及び炉の運転
１．Ｔｉ顆粒２００ｇを収容したＴｉのるつぼに、ＮＨ４Ｉ活性化剤０．２ｇを加えた。
２．生成した複合体を、Ｔｉ棒を用いよく混合して攪拌した。
３．ＣＶＤダイヤモンド（２０個のダイヤモンド）０．２２ｇを、この混合物に加えた。
４．生成した混合物を、Ｔｉ棒を用いよく混合して攪拌した。
５．Ｔｉ顆粒のきめ細やかな層が、混合物の上に堆積した。
６．このるつぼを、この工程のために調製した、ダイヤモンドグリットの７個のるつぼを収容する箱に加え、ＣＶＤダイヤモンドのるつぼを、箱の上部に置いた。
７．箱をレトルト設備の上部棚の上に置いた。
８．低温運転を行った。
【００７０】
分離及び洗浄
９．炉の運転の後に、ＣＶＤダイヤモンドを収容する箱をレトルトから取り出す。
１０．ダイヤモンドを収容したるつぼを箱から取り出し、混合物とるつぼの側面との間にのみを割り込ませることにより、るつぼから混合物を離した。
１１．さらに混合物を、手で破砕した（無菌の手袋を着用した）。
１２．ＣＶＤダイヤモンドを、手で混合物から分離した。
１３．２個の５０ｍｌビーカーをイソプロパノールで洗浄した。
１４．一方のビーカーに脱イオン水２０ｍｌを注ぎ、他方にイソプロパノール２０ｍｌを注いだ。
１５．ＣＶＤダイヤモンドを脱イオン水中で（ビーカーを回旋させることにより）すすぎ、次いで水を排出した。
１６．次いでイソプロパノールをＣＶＤダイヤモンド上に注いだ。
１７．イソプロパノールを排出させ、ＣＶＤダイヤモンドを乾燥させた。
１８．乾燥してから、ＣＶＤダイヤモンドを包装した。
【００７１】
ＴｉＣ工程によりコーティングされたダイヤモンド粒子の分析
実験のこの段階においては、ＣＶＤダイヤモンドを、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７と呼ぶ。ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７の試料は、裸眼を用い視覚的に検査し、２度の観察を行った。第一に、コーティングは「まだら」であるように見えた。第二に、ダイヤモンドは、粗い面と研磨面とを有していた。ダイヤモンドの研磨面のコーティングは、その表面の残りの部分より乏しい均一性を有しているように見えた。
【００７２】
ダイヤモンドの湿潤性は、表面粗さの作用であり、コーティング前のダイヤモンドの表面を処理することにより、より均一な被覆が促進されると思われる。粗い面形状をもつ面が最も見込みのある結果を示したので、その面に対して表面分析を行った。同様なものと同様なものとの比較が容易に達成されることが確実であり、ダイヤモンドの粗い面は、最も容易に識別できるものでもあった。
【００７３】
２つの試験片（１つは砕いたもの）を、ＳＥＭ、ＥＤＳ及びＸＲＤの分析に送った（ＡＲ０７ＩＥ８９２）。図１における、コーティングの表面のＳＥＭ顕微鏡写真により、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰの高い結晶性が示され、特定の結晶ファセット上に優先的なＴｉＣ形成が生じるものと思われる。このような挙動は、前に、ソーグリット製品のコーティングにおいて観察されており、異なる表面構造を作り上げる原子の間における、炭素の結合エネルギーの違いの結果であるかもしれない（Ｆｒｉｅｓ ２００１、ＷＰ／９７／３８）。
【００７４】
図２は、ＴＣ７のコーティングされたダイヤモンドの表面のＥＤＳスペクトルの概観を示す。Ｔｉのカウントが著しく高く、表面に強固なＴｉが存在することを示唆している。ＢＥＩのＳＥＭ画像、図１（ｂ）のより暗い領域は、より低密度で、したがって被覆がより少ないか被覆されていない領域を示している。これらのより暗い領域が、コーティングに対して受容性があることを検査するために、このような領域のＥＤＳを行った。得られたスペクトルは、図３に示され、表面の概観（図２）について見られたＴｉカウントと同等のカウントを詳しく示している。ＢＥＩ画像により、大きなスケールのコーティングの厚さの変動が明らかにされたが、この結果は、総体的な被覆が良好であることを示唆している。
【００７５】
ＸＲＤの調査により、ＴＣ７の工程により付着させたコーティングはＴｉＣからなることが確認された。ＴｉＣのピーク強度は、ダイヤモンドのピークと比べて、適度な「厚さ」のコーティングが付着させたことが示唆される。回折図により、２シータ７９に未確認のピークが示されており、図４を参照されたい。このピークの出所は確かではないが、ＥＤＳ、図２及び３により不純物は検出されなかったことに注意すべきである。
【００７６】
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７の断面分析
