金剛石單晶和單晶金剛石工具制造技術

本發明專利技術涉及金剛石單晶和單晶金剛石工具。根據本發明專利技術的金剛石單晶是利用化學氣相合成法合成的，且對波長為350nm的光具有25cm

Diamond single crystal and single crystal diamond tools

The present invention relates to diamond single crystal and monocrystal diamond tools. The diamond single crystal according to the invention is synthesized by chemical vapor synthesis, and has a 25cm of light at a wavelength of 350nm

【技術實現步驟摘要】
金剛石單晶和單晶金剛石工具本專利技術專利申請是申請日為2013年6月27日、申請號為201380034864.9、專利技術名稱為“金剛石單晶、其制造方法以及單晶金剛石工具”的中國專利技術專利申請的分案申請。
本專利技術涉及用于切削工具、耐磨工具、精密工具、散熱構件、半導體裝置用基板和光學部件的金剛石單晶，制造金剛石單晶的方法，以及用于汽車部件的旋削加工、光學部件的鏡面加工、球面加工和微細開槽加工的單晶金剛石工具特別是單晶金剛石切削工具。
技術介紹
因為其優異的特性如高硬度、高熱導率、高透光率和寬帶隙，金剛石被廣泛用作各種工具、光學部件、半導體和電子部件的材料，并在未來會變得更加重要。除了使用天然金剛石之外，還將具有穩定品質的合成金剛石主要用于工業應用中。目前，大部分合成金剛石單晶在金剛石以穩定狀態存在的條件下，即在約1100～2900℃范圍內的溫度和在至少幾萬大氣壓的壓力下工業合成。除了高溫高壓合成法之外，另一種確立的金剛石合成方法是氣相合成法。隨著近來使用氣相合成法制造的金剛石單晶，即化學氣相沉積(CVD)金剛石單晶的制造技術的發展，如非專利文獻1和專利文獻1中所述，用于工具和光學應用以及珠寶的金剛石已經被商業化生產。例如，將單晶金剛石工具用于在汽車、光學裝置和電子設備中使用的非鐵金屬如鋁合金和銅合金以及塑料如丙烯酸類樹脂的鏡面加工和精密加工。由于單晶金剛石工具通常比在比較粗糙的加工中經常使用的燒結金剛石工具更貴，所以例如，在專利文獻2中提出了便宜且改進的單晶金剛石工具。在金剛石單晶的工業應用中，主要將比較大的毫米或厘米尺寸的單晶用于切削工具如車刀、修整器和平銑刀。這些金剛石單晶用于工業基礎加工如磨石的修整、非鐵金屬的超精密加工和樹脂的鏡面加工。因此，持續且穩定地供給金剛石單晶是重要的。如上所述，將單晶金剛石工具如切削工具(車刀)、修整器和平銑刀用于工業基礎加工中。因此穩定地供給用于這些單晶金剛石工具的金剛石單晶是重要的。占據大部分工業金剛石的商業天然金剛石單晶的價格和量的波動是與穩定供給相反的因素。因為天然金剛石的儲量有限，隨著采礦的進行天然金剛石的儲量下降。天然金剛石的儲量下降會造成商業天然金剛石單晶的價格升高或者其量減少。因此，預期合成金剛石單晶的作用變得更重要。此外，天然金剛石單晶會逐漸被CVD金剛石單晶代替。然而，在工業應用中，特別是在切削工具應用中，現有的CVD金剛石單晶不如高壓合成金剛石單晶普及。這是因為，CVD金剛石單晶的韌性低于天然金剛石單晶和高溫高壓合成Ib型金剛石單晶，并且存在如下技術問題：難以將CVD金剛石單晶加工成工具如車刀或平銑刀的形狀，或者在工件的加工期間傾向于形成碎屑或裂紋。這與如下情況類似：因為與高溫高壓合成Ib型金剛石單晶相比晶體中的氮雜質量少，因而比較脆的高溫高壓合成IIa型金剛石單晶很少用于切削工具應用，盡管其可能比較高硬度和長壽命。引用列表專利文獻專利文獻1：日本特許第4344244號公報專利文獻2：日本特開2008-207334號公報非專利文獻非專利文獻1：RizwanU.A.Khanetal.，ColoralterationsinCVDsyntheticdiamondwithheatandUVexposure：implicationsforcolorgradingandidentification，Gem&Gemology，spring2010pp.18-26
技術實現思路