試験片の１つのそれぞれの端を、２つの万力グリップの間に保持し、破壊が生じるまで力を加え曲げた。破壊された表面を分析して、コーティングの厚さと均一性を測定した。図５は、破壊された表面のＳＥＩ及びＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真を示し、予期されたように、脆い種類の破壊形態が観察された。ＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真は、明瞭にコーティングを示し、試験片の片面に均一なコーティングが観察されたが、試験片の反対側（図５（ｂ）で丸で囲まれている）に大きな窓が観察された。このような窓が、コーティング工程の人為的なものであるか、破壊中におけるコーティングの剥離の結果であるかは明らかでない。ダイヤモンド／コーティングの界面の接近したＢＥＩのＳＥＭ顕微鏡写真、図６において、コーティングの破片が観察され、破壊時に、ある水準の剥離が生じていることが確認される。
【００７７】
コーティングの厚さを測定し、その結果を図６に表す。同じ工程により形成された、ソーグリット上のコーティングの厚さは、約０．５μｍであるので、２．４３μｍ以下の測定結果は驚くほど厚い。その結果は、ダイヤモンド表面から、形成されたＴｉＣコーティング中への、炭素の原子の輸送が多量であることを暗示している。別の可能性は、外表面での純粋なＴｉの形成であり、これは、図４における未確認のＸＲＤピークを説明することができる。
【００７８】
Ｗ層の付着及び分析
Ｗ層の付着手順
０．１１ｇのＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７を、Ｗでコーティングした。１３０００カラットのＳＤＢ１１２５ＴＣ１２ ２０／３５の製造運転をし、試料を、ＰＶＤユニット中に装着した。３６０分間の標準的なサイクル時間を行い、完了したらＣＶＤダイヤモンドを手で装着物の残りから取り外した。実験のこの段階での生成物を、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２と呼ぶ。
【００７９】
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２（ＡＲ０７ＩＥ９５６）の分析
概して、図７におけるＳＥＭ顕微鏡写真は、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２は、非常に良好にＷでコーティングされていることを示している。ＳＥＩ画像には、いくつかのピット様の構造が見られ、ＢＥＩ画像により、これらが窓であることが確認された。これらの窓は、比較的小さく、最終製品の湿潤性に影響を及ぼさないはずである。
【００８０】
図８に表される、図７に示す領域のＥＤＳスペクトルは、Ｗについて高いカウントを示し、多くのＷが存在することが示された。微量のＣａ及びＣｌが、ＥＤＳにより検出されたが、これは、表面Ｘ線回折図、図９が、これらの元素を含有する相を拾い上げていなかったので、二次汚染であると思われる。強い強度のＷピークと、このＸ線回折図にＴｉＣが見られないこととから、Ｗの良好な被覆が達成されたことは明らかである。
【００８１】
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２の断面分析
試験片の１つを、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７に関する類似の方法で破壊した。破壊された表面を分析して、コーティングの厚さ及び均一性を測定した。図１０に、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２の破壊された表面のＳＥＩ及びＢＥＩのＳＥＭを示す。このコーティングは、均一であると思われ、被覆は良好であり、窓も見られなかった。
【００８２】
ＴｉＣとＷとを合わせたコーティングの厚さを測定したところ１６μｍ以下であり、厚いコーティングであることを表しており、図１１を参照されたい。このコーティングは、ＣＶＤダイヤモンドに良好に接着していると思われ、破壊に誘発された剥離は観察されなかった。ＴｉＣ／Ｗの剥離は、ＢＥＩ分析を用いたところ、決定的ではなかった。それゆえに、ＴｉＣ／Ｗの２層の存在を確認するために、ＥＤＳのＸ線マッピング機能を使用した。Ｘ線マップを図１２に示し、それによりＴｉＣ層の存在が確認され、また、Ｗ層中に検出されたＣが微量であることは特筆すべきである。
【００８３】
銀のオーバーコーティングの付着及び分析
銀のオーバーコーティングの付着手順
０．０５ｇのＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２を、ＴＣ１８の工程を用い、銀でコーティングした。ソーグリットの製造運転をし、試料を、ＰＶＤユニット中に装着した。２５３分間のサイクル時間を行い、完了したらＣＶＤダイヤモンドを手で装着物の残りから取り外した。実験のこの段階での生成物を、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８と呼ぶ。
【００８４】
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の分析（ＡＲ０７ＩＥ１１６５）
ＳＥＭを用いた表面分析により、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８は、非常に良好にコーティングされていることが示されており、図１３を参照されたく、図１４に示されるように、ＥＤＳにより、コーティングが銀であることが確認された。ＳＥＩ画像には、いくつかのピット様の構造が見られ、ＢＥＩ画像により、これらが窓であることが確認された。いくつかのピットが、暗領域として示されたことは興味深く特記する。Ａｇより稠密である下層のコーティングはＷであるので、ＢＥＩ顕微鏡写真において明領域として現れる。これにより、暗領域はＴｉＣ又はダイヤモンドであることが示唆され、ピットのＥＤＳによりこの領域が識別されるはずである。
【００８５】
図１３に示される領域のＥＤＳスペクトル、図１４は、Ａｇについて高いカウントを示し、多くのＡｇが存在することが示された。微量のＷ及びＣが、ＥＤＳにより検出され、表面のピットが、Ｗ及びダイヤモンドにかなり曝されていることを示している。図１５に示されるＸ線回折図は、ＥＤＳにより提供された証拠を支持している。強い強度のＡｇピークから、良好な被覆が達成されたことは明らかである。
【００８６】
ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の断面分析
試験片の１つを、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ７に関する類似の方法で破壊した。破壊された表面を分析して、コーティングの厚さ及び均一性を測定した。図１６に、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の破壊された表面のＳＥＩ及びＢＥＩのＳＥＭ画像を示す。このコーティングは、均一であると思われ、被覆も良好であり、窓も見られなかった。Ａｇのオーバーコーティングの厚さは約１μｍであると測定され、「厚いコーティング」を表している。この場合では、コーティング層の境界を定めるのは難しくなく、それぞれの層に対してＥＤＳを行った。これらの結果を図１７に示す。予期されるように、外層、中間層及び内層は、それぞれ、Ａｇ、Ｗ、ＴｉＣであった。Ｗの第２の層の厚さは、約４μｍであると測定され、これは、前の試験片（１６μｍ以下であると測定されたＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１２）について測定された厚さよりはるかに小さく、ダイヤモンド間のコーティング厚さの均一性に疑問を投げかけている。
【００８７】
ロウ付け試験
空気中でのロウ付け試験を行った。任意の表面汚染を除去するために、炭化タングステン片をイソプロパノール中にて超音波で洗浄した。薄い層のＡｒｇｏｂｒａｚｅ４９Ｈ（Ｊｏｈｎｓｏｎ ａｎｄ Ｍａｔｔｈｅｙ）のロウ付けペーストを、炭化タングステン片の表面に置いた。次いで、ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の片をロウ付けペーストの層の上に置いた。高周波誘導コイルヒータを用い、約２〜５秒間、ロウが溶融したことが確認されるまで、炭化タングステン片、ロウ付けペースト、及びＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８の組合せをゆっくりと加熱した。次いで、その組合せを空冷させた。生成したロウ付け部分を図１８に示す。ＣＤＭＬ３０１０１０ＮＰＴＣ１８は、良好な湿潤性を示し、炭化タングステンに成功裡に接合すると思われ得る。
【００８８】
（例５）
この例では、表面に大気ロウ付けされる、ダイヤモンドの単層を如何に達成するかを説明する。図１９に示されるように、使用される基材は、炭化タングステンの円筒である。ロウ付け不可の塗料の環を用いて、液体のロウが、円筒一面に流れることを防止する。まず、ロウ付けペーストの薄い層を、ダイヤモンドが必要なところはどこでも付着させる。この層は、ダイヤモンドを保持する粘着層の形として作用する。ダイヤモンドを上に散布すること、又はダイヤモンドの容器に基材を浸すことのいずれかにより、ダイヤモンドを付着させることができる。このように、これにより、ダイヤモンドの単層が得られるはずである。