技術問題如上所述，已知的CVD金剛石單晶具有比天然金剛石或高溫高壓合成Ib型金剛石更低的韌性，難以加工和可能具有裂紋或碎屑，其應用范圍受到限制。與包含天然金剛石或高溫高壓合成Ib型金剛石的工具相比，包含已知的CVD金剛石單晶的單晶金剛石工具在切削期間更容易破裂或碎裂。這些問題是CVD金剛石單晶的應用受限的原因。本專利技術的目的是解決相關領域的這種問題并提供具有高硬度和高韌性、在工具的制造中易于加工、具有與包含天然金剛石或高溫高壓合成Ib型金剛石的工具相等或更高的耐破裂或耐碎裂性、在切削時具有長壽命和高抗斷裂性的金剛石單晶，單晶金剛石工具和制造金剛石單晶的方法。解決問題的手段為了解決上述問題，本專利技術包括下列方面。(1)根據本專利技術的金剛石單晶是利用化學氣相合成法合成的，且對波長為350nm的光具有25cm-1以上且80cm-1以下的吸收系數的金剛石單晶。(5)根據本專利技術的制造金剛石單晶的方法包括：將碳以外的離子注入至金剛石單晶籽晶基板的主面中，從而降低波長為800nm的光的透射率，所述主面相對于{100}面具有7°以下的偏角；和在氣相中含碳分子的數目NC對氫分子的數目NH的比NC/NH為10％以上且40％以下，氣相中氮分子的數目NN對含碳分子的數目NC的比NN/NC為0.1％以上且10％以下，且籽晶基板溫度T為850℃以上且小于1000℃的合成條件下，利用化學氣相合成法在所述籽晶基板的離子注入后的主面上均相外延生長金剛石單晶。所述含碳分子的數目是指當含碳分子為甲烷氣體時甲烷分子的數目或者當含碳分子為乙烷氣體時乙烷分子的數目。(9)根據本專利技術的金剛石單晶是具有由金剛石單晶制成的刀尖的單晶金剛石工具。所述刀尖具有由所述金剛石的主面形成的前刀面，且所述主面對波長為350nm的光具有小于25cm-1的吸收系數。專利技術有利效果本專利技術可以提供具有高硬度和高韌性、在工具的制造中易于加工、具有與包含天然金剛石或高溫高壓合成Ib型金剛石的工具的耐破裂或耐碎裂性相等或更高的耐破裂或耐碎裂性、且在切削時具有長壽命和高抗斷裂性的金剛石單晶，單晶金剛石工具和制造金剛石單晶的方法。附圖說明[圖1]圖1是在根據本專利技術的制造方法中使用的籽晶基板的圖。[圖2]圖2是根據本專利技術的單晶金剛石工具的結構的圖。[圖3]圖3是在實施例中制造的單晶金剛石切削工具的結構的示意圖。具體實施方式首先，下面列出本專利技術的實施方式。(1)根據本專利技術的金剛石單晶是利用化學氣相合成法合成的，且對波長為350nm的光具有25cm-1以上且80cm-1以下的吸收系數的金剛石單晶。(2)在根據(1)的金剛石單晶中，所述吸收系數優選為30cm-1以上且80cm-1以下。與天然金剛石或高溫高壓合成Ib型金剛石相比，由利用例如紫外可見分光光度計測定的透射率確定的光吸收系數(波長350nm)為25cm-1以上且80cm-1以下的金剛石單晶具有相等或更高的加工性和耐破裂或耐碎裂性。另外，發現與天然金剛石或高溫高壓合成Ib型金剛石相比，對波長為350nm的光具有30cm-1以上且80cm-1以下的吸收系數的金剛石單晶具有更高的加工性和耐破裂或耐碎裂性。(3)根據本專利技術的金剛石單晶是通過氣相合成制造的金剛石單晶。所述金剛石單晶包含對波長為350nm的光具有不同吸收系數的兩層以上金剛石單晶層。具有一個主面的一個金剛石單晶層對波長為350nm的光具有小于25cm-1的吸收系數，且具有另一個主面的另一個金剛石單晶層對波長為350nm的光具有25cm-1以上且80cm-1以下的吸收系數。所述兩層以上金剛石單晶層中的任意者對波長為350nm的光都具有80cm-1以下的吸收系數。發現當具有一個主面的金剛石單晶層對波長為350nm的光具有小于25cm-1的吸收系數，具有另一個主面的金剛本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種金剛石單晶，其是利用化學氣相合成法合成的，且對波長為350nm的光具有25cm

【技術特征摘要】
2012.06.29 JP 2012-146444;2012.07.06 JP 2012-152481.一種金剛石單晶，其是利用化學氣相合成法合成的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：植田曉彥，西林良樹，角谷均，
申請(專利權)人：住友電氣工業株式會社，
類型：發明
國別省市：日本,JP