【００８９】
単層のロウ付けを続けるために、ロウ付け材料の液滴を基材上のダイヤモンドの層の上に置く。これは示されている。ロウ付けペーストにホワイトスピリットを数滴加えて、単層中の任意のダイヤモンド粒子に影響を及ぼすことなく、基材上に液滴を流し、本質的に注ぐのが最も容易である。
【００９０】
この例においては、高周波誘導加熱ユニットを使用する。任意の他の形の加熱、例えば酸素−アセチレントーチを使用することができる。基材を加熱して、基材をロウの中に移行させるのが好ましい。ロウを直接加熱することは推奨されない。このように、以下は、ロウ付けにおける段階である。
【００９１】
ステップ１．有機物が焼却され始めるまで、基材をゆっくりと加熱する。
【００９２】
ステップ２．残余の有機物を焼却する間、基材の温度を保つ。この段階においては、多くの煙が生成され、排気が必要である。また、ロウの液滴の膨潤が見られる。
【００９３】
ステップ３．基材中の温度を上昇させて、融剤を溶融させロウを加熱する。
【００９４】
ステップ４．加熱を増大させて、ロウを完全に溶融させる。加熱が、結合及び機械的特性に影響を及ぼすので、ロウ付け材料を過熱しないように注意されたい。
【００９５】
この方法を用いることにより、基材に良好に結合したダイヤモンドの単層を達成することが可能である。初めは、ロウ付けペーストとダイヤモンドを一緒に混合し、次いで基材表面に付着させることにより試験を行った。ロウの溶融は、通常とおりに行われる。この方法により、ダイヤモンド粒子は、研磨材用途において容易に取り外すことができる、表面から離れた塊を形成する。この例をここに示す。
【００９６】
上記の例において、コーティングされたグリットは、青銅の色を有し、炭化チタン層中に存在するいくらかの酸素があり得ることが見出された。このような酸素は、酸化炭化物として存在することがあり、コーティングの中のチタンを「アンカー」しチタンがオーバーコーティング層中に拡散することを防ぐ傾向がある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド基材と、
炭化物形成元素の第１の炭化層と、
第１の炭化層からの炭化物形成元素を実質的に含まない、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はそれらの組合せ若しくはそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層と、
Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、それらの組合せ又はそれらの合金のオーバーコーティングであって、該オーバーコーティングの金属が第２の層の金属とは異なるオーバーコーティングと
を含む、コーティングされたダイヤモンド。
【請求項２】
炭化物形成元素が、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏから選択される、請求項１に記載のコーティングされたダイヤモンド。
【請求項３】
ダイヤモンド基材が、高圧高温合成技術から得られるダイヤモンドと、ＣＶＤダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、ホウ素をドーピングされたダイヤモンド、単結晶及び天然ダイヤモンドから選択されるダイヤモンドグリットである、請求項１又は請求項２に記載のコーティングされたダイヤモンド。
【請求項４】
ダイヤモンドグリットが、０．０１μｍから２０ｍｍの大きさの範囲にある、請求項３に記載のコーティングされたダイヤモンド。
【請求項５】
第１の炭化層を、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかにより付着させ、第２の層を、ＰＶＤ又はＣＶＤにより付着させ、オーバーコーティングを、ＰＶＤ、又は電解若しくは無電解の堆積により付着させる、請求項１から４までのいずれか一項に記載のコーティングされたダイヤモンド。
【請求項６】
第１の炭化層が炭化チタンであり、第２の層がタングステンであり、オーバーコーティングが銀である、請求項１から５までのいずれか一項に記載のコーティングされたダイヤモンド。
【請求項７】
ダイヤモンド基材を提供するステップと、
炭化物形成元素の第１の炭化層によりダイヤモンド基材をコーティングするステップと、
Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はそれらの組合せ若しくはそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層により第１の層をコーティングするステップと、
Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、それらの組合せ又はそれらの合金のオーバーコーティングであって、該オーバーコーティングの金属が第２の層の金属とは異なるオーバーコーティングにより第２の層をコーティングするステップと
を含む、コーティングされたダイヤモンド材料の製造方法。
【請求項８】
ダイヤモンド基材が、高圧高温合成技術から得られるダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、単結晶及び天然ダイヤモンドから選択されるダイヤモンドグリットである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
炭化物形成元素が、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏから選択される、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
第１の炭化層を、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかにより付着させ、第２の層を、ＰＶＤ又はＣＶＤにより付着させ、オーバーコーティングを、ＰＶＤ、又は電解若しくは無電解の堆積により付着させる、請求項７から９までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
第１の炭化層が炭化チタンであり、第２の層がタングステンであり、オーバーコーティングが銀である、請求項７から１０までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の、コーティングされたダイヤモンドグリット、単結晶、ＣＶＤダイヤモンド又はＰＣＤを含む研磨材含有工具。
【請求項１３】
鋸刃、鋸刃自体、ドリル、ダイヤモンドワイヤ用ビーズ、帯鋸刃、弓鋸、穿孔機のビット、ワイヤビーズ、ツイストドリル、磨耗部品、磨砕砥石、磨砕端、ロータリードレッサー、単一及び複式のログドレッサー用のドレッサーログ、プロファイルドレッサー、ストレートルータ及びプロファイルドルータ、研磨カップ、単一刃工具、較正ローラ、伸線ダイ、単一刃旋削工具、ゲージ材料、肉盛の部分、並びにコーティングされた超砥粒を含有する焼結部分から選択される、請求項１２に記載の研磨材含有工具。
【請求項１４】
酸化性のロウ付け工程中、真空下を含む非酸化環境中、及び／又は還元環境中における、請求項１から６までのいずれか一項に記載の、コーティングされたダイヤモンドグリット、ホウ素をドーピングされたダイヤモンド、単結晶、ＣＶＤダイヤモンド又はＰＣＤの使用。
【請求項１】
ダイヤモンド基材と、
炭化物形成元素の第１の炭化層と、
第１の炭化層からの炭化物形成元素を実質的に含まない、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はそれらの組合せ若しくはそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層と、
Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、それらの組合せ又はそれらの合金のオーバーコーティングであって、該オーバーコーティングの金属が第２の層の金属とは異なるオーバーコーティングと
を含む、コーティングされたダイヤモンド。
【請求項２】
炭化物形成元素が、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏから選択される、請求項１に記載のコーティングされたダイヤモンド。
【請求項３】
ダイヤモンド基材が、高圧高温合成技術から得られるダイヤモンドと、ＣＶＤダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、ホウ素をドーピングされたダイヤモンド、単結晶及び天然ダイヤモンドから選択されるダイヤモンドグリットである、請求項１又は請求項２に記載のコーティングされたダイヤモンド。
【請求項４】
ダイヤモンドグリットが、０．０１μｍから２０ｍｍの大きさの範囲にある、請求項３に記載のコーティングされたダイヤモンド。
【請求項５】
第１の炭化層を、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかにより付着させ、第２の層を、ＰＶＤ又はＣＶＤにより付着させ、オーバーコーティングを、ＰＶＤ、又は電解若しくは無電解の堆積により付着させる、請求項１から４までのいずれか一項に記載のコーティングされたダイヤモンド。
【請求項６】
第１の炭化層が炭化チタンであり、第２の層がタングステンであり、オーバーコーティングが銀である、請求項１から５までのいずれか一項に記載のコーティングされたダイヤモンド。
【請求項７】
ダイヤモンド基材を提供するステップと、
炭化物形成元素の第１の炭化層によりダイヤモンド基材をコーティングするステップと、
Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はそれらの組合せ若しくはそれらの合金から選択される高融点金属の第２の層により第１の層をコーティングするステップと、
Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｅ、それらの組合せ又はそれらの合金のオーバーコーティングであって、該オーバーコーティングの金属が第２の層の金属とは異なるオーバーコーティングにより第２の層をコーティングするステップと
を含む、コーティングされたダイヤモンド材料の製造方法。
【請求項８】
ダイヤモンド基材が、高圧高温合成技術から得られるダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、単結晶及び天然ダイヤモンドから選択されるダイヤモンドグリットである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
炭化物形成元素が、Ｔｉ、Ｃｒ及びＭｏから選択される、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
第１の炭化層を、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかにより付着させ、第２の層を、ＰＶＤ又はＣＶＤにより付着させ、オーバーコーティングを、ＰＶＤ、又は電解若しくは無電解の堆積により付着させる、請求項７から９までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
第１の炭化層が炭化チタンであり、第２の層がタングステンであり、オーバーコーティングが銀である、請求項７から１０までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の、コーティングされたダイヤモンドグリット、単結晶、ＣＶＤダイヤモンド又はＰＣＤを含む研磨材含有工具。
【請求項１３】
鋸刃、鋸刃自体、ドリル、ダイヤモンドワイヤ用ビーズ、帯鋸刃、弓鋸、穿孔機のビット、ワイヤビーズ、ツイストドリル、磨耗部品、磨砕砥石、磨砕端、ロータリードレッサー、単一及び複式のログドレッサー用のドレッサーログ、プロファイルドレッサー、ストレートルータ及びプロファイルドルータ、研磨カップ、単一刃工具、較正ローラ、伸線ダイ、単一刃旋削工具、ゲージ材料、肉盛の部分、並びにコーティングされた超砥粒を含有する焼結部分から選択される、請求項１２に記載の研磨材含有工具。
【請求項１４】
酸化性のロウ付け工程中、真空下を含む非酸化環境中、及び／又は還元環境中における、請求項１から６までのいずれか一項に記載の、コーティングされたダイヤモンドグリット、ホウ素をドーピングされたダイヤモンド、単結晶、ＣＶＤダイヤモンド又はＰＣＤの使用。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公表番号】特表２０１０−５２７８０２（Ｐ２０１０−５２７８０２Ａ）
【公表日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０８９５９（Ｐ２０１０−５０８９５９）
【出願日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００８／０５２０２０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４２６５７
【国際公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（５０６２３１８９２）エレメント シックス リミテッド (15)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００８／０５２０２０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４２６５７
【国際公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（５０６２３１８９２）エレメント シックス リミテッド (15)
【Ｆターム（参考）】
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